JPH02205092A - 半導体ダイオードレーザおよびその製造方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は１つの半導体本体から成る、分布反射付き同調
可能半導体ダイオードレーザに関するものであり、その
本体の中には、 １つの第１受動層（ｐａｓｓｉｖｅ−１ａｙｅｒ）の上
に１つの第１放射伝導層（ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｃｏｎ
ｃｌｕｃｔｉｖｅ　１ａｙｅｒ）が存在し、 その放射伝導層には、これらの層とほぼ垂直に延びる２
つの面の間にストリップ形状の共振器空洞（ｒｅｓｏｎ
ａｔｏｒ　ｃａｖｉｔｙ）が形成され、更にその共振器
空洞内には３つのセクションが存し、 その第１セクションには、第１電流が供給されて動作す
るｐ−ｎ接合の能動領域（ａｃｔｉｖｅ　ｒｅｇｉｏｎ
。

または活性領域）があり、これに十分な強さの順方向電
流を加えると、放射伝導層の増幅勢力範囲内に能動領域
があるようなコヒーレント電磁放射を発生し、 その第２セクションには、第２の電流が供給され、この
電流により、放射伝導層のうちこのセクション内にある
部分の屈折率が変化でき、その第３セクションには、第
３の電流が供給され、共振器空洞のうちこの第２セクシ
ョン内にある部分の縦方向の屈折率が周期的に変化する
ように構成されている。

〔従来の技術〕

この種の半導体ダイオードレーザは、“１．５５μｍ波
長に同調可能なＰＢ）Ｉ−ＤＢＲレーザ（Ｙ。

１（ｏｔａｋｉ　　ほか、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔ
ｔ、　２３　（１’９８７）　３２７所載論文）に述べ
られている。

各種の構造を持った半導体ダイオードレーザが多方面で
使用されている。その共振器空洞は各種の方法で作り得
る。多くの場合、共振器空洞は互いに平行する２つの鏡
面により形成され、通常そのため半導体結晶のへき開面
が用いられる。これら鏡面間で反射が繰り返されること
により、ファプリー・ぺｏ　−（Ｆａｂｒｙ　−Ｐｅｒ
ｏｔ、　ＦＰ）モードと称される放射モードが発生する
。

いま１つの実施例によれば、共振器空洞の長さ方向の少
なくとも一部に沿って、発生する放射に対応する実効屈
折率を周期的に変化させることにより、共振器空洞を実
現している。鏡面反射の代わりに格子（上記の周期的屈
折率変化で形成される）における反射が用いられるので
ある。このようなレーザは分散フィードバックレーザ（
ＤＦＢ［＝Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄ　Ｂａｃ
ｋ　］　Ｌ／−ザ）と命名されている。これらの構造に
は各種のものがあり、「分散フィードバック」および「
分散ブラック反射」レーザとして知られ、その１例が最
初に挙げた文献の半導体ダイオードレーザである。前者
の場合周期的屈折率変化の現れるセクションは能動領域
の現れるセクションと実質的に一致するのに対し、後者
では、両者が完全に分離している。最初に述べたファプ
リー・ペロー型と比較すると、これら両型とも、単一型
モード発信（ＳＬＭモード発信）が起こり易いこと、し
かも動作温度範囲が広くかつ高出力が得られるという利
点がある。このことは、光通信に用いる場合特に重要で
ある、というのは、ＳＬＭモードでは色分散（ｃｈｒｏ
ｍａｔｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が最小となるため、
信号が光フアイバー上でより長距離にわたり無歪伝送で
きるからである。ヘテロゲイン方式及びコヒーレント方
式の光フアイバー通信では、発信器、または受信器の局
部発信用半導体ダイオードレーザ−での波長の同調性は
必須の条件である。このような応用では、最初のパラグ
ラフに述べたＤＢＲ型半導体レーザーが最も適当である
。このレーザーで周期的屈折率変化を持つセクション−
今後ブラッグセクションと呼ぶ−では、独立電源を用い
て、ブラッグ条件従ってこの半導体ダイオードの波長が
変わるよう、このセクションの屈折率変化を起こさせる
ようになっている。この変化の起こり方は、例えば、ｐ
−ｎ接合を持つ能動領域の存在するセクション−今後能
動セクションと呼ぶ−を通して流れる電流で決まるこの
半導体レーザーの出力とは無関係である。ブラッグ条件
は下記の方程式で決まる。

λ＝２＊ｎＲ＊Δ　　　　　　　　　（１）ここでλは
この半導体レーザーの発生する放射一 波長、ｎ、は周期的屈折率変化（ブラッグ断面での電流
の強さで決まる）を起こすセクションの実効屈折率、そ
してΔは屈折率変化の周期を示す。

このような半導体レーザーの発振に要する位相条件は次
の通り： θ６＋θＬ　＝２＊Ｎ＊π　　　　（２）ここでθ、は
能動セクションから見てブラッグセクションに戻ってく
る放射の位相、θ、は能動セクションからブラッグセク
ションの方向に戻る放射の位相、Ｎはこの半導体レーザ
ーの発振モードを示す整数である。ここでは、ブラッグ
セクションの反射度（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）が最
大になるようなモードで振動が起こる。言い換えると、
その位相θ、ができる限りπ／２に近いモードになるよ
うにレーザーは発振する。ここでは同時にブラッグ条件
（ｌを参照）で決まる波長が関係する。ブラッグ波長が
ブラッグセクションでの供給電流で変化し、それにより
ブラッグセクションの屈折率が変わると、元来のモード
の位相に近いか、さらにはπ／２にさえ近い位相を持つ
今１つのモードが出現する。その結果、いわゆるモード
発振とかモード跳躍といわれる形が生じ、そのため、波
長自体も発振を始めるがこれは好ましくない。これを防
止するため、この種の半導体レーザーには別に１つのセ
クション−今後位相セクションと呼ぶ−が設けられ、こ
れに対し独立電源から電流を供給することにより、この
セクションの屈折率、従って能動領域から戻ってくる放
射の位相θ、を変化して、π／２にできるだけ近いθ、
を持つモードが、元来のモードに比し変化しないように
している。関連して、この位相セクションは、ブラッグ
セクションと能動セクションの間にあってもよいし、位
相セクションとブラッグセクションとが能動セクション
の両側にあってもよい。どちらの場合でも、幅広い波長
領域にわたり、かつある種の動作モードの範囲内では同
調可能度が保たれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

これまでの実験結果が示すところでは、通常の半導体レ
ーザーの欠点は、１つの発振モードにおいて、その波長
領域全体を通じ連続的に同調可能とはならない点にある
とされていた。実際に、波長領域の中でいわゆる禁止帯
が生じ、そこではブラッグ及び位相の両セクションの電
流をどう組合せても、あるモードでの発振が起こらない
ことが判っていた。

本発明の１つの目的は、この欠点を回避し、ある発振モ
ード範囲内では広い波長領域にわたり同調可能な半導体
ダイオードレーザを実現すること、すなわち、この波長
領域では禁止帯が生じることなく、従って半導体ダイオ
ードレーザがこの領域で連続的に同調可能となるように
することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、冒頭のパラグラフで述べた型のＤＢＲ
半導体レーザダイオードの１つであって、第１セクショ
ンで発生する放射のうち、第１、第２セクション間の接
合点で反射される放射の強度が、第２セクションから接
合点に戻る放射の強度に比較して小さくなるような手段
を有することを特徴とする半導体ダイオードレーザが上
記の目的に適合している。このレーザの禁止帯の発生度
について更に調べたところ、その発生度は、能動セクシ
ョンと位相セクションとの間で生じるレーザ放射の反射
発生度と一致することが判った。禁止帯は、放射の位相
が能動セクションとの相互作用から２Ｎ＊πまたは（２
Ｎ＋１）＊πとなるような波長の近傍に存在し、反射の
様子で左右される。

両者いずれの場合も、隣接する禁止帯の間隔は２πに等
しい。接合点の反射が能動セクションでの増幅過程に及
ぼす影響を減らすには２つの方法がある：第１は反射を
減らすか無くすことであり、第２は、第２セクションか
ら発生する放射のフィードバック結合を増して接合点に
おける反射の能動セクションへの影響を相対的に減らす
ことである。禁止帯の発生は正弦波関数、例えばＡ＊５
ｉｎ（）で表すことができる。この関数で振幅Ａがゼロ
またはほぼゼロに近いなら禁止帯は生じない。更に、こ
の振幅は次式で近似できる： Ａ＝ｒ４本　［１／　　（ｒ２ｊｅＸｐ（−＜２ｐ＊Ｌ
ｐ））−ｒ２＊ｅｘｐ（−＜Ｚｐ零Ｌｐ）］ここでｒ１
　は、第１、第２セクション間の接合点での反射であり
、’ｒＱは、能動セクションに関しく３） し第２セクションと同じ側にある各セクションでの反射
である。α、は第２　（位相）セクションでの損失を、
ＬＦは第２セクションの長さを示す。

（３）式から判るもう１つの点は、禁止帯の発生を各種
の方法で防止できることである。何よりも先ず、第１、
第２セクション間の接合点での反射（ｒ、）の値を極め
て小さくすればよい。

本発明に基づく半導体ダイオードレーザ−の第１の実施
例の特徴は、第１セクションの少なくとも片側において
、能動領域およびそれと隣接した区域に、能動領域とほ
ぼ同じ厚さを持つ第２放射伝導層が存在していることで
ある。第２セクションの放射経路を、第１セクションの
放射経路と出来るだけ等しい大きさにし、かつ円滑に隣
接させることにより、第１、第２セクション間の接合点
での反射は本質的に起こらなくなる。

