JPH0320095A - 半導体レーザ - Google Patents

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 本発明は光ファイバ通信などに用いられるストライプ型
半導体レーザの構威に関する。

従来の技術 半導体レーザは、小型、高効率で信頼性も高く、光ファ
イバ通信などの光源として最適である。通常、半導体レ
ーザは、放射光の集光性を高め光ファイバとの結合効率
を向上させる目的で、発光領域を横幅の狭い領域に限定
した、いわゆるストライプ構造を有している。

第４図は、従来用いられているストライプ型半導体レー
ザの、最も代表的な構造を示したもので、禁制帯幅の狭
い活性層が禁制帯幅の広いクラッド層で周囲を埋め込ま
れた、いわゆる埋め込みヘテＯ　（Ｂｕｒｉｅｄ　ｈｅ
ｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　：略してＢＨ）構造の半
導体レーザである。製造方法をＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
系のいわゆる長波長半導体レーザを例として説明する。

Ｎ型１ｎＰ基板２１上にＮ型１ｎＰバツファ層２２、ｕ
ｎｄｏｐｅ−１ｎＧａＡｓＰｉ性層２３、Ｐ型１ｎＰク
ラッド層２４、及び、Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２５の４層を液相エビタキシャル成長法により順次成長
する。次に、絶縁物をマスクとして、所定結晶軸方向（
例えば＜０１１＞）に沿ったストライプ状の部分を残し
てＮ型１ｎＰバツファ層に達するまでメサエッチングを
行い、続いて、２回目の液相エビタキシャル成長でＰ型
１ｎＰ埋め込み層２６、及び、Ｎ型ＩｎＰ電流ブロック
層２７を成長して素子成長工程を終了する。

この構造では、レーザ動作を行うＩｎＧａＡｓＰ活性層
２３が周囲を、禁制帯幅が大きく、かつ、屈折率の小さ
いＩｎＰで囲まれ屈折率差光導波路を形成して光のとじ
込めを行うと同時に、Ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層２７と
Ｐ型ＩｎＰ埋め込み層２６との逆バイアス接合により電
流を効率よく活性層２３に集中でき、極めて効率のよい
半導体レーザを実現できる。また、活性層２３の厚さ及
び幅を適当に制御することで発振動作時の光分布を単峰
性に制御でき光ファイバとの結合効率も高くでき、光フ
ァイバ通信用光源として利用されてきている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の埋め込みへテロ型半導体レー
ザでは、ダブルへテロ構造の形成と埋め込み構造の形成
との２回のエビタキシャル成長が必要であり、成長工程
の複雑化、長期化により量産性に欠ける欠点を有してい
た。また、２回目の埋め込み成長においては、高温ガス
中に露出したＮｆｆｉｌｌｎＰバッファ層２２上に直接
Ｐ型１ｎＰ埋め込み層２６を成長するため、熱損傷によ
り、その部分のＰＮ接合の品質が悪く、素子特性の悪化
や通電動作時での特性劣化が著しく、信頼性その他の点
で問題があった。

本発明は上記の課題を解決するもので、量産性に優れ、
また、信頼性に優れる半導体レーザのストライプ構造を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の半導体レーザは、所
定方向にストライプ状突起部を有する第１の電気伝導型
の半導体基板上に、少なくとも前記ストライプ状突起部
上部に前記半導体基板と同一の第１の電気伝導型の第１
の層を成長させ、その上に前記第１の電気伝導型の第２
の層が前記ストライプ状突起部上部で薄く、かつ、その
他の部分で厚く成長され、さらに、前記第１の電気伝導
型もしくは前記第１の電気伝導型と逆導電形の第２の電
気伝導型の活性層及び第２の電気伝導型の第３の層を順
次形成した構成を有している。

作用 この構成により、平坦な活性層に近接させてストライプ
状の光ガイド層を設けて、その部分の等価的な屈折率を
高くして光閉し込めを行うことで、ストライプ型の半導
体レーザを１回のエビタキシャル成長で作製することが
可能となり、２回エビタキシャル成長に起因する前述の
課題を解決することができる。

実施例 以下に、本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明をＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の、いわゆ
る、長波長帯半導体レーザに応用した第１の実施例の要
部断面図である。＜０１１＞結晶軸方向に沿って、幅３
μｍ、高さ２．５μｍのストライプ状メサ６を形成した
Ｎ型１ｎＰ基板１上に、Ｎ型１ｎＧａＡｓＰ光ガイド層
〈λ９＝１．１，ｃｚｍ）２、Ｎ型１ｎＰクラッド層３
、ＩｎＧａＡｓＰ活性層（λｓ　＝１．３μｍ）４、Ｐ
型ＩｎＰクラッド層５からなる４層を液相エビタキシャ
ル成長法により成長した。Ｎ型１ｎＧａＡｓＰ光ガイド
層２は過飽和度を５〜７度とした溶融液によりメサ６上
部の厚さが０．１μｍとなるようにし、また、Ｎ型１ｎ
Ｐクラッド層３はメサ６上部で薄く、その他の領域で厚
くなるようにした。活性層４に薄い光ガイド層を近接さ
せた場合、その部分で等価的屈折率が増加するため、図
の場合では、メサ部で屈折率が高い屈折率差光導波路を
形成できる。従って、亜鉛拡散部８を設けて電流をメサ
部に集中させると、メサ部に光閉じ込め機構を持つ半導
体レーザが１回のエビタキシャル成長で実現できた。光
ガイド層の組成は、Ｎ型１ｎＰクラッド層３よりも屈折
率が大きくなるように選べば上記効果が得られるが、光
吸収による損失を少なくするためには、活性層よりも禁
制帯幅が大きいことが必要であった。以上のように本発
明によれば、屈折率差先導波路による光閉じ込め機構を
有する単峰性光ビームの半導体レーザを１回の成長で実
現できる。

