JPS6112399B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6112399B2 JPS6112399B2 JP9078378A JP9078378A JPS6112399B2 JP S6112399 B2 JPS6112399 B2 JP S6112399B2 JP 9078378 A JP9078378 A JP 9078378A JP 9078378 A JP9078378 A JP 9078378A JP S6112399 B2 JPS6112399 B2 JP S6112399B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- active layer
- laser
- type
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 18
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 36
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 12
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は注入形半導体レーザ素子、さらに詳
しく言えば、水平横モード（以後単に横モードと
呼ぶ。）の制御に有効な構造を有する注入形半導
体レーザ素子に関する。
しく言えば、水平横モード（以後単に横モードと
呼ぶ。）の制御に有効な構造を有する注入形半導
体レーザ素子に関する。
ｐ―ｎ接合を有する注入形レーザの室温付近に
おける直流発振動作はGaAs―AlxGa1―xAsのダ
ブル・ヘテロ構造を採用することにより成功し
た。室温直流動作を可能ならしめたダブル・ヘテ
ロ接合半導体レーザ（以後単にDHレーザとい
う。）におけるレーザ発振の閾値電流密度の減少
はGaAs活性層中へのキヤリアおよび光の閉じ込
め効果に基づくものである。また室温直流動作を
可能としたDHレーザに採用された素子構造は駆
動電流の減少と横モード制御の目的から各種スト
ライプ構造が採用されていることは良く知られて
いる。しかしストライプ構造を採用することによ
り室温直流動作が可能となつたにもかかわらず、
DHレーザの特性上の大きな難点は活性層に平行
に立つ電磁波モードすなわち横モードの不安定性
および駆動電流の変化に対する横モードの変化で
ある。これはDHレーザが活性層厚が数1000Åで
あるのに対し、ストライプ幅は十数μｍと、きわ
めて偏平な領域でのレーザ発振動作を行なう構造
となつていること、および活性層の横方向に対し
てはキヤリアおよび光の閉じ込め構造となつてい
ないためである。すなわち、レーザ発振の閾値電
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低次の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
入キヤリアはストライプ領域の両側の活性層中に
も拡がり高利得領域となり横モードの拡がりと高
次モードが発生する。横モードの不安定性と駆動
電流依存性はレーザ光を用いた光通信を行なう場
合に光伝送路でのモード分散等の原因となり、伝
送系の情報容量を著しく下げる。従つて光通信等
の信号源としてのDHレーザはこの点から広い駆
動電流領域に渡つて単一横モード発振動作が要求
される。
おける直流発振動作はGaAs―AlxGa1―xAsのダ
ブル・ヘテロ構造を採用することにより成功し
た。室温直流動作を可能ならしめたダブル・ヘテ
ロ接合半導体レーザ（以後単にDHレーザとい
う。）におけるレーザ発振の閾値電流密度の減少
はGaAs活性層中へのキヤリアおよび光の閉じ込
め効果に基づくものである。また室温直流動作を
可能としたDHレーザに採用された素子構造は駆
動電流の減少と横モード制御の目的から各種スト
ライプ構造が採用されていることは良く知られて
いる。しかしストライプ構造を採用することによ
り室温直流動作が可能となつたにもかかわらず、
DHレーザの特性上の大きな難点は活性層に平行
に立つ電磁波モードすなわち横モードの不安定性
および駆動電流の変化に対する横モードの変化で
ある。これはDHレーザが活性層厚が数1000Åで
あるのに対し、ストライプ幅は十数μｍと、きわ
めて偏平な領域でのレーザ発振動作を行なう構造
となつていること、および活性層の横方向に対し
てはキヤリアおよび光の閉じ込め構造となつてい
ないためである。すなわち、レーザ発振の閾値電
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低次の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
入キヤリアはストライプ領域の両側の活性層中に
