JP2687449B2 - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法Info
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光情報処理、光通信の分野で用いられる半導
体レーザ詳しくはリッジストライプ型レーザに関する。
体レーザ詳しくはリッジストライプ型レーザに関する。
（従来技術の問題点） 半導体レーザは小型かつ低消費電力であるため光情報
処理、光通信等に広く用いられている。さらに半導体レ
ーザを多数集積化した光ICも盛んに研究がなされてい
る。光ICに搭載する半導体レーザに対しては、高歩留ま
りおよび均一性が強く要求されている。これに対してリ
ッジストライプレーザは製作が容易なため高歩留まりで
かつ均一性が良い特徴を有しており、光ICの光源として
重要な半導体レーザである（例えば、電子通信学会技術
研究報告OQE85−81参照）。しかしながら光ICにおいて
マトリクス状に半導体レーザを搭載する場合には、劈開
によってレーザ共振面（レーザ反射面）を得る事は困難
であるため、エッチングによってレーザ共振面を形成す
る必要がある。レーザ共振面のエッチング法として最も
有力な方法はリアクティブイオンビームエッチング法
（略してRIBE法）と呼ばれる方法である。これはイオン
をビーム状にして試料に照射してエッチングする方法で
あり、エッチング側面の平坦性および直線性に優れてい
るためレーザ共振面を容易に形成する事が出来る。しか
しながらRIBE法で、上述したリッジストライプレーザの
レーザ共振面を作成する様な場合には、リッジストライ
プ側面のエッチングが遅くエッチングむらが生じやすい
という問題があった。このため作成したリッジストライ
プレーザのレーザ共振面の平坦性が悪く、ミラー損失が
大きくなるため、発振閾値電流が増大するうという問題
があった。
処理、光通信等に広く用いられている。さらに半導体レ
ーザを多数集積化した光ICも盛んに研究がなされてい
る。光ICに搭載する半導体レーザに対しては、高歩留ま
りおよび均一性が強く要求されている。これに対してリ
ッジストライプレーザは製作が容易なため高歩留まりで
かつ均一性が良い特徴を有しており、光ICの光源として
重要な半導体レーザである（例えば、電子通信学会技術
研究報告OQE85−81参照）。しかしながら光ICにおいて
マトリクス状に半導体レーザを搭載する場合には、劈開
によってレーザ共振面（レーザ反射面）を得る事は困難
であるため、エッチングによってレーザ共振面を形成す
る必要がある。レーザ共振面のエッチング法として最も
有力な方法はリアクティブイオンビームエッチング法
（略してRIBE法）と呼ばれる方法である。これはイオン
をビーム状にして試料に照射してエッチングする方法で
あり、エッチング側面の平坦性および直線性に優れてい
るためレーザ共振面を容易に形成する事が出来る。しか
しながらRIBE法で、上述したリッジストライプレーザの
レーザ共振面を作成する様な場合には、リッジストライ
プ側面のエッチングが遅くエッチングむらが生じやすい
という問題があった。このため作成したリッジストライ
プレーザのレーザ共振面の平坦性が悪く、ミラー損失が
大きくなるため、発振閾値電流が増大するうという問題
があった。
そこで本発明の目的は、上述した様なエッチングむら
が無く、平坦性の良好なレーザ共振面を有するリッジス
トライプ型の半導体レーザとその製造方法を提供する事
にある。
が無く、平坦性の良好なレーザ共振面を有するリッジス
トライプ型の半導体レーザとその製造方法を提供する事
にある。
（問題を解決するための手段） 以下の問題点を解決するために、半導体基板と、この
半導体基板上に形成された下側クラッド層と、この下側
クラッド層の上に形成された活性層と、この活性層の上
に形成されかつリッジストライプ状の形状を有する上側
クラッド層とを有するリッジストライプ型の半導体レー
ザにおいて、上側クラッド層が２つの幅の広いストライ
プ状領域とこれらの領域を接続する幅の狭いストライプ
状領域とから構成されるリッジストライプ状の構造を含
み、幅の広いストライプ状領域の側面には活性層に対し
て垂直もしくは45゜の角度をなすレーザ反射面が設けて
あり幅の狭いストライプ状領域上には電極が設けてあ
り、幅の広いストライプ状領域の幅が、レーザ反射面上
の光のスポットサイズによりも充分に広く形成されたこ
とを特徴とする半導体レーザを提供する。
半導体基板上に形成された下側クラッド層と、この下側
クラッド層の上に形成された活性層と、この活性層の上
に形成されかつリッジストライプ状の形状を有する上側
クラッド層とを有するリッジストライプ型の半導体レー
ザにおいて、上側クラッド層が２つの幅の広いストライ
