JP2611509B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2611509B2 JP2611509B2 JP18633590A JP18633590A JP2611509B2 JP 2611509 B2 JP2611509 B2 JP 2611509B2 JP 18633590 A JP18633590 A JP 18633590A JP 18633590 A JP18633590 A JP 18633590A JP 2611509 B2 JP2611509 B2 JP 2611509B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、単一横モードで発振するAlGaInP系の半導
体レーザに関する。
体レーザに関する。
最近、有機金属熱分解法（以後MOVPEと略す）による
結晶成長により形成された単一横モードで発振するAlGa
InP系の半導体レーザとして、第３図に示すような構造
が報告されている（エレクトロニクス・レターズ（ELEC
TRONICS LETTERS 6th July 1989 Vol.14 pp905−
907））。
結晶成長により形成された単一横モードで発振するAlGa
InP系の半導体レーザとして、第３図に示すような構造
が報告されている（エレクトロニクス・レターズ（ELEC
TRONICS LETTERS 6th July 1989 Vol.14 pp905−
907））。
この構造は第１回目の成長で（511）Ａ面のｎ型GaAs
基板１上に、ｎ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層
2,GaInP活性層3,p型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド
層4,p型GaInP層5,を順次形成する。次にフォトリソグラ
フィーによりSiO2をマスクとして、メサストライブを形
成する。そしてSiO2マスクをつけたまま、第２回目の成
長を行ないエッチングしたところをｎ型GaAs層６で埋め
込む。次にSiO2マスクを除去し、ｐ側全面に電極が形成
できるように第３回目の成長でｐ型GaAs層７を成長す
る。
基板１上に、ｎ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層
2,GaInP活性層3,p型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド
層4,p型GaInP層5,を順次形成する。次にフォトリソグラ
フィーによりSiO2をマスクとして、メサストライブを形
成する。そしてSiO2マスクをつけたまま、第２回目の成
長を行ないエッチングしたところをｎ型GaAs層６で埋め
込む。次にSiO2マスクを除去し、ｐ側全面に電極が形成
できるように第３回目の成長でｐ型GaAs層７を成長す
る。
この構造により電流はｎ型GaAs層６によりブロックさ
れ、メサストライプ部にのみ注入される。また、メサス
トライプ形成のエッチングのときに、メサストライプ部
以外のｐ型クラッド層４の厚みを光の閉じ込めには不十
分な厚みまでエッチングするのでｎ型GaAs層６のある部
分では、このｎ型GaAs層６に光が吸収され、メサストラ
イプ部にのみ光は導波される。このように、この構造で
は、電流狭窄機構と光導波機構が同時に作り付けられ
る。
れ、メサストライプ部にのみ注入される。また、メサス
トライプ形成のエッチングのときに、メサストライプ部
以外のｐ型クラッド層４の厚みを光の閉じ込めには不十
分な厚みまでエッチングするのでｎ型GaAs層６のある部
分では、このｎ型GaAs層６に光が吸収され、メサストラ
イプ部にのみ光は導波される。このように、この構造で
は、電流狭窄機構と光導波機構が同時に作り付けられ
る。
さらにMOVPEにより（100）GaAs基板上に成長したAlGa
InP系結晶ではその成長条件によりIII族副格子上に自然
格子が形成され、完全な混晶に比べてバンドギャップエ
ネルギーが小さくなり発振波長が長くなるという現象が
知られている。そして一般にレーザ用の結晶を成長する
条件はドーピング特性などのかねあいからIII族副格子
上に自然格子が形成され完全な混晶に比べてバンドギャ
ップエネルギーが小さくなり発振波長が長くなる条件に
なってしまう。これに対し（100）面より〔011〕方向へ
傾いたGaAs基板上に成長したAlGaInP系結晶ではその傾
きが大きくなるにつれ自然超格子の形成が阻害され、±
10゜以上では完全な混晶のバンドギャップエネルギーと
ほぼ等しい値をしめす。このため光情報処理などへの応
用に有利な波長の短いレーザが得やすくなる。
InP系結晶ではその成長条件によりIII族副格子上に自然
格子が形成され、完全な混晶に比べてバンドギャップエ
ネルギーが小さくなり発振波長が長くなるという現象が
知られている。そして一般にレーザ用の結晶を成長する
条件はドーピング特性などのかねあいからIII族副格子
上に自然格子が形成され完全な混晶に比べてバンドギャ
ップエネルギーが小さくなり発振波長が長くなる条件に
なってしまう。これに対し（100）面より〔011〕方向へ
傾いたGaAs基板上に成長したAlGaInP系結晶ではその傾
きが大きくなるにつれ自然超格子の形成が阻害され、±
10゜以上では完全な混晶のバンドギャップエネルギーと
ほぼ等しい値をしめす。このため光情報処理などへの応
用に有利な波長の短いレーザが得やすくなる。
上述の第３図の構造では、（100）面より〔011〕方向
へ傾いた結晶を用いているのでへきかい面による平行ミ
ラーを形成するためには〔01〕方向へストライプをき
る必要がある。このときメサストライプの左右側面の基
板に対する角度が、第３図に示すように、異なってしま
う。このためメサストライプの左右で屈折率分布に非対
称性が生じ、光の分布がゆがみ、レーザビームの質が低
下してしまう。
へ傾いた結晶を用いているのでへきかい面による平行ミ
ラーを形成するためには〔01〕方向へストライプをき
る必要がある。このときメサストライプの左右側面の基
板に対する角度が、第３図に示すように、異なってしま
う。このためメサストライプの左右で屈折率分布に非対
称性が生じ、光の分布がゆがみ、レーザビームの質が低
下してしまう。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、発振波長を
短く保ったままレーザビームの質の低下を防いだ横モー
ド制御構造のAlGaInP系半導体レーザを提供することに
ある。
短く保ったままレーザビームの質の低下を防いだ横モー
ド制御構造のAlGaInP系半導体レーザを提供することに
ある。
本発明の半導体レーザは、基板面が（100）面より〔0
1〕方向へ±10゜以上、±30゜以下傾いた第１導電型G
aAs基板上に、GaInPもしくはAlGaInPもしくはそれらの
量子井戸層からなる活性層と、この活性層をはさみ活性
層よりも屈折率の小ななAlGaInPからなるクラッド層と
からなるダブルヘテロ構造が形成されており、前記活性
層の上側の第２導電型の第１のクラッド層は層厚が部分
的に厚くなることにより形成される〔011〕方向のスト
ライプ状の逆メサ構造を有し、少くともメサ構造両脇に
半導体層を設けてメサ構造を埋め込んだ構造を有するこ
とを特徴としている。
1〕方向へ±10゜以上、±30゜以下傾いた第１導電型G
aAs基板上に、GaInPもしくはAlGaInPもしくはそれらの
量子井戸層からなる活性層と、この活性層をはさみ活性
層よりも屈折率の小ななAlGaInPからなるクラッド層と
からなるダブルヘテロ構造が形成されており、前記活性
層の上側の第２導電型の第１のクラッド層は層厚が部分
的に厚くなることにより形成される〔011〕方向のスト
ライプ状の逆メサ構造を有し、少くともメサ構造両脇に
半導体層を設けてメサ構造を埋め込んだ構造を有するこ
とを特徴としている。
本発明の半導体レーザでは、（100）面より〔01〕
方向へ傾いた面方位のGaAs基板上にレーザ構造を形成す
る。（100）面より〔01〕方向へ傾いた面方位のGaAs
基板上にAlGaInP系結晶を成長した場合、その傾きの小
さな範囲（０゜〜６゜）では自然超格子の形成が促進さ
れ、バンドギャップエネルギーは小さくなる。しかし傾
きが±10゜をこえると急激に自然超格子の形成が阻害さ
れるようになり発振波長は（100）面より〔011〕方向へ
傾いた結晶を用いた従来例と同様に短くすることができ
る。そして（100）面より〔01〕方向へ傾いたGaAs基
板上にレーザ構造を形成する場合は、へきかい面による
平行ミラーを形成するためには〔011〕方向へストライ
プをきる必要がある。このときメサストライプの形状は
逆メサとなる。そして逆メサ形状の場合メサストライプ
の左右側面の基板に対する角度が異なっても左右とも屈
折率分布は急激に変化するためメサストライプの左右で
屈折率分布に非対称性は生じず、光の分布はゆがまない
のでレーザビームの質は低下しない。
方向へ傾いた面方位のGaAs基板上にレーザ構造を形成す
る。（100）面より〔01〕方向へ傾いた面方位のGaAs
基板上にAlGaInP系結晶を成長した場合、その傾きの小
さな範囲（０゜〜６゜）では自然超格子の形成が促進さ
れ、バンドギャップエネルギーは小さくなる。しかし傾
きが±10゜をこえると急激に自然超格子の形成が阻害さ
れるようになり発振波長は（100）面より〔011〕方向へ
傾いた結晶を用いた従来例と同様に短くすることができ
る。そして（100）面より〔01〕方向へ傾いたGaAs基
板上にレーザ構造を形成する場合は、へきかい面による
平行ミラーを形成するためには〔011〕方向へストライ
プをきる必要がある。このときメサストライプの形状は
逆メサとなる。そして逆メサ形状の場合メサストライプ
の左右側面の基板に対する角度が異なっても左右とも屈
折率分布は急激に変化するためメサストライプの左右で
屈折率分布に非対称性は生じず、光の分布はゆがまない
のでレーザビームの質は低下しない。
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の半導体レーザの第１の実施例の断面
図である。
図である。
まず１回目の減圧MOVPEによる成長で、（511）Ｂ面の
ｎ型GaAs基板１（Siドープ;n＝２×1018cm-3）上に、ｎ
型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層２（ｎ＝５×10
17cm-3;厚み１μｍ）、Ga0.5In0.5Ｐ活性層３（アンド
ープ；厚み0.1μｍ）、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ
クラッド層４（ｐ＝５×1017cm-3;厚み1.0μｍ）、ｐ型
GaInP層５（ｐ＝１×1018cm-3;厚み0.3μｍ）を順次形
成した。成長条件は、温度700℃、圧力70Torr、V/III＝
200、キャリヤガス（H2）の全流量15l/minとした。原料
としては、トリメチルインジウム（TMI:（CH3）3In）、
トリエチルガリウム（TEG:（C2H5）3Ga）、トリメチル
アルミニウム（TMA:（CH3）3Al）、アルシン（AsH3）、
ホスフィン（PH3）、ｎ型ドーパント：セレン化水素（H
2Se）、ｐ型ドーパント：シクロペンタヂエニルマグネ
シウム（Cp2Mg）を用いた。こうして成長したウェハに
フォトリソグラフィにより幅９μｍのストライプ状のSi
O2マスクを＜011＞方向に形成した。次に塩酸系のエッ
チング液により、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッ
ド層４の途中まで（ここでは0.8μｍとした）をメサ状
にエッチングした。つぎにSiO2マスクをつけたまま減圧
MOVPEにより２回目の成長を行ないｎ型GaAs層６を形成
した。そしてSiO2マスクを除去した後に、減圧MOVPEに
より３回目の成長を行ないｐ型GaAs層７を形成した。最
後に、p,n両電極（図示省略）を形成してキャビティ長3
00μｍにへき開し、個々のチップに分離した。
ｎ型GaAs基板１（Siドープ;n＝２×1018cm-3）上に、ｎ
型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層２（ｎ＝５×10
17cm-3;厚み１μｍ）、Ga0.5In0.5Ｐ活性層３（アンド
ープ；厚み0.1μｍ）、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ
クラッド層４（ｐ＝５×1017cm-3;厚み1.0μｍ）、ｐ型
GaInP層５（ｐ＝１×1018cm-3;厚み0.3μｍ）を順次形
成した。成長条件は、温度700℃、圧力70Torr、V/III＝
200、キャリヤガス（H2）の全流量15l/minとした。原料
としては、トリメチルインジウム（TMI:（CH3）3In）、
トリエチルガリウム（TEG:（C2H5）3Ga）、トリメチル
アルミニウム（TMA:（CH3）3Al）、アルシン（AsH3）、
ホスフィン（PH3）、ｎ型ドーパント：セレン化水素（H
2Se）、ｐ型ドーパント：シクロペンタヂエニルマグネ
シウム（Cp2Mg）を用いた。こうして成長したウェハに
フォトリソグラフィにより幅９μｍのストライプ状のSi
O2マスクを＜011＞方向に形成した。次に塩酸系のエッ
チング液により、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッ
ド層４の途中まで（ここでは0.8μｍとした）をメサ状
にエッチングした。つぎにSiO2マスクをつけたまま減圧
MOVPEにより２回目の成長を行ないｎ型GaAs層６を形成
した。そしてSiO2マスクを除去した後に、減圧MOVPEに
より３回目の成長を行ないｐ型GaAs層７を形成した。最
後に、p,n両電極（図示省略）を形成してキャビティ長3
00μｍにへき開し、個々のチップに分離した。
こうして製作した半導体レーザの発振波長は（511）
Ａ面のGaAs基板上に形成した従来の半導体レーザと同じ
660nm程度で発振した。本実施例と同一条件で（100）Ga
As基板上に成長した半導体レーザの発振波長は688nmで
あり本実施例では28nm短波長化している。また本実施例
の半導体レーザの接合面に平行方向の近視野像は左右対
象であった。これに対し従来の半導体レーザではメサ左
右で屈折率分布に非対称性が生じ近視野像が左右非対称
となってしまった。
Ａ面のGaAs基板上に形成した従来の半導体レーザと同じ
660nm程度で発振した。本実施例と同一条件で（100）Ga
As基板上に成長した半導体レーザの発振波長は688nmで
あり本実施例では28nm短波長化している。また本実施例
の半導体レーザの接合面に平行方向の近視野像は左右対
象であった。これに対し従来の半導体レーザではメサ左
右で屈折率分布に非対称性が生じ近視野像が左右非対称
となってしまった。
第２図は本発明の半導体レーザの第２の実施例を示す
断面図であり、ストライプ状のメサ構造を形成するまで
は第１の実施例と同一製造プロセスである。そしてこの
ストライプ状のメサ構造の形成ののち、SiO2マスクを除
去した後に、減圧MOVPEにより２回目の成長を行ないｐ
型GaAs層７を形成した。最後に、p,n両電極（図示省
略）を形成してキャビティ長300μｍにへき開し、個々
のチップに分離した。
断面図であり、ストライプ状のメサ構造を形成するまで
は第１の実施例と同一製造プロセスである。そしてこの
ストライプ状のメサ構造の形成ののち、SiO2マスクを除
去した後に、減圧MOVPEにより２回目の成長を行ないｐ
型GaAs層７を形成した。最後に、p,n両電極（図示省
略）を形成してキャビティ長300μｍにへき開し、個々
のチップに分離した。
この第２の実施例は電流ブロック機構をｐ−ｎ−ｐ−
ｎ接合を利用したものから、メサ部以外の部分でｐ型Ga
As層とｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ層が直接接合し、
この２層間の大きなバンド不連続により価電子帯に発生
するエネルギースパイクによりホールが流れなくなる現
象を利用したものに変わった以外は第１の実施例と同じ
であり、その発振特性も第１の実施例と同等であった。
ｎ接合を利用したものから、メサ部以外の部分でｐ型Ga
As層とｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ層が直接接合し、
この２層間の大きなバンド不連続により価電子帯に発生
するエネルギースパイクによりホールが流れなくなる現
象を利用したものに変わった以外は第１の実施例と同じ
であり、その発振特性も第１の実施例と同等であった。
以上述べた実施例では、活性層をGa0.5In0.5Ｐ、クラ
ッド層を（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐとしたが、活性層組
成は製作する半導体レーザに要求される発振波長要件を
満たす組成、材料、もしくは量子井戸にすればよく、ク
ラッド層組成は用いる活性層組成に対して光とキャリヤ
の閉じ込めが十分にできる組成、材料を選べばよい。ま
た半導体レーザに要求される特性によりSCH構造にする
などクラッド層をより多層化することもできる。またク
ラッド層の途中にはさみ込みエッチングの制御性を向上
させる層を導入することも可能である。また以上述べた
実施例では（100）面より〔01〕方向へ15.8゜傾いた
（511）Ｂ面のGaAs基板を用いたがこの角度も本発明の
指定範囲内であれば良い。
ッド層を（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐとしたが、活性層組
成は製作する半導体レーザに要求される発振波長要件を
満たす組成、材料、もしくは量子井戸にすればよく、ク
ラッド層組成は用いる活性層組成に対して光とキャリヤ
の閉じ込めが十分にできる組成、材料を選べばよい。ま
た半導体レーザに要求される特性によりSCH構造にする
などクラッド層をより多層化することもできる。またク
ラッド層の途中にはさみ込みエッチングの制御性を向上
させる層を導入することも可能である。また以上述べた
実施例では（100）面より〔01〕方向へ15.8゜傾いた
（511）Ｂ面のGaAs基板を用いたがこの角度も本発明の
指定範囲内であれば良い。
このように本発明により、発振波長を短く保ったまま
レーザビームの質の低下を防いだ横モード制御構造のAl
GaInP系半導体レーザを提供することができる。
レーザビームの質の低下を防いだ横モード制御構造のAl
GaInP系半導体レーザを提供することができる。
第１図は本発明の第一の実施例を示す断面図、第２図は
第２の実施例を示す断面図、第３図は従来の半導体レー
ザの例を示す断面図である。 図において、 １……（511）Ｂ面ｎ型GaAs基板、２……ｎ型（Al0.6Ga
0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層、３……GaInP活性層、４…
…ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層、５……ｐ
型GaInP層、６……ｎ型GaAs層、７……ｐ型GaAs、８…
…（511）Ａ面ｎ型GaAs基板である。
第２の実施例を示す断面図、第３図は従来の半導体レー
ザの例を示す断面図である。 図において、 １……（511）Ｂ面ｎ型GaAs基板、２……ｎ型（Al0.6Ga
0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層、３……GaInP活性層、４…
…ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層、５……ｐ
型GaInP層、６……ｎ型GaAs層、７……ｐ型GaAs、８…
…（511）Ａ面ｎ型GaAs基板である。
Claims (1)
- 【請求項１】面方位が（100）面より〔01〕方向へ±1
0゜以上±30゜以下傾いている第１導電型GaAs基板上
に、GaInPもしくはAlGaInPもしくはそれらの量子井戸層
からなる活性層と、この活性層をはさみ活性層よりも屈
折率の小さなAlGaInPからなるクラッド層とからなるダ
ブルヘテロ構造が形成されており、前記活性層の上側の
第２導電型の第一のクラッド層は層厚が部分的に厚くな
ることにより形成される〔011〕方向のストライプ状の
逆メサ構造を有し、少くともメサ構造両脇に半導体層を
設けてメサ構造を埋め込んだ構造を有することを特徴と
する半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18633590A JP2611509B2 (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18633590A JP2611509B2 (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0472787A JPH0472787A (ja) | 1992-03-06 |
| JP2611509B2 true JP2611509B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=16186550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18633590A Expired - Fee Related JP2611509B2 (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2611509B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07193313A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| JP2009277999A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
-
1990
- 1990-07-13 JP JP18633590A patent/JP2611509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0472787A (ja) | 1992-03-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |