JP3432909B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関する。
さらに詳しくは、チッ化ガリウム系化合物半導体からな
り、青色の光を発するのに好適な半導体レーザに関す
る。
さらに詳しくは、チッ化ガリウム系化合物半導体からな
り、青色の光を発するのに好適な半導体レーザに関す
る。
【０００２】ここにチッ化ガリウム（ＧａＮ）系化合物
半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合
物またはIII 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他の
ＩＩＩ族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素の
Ｎの一部がＰ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物
からなる半導体をいう。
半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合
物またはIII 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他の
ＩＩＩ族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素の
Ｎの一部がＰ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物
からなる半導体をいう。
【０００３】
【従来の技術】従来から、ＧａＡｓを用いて赤外線もし
くは赤色のレーザ光を発する半導体レーザを作製する技
術は広く普及している。これに対し、可視光領域におい
てこれより波長の短い青色のレーザ光を発生する半導体
レーザが望まれていたが、ＧａＮ系の化合物半導体を用
いることにより、青色の光を発する発光ダイオード（以
下、ＬＥＤという）の製造が可能となり、青色の半導体
レーザの開発もされつつある。しかしながら、このよう
なＧａＮ系の化合物半導体を用いた半導体レーザにおい
ては、ＧａＡｓ系化合物（ＧａとＡｓの化合物およびそ
のＧａの一部がＡｌなど他のＩＩＩ 族元素と置換した
化合物。以下同じ）半導体を用いた半導体レーザの光吸
収層と電流阻止層を兼ねあわせた屈折率導波構造半導体
レーザに対応するものが作製困難である。すなわち、電
流阻止層を吸収層とするためには、バンドギャップエネ
ルギーを活性層と同程度かそれより小さくしなければな
らず、活性層にＩｎＧａＮ系の半導体層が用いられると
電流阻止層にＩｎの組成比の大きい半導体材料を用いな
ければならない。しかしＩｎの組成比が大きくなるとＩ
ｎ原子が通常の成長温度では蒸発しやすく組成を制御し
ての成膜が困難となる。
くは赤色のレーザ光を発する半導体レーザを作製する技
術は広く普及している。これに対し、可視光領域におい
てこれより波長の短い青色のレーザ光を発生する半導体
レーザが望まれていたが、ＧａＮ系の化合物半導体を用
いることにより、青色の光を発する発光ダイオード（以
下、ＬＥＤという）の製造が可能となり、青色の半導体
レーザの開発もされつつある。しかしながら、このよう
なＧａＮ系の化合物半導体を用いた半導体レーザにおい
ては、ＧａＡｓ系化合物（ＧａとＡｓの化合物およびそ
のＧａの一部がＡｌなど他のＩＩＩ 族元素と置換した
化合物。以下同じ）半導体を用いた半導体レーザの光吸
収層と電流阻止層を兼ねあわせた屈折率導波構造半導体
レーザに対応するものが作製困難である。すなわち、電
流阻止層を吸収層とするためには、バンドギャップエネ
ルギーを活性層と同程度かそれより小さくしなければな
らず、活性層にＩｎＧａＮ系の半導体層が用いられると
電流阻止層にＩｎの組成比の大きい半導体材料を用いな
ければならない。しかしＩｎの組成比が大きくなるとＩ
ｎ原子が通常の成長温度では蒸発しやすく組成を制御し
ての成膜が困難となる。
【０００４】そこで、ＧａＮ系化合物半導体を用いた半
導体レーザの構造として図２もしくは図３に示されるも
のが考えられている。図２のものを説明すると、サファ
イア基板１の上に、ＧａＮからなるバッファ層２、Ａｌ
z Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる下部クラッド層
３、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる活性層
４、Ａｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部クラッド層５、コン
タクト層８が順次積層され、さらにその上にストライプ
状の上部電極９が設けられている。また、下部クラッド
層３またはバッファ層２の表面が一部露出するまでその
上の層が除去され、その露出した表面に下部電極１０が
取つけられている。ここで、上下両電極９、１０間に電
圧が印加されるとき、上部電極９の形状に従って、活性
層４においてその中央部の一部にのみ電流が流れ、活性
領域とされてレーザ光が発生される。しかしこのような
構造の半導体レーザにおいては、活性領域に注入される
電流の制御が困難となる。
導体レーザの構造として図２もしくは図３に示されるも
のが考えられている。図２のものを説明すると、サファ
イア基板１の上に、ＧａＮからなるバッファ層２、Ａｌ
z Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）からなる下部クラッド層
３、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）からなる活性層
４、Ａｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部クラッド層５、コン
タクト層８が順次積層され、さらにその上にストライプ
状の上部電極９が設けられている。また、下部クラッド
層３またはバッファ層２の表面が一部露出するまでその
上の層が除去され、その露出した表面に下部電極１０が
取つけられている。ここで、上下両電極９、１０間に電
圧が印加されるとき、上部電極９の形状に従って、活性
層４においてその中央部の一部にのみ電流が流れ、活性
領域とされてレーザ光が発生される。しかしこのような
構造の半導体レーザにおいては、活性領域に注入される
電流の制御が困難となる。
【０００５】また図２のものと対応する部分には同じ番
号が付されている図３については、上部電極９およびそ
の下の半導体層がストライプ状に残るように、その両側
の部分が上部クラッド層５の途中まで、上面からエッチ
ング除去されてメサ形状とされている。このような構造
によると、図２のものに比較して注入される電流の制御
が容易になるが、製造上寸法の制御が困難であり、ま
た、エッチング除去されて露出するストライプ状部分の
側面が、そのエッチングによってダメージを受け易く、
質のよい半導体レーザがえられていない。
号が付されている図３については、上部電極９およびそ
の下の半導体層がストライプ状に残るように、その両側
の部分が上部クラッド層５の途中まで、上面からエッチ
ング除去されてメサ形状とされている。このような構造
によると、図２のものに比較して注入される電流の制御
が容易になるが、製造上寸法の制御が困難であり、ま
た、エッチング除去されて露出するストライプ状部分の
側面が、そのエッチングによってダメージを受け易く、
質のよい半導体レーザがえられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＮ系化合物半導体
はＧａＡｓ系化合物半導体とバンドギャップエネルギー
や屈折率が異なり、ＧａＡｓ系化合物半導体を用いた半
導体レーザと同様の構成でＧａＮ系化合物半導体を用い
た半導体レーザをうることができない。前述の図２に示
される構造の半導体レーザでは活性層とのあいだの距離
をとらなければならず、ＧａＮ系化合物半導体ではｐ型
層のキャリア濃度をあまり上げることができず、抵抗が
大きくなるため、電力が大きくなるとともに、活性層と
の距離が大きいため、電流注入領域が拡がり易い。また
図３に示される構造においてはメサ型形状にするための
エッチングをしなければならないが、ＧａＮ系化合物半
導体はＧａＡｓ系に比べてエッチングが困難であり、ウ
ェットエッチングをするばあいは１５０〜２５０℃以上
の高温で１〜６０分程度のエッチングをしなければなら
ない。すなわち、低温ではエッチング時間が長く、高温
にすれば早くなるがエッチングの制御が困難となる。ま
たドライエッチングのばあいは塩素ガス雰囲気の下で、
反応性イオンエッチングをしなければならず、エッチン
グ面がダメージを受けたり、エッチングの際に生じるコ
ンタミネーションが付着するという問題がある。
はＧａＡｓ系化合物半導体とバンドギャップエネルギー
や屈折率が異なり、ＧａＡｓ系化合物半導体を用いた半
導体レーザと同様の構成でＧａＮ系化合物半導体を用い
た半導体レーザをうることができない。前述の図２に示
される構造の半導体レーザでは活性層とのあいだの距離
をとらなければならず、ＧａＮ系化合物半導体ではｐ型
層のキャリア濃度をあまり上げることができず、抵抗が
大きくなるため、電力が大きくなるとともに、活性層と
の距離が大きいため、電流注入領域が拡がり易い。また
図３に示される構造においてはメサ型形状にするための
エッチングをしなければならないが、ＧａＮ系化合物半
導体はＧａＡｓ系に比べてエッチングが困難であり、ウ
ェットエッチングをするばあいは１５０〜２５０℃以上
の高温で１〜６０分程度のエッチングをしなければなら
ない。すなわち、低温ではエッチング時間が長く、高温
にすれば早くなるがエッチングの制御が困難となる。ま
たドライエッチングのばあいは塩素ガス雰囲気の下で、
反応性イオンエッチングをしなければならず、エッチン
グ面がダメージを受けたり、エッチングの際に生じるコ
ンタミネーションが付着するという問題がある。
【０００７】また、光の吸収材料により電流阻止層を形
成するには、前述のようにチッ化ガリウム系化合物半導
体からなる光の吸収材料の成膜が困難で、複素屈折率導
波構造の半導体レーザがえられないという問題がある。
成するには、前述のようにチッ化ガリウム系化合物半導
体からなる光の吸収材料の成膜が困難で、複素屈折率導
波構造の半導体レーザがえられないという問題がある。
【０００８】一般に横方向に屈折率差を有しない利得導
波型の半導体レーザは戻り光ノイズは小さいが、横モー
ドが不安定でキンクが生じ易い。一方屈折率導波構造型
の半導体レーザは戻り光誘起ノイズを発生し易いが単一
縦モードを発振し易く、可干渉性が高い。そのため、両
タイプの長所を取り入れ、戻り光ノイズが小さく、キン
クレベルを高くした安定な発振の半導体レーザをうるに
は、両タイプの構造を取り入れることが好ましいが、適
当な吸収材料からなる電流阻止層がえられていない。
波型の半導体レーザは戻り光ノイズは小さいが、横モー
ドが不安定でキンクが生じ易い。一方屈折率導波構造型
の半導体レーザは戻り光誘起ノイズを発生し易いが単一
縦モードを発振し易く、可干渉性が高い。そのため、両
タイプの長所を取り入れ、戻り光ノイズが小さく、キン
クレベルを高くした安定な発振の半導体レーザをうるに
は、両タイプの構造を取り入れることが好ましいが、適
当な吸収材料からなる電流阻止層がえられていない。
【０００９】本発明はこのような問題を解決し、ＧａＮ
系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ＧａＮ
系化合物半導体と異なる半導体材料を用いて電流阻止層
を光吸収層として形成することにより、発振光のノイズ
の制御（低ノイズ化）、横方向の光の広がり制御および
キンク、縦モードの制御が容易に行われうる半導体レー
ザを提供することを目的とする。
系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ＧａＮ
系化合物半導体と異なる半導体材料を用いて電流阻止層
を光吸収層として形成することにより、発振光のノイズ
の制御（低ノイズ化）、横方向の光の広がり制御および
キンク、縦モードの制御が容易に行われうる半導体レー
ザを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザは、チッ化ガリウム系化合物半導体からなる活性層が
該活性層よりバンドギャップエネルギーが大き大きく、
活性層で発光する光を吸収しないチッ化ガリウム系化合
物半導体からなる上部および下部クラッド層により挟持
されてなる半導体レーザであって、前記上部または下部
クラッド層の少なくとも一方の層中に前記活性層で発生
せられる光を吸収する材料で、かつ、チッ化ガリウム系
化合物半導体とは異なる半導体からなり、ストライプ溝
が形成された電流阻止層が設けられている。
ザは、チッ化ガリウム系化合物半導体からなる活性層が
該活性層よりバンドギャップエネルギーが大き大きく、
活性層で発光する光を吸収しないチッ化ガリウム系化合
物半導体からなる上部および下部クラッド層により挟持
されてなる半導体レーザであって、前記上部または下部
クラッド層の少なくとも一方の層中に前記活性層で発生
せられる光を吸収する材料で、かつ、チッ化ガリウム系
化合物半導体とは異なる半導体からなり、ストライプ溝
が形成された電流阻止層が設けられている。
【００１１】前記活性層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）化合物半導体からなり、前記上部および下部クラッ
ド層がＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）化合物半導体か
ら構成されうる。
１）化合物半導体からなり、前記上部および下部クラッ
ド層がＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）化合物半導体か
ら構成されうる。
【００１２】前記電流阻止層が、該電流阻止層周囲の前
記クラッド層と反対の導電型または抵抗率の大きい層で
あることにより、該電流阻止層が有効に電流を阻止する
層として働くので好ましい。
記クラッド層と反対の導電型または抵抗率の大きい層で
あることにより、該電流阻止層が有効に電流を阻止する
層として働くので好ましい。
【００１３】このばあい、前記電流阻止層の材料とし
て、ＳｉまたはＧｅが適切である。また、前記電流阻止
層は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ系また
はＡｌＧａＰ系のうちの少なくともいずれか１種の化合
物半導体材料からなるものであってもよい。
て、ＳｉまたはＧｅが適切である。また、前記電流阻止
層は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ系また
はＡｌＧａＰ系のうちの少なくともいずれか１種の化合
物半導体材料からなるものであってもよい。
【００１４】ここにたとえばＡｌＧａＡｓ系またはＡｌ
ＧａＰ系とは、たとえばＡｌとＧａの混晶比を種々変化
させたＡｌおよびＧａとＡｓまたはＡｌおよびＧａとＰ
との化合物半導体の全体を意味する。
ＧａＰ系とは、たとえばＡｌとＧａの混晶比を種々変化
させたＡｌおよびＧａとＡｓまたはＡｌおよびＧａとＰ
との化合物半導体の全体を意味する。
【００１５】
【作用】本発明によれば、ＧａＮ系化合物半導体からな
る半導体レーザのクラッド層中に、活性層で発生される
レーザ光を吸収する層が設けられ、該層にストライプを
形成して電流阻止層としているため、ストライプの幅や
電流阻止層と活性層との間隔などを調整することによ
り、発振光のノイズの制御（低ノイズ化）、横方向の光
の広がり制御およびキンク、縦モードの制御を容易に行
える半導体レーザを設計することができる。
る半導体レーザのクラッド層中に、活性層で発生される
レーザ光を吸収する層が設けられ、該層にストライプを
形成して電流阻止層としているため、ストライプの幅や
電流阻止層と活性層との間隔などを調整することによ
り、発振光のノイズの制御（低ノイズ化）、横方向の光
の広がり制御およびキンク、縦モードの制御を容易に行
える半導体レーザを設計することができる。
【００１６】
【実施例】つぎに、本発明の半導体レーザを図面を参照
しながら詳細に説明する。
しながら詳細に説明する。
【００１７】図１は、本発明の半導体レーザの一実施例
を示す断面説明図である。図１において、サファイア
（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）などからなる基板１の上に、たと
えばｎ型のＧａＮからなるバッファ層２が２〜５μｍ程
度、ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１、たとえばｚ
＝０．２）からなる下部クラッド層３が０．１〜０．３
μｍ程度、ノンドープまたはｎ型もしくはｐ型のＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１、たとえばｘ＝０．１５）から
なる活性層４が０．０５〜０．１μｍ程度、たとえばｐ
型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部第１クラッド層５が
０．１〜０．３μｍ程度、ｎ型のＳｉからなる電流阻止
層６が０．２〜０．５μｍ程度、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
からなる上部第２クラッド層７が０．５〜２μｍ程度、
ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層８が０．３〜２μｍ
程度それぞれ順次積層され、かつ、その積層体の表面に
Ａｕなどからなる上部電極９、およびその積層体の一部
において表面から下部クラッド層３またはバッファ層２
が露出する位置までエッチングされ、下部電極１０が取
りつけられている。また、電流阻止層６は、一部ストラ
イプ状にエッチングで取り除かれて開口を有し、活性層
に至る電流のための電流路を形成している。これらの各
半導体層は、有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤとい
う）法によって積層され、その積層工程の途中に電流阻
止層６のエッチング工程が設けられている。基板１がサ
ファイアなどの絶縁基板ではなく、半導体基板のばあい
は、積層体の一部をエッチングしなくても裏面に下部電
極を設けることができる。
を示す断面説明図である。図１において、サファイア
（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）などからなる基板１の上に、たと
えばｎ型のＧａＮからなるバッファ層２が２〜５μｍ程
度、ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１、たとえばｚ
＝０．２）からなる下部クラッド層３が０．１〜０．３
μｍ程度、ノンドープまたはｎ型もしくはｐ型のＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１、たとえばｘ＝０．１５）から
なる活性層４が０．０５〜０．１μｍ程度、たとえばｐ
型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなる上部第１クラッド層５が
０．１〜０．３μｍ程度、ｎ型のＳｉからなる電流阻止
層６が０．２〜０．５μｍ程度、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ
からなる上部第２クラッド層７が０．５〜２μｍ程度、
ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層８が０．３〜２μｍ
程度それぞれ順次積層され、かつ、その積層体の表面に
Ａｕなどからなる上部電極９、およびその積層体の一部
において表面から下部クラッド層３またはバッファ層２
が露出する位置までエッチングされ、下部電極１０が取
りつけられている。また、電流阻止層６は、一部ストラ
イプ状にエッチングで取り除かれて開口を有し、活性層
に至る電流のための電流路を形成している。これらの各
半導体層は、有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤとい
う）法によって積層され、その積層工程の途中に電流阻
止層６のエッチング工程が設けられている。基板１がサ
ファイアなどの絶縁基板ではなく、半導体基板のばあい
は、積層体の一部をエッチングしなくても裏面に下部電
極を設けることができる。
【００１８】本発明は電流注入領域を規制するため、ス
トライプ溝が形成された電流阻止層６を活性層４で発生
する光を吸収する材料、たとえばＧａＮ系化合物半導体
とは異なるＳｉで構成し、電流注入領域を規制するため
の層としての機能のほか、活性層４で発生する光を吸収
して活性層の横方向（ストライプ領域の外側）での屈折
率差を設けて屈折率導波構造とする機能を併せ有してい
ることに特徴がある。
トライプ溝が形成された電流阻止層６を活性層４で発生
する光を吸収する材料、たとえばＧａＮ系化合物半導体
とは異なるＳｉで構成し、電流注入領域を規制するため
の層としての機能のほか、活性層４で発生する光を吸収
して活性層の横方向（ストライプ領域の外側）での屈折
率差を設けて屈折率導波構造とする機能を併せ有してい
ることに特徴がある。
【００１９】電流阻止層６としては活性層４で発生する
光を吸収する材料、すなわちバンドギャップエネルギー
が活性層４の材料より小さく、かつ、屈折率が活性層４
の材料より大きい材料が選定される。その例としては前
述のＳｉのほかに、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、
ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＰ系などを使用することがで
きる。ＧａＮ系化合物半導体層の中に設けられる電流阻
止層は本来ＧａＮ系材料であることが格子整合の点から
好ましいが、前記バンドギャップエネルギーを満たす材
料としては前述のようにＩｎの組成比を増やす必要があ
り、膜質のよい半導体層がえられない。そこで本発明者
らが鋭意検討を重ねた結果、ＧａＮ系化合物半導体とは
異なるが、Ｉｎの組成比が大きいＧａＮ系化合物半導体
よりクラッド層としてのＡｌz Ｇａ1-z Ｎと格子整合の
よいIV族半導体Ｓｉ、ＧｅやＧａＡｓ系、ＧａＰ系（Ｇ
ａＰのほか、Ｇａの一部がＡｌなど他のIII 族元素と置
換したものを含む）、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いる
ことにより活性層の光を吸収し、膜質のよい半導体層が
えられ高特性の半導体レーザがえられることを見出し
た。
光を吸収する材料、すなわちバンドギャップエネルギー
が活性層４の材料より小さく、かつ、屈折率が活性層４
の材料より大きい材料が選定される。その例としては前
述のＳｉのほかに、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、
ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＰ系などを使用することがで
きる。ＧａＮ系化合物半導体層の中に設けられる電流阻
止層は本来ＧａＮ系材料であることが格子整合の点から
好ましいが、前記バンドギャップエネルギーを満たす材
料としては前述のようにＩｎの組成比を増やす必要があ
り、膜質のよい半導体層がえられない。そこで本発明者
らが鋭意検討を重ねた結果、ＧａＮ系化合物半導体とは
異なるが、Ｉｎの組成比が大きいＧａＮ系化合物半導体
よりクラッド層としてのＡｌz Ｇａ1-z Ｎと格子整合の
よいIV族半導体Ｓｉ、ＧｅやＧａＡｓ系、ＧａＰ系（Ｇ
ａＰのほか、Ｇａの一部がＡｌなど他のIII 族元素と置
換したものを含む）、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いる
ことにより活性層の光を吸収し、膜質のよい半導体層が
えられ高特性の半導体レーザがえられることを見出し
た。
【００２０】クラッド層中にＳｉやＧｅからなる半導体
層を形成するには、ＭＯＣＶＤ装置で炉内温度を５００
〜１０００℃にし、導入ガスをＳｉＨ4 またはＧｅＨ4
などとドーパントのＰＨ3 などに代えて気相反応させる
ことにより単結晶層を成長させることができる。またＧ
ａＡｓやＧａＰを成長させるには、Ｇａの原料ガスとと
もにＡｓの原料ガスであるターシャリブチルアルシン
（ＴＢＡ）、Ｐの原料ガスであるターシャルブチルホス
フィン（以下、ＴＢＰという）などを導入することによ
り同様にＧａＡｓやＧａＰなどの単結晶層を成長させる
ことができる。
層を形成するには、ＭＯＣＶＤ装置で炉内温度を５００
〜１０００℃にし、導入ガスをＳｉＨ4 またはＧｅＨ4
などとドーパントのＰＨ3 などに代えて気相反応させる
ことにより単結晶層を成長させることができる。またＧ
ａＡｓやＧａＰを成長させるには、Ｇａの原料ガスとと
もにＡｓの原料ガスであるターシャリブチルアルシン
（ＴＢＡ）、Ｐの原料ガスであるターシャルブチルホス
フィン（以下、ＴＢＰという）などを導入することによ
り同様にＧａＡｓやＧａＰなどの単結晶層を成長させる
ことができる。
【００２１】本発明の半導体レーザによれば、電流阻止
層６が光吸収材料からなっているため、電流阻止層６の
ストライプの幅Ｗおよび電流阻止層６と活性層４との間
隔ｔの両方が半導体レーザを設計する上でのパラメータ
として用いられており、たとえば、ｔを１μｍ以上と大
きくすると電流注入領域が制御される構造（利得導波モ
ード）がえられ、ノイズに強い半導体レーザとなる。ま
た、ｔを０．１μｍ以下と小さくすると、屈折率が制御
される構造（屈折率導波モード）がえられ、キンクベル
が高くなる。一方で、Ｗを小さくして射出されるレーザ
光の広がり角度が大きなものをうることも、Ｗを大きく
してその広がり角度の小さなものをうることもできる。
たとえば、Ｗが２μｍなら広がり角度は１５°程度、Ｗ
が４μｍなら広がり角度が９°程度となるが、この広が
り角度９°のレーザ光は、一般に広く用いられている。
層６が光吸収材料からなっているため、電流阻止層６の
ストライプの幅Ｗおよび電流阻止層６と活性層４との間
隔ｔの両方が半導体レーザを設計する上でのパラメータ
として用いられており、たとえば、ｔを１μｍ以上と大
きくすると電流注入領域が制御される構造（利得導波モ
ード）がえられ、ノイズに強い半導体レーザとなる。ま
た、ｔを０．１μｍ以下と小さくすると、屈折率が制御
される構造（屈折率導波モード）がえられ、キンクベル
が高くなる。一方で、Ｗを小さくして射出されるレーザ
光の広がり角度が大きなものをうることも、Ｗを大きく
してその広がり角度の小さなものをうることもできる。
たとえば、Ｗが２μｍなら広がり角度は１５°程度、Ｗ
が４μｍなら広がり角度が９°程度となるが、この広が
り角度９°のレーザ光は、一般に広く用いられている。
【００２２】なお、本実施例においては、電流阻止層を
上部クラッド層中に設ける構造としたが、下部クラッド
層中に設けることも可能である。
上部クラッド層中に設ける構造としたが、下部クラッド
層中に設けることも可能である。
【００２３】また前記実施例では、バッファ層２、コン
タクト層８としてＧａＮ、クラッド層３、５、７にＡｌ
z Ｇａ1-z Ｎ、活性層４にＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用いた
が、活性層４がクラッド層３、５よりバンドギャップエ
ネルギーが小さく、かつ、屈折率が大きい材料で電流阻
止層６のバンドギャップエネルギーが前述の関係を満た
せば、一般式Ａｌr Ｇａs Ｉｎ1-r-s Ｎ（０≦ｒ＜１、
０＜ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）として表わされる化合物
半導体の組成比を変えた材料を用いることができる。さ
らに前記一般式のＮの一部または全部がＰおよび／また
はＡｓと置換したものでもよい。
タクト層８としてＧａＮ、クラッド層３、５、７にＡｌ
z Ｇａ1-z Ｎ、活性層４にＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用いた
が、活性層４がクラッド層３、５よりバンドギャップエ
ネルギーが小さく、かつ、屈折率が大きい材料で電流阻
止層６のバンドギャップエネルギーが前述の関係を満た
せば、一般式Ａｌr Ｇａs Ｉｎ1-r-s Ｎ（０≦ｒ＜１、
０＜ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）として表わされる化合物
半導体の組成比を変えた材料を用いることができる。さ
らに前記一般式のＮの一部または全部がＰおよび／また
はＡｓと置換したものでもよい。
【００２４】つぎに前記半導体レーザの製法を説明す
る。
る。
【００２５】まず、サファイアなどからなる基板１を反
応管内に設置し、キャリアガスのＨ2 を１０ｓｌｍ、反
応ガスのトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）を
１００ｓｃｃｍおよびＮＨ3 を１０ｓｌｍ導入してＭＯ
ＣＶＤ法により４００〜７００℃で気相成長させ、０．
０１〜０．２μｍ程度の厚さのＧａＮからなる多結晶膜
である低温バッファ層を成膜した。ついで７００〜１２
００℃に昇温し、１０〜６０分程度放置することにより
低温バッファ層の多結晶膜が単結晶化し、その上に前述
と同じ原料ガスを導入して７００〜１２００℃の高温で
気相反応させることによりＧａＮの単結晶からなる高温
バッファ層を２〜５μｍの厚さに成膜し、バッファ層２
とした。
応管内に設置し、キャリアガスのＨ2 を１０ｓｌｍ、反
応ガスのトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）を
１００ｓｃｃｍおよびＮＨ3 を１０ｓｌｍ導入してＭＯ
ＣＶＤ法により４００〜７００℃で気相成長させ、０．
０１〜０．２μｍ程度の厚さのＧａＮからなる多結晶膜
である低温バッファ層を成膜した。ついで７００〜１２
００℃に昇温し、１０〜６０分程度放置することにより
低温バッファ層の多結晶膜が単結晶化し、その上に前述
と同じ原料ガスを導入して７００〜１２００℃の高温で
気相反応させることによりＧａＮの単結晶からなる高温
バッファ層を２〜５μｍの厚さに成膜し、バッファ層２
とした。
【００２６】さらにトリメチルアルミニウム（以下、Ｔ
ＭＡという）を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で混入して
気相反応させることにより、ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎか
らなる下部クラッド層３を０．１〜０．３μｍの厚さに
成膜した。
ＭＡという）を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で混入して
気相反応させることにより、ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ｎか
らなる下部クラッド層３を０．１〜０．３μｍの厚さに
成膜した。
【００２７】つぎにドーパントのＳｉＨ4 を止めるとと
もにＴＭＡに代えトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ
という）を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で供給してＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎからなるノンドープの活性層４を０．０５
〜０．１μｍ程度成膜し、さらにｎ型の下部クラッド層
３と同じ組成の原料ガスを供給し、不純物原料ガスをＳ
ｉＨ4 に代えてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以
下、ＤＭＺｎという）を１０〜１０００ｓｃｃｍの流量
で導入してＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなるｐ型の上部第１ク
ラッド層５を０．１〜０．３μｍの厚さで成膜し、つい
で原料ガスをＳｉＨ4 とし、ドーパントガスとしてＴＢ
Ｐを供給して電流阻止層とするためのｎ型のＳｉ層を
０．１５〜０．５μｍ程度成膜した。
もにＴＭＡに代えトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ
という）を１０〜２００ｓｃｃｍの流量で供給してＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎからなるノンドープの活性層４を０．０５
〜０．１μｍ程度成膜し、さらにｎ型の下部クラッド層
３と同じ組成の原料ガスを供給し、不純物原料ガスをＳ
ｉＨ4 に代えてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以
下、ＤＭＺｎという）を１０〜１０００ｓｃｃｍの流量
で導入してＡｌz Ｇａ1-z Ｎからなるｐ型の上部第１ク
ラッド層５を０．１〜０．３μｍの厚さで成膜し、つい
で原料ガスをＳｉＨ4 とし、ドーパントガスとしてＴＢ
Ｐを供給して電流阻止層とするためのｎ型のＳｉ層を
０．１５〜０．５μｍ程度成膜した。
【００２８】そののち、炉内温度を３０℃程度まで下
げ、ＭＯＣＶＤ装置から半導体層が積層された基板を取
り出し、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして
ストライプ溝を形成し、電流阻止層６を形成した。
げ、ＭＯＣＶＤ装置から半導体層が積層された基板を取
り出し、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして
ストライプ溝を形成し、電流阻止層６を形成した。
【００２９】そののち、再度ＭＯＣＶＤ装置内に基板を
入れ、７００〜１２００℃にして前述と同様に反応ガス
としてＴＭＧ、ＮＨ3 、ＴＭＡおよびドーパントとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給しｐ型のＡｌz Ｇａ
1-z Ｎからなる上部第２クラッド層７を０．５〜２μ
ｍ、さらにＴＭＡを止めてＧａＮからなるコンタクト層
８を０．２〜３μｍ程度それぞれ形成した。そののちＳ
ｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜を半導体層表面全面に
設け４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニール
を行い、ｐ型クラッド層５、７およびコンタクト層８の
活性化を行った。
入れ、７００〜１２００℃にして前述と同様に反応ガス
としてＴＭＧ、ＮＨ3 、ＴＭＡおよびドーパントとして
Ｃｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給しｐ型のＡｌz Ｇａ
1-z Ｎからなる上部第２クラッド層７を０．５〜２μ
ｍ、さらにＴＭＡを止めてＧａＮからなるコンタクト層
８を０．２〜３μｍ程度それぞれ形成した。そののちＳ
ｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜を半導体層表面全面に
設け４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニール
を行い、ｐ型クラッド層５、７およびコンタクト層８の
活性化を行った。
【００３０】つぎに下部電極１０を形成するため、レジ
スト膜などによりマスクを形成してＣｌ2 ガス雰囲気の
下で積層された半導体層の一部に反応性イオンエッチン
グを行い、ｎ型層である下部クラッド層３またはバッフ
ァ層２を露出させ、コンタクト層８上にＡｕ、Ａｕ−Ｚ
ｎなどからなる上部電極９、バッファ層２上にＡｌ、Ａ
ｕ−Ｇｅなどからなる下部電極１０を形成し、ダイシン
グすることにより半導体レーザのチップを形成した（図
１参照）。
スト膜などによりマスクを形成してＣｌ2 ガス雰囲気の
下で積層された半導体層の一部に反応性イオンエッチン
グを行い、ｎ型層である下部クラッド層３またはバッフ
ァ層２を露出させ、コンタクト層８上にＡｕ、Ａｕ−Ｚ
ｎなどからなる上部電極９、バッファ層２上にＡｌ、Ａ
ｕ−Ｇｅなどからなる下部電極１０を形成し、ダイシン
グすることにより半導体レーザのチップを形成した（図
１参照）。
【００３１】
【発明の効果】本発明の半導体レーザによると、チッ化
ガリウム系化合物半導体からなる半導体レーザにおいて
電流阻止層によって活性層で発生する光の吸収が行われ
るため、レーザ光の共振モードを設計する上で、極めて
有効な構造がえられる。とくに、パラメータとなる電流
路のストライプ幅Ｗ、活性層と吸収層との間隔ｔを調節
することによって光の導波状態を調整することができ
る。さらに、導波路（およびその上下左右の材料）の屈
折率などを考慮すればコンピューターシミュレーション
などを利用した計算が可能となり、半導体レーザの設計
が容易となる。
ガリウム系化合物半導体からなる半導体レーザにおいて
電流阻止層によって活性層で発生する光の吸収が行われ
るため、レーザ光の共振モードを設計する上で、極めて
有効な構造がえられる。とくに、パラメータとなる電流
路のストライプ幅Ｗ、活性層と吸収層との間隔ｔを調節
することによって光の導波状態を調整することができ
る。さらに、導波路（およびその上下左右の材料）の屈
折率などを考慮すればコンピューターシミュレーション
などを利用した計算が可能となり、半導体レーザの設計
が容易となる。
【図１】本発明の半導体レーザの一実施例の断面説明図
である。
である。
【図２】従来の半導体レーザを示す断面説明図である。
【図３】従来の他の半導体レーザを示す断面説明図であ
る。
る。
１ 基板
２ バッファ層
３ 下部クラッド層
４ 活性層
５ 上部第１クラッド層
６ 電流阻止層
７ 上部第２クラッド層
Claims (5)
- 【請求項１】 チッ化ガリウム系化合物半導体からなる
活性層が該活性層よりバンドギャップエネルギーが大き
く、活性層で発光する光を吸収しないチッ化ガリウム系
化合物半導体からなる上部および下部クラッド層により
挟持されてなる半導体レーザであって、 前記上部または下部クラッド層の少なくとも一方の層中
に前記活性層で発生する光を吸収する材料で、かつ、チ
ッ化ガリウム系化合物半導体とは異なる半導体からな
り、ストライプ溝が形成された電流阻止層が設けられて
なる半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記活性層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ
＜１）化合物半導体からなり、前記上部および下部クラ
ッド層がＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）化合物半導体
からなる請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記電流阻止層が、該電流阻止層周囲の
前記クラッド層と反対の導電型または抵抗率の大きい層
である請求項１または２記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記電流阻止層がＳｉまたはＧｅからな
る請求項１、２または３記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記電流阻止層がＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｉ
ｎＰ、ＡｌＧａＡｓ系およびＡｌＧａＰ系よりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の化合物半導体材料からなる
請求項１、２または３記載の半導体レーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23317894A JP3432909B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 半導体レーザ |
| US08/892,273 US5974069A (en) | 1994-09-16 | 1997-07-14 | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
| US09/392,456 US6298079B1 (en) | 1994-09-16 | 1999-09-09 | Gallium nitride type laser for emitting blue light |
| US09/392,459 US6274891B1 (en) | 1994-09-16 | 1999-09-09 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23317894A JP3432909B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897502A JPH0897502A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3432909B2 true JP3432909B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=16950957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23317894A Expired - Fee Related JP3432909B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3432909B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923690A (en) * | 1996-01-25 | 1999-07-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| US5987048A (en) | 1996-07-26 | 1999-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gallium nitride-based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same |
| JPH1187850A (ja) | 1997-09-03 | 1999-03-30 | Sharp Corp | 窒化物系化合物半導体レーザ素子及びレーザ装置 |
| JP4079393B2 (ja) | 1998-03-10 | 2008-04-23 | シャープ株式会社 | 窒化物系化合物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP3936109B2 (ja) | 1999-04-26 | 2007-06-27 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
| US6597717B1 (en) * | 1999-11-19 | 2003-07-22 | Xerox Corporation | Structure and method for index-guided, inner stripe laser diode structure |
| JP2001223440A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2006108350A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| CN105868461B (zh) * | 2016-03-28 | 2019-01-08 | 中国科学院力学研究所 | 一种激光熔覆多组分合金涂层的成分计算方法 |
-
1994
- 1994-09-28 JP JP23317894A patent/JP3432909B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0897502A (ja) | 1996-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |