JPH03112186A - ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザInfo
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- JPH03112186A JPH03112186A JP25149289A JP25149289A JPH03112186A JP H03112186 A JPH03112186 A JP H03112186A JP 25149289 A JP25149289 A JP 25149289A JP 25149289 A JP25149289 A JP 25149289A JP H03112186 A JPH03112186 A JP H03112186A
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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、ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザに関する
ものである。
ものである。
（従来の技術）
半導体レーザは光通信、光情報処理用光源等に広く用い
られている。この種の用途では横モード制御されかつ垂
直放射角の小さな半導体レーザが望まれる。従来の垂直
放射角の低減方法としては、活性層の薄膜化及びクラッ
ド層との屈折率差の低減が一般的な方法であるが、この
方法では厚膜活性層でかつ屈折率差が大きな半導体レー
ザでは低垂直放射角は得られなかった。これに対して、
厚膜活性層を有する半導体レーザの低垂直放射角化が特
願昭６３−１６４０３４に開示されている。その手法は
クラッド層を二重構造とし外側のクラッド層の屈折率を
内側のクラッド層の屈折率より小さくすることにより、
厚膜活性層でかつ内側のクラッド層とのバンドギャップ
差を大きく維持したまま低非直放射角を得るものである
。ここでバンドギャップ差を大きくとることは屈折率差
を大きくすることになる。
られている。この種の用途では横モード制御されかつ垂
直放射角の小さな半導体レーザが望まれる。従来の垂直
放射角の低減方法としては、活性層の薄膜化及びクラッ
ド層との屈折率差の低減が一般的な方法であるが、この
方法では厚膜活性層でかつ屈折率差が大きな半導体レー
ザでは低垂直放射角は得られなかった。これに対して、
厚膜活性層を有する半導体レーザの低垂直放射角化が特
願昭６３−１６４０３４に開示されている。その手法は
クラッド層を二重構造とし外側のクラッド層の屈折率を
内側のクラッド層の屈折率より小さくすることにより、
厚膜活性層でかつ内側のクラッド層とのバンドギャップ
差を大きく維持したまま低非直放射角を得るものである
。ここでバンドギャップ差を大きくとることは屈折率差
を大きくすることになる。
（発明が解決しようとする課題）
上述の手法は、活性層厚を薄くすると信頼性が低下する
という現状にあるＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザに
おいては非常に重要な垂直放射角の低減手法であるが、
横モード制御構造を作りつける上で難しさを生じさせる
。ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザでは外側のクラッ
ド層となるＡｌＧａＩｎＰ結晶のＡ１組成比は内側のク
ラッド層となるＡｌＧａＩｎＰ結晶のＡ１組成比と比べ
小さくなければならない。横モード制御構造を作りつけ
る工程にはクラッド層のメサ形状化というエツチング工
程が含まれるが上記の組成比の関係がこのエツチング工
程の制御性を悪くする。従来知られているエツチング方
法では外側のクラッド層のエツチングレートは遅く、内
側のクラッド層のエツチングレートが速いため、活性層
上部に残存させなければならないクラッド層厚をエツチ
ング毎に一定に保つことが難しい。
という現状にあるＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザに
おいては非常に重要な垂直放射角の低減手法であるが、
横モード制御構造を作りつける上で難しさを生じさせる
。ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザでは外側のクラッ
ド層となるＡｌＧａＩｎＰ結晶のＡ１組成比は内側のク
ラッド層となるＡｌＧａＩｎＰ結晶のＡ１組成比と比べ
小さくなければならない。横モード制御構造を作りつけ
る工程にはクラッド層のメサ形状化というエツチング工
程が含まれるが上記の組成比の関係がこのエツチング工
程の制御性を悪くする。従来知られているエツチング方
法では外側のクラッド層のエツチングレートは遅く、内
側のクラッド層のエツチングレートが速いため、活性層
上部に残存させなければならないクラッド層厚をエツチ
ング毎に一定に保つことが難しい。
本発明の目的は、厚膜活性層でかつ活性層に隣接するク
ラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大きくとり、
しかもメサ形状の製作が容易な層構造を有し、低垂直放
射角で横モード制御されたＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザを提供することにある。
ラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大きくとり、
しかもメサ形状の製作が容易な層構造を有し、低垂直放
射角で横モード制御されたＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザを提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明のＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザは、半導体
基板上に厚膜のＡｌＧａＩｎＰ結晶でなる活性層を前記
活性層より禁制帯幅が３５０ｍｅＶ以上大きなＡｌＧａ
ＩｎＰ結晶でなる第１のクラッド層で挟み込んだダブル
ヘテロ構造を有し、さらに前記ダブルヘテロ構造をＡｌ
ＧａＡｓでなる第２のクラッド層により直接あるいは薄
膜層を介して上下に挟み込んだ光導波路構造をもち、上
記第１のクラッド層と第２のクラッド層の屈折率には第
２のクラッド層の屈折率が第１のクラッド層の屈折率よ
り大きいという関係を有し、かつ、前記活性層を中心と
して前記半導体基板に対して反対側に位置する第２のク
ラッド層が、共振器方向に直線上のメサ形状をなしてい
ることを特゛徴とする。
基板上に厚膜のＡｌＧａＩｎＰ結晶でなる活性層を前記
活性層より禁制帯幅が３５０ｍｅＶ以上大きなＡｌＧａ
ＩｎＰ結晶でなる第１のクラッド層で挟み込んだダブル
ヘテロ構造を有し、さらに前記ダブルヘテロ構造をＡｌ
ＧａＡｓでなる第２のクラッド層により直接あるいは薄
膜層を介して上下に挟み込んだ光導波路構造をもち、上
記第１のクラッド層と第２のクラッド層の屈折率には第
２のクラッド層の屈折率が第１のクラッド層の屈折率よ
り大きいという関係を有し、かつ、前記活性層を中心と
して前記半導体基板に対して反対側に位置する第２のク
ラッド層が、共振器方向に直線上のメサ形状をなしてい
ることを特゛徴とする。
（作用）
第１図（ａ）に本発明のＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レ
ーザの断面模式図の一例を示す。半導体基板１０上に第
２のＡｌＧａＡｓクラッド層４、第１のＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層２、活性層１、第１のＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層３が順次この順に積層され、その上にメサ形状の第
２のＡｌＧａＡｓクラッド層を左右よりＧａＡｓ電流ブ
ロック層により挟み込んだ横モード制御構造を配し、そ
の上面をＧａＡｓキャップ層で覆っている。活性層厚は
７００Å以上であり、活性層１と第１のクラッド層２．
３のバンドギャップ差は３５０ｍｅＶ以上とっである。
ーザの断面模式図の一例を示す。半導体基板１０上に第
２のＡｌＧａＡｓクラッド層４、第１のＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層２、活性層１、第１のＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層３が順次この順に積層され、その上にメサ形状の第
２のＡｌＧａＡｓクラッド層を左右よりＧａＡｓ電流ブ
ロック層により挟み込んだ横モード制御構造を配し、そ
の上面をＧａＡｓキャップ層で覆っている。活性層厚は
７００Å以上であり、活性層１と第１のクラッド層２．
３のバンドギャップ差は３５０ｍｅＶ以上とっである。
活性層をＧａｏ、５Ｉｎ□、５Ｐとすれば第１のクラッ
ド層２．３はＡＩの組成比Ｘが約０．５以上のＡｌＧａ
ＩｎＰ結晶となる。ここでは、ＡＩの組成比は（Ａｌｘ
Ｇａｌ −ｘ）６．５Ｉｎ□、５Ｐという表記でのＸを
表す。第１図（ａ）のＡ−Ａ’の断面における活性層と
第１のクラッド層、第２のクラッド層の屈折率分布を第
１図（ｂ）に示す。第２のＡｌＧａＡｓクラッド層４．
５の屈折率ｎ３は第１のＡｌＧａＩｎＰクラッド層の屈
折率ｎ２より大きく活性層１の屈折率ｎ１より小さい。
ド層２．３はＡＩの組成比Ｘが約０．５以上のＡｌＧａ
ＩｎＰ結晶となる。ここでは、ＡＩの組成比は（Ａｌｘ
Ｇａｌ −ｘ）６．５Ｉｎ□、５Ｐという表記でのＸを
表す。第１図（ａ）のＡ−Ａ’の断面における活性層と
第１のクラッド層、第２のクラッド層の屈折率分布を第
１図（ｂ）に示す。第２のＡｌＧａＡｓクラッド層４．
５の屈折率ｎ３は第１のＡｌＧａＩｎＰクラッド層の屈
折率ｎ２より大きく活性層１の屈折率ｎ１より小さい。
第２図に垂直放射角と活性層厚の関係を示したが、本発
明の屈折率分布を有することにより７００Å以上の厚い
活性層厚にもかかわらず３０°以下の垂直放射角を容易
に得ることができる。活性層厚が７００Å以上で活性層
とのバンドギャップ差が３５０ｍｅＶ以上の単一クラッ
ド層のＡｌＧａＩｎＰでは温度特性、発振しきい値電流
値、信頼性は良好であるが、垂直放射角として約３００
が最小値である。本発明では活性層厚を７００Å以上の
厚膜に維持し、かつ、第１のＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２．３と活性層１のバンドギャップ差も同じ３５０ｍｅ
Ｖ以上に維持しているため、従来の活性層の薄膜化や低
屈折差化による低垂直放射角化の手法に比べ、温度特性
、信頼性を大きく損なうことなく、実用上有用である３
０’以下の垂直放射角が得られる。また第２のＡｌＧａ
Ａｓクラッド層５を用いることにより選択的エツチング
によるメサ形成が可能となりエツチングの制御性が改善
される。
明の屈折率分布を有することにより７００Å以上の厚い
活性層厚にもかかわらず３０°以下の垂直放射角を容易
に得ることができる。活性層厚が７００Å以上で活性層
とのバンドギャップ差が３５０ｍｅＶ以上の単一クラッ
ド層のＡｌＧａＩｎＰでは温度特性、発振しきい値電流
値、信頼性は良好であるが、垂直放射角として約３００
が最小値である。本発明では活性層厚を７００Å以上の
厚膜に維持し、かつ、第１のＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２．３と活性層１のバンドギャップ差も同じ３５０ｍｅ
Ｖ以上に維持しているため、従来の活性層の薄膜化や低
屈折差化による低垂直放射角化の手法に比べ、温度特性
、信頼性を大きく損なうことなく、実用上有用である３
０’以下の垂直放射角が得られる。また第２のＡｌＧａ
Ａｓクラッド層５を用いることにより選択的エツチング
によるメサ形成が可能となりエツチングの制御性が改善
される。
（実施例）
以下実施例を用いそ第２のクラッド層がＡｌＧａＡｓで
なることによってもたらされる大きな作用・効果につい
て述べる。実際に作製したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザの断面模式図を第３図に示す。第３図はＧａＩｎ
Ｐバッファー層９が第１のクラッド層３と第２のクラッ
ド層５及びＧａＡｓ電流ブロック層６の間に挿入されて
いるところだけ第１図と異なる。このＧａＩｎＰバッフ
ァー層は４０人程度の厚さで、電圧−電流特性を改善す
るものであり、第１図を用いて説明した低垂直放射用化
にほとんど影響を与えるものではない。厚さが４０人と
薄いのでここでの光の吸収は小さく特性に影響しない。
なることによってもたらされる大きな作用・効果につい
て述べる。実際に作製したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザの断面模式図を第３図に示す。第３図はＧａＩｎ
Ｐバッファー層９が第１のクラッド層３と第２のクラッ
ド層５及びＧａＡｓ電流ブロック層６の間に挿入されて
いるところだけ第１図と異なる。このＧａＩｎＰバッフ
ァー層は４０人程度の厚さで、電圧−電流特性を改善す
るものであり、第１図を用いて説明した低垂直放射用化
にほとんど影響を与えるものではない。厚さが４０人と
薄いのでここでの光の吸収は小さく特性に影響しない。
第４図に製作工程図を示す。最初に第４図（ａ）に示す
ように、ＧａＡｓ半導体基板１０上に、厚さ０．８μｍ
のＡ１０．６０ａ□、４Ａｓでなる第２のクラッド層４
、厚さ０．３ｐｍの（ＡＩｏ、６０ａ０．４）０．５Ｉ
ｎ０．５Ｐでなる第１のクラッド層２、厚さ７００人の
Ｇａ（１５Ｉｎ□、５Ｐでなる活性層１、厚さ０．３ｐ
ｍの（ＡＩ□、６Ｇａ□、４）０．５Ｉｎ□、５Ｐでな
る第１のクラッド層３、厚さ４０人のＧａ□、５Ｉｎｏ
、５Ｐでなるバッファ層９、厚さ０．８ｐｍのＡｌ００
６Ｇａｏ、４Ａｓでなる第２のクラッド層５、及び厚さ
０．１ｐｍ厚のＧａＡｓキャップ層８をこの順に有機金
属気相成長法により積層する。次に第４図（ｂ）に示す
ように耐酸性のストライプ状のエツチングマスク（図に
は示していない）とエツチングによりメサを形成する。
ように、ＧａＡｓ半導体基板１０上に、厚さ０．８μｍ
のＡ１０．６０ａ□、４Ａｓでなる第２のクラッド層４
、厚さ０．３ｐｍの（ＡＩｏ、６０ａ０．４）０．５Ｉ
ｎ０．５Ｐでなる第１のクラッド層２、厚さ７００人の
Ｇａ（１５Ｉｎ□、５Ｐでなる活性層１、厚さ０．３ｐ
ｍの（ＡＩ□、６Ｇａ□、４）０．５Ｉｎ□、５Ｐでな
る第１のクラッド層３、厚さ４０人のＧａ□、５Ｉｎｏ
、５Ｐでなるバッファ層９、厚さ０．８ｐｍのＡｌ００
６Ｇａｏ、４Ａｓでなる第２のクラッド層５、及び厚さ
０．１ｐｍ厚のＧａＡｓキャップ層８をこの順に有機金
属気相成長法により積層する。次に第４図（ｂ）に示す
ように耐酸性のストライプ状のエツチングマスク（図に
は示していない）とエツチングによりメサを形成する。
このときリン酸と過酸化水素と水の混合液に対して、Ｇ
ａＡｓ及びＡｌＧａＡｓはエツチングされるがＧａＩｎ
ＰやＡｌＧａＩｎＰはほとんどエツチングされない。こ
れによりエツチングはＧａＩｎＰバッファ層の上部で停
止する。よってメサ低面と活性層との距離は常に（Ａｌ
ｏ、６Ｇａ□、４）０．５Ｉｎ□、５Ｐでなる第１のク
ラッド層３の厚さ０．３ｙｍに固定され、エツチングの
制御に優れる。硫酸系のエツチングでも同様の結果が得
られる。このように横モード制御構造を作る上で重要な
メサ形状化の工程が非常に容易となる。次に第４図（ｅ
）に示すように再び有機金属気相成長法により電流ブロ
ック層６とＧａＡｓキャップ層７を２回の成長により形
成し第３図の構造を完成した。半導体基板１０とＧａＡ
ｓキャップ層７の上に電極（図には記していない）を形
成して素子が完成した。
ａＡｓ及びＡｌＧａＡｓはエツチングされるがＧａＩｎ
ＰやＡｌＧａＩｎＰはほとんどエツチングされない。こ
れによりエツチングはＧａＩｎＰバッファ層の上部で停
止する。よってメサ低面と活性層との距離は常に（Ａｌ
ｏ、６Ｇａ□、４）０．５Ｉｎ□、５Ｐでなる第１のク
ラッド層３の厚さ０．３ｙｍに固定され、エツチングの
制御に優れる。硫酸系のエツチングでも同様の結果が得
られる。このように横モード制御構造を作る上で重要な
メサ形状化の工程が非常に容易となる。次に第４図（ｅ
）に示すように再び有機金属気相成長法により電流ブロ
ック層６とＧａＡｓキャップ層７を２回の成長により形
成し第３図の構造を完成した。半導体基板１０とＧａＡ
ｓキャップ層７の上に電極（図には記していない）を形
成して素子が完成した。
本実施例ではバッファ層９を厚さ４０人のＧａｒｎＰ−
層としたが、厚さ２０人の（ＡＩｏ、３Ｇａｏ、７）０
．５Ｉｎ□、５Ｐと厚さ２０ＡＧａＩｎＰの２層構造に
することによりエツチングの制御性を維持したまま電流
−電圧特性をさらによくすることができる。
層としたが、厚さ２０人の（ＡＩｏ、３Ｇａｏ、７）０
．５Ｉｎ□、５Ｐと厚さ２０ＡＧａＩｎＰの２層構造に
することによりエツチングの制御性を維持したまま電流
−電圧特性をさらによくすることができる。
（発明の効果）
以上作用及び実施例で述べてきたように、本発明によれ
ば、従来３０°以下の垂直放射角が得られない、厚さ７
００Å以上の厚膜の活性層を有し、活性層とクラッド層
のバンドギャップ差が３５０ｍｅＶ以上のＡｌＧａＩｎ
Ｐ可視光半導体レーザにおいて、活性層厚とバンドギャ
ップ差を維持しながら、３００以下の垂直放射角が得ら
れると共に、横モード制御構造によく用いられるメサ構
造が容易に形成できるＡｌＧａ１ｎＰ可視光半導体レー
ザを得ることができる。
ば、従来３０°以下の垂直放射角が得られない、厚さ７
００Å以上の厚膜の活性層を有し、活性層とクラッド層
のバンドギャップ差が３５０ｍｅＶ以上のＡｌＧａＩｎ
Ｐ可視光半導体レーザにおいて、活性層厚とバンドギャ
ップ差を維持しながら、３００以下の垂直放射角が得ら
れると共に、横モード制御構造によく用いられるメサ構
造が容易に形成できるＡｌＧａ１ｎＰ可視光半導体レー
ザを得ることができる。
第１図（ａ）、第３図は本発明のＡｌＧａＩｎＰ可視光
半導体レーザの断面模式図、第１図（ｂ）は活性層、第
１のクラッド層、第２のクラッド層の屈折率分布を示す
図、第２図は垂直放射角の活性層厚依存性を示す図、第
４図（ａＸｂＸｃ）は製作工程図である。図中１＝活性
層、２．３：第１のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４．５
：第２のＡｌＧａＡｓクラッド層、６：ＧａＡｓ電流ブ
ロック層、７．８：ＧａＡｓキャップ層、９：ＧａＩｎ
Ｐバッファ層、１ｏ：半導体基板である。 垂直放射角 θ上 （ｄｅｇ ）
半導体レーザの断面模式図、第１図（ｂ）は活性層、第
１のクラッド層、第２のクラッド層の屈折率分布を示す
図、第２図は垂直放射角の活性層厚依存性を示す図、第
４図（ａＸｂＸｃ）は製作工程図である。図中１＝活性
層、２．３：第１のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４．５
：第２のＡｌＧａＡｓクラッド層、６：ＧａＡｓ電流ブ
ロック層、７．８：ＧａＡｓキャップ層、９：ＧａＩｎ
Ｐバッファ層、１ｏ：半導体基板である。 垂直放射角 θ上 （ｄｅｇ ）
Claims (1)
- 半導体基板上に厚膜のＡｌＧａＩｎＰ結晶でなる活性層
を前記活性層より禁制帯幅が３５０ｍｅＶ以上大きなＡ
ｌＧａＩｎＰ結晶でなる第１のクラッド層で挟み込んだ
ダブルヘテロ構造を有し、さらに、前記ダブルヘテロ構
造をＡｌＧａＡｓでなる第２のクラッド層により直接に
あるいは薄膜層を介して上下に挟み込んだ光導波路構造
をもつ半導体レーザであって、前記第２のクラッド層の
屈折率が前記第１のクラッド層の屈折率より大きく、か
つ前記活性層を中心として前記半導体基板に対して反対
側に位置する第２のクラッド層が、共振器方向に直線上
のメサ形状をなしていることを特徴とするＡｌＧａＩｎ
Ｐ可視半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25149289A JPH03112186A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25149289A JPH03112186A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112186A true JPH03112186A (ja) | 1991-05-13 |
Family
ID=17223605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25149289A Pending JPH03112186A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03112186A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4444313A1 (de) * | 1993-12-13 | 1995-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Laserdiode für sichtbares Licht und Verfahren zur Herstellung der Laserdiode für sichtbares Licht |
| EP0702414A3 (en) * | 1994-09-01 | 1997-10-29 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light emitting devices |
| JP2002353566A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-12-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP25149289A patent/JPH03112186A/ja active Pending
Cited By (5)
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