JPH07162072A - 半導体異種構造レーザー - Google Patents

半導体異種構造レーザー

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JPH07162072A
JPH07162072A JP5332175A JP33217593A JPH07162072A JP H07162072 A JPH07162072 A JP H07162072A JP 5332175 A JP5332175 A JP 5332175A JP 33217593 A JP33217593 A JP 33217593A JP H07162072 A JPH07162072 A JP H07162072A
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light
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waveguide
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Alexander A Chelny
アレクサンダ エー チェルニ
Se-Yang Park
セ−ヤン パク
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基本光の周波数の２倍の周波数を有する光を
効率的に発生させる。 【構成】 半導体異種構造レーザーは、半導体基板と、
多層光出力部と、活性非線形導波部とを含む。多層光出
力部は、基本周波数の基本光を出力する光源として作用
する。活性非線形導波部は、基本光を吸収し、基本光の
周波数を２倍として結局２倍周波数光を出力する多数の
多層異種構造を含む。多層異種構造は発振器構造を有す
る。効率的な動作のため、第１屈折的ミラーが半導体基
板と多層光出力部との間に形成され、第２屈折的ミラー
が多層光出力部と活性非線形導波部との間に形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特に、高
周波数レーザービームを発生する半導体異種構造レーザ
ーに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、可視光領域において高周波数レー
ザービームを得るため、レーザーダイオードのような光
源から発生されたレーザービームの周波数を２倍にする
技術が使われている。従来より、周波数を２倍にするた
めの構造としては光学的非線形結晶が使われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光学的非線形結晶は、
光源と光学的非線形結晶との間の不整合により効率的に
周波数逓倍を行うことができない。本発明の目的は、基
本光の周波数の２倍の周波数を有する光を効率的に発生
させることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体異種
構造レーザーは、半導体基板と、基本周波数の基本光を
発生するために前記半導体基板上に形成されている多層
光出力部と、少なくとも一つの多層異種構造を含み、多
層異種構造は発振器構造を有し、前記基本光を吸収して
その周波数を２倍にして２倍の周波数光を出力する活性
非線形導波部とを備えている。
【０００５】半導体異種構造レーザーは、好適には、前
記半導体基板と前記多層光出力部との間に形成され、前
記多層光出力部から前記半導体基板への前記基本光の伝
播を防ぐ第１屈折的ミラーと、前記活性非線形導波部か
ら前記多層光出力部に２倍周波数光の伝播を防ぐために
前記多層光出力部と前記活性非線形導波部との間に形成
されている第２屈折的ミラーとをさらに備える。
【０００６】前記第１屈折的ミラーは、それぞれ第１ア
ルミニウム成分比を有し、第１導電型である多数の第１
ＡｌＧａＡｓ層の群と、それぞれ前記第１アルミニウム
成分比より低い第２アルミニウム成分比を有し、第１導
電型である多数の第２ＡｌＧａＡｓ層の群とを備え、前
記第１ＡｌＧａＡｓ層群及び前記第２ＡｌＧａＡｓ群は
前記半導体基板上に超格子状態でかつ交互的に形成され
ているのが好ましい。
【０００７】前記第２屈折的ミラーは、それぞれ第３ル
ミニウム成分比を有する多数の第３ＡｌＧａＡｓ層の群
と、それぞれ前記第３アルミニウム成分比より高い第４
アルミニウム成分比を有する多数の第４ＡｌＧａＡｓ層
の群とを備え、前記第３ＡｌＧａＡｓ層群及び前記第４
ＡｌＧａＡｓ群は前記多層光出力部上に超格子状態でか
つ交互的に形成されているのが好ましい。
【０００８】前記多層光出力部は、第１導電型の不純物
がドーピングされている少なくとも一つの下部クラッデ
ィング層と、基本周波数の基本光を発生する少なくとも
一つの光出力活性層と、第２導電型の不純物がドーピン
グされているそれぞれ前記基本光を伝送するために前記
光出力活性層のバンドギャップより大きいバンドギャッ
プを有する少なくとも一つの上部クラッディング層とを
備え、前記下部クラッディング層、前記光出力活性層及
び前記上部クラッディング層が前記半導体基板の上部に
順次的にかつ交換的に形成されているのが好ましい。こ
こで、前記下部クラッディング層、前記光出力活性層及
び前記上部クラッディング層はそれぞれＡｌＧａＡｓよ
り構成されるのが好ましい。前記多層光出力部は、ドー
ピング濃度が前記上部クラッディング層のドーピング濃
度より低く、第２導電型の不純物がドーピングされてい
るコンタクト層をさらに含むのが好ましい。多層光出力
部は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ−ストレインド（strain
ed） ＩｎＧａＡｓ物質より構成されることもできる。
【０００９】前記活性非線形導波部に含まれる前記多層
異種構造は、第１屈折率の第１導波層と、前記第１導波
層上に形成されており、前記多層光出力部から放出され
る前記基本光を吸収するに適合したバンドギャップを有
するレージング活性層と、前記レージング活性層上に形
成されており、前記第１屈折率と等しい第２屈折率を有
する第２導波層と、前記第２導波層上に形成されてお
り、前記第１屈折率より低い第３屈折率を有する第３導
波層とを備えているのが好ましい。
【００１０】前記活性非線形導波部に含まれる多層光出
力部は、第１屈折率の第１導波層と、前記第１導波層上
に形成されており、前記第１屈折率より高い第２屈折率
を有する第２導波層と、前記第２導波層上に形成されて
おり、前記多層光出力部から放出される前記基本光を吸
収するに適合したバンドギャップを有するレージング活
性層と、前記レージング活性層上に形成されており、前
記第２屈折率と等しい第３屈折率を有する第３導波層
と、前記第３導波層上に形成されており、前記第１屈折
率と等しい第４屈折率を有する第４導波層とを含んでい
てもよい。ここで、前記第１、第２、第３、第４導波層
はＡｌＧａＡｓより構成され、前記レージング活性層は
ＩｎＧａＡｓより構成されるのが好ましい。
【００１１】前記半導体基板は（１１１）である面指数
を有するのが好ましく、前記活性非線形導波部は前記基
本光を反射するためにそれぞれ誘電的多層のミラーによ
りコーティングされた前面及び背面を有するのが好まし
い。本発明による半導体異種構造レーザーにおいて、次
のような変形も可能である。 （１）第２屈折的ミラー及び活性非線形導波部はリッジ
構造で形成されており、非反射誘電的コーティング層が
前記活性非線形導波部の上部表面上に形成されており、
オーミックコンタクト層が半導体基板の下部表面上に形
成されている。 （２）電流遮断層はグルーブ状のチャンネルを形成する
ために、前記半導体基板上に選択的に位置し、第１屈折
的ミラー及び多層光出力部が前記チャンネルのグルーブ
状を保ちながら順次的に形成されている。第２屈折的ミ
ラー及び活性非線形導波部はリッジを形成すると共に、
チャンネルのグルーブ状を保ちながら順次に形成されて
いる。半導体基板の下部表面は第１オーミックコンタク
ト層によりコーティングされる反面、多層光出力部は第
２オーミックコンタクト層によりコーティングされる。
活性非線形導波部の上部表面は非反射誘電層によりコー
ティングされる。 （３）電流遮断層はチャンネルを形成するために半導体
基板内に選択的に形成されており、第１屈折的ミラーは
前記チャンネルを上部に位置したグルーブ状を有し、多
層光出力部、第２屈折的ミラー及び活性非線形導波部は
前記第１屈折的ミラーのグルーブ構造の形態を保ちなが
ら順次的に形成されている。非反射誘電コーティング層
は活性非線形導波部の表面上に形成されている。ここ
で、第２屈折的ミラー活性非線形導波部及び非反射誘電
コーティング層はリッジを形成する。ひいては、第１オ
ーミックコンタクト層が半導体基板の下部に形成されて
おり、第２オーミックコンタクト層が多層光出力部の上
部表面上の残り部位上に形成されている。 （４）第１オーミックコンタクト層は半導体基板の下部
表面上に形成されており、電流遮断層はグルーブ状のチ
ャンネルを形成するために半導体基板の上部表面上に選
択的に形成されており、第１屈折的ミラー及び多層光出
力部はチャンネルのグルーブ状を保ちながら順次に形成
されており、中間媒介層が多層光出力部の上部表面上に
選択的に形成され、第２屈折的ミラー活性非線形導波部
及び非反射誘電的コーティング層よりなされたリッジの
一部分をなす。
【００１２】
【作用】本発明は基本光を生じる光出力部と基本光の周
波数を逓倍する活性非線形導波部がモノリシックに形成
され、基本光の周波数の２倍の周波数を有する高周波数
可視光レーザービームを効率的に生じさせる。
【００１３】
【実施例】図１において、本発明の一実施例としての半
導体異種構造レーザーは半導体基板１０１、多層光出力
部１０２及び活性非線形導波部１０３を備えている。半
導体基板１０１は（１１１）面指数を有し、不純物（例
えばｎ型不純物）が１０18dopants ／cm3 濃度でドーピ
ングされている。半導体基板１０１はＡ3 Ｂ 5 またはＡ
2 Ｂ6 より構成されたものである。なお、Ａ3 は周期律
表において第３族に含まれる物質を示し、Ｂ5 は周期律
表において第５族に含まれる物質を示し、Ａ2 は周期律
表において第２族に含まれる物質を示し、Ｂ6 は周期律
表において第６族に含まれる物質を示す。
【００１４】多層光出力部１０２は半導体基板１０１の
上部表面上に設けられており、基本周波数の基本光を発
生する光出力活性層を含む多数の層により構成される。
多層光出力部１０２は従来のＬＥＤ構造、特に従来のＳ
ＥＬＥＤ（surface-emittingLED）と等価である。従っ
て、基本光は多層光出力部１０２の表面上を通じて放出
される。活性非線形導波部１０３は多層光出力部１０２
の上部表面上に設けられており、レージング活性層を含
む多数の層により構成される。ここで、活性非線形導波
部１０３に含まれるレージング活性層は、多層光出力部
１０２の上部表面を通じて伝達される基本光を吸収する
ことができる。吸収された基本光は、活性非線形導波部
１０３に含まれるレージング活性層に従ってガイドされ
る。活性非線形導波部１０３は発振器構造（すなわち壁
開されたミラー）を有するもので、それによりガイドさ
れた基本光が壁開されたミラー上で反射される。従っ
て、レージング活性層にはＴＥ（Transverse Electric
）またはＴＭ（Transverse Magnetic ）型の、二つの
相互反対方向に伝播される波が存する。相互反対方向に
進む波は結局、導波の表面の垂直方向（すなわち成長方
向）に伝播される２倍周波数光を放出することになる。
【００１５】基本光を２倍周波数光に効率的に変換させ
るため、活性非線形導波部１０３の各層は準位相整合条
件を満たす厚さを有するべきである。言い換えれば、層
の厚さがλ2 ω／２ｎとなるべきである（ここで、λ2
ωは２倍周波数光の波長を示し、ｎは各層の屈折率を示
す）。図２は、本発明の他の実施例による半導体異種構
造レーザーを示している。この半導体異種構造レーザー
は、図１に示した半導体異種構造レーザーの構成要素の
他、半導体基板１０１と多層光出力部１０２との間に位
置した第１屈折的ミラー１０４をさらに含む。
【００１６】第１屈折的ミラー１０４は、多層光出力部
１０２から半導体基板１０１に基本光が伝播されること
を防ぐことになる。その結果、第１屈折的ミラー１０４
は基本光のポンピング効率を増加させる。図３は、本発
明のさらに他の実施例による半導体異種構造レーザーを
示している。この半導体異種構造レーザーは、図１に示
した半導体異種構造レーザーの構成要素の他、第１屈折
的ミラー１０４及び第２屈折的ミラー１０５をさらに含
む。
【００１７】図３において、第１屈折的ミラー１０４は
半導体基板１０１と多層光出力部１０２との間に位置
し、第２屈折的ミラー１０５は多層光出力部１０２及び
活性非線形導波部１０３との間に位置する。前述した通
り、第１屈折的ミラー１０４は多層光出力部１０２から
半導体基板１０１に基本光が伝播されることを防ぐ。第
２屈折的ミラー１０５は活性非線形導波部１０３から多
層光出力部１０２に２倍周波数光が伝播されることを防
ぐことになるが、多層光出力部１０２から活性非線形導
波部１０３への伝播は防がない。その結果、第２屈折的
ミラー１０５は、レージング効率及び２倍周波数光の出
力効率を増加させる。
【００１８】図４は、図１ないし図３に示した多層光出
力部１０２の一実施例を示している。この多層光出力部
１０２は、下部クラッディング層２０１、光出力活性層
２０２及び上部クラッディング層２０３を含む。光出力
活性層２０２は下部クラッディング層２０１の上部表面
上に成長しており、上部クラッディング層２０３は光出
力活性層２０２の上部表面上に形成されている。下部ク
ラッディング層２０１及び上部クラッディング層２０３
には、それぞれ相異なる導電型の不純物がドーピングさ
れている。さらに、光出力活性層２０２と二つのクラッ
ディング層２０１、２０３との間にはバンドギャップ不
連続が存する。バンドギャップ不連続は光出力活性層２
０２からの電流の漏れを防ぐ。
【００１９】かかる多層光出力部１０２は、一般の二重
異種構造の場合のように、電子及び正孔の再結合による
基本周波数の基本光を発生する。基本光は上部クラッデ
ィング層２０３を通じて伝達されるもので、上部クラッ
ディング層２０３は基本光を通過（transparent ）させ
ることになる。即ち、バンドギャップが光出力活性層の
バンドギャップより高くなる。
【００２０】例えば、下部クラッディング層２０１はｎ
型不純物が５×１０17dopants ／cm 3 濃度でドーピング
されているＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓより構成され、光出力
活性層２０２はドーパントのないＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ
より構成されている。上部クラッディング層２０３は、
ｐ型不純物が５×１０17dopants ／cm3 濃度でドーピン
グされているＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓより構成されてい
る。
【００２１】さらに、多層光出力部１０２は、電流分布
が全体的に均一になるのに適合した厚さ及びドーピング
レベルを有するべきである。特に、光出力活性層２０２
の厚さは、多層光出力部１０２のｐ−ｎ接合においてレ
ージングの発生を防ぐために１μｍより大きくあるべき
である。例えば、下部クラッディング層２０１及び上部
クラッディング層２０３の全てが１μｍより大きく、光
出力活性層２０２が０．５μｍ〜１μｍの範囲の厚さを
有する場合もある。
【００２２】図５は、図１ないし図３に示した多層光出
力部１０２の他の実施例を示している。この多層光出力
部１０２は、図４に示した多層光出力部１０２の構成要
素のほか、コンタクト層２０４をさらに含んでいる。図
５において、コンタクト層２０４は上部クラッディング
層２０３の上部表面上に成長している。コンタクト層２
０４は、上部クラッディング層２０３の導電型と等しい
導電型を有する不純物がさらに低い濃度でドーピングさ
れている。例えば、ｐ型不純物が２×１０19dopants ／
cm3 濃度でドーピングされているＡｌ 0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
からなる。
【００２３】次に、図１ないし図３に示した活性非線形
導波部１０３について説明するが、その前に、理解の便
宜のため、一般の非活性的な周波数逓倍構造を用いて周
波数逓倍動作を説明する。図６において、一般の非活性
的な周波数の逓倍構造は、ＧａＡｓ基板６０１と、多数
のＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層６０２、６０４と、多数のＡ
ｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ層６０３、６０５とを含む。ここ
で、多数のＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層６０２、６０４及び
多数のＡｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ層６０３、６０５は、Ｇａ
Ａｓ基板６０１の上部表面上に交互的に成長している。
かかる構造において、ＹＡＧ：Ｎｄレーザーの相互反対
方向に進む光が入射される。もし、相互反対方向に進む
光が会えば周波数逓倍が行われ、その結果相互反対方向
に進む光の垂直の伝播方向を有する２倍周波数光が発生
する。ここで、ＧａＡｓ基板６０１の面指数が（１１
１）なら、二つのＴＥモード波が相互反対方向に進む光
として使える。一方、ＧａＡｓ基板６０１の面指数が１
００の場合は、相互反対方向に進む光のうち一つはＴＥ
モード波となり、もう一つは−ＴＭモード波となる。
【００２４】図７は、図１ないし図３に示した活性非線
形導波部１０３の一実施例を示している。この活性非線
形導波部１０３は多数の多層異種構造３００を含む。図
７において、一つの多層異種構造３００は、導波層３０
１、レージング活性層３０２及び導波層３０３より構成
される。レージング活性層３０２は導波層３０１及び導
波層３０３との間に形成されている。即ち、導波層３０
１、レージング活性層３０２及び導波層３０３がドーピ
ングされずに順次成長して形成されている。ここで、導
波層３０１は導波層３０３の屈折率と等しい屈折率を有
し、レージング活性層３０２は多層光出力部１０２から
放出される基本光を吸収するに適合したバンドギャップ
を有する。
【００２５】さらに、導波層３０１、３０３は、基本光
を伝達するため、多層光出力部１０２に含まれる光出力
活性層２０２のバンドギャップより大きいバンドギャッ
プを有する。図８は、図１ないし図３に示した活性非線
形導波部１０３の他の実施例を示している。この活性非
線形導波部１０３は多数の多層異種構造３００を含む。
【００２６】図８において、活性非線形導波部１０３に
含まれる一つの多層異種構造３００は、導波層３０４、
３０５、３０６及びレージング活性層３０２より構成さ
れる。レージング活性層３０２は導波層３０４の上部表
面上に成長して形成されており、導波層３０５、３０６
はレージング活性層３０２の上部表面上に順次成長して
形成されている。ここで、導波層３０４は導波層３０５
の屈折率と等しい屈折率を有し、導波層３０６は導波層
３０５の屈折率より低い屈折率を有する。また、図７の
場合と同様に、レージング活性層は多層光出力部１０２
から放出される基本光を吸収するのに適合したバンドギ
ャップを有する。
【００２７】導波層３０４、３０５、３０６は、図７の
場合と同様に、多層光出力部１０２に含まれる光出力活
性層２０２のバンドギャップより大きいバンドギャップ
を有する。図９は、図１ないし図３に示した活性非線形
導波部１０３のさらに他の実施例を示している。この活
性非線形導波部１０３は順次に成長されている多数の多
層異種構造３００を含む。
【００２８】図９において、一つの多層異種構造は四つ
の導波層３０７、３０８、３０９、３１０及びレージン
グ活性層３０２より構成される。導波層３０７の上部表
面上には、導波層３０８、レージング活性層３０２、導
波層３０９及び導波層３１０が順次成長して形成されて
いる。ここで、導波層３０７は導波層３１０の屈折率と
等しい屈折率を有し、導波層３０８は導波層３０９の屈
折率と等しい屈折率を有する。しかし、導波層３０７の
屈折率は導波層３０８の屈折率より低い。言い換えれ
ば、導波層３１０の屈折率が導波層３０９の屈折率より
低い。
【００２９】活性非線形導波部１０３のための物質とし
て、導波層３０７、３１０はドーピングされていないＡ
ｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓより構成され、導波層３０８、３０
９はドーピングされていないＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓより
構成される。この場合、レージング活性層３０２はドー
ピングされていないＩｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓより構成され
得る。
【００３０】また、導波層３０７、３０８、３０９、３
１０は、多層光出力部１０２に含まれる光出力活性層２
０２のバンドギャップより高いバンドギャップを有す
る。図１０は、図２及び図３に示した第１屈折的ミラー
１０４を示している。この第１屈折的ミラーは超格子を
なしている多数の第１二重層ミラー４００を含む。図１
０において、第１二重層ミラー４００はできるだけ大き
く相異なる屈折率を有する二つの層４０１、４０２より
構成される。さらに、層４０１、４０２はそれぞれλB
／ｎi の厚さを有する。ここで、λB は多層光出力部１
０２から放出される基本光の波長を示し、ｎi は基本光
の波長に対する各層の屈折率を示す。
【００３１】屈折率の差は物質構成成分比の差による。
物質の例として、層４０１はｎ型不純物１０18dopants
