JPS6122876B2 - - Google Patents

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JPS6122876B2
JPS6122876B2 JP13734180A JP13734180A JPS6122876B2 JP S6122876 B2 JPS6122876 B2 JP S6122876B2 JP 13734180 A JP13734180 A JP 13734180A JP 13734180 A JP13734180 A JP 13734180A JP S6122876 B2 JPS6122876 B2 JP S6122876B2
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JP
Japan
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semiconductor layer
type
semiconductor
layer
conductivity type
Prior art date
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JP13734180A
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English (en)
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JPS5760885A (en
Inventor
Hisao Kumabe
Toshio Tanaka
Shigeki Horiuchi
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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
    • H01S5/2203Structure 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 with a transverse junction stripe [TJS] structure

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体レーザー装置、とくに
Transverse Junction Stripe(以下、TJSと略記
する)形レーザーに適用される半導体レーザー装
置に関するものである。
一般に、TJS形レーザーは、しきい値電流が低
く、単一モード発振が得られるなどの優れた特性
を有するものとして知られており、その基本構造
はたとえばIEEE Journal of Quantum
Electronics,QE−11,P−47(1975)に詳述さ
れており、また、高温での連続発振が可能な改良
型として半絶縁性基板を用いた構造がApplied
Physics Letter,33(1),P−38(1978)などに掲
載されている。
以下、従来のTJS形レーザーについて、図にし
たがつて説明する。
第1図は、従来のTJS形レーザー基本構造を模
式的に示す斜視図である。図中、1はCrドープ
半絶縁性GaAs基板で、この基板1の主面上に液
相成長によつて、N形AlGaAs層2、N形GaAs
活性層3、N形AlGaAs層4およびN形AlGaAs
層5が順次形成されている。斜線部で示す6は上
記5の層の表面の一部領域から基板1に達する深
さまでZnを高濃度に選択拡散したP+形領域、7
はこのP+形領域6から熱処理によつてZnをドラ
イブ拡散させて形成したP形領域、8は5の層を
コンタクト層とするためにP−N接合部を除去し
た溝、9はP形領域6用の電極、10はN形領域
用の電極である。
上記第1図の構造によれば、GaAsはAlGaAs
より禁制帯巾が狭いのでGaAs活性層3に形成さ
れたP−N接合の拡散電位はAlGaAs層2および
4に形成されたP−N接合の拡散電位より低くな
り、しかもGaAs基板1は少なくとも104Ωcm以上
の高比抵抗であるために基板1側へはほとんど電
流は流れない。したがつて、電極9と10との間
に順方向の電圧を印加すると、大部分の電流は
GaAs活性層3のP−N接合に集中し、図中の1
1で示すP形GaAs活性領域にてレーザー発振を
起こすことができる。
しかしながら、第1図の構造では、厚さ方向
(図中の縦方向)は禁制帯巾が広くて屈折率が小
さいAlGaAs層2と4の間でGaAs活性層3を挾
んだ安定な構造であるが、巾方向(図中の横方
向)はP+−P−Nのキヤリア濃度の差だけで屈
折率分布を形成した構造であるため、電流密度が
大きくなつた場合にキヤリアの閉じ込めが不充分
となり、発振モードが不安定になつたり、高温で
発振停止が起こるなどの欠点があつた。
一方、上記第1図の構造における欠点を克服す
るものとして、第2図で示すようなシングルヘテ
ロ形TJS形レーザーと呼ばれるものが提案されて
