JPH05283790A

JPH05283790A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH05283790A
Application number: JP3219679A
Authority: JP
Inventors: Haruhisa Takiguchi; 治久瀧口; Kazuhiko Inoguchi; 和彦猪口; Hiroaki Kudo; 裕章工藤; Satoshi Sugawara; 聰菅原; Mototaka Tanetani; 元隆種谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-10-29
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JP2912482B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電流閉じ込め機能に優れ、モード損失が小さく
外部微分量子効率が大きく、非点格差の小さい内部スト
ライプ半導体レーザの実現を目的とする。【構成】内部ストライプ半導体レーザにおいて、電流狭
窄と光水平横モードを閉じ込める層群が前記活性層に近
接する順番で禁制帯幅Ｅ_g ₂ 、禁制帯幅Ｅ_g ₃ の連続し
た２層以上よりなり、前記活性層と前記電流・光閉込め
層に挟まれたクラッド層の禁制帯幅をＥ_g ₅ としてここ
でＥ_g ₂ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ かつＥ_g ₅
≧Ｅ_g ₂ とし、ストライプ外部の垂直方向横モードの等
価屈折率がストライプ内部の等価屈折率よりも小とな
り、またストライプ外の等価吸収係数が充分小さくなる
ように前記電流・光閉込め層群の層厚を設定することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体レーザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の半導体レーザのうち、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系レーザの代表例を図８に断面図
として示す（Ｊ．Ｊ．Ｃｏｌｅｍａｎ、Ａｐｐｌｉｅ
ｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ３７巻Ｎｏ．３
２６２〜２６３ページ１９８０年のＦｉｇ．１）。
この図において、Ａ１はｎ−ＧａＡｓ基板、Ａ２はｎ−
Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．３５）下クラッド層、
Ａ３はＧａＡｓ活性層、Ａ４はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａ
ｓ（ｘ＝０．３５）上クラッド層、Ａ５はｎ−ＧａＡｓ
電流狭窄及び光水平横モード閉込め層（以下、電流・光
閉込め層）、Ａ６はｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝
０．３５）第２上クラッド層、Ａ７はｐ−ＧａＡｓコン
タクト層である。以下作製方法を簡単に説明する。ｎ−
ＧａＡｓ基板Ａ１にｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層Ａ
２、ＧａＡｓ活性層Ａ３、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド
層Ａ４を連続して成長する。次に幅４μｍのチャンネル
をｎ−ＧａＡｓ電流・光閉込め層に印刻する。次に、ｎ
−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層Ａ６、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層Ａ７を順次成長する。以上結晶成長はすべて
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）にて行う。

【０００３】次に、動作について説明する。ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層Ａ７とｎ−ＧａＡｓ基板との間に電圧を
印加するとｎ−ＧａＡｓ電流・光閉込め層Ａ５を除去し
たストライプ部分では活性層Ａ３を含むｐｎ接合に順方
向電流が流れる。一方、電流・光閉込め層Ａ５を含む領
域では、ｐｎｐｎ接合となり、電流・光閉込め層Ａ５と
上クラッド層Ａ４の間が逆バイアスとなるので電流が流
れない。従って電流はストライプ内に狭窄される。ま
た、電流・光閉込め層Ａ５を含む領域では該層での光吸
収により等価屈折率がチャンネル内層より小さくなるの
で、レーザ光はストライプ内に閉じ込められる。

【０００４】次に別の従来例を図９に示す（Ｓ．Ｙａｍ
ａｍｏｔｏ他著、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
ｔｔｅｒｓ４０巻３号３７２ページ１９８２
年）。図中、Ｂ１はｐ−ＧａＡｓ基板、Ｂ２はｎ−Ｇａ
Ａｓ電流・光閉込め層、Ｂ３はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａ
ｓ（ｘ＝０．４）下クラッド層、Ｂ４はＡｌ_x Ｇａ₁ _- _x
Ａｓ（ｘ＝０．１３）活性層、Ｂ５はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁
_- _x Ａｓ（ｘ＝０．４）上クラッド層、Ｂ６はｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層である。

