JPS61191089A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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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。
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
本発明は複数の異なる発振波長を有する多波長半導体レ
ーザおよびその製造方法に関するものである。
ーザおよびその製造方法に関するものである。
従来の技術
最近の光情報処理分野において、光ディスク等の光学的
記録再生装置に、データの書き込み、読み出し消去用の
半導体レーザが用いられる。そして、用途によシ、書き
込みの後すぐに読み出したい場合とか、消去しつつその
後に書き込み、読出しを行ないたい場合がおる。この場
合、書き込み用の半導体レーザ光の波長（λ１とする）
と読み出し用の波長（λ、とする）は異なるほうがよい
（λ１〉λＲ）。何故ならばこれらの半導体レーザは近
接して配置されているので、読み出し時に書き込み時の
信号が混ざることをさけるためであり、読み出し時の信
号を正確にするため、読み出し用レーザ光のスポット径
を小さくする（波長を短くする）ためでもある。
記録再生装置に、データの書き込み、読み出し消去用の
半導体レーザが用いられる。そして、用途によシ、書き
込みの後すぐに読み出したい場合とか、消去しつつその
後に書き込み、読出しを行ないたい場合がおる。この場
合、書き込み用の半導体レーザ光の波長（λ１とする）
と読み出し用の波長（λ、とする）は異なるほうがよい
（λ１〉λＲ）。何故ならばこれらの半導体レーザは近
接して配置されているので、読み出し時に書き込み時の
信号が混ざることをさけるためであり、読み出し時の信
号を正確にするため、読み出し用レーザ光のスポット径
を小さくする（波長を短くする）ためでもある。
他には高品位テレビ画像を記録する場合にも、輝度信号
とカラー信号を別々のレーザ波長で書き込みたい要望が
おる。これらを考えうるに波長の異なる複数個の半導体
レーザを１チツプ化したい要望がますます強くなってき
ている。又大容量通信の光多重通信の光源としての要望
も強いものがある。
とカラー信号を別々のレーザ波長で書き込みたい要望が
おる。これらを考えうるに波長の異なる複数個の半導体
レーザを１チツプ化したい要望がますます強くなってき
ている。又大容量通信の光多重通信の光源としての要望
も強いものがある。
従来、この種の半導体レーザとして第５図に示すような
通常のダブルへテロ構造を２度積層し、上部のダブルへ
テロ構造の一部を除去して、下部のダブルへテロ構造に
対する半導体レーザ用の電極を形成したものがある（
５ｈｉｒｏ ５ａｋ２Ｌｉ ：ＫｌｅＯｔｒＯｎｉＣ８
Ｌ８ｔｔ 、 １８ （１９Ｂ ２） １７．）。
通常のダブルへテロ構造を２度積層し、上部のダブルへ
テロ構造の一部を除去して、下部のダブルへテロ構造に
対する半導体レーザ用の電極を形成したものがある（
５ｈｉｒｏ ５ａｋ２Ｌｉ ：ＫｌｅＯｔｒＯｎｉＣ８
Ｌ８ｔｔ 、 １８ （１９Ｂ ２） １７．）。
ここで、活性層１に対して電極２．活性ｍ３に対極
して電４が各々レーザ駆動用の電極となっている。
電極５は共通電極であり、今、ム領域の半導体レーザを
駆動させると発振波長λ、のレーザ光が出射され、Ｂ領
域の半導体レーザを駆動させると発振波長λ２のレーザ
光が出射する仕組みになっていた。
駆動させると発振波長λ、のレーザ光が出射され、Ｂ領
域の半導体レーザを駆動させると発振波長λ２のレーザ
光が出射する仕組みになっていた。
発明が解決しようとする問題点
第５図ではＡ領域の電極材料（例えばＡｕ ／ Ｚｎ
）とＢ領域の電極材料（例えば人ｕ ／ Ｓｎ ）とは
異なるので少なくとも３度の電極形成工程を必要とし、
又番手導体レーザの活性領域が異なるエピタキシャル層
で構成される等プロセスが複雑になる難点があった。さ
らに電極４−５間を１つの半導体レーザとみた場合、電
極６の下の領域でのシート抵抗が大きくなるので、電極
２−５間の半導体レーザに比べ発振のしきい値電流が上
る等の特性が劣る問題が６った。
）とＢ領域の電極材料（例えば人ｕ ／ Ｓｎ ）とは
異なるので少なくとも３度の電極形成工程を必要とし、
又番手導体レーザの活性領域が異なるエピタキシャル層
で構成される等プロセスが複雑になる難点があった。さ
らに電極４−５間を１つの半導体レーザとみた場合、電
極６の下の領域でのシート抵抗が大きくなるので、電極
２−５間の半導体レーザに比べ発振のしきい値電流が上
る等の特性が劣る問題が６った。
