JPH04142093A - 可視光半導体レーザ - 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 本発明は可視光半導体レーザに関するものである。

従来の技術 従来の可視光半導体レーザとしてｓ６３秋応用物理学会
予稿４ｐ−ｚｃ−１１に示されるものがあも　第５図は
この従来の可視光半導体レーザの素子構造断面図を示す
ものであり、　１はｎ−ＧａＡｓ基楓　２はｎ−ＧａＡ
ｓ基板ｌ上にＭＯＶＰＥ法により堆積したｎ　−（Ａ　
ｌ　ｍ、ｖＧ　ａ　＠、ｓ）　＠、１１　Ｉｎ　ｓ、６
ｐクラツド凰　３、４、５はそれぞれ２と同様にＭＯＶ
ＰＥ法堆積したＧａＩｎＰ活性恩　ｐ（Ａ　ｌ　ｌ？Ｇ
　ａｓ、ｓ）　ｓ、ｓ　Ｉ　ｎｓ、ｓＰクラッド凰ｐ−
ＧａＩｎＰキャップ層である。　６はクラッド層４をエ
ツチングすることにより形成したリッジストライプ、　
７はリッジストライプ形成後にＭＯＶＰＥ法により堆積
された電流狭窄＃　８は電流狭窄層上にＭＯＶＰＥ法に
より堆積したｐ−ＧａＡｓキャップ層である。ここでリ
ッジストライプ６の輻（戴　安定な水平横モードが得ら
れるように規定され　さらに活性層３の水平方向に実効
屈折率差がつくように設けられていも　実効屈折率差は
リッジストライプ外側の光がｐ−ＧａＡｓ層１７により
吸収されるために　同じ活性層内でもリッジストライプ
の内側と外側で等節約に生ずる屈折率差のことであａ　
またこれ！；Ｌ　　ｐ　　（Ａｌｉ〒Ｑａ＠、ｓ）ｓ、
ｓＩ　ｎ＠、ｓｐクラッド層４のエツチング後の残留膜
厚により制御できも 以上のように構成された従来の可視光半導体レーザにお
いてアノード電極９、カソード電極１０に電圧を印加す
ると電流は電流狭窄層７によって通路を制限されリッジ
ストライプ６直下の活性層３に注入され　ここで発光再
結合により光を放出すも　光は活性層３に垂直な方向で
は両クラッド層２、４と活性層３との屈折率差が大きい
ために活性層３内に閉じこめられ　水平な方向では実効
屈折率差により、　リッジストライプ６下部の活性層３
内部に閉じこめられも 発明が解決しようとする課題 しかしながら通常活性層＋１　０．　１μｍ以下と薄い
のに対してストライプ幅は５μｍ程度と広いため活性層
内での光の強度分布は活性層に対して垂直方向が単線　
水平方向か長軸の楕円分布となる力交　結晶の外へ放出
された光は結晶内とは逆に活性層に対して垂直方向のビ
ーム広がりが大きく水平方向が小さくなる。このように
ビームの広がりが円形でなく楕円になっていると、たと
えは光記録装置等に用いた場合、単純なフォーカスレン
ズだけで集光すると、楕円形に集光するためには複雑な
ビーム装置を付加しなければならな（−従って、水平方
向に対する垂直方向のビーム広がり丸　すなわちアスペ
クト比を１に近づけることが重要であ４一般の半導体レ
ーザでは　ビームを円形にするためにｃヨ　　垂直方向
のビームの広がりを小さくする力＼　あるいは垂直方向
を大きくするかが必要となも　このう板　ビームの水平
方向の広がりを大きくする方法としてリッジ幅を狭くす
ることが考えられも　しかし　リッジストライプを形成
するｐ　（Ａｌｉ、ｖＧａ＠、ｓ）ｓ、５Ｉｎｓ、ｓｐ
クラッド層４（よ　抵抗率が約１ΩＣｍと高く、　リッ
ジ幅を狭くしようとするとこの部分の抵抗が大きくなり
アノード、カソード間の抵抗をレーザ発振が可能な１０
オーム以下に設定しようとすると強振器長３００ミクロ
ンの場合、リッジ幅は４ミクロン程度が限界でありした
がって、水平方向のビームの広がり角は１０度までしか
広げることができなＬ％　　また　リッジ幅を狭くする
ために低抵抗の他の材料でリッジストライプを構成した
としてＬ　リッジ幅を狭くするにしたがって水平横モー
ドの伝搬損失が増大し　しきい値電流密度の上昇をおこ
してしまうのでリッジ幅を狭くできな（Ｖ）以上のよう
番ミ　　現在実現されているＡＩＧａＩｎＰ系可視光半
導体レーザはアスペクト比が３．５以上と大きく、光情
報処理装置の集光光学系への適用には不向きであも　本
発明は複雑なビーム整形装置を用いることなく、円形の
ビームを発する低アスペクト比の可視光半導体レーザを
提供するものであム 課題を解決するための手段 一導電型の半導体基板上に　一導電型の第１のクラッド
層　活性層及び反対導電型の０．　５Ωｃｍ以下の低抵
抗率の第２のクラッド層を積層Ｌ　前記第２のクラッド
層を選択的にエツチングしてリッジストライプとこの両
側に厚さ０゜　１μｍ以下の残留膜を形成し　前記残留
膜上に反対導電型の電流狭窄層を形成し　前記リッジス
トライプと前記電流狭窄層の上に反対導電型のキャップ
層を備えたものである。また　一導電型の半導体基板上
に　一導電型の第１のクラッド慝　活性層及び反対導電
型の０．５Ωｃｍ以下の低抵抗率の第２のクラッド慝　
反対導電型の第３のクラッド層を積層し　前記第２及び
第３のクラッド層を選択的にエツチングして残留膜を０
．　１μｍ以下とするりッシストライブを備え　前記残
留膜上に反対導電型の電流狭窄層を形成し　前記リッジ
ストライプと前記電流狭窄層の上に反対導電型のキャッ
プ層を備えたものであも 作用 リッジ幅を３μｍ程度まで小さくしてＬ　活性層３の水
平方向の実効屈折率差（よ　第２のクラッド層４の残留
膜厚により制御できるのでこの膜を０．１μｍ以下に薄
くする事により実効屈折率差が１０−３以上と大きくと
ることができ、したがってリッジストライプの外側へし
みだした光がｐ−ＧａＡｓ１７に吸収されることによる
伝搬損失を、実効的なしきいち電流密度が得られると考
えられる５０ｃｍ１とすることができも　したがって、
　しきい値電流密度を上昇させずに水平方向のビーム広
がりを大きくでき、アスペクト比の小さなレーザを実現
できも　また上記作用と同様に水平ビーム広がりを大き
くできるのに加えて垂直方向Ｌ　活性層を薄くすること
により光の閉じ込めか弱くなり、活性層の上下のクラッ
ド層に光がしみだすためにビーム広がりが小さくなり、
より小さなアスペクト比を持つレーザを実現できも 実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明すも 第１図ｃヨ　　本発明第１の実施例による可視光半導体
レーザの素子構造図であ４　　ｐ　　ＧａＡｓ基板１１
上圏　１回目のＭ○ＶＰＥ成長法によりｐ（Ａ　１１〒
Ｇ　ａ＠、ａ）　＊、ｓ　Ｉ　ｎ＠、ｉｐクラッド層４
を膜厚１’／Ｊｍ、ＧａＩｎＰ活性層３を０．０６μへ
ｎ　　　（Ａ　Ｉ　＠、ｖＧ　ａ　＠、ｓ）　ｓ、ｓ　
Ｉ　ｎ　ｓ、ｓＰツク９フ層２を膜厚１μｍを順次成長
させも　次間　化学エツチングにより幅３μｍのリッジ
ストライプ６を形成すも　このときのリッジ部外側のエ
ツチング量を０．９５．ｕｍとり、　　ｎ　　　（Ａ　
Ｉ　＠、ｔＧ　ａｓｓ）　ｍ−５Ｉ　ｎｍ、６ｐクラッ
ド層２へ　残留膜厚が０゜０５μｍとなるようにする。

この上に２回目の結晶成長によりＭｇドープのｐ−Ｇａ
Ａｓ電流狭窄層１７を膜厚ｌμ亀　そして３回目の結晶
成長によりｎ−ＧａＡｓキャップ層１８を膜厚３μｍで
形成し　最後にアノード電極９、カソード電極１０を形
成して素子は完成する。本素子において、ｎ　　（Ａｌ
ｍ、ｖＧａｌ、３）畠ｓＩｎ＠、ｓＰクラッド層２の残
留膜厚が０．０５μｍと薄くなっている力（一般にこの
ような構造ではｐ−ＧａＡｓ電流狭窄層１７の成長時に
ｐ型のドーパントが拡散り、　　ｎ　　（Ａｌｍ、７Ｇ
ａｍ、３）ｓｓＩｎ＠、ｓＰツク９フ層２を突き抜は活
性層３まで達してしまうことがある。この状態では発光
に寄与しない無効電流が流れてしまうため！ミ　レーザ
のしきい値電流は上昇してしまう。しかし　本発明では
ｐ−ＧａＡｓ電流狭窄層１７のドーパントに拡散係数の
小さなＭｇを用いているのでこのような問題を回避でき
る。

本素子で（よ　水平横モードがリッジ部で導波されるカ
ミ　非導波部のｎ　　（Ａ　Ｉ　１．７Ｇ　ａ　＊、ｓ
）　ｓ、ｓ　■ｎ　ｉ、ｓ　Ｐクラッド層２の残留膜厚
が０．０５μｍと薄いために　導波皿　非導波部間の実
行屈折率差（よ　４ｘｌＯ−”と大きくできも　第４図
に　ｎ−（Ａ　Ｉｌ、？Ｇ　ａ＊、ｓ）　ｓ、ｓＩ　ｎ
＠、ｓｐクラッド層２の残留膜厚ｔをパラメータにリッ
ジ幅と水平横基本モードの伝搬損失の関係を示す。基本
モードのストライプ幅３μｍにおける伝搬損失ｉｔ　　
ｔが小さい程減少し　ｔが０．０５μｍでは損失力（約
２７ｃｍ−’と小さく抑えることができ、　しきい値電
流密度の上昇を防ぐことができも　しかＬ　光は３μｍ
と狭い領域に閉じ込められるので、結晶の外へ放出され
る水平方向のビーム広がり角は　約１４度にもなりアス
ペクト比は約２．３と従来のレーザと比べて改善される
。

なお本実施例による半導体レーザで（よ　低抵抗率のｎ
型のクラッド層２にリッジストライプを形成している力
＜、　　ｐ、　　ｎ極性が逆の従来と同様の半導体レー
ザにおいてもｐ型の方がｎ型よりも抵抗率が大きくなる
といえども例えばＢｅドープのｐ−ＡＩＧａＩｎＰであ
れば抵抗率を０．５ΩＣｍ以下とすることができ、同様
の特性が実現できも第２図（友　本発明第２の実施例に
よる可視光半導体レーザの素子構造図であム　ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１上く　１回目のＭＯＶＰＥ成長法によりｎ　
−（Ａ　ｌ　ｌ？Ｇ　ａ　ｓ、ｓ）　ａ、ｓ　Ｉ　ｎ　
ｓ、ｓＰクラッド層１２を膜厚１μｒｎ、ＧａＩｎＰ活
性層３を膜厚０．０６／Ｊｒｒｋ　　ｐ（Ａｌｓ、ｖＧ
ａｓ、ｓ）ｓ、５Ｉｎｉ、ｓｐ第２クラッド層１４を膜
厚０．１μ瓜　ｐ−（ＡＩＩＪＧ　ａｓ、ｓ）　ｓ、ｓ
　Ｉ　ｎｓ、ｓＰ第３クラッド層２０を膜厚１μｍで、
順次成長も　次へ　選択的化学エツチングにより輻３μ
ｍのリッジストライプ６を形成すも　このときのエツチ
ングは第３クラッド層２０と、第２クラッド層１４の０
．０５μｍを除去すム　この上に２回目の結晶成長によ
りｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層７を膜厚１μ爪　そして３回
目の結晶成長により、　ｐ−ＧａＡｓキャップ層８を膜
厚３μｍで形成し　最後にアノード電極９、カソード電
極１０を形成して素子は完成する。本素子において、水
平横モードは第１の実施例と同様へ　横方向に約１４度
の広がり角が得られもまた　垂直横モードで（よ　低屈
折率の第２クラッド層１４の膜厚が０．　１μｍと薄い
ために光は活性層３への閉じ込めか弱く、屈折率が比較
的大きい第３クラッド層２０へしみ出しす。このため垂
直方向のビーム広がり角（よ　従来の約３４度から約２
７度に小さくすることができも　したがって、アスペク
ト比は約１．　９とより真円に近いビームが得られも　
キャリアの閉じ込めに関してＬ　第３クラッド層２０の
膜厚が０．１μｍ以上あれば問題はなｔ〜　また　第３
クラッド層２０はＡＩの組成が少ないので抵抗率も０．
３Ωｃｍと低く、幅３μ爪　共振器長３００μｍのとき
の抵抗も約３．３Ωであり従来と同等以下であも　な抵
　本実施例において、第３クラッド層２０でｐ−ＡＩＧ
ａＩｎＰを用いた力’（ｐ−ＡｌＧａＡｓなどの他の材
料を用いてもよｔ■ 第３図は　本発明第３の実施例による可視光半導体レー
ザの素子構造図であ４ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に　１回
目のＭＯＶＰＥ成長法によりｐ（Ａ　Ｉ　ｍ、７Ｇ　ａ
　１３）　ｓ、ｓ　Ｉ　ｎ　１６　Ｐクラ・ンド層４を
膜厚１μｍ、ＧａＩｎＰ活性層３を膜厚０．０６、ｕｍ
、　　ｎ　−（Ａ　　ｌ＊、ｖＧａｓ、ｓ）　　ｓ、ｓ
Ｉ　　ｒｚ、ｓＰ　クラッド層２を膜厚１μ亀　順次成
長すａ　次に選択的化学エツチングにより輻３μｍのリ
ッジストライプを形成すも　このときのエツチング量は
０、９５μｍとし　リッジ部以外ではｎ−（Ａ１１、？
Ｇ　ａｓ、ｓ）　ｓ、ｓ　工ｒｌｓ、ｓＰクラッド層２
（よ　残留膜厚が０．０５μｍとなっていも　この上に
２回目の結晶成長によりｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層７を膜
厚０．　５．ｕｍ、Ｍｇドープのｐ−ＧａＡｓ電流狭窄
層１７を、膜厚０．　５μ爪　リッジストライプの両側
に選択的に成長させも　そして３回目の結晶成長により
、　ｎ−ＧａＡｓキャップ層１８を膜厚３μｍで形成し
　最後にアノード電極９、カソード電極１０を形成して
素子は完成すも　本素子Ｃヨ　　実施例１と同様の効果
により、低じき値電流と低アスペクト比を実現できる力
（実施例１で１よ　ｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド層２の
リッジ部以外での膜厚が薄いために電流のブロッキング
が困難となってしまう。なぜな収　素子駆動時にはリッ
ジ部以外ではｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド層２およびｐ
−ＧａＡｓ電流狭窄層１７間が逆バイアスされ　電流の
ブロッキングが行なわれるカミ前記ｎ−ＡＩＧａＩｎＰ
クラッド層２が実施例１のように薄くなってくると、低
バイア人　あるいは零バイアス下でもｎ−ＡＩＧａＩｎ
Ｐクラッド層２全体が空層化全体しまＬ％　　ホールの
障壁の高さが減少することにより、リーク電流が流れて
しまう。これを防ぐためにはｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラッ
ド層２のキャリア濃度を５Ｘ１０”以上にも上げなけれ
ばならなＬｓ　　Ｌかし　本実施例では逆バイアスｉｔ
　　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流狭窄層７および、ｐ−Ｇ
ａＡｓ電流狭窄層１７間にかかるので、リーク電流を防
ぐことができる。　したがってｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラ
ッド層２のキャリア濃度を上げすぎて、結晶性を悪化さ
せるようなこともなく容易に低しきい値電流と低アスペ
クト比を実現できも 発明の効果 以且　説明したように　本発明により低しきい値電流で
しかもアスペクト比が２．５以下の可視光半導体レーザ
が実現できる。したがって、光情報処理装置における集
光光学系の光源として、だ円ビームの補正装置などを付
加する必要がなく容易に微小スポットに絞ることができ
その実用効果は太き！１〜 の可視光半導体レーザの素子構造図　第４図はりザの素
子構造図であも １−・・・ｎ−ＧａＡｓ、　　２・・・・ｎ−（Ａｌ＠
、ｔＧａｌ、１）　＠、６Ｉ　ｎｓ、ｓＰクラッドＭｉ
Ｌ　　３−・・・Ｇ　ａ　ｓ、ｓ　１１ｓ、ｓｐ活性Ｍ
Ｌ　　４　”ｐ（Ａ　Ｉ　１．７Ｇ　ａ　ｍ、ａ）　ｓ
、ｓＩ　１ｓ、ｓｐクラッドＪｌ　　５　””Ｉ）　　
Ｇ　ａ　１．６　Ｉ　ｎｓ、ｓ　ｐキャップ）１６・・
・・す・ソジストライプ、　７・・・・ｎ−ＧａＡｓ電
流狭窄＃　８・・・・ｐ−ＧａＡｓキャップ胤　９・・
・・アノード電機　１０・・・・カソード電機　１１・
・・・ｐ−ＧａＡｓ基楓　１２・・・・ｐ　　（Ａ　ｌ
ａ、ｖＧａｓ、ｓ）ｓ、ｓ工ｎｓ、ｓＰクラッド凰１４
　”・ｎ　−（Ａ　Ｉ　１．？Ｇ　＆＠、ｓ）　＊、ｓ
　工１ｍ、ｓｐクラッド凰　１７・・・・ｐ−ＧａＡｓ
電流狭窄凰　１８・・・・ｎ−ＧａＡｓキャップＭｉ、
　　２０　・・・・ｐ　−（Ａ　Ｉ　ＩＪＧ　ａｓ、ｓ
）　ｍ、ｉＩ　ｎｓ、ｓＰクラッド凰　２１・・・・キ
ャリアの流れ　２２・・・・レーザ光代理人の氏名　弁
理士　小鍜治　明　ほか２名第 図 第 図 す゛シシ情 （，１７Ｍ　） 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一導電型の半導体基板上に、一導電型の第１のク
   ラッド層、活性層及び反対導電型の０．５Ωｃｍ以下の
   低抵抗率の第２のクラッド層を積層し、前記第２のクラ
   ッド層を選択的にエッチングしてリッジストライプとこ
   の両側に厚さ０．１μｍ以下の残留膜を形成し、前記残
   留膜上に反対導電型の電流狭窄層を形成し、前記リッジ
   ストライプと前記電流狭窄層の上に反対導電型のキャッ
   プ層を備えたことを特徴とする可視光半導体レーザ。
2. （２）電流狭窄層が反対導電型の第２のクラッド層と、
   一導電型の第３のクラッド層からなる請求項１記載の可
   視光半導体レーザ。
3. （３）一導電型の半導体基板上に、一導電型の第１のク
   ラッド層、活性層及び反対導電型の０．５Ωｃｍ以下の
   低抵抗率の第２のクラッド層、反対導電型の第３のクラ
   ッド層を積層し、前記第２及び第３のクラッド層を選択
   的にエッチングして残留膜を０．１μｍ以下とするリッ
   ジストライプを備え、前記残留膜上に反対導電型の電流
   狭窄層を形成し、前記リッジストライプと前記電流狭窄
   層の上に反対導電型のキャップ層を備えたことを特徴と
   する可視光半導体レーザ。