JPH0897508A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0897508A JPH0897508A JP23501294A JP23501294A JPH0897508A JP H0897508 A JPH0897508 A JP H0897508A JP 23501294 A JP23501294 A JP 23501294A JP 23501294 A JP23501294 A JP 23501294A JP H0897508 A JPH0897508 A JP H0897508A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 使用目的に適応した低ノイズで高特性の半導
体レーザが簡単にえられる半導体レーザの構造を提供す
る。 【構成】 活性層が上部および下部クラッド層で挟持さ
れてなる半導体レーザにおいて、該上部もしくは下部ク
ラッド層３、５、７、９の少なくとも一方の層中に、活
性層４で発生する光を吸収する吸収層６および前記活性
層の発光領域のみに電流を注入するための電流注入領域
がストライプ状に形成された電流阻止層８が一定距離を
おいて別々に設けられている。
体レーザが簡単にえられる半導体レーザの構造を提供す
る。 【構成】 活性層が上部および下部クラッド層で挟持さ
れてなる半導体レーザにおいて、該上部もしくは下部ク
ラッド層３、５、７、９の少なくとも一方の層中に、活
性層４で発生する光を吸収する吸収層６および前記活性
層の発光領域のみに電流を注入するための電流注入領域
がストライプ状に形成された電流阻止層８が一定距離を
おいて別々に設けられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関する。
さらに詳しくは、チッ化ガリウム系化合物半導体からな
り青色の光を発する半導体レーザに有効な半導体レーザ
の構造に関する。
さらに詳しくは、チッ化ガリウム系化合物半導体からな
り青色の光を発する半導体レーザに有効な半導体レーザ
の構造に関する。
【０００２】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
【０００３】
【従来の技術】従来から半導体レーザとして、ＧａＡｓ
系化合物半導体を利用した赤外線もしくは赤色発光半導
体レーザが知られている。図５にこのような半導体レー
ザの断面構造を示す。図５において、ＧａＡｓ基板２１
上に、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなる下部クラッ
ド層２２、活性層２３、上部第１クラッド層２４、電流
阻止層２５、上部第２クラッド層２６、コンタクト層２
７が順次積層されて積層体をなし、上部電極２８および
下部電極２９で挟まれて半導体レーザが形成されてい
る。ここで電流阻止層２５は、同時に、活性層にて発生
される光を吸収する材料から構成される光吸収層でもあ
る。この構造により、レーザ光発振のための共振器を半
導体レーザ内に設計する上で非常に有利なものとなって
いる。
系化合物半導体を利用した赤外線もしくは赤色発光半導
体レーザが知られている。図５にこのような半導体レー
ザの断面構造を示す。図５において、ＧａＡｓ基板２１
上に、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなる下部クラッ
ド層２２、活性層２３、上部第１クラッド層２４、電流
阻止層２５、上部第２クラッド層２６、コンタクト層２
７が順次積層されて積層体をなし、上部電極２８および
下部電極２９で挟まれて半導体レーザが形成されてい
る。ここで電流阻止層２５は、同時に、活性層にて発生
される光を吸収する材料から構成される光吸収層でもあ
る。この構造により、レーザ光発振のための共振器を半
導体レーザ内に設計する上で非常に有利なものとなって
いる。
【０００４】近年、ＧａＮ系化合物半導体を用いて青色
発光する半導体レーザの設計が試みられているが、電流
阻止層として適切な材料が見出されておらず、とくにこ
の層に前述のような光吸収層の役割をもたせることは極
めて困難であり、安定したレーザ発振特性を有する青色
発光半導体レーザがえられていない。
発光する半導体レーザの設計が試みられているが、電流
阻止層として適切な材料が見出されておらず、とくにこ
の層に前述のような光吸収層の役割をもたせることは極
めて困難であり、安定したレーザ発振特性を有する青色
発光半導体レーザがえられていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の構造の半導体レ
ーザでは、電流阻止層２５に活性層２３の光の吸収を多
くさせると屈折率導波型構造となり、単一縦モード発振
をし易く、可干渉性が高い。したがって戻り光誘起ノイ
ズを発生し易い。一方、電流阻止層に活性層の光を吸収
させないと横方向に屈折率差を有しない利得導波型のも
のがえられるが、利得導波型構造の半導体レーザは戻り
光ノイズは小さくなる反面非点隔差が大きく、さらに横
モードが不安定でキンクが生じ易い。この屈折率導波型
と利得導波型の両方の性質は電流阻止層の材料のみなら
ず、活性層２３と電流阻止層２５との間隔、すなわち上
部第１クラッド層の厚さや電流阻止層２５に形成される
ストライプ状の電流注入領域の幅などによっても微妙に
異なり、電流吸収層の材料に伴なう吸収特性とも相俟っ
て複雑な相関関係が生じ、ノイズの発生を抑え、所望の
高特性の半導体レーザがえられないという問題がある。
ーザでは、電流阻止層２５に活性層２３の光の吸収を多
くさせると屈折率導波型構造となり、単一縦モード発振
をし易く、可干渉性が高い。したがって戻り光誘起ノイ
ズを発生し易い。一方、電流阻止層に活性層の光を吸収
させないと横方向に屈折率差を有しない利得導波型のも
のがえられるが、利得導波型構造の半導体レーザは戻り
光ノイズは小さくなる反面非点隔差が大きく、さらに横
モードが不安定でキンクが生じ易い。この屈折率導波型
と利得導波型の両方の性質は電流阻止層の材料のみなら
ず、活性層２３と電流阻止層２５との間隔、すなわち上
部第１クラッド層の厚さや電流阻止層２５に形成される
ストライプ状の電流注入領域の幅などによっても微妙に
異なり、電流吸収層の材料に伴なう吸収特性とも相俟っ
て複雑な相関関係が生じ、ノイズの発生を抑え、所望の
高特性の半導体レーザがえられないという問題がある。
【０００６】本発明はこのような問題を解決し、使用目
的に適応した低ノイズで高特性の半導体レーザが簡単に
えられる半導体レーザの構造を提供することを目的とす
る。
的に適応した低ノイズで高特性の半導体レーザが簡単に
えられる半導体レーザの構造を提供することを目的とす
る。
【０００７】本発明の他の目的は、ＧａＮ系化合物半導
体を用いた青色発光半導体レーザに対し、電流阻止層と
して適切な材料を提供するとともに、発生する光を吸収
する特性が半導体レーザ層中に備えられるものとして、
青色レーザ光発振のための安定した光共振器を備えた半
導体レーザを提供することにある。
体を用いた青色発光半導体レーザに対し、電流阻止層と
して適切な材料を提供するとともに、発生する光を吸収
する特性が半導体レーザ層中に備えられるものとして、
青色レーザ光発振のための安定した光共振器を備えた半
導体レーザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザは、活性層が上部および下部クラッド層で挟持されて
なる半導体レーザであって、該上部もしくは下部クラッ
ド層の少なくとも一方の層中に、該活性層で発生する光
を吸収する吸収層および前記活性層の発光領域のみに電
流を注入するための電流注入領域が形成された電流阻止
層が一定距離をおいて設けられている。
ザは、活性層が上部および下部クラッド層で挟持されて
なる半導体レーザであって、該上部もしくは下部クラッ
ド層の少なくとも一方の層中に、該活性層で発生する光
を吸収する吸収層および前記活性層の発光領域のみに電
流を注入するための電流注入領域が形成された電流阻止
層が一定距離をおいて設けられている。
【０００９】前記吸収層および前記電流阻止層がいずれ
も前記上部クラッド層中に設けられると、製造上、活性
層を挟んでこれに接触する部分のクラッド層がきれいな
結晶の半導体層によって形成されやすいので好ましい。
も前記上部クラッド層中に設けられると、製造上、活性
層を挟んでこれに接触する部分のクラッド層がきれいな
結晶の半導体層によって形成されやすいので好ましい。
【００１０】前記吸収層が、該吸収層を層中に有する前
記上部もしくは下部クラッド層より禁制帯幅が小さく、
かつ、導電型が同じである半導体材料からなるものであ
るとき、そのクラッド層の半導体の組成を少し変えるだ
けで適切な吸収層材料がえられて好ましい。
記上部もしくは下部クラッド層より禁制帯幅が小さく、
かつ、導電型が同じである半導体材料からなるものであ
るとき、そのクラッド層の半導体の組成を少し変えるだ
けで適切な吸収層材料がえられて好ましい。
【００１１】前記電流阻止層が、前記活性層で発生する
光を吸収しない材料からなる層であることが、吸収層と
電流阻止層の機能を分担して位置関係を独自のパラメー
タとして調整することができるので好ましい。
光を吸収しない材料からなる層であることが、吸収層と
電流阻止層の機能を分担して位置関係を独自のパラメー
タとして調整することができるので好ましい。
【００１２】本発明の半導体レーザは、基板上に、Ｇａ
Ｎからなるバッファ層、第１導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
（０＜ｚ＜１）からなる下部クラッド層、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる活性層、第２導電型Ａｌ
z Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる上部第１クラッド
層、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１、ｙ≦ｘ）からなる
吸収層、第２導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）か
らなる上部第２クラッド層、ストライプ状の開口を有す
る第１導電型ＡｌＮからなる電流阻止層、第２導電型Ａ
ｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる上部第３クラッ
ド層、第２導電型コンタクト層が順次積層され、前記コ
ンタクト層上に上部電極、および前記下部クラッド層に
接続される下部電極が設けられている。
Ｎからなるバッファ層、第１導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
（０＜ｚ＜１）からなる下部クラッド層、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる活性層、第２導電型Ａｌ
z Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる上部第１クラッド
層、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１、ｙ≦ｘ）からなる
吸収層、第２導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）か
らなる上部第２クラッド層、ストライプ状の開口を有す
る第１導電型ＡｌＮからなる電流阻止層、第２導電型Ａ
ｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる上部第３クラッ
ド層、第２導電型コンタクト層が順次積層され、前記コ
ンタクト層上に上部電極、および前記下部クラッド層に
接続される下部電極が設けられている。
【００１３】ここに第１導電型および第２導電型とは、
それぞれｎ型またはｐ型のいずれか一方とその他方をい
い、たとえば第１導電型がｎ型のときは第２導電型がｐ
型で、第１導電型がｐ型のときは第２導電型がｎ型であ
ることを意味する。
