JPH1168232A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｐｎｐｎブロック層を貫通して流れるリーク
電流を低減した、低歪で温度特性の良い半導体レーザを
得ることを課題とする。 【解決手段】 メサストライプ形状部３０に対して所定
の間隔を隔てて配置された、メサストライプ形状部３０
に向かい合う面同士の間隔が基板側に向かうにつれて広
がっており、メサストライプ形状部３０に向かい合う面
の上端の基板１表面に対する高さ位置が活性層３の高さ
位置よりも０．５±０．５μｍ低い１対のｎ−ＩｎＰ第
２埋込層６を備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザに
関し、特に光通信等の分野に用いられる半導体レーザに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信などに用いられる半導体レーザの
低歪化や温度特性改善のためには、リーク電流の低減が
重要である。このため、従来から活性層を有するダブル
へテロ構造からなるメサストライプ形状部の両端に電流
ブロック層を有する、活性層が埋め込まれたＢＨ（Buri
ed Heterostructure）構造の半導体レーザが多く用いら
れてきた。

【０００３】図６は、例えば特開昭６３−１６９０８８
号公報，特開平６−１２５１３１号公報，特開平６−２
９１４１６号公報等に示されている従来のＢＨ構造を有
する半導体レーザの共振器端面に平行な断面図であり、
ｐ型（以下、ｐ−と称す）ＩｎＰ基板１上に、ｐ−Ｉｎ
Ｐ下クラッド層２、ＭＱＷ（multi quantum well) 活性
層３、及びｎ型（以下、ｎ−と称す）ＩｎＰ第１上クラ
ッド層４が順次配置されており、このｐ−ＩｎＰ下クラ
ッド層２、ＭＱＷ活性層３、及びｎ−ＩｎＰ第１上クラ
ッド層４はレーザ共振器端面に対して垂直な方向に伸び
る所定幅のメサストライプ形状を有したメサストライプ
形状部３０となっている。１対のｐ−ＩｎＰ第１埋込層
５、１対のｎ−ＩｎＰ第２埋込層６、及び１対のｐ−Ｉ
ｎＰ第３埋込層７は上記メサストライプ形状部３０を埋
め込むように上記メサストライプ形状部３０の両側の下
クラッド層２上に順次配置されている。ｎ−ＩｎＰ第２
埋込層６はメサストライプ形状部３０とは接しておら
ず、１対のｎ−ＩｎＰ第２埋込層６の，メサストライプ
形状部３０に向かい合う面同士の間隔は、基板１に近づ
くにつれて広がっている。ｎ−ＩｎＰ第２埋込層６の断
面形状は、メサストライプ形状部３０に向かい合う面の
上端を頂点とした楔形状を有しており、半導体レーザの
幅方向の中心から離れるにつれてその基板１に対する高
さ位置が低くなるとともに、その厚さが厚くなってい
る。また、ｎ−ＩｎＰ第１埋込層６のメサストライプ形
状部３０に向かい合う面の上端は活性層よりも高い位置
に配置されている。ｎ−ＩｎＰ第２上クラッド層８はメ
サストライプ形状部３０上、及びｐ−ＩｎＰ第３埋込層
７上に配置されている。このｎ−ＩｎＰ第２上クラッド
層８，ｐ−ＩｎＰ第３埋込層７，ｎ−ＩｎＰ第２埋込層
６、及びｐ−ＩｎＰ第１埋込層５によりｐｎｐｎブロッ
ク層９が形成されている。ｎ側電極２１はｎ−ＩｎＰ第
２上クラッド層８上にオーミック接触するよう配置され
ており、ｐ側電極２０は基板１の裏面にオーミック接触
するよう配置されている。

【０００４】この半導体レーザに、ｐ−ＩｎＰ基板１が
正電位となるようバイアス電圧をかけると、活性層３の
両脇に形成されているｐ−ＩｎＰ第１埋込層５、ｎ−Ｉ
ｎＰ第２埋込層６、ｐ−ＩｎＰ第３埋込層７、及びｎ−
ＩｎＰ第２上クラッド層８からなるｐｎｐｎブロック層
９にはほとんど電流は流れず、電流は活性層３に集中し
て流れ、レーザ発振が起こる。

【０００５】このような半導体レーザにおいては、図６
に示すようにリーク電流１２として活性層３近傍の下ク
ラッド層２及び第１上クラッド層４と、ｎ−ＩｎＰ第２
埋込層６との隙間を経て流れるホール電流の存在が従来
からわかっており、このリーク電流１２により、レーザ
出力に歪みが生じたり、温度特性が劣化したりするとい
う問題が生じると考えられていた。

【０００６】図８は、IEEE J.Quantum. Electron., vo
l.25, pp1369-1375, 1989に示されている，従来の半導
体レーザにおけるレーザ発振時のバンド構造を示す模式
図で、図８(a) は半導体レーザの断面模式図で、図６に
示した半導体レーザと同様の構造を持つ該半導体レーザ
の共振器端面に平行な断面の右半分のみを右回りに９０
゜回転して示した図である。図８(b) は図８(a) のVIII
b −VIIIb 線に示す部分のバンド図、図８(c) はVIIIc
−VIIIc 線に示す部分のバンド図である。図８におい
て、図６と同一符号は同一または相当する部分を示して
いる。φ_p はホールのフェルミ電位を、φ_n は電子のフ
ェルミ電位をそれぞれ示している。

【０００７】活性層３付近の電位は、図８(b) のように
閾値キャリア密度で決まる電位φ_p ^B に固定され、活性
層３に隣接するｐ−ＩｎＰ第３埋込層７の電位φ
_p ^C も、図８(c) のようにこの電位とほぼ等しくなる。
このため、ｐｎｐｎブロック層９の中央のｐ−ＩｎＰ第
３埋込層７とｎ−ＩｎＰブロック層６とは順方向にバイ
アスされ、ｐｎｐｎブロック層９を貫通するリーク電流
１０が流れる。以前はサイリスタ構造を有しているｐｎ
ｐｎブロック層９は、図７(a),(b) に示す、ｐ型半導体
層５０とｎ型半導体層５１とを交互に配置してなるサイ
リスタ構造のようにサイリスタのターンオフの状態にあ
り、この部分には電界に依存しない逆方向飽和電流のみ
しか流れず、ほとんど電流が流れないと考えられていた
が、この部分にも電界によって流れる拡散・ドリフト電
流が流れるため、かなりの電流が流れることがわかる。

【０００８】図９は、本願発明者が２次元シュミレータ
を用いて計算した図６に示した半導体レーザと同様の構
造の半導体レーザの電流分布を示す図であり、この図９
においては、半導体レーザの対称性を考慮して、レーザ
共振器端面に平行な断面の右半分のみについて計算した
結果を示している。また、ここでは、模式的に第２埋込
層６の断面形状を矩形とした場合について計算を行って
いる。この図９においては電流の流れを２等辺三角形を
用いて示しており、この三角形の大きさが大きい部分は
電流量が大きいことを示しており、この三角形のもっと
も角度が狭い角の指す方向が電流の流れる方向を示して
いる。また、図６と同一符号は同一または相当する部分
を示している。この図からわかるように、電流は先に述
べたように活性層３に集中して流れている。

【０００９】図１１は第２埋込層６の断面形状を楔形状
とした場合における、図９と同様のシュミレータを用い
て計算した半導体レーザの電流分布を示す図であり、図
において図９と同一符号は同一または相当する部分を示
している。この図から埋込層６の形状を楔形状とした場
合においても電流は活性層３に集中して流れることがわ
かる。

【００１０】図１０は図９に示した電流分布図の中か
ら、ｐ−ＩｎＰ第１埋込層５，ｎ−ＩｎＰ第１埋込層
６，及びｐ−ＩｎＰ第３埋込層７の部分に流れている電
子電流のみを取り出して表示した図であり、図９と同一
符号は同一または相当する部分を示している。

【００１１】この図１０より、ｐｎｐｎブロック層９を
貫通して流れるリーク電流１０，活性層３付近をオーバ
ーフローして流れ出すリーク電流１１が存在しているこ
とがわかる。活性層３付近をオーバーフローするリーク
電流１１のうち、かなりの量がｎ−ＩｎＰブロック層６
に流入してｎ−ＩｎＰブロック層６の活性層３と反対側
の端部でホールと再結合する。

【００１２】上述したシュミレーションの結果、従来の
半導体レーザのリーク電流全体のうち、ｐｎｐｎブロッ
ク層９を貫通して流れるリーク電流１０の割合が特に大
きく、これを低減することが半導体レーザの性能を向上
させるうえで重要であることがわかった。また、従来考
えられていた，図６に示すような、活性層３近傍の下ク
ラッド層２、及び上クラッド層４と、ｎ−ＩｎＰ埋込層
６との間隙を流れるリーク電流１２は通常はほとんど無
視できることがわかった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザに
おいては、活性層３近傍の下クラッド層２、及び上クラ
ッド層４と、ｎ−ＩｎＰ埋込層６との間隙を流れるリー
ク電流１２を減らすことのみが重視され、この間隙の幅
を狭くすることに注力していたため、ｐｎｐｎブロック
層９の形状には特に注意が払われず、ｐｎｐｎブロック
層９のうちの、メサストライプ構造部を挟んで対をなす
ｎ−ＩｎＰ第２埋込層６の断面形状は、それぞれが楔形
形状となっているとともに、両者の間隔が基板１側に向
かうにつれて広がっている，即ち両者が基板１側に向か
って広がっているような形状となっていた。

【００１４】ところが、図８を用いて説明したように、
活性層３付近の電位は閾値キャリア密度で決まる電位に
固定されるが、図６に示すように、ｎ−ＩｎＰブロック
層６同士の間隔が基板１側に向かって開いている形状を
有している場合、ｐ側電極２０の影響を受けて活性層３
付近の電位が上がり、この影響を受けてｐ−ＩｎＰ第３
埋込層７の電位も上がり、ｐ−ＩｎＰ第３埋込層７の電
子に対する障壁が低くなる。その結果、ｎ−ＩｎＰ第２
上クラッド層８から電子がｐ−ＩｎＰ第３埋込層７へ流
入し、ｐｎｐｎブロック層９を貫通して流れるリーク電
流１０が増加する。このようなリーク電流１０を防ぐこ
とができないため、従来の半導体レーザは、特に高温で
のリーク電流が多く、出力に歪みが生じたり、温度特性
が悪いという問題があった。

【００１５】この発明は上記の問題点を解決するために
なされたもので、ｐｎｐｎブロック層を貫通して流れる
リーク電流を低減した、低歪で温度特性の良い半導体レ
ーザを得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザは、第１導電型半導体基板上に順次配置された第１
導電型下クラッド層、活性層、及び第１の第２導電型上
クラッド層からなるメサストライプ形状部と、該メサス
トライプ形状部の両側に該メサストライプ形状部に対し
て対称に配置された第１導電型半導体層からなる１対の
第１埋込層と、該１対の第１埋込層上に、上記メサスト
ライプ形状部に対して所定の間隔を隔ててそれぞれ配置
された、上記メサストライプ形状部に向かい合う面同士
の間隔が基板側に向かうにつれて広がっており、上記メ
サストライプ形状部に向かい合う面の上端が活性層の下
端よりも０．５±０．５μｍ基板側に位置している第２
導電型半導体層からなる１対の第２埋込層と、該１対の
第２埋込層を覆うように配置された第１導電型半導体層
からなる１対の第３埋込層と、該１対の第３埋込層及び
上記メサストライプ形状部上に配置された第２の第２導
電型上クラッド層と、該第２の上クラッド層上と上記基
板の裏面上にそれぞれ形成された電極とを備えるように
したものである。

【００１７】また、この発明に係る半導体レーザは、第
１導電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下ク
ラッド層と、活性層と、第１の第２導電型上クラッド層
とからなるメサストライプ形状部と、該メサストライプ
形状部の両側に該メサストライプ形状部に対して対称に
配置された第１導電型半導体層からなる１対の第１埋込
層と、該１対の第１埋込層上に、それぞれ上記メサスト
ライプ形状部に対して所定の間隔を隔てて配置された、
断面形状が矩形であり、その下端が活性層の下端よりも
１±０．５μｍ基板側に位置している第２導電型半導体
層からなる１対の第２埋込層と、該１対の第２埋込層を
覆うように配置された第１導電型半導体層からなる１対
の第３埋込層と、該１対の第３埋込層及び上記メサスト
ライプ形状部上に配置された第２の第２導電型上クラッ
ド層と、該第２の上クラッド層上と上記基板の裏面上に
それぞれ形成された電極とを備えるようにしたものであ
る。

【００１８】また、上記半導体レーザにおいて、上記第
３埋込層のキャリア濃度を上記第１導電型下クラッド層
のキャリア濃度より高くしたものである。

【００１９】また、上記半導体レーザにおいて、上記第
１埋込層のキャリア濃度を上記第１導電型下クラッド層
のキャリア濃度より高くしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１に係る半
導体レーザの構造を示すレーザ共振器端面に平行な断面
図であり、図において、ｐ−ＩｎＰ基板１上に、キャリ
ア濃度が例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3であるｐ−ＩｎＰ下ク
ラッド層２、ＭＱＷ活性層３、及びキャリア濃度が例え
ば１×１０¹⁸ｃｍ^-3であるｎ−ＩｎＰ第１上クラッド層
４が順次配置されており、このｐ−ＩｎＰ下クラッド層
２、ＭＱＷ活性層３、及びｎ−ＩｎＰ第１上クラッド層
４はレーザ共振器端面に対して垂直な方向に伸びる所定
幅のメサストライプ形状を有したメサストライプ形状部
３０となっている。活性層３の幅は約１．５μｍであ
る。キャリア濃度が例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3である１対
のｐ−ＩｎＰ第１埋込層５、キャリア濃度が例えば５×
１０¹⁸ｃｍ^-3で、厚さのもっとも厚い部分の厚さが０．
８μｍである１対のｎ−ＩｎＰ第２埋込層６、及びキャ
リア濃度が例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さが約１μｍで
ある１対のｐ−ＩｎＰ第３埋込層７は上記メサストライ
プ形状部３０を埋め込むように上記メサストライプ形状
部３０の両側に順次配置されている。１対のｎ−ＩｎＰ
埋込層６はメサストライプ形状部３０とは接しておら
ず、これらのメサストライプ形状部３０に向かい合う面
同士の間隔は、基板１に近づくにつれ広がっている。そ
の断面形状は、メサストライプ形状部３０に向かい合う
面の上端を頂点とした楔形状を有しており、メサストラ
イプ形状部３０から離れるにつれてその基板１に対する
高さ位置が低くなるとともに、その厚さが厚くなってい
る。ｎ−ＩｎＰ第２埋込層６のメサストライプ形状部３
０に向かい合う面は断面形状が円弧状になっており、そ
の面の基板１の表面に対する傾斜角度はもっとも基板１
から離れている部分の角度が約９０度でもっとも基板１
に近い部分の角度が約５５度となっており、そのあいだ
の部分の傾斜角度は基板１に近づくにつれて９０度から
５５度の間で漸次減少している。ｎ−ＩｎＰ第２埋込層
６のメサストライプ形状部３０に向かい合う面の基板１
から離れた位置にある端部、即ち上端は、活性層３の基
板１側の下端よりも基板１に近い位置に配置されてお
り、ｎ−ＩｎＰ第２埋込層６と活性層３の下端との距離
１３は０．５±０．５μｍである。つまり、ｎ−ＩｎＰ
埋込層６の頂点は活性層３よりも０．５±０．５μｍの
距離だけ基板１に対する高さ位置が低くなっている。キ
ャリア濃度が例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3であるｎ−ＩｎＰ
第２上クラッド層８はメサストライプ形状部３０上、及
び第２のｐ−ＩｎＰ埋込層７上に配置されている。この
ｎ−ＩｎＰ第２上クラッド層８，ｐ−ＩｎＰ第３埋込層
７，ｎ−ＩｎＰ第２埋込層６、及びｐ−ＩｎＰ第１埋込
層５によりｐｎｐｎブロック層９が形成されている。ｎ
側電極２１はｎ−ＩｎＰ第２上クラッド層８上にオーミ
ック接触するよう配置されており、ｐ側電極２０は基板
１の裏面にオーミック接触するよう配置されている。

【００２１】図１３は、本実施の形態１に係る半導体レ
ーザの製造方法を示す断面図であり、図において、図１
と同一符号は同一または相当する部分を示している。次
に製造方法を図１３に基づいて説明する。まず、図１３
(a) に示すように、ｐ−ＩｎＰ基板１上に、ｐ−ＩｎＰ
下クラッド層２、ＭＱＷ活性層３、及びｎ−ＩｎＰ第１
上クラッド層４を順次エピタキシャル成長させる。つぎ
に図１３(b)に示すように、この第１上クラッド層４上
にレーザ共振器長方向となる方向にストライプ状に伸び
る窒化シリコン膜等の絶縁膜４０を形成し、これをマス
クとしてＨＢｒと過酸化水素水との混合液によりｐ−Ｉ
ｎＰ下クラッド層２、ＭＱＷ活性層３、及びｎ−ＩｎＰ
第１上クラッド層４をウエットエッチングして基板１に
近づくにつれてその幅が広がっているメサストライプ形
状部３０を形成する。このメサストライプ形状部３０の
側面は曲面形状となっている。また、その両側面同士の
間隔は基板１側に向かうに従って広くなっている。続い
て図１３(c) に示すように、上記絶縁膜４０を選択成長
用のマスクとして用いて１対のｐ−ＩｎＰ第１埋込層
５、１対のｎ−ＩｎＰ第２埋込層６、１対のｐ−ＩｎＰ
第３埋込層７をメサストライプ形状部３０の両側に順次
結晶成長させる。このとき、メサストライプ形状部３０
の側面が曲面形状であるため、成長されるｎ−ＩｎＰ第
２埋込層６のメサストライプ形状部３０に向かい合う面
が曲面形状となる。次に絶縁膜４０を除去した後、図１
３(d) に示すように、メサストライプ形状部３０上及び
ｐ−ＩｎＰ第３埋込層７上にｎ−ＩｎＰ第２上クラッド
層８を結晶成長させ、蒸着等によりｎ側電極２１、ｐ側
電極２０を形成し、へき開を行ってレーザ共振器端面を
形成して図１に示す半導体レーザを得る。

【００２２】この実施の形態１に係る半導体レーザにお
いては、メサストライプ形状部３０に向かい合う面同士
の間隔が基板１側に向かうにつれて広がっている断面形
状が楔形のｎ−ＩｎＰ第２埋込層６を、そのメサストラ
イプ形状部３０に向かい合う面の上端が、活性層３の下
端に対して基板側に配置され、かつその上端と活性層３
の下端との垂直方向の距離が０．５±０．５μｍとなる
ような位置に設けている。

【００２３】このような位置にｎ−ＩｎＰ第２埋込層６
を配置することにより、活性層３付近の電位はｐ側電極
２０の影響を受けにくくなり、ｐ−ＩｎＰ第３埋込層７
の電位も低く保たれて電子に対する障壁が高くなるた
め、ｐｎｐｎブロック層９を貫通して流れるリーク電流
を低く押さえることが可能となる。

【００２４】図１２はこの実施の形態１に係る半導体レ
ーザのｎ−ＩｎＰ埋込層６のメサストライプ形状部３０
に向かい合う面の上端と活性層３の下端との基板１表面
に垂直な方向の距離Ｘと、半導体レーザ全体のリーク電
流との関係を示す図であり、距離Ｘについてはｎ−Ｉｎ
Ｐ埋込層６の上端が活性層３の下端よりも基板１に近づ
いた場合の値を正としている。なお、ｂは本実施の形態
１に係る半導体レーザの距離Ｘの範囲を，また，ａは従
来の半導体レーザにおける距離Ｘの範囲をぞれぞれ示し
ている。

【００２５】この図より距離Ｘの値が０．５±０．５μ
ｍである場合のリーク電流がもっとも小さいことがわか
る。これは距離Ｘの値が小さいと、上述したような理由
によりｐｎｐｎブロック層９を貫通するリーク電流が増
加してリーク電流全体の値が増加し、距離Ｘの値が大き
いと、下クラッド層２及び第１上クラッド層４と、ｎ−
ＩｎＰ埋込層６との間隙を流れるホール電流が増加する
ためと考えられる。

【００２６】このように、本実施の形態１に係る半導体
レーザによれば、メサストライプ形状部３０に対して所
定の間隔を隔てて配置された、メサストライプ形状部３
０に向かい合う面同士の間隔が基板側に向かうにつれて
広がっており、メサストライプ形状部３０に向かい合う
面の上端の基板１表面に対する高さ位置が活性層の高さ
位置よりも０．５±０．５μｍ低い１対のｎ−ＩｎＰ第
２埋込層６を備えるようにしたから、ｐｎｐｎブロック
層９を貫通するリーク電流を低減させて、半導体レーザ
全体のリーク電流を低減させることができ、低歪化を図
れるとともに、温度特性を向上させることができる。

【００２７】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器端面に
平行な断面図であり、図２において図１と同一符号は同
一または相当する部分を示しており、キャリア濃度が５
×１０¹⁸ｃｍ^-3で、厚さが約０．８μｍであるｎ−Ｉｎ
Ｐ埋込層１６は共振器端面に平行な断面形状が矩形形状
を有しており、その基板１側の下端は活性層３よりも基
板１側に位置しており、この基板１側の下端と活性層３
の下端との基板１表面に垂直方向の距離１４は１±０．
５μｍとなっている。なお、この実施の形態２では模式
的にｎ−ＩｎＰ埋込層１６の断面形状を矩形形状として
いるが、ｎ−ＩｎＰ埋込層１６の断面形状が幾何学的に
完全な矩形形状でなくても本実施の形態２においては完
全な矩形形状である場合と同様の特性が得られるため、
本実施の形態２においては、ｎ−ＩｎＰ埋込層１６の断
面形状に、角の一部が曲面形状となっていたり、部分的
に微少な突起部が存在する等の、多少の部分的な変形が
生じている場合においても矩形形状であるとする。

【００２８】図１４は本実施の形態２に係る半導体レー
ザの製造方法の主要行程を示す図であり、図において、
図２と同一符号は同一または相当する部分を示してい
る。本実施の形態２に係る半導体レーザは上記実施の形
態１において説明した半導体レーザの製造方法の図１３
(a) に示す工程の後、図１４(a) に示すように、第１上
クラッド層４上に＜１１０＞方向にストライプ状に伸び
る窒化シリコン膜等の絶縁膜４１を形成し、これをマス
クとしてｐ−ＩｎＰ下クラッド層２、ＭＱＷ活性層３、
及びｎ−ＩｎＰ第１上クラッド層４をＣ₂ Ｈ₆ とＯ₂ ガ
スを用いたドライエッチングによりエッチングして基板
１の表面に対して側面が垂直である，幅が一定のメサス
トライプ形状部３０を形成し、図１４(b) に示すよう
に、上記絶縁膜４１を選択成長用のマスクとして用いて
１対の第１のｐ−ＩｎＰ第１埋込層５、１対のｎ−Ｉｎ
Ｐ第２埋込層１６、１対のｐ−ＩｎＰ第３埋込層７をメ
サストライプ形状部３０の両側に順次結晶成長させる。
このとき、メサストライプ形状部３０の側面が基板１表
面に対して垂直であり、この側面には結晶成長がほとん
ど起こらず、結晶成長はドライエッチングにより露出し
た基板１表面に平行な下クラッド層２上のみに起こるた
め、この成長により、矩形形状のｎ−ＩｎＰ第２埋込層
１６が形成される。その後上記実施の形態１の半導体レ
ーザの製造方法と同様にｎ−ＩｎＰ第２上クラッド層８
を結晶成長させ、ｎ側電極２１、ｐ側電極２０を形成
し、へき開を行って共振器端面を形成して図２に示す半
導体レーザを得る。

【００２９】図３(a), (b)は本願発明者が計算した，ｎ
−ＩｎＰ埋込層１６の高さ位置と電位との関係を示す図
で、図において図２と同一符号は同一または相当する部
分を示している。図３(a) , (b) のそれぞれにおいて、
右側は計算に用いたサンプルの構造を示し、左側は電位
の計算結果を示している。ｘ軸は半導体レーザの幅方向
の中心からの距離を示し、ｙ軸は基板１表面に対して垂
直な高さ位置を示している。また、ｚ軸は電位を示して
いる。ｎ−ＩｎＰ第２埋込層１６の厚さは０．８μｍと
し、活性層３は井戸数７のＭＱＷで、厚さは約０．１μ
ｍである。図３(a) はｎ−ＩｎＰ第２埋込層１６の下端
を活性層３の下端よりも０．５μｍの距離だけ基板１
側、すなわち下側に配置しており、図３(b) はｎ−Ｉｎ
Ｐ第２埋込層１６の下端を活性層３の下端よりも０．１
μｍの距離だけ上側に配置している。従来の技術におい
て説明したように、活性層３付近の電位は閾値キャリア
密度で決まる電位に固定されるため、図３(a), (b)とも
活性層３中央付近の電位は等しいが、図３(b) では活性
層３の側面がｎ−ＩｎＰ第２埋込層１６に囲まれず保護
されないため、活性層３の中央から離れた位置では右端
が下がっている。即ち、電位が上がっている。この影響
を受けてｐ−ＩｎＰ第３埋込層７の高さも下がり、即ち
電位は上がり、ｎ−ＩｎＰクラッド層８から電子がｐ−
ＩｎＰ第３埋込層７へ流入しやすくなる。これに対し
て、図３(a) では活性層３の側面がｎ−ＩｎＰ第２埋込
層１６に囲まれているため、活性層３の活性層３の中央
から離れた位置では電位が上がっておらず、ｐ−ＩｎＰ
第３埋込層７の電位も上がらないため、電子がｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層８からｐ−ＩｎＰ第３埋込層７へは流入し
にくい。この結果、ｐｎｐｎブロック層９を貫通するリ
ーク電流は低減される。

【００３０】図４は図３(a), (b)において用いたサンプ
ルについて電流と光出力との関係を計算した計算値を示
す図であり、図３(a) に示したサンプルの計算値３５
と、図３(b) に示したサンプルの計算値３６とを比較す
ると、ｐｎｐｎブロック層９を流れるリーク電流が、図
３(a) に示したサンプルのほうが、図３(b) に示したサ
ンプルに比べて少ないため、閾値が低く、スロープ効
率、即ち電流量に対する光出力の比率が高いことがわか
る。

【００３１】図１５は、ｎ−ＩｎＰ埋込層１６の下端と
活性層３の下端との基板１表面に垂直な方向の距離Ｙ
と、半導体レーザ全体のリーク電流との関係を示す図で
あり、距離Ｙについてはｎ−ＩｎＰ埋込層６の下面が活
性層３の下面よりも基板１に近づいた場合の値を正とし
ている。なお、ｃは本実施の形態２に係る半導体レーザ
の距離Ｙの範囲を、また、ａは従来の半導体レーザにお
ける距離Ｘの範囲をぞれぞれ示している。

【００３２】この図より距離Ｙの値が１±０．５である
場合のリーク電流がもっとも小さいことがわかる。ま
た、実施の形態１と比較するとリーク電流がより低減さ
れているのがわかる。これはｐ−ＩｎＰブロック層７の
電位が低く保持されるためである。

【００３３】このように本実施の形態２においては、ｎ
−ＩｎＰ第２埋込層１６を矩形形状とするとともに、ｎ
−ＩｎＰ第２埋込層１６を、その下端が活性層３の下端
よりも基板１側に位置し、かつｎ−ＩｎＰ第２埋込層１
６下端と活性層３下端との基板１表面に対する垂直方向
距離が１±０．５μｍとなるよう配置したことにより、
リーク電流を低減でき、低歪で温度特性の良い半導体レ
ーザを得ることができる。

【００３４】実施の形態３．図１６は本発明の実施の形
態３に係る半導体レーザの構造を示す共振器端面に平行
な断面図であり、図において図２と同一符号は同一また
は相当する部分を示している。この実施の形態３に係る
半導体レーザは上記実施の形態２に係る半導体レーザに
おいて下クラッド層２とキャリア濃度が等しいｐ−Ｉｎ
Ｐ第３埋込層７の代わりに、下クラッド層２よりもキャ
リア濃度が高い，例えばキャリア濃度が２×１０¹⁸ｃｍ
^-3であるｐ−ＩｎＰ第３埋込層１７を用いるようにした
ものである。

【００３５】図５は本発明の実施の形態３に係る半導体
レーザの電位分布を示す図であり、図において、図２と
同一符号は同一または相当する部分を示している。この
図５は図３と同様に半導体レーザの高さ方向、及び幅方
向の位置と電位との関係を示した図である。

【００３６】この実施の形態３においては下クラッド層
２よりもキャリア濃度が高いｐ−ＩｎＰブロック層１７
を用いることにより、図５に示すようにｐ−ＩｎＰ第３
埋込層１７の高さが上がる。即ち、ｐ−ＩｎＰ第３埋込
層１７の電位が下がり、ｎ−ＩｎＰ第２上クラッド層８
からの電子の流入を減らすことができる。これによりｐ
ｎｐｎブロック層９を貫通して流れるリーク電流を低減
することができ、より低歪で温度特性の良い半導体レー
ザを得ることができる。

【００３７】実施の形態４．図１７は本発明の実施の形
態４に係る半導体レーザの構造を示す共振器端面に平行
な断面図であり、図において図２と同一符号は同一また
は相当する部分を示している。この実施の形態４に係る
半導体レーザは上記実施の形態２に係る半導体レーザに
おいて下クラッド層２と同じキャリア濃度のｐ−ＩｎＰ
第１埋込層５の代わりに、下クラッド層２よりもキャリ
ア濃度が高い，例えばキャリア濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3
であるｐ−ＩｎＰ第１埋込層１５を用いるようにしたも
のである。

【００３８】この実施の形態４においては下クラッド層
２よりもキャリア濃度が高いｐ−ＩｎＰ第１埋込層１５
を用いることによりｐ−ＩｎＰ第１埋込層１５の電位が
下がることにより、ｐ−ＩｎＰ第１埋込層１５から電子
が溢れだしにくくなり、電子の流出を減らすことがで
き、これによりｐｎｐｎブロック層９を貫通して流れる
リーク電流を低減することができ、より低歪で温度特性
の良い半導体レーザを得ることができる。

【００３９】なお、上記実施の形態４においては、実施
の形態２に係る半導体レーザのｐ−ＩｎＰ第２埋込層の
キャリア濃度を下クラッド層のキャリア濃度よりも高い
ものとした場合について説明したが、本発明は上記実施
の形態３に係る半導体レーザにおいてｐ−ＩｎＰ第２埋
込層のキャリア濃度を下クラッド層のキャリア濃度より
も高いものとしたものであってもよく、このような場合
においても上記実施の形態４と同様の効果を奏する。

【００４０】また、上記実施の形態１ないし４において
は、ファブリペロー型半導体レーザを用いた場合につい
て説明したが、本発明は分布帰還型半導体レーザであっ
てもよく、このような場合においても上記実施の形態１
ないし４と同様の効果を奏する。

【００４１】また、上記実施の形態１ないし４において
は、ＩｎＰ系の材料からなる半導体レーザを用いた場合
について説明したが、本発明は他の材料系からなる半導
体レーザであってもよく、このような場合においても上
記実施の形態１ないし４と同様の効果を奏する。

【００４２】また、上記実施の形態１ないし４において
は、基板の導電型をｐ型とした場合について説明した
が、本発明は上記実施の形態１ないし４に係る半導体レ
ーザにおいて基板をｎ型とし、導電型がｎ型の半導体層
をｐ型に、また導電型がｐ型の半導体層をｎ型としたも
のであってもよく、このような場合においても上記実施
の形態１ないし４と同様の効果を奏する。

【００４３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第１導
電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下クラッ
ド層、活性層、及び第１の第２導電型上クラッド層から
なるメサストライプ形状部と、該メサストライプ形状部
の両側に該メサストライプ形状部に対して対称に配置さ
れた第１導電型半導体層からなる１対の第１埋込層と、
該１対の第１埋込層上に、上記メサストライプ形状部に
対して所定の間隔を隔ててそれぞれ配置された、上記メ
サストライプ形状部に向かい合う面同士の間隔が基板側
に向かうにつれて広がっており、上記メサストライプ形
状部に向かい合う面の上端が活性層の下端よりも０．５
±０．５μｍ基板側に位置している第２導電型半導体層
からなる１対の第２埋込層と、該１対の第２埋込層を覆
うように配置された第１導電型半導体層からなる１対の
第３埋込層と、該１対の第３埋込層及び上記メサストラ
イプ形状部上に配置された第２の第２導電型上クラッド
層と、該第２の上クラッド層上と上記基板の裏面上にそ
れぞれ形成された電極とを備えるようにしたから、第１
埋込層、第２埋込層、第３埋込層、及び第２の第２導電
型上クラッド層からなるブロック層を貫通するリーク電
流を低減させて、半導体レーザ全体のリーク電流を低減
させることができ、低歪で、温度特性に優れた半導体レ
ーザを提供できる効果がある。

【００４４】また、この発明によれば、第１導電型半導
体基板上に順次配置された第１導電型下クラッド層と、
活性層と、第１の第２導電型上クラッド層とからなるメ
サストライプ形状部と、該メサストライプ形状部の両側
に該メサストライプ形状部に対して対称に配置された第
１導電型半導体層からなる１対の第１埋込層と、該１対
の第１埋込層上に、それぞれ上記メサストライプ形状部
に対して所定の間隔を隔てて配置された、断面形状が矩
形であり、その下端が活性層の下端よりも１±０．５μ
ｍ基板側に位置している第２導電型半導体層からなる１
対の第２埋込層と、該１対の第２埋込層を覆うように配
置された第１導電型半導体層からなる１対の第３埋込層
と、該１対の第３埋込層及び上記メサストライプ形状部
上に配置された第２の第２導電型上クラッド層と、該第
２の上クラッド層上と上記基板の裏面上にそれぞれ形成
された電極とを備えるようにしたから、第１埋込層、第
２埋込層、第３埋込層、及び第２の第２導電型上クラッ
ド層からなるブロック層を貫通するリーク電流を低減さ
せて、半導体レーザ全体のリーク電流を低減させること
ができ、低歪で、温度特性に優れた半導体レーザを提供
できる効果がある。

【００４５】また、この発明によれば、上記第３埋込層
のキャリア濃度を上記第１導電型下クラッド層のキャリ
ア濃度より高くしたから、第３埋込層の電位が下がり、
第１埋込層、第２埋込層、第３埋込層、及び第２の第２
導電型上クラッド層からなるブロック層を貫通するリー
ク電流を低減させることができ、低歪で、温度特性に優
れた半導体レーザを提供できる効果がある。

