JP2008042082A

JP2008042082A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JP2008042082A
Application number: JP2006217162A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Okunishi; 久義奥西; Tomoji Uchida; 智士内田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】ＦＦＰを小さくすることができながら、光出力−動作電流特性のキンクの発生を抑制することができる、リッジ導波路型の半導体レーザを提供する。
【解決手段】半導体レーザ１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３２、ＭＱＷ活性層３３、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層３５およびｐ型ＩｎＧａＡｌＰ上クラッド層３６の積層構造を有している。ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ上クラッド層３６は、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層３５よりも幅狭な断面台形状に形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板２上は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７の上面を除いて、絶縁膜６によって覆われている。ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４は、ｐ型不純物のドーピング濃度の相対的に高い高濃度層４１と、その高濃度層４１上に形成され、ｐ型不純物のドーピング濃度の相対的に低い低濃度層４２とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーザ光を出射する半導体レーザに関する。

近年、半導体レーザは、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクに対して情報を記録／再生するための光ピックアップなどに多用されている。
たとえば、ＤＶＤ用光ピックアップには、リッジ導波路型の半導体レーザが用いられる。このリッジ導波路型の半導体レーザでは、図３に示すように、ｎ型基板（図示せず）上に、ｎ型バッファ層（図示せず）、ｎ型クラッド層９１、活性層９２、ｐ型下クラッド層９３、ｐ型エッチングストップ層９４、ｐ型上クラッド層９５およびｐ型コンタクト層９６が、ｎ側基板側からこの順に積層されている。そして、ｐ型上クラッド層９５およびｐ型コンタクト層９６は、ｐ型エッチングストップ層９４よりも幅狭な断面台形状のリッジ部として形成されている。また、ｎ型クラッド層９１、活性層９２、ｐ型下クラッド層９３、ｐ型エッチングストップ層９４、ｐ型上クラッド層９５およびｐ型コンタクト層９６は、ｐ型コンタクト層９６の上面を除いて、絶縁膜９７によって覆われている。この絶縁膜９７上には、メタル層（図示せず）が形成され、このメタル層は、絶縁膜９７から露出するｐ型コンタクト層９６の上面に接続される。
特開２００５−１７５４５０号公報特開２００５−１８３９２７号公報

このようなリッジ導波路型の半導体レーザでは、ｐ型上クラッド層９５と絶縁膜９７との屈折率差が大きいため、光の横方向（ｎ型基板の表面と平行な方向）の閉じ込めが強く、ＦＦＰ（Far Field Pattern：ファーフィールドパターン）が大きくなる傾向にある。
ＦＦＰを小さくするには、ｐ型下クラッド層９３の層厚を大きくすればよい。しかしながら、ｐ型下クラッド層９３の層厚を大きくすると、図３に矢印で示すように、ｐ型コンタクト層９６から導入される電流が横方向に拡がり、横方向における電流密度の分布が不均一となる。すなわち、ｐ型下クラッド層９３において、ｐ型上クラッド層９５の直下の領域で電流密度が大きくなり、その周囲の領域で電流密度が小さくなる。このような電流密度分布が生じると、これに応じて、活性層でのキャリアの分布が不均一となり、半導体レーザの光出力−動作電流特性が非直線となるキンクを生じてしまう。

そこで、この発明の目的は、ＦＦＰを小さくすることができながら、光出力−動作電流特性のキンクの発生を抑制することができる、リッジ導波路型の半導体レーザを提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１導電型を有する基板と、前記基板上に積層され、前記第１導電型を有する第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２導電型下クラッド層と、前記第２導電型下クラッド層上に積層され、前記基板の表面と平行な方向に前記第２導電型下クラッド層よりも幅狭な断面台形状に形成されており、前記第２導電型を有する第２導電型上クラッド層と、前記第２導電型上クラッド層の側面および第２導電型下クラッド層上の前記第２導電型上クラッド層の側方の領域を覆う絶縁膜とを含み、前記第２導電型下クラッド層は、前記第２導電型の不純物濃度が相対的に高い高濃度層と、前記第２導電型の不純物濃度が相対的に低い低濃度層とを備えていることを特徴とする、半導体レーザである。

この構成によれば、第２導電型下クラッド層は、第２導電型の不純物濃度が相対的に高い高濃度層と、第２導電型の不純物濃度が相対的に低い低濃度層とを備えている。低濃度層は、不純物濃度が低いために抵抗値が高いので、第２導電型下クラッド層の層厚が厚くても、第２導電型上クラッド層から活性層に向けて流れる電流の横方向への拡がりを抑制することができる。その結果、活性層に流れ込む電流の密度をほぼ均一にすることができ、光出力−動作電流特性のキンクの発生を抑制することができる。よって、第２導電型下クラッド層の層厚を大きくして、ＦＦＰを小さくすることができながら、光出力−動作電流特性のキンクの発生を抑制することができる。

なお、請求項２に記載のように、前記高濃度層は、前記第２導電型下クラッド層の前記基板側の下層部に設けられ、前記低濃度層は、前記第２導電型下クラッド層の前記高濃度層上の上層部に設けられていてもよい。この構成が採用される場合、第２導電型下クラッド層を成長させる工程において、その工程の後半に第２導電型の不純物を含むドーパントガスの量を前半よりも減らすことにより、高濃度層および低濃度層を容易に得ることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体レーザの構成を示す模式的な断面図である。
この半導体レーザ１は、ｎ型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板２上に、たとえば、７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出射する第１レーザ構造部３を備えている。

