JPH0685389A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子およびその製造方法Info
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- JPH0685389A JPH0685389A JP23620392A JP23620392A JPH0685389A JP H0685389 A JPH0685389 A JP H0685389A JP 23620392 A JP23620392 A JP 23620392A JP 23620392 A JP23620392 A JP 23620392A JP H0685389 A JPH0685389 A JP H0685389A
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- stress
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 共振器端面近傍の活性層のエネルギーバンド
ギャップを共振器内部のエネルギーバンドギャップより
も大きくすることにより、レーザ光に対してレーザ共振
器端面近傍で光吸収を防止する。レーザ素子の活性層内
部での電流の拡がりが少なく、低い発振閾値電流で動作
し、高効率で発振できる半導体レーザ素子およびその製
造方法を提供する。 【構成】 活性層の上方に応力導入層６を形成する。レ
ーザ共振器端面近傍での応力導入層６の幅Ｗ１は、レー
ザ共振器中央の発光部近傍での応力導入層６の幅Ｗ２よ
り大きく形成される。かつその応力導入層６、第２の上
部クラッド層１４およびキャップ層８はリッジ状に形成
される。応力導入層６の下に位置する活性層３のエネル
ギーバンドギャップは狭くなるが、一方、応力導入層６
がない活性層３のエネルギーバンドギャップは変化しな
いため、横方向にキャリアの閉じ込めが可能になる。そ
の結果、活性層３内での電流の拡がりが低減され得、さ
らに活性層３内への電流注入効率が向上する。
ギャップを共振器内部のエネルギーバンドギャップより
も大きくすることにより、レーザ光に対してレーザ共振
器端面近傍で光吸収を防止する。レーザ素子の活性層内
部での電流の拡がりが少なく、低い発振閾値電流で動作
し、高効率で発振できる半導体レーザ素子およびその製
造方法を提供する。 【構成】 活性層の上方に応力導入層６を形成する。レ
ーザ共振器端面近傍での応力導入層６の幅Ｗ１は、レー
ザ共振器中央の発光部近傍での応力導入層６の幅Ｗ２よ
り大きく形成される。かつその応力導入層６、第２の上
部クラッド層１４およびキャップ層８はリッジ状に形成
される。応力導入層６の下に位置する活性層３のエネル
ギーバンドギャップは狭くなるが、一方、応力導入層６
がない活性層３のエネルギーバンドギャップは変化しな
いため、横方向にキャリアの閉じ込めが可能になる。そ
の結果、活性層３内での電流の拡がりが低減され得、さ
らに活性層３内への電流注入効率が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置、レー
ザ・ビーム・プリンタなどの光源として用いられる高出
力半導体レーザ素子に関し、特に共振器端面構造の改良
を行った半導体レーザ素子に関する。
ザ・ビーム・プリンタなどの光源として用いられる高出
力半導体レーザ素子に関し、特に共振器端面構造の改良
を行った半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超格子活性層の不純物拡散による無秩序
化を利用してＣＯＤレベルを向上した従来の高出力半導
体レーザの断面図を図８に示す。
化を利用してＣＯＤレベルを向上した従来の高出力半導
体レーザの断面図を図８に示す。
【０００３】この半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板
１、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、ＧａＡｓ量子
井戸／ＡｌＧａＡｓバリア層からなる超格子活性層１６
ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７、ｐ+型ＧａＡ
ｓキャップ層８、Ｚｎ拡散により均一な混晶となったレ
ーザ共振器端面近傍１７、ｐ型電極９、およびｎ型電極
１０を有している。
１、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、ＧａＡｓ量子
井戸／ＡｌＧａＡｓバリア層からなる超格子活性層１６
ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７、ｐ+型ＧａＡ
ｓキャップ層８、Ｚｎ拡散により均一な混晶となったレ
ーザ共振器端面近傍１７、ｐ型電極９、およびｎ型電極
１０を有している。
【０００４】Ｚｎが拡散された領域１７内の超格子活性
層１６は無秩序化されていない超格子活性層１６ａ領域
より大きいエネルギーバンドギャップを持つＡｌＧａＡ
ｓ混晶層となる。このように、超格子活性層１６の端面
近傍のみを混晶化してエネルギーバンドギャップを高く
することにより、この部分での光吸収損失を低減してＣ
ＯＤレベルを向上することができる。しかしながら、こ
のような半導体レーザを作製するには、拡散マスクの作
製工程や超格子へのＺｎの拡散工程が必要であるなど作
製工程が複雑となる上に、レーザ共振器端面近傍に光導
波路がないという問題がある。
層１６は無秩序化されていない超格子活性層１６ａ領域
より大きいエネルギーバンドギャップを持つＡｌＧａＡ
ｓ混晶層となる。このように、超格子活性層１６の端面
近傍のみを混晶化してエネルギーバンドギャップを高く
することにより、この部分での光吸収損失を低減してＣ
ＯＤレベルを向上することができる。しかしながら、こ
のような半導体レーザを作製するには、拡散マスクの作
製工程や超格子へのＺｎの拡散工程が必要であるなど作
製工程が複雑となる上に、レーザ共振器端面近傍に光導
波路がないという問題がある。
【０００５】図９に従来の他の高出力半導体レーザの模
式図を示す。
式図を示す。
【０００６】この半導体レーザを作製するには、ｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１８上にエッチングにより、レーザ共振器端
面近傍で狭く、レーザ共振器中央部で広い幅を有するリ
ッジ２３を形成する。このリッジ２３上にｎ型ＧａＡｓ
電流狭窄層５を成長する。このようにして得られたウエ
ハ上にエッチングでＶ溝２４を形成する。このＶ溝２４
を形成したウエハ上に、ＬＰＥ法（液相エピタキシャル
