JPS6066891A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS6066891A
JPS6066891A JP17537083A JP17537083A JPS6066891A JP S6066891 A JPS6066891 A JP S6066891A JP 17537083 A JP17537083 A JP 17537083A JP 17537083 A JP17537083 A JP 17537083A JP S6066891 A JPS6066891 A JP S6066891A
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JP
Japan
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type
layer
semiconductor laser
cladding layer
laser device
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Pending
Application number
JP17537083A
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English (en)
Inventor
Masasue Okajima
岡島 正季
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 JPS6066891A publication Critical patent/JPS6066891A/ja
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    • 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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • 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
    • H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、量産に適した高出力の半導体レーザ装置に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、光ディスクへの情報の書き込みやレーザプリンタ
等への応用目的から、高い光出力の得られる半導体レー
ザの要求が高まっている。
特に、光ディスクへの書き込みのためには、半導体レー
デの光を1Cμm〕程度の微小スポットに集束するとい
う要請から、レーザ光の非点隔差の小さい、作シ付は屈
折率導波構造を有する横モードの制御された高出力半導
体レーザが必要である。この様々半導体レーザは、」1
記応用のみでなく光通信用光源、その他広い分野での応
用が期待できる。
一方、半導体レーザの応用分里jである清報機器は今後
A・すます広く普及していくことが予M、(される。こ
のため、上述の様な特性を持つ半導体レーザを量産化シ
ー、低価格化を図ることが重要と々る。半導体レーザの
量産化技術として、最近有機金異を用いた気相成長法(
MetalorganicChemical Vapo
r Deposition 、以下MOCVD法と略記
する)が注目され急速に開発が進んでいる。
しかし、このMOCVD法は結晶成長の機構が従来法の
液相成長法(Liquid Pbase Epltax
y ;以下LPE法と略す)と全く異る。このため、従
来のLPE法によって作られている半導体レーザの構造
をそのままMOCVD法にも適用することは困難である
。そこで、MOCVD法によって作製の可能な、量産性
に優れた構造を持つ横モードの割切]された高出力半等
体レーザの実現が望才れている。
〔発明の目的〕
本発明けの目的は、MOCVD法によって作製の可能な
量産性に優れた構造の横モード制御高出力半導体レーザ
装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、半導体レーザの共振器方向について両
端面の近傍を除くN型活性層にP型不純物を選択的に添
加して禁制帯幅を小さく、レーザの発振波長に対して両
端面近傍が透明になる様な、所Hj(q窓+1゛・構造
とすることによって高出力化を図ることにある。さらに
、共振器方向と垂直方向については不純物拡散による屈
折率差てよって横モード制御を達成すると共に、電流阻
止層によって効率の良い゛tMυIL狭窄を行い動作′
l4L3itの低減を図ることにある。
一般に、半シJマ体レーデの光出力を増してゆくと共振
器端面近傍の活性層における光の7Q吸収によって端面
が損傷する。!1!Jに、GaAtA、s系の半導体レ
ーザにおいては、この端1niの光損傷がブC出力の上
限を決定している。そこで、端面近傍の結晶の禁制帯幅
をレーザ光のエネルギーよりも大きくすることによって
、端11η近傍t」レーザ光に対して透明になるために
光の再1及収が大幅に減少し、したがって光出力の大幅
外向上を図れることが知られているこの様な′;l:I
造のレーデは、新開窓構造レーデと呼ばれるものである
。
一方、N −GaAs或いはN −GaAtAs結晶に
P型の不純物をドープして導伝型をP型とすると実効的
な禁制帯幅が小さくなることが知られている。そこで、
半導体レーザの共振器方向の端面近傍を除く活性層に選
択的にP型の不純物を拡散して禁制帯幅を小さくし発振
波長を長くすることによって窓構造を実現することがで
きる。
また共振器と垂直方向には、P型に反転した部分の屈折
バ3が大きくなるために光導波路が形成され横モード制
御が実現される。
本発明はこのような点に着目し、化合物半導体拐料から
なシ、ダブルへテロ接合8:’を造を有する半導体レー
ザ装置において、N型半導体基なと、この基板上にN型
の第1クラツド層、N型活性層及びN型若しくはP型の
第2クラッド層を順次成長して形成されたダブルへテロ
接合部と、上記第2クラッド層上に成長形成された該ク
ラッド層と逆導電型の中間層と、この中間層上に成長形
成され、かつ上NL”+中間層重で至るストライブ状の
溝部が共振器端面には達しないように形成されたN型電
流阻止層と、上記溝部を含み上記電流阻止層上に成長形
成されたP型被覆層とを具備して々シ、前記ストライプ
状溝部下の領域で、前記N型活性層及びN型の第2クラ
ッド層若しくは中間層をP型に反転するようにしたもの
である。
〔本発明の効果〕
本発明によれば、商い光出力の得られる横モードの制御
された半導体レーザが量産性や膜厚の制御性に優れたM
OCVp法やMBE法VCよって製可能となるので、上
記特性の半渚体レーザを大量にしかも低価格に実現でき
る。
すなわち、本発明の+14造はMOCVD法や分子線エ
ビクキシー法(以下MBE法と略記する)によ−って製
造可能である。特に、P型不純物拡散後のP −GaA
tAgクラッド層」二への結晶成長は従来のLPE法で
は極めて困難であったが、MOCVD法やMBE法等で
は問題なく成長できるので、これらの方法を用いること
は素子作製の上で好ましいことである。また、すでに述
べた様にMOCVD法及びMBE法は太きガ面積にわた
って均質々薄膜結晶の成長が可能であるため、量産性に
優れた半導体レーザの製造方法であシ、これらの方法を
用いることによシ本発明のレーザを低価格に生産できる
。さらに、これらの方法は膜厚の制御性にも優れている
ため、P型不純物拡散の制御が容易になるという利点が
ある。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構成を示す斜視図、第2図(a) (b)は第1図の矢
視A−A断面及び矢視B−B断面を示す図である。図中
1はN −GaAs基板であシ、この基板1上にはN 
−GaAtAsクラッド層(第1クラッド層)2、N 
−GaAtAa (9性層3及びIJ −GaAtA@
クラッド層(W< 2クラッド層)4からなるダブルへ
テロ接合部が成長形成され、このダブルへテロ接合部上
にはP −GaAtAs中間層5が成長形成されている
。中間層5上にはN−GaAs電流阻止層6が成長形成
され、この電流阻止層6には、共振器端部を除いてスト
ラ′イグ状の溝部7が形成されている。そして、上記中
間層5゜第2クラッド層4及び活性PJ3の一部にP型
不純物がドープされP増反転層8が形成されるものとな
っている。また、上記溝部7を含み電流15目止層6上
にはp −GaAtA3被覆層9及びP−GaAsコン
タクト層10が成長形成されている。
そして、コンタクト層1θ上に電極1ノを被着し、基板
1の下面に電極12を被着することによって、半導体レ
ーザが構成されるものとなっている。
次に、上記構造のレーザの製造方法について第3図(a
)〜(d)を参照して説明する。まず、第3図(a)に
斜視図を示す如く面方位(ioo)のN −GaAs基
板1 (Sl ドープ’、n=lX1018cm−3)
上に厚さ2〔μm〕のN −G、ao、、5ALO,4
5A8クラッド層、? (Seドープ、n=2X101
7、.3)、厚さ0.08Cμm〕のN −G’0.8
5AtQj 5”活性層s (Se ドープ、n=5X
10 cm )厚さ03〔μm〕のN−Gao、55A
to、45A8クラッド層4(Seドープ、 、n =
 2 X 1017cm−3)、厚さ0.3Cμm〕の
P −Gap、55Ato、45A8中層層5(Znド
ープ、 P = 5 X 1018cm−3)及び厚さ
1〔μm〕のN −GaAs電流阻止層6(Seドープ
、n= 5 X 1018cm −’ )を順次成長形
成した。
この第1回目の結晶成長にはMOCVD法を用い、成長
条件は基板温度750〔℃〕、V/I[I=20゜ギヤ
リアガス(H2)と原料ガスとの総流妬”〜] OCk
/min ] 、原刺はトリメチルガリウム(TMG 
: (CH3)Ga ) p Fリメチルアルミニウム
(T嘉: (CH3)3At) tアルシン(A8H3
) p pドー・クント:ジエチル亜鉛(DEZ : 
(C2I(5)2Zn )。
nドーパントセレン化水素(H2Se )で、成長速度
は0.25(μmm1n〕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8吸は々いが、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法に比べて重重11である。
次いで、第3図(b)に斜視図を示す如く、電流阻止層
6にフォトレジスト(図示ぜず)をマスクとして、幅3
〔μtn ]のストライプ状の溝ISi+ 7を、共振
器端面の両側10[μ7)1〕を除いて、中間層5に達
する壕で形成する。このとき、第3図(b)の矢視C−
C断面を示したのが第3図(c)である。
次いで、第3図(d)に断面図を示す如く表面全体にZ
nAsを拡散源とし、650〔℃〕で10分分間型不純
物Znを拡散する。このとき、溝?′817で拡散領域
がちょうど活性層3に達す6様にする。本実施例では、
電流IJ1止IfI6の厚さが中間層5及び第2クラッ
ド層4の厚さよシもj9いこと、及びCaAsのZnの
拡散係数が、Gao、5s”n、$’の拡散係数よりも
小さいことから、zn拡散領域の先端−、電流阻止層6
中においては、同層6の内部に止まる様に寿る。この様
にしてN ’n’l−音1(7の外側では、p−”−p
−”構造が形成され、これによって電流の流れが阻止さ
れる。その結果、溝部7内への電流閉じ込めが効率良く
行なわれる。
また、本実施例では、後述の様に、zn拡散の後で、P
 ”” ”0..55AtO,45As被覆層9を形成
するため、クラッド層4の厚さを薄くすることができ、
そのだめ、zn拡散深さを浅くできるため、その制御が
し易いという利点がある。
その後、表面洗浄処理を行なった後第2回目の結晶成長
をMOCVD法で行なりk oすなわち、全面に厚さ2
〔μm〕のP ”” GaO,55”L45A8被盈層
9 (Znドープp = s x i o17tyn−
3) 及ヒFJ−サ2〔μm〕のP −GaAsコンタ
クト層1o (ZnドープP = 5 X 1018t
yn−3)を順次成長形成した。
これ以後は、通常の電極材は工程にょシコンタクト層1
0上にCr/Au電極11を被着し、基板1下面にAu
−Ga/Au % @!12を被着した。
かくして得られたレーザ素子の特性は、基本横モードで
発振ししきい値電流も50 CmA−]と低いものであ
った。また、連続動作で5゜CmV&’)以上の高い光
出力が得られた。
カお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。たとえば、前記電流阻止層の材料はGaAsに限る
ものでになり、Zn拡散領域の先端が同層内に止まる様
な厚さとすればGaAtAsでも良い。また、P型拡散
不純物としては、cd等を用いても良い。さらに、構成
拐料としてけGaAs基板の他にInGaAs’PやΔ
tGaInP等の化合物半導体を用いても良い。また、
結晶成長法としてMOCVD法の代シにMJ3Eを用い
ることも可能である。また、前記第2クラッド層はN型
層に限る必要はなく、P型層であってもよい。この場合
、前記中間層をN型にすればストライプ状溝部両側にP
NPN 接合が形成されることとなシ、実施例と同様な
効果が得られるのである。その他、本発明の妄言を逸脱
しない範囲で、極々変形して実施することが可能である
。
【図面の簡単な説明】
第1回は本発明の一実施例に係る半導体レーザの概略4
トチ成を示す斜視図、第2図(a) (b)はそれぞれ
第1図の矢視h−hUrFn及び矢視B−B断面を示す
図、第3図(a) −(d)は上記レーザの製造工程を
示す斜視図及び断面図である。 1−−− N −GaAs基板、2−’−N −Gao
、55AtoA5As第1クラッド層、s−N −Ga
o、asAto、φS活性層、4・・・N −Ga O
,55AtO,4、As 第2クラッド層、5・・・P
 −GIL o、s s AZo、4 s A8中間層
、6−= N −GaAs t’ii、流用止層、7・
・・ストライプ状溝部、8・・・Zn拡散領域(P型反
転層)、9・・・P −Ga O,55”0..45A
s被覆層、10・・・P −GaAaコンタクト層、1
1・・−Cr/Au電極、12− Au−Ge/Au 
電極。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1i゛4 第21′1 ・i:3tη (a) 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体材料からなシ、ダブルへテロ接合構
    造を有する半導体レーザ装置において、N型半導体基板
    と、この基板上にN型の第1クラツド層、N型活性層及
    びN型若しくはP型の第2クラッド層を順次成長して形
    成されたダブルへテロ接合部と、上記第2クラッド層上
    に成長形成された該クラッド層と逆導電型の中間層と、
    この中間層上に成長形成され、力・っ上記中間層まで至
    るストライプ状の溝部が共振器端面には達しないように
    形成されたN型電流阻止層と、上記溝部を含み上記電流
    阻止層上に成長形成されたP型被覆層とを具備し、前記
    ストライプ溝部下の領域で、前記N型活性J■及びN型
    の第2クラッド層若しくは中間層がP型に反転されてい
    ることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. (2) 前記第2クラッド層はN型で、前記中間層はP
    型であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体レーザ装置。
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