問題点を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するため、多波長生層
導体レーザの活性層は同−成ｎ域を電気的に分離して形
成し、しかも異なる発振波長を得るものである。すなわ
ち本発明は上記問題点を解決するため、化合物半導体基
板上に、第１の半導体層と、２元るるいは３元系以上の
組成の異なった２種類以上の化合物半導体薄膜を交互に
３層以上積み重ねて構成した薄膜多層の第２の半導体層
と、第３の半導体層を順次形成した積層構造を有し、上
記第２の半導体層中の薄膜の膜厚あるいは各薄膜境界領
域の形状が異なる複数領域を電気的に分離した多波長半
導体レーザを提供するものでおる。発振波長を変えるだ
めに、たとえば同一成長層領域を分けてレーザアニー〃
を施す。
成し、しかも異なる発振波長を得るものである。すなわ
ち本発明は上記問題点を解決するため、化合物半導体基
板上に、第１の半導体層と、２元るるいは３元系以上の
組成の異なった２種類以上の化合物半導体薄膜を交互に
３層以上積み重ねて構成した薄膜多層の第２の半導体層
と、第３の半導体層を順次形成した積層構造を有し、上
記第２の半導体層中の薄膜の膜厚あるいは各薄膜境界領
域の形状が異なる複数領域を電気的に分離した多波長半
導体レーザを提供するものでおる。発振波長を変えるだ
めに、たとえば同一成長層領域を分けてレーザアニー〃
を施す。
作用
本発明は上記構成において、半導体レーザの活性層は多
重量子井戸層（ｔｏｕａｔｉ −ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅ
ｌ１層Ｓ ＭＱＷ層）あるいは単一量子井戸層（Ｓｉｎ
ｇｌａ−ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌ１層：ＳＱＷ層）で形
成されている。このＭＱＷｉｌは２０Ａ〜２００人程度
の膜厚のウェル層とバリヤ層の交互の繰シ返しの薄膜多
層構造で構成されている。一般にこのＭＱＷＩでの発光
波長はウニ／ｌ／層の形状や膜厚で決ってくるので、電
気的に分離された各ＭＱＷ層のウェル層の形状や膜厚を
、エピタキシャル成長時のＭＱＷ層の形状をレーザアニ
ール等によシ局所アニ一μをすることにより変化させる
ことができ、このことによって各ＭＱＷｉｌから出射す
るレーザ光の波長を変えることができるのである。
重量子井戸層（ｔｏｕａｔｉ −ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅ
ｌ１層Ｓ ＭＱＷ層）あるいは単一量子井戸層（Ｓｉｎ
ｇｌａ−ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌ１層：ＳＱＷ層）で形
成されている。このＭＱＷｉｌは２０Ａ〜２００人程度
の膜厚のウェル層とバリヤ層の交互の繰シ返しの薄膜多
層構造で構成されている。一般にこのＭＱＷＩでの発光
波長はウニ／ｌ／層の形状や膜厚で決ってくるので、電
気的に分離された各ＭＱＷ層のウェル層の形状や膜厚を
、エピタキシャル成長時のＭＱＷ層の形状をレーザアニ
ール等によシ局所アニ一μをすることにより変化させる
ことができ、このことによって各ＭＱＷｉｌから出射す
るレーザ光の波長を変えることができるのである。
実施例
第１図から第４図までを用いて本発明の詳細な説明する
。第１図はエピタキシャル成長により形成された本実施
例装置の積層構造を示している。
。第１図はエピタキシャル成長により形成された本実施
例装置の積層構造を示している。
今、半導体材料としてＧａ Ａｓ系を例にとって説明す
る。まずｎ” ＧａムＳ基基板上上順次バッファ層とし
てのｎ Ｇａ Ａｓ層７、クラッド層８としてのｎ Ｇ
ａ 、−ｙムＪｙ Ａｓ 、活性層としてのＭＱＷＩｓ
、クラッド層１０としてのｐＧａ、−アムｌｙ Ａｓ
、そしてキャップ層としてのｐ＋Ｇ１１ＬムＳ層１１を
成長させる。
る。まずｎ” ＧａムＳ基基板上上順次バッファ層とし
てのｎ Ｇａ Ａｓ層７、クラッド層８としてのｎ Ｇ
ａ 、−ｙムＪｙ Ａｓ 、活性層としてのＭＱＷＩｓ
、クラッド層１０としてのｐＧａ、−アムｌｙ Ａｓ
、そしてキャップ層としてのｐ＋Ｇ１１ＬムＳ層１１を
成長させる。
尚、半導体レーザとしての電極は省略している。
第２図は第１図のＭＱＷ層９の拡大図である。
ＭＱＷ層９は、バリヤ層として例えばＧａ、−アＡｌア
ムＳ層１２ Ｃｘ＜ｙ）ｓつｚ、ｕ層として例えばＧａ
Ａｓ層１３が２０人〜２００人程度の薄膜で交互に繰
シ返して構成されている。
ムＳ層１２ Ｃｘ＜ｙ）ｓつｚ、ｕ層として例えばＧａ
Ａｓ層１３が２０人〜２００人程度の薄膜で交互に繰
シ返して構成されている。
第３図に本実施例の断面構造を示している。但し、電極
は省略しである。まず第１図のようなエピタキシャル成
長後、局所的にレーザビーム１４、レーザビーム１５を
照射する。レーザとして、例えば出力６ＷのＹＡＧレー
ザを用いる。スポット径として６μｍ程度にはしぼるこ
とができ数ｍ５ｅｃのオーダーでＳｃ亀ｎｎｉｎｇ ５
ｐｅｅｄを変えることによシ、レーザビーム１４と１６
のレーザビーム強度は変化させることができる。今、表
面から活性層としてのＭＱＷ層９までは１μｍ〜２μｍ
であるから、この強度で約１０００℃近くまで十分昇温
できることになる。こうすることによシ領域Ｃと領域り
のレーザアニーｐのされ方が異なることになる。次に領
域Ｃと領域りの境界において、表面からプロトン１６を
例えば、３００ ＫｅＶで照射すると約２μｍまで打ち
込むことができ、このプロトン照射領域が電気的な分離
領域１７となる。
は省略しである。まず第１図のようなエピタキシャル成
長後、局所的にレーザビーム１４、レーザビーム１５を
照射する。レーザとして、例えば出力６ＷのＹＡＧレー
ザを用いる。スポット径として６μｍ程度にはしぼるこ
とができ数ｍ５ｅｃのオーダーでＳｃ亀ｎｎｉｎｇ ５
ｐｅｅｄを変えることによシ、レーザビーム１４と１６
のレーザビーム強度は変化させることができる。今、表
面から活性層としてのＭＱＷ層９までは１μｍ〜２μｍ
であるから、この強度で約１０００℃近くまで十分昇温
できることになる。こうすることによシ領域Ｃと領域り
のレーザアニーｐのされ方が異なることになる。次に領
域Ｃと領域りの境界において、表面からプロトン１６を
例えば、３００ ＫｅＶで照射すると約２μｍまで打ち
込むことができ、このプロトン照射領域が電気的な分離
領域１７となる。
ところでレーザアニーμされたＭＱＷＮ９は、第４図で
示すように、第４図の左側（２Ｌ）の結晶成長後のシャ
ープな伝導帯のバンド構造にくらべ、右側（ｂ）のよう
なウェル層１３とバリヤ層１２の境界がゆるやかになる
。これはレーザアニーμのエネルギーにより構成元素が
勤いたためである。レーザアニー〃の強度を変えること
によりこの形状を変えることができる。第４図の中に電
子の量子準位を示しであるが、形状がくずれることによ
り量子準位は上る傾向にるる。それ故、レーザアニール
量を変化させることによシ、領域Ｃからはλ。
示すように、第４図の左側（２Ｌ）の結晶成長後のシャ
ープな伝導帯のバンド構造にくらべ、右側（ｂ）のよう
なウェル層１３とバリヤ層１２の境界がゆるやかになる
。これはレーザアニーμのエネルギーにより構成元素が
勤いたためである。レーザアニー〃の強度を変えること
によりこの形状を変えることができる。第４図の中に電
子の量子準位を示しであるが、形状がくずれることによ
り量子準位は上る傾向にるる。それ故、レーザアニール
量を変化させることによシ、領域Ｃからはλ。
の発光波長が、領域りからはλ４の発光波長が出射させ
ることができる。発光波長の差Δλとしては数ｊｏｎｍ
程度は十分に得ることができる。今、多波長レーザとし
て、３種類以上の発光波長がほしい場合について２つの
領域を代表して述べたが、２波長でよい場合は第３図に
おいては、例えば片方の領域だけをレーザアニールを施
し、もう一方は結晶成長後のそのままの構造を用いてよ
いことはいうまでもない。領域ＣとＤを電気的に分離す
るのはレーザアニール処理後行なってもよいし、レーザ
アニール前に行なってもよい。分離方法としては、前述
のプロトン照射の他に、エッチ、ングで分離領域１７に
相当する領域を除去してもよいし、エツチング除去後、
Ｓｉ３Ｎ４膜やＳｉｎ、、膜やポリイミツド膜等を埋め
込んでもよい。ＭＱＷ層９の形成には有機金属気相成長
法（ＭｏＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＫ法
）で行なうのがよい。各半導体レーザの活性層は電気的
に独立しており、独立に駆動電極を設ければ独立に変調
できる。
ることができる。発光波長の差Δλとしては数ｊｏｎｍ
程度は十分に得ることができる。今、多波長レーザとし
て、３種類以上の発光波長がほしい場合について２つの
領域を代表して述べたが、２波長でよい場合は第３図に
おいては、例えば片方の領域だけをレーザアニールを施
し、もう一方は結晶成長後のそのままの構造を用いてよ
いことはいうまでもない。領域ＣとＤを電気的に分離す
るのはレーザアニール処理後行なってもよいし、レーザ
アニール前に行なってもよい。分離方法としては、前述
のプロトン照射の他に、エッチ、ングで分離領域１７に
相当する領域を除去してもよいし、エツチング除去後、
Ｓｉ３Ｎ４膜やＳｉｎ、、膜やポリイミツド膜等を埋め
込んでもよい。ＭＱＷ層９の形成には有機金属気相成長
法（ＭｏＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＫ法
