JPS6310580A - 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】 （ａ業上の利用分野） この発明は半導体レーザに関するもので、特に光ディス
ク等の光情報処理装置用の光源として用いることが可能
な半導体レーザに関するものである。

（従来の技術） 光ディスクをはじめとする光情報処理装置用の光源に用
いるための半導体レーザとしては、高出力が得られかつ
信頼性に優れ、又、最適な放射角と、低非点収差とを有
するようなものが望まれている。

このような半導体レーザの一例としては例えば文献（昭
和６１年度電子通信学会総合全国大会講演論文集分冊４
　Ｆ、９１）に開示されているような特殊な光ガイド層
を具えるＰ　ＣＷ　（Ｐｉａｎｏ　Ｃｏｎｖｅｘ！ａｖ
ｅｇｕｔｄｅ　）型と称されるものがある。

第２図はこの文献に開示されたＰＣＷ型の半導体レーザ
な示す断面図であり、断面を示すハツチングを一部省略
して示したものである。

＜０１１＞方向にストライブ状であって幅が３〜５μｍ
程度の溝ＩＯが形成された（１ｏｏ）ｎ型ＧａＡｓ基板
ｌｌ上に、ＬＰＥ法によって、ｎ型へλ６．４１　Ｇ　
ａ　６．５ｇＡ　５下側クラッドＭ１３、平凸（Ｐｉａ
ｎｏ　ｑｏｎｖｅｘ）状部分１５ａを有するｎ型Ａｌｌ
　ｏ、　ｓｓＧ　ａ　０．６５Ａ　Ｓ光ガイド層１５、
　Ａｕｏ、ａ９Ｇ　ａ　６．　＠ＨＡ　Ｓ活性層１７、
ｐ型Ａｕ（＋、５　Ｇａａ５Ａｓ光反射層１光反射型１
９！　ｏ、　ｓａＧ　ａ　ａ、　６２Ａ　Ｓ上側クラッ
ド層２１及びｎ型ＧａＡｓキャップ層２３が順次に設け
られている。又、キャップ層２３上にはｐ側オーミック
コンタクト層２５が、ＧａＡｓ基板１１の下側にはｎ側
オーミックコンタクト層２７がそれぞれ設けられている
。

この半導体レーザは活性層１７に隣接しこの活性層１７
を挟みこむ光ガイドＦ１１５と、光反射層１９とがそれ
ぞれ設けられているため、垂直方向の屈折率非対称性が
強められる。従って、活性層１７から光ガイド層１５へ
の光しみ出しを増大させることができるので、高出力動
作に適したものと云える。

ところで、この文献の半導体レーザの場合、電流狭窄を
キャップ層２３表面の、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の溝１０
に対応する領域から半導体レーザ内部に形成したストラ
イプ状の亜鉛（Ｚｎ）拡散層２９を用いて行っている。

この文献の場合このストライブ幅は５μｍとしである。

又、光ガイド層１５の平凸状部分１５ａの幅を５μｍ及
びその部分の厚みを０．８μｍとそれぞれしてあり、又
、この光ガイド層１５の平凸状部分Ｌ５ａ以外の部分の
厚みを０．２μｍとしである。又、活性層１７の厚みは
０．０８〜０．１μｍとしである。

上述のような構造及び条件で構成されたこの半導体レー
ザによって垂直方向の放射角の低減がなされ、かつ、横
基本モードで４５ｍＷの室温連続発振が実現されたと云
う。

又、上述した半導体レーザとほぼ同様な構造のものが文
献（アブライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　３６　（１９
７９）　Ｐ、１２１〜１２３）に開示されている。この
文献の半導体レーザは光反射層を有していないことと、
電流狭窄をＺｎ拡散層によらずキャップ層上にキャップ
層の、溝に対応する領域を露出するような５ｔ０２絶縁
層を設けこの露出領域部分上の電極部分によって行って
いることとが第２図を参照して説明した半導体レーザと
の相違点であって、他の構造については同様であった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した従来の半導体レーザはいずれの
構造のものも電流狭窄構造を形成するために多くの製造
工程を必要とするという問題点があった。具体的に説明
すると、Ｚｎ拡散層を用いる場合であれば、Ｚｎを拡散
させる領域を特定するための窓を有したマスク形成工程
、Ｚｎを拡散させる工程、上述のマスク除去の工程等が
必要となる。一方、５ｉ０２絶縁層を用いる場合もこれ
を形成する工程が必要となる。さらに、いずれの構造の
場合もキャップ層表面の、溝に対応する領域に拡散窓或
いは露出窓を精度よく設けるために種々の対策を行なわ
なければならなかった。

又、両者の構造は原理的に電流狭窄の効果を完全に達成
することが出来ないものであるため、高出力レーザの特
性を充分に生かすことが出来ないという問題点があった
。

さらに、Ｚｎ拡散層を用いる場合であれば半導体レーザ
中に結晶欠陥を形成することになる訳であり、これが例
えば熱的外乱等によって半導体レーザの特性に悪影響を
及ぼすこと等も考えられ、長期的な信頼性の点において
も問題があった。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、電流狭窄
の効果及びレーザとしての信頼性の高い高出力半導体レ
ーザを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、化合物
半導体基板上側にこの基板側から下側クラッド層、光ガ
イド層、活性層及び上側クラッド層を順次に具えるＰＣ
Ｗ型の半導体レーザにおいて、 前述の化合物半導体基板及び下側クラッド層間に設けら
れ前記基板の導電型とは反対の導電型の半導体層と、こ
の半導体層表面から前述の基板に至る深さの溝とを有し
て成ることを特徴とする。

（作用） このような４み成によれば、化合物半導体基板、：ｂ’
ｉ内のト側りラット層部分、光ガイド層及び活性層の経
路が順方向となる。一方、溝の両側部分は化合物半導体
基板、この基板とは反対導電型の半導体層及び下側クラ
ッド層で構成される逆方向接合を含む構造となる。従っ
て、この溝部分を経る経路のみが注入電流の経路になる
と共に、この溝によって光励起領域及び電流注入領域が
特定される。

（実施例） 以下、第１図を参照してこの発明の半導体レーザの実施
例につき説明する。尚、この図はこの発明が理解出来る
程度に概略的に示しであるにすぎず、各構成成分の寸法
、形状及び配置関係は図示例に限定されるものではない
。尚、以下の実施例を化合物半導体基板としてｐ型Ｇａ
Ａｓ基板を用いかつ発振波長が８３０ｎｍの半導体レー
ザの例で説明する。

第１図はこの発明の半導体レーザの一例を示す断面図で
ある。尚、図面が複雑化することを回避するため、断面
を示すハツチングを一部省略して示しである。

第１図において、３１はｐ型ＧａＡｓ基板を示す。又、
このｐ型ＧａＡｓ基板３１上にはこの基板３１の導電型
とは反対の導電型の半導体層として例えば口型ＧａＡｓ
層３３を具えている。この実施例の場合このｎ型ＧａＡ
ｓ層３３を、キャリアー密度が２〜４Ｘ１０”Ｃｍ−’
のもので、その層厚が０．６〜０．９μｍのものとしで
ある。詳細は後述するが、このｎ型ＧａＡｓ層３３が電
流阻止層となる。

又、３５はこのｎ型ＧａＡｓ層３３の表面からｐ型Ｇａ
Ａｓ基板３１に至る溝を示す。この溝３５によってｎ型
ＧａＡｓ層３３の一部が基板３１まで貫通するように除
去され、又、光励起領域を特定することが出来る。この
実施例の場合この溝３５を共振器方向（第１図の紙面と
垂直な方向）にストライブ状であって、かつ、このスト
ライブ方向と直交する方向にとった断面がＶ字形状のも
のとしてあり、とのＶ溝の幅Ｗを実施例の半導体レーザ
が横シングルモード発振するように５μｍ以下の適正な
値とし、又、このＶ溝のｐ型ＧａＡｓ基板３１表面部分
における幅をＷ、としである。

又、この溝３５及びｎ型ＧａＡｓ層３３上には下側クラ
ッド層としてのｐ型ＡＪ！　６．　ａｔＧ　ａ　ｏ、　
ｓｅＡ　８層３７が設けである。この実施例の場合、下
側クラッド層３７を、この下側クラッド層３７に光閉じ
込め効果を持たせるためＶ溝３５上以外の部分の厚さが
０．３μｍ以下の適正な値となるよう構成しである。従
って、活性層からの光を横方向で閉じ込めることが出来
る。

上述したような構成によれば、光閉じ込めの幅がＷとな
り、電流狭窄の幅がＷｌとなる。従って、この寸法Ｗに
よって光励起領域をほぼ特定することが出来、寸法Ｗ、
によって電流注入領域をほぼ特定することが出来る。

又、この実施例の場合各層の導電型が従来とはそれぞれ
逆の導電型となってはいるが、下側クラッド層３７上に
は、平凸（旦１ａｎｏ旦ｏｎｖｅｘ）状部分３９ａを有
するｐ型Ａｎ　ｏ、　ｓｓＧ　ａ　ｏ、　ａｓＡ　ｓ光
ガイド層３９、Ａｊ！　０．０９Ｇ　ａ　ｏ、　ｅ＋Ａ
　Ｓ活性Ｊ１４１％ｎ型ΔｆＯ，５Ｇ　ａ６，５　Ａ　
Ｓ光反射層４３、ｎ型＾１゜３６Ｇ　ａ　ｏ、　ｓ２Ａ
　ｓ上側クラッド層４５及びｎ型ＧａＡｓキャップ層４
７を順次に具えている。又、キャップ層４７上にはｐ側
オーミックコンタクト層４９が、ＧａＡｓ基板３１の下
側にはｎ側オーミックコンタクト層５１がそれぞれ設け
である。

このような構造の半導体レーザによれば、活性層からの
光が光ガイド層３９にしみ出すことによって光子の密度
を下げることが出来、それだけ高出力化を図ることが出
来る。又、光反射層を設けであるため、光の強度分布を
光ガイド層でピークとなるようにすることが出来るため
、光のしみ出し効果による高出力化をより有効に図るこ
とが出来る。

さらに、実施例の半導体レーザの場合ｐ型ＧａＡｓ基板
３１、溝３５内のｐ型下側クラッド層３７部分、ｐ型光
ガイド層３日、活性層及びｎ型光反射層４３の経路が順
方向となる。一方、溝３５の両側部分はｐ型ＧａＡｓ基
板３１．　ｎ型ＧａＡｓ層３３及びＰ型下側クラッド層
３フで構成されるｐ−ｎ−ｐ電流阻止構造（内部電流狭
窄構造）、さらに上層に設けたｎ型光反射層４３まで検
討して詳細に述べればｐ−ｎ−ｐ−ｎサイリスタ電流阻
止構造となる。

従って、ＰＣＷ型９型厚半導体レーザ述のような内部電
流狭窄構造を新規に設けることが出来るので、従来のも
のに比べより効率よく電流狭窄を行うことが可能となる
。これがため、発振閾値電流の低下を図ることが出来る
。

尚、この発明の半導体レーザは上述した実施例のみに限
定されるものではない。

例えば、上述の実施例を光反射層を設けた例で説明しで
あるが、この発明は光反射層を設けていないＰＣＷ型の
半導体レーザの場合であっても、その電流狭窄の効果を
向上させること明らかである。

又、上述の実施例をｐ型ＧａＡｓ基板を用いた例で説明
しであるが、基板をｎ型ＧａＡｓ基板とし、この上に設
けられた各層の導電型を逆導電型とした場合であっても
実施例と同様な効果を期待することが出来る。又、この
発明を、化合物半導体基板を他の好適な材料例えばＩｎ
Ｐ基板を以って構成したＰＣＷ型の半導体レーザに適応
した場合であフても効率の良い電流狭窄効果を期待する
ことが出来る。

又、発振波長については実施例の波長に限定されるもの
ではなく、各層の＾１の混晶比を変化させることによっ
て変更することが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザは従来のＰＣＷ型半導体レーザの基板上にこの基
板とは反対導電型の半導体層と、この半導体層表面から
前述の基板に至る深さの溝とを具えたものである。そし
て、この溝の両側に残存する半導体層が電流阻止層とし
て機能し、さらに、この溝によって、光励起領域及び電
流注入領域を特定することが出来る。

従って、この発明によれば光励起領域と、電流注入領域
とはおのずと高精度に位置合わせされる。

又、電流狭窄の効果がＺｎ拡散層等を用いていた従来の
ものと比較すると高いので、閾値電流の低下をはじめと
して半導体レーザの特性の改善に大きく寄与すること明
らかである。

さらに、Ｚｎ拡散等を用いていた従来のものと比較した
場合、この発明の半導体レーザの電流狭窄構造は容易に
形成でき、かつ、信頼性の高い結晶の積層構造を用いて
いるため、長期的信頼性も優れたものと云える。

これがため、電流狭窄の効果及び信頼性の高い高出力半
導体レーザを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＰＣＷ型の半導体レーザの一実施例
を示す断面図、 第２図は従来のＰＣＷ型の半導体レーザを示す断面図で
ある。 ３１・・・化合物半導体基板（ｐ型ＧａＡｓ基板）３３
・・・基板とは反対導電型の半導体層（ｎ型ＧａＡＳＦ
り ３５・・・溝 ３７・・・下側クラッド層（ｐ型ＡＪ２０．４１　Ｇ　
ａ　Ｏ，ＳＱＡ　Ｓ層） ３９−・・光ガイド層（ｐ型ＡＩＬｏ、　ｓ５Ｇ　ａ　
ｏ、　ａｓＡ　ｓ層）３９ａ・・・光ガイド層の平凸状
部分 ４１−・・活性層（ＡＪｌａ、　ｏｏＧ　ａ　０．９１
Ａ　Ｓ層）４３−・・光反射層（ｎ型ＡｆＬ６．５　Ｇ
　ａ　ｏ、　５　Ａ　８層）４５　・・・上側クラッド
層（ｎ型＾Ｊ２　ｏ、　ｓａＧ　ａ　ｏ、　６２Ａ　ｓ
層） ４７・・・キャップ層（ｎ型ＧａＡｓ層）４９・・・ｎ
　側オーミックコンタクト層５１・・・ｐ側オーミック
コンタクト層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体基板上側に該基板側から下側クラッ
   ド層、光ガイド層、活性層及び上側クラッド層を順次に
   具えるＰＣＷ型の半導体レーザにおいて、 前記化合物半導体基板及び下側クラッド層間に設けられ
   前記基板の導電型とは反対の導電型の半導体層と、 該半導体層表面から前記基板に至る深さの溝とを有して
   成ることを特徴とするＰＣＷ型の半導体レーザ。