JPH0634429B2 - 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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- 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
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-
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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ＧａＡｓ量子ウェル（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ＧａＡｓ量子ウェル（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、通常のヘ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、構造に有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、通常のヘ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、構造に有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．デリー(Derry)
等の論文、「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ェルを埋込みヘテロ
構造（Ａｌ、Ｇａ）Ａｓレーザ（UItralow-threshold g
raded-index separate-confinement single quantum we
ll buried heterostructure（Ａｌ、Ｇａ）As lasers w
ith high reflectively coatings）」、アプライド・フ
ィジカル・レターズ（Appl.Phys.Lett.）、Ｖｏｌ．５
０、Ｎｏ．２５、１９８７年６月２２日、ｐｐ．１７７
３〜１７７５年に開示されている。
等の論文、「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ェルを埋込みヘテロ
構造（Ａｌ、Ｇａ）Ａｓレーザ（UItralow-threshold g
raded-index separate-confinement single quantum we
ll buried heterostructure（Ａｌ、Ｇａ）As lasers w
ith high reflectively coatings）」、アプライド・フ
ィジカル・レターズ（Appl.Phys.Lett.）、Ｖｏｌ．５
０、Ｎｏ．２５、１９８７年６月２２日、ｐｐ．１７７
３〜１７７５年に開示されている。
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(GRI
NSCH)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Ａ
ｌＧａＡｓ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）分子線エピトキシ
（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
るための溝のエッチング、（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(GRI
NSCH)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Ａ
ｌＧａＡｓ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）分子線エピトキシ
（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
るための溝のエッチング、（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）を有するレ
ーザ構造を製造する他の方法は、Ｊ．Ｐ．ハービソン(H
arbison)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(Patte
rned quantum well semiconductor injection laser gr
own by molecular beam epitaxy)」、アプライド・フィ
ジカル・レターズ、Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．８、１９８８
年２月２２日、ｐｐ．６０７〜６０９に記載されてい
る。
ーザ構造を製造する他の方法は、Ｊ．Ｐ．ハービソン(H
arbison)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(Patte
rned quantum well semiconductor injection laser gr
own by molecular beam epitaxy)」、アプライド・フィ
ジカル・レターズ、Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．８、１９８８
年２月２２日、ｐｐ．６０７〜６０９に記載されてい
る。
上記論文に開示されているのは、（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Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ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。
有する基板上にＭＢＥ成長させた以外は従来通りのＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ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。ストライプの両側
のＱＷ層が薄いほど有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２μ
ｍの導電性ストライプが残る。この追加の工程ステップ
は自己整合法でなく、し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。
（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層が薄いほど有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２μ
ｍの導電性ストライプが残る。この追加の工程ステップ
は自己整合法でなく、し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。
Ｃ．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。
Ｄ．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、リッジ構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、リッジ構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
の放散が少なく、し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
の放散が少なく、し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(M
eier)等の発表論文、「レーザ用チャネル付き基板（１
００）ＧａＡｓのＭＢＥ成長及び横方向ｐｎ接合の形成
(Channeled Substrate（１００）ＧａＡｓ ＭＢＥ Gr
owth and Lateral p-n Junction Formation for Laser
s)、ＧａＡｓ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 GaAs and Related Co
mpounds)、ギリシャ、クレタ島、ヘラクリオン(Herakil
on、Crete、Greece)、１９８７年９月２８日〜１０月１
日、ｐｐ．６０９〜６１２を参照する。
eier)等の発表論文、「レーザ用チャネル付き基板（１
００）ＧａＡｓのＭＢＥ成長及び横方向ｐｎ接合の形成
(Channeled Substrate（１００）ＧａＡｓ ＭＢＥ Gr
owth and Lateral p-n Junction Formation for Laser
s)、ＧａＡｓ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 GaAs and Related Co
mpounds)、ギリシャ、クレタ島、ヘラクリオン(Herakil
on、Crete、Greece)、１９８７年９月２８日〜１０月１
日、ｐｐ．６０９〜６１２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（ｍ１１Ａ）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Ａｌ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）ファセット面よるＡファセット
面上のほうが低い。また、（１００）ファセット面にお
ける成長速度及びＡｌ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
く、Ａｌ濃度は低くなることも判明した。
示している。この論文では、（２１１）またはそれより
高次の（ｍ１１Ａ）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Ａｌ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）ファセット面よるＡファセット
面上のほうが低い。また、（１００）ファセット面にお
ける成長速度及びＡｌ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
く、Ａｌ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。
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。
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。
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。
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及び項部クラッド
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、項部クラッド層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垂直な方向に放出
される。
は、底部クラッド層１２、活性層１３及び項部クラッド
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、項部クラッド層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垂直な方向に放出
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）の障壁をもとらす。
この障壁により、キャリアの閉込めが行なわれず、Ｇａ
Ａｓ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。
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）の障壁をもとらす。
この障壁により、キャリアの閉込めが行なわれず、Ｇａ
Ａｓ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。第Ｉ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。
