JPH02213183A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザおよびその製造方法

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JPH02213183A
JPH02213183A JP1033958A JP3395889A JPH02213183A JP H02213183 A JPH02213183 A JP H02213183A JP 1033958 A JP1033958 A JP 1033958A JP 3395889 A JP3395889 A JP 3395889A JP H02213183 A JPH02213183 A JP H02213183A
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JP
Japan
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inp
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JP1033958A
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Yoichi Sasai
佐々井 洋一
Mototsugu Ogura
基次 小倉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32325Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、可視光領域でレーザ発振する半導体レーザお
よびその製造方法に関する。
従来の技術 (AlxGaIK ”’t −X )0.5 ”0.5
P系化合物半導体装置GaAg基板に格子整合しながら
直接遷移型で禁止帯幅が1.9 eVから2,36vま
での範囲で組成Xを変えながら変化させることができる
。この為。
この混晶系を用すたダブルヘテロ構造の半導体レーザは
波長0.68μmから0.58μmまで発光する魅力あ
る材料であυ最近活発に研究開発されている。この系の
半導体レーザの利用分野は波長が短いため記録密度の向
上を狙ったコンパクトディスクや光デイスク用光源とし
て有望視されている。
この系の半導体レーザの一例として第4図に示す構造で
波長670μmの赤色レーザが得られている(第20同
周体素子材料コンフルンス、D−3−3,1988)。
11はn型GaAs基板、12はn型OaムSバッフ1
層、13ばn型(AlxGaIG、7G飄S ) 0.
5 ”0.S Pクラッド層、14はKn  Ga  
P活性層、15はp型(AlxGa”0.7”0,1 
)0,5o、s   o、s Xn  Pクラッド層、16はp型Ino、Gao、P
層。
17はp型Gaム8埋め込み層、18はn型電極。
19はp型電極である。この構造の特徴はp型りラッド
層16に設けたメサ部と、メサ外部に設けた活性層14
より屈折率が大きなp型CaAs層17により、接合に
対して水平方向に実効屈折率差をつけ、また、p型Ga
As層は光吸収層として拗き、高次モードを抑制し横モ
ードの安定化を図っている。そのため、高出力化が可能
となり安定な光−電流特性が得られている。この素子の
成長は一般に減圧有機金属気相成長法(MOVPE)で
行っている。しかしながら、この素子は吸収層を用いた
反相折率導波型であるため、出射角は一般に水平方向で
7〜8°、垂直方向で30〜40°で楕円状のビーム形
状で1通常のストライプ型レーザと同様非点収差が約4
0μmと大きく光ディスクやコンパクトディスクなどの
記録用光源としては使用上難点がある。
発明が解決しようとする課題 以上のように従来の技術においてはAlGa1nP系の
半導体レーザは反相折率導波型のため非点収差が大きい
という問題点がある。
課題を解決するための手段 本発明によれば、第1の導電型基板上に第1の導電型の
(AlxGa1xGa、−x) InP  り−y 、
、ド層(0<)C≦1)。
(AlyGa1−、)InP活性層(0≦y<x、z)
およびストライプ状の凸部を有する第2の導電型の(A
lxGal、 Ga、−、) InPクラッド層(0<
z≦1)を形成してなるダブルヘテロ構造であって、第
2の導電型り5ラド層の凸部側面ならびに凸部外の表面
から、前記凸部直下の活性層を除く活性層ならびに第1
の導電型クラッド層中まで第2の導電型クラッド層中ま
で第2の導電型の不純物が拡散された領域を具備した半
導体レーザである。更にその作製方法をMovpx法に
よシ活性層の成長温度を630℃から700℃の範囲で
作製する。
作用 上述の本発明による手段を用いると、容易に屈折率導波
型の半導体レーザが得られ、安定な単一横モードが得ら
れるだけでなく出射角は垂直方向は30〜40’と変わ
らないが水平方向は16〜20°と大きくなってアスペ
クト比が向上し、また、非点収差唸数μmと改善される
。更に、活性層の成長温度を630’Cから700 ’
Cの範囲で成長を行うことによって、活性層近傍におい
て接合に対して水平方向の屈折率差をより大きくとるこ
とが可能となり、よシ安定な単一モード発振ならびに低
非点収差の特性を持つ半導体レーザが得られる。
実施例 (実施例1) 以・下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の半導体レーザの構造ψ面図を示す。な
お1図中の番号は説明を簡単にするため従来例の第4図
と同じにしている。、11けn型Oaム基板、12はn
型QaAsバッ7ツ層(厚みd〜0.5μm、キャリア
濃in〜I Xl 018cyx″)、13はn型(A
lxGal、 Ga、−、) XnP クラット層((
1〜1 μm  、 n〜5X1 o17c=*−3)
14はInGaP 活性層(d〜0.1 am 、アン
ドープ)、15は順メサ形状のp型(AlxGaeX”
 1−X )InPり−Pッド層((INo、7 μm
 、 p〜5 X 10”clll−3)、16はp型
InGaP層(d 〜0.511m 。
p〜2X1018i”1l−5)l11 T社p型GI
Lム8コンタクト層(d〜3μ@ 、 p〜3X10′
8CM ’) 。
18はn型ムuGe / Ni電極、19はp型ムuZ
n電極である。また、p型クラッド層表面から拡散した
p型Zn拡散層(深さ1μm、p〜5X10”1−5)
が第1@のように形成されている。
p型InGaP層16の福は3μmである。したがって
、Zn拡散されていない置載の活性層のストライプ幅は
約2μmである。
第1図の素子の電流通路はへテロ障壁の小さいp型Ga
ムS層17からp型I nGa P層16を通ってp型
りラッド層15.InGaP活性層14へと注入される
。これはp型InGaP層18によってp型GaムSコ
ンタクト層17よりp型クラッド層17との間の電気抵
抗低減のためである。第1図の構造の特徴は、まず従来
の第4図と同様、電流狭窄は上述のようにヘテロ障壁差
を利用してPMコンタクト層17とp型クラッド層16
によって行われる。先導波はストライプ状のメサに形成
されたクラッド層16において行われる。っtDP型拡
散拡散層20って活性層14内に高濃度p型領域100
とアンドープ領域101間の屈折率差が生じる。つiシ
、屈折率は波長870nlE1に対してアンドープ層1
01は3.58.高濃度層1ωは3.67で、高濃度p
型偵域の方が屈折率が約3X10  1度小さくなシ、
本発明の構造は従来の構造と異なりm折率導波型レーザ
となる。したがって、反屈折率導波型と異な多接合に対
して垂直方向だけでなく水平方向も導波する光の波面は
曲がることなく、出射光は共振器端面で理想的に回折さ
れる。したがって、基本的に非点収差は小さく抑えられ
る。実際に作製した素子の特性はしきい値電流60rI
Lム、出射角は水平方向10″以上、垂直方向306.
非点収差10μm以下のものが得られた。一方、第2図
はp型りヲッド層上にn型G&ムS電流ブロック層21
を設けている。
これによって、高電圧駆動する場合の活性層以外に流れ
る電流を阻止する役目を担っており高出力動作の折には
有利となる。
次に1本発明の実施例の構造の作製方法について第3図
を用いて述べる。まず、第3図(!L)においてmov
px法もしくはMBE法を用いてn型G1ムS基板11
上にn型GILA!iバ、ファ層12゜n型クラッド層
13、InGILP活性層14.p型クラッド層16な
らびにp型I nGIP層16全16する。次に、第3
図山)のようにストライプ状の幅3μmの5iO2Jを
フォトリングラフィ法により形成する。第3図(c)で
硫設系液でp型InGaPR1eならびにp型クラッド
層15をメサエッチングする。そして、に3図町でS 
x Oz +i 22をマスク托してメサエッチング表
面からZn拡散して拡散層20を深さ約1μm形成する
Zn拡散条件は拡散ソースZnP2および赤リンを石英
アンプル中へエビウニノー−とともに真空封入(真空度
<I X 10−’ torr) して600’(,1
0分間で行なった。
その後、拡散表面の熱ダメージ層をH2504系液で軽
くエツチングした後、直ちにウェハーを成長室に導入し
、第3図(6)でp型G&ムS層17を埋め込み成長す
る。最後に第3図(f’)で電極19.20を形成して
作製プロセスは終了する。
(実施例2) 次に、本発明の第2の実施例について述べる。
有機金1気相成長法でInGaPを成長する場合。
成長温度によ勺組成が同一でも禁止帯幅が異なることが
報告されている。例えば、5明ら、アプライド フィツ
クス レター 第60巻、P、θ73(1987)。こ
の論文では成長温度660℃近傍で成長した結晶は■族
副格子上のGaとInの配列に規則性が生じ、所謂自然
超格子が形成される(オーダリング)。実際ランダムに
配列された場合(ディスオーダリング)とくらべ禁止帯
幅は約5QmeV小さくなる。我4の実験ではオーダリ
ングの生じる成長温度は630〜700 ’Cであった
。したがって、第1図の本発明の第1の実施例の構造に
おいて、活性層14を有機金1気相成長法で成長温度e
so’c近傍で成長するとオーダリングの状態の結晶構
造のものが得られ、Zn拡散によってZn拡散領域2o
中にある活性層14は結晶構造がくずれ、ディスオーダ
になる。よって。
メサストライプ中の活性層14の両側には禁止帯幅の大
きな、所謂屈折率の小さな領域が形成された屈折高専波
型構造が得られる。実効屈折率差はZn拡散をeoo℃
で行った場合、拡散濃度は約5 X I Q”cM−’
  で波長e70μrrt、クラッド層の組Ff、X=
0.6とした時、約8×10  となり通常の埋め込み
型構造と変わり無いものが得られる。したがって、接合
に対し水平の出射角を制御することが可能となるだけで
なく、屈折率導波型であるため非点収差の小さな半導体
レーザが作製可能となる。実際に素子を作製したところ
、オーダリングの結晶構造を有する活性層14のストラ
イプ幅が2μ扉に対して、しきい値電流が601ム、出
射角は水平方向16〜2o0.垂直方向30′で従来の
素子に比べ真円に近く、低非点収差1〜2μmのものが
得られた。また、電流だ対する光出力特性も改善され高
電流注入においても槓モードの安定な特性であった。
発明の効果 以上のようK、まず第1に、第1の導電型のGaAg基
板1に第1の導電型の(AlxGa’)C”1−X)1
nPクラッド層、 InGaP活性層、ならびに凸部を
有する第2の導電型の(AlxGa1xGa t−x 
) I nPクラッド層からなるダブルヘテロ構造で、
第2の導電型のクラッド層表面から第2の導電型の不純
物を拡散してストライプ状の活性層近傍の側面に低屈折
率領域を設けて、屈折率導波型半導体レーザを作製する
。すると、出射角は接合に対して水平方向は従来の素子
に比べ大きくなる。また、非点収差は10μm以下とな
り改善が見られた。
第2に、活性層の成長温度をeao〜700℃近傍で成
長を行うことによりストライプ状の活性層において拡散
領域を境にして実効屈折率差を大きくとることが可能と
なって、非点収差が1〜2μmとより小さく、−1だ水
平方向の出射角もより大きくとることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の半導体レーザの断面図
、第2図は本発明の第1の実施例の半導体レーザの断面
図、第3図は第1図の素子の作製工程断面図、第4図は
従来の実施例の断面図である。 11・・・・・・n塁Gaム8基板、13・・・・・・
nを(AlxGa/xG″+−x)InPクラッド層、
 14−−−−−−pti(五1xGa、−x) In
Pクラッド層、 21−−−−−− n型Gaムgt流
ブロック層、20・・・・・・Zn拡散層。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名20
−・−P!城秋管 第 図 第 図 (G

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の導電型の化合物半導体基板上に第1の導電
    型の(Al_xGa_1_−_x)InPクラッド層(
    0<x≦1)、(Al_yGa_1_−_7)InP活
    性層(0≦y<x、z)およびストライプ状の凸部を有
    する第2の導電型の(Al_zGa_1_−_2)In
    Pクラッド層(0<z≦1)を有し、前記第2の導電型
    クラッド層表面から、前記凸部直下に位置する前記活性
    層を除く前記活性層ならびに第1の導電型クラッド層中
    まで第2の導電型の不純物が拡散された領域を具備した
    ことを特徴とする半導体レーザ。
  2. (2)第1の導電型化合物半導体基板上に第1の導電型
    の(Al_xGa_1_−_x)InPクラッド層(0
    <x≦1)、(Al_yGa_1_−_y)InP(0
    ≦y<1)活性層および第2の導電型の(Al_zGa
    _1_−_z)InPクラッド層(0<z≦1)を形成
    してなるダブルヘテロ構造を積層する第1の成長工程と
    、第2の導電型のクラッド層をストライプ状にエッチン
    グして凸部を形成する工程と、前記第2の導電型クラッ
    ド層表面から前記凸部直下に位置する活性層を除く前記
    活性層ならびに第1の導電型クラッド層まで第2の導電
    型の不純物を拡散する工程と、前記拡散工程の後に前記
    基板と格子整合する化合物半導体を成長する工程を具備
    した半導体レーザの製造方法。
  3. (3)有機金属気相成長法で成長温度630℃から70
    0℃までの範囲で(Al_yGa_1_−_y)InP
    活性層(0≦y<1)を成長することを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載の半導体レーザの製造方法。
JP1033958A 1989-02-14 1989-02-14 半導体レーザおよびその製造方法 Pending JPH02213183A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05110192A (ja) * 1991-10-18 1993-04-30 Kubota Corp 半導体レーザ素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05110192A (ja) * 1991-10-18 1993-04-30 Kubota Corp 半導体レーザ素子

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