JPH02237190A

JPH02237190A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH02237190A
Application number: JP5852189A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Goto; 勝彦後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-19
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0828553B2

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］この発明は光通信等に用いられる半導体レーザに関する
ものである。

〔従来の技術Ｊ光電子集積回路の光源となる半導体レーザは電子デバイ
スとの集積化が容易になるように、ｐ、ｒ＋電極が同一
面上にある構造であることが望ましい。この要請を満た
すプレーナ構造半導体レーザとして従来、第２図に断面
図を示すレーザ（応用物理学会　昭和６３年秋　予稿集
ｓｐ−Ｒ−９）があった。

第２図において、（１）は半絶縁性ＧａＡａ基板、（１
２）はアンドーブＡ１ＧａＡ８第１のクラッド層、（１
３）はアンドーブＧａ　Ａｓ活性層、（１４）はアンド
ープＡＩＧａＡｓ第２のクフツド層、（１５）はＰ　−
　ＡＩＧａＡａ層、（１６）はｐ÷−　ＧａＡａＮ，　
（１７）はｖ　−　ＡＩＧａＡｓ層、（１８）はｖ＋　
−　ＧａＡａ層、（９）はｐ電極、（ｌＯ）はＤ−［極
である。この半纏体レーザは以下の手順により作製され
る。まず、半絶縁性Ｇａ　ＡＳ基板（１）上に（１２）
〜（ｌ４）の各層をエビタキシャル成長する。次に、こ
のエビタキシャル基板の表面にＳＩＮ膜を形成してスト
ライプ状の窓を開け、第１のクラッド層（１２）の途中
までエッチングを行なう。この後、減圧＋ｌ！ＯＣＶＤ
法により、ｐ形層（１５）　，　（１６）あるいはυ形
層（１７）　．　　（１８）を選択的に埋込成長する。

次に動作につい・Ｃ説明する。この半導体レーザに正の
電圧を印加した場合、アンドープＡ１ＧａＡｓＮＩ（ｌ
２）および（１４）は抵抗が高いために、電子はｒ−Ａ
ＩＧａＡｓ層（１７）からアンドープＧａ　Ａｓ活性層
（ｌ３）に注入される。活性層（１３）は周囲をＡＩＧ
ａ　Ａｓ層【囲まれて屈折率導波路を形成しており、活
性領域幅を２μの程度にすることにより、安定した基本
横モード発振が得られる。この半導体レーザはｐ％Ｉ＋
電極が同一面上にあるデレーナ構造であるため、電子デ
バイス等との集積化に適している。

第３図は他の従来技術によるレーザの断面図である。こ
の半導体レーザは半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板（１）上にｐ
　−　ＡＩＧａＡｓクラッド層（１０２　）　、量子井
戸活性層（１０３）、ｎ　−　ＡＩＧａＡｓクフツド層
（ｌ０４）、アンドープＧａＡｓコンタクト層（１０５
）をエビタキシャル成長した後かおよびＳｉを選択的に
拡散して、ｐ型領域（１０６）および！１１ｍ領域（１
０７）を形成したものである。量子井戸活性層（１０３
）の拡散領域ｔ’ｌ０６）　（１０７）に含まれる部分
は拡散によって無秩序化され、平均的組成の紅Ｇａ　Ａ
ｓ層になるため，埋込型の半導体レーザと同様の構造と
なる。

この半導体レーザではｐｒ３接合は無秩序化されずに残
った量子井戸活性層に接した部分に形成されたｐｎ接合
とＡＩＧａＡｓクラッド層中に形成されたＰＤ接合から
成っているが、後者のｐ口接合はポテンシャル障壁が前
者に比べて大きいために、キャリアの大部分は量子井戸
活性層に接したｐｎ接合から活性層内に注入される。そ
の結果、キャリアは活性領域の幅に沿って均一に効率よ
く注入される。また、この半導体レーザもｐ．！１Ｋ極
が同一面上にあり集積化に適している，〔発明が解決しようとする課題］第２図の構造では電流は横から活性領域に注入されるた
め、キャリアの分布が不均一になり効率のよい注入にな
らない。また、活性領域の厚さは０．１ａｍ程度と極め
て薄いので抵抗が高くなり連続発振特性を制限する。

一方、第３図の構造は量子井戸構造の無秩序化を利用し
て埋込導波路を形成するため、活性層が量子井戸層の場
合にのみ適用できる。また、ｎ型不純物の拡散には８５
０℃程度の高温に保持することが必要であり、その際、
量子井戸構造の変形や基板の熱変成によるリーク電流の
増大が問題となる。また、高濃度の不純物による光吸収
損失の増大のため発振しきい値電流が高くなる。また、
この構造をＩｎＰ系の長波長レーザに適用した場合、拡
散によるｐ−Ｉ口Ｐの抵抗が高いために、活性領埴に到
るまでの電圧降下が大きくなって、ＩＬｉＰ内のｐＤ接
合を流れるキャリアに対するボテンシャ／ｖ＃壁の高さ
が相対的に小さくなる。その結果、ＩｎＰ内のｐｒｌ接
合を流れるリーク電流が大きくなるため発振しきいｉ！
電流が高くなるなどの問題点があった。

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、集積化に適したプレーナ構造で、かつキャリ
アの注入が均一に効率よく行なわれ、また，量子井戸の
変形、基板の熱変成、不純物による光吸収の増大の原因
となる拡散工程を必要とせず、また、ＩｎＰ糸でも低し
きい値を実現できる半導体レーザを得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に系る半導体レーザは活性層をｐまたはｒ形の
クラッド層で挟んだダブルへテロ構造のメサの片側にｒ
形層、他の片側Ｋｐ形層をそれぞれ埋込成長し、それぞ
れの埋込層の上に電極を形成したものである。

