JPS60101989A - 半導体レ−ザ及びその製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ及びその製造方法

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JPS60101989A
JPS60101989A JP21036283A JP21036283A JPS60101989A JP S60101989 A JPS60101989 A JP S60101989A JP 21036283 A JP21036283 A JP 21036283A JP 21036283 A JP21036283 A JP 21036283A JP S60101989 A JPS60101989 A JP S60101989A
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JP
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layer
superlattice
quantum well
crystal
uniform mixed
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JP21036283A
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Yoshiharu Horikoshi
佳治 堀越
Hiroshi Okamoto
岡本 紘
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/162Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions made by diffusion or disordening of the active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
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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 本発明は透明窓の共振器鏡を持つ半導体レーザ及びその
製造方法に関する。
従来技術 従来の二重へテロ接合構造(DH構造)の活性層を超格
子構造で置き換えたいわゆる多重量子井戸レーザでは、
従来のDHレーザに比べてしきい値が著しく低いこと、
周囲温度の変化に対して特性が安定していること、等が
報告されている(W、 T、Tzarbl C,Wgi
sbwch RoC,Miller andR,Dir
bgle 、 Appl、Phyy、Lttt、65 
(1979) 673)。
第1図は多重量子井戸レーザの構造とバンドダイヤグラ
ムを示したもので、1はGαAs基板、2はAt、 G
a1−、As閉込め層、6は超格子層、4はAl z 
Ga 1−3 As閉込め層、5はGaAs層、101
);を超格子構造6の中に含まれるAlyGa1− y
 Asバリヤ層、102は上記バリヤ層で囲まれた量子
井戸層、103は伝導帯、104は価電子帯である。こ
のような構造の伝導帯と価電子帯(=注入された電子と
正孔は量子井戸層102内に形成された量子準位(二分
布し、再結合発光に寄与するが、この量子準位の状態密
度がバンド端できわめて高いため、低しきい値レーデの
可能性が理論的に予想され、また上記のように実証され
ている。
以上のように多重量子井戸構造レーザは低しきい値とい
う点で従来のDHレーザに比べて優れているが、光出力
に関しては両者の間にはほとんど差異はない。この理由
は高い光出力のために共振器鏡が破壊されるためである
。また低出力動作においても動作が長時間にわたると共
振器鏡が劣化しこの問題がレーザダイオードの信頼性を
著しく低下させている。半導体レーザの共振器構造とし
ては襞間面をもつものが一般的であるが、この襞間面に
は活性領域がむき出しになっている。これがレーザ共振
器の高出力時における破壊の1つの原因であり、またレ
ーザの長期的な信頼性を著しく低下せしめている。これ
を改善する方法として活性領域をキャビティ共振器の方
向で埋込んでしまう構造が提案され、実施された。しか
しながら、この場合、二段階のエピタキシャル成長を不
可欠とし、歩留りの低下と高コストの問題が生ずる。
発明の目的 本発明は、晶出力で寿命の長い多重量子井戸レーザ及び
上記二段階のエピタキシャル成長を要せず歩留りが高く
コストの低い製造方法を提供することをその目的とする
ものである。
発明の構成及び作用 以下、本発明の構成及び作用について実施例(二より詳
細に説明する。
AIGaAε−GαA5超格子に亜鉛などの不純物を熱
拡散またはイオン注入すると超格子が破壊されて一様な
混晶に変化することが知られている(W、D。
I、ad、ig他、Appl、 Phys、 Lett
、 38 (1981) 776)本発明はこの現象に
着目し、一段階(一連の処理)のエピタキシャル成長で
製作されたクエハより透明窓をもつ共振器鏡によって構
成される多重量子井戸レーザを得るもので、詳細を第2
図によって説明する。説明上ここては超格子を破壊する
ために亜鉛の熱拡散を用いて説明する。
第2図(α)に示すのは、ル型GaAs基板結晶1上に
ル型AtxGα1−3; Ax層2が形成され、その上
にN+i個(r) GaAz量子井戸層、N個のAly
Ga1yAsバリヤ層から成る超格子層6(但し0<y
<r<1 、#≧1)、P型At3:Ga1−2As層
4、及びP型GaAs J窪5 ノ各rfjAが順に形
成された成長終了直後のウェハ形状である。次に第2図
(A)において、全表面に窒化膜5tsN+6又は酸化
膜5in2を形成してこれをパターニングしてストライ
プ状の窓7をつくり、Znを選択的に拡散する。このZ
n拡散はZn蒸気を含むガス中で500℃〜700℃の
温度で行なう。Zn拡散領域8内の超格子層は破壊され
てAlyGa1 A、?の一様な混晶(9の部分)とな
る。次に第2図(C)に示すようにストライプ7に沿っ
てその中央付近11で結晶を襞間してこの襞間面12(
二より共振器鏡を形成する。16はZn拡散により均一
な混晶となった共振器鏡近傍を示す。このようなプロセ
スで製造される半導体レーザは、共振器鏡を形成する襞
間面12で従来のように活性領域が露出しておらず、亜
鉛拡散によって形成された一様なAt、′Gα+ −y
’ As (13の部分)によって保護されていること
になり、きわめて安定で高出力のレーザを実現すること
ができる。またこの混晶層のAlyGa1−y′A、9
層のバンドギャップは量子井戸の最低準位間の遷移エネ
ルギ桿より大きくすることが可能であるから、この層に
おける吸収損失はほとんど無視することが可能であり、
高効率のレーザが実現できる。第2図(d)が電極形成
後の本発明の半導体レーザな示す図であり、14 、1
5はそれぞれ金属電極、10.10’はリード線である
。図のlは亜鉛拡散領域の幅であり、この幅は十分小さ
く(例えば数ミクロン程度で′可)にできる。12 、
12が前記襞間面であって共振器鏡を形成しており、光
は亜鉛拡散領域の一様!E Al y’ Ga 1−y
’As (13の部分)を介して出力(紙面に平行な方
向)される。
ここで、本発明においてAl、′Gα+ −y’ As
層における吸収損失がほとんど無視できる程小さくでき
ることについて説明すると、簡単のために、超格子層の
GaA、P層102が5OA 、 AlyGa1− y
 As層101が5OA 、 y=0.3とすると、こ
れらから得られる一様な混晶”’/’ ” 1− y’
 AsはN=4の場合、y′は約0.16と計算できる
。AlyGa1−y’ As (y’−0,13)のバ
ンドギャップは量子井戸の最低準位間の遷移エネルギよ
り大きいためこの層(160部分)における吸収損失感
光さくでき、該層の薄さとあいまって吸収損失はほとん
ど無視することが可能となるのである。
以上、特(二本発明について亜鉛の熱拡散を用いた場合
について説明したが、本発明はこれ(=限ることなく、
超格子構造の原子配列の規則性を破壊してそれを混晶化
することができるすべての方法が適用可能であり、例え
ば亜鉛以外の不純物(カドミウム、マグネシウム、Si
、Snなどドナーまたはアクセプタとなる不純物または
Fe、Cγ、0などの深いレベルを形成する不純物)の
熱拡散法または不純物のイオン注入法が適用できる、さ
らにプロトン照射法を適用しても良い。
さらに、本発明はGaAl−A I G a A sか
らなる超格子構造に限らず池の半導体材料からなるレー
ザダイオード例えばGa5h−AIGaSbからなる超
格子構造など他の半導体材料に広く適用できるものであ
る。
発明の効果 以上の説明かられかるようにAlyGa1−yAε−G
aA3等、半導体制料を交互に重ねた多重量子井戸構造
部分に亜鉛やその池の不純物を拡散またはイオン注入す
ることにより一様な混晶Aly′Gα1−y′AI等に
変化することを利用して1回(一連の処理)のエピタキ
シャル成長だけで透明窓をもつ共振器鏡の形成が可能と
なり、これを利用することにより光のパワーは従来の2
倍以上に改善された。また、エツチングしたり再成長し
たりする工程を含まないため、クエへ表面の平坦性が保
存され、従って製作工程が簡単になり、また他の光素子
または電子素子を同一ウェハ上に構成することも容易と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図(至)及び向は多重量子井戸レーザのそれぞれ断
面構造による説明図及びバンド図、第2図(a)〜(d
)は本発明の半導体レーザの製造工程図。 1−、 QaAs基板、2・・・ル型A1.Gα1−x
AI、3・・・AlyGa1−yAs−GaAz量子井
戸構造(超格子層)、4、−p型At工Gα1−よA3
.14および15・・・准属1L10および10′・・
・リード線、12・・・襞間面特許出願人 日本電信電
話公社 代理人 弁理士 玉蟲久五部(外2名)第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 基板結晶上に少なくとも閉込め層、超格子に配
    置されたN+1個の量子井戸とN個(N22)のバリヤ
    層から成り、前記積層構造の側部には超格子層が破壊さ
    れて形成された均一な混晶領域が備えられ、該混晶領域
    (=は共振器鏡を構成する襞間面が形成されていること
    を特徴とする半導体レーデ。 (2)前記基板結晶がル型GaAzであり、@記各閉込
    め層がAt5cGα1−、As層であり、前記超格子層
    がN+1個ノGaAz量子井戸とN個(Q Al yG
    a 1−yAsのバリヤ層からなり、但しo<y<z<
    1.であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体レーデ。 (5)基板結晶上(二重なくとも閉込め層と、交互に配
    置されたN+1個の量子井戸とN個(N22)のバリヤ
    層からなる超格子層と、他の閉込め層を順に形成し、そ
    の表面を窒化シリコンまたは酸化シリコン薄膜で被覆し
    て1部をストライブ状に除去して多数のストライブ状の
    窓をつくり、つぎに該窓よりプロトン照射で、または熱
    拡散もしくはイオン注入で不純物を導入することにより
    、前記窓の下方の超格子層を破壊して一様な混晶領域を
    形成し、その後前記ストライブに沿ってその中央付近で
    結晶を襞間してこの襞間面により共振器鏡を形成するこ
    とを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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