JPH07335973A

JPH07335973A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH07335973A
Application number: JP12876794A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 昌規渡辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】活性層１１６から自然放出される光を高い反
射率で活性層側に反射して、自然放出光のフォトンリサ
イクルを効果的に行うことができ、しかも該反射を行う
全反射層１１４，１２１を抵抗増大のない単純な構造と
でき、これにより、製造プロセスの複雑化を招くことな
く、電流利用効率の高効率化を図った半導体レーザ１０
１を提供する。【構成】活性層１１６上下のクラッド層１１５，１１
８の外側に、屈折率が該クラッド層の屈折率より小さい
全反射層１１４，１２１を該クラッド層に接触させて配
設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理用、通信
用、固体レーザ励起用などとして用いられる半導体レー
ザに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザにおいて、閾値電流を低減
することは、高い電流−光変換効率を得るために非常に
重要である。

【０００３】例えば、特開平２−１７０４８６号公報に
は、活性層から放出されたレーザ発振に寄与しない自然
放出光を活性層に帰還させ（フォトンリサイクル）、レ
ーザ発振に寄与しない自然放出光を実効的に抑制するこ
とによって、閾値電流の低下、及びこれによる電流−光
変換効率の向上を図った半導体レーザが提案されてい
る。図８はこの半導体レーザの断面構造を示す。

【０００４】図において、９００は半導体レーザで、そ
のｎ型ＧａＡｓ基板９０１上にはメサストライプ部９０
０ａが形成され、その両側にはｐ型ＡｌＧａＡｓ埋め込
み層９０８が形成され、該埋め込み層９０８上にはｎ型
ＡｌＧａＡｓ埋め込み層９０９が形成されている。上記
メサストライプ部９００ａは、レーザ光の発光領域であ
るＧａＡｓ活性層９０４と、該活性層をその上下両側か
ら挟み込むｐ型及びｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９０
５，９０３と、その外側に配置されたｐ型及びｎ型多層
反射層９０６，９０２と、ｐ型多層反射層９０６上に配
置されたｐ型キャップ層９０７とを有している。該ｐ型
キャップ層９０７の上部にはその両側の埋め込み層９０
９にまたがるようＺｎ拡散領域９１０が形成されてい
る。なお、９１１は上記キャップ層側に形成されたｐ電
極、９１２は基板裏面側に形成されたｎ電極である。

【０００５】この半導体レーザは以下のようにして作製
される。

【０００６】ｎ型ＧａＡｓ基板９０１上に、ＭＯＣＶＤ
法（有機金属化学気相成長法）によって、ｎ型Ａｌ_0.2
Ｇａ_0.8Ａｓとｎ型ＡｌＡｓをそれぞれλ／４ｎ（ｎは
媒質の屈折率、λは発光光の波長である。）の厚さで交
互に１０周期積層し、ｎ型多層反射層９０２を形成す
る。続いて、その上にｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓクラッド
層９０３、ＧａＡｓ活性層９０４、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓクラッド層９０５を形成する。その後、該クラッド
層９０５上にｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓとｐ型ＡｌＡｓを
それぞれλ／４ｎの厚さで交互に１０周期積層してｐ型
多層反射層９０６を形成し、その上にｐ形ＧａＡｓキャ
ップ層９０７を形成する。

【０００７】次に、エッチングによりメサストライプ部
９００ａを形成した後、ＬＰＥ法（液相成長法）を用い
て、該メサストライプ部９００ａの両側にｐ型Ａｌ_0.6
Ｇａ₀ _.4Ａｓ埋め込み層９０８とｎ型ＡｌＧａＡｓ埋め
込み層９０９を順次積層する。その後、選択拡散により
Ｚｎ拡散領域９１０を形成し、最後にｐ電極９１１をキ
ャップ層側に、ｎ電極９１２を基板裏面側に形成し、基
板の劈開により１００μｍの共振器長をもつ半導体レー
ザ９００を得る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザ９００では、多層反射層９０２，９０
６が、特定の入射方向の光、例えば多層反射膜を構成す
る各層の厚さがλ／４ｎである場合は各層の表面に垂直
な入射光に対してのみ高反射率となる性質を有している
ため、活性層９０４から垂直に多層反射層９０２，９０
６に向かう光は、該多層反射層によって反射されフォト
ンリサイクルに寄与するが、斜めに多層反射層９０２，
９０６に入射する光は、該多層反射層で吸収されてしま
い、外部出射、つまりレーザの出射出力に寄与しないと
いう問題点があった。

【０００９】また、上記半導体レーザ９００は、多層反
射層９０２，９０６を構成する各層の厚さを高精度に制
御する必要があるため製造が難しく、また半導体層の積
層構造中に異種半導体の接合界面が多く存在するため、
これが素子の高抵抗化の要因となっていた。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決しようとして
なされたものであり、活性層から自然放出される光を高
い反射率で活性層側に反射して、自然放出光のフォトン
リサイクルを効果的に行うことができ、しかも該反射を
行う反射層による抵抗増大を抑えることができ、さらに
該反射層をその形成プロセスが簡単なものとでき、これ
により製造プロセスの複雑化を招くことなく電流利用効
率の高効率化を図った半導体レーザを提供することが本
発明の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、レーザ光の発生領域となる活性層と、該活性層内に
光を閉じ込めるための、該活性層で発生した光に対して
透明な透光層と、該透光層の、活性層と反対側にこれに
接して設けられ、該透光層の屈折率より小さい屈折率を
有する全反射膜とを備え、活性層から放出された光を該
全反射膜により反射して活性層に戻すようにしており、
そのことにより上記目的が達成される。

【００１２】本発明の半導体レーザは、レーザ光の発生
領域となる活性層と、該活性層の上側及び下側に設けら
れ、該活性層内に光を閉じ込めるための、該活性層で発
生した光に対して透明な第１，第２の透光層と、該両透
光層の、活性層と反対側にこれに接して設けられ、該透
光層の屈折率より小さい屈折率を有する第１，第２の全
反射膜とを備え、活性層から放出された光を該全反射膜
により反射して活性層に戻すようにしており、そのこと
により上記目的が達成される。

【００１３】また、前記全反射層は、その層厚と屈折率
の積で表される光路長が半導体レーザの中心発光波長の
１．４１倍以上であることが望ましい。

【００１４】また、前記透光層がＡｌＧａＡｓまたはＡ
ｌＧａＩｎＰよりなる場合、前記全反射層が、該透光層
の屈折率より小さい屈折率を有するＡｌＡｓ、ＡｌＧａ
Ａｓ、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰの何れかよりな
ることが望ましく、さらには全反射層と透光層とが格子
整合することが望ましい。

【００１５】また、前記透光層がＺｎＳｅまたはＺｎＳ
Ｓｅよりなる場合、前記全反射層が、該透光層の屈折率
より小さい屈折率を有するＺｎＣｄＳまたはＺｎＭｇＳ
Ｓｅよりなることが望ましく、さらには全反射膜と透光
層とが格子整合することが望ましい。

【００１６】また、前記透光層がＺｎＭｇＳＳｅよりな
る場合、前記全反射層が、該透光層の屈折率より小さい
屈折率を有するＺｎＭｇＳＳｅよりなることが望まし
く、さらに両者が格子整合することが望ましい。

【００１７】

【作用】この発明においては、活性層内に光を閉じ込め
るための、該活性層で発生した光に対して透明な透光層
の表面に、屈折率が該透光層の屈折率より小さい全反射
層を該透光層に接触させて配設したから、活性層から漏
れ出した光のうち該全反射膜に対する入射角が一定角度
以上のものを該全反射膜により活性層側に全反射して、
自然放出光のフォトンリサイクルを効果的に行うことが
できる。しかも該全反射層は単一層構造としてその内部
に異種半導体の接合界面が存在しないものとできるた
め、該全反射膜による抵抗増大を抑えることができる。
また上記全反射を単一層構造とすることにより、その製
造プロセスも簡単にできる。これにより、製造プロセス
の複雑化を招くことなく、低閾値、高効率化を図った半
導体レーザを得ることができる。

【００１８】次に、図面を参照して作用について詳述す
る。図５は、本発明の全反射層による反射の原理を示す
断面図である。同図において、光入射側の媒質１の屈折
率を３．５２７、媒質２の屈折率を媒質１の屈折率より
低い３．１８９、媒質３の屈折率を４．０６６−０．２
７６ｉとし、媒質１から媒質２への光の入射角をＡとす
る。そして、入射角Ａが５０゜および６６゜の場合につ
いて、反射層（媒質２）の層厚ｄを変化させたとき、反
射率Ｒがどのように変わるかを計算した結果を図６に示
す。ただし光の波長λは０．５６４μｍとした。

【００１９】図５に示すものでは、臨界角Ａｃ、つまり
入射光が全反射される時の入射角は６４．７゜である。
入射角Ａが臨界Ａｃに満たない５０゜の時は、反射率Ｒ
は媒質２の層厚ｄの値が増えると周期的に増減を繰り返
す。入射角Ａが臨界角Ａｃを越えた６６゜の時は、全反
射条件を満たしており、媒質２の層厚ｄが波長λに比べ
て十分大きければ、反射率Ｒは１００％となる。しかし
媒質２の層厚ｄが薄ければ反射率Ｒは小さく、反射率Ｒ
が５０％を越えるのは媒質２の層厚ｄが０．２５μｍ程
度、１００％近くの反射率となるのは媒質２の層厚ｄが
約１μｍ以上のときである。

