JPH02257685A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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- JPH02257685A JPH02257685A JP1076489A JP7648989A JPH02257685A JP H02257685 A JPH02257685 A JP H02257685A JP 1076489 A JP1076489 A JP 1076489A JP 7648989 A JP7648989 A JP 7648989A JP H02257685 A JPH02257685 A JP H02257685A
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- groove
- striped
- semiconductor laser
- refractive index
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/12—Construction 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
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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- Optics & Photonics (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は半導体レーザ素子及びその製造方法、特に分
布反射共振器の構成により単一波長で発振する半導体レ
ーザ素子及びその製造方法に関するものである。
布反射共振器の構成により単一波長で発振する半導体レ
ーザ素子及びその製造方法に関するものである。
［従来の技術］
例えば光ファイバによる情報伝送において、光源が多軸
モードのスペクトルを有すると、光ファイバの波長分散
の影響を受けて伝送距離、伝送速度が制限されることに
なる（分散制限）。この問題を解決する方法として、光
ファイバの波長分散の制御とともに、光源として用いら
れる半導体レーザの単一軸モード（単一波長）化が進め
られている。半導体レーザの単一波長化の手段について
は種々の方式が考えられているが、そのうちで発振波長
を選択する回折格子（以下グレーティングと称する）を
半導体レーザの外側あるいは内部に組み込む方法がある
。このようにグレーティングを組み込んだ半導体レーザ
素子については、−例として下記の文献に開示されたも
のがある。
モードのスペクトルを有すると、光ファイバの波長分散
の影響を受けて伝送距離、伝送速度が制限されることに
なる（分散制限）。この問題を解決する方法として、光
ファイバの波長分散の制御とともに、光源として用いら
れる半導体レーザの単一軸モード（単一波長）化が進め
られている。半導体レーザの単一波長化の手段について
は種々の方式が考えられているが、そのうちで発振波長
を選択する回折格子（以下グレーティングと称する）を
半導体レーザの外側あるいは内部に組み込む方法がある
。このようにグレーティングを組み込んだ半導体レーザ
素子については、−例として下記の文献に開示されたも
のがある。
文献・・・「光集積回路−基礎と応用」、応用物理学会
光学懇話全編； Ｌ４９〜５１． ｐ、５８〜５９．
ｐ、６３゜朝倉書店刊、１９８８年４月発行。
光学懇話全編； Ｌ４９〜５１． ｐ、５８〜５９．
ｐ、６３゜朝倉書店刊、１９８８年４月発行。
この種の半導体レーザ素子には、分布ブラッグ反射型レ
ーザ（ＤＢＲ−ＬＤと略称される：ｄ１ｓｔｒｌｂｕｔ
ｅｄ ｂｒａｇｇ ｒｅＮｅｃｔｏｒ １ａｓｅｒ ｄ
ｉｏｄｅ ）と分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤと略称
される：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆ’ｅｅｄｂａｃｋ
１ａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）とがあり、いずれも上記文
献に示されているように分布反射共振器としての機能を
もつグレーティング導波路が用いられている。つまり、
グレーティング導波路は光集積回路の中で光フィルタ、
反射器、そして共振器としての重要な機能をもつ他、上
記のＤＢＲ−ＬＤやＤＦＢ−ＬＤのような単体半導体レ
ーザ素子としても広く応用されているものである。そし
て、グレーティング導波路を用いるこれらのレーザ装置
は、通常の半導体レーザ装置のようにへき開面かうなる
反射端面を本質的に必要としないので集積レーザとして
も適しているという特長を有するために、最近急速に研
究開発が進められており、とくにＤＦＢ−ＬＤはその量
産が開始されている現状にある。
ーザ（ＤＢＲ−ＬＤと略称される：ｄ１ｓｔｒｌｂｕｔ
ｅｄ ｂｒａｇｇ ｒｅＮｅｃｔｏｒ １ａｓｅｒ ｄ
ｉｏｄｅ ）と分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤと略称
される：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆ’ｅｅｄｂａｃｋ
１ａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）とがあり、いずれも上記文
献に示されているように分布反射共振器としての機能を
もつグレーティング導波路が用いられている。つまり、
グレーティング導波路は光集積回路の中で光フィルタ、
反射器、そして共振器としての重要な機能をもつ他、上
記のＤＢＲ−ＬＤやＤＦＢ−ＬＤのような単体半導体レ
ーザ素子としても広く応用されているものである。そし
て、グレーティング導波路を用いるこれらのレーザ装置
は、通常の半導体レーザ装置のようにへき開面かうなる
反射端面を本質的に必要としないので集積レーザとして
も適しているという特長を有するために、最近急速に研
究開発が進められており、とくにＤＦＢ−ＬＤはその量
産が開始されている現状にある。
第４図（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）は上記の文献に
示されている導波路型グレーティングの基本構造その他
を示す模式図であり、第４図（ａ）は光共振の動作説明
図、第４図（ｂ）はグレーティング導波路の部分の等価
屈折率の説明図、第４図（Ｃ）は導波路内の屈折率分布
を示す説明図である。
示されている導波路型グレーティングの基本構造その他
を示す模式図であり、第４図（ａ）は光共振の動作説明
図、第４図（ｂ）はグレーティング導波路の部分の等価
屈折率の説明図、第４図（Ｃ）は導波路内の屈折率分布
を示す説明図である。
第４図（ａ） 、（ｂ） 、（ｃ）に示されるように、
従来の分布反射共振器型の半導体レーザ素子においては
、媒質の屈折率ｎが２方向に周期的に変化している３層
スラブ導波路を設けていた。ここで、３層スラブ導波路
は、第４図（ａ） 、（ｅ）でみられるように基本的に
ｎｌの屈折率を有する導波路層と、ｎ３の屈折率で示さ
れる基板と、ｎ２の屈折率をもつ活性層の３層構造を有
し、屈折率ｎ１と屈折率ｎ３の層間に回折格子（グレー
テイング面）が構成されているものである。なお、各層
の屈折率においてはｎ＞ｎｅ、ｎ である。すなわち
、この導波路において、ローと０３の媒質の境界が、第
