JPH01136392A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザ装置に関し、特に高出力動作
を実現するための窓構造を有する半導体レーザ装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザの高出力化を実現する一手段として、活性
領域の共振器端面近傍の実効的な禁制帯幅を内部領域よ
り大きくすることにより、端面での光吸収を減少させ、
端面破壊を防ぐ、いわゆる窓構造が有効であり、この構
造を実現するために様々なレーザ構造が提案、検討され
てきた。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は従来の窓構造レーザの一例を示
す図であり、第４図（ａ）はその断面斜視図、第４図山
）は第４図（Ｊｌ）のＡ−Ａ面で切断した共振器軸方向
の断面図、第４図（Ｃ）は第４図（ｂ）のＢ−Ｂ面で切
断した断面図である。これらの図において、１はｎ型Ｇ
ａＡｓ基板、２はｎ型Ａｌ、Ｇａ、−、Ａｓクラフト層
、３はｎ型ＡｌｙＧａ、−ｖＡｓ活性層、４はｎ型Ａ１
．Ｇａｔ−ｘ　Ａｓクラッド層、６は高濃度ｐ型不純物
拡散領域、７は活性領域、８はｐ側電極、９はｎ側電極
、１０はＳｉＯ□等の絶縁膜である。

この従来の窓構造レーザにおいては、ｎ型Ａ１．ｃａｔ
−ｘ　Ａｓクラッド層４表面からＡＩ、Ｇａ、−、Ａｓ
活性層３の下側まで到達して、共振器端面を除く領域に
ストライプ状のｐ型反転不純物拡散領域６，７がＳｉｎ
、等の拡散マスクを用いて形成されている。

次に動作について説明する。

本従来例では、ｐ側電極８に＋、ｎ側電極９に−となる
ように電圧を印加すると、電流はストライプ状のｐ型不
純物拡散領域６を通って、集中して流れ、活性領域７に
、ｐ型に反転したクラフト層４からホールが、ｎ型りラ
フト層２から電子が注入され、両者の再結合発光が生じ
る。そして電流をしきい値電流以上に上げることにより
、レーザ発振に至る。この従来例装置では、第４図（ｂ
）。

（Ｃ）で示すように活性領域の共振器端面近傍はｎ型、
内部では高濃度のｐ型となっているため、共振器端面近
傍では実効的な禁制帯幅が内部よりも広くなっている。

従って、活性領域で発生したレーザ光は共振器端面で吸
収されにクク、端面破壊にょる素子の劣化がなく、高出
力動作が可能となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の窓構造の半導体レーザ装置は以上のように構成さ
れており、活性領域の横方向（基板に水平方向）の光閉
じ込めはｐ、ｎの導電型の差、及びキャリア濃度分布に
より生じる小さい屈折率段差によりなされている。従っ
て、高出力動作のため大電流を注入すると、屈折率差が
さらに小さ（なって光閉じ込めか弱くなり、高出力動作
が困難となったり、発振横モードの不安定性を生じたり
、光出力−電流特性にキンク（折れ曲がり）を生じたり
、放射ビームが動いたりする等実用上の不利益な現象を
生じやすいという問題点があった。またｐ型拡散領域の
形成に際し、拡散マスク開口部の横方向への拡散のため
、実効的にストライプ幅を安定した横基本モードを得る
のに必要な２〜３μｍ以下に制御するのは困難であると
いう問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものでｉす、高出力動作時にも安定したモードで発振
し、低しきい値、＠動作電流を実現できる半導体レーザ
装置を得ることを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ装置は、段差を有する基板
上にＭＯＣＶＤ　（有機金属気相成長）法を用いて上記
段差部で傾斜部分を有する活性層を含むダブルへテロ結
晶を成長し、共振器端面近傍を除く部分に結晶表面から
ｐ型不純物を拡散することにより、上記活性層の傾斜部
にのみ高濃度ｐ型領域を形成せしめ、この領域を活性領
域としたものである。

〔作用〕

この発明においては、活性領域の共振器端面近傍はｎ型
、素子内部では高濃度ｐ型とした窓構造を形成したので
、高出力動作が可能となり、また活性層の傾斜部を活性
領域としているので、傾斜部両端の活性層折れ曲がり部
分で生じる大きい屈折率段差で光の横方向の閉じ込めが
有効になされ、高出力動作時にも安定したモードのレー
ザ発振が行なうことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザレーザの
共振器軸方向の断面図、第１図（Ｃ）は第１図において
、１はｎ型ＧａＡｓ基板で、その表面に共振器面に垂直
な方向に伸びる段差部を有している。２はＧａＡｓ基板
ｌ上に形成されたｎ型Ａｌｘ　Ｇ　ａ　１−１１　Ａ　
ｓクラッド層（ｘ　−０，４５，１，５ｕｍ厚）、３は
ｎ型Ａ　ｌｙ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｙ　Ａ　３活性層（ｙ＝０
．１５．０．１μｍ厚）、４はｎ型Ａｌ、１Ｇａｔ−＊
Ａｓ　　（ｘ−０，４５，Ｌ、５ｔｔｍ厚）である。こ
れら各層はＭＯＣＶＤ　（有機金属気相成長）法を用い
て成長することにより、はぼ基板１の段差形状にそって
成長でき、活性層３は段差部で屈曲し、基板の傾斜面に
ほぼ平行な傾斜部が形成される。５は上記各層の上に形
成されたｐ型ＧａＡｓコンタクト層、６は共振器端面近
傍を除く領域のｎ型Ａ１．Ｇａｒ−ｘＡｓクラッド層４
の一部をＺｎ等のｐ型不純。

物の拡散によりｐ型に変換したｐ型拡散領域、７は同じ
く共振器端面近傍を除く領域のｎ型Ａｌ。

Ｇａｔ−ｙＡｓ活性層３の傾斜部にｐ型不純物を拡散し
て例えば３　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｌＩ−”以上の高濃度ｐ
型に反転した活性領域、８はｐ側電極、９はｎ側電極で
ある。

上記各層のｐ型不純物領域は、ＧａＡｓコンタクト層５
の表面からＺｎ（亜鉛）を真空封じ切り拡散等の方法を
用いて形成することができる。すなわち、基板ｌの平坦
部上では拡散フロントがＡｌｘＧａ、−ｘＡｓクラッド
層４中で止まり、段差部上では活性層３の傾斜部分７が
ｎ型Ａｌ、ＩＧａｔ−ｘＡｓクラッド層２の境界まで全
てｐ型に変換するまで拡散を行なう、基板ｌの段差部の
傾斜面、例えば（１１１）　Ａ面に近い面上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成された結晶中でのＺｎの拡散速度は、基
板１の平坦部、すなわち（１００）面上に成長した結晶
中よりも数倍速いため、拡散温度、拡散時間を調節する
ことにより、上記拡散フロントの制ｆａ壁容易に実現で
きる。すなわち何ら特別の工程、例えば活性層傾斜部上
のＧａＡｓコンタクト層５をストライブ状にエツチング
する等の工程を付加する必要は全くな（、厳密な位置合
わせ等の工程なしでいわゆるセルファラインに活性層の
傾斜部のみをｐ型に反転することができる。またこの拡
散領域の幅は、クラッド層４の段差上の傾斜部の幅でほ
ぼきまるため、段差の高さ自体を所定の値、例えば１〜
２μｍ程度に設定しておけばその制御は全く容易である
。

次に動作について説明する。

本実施例装置では、活性層の傾斜部、すなわち活性領域
７の近傍では、その下方で禁制帯の大きいｎ型ＡＩＩＩ
Ｇａｐ−、Ａｓクラッド層２と禁制帯の小さいＡ　Ｉ、
Ｇａ、、Ａｓ活性層３の境界にヘテロｐ−ｎ接合が形成
されている。これに対し活性領域以外の領域では禁制帯
の大きいクラッド層中に拡散フロントがあり、ここでｐ
−ｎ接合が形成されており、このｐｎ接合のつくりっけ
の電位差（ビルトインポテンシャル）は、活性頭載７下
部のへテロｐｎ接合のそれよりも大きい、従って本実施
例装置において、ｐ側電極８に正（＋）、ｎ側電極９に
負（−）の電圧を印加すると、電流はビルトインポテン
シャルの小さい活性層傾斜部へ集中して流れることにな
る。電流を増加し、しきい値電流まで上げることにより
、活性層の傾斜部７でレーザ発振が生じ、この部分が活
性領域となる。このとき、横方向、すなわち活性層の傾
斜方向の光閉じ込めは、活性層の屈曲部で生ずる大きい
実効屈折率ステップによりなされるため、安定した横モ
ードのレーザ発振を得ることができる。

このような本実施例の半導体レーザ装置も、従来構造の
レーザと同様に活性層の共振器端面近傍ではｎ型、素子
内部では高濃度のｐ型とした窓構造を有しているため、
レーザ光は共振器端面で吸収されに（り、端面破壊によ
る素子の劣化がなく、高出力動作に適していることは言
うまでもない。

また、上述のように、活性領域め幅は基板の段差の高さ
できまるため、その値を狭くするのは容易であり、高出
力まで安定した横基本モードが得られるとともに、低し
きい値電流、低動作電流が実現でき、発熱等による素子
の劣化も少なく、長寿命化、高信頼度化が可能となる。

なお、上記実施例においては、ｐ型ＧａＡａコンタクト
層５の上部からのＺｎ拡散によりｐ型拡散領域を形成し
たものについて述べたが、これは必要に応じ活性層傾斜
部を含む領域上のＧａＡｓコンタクト層を任意の幅のス
トライプ状にエツチング除去した後、Ｚｎ拡散を行なう
ようにすれば、拡散フロントの制御が一層確実なものと
なる。

また、上記実施例では、活性領域が単一のものについて
説明したが、これは第２図に示すように、同様な方法で
形成された活性領域が同一基板上に多数本集積されたい
わゆる集積型高出力レーザとしてもよく、上記実施例と
同様の効果が得られるとともに、さらに高出力化が可能
となる効果がある。

また、上記実施例では、段差を有する半導体基板の構成
がｎ型ＧａＡｓのみの場合について述べたが、これは第
３図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ａ　Ｉ
ｓ　Ｇａ、−、Ａｓ　（ｚ　＞０．３）層１０及びｎ又
はｐ型ＧａＡｓ層１１を順次形成した後、過酸化水素−
アンモニア混合溶液（混合比２０：１〜３０：１）等の
選択性エツチング溶液を用いて段差を形“成すれば、段
差の高さの制御性が増し、これにより活性領域の幅の制
御性が増し、良好な特性の再現性が得られる効果がある
。

さらに、上記実施例では、半導体材料としてＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ系結晶を用いたものについて述べたが、半
導体材料としてＩ　ｎ　Ｐ　／　Ｉ　ｎ　Ｇ　ａＡｓＰ
系結晶、　Ｇａ　Ｉ　ｎＰ／Ａ　Ｉ　Ｉ　ｎＧａ　Ｐ系
結晶等を用いても上記実施例と同様の効果が得られるの
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば半導体レーザ装置にお
いて、段差を有する基板上に傾斜した活性領域を形成し
、共振器端面近傍を除く活性領域は高濃度ｐ型に、端面
近傍はｎ゛型とした窓構造を有する構成としたから、端
面破壊をおこしにくく、高出力動作が可能であるととも
に、横方向の光閉じ込めが活性傾城両端の屈曲部で生じ
る大きい実効屈折率ステップでなされること、及び容易
に活性領域幅を狭い値に制御できるため高出力まで安定
した基本横モード動作が得られるとともに、低しきい値
、低動作電流化が実現でき、長寿命化。

高信韻度化がはかれる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置を示
す図、第２図、第３図は本発明の他の実施例を示す図、
第４図は従来の半導体レーザ装置を示す図である。 １はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｌｘＧａ、−、Ａ３
クラフト層、３はｎ型Ａｌｙ　ｃａｔ−Ｆ　Ａｓ活性層
、４はｎ型Ａ１ｘ　Ｇａｐ−、Ａｓクラッド層、５はｐ
型ＧａＡｓコンタクト層、６はｐ型不純物拡散領域、７
は活性領域、８はｐ側電極ζ９はｎ側電極。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）段差を有する半導体基板上に形成され、少なくと
   も該段差形状にそって傾斜した活性層と、該活性層をは
   さんで形成された該活性層より禁制帯幅が広く屈折率が
   小さい２つのクラッド層とを有し、該活性層の傾斜部を
   活性領域とする半導体レーザ装置において、 該活性領域が共振器内部にｐ型不純物の拡散により形成
   された高濃度ｐ型領域と、共振器端面近傍のｎ型領域と
   からなる窓構造を備えたものであることを特徴とする半
   導体レーザ装置。
2. （２）上記半導体レーザ装置は同一基板上に複数形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体レーザ装置。