JPH0936474A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、レーザ発振波長が任意のλμmの
半導体レーザにおいて、導波路幅を広くしても、高次モ
ードの発生を抑制可能とし、活性層内の内部劣化と端面
破壊を抑制して信頼性を向上するとともに、歩留りを向
上する。さらに、活性層におけるレーザ光の縦モードの
擾乱による雑音を抑制できる半導体レーザを提供する。 【解決手段】 n型半導体基板1上に、波長λのレーザ
光を発する量子井戸活性層3、導波路幅Wbのp型半導
体層6、7からなるリッジ導波路12を形成し、リッジ
導波路12の外側を、上記波長λのレーザ光を吸収する
金属およびn型とする金属をドープした電流ブロック層
8で埋める構成である。
半導体レーザにおいて、導波路幅を広くしても、高次モ
ードの発生を抑制可能とし、活性層内の内部劣化と端面
破壊を抑制して信頼性を向上するとともに、歩留りを向
上する。さらに、活性層におけるレーザ光の縦モードの
擾乱による雑音を抑制できる半導体レーザを提供する。 【解決手段】 n型半導体基板1上に、波長λのレーザ
光を発する量子井戸活性層3、導波路幅Wbのp型半導
体層6、7からなるリッジ導波路12を形成し、リッジ
導波路12の外側を、上記波長λのレーザ光を吸収する
金属およびn型とする金属をドープした電流ブロック層
8で埋める構成である。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ、特
にファイバーアンプ励起用のリッジ型半導体レーザ及び
その製造方法に関するものである。
にファイバーアンプ励起用のリッジ型半導体レーザ及び
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の半導体レーザの構造を示
す斜視図で、特開昭63―213988号公報あるいは
特開昭63―233587号公報に記載されている。図
6は、その製造工程を示す断面図である。図において、
1はn―GaAsからなる半導体基板、2はn―Al
0.5Ga0.5Asからなるクラッド層、3はInGaAs
からなる量子井戸活性層、4はp―Al0.5Ga0.5As
からなる第1クラッド層、5はp―Al0.7Ga0.3As
からなるエッチングストッパ層、6はp―Al0.5Ga
0.5Asからなる第2クラッド層、7はp―GaAsか
らなる第1コンタクト層、14はn―Al0.7Ga0.3A
sからなる電流ブロック層、9はp―GaAsからなる
第2コンタクト層、10はp―電極、11はn―電極
で、12はリッジ導波路を示す。
す斜視図で、特開昭63―213988号公報あるいは
特開昭63―233587号公報に記載されている。図
6は、その製造工程を示す断面図である。図において、
1はn―GaAsからなる半導体基板、2はn―Al
0.5Ga0.5Asからなるクラッド層、3はInGaAs
からなる量子井戸活性層、4はp―Al0.5Ga0.5As
からなる第1クラッド層、5はp―Al0.7Ga0.3As
からなるエッチングストッパ層、6はp―Al0.5Ga
0.5Asからなる第2クラッド層、7はp―GaAsか
らなる第1コンタクト層、14はn―Al0.7Ga0.3A
sからなる電流ブロック層、9はp―GaAsからなる
第2コンタクト層、10はp―電極、11はn―電極
で、12はリッジ導波路を示す。
【0003】次に、図6に従って製造方法を説明する。
まず、図6(a)に示すように、n―GaAsからなる
半導体基板1上に、n―Al0.5Ga0.5Asからなるク
ラッド層2、InGaAsからなる量子井戸活性層3、
p―Al0.5Ga0.5Asからなる第1クラッド層4、p
―Al0.7Ga0.3Asからなるエッチングストッパ層
5、p―Al0.5Ga0.5Asからなる第2クラッド層
6、p―GaAsからなる第1コンタクト層7の各層を
順次エピタキシャル結晶成長する。
まず、図6(a)に示すように、n―GaAsからなる
半導体基板1上に、n―Al0.5Ga0.5Asからなるク
ラッド層2、InGaAsからなる量子井戸活性層3、
p―Al0.5Ga0.5Asからなる第1クラッド層4、p
―Al0.7Ga0.3Asからなるエッチングストッパ層
5、p―Al0.5Ga0.5Asからなる第2クラッド層
6、p―GaAsからなる第1コンタクト層7の各層を
順次エピタキシャル結晶成長する。
【0004】次に、図6(b)に示すように、ストライ
プ状の絶縁膜13を形成する。絶縁膜13は、Si3N4
あるいはSiO2などが用いられ、リッジエッチングの
マスクとして機能する。
プ状の絶縁膜13を形成する。絶縁膜13は、Si3N4
あるいはSiO2などが用いられ、リッジエッチングの
マスクとして機能する。
【0005】次に、絶縁膜13をマスクとしてエッチン
グを行い、図6(c)に示すように、導波路幅Wbのリ
ッジ導波路12を形成する。このエッチングにおいて、
第1コンタクト層7、第2クラッド層6がエッチングさ
れ、エッチングストッパ層5はエッチングされないよう
な選択エッチャントを用いることによって、再現性よく
リッジ構造を形成することができる。
グを行い、図6(c)に示すように、導波路幅Wbのリ
ッジ導波路12を形成する。このエッチングにおいて、
第1コンタクト層7、第2クラッド層6がエッチングさ
れ、エッチングストッパ層5はエッチングされないよう
な選択エッチャントを用いることによって、再現性よく
リッジ構造を形成することができる。
【0006】次に、図6(d)に示すように、リッジ導
波路12の外側にn―Al0.7Ga0 .3Asを再結晶成長
し電流ブロック層14を形成する。リッジ導波路12は
絶縁膜13が結晶成長時においてマスクとなるので、こ
の上には結晶成長しない。
波路12の外側にn―Al0.7Ga0 .3Asを再結晶成長
し電流ブロック層14を形成する。リッジ導波路12は
絶縁膜13が結晶成長時においてマスクとなるので、こ
の上には結晶成長しない。
【0007】次に、ウエットエッチングあるいはドライ
エッチングで絶縁膜13を除去した後、図6(e)に示
すように、p―GaAsからなる第2コンタクト層9を
結晶成長し、さらに、半導体基板1側にn―電極、第2
コンタクト層9側にp―電極を形成し、半導体レーザが
製造される。
エッチングで絶縁膜13を除去した後、図6(e)に示
すように、p―GaAsからなる第2コンタクト層9を
結晶成長し、さらに、半導体基板1側にn―電極、第2
コンタクト層9側にp―電極を形成し、半導体レーザが
製造される。
【0008】上記構造の半導体レーザは、p型電極10
を+、n型電極11を−とする電圧を印加すると、空孔
は第2コンタクト層9、第1コンタクト層7、第2クラ
ッド層6第1クラッド層4を経て量子井戸活性層3へ注
入され、また、電子は半導体基板1、クラッド層2を経
て量子井戸活性層3に注入されて電子と空孔の再結合が
発生し、量子井戸活性層3内で誘導放出光が生じる。こ
の時、キャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を
越える光が発生すればレーザ発振が生ずる。
を+、n型電極11を−とする電圧を印加すると、空孔
は第2コンタクト層9、第1コンタクト層7、第2クラ
ッド層6第1クラッド層4を経て量子井戸活性層3へ注
入され、また、電子は半導体基板1、クラッド層2を経
て量子井戸活性層3に注入されて電子と空孔の再結合が
発生し、量子井戸活性層3内で誘導放出光が生じる。こ
の時、キャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を
越える光が発生すればレーザ発振が生ずる。
【0009】一般に半導体レーザにおいては、単峰、す
なわち基本横モードのレーザビームを得るため、様々な
構造上の工夫がなされている。上記構造の半導体レーザ
は、リッジ導波路12を構成する第2クラッド層6の屈
折率を電流ブロック層14の屈折率より大きくして、レ
ーザビームがリッジ導波路12に沿って導波されるよう
にし、半導体レーザの動作特性の中で重要な水平横モー
ドを安定に単峰の形状にしている。
なわち基本横モードのレーザビームを得るため、様々な
構造上の工夫がなされている。上記構造の半導体レーザ
は、リッジ導波路12を構成する第2クラッド層6の屈
折率を電流ブロック層14の屈折率より大きくして、レ
ーザビームがリッジ導波路12に沿って導波されるよう
にし、半導体レーザの動作特性の中で重要な水平横モー
ドを安定に単峰の形状にしている。
【0010】モード制御の観点から、リッジ導波路12
がエッチングストッパ層5に接する面における導波路幅
Wbは1μm〜1.5μmの範囲にしなければならな
い。導波路幅Wbが1.5μm以上になると、基本モー
ドに加えて、2次以上の高次モードが発生しやすくな
り、電流―光出力特性はキンクと呼ばれる非線形特性が
得られ、実用上大きな問題となる。また、高次モードの
レーザビームの発生によって光ファイバーとの結合効率
が格段に低下する。
がエッチングストッパ層5に接する面における導波路幅
Wbは1μm〜1.5μmの範囲にしなければならな
い。導波路幅Wbが1.5μm以上になると、基本モー
ドに加えて、2次以上の高次モードが発生しやすくな
り、電流―光出力特性はキンクと呼ばれる非線形特性が
得られ、実用上大きな問題となる。また、高次モードの
レーザビームの発生によって光ファイバーとの結合効率
が格段に低下する。
【0011】そこで、マージンも考慮して導波路幅Wb
を1μm程度にするのが好ましいが、導波路幅Wbを小
さくすると動作時における電流密度が高くなって、量子
井戸活性層3内の転位の増殖による内部劣化と高光密度
に伴う端面部分の溶融による端面破壊が発生し、信頼性
上極めて不利になるという問題がある。
を1μm程度にするのが好ましいが、導波路幅Wbを小
さくすると動作時における電流密度が高くなって、量子
井戸活性層3内の転位の増殖による内部劣化と高光密度
に伴う端面部分の溶融による端面破壊が発生し、信頼性
上極めて不利になるという問題がある。
【0012】また、水平横モードの半値全角は導波路幅
Wbに依存し、導波路幅Wbが小さくなる程、僅かな導波
路幅Wbの変動でも半値全角が大きく変動して水平横モ
ードのばらつきが大きくなり、歩留りが低下するという
問題があった。
Wbに依存し、導波路幅Wbが小さくなる程、僅かな導波
路幅Wbの変動でも半値全角が大きく変動して水平横モ
ードのばらつきが大きくなり、歩留りが低下するという
問題があった。
【0013】また、例えば、Er(エルビウム)ドープ
ファイバーアンプ励起用の光源として用いられる半導体
レーザのレーザ発振波長は0.98μmであるが、量子
井戸活性層3で発生した0.98μmのレーザ光は第1
クラッド層4、エッチングストッパ層5、第2クラッド
層6、第1コンタクト層7、及び第2コンタクト層9に
吸収を透過し、p―電極10で反射され量子井戸活性層
3に戻ってレーザ光の縦モードの擾乱を引き起こし、メ
インピークの波長以外に1〜3nm離れた波長にサブピ
ークを生じさせ、このサブピークが実用に際して雑音と
して作用するという問題があった。
ファイバーアンプ励起用の光源として用いられる半導体
レーザのレーザ発振波長は0.98μmであるが、量子
井戸活性層3で発生した0.98μmのレーザ光は第1
クラッド層4、エッチングストッパ層5、第2クラッド
層6、第1コンタクト層7、及び第2コンタクト層9に
吸収を透過し、p―電極10で反射され量子井戸活性層
3に戻ってレーザ光の縦モードの擾乱を引き起こし、メ
インピークの波長以外に1〜3nm離れた波長にサブピ
ークを生じさせ、このサブピークが実用に際して雑音と
して作用するという問題があった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の半導体レーザの問題を解決するもので、レーザ
発振波長が任意のλμmの半導体レーザにおいて、導波
路幅を広くしても、高次モードの発生を抑制することが
できるようにして、活性層内の内部劣化と端面破壊を抑
制して信頼性を向上するとともに、水平横モードの半値
全角のばらつきを小さくして歩留りを向上する。さら
に、活性層におけるレーザ光の縦モードの擾乱による雑
音を抑制するものである。
な従来の半導体レーザの問題を解決するもので、レーザ
発振波長が任意のλμmの半導体レーザにおいて、導波
路幅を広くしても、高次モードの発生を抑制することが
できるようにして、活性層内の内部劣化と端面破壊を抑
制して信頼性を向上するとともに、水平横モードの半値
全角のばらつきを小さくして歩留りを向上する。さら
に、活性層におけるレーザ光の縦モードの擾乱による雑
音を抑制するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
第1導電型の半導体基板上に、順次、第1導電型のクラ
ッド層、波長λのレーザ光を発する活性層、所定の導波
路幅で形成された導波路を構成する第2導電型のクラッ
ド層、この導波路の外側を埋める上記波長λのレーザ光
を吸収する元素をドープした第1導電型の電流ブロック
層、上記リッジ導波路および電流ブロック層を覆う第2
導電型のコンタクト層を備えた半導体レーザである。
第1導電型の半導体基板上に、順次、第1導電型のクラ
ッド層、波長λのレーザ光を発する活性層、所定の導波
路幅で形成された導波路を構成する第2導電型のクラッ
ド層、この導波路の外側を埋める上記波長λのレーザ光
を吸収する元素をドープした第1導電型の電流ブロック
層、上記リッジ導波路および電流ブロック層を覆う第2
導電型のコンタクト層を備えた半導体レーザである。
【0016】請求項2に係る発明は、請求項1記載の半
導体レーザにおいて、コンタクト層に波長λのレーザ光
を吸収する元素をドープしたものである。
導体レーザにおいて、コンタクト層に波長λのレーザ光
を吸収する元素をドープしたものである。
【0017】請求項3に係る発明は、第1導電型の半導
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、所定の導波路幅で形成された
リッジ導波路を構成する第2導電型のクラッド層、この
導波路の外側を埋める第1導電型の電流ブロック層、上
記導波路および電流ブロック層を覆う上記波長λのレー
ザ光を吸収する元素をドープした第2導電型のコンタク
ト層を備えた半導体レーザである。
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、所定の導波路幅で形成された
リッジ導波路を構成する第2導電型のクラッド層、この
導波路の外側を埋める第1導電型の電流ブロック層、上
記導波路および電流ブロック層を覆う上記波長λのレー
ザ光を吸収する元素をドープした第2導電型のコンタク
ト層を備えた半導体レーザである。
【0018】請求項4に係る発明は、請求項1ないし3
のいずれかに記載の半導体レーザにおいて、波長λのレ
ーザ光を吸収する元素がエルビウム(Er)、ホルミウ
ム(Ho)またはネオジム(Nd)であるものである。
のいずれかに記載の半導体レーザにおいて、波長λのレ
ーザ光を吸収する元素がエルビウム(Er)、ホルミウ
ム(Ho)またはネオジム(Nd)であるものである。
【0019】請求項5に係る発明は、第1導電型の半導
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、第2導電型のクラッド層を結
晶成長する工程、この第2導電型のクラッド層をエッチ
ングして所定の導波路幅の導波路を形成する工程、この
導波路の外側に上記波長λのレーザ光を吸収する元素お
よび第1導電型にする金属をドープした電流ブロック層
を結晶成長する工程、上記導波路および電流ブロック層
上にコンタクト層を結晶成長する工程を備えた半導体レ
ーザの製造方法である。
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、第2導電型のクラッド層を結
晶成長する工程、この第2導電型のクラッド層をエッチ
ングして所定の導波路幅の導波路を形成する工程、この
導波路の外側に上記波長λのレーザ光を吸収する元素お
よび第1導電型にする金属をドープした電流ブロック層
を結晶成長する工程、上記導波路および電流ブロック層
上にコンタクト層を結晶成長する工程を備えた半導体レ
ーザの製造方法である。
【0020】請求項6に係る発明は、第1導電型の半導
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、上記波長λのレーザ光を吸収
する元素および第1導電型にする金属をドープした電流
ブロック層を結晶成長する工程、この電流ブロック層を
エッチングして所定の導波路幅の導波路を形成する工
程、この導波路及び上記電流ブロック層を埋める第2導
電型のクラッド層を結晶成長する工程、上記第2導電型
クラッド層上にコンタクト層を結晶成長する工程を備え
た半導体レーザの製造方法である。
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、上記波長λのレーザ光を吸収
する元素および第1導電型にする金属をドープした電流
ブロック層を結晶成長する工程、この電流ブロック層を
エッチングして所定の導波路幅の導波路を形成する工
程、この導波路及び上記電流ブロック層を埋める第2導
電型のクラッド層を結晶成長する工程、上記第2導電型
クラッド層上にコンタクト層を結晶成長する工程を備え
た半導体レーザの製造方法である。
【0021】請求項7に係る発明は、請求項5または6
記載の半導体レーザの製造方法において、コンタクト層
に波長λのレーザ光を吸収する元素をドープするもので
ある。
記載の半導体レーザの製造方法において、コンタクト層
に波長λのレーザ光を吸収する元素をドープするもので
ある。
【0022】請求項8に係る発明は、第1導電型の半導
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、第2導電型のクラッド層を結
晶成長する工程、この第2導電型のクラッド層をエッチ
ングして所定の導波路幅の導波路を形成する工程、この
導波路の外側に第1導電型の電流ブロック層を結晶成長
する工程、上記第2クラッド層および電流ブロック層上
に上記波長λのレーザ光を吸収する元素および第2導電
型にする金属をドープしたコンタクト層を結晶成長する
工程を備えた半導体レーザの製造方法である。
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、第2導電型のクラッド層を結
晶成長する工程、この第2導電型のクラッド層をエッチ
ングして所定の導波路幅の導波路を形成する工程、この
導波路の外側に第1導電型の電流ブロック層を結晶成長
する工程、上記第2クラッド層および電流ブロック層上
に上記波長λのレーザ光を吸収する元素および第2導電
型にする金属をドープしたコンタクト層を結晶成長する
工程を備えた半導体レーザの製造方法である。
【0023】請求項9に係る発明は、第1導電型の半導
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、第1導電型の電流ブロック層
を結晶成長する工程、この第1導電型の電流ブロック層
をエッチングして所定の導波路幅の導波路を形成する工
程、この導波路及び上記電流ブロック層を埋める上記波
長λのレーザ光を吸収する元素および第2導電型にする
金属をドープしたコンタクト層を結晶成長する工程を備
えた半導体レーザの製造方法である。
体基板上に、順次、第1導電型のクラッド層、波長λの
レーザ光を発する活性層、第1導電型の電流ブロック層
を結晶成長する工程、この第1導電型の電流ブロック層
をエッチングして所定の導波路幅の導波路を形成する工
程、この導波路及び上記電流ブロック層を埋める上記波
長λのレーザ光を吸収する元素および第2導電型にする
金属をドープしたコンタクト層を結晶成長する工程を備
えた半導体レーザの製造方法である。
【0024】請求項10に係る発明は、請求項5ないし
9のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法におい
て、波長λのレーザ光を吸収する元素がエルビウム(E
r)、ホルミウム(Ho)あるいはネオジム(Nd)で
あるものである。
9のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法におい
て、波長λのレーザ光を吸収する元素がエルビウム(E
r)、ホルミウム(Ho)あるいはネオジム(Nd)で
あるものである。
【0025】
実施の形態1.図1は、本発明の第1の実施の形態にな
る半導体レーザを示す斜視図で、0.98μmのレーザ
光を発生するように活性層が設計されている。図1にお
いて、1はn―GaAsからなる半導体基板、2はn―
Al0.5Ga0.5Asからなるクラッド層、3はInGa
Asからなる量子井戸活性層、4はp―Al0.5Ga0.5
Asからなる第1クラッド層、5はp―Al0.7Ga0.3
Asからなるエッチングストッパ層、6はp―Al0.5
Ga0.5Asからなる第2クラッド層、7はp―GaA
sからなる第1コンタクト層、8はエルビウム(Er)
ドープn―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロック
層、9はp―GaAsからなる第2コンタクト層、10
はp―電極、11はn―電極で、12はリッジ導波路で
ある。
る半導体レーザを示す斜視図で、0.98μmのレーザ
光を発生するように活性層が設計されている。図1にお
いて、1はn―GaAsからなる半導体基板、2はn―
Al0.5Ga0.5Asからなるクラッド層、3はInGa
Asからなる量子井戸活性層、4はp―Al0.5Ga0.5
Asからなる第1クラッド層、5はp―Al0.7Ga0.3
Asからなるエッチングストッパ層、6はp―Al0.5
Ga0.5Asからなる第2クラッド層、7はp―GaA
sからなる第1コンタクト層、8はエルビウム(Er)
ドープn―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロック
層、9はp―GaAsからなる第2コンタクト層、10
はp―電極、11はn―電極で、12はリッジ導波路で
ある。
【0026】次に、図1に示した半導体レーザの製造方
法を図2の製造工程に従って説明する。まず、図2
(a)に示すように、n―GaAsからなる半導体基板
1上に、n―Al0.5Ga0.5Asからなるクラッド層
2、InGaAsからなる量子井戸活性層3、p―Al
0.5Ga0.5Asからなる第1クラッド層4、p―Al
0.7Ga0 .3Asからなるエッチングストッパ層5、p―
Al0.5Ga0.5Asからなる第2クラッド層6、p―G
aAsからなる第1コンタクト層7の各層を順次エピタ
キシャル結晶成長する。
法を図2の製造工程に従って説明する。まず、図2
(a)に示すように、n―GaAsからなる半導体基板
1上に、n―Al0.5Ga0.5Asからなるクラッド層
2、InGaAsからなる量子井戸活性層3、p―Al
0.5Ga0.5Asからなる第1クラッド層4、p―Al
0.7Ga0 .3Asからなるエッチングストッパ層5、p―
Al0.5Ga0.5Asからなる第2クラッド層6、p―G
aAsからなる第1コンタクト層7の各層を順次エピタ
キシャル結晶成長する。
【0027】次に、図2(b)に示すように、ストライ
プ状の絶縁膜13を形成する。絶縁膜13は、Si3N4
あるいはSiO2などが用いられ、リッジエッチングの
マスクとして機能する。
プ状の絶縁膜13を形成する。絶縁膜13は、Si3N4
あるいはSiO2などが用いられ、リッジエッチングの
マスクとして機能する。
【0028】次に、絶縁膜13をマスクとしてエッチン
グを行い、リッジ導波路12を形成する。このエッチン
グにおいて、第1コンタクト層7、第2クラッド層6が
エッチングされ、エッチングストッパ層5はエッチング
されないような選択エッチャントを用いることによっ
て、再現性よくリッジ構造を形成することができる。こ
のようなエッチャントの例として、酒石酸と過酸化水素
の混合液が挙げられる。
グを行い、リッジ導波路12を形成する。このエッチン
グにおいて、第1コンタクト層7、第2クラッド層6が
エッチングされ、エッチングストッパ層5はエッチング
されないような選択エッチャントを用いることによっ
て、再現性よくリッジ構造を形成することができる。こ
のようなエッチャントの例として、酒石酸と過酸化水素
の混合液が挙げられる。
【0029】次に、図2(d)に示すように、リッジ導
波路12の外側にErドープn―Al0.7Ga0.3Asを
再結晶成長し電流ブロック層14を形成する。リッジ導
波路12は絶縁膜13が結晶成長時においてマスクとな
るので、この上には結晶成長しない。なお、電流ブロッ
ク層14をn型とするために、結晶成長中、シリコン
(Si)またはセレン(Se)も同時にドーピングす
る。
波路12の外側にErドープn―Al0.7Ga0.3Asを
再結晶成長し電流ブロック層14を形成する。リッジ導
波路12は絶縁膜13が結晶成長時においてマスクとな
るので、この上には結晶成長しない。なお、電流ブロッ
ク層14をn型とするために、結晶成長中、シリコン
(Si)またはセレン(Se)も同時にドーピングす
る。
【0030】次に、ウエットエッチングあるいはドライ
エッチングで絶縁膜13を除去した後、図2(e)に示
すように、p―GaAsからなる第2コンタクト層9を
結晶成長し、さらに、半導体基板1側にn―電極、第2
コンタクト層9側にp―電極を形成し、半導体レーザが
製造される。
エッチングで絶縁膜13を除去した後、図2(e)に示
すように、p―GaAsからなる第2コンタクト層9を
結晶成長し、さらに、半導体基板1側にn―電極、第2
コンタクト層9側にp―電極を形成し、半導体レーザが
製造される。
【0031】Erイオンは、図3に示すように、0.9
8μmの波長に吸収域を有する。本発明の半導体レーザ
において、リッジ導波路12直下の量子井戸活性層3で
発した波長0.98μmのレーザ光は電流ブロック層8
中の Erイオンに強く吸収される。すなわち、電流ブ
ロック層8はレーザ光の吸収層として機能し、従来の実
屈折率型の半導体レーザとは異なり、ロスガイド型の半
導体レーザとなる。
8μmの波長に吸収域を有する。本発明の半導体レーザ
において、リッジ導波路12直下の量子井戸活性層3で
発した波長0.98μmのレーザ光は電流ブロック層8
中の Erイオンに強く吸収される。すなわち、電流ブ
ロック層8はレーザ光の吸収層として機能し、従来の実
屈折率型の半導体レーザとは異なり、ロスガイド型の半
導体レーザとなる。
【0032】ロスガイド型の半導体レーザは、レーザ光
が吸収されるので導波路損失が従来よりも若干大きくな
り、閾値電流が大きくなるが、リッジ導波路12の端部
に近付くに従い、電流ブロック層8によるレーザ光の吸
収が強くなり、リッジ導波路12に対して端部にピーク
をもつ高次のモードの利得が従来の実屈折率型の半導体
レーザに比べて小さくなる。従って、従来1〜1.5μ
m幅であった導波路幅Wbをより大きくし、例えば、2
μm〜5μmに広げても、単峰の基本横モードが安定し
て得られる。
が吸収されるので導波路損失が従来よりも若干大きくな
り、閾値電流が大きくなるが、リッジ導波路12の端部
に近付くに従い、電流ブロック層8によるレーザ光の吸
収が強くなり、リッジ導波路12に対して端部にピーク
をもつ高次のモードの利得が従来の実屈折率型の半導体
レーザに比べて小さくなる。従って、従来1〜1.5μ
m幅であった導波路幅Wbをより大きくし、例えば、2
μm〜5μmに広げても、単峰の基本横モードが安定し
て得られる。
【0033】導波路幅Wbを大きくすることによって、
電流密度が低減されるので、量子井戸活性層3における
転位の増殖が抑制され、内部劣化がなくなり、また、端
面破壊を防止することができ、信頼性が向上する。
電流密度が低減されるので、量子井戸活性層3における
転位の増殖が抑制され、内部劣化がなくなり、また、端
面破壊を防止することができ、信頼性が向上する。
【0034】また、導波路幅Wbを大きくすることによ
って、導波路幅Wbの変動が水平横モードの半値全角の
変動に与える影響が小さくなるので、半導体レーザ特性
の均一性が向上し、歩留りがよくなる。
って、導波路幅Wbの変動が水平横モードの半値全角の
変動に与える影響が小さくなるので、半導体レーザ特性
の均一性が向上し、歩留りがよくなる。
【0035】なお、本実施の形態においてリッジ導波路
12をエッチングストッパ層5を用いて選択エッチング
で形成する方法を説明したが、エッチングストッパ層5
を用いないで、エッチング時間の制御でエッチング深さ
を制御してリッジ導波路12を形成しても何ら問題はな
い。
12をエッチングストッパ層5を用いて選択エッチング
で形成する方法を説明したが、エッチングストッパ層5
を用いないで、エッチング時間の制御でエッチング深さ
を制御してリッジ導波路12を形成しても何ら問題はな
い。
【0036】実施の形態2.図4は、本発明の第2の実
施の形態になる半導体レーザを示す斜視図である。図に
おいて、図1と同一符号は同一箇所あるいは相当箇所を
示す。14はn―Al0.7Ga0.3As電流ブロック層、
15はErドープコンタクト層である。
施の形態になる半導体レーザを示す斜視図である。図に
おいて、図1と同一符号は同一箇所あるいは相当箇所を
示す。14はn―Al0.7Ga0.3As電流ブロック層、
15はErドープコンタクト層である。
【0037】Erドープコンタクト層15は、量子井戸
活性層3で発したレーザ波長0.98μmのレーザ光を
Erイオンが吸収し、p―電極10によるレーザ光の反
射を防止する。その結果、量子井戸活性層3におけるレ
ーザ光の縦モードの擾乱を防止し、雑音をなくすことが
できる。
活性層3で発したレーザ波長0.98μmのレーザ光を
Erイオンが吸収し、p―電極10によるレーザ光の反
射を防止する。その結果、量子井戸活性層3におけるレ
ーザ光の縦モードの擾乱を防止し、雑音をなくすことが
できる。
【0038】図4に示した半導体レーザは、図2と同様
に、n―GaAsからなる半導体基板1上に、n―Al
0.5Ga0.5Asからなるクラッド層2、InGaAsか
らなる量子井戸活性層3、p―Al0.5Ga0.5Asから
なる第1クラッド層4、p―Al0.7Ga0.3Asからな
るエッチングストッパ層5、p―Al0.5Ga0.5Asか
らなる第2クラッド層6、p―GaAsからなる第1コ
ンタクト層7の各層を順次エピタキシャル結晶成長した
後、絶縁膜13をマスクとしてエッチングを行い、リッ
ジ導波路12を形成し、リッジ導波路12の外側にEr
ドープn―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロック層
8に代えてn―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロッ
ク層14を結晶成長し、さらに、絶縁膜13を除去した
後、さらに、p―GaAsからなる第2コンタクト層9
に代えてErをドープしたp―GaAsを結晶成長し、
Erドープp―GaAsからなる第2コンタクト層15
を形成し、半導体基板1側にn―電極11、第2コンタ
クト層15側にp―電極10を形成する。第2コンタク
ト層15をp型にするために、Erのドープと同時に亜
鉛(Zn)をドープする。
に、n―GaAsからなる半導体基板1上に、n―Al
0.5Ga0.5Asからなるクラッド層2、InGaAsか
らなる量子井戸活性層3、p―Al0.5Ga0.5Asから
なる第1クラッド層4、p―Al0.7Ga0.3Asからな
るエッチングストッパ層5、p―Al0.5Ga0.5Asか
らなる第2クラッド層6、p―GaAsからなる第1コ
ンタクト層7の各層を順次エピタキシャル結晶成長した
後、絶縁膜13をマスクとしてエッチングを行い、リッ
ジ導波路12を形成し、リッジ導波路12の外側にEr
ドープn―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロック層
8に代えてn―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロッ
ク層14を結晶成長し、さらに、絶縁膜13を除去した
後、さらに、p―GaAsからなる第2コンタクト層9
に代えてErをドープしたp―GaAsを結晶成長し、
Erドープp―GaAsからなる第2コンタクト層15
を形成し、半導体基板1側にn―電極11、第2コンタ
クト層15側にp―電極10を形成する。第2コンタク
ト層15をp型にするために、Erのドープと同時に亜
鉛(Zn)をドープする。
【0039】なお、本実施の形態において、Erドープ
n―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロック層を形成
することによって、実施の形態1と同様の効果が得られ
る。すなわち、導波路幅Wbを従来の1μm〜1.5μ
m幅から2μm〜4μmに広げても、単峰の基本横モー
ドが安定して得られる。さらに、導波路幅Wbを大きく
することによって、電流密度が低減され、量子井戸活性
層3における転位の増殖が抑制されるので、内部劣化が
なくなり、また、端面破壊を防止することができ、信頼
性が向上するとともに、導波路幅Wbの変動が水平横モ
ードの半値全角の変動に与える影響が小さくなるので、
半導体レーザ特性の均一性が向上し、歩留りがよくな
る。
n―Al0.7Ga0.3Asからなる電流ブロック層を形成
することによって、実施の形態1と同様の効果が得られ
る。すなわち、導波路幅Wbを従来の1μm〜1.5μ
m幅から2μm〜4μmに広げても、単峰の基本横モー
ドが安定して得られる。さらに、導波路幅Wbを大きく
することによって、電流密度が低減され、量子井戸活性
層3における転位の増殖が抑制されるので、内部劣化が
なくなり、また、端面破壊を防止することができ、信頼
性が向上するとともに、導波路幅Wbの変動が水平横モ
ードの半値全角の変動に与える影響が小さくなるので、
半導体レーザ特性の均一性が向上し、歩留りがよくな
る。
【0040】また、実施の形態1及び2において、n―
GaAsからなる半導体基板1の例を示したが、p―G
aAsからなる半導体基板を使用し、各層の導電型を反
転しても同様の効果が得られることはいうまでもなく、
また、活性層は量子井戸活性層3が製造し易さの点で好
ましいが、これに限られるものではない。
GaAsからなる半導体基板1の例を示したが、p―G
aAsからなる半導体基板を使用し、各層の導電型を反
転しても同様の効果が得られることはいうまでもなく、
また、活性層は量子井戸活性層3が製造し易さの点で好
ましいが、これに限られるものではない。
【0041】また、実施の形態1および2において、電
流ブロック層および/または第2コンタクト層にドープ
する元素は、Erのほか波長0.98μmレーザ光を吸
収するホルミウム(Ho)、0.87μmレーザ光を吸
収するネオジム(Nd)のような元素など、活性層で発
した波長λのレーザ光を吸収する元素であればよい。
流ブロック層および/または第2コンタクト層にドープ
する元素は、Erのほか波長0.98μmレーザ光を吸
収するホルミウム(Ho)、0.87μmレーザ光を吸
収するネオジム(Nd)のような元素など、活性層で発
した波長λのレーザ光を吸収する元素であればよい。
【0042】また、実施の形態1及び2において、リッ
ジ導波路型レーザの例を示したが、図8に示すように、
SAS型レーザにも適用できる。このSAS型レーザに
おいても、図における電流ブロック層16および/また
は第2コンタクト層17にEr,HoあるいはNdなど
の元素をドープすることによって導波路18の幅を大き
くすることができ、実施の形態1および2と同様の効果
が得られる。
ジ導波路型レーザの例を示したが、図8に示すように、
SAS型レーザにも適用できる。このSAS型レーザに
おいても、図における電流ブロック層16および/また
は第2コンタクト層17にEr,HoあるいはNdなど
の元素をドープすることによって導波路18の幅を大き
くすることができ、実施の形態1および2と同様の効果
が得られる。
【0043】なお、図8に示したSAS型レーザの製造
においては、半導体基板1上に、順次、クラッド層2、
活性層3、第1クラッド層4、電流ブロック層16を結
晶成長した後、電流ブロック層16をエッチングして所
定の導波路幅の導波路18を形成し、導波路18及び電
流ブロック層16を埋める第2クラッド層6、コンタク
ト層17を結晶成長し、電流ブロック層16および/あ
るいはコンタクト層17の結晶成長でEr,Hoあるい
はNdなどの元素をドープすればよい。
においては、半導体基板1上に、順次、クラッド層2、
活性層3、第1クラッド層4、電流ブロック層16を結
晶成長した後、電流ブロック層16をエッチングして所
定の導波路幅の導波路18を形成し、導波路18及び電
流ブロック層16を埋める第2クラッド層6、コンタク
ト層17を結晶成長し、電流ブロック層16および/あ
るいはコンタクト層17の結晶成長でEr,Hoあるい
はNdなどの元素をドープすればよい。
【0044】
【発明の効果】請求項1、2、4、5、6、7および1
0に係る発明によれば、導波路幅を大きくすることがで
き、電流密度が低減されるので、活性層における転位の
増殖が抑制され、内部劣化がなくなり、また、端面破壊
を防止することができ、信頼性が向上する。さらに、導
波路幅を大きくすることによって、導波路幅の変動が水
平横モードの半値全角の変動に与える影響が小さくなる
ので、半導体レーザ特性の均一性が向上し、歩留りがよ
くなる。
0に係る発明によれば、導波路幅を大きくすることがで
き、電流密度が低減されるので、活性層における転位の
増殖が抑制され、内部劣化がなくなり、また、端面破壊
を防止することができ、信頼性が向上する。さらに、導
波路幅を大きくすることによって、導波路幅の変動が水
平横モードの半値全角の変動に与える影響が小さくなる
ので、半導体レーザ特性の均一性が向上し、歩留りがよ
くなる。
【0045】請求項2、3、4、7、8、9および10
に係る発明によれば、活性層で発したレーザ波長λのレ
ーザ光をコンタクト層が吸収して、レーザ光の反射を防
止するので、活性層におけるレーザ光の縦モードの擾乱
を防止し、雑音をなくすことができる。
に係る発明によれば、活性層で発したレーザ波長λのレ
ーザ光をコンタクト層が吸収して、レーザ光の反射を防
止するので、活性層におけるレーザ光の縦モードの擾乱
を防止し、雑音をなくすことができる。
【図1】 本発明の第1の実施の形態になる半導体レー
ザを示す斜視図である。
ザを示す斜視図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態になる半導体レー
ザの製造方法を説明する断面図である。
ザの製造方法を説明する断面図である。
【図3】 Erイオンのレーザ光吸収特性を示す図であ
る。
る。
【図4】 本発明の第2の実施の形態になる半導体レー
ザを示す斜視図である。
ザを示す斜視図である。
【図5】 従来の半導体レーザを示す斜視図である。
【図6】 従来の半導体レーザの製造方法を説明する断
面図である。
面図である。
【図7】 リッジ導波路と電流ブロック層の屈折率を示
す図である。
す図である。
【図8】 本発明のその他の実施の形態になる半導体レ
ーザを示す断面図である。
ーザを示す断面図である。
1 半導体基板(n―GaAs)、2 クラッド層(n
―Al0.5Ga0.5As)、3 量子井戸活性層(InG
aAs)、4 第1クラッド層(p―Al0.5Ga0.5A
s)、5 エッチングストッパ層(p―Al0.7Ga0.3
As)、6第2クラッド層(p―Al0.5Ga0.5A
s)、7 第1コンタクト層(p―GaAs)、8,1
6 電流ブロック層(エルビウム(Er)ドープ)―A
l0.7Ga0.3As)、9 第2コンタクト層(p―Ga
As)、10 p―電極、11n―電極、12 リッジ
導波路、13 絶縁膜、14 電流ブロック層(n―A
l0.7Ga0.3As)、15,17 第2コンタクト層
(Erドープp―GaAs)、Wb 導波路幅、18
導波路
―Al0.5Ga0.5As)、3 量子井戸活性層(InG
aAs)、4 第1クラッド層(p―Al0.5Ga0.5A
s)、5 エッチングストッパ層(p―Al0.7Ga0.3
As)、6第2クラッド層(p―Al0.5Ga0.5A
s)、7 第1コンタクト層(p―GaAs)、8,1
6 電流ブロック層(エルビウム(Er)ドープ)―A
l0.7Ga0.3As)、9 第2コンタクト層(p―Ga
As)、10 p―電極、11n―電極、12 リッジ
導波路、13 絶縁膜、14 電流ブロック層(n―A
l0.7Ga0.3As)、15,17 第2コンタクト層
(Erドープp―GaAs)、Wb 導波路幅、18
導波路
Claims (10)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に、順次、第
1導電型のクラッド層、波長λのレーザ光を発する活性
層、所定の導波路幅で形成された導波路を構成する第2
導電型のクラッド層、この導波路の外側を埋める上記波
長λのレーザ光を吸収する元素をドープした第1導電型
の電流ブロック層、上記導波路および電流ブロック層を
覆う第2導電型のコンタクト層を備えたことを特徴とす
る半導体レーザ。 - 【請求項2】 コンタクト層に波長λのレーザ光を吸収
する元素をドープしたことを特徴とする請求項1記載の
半導体レーザ。 - 【請求項3】 第1導電型の半導体基板上に、順次、第
1導電型のクラッド層、波長λのレーザ光を発する活性
層、所定の導波路幅で形成された導波路を構成する第2
導電型のクラッド層、この導波路の外側を埋める第1導
電型の電流ブロック層、上記導波路および電流ブロック
層を覆う上記波長λのレーザ光を吸収する元素をドープ
した第2導電型のコンタクト層を備えたことを特徴とす
る半導体レーザ。 - 【請求項4】 波長λのレーザ光を吸収する元素がエル
ビウム(Er)、ホルミウム(Ho)、あるいは(N
d)であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
かに記載の半導体レーザ。 - 【請求項5】 第1導電型の半導体基板上に、順次、第
1導電型のクラッド層、波長λのレーザ光を発する活性
層、第2導電型のクラッド層を結晶成長する工程、この
第2導電型のクラッド層をエッチングして所定の導波路
幅の導波路を形成する工程、この導波路の外側に上記波
長λのレーザ光を吸収する元素および第1導電型にする
金属をドープした電流ブロック層を結晶成長する工程、
上記導波路および電流ブロック層上にコンタクト層を結
晶成長する工程を備えたことを特徴とする半導体レーザ
の製造方法。 - 【請求項6】 第1導電型の半導体基板上に、順次、第
1導電型のクラッド層、波長λのレーザ光を発する活性
層、上記波長λのレーザ光を吸収する元素および第1導
電型にする金属をドープした電流ブロック層を結晶成長
する工程、この電流ブロック層をエッチングして所定の
導波路幅の導波路を形成する工程、この導波路及び上記
電流ブロック層を埋める第2導電型のクラッド層を結晶
成長する工程、上記第2導電型クラッド層上にコンタク
ト層を結晶成長する工程を備えたことを特徴とする半導
体レーザの製造方法。 - 【請求項7】 コンタクト層に波長λのレーザ光を吸収
する元素をドープすることを特徴とする請求項5または
6記載の半導体レーザの製造方法。 - 【請求項8】 第1導電型の半導体基板上に、順次、第
1導電型のクラッド層、波長λのレーザ光を発する活性
層、第2導電型のクラッド層を結晶成長する工程、この
第2導電型のクラッド層をエッチングして所定の導波路
幅の導波路を形成する工程、この導波路の外側に第1導
電型の電流ブロック層を結晶成長する工程、上記第2ク
ラッド層および電流ブロック層上に上記波長λのレーザ
光を吸収する元素および第2導電型にする金属をドープ
したコンタクト層を結晶成長する工程を備えたことを特
徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項9】 第1導電型の半導体基板上に、順次、第
1導電型のクラッド層、波長λのレーザ光を発する活性
層、第1導電型の電流ブロック層を結晶成長する工程、
この第1導電型の電流ブロック層をエッチングして所定
の導波路幅の導波路を形成する工程、この導波路及び上
記電流ブロック層を埋める上記波長λのレーザ光を吸収
する元素および第2導電型にする金属をドープしたコン
タクト層を結晶成長する工程を備えたことを特徴とする
半導体レーザの製造方法。 - 【請求項10】 波長λのレーザ光を吸収する元素がエ
ルビウム(Er)、ホルミウム(Ho)、あるいはネオ
ジム(Nd)であることを特徴とする請求項5ないし9
のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP7178759A JPH0936474A (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
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1996
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