JPH03227090A

JPH03227090A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH03227090A
Application number: JP2348690A
Authority: JP
Inventors: Hirokiyo Unosawa; 宇野沢　浩精
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-08
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2792177B2

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】口産業上の利用分野〕本発明は、レーザプリンタ、バーコードリーダ、光ディ
スク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６７０　ｎｍ以下の可視光半導体レーザに関す
るものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザは、光通信装置や光デイスク装置等の光情
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例として、１９８７年秋応
物講演会予稿集７４６頁１９ａ−ＺＲ−４゜１９ａ−Ｚ
Ｒ−５に、又、１９８９年春応物講演会予稿集８８６頁
、１ｐ−ＺＣ−２，１ｐ−ＺＣ−３゜１ｐ−ＺＣ−４に
示されている。

〔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
来の半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板（１）上に、発
光領域となるＧａｏ、５Ｉｎｏ５Ｐ活性層（４）をこれ
よりも禁制帯幅の大きいＡＩ２゜５Ｉｎｏ５Ｐもしくは
（ＡＩ！ｏ、＋Ｇａａ６）ａｓＩ　ｎｏ、ｓＰ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（コンタクト層）００）を備えた後に、電極Ｑｌ）、
（１２）を設けて構成されている。

しかし、この構造の半導体レーザては、非点隔差がｌＯ
ｐｍ前後と太きい。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
トのクラッド層（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）
のりッシサイドの厚さとリッジ幅は、発振しきい値電流
Ｉ　Ｉｈと関係する。

したがって、発振しきい値１　Ｉｈ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Ｓｉ３Ｎ＋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、素子の歩留、信頼性の悪化という欠点があ
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Ｌｈ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ｏツク層をＡ
Ａ、Ｇａ１−１Ａｓ（０≦２≦１）とＧ　ａ　Ａ　ｓで
、各々の厚さと組成比で制御できる構造になっている。

すなわち、発光領域となる活性層をＧａｏ、５Ｉｎｏ、
ｓＰと（Ａ　ｊ７　Ｑ、４　Ｇ　ａ　ｏ６）ｏ、ｓ　Ｉ
　ｎ　ｏ、ｓ　Ｐからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）
で形成し、これらより禁制帯幅の大きい（Ａｆｆｌ、Ｇ
ａ、−ア）。ｓＩｎ。５Ｐ（０，５≦ｙ≦１）クラッド
層で前記活性層をはさむダブルへテロ構造を有し、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
Ｇａｏ５工ｎ。５Ｐ層を備え、前記Ｇ　ａ　Ｏ，５Ｉ　
ｎ　ｏ、ｓＰ層に隣接して、前記クラッド層と同じ導電
性でリッジストライプ状の第２の（ＡＡ、Ｇａ＋−ｙ）
。５Ｉｎｃ、５Ｐ（０，５≦ｙ≦１）クラッド層とＧ　
ａ　Ｏ，５Ｉ　ｎ　ｏ５Ｐ層を有し、前記リッジストラ
イプの両側に、前記クラッド層とは逆導電性のＡ　Ｉｌ
　ｒ　Ｇ　ａ　＋−ｔＡ　ｓ　（０≦２≦１〕とＧ　ａ
　Ａ　ｓを順次積層した電流フロック層を配置し、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
目の結晶成長をＭＯ−ＶＰＥ法により、成長温度６３０
℃成長圧カフ５Ｔｏｒｒの条件下で、ＧａＡｓ基板（１
）上にＳｉドープ・ＧａＡＳバッファ層（２）、キャリ
ア濃度Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−３を０．５μｍ、Ｓｉド
ープｎ　　（Ａｆｆｌｏ６Ｇａｏ、ｔ）ｏ５Ｉ　ｎｏ、
ｓＰクラッド層（３）、キャリア濃度５　Ｘ　１０１７
ｃｍ−３をＬｐｍ、アンドープＧａ０．５Ｉｎ０．ｓＰ
、厚さ４０人のウェル層３層とアンドープ（Ａｕｏ、４
Ｇａｏ、ｓ）ｏ、５Ｉｎｏ、ｓＰ、厚さ４０人のバリア
層２層から成るＭＱＷ活性層（４）、Ｚｎドーフのｐ　
（Ａｆｆｌｏ、ａＧａｏ、ｇ）ｏ、５Ｉｎｏ、ｓＰ第１
クラッド層（５）キャリア濃度６　Ｘ　１０　”ｃｍ−
３，を０．２５μｍ、Ｚｎドーフｐ　Ｇａ０．５Ｉｎ０
．５Ｐ工ツチングストツパー層（６）、キャリア濃度Ｉ
　Ｘ　１０　”ｃｍ−”を４０人、ＺｎＦ’−プｐ　　
（Ａｐｏ６Ｇａｏ、ａ）ｏ５Ｉｎｏ５Ｐ第２クラッド層
（８）、キャリア濃度６　Ｘ　１０１７ａｍ−３を０．
７μｍ、ＺｎドープＩ）　　Ｇ　ａｏ、ｓ　Ｉ　ｎｏ、
ｓＰ　ヘテロバッファ層（９）。

キャリア濃度Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−３を０．２μｍ順
次積層する。

次に、リッジストライプ０■形成用のエツチングマスク
兼、選択成長用マスクとなる５ｉｎ２膜を２０００人成
膜させ、レジストを塗布し、これをマスクとして［０１
１］方向にＳｉ○２ストライプを形成し、続いて、臭化
水素系エッチャントと硫酸系エッチャントを用いて、エ
ツチングストッパー１　（６）　マでエツチングする。

リッジ幅Ｗは、５μｍとする。

次に２回目の結晶成長をＭＯ−ＶＰＥ法により、８１ド
ープＡ　（ｔ　ｏ、ｓ　Ｇ　ａ　ｏ、ｓ　Ａ　Ｓ電流ブ
ロック層（７１）。

キャリア濃度Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−’を厚さ０．３μ
ｍ。

ＳｉドープＧａＡｓ電流ブロック層（７２）　、キャリ
ア濃度３　Ｘ　１０　”ｃｍ−３を厚さ０．４μｍ選択
成長する。

次に、５１０２を除去した後、３回目の結晶成長をＭＯ
−ＶＰＥ法により、ＺｎドープＧ　ａ　Ａ　ｓコンタク
ト層００）、キャリア濃度２　Ｘ　１０１９ｃｍ−’を
３μｍ成長させる。続いて、電極ａＤ、ａｚを形成して
本発明の半導体レーザができる。

本発明における半導体レーザは、ＭＱＷ活性層にしであ
るため発振しき値電流Ｉ　、、＝　３５　ｍＡ。

発振波長６５０　ｎｍ、非点隔差５μｍとなった。

〔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１と同じ
である。異なるのは、リッジストライプ０３）の方向で
、こ戸呑［０１１］方向にリッジストライプＣ■を形成
する点である。本実施例では、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１よりも発振しきい値電流Ｉ　Ｉｈを数ｍＡ低減で
きる。非点隔差については、実施例１と同様に５μｍ前
後であった。

また、本発明の半導体レーザの製造は、ＭＯ−ＶＰＥ法
に限らず、ＭＢＥ法、ＭＯ−ＭＢＥ法、ガス、ＭＢＥ法
においても可能である。

〔発明の効果〕

本発明において、注入された電流は、電流ブロック層（
７１）　、　（７２）間のストライプ状の窓からｐ−第
１クラッド層（８）を通って、ＭＱＷ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、利得分布を形成し、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１〜２　Ｘ　１０　”ｃｍ”−３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
にリッジストライプ０■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０■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）からはみ出し垂直方向
に広がる。このときｐ−第１クラッド層（５）にはみ出
した光は、ｐ−第１クラッド層（５）の上にあるＡ　４
　、　Ｇ　ａ　１−、Ａ　ｓ電流フロック層（７１）、
さらに電流ブロック層（７１）に隣接して、Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ電流フロック層（７２）があるが、電流ブロック層
（７１）は、Ａρ組成により、レーザ光に対する吸収係
数が変化し、電流ブロック層（７２）は、吸収層として
働く。その結果、リッジストライプ０３）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　Ｎａ５ｈ（Ｊ、Ａｐ
ｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ：４６・ｐ１６６０（１９
７５））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。

ここで　Ｒｅ（Δｎｅｒｒ）＝Ｒｅ（ｎｅｒｒｏ　　ｎ
ｍｒｎ）”　Ｎ　ｅ　ｔ　ｔ　ｏ　　Ｎ　＊　ｔ　ｒ　
ｔ　＝ΔＮＩ　ｍａｇ（△ｎａｒｔ）”ＩｍａｇＣｎａ
ｒｔｏ　　ｎｅｒｆ＋）＝Ｉｍａｇ（ｎ、ｒｎ）＝α／
２ｋ　　　ｋ＝２π／λリッレストライプ下部　ｎ　ｅ
　ｆ　ｆ　Ｏ”　Ｎ　＋　ｆ　ｆ　Ｏ（実部のみ）リッジストライプ外部　ｎやｆ　ｆ　ｌ　−Ｎ　＊　ｆ
　ｆ　１＋　ｉ　（α／２ｋ）この様な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は良いわけで、
電流フロック層（７１）のＡρ組成と厚さの変更により
、吸収損失は小さくでき、その変化幅も広く認定できる
。

以上の様なことにより、非点隔差５μｍが実現できる。

また、活性層をＭＱＷ構造にしているので、低い発振し
き値電流、温度特性の改善が、実現できる。

【図面の簡単な説明】

［０丁丁］方向にリッジストライプを有する本発明の半
導体レーザの断面図である。第３図、第４図は、従来の
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　　（ＡＣＧａ＋−ｙ）ｏ、５Ｉ
ｎｏｓＰりラット層（０，５≦ｙ≦１）、４・・・・Ｍ
ＱＷ活性層（ウェル層：　Ｇ　ａｏｓ　Ｉ　ｎｏ５ｐ、
バリア層：（ＡＣ，＋Ｇ　ａ　０．６）　０．５　Ｉ　
ｎ　Ｏ，Ｓ　Ｐ　）、５−−ｐ　　（ＡＣＧａ＋−ｙ）
ｏ、ｓＰ第１クラット層、６・・・・・・ｐ　　Ｇ　ａ
ｏ、５　Ｉ　ｎｏ、ｓＰエッチンクストッパー層、７１
　・−・・−ｎ−ＡＡｚＧａ＋−、Ａｓ電流フロック層
（０≦Ｚ≦１）、７２・・・・・ｎ−ＧａＡｓ電流フロ
ック層、ｇ＝−・・ｐ　　（Ａｐ、Ｇａ＋−ｙ）ｏｓＩ
ｎｏｓＰ第２クラッド層、９・・・・ｐ　　Ｇａｏ、４
ｎ。、Ｐヘテロバッファ層、１０・・・・・ｐ　−Ｇ　
ａ　Ａ　ｓコンタクト層、１１、．１２・・・・・・電
極、１３・・・・・・リッジストライフ。

Claims

【特許請求の範囲】

発光領域となる活性層をＧａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．
＿５Ｐと（Ａｌ＿０＿．＿４Ｇａ＿０＿．＿５）＿０＿
．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐからなる多重量子井戸構造（
ＭＱＷ）で形成し、これらより禁制帯幅の大きい（Ａｌ
＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５
Ｐ（０．５≦ｙ≦１）クラッド層で前記活性層をはさむ
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＿．＿５Ｐ層を備え、前記Ｇａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０
＿．＿５Ｐ層に隣接して、前記クラッド層と同じ導電性
でリッジストライプ状の第２の（Ａｌ＿ｙ、Ｇａ＿１＿
−＿ｙ）＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ（０．５≦ｙ
≦１）クラッド層とＧａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５
Ｐ層を有し、前記リッジストライプの両側に、前記クラ
ッド層とは逆導電性のＡｌ＿ｚＧａ＿１＿−＿ｚＡｓ（
０≦ｚ≦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。