JPS60119787A - 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザ素子及びその製造方法Info
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- JPS60119787A JPS60119787A JP58228124A JP22812483A JPS60119787A JP S60119787 A JPS60119787 A JP S60119787A JP 58228124 A JP58228124 A JP 58228124A JP 22812483 A JP22812483 A JP 22812483A JP S60119787 A JPS60119787 A JP S60119787A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
- H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明はレーザ発振用結晶内部に幅の狭い電流通路を構
成する内部ストライプ構造を有する半導体レーザの素子
構造及び製造方法に関するものである。
成する内部ストライプ構造を有する半導体レーザの素子
構造及び製造方法に関するものである。
〈従来技術〉
従来、半導体レーザ素子の横モードを安定化して発振閾
値を低減するために電流通路をストライプ状の狭小領域
に制限した構造として、第１図に示す様な酸化膜ストラ
イプ構造、第２図に示す様なプレーナストライプ構造、
第３図に示すような内部ストライプ構造等が知られてい
る。以下これらのストライプ構造について説明する。Ｇ
ａＡｓ等の結晶成長用基板１上に第１クラツド層２．活
性層３．第２クラツド層４．キャップ層５が順次積され
てレーザ発振用のダブルへテロ接合を有する多層結晶が
形成されている。またこの多層結晶には電極６，６′が
被着されている。第１図のストライプｌＯはキャップ層
５と電極６間に介在する酸化膜７を除去することによっ
て形成される。第２図のストライプ１１はキャップ層５
と反対導電形の拡散層をキャップ層５に貫通形成し、こ
の部分を電流通路とする。第３図のストライプ１２は基
板１と反対導電形の電流阻止層９を基板ｌ上に堆積した
後、これを溝加工によりエツチング除去することによっ
て形成される。これらのストライプ１０、Ｉ＋、＋２は
ホトリソグラフィの技術的限界やサイドエッチ、横方向
拡散等の制約を受けるため、２μｍ以下の幅に形成する
ことは非常に困難である。一方、電流注入用ストライプ
構造の幅を２μｍ以下に狭くすることにより、電流分布
を活性層と平行方向の光強度分布よりも狭くすれば、従
来の光強度分布より電流分布の方が広い半導体レーザと
異なった特性を得ることができる。例えは、比較的高出
力までマルチ縦モードで発振させることが可能となり、
また高出力まで基本横モードのレーザ発振動作が得られ
る。マルチ縦モードレーザはモード競合雑音及び戻り光
による雑音増加がなく応用範囲が広い、しかしながら従
来のレーザ素子構造では比較的低出力で縦モードがマル
チからシングルに変化し、また高出力ではキャリアのホ
ールバーニング現象により出力が飽和する欠点かあった
。
値を低減するために電流通路をストライプ状の狭小領域
に制限した構造として、第１図に示す様な酸化膜ストラ
イプ構造、第２図に示す様なプレーナストライプ構造、
第３図に示すような内部ストライプ構造等が知られてい
る。以下これらのストライプ構造について説明する。Ｇ
ａＡｓ等の結晶成長用基板１上に第１クラツド層２．活
性層３．第２クラツド層４．キャップ層５が順次積され
てレーザ発振用のダブルへテロ接合を有する多層結晶が
形成されている。またこの多層結晶には電極６，６′が
被着されている。第１図のストライプｌＯはキャップ層
５と電極６間に介在する酸化膜７を除去することによっ
て形成される。第２図のストライプ１１はキャップ層５
と反対導電形の拡散層をキャップ層５に貫通形成し、こ
の部分を電流通路とする。第３図のストライプ１２は基
板１と反対導電形の電流阻止層９を基板ｌ上に堆積した
後、これを溝加工によりエツチング除去することによっ
て形成される。これらのストライプ１０、Ｉ＋、＋２は
ホトリソグラフィの技術的限界やサイドエッチ、横方向
拡散等の制約を受けるため、２μｍ以下の幅に形成する
ことは非常に困難である。一方、電流注入用ストライプ
構造の幅を２μｍ以下に狭くすることにより、電流分布
を活性層と平行方向の光強度分布よりも狭くすれば、従
来の光強度分布より電流分布の方が広い半導体レーザと
異なった特性を得ることができる。例えは、比較的高出
力までマルチ縦モードで発振させることが可能となり、
また高出力まで基本横モードのレーザ発振動作が得られ
る。マルチ縦モードレーザはモード競合雑音及び戻り光
による雑音増加がなく応用範囲が広い、しかしながら従
来のレーザ素子構造では比較的低出力で縦モードがマル
チからシングルに変化し、また高出力ではキャリアのホ
ールバーニング現象により出力が飽和する欠点かあった
。
〈発明の目的〉
本発明は、従来の２μｍよりも狭いストライプ幅を形成
する困難を克服し、容易に２μｍ以下の幅の内部ストラ
イプ構造を形成することができかつ高出力までマルチ縦
モード・基本槽モートチ動作する半導体レーザ素子を提
供することを目的とする。
する困難を克服し、容易に２μｍ以下の幅の内部ストラ
イプ構造を形成することができかつ高出力までマルチ縦
モード・基本槽モートチ動作する半導体レーザ素子を提
供することを目的とする。
く構成及び効果の説明〉
第４図（Ａ）（Ｂ）は本発明の狭い内部ストライプの形
成法を示す説明にである。第４装置に示す様に基板１３
上に近接した２木のストライプ溝１５．１６を形成し、
その基板面上に、基板１３と反対導電形の成長層Ｉ４を
堆積する。２木のストライプ溝１５．１６間に残された
基板の山形部１７の幅は溝形成時のサイドエッチングの
影響を受けて非常に狭くなり、２μｍ以下とすることが
できる。次に、第４図（Ｂ）に示すように、成長層１４
表面より溝１８をエツチングし、その底部が山形部１７
に達するように加工する。溝１８を加工することによっ
て山形部１７直上面は成長層１４が除去され、この部分
が電流通路となる。従って２μｌη以下の幅Ｓを有する
ストライプ構造を容易に形成することができる。
成法を示す説明にである。第４装置に示す様に基板１３
上に近接した２木のストライプ溝１５．１６を形成し、
その基板面上に、基板１３と反対導電形の成長層Ｉ４を
堆積する。２木のストライプ溝１５．１６間に残された
基板の山形部１７の幅は溝形成時のサイドエッチングの
影響を受けて非常に狭くなり、２μｍ以下とすることが
できる。次に、第４図（Ｂ）に示すように、成長層１４
表面より溝１８をエツチングし、その底部が山形部１７
に達するように加工する。溝１８を加工することによっ
て山形部１７直上面は成長層１４が除去され、この部分
が電流通路となる。従って２μｌη以下の幅Ｓを有する
ストライプ構造を容易に形成することができる。
第５図は−上述のストライプ構造を用いて形成した狭内
部ストライプ構造の利得導波路形ダブルへテロ接合半導
体レーザ素子の断面図である。第４図に示すようなスト
ライプ構造を有する基板上に第１クラツド層２．活性層
８．第２クラッド層４及びキャップ層５を順次エピタキ
シャル成長させることによりレーザ発振用多層結晶が形
成されている。溝１８以外での第１クラッド層２の厚さ
を活性層３で発生したレーザ光が電流阻止成長層１４に
ほとんど到達しないように充分厚くすれば利得導波路形
のレーザ素子となる。しかも、内部ストライプ１９の幅
Ｓが２μＩη以下と狭いので、高出力までマルチ縦モー
ドで発振する。
部ストライプ構造の利得導波路形ダブルへテロ接合半導
体レーザ素子の断面図である。第４図に示すようなスト
ライプ構造を有する基板上に第１クラツド層２．活性層
８．第２クラッド層４及びキャップ層５を順次エピタキ
シャル成長させることによりレーザ発振用多層結晶が形
成されている。溝１８以外での第１クラッド層２の厚さ
を活性層３で発生したレーザ光が電流阻止成長層１４に
ほとんど到達しないように充分厚くすれば利得導波路形
のレーザ素子となる。しかも、内部ストライプ１９の幅
Ｓが２μＩη以下と狭いので、高出力までマルチ縦モー
ドで発振する。
第６図は狭内部ストライプ構造の屈折率導波路形ダブル
へテロ接合半導体レーザ素子の断面図である。第５図と
異なる点は溝１８以外での第１クランド層２の厚さが薄
い点である。このように層厚を設定すると活性層３で発
生したレーザ光は溝１８内では基板１３に到達しないが
、溝１８外方では電流阻止成長層Ｉ４に到達しこれに吸
収される。その際、活性層３の実効屈折率は低下する。
へテロ接合半導体レーザ素子の断面図である。第５図と
異なる点は溝１８以外での第１クランド層２の厚さが薄
い点である。このように層厚を設定すると活性層３で発
生したレーザ光は溝１８内では基板１３に到達しないが
、溝１８外方では電流阻止成長層Ｉ４に到達しこれに吸
収される。その際、活性層３の実効屈折率は低下する。
このようにして、屈折率導波路が形成されることトする
。このような導波路作用をもつものによく知られたＣ８
Ｐレーザかあるが、この半導体レーザは電流注入用のス
トライプ幅が溝幅と同じかそれより広いため、シングル
縦モードで発振スる。
。このような導波路作用をもつものによく知られたＣ８
Ｐレーザかあるが、この半導体レーザは電流注入用のス
トライプ幅が溝幅と同じかそれより広いため、シングル
縦モードで発振スる。
また、比較的低出力で注入キャリアのホールバーニング
現象によって出力が飽和する。即ち、Ｉ’−Ｌキンクと
呼ばれるものが発生し、これによって出力の飽和状態が
もたらされる。本発明の屈折率導波路形レーザ素子では
電流注入用ストライプ幅Ｓが溝幅（導波路幅）Ｗより狭
いので、高出方まテマルチ縦モードで発振する。従って
、モード競合雑音及び戻り光による雑音の発生が少ない
。史に、注入キャリアのホールバーニング現象も起り’
、３ｔ、＜＜・高出力までＩ−Ｌキ′りが現れ“い・
しかも、導波路幅Ｗが広いので高出力レーザ光源として
の利用にも最適である。
現象によって出力が飽和する。即ち、Ｉ’−Ｌキンクと
呼ばれるものが発生し、これによって出力の飽和状態が
もたらされる。本発明の屈折率導波路形レーザ素子では
電流注入用ストライプ幅Ｓが溝幅（導波路幅）Ｗより狭
いので、高出方まテマルチ縦モードで発振する。従って
、モード競合雑音及び戻り光による雑音の発生が少ない
。史に、注入キャリアのホールバーニング現象も起り’
、３ｔ、＜＜・高出力までＩ−Ｌキ′りが現れ“い・
しかも、導波路幅Ｗが広いので高出力レーザ光源として
の利用にも最適である。
〈実施例〉
本発明の１実施例としてＧａＡｓ−ＧａＡ／Ａｓ系屈折
率導波路形半導体レーザ素子を製作する場合について第
７図を参照しながら説明する。
率導波路形半導体レーザ素子を製作する場合について第
７図を参照しながら説明する。
第７図（５）に示すようにＰ形ＧａＡｓ基板１３の（＋
００）面上にＡＺレジスト２０を塗布し、（＋１０）方
向に幅３μＩｎの平行なストライプ窓を２本ボトリング
ラフィにより形成する。ストライプ窓間の間隔２１は２
．５μｍに設定する。次にＡＺレジスト２０をマスクと
し、ストライプ窓を通して、エツチング液Ｈ２ＳＯ４−
１−Ｈ２０２＋Ｈ２０（容積比１：２：５０）を塗布し
、このエツチング液によりＰ形ＧａＡｓ基板１３をエツ
チングして２本の平行なストライプ溝１５．１６を形成
する。ストライプ溝］ ５．１６の深さを１μｍとした
時、その幅はサイドエツチング効果により、３μｍから
４μｍに拡がり、これによってストライプ溝＋ ５ 、
３６間の山形部１７は２５μｍ月から１５μｍへその幅
Ｓが狭小化される。次に第７図（Ｂ）に示す如＜ＡＺレ
ジスト膜２゜を除去した後ｎ形ＧａＡｓの電流阻止用成
長層１４を０．８μｍの厚さく但しストライプ溝１５．
１６の外方）に液相エピタキシャル成長させる。その後
、第７図（ｃ）に示す如く１幅ｗ＝８μｍηを有するス
トライプ溝１８を山形部１７の部分が中央になるように
形成する。この溝１８を加工することによってストライ
プ溝１５．１６間に相当するＧａＡｓ基板１３面から電
流阻止用成長層１４が除去され、基板面が露呈される。
００）面上にＡＺレジスト２０を塗布し、（＋１０）方
向に幅３μＩｎの平行なストライプ窓を２本ボトリング
ラフィにより形成する。ストライプ窓間の間隔２１は２
．５μｍに設定する。次にＡＺレジスト２０をマスクと
し、ストライプ窓を通して、エツチング液Ｈ２ＳＯ４−
１−Ｈ２０２＋Ｈ２０（容積比１：２：５０）を塗布し
、このエツチング液によりＰ形ＧａＡｓ基板１３をエツ
チングして２本の平行なストライプ溝１５．１６を形成
する。ストライプ溝］ ５．１６の深さを１μｍとした
時、その幅はサイドエツチング効果により、３μｍから
４μｍに拡がり、これによってストライプ溝＋ ５ 、
３６間の山形部１７は２５μｍ月から１５μｍへその幅
Ｓが狭小化される。次に第７図（Ｂ）に示す如＜ＡＺレ
ジスト膜２゜を除去した後ｎ形ＧａＡｓの電流阻止用成
長層１４を０．８μｍの厚さく但しストライプ溝１５．
１６の外方）に液相エピタキシャル成長させる。その後
、第７図（ｃ）に示す如く１幅ｗ＝８μｍηを有するス
トライプ溝１８を山形部１７の部分が中央になるように
形成する。この溝１８を加工することによってストライ
プ溝１５．１６間に相当するＧａＡｓ基板１３面から電
流阻止用成長層１４が除去され、基板面が露呈される。
この露呈された部分か電流通路として機能する。その後
、再度液相エピタキシャル成長法により、成長層１４及
び露呈された基板面上に第６図に示すようなダブルへテ
ロ接合を有する多層結晶を積層形成してレーザ発振用動
作部を構成する。各層の組成及び厚さは第１クラッド層
２ （ｐ−ＡＩ！＋）、４５Ｇａｏ、６５Ａｓ 、 ０
．２μｍ） 、活性層３ （ｐ−Ａ１０．１５ＧａＯ，
ｇ５Ａｓ、０．０８μｍ）＋第２クラッド層４ （ｎ−
Ａｌｏ、４５Ｇａｏ、６５Ａｓ 、 １μｍ） ＋キャ
ップ層５ （ｎ−ＧａＡｓ 、 ３ｔｔｍ ）とした。
、再度液相エピタキシャル成長法により、成長層１４及
び露呈された基板面上に第６図に示すようなダブルへテ
ロ接合を有する多層結晶を積層形成してレーザ発振用動
作部を構成する。各層の組成及び厚さは第１クラッド層
２ （ｐ−ＡＩ！＋）、４５Ｇａｏ、６５Ａｓ 、 ０
．２μｍ） 、活性層３ （ｐ−Ａ１０．１５ＧａＯ，
ｇ５Ａｓ、０．０８μｍ）＋第２クラッド層４ （ｎ−
Ａｌｏ、４５Ｇａｏ、６５Ａｓ 、 １μｍ） ＋キャ
ップ層５ （ｎ−ＧａＡｓ 、 ３ｔｔｍ ）とした。
またｐ−ＧａＡｓ基板１３にはｎ側電極、キャップ層５
上にはｎ側電極をそれぞれ形成する。このようにして、
導波路幅ｗ＝８μｍ、電流注入ストライプ中畠５＝１５
μｍを有する内部ストライプ構造の半導体レーザ素子が
作製される。この半導体レーザ素子器より５ＩＳ（Ｂｒ
ｏａｄ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉ
ｎｎｅｒＳｔｒｉｐｅ ）型レーザ素子と命名する。
上にはｎ側電極をそれぞれ形成する。このようにして、
導波路幅ｗ＝８μｍ、電流注入ストライプ中畠５＝１５
μｍを有する内部ストライプ構造の半導体レーザ素子が
作製される。この半導体レーザ素子器より５ＩＳ（Ｂｒ
ｏａｄ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉ
ｎｎｅｒＳｔｒｉｐｅ ）型レーザ素子と命名する。
」１記実施例の半導体レーザはｎ側電極及びｎ ａｌｌ
電極を介してキャリアを注入するとしきｌ、ｉ（直重流
４０ｍＡ、発振波長７８０ｎｍて発振し、５０ｍＷまで
Ｉ−Ｌキンクは現われず、２０ｍＷまでマルチ縦モード
発振が維持された。また、外部機う）効率は片面で３０
％であった。尚、材料（まＧａＡｓ −ＧａＡｌＡｓ系
に限定されるものではなりイ也の半導イ木材料を用いる
ことも可能である。
電極を介してキャリアを注入するとしきｌ、ｉ（直重流
４０ｍＡ、発振波長７８０ｎｍて発振し、５０ｍＷまで
Ｉ−Ｌキンクは現われず、２０ｍＷまでマルチ縦モード
発振が維持された。また、外部機う）効率は片面で３０
％であった。尚、材料（まＧａＡｓ −ＧａＡｌＡｓ系
に限定されるものではなりイ也の半導イ木材料を用いる
ことも可能である。
第１図は従来の酸化膜ストライプ構造半導イ本レーザ素
子の断面構成図である。第２図ζよ従来のプレーナスト
ライプ構造半導体レーザ素子の断面構成図である。第３
図は従来の内部ストライプ構造半導体レーザ素子の断面
構成図である。 第４図（Ａ）（Ｂ）は本発明の内部ストライプ構造を形
成する方法を示す要部構成図である。 第５図及び第６図はそれぞれ本発明の１実施例を説明す
る半導体レーザ素子の要部断面構成図である。 第７図は本発明の半導体レーザ素子の製造方法の１実施
例を説明する要部工程図である。 ２・・・第１クラッド層、３・・・活性層、４・・・第
２クラッド層、５・・・キャップ層、１３・・ＧａＡｓ
基板、１４・・・電流阻止用成長層、１５．１６・・・
ストライプ溝、１７・・・山形部、１８・・・溝、２０
・レジスト膜。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第５図 第６図 第７図
子の断面構成図である。第２図ζよ従来のプレーナスト
ライプ構造半導体レーザ素子の断面構成図である。第３
図は従来の内部ストライプ構造半導体レーザ素子の断面
構成図である。 第４図（Ａ）（Ｂ）は本発明の内部ストライプ構造を形
成する方法を示す要部構成図である。 第５図及び第６図はそれぞれ本発明の１実施例を説明す
る半導体レーザ素子の要部断面構成図である。 第７図は本発明の半導体レーザ素子の製造方法の１実施
例を説明する要部工程図である。 ２・・・第１クラッド層、３・・・活性層、４・・・第
２クラッド層、５・・・キャップ層、１３・・ＧａＡｓ
基板、１４・・・電流阻止用成長層、１５．１６・・・
ストライプ溝、１７・・・山形部、１８・・・溝、２０
・レジスト膜。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第５図 第６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板に形成された２本のほぼ平行なストライプ溝を
埋める逆導電型の電流阻止用成長層と前記ストライプ溝
間の前記成長層が除去された電流通路領域とで内部スト
ライプ構造を形成したことを特徴とする半導体レーザ素
子。 ２ 基板上に２本のストライプ溝をほぼ平行方向に形成
する工程と、該ストライプ溝を含む面上に逆導電型の電
流阻止用成長層を堆積する工程と、該成長層を溝加工し
て前記２本のストライプ溝間に対応する前記基板面を露
呈させる工程と、前記成長層及び露呈された基板面上に
レーザ発振用多層結晶を積層する工程と、を具備して成
る半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58228124A JPS60119787A (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
| EP84114366A EP0143460B1 (en) | 1983-11-30 | 1984-11-28 | Semiconductor laser device and production method thereof |
| DE8484114366T DE3484266D1 (de) | 1983-11-30 | 1984-11-28 | Halbleiterlaser-vorrichtung und verfahren zu deren herstellung. |
| US06/675,849 US4937836A (en) | 1983-11-30 | 1984-11-28 | Semiconductor laser device and production method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58228124A JPS60119787A (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60119787A true JPS60119787A (ja) | 1985-06-27 |
Family
ID=16871584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58228124A Pending JPS60119787A (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60119787A (ja) |
-
1983
- 1983-11-30 JP JP58228124A patent/JPS60119787A/ja active Pending
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