JPH077230A - 屈折率反導波型半導体レーザ - Google Patents
屈折率反導波型半導体レーザInfo
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- JPH077230A JPH077230A JP18834193A JP18834193A JPH077230A JP H077230 A JPH077230 A JP H077230A JP 18834193 A JP18834193 A JP 18834193A JP 18834193 A JP18834193 A JP 18834193A JP H077230 A JPH077230 A JP H077230A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＧａＡｓを基板とし、活性層のバンドギャッ
プがＧａＡｓよりも狭いストライプ型半導体レーザの新
規な構造を提供する。 【構成】 基板と反対側のクラッド１１，１２，２１
は、活性層のストライプ状に電流が注入される部分と平
行に少なくとも一部がＡｌＧａＩｎＰからなる凸条部２
１を有し、クラッドの凸条部２１を有しない部分１１，
１２の上部にＧａＩｎＰを含む光発散層３２が形成され
ている。クラッドの凸条部を除く部分１１，１２の厚さ
は、レーザ発振光が光発散層に染みだし得る厚さとなっ
ている。
プがＧａＡｓよりも狭いストライプ型半導体レーザの新
規な構造を提供する。 【構成】 基板と反対側のクラッド１１，１２，２１
は、活性層のストライプ状に電流が注入される部分と平
行に少なくとも一部がＡｌＧａＩｎＰからなる凸条部２
１を有し、クラッドの凸条部２１を有しない部分１１，
１２の上部にＧａＩｎＰを含む光発散層３２が形成され
ている。クラッドの凸条部を除く部分１１，１２の厚さ
は、レーザ発振光が光発散層に染みだし得る厚さとなっ
ている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ、特にＧ
ａＡｓを基板としたストライプ型半導体レーザに関する
ものである。
ａＡｓを基板としたストライプ型半導体レーザに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】１μｍ帯半導体レーザとして、シリコン
の酸化膜や窒化膜を光と電流の閉じ込めに利用した構造
のものが既に存在している。この従来の半導体レーザ
は、製造が簡単であるという特長を有するが、放熱性が
悪いという欠点も持っている。
の酸化膜や窒化膜を光と電流の閉じ込めに利用した構造
のものが既に存在している。この従来の半導体レーザ
は、製造が簡単であるという特長を有するが、放熱性が
悪いという欠点も持っている。
【０００３】このため、光と電流の閉じ込めを半導体の
みで行う構造の半導体レーザの開発が進められている。
発振光がＧａＡｓのバンドギャップと同じまたはそれ以
上のエネルギをもつ半導体レーザの場合であれば、クラ
ッドにメサ部（凸条部）を設け、メサ部の横の部分をＧ
ａＡｓで埋め込み、そこで導波光を吸収させることで実
質的に光を閉じ込めることができるが、１μｍ帯ではそ
れができないので様々な工夫がされている。
みで行う構造の半導体レーザの開発が進められている。
発振光がＧａＡｓのバンドギャップと同じまたはそれ以
上のエネルギをもつ半導体レーザの場合であれば、クラ
ッドにメサ部（凸条部）を設け、メサ部の横の部分をＧ
ａＡｓで埋め込み、そこで導波光を吸収させることで実
質的に光を閉じ込めることができるが、１μｍ帯ではそ
れができないので様々な工夫がされている。
【０００４】そのなかでも、クラッドのメサ部の横の部
分をクラッドより実効的に屈折率の低い材料で埋め込む
技術は、製造が比較的容易であるという利点を有するこ
とから、積極的に研究が進められている。その一例とし
て、つぎの２つが挙げられる。第１は、クラッドにＡｌ
ＧａＡｓを用い、メサ部の両側を、ＡｌＧａＡｓよりも
屈折率の低いＧａＩｎＰで埋め込んだもの（１９９３年
春期第４０回応用物理学会で講演番号１ａ−Ｃ−２とし
て千田らによって発表されたもの）であり、第２の例
は、ＧａＩｎＰからなるクラッド層にメサ部を設けると
共に、そのメサ部の一部に高屈折率のＧａＡｓ層を設け
その両側をＧａＩｎＰで埋め込んだもの（１９９３年春
期第４０回応用物理学会で講演番号３１ｐ−Ｃ−１１と
して佐川らによって発表されたもの）である。
分をクラッドより実効的に屈折率の低い材料で埋め込む
技術は、製造が比較的容易であるという利点を有するこ
とから、積極的に研究が進められている。その一例とし
て、つぎの２つが挙げられる。第１は、クラッドにＡｌ
ＧａＡｓを用い、メサ部の両側を、ＡｌＧａＡｓよりも
屈折率の低いＧａＩｎＰで埋め込んだもの（１９９３年
春期第４０回応用物理学会で講演番号１ａ−Ｃ−２とし
て千田らによって発表されたもの）であり、第２の例
は、ＧａＩｎＰからなるクラッド層にメサ部を設けると
共に、そのメサ部の一部に高屈折率のＧａＡｓ層を設け
その両側をＧａＩｎＰで埋め込んだもの（１９９３年春
期第４０回応用物理学会で講演番号３１ｐ−Ｃ−１１と
して佐川らによって発表されたもの）である。
【０００５】これら２つの従来技術は、メサ部の横を低
屈折率の材料で埋め込んだ実屈折率導波構造である。こ
れに対して、屈折率反導波構造の半導体レーザとして、
ＡｌＧａＩｎＰクラッドでできたメサ部の両側をＡｌ組
成の低いＡｌＧａＩｎＰで埋め込んだ赤色レーザが木戸
