JP2940158B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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- JP2940158B2 JP2940158B2 JP2338354A JP33835490A JP2940158B2 JP 2940158 B2 JP2940158 B2 JP 2940158B2 JP 2338354 A JP2338354 A JP 2338354A JP 33835490 A JP33835490 A JP 33835490A JP 2940158 B2 JP2940158 B2 JP 2940158B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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 having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ装置特に例えば埋込み窓構造
を有する化合物半導体レーザ装置に係わる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, particularly, for example, a compound semiconductor laser device having a buried window structure.
本発明は半導体レーザ装置に係わり、基板の{100}
面上に〈011〉方向に延長したメサ突起が形成され、こ
のメサ突起の中央部付近のみ両側面に所定の距離をもっ
て対向する他の側面が形成され、メサ突起の延長方向光
出射端部付近ではこの中央部付近での距離より離れて対
向する他の側面が形成されるか、または他の側面が形成
されない基板上に、有機金属気相成長法で順次形成した
100Å以下の厚みの活性層を含む化合物半導体層を有す
ることにより、窓構造を確実に形成して、半導体レーザ
装置の信頼性の向上及び高出力化等の特性の向上をはか
る。The present invention relates to a semiconductor laser device and a {100} substrate.
A mesa protrusion extending in the <011> direction is formed on the surface, and only the central portion of the mesa protrusion is formed with other side surfaces facing a predetermined distance on both side surfaces only in the vicinity of the center portion of the mesa protrusion. In this case, the other side surface facing away from the distance near the center is formed, or the other side surface is formed on the substrate on which the other side surface is not formed, sequentially by metal organic chemical vapor deposition.
By having a compound semiconductor layer including an active layer having a thickness of 100 ° or less, a window structure is reliably formed, and the reliability of the semiconductor laser device and the characteristics such as high output are improved.
半導体レーザ装置の性能を制限する要因の一つとし
て、端面劣化が上げられる。半導体レーザ装置の出力端
部の表面いわゆる端面では、ダングリングボンド、酸化
等による界面準位の存在により、エネルギーギャップEg
がバルクのエネルギーギャップEgより小となっている。
この為、光の吸収が増大化して熱の発生により温度が上
昇し、結晶性が変化して更にエネルギーギャップEgが狭
小となるという悪循環が生じ、このような端面劣化によ
って信頼性の低下を招いたり高出力化が抑制されたりす
る等の問題があった。One of the factors that limit the performance of a semiconductor laser device is end face degradation. On the surface of the output end of the semiconductor laser device, the so-called end surface, the energy gap Eg
Is smaller than the bulk energy gap Eg.
For this reason, a vicious cycle occurs in which the absorption of light increases, the temperature rises due to the generation of heat, the crystallinity changes, and the energy gap Eg becomes narrower, and such end face deterioration leads to a decrease in reliability. There is a problem that the increase in output is suppressed.
このような問題を解決するために、いわゆる端面コー
トを施した半導体レーザ装置が製造されており、SiO2,S
i3N4またはAl2O3等の膜を端面に被着して酸化を抑制す
る等して上述したような端面劣化を防いでいたが、半導
体レーザ装置の高出力化に伴い、このような端面コート
では端面劣化を防ぎきれない場合がある。In order to solve such a problem, a semiconductor laser device having a so-called end face coating has been manufactured, and SiO 2 , S
A film such as i 3 N 4 or Al 2 O 3 was deposited on the end face to suppress oxidation and the like to prevent the end face deterioration as described above. In some end coats, it may not be possible to prevent end face deterioration.
高出力化に伴う端面劣化を抑制する構造として、出力
端面付近のエネルギーギャップをバルクに比して大と
し、発振する光に対して等価的に透明とすることによっ
て端面での光吸収を抑制し、これによって端面を補強す
るいわゆる窓構造が提案されている。As a structure that suppresses end face deterioration due to higher output, the energy gap near the output end face is made larger than that of bulk and is equivalently transparent to oscillating light to suppress light absorption at the end face. A so-called window structure that reinforces the end face by this has been proposed.
この窓構造の半導体レーザ装置としては例えば特開平
2−31481号公開公報にその一例の開示がある。この例
では、第6図にその略線的斜視図を示すように、n型の
GaAs等より成る基板(31)にSi3N4等の絶縁層(32)を
全面的に被着した後フォトリソグラフィの適用によっ
て、中央部(33A)では溝幅が狭小で、端部(33B)にお
いて溝幅がテーパ状に徐々に基板(31)の側面に向かっ
て大とされた溝(33)が形成され、この溝(33)内を埋
込むように順次MOVPE(有機金属気相エピタキシー)に
よってAlxGa1-xAsより成るn型のクラッド層(34)、
AlyGa1-yAsより成る活性層(35)、AlxGa1-xAsより成る
p型のクラッド層(36)、p型のGaAs等により成るキャ
ップ層(37)をエピタキシャル成長すると、第7図A及
びBにその断面図を示すように、溝(32)の中央部(32
A)における活性層(4)の厚さt1に比して、溝(32)
の端部(32B)における厚さt2は比較的小となる。この
ため端部(32B)において光密度がクラッド層(34)及
び(36)にしみ出して端面劣化が緩和され、大出力で長
時間安定に作動できる半導体レーザ装置を得ている。An example of a semiconductor laser device having this window structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-31481. In this example, as shown in a schematic perspective view of FIG.
