JP2792169B2 - 半導体レーザー - Google Patents
半導体レーザーInfo
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- JP2792169B2 JP2792169B2 JP2001890A JP189090A JP2792169B2 JP 2792169 B2 JP2792169 B2 JP 2792169B2 JP 2001890 A JP2001890 A JP 2001890A JP 189090 A JP189090 A JP 189090A JP 2792169 B2 JP2792169 B2 JP 2792169B2
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- Japan
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- layer
- semiconductor laser
- gaas
- cladding
- ridge stripe
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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、レーザプリンタ，バーコードリーダ等の光
源に用いられる半導体レーザに関し、特に発振波長680n
m以下の可視光半導体レーザの構造に関するものであ
る。
源に用いられる半導体レーザに関し、特に発振波長680n
m以下の可視光半導体レーザの構造に関するものであ
る。
半導体レーザは、光通信装置や光ディスク装置等の光
情報処理装置用の光源として、利用されており、各種構
造の半導体レーザが提案されている。
情報処理装置用の光源として、利用されており、各種構
造の半導体レーザが提案されている。
従来の可視光半導体レーザの一例として、1987年秋応
物講演会予稿集764頁19a−ZR−4,19a−ZR−５に、又、1
989年春応物講演会予稿集886頁、1P−ZC−2,1P−ZC−3,
1P−ZC−４に示されている。
物講演会予稿集764頁19a−ZR−4,19a−ZR−５に、又、1
989年春応物講演会予稿集886頁、1P−ZC−2,1P−ZC−3,
1P−ZC−４に示されている。
上述した従来の半導体レーザの一例を第３図に示す。
従来例の半導体レーザは、ｎ−GaAs基板（１）上に、発
光領域となるGa0.5In0.5Ｐ活性層（４）をこれよりも禁
制帯幅の大きいAl0.5In0.5Ｐもしくは（Al0.5Ga0.6）
0.5In0.5Ｐクラッド層（３）および（５）ではさんでな
る結晶積層体を備え、その結晶積層体に隣接して、結晶
積層体の隣接側とは逆導電性の電流ブロック層（７）を
備え、さらに半導体層（キャップ層）（10）を備えた後
に、電極（12），（13）を設けて構成されている。
従来例の半導体レーザは、ｎ−GaAs基板（１）上に、発
光領域となるGa0.5In0.5Ｐ活性層（４）をこれよりも禁
制帯幅の大きいAl0.5In0.5Ｐもしくは（Al0.5Ga0.6）
0.5In0.5Ｐクラッド層（３）および（５）ではさんでな
る結晶積層体を備え、その結晶積層体に隣接して、結晶
積層体の隣接側とは逆導電性の電流ブロック層（７）を
備え、さらに半導体層（キャップ層）（10）を備えた後
に、電極（12），（13）を設けて構成されている。
しかし、この構造の半導体レーザでは、非点隔差が10
μｍ前後と大きい。非点隔差は、横方向屈折率差と関係
しており、横方向屈折率差は、半導体レーザのリッジサ
イドのクラッド層（５）の厚さと電流ブロック層（７）
の吸収ロスにより決まっている。また、クラッド層
（５）のリッジサイドの厚さとリッジ幅は、発振しきい
値電流Ithと関係する。したがって、発振しきい値Ithと
独立に横方向屈折率差を制御できないという問題があっ
た。
μｍ前後と大きい。非点隔差は、横方向屈折率差と関係
しており、横方向屈折率差は、半導体レーザのリッジサ
イドのクラッド層（５）の厚さと電流ブロック層（７）
の吸収ロスにより決まっている。また、クラッド層
（５）のリッジサイドの厚さとリッジ幅は、発振しきい
値電流Ithと関係する。したがって、発振しきい値Ithと
独立に横方向屈折率差を制御できないという問題があっ
た。
また、第４図に示す様なSi3N4（16）を用いる構造で
は、非点隔差の低減はできるが、半導体レーザの製造工
程が複雑になり、素子の保留，信頼性の悪化という欠点
がある。
は、非点隔差の低減はできるが、半導体レーザの製造工
程が複雑になり、素子の保留，信頼性の悪化という欠点
がある。
本発明は、上述した従来型の半導体レーザの欠点を除
去して、横方向屈折率差を発振しきい値と独立に制御で
き、簡単な製造工程で非点隔差の小さい半導体レーザを
実現するものである。
去して、横方向屈折率差を発振しきい値と独立に制御で
き、簡単な製造工程で非点隔差の小さい半導体レーザを
実現するものである。
本発明の半導体レーザは、発振しきい値電流Ithにつ
いては、リッジ幅とリッジサイドのクラッド層厚で制御
し、横方向屈折率差ΔＮについては、電流ブロック層を
AluGa1-uAs（０ｕ１）とGaAsで、各々の厚さと、組
成比で制御できる構造となっている。すなわち、GaAs基
板上に、発光領域となる（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ（０
ｘ0.4）活性層をこれよりも禁制幅の大きい（AlyGa
1-y）0.5In0.5Ｐ（0.5ｙ１）クラッド層ではさんだ
ダブルヘテロ構造を有し、前記クラッド層に隣接して、
前記クラッド層と同じ導電性のGa0.5In0.5Ｐ層を備え、
前記Ga0.5In0.5Ｐ層に隣接して、リッジストライプ状の
同じ導電性の第２の（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐ（0.5ｙ
１）クラッド層とAlzGa1-zAs層（0.3ｚ0.5）を有
し、前記リッジストライプの両側に、逆導電性のAluGa
1-uAs（０ｕ１）とGaAsを順次積層した電流ブロッ
ク層を配置し、さらにGaAsコンタクト層を設けたことを
特徴とする構成になっている。
いては、リッジ幅とリッジサイドのクラッド層厚で制御
し、横方向屈折率差ΔＮについては、電流ブロック層を
AluGa1-uAs（０ｕ１）とGaAsで、各々の厚さと、組
成比で制御できる構造となっている。すなわち、GaAs基
板上に、発光領域となる（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ（０
ｘ0.4）活性層をこれよりも禁制幅の大きい（AlyGa
1-y）0.5In0.5Ｐ（0.5ｙ１）クラッド層ではさんだ
ダブルヘテロ構造を有し、前記クラッド層に隣接して、
前記クラッド層と同じ導電性のGa0.5In0.5Ｐ層を備え、
前記Ga0.5In0.5Ｐ層に隣接して、リッジストライプ状の
同じ導電性の第２の（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐ（0.5ｙ
１）クラッド層とAlzGa1-zAs層（0.3ｚ0.5）を有
し、前記リッジストライプの両側に、逆導電性のAluGa
1-uAs（０ｕ１）とGaAsを順次積層した電流ブロッ
ク層を配置し、さらにGaAsコンタクト層を設けたことを
特徴とする構成になっている。
〔実施例１〕 次に本発明について図面を参照して説明する。第１図
は本発明の一実施例の断面図である。まず、１回目の結
晶成長をMO−VPE法により成長温度700℃，成長圧力70To
rrの条件下で、GaAs基板（１）上にキャリア濃度１×10
18cm-3のSiドープGaAsバッファ層（２）0.5μm,キャリ
ア濃度５×1017cm-3のSiドープｎ−（Al0.6Ga0.4）0.5I
n0.5Ｐクラッド層（３）を１μm,アンドープGa0.5In0.5
Ｐ活性層（４）を0.07μm,キャリア濃度６×1017cm-3の
Znドープのｐ−｛Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ第１クラッド
層（５）を0.25μm,キャリア濃度１×1018cm-3のZnドー
プｐ−Ga0.5In0.5Ｐエッチングストッパー層（６）を0.
05μm,キャリア濃度６×1017cm-3のZnドープｐ−（Al
0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ第２クラッド層（８）を0.7μm,
キャリア濃度１×1018cm-3のZnドープｐ−Al0.4Ga0.6As
層（９）を0.06μm,キャリア濃度２×1018cm-3のZnドー
プGaAsキャップ層（10）を0.3μｍ順次積層する。
は本発明の一実施例の断面図である。まず、１回目の結
晶成長をMO−VPE法により成長温度700℃，成長圧力70To
rrの条件下で、GaAs基板（１）上にキャリア濃度１×10
18cm-3のSiドープGaAsバッファ層（２）0.5μm,キャリ
ア濃度５×1017cm-3のSiドープｎ−（Al0.6Ga0.4）0.5I
n0.5Ｐクラッド層（３）を１μm,アンドープGa0.5In0.5
Ｐ活性層（４）を0.07μm,キャリア濃度６×1017cm-3の
Znドープのｐ−｛Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ第１クラッド
層（５）を0.25μm,キャリア濃度１×1018cm-3のZnドー
プｐ−Ga0.5In0.5Ｐエッチングストッパー層（６）を0.
05μm,キャリア濃度６×1017cm-3のZnドープｐ−（Al
0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ第２クラッド層（８）を0.7μm,
キャリア濃度１×1018cm-3のZnドープｐ−Al0.4Ga0.6As
層（９）を0.06μm,キャリア濃度２×1018cm-3のZnドー
プGaAsキャップ層（10）を0.3μｍ順次積層する。
次に、リッジストライプ形成用エッチングマスク兼．
選択成長用マスクとなるSiO2膜2000Åを成膜させ、レジ
ストを塗布し、これをマスクとして〔０１〕方向にSi
O2ストライプを形成し、続いて、GaAsコンタクト層（1
0）をNH4OH:H2O＝1:20エッチャントによりエッチングす
る。次に、リン酸系エッチャントによりGa0.5In0.5Ｐエ
ッチングストッパー層（６）までエッチングしてリッジ
ストライプ形成する。リッジストライプ幅Ｗは、５μｍ
とする。
選択成長用マスクとなるSiO2膜2000Åを成膜させ、レジ
ストを塗布し、これをマスクとして〔０１〕方向にSi
O2ストライプを形成し、続いて、GaAsコンタクト層（1
0）をNH4OH:H2O＝1:20エッチャントによりエッチングす
る。次に、リン酸系エッチャントによりGa0.5In0.5Ｐエ
ッチングストッパー層（６）までエッチングしてリッジ
ストライプ形成する。リッジストライプ幅Ｗは、５μｍ
とする。
次に２回目の結晶成長をMO−VPE法によりキャリア濃
度２×1018cm-3のSiドープAl0.45Ga0.55As電流ブロック
層（71）を厚さ0.2μm,キャリア濃度３×1018cm-3のSi
ドープGaAs電流ブロック層（72）を厚さ0.4μｍ選択成
長させる。
度２×1018cm-3のSiドープAl0.45Ga0.55As電流ブロック
層（71）を厚さ0.2μm,キャリア濃度３×1018cm-3のSi
ドープGaAs電流ブロック層（72）を厚さ0.4μｍ選択成
長させる。
次に、SiO2を除去した後、３回目の結晶をMO−VPE法
により、キャリア濃度２×1019cm-3のZnドープGaAsコン
タクト層（11）を３μｍ成長させる。続いて、電極（1
2），（13）を形成して本発明の半導体レーザができ
る。
により、キャリア濃度２×1019cm-3のZnドープGaAsコン
タクト層（11）を３μｍ成長させる。続いて、電極（1
2），（13）を形成して本発明の半導体レーザができ
る。
本発明における半導体レーザは、発振しきい値電流I
th＝45mA,非点隔差５μｍ（3mW出力）の特性が得られ
た。
th＝45mA,非点隔差５μｍ（3mW出力）の特性が得られ
た。
〔実施例２〕 次に実施例２について説明する。半導体レーザの層構
造は、第２図に示す通りで、第１図に示す実施例１と同
じである。異なるのは、リッジストライプ（14）の方向
で、ここでは、〔０〕方向にリッジストライプ（1
4）を形成する点である。本実施例では、活性層側の電
流パスが狭くなっているため、キャリアを効率良く注入
できる。この結果、実施例１よりも発振しきい値電流I
thを約5mA低減できる。非点隔差については、実施例１
と同様に５μｍ前後低減できる。
造は、第２図に示す通りで、第１図に示す実施例１と同
じである。異なるのは、リッジストライプ（14）の方向
で、ここでは、〔０〕方向にリッジストライプ（1
4）を形成する点である。本実施例では、活性層側の電
流パスが狭くなっているため、キャリアを効率良く注入
できる。この結果、実施例１よりも発振しきい値電流I
thを約5mA低減できる。非点隔差については、実施例１
と同様に５μｍ前後低減できる。
また、本発明の半導体レーザの製造は、MO−VPE法に
限らず、MBE法,MO−MBE法において可能である。
限らず、MBE法,MO−MBE法において可能である。
本発明は、注入された電流は電流ブロック層（71），
（72）間のストライプ状の窓からｐ−第１クラッド層
（８）を通って、Ga0.5In0.5Ｐ活性層（４）に注入され
る。活性層（４）に注入されたキャリアは、活性層
（４）横方向に拡散して、利得分布を形成し、レーザ発
振を開始する。このとき活性層（４）のキャリア密度が
１〜２×1018cm-3と高いので活性層（４）内のキャリア
拡散長が短くなり、利得分布には、主にリッジ（14）下
の活性層（４）の部分に形成され、その形状は急峻にな
り、その結果、リッジストライプ（14）下の部分のみ利
得が高くなりその外部は損失領域となる。
（72）間のストライプ状の窓からｐ−第１クラッド層
（８）を通って、Ga0.5In0.5Ｐ活性層（４）に注入され
る。活性層（４）に注入されたキャリアは、活性層
（４）横方向に拡散して、利得分布を形成し、レーザ発
振を開始する。このとき活性層（４）のキャリア密度が
１〜２×1018cm-3と高いので活性層（４）内のキャリア
拡散長が短くなり、利得分布には、主にリッジ（14）下
の活性層（４）の部分に形成され、その形状は急峻にな
り、その結果、リッジストライプ（14）下の部分のみ利
得が高くなりその外部は損失領域となる。
一方、レーザ光は、活性層（４）からしみ出し垂直方
向に広がる。このときｐ−第１クラッド層（５）にしみ
出した光は、ｐ−第１クラッド層（５）の上にあるAluG
a1-uAs電流ブロック層（71），さらに電流ブロック層
（71）に隣接して、GaAs電流ブロック層（72）がある
が、電流ブロック層（71）は、Al組成によりレーザ光に
対する吸収係数が変化し（Al組成増加に伴い吸収係数は
小さくなる）、電流ブロック層（72）は、吸収層として
働く。したがって、レーザ光は、電流ブロック層（7
1），（72）にひき込まれて吸収損失を受ける。その結
果、リッジストライプ（14）下の活性層近傍には、正の
屈折率差ΔＮが生じ、基本横モード発振が維持される。
この様な吸収損失による導波機構における光の波面は、
Cook and Nash（J.Applied Physics;46 p1660（197
5））により近似解析がなされており、波面の曲率半径
Ｒは、複数屈折類を用いて次の様に示される。
向に広がる。このときｐ−第１クラッド層（５）にしみ
出した光は、ｐ−第１クラッド層（５）の上にあるAluG
a1-uAs電流ブロック層（71），さらに電流ブロック層
（71）に隣接して、GaAs電流ブロック層（72）がある
が、電流ブロック層（71）は、Al組成によりレーザ光に
対する吸収係数が変化し（Al組成増加に伴い吸収係数は
小さくなる）、電流ブロック層（72）は、吸収層として
働く。したがって、レーザ光は、電流ブロック層（7
1），（72）にひき込まれて吸収損失を受ける。その結
果、リッジストライプ（14）下の活性層近傍には、正の
屈折率差ΔＮが生じ、基本横モード発振が維持される。
この様な吸収損失による導波機構における光の波面は、
Cook and Nash（J.Applied Physics;46 p1660（197
5））により近似解析がなされており、波面の曲率半径
Ｒは、複数屈折類を用いて次の様に示される。
ここで Re（Δeff）＝Re（eff0−eff1）＝Neff0−Neff1）≡ΔＮ Imag（Δeff）＝Imag（eff0−eff1）＝Imag（eff1）＝α/2k ｋ＝２π／λ リッジ下部 eff0＝Neff0（実部のみ） リッジ下部 eff1＝Neff1＋ｉ（α/2k） この様の光の波面の曲率の存在が非点隔差の発生の原
因となっている。すなわち、非点隔差の低減は、リッジ
外部の複素屈折率の虚部を小さくすれば良い。虚部を小
さくするためには、吸収損失を小さくすれば良いわけ
で、電流ブロック層（71）のAl組成と厚さの変更によ
り、吸収損失は、小さくでき、その変化幅も広く設定で
きる。本実施例では、Re（Δeff）/Imag（Δeff）
＞10と設定可能であり、５μｍ以下の非点隔差が実現で
きる。
因となっている。すなわち、非点隔差の低減は、リッジ
外部の複素屈折率の虚部を小さくすれば良い。虚部を小
さくするためには、吸収損失を小さくすれば良いわけ
で、電流ブロック層（71）のAl組成と厚さの変更によ
り、吸収損失は、小さくでき、その変化幅も広く設定で
きる。本実施例では、Re（Δeff）/Imag（Δeff）
＞10と設定可能であり、５μｍ以下の非点隔差が実現で
きる。
第１図は、〔０１〕方向にリッジストライプを有する
半導体レーザの断面図、第２図は、〔０〕方向にリ
ッジを有する半導体レーザの断面図である。第３図，第
４図は、従来型の半導体レーザの断面図である。 第１図〜第４図において、 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−GaAsバッファ層、３…
…ｎ−（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐクラッド層（0.5ｙ
１）、４……アンドープ（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ活性層
（０ｘ0.4）、５……ｐ−（AlyGa1-y）0.5In0.5ｐ
第１クラッド層（0.5ｙ１）、６……ｐ−Ga0.5In
0.5Ｐエッチングストッパー層、71……ｎ−AluGa1-uAs
電流ブロック層（１ｕ１）、72……ｎ−GaAs電流ブ
ロック層、８……ｐ−（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐ第２クラ
ッド層（0.5ｙ１）、９……ｐ−AlzGa1-zAs（0.3
ｚ0.5）、10……ｐ−GaAsキャップ層、11……ｐ−GaA
sコンタクト層、12,13……電極、14……リッジストライ
プ、15……ｐ−Ga0.5In0.5Ｐ層、16……Si3N4層。
半導体レーザの断面図、第２図は、〔０〕方向にリ
ッジを有する半導体レーザの断面図である。第３図，第
４図は、従来型の半導体レーザの断面図である。 第１図〜第４図において、 １……ｎ−GaAs基板、２……ｎ−GaAsバッファ層、３…
…ｎ−（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐクラッド層（0.5ｙ
１）、４……アンドープ（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ活性層
（０ｘ0.4）、５……ｐ−（AlyGa1-y）0.5In0.5ｐ
第１クラッド層（0.5ｙ１）、６……ｐ−Ga0.5In
0.5Ｐエッチングストッパー層、71……ｎ−AluGa1-uAs
電流ブロック層（１ｕ１）、72……ｎ−GaAs電流ブ
ロック層、８……ｐ−（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐ第２クラ
ッド層（0.5ｙ１）、９……ｐ−AlzGa1-zAs（0.3
ｚ0.5）、10……ｐ−GaAsキャップ層、11……ｐ−GaA
sコンタクト層、12,13……電極、14……リッジストライ
プ、15……ｐ−Ga0.5In0.5Ｐ層、16……Si3N4層。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (1)
- 【請求項１】GaAs基板上に、発光領域となる（AlxG
a1-x）0.5In0.5Ｐ（０≦ｘ≦0.4）活性層をこれよりも
禁制幅の大きい（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐ（0.5≦ｙ≦
１）クラッド層ではさんだダブルヘテロ構造を有し、前
記クラッド層に隣接して、前記クラッド層と同じ導電性
のGa0.5In0.5Ｐ層を備え、前記Ga0.5In0.5Ｐ層に隣接し
て同じ導電性のリッジストライプ状の第２の（AlyG
a1-y）0.5In0.5Ｐ（0.5≦ｙ≦１）クラッド層とAlzGa
1-zAs層（0.3≦ｚ≦0.5）を有し、前記リッジストライ
プの両側に、逆導電性のAluGa1-uAs層（０＜ｕ≦１）と
吸収層として働くGaAsを順次積層した電流ブロック層を
配置し、さらにGaAsコンタクト層を設け、前記AluGa1-u
As電流ブロック層のAl組成と厚さの制御により前記リッ
ジストライプ下の活性層近傍に正の屈折率差を生ぜし
め、前記リッジストライプ外部の吸収損失を小さくして
非点隔差を小さくしたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001890A JP2792169B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | 半導体レーザー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001890A JP2792169B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | 半導体レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03206679A JPH03206679A (ja) | 1991-09-10 |
| JP2792169B2 true JP2792169B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=11514177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001890A Expired - Lifetime JP2792169B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | 半導体レーザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2792169B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2862726B2 (ja) * | 1992-04-24 | 1999-03-03 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS603178A (ja) * | 1983-06-21 | 1985-01-09 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS60126880A (ja) * | 1983-12-13 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS62142387A (ja) * | 1985-12-17 | 1987-06-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レ−ザ |
| JP2647076B2 (ja) * | 1986-02-28 | 1997-08-27 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2555282B2 (ja) * | 1986-08-08 | 1996-11-20 | 株式会社東芝 | 半導体レ−ザ装置及びその製造方法 |
| JPH01286479A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-17 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH01286381A (ja) * | 1988-05-11 | 1989-11-17 | Nec Corp | 半導体レーザ |
-
1990
- 1990-01-08 JP JP2001890A patent/JP2792169B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03206679A (ja) | 1991-09-10 |
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