プ状領域とこれらの領域を接続する幅の狭いストライプ
状領域とから構成されるリッジストライプ状の構造を含
み、幅の広いストライプ状領域の側面には活性層に対し
て垂直もしくは45゜の角度をなすレーザ反射面が設けて
あり幅の狭いストライプ状領域上には電極が設けてあ
り、幅の広いストライプ状領域の幅が、レーザ反射面上
の光のスポットサイズによりも充分に広く形成されたこ
とを特徴とする半導体レーザを提供する。
この半導体レーザの製造方法としては、半導体基板上
に下側クラッド層を形成する工程と、その上部に活性層
を形成する工程と、上側クラッド層の少なくとも一部を
エッチングによって除去して二つの幅の広いストライプ
状領域とその中間をつなぐ幅の狭いストライプ状領域と
から構成されるリッジストライプ状の構造を形成する工
程と、ドライエッチングを用いて前記幅の広いストライ
プ状領域の一部をエッチングしてレーザ反射面を形成す
る工程とを含むことを特徴とする。
に下側クラッド層を形成する工程と、その上部に活性層
を形成する工程と、上側クラッド層の少なくとも一部を
エッチングによって除去して二つの幅の広いストライプ
状領域とその中間をつなぐ幅の狭いストライプ状領域と
から構成されるリッジストライプ状の構造を形成する工
程と、ドライエッチングを用いて前記幅の広いストライ
プ状領域の一部をエッチングしてレーザ反射面を形成す
る工程とを含むことを特徴とする。
（作用） 上述した従来の半導体レーザとその製造方法における
エッチングむらの原因として以下の理由が考えられる。
すなわち、RIBE法はエッチング種（例えばCIイオン）が
ビーム状に飛来して半導体と反応する。反応して出来る
反応生成物は蒸発するがあるものは再び半導体表面には
付着する。この再付着した反応生成物は、通常はあとか
らやって来るエッチングビームで、エッチングされて蒸
発する。しかしながら、リッジストライプの様なストラ
イプ状突起を持ち凹凸の大きな半導体のエッチングの場
合には事情がやや異なる。すなわち、リッジストライプ
の側面はエッチングビームとほぼ平行ななため、エッチ
ングビームが直接照射されない。このためにリッジスト
ライプ側面に付着した反応生成物はエッチングされず
に、厚く堆積するため、リッジストライプ側面のエッチ
ングが非常に遅くなる問題が生ずる。このため従来の製
造方法では、第１図に示す様にリッジストライプ側面に
エッチングむら13が生じてこの部分でレーザ出力光が散
乱を受けてミラー損失が大きくなる問題がある。
エッチングむらの原因として以下の理由が考えられる。
すなわち、RIBE法はエッチング種（例えばCIイオン）が
ビーム状に飛来して半導体と反応する。反応して出来る
反応生成物は蒸発するがあるものは再び半導体表面には
付着する。この再付着した反応生成物は、通常はあとか
らやって来るエッチングビームで、エッチングされて蒸
発する。しかしながら、リッジストライプの様なストラ
イプ状突起を持ち凹凸の大きな半導体のエッチングの場
合には事情がやや異なる。すなわち、リッジストライプ
の側面はエッチングビームとほぼ平行ななため、エッチ
ングビームが直接照射されない。このためにリッジスト
ライプ側面に付着した反応生成物はエッチングされず
に、厚く堆積するため、リッジストライプ側面のエッチ
ングが非常に遅くなる問題が生ずる。このため従来の製
造方法では、第１図に示す様にリッジストライプ側面に
エッチングむら13が生じてこの部分でレーザ出力光が散
乱を受けてミラー損失が大きくなる問題がある。
そこで本発明では、上述したエッチングむらの影響を
除去するために、レーザ共振面近傍のみリッジストライ
プを広くした。こうすると、レーザ主要部は幅の狭いリ
ッジストライプで構成されているためにレーザ共振面で
のビームスポットサイズは幅の狭いリッジストライプ部
分の幅で決まる。このためビームスポットの幅に比べ
て、レーザ共振面近傍のリッジストライプの幅を充分広
くすればリッジストライプ側面のエッチングむらの影響
はほとんど除去出来る。このため低閾値で発振するドラ
イエッチングによるレーザ共振面を有するリッジストラ
イプレーザが容易に得られた。
除去するために、レーザ共振面近傍のみリッジストライ
プを広くした。こうすると、レーザ主要部は幅の狭いリ
ッジストライプで構成されているためにレーザ共振面で
のビームスポットサイズは幅の狭いリッジストライプ部
分の幅で決まる。このためビームスポットの幅に比べ
て、レーザ共振面近傍のリッジストライプの幅を充分広
くすればリッジストライプ側面のエッチングむらの影響
はほとんど除去出来る。このため低閾値で発振するドラ
イエッチングによるレーザ共振面を有するリッジストラ
イプレーザが容易に得られた。
（実施例） 次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。第１図
は本発明の第１の実施例の半導体レーザの共振面と垂直
な断面構造図である。この図において、上側クラッド層
４は幅が狭いストライプ状領域として狭ストライプ部６
と幅の広いストライプ状領域として広ストライプ部７よ
り形成されている。さらに広ストライプ７には活性層３
に対して90゜の角度を持つレーザ反射面として90゜ミラ
ー11が形成されている。狭ストライプ部６の上にはＰ側
電極10が基板１にはｎ側電極15が配置されている。この
構造の半導体レーザは第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）に示した工程により製造できる。
は本発明の第１の実施例の半導体レーザの共振面と垂直
な断面構造図である。この図において、上側クラッド層
４は幅が狭いストライプ状領域として狭ストライプ部６
と幅の広いストライプ状領域として広ストライプ部７よ
り形成されている。さらに広ストライプ７には活性層３
に対して90゜の角度を持つレーザ反射面として90゜ミラ
ー11が形成されている。狭ストライプ部６の上にはＰ側
電極10が基板１にはｎ側電極15が配置されている。この
構造の半導体レーザは第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）に示した工程により製造できる。
まず第２図（ａ）に示す様にタブルヘテロ構造をｎ−
GaAs基板１上に結晶成長する。成長方法は分子線エピタ
クシー（MBE）法、気相成長方法等のどの成長方法に依
っても良い。このダブルヘテロ構造はAlGaAs/GaAs系材
料からなっており、ｎ型グラッド層２（ｎ−alXCGa1-XC
As、Xc＝0.3〜0.7、厚さ１〜３μｍ）活性層３（GaAs、
厚さ500〜2000Å）、Ｐ型クラッド層４（Ｐ−AlXCGa
1-XCAs、厚さ１〜３μｍ）、キャップ層５（P+−GaAs、
厚さ2000〜5000Å）から構成される。次に第２図（ｂ）
に示す様に幅が狭いストライプ状領域として狭ストライ
プ部６および幅の広いストライプ状領域として広ストラ
イプ部７からなるリッジストライプ８を形成する。エッ
チング方法は化学エッチング法、ドライエッチング法の
いずれでも良い。狭ストライプ部６の幅は１〜５μｍ、
広ストライプ部７の幅は狭ストライプ部より10〜20μｍ
広くして20μｍ前後が適当である。広ストライプ部７の
幅をあまり狭くするとRIBEによって形成させるレーザ反
射面の90゜ミラー11のエッチングの際のエッチングむら
がレーザスポット12に近づき過ぎて、レーザ特性を損ね
る。一方、広ストライプ部７の幅をあまり広くするとこ
の広ストライプ部７の両脇への電流モレが大きくなる可
能性があって好ましくない。リッジストライプ８の高さ
は、リッジストライプ８の底部でのＰ型クラッド層４の
厚さを1000〜3000Åとするのがレーザの横モード制御お
よび横方向へのモレ電流の抑制のために好ましい。次に
第２図（ｃ）に示す様にSiN膜９を形成し次に狭ストラ
イプ部６のみSiN膜を除去する。除去のプロセスはホト
レジストを塗布した後、O2のドライエッチングによって
レジストをエッチングする。こうすると狭ストライプ部
６の頂部が突出しているために最初に狭ストライプ部６
の頂部の上のホトレジストが除去される事を利用すると
良い。次にＰ側電極10を形成し狭ストライプ部９以外の
Ｐ側電極９およびSiN膜10をホトエッチングによって除
去する。次に第２図（ｄ）に示す様にRIBEによってエッ
チングで90゜ミラー11を形成する。本実施例ではECRプ
ラズマを用いてClイオン、Clラジカルを発生させるRIBE
技術によって垂直度、平坦性の良好な90゜ミラー11を得
た。又、広ストライプ部７の側面のエッチングにおいて
はエッチングむら13が生ずるが、これはレーザスポット
12から充分離れているため、エッチングむら12の影響は
ほとんど無く、良好な光出力特性が得られた。又、広ス
トライプ部７の共振器方向の長さは、まあり長いと光の
吸収損失が大となって好ましくない。これは広ストライ
プ部には電極を設けていないため、非励起となっており
光吸収が大きいためである。しかしながらあまり広スト
ライプ部７の長さを短くするとホトエッチング工程の目
合せが困難となるため好ましくない。従って本実施例で
は広ストライプ部の共振器方向の長さとして３〜５μｍ
程度とした。
GaAs基板１上に結晶成長する。成長方法は分子線エピタ
クシー（MBE）法、気相成長方法等のどの成長方法に依
っても良い。このダブルヘテロ構造はAlGaAs/GaAs系材
料からなっており、ｎ型グラッド層２（ｎ−alXCGa1-XC
As、Xc＝0.3〜0.7、厚さ１〜３μｍ）活性層３（GaAs、
厚さ500〜2000Å）、Ｐ型クラッド層４（Ｐ−AlXCGa
1-XCAs、厚さ１〜３μｍ）、キャップ層５（P+−GaAs、
厚さ2000〜5000Å）から構成される。次に第２図（ｂ）
に示す様に幅が狭いストライプ状領域として狭ストライ
プ部６および幅の広いストライプ状領域として広ストラ
イプ部７からなるリッジストライプ８を形成する。エッ
チング方法は化学エッチング法、ドライエッチング法の
いずれでも良い。狭ストライプ部６の幅は１〜５μｍ、
広ストライプ部７の幅は狭ストライプ部より10〜20μｍ
広くして20μｍ前後が適当である。広ストライプ部７の
幅をあまり狭くするとRIBEによって形成させるレーザ反
射面の90゜ミラー11のエッチングの際のエッチングむら
がレーザスポット12に近づき過ぎて、レーザ特性を損ね
る。一方、広ストライプ部７の幅をあまり広くするとこ
の広ストライプ部７の両脇への電流モレが大きくなる可
能性があって好ましくない。リッジストライプ８の高さ
は、リッジストライプ８の底部でのＰ型クラッド層４の
厚さを1000〜3000Åとするのがレーザの横モード制御お
よび横方向へのモレ電流の抑制のために好ましい。次に
第２図（ｃ）に示す様にSiN膜９を形成し次に狭ストラ
イプ部６のみSiN膜を除去する。除去のプロセスはホト
レジストを塗布した後、O2のドライエッチングによって
レジストをエッチングする。こうすると狭ストライプ部
６の頂部が突出しているために最初に狭ストライプ部６
の頂部の上のホトレジストが除去される事を利用すると
良い。次にＰ側電極10を形成し狭ストライプ部９以外の
Ｐ側電極９およびSiN膜10をホトエッチングによって除
去する。次に第２図（ｄ）に示す様にRIBEによってエッ
チングで90゜ミラー11を形成する。本実施例ではECRプ
ラズマを用いてClイオン、Clラジカルを発生させるRIBE
技術によって垂直度、平坦性の良好な90゜ミラー11を得
た。又、広ストライプ部７の側面のエッチングにおいて
はエッチングむら13が生ずるが、これはレーザスポット
12から充分離れているため、エッチングむら12の影響は
ほとんど無く、良好な光出力特性が得られた。又、広ス
トライプ部７の共振器方向の長さは、まあり長いと光の
吸収損失が大となって好ましくない。これは広ストライ
プ部には電極を設けていないため、非励起となっており
光吸収が大きいためである。しかしながらあまり広スト
ライプ部７の長さを短くするとホトエッチング工程の目
合せが困難となるため好ましくない。従って本実施例で
は広ストライプ部の共振器方向の長さとして３〜５μｍ
程度とした。
次に第２の実施例について説明する。第３図は第２の
実施例の半導体レーザ及びその製造方法を示したもので
ある。第１の実施例と異なるのは、第３図の（ｄ）の工
程である。この工程においてRIBE技術を用いて反射面を
形成する。この工程では片面は90゜ミラー、もう一方の
片面は45゜傾斜した45゜ミラーを形成する。こうすると
45゜ミラーにおいて半導体レーザ内部の光が垂直に反射
するため、レーザ出力光22がｎ−GaAs基板に対して垂直
に出射される。この場合にもリッジストライプ８に45゜
ミラー20を形成するとリッジ側面の部分でエッチング断
差21を生ずる。しかしながら本発明の製造方法によれば
広ストライプ部７の幅が45゜ミラー20で反射されるレー
ザ内部光の幅に比べて充分広いためエッチング断差21の
影響を受けずに高効率のレーザ出力光22を面方向に取り
出すことが出来た。
実施例の半導体レーザ及びその製造方法を示したもので
ある。第１の実施例と異なるのは、第３図の（ｄ）の工
程である。この工程においてRIBE技術を用いて反射面を
形成する。この工程では片面は90゜ミラー、もう一方の
片面は45゜傾斜した45゜ミラーを形成する。こうすると
45゜ミラーにおいて半導体レーザ内部の光が垂直に反射
するため、レーザ出力光22がｎ−GaAs基板に対して垂直
に出射される。この場合にもリッジストライプ８に45゜
ミラー20を形成するとリッジ側面の部分でエッチング断
差21を生ずる。しかしながら本発明の製造方法によれば
広ストライプ部７の幅が45゜ミラー20で反射されるレー
ザ内部光の幅に比べて充分広いためエッチング断差21の
影響を受けずに高効率のレーザ出力光22を面方向に取り
出すことが出来た。
以上述べた実施例においては活性層を単層構造とした
が、光ガイド層を伴う構造や、多重量子井戸構造等の多
層構造としても良い。又、本実施例では材料系としてAl
GaAs/GaAs系を用いたが、これに限らずInGaAsP/InP系、
InAlGaAs/InP系等の多の材料においても適用出来る事は
言うまでもない。
が、光ガイド層を伴う構造や、多重量子井戸構造等の多
層構造としても良い。又、本実施例では材料系としてAl
GaAs/GaAs系を用いたが、これに限らずInGaAsP/InP系、
InAlGaAs/InP系等の多の材料においても適用出来る事は
言うまでもない。
第１図は本発明の第１の実施例の半導体レーザの断面構
造図、第２図はその製造方法を示す図、第３図は本発明
の第２の実施例の半導体レーザ及びその製造方法を示す
図である。 図中、１はｎ−GaAs基板、２はｎ型クラッド層、３は活
性層、４はＰ型クラッド層、５はキャップ層、６は狭ス
トライプ部、７は広ストライプ部、８はリッジストライ
プ、９はSiN膜、10はＰ型電極、11は90゜ミラー、12は
レーザスポット、13はエッチングむら、14はレーザ出力
光、15はｎ側電極、20は45゜ミラー、21はエッチング断
差、22はレーザ出力光である。
造図、第２図はその製造方法を示す図、第３図は本発明
の第２の実施例の半導体レーザ及びその製造方法を示す
図である。 図中、１はｎ−GaAs基板、２はｎ型クラッド層、３は活
性層、４はＰ型クラッド層、５はキャップ層、６は狭ス
トライプ部、７は広ストライプ部、８はリッジストライ
プ、９はSiN膜、10はＰ型電極、11は90゜ミラー、12は
レーザスポット、13はエッチングむら、14はレーザ出力
光、15はｎ側電極、20は45゜ミラー、21はエッチング断
差、22はレーザ出力光である。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板と、この半導体基板上に形成さ
れた下側クラッド層と、この下側クラッド層の上に形成
された活性層と、この活性層の上に形成されかつリッジ
ストライプ状の形状を有する上側クラッド層とを有する
リッジストライプ型の半導体レーザにおいて、 前記上側クラッド層が２つの幅の広いストライプ状領域
とこれらの領域を接続する幅の狭いストライプ状領域と
から構成されるリッジストライプ状の構造を含み、 前記幅の広いストライプ状領域の側面には前記活性層に
対して垂直もしくは45゜の角度をなすレーザ反射面が設
けてあり前記幅の狭いストライプ状領域上には電極が設
けてあり、 前記幅の広いストライプ状領域の幅が、レーザ反射面上
の光のスポットサイズによりも充分に広く形成された ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】半導体基板上に下側クラッド層を形成する
工程と、その上部に活性層を形成する工程と、前記上側
クラッド層の少なくとも一部をエッチングによって除去
して二つの幅の広いストライプ状領域とその中間をつな
ぐ幅の狭いストライプ状領域とから構成されるリッジス
トライプ状の構造を形成する工程と、ドライエッチング
を用いて前記幅の広いストライプ状領域の一部をエッチ
ングしてレーザ反射面を形成する工程とを含むことを特
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 |
|---|---|---|---|
| JP63156125A JP2687449B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63156125A JP2687449B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01321676A JPH01321676A (ja) | 1989-12-27 |
| JP2687449B2 true JP2687449B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=15620872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63156125A Expired - Lifetime JP2687449B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687449B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2564343B2 (ja) * | 1987-12-23 | 1996-12-18 | 株式会社日立製作所 | 半導体レーザ装置 |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP63156125A patent/JP2687449B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01321676A (ja) | 1989-12-27 |
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