After applying an insulating layer (32) such as Si 3 N 4 on the entire surface of the substrate (31) made of GaAs or the like, the groove width is narrow at the central part (33A) and the end part (33B In (), a groove (33) whose groove width gradually increases toward the side surface of the substrate (31) is formed in a tapered shape, and MOVPE (organic metal vapor phase epitaxy) is sequentially embedded in the groove (33). ), An n-type cladding layer (34) made of Al x Ga 1-x As,
When an active layer (35) made of Al y Ga 1-y As, a p-type cladding layer (36) made of Al x Ga 1-x As, and a cap layer (37) made of p-type GaAs or the like are epitaxially grown, 7 As shown in the cross-sectional views of FIGS.
Than the thickness t 1 of the active layer in A) (4), grooves (32)
The thickness t 2 at the end (32B) of the relatively small. For this reason, the light density exudes to the cladding layers (34) and (36) at the end (32B), the deterioration of the end face is mitigated, and a semiconductor laser device that can operate stably with a large output for a long time is obtained.
これに対して低しきい値電流Ithを有する半導体レー
ザとして、1回のエピタキシャル成長作業によって形成
し得るようにしたSDH(Separated Double Hetero Ju
nction)半導体レーザが、本出願人による例えば特開昭
61−183987号において提案されている。On the other hand, as a semiconductor laser having a low threshold current I th , an SDH (Separated Double Hetero Juice) which can be formed by one epitaxial growth operation is used.
nction) The semiconductor laser is disclosed in
61-183987.
一方本出願人は、先に特開平2−174287号において、
更に低しきい値電流化をはかったSDH型の半導体レーザ
を提案した。このSDH型半導体レーザは、第8図にその
一例の略線的拡大断面図を示すように、先ず第1導電型
例えばn型で一主面が(100)結晶面を有する例えばGaA
s化合物半導体基体(51)のその一主面(51a)に、第8
図の紙面と直交する〈011〉結晶軸方向に延びるストラ
イプ状のメサ突起(52)が形成され、この突起(52)を
有する基体(51)の一主面上に順次通常の有機金属気相
成長(以下MOCVDと記す)法すなわちメチル系MOCVD法に
よって連続的に第1導電型例えばn型のクラッド層(5
3)、低不純物濃度ないしはアンドープの活性層(5
4)、第2導電型例えばp型の第1のクラッド層(5
5)、第1導電型例えばn型の電流ブロック層(56)、
第2導電型例えばp型の第2のクラッド層(57)、第2
導電型のキャップ層(58)の各半導体層が1回のエピタ
キシャル成長によって形成されてなる。そしてこの後キ
ャップ層(58)上と基体(51)の裏面とに電極層(61)
及び(62)を被着して、半導体レーザ装置を得ることが
できる。On the other hand, the present applicant has previously described in JP-A-2-174287,
Furthermore, we proposed an SDH type semiconductor laser with lower threshold current. As shown in a schematic enlarged cross-sectional view of one example of this SDH type semiconductor laser in FIG.
The eighth main surface (51a) of the s-compound semiconductor substrate (51)
A stripe-shaped mesa projection (52) extending in the <011> crystal axis direction perpendicular to the plane of the drawing is formed. A first conductivity type, for example, an n-type cladding layer (5
3), low impurity concentration or undoped active layer (5
4), a second conductive type, for example, a p-type first cladding layer (5
5) a first conductivity type, for example, an n-type current block layer (56);
A second cladding layer (57) of a second conductivity type, for example, a p-type,
Each semiconductor layer of the conductive type cap layer (58) is formed by a single epitaxial growth. Thereafter, an electrode layer (61) is formed on the cap layer (58) and on the back surface of the base (51).
And (62), a semiconductor laser device can be obtained.
ここに第1導電型のクラッド層(53)と第2導電型の
第1及び第2のクラッド層(55)及び(57)と、第1導
電型の電流ブロック層(56)とは、活性層(54)に比し
てバンドギャップが大すなわち屈折率が小なる材料より
成る。Here, the first conductivity type cladding layer (53), the second conductivity type first and second cladding layers (55) and (57), and the first conductivity type current blocking layer (56) are active. It is made of a material having a larger band gap, that is, a smaller refractive index than the layer (54).
そして、この場合基体(51)及びストライプ状のメサ
突起(52)との結晶方位、突起(52)の幅及び高さ、即
ちその両側のメサ溝(68)の深さ、さらに第1導電型の
クラッド層(53)、活性層(54)、第2導電型の第1の
クラッド層(55)等の厚さを選定することによってメサ
突起(52)上に第1導電型のクラッド層(53)、活性層
(54)、第2導電型の第1のクラッド層(55)を、メサ
溝上におけるそれらと分断するように斜面(59)による
断層を形成し、これら斜面(59)によって分断されたス
トライプ状のエピタキシャル成長層(60)がメサ突起
(52)上に形成されるようにする。In this case, the crystal orientation between the substrate (51) and the stripe-shaped mesa protrusion (52), the width and height of the protrusion (52), that is, the depth of the mesa groove (68) on both sides thereof, and the first conductivity type By selecting the thickness of the cladding layer (53), the active layer (54), the first cladding layer (55) of the second conductivity type, etc., the first conductivity type cladding layer (52) is formed on the mesa protrusion (52). 53), an active layer (54), and a first cladding layer (55) of the second conductivity type are formed with a slope (59) so as to be separated from those on the mesa groove, and are separated by these slopes (59). The striped epitaxial growth layer (60) is formed on the mesa protrusion (52).
これは、通常のMOCVD法、即ちメチル系の有機金属を
原料ガスとして行ったMOCVD法による場合、(111)B結
晶面が一旦生じてくると、この面に関してはエピタキシ
ャル成長が生じにくいことを利用して、ストライプ状の
エピタキシャル成長層(60)を形成するものである。そ
して、この場合電流ブロック層(56)は、ストライプ状
のエピタキシャル成長層(60)によってこれを挟んでそ
の両側に分断され、この分断によって生じた両端面が丁
度ストライプ状エピタキシャル成長層(60)における他
と分断されたストライプ状活性層(54)の両側端面即ち
斜面(59)に臨む端面に衝合するようになされる。This is based on the fact that in the case of the normal MOCVD method, that is, the MOCVD method using a methyl-based organic metal as a source gas, once a (111) B crystal plane is formed, epitaxial growth is unlikely to occur on this plane. Thus, a stripe-shaped epitaxial growth layer (60) is formed. In this case, the current block layer (56) is divided on both sides by the stripe-shaped epitaxial growth layer (60), and both end faces generated by the division are exactly different from those in the stripe-shaped epitaxial growth layer (60). The divided striped active layer (54) is brought into contact with both side end faces, that is, end faces facing the slope (59).
このようにしてメサ突起(52)上のストライプ状エピ
タキシャル成長層(60)における活性層(54)がこれよ
り屈折率の小さい電流ブロック層(56)によって挟みこ
まれるように形成されて横方向の閉じ込めがなされて発
光動作領域となるようにされ、しかもこの電流ブロック
層(56)の存在によってストライプ状エピタキシャル成
長層(60)の両外側においては、第2導電型の第2クラ
ッド層(57)と、ブロック層(56)と、第2導電型の第
1のクラッド層(55)と、第1導電型のクラッド層(5
3)とによってp−n−p−nのサイリスタが形成され
て、ここにおける電流が阻止され、これによってこのメ
サ突起(52)上のストライプ状エピタキシャル成長層
(60)の活性層(54)に電流が集中するようになされ
て、低しきい値電流化をはかるようになされている。In this way, the active layer (54) in the stripe-shaped epitaxial growth layer (60) on the mesa protrusion (52) is formed so as to be sandwiched by the current blocking layer (56) having a smaller refractive index, and the lateral confinement is performed. And a current-carrying layer (56), and a second cladding layer (57) of the second conductivity type on both outer sides of the stripe-shaped epitaxial growth layer (60) due to the presence of the current blocking layer (56). A blocking layer (56), a second cladding layer (55) of the second conductivity type, and a cladding layer (5
As a result, a pnpn thyristor is formed, and the current in the thyristor is blocked, whereby the current flows in the active layer (54) of the stripe-shaped epitaxial growth layer (60) on the mesa projection (52). Are concentrated to reduce the threshold current.
本発明は、上述したような低しきい値電流化をはかっ
たSDH型半導体レーザ装置において、窓構造を導入し、
信頼性の向上及び高出力化をはかる。The present invention introduces a window structure in an SDH semiconductor laser device with a low threshold current as described above,
Improve reliability and increase output.
本発明半導体レーザ装置は、第1図A及びBにそれぞ
れ略線的拡大断面図に示すように、基板(1)の{10
0}面上に〈011〉方向に延長したメサ突起(2)を形成
し、このメサ突起(2)の中央部(2A)付近のみ両側面
(2S)に所定の距離をもって対向する他の側面(3S)を
形成し、メサ突起(2)の延長方向光出射部(2B)付近
では中央部(2A)付近での距離より離れて対向する他の
側面(3S)を形成するか、または他の側面(3S)を形成
しない基板(1)上に、MOCVD法で順次形成した100Å以
下の厚みの活性層(5)を含む化合物半導体層(10)を
有する。The semiconductor laser device according to the present invention has a size of {10} of the substrate (1) as shown in the enlarged schematic sectional views of FIGS.
A mesa protrusion (2) extending in the <011> direction is formed on the 0 ° surface, and only the central portion (2A) of the mesa protrusion (2) faces both side surfaces (2S) at a predetermined distance from the other side surface. (3S), and another side surface (3S) facing away from the central portion (2A) in the vicinity of the light emitting portion (2B) in the extension direction of the mesa protrusion (2), or other A compound semiconductor layer (10) including an active layer (5) having a thickness of 100 ° or less and sequentially formed by MOCVD is provided on a substrate (1) on which no side surface (3S) is formed.
上述したように、本発明半導体レーザ装置では基板
(1)の{100}面上に〈011〉方向に延長したメサ突起
(2)が形成され、この上にMOCVD法によって化合物半
導体層(10)をエピタキシャル成長するものであるが、
このように結晶面及び結晶軸方向を選定すると、前述し
たように、メサ突起(2)上では基板(1)の{100}
面と約55゜を成す(111)B面が自然発生的に現れ、こ
の(111)B結晶面上ではエピタキシャル成長が生じに
くいことから、このメサ突起(2)上では(111)B結
晶面より成る斜面が交叉するように断面三角形状を成し
て化合物半導体層(10)がエピタキシャル成長する。As described above, in the semiconductor laser device of the present invention, the mesa projection (2) extending in the <011> direction is formed on the {100} plane of the substrate (1), and the compound semiconductor layer (10) is formed thereon by MOCVD. Is grown epitaxially,
When the crystal plane and the crystal axis direction are selected in this manner, as described above, the {100} of the substrate (1) is formed on the mesa protrusion (2).
The (111) B plane spontaneously appears at about 55 ° with the plane, and epitaxial growth is unlikely to occur on this (111) B crystal plane. The compound semiconductor layer (10) grows epitaxially in a triangular cross-section such that the slopes intersect.
そしてこのような本発明半導体レーザ装置ではメサ突
起(2)の中央部(2A)付近ではマイグレーション即ち
エピタキシャル成長する際の化合物半導体元素の移動が
生じにくい。これは、メサ突起(2)の中央部(2A)に
おいては、両側面(2S)に所定の距離を持って対向する
他の側面(3S)を形成することにより、この側面(3S)
を構成する{100}面上においてもメサ突起(2)上と
同様に側面(3S)縁部から延びる(111)B結晶面を有
する化合物半導体層が形成され、メサ突起(2)上の化
合物半導体層(10)が側面(3S)の上面に形成された化
合物半導体層に両側を挟まれる構成となるためである。In the semiconductor laser device of the present invention, migration, that is, the movement of the compound semiconductor element during epitaxial growth hardly occurs near the central portion (2A) of the mesa protrusion (2). This is because, at the central portion (2A) of the mesa projection (2), the other side surface (3S) facing the side surface (2S) at a predetermined distance is formed on the both side surfaces (2S), and this side surface (3S) is formed.
A compound semiconductor layer having a (111) B crystal plane extending from an edge of the side surface (3S) is formed on the {100} plane constituting the mesa protrusion (2) as well as on the mesa protrusion (2). This is because the semiconductor layer (10) is sandwiched on both sides by the compound semiconductor layer formed on the upper surface of the side surface (3S).
これに対してメサ突起(2)の延長方向光出射端部
(2B)においては、マイグレーションが生じ易く、ここ
に成長する化合物半導体層(10)の厚さは小となる。こ
れは、メサ突起(2)の側面(2S)に対向する他の側面
(3S)を設けないか、中央部(2A)より離れて設けるこ
とによる。On the other hand, migration is likely to occur at the light emitting end (2B) in the extension direction of the mesa protrusion (2), and the thickness of the compound semiconductor layer (10) grown here becomes small. This is because the other side surface (3S) facing the side surface (2S) of the mesa projection (2) is not provided, or is provided away from the central portion (2A).
このため、メサ突起(2)の中央部(2A)上の化合物
半導体層(10)の厚さは、端部(2B)上の化合物半導体
層(10)の厚さに比して大とすることができる。For this reason, the thickness of the compound semiconductor layer (10) on the central portion (2A) of the mesa protrusion (2) is made larger than the thickness of the compound semiconductor layer (10) on the end portion (2B). be able to.
そして特に、メサ突起(2)の側面(2S)と、これに
対向する側面(3S)との間隔を適切に選定することによ
り、化合物半導体層(10)中の活性層(5)の厚さをメ
サ突起(2)の中央部(2A)と端部(2B)とにおいて微
小変化させることができる。In particular, by appropriately selecting the distance between the side surface (2S) of the mesa protrusion (2) and the side surface (3S) opposed thereto, the thickness of the active layer (5) in the compound semiconductor layer (10) is reduced. Can be minutely changed at the center (2A) and the end (2B) of the mesa projection (2).
このように活性層(5)の厚さを微小変化させること
により、100Å以下程度の活性層(5)即ち量子井戸構
造の活性層(5)のバンドギャップEgが変化し、メサ突
起(2)の延長方向光出射端部(2B)付近ではバンドギ
ャップEgが大で、中央部(2A)付近ではバンドギャップ
Egが小となる。このため、この中央部(2A)内で発振し
た光は、出力端面に近接する端部(2B)の活性層(5)
内では光吸収が生じにくい構造、いわゆる窓構造とする
ことができる。従って、低しきい値電流化をはかったSD
H型半導体レーザ装置において、端面劣化を低減化する
ことができ、信頼性の向上及び高出力化をはかることが
できる。As described above, the band gap Eg of the active layer (5) of about 100 ° or less, that is, the active layer (5) having a quantum well structure is changed by minutely changing the thickness of the active layer (5). The band gap Eg is large near the light emitting end (2B) in the extension direction of the band gap, and the band gap is near the center (2A).
Eg becomes small. Therefore, the light oscillated in the central portion (2A) is transmitted to the active layer (5) at the end (2B) close to the output end face.
Inside, a structure in which light absorption hardly occurs, that is, a so-called window structure can be employed. Therefore, SD with low threshold current
In the H-type semiconductor laser device, end face deterioration can be reduced, and reliability can be improved and high output can be achieved.
以下、第1図〜第3図を参照して本発明半導体レーザ
装置の一例を詳細に説明する。Hereinafter, an example of the semiconductor laser device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
この場合、AlGaAs系のIII−V族半導体レーザ装置を
得る場合で、先ず第2図に略線的拡大上面図を示すよう
に、n型のGaAs等により成る基板(1)の{100}面例
えば(100)面より成る主面(1A)上に、矢印aで示す
〈011〉方向例えば[011]方向に延長するメサ突起
(2)を設けると共に、その中央部(2A)にのみ、メサ
突起(2)の両側面(2S)に近接して平行する側面(3
S)を有して成る一対の側方台部(3)を設ける。In this case, in order to obtain an AlGaAs III-V semiconductor laser device, first, as shown in a schematic enlarged top view of FIG. 2, {100} surface of a substrate (1) made of n-type GaAs or the like. For example, a mesa protrusion (2) extending in a <011> direction, for example, a [011] direction indicated by an arrow a is provided on a main surface (1A) composed of a (100) surface, and a mesa protrusion is provided only in a central portion (2A) thereof. Sides (3) that are close to and parallel to both sides (2S) of the projection (2)
A pair of side bases (3) having S) are provided.
このメサ突起(2)及び側方台部(3)の形成は、例
えばフォトリソグラフィの適用により、即ちフォトレジ
ストの塗布、パターン露光、現像により所要のパターン
のマスク層(図示せず)を形成した後、このマスク層を
マスクとして硫酸系の例えばH2SO4とH2O2とH2Oが3:1:1
の割合で混合されたエッチング液による結晶学的エッチ
ングを行って形成する。The formation of the mesa projections (2) and the side bases (3) is performed by, for example, applying photolithography, that is, forming a mask layer (not shown) having a required pattern by applying a photoresist, pattern exposure, and development. Then, using this mask layer as a mask, sulfuric acid based H 2 SO 4 , H 2 O 2 and H 2 O are 3: 1: 1
Is formed by performing crystallographic etching using an etching solution mixed at a ratio of.
第3図Aは、この第2図中AA線上における略線的拡大
断面図を示し、メサ突起(2)の中央部(2A)において
は、両側面(2S)と側方台部(3)の側面(3S)とが相
対向して近接する構成となり、その間隔W1及びW2を例え
ばそれぞれ例えば50μm程度とする。FIG. 3A is a schematic enlarged cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2. In the center part (2A) of the mesa projection (2), both side surfaces (2S) and side base parts (3) are shown. side and is configured to be close to face (3S), to the distance W 1 and W 2 for example, each example 50μm approximately.
また第3図Bに、第2図中BB線上における略線的拡大
断面図を示すように、端部(2B)においてはメサ突起
(2)のみが設けられ、メサ突起(2)の延長する[01
1]方向と直交し、紙面に沿う方向即ち側方には他の側
面を形成しない構成とする。As shown in FIG. 3B, which is a schematic enlarged cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2, only the mesa protrusion (2) is provided at the end (2B), and the mesa protrusion (2) is extended. [01
1] The other side is not formed in a direction perpendicular to the direction and along the paper surface, that is, in the side.
そしてこのような基板(1)に全面的に順次メチル系
MOCVD法によって第1導電型例えばn型のAlx1Ga1-x1As
等により成るクラッド層(4)と、例えばGaAsとAlyGa
1-yAsとの積層による量子井戸構造の活性層(5)と、
第2導電型例えばp型のAlx1Ga1-x1As等により成るクラ
ッド層(6)とをエピタキシャル成長する。Then, on such a substrate (1), a methyl-based
The first conductivity type, for example, n-type Al x1 Ga 1-x1 As by MOCVD method
A cladding layer (4) made of, for example, GaAs and Al y Ga
An active layer (5) having a quantum well structure by lamination with 1-y As,
A cladding layer (6) made of a second conductivity type, for example, p-type Al x1 Ga 1-x1 As or the like is epitaxially grown.
このときのメサ突起(2)の中央部(2A)及び端部
(2B)との、第2図におけるAA線及びBB線上に対応する
略線的拡大断面図を第1図A及びBに示す。FIGS. 1A and 1B are enlarged schematic cross-sectional views of the central portion (2A) and the end portion (2B) of the mesa projection (2) corresponding to the lines AA and BB in FIG. .
この場合、メサ突起(2)上と側方台部(3)上即ち
この側面(3S)側の縁部においては、前述したように基
板(1)の主面(1A)と約55゜を成す(111)B結晶面
が自然発生的に生じると、この(111)B結晶面上では
エピタキシャル成長が生じにくいことから、各層
(4)、(5)及び(6)が積層された化合物半導体層
(10)はメサ突起(2)上と側方台部(3)上とこれら
の間の溝内とに分断して形成される。そしてメサ突起
(2)上では両側面(2S)の縁部より延長する(111)
B結晶面より成る斜面が交叉するまでp型クラッド層
(6)の成長を行い、断面三角形状の積層化合物半導体
層(10)を形成する。そしてこの各層(4)、(5)及
び(6)の厚さを適切に選定して活性層(5)が断面三
角形状の化合物半導体層(10)の中間位置程度の高さに
形成され、また溝内においては、p型のクラッド層
(6)の上面をメサ突起(2)上の活性層(5)に接し
ない程度に化合物半導体層(10)の中間位置程度まで成
長させる。In this case, the main surface (1A) of the substrate (1) and the edge on the side base (3), that is, on the side surface (3S) side of the mesa protrusion (2) and the side surface (3S) side as described above are approximately 55 °. If the (111) B crystal plane formed spontaneously occurs, epitaxial growth is unlikely to occur on the (111) B crystal plane. Therefore, the compound semiconductor layer in which the layers (4), (5), and (6) are stacked (10) is divided and formed on the mesa projection (2), the side stand (3), and the groove between them. On the mesa projection (2), it extends from the edges of both sides (2S) (111)
The growth of the p-type cladding layer (6) is performed until the slopes composed of the B crystal planes intersect to form a laminated compound semiconductor layer (10) having a triangular cross section. By appropriately selecting the thickness of each of the layers (4), (5) and (6), the active layer (5) is formed at a height about the middle position of the compound semiconductor layer (10) having a triangular cross section, In the groove, the upper surface of the p-type cladding layer (6) is grown to an intermediate position of the compound semiconductor layer (10) so as not to contact the active layer (5) on the mesa projection (2).
このとき中央部(2A)では、第1図Aに示すように、
メサ突起(2)上の活性層(5)は、側方台部(3)上
の隣り合うエピタキシャル成長層に挟み込まれて成るた
めマイグレーションが生じにくく、端部(2B)において
は、第1図Bに示すように、活性層(5)の周辺部にエ
ピタキシャル成長層がないことから、マイグレーション
効果によって活性層(5)の厚さが中央部(2A)に比し
て小となる。従って、この部分における量子井戸構造の
エネルギーギャップEgが端部(2B)においてのみ大とな
り、この端部(2B)では光吸収の生じにくい構造とされ
た窓構造と成すことができる。At this time, at the center (2A), as shown in FIG.
Since the active layer (5) on the mesa protrusion (2) is sandwiched between the adjacent epitaxial growth layers on the side support (3), migration hardly occurs, and at the end (2B), FIG. As shown in (1), since there is no epitaxial growth layer in the peripheral portion of the active layer (5), the thickness of the active layer (5) becomes smaller than the central portion (2A) due to the migration effect. Therefore, the energy gap Eg of the quantum well structure in this portion becomes large only at the end (2B), and it is possible to form a window structure having a structure in which light absorption hardly occurs at this end (2B).
そしてP型のクラッド層(6)の上に全面的に第1導
電型例えばn型のAlx2Ga1-x2As等より成る電流ブロック
層(7)と、第2導電型例えばp型のAlzGa1-zAs等より
成る第2のクラッド層(8)を順次メチル系MOCVD法に
よりエピタキシャル成長する。このとき電流ブロック層
(7)の厚さは、メサ突起(2)上の活性層(5)の
(111)B結晶面側の端面を覆うように膜厚制御して成
長する。A current blocking layer (7) of the first conductivity type, for example, n-type Al x2 Ga 1 -x2 As, and a second conductivity type, for example, p-type Al, are formed on the entire surface of the P-type cladding layer (6). A second cladding layer (8) made of zGa 1-z As or the like is epitaxially grown sequentially by a methyl MOCVD method. At this time, the thickness of the current blocking layer (7) is controlled and grown so as to cover the end face of the active layer (5) on the mesa projection (2) on the (111) B crystal face side.
更にp型のGaAs等により成るキャップ層(9)例えば
フォトリソグラフィの適用により、フォトレジストの塗
布、パターン露光、現像を施した後RIE(反応性イオン
エッチング)等の異方性エッチングによりパターニング
して、メサ突起(2)の中央部(2A)上にのみ被着す
る。そして図示しないがキャップ層(9)上と基板
(1)の裏面とに電極をそれぞれオーミックに被着し
て、本発明半導体レーザ装置を得ることができる。Further, a cap layer (9) made of p-type GaAs or the like is coated with a photoresist by applying photolithography, pattern exposure, and development, and then patterned by anisotropic etching such as RIE (reactive ion etching). , Only on the central part (2A) of the mesa projection (2). Then, although not shown, electrodes are formed on the cap layer (9) and the back surface of the substrate (1) in ohmic contact, respectively, to obtain the semiconductor laser device of the present invention.
ここに、各層(4)(5)(6)(7)(8)は一連
のMOCVD法によってその供給する原料ガスを切り換える
ことによって1作業即ち1回の結晶成長で形成し得る。The layers (4), (5), (6), (7), and (8) can be formed by one operation, that is, one crystal growth, by switching a source gas supplied by a series of MOCVD methods.
尚、各層の導電型は図示とは反対の導電型とすること
もできる。Note that the conductivity type of each layer may be a conductivity type opposite to the illustrated one.
また、上述した例ではメサ突起(2)の端部(2B)に
おいて、そのメサ突起(2)の側方に他の側面(3S)を
形成しない構成としたが、第4図に他の例の略線的拡大
上面図を示すように、中央部(2A)では上述の例と同様
に側面(2S)と対向して平行する側面(3S)を有し、窓
構造を形成すべき端部(2B)に向かって、一定の幅を有
するメサ突起(2)に対して、その側面(2S)との間隔
が漸次大となるテーパ状側面(3T)を有して成る側方台
部(3)を設けてもよい。この場合、中央部(2A)にお
いては、その横方向断面図は第5図Aに示すように、上
述の例と同様に側面(2S)及び(3S)を相対向して距離
W1及びW2をもって配置するが、端部(2B)においては、
第5図Bに示すように、側方台部(3)とメサ突起
(2)とが中央部(2A)に比して離間して配置し、その
間隔W3及びW4は、W1,W2<W3,W4とする。そしてこのメサ
突起(2)上を覆って全面的に上述の例と同様にメチル
系MOCVD法によるエピタキシャル成長を行って、本発明
半導体レーザ装置を得ることができる。In the example described above, the other side surface (3S) is not formed on the side of the mesa projection (2) at the end (2B) of the mesa projection (2), but another example is shown in FIG. As shown in a schematic enlarged top view of the above, the central portion (2A) has a side surface (3S) opposed to and parallel to the side surface (2S) as in the above-described example, and an end portion where a window structure is to be formed. Toward (2B), a side pedestal portion (3T) having a tapered side surface (3T) in which the distance between the mesa protrusion (2) having a certain width and the side surface (2S) gradually increases. 3) may be provided. In this case, in the central portion (2A), as shown in FIG. 5A, the lateral cross-section is the distance between the side surfaces (2S) and (3S) in the same manner as in the above-described example.
To arranged with W 1 and W 2, but in the end (2B),
As shown in FIG. 5 B, and spaced apart side base portions (3) and the mesa projection (2) is compared to the central portion (2A) arranged, the interval W 3 and W 4 is, W 1 , W 2 <W 3 , W 4 . Then, the semiconductor laser device of the present invention can be obtained by epitaxially growing the entire surface over the mesa protrusion (2) by the methyl MOCVD method in the same manner as in the above-described example.
この場合、中央部(2A)における各側面(2S)及び
(3S)の間隔W1及びW2は、メサ突起(2)上の活性層
(5)をエピタキシャル成長する際に、マイグレーショ
ンを生じにくくするように、0<W1<100μm,0<W2<10
0μm程度とすることが望ましい。In this case, the interval W 1 and W 2 of each side (2S) and (3S) in the central portion (2A), the active layer on the mesa projection (2) (5) during the epitaxial growth, less likely to occur migration 0 <W 1 <100 μm, 0 <W 2 <10
It is desirable that the thickness be about 0 μm.
また、メサ突起(2)とこの側面(2S)に対向して配
置する側面(3S)の構成は、上述の各例に限らず本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができ
る。Further, the configuration of the mesa protrusion (2) and the side surface (3S) disposed to face the side surface (2S) is not limited to the above examples, and various configurations may be employed without departing from the gist of the present invention. it can.
上述したように、本発明半導体レーザ装置では低しき
い値電流化をはかったSDH型半導体レーザにおいて、エ
ピタキシャル成長の際にマイグレーション効果を利用し
て、自然発生的に化合物半導体層の膜厚制御を行って、
メサ突起(2)の側面(2S)と対向する側面(3S)との
間隔を適切に選定することにより、活性層(5)の厚さ
をメサ突起(2)の中央部(2A)との端部(2B)とにお
いて微小変化させることができる。As described above, in the semiconductor laser device of the present invention, the thickness of the compound semiconductor layer is spontaneously controlled by utilizing the migration effect at the time of epitaxial growth in the SDH semiconductor laser with a reduced threshold current. hand,
By appropriately selecting the distance between the side surface (2S) of the mesa protrusion (2) and the side surface (3S) opposed thereto, the thickness of the active layer (5) can be adjusted with respect to the central portion (2A) of the mesa protrusion (2). It can be slightly changed at the end (2B).
従って、100Å以下程度の量子井戸構造の活性層
(5)のバンドギャップEgを、メサ突起(2)の延長方
向光出射端部(2B)付近では大とし、中央部(2A)付近
では小として、中央部(2A)内で発振した光が端面いお
いて光吸収が生じにくい、いわゆる窓構造を形成するこ
とができる。即ち、低しきい値化をはかかったSDH型半
導体レーザ装置において、端面劣化の低減化をはかり、
信頼性の向上及び高出力化をはかることができる。Therefore, the band gap Eg of the active layer (5) having a quantum well structure of about 100 ° or less is set large near the light emitting end (2B) in the extension direction of the mesa protrusion (2) and small near the center (2A). A so-called window structure can be formed in which light oscillated in the central portion (2A) is hardly absorbed at the end face. That is, in the SDH type semiconductor laser device with the lowered threshold, the end face degradation is reduced,
It is possible to improve reliability and increase output.
第1図A及びBは本発明半導体レーザ装置の略線的拡大
断面図、第2図は本発明半導体レーザ装置の略線的拡大
上面図、第3図A及びBは、本発明半導体レーザ装置の
要部の略線的拡大断面図、第4図は本発明半導体レーザ
装置の他の例の略線的拡大上面図、第5図A及びBは本
発明半導体レーザ装置の要部の略線的拡大断面図、第6
図は従来の半導体レーザ装置の一例の斜視図、第7図A
及びBは従来の半導体レーザの要部の略線的拡大断面
図、第8図は従来の半導体レーザの他の例の略線的拡大
断面図である。 (1)は基板、(2)はメサ突起、(2A)は中央部、
(2B)は端部、(2S)及び(3S)は側面、(3)は側方
台部、(4)は第1導電型のクラッド層、(5)は活性
層、(6)は第2導電型の第1のクラッド層、(7)は
電流ブロック層、(8)は第2導電型の第2のクラッド
層、(9)はキャップ層、(10)は化合物半導体層であ
る。1A and 1B are schematic enlarged cross-sectional views of the semiconductor laser device of the present invention, FIG. 2 is a schematic enlarged top view of the semiconductor laser device of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are semiconductor laser devices of the present invention. FIG. 4 is a schematic enlarged top view of another example of the semiconductor laser device of the present invention, and FIGS. 5A and 5B are schematic lines of main parts of the semiconductor laser device of the present invention. Enlarged sectional view, 6th
FIG. 7 is a perspective view of an example of a conventional semiconductor laser device, FIG.
7A and 7B are schematic enlarged cross-sectional views of main parts of the conventional semiconductor laser, and FIG. 8 is a schematic enlarged cross-sectional view of another example of the conventional semiconductor laser. (1) is a substrate, (2) is a mesa protrusion, (2A) is a central portion,
(2B) is an end, (2S) and (3S) are side surfaces, (3) is a side support, (4) is a first conductivity type cladding layer, (5) is an active layer, and (6) is a A two-conductivity-type first clad layer, (7) is a current blocking layer, (8) is a second-conductivity-type second clad layer, (9) is a cap layer, and (10) is a compound semiconductor layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−217988(JP,A) 特開 平1−186693(JP,A) 特開 昭62−22496(JP,A) 特開 昭63−73961(JP,A) 特開 平2−174287(JP,A) 特開 平2−31481(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-217988 (JP, A) JP-A-1-186693 (JP, A) JP-A-62-2496 (JP, A) JP-A-63-1988 73961 (JP, A) JP-A-2-174287 (JP, A) JP-A-2-31481 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18
Claims (1)
たメサ突起が形成され、 上記メサ突起の中央部付近のみ両側面に所定の距離をも
って対向する他の側面が形成され、 上記メサ突起の延長方向光出射端部付近では上記中央部
付近での距離より離れて対向する上記他の側面が形成さ
れるか、または上記他の側面が形成されない基板上に、 有機金属気相成長法で順次形成した100Å以下の厚みの
活性層を含む化合物半導体層を有する ことを特徴とする半導体レーザ装置。1. A mesa projection extending in a <011> direction is formed on a {100} face of a substrate, and other side faces facing a predetermined distance are formed on both side faces only near a central portion of the mesa projection. In the vicinity of the light emitting end in the direction of extension of the mesa protrusion, the other side surface facing away from the distance in the vicinity of the central portion is formed, or a metal organic vapor phase is formed on a substrate on which the other side surface is not formed. A semiconductor laser device comprising a compound semiconductor layer including an active layer having a thickness of 100 mm or less formed sequentially by a growth method.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2338354A JP2940158B2 (en) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Semiconductor laser device |
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JPH07226566A (en) * | 1994-02-10 | 1995-08-22 | Nec Corp | Quantum well semiconductor laser and its manufacture |
US8705904B2 (en) * | 2002-10-08 | 2014-04-22 | Infinera Corporation | Photonic integrated circuits having chirped elements |
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