【０００５】次に、作製方法について簡単に説明する。
ｎ−ＧａＡｓ電流・光閉込め層Ｂ２を成長したｐ−Ｇａ
Ａｓ基板Ｂ１に、４μｍのチャンネルをｐ−ＧａＡｓＢ
１に達するまで印刻する。次に、下クラッド層Ｂ３、活
性層Ｂ４、上クラッド層Ｂ５、コンタクト層Ｂ６を順次
積層する。本従来例の結晶成長法は液相成長法（ＬＰＥ
法）である。当該レーザの電流狭窄と光の閉込め機構は
図８のレーザと同じである。

【０００６】上記の２つの従来例においては、電流・光
閉込め層はｎ−ＧａＡｓの単一層である。次に、電流・
光閉込め層を複数層とした従来例（特開平１−３０４７
９３号）を図１０に示す。Ｃ１はｎ−ＧａＡｓ基板、Ｃ
２はｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層、Ｃ３は活性層、Ｃ
４はｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層、Ｃ５はｎ−ＧａＡ
ｓメルトバック層、Ｃ６はｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ
（ｘ＝０．４）エッチストップ層、Ｃ７はｎ−ＧａＡｓ
電流ブロック層、Ｃ８はｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ
＝０．４）アンチメルトバック層、Ｃ９はｎ−ＧａＡｓ
メルトバック層、Ｃ１０はｐ−ＡｌＧａＡｓキャップ
層、Ｃ１１はｐ−ＧａＡｓコンタクト層である。作製法
は図８とほぼ同じであるが、ストライプ深さの制御性を
改善するために選択エッチングを行う。このためにＣ６
層を付設している。さらに、２回目の成長時に再成長界
面の劣化を防ぐために、Ｃ５のｎ−ＧａＡｓ層を付設
し、２回目の成長時にメルトバックしてＣ５を除去する
ことを行っている。したがって、２回目の成長はＬＰＥ
法にて行う。Ｃ８層はメルトバック時にＣ７の電流ブロ
ック層がメルトバックされるのを防ぐための層、Ｃ９は
Ｃ８層上の再成長を容易にするための層である。

【０００７】次に、電流・光閉込め層を複数層とした別
の従来例（Ｈ．Ｉｓｈｉｋａｗａ他著、Ａｐｐｌｉｅｄ
ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ３６巻７号５
２０頁１９８０年）を図１１に示す。図中、Ｄ１はｎ
−ＧａＡｓ基板、Ｄ２はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ
＝０．３２、ｄ_D ₂ ＝０．７μｍ）電流・光閉込め層、
Ｄ３はｎ−ＧａＡｓ（ｄ_D ₃ ＝０．１〜０．２μｍ）光
閉じ込め層、Ｄ４はｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝
０．３２）クラッド層、Ｄ５はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａ
ｓ（ｘ＝０．０５）活性層、Ｄ６はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _-
_x Ａｓ（ｘ＝０．３２）クラッド層、ｐ−ＧａＡｓコン
タクト層である。作製法は電流・光閉込め層が２層とな
っていること以外は図１０の例とほぼ同じである。

【０００８】

【発明が解決しようする課題】従来の半導体レーザは前
記図８乃至図１１に示すような構造を有しており、現在
実用化されている。しかしながら、本発明者らは上記の
半導体レーザについて詳細に検討した結果、以下の４つ
の重大な課題があることを見いだした。

【０００９】（課題１）図８、図９に示す従来例では、
電流狭窄機構はストライプ・チャンネル外のｎ−ＧａＡ
ｓ電流・光閉込め層とクラッド層とのｐｎ逆バイアスに
よっている。この領域のｐｎｐｎ接合の熱平衡時のバン
ドダイアグラムを図４に示す。図８、図９の両素子では
各層の材料、混晶比は異なるが禁制帯幅の相対的な大小
関係は同じである。後述のように光閉じ込めの要請から
電流・光閉込め層のＥ_g ₂ は活性層のＥ_g ₁ よりも十分
小さい。電流は、ｐ側クラッド層に対するｎ−ＧａＡｓ
電流・光閉込め層の価電子帯障壁によりｐ側クラッド層
の正孔が流れないことにより狭窄される。従来例では電
流・光閉込め層はｎ−ＧａＡｓでＥ_g ₂ ＝１．４２ｅＶ
と小さく障壁高さは大きくない。また、Ｅ_g ₁ ≧Ｅ_g ₂
なので、電流・光閉込め層ではレーザ光の吸収が起こ
る。吸収により発生した電子、正孔対のうち少数キャリ
アである正孔は電流・光閉込め層より拡散・消滅してい
き電子のみが残留するので、フォトトランジスタ動作に
よって当該層はターンオンして電流狭窄機能は全く失わ
れる。従来例では上記動作が起こらないように電流・光
閉込め層の厚さを少数キャリアの拡散長以上に大きくせ
ねばならなかった。このために拡散長の短い（〜１μ
ｍ）正孔が少数キャリアとなるようにｎ−ＧａＡｓを使
用しても電流・光閉込め層の厚さは１μｍ程度に厚くす
る必要があった。ｐ−ＧａＡｓとするためには電子の拡
散長が長く（〜２μｍ）、なおさらに厚くする必要があ
った。このために、層構造に著しい制約があることが分
かった。このために電流・光閉込め層が１μｍと厚く、
これを貫いてストライプを印刻する場合、エッチング時
間が長いためストライプ側壁のサイドエッチ量も大きく
なり、所望のストライプ幅以上に広くなる問題があるこ
とが分かった。

【００１０】（課題２）上記４つの従来例の半導体レー
ザ光の水平横モードの閉じ込めはｎ−ＧａＡｓ電流・光
閉込め層によるレーザ光の吸収により行っている。即
ち、各層の複素誘電率εの実数成分ε_r と屈折率ｎ、消
衰係数κの間には以下の関係がある。

【００１１】ε_r ／ε₀ ＝ｎ² −κ² モードの感じる屈折率即ち等価屈折率は各層の複素誘電
率に依存するが吸収層では上式よりε_r が小さくなるの
で結局等価屈折率は小さくなる。このためにストライプ
内の等価屈折率に比べストライプ外の等価屈折率が小さ
くなり水平横モードがストライプ内に閉じ込められるの
である。しかしながら、上記従来例図８、図９では上記
課題１に記した理由により電流・光閉込め層を１μｍ程
度に厚くせねばならないので、閉じ込められた横モード
には不必要な過剰吸収を受けてしまう。また、図１０で
はＣ６のｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．４）エッ
チストップ層があるので本来はｎ−ＧａＡｓ層を薄くで
きる。しかしながら本課題は、本発明において指摘する
まで何等考慮されていないので、ｎ−ＧａＡｓ層の厚さ
ｄを０。３≦ｄ≦２μｍと設定している。後述のように
吸収層の層厚は当該層のレーザ発振波長における吸収係
数（α）の逆数の１／２（λ＝７８０ｎｍでは０．２５
μｍ）以下にしないと過剰な吸収を受けるので、図１０
の実施例においても水平横モードは過剰な吸収をうける
ことに変わりはない。

【００１２】以上のために、従来例では水平横モードの
吸収損失が過剰となることが分かった。モード損失が大
きいと外部微分量子効率が小さくなるので高出力動作時
に駆動電流が大きくなり、信頼性に不利である。よって
モード損失を適性値に低減できれば高出力動作の信頼性
の向上に有効であることが分かった。

【００１３】（課題３）図１１に示す従来例ではＤ３層
はＤ４層と導電型を同じくしており、電流閉じ込め効果
はない。従って活性層までの電流広がりが大きい。また
Ｄ３を異なる導電型としても、層厚がｄ_D ₃ ＝０．１〜
０．２μｍと薄いので課題１に記したごとくターンオン
して電流閉じ込め効果はない。また水平横モードの振る
舞いを決定するストライプ内外の等価屈折率差とモード
損失とについては、引例論文に詳細に記されているよう
にＤ３層の層厚とＤ４層の層厚により一意的に決まるた
め、所望のストライプ内外の等価屈折率差をモード損失
と独立に制御できなかった。

【００１４】（課題４）上記課題２に記載したようにス
トライプ外でのモードの吸収損失が大きいのでストライ
プ内の電界波面に対しストライプ外での波面の遅れが著
しい。波面遅れは非点隔差の原因となり結像特性への悪
影響があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、上述
する課題を解決するためになされたもので、第１の導電
型基板上に第１導電型のクラッド層、禁制帯幅Ｅｇ₁ の
活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト
層よりなる非埋め込み型の内部ストライプ半導体レーザ
において、電流狭窄と光水平横モードを閉じ込める層群
（以下電流・光閉込め層）が前記活性層に近接する順番
で禁制帯幅Ｅ_g ₂ 、禁制帯幅Ｅ_g ₃ 、の連続した２層以
上よりなり、前記活性層と前記電流・光閉込め層に挟ま
れたクラッド層の禁制帯幅をＥ_g ₅ としてここで、Ｅ
_g ₂ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ かつＥ_g ₅ ≧Ｅ
_g ₂ とし、ストライプ外部の垂直方向横モードの等価屈
折率がストライプ内部の等価屈折率よりも小なるように
前記電流・光閉込め層群の層厚を設定する半導体レーザ
を提供するものである。

【００１６】また、本願第２の発明は、第１の導電型基
板上に第１導電型のクラッド層、禁制帯幅Ｅｇ₁ の活性
層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層よ
りなる非埋め込み型の半導体レーザにおいて、その電流
狭窄と光水平横モードを閉じ込める層群（以下電流・光
閉込め層）が前記活性層に近接する順番で禁制帯幅Ｅ_g
₂ 、禁制帯幅Ｅ_g ₃ 、禁制帯幅Ｅ_g ₄ の連続した３層以
上よりなり、前記活性層と前記電流・光閉込め層に挟ま
れたクラッド層の禁制帯幅をＥ_g ₅ としてここで、Ｅ_g ₂ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ かつＥ_g ₄ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ かつＥ_g ₅ ≧Ｅ_g ₂ とし、ストライプ外部の垂直方向横モードの等価屈折率がスト
ライプ内部の等価屈折率よりも小なるように前記電流・
光閉込め層群の層厚を設定する半導体レーザを提供する
ものである。

【００１７】更に、前記電流・光閉じ込層のうち禁制帯
幅Ｅ_g ₃ の層厚は、当該層のレーザ発振波長における吸
収係数の逆数の１／２以下とする半導体レーザを提供す
るものである。

【００１８】また、基板がＧａＡｓ、積層材料がＡｌＧ
ａＡｓ混晶、又はＡｌＧａＩｎＰ混晶、又はＧａＩｎＰ
Ａｓ混晶である半導体レーザを提供するものである。

【００１９】

【作用】前記第１の発明においては、電流・光閉込め層
を挟んで活性層と反対側にクラッド層があるレーザ構造
の場合、活性層よりも禁制帯幅が大きくレーザ光に対し
透明な層とレーザ光吸収層の２層よりなる電流・光閉込
め層に使用して、前記禁制帯幅の大きな透明層が前記の
光吸収により発生した少数キャリアの拡散を防止するの
でターンオン現象を防ぐことができ、更に、吸収層の厚
さを（少数キャリアの拡散長以上にする必要がないの
で）小さくすることができ、モード損失を適性値に設定
することができる。更に、当該層の２つの層厚を適当に
組み合わせることにより、モード損失量とは独立にスト
ライプ内外の等価屈折率を任意に設定することができ
る。

【００２０】また、前記第２の発明においては、電流・
光閉込め層を挟んで活性層と反対側に基板等の吸収層が
あるレーザ構造の場合、前記電流・光閉込め層を３層と
して光吸収層を透明層で挟むことにより、前記第１の発
明と同様の作用効果を持つ半導体レーザを実現できる。

【００２１】更に、電流・光閉じ込層の内吸収層の厚さ
を当該層のレーザ波長における吸収係数の逆数の１／２
以下にすることで、水平横モードの損失を低減した半導
体レーザを実現できる。

【００２２】

【実施例】図１に本発明の第１実施例の半導体レーザ断
面図を示す。本実施例は図９に示した従来例の改善策と
して発明されたものである。

【００２３】図１において、１０１はｎ−ＧａＡｓ基
板、１０２はｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．５、
ｄ₁ ₀ ₁ ＝１μｍ）クラッド層、１０３はＡｌ_x Ｇａ₁
_- _x Ａｓ（ｘ＝０．１３、ｄ₁ ₀ ₃ ＝０．１μｍ）活性
層、１０４はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．５、
ストライプ外層厚ｄ₁ ₀ ₄ ＝０．１μｍ）クラッド層、
１０５はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．０５、ｄ
₁ ₀ ₅ ＝３ｎｍ）エピ促進層、１０６はｐ−Ａｌ_x Ｇａ
₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．６、ｄ₁ ₀ ₆ ＝３０ｎｍ）エッチ
ストップ層、１０７、１０８、１０９は各々ｎ−Ａｌ_x
Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．２、ｄ₁ ₀ ₇ ＝０．１μ
ｍ）、ｎ−ＧａＡｓ（ｄ₁ ₀ ₈ ＝０．１μｍ）、ｎ−Ａ
ｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．２、ｄ₁ ₀ ₉ ＝０．２μ
ｍ）よりなる電流・光閉込め層、１１０はｎ−ＧａＡｓ
（ｄ₁ ₁ ₀ ＝０．０５ｎｍ）エピ促進層、１１１はｎ−
Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．５、ｄ₁ ₁ ₁ ＝１μ
ｍ）クラッド層、１１２はｐ−ＧａＡｓ（ｄ₁ ₁ ₂ ＝１
μｍ）コンタクト層である。本実施例の半導体レーザは
波長７８０ｎｍで発振する。

【００２４】次に、作製方法を記す。ｎ−ＧａＡｓ１０
１上に１０２〜１１０層を順次積層する。次に、１０６
に達するまで、幅４μｍ、深さ約０．４μｍのストライ
プを印刻する。このとき、アンモニア系のエッチャント
（ＮＨ₄ ＯＨ：Ｈ₂ Ｏ₂ ＝１：１０）を使用すれば、Ａ
ｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．５）エッチストップ層１
０６はエッチされないので制御性良く深さを設定でき
る。次に、ふっ酸（ＨＦ）にてストライプ内の１０６を
除去する。この場合、ｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝
０．０５）エピ促進層１０５はＨＦではエッチされない
ので１０６のみを除去できる。次に、該層上に１１１、
１１２を順次積層する。成長方法はＭＯＣＶＤ法を用い
る。発振波長は７８０ｎｍである。

【００２５】次に、本実施例の機能を説明する。機能説
明のために本実施例で必須となる層のみを図示したのが
図２である。

【００２６】まず、電流狭窄機能について説明する。本
実施例では図８に示す従来例に対し、電流・光閉込め層
にｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．２）１０７が付
設されている。前記図２のストライプ外のバンドダイヤ
グラムを図３に示す。ここで各層の禁制帯幅の大小関係
は以下の通りである。

【００２７】Ｅ_g ₂ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ 、Ｅ_g ₅ ≧Ｅ_ｇ _２図３を図４と比較すると明らかなように、本実施例はレ
ーザ光に透明（Ｅ_ｇ _２ ≧Ｅ_g ₁ ）なｎ−Ａｌ_x Ｇａ
₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．２）電流・光閉込め層１０７が付
設されているため、ｎ−ＧａＡｓ１０８で光吸収発生し
たキャリア（正孔）の１０７層の価電子帯の障壁でのク
ラッド層側への拡散が抑えられ、ｎ−ＧａＡｓ１０８が
薄くてもターンオンせず、当該層の厚さの制約が緩和さ
れる（課題１の解決）。

【００２８】次いで、光横モードの閉じ込め機能につい
て説明する。図２のレーザ構造のストライプ内外のモー
ド分布と屈折率分布を図５に示す。ストライプ外では屈
折率の高い活性層１０３を挟んで屈折率の低いクラッド
層１０２、１０４が、またｎ−ＧａＡｓ１０８を挟んで
１０４、１１１が存在する構造の導波路となっており、
モード分布は２峰となる。この「屈折率の低い」とは厳
密には、その層の屈折率がモード等価屈折率よりも小さ
いことを意味する。

【００２９】ここで、１０７層は屈折率は低くなくても
よく、１０８層に活性層からの光を引き出すために当該
層の屈折率を比較的大きくすべく、アルミ混晶比を小さ
く（ｘ＝０．２）設定している。

【００３０】等価屈折率近似によるとストライプ内の水
平横モード（等価屈折率ｎ_e _m 、α_m ）は、ストライプ
内の垂直横モードの等価屈折率ｎ_e _i 、ストライプ外の
垂直横モードの等価屈折率ｎ_e _o 、モード損失α_o 、ス
トライプの幅Ｗに依存する。一般にα_m を小さくするに
は、α_o を小さくすると共にストライプ内外の等価屈折
率差を２×１０^- ² 以上に大きくすればよく、このため
にはストライプ外の等価屈折率を小さくする必要があ
る。しかしながら前記課題２で記したように従来例では
α₀ を小さくすることができなかった。これは吸収層
（図８ではＡ５層）の厚さが当該層のレーザ波長におけ
る吸収係数の逆数（即ち侵入深さ）よりも大きいため、
α₀ が自動的に大きくなってしまうことに起因してい
る。

【００３１】そこで本発明の構造で吸収層の厚さを種々
変えてモード損失を計算した結果、当該吸収層の厚さを
吸収係数の逆数（本実施例では０．５５μｍ）の１／２
以下程度にすることによりモード損失を大幅に低減でき
ることを見いだした（本実施例ではｎ−ＧａＡｓ１０８
層の層厚はｄ₁ ₀ ₈ ＝０．１μｍとした）。

【００３２】本実施例（図２）及び従来例Ａ（図８にお
いてｄ_A ₅ ＝１．０μｍとした場合）、従来例Ｂ（図９
においてｄ_C ₆ ＝０．１μｍ、ｄ_C ₇ ＝０．３μｍ、ｄ
_C ₈＝０．４μｍとした場合）での等価屈折率等を以下
に記す。

【００３３】本実施例従来例Ａ従来例Ｂｎ_e _i ３．３８６３５３．３８６３５３．３８６３５ｎ_e _o ３．３６４１４３．３６６３８３．３８４２３１８ｎ_e _i −ｎ_e _o ２．２×１０^- ² ２．２×１０^- ² ２．１×１０^- ³ α_o （ｃｍ^- ¹ ）−１６１５．２ −４３９０．７３ −１３７９．５５ｎ_e _m ３．３８５２９３．３８５２４３．３８５２４ α_m （ｃｍ^- ¹ ）−１０．６ −２０．１ −４１．７光強度１／ｅ² での波面遅れ４．９° ９．３° １２．３° 尚、従来例Ａ、Ｂの計算ではクラッド層、活性層は本実
施例と同じ混晶比、層厚とした。このように本実施例の
構造では１０７、１０８の２層の層厚、アルミ混晶比を
適当に設定することにより、等価屈折率差を大きくで
き、しかもα_m を従来例に比べ１／２〜１／４に小さく
設定できる（課題２の解決）。

【００３４】また、電流・光閉込め層の層厚を小さくで
き（１μｍ→０．４μｍ）（課題１の解決）、ｄ_D ₁ ₀
₇ とｄ_D ₁ ₀ ₈ を適当に設定することにより他の構造パ
ラメータとは独立に小さいモード損失量でストライプ内
外の等価屈折率差を所望の値に設定できる（課題３の解
決）。

【００３５】更に、非点隔差の原因となる波面遅れも従
来の１／２〜１／３とすることができる（課題４の解
決）。

【００３６】次に、図１の１０５、１０６、１０７、１
０８、１１０の付加層の機能について説明する。前記の
ようにストライプ深さを制御良く設定するために１０
５、１０６層が必要である。１１１、１１２層を積層す
る場合に、ストライプ内外の成長界面をアルミを含まな
いＧａＡｓとして再成長層の品質を確保するのが１０５
である。１０５のｐ−ＧａＡｓは層厚が３ｎｍとしてお
り量子井戸効果で活性層より禁制帯幅が大きく吸収層に
はならない。ストライプ内外の等価屈折率（ｎ_e _i 、ｎ_e
_o ）、モード損失α_m の設定の自由度を拡大するのが
１０９である。

【００３７】図６、図７は本発明の第２実施例を示す半
導体レーザの断面図である。図中、４０１はｐ−ＧａＡ
ｓ基板、４０２、４０３、４０４は各々はｎ−Ａｌ_x Ｇ
ａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．５、層厚ｄ₄ ₀ ＝０．２μ
ｍ）、ｎ−ＧａＡｓ（ｄ₄ ₀ ₃ ＝０．１μｍ）、ｎ−Ａ
ｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．２、ｄ₄ ₀ ₄ ＝０．１μ
ｍ）の３層よりなる電流・光閉込め層、４０５はｎ−Ｇ
ａＡｓエピ促進層（ｄ₄ ₀ ₅ ＝０．０５μｍ）、４０６
はｐ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．５、ストライプ
外層厚ｄ₄ ₀ ₆ ＝０．１μｍ）クラッド層、４０７はＡ
ｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．１３、ｄ₄ ₀ ₇ ＝０．１
μｍ）活性層、４０８はｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ
＝０．５、ｄ₄ ₀ ₈ ＝１μｍ）クラッド層、４０９はｎ
−ＧａＡｓ（ｄ₄ ₀ ₉ ＝１μｍ）コンタクト層である。
成長は、ＬＰＥ法にて行った。本実施例の半導体レーザ
も波長７８０ｎｍで発振する。

【００３８】図６の実施例の各層の機能を明瞭にするた
めに必須となる層のみを図示したのが図７である。図６
の実施例では電流・光閉込め層のｎ−ＧａＡｓを屈折率
の低い層で挟むのにｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝
０．５）４０２が必要となる。

【００３９】本第２実施例のその他の各層の機能は第１
実施例とほぼ同一であるので、説明は省略する。尚、４
０５層は、４０６〜４０９層を積層する場合にストライ
プ外の成長界面をアルミを含まないＧａＡｓとして再成
長層の品質を確保するために付加されている。

【００４０】次に、本発明の第３実施例について記す。
実施例の半導体レーザ断面図は、第１実施例を示す図１
において、図中の１０６層が不必要であることを除いて
同一であるため、図１を用いて説明する。本実施例にお
いては、１０１はｎ−ＧａＡｓ基板、１０２はｎ−（Ａ
ｌ_x Ｇａ₁ _- _x ）₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ＝１．０、ｄ
₁ ₀ ₁ ＝１μｍ）クラッド層、１０３は（Ａｌ_x Ｇａ₁
_- _x ）₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ＝０．０、ｄ₁ ₀ ₃ ＝
０．１μｍ）活性層、１０４はｐ−（Ａｌ_x Ｇａ₁ _-
_x ）₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ＝１．０、ストライプ外層
厚ｄ₁ ₀ ₄ ＝０．１μｍ）クラッド層、１０５は（Ａｌ
_x Ｇａ₁ _- _x ）₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ＝０．０、ｄ₁
₀ ₅ ＝３ｎｍ）エピ促進層、１０７、１０８、１０９は
各々ｎ−（Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x ）₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ
＝０．１、ｄ₁ ₀ ₇ ＝０．１μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ（ｄ
₁ ₀ ₈ ＝０．１μｍ）、ｎ−（Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x ）₀ _・
₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ＝０．２、ｄ₁ ₀ ₉ ＝０．１μｍ）
よりなる電流・光閉込め層、１１０はｎ−ＧａＡｓ（ｄ
₁ ₁ ₀ ＝０．０５ｎｍ）エピ促進層、１１１はｎ−（Ａ
ｌ_x Ｇａ₁ _- _x ）₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（ｘ＝１．０、ｄ
₁ ₁ ₁ ＝１μｍ）クラッド層、１１２はｐ−ＧａＡｓ
（ｄ₁ ₁ ₂ ＝１μｍ）コンタクト層である。本実施例の
半導体レーザは波長６７０ｎｍで発振する。成長方法
はＭＯＣＶＤ法である。

【００４１】作製方法は以下の通りである。ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１０１上に、１０２〜１１０層を順次積層する。
次に、ストライプ（幅４μｍ、深さ１μｍ）を印刻す
る。この印刻では、１０５のｐ−（Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x ）
₀ _・ ₅ Ｉｎ₀ _・ ₅ Ｐ（Ｘ＝０．０）が硫酸系（Ｈ₂ ＳＯ
₄ ：Ｈ₂ Ｏ₂ ＝１：４）エッチャントでエッチングされ
ないことを利用して１０５層上まで制御よくストライプ
を形成できるので、前記第２実施例で記したごとき１０
６のｎ−Ａｌ_x Ｇａ₁ _- _x Ａｓ（ｘ＝０．６）エッチス
トップ層は不要である。

【００４２】以上第１乃至第３実施例の各構造について
材料を各々ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ／
ＧａＡｓとして記したが各構造はすべてこれらの材料が
適用可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば半導
体レーザの電流狭窄機能の改善と光閉じ込め構造におけ
るストライプ内外の等価屈折率差を広い範囲で制御よく
変化でき、しかもモード損失を低減でき、非点隔差も低
減できるので低駆動電流で高出力動作に優れ、光学特性
も優秀な半導体レーザを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による半導体レーザの断面
図である。

【図２】本発明の第１実施例の機能説明のための要部断
面図である。

【図３】図２のバンドエネルギーダイヤグラムである。

【図４】従来例のバンドエネルギーダイヤグラムであ
る。

【図５】本発明の第１実施例による半導体レーザのスト
ライプ内外の光モード分布を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例による半導体レーザの断面
図である。

【図７】本発明の第２実施例の機能説明のための要部断
面図である。

【図８】従来の半導体レーザの断面図である。

【図９】従来の半導体レーザの断面図である。

【図１０】従来の半導体レーザの断面図である。

【図１１】従来の半導体レーザの断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅原聰大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者種谷元隆大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導電型基板上に第１導電型のクラ
ッド層、禁制帯幅Ｅｇ₁ の活性層、第２導電型クラッド
層、第２導電型コンタクト層よりなる非埋め込み型の内
部ストライプ半導体レーザにおいて、電流狭窄と光水平
横モードを閉じ込める層群（以下電流・光閉込め層）が
前記活性層に近接する順番で禁制帯幅Ｅ_g ₂ 、禁制帯幅
Ｅ_g ₃ 、の連続した２層以上よりなり、前記活性層と前
記電流・光閉込め層に挟まれたクラッド層の禁制帯幅を
Ｅ_g ₅ としてここで、Ｅ_g ₂ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g
₃ かつＥ_g ₅ ≧Ｅ_g ₂ とし、ストライプ外部の
垂直方向横モードの等価屈折率がストライプ内部の等価
屈折率よりも小となるように前記電流・光閉込め層群の
層厚を設定することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】第１の導電型基板上に第１導電型のクラ
ッド層、禁制帯幅Ｅｇ₁ の活性層、第２導電型クラッド
層、第２導電型コンタクト層よりなる非埋め込み型の半
導体レーザにおいて、その電流狭窄と光水平横モードを
閉じ込める層群（以下電流・光閉込め層）が前記活性層
に近接する順番で禁制帯幅Ｅ_g ₂ 、禁制帯幅Ｅ_g ₃ 、禁
制帯幅Ｅ_g ₄ の連続した３層以上よりなり、前記活性層
と前記電流・光閉込め層に挟まれたクラッド層の禁制帯
幅をＥ_g ₅ としてここで、Ｅ_g ₂ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ かつＥ_g ₄ ≧ Ｅ_g ₁ ≧ Ｅ_g ₃ かつＥ_g ₅ ≧Ｅ_g ₂ とし、ストライプ外部の垂直方向横モードの等価屈折率がスト
ライプ内部の等価屈折率よりも小となるように前記電流
・光閉込め層群の層厚を設定することを特徴とする半導
体レーザ。
【請求項３】前記電流・光閉じ込層のうち禁制帯幅Ｅ
_g ₃ の層厚は、当該層のレーザ発振波長における吸収係
数の逆数の１／２以下とすることを特徴とする請求項１
又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】基板がＧａＡｓ、積層材料がＡｌＧａＡ
ｓ混晶、又はＡｌＧａＩｎＰ混晶、又はＧａＩｎＰＡｓ
混晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半
導体レーザ。