JPH0685379A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子およびその製造方法

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JPH0685379A
JPH0685379A JP23055792A JP23055792A JPH0685379A JP H0685379 A JPH0685379 A JP H0685379A JP 23055792 A JP23055792 A JP 23055792A JP 23055792 A JP23055792 A JP 23055792A JP H0685379 A JPH0685379 A JP H0685379A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser device
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JP23055792A
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Toshio Hata
俊雄 幡
Shinji Kaneiwa
進治 兼岩
Hiroyuki Hosobane
弘之 細羽
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性層内部での電流の拡がりが少なく、低い
発振閾値電流で動作し、高効率で発振できる半導体レー
ザ素子およびその製造方法を提供する。 【構成】 活性層3の上方に応力導入層6が形成されて
いる。応力導入層の下方に位置する活性層のエネルギー
バンドギャップは狭くなるが、一方、その上方に応力導
入層が形成されていない活性層のエネルギーバンドギャ
ップは変化しないため、横方向にキャリアの閉じ込めが
可能になる。その結果、活性層内部での電流の拡がりが
低減され得、さらに活性層内への電流注入効率が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、活性層内部に電流狭窄
を有する半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、
より詳細には、活性層内部での電流の拡がりが少なく、
低い発振閾値電流で動作し、高効率で発振できる半導体
レーザ素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ素子は多くの分野で利用さ
れており、その利用に際しては、より良好な光学特性が
要求されている。優れた光学特性を得るために、屈折率
導波構造を有する埋め込みヘテロ(Buried Heterostruc
ture、BH)型構造が用いられる。
【0003】上記BH構造の半導体レーザ素子の1例を
図5に示す。この半導体レーザ素子は、LPE成長によ
って形成される。すなわち、第一の結晶成長工程におい
て、まず、n型GaAs基板1上にn型AlGaAs下
部クラッド層2、p型またはn型AlGaAs活性層1
3、p型AlGaAs上部クラッド層4、およびp+
GaAsキャップ層8からなるダブルヘテロ接合構造を
形成する。その後、フォトリソグラフィ法を用いて、メ
サエッチングにより、上記n型AlGaAs下部クラッ
ド層2、p型またはn型AlGaAs活性層13、p型
AlGaAs上部クラッド層4、p+型GaAsキャッ
プ層8、およびn型GaAs基板1の上部が部分的に除
去され、その結果、幅の狭いストライプ状のダブルヘテ
ロ接合を有するメサストライプが形成される。第二の結
晶成長工程において、電流狭窄層および横モード制御を
行うために、このメサストライプの両側にそれぞれ、p
型AlGaAs埋め込み層14、n型AlGaAs埋め
込み層15を形成することによって、BH型の半導体レ
ーザ素子が得られる。
【0004】上記BH構造では、上記活性層13の両側
が活性層13の屈折率より小さい屈折率を有する埋め込
み層14、15で埋め込まれているので、この部分が屈
折率導波路となり、電流および光の両方に対して強い閉
じ込め作用を有する。そのため、この半導体レーザ素子
では発振する光の損失が少なく、閾値電流が低い。さら
に、活性層13の側面に光吸収作用をもつ層がないの
で、微分効率が高くなり、高効率で発振することができ
る。
【0005】しかしながら、上記BH型半導体レーザ素
子は、メサエッチングにより幅の狭いメサストライプを
形成するため、製造に手間がかかる。さらに、LPE法
により半導体レーザ素子を形成するため、第二の結晶成
長工程時にメサストライプがメルトバックされて削られ
る恐れがある。その他には、再成長時にp型AlGaA
s埋め込み層14の層厚を調整するのが困難であるとい
う欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
欠点を解決しようとするものであり、その目的は、活性
層内部での電流の拡がりが少なく、低い発振閾値電流で
動作し、かつ、高効率で発振できる半導体レーザ素子お
よびその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の半導
体レーザ素子は、半導体基板上に、下部クラッド層、活
性層、および第1の上部クラッド層がこの順に積層形成
され、該第1の上部クラッド層上に、リッジ状のストラ
イプが形成されている。該ストライプは、層状態で順次
積層された応力導入層、第2の上部クラッド層、および
キャップ層を含む半導体レーザ素子であり、そのことに
より上記目的が達成される。
【0008】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
半導体基板上に、下部クラッド層、活性層、第1の上部
クラッド層、応力導入層、第2の上部クラッド層、およ
びキャップ層をこの順に積層形成する工程と、該キャッ
プ層、該第2の上部クラッド層、および該応力導入層の
一部を除去して、リッジ状のストライプを形成する工程
と、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【0009】上記半導体レーザ素子およびその製造方法
において、好ましくは、上記活性層は、単一量子井戸活
性層である。
【0010】本発明の半導体レーザ素子は、活性層の上
方に応力導入層を設けることを特徴としている。このよ
うな構造を有する半導体素子は、Appl.Phys.
Lett.59(15),1875〜,1991に報告
されている。この半導体素子では、図1に示すように、
GaAs単一量子井戸層3の上方に、単一量子井戸層よ
りも幅が狭いInGaAs応力導入層6が形成されてお
り、単一量子井戸層と応力導入層との間、および単一量
子井戸層の下部に、縦方向にキャリアを閉じ込めるため
の埋め込み層が形成されている。このような場合、応力
導入層の下方に位置する単一量子井戸層のエネルギーバ
ンドギャップ(Eg)は狭くなっており、その結果、領
域11のEgも狭くなり、一方、その上方に応力導入層
が形成されていない単一量子井戸層のEgは変化しない
ため、領域12のEgも変化せず、そのため、キャリア
の閉じ込めが可能になることが報告されている。
【0011】本発明の半導体レーザ素子では、上記応力
導入層が半導体レーザ素子に応用されているため、半導
体レーザ素子の活性層内に注入された電流が横方向に閉
じ込められる構造が形成され、活性層内での電流の拡が
りが低減され得、さらに活性層内への電流注入効率が向
上する。従って、高効率で発振でき、極低閾値電流で動
作する半導体レーザ素子が提供される。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明するが、これらに限定されるものではない。以下の
実施例では、本発明の半導体レーザ素子の結晶積層形成
において、分子線エピタキシャル(MBE)法を用いた
が、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いてもよ
い。
【0013】(実施例1)図2は、本発明の実施例1の
半導体レーザ素子の縦断面図である。この半導体レーザ
素子は、例えば、次のような工程で製造される。まず、
n型GaAs基板1上に、n型AlxGa1-xAs下部ク
ラッド層2(0<x<1)、ノンドープ−AlyGa1-y
As単一量子井戸活性層3(0<y<1)、p型Alx
Ga1-xAs上部クラッド層4(0<x<1)、p型G
aAs層5、p型InzGa1-zAs応力導入層6(0<
z<1)、p型AlxGa1-xAs第2の上部クラッド層
7(0<x<1)、およびp+型GaAsキャップ層8
がこの順に積層形成される。上記p+GaAsキャップ
層8、p型AlxGa1-xAs第2の上部クラッド層7、
p型InzGa1-zAs層6、p型GaAs層5の一部が
除去されることによって、リッジ状のストライプが形成
される。
【0014】このようにして得られたリッジ状のストラ
イプの両側面部および上部の一部を覆うようにして、さ
らに、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層4上に、絶
縁体層16が形成される。
【0015】p+GaAsキャップ層8側、およびn型
GaAs基板1側に、p型電極、およびn型電極がそれ
ぞれ形成される。
【0016】次に、この半導体レーザ素子の製造方法
を、図2を参照しながら詳細に説明する。
【0017】III族元素としてGa、Al、In、V族
元素としてAs、ドーパントとしてSi、Beが充填さ
れたMBE装置内(図示せず)において、n型GaAs
基板1上に、n型GaAsバッファ層(図示せず)、n
型AlxGa1-xAs下部クラッド層2、ノンドープ−A
yGa1-yAs単一量子井戸活性層3、p型AlxGa1
-xAs上部クラッド層4、p型GaAs層5、p型In
zGa1-zAs応力導入層6、p型AlxGa1-xAs第2
の上部クラッド層7、p+型GaAsキャップ層8をこ
の順に積層形成する。
【0018】このウェハーをMBE装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ法を用いて、上記p+GaA
sキャップ層8、p型AlxGa1-xAs第2の上部クラ
ッド層7、p型InzGa1-zAs層6、p型GaAs層
5の一部を除去し、リッジ状のストライプを形成する。
【0019】このようにして得られたリッジ状のストラ
イプの両側面部および上部の一部を覆うようにして、さ
らに、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層4上に、絶
縁体層16を形成し、通常のフォトリソグラフィ法を用
いて絶縁体層16に電流通路(図示せず)を形成する。
【0020】次に、通常の方法によって、p+GaAs
キャップ層8側、およびn型GaAs基板1側に、p型
電極9、およびn型電極10をそれぞれ形成する。得ら
れた積層体を劈開によりチップ分割することによって、
本発明の半導体レーザ素子が得られる。
【0021】上記p型GaAs層5は、必要に応じて形
成され得る。p型GaAs層5はノンドープ−Aly
1-yAs単一量子井戸活性層3の近傍に存在している
が、この活性層から発生する光に対して吸収作用はない
ため、本発明の半導体レーザ素子が優れた光学特性を得
るうえで、特に問題はない。
【0022】上記の方法によって形成されたリッジ状の
ストライプは、任意の幅を有し得るが、通常、500オ
ングストローム〜3μmである。図4は、活性層におい
て、エネルギーバンドギャップEgが狭くなっている領
域11と、Egが変化しない領域12(図1参照)のE
gの差(ΔEg)と、p型InzGa1-zAs応力導入層
6の幅Wとの関係を示している。図より、p型Inz
1-zAs応力導入層6の幅Wが狭いほど、ΔEgが大
きいことがわかる。
【0023】この半導体レーザ素子においては、ノンド
ープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活性層3の上方
に、p型InzGa1-zAs応力導入層6が形成されてお
り、応力導入層の下に位置するノンドープ−AlyGa
1-yAs単一量子井戸活性層3のエネルギーバンドギャ
ップが狭くなっている。その結果、領域11に注入され
た電流は効率よくノンドープ−AlyGa1-yAs活性層
内部に閉じ込められ、活性層内部での電流の拡がりが低
減され得る。さらに、レーザ光も領域11内に効率よく
閉じ込められる。
【0024】p型InzGa1-zAs応力導入層6は、ノ
ンドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活性層3の近
傍に存在しているが、活性層から発生する光に対して吸
収作用はなく、本発明の半導体レーザ素子が優れた光学
特性を得るうえで、特に影響はない。
【0025】(実施例2)図3は、本発明の他の実施例
を示す。
【0026】p型GaAs層5を形成しなかったこと以
外は、実施例1と同様にして、本発明の半導体レーザ素
子を作成した。
【0027】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、活
性層内部での電流の拡がりが少なく、発振閾値電流が低
く、高効率で発振できる半導体レーザ素子を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】活性層における横方向のエネルギーバンドギャ
ップを表す半導体の模式図である。
【図2】本発明の実施例1の半導体レーザ素子の模式縦
断面図である。
【図3】本発明の実施例2の半導体レーザ素子の模式縦
断面図である。
【図4】領域11および領域12におけるエネルギーバ
ンドギャップの差と、p型InzGa1-zAs応力導入層
6の幅Wとの関係を示すグラフである。
【図5】従来のBH構造の半導体レーザ素子の横式縦断
面図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板 2 n型AlxGa1-xAs下部クラッド層 3 ノンドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活性層 4 p型AlxGa1-xAs上部クラッド層 5 p型GaAs層 6 p型InzGa1-zAs応力導入層 7 p型AlxGa1-xAs第2の上部クラッド層 8 p+GaAsキャップ層 9 p型電極 10 n型電極 11 エネルギーバンドギャップが狭くなっている領域 12 エネルギーバンドギャップが変化しない領域 13 pまたはn型AlGaAs活性層 14 p型AlGaAs埋め込み層 15 n型AlGaAs埋め込み層 16 絶縁体層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、下部クラッド層、活性
    層、および第1の上部クラッド層がこの順に積層形成さ
    れ、 該第1の上部クラッド層上に、リッジ状のストライプが
    形成され、 該ストライプが、層状態で順次積層された応力導入層、
    第2の上部クラッド層、およびキャップ層を含む、 半導体レーザ素子。
  2. 【請求項2】前記活性層が単一量子井戸活性層である、
    請求項1に記載の半導体レーザ素子。
  3. 【請求項3】半導体基板上に、下部クラッド層、活性
    層、第1の上部クラッド層、応力導入層、第2の上部ク
    ラッド層、およびキャップ層を順次積層形成する工程
    と、 該キャップ層、該第2の上部クラッド層、および該応力
    導入層の一部を除去して、リッジ状のストライプを形成
    する工程と、を包含する、 半導体レーザ素子の製造方法。
  4. 【請求項4】前記活性層が単一量子井戸活性層である、
    請求項3に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
JP23055792A 1992-08-28 1992-08-28 半導体レーザ素子およびその製造方法 Pending JPH0685379A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7289688B2 (en) * 2004-09-28 2007-10-30 Versawave Technologies Inc. Passive method and apparatus for inducing mode conversion

Cited By (1)

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19990323