いる。この構造では、第1図におけるP+形領域
6に相当する領域が、2〜5の層とは別に成長さ
せたP形AlGaAs層21となつており、このP形
GaAs層21上にコンタクト層となるP形GaAs層
22が形成されている。そして、P形AlGaAs層
21の成長時のオートドーピングによつてP形の
領域23が形成され、他の部分は第1図と同じで
ある。
第2図の構造では、P形GaAs活性層11の横
方向に禁制帯巾が広く屈折率の小さいAlGaAs層
21が存在し、横方向にもヘテロ接合を有するた
め、P形GaAs活性領域11にキヤリアと光を有
効に閉じ込めることができる。したがつて、しき
い値電流は第1図のものの1/3程度に減少できる
とともに、高温まで安定な発振モードが得られ
る。
しかしながら、なお第1図および第2図の従来
構造に共通な欠点が存在する。たとえば、第1図
におけるP+形領域6の形成のためのZnの拡散や
第2図のP形AlGaAs層21の成長が下地の一部
領域に選択的に行なわれるので、これら工程では
保護膜としてマスクを用いる必要がある。このマ
スクとしては、通常、Si3N4膜を使用するが、下
地のGaAsとSi3N4との熱膨張係数が大きく異なる
ことから、上記の拡散や成長の際の少なくとも
600℃以上である熱処理においてエピタキシヤル
成長層に大きな応力がかかることになる。とく
に、Si3N4膜にて被覆された部分と露出した部分
との境界部には応力が集中するため、エピタキシ
ヤル成長層に結晶欠陥が発生する。この欠陥は、
往々にしてGaAs活性層3まで達し、また達して
いない場合でもレーザーの連続動作によつて徐々
に拡大して最終的にGaAs活性層3まで侵入し、
レーザーの寿命を短かくしたり、逆方向特性を悪
化させる原因となる。さらに、上記第1図および
第2図の従来構造では、P−N接合が表面に露出
しているため、レーザーを放熱体に設置するには
基板1側を下にして活性層のP−N接合を上にし
たいわゆるアツプサイドアツプの方法を採らざる
を得ない。これは、逆のアツプサイドダウンの方
法に比較して、熱伝導の悪い層を余分に挾むこと
になり、活性領域11で発生する熱の放散が有効
に行なわれ難く、レーザーの高温動作特性を阻害
する一因となつていた。
この発明は、上記従来の構造の欠点を改善する
ためになされたもので、結晶欠陥の発生の要因と
なるSi3N4膜などの保護マスクを使用することな
くP−N接合を形成することができ、かつ活性層
の横方向にヘテロ接合を有してキヤリアと光の閉
じ込めが効果的な、いわゆるシングルヘテロ形
TJS形レーザーの構造に係るものである。
以下、この発明を図にしたがつて詳細に説明す
る。
第3図は、この発明の一実施例を模式的に示す
斜視図である。図中、31はN形GaAsからなる
半導体基板で、この基板31の主面上に順次、N
形AlGaAsからなる第1の半導体層32、N形
GaAsからなる第2の半導体層33、N形
AlGaAsからなる第3の半導体層34、P形
AlGaAsからなる第4の半導体層35およびN形
GaAsからなる第5の半導体層36が積層形成さ
れている。そして、第5の半導体層36表面の一
部領域から第1の半導体層32の所定深さまで貫
通する段差37が形成され、第5の半導体層36
の表面から段差37に沿つて、第1ないし第5の
半導体層32〜36の全層に接続して第1,第
2,第3および第5の半導体層32,33,3
4,36との間でP−N接合を有するP形
AlGaAsからなる第6の半導体層38が形成さ
れ、さらにこの第6の半導体層38の上にP形
GaAsからなる第7の半導体層39が形成されて
いる。40は、上記第6と第7の半導体層38,
39を成長させる際にオートドーピングによつて
形成されたP形の領域であり、その深さが段差3
7の底部では第1の半導体層32の厚み以下とな
つて基板31まで達しないように、また頂部では
第5の半導体層36の厚み以下となつて第4の半
導体層35まで達しないように制御して形成され
ている。41はP形領域用の電極、42はN形領
域用の電極である。
上記実施例の構造では、電極41と42との間
に順方向電圧を印加すると、第4の半導体層35
−第5の半導体層36−オートドーピングによる
P形の領域40のP形AlGaAs−N形GaAs−P
形GaAsからなる逆バイアス構造によつて第5の
半導体層36のP−N接合部にはほとんど電流が
流れず、第1の半導体層32のP−N接合部は段
差37によつて実効面積が小さいのでやはりこの
P−N接合部にもほとんど電流が流れず、したが
つて、大部分の電流が図中の矢印のように拡散電
位の低い第2の半導体層33のP−N接合部に集
中して、P形GaAsからなる活性領域43で効率
のよいレーザー発振が起こる。しかも、第2図に
おける構造と同様に、活性層となる第2の半導体
層33の横方向に禁制帯巾が広く屈折率の小さい
P形AlGaAsからなる第6の半導体層38が位置
してヘテロ接合を形成しているので、低いしきい
値電流でかつ高温まで安定な発振モードが得られ
