JPS62155582A - 埋め込み型半導体レ−ザ - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、埋め込み型半導体レーザ、特に反射面近傍を
活性層よりも禁制帯幅の大きい半導体層で埋め込むこと
により大光出力が得られる埋め込み型半導体レーザに関
するものである。

〈従来の技術〉 一般に埋め込み型半導体レーザの構造は、活性層領域が
低屈折率物質によって噛り囲まれ、すなわち、０ａＡｓ
活性層の場合ＡＡ’ＧａＡｓ層によって包囲されて強い
光導波作用を持たせ、かつ活性層領域にのみ、有効にキ
ャリアを注入できる様に彦っている。そのため、低閾値
電流で高効率のレーザ発振を打力うすぐａ比特性を有し
ている。しかし屈折率差が必要以上に大きくならざるを
得す、活性層幅が２μｍ以内で基本横モード発振するも
ののそれ以上の広い活性層幅になると高次モード発振し
てしまう。従がって、基本横モード発ａｔ維持し、大光
出力を得ようとするとスポットサイズが１〜２μｍとき
わめて小さいので、光出力が数ｍＷ程度の動作限界とな
り、これ以上の光出力を放出すると、容易に反射面が破
壊される。この現象は、光字損傷として知られており、
その室温連続発振動作の限界光出力密度は、１ＭＷ／ｃ
ｒＩ前後である。そこで、こうし次埋め込み型半導体レ
ーザの小光出力の問題を改良する目的から反射面近傍を
活性層よりも禁制帯幅の大きい半導体層で埋め込むこと
により光字損傷を完全に防止し大光出力発振をさせる構
造として、以下に述べる埋め込み型半導体レーザが提案
されている。

これまでの高出力化が可能々埋め込み型半導体レーザの
構造としては、第５図第６図（第５図の断面図）に示す
よう々構造が考えられてきた。

（特開昭６Ｏ−５８６９５）ここでｌはｉ型ＧａＡｓ基
板、２けｎ型Ａ１０．４０Ｇａｏ、６０Ａｓ第１クラッ
ド層、３はｎ型ＡＡ’０，３５Ｇａｏ、６５Ａｓ光導波
層、４はＡＩ！０．０８ＧａＯ０９２ＡＳ活性層、５は
ｐ型Ａ１０，５Ｇａ□、５Ａｓ中間層、７　ｄ　ｐ型Ａ
Ｉ６　、４０ａ　Ｑ　、　６Ａｓクラッド層、８はｐ型
ＡＡ’０．１５ＧａＯ，Ｂ５Ａｓ電極層、９はｐ型１’
０．３ｇＧａｏ、６２Ａｓ埋め込み層、１０はｎ型Ａｌ
　０　、３６Ｇａ　６．６２Ａｓ埋め込み層、１１ばＳ
ｉｎ。

膜、１２はｐ型電極、１３はｎ型電極をそれぞれ示す。

この構造では反射端面近傍のストライプ幅が、発光領域
のストライプ幅に比べて狭くなっており、ｐ型Ａ１６　
、５Ｇａｏ　、　ｓＡｓクラッド層５を選択的にエツチ
ングし、活性層を除去する結果反射端面近傍では、発振
光の吸収金堂けない窓領域が形成される。この几め、端
面の光字損傷の問題が発生せず、高出力特性を得ること
が可能となる。さらにこの構造では活性層４に隣接して
、光導波層３が形成されており、活性層のない反射端面
近傍にも光導波層３は存在している。この九め、窓領域
において、発振光は、この光導波層３中を伝播し、反射
面に至る。この結果、光の発光領域への結合効率がよく
なり、発振しきい値の低下、量子効率の向上をもたらす
ことが可能となる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、第５図の構造ではｐ型）ＪＯ０５（ｈ６
．６Ａ８中間層５と活性層４ｔ−エツチング後、窓領域
ではｎ型Ａｌ□、　３５Ｇａ□、６５Ａｓ光導波層３の
Ａ４組成の比較的高い層が露出している。Ｍ組成の高い
Ａ／ＧａＡｓは、一般に表面が酸化されやすいｔめ、埋
め込み成長工程において、ｎ型ＡｌＯ，３ｇＧａ□、６
２Ａｓ埋め込み／１４１０全、窓領域に形成することが
困難となる。こうした埋め込み不良による再現性、歩留
りの低下が本構造の大きな問題点であっｔ０光導波層３
の表面の酸化を防ぐ几めに、光導波層３のＡ７組成をい
几ずらに低下させると、活性層へのキャリアの閉じ込め
が不十分となり、発振特性自体に問題が発生してしまう
。

本発明の目的は、この問題点を解決した大出力化可能な
埋め込み型半導体レーザを提供することにある。

く問題点全解決するための手段〉 ＡＩ！ＧａＡｓ半導体レーザーにおいてＧａＡｓ基板上
に第１導電型の第１半導体層と、該第１半導体層よりも
禁制帯幅の小さい第１導電型の第２半導体層と、禁制帯
幅の小さい活性層と前記第１半導体層よりも禁制帯幅の
大きい第２導電型の第３半導体層と第２導電型のＡｌｙ
ｃＧａｔ−ｘＡｓ　（０，０５＜ｘ＜０．１５）第４半
導体層と前記第３半導体層よりも禁制帯幅の小さい第２
導電型の第５半導体層をＩｌｎ次諧層して成るストライ
プ状の多層構造金偏え、少なくとも幅が一定している主
部と、該主部よりも幅が狭い副部とから成るストライプ
を有し、主部でをま、前記活性層及び第３半導体層がス
トライプ幅より狭く副部では前記活性層及び第３半導体
層が除去された構造を備え、かつ、前記主部及び副部の
第１および２半導体層の側面には前記活性層よりも禁制
帯幅の大きい第２導電型の埋め込み層を備え、前記主部
の第３．４．５半導体層及び活性層の側面と、前記副部
の第４，５半導体層の側面及び第２半導体層上には前記
活性層よりも禁制帯幅の大きい第１導電型の埋め込み層
を備えていることに特徴がある。

く作用〉 本発明の構造によれば、反射端面近傍では発振光の吸収
を受ける活性層が存在しない定め、光学損傷の問題が発
生せず大光出力が得られると同時に、窓領域での埋め込
み成長の際にＡＩ組成の低いＡＩ！ｘＧａ１−ｘＡａ（
ｘ　＝　０．０５〜０．１５）層の表面が露出している
ため、従来のように酸化の影響を受けること々く、良好
な埋め込み成長を行なうことができる。ま穴、窓領域で
は、屈折率の比較的高い光導波層が水平方向、垂直方向
ともに屈折率の低い層で埋め込まれているために発振光
は、との光導波層中を伝播し反射面に至る。従がって、
発光領域への光の結合効率が良好とカリ、低しきい値で
高効率な動作が可能となる。

さらに発光領域の側面忙存在するくびれの几めに第１埋
め込み層をこのくびれで止めることができる友め十分な
電流狭さく効果かも友らされ発振しきい値の低減が期待
できる。

以上のべ几ように、本発明によれば、Ａｌ！組成の低い
層を導入し窺ことにより、光学損傷の力い、大出力で、
低しきい値、高効率彦半導体レーザを歩留りよく形成す
ることができる。

〈実施例〉 以下図面を用いて本発明に係る実施例全説明する。第１
図は本発明に係る実施例の斜視図、第２゜３．４図はそ
れぞれ第１図に示す部分での断面図を示す。

まず第１回目の液相成長工程においてｎ型ＧａＡｓ基板
１上にｎ型ＡＡ’０　、４０ａ　□、　６Ａ　＠クラッ
ド層２、ｎ型ＩＵ（３，３５Ｇｓ６．６５ｋｔＪ　光導
波層３％　）Ａ６．６−０．９２ＡＩ　活性層４、ｐ型
Ａｊ□　、　５Ｇａ　６．５Ａｓ中間層５、ｐ型ＡＡ’
ｏ、ｏｓＧａＯ０ｇ２Ａｓ層６、ｐ型Ａ７０，４Ｇａ□
、６Ａ＠クラッド層７、ｐ型ＡＪｇ　、１５ＧａＯ，１
５５Ａａ電極層８ｔ−順次エビタキシャル成長する。

各層厚はそれぞれ順に１．Ｏｔｔｍ　、　０．５　ｔｉ
ｍ　、　０．１μｍ。

０．５μｍ、０．３μｆｆｉ、１．０μ扉、０．５μｍ
とし几。

次に、　５ｉ０２膜をマスクとして発光部のみを残して
逆メサ状にメサエッチングを基板に到達するまで行なう
。この際、窓領域となる部分ではメサの幅を発光部よ！
７４狭くしておかねばならない。ここでＦｉｐ型Ａ！６
．５０ｎｏ、５Ａｓ中間Ｎ５の幅が発光部で３μｍ１窓
領域で１μ簿となるようにし友。まｔｌそれぞれの領域
の長さは、発光部２００μｍ１窓領域５０−である。次
にＨＦ系のエラチントを用いて窓領域のｐ型Ａｔ　６　
、５Ｇａ　ｇ、　５Ａｓ中間層５を完全に除去する。こ
のエツチングで発光部ではｐ型ＡＪｌ。、５Ｇａｏ、５
Ａｓ中間層５が約０．５μ篤ぐびれｔ形状が形成される
。さらＫ　ＣＨ，ＯＨ：ＨｆＯ，：　Ｈ，ｐｏ、　＝ｓ
　：１　：　１のエラチャン）ｋ用いて窓領域の活性層
及びくびれ部１４の活性層を除去する。

次に第２回目の液相エピタキシャル成長においてｎ型Ａ
Ｊ０．３８”０．６２Ａ８埋め込み層９、ｐ型Ａｌ１０
，３８Ｇａ□、６２Ａ８埋め込み層１０を形成する。

塚め込み層９の成長溶液の過飽和度を比較的低く設定し
ておけばこの成長はＡ１１ｏ、３５Ｇａｏ、６５Ａｓ光
導波層３が露出したくびれ部分でとまり、発光部では、
第２図に示す形状が形成される。この結果、電流ブロッ
クとして働ら＜ｎｐ逆バイアス接合が発光部のｐｎ順方
向バイアス接合の近傍に形成され良好な電流狭さくが可
能と々る。−１窓領域では、第３図に示すように、光導
波層３が低屈折率のＡＩｏ、３８”０．６２／ｋｌ埋め
込み層９．１０及びｎ型Ａ”０．４０ａＯ０６Ａｓクラ
ッド層で申り囲まれるため良好力先ガイド機構が形成さ
れる。埋め込み層１０′ｔ−形成する際Ａ／組成の低い
ｐ型ＡＡ１ｇ、□ｇＧａＯ，ｇ２Ａｓ層６の表面が露出
しており、この層の表面は酸化されにくいので溶液の過
飽和度をある程度高めておけば、容易に埋め込みを行な
うことができる。この結果図２．３．４に示す。埋め込
み型半導体レーザーが歩留りよく得られる。

最後に、５ｉ０２絶縁膜１１．ｐ型電裡１２、ｎ型電極
１３を形成して本発明に係る半導体レーザが形成される
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、埋め込み成長において、表面酸化の問
題が彦〈成長溶液とのされが良好ｆｉＰ型ＡｔＱＤＢＧ
ａ　６．ｇ２Ａｓ２Ｇａ（１００）面上に成長を行なえ
ば良い几め、窓領域でも歩留り良く埋め込み構造全実現
できる。この結果、反射端面近傍に、発振光の吸収を受
け々い透過型の光導波路が形成できるため、大光出力動
作が可能でかつ、低しきい値高効率な埋め込み型半導体
レーザが実現できる。

さらに発光部では電流ブロックとして動作するｎｐ逆バ
イアス接合がメサ部のｐｎ順方向バイアス接合の近傍に
形成できるため、もれ電流を最小限に小さくすることが
でき、低しきい値、高効率動作を可能とすることができ
る。本構造では発光部におｒて活性層４の近傍に禁制帯
幅の小さいＡ１０．。８Ｇａｏ、９２Ａｓ層６があるた
め、発振光がこの層で吸収される問題が予想されるが、
垂直方向の導波路が非対称であり、光の大部分が光導波
層３側にしみ出しているため、実用上全く問題にならか
い。

以上述べ友ように、本発明によれば、低しきい値、高効
率で大光出力動作が可能な埋め込み型半導体レーザを再
現性よく、高歩留りで形成することができる。

なお実施例ではｎ型基板を用いているが、ｐ型基板を用
いても全く同様の構造を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、＠２　、３゜４図
は、それぞれ第１図中のＡ−Ａ’　Ｂ−Ｂ’及びｃ−ｃ
’の構造断面図、第５図は従来の埋め込み型半導体レー
ザの斜視図、第６図は、第５図中のＡ−Ａ’断面図であ
る。 図においてｌ・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２・・・ｎ型Ａ
ｌｏ、４Ｇａ□、６Ａｓクラッド層、３　・”　ｎ型Ａ
Ａ’ｏ、３５ＧａＯ，６５Ａｓ光導波層、４−　ＡＩｇ
、６ｇＧａｏ６ｇ２Ａｓ活性層、５−ｐ型Ａｊ’　６．
５　Ｇａ　ｏ、５　Ａ　ｓ中間層、６　・ｐ型ＡＩ！ｏ
、ｏ８Ｇａ。、９２Ａｓ層、７−ｐ型ＡＪＯ０４ＧａＯ
，６Ａａクラッド層、８−ｐ型Ａ”０，１５Ｇａｏ、５
ｓＡｓ　ｔ　ｔＪｊ層１９°”ｐ型ＡＡ！０．３ｇＧａ
ｏ、６２Ａｓ　埋め込み層、ｌ　Ｏ−ｎ型Ａ１６．３３
　Ｇａ　６．６２　Ａ　ｓ埋め込み層、１１・・・Ｓ　
ｉ０２膜、１２・・・ｐ型電極、１３・・・ｎ型電極、
１４・・・くびれ部分音それぞれ示す。 第１ＴＩＪ、。 １−Ｐ’ＥＡノａｏＢσｉｅ、ｙ２Ａｄｌｆ第　２Ｗ１ 第４　記 ／ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＡｌＧａＡｓ半導体レーザーにおいて、ＧａＡｓ基板上
   に第１導電型の第１半導体層と、該第１半導体層よりも
   禁制帯幅の小さい第１導電型の第２半導体層と、禁制帯
   幅の小さい活性層と前記第１半導体層よりも禁制帯幅の
   大きい第２導電型の第３半導体層と第２導電型のＡｌ＿
   ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０．０５＜ｘ＜０．１５）第
   ４半導体層と前記第３半導体層よりも禁制帯幅の小さい
   第２導電型の第５半導体層を順次積層して成るストライ
   プ状の多層構造を備え少なくとも幅が一定している主部
   と、該主部よりも幅が狭い副部とから成るストライプを
   有し、主部では前記活性層及び第３半導体層がストライ
   プ幅より狭く副部では前記活性層及び第３半導体層が除
   去された構造を備え、かつ前記主部及び副部の第１およ
   び２半導体層の側面には前記活性層よりも禁制帯幅の大
   きい第２導電型の埋め込み層を備え前記主部の第３、４
   、５半導体層及び活性層の側面と、前記副部の第４、５
   半導体層の側面、及び第２半導体層上には前記活性層よ
   りも禁制帯幅の大きい第１導電型の埋め込み層を備えて
   いることを特徴とする埋め込み型半導体レーザ。