JPS6362392A - 反射防止層を有するｄｆｂレ−ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、第１導電形の基板と、この基板上に設けられ
た、少なくとも第１導電形の第１受動層、反対の第２導
電形の第２受動層、これ等の第１および第２受動層の間
にある活性層を有する層構造とを有し、更に、順方向の
十分に大きな電流の強さにおいて、共振空胴内にある条
帯状の活性領域内にコヒーレントな電磁放射線を発生す
ることができるｐｎ接合を有し、前記第１および第２受
動層は、活性層よりも、発生された放射線に対する小さ
な屈折率と大きなバンドギャップとを有し、前記の共振
空洞は、縦方向の、少なくとも活性領域の長さの部分に
わたる有効屈折率の周期的な変化によって形成され、一
方前記の活性領域は、この活性領域の実質的に直角な端
面によって限界され、反射防止層がこの端面の少なくと
も一方に設けられて該端面と直接に接触し、第２受動層
と基板とは接続導体に電気的に接続された半導体レーザ
に関するものである。

このような単導体レーザは、１９８４年３月１５日発行
の「エレクトロニクス拳しクーズ（Ｂｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）　Ｊ第２０巻、第６号の２２３−
２３６頁のエム・ヤマグチ（Ｍ、　Ｙａｍａｇｕｃｈｉ
）氏外の論文に記載されている。

種々の構造の半導体レーザが多くの分野で用いられてい
る。この場合共振空洞は種々の方法で形成されることが
できる。多くの場合、この共振空洞は２つの平行に延在
するミラー面によって形成され、これには、半導体結晶
の臂開面が用いられる。前記のミラー面の反復反射によ
って、ファプリーペロ（Ｆａｂｒｙ−Ｐ名ｒｏｔ）モー
ドの名で知られている放射線モードがつくられる。

別の形では、共振空洞は、少なくとも活性領域の長さの
部分にわたって発生された放射線に対する有効屈折率の
周期的な変化によって得られる。

この場合、ミラー面の反射の代わりに、格子（前記の屈
折率の周期的な変化によって形成された）が用いられる
。このようなレーザは分布帰還を有するレーザと呼ばれ
る。このレーザは種々の構造で存し、“分布帰還形（ｄ
ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）”
および゛ブラッグ反射形（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｂｒ
ａｇｇ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：　ＤＢＲ）”レーザと
いう名で知られている。本願では簡単のためにこれ等を
゛’ＤＦＢレーザ″″と呼ぶ。

ＤＦＢ　レーザは、前記のファプリーペロ・レーザに対
してとりわけ次の利点を有する、すなわち、大きな温度
範囲内および高い出力で容易に単一安定縦発振モード（
単一縦モード（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｌｏｎｇｉｔｕ−ｄｉｎ
ａｌ　Ｍｏｄｅ）または３１Ｍモード）で発振すること
ができる。このことは光通信への応用に特に重要である
、というのは、３１Ｍモードでは色分散（ｃｈｒｏｍａ
ｔｉｃ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が最小なので信号を干
渉なしに光ファイバを通して長距離送ることができるか
らである。その上、ＤＦＢ　レーザはモノリシック回路
で比較的容易に集積化することができる。

けれども、ＤＦＢ　レーザは活性領域の端にこの活性領
域と直角な端面も有するのが普通なので、ファプリーペ
ロ発振がこれ等の面の間にも起き、このため原理的には
、ＤＦＢ　レーザが、略々同じ増幅を有する少なくとも
１つのＤＦＢモードの外に少なくとも１つのＦＰモード
を現すことがある。

ＤＦＢ　レーザは望ましくないファプリーペロ・モード
を抑圧するために、前記の刊行物に見られるように幾つ
かの対策が示されている。これ等の対策のうち最も好適
なのは、反射防止層を端面の一方に設けることである。

若しこの層が、発生された放射線の１７４波長に等しい
光路長に相当する厚さをもてば、この端面における反射
係数は最小値に低減される。この値が十分に低ければ、
ＦＰモードが起きるのが避けられる。

前記の最小値は、振幅反射係数に対し理論的には次の式
で示される。

ここで、ｎ、＝活性層の屈折率 口２＝反射防止層の屈折率 ｎ３＝媒体（空気）の屈折率 反射防止層としては、酸化アルミニウムおよび窒化珪素
の層が用いられてきた。これ等の層は半導体技術の他の
用途にも屡々用いられているので、それ等を設ける技法
はよく知られている。けれども、レーザの反射防止層と
してのこれ等の層の使用は幾つかの欠点を有する。

例えば、酸化アルミニウムは、ＩｎＰの基板上に設けら
れた層構造を有する光通信に重要な少なくとも長波レー
ザ（λ＝１．３および１．５５μｍ）においてはその屈
折率（約１．６５）が非常に小さい最小値にはならない
ので、適当でないことがわかった。そのため大きな電流
ではそれでもやはりファプリーペロ・モードが生じ得る
。

窒化珪素はこの用途に対してより満足に適用される屈折
率（約１．８５）を有することはたしかであるが、就中
この場合材料が所望の端面だけではなしに面全体にデポ
ジットされるので、技術的に余り魅力のないスパッタ技
術（例えばプラズマ化学蒸着法）でしか設けることがで
きない。これは例えば蒸着により設けるのと対照的であ
る。

本発明の目的は、通常の反射防止層に付随する欠点を避
け、比較的簡単な方法、好ましくは蒸着で設けることの
できるにも拘らずファプリーペロ・モードの抑圧に望ま
しい光学特性を有する反射防止層を得ることにある。

本発明は、冒頭に記載したタイプの叶Ｂ半導体レーザに
おいて、反射防止層は酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）より
成ることを特徴とするものである。

酸化ハフニウムの反射防止層の使用は有用なレーザの収
量を著しく増加することがわかった。更に詳しく言えば
、このことは前記の刊行物に記載されたような光通信用
の所謂ＤＦＢ−ＰＣＰＢＨ（”Ｄｉｓｔｒｉ−ｂｕｔｅ
ｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｃｈａｎｎｅｌ
　Ｐｌａｎａｒ　ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ）　　レーザの製造において確かめられた。

以下本発明を図面を参照して実施例で説明する。

図面は模型的なもので、寸法比は無視しである。

各図面の対応部分には同一符号をつけである。断面図に
おいて同−導電形の半導体領域は同方向の斜影カポしで
ある。

第１図は本発明の半導体レーザを一部を断面でまた一部
を斜視図で示しである。このレーザは、第１導電形の基
板１とそ上の層構造とより成る。

この層構造は、少なくとも前記の第１導電形の第１受動
層２、第２の反対導電形の第２受動層３およびこれ等の
第１と第２受動層間にある活性層４を有する。ｐｎ接合
（その位置は層２と３の間にある半導体領域の導電形に
左右される）が層構造の層２および３の間にある。この
ｐｎ接合は、順方向の十分な電流の強さにおいて、共振
空胴内にある活性層の条帯状の活性領域４Ａにコヒーレ
ントな電磁放射線を生ずることができる。第１および第
２受動層２と３は、共に、発生されたレーザ放射に対し
て活性層４よりも小さな屈折率を有し、この層４よりも
大きなバンドギャップを有する。

共振空洞は、縦方向の屈折率の周期的変化により、少な
くとも活性領域４Ａの長さの部分にわたって形成される
。屈折率のこの変化は格子７によって得られるが、この
格子は、基板表面にエッチされ、その溝には、放出され
る放射線に対して基板１のそれとは異なる有効屈折率を
有する層２の材料で満たされる。活性領域４Ａは更に端
面５と６で境界され、これ等の端面ば、活性領域に略々
直角で、少なくともその一方（端面５）には反射防止層
８が設けられている。第２受動層３と基板１とは（間に
ある半導体領域を経て）金属層と電気的に接続されるが
、これ等の金属層は、上面と下面に設けられ、接続導体
として働くもので、上面には陰影で示しである。

この実施例では、基板１はｎ導電形の燐化インジウム（
Ｉ　ｎＰ）より成る。層２はｎ形のインジウム−ガリウ
ム−砒素の燐化物（Ｉｎ、　Ｇａ１−ｘ　Ａｓ、　ｐｉ
−ｙ）より成る。活性層４もやはりインジウム−ガリウ
ム−砒素の燐化物より成る。

この実施例のレーザは前述のＤＣＰＢＨタイプで、更に
限流層構造を有する。この構造は２つの溝９と１０を有
し、これ等の溝は、活性領域４Ａを限界し、この溝の中
にはｐ形１ｎＰの層１１とｎ形１ｎＰのブロッキング層
１２が設けられている。これ等の層１１と１２は、溝９
と１０の間にある第２受動層３のス）　ＩＪツブ状部分
３Ａ上には延在しない。更にｐ形１ｎＰの層１３がアセ
ンブリ上に設けられ、Ｉｎ　Ｘ　Ｇａ、−Ｘ　ＡＳｙｐ
ｌ、−’ｒの上部層１４がその上に設けられ、その上に
酸化珪素層１５が配される。この酸化珪素層１５にはギ
ャップ状の条帯部が設けられ、この中で、表面に設けら
れた電極層１６は上部層１４と接触する。下面は電極層
１７と接触する。

以上述べた種類の半導体レーザは前述の刊行物の記載よ
り知られている。

本発明による反射防止層８は酸化ノ１フニウム（Ｈｆ０
２）より成る。その厚さは約２２２１ｍである。

このレーザ（λ・１．５５μｍ）で発生される放射線に
対する酸化ハフニウムの屈折率はｎ２・１．７６なので
この層の厚さｄは光路長ｎ２・ｄ＝　３９Ｑ　ｎｍに相
当するが、これは略々１／４波長に等しい。

活性層４の屈折率ｎ、は３．５で、周囲の媒体の屈折率
ｎ３は略々１なので、前記の式（１）によればとなる。

したがって得られる反射係数は非常に低い、すなわち例
えば所定の状態ではδ＝０．０５となるであろう酸化ア
ルミニウムの反射防止層を使用した場合よりも著しく低
い。

この半導体レーザは次のようにしてつくることができる
。以下第２図から第６図を参照して説明するが、第２図
、第３図および第６図は第１図の■−■における断面図
で、第４図と第５図は第１図のＩＶ−ＩＶにおける断面
図を示す。

出発材料は、約３６０μｍの厚さ、（１００）の配向お
よび例えば５　・ＩＱ”　ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピ
ング濃度を有するｎ形の燐化インジウムの基板である。

この基板は単一基板でもよいが、下の担体上に成長され
たエビクキシャル層でもよい。

２４０　ｎｍの格子常数を有する屈折格子が次いでこの
基板上面にエッチされる（第２図参照）。このために、
先ず１００　ｎｍの厚さのホトレジスト層が表面上に設
けられる。アルゴンレーザの３６３．８ｎｍ線を用いな
がらホログラフィック露光によってラスター状のパター
ンが前記のホトレジスト層から形成される。このパター
ンはエツチング工程におけるマスクとして用いられ、こ
の工程において、平行溝のパターン７が例えば臭化水素
酸塩（ＨＢｒ）の水溶液によって基板上面にエッチされ
る。

ホトレジストマスクが取除かれた後、約０．１２μｍの
厚さとＩｎ００７２　Ｇａｏ、　２８　、Ａｓｏ−６０
ｐｏ、　４０の組成を有する層２が通常の技法によって
液相から成長され、この層は基板表面の溝を完全に充填
する。

０．１２μｍ厚のドープされない １ｎｏ−Ｓｆｆ　Ｇａｏ、　４３　Ａｓｏ、９１　Ｐｏ
、　ｏｏｓ層４がその上に成長され、次いで、０．０５
　　μｍの厚さを有するＩｎｏ、ｖｚ　Ｇａ０．２８　
　ＡＳｏ、ｓｏ　Ｐｏ、４０の所謂耐溶融裏打層（ａｎ
ｔｉ−ｍｅｌｔ　ｂａｃｋ　１ａｙｅｒ）　２０がその
上に成長され、０．７μｍの厚さを有するｐ形燐化イン
ジウムの層３がその上に成長される（第３図参照）。こ
れ等の成長工程の後、ＩｎＰ基板の溝の渾さは略々７Ｑ
　ｎｍである。

次いで（第４図参照）溝９と１０とがかくして得られた
構造にエッチされるが、これ等の溝は、端面５と６およ
び溝７に対して直角である。前記の溝９と１０は基板１
内に延び、例えばブロモメタノールのようなエッチャン
トでエッチすることができる。これ等の溝は上側で約９
μｍの幅を有し、また３μｍの深さを有する。これ等の
溝の間にあるメサ（２Ａ、　３Ａ、　４Ａ）の上側は約
０．９μｍの幅を有する。

次いで、全体は再び成長装置内に置かれる。先ず（第５
図参照）　　８Ｘ１０１７Ｚｒ　ａｔｏｍｓ／ｃｍ’の
ドーピグを有するｐ形燐化インジウム層１１が成長され
、この層の上に８・１０１７ゲルマニウムａｔｏｍｓ／
ａｍ３のドーピングを有する燐化インジウムのｎ形ブロ
ッキング層１２が成長される。これ等の層は、溝９と１
０およびメサの外側の構造の平らな部分上で約０．５μ
ｍの厚さを有する。これ等の層は部分的に溝を満たすが
メサ上では成長しない。

次いで、例えば１μｍの厚さで８・１０１０１７２ｎａ
ｔｏ／ｃｍ’のドーピング濃度を有するｐ形燐化インジ
ウム層１３と、１μｍの厚さで２・１０”　Ｚｎａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度を有するｆｎｏ、７２　
Ｇａｏ、　２＋１　ＡＳｏ、　ｓｏ　Ｐｏ、　４ｏの組
成のｐ形の上部層１４とが成長される。

それから酸化物層１５がこのアセンブリ上に形成され、
この酸化物層から、約１０μｍの幅の条帯が溝９と１０
および中間領域の上方でエツチングで除去される。良好
なオーム接触を得るためにこの条帯部を経てＺｎが拡散
され、しかる後電極層１６と１７が設けられる。所望な
らば、活性領域の外側にある点線で境界された半導体領
域１８は例えばプロトン打込みによって事実上絶縁性に
される。本発明に直接関係ない構造の製法についての詳
細は、１９８５年１１月１３日に公開された本願人の出
願にかかる欧州特許出願第１６１０１６号に見名ことが
できる。

蒸着により、±２２２　＋１［１１の厚さを有する酸化
ハフニウム（Ｈｆ０２）の反射防止層８がレーザの端面
の一方この場合には端面５上にデポジットされる（第６
図参照）。これは、この場合波長λ＝１．５５μｍを有
する放出放射線に対するλ／４の光路長に相当する。

酸化ハフニウムの反射防止層の使用は、同じ半導体ウェ
ーハよりつくられたレーザダイオードに対する他の材料
例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）より成る反射防
止層の場合よりも、実用向きのレーザすなわちＤＦＢモ
ードで発振するレーザの著しく高い収量を与えることが
わかった。１つの放射モード（３１Ｍモード）で動作す
るレーザの数は、ＨｆＯ２で被覆されたレーザにおける
方が他の反射防止層を設けたレーザにおけるよりも著し
く多い。

以上本発明を光通信に対して極めて重要なりＣＰＢＨレ
ーザ構造に関して説明したが、ファプリーペロ・モード
および単一発振モードのできる限り効率のよい抑圧を得
るためには、酸化ハフニウムの反射防止層の使用は、以
上説明したレーザに対すると同じ理由で、ＤＦＢタイプ
の他のレーザ構造にも重要である。したがって、本発明
は以上説明した実施例に限られるものではなく、共振空
洞が、少なくとも活性領域の長さの部分にわたる有効屈
折率の周期的な変化によって形成されるすべての形のレ
ーザに関するものである。更に、前記の実施例では酸化
ハフニウムの反射防止層８は端面５にだけ設けられたが
、このような反射防止層８は、第１図および第６図に点
線８′で示したように別の端面６にも設けることができ
る。このようにすれば、ファプリーペロ発振が起きない
という確実性が更に増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザの一実施例の一部断面一
部斜視図、 第２図から第６図は第１図の半導体レーザの各製造工程
における断面図を示すもので、第２図は第１図の■−■
に沿った断面図、第３図は次の工程における第１図の■
−■に沿った断面図、 第４図は次の工程における第１図のＩ”ｉ／−ＩＶに沿
った断面図、 第５図は次の工程における第１図のＩＶ−■に沿った断
面図、 第６図は次の工程における第１図の■−Ｈに沿った断面
図である。 １・・・基板　　　　　　　２・・・第１受動層２Ａ・
・・条帯　　　　　　　３・・・第２受動層３Ａ・・・
第２受動層の条帯状部分 ４・・・活性層　　　　　　４Ａ・・・活性領域５．６
・・・端面　　　　　７・・・格子８．８′・・・反射
防止層　９，１０・・・溝ＬＩＰ　１３・・・ｐ形層　
　　　１２・・・ｎ形ブロッキング層１４・・・上部層
　　　　　　１５・・・酸化物層１６、１７・・・電極
層　　　　１Ｂ・・・半導体領域２０・・・耐溶融裏打
層 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン Ｕ）　　　　　　　　　　αコ ム−Ｕ− 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電形の基板と、この基板上に設けられた、少
   なくとも第１導電形の第１受動層、反対の第２導電形の
   第２受動層、これ等の第１および第２受動層の間にある
   活性層を有する層構造とを有し、更に、順方向の十分に
   大きな電流の強さにおいて、共振空胴内にある条帯状の
   活性領域内にコヒーレントな電磁放射線を発生すること
   ができるｐｎ接合を有し、前記第１および第２受動層は
   、活性層よりも、発生された放射線に対する小さな屈折
   率と大きなバンドギャップとを有し、前記の共振空胴は
   、縦方向の、少なくとも活性領域の長さの部分にわたる
   有効屈折率の周期的な変化によって形成され、一方前記
   の活性領域は、この活性領域の実質的に直角な端面によ
   って限界され、反射防止層がこの端面の少なくとも一方
   に設けられて該端面と直接に接触し、第２受動層と基板
   とは接続導体に電気的に接続された半導体レーザにおい
   て、反射防止層は酸化ハフニウム（ＨｆＯ＿２）より成
   ることを特徴とする半導体レーザ。 ２、反射防止層は、レーザにより発生された放射線の１
   ／４波長の光路長に相当する特許請求の範囲第１項記載
   の半導体レーザ。 ３、反射防止層は両端面上に設けられた特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の半導体レーザ。 ４、レーザはＤＣＰＢＨタイプである特許請求の範囲第
   １項乃至第３項の何れか１項記載の半導体レーザ。 ５、基板はｎ形燐化インジウム（ＩｎＰ）より成り、活
   性層はインジウム−ガリウム−砒素燐化物（Ｉｎ＿ｘ　
   Ｇａ＿１＿−＿ｘ　Ａｓ＿ｙ　Ｐ＿１＿−＿ｙ、）より
   成る特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項記載
   の半導体レーザ。