JPH04115588A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH04115588A JPH04115588A JP23480390A JP23480390A JPH04115588A JP H04115588 A JPH04115588 A JP H04115588A JP 23480390 A JP23480390 A JP 23480390A JP 23480390 A JP23480390 A JP 23480390A JP H04115588 A JPH04115588 A JP H04115588A
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- 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
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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 having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure 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 having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01S5/2227—Structure 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 having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties special thin layer sequence
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure 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
- H01S5/32308—Structure 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
- H01S5/32325—Structure 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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- Semiconductor Lasers (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、０．６μｍに発振波長を有するＡ ＩＩ Ｇ
ａＩｎＰＩｎ光半導体レーザに関する。
ａＩｎＰＩｎ光半導体レーザに関する。
現在、光ディスクの高密度化のため、０．６μｍ帯に発
振波長を有するＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザの
開発が盛んに行われている。これまでに報告されている
ＡｕＧａＩｎＰ可視光半導体レーザのほとんどは、Ｎ型
基板上に形成された半導体レーザに関する報告である。
振波長を有するＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザの
開発が盛んに行われている。これまでに報告されている
ＡｕＧａＩｎＰ可視光半導体レーザのほとんどは、Ｎ型
基板上に形成された半導体レーザに関する報告である。
また、その主要なレーザ構造は、平坦なＮ型基板上にＮ
型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層、ＧａＩｎＰ活性層、Ｐ
型ＡｕＧａＩｎＰクラッド層をこの順に形成し、次に、
Ｐ型ＡβＧａ Ｉ ｎＰクラッド層をメサ状ストライプ
に加工し、それ以外の部分をＮ型のブロック層で埋め込
んだ構造である。以下に、それらのレーザ構造に関する
発表例を示す。たとえば、エレクトロニクス・レターズ
１９８７年８月２７日号Ｖｏｌ。
型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層、ＧａＩｎＰ活性層、Ｐ
型ＡｕＧａＩｎＰクラッド層をこの順に形成し、次に、
Ｐ型ＡβＧａ Ｉ ｎＰクラッド層をメサ状ストライプ
に加工し、それ以外の部分をＮ型のブロック層で埋め込
んだ構造である。以下に、それらのレーザ構造に関する
発表例を示す。たとえば、エレクトロニクス・レターズ
１９８７年８月２７日号Ｖｏｌ。
２３Ｎα１８ ｐｐ、９３８−９３９記載の“’Ｈｉｇ
ｈ−ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｒ
ａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍｏｄｅ ５ｔａｂｉｌｉｓｅｄ
Ａ （ＩＧ ａ Ｉ ｎ Ｐ ｖｉｓｉｂｌｅ Ｉ
ｉｇｈｔｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ”、あ
るいは、１９８７年第１９回固体素子・材料コンファレ
ンス予稿集、ｐｐ、１１５−１１８記載の“Ｈｉｇｈ
ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ａ ｊ２ Ｐｔｒａｎｓｖｅｒ
ｓｅ ｍｏｄｅ ５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ １ａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅｓｌ＋に報告されている。これらのレーザ構
造は、Ａｌ２ＧａＡｓ半導体レーザの頃から良く知られ
た構造で、メサ状ストライプをブロック層で埋め込むこ
とにより、電流狭窄を行うと同時に、屈折率ステップを
形成し、横モード制御を行うことが可能である。
ｈ−ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｒ
ａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍｏｄｅ ５ｔａｂｉｌｉｓｅｄ
Ａ （ＩＧ ａ Ｉ ｎ Ｐ ｖｉｓｉｂｌｅ Ｉ
ｉｇｈｔｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ”、あ
るいは、１９８７年第１９回固体素子・材料コンファレ
ンス予稿集、ｐｐ、１１５−１１８記載の“Ｈｉｇｈ
ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ａ ｊ２ Ｐｔｒａｎｓｖｅｒ
ｓｅ ｍｏｄｅ ５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ １ａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅｓｌ＋に報告されている。これらのレーザ構
造は、Ａｌ２ＧａＡｓ半導体レーザの頃から良く知られ
た構造で、メサ状ストライプをブロック層で埋め込むこ
とにより、電流狭窄を行うと同時に、屈折率ステップを
形成し、横モード制御を行うことが可能である。
しかしながら、これら従来のＮ型基板上に形成したＡρ
Ｇａ ＩｎＰ半導体レーザの場合には、以下の問題が存
在する。すなわち、Ｎ型基板上に形成したＡρＧａＩｎ
Ｐ半導体レーザでは、メサ状ストライブの電流注入部分
は、Ｐ型ＡｐＧａＩｎＰ結晶で形成される。一方、Ｐ型
Ａｊ７ＧａＩｎＰ結晶は低抵抗化が難しく、その比抵抗
は、Ｎ型ＡρＧａＩｎＰ結晶に比べて、１桁程度高い値
を示すことがわかっている。我々のデータで具体的数値
を示せば、Ｐ型（ＡＡ ｏ、ｅＧ ａ Ｑ、４）０．５
Ｉ ｎ ｏ、ｓ Ｐ （Ｚｎドープ）の比抵抗は、０
．７〜１．３Ωａｍであるのに対し、Ｎ型（Ａｊ２ ｏ
、ａＧ ａ Ｏ，４）０．５ Ｉ ｎ ｏｓＰ （Ｓ
ｉ ドープ）の比抵抗は０．０５〜０．０８Ωいであり
、Ｐ型結晶の方が１桁程度高抵抗である。従って、特に
、幅３〜７μｍ、高さ約１μｍの狭ストライプの電流注
入部分にＰ型ＡρＧａＩｎＰ結晶を用いた従来のＡｊ２
ＧａＩｎＰ半導体レーザでは、素子抵抗が非常に高く、
高出力・大電流動作での発熱による光出力の飽和が問題
となる。
Ｇａ ＩｎＰ半導体レーザの場合には、以下の問題が存
在する。すなわち、Ｎ型基板上に形成したＡρＧａＩｎ
Ｐ半導体レーザでは、メサ状ストライブの電流注入部分
は、Ｐ型ＡｐＧａＩｎＰ結晶で形成される。一方、Ｐ型
Ａｊ７ＧａＩｎＰ結晶は低抵抗化が難しく、その比抵抗
は、Ｎ型ＡρＧａＩｎＰ結晶に比べて、１桁程度高い値
を示すことがわかっている。我々のデータで具体的数値
を示せば、Ｐ型（ＡＡ ｏ、ｅＧ ａ Ｑ、４）０．５
Ｉ ｎ ｏ、ｓ Ｐ （Ｚｎドープ）の比抵抗は、０
．７〜１．３Ωａｍであるのに対し、Ｎ型（Ａｊ２ ｏ
、ａＧ ａ Ｏ，４）０．５ Ｉ ｎ ｏｓＰ （Ｓ
ｉ ドープ）の比抵抗は０．０５〜０．０８Ωいであり
、Ｐ型結晶の方が１桁程度高抵抗である。従って、特に
、幅３〜７μｍ、高さ約１μｍの狭ストライプの電流注
入部分にＰ型ＡρＧａＩｎＰ結晶を用いた従来のＡｊ２
ＧａＩｎＰ半導体レーザでは、素子抵抗が非常に高く、
高出力・大電流動作での発熱による光出力の飽和が問題
となる。
本発明の半導体レーザの構成は、Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ基
板上に、Ａｌ２ＩｎＰまたはＡｌ２ＩｎＰでなる第１の
クラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌ２ＩｎＰでなる活性
層、Ａ、ｆｆＧａＩｎＰまたはＡｌ２ＩｎＰでなる第２
のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ構造を少くと
も有し、前記第２のクラッド層の一部が部分的に層厚の
厚いメサストライプ状の電流注入領域を形成している半
導体レーザにおいて、前記メサストライプの側面および
メサストライプの両脇をＰ型ＧａＡｓまたはＰ型ＡβＧ
ａＡｓでなる第１の電流ブロック層、Ｎ型ＧａＩｎＰま
たはＮ型ＡｌＧａＩｎＰでなる第２の電流ブロック層、
Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓまたはＰ型Ａｊ７ＧａＡｓでなる第
３の電流ブロック層の順で被覆したことを特徴とする。
板上に、Ａｌ２ＩｎＰまたはＡｌ２ＩｎＰでなる第１の
クラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌ２ＩｎＰでなる活性
層、Ａ、ｆｆＧａＩｎＰまたはＡｌ２ＩｎＰでなる第２
のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ構造を少くと
も有し、前記第２のクラッド層の一部が部分的に層厚の
厚いメサストライプ状の電流注入領域を形成している半
導体レーザにおいて、前記メサストライプの側面および
メサストライプの両脇をＰ型ＧａＡｓまたはＰ型ＡβＧ
ａＡｓでなる第１の電流ブロック層、Ｎ型ＧａＩｎＰま
たはＮ型ＡｌＧａＩｎＰでなる第２の電流ブロック層、
Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓまたはＰ型Ａｊ７ＧａＡｓでなる第
３の電流ブロック層の順で被覆したことを特徴とする。
第１図、第２図に本発明のＰ型基板上Ａ、ｆｆＧａＩｎ
Ｐ半導体レーザの構造図を、第３図に従来のＮ型基板上
に形成したＡρＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの構造図
を示す。また、第４図に本発明の半導体レーザのメサス
トライプ以外の部分でのエネルギバンド図（電流ブロッ
ク層が３層構造よりなる場合。）を、第５図に比較のた
めに電流ブロック層が１層の電流ブロック層でなる場合
のエネルギバンド図を示す。なお、第２図の半導体レー
ザは、第１図の半導体レーザにメサ形成時のエツチング
に選択性を持たせるために、Ｎ型Ａ４ＧａＩｎＰクラッ
ド層１２０と１２５の間にエツチングストッパ層１２２
を挟んだものであり、本質的には第１図の半導体レーザ
と同一であるので以下の説明では割愛する。
Ｐ半導体レーザの構造図を、第３図に従来のＮ型基板上
に形成したＡρＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの構造図
を示す。また、第４図に本発明の半導体レーザのメサス
トライプ以外の部分でのエネルギバンド図（電流ブロッ
ク層が３層構造よりなる場合。）を、第５図に比較のた
めに電流ブロック層が１層の電流ブロック層でなる場合
のエネルギバンド図を示す。なお、第２図の半導体レー
ザは、第１図の半導体レーザにメサ形成時のエツチング
に選択性を持たせるために、Ｎ型Ａ４ＧａＩｎＰクラッ
ド層１２０と１２５の間にエツチングストッパ層１２２
を挟んだものであり、本質的には第１図の半導体レーザ
と同一であるので以下の説明では割愛する。
以下、第１図、第３図の構造図および第４図。
第５図のエネルギバンド図を用いて本発明の作用につい
て説明する。まず、第１図の構造を説明する。第１図の
半導体レーザは、３回の有機金属熱分解気相成長法（以
下、ＭＯＶＰＥ法と略記。）を用いた結晶成長と、メサ
加工プロセスにより形成される。まず、第１回目の結晶
成長では、Ｐ型ＧａＡｓ基板２１０上に、Ｐ型のＡＪ２
ＧａＩｎＰクラッド層１１０．ＧａＩｎＰ活性層１００
．Ｎ型のＡｊ７ＧａＩｎＰクラッド層１２０をこの順に
含むダブルヘテロ構造を形成する。次に、電流注入領域
を形成するため、Ｎ型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層１２
０の一部をメザ状に加工し、第２回目の結晶成長により
、メサ側面およびメサ両脇を３層の電流ブロック層１８
０，１９０，２００で埋め込む。そして、３回目の結晶
成長でメサ部上部にＮ型Ｇ ａ Ａ ｓキャップ層１６
０を形成する。
て説明する。まず、第１図の構造を説明する。第１図の
半導体レーザは、３回の有機金属熱分解気相成長法（以
下、ＭＯＶＰＥ法と略記。）を用いた結晶成長と、メサ
加工プロセスにより形成される。まず、第１回目の結晶
成長では、Ｐ型ＧａＡｓ基板２１０上に、Ｐ型のＡＪ２
ＧａＩｎＰクラッド層１１０．ＧａＩｎＰ活性層１００
．Ｎ型のＡｊ７ＧａＩｎＰクラッド層１２０をこの順に
含むダブルヘテロ構造を形成する。次に、電流注入領域