本発明に基づく半導体ダイオードレーザ−の第２の実施
例の特徴は、第２放射伝導層と能動層とが、第２受動層
により第１放射伝導層と分離されている点にある。能動
領域と第２放射伝導層とは、第１放射伝導層上に直接設
けてもよい。然しこれには製造上の難点がある。そこで
、１つの受動層をこれらの層の間に設け、しかもこの受
動層の厚さを十分に薄くし、両伝導層が互いの増幅勢力
範囲（ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｆｉｌｅ）
内に位置できるようにするのが望ましい。ここで注意し
たいのは、この実施例において、第２、第３セクション
がいずれも第１セクションの片側にあってもよいし、そ
れぞれ別の側にあってもよいことである。後者の場合、
第１、第２セクション間の接合点での反射強度を相対的
に減らすためには別の解決策がある。

本発明に基づく半導体ダイオードレーザ−の、更にもう
１つの実施例の特徴は、第１セクションが少なくとも共
振器空洞のほぼ中心に位置し、第２、第３セクションは
第１セクションのそれぞれ片側に位置していること、お
よび、この手段は高反射膜（ｈｉｇｈ−ｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇ）を含み、該高反射膜が、共振
器空洞の端面の１つと一致する第２セクションの側面に
設けられていることである。ここで提案した解決策の効
果は、（３）式からも説明できよう。（３）式で、括弧
内の部分がゼロかほぼゼロとなれば、Ａも同じくゼロま
たはほぼゼロとなる。この部分の形は （１／Ｂ−Ｂ）、 但しＢ＝　ｒａ＊　ｅ　Ｘ　ｐ　（１２ｐ＊　Ｌｐ）な
ので、Ｂ＝１またはＢが１に近付けばゼロまたはほぼゼ
ロになる。これは、ｒ２（最大１）およびｅ　Ｘ　ｐ（
−αｐ＊　Ｌｐ）がともに１またはほぼ１となる場合で
ある。実際上、ＬＰは極めて小さく従ってその指数はほ
ぼ１とみてよい。反射ｒ２は、位相セクションの自由端
、すなわち能動セクションと隣接しない側に高反射膜を
設けることでほぼ１にできる。当然のこととして、この
実施例の方法は、第１セクションが第２、第３セクショ
ンの間にある限り前記各実施例と組合せてもよい。

〔実施例〕

第１図には、本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオ
ードレーザの第１の実施例の１つを、部は透視図、一部
は断面図により図解している。

第２図は、第１図の半導体ダイオードレーザの■■線に
おける断面図である。この半導体ダイオードレーザ（第
１図参照）には、半導体本体の内部に第１導電型の基板
１があり、その中のＣで示したセクションの部分におい
ては、厚さの周期的変化２が存在し、その変化の山と谷
の各線は、本図の平面に平行し、かつその上に成層構造
が形成されている。この成層構造には、特に次の各領域
が存在する：２つの溝１０があり、その間に１つのメサ
型領域９が、また溝の両側に２つのメサ型領域９０が存
在し、いずれの領域も頭部はＡ、　Ｂ、　Ｃの３セクシ
ョンに分かれている。このメサ型領域９には、少なくと
も、第１放射伝導層１１、前記第１導電型の第１受動層
１２、Ａセクションのみに存在する能動層１３、及び第
２逆導電型の第２受動層（１５，２２及び３３）がある
。この例では、層１４が、能動層１３と第２受動層（１
５）との間にメルトバック防止層として存在する。この
種の層の目的は、液相から次の層を成長させる際、その
下にある層が完全に、または部分的に溶けて液相に変わ
るのを防ぐことにある。この種の層は是非必要というこ
とではないがあれば極めて望ましいものである。

上記各層の成長が液相からではなく、例えば気相から行
なわれる場合、メルトバック防止層は明らかに不要であ
る。メサ型領域９には、更に、能動層１３に隣接し、か
つ第１受動層１２と第２受動層２２との間に、第２放射
伝導層２１が存在する。層構造の中で、層１２と１５の
間にｐ−ｎ接合が存在するが、その場所は両層の間にあ
る半導体領域の導電型により左右される。このｐ−ｎ接
合に十分な電流を加えると、能動層１３では、少なくと
もセクションＡの部分で、順方向にコヒーレントな電磁
放射が発生できる。基板１および受動層１２．１５．２
２は、共に能動層１３に比し、この発生したレーザー放
射に対する屈折率が低く、かつ大きなエネルギーギャッ
プを有する。発生した放射は、能動層１３から、屈折率
とエネルギーギャップが能動層１３と受動層（１２，１
５，２２）の中間にある第１放射伝導層１１に伝達でき
る、というのは、放射伝導層１１が能動層１３の増幅勢
力範囲内に納まる程度に、第１受動層１２の厚さを薄く
しであるためである。発生した放射は、能動層１３から
、メルトバック防止層１４及び第２放射伝導層２１にも
伝達し得る、というのは、これらの層は能動層１３に隣
接し、第１放射伝導層と同じく、能動層１３と受動層（
１２，１５，２２）の中間の屈折率とエネルギーギャッ
プを有するからである。メサ型部分９の中においては、
メルトバック防止層１２と放射伝導層１１．１２とが、
ストリップ型の共振器空洞を形成し、その２つの側面は
メサ型部分の両側に境を接し、他の２つの側面は能動層
１３と実質的に直交する端面５０．５１と境を接する。

この端面の１つ（５１）には、反射防止膜５５があり、
この働きで、特にブラッグ反射と鏡面５１における反射
とが競合しないよう防止している。このレーザーで発生
する電磁放射は、端面５１から反射防止膜５５を通して
発散するので、これを、本発明に基づく同調可能半導体
ダイオードレーザ−の各種応用に利用できる。このこと
は、端面５０についてもそのための反射防止膜を設けれ
ば同様に可能である。光ガラスファイバー通信では、こ
の放射は例えばガラスファイバーで導かれる。この共振
器空洞では、そのうちＣで示すセクションの部分に、縦
方向の周期的屈折率変化が存在する。この屈折率変化は
、基板１に、厚さが周期的に変化する溝を設け、ここに
放射伝導層１１の物質を充填することにより実現してい
る。９０で示す各領域には、前記１１．１２．２１の層
で形成する層構造がある。

本実施例に基づくレーザは、いわゆるＤＣＰＢ）Ｉ型（
二重チャネルプレーナー埋め込みヘテロ構造）であり、
メサ型領域９の外側にある溝１０の内部に、電流制限層
構造を有する。この層構造には、第２導電型の第３受動
層３１、第１導電型の第４受動層３２、及び第２導電型
の第５受動層３３がある。３１と３３０両層は接続し、
かつメサ型領域９の縁の近くで第２受動層（１５，２２
）と合体している。

この半導体の本体には、更に第２導電型の接触層３４が
ある。この層３４と基板１とは（中間半導体領域を介し
て）、本体の上下面に設けられ、接続導体の役割を果た
す金属層（３および４）と電気的に接続している。金属
層３には電気的接続部８があり、金属層４と接触層３４
とは３つのセクション（Ａ、　　Ｂ、　Ｃ）に分割され
ている。これら３セクションは、それらの間に位置する
２つの溝により、第２受動層（１５，２２，３３）に達
するまで互いに分離され、またこれらセクションにはそ
れぞれ電気的接続部（５，６，７）がある。電磁放射の
発生するセクションＡを流れる電流は、接続部（５，８
）を介して調整できる。セクションＢ及びセクションン
Ｃ１すなわち第２と第３の接続部を通して流れる電流は
、８と６および８と７の回路、従ってこれらセクション
での屈折率を介して調整される。これまで説明してきた
ように、レーザは、この後者の２つのセクションを流れ
る電流を連続的また１１段階的に変化することにより、
連続的または段階的に同調させることができる。

この実施例において、基板１、第１受動層１２及び電流
制限層３２は、ｎ導電型のインジウム燐（Ｉｎ’Ｐ）で
構成される。受動層（１５，２２）および電流制限層３
１と３３もインジウム燐であるがｎ導電型である。残り
の各層はインジウム−ガリウム砒素−燐（Ｉｎｘ　Ｇａ
、−１１ＡＪｙ　Ｐ＋−ｖ）で構成される。

（ｘ、　　ｙ）の値は、放射伝導層１１と２１、メルト
バック防止層１４、および接触層３４に対しては：ｘ＝
０．７２．　　ｙ＝０．６０であり、能動層１３に対し
ては：Ｘ＝０．５７．　　ｙ＝０．９１である。接触層
３４はｐ導電型であり、残りの各層には意図的にドーピ
ングが行なわれていない。金属層３と４は通例の金属合
金から成る。反射防止膜５５は通例の材料から成り、適
当な厚さを有する。

本発明によるこの半導体ダイオードレーザでは、第１セ
クションＡで発生する放射のうち、第１セクションと第
２セクション（Ｂ）の接合部で反射する放射の強さは、
第２セクションからこの接合部に戻る放射の強さに比し
、相対的に小さくなるような手段を講じである。本実施
例においては、第１セクション（Ａ）の少なくとも１つ
の側面に存在し、能動層１３と同一レベルでこれに隣接
し、能動層１３とメルトバック防止層１４の和に等しい
厚さを有するような第２放射伝導層２１により、この手
段を実現している。その結果、第１セクション（Ａ）と
第２セクション（Ｂ）との接合部における反射は抑圧さ
れ、従ってこの接合部での反射の強さは第１セクション
に戻る放射に比し相対的に弱くなっている。

ここで注意すべきは、第１セクションＡは、第２セクシ
ョンＢと第３セクションＣとの中間に位置してもよいこ
とである。このようにした場合、本手段では、第１セク
ションの他の側に、能動層１３と同一レベルでこれに隣
接し、能動層と同一の厚さ、または、（メルトバック防
止層１４がある場合は）能動層とメルトバック防止層の
和に等しい厚さを有するもう１つの放射伝導層が存在し
てもよい。

