JPH07105561B2 - 半導体レーザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は基板面と垂直な方向より光を取り出す面発光型
の半導体レーザに関する。

『従来の技術』 面発光型からなる半導体レーザの一例として、特開昭62
−40790号公報に記載されたもの（先行技術１）、第31
回応用物理学関係連合講演会にて発表されたもの（先行
技術２）、特開昭61−79280号公報に記載されたもの
（先行技術３）が公知である。

先行技術１の場合は、基板（結晶）の一部に、イオンビ
ームエッチング手段を介して段が形成され、その段の側
面に、MOCVD法を介して活性層を含む二重ヘテロ構造が
設けられる。

先行技術２の場合は、基板（結晶）に、LEP法を介して
約30μｍ厚の結晶が成長され、その結晶がイオンビーム
エッチング手段を介して円柱状の突起に形成され、さら
に、当該円柱突起の外周にホモ接合の活性層が形成され
る。

先行技術３の場合は、基板面と平行する滑性領域が円柱
突起に形成されていてその外周面が外部に露出してお
り、半導体多層膜からなる反射領域が円柱突起の上下に
設けられている。

『発明が解決しようとする課題』 上述した先行技術１の場合、段の側面と平行な面内の
光、キャリアに対する閉じこめ構造がないので、閾値電
流密度を低減するのが困難であり、その上、光伝送体
（光ファイバ）との結合効率を高めるため構造もないの
で、これとの高効率結合が達成できない。

上述した先行技術２の場合は、これの活性層がホモ接合
であるために、発光効率が低下し、閾値電流密度が高く
なる。他にも、ホモ接合が拡散技術に依存したものであ
るために、活性層の寸法精度が劣り、発光強度分布の制
御がむずかしいとか、レーザ素子が高温になると、pn接
合部より電流リークが生じて発光効率が低下する。

上述した先行技術３の場合は、先行技術２にみられる一
部の課題を解決して閾値電流密度を低減し、発光効率を
向上させているが、その活性領域の外周面が外部に曝さ
れてお、この部分の結晶が製造プロセスにおいて特性劣
化物質により汚染されているために、高品質の半導体レ
ーザを得ることができない。

本発明は上述した課題に鑑み、閾値電流密度の低減、光
伝送体との高効率結合が実現できる高品質の半導体レー
ザを提供しようとするものである。

『課題を解決するための手段』 本発明に係る半導体レーザは所期の目的を達成するため
に、基板上に、その基板面の垂直軸線方向に突出する半
導体突起が設けられていること、および、半導体突起の
外周に、結晶成長による活性層とその活性層の外周を覆
うクラッド層とを含んだ二重ヘテロ構造が設けられてい
ること、および、半導体突起の上部、下部に対をなす共
振鏡が設けられていること、および、半導体突起とクラ
ッド層との相対関係において半導体突起の屈折率がクラ
ッド層の屈折率よりも高く、かつ、半導体突起と活性層
との相対関係において半導体突起のバンドギャップが活
性層のバンドギャップよりも広いことを特徴とする。

上記において、たとえば、対をなす共振鏡の少なくとも
一方は、半導体多層膜からなる。

『実施例』 本発明に係る半導体レーザの実施例につき、図面を参照
して説明する。

第１図、第２図において、InP系の結晶からなる基板11
に、半導体多層膜による高反射膜12が形成されていると
ともに、その高反射膜12の上に、半導体多層膜たる高反
射膜12を利用した共振鏡21と、誘電体多層膜からなる高
反射膜18を利用した共振鏡22とが形成される。

なお、これら共振鏡21、22は、少なくとも一方が半導体
多層膜からなるを要する。

このような条件を満足させる実施態様として、一方の共
振鏡21に代えて他方の共振鏡22が半導体多層膜により形
成されることがあり、さらには、両方の共振鏡21、22と
も、半導体多層膜により形成されることがある。

上記において、半導体突起13の屈折率は、各クラッド層
14、16、17の屈折率よりも高く、半導体突起13のバンド
ギャップは、活性層15のバンドギャップよりも広い。

つぎに、本発明に係る半導体レーザを製造する際の一例
につき、第３図〜第６図を参照して説明する。

第３図において、はじめ、InP基板11の上には半導体多
層膜による高反射膜12、半導体突起13用のGaInAsP系光
導波層23が、MOCVD法を介して順次形成された後、その
光導波層23上の所定部にマスク24が施され、かかるマス
キング状態において光導波層23の不要部が反応性イオン
ビームエッチング手段による除去される。

かくて、第４図のごとく、高反射膜12の上に円柱状の半
導体突起13が形成される。

つぎに、第５図のごとく、高反射膜12の表面および半導
体突起13の表面に、MOCVD法を介して、ｎ型クラッド層1
4、活性層15、ｐ型の第１、第２クラッド層16、17が順
次形成される。

その後、第６図のごとく、反応性イオンビームエッチン
グ手段を介して、活性層15、ｐ型第１クラッド層16、ｐ
型第２クラッド層17の不要部分が除去される。

さらにその後、上記ｐ型の第１、第２クラッド層16、17
までを含む半導体突起13の上面には、スパッタ法などを
介して誘電体多層膜が形成されるとともに、ｎ型クラッ
ド層14上にはｎ型の電極19が、ｐ型第２クラッド層17上
にはｐ型の電極20がそれぞれ形成され、かくて、第１
図、第２図に示した半導体レーザが得られる。

本発明に係る半導体レーザの場合、ｎ型、ｐ型の両電極
19、20を介した電流の注入により活性層15が発光し、そ
の発光状態が半導体突起13の上下にある共振鏡21、22を
介して反射かつ増幅され、かかるレーザ作用により、半
導体突起13の上部側から基板面と直交する方向に光を誘
導放出することができる。

この場合、半導体突起13外周の活性層15を含む二重ヘテ
ロ構造により、キャリアの再結合効率が高まるので、閾
値電流密度が低減され、しかも、活性層15の全体積（厚
さ×長さ×高さ）を、半導体突起13の形状により小さく
することができるので、かかる観点からも、閾値電流密
度の低減が容易となる。

さらに半導体突起13は、その屈折率が各クラッド層14、
16、17よりも高く、そのバンドギャップが活性層15より
も広いので、当該半導体突起13が光導波層となり、した
がって、その半導体突起13に依存した凸型の導波構造に
より、光伝送体（光ファイバ）との高効率結合が容易に
行なえる。

その他、共振鏡21、22の少なくとも一方が半導体多層膜
により形成される場合、その高度の反射特性に基づい
て、閾値電流密度を低減することができる。

上述した本発明の技術は、GaAs系、AlGaAs系など、これ
ら半導体材料に関する技術分野にも応用できる。

『発明の効果』 本発明に係る半導体レーザは、つぎのような効果を有す
る。

半導体突起、二重ヘテロ構造、共振器などが基板上
に設けられており、しかも、半導体突起が光導波層とな
るので、閾値電流密度を低減することができるととも
に、光伝送体との高効率結合も容易に行える。

二重ヘテロ構造を要部にしているために発光効率が
高く、これに依存してMQW活性層も導入することができ
る。

活性層が結晶成長により形成されたものであるため
に、これの寸法精度が高く、発光強度分布の制御が容易
である。

半導体突起の外周以外に活性層がなく、半導体突起
周辺の両電極にわたり電流を流した際に、半導体突起を
主体にした所定流路以外への電流リークが生じない。

半導体突起外周の活性層がクラッド層で覆われた構
造であるので、製造プロセスにおいて活性層およびその
周辺の汚染を回避することができ、高品質の半導体レー
ザが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体レーザの一実施例を略示し
た斜視図、第２図はその半導体レーザの要部断面図、第
３図〜第６図は本発明に係る半導体レーザの製造過程を
示した要部断面図である。 11……基板 12……高反射膜 13……半導体突起 14……ｎ型のクラッド層 15……活性層 16……ｐ型の第１クラッド層 17……ｐ型の第２クラッド層 18……高反射膜 19……ｎ型の電極 20……ｐ型の電極 21……共振鏡 22……共振鏡

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、その基板面の垂直軸線方向に突
   出する半導体突起が設けられていること、および、半導
   体突起の外周に、結晶成長による活性層とその活性層の
   外周を覆うクラッド層とを含む二重ヘテロ構造が設けら
   れていること、および、半導体突起の上部、下部に対を
   なす共振鏡が設けられていること、および、半導体突起
   とクラッド層との相対関係において半導体突起の屈折率
   がクラッド層の屈折率よりも高く、かつ、半導体突起と
   活性層との相対関係において半導体突起のバンドギャッ
   プが活性層のバンドギャップよりも広いことを特徴とす
   る半導体レーザ。
2. 【請求項２】対をなす共振鏡の少なくとも一方が半導体
   多層膜からなる請求項１に記載の半導体レーザ。