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Ｉ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。
図示されていないもの：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２１Ａ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（ｍ１１Ａ）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２１Ａ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（ｍ１１Ａ）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２：１：２
０の混合物を使用する等方性湿式エッチ法でエッチング
することができる。この場合、Ｈ2Ｏ2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２：１：２
０の混合物を使用する等方性湿式エッチ法でエッチング
することができる。この場合、Ｈ2Ｏ2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
ＡｌＧａＡｓクラッド層２２を成長させる（第２Ｂ
図）。拡散及び団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、Ａｌ濃度が
ｘ＝０．４の層を得る。付着したＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ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
ＡｌＧａＡｓクラッド層２２を成長させる（第２Ｂ
図）。拡散及び団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、Ａｌ濃度が
ｘ＝０．４の層を得る。付着したＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ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）ファセット面における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）。
ングしないＧａＡｓの活性層２３を成長させる。（４１
１Ａ）ファセット面における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）。
（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。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。
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。
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（５ｎｍ）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Ａｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓ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。
0.4Ｇａ0.6Ａｓ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．デリー等の方法）
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．デリー等の方法）
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Ｉを供給するためオーム接点
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Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなり、
基板に接続されたｎ接点電極（図示せず）は、Ａｕ／Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。
・ダイオードへ注入電流Ｉを供給するためオーム接点
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Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなり、
基板に接続されたｎ接点電極（図示せず）は、Ａｕ／Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ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ヘテロ構造（GRINSC
H） 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ヘテロ構造（GRINSC
H） レーザである。
GRINSCH 構造を製作するには、ステップ１（第２Ｂ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、Ａｌ含有量を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＝０．１
８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。
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、Ａｌ含有量を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＝０．１
８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装置か
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
はそのために設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
はそのために設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
クラッド層２２とｐ型の上部ＡｌＧａＡｓクラッド層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 GRINSCH 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。
１上に成長させる。この構造はｎ型の下部ＡｌＧａＡｓ
クラッド層２２とｐ型の上部ＡｌＧａＡｓクラッド層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 GRINSCH 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。
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２１及び電極２６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２１及び電極２６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ＡｌＧａＡｓクラッド層中に完全
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Ｉ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Ｉ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。
Ｆ．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 （ＡｌＧａＡｓ）、１３、２３……活性層 （ＧａＡｓ）、１４、２４……上部クラッド層 （ＡｌＧａＡｓ）、１５、２５……接点電極。
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 （ＡｌＧａＡｓ）、１３、２３……活性層 （ＧａＡｓ）、１４、２４……上部クラッド層 （ＡｌＧａＡｓ）、１５、２５……接点電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−201684（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項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、 半導体レーザを形成するためのリッジ構造体を形成する
ために基板の表面をパターン化するステップと、 側壁ファセットのＧａ成長速度が水平ファセットのＧａ
成長速度よりも遅いような結晶配向を有する前記リッジ
構造体を形成するステップと、 前記リッジ構造体上に第一の導電材から構成される底部
クラッド層を形成し、前記底部クラッド層上に７００℃
よりも高い温度で少なくとも一層のＧａＡｓ層を所定の
厚さに形成した後に、前記側壁ファセット上に形成され
た前記ＧａＡｓ層が消失するまでＧａの供給を止めるこ
とによって前記ＧａＡｓ層の形成を中断し、その後全フ
ァセット上に第二の導電材から構成される頂部クラッド
層を形成するステップと、 を有する、基板上にＧａＡｓを選択的に成長させる方
法。 - 【請求項２】量子ウエル型の半導体レーザであって、 （１００）結晶配向を有している水平ファセットと（ｍ
１１）結晶配向を有している側壁ファセットとからな
り、前記側壁ファセットがそのＧａ成長速度が前記水平
ファセットのＧａ成長速度よりも遅いような結晶配向を
有しているリッジ構造体上に構成されており、 第一の導電材から構成され、前記水平ファセット上と前
記側壁ファセット上に形成された底部クラッド層と、 第二の導電材から構成され、前記水平ファセット上と前
記側壁ファセット上に形成された頂部クラッド層と、 前記底部クラッド層と前記頂部クラッド層との間に介在
し、前記水平ファセット上のみに形成されている活性Ｇ
ａＡｓ量子ウエル層と、 を具備する半導体レーザ。
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 JPH0227783A (ja) | 1990-01-30 |
| JPH0634429B2 true 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) |
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|---|---|---|---|---|
| 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 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH067621B2 (ja) * | 1984-03-27 | 1994-01-26 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 |
| 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| CA1314088C (en) | 1993-03-02 |
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| JPH0227783A (ja) | 1990-01-30 |
| MX169915B (es) | 1993-07-30 |
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| EP0348540A1 (en) | 1990-01-03 |
| AU3625189A (en) | 1990-01-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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