も拡がり高利得領域となり横モードの拡がりと高
次モードが発生する。横モードの不安定性と駆動
電流依存性はレーザ光を用いた光通信を行なう場
合に光伝送路でのモード分散等の原因となり、伝
送系の情報容量を著しく下げる。従つて光通信等
の信号源としてのDHレーザはこの点から広い駆
動電流領域に渡つて単一横モード発振動作が要求
される。
横モード制御に対する試みとしてはGaAs活性
領域を上下、左右共にAlxGa1―xAsで囲んだ、
いわゆる埋め込みヘテロ構造がフアブリ・ペロ共
振器形のDHレーザで作られている。しかし上記
埋め込みヘテロ構造のDHレーザは一連の連続エ
ピタキシヤル成長では製作できず多層構造を作る
エピタキシヤル成長の途中で活性層を選択的にエ
ツチングしなければならない。これには２回のエ
ピタキシヤル成長工程を必要とする。また活性層
は露出された形でエピタキシヤル炉中で高温にさ
らされ、活性層結晶の熱劣化の危険が伴なう。さ
らに現在までのところ零次モードの光出力は通常
のストライプ構造に較べて小さい、などのことよ
り埋め込みヘテロ構造レーザは製造工数の増大、
結晶成長過程での本質的な結晶性の低下、製作歩
留りの低下および光出力の低下等多くの問題を含
んでいる。
領域を上下、左右共にAlxGa1―xAsで囲んだ、
いわゆる埋め込みヘテロ構造がフアブリ・ペロ共
振器形のDHレーザで作られている。しかし上記
埋め込みヘテロ構造のDHレーザは一連の連続エ
ピタキシヤル成長では製作できず多層構造を作る
エピタキシヤル成長の途中で活性層を選択的にエ
ツチングしなければならない。これには２回のエ
ピタキシヤル成長工程を必要とする。また活性層
は露出された形でエピタキシヤル炉中で高温にさ
らされ、活性層結晶の熱劣化の危険が伴なう。さ
らに現在までのところ零次モードの光出力は通常
のストライプ構造に較べて小さい、などのことよ
り埋め込みヘテロ構造レーザは製造工数の増大、
結晶成長過程での本質的な結晶性の低下、製作歩
留りの低下および光出力の低下等多くの問題を含
んでいる。
本発明者は先に特許願昭51―6226号「半導体レ
ーザ素子」において前記埋め込みヘテロ構造DH
レーザにおける製造方法および特性上の難点を解
決した水平横モード制御に有効なDHレーザの構
造を与えた。まず簡単に前記特許願昭51―6226号
「半導体レーザ素子」の一実施例を第１図に示
し、説明する。第１図はフアブリ・ペロ共振器断
面より見たプレーナ・ストライプ構造のDHレー
ザである。第１図に示されたDHレーザの構造を
得るにはｎ形GaAs基板１２の上にまず所定のス
トライプ幅でかつ共振器面に垂直になるようにフ
オトレジスト技術を用いて選択マスクをほどこす
ことにより1.0〜2.0μｍの溝を作る。次に連続エ
ピタキシヤル法等によりｎ形Al0.3Ga0.7As層
１３、ｎ形GaAs層（またはAl組成0.1以下程度の
AlGaAs層でもよい。）１４、ｐ形
Al0.3Ga0.7As層１５さらにｎ形GaAs層（また
はAl組成0.1以下程度のAlGaAs層でもよい。）１
６を順次形成する。この場合基板上に堀られた溝
部でははやい成長が起るためｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３の成長表面が容易に平坦
になることは良く知られている。溝部に成長した
厚いｎ形Al0.3Ga0.7As層１３を特に１３ｂと
し、溝部両側のｎ形Al0.3Ga0.7As層１３を特
に１３ａとする。こうして作つた多層構造を持つ
たウエフアのGaAs基板１２の溝の直上の位置、
所定のストライプ幅でSiO2等をマスクとしてｎ
形GaAs層１６を通過するようにZnの選択拡散を
行なうとｐ形GaAs領域１８ができる。ｐ形GaAs
１８およびｎ形GaAs基板１２上に設けられたオ
ーミツク電極１７および１１間に閾値電流以上の
電流を流すとレーザ動作を行なう。この構造が水
平横モード制御にとつて有効なことは先の特許願
昭51―6226号においても詳しく論じたが簡単に特
性と動作原理を説明する。
ーザ素子」において前記埋め込みヘテロ構造DH
レーザにおける製造方法および特性上の難点を解
決した水平横モード制御に有効なDHレーザの構
造を与えた。まず簡単に前記特許願昭51―6226号
「半導体レーザ素子」の一実施例を第１図に示
し、説明する。第１図はフアブリ・ペロ共振器断
面より見たプレーナ・ストライプ構造のDHレー
ザである。第１図に示されたDHレーザの構造を
得るにはｎ形GaAs基板１２の上にまず所定のス
トライプ幅でかつ共振器面に垂直になるようにフ
オトレジスト技術を用いて選択マスクをほどこす
ことにより1.0〜2.0μｍの溝を作る。次に連続エ
ピタキシヤル法等によりｎ形Al0.3Ga0.7As層
１３、ｎ形GaAs層（またはAl組成0.1以下程度の
AlGaAs層でもよい。）１４、ｐ形
Al0.3Ga0.7As層１５さらにｎ形GaAs層（また
はAl組成0.1以下程度のAlGaAs層でもよい。）１
６を順次形成する。この場合基板上に堀られた溝
部でははやい成長が起るためｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３の成長表面が容易に平坦
になることは良く知られている。溝部に成長した
厚いｎ形Al0.3Ga0.7As層１３を特に１３ｂと
し、溝部両側のｎ形Al0.3Ga0.7As層１３を特
に１３ａとする。こうして作つた多層構造を持つ
たウエフアのGaAs基板１２の溝の直上の位置、
所定のストライプ幅でSiO2等をマスクとしてｎ
形GaAs層１６を通過するようにZnの選択拡散を
行なうとｐ形GaAs領域１８ができる。ｐ形GaAs
１８およびｎ形GaAs基板１２上に設けられたオ
ーミツク電極１７および１１間に閾値電流以上の
電流を流すとレーザ動作を行なう。この構造が水
平横モード制御にとつて有効なことは先の特許願
昭51―6226号においても詳しく論じたが簡単に特
性と動作原理を説明する。
今GaAs活性層１４の厚さを1500Åにし、ｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３のストライプ以外の領域
１３ａの厚みを0.3μｍ、ストライプ部１３ｂの
厚みを約1.5μｍ、ｐ形Al0.3Ga0.7As層１５の
厚みをこれも約1.5μｍ、さらにｎ形GaAs層１６
の厚みを0.8μｍとしたストライプ溝幅６μｍ、
ストライプ状Zn拡散フロントの幅８μｍ共振器
長250μｍのDHレーザの横モードのパルス駆動電
流依存性を観察すると、DHレーザのレーザ発振
閾値電流は40mAで、40mAから200mAの駆動電
流（光のパワーにして片面反射面より60mW以
上）に対し基本水平横モード発振が得られる。第
１図に示したDHレーザで横モード安定性が得ら
れるのはストライプ部に於けるｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３ｂが厚く、ｎ形GaAs基板
１２への光のしみ出しがなく、ストライプ領域で
低損失高利得を得る一方、ストライプ両側のｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みの薄い領域では
しみ出した光のすそは吸収の大きな、かつ
Al0.3Ga0.7Asよりも屈折率の高いGaAs基板１
２に有効に吸収され、損失が大きく高利得領域と
ならないためである。この光のしみ出しの様子は
第１図中に示される。１９は活性層１４のストラ
イプ部での光の強度分布を示すもので活性層１４
で最も強度が高く、この発振光に対しｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３ｂおよびｐ形
Al0.3Ga0.7As層１５に光のしみ出しのすそが
広がつていることを示している。また２０および
２０′はストライプ両側での光の強度分布を示す
もので２０は活性層からしみ出した光が吸収材料
のGaAs基板１２にとどき、この結果光の強度分
布のピークが厚みの中心からずれた状態を示して
いる。２０′で示した破線は吸収材料GaAs基板１
２に光のしみ出しのすそがかからないとした時の
仮想的な光の強度分布を示している。光強度分布
２０′の山の高さをストライプ下での光の強度ピ
ークより低くかいてあるのはこのストライプ部以
外の領域に注入されるキヤリア密度がストライプ
部にくらべ少ないのでこうかいたがストライプに
密接した領域、すくなくも溝にくらべZn拡散し
たストライプ領域の幅を広くした前記したような
構造では２０′の山の高さはストライプ部と同等
である。この第１図に示した構造は前記した如く
きわめて良好な水平横モード制御の成されたレー
ザ特性を呈する一方いくつかの難点を有してい
る。その一つは厚い活性層１４を持つた高出力
DHレーザを製作する場合である。活性層１４の
厚みを0.5μｍにした場合、レーザ光はほとんど
活性層内に限定されて導波されるため、ｎ―
Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みがもはや数100Å
以下にしなければストライプ両側での光の損失効
果を得ることできず第１図の構造をもつてしても
水平横モード制御は困難である。さらに0.15μｍ
程度の薄い活性層１４を持つた室温直流動作に適
したDHレーザを作る場合においても薄い活性層
１４の厚み制御に加え、ｎ―Al0.3Ga0.7As層
１３ｂの厚みを約4000Å程度に正確に制御して作
らねばならず製作歩留り良く、この横モード制御
されたDHレーザを作ることは容易でない。さら
に結晶性の悪く、かつエピタキシヤル成長に先立
つて高温中にさらされたGaAs基板１２上に薄い
Al0.3Ga0.7As層１３ａを介して活性層１４が
第１図の構造においては存在し、この結晶性の悪
いGaAs基板１２の影響が活性層１４に存在した
り、また通電動作中に影響したりしてDHレーザ
の信頼性をおとすものである。
Al0.3Ga0.7As層１３のストライプ以外の領域
１３ａの厚みを0.3μｍ、ストライプ部１３ｂの
厚みを約1.5μｍ、ｐ形Al0.3Ga0.7As層１５の
厚みをこれも約1.5μｍ、さらにｎ形GaAs層１６
の厚みを0.8μｍとしたストライプ溝幅６μｍ、
ストライプ状Zn拡散フロントの幅８μｍ共振器
長250μｍのDHレーザの横モードのパルス駆動電
流依存性を観察すると、DHレーザのレーザ発振
閾値電流は40mAで、40mAから200mAの駆動電
流（光のパワーにして片面反射面より60mW以
上）に対し基本水平横モード発振が得られる。第
１図に示したDHレーザで横モード安定性が得ら
れるのはストライプ部に於けるｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３ｂが厚く、ｎ形GaAs基板
１２への光のしみ出しがなく、ストライプ領域で
低損失高利得を得る一方、ストライプ両側のｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みの薄い領域では
しみ出した光のすそは吸収の大きな、かつ
Al0.3Ga0.7Asよりも屈折率の高いGaAs基板１
２に有効に吸収され、損失が大きく高利得領域と
ならないためである。この光のしみ出しの様子は
第１図中に示される。１９は活性層１４のストラ
イプ部での光の強度分布を示すもので活性層１４
で最も強度が高く、この発振光に対しｎ形
Al0.3Ga0.7As層１３ｂおよびｐ形
Al0.3Ga0.7As層１５に光のしみ出しのすそが
広がつていることを示している。また２０および
２０′はストライプ両側での光の強度分布を示す
もので２０は活性層からしみ出した光が吸収材料
のGaAs基板１２にとどき、この結果光の強度分
布のピークが厚みの中心からずれた状態を示して
いる。２０′で示した破線は吸収材料GaAs基板１
２に光のしみ出しのすそがかからないとした時の
仮想的な光の強度分布を示している。光強度分布
２０′の山の高さをストライプ下での光の強度ピ
ークより低くかいてあるのはこのストライプ部以
外の領域に注入されるキヤリア密度がストライプ
部にくらべ少ないのでこうかいたがストライプに
密接した領域、すくなくも溝にくらべZn拡散し
たストライプ領域の幅を広くした前記したような
構造では２０′の山の高さはストライプ部と同等
である。この第１図に示した構造は前記した如く
きわめて良好な水平横モード制御の成されたレー
ザ特性を呈する一方いくつかの難点を有してい
る。その一つは厚い活性層１４を持つた高出力
DHレーザを製作する場合である。活性層１４の
厚みを0.5μｍにした場合、レーザ光はほとんど
活性層内に限定されて導波されるため、ｎ―
Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みがもはや数100Å
以下にしなければストライプ両側での光の損失効
果を得ることできず第１図の構造をもつてしても
水平横モード制御は困難である。さらに0.15μｍ
程度の薄い活性層１４を持つた室温直流動作に適
したDHレーザを作る場合においても薄い活性層
１４の厚み制御に加え、ｎ―Al0.3Ga0.7As層
１３ｂの厚みを約4000Å程度に正確に制御して作
らねばならず製作歩留り良く、この横モード制御
されたDHレーザを作ることは容易でない。さら
に結晶性の悪く、かつエピタキシヤル成長に先立
つて高温中にさらされたGaAs基板１２上に薄い
Al0.3Ga0.7As層１３ａを介して活性層１４が
第１図の構造においては存在し、この結晶性の悪
いGaAs基板１２の影響が活性層１４に存在した
り、また通電動作中に影響したりしてDHレーザ
の信頼性をおとすものである。
この発明の目的は上記した活性層１４の厚い高
出力レーザを作る場合やまたDHレーザの信頼性
向上をめざし、かつ製造歩留りを向上させるもの
で、Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みを前記特願
昭51―6226号の構造に比べて厚くでき、かつ横モ
ード制御されたDHレーザの構造を与えることに
ある。
出力レーザを作る場合やまたDHレーザの信頼性
向上をめざし、かつ製造歩留りを向上させるもの
で、Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みを前記特願
昭51―6226号の構造に比べて厚くでき、かつ横モ
ード制御されたDHレーザの構造を与えることに
ある。
以下実施例に基づいて説明する。第２図は第１
図と同じく共振器断面より見たこの発明のDHレ
ーザの構造を示すものである。第２図の構造を得
るにはｎ形GaAs基板１２の表面全体にまずZn拡
散領域２１を作つたあと所定ストライプ領域に沿
つて溝を掘る。この後第１図の従来例に示したよ
うにｎ―Al0.3Ga0.7As層１３（１３のうち溝
部を１３ｂ、溝部に形成された薄い領域を１３ａ
とする。）、GaAs活性層１４、ｐ―
Al0.3Ga0.7As層１５、ｎ―GaAs層１６を連続
エピタキシヤル法により形成する。結晶成長中に
少なくともｎ―Al0.3Ga0.7As層１３を成長後
に温度を一定にして10分間程保つか、又は成長後
に10分間程温度を一定に保つと第２図に示すよう
にｐ―層２２が、GaAs基板１２に形成されたZn
拡散領域２１からのZnの拡散によつてｎ―
Al0.3Ga0.7As層１３中及びGaAs活性層の一部
に形成される。次にｎ―GaAs層１６の表面より
Zn等を熱拡散法等により拡散してｐ形拡散領域
１８を選択拡散により作り、この発明の半導体レ
ーザの構造が得られる。
図と同じく共振器断面より見たこの発明のDHレ
ーザの構造を示すものである。第２図の構造を得
るにはｎ形GaAs基板１２の表面全体にまずZn拡
散領域２１を作つたあと所定ストライプ領域に沿
つて溝を掘る。この後第１図の従来例に示したよ
うにｎ―Al0.3Ga0.7As層１３（１３のうち溝
部を１３ｂ、溝部に形成された薄い領域を１３ａ
とする。）、GaAs活性層１４、ｐ―
Al0.3Ga0.7As層１５、ｎ―GaAs層１６を連続
エピタキシヤル法により形成する。結晶成長中に
少なくともｎ―Al0.3Ga0.7As層１３を成長後
に温度を一定にして10分間程保つか、又は成長後
に10分間程温度を一定に保つと第２図に示すよう
にｐ―層２２が、GaAs基板１２に形成されたZn
拡散領域２１からのZnの拡散によつてｎ―
Al0.3Ga0.7As層１３中及びGaAs活性層の一部
に形成される。次にｎ―GaAs層１６の表面より
Zn等を熱拡散法等により拡散してｐ形拡散領域
１８を選択拡散により作り、この発明の半導体レ
ーザの構造が得られる。
第２図に示された本発明の構造をもつたレーザ
の具体的効果について示そう。ｎ―GaAs層１６
の表面のｐ形拡散領域１８とｎ形GaAs基板１２
裏面にそれぞれ電極１１および１７を形成して第
２図のようなへき開端面をもつDHレーザを作
り、電極１７にプラス、電極１１にマイナスの電
圧を印加し電流を流すならば電流はストライプ部
に流れ閾値電流値以上でレーザ発振を生じる。レ
ーザ発振光はストライプ両側ではGaAs活性層か
ら厚みの薄いｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ａを介
してｎ―GaAs基板１２のZn拡散領域２１にまで
広がる。第２図に示したようにｐ―領域がｎ―
GaAs活性層１４に達する構造では、ストライプ
領域両側でのp-―GaAs活性層はZnアクセプタ準
位形成のために実効的にバンドギヤツプの減少を
生じレーザ発振光は損失を受けると共に、さらに
ｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ａへしみ出した光は
p+―GaAs層２１にその一部を吸収され損失をう
け、この結果水平横モードはストライプ部に限定
される。またストライプ部両側でのp-形となつ
たAl0.3Ga0.7As層１３ａのレーザ発振光に対
する屈折率はストライプ部である溝部をうめたｎ
―Al0.3Ga0.7As層１３ｂの屈折率に較べて少
さくなり、さらにこのp-形と変化したストライ
プ両側のAl0.3Ga0.7As層１３ａのレーザ発振
光に対する吸収係数は、ｎ形を保つたストライプ
部の厚いｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ｂに較べて
ｐ形不純物導入にともなう吸収端の長波長側への
移行、不純物吸収の増加により増加し損失を与
え、横モード制御を成されたDHレーザがえられ
る。したがつてこのp-形と変化した
Al0.3Ga0.7As層１３ａが形成され活性層内に
もｐ領域が形成されたDHレーザの構造において
は第１図に図した従来の構造に較べてストライプ
両側のAl0.3Ga0.7As層１３ａの厚みを厚くし
ても横モード制御に有効となる。第２図に示した
ようにp-領域２２が活性層１４の内部に至り、
かつｐ形Al0.3Ga0.7As層１５に至らぬ構造を
作ることはきわめて容易である。なぜならZn拡
散領域２１からZnが拡散していく速度は800℃の
成長温度ではAl0.3Ga0.7As層１３活性層ａに
おいて早く、活性層１４に拡散フロントが到達す
ると急に拡散速度の減少が生じるためであり、
Al0.3Ga0.7As層１３a0.6μｍのものでは約10分
で活性層１４に到達し、活性層１４の厚みを0.15
μｍとすれば70分以上の時間をかけなければ活性
層１４を突きぬけたZn拡散されたp-領域は生じ
ないためである。p-領域２２がｐ―
Al0.3Ga0.7As層１５に到るともはやDHレーザ
構造第２図を作つた場合に活性層１４への電流は
限定されずGaAs基板内１４内にZn拡散されたp-
領域２２によるｐ―ｎ接合を介し電流が流れレー
ザ動作はしないことは明らかである。p-領域２
２がｐ―Al0.3Ga0.7As層１５に到らずとも活
性層１４内に生じたｐ―ｎ接合の空間電荷層はｎ
―活性層１４の両側に広がつていた方が薄い活性
層１４をもつたDHレーザでは動作状態での活性
層１４のｎ形をはさんで作られたｐ―ｎ―ｐ接合
のパンチ・スルー現象が起らず都合が良い。した
がつて厚い活性層１４をもつたDHレーザでは注
意する必要はないが活性層１４が0.1μｍ程度の
ものでは活性層１４のｎ形ドーピングレベルをｐ
―Al0.3Ga0.7As層１５にくらべ高くしておく
ことが有利である。例えば活性層１４のｎ形不純
物濃度５×1017cm-3とし、ｐ―Al0.3Ga0.7As層
１５を１×1017cm-3としたp-領域２２が活性層１
４に入りこみｎ形層がわずか0.05μｍしか残らぬ
活性層１４を有したDHレーザでもストライプ両
側での電流のパンチ・スルーは生じなかつた。第
２図に示された構造のレーザではp+領域２１の
レーザ発振光に対する吸収係数がp+になつたこ
とにより増加したためにGaAs活性層１４をしみ
出した光のすそが、わずかかかることによりスト
ライプ両側での吸収損失が大きくなること、また
GaAs活性層１４中に入りこんだp-層２２がスト
ライプ両側での吸収損失増大にあずかるためきわ
めて良好な横モード制御されたDHレーザが得ら
れる。たとえば第１図に示した従来例の構造では
0.15μｍの活性層１４を有したDHレーザで横モ
ードを制御するにはストライプ幅（溝幅）６μｍ
のものに対してｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ａの
厚みは0.4μｍ以下である必要があつた。一方こ
の発明の第２図の構造のものでは
Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みは0.7μｍまで許
容され、横モード制御の成されたDHレーザが得
られる。
の具体的効果について示そう。ｎ―GaAs層１６
の表面のｐ形拡散領域１８とｎ形GaAs基板１２
裏面にそれぞれ電極１１および１７を形成して第
２図のようなへき開端面をもつDHレーザを作
り、電極１７にプラス、電極１１にマイナスの電
圧を印加し電流を流すならば電流はストライプ部
に流れ閾値電流値以上でレーザ発振を生じる。レ
ーザ発振光はストライプ両側ではGaAs活性層か
ら厚みの薄いｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ａを介
してｎ―GaAs基板１２のZn拡散領域２１にまで
広がる。第２図に示したようにｐ―領域がｎ―
GaAs活性層１４に達する構造では、ストライプ
領域両側でのp-―GaAs活性層はZnアクセプタ準
位形成のために実効的にバンドギヤツプの減少を
生じレーザ発振光は損失を受けると共に、さらに
ｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ａへしみ出した光は
p+―GaAs層２１にその一部を吸収され損失をう
け、この結果水平横モードはストライプ部に限定
される。またストライプ部両側でのp-形となつ
たAl0.3Ga0.7As層１３ａのレーザ発振光に対
する屈折率はストライプ部である溝部をうめたｎ
―Al0.3Ga0.7As層１３ｂの屈折率に較べて少
さくなり、さらにこのp-形と変化したストライ
プ両側のAl0.3Ga0.7As層１３ａのレーザ発振
光に対する吸収係数は、ｎ形を保つたストライプ
部の厚いｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ｂに較べて
ｐ形不純物導入にともなう吸収端の長波長側への
移行、不純物吸収の増加により増加し損失を与
え、横モード制御を成されたDHレーザがえられ
る。したがつてこのp-形と変化した
Al0.3Ga0.7As層１３ａが形成され活性層内に
もｐ領域が形成されたDHレーザの構造において
は第１図に図した従来の構造に較べてストライプ
両側のAl0.3Ga0.7As層１３ａの厚みを厚くし
ても横モード制御に有効となる。第２図に示した
ようにp-領域２２が活性層１４の内部に至り、
かつｐ形Al0.3Ga0.7As層１５に至らぬ構造を
作ることはきわめて容易である。なぜならZn拡
散領域２１からZnが拡散していく速度は800℃の
成長温度ではAl0.3Ga0.7As層１３活性層ａに
おいて早く、活性層１４に拡散フロントが到達す
ると急に拡散速度の減少が生じるためであり、
Al0.3Ga0.7As層１３a0.6μｍのものでは約10分
で活性層１４に到達し、活性層１４の厚みを0.15
μｍとすれば70分以上の時間をかけなければ活性
層１４を突きぬけたZn拡散されたp-領域は生じ
ないためである。p-領域２２がｐ―
Al0.3Ga0.7As層１５に到るともはやDHレーザ
構造第２図を作つた場合に活性層１４への電流は
限定されずGaAs基板内１４内にZn拡散されたp-
領域２２によるｐ―ｎ接合を介し電流が流れレー
ザ動作はしないことは明らかである。p-領域２
２がｐ―Al0.3Ga0.7As層１５に到らずとも活
性層１４内に生じたｐ―ｎ接合の空間電荷層はｎ
―活性層１４の両側に広がつていた方が薄い活性
層１４をもつたDHレーザでは動作状態での活性
層１４のｎ形をはさんで作られたｐ―ｎ―ｐ接合
のパンチ・スルー現象が起らず都合が良い。した
がつて厚い活性層１４をもつたDHレーザでは注
意する必要はないが活性層１４が0.1μｍ程度の
ものでは活性層１４のｎ形ドーピングレベルをｐ
―Al0.3Ga0.7As層１５にくらべ高くしておく
ことが有利である。例えば活性層１４のｎ形不純
物濃度５×1017cm-3とし、ｐ―Al0.3Ga0.7As層
１５を１×1017cm-3としたp-領域２２が活性層１
４に入りこみｎ形層がわずか0.05μｍしか残らぬ
活性層１４を有したDHレーザでもストライプ両
側での電流のパンチ・スルーは生じなかつた。第
２図に示された構造のレーザではp+領域２１の
レーザ発振光に対する吸収係数がp+になつたこ
とにより増加したためにGaAs活性層１４をしみ
出した光のすそが、わずかかかることによりスト
ライプ両側での吸収損失が大きくなること、また
GaAs活性層１４中に入りこんだp-層２２がスト
ライプ両側での吸収損失増大にあずかるためきわ
めて良好な横モード制御されたDHレーザが得ら
れる。たとえば第１図に示した従来例の構造では
0.15μｍの活性層１４を有したDHレーザで横モ
ードを制御するにはストライプ幅（溝幅）６μｍ
のものに対してｎ―Al0.3Ga0.7As層１３ａの
厚みは0.4μｍ以下である必要があつた。一方こ
の発明の第２図の構造のものでは
Al0.3Ga0.7As層１３ａの厚みは0.7μｍまで許
容され、横モード制御の成されたDHレーザが得
られる。
以上この発明のDHレーザの構造では第１図の
従来の構造で見られたｎ形Al0.3Ga0.7As層１
３ａのきわめて薄い層厚の必要性にからむ前記し
た製造歩留りとDHレーザの信頼性の問題を大幅
向上できる。また実施例では説明が容易となるよ
うにGaAs―Al0.3Ga0.7AsのDHレーザについ
て述べたがこの発明の構造は他の材料で作られた
DHレーザ構造においても有効なことは言うまで
もない。また実施例においても活性層はGaAsで
なくAl組成Ｘが活性層をはさむAlxGa1―xAs層
よりも小さいAlxGa1―xAsでも良いことも明ら
かである。
従来の構造で見られたｎ形Al0.3Ga0.7As層１
３ａのきわめて薄い層厚の必要性にからむ前記し
た製造歩留りとDHレーザの信頼性の問題を大幅
向上できる。また実施例では説明が容易となるよ
うにGaAs―Al0.3Ga0.7AsのDHレーザについ
て述べたがこの発明の構造は他の材料で作られた
DHレーザ構造においても有効なことは言うまで
もない。また実施例においても活性層はGaAsで
なくAl組成Ｘが活性層をはさむAlxGa1―xAs層
よりも小さいAlxGa1―xAsでも良いことも明ら
かである。
第１図は従来の半導体レーザの共振器面より見
た断面を示す。第２図は本発明の実施例を示す半
導体レーザの共振器面より見た断面図である。 １１はｎ形オーム性電極、１２はｎ形GaAs基
板、１３はｎ形Al0.3Ga0.7Asエピタキシヤル
層、１４はｎ形GaAsエピタキシヤル層、１５は
ｐ形Al0.3Ga0.7Asエピタキシヤル層、１６は
ｎ形GaAs層、１７はｐ形オーム性電極、１８は
電流流入用プレーナ・ストライプ状Zn拡散ｐ形
部、２１はZn拡散p+領域、２２はZn拡散p-領
域。
た断面を示す。第２図は本発明の実施例を示す半
導体レーザの共振器面より見た断面図である。 １１はｎ形オーム性電極、１２はｎ形GaAs基
板、１３はｎ形Al0.3Ga0.7Asエピタキシヤル
層、１４はｎ形GaAsエピタキシヤル層、１５は
ｐ形Al0.3Ga0.7Asエピタキシヤル層、１６は
ｎ形GaAs層、１７はｐ形オーム性電極、１８は
電流流入用プレーナ・ストライプ状Zn拡散ｐ形
部、２１はZn拡散p+領域、２２はZn拡散p-領
域。
Claims (1)
- １ レーザ発振光の出射方向と平行になるような
溝を設けた半導体基板上に、活性層よりも禁制帯
幅が広い半導体クラツド層を形成、その表面を実
質的に平坦にし、その上に活性層を形成し、その
上に禁制帯幅が活性層より広い半導体クラツド層
を形成し前記溝部直上部分の活性層領域に電流が
流れる構造をとつた時に導波される光の活性層か
らのしみだしが溝上のクラツド層では基板に至ら
ない程度に厚く、溝以外の両側のクラツド層では
基板に至る程度に薄いストライプ型ダブルヘテロ
構造の半導体レーザにおいて、前記活性層のう
ち、溝部直上部の活性層領域を除いた活性層領域
に、前記活性層と活性層を挟む半導体層との境界
面と平行な接合面を持つpn接合を設けたことを
特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9078378A JPS5518037A (en) | 1978-07-24 | 1978-07-24 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9078378A JPS5518037A (en) | 1978-07-24 | 1978-07-24 | Semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5518037A JPS5518037A (en) | 1980-02-07 |
| JPS6112399B2 true JPS6112399B2 (ja) | 1986-04-08 |
Family
ID=14008189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9078378A Granted JPS5518037A (en) | 1978-07-24 | 1978-07-24 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5518037A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5789286A (en) * | 1980-11-25 | 1982-06-03 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
| JPS57178396A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-02 | Sharp Corp | Semiconductor laser |
-
1978
- 1978-07-24 JP JP9078378A patent/JPS5518037A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5518037A (en) | 1980-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4282494A (en) | Stripe-geometry double heterojunction laser element | |
| US4635268A (en) | Semiconductor laser device having a double heterojunction structure | |
| US4525841A (en) | Double channel planar buried heterostructure laser | |
| US4321556A (en) | Semiconductor laser | |
| US4366568A (en) | Semiconductor laser | |
| JPH0474877B2 (ja) | ||
| JPS61164287A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JPS6112399B2 (ja) | ||
| JPS6362292A (ja) | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 | |
| JP3229085B2 (ja) | 半導体レーザ装置，及びその製造方法 | |
| JPS6018988A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JPS59198786A (ja) | 分布帰還型半導体レ−ザ | |
| JPH03104292A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH05226774A (ja) | 半導体レーザ素子とその製造方法 | |
| JPS6148277B2 (ja) | ||
| JPH0666526B2 (ja) | 半導体レーザダイオードとその製造方法 | |
| JPS6234473Y2 (ja) | ||
| JPH0325037B2 (ja) | ||
| JP2878709B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPS59197181A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JPS6136720B2 (ja) | ||
| JPS6353718B2 (ja) | ||
| JPS6343909B2 (ja) | ||
| JPS6136719B2 (ja) | ||
| EP0292276A2 (en) | A semiconductor laser device |