を形成するため、Ｎ型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層１２
０の一部をメザ状に加工し、第２回目の結晶成長により
、メサ側面およびメサ両脇を３層の電流ブロック層１８
０，１９０，２００で埋め込む。そして、３回目の結晶
成長でメサ部上部にＮ型Ｇ ａ Ａ ｓキャップ層１６
０を形成する。
このメサ構造は、電流狭窄と同時に光閉じ込め構造とし
て働き、横モード制御の働きを持っている。
て働き、横モード制御の働きを持っている。
通常、メサ底部の幅は、３〜７μｍ程度である。
これに対して、従来のＮ型基板上半導体レーザを第３図
に示す。レーザ作製プロセスおよび構造は第１図のＰ型
基板半導体レーザとほとんど同じである。第３図と第１
図の相違点は、第３図では基板４００がＮ型Ｇ ａ Ａ
ｓであるのに対し、第１図では基板２１０がＰ型Ｇ
ａ Ａ ｓである点である。
に示す。レーザ作製プロセスおよび構造は第１図のＰ型
基板半導体レーザとほとんど同じである。第３図と第１
図の相違点は、第３図では基板４００がＮ型Ｇ ａ Ａ
ｓであるのに対し、第１図では基板２１０がＰ型Ｇ
ａ Ａ ｓである点である。
従って、第３図では電流注入領域を形成するメサ状クラ
ッド層３３０は、Ｐ型Ａ４ＧａＩｎＰで形成される。
ッド層３３０は、Ｐ型Ａ４ＧａＩｎＰで形成される。
先はど課題の項でも述べたように、Ｐ型ＡρＧａＩｎＰ
結晶は低抵抗化が難しく、その比抵抗は、Ｎ型ＡｕＧａ
ＩｎＰ結晶に比べて、１桁程度高い値を示すことがわか
っている。我々のデータで具体的数値を示せば、Ｐ型（
Ａ ＲＯ，６Ｇ ａ Ｏ，４） ｏ、ｓ Ｉ ｎ ｏ、
５ Ｐ（Ｚｎドープ）の比抵抗は、０．７〜１．３Ωｃ
ｍであるのに対し、Ｎ型（Ａｊ２ ｏｓＧ ａ ０４）
０．５ Ｉ ｎ ｏ、ｓＰ （Ｓ ｉドープ）の比抵抗
は０．０５〜０１０８Ωｃｍであり、Ｐ型結晶の方が１
桁程度高抵抗である。従って、特に、幅３〜７μｍ、高
さ約１μｍの狭ストライフの電流注入部分にＰ型Ａｊｌ
’ＧａＩｎＰ結晶を用いた第３図の従来型半導体レーザ
では、素子抵抗が非常に高く、高出力・大電流動作での
発熱による光出力の飽和が問題となる。
結晶は低抵抗化が難しく、その比抵抗は、Ｎ型ＡｕＧａ
ＩｎＰ結晶に比べて、１桁程度高い値を示すことがわか
っている。我々のデータで具体的数値を示せば、Ｐ型（
Ａ ＲＯ，６Ｇ ａ Ｏ，４） ｏ、ｓ Ｉ ｎ ｏ、
５ Ｐ（Ｚｎドープ）の比抵抗は、０．７〜１．３Ωｃ
ｍであるのに対し、Ｎ型（Ａｊ２ ｏｓＧ ａ ０４）
０．５ Ｉ ｎ ｏ、ｓＰ （Ｓ ｉドープ）の比抵抗
は０．０５〜０１０８Ωｃｍであり、Ｐ型結晶の方が１
桁程度高抵抗である。従って、特に、幅３〜７μｍ、高
さ約１μｍの狭ストライフの電流注入部分にＰ型Ａｊｌ
’ＧａＩｎＰ結晶を用いた第３図の従来型半導体レーザ
では、素子抵抗が非常に高く、高出力・大電流動作での
発熱による光出力の飽和が問題となる。
然るに、本発明の第１図の半導体レーザでは、メサが１
桁程度低抵抗のＮ型ＡβＧａＩｎＰで形成されるため、
素子抵抗の大幅な低減、および熱放散特性の大幅な改善
を行うことが可能で、高出力化にたいへん適した構造で
ある。
桁程度低抵抗のＮ型ＡβＧａＩｎＰで形成されるため、
素子抵抗の大幅な低減、および熱放散特性の大幅な改善
を行うことが可能で、高出力化にたいへん適した構造で
ある。
また、第１図の本発明の半導体レーザのもう１つの特徴
として、電流ブロック層の発振光吸収によるポテンシャ
ル障壁の低下を、電流フロック層を３層構造とする事に
より防止している点が挙げられる。以下、その機構につ
いて第４図、第５図を用いて詳しく説明する。第４図は
本発明の第１図の半導体レーザの、メサストライプ両脇
の部分でのエネルギバンド図を、第５図は電流ブロック
層が１層のＰ型ＧａＡｓまたはＡβＧａＡｓでなる従来
例（第３図）のエネルギバンド図を示す。
として、電流ブロック層の発振光吸収によるポテンシャ
ル障壁の低下を、電流フロック層を３層構造とする事に
より防止している点が挙げられる。以下、その機構につ
いて第４図、第５図を用いて詳しく説明する。第４図は
本発明の第１図の半導体レーザの、メサストライプ両脇
の部分でのエネルギバンド図を、第５図は電流ブロック
層が１層のＰ型ＧａＡｓまたはＡβＧａＡｓでなる従来
例（第３図）のエネルギバンド図を示す。
第５図のように電流ブロック層が１層構造でしかもＰ型
ＧａＡｓまたはＰ型ＡβＧａＡｓである場合、従来のＡ
ｊ２ＧａＡｓレーザの検討より以下のことが知られてい
る（参考文献： Ｓ 、 Ｙａｍａｍｏｔ。
ＧａＡｓまたはＰ型ＡβＧａＡｓである場合、従来のＡ
ｊ２ＧａＡｓレーザの検討より以下のことが知られてい
る（参考文献： Ｓ 、 Ｙａｍａｍｏｔ。
ｅｔ ａｌ、Ａ、Ｐ、Ｌ、４０（５）、 Ｉ Ｍａｒｃ
ｈ １９８２ 。
ｈ １９８２ 。
ＰＰ、３７２−３７４）。すなわち、活性層で発生した
光は電流ブロック層であるＰ型ＧａＡｓ層にしみだす。
光は電流ブロック層であるＰ型ＧａＡｓ層にしみだす。
一方、Ｐ型ＧａＡｓ層の禁制体幅はＧａＩｎＰ活性層で
発生した光よりも低エネルギであるため、発振光を吸収
し電流ブロック層内に電子正孔対な形成する。しかしな
がら、ＧａＡｓ中での電子、正孔の拡散長は各々〜３μ
ｍ、〜０．６μｍであるので、生成された電子正孔対の
内拡散長が電流ブロック層厚よりもはるかに大きい電子
のみ、電流ブロック層の両側へ拡散していき、正孔のみ
がたまっていく （第５図（ａ））。従って、電流ブロ
ック層のポテンシャルは低下していき、ついに電流ブロ
ックの効果が失われ電流狭窄構造が機能しなくなる（第
５図（ｂ））。なお、通常電流ブロック層の層厚は１μ
ｍ程度である。従って、通常電流ブロック層はＮ型Ｇ
ａ Ａ ｓであるのが一般的である。
発生した光よりも低エネルギであるため、発振光を吸収
し電流ブロック層内に電子正孔対な形成する。しかしな
がら、ＧａＡｓ中での電子、正孔の拡散長は各々〜３μ
ｍ、〜０．６μｍであるので、生成された電子正孔対の
内拡散長が電流ブロック層厚よりもはるかに大きい電子
のみ、電流ブロック層の両側へ拡散していき、正孔のみ
がたまっていく （第５図（ａ））。従って、電流ブロ
ック層のポテンシャルは低下していき、ついに電流ブロ
ックの効果が失われ電流狭窄構造が機能しなくなる（第
５図（ｂ））。なお、通常電流ブロック層の層厚は１μ
ｍ程度である。従って、通常電流ブロック層はＮ型Ｇ
ａ Ａ ｓであるのが一般的である。
しかしながら本発明の半導体レーザのように、基板がＰ
型でなおかつメサストライプが活性層よりも上にある場
合、電流ブロック層はＰ型にならざるを得ない。そこで
、光吸収による電流ブロック層のポテンシャル低下を防
止する構造として第４図のように３層の電流ブロック層
を用いた。第１図、第４図において電流ブロック層は、
Ｐ型ＧａＡｓまたはＰ型Ａ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓでなる
第１の電流ブロック層１８０．Ｎ型ＧａＩｎＰまたはＮ
型Ａ、ｆｆＧａＩｎＰでなる第２の電流ブロック層１９
０゜Ｐ型ＧａＡｓまたはＰ型ＡｕＧａＡｓでなる第３の
電流ブロック層２０００３層構造より形成される。第４
図（ａ）に示すように、第５図と同様に活性層で発生し
た光は、第１のＰ型Ｇ ａ Ａ ｓでなる電流ブロック
層で吸収され、電子は拡散していき、正孔のみが第１の
電流ブロック層中にたまっていく。その結果として第１
の電流ブロック層のポテンシャル障壁は低下する。しか
しながら、第４図（ｂ）に示すように第１の電流ブロッ
ク層に蓄積した正孔は、第２の電流ブロック層との間に
価電子帯のポテンシャル障壁が存在するため、第１の電
流ブロック層から第３の電流ブロック層へ流入できない
。このため、第３の電流ブロック層は正常に機能し電流
ブロック層として良好に作用する。
型でなおかつメサストライプが活性層よりも上にある場
合、電流ブロック層はＰ型にならざるを得ない。そこで
、光吸収による電流ブロック層のポテンシャル低下を防
止する構造として第４図のように３層の電流ブロック層
を用いた。第１図、第４図において電流ブロック層は、
Ｐ型ＧａＡｓまたはＰ型Ａ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓでなる
第１の電流ブロック層１８０．Ｎ型ＧａＩｎＰまたはＮ
型Ａ、ｆｆＧａＩｎＰでなる第２の電流ブロック層１９
０゜Ｐ型ＧａＡｓまたはＰ型ＡｕＧａＡｓでなる第３の
電流ブロック層２０００３層構造より形成される。第４
図（ａ）に示すように、第５図と同様に活性層で発生し
た光は、第１のＰ型Ｇ ａ Ａ ｓでなる電流ブロック
層で吸収され、電子は拡散していき、正孔のみが第１の
電流ブロック層中にたまっていく。その結果として第１
の電流ブロック層のポテンシャル障壁は低下する。しか
しながら、第４図（ｂ）に示すように第１の電流ブロッ
ク層に蓄積した正孔は、第２の電流ブロック層との間に
価電子帯のポテンシャル障壁が存在するため、第１の電
流ブロック層から第３の電流ブロック層へ流入できない
。このため、第３の電流ブロック層は正常に機能し電流
ブロック層として良好に作用する。
従って、本発明の半導体レーザにおいては、電流ブロッ
ク層の光吸収によるポテンシャル障壁の低下が起こらず
、常に良好な電流狭窄構造が得られる。なお、第４図に
おいて第３の電流ブロック層は活性層から十分離れてお
り、発振光はほとんど吸収しないとする。
ク層の光吸収によるポテンシャル障壁の低下が起こらず
、常に良好な電流狭窄構造が得られる。なお、第４図に
おいて第３の電流ブロック層は活性層から十分離れてお
り、発振光はほとんど吸収しないとする。
以下、本発明のＰ型基板上ＡρＧａＩｎＰ半導体レーザ
について、具体的数値例を用いて説明する。ここでは、
