JPS59149078A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS59149078A
JPS59149078A JP2394783A JP2394783A JPS59149078A JP S59149078 A JPS59149078 A JP S59149078A JP 2394783 A JP2394783 A JP 2394783A JP 2394783 A JP2394783 A JP 2394783A JP S59149078 A JPS59149078 A JP S59149078A
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JP
Japan
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layer
type
region
semiconductor
semiconductor laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP2394783A
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English (en)
Inventor
Takao Furuse
古瀬 孝雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS59149078A publication Critical patent/JPS59149078A/ja
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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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
    • 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
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    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
    • H01S5/2235Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface with a protrusion

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は反射面劣化を除去した、高出力動作を可能にす
る埋めこみ型半導体レーザに関するものである。
AI Ga As等の多層へテロ構造を設けた半導体レ
ーザは高効率のレーザ発振を行なうことが出来るので、
光フアイバ通信等の用途に用いられているが、その光出
力は3〜5mW程度でしか動作できないものであった。
この光出力の限界は主に結晶臂開面の反射面が高密度の
光出力によって損傷を受けるためであり、高出力動作を
行う程度射面の劣化速度が大きくなり例えば数10mW
の光出力動作を行うと瞬時に劣化してしまうことが避け
られないものであった。
この様な欠点を除去するためk、結晶臂開面の反射面k
 8(01Al 、0.−8i 、N4−絶縁性カーボ
ン膜等の誘電体膜を附着させる方法、あるいはAlxG
町−x A s (”≧0.2)層の様な、半導体膜を
附着される方法等により反射面近傍の界面準位の低減、
反射面近傍の放熱効果の改善、あるいは反射面と外囲気
を遮断して化学反応の進行を防止すること等によって、
半導体レーザ自身の反射面劣化を防止する方法が採用さ
れて来た。しかしながら、これらの方法は結晶の伸開後
に空気中に露出させた後この臂開面に保護膜を附着させ
るものであり、保護膜と結晶臂開面との界面は結晶学的
には不完全なものであり、数mWの光出力動作に於ては
反射面劣化の初期的防止効果を得たものの数万時間以上
の長時間にわたって劣化を完全には除去できず又、数1
0mW以上の光出力動作に於てはやはり、反射面劣化を
防止できないものであった。
一方、結晶学的に反射面近傍領域を、レーザ発振光に対
し透明領域となる様に形成し、反射面での吸収発熱を低
減する方法が提案されている。この原理にもとづく半導
体レーザは、米津等により7プライド・フィシツク入会
レターズ34 巻、639頁〜641頁、5月号、19
79年に報告されており、n型不純物濃度3 X 10
185m=の活性層となる発光領域の反射面近傍領域以
外を部分的VCP型不純物濃度〜I X 10 ”cm
−”とするととによって、発振波長を約50meV程度
長波長側へ移行させ、従って、反射面近傍領域をこの発
振光に対し透明とすることによって反射面での吸収発熱
損失を低減し、80mWの大光出力動作を可能にすると
ともに、P型不細物濃度〜I X I O”cm−の領
域を他の領域に比較して屈折率を大きくすることkよっ
て屈折率差による光導波作用をも取り入れることを狙い
とするものである。この報告にある構造に於ては、反射
面近傍の吸収損失の低減と屈折率差による光導波作用の
両者を満足させるために、nおよびp型不純物濃度の選
択自由度が少なくなるととに加えて、反射面近傍領域以
外ては、積層されている半導体層の厚み方向には屈折率
差による光導波作用が維持されているが、それと直角方
向(各層に平行方向)忙関しては屈折率導波作用が無い
ため、半導体レーザからの出射ビームに非点収差が発生
することが避けられず、100mW近くの大光出力を効
率良く微小ビームに絞り込むことが出来ず、その性能を
充分に生かせない欠点があった。
本発明の目的は、上記従来構造の難点を除去し高出力動
作に於ても反射面劣化を除去した信頼性の高い半導体レ
ーザな提供することにあり、反射面近傍領域を結晶学的
にレーザ発振光に対し透明領域とする原理にもとづくと
ともに、横方向、タテ方向に於ても屈折率導波作用をと
り入れて非点収差のない光ビームを得る構造としたもの
である。
本発明の半導体レーザは、中央部に清を有する、凸状ス
トライプを形成した半導体基板上に1発光領域となる第
1の半導体をこれより禁制帯幅の大きい第2及び第3の
半導体で挾む多層構造を備え、該発光領域の不純物の種
類もしくは濃度又はその両者を該発光領域の共振器端面
近傍領域の不純物の種類もしくは濃度又はその両者とは
異なることを特徴とするものである。
以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明
する。第1図より第2図は本発明に係る半導体レーザの
製造工程を示す模式図であり、第3図は本発明に係る半
導体レーザの中央部分のA−A′(第2図に示した)断
面図を示すものである。
まず、第1図に示す様に、(1oo)面n型GaAs基
板1にストライプ状のSin、マスク2を<011>方
向に形成した後、3%Br、含有のCH,OHエツチン
グ溶液によってGaAs基板tをエツチングする。
このエツチング溶液は面方位依存性を示すエツチング液
であり中央部分にV字状溝が再現性良く形成でき、V字
状の形状が出来た後はこのエラチン(5) グ溶液に浸してもこれ以上エツチングが進まない特徴を
有するものである。ここでは、凸状ストライプの全幅(
第1図W)を10μm、V字状溝の横幅3μm、V字状
溝深さ約2μmとなる様に形成した。
次1c、 810.マスク2を除去し、結晶表面を清浄
にした後、第2図に示す様に、液相結晶成長工程により
順次n型Al。4GarL6As層3、活性層となるA
I。、Ga、、As層4、n型Al(14Gao、sA
S層5、p型A10゜Ga64 A s層6、n型Ga
As層7を形成する。ここで、V字状溝内の結晶成長速
度は平担面上の成長速度よりも比較的平いため、V字状
溝は容易に平担に埋め込むことが出来る。又、凸状スト
ライプ側面の成長速度も同様に早く、ストライプ側面の
成長が支配的となりV字状溝を中央に有する凸状ストラ
イプの上面への成長過程が抑制されることによりストラ
イプ上面に形成する半導体層厚は、ストライプ外の半導
体層厚よりも1/2から175程薄くなる特徴を有して
おり、凸状ストライプ上面でのAi(L、 GaI、j
AsAsO2さを0.05μm〜0.07μmにするこ
とが容易である。
(6) しかる後に、第2図に示す様k、半導体レーザの反射面
となる襞間部分近傍領域を除いて、p型不純物拡散によ
りストライプ状のp型不純物拡散領域8を形成する。さ
らに、p型オーミック電極9、n型オーミック電極10
を形成して本発明に係る半導体レーザが形成されること
になり、その動作林檎を判りやすく説明するために、第
2図に示す製造工程図のA −A’断面位置相当で切断
した本発明に係る半導体レーザ構造を第3図に示す。本
発明による半導体レーザ構造によれば、第3図に示す様
に活性層となるAla、 Ga0.AS層4内のp型不
純物拡散領域は、酸化物ドーピング法を利用したZnの
2段拡散法(昭和49年特許願第137477号)等を
用いた2 X 10 ”cm”程度の低濃度拡散領域で
あり拡散前のAIo、 GacL、As層4をSn又は
Te等によりI X 10 ”tM−”のn型とすると
、この低濃度Zn拡散により活性層A IcL、 Ga
o、 As層4の領域8は不純物補償現象のためパント
チイルを生じ、活性層A Ia、 Ga0. As層4
の領域8以外の活性層に対し約50meV禁制帯幅が縮
りし、活性層への注入キャリアを効率良く閉じ込めるだ
けでなく、領域8での発光は活性層A I O,I G
aoe As層4の領域8以外に於て吸収損失はほとん
ど無く、第3図の左右方向へ効率良く導波され、結晶臂
開面にて反射されて再び活性層に導かれてレーザ発振を
可能とするものである。この構造においては、活性層に
おける発光波長が50meVも低エネルギー側に移行す
るため、結晶臂開面に存在する界面準位等による吸収損
失はほとんど無く、反射面の劣化を除去できるだけでな
く、活性層となるA1゜、 Gao、 As層4の層厚
が0.05〜0.07μmと薄いため導波される光はA
t04Gao、AS層3と5の領域に大きく拡がったも
のとなるため、発光断面積が大きく、従って、光出力密
度を低減でき反射面の劣化を緩和する効果をも有するも
のである。これにより、150mW以上の光出力動作状
態においても良効な寿命特性を有するレーザを歩留りよ
(形成することが可能になった。さらに、本発明による
半導体レーザ構造に於ては、活性層であるA I 6s
 Gao3 A s層4はその上下においてそれよりも
屈折率の小さなAt04Gao6As層3及び5によっ
てはさまれており、発振光は反射面まで効率良く屈折率
導波されるとともに、横方向に於ても、7字状に層厚の
変化したA1゜4Gao、As層3V:、よる横方向屈
折率差が形成された構造となっているため、前述と同様
に屈折率導波され、結晶臂開面である反射面より放出さ
れる光ビームには非点収差が無く、容易に1μm程度に
までしぼり込むことが可能な良質のレーザ発振光を得る
ことができた。
以上述べた様に本発明に係る半導体レーザに於効果によ
る禁制帯幅を縮少するだけで良く、前述した米津等によ
るp型不純物拡散領域を高屈折率領域とする必要はなく
、活性層のn型不純物濃度、p型不純物補償によるp型
濃度の選択の自由度はそれだけ大きくなる特徴を有する
ものである。すなわち、本発明に係る半導体レーザを構
成する条件としては、活性層のn型不純物濃度としては
、5X1017〜5X1018の範囲で、p型不純物補
償濃度はn型のそれを多少上回るだけで充分な効果が得
(9) られる。
以上述べた様な本発明に係る半導体レーザの原理を応用
した他の一実施例を第4図に示す。第4としたこと、活
性層となるA I、、 Gao、 As層4とn型A 
164 Gao6A a層3との間に、凸状に層厚の変
化したn型Alo、Ga0.As層11を設けたことで
あり、n型不純物濃度、p型不細物濃度等他の製造条件
は前述した第1の実施例と同じものである。この成長速
度をv字状溝の場合よりも遅くして、層厚の制御性を向
上するとともに、活性層となるA I O,IGio、
 As層4の下に凸状のn型Al、2Gao8As層1
1を設けるととkよって層厚方向への光波のしみ出し効
果を大きくて発光断百積を増加して光出力密度の低減を
図り反射面劣化をより緩和することができ、180mW
動作状態に於ても単−横モード発振を維持し、反射面劣
化もなく良効な寿命特性が(10) 得られた。
以上述べた本発明の例に於てはp型不純物拡散源として
Znを用いたが、Znの代りに他のp型不純物(Mg、
 B、 Cd等)を用いても良く、又、AI GaAs
系以外の半導体材料In Ga As層系あるいはpb
Sn Te系などの多層ヘテp構造にも適用できること
はいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明に係る半導体レーザの製造工程
を示す模式図、第3図は本発明に係る半導体レーザの切
断断面図で、第2図に示すA−A’部分位置相当を切断
した図、第4図は本発明の他の実施例を示す模式図をそ
れぞれ示す。 図において、 1: n型GaAs基板 2:SiO□マスク 3 :  n fJ AlcL、 Ga0. As層4
 :  ASa、Gao、As層 5: n型A l04Ga0. As層6: P型Al
、、Gao4As層 7: n型GaAs層 B: P型不純物拡散領域 9: P型オーミック電極 10:n型オーミック電極 11:  tl!AI。、Gao、As層をそれぞれ示
す。 代理人弁理士内原  晋

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 中央部に溝を有する凸状ストライプを形成した半導体基
    板上k、発光領域となる第1の半導体をこれより禁制帯
    幅の大きい第2及び第3の半導体で挟む多層構造を備え
    、該発光領域の不純物の種類もしくは濃度又はその両者
    が該発光領域の共振器端面近傍領域の不純物の種類もし
    くは濃度又はその両者とは異なることを特徴とする半導
    体レーザ。
JP2394783A 1983-02-16 1983-02-16 半導体レ−ザ Pending JPS59149078A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS647589A (en) * 1987-06-29 1989-01-11 Furukawa Electric Co Ltd Manufacture of semiconductor light emitting element
US4946802A (en) * 1986-05-31 1990-08-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device fabricating method

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US4946802A (en) * 1986-05-31 1990-08-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device fabricating method
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