JP2000323789A - 窓型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
窓型半導体レーザおよびその製造方法Info
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窓領域・活性領域間の横モード結合損失および
窓領域・活性領域接合部の散乱損失が極めて低く抑えら
れた窓型半導体レーザを実現することを目的とする。 【解決手段】活性層(3)とクラッド層(2,7)並び
にコンタクト層11等で構成され、共振器両端の活性層
(3)が途切れた段差に、クラッド層(2,7)よりも
低屈折率で、かつ高抵抗な埋め込み窓層(5)が埋め込
まれている窓型半導体レーザにおいて、活性層(3)の
残る段差の上底面と埋め込み窓層5の表面が0.1μm
以下の精度で同一平面をなしており、その上部に電流ブ
ロック層(9,10)により横モード制御構造が形成さ
れていることを特徴とする。また、埋め込み窓層(5)
を埋め込む工程において、塩酸添加の有機金属気相成長
法を用い、塩酸/III族比を調整して段差斜面の横方向
にのみ選択的に結晶成長させる手法を用いることを特徴
とする。
窓領域・活性領域接合部の散乱損失が極めて低く抑えら
れた窓型半導体レーザを実現することを目的とする。 【解決手段】活性層(3)とクラッド層(2,7)並び
にコンタクト層11等で構成され、共振器両端の活性層
(3)が途切れた段差に、クラッド層(2,7)よりも
低屈折率で、かつ高抵抗な埋め込み窓層(5)が埋め込
まれている窓型半導体レーザにおいて、活性層(3)の
残る段差の上底面と埋め込み窓層5の表面が0.1μm
以下の精度で同一平面をなしており、その上部に電流ブ
ロック層(9,10)により横モード制御構造が形成さ
れていることを特徴とする。また、埋め込み窓層(5)
を埋め込む工程において、塩酸添加の有機金属気相成長
法を用い、塩酸/III族比を調整して段差斜面の横方向
にのみ選択的に結晶成長させる手法を用いることを特徴
とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ及び
その製造方法に関し、特に端面における光学的摩耗劣化
の起こりにくい埋め込み窓構造を有する半導体レーザお
よびその製造方法に関する。
その製造方法に関し、特に端面における光学的摩耗劣化
の起こりにくい埋め込み窓構造を有する半導体レーザお
よびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、インターネットの急速な普及やそ
こでやり取りされる音声・映像メディアの高品質化は目
覚しいものがあるが、これらのスムーズな進歩をささえ
るのは、光ファイバ増幅・波長分割多重方式などによる
光伝送の大容量化技術である。光ファイバ増幅技術にお
いては、励起光源として、低消費電力・低雑音な増幅が
可能という利点を有する1μm帯の発振波長をもつ半導
体レーザが用いられており、波長分割多重技術を組み合
わせて伝送容量の拡大を図る場合、その倍率に比例して
励起光源の高出力化が要求される。
こでやり取りされる音声・映像メディアの高品質化は目
覚しいものがあるが、これらのスムーズな進歩をささえ
るのは、光ファイバ増幅・波長分割多重方式などによる
光伝送の大容量化技術である。光ファイバ増幅技術にお
いては、励起光源として、低消費電力・低雑音な増幅が
可能という利点を有する1μm帯の発振波長をもつ半導
体レーザが用いられており、波長分割多重技術を組み合
わせて伝送容量の拡大を図る場合、その倍率に比例して
励起光源の高出力化が要求される。
【0003】ところで、0.6μm帯〜1μm帯の半導体
レーザは、活性領域の端面部における光摩耗型の結晶劣
化によって動作不良を起こすことが知られ、これが高出
力化を阻む最大の原因となっている。これは、発振光が
端面部の表面準位に吸収されて発熱し、発熱によって端
面近傍の半導体のバンドギャップが小さくなって発振光
を吸収することによりさらに端面の発熱が加速して、端
面近傍の結晶が劣化するというものである。この問題を
解消するために、活性層を含む活性領域を活性層にとっ
て透明、つまり活性層よりバンドギャップの大きい埋め
込み層で素子内部に埋め込み、活性領域の端面に窓領域
を形成した窓型半導体レーザが提案されている。
レーザは、活性領域の端面部における光摩耗型の結晶劣
化によって動作不良を起こすことが知られ、これが高出
力化を阻む最大の原因となっている。これは、発振光が
端面部の表面準位に吸収されて発熱し、発熱によって端
面近傍の半導体のバンドギャップが小さくなって発振光
を吸収することによりさらに端面の発熱が加速して、端
面近傍の結晶が劣化するというものである。この問題を
解消するために、活性層を含む活性領域を活性層にとっ
て透明、つまり活性層よりバンドギャップの大きい埋め
込み層で素子内部に埋め込み、活性領域の端面に窓領域
を形成した窓型半導体レーザが提案されている。
【0004】代表的な埋め込み窓構造を有する窓型半導
体レーザは、その製造方法において半導体基板上に一様
に形成されたダブルヘテロ構造に、窓部に相当する部位
が途切れたストライプ状のメサを形成し、そのメサの周
囲を、発振光に対して透明な組成でかつ電流阻止できる
ような電気的特性を有する半導体層によって選択的に埋
め込む工程を含むものであった。
体レーザは、その製造方法において半導体基板上に一様
に形成されたダブルヘテロ構造に、窓部に相当する部位
が途切れたストライプ状のメサを形成し、そのメサの周
囲を、発振光に対して透明な組成でかつ電流阻止できる
ような電気的特性を有する半導体層によって選択的に埋
め込む工程を含むものであった。
【0005】しかし、この様にストライプ状メサの周囲
を一括して埋め込むタイプの窓型半導体レーザには、窓
部において、垂直方向、水平方向とも導波機構を持たな
いため、共振器の内部活性領域から埋め込み界面を出射
した発振光が共振器端面で反射して窓部を往復する間
に、そのビーム形状が大きく変化し、再び内部活性領域
に結合する際の損失(窓部復路結合損失)が大きいとい
う問題がある。この窓部復路結合損失の増大は外部微分
量子効率を下げる結果を招くことになり、また、埋め込
み界面は共振器長方向に完全に垂直ではないために、埋
め込み界面を発振光が通過する前後で出射方向が屈曲す
るという問題(出射ビームの屈曲)がある。この問題は
共振器から外部への出射方向が共振器方向から垂直方向
に傾斜するという好ましくない結果を招くことになる。
そこで、窓部を設けることによって生じる窓部結合損失
と出射ビームの屈曲が効果的に抑制された埋め込み窓型
半導体レーザが求められている。
を一括して埋め込むタイプの窓型半導体レーザには、窓
部において、垂直方向、水平方向とも導波機構を持たな
いため、共振器の内部活性領域から埋め込み界面を出射
した発振光が共振器端面で反射して窓部を往復する間
に、そのビーム形状が大きく変化し、再び内部活性領域
に結合する際の損失(窓部復路結合損失)が大きいとい
う問題がある。この窓部復路結合損失の増大は外部微分
量子効率を下げる結果を招くことになり、また、埋め込
み界面は共振器長方向に完全に垂直ではないために、埋
め込み界面を発振光が通過する前後で出射方向が屈曲す
るという問題(出射ビームの屈曲)がある。この問題は
共振器から外部への出射方向が共振器方向から垂直方向
に傾斜するという好ましくない結果を招くことになる。
そこで、窓部を設けることによって生じる窓部結合損失
と出射ビームの屈曲が効果的に抑制された埋め込み窓型
半導体レーザが求められている。
【0006】以上の要求から考案された埋め込み型半導
体レーザの従来例として、公開特許公報平3−1428
1「窓付自己整合型半導体レーザ及びその製造方法」に
記載の構造概略図を図3に示す。
体レーザの従来例として、公開特許公報平3−1428
1「窓付自己整合型半導体レーザ及びその製造方法」に
記載の構造概略図を図3に示す。
【0007】図3のレーザ構造は、次のように製造す
る。まず、n型GaAs基板31上にMOVPE技術に
より、n型AlyGa1-yAsクラッド層32を、次に活
性層33、p型AlyGa1-yAsクラッド層34、最後
にp型GaAsキャップ層35を、順次連続成長する。
次に、活性領域のみレジストで覆い、ウェットエッチン