る。また、構造上、効率のよい熱放散が可能なア
ツプサイドダウンの組み立て方法が採用できる。
さらに、P形AlGaAsからなる第6の半導体層
38とP形GaAsからなる第7の半導体層39
は、下地、すなわち第5の半導体層36の上面か
ら段差37に沿つて全面成長によつて形成できる
ため、成長の際に前記第1図および第2図の構造
において必須となるSi3N4膜などのマスクを必要
とせず、したがつてマスクの使用によるエピタキ
シヤル成長層の結晶欠陥の発生が避けられる。
以下に、この発明の半導体レーザー装置の製造
工程を、上記一実施例の構造を例として、図にし
たがつて説明する。
第4図で示すように、まず、N形GaAsからな
る半導体基板31上に、液相エピタキシヤル成長
法によつて、N形AlGaAsからなる第1の半導体
層32、N形GaAsからなる第2の半導体層3
3、N形AlGaAsからなる第3の半導体層34、
P形AlGaAsからなる第4の半導体層35および
N形GaAsからなる第5の半導体層36を順次形
成する。ついで、第5図で示すように、選択的に
エツチングすることによつて、第5の半導体層3
6の表面の一部領域から、第1の半導体層32の
所定深さまで貫通する略V字形の溝37aを形成
する。さらに、第6図で示すように、溝37aと
第5の半導体層36との全面にエピタキシヤル成
長によつてP形AlGaAsからなる第6の半導体層
38とP形GaAsからなる第7の半導体層39と
を順次形成し、このとき、オートドーピングによ
つて所定深さまでP形の領域40を形成する。そ
ののち、第7の層39の表面にP形領域用の電極
41を、基板1の裏面にN形領域用の電極42を
形成する。最後に、第6図の一点鎖線に沿つて切
断すれば、第3図の実施例の構造となり、溝37
aは段差37となる。
なお、以上の説明ではGaAs−AlGaAs系の半
導体材を用いたTJS形レーザーについて述べた
が、この発明はたとえばInGaAsP−InP系などの
他の種々の材料を用いる場合にも適用できること
は言うまでもない。
以上、詳述したように、この発明の半導体レー
ザー装置は、活性層の横方向に安定なキヤリアと
光の閉じ込め機構を有し、かつ逆バイアス構造を
含み、しかも効率のよい熱放散が可能なアツプサ
イドダウンの組み立てができる構造であり、ま
た、結晶欠陥の原因となるSi3N4などのマスクを
使用せずに製造できるという特徴がある。その結
果、この発明の半導体レーザー装置では、従来の
ものに比較して、低いしきい値電流で高温まで安
定した単一モードのレーザー発振が得られ、寿命
も一桁以上の向上を示し、逆方向不良もほぼ解決
されるという工業的に利用価値の高い優れた効果
が奏される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のTJS形レーザーの基本構造を示
す模式斜視図、第2図は従来のシングルヘテロ形
TJSレーザーを示す模式斜視図、第3図はこの発
明の一実施例を示す模式斜視図、第4ないし第6
図は上記一実施例の装置の製造工程を示す断面図
である。 31……第1導電形を有する半導体基板、32
……第1導電形を有する第1の半導体層、33…
…第1導電形を有する第2の半導体層、34……
第1導電形を有する第3の半導体層、35……第
2導電形を有する第4の半導体層、36……第1
導電形を有する第5の半導体層、37……段差、
38……第2導電形を有する第6の半導体層、3
9……第2導電形を有する第7の半導体層、40
……オートドーピングによる第2導電形の領域。
なお、図中、同一符号は同一もしくは相当部分を
示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1導電形を有する半導体基板上に、基板側
    から順次、第1導電形を有する第1の半導体層
    と、第1導電形を有する第2の半導体層と、第1
    導電形を有する第3の半導体層と、第2導電形を
    有する第4の半導体層と、第1導電形を有する第
    5の半導体層とが積層形成され、第5の半導体層
    表面の一部領域から第1の半導体層の所定深さま
    で貫通する段差が形成され、第5の半導体層の表
    面から上記段差に沿つて形成されて第1ないし第
    5の半導体層の全層と接続して第1,第2,第3
    および第5の半導体層との間でP−N接合を持つ
    た第2導電形を有する第6の半導体層と、この第
    6の半導体層上に形成されて第2導電形を有する
    第7の半導体層とを備え、第6の半導体層の下面
    に沿つて形成されたオートドーピングによる第2
    導電形の領域の厚みが上記第1および第5の半導
    体層の厚みより薄く、かつ第2の半導体層の禁制
    帯巾が少なくとも第1,第3,第4,および第6
    の半導体層の禁制帯巾より狭いことを特徴とする
    半導体レーザー装置。
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