JPH09186397A

JPH09186397A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH09186397A
Application number: JP3940496A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Kumabuchi; 康仁熊渕; Isao Kidoguchi; 勲木戸口; Hideto Adachi; 秀人足立; Satoshi Kamiyama; 智上山; Koji Nishikawa; 孝司西川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】安定な自励発振特性を有する半導体レーザを
提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ｚｎ
Ｓｅ層１０２、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9ｎ型クラッ
ド層１０３ｎ、ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94ｎ型光ガイド層１０
４ｎ、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸活性層１０５、Ｚｎ
Ｓ0.06Ｓｅ0.94ｐ型光ガイド層１０４ｐ、Ｚｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9ｐ型クラッド層１０３ｐａ、ＺｎＳｅ
ｐ型キャップ層１０５、コンタクト層１０６が順次形成
されている。さらに、ｐ型光ガイド層１０４ｐ中には、
Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅ可飽和吸収層１００が形成されてい
る。この構造では、可飽和吸収層の体積を小さくすると
同時に光ガイド層中に可飽和吸収層を設けている。可飽
和吸収層の体積を小さくするほど、キャリア密度を容易
に上げることができ、飽和状態になりやすく、可飽和吸
収の効果が顕著となる。これにより、安定した自励発振
特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクシステ
ムの光源などに用いられる低雑音自励発振型半導体レー
ザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光情報処理分野においては、特に
波長が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの光に
よる情報の記録・再生を行う方式が実用化され、コンパ
クトディスク等で広く普及するに至り、さらに最近にな
って、これらの光ディスク装置に益々記憶容量の増加が
求められるようになってきており、それに伴い短波長の
レーザの要望が強まってきている。

【０００３】ところで、半導体レーザは光ディスクの再
生時に、ディスク面からの反射光の帰還や温度の変化に
より強度雑音を発生し、信号の読取エラーを誘発する。
したがって光ディスクの光源用には強度雑音の少ないレ
ーザが不可欠となる。そのために、縦モードをマルチ化
することで、雑音を低減することが図られている。レー
ザが縦単一モードで発振しているときには、光の帰還や
温度変化等の外乱が入ると利得ピークの微少な変化によ
って、近接する縦モードが発振を開始し、元の発振モー
ドとの間で競合を起こし、これが雑音の原因となるから
である。そこで、縦モードをマルチ化すると、各モード
の強度変化が平均化され、しかも外乱によって変化しな
いので安定な低雑音特性を得ることができるようにな
る。

【０００４】特開平６−２６０７１６号公報では、活性
層のエネルギ−ギャップと吸収層のエネルギ−ギャップ
をほぼ等しくすることによって特性を改善したと報告が
なされている。特に、歪量子井戸活性層のエネルギ−ギ
ャップと歪量子井戸可飽和吸収層のそれがほぼ等しくな
っている。この構成によって良好な自励発振特性を得よ
うとしている。同様の構成が、特開平７−２２６９５号
公報にも記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光ディスクにさらに高
密度記録をするには、半導体レーザの短波長化が望まれ
る。それは波長を半分にすれば記録密度が４倍にもなる
からである。しかし、現在の青色、青緑色の波長域を有
するレーザ（例えば、特開平６−２３２５０３号公報）
では、前述したように、低雑音化の対策がなされておら
ず、このような半導体レーザを、光ディスクの再生に用
いても、ディスク面からの反射光の帰還や温度の変化に
より強度雑音を発生し、信号の読取エラーを誘発し、実
用に耐えないものでしかない。

【０００６】そこで本発明は、バンドギャップの大きい
II-VI族化合物半導体を用いて短波長化を図り、さらに
可飽和吸収層を設けることで、低雑音特性に有効な安定
した自励発振特性をもつ半導体レーザを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、活性層にII-VI族化合物半導体を用い、自
励発振特性を有するものである。

【０００８】また、可飽和吸収層と活性層との基底準位
間のエネルギ−ギャップを制御することにより、安定し
た自励発振特性を有するものである。さらに、可飽和吸
収層の不純物濃度を制御することによっても、安定した
自例発振特性を得ることができる。

【０００９】また、ＺｎＣｄＳｅ活性層と、活性層を挟
む一対のＺｎＳＳｅ光ガイド層と、光ガイド層を挟む一
対のＺｎＭｇＳＳｅクラッド層と、光ガイド層またはク
ラッド層中に配置された可飽和吸収層とを備え、光ガイ
ド層およびクラッド層は、基板にほぼ格子整合し、可飽
和吸収層は、活性層から光を吸収するとともに、光の吸
収量が飽和する特性をもつものである。

【００１０】また、クラッド層上あるいは、クラッド層
の両側に絶縁膜やアンドープ層を設けて電流をブロック
するとともに、そのブロック機能を有する層には、屈折
率の小さい層を用いることで、単一横モード制御のレー
ザを実現する。その構造は、クラッド層あるいはクラッ
ド層の上のキャップ層をリッジ形状にするものと、電流
を流す領域にグルーブ（溝）を設けるものとがある。

【００１１】以上の構成のように、本発明では、活性層
にＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体を用いて、発振波長を短
波長化する。そして、可飽和吸収層を光ガイド層中また
はクラッド層中に配置することで、活性層からの光をこ
の可飽和吸収層で吸収させることができ、さらに光の吸
収も飽和させることにより、自励発振を起こさせること
ができる。ここで「可飽和」とは、光を多く吸収する
と、ある量以上の光を吸収しなくなる、ということであ
る。

【００１２】さらに、可飽和吸収層と活性層とのエネル
ギ−ギャップ差により自励発振が起こるかどうかを検討
した。検討の結果、このエネルギ−ギャップ差を「３０
ｍｅＶから２００ｍｅＶ」とすることで、可飽和吸収層
がレーザ光を効率よく吸収するとともに、光の吸収も飽
和するため、安定した自励発振が得られることが明らか
となった。「３０ｍｅＶ」より小さければ自励発振は得
られない。これはエネルギ−ギャップの差が小さいた
め、可飽和吸収層があまりレーザ光を吸収しないためで
あると考えられる。また、エネルギ−ギャップ差が「２
００ｍｅＶ」を越えると、可飽和吸収層での光吸収が大
きくなりすぎ、可飽和吸収層が飽和特性を示さなくなる
ので、自励発振が起こらない。したがって、エネルギ−
ギャップ差は「３０〜２００ｍｅＶ」がよいことがわか
った。

【００１３】さらに詳しい検討では、エネルギ−ギャッ
プが、特に「５０ｍｅＶ〜１００ｍｅＶ」の範囲では、
可飽和吸収層の飽和条件が最適となる。エネルギ−ギャ
ップの差が１００ｍｅＶを越えると、可飽和吸収層での
光吸収がだんだん大きくなり、動作電流もやや大きくな
る。よってエネルギ−ギャップ差は１００ｍｅＶ以下で
あれば好ましいといえる。５０〜１００ｍｅＶの範囲で
は、半導体レーザの動作電流が大きくならない上に、温
度変化に対して安定な自励発振特性が得られる。

【００１４】また、可飽和吸収層の体積を小さくする
と、可飽和吸収層でのキャリア密度を容易に上げられ
る。活性層が放出したレーザ光を可飽和吸収層が吸収
し、電子とホールのペアを生じるが、可飽和吸収層の体
積が小さいと、単位体積あたりの光の吸収量が増加し、
このキャリア密度を容易に上げることができる。そして
飽和状態になりやすく、可飽和吸収の効果が顕著とな
る。したがって、強くて安定な自励発振特性を得ること
ができる。

【００１５】さらに半導体レーザは、この体積の小さい
可飽和吸収層を光ガイド層中に配置した構成にもでき
る。光ガイド層中に設ける理由は、可飽和吸収層を量子
井戸層のように体積を小さくした場合、膜厚が薄くなる
ため光の閉じ込め率が極端に減少し、その結果、安定な
自励発振でなくなる可能性もあるからである。そこで、
可飽和吸収層を光ガイド層中に配置して閉じ込め率を増
加させる。この構造を用いると、活性層への光閉じ込め
率が、５％以上の場合、可飽和吸収層への閉じ込め率
を、少なくとも１．２％程度以上にすると自励発振を生
じることが可能となる。可飽和吸収層を量子井戸にした
場合、その膜厚が薄く、体積が小さくとも、光ガイド層
中に配置することにより、可飽和吸収層へ有効な光閉じ
込めができるので、この構造を導入することにより安定
した自励発振を実現できる。

【００１６】このように可飽和吸収層は光ガイド層中に
形成してもよいし、当然、クラッド層中に形成してもよ
い。どの位置に可飽和吸収層を設定するかは、可飽和吸
収層の体積および光閉じ込めを考慮して決めればよい。

【００１７】また、可飽和吸収層は、ｐ型光ガイド層、
ｐ型クラッド層、さらにはｎ型光ガイド層、ｎ型クラッ
ド層中に形成してもよい。

【００１８】本発明の説明で使用している「エネルギ−
ギャップ差」とは、基底準位間のエネルギー差をとって
いる。活性層が量子井戸層を含む場合は、伝導帯と価電
子帯の底ではなく、量子準位間のエネルギー差を言うの
で、バンドギャップの差よりも大きい。

【００１９】また、可飽和吸収層の不純物濃度を制御す
ることでも、キャリアの寿命を短くすることができる。
その結果、キャリアの時間変化率に対する自然放出の寄
与が増大し、自励発振を容易に得ることができる。この
場合は、必ずしも、可飽和吸収層のエネルギーギャップ
を小さくする必要はなく、同程度であってもよい。小さ
い方が吸収の効果は同程度よりも大きい。しかし、小さ
すぎると可飽和吸収層が飽和特性を示さなくなるので、
好ましくない。

【００２０】また、電流を電流ブロック層または光閉じ
込め層を用いて、電流が流れ発光する領域の屈折率を高
くすることで、単一横モード制御した自励発振特性を示
す半導体レーザを実現する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。

【００２２】（実施例１）図１,２は本発明の半導体レ
ーザの構成斜視図および断面図である。本実施例の半導
体レーザの構成は、ｎ型のＧａＡｓからなる基板１０１
上に、ｎ型のＺｎＳｅからなるバッファ層１０２、Ｚｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9からなるｎ型クラッド層１０３
ｎ、ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94からなるｎ型光ガイド層１０４
ｎ、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸活性層１０５（厚み：
８０オングストローム）、ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94からなる
ｐ型光ガイド層１０４ｐ、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9
からなるｐ型クラッド層１０３ｐ、ＺｎＳｅからなるｐ
型キャップ層１０５、ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅの超格子コン
タクト層１０６が順次形成されている。さらに、ｐ型ク
ラッド層１０３ｐ中には、ｐ型Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅから
なる可飽和吸収層１００が５０Ａ形成されている。可飽
和吸収層の格子定数はクラッド層よりも大きいが臨界膜
厚以下に設定されているので、転位の発生はない。コン
タクト層の両側には、ＺｎＳからなる絶縁層１０７が形
成され、電流を狭窄する構造になっている。コンタクト
層上にはＡｕ／Ｐｄからなるｐ型電極１１０ｐ、ＧａＡ
ｓ基板１０１側にはｎ型電極１１０ｎがそれぞれ形成さ
れている。

【００２３】図１および２に示すこのレーザ構造は、
（１００）ＧａＡｓ基板上に、分子線エピタキシャル成
長法（ＭＢＥ）により作製する。そのときの原料は、Ｚ
ｎ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＺｎＳである。ｐ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層は２μｍの厚さであり、またｎ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッドは０．１μｍの厚さであり、ともにＧ
ａＡｓ基板に格子整合している。ドーピングレベルはと
もに２×１０17ｃｍ-3であり、ｐ型は窒素、ｎ型は塩化
亜鉛によるドーピングである。

【００２４】可飽和吸収層は、ｐ型クラッド層中に形成
されている。活性層からのレーザ光は、活性層よりも４
０ｍｅＶバンドギャップの小さいこの可飽和吸収層によ
り、吸収される。つまり、可飽和吸収層がレーザ光を効
率よく吸収するとともに、光の吸収も飽和するため、安
定した自励発振が得られるようになる。

【００２５】自励発振を安定に起こさせるための要点
は、活性層の量子井戸層と可飽和吸収層とのエネルギ−
ギャップ差である。図３にこのレーザ構造のバンドダイ
アグラムを示す。実施例１では、そのエネルギ−ギャッ
プ差が４０ｍｅＶとなっており、安定した自励発振が得
られる。

【００２６】ここで活性層の量子井戸層と可飽和吸収層
とのエネルギ−ギャップ差とは、活性層に量子井戸層を
用い、可飽和吸収層も量子井戸構造となっているので、
その差は、レーザ発振前の基底準位のエネルギ−ギャッ
プ差としている。

【００２７】次にこの半導体レーザの電流−光出力特性
を図９に示す。通常の半導体レーザの特性と異なるの
は、閾値電流近傍で急激な立ち上がりが見られる点であ
る。これは可飽和吸収層が存在するために、ある程度の
キャリアの注入量に達するまでは光出力が外部へ放出さ
れないことによる。ある値を越えるとレーザ発振が生
じ、注入電流に比例して光出力増加しはじめる。

【００２８】図中Ｐ１における時間に対する光出力波形
の結果を図９に示す。図９では光出力の振動現象が継続
していることが分かる。時間に対して光出力が大きく振
動しており、自励発振していることが確認できる。

【００２９】さらに、本発明の半導体レーザでは、可飽
和吸収層の不純物濃度によっても自励発振特性を得るこ
とができる。すなわち、可飽和吸収層を活性層と同じ組
成にし、そのかわりに、ｐ型可飽和吸収層の不純物濃度
を、１×１０¹⁷（ｃｍ^-3）として、キャリアの寿命時間
を低減することもできる。活性層はアンドープである。
その結果、キャリアの時間変化率に対する自然放出の寄
与が増大し、自励発振を容易に生じることができる。ド
ーピングは、１×１０¹⁷（ｃｍ^-3）以上あれば、キャリ
アの寿命時間を低減するのに効果があるが、さらに、５
×１０¹⁷（ｃｍ ^-3）以上あればもっと効果がある。

【００３０】（実施例２）実施例１では、可飽和吸収層
をｐ型クラッド層中に設けていたが、ｎ型クラッド層中
に設けることもできる。この構造にすれば、可飽和吸収
層の不純物濃度を大きくでき、可飽和吸収層での光学的
な吸収によって生じたキャリアが小さくても、自励発振
を得ることができるという効果がある。特に、可飽和吸
収層には、II-VI属化合物半導体結晶を用いているの
で、ｐ型のドーパントである窒素よりも、ｎ型のドーパ
ントである塩素の方が結晶中に入りやすく不純物濃度を
大きくできるのである。

【００３１】以上のように、可飽和吸収層での光学的な
吸収によって生じたキャリアが小さくても、自励発振特
性を得ることができるので、可飽和吸収層での光の吸収
が少なくても、自励発振させることができる。よって可
飽和吸収層での光の吸収が少ない分、レーザデバイスの
損失（光ロス）が少なくても自励発振するのであるか
ら、レーザ発振のしきい値電流Ｉth、動作電流Ｉopを小
さくできる。したがって、レーザの特性をよいものとす
ることができる。

【００３２】（実施例３）実施例１では、可飽和吸収層
をｐ型クラッド層中に形成していたが、この実施例で
は、ｐ型光ガイド層中に可飽和吸収層を形成している。
その構成とバンド図とを図４、５に示す。

【００３３】さらに半導体レーザは、この体積の小さい
可飽和吸収層を光ガイド層中に配置した構成にもでき
る。光ガイド層中に設ける理由は、前述した通りであ
る。可飽和吸収層を量子井戸にした場合、その膜厚が薄
く、体積が小さくとも、光ガイド層中に可飽和吸収層を
設けることにより、可飽和吸収層へ有効な光閉じ込めが
できるので、この構造を導入することにより安定した自
励発振を実現できる。

【００３４】（実施例４）この実施例は、図７に示すよ
うに、レーザ構造として、リッジストライプを形成した
ものである。製造方法は、まず、分子線エピタキシー法
によりｎ型GaAs基板７０１上に、ｎ型GaAsバッファ層７
０２を１ミクロン、ｎ型ZnSeバッファ層７０３を３０ｎ
ｍ、ｎ型ZnMgSSeクラッド層７０４を１。２ミクロン、Z
nSSe層光ガイド層７０５を１００ｎｍ、ZnCdSe活性層７
０６を８０ｎｍ、第二のZnSSe光ガイド層７０７を１０
０ｎｍ、ｐ型ZnMgSSeクラッド層７０８、ｐ型ZnSSe第１
キャップ層７０９、ｐ型ZnSe第２キャップ層７１０を１
００ｎｍ、下がＺｎＳｅであり上がZnTeであるｐ型ZnSe
Teグレーティッドコンタクト層７１１を順次積層した
後、エッチングによって、リッジ状のストライプを残し
て、ｐ型ZnMgSSeクラッド層７０８が露出するまで取り
去り、これを絶縁物であるＺｎＳ埋め込み層７１３によ
り埋め込んでいる。またｎ型GaAs基板裏面にIn電極７１
４を形成し、ｐ型ZnTe層表面にAu/Pd電極７１５を形成
している。

【００３５】可飽和吸収層７００は、ｎ型クラッド層７
０４中に形成されている。活性層からのレーザ光は、活
性層よりもバンドギャップの小さいこの可飽和吸収層に
より、吸収される。つまり、可飽和吸収層がレーザ光を
効率よく吸収するとともに、光の吸収も飽和するため、
安定した自励発振が得られるようになる。

【００３６】この構造では成長した半導体レーザ構造に
リッジストライプをきることで、電流狭窄を行ってお
り、それを埋め込み層７１３で埋め込むことによって、
平坦化を行っている。またこの埋め込み層に、半導体レ
ーザ構造中のクラッド層よりも屈折率の低いものを用い
ることによって横方向の光閉じこめることができ、単一
横モードを実現することができる。

【００３７】なお、実施例１〜４では活性層は単一の量
子井戸層としたが、図６に示すように多重量子井戸とし
てもよい。この方が活性層での発光効率が大きくなり、
高光出力のレーザとなる。

【００３８】（実施例５）半導体レーザの実施例につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３９】図８は本発明の実施例の半導体レーザの製
造工程を示した図である。図８(a)に示すように、ｎ型G
aAs基板８０１上に、ｎ型GaAsバッファ層８０２、ｎ型Z
nSeバッファ層８０３、ｎ型ZnMgSSeである第一のクラッ
ド層８０４、第一のZnSSe光ガイド層８０５、多重量子
井戸層８０６、第二のZnSSe光ガイド層８０７、ｐ型ZnM
gSSeである第二のクラッド層８０８、ZnMgSSe光閉じこ
め層８０９が積層されている。第１のクラッド層８０４
中にはｎ型ＺｎＣｄＳｅ可飽和吸収層８００が形成され
ている。

【００４０】次に図８(b)に示す様に、この積層構造の
上に選択的にＳｉＯ2マスク８１０を形成する。更にこ
のマスク８１０をマスクとして光閉じこめ層８０９をエ
ッチングし、グルーブ８１１を形成する。このグルーブ
８１１は異方性エッチャント（飽和臭素水等）を使って
順メサ形状に形成されるため、グルーブの底の面積がマ
スクの面積よりも小さい。またこのグルーブ８１１を形
成するためのエッチングはｐ型ZnMgSSeクラッド層８０
８の厚みの範囲であればどこで止めてもよい。

【００４１】次に図８(c)に示す様に、マスク８１０を
除去し、ｐ型ZnMgSSeである第三のクラッド層８１２、
ｐ型ZnSSeクラッド層８１３、ｐ型ZnSeコンタクト層８
１４を順次積層する。

【００４２】ｐ型コンタクト層８１４の上にはｐ型電極
Pd/Au８１５が積層されている。ｎ型GaAs基板８０１の
裏面にはIn電極８１６（あるいはNi/AuGe/Ni/Au電極）
が設置されている。

【００４３】可飽和吸収層８００は、ｎ型クラッド層８
０４中に形成されている。活性層からのレーザ光は、活
性層よりもバンドギャップの小さいこの可飽和吸収層に
より、吸収される。つまり、可飽和吸収層がレーザ光を
効率よく吸収するとともに、光の吸収も飽和するため、
安定した自励発振が得られるようになる。

【００４４】可飽和吸収層は、ｐ型クラッド層８０８中
に形成することもできるし、このときには、可飽和吸収
層とエッチングストッパ層との兼用も可能である。ｐ型
ZnMgSSeである第二のクラッド層８０８とZnMgSSe光閉じ
こめ層８０９との間に、エッチングストッパ層を積層す
ることも可能である。このエッチングストッパ層の材料
は、たとえばｐ型GaAsであり、その不純物濃度は例えば
1x１０18cm-3で、厚さは例えば10nmである。またこのエ
ッチングストッパ層には例えばｐ型AlGaAsや、ｐ型InGa
Asなどを用いることも可能である。これらの層は、発光
波長に対してバンドギャップが小さく、可飽和吸収層と
して用いることもできる。

【００４５】成長した各半導体層についての詳しい条件
は以下の通りである。ｎ型ZnSeバッファ層８０３は成長
初期において硫黄（Ｓ）やＭｇが直接GaAs基板に付着し
て結晶表面を劣化させるのを防ぐために導入されてお
り、ZnSeとGaAsとの格子不整合から来る臨界膜厚（８０
０Å）以下の厚さであり、０Åでもありうる。

【００４６】ｎ型ZnMgSSe層８０４はその組成をZn1-xMg
xSySe1-yとするとｘ＝0.10〜0.26、ｙ＝0.1〜0.28の中
からZnMgSSeの格子定数がGaAsの格子定数に合うよう
に、またドーピング濃度を最適にするように、またバン
ドギャップを最適にするように選ばれ、例えばｘ＝0.1
7、ｙ＝0.20である。その厚さは０〜２μｍの間で選ば
れ、例えば１μｍである。不純物濃度はＮdーＮa（Ｎd
はドナー濃度、Ｎaはアクセプター濃度である。）で例
えば4x1017cm-3である。

【００４７】第一のZnSSe層８０５の厚さは例えば700Å
であり、その組成はZnSSeの格子定数がGaAsの格子定数
に合うように選ばれZnSzSe1-zとするとz＝0.06である。

【００４８】活性層１０６は、例えば厚さが70ÅのZnCd
Seを井戸層、例えば厚さが100ÅのZnSeを障壁層、とし
て用いた多重量子井戸構造を持ち、障壁層で挟まれ、繰
り返される井戸層の層数は例えば５層であるが、１層で
も良い。また別の構造として、井戸層としてZnSe、障壁
層としてZnMgSSeを用いた多重量子井戸構造でもよい。
この組み合わせの方が、発振波長が４５０nm程度になり
ZnCdSe層を用いた場合よりも波長を短くできる。

【００４９】第二のZnSSe層８０７の厚さは例えば700Å
であり、その組成はZnSSeの格子定数がGaAsの格子定数
に合うように選ばれZnSzSe1-zとするとz＝0.06である。

【００５０】ｐ型ZnMgSSeである第二のクラッド層８０
８はその組成をZn1-xMgxSySe1-yとすれば例えばｘ＝0.1
7、ｙ＝0.20である。その厚さは0〜0.3μｍの間で選ば
れ、例えば0.1μｍである。不純物濃度は例えば1x101７
cm-3である。

【００５１】のZnMgSSe光閉じこめ層８０９はレジスト
ストライプマスクやSiO2ストライプマスクを使ってエッ
チングされグルーブ形状の開口を有している。その時の
ストライプ幅は例えば５μm、掘りこみ深さはZnMgSSe光
閉じこめ層８０９の厚み以上で、その底はｐ型ZnMgSSe
である第二のクラッド層の厚さの範囲内にとどめられ
る。ZnMgSSe光閉じこめ層８０９は例えば全くドーピン
グされていないか、あるいはｎ型にドーピングされてい
てもよい。その時のキャリア濃度は例えば1x1018cm-3で
ある。これにより電流をブロックし、グルーブ８１１の
開口部にのみ電流を流す。

【００５２】ｐ型ZnSeコンタクト層８１４は不純物濃度
が例えば4x1017cm-3のｐ型ZnSeで、厚さは例えば0.8μ
ｍである。

【００５３】なお、このの実施例においてクラッド層に
ZnMgSSeではなくZnSSeをもちいてガイド層と合わせてZn
SSe層のみとすることも可能である。また逆にガイド層
のZnSSeを用いずにZnMgSSeのクラッド層のみで活性層を
挟むことも可能である。

【００５４】また、第１の実施例においてｐ型コンタク
ト層８１４をｐ型ZnSeに加えてｐ型ZnTeも使った多層構
造にしてコンタクト抵抗を低減することも可能である。
その時の多層構造には、例えば不純物濃度が1x1018cm-3
で0.3μの厚さのｐ型ZnSe層とｐ型ZnSe／ｐ型ZnTeＭＱ
Ｗ層８１８、不純物濃度が例えば5x1018cm-3で80Åの厚
さのｐ型ZnTe層８１９がｐ型ZnSSeクラッド層８１３の
上に順次積層されたものなどが考えられる。

【００５５】ｐ型ドーパントには例えばN2プラズマの形
で結晶成長中に導入したＮを用い、ｎ型ドーパントに
は、塩化亜鉛の塩素を用いる。

【００５６】この半導体レーザを屈折率導波型にするこ
とができる。そのためには、ＺｎＭｇＳＳｅ光閉じこめ
層８０９をＺｎ0.81Ｍｇ0.19Ｓ0.22Ｓｅ0.78とし、ｐ型
ZnMgSSeである第二のクラッド層とｐ型ZnMgSSeである第
三のクラッド層をＺｎ0.83Ｍｇ0.17Ｓ0.2Ｓｅ0.8とす
る。これにより、実効屈折率差ΔｎがΔｎ＝４×１０-3
となり、屈折率導波構造を実現できる。この構造にする
ことで、単一横モード発振が可能、電流狭搾構造になっ
ている、活性層で発生した熱を埋め込み層で吸収でき
る、といった効果がある。実効屈折率差△ｎはクラッド
層の屈折率と光閉じこめ層の屈折率の差、および、光閉
じこめ層の厚さと光閉じこめ層と活性層との間に残され
たクラッド層の残し厚みの比によって決定される。この
実施例における構造ではそれらの厚さがエッチングでは
なく結晶成長によって決定されるので、厳密な制御が可
能であり、精度よく、また再現性良く、シングルモード
レーザを実現することができる。

【００５７】なお、第一のｐ型ZnMgSSe光閉じこめ層の
組成と、第二のｐ型ZnMgSSe光閉じこめ層の組成は全く
同じであるのが望ましいが、同じでなくてもよい。

【００５８】光閉じこめ層８０９と通常のレーザ構造で
のクラッド層の残し厚みに相当するｐ型ZnMgSSeである
第二のクラッド層８０８は一回目の結晶成長で形成され
ている。従ってその厚さはエッチングによるよりも厳密
に決定することができる。

【００５９】またｐ型ZnMgSSeである第三のクラッド層
８１２とｐ型ZnMgSSeである第二のクラッド層８０８を
つなぐために、光閉じこめ層８０９にもうけられたグル
ーブ８１１の形成のためのエッチングは、そのグルーブ
の底がｐ型ZnMgSSeである第二のクラッド層８０８の厚
さの範囲に収まればどこでもよいので、厳密なエッチン
グの制御を必要としない。

【００６０】この構造の埋め込み型半導体レーザはで
は、グルーブ８１１によって電流狭窄が行われているの
で、ｐ型電極８１５とｐ型ZnSeコンタクト層８１４、ｐ
型ZnSeコンタクト層８１４とｐ型ZnSSeクラッド層８１
３、ｐ型ZnSSeクラッド層８１３とｐ型ZnMgSSeである第
三のクラッド層８１２が素子面積で接触しているため縦
方向の抵抗が、従来の構造に比べて非常に低い。

【００６１】たとえば実施例における半導体レーザ構造
と、従来の半導体レーザの大きさが、ストライプに平行
な一辺の長さが350μm、ストライプに垂直な一辺の長さ
が700μmであるような素子面積であり、ストライプ幅が
5μmであるレーザ構造であるとして比較してみる。

【００６２】従来の構造ではｐ型電極とｐ型コンタクト
層の接触する面積は３５０×５＝1750μm²である。一
方、実施例における構造ではｐ型電極８１５とｐ型コン
タクト層８１４の接触する面積は３５０×７５０＝2450
00μm²となりやく140倍である。

【００６３】従って、ｐ型電極とｐ型コンタクト層との
間に発生する抵抗を140分の１にすることができる。ま
たｐ型コンタクト層とｐ型クラッド層との間に発生する
縦方向の抵抗も著しく低減することができる。また従来
例に比べて活性層を流れる電流がストライプ形成に使っ
たマスクよりも、広がらない。従って、素子閾値電圧低
減に非常に効果がある。

【００６４】以上まとめると、本発明のように、光閉じ
こめ層が多結晶や非結晶でないので、結晶粒界や、多層
膜境界部分に取り込んだ異物によるリーク電流の発生な
どを防止することができる。

【００６５】また光閉じこめ層とクラッド層の厚さがエ
ッチングではなく結晶成長によって制御できるので、再
現性良く光り閉じこめ構造を形成することができる。

【００６６】また開口部が活性層側に狭いので、電流狭
窄を行う実効的なストライプ幅よりも開口部形成のため
のマスクの幅が広くてよく、細いストライプの形成が容
易である。

【００６７】また前記第三のクラッド層と前記コンタク
ト層と前記電極がストライプ幅ではなく、素子面積で接
触しているため、電極からクラッド層の間に発生する抵
抗を著しく低減できる。

【００６８】また閉じこめ層に開口を形成するためのエ
ッチングの深さが、前記第二のクラッド層中に収まれば
いいので、エッチング制御が容易である。

【００６９】また前記第二のクラッド層と光閉じこめ層
との間にエッチングストッパー層を用いているため、エ
ッチングの制御が容易であるとともに、エッチングスト
ッパー層がIII-Ｖ族であるために、表面清浄化・平滑化
が容易になり、再成長が容易になる。

【００７０】また再成長のための表面清浄化・平滑化に
水素プラズマを使用するため作業温度を成長温度に比べ
てあまり高くする必要がなく、熱の影響を低減すること
ができる。

【００７１】また再成長で第三のクラッド層を形成する
ため、熱によるｐ型クラッド層のキャリア不活性化の影
響を少なくすることができる。

【００７２】以上の効果により、レーザ特性、及び信頼
性に優れ、かつレーザ特性のばらつきの少ない半導体レ
ーザを再現性良く製造することができる。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、II-VI族
化合物半導体を用いることにより、短波長の領域で安定
した自励発振特性を有する半導体レーザを得ることがで
きる。

【００７４】さらに可飽和吸収層を用いることにより、
短波長の領域で、安定した自励発振特性を得ることがで
きる。

【００７５】また可飽和吸収層と活性層とのエネルギー
ギャップを制御することにより、確実に短波長域で自励
発振特性のレーザを実現できる。その結果、相対雑音強
度の低い半導体レーザを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の半導体レーザの構造斜視図

【図２】第１の実施例の半導体レーザの構造断面図

【図３】第１の実施例のバンドギャップエネルギー図

【図４】第３の実施例の半導体レーザの構造断面図

【図５】第３の実施例のバンドギャップエネルギー図

【図６】他の実施例の半導体レーザの構造断面図

【図７】本発明の半導体レーザの構造断面図

【図８】本発明の半導体レーザの工程断面図

【図９】本発明の半導体レーザの特性図

【符号の説明】

１００ＺｎＣｄＳｅ可飽和吸収層１０１ｎ型ＧａＡｓ基板１０２ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１０３ｎｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０３ｐｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０４ｎｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層１０４ｐｐ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層１０５ＺｎＣｄＳｅ活性層１０６ＺｎＳｅキャップ層１０７ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子コンタクト層２００ＺｎＣｄＳｅ可飽和吸収層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上山智大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西川孝司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性領域がII-VI族化合物半導体により構
成され、自励発振特性を有することを特徴とする半導体
レーザ。
【請求項２】少なくとも井戸層を有する活性層と、可飽
和吸収層とを備え、前記井戸層がII-VI族化合物半導体により構成され、自
励発振特性を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】前記可飽和吸収層がII-VI族化合物半導体
により構成され、自励発振特性を有することを特徴とす
る請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記可飽和吸収層の基底準位間のエネルギ
−ギャップが、前記井戸層の基底準位間のエネルギ−ギ
ャップよりも、３０〜２００ｍｅＶ小さいことを特徴と
する請求項２または３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】前記井戸層および前記可飽和吸収層が、と
もに量子井戸であることを特徴とする請求項２、３また
は４に記載の半導体レーザ。
【請求項６】前記活性層が多重量子井戸構造であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レ
ーザ。
【請求項７】少なくとも活性層と、前記活性層に隣接し
た光ガイド層と、前記活性層および前記光ガイド層を挟
む１対のクラッド層と、可飽和吸収層とを備え、前記可飽和吸収層は、前記少なくとも１つのクラッド層
中、または前記光ガイド層中に形成され、さらに前記活
性層がII-VI族化合物半導体により構成され、自励発振
特性を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項８】前記可飽和吸収層がII-VI族化合物半導体
により構成され、自励発振特性を有することを特徴とす
る請求項７に記載の半導体レーザ。
【請求項９】前記可飽和吸収層の基底準位間のエネルギ
−ギャップが、前記井戸層の基底準位間のエネルギ−ギ
ャップよりも、３０〜２００ｍｅＶ小さいことを特徴と
する請求項７または８に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】前記井戸層および前記可飽和吸収層が、
ともに量子井戸であることを特徴とする請求項７、８ま
たは９に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】前記活性層が多重量子井戸構造であるこ
とを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の半導
体レーザ。
【請求項１２】基板上に、ＺｎＣｄＳｅ活性層と、前記
活性層を挟む一対のＺｎＳＳｅ光ガイド層と、前記光ガ
イド層を挟む一対のＺｎＭｇＳＳｅクラッド層と、前記
光ガイド層または前記クラッド層中に配置された可飽和
吸収層とを備え、前記光ガイド層および前記クラッド層は、前記基板にほ
ぼ格子整合し、前記可飽和吸収層は、前記活性層から光を吸収するとと
もに、光の吸収量が飽和する特性をもつことを特徴とす
る半導体レーザ。
【請求項１３】前記基板がＧａＡｓであることを特徴と
する請求項１２に記載の半導体レーザ。
【請求項１４】少なくともIIーＶＩ族化合物半導体から
なる活性層と、可飽和吸収層とを備え、前記可飽和吸収層の不純物濃度が、少なくとも１×１０
¹⁷（ｃｍ^-3）以上であり、自励発振特性を有することを
特徴とする半導体レーザ。
【請求項１５】可飽和吸収層が、ｎ型であることを特徴
とする請求項１４に記載の半導体レーザ。
【請求項１６】II-VI族化合物半導体よりなる活性層
と、前記活性層の両側に設けられた第１のクラッド層と第２
のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に設けられ、電流を流す開口部
を有する光閉じこめ層と、前記光閉じこめ層の開口部に設けられた第３のクラッド
層とを備え、可飽和吸収層が前記第１または第２のクラッド層中に形
成され、自励発振特性を有することを特徴とする半導体
レーザ。
【請求項１７】前記光閉じ込め層の開口部が、前記活性
層側で狭くなっていることを特徴とする請求項１６に記
載の半導体レーザ。
【請求項１８】前記活性層と、前記第１のクラッドおよ
び第２のクラッド層との間に光ガイド層を設けたことを
特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザ。
【請求項１９】前記第２および第３のクラッド層の屈折
率は、前記閉じ込め層の屈折率よりも大きいことを特徴
とする請求項１６に記載の半導体レーザ。
【請求項２０】前記第２および第３のクラッド層および
前記閉じこめ層には、ＺｎＭｇＳＳｅを用い、前記閉じ
込め層のＭｇとＳの組成が、前記第２および第３のクラ
ッド層よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載
の半導体レーザ。
【請求項２１】前記光閉じこめ層が無ドープで、高抵抗
であるかあるいはｎ型であることを特徴とする請求項１
６に記載の半導体レーザ。
【請求項２２】前記第３のクラッド層上に設けられたコ
ンタクト層と、前記コンタクト層上に設けられた電極とを備え、前記電極は、前記コンタクト層と素子面積で接触してい
ることを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザ。
【請求項２３】前記第２のクラッド層と、前記光閉じ込
め層との間に、エッチング停止層を設けたことを特徴と
する請求項１６に記載の半導体レーザ。
【請求項２４】前記エッチング停止層が可飽和吸収層で
あることを特徴とする請求項２３に記載の半導体レー
ザ。
【請求項２５】基板上に、形成した活性領域と、前記活
性領域をはさむクラッド層と、前記クラッド層上に形成
したキャップ層と、前記キャップ層上に形成したコンタ
クト層とを備え、前記クラッド層上または両側には、絶縁層が形成される
とともに、前記クラッド層中または前記活性領域中に可
飽和吸収層が形成されたことを特徴とする半導体レー
ザ。
【請求項２６】基板と、前記基板上に形成したＺｎＣｄ
Ｓｅ活性層を含む活性領域と、前記活性領域を挟むｐ型およびｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層と、前記ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層上に形成されたキャ
ップ層とを備え、前記ｐ型クラッド層上または両側には、絶縁層が形成さ
れるとともに、前記クラッド層中または前記活性領域中
に可飽和吸収層が形成されたことを特徴とする半導体レ
ーザ。