JPH04314376A - 原位置におけるエピタキシャル成長の間にホト誘導蒸着のエンハンスメントを介して量子ワイヤ半導体レーザを構成するための方法 - Google Patents

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】

【０００１】発明の背景 この発明は、一般的には半導体の構成体に関するもので
あり、より詳細には、エピタキシャル的な成長の間に半
導体フィルムを複合させるために、原位置（ｓｉｔｕ）
のホト誘導による修正を用いて構成された量子ワイヤを
有する半導体レーザ構成体に関するものである。

【０００２】半導体レーザの活性領域を量子ウエル領域
の２個の区域に限定するために量子ワイヤを用いること
は従来から知られている。半導体における量子ワイヤの
領域においては、電荷キャリアの量子的な限定が、該ワ
イヤの軸に直交する２個の区分においてなされる。Ｇａ
Ａｓ層における量子効果はその厚みが５０ｎｍより小さ
いときに最も強いものである。その区域の一方だけが５
０ｎｍより小さいときでも、量子ワイヤは有用なもので
ある。ＧａＡｓに対して、これによって典型的に意味す
ることは、半導体における量子ワイヤに対する領域が１
００ｎｍより約５０ｎｍ小さいということである。

【０００３】量子ワイヤのアレイを原位置において構成
することは、傾斜したスーパーラティスを生成させるた
めに、離間軸を有するサブストレートをもって得られる
ステップ式の表面を用いてなすことが考察され、実証さ
れている。このアプローチに対する一つの難点は、半導
体レーザ構成体のクラッド層について必要とされる比較
的厚い層を介して、この表面形態での伝播をすることで
ある。

【０００４】ＧａＡｓのような量子ウエル（ｗｅｌｌ）
層は、レーザ構成体を形成するために先にエッチングさ
れたＶ−形状のグルーブ内を満たすように成長している
。

【０００５】その結果として生じる量子ウエル層は、そ
の頂点部の近傍におけるよりもグルーブの側の上の方が
薄くなるようにされているけれども、薄いサイドウオー
ルの量子層はまだ存在している。その結果として、頂点
部の領域に比べてこれらの領域の方が大きく、そのため
に、該頂点部の領域の場合に比べてゲインが高くなるこ
とから、この構成体におけるキャリアの再結合およびレ
ーザ発光はグルーブ側上の量子ウエル領域において生起
することになる。この発明は、サイドウオールの成長の
排除を目指すものである。

【０００６】所望されるプロセスは、特に分子ビーム・
エピタキシ（ＭＢＥ）またはメタルオーガニック化学蒸
着（ＭＯＣＶＤ）において実施されるものであり、ここ
に、ある所定のオフラインまたは非成長の手順またはプ
ロセスにより、原位置における成長の中断をすることな
く、超薄層の極微細なパターン化をすることができる。

【０００７】当方に知られている２個の例においては、
疑似的な原位置におけるサーマル・プロセス操作によっ
てパターン化を実施することができるものであり、ここ
では、ＧａＡｓを選択的に除去するためにサーマル・エ
ッチングが採用される。その一つの例においては、まず
、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層上のｎ−ＧａＡｓ層がある特定の
領域において選択的に化学的なエッチングがなされ、こ
れに次いで、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層の再成長に先だって、
化学的なエッチングから外れて残留している薄いＧａＡ
ｓを除去するためのサーマル・エッチングがなされる。 これで形成されるものは、ダブル・ヘテロ構造体レーザ
において埋め込まれる逆バイアス電流の限定メカニズム
である。

【０００８】別の例においては、メタリック・フィルム
によって部分的にマスクされているＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓのヘテロ構造体が、デバイスの構成に対してサブミ
クロン単位の能力が示される異方性の態様において、サ
ーマル・エッチングがなされる。これらの例の双方にお
いては、ＡｌＧａＡｓのマスキング層が、サーマル・エ
ッチングされたＧａＡｓにおける所望の幾何学的な形態
に対して付与されるエッチングの停止部として認識され
るけれども、ここで知られていることは、適切な復元除
去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）のパラメータが与えられる
と、対向するＧａＡｓの異なる随伴の周囲条件をもって
、ＡｌＧａＡｓもより高温でサーマル・エッチングされ
ることである。

【０００９】しかしながら、これらの技術のいずれにお
いても、次のような技術は原位置（ｓｉｔｕ）における
ホト誘導蒸着のための技術としては用いられていない。 即ち、フィルム沈積システムにおいて、フィルムの成長
の間にまたはその後で、成長表面においてパターン化さ
れたまたは選択的な位置におけるフィルムの厚みを微小
なスケールで増分的に減少させて、この発明の重要な目
的である平滑的に侵食された表面の形態を生成する技術
の採用はなされていない。

【００１０】この発明の目的は、メタルオーガニック化
学蒸着（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシにおける誘導蒸着エ
ンハンスメントを用いて、複合された半導体の選択され
た表面領域または層の原位置（ｓｉｔｕ）における除去
または復元除去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）をもたらすこ
とにあり、また、その原位置（ｓｉｔｕ）において構成
される量子ワイヤを含む活性層により半導体レーザ構成
体を形成するためにこの方法を適用することにある。

【００１１】この発明の別の目的は、半導体レーザ構成
体のある所定のグルーブにおいて量子ワイヤ層を形成す
ることにあり、また、該グルーブにおいて沈積した量子
ウエル（ｗｅｌｌ）層のサイド領域を除去して、量子ワ
イヤを形成するための該量子ウエル（ｗｅｌｌ）層にお
ける横方向の寸法を調整することにある。

【００１２】この発明の目的は、半導体レーザ構成体の
水平方向または垂直方向の双方において、または、２次
元的なアレイにおいて、多重の量子ワイヤ層を形成する
ことにある。

【００１３】発明の概要 この発明によれば、沈積したフィルムの原位置（ｓｉｔ
ｕ）における除去、または、選択された領域における部
分もしくは全部を薄くすることが、例えばＭＢＥまたは
ＭＯＣＶＤシステムのような沈積システムにおいて、サ
ブストレートまたはサポートの成長表面上の露光スポッ
トまたは領域に指向される放射エネルギ源を用いる技術
によってもたらされる。”誘導蒸着エンハンスメント”
と呼ばれるこの技術は、米国特許第４，９６２，０５７
号において教示されている。

【００１４】特に、ここでの発明が指向されることは、
半導体レーザ構成体における原位置（ｓｉｔｕ）での量
子ワイヤを形成する際にこの技術を採用することであり
、ここに、誘導蒸着エンハンスメントによって、マスキ
ングまたは化学的なエッチングのプロセスの必要または
導入なしに、成長表面で選択された領域において、エピ
タキシャル的に沈積される材料の連続的な成長の純粋な
排除または防止がなされる。ここで特に説明されるこの
技術の適用によれば、原位置（ｓｉｔｕ）での電流逆バ
イアスを限定する形態および不純物で誘導されるウエー
ブガイド（導波管）を生成させる機会が付与され、パタ
ーン化した復元除去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）層の誘導
蒸着エンハンスメントによって、半導体レーザ構成体の
指定の領域に対して電流を効果的に導くようにされる。

【００１５】この発明についてのより十分な理解にとも
なう別の目的およびその達成については、添付の図面を
見ながら以下の説明を参照することによって明かになり
、また、妥当な評価がされることになる。

【００１６】図１はこの発明の方法によって形成される
ホト誘導式の復元除去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）に先立
つ半導体レーザ構成体における量子ワイヤのサイド・エ
レベーションの概略的な例示図である。図２はこの発明
の方法によって形成されるホト誘導式の復元除去（ｄｅ
ｓｏｒｐｔｉｏｎ）の間の半導体レーザ構成体における
量子ワイヤのサイド・エレベーションの概略的な例示図
である。図３はこの発明の方法によって形成される半導
体レーザ構成体における量子ワイヤのサイド・エレベー
ションの概略的な例示図である。図４はこの発明の方法
によって形成される外部的な電流限定ストライプを備え
た半導体レーザ構成体における量子ワイヤの代替的な実
施例の概略的な例示図である。図５はこの発明の方法に
よって形成される第１に成長したクラッド層における初
期グルーブを備えた半導体レーザ構成体における量子ワ
イヤの代替的な実施例の概略的な例示図である。図６は
この発明の方法によって形成される逆バイアス接合部を
備えた半導体レーザ構成体における量子ワイヤのサイド
・エレベーションの概略的な例示図である。図７はこの
発明の方法によって形成される逆バイアス接合部を備え
た半導体レーザ構成体における量子ワイヤの代替的な実
施例のサイド・エレベーションの概略的な例示図である
。図８はこの発明の方法によって形成される逆バイアス
接合部を備えた半導体レーザ構成体における量子ワイヤ
の代替的な実施例のサイド・エレベーションの概略的な
例示図である。図９はこの発明の方法によって形成され
る光学的なウエーブガイド（導波管）を備えた半導体レ
ーザ構成体における量子ワイヤのサイド・エレベーショ
ンの概略的な例示図である。図１０はこの発明の方法に
よって形成される光学的なウエーブガイドを備えた半導
体レーザ構成体における量子ワイヤの代替的な実施例の
サイド・エレベーションの概略的な例示図である。図１
１はこの発明の方法によって形成される光学的なウエー
ブガイドを備えた半導体レーザ構成体における量子ワイ
ヤの代替的な実施例のサイド・エレベーションの概略的
な例示図である。図１２はこの発明の方法によって形成
される半導体レーザにおける線形的なまたは水平的な多
重の量子ワイヤのサイド・エレベーションの概略的な例
示図である。図１３は半導体レーザ構成体における線形
的なまたは水平的な多重の量子ワイヤのサイド・エレベ
ーションの概略的な例示図であって、その光出力がこの
発明の方法によって形成される多重の量子ワイヤの軸に
直交しているものである。図１４は図１３における線形
的なまたは水平的な多重の量子ワイヤのトップ・エレベ
ーションの概略的な例示図である。図１５はこの発明の
方法によって形成される半導体レーザにおける垂直的な
多重の量子ワイヤのサイド・エレベーションの概略的な
例示図である。