第３図には、モードごとにまとめたレーザ発振の様子と
その発射波長の測定結果を、第１図の半導体ダイオード
レーザの第２および第３セクションにそれぞれ流れる電
流（１，Ｂ）及び（Ｉｃ）の関数として示しである。第
４図には、前述の技術による半導体ダイオードレーザに
ついて１．同様な特性を示しである。この両図でＭは任
意の個別発振を指す。ＭはＮ＋１で示した線形モードの
上に記載しである。Ｍの発射波長（λ１）はＭの横軸（
λ〉への射影で示される。これに関連し第２セクション
（Ｉ、）に流れる電流値は、右の縦軸上で発振Ｍの基線
に対応する水平線の含まれる大括弧の後に記載しである
。第３セクションに流れる電流値（Ｉｃ）はＭの各基線
に対応する左の縦軸上に示される：、■ゎのそれぞれの
値に対しＩ。の値は０から１０ｍＡ刻みで１００ｍＡま
で増加している。第３図に示すように、本発明に基づき
第１図の実施例による半導体ダイオードレーザは、各モ
ード内、例えばＮ＋１モード内でほぼ連続な同調が可能
なことがわかる。これに反し、第２放射伝導層２１の無
い、従前の技術による半導体ダイオードレーザの同調範
囲は、１つのモード例えばＮの中で、第４図中のＧで示
すような区域であり、安定な発振Ｍは不可能である。こ
れらの図が示すように、本発明に基づく半導体ダイオー
ドレーザは、１つのモード内でかなりの良い同調が可能
であり、既に述べてきたように、多くの応用に大きな利
益をもたらす。

次に製造方法を説明する。

この例により説明した半導体ダイオードレーザは以下の
ようにして製造される。第５図ないし第９図を参照され
たい。これらのうち、第５図ないし第７図は第１図の■
−■線での断面図であり、第８図と第９図は同じく■−
■線での断面図である。

出発点となる材料は、厚さ約３６０μｍ１結晶軸方向（
１００）のｎ型インジウム燐の基板１であり、そのドー
ピング密度は例えば５　Ｘｌ０１８原子／ｃｍ３である
。この基板は単純な基板でもよいし、基礎となるキャリ
ア本体の上にエピタキシャル層を成長させたものであっ
てもよい。

上記の基板１の上面には、格子定数的２４０ｎｍの回折
格子２　（第５図参照）をエツチングする。そのため、
まず上面に厚さ約１１００ｎのフォトラッカーの層を作
る。このフォトラッカー層に、アルゴンレーザによる３
６３．８ｎｍの紫外線を用いたホログラフィ−露光を加
え、ラスター状のパターンを形成する。このパターンを
マスクとして用いて、基板の上面に形状２のように並行
した溝エツチングする。これに使用する溶液は、例えば
、臭化水素（）ｌＢｒ）　と臭素（Ｂｒ２）の水溶液で
、その組成はＨ２Ｏ：ＨＢｒ：Ｂｒ２＝６０：３０：１
０というものである。

フォトラッカーマスクを除去した後、Ｉ　ｎｏ、１２Ｇ
ａ６．２８　ＡＳｏ、　ｓｏ　Ｐ　Ｑ、　４０の組成を
有する厚さ約０．２μｍの層１１を、通常の技術で液相
から成長させ、基板の全面にわたり溝２を充填する。そ
の上に、意図的にドープしていない厚さ約０．１　μｍ
のインジウム燐の層１２を成長させる。更に、意図的に
ドープしてない厚さ約０．１５μｍのＩｎＯ，Ｓ。

Ｇａ　０．４３ＡＳ０．９１　　Ｐｏ、ｏｏｓＯ層１３
、意図的にドープしていない厚さ０．０５　ｐｍのＩ　
ｎ（１，７２Ｇａｏ、　２８ＡＳ０．８０　Ｐｏ、　ｓ
。のメルトバック防止層１４、ふよび亜鉛Ｉ　Ｘｌ０１
８原子／ｃｍ３をドープした厚さ０．７μｍのインジウ
ム燐の層を成長させる。これらの成長工程が終わると、
ＩｎＰ基板におけるラスター溝の深さは約４Ｑｎｍとな
る。次いで二酸化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｏ２）マスク層４
１を構成全体にわたり、例えばスパッタリングにより形
成する。

次いで、この層４１のうちセクションＢとＣを構成すべ
き部分を通常の方法で除去した後、層４１の残り部分を
マスクに使って、セクションＢ（！：Ｃを構成すべき部
分の半導体層構造を、層１２に達するまでエツチングで
取り去る（第６図参照）。

こうして作られた構造は、通常の何らかの方法で清浄化
したのち、再度これを成長反応装置に入れ、層４１の残
った部分をマスクに使って、いくつもの半導体構造を局
部的に成長させる（第７図参照）。まず、意図的にドー
プしていないＩｎ０６７２Ｇａｏ、　２１＋　ＡＳｏ、
　ｓｏ　Ｐ　ｏ、　ａｏによる厚さ０．２０　μｍの層
２１、これに次いで、Ｉ　Ｘｌ０１８原子／ａｍ’の亜
鉛をドープしたインジウム燐による厚さ０．８　μｍの
層２２を形成する。この後者の層は受動層１５と均質的
にほぼ隣接し、同一組成、同型導電性を有する１つの半
導体領域として、はぼ平坦な上側面を形成する。