次に、本発明の第２の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第２図は本発明の第２の実施例の半導体レ
ーザの要部断面図であり、ストライプ状メサ部６を設け
たＰ型１ｎＰ基板ｌｌ上に、まず、メサ部を除いてＮ型
１ｎＰ電流ブロック層゛７１形成してから、Ｐ型１ｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層１２、Ｐ型１ｎＰクラッド層１３、
ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４、Ｎ型１ｎＰクラッド層１５
の順で戒長じたものである。Ｐ型１　１１　Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ　Ｐ光ガイド層１２とＮ型１ｎＰ電流ブロック層７
ｌで形成される逆バイアス接合により電流をメサ部に集
中でき低発振しきい値化が可能であった。以上のように
、メサ基板上にまずメサ部を除いて、基板と異なる電気
伝導型の層を成長ずることで、光閉し込め作用に加えて
、内部的に電流狭窄構造を威し発振しきい電流値を低下
できる。

さらに本発明の第３の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第３図は本発明の第３の実施例の半導体レ
ーザの構造を説明する要部断面図である。第２の実施例
と異なりＰ型１ｎＰ基板１１上に、まず、Ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ光ガイド層１２を形成してから、２相溶融液を用
いた成長法で電流ブロック相７２をメサ以外の部分に選
択的に成長し、その後Ｐ型１ｎＰクラッド層１３，Ｉｎ
ＧａＡｓＰ活性層１４，Ｎ型１ｎＰクラッド層１５の３
層を成長し、内部電流狭窄の半導体レーザとした。この
構造では、Ｎ型ＩｎＰ７２とＰ型１ｎＰ１３との界面が
逆バイアスになるためブレークダウン電圧が高くなり、
電流狭窄効果が高い。従って、電流を効果的にメサ部に
集中でき、発振しきい電流値の低減や電流光変換効率を
増大することが可能であった。

以上のように、メサ基板上にまずＩｎＧａＡｓＰ光導波
層を成長してから、電流狭窄用の電流ブロック層を形成
することにより、低しきい値で信頼性の高い半導体レー
ザを量産性よ《製造できる。

なお、以上の実施例では、Ｎ型およびＰ型クラッド層３
．５，１３，１５．としてはＩｎＰを用いたが、活性層
４，ｌ４及び光ガイド層２，ｌ２よりも禁制帯幅が大き
い組成のＩｎＧａＡｓＰなどの他材料でもよいことはも
ちろんである。

また、上記の実施例では、ＩｎＧａＡｓＰを活性層４，
１４としＩｎＰ基板ｌ，１１を用いたが、活性層よりも
基板の禁制帯幅が大きい他材料の組合せでも同様の効果
が得られる。

発明の効果 以上のように本発明は、所定方向にストライプ状突起部
を有する第１の電気伝導型の半導体基板上に、少なくと
も前記ストライプ状突起部上部に前記半導体基板と同一
の第１の電気伝導型の第１の層を成長させ、その上に前
記第１の電気伝導型の第２の層が前記ストライプ状突起
部上部で薄く、かつ、その他の部分で厚く成長され、さ
らに、前記第１の電気伝導型もしくは前記第１の電気伝
導型と逆導電形の第２の電気伝導型の活性層及び第２の
電気伝導型の第３の層を順次形成した構成により、量産
性よく、低発振しきい値で信頼性の高い半導体レーザを
提供でき、その工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部断面図、第２図は
本発明の第２の実施例の要部断面図、第３図は本発明の
第３の実施例の要部断面図、第４図は従来技術による半
導体レーザの構造を示す断面図である。 １，２１・・・・・・Ｎ型１ｎＰ基板、１１・・・・・
・Ｐ型１ｎＰ基板、３，１５．２２・・・・・・Ｎ型１
ｎＰクラツド層、５　，　１　３　．　２　４−・・・
・・Ｐ型１ｎＰクラ・ソド層、４，１４．２３・・・・
・・Ｉ　ｎＧａＡｓＰ活性層、２，１２・・・・・・Ｉ
ｎＧａＡＳＰ光ガイド層、２７．７１．７２・・・・・
・電流ブロック層、２６・・・・・・Ｐ型１ｎＰ埋め込
み層、８・・・・・・亜鉛拡散領域。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定方向にストライプ状突起部を有する第１の電
   気伝導型の半導体基板上に、少なくとも前記ストライプ
   状突起部上部に前記半導体基板と同一の第１の電気伝導
   型の第１の層を成長させ、その上に前記第１の電気伝導
   型の第２の層が前記ストライプ状突起部上部で薄く、か
   つ、その他の部分で厚く成長され、さらに、前記第１の
   電気伝導型もしくは前記第１の電気伝導型と逆導電形の
   第２の電気伝導型の活性層及び第２の電気伝導型の第３
   の層を順次形成したことを特徴とする半導体レーザ。
2. （２）前記半導体基板と前記第１の層の間、もしくは、
   前記第１の層と前記第２の層の間に、少なくとも前記ス
   トライプ状突起部上部をのぞいて形成した前記第２の電
   気伝導型の第４の層を含むことを特徴とした特許請求の
   範囲第１項記載の半導体レーザ。
3. （３）前記第１の層の屈折率が前記半導体基板、前記第
   ２の層よりも大きいことを特徴とした特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の半導体レーザ。
4. （４）第１の層の禁制帯幅が、前記活性層よりも大きい
   ことを特徴とした特許請求の範囲第１項、第２項、また
   は第３項記載の半導体レーザ。