JPS60217690A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

光半導体装置およびその製造方法

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JPS60217690A
JPS60217690A JP59073061A JP7306184A JPS60217690A JP S60217690 A JPS60217690 A JP S60217690A JP 59073061 A JP59073061 A JP 59073061A JP 7306184 A JP7306184 A JP 7306184A JP S60217690 A JPS60217690 A JP S60217690A
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    • 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
    • H01S5/12Construction 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 the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • HELECTRICITY
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    • 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
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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、低W4値電流および良好な高速変調特性を有
し、かつ偏波面が駆動条件によって変化しない半導体レ
ーザおよびその製法に関するものである。
〔従来技術〕
従来、W4値電流(密度)が低い半導体レーザとして第
1図のような埋込み(BH)ストライプレーザが知られ
ていた。これは、基板lo上に、下部クラッド層1、活
性層2、上部クラッド層3およびキャップ層4からなる
ダブルへテロ(DB)ウェー八をます液相エピタキシー
(LPE)法などで成長させ、そのキャップ層4の一部
分を適当な方法で覆ってメサエッチングを施して凸型を
作り、エツチングされた部分に第2のエピタキシャル成
長により活性層2よりノくンドギャップの大きい他の半
導体(埋込み領域)5を成長させることによって製作さ
れる。6はキヤ程を必要とする。このため、製造歩留り
は悪くなる。
一方、良好な高速変調特性を有する半導体レーザとして
分布帰還(DFB)レーザが知られている。これは、第
2図に示すように、ダブルヘテロウェーハの結晶成長過
程において、上部クラッド層3の一部分31が成長した
段階で結晶成長を中断し、光干渉法と化学エツチング法
を利用した方法により結晶表面に回折格子7を設ける。
次いで、再びエピタキシャル結節成長法ニよりクラッド
層3の残りの部分32およびキャップ層4を成長させる
ことによってデノくイスが形成される。
この場合にも、やはり2@の結晶成長過程を要し、製造
歩留りは低下する。しかも、DFBレーザには偏波面選
択性がないので、レーザ出力の偏波面は、例えば、雰囲
気温度によって変化するなどの不安定性を有する。第3
図に周囲温度を変化させた時の偏波面の変化の1例を示
す。
ここで、温度T1以下ではTE偏波を示し、’r+< 
T < T* ではこれと垂直な方向に電界ベクトルを
もつTM偏波になり、更にT1以上の温度では再びTE
偏波になるなど複雑な変化を示す。
BHレーザが閾値電流が低いことと、DFBレーザが変
調特性が秀れることとを合せると、低閾値電流でかつ高
速変調特性にすぐれたDFB−BHレーザを実現できる
ことは容易に考えられ、既に開発段階にある。かかるD
FB−BHレーザの構造の一例を第4図に示す。この場
合には合計3回の結晶成長過程を必要とすることになり
、歩留りが悪いばかりか、DFBレーザのもつ偏波面不
安定性は解消されない。一方、活性層として、第5図に
示すように、2つの異なる物質の超薄膜多層積層構造2
1を用いた構造のレーザは多重量子井戸(MQW)レー
ザと呼ばれる。このレーザは閾値電流密度が低いこと、
および構造が異方的であるためにTE偏波だけが優先的
に発振するという偏波面安定性をもつ利点がある。この
ような構造のMQWレーザダイオードは分子線エピタキ
シー法などにより、1回の結晶成長で作製される。
〔目 的〕
そこで、本発明の目的は、1回あるいは多くても2回の
結晶成長過程のみでBH−DFB−MQWレーザダイオ
ードを製造できるように適切に構成した光半導体装置を
提供することにある。
本発明の他の目的は、1回あるいは多くても2回の結晶
成長過程のみでBH−DFB−MQWレーザダイオード
を製造することのできる光半導体装置の製造方法を提供
することにある。
〔発明の構成〕
かかる目的を達成するために、本発明光半導体装置は、
基板を有し、該基板上に下部タララッド層、多重量子井
戸構造をもつ活性層、上部クラッド層、キャップ層をこ
の順序で配置し、キャップ層上にはストライブ電極を配
置した光半導体装置において、活性層のうち、ストライ
ブ電極の直下以外の部分に対して、ストライブ電極とほ
ぼ直交する方向に周期的にイオン注入を行って混晶化し
、当該部分の屈折率を周期的に変化させる゛ように構成
する。
本発明製造方法は、基板を有し、該基板上に下部クラッ
ド層、多重量子井戸構造をもつ活性一層、上部クラッド
層、キャップ層をこの順序で配置し、キャップ層上には
ストライブ電極を配置した光半導体装置の製造方法にお
いて、集束イオンビームをストライブ電極とほぼ直交す
る方向に一定周期で繰り返してキャップ層に照射して、
不純物イオンを前記活性層に到達するようにイオン注入
する工程と、活性層に熱を加えて、イオン注入された部
分の多重量子井戸構造を混晶化する工程とを具える。
〔実施例〕
以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
以上のat論より、本発明では、BHレーザよりも閾値
電流が低く、高速変調性にすぐれ、かつ偏波面が安定で
あるレーザダイオードを実現するためには、BH−DF
B−MQW構造をとるのが望ましいという結論に達し、
第6図に示すようなりH−DFB−MQW構造の半導体
レーザを実現することを目指す。
一般に、かかるレーザを製作しようとすると、3回の結
晶成長過程を必要とすることになり、工程が複雑となる
ために、歩留り低下を招来する。これに対して、本発明
では、1回または2回の結晶成長過程でかかる半導体レ
ーザを製造するが、その一実施例を第7図〜第9図によ
り説明する。
第7図は、分子線エピタキシー法などによって1回の結
晶成長工程で製作された、多重量子井戸構造をもつ活性
層21を有する多重量子井戸(MQW)レーザダイオー
ドの構造を示す。ここで、6は電流を注入するためのス
トライプ電極金属層である。
本発明では、ビーム径が0.1μm程度に絞られた81
.またはZnまたはBeその他の集束イオンビーム70
をキャップ層4およびストライプ電極6の面に垂直に照
射し、その長手方向とははホ直角方向に静電的にライン
アンドスペースの走査を行う。かかるイオンビーム7o
の照射により得られたパターン17において、ライン8
の方向はストライブ電極6に直角になっている。
ここで、周期dは分布帰還形レーザダイオードの回折格
子の周期(通常0.2〜0゜5μm)に選定−しておく
ものとする。また、集束イオンビームは照射されたイオ
ンが活性層21に到達する程度にまであらかじめ加速さ
れているものと−する。
次に、このようなレーザダイオードに対して、500〜
700°C程度の温度で熱処理を10分ないし2時間程
度施すと、第8図(A)に示すように、活性層である多
重量子井戸層21のうち、イオンが注入された部分22
だけは、多重量子井戸構造が壊れて混晶化する。すなわ
ち、第5図に示したような2つの異種物質を交互に積層
した構造において、イオン注入とその後の熱処理を経る
ことにより、部分22では2つの物質が完全にランダム
に混合した混晶状態へと変化する。
なお、活性層21の部分のみの屈折率を取り出して示す
と、第8図(B)のようになる。混晶状態は・一般的に
、多重量子井戸構造に比べてバンドギャップが大きく、
光の屈折率が小さい。その差は0.1〜0.2という大
きな値である。このように、イオン注入された部分22
は混晶化により屈折率が小さくなり、隣接するイオン注
入されない部分23は混晶化せずにもとのままの屈折率
をもつことになる。このような屈折率の繰り返し構造2
4が、ストライブ電極6の長手方向に沿って、ストライ
プ電極6直下の活性層(発光領域)25に隣接して形成
される。
ここで、ストライブ電極6:に平1行なIIJAA’に
沿って見た屈折率の変化の様子を第8図(C)に示す。
この屈折率の繰り返し構造24は、発光領域25で発光
してストライブ電極6に沿って伝播するレーザ光にとっ
ては回折格子として分布帰還作用をする。すなわち、分
布帰還形多重量子井戸(DFB−MQW) レーザダイ
オードとして動作する。
それと同時に、屈折率の繰り返し構造24は、もともと
の多重量子井戸領域23とそれを混晶化して屈折率を小
さ−くした領域22とのくり返しから構成されているの
で、空間的に平均化した屈折率はもともとの多重量子井
戸領域よりは小さい。
ストライブ電極6の横断面を考えると、第8図(B)に
示すように、発光領域25はストライプ方向に沿って屈
−折率の繰り返し構造が設けられている、より屈折率の
小さな領域22で囲まれており、光波は発光領域25に
閉じ込められる。
更に、上部クラッド層3がイオン注入される前にp型(
またはn型)であれば、注入された後にはn型(または
p型)の逐導型を示すように注入イオン種をドナー不純
物(またはアクセプタ不純物)の中から選定すれは、第
9図に示すように、ストライプ電極6の直下の上部り゛
ラッド層領域34に比べて、これと横方向で隣接してい
て一部イオン注入された領域33の電気抵抗率は増大す
る。これにより電極6から注入される電流は領域34を
経由して発光領域25に集中して注入することができる
。すなわち、電流の閉じ込め効果をもたせることができ
る。
以上に説明したように、この構造は光波および電流の両
方を発光領域25に閉じこめるために有効な構造であり
、埋込み(BH)レーザダイオードとしても動作する。
このようにして、第9図に示した構造はBH−DFB−
MQWレーザとして動作する。以上の実施例に示したよ
うに、本発明によれは、1回だけのエビタ±シャル12
. 長のみでDFB−BH−MQWレーザを製作するこ
とができる。第10図は本発明の別の実施例を示し、本
例では、集束イオンビームの走査パターンだけが第1の
実施例とは異なる。この場合、イオンビームの走査をス
トライプ電極6の付近だけにとどめ、かつ長いライン8
1と短いライン82とを交互に描くように走査して、屈
折率が周期的に変化する構造17′を構成する。この場
合、長いライン81の長さはレーザ発振の媒質内波長に
比べて充分に長いことを意味し、短いライン82の長さ
は、同波長と同程度またはそれ以下を意味する。このよ
うな長さの交互に異なる領域にイオン注入することによ
って、BH−DFB−MQWレーザを形成できることは
第1の実施例で説明したことによって明らかである。
なお、第1および第2の実施例では、エピタキシャル結
晶成長が終了しかつストライプ電極6を形成したウェー
ハに対してイオン注入を行なう場合を示したが、本発明
はこれに限定されない。例えば、注入されるイオンが活
性層21まで到達しない場合には、第1の上部クラッド
層31でエピタキシャル成長を止めたウェーハを用いて
イオン注入し、熱処理を行ない、再び第2の上部クラッ
ド層32およびキャップ層4をエピタキシャル成長させ
ることも考えられる。
この場合にはエピタキシャル成長は2回行なう必要があ
る。
〔効 果〕
以上説明したように、本発明によれば、1回のまたは多
くても2回のエピタキシャル結晶成長と集束イオンビー
ムを用いたイオン注入の工程な用いて、DFB−BH−
MQW構造のレーザダイオードを製作するので、結晶成
長回数が少くて済むことから高性能レーザダイオードを
歩留りよく製作することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の埋込み(B)I)レーザーの構造の一例
を示す線図、第2図は従来の分布帰還形(DFB)レー
ザーの構造の一例を示す線図、第3図はDFBレーザの
発振の偏波m1と周囲温度による変化を示す概念図、第
4図は従来の埋込み・分布帰還型(BH−DFB)レー
ザの構造の一例を示すm図、第5図は従来の多重量子井
戸(MQW)レーザの構造の一例を示す線図、第6図は
、本発明の目的とするDH−DFB−MQWレーザの構
造の概略を示す線図、第7図は本発明にょるBH−DF
B−MQw レーザの製造方法の1実施例において、集
束イオンビームを用いてイオン注入を行なう工程を示す
線図、第8図(4)は活性層である多重量子井戸層を抜
き出して示す拡大図、第8図(B)および(C)はその
屈折率の分布図、第9図はイオン注入してがら更に熱処
理を行なった後のウェーハの状態を示す線図、第10図
は本発明の別の実施例を示す線図である。 1・・・・・・下部クラッド層、 2・・・・・・活性層、 3・・・・・・上部クラッド層、 4・・・・・・キャップ層、 5・・・・・・埋込み層、 6・・・・・・ストライプ電極、 7・・・・・・回折格子、 8・・・・・・集束イオンビームで走査するライン、1
0・・・・・・基 板、 17.17’・・・・・・周期的に屈折率の変化してい
る構造、21・・・・・・多重量子井戸構造をもつ活性
層、22・・・・・・イオン注入されて混晶化した多重
量子井戸層、23・・・・・・イオン注入されない多重
量子井戸層、24・・・・・・屈折率の繰り返し構造、
25・・・・・・ストライブ電極直下の活性層、 区3
1・・・・・・第1の上部クラッド層、 −32・・・
・・・第2の上部クラッド層、昧33・・・・・・部分
的に−rオン注入された上部クラッド層、34・・・・
・・ストライプ電極直下の上部クラッド層、70・・・
・・・ 集束イオンビーム、81・・・・・・集束イオ
ンビームで走査する長いライン、82・・・・・・集束
イオンビームで走査する短いライン。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人弁理士 谷 砂 − 昧 鉾

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)基板を有し、該基板上に下部クラッド層、多重量子
    井戸構造をもつ活性層、上部クラッド層・キャップ層を
    この順序で配置し、前記キャップ層上にはストライプ電
    極を配置した光半導体装置において、前記活性層のうち
    、前記ストライプ電極の直下以外の部分に対して、前記
    ストライプ電極とほぼ直交する方向に周期的にイオン注
    入を行って混晶化し、当該部分の屈折率を周期的に変化
    させるように構成したことを特徴とする光半導体装置。 2)基板を有し、該基板上に下部クラッド層、多重量子
    井戸構造をもつ活性層、上部クラッド層、キャップ層を
    この順序で配置し、前記キャップ層上にはストライプ電
    極を配置した光半導体装置の製造方法において、 4IIL′mイ甘ンピームを創l−ストライプ電極を書
    テぼ直交する方向に一定周期で繰り返して前記キャップ
    層に照射して、不純物イオンを前記活性層に到達するよ
    うにイオン注入する工程と、前記活性層に熱を加えて、
    イオン注入された部分の多重量子井戸構造を混晶化する
    工程とを具えたことを特徴とする光半導体装置の製造方
    法。
JP59073061A 1984-04-13 1984-04-13 光半導体装置およびその製造方法 Granted JPS60217690A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0177221A2 (en) * 1984-09-28 1986-04-09 Hitachi, Ltd. Semiconductor laser
JPS6236886A (ja) * 1985-08-12 1987-02-17 Hitachi Ltd 半導体構造体とその製造方法
EP0406005A2 (en) * 1989-06-30 1991-01-02 Optical Measurement Technology Development Co. Ltd. Semiconductor laser and manufacture method therefor

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