JP2000340885A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2000340885A JP2000340885A JP14742799A JP14742799A JP2000340885A JP 2000340885 A JP2000340885 A JP 2000340885A JP 14742799 A JP14742799 A JP 14742799A JP 14742799 A JP14742799 A JP 14742799A JP 2000340885 A JP2000340885 A JP 2000340885A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電流阻止層の開口部に形成される埋込み層の、
高次の結晶面方位方向の異常成長のない半導体レーザを
提供することを目的とする。 【解決手段】ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザにおいて、
ストライプ状の開口部を有する電流阻止層８と、電流阻
止層８上に形成されたｐ型埋め込み層９とを具備し、電
流阻止層８の層厚は０．１〜０．５μｍであることを特
徴とする。
高次の結晶面方位方向の異常成長のない半導体レーザを
提供することを目的とする。 【解決手段】ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザにおいて、
ストライプ状の開口部を有する電流阻止層８と、電流阻
止層８上に形成されたｐ型埋め込み層９とを具備し、電
流阻止層８の層厚は０．１〜０．５μｍであることを特
徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関
し、詳しくは電流阻止層に関する。
し、詳しくは電流阻止層に関する。
【従来の技術】バーコードリーダー等の光情報処理用、
あるいはＤＶＤ等の光ディスク用として赤色半導体レー
ザが用いられている。この赤色半導体レーザの大部分に
採用されているＳＢＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｂｕ
ｒｉｅｄ Ｒｉｄｇｅ）構造を図５に示す。この構造は
ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層４６をリッジ状
に形成し、ｐ型クラッド層４６のリッジ部以外の上面に
ＧａＡｓ電流阻止層４７を設けていることを特徴とす
る。この構造について以下に詳しく説明する。ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板４１上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４２、
第一のＩｎＧａＡｌＰガイド層４３を順次形成してい
る。ガイド層４３上には多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の
活性層４４を形成している。活性層４４上には第二のＩ
ｎＧａＡｌＰガイド層４５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層４６、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層４７、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層４８を形成している。コンタクト層４８上
にはｐ側電極４９を有し、ｎ型ＧａＡｓ基板４１下面に
ｎ側電極５０を有している。従来の赤色半導体レーザに
おいて、電流阻止層４７は電流注入領域を制限するとと
もに、リッジ部脇ｐ型クラッド層下部の活性層を導波す
る光のクラッド層上部への一部しみだしをバンドギャッ
プの小さいＧａＡｓによって吸収する。これにより高次
の横モードが発生を抑制され、単一横モードが実現して
いる。このレーザは、単純な構造と安定した特性及び信
頼性を有し、量産性も高い。しかしながら、電流阻止層
４７の光吸収があるため、導波路損失は通常１５ｃｍ
−１程度であり、１０ｃｍ−１以下とすることは非常に
困難である。これによって半導体レーザの実用的な６０
０μｍの共振器長での室温における発振しきい値は４０
ｍＡ程度あるいはそれ以上高い値になる。高温動作時で
はさらに大きなしきい値と動作電流となるため、レーザ
を駆動するドライブＩＣを設計する際に大きな負担とな
っていた。しきい値を低減できる構造として実屈折率導
波型半導体レーザの構造が考案されている。特開昭６２
―７３６８７の開示による従来の第二の半導体レーザの
構造を図６に示す。図において、ＡｌＧａＡｓ活性層５
３の上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５４を設け、その
上部にストライプ状の開口部を有したｎ型ＡｌＧａＡｓ
電流阻止層５５を設け、さらに電流阻止層５５上にｐ型
クラッド層５４と同じ組成のｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み
層５６を設けるものである。電流阻止層５５により注入
電流の制限を行い、ｐ型クラッド層５４とｐ型埋め込み
層５６により活性層に垂直な方向の光閉じ込めとキャリ
アの閉じ込めを行う。埋め込み層５６上にはｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層５７を設けて、ｐ側電極５８とオーミッ
ク接触をとるようにする。以上の構造において電流阻止
層５５は活性層５３及びｐ型クラッド層５４に比べ大き
なＡｌ組成に設定している。したがって電流阻止層５５
は活性層５３より大きいエネルギーバンドギャップを有
