JPH0412585A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0412585A
JPH0412585A JP2116159A JP11615990A JPH0412585A JP H0412585 A JPH0412585 A JP H0412585A JP 2116159 A JP2116159 A JP 2116159A JP 11615990 A JP11615990 A JP 11615990A JP H0412585 A JPH0412585 A JP H0412585A
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semiconductor laser
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buried
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Eiji Yamamoto
英二 山本
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Optical Measurement Technology Development Co Ltd
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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〕 本発明は発振強度、波長または位相の調整が可能な半導
体レーザに関する。特に、化合物半導体を用いたｐｎｐ
構造またはｎｐｎ構造の半導体レーザに関する。
〔概　要〕
本発明は、ｐｎｐ構造またはｎｐｎ構造の半導体レーザ
において、 高抵抗層あるいはｐｎ接合を用いて寄生ｐｎ接合による
無効電流を低減することにより、発振しきい値電流や変
調特性を改善するものである。
〔従来の技術〕
隣接する層よりバンドギャップエネルギの小さい二つの
層を含むｐｎｐ構造またはｎｐｎ構造の半導体レーザは
、一方のバンドギャップエネルギの小さい層を活性層と
して用い、もう一方のバンドギャップエネルギの小さい
層を変調層として用いることにより、レーザ発振とその
発振光の変調とを同時に行うことができる。
第８図はｐｎｐ構造の半導体レーザの基本的な構造を示
す断面図である。
ｐ形１ｎＰ基板ｌ上にはｐ形１ｎＰバッファ層２が形成
され、さらに、１ｎＧａＡｓＰ変調層３、ｎ形１ｎＰ分
離層４．１ｎＧａＡｓＰ活性層Ａｓ上びｐ形１ｎＰクラ
ッド層６がメサ形に形成される。このメサ形の構造は、
ｎ形１ｎＰ埋め込み層７により埋め込まれる。
クラッド層６はｐ形ＩｎＧａＡｓコンタクト層８を介し
て電極１１に接続され、埋め込み層７はｎ形１ｎＧａＡ
ｓコンタクト層９を介して電極１２に接続される。コン
タクト層８．９の間、および電極１１１２の間は５ｉｎ
２絶縁層１０により電気的に絶縁される。基板１の裏面
には電極１３が設けられる。
電極１１．１２０間に電流を供給すると、その電流は、
コンタクト層８．、クラッド層６、活性層５、埋め込み
層７およびコンタクト層９を経由して流れる。この電流
値がしきい値以上であれば、活性層５でレーザ発振が生
じる。
また、電極１３．１２の間に電流を供給すると、その電
流は、基板１、バッファ層２、変調層３、分離層４、埋
め込み層７およびコンタクト層９を経由して流れる。こ
の電流により、変調層３のキャリア濃度が制御され、プ
ラズマ効果により屈折率や吸収係数が変化する。この変
化により、活性層５の発振強度、波長または位相を調整
し、さらにはレーザ発振光を直接変調できる。
このような半導体レーザの具体的な構造については、例
えば、アマン他、「チューナブル・ツインガイド・レー
ザニア・ノーベル・レーザ・ダイオード・ウィズ・イン
ブルーブト・チューニング・パフォーマンス」アプライ
ド・フィジクス・レターズ第５４巻第２５号、１９８９
年６月１９日（Ｍ、　Ｃ，Ａｍａｎｎ。
Ｓ、ｌ１ｌｅｋ、　　Ｃ，５ｃｈａｎｅｎ　　ａｎｄ　
　Ｗ、Ｔｈｕｌｋｅ、　”Ｔｕｎａｂｌｅｔｗｉｎ−ｇ
ｕｉｄｅ　１ａｓｓｅｒ：　Ａ　ｎｏｖｅｌ　１ａｓｅ
ｒ　ｄｉｏｄｅ　ｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｕｎｉ
ｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ。
５４（２５）、　１９　Ｊｕｎｅ　１９８９）　　にも
示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように、ｐｎｐ構造やｎｐｎ構造の半導体レーザで
は、活性層と変調層との間の分離層を素子表面の電極に
電気的に接続するため、その構造をメサ構造に加工し、
このメサ構造を分離層と同じ導電形の層で埋め込んでい
た。このため、外側層（ｐｎｐ構造の場合のｐ形層、ｎ
ｐｎ構造の場合のｎ形層）と埋め込み層との間に寄生ｐ
ｎ接合が形成され、不要な電流成分が生じ、発振しきい
値電流や変調特性の劣化の原因となっていた。
例えば第８図の従来例では、ｐ形のコンタクト層８、ク
ラッド層６およびバッファ層２とｎ形の埋め込み層７と
の間にそれぞれ寄生ｐｎ接合が形成され、それぞれ不要
な電流成分Ｊｌ、Ｊ２、Ｊ３が流れる。アマン他の文献
に示された構造も同様であり、寄生電流に対する対策は
不十分である。
本発明は、以上の課題を解決し、活性層や変調層への電
流注入のときに生じる不要な寄生電流を低減できる構造
の半導体レーザ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〕
本発明の半導体レーザは、ｐｎｐ構造の場合にはこの構
造を埋め込むｎ形層と少なくとも一方のｐ形層との間、
ｎｐｎ構造の場合にはこの構造を埋め込むｐ形層と少な
くとも一方のｎ形層との間に、高抵抗層を備えたことを
特徴とする。
高抵抗層は、不純物のイオン注入により電気抵抗が高め
られた層でもよく、逆バイアスのｐｎ接合でもよい。
高抵抗層としてｐｎ接合を用いる場合には、ｐｎｐ構造
であればｐ形層内にｎ形層を設け、ｎｐｎ構造であれば
ｎ形層内にｐ形層を設けることが望ましい。
〔作　用〕
ｐｎｐ構造の半導体レーザでは、両側のｐ層からｎ形層
に向けてバイアス電流を流している。このとき、ｎ形層
に流れ込んだ電流を素子表面の電極に導くため、ｐｎｐ
構造の少なくとも一方のｐｎ構造をｎ形層で埋め込む必
要がある。しかし、そのまま埋め込んだのでは、外側の
ｐ形層とｎ形の埋め込み層との間に寄生ｐｎ接合が形成
され、しかもそれが順バイアスとなるので、動作時に無
駄な電流が流れてしまう。
そこで、ｐ形層とｎ形の埋め込み層との間に高抵抗層ま
たは逆バイアスとなるｐｎ接合を設け、二つの層を電気
的（直流的）に分離する。これにより、寄生ｐｎ接合に
よる無駄な電流を削減できる。
ｎｐｎ構造の半導体レーザの場合も、電流方向が逆向き
なだけで、ｐｎｐ構造の場合と同等である。すなわち、
外側のｎ形層とｐ形の埋め込み層との間に高抵抗層また
は逆バイアスとなるｐｎ接合を設けることにより、埋め
込み層からｎ形層に流れる寄生電流を削減することがで
きる。
〔実施例〕
第１図は本発明第一実施例の半導体レーザの斜視図を示
し、第２図はそのＡ−Ａ方向（導波方向を横切る方向）
の断面図を示す。この実施例では、ｐｎｐ構造の半導体
レーザを例に説明する。
この半導体レーザは、一方が活性層として形成された隣
接するバンドギャップエネルギの小さい層としてＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層５および１ｎＧａＡｓＰ変調層３を備え
、この二つの層の間に設けられた分離半導体層としてｎ
形１ｎＰ分離層４を備え、この分離半導体層とは異なる
導電性で活性層５および変調層３を挟み込む二つの外側
半導体層として、一方の側にｐ形１ｎＰバッファ層２お
よびｐ形１ｎＰ基板１、他方の側にｐ形１ｎＰクラッド
層６を備え、少なくとも分離層４、この実施例ではｐ形
１ｎＰバッファ層２の一部、変調層３、分離層４、活性
層５およびクラッド層６を埋め込むｎ形１ｎＰ埋め込み
層７を備える。
活性層５のバンドギャップエネルギは、レーザ発振した
光が変調層３で吸収されないように、変調層３のバンド
ギャップエネルギより小さく設定される。
ここで本実施例の特徴とするところは、埋め込み層７と
バッファ層２との間および埋め込み層７とクラッド層６
との間、厳密にはバッファ層２の一部および埋め込み層
７の一部に、それぞれ高抵抗層１４．１５を備えたこと
にある。
この半導体レーザを動作させる方法は第８図に示した従
来例と同じである。すなわち、電極１１からコンタクト
層８、クラッド層６、活性層５、埋め込み層７およびコ
ンタクト層９を経由して電極１２に流れる電流により、
活性層５にキャリアを注入する。また、電極１３から基
板１、バッファ層２、変調層３、分離層４、埋め込み層
７およびコンタクト層９を経由して電極１２に流れる電
流により、変調層３のキャリア濃度を制御し、プラズマ
効果により屈折率や吸収係数を変化させてレーザ光を変
調する。
第３図はこの半導体レーザの製造方法を示す。
まず、第３図（ａ）に示すように、ｐ形１ｎＰの基板１
にバッファ層２　　（ｐ形１ｎｐ）　、変調層３　（イ
ントリンシックＩｎＧａＡｓＰ）、分離層４　　（ｎ形
１ｎＰ）、活性層５　（イントリンシックＩｎＧａ八ｓ
Ｐ）およびクラッド層６　　（ｐ形１ｎＰ　）を順にエ
ピタキシャル成長させ、ｐｎｐ構造を形成する。
次に、第３図（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤその
他の方法によりクラッド層６の表面に５ｉｎ２膜を堆積
させ、ホトエツチング法によりストライプ状の５ｉｎ２
マスク３１を形成する。続いて、この５ｉｎ２マスク３
１を用いてバッファ層２の一部までエツチングしてメサ
ストライプを形成し、ＳｌＯ□マスク３１を残したまま
○゛またはＦｅ’のイオン注入を行う。
これにより、バッファ層２の表面部分がメサに自己整合
して高抵抗層１４となる。
さらに、第３図（Ｃ）に示すように、同じ５ｉｎ２マス
ク３１を用いて、選択エピタキシャル成長により埋め込
み層７を形成する。続いて、窓の幅がメサストライプの
幅より広いレジストマスク３２を形成し、このレジスト
マスク３２とＳ！０２マスク３１とを用いて、イオン注
入により第二の高抵抗層１５を形成する。
この後に、第３図（ｄ）に示すように、ＳｌＯ□マスク
３１およびレジストマスク３２を除去し、メサ上部に、
接触抵抗を小さくするためのコンタクト層８を選択エピ
タキシャル成長させる。また、埋め込み層７の上部には
、同様にコンタクト層９を形成する。
続いて、第３図（ｅ）に示すように、５ｉｎ２の堆積と
ホトエツチングによる電極部分の窓開けとにより絶縁層
１０を形成し、ｐ形側の電極１１として例えばＡｕ／Ｃ
ｒ　、　ｎ形側の電極１２として例えばＡｕＧｅＮ　ｉ
をすフトオフ法その他の方法により形成する。
以上の方法により、メサ形状に自己整合して高抵抗層１
４．１５を形成できるので、不要なｐｎ接合部分を最小
限にすることができる。
第４図は本発明第二実施例半導体レーザの導波方向を横
切る方向における断面図を示す。
この実施例は、バッファ層２と埋め込み層７との間に逆
バイアスのｐｎ接合を備えたことが第一実施例と異なる
。すなわち、バッファ層２と埋め込み層７との間にｎ形
層２１とｐ形層２２とを備える。
ｎ形層２１はメサストライプの部分で途切れ、ｐ形層２
２が直接にバッファ層２に接する。その他の構造は第一
実施例と同等である。
ｎ形層２１を形成する方法としては、拡散、エツチング
または選択エピタキシャルが利用できる。
第５図は拡散による方法を示す。・ この場合にはまず、第５図（ａ）に示すように、基板１
にバッファ層２をエピタキシャル成長させる。
次に、第５図（ｂ）に示すように、５１０２膜を堆積さ
せ、ホトエツチングによりメサを形成する部分を残して
５ｉｎ２膜を除去し、５１０２マスク５１を得る。さら
に、このＳｉＯ□マスク５１を用いて、バッファ層２に
ｎ形感加物、例えばＨ，ＳｅまたはＨ２Ｓを拡散させる
。これにより、バッファ層２０表面部分がｎ形層２１と
なる。
この後、第５図（Ｃ）に示すように、変調層３、分離層
４、活性層５およびクラッド層６を順にエピタキシャル
成長させてｐｎｐ構造を形成する。
続いて、第５図（ｄ）に示すように５ｉ０２マスク３１
を用いてメサ状にエツチングし、以下、第３図（ｂ）〜
（ｅ）を参照して説明した方法と同等の製造工程を実行
して、第４図に示した構造の半導体レーザを得る。
第６図はエツチングによる方法を示す。
この場合にはまず、第６図（ａ）に示すように、基板１
にバッファ層２をエピタキシャル成長させ、さらにｎ形
１ｎＰをエピタキシャル成長させてｎ形層２１を得る。
次に、第６図（ｂ）に示すように、Ｓ１０□マスク６１
を用いてｎ形層２１をエツチングする。続いて、第６図
（Ｃ）に示すように、変調層３、分離層４、活性層５お
よびクラッド層６を順にエピタキシャル成長させてｐｎ
ｐ構造を形成する。
この後、第３図（ｂ）〜（ｅ）を参照して説明した方法
と同等の製造工程を実行し、第４図に示した構造の半導
体レーザを得る。
第７図は選択エピタキシャルによる方法を示す。
この場合にはまず、第７図（ａ）に示すように、基板１
にバッファ層２をエピタキシャル成長させる。
次に、第７図（社）に示すように、５１０２マスク７１
を用いてバッファ層２をメサエッチングする。続いて、
第７図（Ｃ）に示すように、同じ５ｉｎ２マスク７１を
用いてｎ形１ｎＰを選択エピタキシャル成長させ、ｎ形
層２１を得る。
この後、５ｉｎ２マスク７１を除去し、第７図（ｄ）に
示すように変調層３、分離層４、活性層５およびクラッ
ド層６をエピタキシャル成長させ、第３図（ｂ）〜（ｅ
）を参照して説明した方法と同等の製造工程を実行して
、第４図に示した構造の半導体レーザを得る。
以上の実施例ではｐｎｐ構造の場合について説明したが
、ｎｐｎｍ造の場合にも本発明を同様に実施できる。ま
た、活性層と変調層との配置は逆でもよい。さらに、ア
マン他の論文に示されたように、活性層の近傍に回折格
子を設けても本発明を同様に実施できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の半導体レーザは、ｐｎｐ
構造またはｎｐｎ構造の外側の半導体層から埋め込み層
に流れる寄生電流を削減でき、活性層および変調層に効
率的な電流注入を行うことができる。これにより、発振
しきい値を低減できるとともに、変調性能を向上させる
ことができる効果がある。
また、メサストライプ幅が狭く、広いコンタクトを形成
してメサ上部の接触抵抗を低く抑える場合でも、これに
よる不要なｐｎ接合が形成されることがなく、効率的な
電流注入が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明第一実施例半導体レーザの斜視図。 第２図は第１図のＡ−Ａ断面図。 第３図は第一実施例の製造方法を示す図。 第４図は本発明第二実施例半導体レーザの断面図。 第５図は第二実施例の製造方法を示す図であり、拡散に
よる方法を示す図。 第６図は第二実施例の製造方法を示す図であり、エツチ
ングによる方法を示す図。 第７図は第二実施例の製造方法を示す図であり、選択エ
ピタキシャルによる方法を示す図。 第８図は従来例半導体レーデの断面図であり、ｐｎｐ構
造の半導体レーザの基本的な構造を示す図。 １・・・基板、２・・・バッファ層、３・・・変調層、
４・・・分離層、５・・・活性層、６・・・クラッド層
、７・・・埋め込み層、８．９・・・コンタクト層、１
０・・・絶縁層、１１〜１３・・・電極、Ｉ４、Ｉ５・
・・高抵抗層、２１・・・ｎ形層、２２・・・ｐ形層、
３１．６１．７１・・・Ｓｉｎ、マスク、３２・・・レ
ジストマスク。 兜−実態例１ｆｌ’１面圓 兇　２　回 蔦−実施分ＩＪ 売　１　口 （ｄ） 髪遣方Ｓ去 亮　３　（支） ３イ）二尖スを久イダ弓 兇　４　図 （ａ） （ａ） （ｂ） （ｂ） 兇 図 （ｄ） 第 回 （ａ） （ｂ） 拡散にＪ６！Ｎ造勿法 亮　５　圓 弔ｔ　タヒ　イグリ 亮　８　口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、一方が活性層として形成された隣接する層よりバン
    ドギャップエネルギの小さい二つの層と、この二つの層
    の間に設けられた分離半導体層と、この分離半導体層と
    は異なる導電性で前記二つの層を挟み込む二つの外側半
    導体層と、 少なくとも前記分離半導体層を埋め込む前記分離半導体
    層と同一導電性の埋め込み層と を備えたｐｎｐ構造またはｎｐｎ構造の半導体レーザに
    おいて、 前記埋め込み層と前記二つの外側半導体層の少なくとも
    一方との間に高抵抗層を備えた ことを特徴とする半導体レーザ。 ２、高抵抗層は逆バイアスのｐｎ接合を含む請求項１記
    載の半導体レーザ。
JP2116159A 1989-06-20 1990-05-01 半導体レーザ Pending JPH0412585A (ja)

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