【００１７】その持続時間が変化するクラッド層の表面
でのプロセスについては、ここで取り込まれた米国特許
第４，９６２，０５７号において説明されている。

【００１８】米国特許第４，９６２，０５７号において
は、沈積したフィルムの原位置における除去、または、
選択された領域における部分もしくは全部を薄くするこ
とが、例えばＭＯＣＶＤシステムのような化学的な蒸着
反応システムにおいて、サブストレートまたはサポート
の成長表面上の露光スポットまたは領域に指向される放
射エネルギ源を用いる技術によってもたらされる。ここ
での方法は原位置における技術であることから、その成
長表面は連続的なフィルム層の形成の間の不所望のまた
は異なる環境に対して露光されることはない。そのエネ
ルギ源としては、例えば、Ａｒ＋　レーザ・ビーム、Ｙ
ＡＧ　　レーザ・ビーム、ＣＯ２　レーザ・ビーム、ま
たは、エクシマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザ・ビーム、ハ
イパワー・ランプもしくは前記のものの組み合せであれ
ばよい。ガウス・プロフィールでのスポット強度の変動
、または、成長表面で選択された領域におけるソース・
スポットの強度の変動により、成長が付与される適切な
ビーム強度とパワーおよびシステムの温度の間に、成長
表面上で選択された位置における沈積した半導体層の成
長または成長率の選択的な減少の後で、成長表面上で選
択された位置における沈積した半導体層の蒸着が選択的
に増強（エンハンス）される。表面のホトン（光子）・
エネルギと結晶の分子ボンド強度および気体環境の存在
に依存して光化学的に最小限の補足をされる可能性はあ
るけれども、エネルギ源からの強い放射のために、主と
してサーマル的な蒸着による表面からの原子または組み
合わされた原子の連続的なモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａ
ｙｅｒｓ）の蒸着の復元除去（ｄｅｓｏｒｂ）または蒸
着をするようにされる。この発明の重要な特性は、成長
表面から復元除去（ｄｅｓｏｒｂ）される原子はクラン
プまたはフラグメントにおいて除去されるものではなく
、比較的一様な状態にある原子層により、システム的な
態様において原子層を除去するようにされるものであり
、侵食的には平滑であって分子的には連続している形態
をもたらす”モノレイヤー　　ピーリング”（ｍｏｎｏ
ｌａｙｅｒ　　ｐｅｅｌｉｎｇ）として特徴付けること
ができる。

【００１９】一般的に、グルーブはできるだけ狭くある
べきである。しかしながら、該グルーブの幅および深さ
はその形成のために用いられるプロセスに依存している
。その幅に比べて深さが大きく、その結果としてサイド
ウオールの角度が４５度よりも大きくなるグルーブを形
成することが望ましい。例えば化学的なエッチングまた
はビームの復元除去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）により、
対向するサイドウオールについて７０．５度の角度的な
分離をもってＶ−形状のグルーブを形成することができ
る。反応イオン・エッチングまたはイオン・ミーリング
により、サイドウオールの角度が広範に可変なグルーブ
を形成することが可能であり、また、垂直なサイドウオ
ールを有するグルーブさえも形成することができる。同
様にして、エッチングによって形成されるグルーブはフ
ラット・ベース内で最高になるサイドウオールを備えて
いる。

【００２０】グルーブの最適なサイドウオールの角度は
、半導体レーザ構成体の仕様に依存している。より緩や
かに傾斜するサイドウオールのために、その頂点部領域
におけるボイドなしで、結果として生じる高品質のエピ
タキシを達成する助けとなり、また、グルーブから衝突
する復元除去の放射に反映する傾向があり、このために
、グルーブ内での放射の集中が防止される。これに対し
て、サイドウオールが急峻であればある程、量子スケー
ル・ワイヤの形成のための頂点部における寸法が小さく
なり、該頂点部における適当な量の材料を維持するのに
好適な復元除去材料の再沈着が大きくなり、そして、後
述されるようなシャドー効果が大きくなるという利点が
ある。

【００２１】この実施例における例示のために、グルー
ブ１４はＶ−形状のものであり、頂点部２０において最
高になるように、対向して鋭角をなすサイドウオール１
６および１８を備えている。このグルーブは１０ナノメ
ータ（ｎｍ）から２．５ミクロンまでの深さにすること
ができる。

【００２２】サブストレート１２およびグルーブ１４の
上には、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘ　Ａｓからなる第１の外
部クラッド層２２、および、ｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　
Ａｓからなる第１の内部限定層２４がエピタキシャル的
に沈着されている（ここにｘ＞ｙ）。ＡｌＧａＡｓに対
する成長率は、そのボトムにおけるよりもグルーブのサ
イドウオールにおける方が早いことから、層２２および
２４の成長のための温度の選択は、各層においてシャー
プな（鋭角的な）頂点部を有するグルーブの形成および
その維持のためになされる。かくして、外部クラッド層
２２におけるＶ−形状のグルーブ２６はサイドウオール
２８と３０および頂点部３２を備えており、これはサブ
ストレート１２におけるサイドウオール１６と１８を備
えたグルーブ１４と平行にされている。内部限定層２４
におけるＶ−形状のグルーブ３４はサイドウオール３６
と３８および頂点部４０を備えており、これは外部クラ
ッド層およびサブストレートにおけるグルーブおよびサ
イドウオールと平行にされている。一様な厚みの後続の
沈積層が先に沈積した層の輪郭に追従することから、こ
れらのグルーブは自己整列型のものである。

【００２３】層２２および２４の成長の後で、ＧａＡｓ
または　　Ａｌｚ　Ｇａ１−ｚ　Ａｓ（ここにｚ＜ｙ）
の活性量子ウエル層４２（レーザ発光の条件下で光波の
発生および伝播をさせるもの）は、７２５℃よりも高い
温度において成長するものであり、Ｖ−形状のグルーブ
４８のサイドウオール４４および４６上の成長率は水平
な頂部表面（またはメサ）５０および５２よりも低くさ
れて、図１に示されるように、グルーブの頂点部におい
て僅かに厚い領域５４を形成するようにされる。

【００２４】しかしながら、活性量子ウエル層４２の成
長が終了すると、エピタキシャル的な成長は一時的に停
止される。そして、特許第４，９６２，０５７号で教示
されているように、ＭＯＣＶＤチャンバーに対するトリ
メチル・ガリウム（ＴＭＧ）源がオフにされて、サブス
トレートの温度が約８２５℃まで上昇し、そして、レー
ザ・ビームまたは組み合せのレーザ・ビームが、量子ウ
エル層４２の表面上に焦点を結ぶようにされる。ここで
のビームは、図２においてライン５６で指示されている
ように層４２に直交するか、または、そのサイドウオー
ルに対する法線入射角に近い角度をしており、内部クラ
ッド層２４のサイドウオール３６および３８に対して、
１秒当り１オングストロームの比率をもって、サイドウ
オール４４および４６における量子ウエル層４２のため
に十分な時間周期にわたってサーマル的な蒸着をするよ
うにされる。蒸着プロセスの間に量子ウエル層４２の照
射部位における温度は約１０００℃から１０３０℃まで
である。