より最適化された構造として第２図の構造について説明
する。基板はｌ Ｘ １０ ”ｃｍ−３のＺｎドープＰ
型Ｇ ａ Ａ、 ｓ基板２１０を用いた。
について、具体的数値例を用いて説明する。ここでは、
より最適化された構造として第２図の構造について説明
する。基板はｌ Ｘ １０ ”ｃｍ−３のＺｎドープＰ
型Ｇ ａ Ａ、 ｓ基板２１０を用いた。
その基板上に７０Ｔｏｒｒ減圧のＭＯＶＰＥ法により、
０．３μｍ厚のＰ型ＧａＡｓでなるバッファ層１４０．
０．０２．ｃｚｍ厚のＰ型ＧａＩｎＰ層１３０．１．１
μｍ厚のＰ型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層１１０．０．
０４μｍ厚のアンドープＧａＩｎＰ活性層１００．０．
２５μｍ厚のＮ型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層１２０、
０．００５μｍ厚のＮ型Ｇ ａ Ｉ ｎ Ｐ 工ｙチン
ゲストツバ層１２２．０．９μｍ厚のＮ型Ａ、ｆｆＧａ
ＩｎＰクラッド層１２５．０．０１μｍ厚のＮ型ＧａＩ
ｎＰ層１５０．０．５ μｍ厚のＮ型ＧａＡｓキャップ
層１６０をこの順に順次結晶成長して基本となるダブル
ヘテロ構造ウェハーを形成した。
０．３μｍ厚のＰ型ＧａＡｓでなるバッファ層１４０．
０．０２．ｃｚｍ厚のＰ型ＧａＩｎＰ層１３０．１．１
μｍ厚のＰ型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層１１０．０．
０４μｍ厚のアンドープＧａＩｎＰ活性層１００．０．
２５μｍ厚のＮ型Ａｊ２ＧａＩｎＰクラッド層１２０、
０．００５μｍ厚のＮ型Ｇ ａ Ｉ ｎ Ｐ 工ｙチン
ゲストツバ層１２２．０．９μｍ厚のＮ型Ａ、ｆｆＧａ
ＩｎＰクラッド層１２５．０．０１μｍ厚のＮ型ＧａＩ
ｎＰ層１５０．０．５ μｍ厚のＮ型ＧａＡｓキャップ
層１６０をこの順に順次結晶成長して基本となるダブル
ヘテロ構造ウェハーを形成した。
次に、レーザ構造を形成するため、Ｎ型Ａｌ２ＧａＩｎ
Ｐ１２５をメサ状に加工した。メサ加工には、ＧａＩｎ
Ｐに対して、ＡｕＧａＩｎＰのエツチングレートが十分
早い選択エッチャントを使用した。
Ｐ１２５をメサ状に加工した。メサ加工には、ＧａＩｎ
Ｐに対して、ＡｕＧａＩｎＰのエツチングレートが十分
早い選択エッチャントを使用した。
そして、第２回目のＭＯＶＰＥ法による結晶成長で、メ
サ側面およびメサ両枠の部分に、０．３μｍ厚のＰ型Ｇ
ａＡｓでなる第１の電流ブロック層１８０．０．３μｍ
厚のＮ型Ｇａ Ｉ ｎＰでなる第２の電流ブロック層１
９０，０．３μｍ厚のＰ型ＧａＡｓでなる第３の電流ブ
ロック層２００を順次結晶成長した。この結晶成長には
、選択成長法を用いた。そして、最後に、第３回目のＭ
ＯＶＰＥ法による結晶成長で全面にＮ型Ｇ ａ Ａ ｓ
でなるキャップ層１７０を成長し、素子両面に電極づけ
を行って本発明の半導体レーザを作製した。
サ側面およびメサ両枠の部分に、０．３μｍ厚のＰ型Ｇ
ａＡｓでなる第１の電流ブロック層１８０．０．３μｍ
厚のＮ型Ｇａ Ｉ ｎＰでなる第２の電流ブロック層１
９０，０．３μｍ厚のＰ型ＧａＡｓでなる第３の電流ブ
ロック層２００を順次結晶成長した。この結晶成長には
、選択成長法を用いた。そして、最後に、第３回目のＭ
ＯＶＰＥ法による結晶成長で全面にＮ型Ｇ ａ Ａ ｓ
でなるキャップ層１７０を成長し、素子両面に電極づけ
を行って本発明の半導体レーザを作製した。
なお、上記説明中、Ｐ型不純物にはすべてＺｎを、Ｎ型
不純物にはすべてＳｉを用いた。また、Ｐ型ＡβＧａＩ
ｎＰクラッド層のキャリア濃度は、３ Ｘ １０１７ｃ
ｍ−’、比抵抗は０．８Ωσであり、Ｎ型ＡρＧａ Ｉ
ｎＰクラッド層のキャリア濃度は、１、５ Ｘ １０
”ａｍ−”、比抵抗は０．０８Ωｃｍであった。
不純物にはすべてＳｉを用いた。また、Ｐ型ＡβＧａＩ
ｎＰクラッド層のキャリア濃度は、３ Ｘ １０１７ｃ
ｍ−’、比抵抗は０．８Ωσであり、Ｎ型ＡρＧａ Ｉ
ｎＰクラッド層のキャリア濃度は、１、５ Ｘ １０
”ａｍ−”、比抵抗は０．０８Ωｃｍであった。
以上の方法により作製した、第２図の構造の半導体レー
ザの特性として、以下に示す特性が得られた。電流注入
幅５μｍ、共振器長４００μｍの素子に対し、発振しき
い値電流は５０ｍＡであった。
ザの特性として、以下に示す特性が得られた。電流注入
幅５μｍ、共振器長４００μｍの素子に対し、発振しき
い値電流は５０ｍＡであった。
素子抵抗は、第３図の半導体レーザの素子抵抗が１４Ω
であったのに対し、第２図の半導体レーザの素子抵抗は
８Ωと大幅に低減できた。また、光出力特性も同一のサ
イズで試作した第３図の従来構造の半導体レーザの最高
光出力が３０ｍＷで熱飽和を起こすのに対し、第２図の
構造の半導体レーザでは、４０ｍＷまで熱飽和を起こす
ことがなく、良好な高出力特性が得られた。また、４０