グで窓部を活性層直下まで除去する。そしてレジストを
除去し、全面にp型AlzGa1-zAs光ガイド層38、
n型AlxGa1-xAs電流ブロック層39、n型GaA
s電流ブロック層40を連続成長して活性領域を埋め込
む。そこで、今度は、窓領域のみレジストで覆い、ウェ
ットエッチングで活性領域をp+型GaAsキャップ層
35内まで除去し、窓領域と活性領域を平坦化する。次
に、ウェハ表面にストライプ状SiO2膜51をマスク
に用いてウェットエッチングで、p型AlyGa1-yAs
クラッド層34をメサストライプメサ両サイドで0.3
μm〜0.4μm厚残す。さらに、SiO2膜51を付け
たままで再成長を行い、n型GaAs電流ブロック層4
1を選択的に成長し、メサストライプ両サイドを埋め込
む。最後に、活性領域のSiO2ストライプ膜のみ除去
した後、p型電極36をウェハ表面に形成し、裏面にn
型電極37を形成する。さらに、窓領域の中央で劈開し
て、図3の窓型半導体レーザは製造される。
る。まず、n型GaAs基板31上にMOVPE技術に
より、n型AlyGa1-yAsクラッド層32を、次に活
性層33、p型AlyGa1-yAsクラッド層34、最後
にp型GaAsキャップ層35を、順次連続成長する。
次に、活性領域のみレジストで覆い、ウェットエッチン
グで窓部を活性層直下まで除去する。そしてレジストを
除去し、全面にp型AlzGa1-zAs光ガイド層38、
n型AlxGa1-xAs電流ブロック層39、n型GaA
s電流ブロック層40を連続成長して活性領域を埋め込
む。そこで、今度は、窓領域のみレジストで覆い、ウェ
ットエッチングで活性領域をp+型GaAsキャップ層
35内まで除去し、窓領域と活性領域を平坦化する。次
に、ウェハ表面にストライプ状SiO2膜51をマスク
に用いてウェットエッチングで、p型AlyGa1-yAs
クラッド層34をメサストライプメサ両サイドで0.3
μm〜0.4μm厚残す。さらに、SiO2膜51を付け
たままで再成長を行い、n型GaAs電流ブロック層4
1を選択的に成長し、メサストライプ両サイドを埋め込
む。最後に、活性領域のSiO2ストライプ膜のみ除去
した後、p型電極36をウェハ表面に形成し、裏面にn
型電極37を形成する。さらに、窓領域の中央で劈開し
て、図3の窓型半導体レーザは製造される。
【0008】このような窓型半導体レーザでは、窓領域
において、垂直方向には、光閉じ込め層であるp型Alz
Ga1-zAs光ガイド層38が設けられており、水平方
向には、活性領域と同様にメサ両サイドのn型電流ブロ
ック層41によってモード制御構造をなす。活性領域か
ら窓領域に結合した発振横モードは、垂直・水平方向と
もに導波機構を有する窓領域を往復するので、再び活性
領域に結合する際のビーム形状の変化が少なくてすみ、
窓部復路結合損失を小さくすることができる。また、発
振光は窓部で導波されており、劈開端面を垂直に通過す
るので、出射ビームの屈曲は起こらない。
において、垂直方向には、光閉じ込め層であるp型Alz
Ga1-zAs光ガイド層38が設けられており、水平方
向には、活性領域と同様にメサ両サイドのn型電流ブロ
ック層41によってモード制御構造をなす。活性領域か
ら窓領域に結合した発振横モードは、垂直・水平方向と
もに導波機構を有する窓領域を往復するので、再び活性
領域に結合する際のビーム形状の変化が少なくてすみ、
窓部復路結合損失を小さくすることができる。また、発
振光は窓部で導波されており、劈開端面を垂直に通過す
るので、出射ビームの屈曲は起こらない。
【0009】その他の従来技術を概略的にのべることに
する。
する。
【0010】特開昭56―8890号公報は、端面埋め
込み型半導体レーザに関し、活性層を挟む活性層よりも
禁制帯幅の広い一対のエピタキシャル層のうち半導体基
体に近い側のエピタキシャル層上に活性層端面のうち共
振器反射面に平行な方の一対を覆うように厚い一対のエ
ピ層を設け、屈折率を大きくして光導波機構をもたせ、
レーザ光に対し透明としたものである。しかし、これで
は格子欠陥が発生することが多く、電極や反射面の熱劣
化を生ずるという欠点があった。
込み型半導体レーザに関し、活性層を挟む活性層よりも
禁制帯幅の広い一対のエピタキシャル層のうち半導体基
体に近い側のエピタキシャル層上に活性層端面のうち共
振器反射面に平行な方の一対を覆うように厚い一対のエ
ピ層を設け、屈折率を大きくして光導波機構をもたせ、
レーザ光に対し透明としたものである。しかし、これで
は格子欠陥が発生することが多く、電極や反射面の熱劣
化を生ずるという欠点があった。
【0011】又、特開昭64―42884号公報は、ヘ
テロ接合型半導体レーザ素子であって、活性層と窓層と
もに浅いメサエッチングにより幅方向寸法が精度よく得
られ、レーザ横モード発振が安定であるが、窓層におけ
る回折損により、しきい値電流が増大したり、光学的損
傷を招く場合が多いという欠点を有している。
テロ接合型半導体レーザ素子であって、活性層と窓層と
もに浅いメサエッチングにより幅方向寸法が精度よく得
られ、レーザ横モード発振が安定であるが、窓層におけ
る回折損により、しきい値電流が増大したり、光学的損
傷を招く場合が多いという欠点を有している。
【0012】特開平5―67837号公報は、半導体基
板上に活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造が
形成され、活性層を含む活性領域が活性層よりも禁制帯
幅の大きい埋め込み層により素子内部に埋め込まれ、こ
の埋め込み層が活性領域の両端面に位置する窓部を構成
している窓型半導体レーザ素子であって、この窓部が禁
制帯幅の異なる複数の半導体層からなる導波路構造を有
するものである。このような構造では、第1に、活性領
域の内部導波路と窓部導波路との光強度分布を空間的に
精度良く一致させることが困難であるので、互いの結合
効率を十分に大きくすることができず、遠視野像の歪み
が発生する。第2に、内部導波路と窓部導波路とをずら
して配置する必要がある場合には導波路損失や波面歪曲
による遠視野像の歪みが起こる。さらに、垂直・水平の
両方向において、非点隔差が発生するという欠点があっ
た。
板上に活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造が
形成され、活性層を含む活性領域が活性層よりも禁制帯
幅の大きい埋め込み層により素子内部に埋め込まれ、こ
の埋め込み層が活性領域の両端面に位置する窓部を構成
している窓型半導体レーザ素子であって、この窓部が禁
制帯幅の異なる複数の半導体層からなる導波路構造を有
するものである。このような構造では、第1に、活性領
域の内部導波路と窓部導波路との光強度分布を空間的に
精度良く一致させることが困難であるので、互いの結合
効率を十分に大きくすることができず、遠視野像の歪み
が発生する。第2に、内部導波路と窓部導波路とをずら
して配置する必要がある場合には導波路損失や波面歪曲
による遠視野像の歪みが起こる。さらに、垂直・水平の
両方向において、非点隔差が発生するという欠点があっ
た。
【0013】さらに、特開平6―112588号公報
は、基板上に、第1クラッド層、光導波路層および量子
井戸活性層を順次介してメサ状第2クラッド層を設けこ
の第2クラッド層を電流ブロック層で埋め込んだ光半導
体素子において、このようなものはストライプ方向の反
射率は著しく減少するが、ファブリ・ペロー型モードを
完全に抑制できないし、又端面での発振光の吸収を防ぐ
こともできなかった。
は、基板上に、第1クラッド層、光導波路層および量子
井戸活性層を順次介してメサ状第2クラッド層を設けこ
の第2クラッド層を電流ブロック層で埋め込んだ光半導
体素子において、このようなものはストライプ方向の反
射率は著しく減少するが、ファブリ・ペロー型モードを
完全に抑制できないし、又端面での発振光の吸収を防ぐ
こともできなかった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良するものである。即ち、上記
のような、窓部に導波構造をもつ窓型半導体レーザの構
造において重要なことは、活性領域の導波モードが窓部
の導波路に結合する際の損失を小さくすることである。
そのため、図3の窓型半導体レーザの構造においては、
窓領域の垂直光閉じ込め層であるp型AlzGa1-zAs
光ガイド層38を配置する位置を、精度よく活性層33
の位置に合わせなければならない。実際のレーザウェハ
の層厚分布やエッチング深さの面内ばらつきを考慮する
と、時間制御でおよそ2μmのエッチングをおこなってp
型AlzGa1-zAs光ガイド層38と活性層33の相対
位置を制御することはきわめて困難である。
した従来技術の欠点を改良するものである。即ち、上記
のような、窓部に導波構造をもつ窓型半導体レーザの構
造において重要なことは、活性領域の導波モードが窓部
の導波路に結合する際の損失を小さくすることである。
そのため、図3の窓型半導体レーザの構造においては、
窓領域の垂直光閉じ込め層であるp型AlzGa1-zAs
光ガイド層38を配置する位置を、精度よく活性層33
の位置に合わせなければならない。実際のレーザウェハ
の層厚分布やエッチング深さの面内ばらつきを考慮する
と、時間制御でおよそ2μmのエッチングをおこなってp
型AlzGa1-zAs光ガイド層38と活性層33の相対
位置を制御することはきわめて困難である。
【0015】この課題について、上記の従来例(特開平
3―14281号公報)はその詳細において触れていな
いが、エッチングストップ層を挿入することにより比較
的に容易に解決できるものである。しかしながら、この
問題を克服できたとしても、エッチング時に窓領域と活
性領域の間に形成された段差の斜面上に残るp型AlzG
a1-zAs光ガイド層38による散乱損失のために、垂
直横モードの結合効率を高くするのは難しいという第1
の問題(窓領域・活性領域接合部における垂直横モード
の散乱損失の問題)がある。
3―14281号公報)はその詳細において触れていな
いが、エッチングストップ層を挿入することにより比較
的に容易に解決できるものである。しかしながら、この
問題を克服できたとしても、エッチング時に窓領域と活
性領域の間に形成された段差の斜面上に残るp型AlzG
a1-zAs光ガイド層38による散乱損失のために、垂
直横モードの結合効率を高くするのは難しいという第1
の問題(窓領域・活性領域接合部における垂直横モード
の散乱損失の問題)がある。
【0016】また、窓領域の水平閉じ込め構造を決定す
るパラメータである、窓領域におけるメサ底部の位置
を、精度よく制御しなければならない。この要件が満た
されるかどうかは、窓部領域をレジストで覆い、ウェッ
トエッチングで活性領域をp型GaAsキャップ層5内
まで除去し、窓領域と活性領域を平坦化する工程の制御
性に左右される。すなわち、平坦化工程後に残る窓領域
と活性領域間の段差の分布は、ストライプメサ形成後に
も窓領域におけるメサ底部と活性領域のメサ底部の相対
的位置関係の分布をもたらし、それが発振光の水平横モ
ードの窓領域・活性領域間の結合効率に分布が生じる原
因となる。
るパラメータである、窓領域におけるメサ底部の位置
を、精度よく制御しなければならない。この要件が満た
されるかどうかは、窓部領域をレジストで覆い、ウェッ
トエッチングで活性領域をp型GaAsキャップ層5内
まで除去し、窓領域と活性領域を平坦化する工程の制御
性に左右される。すなわち、平坦化工程後に残る窓領域
と活性領域間の段差の分布は、ストライプメサ形成後に
も窓領域におけるメサ底部と活性領域のメサ底部の相対
的位置関係の分布をもたらし、それが発振光の水平横モ
ードの窓領域・活性領域間の結合効率に分布が生じる原
因となる。
【0017】実際の分布の大きさを以下に検討する。全
面にp型AlzGa1-zAs光ガイド層38、n型AlxG
a1-xAs電流ブロック層39、n型GaAs電流ブロ
ック層40を連続成長した後の、窓領域と活性領域間の
段差のウェハ内分布は、成長層厚の面内分布程度かそれ
以上となるので、時間制御で平坦化のウェットエッチン
グを行った後に窓領域と活性領域の間に残る段差の分布
は、成長層厚の分布にウェットエッチング深さの面内分
布が加わったものとなる。
面にp型AlzGa1-zAs光ガイド層38、n型AlxG
a1-xAs電流ブロック層39、n型GaAs電流ブロ
ック層40を連続成長した後の、窓領域と活性領域間の
段差のウェハ内分布は、成長層厚の面内分布程度かそれ
以上となるので、時間制御で平坦化のウェットエッチン
グを行った後に窓領域と活性領域の間に残る段差の分布
は、成長層厚の分布にウェットエッチング深さの面内分
布が加わったものとなる。
【0018】仮に平坦化においてストップエッチングを
用いることにより、ウェットエッチング深さの分布が無
視できたとしても、成長層厚分の分布は残ってしまう。
この平坦化工程で残る窓領域間・窓領域間の段差のウェ
ハ面内分布が、活性領域・窓領域間の水平横モード結合
効率のばらつきを生じさせ、高い結合効率が得られる歩
留まりを低下させるという第2の問題(窓領域・活性領
域間水平横モード結合効率のばらつきの問題)を引き起
こすことになる。
用いることにより、ウェットエッチング深さの分布が無
視できたとしても、成長層厚分の分布は残ってしまう。
この平坦化工程で残る窓領域間・窓領域間の段差のウェ
ハ面内分布が、活性領域・窓領域間の水平横モード結合
効率のばらつきを生じさせ、高い結合効率が得られる歩
留まりを低下させるという第2の問題(窓領域・活性領
域間水平横モード結合効率のばらつきの問題)を引き起
こすことになる。
【0019】また、何らかの制御法によって窓領域と活
性領域の高さをあわせることが可能であったとしても、
両者の接続部付近には、どうしても凹凸構造が残ってし
まう。この凹凸構造は、メサストライプをエッチングに
より形成した後に接続部付近のメサ底部の凹凸をもたら
す。また、凹凸構造上に塗布されたレジスト膜厚の乱れ
のために、SiO2膜51のストライプパターン形成時
に、接合部付近のパターン幅に乱れが生じ、メサ底部幅
の乱れをもたらす。この窓領域・活性領域接合部のメサ
底部の凹凸および幅の乱れによって、水平横モードの受
ける散乱損失が大きいという第3の問題(窓領域・活性
領域接合部の水平横モード散乱損失の問題)がある。
性領域の高さをあわせることが可能であったとしても、
両者の接続部付近には、どうしても凹凸構造が残ってし
まう。この凹凸構造は、メサストライプをエッチングに
より形成した後に接続部付近のメサ底部の凹凸をもたら
す。また、凹凸構造上に塗布されたレジスト膜厚の乱れ
のために、SiO2膜51のストライプパターン形成時
に、接合部付近のパターン幅に乱れが生じ、メサ底部幅
の乱れをもたらす。この窓領域・活性領域接合部のメサ
底部の凹凸および幅の乱れによって、水平横モードの受
ける散乱損失が大きいという第3の問題(窓領域・活性
領域接合部の水平横モード散乱損失の問題)がある。
【0020】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、MOVPE技術において、極めて平坦性
の高い段差埋め込みを行うことが可能な新規な手法を用
いて、窓領域・活性領域間の横モード結合損失および窓
領域・活性領域接合部の散乱損失が極めて低く抑えられ
た窓型半導体レーザを実現することを目的とする。
ものであって、MOVPE技術において、極めて平坦性
の高い段差埋め込みを行うことが可能な新規な手法を用
いて、窓領域・活性領域間の横モード結合損失および窓
領域・活性領域接合部の散乱損失が極めて低く抑えられ
た窓型半導体レーザを実現することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するために、以下に記載されたような技術構成を採
用するものである。すなわち、本発明に係る第1の態様
としては、少なくとも第1クラッド層、活性層、第2ク
ラッド層、および第3クラッド層が、この順に積層され
た構造を具備し、共振器両端部において、上記第2クラ
ッド層、活性層、および第1クラッド層の途中までが除
去された段差低部に、発振光に対して透明で、かつ電気
的に高抵抗な半導体よりなる高抵抗埋め込み窓層が埋め
込まれている窓型半導体レーザにおいて、上記共振器両
端部の埋め込み窓層の上面と共振器内部における第2ク
ラッド層の上面とが0.1μm以下の精度で同一平面を
為していることを特徴とする窓型半導体レーザが提供さ
れる請求項1の上記の特徴から、窓領域の垂直方向の構
造と活性領域の垂直方向の構造との接合が滑らかな為、
共振器・窓接合部における垂直横モードの散乱損失が少
ないという効果が得られる。
達成するために、以下に記載されたような技術構成を採
用するものである。すなわち、本発明に係る第1の態様
としては、少なくとも第1クラッド層、活性層、第2ク
ラッド層、および第3クラッド層が、この順に積層され
た構造を具備し、共振器両端部において、上記第2クラ
ッド層、活性層、および第1クラッド層の途中までが除
去された段差低部に、発振光に対して透明で、かつ電気
的に高抵抗な半導体よりなる高抵抗埋め込み窓層が埋め
込まれている窓型半導体レーザにおいて、上記共振器両
端部の埋め込み窓層の上面と共振器内部における第2ク
ラッド層の上面とが0.1μm以下の精度で同一平面を
為していることを特徴とする窓型半導体レーザが提供さ
れる請求項1の上記の特徴から、窓領域の垂直方向の構
造と活性領域の垂直方向の構造との接合が滑らかな為、
共振器・窓接合部における垂直横モードの散乱損失が少
ないという効果が得られる。
【0022】本発明に係る第2の態様としては、請求項
2の記載により請求項1の効果「垂直横モードの接合部
散乱損失がすくない」ことに加えて、共振器内部の垂直
横モードが、窓部の垂直横モードと一致することによ
り、「共振器内部・窓部間の垂直横モードの結合損失が
すくない」という効果が得られる。
2の記載により請求項1の効果「垂直横モードの接合部
散乱損失がすくない」ことに加えて、共振器内部の垂直
横モードが、窓部の垂直横モードと一致することによ
り、「共振器内部・窓部間の垂直横モードの結合損失が
すくない」という効果が得られる。
【0023】本発明に係る第3の態様としては、請求項
3の記載により、前記第3のクラッド層内に、水平横モ
ード制御構造を有する事から、0.1μmの精度で平坦
に窓部が埋め込まれた構造の上部構造に窓部、共振器内
部ともに共通の第3クラッドを有し、そのなかに水平横
モード制御構造が形成されているので、窓部・共振器接
合部に導波路の乱れが全くない。そのため、「共振器・
窓接合部における水平横モードの散乱損失が少ない」と
いう効果が得られる。
3の記載により、前記第3のクラッド層内に、水平横モ
ード制御構造を有する事から、0.1μmの精度で平坦
に窓部が埋め込まれた構造の上部構造に窓部、共振器内
部ともに共通の第3クラッドを有し、そのなかに水平横
モード制御構造が形成されているので、窓部・共振器接
合部に導波路の乱れが全くない。そのため、「共振器・
窓接合部における水平横モードの散乱損失が少ない」と
いう効果が得られる。
【0024】本発明に係る第4の態様として、請求項4
の記載により、請求項2において、第3のクラッド層内
に水平横モード制御構造をゆうする事から、請求項2と
3の要件が共存することにより窓部の水平横モードのス
ポットサイズと共振器内部の水平横モードのスポットサ
イズが一致する。そのため、「共振器内部・窓部間の水
平横モードの結合損失が少ない」という効果が得られ
る。
の記載により、請求項2において、第3のクラッド層内
に水平横モード制御構造をゆうする事から、請求項2と
3の要件が共存することにより窓部の水平横モードのス
ポットサイズと共振器内部の水平横モードのスポットサ
イズが一致する。そのため、「共振器内部・窓部間の水
平横モードの結合損失が少ない」という効果が得られ
る。
【0025】本発明に係る第5の態様として、請求項5
の記載により、精度のよい平坦化埋め込みを行うために
必要な基板の面方位に関する限定が得られる。
の記載により、精度のよい平坦化埋め込みを行うために
必要な基板の面方位に関する限定が得られる。
【0026】本発明に係る第6の態様として、請求項6
の記載により、共振器内部発熱分布は、前端面側で大き
いことから前端面側の埋め込み窓層を長くとることによ
り埋め込み界面近傍で発生した熱を窓層を介して効率よ
く放散させることが望ましい。結合効率の低い窓では、
窓長を長くできないが、本発明では、結合効率の高い窓
が得られるので、窓長を長くすることが出来る。
の記載により、共振器内部発熱分布は、前端面側で大き
いことから前端面側の埋め込み窓層を長くとることによ
り埋め込み界面近傍で発生した熱を窓層を介して効率よ
く放散させることが望ましい。結合効率の低い窓では、
窓長を長くできないが、本発明では、結合効率の高い窓
が得られるので、窓長を長くすることが出来る。
【0027】本発明に係る第7の態様として、請求項7
の記載により、次のごとく発明の作用が与えられる。即
ち、本発明の窓型半導体レーザの構造によれば、窓領域
の垂直光閉じ込め層である埋め込み窓層と活性領域の垂
直光閉じ込め構造との相対位置関係がウェハ面内でまっ
たく分布をもたないので、活性領域・窓領域間の垂直横
モードの結合損失の分布は、埋め込み窓層厚分を形成す
るときのエッチング深さ分布に起因するもののみとな
り、極めて小さくすることができる。
の記載により、次のごとく発明の作用が与えられる。即
ち、本発明の窓型半導体レーザの構造によれば、窓領域
の垂直光閉じ込め層である埋め込み窓層と活性領域の垂
直光閉じ込め構造との相対位置関係がウェハ面内でまっ
たく分布をもたないので、活性領域・窓領域間の垂直横
モードの結合損失の分布は、埋め込み窓層厚分を形成す
るときのエッチング深さ分布に起因するもののみとな
り、極めて小さくすることができる。
【0028】また、垂直横モードの散乱体となる活性領
域と窓領域の接合部の斜面は、その長さが埋め込み窓層
の厚さ程度に押さえられるため、それがもたらす垂直横
モードの散乱損失は埋め込み窓構造としては最小とな
る。さらに、活性領域・窓領域ともに同一の断面構造を
もつ水平横モード制御構造が形成されているので、活性
領域・窓領域間の水平横モードの結合損失も極めて小さ
くすることができる。
域と窓領域の接合部の斜面は、その長さが埋め込み窓層
の厚さ程度に押さえられるため、それがもたらす垂直横
モードの散乱損失は埋め込み窓構造としては最小とな
る。さらに、活性領域・窓領域ともに同一の断面構造を
もつ水平横モード制御構造が形成されているので、活性
領域・窓領域間の水平横モードの結合損失も極めて小さ
くすることができる。
【0029】また、本発明の窓型半導体レーザの製造方
法によれば、段差形成の後にその用いたマスクを完全に
除去することにより段差上底部、下底部ともに半導体を
表出させた後、有機金属気相成長装置において、段差下
底部と段差上底部の面積比および段差上底部の幅に応じ
てIII族原料供給量に対する塩酸または塩素を含むガス
の供給量のモル比を調整して塩酸または塩素を含むガス
を添加しながら成長を行うことにより、埋め込み窓層を
段差下底部の上部のみに選択的に成長するという手法を
用いている。
法によれば、段差形成の後にその用いたマスクを完全に
除去することにより段差上底部、下底部ともに半導体を
表出させた後、有機金属気相成長装置において、段差下
底部と段差上底部の面積比および段差上底部の幅に応じ
てIII族原料供給量に対する塩酸または塩素を含むガス
の供給量のモル比を調整して塩酸または塩素を含むガス
を添加しながら成長を行うことにより、埋め込み窓層を
段差下底部の上部のみに選択的に成長するという手法を
用いている。
【0030】この手法によると、供給された半導体の原
料は、(100)面近傍の結晶表面におけるマイグレー
ション距離が極めて長くなるために、(100)面近傍
である段差上底部にはほとんどとりこまれず、その代わ
りに段差斜面のみにとりこまれる。この手法を用いれ
ば、段差下低部を横方向から埋め込んでいくことによ
り、段差上底部を露出させたまま段差下部を完全に平坦
に埋めこむことができる。
料は、(100)面近傍の結晶表面におけるマイグレー
ション距離が極めて長くなるために、(100)面近傍
である段差上底部にはほとんどとりこまれず、その代わ
りに段差斜面のみにとりこまれる。この手法を用いれ
ば、段差下低部を横方向から埋め込んでいくことによ
り、段差上底部を露出させたまま段差下部を完全に平坦
に埋めこむことができる。
【0031】その結果、本発明の窓型半導体レーザ構造
の特徴である、埋め込み窓層の上面が、凹凸のない平滑
な面をなし、かつ段差上底部がなす平面との高低差が
0.1μm以内である構造を実現できる。しかも、塩酸
または塩素を含むガスの添加の効果により、埋め込み窓
層の電気的特性を高抵抗にすることができる。
の特徴である、埋め込み窓層の上面が、凹凸のない平滑
な面をなし、かつ段差上底部がなす平面との高低差が
0.1μm以内である構造を実現できる。しかも、塩酸
または塩素を含むガスの添加の効果により、埋め込み窓
層の電気的特性を高抵抗にすることができる。
【0032】
【実施例】以下に、本発明に係る窓型半導体レーザおよ
びその製造方法に関し、図2(a)〜(g)を参照し
て、詳細に説明する。
びその製造方法に関し、図2(a)〜(g)を参照し
て、詳細に説明する。
【0033】本実施例では、III−V族半導体の結晶成長
を行うのに有機金属気相成長技術(MOVPE技術)を
用い、Gaの供給源としては、TMG(トリメチルガリ
ウム)、Alの供給源としてはTMA(トリメチルアル
ミニウム)、Inの供給源としてはTMI(トリメチル
インジウム)、Asの供給源としてはAsH3(アルシ
ン)、n型ドーパントのSiの供給源としてはSiH4
(シラン)、p型ドーパントのMgの供給源としてはC
p2Mg(シクロペンタディエニルマグネシウム)を、
MOVPE装置の反応管に導入する。
を行うのに有機金属気相成長技術(MOVPE技術)を
用い、Gaの供給源としては、TMG(トリメチルガリ
ウム)、Alの供給源としてはTMA(トリメチルアル
ミニウム)、Inの供給源としてはTMI(トリメチル
インジウム)、Asの供給源としてはAsH3(アルシ
ン)、n型ドーパントのSiの供給源としてはSiH4
(シラン)、p型ドーパントのMgの供給源としてはC
p2Mg(シクロペンタディエニルマグネシウム)を、
MOVPE装置の反応管に導入する。
【0034】まず、図2(a)に示すように、(10
0)面から[1−11]方向に0.5°傾斜したn型G
aAs基板1(Siドープ、不純物濃度1×1018c
m−3)上に、Si濃度1×1017/cm3のn型A
l0.2Ga0.8Asクラッド層2を2μmの厚さに
成長温度760℃で、アンドープのInGaAs多重量
子井戸SCH活性層3(これは、Al0.1Ga0.9
As層60nm/GaAs層5nm/In0.24Ga
0.76As層4nm/GaAs層5nm/In
0.24Ga0.76As層4nm/GaAs層5nm
/Al0.1Ga0.9As層60nmが順次積層した
多層構造である)を成長温度610℃で、Mg濃度2×
1018/cm3の下部p型Al0.2Ga0.8As
クラッド層4を0.2μmの厚さに成長温度610℃
で、順次成長する。
0)面から[1−11]方向に0.5°傾斜したn型G
aAs基板1(Siドープ、不純物濃度1×1018c
m−3)上に、Si濃度1×1017/cm3のn型A
l0.2Ga0.8Asクラッド層2を2μmの厚さに
成長温度760℃で、アンドープのInGaAs多重量
子井戸SCH活性層3(これは、Al0.1Ga0.9
As層60nm/GaAs層5nm/In0.24Ga
0.76As層4nm/GaAs層5nm/In
0.24Ga0.76As層4nm/GaAs層5nm
/Al0.1Ga0.9As層60nmが順次積層した
多層構造である)を成長温度610℃で、Mg濃度2×
1018/cm3の下部p型Al0.2Ga0.8As
クラッド層4を0.2μmの厚さに成長温度610℃
で、順次成長する。
【0035】続いて、図2(b)に示すように、図2
(a)の半導体表面にレジストパターン20を被覆した
領域以外の領域のみにエピ結晶表面をだし、リン酸系エ
ッチング液(H3PO4+H2O2+5H2O、20
℃)で、一定時間エッチングすることにより、活性層3
を除去し、深さ0.5μmの段差構造を形成する。
(a)の半導体表面にレジストパターン20を被覆した
領域以外の領域のみにエピ結晶表面をだし、リン酸系エ
ッチング液(H3PO4+H2O2+5H2O、20
℃)で、一定時間エッチングすることにより、活性層3
を除去し、深さ0.5μmの段差構造を形成する。
【0036】段差パターンの具体的な配置は、幅10μ
mの狭幅ストライプ状段差下底部21が20μm隔てた
対をなして形成されており、その外側に10μm隔てた
広幅20μmのストライプ状段差下底部22が連続して
形成されており(図中には2本のみ示されているが、実
際にはその外側にも存在する)、さらに、2本のストラ
イプ状段差下底部21の間に、幅10μmの窓領域段差
下底部23がストライプの長手方向に900μmピッチ
で形成されている。
mの狭幅ストライプ状段差下底部21が20μm隔てた
対をなして形成されており、その外側に10μm隔てた
広幅20μmのストライプ状段差下底部22が連続して
形成されており(図中には2本のみ示されているが、実
際にはその外側にも存在する)、さらに、2本のストラ
イプ状段差下底部21の間に、幅10μmの窓領域段差
下底部23がストライプの長手方向に900μmピッチ
で形成されている。
【0037】次に、レジストパターン20を除去し、段
差構造の上底部・下底部ともに半導体表面を露出させた
後、ウェハをMOVPE装置の反応管内に導入し、図2
(c)に示すように、Al0.1Ga0.9As埋め込
み窓層5を成長温度700℃で成長する。このAl
0.1Ga0.9As埋め込み窓層5の成長は、反応管
に塩酸ガスを導入しながら成長を行い、III族元素の供
給量に対する塩酸ガスの供給量のモル比(塩酸/III族
比)を2に設定する。塩酸/III族比が1を超えると、
(100)面近傍の面方位をもつ結晶表面でのIII族原
料のマイグレーション距離が極めて長くなり、(10
0)面の両側に段差斜面が存在するとき、(100)近
傍の面よりも原料がとりこまれやすい段差の斜面に選択
的に結晶成長がすすむことになり、段差の上底部には埋
め込み窓層5は成長しない。また、埋め込み窓層5の成
長層厚は、エッチング段差0.5μmの半分の0.25
μmに設定する。
差構造の上底部・下底部ともに半導体表面を露出させた
後、ウェハをMOVPE装置の反応管内に導入し、図2
(c)に示すように、Al0.1Ga0.9As埋め込
み窓層5を成長温度700℃で成長する。このAl
0.1Ga0.9As埋め込み窓層5の成長は、反応管
に塩酸ガスを導入しながら成長を行い、III族元素の供
給量に対する塩酸ガスの供給量のモル比(塩酸/III族
比)を2に設定する。塩酸/III族比が1を超えると、
(100)面近傍の面方位をもつ結晶表面でのIII族原
料のマイグレーション距離が極めて長くなり、(10
0)面の両側に段差斜面が存在するとき、(100)近
傍の面よりも原料がとりこまれやすい段差の斜面に選択
的に結晶成長がすすむことになり、段差の上底部には埋
め込み窓層5は成長しない。また、埋め込み窓層5の成
長層厚は、エッチング段差0.5μmの半分の0.25
μmに設定する。
【0038】これにより、狭幅ストライプ段差下底部2
1近傍と窓領域ストライプ段差下底部23近傍において
は、段差下底部の面積の占める割合(下底部面積/上底
部面積+下底部面積)が0.5以下であるため、0.2
5μm層厚相当の成長がすすむ間に深さ0.5μmの段差
が完全に埋め込まれる。
1近傍と窓領域ストライプ段差下底部23近傍において
は、段差下底部の面積の占める割合(下底部面積/上底
部面積+下底部面積)が0.5以下であるため、0.2
5μm層厚相当の成長がすすむ間に深さ0.5μmの段差
が完全に埋め込まれる。
【0039】一方、広幅ストライプ段差下底部22近傍
においては、段差下底部の面積の占める割合が0.5以
上であるために、0.25μm層厚相当の成長がすすむ
間に深さ0.5μmの段差は完全には埋め込まれず、わ
ずかに溝が残る構造が形成される。狭幅ストライプ段差
下底部近傍は、埋め込み窓層5の成長の途中で、段差が
完全に埋め込まれて(100)面近傍の平坦面形成され
るが、それ以降に供給された原料は、十分に長いマイグ
レーション距離をもつことにより、広幅ストライプ段差
下底部22の配置される領域まで達してまだ完全に埋め
込まれていない段差斜面に取り込まれる。以上のメカニ
ズムにより、図2(c)に示される埋め込み構造が得ら
れる。
においては、段差下底部の面積の占める割合が0.5以
上であるために、0.25μm層厚相当の成長がすすむ
間に深さ0.5μmの段差は完全には埋め込まれず、わ
ずかに溝が残る構造が形成される。狭幅ストライプ段差
下底部近傍は、埋め込み窓層5の成長の途中で、段差が
完全に埋め込まれて(100)面近傍の平坦面形成され
るが、それ以降に供給された原料は、十分に長いマイグ
レーション距離をもつことにより、広幅ストライプ段差
下底部22の配置される領域まで達してまだ完全に埋め
込まれていない段差斜面に取り込まれる。以上のメカニ
ズムにより、図2(c)に示される埋め込み構造が得ら
れる。
【0040】さらに、図2(d)に示すように、引き続
きMOVPE装置内において、成長温度を700℃に保
ったまま、Mg濃度2×1018/cm3のp型Al
0.3Ga0.7Asエッチングストップ層6を0.1
μmの厚さに、Mg濃度2×1018/cm3の上部p
型Al0.2Ga0.8Asクラッド層7を2μmの厚
さに、Mg濃度5×1018/cm3のp型GaAsキ
ャップ層8を1μmの厚さに成長する。
きMOVPE装置内において、成長温度を700℃に保
ったまま、Mg濃度2×1018/cm3のp型Al
0.3Ga0.7Asエッチングストップ層6を0.1
μmの厚さに、Mg濃度2×1018/cm3の上部p
型Al0.2Ga0.8Asクラッド層7を2μmの厚
さに、Mg濃度5×1018/cm3のp型GaAsキ
ャップ層8を1μmの厚さに成長する。
【0041】次に、図2(e)に示すように、ウェハ表
面にSiO2膜24を形成し、2本の狭幅ストライプ段
差下底部22の間に幅3μmのストライプ状のレジスト
パターンを形成し、バッファードフッ酸を用いてSiO
2膜をエッチングすることにより、ストライプパターン
をSiO2膜24に転写する。次いで、反応性イオンビ
ームエッチング技術を用いた気相エッチングにより、ス
トライプ状のメサを形成する。気相エッチングは、上部
p型Al0.2Ga0.8Asクラッド層7の途中まで
の深さでおこない、次いでレジストを除去した後、クエ
ン酸系エッチング液を用いて、追加エッチングを行う。
このクエン酸エッチング液は、Al組成0.2の層をエ
ッチングするがAl組成0.3の層のエッチングがしづ
らくなるようにエッチングレートのAl組成選択性が調
節されている。追加エッチング時間は、エッチング表面
が、p型Al0.3Ga0.7Asエッチングストップ
層6に達し、かつメサ底部幅が3μmになるように調整
する。以上の工程により、図2(e)に示すメサストラ
イプが形成される。
面にSiO2膜24を形成し、2本の狭幅ストライプ段
差下底部22の間に幅3μmのストライプ状のレジスト
パターンを形成し、バッファードフッ酸を用いてSiO
2膜をエッチングすることにより、ストライプパターン
をSiO2膜24に転写する。次いで、反応性イオンビ
ームエッチング技術を用いた気相エッチングにより、ス
トライプ状のメサを形成する。気相エッチングは、上部
p型Al0.2Ga0.8Asクラッド層7の途中まで
の深さでおこない、次いでレジストを除去した後、クエ
ン酸系エッチング液を用いて、追加エッチングを行う。
このクエン酸エッチング液は、Al組成0.2の層をエ
ッチングするがAl組成0.3の層のエッチングがしづ
らくなるようにエッチングレートのAl組成選択性が調
節されている。追加エッチング時間は、エッチング表面
が、p型Al0.3Ga0.7Asエッチングストップ
層6に達し、かつメサ底部幅が3μmになるように調整
する。以上の工程により、図2(e)に示すメサストラ
イプが形成される。
【0042】次いで、図2(f)に示すように、ストラ
イプ状パターンのSiO2膜24を付けたままで、塩酸
/III族比を0.2にして成長温度700℃で再成長を
行い、Si濃度3×1018/cm3のn型Al0.4
Ga0.5As電流ブロック層9、Si濃度1×10
19/cm3のn型GaAs電流ブロック層10を選択
的に成長し、メサストライプの両サイドを埋め込む。
イプ状パターンのSiO2膜24を付けたままで、塩酸
/III族比を0.2にして成長温度700℃で再成長を
行い、Si濃度3×1018/cm3のn型Al0.4
Ga0.5As電流ブロック層9、Si濃度1×10
19/cm3のn型GaAs電流ブロック層10を選択
的に成長し、メサストライプの両サイドを埋め込む。
【0043】最後に、図2(g)に示すように、ストラ
イプ状パターンのSiO2膜24を除去した後、成長温
度650℃でMg濃度1×1019/cm3のp型Ga
Asコンタクト層11を成長し、さらに、p側電極12
をウェハ表面に形成し、裏面にn側電極13を形成す
る。さらに、窓領域段差下底部23の中央からずれた位
置で劈開し、窓領域長5μm、活性領域長890μm、全
長900μmの本発明の窓型半導体レーザは完成する。
但し、窓領域長が長い方の端面を前面とする。
イプ状パターンのSiO2膜24を除去した後、成長温
度650℃でMg濃度1×1019/cm3のp型Ga
Asコンタクト層11を成長し、さらに、p側電極12
をウェハ表面に形成し、裏面にn側電極13を形成す
る。さらに、窓領域段差下底部23の中央からずれた位
置で劈開し、窓領域長5μm、活性領域長890μm、全
長900μmの本発明の窓型半導体レーザは完成する。
但し、窓領域長が長い方の端面を前面とする。
【0044】次に、本発明にかかる窓型半導体レーザの
動作の特徴について、図1を用いて説明する。図1の構
造を有する半導体レーザの電極間に順方向のバイアス電
圧を印加すると、p側電極12より注入されたホール
(電子空孔)は、メサストライプの両サイドに設けられ
たn型Al0.4Ga0.5As電流ブロック層9とn
型GaAs電流ブロック層10への注入が阻止されるた
め、ほぼ全数がメサストライプのp型GaAsキャップ
層8と上部p型Al0.2Ga0.8Asクラッド層7
と、その直下のp型Al0.3Ga0.7Asエッチン
グストップ層6、下部p型Al0.2Ga0.8Asク
ラッド層4を流れて、メサストライプ直下の活性層3に
注入される(活性領域)。メサストライプ直下の一部で
ある窓領域およびメサストライプから少し離れた位置に
Al0.1Ga0.9As埋め込み窓層5が埋め込まれ
た領域は、この層が電気的に高抵抗であるためにホール
はほとんど注入されない。
動作の特徴について、図1を用いて説明する。図1の構
造を有する半導体レーザの電極間に順方向のバイアス電
圧を印加すると、p側電極12より注入されたホール
(電子空孔)は、メサストライプの両サイドに設けられ
たn型Al0.4Ga0.5As電流ブロック層9とn
型GaAs電流ブロック層10への注入が阻止されるた
め、ほぼ全数がメサストライプのp型GaAsキャップ
層8と上部p型Al0.2Ga0.8Asクラッド層7
と、その直下のp型Al0.3Ga0.7Asエッチン
グストップ層6、下部p型Al0.2Ga0.8Asク
ラッド層4を流れて、メサストライプ直下の活性層3に
注入される(活性領域)。メサストライプ直下の一部で
ある窓領域およびメサストライプから少し離れた位置に
Al0.1Ga0.9As埋め込み窓層5が埋め込まれ
た領域は、この層が電気的に高抵抗であるためにホール
はほとんど注入されない。
【0045】一方、n側電極13から注入された電子
は、n型GaAs基板1、n型Al0 .2Ga0.8A
sクラッド層2を流れて、Al0.1Ga0.9As埋
め込み窓層5が埋め込まれた領域以外の領域の活性層3
に注入される。その結果、ホール・電子ともに高濃度に
注入されるのはストライプ直下すなわち、導波路直下の
活性領域に限定され、窓領域は電流非注入領域となる。
は、n型GaAs基板1、n型Al0 .2Ga0.8A
sクラッド層2を流れて、Al0.1Ga0.9As埋
め込み窓層5が埋め込まれた領域以外の領域の活性層3
に注入される。その結果、ホール・電子ともに高濃度に
注入されるのはストライプ直下すなわち、導波路直下の
活性領域に限定され、窓領域は電流非注入領域となる。
【0046】さて、活性領域でキャリアの再結合で発振
した光は、活性領域と窓領域の接合部を通過し、低い結
合損失で埋め込み窓層5にスムーズに結合されて窓領域
を導波し、端面で反射された後再び窓領域を導波し、さ
らに再び低い結合損失で活性領域の導波路に結合する。
した光は、活性領域と窓領域の接合部を通過し、低い結
合損失で埋め込み窓層5にスムーズに結合されて窓領域
を導波し、端面で反射された後再び窓領域を導波し、さ
らに再び低い結合損失で活性領域の導波路に結合する。