）で行なうのがよい。各半導体レーザの活性層は電気的
に独立しており、独立に駆動電極を設ければ独立に変調
できる。
発明の効果
本発明の半導体装置によれば、モノリシックな多波長半
導体レーザの構造において、同一の多重量子井戸層を電
気的に分離し、たとえばレーザアニールによシ局所的に
井戸層の形状を変えることにより、簡単に所望の複数の
異なる発光波長を出射し、かつ各半導体レーザを独立に
変調できる半導体レーザを提供できるものである。１．
３μｍ帯の長波長レーザに本発明を適用すると光多重通
信にも応用できる。光情報処理の分野においては高密度
高速転送が可能な光学的記録再生装置が要望されており
、半導体レーザはよシ短波長化が望まれているが、本発
明はＧＩＬ、−８ム１ｘＡｓ ／ ＧａＡｓ系に限らず
、Ｉ ｎ 、−ｘ ＧａｘＡｓ ｙ ｐ＋ −ｙ／ Ｉ
ｕ ｐ系。
導体レーザの構造において、同一の多重量子井戸層を電
気的に分離し、たとえばレーザアニールによシ局所的に
井戸層の形状を変えることにより、簡単に所望の複数の
異なる発光波長を出射し、かつ各半導体レーザを独立に
変調できる半導体レーザを提供できるものである。１．
３μｍ帯の長波長レーザに本発明を適用すると光多重通
信にも応用できる。光情報処理の分野においては高密度
高速転送が可能な光学的記録再生装置が要望されており
、半導体レーザはよシ短波長化が望まれているが、本発
明はＧＩＬ、−８ム１ｘＡｓ ／ ＧａＡｓ系に限らず
、Ｉ ｎ 、−ｘ ＧａｘＡｓ ｙ ｐ＋ −ｙ／ Ｉ
ｕ ｐ系。
Ｉ ｎ １− Ｘ ＧａｘＡｓ、 ｐ ＋ −ｙ／ Ｉ
ｎ １− ｚ Ｇａｘｐ ／ Ｇａ Ａｓ系。
ｎ １− ｚ Ｇａｘｐ ／ Ｇａ Ａｓ系。
（Ａ４ｘＧａ ｊ −ｚ ）ｙ Ｉｎ ｊ −ｙ ｐ
／ Ｇａ ｈｓ系等にも適用可能で、モノリシック多波
長レーザの実用化に大きく貢献するものである。
／ Ｇａ ｈｓ系等にも適用可能で、モノリシック多波
長レーザの実用化に大きく貢献するものである。
第１図は本発明の半導体装置の一実施例のエピタキシャ
ル成長基板を説明するための図、第２図は同半導体装置
の主要部の拡大図、第３図は本発明の一実施例の半導体
レーザの断面図、第４図は局所アニーμによる伝導帯の
形状変化の説明をするための図、第５図は従来の半導体
レーザの説明をするための図である。 ６・・・・・・ｎ”ＧａムＳ基板、７・・・・・・ＨＧ
ａ Ａｓ層、８゜１ｏ・・・−・・クラッド層、９・・
・・・・ＭＱＷ活性層、１２・・・・・・バリヤ層、１
３・・・・・・ウェル層、１４，１５・・・・・・レー
ザビーム、１６・・・・・・プロトン。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 第 ４ 図
ル成長基板を説明するための図、第２図は同半導体装置
の主要部の拡大図、第３図は本発明の一実施例の半導体
レーザの断面図、第４図は局所アニーμによる伝導帯の
形状変化の説明をするための図、第５図は従来の半導体
レーザの説明をするための図である。 ６・・・・・・ｎ”ＧａムＳ基板、７・・・・・・ＨＧ
ａ Ａｓ層、８゜１ｏ・・・−・・クラッド層、９・・
・・・・ＭＱＷ活性層、１２・・・・・・バリヤ層、１
３・・・・・・ウェル層、１４，１５・・・・・・レー
ザビーム、１６・・・・・・プロトン。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 第 ４ 図
Claims (10)
- （１）化合物半導体基板上に、第１の半導体層と、２元
あるいは３元系以上の組成の異なった２種類以上の化合
物半導体薄膜を交互に３層以上積み重ねて形成した薄膜
多層の第２の半導体層と、第３の半導体層を順次形成し
た積層構造を有し、上記第２の半導体層中の薄膜の膜厚
あるいは各薄膜境界領域の形状が異なる複数領域を電気
的に分離していることを特徴とする半導体装置。 - （２）第１及び第３の半導体層の禁制帯幅が薄膜多層の
第２の半導体層の半導体の最も広い禁制帯にくらべ、同
じかそれ以上広いことを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項に記載の半導体装置。 - （３）半導体装置が発振波長の異なる多波長半導体レー
ザであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
記載の半導体装置。 - （４）化合物半導体基板はＧａＡｓであり、他の領域の
半導体はＧａＡｓとＧａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ（０
≦ｘ≦１）であることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項に記載の半導体装置。 - （５）化合物半導体基板上に、第１の半導体層と、２元
あるいは３元素以上の組成の異なった２種類以上の化合
物半導体薄膜を交互に３層以上積み重ねて構成した薄膜
多層の第２の半導体層と、第３の半導体層とを順次形成
した積層構造を有し、上記第１の半導体層側から少なく
とも上記薄膜多層の第２の半導体層の第３の半導体層側
端部に届く領域まで上記化合物半導体基板上の一部ある
いは全体にわたって局所アニールを施し、上記局所アニ
ール量を上記化合物半導体基板上で少なくとも２領域以
上で異ならせると共に、上記各局所アニール領域を電気
的に分離することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （６）局所アニールがレーザーアニールで行なわれるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（５）項に記載の半導
体装置の製造方法。 - （７）局所アニール量がレーザーのパワーや照射量で制
御されることを特徴とする特許請求の範囲第（６）項に
記載の半導体装置の製造方法。 - （８）電気的分離が局所アニール処理の後に行なわれる
ことを特徴とする特許請求の範囲第（５）項に記載の半
導体装置の製造方法。 - （９）電気的分離は、プロトン照射あるいは前記電気的
分離領域に該当する半導体層のエッチングによる除去あ
るいは前記エッチング除去領域に窒化シリコンあるいは
酸化シリコンあるいはポリイミドを埋めることにより行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第（５）項に記載
の半導体装置の製造方法。 - （１０）薄膜多層領域は有機金属気相成長法で形成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第（５）項に記載の半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60032041A JPS61191089A (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US06/829,090 US4747110A (en) | 1985-02-13 | 1986-02-13 | Semiconductor laser device capable of emitting laser beams of different wavelengths |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60032041A JPS61191089A (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61191089A true JPS61191089A (ja) | 1986-08-25 |
Family
ID=12347780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60032041A Pending JPS61191089A (ja) | 1985-02-13 | 1985-02-20 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61191089A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63119591A (ja) * | 1986-10-09 | 1988-05-24 | アモコ・コーポレーション | 薄い固体フィルムからなる層状構造体の選択的混合方法 |
| JPS63200587A (ja) * | 1987-02-17 | 1988-08-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多波長半導体レーザアレイ装置の製造方法 |
-
1985
- 1985-02-20 JP JP60032041A patent/JPS61191089A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63119591A (ja) * | 1986-10-09 | 1988-05-24 | アモコ・コーポレーション | 薄い固体フィルムからなる層状構造体の選択的混合方法 |
| JPS63200587A (ja) * | 1987-02-17 | 1988-08-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多波長半導体レーザアレイ装置の製造方法 |
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