JPH03206679A - 半導体レーザー - 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、レーザプリンタ，バーコードリーダ等の光源
に用いられる半導体レーザに関し、特に発振波長６８０
ｎｍ以下の可視光半導体レーザの構造に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

半導体レーザは、光通信装置や光ディスク装置等の光情
報処理装置用の光源として、利用されており、各種構造
の半導体レーザが提案されている。

従来の可視光半導体レーザの一例として、１９８７年秋
応物講演会予稿集７６４頁１９ａ−ＺＲ−４．１９ａ−
ＺＲ−５に、又、１９８９年春応物講演会予稿集８８６
頁、ＩＰ−ＺＣ−２．ＩＰ−ＺＣ−３，ＩＰ−ＺＣ−４
に示されテイる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の半導体レーザの一例を第３図に示す。従
来型の半導体レーザは、ｎ　−　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板（
１）上に、発光領域となるＧ　ａ　ｏ．ｓ　Ｉ　ｎ　ｏ
．ｓＰ活性層（４）をこれよりも禁制帯幅の大きいＡｌ
ｌ’　ｏ．ｓ　Ｉ　ｎｏ．ｓＰもしくは（Ａ　Ｒ　ｏ．
ｓ　Ｇ　ａ　ａ．ａ）　ｏ．ｓ　Ｉ　ｎ　ａｓ　Ｐクラ
ッド層（３）および（５）ではさんでなる結晶積層体を
備え、その結晶積層体に隣接して、結晶積層体の隣接側
とは逆導電性の電流ブロック層（７）を備え、さらに半
導体層（キャップ層）００）を備えた後に、電極０ツ，
０つを設けて構或されている。

しかし、この構造の半導体レーザでは、非点隔差が１０
μｍ前後と大きい。非点隔差は、横方向屈折率差と関係
しており、横方向屈折率差は、半導体レーザのリッジサ
イドのクラッド層（５）の厚さと電流ブロック層（７）
の吸収ロスにより決まっている。また、クラッド層（５
）のりッジサイドの厚さとリッジ幅は、発振しきい値電
流工。と関係する。

したがって、発振しきい値Ｉｔｈと独立に横方向屈折率
差を制御できないという問題があった。

また、第４図に示す様なＳ　ｉ　３Ｎ４（Ｊ　６）を用
いる構造では、非点隔差の低減はできるが、半導体レー
ザの製造工程が複雑になり、素子の保留，信頼性の悪化
という欠点がある。

本発明は、上述した従来型の半導体レーザの欠点を除去
して、横方向屈折率差を発振しきい値と独立に制御でき
、簡単な製造工程で非点隔差の小さい半導体レーザを実
現するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザは、発振しきい値電流Ｉ　Ｉｈに
ついては、リッジ幅とりッジサイドのクラッド層厚で制
御し、横方向屈折率差ΔＮについては、電流ブロック層
をＡｎ．Ｇａ．−、Ａｓ　（０≦ｕ≦１）とＧａＡｓで
、各々の厚さと、組成比で制御できる構造となっている
。すなわち、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板上に、発光領域となる
（Ａ　４７　．　０　ａ　＋−）。，ＩｎＯ．ＳＰ（０
≦ｘ≦０．４）活性層をこれよりも禁？帽の大きい（Ａ
Ａ’　，Ｇａ　＋−ｙ）　ｏ．ｓ　Ｉ　ｎａｓＰ　（０
．　５≦ｙ≦１）クラッド層ではさんだダブルヘテロ構
造を有し、前記クラッド層に隣接して、前記クラッド層
と同じ導電性のＧａｌＬｓＩｎｌＬｓＰ層を備え、前記
Ｇ　ａ　ｏ．ｓ　Ｉ　ｎ　ｏ．ｓＰ層に隣接して、リッ
ジストライプ状の同じ導電性の第２の（ＡｎアＧａ＋■
）。，Ｉｎ０，ｓＰ（ｏ．ｓ≦ｙ≦１）クラッド層とＡ
Ａ．Ｇ　Ｆ’　＋　−ｔ　Ａ　ｓ層（０．３≦ｚ≦０．
５）を有し、前記リッジストライプの両側に、逆導電性
のＡｌ．Ｇ　ａ　＋　−ｕ　Ａ　ｓ　（　０≦ｕ≦１）
とＧａＡｓを順次積層した電流ブロック層を配置し、さ
らにＧａＡｓコンタクト層を設けたことを特徴とする構
成になっている。

〔実施例１〕 次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図である。まず、１回
目の結晶或長をＭＯ−ＶＰＥ法により戊長温度７００℃
，成長圧力７　０Ｔｏｒｒの条件下で、ＧａＡ　ｓ基板
（１）上にキャリア濃度Ｉ　Ｘ　１　０　”ａＩ１−’
のＳｉドープＧａＡｓバッファ層（２）を０．５μｍ，
キャリア濃度５　Ｘ　１　０　１７ｃｍ−’のＳｉドー
プｎ　　（Ａ４ｏ．ｓＧ　ａ　ａｊ）　ｌｌＬｓ　Ｉ　
ｎ　ａ．ｓＰクラッド層（３）を１μｍ，アンドープＧ
　ａｏ．ｓ　Ｉ　ｎｏ．ｓＰ活性層（４）を０．０７，
ｕｍ，キャリア濃度６　Ｘ　１　０　”ｃｍ−’のＺｎ
ドープのｐ一｛Ａ　ＩＩ　ｏ．ｓ　Ｇ　ａ　Ｏ．４）　
．ｓ　Ｉ　ｎ　ｏ．ｓ　Ｐ第１クラッド層（５）を０．
２５μｍ，キャリア濃度Ｉ　Ｘ　１　０　”ｃｍ−３の
Ｚｎドーフｐ　ＧｆＬｏ，ｓ工ｎａ．ｓＰエッチングス
トッパー層（６）を０．０５μｍ，キャリア濃度６　Ｘ
　１　０　”ｃｍ−”のＺｎドープｐ（Ａｆｆｌｏ．ｓ
Ｇ＆ａ．４）　＋Ｌ！Ｉ　ｎａｉＰ第２クラッド層（８
）を０．７μｍ，キャリア濃度１×１　０　”ｃｍ−”
のＺｎドープｐＡ　１２　０．４　Ｇ　ＥＬ　ｏ．ｓ　
Ａ　Ｓ層（９）を０．０６μｍ，キャリア濃度２　Ｘ　
１　０　”ｃｍ−”のＺｎドーブＧ　ａ　Ａ　ｓキャッ
プ層０Φを０．３μｍ順次積層する。

次に、リッジストライプ形或用のエッチングマスク兼．
選択戒長用マスクとなるＳｉｇｈ膜２０００人を或膜さ
せ、レジストを塗布し、これをマスクとして［０　１１
１方向にＳ　ｉ　Ｏ　ｔストライプを形成し、続いて、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓコンタクト層ａＯをＮＨ４０Ｈ：Ｈ２０
＝１　：　２　０エッチャントによりエッチングする。

次に、リン酸系エッチャントによりＧａｏ．ｓＩｎ。，
Ｐエッチングストッパー層（６）マテエッチングしてリ
ッジストライプ形或する。リッジストライプ幅Ｗは、５
μｍとする。

次に２回目の結晶成長をＭＯ−ＶＰＥ法によりキャリア
濃度２　Ｘ　１　０　”ｃｍ−３のＳｉドープＡ４ｏ４
ｓＧ　ａ　ｏ．ｓｓ　Ａ　ｓ電流ブロック層（７１）を
厚さ０．　２　ｐ　ｍ　，キャリア濃度３×１０口ｃｍ
−３のＳｉ　ドープＧａＡｓ電流ブロック層σ力な厚さ
０．４μｍ選択成長させる。

次に、Ｓｉ○２を除去した後、３回目の結晶をＭＯ−Ｖ
ＰＥ法ニヨリ、キャリア濃度２Ｘ１０”ｃｍ−３のＺｎ
ドープＧａＡｓ＝＋ンタクト層０υを３μｍ戒長させる
。続いて、電極０力，０○を形或して本発明の半導体レ
ーサができる。

本発明における半導体レーザは、発振しきい値電流Ｉ　
，，＝　４　５　ｍＡ，非点隔差５μｍ（３ｍＷ出力）
の特性が得られた。

〔実施例２〕 次に実施例２について説明する。半導体レーザの層構造
は、第２図に示す通りで、第１図に示す実施例ｌと同じ
である。異なるのは、リッジストライプ（．１４）の方
向で、ここでは、ＣＱ１．１］方向にリッジストライプ
（４　４）を形戒する点である。本実施例では、活性層
側の電流パスが狭くなっているため、キャリアを効率良
く注入できる。この結果、実施例ｌよりも発振しきい値
電流工。を約５ｍＡ低減できる。非点隔差については、
実施例ｌと同様に５μｍ前後低減できる。

また、本発明の半導体レーザの製造は、ＭＯ一ＶＰＥ法
に限らず、ＭＢＥ法，ＭＯ−ＭＢＥ法において可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明は、注入された電流は電流ブロック層σＤ，σつ
間のストライプ状の窓からｐ一第１クラッド層（８）を
通って、ＧａＨｓＩｎａｓＰ活性層（４）に注入される
。活性層（４）に注入されたキャリアは、活性層（４）
横方向に拡散して、利得分布を形或し、レーザ発振を開
始する。このとき活性層（４）のキャリア密度がｌ〜２
Ｘ１０”ｃｍ’と高いので活性層（４）内のキャリア拡
散長が短くなり、利得分布は、主にリッジ０４）下の活
性層（４）の部分に形成され、その形状は急峻になり、
その結果、リッジストライプ０４）下の部分のみ利得が
高くなりその外部は損失領域となる。

一方、レーザ光は、活性層（４）からしみ出し垂直方向
に広がる。このときｐ一第１クラッド層（５）にしみ出
した光は、ｐ一第１クラッド層（５）の上にあるＡ　Ｉ
！　ｕ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｕ　Ａ　ｓ電流ブロック層σＤ，
さらに電流ブロック層σＤに隣接して、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
電流ブロック層σつがあるが、電流ブロック層σＤは、
Ａ１組成によりレーザ光に対する吸収係数が変化し（Ａ
ｕ組或増加に伴い吸収係数は小さくなる）、電流ブロッ
ク層（７ノは、吸収層として働く。したがって、レーザ
光は、電流ブロック層σＩ），（７Ｚにひき込まれて、
吸収損失を受ける。その結果、リッジストライプ０４）
下の活性層近傍には、正の屈折率差ΔＮが生じ、基本横
モード発振が維持される。この様な吸収損失による導波
機構における光の波面は、Ｃｏｏｋ　ａｎｄ　Ｎａｓｈ
（Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ；４６　ｐ１６
６０（１９７５））により近似解析がなされており、波
面の曲率半径Ｒは、複素屈折率を用いて次の様に示され
る。

Ｉｍａｇ（Δｎ＊ｒｒ） ここで Ｉｍａｇ（ΔＭ−ｒＪ＝Ｉｌａｇ（Ｍ−ｒｒｏ−’；．
ｒｒ＋）＝ＩＩｌａｇ（Ｐ．ｍ）＝α／２ｋ ｋ＝２π／λ リッジ下部　ｎｅｔｔｏ＝Ｎｍｔｔｏｃ実部のみ）リッ
ジ下部　ｎ＊ｔｔ＋＝Ｎ．ｔｔ１＋ｉ（α／２ｋ）この
様の光の波面の曲率の存在が非点隔差の発生の原因とな
っている。すなわち、非点隔差の低減は、リッジ外部の
複素屈折率の虚部を小さくすれば良い。虚部を小さくす
るためには、吸収損失を小さくすれば良いわけで、電流
ブロック層σＤのＡＩ２組成と厚さの変更により、吸収
損失は、小さくでき、その変化幅も広く設定できる。本
実施例と設定可能であり、５μｍ以下の非点隔差が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、［０　１　１）方向にリッジストライプを有
する半導体レーザの断面図、第２図はＣＯ　１　１）方
向にリッジを有する半導体レーザの断面図である。第３
図，第４図は、従来型の半導体レーザの断面図である。 第１図〜第４図において、 １・−・・−ｎ−ＧａＡｓ基板、２−ｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層、３−−ｎ　　（Ａｊ２，Ｇａ＋−ｙ）０．５Ｉ
ｎ０．５Ｐクラッド層（０．５≦ｙ≦１）、４・・・・
・・アンドーブ（ＡＣＧａ＋−−）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
活性層（０≦ｘ≦０．４）、５”””ｐ（ＡＩ２，Ｇａ
＋−ｙ）ｏ．ｓＩｎｏ．ｓｐ第１クラッド層（０．５≦
ｙ≦１）、６＝・＝・ｐ　　Ｇａｏ，ｓＩｎｏ．ｓＰエ
ッチングスト７バ−ＩＪ，７１・・・・・・ｎ一Ａ　（
ｌ　ｕ　Ｇ　ａ　ｌ−ｕ　Ａ　ｓ電流ブロック層（１≦
ｕ≦１）、７２・・・・・・Ｈ　　ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層、８・・・・・・ｐ（Ａ　ＩＩ　Ｆ　Ｇ　ａ　ｒ−
ｙ）　ｃ．ｓ　Ｉ　ｎ　ａ．ｓ　Ｐ第２クラッド層（０
．５≦ｙ≦１）、！Ｊ＋・＋＋＋ｐ　　Ａｌ．Ｇａ＋−
Ａｓ（０．３≦ｚ≦０．５）、　１　　０＝−−−＝ｐ
−ＧａＡｓキャップ層、ｌ１・・・・・・ｐ　−　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓコンタクト層、１２．１３・・・・・・電極
、１４・・・・・・リッジストライフ、ｌ　５−ｐ−Ｇ
ａ．，，ｓＩ　ｎｏ．ｓＰ層、１　６　−−　Ｓ　ｉ　
３Ｎ４層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＧａＡｓ基板上に、発光領域となる（Ａｌ＿ｘＧａ
   ＿１＿−＿ｘ）＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ（０≦
   ｘ≦０．４）活性層をこれよりも禁制幅の大きい（Ａｌ
   ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５
   Ｐ（０．５≦ｙ≦１）クラッド層ではさんだダブルヘテ
   ロ構造を有し、前記クラッド層に隣接して、前記クラッ
   ド層と同じ導電性のＧａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５
   Ｐ層を備え、前記Ｇａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ
   層に隣接して同じ導電性のリッジストライプ状の第２の
   （Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿
   ．＿５Ｐ（０．５≦ｙ≦１）クラッド層とＡｌ＿ｚＧａ
   ＿１＿−＿ｚＡｓ層（０．３≦ｚ≦０．５）を有し、前
   記リッジストライプの両側に、逆導電性のＡｌ＿ｕＧａ
   ＿１＿−＿ｕＡｓ（０≦ｕ≦１）とＧａＡｓを順次積層
   した電流ブロック層を配置し、さらにＧａＡｓコンタク
   ト層を設けたことを特徴とする半導体レーザ。 ２、請求項１記載の半導体レーザにおいて、リッジスト
   ライプが〔０＠１＠１〕方向に延在することを特徴とす
   る半導体レーザ。 ３、請求項１記載の半導体レーザにおいて、リッジスト
   ライプが〔０＠１＠＠１＠〕方向に延在することを特徴
   とする半導体レーザ。