JPS617680A - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザの製造方法Info
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- JPS617680A JPS617680A JP59128714A JP12871484A JPS617680A JP S617680 A JPS617680 A JP S617680A JP 59128714 A JP59128714 A JP 59128714A JP 12871484 A JP12871484 A JP 12871484A JP S617680 A JPS617680 A JP S617680A
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- semiconductor layer
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- Optics & Photonics (AREA)
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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】
（発明の技術分野）
本発明は分布帰還型半導体レーザ、分布ブラッグ反射型
半導体レーザ等、素子につり多つけの回折格子が形成さ
れた半導体レーザの製造方法に関する。
半導体レーザ等、素子につり多つけの回折格子が形成さ
れた半導体レーザの製造方法に関する。
（従来技術とその問題）
直流動作時のみならず高速変調時にも安定に単一軸モー
ド発振を示す分布帰還型（ＤＦＢ ）半導体レーザ、あ
るいは分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザが長
距離・大容量光ファイバ通信用光源として期待を集めて
いる。これらの半導体レーザはいずれも素子につくシつ
けの回折格子を有しておシ、回折格子中を光波が共振し
てレーザ発振するものである。単一モード光ファイバの
最低損失波長帯である１、３〜１．６μｍの波長で発振
するＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系のＤＦＢ−ＬＤ、Ｄ
ＢＲ−ＬＤが種々開発され、発振しきい値電流３０〜４
０ｍＡ。
ド発振を示す分布帰還型（ＤＦＢ ）半導体レーザ、あ
るいは分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザが長
距離・大容量光ファイバ通信用光源として期待を集めて
いる。これらの半導体レーザはいずれも素子につくシつ
けの回折格子を有しておシ、回折格子中を光波が共振し
てレーザ発振するものである。単一モード光ファイバの
最低損失波長帯である１、３〜１．６μｍの波長で発振
するＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系のＤＦＢ−ＬＤ、Ｄ
ＢＲ−ＬＤが種々開発され、発振しきい値電流３０〜４
０ｍＡ。
２０ ｍＷ程度まで単一軸モード発振するという例が報
告されている。
告されている。
ところでこれらのＤＦＢ−ＬＤｌＤＢＲ−ＬＤにおいて
は光波と回折格子との結合が重要なパラメータであシ、
シきい値電流、量子効率等のレーザ特性の点から回折格
子が深く、結合係数が大きいことが重要である。
は光波と回折格子との結合が重要なパラメータであシ、
シきい値電流、量子効率等のレーザ特性の点から回折格
子が深く、結合係数が大きいことが重要である。
回折格子と光波との結合は屈折率の異なる半導体層間の
周期的な屈折率変動を利用するものであシ、半導体基板
あるいはエビ成長層上にレーザ干渉露光等により回折格
子を形成した後、それとは屈折率の異なる半導体層を積
層させる。ところが回折格子を形成した後の結晶成長工
程において、例えば液相エピタキシャル成長法によると
、熱あるいはメルトバックによる回折格子の変形が生じ
、良好なレーザ特性が得られないことが多かった。
周期的な屈折率変動を利用するものであシ、半導体基板
あるいはエビ成長層上にレーザ干渉露光等により回折格
子を形成した後、それとは屈折率の異なる半導体層を積
層させる。ところが回折格子を形成した後の結晶成長工
程において、例えば液相エピタキシャル成長法によると
、熱あるいはメルトバックによる回折格子の変形が生じ
、良好なレーザ特性が得られないことが多かった。
（発明の目的）
本発明の目的は上述の観点にたって、ＤＦＢ−ＬＤ、Ｄ
ＢＲ−ＬＤ等において、回折格子上の結晶成長を良好に
行ない、結晶成長後にも回折格子が十分良好に保存され
、素子特性、製造の歩留シが大幅に向上した半導体レー
ザの製造方法を提供することにある。
ＢＲ−ＬＤ等において、回折格子上の結晶成長を良好に
行ない、結晶成長後にも回折格子が十分良好に保存され
、素子特性、製造の歩留シが大幅に向上した半導体レー
ザの製造方法を提供することにある。
（発明の構成）
本発明による半導体レーザの製造方法の構成は、半導体
基板上に、少なくとも活性層、ガイド層、回折格子を内
包する積層構造を形成する工程を有する半導体レーザの
製造方法において、回折格子を不純物キャリア濃度の低
成長メルトに接触させて当該回折格子上に半導体層を形
成し、次いでこの半導体層が形成された積層体を前記半
導体層Ｉの不純物濃度よりも高い不純物キャリア濃度を
有する成長メルトに接触させて前記半導体層に前記半導
体層よりも不純物キャリア濃度の高い半導体層を形成す
る液相エピタキシャル成長工程を備えていることに特徴
がある。
基板上に、少なくとも活性層、ガイド層、回折格子を内
包する積層構造を形成する工程を有する半導体レーザの
製造方法において、回折格子を不純物キャリア濃度の低
成長メルトに接触させて当該回折格子上に半導体層を形
成し、次いでこの半導体層が形成された積層体を前記半
導体層Ｉの不純物濃度よりも高い不純物キャリア濃度を
有する成長メルトに接触させて前記半導体層に前記半導
体層よりも不純物キャリア濃度の高い半導体層を形成す
る液相エピタキシャル成長工程を備えていることに特徴
がある。
以下実施例等を示す図面を用いて本発明をよシ詳細に説
明する。
明する。
（発明の原理）
第１図は従来例によるＩｎＧａＡｓＰ／ ＩｎＰ系ＤＦ
Ｂ−ＬＤの製造方法を示す図である。従来例のこのよう
な方法においては、まずｎ −ＩｎＰ基板１上に例えば
発光波長１．５５μｍに相当するノンドープＩｎｏ、！
ｌｏ Ｇａｏ、ｎ ｋｓｏ、ｏｏ Ｐａ、＋ｏ活性層２
、発光波長１．３μｍに相当するＰ −Ｉ！’ＩＯ，？
２ＧａＯＪＩＩＡＳ０．６１ＰＯＪｌｌガイド層３を順
次積層した後、ガイド層３表面にレーザｆ干渉露光、化
学エツチング技技によって回折格子４を形成する。回折
格子４は１次の場合で通常周期２４００ Ｘ １深さ８
００Ｘ程度のものである。そのような半導体ウェファ上
にｐ −ＩｎＰクラッド層５を積層させる。回折格子４
の熱による劣化を防止するために６５０℃前後の通常の
結晶成長温度よりも５０〜１００℃低い温度で成長を行
なったシ、あるいはＩｎＰカバーや、ＰＨ，ガスを導入
する等の手段をとっているが、それでも保存の度合い、
再現性は悪く、回折格子４の深さは３００Ｘ以下となる
ことが多かった。また同一半導体ウェファ内の面内での
不均一性も大きく、成長層ごとのノ（ラツキも太きかり
た。
Ｂ−ＬＤの製造方法を示す図である。従来例のこのよう
な方法においては、まずｎ −ＩｎＰ基板１上に例えば
発光波長１．５５μｍに相当するノンドープＩｎｏ、！
ｌｏ Ｇａｏ、ｎ ｋｓｏ、ｏｏ Ｐａ、＋ｏ活性層２
、発光波長１．３μｍに相当するＰ −Ｉ！’ＩＯ，？
２ＧａＯＪＩＩＡＳ０．６１ＰＯＪｌｌガイド層３を順
次積層した後、ガイド層３表面にレーザｆ干渉露光、化
学エツチング技技によって回折格子４を形成する。回折
格子４は１次の場合で通常周期２４００ Ｘ １深さ８
００Ｘ程度のものである。そのような半導体ウェファ上
にｐ −ＩｎＰクラッド層５を積層させる。回折格子４
の熱による劣化を防止するために６５０℃前後の通常の
結晶成長温度よりも５０〜１００℃低い温度で成長を行
なったシ、あるいはＩｎＰカバーや、ＰＨ，ガスを導入
する等の手段をとっているが、それでも保存の度合い、
再現性は悪く、回折格子４の深さは３００Ｘ以下となる
ことが多かった。また同一半導体ウェファ内の面内での
不均一性も大きく、成長層ごとのノ（ラツキも太きかり
た。
本願の発明者はこのような回折格子消失の度合いが成長
メルト中のｐ形不純物濃度に依存することを見出した。
メルト中のｐ形不純物濃度に依存することを見出した。
第２図はｐ −ＩｎＰ成長メルト中の不純物濃度とその
成長メルトを用いて１．３μｍ相当のガイド層３に形成
された回折格子４上にＩｎＰを成長させたときの、成長
前後での回折格子深さの保存の度合いを示している。わ
かりやすいようにそのようなメルトを用いて成長したと
きのＩｎＰ固相中の不純物キャリア濃度で示した。Ｉ
Ｘ １０”儒−３のキャリア濃度を得るのに実際には４
ｇのＩｎメルト中に約１０〜のＩｎＺｎ （１％ Ｚｎ
）合金を用いた。キャリア濃度は第２図の範囲内では
ＩｎＺｎ合金のしこみ量にほぼ比例した。成長温度は５
１０℃である。成長メルトのスーパークーリング過飽和
度は２０℃と設定した。図に示した実験結果からもわか
るように、ｌ Ｘ Ｉ Ｑ” ｃｐｎ−”程度のキャリ
ア濃度の成長メルトを用いると平均して半分以下になり
、バラツキも非常に大きい。これに対して１〜２ Ｘ
１０” ｃｍ−”程度のキャリア濃度の成長メルトを用
いると平均して６０チ程度保存され、バラツキもぐっと
不さかりた。
成長メルトを用いて１．３μｍ相当のガイド層３に形成
された回折格子４上にＩｎＰを成長させたときの、成長
前後での回折格子深さの保存の度合いを示している。わ
かりやすいようにそのようなメルトを用いて成長したと
きのＩｎＰ固相中の不純物キャリア濃度で示した。Ｉ
Ｘ １０”儒−３のキャリア濃度を得るのに実際には４
ｇのＩｎメルト中に約１０〜のＩｎＺｎ （１％ Ｚｎ
）合金を用いた。キャリア濃度は第２図の範囲内では
ＩｎＺｎ合金のしこみ量にほぼ比例した。成長温度は５
１０℃である。成長メルトのスーパークーリング過飽和
度は２０℃と設定した。図に示した実験結果からもわか
るように、ｌ Ｘ Ｉ Ｑ” ｃｐｎ−”程度のキャリ
ア濃度の成長メルトを用いると平均して半分以下になり
、バラツキも非常に大きい。これに対して１〜２ Ｘ
１０” ｃｍ−”程度のキャリア濃度の成長メルトを用
いると平均して６０チ程度保存され、バラツキもぐっと
不さかりた。
（発明の実施例）
そこではじめに回折格子４に触れるメルトの不純物濃度
を小さくしておけば回折格子４の保存に有効である。し
かしそのままｐ −ＩｎＰ層を成長させるとクラッド層
の不純物濃度が小さすぎて、レーザに作製した場合、量
子効率、温度特性等のレーザ特性が劣化してしまう。そ
こで低不純物濃度の第１の成長メルトで回折格子４をほ
ぼおおった後、高不純物濃度の第２の成長メルトで所望
の厚さだけｐ −ＩｎＰ層を成長すればよい。クラッド
層の濃度は５ Ｘ １０’７ ａｍ″′３以上とればレ
ーザ特性には問題ない。第３図はそのようにして作製し
た本発明の一実施例である。成長温度は５１０℃、成長
メルトの過飽和度は２０℃とした。従来例の場合と同じ
ようにｎ −ＩｎＰ基板１上に活性層２、ガイド層３、
回折格子′４を形成する。その上に上述の成長温度条件
で第１のｐ −ＩｎＰクラッド層６、第２のｐ −Ｉｎ
Ｐクラッド層７を続けて積層させる。
を小さくしておけば回折格子４の保存に有効である。し
かしそのままｐ −ＩｎＰ層を成長させるとクラッド層
の不純物濃度が小さすぎて、レーザに作製した場合、量
子効率、温度特性等のレーザ特性が劣化してしまう。そ
こで低不純物濃度の第１の成長メルトで回折格子４をほ
ぼおおった後、高不純物濃度の第２の成長メルトで所望
の厚さだけｐ −ＩｎＰ層を成長すればよい。クラッド
層の濃度は５ Ｘ １０’７ ａｍ″′３以上とればレ
ーザ特性には問題ない。第３図はそのようにして作製し
た本発明の一実施例である。成長温度は５１０℃、成長
メルトの過飽和度は２０℃とした。従来例の場合と同じ
ようにｎ −ＩｎＰ基板１上に活性層２、ガイド層３、
回折格子′４を形成する。その上に上述の成長温度条件
で第１のｐ −ＩｎＰクラッド層６、第２のｐ −Ｉｎ
Ｐクラッド層７を続けて積層させる。
第１のｐ −ＩｎＰクラッド層６の不純物キャリア濃度
は約Ｉ Ｘ １０” （＋ＩＬ−” 、厚さは回折格子
４の谷から測って０．１μｍ前後とした。この層は回折
格子４全体をおおわず、第４図のように回折格子４０山
部分をおおいきらないようにしてもよい。第２のｐ −
ＩｎＰクラッド層７は不純物キャリア濃度ＩＸＩ Ｑ”
ｅｘ−” 、厚さ１μｍとした。このようにして作製
したＤＨウェファをメサエッチング、埋め込み成長を行
ない、埋め込み構造のＤＦＢ−ＬＤを作製した。回折格
子４は成長後も５００〜６００Ｘ前後の深さに再現性よ
く保存することができ、作製したＤＦＢ−ＢＨＬＤは長
さ３００μｍ程度の両端面へまかい構造に切シ出し、室
温ＣＷでの発振しきい値電流２０〜３０ｍＡ、微分量子
効率２０〜３（ｌが得られ、＃丘とんどの素子が１００
℃以上までの安定なＣＷ単一軸モード発振を示した。
は約Ｉ Ｘ １０” （＋ＩＬ−” 、厚さは回折格子
４の谷から測って０．１μｍ前後とした。この層は回折
格子４全体をおおわず、第４図のように回折格子４０山
部分をおおいきらないようにしてもよい。第２のｐ −
ＩｎＰクラッド層７は不純物キャリア濃度ＩＸＩ Ｑ”
ｅｘ−” 、厚さ１μｍとした。このようにして作製
したＤＨウェファをメサエッチング、埋め込み成長を行
ない、埋め込み構造のＤＦＢ−ＬＤを作製した。回折格
子４は成長後も５００〜６００Ｘ前後の深さに再現性よ
く保存することができ、作製したＤＦＢ−ＢＨＬＤは長
さ３００μｍ程度の両端面へまかい構造に切シ出し、室
温ＣＷでの発振しきい値電流２０〜３０ｍＡ、微分量子
効率２０〜３（ｌが得られ、＃丘とんどの素子が１００
℃以上までの安定なＣＷ単一軸モード発振を示した。
回折格子４・を有するガイド層３上にＩｎＰクラッド層
を積層するにあたシ、不純物キャリア濃度の低い第１の
ｐ−ＩｎＰクラッド層６を積層した後に１ ×ｌ Ｑ”
促−”程度と通常レベルの不純物キャリア濃度の第２
のｐ −ＩｎＰクラッド層７を続けて積層することによ
シ回折格子４を良好に保存することが可能となシ、従来
例と比べてＤＦＢ−ＬＤにおける特性の再現性、素子製
造の歩留シが大幅に向上した。
を積層するにあたシ、不純物キャリア濃度の低い第１の
ｐ−ＩｎＰクラッド層６を積層した後に１ ×ｌ Ｑ”
促−”程度と通常レベルの不純物キャリア濃度の第２
のｐ −ＩｎＰクラッド層７を続けて積層することによ
シ回折格子４を良好に保存することが可能となシ、従来
例と比べてＤＦＢ−ＬＤにおける特性の再現性、素子製
造の歩留シが大幅に向上した。
なお実施例において、説明はＤＦＢ−ＬＤを例にとって
行なグたが、もちろん本発明はＤＢＲ−ＬＤについても
適用可能である。また用いる材料としてＩｎＰにほぼ格
子整合したＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を示したが、
もちろんこの材料系にのみ限るもので杜ない。
行なグたが、もちろん本発明はＤＢＲ−ＬＤについても
適用可能である。また用いる材料としてＩｎＰにほぼ格
子整合したＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を示したが、
もちろんこの材料系にのみ限るもので杜ない。
（発明の効果）
本発明の特徴はＤＦＢ／ＤＢＲ−ＬＤの回折格子上への
液相エピタキシャル成長において、少なくとも第１ｊ第
２の半導体層を順次積層させ、はじめに低不純物濃度の
成長メルトで回折格子上に結晶成長させたことである。
液相エピタキシャル成長において、少なくとも第１ｊ第
２の半導体層を順次積層させ、はじめに低不純物濃度の
成長メルトで回折格子上に結晶成長させたことである。
これにより、メルトバックによって消失゛しやすかった
回折格子を従来例と比べて比較的良好に保存することが
可能となシ、ＤＦＢ／ＤＢＲ−ＬＤにおける素子特性の
再現性、製造の歩留υが大幅に向上した。
回折格子を従来例と比べて比較的良好に保存することが
可能となシ、ＤＦＢ／ＤＢＲ−ＬＤにおける素子特性の
再現性、製造の歩留υが大幅に向上した。
第１図は従来例の製造方法を示す図、第２図は成長層の
不純物キャリア濃度と回折格子の保存率の関係を示す図
、第３図は本発明による一実施例を示す図である。図中
１はｎ −ＩｎＰ基板、２はＩｎｏ、Ｂｌｌ Ｇａ６．
４１ Ａｓ（１１ｇｌｌ Ｐ６．．６活性層、３ ｆｉ
ｐ −Ｉｎ６．Ｈ−Ｇａｏ、ｘｉ Ａｓ６，６１ Ｐ
ｏ、ｓｏガイド層、４は回折格子、５はｐ −ＩｎＰク
ラッド層、６は第１のｐ −ＩｎＰクラッド層、７は第
２のｐ −ＩｎＰクラッド層をそれぞれあられす。 閏環人弁理士 ８原 晋 論２図 八（ツ響の坏斤七才勿キャリアＪＪ（ｃ−＋−”）第３
図
不純物キャリア濃度と回折格子の保存率の関係を示す図
、第３図は本発明による一実施例を示す図である。図中
１はｎ −ＩｎＰ基板、２はＩｎｏ、Ｂｌｌ Ｇａ６．
４１ Ａｓ（１１ｇｌｌ Ｐ６．．６活性層、３ ｆｉ
ｐ −Ｉｎ６．Ｈ−Ｇａｏ、ｘｉ Ａｓ６，６１ Ｐ
ｏ、ｓｏガイド層、４は回折格子、５はｐ −ＩｎＰク
ラッド層、６は第１のｐ −ＩｎＰクラッド層、７は第
２のｐ −ＩｎＰクラッド層をそれぞれあられす。 閏環人弁理士 ８原 晋 論２図 八（ツ響の坏斤七才勿キャリアＪＪ（ｃ−＋−”）第３
図
Claims (1)
- 半導体基板上に、少なくとも活性層、ガイド層、回折
格子を内包する積層構造を形成する工程を有する半導体
レーザの製造方法において、回折格子を不純物キャリア
濃度の低い成長メルトに接触させて当該回折格子上に半
導体層を形成し、次いでこの半導体層が形成された積層
体を前記半導体層の不純物濃度よりも高い不純物キャリ
ア濃度を有する成長メルトに接触させて前記半導体層上
に前記半導体層よりも不純物キャリア濃度の高い半導体
層を形成する液相エピタキシャル成長工程を備えている
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59128714A JPS617680A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | 半導体レ−ザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59128714A JPS617680A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | 半導体レ−ザの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS617680A true JPS617680A (ja) | 1986-01-14 |
Family
ID=14991608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59128714A Pending JPS617680A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | 半導体レ−ザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS617680A (ja) |
-
1984
- 1984-06-22 JP JP59128714A patent/JPS617680A/ja active Pending
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