JPS5949718B2 - 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装置およびその製造方法に関する
ものである。

安定な基本横モードで動作する半導体レーザの構造や製
造方法について様々な提案がなされている。

発振モードの安定化は活性層の接合面方向に屈折率差を
つけることによつて実現される゜その構造の一つに第１
図に示すようなリブ型光導波路になつた活性層３を有す
る半導体レーザが提案されている。この構造においては
活性層を一部厚くすることによつて活性層内を伝搬する
光の等価屈折率に差をつけ、光を厚い部分に閉じ込める
機構をもつている。このように、活性層に作り付けの屈
折率変化をもたせることにより安定な横モード発振が得
られる。この装置の製造方法は、まずｎ型ＧａＡｓ基板
１上にｎ型Ｇａ７−ｘＡｌｘＡｓクラッド層２とＧａＡ
ｓ活性層３を成長させ、活性層３の一部をストライプ状
にマスクし、それ以外の活性層表面を少しエッチングし
、ストライプ部との間で活性層３の厚みに差をつける。

その後、活性層３の上にｐ型Ｇａｌ−ｘＡｌｘＡｓクラ
ッド層４、ｐ型ＧａＡｓオーミックコンタクト形成層５
を再び成長する。その表面に５１０２膜６を付け、活性
層の厚くなつた部分の直上に電流注入用オーミックコン
タクト電極７を形成する。ｎ側にもオーミック電極７’
を作製して完成する。このレーザの作製においては、活
性層表面を一旦エッチングするため２回の結晶成長工程
が必要であり、その上、活性層３のエッチングを微妙に
制御しなければならないという困難な工程上の問題をも
つている。

また、エッチングの際、活性層３の表面を露出させるの
で、活性層３とクラッド層４の界面に非発光再結合中心
が多数導入されると考えられる。本発明は上記の作製方
法による構造とは異なり１回の結晶成長工程により、活
性層にリブ型光導波路構造をもたせ、安定な横モード発
振を実現するレーザ装置の新しい構造とその製造方法を
提供するものであり、以下図面と参照しつつ本発明を実
施例に基いて説明する。

まず第２図ａに示すように基板８表面に階段状の段差Ｔ
を形成する。

次にその基板８土に第１層クラツド層９、第２層活性層
１０、第３層クラツド層１１、第４層オーミツク電極形
成層１２を連続成長する（第２図ｂ）。その表面に絶縁
膜１３を付着し、基板に段差Ｔを付けた部分の直上に電
流注入用のストライプ状の窓１６をあける。オーミツク
コンタクトのための拡散を行なつた後、電極金属膜１４
を付ける。又、基板側にもオーミツク電極１５を設けて
レーザ素子片に作製する（第２図ｃ）。段差Ｔを付けた
基板上に結晶成長を行うと成長初期において、段差部Ｔ
の成長速度は平担部の成長速度より早いという特性があ
る。

特に第１層９の成長に関してはこの特性が著しい。従つ
て適当な成長条件により、第１層クラツド層９の厚さは
、段差部Ｔの直上では光の吸収を防げるに十分な厚さで
あり、段差部Ｔ以外の？分（以下、平担部とよぶ）では
活性層１０で発光した光をすべて基板８に漏れさすこと
により基板８に吸収させることができる。ＧａＡｓ−Ｇ
ａＡｌＡｓ系のレーザでは、第１層のｎ−ＧａＯ．７Ａ
ｌＯ．３Ａｓ層９の厚さが平担部で０．５μＭ，Ｏ．３
μＭ，Ｏ．２μｍと変わるに従つて、光の吸収係数は各
々、１００ＣｆｆＬ−１，３０軸〔１，１０００？４と
変化する。また第１層９の厚さが１μｍ以上のときは、
基板８では光は殆ど吸収されず、吸収係数は１０（１７
７！−１程度である。従つて、平担部で発した光を基板
８に吸収させるには、第１層９の厚さは０．５μｍ以下
であり、かつ段差直上の第１層の厚さは１μｍ以上ある
ことが望ましい。活性層１０には第２図ｃのように２つ
の折れ曲り１７，１８を有し、発振モードをその中での
み立つようにする。折れ曲り１Ｔ，１８があると、折れ
曲り１７，１８間の活性層１０及び折れ曲り１７，１８
より外の平担部での発振モードが異なるため、必然的に
固有のレーザモードが２つの折れ曲り１７，１８間に立
つことになる。かつ前述のように折れ曲り１７，１８間
の活性領域１０の厚さは、平担部のそれより１０〜２０
％厚くなるので、自然と、リブ型光導波路構造ができ上
り、光は２つの折れ曲り１７，１８間に閉じ込められる
。ところで、基板の段差の高さを２μｍとすると２つの
折れ曲り１７，１８間隔は５μｍ程度になり、発振横モ
ードはＴＥＯ，になる可能性がある。

安定なＴＥＯＯモードを発振させるには、Δ亡１０−３
であるので発振領域の幅が３μｍ以下である必要がある
。この必要条件は第２図ｃの構造では自動的に満足され
る。その理由は、折れ曲り１７，１８間隔は５μｍ程度
であるが、第１層９の厚さが、中心から２つの折れ曲り
１７，１８に向かつて連続的に減少し、従つて中心では
殆ど吸収がないが、折れ曲り部に近ずくに従つて基板で
の吸収を受け、結晶発振モードは中心付近で単一になつ
てしまう。したがつて、本発明のレーザは単一横モード
発振を安定に行えるのである。電流注入は段差部Ｔの直
上に設けたストライプ状電極１４によつて行われる。

第２図Ｃではオキサイドストライプ型の例を示している
が、この構造以外のどのようなストライプ型でも可能で
ある。ストライプ幅は電流の広がりを小さくするため、
１０μｍ以下が望ましい。この構造を有するレーザにお
いては活性層をエツチングする必要がないため、１回の
結晶成長工程のみで容易に作製でき、かつ、リブ型光導
波路構造のレーザで生じる諸問題も解決されている。

この新しい構造を有する半導体レーザの製造方法につい
て具体例をあげて以下に説明する。実施例 ｎ型ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ−Ｇａｌ−ＸＡ！ＸＡｓ
により構成した半導体レーザについて示す。

第２図ａに示すようにｎ型ＧａＡｓ基板８の１００面上
に化学エツチングにより、〈０１１〉 方向に高さ２μ
ｍの段差Ｔを形成する。

この段差Ｔを付けた基板８上に成長開始温度８４５℃、
冷却速度０．５８Ｃ／分で液相エピタキシヤル法によつ
て第１層ｎ型Ｇａ，−ＸＡＩｘＡｓ於０．２μｍ（平担
部における膜厚）、第２層ノンドープＧａ，−，Ａｌ，
ＡｓｌＯを０．１μｍ（平担部における膜厚）、第３層
ｐ型Ｇａ，−ＸＩＡｌｘ７Ａｓｌｌを１．５μｍ１第４
層ｐ型ＧａＡｓｌ２を１μｍ連続成長する。このとき、
段差部直上の第１層及び第２層の厚さは各々１μｍ及び
０．１２μｍとなる。引き続き成長表面にＳｌＯ２膜１
３を付け、基板の段差Ｔのある位置の直上に幅５μｍの
ストライプ状の窓あけ１６を行なう。ストライプ状に露
出した第４層ｐ型ＧａＡｓｌ２にオーミツクコンタクト
用の亜鉛拡散をし、その後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１４を形成す
る。又、基板８側にも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１５を形成する。
このようにして作製したＧａＡｓ−Ｇａ，−ＸＡＩｘＡ
ｓ半導体レーザは室温で安定な横基本モード連続発振動
作し、その横モードはしきい値の５倍の電流値でも安定
であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はリブ型光導波路構造をもつた従来のレーザ装置
の断面図、第２図ａ−ｃは本発明の一実施例に関する製
造方法の工程断面図である。 ８・・・・・・ ｎ型ＧａＡｓ基板、９・・・・・・Ｇ
ａｌ−ＸＡｌｘＡｓ層、１０・・・・・・ｎ型Ｇａ，−
ＹＡｌｙＡｓ層、１１・・・・・・ ｐ型Ｇａｌ−ＦＡ
ｌｘ’Ａｓ層、１２・・・・・・ｐ型ＧａＡｓ層、１３
・・・・・・ＳｉＯ２膜、１４・・・・・・ｐ側電極用
金属膜、１５・・・・・・ ｎ側電極用金属膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 段差を有する半導体基板上に、クラッド層が、前記
   段差部では光の吸収を防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で注入電流の制限を
   行なう電流制限層が形成されるとともに、前記活性層の
   厚さが前記段差部上の方が他の部分よりも厚いことを特
   徴とする半導体レーザ装置。 ２ 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、かつ前記活性層
   の厚さが前記段差部上の方が他の部分よりも厚くなるよ
   うに形成する工程と、前記段差部と対向する位置で注入
   電流の制限を行なう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
   。