するため活性層の導波光が吸収されない。更に、この組
成比の違いにより電流阻止層５５はｐ型クラッド層５４
より小さい屈折率を有する。このため電流阻止層５５下
の活性層５３部分は開口部下の活性層５３部分より小さ
な実効屈折率となり、屈折率の違いによる光閉じ込めが
可能となる。この構造を有する赤色半導体レーザではク
ラッド層厚やクラッド層のＡｌ組成、電流阻止層のＡｌ
組成を調整して所定の実効屈折率差Δｎを設定し、横モ
ードの制御を行うことができる。導波光が光吸収を受け
ないことから導波路損失を大幅に低減できる。
あるいはＤＶＤ等の光ディスク用として赤色半導体レー
ザが用いられている。この赤色半導体レーザの大部分に
採用されているＳＢＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｂｕ
ｒｉｅｄ Ｒｉｄｇｅ）構造を図５に示す。この構造は
ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層４６をリッジ状
に形成し、ｐ型クラッド層４６のリッジ部以外の上面に
ＧａＡｓ電流阻止層４７を設けていることを特徴とす
る。この構造について以下に詳しく説明する。ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板４１上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４２、
第一のＩｎＧａＡｌＰガイド層４３を順次形成してい
る。ガイド層４３上には多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の
活性層４４を形成している。活性層４４上には第二のＩ
ｎＧａＡｌＰガイド層４５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層４６、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層４７、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層４８を形成している。コンタクト層４８上
にはｐ側電極４９を有し、ｎ型ＧａＡｓ基板４１下面に
ｎ側電極５０を有している。従来の赤色半導体レーザに
おいて、電流阻止層４７は電流注入領域を制限するとと
もに、リッジ部脇ｐ型クラッド層下部の活性層を導波す
る光のクラッド層上部への一部しみだしをバンドギャッ
プの小さいＧａＡｓによって吸収する。これにより高次
の横モードが発生を抑制され、単一横モードが実現して
いる。このレーザは、単純な構造と安定した特性及び信
頼性を有し、量産性も高い。しかしながら、電流阻止層
４７の光吸収があるため、導波路損失は通常１５ｃｍ
−１程度であり、１０ｃｍ−１以下とすることは非常に
困難である。これによって半導体レーザの実用的な６０
０μｍの共振器長での室温における発振しきい値は４０
ｍＡ程度あるいはそれ以上高い値になる。高温動作時で
はさらに大きなしきい値と動作電流となるため、レーザ
を駆動するドライブＩＣを設計する際に大きな負担とな
っていた。しきい値を低減できる構造として実屈折率導
波型半導体レーザの構造が考案されている。特開昭６２
―７３６８７の開示による従来の第二の半導体レーザの
構造を図６に示す。図において、ＡｌＧａＡｓ活性層５
３の上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５４を設け、その
上部にストライプ状の開口部を有したｎ型ＡｌＧａＡｓ
電流阻止層５５を設け、さらに電流阻止層５５上にｐ型
クラッド層５４と同じ組成のｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み
層５６を設けるものである。電流阻止層５５により注入
電流の制限を行い、ｐ型クラッド層５４とｐ型埋め込み
層５６により活性層に垂直な方向の光閉じ込めとキャリ
アの閉じ込めを行う。埋め込み層５６上にはｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層５７を設けて、ｐ側電極５８とオーミッ
ク接触をとるようにする。以上の構造において電流阻止
層５５は活性層５３及びｐ型クラッド層５４に比べ大き
なＡｌ組成に設定している。したがって電流阻止層５５
は活性層５３より大きいエネルギーバンドギャップを有
するため活性層の導波光が吸収されない。更に、この組
成比の違いにより電流阻止層５５はｐ型クラッド層５４
より小さい屈折率を有する。このため電流阻止層５５下
の活性層５３部分は開口部下の活性層５３部分より小さ
な実効屈折率となり、屈折率の違いによる光閉じ込めが
可能となる。この構造を有する赤色半導体レーザではク
ラッド層厚やクラッド層のＡｌ組成、電流阻止層のＡｌ
組成を調整して所定の実効屈折率差Δｎを設定し、横モ
ードの制御を行うことができる。導波光が光吸収を受け
ないことから導波路損失を大幅に低減できる。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの構造
を形成する際、開口部へのｐ型埋め込み層５６の結晶成
長が問題となっていた。開口部は底部の（１００）面６
０と、（１００）面６０から約５５°度傾斜した側部の
（１１１）面６１を有する。この開口部にＭＯＣＶＤ法
によって埋め込み層５６の結晶成長を行うと、（１１
１）面６１に対する結晶成長速度が（１００）面６０に
対する成長速度よりも大きくなる現象が知られている
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔ
ｈ、第１７０巻、７１０〜７１４頁、１９９７年、Ｐ．
Ｌ．Ｂａｔｏｓら）。さらに、結晶成長されてできる
（３１１）面、（５１１）面等の高次面も成長速度は
（１００）面より速い。この現象により（１００）面に
対する結晶成長面と（１１１）Ａ面ほかの高次面に対す
る結晶成長面が接触し合う個所で結晶性が乱れ、開口部
に成長する埋め込み層５６の結晶性が著しく損なわれ
て、素子不良が発生していた。埋め込み層の結晶成長温
度を他層の成長温度より８０℃高くすることにより、高
次面に対する成長速度の抑制が行われ、結晶性の改善を
可能にすることが、ＩｎＧａＰを用いるものについては
前記文献、ＩｎＧａＡｌＰを用いるものについては第５
９回応用物理学会学術講演会講演予稿集（１９９８年、
１７ｐ−ＹＥ−１、福久ら）において報告されている。
しかしながらこの場合高温で成長を行うことにより、ｐ
型ド―パントである亜鉛（Ｚｎ）がｐ型ＡｌＧａＡｓ埋
め込み層５６にドーピングされにくくなり、アクセプタ
濃度は低下する。その結果ｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層
５６の抵抗が高くなり、前記とは別の素子不良を招く原
因となる。また高温処理によりｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層５４中のＺｎが活性層中に固相拡散し、素子の信頼
性を損なうことも懸念される。以上のように、従来技術
では低しきい値で素子不良のない実屈折率導波型半導体
レーザを実現することは困難であった。本発明は電流阻
止層の開口部に形成される埋込み層の、高次の結晶面方
位方向の異常成長を低減し、低閾値で高信頼性を有する
半導体レーザを提供することを目的とする。
を形成する際、開口部へのｐ型埋め込み層５６の結晶成
長が問題となっていた。開口部は底部の（１００）面６
０と、（１００）面６０から約５５°度傾斜した側部の
（１１１）面６１を有する。この開口部にＭＯＣＶＤ法
によって埋め込み層５６の結晶成長を行うと、（１１
１）面６１に対する結晶成長速度が（１００）面６０に
対する成長速度よりも大きくなる現象が知られている
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔ
ｈ、第１７０巻、７１０〜７１４頁、１９９７年、Ｐ．
Ｌ．Ｂａｔｏｓら）。さらに、結晶成長されてできる
（３１１）面、（５１１）面等の高次面も成長速度は
（１００）面より速い。この現象により（１００）面に
対する結晶成長面と（１１１）Ａ面ほかの高次面に対す
る結晶成長面が接触し合う個所で結晶性が乱れ、開口部
に成長する埋め込み層５６の結晶性が著しく損なわれ
て、素子不良が発生していた。埋め込み層の結晶成長温
度を他層の成長温度より８０℃高くすることにより、高
次面に対する成長速度の抑制が行われ、結晶性の改善を
可能にすることが、ＩｎＧａＰを用いるものについては
前記文献、ＩｎＧａＡｌＰを用いるものについては第５
９回応用物理学会学術講演会講演予稿集（１９９８年、
１７ｐ−ＹＥ−１、福久ら）において報告されている。
しかしながらこの場合高温で成長を行うことにより、ｐ
型ド―パントである亜鉛（Ｚｎ）がｐ型ＡｌＧａＡｓ埋
め込み層５６にドーピングされにくくなり、アクセプタ
濃度は低下する。その結果ｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層
５６の抵抗が高くなり、前記とは別の素子不良を招く原
因となる。また高温処理によりｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層５４中のＺｎが活性層中に固相拡散し、素子の信頼
性を損なうことも懸念される。以上のように、従来技術
では低しきい値で素子不良のない実屈折率導波型半導体
レーザを実現することは困難であった。本発明は電流阻
止層の開口部に形成される埋込み層の、高次の結晶面方
位方向の異常成長を低減し、低閾値で高信頼性を有する
半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】 本発明における半導体
レーザは、ｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に形成
された活性層と、前記活性層上に形成された第一のｐ型
半導体層と、前記第一のｐ型半導体層上に形成され、ス
トライプ状の開口部を有し、且つ第一のｐ型半導体層よ
りエネルギーギャップが大きく、屈折率が小さい半導体
により形成された電流阻止層と、前記開口部上及び前記
電流阻止層上に形成された第二のｐ型半導体層とを具備
し、前記電流阻止層は層厚が０．１μｍ以上０．５μｍ
以下であることを特徴とする。または前記電流阻止層は
下部にアンドープの電流阻止層、上部にｎ型電流阻止層
の積層構造であることを特徴とする。あるいは前記ｎ型
半導体層及び、前記第一のｐ型半導体層及び、前記第二
のｐ型半導体層及び、前記活性層及び、前記電流阻止層
は、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体から成ることを特徴とす
る。
レーザは、ｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に形成
された活性層と、前記活性層上に形成された第一のｐ型
半導体層と、前記第一のｐ型半導体層上に形成され、ス
トライプ状の開口部を有し、且つ第一のｐ型半導体層よ
りエネルギーギャップが大きく、屈折率が小さい半導体
により形成された電流阻止層と、前記開口部上及び前記
電流阻止層上に形成された第二のｐ型半導体層とを具備
し、前記電流阻止層は層厚が０．１μｍ以上０．５μｍ
以下であることを特徴とする。または前記電流阻止層は
下部にアンドープの電流阻止層、上部にｎ型電流阻止層
の積層構造であることを特徴とする。あるいは前記ｎ型
半導体層及び、前記第一のｐ型半導体層及び、前記第二
のｐ型半導体層及び、前記活性層及び、前記電流阻止層
は、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体から成ることを特徴とす
る。
【０００４】
【発明の実施の形態】本発明における半導体レーザの実
施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の第
一の実施例におけるＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザの
構造を示す断面図である。本実施例は電流阻止層８の層
厚を０．１μｍから０．５μｍの範囲に設定することに
より電流阻止層８上部に形成される埋め込み層９の異常
結晶成長を低減するものである。本実施例における半導
体レーザの構造について、図２のＩｎＧａＡｌＰ系半導
体の各層におけるＡｌ組成を参照しながら詳しく説明す
る。まず、（１００）面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板
１を用いる。この主面は自然超格子の発生を抑制するた
め、（１００）面から面方位が５°〜１０°傾斜してい
るものを用いても良い。ｎ型ＧａＡｓ結晶基板１上に層
厚１μｍから２μｍの間に設定されたｎ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐクラッド層２を有しており、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌ
ｘ）１−ｙＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）で表されるＡ
ｌの組成比Ｘは０．７である。そしてＳｉをドーパント
として、ドナー濃度を１ｘ１０１７ｃｍ−３以上になる
ように設定している。ｎ型クラッド層２上に第一のガイ
ド層３、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ）構造を有する活性層４、第二のガイド層５を
順次形成している。活性層４のＭＱＷ構造はＩｎＧａＰ
からなる３層の井戸層とその間に形成された２つのバリ
ア層からなる。井戸層は格子定数を基板のそれに対して
一定量ずらすことにより歪を有している。第一のガイド
層３及び第二のガイド層５とバリア層のＡｌ組成比は
０．５である。第一のガイド層３及び第二のガイド層５
とバリア層のＡｌ組成、井戸層とバリア層と第一のガイ
ド層３及び第二のガイド層５の層厚は最終製品に要求さ
れる規格により最適化される。例えばＤＶＤ用途に用い
られる６５０ｎｍ帯の赤色レーザにおいて第一のガイド
層４及び第二のガイド層５の層厚は５ｎｍ〜５０ｎｍと
する。井戸層は層厚を１ｎｍ〜１００ｎｍとし、好まし
くはすべての井戸層を足しあわせた層厚を３ｎｍ〜５０
ｎｍとし、さらに好ましくは３〜６ｎｍの層厚で３〜４
層形成し、その間に３〜６ｎｍの層厚のバリア層を有す
るものとする。基板１に対する井戸層の歪はΔａ／ａ＝
＋０．１〜＋０．７％で、好ましくは＋０．５％とす
る。歪の印加により、より低しきい値で高効率の半導体
レーザが実現できる。
施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の第
一の実施例におけるＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザの
構造を示す断面図である。本実施例は電流阻止層８の層
厚を０．１μｍから０．５μｍの範囲に設定することに
より電流阻止層８上部に形成される埋め込み層９の異常
結晶成長を低減するものである。本実施例における半導
体レーザの構造について、図２のＩｎＧａＡｌＰ系半導
体の各層におけるＡｌ組成を参照しながら詳しく説明す
る。まず、（１００）面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板
１を用いる。この主面は自然超格子の発生を抑制するた
め、（１００）面から面方位が５°〜１０°傾斜してい
るものを用いても良い。ｎ型ＧａＡｓ結晶基板１上に層
厚１μｍから２μｍの間に設定されたｎ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐクラッド層２を有しており、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌ
ｘ）１−ｙＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）で表されるＡ
ｌの組成比Ｘは０．７である。そしてＳｉをドーパント
として、ドナー濃度を１ｘ１０１７ｃｍ−３以上になる
ように設定している。ｎ型クラッド層２上に第一のガイ
ド層３、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ）構造を有する活性層４、第二のガイド層５を
順次形成している。活性層４のＭＱＷ構造はＩｎＧａＰ
からなる３層の井戸層とその間に形成された２つのバリ
ア層からなる。井戸層は格子定数を基板のそれに対して
一定量ずらすことにより歪を有している。第一のガイド
層３及び第二のガイド層５とバリア層のＡｌ組成比は
０．５である。第一のガイド層３及び第二のガイド層５
とバリア層のＡｌ組成、井戸層とバリア層と第一のガイ
ド層３及び第二のガイド層５の層厚は最終製品に要求さ
れる規格により最適化される。例えばＤＶＤ用途に用い
られる６５０ｎｍ帯の赤色レーザにおいて第一のガイド
層４及び第二のガイド層５の層厚は５ｎｍ〜５０ｎｍと
する。井戸層は層厚を１ｎｍ〜１００ｎｍとし、好まし
くはすべての井戸層を足しあわせた層厚を３ｎｍ〜５０
ｎｍとし、さらに好ましくは３〜６ｎｍの層厚で３〜４
層形成し、その間に３〜６ｎｍの層厚のバリア層を有す
るものとする。基板１に対する井戸層の歪はΔａ／ａ＝
＋０．１〜＋０．７％で、好ましくは＋０．５％とす
る。歪の印加により、より低しきい値で高効率の半導体
レーザが実現できる。
【０００５】第二のガイド層５上にｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層６、ＩｎＧａＰエッチングストップ層７、ｎ
型ＩｎＡｌＰ電流阻止層８を設け、電流阻止層８の一部
をエッチングによりエッチングストップ層７までストラ
イプ状に除去して、開口領域を形成している。開口領域
及び電流阻止層８を覆うようにｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め
込み層９を形成している。本構造ではエッチングストッ
プ層７をエッチングせず、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め込み
層９をエッチングストップ層７上に成長させているが、
開口部形成の際にエッチングストップ層まで除去し、ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰ層６を露出させてその上に埋め込み層
９を形成しても良い。ｐ型クラッド層６及びｐ型埋め込
み層９のＡｌ組成は０．７であり、ドーパントはＺｎで
ある。電流阻止層８はｐ型クラッド層６に比べて大きい
バンドギャップを有しているため層厚の薄い場合でも電
流阻止機能を有する。ＩｎＧａＡｌＰ系半導体ではＡｌ
組成が大きくなればなるほど屈折率が小さくなる。この
ため、電流阻止層８はｐ型クラッド層６に比べて小さい
屈折率を有する。また電流阻止層８は活性層４を導波す
る光を吸収しない。以上により実屈折率導波構造を実現
できる。実屈折率導波型半導体レーザは光導波領域と他
の領域の実効屈折率の差をΔｎ＝１ｘ１０− ３〜１ｘ１
０−２程度必要とする。したがってｐ型クラッド層６、
エッチングストップ層７、電流阻止層８の層厚は所要の
実効屈折率を得られるように設定され、例えば電流阻止
層８の層厚は０．１〜０．５μｍに設定する。電流阻止
層８の層厚が０．１μｍ未満であれば十分な電流阻止を
不可能とし、０．５μｍより大きければ、ｐ型埋め込み
層９の異常結晶成長の原因となる。電流阻止層８の層厚
限定により、所要の実効屈折率差を保持しつつ、開口部
における高次の結晶面方位方向の異常成長の影響を低減
することができる。本発明では電流阻止層８にＩｎＡｌ
Ｐを用いているがＩｎＧａＡｌＰを用い、Ａｌ組成をｐ
型クラッド層より大きくし、且つ層厚を若干厚くするこ
とにより同様な効果が得られる。ｐ型クラッド層６とｐ
型埋め込み層９はＡｌ組成をｎ型クラッド層２と同一に
設定し、且つ層厚の和はｎ型クラッド層２の層厚と同じ
になるように設定して、結晶の積層方向についての出射
光のファーフィールドパターンを対称にして、チップに
対してレーザビームの光軸が活性層に対して垂直方向の
傾斜が発生しないよう対策している。以上の構造により
活性層４に対して活性層に平行な拡がり角θ‖＝７〜１
０度、活性層に垂直な拡がり角θ⊥＝２０〜４０度の値
を得られ、低しきい値で良好な温度特性を有し、且つ光
ディスク用途に適した半導体レーザが実現できる。
クラッド層６、ＩｎＧａＰエッチングストップ層７、ｎ
型ＩｎＡｌＰ電流阻止層８を設け、電流阻止層８の一部
をエッチングによりエッチングストップ層７までストラ
イプ状に除去して、開口領域を形成している。開口領域
及び電流阻止層８を覆うようにｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め
込み層９を形成している。本構造ではエッチングストッ
プ層７をエッチングせず、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め込み
層９をエッチングストップ層７上に成長させているが、
開口部形成の際にエッチングストップ層まで除去し、ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰ層６を露出させてその上に埋め込み層
９を形成しても良い。ｐ型クラッド層６及びｐ型埋め込
み層９のＡｌ組成は０．７であり、ドーパントはＺｎで
ある。電流阻止層８はｐ型クラッド層６に比べて大きい
バンドギャップを有しているため層厚の薄い場合でも電
流阻止機能を有する。ＩｎＧａＡｌＰ系半導体ではＡｌ
組成が大きくなればなるほど屈折率が小さくなる。この
ため、電流阻止層８はｐ型クラッド層６に比べて小さい
屈折率を有する。また電流阻止層８は活性層４を導波す
る光を吸収しない。以上により実屈折率導波構造を実現
できる。実屈折率導波型半導体レーザは光導波領域と他
の領域の実効屈折率の差をΔｎ＝１ｘ１０− ３〜１ｘ１
０−２程度必要とする。したがってｐ型クラッド層６、
エッチングストップ層７、電流阻止層８の層厚は所要の
実効屈折率を得られるように設定され、例えば電流阻止
層８の層厚は０．１〜０．５μｍに設定する。電流阻止
層８の層厚が０．１μｍ未満であれば十分な電流阻止を
不可能とし、０．５μｍより大きければ、ｐ型埋め込み
層９の異常結晶成長の原因となる。電流阻止層８の層厚
限定により、所要の実効屈折率差を保持しつつ、開口部
における高次の結晶面方位方向の異常成長の影響を低減
することができる。本発明では電流阻止層８にＩｎＡｌ
Ｐを用いているがＩｎＧａＡｌＰを用い、Ａｌ組成をｐ
型クラッド層より大きくし、且つ層厚を若干厚くするこ
とにより同様な効果が得られる。ｐ型クラッド層６とｐ
型埋め込み層９はＡｌ組成をｎ型クラッド層２と同一に
設定し、且つ層厚の和はｎ型クラッド層２の層厚と同じ
になるように設定して、結晶の積層方向についての出射
光のファーフィールドパターンを対称にして、チップに
対してレーザビームの光軸が活性層に対して垂直方向の
傾斜が発生しないよう対策している。以上の構造により
活性層４に対して活性層に平行な拡がり角θ‖＝７〜１
０度、活性層に垂直な拡がり角θ⊥＝２０〜４０度の値
を得られ、低しきい値で良好な温度特性を有し、且つ光
ディスク用途に適した半導体レーザが実現できる。
【０００６】ｐ型埋め込み層９上にｐ型ＩｎＧａＰ通電
容易層１０、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１を順次形成
している。ｐ型通電容易層１０は、ｐ型埋込層９直上に
コンタクト層１１を成長した場合に異種材料半導体界面
に発生するバンドギャップスパイクを緩和するもので、
アクセプタ濃度は１ｘ１０１８ｃｍ−３以上に設定して
いる。ＭＯＣＶＤ法で制作する場合にはＴＭＺ（Ｔｒｉ
ｍｅｔｈｙｌ Ｚｉｎｃ）等のドーピングガスの流量を
適正化することによって調整する。ｐ型コンタクト層１
１にオーミック接触がとれるｐ側電極１３を形成し、基
板１にはｎ側電極１５を形成している。光ディスク用途
で半導体レーザに高周波重畳を加えて使用する場合にお
いて、レーザの寄生容量は１００ｐＦ以下を要求される
ことが多い。もし、電流阻止層８まわりの寄生容量が大
きすぎて、素子全体寄生容量がこれを超える場合には、
活性層と電流阻止層８との分離が必要となる。このため
ｎ型クラッド層２に達する深さの分離溝１４を形成し、
分離溝上にＳｉＯ２あるいはＳｉ３Ｎ４等の絶縁膜１２
を形成する。絶縁膜１２は開口部上の一部ストライプ部
分を除去して開口部のみに電流を流すように設けられて
いる。この構造により電流阻止層の寄生容量を分離し、
レーザー動作に関わる寄生容量を低減できる。バーコー
リーダー等で用いられるレーザではＣＷ動作のみで用い
られるため、この分離構造を省略できることは言うまで
もない。
容易層１０、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１を順次形成
している。ｐ型通電容易層１０は、ｐ型埋込層９直上に
コンタクト層１１を成長した場合に異種材料半導体界面
に発生するバンドギャップスパイクを緩和するもので、
アクセプタ濃度は１ｘ１０１８ｃｍ−３以上に設定して
いる。ＭＯＣＶＤ法で制作する場合にはＴＭＺ（Ｔｒｉ
ｍｅｔｈｙｌ Ｚｉｎｃ）等のドーピングガスの流量を
適正化することによって調整する。ｐ型コンタクト層１
１にオーミック接触がとれるｐ側電極１３を形成し、基
板１にはｎ側電極１５を形成している。光ディスク用途
で半導体レーザに高周波重畳を加えて使用する場合にお
いて、レーザの寄生容量は１００ｐＦ以下を要求される
ことが多い。もし、電流阻止層８まわりの寄生容量が大
きすぎて、素子全体寄生容量がこれを超える場合には、
活性層と電流阻止層８との分離が必要となる。このため
ｎ型クラッド層２に達する深さの分離溝１４を形成し、
分離溝上にＳｉＯ２あるいはＳｉ３Ｎ４等の絶縁膜１２
を形成する。絶縁膜１２は開口部上の一部ストライプ部
分を除去して開口部のみに電流を流すように設けられて
いる。この構造により電流阻止層の寄生容量を分離し、
レーザー動作に関わる寄生容量を低減できる。バーコー
リーダー等で用いられるレーザではＣＷ動作のみで用い
られるため、この分離構造を省略できることは言うまで
もない。
【０００７】本発明の半導体レーザの構造において、電
流阻止層８の層厚を０．１〜０．５μｍに設定すること
により、所要の実効屈折率差を保持しつつ、開口部にお
ける高次の結晶面方位方向の異常成長による素子不良を
防止することが可能となる。ｐ型埋め込み層９形成時に
成長温度を上げていないため、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め
込み層の高抵抗化が発生せず、またＺｎの活性層への固
相拡散によって信頼性が損なわれることがない。図３は
本実施例における半導体レーザと０．５μｍより大きい
電流阻止層厚を有する半導体レーザａの光出力と電流の
関係を示している。本実施例における半導体レーザの発
振しきい値は２５ｍＡとなり、半導体レーザａのしきい
値４５ｍＡを大幅に改善できた。また、光出力５ｍＷ時
の電流も低減された。本発明の半導体レーザはＩｎＡｌ
ＧａＰ系の半導体を用いて形成しているが、代わりにＡ
ｌＧａＡｓ系の半導体を用いることも可能であり、更に
その他の半導体を用いてもよい。ｎ型クラッド層２はド
ーパントにＳｉを用いているが、代わりにセレン（Ｓ
ｅ）を用いることも可能である。ｐ型クラッド層６及び
ｐ型埋め込み層９はドーパントにＺｎを用いているが、
代わりにマグネシウム（Ｍｇ）、または炭素（Ｃ）を用
いることも可能である。
流阻止層８の層厚を０．１〜０．５μｍに設定すること
により、所要の実効屈折率差を保持しつつ、開口部にお
ける高次の結晶面方位方向の異常成長による素子不良を
防止することが可能となる。ｐ型埋め込み層９形成時に
成長温度を上げていないため、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め
込み層の高抵抗化が発生せず、またＺｎの活性層への固
相拡散によって信頼性が損なわれることがない。図３は
本実施例における半導体レーザと０．５μｍより大きい
電流阻止層厚を有する半導体レーザａの光出力と電流の
関係を示している。本実施例における半導体レーザの発
振しきい値は２５ｍＡとなり、半導体レーザａのしきい
値４５ｍＡを大幅に改善できた。また、光出力５ｍＷ時
の電流も低減された。本発明の半導体レーザはＩｎＡｌ
ＧａＰ系の半導体を用いて形成しているが、代わりにＡ
ｌＧａＡｓ系の半導体を用いることも可能であり、更に
その他の半導体を用いてもよい。ｎ型クラッド層２はド
ーパントにＳｉを用いているが、代わりにセレン（Ｓ
ｅ）を用いることも可能である。ｐ型クラッド層６及び
ｐ型埋め込み層９はドーパントにＺｎを用いているが、
代わりにマグネシウム（Ｍｇ）、または炭素（Ｃ）を用
いることも可能である。
【０００８】本発明の第二の実施例における半導体レー
ザの構造について説明する。図４は本発明の第二の実施
例における半導体レーザの構造を示す断面図である。本
実施例は電流阻止層をアンドープのＩｎＡｌＰ電流阻止
層２８ａとｎ型ＩｎＡｌＰ電流阻止層２８ｂの二層構造
とし、かつ全体の層厚を０．１μｍから０．５μｍの範
囲に、好ましくはそれぞれ０．２μｍに設定することに
より、埋め込み層２９の異常結晶成長の防止と寄生容量
の低減を可能にしたものである。 ｎ型ＩｎＡｌＰ電流
阻止層２８ｂのドナー濃度は５ｘ１０１８ｃｍ−３以上
に設定している。ｎ型ＧａＡｓ結晶基板２１、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｌＰクラッド層２２、第一のガイド層２３、活性
層２４、第二のガイド層２５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラ
ッド層２６、ＩｎＧａＰエッチングストップ層２７、ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰ埋め込み層２９、ｐ型ＩｎＧａＰ通電
容易層３０、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１、絶縁膜３
２、 ｐ側電極３３、分離溝３４、ｎ側電極３５の構造
は第一の実施例と同様である。本発明の半導体レーザの
構造において、電流阻止層２８の全体の層厚を０．１〜
０．５μｍに設定することにより、所要の実効屈折率差
を保持しつつ、開口部における高次の結晶面方位方向の
異常成長による素子不良を防止することが可能となる。
また前述したようにｐ型埋め込み層２９形成時に成長温
度を上げていないことにより素子の高抵抗化、Ｚｎ固相
拡散の悪影響を防止している。そしてエッチングストッ
プ層２７上にアンドープの電流阻止層２８ａを形成する
ことにより、電流注入時に電流阻止層２８ｂ側に空乏層
が広がり、寄生容量を低減できる。ｎ型ＩｎＡｌＰ電流
阻止層２８ｂのドナー濃度を５ｘ１０１８ｃｍ−３以上
に設定することにより十分な電流阻止効果が得られる。
ザの構造について説明する。図４は本発明の第二の実施
例における半導体レーザの構造を示す断面図である。本
実施例は電流阻止層をアンドープのＩｎＡｌＰ電流阻止
層２８ａとｎ型ＩｎＡｌＰ電流阻止層２８ｂの二層構造
とし、かつ全体の層厚を０．１μｍから０．５μｍの範
囲に、好ましくはそれぞれ０．２μｍに設定することに
より、埋め込み層２９の異常結晶成長の防止と寄生容量
の低減を可能にしたものである。 ｎ型ＩｎＡｌＰ電流
阻止層２８ｂのドナー濃度は５ｘ１０１８ｃｍ−３以上
に設定している。ｎ型ＧａＡｓ結晶基板２１、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｌＰクラッド層２２、第一のガイド層２３、活性
層２４、第二のガイド層２５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラ
ッド層２６、ＩｎＧａＰエッチングストップ層２７、ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰ埋め込み層２９、ｐ型ＩｎＧａＰ通電
容易層３０、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１、絶縁膜３
２、 ｐ側電極３３、分離溝３４、ｎ側電極３５の構造
は第一の実施例と同様である。本発明の半導体レーザの
構造において、電流阻止層２８の全体の層厚を０．１〜
０．５μｍに設定することにより、所要の実効屈折率差
を保持しつつ、開口部における高次の結晶面方位方向の
異常成長による素子不良を防止することが可能となる。
また前述したようにｐ型埋め込み層２９形成時に成長温
度を上げていないことにより素子の高抵抗化、Ｚｎ固相
拡散の悪影響を防止している。そしてエッチングストッ
プ層２７上にアンドープの電流阻止層２８ａを形成する
ことにより、電流注入時に電流阻止層２８ｂ側に空乏層
が広がり、寄生容量を低減できる。ｎ型ＩｎＡｌＰ電流
阻止層２８ｂのドナー濃度を５ｘ１０１８ｃｍ−３以上
に設定することにより十分な電流阻止効果が得られる。
【０００９】本発明の半導体レーザはＩｎＡｌＧａＰ系
の半導体を用いて形成しているが、代わりにＡｌＧａＡ
ｓ系の半導体を用いることも可能であり、更にその他の
半導体を用いてもよい。ｎ型クラッド層２２はドーパン
トにＳｉを用いているが、代わりにセレン（Ｓｅ）を用
いることも可能である。ｐ型クラッド層２６及びｐ型埋
め込み層２９はドーパントにＺｎを用いているが、代わ
りにマグネシウム（Ｍｇ）、または炭素（Ｃ）を用いる
ことも可能である。
の半導体を用いて形成しているが、代わりにＡｌＧａＡ
ｓ系の半導体を用いることも可能であり、更にその他の
半導体を用いてもよい。ｎ型クラッド層２２はドーパン
トにＳｉを用いているが、代わりにセレン（Ｓｅ）を用
いることも可能である。ｐ型クラッド層２６及びｐ型埋
め込み層２９はドーパントにＺｎを用いているが、代わ
りにマグネシウム（Ｍｇ）、または炭素（Ｃ）を用いる
ことも可能である。
【００１０】
【発明の効果】本発明の半導体レーザにおいて電流阻止
層の層厚を０．１〜０．５μｍに設定することにより、
開口部における高次の結晶面方位方向の異常成長による
素子不良を防止することが可能となる。
層の層厚を０．１〜０．５μｍに設定することにより、
開口部における高次の結晶面方位方向の異常成長による
素子不良を防止することが可能となる。
【図１】本発明の第一の実施例における半導体レーザの
構造を示す断面図、
構造を示す断面図、
【図２】本発明の第一の実施例における半導体レーザ
の、各層のＡｌ組成に対するバンドギャップを示す図、
の、各層のＡｌ組成に対するバンドギャップを示す図、
【図３】本発明の第一の実施例における半導体レーザ
と、従来の第二の半導体レーザの光出力を示す図、
と、従来の第二の半導体レーザの光出力を示す図、
【図４】本発明の第二の実施例における半導体レーザの
構造を示す断面図、
構造を示す断面図、
【図５】従来の第一の半導体レーザの構造を示す断面
図、
図、
【図６】従来の第二の半導体レーザの構造を示す断面
図。
図。
１… ｎ型ＧａＡｓ結晶基板 ２… ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 ３、５…ガイド層 ４…活性層 ６…ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 ７…エッチングストップ層 ８…ｎ型ＩｎＡｌＰ電流阻止層 ９… ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ埋め込み層 １０… ｐ型ＩｎＧａＰ通電容易層 １１… ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １２…絶縁膜 １３… ｐ側電極 １４…分離溝 １５… ｎ側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 肇 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 島田 直弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 伊藤 義行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 塩澤 秀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 渡邊 実 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝多摩川工場内 Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA51 AA54 AA74 CA13 DA05 DA21
Claims (3)
- 【請求項１】ｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に形
成された活性層と、前記活性層上に形成された第一のｐ
型半導体層と、前記第一のｐ型半導体層上に形成され、
ストライプ状の開口部を有し、且つ第一のｐ型半導体層
よりエネルギーギャップが大きく、屈折率が小さい半導
体により形成された電流阻止層と、前記開口部上及び前
記電流阻止層上に形成された第二のｐ型半導体層と、を
具備し、前記電流阻止層は層厚が０．１μｍ以上０．５
μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】前記電流阻止層は下部にアンドープの電流
阻止層、上部にｎ型電流阻止層の積層構造であることを
特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】前記ｎ型半導体層及び、前記第一のｐ型半
導体層及び、前記第二のｐ型半導体層及び、前記活性層
及び、前記電流阻止層は、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体か
ら成ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記
載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14742799A JP2000340885A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14742799A JP2000340885A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340885A true JP2000340885A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15430081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14742799A Pending JP2000340885A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000340885A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353566A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-12-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1999
- 1999-05-27 JP JP14742799A patent/JP2000340885A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353566A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-12-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Effective date: 20050414 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050606 |