法）でｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１９、ＡｌＧａ
Ａｓ活性層２０、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層２
１、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２２を順次成長する。その
後、基板１８下面にｐ型電極、ｎ型ＧａＡｓキャップ層
２２上面にｎ型電極を形成する。
ａＡｓ基板１８上にエッチングにより、レーザ共振器端
面近傍で狭く、レーザ共振器中央部で広い幅を有するリ
ッジ２３を形成する。このリッジ２３上にｎ型ＧａＡｓ
電流狭窄層５を成長する。このようにして得られたウエ
ハ上にエッチングでＶ溝２４を形成する。このＶ溝２４
を形成したウエハ上に、ＬＰＥ法（液相エピタキシャル
法）でｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１９、ＡｌＧａ
Ａｓ活性層２０、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層２
１、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２２を順次成長する。その
後、基板１８下面にｐ型電極、ｎ型ＧａＡｓキャップ層
２２上面にｎ型電極を形成する。
【０００７】上記構成の半導体レーザによれば、結晶成
長の異方性によりレーザ共振器内部のＡｌＧａＡｓ活性
層２０は厚く、レーザ共振器端面近傍のＡｌＧａＡｓ活
性層２０の層厚は薄く形成できるため、レーザ光の垂直
放射角が狭くでき、しかも垂直放射角が狭くなっても急
激に閾値電流がほとんど増加しない。
長の異方性によりレーザ共振器内部のＡｌＧａＡｓ活性
層２０は厚く、レーザ共振器端面近傍のＡｌＧａＡｓ活
性層２０の層厚は薄く形成できるため、レーザ光の垂直
放射角が狭くでき、しかも垂直放射角が狭くなっても急
激に閾値電流がほとんど増加しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＰＥ
法で各層を成長するため、特に活性層の層厚を制御する
ことの再現性が難しい。さらに、レーザ共振器内部の厚
い活性層と端面の薄い活性層との層厚差による結合損失
と活性層の曲がりによる損失があるという問題がある。
法で各層を成長するため、特に活性層の層厚を制御する
ことの再現性が難しい。さらに、レーザ共振器内部の厚
い活性層と端面の薄い活性層との層厚差による結合損失
と活性層の曲がりによる損失があるという問題がある。
【０００９】本発明は、上記従来の欠点を解決しようと
するものであり、その目的は、活性層内部での電流の拡
がりが少なく、低い発振閾値電流で動作し、かつ、高効
率で発振できる半導体レーザ素子およびその製造方法を
提供することにある。
するものであり、その目的は、活性層内部での電流の拡
がりが少なく、低い発振閾値電流で動作し、かつ、高効
率で発振できる半導体レーザ素子およびその製造方法を
提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、比較的作製が容易で
あり、高出力で極低閾値で動作する半導体レーザが実現
できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する
ことにある。
あり、高出力で極低閾値で動作する半導体レーザが実現
できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、半導体基板と、該半導体基板上に順次積層され
た、下部クラッド層、活性層、第１の上部クラッド層、
応力導入層、第２の上部クラッド層、およびキャップ層
と、を有する半導体レーザ素子であって、レーザ共振器
端面近傍での応力導入層の幅Ｗ１が、レーザ共振器中央
の発光部近傍での応力導入層の幅Ｗ２より大きく形成さ
れ、かつ該応力導入層、該第２の上部クラッド層および
該キャップ層がリッジ状に形成されており、そのことに
より上記目的が達成される。
子は、半導体基板と、該半導体基板上に順次積層され
た、下部クラッド層、活性層、第１の上部クラッド層、
応力導入層、第２の上部クラッド層、およびキャップ層
と、を有する半導体レーザ素子であって、レーザ共振器
端面近傍での応力導入層の幅Ｗ１が、レーザ共振器中央
の発光部近傍での応力導入層の幅Ｗ２より大きく形成さ
れ、かつ該応力導入層、該第２の上部クラッド層および
該キャップ層がリッジ状に形成されており、そのことに
より上記目的が達成される。
【００１２】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
半導体基板上に下部クラッド層、活性層、第１の上部ク
ラッド層を形成する工程、レーザ共振器端面近傍での応
力導入層の幅Ｗ１が、レーザ共振器中央の発光部近傍で
の応力導入層の幅Ｗ２より大きく、かつ該応力導入層、
該第２の上部クラッド層および該キャップ層がリッジ状
となるよう形成する工程を包含し、そのことにより上記
目的が達成される。
半導体基板上に下部クラッド層、活性層、第１の上部ク
ラッド層を形成する工程、レーザ共振器端面近傍での応
力導入層の幅Ｗ１が、レーザ共振器中央の発光部近傍で
の応力導入層の幅Ｗ２より大きく、かつ該応力導入層、
該第２の上部クラッド層および該キャップ層がリッジ状
となるよう形成する工程を包含し、そのことにより上記
目的が達成される。
【００１３】なお、半導体レーザ素子は、半導体基板
と、該半導体基板上に順次積層された下部クラッド層、
活性層、第１の上部クラッド層、およびｎ型電流狭窄層
と、レーザ共振器端面近傍を除く領域において、該ｎ型
電流狭窄層に形成されており該第１の上部クラッド層に
達するストライプ状の溝部と、該ｎ型電流狭窄層及び溝
部上に積層された応力導入層と、該応力導入層上に順次
積層された第２の上部クラッド層およびキャップ層と、
を有してもよい。
と、該半導体基板上に順次積層された下部クラッド層、
活性層、第１の上部クラッド層、およびｎ型電流狭窄層
と、レーザ共振器端面近傍を除く領域において、該ｎ型
電流狭窄層に形成されており該第１の上部クラッド層に
達するストライプ状の溝部と、該ｎ型電流狭窄層及び溝
部上に積層された応力導入層と、該応力導入層上に順次
積層された第２の上部クラッド層およびキャップ層と、
を有してもよい。
【００１４】また、半導体レーザ素子の製造方法は、半
導体基板上に、下部クラッド層、活性層、第１の上部ク
ラッド層、ｎ型電流狭窄層を順次積層する工程、レーザ
共振器端面近傍を除く領域において、該ｎ型電流狭窄層
に該第１の上部クラッド層に達するストライプ状の溝部