〔作用〕

この発明における半導体レーザは大部分のキャリアはメ
サ部分のクフツド層から活性層に注入されるため、横方
向からのみの注入に比べて均一で効率のよい注入になり
、また抵抗が高くなるという問題も生じずまた、拡散を
行なわないので熱による量子井戸構造の変形や高濃度不
純物による光吸収損失の増大は起こらない。また、Ｉｎ
Ｐ系の半導体レーザに適用した場合にも、リーク電流を
少なくすることができ、低しきい値電流を実現できる。

〔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
図において、（１）は半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板、（２）
はｐ　−　ＡＩＧａＡａクフッド層、（３）はＧａＡｓ
活性層、（４）はｎ　−　ＡＩＧ！ｌＡ８クヲッド層、
（５）はｐ　−　ＡＩＧａＡｓ層、（６）けｐ＋　−　
ＧａＡｓＡｉｉｔ　ｓ　（７）けｎ　−　ＡＩＧａＡｓ
層、（８）はｎ＋−ＧａＡｓ層、（９）はｐｉ極、（１
０）はｒＩＫ極である。

この半導体レーザは以下の手順により作製される。まず
、半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板（１）上に（２）〜（４）の
各層をエビタキシャル成長をする。次に、エッチングに
より基板（１）にまで達するストライプ状の溝を形成す
る。この後、減圧１ｉ１０ｃＶＤ法により、ｐ形層（５
），　（６）、あるいはＤ形層（７），　（８）を選択
的に埋込成長をする。

次に動作について説明する。活性層（３）はｐ形、υ形
のいずれでもよいが、ここではｐ形であるとすると、ｐ
ｎ接合は次の４つの部分で形成される。

すなわち、■＋　ｐ　−　ＡＩＧａＡｓ層（５）とｎ　
−　ＡＩＧｓＡｓクラッド層（４）との境界、■：活性
層（３）とｎ　−　ＡＩＧａＡｓクフツド層（４）の境
界、■：活性層（３）とｎ　−　ＡＩＧａＡｓ層（７）
との境界、■：　ｐ　−　ＡＩＧａＡｓクラッド層（２
）とｒ一ＡＩＧａ　Ａｓ層（７）との境界である。上記
のうち■および■はポテンシャル障壁の高いＡＩＧａＡ
ｓ　ｐｎ接合であるため電流はほとんど流れず、キャリ
アは■および■のｐｎ接合を通して注入される。活性領
域の＄ｔｌ−ｔ２μの程度、厚みは０．１μの程度であ
シ■に比べて■のｐｎ接合の面積かずっと大きいために
、キャリアの大部分は活性層（３）の幅に沿った■のｐ
ｒｌ接合を通して注入される。したがって、第２図に示
した従来のレーザのように横方向のみから注入される構
造に比べてキャリアの分布は均一になり効率のよい注入
が可能になる。

また、この半導体レーザでは拡散工程を必要としない。

そのため、活性層（３）が量子井戸構造である場合も熱
による量子井戸の変形の問題は生じない。また、基板の
熱変成によるリーク電流や高濃度の不純物拡散による光
吸収損失の増大といった問題も生じないので低しきい値
での発振が実現できる。

また、この構造をＩｎＰ系の材料に適用した場合にも、
結晶成長により抵抗の低いｒｎＰ埋込層を形成できるの
で、ポテンシャル障壁の差にょシ電流を活性領域に集中
して流すことができ、低しきい値レーザが実現できる。

なお、上記実施例ではＧａＡｓ糸の半導体レーザについ
て説明したが、ＩｎＰ系の半導体レーザにおｂても同様
の効果が得られる。

また、上記５ｊ！施例では活性層（３）の上下のクラッ
ド層（２）（４）の導′ｆＨ．型が互いに異なる場合に
ついて述べたが、同一導電型であってもよく、その場合
キャリアは上下両方のクラッド層（２）　（４）から注
入される。

Ｃ発男の効果ノ以上のようにこの発明によれば、活性層をｐまたはｒ型
のクヲッド層で挟んだダブルへテロ構造のメサの片側に
ｎ形層、他の片側にｐ形層を埋込成長したので、キャリ
アは活性層の幅に沿ってクラッド層から注入されるため
、分布のない均一で効率の良い注入となり、また、拡散
を用いないため量子井戸の変形、基板の熱変成、光吸収
の増大等の問題が生じない。その結果、低しきい値電流
での発振が可能になり、また、ＩｎＰ系Ｖ−ザに適用し
ても低しきい値が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一夾施例による半導体レーザを示す
断面図、第２図は従来のデレーナ構造の半導体レーザを
示す断面図、第３図は他の従来のグＶ−ナ構造の半導体
レーザを示す断面図である。図において、（１）は半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板、（２）
はｐ−ＡＩＧａＡｓクラッド層、（３）はＧａＡＪ３活
性層、（４）はΩ一紅Ｇａ　Ａｓクラッド層、（５）は
ｐ　−　Ａ．ｌＧａＡａ層、（７）はｎ　−ＡＩＧａＡ
ｓ層、（９）はｐｔ極、（ｌＯ）はｎｔ極である。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す，

Claims

【特許請求の範囲】

　活性層を両側から第１の導電型のクラッド層、および
第１または第２の導電型のクラッド層で挟んだ３層構造
を有するメサストライプが半絶縁性基板上に形成され、
このメサストライプの片側に第１の導電型の埋込層が、
他方の側に第２の導電型の埋込層がそれぞれ選択的に埋
込成長され、それぞれの埋込層の上に電極が設けられて
いることを特徴とする半導体レーザ。