【００２５】この分野で周知であることは、約７２５℃
を上回る温度において、メサまたはグルーブのサイドウ
オール上のＧａＡｓの成長がメサの頂部またはグルーブ
の頂部におけるよりは遅いこと、および、温度が上昇す
るにつれてその差が更に大きくなることである。この振
舞いに含まれていることは、ＧａおよびＡｓに対するス
ティキング（ｓｔｉｃｋｉｎｇ）係数が該サイドウオー
ルにおいて最小であるということである。このために、
照射光のほぼ法線状の入射に対して、温度が上昇するこ
とで期待されることは、量子ウエル層４２のＧａＡｓが
サイドウオール４４および４６から優先的に除去されて
、該量子ウエル層４２のグルーブ４８の頂部および頂部
メサ・エリア５０，５２における領域５４に相当するよ
うにされることである。この量子ウエル層が　　Ａｌｚ
　Ｇａ１−ｚ　Ａｓであるときには、その除去はより緩
慢に生じるけれども、少なくとも１０％Ａｌ（即ち、ｚ
＝０．１）にまですることは可能である。

【００２６】レーザ・ビームの照射強度、露光角度およ
び露光長をコントロールすることにより、サイドウオー
ル４４および４６に添う量子ウエル層４２が、内部限定
層２４とのインタフェース部まで下降するように除去さ
れ、その結果として、該内部限定層２４のグルーブ３４
の頂部４０において量子ワイヤ５８が形成される。その
入射平面に平行するレーザ・ビームの偏光の向きを定め
ることは、例えば、量子ワイヤに対して垂直にすること
が可能であって、グルーブの表面およびサイドウオール
から不所望の材料の除去の助けになるが、その理由は、
光が材料内で極めて効果的に結合されるためであろう。 限定層２４のＡｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓは光学的に誘導
される除去に対する除去の停止部として機能するもので
あるが、その理由は、量子ウエル層４２のＧａＡｓの除
去と比較したときに、このプロセスによりＡｌｙ　Ｇａ
１−ｙ　Ａｓ（ここで、ｙ≧０．１５）を除去すること
の方が遥かに困難であるためである。

【００２７】また、ＧａＡｓの蒸気圧がＡｌＧａＡｓの
それよりも高いために、ＡｌＧａＡｓ内のＡｌ内容の蒸
着速度がより低くされることから、ＡｌＧａＡｓに対す
る動作温度がＧａＡｓに対するそれよりも高くなる。

【００２８】図２に示されているように、該頂部を陰に
して照射をサイドウオール上に集中させるように、レー
ザ・ビーム５６の入射角も調節することができる。いず
れの光化学的な除去でも減少または排除され、頂部はそ
の周囲のサイドウオールよりも冷却されていることから
、陰にされている頂部における量子ウエル層の除去の進
行は、照射があるときよりも遅くされることになる。 双方の効果により、該除去の横方向での選択性が増強さ
れる。その露光時間および照射強度が正確にコントロー
ルされるために、該光学的なプロセスは極めて再生可能
性のあるものである。

【００２９】米国特許第４，９６２，０５７号の方法に
よれば、レーザによる除去に対して層の質を最適にする
温度において実行されるように、量子ウエル層の成長を
させることである。その頂部領域に関してサイドウオー
ルの薄層化を優先させることに連なるベース温度におい
て、その除去を後から達成させることができる。半導体
温度のより迅速なコントロール、より短い除去時間、お
よび、高い不所望の温度における消費時間をより少なく
するように光学的な照射の強度が許容されることから、
その除去に対するレーザによるアプローチは、除去を誘
導するためのサブストレートの温度を簡単に上昇させる
のに好適なものである。これらのファクタの全てにより
、光学的な照射を用いるプロセスの再生可能性が著しく
増強される。

【００３０】図３に示されているように、光学的に誘導
される除去の後では、三日月形の量子ワイヤ５８が内部
限定層２４のグルーブ３４の頂部４０において形成され
、薄層化した量子ウエル層６０，６２が該内部限定層２
４のメサ・レベル上に残留し、そして、該グルーブのサ
イドウオール３６，３８上には該量子ウエル層は存在し
ないようにされる。次いで、半導体レーザ構造体１０の
エピタキシャル成長は、ｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓ
からなる第２内部限定層、ｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａ
ｓ（ここで、ｘ≧または≦Ａ≧ｙ）からなる第２外部ク
ラッド層、および、ｐ＋　−ＧａＡｓからなるキャップ
層の成長とともに続行される。これらの層の各々により
、先行する半導体層の頂部に一様な厚みが与えられる。

【００３１】電流が量子ワイヤに限定されているために
、メサ・レベル上の薄層化した量子ウエル層６０，６２
がレーザ発光することはない。代替的に、メサ上の層が
除去レーザ・ビームによって取り除かれることができる
。

【００３２】かくして、この内部限定層６４が有するＶ
形状のグルーブ７０に備えられているサイドウオール７
２，７４および頂部７６は、内部限定層２４、外部クラ
ッド層２２およびサブストレート１２におけるグルーブ
およびサイドウオールと平行にされている。外部クラッ
ド層６６が有するＶ形状のグルーブ７８に備えられてい
るサイドウオール８０，８２および頂部８４は、内部限
定層６４と２４、外部クラッド層２２およびサブストレ
ート１２におけるグルーブおよびサイドウオールと平行
にされている。キャップ層６８が有するＶ形状のグルー
ブ８６に備えられているサイドウオール８８，９０およ
び頂部９２は、外部クラッド層６６、内部限定層６４と
２４、外部クラッド層２２、および、サブストレート１
２におけるグルーブおよびサイドウオールと平行にされ
ている。

【００３３】後から沈積される一様な厚みの層は先行し
て沈積された層の輪郭に従うことから、これらのグルー
ブは再三自己整列される。クラッド層のＡｌＧａＡｓは
グルーブのサイドウオール上においてより迅速に成長す
るけれども、量子ウエル層のＧａＡｓはグルーブの底部
にある頂部においてより迅速に成長するものであり、こ
のために、各々の三日月状のＧａＡｓ量子ワイヤの後で
、ＡｌＧａＡｓクラッド層においてグルーブの再形成が
されることになる。

【００３４】しかしながら、内部限定層６４、外部クラ
ッド層６６およびキャップ層６８は、下位層のグルーブ
およびサイドウオールに追従することを要求されるもの
ではない。

【００３５】ハイ・バンドギャップ半導体材料からなる
内部限定層２４，６４に隣接する量子ウエル層４２およ
び結果として生じる量子ワイヤ５８は、ロー・バンドギ
ャップ半導体材料からなることが可能であって、キャリ
アおよび放射ロスを減少させ、また、後述される多重量
子ワイヤ半導体レーザ構造体内で隣接する量子ワイヤに
対してキャリアが局在するようにされる。

【００３６】従来から知られている標準的な化学的エッ
チング手段または他のメタライゼーション技術は、キャ
ップ層１２上のｐ−コンタクト（図示されない）および
サブストレート６８上のｎ−コンタクト（図示されない
）を形成するために採用される。ｐ−クラッド層６６お
よびｎ−クラッド層２２により、それらの間で、量子ワ
イヤ５８に対するｐ−ｎ接合部を形成するようにされる
。ｐ−クラッド層６６およびｎ−クラッド層２２のｐ−
ｎ接合部の順バイアスのために、ｐ−コンタクトｎ−コ
ンタクトとの間に電流が注入されて、活性量子ワイヤ５
８においてコヒーレント光を発するようにされる。

【００３７】米国特許第４，９６２，０５７号のプロセ
ス処理技術によれば、ＭＯＣＶＤ反応装置（ｒｅａｃｔ
ｏｒ）から該当の構造体を取り除くことなく、または、
該反応装置内の構造体のマスキングを移動させることな
く、量子ワイヤ半導体レーザ構造体１０の全位置におけ
るプロセス処理をすることが許容される。

【００３８】従来から知られているように、ｐ−ＧａＡ
ｓからなるキャップ層１００を通してｐ−ＡｌＧａＡｓ
からなる第２外部クラッド層９８に対して、電流限定ス
トライプがプロトン衝撃またはイオン打ち込み領域９６
によって形成されることを除いて、図４における量子ワ
イヤ半導体レーザ構造体９４は、図３における量子ワイ
ヤ半導体レーザ構造体１０と同等のものである。そして
、これも従来から知られているように、キャップ層１０
０の外部表面１０２およびサブストレート１０６の外部
表面１０４に対して、適切なコンタクト材が加えられる
。

【００３９】ｎ−ＧａＡｓからなるサブストレート１１
０が平板状のものであり、ｎ−Ａｌｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａ
ｓからなる第１クラッド層１１４内にグルーブ１１２が
構成されることを除いて、図５における量子ワイヤ半導
体レーザ構造体１０８は、図３における量子ワイヤ半導
体レーザ構造体１０と同等のものである。変化する持続
時間をもって外部クラッド層の表面を横切ってスキャン
される、緊密に焦点付けられているビームによって、該
グルーブを構成することができる。この実施例における
例示のために、グルーブ１１２はＶ形状のものであって
、対向する鋭角のサイドウオール１１６および１１８は
頂部１２０において終るようにされている。