【0047】このように、窓領域への高効率結合と端面
による反射を通じて帰還をくり返し、増幅発振する。埋
め込み窓層の屈折率は、発振光の垂直横モードの形状
が、活性領域と窓領域でほぼ一致するように設定されて
いて、しかもキャリア非注入なのでキャリア注入による
屈折率低下はなく、活性領域と窓領域の間で、安定で高
効率な垂直横モードの結合が得られる利点を有する。
による反射を通じて帰還をくり返し、増幅発振する。埋
め込み窓層の屈折率は、発振光の垂直横モードの形状
が、活性領域と窓領域でほぼ一致するように設定されて
いて、しかもキャリア非注入なのでキャリア注入による
屈折率低下はなく、活性領域と窓領域の間で、安定で高
効率な垂直横モードの結合が得られる利点を有する。
【0048】また、発振光の水平横モードの制御は、活
性領域・窓領域ともに、メサストライプがn型Al
0.4Ga0.5As電流ブロック層9、n型GaAs
電流ブロック層10に埋め込まれた、同一断面構造をも
つ導波路構造によって行われるため、活性領域・窓領域
間でほとんど損失のない水平横モードの結合が得られる
利点を有する。
性領域・窓領域ともに、メサストライプがn型Al
0.4Ga0.5As電流ブロック層9、n型GaAs
電流ブロック層10に埋め込まれた、同一断面構造をも
つ導波路構造によって行われるため、活性領域・窓領域
間でほとんど損失のない水平横モードの結合が得られる
利点を有する。
【0049】なお、上記実施例では、AlGaAs/G
aAs系の半導体レーザ素子について説明したが、In
GaAsP/GaAs系の半導体レーザ素子やAlGa
InP/GaAs系の半導体レーザ素子にも適用するこ
とができる。
aAs系の半導体レーザ素子について説明したが、In
GaAsP/GaAs系の半導体レーザ素子やAlGa
InP/GaAs系の半導体レーザ素子にも適用するこ
とができる。
【0050】
【発明の効果】本発明において、極めて平坦性の高い段
差埋め込みを行うことが可能な新規な手法を用いること
により、窓領域の垂直光閉じ込め層である埋め込み窓層
と活性領域の垂直光閉じ込め構造との相対位置関係がウ
ェハ面内で均一に制御され、また、活性領域と窓領域の
接合部の斜面の長さが埋め込み窓層の厚さ程度に押さえ
られるため、窓領域・活性領域間の垂直横モードの結合
損失および散乱損失は最小限に低く抑えられ、さらに、
活性領域・窓領域ともに同一の断面構造をもつ水平横モ
ード制御構造が形成されているので、活性領域・窓領域
間の水平横モードの結合損失も極めて小さい、という利
点を有する。
差埋め込みを行うことが可能な新規な手法を用いること
により、窓領域の垂直光閉じ込め層である埋め込み窓層
と活性領域の垂直光閉じ込め構造との相対位置関係がウ
ェハ面内で均一に制御され、また、活性領域と窓領域の
接合部の斜面の長さが埋め込み窓層の厚さ程度に押さえ
られるため、窓領域・活性領域間の垂直横モードの結合
損失および散乱損失は最小限に低く抑えられ、さらに、
活性領域・窓領域ともに同一の断面構造をもつ水平横モ
ード制御構造が形成されているので、活性領域・窓領域
間の水平横モードの結合損失も極めて小さい、という利
点を有する。
【0051】したがって、本発明によれば、水平横モー
ド制御された高効率の光通信用高出力レーザとして応用
され得る。
ド制御された高効率の光通信用高出力レーザとして応用
され得る。
【図1】図1は、本発明の実施例である窓型半導体レー
ザの断面構造の概略を示す斜視図である。
ザの断面構造の概略を示す斜視図である。
【図2】図2(a)−(g)は、本発明の実施例である
窓型半導体レーザの製造工程概略図である。
窓型半導体レーザの製造工程概略図である。
【図3】図3は、従来の窓型半導体レーザの断面構造の
概略を示す斜視図である。
概略を示す斜視図である。
1…n型GaAs基板 2…n型AlyGa1−yAsクラッド層 3…活性層 4…下部p型AlyGa1−yAsクラッド層 5…高抵抗AlwGa1−wAs埋め込み窓層(w<
y) 6…p型AlzGa1−zAsエッチングストップ層
(z>y) 7…上部p型AlyGa1−yAsクラッド層 8…p型GaAsキャップ層 9…n型AlbGa1−bAs電流ブロック層(b>
y) 10…n型GaAs電流ブロック層 11…p型GaAsコンタクト層 12…p側電極 13…n側電極 20…レジスト 21…狭幅ストライプ段差下底部 22…広幅ストライプ段差下底部 23…窓領域段差下底部 24…SiO2膜 31…n型GaAs基板 32…n型Aly´Ga1−y´Asクラッド層 33…活性層 34…p型Aly´Ga1−y´Asクラッド層 35…p型GaAsキャップ層 36…p側電極 37…n側電極 38…p型Alz´Ga1−z´As(z´<y´)光
ガイド層 39…n型Alx´Ga1−x´As(x´>y´)電
流ブロック層 40、41…n型GaAs電流ブロック層 51…SiO2膜
y) 6…p型AlzGa1−zAsエッチングストップ層
(z>y) 7…上部p型AlyGa1−yAsクラッド層 8…p型GaAsキャップ層 9…n型AlbGa1−bAs電流ブロック層(b>
y) 10…n型GaAs電流ブロック層 11…p型GaAsコンタクト層 12…p側電極 13…n側電極 20…レジスト 21…狭幅ストライプ段差下底部 22…広幅ストライプ段差下底部 23…窓領域段差下底部 24…SiO2膜 31…n型GaAs基板 32…n型Aly´Ga1−y´Asクラッド層 33…活性層 34…p型Aly´Ga1−y´Asクラッド層 35…p型GaAsキャップ層 36…p側電極 37…n側電極 38…p型Alz´Ga1−z´As(z´<y´)光
ガイド層 39…n型Alx´Ga1−x´As(x´>y´)電
流ブロック層 40、41…n型GaAs電流ブロック層 51…SiO2膜
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも第1クラッド層、活性層、第
2クラッド層、および第3クラッド層が、この順に積層
された構造を具備し、共振器両端部において、上記第2
クラッド層、活性層、および第1クラッド層の途中まで
が除去された段差底部に、発振光に対して透明で、かつ
電気的に高抵抗な半導体よりなる高抵抗埋め込み窓層が
埋め込まれている窓型半導体レーザにおいて、上記共振
器両端部の埋め込み窓層の上面と共振器内部における第
2クラッド層の上面とが0.1μm以下の精度で同一平
面を為していることを特徴とする窓型半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記埋め込み窓層の屈折率が、窓部の垂
直横モードのスポットサイズと共振器内部のスポットサ
イズが一致するように設定されている、請求項1記載の
窓型半導体レーザ。 - 【請求項3】 前記第3のクラッド層内に、水平横モー
ド制御構造を有する請求項1記載の窓型半導体レーザ。 - 【請求項4】 前記第3のクラッド層内に、水平横モー
ド制御構造を有する、請求項2記載の窓型半導体レー
ザ。 - 【請求項5】 前記第1クラッド層、活性層、第2クラ
ッド層および第3クラッド層が(100)近傍の面方位
を持つIII―V族半導体基板上に順次エピタキシャルに形
成されてウェハを形成する、請求項1記載の窓型半導体
レーザ。 - 【請求項6】 前記共振器両端が窓層で埋め込まれてな
り、前端面に低反射率コーティングが、また後端面に高
反射率コーティングがほどこされている窓型半導体レー
ザにおいて、前端面側の埋め込み窓層の長さが後端面の
埋め込み窓層の長さよりも長い、請求項1記載の窓型半
導体レーザ。 - 【請求項7】 III−V族半導体の結晶成長を行うのに有
機金属気相成長技術(MOVPE)を用い、Ga,A
l,In,Asの供給源材料、第1導電型ドーパントの
Siおよび第2導電型ドーパントのMgの各供給源材料
をMOVPE装置の反応管に導入する工程、 (100)近傍の面方位を持つ第1導電型III−V族半導
体基板上に、第1導電型の第1クラッド層、活性層及び
第2導電型の第2クラッド層がエピタキシャルに順次成
長する工程、 上記半導体基板表面の特定領域にエピタキシャル結晶表
面を出し、エッチングにより上記活性層を除去し、段差
構造を形成する工程、 該段差形成の工程の後に段差形成に用いたマスクを完全
に除去して、上記段差上底部および段差下底部ともに半
導体表面を露出させる工程及び、 該露出工程の後に、有機金属気相成長装置において、該
段差下底部と該段差上底部の面積比および該段差上底部
の幅に応じて、III族原料供給量に対する塩酸または塩
素を含むガスの供給量のモル比を調整して、塩酸または
塩素を含むガスを添加しながら成長を行うことにより、
段差斜面が側方に伸びる方向にのみ選択的に埋め込み窓
層を成長させる工程を具備する窓型半導体レーザの製造
方法。 - 【請求項8】 MOVPE装置内において、成長温度を
一定にして、エッチングストップ層、第3のクラッド層
およびキャップ層をそれぞれの厚さに成長させる工程、 ウエハ表面にSiO2膜を形成し、エッチング、転写後
にメサストライプを形成する工程、 異なるSi濃度の電流ブロック層をそれぞれ選択的に成
長させてメサストライプの両側を埋め込む工程及び、 SiO2膜を除去した後、第2導電型コンタクト層を成
長し、さらに第1および第2導電型電極をウエハの表裏
に形成し、窓領域段差下底部の中央でへき開し規定の寸
法の窓領域長、活性領域長および全長を有する窓部を形
成する工程を具備する請求項7記載の窓型半導体レーザ
の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130663A JP2000323789A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 窓型半導体レーザおよびその製造方法 |
US09/567,080 US6385225B1 (en) | 1999-05-11 | 2000-05-08 | Window type semiconductor laser light emitting device and a process of fabricating thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130663A JP2000323789A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 窓型半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000323789A true JP2000323789A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=15039645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11130663A Pending JP2000323789A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 窓型半導体レーザおよびその製造方法 |
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---|---|
US (1) | US6385225B1 (ja) |
JP (1) | JP2000323789A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
JPS568890A (en) | 1979-06-27 | 1981-01-29 | Nec Corp | Semiconductor laser and manufacture thereof |
DE3379442D1 (en) * | 1982-10-12 | 1989-04-20 | Nec Corp | Double heterostructure semiconductor laser with periodic structure formed in guide layer |
JPS6225485A (ja) * | 1985-07-25 | 1987-02-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
JPS6442884A (en) | 1987-08-11 | 1989-02-15 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor laser element |
JPH01220492A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-09-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
JPH0834330B2 (ja) * | 1988-03-22 | 1996-03-29 | キヤノン株式会社 | 半導体レーザ装置 |
JP2622143B2 (ja) * | 1988-03-28 | 1997-06-18 | キヤノン株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ及び分布帰還型半導体レーザの作成方法 |
JPH0719931B2 (ja) * | 1989-04-06 | 1995-03-06 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
JPH0314281A (ja) | 1989-06-13 | 1991-01-22 | Nec Corp | 窓付自己整合型半導体レーザ及びその製造方法 |
JP3183683B2 (ja) | 1991-09-06 | 2001-07-09 | シャープ株式会社 | 窓型半導体レーザ素子 |
JPH06112588A (ja) | 1992-09-24 | 1994-04-22 | Olympus Optical Co Ltd | 光半導体素子 |
JP2809978B2 (ja) * | 1993-10-20 | 1998-10-15 | 株式会社東芝 | 半導体レ−ザ素子 |
EP0621665B1 (en) * | 1993-03-25 | 1997-07-23 | Nec Corporation | Semiconductor double-channel-planar-buried-heterostructure laser diode effective against leakage current |
JP3331568B2 (ja) * | 1993-08-10 | 2002-10-07 | 住友電気工業株式会社 | 埋込型半導体レーザ |
US5684818A (en) * | 1993-12-28 | 1997-11-04 | Fujitsu Limited | Stepped substrate semiconductor laser for emitting light at slant portion |
JP3510305B2 (ja) * | 1994-02-22 | 2004-03-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザの製造方法,及び半導体レーザ |
EP1130716A2 (en) * | 1994-09-28 | 2001-09-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser and method for producing the same |
KR100226434B1 (ko) * | 1996-12-07 | 1999-10-15 | 이계철 | 고출력 반도체 레이저 구조 및 그 제조방법 |
JP3822976B2 (ja) * | 1998-03-06 | 2006-09-20 | ソニー株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1999
- 1999-05-11 JP JP11130663A patent/JP2000323789A/ja active Pending
-
2000
- 2000-05-08 US US09/567,080 patent/US6385225B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6385225B1 (en) | 2002-05-07 |
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