JP2652012B2 - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JP2652012B2
JP2652012B2 JP62000853A JP85387A JP2652012B2 JP 2652012 B2 JP2652012 B2 JP 2652012B2 JP 62000853 A JP62000853 A JP 62000853A JP 85387 A JP85387 A JP 85387A JP 2652012 B2 JP2652012 B2 JP 2652012B2
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algaas
ridge
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尚宏 須山
向星 高橋
雅文 近藤
利郎 早川
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体レーザに関し、特に低しきい値電流
での動作を可能とするリッジガイド構造よりなる半導体
レーザに関するものである。
[従来の技術] コンパクトディスクプレーヤの登場以来、ビデオディ
スクプレーヤ、光ディスクメモリ、レーザ・ビームプリ
ンタ等の半導体レーザの応用分野が急速に広がっている
が、これらの応用機器はレーザ光を利用することによ
り、高密度の情報の記憶、再生および高速動作をその大
きな特徴としている。このレーザ光に主に用いられてい
る半導体レーザのしきい値電流値は約50mAと大きいので
レーザチップの放熱を必要とし、そのためピックアップ
等の光学系の小型化および高速アクセス化の妨げとなっ
ている。
そうした中で、近年MBE(分子線エピタキシ)法、MOC
VD(有機金属熱分解)法等の超薄膜の成長を制御できる
新結晶成長技術の進展に伴う量子井戸レーザと呼ばれる
半導体レーザが、従来のDH(ダブルヘテロ)構造のレー
ザに比してその大幅な低しきい値電流を可能とする点で
注目されている。たとえばMBE法により形成されたGRIN
−SCH(Granded Index Separate Confinement Hete
ro structure)構造よりなる量子井戸レーザでは、共
振器長500μmを有する大面積レーザで約200A/cm2とい
うDH構造のレーザの数分の1程度の低しきい値電流密度
が得られている。しかし前述の応用機器にこのレーザを
適用して安定した光ビームと十分な低しきい値電流特性
を得るには、屈折率導波機構を有する何らかのストライ
プ構造を採用して光と電流を狭いストライプ領域に閉じ
込めることが必要である。
ここで、MBE法またはMOCVD法では良好な結晶層を得る
ために平坦な基板上で成長させることが必要であり、ま
た成長機構が従来用いられているLPE(液相成長)法と
は異なるので、LPE法で開発されたストライプ構造をそ
のまま採用するのは困難である。したがって従来の構造
とは異なる新たな構造の採用が必要である。特に量子井
戸レーザが有する低しきい値特性を有効に利用するため
には、電流と光の両方を十分に狭いストライプ領域に閉
じ込めることが可能な構造でなければならない。そのよ
うな構造としてBH(埋込みヘテロ)構造がよく知られて
いるが第3図はその断面図である。
図において、たとえばn−GaAs基板1上にn−AlGaAs
第1クラッド層3、活性層4およびp−AlGaAs第2クラ
ッド層8を順次形成した後、第2クラッド層8を所定幅
残して両側の動作層をn−GaAs基板1の一部までエッチ
ング除去する。次に除去された部分にp−AlGaAs埋込層
22およびn−AlGaAs層23を順次形成した後、p−AlGaAs
第2クラッド層8の表面からZnを拡散しZn拡散領域24を
形成する。さらに全表面にSi3N4層15を形成してその上
に電流パス用の開口を設けた後p側電極17、裏面にはn
側電極18を形成する。
以上のように構成されたBH構造は活性層4の狭い幅の
中に電流と光を閉じ込めることができる。
また、平坦な基板上に成長したレーザ動作領域を利用
した他の屈折率導波型のレーザ構造としてリッジガイド
構造があるが第4図はこの断面図である。
図において、たとえばn−GaAs基板1上にn−AlGaAs
第1クラッド層3、活性層4、p−AlGaAs第2クラッド
層8およびp−GaAsキャップ層9を順次形成した後、p
−GaAsキャップ層9を所定幅残して両側をp−AlGaAs第
2クラッド層8の一部に至るまでエッチング除去しリッ
ジ部11を形成する。次に全面にSi3N4絶縁層15を形成
し、リッジ部10に電流パス用の開口を設けた後、p側電
極17、裏面にはn型電極18を形成する。
以上のように構成されたリッジガイド構成は成長層膜
の制御性に優れたMBE法、MOCVD法とRIE法、RIBE法等の
ドライエッチング技術を併用することにより、高い歩留
りを得ることが可能である。
[発明が解決しようとする問題点] 上記のような従来のBH構造では、2回の結晶成長を必
要とするため生産性の面で問題を有し、また埋込構造の
均一性、再現性およびリーク電流のない埋込構造として
の問題も生じる。さらにその光学的特性も素子の寸法に
よって非常に大きな影響を受けるのである。
このBH構造に代わるリッジガイド構造は、上記BH構造
の欠点は改善されるもののこの構造においてはリッジ部
の両側に活性層上に第2クラッド層が一部残るためにこ
の領域へ電流が拡散してしまい、十分な低しきい値電流
特性が得られないという問題点があった。
この発明はかかる問題点を解決するためになされたも
ので、MBE法やMOCVD法によって形成される量子井戸レー
ザの低しきい値電流特性を十分に利用できる屈折率導波
型の半導体レーザを提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る半導体レーザは、半導体基板上に第1
クラッド層、活性層、第2クラッド層およびキャップ層
が順次形成されて動作層を形成し、前記動作層の表面か
ら所定の幅を残して前記第2クラッド層の一部まで除去
することによってリッジガイド構造をなす半導体レーザ
において、該第2クラッド層を通しての電流の拡散を防
止する電流ブロック層を前記リッジ部の両サイドから離
れた位置にそれぞれ設け、かつ前記リッジ部の両サイド
から離れた位置にそれぞれ設けられた電流ブロック層間
の距離が、前記リッジ部の幅よりも大きいことを特徴と
するものである。
[作用] この発明においてはリッジガイド構造に拡散防止手段
としての電流ブロック層を設けたので第2クラッド層を
通して広がる無効電流を極めて小さくすることができ、
低しきい値電流化が可能となる。
[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す断面図である。
図において、たとえばn−GaAs基板1上にMBE法によ
りn−GaAsバッファ層2、n−AlGaAs第1クラッド層
3、活性層4(第1光ガイド層5、多重量子井戸層、第
2ガイド層7からなる)、p−AlGaAs第2クラッド層8
およびp−GaAsキャップ層9を順次成長させて形成す
る。成長を終えたウエハを通常のフォトリソグラフィ法
により幅3μm程度のストライプ状のフォトレジストパ
ターンを形成し、これをマスクとしてRIBE法によりキャ
ップ層9の表面からp−AlGaAs第2クラッド層8までエ
ッチングしてリッジ部11を形成する。このときリッジ部
11の両側におけるp−AlGaAs第2クラッド層8を厚さで
約3000Å残すものとする。
次にマスクとしたフォトレジストパターンを除去し、
全面にCVD法によりSi3N4を形成してフォトリソグラフィ
法によってこれをリッジ部11以外を除去したマスクとし
てSi、SiO2を形成する。さらにこれをアンプル内に封入
し850℃程度で数時間放置することによって、Siを拡散
源としてn−AlGaAs第1クラッド層3に至る拡散領域10
が形成される。この拡散領域10においては活性層4の量
子井戸構造が破壊されてその平均的組成を有する混晶と
なる。
さらに結晶表面に形成されているSi、SiO2を除去した
後、新たに全面にSi3N4絶縁層15を形成し、フォトリソ
グラフィ法でリッジ部11の上部に電流パス用の開口を形
成する。
最後にウエハ裏面を研磨して100μm程度の厚さと
し、ウエハ裏面にp側電極17およびn側電極18を形成し
た後、へき開放等で適当な大きさのチップとする。
以上の構成よりなる半導体レーザにおいては、量子井
戸構造がくずれた拡散領域10はリッジ部11下の量子井戸
構造が保たれている領域に比べて禁制帯幅が大きくな
り、結果としてこの拡散領域10がp−AlGaAs第2クラッ
ド層8を通してリッジ部11の両側へ流れる電流をブロッ
クする電流ブロック層として機能することになる。
また、第1図に示すように、電流ブロック層としての
拡散領域10は、リッジ部11の両サイドから離れた位置に
それぞれ設けられている。すなわち、図に示すように、
リッジ部の両サイドから離れた位置にそれぞれ設けられ
た電流ブロック層としての拡散領域10間の距離dは、リ
ッジ部の幅wよりも大きい。
但し電流のブロック層、すなわち拡散領域10がリッジ
部11の両サイドから遠く離れて形成されると無効電流を
十分に小さくできないので、その離れた距離は光の閉じ
込め幅およびキャリアの拡散長を考慮すると15μm以下
程度とする必要がある。
第2図はこの発明の他の実施例を示す断面図である。
図において、符号1〜18は第1図と同様であるが電流
ブロック層としてp−AlGaAs埋込層19、n−AlGaAs埋込
層20およびp−GaAs埋込層21を順次形成したものであ
る。この場合埋込層を適度に厚く形成することによりそ
の表面を装着面とすることができ、また活性層4が量子
井戸構造でない場合にも確実に電流をブロックできる。
[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、リッジガイド構造よ
りなる半導体レーザにおいてリッジ部の両側に電流ブロ
ック領域を設けたので、レーザチップ全面に広がってい
た無効電流を極めて小さくできるので低しきい値電流化
が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第2図はこ
の発明の他の実施例を示す断面図、第3図は従来のBH構
造よりなる半導体レーザの断面図、第4図は従来のリッ
ジガイド構造よりなる半導体レーザの断面図である。 図において、1はn−GaAs基板、3はn−AlGaAs第1ク
ラッド層、4は活性層、6は多重量子井戸層、8はp−
AlGaAs第2クラッド層、9はp−GaAsキャップ層、10は
拡散領域、11はリッジ部、19はp−AlGaAs埋込層、20は
n−AlGaAs埋込層、21はp−GaAs埋込層である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 利郎 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャー プ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−43193(JP,A) 特開 昭62−281389(JP,A) 特開 昭62−79686(JP,A) Appl.Phys.Leff,47 [12](1985)P.1239−1241

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に第1クラッド層、活性層、
    第2クラッド層およびキャップ層が順次形成されて動作
    層を形成し、前記動作層の表面から所定の幅を残して前
    記第2クラッド層の一部まで除去することによってリッ
    ジガイド構造となす半導体レーザにおいて、 前記第2クラッド層を通しての電流の拡散を防止する電
    流ブロック層を前記リッジ部の両サイドから離れた位置
    にそれぞれ設け、かつ 前記リッジ部の両サイドから離れた位置にそれぞれ設け
    られた前記電流ブロック層間の距離が、前記リッジ部の
    幅よりも大きいことを特徴とする、半導体レーザ。
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