JPS61187285A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は回折格子構造を有する分布定数帰還型半導体
レーザ装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体レーザ装置は発振方法によってファブリペロ−共
振型、分布定数帰還型及びブラッグ反射型の三つに大別
される。これらのレーザ装置のうち、分布定数帰還型及
びブラッグ反射型は動的単一モード動作が安定、発振波
長の温度係数が小さいなどの特長を有するが、反射のた
めの回折ザ装置の概略図であって、レーザ発振を行う活
ａ 定在波となって発振する。形成する回折格子の１）周期
（ピッチ）ｄは発振波長をノ、屈折率を九゛°とすると
、ｄ　＝＝　ｍ去（ｍは定数で通常１成るいは６）で表
わされる。半導体レーザ装置では発振波長λは通常１．
５μｍ以下であり、　ａａｈｓ系レーザ装置では０．８
５μｍ程度である。従って屈折率πを３．５とすると、
Ｇａ１ｎを活性層としたレーザ装置では回折格子のピッ
チｄは一次（ｍ＝１）で０．１２ｆｉｍ、三次（ｍ＝３
）でも０．５６μｍ程度と非常に小さな値となる。

（発明が屏次しようとする問題点） 上述の如き微細な回折格子パターンは通常のフォトリソ
グランイ法では形成することが困難で、レーザ光の干渉
を利用してフォトレジストによりマスクを作成し、牛導
体表面をエツチングして凹凸を付は回折格子を形成して
いたが、工程が複雑で＾度の技術を要し、再現性が悪か
この発明は上記に鑑みなされたもので、その目的は微細
であっても正確なピッチを有する回折格子パターンを備
え、製造が容易で特性の優＋１ 超格子構造が不純物、例えば亜鉛の拡散によって非超格
子化して混晶となること、更に超格子構造領域と不純物
拡散によって混晶となった非超格子構造領域との光の屈
折率が異々ることか知られている。

この発明は上記の現象を利用してなされたものであって
、分布定数帰還型半導体レーザ装置の回折格子構造を超
格子構造領域と該超格子構造への不純物イオン注入によ
って形成される非超格子構造領域によって構成したこと
を特徴とする。

第１．２図はこの発明の一実施例として、ＧａｋＢ系の
分布定数帰還型半導体レーザ装置を示し、ダはｎｍＧａ
Ａｓ基板であって、基板ケ上にはバッファ層としてのｎ
型Ｇａ、Ａ８層５を介して下部クラッド層としてｎ型Ａ
ＩＧｃＬＡ８層６があシ、その上に光を放出するＧａＡ
ｓ活性層ｌがある。この活性、層ｌはＡＩＧｃＬＡＪ１
層、ＧＩＺＡＩＩとＡｌＧａＡｓ　（成るいはＡｌＡｓ
）、゛、め−組成の異々る二種の半導体超薄膜から成る
単Ｊｌ］量子井戸型構造、成るいは交互に多数積重ねた
多層量子井戸型構造としても良い。

活性層ｌの上には光しみ出し層としてｐ型ＡｌＧａＡ３
層３があシ、その上には例えば１００Ｘ厚のＧｃＬＡｓ
層と例えば１００Ｘ厚のＡｌＧａＡｓ層の多層構造体に
ｐ型不純物としてＢ、を添加したｐ型超格子層？、ｐ型
Ａｊ　ＧａＡ３層’％ｐ型ＧａＡ、層９が順に〜形゛成
されと上層上及び基板底面にはそれぞれ電極／、３．　
／４１が設けられている。

ｐ型超格子層７は、第２図に示すように、中央部分に所
定の間隔を隔てて設けられた超格子構造領域１０と、上
記領域を除いて超格子層のｐ型不純物以上の濃度のｓフ
イオンを注入したｎ型の非超格子構造領域／／、／／’
とから成る。非超格子構造領域を形成するための不純物
は超格子構造と異々つだ導電型を形成する原子が好まし
いが、同一導電型を形成する不純物でも良い。同一導電
型を形成する不純物を用いる場合は後述するごとく超格
子領域での電流の閉じ込めが超格子構造と非超格子構造
の各領域の組成の違いのみによるが、異なった導電型の
場合にはＰＮ接合による電流の閉じ込めが出来るので有
利で一！、 子構造を形成するのであって、具体的には発振λ 方向と垂直な方向に所定の間隔（ｄ＝ｍπ）で超格子層
に不純物のイオン注入を行ない、熱処理によって超格子
構造を崩して超格子構造よシも小さな屈折率を持つ非超
格子混晶領域を作シ、夾効的な回折格子を形成している
。上述の不純物イオンの注入は径をサブミクロンのオー
ダで制御された集束イオンビームで行うことができるの
で、上述の間隔がサブミクロンのオーダであっても、正
確に不純物イオンの注入を行うと＝７− とができる。

上記回折格子として作用する超格子層７の中央領域を除
いた両側の非超格子化した領域／／’は電流と光の横方
向の閉じ込め機能を有する。

更に、上記の閉じ込め領域／／′の両端部にＳ（。

Ｂｅなどのイオンを１０１４／／−１＋！以上の高濃度
で注入した領域１．ｔを回折格子と平行にレーザの長さ
方向に形成し、しかる後にｐＷ　ＡＩ　Ｇａｋｓ層ｇ、
ｐ型ＧａＡＢ層９を結晶成長させると、この高濃度不純
物注入領域／コ上には多結晶層成るいは欠陥層／！ｒが
形＝Ｘされるととになシ、この多結晶層をエツチングに
ついて述べたが、ＧａＡｓ系に限らず、他の化合物半導
体レーザ装置についても同じような効果が期待できる。

上記構成の半導体レーザ装置の電極／、３．　／４ｔに
電流を供給すると、電極１３から注入された正孔と電極
ｌダから注入された電子は活性層ｌで結合して光を放出
する。放出された光のうち、活性層上部のしみ出し層３
にしみ出した光は回折格子によって反射され、定在波が
形成され発振現象が起こる。

この時、本発明の如く、回折格子を形成する超格子層の
導電型をｐ型に非超格子構造領域をＧｃＬＡ８とＡｌＧ
ａＡｓが混り合ったＡ　Ｉ　ＧａＡＪ混晶でｎ型にして
おくと電極／３から注入された正孔は非超格子構造領域
は通らず超格子構造領域のみを通ることになる。そこで
非超格子構造領域のピッ定在波が形成される。

め、利得が増え、発振効率が向上する。

また超格子構造領域はＧａｋｌｌとｋｌＧａｋの繰シ返
しで形成されているため、ＧｃＬＡ８とＡｌＧａＡｓの
禁制帯幅の差は流れる電子あるいは正孔のポテンシャル
バリアとなるため出来るだけ小さい方が望ましいが、一
方禁制帯幅の差を小さくするためＡｌＧａＡｓの混晶比
を小さくすると不純物のイオン注入によって混晶化した
時に超格子構造領域との屈折率差が小さくなシ光の閉じ
込め上下別である。Ｇａ、ｋｇ　−ＡｌＧｃＬＡｓ超格
子のポテンシャルバリアは電子のバリアが正孔のバリア
の５倍程度あり太きいとされている。そこで超格子構造
領域ハポテンシャルバリアの太きｆａｎ型とするよシは
ポテンシャルバリアの小さなｐ型とする方が抵抗が下が
シ有利である。

（実施例） ノ情厚のＧｃＬＡ８活性層／活性層子純物を５×１０１
シー３、不純物を２　Ｘ　１０”／ｄ添加したｐ型Ｇａ
ｐｓ（１ｏｏＸ厚）　　ＡｊＬａＧｃＬｏ、ｓＡｓ　（
１００Ｘ厚）２０層の超格子層７を順次分子線結晶成長
方法で成長する（第５図に））。

次いで、１０−１゜トール以上の高真空下でビーム径を
０．１μｍに収束したイオンビームを用いてマスクを使
用せずにｓ７を１００ＫｇＶの加速エネルギーで６Ｘ１
０”／−濃度で超格子層７に所定の間隔を保って注入す
る（第５図（ｂ））。この不純物注入領域／６のピッチ
を０．５６μ常とすると、三次の回折格子が得られると
とになる。更に、同じように不純物を中央の回折格子を
ストライプ状に残して両側の領域／７にも注入する（第
５図（Ｃ））。

その結果、この不純物注入領域／７によシ横方向の電流
と光の閉じ込めが行われることになる。

更に形成された半導体レーザ装置を同一基板上に形成さ
れた他のデバイスから電気的に分離イオン注入領域／コ
を形成する（第６図（ｄ））。上述の集束イオンと一ム
による不純物イオンの注入はマスクを用いず忙連続して
行うことができ；５ する。さらに、上記回折格子形成の際に位相′ｖＩＡ整
１′１ 、・用の部分的にピッチの異なる部分を作ることも容易
である。

上述のように超格子層に不純物を注入して非超格子構造
領域を形成したら、その上に不純物を５　Ｘ　１０　／
ｃｄ添加したｐ型ＡｌＧａム８層１１不純物をｌＸ１０
／ｃｄ添加したｐ型ＧａＡａ層りを連続して高真空下で
結晶成長し、最後に最上層上に金属を蒸着してｔ極１３
とする（第３図（ｄ））。不純物の活性化成るいは不純
物注入部分の非超格子化のため、上記の電極形成前に８
００℃３０分程度のアニール処理を行う。

高イオン注入領域ノー上に成長した結晶は多結ａ成るい
は欠陥層であって容易に他の領域と区別してエツチング
により除去することができ、隣接した基板に形成された
デバイスと容易に電気的に分離することができる。第４
図はその一実施例を示し、二つのデバイスを形成する領
域除去することによって、両デバイスはｔｌｔ気的に層
とする方が好ましいときは、形成した層の電極／Ｊが設
けられる位置の下部に亜鉛を拡散して導電状態とすれば
良い。

なお、図示の実施例ではいずれも、回折格子を活性層の
上に設けたレーザ装置を示したが、回折格子を活性層の
下に８けても、同様の効果が得られる。また、超格子層
を構成するＧａム１とλ１ＧａＡｓの厚さ成るいは層数
などは上述の実施例にａ足されるものではない。

（発明の効果） この発明のレーザ装置は上記の説明で明らか一／Ｊ− なように、これまで形成が面倒であった回折格子構造を
超格子構造領域に集束イオンビームにより不純物イオン
を注入することにより形成するので、微細な回折格子で
も正確且つ容易に製造することができる。また電流は回
折格子の超格子領域にのみ流れて、発生する定在波忙影
響電子デバイスの集積化に大いに＊献するものでた斜面
図、第６図Ｇ）−（ｅ丹よとの発明の牛導体レーザ装置
の製造工程を示す斜視図、第４図は同一基板Ｋａのデバ
イスを形成した状態な示す斜視図、第５図はこれまでの
分布延数帰還型半導体レーザ装置の斜視図である。

図中、／・・・活性層、−・・・光しみ出し層、弘・・
・−／ダー 基板、２・・・下部クラッド層、７・・・超格子層、ｔ
・・・上部り２ラド層、１０・・・超格子構造領域、／
／・・・非超格子構造領域、ｌλ・・・高洟度イオン注
入領域。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層の上または下に回折格子構造を有する半導
   体レーザ装置において、該回折格子構造を超格子構造領
   域と該超格子構造領域への不純物イオン注入によつて形
   成する非超格子構造領域によって構成したことを特徴と
   する半導体レーザ装置。
2. （２）不純物イオン注入によって形成する非超格子構造
   領域の導電型が超格子構造領域の導電型と同じである特
   許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。
3. （３）不純物イオン注入によつて形成する非超格子構造
   領域の導電型が超格子構造領域の導電型と異なる特許請
   求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。
4. （４）超格子構造領域の導電型がｐ型である特許請求の
   範囲第１項、第２項または第３項記 載の半導体レーザ装置。