JPH027489A - 半導体レーザ - 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、高性能な埋め込み多重量子井戸型の半導体レ
ーザに関する。半導体レーザは、光通信用光源、コンパ
クトディスクあるいはビデオディスクの読取り光源等、
広範な用途に使用可能である。

［従来の技術］ できるだけ小さな入力電流で効率よくレーザ発振を起こ
すには、内部に電流狭窄構造あるいは光導波構造を形成
して、入力電流を活性層に集中させるとともに、発生し
た光を狭い領域に閉じこめることが有効である。

このような構造を有するものとして埋め込み多重量子井
戸型の半導体レーザが知られており、その−例を第６図
に示す。

第６図において、ｐ形ＧａＡｓ基板１上には、ｐ形Ｇａ
Ａｓバッファ層２、ｐ形Ａ、ｆ！ＧａＡｓ第１クラッド
層３、多重量子井戸活性層４、ｎ形ＡＥ　ＧａＡｓ第２
クラッド層５、ｎ形ＧａＡｓキャップ層６が積層形成し
である。図中、斜線部分にはＺｎが拡散してあり、Ｚｎ
拡散領域の第２クララド層５、キャップ層６をｐ形反転
してｐ形りラッド層５２、ｐ形キャップ層６１とすると
ともに、活性層４を混晶化してｐ形Ａ、ＱＧａＡｓ混晶
Ｎ４１となしである。上記ｐ形キャップ層６１の上面に
はＳｉＯ２膜７が形成しである。

上記構造において上下面にそれぞれｎ形電極８１、ｐ形
電極８２を形成し、電圧を印加すると、電流はＺｎ拡散
領域に挟まれた非拡散領域に狭窄されて活性層４に集中
する。また、発生した光は混晶層４１と上下のクラッド
層３．５により活性層４内に閉じこめられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記構造の半導体レーザは、非拡散領域
にのみ電流が流れるようにするためにｎ形電極８１とｐ
形キャップ１６１の間にＳｉＯ２膜７を形成する必要が
ある。従って、Ｚｎ拡散を行なった後、ＳｉＯ２膜７を
形成しく第７図（１））　、さらに非拡散領域７２を露
出させるためのエツチングマスク７１を形成してＳｉＯ
２膜７をエツチングし、エツチングマスク７１を除去す
る（第７図（２））工程を要し、製造工程が複雑である
。

また、非拡散領域７２の幅は、通常、２〜５μｍと極め
て小さいために非拡散領域を露出させる際のマスク合わ
せが難しく、マスク不良が生じる可能性が高い。

本発明は上記実情に鑑みなされたもので、簡単な構造で
製作が容易であり、かつ高性能な埋め込み多重量子井戸
型の半導体レーザを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の構成を第１図で説明すると、第１の導電形であ
る半導体基板１上に、第１の導電形である第１クラッド
層３と、この第１クラッド層３より禁制帯幅の小さな多
重量子井戸活性層４と、第２の導電形である第２クラッ
ド層５とを順次積層形成し、上記第２クラット層５より
第１の導電形を形成する不純物を導入することにより、
不純物導入領域の第２クラッド層５を第１の導電形とな
し、かつ上記活性層４を混晶させてなる半導体し一部に
おいて、上記第２クラッド層５の少なくとも一部にキャ
リア濃度の高い層を形成し、不純物の導入後も第２の導
電形を保持する遮断層５３となしである。

［作用］ 不純物の導入により、第２クラッド層５は第１の導電形
に反転するが、第２クラッド層５には第２の導電形を保
持する遮断Ｊｌ　５３が形成されるので、第１の導電形
である第１クラッド層３との間はこの遮断層５３により
電気的に絶縁される。これにより電流は不純物導入領域
を上下方向に流れることができず、非導入領域に狭窄さ
れて活性層４に集中する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基いて説明する。第１
図は本発明の半導体レーザの全体断面図であり、第２図
（１）〜（４）に示す手順で作製した。

第２図（１）において、ｐ形ＧａＡｓ基板１上には、分
子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、あるいは有機金属化学気
相結晶成長法（ＭＯＣＶＤ法）等公知の方法を用いて、
ｐ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓバフフッ層２、ｐ形ＡＮ　ｘＧａｔ
−ｘＡｓ第１クラッド層３、多重量子井戸（ＭＱＷ＞活
性層４、ｎ形Ａ、Ｉｌ　ｘＧａｌ−ｘＡｓ第２クラッド
層５、ｎ形ＧａＡｓキャップ層６が順次積層形成しであ
る。

上記活性層４は、Ａ、［！ｙＧａｘ−ｙＡｓバリア層と
、ＧａＡｓあるいはＡ、ｌｌ　ｚ　Ｇ　ａ　ｔ−ｚ　Ａ
−ｓウェル層とを交互積層してなる。活性層４のＡｆ１
混晶比：ｙ、ｚとバリア層およびウェル層厚は希望発振
波長から適宜状められ、例えば、希望発振波長８６５ｎ
ｍの場合には、ｙ＝Ｑ、１５でバリア層厚３゜５ｎｍ、
ｚ＝ｏでウェル層厚１２ｎｍとすればよい。また、上記
第１クラッド層３および第２クラッド層５のＡ、ｌ！混
晶比：Ｘは、０．３とすればよい 第２クラッド層５は、キャリア濃度の異なる２つの層よ
りなり、活性層４に接する側をキャリア濃度の高いｎ十
形Ａ、Ｉｌ　ｘＧａｘ−ｘＡｓ遮断層５１、その上層を
ｎ形ＡβｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層５２としである。

キャリア濃度は、例えば、ｎ形りラッド層５２を５Ｘ１
０１７ａｆとし、ｎ十形遮断層５１を３Ｘ１０１Ｂｃｔ
ｔとすればよい。また、ｎ形ＧａＡｓキャップ層６のキ
ャリア濃度はｎ形りラッド層５２よりやや高いＩ　Ｘ　
１０ｉＢｃＪ程度に設定する。

ここで、ＭＢＥ法を用いて第２クラッド層５を成長した
場合（使用装置　ＭＢＥ−３６０，パリアン社製；成長
速度１．７μｍ／ｈｒ）の、ｎ形不純物であるＳｉ温度
とキャリア濃度の関係を第３図に示す。第２クラッド層
５の組成はＡ、ｌ！０．３Ｇａｏ、７Ａｓ　（Ａ、Ｑ混
晶比　ｘ＝０．３）とした。

図より、Ｓｉ温度１２５５℃で３×１０ｉ８Ｃｉ、Ｓｉ
温度１１９０℃で５Ｘ１０１７ｃＪのキャリア濃度を有
するＡβ０．３　Ｇａｏ、７Ａｓ層が成長可能であるこ
とがわかり、Ｓｉ温度を変更することでｎ十形遮断層５
１とｎ形りラッド層５２とを作り分けることができる。

このようにして各層を順次形成した後、ｎ形ＧａＡｓキ
ャップ層６上にさらにＳ　ｉ　０２Ｊ模９を形成しく第
２図（２））、その上にレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィー工程によりレジストストライプ９１を形成す
る。なお、５ｉ０２膜に代えて５ｉａＮ４を用いてもよ
い。このレジストストライプ９１をマスクとしてＳｉＯ
２膜９をエツチングし、ＳｉＯ２ストライプ９２を形成
する（第２図（３））。次にＳｉＯ２ストライプ９２を
拡散マスクとして、キャップ層６より第１クラッド層３
にかけてｐ形不純物であるＺｎを拡散する（第２図（４
〉）。図中には、Ｚｎ拡散領域９３を斜線で示した。

この時、Ｚｎ拡散濃度は、上記活性層４が破壊されて混
晶化する濃度、すなわち、通常、１×１０ｉ８ａｆ以上
で、かつｎ十形遮断層５１がＺｎ拡散によりｐ形に反転
しない濃度、この場合は３×１０ｉ８ａｉ？未満とする
必要があり、ここでは例えば２Ｘ１０”艷とする。

Ｚｎの拡散法としては、溶液ソース法によるセミシール
拡散法が好適に採用できる。この方法は、Ｚｎを所定量
溶解したＧａＡｓ溶液を拡散ソースとして使用し、小孔
を設けたボードを介して所定時間接触させることによっ
てＺｎの拡散を行なうもので、溶液中のＺｎ濃度の調整
が容易であり、本実施例のように１０１７ａｆ〜１０ｉ
８試オーダーの比較的低濃度の拡散も制御よく実現でき
る。

Ｚｎの拡散法としては、例えばＺｎ拡散ソースとＡｓソ
ースおよびサンプルを閉管内に封入して拡散する方法が
一般的な方法として用いられているが、１０ｉ８ｃｒｆ
オーダーの低濃度拡散は難しく制御性があまりよくない
。

Ｚｎ拡散により、第２図（４）に示すように、ＳｉＯ２
ストライプ９２でマスクした領域はＺｎ拡散前の構造が
保存されているが、Ｚｎ拡散領域９３ではｐ形不純物で
あるＺｎの補償により次のような構成となる。すなわち
、Ｚｎ拡散領域９３内においては、ｐ形Ａ、Ｉ）ｘＧａ
ｘ−ｘＡｓ第１クラッド層３１、ＭＱＷ構造が混晶化し
たｐ形Ａ１ＧａＡｓ混晶層４１、ｎ形ＡＮ　ｘＧａｌ−
ｘＡｓ遮断層５３、ｐ形Ａ、Ｉ）ｘＧａｔ−ｘＡｓ第２
クラッド層５４、ｐ形ＧａＡｓキャップ層６１が順次積
層した構成となっている。

その後、第１図に示すようにＳｉＯ２ストライプ９２を
除去し、上面にｎ形電極８１、裏面にｐ形電極８２を形
成して完成品とする。

次に本発明の半導体レーザの作動について説明する。

上記構造において、ｎ形電極８１が負に、ｐ形電極８２
が正になるように電圧を印加する。Ｚｎ拡散領域９３で
は、ｎ形遮断層５３により、ｐ形第１クラッド層３１と
ｐ形第２クラッド層５４とが電気的に遮断された構造と
なっているため、電流はＺｎ拡散領域を上下方向に流れ
ることができず、電流は非拡散領域に狭窄されて、活性
層４に集中する。また、活性層４において電子−正孔再
結合により発生した光は、上下方向については屈折率の
小さい（Ａ、ｌｌ混晶比の大きい）第１クラッド層３、
第２クラッド層５によって、横方向については混晶化に
よって活性層４より実効的に屈折率の小さくなった混晶
層４１によって活性層４に閉じ込められる。かくして自
己整合的に電流狭窄がなされ、効率的に誘導放出を誘起
する。

第４図には本発明の第２の実施例を示す。

本実施例において、第２クラッド層５は３層構造として
あり、中間層のキャリア濃度を他の層より高くしてｎ十
形Ａ、ＱｘＧａｌ−ｘＡｓ遮断層５１としである。

このように、ｎ十形層は第２クラッド層５のどの部分に
形成してもよく、ｐ形不純物の導入によりｐ−ｎ−ｐ接
合構造が形成される構造であればよい。あるいは本実施
例のようにｎ形キャップ層７を有する場合には、第２ク
ラッド層５全体をｎ十形としてもよく、いずれの場合も
上記実施例同様の効果が得られる。

第５図には本発明の第３の実施例のエネルギーバンド図
を示す。図において、第２クラッド層５は２層構造で、
活性層４側よりｎ十形ＡρｘＧａ１−ＸＡＳ遮断層５１
、ｎ形Ａ、ｌ！　ｘＧａｔ−ｘＡｓクラッド層５２とし
である。そして本実施例では、第２クラッド層５のｌ混
晶比を一様とぜす、活性層４に接するｎ十形遮断層５１
を、ｎ形りラッド層５２より低１混晶比、すなわち、ｘ
＝Ｏ１１５としである。一般にＡ、Ｉ！混晶比が高くな
るとキャリア濃度を高くすることが難しくなるため、キ
ャリア濃度の高いｎ十形遮断層５１を低Ａ、Ｉ）混晶比
とすることによりｎ形ドーピング効率を向上させること
ができるとともに、この低Ａ、ｌ）混晶比の領域がレー
ザ光のガイド層の役割を果たすので有効である。

なお、上記実施例ではＧａＡｓ／ＡＪ！　ＧａＡｓ系を
取上げたが、ＧａＩ　ｎＰ／Ａ、Ｉｌ　ＧａＩ　ｎＰ系
、ＧａＩｎＡｓ／ＡＮＧａＩｎＡｓ系、ＧａＩｎＡｓＰ
／ＩｎＰ系材料等、他の系とし系材上く、上記した構造
とすることで同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 本発明によれば、第２クラッド層の少なくとも一部に第
１の導電形を形成する不純物の導入後も第２の導電形を
保持する遮断層を設けたので、不純物の導入により自己
整合的に電流狭窄構造が実現できる。

従って、従来のように、電極と不純物導入領域との間に
絶縁膜を形成する工程が不要となるのでプロセスの簡略
化が図れ、また高度な技術を必要とするマスク合せが不
要であるのでマスク不良による不良素子の発生を抑制で
き、簡単な構造で高品質かつ高性能な半導体レーザが得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は半
導体レーザの全体断面図、第２図は半導体レーザの製造
工程を示す図、第３図はＳｉ濃度とキャリア濃度の関係
を示す図、第４図は本発明の第２の実施例を示す半導体
レーザの全体断面図、第５図は本発明の第３の実施例を
示すエネルギーバンド図、第６図は従来の半導体レーザ
の全体断面図、第７図は従来の半導体レーザの製造工程
を示す図である。 １・・・・・・基板 ３・・・・・・第１クラッド層 ４・・・・・・多重量子井戸活性層 ５・・・・・・第２クラッド層 ５３・・・・・・ｎ形遮断層（遮断層）第１図 第２図 第３図 ｉ 温 度 （°Ｃ） １０００／Ｔｓｉ （に　） 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の導電形である半導体基板上に、 第１の導電形である第１クラッド層と、 この第１クラッド層より禁制帯幅の小さな多重量子井戸
   活性層と、 第２の導電形である第２クラッド層とを順次積層形成し
   、 上記第２クラッド層より第１の導電形を形成する不純物
   を導入することにより、不純物導入領域の第２クラッド
   層を第１の導電形となし、かつ上記活性層を混晶させて
   なる半導体レーザにおいて、上記第２クラッド層の少な
   くとも一部にキャリア濃度の高い層を形成し、不純物の
   導入後も第２の導電形を保持する遮断層となしたことを
   特徴とする半導体レーザ。