それぞれｎ型またはｐ型のいずれか一方とその他方をい
い、たとえば第１導電型がｎ型のときは第２導電型がｐ
型で、第１導電型がｐ型のときは第２導電型がｎ型であ
ることを意味する。
【００１４】前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）から
なる活性層および前記Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）
からなる吸収層について、０＜ｘ／２≦ｙ≦ｘ＜１なる
関係が成り立つとき、とくに吸収層が適切な光吸収特性
を示すので好ましい。
なる活性層および前記Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）
からなる吸収層について、０＜ｘ／２≦ｙ≦ｘ＜１なる
関係が成り立つとき、とくに吸収層が適切な光吸収特性
を示すので好ましい。
【００１５】前記活性層の厚さｄ1 および前記吸収層の
厚さｄ2 について、ｄ1 ／２≦ｄ2≦２ｄ1 なる関係が
成り立つことが吸収層の厚さとしては好ましい。
厚さｄ2 について、ｄ1 ／２≦ｄ2≦２ｄ1 なる関係が
成り立つことが吸収層の厚さとしては好ましい。
【００１６】前記活性層と前記吸収層との間隔ｔが、
０．１μｍ≦ｔ≦０．４μｍなる範囲にあるとき、活性
層で生じた光がある程度レーザ特性を制御できやすい範
囲で吸収層に吸収されるため好ましい。
０．１μｍ≦ｔ≦０．４μｍなる範囲にあるとき、活性
層で生じた光がある程度レーザ特性を制御できやすい範
囲で吸収層に吸収されるため好ましい。
【００１７】
【作用】本発明の半導体レーザによれば、ＧａＮ系化合
物半導体を用いた半導体レーザの設計において、電流阻
止層と吸収層とを別々に設けたため、電流阻止層として
適切な材料を選択しうるとともに、吸収層の厚さ、位
置、材料などを自由に選定することができ、発生する光
に対する吸収特性を利用して適切なレーザ発振モードを
有する共振器が半導体レーザ内にえられる。また、吸収
層を設ける位置およびその材質を電流阻止層とは関係な
く調整できるため、半導体レーザの設計がさらに容易に
なる。
物半導体を用いた半導体レーザの設計において、電流阻
止層と吸収層とを別々に設けたため、電流阻止層として
適切な材料を選択しうるとともに、吸収層の厚さ、位
置、材料などを自由に選定することができ、発生する光
に対する吸収特性を利用して適切なレーザ発振モードを
有する共振器が半導体レーザ内にえられる。また、吸収
層を設ける位置およびその材質を電流阻止層とは関係な
く調整できるため、半導体レーザの設計がさらに容易に
なる。
【００１８】
【実施例】つぎに、本発明の半導体レーザを図面を参照
しながら詳細に説明する。
しながら詳細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の半導体レーザの一実施例
を示す断面説明図である。図１において、サファイア
（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）などからなる基板１の上に、第１
導電型（たとえばｎ型）のＧａＮからなるバッファ層２
が２〜５μｍ程度、第１導電型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０
＜ｚ＜１、たとえばｚ＝０．２）からなる下部クラッド
層３が０．１〜０．３μｍ程度、ノンドープまたはｎ型
もしくはｐ型のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１、たとえ
ばｘ＝０．２）からなる活性層４が０．０５〜０．１μ
ｍ程度、第２導電型（たとえばｐ型）のＡｌz Ｇａ1-z
Ｎからなる上部第１クラッド層５が０．１〜０．３μｍ
程度、第２導電型のＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１、た
とえばｙ＝０．１）からなる吸収層６が０．０３〜０．
２μｍ程度、第２導電型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上
部第２クラッド層７が０．１〜０．３μｍ程度、第１導
電型のＡｌＮからなる電流阻止層８が０．１〜０．４μ
ｍ程度、第２導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部第３
クラッド層９が０．５〜２μｍ程度、第２導電型のＧａ
Ｎからなるコンタクト層１０が０．３〜２μｍ程度それ
ぞれ順次積層され、かつ、その積層体の表面にＡｕなど
からなる上部電極１１、およびその積層体の一部におい
て表面から下部クラッド層３またはバッファ層２が露出
する位置までエッチングされ、下部電極１２が取りつけ
られている。また、電流阻止層８は、一部ストライプ状
にエッチングで取り除かれて開口を有し、活性層に至る
電流のための電流路を形成している。これらの各半導体
層は、有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤという）法
によって積層され、その積層工程の途中に電流阻止層８
のエッチング工程が設けられている。基板１がサファイ
アなどの絶縁基板ではなく、半導体基板のばあいは、積
層体の一部をエッチングしなくても裏面に下部電極を設
けることができる。
を示す断面説明図である。図１において、サファイア
（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）などからなる基板１の上に、第１
導電型（たとえばｎ型）のＧａＮからなるバッファ層２
が２〜５μｍ程度、第１導電型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０
＜ｚ＜１、たとえばｚ＝０．２）からなる下部クラッド
層３が０．１〜０．３μｍ程度、ノンドープまたはｎ型
もしくはｐ型のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１、たとえ
ばｘ＝０．２）からなる活性層４が０．０５〜０．１μ