【００４６】また、この発明によれば、上記第１埋込層
のキャリア濃度を上記第１導電型下クラッド層のキャリ
ア濃度より高くしたから、第１埋込層の電位が下がり、
第１埋込層、第２埋込層、第３埋込層、及び第２の第２
導電型上クラッド層からなるブロック層を貫通するリー
ク電流を低減させることができ、低歪で、温度特性に優
れた半導体レーザを提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る半導体レーザ
の構造を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態２に係る半導体レーザ
の構造を示す断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態２に係る半導体レーザ
の電位分布を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る半導体レーザ
のｎ−ＩｎＰ第２埋込層の位置と電流−光出力特性の関
係を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係る半導体レーザ
の電位分布を示す図である。

【図６】 従来の半導体レーザの構造を示す断面図であ
る。

【図７】 従来のサイリスタ構造のバンド構造を示す図
である。

【図８】 従来の半導体レーザのバンド構造を示す図で
ある。

【図９】 従来の半導体レーザの電流分布を示す図であ
る。

【図１０】 従来の半導体レーザの電子電流の分布を示
す図である。

【図１１】 従来の他の半導体レーザの電流分布を示す
図である。

【図１２】 この発明の実施の形態１に係る半導体レー
ザのｎ−ＩｎＰ第２埋込層の位置とリーク電流との関係
を示す図である。

【図１３】 この発明の実施の形態１に係る半導体レー
ザの製造方法を示す断面図である。

【図１４】 この発明の実施の形態２に係る半導体レー
ザの製造方法の主要工程を示す断面図である。

【図１５】 この発明の実施の形態２に係る半導体レー
ザのｎ−ＩｎＰ第２埋込層の位置とリーク電流との関係
を示す図である。

【図１６】 この発明の実施の形態３に係る半導体レー
ザの構造を示す断面図である。

【図１７】 この発明の実施の形態４に係る半導体レー
ザの構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ｐ−ＩｎＰ基板、２ ｐ−ＩｎＰ下クラッド層、３
ＭＱＷ活性層、４ ｎ−ＩｎＰ第１上クラッド層、５
ｐ−ＩｎＰ第１埋込層、６ ｎ−ＩｎＰ第２埋込層、
７ ｐ−ＩｎＰ第３埋込層、８ ｎ−ＩｎＰ第２上クラ
ッド層、９ ｐｎｐｎブロック層、１５ ｐ−ＩｎＰ第
１埋込層、１６ ｎ−ＩｎＰ第２埋込層、１７ ｐ−Ｉ
ｎＰ第３埋込層、２０ ｐ側電極、２１ ｎ側電極、３
０ メサストライプ形状部、４０，４１ 絶縁膜、５０
ｐ型半導体層、５１ ｎ型半導体層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に順次配置され
   た第１導電型下クラッド層、活性層、及び第１の第２導
   電型上クラッド層からなるメサストライプ形状部と、 該メサストライプ形状部の両側に該メサストライプ形状
   部に対して対称に配置された第１導電型半導体層からな
   る１対の第１埋込層と、 該１対の第１埋込層上に、上記メサストライプ形状部に
   対して所定の間隔を隔ててそれぞれ配置された、上記メ
   サストライプ形状部に向かい合う面同士の間隔が基板側
   に向かうにつれて広がっており、上記メサストライプ形
   状部に向かい合う面の上端が活性層の下端よりも０．５
   ±０．５μｍ基板側に位置している第２導電型半導体層
   からなる１対の第２埋込層と、 該１対の第２埋込層を覆うように配置された第１導電型
   半導体層からなる１対の第３埋込層と、 該１対の第３埋込層及び上記メサストライプ形状部上に
   配置された第２の第２導電型上クラッド層と、 該第２の上クラッド層上と上記基板の裏面上にそれぞれ
   形成された電極とを備えたことを特徴とする半導体レー
   ザ。
2. 【請求項２】 第１導電型半導体基板上に順次配置され
   た第１導電型下クラッド層と、活性層と、第１の第２導
   電型上クラッド層とからなるメサストライプ形状部と、 該メサストライプ形状部の両側に該メサストライプ形状
   部に対して対称に配置された第１導電型半導体層からな
   る１対の第１埋込層と、 該１対の第１埋込層上に、それぞれ上記メサストライプ
   形状部に対して所定の間隔を隔てて配置された、断面形
   状が矩形形状であり、その下端が活性層の下端よりも１
   ±０．５μｍ基板側に位置している第２導電型半導体層
   からなる１対の第２埋込層と、 該１対の第２埋込層を覆うように配置された第１導電型
   半導体層からなる１対の第３埋込層と、 該１対の第３埋込層及び上記メサストライプ形状部上に
   配置された第２の第２導電型上クラッド層と、 該第２の上クラッド層上と上記基板の裏面上にそれぞれ
   形成された電極とを備えたことを特徴とする半導体レー
   ザ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体レーザにおい
   て、 上記第３埋込層のキャリア濃度を上記第１導電型下クラ
   ッド層のキャリア濃度より高くしたことを特徴とする半
   導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の半導体レーザにおい
   て、 上記第１埋込層のキャリア濃度を上記第１導電型下クラ
   ッド層のキャリア濃度より高くしたことを特徴とする半
   導体レーザ。