JPS63144589A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS63144589A
JPS63144589A JP61293667A JP29366786A JPS63144589A JP S63144589 A JPS63144589 A JP S63144589A JP 61293667 A JP61293667 A JP 61293667A JP 29366786 A JP29366786 A JP 29366786A JP S63144589 A JPS63144589 A JP S63144589A
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JP
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buried
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conductivity type
grown
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JP61293667A
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Tomohiko Yoshida
智彦 吉田
Haruhisa Takiguchi
滝口 治久
Shinji Kaneiwa
進治 兼岩
Hiroaki Kudo
裕章 工藤
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • 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
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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】 く技術分野〉 本発明は半導体レーザに関し、特に埋込みへテロ接合構
造を有する半導体レーザ素子に関するものである。
〈従来技術〉 レーザ発振用活性層を活性層より屈折率が小さくエネル
ギーギャップの大きい半導体層で囲んだ埋込み型の半導
体レーザ素子は、発振閾電流値が低く安定な横モードで
発振する等の利点を有しており、光通信システムや光計
測システム用の光源として利用され、産業上非常に重要
な素子となっている。しかし、この埋込み型レーザ素子
では、注入電流量を増加していくと活性層を通らない無
効電流が急激に増大し、これが出力の最大@を抑制する
結果となっている。また、この無効電流は温度の上昇と
ともに増加することも知られており、特にInGaAs
 P/IIP系の埋込み型半導体レーザでは実用上の障
害となっている。
上記無効電流の原因は次の様に考えられる。埋込み型半
導体レーザは、主として第3図(N′!たはCB)に示
した様な構造に作製される。第3図(A)は例えばn型
1nP基板!上にn型1nPバッファ層2、ノンドープ
InGaAsP活性層3、p型InPクラッド層4を順
次エピタキシャル成長した後、通常の化学エツチング法
を用いてエピタキシャル成長層をメサ型にエツチング成
型し、この両側にp型InP埋込層5、n型1nP埋込
層6を成長させたものである。第3図(B)は例えばn
型1nP基板I上にp型1nP埋込層5、n型1nP埋
込層6を順次エピタキシャル成長させた後、通常の化学
エツチング法を用いて溝を彫り、その後n型1nPバッ
ファ層2、InGaAsP活性層3、p型1nPクラッ
ド層4を順次溝内にエピタキシャル成長させたものであ
る。いずれの方式で炸裂された素子においてもレーザ発
掘は活性層3を通る注入電流7に依存しており、活性層
3の両側の埋込層5,6によって作られるp−n接合は
逆バイアスされているため、注入電流7が小さい時はこ
の部分には殆んど電流は流れない。しかし、注入電流量
を大きくしていくと活性層30両側の埋込層5,6にも
相当量の電流が流れるようになる。この原因はクラッド
層4から埋込層5へ流れるゲート電流7bによって、ク
ラッド層4、埋込層5及びバッフ7層2(又は基板1)
で形成されるサイリスタが導通するためである(樋ロ他
:レーザ研究第+3巻、第156頁、1985年)。注
入電流7bを小さくするためには活性層3を下方の埋込
層5と上方の埋込層6の頂度接合面の箇所に層設すれば
よいが、現在の液相エピタキシャル技術と化学エツチン
グ技術では、このような精巧な層厚制御は不可能であり
、上述の原因で生じる無効電流を防ぐことはできない0 上述の無効電流を防ぐ方法として、第2図に示すような
構造がある。この構造ではメサ状部の幅を4μm以下と
十分狭くすれば埋込成長のさい、メサ状部上への成長が
生じない(水戸他:電子通信学会技術報告0QE80−
116)ことを利用して、基板と同導電型の第1埋込層
、逆導電型の第2埋込層、同導電型の第8埋込層を順次
エピタキシャル成長することにより、ゲート電流7bの
流路を完全に遮断するようにしている。しかし、この構
造では、メサ状部の側部での成長連層が速いため、メサ
状部上部への成長を防ぐためには、成長時間を余り長く
することができない。従って、メサ状部から離れた場所
では、3つの埋込層5゜6.8の層厚が薄くな9基板1
.バッフ7一層2又は第1埋込層8と第2埋込層5.第
3埋込層6゜クラッド層4′からなるサイリスタの電流
阻止特性が必ずしも十分なものではなかった。
〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、埋込層に流れ込む電流を
極力抑えて無効電流が注入電流量によって大幅には変化
しないようにすると七もに、メサ部から離れた部分での
電流阻止特性を大幅に改善できる構造の半導体レーザー
素子を提供することを目的とする。
〈発明の概要〉 本発明は、上記目的全達成するため、導電型がp型又は
n型に選定された第1導電型の化合物半導体基板上に、
該基板よp屈折率が高くエネルギーギャップの小さい活
性層及び基板と反対導電型のクラッド層を順次エピタキ
シャル成長させてレーザー発振動作部を形成した後、4
μm以下の間隔で上記半導体基板に達する深さの平行な
2本の溝を形成し、次いで該2本の溝の間を除いた部分
に前記半導体基板と同導電型の第1埋込層、逆導電型の
第2埋込層、同導電型の第3埋込層を順次成長させ、さ
らに全面に逆導電型のクラッド層をエピタキシャル成長
させた素子構造を特徴とする。
〈実施例〉 以下、本発明の1実施例について図面を参照しながら詳
説する。
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子の構
成図である。このレーザ素子の製作法は、まずn型(+
00)InP基板1上にn型1nP  バッフ1層2(
厚さ3μm)、ノンドープI nGaAsP活性層3(
発光波長1.37!jF+1.厚さ0.2μm  )、
p型1nPクラッド層4(厚さ0.5μ?71)t−通
常の液相エピタキシャル成長法により順次成長させる。
次にフォトリングラフィ技術により、間隔2μm。
幅7μmの2本の平行なストライプ状のパターン(図示
せず)?<011>方向に形成し、これをマスクとして
Br−メタノール溶液によりこの多層結晶講造をバッフ
ァ層2の途中迄エツチングし、2本の平行な溝を形成す
る。
上記バッファ層2I/′i、なくてもよいが、InP基
板l中に含まれる欠陥等の影響を防ぐために設けである
。次に、2回目の液相エピタキシャル成長により、まず
バッフ7層2(又は基板1)と同じ導電型のn型11P
第1埋込層8(平坦部での厚さ0.5層m)t−成長さ
せ、順次p型1nP第2埋込層5(平坦部での厚さ0.
8μm)、n型1nP第3埋込層6(平坦部での厚さ0
.8μ7Fり、p型InPクラッド層4′(厚さ3μm
)を成長する。第1.第2゜第3の埋込層8,5.6は
先に述べたように上記平行な溝の間の領域では成長しな
いように成長時r?IJを設定しである。一方クラッド
層4′は平坦化の為の層でもあり十分厚く成長させるこ
とによジ、メサの上部にも自動的に成長させることがで
き成長上面を平坦面とすることができる。次にn側及び
p側の電極(図示せず)を基板1表面とクラッド層4表
面にそれぞれ形成した後、(110)面で襞間してレー
ザ発振用共振器を形成する。上記構造の重要な点I/′
i第1埋込層8七してバッフ、層2(又は基板1)b同
じ導電型の層を成長させたことにある。この層即ち第■
埋込層8が介挿されることによって、本実施例の素子構
造ではゲート電流7bは流れることができなくなってい
る。その代わりにクラッド層4から活性層3を通らない
で、第1埋込層8を通って流れる無効電流が存在するこ
とになる。この点を更に詳しく説明するために、第8図
に示す構造の半導体レーザ素子の等価回路を第4図(A
)に、第1図に示す本実施例の半導体レーザ素子の等価
回路を第4図(B)に示す。電流阻止構造はいずれの素
子構造でもサイリスタの等価回路(破線内の回路)で表
わされるが、第4図囚の構造では注入電流(17)7が
増加するにつれてゲート電流(Ic)7bも増加し、こ
のためサイリスタが導通しその増幅作用のためIGより
はるかに大きな電流■sが流れる。15はダイオードD
Aで表わされる活性層を通らない無効電流であるから、
この等価回路で表わされる従来の素子では注入電流17
が増加するにつれて無効電流も急激に増加することとな
る。一方、第4図(B)の構造では注入電流!Tが増加
するにつれて活性層と差動に接続されたダイオードDS
を通る無効電流は増加するが、その量は注入電流量に単
に比例するだけであり、サイリスタは非導通状態を保つ
ため、無効電流の増加は第4図(A)の場合と比較する
と極めて小さい。
本実施例においては上記サイリスタは溝部の電流阻止構
造に対応している。一方、溝以外の部分/ri p −
n −p −n −p−nの多層構造となっており、電
流阻止特性はより良好なものとなっている。上記実施例
では無効電流が小さいため、室温で70mW以上の高出
方動作が可能となり、また無効電流による発熱の影響が
少ないため、140°C以上の高温までレーザ発振が可
能であった。尚、上記実施例は成長用基板としてn型基
板?用いた場合について説明を行なったがp型基板を用
いた場合でも同様である。また活性層として1.3μm
の発光波長を呈する11GaAsPk用いた場合につい
て説明しているが、本発明はこれに限定されることなく
1.1−1.611 mの範囲内のInGaASPを使
用してもよい。また第1.第2.第3の埋込層としてI
nPを用いた場合について説明を行なったが、これらの
埋込層上しては活性層より屈折率が小さくかつエネルギ
ーギャップの大きいInGaAsP等他の材料を用いて
もよい。また、上記実施例はInGaAsP/InP系
の半導体レーザにっ、いて説明を行なったが、他の層−
V族化合物についても適用できることは明らかである。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明によれば、注入電流を増加さ
せても電流阻止層を通って流れる電流を殆んど増加させ
ることなく、高出方動作を可能とすることができ、信号
光源として適する半導体レーザ素子を作製することがで
きる。またその結果、活性層を通らない無効電流による
素子の発熱を防止することができ、極めて高い温度まで
動作させることが可能な半導体レーザ素子が得られる。
【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模
式断面図である。第2図および第3図は従来の埋込型半
導体レーザ素子を示す模式断面図である。第4図(A)
(B)は埋込型半導体レーザ素子の電気的等価回路を示
す回路図である。 ■・・・基板、2・・・バッフ1層、3・・・活性層、
4・・・クラッド層、5.6.8・・・埋込層、7・・
・注入電流、9・・・溝部。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体基板上に該半導体基板より屈折率が高くエネ
    ルギーギャップの小さい活性層と前記半導体基板とは逆
    導電型のクラッド層を順次積層してなるダブルヘテロ接
    合構造が堆積され、該ダブルヘテロ接合構造に4μm以
    下の間隔で前記半導体基板に達する深さの平行な2本の
    溝が形設され、該2本の溝の間を除いた部分に前記半導
    体基板と同導電型の第1埋込層、逆導電型の第2埋込層
    及び同導電型の第3埋込層が順次成長形成され、前記半
    導体基板と逆導電型の平坦化層がこの上全面に成長され
    ていることを特徴とする半導体レーザ素子。
JP61293667A 1986-12-09 1986-12-09 半導体レ−ザ素子 Pending JPS63144589A (ja)

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