こうして出来た構造を成長反応装置から取り出し層４１
を除去し清浄化した後、フォトラッカー、フォトリソグ
ラフィー、及び通常のエツチング液を用い、２つの溝１
０をエツチングすることにより、メサ型構造９を形成す
る（第８図参照）。この１０の縦軸は溝２と直交してい
る（第１図をも参照のこと）。このメサ型溝構造の幅は
頭部で約０．９μｍである。フォトラッカーを除去清浄
化の後、こうして得られた構造体を再び成長反応装置に
入れ、いくつもの半導体層を成長させる（第９図参照）
。まず、８Ｘ１０”原子／ｃｍ３の亜鉛でドープしたｐ
型インジウム燐の層３１を、更にその上に８ｘｌＱ１７
原子／ｃｍ３のゲルマニウムをドープしたインジウム燐
の電流阻止層３２を成長させる。これらの層は、溝１０
を部分的にあるいは全体的に充填するが、メサ型領域９
の上には成長しない。このことは、ここで用いる成長法
が液相からの成長であることと、構造の幾何学寸法、及
び成長速度とに関連して可能になる。３１と１５と両層
は領域９０で合体する。

次いで、ｐ型インジウム燐の層３３として、厚さが例え
ば１μｍで、ドーピング密度は亜鉛１ｘ１０１１′原子
／ｃｍ３のもの、ｐ型接触層３４として、その組成はＩ
　ｎ。’、　？２　Ｇａｏ、　２ｅ　Ａｓｏ、　ｇｏ　
Ｐ　Ｏ，４０％厚さは０．５μｍ１ド一ピング密度は亜
鉛Ｉ　ＸＩＯ”原子／ｃｍ’のものを成長させる。層３
３と層１５および２２とは、メサ型９功上部で円滑に合
体する（第２図も参照のこと）。

このように作られた半導体構造体を成長反応装置から取
出した後、その上部と下部に通例の組成を有する金属層
４と３を通常の方法で取付け、雷電流接続ができるよう
にする。

望ましいとあれば、金属層４を取り付けるに先立ち、電
流制限手段を追加してもよい。例えば、メサ型領域９上
部の面に亜鉛を局部的に拡散するとか、または、この部
分以外に対しＨ゛イオン注入行うことにより半導体抵抗
を高めるなどである。接続層３４のドーピング密度がこ
こに示した例よりも低い時には、亜鉛の局部拡散が著し
く有効である。

最後に、この半導体本体の上部に２つの溝をエツチング
する（第２図参照）。その結果、セクションＡ、　　Ｂ
、　Ｃに対し、それぞれ独立に電流供給５６．７を行な
うことが可能になる。これらの溝は格子溝２と平行して
おり、通例のフォトリソグラフィーとエツチングで作る
ことができる。また、これらは、おおむね層３３にまで
到達している。

この半導体本体の１つの側面には、例えばスパッタリン
グか蒸着により、反射防止膜を設ける。この側面から発
生する電磁放射はガラスファイバーに導くことが可能で
ある。

第１０図には、本発明に基づく半導体ダイオードレーザ
の第２の実施例につき、第１図の■−■線における断面
図を示す。第２図に対応する領域には同一の参照番号を
付し、その他については、関連説明に関する限り第１実
施例の番号を引用している。最も重要な相違点は、能動
層１３とメルトバラ外層１４とがこの断面図の中心部に
存在すること、および、第２放射伝導層（第２図の層２
１）が存在しないことに関連している。

本発明に基づく本実施例による半導体ダイオードレーザ
では、第１セクション（Ａ）で発生する放射のうち、第
１と第２セクション（Ｂ）の接合部で反射するものの強
さが、第２セクションから接合部に戻るものより、相対
的に弱くなるような手段が講じられている。

その手段として、本実施例では、第２セクション（Ｂ）
に隣接する半導体本体の側面に高反射膜５６を設けてい
る。他の側面には反射防止膜５５があり、応用面に利用
することのできる電磁放射はここから発射する。高反射
膜の存在により、第２セクションＢから第１セクション
八に戻る放射の強さはかなり増加する。その結果として
、第１セクションＡの接合部での第１から第２セクショ
ンへの反射の強さは、上記Ａに戻る放射の強さに比し相
対的に低くなる。この結果、１２のモード内での同調範
囲における禁止帯の発生は、既にこの明細書の導入部で
述べた通り、抑圧または制限される。

