JPH04103186A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ及びその製造方法

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JPH04103186A
JPH04103186A JP22369190A JP22369190A JPH04103186A JP H04103186 A JPH04103186 A JP H04103186A JP 22369190 A JP22369190 A JP 22369190A JP 22369190 A JP22369190 A JP 22369190A JP H04103186 A JPH04103186 A JP H04103186A
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JP
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layer
film
disordered
well layer
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JP22369190A
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Takashi Murakami
隆志 村上
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • 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
    • H01S5/3413Structure 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 comprising partially disordered wells or barriers

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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】 〔産業上の利用分野] この発明は半導体レーザ及びその製造方法に関し、特に
屈折率導波型の半導体レーザ及びその製造方法に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第3図は従来の半導体レーザを示す断面図であり、図に
おいて1はGaAs基板、2はAffixGal−xA
s下クラりド層、3はAfGaAs系多重量子井戸活性
層、4はAffixCa+−xAs上クラット層、5は
GaAsコンタクト層、6は5iO8膜、7.8は電極
、10はSiO□開口部である。
次に動作について説明する。
CyaAs基板1上に下クラッド層2.多重量子井戸活
性層3.上クラッド層4.コンタクト層5を順次形成し
、該コンタクト層5上に部分的に5tOW膜6を形成し
、半導体の上端と下端に電極7.8を形成し、該電極7
.8間に電圧をかけると、電流はStow開口部10で
狭窄され、数μmの幅で流れる。また、上記多重量子井
戸活性層3と上記下クラッドl1i2と上記上クラッド
層4はダブルへテロ構造をなしており、注入された電流
により上記多重量子井戸活性層3内で誘導放出が生じ、
レーザ発振する。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体レーザは以上のように構成されているので
、横方向(接合面に平行方間)には光の閉じ込め機構が
ないため、横モード不安定を生じやすく、発振に到るし
きい値電流が高いなどの問題点があり、またレーザ光を
レンズで照射した場合の焦点のぶれ(非点隔差)が大き
い等の問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、横方向に光の閉じ込めが生じ、簡単なプロセ
スで製造できる屈折率導波型の半導体レーザ及びその製
造方法を提供することを目的とする。
〔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は、量子井戸層上に半導体
結晶を介して330g膜を形成し、上記量子井戸層をア
ニールにより上記330g膜から拡散された空孔によっ
て無秩序化させて形成した光導波路を備えたものである
この発明に係る半導体レーザの製造方法は、量子井戸層
上に半導体結晶を介してSin、膜を形成し、量子井戸
層をアニールにより上記Sin。
膜から拡散された空孔によって無秩序化させ、光導波路
を形成するようにしたものである。
〔作用〕
この発明に係る半導体レーザにおいては、量子井戸層を
アニールにより330g膜がら拡散された空孔によって
無秩序化するようにしたから、上記無秩序化した量子井
戸層は、無秩序化されていない量子井戸活性層よりも屈
折率が小さくなることにより、横方向に光の閉じ込めが
生じ、これにより屈折率導波機構を形成できる。
この発明に係る半導体レーザの製造方法においては、量
子井戸層をアニールにより上記Stow膜から拡散され
た空孔によって無秩序化するようにしたから、上記無秩
序化した量子井戸層は、無秩序化されていない量子井戸
活性層よりも屈折率が小さくなることにより、横方向に
光の閉じ込めが生じ、これにより簡単なプロセスで製造
できる屈折率導波機構を形成することができる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明の第1の実施例による半導体レーザを示
す図であり、図において、第3図と同一符号は同−又は
相当部分を示し、9はGa空孔拡散部、11は多重量子
井戸活性層3内の無秩序化部である。
次に製造工程について説明する。
半絶縁性GaAs基板1上にMOCVD法によりAfx
 Ga、−1Asクラッド層2、Aj!GaAS多重量
子井戸活性層3、A l w G a l−X A s
クラ91層4からなるダブルへテロ構造を含み、GaA
sコンタクト層5までを成長させる。その後、上記多重
量子井戸活性層3上に半導体結晶を介して部分的にSt
o、膜6を形成する。5iChにはGaを吸い取る性質
があり、上記Stow膜6直正6直下As、:2ンタク
トJi5中に1017CI11−3程度の濃度のGa空
孔が生じる。次いで、例えば950℃15秒間のアニー
ルによりGa空孔の拡散を行う。上記アニールでは上記
330g膜6と上記GaAs5.A、gGaAs結晶2
.3. 4間で生じる熱膨張係数の違いによるストレス
が上記Ga空孔の拡散を加速し、上記Ga空孔がウェハ
中に950 ’CI 5秒で約0.5μm拡散し、Ga
空孔拡散部9を形成する。最後に、電極7,8を形成し
てウェハプロセスが終了する。
次に動作について説明する。上記コンタクト層5の厚み
が0.3μm、上記上クラッドN4の厚みが0.7μm
程度なので、60秒程度のアニールでGa空孔を拡散す
ることにより、上記多重量子井戸活性層3を無秩序化す
ることができ、該無秩序化したGa空孔拡散部9は、無
秩序化されていない多重量子井戸活性層3よりも屈折率
が小さくなるので、上記多重量子井戸活性層3中に屈折
率導波機構が形成される。
以上は最も単純な構造の例として第1の実施例を挙げた
が、コンタクト層5と電極8とをアロイ化してオーミン
クを取るためには、C+aAsコンタクト層5の膜厚は
0.3μm程度以上必要であり、また多重量子井戸活性
層3から上クラッド層4内へ光が0.6〜0.7μm染
み出すので、上記上クラッド層4が0.7μm以下では
光がGaAsコンタクト層5まで染み出し、該コンタク
ト層5に吸収されて損失が増え、レーザの特性が悪化す
るという理由により、上記SiO□膜6と上記多重量子
井戸活性層3間の距離を1.0μm以下にできないので
、アニールによる拡散時間が長くなり、各層内のドーパ
ントの拡散によるドーピングプロファイルの変化等の悪
影響を及ぼす可能性がある。
第2図はアニール時間を短くした本発明の第2の実施例
による半導体レーザを示す図であり、図において、第1
図と同一符号は同−又は相当部分を示す。また、4aは
厚みが0.3μmのクラッド層、4bは厚みが0.2μ
mのクラッロL12は厚みが0.1〜0.2μmのAj
!GaAs系多重量子井戸光ガイド層である。
次に、動作について説明する。
多重量子井戸光ガイド層12上に半導体結晶を介して部
分的に形成した5iOz膜6のGaを吸い取る性質によ
り上記5iO7!196直下のコンタクト層5中にGa
空孔が生じ、アニールによりGa空孔の拡散を行う。上
記Ga空孔が多重量子井戸光ガイド層12内に拡散する
ことにより無秩序化が生じる。無秩序化したSin、膜
6下の多重量子井戸光ガイド層12の屈折率は、無秩序
化されていないSiO□開口部10下の多重量子井戸光
ガイド層12の屈折率より小さくなる。量子井戸活性層
3で発生した光の一部は多重量子井戸光ガイド層12に
まで染み出すので多重量子井戸光ガイド層12の5if
t膜6下部と5fC)z開口部lO下部との屈折率差に
より、光の閉じ込めが住しる。従って、屈折率導波型と
なる。
このように第2の実施例では、多重量子井戸活性層3で
はなくて多重量子井戸光ガイド層12を無秩序化させる
。また、この構造ではSiO□膜6から0.6μm、G
a空孔を拡散させればよいのでアニールによる拡散時間
は短くて済む。
このように第1.第2の実施例によれば、5i02膜6
下の多重量子井戸活性層あるいは上記SiO2膜6下の
多重量子井戸光ガイド層12をアニールにより上記Si
0g膜6から拡散された空孔によって無秩序化させて光
導波路を形成するようにしたので、不純物拡散源の成膜
やバターニング等の複雑な工程を必要とせず屈折率導波
機構を形成できる。
なお、上記実施例では多重量子井戸活性層3を設けたも
のを示したが、単一量子井戸活性層を設けてもよい。
また、上記実施例ではAl1GaAs系材料を例にとっ
て説明したが、Af!Ga I nP系材料であっても
よく、上記実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の半導体レーザによれば、5iO
1!下の多重量子井戸活性層あるいは上記Sin、膜下
の多重量子井戸光ガイド層を上記Sio□膜から拡散さ
れた空孔によって無秩序化させて先導波路を形成したの
で、屈折率導波型の半導体レーザを得ることができる効
果がある。
また、本発明の半導体レーザの製造方法によれば、5i
Oz膜下の多重量子井戸活性層あるいは上記Si0g膜
下の多重量子井戸光ガイド層を上記5i02膜から拡散
された空孔によって無秩序化させて光導波路を形成する
ようにしたので、不純物拡散源の成膜やバターニング等
の複雑な工程を必要とせず、簡単なプロセスで半導体レ
ーザを製造することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例による半導体レーザの
断面構造図、第2図はこの発明の第2の実施例による半
導体レーザの断面構造図、第3図は従来の半導体レーザ
の断面構造図である。 図において、1はGaAs基板、2はAfxGa 1−
X A Sクラッド層、3は量子井戸活性層、4はAj
2xGa、−xAsAsクララ、4a、4bはAffi
xGat−、Asクラッド層、5はGaAsコンタクト
層、6はSin、膜、7,8は電極、9はGa空孔拡散
部、1oはSin、開口部、11は無秩序化部、12は
多重量子井戸光ガイド層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)量子井戸層を含む半導体レーザにおいて、上記量
    子井戸層上に半導体結晶を介して部分的に形成したSi
    O_2膜と、 該SiO_2膜下の上記量子井戸層をアニールにより上
    記SiO_2膜から拡散された空孔によって無秩序化さ
    せて形成した光導波路とを備えたことを特徴とする半導
    体レーザ。
  2. (2)量子井戸層を含む半導体レーザの製造方法におい
    て、 上記量子井戸層上に半導体結晶を介してSiO_2膜を
    部分的に形成する工程と、 熱アニールにより上記SiO_2膜から拡散された空孔
    によって上記量子井戸層を無秩序化させ光導波路を形成
    する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造
    方法。
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