JPH02254779A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH02254779A JPH02254779A JP7694089A JP7694089A JPH02254779A JP H02254779 A JPH02254779 A JP H02254779A JP 7694089 A JP7694089 A JP 7694089A JP 7694089 A JP7694089 A JP 7694089A JP H02254779 A JPH02254779 A JP H02254779A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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〕
本発明は低しきい値電流でレーザ発根を行なう埋め込み
拡半導体レーザ素子に関する。
拡半導体レーザ素子に関する。
ＧａＡｓ−Ａ−ｇＧａＡｓ糸塊め込み型半導体レーザ素
子は第２図に示す構造を有するものが知られており、従
来のダブルへテロ半導体レーザ素子では得られないすぐ
れた特性をもっている。第２図は素子正面からみた模式
断面図であり、第２図のようにこの素子はｎ −ＧａＡ
ａ基板ｌの上にｎ−ＡＪｚＧａ＋−ＨＡｓ第１クラッド
層２ ｅ Ｐ−ＡＪｔＧａｃｘ−ＨＡｓ活性層３．Ｐ−
・＾し４多翼Ｇａ目−翼Ａ＄纂２クラッド層４ ＊ Ｐ
−ＧａＡｓ コンタク）４５がこの順に形成されてい
るが％第２クラッド層４に形成されたストライプ状メサ
部のレーザ光進行方向と平行な両側面をｎ −ＧａＡｓ
の電流狭窄層６で埋め込んだ構造となつて２つ、内部電
流狭窄型半導体Ｖ−ザ素子として電流狭窄層６がコンタ
クト層亙の上に位置する通常の外部電流狭窄型半導体レ
ーザ素子に比べて多くの特徴を有する。
子は第２図に示す構造を有するものが知られており、従
来のダブルへテロ半導体レーザ素子では得られないすぐ
れた特性をもっている。第２図は素子正面からみた模式
断面図であり、第２図のようにこの素子はｎ −ＧａＡ
ａ基板ｌの上にｎ−ＡＪｚＧａ＋−ＨＡｓ第１クラッド
層２ ｅ Ｐ−ＡＪｔＧａｃｘ−ＨＡｓ活性層３．Ｐ−
・＾し４多翼Ｇａ目−翼Ａ＄纂２クラッド層４ ＊ Ｐ
−ＧａＡｓ コンタク）４５がこの順に形成されてい
るが％第２クラッド層４に形成されたストライプ状メサ
部のレーザ光進行方向と平行な両側面をｎ −ＧａＡｓ
の電流狭窄層６で埋め込んだ構造となつて２つ、内部電
流狭窄型半導体Ｖ−ザ素子として電流狭窄層６がコンタ
クト層亙の上に位置する通常の外部電流狭窄型半導体レ
ーザ素子に比べて多くの特徴を有する。
この内部電流狭窄型半導体レーザ素子の構造は電Ｒ＊窄
層６によって光を吸収するとともに、活性層３に注入さ
れるキャリアが制限され、低しきい億電流でレーザ発振
させることができ、また活性層３上の萬２クラッドＮ４
のメサ部以外の領域の厚さを適切な大きさに定めること
により、単一横モード発振が可能となり、従来のダブル
へテロ半導体レーザ素子に比べて高出力が得られる。
層６によって光を吸収するとともに、活性層３に注入さ
れるキャリアが制限され、低しきい億電流でレーザ発振
させることができ、また活性層３上の萬２クラッドＮ４
のメサ部以外の領域の厚さを適切な大きさに定めること
により、単一横モード発振が可能となり、従来のダブル
へテロ半導体レーザ素子に比べて高出力が得られる。
この半導体レーザ素子は通常次のようにして製造される
。ｇｃｓ図（ａｌ〜（ｄｌはその主な工８順を示したも
のであり、第２図と共通部分は同一符号を用いである。