を形成する工程、ｎ型電流狭窄層及び溝部上に応力導入
層を積層する工程、および該応力導入層上に第２の上部
クラッド層およびキャップ層を順次積層する工程、を包
含してもよい。
導体基板上に、下部クラッド層、活性層、第１の上部ク
ラッド層、ｎ型電流狭窄層を順次積層する工程、レーザ
共振器端面近傍を除く領域において、該ｎ型電流狭窄層
に該第１の上部クラッド層に達するストライプ状の溝部
を形成する工程、ｎ型電流狭窄層及び溝部上に応力導入
層を積層する工程、および該応力導入層上に第２の上部
クラッド層およびキャップ層を順次積層する工程、を包
含してもよい。
【００１５】
【作用】ＧａＡｓ単一量子井戸層上に、ＩｎＧａＡｓ層
を部分的に埋め込むことにより、ＧａＡｓ単一量子井戸
層の横方向のエネルギーバンドギャップに変化が生じる
ことが示されている（参考文献 Appl. Phys. Lett. 59
(15), p1875-,1991)。
を部分的に埋め込むことにより、ＧａＡｓ単一量子井戸
層の横方向のエネルギーバンドギャップに変化が生じる
ことが示されている（参考文献 Appl. Phys. Lett. 59
(15), p1875-,1991)。
【００１６】図１は単一量子井戸層内の横方向のＥｇ
（エネルギーバンドギャップ）を示した模式図である。
（エネルギーバンドギャップ）を示した模式図である。
【００１７】図２は単一量子井戸層のエネルギーバンド
ギャップのｐ型ＩｎZＧａ1-ZＡｓ応力導入層６の幅Ｗ依
存性を示している。
ギャップのｐ型ＩｎZＧａ1-ZＡｓ応力導入層６の幅Ｗ依
存性を示している。
【００１８】上記の現象を利用すれば、半導体レーザの
共振器端面近傍ではＩｎＧａＡｓ層の幅を広く、共振器
内部ではＩｎＧａＡｓ層の幅を狭くすることにより活性
層の共振器内部側と端面近傍側との間でエネルギーバン
ドギャップに差をつけることができる。
共振器端面近傍ではＩｎＧａＡｓ層の幅を広く、共振器
内部ではＩｎＧａＡｓ層の幅を狭くすることにより活性
層の共振器内部側と端面近傍側との間でエネルギーバン
ドギャップに差をつけることができる。
【００１９】すなわち、共振器端面近傍の活性層のエネ
ルギーバンドギャップを共振器内部の活性層のエネルギ
ーバンドギャップよりも大きくすることを可能にする。
ルギーバンドギャップを共振器内部の活性層のエネルギ
ーバンドギャップよりも大きくすることを可能にする。
【００２０】また、半導体レーザの共振器端面近傍では
ＩｎＧａＡｓ層を活性層から遠ざけ、共振器内部ではＩ
ｎＧａＡｓ層を活性層に近接させる構造にすることによ
り、活性層の位置によってエネルギーバンドギャップに
差をつけることができる。すなわち、共振器端面近傍の
活性層のエネルギーバンドギャップを共振器内部のエネ
ルギーバンドギャップよりも大きくすることを可能にす
る。
ＩｎＧａＡｓ層を活性層から遠ざけ、共振器内部ではＩ
ｎＧａＡｓ層を活性層に近接させる構造にすることによ
り、活性層の位置によってエネルギーバンドギャップに
差をつけることができる。すなわち、共振器端面近傍の
活性層のエネルギーバンドギャップを共振器内部のエネ
ルギーバンドギャップよりも大きくすることを可能にす
る。
【００２１】また、本発明によれば、活性層に段差を設
けたり、活性層の幅を変えているわけではなく、活性層
は良好な光導波路として形成されている。さらに、本発
明によれば、共振器端面近傍の非吸収領域に光導波路の
ない構造に比べて、共振器端面で反射された光を再び効
率よく活性層に結合することが可能である。
けたり、活性層の幅を変えているわけではなく、活性層
は良好な光導波路として形成されている。さらに、本発
明によれば、共振器端面近傍の非吸収領域に光導波路の
ない構造に比べて、共振器端面で反射された光を再び効
率よく活性層に結合することが可能である。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の参考例および実施例を図面を
参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。以下の実施例では、本発明の半導体レー
ザ素子の各層の形成において、分子線エピタキシャル
（ＭＢＥ）法を用いたが、有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法を用いてもよい。また、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ０
を超え１未満の数字を表す。
参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。以下の実施例では、本発明の半導体レー
ザ素子の各層の形成において、分子線エピタキシャル
（ＭＢＥ）法を用いたが、有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法を用いてもよい。また、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ０
を超え１未満の数字を表す。
【００２３】（参考例１）図３は半導体レーザ素子の斜
視図、図４ａ、ｂはそれぞれ図３で示した半導体レーザ
素子を破線Ａ、Ｂで切断した断面図である。
視図、図４ａ、ｂはそれぞれ図３で示した半導体レーザ
素子を破線Ａ、Ｂで切断した断面図である。
【００２４】III族元素としてＧａ、ＡlおよびＩｎ、Ｖ
族元素としてＡｓ、ドーパントとしてＳｉ、Ｂｅの各蒸
発源が充填されたＭＢＥ（分子線エピタキシャル）装置
内（図示せず）にて、以下のようにまず１回目の成長を
行う。
族元素としてＡｓ、ドーパントとしてＳｉ、Ｂｅの各蒸
発源が充填されたＭＢＥ（分子線エピタキシャル）装置
内（図示せず）にて、以下のようにまず１回目の成長を
行う。
【００２５】ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層（図示せず）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ下部クラ
ッド層２、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸
活性層３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部高濃度クラッド層
４ａ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部低濃度クラッド層４
ｂ、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５を順次積層してウエハー
を形成する。
ッファ層（図示せず）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ下部クラ
ッド層２、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸
活性層３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部高濃度クラッド層
４ａ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部低濃度クラッド層４
ｂ、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５を順次積層してウエハー
を形成する。
【００２６】このウエハーをＭＢＥ装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ工程を用いて、レーザ共振器
端面近傍を除く領域に一定の幅と長さをもつストライプ
状の溝部３０をｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５、ｐ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ上部低濃度クラッド層４ｂを貫通し、かつ
溝部３０の底がｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部高濃度クラッ
ド層４ａに達するよう、硫酸系エッチングによりウエハ
ーに形成する。溝部３０が形成されていないレーザ共振
器端面近傍部分の幅寸法は、典型的には２０〜５０μm
であり、ストライプ状の溝部３０の幅寸法は500オング
ストローム〜３μmが好ましく、その深さ寸法は、１〜
１．５μm が好ましい。
通常のフォトリソグラフィ工程を用いて、レーザ共振器
端面近傍を除く領域に一定の幅と長さをもつストライプ
状の溝部３０をｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５、ｐ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ上部低濃度クラッド層４ｂを貫通し、かつ
溝部３０の底がｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部高濃度クラッ
ド層４ａに達するよう、硫酸系エッチングによりウエハ
ーに形成する。溝部３０が形成されていないレーザ共振
器端面近傍部分の幅寸法は、典型的には２０〜５０μm
であり、ストライプ状の溝部３０の幅寸法は500オング
ストローム〜３μmが好ましく、その深さ寸法は、１〜
１．５μm が好ましい。
【００２７】次に、溝部３０が形成されたこのウエハー
をＭＢＥ装置内に再び導入し、以下のように２回目の成
長を行う。
をＭＢＥ装置内に再び導入し、以下のように２回目の成
長を行う。
【００２８】基板温度は低温で、ストライプ状の溝部上
にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６、ｐ型ＡｌxＧａ
1-xＡｓクラッド層７、ｐ+型ＧａＡｓキャップ層８を順
次積層する。
にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６、ｐ型ＡｌxＧａ
1-xＡｓクラッド層７、ｐ+型ＧａＡｓキャップ層８を順
次積層する。
【００２９】次いで、通常の半導体レーザ素子工程を経
て、ｐ型電極９、ｎ型電極１０をｐ+型ＧａＡｓキャッ
プ層８上面、基板１下面にそれぞれ形成して半導体レー
ザ素子が得られる。
て、ｐ型電極９、ｎ型電極１０をｐ+型ＧａＡｓキャッ
プ層８上面、基板１下面にそれぞれ形成して半導体レー
ザ素子が得られる。
【００３０】得られたレーザ素子の共振器端面近傍（図
４ｂ）において、応力導入層６は活性層３から離れた位
置にあり、従って、活性層３は応力導入層６の影響を受
けず活性層３のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）は本
来の材料のままのＥｇであり、しかも電流狭窄層５によ
り電流阻止が行われている。
４ｂ）において、応力導入層６は活性層３から離れた位
置にあり、従って、活性層３は応力導入層６の影響を受
けず活性層３のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）は本
来の材料のままのＥｇであり、しかも電流狭窄層５によ
り電流阻止が行われている。
【００３１】他方、レーザ共振器の内部（図４ａ）にお
いては、応力導入層６は活性層３に近接して活性層３は
応力導入層６の影響を受けるために活性層３のＥｇは狭
くなっている。
いては、応力導入層６は活性層３に近接して活性層３は
応力導入層６の影響を受けるために活性層３のＥｇは狭
くなっている。
【００３２】すなわち、共振器端面近傍の活性層３のエ
ネルギーバンドギャップを共振器内部のエネルギーバン
ドギャップよりも大きくすることにより、共振器端面近
傍は非吸収領域の光導波路構造となっている。
ネルギーバンドギャップを共振器内部のエネルギーバン
ドギャップよりも大きくすることにより、共振器端面近
傍は非吸収領域の光導波路構造となっている。
【００３３】また、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一
量子井戸活性層３のエネルギーバンドギャップが狭くな
っている領域１１に注入された電流は効率よく閉じ込ま
り、活性層３内での拡がり電流の低減が可能となる。さ
らに、レーザ光は領域１１に効率よく閉じ込まる。さら
に、ストライプ状の溝部３０の底はｐ型ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ上部高濃度クラッド層４ａに形成されているために、
ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層４ｂでの電流拡が
りが低減でき、さらに高出力で極低閾値で動作する半導
体レーザが実現できる。
量子井戸活性層３のエネルギーバンドギャップが狭くな
っている領域１１に注入された電流は効率よく閉じ込ま
り、活性層３内での拡がり電流の低減が可能となる。さ
らに、レーザ光は領域１１に効率よく閉じ込まる。さら
に、ストライプ状の溝部３０の底はｐ型ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ上部高濃度クラッド層４ａに形成されているために、
ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層４ｂでの電流拡が
りが低減でき、さらに高出力で極低閾値で動作する半導
体レーザが実現できる。
【００３４】なお、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５はｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ層であってももちろんよい。さらに、上記例
では、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活性
層３の近傍にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６が存在
しているが、このｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６は
非常に薄く設定されているため（例えば、１０〜６０オ
ングストローム）、活性層３から発光する光に対して吸
収作用はなく特に影響はない。応力導入層６としては、
上記以外にＩｎＧａＡｓＰ系であってもよい。
ｌＧａＡｓ層であってももちろんよい。さらに、上記例
では、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活性
層３の近傍にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６が存在
しているが、このｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６は
非常に薄く設定されているため（例えば、１０〜６０オ
ングストローム）、活性層３から発光する光に対して吸
収作用はなく特に影響はない。応力導入層６としては、
上記以外にＩｎＧａＡｓＰ系であってもよい。
【００３５】（参考例２）他の参考例を図５ａおよび図
５ｂに示す。図５ａ、ｂはそれぞれレーザ共振器端面近
傍とレーザ共振器内部を示す断面図である。
５ｂに示す。図５ａ、ｂはそれぞれレーザ共振器端面近
傍とレーザ共振器内部を示す断面図である。
【００３６】III族元素としてＧａ、ＡｌおよびＩｎ、
Ｖ族元素としてＡｓ、ドーパントとしてＳｉ、Ｂｅの各
蒸発源が充填されたＭＢＥ（分子線エピタキシャル）装
置内（図示せず）にて、以下のようにまず一回目の成長
を行う。
Ｖ族元素としてＡｓ、ドーパントとしてＳｉ、Ｂｅの各
蒸発源が充填されたＭＢＥ（分子線エピタキシャル）装
置内（図示せず）にて、以下のようにまず一回目の成長
を行う。
【００３７】ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層（図示せず）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ下部クラッ
ド層２、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活
性層３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層７、ｐ型
ＧａＡｓエッチストップ層１３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
電流狭窄層５ａ、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５を順次積層
してウエハーを形成する。
ファ層（図示せず）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ下部クラッ
ド層２、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活
性層３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層７、ｐ型
ＧａＡｓエッチストップ層１３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
電流狭窄層５ａ、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５を順次積層
してウエハーを形成する。
【００３８】このウエハーをＭＢＥ装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ工程により、レーザ共振器端
面近傍を除く領域に一定の幅と長さをもつストライプ状
の溝部３０を、選択エッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ
電流狭窄層５、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ電流狭窄層５ａを
貫通し、ｐ型ＧａＡｓエッチストップ層１３上で止まる
ようにエッチング形成する。
通常のフォトリソグラフィ工程により、レーザ共振器端
面近傍を除く領域に一定の幅と長さをもつストライプ状
の溝部３０を、選択エッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ
電流狭窄層５、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ電流狭窄層５ａを
貫通し、ｐ型ＧａＡｓエッチストップ層１３上で止まる
ようにエッチング形成する。
【００３９】次に、溝３０が形成されたウエハーをＭＢ
Ｅ装置内に再び導入し、以下のように２回目の成長を行
う。
Ｅ装置内に再び導入し、以下のように２回目の成長を行
う。
【００４０】基板温度を比較的低温にして、ストライプ
状の溝部３０上にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６、
ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ第２の上部クラッド層１４、ｐ+
型ＧａＡｓキャップ層８を順次積層する。
状の溝部３０上にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６、
ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ第２の上部クラッド層１４、ｐ+
型ＧａＡｓキャップ層８を順次積層する。
【００４１】次いで、通常の半導体レーザ素子工程を経
て、ｐ型電極９、ｎ型電極１０をｐ+型ＧａＡｓキャッ
プ層８上面、基板１下面にそれぞれ形成して半導体レー
ザ素子が得られる。
て、ｐ型電極９、ｎ型電極１０をｐ+型ＧａＡｓキャッ
プ層８上面、基板１下面にそれぞれ形成して半導体レー
ザ素子が得られる。
【００４２】得られたレーザ素子の共振器端面近傍（図
５ａ）において、応力導入層６は活性層３から離れた位
置にあり、応力導入層６の影響を受けず活性層３のエネ
ルギーバンドギャップ（Ｅｇ）は本来の材料のままのＥ
ｇであり、しかも電流狭窄層５により電流阻止が行われ
ている。
５ａ）において、応力導入層６は活性層３から離れた位
置にあり、応力導入層６の影響を受けず活性層３のエネ
ルギーバンドギャップ（Ｅｇ）は本来の材料のままのＥ
ｇであり、しかも電流狭窄層５により電流阻止が行われ
ている。
【００４３】他方、レーザ共振器内部（図５ｂ）におい
ては、応力導入層６は活性層３に近接し活性層３のＥｇ
は狭くなっている。
ては、応力導入層６は活性層３に近接し活性層３のＥｇ
は狭くなっている。
【００４４】すなわち、共振器端面近傍の活性層のエネ
ルギーバンドギャップを共振器内部のエネルギーバンド
ギャップよりも大きくすることにより、共振器端面近傍
は非吸収領域の光導波路構造となっている。
ルギーバンドギャップを共振器内部のエネルギーバンド
ギャップよりも大きくすることにより、共振器端面近傍
は非吸収領域の光導波路構造となっている。
【００４５】さらに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
７は非常に薄く設定されているため（例えば、200〜200
0オングストローム）、注入された電流はここでの拡が
りはほとんど無視でき、さらに、ノンドープ−ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ単一量子井戸活性層３のエネルギーバンドギ
ャップが狭くなっている領域１１に注入された電流は効
率よく閉じ込まり活性層内での拡がり電流の低減も可能
となり、さらに、レーザ共振器端面近傍には電流が流れ
ない構造になっているため、高出力で極低閾値で動作す
る半導体レーザが実現できる。
７は非常に薄く設定されているため（例えば、200〜200
0オングストローム）、注入された電流はここでの拡が
りはほとんど無視でき、さらに、ノンドープ−ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ単一量子井戸活性層３のエネルギーバンドギ
ャップが狭くなっている領域１１に注入された電流は効
率よく閉じ込まり活性層内での拡がり電流の低減も可能
となり、さらに、レーザ共振器端面近傍には電流が流れ
ない構造になっているため、高出力で極低閾値で動作す
る半導体レーザが実現できる。
【００４６】また、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一
量子井戸活性層３の近傍にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導
入層６が存在しているが、このｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応
力導入層６は非常に薄く設定されているため（例えば、
１０〜６０オングストローム）、活性層から発光する光
に対して吸収作用はなく特に影響はない。さらに、ノン
ドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活性層３の近傍
にｐ型ＧａＡｓエッチストップ層１３が存在している
が、このｐ型ＧａＡｓエッチストップ１３は非常に薄く
設定されているため（例えば、１００〜２００オングス
トローム）、活性層から発光する光に対して吸収作用は
なく特に影響はない。
量子井戸活性層３の近傍にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導
入層６が存在しているが、このｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応
力導入層６は非常に薄く設定されているため（例えば、
１０〜６０オングストローム）、活性層から発光する光
に対して吸収作用はなく特に影響はない。さらに、ノン
ドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活性層３の近傍
にｐ型ＧａＡｓエッチストップ層１３が存在している
が、このｐ型ＧａＡｓエッチストップ１３は非常に薄く
設定されているため（例えば、１００〜２００オングス
トローム）、活性層から発光する光に対して吸収作用は
なく特に影響はない。
【００４７】（実施例１）本発明の実施例を図６、図７
ａおよび図７ｂを参照して説明する。
ａおよび図７ｂを参照して説明する。
【００４８】図６は半導体レーザ素子の平面図、図７
ａ、ｂはそれぞれ図６の半導体レーザ素子を破線Ａ−
Ａ'、Ｂ−Ｂ'で切断した断面図である。
ａ、ｂはそれぞれ図６の半導体レーザ素子を破線Ａ−
Ａ'、Ｂ−Ｂ'で切断した断面図である。
【００４９】ＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
にｎ型ＧａＡｓバッファ層（図示せず）、ｎ型ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ下部クラッド層２、ノンドープ−ＡｌyＧａ
1-yＡｓ単一量子井戸活性層３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
上部クラッド層７、ｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層
６、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層１４、ｐ+型
ＧａＡｓキャップ層８を順次積層してウエハーを形成す
る。
にｎ型ＧａＡｓバッファ層（図示せず）、ｎ型ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ下部クラッド層２、ノンドープ−ＡｌyＧａ
1-yＡｓ単一量子井戸活性層３、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
上部クラッド層７、ｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層
６、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層１４、ｐ+型
ＧａＡｓキャップ層８を順次積層してウエハーを形成す
る。
【００５０】このウエハーをＭＢＥ装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ工程により、ｐ型ＡｌxＧａ
1ーxＡｓ上部クラッド層７上までエッチングし、レーザ
共振器端面近傍で幅Ｗ１、レーザ共振器の中央部で幅Ｗ
２をもつストライプ状のリッジ３１をｐ型ＩｎzＧａ1ーz
Ａｓ応力導入層６、ｐ型ＡｌxＧａ1ーxＡｓ第２の上部ク
ラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８に形成す
る。
通常のフォトリソグラフィ工程により、ｐ型ＡｌxＧａ
1ーxＡｓ上部クラッド層７上までエッチングし、レーザ
共振器端面近傍で幅Ｗ１、レーザ共振器の中央部で幅Ｗ
２をもつストライプ状のリッジ３１をｐ型ＩｎzＧａ1ーz
Ａｓ応力導入層６、ｐ型ＡｌxＧａ1ーxＡｓ第２の上部ク
ラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８に形成す
る。
【００５１】次に、このウエハー上に絶縁体層１５を蒸
着し、通常のフォトリソグラフィ工程により、レーザ共
振器の中央部のみ電流通路用のエッチングを行う。
着し、通常のフォトリソグラフィ工程により、レーザ共
振器の中央部のみ電流通路用のエッチングを行う。
【００５２】レーザ共振器端面近傍におけるｐ型Ｉｎz
Ｇａ1-zＡｓ応力導入層６の幅Ｗ１は、レーザ共振器中
央部におけるｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６の幅Ｗ
２に比べて大きく形成されているので（図６ａおよび図
６ｂ）、活性層のエネルギーバンドギャップはレーザ共
振器端面近傍で広く、レーザ共振器中央部で狭くなって
おり、レーザ光の共振器端面における吸収を防止するこ
とができる。
Ｇａ1-zＡｓ応力導入層６の幅Ｗ１は、レーザ共振器中
央部におけるｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層６の幅Ｗ
２に比べて大きく形成されているので（図６ａおよび図
６ｂ）、活性層のエネルギーバンドギャップはレーザ共
振器端面近傍で広く、レーザ共振器中央部で狭くなって
おり、レーザ光の共振器端面における吸収を防止するこ
とができる。
【００５３】さらに、レーザ共振器端面近傍には電流が
流れない構造になっているため、端面の温度上昇も小さ
くすることができ、端面に発生する劣化を防止できるの
で高出力動作が可能で信頼性の高い高出力で極低閾値で
動作する半導体レーザが実現できる。
流れない構造になっているため、端面の温度上昇も小さ
くすることができ、端面に発生する劣化を防止できるの
で高出力動作が可能で信頼性の高い高出力で極低閾値で
動作する半導体レーザが実現できる。
【００５４】また、ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一
量子井戸活性層３の近傍にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導
入層６が存在しているが、このｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応
力導入層６は非常に薄く設定されているため（例えば、
１０〜６０オングストローム）、活性層から発光する光
に対して吸収作用はなく特に影響はない。
量子井戸活性層３の近傍にｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導
入層６が存在しているが、このｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応
力導入層６は非常に薄く設定されているため（例えば、
１０〜６０オングストローム）、活性層から発光する光
に対して吸収作用はなく特に影響はない。
【００５５】応力導入層６としては、上記以外にＩｎＧ
ａＡｓＰ系であってもよい。
ａＡｓＰ系であってもよい。
【００５６】なお、上記例で用いた以外の材料を用いて
特許請求の範囲内で半導体レーザを作製することができ
るのはいうまでもない。
特許請求の範囲内で半導体レーザを作製することができ
るのはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性層のレーザ共振器端面近傍のエネルギーバンドギャ
ップがレーザ共振器中央部のエネルギーバンドギャップ
に比べて大きくなっているので、レーザ光に対してレー
ザ共振器端面近傍で光吸収を防止することができる。ま
た、レーザ共振器端面近傍には電流が流れない構造にな
っているため、端面の温度上昇も小さくすることがで
き、端面に発生する劣化を防止できるので高出力動作が
可能で信頼性の高い高出力で極低閾値で動作する半導体
レーザが実現できる。
活性層のレーザ共振器端面近傍のエネルギーバンドギャ
ップがレーザ共振器中央部のエネルギーバンドギャップ
に比べて大きくなっているので、レーザ光に対してレー
ザ共振器端面近傍で光吸収を防止することができる。ま
た、レーザ共振器端面近傍には電流が流れない構造にな
っているため、端面の温度上昇も小さくすることがで
き、端面に発生する劣化を防止できるので高出力動作が
可能で信頼性の高い高出力で極低閾値で動作する半導体
レーザが実現できる。
【図１】活性層の横方向のエネルギーバンドギャップを
示す模式図である。
示す模式図である。
【図２】活性層のエネルギーバンドギャップのｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓ層の幅依存性を示す図である。
ＧａＡｓ層の幅依存性を示す図である。
【図３】本発明の参考例の半導体レーザ素子の斜視図で
ある。
ある。
【図４】図４ａと図４ｂは、それぞれ図３の半導体レー
ザ素子を破線でＡ、Ｂで切断した断面図である。
ザ素子を破線でＡ、Ｂで切断した断面図である。
【図５】図５ａと図５ｂは、それぞれ本発明の他の参考
例の半導体レーザ素子の断面図である。
例の半導体レーザ素子の断面図である。
【図６】本発明の一実施例の半導体レーザ素子の平面図
である。
である。
【図７】図７ａと図７ｂは、それぞれ図６の半導体レー
ザ素子を破線Ａ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'線で切断した断面図であ
る。
ザ素子を破線Ａ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'線で切断した断面図であ
る。
【図８】従来の半導体レーザの断面図である。
【図９】従来の半導体レーザの模式図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ下部クラッド層 ３ ノンドープ−ＡｌyＧａ1-yＡｓ単一量子井戸活
性層 ４ａ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部高濃度クラッド層 ４ｂ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部低濃度クラッド層 ５ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層 ５ａ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ電流狭窄層 ６ ｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層 ７ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層 ８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ９ ｐ型電極 １０ ｎ型電極 １１ エネルギーバンドギャップが狭くなっている領
域 １２ エネルギーバンドギャップが本来の領域 １３ ｐ型ＧａＡｓエッチストップ層 １４ ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２のクラッド層 １５ 絶縁体層 １６ ＧａＡｓ量子井戸／ＡｌＧａＡｓバリア層から
なる超格子活性層 １７ Ｚｎ拡散により均一な混晶となったレーザ共振
器端面近傍 １８ ｐ型ＧａＡｓ基板 １９ ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ２０ ＡｌＧａＡｓ活性層 ２１ ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ２２ ｎ型ＧａＡｓキャップ層 ３０ 溝部 ３１ リッジ
性層 ４ａ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部高濃度クラッド層 ４ｂ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部低濃度クラッド層 ５ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層 ５ａ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ電流狭窄層 ６ ｐ型ＩｎzＧａ1-zＡｓ応力導入層 ７ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ上部クラッド層 ８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ９ ｐ型電極 １０ ｎ型電極 １１ エネルギーバンドギャップが狭くなっている領
域 １２ エネルギーバンドギャップが本来の領域 １３ ｐ型ＧａＡｓエッチストップ層 １４ ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２のクラッド層 １５ 絶縁体層 １６ ＧａＡｓ量子井戸／ＡｌＧａＡｓバリア層から
なる超格子活性層 １７ Ｚｎ拡散により均一な混晶となったレーザ共振
器端面近傍 １８ ｐ型ＧａＡｓ基板 １９ ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ２０ ＡｌＧａＡｓ活性層 ２１ ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ２２ ｎ型ＧａＡｓキャップ層 ３０ 溝部 ３１ リッジ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、該半導体基板上に順次積
層された、下部クラッド層、活性層、第１の上部クラッ
ド層、応力導入層、第２の上部クラッド層、およびキャ
ップ層と、を有する半導体レーザ素子であって、 レーザ共振器端面近傍での応力導入層の幅Ｗ１が、レー
ザ共振器中央の発光部近傍での応力導入層の幅Ｗ２より
大きく形成され、かつ該応力導入層、該第２の上部クラ
ッド層および該キャップ層がリッジ状に形成されている
半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 半導体基板上に下部クラッド層、活性
層、第１の上部クラッド層を形成する工程、およびレー
ザ共振器端面近傍での応力導入層の幅Ｗ１が、レーザ共
振器中央の発光部近傍での応力導入層の幅Ｗ２より大き
く、かつ該応力導入層、該第２の上部クラッド層および
該キャップ層がリッジ状となるよう形成する工程、 を包含する半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23620392A JPH0685389A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23620392A JPH0685389A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685389A true JPH0685389A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=16997313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23620392A Pending JPH0685389A (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685389A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250637A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nec Corp | Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子 |
| US7796661B2 (en) | 2008-01-29 | 2010-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
-
1992
- 1992-09-03 JP JP23620392A patent/JPH0685389A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250637A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nec Corp | Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子 |
| US7796661B2 (en) | 2008-01-29 | 2010-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000918 |