JPS603178A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS603178A
JPS603178A JP11137383A JP11137383A JPS603178A JP S603178 A JPS603178 A JP S603178A JP 11137383 A JP11137383 A JP 11137383A JP 11137383 A JP11137383 A JP 11137383A JP S603178 A JPS603178 A JP S603178A
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JP
Japan
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Pending
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JP11137383A
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English (en)
Inventor
Naoto Mogi
茂木 直人
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS603178A publication Critical patent/JPS603178A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、つくシつけ導波路構造を備えた半導体レーザ
装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ディジタル・オーディオ・ディスク(DAD ) 。
ビデオ・ディスク、ドキュメント・7アイル等の光デイ
スク装置や光通信用光源として半導体レーザの応用が開
けるにつれ、半導体レーザの量産化技術が必要となって
いる。従来、半導体レーデ用の澹膜多層へテロ接合結晶
製作技術としては、スライディング・ボート方式による
液相エピタキシャル成長法(LPE法)が用いられてい
るが、LPE法ではウェハ面積の大型化に限度がある。
このため、大面積で均−性及び制御性に優れた有機金属
気相成長法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(
MBE法)等の結晶成長技術が注目されている。
MOCVD法の特徴を住かした作9付は導波路レーザと
言えるものに、(アプライド・フィソックスレター誌、
第37号3号262頁、1980年)に発表さtた第1
図に示す如き半導体レーザがある。なお、図中1はN 
−GaAs基板、2はN−GaAtAsクラッド層、3
はGaAtAs活性層、4はP−GaAtAsクラッド
層、5はN−GaAs itj流阻流層止層はP−Ga
AtAs被覆層、7はP−GaA++コンタクト層、8
.9は金属?1.極を示している。この構造においては
、i=電流阻止層によシ活性層への電流注入がストライ
プ状に限定されると同時に、活性層に導波芒れた光が電
流阻止層5及び′tJ!;、覆層まで滲み出し、その結
果ストライプ直下とそれ以外の部分とで異った複屈折率
差を生じ、これによりストライプ直下HaS分に導波さ
れたモードが形成されることになる。すなわち、電流阻
止層5によって、電流狭窄による利得導波路構造と作シ
付は届す1率導波路構造とが自己整合的に形成されるこ
とになる。そして、著名等の報告によれは、室温パルス
発振では50 [mA :I程度とかなp低いしきい値
か得られ、誠だ単一モード発振が達成され横モードが十
分良く制御はれることが示されている。
なお、上記構造のレーザは基板lから電流阻11−J頓
5″!、での第1回目の結晶成長と、電流阻止層5の一
部をストライプ状にエツチングしたのちの被覆層6及び
コンタクト層7を形成する第2回目の結晶成長とち52
段階の結晶成長プロセスによシ作成される。ここで、g
PJ2回目の結晶成長の開始時点におりるクラッド層7
への成長は、一旦表面が空気中に晒されたGaAtAg
面上への成長である。このため、従来のLPE法では成
長が難しく、GaAtAs面上への成長が容易なMOC
VD法によって始めて制もJ住良く制作できるようにな
ったものである。
ところで、この釉のレーザではGaAs基板としてN型
基板が用いら、fしるが、こねは電流阻止効果の点で電
流狭窄層5がN型と外る方が有利なためである。すなわ
ち、第1図に示す構造のレーザにおいては、電極部に垂
直なKlr ririについて見たとき、電流狭窄層が
欠損したストライブ部分には単なるPN接合があるのみ
であるのに対し、ストライプ部分両側にはPNPN&合
が形成されている。このため、順方向電圧を印加したと
き、PNPN接合の1つのPN接合には逆バイアスが印
加されることになJ、PNPN接合部を通して電流が流
れることは殆んどなく、ストライプ部分にのみ電流が流
れることになる。しかしながら、PNPN接合は一種の
サイリスタ構造となってお勺電流阻止層5が活性N3の
発光によって励起されたり、或いは高バイアス状態では
電流阻止層5に多数キャリアが注入されサイリスタがO
N状態となシ、電流阻止効果が消失する事態が発生する
。これを抑制するには、電流阻止層5における少数キャ
リアの拡散長に比べて電流阻止層5の厚みが十分大きい
条件が満たされる必侠がある。この場合、少数キャリア
が正孔で拡散長が1〔μm〕以下であるN−GaAg層
の方が、少数キャリアがt子で拡散長が数〔μm〕と長
いp −GaAg層よシも上記条件を満たし易い。以上
よシ、電流阻止層5がP型となるPM基板を用いるより
もN型基板を用いた方が有利だと1える。
しかしながら、N型基板を用いた場合でも、確実な電流
狭窄効果を得ることは必ずしも容易ではない。これは、
上述した如く活性層の発光によって光励起されるGaA
sを飛流狭窄層として弔いているからである。この観点
から、電流阻止層を活性層の発光に対して透明な結晶で
あるN −Ga o 、5sAto、45A 8層で置
き換えた構造が考えられる。しかし、この構造では前記
第1図の構造に比較すれば電流狭窄効果は明らかになる
ものの、作シ付は導波路効果は全く異なったものとなる
。すなわち、第1図の構造では活性層に導波婆れた光が
クラッド層を通して電流明止層まで滲み出し吸収を受け
ることによって、接合面に水平方向に等測的複屈折率の
虚数分部分に差が形成され光がガイドされるわけである
が、電流阻止層を活性層の発光に対し透明な結晶とする
と、活性層に導波された光がクラッド層を通して電流阻
止層まで参み出し感じるのは複素屈折率の実数部分であ
り、その実数部分の差によって光がガイドされるが導波
路効果は電流限光層が光を吸収する場合とは大きく異な
る。例えは、電流阻止層が透明な場合には、ストライプ
状溝側面のへテロ界面の凹凸のために散乱されたレーザ
光が電流阻止層を通して放射され、レーザから出射され
たビームパターンに乱れを生じせしめる原因となってい
た。電流阻止層が光を吸収する場合にはこうした乱れは
生じない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、複素屈拓率差による作シ付は導波効果
及び電流Ij1止層による電流狭窄効果の双方を確実に
得ることができ、しきい値電流の低下や電流−光出力特
性の向上等をはかシ得る半導体レーザ装置m’lr&供
することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、クラッド層と被覆層との間に挿入する
電流阻止層を2層に分け、それぞれの層に光吸収と電流
狭窄との作用を独立に持たせることにめる。
すなわち木兄BIJは、活性層に対し基板と反対側のク
ラッド層上に電流狭窄及び光吸収のための異種層をスト
ライプ状部分を除いて形成し、かつこの上に被覆層を形
成してなシ、電流狭窄効果及び作シ付は導波効果を持た
せた半導体レーザ装置において、上記異利・層を少なく
とも2層に形成し、その活性層に近い側を該活性層よシ
パンド・ギヤソゲの小さい半導体層とし、かつ活性層に
遠い側を該活性層よシパンド・ギャップが大きく上記ク
ラッド層と導電型の異なる半導体層とするようにしたも
のである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、異種層の活性層に近い側にクラッド層
とは複素屈折率が異なる層、つ1シ光吸収層が形成され
、活性層に遠い側にはクラッド層と逆導電型の層、つま
シ箪M(、阻止層が形成きれる。このため、活性層に導
波された光は上記光吸収層に滲み出すことになる。した
がつで、前記第1図に示す電流阻止層を活性層の発光に
対し透明な結晶層とした場合のように不要な反射光が放
射され、ビームパターンが乱れることもなく、第1図の
レーザと比較しても作シ付は導波効果が小きく力ること
もない。
また、本発明では活性層に遠い側の電流阻止層のバンド
・ギャソfを活性層のそれより大きくしているので、活
性層の発光波長に対し透明な電流阻止層が光励起される
ことはない。このため、電流狭窄効果がよシ確実となシ
、しきい値電流の低下や高注入レベルでの電流−光出力
特性の異常現象を抑えることができる。
〔発明の実施例〕
第2図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。図中11はN−GaAs 、
2+!:、板、12はN’ −Ga o 、s 5At
o、45A8クラッド層、13はアンドープGao 、
asAtg 、15A8活性層、14はP−GaO,5
5AtO,45Asクラッド層、15はN−GaAs光
吸収層、16はN−Ga0055Ato、4sA8 i
1流阻止層、17はP −Ga O,55AZO,45
A 8被am、18はP−GaAs コンタクト層、1
9.20は金h%極全それぞれ示している。
上記構造のレーザは第3図(、)〜(c)に示す工程に
よって実現される。ます、第3図(a)に示す如く面方
位(100)のN−GaAs基板1z(stドドーI 
X 101”cm−3)上に厚さ3〔μm〕のN−Ga
0A’i”’n、45A8り7 yド層12(Seドー
f l x I 917cm−3)、厚さ0.1〔μm
〕のGao、B5Ato、15A8活性層13、厚さ0
.4〔μm〕のP ”−Ga o 、5sAZo 、4
5Aaクラッド層14(Znドーf7×1018crr
L−3)、厚さo5〔μm〕のN−GaAs光吸収層J
5(Seドドー5 X 1018cat−3)及び厚さ
0.5〔μm〕のN−Gao、55A/−p、45A8
電流阻止層16(Seドー705×1018Crn−3
)を順次成長形成した。この第1回目の気相成長にはM
OCVD法を用い、成長条件は基板温度750[℃)、
V/m−20,キャリアガス(H2)の流’IJ〜10
 (13/ m1n)、原料はトリメチルガリウム(T
MG : (cH)s Ga )、トリメチルアルミニ
ウム(TMA : (CH3)3ht )、アルシン(
AsF3)、pドーパント:ジエチル亜鉛(DEZ 二
(C2H5)2Zn )、nドーパント:セレン化水素
(H2S e )で、成長速度は0.25 Ckm/ 
min 〕であった。なお、第1回目の結晶成長では必
ずしもMO−CVD法を用いる心太はないが、大面積で
均一性の良い結晶成長が可能なMO−CVD法を用いる
ことは、量産化を考えた場合LPE法に比べて有利であ
る。
次に、第3図(b)に示す如く電流阻止層16上にフォ
トレジスト21を塗布し、該レジスト21に幅3〔μm
〕のストライプ状窓を形成し、これをマスクとして電流
阻止層16及び光吸収層15からなる異種層を選択エツ
チングし、ストライプ状の溝22を形成した。次いで、
レジスト21を除去し表面洗浄処理を施したのち、第2
回目の結晶成長をMOCVD法で行った。すなわち、第
3図(c)に示す如く全面に厚さ2〔μm〕のP−Ga
 o 、5 sALg 、45 A8被覆層17(zn
ドープ5×1018m−3)及び厚さ2〔μm〕のP 
−GaAsコンタクト層18(ZnドドーlXl0.)
を順次成長形成した。
これ以降は、通常の電極材は工程によシコンタクト層1
8上にCu−Ar’%:極層を、基板11下面にAu−
Get4杉を波光した。かくして得られた試料を、へき
開によシ共振器長250〔μm〕の7アブリペロー型レ
ーザに切シ出した素子の特性は、しきい値電流50 [
mA]と低く微分・i子効果も70〔%〕と良好であっ
た。また、レーザ端面より放射されたレーザ光ビームの
接合面に水平方向、垂直方向のビームウェストの差は5
〔μm〕と小さく、ストライプ部分に良くモードが導波
されていることが確認できた。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えは、前記光吸収層は電流阻止の観点からはN型
の方が好ましいが、その上部にN型驚流阻止層が存在す
るためP型であってもよい。また、構成羽科としてはG
aAtAgに限るものではなく、InGaAsP +A
tGaInP等の化合物半導体材料を用いてもよい。さ
らに、結晶成長法として、MOCvD法の代シにMBE
法を用いることも可能である。プだ、基板としてP型基
板を用い、各層の導電型を逆にすることも可能でおる。
その他、本発明の太旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体レーザの概略構造を示す断面1図
、第2図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概
略構造葡示す断面図、第3図(−)〜(C)は上記実施
例レーザの製造工程を示す断面図である。 11 ” N−GaAs 表板、12−’ N−Gao
、55Aj、、4.Asクラッド層、l 3−・・アン
ドーグGILo、B5Ato、15kB活性層、14 
”’ P−Gao、55Ato、45Asクラッド層、
15−N−GaAs 光吸収層、16・” N−Gao
 、55AL0.45A8電流阻止層、17 ”’ P
−Gao、55AtO,45A8 被11− 層、18
・・・P−GaAs コンタクト層。 出願人イ(埋入 弁理士 鈴 江 武 彦第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 活性層に対し基板と反対側のクラッド層上に該クラッド
    層とは導電型及び複素屈折率の異なる異種層をストライ
    プ状部分を除いて形成し、かつこの上に上記クラッド層
    と同導電型の被覆層を形成してなシ、電流狭窄効果及び
    作シ付は導波路効果を持たせたダプロ・ヘテロ接合型の
    半導体レーザ装置において、前記異種層は少なくとも2
    層に形成され、前記活性層に近い側は該活性層よシバン
    ドーギャップの/bさい半導体層で、前記活性層に遠い
    側は該活性層よシバンド・ギヤラグが大きく前記クラッ
    ド層とは逆導電型の半導体層であることを特徴とする半
    導体レーザ装置。
JP11137383A 1983-06-21 1983-06-21 半導体レ−ザ装置 Pending JPS603178A (ja)

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