口らによって報告されている（１９９２年秋季応用物理
学会で講演番号１８ａ−Ｖ−５）。この屈折率反導波構
成によれば、横基本モードと高次の横モードのしきい値
の差を大きく取ることができ、単一横モードを得やす
い。
屈折率の材料で埋め込んだ実屈折率導波構造である。こ
れに対して、屈折率反導波構造の半導体レーザとして、
ＡｌＧａＩｎＰクラッドでできたメサ部の両側をＡｌ組
成の低いＡｌＧａＩｎＰで埋め込んだ赤色レーザが木戸
口らによって報告されている（１９９２年秋季応用物理
学会で講演番号１８ａ−Ｖ−５）。この屈折率反導波構
成によれば、横基本モードと高次の横モードのしきい値
の差を大きく取ることができ、単一横モードを得やす
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、千田らによる
第１の従来技術によれば、クラッド材料が、埋め込み材
料であるＧａＩｎＰよりも屈折率の高いＡｌＧａＡｓに
限定されているため、光の閉じ込めの制御幅が狭いとい
う不具合がある。また、佐川らによる第２の従来技術に
よれば、横方向の屈折率差を大きくとろうとすると、光
がＧａＡｓ層の部分に集中し過ぎてしまうという欠点が
予想される。
第１の従来技術によれば、クラッド材料が、埋め込み材
料であるＧａＩｎＰよりも屈折率の高いＡｌＧａＡｓに
限定されているため、光の閉じ込めの制御幅が狭いとい
う不具合がある。また、佐川らによる第２の従来技術に
よれば、横方向の屈折率差を大きくとろうとすると、光
がＧａＡｓ層の部分に集中し過ぎてしまうという欠点が
予想される。
【０００７】また、木戸口らによる第３の従来技術は屈
折率反導波構造であり単一横モードを得やすいが、メサ
部（凸条部）を埋め込むＡｌＧａＩｎＰ光発散層にＧａ
／（Ａｌ＋Ｇａ）が０．６というＡｌ組成の高いものが
必要であり、その再成長の成長条件や前処理条件の制御
が困難であるという欠点を有する。つまり、木戸口らの
半導体レーザは、活性層にＧａＡｓよりもはるかにバン
ドギャップの大きいＧａＩｎＰを用いているので、キャ
リアの閉じ込めを効果的に行うためにクラッドのＡｌ組
成が高くなり、その結果、光発散層のＡｌ組成も高くせ
ざるを得なかった。
折率反導波構造であり単一横モードを得やすいが、メサ
部（凸条部）を埋め込むＡｌＧａＩｎＰ光発散層にＧａ
／（Ａｌ＋Ｇａ）が０．６というＡｌ組成の高いものが
必要であり、その再成長の成長条件や前処理条件の制御
が困難であるという欠点を有する。つまり、木戸口らの
半導体レーザは、活性層にＧａＡｓよりもはるかにバン
ドギャップの大きいＧａＩｎＰを用いているので、キャ
リアの閉じ込めを効果的に行うためにクラッドのＡｌ組
成が高くなり、その結果、光発散層のＡｌ組成も高くせ
ざるを得なかった。
【０００８】本発明の課題は、このような問題点を解消
することにある。
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、ＧａＡｓを基板とし、活性層のバンドギャップがＧ
ａＡｓよりも狭いストライプ型半導体レーザにおいて、
基板と反対側のクラッドに、活性層のストライプ状に電
流が注入される部分と平行に少なくとも一部がＡｌＧａ
ＩｎＰからなる凸条部を設け、この凸条部を有しない部
分のクラッドすなわち、クラッドの薄い部分の上にＧａ
ＩｎＰを含む光発散層を形成したものである。なお、ク
ラッドの凸条部を除く部分の厚さは、レーザ発振光が光
発散層に染みだし得る厚さである。
は、ＧａＡｓを基板とし、活性層のバンドギャップがＧ
ａＡｓよりも狭いストライプ型半導体レーザにおいて、
基板と反対側のクラッドに、活性層のストライプ状に電
流が注入される部分と平行に少なくとも一部がＡｌＧａ
ＩｎＰからなる凸条部を設け、この凸条部を有しない部
分のクラッドすなわち、クラッドの薄い部分の上にＧａ
ＩｎＰを含む光発散層を形成したものである。なお、ク
ラッドの凸条部を除く部分の厚さは、レーザ発振光が光
発散層に染みだし得る厚さである。
【００１０】光発散層のＧａＩｎＰに代えて、凸条部の
ＡｌＧａＩｎＰよりも屈折率の高いＡｌＧａＩｎＰを用
いてもよい。また、凸条部に用いられるＡｌＧａＩｎＰ
の組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）から、光発散層のＡｌＧ
ａＩｎＰ（Ａｌが零の場合も含む）の組成比Ａｌ／（Ａ
ｌ＋Ｇａ）を引いたものが、０．１以上０．４以下であ
ることが望ましい。さらに、光発散層のＡｌＧａＩｎＰ
の組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）は０より大きく０．２以
下であることが望ましい。また、クラッドの凸条部を除
く部分にその凸条部よりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＩｎ
Ｐを用いることが望ましい。さらに、凸条部の端部をレ
ーザ端面から離隔し、その離隔部に光発散層を形成する
ことが望ましい。
ＡｌＧａＩｎＰよりも屈折率の高いＡｌＧａＩｎＰを用
いてもよい。また、凸条部に用いられるＡｌＧａＩｎＰ
の組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）から、光発散層のＡｌＧ
ａＩｎＰ（Ａｌが零の場合も含む）の組成比Ａｌ／（Ａ
ｌ＋Ｇａ）を引いたものが、０．１以上０．４以下であ
ることが望ましい。さらに、光発散層のＡｌＧａＩｎＰ
の組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）は０より大きく０．２以
下であることが望ましい。また、クラッドの凸条部を除
く部分にその凸条部よりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＩｎ
Ｐを用いることが望ましい。さらに、凸条部の端部をレ
ーザ端面から離隔し、その離隔部に光発散層を形成する
ことが望ましい。
【００１１】
【作用】光発散層に用いられているＧａＩｎＰまたはＡ
ｌＧａＩｎＰは、クラッドの凸条部に用いられているＡ
ｌＧａＩｎＰよりも屈折率が高いため、光は横方向に発
散するようになる。しかし、凸条部（メサ部）の直下で
は利得があるために、実質的に光は中央付近に分布す
る。これによって、光導波が達成される。横方向の光の
発散の度合いはモードによって異なるため、凸条部の屈
折率を調整することにより、横モードの制御を行うこと
ができる。凸条部のＡｌＧａＩｎＰのＡｌ／（Ａｌ＋Ｇ
ａ）の値を大きくして（屈折率を低くして）発散の度合
いを大きくし過ぎると、利得が得られずに導波できなく
なり、逆に、凸条部のＡｌＧａＩｎＰのＡｌ／（Ａｌ＋
Ｇａ）の値を小さくして（屈折率を高くして）発散の度
合いを小さくし過ぎると、高次の横モードが立ちやすく
なる。凸条部のＡｌＧａＩｎＰの組成比Ａｌ／（Ａｌ＋
Ｇａ）を０．１から０．４の範囲にすると、単一横モー
ドが得やすい。
ｌＧａＩｎＰは、クラッドの凸条部に用いられているＡ
ｌＧａＩｎＰよりも屈折率が高いため、光は横方向に発
散するようになる。しかし、凸条部（メサ部）の直下で
は利得があるために、実質的に光は中央付近に分布す
る。これによって、光導波が達成される。横方向の光の
発散の度合いはモードによって異なるため、凸条部の屈
折率を調整することにより、横モードの制御を行うこと
ができる。凸条部のＡｌＧａＩｎＰのＡｌ／（Ａｌ＋Ｇ
ａ）の値を大きくして（屈折率を低くして）発散の度合
いを大きくし過ぎると、利得が得られずに導波できなく
なり、逆に、凸条部のＡｌＧａＩｎＰのＡｌ／（Ａｌ＋
Ｇａ）の値を小さくして（屈折率を高くして）発散の度
合いを小さくし過ぎると、高次の横モードが立ちやすく
なる。凸条部のＡｌＧａＩｎＰの組成比Ａｌ／（Ａｌ＋
Ｇａ）を０．１から０．４の範囲にすると、単一横モー
ドが得やすい。
【００１２】光発散層は凸条部を形成した後の面、すな
わち、一旦空気に触れた面に再度エピタキシャル成長を
行って形成するものであるため、ＡｌＧａＩｎＰの再成
長が困難である。しかし、本発明では活性層にＧａＡｓ
よりもバンドギャップの小さいもの、例えばＧａＩｎＡ
ｓを用いているので、たとえ光発散層の一部にＡｌＧａ
ＩｎＰを用いる場合でもＡｌの組成を十分に小さくする
ことができる。ＡｌＧａＩｎＰの再成長においては、Ａ
ｌ組成が小さければ小さいほどその成長が容易である。
この観点から光発散層のＡｌＧａＩｎＰのＡｌ／（Ａｌ
＋Ｇａ）は０より大きく０．２以下であることが望まし
い。
わち、一旦空気に触れた面に再度エピタキシャル成長を
行って形成するものであるため、ＡｌＧａＩｎＰの再成
長が困難である。しかし、本発明では活性層にＧａＡｓ
よりもバンドギャップの小さいもの、例えばＧａＩｎＡ
ｓを用いているので、たとえ光発散層の一部にＡｌＧａ
ＩｎＰを用いる場合でもＡｌの組成を十分に小さくする
ことができる。ＡｌＧａＩｎＰの再成長においては、Ａ
ｌ組成が小さければ小さいほどその成長が容易である。
この観点から光発散層のＡｌＧａＩｎＰのＡｌ／（Ａｌ
＋Ｇａ）は０より大きく０．２以下であることが望まし
い。
【００１３】光発散層としてのＧａＩｎＰまたはＡｌＧ
ａＩｎＰの成長開始前に三族元素が１種類しか含まれて
いないＧａＡｓまたはＧａＡｓＰまたはその両方の薄層
を成長すると、その後のＡｌＧａＩｎＰの成長がさらに
容易となる。ただし、この薄層は厚すぎると横方向の光
閉じ込めに悪影響を与えるので、５０オングストローム
程度に止めるのがよい。なお、光発散層にＧａＩｎＰを
用いる場合の再成長はＡｌＧａＩｎＰを用いる場合に比
べて容易である。
ａＩｎＰの成長開始前に三族元素が１種類しか含まれて
いないＧａＡｓまたはＧａＡｓＰまたはその両方の薄層
を成長すると、その後のＡｌＧａＩｎＰの成長がさらに
容易となる。ただし、この薄層は厚すぎると横方向の光
閉じ込めに悪影響を与えるので、５０オングストローム
程度に止めるのがよい。なお、光発散層にＧａＩｎＰを
用いる場合の再成長はＡｌＧａＩｎＰを用いる場合に比
べて容易である。
【００１４】また、クラッドの凸条部を除く部分にクラ
ッドの凸条部よりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＩｎＰを用
い、その組成や厚さを調整することにより縦方向の光分
布を調整できる。また、凸条部の端部をレーザ端面から
離隔し、その離隔部に光発散層を形成すれば、光がレー
ザ端面で広がりそこでの光密度が下がるため、レーザ端
面の劣化の進行を抑制することができる。
ッドの凸条部よりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＩｎＰを用
い、その組成や厚さを調整することにより縦方向の光分
布を調整できる。また、凸条部の端部をレーザ端面から
離隔し、その離隔部に光発散層を形成すれば、光がレー
ザ端面で広がりそこでの光密度が下がるため、レーザ端
面の劣化の進行を抑制することができる。
【００１５】
