JPH07226566A - 量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
量子井戸半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH07226566A JPH07226566A JP3633094A JP3633094A JPH07226566A JP H07226566 A JPH07226566 A JP H07226566A JP 3633094 A JP3633094 A JP 3633094A JP 3633094 A JP3633094 A JP 3633094A JP H07226566 A JPH07226566 A JP H07226566A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 共振器端面近傍の量子井戸層のバンドギャッ
プを広くした、所謂窓構造付きレーザを欠陥少なく安定
して作製しうるようにする。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＩｎＰ
ベース層１０２を成長させ、後に活性層を形成するスト
ライプ領域の両側にＳｉＯ2 からなる成長阻止マスク１
０３を形成する。マスク１０３は共振器端面の近傍で狭
く、中央部で広くなる形状に形成される［（ａ）図］。
ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＩｎＰクラッド層１０４、
ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０５およびｐ型ＧａＩｎ
Ｐクラッド層１０６を順次堆積する［（ｂ）図］。マス
ク１０３の端部を選択的に除去して［（ｃ）図］から、
ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層１０７を形成し、マスク１０
３を除去する［（ｄ）図］。その後、活性層上および基
板裏面に電極を形成する。
プを広くした、所謂窓構造付きレーザを欠陥少なく安定
して作製しうるようにする。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＩｎＰ
ベース層１０２を成長させ、後に活性層を形成するスト
ライプ領域の両側にＳｉＯ2 からなる成長阻止マスク１
０３を形成する。マスク１０３は共振器端面の近傍で狭
く、中央部で広くなる形状に形成される［（ａ）図］。
ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＩｎＰクラッド層１０４、
ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０５およびｐ型ＧａＩｎ
Ｐクラッド層１０６を順次堆積する［（ｂ）図］。マス
ク１０３の端部を選択的に除去して［（ｃ）図］から、
ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層１０７を形成し、マスク１０
３を除去する［（ｄ）図］。その後、活性層上および基
板裏面に電極を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量子井戸半導体レーザ
およびその製造方法に関し、特に端面部で光出力の吸収
が生じない窓構造付き量子井戸半導体レーザとその製造
方法に関するものである。
およびその製造方法に関し、特に端面部で光出力の吸収
が生じない窓構造付き量子井戸半導体レーザとその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの端面部は、光出力の一部
を吸収して局所的に温度が上昇する。このため長期動作
中に端面部結晶の酸化が進行して劣化が生じたり、高光
出力動作時に端面部結晶に局所的な熱暴走が生じて融解
し瞬時に劣化したりする問題が発生する。この端面部の
光吸収を低減する方法として、端面部に光出力の波長エ
ネルギーより大きなバンドギャップの半導体層を設けた
構造の窓構造付き半導体レーザが知られている。
を吸収して局所的に温度が上昇する。このため長期動作
中に端面部結晶の酸化が進行して劣化が生じたり、高光
出力動作時に端面部結晶に局所的な熱暴走が生じて融解
し瞬時に劣化したりする問題が発生する。この端面部の
光吸収を低減する方法として、端面部に光出力の波長エ
ネルギーより大きなバンドギャップの半導体層を設けた
構造の窓構造付き半導体レーザが知られている。
【０００３】窓構造付き半導体レーザは多くの種類があ
るが、量子井戸半導体レーザでは量子井戸層が薄いほど
実効的なバンドギャップが大きくなることを利用して、
端面部近傍だけ量子井戸活性層厚を薄くした構造が提案
されている。例えば、特開平４−２０６９８２号公報記
載の半導体レーザでは、エッチングにより予め半導体基
板にメサ突起部や側方台部などの構造を形成しておき、
そのメサ突起部上に活性層を形成し、活性層を、側方台
形部が近接した部分では厚く、側方台形部のないあるい
は側方台形部の遠い端面部近傍では薄く形成できるよう
にして、窓構造を形成している。
るが、量子井戸半導体レーザでは量子井戸層が薄いほど
実効的なバンドギャップが大きくなることを利用して、
端面部近傍だけ量子井戸活性層厚を薄くした構造が提案
されている。例えば、特開平４−２０６９８２号公報記
載の半導体レーザでは、エッチングにより予め半導体基
板にメサ突起部や側方台部などの構造を形成しておき、
そのメサ突起部上に活性層を形成し、活性層を、側方台
形部が近接した部分では厚く、側方台形部のないあるい
は側方台形部の遠い端面部近傍では薄く形成できるよう
にして、窓構造を形成している。
【０００４】一方、有機金属気相成長法において半導体
基板表面の一部をＳｉＯ2 膜などで被覆した選択成長法
が試みられている。１９９１年電子情報通信学会秋季大
会講演論文集に掲載された論文Ｃ−１３１によれば、一
対のＳｉＯ2 マスクでＩｎＰ基板を被覆して、このマス
クに挟まれたストライプ状の領域にＩｎＧａＡｓ多重量
子井戸層、ＩｎＰクラッド層を含む光導波路を選択成長
により形成して半導体レーザを作製する方法が示されて
いる。この論文には、選択成長により形成した部分の側
面には滑らかな（１１１）Ｂ面が形成されること、選択
成長の速度はマスクの幅と関連することが報告されてい
る。
基板表面の一部をＳｉＯ2 膜などで被覆した選択成長法
が試みられている。１９９１年電子情報通信学会秋季大
会講演論文集に掲載された論文Ｃ−１３１によれば、一
対のＳｉＯ2 マスクでＩｎＰ基板を被覆して、このマス
クに挟まれたストライプ状の領域にＩｎＧａＡｓ多重量
子井戸層、ＩｎＰクラッド層を含む光導波路を選択成長
により形成して半導体レーザを作製する方法が示されて
いる。この論文には、選択成長により形成した部分の側
面には滑らかな（１１１）Ｂ面が形成されること、選択
成長の速度はマスクの幅と関連することが報告されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の窓構造付き量子
井戸半導体レーザは、製造方法が複雑で、微細なエッチ
ング工程、不純物拡散工程、あるいは厳格な工程管理を
必要とする結晶成長工程などを経て作製されるものであ
った。而して、エッチング工程や拡散工程は、結晶欠陥
を導入する原因となりやすく、それによって劣化が発生
することが多かった。また従来の製造方法では、窓構造
部の活性層の実効的なバンドギャップと発振領域の活性
層の実効的なバンドギャップの差を大きく形成すること
が困難であった。このため端面部で比較的大きな光吸収
があり窓構造の端面劣化防止効果が不十分であった。
井戸半導体レーザは、製造方法が複雑で、微細なエッチ
ング工程、不純物拡散工程、あるいは厳格な工程管理を
必要とする結晶成長工程などを経て作製されるものであ
った。而して、エッチング工程や拡散工程は、結晶欠陥
を導入する原因となりやすく、それによって劣化が発生
することが多かった。また従来の製造方法では、窓構造
部の活性層の実効的なバンドギャップと発振領域の活性
層の実効的なバンドギャップの差を大きく形成すること
が困難であった。このため端面部で比較的大きな光吸収
があり窓構造の端面劣化防止効果が不十分であった。
【０００６】一例として挙げた特開平４−２０６９８２
号公報記載の半導体レーザについても、端面部と発振領
域の活性層の井戸層厚の差が、メサ突起部の幅、側方台
形部との間隙、溝の深さ、結晶成長速度などの多くの因
子に関連しており、さらにこれらの因子が光導波路や電
流狭窄構造の形成要因ともなっていて相反する条件が生
じるために、効果的な窓構造を形成することが困難であ
った。また段差構造付き基板結晶上に活性層多層膜を成
長させるものであるため、劣化原因となる結晶欠陥が導
入される可能性が高かった。
号公報記載の半導体レーザについても、端面部と発振領
域の活性層の井戸層厚の差が、メサ突起部の幅、側方台
形部との間隙、溝の深さ、結晶成長速度などの多くの因
子に関連しており、さらにこれらの因子が光導波路や電
流狭窄構造の形成要因ともなっていて相反する条件が生
じるために、効果的な窓構造を形成することが困難であ
った。また段差構造付き基板結晶上に活性層多層膜を成
長させるものであるため、劣化原因となる結晶欠陥が導
入される可能性が高かった。
【０００７】一方、半導体基板表面を誘電体膜で被覆す
る選択成長方法は、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰなど
のＡｌを含む半導体層では誘電体膜上に多結晶が成長し
てしまうため、Ａｌを含まない、例えばＩｎＰをクラッ
ド層とする半導体レーザのみに採用が限られていた。ま
た、この選択成長を用いて両端面部に窓構造を形成した
半導体レーザはこれまでに報告されていない。
る選択成長方法は、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰなど
のＡｌを含む半導体層では誘電体膜上に多結晶が成長し
てしまうため、Ａｌを含まない、例えばＩｎＰをクラッ
ド層とする半導体レーザのみに採用が限られていた。ま
た、この選択成長を用いて両端面部に窓構造を形成した
半導体レーザはこれまでに報告されていない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、半導体基板または半導体ベース層
上に第１導電型クラッド層、量子井戸活性層および第２
導電型クラッド層を有するストライプ状積層体が形成さ
れ、該ストライプ状積層体の両側に溝を挾んで前記スト
ライプ状積層体と同一構造の積層体が形成されているも
のであって、前記溝はその幅が共振器の端面部近傍で中
央部よりも広く形成され、前記量子井戸活性層の量子井
戸層はその膜厚が共振器の端面部近傍で中央部よりも薄
く形成されていることを特徴とする量子井戸半導体レー
ザが提供される。
め、本発明によれば、半導体基板または半導体ベース層
上に第１導電型クラッド層、量子井戸活性層および第２
導電型クラッド層を有するストライプ状積層体が形成さ
れ、該ストライプ状積層体の両側に溝を挾んで前記スト
ライプ状積層体と同一構造の積層体が形成されているも
のであって、前記溝はその幅が共振器の端面部近傍で中
央部よりも広く形成され、前記量子井戸活性層の量子井
戸層はその膜厚が共振器の端面部近傍で中央部よりも薄
く形成されていることを特徴とする量子井戸半導体レー
ザが提供される。
【０００９】また、本発明によれば、半導体基板または
半導体ベース層上に、形成すべき活性層の部分を挾んで
該活性層の端部近傍を除く部分で外側に張り出す形状を
有する一対の成長阻止マスクを形成する工程と、有機金
属気相成長法により第１のクラッド層、量子井戸活性層
および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、を有
することを特徴とする量子井戸半導体レーザの製造方法
が提供される。
半導体ベース層上に、形成すべき活性層の部分を挾んで
該活性層の端部近傍を除く部分で外側に張り出す形状を
有する一対の成長阻止マスクを形成する工程と、有機金
属気相成長法により第１のクラッド層、量子井戸活性層
および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、を有
することを特徴とする量子井戸半導体レーザの製造方法
が提供される。
【００１０】
【作用】本発明による半導体レーザとその製造方法は、
成長阻止マスクで被覆した近傍の結晶成長が成長阻止マ
スクで被覆した領域の大きさに関係すること利用して窓
構造を形成するものである。成長阻止マスク上には結晶
成長が進行しないため、供給された原料ガスが拡散して
その近傍の結晶成長に影響を与える。III −Ｖ族半導体
層の結晶成長では、通常、Ｖ族原料が過剰な条件で結晶
成長が行われるため、ほぼIII 族原料ガスの供給量で成
長速度が決まる。このため、成長阻止マスク上に供給さ
れたIII 族原料ガスがその近傍の半導体表面に拡散して
成長速度を速める。成長阻止マスクで被覆した領域が大
きいほどこの影響が大きく現れる。
成長阻止マスクで被覆した近傍の結晶成長が成長阻止マ
スクで被覆した領域の大きさに関係すること利用して窓
構造を形成するものである。成長阻止マスク上には結晶
成長が進行しないため、供給された原料ガスが拡散して
その近傍の結晶成長に影響を与える。III −Ｖ族半導体
層の結晶成長では、通常、Ｖ族原料が過剰な条件で結晶
成長が行われるため、ほぼIII 族原料ガスの供給量で成
長速度が決まる。このため、成長阻止マスク上に供給さ
れたIII 族原料ガスがその近傍の半導体表面に拡散して
成長速度を速める。成長阻止マスクで被覆した領域が大
きいほどこの影響が大きく現れる。
【００１１】端面部近傍で狭くて共振器内部では幅広い
一対のストライプ形状の成長阻止マスクで被覆して活性
層光導波路層を結晶成長させると、中央部で厚く端面近
傍で薄い量子井戸活性層が形成できる。このとき選択成
長領域の側面は滑らかな（１１１）Ｂ面が形成されて、
散乱損失の少ない光導波路が形成できる。構成元素にＡ
ｌを含む半導体層については、ＨＣｌを添加して結晶成
長を行うことにより、成長阻止マスク上への多結晶成長
を防止でき、結晶性のよい半導体レーザを提供すること
ができる。
一対のストライプ形状の成長阻止マスクで被覆して活性
層光導波路層を結晶成長させると、中央部で厚く端面近
傍で薄い量子井戸活性層が形成できる。このとき選択成
長領域の側面は滑らかな（１１１）Ｂ面が形成されて、
散乱損失の少ない光導波路が形成できる。構成元素にＡ
ｌを含む半導体層については、ＨＣｌを添加して結晶成
長を行うことにより、成長阻止マスク上への多結晶成長
を防止でき、結晶性のよい半導体レーザを提供すること
ができる。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実
施例の製造方法を説明するための工程順斜視図であり、
図２（ａ）、（ｂ）は本実施例の斜視図とそのＡ−Ａ′
線の断面図である。まず、図１の（ａ）〜（ｄ）に沿っ
て本実施例の製造工程について説明する。図１（ａ）に
示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の（１００）面上
にｎ型ＧａＩｎＰベース層１０２を成長させ、後に活性
層光導波路層を形成する、［０１１］方向のストライプ
領域の両側にＳｉＯ2 からなる成長阻止マスク１０３を
形成する。成長阻止マスク１０３は共振器端面の近傍で
狭く、中央部で広くなる形状に形成される。
て説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実
施例の製造方法を説明するための工程順斜視図であり、
図２（ａ）、（ｂ）は本実施例の斜視図とそのＡ−Ａ′
線の断面図である。まず、図１の（ａ）〜（ｄ）に沿っ
て本実施例の製造工程について説明する。図１（ａ）に
示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の（１００）面上
にｎ型ＧａＩｎＰベース層１０２を成長させ、後に活性
層光導波路層を形成する、［０１１］方向のストライプ
領域の両側にＳｉＯ2 からなる成長阻止マスク１０３を
形成する。成長阻止マスク１０３は共振器端面の近傍で
狭く、中央部で広くなる形状に形成される。
【００１３】次に、図１（ｂ）に示すように、有機金属
結晶成長法によりｎ型ＧａＩｎＰクラッド層１０４、Ｉ
ｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０５およびｐ型ＧａＩｎＰ
クラッド層１０６を順次堆積する。結晶成長は成長阻止
マスク１０３上では進行せず、露出した結晶表面にこの
多層構造活性層が形成される。成長阻止マスク１０３に
挟まれたストライプ領域には側部が滑らかな（１１１）
Ｂ結晶面である活性層光導波路が形成される。この活性
層光導波路の幅は、ストライプ領域の幅に対応して決ま
り、その制御性は良好である。
結晶成長法によりｎ型ＧａＩｎＰクラッド層１０４、Ｉ
ｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０５およびｐ型ＧａＩｎＰ
クラッド層１０６を順次堆積する。結晶成長は成長阻止
マスク１０３上では進行せず、露出した結晶表面にこの
多層構造活性層が形成される。成長阻止マスク１０３に
挟まれたストライプ領域には側部が滑らかな（１１１）
Ｂ結晶面である活性層光導波路が形成される。この活性
層光導波路の幅は、ストライプ領域の幅に対応して決ま
り、その制御性は良好である。
【００１４】結晶成長は成長阻止マスク１０３上で進行
しないため、その近傍ではマスク上から拡散した原料ガ
スによって成長速度が速まる。そして、マスクの幅が広
いほど供給される原料ガスが増加するため、ストライプ
領域の中央部では厚い結晶層が形成され、一方、共振器
端面近傍ではマスク幅が狭いため、活性層光導波路の層
厚、特に活性層量子井戸層の厚さが、マスク幅の広い共
振器中央部に比べて薄くなる。なお活性層量子井戸層
は、通常用いられているＩｎＧａＡｓ井戸層、ＧａＡｓ
バリア層、ＩｎＧａＡｓＰバリア層などの多層で構成さ
れている。
しないため、その近傍ではマスク上から拡散した原料ガ
スによって成長速度が速まる。そして、マスクの幅が広
いほど供給される原料ガスが増加するため、ストライプ
領域の中央部では厚い結晶層が形成され、一方、共振器
端面近傍ではマスク幅が狭いため、活性層光導波路の層
厚、特に活性層量子井戸層の厚さが、マスク幅の広い共
振器中央部に比べて薄くなる。なお活性層量子井戸層
は、通常用いられているＩｎＧａＡｓ井戸層、ＧａＡｓ
バリア層、ＩｎＧａＡｓＰバリア層などの多層で構成さ
れている。
【００１５】次に、図１の（ｃ）に示されるように、成
長阻止マスク１０３の結晶成長層寄りの端部を選択的に
エッチング除去してｎ型ＧａＩｎＰベース層１０２の表
面を一部露出させてから、ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層１
０７をエピタキシャル成長させる。ｐ型ＧａＩｎＰ埋め
込み層１０７は、新たに露出したｎ型ＧａＩｎＰベース
層表面への結晶成長が助成となって活性層光導波路側部
の（１１１）Ｂ面上にも結晶成長する。そのため、残余
の成長阻止マスク１０３を除去すれば、図１（ｄ）に示
すように、ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層１０７によって活
性層光導波路を埋め込んだ構造が形成される。
長阻止マスク１０３の結晶成長層寄りの端部を選択的に
エッチング除去してｎ型ＧａＩｎＰベース層１０２の表
面を一部露出させてから、ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層１
０７をエピタキシャル成長させる。ｐ型ＧａＩｎＰ埋め
込み層１０７は、新たに露出したｎ型ＧａＩｎＰベース
層表面への結晶成長が助成となって活性層光導波路側部
の（１１１）Ｂ面上にも結晶成長する。そのため、残余
の成長阻止マスク１０３を除去すれば、図１（ｄ）に示
すように、ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層１０７によって活
性層光導波路を埋め込んだ構造が形成される。
【００１６】次に、表面全面に絶縁膜１０８を形成し、
活性層光導波路の中央部を窓明けしてｐ側電極１０９を
形成する。電極は、無効電流低減のために、活性層光導
波路の共振器端面近傍を除いた部分にのみ形成される。
ｐ側電極１０９は、リードボンディングのために活性層
光導波路上部以外の絶縁膜１０８上にまで引き延ばされ
ている。また、基板裏面には、ｎ側電極１１０が形成さ
れる。完成した半導体レーザの構造図を図２（ａ）、
（ｂ）に示す。
活性層光導波路の中央部を窓明けしてｐ側電極１０９を
形成する。電極は、無効電流低減のために、活性層光導
波路の共振器端面近傍を除いた部分にのみ形成される。
ｐ側電極１０９は、リードボンディングのために活性層
光導波路上部以外の絶縁膜１０８上にまで引き延ばされ
ている。また、基板裏面には、ｎ側電極１１０が形成さ
れる。完成した半導体レーザの構造図を図２（ａ）、
（ｂ）に示す。
【００１７】共振器方向に沿った断面図である図２
（ｂ）に示されるように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
１０５の少なくとも井戸層は共振器端面１１１近傍で層
厚が薄くて中央部では厚い。このため共振器端面１１１
近傍の活性層量子井戸層の実効的なバンドギャップは活
性層中央部で決定される光出力の波長エネルギーより大
きくなり、光出力に対する吸収係数が小さくなる。この
ため端面劣化のない、高出力の長寿命な半導体レーザが
実現できる。そして、この構造は平面上にエピタキシャ
ル成長させることによって形成することができまた半導
体結晶にエッチングにより溝を形成する工程を伴うもの
ではないため、欠陥の少ない良質の結晶層により活性層
光導波路を構成することができる。
（ｂ）に示されるように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
１０５の少なくとも井戸層は共振器端面１１１近傍で層
厚が薄くて中央部では厚い。このため共振器端面１１１
近傍の活性層量子井戸層の実効的なバンドギャップは活
性層中央部で決定される光出力の波長エネルギーより大
きくなり、光出力に対する吸収係数が小さくなる。この
ため端面劣化のない、高出力の長寿命な半導体レーザが
実現できる。そして、この構造は平面上にエピタキシャ
ル成長させることによって形成することができまた半導
体結晶にエッチングにより溝を形成する工程を伴うもの
ではないため、欠陥の少ない良質の結晶層により活性層
光導波路を構成することができる。
【００１８】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実
施例を示す斜視図とそのＡ−Ａ′線の断面図である。本
実施例の半導体レーザの活性層も図１（ａ）〜（ｄ）に
示した工程とほぼ同様の製造工程で作製される。すなわ
ち、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上にｎ型ＧａＩｎＰベース
層２０２を形成し、成長阻止マスク（図示なし）を設け
てから有機金属結晶成長法で、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド
層２０４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層２０５、ｐ型Ｇ
ａＩｎＰクラッド層２０６を順次エピタキシャル成長さ
せる。次に、図１（ｃ）に相当する工程で全域の成長阻
止マスクを除去して、ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層２０７
とｎ型ＧａＡｓキャップ層２１２を成長させる。本実施
例では、全域の成長阻止マスク除去して埋め込み層の成
長を行うため、全域にｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層２０７
が成長する。また、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２１２は表
面の凹凸を埋め込んでほぼ平坦な素子表面を形成する。
施例を示す斜視図とそのＡ−Ａ′線の断面図である。本
実施例の半導体レーザの活性層も図１（ａ）〜（ｄ）に
示した工程とほぼ同様の製造工程で作製される。すなわ
ち、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上にｎ型ＧａＩｎＰベース
層２０２を形成し、成長阻止マスク（図示なし）を設け
てから有機金属結晶成長法で、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド
層２０４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層２０５、ｐ型Ｇ
ａＩｎＰクラッド層２０６を順次エピタキシャル成長さ
せる。次に、図１（ｃ）に相当する工程で全域の成長阻
止マスクを除去して、ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層２０７
とｎ型ＧａＡｓキャップ層２１２を成長させる。本実施
例では、全域の成長阻止マスク除去して埋め込み層の成
長を行うため、全域にｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層２０７
が成長する。また、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２１２は表
面の凹凸を埋め込んでほぼ平坦な素子表面を形成する。
【００１９】次に、電流狭窄構造を形成するために、活
性層光導波路層上部にｐ型不純物拡散を行ってｎ型Ｇａ
Ａｓキャップ層２１２内にｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層２
０７に達するｐ型不純物拡散領域２１３を形成する。最
後に、素子の表・裏面にｐ側電極２０９、ｎ側電極２１
０を形成して、本実施例の作製を完了する。なお、ｐ型
不純物拡散領域２１３は、共振器端面２１１近傍の部分
を除く中央部分にのみ形成するようにしてもよい。本実
施例の半導体レーザは、活性層光導波路の周囲が半導体
結晶で埋め込まれており、ｐ側電極２０９側をマウント
面とすることにより、放熱性を向上させることができる
ので、消費電力の大きな高出力型半導体レーザに適した
構造であるといえる。
性層光導波路層上部にｐ型不純物拡散を行ってｎ型Ｇａ
Ａｓキャップ層２１２内にｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層２
０７に達するｐ型不純物拡散領域２１３を形成する。最
後に、素子の表・裏面にｐ側電極２０９、ｎ側電極２１
０を形成して、本実施例の作製を完了する。なお、ｐ型
不純物拡散領域２１３は、共振器端面２１１近傍の部分
を除く中央部分にのみ形成するようにしてもよい。本実
施例の半導体レーザは、活性層光導波路の周囲が半導体
結晶で埋め込まれており、ｐ側電極２０９側をマウント
面とすることにより、放熱性を向上させることができる
ので、消費電力の大きな高出力型半導体レーザに適した
構造であるといえる。
【００２０】図４（ａ）は、本発明の第３の実施例の斜
視図であり、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ′線の断面図であ
る。図４において、図３の部分と対応する部分には同一
の参照番号が付せられているので重複する説明は省略す
るが、本実施例の半導体レーザは、ｎ型ＧａＩｎＰベー
ス層３０２上に窒化シリコン（ＳｉＮX ）からなる成長
阻止マスク（図示なし）を設け、ベース層上にｎ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層３０４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性
層３０５、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３０６を選択成
長させて製作されたものである。その際に、Ａｌを構成
要素とする結晶層を選択成長させるときには原料ガスに
ＨＣｌを添加する。それ以外の製造工程は、第２の実施
例の場合とほぼ同様である。
視図であり、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ′線の断面図であ
る。図４において、図３の部分と対応する部分には同一
の参照番号が付せられているので重複する説明は省略す
るが、本実施例の半導体レーザは、ｎ型ＧａＩｎＰベー
ス層３０２上に窒化シリコン（ＳｉＮX ）からなる成長
阻止マスク（図示なし）を設け、ベース層上にｎ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層３０４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性
層３０５、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３０６を選択成
長させて製作されたものである。その際に、Ａｌを構成
要素とする結晶層を選択成長させるときには原料ガスに
ＨＣｌを添加する。それ以外の製造工程は、第２の実施
例の場合とほぼ同様である。
【００２１】本実施例では、成長阻止マスクにＳｉＮX
膜を用い原料ガスにＨＣｌを添加して有機金属結晶成長
を行うことにより、成長阻止マスク上へのＡｌＧａＡｓ
の多結晶成長を防止できるようにして、Ａｌを構成要素
とする結晶を選択成長させる場合にも本発明を適用する
ことができるようにしている。本実施例の構成では、ク
ラッド層にバンドギャップの大きな量子井戸層を用いて
も注入キャリアのクラッド層へのオーバフローを少なく
することができ、良好な特性の素子を実現できる。
膜を用い原料ガスにＨＣｌを添加して有機金属結晶成長
を行うことにより、成長阻止マスク上へのＡｌＧａＡｓ
の多結晶成長を防止できるようにして、Ａｌを構成要素
とする結晶を選択成長させる場合にも本発明を適用する
ことができるようにしている。本実施例の構成では、ク
ラッド層にバンドギャップの大きな量子井戸層を用いて
も注入キャリアのクラッド層へのオーバフローを少なく
することができ、良好な特性の素子を実現できる。
【００２２】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に記載した半導体材料、活性層量子
井戸構造の構成、クラッド層等に限定されるものではな
く、発明の要旨を変更しない範囲内において各種の変更
が可能である。例えば、実施例では、ＧａＡｓ基板を用
いて構成していたがＩｎＰ基板上に構成するようにする
ことができる。また、基板上に直接クラッド層、活性層
を選択成長させるようにしてもよい。
本発明は上記実施例に記載した半導体材料、活性層量子
井戸構造の構成、クラッド層等に限定されるものではな
く、発明の要旨を変更しない範囲内において各種の変更
が可能である。例えば、実施例では、ＧａＡｓ基板を用
いて構成していたがＩｎＰ基板上に構成するようにする
ことができる。また、基板上に直接クラッド層、活性層
を選択成長させるようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による量子
井戸半導体レーザは、共振器の端面近傍では幅が狭くそ
れ以外の部分では幅が広くなる成長阻止マスクを活性層
を成長させるべき領域の両側に設けて有機金属気相成長
法により量子井戸活性層を形成したものであるので、本
発明によれば、ほぼ平坦な半導体表面上に結晶成長させ
ることができるため、ばらつき少なくかつ結晶品質のよ
い活性層光導波路を形成することができる。また、成長
阻止マスクの幅を適切に設定して端面部近傍と共振器内
部領域の活性層厚の相違を幅広く制御できるため、光吸
収が小さくて端面劣化防止効果の高い窓構造を形成でき
る。したがって、高出力が可能で長寿命な半導体レーザ
を実現することができる。特に、波長が０．７−０．８
μｍ帯の光ディスク用光源、０．８μｍ帯の衛星間空間
光通信用光源、そして０．９８μｍや１．０２μｍ帯の
光ファイバアンプ用励起光源などに適した半導体レーザ
を実現することができる。
井戸半導体レーザは、共振器の端面近傍では幅が狭くそ
れ以外の部分では幅が広くなる成長阻止マスクを活性層
を成長させるべき領域の両側に設けて有機金属気相成長
法により量子井戸活性層を形成したものであるので、本
発明によれば、ほぼ平坦な半導体表面上に結晶成長させ
ることができるため、ばらつき少なくかつ結晶品質のよ
い活性層光導波路を形成することができる。また、成長
阻止マスクの幅を適切に設定して端面部近傍と共振器内
部領域の活性層厚の相違を幅広く制御できるため、光吸
収が小さくて端面劣化防止効果の高い窓構造を形成でき
る。したがって、高出力が可能で長寿命な半導体レーザ
を実現することができる。特に、波長が０．７−０．８
μｍ帯の光ディスク用光源、０．８μｍ帯の衛星間空間
光通信用光源、そして０．９８μｍや１．０２μｍ帯の
光ファイバアンプ用励起光源などに適した半導体レーザ
を実現することができる。
【００２４】また、埋め込み層を備えた本発明による半
導体レーザでは、電流注入による屈折率変化に比べて十
分大きな屈折率差を備えた埋め込み層を形成することが
できるため、窓構造により端面劣化防止機能を果たしつ
つ広い光出力領域で安定した基本横モードを維持でき
る。さらに、光導波路が低損失で発振領域の幅を狭くす
ることができるため、閾値電流値が低くてスロープ効率
の高い、したがって低消費電力特性の半導体レーザを実
現できる。よって、本発明によれば、屈折率差が小さく
て幅広い光導波路を採用した従来構造の半導体レーザに
比較して発振特性が格段に優れた半導体レーザを実現で
きる。
導体レーザでは、電流注入による屈折率変化に比べて十
分大きな屈折率差を備えた埋め込み層を形成することが
できるため、窓構造により端面劣化防止機能を果たしつ
つ広い光出力領域で安定した基本横モードを維持でき
る。さらに、光導波路が低損失で発振領域の幅を狭くす
ることができるため、閾値電流値が低くてスロープ効率
の高い、したがって低消費電力特性の半導体レーザを実
現できる。よって、本発明によれば、屈折率差が小さく
て幅広い光導波路を採用した従来構造の半導体レーザに
比較して発振特性が格段に優れた半導体レーザを実現で
きる。
【図１】 本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための工程順斜視図。
ための工程順斜視図。
【図２】 本発明の第１の実施例の斜視図とそのＡ−
Ａ′線の断面図。
Ａ′線の断面図。
【図３】 本発明の第２の実施例の斜視図とそのＡ−
Ａ′線の断面図。
Ａ′線の断面図。
【図４】 本発明の第３の実施例の斜視図とそのＡ−
Ａ′線の断面図。
Ａ′線の断面図。
１０１、２０１、３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２、２０２、３０２ ｎ型ＧａＩｎＰベース層 １０３ 成長阻止マスク １０４、２０４ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ３０４ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １０５、２０５、３０５ ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層 １０６、２０６ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ３０６ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １０７、２０７ ｐ型ＧａＩｎＰ埋め込み層 ３０７ ｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層 １０８ 絶縁膜 １０９、２０９、３０９ ｐ側電極 １１０、２１０、３１０ ｎ側電極 １１１、２１１ 共振器端面 ２１２、３１２ ｎ型ＧａＡｓキャップ層 ２１３、３１３ ｐ型不純物拡散領域
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板または半導体ベース層上に第
１導電型クラッド層、量子井戸活性層および第２導電型
クラッド層を有するストライプ状積層体が形成され、該
ストライプ状積層体の両側に溝を挾んで前記ストライプ
状積層体と同一構造の積層体が形成されている量子井戸
半導体レーザにおいて、前記溝はその幅が共振器の端面
部近傍で中央部よりも狭く形成され、前記量子井戸活性
層の量子井戸層はその膜厚が共振器の端面部近傍で中央
部よりも薄く形成されていることを特徴とする量子井戸
半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記ストライプ状積層体およびこれと溝
を隔てて形成された積層体とが埋め込み層によって被覆
されていることを特徴とする請求項１記載の量子井戸半
導体レーザ。 - 【請求項３】 前記半導体ベース層がＧａＩｎＰによっ
て形成されていることを特徴とする請求項１記載の量子
井戸半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記量子井戸層がＩｎＧａＡｓによって
形成され、前記クラッド層がＧａＩｎＰによって形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の量子井戸半導
体レーザ。 - 【請求項５】 前記量子井戸層がＩｎＧａＡｓによって
形成され、前記クラッド層がＡｌＧａＡｓによって形成
されていることを特徴とする請求項１記載の量子井戸半
導体レーザ。 - 【請求項６】 半導体基板または半導体ベース層上に、
形成すべき活性層の部分を挾んで該活性層の端部近傍を
除く部分で外側に張り出す形状を有する一対の成長阻止
マスクを形成する工程と、有機金属気相成長法により第
１のクラッド層、量子井戸活性層および第２のクラッド
層を順次成長させる工程と、を有することを特徴とする
量子井戸半導体レーザの製造方法。 - 【請求項７】 半導体基板または半導体ベース層上に、
形成すべき活性層の部分を挾んで該活性層の端部近傍を
除く部分で外側に張り出す形状を有する一対の成長阻止
マスクを形成する工程と、有機金属気相成長法により第
１のクラッド層、量子井戸活性層および第２のクラッド
層を順次成長させる工程と、成長阻止マスクの少なくと
も前記第１のクラッド層寄りの部分を除去する工程と、
前記第１のクラッド層、量子井戸活性層および第２のク
ラッド層からなる積層体全体を埋め込む埋め込み層を形
成する工程と、を有することを特徴とする量子井戸半導
体レーザの製造方法。 - 【請求項８】 半導体基板または半導体ベース層上に、
形成すべき活性層の部分を挾んで該活性層の端部近傍を
除く部分で外側に張り出す形状を有する一対の酸化シリ
コン成長阻止マスクを形成する工程と、有機金属気相成
長金属気相成長法によりＧａＩｎＰからなる第１のクラ
ッド層、ＩｎＧａＡｓ層を含む量子井戸活性層およびＧ
ａＩｎＰからなる第２のクラッド層を順次成長させる工
程と、を有することを特徴とする量子井戸半導体レーザ
の製造方法。 - 【請求項９】 半導体基板または半導体ベース層上に、
形成すべき活性層の部分を挾んで該活性層の端部近傍を
除く部分で外側に張り出す形状を有する一対の窒化シリ
コン成長阻止マスクを形成する工程と、ＨＣｌの添加さ
れたガスを用いる有機金属気相成長法によりＡｌＧａＡ
ｓからなる第１のクラッド層を形成する工程と、有機金
属気相成長法によりＩｎＧａＡｓ層を含む量子井戸活性
層を形成する工程と、ＨＣｌの添加されたガスを用いる
有機金属気相成長法によりＡｌＧａＡｓからなる第２の
クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とす
る量子井戸半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3633094A JPH07226566A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 |
| US08/385,821 US5524017A (en) | 1994-02-10 | 1995-02-09 | Quantum well semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3633094A JPH07226566A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07226566A true JPH07226566A (ja) | 1995-08-22 |
Family
ID=12466830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3633094A Pending JPH07226566A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5524017A (ja) |
| JP (1) | JPH07226566A (ja) |
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1994
- 1994-02-10 JP JP3633094A patent/JPH07226566A/ja active Pending
-
1995
- 1995-02-09 US US08/385,821 patent/US5524017A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| US5524017A (en) | 1996-06-04 |
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