JPS59104188A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS59104188A JPS59104188A JP21328982A JP21328982A JPS59104188A JP S59104188 A JPS59104188 A JP S59104188A JP 21328982 A JP21328982 A JP 21328982A JP 21328982 A JP21328982 A JP 21328982A JP S59104188 A JPS59104188 A JP S59104188A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
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- layer
- active layer
- laser
- buried
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
- H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
- H01S5/0424—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は半導体レーザ装置、特にレーザ共振器軸が結
晶主面に対して垂直をなす縦型半導体レーザ装置に関す
る。
晶主面に対して垂直をなす縦型半導体レーザ装置に関す
る。
半導体レーザ装置は極めて小型軽仙で高効率低消費電力
のレーザとして近年光通信用光源、ビデ半導体レーザ装
置として代表的なflaAIAsレーザを第1図に示す
。このレーザはn型flaAs基板(1)上にn型Ga
(L ? Ato、@ Asクラッド層(2)、n型
naAs活性層(3)、n型Ga O,? ALOos
Asクラッド層(4)、p型flaAsコンタクト層
(5)を液相エピタキシャル成長法を用いて積層し、2
型(’)aAsコンタクト層(5)上に電流狭さくのだ
めの絶縁膜として8i02膜11) 、 li3を形成
し、さらにこの上にクロムと金の二層からなるp型領域
電極(7)を蒸着してストライプ電極構造とし、i型f
laAs基板(1)には金ゲルマニウム合金を蒸着して
n型領域電極(8)をおいたものである。このようなス
トライプ電極構造のダブルへテロ構造(DT()レーザ
では、普通レーザ共1辰器の軸方向XXは、結晶主面法
線YYに対して垂直方向をとるように形成されている。
のレーザとして近年光通信用光源、ビデ半導体レーザ装
置として代表的なflaAIAsレーザを第1図に示す
。このレーザはn型flaAs基板(1)上にn型Ga
(L ? Ato、@ Asクラッド層(2)、n型
naAs活性層(3)、n型Ga O,? ALOos
Asクラッド層(4)、p型flaAsコンタクト層
(5)を液相エピタキシャル成長法を用いて積層し、2
型(’)aAsコンタクト層(5)上に電流狭さくのだ
めの絶縁膜として8i02膜11) 、 li3を形成
し、さらにこの上にクロムと金の二層からなるp型領域
電極(7)を蒸着してストライプ電極構造とし、i型f
laAs基板(1)には金ゲルマニウム合金を蒸着して
n型領域電極(8)をおいたものである。このようなス
トライプ電極構造のダブルへテロ構造(DT()レーザ
では、普通レーザ共1辰器の軸方向XXは、結晶主面法
線YYに対して垂直方向をとるように形成されている。
このことは、結晶主面に平行にダブルへテロ構造を構成
する各層を成長させ、光導波路構造を形成し、結晶主面
に垂直な端面、すなわち骨開面をレーザ共振器反射面と
して用いるフ了ブリーイロー型レーザとして形成されて
いるからである。
する各層を成長させ、光導波路構造を形成し、結晶主面
に垂直な端面、すなわち骨開面をレーザ共振器反射面と
して用いるフ了ブリーイロー型レーザとして形成されて
いるからである。
結晶の骨間面を用いるレーザは実用性に富むものである
が、この種のレーザには生産性が極めて悪い欠点がある
。すなわち骨間面を用いるレーザでは、多数のレーザ素
子が形成されたウェハを骨間して個別素子にバラバラに
するまえに素子特性の評価をすることができないからで
ある。まだ骨間面を用いるレーザでは二次元のレーザア
レイをモノリシックに形成することはできない。
が、この種のレーザには生産性が極めて悪い欠点がある
。すなわち骨間面を用いるレーザでは、多数のレーザ素
子が形成されたウェハを骨間して個別素子にバラバラに
するまえに素子特性の評価をすることができないからで
ある。まだ骨間面を用いるレーザでは二次元のレーザア
レイをモノリシックに形成することはできない。
レーザ共振器軸を結晶主面に対して平行となるように形
成した半導体レーザ装置でも、骨間面ではなくエツチン
グによって形成した結晶端面を反射面として使用するレ
ーザや、結晶主面に平行な面の一部に回折格子を形成し
、この回折格子によるブラック反射を利用してレーザ発
振をさせるデイストリブユーテイツドフィードバックC
DFB)レーザの場合には、同一基板上に二次元的なレ
ーザアレイを構成すること1d0T能であるように思わ
れる。しかし基板面に平行な方向にレーザ光が放射され
るような構造である限り、このレーザ光を基板面に垂直
方向から取り出すことは容易でなく、実際にはこうした
レーザを用いて二次元的レーザアレイを構成することは
難しいのである。
成した半導体レーザ装置でも、骨間面ではなくエツチン
グによって形成した結晶端面を反射面として使用するレ
ーザや、結晶主面に平行な面の一部に回折格子を形成し
、この回折格子によるブラック反射を利用してレーザ発
振をさせるデイストリブユーテイツドフィードバックC
DFB)レーザの場合には、同一基板上に二次元的なレ
ーザアレイを構成すること1d0T能であるように思わ
れる。しかし基板面に平行な方向にレーザ光が放射され
るような構造である限り、このレーザ光を基板面に垂直
方向から取り出すことは容易でなく、実際にはこうした
レーザを用いて二次元的レーザアレイを構成することは
難しいのである。
こうした点に鑑み、近年結晶表面をレーザ共振器反射面
として用いる形式の、すなわちレーザ共振器軸が結晶主
面に対して要部をなすように構成された縦型レーザが開
発された。第2図はこのレーザ例の断面図である。この
レーザにおいては0.5μm厚のn型(’)a 6.y
kto、 g A s層(1,01)、 311m厚
のn型(’)a A s活性層0υおよび0.5μm厚
のn型nao、7Ato、sAs層(102)とからな
るT)H構造が形成され、さらにn型fla6.7 k
16.3人S層(101)上に形成されだSr 02絶
縁膜(9)を一部3μm径の円形に開孔し、開孔部から
Zn拡散を行いn型fla 6.7 kto、 B A
s層(101)の一部をp型に転換させ拡散領域0力を
形成しである。n型領域電極(力およびn型領域電極(
8)間に順方向電圧を印加するとき、電流注入は拡散領
域(13からのみなされるため、n型flaAs活性層
01)のうち窓領域(1つの直上部分のみが選択的に励
起されることになる。
として用いる形式の、すなわちレーザ共振器軸が結晶主
面に対して要部をなすように構成された縦型レーザが開
発された。第2図はこのレーザ例の断面図である。この
レーザにおいては0.5μm厚のn型(’)a 6.y
kto、 g A s層(1,01)、 311m厚
のn型(’)a A s活性層0υおよび0.5μm厚
のn型nao、7Ato、sAs層(102)とからな
るT)H構造が形成され、さらにn型fla6.7 k
16.3人S層(101)上に形成されだSr 02絶
縁膜(9)を一部3μm径の円形に開孔し、開孔部から
Zn拡散を行いn型fla 6.7 kto、 B A
s層(101)の一部をp型に転換させ拡散領域0力を
形成しである。n型領域電極(力およびn型領域電極(
8)間に順方向電圧を印加するとき、電流注入は拡散領
域(13からのみなされるため、n型flaAs活性層
01)のうち窓領域(1つの直上部分のみが選択的に励
起されることになる。
とのレーザの場合、励起されている活性領域径が3μm
と極めて狭く、ヘテロ接合面に水平方向に伝幡するモー
ドは窓領域(121の外側では大きな損失を受けるため
レーザ発振することができない。この点は第1図のレー
ザの場合と異なる点である。第2図のレーザの場合、窓
領域(1311直上の活性層はほぼ均一に励起されるた
め、ヘテロ接合面に垂直方向に伝幡するモードの損失は
少なく、接合面に垂直方向を共眼軸XXとするレーザ発
振を示すことになる。この種のレーザの場合には、結晶
主面がレーザ反射面となっているため、同一基板上に多
数の個別素子が形成されていても、個別素子に分離する
ことなく個々の素子の特性チェックを行う仁とが出来、
また二次元的にレーザが配列されたレーザアレイを作成
することも容易である。
と極めて狭く、ヘテロ接合面に水平方向に伝幡するモー
ドは窓領域(121の外側では大きな損失を受けるため
レーザ発振することができない。この点は第1図のレー
ザの場合と異なる点である。第2図のレーザの場合、窓
領域(1311直上の活性層はほぼ均一に励起されるた
め、ヘテロ接合面に垂直方向に伝幡するモードの損失は
少なく、接合面に垂直方向を共眼軸XXとするレーザ発
振を示すことになる。この種のレーザの場合には、結晶
主面がレーザ反射面となっているため、同一基板上に多
数の個別素子が形成されていても、個別素子に分離する
ことなく個々の素子の特性チェックを行う仁とが出来、
また二次元的にレーザが配列されたレーザアレイを作成
することも容易である。
しかし結晶主面を反射面とするこのような縦型レーザで
は室温でCW共振するものは得られておらず、単に77
°にでパルスで発振するものが知られているのみである
。このことは、現状の縦型レーザがレーザ利得を充分に
得させていないことによる。レーザ利得を大きく得させ
るだめには、注入電流によって励起されている活性層の
厚さをできるだけ厚くすれば良いことになる。しかし第
2図のような縦型レーザでは、活性層を厚くしてもレー
ザ利得は増えず、むしろ励起されない活性層が増える分
だけ、吸収損失を逆に増加させてしまう。
は室温でCW共振するものは得られておらず、単に77
°にでパルスで発振するものが知られているのみである
。このことは、現状の縦型レーザがレーザ利得を充分に
得させていないことによる。レーザ利得を大きく得させ
るだめには、注入電流によって励起されている活性層の
厚さをできるだけ厚くすれば良いことになる。しかし第
2図のような縦型レーザでは、活性層を厚くしてもレー
ザ利得は増えず、むしろ励起されない活性層が増える分
だけ、吸収損失を逆に増加させてしまう。
すなわちGaAIA a等の半導体レーザ装置の場合、
注入キャリアの拡散長は数μm程度であるから、結晶主
面に平行にpn接合が形成されているかぎり、活性層厚
さをいくら厚くしてもキャリアの拡散長以上の活性層は
励起されないことになる1、このように縦型レーザでは
、活性層を厚くしてレーザ利得を大きくすることが難し
い点から、レーザ利得をできるだけ大きくするだめに、
活性層に極めて高水準の電流注入をすることが必要とな
る。しかしこのようにすると電流注入による単位体積あ
たりの発熱が非常に大きくなり、したがつて、活性層温
度の上昇が著しくなり、罰発振させることが難しくなる
。そこで、無効な電流を少くし、無駄な発熱を抑えなけ
ればならない。第2図に示すような従来の縦型レーザの
場合、活性層に注入されるキャリアは、p−”接合部に
おいては狭搾されているが、活性層内部においては、キ
ャリアの横方向への拡散を抑制する障壁が特にないため
、キャリアの狭搾効果は小さく、無効電流を充分小さく
することができない。
注入キャリアの拡散長は数μm程度であるから、結晶主
面に平行にpn接合が形成されているかぎり、活性層厚
さをいくら厚くしてもキャリアの拡散長以上の活性層は
励起されないことになる1、このように縦型レーザでは
、活性層を厚くしてレーザ利得を大きくすることが難し
い点から、レーザ利得をできるだけ大きくするだめに、
活性層に極めて高水準の電流注入をすることが必要とな
る。しかしこのようにすると電流注入による単位体積あ
たりの発熱が非常に大きくなり、したがつて、活性層温
度の上昇が著しくなり、罰発振させることが難しくなる
。そこで、無効な電流を少くし、無駄な発熱を抑えなけ
ればならない。第2図に示すような従来の縦型レーザの
場合、活性層に注入されるキャリアは、p−”接合部に
おいては狭搾されているが、活性層内部においては、キ
ャリアの横方向への拡散を抑制する障壁が特にないため
、キャリアの狭搾効果は小さく、無効電流を充分小さく
することができない。
共振器長が特に短かい縦型レーザの場合に問題となると
とは、フィラメンタリ−発振が発生しやすい点である。
とは、フィラメンタリ−発振が発生しやすい点である。
共振器長に比較して共振器断面が大であるレーザの場合
には、共振器断面における屈折率分布が、その−!ま共
振器断面の各部分での共振器長分布となって現われるか
らである。結晶組成の分布、各層の結晶厚さ、励起密度
分布等が屈折率分布を生じさせる原因となる。したがっ
て共振が短かくなる縦型レーザの場合には、共振器断面
をできるだけ小さく、かつ横モードを充分制御し得る作
シつけ導波路構造とすることが必要になる。
には、共振器断面における屈折率分布が、その−!ま共
振器断面の各部分での共振器長分布となって現われるか
らである。結晶組成の分布、各層の結晶厚さ、励起密度
分布等が屈折率分布を生じさせる原因となる。したがっ
て共振が短かくなる縦型レーザの場合には、共振器断面
をできるだけ小さく、かつ横モードを充分制御し得る作
シつけ導波路構造とすることが必要になる。
この発明は上記従来の縦型半導体レーザ装置の欠点を除
くもので、電流閉じ込めと勘案された横モード制御を適
用する改良された縦型半導体レーザを提供するにある。
くもので、電流閉じ込めと勘案された横モード制御を適
用する改良された縦型半導体レーザを提供するにある。
即ちこの発明はレーザ共振器軸方向が、結晶主面に対し
て垂直方向に形成される型の半導体レーザ装置に於いて
、活性層がレーザ共振器軸に垂直な断面上でその周囲を
活性層よりもバンドギャップを広くし屈折率を小にする
半導体結晶からなる埋め込み層によって取り囲まれてお
り、且つこの埋め込み層は、n型領域と、注入電流流路
を活性層分布域の側周面の一部からこの活性層内に向け
るように前記側周面の一部に沿い主面に垂直方向に分布
するp型領域とを備えているものである半導体レーザ装
置にある。
て垂直方向に形成される型の半導体レーザ装置に於いて
、活性層がレーザ共振器軸に垂直な断面上でその周囲を
活性層よりもバンドギャップを広くし屈折率を小にする
半導体結晶からなる埋め込み層によって取り囲まれてお
り、且つこの埋め込み層は、n型領域と、注入電流流路
を活性層分布域の側周面の一部からこの活性層内に向け
るように前記側周面の一部に沿い主面に垂直方向に分布
するp型領域とを備えているものである半導体レーザ装
置にある。
従ってレーザ共振器軸方向が結晶主面に対して垂直方向
となるよう構成される縦型半導体レーザの活性層を埋め
込み構造とし、かつこの埋め込み層にp型領域とn型領
域とを分布させ、活性層への電流注入を、分布させたこ
れ等両領域を通して行わせるものである。この半導体レ
ーザ装置の活性層及び埋め込み層は基板結晶上に形成し
たエピタキシャル結晶成長層を適用する。そしてレーザ
共振器に必要な反射面には結晶成長面を用いるため、レ
ーザ共振器軸は結晶成長面、すなわち結晶主面に対し垂
直となる。それ放縦型半導体レーザであるが、活性層を
含むエピタキシャル結晶成長層は一部を残して除去され
、さらに除去部分には活性層よりもバンドキャップが広
く、かつ屈折率の小さな半導体結晶が活性層を埋め込む
ように形成されている。この埋め込み構造により、結晶
主面に垂直方向を軸とする光導波路が形成され、光導波
路中に活性層が埋め込まれた形をとることになる。活性
層を取り囲む埋め込み層は、少くともn型導電層とn型
導電層とを備えており、活性層はn型埋め込み層とn型
埋め込み層の間に位置している。このような構造をとる
ことにより、n型埋め込み層とn型埋め込み層上のそれ
ぞれに形成した電極を通して順方向電圧を印加したとき
、電流は主としてバンドギャップが狭くしたがって電位
障壁高さの小さい活性層を通して流れるとととなる。
となるよう構成される縦型半導体レーザの活性層を埋め
込み構造とし、かつこの埋め込み層にp型領域とn型領
域とを分布させ、活性層への電流注入を、分布させたこ
れ等両領域を通して行わせるものである。この半導体レ
ーザ装置の活性層及び埋め込み層は基板結晶上に形成し
たエピタキシャル結晶成長層を適用する。そしてレーザ
共振器に必要な反射面には結晶成長面を用いるため、レ
ーザ共振器軸は結晶成長面、すなわち結晶主面に対し垂
直となる。それ放縦型半導体レーザであるが、活性層を
含むエピタキシャル結晶成長層は一部を残して除去され
、さらに除去部分には活性層よりもバンドキャップが広
く、かつ屈折率の小さな半導体結晶が活性層を埋め込む
ように形成されている。この埋め込み構造により、結晶
主面に垂直方向を軸とする光導波路が形成され、光導波
路中に活性層が埋め込まれた形をとることになる。活性
層を取り囲む埋め込み層は、少くともn型導電層とn型
導電層とを備えており、活性層はn型埋め込み層とn型
埋め込み層の間に位置している。このような構造をとる
ことにより、n型埋め込み層とn型埋め込み層上のそれ
ぞれに形成した電極を通して順方向電圧を印加したとき
、電流は主としてバンドギャップが狭くしたがって電位
障壁高さの小さい活性層を通して流れるとととなる。
つまりこの発明では縦型レーザをいわゆる埋め込み構造
とする他、一方の導電型即め込み層に他方の導電型を決
定する不純物イオンを選択的に拡散するか、打ち込むか
、或いは結晶成長を繰返すことによって埋め込み層の一
部の導電型を異ならせ、活性層の横方向から電流注入を
行わせるようにしているものである。
とする他、一方の導電型即め込み層に他方の導電型を決
定する不純物イオンを選択的に拡散するか、打ち込むか
、或いは結晶成長を繰返すことによって埋め込み層の一
部の導電型を異ならせ、活性層の横方向から電流注入を
行わせるようにしているものである。
この装置は以下のようにして得られる。まず通常の半導
体レーザの場合と同様に基板結晶上に多層積層を結晶成
長させた後、結晶成長層の一部を柱状に残すようにエツ
チングし、ついで柱状部結晶中に含まれる活性層よりも
禁制帯幅の広い結晶を成長させて柱状部を埋め込み、次
に埋め込まれた柱状部分に沿う埋め込み層の一部を反対
の導電型に転換するための選択的不純物拡散もしくは選
択的イオン打ち込みを行う。導電型を転換した埋め込み
層の部分に一方の電極を、もともとの導電型の埋め込み
層上もしくは、これと同一導電型の結晶領域の一部に他
方の電極をそれぞれ形成し、両電極間に順方向電圧を印
加するとき、埋め込み層間のpn接合のつくりつけ電位
障壁よりも、活性層と埋め込み層間のpn接合、もしく
は活性層内部のpn接合につくりつけられた電圧障壁の
方が低いため、順方向電流の大部分は活性層を通して流
れることになる。pn接合は活性層の厚さ方向に対して
延在し、活性層に対して横方向から電流注入が行われる
。また、埋め込み層の屈折率はバンドギャップの関係か
ら、活性層の屈折率よりも小さくなっているだめ、柱状
部に光を閉じ込めようとするつくりつけ光導波路が形成
されることになる。
体レーザの場合と同様に基板結晶上に多層積層を結晶成
長させた後、結晶成長層の一部を柱状に残すようにエツ
チングし、ついで柱状部結晶中に含まれる活性層よりも
禁制帯幅の広い結晶を成長させて柱状部を埋め込み、次
に埋め込まれた柱状部分に沿う埋め込み層の一部を反対
の導電型に転換するための選択的不純物拡散もしくは選
択的イオン打ち込みを行う。導電型を転換した埋め込み
層の部分に一方の電極を、もともとの導電型の埋め込み
層上もしくは、これと同一導電型の結晶領域の一部に他
方の電極をそれぞれ形成し、両電極間に順方向電圧を印
加するとき、埋め込み層間のpn接合のつくりつけ電位
障壁よりも、活性層と埋め込み層間のpn接合、もしく
は活性層内部のpn接合につくりつけられた電圧障壁の
方が低いため、順方向電流の大部分は活性層を通して流
れることになる。pn接合は活性層の厚さ方向に対して
延在し、活性層に対して横方向から電流注入が行われる
。また、埋め込み層の屈折率はバンドギャップの関係か
ら、活性層の屈折率よりも小さくなっているだめ、柱状
部に光を閉じ込めようとするつくりつけ光導波路が形成
されることになる。
このつくりつけ導波路により横モードが制御される。
以下に実施例について述べる。
(1) この例はflaAtAs半導体レーザ装置で
あって、その要部について断面を第3図に示す。この装
置はn型(’)aAs活性層0υをn型fla 6.7
At6,3 A s層(101)。
あって、その要部について断面を第3図に示す。この装
置はn型(’)aAs活性層0υをn型fla 6.7
At6,3 A s層(101)。
(102)でサンドイッチしたところのダブルへテロ構
造を形成している。このダブルへテロ構造に含まれてい
るn型flaAs活性層(Illは、n型naAs活性
層(11(よりもバンドギャップを広くかつ屈折率を小
にするn型()ao、? A/−0,3As埋め込み層
(13)と、このn型fla o、7 At6,3 A
s埋め込み層α漕の一部をZn拡散を行ってn型領域
に転換させたn型Ga6,7At6,3 As埋め込み
層(151とによってその側周面を取り囲まれている。
造を形成している。このダブルへテロ構造に含まれてい
るn型flaAs活性層(Illは、n型naAs活性
層(11(よりもバンドギャップを広くかつ屈折率を小
にするn型()ao、? A/−0,3As埋め込み層
(13)と、このn型fla o、7 At6,3 A
s埋め込み層α漕の一部をZn拡散を行ってn型領域
に転換させたn型Ga6,7At6,3 As埋め込み
層(151とによってその側周面を取り囲まれている。
n型na6.−I Ato、g As層(131上のn
型flaAsコンタクト層圓とn型Ga64 k41.
B As層(1■上のp型(1aAsコンタクト層(1
b)は、それぞれn型領域のオーミック接触、n型領域
のオーミック接触を良好にするだめのものであり、n型
naAsコンタクト層(141上にはn型領域電極(8
)が、p型na Asコンタクト層(16)上にはn型
領域電極(7)が形成されている。ここでn型flaA
s活性層11Jの厚さは10μm1埋め込オれたn型f
laAs活性層αυの直径は3μmである。
型flaAsコンタクト層圓とn型Ga64 k41.
B As層(1■上のp型(1aAsコンタクト層(1
b)は、それぞれn型領域のオーミック接触、n型領域
のオーミック接触を良好にするだめのものであり、n型
naAsコンタクト層(141上にはn型領域電極(8
)が、p型na Asコンタクト層(16)上にはn型
領域電極(7)が形成されている。ここでn型flaA
s活性層11Jの厚さは10μm1埋め込オれたn型f
laAs活性層αυの直径は3μmである。
この第3図例装置について製造順に述べる。まず、第4
図イのごと(naks基板(1)上にn型Ga6,7
Ato、3 Asクラッド層(101)を0.5μm、
n型flaAs活性層旧)を10/Zm% n型f
la (1,7At6.B Asクラッド層(102)
を0.5μm順次結晶成長させる。次に表面のソ n型na 6,7 At6.B A sクラッド層(1
02)上にフォトIJ yグラフィー技術を用いてレジ
ストマスクを形成し、第4図口のように直径3μmの柱
状部分明を残して基板(1)に到る深さのエツチングを
行う。このエツチングには垂直壁面をもつメサ形成が可
能な反応性イオンエツチング技術を用い、C44トCt
、ノ混合ガスをエツチングガスとし、異方性の強いエツ
チング条件で行う。次にメサエッチングを終了したウェ
ハ上のフォトレジストマスクを除去した後、液相エピタ
キシャル成長法により、二度目の結晶成長を行い、柱状
部分QFQをn型naO,? At6.s As (1
31で埋め込みひき続いてn型flaAsコンタクト層
+141を成長させる。第4図ハにこの状態を示す。次
に結晶表面に選択Zn拡散マスクとなるAt、03膜を
1500又と8i01膜500Xをスパッタ蒸着し、つ
いでn型fla6,7 At(1,3AS Wめ込み層
(13の一部に選択的にZn拡散を行うべく、ht、o
、とsio、の二層膜の一部をエツチング除去し、窓領
域を形成する。この際開窓位置は選択Zn拡散後におい
てそのフロントが、はぼ活性層の側周面に来るようにす
るのが良い。
図イのごと(naks基板(1)上にn型Ga6,7
Ato、3 Asクラッド層(101)を0.5μm、
n型flaAs活性層旧)を10/Zm% n型f
la (1,7At6.B Asクラッド層(102)
を0.5μm順次結晶成長させる。次に表面のソ n型na 6,7 At6.B A sクラッド層(1
02)上にフォトIJ yグラフィー技術を用いてレジ
ストマスクを形成し、第4図口のように直径3μmの柱
状部分明を残して基板(1)に到る深さのエツチングを
行う。このエツチングには垂直壁面をもつメサ形成が可
能な反応性イオンエツチング技術を用い、C44トCt
、ノ混合ガスをエツチングガスとし、異方性の強いエツ
チング条件で行う。次にメサエッチングを終了したウェ
ハ上のフォトレジストマスクを除去した後、液相エピタ
キシャル成長法により、二度目の結晶成長を行い、柱状
部分QFQをn型naO,? At6.s As (1
31で埋め込みひき続いてn型flaAsコンタクト層
+141を成長させる。第4図ハにこの状態を示す。次
に結晶表面に選択Zn拡散マスクとなるAt、03膜を
1500又と8i01膜500Xをスパッタ蒸着し、つ
いでn型fla6,7 At(1,3AS Wめ込み層
(13の一部に選択的にZn拡散を行うべく、ht、o
、とsio、の二層膜の一部をエツチング除去し、窓領
域を形成する。この際開窓位置は選択Zn拡散後におい
てそのフロントが、はぼ活性層の側周面に来るようにす
るのが良い。
次にアルシンガス雰囲気中でジエチル亜鉛を渾鉛拡散源
として700℃で10時間熱処理し’An 拡散を行
い、第4N;に示すようにn型領域りを形成する。At
、03と8+02の二層膜を除去した後、Zn拡散を行
った領域U上にはn型領域電極(力としてクロム−金を
蒸着し、n型領域電極(8)として埋め込み層上にAs
−Ge合金を蒸着し、450℃で5分間熱処理する。
として700℃で10時間熱処理し’An 拡散を行
い、第4N;に示すようにn型領域りを形成する。At
、03と8+02の二層膜を除去した後、Zn拡散を行
った領域U上にはn型領域電極(力としてクロム−金を
蒸着し、n型領域電極(8)として埋め込み層上にAs
−Ge合金を蒸着し、450℃で5分間熱処理する。
第4図ホにこの状態を示す。
naps基板は、レーザ光に対して強い吸収体となるた
め第4図へのように柱状部1jJ直下のflaAs基板
結晶(11)をエツチング除去する。この基板結晶の除
去は、Tn(’)aAsp / Tnpレーザの場合の
ように基板結晶が活性層の発光に対して透明の場合には
、必要ない。
め第4図へのように柱状部1jJ直下のflaAs基板
結晶(11)をエツチング除去する。この基板結晶の除
去は、Tn(’)aAsp / Tnpレーザの場合の
ように基板結晶が活性層の発光に対して透明の場合には
、必要ない。
この装置に対してPn各型領域電極間に順方向電圧を印
加する時、第3図に示すようにPn接合0ηは活性層の
深さ方向に延在するため、活性層の両側からキャリアが
注入されることになる。活性層のバンドギャップは埋め
込み層のそれよりも小さいため、pn接合に付随したつ
くりつけ電位障壁は、埋め込み潤度のp型fla6,7
Ato、s As領域1とn型na6,7 At6,
3 As領域との間、埋め込み層とクラッド層間のp型
fla6,7 At64 As領域とn型fla64
A4 B As領域との間とを比較すると、埋め込み層
と活性層との間即ちp型(’)a o、7 A−16,
3As領域とn型Ga0.、116.B A4層の間で
最も小さくなるため注入電流は埋め込み層と活性層との
間の境界を通して効率良く活性層を流れることになる。
加する時、第3図に示すようにPn接合0ηは活性層の
深さ方向に延在するため、活性層の両側からキャリアが
注入されることになる。活性層のバンドギャップは埋め
込み層のそれよりも小さいため、pn接合に付随したつ
くりつけ電位障壁は、埋め込み潤度のp型fla6,7
Ato、s As領域1とn型na6,7 At6,
3 As領域との間、埋め込み層とクラッド層間のp型
fla6,7 At64 As領域とn型fla64
A4 B As領域との間とを比較すると、埋め込み層
と活性層との間即ちp型(’)a o、7 A−16,
3As領域とn型Ga0.、116.B A4層の間で
最も小さくなるため注入電流は埋め込み層と活性層との
間の境界を通して効率良く活性層を流れることになる。
クラッド層がp型na ill、? ill3.s A
s層である場合には、p型Gaa、?ALa、B A
s領域とn型Gao、q At6,3 As活性層境界
からも電流は流入されることになるが、注入されたキャ
リアが最もバンドギャップの狭い活性層に閉じ込められ
ることに変りはない。埋め込み層の一部をp型に転換す
るだめのZn拡散のフロントは埋め込み層と活性層の境
界に厳密に制御することは必要ない。
s層である場合には、p型Gaa、?ALa、B A
s領域とn型Gao、q At6,3 As活性層境界
からも電流は流入されることになるが、注入されたキャ
リアが最もバンドギャップの狭い活性層に閉じ込められ
ることに変りはない。埋め込み層の一部をp型に転換す
るだめのZn拡散のフロントは埋め込み層と活性層の境
界に厳密に制御することは必要ない。
少数キャリアの拡散長以下の0.5μm以下であれば、
拡散フロントが埋め込み層と活性層の境界の手前にあっ
ても拡散フロントが活性層を突きぬけ埋め込み層と活性
層の境界より埋め込み層側にずれ込んでもかまわない。
拡散フロントが埋め込み層と活性層の境界の手前にあっ
ても拡散フロントが活性層を突きぬけ埋め込み層と活性
層の境界より埋め込み層側にずれ込んでもかまわない。
また拡散フロントが活性層の内部に形成されても注入キ
ャリアの閉じ込めは有効になされる。
ャリアの閉じ込めは有効になされる。
この例におけるflaAtAsレーザの室温における発
振しきい値は、10mAで極めて低いものである。
振しきい値は、10mAで極めて低いものである。
これは、電流狭さくが有効になされ、活性層が均一に励
起されたことにもとづいている。
起されたことにもとづいている。
第3図実施例においては活性層はn型導電体であるが、
反対のp型溝電体のものであってもさし支えはなく、同
様の効果が期待できる。さらには活性層をサンドイッチ
するn型(’)ao、7 Aln、s As層(101
) 、 (102)も反対導電型のp型fla。、、λ
16.Bks層であっても良い。これは活性層の導電型
に関係しない。また活性層はGaAsである必要はなし
flag−xA4HAs層(X>0)であっても良い。
反対のp型溝電体のものであってもさし支えはなく、同
様の効果が期待できる。さらには活性層をサンドイッチ
するn型(’)ao、7 Aln、s As層(101
) 、 (102)も反対導電型のp型fla。、、λ
16.Bks層であっても良い。これは活性層の導電型
に関係しない。また活性層はGaAsである必要はなし
flag−xA4HAs層(X>0)であっても良い。
(2)活性層を含む柱状部分(1樽の構造は種々変更で
きる。第5図は活性層であるn型flaAs層(111
)とブラッド層n型Gaa、t k43As層(21と
を交互に積層したものである。特にレーザ光の筒内波長
の整数倍に等しい周期で活性層とクラッド層を積層した
ものでは、ペテロ界面で反射が起こり、これを回折格子
とするDFB(デイストリブユーライツドフイード/2
ツク)効果を発生させることができる。
きる。第5図は活性層であるn型flaAs層(111
)とブラッド層n型Gaa、t k43As層(21と
を交互に積層したものである。特にレーザ光の筒内波長
の整数倍に等しい周期で活性層とクラッド層を積層した
ものでは、ペテロ界面で反射が起こり、これを回折格子
とするDFB(デイストリブユーライツドフイード/2
ツク)効果を発生させることができる。
回折格子の次数、格子数あるいは組成を変えれば第3図
のファプリーにロー型共振器のレーザよシ、等測的反射
率を上げることができ結果としてしきい値電流を低下で
きる。また端面反射率を上げてしきい値を下げる点では
、第3図のファプリーぼる。
のファプリーにロー型共振器のレーザよシ、等測的反射
率を上げることができ結果としてしきい値電流を低下で
きる。また端面反射率を上げてしきい値を下げる点では
、第3図のファプリーぼる。
第5図例は活性層を多層に分割し、DFB効果をもたせ
た特別な場合であるが、必ずしもDFB効果をもたせる
必要はない。このような場合には、活性層の組成や厚み
、また、活性層をサンドイッチする各層の組成や厚みは
層毎に異なっていても良い。まだ、活性層をサンドイッ
チする層の導電型は活性層と同一であっても異っていて
も良いし、活性層及び活性層をサンドイッチする層共に
各層毎に導電型が異っていても良い。活性層の厚みや幅
の長さが少数キャリアの拡散長よりも短かい場合には、
導電型によらずバンドギャップの狭い層を通して注入電
流は流れることになる。
た特別な場合であるが、必ずしもDFB効果をもたせる
必要はない。このような場合には、活性層の組成や厚み
、また、活性層をサンドイッチする各層の組成や厚みは
層毎に異なっていても良い。まだ、活性層をサンドイッ
チする層の導電型は活性層と同一であっても異っていて
も良いし、活性層及び活性層をサンドイッチする層共に
各層毎に導電型が異っていても良い。活性層の厚みや幅
の長さが少数キャリアの拡散長よりも短かい場合には、
導電型によらずバンドギャップの狭い層を通して注入電
流は流れることになる。
また、活性層を数100^の非常に厚みの薄いバンドギ
ャップの広い層と狭い層とを交互に積層させたものとし
、伝導帯や価電子帯の準位に量子化効果が生じるように
した量子井戸構造としても良い。この構造は縦型レーザ
の温度依存性を小さくし、短波長発振を得るのに適して
いる。
ャップの広い層と狭い層とを交互に積層させたものとし
、伝導帯や価電子帯の準位に量子化効果が生じるように
した量子井戸構造としても良い。この構造は縦型レーザ
の温度依存性を小さくし、短波長発振を得るのに適して
いる。
上述の実施例においては埋め込み層にp型領域とn型領
域とを形成する方法としてn型埋め込み層にZnを拡散
してn型も理め込み層をp型に転換する方法を用いたが
、この方法のみならず、イオン注入技術を用いてn型埋
め込み層をp型に転換しても良いし、一様に形成したn
型埋め込み層の一部をエツチング除去し、除去部分にn
型埋め込み層を結晶成長してn型領域とp型領域を備え
た埋め込み層を形成しても良い。
域とを形成する方法としてn型埋め込み層にZnを拡散
してn型も理め込み層をp型に転換する方法を用いたが
、この方法のみならず、イオン注入技術を用いてn型埋
め込み層をp型に転換しても良いし、一様に形成したn
型埋め込み層の一部をエツチング除去し、除去部分にn
型埋め込み層を結晶成長してn型領域とp型領域を備え
た埋め込み層を形成しても良い。
以上本発明はflaAtAs / fla Asレーザ
以外にも適用し得ることは明らかである。
以外にも適用し得ることは明らかである。
この発明の縦型半導体レーザでは活性層の厚さが例えば
10μmの厚さであっても活性層全体にわたってキャリ
アを注入しレーザ利得を生じさせることがで六る。この
ためしきい値電流密度が下げられ、縦型半導体レーザで
あるけれども室温発振を実現できるものになっている。
10μmの厚さであっても活性層全体にわたってキャリ
アを注入しレーザ利得を生じさせることがで六る。この
ためしきい値電流密度が下げられ、縦型半導体レーザで
あるけれども室温発振を実現できるものになっている。
また得られたレーザの横モード特性は極めて安定で、フ
ィラメンタリ状発振やビームスポット位置が動くような
ことがない。こうした特徴から、同一基板上に縦型半導
体レーザを一次元もしくは二次元的に集積化することを
可能にしている。
ィラメンタリ状発振やビームスポット位置が動くような
ことがない。こうした特徴から、同一基板上に縦型半導
体レーザを一次元もしくは二次元的に集積化することを
可能にしている。
第1図は従来の横型半導体レーザ装置の斜視図、第2図
は従来の縦型半導体レーザ装置の断面図、第3図はこの
発明の実施例縦型半導体レーザ装置の一部を示す断面図
、 第4図イ乃至へは第3図装置の製造工程で順次得られる
生成品斜視図、 第5図は他の実施例縦型半導体レーザ装置の断面図であ
る。 第1図でXX・・・共振器軸方向 yy・・・結晶主面法線 (1)・・・n型naAs結晶基板 (2) −n型Ga11,7 klo、s Asクラッ
ド層13)−n型flaA、s活性層 f/11−P型Gao、y Aム、3 Asクラッド層
(5)・・・p型flaAsコンタクト層町)、霞・・
・sio、膜 (力・・・p型領域電極(クロム金二層)(8)・・・
n型領域電極(金ケ゛ルマニウム)第2図で(9)・・
・一体のS+02膜(10?) 、 (202) −n
型Oan、y A43 A s層(11+ ・・・n型
flaAs活性層(1り・・・Zn拡散層 第3図で(13L= n型na6ykLo、s As埋
め込み層0荀・・・n型naksコンタクト層 (151−p型(Ta o、y kt(I B A s
埋め込み層(旧・・・p型flaAsコンタクト層a7
)・・・pn接合面 第4図で(1樽・・・柱状部分 a糧・・・Zn拡散領域 第5図で+2(1−n型(1a6,7Aム、Si2層(
111)−n型OaA s活性層 代理人 弁理士 井 上 −男
は従来の縦型半導体レーザ装置の断面図、第3図はこの
発明の実施例縦型半導体レーザ装置の一部を示す断面図
、 第4図イ乃至へは第3図装置の製造工程で順次得られる
生成品斜視図、 第5図は他の実施例縦型半導体レーザ装置の断面図であ
る。 第1図でXX・・・共振器軸方向 yy・・・結晶主面法線 (1)・・・n型naAs結晶基板 (2) −n型Ga11,7 klo、s Asクラッ
ド層13)−n型flaA、s活性層 f/11−P型Gao、y Aム、3 Asクラッド層
(5)・・・p型flaAsコンタクト層町)、霞・・
・sio、膜 (力・・・p型領域電極(クロム金二層)(8)・・・
n型領域電極(金ケ゛ルマニウム)第2図で(9)・・
・一体のS+02膜(10?) 、 (202) −n
型Oan、y A43 A s層(11+ ・・・n型
flaAs活性層(1り・・・Zn拡散層 第3図で(13L= n型na6ykLo、s As埋
め込み層0荀・・・n型naksコンタクト層 (151−p型(Ta o、y kt(I B A s
埋め込み層(旧・・・p型flaAsコンタクト層a7
)・・・pn接合面 第4図で(1樽・・・柱状部分 a糧・・・Zn拡散領域 第5図で+2(1−n型(1a6,7Aム、Si2層(
111)−n型OaA s活性層 代理人 弁理士 井 上 −男
Claims (1)
- レーザ共振器軸方向が、結晶主面に対して垂直力向に形
成される型の半導体レーザ装置において、活性層がレー
ザ共振器軸に垂直な断面上でその周囲を、活性層よシも
バンドギャップを広くし屈折率を小にする半導体結晶か
らなる埋め込み層によって取シ囲まれておシ、且つこの
埋め込み層は、n型領域と、注入電流流路を活性層分布
域の側周面の一部からこの活性層内に向けるように前記
側周面の一部に沿い主面に垂直方向に分布するp型領域
とを備えているものであることを特徴とする半導体レー
ザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21328982A JPS59104188A (ja) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21328982A JPS59104188A (ja) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59104188A true JPS59104188A (ja) | 1984-06-15 |
Family
ID=16636645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21328982A Pending JPS59104188A (ja) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59104188A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59152684A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-08-31 | Nec Corp | 量子井戸型面発光半導体レ−ザ |
JPS59152683A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-08-31 | Nec Corp | 面発光半導体レ−ザ |
JPS59154087A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-03 | Nec Corp | 分布帰還型面発光半導体レ−ザ |
JPS614291A (ja) * | 1984-06-19 | 1986-01-10 | Agency Of Ind Science & Technol | 面発光レ−ザ |
JPS61168285A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-07-29 | Tokyo Inst Of Technol | 面発光レ−ザ発振装置 |
JPS62152192A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 垂直発振型レーザ |
US5068869A (en) * | 1987-06-19 | 1991-11-26 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Surface-emitting laser diode |
-
1982
- 1982-12-07 JP JP21328982A patent/JPS59104188A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59152684A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-08-31 | Nec Corp | 量子井戸型面発光半導体レ−ザ |
JPS59152683A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-08-31 | Nec Corp | 面発光半導体レ−ザ |
JPS59154087A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-03 | Nec Corp | 分布帰還型面発光半導体レ−ザ |
JPS614291A (ja) * | 1984-06-19 | 1986-01-10 | Agency Of Ind Science & Technol | 面発光レ−ザ |
JPS61168285A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-07-29 | Tokyo Inst Of Technol | 面発光レ−ザ発振装置 |
JPS62152192A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 垂直発振型レーザ |
JPH0257708B2 (ja) * | 1985-12-25 | 1990-12-05 | Kogyo Gijutsuin | |
US5068869A (en) * | 1987-06-19 | 1991-11-26 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Surface-emitting laser diode |
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