JP2000323794A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JP2000323794A JP2000323794A JP12737999A JP12737999A JP2000323794A JP 2000323794 A JP2000323794 A JP 2000323794A JP 12737999 A JP12737999 A JP 12737999A JP 12737999 A JP12737999 A JP 12737999A JP 2000323794 A JP2000323794 A JP 2000323794A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- current
- laser according
- contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いキンクレベルと温度特性との両立を図っ
た半導体レーザを提供すること。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流ブロック
層、第二導電型第二クラッド層、コンタクト層および電
極を有し、前記第一電流ブロック層および前記第二導電
型第二クラッド層が電流注入領域を形成する半導体レー
ザであって、横方向の実効屈折率差Δｎeffが、発光波
長において２．５×１０-3〜５．０×１０-3であって、
かつ、前記電流注入領域の幅Ｗが、１．５〜２．５μｍ
であり、かつ、前記電極の底面の一部が前記コンタクト
層の上面と接するように構成される電流狭窄構造を有す
ることを特徴とする半導体レーザ。
た半導体レーザを提供すること。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流ブロック
層、第二導電型第二クラッド層、コンタクト層および電
極を有し、前記第一電流ブロック層および前記第二導電
型第二クラッド層が電流注入領域を形成する半導体レー
ザであって、横方向の実効屈折率差Δｎeffが、発光波
長において２．５×１０-3〜５．０×１０-3であって、
かつ、前記電流注入領域の幅Ｗが、１．５〜２．５μｍ
であり、かつ、前記電極の底面の一部が前記コンタクト
層の上面と接するように構成される電流狭窄構造を有す
ることを特徴とする半導体レーザ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関す
るものである。本発明のレーザは特に光ファイバー増幅
器用の励起光源等高出力、長寿命を要求される用途に好
適に用いられる。
るものである。本発明のレーザは特に光ファイバー増幅
器用の励起光源等高出力、長寿命を要求される用途に好
適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】近年における光情報処理技術、光通信技
術の進展は目覚ましい。例えば、光磁気ディスクによる
高密度記録、光ファイバーネットワークによる双方向通
信と枚挙に暇がない。特に通信分野においては、今後の
マルチメディア時代に本格的に対応する大容量の光ファ
イバー伝送路とともに、その伝送方式に対する柔軟性を
持つ信号増幅用のアンプとして、Ｅｒ3+等の希土類をド
ープした光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）の研究が各方
面で盛んに行われている。そして、ＥＤＦＡのコンポー
ネントとして不可欠な要素である高出力で長寿命の半導
体レーザの開発が待たれている。
術の進展は目覚ましい。例えば、光磁気ディスクによる
高密度記録、光ファイバーネットワークによる双方向通
信と枚挙に暇がない。特に通信分野においては、今後の
マルチメディア時代に本格的に対応する大容量の光ファ
イバー伝送路とともに、その伝送方式に対する柔軟性を
持つ信号増幅用のアンプとして、Ｅｒ3+等の希土類をド
ープした光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）の研究が各方
面で盛んに行われている。そして、ＥＤＦＡのコンポー
ネントとして不可欠な要素である高出力で長寿命の半導
体レーザの開発が待たれている。
【０００３】ＥＤＦＡ応用に供することのできる半導体
レーザの発光波長は原理的に３種類存在し、８００ｎ
ｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍである。このうち増幅器
そのものの側から見れば９８０ｎｍでの励起が、利得、
ノイズ等を考慮すると最も望ましいことが知られてい
る。この９８０ｎｍの発信波長を有するレーザは光ファ
イバーと結合させ利用するため、出射されるレーザ光
は、その横モードが注入電流、温度、ファイバー端面か
らの戻り光等によらずに安定していることがのぞまれ、
さらに、励起光源であることから、高出力、長寿命であ
ることが期待される。
レーザの発光波長は原理的に３種類存在し、８００ｎ
ｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍである。このうち増幅器
そのものの側から見れば９８０ｎｍでの励起が、利得、
ノイズ等を考慮すると最も望ましいことが知られてい
る。この９８０ｎｍの発信波長を有するレーザは光ファ
イバーと結合させ利用するため、出射されるレーザ光
は、その横モードが注入電流、温度、ファイバー端面か
らの戻り光等によらずに安定していることがのぞまれ、
さらに、励起光源であることから、高出力、長寿命であ
ることが期待される。
【０００４】さらこの近傍の波長ではＳＨＧ光源として
の要求もあり、その他種々の応用面においても高性能の
レーザの開発が待たれている。
の要求もあり、その他種々の応用面においても高性能の
レーザの開発が待たれている。
【０００５】しかしながら、従来報告されている９８０
ｎｍ近傍の波長を有する半導体レーザ、とくに、光学系
との結合を前提とした屈折率導波構造を有する素子には
以下のような問題が存在した。すなわち、高出力、例え
ば１５０〜２００ｍＷ程度の光出力領域において、キン
クと呼ばれる電流・光出力特性における非線形現象が観
測されている。これは、種々の原因による横モードの不
安定性によるものであり、ファイバーとの安定した結合
を妨げるものである。さらにこのキンクは、同様の層構
成を有するレーザにおいても、層の組成や厚さがわずか
に異なるだけで、比較的低い光出力の領域から観測さ
れ、温度を上昇させた際には、特に低い光出力の領域か
ら観測されてしまう。
ｎｍ近傍の波長を有する半導体レーザ、とくに、光学系
との結合を前提とした屈折率導波構造を有する素子には
以下のような問題が存在した。すなわち、高出力、例え
ば１５０〜２００ｍＷ程度の光出力領域において、キン
クと呼ばれる電流・光出力特性における非線形現象が観
測されている。これは、種々の原因による横モードの不
安定性によるものであり、ファイバーとの安定した結合
を妨げるものである。さらにこのキンクは、同様の層構
成を有するレーザにおいても、層の組成や厚さがわずか
に異なるだけで、比較的低い光出力の領域から観測さ
れ、温度を上昇させた際には、特に低い光出力の領域か
ら観測されてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの従来
技術の問題点を解決することを課題とした。すなわち本
発明は、高いキンクレベルと温度特性との両立を図るこ
とにあり、常温近傍では２５０ｍＷ程度のキンクレベル
を持った発振波長が９８０ｎｍ近傍の半導体レーザを提
供することを解決すべき課題とした。
技術の問題点を解決することを課題とした。すなわち本
発明は、高いキンクレベルと温度特性との両立を図るこ
とにあり、常温近傍では２５０ｍＷ程度のキンクレベル
を持った発振波長が９８０ｎｍ近傍の半導体レーザを提
供することを解決すべき課題とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者はこれらの課題
を解決すべく鋭意検討の結果、屈折率導波機構を有する
ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザにおいて、横方向の実効屈
折率差、レーザ発振に必要な電流狭窄のための電流注入
領域の幅、および電極の電流注入領域が、キンクレベル
およびその温度特性と密接に関係していることを見出
し、これらの範囲とその組み合わせを最適化することに
よって、高いキンクレベルと温度特性との両立を実現し
た。すなわち本発明は、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも
第一導電型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡ
ｓを含む活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流
ブロック層、第二導電型第二クラッド層、コンタクト層
および電極を有し、前記第一電流ブロック層および前記
第二導電型第二クラッド層が電流注入領域を形成する半
導体レーザであって、横方向の実効屈折率差Δｎ
effが、発光波長において２．５×１０-3〜５．０×１
０-3であって、かつ、前記電流注入領域の幅Ｗが、１．
５〜２．５μｍであり、かつ、前記電極の底面の一部が
前記コンタクト層の上面と接するように構成される電流
狭窄構造を有することを特徴とする半導体レーザを提供
する。本発明の半導体レーザの好ましい態様として、前
記電流狭窄構造が誘電体膜によって形成されている態
様；前記誘電体膜がＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまたはＡｌＯｘ
を含む態様；前記誘電体膜の厚みが５００ｎｍ以下であ
る態様；前記コンタクト層と電極の接触部分が、前記第
一電流ブロック層及び第二導電型第二クラッド層が形成
する電流注入領域の直上に有る態様；前記コンタクト層
と電極の接触部分の面積Ｓ1がコンタクト層の面積Ｓ0と
０．０１ｘＳ0＜Ｓ1＜０．５ｘＳ0の関係を満足する態
様；前記コンタクト層と電極の接触部分が当該レーザの
少なくとも１つの端面には存在しない態様；第一電流ブ
ロック層および第二導電型第二クラッド層がＡｌ、Ｇａ
およびＡｓを含む態様；第一電流ブロック層がＡｌzＧ
ａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）からなり、第二導電型第二ク
ラッド層がＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）からなる態
様；発光波長が９００〜１２００ｎｍである態様；発光
波長が９００〜１１００ｎｍである態様；光ファイバー
増幅器の励起光源用である態様；ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０
＜ｑ＜１）層およびＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）光
ガイド層からなる歪み量子井戸構造を有する活性層、Ａ
ｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）第二導電型第二クラッド
層、およびＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）第一電流ブ
ロック層から構成されるリッジ型またはグルーブ型の電
流注入領域を有し、各層の混晶比がｘ＜ｙ≦ｚなる関係
を有する態様；第二導電型第一クラッド層と第一電流ブ
ロック層の間にＡｌaＧａ1-aＡｓ（０≦ａ≦１）第二エ
ッチング阻止層とＩｎbＧａbＰ（０≦ｂ≦１）第一エッ
チング阻止層を有する態様を挙げることができる。な
お、本明細書において「〜」はその前後に記載される数
値を包含する範囲を示す。
を解決すべく鋭意検討の結果、屈折率導波機構を有する
ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザにおいて、横方向の実効屈
折率差、レーザ発振に必要な電流狭窄のための電流注入
領域の幅、および電極の電流注入領域が、キンクレベル
およびその温度特性と密接に関係していることを見出
し、これらの範囲とその組み合わせを最適化することに
よって、高いキンクレベルと温度特性との両立を実現し
た。すなわち本発明は、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも
第一導電型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡ
ｓを含む活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流
ブロック層、第二導電型第二クラッド層、コンタクト層
および電極を有し、前記第一電流ブロック層および前記
第二導電型第二クラッド層が電流注入領域を形成する半
導体レーザであって、横方向の実効屈折率差Δｎ
effが、発光波長において２．５×１０-3〜５．０×１
０-3であって、かつ、前記電流注入領域の幅Ｗが、１．
５〜２．５μｍであり、かつ、前記電極の底面の一部が
前記コンタクト層の上面と接するように構成される電流
狭窄構造を有することを特徴とする半導体レーザを提供
する。本発明の半導体レーザの好ましい態様として、前
記電流狭窄構造が誘電体膜によって形成されている態
様；前記誘電体膜がＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまたはＡｌＯｘ
を含む態様；前記誘電体膜の厚みが５００ｎｍ以下であ
る態様；前記コンタクト層と電極の接触部分が、前記第
一電流ブロック層及び第二導電型第二クラッド層が形成
する電流注入領域の直上に有る態様；前記コンタクト層
と電極の接触部分の面積Ｓ1がコンタクト層の面積Ｓ0と
０．０１ｘＳ0＜Ｓ1＜０．５ｘＳ0の関係を満足する態
様；前記コンタクト層と電極の接触部分が当該レーザの
少なくとも１つの端面には存在しない態様；第一電流ブ
ロック層および第二導電型第二クラッド層がＡｌ、Ｇａ
およびＡｓを含む態様；第一電流ブロック層がＡｌzＧ
ａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）からなり、第二導電型第二ク
ラッド層がＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）からなる態
様；発光波長が９００〜１２００ｎｍである態様；発光
波長が９００〜１１００ｎｍである態様；光ファイバー
増幅器の励起光源用である態様；ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０
＜ｑ＜１）層およびＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）光
ガイド層からなる歪み量子井戸構造を有する活性層、Ａ
ｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）第二導電型第二クラッド
層、およびＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）第一電流ブ
ロック層から構成されるリッジ型またはグルーブ型の電
流注入領域を有し、各層の混晶比がｘ＜ｙ≦ｚなる関係
を有する態様；第二導電型第一クラッド層と第一電流ブ
ロック層の間にＡｌaＧａ1-aＡｓ（０≦ａ≦１）第二エ
ッチング阻止層とＩｎbＧａbＰ（０≦ｂ≦１）第一エッ
チング阻止層を有する態様を挙げることができる。な
お、本明細書において「〜」はその前後に記載される数
値を包含する範囲を示す。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザにつ
いて詳細に説明する。本発明の半導体レーザは、（１）
横方向の実効屈折率差Δｎeffが、発光波長において
２．５×１０-3〜５．０×１０-3であること、（２）電
流注入領域の幅Ｗが１．５〜２．５μｍであること、お
よび、（３）電極の底面の一部がコンタクト層の上面と
接するように構成される電流狭窄構造を有することを特
徴とする。まず、横方向の実効屈折率差Δｎeffについ
て詳細に述べる。図１は本発明において使用する実効屈
折率差Δneffを説明するための素子の断面模式図を示し
ている。図１に使用されている素子構造は、屈折率導波
構造と呼ばれる屈折率差によりレーザ光の平行横モード
を閉じ込める構造である。電流注入領域と称するストラ
イプが形成されており、電流注入領域の両側面に配置さ
れた屈折率の低い第一電流ブロック層（９）により、活
性層に平行な方向に電流注入領域とその外部とで屈折率
段差がつくられているという特徴を有する。
いて詳細に説明する。本発明の半導体レーザは、（１）
横方向の実効屈折率差Δｎeffが、発光波長において
２．５×１０-3〜５．０×１０-3であること、（２）電
流注入領域の幅Ｗが１．５〜２．５μｍであること、お
よび、（３）電極の底面の一部がコンタクト層の上面と
接するように構成される電流狭窄構造を有することを特
徴とする。まず、横方向の実効屈折率差Δｎeffについ
て詳細に述べる。図１は本発明において使用する実効屈
折率差Δneffを説明するための素子の断面模式図を示し
ている。図１に使用されている素子構造は、屈折率導波
構造と呼ばれる屈折率差によりレーザ光の平行横モード
を閉じ込める構造である。電流注入領域と称するストラ
イプが形成されており、電流注入領域の両側面に配置さ
れた屈折率の低い第一電流ブロック層（９）により、活
性層に平行な方向に電流注入領域とその外部とで屈折率
段差がつくられているという特徴を有する。
【０００９】この場合、実効屈折率差Δｎeffは、近似
的には各層の組成および厚さならびに発光波長の関数と
なり、その理論および算出法は”Heterostructure Lase
rs;H.C. Casey, Jr., M.B. Panish; Academic Press (1
978)”のPart A, p20-p109およびpart B, p156-276なら
びに「半導体レーザ基礎と応用」（第５刷；伊藤良一、
中村道治共編；培風館；平成７年３月３０日出版）の３
章および５章等に記載されているが、本発明の層構成に
おける具体的算出方法は、以下の通りとする。
的には各層の組成および厚さならびに発光波長の関数と
なり、その理論および算出法は”Heterostructure Lase
rs;H.C. Casey, Jr., M.B. Panish; Academic Press (1
978)”のPart A, p20-p109およびpart B, p156-276なら
びに「半導体レーザ基礎と応用」（第５刷；伊藤良一、
中村道治共編；培風館；平成７年３月３０日出版）の３
章および５章等に記載されているが、本発明の層構成に
おける具体的算出方法は、以下の通りとする。
【００１０】実効屈折率差Δｎeffを求めるために、ま
ず電流注入領域の内部（図１でＡＡ*断面）で第一導電
型クラッド層（３）、活性層（４）、第二導電型第一ク
ラッド層（５）、第二導電型第二クラッド層（８）から
構成される多層膜をスラブ導波路とみなし、これを伝搬
するレーザ光の導波モードをＴＥモードについて計算
し、発振波長における基本モードの実効屈折率を求め
る。導波モードを計算するに際して、第一導電型クラッ
ド層（３）および第二導電型第二クラッド層（８）の厚
さを無限大とする近似を行う。また活性層が歪量子井戸
と光ガイド層から構成される場合には、計算に使用する
歪量子井戸の屈折率を光ガイド層の屈折率でおきかえる
近似を行う。こうして得られた基本モードに対する実効
屈折率をｎeff（ＡＡ*）とする。次に同様に電流注入領
域の外部（図１でＢＢ*断面）で第一導電型クラッド層
（３）、活性層（４）、第二導電型第一クラッド層
（５）、第一電流ブロック層（９）および第二導電型第
二クラッド層（８）から構成される多層膜をスラブ導波
路とみなし、導波モードの基本モードの実効屈折率を求
め、これをｎeff（ＢＢ*）とする。実際の素子の構造で
は図１で示した層の他に素子を形成するためのエッチン
グ阻止層などの層を挿入する場合が多いが、その場合は
断面ＡＡ＊および断面ＢＢ＊において第一導電型クラッ
ド層（３）と第二導電型第二クラッド層（８）の間に含
まれるすべての層から構成される多層膜についてそれぞ
れｎeff（ＡＡ*）およびｎeff（ＢＢ*）を求める。また
実際の素子の構造では電流注入領域の形状は図１に示し
たような矩形ではなく、逆台形状である場合が多いが、
その場合は電流注入領域の最も狭い部分の内部でｎeff
（ＡＡ*）を求め、電流注入領域の最も広い部分の外部
でｎeff（ＢＢ*）を求める。このようにして求めたｎ
eff（ＡＡ*）およびｎeff（ＢＢ*）から実効屈折率差を
Δｎeff＝ｎeff（ＡＡ*）−ｎeff（ＢＢ*）と定義す
る。
ず電流注入領域の内部（図１でＡＡ*断面）で第一導電
型クラッド層（３）、活性層（４）、第二導電型第一ク
ラッド層（５）、第二導電型第二クラッド層（８）から
構成される多層膜をスラブ導波路とみなし、これを伝搬
するレーザ光の導波モードをＴＥモードについて計算
し、発振波長における基本モードの実効屈折率を求め
る。導波モードを計算するに際して、第一導電型クラッ
ド層（３）および第二導電型第二クラッド層（８）の厚
さを無限大とする近似を行う。また活性層が歪量子井戸
と光ガイド層から構成される場合には、計算に使用する
歪量子井戸の屈折率を光ガイド層の屈折率でおきかえる
近似を行う。こうして得られた基本モードに対する実効
屈折率をｎeff（ＡＡ*）とする。次に同様に電流注入領
域の外部（図１でＢＢ*断面）で第一導電型クラッド層
（３）、活性層（４）、第二導電型第一クラッド層
（５）、第一電流ブロック層（９）および第二導電型第
二クラッド層（８）から構成される多層膜をスラブ導波
路とみなし、導波モードの基本モードの実効屈折率を求
め、これをｎeff（ＢＢ*）とする。実際の素子の構造で
は図１で示した層の他に素子を形成するためのエッチン
グ阻止層などの層を挿入する場合が多いが、その場合は
断面ＡＡ＊および断面ＢＢ＊において第一導電型クラッ
ド層（３）と第二導電型第二クラッド層（８）の間に含
まれるすべての層から構成される多層膜についてそれぞ
れｎeff（ＡＡ*）およびｎeff（ＢＢ*）を求める。また
実際の素子の構造では電流注入領域の形状は図１に示し
たような矩形ではなく、逆台形状である場合が多いが、
その場合は電流注入領域の最も狭い部分の内部でｎeff
（ＡＡ*）を求め、電流注入領域の最も広い部分の外部
でｎeff（ＢＢ*）を求める。このようにして求めたｎ
eff（ＡＡ*）およびｎeff（ＢＢ*）から実効屈折率差を
Δｎeff＝ｎeff（ＡＡ*）−ｎeff（ＢＢ*）と定義す
る。
【００１１】そして、本発明においては、この横方向の
実効屈折率差Δｎeffが下記式（Ｉ）を満足することを
特徴としており、これにより、キンクレベルの安定と高
温安定性の両立が可能となる。 ２．５×１０-3≦Δｎeff≦５．０×１０-3 ・・・・・ （Ｉ） なお、横方向とは、各層の積層方向と光の出射方向に対
してともに直交する方向のことである。
実効屈折率差Δｎeffが下記式（Ｉ）を満足することを
特徴としており、これにより、キンクレベルの安定と高
温安定性の両立が可能となる。 ２．５×１０-3≦Δｎeff≦５．０×１０-3 ・・・・・ （Ｉ） なお、横方向とは、各層の積層方向と光の出射方向に対
してともに直交する方向のことである。
【００１２】また、最適な実効屈折率差Δｎeffは、発
光波長および応用分野から求められる半導体レーザの特
性によって異なる。本発明半導体レーザは、Ｉｎ、Ｇａ
およびＡｓを含む活性層を有することを特徴としてお
り、上記式（Ｉ）は、この様な活性層からの９００〜１
２００ｎｍ程度、好ましくは９００〜１１００ｎｍ程度
の発光波長における実効屈折率差Δｎeffの最適範囲を
特定したものである。
光波長および応用分野から求められる半導体レーザの特
性によって異なる。本発明半導体レーザは、Ｉｎ、Ｇａ
およびＡｓを含む活性層を有することを特徴としてお
り、上記式（Ｉ）は、この様な活性層からの９００〜１
２００ｎｍ程度、好ましくは９００〜１１００ｎｍ程度
の発光波長における実効屈折率差Δｎeffの最適範囲を
特定したものである。
【００１３】本発明の半導体レーザは、屈折率導波機構
を有し、ＧａＡｓ基板上に少なくとも第一導電型クラッ
ド層、活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流ブ
ロック層および第二導電型第二クラッド層をこの順に有
する層構成をとる。この様な層構成を全て半導体材料で
構成することによりプレナー型のレーザとすることがで
き、放熱性、高温安定性に優れる。
を有し、ＧａＡｓ基板上に少なくとも第一導電型クラッ
ド層、活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流ブ
ロック層および第二導電型第二クラッド層をこの順に有
する層構成をとる。この様な層構成を全て半導体材料で
構成することによりプレナー型のレーザとすることがで
き、放熱性、高温安定性に優れる。
【００１４】図２は、本発明の半導体レーザにおけるエ
ピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レー
ザを構成した模式的一例である。本発明の半導体素子に
おいて、基板としては、格子整合性の点からＧａＡｓ単
結晶基板が使用される。かかるＧａＡｓ単結晶基板
（１）は、通常、バルク結晶から切り出して得られる。
ピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レー
ザを構成した模式的一例である。本発明の半導体素子に
おいて、基板としては、格子整合性の点からＧａＡｓ単
結晶基板が使用される。かかるＧａＡｓ単結晶基板
（１）は、通常、バルク結晶から切り出して得られる。
【００１５】バッファ層（２）は、基板バルク結晶の不
完全性を緩和し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄
膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。バ
ッファ層（２）は、基板（１）と同一の化合物で構成す
るのが好ましく、通常、ＧａＡｓが使用される。第一導
電型クラッド層（３）は、通常、活性層（４）の屈折率
より小さな屈折率を有する材料で構成され、バッファ層
（２）としてＧａＡｓを使用した場合は、通常、ＡｌＧ
ａＡｓ系材料（ＡｌVＧａ1-VＡｓ）が使用され、その混
晶比は、屈折率が上記の条件を満足する様に適宜選択さ
れる。
完全性を緩和し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄
膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。バ
ッファ層（２）は、基板（１）と同一の化合物で構成す
るのが好ましく、通常、ＧａＡｓが使用される。第一導
電型クラッド層（３）は、通常、活性層（４）の屈折率
より小さな屈折率を有する材料で構成され、バッファ層
（２）としてＧａＡｓを使用した場合は、通常、ＡｌＧ
ａＡｓ系材料（ＡｌVＧａ1-VＡｓ）が使用され、その混
晶比は、屈折率が上記の条件を満足する様に適宜選択さ
れる。
【００１６】活性層（４）の材料および構造は、目的と
する発光波長や出力などによって適宜選択される。活性
層（４）は、少なくともＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む材
料、通常ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０＜ｑ＜１）によって構成
され、その構造としては薄膜から成る各種の量子井戸構
造（ＳＱＷ、ＭＱＷ）等を採用することができる。そし
て、量子井戸構造には、通常、光ガイド層が併用され
る。光ガイド層の構造としては、活性層の両側に光ガイ
ド層を設けた構造（ＳＣＨ構造）、光ガイド層の組成を
徐々に変化させることにより屈折率を連続的に変化させ
た構造（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造）等を採用することがで
