JPH0410684A - 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、半導体レーザ素子に関し、特にレーザ発振の
しきい値電流の低減、横モード制御に有効な層構造を持
つ量子井戸型半導体レーザに関する。

（従来の技術） 有機金属を用いた気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、分子線エ
ピタキシャル（ＭＢＦ、）法等の薄膜単結晶成長技術の
進歩によって１０人程度の薄いエピタキシャル成長層を
得ることが可能となっている。

このような結晶成長技術の進歩は、半導体レーザにおい
ても従来の液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法では作
製が困難であった極めて薄い層から成る素子構造に基づ
く新しい効果を利用したレーザの実現を可能とした。量
子井戸レーザはその代表例である。この量子井戸レーザ
は、従来数百Å以上あった活性層厚を１００Å以下にす
ることによって、活性層中に量子準位が形成されること
を利用しており、従来の二重へテロ接合（ＤＨ）レーザ
に比べて、しきい値電流か下がる、温度特性が高い等の
数々の利点を持っている。

第１図は従来の量子井戸型レーザの構造を示す断面図、
第２図はそのレーザにおける活性層近傍の拡大図および
バンドキャップ′Ｗｉ造図である。このレーザにおいて
、１がｎ型ＧａＡｓ基板であり、その上に順次にｎ型Ａ
　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッド層２、量子井戸活性層３
、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層５か設けられている。

（発明が解決しようとする課題） 量子井戸型レーザも通常のＤＨレレーと同じく、実用に
際しては、横モードの安定化を行う必要がある。ストラ
イプ状の電極を形成することにより電流のみを制限した
初期の電極ストライプ型半導体レーザにおいては、レー
ザ発振のしきい値のわずかに上の電流領域では基本横モ
ードで発振する。

しかし注入電流を増やしていくと、活性層への注入キャ
リアは次第にストライプ領域の両側へ拡がるから、結果
として高利得領域が拡がり、横モードの拡がりや高次横
モード発振を招く。この様な横モードの不安定な注入電
流依存性は、注入電流とレーザ出力との関係の直線性を
損なう。非直線的な注入電流と出力の関係は、レーザを
変調しな場合の信号歪の原因となる等、実用上多くの障
害を発生させる。

上述の点に関して、電流のみでなく光も横方向に閉じ込
めることにより横モードを安定化させる多くの構造が提
案されてきた。しかしながら、これ等の構造の多くは、
メサ等の段差を持つ形状に加工した基板上にＬＰＥ法を
用いて成長した場合には、段差か埋まり、平坦になると
いうＬ　Ｐ　Ｅ法の特殊性を利用して作製するものか多
い。しかもこれ等の構造の大部分はＭＢＥ法やＭＯＶＰ
Ｅ法によっては製作不可能なものである。

ＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法は成長の際、段差が保たれる。

従ってＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法によって段差付基板上に
成長した場合は、活性層には清、わん曲といった平坦で
ない形状か発生ずる。この様な構造においては、高次横
モード発振が生じ易くなったり、注入電流を増すにつれ
て複数の箇所で発振か生じたりする。

以上の理由によって、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法によるレ
ーザにおいては平坦な基板上にＤＩ−Ｔ＠遣を作製しな
後、クラッド層をメサ状に加工し、て。

メサ横をクラッド層より屈折率の小さい、かつメサ部と
反対の伝導極性を持つ結晶で埋め込むセルファライン型
か一般的に横モード制御構造として用いられている。し
かしながら、この方法にはメサ形状の制御か困難で、か
つ２回以上の結晶成長１稈が必要であるという欠点かあ
った。このように、従来の半導体レーザには解決すべき
課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決し、横モードを制御で
きる簡易な構造の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） 前述の課題を解決するなめに本発明が提供する手段は、
活性層が量子井戸構造の半導体結晶でなる半導体レーザ
であって、該量子井戸構造を構成する元素が発振領域と
それ以外の領域とで一部異なるか又は発振領域とそれ以
外の領域とでは該量子井戸構造を構成する材料か同一種
類の元素から成るか組成か異なることを特徴とする。

（作用） 本発明においては、活性ノーの量子井戸構造の構成元素
を発振領域とそれ以外の領域とで一部異ならせることに
より、発振領域の屈折率を隣接する領域に比べて高くし
、基本横モードを安定化し、しきい値を低減する。さら
に材料の選択により、発振領域の量子井戸結晶とそれ以
外の量子井戸結晶の間に格子定数が異なることによる歪
を用いて、しきい値を下げることができる。

（実施例） 第３図は、本発明の実施例である量子井戸型ＤＨレレー
の概略構造を示す断面図である。また、第４図（ａ）は
その実施例における活性層３近傍の拡大断面図、第４図
（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ′面及びＢ−Ｂ’面
でのバンドギャップ構造を示す概念図である。本実施例
においてはｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層２、量子井戸活性層３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層４、Ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャブ１層５を順次にＭ
ＯＶＰＥ法を用いて成長する。活性層３の量子井戸の成
長に際しては、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓを含む原料としてトリ
メチルインジウム、トリメチルガリウム、アルシンを用
いる。成長温度は活性層成長時のみ、３〜５μｍ幅のス
トライプ領域１０だけを選択的に７００℃以下となるよ
うにし、それ以外の領域は７５０℃〜８００℃の高温と
する。

温度の分布は成長炉外からのレーザ照射によって制御す
る。Ｉｎは成長温度が７５０〜８００℃のときは基板よ
り脱離してエピタキシャル成長時にはほとんど取り込ま
れない。他方、ＡＩ、Ｇａ。

Ａｓはその温度で成長層に取り込まれる。従って、上述
の様な温度分布で活性層３の成長を行うことによって、
３〜５μｍのストライプ領域１０のみにＩ　ｎＧａＡｓ
量子井戸が形成され、１０に隣接する領域ではＧａＡｓ
量子井戸となる。

発振波長においてはＩｎＧａＡｓの屈折率はＧａＡｓの
屈折率より高い、従って、第３図のレーザについては、
光はＩｎＧａＡｓ量子井戸を含む領域１０に閉じ込めら
れることになり、横モードは安定化される。また、Ｉ　
ｎＧａＡｓの格子定数はＧａＡｓよりも小さくなるから
、Ｉ　ｎＧａＡｓ量子井戸には歪がかかる。請求項２は
この場合で、この歪によって、価電子帯の重い正孔の準
位と軽い正孔の単位との分離が大きくなり、伝導帯から
重い正孔の準位への遷移確率が増加する。この結果とし
て、しきい値が減少する。

第３図のレーザにおいて、電流を所定の発振領域１０に
集中させるなめに、ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャップ屑５に
選択的にプロトン、あるいはボロンを注入し、高抵抗領
域１４を形成する。発振領域１０とｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層５の電流注入領域１３の位置を合わせるためには、
ｐ型ＧａＡｓキャップ層５の成長時にも活性層３の成長
に用いた方法と全く同様にして、Ｉｎを選択的にドープ
しておく。Ｉ　ｎＧａＡｓとＧａＡｓとの化学エツチン
グ速度の差を利用して、電流注入領域１３の場所の識別
を行う。

以上、本発明について説明したが、本発明はこれに限る
ものではなく、種々の材料の組み合せについて可能であ
る。発振領域をＧ　ａ　Ａ　ｓ量子井戸、他をＡｌＧａ
Ａｓ量子井戸、また発振領域をＧａＡｓ量子井戸、他を
Ｇ　ａ　Ｉ　ｎ　Ｐ量子井戸、または、すべてをＡｌＧ
ａＡｓ量子井戸、もしくは、ＧａＴｎＰ量子井戸とし、
発振領域のみ組成を変えたｍ造でも本発明は実施できる
。

（発明の効果） 本発明によれば、以上に述べたように量子井戸型レーザ
装置において、横モード制御を簡単に行うことかでき、
また発振しきい１ｉｉ！ｆ電流を従来より低減し、動作
電流を小さくすることができ、きわめて有益である。

造を示す図である。

１　・−ｎ型ＧａＡｓ基板、２−ｎ型Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ
クラッド層、３・・・活性層、４・・・ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、５・・・ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓキヤツプ層
、６１．。

電極、７・・・ＧａＡｓ量子井戸層、８９・・・ＡｌＧ
ａＡｓガイド層、１ｏ・・・発振領域、１１・・・Ｉｎ
ＧａＡｓ量子井戸、１２・・・ＧａＡｓ量子井戸、１３
・・・電流注入領域、１４・・・高抵抗領域。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層が量子井戸構造の半導体結晶でなる半導体
   レーザにおいて、該量子井戸構造を構成する元素が発振
   領域とそれ以外の領域とで一部異なるか又は発振領域と
   それ以外の領域とでは該量子井戸構造を構成する材料が
   同一種類の元素から成るが組成が異なることを特徴とす
   る半導体レーザ。
2. （２）発振領域となる量子井戸構造の結晶とそれ以外の
   領域の量子井戸構造の結晶とで格子定数が異なることを
   特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。