／cm3 濃度でドーピングされているＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａ
ｓより構成され、層４０２はｎ型不純物が１０ 18dopant
s ／cm3 濃度でドーピングされているＡｌ0.12Ｇａ0.88
Ａｓより構成される。ここで、ドーパントは、たとえば
Ｓｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓまたはその等価物のうちから選択
された一つである。
【００３２】ここで、第１二重層ミラーの数が増加する
ほど、第１屈折的ミラー１０４の反射係数が増加するこ
とになる。さらに詳しい例では、１２個の二重層ミラー
は７６％の反射率を示し、４０個の二重層ミラーは９９
・９９％の反射率を有する。図１１は、図３に示した第
２屈折的ミラー１０５を示している。この第２屈折的ミ
ラー１０５は、できるだけ大きく相異なる屈折率を有す
る層５０１、５０２よりなされた多数の第２二重層ミラ
ー５００を含む。また、第２二重層ミラー５００は超格
子状態に形成されている。
【００３３】図１１において、例えば、層５０１はドー
ピングされていないＡｌ0.7 Ｇａ0. 3 Ａｓより構成さ
れ、層５０２はドーピングされていないＡｌ0.9 Ｇａ
0.1 Ａｓより構成される。かかる第２屈折的ミラー１０
５は０．５３μｍの光を反射することになる。第１屈折
率ミラーの場合と同様に、第２二重層ミラーの数が多い
ほど第２屈折的ミラー１０５の反射率が高くなる。ここ
で、厚さはλ2 ω／４ｎとなるべきである（λ2 ωは２
倍周波数光の波長を示し、ｎは各層の屈折率を示す）。
従って、この二重層ミラーは、λ2 ω／４ｎと関連のな
い基本光を通過させ、２倍周波数光を反射する。
【００３４】前記例とは異なり、第１及び第２屈折的ミ
ラー１０４、１０５はＡｌＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＰ／Ｇ
ａＡｓ層より構成されうる。その他、これらはＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ，Ｉｎ
ＧａＡｓＰ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＩｎＧａＰ，Ｉ
ｎＧａＡｌＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓＰ，ＧａＡ
ｌＮ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳｅＳＴｅまた
はその等価物より構成され得る。
【００３５】スレショルド電流を低め、活性非線形導波
部上の多層光出力部から放出される基本光をフォーカシ
ングするため、半導体異種構造レーザーのための特別な
構造を使用し得る。図１２ないし図１５を参照して、そ
の実施例を説明する。図１２は、本発明の第１形態学的
実施例による半導体異種構造レーザーを示す。
【００３６】この半導体異種構造レーザーは、半導体基
板１０１、第１屈折的ミラー１０４、多層光出力部１０
２、第２屈折的ミラー１０５及び活性非線形導波部１０
３を含む。さらに、金属層のようなオーミックコンタク
ト層１０６が半導体基板１０１の下部表面上に形成され
ており、非反射誘電的コーティング層１０７が活性非線
形導波部１０３の上部表面上に形成されている。非反射
誘電的コーティング層１０７は、最上部表面の反射を減
少させて素子の全体的な出力効率を改善する。
【００３７】また、前面及び背面は、ファブリパロット
（Fabri-Parrot) 発振器を形成するために、壁開（clea
ving) により作られる。かかる壁開された表面は光の外
部放出を減少させ、結果的にレージングのためのスレシ
ョルド電流を減少させる。かかる発振器の壁開された表
面は、反射誘電ミラーによりコーティングされる。この
形態学的な構成は、たとえば次の順により形成される。
【００３８】第１屈折的ミラー１０４、多層光出力部１
０２、第２屈折的ミラー１０５及び活性非線形導波部１
０３が、面指数が（１１１）の半導体基板１０１の上部
に分子線成長法（ＭＢＥ：molecular beam epitaxy) ，
金属有機分子線成長法（ＭＯＭＢＥ：metal organic MB
E)または金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ:metalor
ganic chemical vapor deposition) により順次成長し
て形成される。その後、非反射誘電的コーティング層１
０７が、活性非線形導波部１０３の上部表面上に選択的
に形成される。より詳細には、ストライプ状の非反射誘
電的コーティング層１０７がリソグラフィ工程により形
成される。
【００３９】次いで、非反射誘電的コーティング層１０
７をエッチング保護マスクとして使い、第２屈折的ミラ
ー１０５及び活性非線形導波部１０３が、湿式エッチン
グ、イオン反応エッチングまたはそれと同等なエッチン
グ工程により選択的に除去される。結局、かかるエッチ
ングによりリッジ構造が形成される。半導体異種構造レ
ーザーを製造するための他の方法において、多層光出力
部１０２を成長させた後、リッジ構造を形成するために
多層光出力部１０２の上部表面上に第２屈折的ミラー１
０５及び活性非線形導波部１０３を所望の成長−防止マ
スクを用いて選択的に成長させる。その後、非反射誘電
的コーティング層１０７を活性非線形導波部１０３の上
部表面上に形成する。
【００４０】図１３は、本発明の第２形態学的実施例に
よる半導体異種構造レーザを示しており、かかる形態学
的構造は電流制限性を増加させる。図１３の半導体異種
構造レーザーは、グルーブ状のチャンネルを形成するた
めに半導体基板１０１の上部表面上に選択的に形成され
るオーミックコンタクト層１０９及び電流遮断層１０８
をさらに備える。さらに、第１屈折的ミラー１０４、多
層光出力部１０２、第２屈折的ミラー１０５、活性非線
形導波部１０３及び非反射誘電的コーティング層１０７
が、チャンネルのグルーブ状を保ちながら順次成長して
形成されている。そのチャンネルは、外部的に注入され
る電流を効率的に制限する。
【００４１】図１２の場合と同様に、この半導体異種構
造レーザーは、第２屈折的ミラー１０５、活性非線形導
波部１０３及び非反射誘電的コーティング層１０７より
構成されるリッジ構造を有する。また、多層光出力部１
０２の上部表面のうち残りの部位は、金属層のようなオ
ーミックコンタクト層１０９により覆われる。かかる形
態学的な構造において、第１屈折的ミラー１０４及び多
層光出力部１０２を通じて伝達される電流は、電流遮断
層１０８の妨害によりオーミックコンタクト層１０９の
下部を通過できない。電流遮断層１０８は半導体基板１
０１の導電型と異なる形態の導電型を有する。
【００４２】図１４は、本発明の第３形態学的な実施例
による半導体異種構造レーザーを示している。この半導
体異種構造レーザーは、電流遮断層１０８が半導体基板
１０１上に選択的に形成されるものではなく、半導体基
板１０１内に選択的に形成されたグルーブが第１屈折的
ミラー１０４内に形成されている点以外は類似した形態
学的な構造を有する。
【００４３】図１５は、本発明の第４形態学的な実施例
による半導体異種構造レーザーを示している。この半導
体異種構造レーザーは、半導体基板１０１、電流遮断層
１０８、第１屈折的ミラー１０４、多層光出力部１０
２、中間媒介層１１０、オーミックコンタクト層１０
６、１０９、非反射誘電的コーティング層１０７、第２
屈折的ミラー１０５及び活性非線形導波部１０３を含
む。
【００４４】図１５において、電流遮断層１０８は、電
流制限のためのグルーブ状のチャンネルを形成するた
め、半導体基板１０１の上部表面上に選択的に形成され
ている。電流遮断層１０８及び半導体基板１０１よりな
る表面上には、第１屈折的ミラー１０４及び多層光出力
部１０２がチャンネルのグルーブ状を保ちながら順次形
成されている。中間媒介層１１０は多層光出力部１０２
の上部表面上に選択的に形成されており、第２屈折的ミ
ラー１０５、活性非線形導波部１０３及び非反射誘電的
コーティング層１０７は中間媒介層１１０の表面上に順
次に形成されている。この結果、リッジ構造が構成され
るが、このリッジ構造は中間媒介層１１０、第２屈折的
ミラー１０５、活性非線形導波部１０３及び非反射誘電
的コーティング層１０７により構成される。一方、多層
光出力部１０２の表面層の残り部位上には金属層のよう
なオーミックコンタクト層１０９が形成されており、半
導体基板１０１の下部表面はオーミックコンタクト層１
０６により覆われる。
【００４５】以上において、本発明は幾つかの特定実施
例と関連して説明されたが、これに限らず本発明の思想
から逸脱しない範囲内で多くの変形が可能である。
【００４６】
【発明の効果】半導体異種構造レーザーはモノリシック
でありコンパクトな半導体装置で具現できるもので、基
本光を効果的に２倍周波数光に変換させる。このレーザ
ーは効率的に高周波数の可視光を生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一類型による半導体異種構造レーザー
の概略的な断面図。
【図２】本発明の他の類型による半導体異種構造レーザ
ーの概略的な断面図。
【図３】本発明のさらに他の類型による半導体異種構造
レーザーの概略的な断面図。
【図４】図１ないし図３に示した多層光出力部の一実施
例による概略的な断面図。
【図５】図１ないし図３に示した多層光出力部の他の実
施例による概略的な断面図。
【図６】従来の非活性的な周波数逓倍構造を説明するた
めの概略図。
【図７】図１ないし図３に示した活性非線形導波部の一
実施例による概略的な断面図。
【図８】図１ないし図３に示した活性非線形導波部の他
の実施例による概略的な断面図。
【図９】図１ないし図３に示した活性非線形導波部のさ
らに他の実施例による概略的な断面図。
【図１０】図２及び図３に示した第１屈折的ミラーの概
略的な断面図。
【図１１】図３に示した第２屈折的ミラーの概略的な断
面図。
【図１２】本発明の第１形態学的な実施例による半導体
異種構造レーザーの概略的な断面図。
【図１３】本発明の第２形態学的な実施例による半導体
異種構造レーザーの概略的な断面図。
【図１４】本発明の第３形態学的な実施例による半導体
異種構造レーザーの概略的な断面図。
【図１５】本発明の第４形態学的な実施例による半導体
異種構造レーザーの概略的な断面図。
【符号の説明】 １０１ 半導体基板 １０２ 多層光出力部 １０３ 活性非線形導波部 １０４ 第１屈折的ミラー １０５ 第２屈折的ミラー ２０１ 下部クラッディング層 ２０２ 光出力活性層 ２０３ 上部クラッディング層 ２０４ コンタクト層 ３００ 多層異種構造 ３０１、３０３、３０５、３０６ 導波層 ３０２ レージング活性層 ４００ 第１二重層ミラー

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板と、 基本周波数の基本光を発生するために前記半導体基板上
    に形成されている多層光出力部と、 少なくとも一つの多層異種構造を含み、多層異種構造は
    発振器構造を有し、前記基本光を吸収してその周波数を
    ２倍にして２倍の周波数光を出力する活性非線形導波部
    と、 を備えた半導体異種構造レーザー。
  2. 【請求項２】前記半導体基板と前記多層光出力部との間
    に形成され、前記多層光出力部から前記半導体基板への
    前記基本光の伝播を防ぐ第１屈折的ミラーをさらに備え
    た請求項１に記載の半導体異種構造レーザー。
  3. 【請求項３】前記第１屈折的ミラーは、それぞれ第１ア
    ルミニウム成分比を有し、第１導電型である多数の第１
    ＡｌＧａＡｓ層の群と、それぞれ前記第１アルミニウム
    成分比より低い第２アルミニウム成分比を有し、第１導
    電型である多数の第２ＡｌＧａＡｓ層の群とを備え、 前記第１ＡｌＧａＡｓ層の群及び前記第２ＡｌＧａＡｓ
    層の群は、前記半導体基板上に超格子状態でかつ交互的
    に形成されている、 請求項２に記載の半導体異種構造レーザー。
  4. 【請求項４】前記活性非線形導波部から前記多層光出力
    部に２倍周波数光が伝播するのを防ぐために、前記多層
    光出力部と前記活性非線形導波部との間に形成されてい
    る第２屈折的ミラーをさらに備えた請求項１〜３のいず
    れかに記載の半導体異種構造レーザー。
  5. 【請求項５】前記第２屈折的ミラーは、それぞれ第３ア
    ルミニウム成分比を有する多数の第３ＡｌＧａＡｓ層の
    群と、それぞれ前記第３アルミニウム成分比より高い第
    ４アルミニウム成分比を有する多数の第４ＡｌＧａＡｓ
    層の群とを備え、 前記第３ＡｌＧａＡｓ層の群及び前記第４ＡｌＧａＡｓ
    層の群は、前記多層光出力部上に超格子状態でかつ交互
    的に形成されている、 請求項４に記載の半導体異種構造レーザー。
  6. 【請求項６】前記多層光出力部は、第１導電型の不純物
    がドーピングされている少なくとも一つの下部クラディ
    ング層と、基本周波数の基本光を発生する少なくとも一
    つの光出力活性層と、第２導電型の不純物がドーピング
    されており、それぞれ前記基本光を伝送するために前記
    光出力活性層のバンドギャップより大きいバンドギャッ
    プを有する少なくとも一つの上部クラッディング層とを
    備え、 前記下部クラッディング層、前記光出力活性層及び前記
    上部クラッディング層が、前記半導体基板の上部に順次
    的にかつ交互的に形成されている、 請求項１〜５のいずれかに記載の半導体異種構造レーザ
    ー。
  7. 【請求項７】前記下部クラッディング層、前記光出力活
    性層及び前記上部クラッディング層はそれぞれＡｌＧａ
    Ａｓより構成される、請求項６に記載の半導体異種構造
    レーザー。
  8. 【請求項８】前記多層光出力部は第２導電型の不純物が
    ドーピングされているコンタクト層をさらに備え、前記
    コンタクト層のドーピング濃度は前記上部クラッディン
    グ層のドーピング濃度より低い、請求項６に記載の半導
    体異種構造レーザー。
  9. 【請求項９】前記活性非線形導波部に含まれる前記多層
    異種構造は、 第１屈折率の第１導波層と、 前記第１導波層上に形成されており、前記多層光出力部
    から放出される前記基本光を吸収するに適合したバンド
    ギャップを有するレージング活性層と、 前記レージング活性層上に形成されており、前記第１屈
    折率と等しい第２屈折率を有する第２導波層と、 前記第２導波層上に形成されており、前記第１屈折率よ
    り低い第３屈折率を有する第３導波層と、 を備えている請求項１〜８のいずれかに記載の半導体異
    種構造レーザー。
  10. 【請求項１０】前記活性非線形導波部に含まれる前記多
    層異種構造は、 第１屈折率の第１導波層と、 前記第１導波層上に形成されており、前記第１屈折率よ
    り高い第２屈折率を有する第２導波層と、 前記第２導波層上に形成されており、前記多層光出力部
    から放出される前記基本光を吸収するに適合したバンド
    ギャップを有するレージング活性層と、 前記レージング活性層上に形成されており、前記第２屈
    折率と等しい第３屈折率を有する第３導波層と、 前記第３導波層上に形成されており、前記第１屈折率と
    等しい第４屈折率を有する第４導波層と、 を備えている請求項１〜８のいずれかに記載の半導体異
    種構造レーザー。
  11. 【請求項１１】前記第１、第２、第３、第４導波層はＡ
    ｌＧａＡｓより構成され、前記レージング活性層はＩｎ
    ＧａＡｓより構成されている、請求項１０に記載の半導
    体異種構造レーザー。
  12. 【請求項１２】前記半導体基板は（１１１）である面指
    数を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体
    異種構造レーザー。
  13. 【請求項１３】前記活性非線形導波部は、前記基本光を
    反射するためにそれぞれ誘電的多層のミラーによりコー
    ティングされた前面及び背面を有する、請求項１〜１２
    のいずれかに記載の半導体異種構造レーザー。
  14. 【請求項１４】前記多層光出力部から前記半導体基板に
    前記基本光が伝播されることを防ぐために、前記半導体
    基板と前記多層光出力部との間に位置した第１屈折的ミ
