JPS62296487A - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザ、詳しくは、半導体レーザの電
流狭窄構造に関する。

従来の技術 半導体−レーザは、小型・高効率・長寿命などのすぐれ
た特長から、光フアイバ通信や光ディスクの光源として
最適であり、すでにこれらへの応用が開始されている。

最近では、コンパクト・ディスク等の民生機器にも積極
的に利用され、その需要も急速に増加してきている。

上記のような多種の用途に半導体レーザを応用するには
、第１にレーザ光の集光性や光ファイバ等への結合効率
を高めるためには、接合と平行方向での横モードが安定
な単峰性形状に制御されておらねばならず、また第２に
は、注入電流が有効にレーザ活性領域に供給されるよう
に、電流狭窄制限層などの導入が必要となる。

第４図〜第６図はこれまでに提案されているストライプ
構造の各代表例を示す要部断面図である。第４図は、活
性層１４とクラッド層１８とで形成したダブルヘテロ接
合をストライプ状に残してエツチングした後、これを禁
制帯幅の広い低屈折率の電流狭窄層１５で埋込んだ構造
であり、埋込みへテロ・ストライプ構造と呼ばれる。第
５図は、これと逆にまず電流狭窄層１５を基板１７上に
成長した後にストライプ状溝を形成し、第２のエピタキ
シャル成長で溝内にダブルヘテロ接合を作製した埋込み
クレッセント・ストライプ構造である。また、第６図は
基板１７に形成した溝により活性層１４に隣接した光ガ
イド層１９の厚さを変化させて等測的な屈折率光導波路
としだ平凸導波路ストライプ構造であり、電流集中は、
熱拡散による高濃度領域１６の形成による。それぞれの
構造において、レーザ活性領域１４が周囲を低屈折率媒
質で囲まれた光導波路となり、横モード制御やその安定
化がはかられ、また、ｐ−ｎ逆接合層などの内部層１５
や高濃度拡散領域１６により、電流経路の制限がなされ
ている。このような工夫により、信頼性の高い高効率な
半導体レーザが実現されるようになってきており、前述
の法分野への応用は上記のような改善努力の結果による
ものである。

発明が解決しようとする問題点 第４図〜第６図に代表される従来技術においては、上記
の構造を実現するために、複数回のエピタキシャル成長
あるいは、熱拡散などの高温工程が必要であり、製造工
程が複雑化していた。特性のすぐれた半導体レーザを作
製するには、各層の厚さや幅を精密に制御しなければな
らず、工程の複雑化は歩留りを著しく低下させる原因と
なる。

また、電流狭窄層のエピタキシャル成長や熱拡散工程中
に、既成長居への添加不純物の拡散や熱的損傷が生じ、
これらが信頼性を損なう原因にもなる。以上のように、
従来の構造では、信顆度の高い、すぐれた特性の素子を
量産性良く得るには不充分であり、上記の点を解決する
ための新構造が要望されるところである。

問題点を解決するための手段 本発明は、半導体基体にストライプ状の凸部を設け、こ
の半導体基体へのエピタキシャル成長を、まず、上記の
凸部以外の部分にのみ、電流経路を制限するための電流
狭窄層となるように、同基体とは導電型の異なる半導体
層で成長させ、これに続いて、第１クラッド層、活性層
および第２クラッド層として、全面にわたって、順次成
長させ、ダブルヘテロ接合としたものである。

作用 本発明によると、凸部以外の部分に選択的に成長した電
流狭窄層を、基体および第１クラッド層と電気伝導型が
異なるように設定することで、内部に逆バイアス接合を
形成し、電流の流れを妨げることができ、これにより、
注入電流を効率よく、前記の凸部に集中させることがで
きる。また、電流狭窄層として、第１クラッド層とは屈
折率の異なる半導体材料を遺べば、活性層に導波される
光モードに対する等価的屈折率を凸部とその他の部分と
で変化でき、ｐ−ｎ接合と平行方向での横モードの制御
が可能である。

実施例 第１図は、本発明実施例の要部断面図であり、所定の導
電型を有する半導体基体１の表面部に、周知の写真食刻
技術により、特定結晶軸に沿って所定の高さおよび幅の
ストライプ状凸部を形成し、このストライプ状凸部以外
の部分に、同半導体基体とは導電性の異なる半導体層２
を設けて電流狭窄層となし、これらをおおって、第１ク
ラッド層３．活性７層４および第２クラッド層５を、順
次、エピタキシャル成長層で形成したものである。電流
狭窄層としての半導体層２は、基体１および第１クラッ
ド層３の両層と導電型が異なるように設定して、内部に
逆バイアス接合を形成し、電流の流れを妨げる作用をな
す。

第２図は、本説明の他の実施例の要部断面図であり、電
流狭窄層としての半導体層を、禁制帯幅の異なる二層２
１．２２で構成したものである。

この場合、第１の半導体層２１を電流制限用とし、第２
の半導体層２２をレーザ発振の横モード制御用として、
高効率かつ単峰性の基本モード発振特性を実現すること
ができる。

第３図は、活性層をＩｎＧａＡｓＰとし、基体をＩｎＰ
とした、いわゆる長波長半導体レーザでの実施例断面図
である。

第３図に示すように、Ｐ型ＩｎＰ基板６上に化学エツチ
ング法により、ストライプ状の凸部を＜０１１＞結晶軸
方向に沿って形成した。高さは約３μｍであり、凸部の
幅は３〜４μｌである。エピタキシャル成長において、
溶融液の過飽和度を非常に小さくした状態で上記の基板
上に成長すると、凸部での成長が抑制される。経験によ
ると、凸部の幅が６μｍ以下では、成長時間によって、
凸部上には全（成長が行なわれず、その他の部分に選択
的に成長が可能であった。ここでは、凸部の外側に、電
流制限用のｎ型１ｎＰ７および横モード制御用のｎ型１
ｎＧａＡｓＰ　（λｇ＝１．３μｍ）８を成長させ、こ
れに続いて、Ｐ型１ｎＰクラッド層９．ＩｎＧａＡｓＰ
活性層（λｇ〜１．３μｍ）１０、ｎ型１ｎＰクラッド
層１１を順次全面にわたって成長し、ダブルヘテロ接合
とした。凸部の外側では、ｎ型１ｎＧａＡｓＰ層８がク
ラッド層９をはさんで活性層１０に近接しているため、
等測的な屈折率が減少し、凸部との間で屈折率光導波路
を形成する。クラッド層９と活性層１０の厚さを適当に
選ぶことで、横モードを安定に基本モードに維持できる
。本実施例では、活性層厚を約０．１μｌ、クラッド層
を約０．４μｍとした。

以上のように作製したエピタキシャルウェハーに電極１
３を形成し、襞間等の工程を経て、ステム上に組立て、
特性を測定した。電流注入による発光は、凸部の部分に
集中し、電流狭窄が完全に行なわれていることが確認で
きた。また、発振しきい電流値は約４０ａ＋Ａ前後であ
り、単峰性の基本モードで発振し、構モードについても
安定であった。

本発明の実施例では、ＩｎＰを基板としたＩｎＧａＡｓ
Ｐ長波長レーザの場合を示したが、活性層の禁制帯幅が
基板のそれよりも小さい材料の組合せであるならば、他
材料に対しても全く同様の効果があることは言うまでも
ない。

発明の詳細 な説明してきたように、本発明は従来技術における問題
点を解決し、すぐれた特性の半導体レーザを量産性よく
提供できる。また、これを行なうための方法が、極めて
簡単であり、容易に実現できる点で利点が大きい。また
、本発明はエピタキシャル成長の特質をうま（利用して
おり、例えば、凸部の上への成長は成長速度が平坦部に
比べて小さくなるので、活性層やクラッド層の精密な厚
さ制御も、従来法と比べ非常に容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の各実施例半導体レーザの
要部断面図、第３図は本発明の別の実施例の要部断面図
、第４図〜第６図は従来構造の代表的な各個の断面図で
ある。 １・・・・・・半導体基板、２，２１．２２・・・・・
・電流狭窄層、３・・・・・・第１クラッド層、４・・
・・・・活性層、５・・・・・・第２クラッド層、６・
・・・・・Ｐ−１ｎＰ基板７゜１１−−　ｎ型１ｎＰ、
８−−　ｎ型１ｎＧａＡｓＰ。 ９−・−Ｐ−１ｎＰ、１０−・−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図　　
　　１−十算）鉢体 ２−慣流ｊＬ％４　（千卑１碕） ３−一一第１クラブ）′漕 ４−璋＋【骨 ５−一〜芥２２ラッレ曾 第２図 第３図 昧 ＆／）　　　　　ｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の導電型を有する半導体基体の表面に、所定
   の高さと幅を有するストライプ状の凸部を特定結晶軸に
   沿って形成し、前記のストライプ状凸部以外の部分に前
   記半導体基体とは導電型の異なる半導体層を設け、これ
   らをおおって、第１クラッド層、活性層、および第２ク
   ラッド層より成るダブルヘテロ構造をそなえたことを特
   徴とする半導体レーザ。
2. （２）半導体層が禁制帯幅の異なる二層以上の半導体よ
   り成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。