ｍＷ光出力時まで良好な電流狭窄が得られた。なお、上
記、光出力特性を測定した半導体レーザに関しては、第
２図、第３図の構造ともに前面６％、後面９５％の非対
称コーティングを施した後、ダイヤモンドヒートシンク
上に融着して測定を行った。
であったのに対し、第２図の半導体レーザの素子抵抗は
８Ωと大幅に低減できた。また、光出力特性も同一のサ
イズで試作した第３図の従来構造の半導体レーザの最高
光出力が３０ｍＷで熱飽和を起こすのに対し、第２図の
構造の半導体レーザでは、４０ｍＷまで熱飽和を起こす
ことがなく、良好な高出力特性が得られた。また、４０
ｍＷ光出力時まで良好な電流狭窄が得られた。なお、上
記、光出力特性を測定した半導体レーザに関しては、第
２図、第３図の構造ともに前面６％、後面９５％の非対
称コーティングを施した後、ダイヤモンドヒートシンク
上に融着して測定を行った。
以上述べたように、本発明の半導体レーザによれば、Ａ
ｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの素子抵抗の大幅な低
減および高出力動作時の熱放散特性の大幅な改善および
良好な電流狭窄が可能である。
ｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの素子抵抗の大幅な低
減および高出力動作時の熱放散特性の大幅な改善および
良好な電流狭窄が可能である。
第１図、第２図は本発明のＰ型基板上ＡρＧａＩｎＰ半
導体レーザの構造図（斜視図）、第３図は従来のＮ型基
板上ＡｆｆＧａＩｎＰ半導体レーザの構造図（斜視図）
、第４図は本発明の半導体レーザのメザストライプ以外
の部分でのエネルギバンド図、第５図は１層の電流ブロ
ック構造のエネルギバンド図である。 １００・・・・・・活性層、１１０，１２０，１２５・
・・・クラッド層、１２２・・・・・・エラチンストッ
パ層、１３０・・・・・・Ｐ型Ｇａ Ｉ ｎＰｌ、 １
４０・・・・・・バッファ層、１５０・・・・・・Ｎ型
ＧａＩｎＰ層、１６０・・・・・キャップ層、１７０・
・・・・・キャップ層、１８０・・・・・・第１の電流
ブロック層、１９０・・・・・・第２の電流ブロック層
、２００・・・・・・第３の電流ブロック層、２１０・
・・・・・基板、３３０・・・・・・クラッド層、４０
０・・・・・・基板。 代理人 弁理士 内 原 晋 第２ 図 に瞼 ｌｌ 第３図 正ゴし くαノ （ｂ） （０，）
導体レーザの構造図（斜視図）、第３図は従来のＮ型基
板上ＡｆｆＧａＩｎＰ半導体レーザの構造図（斜視図）
、第４図は本発明の半導体レーザのメザストライプ以外
の部分でのエネルギバンド図、第５図は１層の電流ブロ
ック構造のエネルギバンド図である。 １００・・・・・・活性層、１１０，１２０，１２５・
・・・クラッド層、１２２・・・・・・エラチンストッ
パ層、１３０・・・・・・Ｐ型Ｇａ Ｉ ｎＰｌ、 １
４０・・・・・・バッファ層、１５０・・・・・・Ｎ型
ＧａＩｎＰ層、１６０・・・・・キャップ層、１７０・
・・・・・キャップ層、１８０・・・・・・第１の電流
ブロック層、１９０・・・・・・第２の電流ブロック層
、２００・・・・・・第３の電流ブロック層、２１０・
・・・・・基板、３３０・・・・・・クラッド層、４０
０・・・・・・基板。 代理人 弁理士 内 原 晋 第２ 図 に瞼 ｌｌ 第３図 正ゴし くαノ （ｂ） （０，）
Claims (1)
- Ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎ
Ｐでなる第１のクラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａ
ＩｎＰでなる活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
でなる第２のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ構
造を少くとも有し、前記第２のクラッド層の一部が部分
的に層厚の厚いメサストライプ状の電流注入領域を形成
している半導体レーザにおいて、前記メサストライプの
側面およびメサストライプの両脇をＰ型ＧａＡｓまたは
Ｐ型ＡｌＧａＡｓでなる第１の電流ブロック層、Ｎ型Ｇ
ａＩｎＰまたはＮ型ＡｌＧａＩｎＰでなる第２の電流ブ
ロック層、Ｐ型ＧａＡｓまたはＰ型ＡｌＧａＡｓでなる
第３の電流ブロック層の順で被覆したことを特徴とする
半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234803A JP2616185B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234803A JP2616185B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04115588A true JPH04115588A (ja) | 1992-04-16 |