第１レーザ構造部３は、図１に示す断面と垂直な方向に延びており、ｎ型ＧａＡｓ基板２側から、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３１、第１導電型クラッド層としてのｎ型ＩｎＧａＡｌＰ（インジウムガリウムアルミニウムリン）クラッド層３２、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）／ＩｎＧａＡｌＰからなるＭＱＷ（Multiple Quantum Well：多重量子井戸）活性層３３、第２導電型下クラッド層としてのｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層３５、第２導電型上クラッド層としてのｐ型ＩｎＧａＡｌＰ上クラッド層３６およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７を、この順に積層した構造を有している。

ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ上クラッド層３６およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７は、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層３５よりもｎ型ＧａＡｓ基板２の表面と平行な方向に幅狭な断面台形状に形成されており、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層３５上に突出したエアリッジ部を構成している。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板２上には、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる絶縁膜６が形成されている。絶縁膜６は、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層３５の表面、ならびにｐ型ＩｎＧａＡｌＰ上クラッド層３６およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７の側面を覆っており、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７の表面は、絶縁膜６から露出している。

絶縁膜６上には、Ｔｉ（チタン）層７およびＡｕ（金）層８の２層構造を有するメタル層９（ｐ側電極）が形成されている。このメタル層９（Ｔｉ層７）は、絶縁膜６から露出するｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７の表面に接触している。メタル層９上には、Ａｕからなる配線１０が形成されている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板２の裏面には、その全面に、Ａｕ／Ｇｅ（ゲルマニウム）層１１、Ｎｉ（ニッケル）層１２およびＡｕ層１３をｎ型ＧａＡｓ基板２側からこの順に積層した構造を有する裏面メタル層１４（ｎ側電極）が形成されている。

そして、この半導体レーザ１では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４が、ｐ型不純物のドーピング濃度の相対的に高い高濃度層４１を下層部に備え、ｐ型不純物のドーピング濃度の相対的に低い低濃度層４２を下層部に備えている。より具体的には、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４は、全体で約４０００Åの層厚を有しており、そのうち、上層部に形成される低濃度層４２は、約１０００〜３０００Åの層厚を有している。そして、高濃度層４１のｐ型不純物のドーピング濃度が、たとえば、１．２×１０¹⁸ｃｍ^-3であるのに対し、低濃度層４２のｐ型不純物のドーピング濃度は、たとえば、８．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１．２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満にされている。このようなｐ型不純物のドーピング濃度の異なる高濃度層４１および低濃度層４２を有するｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４は、たとえば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法によりｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４を成長させる工程において、その成長途中でｐ型不純物を含むドーパントガスの量を減らすことにより得ることができる。

このように、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４の低濃度層４２は、そのｐ型不純物のドーピング濃度が８．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１．２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満の低濃度とされ、その抵抗値が高いので、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４の層厚が約４０００Åで厚くても、図２に示すように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３７からＭＱＷ活性層３３に向けて流れる電流の横方向への拡がりを抑制することができる。その結果、ＭＱＷ活性層３３に流れ込む電流の密度をほぼ均一にすることができ、半導体レーザ１の光出力−動作電流特性のキンクの発生を抑制することができる。よって、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４の層厚を大きくして、ＦＦＰを小さくすることができながら、半導体レーザ１の光出力−動作電流特性のキンクの発生を抑制することができる。

以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４の上層部に、高濃度層４１よりもｐ型不純物のドーピング濃度の低い低濃度層４２が形成されているが、この低濃度層４２は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４内であれば、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４の中層部に形成されてもよい。すなわち、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層３４において、厚さ方向の中央部に低濃度層４２が形成され、その上下に低濃度層４２よりもｐ型不純物のドーピング濃度の高い高濃度層４１が形成されてもよい。

また、前述の実施形態の場合と各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。すなわち、前述の実施形態におけるｐ型の部分がｎ型であり、ｎ型の部分がｐ型である構成が採用されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る半導体レーザの構成を示す模式的な断面図である。図１に示す半導体レーザにおける電流の横方向への拡がり方を説明するための図解的な断面図である。従来の半導体レーザにおける電流の横方向への拡がり方を説明するための図解的な断面図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２ｎ型ＧａＡｓ基板
６絶縁膜
３２ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３３ＭＱＷ活性層
３４ｐ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層
３６ｐ型ＡｌＧａＡｓ上クラッド層
４１高濃度層
４２低濃度層

Claims

第１導電型を有する基板と、
前記基板上に積層され、前記第１導電型を有する第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２導電型下クラッド層と、
前記第２導電型下クラッド層上に積層され、前記基板の表面と平行な方向に前記第２導電型下クラッド層よりも幅狭な断面台形状に形成されており、前記第２導電型を有する第２導電型上クラッド層と、
前記第２導電型上クラッド層の側面および第２導電型下クラッド層上の前記第２導電型上クラッド層の側方の領域を覆う絶縁膜とを含み、
前記第２導電型下クラッド層は、前記第２導電型の不純物濃度が相対的に高い高濃度層と、前記第２導電型の不純物濃度が相対的に低い低濃度層とを備えていることを特徴とする、半導体レーザ。
前記高濃度層は、前記第２導電型下クラッド層の前記基板側の下層部に設けられ、
前記低濃度層は、前記第２導電型下クラッド層の前記高濃度層上の上層部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ。