JP2702871B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザおよびその製造方法

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JP2702871B2 JP5175234A JP17523493A JP2702871B2 JP 2702871 B2 JP2702871 B2 JP 2702871B2 JP 5175234 A JP5175234 A JP 5175234A JP 17523493 A JP17523493 A JP 17523493A JP 2702871 B2 JP2702871 B2 JP 2702871B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光効率が高く、基本
横モードの安定性に優れた高出力の半導体レーザおよび
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】可視光領域でレーザ発振を生じて発光す
る半導体レーザは、レーザ・ビーム・プリンターや光デ
ィスク等の光情報処理用光源などの用途があり、最近そ
の重要性を増している。中でも、(AlxGa1-x0.5
In0.5P系の材料は、良質の基板材料であるGaAs
に対して格子整合し、組成xを変化させることで0.6
8μmから0.56μmの範囲内の任意の波長を有する
レーザ光を得ることができるため注目されている。
【0003】以下、図10を参照して従来のダブルヘテ
ロ構造の横モード制御型の赤色領域に発振波長を有する
半導体レーザについて説明する。この半導体レーザは、
図10に示すように、n−GaAs基板1上にn−Ga
Asバッファ層2、n−(Al0.7Ga0.30.51In
0.49Pクラッド層3、Ga0.51In0.49P活性層4、p
− (Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層5、
p−Ga0.51In0.49P層6、n−GaAs電流ブロッ
ク層13、p−GaAsキャップ層9をこの順に備えて
いる。そのキャップ層9上にはp側電極10が、また基
板1の裏面にはn側電極11が形成されている。
【0004】この半導体レーザでは、有機金属気相成長
法(MOVPE法)などの結晶成長技術が用いられる。
これらの結晶成長技術を用いて、n−GaAs基板1上
にn−GaAsバッファ層2、n−(Al0.7Ga0.3
0.51In0.49Pクラッド層3、Ga0.51In0.49P活性
層4、p−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド
層5およびp−Ga0.51In0.49P層6を順次堆積す
る。
【0005】次にホトリソグラフィー技術とエッチング
技術により、p−Ga0.51In0.49P層6とp−(Al
0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層5とを台形状に
エッチングしてストライプ状リッジをクラッド層5に形
成する。その後MOVPE法などを用いてn−GaAs
電流ブロック層13をストライプの外部に選択的に堆積
し、さらにp−GaAsキャップ層9を堆積する。
【0006】このような半導体レーザの構造では、n−
GaAs電流ブロック層13により電流の狭窄を行うこ
とができ、またp−(Al0.7Ga0.30.51In0.49
クラッド層5を台形上にエッチングする際に、台形の高
さ及び幅を最適化することにより、単一横モードの条件
を満足する実効屈折率差を台形状のストライプの内外で
つけることができ、活性層4のうち、クラッド層5のス
トライプ状リッジ下部に光を効果的に閉じこめることが
できる。ストライプの幅は典型的には約5μmである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来例の構
造では、電流ブロック層として、活性層よりも禁制帯幅
が小さいGaAsを用いている。このため、このGaA
s層が光の吸収層として働く。そのために、吸収による
光の損失が大きく、半導体レーザの共振器内を光が導波
する時の導波損失αiが約15cm-1と大きくなる。そ
の結果、半導体レーザの外部微分量子効率が約60%と
小さくなる。また、この半導体レーザではキンク・レベ
ルは約12mWと小さい。キンクは横モードが変化する
ことにより生じるが、図10の構造では基本モードと高
次のモードとの利得の差がさほど大きくなく、注入電流
の増加により容易にモードが変化しやすくなるためであ
る。外部微分量子効率が小さく、基本横モードの安定性
が低いことから、従来例の構造では高い光出力を持つ半
導体レーザが得にくい。
【0008】この発明の目的は、このような課題を解決
し、高い外部微分量子効率を有する、基本横モードの安
定性の高い、高出力の半導体レーザおよびその製造方法
を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半導体基板、及び、該半導体基板上に形成された積
層構造であって、活性層と、該活性層を挟む一対のクラ
ッド層と、該活性層のストライプ状所定領域に電流を注
入するための電流狭窄層とを有する積層構造、を備えた
半導体レーザであって、該電流狭窄層は、該活性層の該
所定領域に対応する領域以外の領域に形成された第1電
流ブロック層を備えており、該第1電流ブロック層は、
該一対のクラッド層の屈折率よりも高い屈折率を有する
半導体層であって、該活性層の禁制帯幅よりも広い禁制
帯幅を有しており、そのことにより、上記目的が達成さ
れる。
【0010】ある実施例では、前記一対のクラッド層の
うち、前記活性層よりも上方に位置するクラッド層は、
該半導体レーザの共振器方向に沿って延びるストライプ
状リッジを有しており、前記第1電流ブロツク層は、該
ストライプ状リッジを有する該クラッド層上において、
該ストライプ状リッジ以外の領域を覆っている。
【0011】ある実施例では、前記電流狭窄層は、前記
第1電流ブロック層上に設けられた第2電流ブロック層
を更に備えており、該第2電流ブロック層は、前記活性
層の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有している半導体層
である。
【0012】ある実施例では、前記共振器方向に垂直な
面に関する前記ストライプ状リッジの断面が、台形であ
る。
【0013】ある実施例では、前記共振器方向に垂直な
面に関する前記ストライプ状リッジの断面が、長方形で
ある。
【0014】ある実施例では、前記半導体基板は、Ga
Asから形成されており、前記活性層は、GaInPか
ら形成されており、前記第1及び第2電流ブロツク層、
ならびに前記一対のクラッド層は、AlGaInPから
形成されている。
【0015】前記一対のクラッド層のうちの一方は、前
記第1電流ブロツク層を挟みこむ第1層部分及び第2層
部分を有していてもよい。
【0016】ある実施例では、前記半導体基板はGaA
sから形成されており、前記活性層はInGaAs層を
含んでおり、前記一対のクラッド層はGaInPから形
成されており、前記第1電流ブロツク層はGaAsから
形成されている。
【0017】前記活性層は、多重量子井戸構造を有して
いてもよい。本発明の半導体レーザの製造方法は、半導
体基板上に積層構造を形成する工程を包含する半導体レ
ーザを製造する方法であって、該工程は、第1クラッド
層を形成する工程と、該第1クラッド層上に活性層を形
成する工程と、該活性層上に第2クラッド層となる膜を
形成する工程と、該膜の一部を選択的にエッチングする
ことにより、該半導体レーザの共振器方向に延びるスト
ライプ状リッジ部を該膜に形成して、それによって第2
クラッド層を形成する工程と、該第2クラッド層のうち
該ストライプ状リッジ部以外の部分の上に、該第2クラ
ッド層の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ、該活性
層の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有している第1半導
体層を形成する工程と、該第1半導体層上に、該活性層
の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有している第2半導体
層を形成する工程と、を包含しており、そのことにより
上記目的が達成される。
【0018】
【作用】本発明の電流狭窄層は、活性層のストライプ状
所定領域に対応する領域以外の領域に形成された第1電
流ブロック層を備えている。この第1電流ブロック層
は、一対のクラッド層の屈折率よりも高い屈折率を有
し、かつ、該活性層の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有
している。
【0019】第1電流ブロック層は、電流が活性層に流
れ込むことを阻止する機能を有する。このため、第1電
流ブロック層が存在しない領域に対応する活性層の所定
領域にのみ、電流が選択的に注入される。その結果、活
性層のストライプ状所定領域においてのみレーザ光が発
生する。このレーザ光の一部は、活性層から上下方向に
もれ、クラッド層及び第1電流ブロック層に達する。第
1電流ブロック層は、活性層の屈折率よりも高い屈折率
を有しているため、レーザ光は、ストライプ状の所定領
域から横方向へ漏れる。この理由は、一般に、光は屈折
率の高い領域に集まるからである。
【0020】基本水平横モードにて発振するレーザ光
と、高次の水平横モードにて発振するレーザ光とを比較
して場合、高次の水平横モードにて発振するレーザ光の
方は、横方向により広く分布している。このため、本発
明の半導体レーザにおいては、高次の水平横モードにて
発振するレーザ光の方が、基本水平横モードにて発振す
るレーザ光よりも、ストライプ状の所定領域から横方向
へ漏れる程度が強い。このため、高次の水平横モードに
て発振するレーザ光は発散し、レーザ発振に寄与しなく
なる。言い替えると、第1電流ブロック層の存在によっ
て、高次の水平横モードにて発振するレーザ光は、基本
水平横モードにて発振するレーザ光に比較して、より高
い閾値利得を有することとなる。その結果、基本水平横
モードにて発振するレーザ光のみを選択的に得ることが
できる。
【0021】また、第1電流ブロツク層が活性層の禁制
帯幅よりも広い禁制帯幅を有しているため、活性層で発
生したレーザ光は第1電流ブロック層に吸収されない。
このため、従来の半導体レーザに比較して、レーサ光の
伝播損失が低減される。
【0022】以上説明したように、本発明の半導体レー
ザは、基本水平横モードのレーザ光を低い伝播損失にて
発振させることができる。
【0023】
【実施例】(実施例1)以下、この発明の実施例を図面
を参照しながら説明する。
【0024】図1にこの発明の一実施例の横モード制御
型の赤色半導体レーザの断面図を示す。
【0025】この半導体レーザは、図1に示すように、
例えばn−GaAs基板1上にn−GaAsバッファ層
2を介してGa0.51In0.49P活性層4(厚さ600オン
ク゛ストロ-ム)をn−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pク
ラッド層3およびp−(Al0 .7Ga0.30.51In0.49
Pクラッド層5で挟むダブルヘテロ構造を有している。
p−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層5の
上部には、p−Ga0. 51In0.49P層6(厚さ1000
オングストローム)を有し、p−Ga0.51In 0.49P層
6およびp−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッ
ド層5の一部は、台形状のストライプ状リッジに加工さ
れている。クラッド層5においてストライプ状リッジ部
分の厚さは1.3μm、ストライプ状リッジ部分以外の
部分の厚さは0.25μmである。
【0026】ストライプ状リッジの両脇のp−(Al
0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層5の上には、7
00Åのn−(Al0.2Ga0.80.51In0.49P層7と
0.7μmのn−(Al0.7Ga0.30.51In0.49P層
8が堆積されている。さらに、p−Ga0.51In0.49
層6およびn−(Al0.7Ga0.30.51In0.49P層8
の上部には、p−GaAsキャップ層9を有している。
【0027】上記ストライプ状リッジの幅は基本横モー
ドと高次のモードとの利得の差を大きくとれるような幅
になっており、その幅は約7μmがよい。7μmよりも
極端に細い場合、例えば約2μmの場合には、ストライ
プ外への光の漏洩が大きくなりすぎて、レーザ発振に寄
与しない光が増加して、しきい値電流の上昇や、損失が
大きくなって外部微分量子効率の低下をもたらす。ま
た、ストライプ幅が大きくなりすぎると、基本横モード
と高次のモードとの利得の差が小さくなったり、Ga
0.51In0.49P活性層4へのキャリアの注入の不均一が
水平方向で生じ、キンク・レベルの低下が発生して、実
用に耐えない。
【0028】また本実施例ではストライプ状リッジの断
面形状は台形であるが、この断面形状は長方形であって
もよい。その場合、リッジの側面上には層7および8を
形成しないことが望ましい。
【0029】この半導体レーザの各層の構成によって決
まる水平方向の実効屈折率を図2に示す。ストライプ状
リッジの内部の実効屈折率は3.307、ストライプ状
リッジの外部の実効屈折率は3.329であり、外部の
方が0.022高い。この実効屈折率差は700Åのn
−(Al0.2Ga0.80.51In0.49P層7と0.7μm
のn−(Al0.7Ga0.30.51In0.49P層8によって
もたらされている。この実効屈折率差のために基本横モ
ードと高次のモードとの間に大きな利得の差が生じる。
このため、注入電流の量を大きくしてもキンクが発生し
にくいので、キンクの無い状態で高い光出力を得ること
ができる。
【0030】ここでn−(Al0.2Ga0.80.51In
0.49P層7とn−(Al0.7Ga0.3 0.51In0.49P層
8によってもたらされた実効屈折率差のために、基本モ
ードと高次モードとの間に大きな利得の差が生じている
ことを図11に示す。図11は、横軸にストライプ幅、
縦軸にしきい値利得gthをとったものである。この図に
基本モード(m=0)と、高次モードとして1次モード
(m=1)とのしきい値利得の差を(a)本発明、
(b)従来例のそれぞれについて記載した。この図11
からわかるように、(b)の従来例のレーザは、基本モ
ードと1次モードとのしきい値利得の差が小さく1次モ
ードのような高次モードが生じやすい。これに対して本
発明のレーザ(b)は、基本モードと1次モードとのし
きい値利得の差が大きく、1次モードのような高次モー
ドは生じにくい。
【0031】図14は、本発明の半導体レーザについ
て、駆動電流(CURRENT)と光出力(OUTPU
T POWER)との関係を示している。このグラフに
示されているデータは、出射端面が反射率6%の膜によ
ってコーテイングされ、他の端面が反射率83%の膜に
よってコーテイングされた半導体レーザについて得られ
た。半導体レーザの共振器長は500μである。光出力
が約65mWを越えるまで、光出力は駆動電流の増加に
従って直線的に増加しているが、光出力が約65mWを
越えた後、光出力の増加の程度は一時的に低下する。前
述したように、グラフにおいて、そのような部分を「キ
ンク」という。キンクが発生するのは、光出力があるレ
ベル以下にあるとき、基本モード(m=1)にあるレー
ザ光だけが発振していたのが、光出力がそのレベル
(「キンクレベル」という)を越えると、基本モード以
外のモード(高次のモード:m≧2)にあるレーザ光と
基本モードにあるレーザ光とが混在しはじめるためであ
る。キンクレベルが高い半導体レーザほど、基本モード
にあるレーザ光を高い光出力にて安定して供給すること
ができる。基本モード(m=1)にあるレーザ光につい
ての閾値利得と他のモード(m≧2)にあるレーザ光に
ついての閾値利得との差が大きいほど、キンくレベルは
高くなる。
【0032】図15は、図1に示す構造を有する本発明
の半導体レーザについて、クラッド層4のストライプリ
ッジの幅と、キンクの発生する光出力のレベルとの関係
を示すグラフである。
【0033】測定のために使用した半導体レーザの共振
器長はいずれも350μmで、各半導体レーザの両端面
には反射膜等はコーティングされていない。図15から
わかるように、本発明の半導体レーザは、従来の半導体
レーザに比較して、キンクレベルが高い。このことは、
本発明の半導体レーザにおいて、基本モード(m=1)
の閾値利得と他のモード(m≧2)の閾値利得との差
が、従来の半導体レーザにおけるよりも大きいことを示
している。
【0034】また、n−(Al0.2Ga0.80.51In
0.49P層7とn−(Al0.7Ga0.3 0.51In0.49P層
8とは、p側電極10から流れる電流をブロックし、ク
ラッド層5のストライプ状リッジ内に電流を狭窄し、そ
れによって活性層4の所定の領域に電流を注入する働き
も具備している。
【0035】本発明では、台形状のストライプの内外に
屈折率差を設ける目的で、700Åのn−(Al0.2
0.80.51In0.49P層7と0.7μmのn−(Al
0.7Ga0.30.51In0.49P層8の2種類の半導体層を
用いている。1層目の半導体層、すなわちn−(Al
0.2Ga0.80.51In0.49P層7の屈折率は、p−(A
0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層5の屈折率よ
り大きい。2層目にはクラッド層とほぼ屈折率の等しい
n−(Al0.7Ga0.30.51In0.49P層8を用いてい
る。光は活性層4の近傍の材料のみの屈折率の影響を受
ける。ストライプの外部で安定な実効屈折率を得ること
ができる。所望のストライプ内外での実効屈折率差は、
n−(Al0.2Ga0.80.51In0.49P層7の厚さを変
化させることで容易に得られる。すなわち、n−(Al
0.2Ga0.80.51In0.49P層7が厚くなると実効屈折
率差は大きくなり、薄くなると小さくなる。そのストラ
イプ内外での屈折率差は、n−(Al0.2Ga0.80.51
In0.49P層7の厚みの調整により、0.01〜0.05の範囲
で制御される。
【0036】また、ここでは第1層目のAl組成を0.
2としたが、このAl組成を変化させても実効屈折率差
を変化させることができる。すなわち、Al組成が小さ
くなると実効屈折率差は大きくなり、Al組成が大きく
なると実効屈折率差は小さくなる。
【0037】1種類のみの半導体層で同様の実効屈折率
差をつけるためには、屈折率がp−(Al0.7Ga0.3
0.51In0.49Pクラッド層5のそれより高く、かつ非常
に近い材料、例えば、n−(Al0.55Ga0.450.51
0.49P層を組成の揺らぎが無く均一に、しかも厚く、
例えば1μm以上堆積する必要がある。この場合、n−
(Al0.55Ga0.450.51In0.49P層の中へ光が深く
もれるため、光は活性層4から遠く離れた場所での屈折
率の影響を受ける。またn−(Al0.55Ga0. 450.51
In0.49P層の組成すなわち屈折率が、設定値からずれ
ると、ストライプの内外での実効屈折率がずれたりす
る。またその厚さが薄かったら、Ga0.51In0.49P活
性層4で生じた光がp−GaAsキャップ層9によって
吸収されて、光エネルギーの損失が生じる。したがっ
て、半導体レーザを作製する時の安定性、再現性が低く
なる恐れが生じる。所望の実効屈折率差を正確に、再現
性よく作るためには2種類以上の半導体層を設けること
が好ましい。
【0038】この半導体レーザの光出力と半導体レーザ
に注入した電流の関係を図3に示す。この半導体レーザ
では約30mWまでキンクが無い状態で光出力を得るこ
とができる。また、この半導体レーザの外部微分量子効
率ηDは85%と高い。それは、水平方向の実効屈折率
差をつけるために、n−(Al0.2Ga0.80.51In
0.49P層7とn−(Al0.7Ga0.30.51In0.49P層
8を用いているためである。この2層の禁制帯幅はGa
0.51In0.49P活性層4のそれよりも大きい。そのため
に、Ga0.51In0.49P活性層4で発生した光は吸収さ
れることがなく、したがって導波損失αiは小さく、そ
の結果高い外部微分量子効率を得ることができる。図4
は導波損失を調べるための実験結果で、外部微分量子効
率の逆数1/ηDと半導体レーザの共振器長の関係を示
す図である。1/ηDと共振器長の間には比例関係があ
り、この傾きから導波損失は4.2cm-1と導出でき
る。従来例の半導体レーザの導波損失は約15cm-1
あるから、本発明の半導体レーザは1/3〜1/4の値
をとることになる。したがって、本発明の半導体レーザ
の外部微分量子効率が高いことが説明できる。
【0039】つぎに本発明の半導体レーザが良好な特性
をもつことの説明として、本発明の遠視野像を測定した
結果を図12に示す。
【0040】(a)は半導体レーザの各層に水平な方向
の角度に対する出力光の強度分布であり、(b)は各層
に垂直な方向の角度に対する出力光の強度分布を示して
いる。
【0041】(a)の各層に水平方向の遠視野像のメイ
ンのピークの横に小さなサイド・ロブが見られる。この
サイド・ロブは本発明の半導体レーザの特徴であるが、
この半導体レーザが高次モードで発振しているというこ
とではなく、リッジ・ストライプの外にもれた光のため
による。
【0042】このように、本発明の半導体レーザは、そ
の遠視野像からともに基本モードで発振していることが
わかる。
【0043】なお、図12に示したメインのピークとサ
イド・ロブをわかりやすく説明したのが図13である。
半導体レーザの各層に水平な方向の光の強度分布であ
る。
【0044】以上述べたように、高い基本横モード安定
性と高い外部微分量子効率から、高出力の半導体レーザ
を得ることができる。
【0045】つぎに、この半導体レーザの作製方法を図
5から図9を用いて説明する。まず、MOVPE法など
の結晶成長方法を用いて、n−GaAs基板1上にn−
GaAsバッファ層2、n−(Al0.7Ga0.30.51
0.49Pクラッド層3、Ga 0.51In0.49P活性層4、
p−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層5、
p−Ga0.51In0.49P層6をエピタキシャル成長する
(図5)。SiO212をp−Ga0.51In0.49P層6
上に堆積させた後、ホトリソグラフィー技術とエッチン
グ技術を用いて、SiO212とp−Ga0.51In0.49
P層6とp−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッ
ド層5の一部を台形状のストライプに加工する(図
6)。台形状に加工した後、MOVPE法の選択成長技
術を用いて、電流ブロック層としてn−(Al0.2Ga
0.80.51In0.49P層7とn−(Al 0.7Ga0.3
0.51In0.49P層8をSiO212上に堆積させること
なく、ストライプの両脇のp−(Al0.7Ga0.30.51
In0.49Pクラッド層5上に結晶成長させる(図7)。
その後、SiO212を除去し、p−GaAsキャップ
層9を結晶成長させる(図8)。最後にp−GaAsコ
ンタクト層9上にCr/Pt/Auを堆積してp側電極
10とし、n−GaAs基板1上にAu/Ge/Niを
堆積してn側電極11とする(図9)。
【0046】このような製造方法により、図1に示すよ
うな横モード制御型の赤色半導体レーザを作製すること
ができる。
【0047】なお、本実施例では台形状のストライプの
内外に実効屈折率差を設けるために、2種類の半導体層
を用いて説明したが、3種類以上用いても実効屈折差を
作ることができる。
【0048】上記実施例では台形状のストライプの内部
の実効屈折率をストライプの外部のそれよりも、0.0
22低くしてあるが、この実効屈折率差は0.01から
0.05の範囲であれば、本発明の効果は大きい。ただ
し、実効屈折率差が変われば、それに合わせて、台形状
のストライプ幅も変化させなくてはならない。
【0049】なおクラッド層5のストライプ状リッジ外
部の厚さh、および層7の厚さを変化させることにより
ストライプ状リッジの外の部分の実効屈折率を制御する
ことができる。hの厚さの範囲は0.05〜0.5μ
m、層7の厚さの範囲は0.02〜0.5μm、層8の
厚さの範囲は0.3〜1μmが好ましい。
【0050】上記実施例では半導体レーザを構成する材
料を指定したが、クラッド層が(AlyGa1-y0.51
0.49P、活性層が(AlzGa1-z0.51In0.49
(ここで、0≦z≦y≦1)の場合でも、外部微分量子
効率が大きく、横モード安定性の高い、高出力の半導体
レーザを容易に作製することができる。
【0051】また、上記実施例では材料にAlGaIn
Pを用いた半導体レーザについて説明したが、他の材料
でも本発明の効果が大きいことは言うまでもない。II
I−V族の半導体レーザのみならず、II−VI族の材
料から成る半導体レーザでもこの発明の効果は大きい。
【0052】上記実施例の活性層は、AlGaInP半
導体の単層によって形成されているが、多重量子井戸構
造を有する活性層が使用され得る。そのような活性層と
しては、例えば、、Ga0.44In0.56Pウェル層(厚さ
8nm)、(Al0.45Ga0. 550.51In0.49Pバリア
層(厚さ5nm)、Ga0.44In0.56Pウェル層(厚さ
8nm)、(Al0.45Ga0.550.51In0.49Pバリア
層(厚さ5nm)、及び、Ga0.44In0.56Pウェル層
(厚さ8nm)含んだ活性層を使用してもよい。このよ
うな活性層は、3つのウェル層に0.5%の圧縮歪が生
じているため、歪多重量子井戸活性層と呼ばれる。この
多重量子井戸活性層は、クラッド層に接する一対の(A
0.45Ga0.550.51In0.49P光閉じ込め層(厚さ1
0nm)によって、挟まれる。
【0053】(実施例2)図16を参照して、本発明に
よる他の半導体レーザを説明する。
【0054】この半導体レーザは、n−GaAs基板6
1、及びn−GaAs基板61上に形成された積層構造
を有している。積層構造は、n−GaAs基板61に近
い側から順番に、n−Ga0.51In0.49P第1クラッド
層(厚さ:1.5μm)62、GaAs第1光閉じ込め
層(厚さ:0.01μm)63、歪量子井戸活性層6
4、GaAs第2光閉じ込め層(厚さ:0.01μm)
65、p−Ga0.51In 0.49P第2クラッド層66、n
−GaAs電流ブロック層(厚さ:0.15μm)6
7、p−GaAsキャップ層(厚さ:3μm)68を含
んでいる。積層構造のp−GaAsキャップ層68上に
は、p側電極69が設けられており、n−GaAs基板
61の裏面には、n側電極70が設けられている。
【0055】歪量子井戸活性層64は、In0.2Ga0.8
As第1ウェル層(厚さ:7nm)64a、GaAsバ
リア層(厚さ:10nm)64b及びIn0.2Ga0.8
s第2ウェル層(厚さ:7nm)64cが形成する量子
井戸構造を有している。
【0056】p−Ga0.51In0.49P第2クラッド層6
6は、光閉じ込め層に接する第1層部分(厚さ:0.2
μm)66aと、p−GaAsキャップ層68に接する
第2層部分(厚さ:1.5μm)66bとに分かれてい
る。p−Ga0.51In0.49P第2クラッド層66の第1
層部分66aと第2層部分66bとの間に、n−GaA
s電流ブロック層67が位置している。
【0057】n−GaAs電流ブロック層67は、歪量
子井戸活性層64のストライプ状の所定領域(電流注入
領域)に対応する領域以外の領域に形成されている。言
い替えると、n−GaAs電流ブロック層67は、歪量
子井戸活性層64の電流注入領域に対応する領域にスト
ライプ状の開口部を有している。開口部の幅Wが電流注
入領域の幅を規定している。この幅wは典型的には6μ
mであるが、約3μmから約8μmの範囲において種々
の値が選択され得る。n−GaAs電流ブロック層64
は、p−Ga0.51In0.49P第2クラッド層66の屈折
率よりも高い屈折率を有し、かつ、活性層64の禁制帯
幅よりも広い禁制帯幅を有している。
【0058】p−Ga0.51In0.49P第2クラッド層6
6の第1層部分66aの厚さh、及びn−GaAs電流
ブロック層67の厚さdを調整することにより、ストラ
イプ状電流注入領域の内外での実効屈折率差を制御する
ことができる。p−Ga0.51In0.49P第2クラッド層
66の第1層部分66aの厚さは、約0.05μmから
約0.5μmの範囲において選択され得、n−GaAs
電流ブロック層67の厚さは、約0.02μmから約
0.5μmの範囲内で選択され得る。
【0059】本実施例の半導体レーザにおいても、前述
した構造を有する本発明の半導体レーザと同様の効果が
得られる。
【0060】上記クラッド層としては、AlxGa1-x
s(0.2≦x≦0.7)層または(AlxGa1-x
0.51In0.49P(0≦x≦1)層を用いてもよい。(A
xGa1-x0.51In0.49P(0≦x≦1)層をクラッ
ド層に使用した場合、活性層とクラッド層との間のヘテ
ロ障壁の高さを、本実施例における高さよりも高くする
ことが可能となる。このため、そのようなクラッド層を
採用することにより、より高温で安定に動作し得る半導
体レーザが提供される。
【0061】
【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、 (1)半導体レーザのクラッド層のストライプの外部
に、上記クラッド層より屈折率が高く、かつ活性層の禁
制帯幅よりも広い半導体層を少なくとも具備するため
に、吸収による光の損失が小さいことから導波損失を小
さくでき、外部微分量子効率が高く、また基本横モード
の安定性の高い高出力の半導体レーザを得ることができ
る。
【0062】本発明の半導体レーザの製造方法によれ
ば、 (2)半導体基板上に第1クラッド層、活性層、第2ク
ラッド層を順次積層する工程と、第2クラッド層の一部
を台形状のストライプに加工する工程と、該ストライプ
の外部の第2クラッド層上に、電流の注入を阻止するた
めに少なくとも2種類以上の半導体層を積層する工程を
有し、前記2種類以上の半導体層が異なる屈折率を有す
ることから、光の導波損失を小さくすることができ、外
部微分量子効率が高く、また基本横モードの安定性の高
い高出力の半導体レーザを容易に再現性よく作製するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の横モード制御型の赤色半導体
レーザの断面図
【図2】本発明の実施例の半導体レーザの層に水平方向
の実効屈折率を表す図
【図3】本発明の実施例の半導体レーザの光出力と電流
の関係を示す図
【図4】本発明の効果を説明するための図で、外部微分
量子効率の逆数1/ηDと共振器長の関係を示す図
【図5】本発明の半導体レーザの製造工程を表す第1の
工程順断面図
【図6】本発明の半導体レーザの製造工程を表す第2の
工程順断面図
【図7】本発明の半導体レーザの製造工程を表す第3の
工程順断面図
【図8】本発明の半導体レーザの製造工程を表す第4の
工程順断面図
【図9】本発明の半導体レーザの製造工程を表す第5の
工程順断面図
【図10】従来例の赤色半導体レーザの断面図
【図11】本発明と従来例の基本モードと1次モードの
しきい値利得の差を説明する図
【図12】本発明の半導体レーザの遠視野像を示す図
【図13】本発明の半導体レーザの各層に水平な方向の
遠視野像を示す図
【図14】本発明の半導体レーザの特性を示す図で、出
射端面に反射率6%のコーティング膜を、他の端面に8
3%のコーティング膜を設けた半導体レーザの駆動電流
と光出力の関係を示す図
【図15】本発明の半導体レーザについて、ストライプ
幅とキンクを発生する光出力の関係を示す図
【図16】本発明の別の実施例の横モード制御型の半導
体レーザの断面図
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 n−GaAsバッファ層 3 n−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層 4 Ga0.51In0.49P活性層 5 p−(Al0.7Ga0.30.51In0.49Pクラッド層 6 p−Ga0.51In0.49P層 7 n−(Al0.2Ga0.80.51In0.49P層 8 n−(Al0.7Ga0.30.51In0.49P層 9 p−GaAsキャップ層 10 p側電極 11 n側電極 12 SiO2 13 n−GaAs電流ブロック層 61 n−GaAs基板 62 n−Ga0.51In0.49Pクラッド層 63 GaAs光閉じ込め層 64 歪量子井戸活性層 64a In0.2Ga0.8Asウエル層 64b GaAsバリア層 64c In0.2Ga0.8Asウエル層 65 GaAs光閉じ込め層 66 p−Ga0.51In0.49Pクラッド層 66a 光閉じ込め層に接する第1層部 66b p−GaAsキャップ層68に接する第2層部 67 n−GaAs電流ブロック層 68 p−GaAsキャップ層 69 p側電極 70 n側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−115588(JP,A) 特開 平6−45683(JP,A) 特開 平5−327126(JP,A) TECH.DIG.INT.ELEC TRON.DEVICES MEET. (1992) P.871−874

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板、及び該半導体基板上に形成さ
    れた積層構造であって、活性層と、該活性層を挟む一対
    のクラッド層と、該活性層のストライプ状所定領域に電
    流を注入するための電流狭窄層とを有する積層構造、 を備えた半導体レーザであって、 該電流狭窄層は、該活性層の該所定領域に対応する領域
    以外の領域に形成された第1電流ブロック層を備えてお
    り、該第1電流ブロック層は、該一対のクラッド層の屈
    折率よりも高い屈折率を有する半導体層であって、該活
    性層の禁制帯幅よりも広い禁制帯幅を有している半導体
    レーザ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体レーザであって、 前記一対のクラッド層のうち、前記活性層よりも上方に
    位置するクラッド層は、該半導体レーザの共振器方向に
    沿って延びるストライプ状リッジを有しており、 前記第1電流ブロツク層は、該ストライプ状リッジを有
    する該クラッド層上において、該ストライプ状リッジ以
    外の領域を覆っている半導体レーザ。
  3. 【請求項3】前記電流狭窄層は、前記第1電流ブロック
    層上に設けられた第2電流ブロック層を更に備えてお
    り、 該第2電流ブロック層は、前記活性層の禁制帯幅よりも
    広い禁制帯幅を有している半導体層である請求項2に記
    載の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】前記共振器方向に垂直な面に関する前記ス
    トライプ状リッジの断面が、台形である請求項3に記載
    の半導体レーザ。
  5. 【請求項5】前記共振器方向に垂直な面に関する前記ス
    トライプ状リッジの断面が、長方形である請求項3に記
    載の半導体レーザ。
  6. 【請求項6】前記半導体基板は、GaAsから形成され
    ており、 前記活性層は、GaInPから形成されており、 前記第1及び第2電流ブロツク層、ならびに前記一対の
    クラッド層は、AlGaInPから形成されている請求
    項3に記載の半導体レーザ。
  7. 【請求項7】前記活性層は、多重量子井戸構造を有して
    いる請求項1に記載の半導体レーザ。
  8. 【請求項8】前記一対のクラッド層のうちの一方は、前
    記第1電流ブロツク層を挟みこむ第1層部分及び第2層
    部分を有している請求項1に記載の半導体レーザ。
  9. 【請求項9】前記半導体基板は、GaAsから形成され
    ており、 前記活性層は、InGaAs層を含んでおり、 前記一対のクラッド層は、GaInPから形成されてお
    り、 前記第1電流ブロツク層は、GaAsから形成されてい
    る請求項8に記載の半導体レーザ。
  10. 【請求項10】前記活性層は、多重量子井戸構造を有し
    ている請求項8に記載の半導体レーザ。
  11. 【請求項11】半導体基板上に積層構造を形成する工程
    を包含する半導体レーザを製造する方法であって、該工
    程は、更に、 第1クラッド層を形成する工程と、 該第1クラッド層上に活性層を形成する工程と、 該活性層上に第2クラッド層となる膜を形成する工程
    と、 該膜の一部を選択的にエッチングすることにより、該半
    導体レーザの共振器方向に延びるストライプ状リッジ部
    を該膜に形成して、それによって第2クラッド層を形成
    する工程と、 該第2クラッド層のうち該ストライプ状リッジ部以外の
    部分の上に、該第2クラッド層の屈折率よりも高い屈折
    率を有し、かつ、該活性層の禁制帯幅よりも広い禁制帯
    幅を有している第1半導体層を形成する工程と、 該第1半導体層上に、該活性層の禁制帯幅よりも広い禁
    制帯幅を有している第2半導体層を形成する工程と、 を包含する半導体レーザの製造方法。
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