JPH04137779A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置およびその製造方法Info
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- JPH04137779A JPH04137779A JP2260976A JP26097690A JPH04137779A JP H04137779 A JPH04137779 A JP H04137779A JP 2260976 A JP2260976 A JP 2260976A JP 26097690 A JP26097690 A JP 26097690A JP H04137779 A JPH04137779 A JP H04137779A
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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
本発明は長距離大容量光ファイバー通信等に必要な高性
能の分布帰還型半導体レーザ装置およびその製造方法に
関するものであも 従来の技術 分布帰還型レーザ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄ
ｂａｃｋ １ａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ： ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）は高出力低雑音の単一軸モード発振光源として長距
離高密度光ファイバー通信に必要不可欠なものである力
（光フアイバー通信の高度化とともにＤＦＢ−ＬＤのさ
らなる特性向上がのぞまれていも このためく 近年Ｄ
ＦＢ−ＬＤの活性層を多重量子井戸構造とした多重量子
井戸（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：Ｍ Ｑ
Ｗ） Ｄ Ｆ Ｂ −Ｌ Ｄに関する研究が活発にお
こなわれている（例えばＹ、５ａｓａｉ ｅｔ ａＬ、
Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、 ５９．ｐ２８，１９８６
）量子井戸活性層を有するＬＤは量子サイズ効果ニヨリ
、通常のバルク型活性層にない良好な特性が期待できも
例えば微分ゲインの増大・ＴＭ光発光低減等により低
しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩和振動
周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応答・低
チャーピング・狭スペクトル幅化が得られも さらに微
分ゲインの増大は特にＤＦＢ−ＬＤにおいて問題となっ
ているる軸方向ホールバーニング現象を抑えることがで
き大出力動作時での単一モード発振歩留り向上が期待で
きも ところでこのようなＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤの一般的断面
基本構造を第４図にＩｎＧａＡｓＰ／ ＩｎＰ系材系材
例にとって示す。ここで１はＮ型ＩｎＰ基板、２は発振
波長を選択する回折格子（ピッチ２００ｎａ 深さ２０
ｎｍ）入 ３はＮ型１ｎＧａＡｓＰ光導波層（バンドギ
ャップ波長 ２μｍ１，１μｍ、厚みｄ−ｏ、 ２μｍ
）、４はアンドープＭＱＷ活性層で３対のＩｎＧａＡｓ
Ｐ井戸層２０（２μｍ１．３１，４ ｔｎ、厚みＬｚ−
１０ＯＡ）とＩ ｎＧａＡｓＰ障壁層２１ （２μｍ１
．３１μｍ、厚みＬｚ−１０ＯＡ）で構成されも また
５はＰ型ＩｎＰクラッド層であム 第５図にこのＭＱＷ構造のバンドギャップエネルギーダ
イヤグラムを示も ここで領域１１、１２、１３、１４
はそれぞれＮ型ＩｎＰ基ＫＮ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波恩
アンドープＭＱＷ活性層およびＰ型ＩｎＰクラッド層
に対応し また２０は井戸Ｉ、 ２１は障壁層であム
このような超薄膜層構造は通常有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ）で形成されも この方法では成長速度が低い
ため超薄膜においても膜厚制御性が良好であａ また成
長が非平衡状態で行われるためへテロ界面の急峻性も数
原子層以下でほぼ第５図に示すようなＭＱＷ構造を得る
ことができも このウェハーをを用いストライブ状活性領坂電流挟搾領
坂 コンタクト層および電極を形成することにより波長
１． ３μｍで単一軸モード発振を得ることができも 発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような回折格子上へのＭＯＶＰＥ法
によるＭＱＷ構造で（友 平坦なＭＱＷ層が得にくいと
いう問題点かあム これはＭＯＶＰＥ法の特徴として回
折格子２の凹凸の影響は上の層まで残存し 第６図に示
すようにＭＱＷ活性層も凹凸形状を示すこ七になるばか
りでなく量子井戸層２０は凹部と凸部で厚みが変化して
おり、均一な量子井戸が得られていな（〜 このような
ＭＱＷ活性層の非平坦性・不均一性はレーザーの光出力
特性やスペクトル特性に悪影響を及ぼ机 回折格子の高
さを極端に小さくする力＼ 光導波層３の厚みを大きく
することによりこの影響を小さくすることができる力（
単一モード歩留の低下やしきい値の上昇を伴う恐れがあ
も さらにヘテロ界面においては成長時に導入される熱損傷
や格子不整合による欠陥が大なり小なり存在する＃（Ｍ
ＱＷ構造においてはへテロ界面の増加により欠陥の影響
を受は易し℃ このため通常のバルク型のＤＦＢ−ＬＤ
に比べて、素子の寿命は伸びておらず信頼性の点で問題
があっ九本発明はかかる点に鑑へ 高性能かつ高信頼性
の分布帰還型レーザを提供することを目的とすム課題を
解決するための手段 本発明ζ友 上述の問題点を克服すべく、第１の導電型
の第１のＩｎＰｎチクド層もしくはＩｎＰ基板（バンド
ギャップエネルギーＥｇ＝Ｅｇ１）と、前記第１のＩｎ
Ｐｎチクド層もしくはＩｎＰ基板上に形成された回折格
子と、前記回折格子上に液相成長法によるエピタキシャ
ル層から成る以下の凰すなわちＩｎＧａＡｓＰ光導波層
（Ｅｇ＝Ｅｇ２： Ｅｇ２＜Ｅｇ１）、ＩｎＧａＡｓＰ
井戸層（Ｅｇ＝ Ｅｇ３； Ｅｇ３＜ Ｅｇ２）および
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（Ｅｇ＝Ｅｇ４； Ｅｇ２＞Ｅｇ
４＞Ｅ ｇ３）の周期構造からなる多重量子井戸構造活
性服 および第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層（Ｅ
ｇ＝Ｅｇ１）を備えたことを特徴とする半導体レーザ装
置であり、表面に回折格子が形成されたＩｎＰ基板をＩ
ｎＧａＡｓＰ光導波層成長メルトに４秒以内の時間接触
した後ＩｎＧａＡｓＰ井戸層成長メルトおよび１ｎＧａ
ＡｓＰ陣壁層成長メルトに停止することなく接触する液
相エピタキシャル成長工程を含むことを特徴とする半導
体レーザの製造方法であム作用 本発明は前記した構成により、平坦性の良好な液相エピ
タキシャル層を用いる事により、下地の回折格子の影響
を受けることなく均一法 平坦性の良好なＭＱＷ層を有
し かつ井戸層と障壁層界面にメルトバック現象による
組成遷移層により欠陥の少ないヘテロ界面を有すること
より高性能で高僧頼性を有する半導体レーザを提供する
ものであム 実施例 第１図は本発明の第１の実施例における半導体レーザ装
置の断面構造図を示すものであム 第１図において、
１はＮ型ＩｎＰ基板（バンドギャップエネルギーＥｇ＝
Ｅｇ１）、２は発振波長を選択する回折格子（ピッチ２
００ｎａ 深さ５０ｒ＋ｍ）、３はＮ型ＩｎＧａＡｓＰ
光導波層（バンドギャップエネルギーＥｇ＝Ｅｇ２；
Ｅｇ２＜Ｅｇｌ、バンドギャップ波長 ２ｇ−１，１／
’Ｌ厚みｄ−０，１ｐ ｍ）、４はアンドープＭＱＷ活
性層で３対のＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０ （Ｅｇ＝Ｅ
ｇ３； Ｅｇ３〈Ｅｇ２： ２μｍ１．３１ ｐ ｍ
、厚みｌｚ＝１０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２１
（Ｅｇ＝Ｅｇ４； Ｅｇ２＞Ｅｇ４＞Ｅｇａ、２μｍ
１．１０．ｕ ｒｎ、厚みＬｚ−１０ｎａ＋）で構成さ
れも また５はＰ型ＩｎＰクラッド層であム 従来の例
との違いは エピタキシャル層３、４、５はすべて液層
成長法による層を用いている点であム 気相成長法によ
るエピタキシャル層を用いた場合と違って液相成長の場
合凹凸のある基板上に成長した場合でも容品に平坦な層
が得られも 従って深さ５０ｎｆｉＩの回折格子上に０
．１μｍのＩｎＧａＡｓＰ光導波層を介して平坦性の良
い良好なＭＱＷ活性層を得ることができム このような
良好なＭＱＷ層により従来のバルク構造ＤＦＢレーザに
ない低しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩
和振動周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応
答・低チャーピング・狭スペクトル幅化が得られも さ
らに微分ゲインの増大は特にＤＦＢ−ＬＤにおいて問題
となっているる軸方向ホールバーニング現象を抑えるこ
とができ大出力動作時での単一モード発振歩留り向上が
期待できも 特に回折格子の深さは十分な深さであり、
光導波層も十分に薄いためく構造パラメータ上の問題に
よりレーザの特性・歩留りに悪影響を及ぼすことはな（
− 次にこのレーザのエピタキシャル構造のバンドギャップ
エネルギーダイヤグラムを第２図に示机ここで領域１１
、１２、１３、１４はそれぞれＮ型ＩｎＰ基板 Ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光導波凰 アンドープＭＱＷ活性層および
Ｐ型ＩｎＰクラッド層に対応すム ここで従来の例との
違いはＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０とＩｎＧａＡｓＰ障壁
層２１界面に液相成長層特有のメルトバック現象による
組成遷移層２２・２３が存在する点であも 一般に熱力
学的平衡状態で成長を行う液相成長法においては成長メ
ルトと接触した際メルトからの成長とともに下地の半導
体層からの溶出現象（メルトバック）が大なり小なり可
逆的に生じヘテロ界面には組成遷移層が形成されも こ
のようなメルトバック現象によりヘテロ界面に形成され
た欠陥は除去され欠陥単位のない良好な界面が得られも
またこの組成遷移層はＩｎＧａＡｓＰ障壁層２１上の
ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０界面側で（２２）は０．５ｎ
ｍ程度である力＜、 ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０上の
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層２１界面側（２３）は２ｎｆｆｌ
程度であも この差はＩｎＧａＡｓＰ井戸層が拡散速度
の早いＡｓの組成比が多いためであも いずれにせよこ
の組成遷移層の厚みはさほど小さく井戸層厚がＩｎ目以
上あれば十分な量子サイズ効果を得ることができも こ
のような組成遷移層の存在により信頼性良好な量子井戸
構造ＤＦＢレーザを得ることができも またこのことは
回折格子のない通常のファブリ・ペロ型レーザに適用し
ても同様の効果かえられ この場合のレーザ構造は 第
１の導電型の第１のＩｎＰクラッド層もしくはＩｎＰ基
板（バンドギャップエネルギー Ｅ ｇ＝ Ｅ ｇ１）
と、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層（Ｅｇ＝Ｅｇ２）およびＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層（Ｅｇ＝Ｅｇ３．Ｅｇｌ＞Ｅｇ３＞Ｅ
ｇ２）の周期構造からなる多重量子井戸構造活性態 お
よび第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層を具備し 前
記井戸層の厚みが７ｎｍから２０ｎｍであり前記井戸層
と前記障壁層界面に厚み０．５ｎｍから３ｎｍの組成遷
移層を有するものとなも 次に第３図にこの多層構造の製造に用いる液相成長ボー
トを示す。ここで４１はボート台、 ４２は基板をスラ
イドするスライダーおよび４３は成長メルトを収納する
メルトホルダーであム また１は回折格子の形成された
Ｎ型１ｎＰ基楓５１はＮ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層成長
メルト、 ５２はＩｎＧａＡｓＰ井戸層成長メルト、
５３・５４はＩｎＧａＡｓＰ障壁層成長メルト、および
５５はＰ型ＩｎＰクラッド層成長メルトであム ここで
ＩｎＧａＡｓＰメルトはすべて過剰のＩｎＰを含む２相
融液メルトであム 基板及びメルトを含む成長ボートは
６１０℃で１時間ソークを行った後０，６℃／分で降温
し５９０ｔで成長を開始した スライダー内の凹部にセ
ットされた回折格子基板１は成長前の熱処理時に回折格
子形状保護のためにＧａＡｓカバー４４で保護されてい
も 成長はまず基板１をＮ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層成
長メルトに２秒接触したのちＩｎＧａＡｓＰ障壁層成長
メルト５３・５４の外側に位置する折り返し点Ａ−Ｂ間
を５０ｍｍ／秒のスピードで１往復半スライドした後Ｐ
型ＩｎＰクラッド層成長メルトに接触させも このスラ
イド成長方法により回折格子上に厚み２０ｎｍ以下の超
薄膜層から成る良好なＭＱＷ層を得ることができ、また
Ｎ型１ｎＧａＡｓＰ光導波層成長メルトに４秒以内の時
間接触することにより０．２μｍ以下の先導波層を得る
ことができも 実際この方法によりしきい線電流１０ｍ
Ａ （ＲＴＣＷ）で量子効率６５％の単一縦モード発振
が得られていもまたレーザの発振波長が１．２５から１
．３５μｍとなるＭＱＷ層においては超薄膜層の成長速
度が比較的遅いため制御性も良好であム 発明の効果 以上のようＪＱ 本発明は第１の導電型の第１のＩｎ
Ｐｎチク５フもしくはＩｎＰ基板（バンドギャップエネ
ルギーＥ ｇ＝ Ｅ ｇ１）と、前記第１のＩｎＰｎチ
ク５フもしくはＩｎＰ基板上に形成された回折格子と、
前記回折格子上に液相成長法によるエピタキシャル層か
ら成る以下の凰 すなわちＩｎＧａＡｓＰ光導波層（Ｅ
ｇ＝Ｅｇ２； Ｅｇ２＜Ｅｇ１）、ＩｎＧａＡｓＰ井戸
層（Ｅｇ＝Ｅｇ３； Ｅｇ３＜Ｅｇ２）およびＩｎＧａ
ＡｓＰ障壁層ＣＥｇ＝Ｅｇ４： Ｅｇ２＞Ｅｇ４＞Ｅｇ
３）の周期構造からなる多重量子井戸構造活性態 およ
び第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層（Ｅｇ＝Ｅｇ１
）を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置であり、
表面に回折格子が形成されたＩｎＰ基板をＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層成長メルトに４秒以内の時間接触した後１ｎ
ＧａＡｓＰ井戸層成長メルトおよびＩｎＧａＡｓＰ障壁
層成長メルトに停止することなく接触する液相エピタキ
シャル成長行程を含むことを特徴とする半導体レーザの
製造方法により平坦性の良好な液相エピタキシャル層を
用いる事により、下地の回折格子の影響を受けることな
く均−法 平坦性の良好なＭＱＷ層を有し かつ井戸層
と障壁層界面にメルトバック現象による組成遷移層によ
り欠陥の少ないヘテロ界面を有することにより高性能で
高信頼性を有する半導体レーザを提供するもので、その
実用的効果は太き（〜 ところで本実施例においてはｎ型基板を用いたがｐ型基
板等の他の基板を用いた場合も同様であり、各層の組成
および導伝型はこれに限定されるものではなｔ〜
能の分布帰還型半導体レーザ装置およびその製造方法に
関するものであも 従来の技術 分布帰還型レーザ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄ
ｂａｃｋ １ａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ： ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）は高出力低雑音の単一軸モード発振光源として長距
離高密度光ファイバー通信に必要不可欠なものである力
（光フアイバー通信の高度化とともにＤＦＢ−ＬＤのさ
らなる特性向上がのぞまれていも このためく 近年Ｄ
ＦＢ−ＬＤの活性層を多重量子井戸構造とした多重量子
井戸（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：Ｍ Ｑ
Ｗ） Ｄ Ｆ Ｂ −Ｌ Ｄに関する研究が活発にお
こなわれている（例えばＹ、５ａｓａｉ ｅｔ ａＬ、
Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、 ５９．ｐ２８，１９８６
）量子井戸活性層を有するＬＤは量子サイズ効果ニヨリ
、通常のバルク型活性層にない良好な特性が期待できも
例えば微分ゲインの増大・ＴＭ光発光低減等により低
しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩和振動
周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応答・低
チャーピング・狭スペクトル幅化が得られも さらに微
分ゲインの増大は特にＤＦＢ−ＬＤにおいて問題となっ
ているる軸方向ホールバーニング現象を抑えることがで
き大出力動作時での単一モード発振歩留り向上が期待で
きも ところでこのようなＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤの一般的断面
基本構造を第４図にＩｎＧａＡｓＰ／ ＩｎＰ系材系材
例にとって示す。ここで１はＮ型ＩｎＰ基板、２は発振
波長を選択する回折格子（ピッチ２００ｎａ 深さ２０
ｎｍ）入 ３はＮ型１ｎＧａＡｓＰ光導波層（バンドギ
ャップ波長 ２μｍ１，１μｍ、厚みｄ−ｏ、 ２μｍ
）、４はアンドープＭＱＷ活性層で３対のＩｎＧａＡｓ
Ｐ井戸層２０（２μｍ１．３１，４ ｔｎ、厚みＬｚ−
１０ＯＡ）とＩ ｎＧａＡｓＰ障壁層２１ （２μｍ１
．３１μｍ、厚みＬｚ−１０ＯＡ）で構成されも また
５はＰ型ＩｎＰクラッド層であム 第５図にこのＭＱＷ構造のバンドギャップエネルギーダ
イヤグラムを示も ここで領域１１、１２、１３、１４
はそれぞれＮ型ＩｎＰ基ＫＮ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波恩
アンドープＭＱＷ活性層およびＰ型ＩｎＰクラッド層
に対応し また２０は井戸Ｉ、 ２１は障壁層であム
このような超薄膜層構造は通常有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ）で形成されも この方法では成長速度が低い
ため超薄膜においても膜厚制御性が良好であａ また成
長が非平衡状態で行われるためへテロ界面の急峻性も数
原子層以下でほぼ第５図に示すようなＭＱＷ構造を得る
ことができも このウェハーをを用いストライブ状活性領坂電流挟搾領
坂 コンタクト層および電極を形成することにより波長
１． ３μｍで単一軸モード発振を得ることができも 発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような回折格子上へのＭＯＶＰＥ法
によるＭＱＷ構造で（友 平坦なＭＱＷ層が得にくいと
いう問題点かあム これはＭＯＶＰＥ法の特徴として回
折格子２の凹凸の影響は上の層まで残存し 第６図に示
すようにＭＱＷ活性層も凹凸形状を示すこ七になるばか
りでなく量子井戸層２０は凹部と凸部で厚みが変化して
おり、均一な量子井戸が得られていな（〜 このような
ＭＱＷ活性層の非平坦性・不均一性はレーザーの光出力
特性やスペクトル特性に悪影響を及ぼ机 回折格子の高
さを極端に小さくする力＼ 光導波層３の厚みを大きく
することによりこの影響を小さくすることができる力（
単一モード歩留の低下やしきい値の上昇を伴う恐れがあ
も さらにヘテロ界面においては成長時に導入される熱損傷
や格子不整合による欠陥が大なり小なり存在する＃（Ｍ
ＱＷ構造においてはへテロ界面の増加により欠陥の影響
を受は易し℃ このため通常のバルク型のＤＦＢ−ＬＤ
に比べて、素子の寿命は伸びておらず信頼性の点で問題
があっ九本発明はかかる点に鑑へ 高性能かつ高信頼性
の分布帰還型レーザを提供することを目的とすム課題を
解決するための手段 本発明ζ友 上述の問題点を克服すべく、第１の導電型
の第１のＩｎＰｎチクド層もしくはＩｎＰ基板（バンド
ギャップエネルギーＥｇ＝Ｅｇ１）と、前記第１のＩｎ
Ｐｎチクド層もしくはＩｎＰ基板上に形成された回折格
子と、前記回折格子上に液相成長法によるエピタキシャ
ル層から成る以下の凰すなわちＩｎＧａＡｓＰ光導波層
（Ｅｇ＝Ｅｇ２： Ｅｇ２＜Ｅｇ１）、ＩｎＧａＡｓＰ
井戸層（Ｅｇ＝ Ｅｇ３； Ｅｇ３＜ Ｅｇ２）および
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（Ｅｇ＝Ｅｇ４； Ｅｇ２＞Ｅｇ
４＞Ｅ ｇ３）の周期構造からなる多重量子井戸構造活
性服 および第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層（Ｅ
ｇ＝Ｅｇ１）を備えたことを特徴とする半導体レーザ装
置であり、表面に回折格子が形成されたＩｎＰ基板をＩ
ｎＧａＡｓＰ光導波層成長メルトに４秒以内の時間接触
した後ＩｎＧａＡｓＰ井戸層成長メルトおよび１ｎＧａ
ＡｓＰ陣壁層成長メルトに停止することなく接触する液
相エピタキシャル成長工程を含むことを特徴とする半導
体レーザの製造方法であム作用 本発明は前記した構成により、平坦性の良好な液相エピ
タキシャル層を用いる事により、下地の回折格子の影響
を受けることなく均一法 平坦性の良好なＭＱＷ層を有
し かつ井戸層と障壁層界面にメルトバック現象による
組成遷移層により欠陥の少ないヘテロ界面を有すること
より高性能で高僧頼性を有する半導体レーザを提供する
ものであム 実施例 第１図は本発明の第１の実施例における半導体レーザ装
置の断面構造図を示すものであム 第１図において、
１はＮ型ＩｎＰ基板（バンドギャップエネルギーＥｇ＝
Ｅｇ１）、２は発振波長を選択する回折格子（ピッチ２
００ｎａ 深さ５０ｒ＋ｍ）、３はＮ型ＩｎＧａＡｓＰ
光導波層（バンドギャップエネルギーＥｇ＝Ｅｇ２；
Ｅｇ２＜Ｅｇｌ、バンドギャップ波長 ２ｇ−１，１／
’Ｌ厚みｄ−０，１ｐ ｍ）、４はアンドープＭＱＷ活
性層で３対のＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０ （Ｅｇ＝Ｅ
ｇ３； Ｅｇ３〈Ｅｇ２： ２μｍ１．３１ ｐ ｍ
、厚みｌｚ＝１０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２１
（Ｅｇ＝Ｅｇ４； Ｅｇ２＞Ｅｇ４＞Ｅｇａ、２μｍ
１．１０．ｕ ｒｎ、厚みＬｚ−１０ｎａ＋）で構成さ
れも また５はＰ型ＩｎＰクラッド層であム 従来の例
との違いは エピタキシャル層３、４、５はすべて液層
成長法による層を用いている点であム 気相成長法によ
るエピタキシャル層を用いた場合と違って液相成長の場
合凹凸のある基板上に成長した場合でも容品に平坦な層
が得られも 従って深さ５０ｎｆｉＩの回折格子上に０
．１μｍのＩｎＧａＡｓＰ光導波層を介して平坦性の良
い良好なＭＱＷ活性層を得ることができム このような
良好なＭＱＷ層により従来のバルク構造ＤＦＢレーザに
ない低しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩
和振動周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応
答・低チャーピング・狭スペクトル幅化が得られも さ
らに微分ゲインの増大は特にＤＦＢ−ＬＤにおいて問題
となっているる軸方向ホールバーニング現象を抑えるこ
とができ大出力動作時での単一モード発振歩留り向上が
期待できも 特に回折格子の深さは十分な深さであり、
光導波層も十分に薄いためく構造パラメータ上の問題に
よりレーザの特性・歩留りに悪影響を及ぼすことはな（
− 次にこのレーザのエピタキシャル構造のバンドギャップ
エネルギーダイヤグラムを第２図に示机ここで領域１１
、１２、１３、１４はそれぞれＮ型ＩｎＰ基板 Ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光導波凰 アンドープＭＱＷ活性層および
Ｐ型ＩｎＰクラッド層に対応すム ここで従来の例との
違いはＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０とＩｎＧａＡｓＰ障壁
層２１界面に液相成長層特有のメルトバック現象による
組成遷移層２２・２３が存在する点であも 一般に熱力
学的平衡状態で成長を行う液相成長法においては成長メ
ルトと接触した際メルトからの成長とともに下地の半導
体層からの溶出現象（メルトバック）が大なり小なり可
逆的に生じヘテロ界面には組成遷移層が形成されも こ
のようなメルトバック現象によりヘテロ界面に形成され
た欠陥は除去され欠陥単位のない良好な界面が得られも
またこの組成遷移層はＩｎＧａＡｓＰ障壁層２１上の
ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０界面側で（２２）は０．５ｎ
ｍ程度である力＜、 ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２０上の
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層２１界面側（２３）は２ｎｆｆｌ
程度であも この差はＩｎＧａＡｓＰ井戸層が拡散速度
の早いＡｓの組成比が多いためであも いずれにせよこ
の組成遷移層の厚みはさほど小さく井戸層厚がＩｎ目以
上あれば十分な量子サイズ効果を得ることができも こ
のような組成遷移層の存在により信頼性良好な量子井戸
構造ＤＦＢレーザを得ることができも またこのことは
回折格子のない通常のファブリ・ペロ型レーザに適用し
ても同様の効果かえられ この場合のレーザ構造は 第
１の導電型の第１のＩｎＰクラッド層もしくはＩｎＰ基
板（バンドギャップエネルギー Ｅ ｇ＝ Ｅ ｇ１）
と、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層（Ｅｇ＝Ｅｇ２）およびＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層（Ｅｇ＝Ｅｇ３．Ｅｇｌ＞Ｅｇ３＞Ｅ
ｇ２）の周期構造からなる多重量子井戸構造活性態 お
よび第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層を具備し 前
記井戸層の厚みが７ｎｍから２０ｎｍであり前記井戸層
と前記障壁層界面に厚み０．５ｎｍから３ｎｍの組成遷
移層を有するものとなも 次に第３図にこの多層構造の製造に用いる液相成長ボー
トを示す。ここで４１はボート台、 ４２は基板をスラ
イドするスライダーおよび４３は成長メルトを収納する
メルトホルダーであム また１は回折格子の形成された
Ｎ型１ｎＰ基楓５１はＮ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層成長
メルト、 ５２はＩｎＧａＡｓＰ井戸層成長メルト、
５３・５４はＩｎＧａＡｓＰ障壁層成長メルト、および
５５はＰ型ＩｎＰクラッド層成長メルトであム ここで
ＩｎＧａＡｓＰメルトはすべて過剰のＩｎＰを含む２相
融液メルトであム 基板及びメルトを含む成長ボートは
６１０℃で１時間ソークを行った後０，６℃／分で降温
し５９０ｔで成長を開始した スライダー内の凹部にセ
ットされた回折格子基板１は成長前の熱処理時に回折格
子形状保護のためにＧａＡｓカバー４４で保護されてい
も 成長はまず基板１をＮ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層成
長メルトに２秒接触したのちＩｎＧａＡｓＰ障壁層成長
メルト５３・５４の外側に位置する折り返し点Ａ−Ｂ間
を５０ｍｍ／秒のスピードで１往復半スライドした後Ｐ
型ＩｎＰクラッド層成長メルトに接触させも このスラ
イド成長方法により回折格子上に厚み２０ｎｍ以下の超
薄膜層から成る良好なＭＱＷ層を得ることができ、また
Ｎ型１ｎＧａＡｓＰ光導波層成長メルトに４秒以内の時
間接触することにより０．２μｍ以下の先導波層を得る
ことができも 実際この方法によりしきい線電流１０ｍ
Ａ （ＲＴＣＷ）で量子効率６５％の単一縦モード発振
が得られていもまたレーザの発振波長が１．２５から１
．３５μｍとなるＭＱＷ層においては超薄膜層の成長速
度が比較的遅いため制御性も良好であム 発明の効果 以上のようＪＱ 本発明は第１の導電型の第１のＩｎ
Ｐｎチク５フもしくはＩｎＰ基板（バンドギャップエネ
ルギーＥ ｇ＝ Ｅ ｇ１）と、前記第１のＩｎＰｎチ
ク５フもしくはＩｎＰ基板上に形成された回折格子と、
前記回折格子上に液相成長法によるエピタキシャル層か
ら成る以下の凰 すなわちＩｎＧａＡｓＰ光導波層（Ｅ
ｇ＝Ｅｇ２； Ｅｇ２＜Ｅｇ１）、ＩｎＧａＡｓＰ井戸
層（Ｅｇ＝Ｅｇ３； Ｅｇ３＜Ｅｇ２）およびＩｎＧａ
ＡｓＰ障壁層ＣＥｇ＝Ｅｇ４： Ｅｇ２＞Ｅｇ４＞Ｅｇ
３）の周期構造からなる多重量子井戸構造活性態 およ
び第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層（Ｅｇ＝Ｅｇ１
）を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置であり、
表面に回折格子が形成されたＩｎＰ基板をＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層成長メルトに４秒以内の時間接触した後１ｎ
ＧａＡｓＰ井戸層成長メルトおよびＩｎＧａＡｓＰ障壁
層成長メルトに停止することなく接触する液相エピタキ
シャル成長行程を含むことを特徴とする半導体レーザの
製造方法により平坦性の良好な液相エピタキシャル層を
用いる事により、下地の回折格子の影響を受けることな
く均−法 平坦性の良好なＭＱＷ層を有し かつ井戸層
と障壁層界面にメルトバック現象による組成遷移層によ
り欠陥の少ないヘテロ界面を有することにより高性能で
高信頼性を有する半導体レーザを提供するもので、その
実用的効果は太き（〜 ところで本実施例においてはｎ型基板を用いたがｐ型基
板等の他の基板を用いた場合も同様であり、各層の組成
および導伝型はこれに限定されるものではなｔ〜
第１図は本発明の実施例における半導体レーザ装置の断
面基本構造図 第２図は本発明の実施例の半導体レーザ
におけるバンドギャッ・プ構造医第３図は同実施例の製
造法における成長ボートの構造断面医 第４図 第６図
は従来例における半導体レーザ装置の断面基本構造図
第５図は従来例の半導体レーザにおけるバンドギャップ
構造図であ４ １・・・Ｎ型ＩｎＰ基板 ２・・・回折格子（ピッチ２
０００Ａ）、３−−−Ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波３１４
・・・アンドープＭＱＷ活性＃ ５・・・Ｐ型工ｎＰ層
。
面基本構造図 第２図は本発明の実施例の半導体レーザ
におけるバンドギャッ・プ構造医第３図は同実施例の製
造法における成長ボートの構造断面医 第４図 第６図
は従来例における半導体レーザ装置の断面基本構造図
第５図は従来例の半導体レーザにおけるバンドギャップ
構造図であ４ １・・・Ｎ型ＩｎＰ基板 ２・・・回折格子（ピッチ２
０００Ａ）、３−−−Ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波３１４
・・・アンドープＭＱＷ活性＃ ５・・・Ｐ型工ｎＰ層
。
Claims (5)
- （１）第１の導電型の第１のＩｎＰクラッド層もしくは
ＩｎＰ基板と、前記第１のＩｎＰクラッド層もしくはＩ
ｎＰ基板上に形成された回折格子と、前記回折格子上に
液相成長法によるエピタキシャル層から成る以下の層、
すなわちＩｎＧａＡｓＰ光導波層、ＩｎＧａＡｓＰ井戸
層およびＩｎＧａＡｓＰ障壁層の周期構造からなる多重
量子井戸構造活性層、および第２の導電型の第２ＩｎＰ
クラッド層（Ｅｇ＝Ｅｇ１）を備えたことを特徴とする
半導体レーザ装置。 - （２）ＩｎＧａＡｓＰ光導波層の厚みが１００ｎｍ以上
２００ｎｍ以下ＩｎＧａＡｓＰ井戸層の厚みが７ｎｍか
ら２０ｎｍであることを特徴とする請求項（１）記載の
半導体レーザ装置。 - （３）レーザ光の発振波長が１．２５μｍから１．３５
μｍであることを特徴とする請求項（１）記載の半導体
レーザ装置。 - （４）第１の導電型の第１のＩｎＰクラッド層もしくは
ＩｎＰ基板と、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層およびＩｎＧａＡ
ｓＰ障壁層の周期構造からなる多重量子井戸構造活性層
、および第２の導電型の第２ＩｎＰクラッド層を具備し
、前記井戸層の厚みが７ｎｍから２０ｎｍであり前記井
戸層と前記障壁層界面に厚み０．５ｎｍから３ｎｍの組
成遷移層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - （５）表面に回折格子が形成されたＩｎＰ基板をＩｎＧ
ａＡｓＰ光導波層成長メルトに４秒以内の時間接触した
後、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層成長メルトおよびＩｎＧａＡ
ｓＰ障壁層成長メルトに停止することなく接触する液相
エピタキシャル成長行程を含むことを特徴とする半導体
レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2260976A JPH04137779A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2260976A JPH04137779A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04137779A true JPH04137779A (ja) | 1992-05-12 |
Family
ID=17355360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2260976A Pending JPH04137779A (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04137779A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6215875A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPS62128522A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液相成長方法 |
| JPH0266986A (ja) * | 1988-08-31 | 1990-03-07 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP2260976A patent/JPH04137779A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6215875A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPS62128522A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液相成長方法 |
| JPH0266986A (ja) * | 1988-08-31 | 1990-03-07 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
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