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JPS6238875B2 - - Google Patents
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JPS6238875B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6238875B2
JPS6238875B2 JP60094732A JP9473285A JPS6238875B2 JP S6238875 B2 JPS6238875 B2 JP S6238875B2 JP 60094732 A JP60094732 A JP 60094732A JP 9473285 A JP9473285 A JP 9473285A JP S6238875 B2 JPS6238875 B2 JP S6238875B2
Authority
JP
Japan
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ridges
layer
substrate
forming
cladding layer
Prior art date
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Application number
JP60094732A
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English (en)
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JPS60239087A (ja
Inventor
Masaru Wada
Kunio Ito
Takashi Sugino
Juichi Shimizu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6238875B2 publication Critical patent/JPS6238875B2/ja
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    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
    • H01S5/2235Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface with a protrusion

Landscapes

  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体レーザ装置の製造方法に関する
ものである。
従来の技術 近年、半導体レーザ装置は、その劣化という大
きな問題がほぼ解決され、数千時間から数万時間
の寿命をもつものが容易に得られるようになり、
光通信や光情報処理をはじめとする光技術応用シ
ステムに使用されるようになつて来ている。
このような半導体レーザ装置としては種々のタ
イプのものがある。
発明が解決しようとする問題点 半導体レーザ装置を広く実用に供するために
は、単にそれを長寿命化するだけでなく、性能を
大幅に向上させなければならない。そのために
は、縦・横とも同一モードでスポツト状発振する
こと、光ビームの広がりが小さいこと、電流−光
出力特性においてその二次歪がきわめて小さいこ
と、および、動作電流が小さいことなどの要件を
いかに満たすかが課題となる。
従来のストライプ型半導体レーザ装置において
は、電流の増加に従つて多モード発振となり、ま
た、電流−光出力特性においてもキンクの発生に
よつて直線性が非常に悪い。
本発明は、このような問題点を解決した半導体
レーザ装置を容易に作製できる方法を提供しよう
とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明の方法は、半導体基板の表面に、互いに
平行な二つのリツジを形成してそれらの間にスト
ライプ状溝を形成してから、二つのリツジが形成
された半導体基板上にクラツド層を、その二つの
リツジ上での厚さを他の領域上での厚さより薄
く、かつストライプ状溝上の表面を下方に湾曲さ
せて形成し、さらに、活性層をクラツド層上に、
リツジ上での厚さが他の領域上での厚さより薄く
形成するものである。
作 用 上述のようにリツジを形成し、リツジ形成面上
にクラツド層を形成すると、クラツド層の成長速
度はリツジ部側面における方がリツジ部頂面や基
板主面におけるよりもいちじるしく大きくなる。
したがつて、クラツド層は、リツジ対の外側面近
傍の部分がそれよりもさらに外側の部分上よりも
厚く形成される。そのため、前記クラツド層上に
活性層を形成すると、このクラツド層の斜面部分
上における活性層の成長速度が、それ以外の実質
的な平面部分上における活性層の成長速度に比べ
て大きいため、活性層はリツジ対の外側近傍の部
分が、リツジの頂面上や基板上のリツジより遠い
部分に比べて厚く形成される。
リツジ間のストライプ状溝部に対応する上方の
位置に電極を配置し、通電して発光させると、リ
ツジ頂面上におけるクラツド層の厚みが薄いの
で、この部分では光を基板に吸収させることがで
きる。そして、リツジ対の外側面近傍においてク
ラツド層と活性層とが厚く形成されるため、電流
の広がりが効果的に抑制される。したがつて、発
光部分がきわめて狭い領域に制限される。
実施例 以下、本発明の方法の一実施例について、第1
図を用いて説明する。
まず、第1図Aに示すように、n型GaAs基板
1を準備し、その一方の主面上に通常のフオトエ
ツチング技術を用いて、間隔が5μmで幅15μm
の対をなすストライプ状パターンマスクを250〜
300μmのピツチで形成する。そして、このマス
クを用いて、基板1をH2O:H2O2:H2SO4
8:8:1の硫酸系エツチング液で1.5〜1.7μm
の深さまでエツチする。この選択的なエツチング
でリツジ1a,1bが実質的な平面上に二条平行
に突出した形状に形成される。
上記のような粘性の低い硫酸系エツチング液で
は、反応律速過程が支配的であり、エツチング深
さがエツチング時間に比例するだけでなく、エツ
チング速度も比較的遅いのでリツジ1a,1bの
高さを容易に制御できる。
次に、リツジ1a,1bを有するn型GaAs基
板1上に、液相エピタキシヤル成長法によつてダ
ブルヘテロ構造を形成する。リツジ1a,1bの
ある基板上での結晶成長のメカニズムは平坦な基
板上での結晶成長のメカニズムと異なる。すなわ
ち、リツジ1a,1bのある基板ではリツジ部頂
面上それ以外の平坦な面上での成長速度が、同じ
(100)面であつても異なる。たとえば、250μm
ピツチで幅15μmの一つのリツジを有する基板で
は、リツジ頂面上での成長速度が平坦な面上にお
けるそれの1/6程度と遅くなる。これはリツジの
一部分がメルトバツクすることや、リツジ部分で
の成長が(100)面である頂面上におけるよりも
(111)面である側面における方が支配的となるた
めである。そのため、基板1のリツジ1a,1b
間の部分上においても、基板1の他の主面上やリ
ツジ1a,1bの頂面上よりも、結晶の成長速度
が大となる。このような結晶成長の性質を利用し
て、リツジ1a,1bをもつGaAs基板1上にn
型Ga1-xAlxAsクラツド層2、Ga1-yAlyAs活性層
3、p型Ga1-xAlxAsクラツド層4およびp型
GaAs層5を順次成長させる。赤外光レーザの場
合、xおよびyの値はそれぞれ0.3および0.05で
ある。
n型Ga1-xAlxAs層2の成長過程はリツジ1
a,1bの側面とそれ以外の面とで異なり、成長
開始温度800℃、冷却速度0.5℃/分の条件で4分
間成長をさせると、リツジ1a,1bの頂面上で
は0.3μm、リツジ1a,1b間の部分では1.8μ
mの膜厚が得られる。
基板1のリツジ1a,1b間の部分上での結晶
成長の速度はリツジ1a,1bの高さによつて異
なる。すなわち、リツジ1a,1bが低い場合
(約1μm以下)、リツジ1a,1bと同一の高さ
まで成長するが、リツジ1a,1bが約1μm以
上になると第1図Bに示すように凹状をなす成長
となる。
このn型Ga1-xAlxAs層2上にGa1-yAlyAs活性
層3を極めて薄く成長させる。この場合もリツジ
1a,1b上の成長速度が遅くなるため薄膜成長
には有利であり、0.1μmの膜厚が再現性よく得
られる。クラツド層2の、リツジ1a,1bの外
側部分上、すなわち斜面部分上では、活性層3の
成長速度が平坦面上でのそれに比べて大きいた
め、活性層3の厚さはクラツド層3の頂面上に比
べてその斜面上の方が大となる。リツジ1a,1
b間の活性層3の膜厚はリツジ1a,1bの頂面
上の部分よりもわずかに厚くなり、ほぼ平坦な面
となる。活性層3の上にさらに厚さ2μmのp型
Ga1-xAlxAs層4および厚さ1μmのp型GaAs層
5を順次形成する。ストライプ構造としてヘテ
ロ・アイソレーシヨンとする場合、さらに厚さ1
μmのn型Ga0.5Al0.5As層6が必要となる
が、酸化膜ストライプの場合には成長後、CVD
法やスパツタ法によつて膜を形成する(第1図
C)。ここでは、ヘテロ・アイソレーシヨンスト
ライプ構造について説明する。第1図Cのウエハ
上にマスク用として酸化膜を形成し、フオトエツ
チング技術によつてリツジ1a,1b間の直上に
幅5μmの窓あけをする。さらに、熱リン酸やヨ
ードエツチ液等を用いて選択エツチング法によつ
てp型GaAs層5がストライプ状に露出するまで
n型Ga0.5Al0.5As層6の窓あけをする。電極
とのコンタクトをよくするためにZnによる追加
拡散をし、p+層を窓部に形成した後、Ti−Pt−
Auを蒸着することによつて正電極8を形成し、
さらに全体の厚みが約100μmになるよう裏面エ
ツチを行う。裏面エツチの溶液としてはH2O:
H2O2:H2SO4=1:1:8の液を用いる。エツ
チ後、裏面にAu−Ge−Niを蒸着し、負電極7を
形成する(第1図D)。
以上のようにして作製したレーザ装置の特徴を
次に述べる。第2図に示すようにリツジ1a,1
bより外側の高さd2と溝の深さd1とは必ずしも一
致させておく必要はないが、一例としてd1=d2
1.5μmの基板を用いたレーザを作製した。
正電極8と負電極7との間に電圧を印加し、こ
の半導体レーザ装置に通電すると、活性層3の、
リツジ1a,1b間の溝部上の部分で、単一スポ
ツト状のレーザ発振が生じた。その光出力と電流
との関係は直線性のよいものであつた。そして、
その発振に要する動作電流も少なくてよい。これ
は、リツジ1a,1bの頂面上でのクラツド層2
の厚みが非常に薄く形成されているので、この部
分では光が基板1に吸収されて、発振部分が特定
されるとともに、クラツド層2と活性層3の厚み
がリツジ1a,1bの外側の側面近傍の部分で大
となつているので、電流の広がりが効果的に抑制
されるためと考えられる。
レーザ発振のしきい値電流密度は、リツジ1
a,1bの寸法に依存する。これについて、以下
具体的に説明する。
第3図には溝の幅W1を5μmとした時の発振
しきい値電流密度Jthとリツジ1a,1bの幅
W2,W3との関係を示している。図中、実線はW2
がW3と同じ幅のもの(W2=W3)であり、破線は
W2=100μm一定とした場合のJthの変化を示し
ている。W2を100μm以上とした場合のJthの変
化の様子は、ほぼ破線と同じであつた。この結果
より、W3が100μm以上ではJthはほとんど一定
となるが、W3<100μmになるとJthはW3ととも
に単調に減少するのがわかる。ただ、W3を1μ
mよりも狭く形成すると、レーザ発振は単一スポ
ツト状でなくなる。したがつて、実用的には、そ
の幅を1〜100μmとすることが好ましい。
リツジ1a,1bの間隔については、それが1
μmよりも狭くなると、発生した光がリツジ1
a,1bを通して基板1に吸収される比率が高く
なるので、レーザ発振のしきい値電流密度が高く
なる。また、その間隔が10μmよりも広くなる
と、発振しきい値電流密度が高くなる。実使用
上、リツジ1a,1bの幅は1〜10μmの範囲内
とすることが望ましい。
第4図には、d2=1.5μm,d3=1.8μm,W3
W2=1μmとした時の、d1によるJthの変化を示
したものである。図のようにd1が0.7μmから1.7
μm程度の範囲ではJthはほとんど変化ないが、
d1が0.7μm以下ではJthが急峻に増加する。これ
はd1が0.7μm以下になるとリツジ1a,1b間
の溝部直上で発生した光がn−GaAs基板1に吸
収される比率が大きくなるからで、この吸収の度
合は活性領域とn−GaAs基板1との距離が短い
ほど大きくなる。一方、d1が1.7μm以上になる
と溝部分での直列抵抗が高くなり、電流が溝部分
にある活性層2の領域を流れにくくなるためであ
る。
発明の効果 本発明の方法においては、半導体基板の一方の
主面側を、対をなすリツジが実質的な平面上に平
行に突出する形状に形成してから、これらリツジ
を有する基板面上にクラツド層と活性層とを順次
形成している。そのため、クラツド層はリツジ頂
面上では薄く、また対をなすリツジの外側面近傍
の部分がそれよりもリツジから遠い部分に比べて
容易に厚く形成される。そして、活性層も対をな
すリツジの外側面近傍の部分がそれよりも遠去か
つた部分に比べて容易に厚く成長する。したがつ
て、この方法によれば、実施が非常に容易である
だけでなく、レーザ発振部分をきわめて狭い領域
に制限することができるので、単一モード発振さ
せることができるだけでなく、動作電流の少ない
半導体レーザ装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Dは本発明の方法の一実施例の製造
工程を説明するための断面図、第2図は本発明の
方法によつて得られる半導体レーザ装置の特性を
説明するための要部拡大断面図、第3図および第
4図は同装置のリツジの寸法としきい値電流密度
との関係を示す図である。 1……n−GaAs基板、2……n−Ga1-xAlxAs
層、3……n−Ga1-yAlyAs層、4……p−
Ga1-xAlxAs層、5……p−GaAs層、6……n−
Ga0.5Al0.5As層、7……n側電極、8……p
側電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板の表面に、互いに平行な二つのリ
    ツジを形成して前記リツジ間にストライプ状溝を
    形成する工程と、前記二つのリツジを有する前記
    半導体基板上にクラツド層を、前記二つのリツジ
    上での厚さを他の領域上での厚さより薄く、かつ
    前記ストライプ状溝上の表面を下方に湾曲させて
    形成する工程と、前記クラツド層上に活性層を、
    前記二つのリツジ上での厚さを他の領域上での厚
    さより薄く形成する工程と、前記ストライプ状溝
    上方の前記活性層の上方に電流流入部を形成する
    工程とを備えていることを特徴とする半導体レー
    ザ装置の製造方法。
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