JPH0227783A - 半導体レーザの形成のためにＧａＡｓを選択的に成長させる方法及び半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザの形成のためにＧａＡｓを選択的に成長させる方法及び半導体レーザInfo
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- JPH0227783A JPH0227783A JP1132922A JP13292289A JPH0227783A JP H0227783 A JPH0227783 A JP H0227783A JP 1132922 A JP1132922 A JP 1132922A JP 13292289 A JP13292289 A JP 13292289A JP H0227783 A JPH0227783 A JP H0227783A
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- 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
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
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-
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- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
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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】
Ａ、産業上の利用分野
本発明は、半導体レーザ・ダイオードの製作に使用する
ための、パターン付けをした基板上にＧａＡｓを選択的
に成長させる方法に関するものである。この方法は、特
にしきい電流のきわめて低いデバイスの製造に適してい
る。本発明はまた、この選択的成長法を用いて製造した
半導体ＧａＡｓｆｆ１子ウエル（ＱＷ）ダイオード・レ
ーザにも関するものである。
ための、パターン付けをした基板上にＧａＡｓを選択的
に成長させる方法に関するものである。この方法は、特
にしきい電流のきわめて低いデバイスの製造に適してい
る。本発明はまた、この選択的成長法を用いて製造した
半導体ＧａＡｓｆｆ１子ウエル（ＱＷ）ダイオード・レ
ーザにも関するものである。
Ｂ、従来技術
半導体ダイオード・レーザは小型であり、その技術が、
電子回路技術と共通性があるため、広範囲の情報処理シ
ステムに適用されている。この種のレーザは、データ通
信、光記憶、レーザ・ビーム印刷等の分野で使用されて
おり、特定の応用分野に合わせて、波長、光出力、高速
変調能力、ビームの質等に関して最適化されている。し
かし、どの応用分野でも、高性能のデバイスは、低いし
きい電流値を必要とする。すなわち、光のコヒーレント
放射を起こすために、レーザ・ダイオードのｐｎ接合を
流れることが必要な最小の電流ができるだけ小さくなけ
ればならない。その結果、発熱が減少し、発熱に付随す
る冷却の問題も軽減される。これは特に高密度パッケー
ジングの応用分野で重要な要素である。量子ウェル構造
は、一般に、通常のへテロ構造よりも必要とする電流が
小さいために最適である。電流を減少させるもう１つの
手段は、構造に育効な電流の閉込めを行ない、これによ
り不必要なバイパス電流または漂遊電流を避けることで
ある。
電子回路技術と共通性があるため、広範囲の情報処理シ
ステムに適用されている。この種のレーザは、データ通
信、光記憶、レーザ・ビーム印刷等の分野で使用されて
おり、特定の応用分野に合わせて、波長、光出力、高速
変調能力、ビームの質等に関して最適化されている。し
かし、どの応用分野でも、高性能のデバイスは、低いし
きい電流値を必要とする。すなわち、光のコヒーレント
放射を起こすために、レーザ・ダイオードのｐｎ接合を
流れることが必要な最小の電流ができるだけ小さくなけ
ればならない。その結果、発熱が減少し、発熱に付随す
る冷却の問題も軽減される。これは特に高密度パッケー
ジングの応用分野で重要な要素である。量子ウェル構造
は、一般に、通常のへテロ構造よりも必要とする電流が
小さいために最適である。電流を減少させるもう１つの
手段は、構造に育効な電流の閉込めを行ない、これによ
り不必要なバイパス電流または漂遊電流を避けることで
ある。
最近、きわめて高性能でしきい電流の低いストライプ・
レーザが提案されている。これは、レーザの活性領域を
、それよりバンドギャップの高い材料中に埋め込み、こ
れにより横方向キャリアを増加し、光学的閉込めを行な
うものである。
レーザが提案されている。これは、レーザの活性領域を
、それよりバンドギャップの高い材料中に埋め込み、こ
れにより横方向キャリアを増加し、光学的閉込めを行な
うものである。
この種のレーザ構造の１つは、Ｐ、Ｌ、プリー（Ｄｅｒ
ｒｙ ）等の論文、ｒ高反射率コーティングを有する超
低しきい傾斜屈折率分離閉込め単一量子ウエル埋込みへ
テロ構造（ＡＱ、、Ｇａ）Ａｓレーザ（Ｕｌｔｒａｌｏ
ｗ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ
ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｓｉｎ
ｇｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｂｕｒｉｅ
ｄｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ （Ａ Ｑ ＩＧ
ａ ） Ａｓ １ａｓｅｒｓ ｗｉｔｈｈｉｇｈ ｒｅ
ｆｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏａｔｉｎｇｓ） Ｊ 、ア
プライド・フィジカル・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙ
ｓ、 Ｌｅｔｔ、）、Ｖｏｌ、５０、Ｎｏ、２５．１９
８７年６月２２日、ｐＩ）、１７７３〜１７７５に開示
されている。
ｒｙ ）等の論文、ｒ高反射率コーティングを有する超
低しきい傾斜屈折率分離閉込め単一量子ウエル埋込みへ
テロ構造（ＡＱ、、Ｇａ）Ａｓレーザ（Ｕｌｔｒａｌｏ
ｗ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ
ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｓｉｎ
ｇｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｂｕｒｉｅ
ｄｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ （Ａ Ｑ ＩＧ
ａ ） Ａｓ １ａｓｅｒｓ ｗｉｔｈｈｉｇｈ ｒｅ
ｆｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏａｔｉｎｇｓ） Ｊ 、ア
プライド・フィジカル・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙ
ｓ、 Ｌｅｔｔ、）、Ｖｏｌ、５０、Ｎｏ、２５．１９
８７年６月２２日、ｐＩ）、１７７３〜１７７５に開示
されている。
上記論文に記載されているのは、しきい電流が１ｍＡ未
満の埋め込まれた傾斜屈折率分離閉込めヘテロ構造（Ｇ
ＲＩＨＳＣｌｌ ）単一量子ウェル（ＳＱＷ）レーザで
ある。このレーザ構造では、キャリアが活性領域から拡
散するのを防ぎ、電流を閉じ込めるために、バンドギャ
ップの高いＡｌＧａＡｓが活性のＧａＡｓ領域を取り囲
んでいる。必要な製作法は比較的複雑で、（１）分子線
エピタキシ（ＭＢＥ）法を使用した平坦な表面の基板上
でのレーザ層の成長、（２）リッジ・パターンの表面構
造を形成するための溝のエツチング、（３）ＬＰＥ法を
用いた困難で重要なＡｌＧａＡｓ再成長ステップの実行
を含む。
満の埋め込まれた傾斜屈折率分離閉込めヘテロ構造（Ｇ
ＲＩＨＳＣｌｌ ）単一量子ウェル（ＳＱＷ）レーザで
ある。このレーザ構造では、キャリアが活性領域から拡
散するのを防ぎ、電流を閉じ込めるために、バンドギャ
ップの高いＡｌＧａＡｓが活性のＧａＡｓ領域を取り囲
んでいる。必要な製作法は比較的複雑で、（１）分子線
エピタキシ（ＭＢＥ）法を使用した平坦な表面の基板上
でのレーザ層の成長、（２）リッジ・パターンの表面構
造を形成するための溝のエツチング、（３）ＬＰＥ法を
用いた困難で重要なＡｌＧａＡｓ再成長ステップの実行
を含む。
効果的に埋め込んだ活性量子ウェル（ＱＷ）を存するレ
ーザ構造を製造する他の方法は、Ｊ、Ｐ。
ーザ構造を製造する他の方法は、Ｊ、Ｐ。
ハーピソン（Ｈａｒｂ １ｓｏｎ ）等の論文、「分子
線エピタキシによって成長させたパターン付き量子ウェ
ル半導体注入型レーザ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｑｕａｎ
ｔｕｍ ｗｅｌｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ １ｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ １ａｓｅｒ ｇｒｏｗｎ ｂｙｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ） Ｊ Ｎアプ
ライド０フィジカル・レターズ、Ｖｏｌ、５２、Ｎｏ、
８．１９８８年２月２２日、ｐｌ）、８０７〜６０９に
記載されている。
線エピタキシによって成長させたパターン付き量子ウェ
ル半導体注入型レーザ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｑｕａｎ
ｔｕｍ ｗｅｌｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ １ｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ １ａｓｅｒ ｇｒｏｗｎ ｂｙｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ） Ｊ Ｎアプ
ライド０フィジカル・レターズ、Ｖｏｌ、５２、Ｎｏ、
８．１９８８年２月２２日、ｐｌ）、８０７〜６０９に
記載されている。
上記論文に開示されているのは１．（１００）配向の溝
を有する基板上にＭＢＥ成長させた以外は従来通りのＧ
ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｑ Ｇ ａ Ａ ｓ量子ウェル
・レーザ・ヘテロ構造である。溝を有する表面上に量子
ウェルを成長させたときに、量子ウェルの厚みに横方向
のばらつきが生じることを利用している。厚みのばらつ
きにより、エネルギー・バンドギャップと屈折率の横方
向のパターンが得られる。
を有する基板上にＭＢＥ成長させた以外は従来通りのＧ
ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｑ Ｇ ａ Ａ ｓ量子ウェル
・レーザ・ヘテロ構造である。溝を有する表面上に量子
ウェルを成長させたときに、量子ウェルの厚みに横方向
のばらつきが生じることを利用している。厚みのばらつ
きにより、エネルギー・バンドギャップと屈折率の横方
向のパターンが得られる。
溝の幾何形状のため、溝の側壁の（１１１）面、または
（４１１）面に垂直な方向の成長速度が、（１００）面
上の成長速度よりも著しく低くなる。
（４１１）面に垂直な方向の成長速度が、（１００）面
上の成長速度よりも著しく低くなる。
ストライプの両側のＱＷ層が薄いほど育効バンドギャッ
プが大きくなるため、注入したキャリアは、溝の底部の
幅約１μｍの狭いストライプに閉じ込められる。供給し
た注入電流が活性領域のｐｎ接合をバイパスすることを
防ぐために必要な電流の閉込めは、プロトンの注入によ
って行なわれ、これにより溝の壁は非導電性となり、溝
の底部に幅約２μｍの導電性ストライプが残る。この追
加の工程ステップは自己整合性でなり、シたがってデバ
イスをさらに小型化することが制限される。
プが大きくなるため、注入したキャリアは、溝の底部の
幅約１μｍの狭いストライプに閉じ込められる。供給し
た注入電流が活性領域のｐｎ接合をバイパスすることを
防ぐために必要な電流の閉込めは、プロトンの注入によ
って行なわれ、これにより溝の壁は非導電性となり、溝
の底部に幅約２μｍの導電性ストライプが残る。この追
加の工程ステップは自己整合性でなり、シたがってデバ
イスをさらに小型化することが制限される。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点
本発明の主目的は、パターン付けした基板表面の選択し
た表面上にＧａＡｓの選択的成長を行なうための新規な
方法を提供することにある。
た表面上にＧａＡｓの選択的成長を行なうための新規な
方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、表面拡散の差異とリッジ構造の異
なるファセット面の脱着を利用して、埋め込んだ活性量
子ウェルを有する高性能半導体リッジ・レーザ構造を製
造するための、信頼性と再現性のある方法を提供するこ
とにある。
なるファセット面の脱着を利用して、埋め込んだ活性量
子ウェルを有する高性能半導体リッジ・レーザ構造を製
造するための、信頼性と再現性のある方法を提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は、活性領域がデバイスのバンドギャ
ップの高いクラッド層中に完全に埋め込まれた、高性能
の量子ウェル・リッジ・レーザ構造を提供することにあ
る。
ップの高いクラッド層中に完全に埋め込まれた、高性能
の量子ウェル・リッジ・レーザ構造を提供することにあ
る。
Ｄ１問題を解決するための手段
本発明は、これらの目的を達成し、従来の欠点を是正す
ることを意図したものである。リッジＧａＡｓ ＱＷ
レーザでは、本発明は、リツ／ ｉｌｌ造の水平ファセ
ット面上にＱＷを選択的に成長させることにより、バン
ドギャップの高い材料中に活性ＱＷを埋め込み、バンド
ギャップの高いクラッド層が付着されるようにリッジの
側壁ファセット面を残しておく方法を提供する。これに
より、横方向のキャリアと電流の閉込めが行なわれる。
ることを意図したものである。リッジＧａＡｓ ＱＷ
レーザでは、本発明は、リツ／ ｉｌｌ造の水平ファセ
ット面上にＱＷを選択的に成長させることにより、バン
ドギャップの高い材料中に活性ＱＷを埋め込み、バンド
ギャップの高いクラッド層が付着されるようにリッジの
側壁ファセット面を残しておく方法を提供する。これに
より、横方向のキャリアと電流の閉込めが行なわれる。
本発明の特徴は、主として上記のＭＢＥ成長法により、
活性量子ウェルを埋め込むための実質上簡単な方法が得
られることである。この信頼性のある自己整合方法によ
り、おそらくサブミクロン級のきわめて小型の高性能レ
ーザ構造の製造が可能になる。本発明の方法によって製
造したレーザは、きわめて低いしきい電流で動作し、熱
の放散が少なり、シたがってパッケージ密度を高くする
ことができる。
活性量子ウェルを埋め込むための実質上簡単な方法が得
られることである。この信頼性のある自己整合方法によ
り、おそらくサブミクロン級のきわめて小型の高性能レ
ーザ構造の製造が可能になる。本発明の方法によって製
造したレーザは、きわめて低いしきい電流で動作し、熱
の放散が少なり、シたがってパッケージ密度を高くする
ことができる。
Ｅ、実施例
本発明をさらに詳細に説明する前に、Ｈ，Ｐ。
マイヤ（Ｍｅｉｅｒ）等の発表論文、［レーザ用チャネ
ル付き基板（１００）ＧａＡｓのＭＢＥ成長及び横方向
ｐｎ接合の形成（Ｃｈａｎｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａ
ｔｅ（１００）ＧａＡｓ ＭＢＥ Ｇｒｏｖｔｈ
ａｎｄＬａｔｅｒａｌ ｐ−ｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ
Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 「ｏｒ Ｌａ５ｅｒｓ） ）Ｇ
ａＡｓ及び関連化合物に関する国際シンポジウム発表要
旨集（Ｐｒｏｃ、 Ｉｎｔｅｒｎ、 Ｓｙｍｐ、 ｏｎ
ＧａＡｓａｎｄ Ｒｅ１ａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ
ｓ） １ギリシヤ濁クレタ島、ヘラクリオン（Ｉｌｅｒ
ａｋｌｉｏｎ、 Ｃｒｅｔｅ、 Ｇｒｅｅｃｅ） １１
９８７年９月２８日〜１０月１日、Ｉ）Ｉ）、８０９〜
８１２を参照する。
ル付き基板（１００）ＧａＡｓのＭＢＥ成長及び横方向
ｐｎ接合の形成（Ｃｈａｎｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａ
ｔｅ（１００）ＧａＡｓ ＭＢＥ Ｇｒｏｖｔｈ
ａｎｄＬａｔｅｒａｌ ｐ−ｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ
Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 「ｏｒ Ｌａ５ｅｒｓ） ）Ｇ
ａＡｓ及び関連化合物に関する国際シンポジウム発表要
旨集（Ｐｒｏｃ、 Ｉｎｔｅｒｎ、 Ｓｙｍｐ、 ｏｎ
ＧａＡｓａｎｄ Ｒｅ１ａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ
ｓ） １ギリシヤ濁クレタ島、ヘラクリオン（Ｉｌｅｒ
ａｋｌｉｏｎ、 Ｃｒｅｔｅ、 Ｇｒｅｅｃｅ） １１
９８７年９月２８日〜１０月１日、Ｉ）Ｉ）、８０９〜
８１２を参照する。
上記論文は、本発明の基礎となる基本的な技術的背景を
示している。この論文では、（２１１）またはそれより
高次の（ｍｌｌＡ）側壁ファセット面上のＡｌＧａＡｓ
をＭＢＥ成長させる機構をより良く理解するための研究
について報告されている。７２０℃程度の成長温度では
、ＧａはＡファセット面から（１００）ファセット面へ
拡散し、Ｇａの拡散及び脱着はＡＱよりもはるかに多い
。
示している。この論文では、（２１１）またはそれより
高次の（ｍｌｌＡ）側壁ファセット面上のＡｌＧａＡｓ
をＭＢＥ成長させる機構をより良く理解するための研究
について報告されている。７２０℃程度の成長温度では
、ＧａはＡファセット面から（１００）ファセット面へ
拡散し、Ｇａの拡散及び脱着はＡＱよりもはるかに多い
。
その結果、ＧａＡｓの成長速度、したがってＧａの混入
速度は、（１００）ファセット面よりＡファセット面上
のほうが低い。また、（１００）ファセット而における
成長速度及びＡＱ濃度はリッジの幅に依存することも判
明した。すなわち、リッジが狭ければ成長速度が高＜、
ＡＱ濃度は低くなることも判明した。
速度は、（１００）ファセット面よりＡファセット面上
のほうが低い。また、（１００）ファセット而における
成長速度及びＡＱ濃度はリッジの幅に依存することも判
明した。すなわち、リッジが狭ければ成長速度が高＜、
ＡＱ濃度は低くなることも判明した。
要約すれば、高温では側壁ファセット面から水平リッジ
面へのＧａの再分配が生じ、好ましい成長（１００）面
上のＱＷの厚みが増大する。
面へのＧａの再分配が生じ、好ましい成長（１００）面
上のＱＷの厚みが増大する。
このような知見を修正し最適化するために研究及び開発
を続けた結果、レーザ・デバイスの製作に適用できる本
発明の方法が得られた。工程の収率を向上させるこの方
法の重要な新規の工程ステップは、成長中断期である。
を続けた結果、レーザ・デバイスの製作に適用できる本
発明の方法が得られた。工程の収率を向上させるこの方
法の重要な新規の工程ステップは、成長中断期である。
きわめて高性能のレーザの製造に必要な程度のＧａ成長
の選択性をもたらしたのはこのステップである。
の選択性をもたらしたのはこのステップである。
第１図に、埋め込んだ活性領域を有するＧａＡｓレーザ
の概略断面略図を示す。この構造を使って、本発明の方
法によって製作できるレーザ装置の構造及び動作原理を
説明する。
の概略断面略図を示す。この構造を使って、本発明の方
法によって製作できるレーザ装置の構造及び動作原理を
説明する。
基板１１の平坦な表面上に付着させたレーザ構造体１０
は、底部クラッド層１２、活性層１３及び頂部クラ、ド
層１４で構成される。活性層１３は、ＧａＡｓからなる
が、クラッド層１２．１４はＡｌＧａＡｓからなり、底
部クラッド層１２はｎ型に、頂部クラッド層１４はｐ型
にドーピングされている。デバイスのしきい電流の大き
さと等しいか、またはこれより大きい電流Ｉを電極１５
（基板に接続した対電極は図示せず）に供給すると、レ
ーザ・ビームが活性領域から図の面に乗用な方向に放出
される。
は、底部クラッド層１２、活性層１３及び頂部クラ、ド
層１４で構成される。活性層１３は、ＧａＡｓからなる
が、クラッド層１２．１４はＡｌＧａＡｓからなり、底
部クラッド層１２はｎ型に、頂部クラッド層１４はｐ型
にドーピングされている。デバイスのしきい電流の大き
さと等しいか、またはこれより大きい電流Ｉを電極１５
（基板に接続した対電極は図示せず）に供給すると、レ
ーザ・ビームが活性領域から図の面に乗用な方向に放出
される。
ＡｌＧａＡｓ付着物１６及び１７は、ＧａＡｓより高い
バンドギャップを有し、活性層１３を埋め込んで、図の
下部に示すようなエネルギー（Ｅ）の障壁をもたらす。
バンドギャップを有し、活性層１３を埋め込んで、図の
下部に示すようなエネルギー（Ｅ）の障壁をもたらす。
この障壁により、キャリアの閉込めが行なわれ、Ｇ ａ
Ａ ｓとＡｌＧａＡｓの屈折率の差により、必要な光
学的閉込めが得られる。
Ａ ｓとＡｌＧａＡｓの屈折率の差により、必要な光
学的閉込めが得られる。
第２Ａ図ないし第２Ｆ図に、埋め込んだ活性量子ウェル
を有するリッジ・レーザ構造の製造に適用される本発明
の方法のステップを詳細に示す。
を有するリッジ・レーザ構造の製造に適用される本発明
の方法のステップを詳細に示す。
第１表に連続ステップを示し、各ステップと図の対応関
係を示す。
係を示す。
第工表
第工表（つづき）
図示されていないもの二基板に接続される第２の電流電
極の付着 第２Ａ図に示すように、この製造工程は、後でそこにレ
ーザ・ダイオードを成長させる、少なくとも１つのリッ
ジ２ＬＡを有するｎ＋型ＧａＡｓ基板２１から開始する
。水平ファセット面は（１００）配向であり、側壁すな
わち縁部は（４１１Ａ）、一般に（ｍｌｌＡ）配向であ
る。
極の付着 第２Ａ図に示すように、この製造工程は、後でそこにレ
ーザ・ダイオードを成長させる、少なくとも１つのリッ
ジ２ＬＡを有するｎ＋型ＧａＡｓ基板２１から開始する
。水平ファセット面は（１００）配向であり、側壁すな
わち縁部は（４１１Ａ）、一般に（ｍｌｌＡ）配向であ
る。
第２Ａ図に示す表面パターンは、たとえば（１００）配
向の基板を用いて得ることができる。所期のファセット
面は、たとえば緩衝ＨＦ ： Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが２：
１：２０の混合物を使用する等方性湿式エッチ法でエツ
チングすることができる。この場合、Ｈ２０□の濃度に
よってファセット面の角度が決まる。
向の基板を用いて得ることができる。所期のファセット
面は、たとえば緩衝ＨＦ ： Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが２：
１：２０の混合物を使用する等方性湿式エッチ法でエツ
チングすることができる。この場合、Ｈ２０□の濃度に
よってファセット面の角度が決まる。
次に第２Ｂ図ないし第２Ｅ図に示すように、従来のＭＢ
Ｅ法を用いて基板表面上に半導体層２２ないし２４を成
長させる。
Ｅ法を用いて基板表面上に半導体層２２ないし２４を成
長させる。
ＭＢＥ装置を入念に清掃し、基板を装てんした後、ステ
ップ１で約７２０℃の温度でｎ型にドーピングした下部
Ａｌ１ＧａＡｓクラッド層２２を成長させる（第２Ｂ図
）。拡散及び脱着効果を妨げないように、低いヒ素フラ
ックスにより、成長ステップを制御して、ＡＱｆｉ度が
ｘ＝０．４の層を得る。付着したＡ Ｑ、ｏ、＜Ｇ ａ
ｏ、ａＡ ｓ層の厚みは約１．５μｍである。
ップ１で約７２０℃の温度でｎ型にドーピングした下部
Ａｌ１ＧａＡｓクラッド層２２を成長させる（第２Ｂ図
）。拡散及び脱着効果を妨げないように、低いヒ素フラ
ックスにより、成長ステップを制御して、ＡＱｆｉ度が
ｘ＝０．４の層を得る。付着したＡ Ｑ、ｏ、＜Ｇ ａ
ｏ、ａＡ ｓ層の厚みは約１．５μｍである。
ステップ２で、温度を約７２０℃に保ちながら、ドーピ
ングしないＧａＡｓの活性層２３を成長させる。（４１
１Ａ）７１セット面におけるＧａの表面拡散及び脱着が
多いため、厚みの異なる付着物が得られる。Ｇａの混入
速度が異なる。この例では、リッジの上面の（１００）
面上の厚みが約８ｎｍになるまで成長を続ける（領域２
３Ｒ）。
ングしないＧａＡｓの活性層２３を成長させる。（４１
１Ａ）７１セット面におけるＧａの表面拡散及び脱着が
多いため、厚みの異なる付着物が得られる。Ｇａの混入
速度が異なる。この例では、リッジの上面の（１００）
面上の厚みが約８ｎｍになるまで成長を続ける（領域２
３Ｒ）。
側壁ファセット面、上のＧａＡｓ層の厚みはわずかに約
５ｎｍである（領域２３Ｅ）。
５ｎｍである（領域２３Ｅ）。
（１００）ファセット面と（４１１Ａ）ファセット面と
でＧａＡｓの厚みが異なるのは、主として拡散の脱着の
効果によるものである。側壁の傾斜を小さくすると、Ｍ
ＢＥ法の「幾何形状効果」による厚みの差は実質的に無
視できるようになる。
でＧａＡｓの厚みが異なるのは、主として拡散の脱着の
効果によるものである。側壁の傾斜を小さくすると、Ｍ
ＢＥ法の「幾何形状効果」による厚みの差は実質的に無
視できるようになる。
これは上記のＪ、Ｐ、ハービソン等の論文に記載されて
いる、急な勾配による「幾何形状効果」が厚みの差の原
因となっている方法とは対照的である。
いる、急な勾配による「幾何形状効果」が厚みの差の原
因となっている方法とは対照的である。
次にステップ３で、高温を維持しながら、Ｇａ及びＡｓ
の供給を約１分間停止して成長を中断させる。
の供給を約１分間停止して成長を中断させる。
この成長中断の間に、薄い（５Ｂｍ）ＧａＡｓ層２３Ｅ
が側壁のファセット面から完全に脱着して、その下の下
部クラッド層の表面が露出する。
が側壁のファセット面から完全に脱着して、その下の下
部クラッド層の表面が露出する。
これにより、（１００）ファセット面にあるＧａＡｓ活
性層の部分２３Ｒが分離され、レーザ構造の活性ＱＷを
形成する。この最も重要なステップが終了した後の構造
を第２Ｄ図に示す。
性層の部分２３Ｒが分離され、レーザ構造の活性ＱＷを
形成する。この最も重要なステップが終了した後の構造
を第２Ｄ図に示す。
次のステップ４では、下部クラッド層２２と同じＡＱｏ
、４Ｇａｏ、ｓＡｓの組成を有するが、ｎ型にドーピン
グした上部クラッド層２４を、第２Ｅ図に示すように、
構造の上に付着させる。処理条件はステップ１と同じで
ある。層２４の厚みも約１゜５μｍである。
、４Ｇａｏ、ｓＡｓの組成を有するが、ｎ型にドーピン
グした上部クラッド層２４を、第２Ｅ図に示すように、
構造の上に付着させる。処理条件はステップ１と同じで
ある。層２４の厚みも約１゜５μｍである。
上部クラッド層２４は、（４１１Ａ）ファセット面領域
では、下部クラッド層２２の上に直接付着させるので、
活性のＧａＡｓ ＱＷ２３Ｒはこれよりバンドギャッ
プの高いＡｌＧａＡｓクラッド層の材料中に完全に埋め
込まれる。完成したデバイスでは、これにより横方向の
キャリア閉込めと、横方向の電流閉込めが共に行なわれ
る。
では、下部クラッド層２２の上に直接付着させるので、
活性のＧａＡｓ ＱＷ２３Ｒはこれよりバンドギャッ
プの高いＡｌＧａＡｓクラッド層の材料中に完全に埋め
込まれる。完成したデバイスでは、これにより横方向の
キャリア閉込めと、横方向の電流閉込めが共に行なわれ
る。
電流閉込めには、これ以上のステップが必要でないこと
に留意されたい。これは、前に引用した２つの従来技術
の文献に記載された方法とは対照的である。従来技術で
は、ＡｌＧａＡｓの再成長（Ｐ、Ｌ、プリー等の方法）
またはプロトン注入（Ｊ、Ｐ、ハービソン等の方法）が
必要である。
に留意されたい。これは、前に引用した２つの従来技術
の文献に記載された方法とは対照的である。従来技術で
は、ＡｌＧａＡｓの再成長（Ｐ、Ｌ、プリー等の方法）
またはプロトン注入（Ｊ、Ｐ、ハービソン等の方法）が
必要である。
次に第２Ｆ図を参照すると、ステップ５で、ｐｎレーザ
・ダイオードへ注入電流工を供給するためのオーム接点
を、通常の方法及び材料を用いて付着させる。説明中の
実施例では、上部ｐ接点はＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ
ｕからなり、基板に接続されたｎ接点電極（図示せず
）は、Ａ ｕ ／ Ｇ ｅ ／ Ｎ ｉ ／ Ａ ｕか
らなる。
・ダイオードへ注入電流工を供給するためのオーム接点
を、通常の方法及び材料を用いて付着させる。説明中の
実施例では、上部ｐ接点はＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ
ｕからなり、基板に接続されたｎ接点電極（図示せず
）は、Ａ ｕ ／ Ｇ ｅ ／ Ｎ ｉ ／ Ａ ｕか
らなる。
上述の方法は、わずかな修正を加えると、異なる種類の
半導体レーザ構造を製作するのにも使用できる。その１
つの例は、光学的閉込め及びキャリア閉込めを独立に最
適化できる傾斜屈折率分離閉込めペテロ構造（ＧＲＩＮ
ＳＣＩＩ）レーザである。
半導体レーザ構造を製作するのにも使用できる。その１
つの例は、光学的閉込め及びキャリア閉込めを独立に最
適化できる傾斜屈折率分離閉込めペテロ構造（ＧＲＩＮ
ＳＣＩＩ）レーザである。
ＧＲＩＮＳＣＨ構造を製作するには、ステップ１（第２
Ｂ図）とステップ４（第２Ｅ図）を、傾斜屈折率ゾーン
が形成されるように修正する。下部クラッド層２２と上
部クラッド層２４の大半は上述のように成長させるが、
活性層２３Ｒに隣接する厚みが約０．２μｍの導波層と
呼ばれるゾーンで、ＡＱ含含量量各クラッド層への転移
部でのＸ＝０゜４から、活性層２３Ｒとの境界でのｘ＝
０．１８まで勾配を付ける。この勾配は直線的であるが
、放物線状または他の特性のものでもよい。
Ｂ図）とステップ４（第２Ｅ図）を、傾斜屈折率ゾーン
が形成されるように修正する。下部クラッド層２２と上
部クラッド層２４の大半は上述のように成長させるが、
活性層２３Ｒに隣接する厚みが約０．２μｍの導波層と
呼ばれるゾーンで、ＡＱ含含量量各クラッド層への転移
部でのＸ＝０゜４から、活性層２３Ｒとの境界でのｘ＝
０．１８まで勾配を付ける。この勾配は直線的であるが
、放物線状または他の特性のものでもよい。
上述の製作法またはそれによって得られるレーザ構造か
らの逸脱も、本発明の原理から逸脱することなく行なう
ことができる。たとえば、活性領域を複数のＱＷで構成
すること、活性ＱＷを形成するＧａＡｓにドーピングを
行なうこと、ｐｎの「極性」を逆にして、接合電流を反
対方向に流すことなどが可能である。また、工程パラメ
ータ、使用する材料、及び上記の実施例で必要な、また
はそのために選定した厚みその他のデバイスのパラメー
タは、限定的なものと解釈すべきではない。
らの逸脱も、本発明の原理から逸脱することなく行なう
ことができる。たとえば、活性領域を複数のＱＷで構成
すること、活性ＱＷを形成するＧａＡｓにドーピングを
行なうこと、ｐｎの「極性」を逆にして、接合電流を反
対方向に流すことなどが可能である。また、工程パラメ
ータ、使用する材料、及び上記の実施例で必要な、また
はそのために選定した厚みその他のデバイスのパラメー
タは、限定的なものと解釈すべきではない。
第３図は、上述の方法を用いて製作できる完成したＧａ
Ａｓレーザ構造を示す概略図である。当該の場合、対応
する構造の構成要素には第２図と同じ番号を用いる。
Ａｓレーザ構造を示す概略図である。当該の場合、対応
する構造の構成要素には第２図と同じ番号を用いる。
多層の半導体レーザ構造２０をｎ＋型のＧａＡＳ基板２
１上に成長させる。この構造はｎ型の下部ＡｌＧａＡｓ
Ｑラッド層２２とｐ型の上部ＡｌＧａＡｓＱラッド層２
４を有する。量子ウェルを形成する活性のＧａＡｓ領域
２３Ｒは、これらの層の間に完全に埋め込まれている。
１上に成長させる。この構造はｎ型の下部ＡｌＧａＡｓ
Ｑラッド層２２とｐ型の上部ＡｌＧａＡｓＱラッド層２
４を有する。量子ウェルを形成する活性のＧａＡｓ領域
２３Ｒは、これらの層の間に完全に埋め込まれている。
実際のレーザ構造はＧＲＩＨＳＣＨ型でもよく、その場
合、活性の量子ウェルに隣接する勾配を付けた導波層に
より、デバイスの光学的特性と電気的特性を独立に最適
化することができる。
合、活性の量子ウェルに隣接する勾配を付けた導波層に
より、デバイスの光学的特性と電気的特性を独立に最適
化することができる。
レーザのしきい電流に等しいかそれより大きい電流Ｉを
オーム接触電極２５から、層２４．２３及び２２を通っ
て基板２工及び電極２θに供給すると、活性の量子ウェ
ル領域２３Ｒ中のキャリアの再結合により光を放出する
。点線２７で示す発光ゾーンは、量子ウェル２３Ｒと、
クラッド層２２及び２４の隣接するゾーンを含む。
オーム接触電極２５から、層２４．２３及び２２を通っ
て基板２工及び電極２θに供給すると、活性の量子ウェ
ル領域２３Ｒ中のキャリアの再結合により光を放出する
。点線２７で示す発光ゾーンは、量子ウェル２３Ｒと、
クラッド層２２及び２４の隣接するゾーンを含む。
バンドギャップの高いＡｌＧａＡｓＱラッド層中に完全
に埋め込まれた活性の量子ウェル２３Ｒを設けることに
よって、第１図に示すように、側壁領域に形成したエネ
ルギー障壁が、注入したキャリアが活性領域から拡散す
るのを防止するので、この構造はきわめて効果的にキャ
リアの閉込めを行なう。
に埋め込まれた活性の量子ウェル２３Ｒを設けることに
よって、第１図に示すように、側壁領域に形成したエネ
ルギー障壁が、注入したキャリアが活性領域から拡散す
るのを防止するので、この構造はきわめて効果的にキャ
リアの閉込めを行なう。
側壁領域にＧａＡｓ層が存在しないため、量子ウェル領
域中のｐｎ接合のターンオン電圧は側壁ｐｎ接合のター
ンオン電圧よりかなり低くなり、そのため供給電流工が
側壁ｐｎ接合を通って流れるのが防止され、矢印２８で
示すように量子ウェルを通る通路に閉込められるため、
この構造はまた、きわめて効果的に電流の閉込めも行な
う。
域中のｐｎ接合のターンオン電圧は側壁ｐｎ接合のター
ンオン電圧よりかなり低くなり、そのため供給電流工が
側壁ｐｎ接合を通って流れるのが防止され、矢印２８で
示すように量子ウェルを通る通路に閉込められるため、
この構造はまた、きわめて効果的に電流の閉込めも行な
う。
Ｆ１発明の効果
以上のように、本発明によれば、サブミクロン級のきわ
めて小型の高性能レーザ及びその製造方法を提供できる
。
めて小型の高性能レーザ及びその製造方法を提供できる
。
第１図は、本発明の方法によって製造したレーザ構造体
の構造及び動作上の原理を説明するために用いる、ＱＷ
レーザの概略断面略図である。 第２Ａ図ないし第２Ｆ図は、リッジＱＷレーザ構造を製
作するのに使用する本発明の方法の互いに異なる工程ス
テップを示す図である。 第３図は、本発明の方法によって製造したリッジＱＷレ
ーザ構造を示す断面図である。 １０．２０・・・・レーザ構造、１１．２１・・・・半
導体基板、１２．２２・・・・下部クラッド層（ＡｌＧ
ａＡｓ）、１３．２３＝活性層（Ｇ ａＡ ｓ ）、１
４．２４−−−−上部クラッド層（ＡｌＧａＡｓ）、１
５．２５−・−接点電極。 出願人 インターナシ四ナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーシせン 代理人 弁理士 山 木 仁 朗（外１名）
の構造及び動作上の原理を説明するために用いる、ＱＷ
レーザの概略断面略図である。 第２Ａ図ないし第２Ｆ図は、リッジＱＷレーザ構造を製
作するのに使用する本発明の方法の互いに異なる工程ス
テップを示す図である。 第３図は、本発明の方法によって製造したリッジＱＷレ
ーザ構造を示す断面図である。 １０．２０・・・・レーザ構造、１１．２１・・・・半
導体基板、１２．２２・・・・下部クラッド層（ＡｌＧ
ａＡｓ）、１３．２３＝活性層（Ｇ ａＡ ｓ ）、１
４．２４−−−−上部クラッド層（ＡｌＧａＡｓ）、１
５．２５−・−接点電極。 出願人 インターナシ四ナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーシせン 代理人 弁理士 山 木 仁 朗（外１名）
Claims (2)
- （１）半導体レーザの形成のためにパターン付けされた
基板上にＧａＡｓを選択的に成長させる方法であって、 その側壁ファセットが、結晶配向性の相違により、その
水平ファセットのＧａ編成速度よりも遅いＧａ編成速度
を有するようなリッジ構造体（２１Ａ）であって、半導
体レーザがその上に形成されるようなリッジ構造を形成
するために基板（２１）の表面をパターン化するステッ
プと、 約７００℃より高い温度で分子線エピタキシー装置中で
パターン化された基板（２１）上に半導体レーザを形成
する層（２２、２３、２４）を成長させるステップと、 を有し、前記層（２２、２３、２４）を成長させるステ
ップは、 前記リッジ構造体の全ファセット上に第１導電型のＡｌ
ＧａＡｓ底部クラッド層（２２）を成長させるステップ
と、 側壁ファセットの厚さはそれより薄いが、水平な頂部平
坦部の厚さが５ないし１０ｎｍまで活性ＧａＡｓ量子ウ
ェルを成長させるステップと、側壁ファセットから薄い
ＧａＡｓ層（２３Ｅ）が完全に脱着するまでＧａの供給
を止めることにより成長を停止させるステップと、 全ファセット上に第２導電型のＡｌＧａＡｓ頂部クラッ
ド層（２４）を成長させるステップと、を有する半導体
レーザの形成のためにＧａＡｓを選択的に成長させる方
法。 - （２）横方向に電気的に閉じ込めるために高いバンドギ
ャップ材料（２２、２４）間に埋め込まれた量子ウェル
を有する半導体レーザであって、底部ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層（２２）と頂部ＡｌＧａＡｓクラッド層と（２４
）とに挟まれた活性ＧａＡｓ量子ウェル層（２３Ｒ）を
含む層状構造体（２２、２３、２４）を有し、前記クラ
ッド層（２２、２４）は前記量子ウェル層（２３Ｒ）よ
りも大きなバンドギャップを有しており、前記層状構造
体はパターン化された基板表面のリッジ（２１Ａ）上に
成長され、前記リッジの側壁ファセットは、結晶配向性
の相違により、水平ファセットよりも低いＧａ編成速度
であり、活性量子ウェル層（２３Ｒ）は底部クラッド層
の水平部分の上に選択的に成長される一方、底部クラッ
ド層との側壁部分の上にはいかなる活性層も成長されず
に前記頂部クラッド層が直接的に接触されている、 半導体レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP88110302.2 | 1988-06-28 | ||
| EP88110302A EP0348540B1 (en) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | Process for the selective growth of gaas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0227783A true JPH0227783A (ja) | 1990-01-30 |
| JPH0634429B2 JPH0634429B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=8199083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1132922A Expired - Fee Related JPH0634429B2 (ja) | 1988-06-28 | 1989-05-29 | 半導体レーザの形成のためにＧａＡｓを選択的に成長させる方法及び半導体レーザ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0348540B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0634429B2 (ja) |
| AU (1) | AU618100B2 (ja) |
| CA (1) | CA1314088C (ja) |
| DE (1) | DE3877750T2 (ja) |
| MX (1) | MX169915B (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5311539A (en) * | 1992-11-25 | 1994-05-10 | International Business Machines Corporation | Roughened sidewall ridge for high power fundamental mode semiconductor ridge waveguide laser operation |
| US5591666A (en) * | 1995-08-07 | 1997-01-07 | Motorola | Semiconductor device and method of fabrication |
| KR100590566B1 (ko) | 2004-11-02 | 2006-06-19 | 삼성전자주식회사 | 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| KR100590567B1 (ko) | 2004-11-08 | 2006-06-19 | 삼성전자주식회사 | 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60201684A (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2716693B2 (ja) * | 1985-02-08 | 1998-02-18 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
| GB8518353D0 (en) * | 1985-07-20 | 1985-08-29 | Plessey Co Plc | Heterostructure device |
-
1988
- 1988-06-28 EP EP88110302A patent/EP0348540B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-06-28 DE DE8888110302T patent/DE3877750T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-05-29 JP JP1132922A patent/JPH0634429B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-06-02 CA CA000601602A patent/CA1314088C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-06-09 AU AU36251/89A patent/AU618100B2/en not_active Ceased
- 1989-06-23 MX MX016584A patent/MX169915B/es unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60201684A (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU618100B2 (en) | 1991-12-12 |
| JPH0634429B2 (ja) | 1994-05-02 |
| DE3877750T2 (de) | 1993-07-08 |
| CA1314088C (en) | 1993-03-02 |
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