本実施例における高反射膜は８層から成り、その中では
二酸化シリコン（Ｓ１０□）と酸化ハフニウム（Ｈｆ　
Ｏ２）とが交互に存在し、それぞれの厚さは、波長（λ
）の４分の１に対応して、第１材料では約２７６ｎｍ　
、第２材料では２２０ｎｍである。この結果、膜の全体
の厚さは約２μｍとなる。

第１１図には、モードごとにまとめたレーザ発振の様子
と、第１Ｏ図に対応する実施例における半導体ダイオー
ドレーザの第２、第３セクションにそれぞれ流れる電流
（ＩＢ）、　　（Ｉｃ）の関数としてのその発射波長と
を測定した結果を示す。この図は第３図と酷似しており
、第４図（従前の技術）と比較すれば判るように、この
実施例でも、１つのモード内で実質連続的な同調可能性
が得られ、しかも禁止帯は全くかまたはほとんど生じて
いない。

この第２実施例による半導体ダイオードレーザの製造方
法を、第１実施例のそれと比較する。相違点は、第２放
射伝導層が成長しないこと、および、３つのセクション
の相互位置を決めるに際し、第１セクション（Ａ）が他
の２セクション（Ｂ）、（Ｃ）の中間に存在するよう適
当なマスクを用いることに関連している。

第３の実施例においては、第１セクションで発生した放
射のうち、第１セクションと第２セクション（Ｂ）との
接合部で反射する放射を、第２セクションから接合部に
戻る放射に比し小さくするための手段として、第１、第
２実施例の手段を双方とも備えることが可能である。前
記各実施例および前文で論じたことから見て、このよう
な組合せを行なうことで、同等またはそれ以上のすぐれ
た特性が得られるのは明らかである。

本発明に関しては、当業者には明らかなように、多くの
組合せや変化が考えられ、決してここに述べた諸実施例
に止まるものではない。例えば、特筆できることとして
、すべての実施例において第１受動層を除去してもよい
。このことにより、本発明に基づく半導体ダイオードレ
ーザのその他の特性およびその製造に関連して、いくつ
かの利点欠点は生じるものの、本発明で得られる好まし
い効果には何ら影響を与えることがない。更に本半導体
ダイオードレーザはメルトバック防止層なしで作ること
もできる。また、口ＣＰＢＨ構造の代わりに、いわゆる
ＢＨ（埋め込みヘテロ〉を用いてこの半導体ダイオード
レーザを構成することもてきる。この場合、メサ部分の
側面には、２つの溝ではなく、下方に位置する２つの半
無限面が存在することになる。このような構造において
は、メサ部分自体もＤＣＰＢＨ構造に比し幅が広いのが
普通である。この２つの相違点から、メサ上の成長はよ
り容易に起こり易くなる。従って、メサ上の成長が起こ
って欲しくないような製造工程では、このメサを、例え
ば二酸化シリコン膜で覆うことがしばしば行なわれる。

放射誘導層の組成は、能動層からの放射を良く導くよう
に選ばねばならない。原則的には、放射誘導層には多数
の成分が使用可能である。然し、この組成は能動層の組
成と大差無いものが望ましいことが判っている。例えば
、能動層の組成が放射波長約１，３　μｍの場合、放射
波長約１．２μｍに対応する組成の放射誘導層を用いた
時最良の結果が得られたのである。

本発明に基づく半導体ダイオードレーザの製造に関して
はこのほか多数の変化も可能である。例えば、１つまた
はそれ以上の層を、液相以外からエピタキシャル成長さ
せることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく分布反射付き半導体ダイオー
ドレーザの第１の実施例を、一部は透視図、一部は断面
図により図解した概略図であり、第２図は、第１図の半
導体ダイオードレーザの■−■線で切った断面図あり、 第３図は、第１図の半導体ダイオードレーザのモード別
発振の様子とその発射波長測定値を、第１図の第２セク
ションと第３セクションにそれぞれ流れる電流（Ｉｏ）
　と（Ｉｃ）の関数として示した図であり、 第４図は、従来技術による半導体ダイオードレーザのモ
ード別発振の様子とその発射波長測定値を、第２セクシ
ョンと第３セクションにそれぞれ流れる電流（■８）と
（１，）の関数として示した図であり、 第５図ないし第９図は、本発明に基づく半導体ダイオー
ドレーザの第１の実施例を、その製造工程に従って示し
た図であり、ここで、第５．６及び７図は、第１図にお
ける■−■線での断面図を、また、第８及び９図は同じ
く■−■線での断面図を示し、 第１０図は、本発明に基づく半導体ダイオードレーザの
第２の実施例に関して、第１図のＩＩ−ＩＩ線での断面
図を示し、 第１１図は、第１０図の半導体ダイオードレーザのモー
ド別発振における発射波長の測定値を、第１図の第２セ
クションと第３セクションにそれぞれ流れる電流（Ｔ　
Ｉｌ）　と（ＩＣ＞の関数として示した図である。 これら各図は図解を目的とするので寸法は無視している
。各断面図とも、同型の導電領域には同方向の影を付け
ている。 １・・・基板 ２・・・厚さの周期的変化 ３．４・・・金属層 ５、６．７．訃・・電気的接続部 ９・・・メサ型領域 １０・・・２つの溝 １１、２１・・・放射伝導層 １２、１５．２２．３１．３２．３３・・・受動層１３
・・・能動層 １４・・・メルトバック防止層 ３４・・・接触層 ５０、５１・・・端面 ５５・・・反射防止膜 特許出頭人 工ヌ　ベー　フィリップス フルーイランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分布反射付き同調可能半導体ダイオードレーザであ
   って、半導体の本体を有し、この本体には、１つの第１
   受動層の上に１つの第１放射伝導層が存在し、 これらの層に対しほぼ垂直に延びる２つの 面の間にストリップ状の共振器空洞が形成され、 さらにその共振器空洞内には３つのセクシ ョンが存し、 その第１セクションには、第１電流が供給 されて動作するｐ−ｎ接合の能動領域があり、これに十
   分な強さの順方向電流を加えると、放射伝導層の増幅勢
   力範囲内に能動領域があるようなコヒーレント電磁放射
   を発生し、 その第２セクションには、第２の電流が供 給され、この電流により、放射伝導層のうちこのセクシ
   ョン内にある部分の屈折率が変化でき、 その第３セクションには、第３の電流が供 給され、共振空洞のうちこの第３セクション内にある部
   分では、その縦方向の屈折率が周期的に変化するように
   構成されている半導体ダイオードレーザにおいて、 第１セクションで発生し、第１、第２セク ション間の接合部で反射する放射の強さを、第２セクシ
   ョンからこの接合部に戻る放射の強さに比し、相対的に
   小さくするような手段を設けたことを特徴とする分布反
   射付き同調可能半導体ダイオードレーザ。 ２、上記手段は、第１セクションの少なくとも１つの側
   面において、能動領域と同一のレベルでこれに隣接し、
   かつ能動領域とほぼ同一の厚さを有するような１つの第
   ２放射伝導層を含むことを特徴とする請求項１に記載の
   半導体ダイオードレーザ。 ３、能動領域の上部にメルトバック防止層が存在する半
   導体ダイオードレーザにおいて、 上記手段は、第１セクションの少なくとも １側面では能動領域およびこれに隣接する区域で能動領
   域とメルトバック防止層の厚さの和にほぼ等しい厚さを
   有するような、１つの第２放射伝導層を含むことを特徴
   とする請求項２に記載の半導体ダイオードレーザ。 ４、第２放射伝導層と能動層とが、１つの第２受動層と
   によって第１放射伝導層と分離していることを特徴とす
   る請求項２又は３に記載の半導体ダイオードレーザ。 ５、共振器空洞の境界を形成する面の間において、上記
   第１、第２および第３セクションがこの順序で存在する
   ことを特徴とする請求項２、３又は４のいずれか１項に
   記載の半導体ダイオードレーザ。 ６、上記第１セクションが、共振器空洞の少なくともほ
   ぼ中心に存在し、第２、第３セクションは、それぞれ第
   １セクションの各片側に位置することを特徴とする請求
   項２、３又は４のいずれか１項に記載の半導体ダイオー
   ドレーザ。 ７、上記第１セクションが、共振器空洞の少なくともほ
   ぼ中心に存在し、第２、第３セクションは、それぞれ第
   １セクションの各片側に位置し、しかも、共振器空洞を
   囲む面の１つと一致する第２セクションの１側面には高
   反射膜が存在することを特徴とする請求項１または６に
   記載の半導体ダイオードレーザ。 ８、上記第１セクションがＢＨ型（埋め込みヘテロ構造
   ）であることを特徴とする請求項１ないし７のうちのい
   ずれか１項に記載の半導体ダイオードレーザ。 ９、上記第１セクションがＤＣＰＢＨ型（二重チャネル
   プレーナー埋め込みヘテロ構造）であることを特徴とす
   る請求項１ないし８のうちのいずれか１項に記載の半導
   体ダイオードレーザ。 １０、半導体ダイオードレーザの製造方法であって、 １つの半導体基板上に、１つの第１放射伝 導層と、この放射伝導層の増幅勢力範囲内の厚さを有す
   る１つの第１受動層とを連続して設け、 さらに上記増幅勢力範囲内に局部的に、周 期的な屈折率変化が起こるようにし、 その後１つの能動層と１つの第２受動層を 設け、 これらの層は、形成すべき第１セクション 部分を残して局部的にエッチングにより除去し、 この際第１受動層はエッチング・ストッパ の役割を果たし、 次に第１セクションの外側には、更に別の 受動層を設ける半導体ダイオードレーザの製造方法にお
   いて、 第１セクションを越えた領域においては、 第１受動層と第２受動層との間に、第１セクション内の
   能動層に円滑に隣接しかつ能動層とほぼ同一の厚さを有
   する第２放射伝導層を設けることを特徴とする請求項１
   ないし９のうちのいずれか１項に記載の半導体ダイオー
   ドレーザの製造方法。