JP2985354B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置、特
にフォトンリサイクル機構を有する半導体レーザ装置に
係わる。
にフォトンリサイクル機構を有する半導体レーザ装置に
係わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザでは、しきい値以下の電流
を通電した状態では、自然放出光しか発光されない。こ
のため、しきい値以下の電流は全て無効となるが、この
自然放出光を吸収し、キャリアを発生してもう一度活性
層に送り込むいわゆるフォトンリサイクル機構を半導体
レーザ装置に設けることによって、より低いしきい値電
流によるレーザ光の発振が可能となる。
を通電した状態では、自然放出光しか発光されない。こ
のため、しきい値以下の電流は全て無効となるが、この
自然放出光を吸収し、キャリアを発生してもう一度活性
層に送り込むいわゆるフォトンリサイクル機構を半導体
レーザ装置に設けることによって、より低いしきい値電
流によるレーザ光の発振が可能となる。
【０００３】このようなフォトンリサイクル機構を有す
る半導体レーザの一例が、例えばAppl.Phys.Lett.57(1
3),24 September 1990 p.1310〜1312において提案され
ている。この半導体レーザ装置は、図４に略線的拡大斜
視図を示すように、ｐ型のＧａＡｓ基板３１上に、真性
（ｉ型）のＧａＡｓ光吸収層３２、ｎ型のＧａＡｓより
成るコンタクト層３３、ｎ型のＧａＡｓより成るクラッ
ド層３４、ＡｌＧａＡｓより成るＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造
（graded−index separate confinement heterostructu
re）の単一量子井戸を有する活性層３５及びｐ型のＡｌ
ＧａＡｓより成るクラッド層３６が順次分子線エピタキ
シーによって被着されて成り、ｎ型のコンタクト層３３
の一部を露出させる溝４１が、フォトリソグラフィ等の
適用によって所要の例えばストライプ状のパターンにエ
ッチング形成されて、この底面にｎ型コンタクト層３３
の一部が露出される。また素子形成アイソレーション用
の溝４２がこのコンタクト溝４１内にこれに沿って光吸
収層３２に達する深さにエッチング形成される。更に上
層のｐ型クラッド層３６が選択的エッチングによってパ
ターニングされ、リッジ３７が形成されて成る。
る半導体レーザの一例が、例えばAppl.Phys.Lett.57(1
3),24 September 1990 p.1310〜1312において提案され
ている。この半導体レーザ装置は、図４に略線的拡大斜
視図を示すように、ｐ型のＧａＡｓ基板３１上に、真性
（ｉ型）のＧａＡｓ光吸収層３２、ｎ型のＧａＡｓより
成るコンタクト層３３、ｎ型のＧａＡｓより成るクラッ
ド層３４、ＡｌＧａＡｓより成るＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造
（graded−index separate confinement heterostructu
re）の単一量子井戸を有する活性層３５及びｐ型のＡｌ
ＧａＡｓより成るクラッド層３６が順次分子線エピタキ
シーによって被着されて成り、ｎ型のコンタクト層３３
の一部を露出させる溝４１が、フォトリソグラフィ等の
適用によって所要の例えばストライプ状のパターンにエ
ッチング形成されて、この底面にｎ型コンタクト層３３
の一部が露出される。また素子形成アイソレーション用
の溝４２がこのコンタクト溝４１内にこれに沿って光吸
収層３２に達する深さにエッチング形成される。更に上
層のｐ型クラッド層３６が選択的エッチングによってパ
ターニングされ、リッジ３７が形成されて成る。
【０００４】そして更に、このリッジ３７の上面にｐ型
コンタクト用の電極３８がオーミックに被着され、ｎ型
コンタクト層３３の一部が露出されたコンタクト溝４１
内の底面上にｎ型コンタクト用の電極３９が、更に基板
３１の裏面にｐ型のコンタクト用の電極がそれぞれオー
ミックに被着されて成る。このようにして、ｎ型クラッ
ド層３４、活性層３５及びｐ型クラッド層３６より成る
レーザダイオードＬＤと、このｎ型ＡｌＧａＡｓコンタ
クト層３３、真性ＧａＡｓ光吸収層３２及びｐ型ＧａＡ
ｓ基板３１とより成るフォトダイオードＰＤとが構成さ
れる。
コンタクト用の電極３８がオーミックに被着され、ｎ型
コンタクト層３３の一部が露出されたコンタクト溝４１
内の底面上にｎ型コンタクト用の電極３９が、更に基板
３１の裏面にｐ型のコンタクト用の電極がそれぞれオー
ミックに被着されて成る。このようにして、ｎ型クラッ
ド層３４、活性層３５及びｐ型クラッド層３６より成る
レーザダイオードＬＤと、このｎ型ＡｌＧａＡｓコンタ
クト層３３、真性ＧａＡｓ光吸収層３２及びｐ型ＧａＡ
ｓ基板３１とより成るフォトダイオードＰＤとが構成さ
れる。
【０００５】この半導体レーザ装置の等価回路を図５に
示す。この場合、ｐ型電極３８はレーザダイオードＬＤ
のアノード端子ｔ1 、ｎ型コンタクト用電極３９はレー
ザダイオードＬＤのカソードとフォトダイオードＰＤの
カソードとの共通の端子ｔ2 、基板３１の裏面のｐ型電
極４０はフォトダイオードＰＤのアノード端子ｔ3 とな
る。そしてレーザダイオードＬＤのアノード端子ｔ1 を
接地して、共通カソード端子ｔ2 に所要の電圧を印加し
てレーザダイオードＬＤを自然発光させ、この自然発光
による光ＬS をフォトダイオードＰＤの光吸収層３２に
吸収させてキャリアを発生させる。一方フォトダイオー
ドＰＤのアノード端子ｔ3 に所要の電圧を印加して、こ
のエネルギーバンドを傾けてキャリアを活性層３５側へ
