JPH0775265B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH0775265B2 JPH0775265B2 JP63023554A JP2355488A JPH0775265B2 JP H0775265 B2 JPH0775265 B2 JP H0775265B2 JP 63023554 A JP63023554 A JP 63023554A JP 2355488 A JP2355488 A JP 2355488A JP H0775265 B2 JPH0775265 B2 JP H0775265B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子素子との集積に適しかつ動作電流の小
さい半導体レーザおよびその製造方法に関するものであ
る。
さい半導体レーザおよびその製造方法に関するものであ
る。
第２図は電子素子との集積に適した半導体レーザとして
従来知られた超格子の無秩序化を用いた埋め込み形半導
体レーザを示す断面図であり、図において、201は半絶
縁性GaAs基板、202はｐ型AlGaAsクラッド層、203は多重
量子井戸（MQW）活性層、204はｎ型AlGaAsクラッド層、
205はｎ型GaAs層、206はｐ電極、207はｎ電極、208はｐ
拡散領域である。
従来知られた超格子の無秩序化を用いた埋め込み形半導
体レーザを示す断面図であり、図において、201は半絶
縁性GaAs基板、202はｐ型AlGaAsクラッド層、203は多重
量子井戸（MQW）活性層、204はｎ型AlGaAsクラッド層、
205はｎ型GaAs層、206はｐ電極、207はｎ電極、208はｐ
拡散領域である。
次に製造方法について説明する。
このレーザは半絶縁性（Si）GaAs基板201の上に、ｐ型A
lGaAsクラッド層202,活性領域となるMQW層203,n型AlGaA
sクラッド層204,n型GaAs層205を順次形成し、その後亜
鉛（Zn）を選択的に拡散し、ストライプ状にｎ型領域を
残すようにｐ型拡散領域208を形成する。さらにｐ−ｎ
接合が表面に現れる部分のｎ型GaAs層205を選択的にエ
ッチングしてｎ及びｐそれぞれの表面に電極206,207を
形成する。
lGaAsクラッド層202,活性領域となるMQW層203,n型AlGaA
sクラッド層204,n型GaAs層205を順次形成し、その後亜
鉛（Zn）を選択的に拡散し、ストライプ状にｎ型領域を
残すようにｐ型拡散領域208を形成する。さらにｐ−ｎ
接合が表面に現れる部分のｎ型GaAs層205を選択的にエ
ッチングしてｎ及びｐそれぞれの表面に電極206,207を
形成する。
このようにすると、活性層のMQW層はZn拡散部分が無秩
序化し丁度平均的な組成のAlGaAs層になることが知られ
ており、いわゆる埋め込み型のレーザ構造となる。
序化し丁度平均的な組成のAlGaAs層になることが知られ
ており、いわゆる埋め込み型のレーザ構造となる。
次に動作について説明する。
このような構造では活性領域209（MQWの無秩序化されて
いない部分）周辺のｐ−ｎ接合と該活性領域上のｎ型Al
GaAsクラッド層204と両側の拡散部分208との間に形成さ
れるｐ−ｎ接合の２種類のｐ−ｎ接合をもつことにな
る。前者のｐ−ｎ接合は後者のｐ−ｎ接合に比べて拡散
電位が低いため、p,n両電極間に電圧を印加すると電流
は拡散電位の低い活性層周辺のｐ−ｎ接合に流れキャリ
アを活性領域に注入する。活性領域は四辺を屈折率の低
いAlGaAsで囲まれているため光の導波路となりこのスト
ライプ幅を十分に狭くできれば安定な単一モードで発振
し、かつ低閾値が得られる。また、この構造では電極が
p,n双方とも同一主面上に形成できかつ段差も極めて少
ないので集積化に適している。
いない部分）周辺のｐ−ｎ接合と該活性領域上のｎ型Al
GaAsクラッド層204と両側の拡散部分208との間に形成さ
れるｐ−ｎ接合の２種類のｐ−ｎ接合をもつことにな
る。前者のｐ−ｎ接合は後者のｐ−ｎ接合に比べて拡散
電位が低いため、p,n両電極間に電圧を印加すると電流
は拡散電位の低い活性層周辺のｐ−ｎ接合に流れキャリ
アを活性領域に注入する。活性領域は四辺を屈折率の低
いAlGaAsで囲まれているため光の導波路となりこのスト
ライプ幅を十分に狭くできれば安定な単一モードで発振
し、かつ低閾値が得られる。また、この構造では電極が
p,n双方とも同一主面上に形成できかつ段差も極めて少
ないので集積化に適している。
従来の超格子の無秩序化を用いた埋め込み形半導体レー