ｍ程度、第２導電型（たとえばｐ型）のＡｌz Ｇａ1-z
Ｎからなる上部第１クラッド層５が０．１〜０．３μｍ
程度、第２導電型のＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１、た
とえばｙ＝０．１）からなる吸収層６が０．０３〜０．
２μｍ程度、第２導電型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上
部第２クラッド層７が０．１〜０．３μｍ程度、第１導
電型のＡｌＮからなる電流阻止層８が０．１〜０．４μ
ｍ程度、第２導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部第３
クラッド層９が０．５〜２μｍ程度、第２導電型のＧａ
Ｎからなるコンタクト層１０が０．３〜２μｍ程度それ
ぞれ順次積層され、かつ、その積層体の表面にＡｕなど
からなる上部電極１１、およびその積層体の一部におい
て表面から下部クラッド層３またはバッファ層２が露出
する位置までエッチングされ、下部電極１２が取りつけ
られている。また、電流阻止層８は、一部ストライプ状
にエッチングで取り除かれて開口を有し、活性層に至る
電流のための電流路を形成している。これらの各半導体
層は、有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤという）法
によって積層され、その積層工程の途中に電流阻止層８
のエッチング工程が設けられている。基板１がサファイ
アなどの絶縁基板ではなく、半導体基板のばあいは、積
層体の一部をエッチングしなくても裏面に下部電極を設
けることができる。
【００２０】本発明は電流注入領域を規制するため、ス
トライプ溝が形成された電流阻止層８を活性層４で発生
する光を吸収しない材料で構成し、電流注入領域を規制
するための層としてのみ機能させ、活性層４で発生する
光を吸収して活性層の横方向（ストライプ領域の外側）
での屈折率差を設けて屈折率導波構造としたり、自励発
振を起させる機能は別途設けられた吸収層６の厚さや活
性層４と吸収層６との距離を調整することにより電流阻
止層８のストライプ幅とは無関係に調整できるように
し、所望のノイズ特性や半導体レーザ特性がえられ易い
構造の半導体レーザとしたことに特徴がある。
トライプ溝が形成された電流阻止層８を活性層４で発生
する光を吸収しない材料で構成し、電流注入領域を規制
するための層としてのみ機能させ、活性層４で発生する
光を吸収して活性層の横方向（ストライプ領域の外側）
での屈折率差を設けて屈折率導波構造としたり、自励発
振を起させる機能は別途設けられた吸収層６の厚さや活
性層４と吸収層６との距離を調整することにより電流阻
止層８のストライプ幅とは無関係に調整できるように
し、所望のノイズ特性や半導体レーザ特性がえられ易い
構造の半導体レーザとしたことに特徴がある。
【００２１】電流阻止層８としては活性層４で発生する
光を吸収しない材料、すなわちバンドギャップエネルギ
ーが活性層４やクラッド層３、５の材料より大きく、か
つ、屈折率が活性層４やクラッド層３、５の材料より小
さい材料が選定される。その例としては前述のＡｌＮの
ほかに、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などを使用
することができる。本発明においては、光の水平方向の
広がり角に基づいてストライプの幅を決定することがで
き、他のノイズ特性などには影響を及ぼさない。
光を吸収しない材料、すなわちバンドギャップエネルギ
ーが活性層４やクラッド層３、５の材料より大きく、か
つ、屈折率が活性層４やクラッド層３、５の材料より小
さい材料が選定される。その例としては前述のＡｌＮの
ほかに、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などを使用
することができる。本発明においては、光の水平方向の
広がり角に基づいてストライプの幅を決定することがで
き、他のノイズ特性などには影響を及ぼさない。
【００２２】吸収層６は活性層４で発生する光を吸収す
ることにより光の反射率を変えて導波特性やノイズ特性
を変化させうるもので、バンドギャップエネルギーが活
性層４の材料より大きく、クラッド層３、５の材料より
小さい材料であり、かつ、屈折率は活性層４の材料より
小さく、クラッド層３、５の材料より大きい材料が選定
される。
ることにより光の反射率を変えて導波特性やノイズ特性
を変化させうるもので、バンドギャップエネルギーが活
性層４の材料より大きく、クラッド層３、５の材料より
小さい材料であり、かつ、屈折率は活性層４の材料より
小さく、クラッド層３、５の材料より大きい材料が選定
される。
【００２３】吸収層６の材料として前述のＩｎy Ｇａ
1-y ＮのＩｎの組成比ｙを変化させたときの半導体レー
ザの特性を調べた結果、活性層４のＩｎの組成比ｘと相
関関係があり、図２に示されるように、ｙ／ｘを大きく
する程ノイズ特性は良好になり、活性層よりバンドギャ
ップエネルギーが小さくなると発振特性がわるくなり、
ｙ≦ｘにする必要がある。そのため、ｙ／ｘは１／２〜
１の範囲にすることにより、良好なノイズおよび発振特
性がえられる。
1-y ＮのＩｎの組成比ｙを変化させたときの半導体レー
ザの特性を調べた結果、活性層４のＩｎの組成比ｘと相
関関係があり、図２に示されるように、ｙ／ｘを大きく
する程ノイズ特性は良好になり、活性層よりバンドギャ
ップエネルギーが小さくなると発振特性がわるくなり、
ｙ≦ｘにする必要がある。そのため、ｙ／ｘは１／２〜
１の範囲にすることにより、良好なノイズおよび発振特
性がえられる。
【００２４】さらに、吸収層の厚さｄ2 が大きくなると
一般にノイズは小さくなるが、動作電流が大きくなり消
費電力が増えて発振効率が低下する。本発明者らは吸収
層６の厚さの最適値について種々検討を重ねた結果、ノ
イズ特性は吸収層６の厚さと活性層４の厚さとのあいだ
に相関関係があり、図３に示すように、（吸収層６の厚
さｄ2 ）／（活性層４の厚さｄ1 ）が小さくなる程ノイ
ズ特性は良好になることを見出した。一方、吸収層６が
あまり厚くなると消費電力が大きくなるとともに、もれ
電流が多くなって発振効率が低下する。その結果、ｄ2
／ｄ1 の比を１／２〜２の範囲にすることにより、良好
なノイズおよび発振の特性がえられる。
一般にノイズは小さくなるが、動作電流が大きくなり消
費電力が増えて発振効率が低下する。本発明者らは吸収
層６の厚さの最適値について種々検討を重ねた結果、ノ
イズ特性は吸収層６の厚さと活性層４の厚さとのあいだ
に相関関係があり、図３に示すように、（吸収層６の厚
さｄ2 ）／（活性層４の厚さｄ1 ）が小さくなる程ノイ
ズ特性は良好になることを見出した。一方、吸収層６が
あまり厚くなると消費電力が大きくなるとともに、もれ
電流が多くなって発振効率が低下する。その結果、ｄ2
／ｄ1 の比を１／２〜２の範囲にすることにより、良好
なノイズおよび発振の特性がえられる。
【００２５】ここで、吸収層の厚さにより、前述のよう
にその光吸収特性に影響を及ぼすが、吸収層６と活性層
４とのあいだの距離ｔについても、図４に動作電流との
関係を示すように、ｔが大きいと吸収層による光の吸収
は減少するため、動作電流は減るが、ノイズが大きくな
り、ｔが小さくなるとノイズは減るが動作電流が大きく
なり、発光効率が低下する。また、ｔが小さくなり過ぎ
て、吸収層が発生する光によって構成される定在波に入
り込む距離まで近づき過ぎると、レーザ光の発振を阻害
してしまう。そのため、発振特性およびノイズ特性を考
慮すると吸収層６と活性層４とのあいだの距離ｔを、
０．１μｍ≦ｔ≦０．４μｍの範囲にすることにより良
好なレーザ発振がえられることを見出した。
にその光吸収特性に影響を及ぼすが、吸収層６と活性層
４とのあいだの距離ｔについても、図４に動作電流との
関係を示すように、ｔが大きいと吸収層による光の吸収
は減少するため、動作電流は減るが、ノイズが大きくな
り、ｔが小さくなるとノイズは減るが動作電流が大きく
なり、発光効率が低下する。また、ｔが小さくなり過ぎ
て、吸収層が発生する光によって構成される定在波に入
り込む距離まで近づき過ぎると、レーザ光の発振を阻害
してしまう。そのため、発振特性およびノイズ特性を考
慮すると吸収層６と活性層４とのあいだの距離ｔを、
０．１μｍ≦ｔ≦０．４μｍの範囲にすることにより良
好なレーザ発振がえられることを見出した。
【００２６】本実施例のＩｎy Ｇａ1-y Ｎからなる吸収
層６は、光をある一定量以上吸収すると吸収率が小さく
なり、同時に反射率が大きくなって、活性層に光が集中
するものとなる。また、反対に吸収層にまで広がる光の
量が少なくなれば、吸収率が上がるというバランスが保
たれて自励発振現象が起きる。
層６は、光をある一定量以上吸収すると吸収率が小さく
なり、同時に反射率が大きくなって、活性層に光が集中
するものとなる。また、反対に吸収層にまで広がる光の
量が少なくなれば、吸収率が上がるというバランスが保
たれて自励発振現象が起きる。
【００２７】なお、本実施例においては、活性層および
その上下面でそれに接する部分のクラッド層をきれいな
半導体結晶とするため、吸収層および電流阻止層をいず
れも上部第２クラッド層の上に設ける構造としたが、吸
収層および電流阻止層の一方を活性層下に設け、他方を
上に設けるものとすることも可能である。また、それら
吸収層および電流阻止層の双方を活性層の下に設けても
よい。
その上下面でそれに接する部分のクラッド層をきれいな
半導体結晶とするため、吸収層および電流阻止層をいず
れも上部第２クラッド層の上に設ける構造としたが、吸
収層および電流阻止層の一方を活性層下に設け、他方を
上に設けるものとすることも可能である。また、それら
吸収層および電流阻止層の双方を活性層の下に設けても
よい。
【００２８】また前記実施例では、バッファ層２、コン
タクト層１０としてＧａＮ、クラッド層３、５、７、９
にＡｌz Ｇａ1-z Ｎ、活性層４にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ、吸
収層６にＩｎy Ｇａ1-y Ｎ、電流阻止層８にＡｌＮを用
いたが、活性層４がクラッド層３、５よりバンドギャッ
プエネルギーが小さく、かつ、屈折率が大きい材料で吸
収層６や電流阻止層８のバンドギャップエネルギーが前
述の関係を満たせば、一般式Ａｌr Ｇａs Ｉｎ1-r-s Ｎ
（０≦ｒ＜１、０＜ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）として表
わされる化合物半導体の組成比を変えた材料を用いるこ
とができる。さらに前記一般式のＮの一部または全部が
Ｐおよび／またはＡｓと置換したものでもよく、Ａｌr
Ｇａs Ｉｎ1-r-s ＮではなくてＧａＡｓ系の化合物半導
体でもよい。
タクト層１０としてＧａＮ、クラッド層３、５、７、９
にＡｌz Ｇａ1-z Ｎ、活性層４にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ、吸
収層６にＩｎy Ｇａ1-y Ｎ、電流阻止層８にＡｌＮを用
いたが、活性層４がクラッド層３、５よりバンドギャッ
プエネルギーが小さく、かつ、屈折率が大きい材料で吸
収層６や電流阻止層８のバンドギャップエネルギーが前
述の関係を満たせば、一般式Ａｌr Ｇａs Ｉｎ1-r-s Ｎ
（０≦ｒ＜１、０＜ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）として表
わされる化合物半導体の組成比を変えた材料を用いるこ
とができる。さらに前記一般式のＮの一部または全部が
Ｐおよび／またはＡｓと置換したものでもよく、Ａｌr
Ｇａs Ｉｎ1-r-s ＮではなくてＧａＡｓ系の化合物半導
体でもよい。
【００２９】つぎに前記半導体レーザの製法を説明す
る。
る。
【００３０】まず、サファイアなどからなる基板１を反
応管内に設置し、キャリアガスのＨ2 を１０ｓｌｍ、反
応ガスのトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）を
１００ｓｃｃｍおよびＮＨ3 を１０ｓｌｍ導入してＭＯ
ＣＶＤ法により４００〜７００℃で気相成長させ、０．
０１〜０．２μｍ程度の厚さのＧａＮからなる多結晶膜
である低温バッファ層を成膜した。ついで７００〜１２
００℃に昇温し、５〜１５分程度放置することにより低
温バッファ層の多結晶膜が単結晶化し、その上に前述と
同じ原料ガスを導入して７００〜１２００℃の高温で気
相反応させることによりＧａＮの単結晶からなる高温バ
ッファ層を２〜５μｍの厚さに成膜し、バッファ層２と
した。
応管内に設置し、キャリアガスのＨ2 を１０ｓｌｍ、反
応ガスのトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）を
１００ｓｃｃｍおよびＮＨ3 を１０ｓｌｍ導入してＭＯ
ＣＶＤ法により４００〜７００℃で気相成長させ、０．
０１〜０．２μｍ程度の厚さのＧａＮからなる多結晶膜
である低温バッファ層を成膜した。ついで７００〜１２
００℃に昇温し、５〜１５分程度放置することにより低
温バッファ層の多結晶膜が単結晶化し、その上に前述と
同じ原料ガスを導入して７００〜１２００℃の高温で気
相反応させることによりＧａＮの単結晶からなる高温バ
ッファ層を２〜５μｍの厚さに成膜し、バッファ層２と
した。
【００３１】さらにトリメチルアルミニウム（以下、Ｔ
ＭＡという）を１０〜１００ｓｃｃｍの流量で混入して
気相反応させることにより、ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎか
らなる下部クラッド層３を０．１〜０．３μｍの厚さに
成膜した。
ＭＡという）を１０〜１００ｓｃｃｍの流量で混入して
気相反応させることにより、ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎか
らなる下部クラッド層３を０．１〜０．３μｍの厚さに
成膜した。
【００３２】つぎにドーパントのＳｉＨ4 を止めるとと
もにＴＭＡに代えトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ
という）を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で供給してＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎからなるノンドープの活性層４を０．０５
〜０．１μｍ程度成膜し、さらにｎ型の下部クラッド層
３と同じ組成の原料ガスを供給し、不純物原料ガスをＳ
ｉＨ4 に代えてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以
下、ＤＭＺｎという）を１０〜１０００ｓｃｃｍの流量
で導入してＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなるｐ型の上部第１ク
ラッド層５を０．１〜０．３μｍの厚さで成膜し、つぎ
に、前述の活性層４と同じ原料ガスでＴＭＩの流量を５
〜１００ｓｃｃｍとし、ドーパントのＣｐ2 Ｍｇを導入
してＩｎyＧａ1-y Ｎからなる吸収層６を０．０５〜
０．２μｍ程度、上部第１クラッド層５と同じ原料ガス
でＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部第２クラッド層７を
０．０５〜０．２μｍ程度成膜し、ついでＴＭＡとＮＨ
3 にドーパントとしてのＳｉＨ4を供給して電流阻止層
とするためのｎ型のＡｌＮ層を０．１５〜０．５μｍ程
度成膜した。
もにＴＭＡに代えトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ
という）を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で供給してＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎからなるノンドープの活性層４を０．０５
〜０．１μｍ程度成膜し、さらにｎ型の下部クラッド層
３と同じ組成の原料ガスを供給し、不純物原料ガスをＳ
ｉＨ4 に代えてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以
下、ＤＭＺｎという）を１０〜１０００ｓｃｃｍの流量
で導入してＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなるｐ型の上部第１ク
ラッド層５を０．１〜０．３μｍの厚さで成膜し、つぎ
に、前述の活性層４と同じ原料ガスでＴＭＩの流量を５
〜１００ｓｃｃｍとし、ドーパントのＣｐ2 Ｍｇを導入
してＩｎyＧａ1-y Ｎからなる吸収層６を０．０５〜
０．２μｍ程度、上部第１クラッド層５と同じ原料ガス
でＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部第２クラッド層７を
０．０５〜０．２μｍ程度成膜し、ついでＴＭＡとＮＨ
3 にドーパントとしてのＳｉＨ4を供給して電流阻止層
とするためのｎ型のＡｌＮ層を０．１５〜０．５μｍ程
度成膜した。
【００３３】そののち、炉内温度を３０℃程度まで下
げ、ＭＯＣＶＤ装置から半導体層が積層された基板を取
り出し、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして
ストライプ溝を形成し、電流阻止層８を形成した。
げ、ＭＯＣＶＤ装置から半導体層が積層された基板を取
り出し、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして
ストライプ溝を形成し、電流阻止層８を形成した。
【００３４】そののち、再度ＭＯＣＶＤ装置内に基板を
入れ、７００〜１２００℃にして前述と同様に反応ガス
としてＴＭＧ、ＮＨ3 、ＴＭＡおよびドーパントとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給しｐ型のＡｌz Ｇａ
1-z Ｎからなる上部第３クラッド層９を０．５〜２μ
ｍ、さらにＴＭＡを止めてＧａＮからなるコンタクト層
１０を０．２〜３μｍ程度それぞれ形成した。そののち
ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜を半導体層表面全面
に設け４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニー
ルを行い、ｐ型クラッド層５、７、９およびコンタクト
層１０の活性化を行った。
入れ、７００〜１２００℃にして前述と同様に反応ガス
としてＴＭＧ、ＮＨ3 、ＴＭＡおよびドーパントとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給しｐ型のＡｌz Ｇａ
1-z Ｎからなる上部第３クラッド層９を０．５〜２μ
ｍ、さらにＴＭＡを止めてＧａＮからなるコンタクト層
１０を０．２〜３μｍ程度それぞれ形成した。そののち
ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜を半導体層表面全面
に設け４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニー
ルを行い、ｐ型クラッド層５、７、９およびコンタクト
層１０の活性化を行った。
【００３５】つぎに下部電極１２を形成するため、レジ
スト膜などによりマスクを形成してＣｌ2 ガス雰囲気の
下で積層された半導体層の一部に反応性イオンエッチン
グを行い、ｎ型層である下部クラッド層３またはバッフ
ァ層２を露出させ、コンタクト層１０上にＡｕ、Ａｕ−
Ｚｎなどからなる上部電極１１、下部クラッド層３また
はバッファ層２上にＡｌ、Ａｕ−Ｇｅなどからなる下部
電極１２を形成し、ダイシングすることにより半導体レ
ーザのチップを形成した（図１参照）。
スト膜などによりマスクを形成してＣｌ2 ガス雰囲気の
下で積層された半導体層の一部に反応性イオンエッチン
グを行い、ｎ型層である下部クラッド層３またはバッフ
ァ層２を露出させ、コンタクト層１０上にＡｕ、Ａｕ−
Ｚｎなどからなる上部電極１１、下部クラッド層３また
はバッファ層２上にＡｌ、Ａｕ−Ｇｅなどからなる下部
電極１２を形成し、ダイシングすることにより半導体レ
ーザのチップを形成した（図１参照）。
【００３６】
【発明の効果】本発明の半導体レーザにおいては、クラ
ッド層中に電流路形成のための電流阻止層とは別に設け
られた吸収層によって、レーザ光の自励発振を起こさせ
るなどのレーザ特性やノイズ特性を所望の特性に設定し
た設計が容易になる。これにより、半導体レーザとして
実用的に使用されうる周波数範囲において非常にノイズ
の小さいものがえられ、また、外乱（もどり光）に対し
ても強い半導体レーザがえられる。
ッド層中に電流路形成のための電流阻止層とは別に設け
られた吸収層によって、レーザ光の自励発振を起こさせ
るなどのレーザ特性やノイズ特性を所望の特性に設定し
た設計が容易になる。これにより、半導体レーザとして
実用的に使用されうる周波数範囲において非常にノイズ
の小さいものがえられ、また、外乱（もどり光）に対し
ても強い半導体レーザがえられる。
【図１】本発明の半導体レーザの一実施例の断面説明図
である。
である。
【図２】吸収層のＩｎの組成比に対する半導体レーザの
ノイズ特性を示す図である。
ノイズ特性を示す図である。
【図３】吸収層の厚さに対する半導体レーザのノイズ特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図４】吸収層と活性層との間隔に対する半導体レーザ
の動作電流特性を示す図である。
の動作電流特性を示す図である。
【図５】従来の半導体レーザの断面説明図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 下部クラッド層 ４ 活性層 ５ 上部第１クラッド層 ６ 吸収層 ７ 上部第２クラッド層 ８ 電流阻止層 ９ 上部第３クラッド層 １０ コンタクト層 １１ 上部電極 １２ 下部電極
Claims (8)
- 【請求項１】 活性層が上部および下部クラッド層で挟
持されてなる半導体レーザであって、該上部もしくは下
部クラッド層の少なくとも一方の層中に、該活性層で発
生する光を吸収する吸収層および前記活性層の発光領域
のみに電流を注入するための電流注入領域が形成された
電流阻止層が一定距離をおいて設けられてなる半導体レ
ーザ。 - 【請求項２】 前記吸収層および前記電流阻止層がいず
れも前記上部クラッド層中に設けられてなる請求項１記
載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記吸収層は、該吸収層を層中に有する
前記上部もしくは下部クラッド層より禁制帯幅が小さ
く、かつ、導電型が該上部もしくは下部クラッド層と同
じである半導体材料からなる請求項１または２記載の半
導体レーザ。 - 【請求項４】 前記電流阻止層は前記活性層で発生する
光を吸収しない材料からなる層である請求項１、２また
は３記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 基板上に、ＧａＮからなるバッファ層、
第１導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる下
部クラッド層、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からな
る活性層、第２導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）
からなる上部第１クラッド層、第２導電型Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｎ（０＜ｙ＜１、ｙ≦ｘ）からなる吸収層、第２導
電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる上部第２
クラッド層、ストライプ状の開口を有する第１導電型Ａ
ｌＮからなる電流阻止層、第２導電型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
（０＜ｚ＜１）からなる上部第３クラッド層、第２導電
型コンタクト層が順次積層され、前記コンタクト層上に
上部電極、および前記下部クラッド層またはバッファ層
に接続される下部電極が設けられてなる半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）か
らなる活性層および前記Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜
１）からなる吸収層について、０＜ｘ／２≦ｙ≦ｘ＜１
なる関係が成り立つ請求項５記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記活性層の厚さｄ1 および前記吸収層
の厚さｄ2 について、ｄ1 ／２≦ｄ2 ≦２ｄ1 なる関係
が成り立つ請求項５または６記載の半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記活性層と前記吸収層との間隔ｔが、
０．１μｍ≦ｔ≦０．４μｍなる範囲にある請求項５、
６または７記載の半導体レーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23501294A JP3432912B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 半導体レーザ |
| US08/892,273 US5974069A (en) | 1994-09-16 | 1997-07-14 | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
| US09/392,456 US6298079B1 (en) | 1994-09-16 | 1999-09-09 | Gallium nitride type laser for emitting blue light |
| US09/392,459 US6274891B1 (en) | 1994-09-16 | 1999-09-09 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23501294A JP3432912B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897508A true JPH0897508A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3432912B2 JP3432912B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=16979769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23501294A Expired - Fee Related JP3432912B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-29 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3432912B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| US6201823B1 (en) | 1996-12-24 | 2001-03-13 | Nec Corporation | Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of forming the same |
| US6841410B2 (en) | 2001-09-03 | 2005-01-11 | Nec Corporation | Method for forming group-III nitride semiconductor layer and group-III nitride semiconductor device |
| JP2008047940A (ja) * | 2007-10-29 | 2008-02-28 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
-
1994
- 1994-09-29 JP JP23501294A patent/JP3432912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| US6201823B1 (en) | 1996-12-24 | 2001-03-13 | Nec Corporation | Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of forming the same |
| US6420198B1 (en) | 1996-12-24 | 2002-07-16 | Nec Corporation | Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of forming the same |
| US6841410B2 (en) | 2001-09-03 | 2005-01-11 | Nec Corporation | Method for forming group-III nitride semiconductor layer and group-III nitride semiconductor device |
| US7760785B2 (en) | 2001-09-03 | 2010-07-20 | Nec Corporation | Group-III nitride semiconductor device |
| JP2008047940A (ja) * | 2007-10-29 | 2008-02-28 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3432912B2 (ja) | 2003-08-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |