JPS60116188A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS60116188A
JPS60116188A JP22531483A JP22531483A JPS60116188A JP S60116188 A JPS60116188 A JP S60116188A JP 22531483 A JP22531483 A JP 22531483A JP 22531483 A JP22531483 A JP 22531483A JP S60116188 A JPS60116188 A JP S60116188A
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thick
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gaalas
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Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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Sharp Corp
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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
    • H01S5/2205Structure 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 comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2222Structure 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 comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
    • H01S5/2227Structure 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 comprising special burying or current confinement layers having special electric properties special thin layer sequence
    • 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
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    • 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
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • 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】 く技術分野〉 本発明は半導体レーザ素子に関するもので、特にレーザ
発振の横モード制御及び閾値電流の低減゛に有効な構造
を有し、M’BEあるいはMO−CVD等の新しい成長
技術によって製造可能な半導体レーザの素子構造に関す
るものである。
〈従来技術〉 近年、分子線エピタキシー(MBE)法あるいI+☆1
Lム家吠つ田lへ?−1aQ引41#jff/R1rn
 /M’t7n jobなどの薄膜単結晶成長技術の進
歩は著しく、これらの成長技術を用いればIOA程度の
薄いエピタキシャル成長層を得ることが可能となってい
る。
このような製造技術の進歩は、半導体レーザにおいても
従来の液相エピタキシャル成長法(LPE)では製作が
困難であった極めて薄い層を有する素子構造に基く新し
い効果を利用したレーザ素子の製作を可能とした。その
代表的なものは量子井戸(Quautu+n Well
 ;略してQW)レーザである。このQWレーザは従来
の二重へテロ接合(DH)し度あるいはそれ以下とする
ことによって、活性層中に量子化準位が形成されること
を利用しており、従来のDHレーザに比べて閾値電流が
下がる、温度特性が良い、あるいけ過渡特性に優れてい
る等の数々の利点を有している。
(参考文献) 1)W、T、Tsang+Applied Physi
csLetters、vol、39.No、10 pp
、786(I QRl )− 2)N、に、Dutta、Journal of Ap
pl 1edPhysicst vol、53.No−
11,pp、7211(1982)。
3)H,Iwamura+ T−5aku+ T−l5
hibashi。
K、0tsuka、Y、Horikoshi、Elec
tronicsLetters+ vol、19.No
、5.pp、180(1983)。
このように、MBEやMO−’CVDなどの薄膜単結晶
成長技術を用いることにより、新しい多層構造を有する
高性能半導体レーザの実用化への道が開けてきた。
一方、従来の半導体レーザも多くの改良が積み重ねられ
て実用化に至っているが、その中でも特に重要な改良点
として横モードの安定化がある。
ストライプ状の電極を形成することにより電流のみを制
限した初期の電極ストライプ型半導体レーザにおいては
、レーザ発振の閾眞電流のわずか上の電流領域ではスト
ライプ直下の活性領域でのみ発振に必要な利得が損失を
上まわるので零次あるいは基本横モードで発振する。し
かし駆動電流を増加していくと活性層への注入キャリア
はしだいにストライプ領域の両側へ拡がるため、高利得
領域が拡がり、横モードの拡がりや高次横モード発振を
招く。このような横モードの不安定性と駆動電流依存性
は駆動電流とレーザ出力の直線性を悪化させパルス電流
により変調を行なった場合、レーザ出力に不安定な変動
を生じ信号対雑音比を劣化させる。また出力光の指向性
を不安定にするのでレーザ出力を光ファイバ等の光学系
に効率よく安定に導くことを困難にするなど実用上多く
の障害があった。この点に関して、電流のみでなく光も
横方向に閉じ込めることにより横モードを安定化させる
多くの構造がLPEにより作製したGaAtAs系及び
InGaAsP系の半導体レーザについて提案されてき
た。
第1図はMO−CVD法により作製された従来のGaA
tAs系横モード安定化半導体レーザの断面図である。
n GaAs基板11上にn −Ga O,55A t
(145A sクラッド層(1μm厚)12.アンドー
プGaO,85”0.15As活性層(0,05μm厚
)13゜pGa 0.55At0.45Asクラッド層
(0,1μm厚)14 + n−GaAs電流阻止層(
0,8μm厚)15をMO−CVD法により連続的に成
長させてレーザ動作用多層結晶構造を形成する。次に、
GaAsを選択的にエツチングする過酸化水素水とアン
モニア水をH202: NH40H= 5 : 1の比
に混合したエツチング液で電流阻止層15をストライプ
状にエンチング除去し、ストライプ状の溝(5μm幅)
を形成する。その後、pG a o、55 A to、
45 A Sクラッド層(0,6μm厚)18.p−G
aAsキ+’/プ層(0,5μm厚)19を成長させ、
更にn (IIII電極21゜p側電検22を形成する
。このようにして作製したレーザ素子は比較的安定な特
性を示すが、溝20外の電流阻止層15によるレーザ光
の吸収によって横モードが安定化されているために余分
の内部損失が発生し、従って聞直電流が増加するあるい
は微分効率が減少する等の欠点が内在されている。
〈発明9目的〉 本発明は、以上のような問題に鑑み、MBEあるいはM
O−CVDの層厚制御性を活用して閾値の低いかつ横モ
ードが安定化された半導体レーザの素子構造を提供する
ことを目的とする。
〈実施例2 第2図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の断
面構成図である。n−GaAs基板11上に11−Ga
 A7 Asクラッド層(1ttm厚)0.55 0.
45 12、アンドープGa0.85A’O,15AS活性層
(0,05μm厚)13+ p−Ga0.55At0.
45A8 クラッド層(0,1μm厚) 14’+−n
 −GaAs/n −Ga o、3Alo7As超格子
電流阻止層(0,8μm厚)16をMO−CVD法によ
り連続的に成長する。超格子層16は例えば第3図に示
すようにn−GaAs(100A厚)30とn Gao
3AAo7AS (100A厚)31を交互に40組積
層したものである。各層30゜31の厚さは500A程
度以下とすることが望ましい。次にこの超格子電流阻止
層16をストライプ状にエツチング除去し、電流通路と
なるストライプ溝(5μm幅)20を形成する。エツチ
ングは、フォトリングラフィ法により、最初At混晶比
に対する選択性の少ないリン酸系あるいは硫酸系の化学
エツチング法またはイオンビームエツチング法を用いて
超格子電流阻止層16の途中までエツチングし、その後
、GaAsを選択的にエツチングする過酸化水素水とア
ンモニア水をH2O2:NH40H= 5 : 1の比
に混合したエツチング液とGao3Ato7Asを選択
的にエツチングする7ノ酸(HF)を交互に用いて超格
子各層を順次選択的にエツチング除去することにより行
なう。エツチングの後、p G a 。、55 A t
 a45Asクラッド層(0,6μm厚)18.p−G
aAsキャップ層19を順次成長させ、Au、 Zll
、 Ni等の金属を蒸着して1〕側電極21 、 p1
111電極22を形成するC、本実施例においては超格
子電流阻止層16の屈折率ばGaAsとG a o3 
A I−o、−y A sの中間のAt混晶比である”
0.65A 7 o、35 A sとはぼ等しくなり有
効な屈折率導波作用によって横モードが安定化される。
また、GaO,65Ato3.As単層を用いた場合と
異なり、超格子中のGaAsの吸収により高次モードの
損失が大きくなって高出力まで基本モード発振が得られ
るようになるが、第1図に示した従来の半導体レーザ素
子構造に比べてその吸収係数は半減するため、閾値電流
が低く抑えられるとともに微分効率が向上する。また、
超格子電流阻止層16Ii全てを超格子とする必要ハな
く第4図に示すように活性層に近い側を超格子として屈
折率及び吸収係数の制御を行い、その上にGaAsある
いはGaAAAS等の半導体を積層して電流阻止層とし
ても良い。
上記構造の半導体レーザ素子に於いて、p側電極22及
びn側電極21を介してキャリアを注入すると超格子電
流阻止層16の部分ではキャリアが流れず、超格子電流
阻止層16の除去されたストライプ溝20のみに集中し
てキャリアが流れる。
従って、このストライプ溝20に対応する活性層13内
でレーザ発振が開始される。活性層13は両接合界面が
クラッド層12.14との二重へテロ接合で限定されて
おり、光はこのヘテロ接合によって閉じ込められる。ま
た超格子電流阻止層16は前述した如く屈折率導波作用
を有し、これによってレーザ出力ビームのスポットハス
トライブ溝20日烹固定化される。
以上の実施例はMO−CVDにより作製したGaAtA
s系半導体レーザについて示したが、MBEやあるいけ
1部LPEを用いても本発明の半導体レーザ素子構造を
作製することは可能であり、製造方法や半導体イ;]旧
を限定するものではない。GaAtAs系以外の半導体
拐料としては例えばI nGaAtP 、 I nGa
AsP等の半導体混晶を組み合わせて構成することがで
きる。
尚、活性領域に量子井戸構造等を用いることにより、さ
らに素子特性の同上が計れることは当然である。
〈発明の効果〉 本発明によれば、つくり付けの等側屈折率分布を制御す
る電流阻止層に超格子を用いることで、超格子同各層の
組成及び層厚比を変えることにより単層の半導体では旬
られない屈折率と吸収係数の組み合わせを得ることがで
き、つくり付けの屈折率分布及び損失分布を独立に制御
することが可のような層厚及び組成の制御性の良い製造
°方法によって作製することができるため、設計通りの
素子が再現性良く得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体レーザを説明する断面構成図であ
る。第2図は本発明の一実施例を示す半導体レーザの断
面構成図である。第3図は電流阻止層の構成の1実施例
を説明する断面構成図である。第4図は電流阻止層の構
成の他の実施例を説明する断面構成図である。 11− n −GaAs基板 12 =・n −GaA
AAsクラッド層 13−GaAtAs活性層 14.
18・・・p−GaAtAsクラッド層 16・・・電
流阻止層19− p −GaAsキャップ層 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)2/ 第1図 第3図 第2図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■、二重ヘテO接合を含む発振用多層結晶構造上に、厚
    さ500A程度以下の結晶層を袂数種交互に積層した超
    格子構造が電流通路となるストライプ領域を除いて該超
    格子構造とは異種の電導型の半導体層により埋設されて
    いることを特徴とする半導体レーザ素子。
JP22531483A 1983-11-28 1983-11-28 半導体レ−ザ素子 Granted JPS60116188A (ja)

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JP22531483A JPS60116188A (ja) 1983-11-28 1983-11-28 半導体レ−ザ素子

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JPH0560275B2 JPH0560275B2 (ja) 1993-09-01

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