JPS58162091A - 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ素子及びその製造方法

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JPS58162091A
JPS58162091A JP4602782A JP4602782A JPS58162091A JP S58162091 A JPS58162091 A JP S58162091A JP 4602782 A JP4602782 A JP 4602782A JP 4602782 A JP4602782 A JP 4602782A JP S58162091 A JPS58162091 A JP S58162091A
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JP
Japan
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active layer
crystal
inverted trapezoidal
buried
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Application number
JP4602782A
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English (en)
Inventor
Etsuo Noguchi
野口 悦男
Haruo Nagai
治男 永井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H01S5/2063Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光通信用光源として有用な半導体レーザ素子に
関し、特に発*g値が小さく又モード制御の可能な埋め
込みへテロ構造の半導体レーザ素子に関するものである
埋め込み形半導体レーデ素子は、発振闇値が低く且つ発
振モードも制御し易い等の特徴を有することから、光通
信用光源として広く用いられている。この埋め込み形半
導体レーザ素子は、活性層となる結晶層の上下左右を活
性層よりも禁制帯幅が大きく屈折率は小さい結晶層によ
り取り囲み、活性層の両側の埋め込み層にはP%接合の
逆方向特性を利用した電流狭窄構造を設けたものが一般
的である。従って、このレーザ素子の性能は活性層の導
波路としての特性と、埋め込み層の電流阻止特性でほぼ
決定され、一般的には活性層の厚さと幅を小さくし、埋
め込み層中のP%接合の逆耐圧を大きくすることが望ま
しい。この目的のために様々な構造の埋め込み形半導体
レーザ素子が開発されてきたが、上記2つの点を両立さ
せることは困難であった。
例えば!J1図及び第2図に示すように、P形1nP基
板1上に順次P形1nPバッファ層2 、 Ga1nA
zP活性層3及び筒形IルPクラット層4を形成した後
進メサ形エツチングを行ない、活性層3を埋め込む従来
の埋め込み形半導体レーザ素子においては、微分量子効
率を高くするために活性層3の側面は抵抗率の高いP形
I%P結晶層6,9で埋め込む必要があるので、電流狭
窄用P%接合は第1図に示すようにP形I亀P結晶層6
下に3形1nP結晶層5を設けて活性層3より下側に形
成するか、或は、第2図に示すようにP形IMP結晶層
9上に露形11LP結晶層10とP形IMP結晶層11
す設けて活性層5よりシ側に形成しなければならない。
第1図の構造によれば、P形半導体用のオーミック電極
7.p形IMP基板j 、 p NeInF /(77
7層2.p形I%P結晶層6.語形1%Fクラッド層4
、S形半導体用のオーミック電極8の経過で漏れ電流が
流れるが、その値は高電流駆動時においても極めて小さ
い、従って高出力動作可能な半導体レーデが得られるが
、電流狭窄用の算形1nP結晶層5を活性層3よりも下
側に形成しなければならないので、活性層3は逆台形メ
サ構造のくびれ部分近くに設けることはできず、活性層
3の幅はある程度以上狭くすることができない、そのた
め、基本横モードで発振するレーザ素子が得難いという
欠点がある。
また、第2図の構造によれば、電流狭窄用の話形IMP
結晶層10は活性層Sより上方に位置するので、活性層
Sv逆台形メ夛構造のくびれ部分近くに位置させること
ができ、活性層3の幅を充分に狭くすることができる。
しかし、このような構造によると、ある程度大きな電流
で駆動された場合、オーミック電極7.2形1nF基板
11P形IMPバッファ層2.P形I%P結晶層91%
形1nP結晶層109%形I%Pクラッド層4.オーミ
ック電極8の経路で流れる漏れ電流が増加するために光
出力が飽和し、高出力動作の半導体レーザ素子が得られ
ないという欠点がある。
本発明はこのような従来の欠点を改善したものであり、
その目的は、活性層を逆台形メサ構造のくび、れ部分近
くに設けて活性層幅を狭くするとともに、埋め込み結晶
層を形成した後に活性層の位置する部分を除いて活性層
の下の位置まで結晶表面よりプロトン等の荷電粒子を照
射して活性層の側面の結晶層を高抵抗化させて電流を流
れにくくすることにより、基本横モードでの発振及び高
出力動作を可能とすることにある。以下実施例について
詳細に説明する。
183図は本発明実施例の要部素子断面図であり、81
図及び第2図と同一符号は同一部分を示し、12はP形
又は魯形のIMP又はG@1%AzP層から成る埋め込
み層、1sはプロトン照射高抵抗領域である。
本実施例の半導体レーザ素子は、同図に示すようにP形
IMP基板1上に順次形成されたP形1nPバッファ層
2 、 Ggl*ApP活性層3及び製形IMPクラッ
ド層4を逆メチ形にエツチングして、活性層5が下端の
くびれ部分近くに位置する逆台形メサ構造を形成しであ
る。また、この逆台形メチ構造はP形又は算形のI%P
又はGg1%AtP層から成る埋め込み層12で埋め込
まれている。そして、活性層3上方の逆台形メチ構造上
に活性層3の幅と同一か或はそれより狭い幅を有するス
トライプ状のオーミック電極8が形成され、このストラ
イプ状電極下の領域を除く逆台形メサ構造及び埋め込み
層12を含む活性層Sよりも深い領域がプロトン照射高
抵抗領域15となっている。即ち、活性層3と接する埋
め込み層12の領域が活性層3の一部の領域を含めて高
抵抗化されている。
上記構造において、P形I%Pバッファ層2及び島形I
MPクラッド層4は活性層3より低屈折率で且つ禁制帯
幅が大きく、埋め込み層12は活性層5より低屈折率に
なっている。この実施例では埋め込み層12を単層で構
成したが、活性層3に接する領域が活性層3より低屈折
率になれば多層構造にしても良い。またが活性層3より
禁制帯幅な大きくして電流閉じ込め作用をもたせても良
い。尚、活性層3及び埋め込み層12のGαInAzP
 4元混晶の格子定数はI%P単結晶の格子定数に合致
させておこのような構造の半導体レーザ素子を製造する
には、まずP形I%P基板1上に液相成長法あるいは気
相成長法等により、P形I%Pバッファ層2゜Gg1%
AIF活性層3.原形I%Pクラッド層4の順で各結晶
層を形成し、次にその表面にスパッタ法。
CVD法等とフォトエツチング技術によりSin!膜。
At、Oa膜あるいは5LsN4膜などの適当な幅のス
トライプ状薄膜を形成する。
次にこのストライプ状薄膜をマスクとして利用してP形
I%Pバッファ層2が現れるまで又はそれ以上メサエッ
チングを行ない、逆台形メチ構造を形成する。
次に、上記工程で結晶の取りさられた部分に何らかの結
晶成員法により埋め込み層12を形成し、逆台形メチ構
造を埋め込む、この後、活性層3の幅と同一か或は狭い
幅を有するストライプ状電極8、例えばAs −Gg−
Ni合金電極を活性層5上方の逆台形メチ構造上面(%
形IMPクラッド層4上面)に形成し、このストライプ
状電極8をマスクとして利用してプロトン等の荷電粒子
を活性層3下面より深く照射し、高抵抗領域13を形成
する。
次に、2形半導体用のオーミック電極7例えばAm−f
in合金電極を形成した後、第3図の紙面に垂直方向に
嘴開、エツチング等の手段で切断して適当な間隔の共振
器を形成する。
〈具体例〉 液相成長法を用いてIMP / Ga1%AJF、P糸
材料により以下のような半導体レーザ素子を製造した。
par%Pバッファ層2 不純物濃度1 xlo”cm−’、 厚す2〜5pyx
活性層5 P形Ga1vbAzP 4元混晶層、幅1.5.#jl
l、厚さ0.2μ罵譜形I襲Pクラッド層4 不純物濃度5x10 c講、厚さ1.5μ諺埋め込み層
12 P形I%P結晶層、不純物濃度2x10cm高抵抗領域
13 抵抗率1×109Ω・C7I1.深さ;素子表面から2
.0μ肩、方法;約10”ト−:X (DQSe) (
cws、−2) (7) 7” CI ) VWA射 オーミック電極8 幅1.5戸罵のA賢−〇a−Ni合金電極このレーザ素
子(共振器長200μl1K)に対し、室温にて、パル
ス幅1声sec 、繰り返し周波数5KIhのパルス電
源から0〜4Aの電流を流したところ、15tmAでレ
ーザ発振を開始し、光出力は飽和することなく単調に増
加し、5Aで500IllWの光出力を得ることができ
た。このとき、遠視野像を観測したところ、電流値が大
きくなった場合においても基本横モードで発振している
ことが確認された。
以上説明したように、本発明に依れば、活性層の側面を
より低屈折率な結晶層で形成すると共にプロトン等の荷
電粒子照射によって高抵抗領域としたものであり、充分
な光閉じ込めが可能であるとともに埋め込み層を通して
の漏れ電流を極めて少なくすることが可能となる。また
、活性層の位置を逆台形メチ構造のくびれ部分の近くに
位置させたので活性層の幅を狭くすることができ、基本
横モード発振可能な半導体レーザ素子が容易に得られる
利点がある。なお、第3図から判るように本発明におい
ては結晶上面のストライプ状電極8の幅は狭くなるので
、この部分での接触抵抗を軽減するためにはP形基板を
用いたレーザ素子とし、ストライプ電極を原形結晶上に
形成することが望ましい、しかし、ル形基板によるレー
ザ素子にも応用可能であることは勿論のことである。ま
た、IMP / Gxl*1kzP系以外の結晶材料、
たとえばGaMル/ GaAe 、 GgAll5P 
/ GgInF等も当然使用可能である。
【図面の簡単な説明】
111図及び第2図は従来の半導体レーザ素子の断面図
、第5図は本発明実施例の素子断面図である。 1はpeer%P基板、2はP形I%Pバッファ層、3
はGa1nAzP活性層、4は原形1sF クラl:/
 F層、5.10は原形1nP結晶層、6,9.11は
p形IルP結晶層、7,8はオーミック電極、12は埋
め込み層、15はプロトン照射高抵抗領域である。 特許出願人 日本電信電話公社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  半導体結晶基板上に形成された逆台形メサ構
    造のくびれ部分付近に設けられ上下がより低屈折率で禁
    制帯幅の大きな半導体結晶で挾まれた活性層と、該活性
    層に接する領域が該活性層より低屈折率な半導体結晶か
    ら成る埋め込み層と、前記活性層上方の前記逆台形メサ
    構造上面に形成され前記活性層と同一幅か又はそれより
    狭い幅を有するストライプ状電極とを具備し、該ストラ
    イプ状電極下方の領域を除く素子表面から少なくとも前
    記活性層下面までの領域が荷電粒子照射により高抵抗化
    されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 偉)上下がより低屈折率で且つ禁制帯幅の大きな半導体
    結晶で挾まれた活性層をくびれ部分付近に設けた逆台形
    メサ構造を半導体結晶基板上に形成し、次いで前記活性
    層をそれより低屈折率な半導体結晶層で埋め込み、次い
    で前記活性層上方の前記逆台形メチ構造上に前記活性層
    と同一幅か又はそれより幅の狭いストライブ状電極を形
    成し、次いで該ストライブ状電極をマスクとして少なく
    とも前記活性層下面まで荷電粒子照射を行なって該領域
    を高抵抗化する工程を含むことを特徴とする半導体レー
    ザ素子の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62281389A (ja) * 1986-05-29 1987-12-07 Canon Inc 半導体レ−ザ
JPS63236383A (ja) * 1987-03-25 1988-10-03 Hitachi Ltd 半導体レ−ザ装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4865882A (ja) * 1971-12-02 1973-09-10
JPS531482A (en) * 1976-06-25 1978-01-09 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor injection type laser

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