移動させ、即ちキャリアをレーザダイオードＬＤに注入
するようになす。このようにすることによって、しきい
値未満の電流通電によっても、レーザ発振し得るように
なすことができる。
示す。この場合、ｐ型電極３８はレーザダイオードＬＤ
のアノード端子ｔ1 、ｎ型コンタクト用電極３９はレー
ザダイオードＬＤのカソードとフォトダイオードＰＤの
カソードとの共通の端子ｔ2 、基板３１の裏面のｐ型電
極４０はフォトダイオードＰＤのアノード端子ｔ3 とな
る。そしてレーザダイオードＬＤのアノード端子ｔ1 を
接地して、共通カソード端子ｔ2 に所要の電圧を印加し
てレーザダイオードＬＤを自然発光させ、この自然発光
による光ＬS をフォトダイオードＰＤの光吸収層３２に
吸収させてキャリアを発生させる。一方フォトダイオー
ドＰＤのアノード端子ｔ3 に所要の電圧を印加して、こ
のエネルギーバンドを傾けてキャリアを活性層３５側へ
移動させ、即ちキャリアをレーザダイオードＬＤに注入
するようになす。このようにすることによって、しきい
値未満の電流通電によっても、レーザ発振し得るように
なすことができる。
【０００６】しかしながらこのような構成による場合
は、コンタクト溝４１の形成、即ちレーザダイオードＬ
ＤとフォトダイオードＰＤとの共通電極となるｎ型電極
３９を外部に露出させるためのエッチングを必要とする
ものであるが、ｎ型のＡｌＧａＡｓコンタクト層３３の
全厚さに満たない深さでそのエッチングを中止させるエ
ッチング制御が難しいという問題がある。
は、コンタクト溝４１の形成、即ちレーザダイオードＬ
ＤとフォトダイオードＰＤとの共通電極となるｎ型電極
３９を外部に露出させるためのエッチングを必要とする
ものであるが、ｎ型のＡｌＧａＡｓコンタクト層３３の
全厚さに満たない深さでそのエッチングを中止させるエ
ッチング制御が難しいという問題がある。
【０００７】またこのときの活性層３５を横切るエッチ
ングによって、活性層３５のコンタクト溝４１に臨む端
面の結晶性が劣化するため、安定した信頼性の高い半導
体レーザを得るためには、上述したようにｐ型クラッド
層３６のリッジ３７上にｐ型電極３８を設け、このリッ
ジ３７の下部におけるコンタクト溝４１に臨む端面とは
離間した領域の活性層３５を動作発光させるようにする
等の工夫が必要となり、製造工程が煩雑となって生産性
の低下を招く恐れがある。
ングによって、活性層３５のコンタクト溝４１に臨む端
面の結晶性が劣化するため、安定した信頼性の高い半導
体レーザを得るためには、上述したようにｐ型クラッド
層３６のリッジ３７上にｐ型電極３８を設け、このリッ
ジ３７の下部におけるコンタクト溝４１に臨む端面とは
離間した領域の活性層３５を動作発光させるようにする
等の工夫が必要となり、製造工程が煩雑となって生産性
の低下を招く恐れがある。
【０００８】一方、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 Heter
o Junction) 半導体レーザが、本出願人による例えば特
開昭61−183987号、特開平２−174287号において提案さ
れている。
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 Heter
o Junction) 半導体レーザが、本出願人による例えば特
開昭61−183987号、特開平２−174287号において提案さ
れている。
【０００９】このＳＤＨ型半導体レーザは、図６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
ＧａＡｓ化合物半導体基体５１のその一主面に、図６に
おいてその紙面と直交する〈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５
２を有する基体５１の一主面上に、順次通常のＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属による化学的気相成長）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５３と、低不純物濃度ないしはアンドー
プの活性層５４と、第２導電型例えばｐ型の第１のクラ
ッド層５５と、第１導電型例えばｎ型の電流ブロック層
５６と、第２導電型例えばｐ型の第２のクラッド層５７
と、第２導電型のキャップ層５８との各半導体層が１回
のエピタキシャル成長作業によって形成されてなる。
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
ＧａＡｓ化合物半導体基体５１のその一主面に、図６に
おいてその紙面と直交する〈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５
２を有する基体５１の一主面上に、順次通常のＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属による化学的気相成長）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５３と、低不純物濃度ないしはアンドー
プの活性層５４と、第２導電型例えばｐ型の第１のクラ
ッド層５５と、第１導電型例えばｎ型の電流ブロック層
５６と、第２導電型例えばｐ型の第２のクラッド層５７
と、第２導電型のキャップ層５８との各半導体層が１回
のエピタキシャル成長作業によって形成されてなる。
【００１０】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。
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。
【００１１】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５
２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５９Ａ及び５９Ｂによる断層
を形成し、これら斜面５９Ａ及び５９Ｂ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。
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５
２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５９Ａ及び５９Ｂによる断層
を形成し、これら斜面５９Ａ及び５９Ｂ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。
【００１２】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５
６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５９Ａ及び５９Ｂに臨む端面に衝合す
るようになされる。
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５
６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５９Ａ及び５９Ｂに臨む端面に衝合す
るようになされる。
【００１３】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のク
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５３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５
２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。
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のク
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５３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５
２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。
【００１４】しかしながら、このようなＳＤＨ構造を有
する半導体レーザ装置においては、しきい値電流未満の
自然放出光ＬS は利用されていない。このためしきい値
以下の電流は全て無効となっている。
する半導体レーザ装置においては、しきい値電流未満の
自然放出光ＬS は利用されていない。このためしきい値
以下の電流は全て無効となっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、半導体レーザ装置の低しきい値電流化をは
かって、エネルギー変換効率の良い半導体レーザ装置を
得ることである。
する課題は、半導体レーザ装置の低しきい値電流化をは
かって、エネルギー変換効率の良い半導体レーザ装置を
得ることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザ装置
の一例の略線的拡大断面図を図１に示す。本発明は図１
に示すように、主面１Ｓが｛１００｝結晶面より成り、
かつ〈０１１〉結晶軸方向に延長するメサ突起２を有す
る第１導電型の基体１上に、気相成長法によって形成さ
れた少なくとも光吸収層３、第２導電型の第１のクラッ
ド層４、活性層５、第１導電型のクラッド層６を有し、
メサ突起２上には光吸収層３、第２導電型の第１のクラ
ッド層４、活性層５、第１導電型のクラッド層６とを断
面三角形状に形成し、かつメサ突起２上の断面三角形状
部１０の光吸収層３の両側をメサ溝２Ａ上の第１導電型
のクラッド層６と接するようになし、活性層５と第１導
電型のクラッド層６の両側をメサ溝２Ａ上の第２導電型
の第２のクラッド層８と接するようになし、更にメサ突
起２上の断面三角形状部１０の第１導電型のクラッド層
６にオーミック接触する第１の外部電極１２を設け、活
性層５と第１導電型のクラッド層６の両側のメサ溝２Ａ
上の第２導電型の第２のクラッド層８にオーミック接触
する第２の外部電極１３を設け、第１導電型の基体１に
オーミック接触する第３の外部電極１４を設けて構成す
る。
の一例の略線的拡大断面図を図１に示す。本発明は図１
に示すように、主面１Ｓが｛１００｝結晶面より成り、
かつ〈０１１〉結晶軸方向に延長するメサ突起２を有す
る第１導電型の基体１上に、気相成長法によって形成さ
れた少なくとも光吸収層３、第２導電型の第１のクラッ
ド層４、活性層５、第１導電型のクラッド層６を有し、
メサ突起２上には光吸収層３、第２導電型の第１のクラ
ッド層４、活性層５、第１導電型のクラッド層６とを断
面三角形状に形成し、かつメサ突起２上の断面三角形状
部１０の光吸収層３の両側をメサ溝２Ａ上の第１導電型
のクラッド層６と接するようになし、活性層５と第１導
電型のクラッド層６の両側をメサ溝２Ａ上の第２導電型
の第２のクラッド層８と接するようになし、更にメサ突
起２上の断面三角形状部１０の第１導電型のクラッド層
６にオーミック接触する第１の外部電極１２を設け、活
性層５と第１導電型のクラッド層６の両側のメサ溝２Ａ
上の第２導電型の第２のクラッド層８にオーミック接触
する第２の外部電極１３を設け、第１導電型の基体１に
オーミック接触する第３の外部電極１４を設けて構成す
る。
【００１７】
【作用】上述したように、本発明半導体レーザ装置は、
主面１Ｓが｛１００｝結晶面より成り、かつ〈０１１〉
結晶軸方向に延長するメサ突起２を有する第１導電型の
基体１上に、気相成長法によって形成された少なくとも
光吸収層３、第２導電型の第１のクラッド層４、活性層
５、第１導電型のクラッド層６を有するものであるが、
このような構成により、通常の気相成長法即ちメチル系
ＭＯＣＶＤ法により各層をエピタキシャル成長する場
合、メサ突起２上においては、その両側端縁から主面１
Ｓに対して約５５°を成す｛１１１｝Ｂ結晶面が一旦生
じると、この｛１１１｝Ｂ結晶面上ではメチル系ＭＯＣ
ＶＤ法によるエピタキシャル成長が生じにくいことか
ら、メサ突起２上の光吸収層３、第２導電型のクラッド
層４、活性層５及び第１導電型のクラッド層６は、メサ
突起２上とメサ溝２Ａ内とで互いに他と分断して形成さ
れ、メサ突起２上には光吸収層３、第２導電型の第１の
クラッド層４、活性層５、第１導電型のクラッド層６と
が断面三角形状に形成される。
主面１Ｓが｛１００｝結晶面より成り、かつ〈０１１〉
結晶軸方向に延長するメサ突起２を有する第１導電型の
基体１上に、気相成長法によって形成された少なくとも
光吸収層３、第２導電型の第１のクラッド層４、活性層
５、第１導電型のクラッド層６を有するものであるが、
このような構成により、通常の気相成長法即ちメチル系
ＭＯＣＶＤ法により各層をエピタキシャル成長する場
合、メサ突起２上においては、その両側端縁から主面１
Ｓに対して約５５°を成す｛１１１｝Ｂ結晶面が一旦生
じると、この｛１１１｝Ｂ結晶面上ではメチル系ＭＯＣ
ＶＤ法によるエピタキシャル成長が生じにくいことか
ら、メサ突起２上の光吸収層３、第２導電型のクラッド
層４、活性層５及び第１導電型のクラッド層６は、メサ
突起２上とメサ溝２Ａ内とで互いに他と分断して形成さ
れ、メサ突起２上には光吸収層３、第２導電型の第１の
クラッド層４、活性層５、第１導電型のクラッド層６と
が断面三角形状に形成される。
【００１８】このような構成とすることによって、メサ
突起２上では第１導電型の基体１と光吸収層３と第２導
電型の第１のクラッド層４とによって、ｐｉｎ構造のフ
ォトダイオードＰＤを構成すると共に、第２導電型のク
ラッド層４と活性層５と第１導電型のクラッド層６とに
よって、レーザダイオードＬＤを構成することができ
る。
突起２上では第１導電型の基体１と光吸収層３と第２導
電型の第１のクラッド層４とによって、ｐｉｎ構造のフ
ォトダイオードＰＤを構成すると共に、第２導電型のク
ラッド層４と活性層５と第１導電型のクラッド層６とに
よって、レーザダイオードＬＤを構成することができ
る。
【００１９】そしてこのメサ突起２上の断面三角形状部
１０の光吸収層３の両側をメサ溝２Ａ上の第１導電型の
クラッド層６と接するようになし、かつ活性層５と第１
導電型のクラッド層６の両側をメサ溝２Ａ上の第２導電
型の第２のクラッド層８と接するようになすことから、
メサ溝２Ａ上の第１導電型のクラッド層６と第２導電型
の第２のクラッド層８との界面が、メサ突起２上の第１
導電型のクラッド層４の断面三角形状部１０における両
側端面に接することとなる。
１０の光吸収層３の両側をメサ溝２Ａ上の第１導電型の
クラッド層６と接するようになし、かつ活性層５と第１
導電型のクラッド層６の両側をメサ溝２Ａ上の第２導電
型の第２のクラッド層８と接するようになすことから、
メサ溝２Ａ上の第１導電型のクラッド層６と第２導電型
の第２のクラッド層８との界面が、メサ突起２上の第１
導電型のクラッド層４の断面三角形状部１０における両
側端面に接することとなる。
【００２０】そしてこのような構成において、メサ突起
２上の第１導電型のクラッド層６にオーミックに接続す
るようになされた第１の電極１２と、メサ溝２Ａ上の第
２導電型の第２のクラッド層８上にオーミックに接続さ
れた第２の電極１３との間に所要の電圧を印加すること
により、第１の電極１２からメサ突起２上の第１導電型
のクラッド層６、活性層５、第２導電型の第１のクラッ
ド層４及びメサ溝２Ａ上の第２導電型の第２のクラッド
層８を通過して第２の電極１３へ通じる電流通路、或い
はこの逆の電流通路を通ってキャリアが移動することと
なる。
２上の第１導電型のクラッド層６にオーミックに接続す
るようになされた第１の電極１２と、メサ溝２Ａ上の第
２導電型の第２のクラッド層８上にオーミックに接続さ
れた第２の電極１３との間に所要の電圧を印加すること
により、第１の電極１２からメサ突起２上の第１導電型
のクラッド層６、活性層５、第２導電型の第１のクラッ
ド層４及びメサ溝２Ａ上の第２導電型の第２のクラッド
層８を通過して第２の電極１３へ通じる電流通路、或い
はこの逆の電流通路を通ってキャリアが移動することと
なる。
【００２１】また一方、この第２の電極１３と、第１導
電型の基体１にオーミックに接続された第３の電極１４
との間に所要の電圧を印加することにより、第３の電極
１４から第１導電型の基体１、メサ突起２上の光吸収層
３、第２導電型の第１のクラッド層４、メサ溝２Ａ内の
第２導電型の第２のクラッド層８を通過して第２の電極
１３へ通じる電流通路、或いはこの逆の電流通路を通っ
てキャリアが移動することとなる。
電型の基体１にオーミックに接続された第３の電極１４
との間に所要の電圧を印加することにより、第３の電極
１４から第１導電型の基体１、メサ突起２上の光吸収層
３、第２導電型の第１のクラッド層４、メサ溝２Ａ内の
第２導電型の第２のクラッド層８を通過して第２の電極
１３へ通じる電流通路、或いはこの逆の電流通路を通っ
てキャリアが移動することとなる。
【００２２】即ちこのような構成による半導体レーザ装
置の等価回路を示すと、図２に示すように、第１の電極
１２より成る端子ｔ1 と、第２の電極１３より成る端子
ｔ2 との間にレーザダイオードＬＤが接続され、第２の
電極１３より成る端子ｔ2 と第３の電極１４より成る端
子ｔ3 との間にフォトダイオードＰＤが接続された構成
となる。
置の等価回路を示すと、図２に示すように、第１の電極
１２より成る端子ｔ1 と、第２の電極１３より成る端子
ｔ2 との間にレーザダイオードＬＤが接続され、第２の
電極１３より成る端子ｔ2 と第３の電極１４より成る端
子ｔ3 との間にフォトダイオードＰＤが接続された構成
となる。
【００２３】従って、図５において説明した場合と同様
に、レーザダイオードＬＤの一方の電極とフォトダイオ
ードＰＤの一方の電極とを兼ねる共通の電極即ち第２の
電極より成る端子ｔ2 に所要の電圧を印加して、レーザ
ダイオードＬＤにレーザ発振させるに当り、しきい値電
流未満において発光する自然発光ＬS をフォトダイオー
ドＰＤの光吸収層３２に吸収させてキャリアを発生さ
せ、一方フォトダイオードＰＤの他方の電極即ち第３の
電極より成る端子ｔ3 に所要の電圧、即ちこの光吸収層
３のエネルギーバンドを傾けて光吸収層３内のキャリア
が活性層３５側へ移動する程度の電圧を印加して、この
キャリアをレーザダイオードＬＤに注入する。
に、レーザダイオードＬＤの一方の電極とフォトダイオ
ードＰＤの一方の電極とを兼ねる共通の電極即ち第２の
電極より成る端子ｔ2 に所要の電圧を印加して、レーザ
ダイオードＬＤにレーザ発振させるに当り、しきい値電
流未満において発光する自然発光ＬS をフォトダイオー
ドＰＤの光吸収層３２に吸収させてキャリアを発生さ
せ、一方フォトダイオードＰＤの他方の電極即ち第３の
電極より成る端子ｔ3 に所要の電圧、即ちこの光吸収層
３のエネルギーバンドを傾けて光吸収層３内のキャリア
が活性層３５側へ移動する程度の電圧を印加して、この
キャリアをレーザダイオードＬＤに注入する。
【００２４】このようにすることによって、第２導電型
の第１のクラッド層４、活性層５及び第１導電型のクラ
ッド層６より成るレーザダイオードＬＤを、しきい値未
満の電流通電によってもレーザ発振して、出力光ＬO を
得ることができる。
の第１のクラッド層４、活性層５及び第１導電型のクラ
ッド層６より成るレーザダイオードＬＤを、しきい値未
満の電流通電によってもレーザ発振して、出力光ＬO を
得ることができる。
【００２５】そして本発明半導体レーザ装置において
は、上述した構造を１回のエピタキシャル成長によって
形成することができるため、製造工程の簡易化をはかっ
て、生産性の向上をはかることができる。
は、上述した構造を１回のエピタキシャル成長によって
形成することができるため、製造工程の簡易化をはかっ
て、生産性の向上をはかることができる。
【００２６】
【実施例】以下本発明半導体レーザ装置の各例を、図１
〜図３を参照して詳細に説明する。この例においては各
例ともに、ＡｌＧａＡｓ系のIII −Ｖ族材料より成る半
導体レーザ装置の場合を示す。
〜図３を参照して詳細に説明する。この例においては各
例ともに、ＡｌＧａＡｓ系のIII −Ｖ族材料より成る半
導体レーザ装置の場合を示す。
【００２７】実施例１ 図１に示すように、第１導電型例えばｐ型のＧａＡｓ等
より成る基板１の｛１００｝結晶面の例えば（１００）
結晶面より成る主面１Ｓ上に、〈０１１〉結晶軸例えば
〔０１１〕結晶軸方向に沿って延長するメサ突起２が、
例えばフォトリソグラフィの適用によってＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）等の異方性エッチングによってエ
ッチング形成されて成る。そしてこのメサ突起２上を覆
って全面的にｉ型の真性のＧａＡｓ等より成る光吸収層
３、第２導電型例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ等より成る第
１のクラッド層４、アンドープのＧａＡｓ等より成る活
性層５、更に第１導電型例えばｐ型のＡｌＧａＡｓ等よ
り成るクラッド層６とが順次通常の気相成長法、即ちメ
チル系のＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長され
て成る。
より成る基板１の｛１００｝結晶面の例えば（１００）
結晶面より成る主面１Ｓ上に、〈０１１〉結晶軸例えば
〔０１１〕結晶軸方向に沿って延長するメサ突起２が、
例えばフォトリソグラフィの適用によってＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）等の異方性エッチングによってエ
ッチング形成されて成る。そしてこのメサ突起２上を覆
って全面的にｉ型の真性のＧａＡｓ等より成る光吸収層
３、第２導電型例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ等より成る第
１のクラッド層４、アンドープのＧａＡｓ等より成る活
性層５、更に第１導電型例えばｐ型のＡｌＧａＡｓ等よ
り成るクラッド層６とが順次通常の気相成長法、即ちメ
チル系のＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長され
て成る。
【００２８】このとき、メサ突起２上では、主面１Ｓに
対して約５５°を成す（１１１）Ｂ結晶面が一旦生じる
と、この（１１１）Ｂ結晶面上ではメチル系ＭＯＣＶＤ
法によるエピタキシャル成長が生じにくいことから、メ
サ突起２上の各層は、（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面
７Ａ及び７Ｂに囲まれた断面三角形状に形成され、この
メサ突起２の幅及びメサ溝２Ａの深さ、更に各層３、
４、５及び６の厚さを適切に選定することによって、メ
サ溝２Ａ内におけるエピタキシャル成長層即ち第１導電
型のクラッド層６の上面が、この光吸収層３、第２導電
型の第１のクラッド層４、活性層５及び第１導電型のク
ラッド層６とより成る断面三角形状部１０の、特に第２
導電型の第１のクラッド層４の両斜面７Ａ及び７Ｂに臨
む端面に接するようになされる。
対して約５５°を成す（１１１）Ｂ結晶面が一旦生じる
と、この（１１１）Ｂ結晶面上ではメチル系ＭＯＣＶＤ
法によるエピタキシャル成長が生じにくいことから、メ
サ突起２上の各層は、（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面
７Ａ及び７Ｂに囲まれた断面三角形状に形成され、この
メサ突起２の幅及びメサ溝２Ａの深さ、更に各層３、
４、５及び６の厚さを適切に選定することによって、メ
サ溝２Ａ内におけるエピタキシャル成長層即ち第１導電
型のクラッド層６の上面が、この光吸収層３、第２導電
型の第１のクラッド層４、活性層５及び第１導電型のク
ラッド層６とより成る断面三角形状部１０の、特に第２
導電型の第１のクラッド層４の両斜面７Ａ及び７Ｂに臨
む端面に接するようになされる。
【００２９】そしてこの断面三角形状部１０上を覆って
全面的に第２導電型例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ等より成
る第２のクラッド層８がエピタキシャル成長される。こ
のクラッド層８は、エピタキシャル成長の初期において
は（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面７Ａ及び７Ｂ上では
成長されないが、メサ溝２Ａ内の第１導電型のクラッド
層６上においてエピタキシャル成長が進行するにつれ
て、両斜面７Ａ及び７Ｂの突き合わせ部に（１１１）Ｂ
結晶面以外の結晶面が生じてくると、断面三角形状部１
０を横切って全面的にこの第２導電型の第２のクラッド
層８がエピタキシャル成長される。
全面的に第２導電型例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ等より成
る第２のクラッド層８がエピタキシャル成長される。こ
のクラッド層８は、エピタキシャル成長の初期において
は（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面７Ａ及び７Ｂ上では
成長されないが、メサ溝２Ａ内の第１導電型のクラッド
層６上においてエピタキシャル成長が進行するにつれ
て、両斜面７Ａ及び７Ｂの突き合わせ部に（１１１）Ｂ
結晶面以外の結晶面が生じてくると、断面三角形状部１
０を横切って全面的にこの第２導電型の第２のクラッド
層８がエピタキシャル成長される。
【００３０】更にこの第２導電型の第２のクラッド層８
上にＧａＡｓ等より成るキャップ層９ａ及び９ｂが被着
されて成る。このキャップ層９ａ及び９ｂは、例えばメ
サ突起２上の断面三角形状部１０上と、一方の斜面７Ｂ
に対向する側のメサ溝２Ａ上とにおいて分断されるよう
に、例えば全面的にエピタキシャル成長された後所要の
パターンにフォトリソグラフィ等の適用によってエッチ
ング形成されてなる。このエッチングはＧａＡｓとＡｌ
ＧａＡｓとのエッチング選択性によって、容易に行うこ
とができる。そして断面三角形状部１０上には第１導電
型のクラッド層６に達する深さに、例えばＺｎ等のｐ型
の不純物が拡散されて不純物拡散領域１１が形成され、
この上に、Ａｌ等より成る第１の電極１２が、第１導電
型のクラッド層６にオーミック接触するように所要のパ
ターンに被着形成される。一方、この第１の電極１２下
のキャップ層９ａと分断された他のキャップ層９ｂ上に
は、同様にＡｌ等より成る第２の電極１３が、メサ溝２
Ａ内の第２導電型の第２のクラッド層８にオーミック接
触するように所要のパターンに被着形成される。更に基
体１の裏面には、全面的にＡｌ等より成る第３の電極が
被着形成されて成る。
上にＧａＡｓ等より成るキャップ層９ａ及び９ｂが被着
されて成る。このキャップ層９ａ及び９ｂは、例えばメ
サ突起２上の断面三角形状部１０上と、一方の斜面７Ｂ
に対向する側のメサ溝２Ａ上とにおいて分断されるよう
に、例えば全面的にエピタキシャル成長された後所要の
パターンにフォトリソグラフィ等の適用によってエッチ
ング形成されてなる。このエッチングはＧａＡｓとＡｌ
ＧａＡｓとのエッチング選択性によって、容易に行うこ
とができる。そして断面三角形状部１０上には第１導電
型のクラッド層６に達する深さに、例えばＺｎ等のｐ型
の不純物が拡散されて不純物拡散領域１１が形成され、
この上に、Ａｌ等より成る第１の電極１２が、第１導電
型のクラッド層６にオーミック接触するように所要のパ
ターンに被着形成される。一方、この第１の電極１２下
のキャップ層９ａと分断された他のキャップ層９ｂ上に
は、同様にＡｌ等より成る第２の電極１３が、メサ溝２
Ａ内の第２導電型の第２のクラッド層８にオーミック接
触するように所要のパターンに被着形成される。更に基
体１の裏面には、全面的にＡｌ等より成る第３の電極が
被着形成されて成る。
【００３１】このようにして、断面三角形状部１０内の
ｎ型の第１のクラッド層４、活性層５及びｐ型のクラッ
ド層６より成るレーザダイオードＬＤと、ｐ型の基体
１、光吸収層３及びｎ型の第１のクラッド層４とより成
るフォトダイオードＰＤとを構成することができる。こ
の場合、図２の等価回路図に示すように、両ダイオード
ＬＤ及びＰＤの一方の電極即ちこの場合、図１において
ｎ型の第２のクラッド層４の斜面７Ａに臨む端面からｎ
型の第２のクラッド層８を通じてオーミックに接続され
て成る第２の電極１３を共通のカソード即ち端子ｔ2 と
し、他の電極即ちレーザダイオードＬＤのアノードとし
て第１の電極１２即ち端子ｔ1 、フォトダイオードＰＤ
のアノードとして第３の電極１４即ち端子ｔ3 がそれぞ
れオーミック接続されて成る半導体レーザ装置を得るこ
とができる。
ｎ型の第１のクラッド層４、活性層５及びｐ型のクラッ
ド層６より成るレーザダイオードＬＤと、ｐ型の基体
１、光吸収層３及びｎ型の第１のクラッド層４とより成
るフォトダイオードＰＤとを構成することができる。こ
の場合、図２の等価回路図に示すように、両ダイオード
ＬＤ及びＰＤの一方の電極即ちこの場合、図１において
ｎ型の第２のクラッド層４の斜面７Ａに臨む端面からｎ
型の第２のクラッド層８を通じてオーミックに接続され
て成る第２の電極１３を共通のカソード即ち端子ｔ2 と
し、他の電極即ちレーザダイオードＬＤのアノードとし
て第１の電極１２即ち端子ｔ1 、フォトダイオードＰＤ
のアノードとして第３の電極１４即ち端子ｔ3 がそれぞ
れオーミック接続されて成る半導体レーザ装置を得るこ
とができる。
【００３２】そして共通端子ｔ2 に所要の電圧を印加し
てレーザダイオードＬＤを発光させるものであるが、こ
の場合本来のしきい値電流未満の自然発光ＬS をフォト
ダイオードＰＤの光吸収層３２に吸収させてキャリアを
発生させ、一方フォトダイオードＰＤの他方の電極即ち
第３の電極より成る端子ｔ3 に所要の電圧、即ちこの光
吸収層３のエネルギーバンドを傾けて光吸収層３内のキ
ャリアが活性層３５側へ移動する程度の電圧を印加し
て、このキャリアをレーザダイオードＬＤに注入するよ
うになし、レーザダイオードＬＤをそのしきい値未満の
電流によってもレーザ発振して、出力光ＬO を得る。
てレーザダイオードＬＤを発光させるものであるが、こ
の場合本来のしきい値電流未満の自然発光ＬS をフォト
ダイオードＰＤの光吸収層３２に吸収させてキャリアを
発生させ、一方フォトダイオードＰＤの他方の電極即ち
第３の電極より成る端子ｔ3 に所要の電圧、即ちこの光
吸収層３のエネルギーバンドを傾けて光吸収層３内のキ
ャリアが活性層３５側へ移動する程度の電圧を印加し
て、このキャリアをレーザダイオードＬＤに注入するよ
うになし、レーザダイオードＬＤをそのしきい値未満の
電流によってもレーザ発振して、出力光ＬO を得る。
【００３３】実施例２ 図３の略線的拡大断面図を参照して説明する。図３にお
いて図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。この場合、実施例１と同様の導電型、材料
を用いた例で、第２導電型即ちｎ型の第２のクラッド層
８のエピタキシャル成長を断面三角形状部１０の斜面７
Ａ及び７Ｂの途中位置まで成長させて、この第２導電型
の第２のクラッド層８の上面において、断面三角形状部
１０の頂部が外部に露出するようになし、この露出した
頂部を覆うようにＡｌ等より成る第１の電極１２を被着
した構成とするものである。この第１の電極１２は、こ
れと分断して、一方の斜面７Ａに対向するように設けら
れる第２の電極１３と共に、例えば第２導電型の第２の
クラッド層８上に全面的に蒸着、スパッタリング等によ
り被着した後、フォトリソグラフィ等の適用によって、
所要のパターンにパターニングして形成することができ
る。
いて図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。この場合、実施例１と同様の導電型、材料
を用いた例で、第２導電型即ちｎ型の第２のクラッド層
８のエピタキシャル成長を断面三角形状部１０の斜面７
Ａ及び７Ｂの途中位置まで成長させて、この第２導電型
の第２のクラッド層８の上面において、断面三角形状部
１０の頂部が外部に露出するようになし、この露出した
頂部を覆うようにＡｌ等より成る第１の電極１２を被着
した構成とするものである。この第１の電極１２は、こ
れと分断して、一方の斜面７Ａに対向するように設けら
れる第２の電極１３と共に、例えば第２導電型の第２の
クラッド層８上に全面的に蒸着、スパッタリング等によ
り被着した後、フォトリソグラフィ等の適用によって、
所要のパターンにパターニングして形成することができ
る。
【００３４】この場合においても、１回のエピタキシャ
ル成長によって各層３、４、５、６及び８を形成するこ
とができる。また断面三角形状部１０内のｎ型の第１の
クラッド層４、活性層５及びｐ型のクラッド層６より成
るレーザダイオードＬＤと、ｐ型の基体１、光吸収層３
及びｎ型の第１のクラッド層４とより成るフォトダイオ
ードＰＤとを構成して、図２に示すように、両ダイオー
ドＬＤ及びＰＤの一方の電極即ち図３においてｎ型の第
２のクラッド層４と、ｎ型の第２のクラッド層８を介し
てオーミックに接続されて成る第２の電極１３を共通の
カソード端子ｔ 2 とし、他の電極がそれぞれレーザダイ
オードＬＤのアノードとして第１の電極１２即ち端子ｔ
1 、フォトダイオードＰＤのアノードとして第３の電極
１４即ち端子ｔ3 がオーミック接続されて成る半導体レ
ーザ装置を得ることができて、実施例１と同様の動作を
なすことができる。
ル成長によって各層３、４、５、６及び８を形成するこ
とができる。また断面三角形状部１０内のｎ型の第１の
クラッド層４、活性層５及びｐ型のクラッド層６より成
るレーザダイオードＬＤと、ｐ型の基体１、光吸収層３
及びｎ型の第１のクラッド層４とより成るフォトダイオ
ードＰＤとを構成して、図２に示すように、両ダイオー
ドＬＤ及びＰＤの一方の電極即ち図３においてｎ型の第
２のクラッド層４と、ｎ型の第２のクラッド層８を介し
てオーミックに接続されて成る第２の電極１３を共通の
カソード端子ｔ 2 とし、他の電極がそれぞれレーザダイ
オードＬＤのアノードとして第１の電極１２即ち端子ｔ
1 、フォトダイオードＰＤのアノードとして第３の電極
１４即ち端子ｔ3 がオーミック接続されて成る半導体レ
ーザ装置を得ることができて、実施例１と同様の動作を
なすことができる。
【００３５】尚、上述の各例においては、第１導電型を
ｐ型、第２導電型をｎ型とした場合であるが、これとは
逆の導電型とすることもできる。
ｐ型、第２導電型をｎ型とした場合であるが、これとは
逆の導電型とすることもできる。
【００３６】また更に、上述の各例はＡｌＧａＡｓ系の
半導体レーザ装置に本発明を適用した場合であるが、そ
の他ＩｎＰ系の半導体レーザ装置等に本発明を適用する
ことができる。
半導体レーザ装置に本発明を適用した場合であるが、そ
の他ＩｎＰ系の半導体レーザ装置等に本発明を適用する
ことができる。
【００３７】
【発明の効果】上述したように、本発明半導体レーザ装
置によれば、レーザダイオードＬＤにフォトダイオード
ＰＤを組み込んだ構成を採ることによって、フォトンリ
サイクル機構による低しきい値電流化をはかることがで
きる。
置によれば、レーザダイオードＬＤにフォトダイオード
ＰＤを組み込んだ構成を採ることによって、フォトンリ
サイクル機構による低しきい値電流化をはかることがで
きる。
【００３８】更に、このようなフォトダイオードＰＤ
を、活性層を横切るエッチングを行うことなく１回の結
晶成長によってその端子導出部を含んで構成することが
できるため、製造工程の簡易化をはかることができ、生
産性の向上をはかることができると共に、信頼性の高い
安定したフォトリサイクル機構を有する半導体レーザ装
置を得ることができる。
を、活性層を横切るエッチングを行うことなく１回の結
晶成長によってその端子導出部を含んで構成することが
できるため、製造工程の簡易化をはかることができ、生
産性の向上をはかることができると共に、信頼性の高い
安定したフォトリサイクル機構を有する半導体レーザ装
置を得ることができる。
【図１】本発明半導体レーザ装置の一例の略線的拡大断
面図である。
面図である。
【図２】本発明半導体レーザ装置の等価回路を示す図で
ある。
ある。
【図３】本発明半導体レーザ装置の他の例の略線的拡大
断面図である。
断面図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置の略線的拡大断面図で
ある。
ある。
【図５】従来の半導体レーザ装置の等価回路を示す図で
ある。
ある。
【図６】従来の半導体レーザ装置の一例の略線的拡大断
面図である。
面図である。
１ 第１導電型の基体 １Ｓ 主面 ２ メサ突起 ２Ａ メサ溝 ３ 光吸収層 ４ 第２導電型の第１のクラッド層 ５ 活性層 ６ 第１導電型のクラッド層 ７Ａ 斜面 ７Ｂ 斜面 ８ 第２導電型の第２のクラッド層 ９ａ キャップ層 ９ｂ キャップ層 １０ 断面三角形状部 １１ 不純物拡散領域 １２ 第１の電極 １３ 第２の電極 １４ 第３の電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 主面が｛１００｝結晶面より成り、かつ
〈０１１〉結晶軸方向に延長するメサ突起を有する第１
導電型の基体上に、気相成長法によって形成された少な
くとも光吸収層、第２導電型の第１のクラッド層、活性
層、第１導電型のクラッド層を有し、上記メサ突起上に
は上記光吸収層、上記第２導電型の第１のクラッド層、
上記活性層、上記第１導電型のクラッド層とが断面三角
形状に形成され、かつ上記メサ突起上の断面三角形状部
の上記光吸収層の両側はメサ溝上の第１導電型のクラッ
ド層と接し、上記活性層と上記第１導電型のクラッド層
の両側はメサ溝上の第２導電型の第２のクラッド層と接
し、更に上記メサ突起上の上記断面三角形状部の第１導
電型のクラッド層にオーミック接触する第１の外部電極
が設けられ、上記活性層と上記第１導電型のクラッド層
の両側の上記メサ溝上の上記第２導電型の第２のクラッ
ド層にオーミック接触する第２の外部電極が設けられ、
上記第１導電型の基体にオーミック接触する第３の外部
電極が設けられたことを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3085357A JP2985354B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3085357A JP2985354B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318991A JPH04318991A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2985354B2 true JP2985354B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13856453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3085357A Expired - Fee Related JP2985354B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2985354B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP3085357A patent/JP2985354B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１３，ｐｐ．１３１０−１３１２． |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04318991A (ja) | 1992-11-10 |
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