【実施例】まず、６０Ｔｏｒｒ程度の減圧ＭＯＶＰＥを
用いて、図１に示す積層構造を有するエピタキシャルウ
エハを形成する。ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型ＧａＡｓ
バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、量子
井戸活性層１５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰエッチストップ層１２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１
３およびｐ型ＧａＩｎＰ層１４がエピタキシャル成長に
より順次形成されている。量子井戸活性層１５は、Ｇａ
ＩｎＰ層４、ＧａＩｎＡｓＰ層５、ＧａＡｓ層６、Ｇａ
ＩｎＡｓ層７、ＧａＡｓ層８、ＧａＩｎＡｓＰ層９およ
びＧａＩｎＰ層１０で構成されており、ＧａＩｎＡｓ層
７が量子井戸層となっている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１
１、ｐ型ＧａＩｎＰ層１２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１３
およびｐ型ＧａＩｎＰ層１４は上側クラッド層を構成
し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１３は、後のエッチング処理
によって、活性層の電流注入部分と平行な凸条部とな
る。なお、各エピタキシャル層の厚さ、不純物およびそ
の濃度は図に表記してある。また、同図左側には、エピ
タキシャル成長の際の成長温度の変化を図示した。クラ
ッドに用いられているＡｌＧａＩｎＰは高温成長が望ま
しく、活性層に用いられているＧａＩｎＡｓは低温成長
が望ましい。したがって、図示のように、活性層１５を
成長させるときは、その成長温度を６５０℃とし、Ａｌ
ＧａＩｎＰ層１０を成長させる際に成長温度を７２０〜
７４０℃とした。
用いて、図１に示す積層構造を有するエピタキシャルウ
エハを形成する。ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型ＧａＡｓ
バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、量子
井戸活性層１５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰエッチストップ層１２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１
３およびｐ型ＧａＩｎＰ層１４がエピタキシャル成長に
より順次形成されている。量子井戸活性層１５は、Ｇａ
ＩｎＰ層４、ＧａＩｎＡｓＰ層５、ＧａＡｓ層６、Ｇａ
ＩｎＡｓ層７、ＧａＡｓ層８、ＧａＩｎＡｓＰ層９およ
びＧａＩｎＰ層１０で構成されており、ＧａＩｎＡｓ層
７が量子井戸層となっている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１
１、ｐ型ＧａＩｎＰ層１２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１３
およびｐ型ＧａＩｎＰ層１４は上側クラッド層を構成
し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１３は、後のエッチング処理
によって、活性層の電流注入部分と平行な凸条部とな
る。なお、各エピタキシャル層の厚さ、不純物およびそ
の濃度は図に表記してある。また、同図左側には、エピ
タキシャル成長の際の成長温度の変化を図示した。クラ
ッドに用いられているＡｌＧａＩｎＰは高温成長が望ま
しく、活性層に用いられているＧａＩｎＡｓは低温成長
が望ましい。したがって、図示のように、活性層１５を
成長させるときは、その成長温度を６５０℃とし、Ａｌ
ＧａＩｎＰ層１０を成長させる際に成長温度を７２０〜
７４０℃とした。
【００１６】つぎに、この様にして形成されたエピタキ
シャルウエハ１６のＧａＩｎＰ層１４およびＡｌＧａＩ
ｎＰ層１３の不要部をエッチング除去する。まず、表面
全体に窒化シリコン膜を０．１μｍの厚さに堆積した
後、リソグラフィー技術により幅４μｍの帯状部が残る
ようにパターニングする。その後、この窒化シリコン膜
２０をマスクとして、ＧａＩｎＰ層１４およびＡｌＧａ
ＩｎＰ層１３をエッチングする（図２参照）。最初に５
０℃の硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１でＧａＩｎＰ
層１４とＡｌＧａＩｎＰ層１３の極表面部をエッチング
し、その後、６０℃の濃硫酸を用いて、ウエハ表面の色
が変わるまでエッチングを行う。ウエハの色が変化した
ところがＧａＩｎＰ層１２の露出したところである。こ
の工程により、図２に示すように上側クラッドの凸条部
２１が形成される。
シャルウエハ１６のＧａＩｎＰ層１４およびＡｌＧａＩ
ｎＰ層１３の不要部をエッチング除去する。まず、表面
全体に窒化シリコン膜を０．１μｍの厚さに堆積した
後、リソグラフィー技術により幅４μｍの帯状部が残る
ようにパターニングする。その後、この窒化シリコン膜
２０をマスクとして、ＧａＩｎＰ層１４およびＡｌＧａ
ＩｎＰ層１３をエッチングする（図２参照）。最初に５
０℃の硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１でＧａＩｎＰ
層１４とＡｌＧａＩｎＰ層１３の極表面部をエッチング
し、その後、６０℃の濃硫酸を用いて、ウエハ表面の色
が変わるまでエッチングを行う。ウエハの色が変化した
ところがＧａＩｎＰ層１２の露出したところである。こ
の工程により、図２に示すように上側クラッドの凸条部
２１が形成される。
【００１７】つぎに、凸条部２１の両側にｎ型ＧａＩｎ
Ｐからなる光発散層３２を形成する（図３参照）。ただ
し、この光発散層の形成に先立って、ＧａＡｓ層３０お
よびＧａＡｓＰ層３１を形成する。光発散層３２を再成
長する際の表面は空気に晒されて荒れている。特に、そ
の表面の材料に三族元素が２種類以上含まれていると、
その状態が悪く、再成長が困難となる。これらの層３０
および３１は、光発散層３２となるＧａＩｎＰの成長を
容易にするためのものであるが、厚すぎると横方向の光
の閉じ込めに悪影響を与えるので、５０オングストロー
ム程度にとどめるのがよい。本実施例では、ＧａＡｓ層
３０の厚さを３０オングストローム、ＧａＡｓＰ層３１
の厚さを１０オングストロームとしている。ＧａＡｓＰ
層３０の組成は適当でよく、６５０℃でアルシンとフォ
スフィンのモル比を１：１０程度、五族／三族を７０程
度にしてやればよい。なお、昇温時にはフォスフィン雰
囲気にする。この光発散層３２はｎ型であり、電流ブロ
ック層を兼ねている。
Ｐからなる光発散層３２を形成する（図３参照）。ただ
し、この光発散層の形成に先立って、ＧａＡｓ層３０お
よびＧａＡｓＰ層３１を形成する。光発散層３２を再成
長する際の表面は空気に晒されて荒れている。特に、そ
の表面の材料に三族元素が２種類以上含まれていると、
その状態が悪く、再成長が困難となる。これらの層３０
および３１は、光発散層３２となるＧａＩｎＰの成長を
容易にするためのものであるが、厚すぎると横方向の光
の閉じ込めに悪影響を与えるので、５０オングストロー
ム程度にとどめるのがよい。本実施例では、ＧａＡｓ層
３０の厚さを３０オングストローム、ＧａＡｓＰ層３１
の厚さを１０オングストロームとしている。ＧａＡｓＰ
層３０の組成は適当でよく、６５０℃でアルシンとフォ
スフィンのモル比を１：１０程度、五族／三族を７０程
度にしてやればよい。なお、昇温時にはフォスフィン雰
囲気にする。この光発散層３２はｎ型であり、電流ブロ
ック層を兼ねている。
【００１８】つぎに、窒化シリコン膜２０を弗酸：水が
１：１の溶液でエッチングしてからｐ型ＧａＡｓ膜４０
を２μｍの厚さに再成長する。これにｐ側電極４１を蒸
着し、ＧａＡｓ基板１を１００μｍ程度に薄くしてから
ｎ側電極４２を蒸着する。そして、アニールにより電極
を合金化してから、劈開工程、実装工程を経て半導体レ
ーザが完成する（図４参照）。
１：１の溶液でエッチングしてからｐ型ＧａＡｓ膜４０
を２μｍの厚さに再成長する。これにｐ側電極４１を蒸
着し、ＧａＡｓ基板１を１００μｍ程度に薄くしてから
ｎ側電極４２を蒸着する。そして、アニールにより電極
を合金化してから、劈開工程、実装工程を経て半導体レ
ーザが完成する（図４参照）。
【００１９】クラッド層の薄い部分、すなわち、本実施
例のＡｌＧａＩｎＰ層１１の厚みや組成（組成分布）を
変えることで、縦方向の光の閉じ込めと横方向の光の閉
じ込めの両方を制御することができる。
例のＡｌＧａＩｎＰ層１１の厚みや組成（組成分布）を
変えることで、縦方向の光の閉じ込めと横方向の光の閉
じ込めの両方を制御することができる。
【００２０】なお、凸条部２１のメサ形状は、本実施例
では順メサであるが、逆メサでもよく、その場合はスト
ライプ幅を狭くすることができる。
では順メサであるが、逆メサでもよく、その場合はスト
ライプ幅を狭くすることができる。
【００２１】図５は図４に対応する平面配置図であり、
チップに切り出した際の凸条部２１の配置を示したもの
である。同図に示すように、凸条部２１の端部２１ａ、
２１ｂと端面５２、５３とが離隔しており、その両者間
には凸条部２１の両脇と同様に光発散層が形成されてい
る。端部２１ａ、２１ｂと端面５２、５３との距離ｄは
２０μｍ程度がよい。上側クラッド層の薄い部分である
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１およびｐ型ＧａＩｎＰ層１２
は端面５２、５３まで延在している。このような端面構
造とすると、光が端面付近で広がるため端面での光密度
を低くすることができる。ＧａＩｎＡｓを活性層とする
半導体レーザでは使用中に急激に機能低下してしまう突
然死と呼ばれる現象がある。この突然死は端面の溶融で
起こっている。これは、いわゆる端面光損傷（ＣＯＤ）
と呼ばれており、その発生原因は、光と端面での電流の
相互作用によるものと推測されている。そこで、本実施
例の端面構造を用いて端面での光密度を低くすれば、端
面光損傷（ＣＯＤ）が起こり難くなり、半導体レーザ素
子の信頼性が高まる。なお、本実施例では、両側の端面
を上述のような構造としてるが、端面に反射率が非対称
なコーティングを施す場合には、低反射コーティング側
のみを上述の構造とし、高反射コーティング側は凸条部
２１の端部を端面まで延ばした構造としてもよい。
チップに切り出した際の凸条部２１の配置を示したもの
である。同図に示すように、凸条部２１の端部２１ａ、
２１ｂと端面５２、５３とが離隔しており、その両者間
には凸条部２１の両脇と同様に光発散層が形成されてい
る。端部２１ａ、２１ｂと端面５２、５３との距離ｄは
２０μｍ程度がよい。上側クラッド層の薄い部分である
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１およびｐ型ＧａＩｎＰ層１２
は端面５２、５３まで延在している。このような端面構
造とすると、光が端面付近で広がるため端面での光密度
を低くすることができる。ＧａＩｎＡｓを活性層とする
半導体レーザでは使用中に急激に機能低下してしまう突
然死と呼ばれる現象がある。この突然死は端面の溶融で
起こっている。これは、いわゆる端面光損傷（ＣＯＤ）
と呼ばれており、その発生原因は、光と端面での電流の
相互作用によるものと推測されている。そこで、本実施
例の端面構造を用いて端面での光密度を低くすれば、端
面光損傷（ＣＯＤ）が起こり難くなり、半導体レーザ素
子の信頼性が高まる。なお、本実施例では、両側の端面
を上述のような構造としてるが、端面に反射率が非対称
なコーティングを施す場合には、低反射コーティング側
のみを上述の構造とし、高反射コーティング側は凸条部
２１の端部を端面まで延ばした構造としてもよい。
【００２２】図６は第２の実施例である半導体レーザの
作製に用いるエピタキシャルウエハの積層構造を示すも
のである。この実施例では、光発散層として、ＧａＩｎ
Ｐに代えて、凸条部のＡｌＧａＩｎＰよりも屈折率の高
いＡｌＧａＩｎＰを用いる点が第１実施例と異なる。そ
のために、エピタキシャルウエハ１６′として、第１実
施例のエピタキシャルウエハ１６のＡｌＧａＩｎＰ層３
および１３をそれぞれ図６に示すようなＡｌ組成比の高
いＡｌＧａＩｎＰ層３′および１３′に代えたものを用
いる。エピタキシャルウエハ１６′の作製は第１実施例
の場合と基本的に同じであるが、上側クラッド層の成長
の際の温度が図示のように少し高めになっている。
作製に用いるエピタキシャルウエハの積層構造を示すも
のである。この実施例では、光発散層として、ＧａＩｎ
Ｐに代えて、凸条部のＡｌＧａＩｎＰよりも屈折率の高
いＡｌＧａＩｎＰを用いる点が第１実施例と異なる。そ
のために、エピタキシャルウエハ１６′として、第１実
施例のエピタキシャルウエハ１６のＡｌＧａＩｎＰ層３
および１３をそれぞれ図６に示すようなＡｌ組成比の高
いＡｌＧａＩｎＰ層３′および１３′に代えたものを用
いる。エピタキシャルウエハ１６′の作製は第１実施例
の場合と基本的に同じであるが、上側クラッド層の成長
の際の温度が図示のように少し高めになっている。
【００２３】その後、図７に示すように凸条部２１′を
エッチングにより形成し、図８に示すようにＡｌ組成
［Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）］が０．２のｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる光発散層７０を形成する。本実施例では、光
発散層７０をクラッド層の上に直接形成しているが、こ
のときのエピタキシャル成長を容易にするために、第１
実施例のようなＧａＡｓ層３０およびＧａＡｓＰ層３１
を先行して形成してもよい。その後、図９に示すよう
に、第１実施例と同様にｐ型ＧａＡｓ膜４０や電極４
１、４２を形成し、最後に切り出しを行って半導体レー
ザとする。
エッチングにより形成し、図８に示すようにＡｌ組成
［Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）］が０．２のｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる光発散層７０を形成する。本実施例では、光
発散層７０をクラッド層の上に直接形成しているが、こ
のときのエピタキシャル成長を容易にするために、第１
実施例のようなＧａＡｓ層３０およびＧａＡｓＰ層３１
を先行して形成してもよい。その後、図９に示すよう
に、第１実施例と同様にｐ型ＧａＡｓ膜４０や電極４
１、４２を形成し、最後に切り出しを行って半導体レー
ザとする。
【００２４】図１０ないし図１２に、図１に示すエピタ
キシャルウエハに代わるものを、それぞれ第３ないし第
５実施例として示す。図１０は、エッチストップ層１２
の材料をＧａＩｎＰに代えてＧａＡｓにしたものであ
る。このようにすると、選択比を大きく取ることがで
き、プロセスの安定化を図ることができる。この場合の
エッチャントには例えば室温の塩酸：燐酸：水＝２２：
１１：１７を用いることができる。図１１は、クラッド
のｎ側（下側）とｐ側（上側）をほぼ対称構造としたも
のである。上述の第１実施例においても、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ層１１の厚みなどを調整して、ｎ側とｐ側の光の分布
を同等にできるが、このエピタキシャルウエハのよう
に、ｎ側クラッドとｐ側クラッドの構造をもともと対称
にしておけば、ｎ側とｐ側の光の分布を簡単に同等にで
きる。
キシャルウエハに代わるものを、それぞれ第３ないし第
５実施例として示す。図１０は、エッチストップ層１２
の材料をＧａＩｎＰに代えてＧａＡｓにしたものであ
る。このようにすると、選択比を大きく取ることがで
き、プロセスの安定化を図ることができる。この場合の
エッチャントには例えば室温の塩酸：燐酸：水＝２２：
１１：１７を用いることができる。図１１は、クラッド
のｎ側（下側）とｐ側（上側）をほぼ対称構造としたも
のである。上述の第１実施例においても、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ層１１の厚みなどを調整して、ｎ側とｐ側の光の分布
を同等にできるが、このエピタキシャルウエハのよう
に、ｎ側クラッドとｐ側クラッドの構造をもともと対称
にしておけば、ｎ側とｐ側の光の分布を簡単に同等にで
きる。
【００２５】図１２は、クラッドの薄い部分の組成Ａｌ
／（Ａｌ＋Ｇａ）の値を凸条部と同じにして、クラッド
の大部分を同一組成にしたものである。このようにすれ
ば、成長が簡単である。
／（Ａｌ＋Ｇａ）の値を凸条部と同じにして、クラッド
の大部分を同一組成にしたものである。このようにすれ
ば、成長が簡単である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザによれば、光と電流の閉じ込めを半導体のみで行う
ので放熱性が良好であり、しかも、屈折率反導波構造な
ので単一横モードを容易に得ることができる。また、ク
ラッドの薄い部分を凸条部よりもＡｌ組成の高いＡｌＧ
ａＩｎＰ層にすることにより、その厚みおよび組成を変
えることで、縦方向の光の閉じ込めと横方向の光の閉じ
込めの両方を制御することができる。
ーザによれば、光と電流の閉じ込めを半導体のみで行う
ので放熱性が良好であり、しかも、屈折率反導波構造な
ので単一横モードを容易に得ることができる。また、ク
ラッドの薄い部分を凸条部よりもＡｌ組成の高いＡｌＧ
ａＩｎＰ層にすることにより、その厚みおよび組成を変
えることで、縦方向の光の閉じ込めと横方向の光の閉じ
込めの両方を制御することができる。
【図１】本発明の一実施例である半導体レーザの製造工
程で用いるエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
程で用いるエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
【図２】図１のエピタキシャルウエハに対してメサエッ
チングを施した状態を示す断面図。
チングを施した状態を示す断面図。
【図３】図２に対して再成長を施して光発散層を形成し
た状態を示す図。
た状態を示す図。
【図４】図３に対してさらに所定のエピタキシャル成長
を行った状態を示す図。
を行った状態を示す図。
【図５】本実施例の凸条部の平面配置を示す図。
【図６】本発明の第２の実施例である半導体レーザの製
造工程で用いるエピタキシャルウエハの構造を示す断面
図。
造工程で用いるエピタキシャルウエハの構造を示す断面
図。
【図７】図６のエピタキシャルウエハに対してメサエッ
チングを施した状態を示す断面図。
チングを施した状態を示す断面図。
【図８】図７に対して再成長を施して光発散層を形成し
た状態を示す図。
た状態を示す図。
【図９】図８に対してさらに所定のエピタキシャル成長
を行った状態を示す図。
を行った状態を示す図。
【図１０】第３実施例の半導体レーザの製造工程で用い
るエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
るエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
【図１１】第４実施例の半導体レーザの製造工程で用い
るエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
るエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
【図１２】第５実施例の半導体レーザの製造工程で用い
るエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
るエピタキシャルウエハの構造を示す断面図。
１…ＧａＡｓ基板、１５…活性層、２１…凸条部（Ａｌ
ＧａＩｎＰ）、３２…光発散層（ＧａＩｎＰ）、７０…
光発散層（ＡｌＧａＩｎＰ）。
ＧａＩｎＰ）、３２…光発散層（ＧａＩｎＰ）、７０…
光発散層（ＡｌＧａＩｎＰ）。
Claims (8)
- 【請求項１】 ＧａＡｓを基板とし、活性層のバンドギ
ャップがＧａＡｓよりも狭いストライプ型半導体レーザ
において、 前記基板と反対側のクラッドは、前記活性層のストライ
プ状に電流が注入される部分と平行に少なくとも一部が
ＡｌＧａＩｎＰからなる凸条部を有し、 前記凸条部を有しない前記クラッドの上に前記ＡｌＧａ
ＩｎＰよりも屈折率の高いＡｌＧａＩｎＰ層を含む光発
散層が形成され、 前記クラッドの前記凸条部を除く部分の厚さは、レーザ
発振光が前記光発散層に染みだし得る厚さであることを
特徴とする屈折率反導波型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記凸条部のＡｌＧａＩｎＰの組成比Ａ
ｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）の値から、前記光発散層のＡｌＧａ
ＩｎＰの組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）の値を引いたもの
が、０．１以上０．４以下であることを特徴とする請求
項１に記載の屈折率反導波型半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記光発散層のＡｌＧａＩｎＰの組成比
Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）の値が零より大きく０．２以下で
あることを特徴とする請求項２に記載の屈折率反導波型
半導体レーザ。 - 【請求項４】 ＧａＡｓを基板とし、活性層のバンドギ
ャップがＧａＡｓよりも狭いストライプ型半導体レーザ
において、 前記基板と反対側のクラッドは、前記活性層のストライ
プ状に電流が注入される部分と平行に少なくとも一部が
ＡｌＧａＩｎＰからなる凸条部を有し、 前記凸条部を有しない前記クラッドの上にＧａＩｎＰ層
を含む光発散層が形成され、 前記クラッドの前記凸条部を除く部分の厚さは、レーザ
発振光が前記光発散層に染みだし得る厚さであることを
特徴とする屈折率反導波型半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記凸条部に用いられるＡｌＧａＩｎＰ
の組成比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）は、０．１以上０．４以
下であることを特徴とする請求項４に記載の屈折率反導
波型半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記凸条部を有しない前記クラッドと前
記光発散層との間にＧａＡｓまたはＧａＡｓＰ層が設け
られていることを特徴とする請求項１または４に記載の
屈折率反導波型半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記クラッドの前記凸条部を除く部分
に、前記凸条部のＡｌＧａＩｎＰよりもＡｌ組成の高い
ＡｌＧａＩｎＰ層が設けられていることを特徴とする請
求項１または４に記載の屈折率反導波型半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記凸条部の端部はレーザ端面から離隔
しており、その離隔部に前記光発散層が形成されている
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の屈
折率反導波型半導体レーザ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18834193A JPH077230A (ja) | 1993-04-21 | 1993-07-29 | 屈折率反導波型半導体レーザ |
| CA002112319A CA2112319C (en) | 1992-12-28 | 1993-12-23 | Semiconductor laser having an algainp cladding layer |
| EP93120981A EP0604965B1 (en) | 1992-12-28 | 1993-12-27 | Semiconductor laser having an A1GaInP cladding layer |
| DE69313807T DE69313807T2 (de) | 1992-12-28 | 1993-12-27 | Halbleiterlaser mit Begrenzungsschicht aus AlGaInP |
| US08/174,067 US5586135A (en) | 1992-12-28 | 1993-12-28 | Semiconductor laser having an AlGaInP cladding layer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-94382 | 1993-04-21 | ||
| JP9438293 | 1993-04-21 | ||
| JP18834193A JPH077230A (ja) | 1993-04-21 | 1993-07-29 | 屈折率反導波型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077230A true JPH077230A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=26435657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18834193A Pending JPH077230A (ja) | 1992-12-28 | 1993-07-29 | 屈折率反導波型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077230A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009076640A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Fujifilm Corp | 半導体発光素子 |
| JP2011065050A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP18834193A patent/JPH077230A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009076640A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Fujifilm Corp | 半導体発光素子 |
| JP2011065050A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
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