JPH01220882A - 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 本発明は、各種電子機器などの光源として用いら′れる
半導体レーザ装置に関するものである。

従来の技術 半゛導体レーザと電子回路とをハイブリッドにあるいは
モノリシックに集積化するとき、半導体レーザ装置の表
面が平坦であり、電極がその一方の主面側に形成されて
いることが、集積回路の高速化、高信頼性２回路要素間
の接続の容易さなどの観点から重要である。

第５図はこのような観点で構成されたレーザ装置の従来
例を示す（１９８６年秋季応用物理学会学術講演会予稿
集２７ａ−Ｔ−８，第１５５ページ、牧内氏他「横方向
注入レーザ（１）−基本構造−」）。

この装置ば、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に高抵抗ＡｌＧ
ａＡｓ層２．多重量子井戸型活性層５゜高抵抗ＡｌＧａ
Ａｓ層６およびＧａＡｓコンタクト層７，８を形成した
後、Ｚｎ、Ｓｉを拡散してｎ型拡散領域３およびｎ型拡
散領域４を形成し、さらに、微細加工して残したｎ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層７上とｎ型ＧａＡｓコンタクト層８
上に、それぞれオーミック接触するｎ側電極つとｐ側電
極１０を形成することにより構成されている。

この装置において、ｎ型拡散領域３とｎ型拡散領域４か
らストライプ幅Ｗの多重量子井戸型活性層５にキャリア
が注入されて再結合し、レーザ発振する。レーザ光は、
ストライプ幅Ｗの多重量子井戸型活性層５に有効に閉じ
込められる。それは、積層方向では隣接した高抵抗Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層２，６の禁止帯幅が活性層５の禁止
帯幅よりも十分太き（、また、積層方向と垂直方向では
、活性層に隣接した層がＺｎとＳｉの無秩序化により量
子井戸構造から混晶となり、ストライプ幅Ｗの先導波路
が形成されるためである。その結果、ストライプ幅Ｗ＝
０．５μｍでしきい電流値３０ｍＡで高効率で発振する
レーザが得られている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このようなきわめてストライプ幅の狭い
光導波路を不純物拡散で再現性よく形成することは、製
造技術上非常に困難なことであり、光導波路のストライ
プ幅がある程度広いことが実際的である。

一方、ストライプ幅を広（し、Ｗ＝１．５μｍ以上にな
ると、しきい電流値が２倍以上に増大し、効率が１／３
以下に低下してしまうことが知られている。これは、キ
ャリアが各拡散層から量子井戸型活性層に横方向に注入
されることによるものと考えられる。すなわち、活性層
のストライプ幅が広（なると、そのストライプ内で電子
と正孔の濃度分布が顕著となり、再結合確率が減少する
結果と考えられる。

本発明は、活性層のストライプ幅が広く、なおかつ低し
きい電流値で基本横モード発振する半導体レーザ装置を
提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 本発明の半導体レーザ装置は、半絶縁性の基板上に形成
されている、活性層およびこの活性層の両側に隣接して
いる、活性層よりも禁止帯幅が大きく、かつ互いに導電
型の異なるクラッド層からなるストライプ状の第１の多
層薄膜と、前記第１の多層薄膜の少なくとも一方の側に
ストライプ状の高抵抗領域を介して形成されている、前
記第１の多層薄膜における下側クラッド層と同じ導電型
の第２の多層薄膜と、前記第１．第２の多層薄膜上にそ
れぞれ付与されている電極とを有し、前記高抵抗領域は
、前記第１の多層薄膜における少な（とも上側クラッド
層と活性層との界面に達しているものである。

作用 この装置においては、活性層が積層方向に互いに導電型
の異なるクラッド層で挟まれているため、キャリアが上
下のクラッド層からも活性層に注入される。その結果、
活性層のストライプ幅が増加しても、電子と正孔の再結
合が効率よ（生じる。

また、ストライプ状高抵抗領域により電流狭窄を行って
いるため、キャリアが活性層に効率よ（注入される。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの実施例の断面図ある。

図において、１は半絶縁性の基板である。２はｐ型クラ
ッド層、３は多重量子井戸型活性層、４はｎ型クラッド
層、５はｎ型コンタクト層５で、これらは基板１の一方
の主面上に順次積層されている。９はストライプ状の高
抵抗領域で、この積層体の表面から活性層３とクラッド
層４との界面まで達するよう２本手行に形成されている
。８はｐ型領域で、上記積層体において、高抵抗領域８
およびそれで挾まれている領域の部分を除く他の部分に
、たとえばＺｎを選択的に拡散することによって形成さ
れている。６，７は電極で、それぞれｐ空領域８上、高
抵抗領域８間の部分上にそれぞれ形成されている。

以上のように構成された半導体レーザ装置について、以
下その作製方法を示す。

半絶縁性基板１の一方の主面上に、ＺｎドープＡ　１ｏ
、５Ｇａｏ、ｓＡｓを１．０μｍの厚さに成長させてｎ
型クラッド層２を形成する。このｎ型クラッド層２上に
、井戸層となる厚さ１００ＡのノンドープＧａＡｓ層を
３層、バリヤ層となる厚さ２０ＯＡのノンドープＡ　Ｉ
　Ｏ，３Ｇ　ａｏ、７Ａ　ｓ層゛を４層交互に成長させ
て、多重量子井戸型活性層３を形成する。この活性層３
上にＳｅドープＡ　Ｉｇ、５Ｇａｏ、５Ａｓを１．０μ
ｍの厚さに成長させてｎ型クラッド層４を形成する。こ
のｎ型クラッド層４上に、ＳｅドープＧａＡｓを０．３
μｍの厚さに成長させてｎ型コンタクト層５を形成する
。これらの層２〜５からなる積層体は、有機金属気相成
長法により１回の結晶成長で形成される。次に、ｎ型コ
ンタクト層５上にプラズマＣＶＤ法により厚さ６０００
ＡのＳｉ３Ｎ４膜を形成し、それにＺｎを拡散するため
に幅１５μｍのストライプ状の窓を二つ平行に開けてか
ら、Ｚｎを拡散する。ここで、二つの窓の間に残された
ストライプ状の部分の幅を５μｍとする。Ｚｎ拡散は、
ｐ型領域８が基板ｌに達するまで行う。Ｚｎの拡散が行
われた領域の多重量子井戸型活性層３は、超格子構造の
原子配列が乱れて平均化された組成のＡｌＧａＡｓの混
晶状態になっており、Ｐ型領域８の間に挟まれた多重量
子井戸型活性層３のストライプ幅Ｗは２μｍ程度になる
。Ｚｎを拡散した後、Ｓｉ３Ｎ４膜を除去し、周知の方
法で電極６，７を形成する。なお、電極６の材料はＴ　
ｉ　／　Ａ　ｕとし、また電極７の材料はＡ　ｕ　Ｇ　
ｅ　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕとした。次に、反応性イオンエ
ツチングにより、電極６，７間にあるｎ型コンタクト層
５を取り除く。最後に電極６．７間に開口を有するマス
クを用いてプロトンを注入し、高抵抗領域９を形成する
。高抵抗領域９の深さは、ｎ型クラッド層４と活性層３
との界面までとした。

この二つのストライプ状高抵抗領域９で挟まれる部分の
ストライプ幅ｄは２μｍである。

以上のように作製した半導体レーザ装置についてその特
徴を説明する。

以上のように作製した半導体レーザ装置についてその特
徴を説明する。

画電極６．７間に順方向電圧を印加すると、活性層３に
ｎ型クラッド層４から電子が、またｎ型クラッド層２と
ｐ型領域８から正孔がそれぞれ注入されて、再結合しレ
ーザ発振が生じる゛。このように、キャリアは活性層３
に上下のクラッド層２゜４から注入されるため、そのス
トライプ幅に関係な（効率よく再結合が生じる。また、
ストライプ状の多重量子井戸型活性層３は混晶化したＡ
ｌＧａＡｓより屈折率が大きく、光はストライプ幅Ｗの
活性層３に閉じ込められる。その結果、低しきい電流値
で基本モード発振をする。また、ストライプ状高抵抗領
域９が形成されているため、画電極６゜７間を流れる電
流はすべて活性層３に注入されることになり、しきい電
流値の低減に役立っている。

第２図はこの実施例による光出力−注入電流特性の一例
を示し、第３図は同じく遠視野像の強度分布の一例を示
す。

従来例で示した半導体レーザ装置では、量子井戸型活性
層のストライプ幅Ｗが０．５μｍで、しきい電流値３０
　ｍ　Ａが得られているが、ストライプ幅が１．５μｍ
以上になるとしきい電流値が２倍以上に上昇する。これ
に対して、この実施例では、ストライプ幅が２μｍ程度
と広くても、第２図かられかるように２８　ｍ　Ａの低
いしきい電流値で動作をする。また、第３図から、基本
横モードで発振していることがわかる。

第４図は他の実施例の断面図である。

この実施例では、ストライプ状高抵抗領域９の下端縁が
ｎ型クラッド層２に達している。この場合、高抵抗領域
９の下端縁がｎ型クラッド層２中にあればよく、高抵抗
領域９の形成が第１図に示した実施例よりも容易であり
、その特性も同等であった。

以上のように、上記実施例によれば、導電型の異なるク
ラッド層２，４で活性層３を挟み、かつ、ストライプ状
の高抵抗領域８を形成することにより、活性層３には両
クラッド層２，４を通して電流が流れるので、低しきい
電流値で基本横モード発振が可能である。対をなす電極
が一方の表面に配置されるため、電界効果型トランジス
タなどの電子回路要素との集積化に適している。

なお、本実施例ではＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａ　Ｉ　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ系の材料を例としたが、半導体レーザ装置を
構成できるものであれば他の材料でもよ（、電極材料も
ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕに限られるものではな
い。また、高抵抗領域９の下端縁は活性層３中、もしく
は活性層３と下側クラッド層２との界面にあってもよい
。高抵抗領域８の形成は、プロトン注入に限らず、高抵
抗領域８が形成できるものであればよい。

発明の効果 本発明の半導体レーザ装置は、導電型の異なるクラッド
層で活性層を挟み、かつ、ストライプ状高抵抗領域を形
成しているので、活性層にこれらクラッド層を通して効
率よくキャリアが注入され、低しきい電流値で基本横モ
ード発振する。そして、基板が半絶縁性であり、対をな
す電極が基板の一方の主面上に形成されているため、電
界効果トランジスタなどの電子回路要素との集積化が容
易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における半導体レーザ装置の構
造断面図、第２図、第３図は本発明の実施例における半
導体レーザ装置の典型的な光出力−注入電流特性、およ
び、遠視野像の強度分布を示す図、第５図は従来の半導
体レーザ装置の構造断面図である。 １・・・・・・半絶縁性基板、２・・・・・・ｎ型クラ
ッド層、３・・・・・・活性層、４・・・・・・ｎ型ク
ラッド層、５・・・・・・ｎ型コンタクト層、６，７・
・・・・・電極、８・・・・・・ｐ型頭域、９・・・・
・・高抵抗領域。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名１・・・・
・・半絶縁性基板 ２・・・・・・ｐ！１１！クラブト層 ３・・・・・・活性層 ４・・・・・・ｎ型クラッド層 ５・・・・・・ｎ型フシタクト層 第２１ 第３図 角Ｌ＜ｃｔｅ滲） 筑　４　図 手続補正書（方式） １事件の表示 昭和６２年特許願第　２６２１２８号 ２発明の名称 半導体レーザ装置 ３補正をする者 事件との関係　　　　　　特　　許　　出　　願　　大
佐　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地名　称　
（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　　谷　　
井　　昭　　雄 ４代理人　〒５７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 ６補正命令の日付 ７、補正の内容 明細書第１１頁第２０行目の「示す図、」の次に「第４
図は本発明の他の実施例における半導体レーザ装置の構
造断面図、」を挿入します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半絶縁性の基板と、前記基板上に形成されている、活性
   層およびこの活性層の両側に隣接している、活性層より
   も禁止帯幅が大きく、かつ互いに導電型の異なるクラッ
   ド層からなるストライプ状の第１の多層薄膜と、前記第
   １の多層薄膜の少なくとも一方の側にストライプ状の高
   抵抗領域を介して形成されている、前記第１の多層薄膜
   における下側クラッド層と同じ導電型の第２の多層薄膜
   と、前記第１、第２の多層薄膜上にそれぞれ付与されて
   いる電極とを有し、前記高抵抗領域は、前記第１の多層
   薄膜における少なくとも上側クラッド層と活性層との界
   面に達していることを特徴とする半導体レーザ装置。