    ラーと、 前記２倍周波数光が前記活性非線形導波部から前記多層
    光出力部に伝播されることを防ぐために前記多層光出力
    部と前記活性非線形導波部との間に位置した第２屈折的
    ミラーとをさらに備え、 前記第２屈折的ミラー及び前記活性非線形導波部がリッ
    ジ構造をなす、 請求項１に記載の半導体異種構造レーザー。
  15. 【請求項１５】前記活性非線形導波部の上部表面上に形
    成されている非反射絶縁コーティング層と、 前記半導体基板の下部に形成されているオーミックコン
    タクト層と、 をさらに備えた請求項１４に記載の半導体異種構造レー
    ザー。
  16. 【請求項１６】半導体基板と、 グルーブ状のチャンネルを形成するために前記半導体基
    板上に選択的に位置する電流遮断層と、 前記電流遮断層及び前記半導体基板よりなされた表面上
    に形成されている第１屈折的ミラーと、 基本周波数の基本光を発生するために前記第１屈折的ミ
    ラー上に形成されている多層光出力部と、 前記多層光出力部上に形成されている第２屈折的ミラー
    と、 少なくとも一つの多層異種構造を有し、前記多層異種構
    造は発振器構造を有し、前記基本光を吸収しその周波数
    を２倍して２倍周波数光を出力する活性非線形導波部と
    を備え、 前記第１屈折的ミラーは前記多層光出力部から前記半導
    体基板に基本光が伝播されることを防ぎ、前記第２屈折
    的ミラーは前記活性非線形導波部から前記多層光出力部
    に前記２倍周波数光が伝播されることを防ぎ、前記第２
    屈折的ミラー及び前記活性非線形導波部はリッジ構造を
    なす、 半導体異種構造レーザー。
  17. 【請求項１７】前記活性非線形導波部の上部表面上に形
    成されている非反射誘電的コーティング層と、 前記半導体基板の下部に形成されている第１オーミック
    コンタクト層と、 前記多層光出力部の表面上に選択的に形成されている第
    ２オーミックコンタクト層と、 をさらに備えた請求項１６に記載の半導体異種構造レー
    ザー。
  18. 【請求項１８】半導体基板と、 チャンネルを形成するために前記半導体基板内に選択的
    に形成されている電流遮断層と、 前記チャンネルの上部に位置したグルーブ構造を有し、
    前記電流遮断層及び前記半導体基板よりなされた表面上
    に形成されている第１屈折的ミラーと、 基本周波数の基本光を発生するために前記第１屈折的ミ
    ラー上に形成されている多層光出力部と、 前記多層光出力部上に形成されている第２屈折的ミラー
    と、 少なくとも一つの多層異種構造を含み、多層異種構造は
    発振器構造を有し、前記基本光を吸収しその周波数を２
    倍して２倍周波数光を出力する活性非線形導波部とを備
    え、 前記第１屈折的ミラーは前記多層光出力部から前記半導
    体基板に前記基本光が伝播されることを防ぎ、前記第２
    屈折的ミラーは前記活性非線形導波部から前記多層光出
    力部に前記２倍周波数光が伝播されることを防ぎ、前記
    第２屈折的ミラー及び前記活性非線形導波部はリッジ構
    造をなす、 半導体異種構造レーザー。
  19. 【請求項１９】前記活性非線形導波部の上部表面上に形
    成されている非反射誘電的コーティング層と、 前記半導体基板の下部に形成されている第１オーミック
    コンタクト層と、 前記多層光出力部の表面上に選択的に形成されている第
    ２オーミックコンタクト層と、 をさらに備えた請求項１８に記載の半導体異種構造レー
    ザー。
  20. 【請求項２０】半導体基板と、 前記半導体基板の下部表面上に形成されている第１オー
    ミックコンタクト層と、 グルーブ状のチャンネルを形成するために前記半導体基
    板の上部表面上に選択的に形成されている電流遮断層
    と、 前記チャンネルのグルーブ状を保ちながら前記電流遮断
    層及び前記半導体基板よりなされた表面上に形成されて
    いる第１屈折的ミラーと、 基本周波数の基本光を発生するために前記第１屈折的ミ
    ラー上に前記チャンネルのグルーブ状を保ちながら形成
    されている多層光出力部と、 前記多層光出力部の上部表面の中央に選択的に形成され
    ている中間媒介層と、 前記多層光出力部の上部表面の残り部位上に選択的に形
    成されている第２オーミックコンタクト層と、 前記中間媒介層の上部表面上に形成されている第２屈折
    的ミラーと、 少なくとも一つの多層異種構造を含み、多層異種構造は
    発振器構造を有し、前記基本光を吸収しその周波数を２
    倍して２倍周波数光を出力する活性非線形導波部と、 前記活性非線形導波部の上部表面上に形成されている非
    反射誘電的コーティング層とを備え、 前記第１屈折的ミラーは前記多層光出力部から前記半導
    体基板に前記基本光が伝播されることを防ぎ、前記第２
    屈折的ミラーは前記活性非線形導電波部から前記多層光
    出力部に前記２倍周波数光が伝播されることを防ぎ、前
    記中間媒介層、前記第２屈折的ミラー及び前記活性非線
    形導波部はリッジ構造をなす、 半導体異種構造レーザー。
JP5332175A 1993-10-30 1993-12-27 半導体異種構造レーザー Pending JPH07162072A (ja)

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