４図（ａ） 、 （ｂ）のように、周期的に凹凸になっ
ていて、光分布に対する等価的な屈折率ｎ が周期的に
変化していると考えることができる。なお等価屈折率ｎ
は屈折率変化の中心値である。ブレ−ティングの次数
が１のとき、第４図（ｂ）に示した屈折率変化の周期は
八であるが、たとえばｍ次のグレーティングではΔはΔ
／ｍで示される。
従来の分布反射共振器型の半導体レーザ素子においては
、媒質の屈折率ｎが２方向に周期的に変化している３層
スラブ導波路を設けていた。ここで、３層スラブ導波路
は、第４図（ａ） 、（ｅ）でみられるように基本的に
ｎｌの屈折率を有する導波路層と、ｎ３の屈折率で示さ
れる基板と、ｎ２の屈折率をもつ活性層の３層構造を有
し、屈折率ｎ１と屈折率ｎ３の層間に回折格子（グレー
テイング面）が構成されているものである。なお、各層
の屈折率においてはｎ＞ｎｅ、ｎ である。すなわち
、この導波路において、ローと０３の媒質の境界が、第
４図（ａ） 、 （ｂ）のように、周期的に凹凸になっ
ていて、光分布に対する等価的な屈折率ｎ が周期的に
変化していると考えることができる。なお等価屈折率ｎ
は屈折率変化の中心値である。ブレ−ティングの次数
が１のとき、第４図（ｂ）に示した屈折率変化の周期は
八であるが、たとえばｍ次のグレーティングではΔはΔ
／ｍで示される。
このグレーティング導波路内には＋２方向へ進む波Ｒ（
ｚ）と−２方向に進む波Ｓ （ｚ）があり、お互いに結
合し、反射し合っている。ある点２−２ｏからみて、Ｒ
（ｚ）がＳ （ｚ）に結合し、再びＲ（ｚ）に結合する
導波路の一往復過程で、ちょうどもとのＲ（ｚ）の位相
に等しくなる場合には、グレーティング導波路自身が共
振器として作用する。
ｚ）と−２方向に進む波Ｓ （ｚ）があり、お互いに結
合し、反射し合っている。ある点２−２ｏからみて、Ｒ
（ｚ）がＳ （ｚ）に結合し、再びＲ（ｚ）に結合する
導波路の一往復過程で、ちょうどもとのＲ（ｚ）の位相
に等しくなる場合には、グレーティング導波路自身が共
振器として作用する。
したがって、グレーティングの周期へに対応する波長の
光のみが選択され、その波長でレーザ発振をおこす。つ
まり、第４図（ａ）のような基本構造を有する導波路型
グレーティングは屈折率の周期的微小変化を利用してい
る点て、バルク状のホログラフィックグレーティングと
同じであるが、入射波Ｒと反射波Ｓとがちょうど逆向き
で、屈折率変化の周期Ａが波長λの半分（ｍ次のグレー
ティングではそのｍ倍）になっているとき、すなわちＡ
−ｍλ／２のときがブラック条件となっている。
光のみが選択され、その波長でレーザ発振をおこす。つ
まり、第４図（ａ）のような基本構造を有する導波路型
グレーティングは屈折率の周期的微小変化を利用してい
る点て、バルク状のホログラフィックグレーティングと
同じであるが、入射波Ｒと反射波Ｓとがちょうど逆向き
で、屈折率変化の周期Ａが波長λの半分（ｍ次のグレー
ティングではそのｍ倍）になっているとき、すなわちＡ
−ｍλ／２のときがブラック条件となっている。
第５図は従来の例えばＤＦＢ−ＬＤの素子構造を示す模
式断面図である。第５図において、ｎ−１ｎＰ基板１０
１上に導波路層（１ｇ −１，３６ｔａのＩｎＧａＡｓ
Ｐ層） １０２ 、活性層（λｇ−１，５５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ層） １０３ 、バッファー層（λ −１，
３１ｔｍの１ｎＧａＡｓＰ層） １０４ 、ｐ−１ｎＰ
クラッド層１０５が例えば液相成長法によりそれぞれエ
ピタキシアル成長されて素子が構成されている。ここで
λ はＩｎＧａＡｓＰ層の禁制帯幅に対応した波長をあ
られしている。またそれぞれの層の屈折率は順にｎ
−３，４、ｎ −３，５４、ｎ −ｍ３．４ 、ｎ
３−３．１７である。
式断面図である。第５図において、ｎ−１ｎＰ基板１０
１上に導波路層（１ｇ −１，３６ｔａのＩｎＧａＡｓ
Ｐ層） １０２ 、活性層（λｇ−１，５５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ層） １０３ 、バッファー層（λ −１，
３１ｔｍの１ｎＧａＡｓＰ層） １０４ 、ｐ−１ｎＰ
クラッド層１０５が例えば液相成長法によりそれぞれエ
ピタキシアル成長されて素子が構成されている。ここで
λ はＩｎＧａＡｓＰ層の禁制帯幅に対応した波長をあ
られしている。またそれぞれの層の屈折率は順にｎ
−３，４、ｎ −３，５４、ｎ −ｍ３．４ 、ｎ
３−３．１７である。
第５図に示した構造を有するＤＦＢ−ＬＤは例えば光フ
ァイバの損失が最も小さくなる波長λ−１，５５１Ｉｎ
＋で発振するように作られた構造例を示したものである
。
ァイバの損失が最も小さくなる波長λ−１，５５１Ｉｎ
＋で発振するように作られた構造例を示したものである
。
上記のような従来のグレーティング導波路を組み込んで
、屈折率差による光の反射を利用した分布反射共振型半
導体レーザのうちの特にＤＦＢ−ＬＤにおいては、グレ
ーティング導波路に対応するブラッグ波長のところにス
トップバンド（発振波長が存在しない領域）が生じ、ブ
ラッグ波長をはさんだ２波長で発振してしまうという欠
点があった。すなわち、例えば光集積回路用レーザ素子
として使用すると、要請されている単一波長による発振
条件がくずれてしまうという不都合があった。
、屈折率差による光の反射を利用した分布反射共振型半
導体レーザのうちの特にＤＦＢ−ＬＤにおいては、グレ
ーティング導波路に対応するブラッグ波長のところにス
トップバンド（発振波長が存在しない領域）が生じ、ブ
ラッグ波長をはさんだ２波長で発振してしまうという欠
点があった。すなわち、例えば光集積回路用レーザ素子
として使用すると、要請されている単一波長による発振
条件がくずれてしまうという不都合があった。
そこで、本発明者のうちの１名の者は」二足の問題に着
目して、２波長発振をおこすことなく単一波長で発振す
るＤＦＢ−ＬＤ型の半導体レーザ素子及びその製造方法
を開発し、本発明の特許出願人は特願平１−２８８２５
号によって特許出願を行っている。
目して、２波長発振をおこすことなく単一波長で発振す
るＤＦＢ−ＬＤ型の半導体レーザ素子及びその製造方法
を開発し、本発明の特許出願人は特願平１−２８８２５
号によって特許出願を行っている。
第３図（ａ） 、（ｂ） 、（ｅ）は上記の特許願の実
施例に記載されたものと同一の半導体レーザ素子の従来
例を示す模式構成説明図であり、第３図（ａ）は素子上
面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）に示したＡ−Ａ断面
図、第３図（ｅ）は第３図（ｂ）に示したＢ−Ｂ断面図
である。
施例に記載されたものと同一の半導体レーザ素子の従来
例を示す模式構成説明図であり、第３図（ａ）は素子上
面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）に示したＡ−Ａ断面
図、第３図（ｅ）は第３図（ｂ）に示したＢ−Ｂ断面図
である。
第３図（ａ） 、（ｂ） 、 （ｅ）において、１は素
子基板のｎ−１ｎＰ基板（ｎはｎ型を示す）であり、２
はｎ−１ｎＰ基板１上に形成した電流阻止層を形成する
ＦｅドープＩｎＰ絶縁層で、この絶縁層により電流の非
注入領域が形成される。７は電流阻止層を貫いてｎ−１
ｎＰ基板１に達する溝６の中に埋め込まれたｎ−１ｎＰ
クラッド層であり、電流の注入領域を形成している。Ｆ
ｅドープＩｎＰ絶縁層２とｎ−ＩｎＰｎワク９フ７は所
定の同一のピッチΛ＝ｍλ／２ｎｅ （λは発振波長、
ｎ は導波路の等側屈ｅ
ｅ折率１ｍは正の整数）で交
互に配設されており、電流の注入領域と非注入領域上に
設けられたノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層８が形成する導
波路層とともにゲインカップリング部を構成している。
子基板のｎ−１ｎＰ基板（ｎはｎ型を示す）であり、２
はｎ−１ｎＰ基板１上に形成した電流阻止層を形成する
ＦｅドープＩｎＰ絶縁層で、この絶縁層により電流の非
注入領域が形成される。７は電流阻止層を貫いてｎ−１
ｎＰ基板１に達する溝６の中に埋め込まれたｎ−１ｎＰ
クラッド層であり、電流の注入領域を形成している。Ｆ
ｅドープＩｎＰ絶縁層２とｎ−ＩｎＰｎワク９フ７は所
定の同一のピッチΛ＝ｍλ／２ｎｅ （λは発振波長、
ｎ は導波路の等側屈ｅ
ｅ折率１ｍは正の整数）で交
互に配設されており、電流の注入領域と非注入領域上に
設けられたノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層８が形成する導
波路層とともにゲインカップリング部を構成している。
ノンドープＩｎＧａＡｓＰ層８の上にはノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ活性層９が、さらにその上にはバッファ層と
なるノンドープＩｎＧａＡｓＰ ＪＷＩＯが、さらにそ
の上にはｐ−ＩｎＰクラッド層１１が形成されていてＤ
Ｆ］３−Ｉ、Ｄの基本構造が構成されている。また、ｐ
−１ｎＰクラッド層１１の上には正極を構成するｐ
−１ｎＧａＡｓＰ層１２が堆積され、その上に第３図（
Ｃ）にみられるように電流の注入領域に電流をとるため
に設けた電極窓１４のためのコンタクト穴を有するＳｉ
Ｎ膜１３が形成され、その上に電極窓１４を介してｐ
−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１２と接続されるＡｕＺ
ｎ電極１５の導電層が形成されている。一方、ｎ−１ｎ
Ｐ基板１の裏側全面には負極を構成する導電性のＡｕＧ
ｅＮ１電極１６が形成されている。
ＧａＡｓＰ活性層９が、さらにその上にはバッファ層と
なるノンドープＩｎＧａＡｓＰ ＪＷＩＯが、さらにそ
の上にはｐ−ＩｎＰクラッド層１１が形成されていてＤ
Ｆ］３−Ｉ、Ｄの基本構造が構成されている。また、ｐ
−１ｎＰクラッド層１１の上には正極を構成するｐ
−１ｎＧａＡｓＰ層１２が堆積され、その上に第３図（
Ｃ）にみられるように電流の注入領域に電流をとるため
に設けた電極窓１４のためのコンタクト穴を有するＳｉ
Ｎ膜１３が形成され、その上に電極窓１４を介してｐ
−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１２と接続されるＡｕＺ
ｎ電極１５の導電層が形成されている。一方、ｎ−１ｎ
Ｐ基板１の裏側全面には負極を構成する導電性のＡｕＧ
ｅＮ１電極１６が形成されている。
以上のように構成したＤＦＢ−ＬＤ素子において、Ａｕ
Ｚｎ電極１５とＡｕＧｅＮｉ電極１６に電圧を印加する
ことにより電流の注入領域すなわち各ｎ −１ｎＰクラ
ッド層７の領域にのみ電流が流れ、この領域上の活性領
域に光が発生し、ゲインカップリングを構成する実効的
なグレーティング導波路の作用により前述のような光の
進行方向に光の増幅と吸収が行われる。このとき、正帰
還モードによってレーザ発振が成立し、第３図（ｂ）の
矢印で示したようにノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層９
の端面から上記の周期へによるブラッグ波長で規制され
る単一波長のレーザ光が出射される。
Ｚｎ電極１５とＡｕＧｅＮｉ電極１６に電圧を印加する
ことにより電流の注入領域すなわち各ｎ −１ｎＰクラ
ッド層７の領域にのみ電流が流れ、この領域上の活性領
域に光が発生し、ゲインカップリングを構成する実効的
なグレーティング導波路の作用により前述のような光の
進行方向に光の増幅と吸収が行われる。このとき、正帰
還モードによってレーザ発振が成立し、第３図（ｂ）の
矢印で示したようにノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層９
の端面から上記の周期へによるブラッグ波長で規制され
る単一波長のレーザ光が出射される。
第６図（ａ）〜（ｄ）は半導体レーザ素子例えば第３図
（ａ） 、（ｂ） 、（ｅ）の実施例素子の製造方法の
一実施例を工程順に示す要部断面図である。以下、第６
図（ａ）〜（ｄ）の工程回顧にその形成方法及び形成状
態を説明する。
（ａ） 、（ｂ） 、（ｅ）の実施例素子の製造方法の
一実施例を工程順に示す要部断面図である。以下、第６
図（ａ）〜（ｄ）の工程回顧にその形成方法及び形成状
態を説明する。
第６図（ａ）において、まず、ｎ−１ｎＰ基板１上に気
相成長法によりＦｅドープｌｎＰ絶縁層２を厚さ２μｉ
程度成長させる。さらにこの上にＰ−ＣＶＤ （プラズ
マＣＶＤ）法により厚さ２０００人のＳｉＮ膜３を膜付
けし、さらにポジレジスト４を厚さ５００人コーティン
グする。その後、干渉露光法によりピッチ２４００人の
グレーティング用パターン５を露光、現像により形成す
る。
相成長法によりＦｅドープｌｎＰ絶縁層２を厚さ２μｉ
程度成長させる。さらにこの上にＰ−ＣＶＤ （プラズ
マＣＶＤ）法により厚さ２０００人のＳｉＮ膜３を膜付
けし、さらにポジレジスト４を厚さ５００人コーティン
グする。その後、干渉露光法によりピッチ２４００人の
グレーティング用パターン５を露光、現像により形成す
る。
第６図（ｂ）において、ポジレジスト４をマスクとして
ＨＦ系水溶液によりエツチングを行い、ＳｉＮ膜３をパ
ターニングした後ポジレジスト４を除去する。ついで、
ＳｉＮ膜３をマスクとして（Ａｒ十〇ｇ２）ガスによる
ドライエツチングを行い、ｎ−１ｎＰ基板１に達する溝
６を形成する。溝６の幅は約１２００人で深さは２．５
μＩである。
ＨＦ系水溶液によりエツチングを行い、ＳｉＮ膜３をパ
ターニングした後ポジレジスト４を除去する。ついで、
ＳｉＮ膜３をマスクとして（Ａｒ十〇ｇ２）ガスによる
ドライエツチングを行い、ｎ−１ｎＰ基板１に達する溝
６を形成する。溝６の幅は約１２００人で深さは２．５
μＩである。
第６図（ｅ）において、ＳｉＮ膜３をマスクとして、Ｍ
ＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）法により、選択的に溝６の
中にｎ−１ｎＰクラッド層７を成長させた後、ＳｉＮ膜
３を除去する。
ＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）法により、選択的に溝６の
中にｎ−１ｎＰクラッド層７を成長させた後、ＳｉＮ膜
３を除去する。
第６図（ｄ）において、第６図（Ｃ）に示した基板に対
して、いずれも液相成長法により順次ノンドープＩｎＧ
ａＡｓＰ層８（λｇ −１，３μｍ、厚さ０．１μｉ）
、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層９（λｇ −１，５
ａｍ。
して、いずれも液相成長法により順次ノンドープＩｎＧ
ａＡｓＰ層８（λｇ −１，３μｍ、厚さ０．１μｉ）
、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層９（λｇ −１，５
ａｍ。
厚さ０．１． ｕ Ｉｌ） ｓノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ層１０（λｇ＝１．３ ｕｔａ 、厚さ０．１ ａｍ
） 、ｐ−１ｎＰクラッド層１１（厚さ１ ｕｔａ
） 、ｐ −１ｎＧａＡｓＰコンタクト層１２（λｇ−
１．２μロ、厚さ０．５μｏ＋）を成長させる。
Ｐ層１０（λｇ＝１．３ ｕｔａ 、厚さ０．１ ａｍ
） 、ｐ−１ｎＰクラッド層１１（厚さ１ ｕｔａ
） 、ｐ −１ｎＧａＡｓＰコンタクト層１２（λｇ−
１．２μロ、厚さ０．５μｏ＋）を成長させる。
その後、ｐ −１ｎＧａＡｓＰコンタクト層１２上にＰ
−ＣＶＤ法によりＳｉＮ ＨＩ３ （厚さ２０００人）
を膜付けする。さらに、従来のホトリソグラフィー法に
より、電流を流す部分となる幅約１０μ彊の電極窓１４
［第１図（ｂ）参照コをＳｉＮ膜１３に開孔したのち、
正極側にＡｕＺｒ＋電極１５、負極側にＡｕＧｅＮｉ電
極ＩＧを膜付けして上記一連の製造工程を終了する。
−ＣＶＤ法によりＳｉＮ ＨＩ３ （厚さ２０００人）
を膜付けする。さらに、従来のホトリソグラフィー法に
より、電流を流す部分となる幅約１０μ彊の電極窓１４
［第１図（ｂ）参照コをＳｉＮ膜１３に開孔したのち、
正極側にＡｕＺｒ＋電極１５、負極側にＡｕＧｅＮｉ電
極ＩＧを膜付けして上記一連の製造工程を終了する。
なお、上記の（ｄ）工程においてノンドープ１ｎＧａＡ
ｓＰ層８は導波路層として設けたものであるが、場合に
よってはこの層は省略することもできる。
ｓＰ層８は導波路層として設けたものであるが、場合に
よってはこの層は省略することもできる。
また、第６図（ａ）、（ｂ）工程においてピッチＡ−２
４００人のグレーティングパターン５を形成し、溝６を
形成するとき、ラインアンドスペースで考えると、溝６
の幅は１２００人であり、溝深さが２μｍ以上必要であ
ることを考えた場合溝形成のためのエツチングはウェッ
トエツチングでは達成されず、上記のようにドライエツ
チングで行うことが必要条件となっている。
４００人のグレーティングパターン５を形成し、溝６を
形成するとき、ラインアンドスペースで考えると、溝６
の幅は１２００人であり、溝深さが２μｍ以上必要であ
ることを考えた場合溝形成のためのエツチングはウェッ
トエツチングでは達成されず、上記のようにドライエツ
チングで行うことが必要条件となっている。
［発明が解決しようとする課題〕
上記した第３図（ａ） 、（ｂ） 、（ｅ）のような従
来の半導体レーザ素子では、電極窓のストライプ方向す
なわちＰｅドープＩｎＰ絶縁層（電流阻止層）に設けた
溝が並んでいる方向に対して垂直かつ素子基板に対して
平行な方向での活性層内への電流のとじ込め及び光のと
じ込めができない。その理由は活性層が基板全面に７様
に成長されているために屈折率差による導波路が形成さ
れておらず、また電流も横方向に拡がるためである。こ
のような構造の素子ではしきい値電流も大きいし、横モ
ード制御が難かしいという課題があった。
来の半導体レーザ素子では、電極窓のストライプ方向す
なわちＰｅドープＩｎＰ絶縁層（電流阻止層）に設けた
溝が並んでいる方向に対して垂直かつ素子基板に対して
平行な方向での活性層内への電流のとじ込め及び光のと
じ込めができない。その理由は活性層が基板全面に７様
に成長されているために屈折率差による導波路が形成さ
れておらず、また電流も横方向に拡がるためである。こ
のような構造の素子ではしきい値電流も大きいし、横モ
ード制御が難かしいという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、屈折率差による光のとじ込めとストライプ状の
活性層による電流のとじ込めが可能となる構造を採用す
ることにより、先の出願（特願平１−２８６２５号）の
２波長発振をおこさないという特長も併有するとともに
低しきい値で安定した発振モードの半導体レーザ素子と
その製造方法を提供することを目的とするものである。
もので、屈折率差による光のとじ込めとストライプ状の
活性層による電流のとじ込めが可能となる構造を採用す
ることにより、先の出願（特願平１−２８６２５号）の
２波長発振をおこさないという特長も併有するとともに
低しきい値で安定した発振モードの半導体レーザ素子と
その製造方法を提供することを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］
この発明に係る半導体レーザ素子は、素子基板上の電流
阻止層を貫通しないで形成したストライプ状の溝を有し
、この溝内のストライプ方向に、屈折率の周期Λ＝ｍλ
／２ｎｅ （ここで、発振波長はλ、グレーティング導
波路の等側屈折率はｎ ｅ １ｍは正の整数）で電流の
注入領域及び非注入領域を交互に配設したものである。
阻止層を貫通しないで形成したストライプ状の溝を有し
、この溝内のストライプ方向に、屈折率の周期Λ＝ｍλ
／２ｎｅ （ここで、発振波長はλ、グレーティング導
波路の等側屈折率はｎ ｅ １ｍは正の整数）で電流の
注入領域及び非注入領域を交互に配設したものである。
また、この発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、
まず素子基板上に形成した電流阻止層例えばＦｅドープ
ＩｎＰ絶縁層に貫通しないストライプ状の溝を形成し、
ついで、この溝内にグレーティング（回折格子）パター
ンを電子ビーム（Ｅ Ｂ）露光により、溝内にのみ上記
一定の周期Ａで素子基板に達する貫通穴（穴状の溝）を
設ける。こののち、この貫通穴の底部にはじめに設けた
ストライプ状の溝の底と同一レベルまで選択的にクラッ
ド層例えばｎ−１ｎＰ層をＭＯＣＶＤ （有機金属ＣＶ
Ｄ）法で成長させて形成し、つづいて液相成長法により
活性層を成長させて、前記の貫通穴の領域に電流の注入
領域を形成するものである。
まず素子基板上に形成した電流阻止層例えばＦｅドープ
ＩｎＰ絶縁層に貫通しないストライプ状の溝を形成し、
ついで、この溝内にグレーティング（回折格子）パター
ンを電子ビーム（Ｅ Ｂ）露光により、溝内にのみ上記
一定の周期Ａで素子基板に達する貫通穴（穴状の溝）を
設ける。こののち、この貫通穴の底部にはじめに設けた
ストライプ状の溝の底と同一レベルまで選択的にクラッ
ド層例えばｎ−１ｎＰ層をＭＯＣＶＤ （有機金属ＣＶ
Ｄ）法で成長させて形成し、つづいて液相成長法により
活性層を成長させて、前記の貫通穴の領域に電流の注入
領域を形成するものである。
なお、上記貫通穴の形成においては、ＳｉＮ膜をマスク
として前記ストライプ状の溝を形成し、このＳｉＮ膜を
残【７たままストライプ状の溝の底に第２のＳｉＮ膜を
膜付けし、この第２のＳｉＮ膜をマスクどして周期への
貫通穴を形成したのち、第２のＳｉＮ膜も残したまま貫
通穴の内部にのみ結晶成長を行ってクラッド層を形成し
、これらのＳｉＮ膜も除去したのち活性層を形成するよ
うにしたものである。
として前記ストライプ状の溝を形成し、このＳｉＮ膜を
残【７たままストライプ状の溝の底に第２のＳｉＮ膜を
膜付けし、この第２のＳｉＮ膜をマスクどして周期への
貫通穴を形成したのち、第２のＳｉＮ膜も残したまま貫
通穴の内部にのみ結晶成長を行ってクラッド層を形成し
、これらのＳｉＮ膜も除去したのち活性層を形成するよ
うにしたものである。
［作用］
この発明においては、電流阻止層にこの層を貫通しない
ストライプ状の溝を設け、貫通しないで残された溝の底
部分に所定の周期へで貫通穴を設けたのちその貫通穴の
みを選択的にＭＯＣＶＤ法でクラッド層を埋め込み、ス
トライプ状溝内に活性層を形成することにより電流注入
層を形成する製造方法により素子を形成しているので、
活性層と絶縁層（電流阻止層）との屈折率差によって活
性層への光のとじ込めが行われる。また、電流も貫通穴
内の活性層に集中されるので電流も効果的にとじ込めら
れる。この場合、この発明による上記の製造方法では、
活性層はストライプ状の溝内と基板表面に形成されるこ
とになるが、これら２つの層が接触しないように成長さ
れるから、レーザ光は貫通穴の活性層からのみ低しきい
値電流の単一波長の光が出力される。
ストライプ状の溝を設け、貫通しないで残された溝の底
部分に所定の周期へで貫通穴を設けたのちその貫通穴の
みを選択的にＭＯＣＶＤ法でクラッド層を埋め込み、ス
トライプ状溝内に活性層を形成することにより電流注入
層を形成する製造方法により素子を形成しているので、
活性層と絶縁層（電流阻止層）との屈折率差によって活
性層への光のとじ込めが行われる。また、電流も貫通穴
内の活性層に集中されるので電流も効果的にとじ込めら
れる。この場合、この発明による上記の製造方法では、
活性層はストライプ状の溝内と基板表面に形成されるこ
とになるが、これら２つの層が接触しないように成長さ
れるから、レーザ光は貫通穴の活性層からのみ低しきい
値電流の単一波長の光が出力される。
［実施例］
実施例１；
第１図（ａ） 、（ｂ） 、 （ｃ）はこの発明の一実
施かｊを示す半導体レーザ素子の模式構成説明図であり
、第１図（ａ）は素子上面図、第１図（ｂ）は第１図（
ａ）に示したＣ−Ｃ断面図、第１図（ｅ）は第１図（ｂ
）に示したＤ−Ｄ断面図である。図において、第３図（
ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）の従来例と同−又は相当
部分には同じ符号を付しその説明を省略する。
施かｊを示す半導体レーザ素子の模式構成説明図であり
、第１図（ａ）は素子上面図、第１図（ｂ）は第１図（
ａ）に示したＣ−Ｃ断面図、第１図（ｅ）は第１図（ｂ
）に示したＤ−Ｄ断面図である。図において、第３図（
ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）の従来例と同−又は相当
部分には同じ符号を付しその説明を省略する。
第１図（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）の実施例におい
ては、ｎ−ＩｎＰ基板１上のＦｅドープ絶縁層２をやや
厚くしたものとし、この絶縁層を電流阻止層として用い
るが、このＦｅドープ絶縁層２を貫通してｎ−１ｎＰ基
板１に達する回折格子（グレーティング）を形成する溝
（貫通穴）６を設け、この溝６の底部にＦｅドープ絶縁
層２の下面レベルより高い位置までにｎ−１ｎＰクラッ
ド層７を埋め込んで形成している。
ては、ｎ−ＩｎＰ基板１上のＦｅドープ絶縁層２をやや
厚くしたものとし、この絶縁層を電流阻止層として用い
るが、このＦｅドープ絶縁層２を貫通してｎ−１ｎＰ基
板１に達する回折格子（グレーティング）を形成する溝
（貫通穴）６を設け、この溝６の底部にＦｅドープ絶縁
層２の下面レベルより高い位置までにｎ−１ｎＰクラッ
ド層７を埋め込んで形成している。
そして、このｎ−１ｎＰクラッド層７の上面とＦｅドー
プＩｎＰ絶録層２の上面との間すなわち溝６内に、ノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ層８、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ
活性層９、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層ｌＯが順次埋め
込まれて、電流の注入領域が形成されている。また、第
１図（ｂ）にみられるように、ストライプ方向に設けら
れた溝６の間の領域はストライプ方向の電流の非注入領
域である。このようにして、電流の注入領域と非注入領
域は周期へで交互に配設されてグレーティング導波路が
形成されるようになっている。
プＩｎＰ絶録層２の上面との間すなわち溝６内に、ノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ層８、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ
活性層９、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層ｌＯが順次埋め
込まれて、電流の注入領域が形成されている。また、第
１図（ｂ）にみられるように、ストライプ方向に設けら
れた溝６の間の領域はストライプ方向の電流の非注入領
域である。このようにして、電流の注入領域と非注入領
域は周期へで交互に配設されてグレーティング導波路が
形成されるようになっている。
上記のノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層８、ノンドープ１ｎ
ＧａＡｓＰ活性層９、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層１０
は、第１図（Ｃ）にみられるように、ＰｅドープＩｎＰ
絶縁層２上にも形成されているが、この領域はＦｅドー
プｌｎＰ絶縁層２が構成する電流阻止層のために電流は
流れないのでこの領域面ではレーザ光は発振及び増幅さ
れないようになっている。
ＧａＡｓＰ活性層９、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層１０
は、第１図（Ｃ）にみられるように、ＰｅドープＩｎＰ
絶縁層２上にも形成されているが、この領域はＦｅドー
プｌｎＰ絶縁層２が構成する電流阻止層のために電流は
流れないのでこの領域面ではレーザ光は発振及び増幅さ
れないようになっている。
すなわち上記実施例の構成においては、ＡｕＺｎ電極１
５とＡｕＧｅＮｉ電極ＩＢとの間に電圧を印加すると、
電流の注入領域すなわち各ｎ−１ｎＰクラツド層７を通
してのみ電流が流れるからこの部分に電流の集中が行わ
れ電流のとじ込めが達成される。また、この電流のとじ
込めによって発生したレーザ光は活性層と絶縁層との間
の屈折率の差により活性層へのとじ込めが実現されるよ
うになる。したがって第３図（ａ） 、（ｂ） 、（ｃ
）の従来例と同様に２波長発振をおこすことなく、しき
い値電流が小さくなるとともに、発振横モードの制御が
可能な半導体レーザ素子が得られる。
５とＡｕＧｅＮｉ電極ＩＢとの間に電圧を印加すると、
電流の注入領域すなわち各ｎ−１ｎＰクラツド層７を通
してのみ電流が流れるからこの部分に電流の集中が行わ
れ電流のとじ込めが達成される。また、この電流のとじ
込めによって発生したレーザ光は活性層と絶縁層との間
の屈折率の差により活性層へのとじ込めが実現されるよ
うになる。したがって第３図（ａ） 、（ｂ） 、（ｃ
）の従来例と同様に２波長発振をおこすことなく、しき
い値電流が小さくなるとともに、発振横モードの制御が
可能な半導体レーザ素子が得られる。
実施例２；
第２Ａ図（ａ） 〜（ｆ）及び第２Ｂ図（ａ） 〜（ｆ
）は第１図（ａ） 、（ｂ） 、 （ｅ）の実施例素子
の製造方法の一実施例を示す模式断面図による製造工程
図である。
）は第１図（ａ） 、（ｂ） 、 （ｅ）の実施例素子
の製造方法の一実施例を示す模式断面図による製造工程
図である。
ここで、第２Ａ図（ａ） 〜（ｆ）は第１図（ａ）に示
したＣ−Ｃ線に沿う断面図、第２Ｂ図（ａ）〜（ｒ）は
第１図（ｂ）に示したＤ−Ｄ線に沿う断面図で示したも
のである。第２Ａ図（ａ）〜（ｆ’）及び第２Ｂ図（ａ
）〜（ｆ）の各（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ同一工程の断
面図に相当するものである。いま、各（ａ）〜（ｒ）を
工程図として使用することとし、以下（ａ）〜Ｄ）の工
程順に各工程の形成方法及び形成状態を説明する。
したＣ−Ｃ線に沿う断面図、第２Ｂ図（ａ）〜（ｒ）は
第１図（ｂ）に示したＤ−Ｄ線に沿う断面図で示したも
のである。第２Ａ図（ａ）〜（ｆ’）及び第２Ｂ図（ａ
）〜（ｆ）の各（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ同一工程の断
面図に相当するものである。いま、各（ａ）〜（ｒ）を
工程図として使用することとし、以下（ａ）〜Ｄ）の工
程順に各工程の形成方法及び形成状態を説明する。
（ａ）工程において、まず、ｎ−１ｎＰ基板１上に気相
成長法によりＰｅドープＩｎＰ絶縁層２を厚さ２．５μ
ｍに形成する。この状態の基板に対してＰ−ＣＶＤ （
ブラダ７−ＣＶＤ）法ニテ厚さ２０００人のＳｉＮ膜３
１を膜付けし、その上にポジレジスト４１ （厚さ１μ
ＩＩ＋）をコーティングする。その後、ポジレジスト４
１のパターンを用いてドライエツチングでＳｉＮ膜３１
のエツチングを行ない幅１，５μＩのストライプ（溝状
の帯）１７を形成する。
成長法によりＰｅドープＩｎＰ絶縁層２を厚さ２．５μ
ｍに形成する。この状態の基板に対してＰ−ＣＶＤ （
ブラダ７−ＣＶＤ）法ニテ厚さ２０００人のＳｉＮ膜３
１を膜付けし、その上にポジレジスト４１ （厚さ１μ
ＩＩ＋）をコーティングする。その後、ポジレジスト４
１のパターンを用いてドライエツチングでＳｉＮ膜３１
のエツチングを行ない幅１，５μＩのストライプ（溝状
の帯）１７を形成する。
（ｂ）工程において、ポジレジスト４１を除去したのち
、ＳｉＮ膜３１をマスクとして（Ａｒ＋Ｃｌ１２）ガス
によるドライエツチングを行い、ＰｅドープＩｎＰ絶縁
層２に、この絶縁層を貫通しないような深さ約０．５μ
ｌのストライプ状の溝１８を形成する。
、ＳｉＮ膜３１をマスクとして（Ａｒ＋Ｃｌ１２）ガス
によるドライエツチングを行い、ＰｅドープＩｎＰ絶縁
層２に、この絶縁層を貫通しないような深さ約０．５μ
ｌのストライプ状の溝１８を形成する。
（ｅ）工程において、マスクに用いたＳｉＮ膜３Ｉを残
したままＰ−ＣＶＤ法で厚さ１０００人の第２のＳｉＮ
ｌ１ｉ３２を全面に膜付けする。このプロセスにより
溝１８の中に同じ厚さのＳｉＮ膜３２が同時に形成され
る。さらに全面に電子ビーム用レジストのＰＭＭＲ４２
を５００人の厚さにコーティングする。
したままＰ−ＣＶＤ法で厚さ１０００人の第２のＳｉＮ
ｌ１ｉ３２を全面に膜付けする。このプロセスにより
溝１８の中に同じ厚さのＳｉＮ膜３２が同時に形成され
る。さらに全面に電子ビーム用レジストのＰＭＭＲ４２
を５００人の厚さにコーティングする。
ついで、電子ビーム露光によりストライプ状の溝１８の
中にのみピッチ２４００人の回折格子パターン５をＰＭ
ＭＲ４２に形成する。
中にのみピッチ２４００人の回折格子パターン５をＰＭ
ＭＲ４２に形成する。
（ｄ）工程において、ＨＦ系水溶液を用い、回折格子パ
ターン５によってＳｉＮ膜３２をバターニングしたのち
ＰＭＭＲ４２を除去する。バターニングされたＳｉＮ膜
３２をマスクとして（Ａｒ＋Ｃ（１２）ガスによるドラ
イエツチングを行い、回折格子状の溝（貫通穴）６を形
成する。溝６の深さは約３μｍであり、上記の貫通穴と
はＦｅドープＩｎＰ絶縁膜２を貫通したという意味で用
いたものである。
ターン５によってＳｉＮ膜３２をバターニングしたのち
ＰＭＭＲ４２を除去する。バターニングされたＳｉＮ膜
３２をマスクとして（Ａｒ＋Ｃ（１２）ガスによるドラ
イエツチングを行い、回折格子状の溝（貫通穴）６を形
成する。溝６の深さは約３μｍであり、上記の貫通穴と
はＦｅドープＩｎＰ絶縁膜２を貫通したという意味で用
いたものである。
（ｅ）工程において、ＳｉＮ膜３２をマスクとして選択
的に溝６の中にＭＯＣＶＤ法によってｎ −１ｎＰクラ
ツド層７を成長させる。このクラッド層７は、第２Ｂ図
（ｅ）にみられるように中心部ではＦｅドープＩｎＰ絶
縁層２の壁の高さを約０．３μＩ残すような厚さで形成
される。その後ＳｉＮ膜３１及び３２を除去する。
的に溝６の中にＭＯＣＶＤ法によってｎ −１ｎＰクラ
ツド層７を成長させる。このクラッド層７は、第２Ｂ図
（ｅ）にみられるように中心部ではＦｅドープＩｎＰ絶
縁層２の壁の高さを約０．３μＩ残すような厚さで形成
される。その後ＳｉＮ膜３１及び３２を除去する。
（ｆ’）工程において、（ｅ）工程までに形成された基
板に対して、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ層８（２ｇ−１
３ｕ ｔｘ 、厚さ０．２ａｍ）、ノンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層９（λｇ ＝ １．．５５μｒｎ 、厚さ
０．１μｌ１１）、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層１０（
λｇ ＝１．３ ｔｔｔｓ 、厚さ０．１ ａｌｌ）
、ｐ−１ｎＰクラッド層（厚さ１μｎ＋）、ｐ −１ｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１２（λｇ −１，２μｍ 。
板に対して、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ層８（２ｇ−１
３ｕ ｔｘ 、厚さ０．２ａｍ）、ノンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層９（λｇ ＝ １．．５５μｒｎ 、厚さ
０．１μｌ１１）、ノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層１０（
λｇ ＝１．３ ｔｔｔｓ 、厚さ０．１ ａｌｌ）
、ｐ−１ｎＰクラッド層（厚さ１μｎ＋）、ｐ −１ｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１２（λｇ −１，２μｍ 。
厚さ０．５μＩＩＩ）を液相成長法により順次成長させ
る。この状態は、第２Ｂ図（ｆ’）にみられるように、
溝６内のノンドープＩｎＧａＡｓＰ層１０の面位置はＦ
ｅドープｌｎＰ絶縁層２の面位置とほぼ同一レベルとな
り、溝６以外の基板上のノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層１
゜とは約０．３μｍの段差をもつようになる。
る。この状態は、第２Ｂ図（ｆ’）にみられるように、
溝６内のノンドープＩｎＧａＡｓＰ層１０の面位置はＦ
ｅドープｌｎＰ絶縁層２の面位置とほぼ同一レベルとな
り、溝６以外の基板上のノンドープ１ｎＧａＡｓＰ層１
゜とは約０．３μｍの段差をもつようになる。
引続き、全面にＰ−ＣＶＤ法でＳｉＮ膜１３を厚さ２０
００人膜付けを行ったのち、従来のホトリソグラフィ法
により電流を流す領域を構成する電極窓用のストライプ
状溝１４ａをＳｉＮ ［１３にドライエツチングにより
形成する。その上に正極側にＡｕＺｎ電極膜１５と、負
極側すなわちｎ−１ｎＰ基板９の下側にＡｕＧｅＮ１電
極１６を膜付けして第１図（ａ） 、（ｂ） 、 （ｃ
）に示した段階までの半導体レーザ素子の基本構造の形
成が終了する。なお、ＡｕＺｎ電極１５にはストライプ
状の電極窓１４が形成された状態となっている。
００人膜付けを行ったのち、従来のホトリソグラフィ法
により電流を流す領域を構成する電極窓用のストライプ
状溝１４ａをＳｉＮ ［１３にドライエツチングにより
形成する。その上に正極側にＡｕＺｎ電極膜１５と、負
極側すなわちｎ−１ｎＰ基板９の下側にＡｕＧｅＮ１電
極１６を膜付けして第１図（ａ） 、（ｂ） 、 （ｃ
）に示した段階までの半導体レーザ素子の基本構造の形
成が終了する。なお、ＡｕＺｎ電極１５にはストライプ
状の電極窓１４が形成された状態となっている。
ところで上記説明では周期Δの溝（貫通穴）を形成して
電流の注入領域や非注入領域を形成する方法において電
子ビーム露光によるホトリソグラフィ技術を用いた場合
について述べたが、この手法はストライプ状の溝の内部
などのこれまで行われなかった形態領域内の微細ホトリ
ソグラフィに適用可能であるという効果が得られる。
電流の注入領域や非注入領域を形成する方法において電
子ビーム露光によるホトリソグラフィ技術を用いた場合
について述べたが、この手法はストライプ状の溝の内部
などのこれまで行われなかった形態領域内の微細ホトリ
ソグラフィに適用可能であるという効果が得られる。
［発明の効果］
以上のように、この発明の半導体レーザ素子の構造とそ
の製造方法によれば、ＦｅドープｌｎＰ絶縁層に、その
層を貫通しないストライプ状の溝を形成し、貫通しない
で残された溝の底部分に一定の周期への貫通溝を設けた
のち、その周期への溝（貫通穴）のみを選択的にＭＯＣ
ＶＤ法で埋め込み、その後ストライプ状溝内に活性層を
形成させてグレーティング導波路を形成］７たので、活
性層と絶縁層との屈折率差により、活性層への光とじ込
めが可能となり、また、電流も溝内の活性層に集中させ
ることができる。したがって、レーザ発振しきい値の低
減１発振横モードの制御、副モード抑圧比の向上等が期
待できる。また、ストライプ状溝を形成するときのＳｉ
Ｎ膜、及び周期への溝を形成するときのＳｉＮ膜の両方
を残したまま、溝内に選択的に結晶成長させたのち、両
膜を除去しているので、従来にくらべて膜付回数、ホト
リソ回数等が少なくてすむという製造工程面での効果が
大きい。
の製造方法によれば、ＦｅドープｌｎＰ絶縁層に、その
層を貫通しないストライプ状の溝を形成し、貫通しない
で残された溝の底部分に一定の周期への貫通溝を設けた
のち、その周期への溝（貫通穴）のみを選択的にＭＯＣ
ＶＤ法で埋め込み、その後ストライプ状溝内に活性層を
形成させてグレーティング導波路を形成］７たので、活
性層と絶縁層との屈折率差により、活性層への光とじ込
めが可能となり、また、電流も溝内の活性層に集中させ
ることができる。したがって、レーザ発振しきい値の低
減１発振横モードの制御、副モード抑圧比の向上等が期
待できる。また、ストライプ状溝を形成するときのＳｉ
Ｎ膜、及び周期への溝を形成するときのＳｉＮ膜の両方
を残したまま、溝内に選択的に結晶成長させたのち、両
膜を除去しているので、従来にくらべて膜付回数、ホト
リソ回数等が少なくてすむという製造工程面での効果が
大きい。
第１図（ａ） 、（ｂ） 、（ｅ）はこの発明の一実施
例を示す半導体レーザ素子の模式構成説明図、第１図（
ａ）は素子上面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示し
たＣ−Ｃ断面図、第１図（ｅ）は第１図（ｂ）に示した
Ｄ−Ｄ断面図、第２Ａ図（ａ）〜（ｒ）及び第２Ｂ図（
ａ） 〜（ｆ’）は第１図（ａ） 、（ｂ） −（ｃ）
の実施例素子の製造方法の一実施例を示す製造工程図、
第２Ａ図（ａ） 〜（ｆ）は第１図（ａ）のＣ−Ｃ線に
沿う断面図、第２Ｂ図（ａ） 〜（ｆ’）は第１図（ｂ
）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、第３図（ａ） 、 （ｂ）
、 （ｃ）は先の出願で示した従来の半導体レーザ素
子の模式構造図、第３図（ａ）はその上面図、第３図（
ｂ）は第３図（ａ）に示したＡ−Ａ断面図、第３図（ｃ
）は第３図（ｂ）に示したＢ−Ｂ断面図、第４図（ａ）
は従来の導波路型グレーティングの光共振の動作説明図
、第４図（ｂ）は従来のグレーティング導波路の等側屈
折率の説明図、第４図（ｅ）は従来のグレーティング導
波路内の屈折率分布を示す図、第５図は従来のグレーテ
ィング導波路を有する半導体レーザ素子の基本構成を示
す断面図、第６図（ａ）〜（ｄ）は第３図（ａ） 、（
ｂ） 、（ｃ）の実施例素子の製造方法を工程順に示す
要部断面図である。 図において、１はｎ−１ｎＰ基板、２はＦｅドープｌｎ
Ｐ絶縁層、３はＳｉＮ膜、４はポジレジスト、５はグレ
ーティング用パターン、６は溝、７はｎ−１ｎＰクラッ
ド層、８はノンドープＩｎＧａＡｓＰ層、９はノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層、１０はノンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ層、１１はｐ−１ｎＰクラッド層、１２はｐＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層、１３はＳｉＮ膜、１４は電極窓
、１５はＡｕＺｎ電極、１６はＡｕＧｅＮｉ電極、１７
はストライプ、１８はストライプ状溝、３１．３２はＳ
ｉＮ膜、４１はポジレジスト、４２はＰＭＭＲ，１０１
はｎ−１ｎＰ基板、１０２は導波路層、１０３は活性層
、１０４はバッファ層、１０５はｐ−１ｎＰクラッド層
である。 ごの発日月による半り１イ本レーす′衆↓の膿詐ｉ第１
図 ５Ｉｌ、ｌｔ願−＃：６月１ユよる半腺イ本し−丁素子
の４肩造、第３図 第６ 手続補正書 （自発） 事件の表示 特願平１−７６４８９号 ２゜ 発明の名称 半導体レーザ素子及びその製造方法 ３゜ ４゜ 補正をする者 事件との関係 住所 名称 代 理 人
例を示す半導体レーザ素子の模式構成説明図、第１図（
ａ）は素子上面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示し
たＣ−Ｃ断面図、第１図（ｅ）は第１図（ｂ）に示した
Ｄ−Ｄ断面図、第２Ａ図（ａ）〜（ｒ）及び第２Ｂ図（
ａ） 〜（ｆ’）は第１図（ａ） 、（ｂ） −（ｃ）
の実施例素子の製造方法の一実施例を示す製造工程図、
第２Ａ図（ａ） 〜（ｆ）は第１図（ａ）のＣ−Ｃ線に
沿う断面図、第２Ｂ図（ａ） 〜（ｆ’）は第１図（ｂ
）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、第３図（ａ） 、 （ｂ）
、 （ｃ）は先の出願で示した従来の半導体レーザ素
子の模式構造図、第３図（ａ）はその上面図、第３図（
ｂ）は第３図（ａ）に示したＡ−Ａ断面図、第３図（ｃ
）は第３図（ｂ）に示したＢ−Ｂ断面図、第４図（ａ）
は従来の導波路型グレーティングの光共振の動作説明図
、第４図（ｂ）は従来のグレーティング導波路の等側屈
折率の説明図、第４図（ｅ）は従来のグレーティング導
波路内の屈折率分布を示す図、第５図は従来のグレーテ
ィング導波路を有する半導体レーザ素子の基本構成を示
す断面図、第６図（ａ）〜（ｄ）は第３図（ａ） 、（
ｂ） 、（ｃ）の実施例素子の製造方法を工程順に示す
要部断面図である。 図において、１はｎ−１ｎＰ基板、２はＦｅドープｌｎ
Ｐ絶縁層、３はＳｉＮ膜、４はポジレジスト、５はグレ
ーティング用パターン、６は溝、７はｎ−１ｎＰクラッ
ド層、８はノンドープＩｎＧａＡｓＰ層、９はノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層、１０はノンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ層、１１はｐ−１ｎＰクラッド層、１２はｐＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層、１３はＳｉＮ膜、１４は電極窓
、１５はＡｕＺｎ電極、１６はＡｕＧｅＮｉ電極、１７
はストライプ、１８はストライプ状溝、３１．３２はＳ
ｉＮ膜、４１はポジレジスト、４２はＰＭＭＲ，１０１
はｎ−１ｎＰ基板、１０２は導波路層、１０３は活性層
、１０４はバッファ層、１０５はｐ−１ｎＰクラッド層
である。 ごの発日月による半り１イ本レーす′衆↓の膿詐ｉ第１
図 ５Ｉｌ、ｌｔ願−＃：６月１ユよる半腺イ本し−丁素子
の４肩造、第３図 第６ 手続補正書 （自発） 事件の表示 特願平１−７６４８９号 ２゜ 発明の名称 半導体レーザ素子及びその製造方法 ３゜ ４゜ 補正をする者 事件との関係 住所 名称 代 理 人
Claims (4)
- （１）ストライプ状のグレーティング導波路を有する半
導体レーザ素子において、 素子基板上の電流阻止層を貫通しないように形成された
ストライプ状の溝を有し、 該溝内のストライプ方向に、発振波長がλ、前記グレー
ティング導波路の等価屈折率がｎ＿ｅ、ｍが正の整数の
とき、所定の屈折率の周期Λ＝ｍλ／２ｎ＿ｅで電流の
注入領域及び非注入領域を交互に配設したことを特徴と
する半導体レーザ素子。 - （２）ストライプ状のグレーティング導波路を有する半
導体レーザ素子の製造方法において、素子基板上に電流
阻止層を形成したのち、該電流阻止層を貫通しないスト
ライプ状の溝を形成し、該溝の底部の未貫通部分に、発
振波長がλ、前記グレーティング導波路の等価屈折率が
ｎ＿ｅ、ｍが正の整数であるときの所定の屈折率変化の
周期Λ＝ｍλ／２ｎ＿ｅで、一つおきに上記素子基板に
達する穴状の溝をエッチングにより形成し、該穴状の溝
に前記ストライプ状の溝の底と同一レベルまで選択的に
成長させたクラッド層を形成し、 前記ストライプ状の溝内に活性層を成長することにより
電流の注入領域を形成することを特徴とする半導体レー
ザ素子の製造方法。 - （３）前記周期Λで穴状の溝を形成するホトリソグラフ
ィ手段は電子ビーム露光によって前記ストライプ状の溝
内部のみに行うことを特徴とする請求項２記載の半導体
レーザ素子の製造方法。 - （４）前記ストライプ状の溝をＳｉＮ膜のマスクを用い
て形成し、ついで前記ＳｉＮ膜を残したままさらに前記
ストライプ状の溝の底に第２のＳｉＮ膜を膜付けし、該
第２のＳｉＮ膜をマスクとして周期Λの前記穴状の溝を
形成したのち、 前記第２のＳｉＮ膜も残したまま前記穴状の溝内部にの
み結晶成長を行って前記クラッド層を形成し、前記Ｓｉ
Ｎ膜をすべて除去したのち活性層を形成することを特徴
とする請求項２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP1076489A JP2804502B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| US07/500,186 US5048039A (en) | 1989-03-30 | 1990-03-26 | Laser diode |
| DE69010364T DE69010364T2 (de) | 1989-03-30 | 1990-03-27 | Laserdiode und Verfahren zur Herstellung derselben. |
| EP90105824A EP0390077B1 (en) | 1989-03-30 | 1990-03-27 | Laser diode and method for fabricating of the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1076489A JP2804502B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
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| JPH02257685A true JPH02257685A (ja) | 1990-10-18 |
| JP2804502B2 JP2804502B2 (ja) | 1998-09-30 |
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ID=13606632
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1076489A Expired - Lifetime JP2804502B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (4)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0390077B1 (ja) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610780U (ja) * | 1991-09-11 | 1994-02-10 | ホシザキ電機株式会社 | 冷蔵庫等の扉開閉検知部の構造 |
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| DE102014115253A1 (de) * | 2014-10-20 | 2016-04-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zur Strukturierung einer Schichtenfolge und Halbleiterlaser-Vorrichtung |
| CN112242433A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-01-19 | 陕西源杰半导体技术有限公司 | 半导体器件制备方法及半导体器件 |
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-
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-
1990
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- 1990-03-27 DE DE69010364T patent/DE69010364T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-27 EP EP90105824A patent/EP0390077B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610780U (ja) * | 1991-09-11 | 1994-02-10 | ホシザキ電機株式会社 | 冷蔵庫等の扉開閉検知部の構造 |
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| EP0390077A3 (en) | 1991-08-07 |
| EP0390077B1 (en) | 1994-07-06 |
| JP2804502B2 (ja) | 1998-09-30 |
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| DE69010364T2 (de) | 1995-03-02 |
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