JPS61102793A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

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】 く技術分野〉 本発明は化合物半導体を用いたレーザ素子に関するもの
で、特に半導体基板に形成されたストライブ状の溝内に
活性層が埋め込まれた構造の半導体レーザ素子及びその
製造方法に関するものである。

〈従来技術と問題点〉 低電流で安定した連続発振を得るために従来より半導体
基板表面に形成された溝や台地（メサ）状の部分に活性
層を形成し、その活性層の周囲をエネルギーギャップが
大きく屈折率の小さいクラッド層で囲み光導波路を形成
した構造（埋め込みへテロ構造）の半導体レーザが種々
提唱されている。第３図はその一例を示す要部断面図で
、１は例えば面方位（＋００）のｎ型１ｎＰ基板、２は
ｐ型１ｎＰ層、３はｎ型１ｎＰよりなるクラッド層て溝
内に埋め込まれた層３−ａとｐ型１ｎＰ層２上に堆積さ
れた層３−ｂより成る。４はＩｎＧａＡｓＰ層で溝内の
活性層４−ａと溝外の層４−１）より成る。５はｐ型１
ｎＰよりなるクラッド層である。

６はＶ字状溝で（Ｏｌｌ）方向に沿ってストライブ状に
形成されている。活性層４−ａはＶ字状溝６内に埋め込
まれており、またＩｎＧａＡｓＰ層で形成された活性層
４−ａはその周囲を屈折率が小さくエネルギーギヤツブ
の大きいＩｎＰ層で囲まれていて先導波路を形成してい
る。また、電流は活性層４−ａの両側に形成されたｐ型
１ｎＰ層２とｎ型１　ｎ　Ｐ　Ｎ　３が逆バイアスダイ
オードとして働くために上下方向より注入された電流の
大部分が活性層４−ａを通って流れるので高い発光効率
が得られる。

しかし、このような埋込型の半導体レーザ素子において
は２つの大きな問題がある。第１番目はＩｎＧａＡｓＰ
の活性層４−　ａとそれを囲むＩｎＰのクラッド層３−
ａ、５との屈折率の差が大きいため、活性層４−ａを幅
２ミクロン以下の徽細な寸法で精度よく作製する必要が
あることである。第２番目は注入電流のうち活性層４−
ａ以外の部分を通って流れる電流の割合が注入電流の増
加と共に増大することである。これは、ｎ型１ｎＰ層３
−ｂ。

ｐ型Ｉｎ’Ｐ層２及びｎ型１ｎＰ基板１がｎ−ｐ−ｎト
ランジスタと等価であるため、注入電流の増加により、
上記トランジスタ構造のベースの役割を果たしているｐ
型ＩｎＰ層２へ注入される電流８−ａが増加し、上記ト
ランジスタの電流増幅作用によって活性層４−　ａ以外
の領域を流れる電流８が増加するためであると考えられ
る。この作用は半導体各層のｐ型とｎ型をすべて反転す
れば、上記トランジスタ構造がｐ−ロール型となってそ
の電流増幅率はｎ−ｐ−ｎ型トランジスタより小さいた
め、電流８の増加を幾分抑えることは可能であると考え
られる。しかし、実用的な観点から考えればいずれの極
性でもよい特性が得られることが望ましいことは言うま
でもない。上記活性層４−ａ以外の領域を流れる電流８
の活性層４−ａを通って流れる電流７に対する相対的な
増加は発光効率を減少させ高出力が得難くなる等の問題
を生ずる。

〈発明の目的〉 本発明は上述のような従来からの埋込みへテロ構造半導
体レーザ素子における２つの大きな欠点を改善するため
になされたものであり、活性層の作製が容易で再現性が
確実に得られかつ活性層以外に流れる無効電流の増加を
抑制した半導体レーザ素子を提供することを目的とする
。

〈発明の構成〉 本発明の特徴は、例えば化合物半導体に対して特定の化
合物のみをエツチングするエッチャントを用いて選択的
なエツチングを行なうことにより、半導体基板に形状が
一定した底部の平坦なストライプ状溝を形成し、その溝
の底部に活性層を層設し、かつ該活性層をそれより屈折
率が低く、エネルギーギャップが大きいクラッド層で水
平方向から挾みさらに該クラッド層よりエネルギーギャ
ップが大きいクラッド層で上下方向から挾設して埋め込
み構造とした点にある。

〈実施例〉 本発明の１実施例を第１図及び第２図とともに説明する
。第１図（Ａ）ＣＢ）（Ｃ）Ｇ））は本実施例の半導体
レーザ素子の製作過程を示す概略説明図である。まず、
第１図囚に示す如くｎ型１ｎＰ基板９上にエピタキシャ
ル成長法によりＩｎＧａＡｓＰ層１０．ｐ型１ｎＰ層１
１．ｎ型１ｎＰ層１２を順次多層に成長させる。この上
にホトレジストでマスクを作り通常のホトリソグラフィ
ー技術を用いてｎ型ＩｎＰ層１２の表面からＶ字状の溝
を形成する。

この時、エッチャントとして塩酸系のもの、例えばＨＣ
ＩとＨ２Ｏの体積比が４対１の溶液を用いれば、ｌｎＰ
はエツチングされるがＩｎＧａＡｓＰ層１０はエツチン
グされない。その結果、第１図ＣＢ）に示す如く底部が
ＩｎＧａＡｓＰ層１０から成る平坦なＶ字状のストライ
プ溝がｐ型１ｎＰ層１１とｎ型ＩｎｐＨ１２を貫通して
形成される。次に硫酸系のエッチャント、例えばＨ２Ｓ
Ｏ４，Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの体積比が３対１対ｌのもの
を用いればＩｎＧａＡｓＰ層ｌＯはエツチングされるが
ＩｎＰ層Ｉ＋、＋２はエツチングされないので第１図（
Ｃ１に示すような上記溝の底部にＩｎＧａＡｓＰ層１０
を貫通する溝ができ、基板９のＩｎＰ表面が露呈される
。

ここで再びエビタキンヤル成長技術を用い、まず第２の
ＩｎＧａＡｓＰ層１３−ａ　、　ｌ　３−１）を上記Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層１０と同程度かそれ以下の厚さまで上記
溝の基板９露呈面及びｎ型１ｎＰ層１２上に成長させ、
その後筒２のＩｎＧａＡｓＰ層に重畳してｐ型１ｎＰク
ラッド層１４を厚く成長させて第１図■）に示す宋子構
造を炸裂する。溝内に新たに成長された１ｎＧａＡｓＰ
Ｉ留１３−ａが活性層となる。

に記７１，７造の半導体レーザ素子においてＩｎＧａＡ
ｓＰ層１０は組成（混晶比）を適当に選定することによ
り、■ロＧａＡｓＰ活性１ｆｆｌ１３−ａより屈折率が
低くしかもエネルギーギャップの大きい層とすることが
できる。また、ＩｎＧａＡｓＰ層１０はいかなる組成の
場合でもＩｎＰよりは屈折率が活性層１３−ａに近いの
で、活性層１３−ａの幅は第３図の埋込み型レーザ素子
に比べて広くしても単−横モード発振を達成することが
できる。基板９にｎ（１ｇ電極、クラッド層１４に直接
あるいはオーミックコンタクト用のキャップ層を堆積し
た後ｐ側電極を蒸着法等で形成し、両電極を介して駆動
電流を注入することにより、活性層１３−ａでレーザ発
振が開始される。

第２図は本実施例の半導体レーザ素子の要部断面と注入
電流の流れを示す模式図である。ＩｎＧａＡｓＰ層１０
は全ての組成の場合において上下にあるＩｎＰ層９，１
１よりエネルギーギャップが小さいため、その厚さを０
．１ミクロン程度に充分薄くしておけばｎ型１ｎＰ層９
．ｐ型１ｎＰ層１１．ｎ型１ｎＰ層１２で構成されるｎ
−ｐ−ｎ　）ランジスタの’＋ｕ　Ｍｌ利得を下げるこ
とができる。このため、注入される電流を増加しても大
部分の電流は矢印１５で示したように活性層１３−ａを
通って流れ、矢印Ｉ６で示す活性層１３−ａを通らない
電流を少なく抑制することが可能であり、従来の埋込ヘ
テロ構造の半導体レーザ素子に比べて注入電流を増加さ
せた際の発光効率の低下が小さくなる。ＩｎＧａＡｓＰ
層１０は基板９上に薄く層設した場合であっても、選択
エツチング法によりストライブ状の溝を確実に形成する
ことができ、基板９がエツチングされないため溝底部を
平坦に残すことができる。従ってこの１ｐＧａＡｓＰ層
１０を貫通する溝内に活性層１３−ａを傅くかつ再現性
良く形成することができる。

尚、上記実施例においてはＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰの場
合について述べたが本発明は池の化合物半導体の組合せ
でも可能である。

（発明の、効果〉 以上詳述した知＜、本発明の半導体レーザ素子は、注入
電流を増加させても発光効率の低下が小さく高出力化が
可能となる。しかも単−横モード発振を得るように製作
することも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の製
作過程の概略説明図である。第２図は第１図に示す半導
体レーザ素子の要部構成と注入電流の流れを示す模式図
である。第３図は従来の埋込型半導体レーザの要部構成
と注入電流の流れを示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、活性層の上下左右方向をヘテロ接合界面で包囲した
   埋込型半導体レーザ素子において、前記活性層の水平方
   向を前記活性層より屈折率が小さくエネルギーギャップ
   が大きい第１の層で囲み、前記活性層と該第１の層の垂
   直方向をこれら両層より屈折率が小さくエネルギーギャ
   ップが大きい第２の層で囲んだことを特徴とする半導体
   レーザ素子。 ２、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長させた第１のＩ
   ｎＧａＡｓＰ層をストライプ状にエッチング除去し、エ
   ッチング除去された部分に前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層
   より屈折率が大きくエネルギーギャップが小さい第２の
   ＩｎＧａＡｓＰ層を埋め込んで活性層とした特許請求の
   範囲第１項記載の半導体レーザ素子。 ３　第１のＩｎＧａＡｓＰ層と第２のＩｎＧａＡｓＰ層
   上にＩｎＰ層を堆積することにより前記第２のＩｎＧａ
   ＡｓＰ層の上下方向をＩｎＰで挾設した特許請求の範囲
   第２項記載の半導体レーザ素子。