。ｇｃｓ図（ａｌ〜（ｄｌはその主な工８順を示したも
のであり、第２図と共通部分は同一符号を用いである。
まず厚さ３００ ｐｆｎ ｐキャリア濃度３×１０看の
ｎ−ＧａＡｓ基板ｌ上にＭＯＣＶＤ法を用いて厚さｌ、
’５ ｐｍ 、キャリア濃度５ Ｘ １０１１のｎ−、
／ｕ、Ｇａｔ−ｘＡｓ帛ｌクラッド層２．厚さ０．１μ
ｆｆｌ、キャリア濃度３ｘ １０”Ｊのｐ −ｋｅｘ
Ｇａ ｔ −＊ Ａｓ活性層３．厚さｌ、５μｍ。
ｎ−ＧａＡｓ基板ｌ上にＭＯＣＶＤ法を用いて厚さｌ、
’５ ｐｍ 、キャリア濃度５ Ｘ １０１１のｎ−、
／ｕ、Ｇａｔ−ｘＡｓ帛ｌクラッド層２．厚さ０．１μ
ｆｆｌ、キャリア濃度３ｘ １０”Ｊのｐ −ｋｅｘ
Ｇａ ｔ −＊ Ａｓ活性層３．厚さｌ、５μｍ。
キャリア＠ｌｊ［５Ｘ１０．＆のｐ−、す１Ｇａｉ−Ｉ
ＡＳ ｍ ２クラッド層４．厚さ０．５ ｐ ” ＋キ
ャリアｍ度Ｉ ＸＩＯ／−のｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５ａを順次成長させる〔第３図（ａ）〕。次にこの積層
体の上面全面にＳ １ｃｈｊ臭を付Ｎさせ、フ第１・１
／シストを償布してバターニングし、５ｉＯｚ膜７をス
トライプ状トこ形成してレジストを除去した後、 ５ｉ
０２膜７をマスクとしてコンタクト層５ｉｏ！２クラッ
ド層４のエツチングを行ない第２クラッド層４の途中ま
でエツチングしてストライプ状メサ部を形成したのが′
Ｗ／ＩＪ３図（ｂｌである。次に再ＫＭＯＣＶＤ法を用
いて、淳さ１．７ｐｍｔキャリア濃ｇ Ｉ Ｘ １０１
１のｎ −ＧａＡｓ電流狭窄層６をメサ部の両側面に選
択成長させ、５ｉｏ２膜７を除去する〔第３図（Ｃ）〕
。そしてさらにｐ−ＧａＡｓ ”ンタクト層５ｂを再成
長させてコンタクト層５ａと一体になるコンタクト層５
を形成する。
ＡＳ ｍ ２クラッド層４．厚さ０．５ ｐ ” ＋キ
ャリアｍ度Ｉ ＸＩＯ／−のｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５ａを順次成長させる〔第３図（ａ）〕。次にこの積層
体の上面全面にＳ １ｃｈｊ臭を付Ｎさせ、フ第１・１
／シストを償布してバターニングし、５ｉＯｚ膜７をス
トライプ状トこ形成してレジストを除去した後、 ５ｉ
０２膜７をマスクとしてコンタクト層５ｉｏ！２クラッ
ド層４のエツチングを行ない第２クラッド層４の途中ま
でエツチングしてストライプ状メサ部を形成したのが′
Ｗ／ＩＪ３図（ｂｌである。次に再ＫＭＯＣＶＤ法を用
いて、淳さ１．７ｐｍｔキャリア濃ｇ Ｉ Ｘ １０１
１のｎ −ＧａＡｓ電流狭窄層６をメサ部の両側面に選
択成長させ、５ｉｏ２膜７を除去する〔第３図（Ｃ）〕
。そしてさらにｐ−ＧａＡｓ ”ンタクト層５ｂを再成
長させてコンタクト層５ａと一体になるコンタクト層５
を形成する。
これは素子をレーザ発振させるとき放熱効果を高めるた
めに、後に図示してないヒートシンクをコンタクト層側
にマウントするが、その除用いるはんだ材の一部が活性
層３の側面周辺にまで廻り込み、レーザ光の出射領域を
ふさぐことがないようにするためである。このようにす
るとはんだ材は一部第２クラッド層４まで廻ることはあ
っても活性層３には達しない〔第３図（ｄ）〕。以上の
ようにして第２図に示した構造をもつ内部電流狭窄型半
導体レーザ素子を得ることができる。
めに、後に図示してないヒートシンクをコンタクト層側
にマウントするが、その除用いるはんだ材の一部が活性
層３の側面周辺にまで廻り込み、レーザ光の出射領域を
ふさぐことがないようにするためである。このようにす
るとはんだ材は一部第２クラッド層４まで廻ることはあ
っても活性層３には達しない〔第３図（ｄ）〕。以上の
ようにして第２図に示した構造をもつ内部電流狭窄型半
導体レーザ素子を得ることができる。
しかしながら、以上の構造をもつ内部電流狭窄型半導体
１ノーザ累子にも、電流狭窄層６に関してなお次のよう
な問題がある。電流狭窄層６はキャリア濃度Ｉ Ｘ １
０”／ｄの高濃度にエピタキシアル成長させても正孔の
拡散長が２〜３μｍになるので、第２クラッド層４と電
流狭窄層６のｐ−ｎ接合界面では、この素子がレーザ発
振した際の光によって電子、正孔対が生じ、ここで生じ
た電子は第１クラッド層２の万へ流れるが、正孔は電流
狭窄層６の中を通りてコンタクト層５に達してしまう。
１ノーザ累子にも、電流狭窄層６に関してなお次のよう
な問題がある。電流狭窄層６はキャリア濃度Ｉ Ｘ １
０”／ｄの高濃度にエピタキシアル成長させても正孔の
拡散長が２〜３μｍになるので、第２クラッド層４と電
流狭窄層６のｐ−ｎ接合界面では、この素子がレーザ発
振した際の光によって電子、正孔対が生じ、ここで生じ
た電子は第１クラッド層２の万へ流れるが、正孔は電流
狭窄層６の中を通りてコンタクト層５に達してしまう。
そのため電流狭窄層６中のエネルギーバンドがｐ側ヘシ
フトし電流狭窄層６はｐ型に似た性質を呈しｓ ｐ−ｎ
接合によってＩｃ電流狭窄行なりでいた機能が低下する
。すなわち、電流狭窄層６は正孔の通路となりで本来の
役割を十分果すことができなくなり、したがりてこの半
導体レーザ素子のしきい値電流の上昇を招き、遂にはレ
ーザ発振が不可能な状態をもたらす。このような状態を
避けるためには、電流狭窄層６のキャリアａ度を１刈〇
−程度まで高めると、正孔の拡散長は０．２μｍ程度と
なり、電流狭窄層６の厚さ１，７μｍに比べて１桁短く
なるので、電流狭窄層６としての所期の目的を達するこ
とができる。しかし、ＭＯＣＶＤ法の現状では３Ｘ１０
／−以上のキャリア濃度のエピタキシアル成長膜を形成
するのは困難であり、実際上不可能である。そのほかに
は、電流狭窄層６の材料をｎ−ＧａＡｓの代りに、ｎ−
Ａ−６ＧａＡＳとして結晶の實を変えることにより、正
孔の拡散長を短くすることはできるが、この場合電流狭
窄層６はレーザ光のエネルギーよりバンドギャップが大
きくなつて光を透過し、光の吸収層としての役割を果す
ことができず、基本横モード発振が不可能となる。
フトし電流狭窄層６はｐ型に似た性質を呈しｓ ｐ−ｎ
接合によってＩｃ電流狭窄行なりでいた機能が低下する
。すなわち、電流狭窄層６は正孔の通路となりで本来の
役割を十分果すことができなくなり、したがりてこの半
導体レーザ素子のしきい値電流の上昇を招き、遂にはレ
ーザ発振が不可能な状態をもたらす。このような状態を
避けるためには、電流狭窄層６のキャリアａ度を１刈〇
−程度まで高めると、正孔の拡散長は０．２μｍ程度と
なり、電流狭窄層６の厚さ１，７μｍに比べて１桁短く
なるので、電流狭窄層６としての所期の目的を達するこ
とができる。しかし、ＭＯＣＶＤ法の現状では３Ｘ１０
／−以上のキャリア濃度のエピタキシアル成長膜を形成
するのは困難であり、実際上不可能である。そのほかに
は、電流狭窄層６の材料をｎ−ＧａＡｓの代りに、ｎ−
Ａ−６ＧａＡＳとして結晶の實を変えることにより、正
孔の拡散長を短くすることはできるが、この場合電流狭
窄層６はレーザ光のエネルギーよりバンドギャップが大
きくなつて光を透過し、光の吸収層としての役割を果す
ことができず、基本横モード発振が不可能となる。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり。
その目的は、光の吸収と電流狭窄の役割を十分に果すこ
とが可能な電流狭窄層を有し、基本横モードを維持し、
低しきい値電流の内部電流狭窄型の半導体レーザ素子を
提供することにある。
とが可能な電流狭窄層を有し、基本横モードを維持し、
低しきい値電流の内部電流狭窄型の半導体レーザ素子を
提供することにある。
上記目的を達成するために、半導体レーザ素子に埋め込
む第２クラッド層とは逆導電をの電流狭窄層を、活性層
に近い方から、レーザ光を吸収する第１の電流狭窄層と
、第２クラッド層の主キャリアと同種のキャリアの拡散
を抑制する第２の電流狭窄１との２層として構成したも
のである。
む第２クラッド層とは逆導電をの電流狭窄層を、活性層
に近い方から、レーザ光を吸収する第１の電流狭窄層と
、第２クラッド層の主キャリアと同種のキャリアの拡散
を抑制する第２の電流狭窄１との２層として構成したも
のである。
本発明の半導体レーザ素子の電流狭窄層は、上記のよう
に二つの層で構成し、それぞれの役割を付与しである。
に二つの層で構成し、それぞれの役割を付与しである。
すなわち、活性層ｉこ近い万のｎ−ＧａＡｓの第１の層
は、電流狭窄のほかに光を吸収して基本横モード発振を
維持し、この第１の層の上に位置するｎ−Ａ！ＧａＡｓ
の第２の層では、正孔の拡散するのを抑制して、活性層
の発光領域に電流を集中させる電流狭窄作用を行なうの
で、安定な基本横モード発振と低しきい値電流を有する
内部電流狭窄型半導体レーザ素子を得ることができる。
は、電流狭窄のほかに光を吸収して基本横モード発振を
維持し、この第１の層の上に位置するｎ−Ａ！ＧａＡｓ
の第２の層では、正孔の拡散するのを抑制して、活性層
の発光領域に電流を集中させる電流狭窄作用を行なうの
で、安定な基本横モード発振と低しきい値電流を有する
内部電流狭窄型半導体レーザ素子を得ることができる。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
第１図は本発明による半導体レーザ素子の構造を示す模
式断面図であり、第２図と共通部分を同一符号で表わし
である。第１図が第２図と異なる所は、本発明の半導体
レーザ素子は電流狭窄層６を活性層３側から第１の電流
狭窄層６ａと、第２の電流狭窄層６ｂとの２層として形
成したことにあり、その他の構成は第２図の場合と同じ
にしである。すなわち、本発明では電流狭窄層６がキャ
リア濃度１ ｘ １０１′／７！＊厚さ１ ｐｍのｎ
−ＧａＡｓの第１の電流狭窄、Ｉｉ９６ ａと、その上
Ｅこ漬層したキャリア濃度１ ｘ １０”／ｉ ＊厚さ
ｏ、ｒｐｍのｎ−Ａ−１ａＧａＡｓの第２の電流狭窄層
６ｂとからなる。そして本発明の半導体レーザ素子の製
造方法は、累３図で説明したのと基本的に同じであり、
ただ電流狭窄層６を成長させる過程で、第１の電流狭窄
層６ａと、第２の電流狭窄層６ｂとの２段階にＭＯＣＶ
Ｄ法で結晶成長を行なうだけでよいから、ここではその
詳細を述べるのを省略する。したがって本発明の半導体
レーザ素子を製造する際に、特別な装置を設けることも
、工程を大きく変える必要もない。
式断面図であり、第２図と共通部分を同一符号で表わし
である。第１図が第２図と異なる所は、本発明の半導体
レーザ素子は電流狭窄層６を活性層３側から第１の電流
狭窄層６ａと、第２の電流狭窄層６ｂとの２層として形
成したことにあり、その他の構成は第２図の場合と同じ
にしである。すなわち、本発明では電流狭窄層６がキャ
リア濃度１ ｘ １０１′／７！＊厚さ１ ｐｍのｎ
−ＧａＡｓの第１の電流狭窄、Ｉｉ９６ ａと、その上
Ｅこ漬層したキャリア濃度１ ｘ １０”／ｉ ＊厚さ
ｏ、ｒｐｍのｎ−Ａ−１ａＧａＡｓの第２の電流狭窄層
６ｂとからなる。そして本発明の半導体レーザ素子の製
造方法は、累３図で説明したのと基本的に同じであり、
ただ電流狭窄層６を成長させる過程で、第１の電流狭窄
層６ａと、第２の電流狭窄層６ｂとの２段階にＭＯＣＶ
Ｄ法で結晶成長を行なうだけでよいから、ここではその
詳細を述べるのを省略する。したがって本発明の半導体
レーザ素子を製造する際に、特別な装置を設けることも
、工程を大きく変える必要もない。
以上のようにして形成した電流狭窄Ｍ６の二つの層は何
れもｎ型で電流狭窄の役割を果たし、ｎ−ＧａＡｓの第
１の電流狭窄層６ａで元を吸収して基本横モード発振を
維持し％ｎ−ＡノＧａＡｓ ｃ／）第２の電流狭窄層６
ｂで正孔が拡散するのを抑えるので、本発明は安定な内
部電流狭窄型の半導体レーザ素子とすることができる。
れもｎ型で電流狭窄の役割を果たし、ｎ−ＧａＡｓの第
１の電流狭窄層６ａで元を吸収して基本横モード発振を
維持し％ｎ−ＡノＧａＡｓ ｃ／）第２の電流狭窄層６
ｂで正孔が拡散するのを抑えるので、本発明は安定な内
部電流狭窄型の半導体レーザ素子とすることができる。
本発明の半導体レーザ素子１００個を炸裂し、単一の電
流狭窄層をもつ従来の半導体レーザ素子１００１固との
特性比較した結果、従来素子ではレーザ見損したものが
３８１向であったのに対して、本発明の素子はその２倍
以上の８３ ｉ１ｉ！に違し、製造歩留りが飛躍釣に同
上した。このことは従来の半導体レーザ素子は′１流狭
窄Ｍ６甲を正孔が拡散するために、電流狭窄作用が十分
でなく、これに対して不発明の半導体レープ素子は正孔
の拡散が第２の電流狭窄層６ｂで止められ、電流狭窄効
果が顕著にあられれたことによるものである。また、本
発明の半導体レーザ素子について光出力特性を調べた結
果、光出力は単一基本横モード発振を維持し、この点従
来素子と比べて特に変化は見られなかりた。
流狭窄層をもつ従来の半導体レーザ素子１００１固との
特性比較した結果、従来素子ではレーザ見損したものが
３８１向であったのに対して、本発明の素子はその２倍
以上の８３ ｉ１ｉ！に違し、製造歩留りが飛躍釣に同
上した。このことは従来の半導体レーザ素子は′１流狭
窄Ｍ６甲を正孔が拡散するために、電流狭窄作用が十分
でなく、これに対して不発明の半導体レープ素子は正孔
の拡散が第２の電流狭窄層６ｂで止められ、電流狭窄効
果が顕著にあられれたことによるものである。また、本
発明の半導体レーザ素子について光出力特性を調べた結
果、光出力は単一基本横モード発振を維持し、この点従
来素子と比べて特に変化は見られなかりた。
本発明の半導体レーザ素子は、実施例で述べたように、
光を吸収するｎ −ＧａＡｓの第１の１Ｌ電流狭窄と、
正孔の拡散を阻止する１１−ＡノＧａＡｓの第２の電流
狭窄層との２層からなる電流狭窄層を形成したために、
電流狭窄層がｎ−ＧａＡｓの単一層であった従来の素子
では、ｐｎ接合面からの正孔の拡散を阻止できず、しき
いｆｌｉｌｌＥｆｉが増大しレーザ発振が不安定であっ
たのに比べて、それぞれの電流狭窄層が、ＩＥｆｉ狭窄
作用に加えて光の吸収と正孔の拡散を抑制する役割を果
たしているので、特性を安定させ、製造歩留りを著しく
向上させることができる。
光を吸収するｎ −ＧａＡｓの第１の１Ｌ電流狭窄と、
正孔の拡散を阻止する１１−ＡノＧａＡｓの第２の電流
狭窄層との２層からなる電流狭窄層を形成したために、
電流狭窄層がｎ−ＧａＡｓの単一層であった従来の素子
では、ｐｎ接合面からの正孔の拡散を阻止できず、しき
いｆｌｉｌｌＥｆｉが増大しレーザ発振が不安定であっ
たのに比べて、それぞれの電流狭窄層が、ＩＥｆｉ狭窄
作用に加えて光の吸収と正孔の拡散を抑制する役割を果
たしているので、特性を安定させ、製造歩留りを著しく
向上させることができる。
第１図は本発明の半導体レーザ素子の構造を示す模式断
面図、第２図は従来の半導体レーザ素子の構造を示す模
式断面図、第３図（ａ）〜（ｄｌは従来の半導体レーザ
素子の生な製造工程図である。 １・・・基板、２・・・第１クラッド層、３・・・活性
層、４・・・第２クラッド層、５，５ａ、５ｂ・・・コ
ンタクト層、６、！・・・電流狭窄層、６ａ・・・第１
の電流狭窄層、６ｂ・・・帛２の電流狭窄層。 第１図 第２図 第３図
面図、第２図は従来の半導体レーザ素子の構造を示す模
式断面図、第３図（ａ）〜（ｄｌは従来の半導体レーザ
素子の生な製造工程図である。 １・・・基板、２・・・第１クラッド層、３・・・活性
層、４・・・第２クラッド層、５，５ａ、５ｂ・・・コ
ンタクト層、６、！・・・電流狭窄層、６ａ・・・第１
の電流狭窄層、６ｂ・・・帛２の電流狭窄層。 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- １）半導体基板の一主面上に順次形成された第１クラッ
ド層、活性層、第２クラッド層およびコンタクト層を有
し、第２クラッド層のメサ部とコンタクト層の一部で形
成される領域のレーザ光進行方向と平行な両側面に、第
２クラッド層とは逆導電型の電流狭窄層を埋め込んだ半
導体レーザ素子であって、電流狭窄層が活性層に近い方
から、レーザ光を吸収する第１の電流狭窄層と、第２ク
ラッド層の主キャリアと同種のキャリアの拡散を抑制す
る第２の電流狭窄層との２層からなることを特徴とする
半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7694089A JPH02254779A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7694089A JPH02254779A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02254779A true JPH02254779A (ja) | 1990-10-15 |
Family
ID=13619742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7694089A Pending JPH02254779A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02254779A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5408488A (en) * | 1993-07-09 | 1995-04-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser device |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP7694089A patent/JPH02254779A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5408488A (en) * | 1993-07-09 | 1995-04-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser device |
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