きる。光ガイド層の組成としては、ＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ≦１）が好ましい。
する発光波長や出力などによって適宜選択される。活性
層（４）は、少なくともＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む材
料、通常ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０＜ｑ＜１）によって構成
され、その構造としては薄膜から成る各種の量子井戸構
造（ＳＱＷ、ＭＱＷ）等を採用することができる。そし
て、量子井戸構造には、通常、光ガイド層が併用され
る。光ガイド層の構造としては、活性層の両側に光ガイ
ド層を設けた構造（ＳＣＨ構造）、光ガイド層の組成を
徐々に変化させることにより屈折率を連続的に変化させ
た構造（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造）等を採用することがで
きる。光ガイド層の組成としては、ＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ≦１）が好ましい。
【００１７】第二導電型第一クラッド層（５）は、活性
層（４）より小さな屈折率を有する材料で構成される。
そして、第二導電型第一クラッド層（５）の屈折率と、
第一導電型クラッド層（３）のそれとは通常同一とされ
る。従って、第二導電型第一クラッド層（５）の材料と
しては、第一導電型クラッド層（３）と同様に、通常、
ＡｌＧａＡｓ系材料が使用され、その混晶比は、第一導
電型クラッド層（３）と通常同一とされる。この構造で
は、第二導電型第一クラッド層（５）が、Ａｌ WＧａ1-W
Ａｓからなる層に相当する。
層（４）より小さな屈折率を有する材料で構成される。
そして、第二導電型第一クラッド層（５）の屈折率と、
第一導電型クラッド層（３）のそれとは通常同一とされ
る。従って、第二導電型第一クラッド層（５）の材料と
しては、第一導電型クラッド層（３）と同様に、通常、
ＡｌＧａＡｓ系材料が使用され、その混晶比は、第一導
電型クラッド層（３）と通常同一とされる。この構造で
は、第二導電型第一クラッド層（５）が、Ａｌ WＧａ1-W
Ａｓからなる層に相当する。
【００１８】図２には、二種類のエッチング阻止層およ
びキャップ層が記載されているが、これらの層は、本発
明の好ましい態様において採用され、電流注入領域の作
り込みを精密かつ容易に行うのに有効である。第二エッ
チング阻止層（６）は、Ａｌ aＧａ1-aＡｓ（０≦ａ≦
１）材料にて構成されるが通常はＧａＡｓが好適に使用
される。これはＭＯＣＶＤ法等で第二導電型第二クラッ
ド層等を、特に、ＡｌＧａＡｓ系で再成長させる際に結
晶性よく積層することができるためである。第二エッチ
ング阻止層（６）の厚さは通常２ｎｍ以上が好ましい。
びキャップ層が記載されているが、これらの層は、本発
明の好ましい態様において採用され、電流注入領域の作
り込みを精密かつ容易に行うのに有効である。第二エッ
チング阻止層（６）は、Ａｌ aＧａ1-aＡｓ（０≦ａ≦
１）材料にて構成されるが通常はＧａＡｓが好適に使用
される。これはＭＯＣＶＤ法等で第二導電型第二クラッ
ド層等を、特に、ＡｌＧａＡｓ系で再成長させる際に結
晶性よく積層することができるためである。第二エッチ
ング阻止層（６）の厚さは通常２ｎｍ以上が好ましい。
【００１９】第一エッチング阻止層（７）は、ＩｎbＧ
ａ1-bＰ（０≦ｂ≦１）で表される層が好適であり、本
発明のようにＧａＡｓを基板として使用した際は、通常
歪みのない系でｂ＝０．５が用いられる。第一エッチン
グ阻止層の厚さは通常５ｎｍ以上であり、好ましくは１
０ｎｍ以上である。また、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5ＰはＡｌＧａ
Ａｓと比べて放熱性に劣るので、１００ｎｍ以下が好ま
しい。５ｎｍ未満であると、膜厚の乱れ等により、エッ
チングを阻止することができなくなってしまう可能性が
ある。一方膜厚によっては歪み系を用いることもでき、
ｂ＝０、ｂ＝１等を用いることも可能である。歪み系を
用いる場合、膜厚は１分子層から１５ｎｍ、好ましくは
１０ｎｍ以下である。その様に膜厚が薄ければ、格子整
合がとれなくても、内在する歪みが緩和されるので問題
ない。
ａ1-bＰ（０≦ｂ≦１）で表される層が好適であり、本
発明のようにＧａＡｓを基板として使用した際は、通常
歪みのない系でｂ＝０．５が用いられる。第一エッチン
グ阻止層の厚さは通常５ｎｍ以上であり、好ましくは１
０ｎｍ以上である。また、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5ＰはＡｌＧａ
Ａｓと比べて放熱性に劣るので、１００ｎｍ以下が好ま
しい。５ｎｍ未満であると、膜厚の乱れ等により、エッ
チングを阻止することができなくなってしまう可能性が
ある。一方膜厚によっては歪み系を用いることもでき、
ｂ＝０、ｂ＝１等を用いることも可能である。歪み系を
用いる場合、膜厚は１分子層から１５ｎｍ、好ましくは
１０ｎｍ以下である。その様に膜厚が薄ければ、格子整
合がとれなくても、内在する歪みが緩和されるので問題
ない。
【００２０】キャップ層（１０）は、第１回目成長にお
いて第一電流ブロック層（９）の保護層として用いられ
ると同時に第二導電型第二クラッド層（８）の成長を容
易にするために用いられ、素子構造を得る前に、一部ま
たは全て除去される。第一電流ブロック層（９）として
は、文字通り電流をブロックして実質的に流さないこと
が必要であるので、その導電型は第一導電型クラッド層
と同一かあるいはアンドープとすることが好ましく、ま
た、通常ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）からなる第二
導電型第二クラッド層（８）より屈折率が小さいことが
好ましい。通常、第一電流ブロック層もＡｌzＧａ1-zＡ
ｓ（０≦ｚ≦１）からなることが好ましく、したがって
混晶比としてはｚ≧ｙになることが好ましい。また、上
述の光ガイド層との関係では、ｘ＜ｙ≦ｚとすることが
好ましい。
いて第一電流ブロック層（９）の保護層として用いられ
ると同時に第二導電型第二クラッド層（８）の成長を容
易にするために用いられ、素子構造を得る前に、一部ま
たは全て除去される。第一電流ブロック層（９）として
は、文字通り電流をブロックして実質的に流さないこと
が必要であるので、その導電型は第一導電型クラッド層
と同一かあるいはアンドープとすることが好ましく、ま
た、通常ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）からなる第二
導電型第二クラッド層（８）より屈折率が小さいことが
好ましい。通常、第一電流ブロック層もＡｌzＧａ1-zＡ
ｓ（０≦ｚ≦１）からなることが好ましく、したがって
混晶比としてはｚ≧ｙになることが好ましい。また、上
述の光ガイド層との関係では、ｘ＜ｙ≦ｚとすることが
好ましい。
【００２１】また、第一電流ブロック層はＩｎ0.5Ｇａ
0.5Ｐで構成することもできる。その場合、ＡｌaＧａ
1-aＡｓ（０≦ａ≦１）第二エッチング阻止層（６）の
みでＩｎ 0.5Ｇａ0.5Ｐ第一電流ブロック層のエッチング
を停止させることができ、かつその後のＡｌyＧａ1-yＡ
ｓ（０＜ｙ≦１）第二導電型第二クラッド層（８）の再
成長も容易に行うことができるので、上記のＩｎbＧａ
1-bＰ（０≦ｂ≦１）からなる第一エッチング阻止層
（７）は不要である。
0.5Ｐで構成することもできる。その場合、ＡｌaＧａ
1-aＡｓ（０≦ａ≦１）第二エッチング阻止層（６）の
みでＩｎ 0.5Ｇａ0.5Ｐ第一電流ブロック層のエッチング
を停止させることができ、かつその後のＡｌyＧａ1-yＡ
ｓ（０＜ｙ≦１）第二導電型第二クラッド層（８）の再
成長も容易に行うことができるので、上記のＩｎbＧａ
1-bＰ（０≦ｂ≦１）からなる第一エッチング阻止層
（７）は不要である。
【００２２】さらに長寿命の半導体レーザ実現のために
は、第一導電型第一クラッド層（３）、第二導電型第一
クラッド層（５）、第二導電型第二クラッド層（８）等
には、Ａｌ混晶比のあまり高くない材料を用いるのが好
ましい。具体的には、各層のＡｌ混晶比ｖ、ｗおよびｙ
は、それぞれ０．４以下であることがことが望ましい。
より好ましくは、レーザ温度特性との関係から０．３≦
ｖ、ｗ、ｙ≦０．４が適当である。
は、第一導電型第一クラッド層（３）、第二導電型第一
クラッド層（５）、第二導電型第二クラッド層（８）等
には、Ａｌ混晶比のあまり高くない材料を用いるのが好
ましい。具体的には、各層のＡｌ混晶比ｖ、ｗおよびｙ
は、それぞれ０．４以下であることがことが望ましい。
より好ましくは、レーザ温度特性との関係から０．３≦
ｖ、ｗ、ｙ≦０．４が適当である。
【００２３】ここで、第一電流ブロック層（９）を含む
部分と、これを含まない部分との実効屈折率差Δｎeff
が上記のごとく式（Ｉ）を満たす様に形成される。たと
えば、ＡｌＧａＡｓ系を用いて第二導電型第二クラッド
層と第一電流ブロック層を形成する際には、上記（Ｉ）
を満たすようにＡｌ混晶比を正確に制御しなければなら
ない。この結果、第一電流ブロック層のＡｌ混晶比ｚ
は、０．５以下程度が好ましい。より好ましくは、０．
３≦ｚ≦０．５である。
部分と、これを含まない部分との実効屈折率差Δｎeff
が上記のごとく式（Ｉ）を満たす様に形成される。たと
えば、ＡｌＧａＡｓ系を用いて第二導電型第二クラッド
層と第一電流ブロック層を形成する際には、上記（Ｉ）
を満たすようにＡｌ混晶比を正確に制御しなければなら
ない。この結果、第一電流ブロック層のＡｌ混晶比ｚ
は、０．５以下程度が好ましい。より好ましくは、０．
３≦ｚ≦０．５である。
【００２４】また、実効屈折率差Δｎeffが上記式
（Ｉ）を満足する範囲の場合に高いキンクレベルを得る
には、第一電流ブロック層と第二導電型第二クラッド層
で構成される電流注入領域の幅Ｗは３．５μｍ以下、よ
り好ましくは２．５μｍ以下でなければならない。ただ
し、Ｗがあまり小さくなると、レーザ端面での光密度が
高くなるため、十分な光出力に達する前にレーザが破壊
される恐れがあるので、Ｗの下限は、１．０μｍ以上、
より好ましくは１．５μｍ以上とする。なお、電流注入
領域の幅Ｗとは、電流注入領域の底部、即ち、電流注入
領域内の第二導電型第二クラッド層の基板に最も近い部
分の幅である。
（Ｉ）を満足する範囲の場合に高いキンクレベルを得る
には、第一電流ブロック層と第二導電型第二クラッド層
で構成される電流注入領域の幅Ｗは３．５μｍ以下、よ
り好ましくは２．５μｍ以下でなければならない。ただ
し、Ｗがあまり小さくなると、レーザ端面での光密度が
高くなるため、十分な光出力に達する前にレーザが破壊
される恐れがあるので、Ｗの下限は、１．０μｍ以上、
より好ましくは１．５μｍ以上とする。なお、電流注入
領域の幅Ｗとは、電流注入領域の底部、即ち、電流注入
領域内の第二導電型第二クラッド層の基板に最も近い部
分の幅である。
【００２５】第二導電型第二クラッド層（８）の屈折率
は、通常、活性層（４）の屈折率以下とされる。又、第
二導電型第二クラッド層（８）は通常第一導電型クラッ
ド層（３）及び第二導電型第一クラッド層（５）と同一
とされる。また、本発明の好ましい態様のひとつとし
て、第二導電型第一クラッド層、第二導電型第二クラッ
ド層および第一電流ブロック層の全てを同一組成の材料
で構成することが挙げられる。その場合、第一エッチン
グ阻止層によって実効屈折率差が形成され、また、キャ
ップ層を完全には除去しない場合においては、第一エッ
チング層に加えてキャップ層によっても実効屈折率差が
形成される。この様な層構成を採ることにより、第二導
電型第一クラッド層、第二導電型第二クラッド層および
第一電流ブロック層のそれぞれの界面における組成の不
一致に起因する諸問題を回避することができ、非常に好
ましい。
は、通常、活性層（４）の屈折率以下とされる。又、第
二導電型第二クラッド層（８）は通常第一導電型クラッ
ド層（３）及び第二導電型第一クラッド層（５）と同一
とされる。また、本発明の好ましい態様のひとつとし
て、第二導電型第一クラッド層、第二導電型第二クラッ
ド層および第一電流ブロック層の全てを同一組成の材料
で構成することが挙げられる。その場合、第一エッチン
グ阻止層によって実効屈折率差が形成され、また、キャ
ップ層を完全には除去しない場合においては、第一エッ
チング層に加えてキャップ層によっても実効屈折率差が
形成される。この様な層構成を採ることにより、第二導
電型第一クラッド層、第二導電型第二クラッド層および
第一電流ブロック層のそれぞれの界面における組成の不
一致に起因する諸問題を回避することができ、非常に好
ましい。
【００２６】第二導電型第二クラッド層（８）上には電
極の接触抵抗率を下げるため等の目的でコンタクト層
（１１）を設ける。コンタクト層（１１）は、通常、Ｇ
ａＡｓ材料にて構成される。この層は通常電極との接触
抵抗率を低くするためにキャリア濃度を他の層より高く
する。通常、バッファ層（２）の厚さは０．１〜１μ
ｍ、好ましくは０．５〜１μｍ、第一導電型クラッド層
（３）の厚さは０．５〜５μｍ、好ましくは１〜３μ
ｍ、活性層（４）の厚さは量子井戸構造の場合１層当た
り０．０００５〜０．０２μｍ、好ましくは０．００３
〜０．２μｍ、第二導電型第一クラッド層（５）の厚さ
は０．０５〜０．３μｍ、好ましくは０．０５〜０．２
μｍ、第二導電型第二クラッド層（８）の厚さは０．５
〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍ、キャップ層（１０）
の厚さは０．００５〜０．５μｍ、好ましくは０．００
５〜０．３μｍ、第一電流ブロック層（９）の厚さは
０．３〜２μｍ、好ましくは０．３〜１μｍの範囲から
選択される。
極の接触抵抗率を下げるため等の目的でコンタクト層
（１１）を設ける。コンタクト層（１１）は、通常、Ｇ
ａＡｓ材料にて構成される。この層は通常電極との接触
抵抗率を低くするためにキャリア濃度を他の層より高く
する。通常、バッファ層（２）の厚さは０．１〜１μ
ｍ、好ましくは０．５〜１μｍ、第一導電型クラッド層
（３）の厚さは０．５〜５μｍ、好ましくは１〜３μ
ｍ、活性層（４）の厚さは量子井戸構造の場合１層当た
り０．０００５〜０．０２μｍ、好ましくは０．００３
〜０．２μｍ、第二導電型第一クラッド層（５）の厚さ
は０．０５〜０．３μｍ、好ましくは０．０５〜０．２
μｍ、第二導電型第二クラッド層（８）の厚さは０．５
〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍ、キャップ層（１０）
の厚さは０．００５〜０．５μｍ、好ましくは０．００
５〜０．３μｍ、第一電流ブロック層（９）の厚さは
０．３〜２μｍ、好ましくは０．３〜１μｍの範囲から
選択される。
【００２７】コンタクト層（１１）の上には、電極（１
２）を形成する。このとき、電極（１２）の底面の一部
がコンタクト層（１１）の上面に接するようにし、電極
下部が第二電流ブロック層（１５）とともに電流狭窄構
造を形成するようにする。具体的には、図３および図４
に示すようにストライプ状の電流狭窄構造を形成するこ
とが好ましい。第二電流ブロック層（１５）は、誘電体
膜によって形成されていることが好ましい。そのような
誘電体膜としてはＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまたはＡｌＯｘを
例示することができ、特にＳｉＮｘが好ましい。このよ
うな誘電体膜の厚さは５００ｎｍ以下であることが好ま
しく、２５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１５
０ｎｍ以下であることが特に好ましい。
２）を形成する。このとき、電極（１２）の底面の一部
がコンタクト層（１１）の上面に接するようにし、電極
下部が第二電流ブロック層（１５）とともに電流狭窄構
造を形成するようにする。具体的には、図３および図４
に示すようにストライプ状の電流狭窄構造を形成するこ
とが好ましい。第二電流ブロック層（１５）は、誘電体
膜によって形成されていることが好ましい。そのような
誘電体膜としてはＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまたはＡｌＯｘを
例示することができ、特にＳｉＮｘが好ましい。このよ
うな誘電体膜の厚さは５００ｎｍ以下であることが好ま
しく、２５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１５
０ｎｍ以下であることが特に好ましい。
【００２８】電流狭窄構造は、コンタクト層と電極の接
触部分の面積が、コンタクト層の面積の１〜２０％にな
るようにするのが好ましく、２〜１０％になるようにす
るのがより好ましく、３〜８％になるようにするのが特
に好ましい。また、第二電流ブロック層により形成され
る電流狭窄構造は、図７に示すように、少なくとも一方
の端面、好ましくは両方の端面で電流を注入しないよう
に形成されていることが好ましい。電流狭窄構造は、端
面から好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μ
ｍ以上、さらにより好ましくは３０μｍ以上の領域に電
流が注入されないように構成するのが好ましい。場合に
よっては１００μｍ以上の領域に電流が注入されないよ
うに構成することも可能である。電流狭窄構造は、第一
電流ブロック層及び第二導電型第二クラッド層が形成す
る電流注入領域の直上に形成することが好ましい。この
ような態様を採用することによって、効果的な電流狭窄
を行うことができる。
触部分の面積が、コンタクト層の面積の１〜２０％にな
るようにするのが好ましく、２〜１０％になるようにす
るのがより好ましく、３〜８％になるようにするのが特
に好ましい。また、第二電流ブロック層により形成され
る電流狭窄構造は、図７に示すように、少なくとも一方
の端面、好ましくは両方の端面で電流を注入しないよう
に形成されていることが好ましい。電流狭窄構造は、端
面から好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μ
ｍ以上、さらにより好ましくは３０μｍ以上の領域に電
流が注入されないように構成するのが好ましい。場合に
よっては１００μｍ以上の領域に電流が注入されないよ
うに構成することも可能である。電流狭窄構造は、第一
電流ブロック層及び第二導電型第二クラッド層が形成す
る電流注入領域の直上に形成することが好ましい。この
ような態様を採用することによって、効果的な電流狭窄
を行うことができる。
【００２９】このような電流狭窄構造は、例えば第二電
流ブロック層（１５）をコンタクト層（１１）上の全面
に形成し、電流狭窄構造を形成する領域のみフォトリソ
グラフィー法などによって除去し、その上から電極（１
２）を形成するなどの方法により容易に形成することが
できる。電極（１２）は、ｐ型の場合、例えばＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処理することによ
って形成される。一方、基板（１）側にも電極（１３）
を構成する。ｎ型電極の場合は、基板（１）表面に例え
ばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処
理することによって電極（１３）が形成される。
流ブロック層（１５）をコンタクト層（１１）上の全面
に形成し、電流狭窄構造を形成する領域のみフォトリソ
グラフィー法などによって除去し、その上から電極（１
２）を形成するなどの方法により容易に形成することが
できる。電極（１２）は、ｐ型の場合、例えばＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処理することによ
って形成される。一方、基板（１）側にも電極（１３）
を構成する。ｎ型電極の場合は、基板（１）表面に例え
ばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処
理することによって電極（１３）が形成される。
【００３０】その上に、電極を形成して完成されたウエ
ハは、まず、レーザバーに劈開される。レーザバーの端
面は、通常、前端面反射率が約２．５％、後端面反射率
が約９３％となる様にＳｉ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮx等で非
対称コーティングし、次いで、チップ単位に分割し、レ
ーザーダイオード（ＬＤ）として利用する。以上の説明
は、グルーブ型の半導体レーザにかかわるものだが、本
発明は、実効屈折率差が特許請求の範囲に記載された範
囲内である限り、リッジ型の半導体レーザにも同様に適
用できる。
ハは、まず、レーザバーに劈開される。レーザバーの端
面は、通常、前端面反射率が約２．５％、後端面反射率
が約９３％となる様にＳｉ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮx等で非
対称コーティングし、次いで、チップ単位に分割し、レ
ーザーダイオード（ＬＤ）として利用する。以上の説明
は、グルーブ型の半導体レーザにかかわるものだが、本
発明は、実効屈折率差が特許請求の範囲に記載された範
囲内である限り、リッジ型の半導体レーザにも同様に適
用できる。
【００３１】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、濃度、厚さ、操
作手順等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更
することができる。したがって、本発明の範囲は以下の
実施例に示す具体例に制限されるものではない。 （実施例１）図２に示すグルーブ型のレーザ素子を以下
の通り製造した。キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型
ＧａＡｓ基板（１）上に、ＭＢＥ法にて、バッファ層
（２）として１μｍの厚さのキャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層、第一導電型クラッド層（３）と
して２．５μｍの厚さのキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3
のｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層、次いで１層の厚さが３
０ｎｍのアンドープＧａＡｓ光ガイド層に挟まれた厚さ
６ｎｍのアンドープＩｎ0.16Ｇａ0.84Ａｓの単一量子井
戸（ＳＱＷ）構造を有する活性層（４）、第二導電型第
一クラッド層（５）として厚さ０．１μｍ、キャリア濃
度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層、第
２エッチング阻止層（６）として厚さ１０ｎｍ、キャリ
ア濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ層、第１エッチ
ング阻止層（７）として厚さ２０ｎｍ、キャリア濃度５
×１０17ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層、第一電流
ブロック層（９）として厚さ０．５μｍ、キャリア濃度
５×１０ 17ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.39Ｇａ0.61Ａｓ層、キャ
ップ層（１０）として厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度１×
１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層、を順次積層した。
に説明する。以下の実施例に示す材料、濃度、厚さ、操
作手順等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更
することができる。したがって、本発明の範囲は以下の
実施例に示す具体例に制限されるものではない。 （実施例１）図２に示すグルーブ型のレーザ素子を以下
の通り製造した。キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型
ＧａＡｓ基板（１）上に、ＭＢＥ法にて、バッファ層
（２）として１μｍの厚さのキャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層、第一導電型クラッド層（３）と
して２．５μｍの厚さのキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3
のｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層、次いで１層の厚さが３
０ｎｍのアンドープＧａＡｓ光ガイド層に挟まれた厚さ
６ｎｍのアンドープＩｎ0.16Ｇａ0.84Ａｓの単一量子井
戸（ＳＱＷ）構造を有する活性層（４）、第二導電型第
一クラッド層（５）として厚さ０．１μｍ、キャリア濃
度１×１０18ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層、第
２エッチング阻止層（６）として厚さ１０ｎｍ、キャリ
ア濃度１×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ層、第１エッチ
ング阻止層（７）として厚さ２０ｎｍ、キャリア濃度５
×１０17ｃｍ-3のｎ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層、第一電流
ブロック層（９）として厚さ０．５μｍ、キャリア濃度
５×１０ 17ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.39Ｇａ0.61Ａｓ層、キャ
ップ層（１０）として厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度１×
１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層、を順次積層した。
【００３２】次に、最上層の電流注入領域部分を除く部
分にＳｉＮのマスクを設けた。この場合に、ＳｉＮマス
クの開口部の幅は１．５μｍとした。第１エッチング阻
止層をエッチングストップ層としてエッチングを行い、
電流注入領域部分のキャップ層（１０）と第一電流ブロ
ック層（９）を除去した。この時用いたエッチャント
は、硫酸（９８ｗｔ％）、過酸化水素（３０ｗｔ％水溶
液）及び水を体積比で１：１：５で混合したものを用
い、２５℃で３０秒間行った。次いでＨＦ（４９％）と
ＮＨ4Ｆ（４０％）を１：６で混合したエッチング液に
２分３０秒間浸漬してＳｉＮ層を除去し、更に第２エッ
チング阻止層をエッチングストップ層として、電流注入
領域部分の第１エッチング阻止層をエッチング除去し
た。この時用いたエッチャントは、塩酸（３５ｗｔ％）
と水を２：１に混合したものであり、温度は２５℃、時
間は２分間とした。
分にＳｉＮのマスクを設けた。この場合に、ＳｉＮマス
クの開口部の幅は１．５μｍとした。第１エッチング阻
止層をエッチングストップ層としてエッチングを行い、
電流注入領域部分のキャップ層（１０）と第一電流ブロ
ック層（９）を除去した。この時用いたエッチャント
は、硫酸（９８ｗｔ％）、過酸化水素（３０ｗｔ％水溶
液）及び水を体積比で１：１：５で混合したものを用
い、２５℃で３０秒間行った。次いでＨＦ（４９％）と
ＮＨ4Ｆ（４０％）を１：６で混合したエッチング液に
２分３０秒間浸漬してＳｉＮ層を除去し、更に第２エッ
チング阻止層をエッチングストップ層として、電流注入
領域部分の第１エッチング阻止層をエッチング除去し
た。この時用いたエッチャントは、塩酸（３５ｗｔ％）
と水を２：１に混合したものであり、温度は２５℃、時
間は２分間とした。
【００３３】この後、ＭＯＣＶＤ法にて第二導電型第二
クラッド層（８）としてキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3
のｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層を埋め込み部分（電流注
入領域部分）で２．５μｍの厚さになるよう成長させ、
最後に電極との良好な接触を保つためのコンタクト層
（１１）として、厚さ３．５μｍ、キャリア濃度１×１
０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ層をやはりＭＯＣＶＤ法にて
成長させレーザ素子用ウエハを形成した。さらに形成さ
れたウエハーのコンタクト層側に１２５ｎｍのＳｉＮを
プラズマＣＶＤ法で成膜した。次に、フォトリソグラフ
ィー技術を用いて、電流注入領域の直上の開口部幅が２
５μｍとなるようにＳｉＮ膜を加工し、電流狭窄構造を
作製した。ＳｉＮのエッチングはＳＦ６プラズマを用い
て行いた。さらにこのウエハーに対して、ｐ側電極、ｎ
側電極を形成した。
クラッド層（８）としてキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3
のｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ層を埋め込み部分（電流注
入領域部分）で２．５μｍの厚さになるよう成長させ、
最後に電極との良好な接触を保つためのコンタクト層
（１１）として、厚さ３．５μｍ、キャリア濃度１×１
０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ層をやはりＭＯＣＶＤ法にて
成長させレーザ素子用ウエハを形成した。さらに形成さ
れたウエハーのコンタクト層側に１２５ｎｍのＳｉＮを
プラズマＣＶＤ法で成膜した。次に、フォトリソグラフ
ィー技術を用いて、電流注入領域の直上の開口部幅が２
５μｍとなるようにＳｉＮ膜を加工し、電流狭窄構造を
作製した。ＳｉＮのエッチングはＳＦ６プラズマを用い
て行いた。さらにこのウエハーに対して、ｐ側電極、ｎ
側電極を形成した。
【００３４】その後このウエハーを共振器長７００ｕｍ
のレーザバーに劈開し、常法に従い、前端面反射率２．
５％、後端面反射率９５％となる様に端面に非対称コー
ティングを施した後、横方向の大きさが５００ｕｍのチ
ップに分割してレーザ素子とした。図３にエピタキシャ
ル構造も含めた断面図を示す。また図４はＳｉＮで作製
した電流狭窄構造の模式的斜視図である。この際の１レ
ーザ素子のコンタクト層そのものの面積Ｓ0は０．３５
ｍｍ2であり、ｐ側電極がコンタクト層と接している面
積Ｓ1は０．０１７５ｍｍ2であった。故にＳ１／Ｓ０＝
５％であった。このレーザ素子の電流注入領域の幅Ｗ、
即ち、第二導電型第二クラッド層の、第二エッチングス
トップ層との界面における幅は、２．２μｍであった。
のレーザバーに劈開し、常法に従い、前端面反射率２．
５％、後端面反射率９５％となる様に端面に非対称コー
ティングを施した後、横方向の大きさが５００ｕｍのチ
ップに分割してレーザ素子とした。図３にエピタキシャ
ル構造も含めた断面図を示す。また図４はＳｉＮで作製
した電流狭窄構造の模式的斜視図である。この際の１レ
ーザ素子のコンタクト層そのものの面積Ｓ0は０．３５
ｍｍ2であり、ｐ側電極がコンタクト層と接している面
積Ｓ1は０．０１７５ｍｍ2であった。故にＳ１／Ｓ０＝
５％であった。このレーザ素子の電流注入領域の幅Ｗ、
即ち、第二導電型第二クラッド層の、第二エッチングス
トップ層との界面における幅は、２．２μｍであった。
【００３５】さらに、計算の結果、このレーザ素子の横
方向の実効屈折率差Δｎeffは３．７１×１０-3であっ
た。このレーザ素子の３０〜１３０度における電流と光
出力の関係を図５に示す。３０〜１３０℃の全ての範囲
において直線性にすぐれた発振が観測された。また高出
力動作時の電流と光出力の関係を図６に示す。２５度で
は閾値電流が２２ｍＡであり、３５０ｍＡ、２５０ｍＷ
でキンクが観測された。７０℃では閾値電流が３５ｍＡ
であり、３４０ｍＡ、２４０ｍＷでキンクが観測され
た。
方向の実効屈折率差Δｎeffは３．７１×１０-3であっ
た。このレーザ素子の３０〜１３０度における電流と光
出力の関係を図５に示す。３０〜１３０℃の全ての範囲
において直線性にすぐれた発振が観測された。また高出
力動作時の電流と光出力の関係を図６に示す。２５度で
は閾値電流が２２ｍＡであり、３５０ｍＡ、２５０ｍＷ
でキンクが観測された。７０℃では閾値電流が３５ｍＡ
であり、３４０ｍＡ、２４０ｍＷでキンクが観測され
た。
【００３６】（実施例２）電流狭窄構造を、電流注入領
域の直上の開口部幅が２０μｍ、また前端面、後端面か
ら３５μｍは電流が注入されないように図７に示すよう
にＳｉＮ膜を加工した以外は、実施例１と同様にレーザ
を作製した。このレーザ素子の３０〜１３０度における
電流と光出力の関係を図８に示す。３０〜１３０℃の全
ての範囲において直線性にすぐれた発振が観測された。
また高出力動作時の電流と光出力の関係を図９に示す。
２５度では閾値電流が２２ｍＡであり、３７０ｍＡ、２
７０ｍＷでキンクが観測された。７０℃では閾値電流が
３５ｍＡであり、３６０ｍＡ、２５５ｍＷでキンクが観
測された。
域の直上の開口部幅が２０μｍ、また前端面、後端面か
ら３５μｍは電流が注入されないように図７に示すよう
にＳｉＮ膜を加工した以外は、実施例１と同様にレーザ
を作製した。このレーザ素子の３０〜１３０度における
電流と光出力の関係を図８に示す。３０〜１３０℃の全
ての範囲において直線性にすぐれた発振が観測された。
また高出力動作時の電流と光出力の関係を図９に示す。
２５度では閾値電流が２２ｍＡであり、３７０ｍＡ、２
７０ｍＷでキンクが観測された。７０℃では閾値電流が
３５ｍＡであり、３６０ｍＡ、２５５ｍＷでキンクが観
測された。
【００３７】（比較例）電流狭窄構造を作製せず、コン
タクト層に電極を直接形成した以外は実施例１と同様に
レーザを作製した。このレーザ素子の３０〜１３０度に
おける電流と光出力の関係を図１０に示す。３０〜１３
０℃の、特に１１０度と１３０度における直線性は優れ
ず、多くのキンクが観測された。またスロープ効率も実
施例１、２と比較し小さかった。また高出力動作時の電
流と光出力の関係を図１１に示す。２５度では閾値電流
が２２ｍＡであり、３５０ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが
観測された。７０℃では閾値電流が３５ｍＡであり、３
４０ｍＡ、２４０ｍＷでキンクが観測された。
タクト層に電極を直接形成した以外は実施例１と同様に
レーザを作製した。このレーザ素子の３０〜１３０度に
おける電流と光出力の関係を図１０に示す。３０〜１３
０℃の、特に１１０度と１３０度における直線性は優れ
ず、多くのキンクが観測された。またスロープ効率も実
施例１、２と比較し小さかった。また高出力動作時の電
流と光出力の関係を図１１に示す。２５度では閾値電流
が２２ｍＡであり、３５０ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが
観測された。７０℃では閾値電流が３５ｍＡであり、３
４０ｍＡ、２４０ｍＷでキンクが観測された。
【００３８】
【発明の効果】本発明の半導体レーザは、横方向の実効
屈折率差Δｎeffおよび電流注入領域の幅Ｗを特定の範
囲とすることにより、高いキンクレベルと温度特性の両
立を実現するものであり、多大な工業的利益を提供する
ものである。
屈折率差Δｎeffおよび電流注入領域の幅Ｗを特定の範
囲とすることにより、高いキンクレベルと温度特性の両
立を実現するものであり、多大な工業的利益を提供する
ものである。
【図１】 本発明の半導体レーザの実効屈折率差Δｎ
effを説明する図である。
effを説明する図である。
【図２】 本発明の半導体レーザのエピタキシャル構造
の一態様を示す断面図である。
の一態様を示す断面図である。
【図３】 本発明の半導体レーザの一態様を示す断面図
である。
である。
【図４】 本発明の半導体レーザの電流狭窄構造の一態
様を示す斜視図である。
様を示す斜視図である。
【図５】 実施例１の半導体レーザの電流と光出力の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図６】 実施例１の半導体レーザの高出力時の電流と
光出力の関係を示すグラフである。
光出力の関係を示すグラフである。
【図７】 実施例２の半導体レーザの電流狭窄構造を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図８】 実施例２の半導体レーザの電流と光出力の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図９】 実施例２の半導体レーザの高出力時の電流と
光出力の関係を示すグラフである。
光出力の関係を示すグラフである。
【図１０】 比較例の半導体レーザの電流と光出力の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１１】 比較例の半導体レーザの高出力時の電流と
光出力の関係を示すグラフである。
光出力の関係を示すグラフである。
１： ＧａＡｓ基板 ２： バッファ層 ３： 第一導電型クラッド層 ４： 活性層 ５： 第二導電型第一クラッド層 ６： 第二エッチング阻止層 ７： 第一エッチング阻止層 ８： 第二導電型第二クラッド層 ９： 第一電流ブロック層 １０： キャップ層 １１： コンタクト層 １２： エピタキシャル層側電極 １３： 基板側電極 １４： キンク １５： 第二電流ブロック層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA03 AA09 AA45 AA51 AA53 AA74 AA83 BA02 CA07 CB07 CB10 DA05 DA06 DA23 EA16 EA24
Claims (14)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、第一電流ブロック
層、第二導電型第二クラッド層、コンタクト層および電
極を有し、前記第一電流ブロック層および前記第二導電
型第二クラッド層が電流注入領域を形成する半導体レー
ザであって、横方向の実効屈折率差Δｎeffが、発光波
長において２．５×１０-3〜５．０×１０-3であって、
かつ、前記電流注入領域の幅Ｗが、１．５〜２．５μｍ
であり、かつ、前記電極の底面の一部が前記コンタクト
層の上面と接するように構成される電流狭窄構造を有す
ることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記電流狭窄構造が誘電体膜によって形
成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項３】 前記誘電体膜がＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまた
はＡｌＯｘを含むことを特徴とする請求項２記載の半導
体レーザ。 - 【請求項４】 前記誘電体膜の厚みが５００ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体
レーザ。 - 【請求項５】 前記コンタクト層と電極の接触部分が、
前記第一電流ブロック層及び第二導電型第二クラッド層
が形成する電流注入領域の直上に有ることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記コンタクト層と電極の接触部分の面
積Ｓ1がコンタクト層の面積Ｓ0と以下の関係を満足する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導
体レーザ。 ０．０１ｘＳ0＜Ｓ1＜０．５ｘＳ0 - 【請求項７】 前記コンタクト層と電極の接触部分が当
該レーザの少なくとも１つの端面には存在しないことを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項８】 第一電流ブロック層および第二導電型第
二クラッド層がＡｌ、ＧａおよびＡｓを含むことを特徴
とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 第一電流ブロック層がＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０≦ｚ≦１）からなり、第二導電型第二クラッド層が
ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）からなることを特徴と
する請求項８記載の半導体レーザ。 - 【請求項１０】 発光波長が９００〜１２００ｎｍであ
ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半
導体レーザ。 - 【請求項１１】 発光波長が９００〜１１００ｎｍであ
ることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ。 - 【請求項１２】 光ファイバー増幅器の励起光源用であ
ることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の
半導体レーザ。 - 【請求項１３】 ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０＜ｑ＜１）層お
よびＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）光ガイド層からな
る歪み量子井戸構造を有する活性層、ＡｌyＧａ1 -yＡｓ
（０＜ｙ≦１）第二導電型第二クラッド層、およびＡｌ
zＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）第一電流ブロック層から構
成されるリッジ型またはグルーブ型の電流注入領域を有
し、各層の混晶比がｘ＜ｙ≦ｚなる関係を有することを
特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項１４】 第二導電型第一クラッド層と第一電流
ブロック層の間にＡｌaＧａ1-aＡｓ（０≦ａ≦１）第二
エッチング阻止層とＩｎbＧａbＰ（０≦ｂ≦１）第一エ
ッチング阻止層を有することを特徴とする請求項１〜１
３のいずれかに記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12737999A JP2000323794A (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12737999A JP2000323794A (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323794A true JP2000323794A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=14958541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12737999A Pending JP2000323794A (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000323794A (ja) |
-
1999
- 1999-05-07 JP JP12737999A patent/JP2000323794A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5416790A (en) | Semiconductor laser with a self-sustained pulsation | |
| US8093581B2 (en) | Optical semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| JPH05243669A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP4219010B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH05275798A (ja) | レーザダイオード | |
| JPH05235470A (ja) | レーザダイオード | |
| EP0579244A2 (en) | A semiconductor laser and a method for producing the same | |
| EP0843393B1 (en) | Semiconductor laser diode | |
| JPH0818160A (ja) | 半導体レーザ素子及びその設計方法 | |
| JP3281666B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| US6876688B1 (en) | Semiconductor laser and method of manufacturing the same | |
| JP3974852B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPS59119783A (ja) | 半導体発光装置 | |
| US6856636B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2702871B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP2001257431A (ja) | 半導体レーザ | |
| JP3053139B2 (ja) | 歪量子井戸半導体レーザ | |
| JPH10209553A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2000323794A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH10200201A (ja) | 半導体レーザ | |
| JP3109481B2 (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
| JP2723921B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2004103679A (ja) | 半導体発光素子および半導体発光素子モジュール | |
| JP3639654B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP2001015857A (ja) | 半導体レーザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051110 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20051214 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060412 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |