JP2929990B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルビデオデ
ィスク、あるいは光磁気ディスク等に用いられ、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系であり、波長として赤色〜橙色を出力する半
導体レーザに関する。
ィスク、あるいは光磁気ディスク等に用いられ、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系であり、波長として赤色〜橙色を出力する半
導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、デジタルビデオディスク、あるい
は光磁気ディスク用にＡｌＧａＩｎＰ系短波長レーザ、
あるいはＡｌＧａＩｎＰ系高出力レーザの開発が盛んに
行われている。短波長レーザとしては、小林健一らによ
るジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス誌２９巻Ｌ１６６９頁（１９９０年）に記載さ
れているものがあり、高出力レーザとしては、上野らに
よるエレクトロニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTER
S）誌２８巻８６０頁（１９９２年）記載のものがあ
る。
は光磁気ディスク用にＡｌＧａＩｎＰ系短波長レーザ、
あるいはＡｌＧａＩｎＰ系高出力レーザの開発が盛んに
行われている。短波長レーザとしては、小林健一らによ
るジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス誌２９巻Ｌ１６６９頁（１９９０年）に記載さ
れているものがあり、高出力レーザとしては、上野らに
よるエレクトロニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTER
S）誌２８巻８６０頁（１９９２年）記載のものがあ
る。
【０００３】しかしながら、従来のＡｌＧａＩｎＰ赤色
半導体レーザのほとんどは、図３に示すように、発振光
を吸収するＧａＡｓ電流ブロック層を有するリッジ構造
が用いられている。図３中、３０１はＭＱＷ（Multi Qu
antum Well）活性層、３０２はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層、３０３はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０
４はｐ−ＧａＩｎＰキャップ層、３０６はｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、３０８はｎ−ＧａＡｓブロック層、３０９
はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、３１０はｎ−ＧａＡｓ基
板、３１１はｎ側電極、３１２はｐ側電極である。
半導体レーザのほとんどは、図３に示すように、発振光
を吸収するＧａＡｓ電流ブロック層を有するリッジ構造
が用いられている。図３中、３０１はＭＱＷ（Multi Qu
antum Well）活性層、３０２はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層、３０３はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０
４はｐ−ＧａＩｎＰキャップ層、３０６はｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、３０８はｎ−ＧａＡｓブロック層、３０９
はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、３１０はｎ−ＧａＡｓ基
板、３１１はｎ側電極、３１２はｐ側電極である。
【０００４】上記のようにリッジ構造を用いることか
ら、レーザ光の導波に関わる内部損失が大きく、発振閾
値電流の増大、動作電流の増大、および光出力効率の低
下を招来し、充分な特性を得ることが難しい状況にあっ
た。
ら、レーザ光の導波に関わる内部損失が大きく、発振閾
値電流の増大、動作電流の増大、および光出力効率の低
下を招来し、充分な特性を得ることが難しい状況にあっ
た。
【０００５】これに対し、図４に示す様に、発振光に対
して透明なＡｌＩｎＰをブロック層とするリッジ構造の
半導体レーザが半導体レーザ国際会議（予稿集２４３
頁、１９９４年）で小林隆二らにより報告されている。
図４中、４０１はＭＱＷ活性層、４０２はｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、４０３はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層、４０４はｐ−ＧａＩｎＰキャップ層、４０６はｎ
−ＧａＡｓバッファ層、４０７はＡｌＧａＩｎＰブロッ
ク層、４０８はｎ−ＧａＡｓブロック層、４０９はｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、４１０はｎ−ＧａＡｓ基板、４
１１はｎ側電極、４１２はｐ側電極である。
して透明なＡｌＩｎＰをブロック層とするリッジ構造の
半導体レーザが半導体レーザ国際会議（予稿集２４３
頁、１９９４年）で小林隆二らにより報告されている。
図４中、４０１はＭＱＷ活性層、４０２はｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、４０３はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層、４０４はｐ−ＧａＩｎＰキャップ層、４０６はｎ
−ＧａＡｓバッファ層、４０７はＡｌＧａＩｎＰブロッ
ク層、４０８はｎ−ＧａＡｓブロック層、４０９はｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、４１０はｎ−ＧａＡｓ基板、４
１１はｎ側電極、４１２はｐ側電極である。
【０００６】上記の構造では、リッジ側面および底面に
形成されたＡｌＩｎＰのブロック層４０７は、電流ブロ
ック層として機能すると同時に、上部に形成されたｎ−
ＧａＡｓであるブロック層４０８との屈折率の差によっ
て実屈折率導波による水平方向の光閉じ込め層として機
能する。同レーザでは、ＡｌＩｎＰは、発振光に対して
透明であるために内部損失が小さく、発振閾値を低減す
ること、および光出力効率が増加することが確認されて
いる。
形成されたＡｌＩｎＰのブロック層４０７は、電流ブロ
ック層として機能すると同時に、上部に形成されたｎ−
ＧａＡｓであるブロック層４０８との屈折率の差によっ
て実屈折率導波による水平方向の光閉じ込め層として機
能する。同レーザでは、ＡｌＩｎＰは、発振光に対して
透明であるために内部損失が小さく、発振閾値を低減す
ること、および光出力効率が増加することが確認されて
いる。
【０００７】しかしながら、上記のレーザでは以下のよ
うな問題点も存在する。ＡｌＩｎＰブロック層は有機金
属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で埋め込み成長される
が、このときに、平坦部とリッジ側面の傾斜部でＡｌＩ
ｎＰの格子定数が大きく異なることから結晶歪が生じ、
素子の特性および信頼性に悪影響を及ぼす点である。
うな問題点も存在する。ＡｌＩｎＰブロック層は有機金
属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で埋め込み成長される
が、このときに、平坦部とリッジ側面の傾斜部でＡｌＩ
ｎＰの格子定数が大きく異なることから結晶歪が生じ、
素子の特性および信頼性に悪影響を及ぼす点である。
【０００８】この理由は、ＭＯＶＰＥ成長において、結
晶表面でのIII族原料種間（ＡｌとＩｎ）の拡散係数の
違い、結晶への取り込まれやすさ（Sticking Coefficie
nt）の違いにより、２種類以上の結晶面が表面に存在す
るときに、原料種の偏析が生じるためである。従って、
短波長レーザの高温動作特性、あるいは、高出力レーザ
の高温高出力特性など厳しい動作特性を要求される用途
には上記のレーザ構造は不適であると考えられる。
晶表面でのIII族原料種間（ＡｌとＩｎ）の拡散係数の
違い、結晶への取り込まれやすさ（Sticking Coefficie
nt）の違いにより、２種類以上の結晶面が表面に存在す
るときに、原料種の偏析が生じるためである。従って、
短波長レーザの高温動作特性、あるいは、高出力レーザ
の高温高出力特性など厳しい動作特性を要求される用途
には上記のレーザ構造は不適であると考えられる。
【０００９】一方、ＡｌＧａＡｓ赤外光半導体レーザで
従来よりよく知られているレーザ構造として、図５に示
すセルフアラインドストラクチュア（ＳＡＳ）構造があ
る。
従来よりよく知られているレーザ構造として、図５に示
すセルフアラインドストラクチュア（ＳＡＳ）構造があ
る。
【００１０】図５中、５０１はＡｌ0.15Ｇａ0.84Ａｓ活
性層、５０２はｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、５
０３はｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１光ガイド層、５０４
はｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２光ガイド層、５０５はｐ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、５０６はｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、５０７はｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック
層、５０８はｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ保護層層、５０９
はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、５１０はｎ−ＧａＡｓ基
板、５１１はｎ側電極、５１２はｐ側電極である。
性層、５０２はｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、５
０３はｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１光ガイド層、５０４
はｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２光ガイド層、５０５はｐ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、５０６はｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、５０７はｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック
層、５０８はｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ保護層層、５０９
はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、５１０はｎ−ＧａＡｓ基
板、５１１はｎ側電極、５１２はｐ側電極である。
【００１１】図５に示すレーザ構造は特開平６−１３２
６０７号公報に開示されたものであり、電流をブロック
するブロック層５０７は発振光に対して透明なｎ−Ａｌ
0.6Ｇａ0.4Ａｓで構成されている。また、導波路を形成
するために、ブロック層５０７をストライプ状に開口
し、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５０５を埋め込
み成長するわけであるが、その際のストライプ開口のエ
ッチングストッパー層としてｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐであ
る第２光ガイド層５０４が設けられており、これによ
り、充分な特性のＡｌＧａＡｓ系赤外光半導体レーザが
実現できる旨記載されている。
６０７号公報に開示されたものであり、電流をブロック
するブロック層５０７は発振光に対して透明なｎ−Ａｌ
0.6Ｇａ0.4Ａｓで構成されている。また、導波路を形成
するために、ブロック層５０７をストライプ状に開口
し、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５０５を埋め込
み成長するわけであるが、その際のストライプ開口のエ
ッチングストッパー層としてｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐであ
る第２光ガイド層５０４が設けられており、これによ
り、充分な特性のＡｌＧａＡｓ系赤外光半導体レーザが
実現できる旨記載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述した各従来例のう
ち、図３に示したものにおいては、発振光を吸収するＧ
ａＡｓ電流ブロック層を有するリッジ構造が用いられて
いるため、レーザ光の導波に関わる内部損失が大きく、
発振閾値電流の増大、動作電流の増大、光出力効率の低
下を招来し、充分な特性を得るのが難しいという問題点
がある。
ち、図３に示したものにおいては、発振光を吸収するＧ
ａＡｓ電流ブロック層を有するリッジ構造が用いられて
いるため、レーザ光の導波に関わる内部損失が大きく、
発振閾値電流の増大、動作電流の増大、光出力効率の低
下を招来し、充分な特性を得るのが難しいという問題点
がある。
【００１３】図４に示したものにおいては、ＡｌＩｎＰ
ブロック層は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で埋
め込み成長されるが、このときに、平坦部とリッジ側面
の傾斜部でＡｌＩｎＰの格子定数が大きく異なることか
ら結晶歪が生じ、素子の特性および信頼性に悪影響があ
るという問題点がある。
ブロック層は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で埋
め込み成長されるが、このときに、平坦部とリッジ側面
の傾斜部でＡｌＩｎＰの格子定数が大きく異なることか
ら結晶歪が生じ、素子の特性および信頼性に悪影響があ
るという問題点がある。
【００１４】特開平６−１３２６０７号公報に開示され
るものにおいては、上記の各問題点は解消されるが、こ
れは結晶材料が全組成域でＧａＡｓ基板にほぼ格子整合
するＡｌＧａＡｓ系結晶に基づいているために可能とな
ったといえる。
るものにおいては、上記の各問題点は解消されるが、こ
れは結晶材料が全組成域でＧａＡｓ基板にほぼ格子整合
するＡｌＧａＡｓ系結晶に基づいているために可能とな
ったといえる。
【００１５】ＡｌＧａＡｓ系をＡｌＧａＩｎＰ系に置き
換えて特開平６−１３２６０７号公報に開示される構造
と同様なレーザ構造を試作してみた。具体的には、活性
層をＧａＩｎＰとし、クラッド層をｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ｎ−ＡｌＧａＩｎＰとし、エッチングストッパー層
をｐ−ＧａＩｎＰとし、埋め込むクラッド層をｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰとしたしたところ、図４に示したリッジ構造
レーザと同様に、開口部に埋め込んだＡｌＧａＩｎＰク
ラッドの格子定数が平坦部と傾斜部で大きくずれてしま
うという問題が発生した、その結果、活性層に歪が発生
することによる特性悪化、あるいは不純物の固相拡散促
進による特性悪化が観測された。
換えて特開平６−１３２６０７号公報に開示される構造
と同様なレーザ構造を試作してみた。具体的には、活性
層をＧａＩｎＰとし、クラッド層をｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ｎ−ＡｌＧａＩｎＰとし、エッチングストッパー層
をｐ−ＧａＩｎＰとし、埋め込むクラッド層をｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰとしたしたところ、図４に示したリッジ構造
レーザと同様に、開口部に埋め込んだＡｌＧａＩｎＰク
ラッドの格子定数が平坦部と傾斜部で大きくずれてしま
うという問題が発生した、その結果、活性層に歪が発生
することによる特性悪化、あるいは不純物の固相拡散促
進による特性悪化が観測された。
【００１６】上記のように特開平６−１３２６０７号公
報に開示される構成では、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系
では、充分なレーザ特性を得ることが難しいことがわか
った。この原因は、ＡｌＧａＩｎＰという結晶が、結晶
組成を変えることにより、ＧａＡｓ基板に格子整合する
値から大きくずれ得るためであると考えられ、ＭＯＶＰ
Ｅ成長において、結晶表面でのIII族原料種間（Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ）の拡散係数の違い、結晶への取り込まれや
すさの違いにより、２種類以上の結晶面が表面に存在す
るときに、原料種の偏析により大きな格子ずれによる歪
が生じると考えられる。
報に開示される構成では、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系
では、充分なレーザ特性を得ることが難しいことがわか
った。この原因は、ＡｌＧａＩｎＰという結晶が、結晶
組成を変えることにより、ＧａＡｓ基板に格子整合する
値から大きくずれ得るためであると考えられ、ＭＯＶＰ
Ｅ成長において、結晶表面でのIII族原料種間（Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ）の拡散係数の違い、結晶への取り込まれや
すさの違いにより、２種類以上の結晶面が表面に存在す
るときに、原料種の偏析により大きな格子ずれによる歪
が生じると考えられる。
【００１７】本発明は上述したような従来の技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものであって、内部損失が小
さく、低閾値電流、高光出力効率の得られる透明導波路
型ＡｌＧａＩｎＰレーザを結晶歪による特性悪化を伴わ
ずに実現することを目的とする。
る問題点に鑑みてなされたものであって、内部損失が小
さく、低閾値電流、高光出力効率の得られる透明導波路
型ＡｌＧａＩｎＰレーザを結晶歪による特性悪化を伴わ
ずに実現することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、ＧａＡｓ基板上に設けられる、活性層と、前記活性
層を上下より挟み込む上部クラッド層および下部クラッ
ド層と、前記上部クラッド層上に形成され、発振光に対
して透明でありストライプ状の開口部を有する電流ブロ
ック層と、前記上部クラッド層と前記電流ブロック層の
間および前記電流ブロック層の開口部によりストライプ
状に露出した前記上部クラッド層の上に形成されるＡｌ
を含まないエッチングストッパー層と、前記電流ブロッ
ク層の上、および、前記電流ブロック層の開口部により
ストライプ状に露出した前記エッチングストッパー層の
上に形成されたＡｌＧａＡｓを含むクラッド層とを具備
し、前記上部クラッド層がＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩ
ｎＰを含む半導体で構成され、前記電流ブロック層がＡ
ｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰと、ＧａＡｓの少なくと
も２層を含み、活性層側とされるＡｌＧａＩｎＰまたは
ＡｌＩｎＰの層がＧａＡｓの層よりも大きくエッチング
除去されており、前記エッチングストッパー層がＧａＩ
ｎＰを含むことを特徴とする。
は、ＧａＡｓ基板上に設けられる、活性層と、前記活性
層を上下より挟み込む上部クラッド層および下部クラッ
ド層と、前記上部クラッド層上に形成され、発振光に対
して透明でありストライプ状の開口部を有する電流ブロ
ック層と、前記上部クラッド層と前記電流ブロック層の
間および前記電流ブロック層の開口部によりストライプ
状に露出した前記上部クラッド層の上に形成されるＡｌ
を含まないエッチングストッパー層と、前記電流ブロッ
ク層の上、および、前記電流ブロック層の開口部により
ストライプ状に露出した前記エッチングストッパー層の
上に形成されたＡｌＧａＡｓを含むクラッド層とを具備
し、前記上部クラッド層がＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩ
ｎＰを含む半導体で構成され、前記電流ブロック層がＡ
ｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰと、ＧａＡｓの少なくと
も２層を含み、活性層側とされるＡｌＧａＩｎＰまたは
ＡｌＩｎＰの層がＧａＡｓの層よりも大きくエッチング
除去されており、前記エッチングストッパー層がＧａＩ
ｎＰを含むことを特徴とする。
【００１９】
【００２０】「作用」上記のように構成される本発明に
おいては、電流ブロック層にストライプ状の開口部を形
成することにより埋込型のリッジ構造が形成される。こ
の埋込リッジ構造を形成するクラッド層はＡｌＧａＡｓ
を含むものであるため、格子定数のずれによる大きな結
晶歪が発生することはない。
おいては、電流ブロック層にストライプ状の開口部を形
成することにより埋込型のリッジ構造が形成される。こ
の埋込リッジ構造を形成するクラッド層はＡｌＧａＡｓ
を含むものであるため、格子定数のずれによる大きな結
晶歪が発生することはない。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明による半導体レーザ
の構造を示す図であり、図２は本発明によるセルフパル
セーション型半導体レーザの構造を示す図である。
の構造を示す図であり、図２は本発明によるセルフパル
セーション型半導体レーザの構造を示す図である。
【００２２】まず、図１に示した半導体レーザについて
説明する。図１中、１０１はＭＱＷ活性層、１０２はｎ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１０３はｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層、１０４はｐ−ＧａＩｎＰエッチングス
トッパー層、１０５はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、１
０６はｎ−ＧａＡｓバッファ層、１０７はｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰブロック層、１０８はｎ−ＡｌＧａＡｓブロック
層、１０９はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１１０はｎ−
ＧａＡｓ基板、１１１はｎ側電極、１１２はｐ側電極で
ある。
説明する。図１中、１０１はＭＱＷ活性層、１０２はｎ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１０３はｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層、１０４はｐ−ＧａＩｎＰエッチングス
トッパー層、１０５はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、１
０６はｎ−ＧａＡｓバッファ層、１０７はｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰブロック層、１０８はｎ−ＡｌＧａＡｓブロック
層、１０９はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１１０はｎ−
ＧａＡｓ基板、１１１はｎ側電極、１１２はｐ側電極で
ある。
【００２３】図１に示す半導体レーザは、ＭＱＷ活性層
１０１をｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３，ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層１０２で挟み込んだダブルヘテ
ロ構造を垂直方向の基本的な導波構造とするもので、こ
の上に水平方向の導波構造を形成するために以下の構造
を有している。
１０１をｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３，ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層１０２で挟み込んだダブルヘテ
ロ構造を垂直方向の基本的な導波構造とするもので、こ
の上に水平方向の導波構造を形成するために以下の構造
を有している。
【００２４】まず、電流ブロック層として発振光に対し
て透明なｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層を含むブロック層１０７
を形成する。このブロック層１０７は電流ブロックと同
時に発振光に対して実屈折率導波を行う光閉じ込め層と
しても機能する。これにより、光導波に関わる内部損失
が低減し、閾値電流の低減、光出力効率の増加が可能と
なる。
て透明なｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層を含むブロック層１０７
を形成する。このブロック層１０７は電流ブロックと同
時に発振光に対して実屈折率導波を行う光閉じ込め層と
しても機能する。これにより、光導波に関わる内部損失
が低減し、閾値電流の低減、光出力効率の増加が可能と
なる。
【００２５】次に、電流注入経路を作製するため、ブロ
ック層１０７にストライプ状の開口部を形成する。この
時、エッチングストッパーとして作用し、かつ、埋め込
み成長時の酸化を防止する層としてエッチングストッパ
ー層１０４を形成する。この上に、クラッド層１０５を
形成するわけであるが、上述したように、結晶材料系を
ＡｌＧａＩｎＰ系に閉じて考えた場合、必然的に格子定
数ずれによる結晶歪の問題が発生する。この問題を解決
するために、本発明ではＡｌＧａＩｎＰ系とＡｌＧａＡ
ｓ系を組み合わせて考え、埋め込みクラッド層１０５を
ＡｌＧａＡｓ層とすることにより、格子定数の大きなず
れによる結晶歪を回避した。
ック層１０７にストライプ状の開口部を形成する。この
時、エッチングストッパーとして作用し、かつ、埋め込
み成長時の酸化を防止する層としてエッチングストッパ
ー層１０４を形成する。この上に、クラッド層１０５を
形成するわけであるが、上述したように、結晶材料系を
ＡｌＧａＩｎＰ系に閉じて考えた場合、必然的に格子定
数ずれによる結晶歪の問題が発生する。この問題を解決
するために、本発明ではＡｌＧａＩｎＰ系とＡｌＧａＡ
ｓ系を組み合わせて考え、埋め込みクラッド層１０５を
ＡｌＧａＡｓ層とすることにより、格子定数の大きなず
れによる結晶歪を回避した。
【００２６】ＡｌＧａＡｓ系では、もしIII族組成が最
大限ずれてＡｌＡｓになったとしても、格子ずれは０．
３％程度で非常に小さなために大きな問題は引き起こさ
ない。これにより、本発明では、発振光に対して透明な
ブロック層１０７を有し、かつ結晶歪の無い良好なレー
ザ構造が実現可能となった。
大限ずれてＡｌＡｓになったとしても、格子ずれは０．
３％程度で非常に小さなために大きな問題は引き起こさ
ない。これにより、本発明では、発振光に対して透明な
ブロック層１０７を有し、かつ結晶歪の無い良好なレー
ザ構造が実現可能となった。
【００２７】また、本発明では、さらに、電流ブロック
層をそれぞれＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＡｓで形成され
るブロック層１０７およびブロック層１０８の２層構造
とし、埋め込み成長時のブロック層となるブロック層１
０８が表面に酸化しやすいＡｌを含まないので埋め込み
層の結晶性を良好に保つことが可能となっている。
層をそれぞれＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＡｓで形成され
るブロック層１０７およびブロック層１０８の２層構造
とし、埋め込み成長時のブロック層となるブロック層１
０８が表面に酸化しやすいＡｌを含まないので埋め込み
層の結晶性を良好に保つことが可能となっている。
【００２８】次に、図２の本発明のセルフパルセーショ
ン型半導体レーザについて説明する。図２中、２０１は
ＭＱＷ活性層、２０２はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層、２０３はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、２０４は
ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパー層、２０５はｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０６はｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層、２０７はｎ−ＡｌＧａＩｎＰブロック層、２０８
はｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層、２０９はｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層、２１０はｎ−ＧａＡｓ基板、２１１はｎ
側電極、２１２はｐ側電極である。
ン型半導体レーザについて説明する。図２中、２０１は
ＭＱＷ活性層、２０２はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層、２０３はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、２０４は
ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパー層、２０５はｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０６はｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層、２０７はｎ−ＡｌＧａＩｎＰブロック層、２０８
はｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層、２０９はｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層、２１０はｎ−ＧａＡｓ基板、２１１はｎ
側電極、２１２はｐ側電極である。
【００２９】図２の構造は本発明の優位性を示す一つの
応用例である。近年、光ディスク用途の半導体レーザに
はセルフパルセーション特性が強く要求される傾向にあ
る。セルフパルセーションとは、レーザ導波路内部に過
飽和吸収領域を有している構造において、発振光が数１
００ＭＨｚ程度の周期で振動する自励発振現象である。
セルフパルセーションが起こると光ディスクからの戻り
光に対して位相がずれるために雑音が小さくなる利点が
有る。具体的には、現在高周波モジュールを付加して低
雑音化しているシステムの場合、高周波モジュールが不
要となることから小型化できるという利点を有してい
る。
応用例である。近年、光ディスク用途の半導体レーザに
はセルフパルセーション特性が強く要求される傾向にあ
る。セルフパルセーションとは、レーザ導波路内部に過
飽和吸収領域を有している構造において、発振光が数１
００ＭＨｚ程度の周期で振動する自励発振現象である。
セルフパルセーションが起こると光ディスクからの戻り
光に対して位相がずれるために雑音が小さくなる利点が
有る。具体的には、現在高周波モジュールを付加して低
雑音化しているシステムの場合、高周波モジュールが不
要となることから小型化できるという利点を有してい
る。
【００３０】セルフパルセーション実現の一般的な方法
として、光導波路脇の活性層が過飽和吸収層として機能
することがよく知られている。これは、光導波路脇の活
性層の電流注入レベルが小さく、かつ、禁制帯幅が発振
光と一致しているために起こる。通常、リッジ型の半導
体レーザでは、リッジ脇のクラッド残り厚を厚くする等
の方法で実現される。
として、光導波路脇の活性層が過飽和吸収層として機能
することがよく知られている。これは、光導波路脇の活
性層の電流注入レベルが小さく、かつ、禁制帯幅が発振
光と一致しているために起こる。通常、リッジ型の半導
体レーザでは、リッジ脇のクラッド残り厚を厚くする等
の方法で実現される。
【００３１】図２の構造では、この活性層の過飽和吸収
効果をもっと効率良く利用でき、しかも至って簡便に作
製することができる。即ち、電流注入部の開口部形成の
際に、ＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰで大きなエッチングレ
ート差の取れるエッチング液を用いることにより、図２
に示すようなＡｌＧａＩｎＰブロック層２０７が大きく
サイドエッチングされた構造を作製できる。
効果をもっと効率良く利用でき、しかも至って簡便に作
製することができる。即ち、電流注入部の開口部形成の
際に、ＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰで大きなエッチングレ
ート差の取れるエッチング液を用いることにより、図２
に示すようなＡｌＧａＩｎＰブロック層２０７が大きく
サイドエッチングされた構造を作製できる。
【００３２】上記のような構造では、ＡｌＧａＩｎＰブ
ロック層で規定される光導波路幅に比べて、ＧａＡｓブ
ロック層２０８で規定される電流注入幅が小さなため、
活性層に電流が注入されない部分が生じ、この部分の活
性層は過飽和吸収層となる。これにより、良好な特性を
有するセルフパルセーション型ＡｌＧａＩｎＰレーザを
実現することができる。
ロック層で規定される光導波路幅に比べて、ＧａＡｓブ
ロック層２０８で規定される電流注入幅が小さなため、
活性層に電流が注入されない部分が生じ、この部分の活
性層は過飽和吸収層となる。これにより、良好な特性を
有するセルフパルセーション型ＡｌＧａＩｎＰレーザを
実現することができる。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の半導体レーザの実施例につい
て説明する。まず、図１に示した半導体レーザの実施例
について説明する。
て説明する。まず、図１に示した半導体レーザの実施例
について説明する。
【００３４】本実施例の半導体レーザは２回のＭＯＶＰ
Ｅ気相成長法および選択エッチングプロセスにより作製
した。１回目のＭＯＶＰＥ成長では発光部となる活性層
を含むダブルヘテロ構造を形成する。
Ｅ気相成長法および選択エッチングプロセスにより作製
した。１回目のＭＯＶＰＥ成長では発光部となる活性層
を含むダブルヘテロ構造を形成する。
【００３５】ｎ−ＧａＡｓ基板１１０上にＭＯＶＰＥ法
により、０．３μｍ厚のｎ−ＧａＡｓバッファ層１０
６、１．０μｍ厚のｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐクラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０１、０．２５μ
ｍ厚のｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
１０３、５０ｎｍ厚のｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング
ストッパー層１０４、０．２５μｍ厚のｎ−（Ａｌ0.75
Ｇａ0.25）0.5Ｉｎ0.5Ｐブロック層１０７、０．７μｍ
厚のｎ−ＧａＡｓブロック層１０８を順に形成する。
により、０．３μｍ厚のｎ−ＧａＡｓバッファ層１０
６、１．０μｍ厚のｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐクラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０１、０．２５μ
ｍ厚のｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
１０３、５０ｎｍ厚のｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング
ストッパー層１０４、０．２５μｍ厚のｎ−（Ａｌ0.75
Ｇａ0.25）0.5Ｉｎ0.5Ｐブロック層１０７、０．７μｍ
厚のｎ−ＧａＡｓブロック層１０８を順に形成する。
【００３６】なお、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０の結畠方位
は、（００１）ＥＸＡＣＴおよび（００１） １５ ｄ
ｅｇ ＯＦＦ ＴＯ ［１１０］の２種類を試作した。
前者は、６７０ｎｍ近傍に発振波長を有するレーザ、後
者は、６５０ｎｍ近傍に発振波長を有するレーザとな
る。これは、ＡｌＧａＩｎＰ結晶で良く知られている自
然超格子（III族副格子上のオーダリング現象。これに
より結晶の禁制帯幅が変化することが知られている。）
により生じる違いで、［００１］ＥＸＡＣＴ基板では自
然超格子が強く形成されるために禁制帯幅が小さなため
に６７０ｎｍレーザとなるが、１５度オフ基板では自然
超格子の形成が弱く、禁制帯幅が大きなために６５０ｎ
ｍレーザとなる。
は、（００１）ＥＸＡＣＴおよび（００１） １５ ｄ
ｅｇ ＯＦＦ ＴＯ ［１１０］の２種類を試作した。
前者は、６７０ｎｍ近傍に発振波長を有するレーザ、後
者は、６５０ｎｍ近傍に発振波長を有するレーザとな
る。これは、ＡｌＧａＩｎＰ結晶で良く知られている自
然超格子（III族副格子上のオーダリング現象。これに
より結晶の禁制帯幅が変化することが知られている。）
により生じる違いで、［００１］ＥＸＡＣＴ基板では自
然超格子が強く形成されるために禁制帯幅が小さなため
に６７０ｎｍレーザとなるが、１５度オフ基板では自然
超格子の形成が弱く、禁制帯幅が大きなために６５０ｎ
ｍレーザとなる。
【００３７】また、ＭＱＷ活性層１０１の構成は、５０
ｎｍ厚のｎ−（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0. 5Ｉｎ0.5Ｐガイド
層、８ｎｍ厚のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐウェル４枚と４ｎｍ厚
の（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア３枚の多重量
子井戸構造、５０ｎｍ厚のｐ−（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5
Ｉｎ0.5Ｐガイド層の多層構造とした。
ｎｍ厚のｎ−（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0. 5Ｉｎ0.5Ｐガイド
層、８ｎｍ厚のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐウェル４枚と４ｎｍ厚
の（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア３枚の多重量
子井戸構造、５０ｎｍ厚のｐ−（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5
Ｉｎ0.5Ｐガイド層の多層構造とした。
【００３８】次に、電流注入部として電流ブロック層に
ストライプ状の開口部を形成する。開口部作製にあたっ
ては、フォトリソグラフィー技術により、幅約５μｍの
ストライプ状マスクを開口する。そして、選択エッチン
グによりｎ−ＧａＡｓブロック層１０８、ｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰブロック層１０７を順次除去する。ＧａＡｓのエ
ッチングには燐酸系エッチング液を、ＡｌＧａＩｎＰの
エッチングにはハロゲン系エッチング液を用いた。
ストライプ状の開口部を形成する。開口部作製にあたっ
ては、フォトリソグラフィー技術により、幅約５μｍの
ストライプ状マスクを開口する。そして、選択エッチン
グによりｎ−ＧａＡｓブロック層１０８、ｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰブロック層１０７を順次除去する。ＧａＡｓのエ
ッチングには燐酸系エッチング液を、ＡｌＧａＩｎＰの
エッチングにはハロゲン系エッチング液を用いた。
【００３９】その後、２回目のＭＯＶＰＥ成長で順次、
ｐ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層１０５、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層１０９を形成した。最後に、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１１０を１００μｍ程度まで研磨したのち、ｐ側
電極１１２，ｎ側電極１１１を形成し、劈開による共振
器面形成、素子分離を経てレーザ構造を作製した。
ｐ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層１０５、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層１０９を形成した。最後に、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１１０を１００μｍ程度まで研磨したのち、ｐ側
電極１１２，ｎ側電極１１１を形成し、劈開による共振
器面形成、素子分離を経てレーザ構造を作製した。
【００４０】上記作製工程において、本発明によるレー
ザを設計する上で特に重要なことは、異なる材料系であ
るＡｌＧａＩｎＰとＡｌＧａＡｓを組み合わせているた
めに屈折率の関係を良く考慮することである。具体的に
は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３とｐ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１０５の屈折率がほぼ一致するように
各層の組成を設計した。また、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰブロ
ック層１０７については各クラッド層１０３，１０５に
比べて屈折率が若干小さくなり、屈折率導波構造となる
ように、Ａｌ組成を少し高めに設計した。
ザを設計する上で特に重要なことは、異なる材料系であ
るＡｌＧａＩｎＰとＡｌＧａＡｓを組み合わせているた
めに屈折率の関係を良く考慮することである。具体的に
は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３とｐ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１０５の屈折率がほぼ一致するように
各層の組成を設計した。また、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰブロ
ック層１０７については各クラッド層１０３，１０５に
比べて屈折率が若干小さくなり、屈折率導波構造となる
ように、Ａｌ組成を少し高めに設計した。
【００４１】これにより、水平方向の導波に関しては、
等価屈折率差を３×１０-3程度にすることができる。
等価屈折率差を３×１０-3程度にすることができる。
【００４２】本発明の特徴は、上述したように、電流注
入の開口部を埋め込むクラッド層にＡｌＧａＡｓ層を用
いていることである。これにより、本実施例では格子ず
れによる結晶歪の導入、あるいは不純物固相拡散など結
晶性悪化が無く、良好なレーザ発振特性が得られた。
入の開口部を埋め込むクラッド層にＡｌＧａＡｓ層を用
いていることである。これにより、本実施例では格子ず
れによる結晶歪の導入、あるいは不純物固相拡散など結
晶性悪化が無く、良好なレーザ発振特性が得られた。
【００４３】また、本実施例では電流ブロック層をｎ−
ＡｌＧａＩｎＰ１０７とｎ−ＧａＡｓ１０８の２層構造
とすることでＡｌＧａＡｓクラッド層１０５埋め込み時
に表面酸化による結晶性が低下する問題を回避できるも
のとなっている。なお、発振光の垂直方向の拡がりはｎ
−ＧａＡｓブロック層１０８には殆ど達しておらず、吸
収損失は殆ど無い。
ＡｌＧａＩｎＰ１０７とｎ−ＧａＡｓ１０８の２層構造
とすることでＡｌＧａＡｓクラッド層１０５埋め込み時
に表面酸化による結晶性が低下する問題を回避できるも
のとなっている。なお、発振光の垂直方向の拡がりはｎ
−ＧａＡｓブロック層１０８には殆ど達しておらず、吸
収損失は殆ど無い。
【００４４】上記の方法で作製した半導体レーザを評価
したところ、従来のｎ−ＧａＡｓブロック層を有するレ
ーザに比べると発振閾値電流が大幅に低いものとなり、
光出力効率が改善されたことを確認することができた。
また、結晶歪の影響が無いことから実用上充分な特性が
得られた。具体的にいうと、６７０ｎｍレーザでは発振
閾値１０ｍＡ以下という良好な特性が確認され、また、
６５０ｎｍレーザにおいても発振閾値２０ｍＡ程度の良
好な特性が確認された。さらに、両者のいずれのレーザ
においても、実用的な２，０００ｈ以上の推定寿命が得
られた。
したところ、従来のｎ−ＧａＡｓブロック層を有するレ
ーザに比べると発振閾値電流が大幅に低いものとなり、
光出力効率が改善されたことを確認することができた。
また、結晶歪の影響が無いことから実用上充分な特性が
得られた。具体的にいうと、６７０ｎｍレーザでは発振
閾値１０ｍＡ以下という良好な特性が確認され、また、
６５０ｎｍレーザにおいても発振閾値２０ｍＡ程度の良
好な特性が確認された。さらに、両者のいずれのレーザ
においても、実用的な２，０００ｈ以上の推定寿命が得
られた。
【００４５】次に、図２の本発明のセルフパルセーショ
ン型半導体レーザについて説明する。図２の半導体レー
ザの作製方法は、図１のものと殆ど同様であるが、ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰブロック層２０７の選択エッチングの際
にオーバーエッチングすることで、図２のようなサイド
エッチの形状を作製した。エッチング液は上述と同様の
ハロゲン系のエッチング液で、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩ
ｎＰのエッチング選択比を充分に確保できるために図示
するような形状を作製することができる。
ン型半導体レーザについて説明する。図２の半導体レー
ザの作製方法は、図１のものと殆ど同様であるが、ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰブロック層２０７の選択エッチングの際
にオーバーエッチングすることで、図２のようなサイド
エッチの形状を作製した。エッチング液は上述と同様の
ハロゲン系のエッチング液で、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩ
ｎＰのエッチング選択比を充分に確保できるために図示
するような形状を作製することができる。
【００４６】作製した半導体レーザ（波長６５０ｎｍ）
を評価したところ、良好な静特性に加えて、明瞭なセル
フパルセーションが観測された。また、同レーザを光デ
ィスクの光ヘッドに組み立てて戻り光雑音評価を行った
ところ、戻り光３％まで−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑
音特性が得られ、光ディスク用途に充分な特性を持つこ
とを確認できた。
を評価したところ、良好な静特性に加えて、明瞭なセル
フパルセーションが観測された。また、同レーザを光デ
ィスクの光ヘッドに組み立てて戻り光雑音評価を行った
ところ、戻り光３％まで−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑
音特性が得られ、光ディスク用途に充分な特性を持つこ
とを確認できた。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体レー
ザによれば、内部損失が小さく低閾値電流、高光出力効
率の得られる透明導波路型のＡｌＧａＩｎＰ半導体レー
ザを、簡便かつ結晶歪の導入による特性悪化を伴わずに
実現することができる効果がある。
ザによれば、内部損失が小さく低閾値電流、高光出力効
率の得られる透明導波路型のＡｌＧａＩｎＰ半導体レー
ザを、簡便かつ結晶歪の導入による特性悪化を伴わずに
実現することができる効果がある。
【００４８】また、過飽和吸収領域を有するセルフパル
セーション型レーザについても簡便かつ容易に実現する
ことができる効果がある。
セーション型レーザについても簡便かつ容易に実現する
ことができる効果がある。
【図１】本発明による半導体レーザの一実施例の構造を
示す図である。
示す図である。
【図２】本発明による半導体レーザの一実施例の構造を
示す図である。
示す図である。
【図３】半導体レーザの従来例の構造を示す図である。
【図４】半導体レーザの従来例の構造を示す図である。
【図５】半導体レーザの従来例の構造を示す図である。
１０１ ＭＱＷ活性層 １０２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 １０３ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 １０４ ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパー層 １０５ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １０６ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １０７ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰブロック層 １０８ ｎ−ＧａＡｓブロック層 １０９ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １１０ ｎ−ＧａＡｓ基板 １１１ ｎ側電極 １１２ ｐ側電極 ２０１ ＭＱＷ活性層 ２０２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２０３ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２０４ ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパー層 ２０５ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０６ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ２０７ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰブロック層 ２０８ ｎ−ＧａＡｓブロック層 ２０９ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２１０ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２１１ ｎ側電極 ２１２ ｐ側電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に設けられる、 活性層と、 前記活性層を上下より挟み込む上部クラッド層および下
部クラッド層と、 前記上部クラッド層上に形成され、発振光に対して透明
でありストライプ状の開口部を有する電流ブロック層
と、 前記上部クラッド層と前記電流ブロック層の間および前
記電流ブロック層の開口部によりストライプ状に露出し
た前記上部クラッド層の上に形成されるＡｌを含まない
エッチングストッパー層と、 前記電流ブロック層の上、および、前記電流ブロック層
の開口部によりストライプ状に露出した前記エッチング
ストッパー層の上に形成されたＡｌＧａＡｓを含むクラ
ッド層とを具備し、 前記上部クラッド層がＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
を含む半導体で構成され、 前記電流ブロック層がＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
と、ＧａＡｓの少なくとも２層を含み、活性層側とされ
るＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの層がＧａＡｓの層
よりも大きくエッチング除去されており、 前記エッチングストッパー層がＧａＩｎＰを含むことを
特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP8011803A JP2929990B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 半導体レーザ |
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| JP8011803A JP2929990B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 半導体レーザ |
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| JPH04133381A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-07 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
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| JP2914093B2 (ja) * | 1993-06-04 | 1999-06-28 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ |
| US5523256A (en) * | 1993-07-21 | 1996-06-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor laser |
| JP3246148B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2002-01-15 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
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- 1996-01-26 JP JP8011803A patent/JP2929990B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-24 US US08/772,769 patent/US5822348A/en not_active Expired - Lifetime
-
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- 1997-01-14 NL NL1004998A patent/NL1004998C2/nl not_active IP Right Cessation
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