【００２０】これは、入射角Ａが全反射条件Ａ＞Ａｃを
満たしていても、媒質２にエバネッセント波と呼ばれる
光の染み出しがあり、十分な反射率を得るには、その染
み出し距離よりも媒質２の層厚ｄが大きくならなければ
ならないことを示している。

【００２１】ここで、５０％以上の反射率が得られる媒
質２を全反射層と定義する。全反射層の下限層厚は、上
述したように０．２５μｍであるが、波長によって変化
する。この値を光路長（屈折率×層厚）に直すと波長の
１．４１倍（＝３．１８９×０．２５μｍ／０．５６４
μｍ）に相当し、この値は近似的に波長によらずに適用
できる。

【００２２】この全反射層の下限層厚は、従来用いられ
ている多層反射層中の低屈折率層の層厚に比べて非常に
大きい。多層反射層中の低屈折率層厚はλ／４ｎ（ｎは
屈折率）で与えられる。これは上記光路長としては波長
の０．２５倍である。この値に比べ、全反射層の光路長
は波長の１．４１倍以上であって、両者の比は少なくと
も５．６倍以上である。多層反射層はブラッグ反射、つ
まり多数の界面での反射、全反射層は全反射、つまり単
一の界面での反射というように動作原理も異なり、両者
が別の物であることがわかる。

【００２３】全反射層の材料としては、入射側の媒質よ
り屈折率が小さいだけでなく、格子整合することが望ま
しい。

【００２４】これらの点を考慮すると、入射側の媒質が
ＡｌＧａＩｎＰである場合、全反射層の材料には、Ａｌ
ＧａＩｎＰ（ただしＡｌ混合比が入射側のものより大き
いもの）、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＡｓが
特に適している。入射側の媒質がＡｌＧａＡｓである場
合も上記と同様に、全反射層の材料には、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ（ただしＡｌ混晶比が入
射側のものより大きいもの）またはＡｌＡｓが特に適し
ている。また入射側の媒質がＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅであ
る場合は、ＺｎＣｄＳあるいはＺｎＭｇＳＳｅが、入射
側の媒質がＺｎＭｇＳＳｅである場合は、ＺｎＭｇＳＳ
ｅ（ただしＭｇ混晶比もしくはＳ混晶比が入射側のもの
より大きいもの）がそれぞれ全反射層の材料として適し
ている。

【００２５】

【実施例】この発明の実施例について以下に説明する。

【００２６】（実施例１）図１は本発明の実施例１のＡ
ｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの断面図を示している。な
おこの実施例の説明では、Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5ＰをＧａＩｎ
Ｐと、Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰをＡｌＩｎＰと、（Ａｌ_yＧａ
_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5ＰをＡｌＧａＩｎＰと略記する。

【００２７】図において、１０１は本発明の第１の実施
例のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザであり、そのｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１１０上には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１
１及びｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャップ層１
１２を介してｎ型ＡｌＡｓ全反射層１１４が形成されて
いる。この全反射膜１１４上には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ
（アルミ混結晶比ｙ＝０．７）クラッド層１１５及びア
ンドープＧａ_0.62Ｉｎ_0.38Ｐ歪み活性層１１６が順次形
成されている。この活性層１１６上にはｐ型ＭＱＢ（マ
ルチ・カンタム・バリア）層１１７を介してｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ（アルミ混結晶比ｙ＝０．７）クラッド層１１
８が形成され、さらに該クラッド層１１８上にｐ型Ａｌ
Ａｓ全反射層１２１が形成されている。そして、この全
反射膜１２１上にはｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンド
ギャップ層１２２を介してｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
２３が形成され、その上には、開口部１２９を有する絶
縁膜１２４を介してＡｕＺｎ表面電極１２５が形成され
ている。上記基板の裏面には、ＡｕＧｅ裏面電極１２６
が形成されている。

【００２８】ここで、上記全反射膜１１４，１２１は、
クラッド層１１５，１１８の屈折率より小さい屈折率を
有している。

【００２９】次に製造方法について説明する。

【００３０】表面が（１００）面のｎ型ＧａＡｓ基板１
１０上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によっ
て、層厚０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層１１１、
層厚０．２μｍのｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギ
ャップ層１１２、層厚１μｍのｎ型ＡｌＡｓ全反射層１
１４を順次形成する。

【００３１】続いてその上に、ＭＯＣＶＤ法により層厚
２μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド層
１１５、層厚２０ｎｍのアンドープＧａ_0.62Ｉｎ_0.38Ｐ
歪み活性層１１６、ｐ型ＭＱＢ（マルチ・カンタム・バ
リア）層１１７、層厚２μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ
＝０．７）クラッド層１１８を形成した後、層厚１μｍ
のｐ型ＡｌＡｓ全反射層１２１を形成する。その後層厚
０．２μｍのｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャッ
プ層１２２、及び層厚１μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト
層１２３を順次形成する。ここで上記ｐ型ＭＱＢ層１１
７は、層厚１１オングストロームのＧａＩｎＰ層と層厚
１７オングストロームのＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）
層の１０ペア程度からなる超格子層である。

【００３２】次いで、上記コンタクト層１２３上に絶縁
膜１２４を形成した後、エッチングにより幅１００μｍ
の開口部１２９を形成する。さらに上記コンタクト層１
２３上に電極１２５、基板裏面に電極１２６を形成した
後、基板を共振器長が５００μｍとなるよう劈開する。

【００３３】その後、劈開面の一方に低反射膜（Ａｌ₂
Ｏ₃）（図示せず）、劈開面の他方に、酸化アルミとシ
リコンとを積層した構造の高反射膜（Ａｌ₂Ｏ₃／Ｓｉ／
Ａｌ₂０₃／Ｓｉ／Ａｌ₂Ｏ₃）（図示せず）を形成する。

【００３４】さらに上記劈開した基板を個々のレーザチ
ップに分割し、これをステムにマウントしてワイヤボン
ドを行い、レーザパッケージのハーメチックシールを行
う。

【００３５】本実施例の半導体レーザは中心波長６３０
ｎｍで発振する。

【００３６】また、本実施例の半導体レーザにおいて
は、活性層１１６からの自然放出光のうち、一定角度以
上の入射角で全反射層１１４あるいは１２１へ入射する
光は、該全反射層により反射されて活性層へ帰還するた
め、閾値電流が、全反射層のない場合の約１／２に低減
された。

【００３７】次に作用効果について説明する。

【００３８】まず、垂直方向の光に比べて、斜め方向の
光の占める立体角が圧倒的に多いことを、図７を用いて
示す。Ｇで示す垂直方向に近い０〜θの角度の立体角
は、

【００３９】

【数１】

【００４０】となる。ただし近似式はθが１より十分小
さい場合に成り立つ。

【００４１】一方、Ｈで示す水平方向に近いπ／２−θ
〜π／２の立体角は、

【００４２】

【数２】

【００４３】となる。ただし近似式はθが１より十分小
さい場合に成り立つ。

【００４４】ここでは、θの値がπ／２以下の場合を想
定している。その場合、常に（２）式の値の方が（１）
式の値より大きく、特にθが１より十分小さい場合にそ
の差が顕著になる。例えばθが２４゜の場合、図７のＧ
で示す垂直方向に近い立体角は０．５４３、Ｈで示す水
平方向に近い立体角は２．５５６であり、４．７倍の差
がある。このように水平方向に近い立体角のほうが圧倒
的に大きく、従って斜め方向の入射光に対して高い反射
率を有する全反射層がフォトンリサイクルに有利なこと
が分かる。

【００４５】なお、本発明による全反射層の効果は、活
性層とクラッド層の界面での全反射とは異なる。通常の
半導体レーザの導波路は、光を活性層とクラッド層の界
面で全反射させることにより導波させ、レーザ発振を起
こさせるものである。本発明の全反射層は、クラッド層
の外側に配設され、活性層とクラッド層の界面で全反射
されずに外部に漏れた光を活性層に戻す働きをする。全
反射層は導波光の及ばない領域に配設されていることか
ら、クラッド層と容易に区別がつくものである。

【００４６】このように本実施例では、活性層１１６上
下のクラッド層１１５，１１８の外側に、屈折率が該ク
ラッド層の屈折率より小さい全反射層１１４，１２１を
該透光層に接触させて配設したので、活性層１１６から
漏れ出した光のうち該全反射膜に臨界角以上の角度で入
射するものを、該全反射膜により活性層側に全反射し
て、自然放出光のフォトンリサイクルを効果的に行うこ
とができる。しかも該全反射層は単一層構造としている
ため、その内部に異種半導体の接合界面が存在しておら
ず、該全反射膜による抵抗増大を抑えることができる。
また上記全反射膜が単一層構造であるため、その製造プ
ロセスも簡単である。これにより、製造プロセスの複雑
化を招くことなく、低閾値、高効率化を図った半導体レ
ーザを得ることができる。

【００４７】なお、本実施例１は以下のように変形して
もよい。

【００４８】上記実施例では、上記全反射層１１４，１
２１を構成する半導体材料としてＡｌＡｓを用いたが、
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、あるいはＡｌＧａＩｎＰを
用いてもよい。全反射層の厚さは、上記のものに限ら
ず、０．２９μｍ（０．６３μｍ／３．１１の１．４１
倍）以上であればよい。ただし上記値３．１１はＡｌＡ
ｓの波長０．６３μｍに対する屈折率である。

【００４９】上記活性層１１６は引っ張り歪み量井戸層
としたが、圧縮歪み、無歪みであっても、また多重量子
井戸であってもよい。活性層のＡｌ混晶比ｙはゼロとし
たが、若干Ａｌを加えてもよい。

【００５０】上記ＭＱＢ層１１７は、ＧａＩｎＰ層とＡ
ｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）層の１０ペア程度からなる
超格子層であって、電子の活性層１１６からｐクラッド
層１１８へのオーバーフローを低減するために設けてい
るが、不可欠なものではない。

【００５１】上記活性層１１６とクラッド層１１５ある
いは活性層１１６とＭＱＢ層１１７の間に、活性層より
も屈折率が低くクラッド層よりも屈折率の高い光ガイド
層を設けてもよい。

【００５２】上記中間バンドギャップ層１１２，１２２
は、素子への印加電圧を減少させる効果があるが、必ず
しも必要ではなく、ＧａＡｓとＡｌＡｓの間のバンドギ
ャップを有する他の材料（ＧａＩｎＰなど）で置き換え
てもよい。またこれは組成を徐々に変化させたグレーデ
ッド層あるいは超格子層としてもよい。

【００５３】上記基板１１０の導電型はｎ型でなくｐ型
でもよく、その場合各層の導電型をすべて反対にする。
また基板１１０の面方位は（１００）に限定されるもの
でなく、どの面方位でもよい。

【００５４】上記表面電極１２５としては、ＡｕＺｎを
用いたが、その他のｐ側オーミック電極を用いてもよ
い。また裏面電極１２６としてはＡｕＧｅを用いたが、
その他のｎ側オーミック電極を用いてもよい。

【００５５】また、各半導体層１１１〜１２３はＭＯＣ
ＶＤ法で形成したが、これらの層はＭＢＥ法（分子線エ
ピタキシ法）、ガスソースＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ法（有
機金属ＭＢＥ法）、ＣＢＥ法（化学ビームエピタキシ
法）などの成長法で形成してもよい。

【００５６】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの構造を説明するため
の断面図であり、本実施例は上記実施例１と構成が類似
であるため、同一組成のものには同一符号を記す。図に
おいて、１０２は本実施例のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レ
ーザであり、これはリッジストライプ部１４０を有して
いる。該リッジストライプ部１４０は、ｐ型第１クラッ
ド層１１８上にエッチングストップ層１１９を介して配
置されており、該エッチングストップ層１１９上に順次
積層された第２クラッド層１２０，全反射膜１２１，中
間バンドギャップ層１２２及びコンタクト層１２３から
構成されている。

【００５７】上記リッジストライプ部１４０の両側面及
びエッチングストップ層１１９上にはｎ型ＧａＡｓ層１
３０が形成され、さらに全面にｐ型ＧａＡｓ層１３２が
形成されている。なお、１２５は該ｐ型ＧａＡｓ層１３
２上に形成されたｐ電極、１２６はｎ型基板の裏面側に
形成されたｎ電極である。

【００５８】次に製造方法について説明する。

【００５９】上記第１の実施例と同様にして表面が（１
００）面のｎ型ＧａＡｓ基板１１０上に上記各種半導体
層１１１〜１１８を形成した後、本実施例ではｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド層１１８上に、層厚
８μｍのｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１１９を
形成する。その後は、上記実施例１と同様、第２クラッ
ド層１２０、全反射層１２１、中間バンドギャップ層１
２２、及びコンタクト層１２３を順次形成する。

【００６０】次いで、該コンタクト層１２３上に選択的
に形成した絶縁膜をマスクにして、上記各種半導体層１
２３〜１２０をエッチングして、エッチングストップ層
１１９上にリッジストライプ部１４０を形成する。

【００６１】次に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＡｓ層
１３０を形成した後、上記絶縁膜を除去し、さらにｐ型
ＧａＡｓ層１３２を形成する。そして該ｐ型ＧａＡｓ層
１３２上に電極１２５、基板１１０の下面に電極１２６
を形成し、基板１１０を共振器長が５００μｍとなるよ
う劈開する。

【００６２】その後、該劈開した基板の劈開面の一方に
低反射膜（図示せず）、該基板の劈開面の他方に高反射
膜（図示せず）を形成する。さらに該劈開した基板を個
々のレーザチップに分割して、該レーザチップをステム
にマウントし、ワイヤボンドを行い、レーザパッケージ
のハーメチックシールを行う。

【００６３】本実施例の半導体レーザは実施例１の半導
体レーザと異なり、単一横モード発振するためのストラ
イプ導波路構造を有している。単一横モード発振レーザ
は最大光出力は実施例１に示したブロードエリアレー
ザ、あるいはアレイレーザに較べて小さいが、光ビーム
形状が良好であり光の回折限界までスポット径を絞り込
むことができるため、光ディスク用などに適している。

【００６４】本実施例の半導体レーザは中心波長６３０
ｎｍで発振する。

【００６５】また、本実施例の半導体レーザにおいて
は、活性層１１６から全反射層１１４あるいは１２１へ
斜めに向かう自然放射光は、全反射層により反射されて
活性層へ帰還するため、閾値電流が低減され、全反射層
のない場合の約２／３となる。閾値の低減率が実施例１
に較べて小さいのは、全反射光の一部がストライプ１４
０の外へ帰還され無効になってしまうからである。

【００６６】なお、本実施例２についても、実施例１に
示したのと同様の変形が可能である。

【００６７】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
によるＡｌＧａＡｓ半導体レーザの構造を示す断面図で
あり、図において、１０３は、本発明の第３の実施例の
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザであり、ｎ型ＧａＡｓ基板
２１０の（１１１）Ｂ面上には、ｎ型ＧａＡｓバッファ
層２１１及びｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャッ
プ層２１２を介してｎ型ＡｌＡｓ全反射層２１４が形成
されている。この全反射膜２１４上には、ｎ型Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層２１５及びアンドープＡｌ_0.08
Ｇａ_0. ₉₂ＩＡｓ歪み活性層２１６が順次形成されてい
る。この活性層２１６上にはｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓク
ラッド層２１７を介してｐ型ＡｌＡｓ全反射層２１８が
形成されている。そして、この全反射膜２１８上にはｐ
型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャップ層２２０を介
してｐ型ＧａＡｓコンタクト層２２１が形成され、その
上には、開口部２２３を有する絶縁膜２２２を介して表
面電極２２５が形成されている。上記基板の裏面には、
裏面電極２２６が形成されている。

【００６８】次に製造方法について説明する。

【００６９】表面が（１１１）Ｂ面のｎ型ＧａＡｓ基板
２１０上に、ＭＢＥ法によって、層厚０．５μｍのｎ型
ＧａＡｓバッファ層２１１、層厚０．２μｍのｎ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャップ層２１２、及び層厚
１μｍのｎ型ＡｌＡｓ全反射層２１４を順次形成する。
続いてその上に、層厚２μｍのｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ
クラッド層２１５、層厚０．０５μｍのアンドープＡｌ
_0.08Ｇａ_0.92Ａｓ活性層２１６、及び層厚２μｍのｐ型
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層２１７を形成し、その後
さらに層厚２μｍのｐ型ＡｌＡｓ全反射層２１８、層厚
０．２μｍのｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャッ
プ層２２０、及び層厚１μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト
層２２１を形成する。

【００７０】そして、該コンタクト層２２１の表面にＳ
ｉ₃Ｎ₄膜２２２を形成し、幅１００μｍ、ピッチ２００
μｍの開口部２２３を形成し、表面電極２２５，裏面電
極２２６をそれぞれ上記コンタクト層側、及び基板裏面
側に全面蒸着する。

【００７１】その後、基板を４００μｍ間隔で劈開して
バー状に分割する。このバー状基板の一方の劈開面（前
面）に低反射膜、もう一方の劈開面（背面）に高反射膜
を形成する。

【００７２】さらに該バー状基板を２００μｍ間隔に切
断して得られたレーザチップをステムにダイボンドし、
ワイヤボンドしてハーメチックシールを行い、半導体レ
ーザ素子を完成させる。

【００７３】本実施例の半導体レーザは、閾値電流が全
反射層を用いない場合に比べて約１／２となった。発振
スロープ効率、つまり単位電流変化当りの光出力の変化
量は、全反射層の有無によらず１．０Ｗ／Ａ程度であま
り変化しなかった。

【００７４】このような構成の本実施例では、活性層２
１６上下のクラッド層２１５，２１７の外側に、屈折率
が該クラッド層の屈折率より小さい全反射層２１４，２
１８を該クラッド層に接触させて配設したので、上記第
１の実施例と同様の効果が得られる。

【００７５】なお、本実施例においては、（１１１）Ｂ
面のＧａＡｓ基板では、（１００）面の基板より若干低
閾値電流が得られるため、基板２１０として表面が（１
１１）Ｂ面のＧａＡｓを用いたが、基板の種類は特に限
定されるものではない。

【００７６】また、上記第１〜第３の実施例では、上記
クラッド層と活性層の間にガイド層（屈折率をやや高く
した一種のクラッド層）を設けてもよい。

【００７７】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
のＺｎＭｇＳＳｅ系半導体レーザを示す断面図である。
なおこの実施例の説明では、Ｚｎ_1-xＣｄ_xＳｅをＺｎＣ
ｄＳｅと、ＺｎＳ_yＳｅ_1-yをＺｎＳＳｅと、Ｚｎ_1-xＭ
ｇ_xＳ_yＳｅ_1-yをＺｎＭｇＳＳｅと略記する。

【００７８】図において、１０４は本発明の第４の実施
例のＺｎＭｇＳＳｅ系半導体レーザであり、そのｎ型Ｇ
ａＡｓ基板３５０上には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３５
１及びｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層３５２を介してｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅ全反射層３５３が形成されている。この全
反射膜３５３上には、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３
５４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層３５５及びアンドープ
Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ歪み量子井戸活性層３５６が順次形成
されている。この活性層３５６上にはｐ型ＺｎＳＳｅ光
ガイド層３５７を介してｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
３５８が形成され、さらに該クラッド層３５８上にｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅ全反射層３５９が形成されている。そし
て、この全反射膜３５９上にはｐ型ＺｎＳＳｅコンタク
ト層１６０が形成され、その上には、ｐ型ＺｎＳｅ_1-x
Ｔｅ_Xグレーディッドコンタクト層３６１及びｐ型Ｚｎ
Ｓｅ_0.5Ｔｅ_0.5コンタクト層３６２が形成されている。
このコンタクト層３６２上には、開口部３６９を有する
Ｓｉ₃Ｎ₄膜３６４を介して表面電極３６５が形成されて
いる。上記基板の裏面には、裏面電極３６６が形成され
ている。

【００７９】ここで、上記全反射膜３５３，３５９は、
クラッド層３５５，３５８の屈折率より小さい屈折率を
有している。

【００８０】次に製造方法について説明する。

【００８１】ｎ型ＧａＡｓ基板３５０上に、ＭＢＥ法に
より、層厚０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層３５
１、及び層厚０．２μｍのｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層３
５２を形成し、その上に層厚１μｍのｎ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅ全反射層３５３を形成する。

【００８２】その後、該全反射層３５３上に層厚１μｍ
のｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３５４、層厚０．１μ
ｍのｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層３５５、層厚０．０１μ
ｍのアンドープＺｎ_1-xＣｄ_xＳｅ（ｘ＝０．２）歪み量
子井戸活性層３５６を順次形成し、さらに層厚０．１μ
ｍのｐ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層３５７、及び層厚１μｍ
のｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３５８を形成する。

【００８３】続いて、該クラッド層３５８上に層厚０．
５μｍのｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ全反射層３５９を形成し、
さらにその上に層厚１μｍのｐ型ＺｎＳＳｅコンタクト
層３６０、組成比ｘが０から０．５まで変化した層厚１
μｍのｐ型ＺｎＳｅ_1-xＴｅ_xグレーデッドコンタクト層
３６１、及び層厚１μｍのｐ型ＺｎＳｅ_0.5Ｔｅ_0.5コン
タクト層３６１を形成する。

【００８４】そして、該コンタクト層３６１の表面にＳ
ｉ₃Ｎ₄膜３６４を形成し、幅１００μｍ、ピッチ２００
μｍの開口部３６９を形成し、さらに該コンタクト層３
６１及びＳｉ₃Ｎ₄膜３６４上に表面電極３６５を形成
し、基板裏面側に裏面電極３６６を形成する。

【００８５】そして、上記基板を劈開によって共振器長
が３００μｍとなるよう分割し、劈開面の一方に低反射
膜（図示せず）、劈開面の他方に高反射膜（図示せず）
を形成する。その後は上記実施例と同様にして得られた
レーザチップのパッケージングを行って半導体レーザ素
子を完成する。

【００８６】ここで、クラッド層３５４，３５８のＺｎ
ＭｇＳＳｅの混晶比はｘ＝０．０８、ｙ＝０．１８と
し、全反射層３５３，３５９のＺｎＭｇＳＳｅはそれよ
りも屈折率の小さくなるよう、例えばｘ＝０．２４、ｙ
＝０．４とした。ただしこれらの混晶比はＧａＡｓ基板
３５０に格子整合がとれるように設定した。

【００８７】このような構成の本実施例では、活性層３
５６上下のクラッド層３５４，３５８の外側に、屈折率
が該クラッド層の屈折率より小さい全反射層３５３，３
５９を該クラッド層に接触させて配設したので、上記第
１の実施例と同様の効果が得られる。

【００８８】なお、本実施例は以下に示す変形が可能で
ある。

【００８９】実施例２に示したようなストライプ形状の
光導波路構造を用いてもよい。

【００９０】各半導体層３５１〜３６２をＭＢＥ法（分
子線エピタキシ法）で形成したが、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯ
ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ、ＣＢＥ法などで形成して
もよい。

【００９１】また、実施例における詳細な説明は行って
いないが、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザにおいても、
全反射層によるフォトンリサイクルを行うことができ
る。また、ＡｌＧａＩｎＮ系材料においても半導体レー
ザの開発が進められているが、これについても全反射層
を適用することができる。

【００９２】なお、実施例１〜４において、電極をレー
ザチップの下面および上面に形成したものを示したが、
正負の電極をレーザチップの一方の面に配設するように
工夫した半導体レーザでもよい。このような半導体レー
ザは公知であり、本発明の全反射層はそのような半導体
レーザにも用いることができる。

【００９３】上記の正負の電極をチップの一方の面に配
設した半導体レーザなどでは、必ずしも全反射層の導電
型は隣接するクラッド層と同じである必要はない。

【００９４】さらに上記各実施例では、全反射層を活性
層の上下両側に配設したものを示したが、全反射層は活
性層の片側にのみ配設してもよい。また、第１および第
２クラッド層は複数層で構成されていてもよい。上記活
性層は単一の層でなく、多重量子井戸層などであっても
よい。活性層の中で電流が注入される領域は、狭いスト
ライプ状、広いストライプ状、ストライプのアレイ状な
どであってもよい。

【００９５】その他、本発明は、上述したもの以外の各
種材料及び構造の半導体レーザに対して適用可能である
ことは言うまでもない。

【００９６】

【発明の効果】以上のように本発明の半導体レーザによ
れば、活性層内に光を閉じ込めるための、該活性層で発
生した光に対して透明な透光層の表面に、屈折率が該透
光層の屈折率より小さい全反射層を該透光層に接触させ
て配設したので、活性層から漏れ出した光のうち該全反
射膜に対する入射角が一定角度以上のものを該全反射膜
により活性層側に全反射して、自然放出光のフォトンリ
サイクルを効果的に行うことができる。しかも該全反射
層は単一層構造としてその内部に異種半導体の接合界面
が存在しないものとできるため、該全反射膜による抵抗
増大を抑えることができる。また上記全反射膜を単一層
構造とすることにより、その製造プロセスも簡単にでき
る。これにより、製造プロセスの複雑化を招くことな
く、低閾値、高効率化を図った半導体レーザを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるＡｌＧａＩｎＰ系
半導体レーザの構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例によるＡｌＧａＩｎＰ系
半導体レーザの構造を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例によるＡｌＧａＡｓ系半
導体レーザの構造を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例によるＺｎＭｇＳＳｅ系
半導体レーザの構造を示す断面図である。

【図５】本発明における反射の原理を説明するための断
面模式図である。

【図６】本発明における反射層の層厚と反射率の関係を
示す図である。

【図７】本発明の有効性を、活性層から漏れ出す光の空
間的な広がりから説明するための模式図である。

【図８】従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１０１〜１０４第１〜第４の実施例の半導体レーザ１１０，２１０，３５０ｎ型ＧａＡｓ基板１１１，２１１，３５１ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１２，２１２ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギ
ャップ層１１４，２１４ｎ型ＡｌＡｓ全反射層１１５ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド層１１６アンドープＧａ_0.62Ｉｎ_0.38Ｐ歪み活性層１１８ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド層１１９エッチングストップ層１２１，２１８ｐ型ＡｌＡｓ全反射層１２２，２２０ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギ
ャップ層１２３，２２１ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２５，２２５，３６５表面電極１２６，２２６，３６６裏面電極１４０リッジストライプ部２１５ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層２１６アンドープＡｌ_0.08Ｇａ_0.92ＩＡｓ歪み活性層２１７ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層２２２，３６４絶縁膜２２３，３６９絶縁膜開口３５２ｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層３５３ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ全反射層３５４ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３５５ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層３５６アンドープＺｎ_1-XＣｄ_XＳｅ歪み量子井戸活性
層３５７ｐ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層３５８ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３５９ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ全反射層３６０ｐ型ＺｎＳＳｅコンタクト層３６１ｐ型ＺｎＳｅ_1-xＴｅ_Xグレーディッドコンタク
ト層３６２ｐ型ＺｎＳｅ_0.5Ｔｅ_0.5コンタクト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光の発生領域となる活性層と、該活性層内に光を閉じ込めるための、該活性層より発し
た光に対して透明な透光層と、該透光層の、該活性層と反対側に該透光層に接して設け
られ、該透光層の屈折率より小さい屈折率を有する全反
射層とを備え、該活性層を発し該全反射層で反射された光の少なくとも
一部が該活性層に戻るよう構成した半導体レーザ。
【請求項２】レーザ光の発生領域となる活性層と、該活性層の上側及び下側に設けられ、該活性層内に光を
閉じ込めるための、該活性層より発した光に対して透明
な第１及び第２の透光層と、該各透光層の、該活性層と反対側にそれぞれ該透光層に
接して設けられ、該透光層の屈折率より小さい屈折率を
有する第１及び第２の全反射層とを備え、該活性層を発し該各全反射層で反射された光の少なくと
も一部が該活性層に戻るよう構成した半導体レーザ。
【請求項３】前記全反射層は、その層厚と屈折率の積
で表される光路長がレーザ光の中心波長の１．４１倍以
上である請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記透光層は、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌ
ＧａＩｎＰよりなり、前記全反射層は、屈折率が該透光
層の屈折率より低いＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎ
ＰまたはＡｌＧａＩｎＰの何れかよりなる請求項１記載
の半導体レーザ。
【請求項５】前記透光層は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅま
たはＺｎＭｇＳＳｅの何れかよりなり、前記全反射層
は、屈折率が該透光層の屈折率より低いＺｎＣｄＳ、Ｚ
ｎＣｄＳＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅの何れかよりなる請
求項１記載の半導体レーザ。