JPH0834330B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH0834330B2 JP63065857A JP6585788A JPH0834330B2 JP H0834330 B2 JPH0834330 B2 JP H0834330B2 JP 63065857 A JP63065857 A JP 63065857A JP 6585788 A JP6585788 A JP 6585788A JP H0834330 B2 JPH0834330 B2 JP H0834330B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ装置に関し、特に効率の良い半
導体レーザ装置に関する。
〔従来の技術〕
第４図（ａ）は、従来の半導体レーザの概略的構成
図、第４図（ｂ）は、その屈折率の分布を示すグラフで
ある。
同図において、ｎ−GaAsの基板１上に、厚さ0.5μｍ
程度のｎ−GaAsのバッファ層２を形成し、さらに厚さ1.
5μｍのｎ−AlxGayAs（ｘ＝0.3,y＝0.7）のクラッド層
３を形成する。
次に、厚さ0.1μｍのノンドープGaAsの活性層４、厚
さ1.5μｍのｐ−AlxGayAs（ｘ＝0.3,y＝0.7）のクラッ
ド層５、さらに厚さ0.5μｍのｐ−GaAsのコンタクト層
６、最後にAu−Geの電極７およびAu−Snの電極８を形成
する。
このような構成を有する半導体レーザに電圧を印加す
ると、電極７より注入された電流が電極８に到達するま
でに広がってしまう。たとえば、電極７が５μｍ程度と
すると、電流は矢印９のように広がり、発振に必要とさ
れる電流も大きくなる（150〜200mA程度）。
さらに、この従来例では、同図（ｂ）に示すように、
活性層の屈折率ｎが3.65程度、クラッド層の屈折率ｎが
3.4程度であるために、縦方向にはクラッド層２および
５によって光の閉じ込めができるが、横方向の光の閉じ
込めができない。このために光の広がりが大きくなり、
微分量子効果の低下等を招来するという欠点を有してい
た。
第５図および第６図は、各々半導体レーザの上記欠点
を解消するために提案された従来例の概略的構成図であ
る。
第５図において、ｎ型基板11上にｎバッファ層12、ｎ
クラッド層13、ノンドープ活性層14、ｐクラッド層15が
形成され、さらに部分的に開口されたｎ−GaAsの電流ブ
ロック層16、ｐクラッド層17、ｐコンタクト層18および
電極19,20が形成されている。
このような構成において、電圧を印加すると、電極19
から電極20へ電流が流れる。その際、電流ブロック層16
の部分は電流が流れにくいために、電流は矢印22のよう
に電流ブロック層16の開口部に集中する。
さらに、活性層14からの光のしみ出しを考慮して、電
流ブロック層16と活性層14との距離21を電流ブロック層
16での光の吸収を生ずる距離に設定すると、電流ブロッ
ク層16の開口部のみに発光部が制限される。これによっ
て低いしきい値（代表的には30〜40mA）でレーザ発振を
生じさせることができる。
上記レーザ構造の具体的数値としては、距離21が0.4
μｍ、電流ブロック層16の厚さおよびキャリア濃度が各
々0.6μｍおよび６×10cm-3、ｐクラッド層15および17
のキャリア濃度が１×10cm-3である。また電流ブロック
層16の開口部は３μｍ幅である。
第６図に示す半導体レーザでは、段差を設けたｎ基板
31上に、ｎバッファ層32、クラッド層33、ノンドープ活
性層34、ｐクラッド層35および36、開口部を有するｎ−
GaAsの電流ブロック層41、コンタクト層37および電極4
0,38が形成されている。
この従来例においても、電流は電流ブロック層41の開
口部に集中し（矢印39）、また段差によって横方向にも
屈折率の差があるために、光は段差部に閉じ込められ、
高い効率を達成することができる。
〔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では、電流ブ
ロック層（16,41）を製造するために、まずｎ−GaAs層
を全面に形成した後で、開口部を化学エッチング等によ
り形成する必要がある。
このために、エッチングによって欠陥が発生し、ある
いは堆積室の外に取り出す際のゴミ等の付着によって欠
陥が発生する可能性がある。
更に、活性層（14,34）の近傍に電流ブロック層（16,
41）を設けるために、上記エッチングを精度良く制御す
ることが必要となる。特に、第６図に示すレーザでは、
傾斜を設けているために、エッチングの制御が困難とな
っている。第5,6図に示すレーザは、層16,41により電流
のブロックと屈折率変化を与え、発光部の制御を図って
いる。ところが、電流ブロック層16,41を形成するため
には２回成長を行なう必要があり、工程が複雑となり、
ゴミ等のため欠陥が発生しやすいという問題を生ずる。
このように、従来の半導体レーザでは、電流の狭窄お
よび光の閉じ込めを達成しようとすると、製造が複雑か
つ困難となり、製造歩留りが低下し、信頼性も不充分に
なるという欠点を有していた。
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、電流狭窄および光の閉じ込めに優
れ、かつ信頼性の高い半導体レーザをすることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装
置は、 ｎ型電極と、ｐ型電極と、該ｎ型電極とｐ型電極との
間に設けられる各種半導体層とを有する半導体レーザ装
置であって、 前記各種半導体層は、 共振方向に延在する断面台形状で幅が３μｍ以上10μ
ｍ以下の溝を有し、基板となるｐ型の半導体層と、 前記ｐ型の半導体層上に設けられるｐ型のクラッド層
と、 前記ｐ型のクラッド層に積層される活性層と、 前記活性層に積層されるｎ型のクラッド層と、 前記基板とｐ型のクラッド層との間に設けられ、両性
不純物を含んでおり、前記断面台形状の溝の斜面上に位
置する部分の導電型がｐ型であり、前記断面台形状の溝
の底面部上に位置する部分の導電型がｎ型である半導体
層と、 を有することを特徴とする。
〔作 用〕
両性不純物であるSi不純物のドープによるGaAsのp,n
制御について以下に記述する。
通常SiはGaAsではｎ型の不純物の不純物である。これ
は（001）面、つまりAsが安定に表面にあらわれる状態
においてGaの位置にSiが入るとｎ型となるからである。
ところが、GaAs基板の（001）面上に＜10＞軸に沿っ
て溝または突起を作ったときに形成される斜面にはGaが
安定に表面に出る場合がある。これがAsの位置にSiが入
りやすいGa面で、この場合にはｐ型となる。このGaが安
定な面になるための条件は（001）面と斜面のなす角度
が約20〜25度以上であることが必要となる。（001）面
と斜面のなす角度が約20度以下の場合にはほぼAsが安定
な面となる。
上記のようなSiドープGaAsが面方位により変化する報
告は、“H.Nobuhara,O.Wada and Y.Fujii,SLOPE ANGLE
INFLUENCE ON SILICON DOPING IN AlGaAs/GaAs MBE−GR
OWN ON STEPPED SURFACE OF（100）GaAs SUBSTRATE,Ele
ctronics Letters21,35（1987）”等の文献に紹介され
ている。（001）面上に＜10＞軸に溝または突起を作
成した場合にあらわれる面を通常Ａ面と呼ばれ、これに
対し＜110＞軸に沿って形成されるAsが安定となる面は
Ｂ面と呼ばれている。
したがって、GaAs基板上に（001）面とのなす角が20
〜25度以上の溝または突起を設け、この上にSiドープGa
Asを成長させた場合には（001）面上に形成された部分
はｎ型となり、斜面上に形成された部分はｐ型となる。
〔実施例〕
第１図は、本発明の概略を説明するための参考例であ
り、（001）面上に＜１０＞軸に沿って延在する溝が
ウェットエッチングによって形成されたｐ−GaAs基板51
の上に、厚さ0.5μｍのSiドープGaAsであるバッファ層5
2、厚さ1.2μｍのBeドープAl0.5Ga0.5Asである下部クラ
ッド層53、厚さ60ÅのノンドープAl0.1Ga0.9As5層をウ
ェル層とし、厚さ100ÅのノンドープAl0.3Ga0.7As4層を
バリア層とし、それらが交互に積層された多層量子井戸
（MQW）である活性層54、厚さ1.5μｍのSnドープAl0.5G
a0.5Asである上部クラッド層55、厚さ0.5μｍのSnドー
プGaAsであるコンタクト層56を順に積層し、AuGe/Ni/Au
でできたｎ型電極57とCr/Auでできたｐ型電極58を両端
に形成したものである。基板51に形成された溝は底面に
（001）面である平坦な部分を有していて、深さおよび
底面部の幅はともに1.0μｍであり、溝の斜面と底面と
のなす角θは約55゜である。この溝上にSiドープGaAsを
成長させると前述した作用により斜面上に形成される部
分60のみがｐ型となり（001）面上に形成されるものは
ｎ型となる。
バッファ層52の斜面部分60のみがｐ型となるとｎ型電
極57、Ｐ型電極58に順バイアス電圧を印加したときの電
流は矢印59のように斜面部分60を通って流れるため、溝
部の位置に対応する部分の活性層54にキャリアが集中す
る。
本実施例で溝部の底面を平坦とした理由は、溝をＶ字
状とし、底部をとがったものとすると、その上に成長す
る結晶がみだれる可能性が大きいためである。溝部の底
面を平坦なものとすることにより、底面に対応する部分
の結晶性が優れたものとなり、効率の良い発光が行なわ
れた。さらに、活性層がわん曲していることから光閉じ
込め効果に優れた半導体レーザができた。
今回の結晶は真空蒸着法、特にMBE法を用いて成長さ
せた。基板温度は400℃〜800℃、飛来する分子比JAS4/J
Ga〜２、成長速度は１μm/h（GaAs）であった。
第２図に示す実施例は、クラッド層を２つ設け、バッ
ファ層のみでなく、クラッド層をも利用して第１図に示
した参考例よりも大きな電流狭窄効果を図ったものであ
る。
（001）面上に＜10＞軸に沿って第１図に示した参
考例と同様の溝が形成されたｐ−GaAs基板61の上に厚さ
0.5μｍのSiドープGaAsであるバッファ層62、厚さ1.0μ
ｍのSiドープAl0.5Ga0.5Asである第１の下部クラッド層
63、厚さ0.5μｍのBeドープAl0.5Ga0.5Asである第２の
下部クラッド層64、第１図に示した参考例と同様に多層
量子井戸である活性層65、厚さ1.5μｍのSnドープAl0.5
Ga0.5Asである上部クラッド層66、厚さ0.5μｍのSnドー
プGaAsであるコンタクト層76を順に積層し、この後、Au
Ge/Ni/Auのｎ型電極68、Cr/Auのｐ型電極69を両端に形
成している。
バッファ層62、第１の下部クラッド層63のうちの溝の
斜面上に堆積される斜面部70は第１の実施例の場合と同
様にｐ型となる。このため、ｎ型電極68とｐ型電極69に
順バイアス電圧を印加した場合に電流は矢印71のように
流れる。
基板61に形成する溝の幅は10.0μｍ以下、さらに言え
ば5.0μｍ以下が好ましく、本実施例においては3.0μｍ
である。また、溝の深さは2.0μｍである。
第３図に示す実施例は、光ガイド層を設けて光を拡散
させることにより端面破壊の防止を図ったものである。
第１図に示した参考例と同様の溝が形成されたｐ−Ga
As基板81上に、厚さ0.5μｍのSiドープGaAsであるバッ
ファ層82、厚さ1.5μｍのBeドープAl0.4Ga0.6Asである
下部クラッド層83、厚さ0.1μｍのノンドープGaAsであ
る活性層84、厚さ0.3μｍのSnドープAl0.3Ga0.7Asであ
る光ガイド層85、層1.2μｍのSnドープAl0.4Ga0.6Asで
ある上部クラッド層86、厚さ0.3μｍのSnドープGaAsで
あるコンタクト層87を順に積層し、両端にAuGe/NiAuで
できたｎ型電極88、Cr/AuでできたＰ型電極89を設けて
いる。
本実施例では、溝の底部の幅は1.0μｍであり深さは
1.5μｍであった。（001）面と斜面のなす角θはウェッ
トエッチングでは約55゜となるが、他のドライユッチン
グ法（Al,Cl2等）を用いれば任意の角度が選られる。
本実施例における電流狭窄は第１の実施例と同様にバ
ッファ層82の斜面部91によって行なわれており、ｎ型電
極88、ｐ型電極89に順バイアス電圧を印加したときに流
れる電流は矢印90のように流れ、発生する光は活性層84
の中央のわん曲した部分に集中する。また、このとき、
光ガイド層85が設けられているために端面破壊が防止さ
れている。
各実施例において、基板上に形成する溝または突起は
（001）面上に＜10＞軸に沿って延在するものとして
説明したが、かならずしも完全に一致する必要はなく、
＜10＞軸から±15゜以内であればよい。また、半導体
の種類ではAlGaAs/GaAs系についてのみ記載している
が、条件によってはInP、AlGaInP、InGaAsP等にも応用
可能である。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように構成することにより、
以下に記載するような効果を奏する。
基板に断面台形状の溝または突起を有するものを用
い、両性不純物を含む半導体層を用いたことにより、電
流狭窄効果に優れ、光閉じ込め効果に優れた半導体レー
ザ装置を作成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の概略を説明するための参考例の構成を
示す断面図、第２図および第３図は半導体レーザ装置の
各実施例の構成を示す断面図、第４図ないし第６図は従
来例の構成を示す断面図である。 51,61,81,101,121……基板、 52,62,82,102,122……バッファ層、 53,55,63,64,66,83,103,105,123,124,127……クラッド
層、 54,65,84,104,126……活性層、 56,67,87,106,129……コンタクト層、 57,68,88,108,131……ｎ型電極、 58,69,89,107,130……Ｐ型電極、 60,70,91,109,133,134……斜面部、 128……電流狭窄層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｎ型電極と、ｐ型電極と、該ｎ型電極とｐ
    型電極との間に設けられる各種半導体層とを有する半導
    体レーザ装置であって、 前記各種半導体層は、 共振方向に延在する断面台形状で幅が３μｍ以上10μｍ
    以下の溝を有し、基板となるｐ型の半導体層と、 前記ｐ型の半導体層上に設けられるｐ型のクラッド層
    と、 前記ｐ型のクラッド層に積層される活性層と、 前記活性層に積層されるｎ型のクラッド層と、 前記基板とｐ型のクラッド層との間に設けられ、両性不
    純物を含んでおり、前記断面台形状の溝の斜面上に位置
    する部分の導電型がｐ型であり、前記断面台形状の溝の
    底面部上に位置する部分の導電型がｎ型である半導体層
    と、 を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
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