【００４０】グルーブ１１２の構成の後では、この出願
において先に教示されているように、また、図１ないし
図３において示されているように、量子ワイヤ半導体レ
ーザ１０と同様な態様をもって、該量子ワイヤ半導体レ
ーザ１０８の構成がなされる。ｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ
　Ａｓ（ここで、ｘ＞ｙ）からなる第１の内部限定層１
２２は、グルーブの輪郭に追従する外部クラッド層１１
２上にエピタキシャル的に沈積される。レーザ発光の状
態の下で光波の発生または伝播をさせる、ＧａＡｓまた
はＡｌＺ　Ｇａ１−Ｚ　Ａｓ（ここで、ｚ＜ｙ）からな
る活性量子ウエル層１２４は、内部限定層１２２の上部
で生成され、また、光学的に誘導される除去により三日
月形の量子ワイヤ１２６が形成される。これに次いで、
ｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓからなる第２の内部限定
層１２８、ｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａｓ（ここで、ｘ
≧または≦Ａ≧ｙ）からなる第２の外部クラッド層１２
８、および、ｐ＋　−ＧａＡｓからなるキャップ層１３
２の成長についてのエピタキシャル成長が続行される。

【００４１】図６、図７および図８に開示された量子ワ
イヤ半導体レーザ構造体に含まれているものは、電流限
定の目的のためのクラッド領域における逆バイアス接合
部および埋め込まれた量子ワイヤであり、これらの双方
は、誘導蒸着エンハンスメントを用いるエピタキシャル
成長の間に原位置において形成される。

【００４２】図６において、逆バイアス接合部式の量子
ワイヤ半導体レーザ１３４には、ｎ−ＧａＡｓからなる
サブストレート１３６が含まれており、その上にはＶ形
状のグルーブ１３８がある。このサブストレートおよび
グルーブの上にエピタキシャル的に沈積されているもの
は、この出願において先に教示されているように、グル
ーブ１４２を形成するｎ−ＡｌＸ　Ｇａ１−Ｘ　Ａｓか
らなる第１の外部クラッド層１４０、グルーブ１４６を
形成するｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓ（ここで、ｘ＞
ｙ）からなる第１の内部限定層１４４、および、ＧａＡ
ｓからなる活性量子ウエル層である。

【００４３】ただし、活性量子ウエル層の成長が完了す
ると、エピタキシャル成長が一時的に中断される。そし
て、この出願において先に教示されているように、グル
ーブの頂部における量子ワイヤ１４８、および、半導体
層のメサ上の薄層化された量子層１５０，１５２が、エ
ピタキシャル的に成長した量子ウエル層を局部的に除去
するように焦点が結ばれたレーザ・ビームによって構成
される。これに次いで、グルーブ１５６を形成する　　
ｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓからなる第２の内部限定
層１５４、および、Ｖ形状のグルーブ１６０を形成する
ｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａｓ（ここで、ｘ≧または≦
Ａ≧ｙ）からなる第２の外部クラッド層１５８の成長に
ついてのエピタキシャル成長が続行される。ここでのＶ
形状のグルーブ１６０において、対向する鋭角のサイド
ウオール１６２および１６４は頂部１６６で合体してお
り、また、先行する層のグルーブの上部にあり、これと
整列している。

【００４４】ｎ−タイプのドーピングされたｎ−ＧａＡ
ｓからなる量子ウエル層には、例えば、ＳｉまたはＳｅ
がヘビー・ドーピングされており、次に外部クラッド層
１５８上で成長される。

【００４５】ドーピングされた量子ウエル層の成長の後
で、半導体層の成長が一時的に中断される。そして、ド
ーピングされた量子ウエル層の中央領域上で、Ｖ形状の
グルーブ１６０，１５６，１４６，１４２，１３８，お
よび、量子ワイヤ１４８の上部にレーザ・ビームの焦点
が結ばれて、ドーピングされた量子ウエル層内のストリ
ップの除去を、該量子ウエル層内の電流チャンネル１６
８を形成するサイドウオール１６２および１６４におけ
る外部クラッド層１５８とのインタフェースに流下させ
るように誘導するのに十分な温度傾斜を生じるようにさ
れる。ｎ−ドーピング式のＧａＡｓ量子ウエル層に比べ
て、ＡｌＧａＡｓの除去の方が遥かに困難であることか
ら、外部クラッド層１５８のＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａｓ
は、インタフェースにおいて光学的にパターン化された
除去部に対する除去停止部として機能することになる。

【００４６】一例として、３００秒間にわたり、グルー
ブ１５６の幅よりも僅かに大きい直径に対して焦点が結
ばれているスポットから、約１０３０℃の温度において
、１秒当り約０．０３ナノメータ（ｎｍ）の速度をもっ
て、ＧａＡｓの除去がチャンネル１６８においてなされ
る。平板状のメサの頂部からよりも、そのサイドウオー
ルから遥かに迅速にｎ−ＧａＡｓの除去がなされて、チ
ャンネル１６８が完全に開放される。

【００４７】ドーピングされた量子ウエル層の領域にお
ける誘導蒸着エンハンスメントによる電流チャンネル１
６８の形成の後で、外部限定層のメサ上に残留している
ドーピングされた量子ウエル層により、逆バイアス接合
部構成またはブロッキング層１７０が形成される。Ｍｇ
がドーピングされたｐ＋　−ＧａＡｓからなるキャップ
層１７４の成長によって追従される、ｐ−ＡｌＢ　Ｇａ
１−Ｂ　Ａｓ（ここで、ｘ≧Ａ≧または≦Ｂ＞ｙ）から
なる外部クラッド層１７２の成長についてのエピタキシ
ャル成長が続行される。

【００４８】従来から知られている標準的な化学的エッ
チング手段または他のメタライゼーション技術は、キャ
ップ層１７４上のｐ−コンタクト（図示されない）およ
びサブストレート１３６上のｎ−コンタクト（図示され
ない）を形成するために採用される。ｐ−クラッド層１
５８およびｎ−クラッド層１４０により、それらの間で
、量子ワイヤ１４８に対するｐ−ｎ接合部を形成するよ
うにされる。ｐ−クラッド層１５８およびｎ−クラッド
層１４０のｐ−ｎ接合部の順バイアスのために、ｐ−コ
ンタクトｎ−コンタクトとの間に電流が注入されて、活
性量子ワイヤ１４８においてコヒーレント光を発するよ
うにされる。

【００４９】隣接するクラッド層１５８および１７２に
関連する逆バイアス接合部１７０は光学的な導波管とし
て機能するものであって、電流チャンネル１６８および
量子ワイヤの活性領域１４８に対して自己整列されてい
る。

【００５０】一例として、層１５８および１７２は双方
とも　　Ａｌ０．８　Ｇａ０．２　Ａｓで構成されてい
る。逆バイアス接合部１７０を有するこの光学的な導波
管構造体により、側面での導波特性についてエンファシ
ス（強調）されたインデックス・ガイドが付与される。 これに対して、Ｂ＜Ａであるときには、逆バイアス接合
部構成１７０に関して反導波作用をする光学的な導波管
構造体を生成させることができる。ここで、例えば、層
１５８はＡｌ０．８　Ｇａ０．２　Ａｓにすることがで
き、また、層１７２はＡｌ０．１　Ｇａ０．９　Ａｓに
することができる。この反導波作用をする構成によれば
、レーザ構成体の出力面において、大側面を横切って光
学力を広げることにより、安定なモードにおいて強力な
動作をすることが可能になる。

【００５１】図７における逆バイアス接合部式の量子ワ
イヤ半導体レーザ１７６は、電流チャンネルおよび逆バ
イアス接合部が量子ワイヤのｎ−側にあることを除いて
、図６のレーザ１３４に対する構成と同様のものである
。

【００５２】かくして、逆バイアス接合部式の量子ワイ
ヤ半導体レーザ１７６にはｎ−ＧａＡｓからなるサブス
トレート１７８が含まれており、また、その上にはＶ形
状のグルーブ１８０が設けられている。これらのサブス
トレートおよびグルーブの上には、グルーブ１８４を形
成するｎ−ＡｌＸ　Ｇａ１−Ｘ　Ａｓからなる外部クラ
ッド層１８２がエピタキシャル的に沈積されており、こ
れに次いで、例えばＭｇまたはＣによってヘビー・ドー
ピングされている、ｐ−タイプにドーピングされた量子
ウエル層が設けられている。

【００５３】ドーピングされた量子ウエル層の成長の後
で、半導体層の成長が一時的に中断されて、該ドーピン
グされた量子ウエル層の中央領域の上で、Ｖ形状のグル
ーブ１８４および１８０の上部にレーザ・ビームの焦点
が結ばれて、ドーピングされた量子ウエル層におけるス
トリップの除去を、該量子ウエル層内で電流チャンネル
１８６を形成するクラッド層１８２とのインタフェース
まで下方に誘導するのに十分なだけの、温度的な傾斜を
生じるようにされる。

【００５４】ドーピングされた量子ウエル層の領域の誘
導蒸着エンハンスメントによる電流チャンネル１８６の
形成の後で、外部クラッド層のメサ部上に残留している
ドーピングされた量子ウエル層により、逆バイアス接合
構成部またはブロッキング層１８８が形成される。この
明細書において先に教示されているように、エピタキシ
ャル成長が続行される。即ち、ｎ−ＡｌＷ　Ｇａ１−Ｗ
　Ａｓ（ここで、ｗ≦ｘ）からなる第１の外部クラッド
層１９０、ｎ−ＡｌＺ　Ｇａ１−Ｚ　Ａｓ（ここで、ｘ
≧ｗ＞ｚ）からなる第１の内部限定層１９２、ＧａＡｓ
からなる量子ワイヤ１９４、および、ＧａＡｓからなる
薄膜化した量子ウエル層１９６の成長が続行され、これ
に続けて、ｐ−ＡｌＹ　Ｇａ１−Ｙ　Ａｓからなる第２
の内部限定層１９８、および、ｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ
　Ａｓ（ここで、ｘ≧または≦Ａ＞ｙ）からなる第２の
外部クラッド層２００、および、ｐ＋　−ＧａＡｓから
なるキャップ層２０２が逐次成長される。

【００５５】図６における逆バイアス接合部についての
ように、図７における逆バイアス接合部に隣接するクラ
ッド層の組成により、インデックス・ガイドまたは反導
波構成のいずれかの光学的な導波管が得られる。

【００５６】図８における逆バイアス接合式の量子ワイ
ヤ半導体レーザ２０４は、電流チャンネルおよび逆バイ
アス接合部の双方が量子ワイヤのｎ−側およびｐ−側に
あることを除いて、図６におけるレーザ１３４および図
７におけるレーザ１７６と構成的には同等のものである
。

【００５７】かくして、逆バイアス接合式の量子ワイヤ
半導体レーザ２０４に設けられているものは、ｎ−側に
ある逆バイアス接合部２０６と対応の電流チャンネル２
０８、量子ワイヤ２１０、および、ｐ−側にある逆バイ
アス接合部２１２と対応の電流チャンネル２１４である
。

【００５８】逆バイアス接合式の量子ワイヤ半導体レー
ザ内のブロッキング層および電流チャンネルは、従来か
ら知られているように、他の層の間に配置することがで
きる。図６、図７および図８は単なる例示のためのもの
である。

【００５９】図９に開示された量子ワイヤ半導体レーザ
構造体に含まれている光学的な導波管および埋め込みの
量子ワイヤは、双方ともに、誘導蒸着エンハンスメント
を採用したエピタキシャル的な成長の間に原位置におい
て形成される。

【００６０】半導体レーザ構造体２１６にはＶ形状のグ
ルーブ２２０を有するｎ−ＧａＡｓからなるサブストレ
ート２１８が含まれており、その上にエピタキシャル的
に沈積されているものは、この明細書において先に教示
されているように構成される、グルーブ２２４を形成す
るｎ−ＡｌＸ　Ｇａ１−Ｘ　Ａｓからなる第１の外部ク
ラッド層２２２；グルーブ２２８を形成するｎ−ＡｌＹ
　Ｇａ１−Ｙ　Ａｓ（ここに、ｘ＞ｙ）からなる第１の
内部限定層２２６；グルーブ２２８内のＧａＡｓからな
る活性量子ワイヤ、グルーブ２３４を形成する　　ｐ−
ＡｌＹ　Ｇａ１−Ｙ　Ａｓからなる第２の内部限定層２
３２、および、例えばＳｉまたはＳｅをもってヘビー・
ドーピングされたｎ−ＧａＡｓからなる不純物源層２３
６であって、１０１９／ｃｍ３　を超えて集中し、また
は、ＧａＡｓにおけるＳｉまたはＳｅの要素的な構成物
の集中の飽和点に至るまでのものである。不純物源層２
３６は、図９において、そのより高いドーパントの特性
を強調するために太い点線で示されている。この不純物
源層２３６は極めて薄く、即ち、７．５ｎｍのような量
子ウエルのサイズのものであり、また、代替的には単独
のものでもよく、代替的なものの組み合せでもよいもの
であって、ＳｉまたはＳｅのスパイクは１個または複数
個の原子のモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）の厚
みからなるものである。

【００６１】不純物源層２３６の成長の後で、エピタキ
シャル的な成長が一時的に中断され、必要であればサブ
ストレートの温度が上昇される。そして、メタルオーガ
ニック・ソースが漏出され、１％のアルセン（ａｒｓｉ
ｎｅ）／水素の混合物がＭＯＣＶＤチャンバーに導入さ
れ、レーザ・ビームの焦点が不純物源層２３６の中央領
域に対して結ばれて、該不純物源層２３６における直線
状ストリップの除去を不純物源層２３６内でチャンネル
を形成する第２の内部限定層２３２とのインタフェース
まで下方に誘導するのに十分なだけ、温度的な傾斜を生
じるようにされる。

【００６２】Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓからなる限定層
２３２は、チャンネルにおける光学的にパターン化した
除去部に対する除去停止部として機能するものであるが
、その理由は、誘導蒸着エンハンスメントの技術を用い
るときのＧａＡｓと比較して、ＡｌＧａＡｓを除去する
方が遥かに困難だからである。その除去のために必要と
されるレーザ力を減少させるために、除去操作の間のサ
ブストレートの温度を８００℃から８２５℃または８５
０℃まで上昇させることができる。チャンネルの領域に
おいて除去されるＧａＡｓからなる不純物源層２３６の
部分が、５ないし１０ナノメータ（ｎｍ）のように極め
て薄いことから、例えば数百秒のように比較的短い時間
内に除去することができる。経験的に示されていること
として、７．５ナノメータ（ｎｍ）の厚みの量子ウエル
層は約３００秒で除去することができる。

【００６３】その除去プロセスの間に温度が変化すると
きには、その成長領域における温度は８００℃まで戻り
、グルーブ２４０を形成する　　ｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−
Ａ　Ａｓ（ここに、ｘ≧Ａ＞ｙ）からなる第２の外部ク
ラッド層２３８、および、グルーブ２４４を形成するｐ
−ＧａＡｓからなるキャップ層２４２のエピタキシャル
的な成長について、その成長が続行される。

【００６４】不整列源層２３６の起動は、最後の２個の
半導体層２３８および２４２の成長の間に生じる焼きな
まし操作のある種の組み合せによってなされる。Ｓｉま
たはＳｅのような不純物材の不純物源層２３６からの拡
散のためにＧａおよびＡｌの相互拡散がなされ、また、
図９に例示されているように、外部クラッド層２３８か
ら他の半導体層を介して第１の外部クラッド層２２２に
対する不整列の領域２４６の形成がなされる。かくして
、不整列の領域２４６間の半導体レーザ構造体２１６に
おいて、半導体層の不整列ではない領域内で量子ワイヤ
２３０と整列するように、光学的な導波管２３６が形成
されることになる、

【００６５】従来から知られている標準的な化学的エッ
チング手段または他のメタライゼーション技術は、キャ
ップ層２４２上のｐ−コンタクト（図示されない）およ
びサブストレート２１８上のｎ−コンタクト（図示され
ない）を形成するために採用される。ｐ−クラッド層２
３８およびｎ−クラッド層２２２により、それらの間で
、量子ワイヤ２３０に対するｐ−ｎ接合部を形成するよ
うにされる。ｐ−クラッド層２３８およびｎ−クラッド
層２２２のｐ−ｎ接合部の順バイアスのために、ｐ−コ
ンタクトとｎ−コンタクトとの間に電流が注入されて、
活性量子ワイヤ２３０においてコヒーレント光を発する
ようにされる。

【００６６】図１０における不整列の不純物源層２５６
がｐ＋　−ＧａＡｓからなるキャップ層２５８上に、ま
たは、第２のクラッド層の直上にエピタキシャル的に沈
積されていることを除いて、この図１０における光学的
な導波管２５２および埋め込み量子ワイヤ２５４を含ん
でいる量子ワイヤ半導体レーザ構造体２５０は、図９に
おける量子ワイヤ半導体レーザ構造体２１６と構成的に
は同等のものである。

【００６７】不整列の源層から不整列にされた領域２６
０を形成するための焼きなましステップは、反応装置（
図示されない）内で半導体構造体のエピタキシャル的な
成長の後で実行されるか、または、該半導体構造体２５
０が反応装置（図示されない）から取り除かれた後で、
焼きなまし炉（これも図示されない）内で実行すること
ができる。該不整列の不純物源層内のチャンネルは、こ
の明細書において先に検討された除去方法によって形成
されるか、または、エッチングその他の当業者には知ら
れているやり方で形成することができる。

【００６８】図１１における不整列の不純物源層２６８
がｎ−Ａｌｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓからなる第１の外部ク
ラッド層２７０とｎ−ＡｌＹ　Ｇａ１−Ｙ　Ａｓからな
る第１の内部限定層２７２（ここで、ｘ＞ｙ）との間で
エピタキシャル的に沈積されていることを除いて、この
図１１における光学的な導波管２６４および埋め込み量
子ワイヤ２６６を含んでいる量子ワイヤ半導体レーザ構
造体２６２は、図９における量子ワイヤ半導体レーザ構
造体２１６と構成的には同等のものである。ここでの不
純物源層２６８は、例えば、ＧａＡｓにおけるＺｎの要
素的な構成体の集中の飽和点までＺｎをヘビー・ドーピ
ングさせたｎ−ＧａＡｓで構成することができる。Ｚｎ
はＳｉよりも早く移動することから、それらの残りの層
の成長の間に、後からエピタキシャル的に沈積される半
導体層に不整列が生じやすくなる。

【００６９】不純物誘導式の不整列化による付加的な利
点は、除去の後でメサの頂部上に残留している量子ウエ
ル層について、その全てではないにせよ、その大部分を
除去するようにされることである。層の不整列領域を付
加することも、電流限定の手段にされる。

【００７０】図１２に開示された半導体レーザ構造体に
は、一連の直線的または水平の多重量子ワイヤが設けら
れている。この水平の多重量子ワイヤ式の半導体レーザ
構造体２７４には、ｎ−ＧａＡｓからなる単一サブスト
レート２７６が含まれており、その上には多重のＶ形状
のグルーブ２７８が連続して構成されている。

【００７１】該サブストレートおよびＶ形状のグルーブ
の上にエピタキシャル的に沈積されているものは、この
明細書において先に教示されているように構成される、
グルーブ２７６と整列された多重グルーブ２８２を形成
するｎ−Ａｌｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓからなる第１の外部
クラッド層２８０；グルーブ２８２および２７６と整列
された多重グルーブ２８６を形成するｎ−Ａｌｙ　Ｇａ
１−ｙ　Ａｓ（ここに、ｘ＞ｙ）からなる第１の内部限
定層２８４；および、Ｖ形状のグルーブ２８６内でそれ
ぞれに三日月状に形成されているＧａＡｓからなる活性
量子ワイヤ２８８である。ここでの除去用レーザ・ビー
ムは、単一のレーザ・ビームまたは直列に動作する組み
合わせビーム、または、より適切には、多重のレーザ・
ビームまたは並列に動作する組み合わせのレーザ・ビー
ムであれば良い。

【００７２】内部限定層２８４のメサ上には薄層化した
量子ウエル層２９０が残留しており、これに次いで逐次
成長するものは、グルーブ２８６，２８２および２７８
と整列された多重グルーブ２９４を形成するｐ−Ａｌｙ
　Ｇａ１−ｙ　Ａｓからなる第２の内部限定層２９２；
グルーブ２９４，２８６，２８２および２７８と整列さ
れた多重グルーブ２９８を形成するｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１
−Ａ　Ａｓ（ここに、ｘ≧または≦Ａ＞ｙ）からなる第
２の外部クラッド層２９６；および、グルーブ２９８，
２９４，２８６，２８２および２７８と整列された多重
グルーブ３０２を形成するｐ＋　−ＧａＡｓからなるキ
ャップ層３００である。多重の活性量子ワイヤによれば
、単一量子ワイヤの活性領域に比べて、レーザ空洞部に
対するモデルゲイン（ｍｏｄａｌ　ｇａｉｎ）がより大
きいものにされる。

【００７３】従来から知られている標準的な化学的エッ
チング手段または他のメタライゼーション技術は、キャ
ップ層３００上のｐ−コンタクト（図示されない）およ
びサブストレート２７６上のｎ−コンタクト（図示され
ない）を形成するために採用される。ｐ−クラッド層２
９６およびｎ−クラッド層２８０により、それらの間で
、量子ワイヤ２８８に対するｐ−ｎ接合部を形成するよ
うにされる。ｐ−クラッド層２９６およびｎ−クラッド
層２８０のｐ−ｎ接合部の順バイアスのために、ｐ−コ
ンタクトとｎ−コンタクトとの間に電流が注入されて、
活性量子ワイヤ２８８においてコヒーレント光を発する
ようにされる。

【００７４】図１３に開示された代替的な実施例の半導
体レーザ構造体には、一連の直線的または水平の多重量
子ワイヤが設けられており、ここで、その光出力は多重
量子ワイヤに対して垂直にされている。この水平の多重
量子ワイヤ式の半導体レーザ構造体３０４には、グルー
ブ（図示されない）を備えたｎ−ＧａＡｓからなる単一
サブストレート３０６が含まれている。ここでの層およ
び後続の層におけるグルーブは、この図の透視図では示
されていないけれども、図１２の多重量子ワイヤ半導体
レーザに関して説明されたように整列されている。

【００７５】該サブストレートおよびグルーブ（図示さ
れない）の上にエピタキシャル的に沈積されているもの
は、この明細書において先に教示されているように構成
される、多重グルーブ（図示されない）を形成する　　
ｎ−Ａｌｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓからなる第１の外部クラ
ッド層３０８；多重グルーブ（図示されない）を形成す
るｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓ（ここに、ｘ＞ｙ）か
らなる第１の内部限定層３１０；および、該第１の内部
限定層のグルーブ（図示されない）内で左から右へと直
線的に方位が向けられている、ＧａＡｓからなる活性量
子ワイヤ３１２である。ここでの除去用レーザ・ビーム
は、単一のレーザ・ビームまたは直列に動作する組み合
わせビーム、または、より適切には、多重のレーザ・ビ
ームまたは並列に動作する組み合わせのレーザ・ビーム
であれば良い。

【００７６】該第１の内部限定層３１０のメサ（図示さ
れない）上には薄層化した量子ウエル層（これも図示さ
れない）が残留しており、これに次いで逐次成長するも
のは、多重グルーブ（図示されない）を形成するｐ−Ａ
ｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓからなる第２の内部限定層３１
４、および、この明細書において先に教示されたように
ヘビー・ドーピングされたｎ−ＧａＡｓからなる不純物
源層３１６である。この不純物源層３１６は、そのより
高いドーパント特性を強調するために、図１３において
は太い点線で示されている。

【００７７】この明細書において先に教示されているよ
うに、量子ワイヤ・レーザのアレイを形成するために、
不純物源の源層自由部における直線状のストライプ・セ
クションを残して、量子ワイヤに垂直な直線状のストラ
イプ内で第２の内部限定層３１４上に、該不純物源が沈
積されているか、または、量子ワイヤに垂直な単一のレ
ーザを形成するために、該不純物源が第２の内部限定層
の全面を覆って沈積されており、そして、該源層におけ
る直線状のストライプは量子ワイヤのセクションにわた
って除去されている。

【００７８】多重グルーブ（図示されない）を形成する
ｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａｓ（ここに、ｘ≧Ａ＞ｙ）
からなる第２の外部クラッド層３１８、および、多重グ
ルーブ（これも図示されない）を形成するｐ＋　−Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層３２０について、エピタキシャ
ル的な成長が続行する。図９における除去操作に関して
検討されたように、最後の２個の半導体層３１８および
３２０のエピタキシャル的な成長の間の不純物の不整列
層３１６の焼きなまし操作のために、ＧａとＡｌとの相
互拡散による源層３１６からの不純物材についての不純
物誘導による拡散がなされ、また、図１３において例示
されているように、第２の外部クラッド層３１８から他
の半導体層を介して第１の外部クラッド層３０８へと、
不整列にされた領域３２２の形成がなされる。代替的に
は、図１０および図１１に示されているように、不整列
にされた領域を形成するために、キャップ層上に、第２
の外部クラッド層上に、または、第１のクラッド層と第
１の限定層との間において、不純物の不整列源層を沈積
することができる。

【００７９】図１４の平面図で最も良く認められるよう
に、多重量子ワイヤ半導体レーザ構造体３０４に含まれ
ている直線的または水平の一連の量子ワイヤ３１２は、
不純物で不整列にされた領域３２２間で限定されるレー
ザ発光状態の下で光波の発生および伝播をするためのも
のである。矢印３２４で指示されているような光波の発
生および伝播は、不整列にされた領域で限定される量子
ワイヤに対して垂直にされている。量子ワイヤの長さを
通る先行の実施例における一様な活性層は、量子ワイヤ
の間の内部限定層３１０および３１４をもって、該量子
ワイヤ３１２の幅だけをカバーする活性層によって置換
される。その光学的な利得は量子ワイヤに対して局部化
されている。レーザの光学的な空洞部３２６は、フロン
ト・レーザ・ミラー３２８からリア・レーザ・ミラー３
３０までの、波状の活性層を有している。その放射変移
率が量子ワイヤに沿って偏光された光学的フィールドに
対して最大であることから、多重量子ワイヤ半導体レー
ザ構造体に対して最高の利得がこの方位によって与えら
れる。

【００８０】従来から知られている標準的な化学的エッ
チング手段または他のメタライゼーション技術は、キャ
ップ層３２０上のｐ−コンタクト（図示されない）およ
びサブストレート３１０上のｎ−コンタクト（図示され
ない）を形成するために採用される。ｐ−クラッド層３
１８およびｎ−クラッド層３０８により、それらの間で
、量子ワイヤ３１２に対するｐ−ｎ接合部を形成するよ
うにされる。ｐ−クラッド層３１８およびｎ−クラッド
層３０８のｐ−ｎ接合部の順バイアスのために、ｐ−コ
ンタクトとｎ−コンタクトとの間に電流が注入されて、
光学的な空洞部３２６においてコヒーレント光を発する
ようにされる。

【００８１】また、この量子ワイヤは分散フィード・バ
ック（ＤＦＢ）構造体を形成するためにｎ／２で間隔を
おかせることが可能であり、これにより切り裂かれたレ
ーザ・エンド・ミラーに対する必要性が除かれる。

【００８２】図１５に開示された半導体レーザ３３２に
は、サブストレート内の単一のグルーブの上に、逐次成
長した一連の垂直の量子ウエルが設けられている。この
垂直の多重量子ワイヤ半導体レーザ構造体３３２にはｎ
−ＧａＡｓからなる単一のサブストレート３３４が含ま
れており、その上には単一のグルーブ３３６が構成され
ている。サブストレートおよびグルーブの上にエピタキ
シャル的に沈積されているものは、この明細書において
先に教示されているように構成される、グルーブ３３６
と整列されたグルーブ３４０を形成するｎ−Ａｌｘ　Ｇ
ａ１−ｘ　Ａｓからなる第１の外部クラッド層３３８；
先行するグルーブと整列されたグルーブ３４４を形成す
るｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓ（ここに、ｘ＞ｙ）か
らなる第１の内部限定層３４２；および、グルーブ３４
４の頂部におけるＧａＡｓからなる活性量子ワイヤ３４
６である。

【００８３】薄層化した量子ウエル層３４８は内部限定
層３４２の頂部上に残留している。そして、この量子ウ
エル層３４８の露出表面、内部限定層３４２のグルーブ
３４４、および、先行のグルーブと整列されるグルーブ
３５２を形成する量子ワイヤ３４６の上には、Ａｌｃ　
Ｇａ１−ｃ　Ａｓ（ここに、Ｃ≦ｙ）からなるバリヤ層
３５０がエピタキシャル的に沈積される。

【００８４】別の量子ウエル層はバリヤ層３５０の頂部
上に成長され、この明細書において先に教示されている
ように、グルーブ３５２の頂部上における量子ワイヤ３
５４およびバリヤ層３０８の頂部上における薄層化した
量子ウエル層３５６を残して、光学誘導式の除去がなさ
れる。

【００８５】沈積されている量子ウエル層に追従して、
別のバリヤ層３５８が沈積されて先行のグルーブに整列
したグルーブ３６０の形成がなされるが、これは、グル
ーブ３６０の頂部上における量子ワイヤ３６２およびバ
リヤ層３５８の頂部上における薄層化した量子ウエル層
３６４を残すような除去がなされる。

【００８６】沈積されている量子ウエル層に追従して、
別のバリヤ層３６６が沈積されて先行のグルーブに整列
したグルーブ３６８の形成がなされるが、これは、グル
ーブ３６８の頂部上における量子ワイヤ３７０およびバ
リヤ層３６６の頂部上における薄層化した量子ウエル層
３７２を残すような除去がなされる。

【００８７】先行のグルーブと整列したグルーブ３７６
を形成するｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓからなる第２
の内部限定層３７４、先行のグルーブと整列したグルー
ブ３８０を形成するｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａｓ（こ
こに、ｘ≧または≦Ａ≧ｙ）からなる第２の外部クラッ
ド層３７８、および、先行のグルーブと整列したグルー
ブ３８４を形成するｐ＋　−ＧａＡｓからなるキャップ
層３８２について、エピタキシャル的な成長が続行する
。

【００８８】従来から知られている標準的な化学的エッ
チング手段または他のメタライゼーション技術は、キャ
ップ層３８２上のｐ−コンタクト（図示されない）およ
びサブストレート３３４上のｎ−コンタクト（図示され
ない）を形成するために採用される。ｐ−クラッド層３
７８およびｎ−クラッド層３３８により、それらの間で
、量子ワイヤ３７０，３６２，３５４および３４６に対
するｐ−ｎ接合部を形成するようにされる。ｐ−クラッ
ド層３７８およびｎ−クラッド層３３８のｐ−ｎ接合部
の順バイアスのために、ｐ−コンタクトとｎ−コンタク
トとの間に電流が注入されて、活性量子ワイヤ３７０，
３６２，３５４および３４６においてコヒーレント光を
発するようにされる。ここでのバリヤ層は、量子ワイヤ
の順バイアスおよび発光に対するｐ−ｎ接合部の能力に
影響するものではない。

【００８９】先行して教示されているように、量子ワイ
ヤのｐ−側またはｎ−側もしくは双方の側における逆バ
イアス層によって電流の限定をすることができる。これ
も先行して教示されているように、この実施例のために
光学的な導波管を設けることができる。

【００９０】この図面においては、バリヤ層は先行のク
ラッド層またはバリヤ層の輪郭に追従している。このた
めに、クラッド層内にはグルーブがあることから、バリ
ヤ層がクラッド層の頂部上にエピタキシャル的に成長し
ているときには、整列したグルーブがバリヤ層内で形成
されることになる。

【００９１】図１５において逐次成長された量子ワイヤ
は、いずれもグルーブの形成によって自己整列されてい
る。バリヤ層のグルーブの頂部における量子ワイヤ内に
おいて除去されるべき、交番的なバリヤ層および量子ウ
エル層のこの成長シーケンスは、所望の数の量子ワイヤ
を形成するために繰り返される。多重の活性量子ワイヤ
によれば、単一の量子ワイヤの活性領域に比べて、より
大きいモデルゲインがもたらされる。

【００９２】図１６に示されているような、２次元アレ
イの多重量子ワイヤ半導体レーザ構造体３８６は、サブ
ストレート内で構成された多重グルーブの連がりの各々
の上で、複数の量子ワイヤを逐次成長させることによっ
て形成される。多重量子ワイヤ半導体レーザ構造体３８
６に含まれたｎ−ＧａＡｓからなるサブストレート３８
８の上には、一連のグルーブ３９０が構成されている。 この明細書において先に教示されており、また、図１２
ないし図１５において示されている手段によりサブスト
レートおよびグルーブの上にエピタキシャル的に沈積さ
れているものは、グルーブ３９４を形成するｎ−Ａｌｘ
　Ｇａ１−ｘ　Ａｓからなる第１の外部クラッド層３９
２；グルーブ３９８を形成するｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ
　Ａｓ（ここに、ｘ＞ｙ）からなる第１の内部限定層３
９６；および、ＧａＡｓからなる活性量子ワイヤ４００
であり、それぞれに三日月形状のものであって、この明
細書において先に教示された手段で構成されたグルーブ
３９８内にあるようにされている。薄層化した量子ウエ
ル層４０２は、内部限定層３９６のメサ上に残留してい
る。

【００９３】この量子ウエル層４０２の露出表面、内部
限定層３９６のグルーブ３９８のサイドウオール、およ
び、グルーブ４０６を形成する量子ワイヤ４００の上に
は、この明細書において先に教示されており、また、図
１５において示されている手段により、Ａｌｃ　Ｇａ１
−ｃ　Ａｓ（ここに、Ｃ≦ｙ）からなるバリヤ層４０４
がエピタキシャル的に沈積される。

【００９４】別の量子ウエル層はバリヤ層４０４の頂部
上に成長され、この明細書において先に教示されている
ように、グルーブ３９８の頂部上における量子ワイヤ４
０８およびバリヤ層４０４のメサ上の薄層化した量子ウ
エル層４１０を残して、光学誘導式の除去がなされる。

【００９５】バリヤ層および一連の水平的な量子ワイヤ
は、垂直の層において必要な回数だけ繰り返すことがで
きる。最終的な薄層の量子ウエル層４１２、グルーブ４
１６内の一連の量子ワイヤ４１４、および、バリヤ層４
１８の上でエピタキシャル的に沈積されるものは、グル
ーブ４２２を形成するｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓか
らなる第２の内部限定層４２０、グルーブ４２６を形成
するｐ−ＡｌＡ　Ｇａ１−Ａ　Ａｓ（ここに、ｘ≧また
は≦Ａ≧ｙ）からなる第２の外部クラッド層４２４、お
よび、グルーブ３４３０を形成するｐ＋　−ＧａＡｓか
らなるキャップ層４２８である。２次元アレイの活性量
子ワイヤによれば、水平または垂直のいずれにせよ、単
一量子ワイヤまたは１次元アレイの量子ワイヤを含んで
いる活性領域に比べて、そのレーザ空洞部に対して増大
したモデルゲインがもたらされる。

【００９６】米国特許第４，９６２，０５７号における
プロセス処理技術によれば、ＭＯＣＶＤ反応装置から半
導体構造体を除去することなく、または、該反応装置内
の構造体の移動もしくはマスキング処理をすることなく
、量子ワイヤについて十分な原位置におけるプロセス処
理をすることが許容される。

【００９７】この出願において先に教示されており、ま
た、図５において示されているように、水平および２次
元アレイの多重量子ワイヤ半導体レーザ構造体に対する
一連の多重グルーブは、サブストレートよりも、むしろ
外部クラッド層内で構成することができる。同様にして
、この出願において先に教示されており、また、図１３
および図１４において示されているように、垂直および
２次元アレイの多重量子ワイヤ半導体レーザ構造体を構
成することが可能であり、ここに、その光出力は該多重
量子ワイヤの軸と直角にされている。逆バイアス接合部
および光学的な導波管については、量子ワイヤ半導体レ
ーザ構造体の種々の実施例において構成することができ
る。

【００９８】先行の検討においては、ＧａＡｓおよびＧ
ａＡｌＡｓからなる半導体に関して説明されてきたけれ
ども、この発明を実施するときには別のＩＩＩ−Ｖ族合
金を採用することができる。即ち、ＩｎＧａＰ，ＩｎＧ
ａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＩｎＧａＡｌＡｓＰ，Ｉｎ
Ｐ　　ＧａＡｌＳｂ　　のような　　ＩＩＩ−Ｖ　　族
合金を採用することができる。または、例えばＺｎＳｅ
，ＺｎＳＳｅおよびＣｄＳのようなＩＩ−ＶＩ族の材料
を採用することができる。また、半導体層として、また
は、ＧａＡｓもしくはＡｌＺ　Ｇａ１−Ｚ　Ａｓからな
るウエル層、および、ＡｌＡｓもしくはＡｌｚ’Ｇａ１
−ｚ’Ａｓ（ここで、ｘ＞ｙ＞ｚ’＞ｚ）からなる対応
のバリヤ層の交番的なものの多重量子ウエル構造体とし
ては、ＩＶ族の材料（最も重要なものとしては、Ｓｉお
よびＧｅ）を用いることもできる。多重量子ワイヤ半導
体構造体においては、その状況およびニーズに依存して
、異なる量子ウエル半導体材料による異なる量子ワイヤ
にすることができる。

【００９９】代替的な活性層としては次のものを挙げる
ことができる。即ち、ＧａＡｓ，Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙ　
Ａｓまたは（Ａｌｘ　Ｇａ１−ｘ　）０．５　Ｉｎ０．
５　Ｐのような、ドーピングされないもの、ｎ−タイプ
のドーピングをされたもの、または、ｐ−タイプのドー
ピングをされたもの；比較的薄い通常のダブル・ヘテロ
構造（ＤＨ）の活性層；ＧａＡｓまたはＡｌｙ　Ｇａ１
−ｙ　Ａｓ（ここに、ｙ＜ｘ）のような単一量子ウエル
；ＧａＡｓとＡｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓ（ここに、ｙ＜
ｘ）との交番層、または、ｐ−Ａｌｚ　Ｇａ１−ｚ　Ａ
ｓ（ここに、Ｂ＜ｗ＜ｚ）からなる第２のクラッド層を
有するＡｌｗ　Ｇａ１−ｗ　ＡｓとＡｌＢ　Ｇａ１−Ｂ
　Ａｓ（ここに、Ｂ＜ｗ＜ｘ）との交番層のような多重
量子ウエルのスーパーラティス；または、分離した限定
用空洞部内の分離した単一のもしくは多重の量子ウエル
構造体である。

【０１００】所望の不整列操作を実行したり、または、
要素的な注入／焼きなまし技術を実行したりするために
、代替可能な従来の技術および拡散／注入材が存在する
。ここでの検討は不純物誘導式の不整列操作に限定され
ていた。しかしながら、ここで注意されるべきことは、
これらの他の技術および要素的な拡散または注入を等し
く適用できることである。

【０１０１】この発明の説明は特定の実施例についてな
されたけれども、当業者にとって明かなように、これま
での説明に照らして、多くの代替、修正および変更がで
きることは明白である。従って、この発明で意図される
ことは、このような代替、修正および変更の全てが、特
許請求の範囲に記載された事項の精神および範囲に入る
ように包含されるということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法によって形成されるホト誘導式
の復元除去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）に先立つ半導体レ
ーザ構成体における量子ワイヤのサイド・エレベーショ
ンの概略的な例示図である。

【図２】この発明の方法によって形成されるホト誘導式
の復元除去（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）の間の半導体レー
ザ構成体における量子ワイヤのサイド・エレベーション
の概略的な例示図である。

【図３】この発明の方法によって形成される半導体レー
ザ構成体における量子ワイヤのサイド・エレベーション
の概略的な例示図である。

【図４】この発明の方法によって形成される外部的な電
流限定ストライプを備えた半導体レーザ構成体における
量子ワイヤの代替的な実施例の概略的な例示図である。

【図５】この発明の方法によって形成される第１に成長
したクラッド層における初期グルーブを備えた半導体レ
ーザ構成体における量子ワイヤの代替的な実施例の概略
的な例示図である。

【図６】この発明の方法によって形成される逆バイアス
接合部を備えた半導体レーザ構成体における量子ワイヤ
のサイド・エレベーションの概略的な例示図である。

【図７】この発明の方法によって形成される逆バイアス
接合部を備えた半導体レーザ構成体における量子ワイヤ
の代替的な実施例のサイド・エレベーションの概略的な
例示図である。

【図８】この発明の方法によって形成される逆バイアス
接合部を備えた半導体レーザ構成体における量子ワイヤ
の代替的な実施例のサイド・エレベーションの概略的な
例示図である。

【図９】この発明の方法によって形成される光学的なウ
エーブガイド（導波管）を備えた半導体レーザ構成体に
おける量子ワイヤのサイド・エレベーションの概略的な
例示図である。

【図１０】この発明の方法によって形成される光学的な
ウエーブガイドを備えた半導体レーザ構成体における量
子ワイヤの代替的な実施例のサイド・エレベーションの
概略的な例示図である。

【図１１】この発明の方法によって形成される光学的な
ウエーブガイドを備えた半導体レーザ構成体における量
子ワイヤの代替的な実施例のサイド・エレベーションの
概略的な例示図である。

【図１２】この発明の方法によって形成される半導体レ
ーザにおける線形的なまたは水平的な多重の量子ワイヤ
のサイド・エレベーションの概略的な例示図である。

【図１３】半導体レーザ構成体における線形的なまたは
水平的な多重の量子ワイヤのサイド・エレベーションの
概略的な例示図であって、その光出力がこの発明の方法
によって形成される多重の量子ワイヤの軸に直交してい
るものである。

【図１４】図１３における線形的なまたは水平的な多重
の量子ワイヤのトップ・エレベーションの概略的な例示
図である。

【図１５】この発明の方法によって形成される半導体レ
ーザにおける垂直的な多重の量子ワイヤのサイド・エレ
ベーションの概略的な例示図である。

【図１６】この発明の方法によって形成される半導体レ
ーザにおける垂直的な多重の量子ワイヤのサイド・エレ
ベーションの概略的な例示図である。

【符号の説明】

１０：半導体レーザ構造体 １２：サブストレート １４：グルーブ １６：サイドウオール ２８：サイドウオール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　量子ワイヤ半導体レーザ構成体を
   形成するための方法であって：サブストレート上に所定
   数の半導体層をエピタキシャル的に沈積させるステップ
   であって、前記半導体層の少なくとも１個または前記サ
   ブストレートは少なくとも１個のグルーブを備えるよう
   にされるステップ、少なくとも１個のグルーブを備えた
   前記半導体層の１個に隣接している前記半導体層の少な
   くとも１個は活性量子ウエル層であって、レーザ発光の
   状態の下でこれにより光波の発生および伝播がなされる
   ステップ、前記量子ウエル層の沈積の後で前記半導体層
   のエピタキシャル成長を中断するステップ、ホト誘導蒸
   着を用いて原位置における選択的な復元除去をするステ
   ップであって、前記少なくとも１個のグルーブにおける
   前記量子ウエル層の部分がその下部の半導体層とインタ
   フェースして、前記少なくとも１個のグルーブの中の少
   なくとも１個の頂点部に少なくとも１個の量子ワイヤを
   形成する前記のステップ、および残りの半導体層につい
   てエピタキシャル的な沈積を続行するステップ、が含ま
   れている前記の方法。