JPS6062179A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS6062179A
JPS6062179A JP17075383A JP17075383A JPS6062179A JP S6062179 A JPS6062179 A JP S6062179A JP 17075383 A JP17075383 A JP 17075383A JP 17075383 A JP17075383 A JP 17075383A JP S6062179 A JPS6062179 A JP S6062179A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
active layer
semiconductor layer
crystal
Prior art date
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Pending
Application number
JP17075383A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Mizutani
隆 水谷
Toshio Baba
寿夫 馬場
Masaki Ogawa
正毅 小川
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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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
Priority to JP17075383A priority Critical patent/JPS6062179A/ja
Publication of JPS6062179A publication Critical patent/JPS6062179A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/164Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
    • 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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0281Coatings made of semiconductor materials

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (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】 本発明は半導体レーザの構造に関し、とくに共振器の反
射面劣化を防止する構造に関する。
半導体レーザの劣化はレーザ共振器の反射面を構成する
結晶表面の劣化や、共振器内部の非発光領域の拡大、電
極の劣化などいろいろの原因がある。半導体レーザの光
出力が大きくなると特に反射面の劣化が大きな問題とな
る。
この反射面の劣化を防止する方法として、第1に結晶表
面を1d2203.BHO)、等の絶縁膜によって保護
し、結晶表面を外気よシしゃ断して安定化させる方法。
第2に不純物を結晶表面を除く活性層中に高濃度にドー
ピングし、この部分の実効的なバンドギャップを小さく
することKよって、レーザの発振波長を長くし、反射面
付近のレーザ光の吸収をなくして、これによる結晶表面
の物理・化学的反応を抑制する方法(特願昭52−72
441)等が知られている。
特に第2の方法は実効的なバンドギャップ差が数十me
V l!でちるが反射面の劣化防止に顕著な効果が得ら
れることが知られている。
しかし従来のこの方法ではs 1xlO”3−”以上の
高濃度の不純物の拡散フロントをわずかに0.1−0,
2μm程の衡めて薄い活性層とその下の第1のクラッド
層との界面付近に止める技術が非常にむずかしく、また
、拡散すべき層構造のクエへに膜厚不均一性があると、
レーザの歩留りが悪くなるという欠点があった。
また、活性層を例えばU xGa 1− xA 8とし
て、G a A sよりバンドギャップを大きくすると
、反射面の劣化が急速に進行しやすくなるので、上記第
2の方法より大きなバンドギャップ差を活性層の発光領
域と反射面を含む非発光領域の間に設ける必要が生ずる
本発明の目的は上記従来法の欠点を除去することのでき
る半導体レーザの構造を提供することKある。
本発明によれi−1’、基板結晶の上に第1の導電型の
第1のクラッド層と活性層と第2の4電型の第2のクラ
ッド贋金順次形成した構造の半導体レーザにおいて、活
性層のうち反射面を含まない部分においては該活性層が
電子波長以下の厚さを有する第1の半導体層と第1の半
導体層より電子親和力が小さくしかも第1の半導体層中
の電子がトンネル可能な厚さを有する第2の半導体層と
を交互Km層した積層構造を持ち、前記活性層の反射面
を含む残余の部分においては前記活性層構造の平均原子
組成に等しい混晶よシなることを特徴とする半導体レー
ザが得られる。
次に、本発明によって得られる半導体レーザの構造につ
いて図面を用いて説明する。第1図は本発明によって得
られる半導体レーザの構造を説明するための図で、発振
光の射光方向に平行に切断した断面図である。基板結晶
1の上に積層された第1の導電型の第1のり2ノド層2
と、活性層3と、第2の導電型の第2のり2ノド層4よ
シなりている。活性WI3は反射面5を含まない中央部
分31が電子波長以下の厚さの第1の半導体32と第1
の半導体より電子親和力が小さく第1の半導体中の電子
がトンネル可能な厚さの第2の半導体33とが交互にM
Nしており、反射面を含む活性層の両端部分34は中央
部分の積層構造の平均原子組成に等しい混晶半導体であ
る。活性層の積層構造には積層構造によって量子化準位
が作られる。
本発明の半導体レーザに通電すると、この電子の量子化
準位と正孔の量子化準位のエネルギー差に対応した光が
発光する。活性層の両端部分は積層構造の平均的原子組
成を持つ混晶になっているので、積層構造中の等制約な
バンドギャップ(電子と正孔の量子化単位のエネルギー
差)より大きな値のバンドギャップを持つ。そのため、
積層構造で発生した光は、活性層の両端部分では吸収さ
れることがない。
以上述べたように、本発明は従来の第2の方法と同じ原
理によって活性層が#凸表面に露出した部分における反
射面劣化を防止することを目的とするものである。しか
も、従来の第2の方法が実効的なバンドギャップ差とし
て数10meV程度しか得られなかったが、本発明の構
造では、100meV以上の実効的バンドギャップ差を
与えることも容易である。
本発明の活性層の構造は、まず基板結晶上に全面にわた
って上記積層構造を作シ、反射面となるべき部分の積層
構造を選択的に消滅せしめることによって得られる、 その第1の方法は積層構造への不純物拡散である。例え
ば第1の半導体層としてGaAs、第2の半導体層とし
てahAsを用いて作った積層構造に例えばCd +Z
nを拡散すると、積層構造を構成する原子の相互作用が
促進されて、不純物を拡散した部分だけが選択的に積層
構造を失なう。
その第2の方法は積層構造へのイオン打込みでちる。上
で述べたJAsとG a A sの積層構造を再び例に
とる。この積層構造に例えばHeAs 、 Ga 、 
B e *等のイオンを打込むと結晶格子が破壊される
。原子の相互拡散によって積層構造が消滅しない程度に
昇温し、アニーリングすることによって、イオン打込み
した部分の格子構造を回復させると、この回復過程で原
子の相互拡散が促進され、積層構造が失なわれて、積層
構造の平均原子組成と等しい組成の混晶が得られる。
上で説明したように、積層構造を消滅せしめる方法は消
滅を希望する積層構造に拡散やイオンの打込みを行なう
もので、拡散やイオンの打込みが積層構造に達していれ
ば、積層構造を突抜けても良い。従って、本発明の半導
体レーザでは積層構造を形成した基板結晶に膜厚不均一
性があっても。
歩留りが悪くなることがないという長所がおる。
次に本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。
第2図は本発明の第1の実施例の説明図で、積層構造を
消滅せしめるのにZnの拡散を行なった場合のものであ
る。n=2xlO”cWl−”cD (100) 面方
位を持つG aA s基板結晶1の上に分子線結晶成長
法により、8iをドープしたn =I X 10”cr
n−”のん〜Ga (1−X)As (x=0.4 )
 ’f 2を厚さ2pm、厚さ15λのAiyGa (
1−y)As (y =O−36)と厚さ25XのGa
Asを1周期とする25周期の積層構造3+Beをドー
グしたp=5 X 1017ffi−”の)J!−xG
a (1−、)As層4を厚さ2μm、p=5×101
7m−3のGaAs @ 6を厚さ0.2μm次々に成
長する。
次にその表面にS i 02膜を堆積させ、その上にフ
ォトレジスト膜を形成し、リングラフィ技術ヲ用いて第
3図のように250μm間隔で幅50μm。
長さ50Xmの窓101r:開け、この窓を通してZn
を650℃で3μmの深さまで拡散する。この過程でZ
nの拡散された領域7の活性層は積層構造を失ない、そ
の平均原子組成に等しい混晶層となる。次にSin、膜
を取除き、新して5in2膜を堆積させる。
それに第4図のようにZnの拡散領域上を通る幅15μ
mのストライプ状の窓11を開けp星のオーミック電極
8を作って電極ストライプ構造とした。
n+基板側にはnff1オーミツク電極9をつけた。
最後にストライプ状の電極に垂直にZn拡散領域を通る
ように襞間して反射面5を形成し、半導体レーザチップ
とした。
本実施例では第1のクラッド層2までZnを拡散するこ
とによって、第1のクラッド層内pn接合ができ、順方
向に電圧が印加されるが、積層構造の等制約なバンドギ
ャップ(電子と正孔の量子単位のエネルギー差)よシ大
きな値のバンドギャップを持っているので、第1のクラ
ッド層内のp−n接合を通じて電流が流れ出す前に1積
層構造における発光過程を通じて電流が流れるので、電
流のリーク量は少ない。本実施例で得られた半導体レー
ザは波長7600Aで発振し、30mWで室温連続発振
させても1000時間の寿命試験後も反射面に何等の劣
化も認められなかった。
更に反射面にAl2O5膜をスパッタ法で付着させ、反
射面劣化の防止を更に計った場合には50mWで室温連
続発振させても1000時間の寿命試験後反射面に何等
の劣化も認められず、本発明の効果は顕著であった◎ 次に第2の実施例について説明する。
n=2 X 1018(yB−”の(100)面方位を
持つG a A s基板結晶に分子線結晶成長法によJ
JSiをドープしたn =I X 1018cm−”の
μ”a(1−z )As層(x=0.4)GaAsを1
周期とする25周期の積層構造とEeをドーグしたp=
5X10I7cm−”のkl、Ga (1−、)As層
(x=0.4 )を厚さ” 11” r D ”5 X
 10′7crn−”のGaA@層を厚さ0.2μmを
次々に成長した。
次に、Uを2μmの厚さに蒸着し、ホトリソグラフィ技
術で幅15μm長さ25011mの矩形に残して残シを
エツチングする。八!のエツチングは例えば温度60℃
のHs P 04液を用いれば良い。この残されたへβ
膜をストッパーとして170KeVに加速されたプロト
ンをI X 10” clll−”の打込み密度で打込
む。
この時、ストライプ状のv慣の下にはプロトンが打込ま
れず、残シの部分は約1.5μmまでプロトンが打込ま
れて高抵抗化する。次に、aを60℃のN3 PO4液
で除去し、SiH4とN2ガスを用いたグ2ズマCVD
法でSi3N4膜を堆積させる。これを650℃で15
分間アニールすればプロトンの打込まれた領域の結晶構
造は回復し、この回復過程で積層構造の原子の相互拡散
が促進されて、この領域の積層構造は消滅し、積層構造
と等しい原子組成を持りたAJ26.3 Gao、 7
 A8が得られた。P型、n型のオーミック電極を形成
し、ストライプの長尺方向にストライプから251m離
して骨開面を形成し、反射面とした。
本実施例で得られた半導体レーザに通電したところ、7
700Aで発振し、30mWで室温連続発振させて寿命
試験をしたところ、1000時間後にも反射面には何ら
の劣化も認−められす、また、反射面をAL20sのス
パッタ膜で保瞳した場合には60mWの室温蓮〜続発振
2000時間後も反射面には劣化が認められず本発明の
効果は顕著であった。
本実施例ではGaAs基板上のA乙iとGaAsの積層
構造1.Uy Ga (1−y )AaとGaAsの積
層構造について説明したが、本発明の原理から明らかな
ように本発明はこの材料に限られる訳ではなく、活性層
を構成する積層構造としてG a A aとI n G
a P nGaAsとInGaAfP 等でもよく、ま
た、混晶同志の積層構造でもよい。また、InP基板上
のIn GaAsとInP * InGaAsとI n
GaAsP m I nGaAsとI n)veAs等
の混晶の積層構造でもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体レーザの構造を説明するための
断面図、第2図は本発明の第1の実施例の断面図、第3
図と第4図は第1の実施例の工程を説明するための斜視
図で、図において、1・・・基板結晶、2・・・第、1
のり2ラド層、3・・・活性層、4・・・第2のクラッ
ド層、5・・・反射面、32・・・第1の半導体層、3
3・・・第2の半導体層、7・・・Znの拡散された領
域、8・・・pmオーミック電他、9・・・n屋オーミ
ック電極。 71−1 図 片 2 図 71−4 図 1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基板結晶の上に第1の導電型の第1のクラッド層と活性
    層と第2の導電型の第2のクランド層を順次形成した構
    造の半導体レーザにおいて、活性層のうち反射面を含ま
    ない部分においては該活性層が電子波長以下の厚さを有
    する第1の半導体層と、第1の半導体層より電子親和力
    が小さくしかも第1の半導体層中の電子がトンネル可能
    な厚さを有する第2の半導体層とを交互に積層した積層
    構造を持ち、前記活性層の反射面を含む残余の部分にお
    いては前記積層構造の平均原子組成に等しい混晶よりな
    ることを特徴とする半導体レーザ。
JP17075383A 1983-09-16 1983-09-16 半導体レ−ザ Pending JPS6062179A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5333754A (en) * 1992-08-19 1994-08-02 Fuji Electric Co., Ltd. Shelf for housing products in an automatic frozen-product vending machine
JPH07249827A (ja) * 1994-01-24 1995-09-26 Nec Corp 半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法
FR2788172A1 (fr) * 1998-12-30 2000-07-07 Thomson Csf Procede de realisation de structures laser de puissance a miroirs non absorbants et structures ainsi obtenues

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