ザは以上のように構成され、ｎ型電極を活性領域上に形
成する必要があるため活性領域幅をあまり狭くできな
い。従って閾値電流はそれほど低くできず、モードも安
定しないという問題点があった。これは、今日の通常技
術では写真製版によって２μｍ程度の幅の電極を形成す
るのが限界であり、一方単一横モードの条件は活性領域
幅が２μｍ以下だからである。また、仮に今日の最先端
技術により１μｍ以下の電極幅が形成されたとしてもそ
の位置合わせは至難の技となり、かつ連続動作用のレー
ザとしては電極の抵抗が大きすぎるという問題点があ
る。
ザは以上のように構成され、ｎ型電極を活性領域上に形
成する必要があるため活性領域幅をあまり狭くできな
い。従って閾値電流はそれほど低くできず、モードも安
定しないという問題点があった。これは、今日の通常技
術では写真製版によって２μｍ程度の幅の電極を形成す
るのが限界であり、一方単一横モードの条件は活性領域
幅が２μｍ以下だからである。また、仮に今日の最先端
技術により１μｍ以下の電極幅が形成されたとしてもそ
の位置合わせは至難の技となり、かつ連続動作用のレー
ザとしては電極の抵抗が大きすぎるという問題点があ
る。
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、活性層幅は狭く、電極を形成する表面層の
幅は広いレーザを得ることを目的とする。
れたもので、活性層幅は狭く、電極を形成する表面層の
幅は広いレーザを得ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザは、超格子の無秩序化を用
いた埋め込み型レーザにおいて、無秩序化を受けた活性
層上の上側クラッド層の表面の一部が無秩序化を受けて
いない活性層上の上側クラッド層と電気的につながって
いるものである。
いた埋め込み型レーザにおいて、無秩序化を受けた活性
層上の上側クラッド層の表面の一部が無秩序化を受けて
いない活性層上の上側クラッド層と電気的につながって
いるものである。
またこの発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１導
電形または第２導電形の下側クラッド層，量子井戸より
なる活性層，第２導電形の上側クラッド層を順次形成し
た後、上記活性層の一部を上記上側クラッド層上からの
第１導電形の不純物の固相拡散によって無秩序化し、そ
の後、該拡散により第１導電形に反転した、上記無秩序
化を受けた活性層上の上側クラッド層の表面の一部を上
記固相拡散に用いた拡散源の一部をマスクとして用いて
第２導電形に変換し、無秩序化を受けていない活性層上
の上側クラッド層と電気的につながるようにしたもので
ある。
電形または第２導電形の下側クラッド層，量子井戸より
なる活性層，第２導電形の上側クラッド層を順次形成し
た後、上記活性層の一部を上記上側クラッド層上からの
第１導電形の不純物の固相拡散によって無秩序化し、そ
の後、該拡散により第１導電形に反転した、上記無秩序
化を受けた活性層上の上側クラッド層の表面の一部を上
記固相拡散に用いた拡散源の一部をマスクとして用いて
第２導電形に変換し、無秩序化を受けていない活性層上
の上側クラッド層と電気的につながるようにしたもので
ある。
この発明においては、超格子の無秩序化を用いた埋め込
み型の半導体レーザにおいて、半導体基板とは異なる側
の無秩序化を受けた活性層上のクラッド層の表面の一部
が無秩序化を受けていない活性層上のクラッド層と電気
的につながるようにしたから、活性領域幅を容易に狭く
できる。
み型の半導体レーザにおいて、半導体基板とは異なる側
の無秩序化を受けた活性層上のクラッド層の表面の一部
が無秩序化を受けていない活性層上のクラッド層と電気
的につながるようにしたから、活性領域幅を容易に狭く
できる。
またこの発明における半導体レーザの製造方法は、活性
層の一部を上側クラッド層上からの第１導電形の不純物
の固相拡散によって無秩序化し、該拡散により第１導電
形に反転した、上記無秩序化を受けた活性層上の上側ク
ラッド層の表面の一部を上記固相拡散に用いた拡散源の
一部をマスクとして用いて第２導電形に変換して無秩序
化を受けていない活性層上の上側クラッド層と電気的に
つながるようにしたから、狭い活性領域を持つ半導体レ
ーザが自己整合的に容易に製造できる。
層の一部を上側クラッド層上からの第１導電形の不純物
の固相拡散によって無秩序化し、該拡散により第１導電
形に反転した、上記無秩序化を受けた活性層上の上側ク
ラッド層の表面の一部を上記固相拡散に用いた拡散源の
一部をマスクとして用いて第２導電形に変換して無秩序
化を受けていない活性層上の上側クラッド層と電気的に
つながるようにしたから、狭い活性領域を持つ半導体レ
ーザが自己整合的に容易に製造できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による半導体レーザの製造方
法を示す図であり、図において、101はZnO膜、102はSiO
2膜、103は窓、105はイオン注入などで得られたｎ領
域、106はｎ−GaAs205に設けられた分離溝である。
法を示す図であり、図において、101はZnO膜、102はSiO
2膜、103は窓、105はイオン注入などで得られたｎ領
域、106はｎ−GaAs205に設けられた分離溝である。
次に製造工程について説明する。
まず第１図（ａ）に示すように半絶縁性GaAs基板201上
に気相成長法或いは分子線成長法などによってｐ−AlGa
Asクラッド層202,多重量子井戸活性層203,n−AlGaAsク
ラッド層204及びｎ−GaAs相205を成長する。続いてｎ−
GaAs相205主面上に気相成長法或いはスパッタ法により
ドープトオキサイドであるZnO膜101および該ZnO膜101を
保護するSiO2膜102を形成する。ここでSiO2膜102がある
方が高い濃度のZn拡散が可能となるが、このSiO2膜102
は必ずしも必要ではなく省略することも可能である。各
々の膜厚は、500オングストローム程度が適当である。
次に通常の写真製版法および化学エッチング法などを用
いてSiO2膜102およびZnO膜101に第１図（ｂ）に示すよ
うに幅10μｍ程度のストライプ状の窓103を形成する。
必要に応じてｎ−GaAs205表面の保護のため図示しないS
i3N4などの誘電体膜でこの窓103を覆ってもよい。スト
ライプ窓をもつこのウェハを窒素雰囲気あるいは窒素と
水素の混合雰囲気で例えば700℃数時間保持するとZnO膜
101からZnのいわゆる固相拡散が起こりｐ−拡散領域208
が形成される。多重量子井戸で形成されている活性層20
3は、この不純物拡散に伴ってGaAsとAlGaAsの混ざり込
みが生じ、組成が平均化されたAlGaAs層となる（多重量
子井戸の無秩序化）。ｐ型に反転されない窓103の下付
近は多重量子井戸のまま残り、活性領域209を作る（第
１図（ｃ））。窓103の幅を10μｍにしておいても拡散
時に拡散領域は成長層に平行に横方向に広がるため活性
層209の幅は容易に基本モード発振に必要な２μｍ以下
の幅に制御することが可能である。拡散後、拡散源とし
て働いたSiO2膜102およびZnO膜101の一部を窓103を広げ
るように除去する。次に除去せずに残したSiO2膜102お
よびZnO膜101をマスクとしてSiイオンを打ち込みｐ−拡
散領域208の表面部分を第１図（ｄ）に示すようにｎ型
にに反転させ、ｎ−領域105を形成する。最後にｐ−ｎ
接合が表面に現れる部分のｎ型GaAs205を選択的にエッ
チングしてｎ及びｐそれぞれの表面に電極206,207を形
成して第１図（ｅ）に示すような本実施例による半導体
レーザが完成する。
に気相成長法或いは分子線成長法などによってｐ−AlGa
Asクラッド層202,多重量子井戸活性層203,n−AlGaAsク
ラッド層204及びｎ−GaAs相205を成長する。続いてｎ−
GaAs相205主面上に気相成長法或いはスパッタ法により
ドープトオキサイドであるZnO膜101および該ZnO膜101を
保護するSiO2膜102を形成する。ここでSiO2膜102がある
方が高い濃度のZn拡散が可能となるが、このSiO2膜102
は必ずしも必要ではなく省略することも可能である。各
々の膜厚は、500オングストローム程度が適当である。
次に通常の写真製版法および化学エッチング法などを用
いてSiO2膜102およびZnO膜101に第１図（ｂ）に示すよ
うに幅10μｍ程度のストライプ状の窓103を形成する。
必要に応じてｎ−GaAs205表面の保護のため図示しないS
i3N4などの誘電体膜でこの窓103を覆ってもよい。スト
ライプ窓をもつこのウェハを窒素雰囲気あるいは窒素と
水素の混合雰囲気で例えば700℃数時間保持するとZnO膜
101からZnのいわゆる固相拡散が起こりｐ−拡散領域208
が形成される。多重量子井戸で形成されている活性層20
3は、この不純物拡散に伴ってGaAsとAlGaAsの混ざり込
みが生じ、組成が平均化されたAlGaAs層となる（多重量
子井戸の無秩序化）。ｐ型に反転されない窓103の下付
近は多重量子井戸のまま残り、活性領域209を作る（第
１図（ｃ））。窓103の幅を10μｍにしておいても拡散
時に拡散領域は成長層に平行に横方向に広がるため活性
層209の幅は容易に基本モード発振に必要な２μｍ以下
の幅に制御することが可能である。拡散後、拡散源とし
て働いたSiO2膜102およびZnO膜101の一部を窓103を広げ
るように除去する。次に除去せずに残したSiO2膜102お
よびZnO膜101をマスクとしてSiイオンを打ち込みｐ−拡
散領域208の表面部分を第１図（ｄ）に示すようにｎ型
にに反転させ、ｎ−領域105を形成する。最後にｐ−ｎ
接合が表面に現れる部分のｎ型GaAs205を選択的にエッ
チングしてｎ及びｐそれぞれの表面に電極206,207を形
成して第１図（ｅ）に示すような本実施例による半導体
レーザが完成する。
次に動作について説明する。
ｐ電極が正になるように電圧を印加すると従来例と同じ
原理によって活性領域でレーザ発振が起こる。本実施例
では活性領域幅はｎ電極幅とは無関係に狭くできるた
め、基本横モード発振が容易に実現できるとともに、閾
値も1mA程度にまで低減することができる。また、p,n両
電極は同一主面上に形成され、他の電子回路との集積に
適した半導体レーザが得られる。
原理によって活性領域でレーザ発振が起こる。本実施例
では活性領域幅はｎ電極幅とは無関係に狭くできるた
め、基本横モード発振が容易に実現できるとともに、閾
値も1mA程度にまで低減することができる。また、p,n両
電極は同一主面上に形成され、他の電子回路との集積に
適した半導体レーザが得られる。
なお、上記実施例では活性層を多重量子井戸としたもの
について述べたが、これは必ずしも多重である必要はな
く、単層の量子井戸であってもよい。
について述べたが、これは必ずしも多重である必要はな
く、単層の量子井戸であってもよい。
また、活性層を挟み込んだｐ形,n形AlGaAsクラッド層の
Al混晶比は各層内で一定である必要はなく、いわゆる厚
みによって混晶比をかえるグレーデッド型であってもよ
い。
Al混晶比は各層内で一定である必要はなく、いわゆる厚
みによって混晶比をかえるグレーデッド型であってもよ
い。
また、上記実施例ではGaAs系のレーザを説明したが、In
P系など他の材料のレーザに適用できることは言うまで
もない。
P系など他の材料のレーザに適用できることは言うまで
もない。
また、固相拡散の例としてドープトオキサイドであるZn
O膜からのZn拡散を示したが、Si膜からのｎ型不純物の
固相拡散も可能であるので、ｐ型とｎ型を反転させた構
造も同様の効果をもつことは明らかである。
O膜からのZn拡散を示したが、Si膜からのｎ型不純物の
固相拡散も可能であるので、ｐ型とｎ型を反転させた構
造も同様の効果をもつことは明らかである。
また、上記実施例の構成において、活性領域の下側のAl
GaAsクラッド層のみを反対の導電型あるいは半絶縁型に
してもよく、この場合キャリア注入が拡散領域のみから
起こり、上記実施例のように下クラッド層からの注入が
起こらないことを除けば上記実施例と同様の効果を奏す
る。
GaAsクラッド層のみを反対の導電型あるいは半絶縁型に
してもよく、この場合キャリア注入が拡散領域のみから
起こり、上記実施例のように下クラッド層からの注入が
起こらないことを除けば上記実施例と同様の効果を奏す
る。
また、上記実施例では上側クラッド層上にGaAsコンタク
ト層を形成したものについて述べたが、このコンタクト
層を形成しない場合には、分離溝106をつくる必要はな
い。ただしこの場合オーミック抵抗は高くなる。
ト層を形成したものについて述べたが、このコンタクト
層を形成しない場合には、分離溝106をつくる必要はな
い。ただしこの場合オーミック抵抗は高くなる。
以上のように、この発明によれば、超格子の無秩序化を
用いた埋め込み型の半導体レーザにおいて、無秩序化を
受けた活性層上の上側クラッド層の表面の一部が無秩序
化を受けていない活性層上の上側クラッド層と電気的に
つながった構成としたから、上面にp,n両電極を有する
とともに、活性領域幅が狭く、電極幅の広い、集積化に
適し、低閾値で安定な発振モードの特性を有する半導体
レーザを得られる効果がある。またこの発明によれば半
導体レーザの製造方法において、活性層の一部を上側ク
ラッド層上からの第１導電形の不純物の固相拡散によっ
て無秩序化し、該拡散により第１導電形に反転した、上
記無秩序化を受けた活性層上の上側クラッド層の表面の
一部を上記固相拡散に用いた拡散源の一部をマスクとし
て用いて第２導電形に変換して無秩序化を受けていない
活性層上の上側クラッド層と電気的につながるようにし
たから、上面にp,n両電極を有するとともに、活性領域
幅が狭く、電極幅の広い、集積化に適し、低閾値で安定
な発振モードの特性を有する半導体レーザを容易に自己
整合的に製造できる効果がある。
用いた埋め込み型の半導体レーザにおいて、無秩序化を
受けた活性層上の上側クラッド層の表面の一部が無秩序
化を受けていない活性層上の上側クラッド層と電気的に
つながった構成としたから、上面にp,n両電極を有する
とともに、活性領域幅が狭く、電極幅の広い、集積化に
適し、低閾値で安定な発振モードの特性を有する半導体
レーザを得られる効果がある。またこの発明によれば半
導体レーザの製造方法において、活性層の一部を上側ク
ラッド層上からの第１導電形の不純物の固相拡散によっ
て無秩序化し、該拡散により第１導電形に反転した、上
記無秩序化を受けた活性層上の上側クラッド層の表面の
一部を上記固相拡散に用いた拡散源の一部をマスクとし
て用いて第２導電形に変換して無秩序化を受けていない
活性層上の上側クラッド層と電気的につながるようにし
たから、上面にp,n両電極を有するとともに、活性領域
幅が狭く、電極幅の広い、集積化に適し、低閾値で安定
な発振モードの特性を有する半導体レーザを容易に自己
整合的に製造できる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザの製造
方法を示す模式図、第２図は従来の半導体レーザの製造
方法を示す模式図である。 203は多重量子井戸活性層、202はｐ−AlGaAsクラッド
層、204はｎ−AlGaAsクラッド層、205はｎ−GaAs層、10
1はZnO膜、208はｐ−拡散領域、105はｎ領域、206はｐ
電極、207はｎ電極。 尚図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
方法を示す模式図、第２図は従来の半導体レーザの製造
方法を示す模式図である。 203は多重量子井戸活性層、202はｐ−AlGaAsクラッド
層、204はｎ−AlGaAsクラッド層、205はｎ−GaAs層、10
1はZnO膜、208はｐ−拡散領域、105はｎ領域、206はｐ
電極、207はｎ電極。 尚図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 晴美 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内 (72)発明者 武本 彰 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】第１導電形または第２導電形の下側クラッ
ド層と、該下側クラッド層上に形成された量子井戸より
なる活性層と、該活性層上に形成された第２導電形の上
側クラッド層とを有し、上記活性層の一部が第１導電形
の不純物の拡散によって無秩序化された埋め込みレーザ
において、 上記第１導電形の不純物の拡散によって無秩序化を受け
た活性層上の上側クラッド層の表面の一部が第２の導電
形に反転され、無秩序化を受けていない活性層上の第２
の導電形を有する上側クラッド層と電気的につながって
いることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】第１導電形または第２導電形の下側クラッ
ド層，量子井戸よりなる活性層，第２導電形の上側クラ
ッド層を順次形成した後、上記活性層の一部を上記上側
クラッド層上からの第１導電形の不純物の固相拡散によ
って無秩序化する工程と、 上記拡散により第１導電形に反転した、上記無秩序化を
受けた活性層上の上側クラッド層の表面の一部を上記固
相拡散に用いた拡散源の一部をマスクとして用いて第２
導電形に変換し、無秩序化を受けていない活性層上の上
側クラッド層と電気的につながるようにする工程とを含
むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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| JP63023554A JPH0775265B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
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| JP63023554A JPH0775265B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
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