JPS61135186A - 半導体レ−ザ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＴＪＳＩ／−ザの７レイ化による高出力レ
ーザな得るための半導体レーザ忙関するものである。

〔従来の技術〕

第５図、第６図番文従来のＴＪＳ　（雑誌ＩＥＥＥ。

Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　ＱＥ−１１，
１９５７，４２）頁参照ンレーザの構造の概略を示した
もので、第５図（ａ）は従来のＴ　Ｊ　Ｓ　（Ｔｒａｎ
ｓｖｅｒｓｅ　ＪｕｎｃｔｉｏｎＳｔｒｉｐｅ　）　ｖ
−ザの斜視図、第５図（ｂ）はその断面図である。第５
図において、１は活性層、２゜３はクラッド層、４はコ
ンタクト層、５は半導体基板、６は活性領域、７は拡散
領域、８は溝部、９．１０．１３は電極、１４は端面で
ある。

半導体基板５は第５図の場合半絶縁性ＧａＡ＋ｓ基板を
用い、この半導体基板５の上に、禁制帯幅の小さい活性
層１を挾んで禁制帯幅の大きい２つのクラッド層２，３
からなる半導体層をエピタキシャル成長させる。さらＫ
ｉ電極、１３を形成するためのコンタクト層４からなる
多層エビタキシャルクエハに対して選択拡散忙よって前
記活性層１、クラッド層２，３、コンタクト層４とは異
なる導電形の拡散領域７を少くとも活性層１を横切って
第５図（ｂ）のよう忙設けろ。コンタクト層４上忙形成
されたＰＮ接合部をエツチングして溝部８を設け、たと
えば、活性層１．クラッド層２，３゜コンタクト層４が
Ｎ形厚電層のときは、拡散領域ＴをＰ形厚電層とする。

従来のＴＪＳレーザは上記のように構成され、ＰＮ接合
の電極１３，９間忙順方向バイアスを印加するとｔ鑞は
最も拡散電位差の小さい活性層１のＰＮ接合部を横切っ
て殆んど流れる。同時に、電子ばＮ側からＰ側へ活性層
１のＰＮ接合を横切って注入され、注入された電子はホ
ールと再結合して活性領域６で発光する。従来のレーザ
は第５図（ａ）のよ５に光を反射させる１対の端面゛１
４を宵した共振器であるため、活性領域６で発光した光
は両端面間で反射され、一部は再び共振器内忙戻る、い
わゆる帰還増幅作用によって、順方向バイアス、すなわ
ち、を流を増加していくと、ある電流値（しきい値）以
上でレーザ発振し、光出力は急激に増大し、レーザ光は
第５図（ａ）の矢印のよ５＆Ｃ活性領域６から共振器の
端面１４を通って放射されろ。第５図に示した従来のＴ
ＪＳレーザは活性領域６の垂直方向の両側を屈折率の小
さいクラッド層２．３で挾まれ、水平方向もＰ＋領域と
Ｎ領域の屈折率の小さい領域で両側を挟まれたいわゆる
屈折率分布形レーザであるため、横モードは安定な基本
モードで動作し、縦モードは単一モードで動作する。ま
た、レーザのしきい喧電流も通常３０ｍＡ徨度と低（、
基本的なレーザ発振特性はすぐれており、光源として３
〜５ｍＷの光出力で光システムに応用する場合には殆ん
ど問題なく使用できる。

ところで、従来のＴＪＳレーザの活性領域６は第５図に
示したような構造であるが、これを拡散忙よって形成す
る従来の製造方法により製造された半導体レーザの一例
の断画図を第６図に示す。

第６１忙おいて、ワエハの多層エピタキシャル層である
活性層１、クラッド層２．３、コンタクト層４の構成は
第５図と同様で、前記ワエノへに活性領域６を形成する
には、拡散マスク１２を形成した後、開孔部１１を通し
て前記エピタキシャル層の活性層１、クラッド層２，３
、コンタクト層４と異なる導電形不純物を少くとも活性
層１を横切る深さ以上まで拡散して拡散領域７を形成し
て活性領域６を構成する。第６図で説明したような従来
の製造方法では拡散マスクの幅Ｗおよび開孔部の幅Ｙは
電極９，１３を形成するために、たとえば、少くとも通
常８０−１００μｍ以上必要となる。

ところで、半導体レーザの光出力を増大させ、たとえば
１０ｍＷ以上ｔｏＯｍＷ、或いはそれ以上のワット級の
光出力をもつ半導体レーザは、書込みなどを行う光メモ
リディスクシステムや長距離光伝送システムなどの光源
として有用である。

半導体レーザを高出力化するには色々な方法が知られて
いるが、その一つに単体のレーザないくつか並べたーい
わゆるアレイレーザがある。アレイレーザは、たとえば
個々のレーザのしきい値電流。

動作電流１発振波長１発振モード等の特性についてでき
るだけそろっている必安があると共に、高密度で集積化
さ７″した方がより有用で望ましい。従って、たとえば
モノリシンクにアレイ化する場合。

レーザの構造および製造方法が前記の条件に適したもの
でなければ特性の均一、かつ歩留りの高い半導体レーザ
を実現させることは難しい。前記第５図および第６図圧
水した従来のＴＪＳレーザは個々の単体レーザとしては
良好な発振特性を示し、光出力は３〜５ｍＷで使用する
場合さしつかえない１ 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のような従来の半導体レーザでは、たとえばＣＷ（
持続波）で１００ｍＷ以上の光出力を得ることは難しく
、アレイ化し【高出力を得るＫしても従来装置では構造
上および製造方法上問題点がある。−ｒなわち、従来装
置は一表面上忙正負の電極９，１３の双方を設け、かつ
コンタクト層４のＰＮ接合を分離しなければならず、ま
た、活性領域６を形成するだめの拡散も表面側から実施
するため、いずれも小さい寸法にするには限度があり、
プた、工程も複雑であることなどから１個々のレーザ単
体の間隔を狭くして高密度にアンイ化することが難しく
、高出力化し難いという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、従来装置の長所を生かし、かつ高出力を得ろため
の７レイ化を容易に実現できる半導体レーザを得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザは、活性層である第１のエ
ピタキシャル層の上下両側をクラッド層である第２のエ
ピタキシャル層で挟み、前記第１のエピタキシャル層と
異なる導電形の帯状に連続した段差部からなる凹凸を有
し、この凹凸部の上ＩｆＦまたは下面領域が、第１のエ
ピタキシャル層を横切りで、かつ第２のエピタキシャル
層の一方に形成された交叉領域とを備えたものやある。

〔作用〕

この発明においては、交叉領域と第１のエピタキシャル
層との接合部が活性領域となり、レーザ光が発光する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例忙よる半導体レーザの構造
を示した斜視図で、第２図は第１図の断面拡大図である
。第１図、第２図において、２１は活性層、２２．２３
はクラッド層、２４は半導体層、２５．２６は段差部、
２７は拡散領域、２Ｂは活性領域、２９はコンタクト層
、３０は半導体基板、３１．３２は電極である。

次に、上記のような構成の半導体レーザの製造方法につ
いて説明する。

まず、半導体基板３０上忙第３のエピタキシャル層であ
るＰ形の半導体層２４を形成後、写真製版技術とエツチ
ング技、術を併用して第１図、第２図に示した如く段差
部２５．２６からなる凹凸を形成し、さらに禁制帯幅の
大きな第２のエピタキシャル層であるＮ形のクラッド層
２３を前記段差部の上の凸部の表面が平滑になるように
形成した後、クラッド層２３よりも素側帯幅の小さな第
１のエピタキシャル層であるＮ形の活性層２１を、続い
てクラッド層２３と同様の第２のエピタキシャル層であ
るＮ形のクラッド層２２およびオーミックコンタクト形
成用のコンタクト層２９を各々形成する。その後、前記
フエへをＰ形の半導体層２４のＰ形ドーパントが拡散す
る温度で熱処理して、活性層２１を横切り、かつクラッ
ド層２２の内部に達するように拡散させて交叉領域２７
（第１図、第２図中点線で示す領域）を形成した後、罵
ｆｊ３１．３２を形成するものである。

上記レーザの発光部である活性領域２Ｂは活性層２１を
横切るＰＮ接合部であり、原理的に第５図、第６図の従
来の構造と同様にレーザ動作する。

第１図、第２“図におい工、たとえば半導体基板３０に
Ｐ形のＱａＡａ結晶を用いた場合、半導体層２４はＰ形
のＡｌｙＧ＆＋−ｙＡｓ層、クラッド２２．２３はＮ形
のＡｌｙ　Ｇａｔ−ｙＡｓ層、活性層２１はＮ形のＡｌ
。

Ｇａｔ−ｘＡａ層、フンタクト層２９はＮ形のＧａＡ１
層で、Ｙ＞Ｘの条件で形成すれば、レーザは良好忙動作
する。丁なわち、順方向にバイアスすると、はとんどの
電流は拡散電位の最も小さい領域となるＰＮ接合部によ
る活性領域２Ｂを通って正の電極３１側から負の電極３
２側へ流れ、このときキャリアが活性領域２８に注入さ
れ工ホールと再結合して発光し、ある電流値、たとえば
２０〜３０ｍＡのしきい値においてレーザ発振する。

また、この発明による構造のレーザでは、発光部となる
活性領域２８のＰＮ接合部を半導体層２４忙゛段差部を
設けて、ここを拡散源とするため、拡散フロントがクラ
ツド層２２０半導体層忙達するまでの距離を短くできる
効果と合わせ工、前記ＰＮ接合部である□活性領域２Ｂ
の間隔を横方向忙狭くすることが可能である。したがっ
て、第１図。

第２図に示した如（、非常に高い密度でレーザな並べた
アレイレーザが容易に％現できる。たとえば、半導体層
２４から交叉領域２７の深さ方向の距離を２〜５μｍ程
度にできるため、活性領域２ａの横方向のピッチも原理
的に同じ間隔に狭めることが可能である。

なお、第１図、第２図に示しｆ、−実施例はＰ形基板を
用いて半導体層２４を基板側に形成した構造であるが、
この発明はＮ形基板を用いる場合にも適用できる。

第３図はＮ形の半導体基板３０を用い、拡散源となるＰ
形の半導体層２４を活性層２１の上側に形成した場合の
他の実施態様を示すもので、第１図、第２図で示したフ
ンタクト層２９は省略しであるが、他の要素である符号
２１〜２８．３０〜３２は同一のもので、ＰＮ接合が上
下反対構造になっている。動作としてはＰＮ接合が反対
になっただけで、順方向上バイアスすると、電流はＰＮ
接合部による活性領域２Ｂを通って正の電極３１側から
負の電極３２側へ流れ、このとき、キャリアが活性領域
２８に注入されてホールと再結合して発光し、電流値が
しきい値になるとレーザ発振するのは第１図、第２図と
同じである。

また、第４図はＩ１１基板である絶縁タイプの半導体基
板３０＆を用いたこの発明のさらに他の実施例であるが
、ＰＮ両万の電極３１．３２を一表面側忙形成するプレ
ーナ形の構造となる以外は、符号１０．．２１．２４〜
２８．３０〜３２も第１図、第２図と同様である。動作
としては、順方向にバイアスすると、電流はＰＮＮ接合
部上る活性領域・２８を通って正の電極３１側から負の
電極３２側へ流れ、このとぎ、キャリアが活性領域２Ｂ
に注入されてホールと再結合して発光し、ｔａ値がしき
い値忙達するとレーザ発振する点は第１図。

第２図、第３図と同じである。

また、この発明はＧａＡｓ　、　ＡＩＧａＡａ系材料を
用いた場合の実施例を示したが、他の材料、たとえば、
ＩｎＰ系、ＧａＰ　　系などを用いる半導体レーザ等に
適用しても、同様の結果を期待できることは明らかであ
る。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、クラッド層である第２
のエピタキシャル層の少くとも１つの層中に活性層であ
る第１のエビタキシャ／ｌｚ層と異なる導を型の帯状に
連続した段差部からなる凹凸な設けた交叉領域をその凹
凸の上面または下面が第１のエピタキシャル層を横切る
よ５に設げたので、高密度に、かつ容易にレーザ共振器
をモノリシックに配列することが可能忙なり、光出力の
向上、製造コストの低減、製造工程の簡易化等の大きな
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１因はこの発明の一実施例忙よるＰ形基板を用いた場
合の半導体レーザの構造を示す断面拡大図、第２図は第
１図を拡大した断面図、第３図はこの発明の他の実施例
のＮ形基板を用いた場合のレーザの構造を示す断面図、
第４図はこの発明のさらに他の実施例であるＩ形基板を
用いた場合のレーザの構造を示す断面図、第５図（ａ）
は従来のＴＪＳレーザの構造を示す斜視図、第５図（ｂ
）はその断面図、第６図は第５図のＴＪＳレーザの製造
方法を示した断面図である。 図において、２１は活性層、２２．２３はクラッド層、
２４は半導体層、２５．２６は段差部、２７は交叉領域
、２８は活性領域、２９はコンタクト層、３０．３０ｍ
は半導体基板、１０，３１゜３２は１視である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄　　　（外２名ン第３図 一第　４　図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に活性層である禁制帯幅の小さい第
   １のエピタキシャル層と、この第１のエピタキシャル層
   の上下両側を挾んで形成された前記第１のエピタキシャ
   ル層よりも禁制帯幅の大きいクラッド層である複数の第
   ２のエピタキシャル層とからなる半導体レーザにおいて
   、前記第１のエピタキシャル層と異なる導電形の帯状に
   連続した段差部からなる凹凸を有し、この凹凸部の上面
   または下面領域が少くとも前記第１のエピタキシャル層
   を横切つて、かつ前記第２のエピタキシャル層の一方に
   形成された交叉領域とを備えたことを特徴とする半導体
   レーザ。
2. （２）交叉領域は、熱拡散により形成されたものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導
   体レーザ。