| JP2616185B2 JP2616185B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=16976634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2234803A Expired - Fee Related JP2616185B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2616185B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5291033A (en) * | 1991-05-29 | 1994-03-01 | Eastman Kodak Company | Semiconductor light-emitting device having substantially planar surfaces |
| FR2695261A1 (fr) * | 1992-08-12 | 1994-03-04 | Fujitsu Ltd | Laser émetteur en surface et son procédé de fabrication. |
| US5499260A (en) * | 1993-08-04 | 1996-03-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and a method for fabricating the same |
| US5519722A (en) * | 1993-12-28 | 1996-05-21 | Nec Corporation | II-VI compound semiconductor laser with burying layers |
| US5933443A (en) * | 1995-09-08 | 1999-08-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| US5974068A (en) * | 1993-07-21 | 1999-10-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and a method for producing the same |
-
1990
- 1990-09-05 JP JP2234803A patent/JP2616185B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5291033A (en) * | 1991-05-29 | 1994-03-01 | Eastman Kodak Company | Semiconductor light-emitting device having substantially planar surfaces |
| FR2695261A1 (fr) * | 1992-08-12 | 1994-03-04 | Fujitsu Ltd | Laser émetteur en surface et son procédé de fabrication. |
| US5373520A (en) * | 1992-08-12 | 1994-12-13 | Fujitsu Limited | Surface emitting laser and method of manufacturing the same |
| US5974068A (en) * | 1993-07-21 | 1999-10-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and a method for producing the same |
| US5499260A (en) * | 1993-08-04 | 1996-03-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and a method for fabricating the same |
| US5519722A (en) * | 1993-12-28 | 1996-05-21 | Nec Corporation | II-VI compound semiconductor laser with burying layers |
| US5933443A (en) * | 1995-09-08 | 1999-08-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2616185B2 (ja) | 1997-06-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |