JPS5949717B2 - 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザー装置に関するものである。

単一横モード発振半導体レーザーについてはこれまでに
様々な提案、試作がなされている。

活性層のストライプ幅を細くし、光の最低次の横モード
だけをとじこめることにより単一モード発振が可能とな
る。最も代表的な単一モード発振レーザーの構造として
は第１図に示すような埋め込みストライプ構造である。
この構造の製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ｇ
ａ３−ｘＡｌｘＡｓ２、ｎ型ＧａＡｓ活性層３、ｐ型Ｇ
ａ４−ｘＡｌｘＡｓ４、ｐ型ＧａＡｓ５を順次成長し、
次にＳｉＯ２膜をつけストライプ状にしてそれをマスク
にメサエツチングを行ない成長層をストライプ状に形成
する。その後活性層より禁止帯幅が広く、高比抵抗を有
する埋め込み層６の成長を行なう。最後にオーミック電
機７を形成して完成する。しかし、この製作工程におい
てはマスクとしてストライプ部にＳｉＯ２膜を付着させ
ストライプ上部に埋め込み層の成長することを防がねば
ならない。埋め込み層の成長の間、ＳｉＯ２膜と活性層
近傍が密着されたまま、高温中に放置されるため、Ｓｉ
Ｏ２膜とＧａＡｓ層の熱膨張係数の差異により活性層に
応力が加わり劣化の原因となる。又、埋め込み層の高比
抵抗化のため深いエネルギー準位を形成する不純物を使
用す −るが、その不純物が活性層に拡散、侵入し、特
性の劣化を引き起こす。最近、埋め込みストライプ型レ
ーザーのこれらの問題点を克服するため新構造による単
一モード発振化が行なわれている。

その一構成例を第２図に示す。製造方法としては溝をつ
けたｎ型ＧａＡｓ基板８上にｎ型Ｇａｌ？ＸＡ２ｘＡｓ
９，ｎ型ＧａＡｓ活性層１０，ｐ型Ｇａ，−ＸＡｌｘＡ
ｓｌｌ，ｐ型ＧａＡｓｌ２を順次成長し、その表面にＳ
ｉＯ２膜１３をつけ、溝をつけた位置に対向させてＳｉ
Ｏ２膜１３にストライプ状の窓あけを行なう。その後オ
ーミツク電極１４を形成して完成する。成長の際、第１
層ｎ型Ｇａｌ−ＸＡｌｘＡｓｌ非常に薄くし、溝の部分
以外では活性層１０から漏れ出す光はｎ型Ｇａｌ−ＸＡ
ｌｘＡｓ層９を通りねけ、ｎ型ＧａＡｓ基板８に吸収さ
れるような構造になつており、溝の部分にある活性層で
単一モード発振が可能となる。

しかし、この構造においては、活性層１０は平担であり
、溝の部分の活性層で生じた光は横方向に伝播しやすく
、ひろがるので、発振モードが横方向に歪む。

放熱特性については、前者の埋め込みストライプ型では
熱伝導度の悪い高抵抗層により活性層をとりまいている
ため放熱が悪く、又、後者においても、絶縁膜により電
流制御を行なつているのでヒートシンクへの良好な放熱
特性を示さない。

本発明は上記の構造とは異なり、優れた放熱特性を有し
、単一モード発振を実現する新しい構造とその製造方法
を提供するものである。以下図面と共に本発明を実施例
に基いて説明する。

ｎ型基板１５上に階段状の段差を第３図ａのように作製
する。

次に段差の部分に拡散防止用保護膜をストライプ状につ
け、ｐ型不純物を基板１５に選択拡散し、第３図ｂに示
すような拡散層１６を基板表面に形成する。それを基板
としてｎ型クラツド層１７、ノンド・−プ活性層１８，
ｐ型クラツド層１９，ｐ型オーミツク電極形成層２０、
第４層２０に対して選択エツチングの可能なｎ型電流制
限層２１を連続成長し、その上に絶縁膜２２を付着し、
基板に段差をつけた部分の直土にストライプ状の窓あけ
を行ない第３図Ｃに示すように作製する。続いて、窓あ
けを行なつた絶縁膜２２をマスクとして、ｎ型電流制限
層２１を選択エツチングで除去し、ストライプ状に現わ
れたｐ型オーミツク電極形成層２０にコンタクト拡散を
行なつた後、絶縁膜２２を除去して第３図ｄに示すよう
に作製する。次にｐ型オーミツク電極２３，ｎ型オーミ
ツク電極２４を順次設け、第３図ｅのようにレーザー素
子を作製する。本構造は第１層クラツド層１７を段差以
外の部分で非常に薄くして第２図の構造と同様の作用を
もたせ光のひろがりを抑制し、その上、同時に活性層１
８に折り曲がり部分を設けることにより、横方向への光
の伝播を強く阻止することができる特徴を有している。

又、活性層１８の両側で、ｐ型拡散層１６とｎ型第１層
１７、およびｐ型ＧａＡｓ層２０とｎ型Ｇａ，−，Ａｌ
，Ａｓ層２１からなるｐ−ｎ接合により電流制限を行な
い活性層１８の段差の部分に電流が集中するように設計
されている。その上、電流制限層として絶縁膜を使用せ
ず、絶縁膜より熱伝導度が大きく、第４層ｐ型オーミツ
ク電極形成層２０と熱膨張係数のあまり違わない電流制
限層２１を使用することにより放熱特性の向上を計つて
いる。これらの特徴を有するレーザーにおいては、埋め
込みストライプ構造で生じるような諸問題をもつておら
ず、又、第２図に示した構造のレーザーより発振モード
の安定性を有している。この新しい構造を有する単一モ
ード発振半導体レーザーの製造方法について具体例をあ
げて以下に述べる。

ｎ型ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ−Ｇａｌ−ＸＡｌｘＡｓ
により構成した単一モード発振半導体レーザーについて
示す。

第３図ａに示すようにｎ型ＧａＡｓ基板１５の１００面
上に化学エツチングにより基板のへき開面である１１０
面に直交するように１μｍの段差を形成する。

次にその表面にＳ！３Ｎ４膜をつけ、フオトエツチング
技術で段差部分に幅５μｍのＳｉ３Ｎ４膜のストライプ
を形成する。その全表面にＳｉＯ２膜を付けた後、亜鉛
拡散を行ない、第３図ｂに示す拡散層１６を形成する。
これらの処理を行なつた基板１５上に液相エピタキシヤ
ル法によつて第１層ｎ型Ｇａｌ−ＸＡｌｘＡｓｌｌを０
．２μｍ１第２層ノンドープＧａＡｓｌ８を０．１μｍ
１第３層ｐ型Ｇａｌ−ＸＩＡ！ｘ／Ａｓｌ９を１．５μ
ｍ１第４層ｐ型ＧａＡｓ２Ｏを１μｍ１第５層ｎ型Ｇａ
，、ＡｌｙＡｓを１μｍ連続成長する。引き続き表面に
Ｓｉ３Ｎ４膜２２を付け、基板１５に段差のある位置に
対向する直上に幅５μｍのストライプ状の窓あけを行な
い第３図ｃのように作製する。次にＳｉ３Ｎ４膜２２を
マスクにして第５層ｎ型Ｇａ，−，Ａｌ，Ａｓ２１をエ
ツチングする。この際、第４層ｐ型ＧａＡｓ２Ｏで工・
ツチングが停止するように選択エツチング液として塩酸
、リンゴ酸、又はその混液を使用する。引き続き、スト
ライプ状に露出した第４層ｐ型ＧａＡｓ２Ｏ表面に亜鉛
を拡散し、その後Ｓｉ３Ｎ４膜２２を除去して第３図ｄ
のようにする。第３図ｅに示すようにｐ型電極用金属を
真空蒸着し、合金処理を行ないｐ側オーミツク電極２３
を形成する。又、基板側にｎ型電極用金属を真空蒸着し
、合金処理を行ない、ｎ側オーミツク電極２４を形成す
る。最後に、素子片に分離してｐ側電極２３をヒートシ
ンクに接着し、ｎ側電極金属膜２４上に金線を接続して
完成する。このようにして作製したＧａＡｓ−Ｇａ，−
゛ＪｘＡｓ半導体レーザーは室温で単一モード連続発振
動作し優れた放熱特性を示した。

【図面の簡単な説明】 第１図は埋め込みストライプ構造をもつたレーザーの断
面図、第２図は溝をつけた基板上に構成されたレーザー
の断面図、第３図ａ−ｅは本発明の一実施例の製造方法
の工程断面図である。 １５・・・・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、１６・・・・・・
ｐ型拡散層、１７・・・・・・ ｎ型Ｇａ，−ＸＡｌｘ
Ａｓ，ｌ８・・・・・・ｎ型ＧａＡｓ，ｌ９・・・・・
・ｐ型Ｇａｌ−ＸＩＡｌｘ／Ａｓ，２Ｏ・・・・・・ｐ
型ＧａＡｓ，２ｌ．．．．・．ｎ型Ｇａ，−ＹＡｌｙＡ
ｓ，２２・・・・・・Ｓｉ３Ｎ４膜、２３・・・・・・
ｐ側電極金属膜、２４・ ・ ・ ・ ・ ｎ側電極
金属膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 段差を有する一導電型の半導体基板の前記段差部を
   除く表面に、前記一導電型とは反対の導電型または高抵
   抗の層が形成され、前記半導体基板上にクラッド層が、
   前記段差部では光の吸収を妨げる厚さで、前記段差部以
   外の部分では光が前記基板に吸収される厚さに形成され
   、前記クラッド層上に活性層が前記段差部で傾斜するよ
   うに形成され、前記段差部と対向する位置に、ストライ
   プ状開口を有する前記一導電型の電流制限層が形成され
   ていることを特徴とする半導体レーザ装置。 ２ 一導電型の半導体基板の表面に段差を形成する工程
   と、前記半導体基板上に前記段差部を除いて前記一導電
   型とは反対導電型または高抵抗の層を形成する工程と、
   前記半導体基板上にクラッド層を、前記段差部では光の
   吸収を妨げる厚さに前記段差部以外の部分では光が前記
   基板に吸収される厚さに形成する工程と、前記クラッド
   層上に活性層を前記段差部で傾斜するように形成する工
   程と、前記段差部と対向する位置に、ストライプ状開口
   を有する前記一導電型の電流制限層を形成する工程とを
   そなえてなることを特徴とする半導体レーザ装置の製造
   方法。