JPH04397B2 - - Google Patents

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JPH04397B2
JPH04397B2 JP57098495A JP9849582A JPH04397B2 JP H04397 B2 JPH04397 B2 JP H04397B2 JP 57098495 A JP57098495 A JP 57098495A JP 9849582 A JP9849582 A JP 9849582A JP H04397 B2 JPH04397 B2 JP H04397B2
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Kazuo Sakai
Shigeyuki Akiba
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、活性層と光導波路層とが高効率で結
合した半導体レーザ及びその製造方法に関するも
のである。
活性層と光導波路層が一体化された半導体レー
ザは、集積レーザとして、また、複数の光能動素
子が光導波路を介して結合した光集積回路への適
応が可能であることなどから有望である。活性層
と光導波路層が高効率に結合した構造として、
BJB（Butt−Jointed Built−in）構造が、阿部氏
らによりエレクトロニクスレター（Electronics
Letters）誌、17巻、25号、1981年の945〜947頁
に詳しく述べられている。BJB構造は、光フア
イバの接続においてコアを互いにつき合わせるバ
ツトジヨイント方式を半導体レーザに適用した如
き構造を成している。
この例を第１図に示す。図において、１はInP
基板、２はアンドープInGaAsP活性層、３はｐ
形InPクラツド層、４はｐ形InGaAsPキヤツプ
層、５はアンドープInGaAsP光導波路層、６は
アンドープInP層である。BJB構造は図から分か
るように、活性層２と光導波路層５がつき合つて
接続されているため、活性層２内に閉じ込められ
た光パワーが理論的に100％近い結合効率で光導
波路５内で伝搬されると共に、高結合を得るため
の作製時における各層の層厚及び組成の厳密な制
御が緩和されるという特徴を有している。
従来は、このBJB構造は２回の結晶成長行程
により作製されていた。すなわち、第１図におい
てまず第１回目の液相成長により、平坦なｎ−
（100）InP基板１上にアンドープInGaAsP活性層
２，ｐ−InPクラツド層３，ｐ−InGaAsPキヤツ
プ層４を連続成長する。次に化学エツチングによ
りｐ−InPクラツド層３まで除去し、第２回目の
液相成長において活性層２を選択的にメルトバツ
クした後、アンドープInGaAsP光導波路層５及
びアンドープInP層６を成長する。上述のよう
に、従来のBJB構造は２回の液相成長を必要と
することから歩留まりの点で好ましくないという
欠点があつた。
本発明は、これらの欠点を考慮して、活性層と
光導波路層との結合効率が良く、かつ１回の結晶
成長行程によりBJB構造を作製することのでき
る半導体レーザとその製造方法を提供するもので
ある。
以下図面により本発明を詳細に説明する。
InGaAsP結晶を例として用いた本発明による
BJB構造の成長過程を第２図に示す。まず、ｎ
−（100）InP基板１上にフオトリソグラフ法及び
HCl系などによる化学エツチングにより幅300〜
500μm、深さ２〜3μmのメサを＜01１＞に沿つて
形成する〔第２図ａ〕。マスクとして用いられた
フオトレジストを除去した後、液相エピタキシヤ
ル法により第１の半導体層としてアンドープ
InGaAsP活性層（組成λg〜1.55μm）２及び２′、
第２の半導体層としてｐ−InPもしくはInGaAsP
層（λg〜1.0μm）７及び７′を成長させ〔第２図
ｂ〕、さらに、第３の半導体層としてアンドープ
InGaAsP光導波路層（λg〜1.3μm）５及び５′、
第４の半導体層としてアンドーブInPもしくは
InGaAsP層（λg〜．0μm）８及び８′を順次連続
成長する〔第２図ｃ〕。この際、メサの幅が広い
ため、各層がメサ上部にも成長し、かつメサ上部
及び下部に分離して形成される。さらにｐ−InP
もしくはInGaAsP層７及び７′の成長時間を制御
することにより、図に示す如く、活性層２′の終
端を光導波路層５の終端に一致させることが可能
である。すなわち、第２の半導体層７，７′の厚
みはメサ上の第１の半導体層２，２′に到達しな
い程度の厚みを有するようにし、また第３の半導
体層５，５′の厚みはメサ上の第１の半導体層２，
２′に到達するか又はその厚みを超過するように
形成される。この際、光導波路５内の光分布及び
伝搬定数が活性層２′内のそれらと一致するよう
に組成及び層厚を調整すれば、高効率で活性層
２′と光導波路５を結合させることができる。な
お、メサ上部に成長した光導波路層５と同一組成
のInGaAsP層５′はオーミツク抵抗を低減させる
キヤツプ層として用いられるが、その上に成長す
るInP層もしくはInPに組成が近いInGaAsP層
８′はオーミツク抵抗値を悪化させるので本質的
にはなくてもかまわないが、電極を形成する部分
をエツチングで除去すればキヤツプ層としての
InGaAsP層５′が露出され、オーミツク抵抗を低
減するという目的は達成される。このようにして
作製された半導体レーザの断面図及び光分布が伝
搬する様子を第３図に示す。なお、９はZn拡散
領域、１０，１１は各々ｎ側とｐ側の電極であ
る。
第２図，第３図の実施例はメサ上部が平坦であ
り、簡単のためその上に直接活性層２，２′を設
けた構造について示したが、第４図に示すよう
に、メサ上部にのみ周期的な屈折率変動を与える
凸凹１２を設け、図示のように活性層２，２′よ
り禁制帯幅が大にして屈折率が小なるInGaAsP
層５ａ，５a′、活性層２，２′、InGaAsPバツフ
ア層５ｂ，５b′などを順次形成したDFB（分布帰
還型）レーザや、図示はないが、成長後に光導波
路上に周期的凸凹を設けたDBR（分布反射型）レ
ーザに適応できることは言うまでもない。さら
に、本実施例のように１回の結晶成長により
BJB構造が作製されるため、埋め込み（BH）構
造を導入する際にも２回の結晶成長で作製が可能
である。
また、液相エピタキシヤル成長法ばかりでな
く、半導体結晶の組成及び層厚の制御性、均一性
に優れた気相エピタキシヤル成長法においても適
応可能である。
以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、集積レーザとして有望なBJB（Butt−Jointed
Built−in）構造が１回の結晶成長により作製す
ることができ、作製プロセスの簡易化、歩留りの
向上が期待され、かつ光導波路層５が段切れて活
性層２′と直接結合しているため結合効率も極め
て良い。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の２回の結晶成長により作製され
たBJB構造の断面図、第２図は本発明による１
回の結晶成長によるBJB構造の成長過程を説明
するための断面図、第３図は本発明の成長方法に
より作製されたBJB構造からなる半導体レーザ
の断面図及び光分布が伝搬する様子を示す断面
図、第４図は本発明をDFBレーザに適用した素
子の断面図である。 １…ｎ−（100）InP基板、２，２′…アンドー
プInGaAsP活性層（第１の半導体層）、３…ｐ−
InP層、４…ｐ−InGaAsPキヤツプ層、５，５′
…アンドープInGaAsP光導波路層（第３の半導
体層）、６…アンドープInP層、７，７′…ｐ−
InPもしくはInGaAsP層（第２の半導体層）、８，
８′…アンドープInPもしくはInGaAsP層（第４
の半導体層）、９…Zn拡散領域、１０…ｎ型電
極、１１…ｐ型電極、１２…周期的凹凸。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸方向に垂直に伸び、かつメサを＜01１＞
    方向に沿つて形成された所定幅の段差部を有する
    （100）面のInP半導体基板と、 該半導体基板上に直接もしくはバツフア層とな
    る半導体層を介して形成された活性層となる第１
    のInGaAsP半導体層と、 前記基板と反対の導電形を有しかつ前記第１の
    半導体層より禁制帯幅が大きくかつ屈折率が小さ
    い材質よりなり前記メサ状の段差部上の前記第１
    のInGaAsP半導体層に到達しない程度の厚みを
    有するように前記第１のInGaAsP半導体層上に
    形成された第２の半導体層と、 前記第１のInGaAsP半導体層と前記第２の半
    導体層との中間の禁制帯幅及び屈折率を有する材
    質よりなり前記メサ状の段差部上に形成された前
    記第１のInGaAsP半導体層の厚みに到達するか
    又はその厚みを超過するように前記第２の半導体
    層上に形成されかつ前記第１のInGaAsP半導体
    層と直接結合して光導波路となる第３の
    InGaAsP半導体層と、 前記第３のInGaAsP半導体層より禁制帯幅が
    大きく屈折率の小さい材質よりなり該第３の
    InGaAsP半導体層上に形成された第４の半導体
    層と、 前記メサ状の段差部上の前記第１のInGaAsP
    半導体層を挟んで対向するように前記基板と前記
    第４の半導体層の各表面に設けられた電極対とを
    備え、 前記基板の段差部の上部及び下部に分離して前
    記基板上に１回の結晶成長で前記半導体層を形成
    するように構成され た半導体レーザ。 ２ 半導体レーザの製造方法において、前記半導
    体レーザの光軸方向に垂直に伸び、かつメサを＜
    01１＞方向に沿つて形成された所定幅の段差部を
    有する（100）面のInP半導体基板の該段差部の
    上部及び該段差部の下部に分離されて該基板表面
    に直接もしくはバツフア層となる半導体層を介し
    て活性層となる第１のInGaAsP半導体層を形成
    する工程と、 前記基板と反対の導電形を有しかつ前記第１の
    InGaAsP半導体層より禁制帯域が大きくかつ屈
    折率が小さい材質よりなる第２の半導体層を該段
    差部の上部及び該段差部の下部に分離すると共に
    前記メサ状の段差部の上部の前記第１の
    InGaAsP半導体層に到達しない程度の厚みを有
    するように前記第１のInGaAsP半導体層上に形
    成する工程と、 前記第１のInGaAsP半導体層と前記第２の半
    導体層との中間の禁制帯幅および屈折率を有する
    材質よりなりかつ前記第１のInGaAsP半導体層
    と直接接合して光導波路となる第３のInGaAsP
    半導体層を該段差部の上部及び該段差部の下部に
    分離すると共に前記メサ状の段差部の上部に形成
    された前記第１のInGaAsP半導体の厚みに到達
    するか又はその厚みを超過するように前記第２の
    半導体層上に形成する工程と、 前記第３のInGaAsP半導体層より禁制帯幅が
    大きく屈折率が小さい材質よりなる第４の半導体
    層を該段差部の上部及び該段差部の下部に分離し
    て該第３のInGaAsP半導体層上に形成する工程
    と、 前記メサ状の段差部の上部の前記第１の
    InGaAsP半導体層を挟んで対向するように前記
    半導体基板と前記第４の半導体層の各表面に電極
    対を設ける工程とを有し、少なくとも前記第１の
    InGaAsP半導体層と前記第２の半導体層と前記
    第３のInGaAsP半導体層及び前記第４の半導体
    層を一回の結晶成長で作製することを特徴とする
    半導体レーザの製造方法。
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