JPS61284987A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS61284987A
JPS61284987A JP60126954A JP12695485A JPS61284987A JP S61284987 A JPS61284987 A JP S61284987A JP 60126954 A JP60126954 A JP 60126954A JP 12695485 A JP12695485 A JP 12695485A JP S61284987 A JPS61284987 A JP S61284987A
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智彦 吉田
Haruhisa Takiguchi
治久 瀧口
Shinji Kaneiwa
進治 兼岩
Kaneki Matsui
完益 松井
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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に関し、特べ埋込みへテロ構造を
有する半導体レーザ素子に関するも′のである。
〈従来技術〉 レーザ発掘用活性層を活性層より屈折率が小さくエネル
ギーギャップの大きい半導体層で囲んだ埋込み型の半導
体レーザ素子は、発振閾電流値が低く安定な横モードで
発振する等の利点を有しており、光通信システムや光計
測システム用の光源として利用され、産業上非常に重要
な素子となっている。しかし、この埋込み型レーザ素子
では、注入電流量を増加していくと活性層を通らない無
効電流が急激に増大し、これが出力の最大値を制限して
いる。また、この無効電流は温度の上昇とともに増加す
ることも知られており、特にＩｎＧａＡＳＰ／ＩｎＰ系
の埋込み型半導体レーザでは実用上の障害となっている
。
上記無効電流の原因は次の様に考えられる。埋込み型半
導体レーザは、主として第２図または第３図に示した様
な構造に作製される。第２図は例えばｎ型１１Ｐ基板１
上にｎ型ＩｎＰバッファ層２、ノンドープＩ　ｎＧａＡ
３Ｐ活性層３、ｐ型１ｎＰクラッド層４を順次エピタキ
シャル成長した後、通常の化学エツチング法を用いてエ
ピタキシャル成長層をメサ型にエツチング成型し、この
両側にｐ型ＩｎＰ埋込層５、ｎ型！ｎＰ埋込層６を成長
させたものである。第３図は例えばｎ型１ｎＰ基板ｌ上
にｐ型ＩｎＰ埋込層５、ｎ型１ｎＰ埋込層６を順次エピ
タキシャル成長させた後、通常の化学エツチング法を用
いて溝を彫り、その後ｎ型１ｎＰバッファ層２、ＩＨＧ
ａＡｓＰｉ性層３、ｐ型！ｎＰクラッド層４を順次溝内
にエピタキシャル成長させたものである。いずれの方式
で作製された素子においてもレーザ発振は活性層３を通
る注入電流７に依存しており、活性層３の両側の埋込層
５，６によって作られるｐ−ｎ接合は逆バイアスされて
いるため、注入電流７が小さい時はこの部分には殆んど
電流は流れない。しかし、注入電流量を大きくしていく
と活性層３の両側の埋込層５，６にも相当量の電流が流
れるようになる。この原因はクラッド層４から埋込層５
へ流れるゲート電流７ｂによって、クラッド層４、埋込
層５及びバッファ層２（又は基板ｌ）で形成されるサイ
リスタが導通するためである（樋ロ他：レーザ研究第１
３巻、第１５６頁、１９８５年）。注入電流７ｂを小さ
くするためには活性層３を下方の埋込層５と上方の埋込
層６の頂度接合面の箇所に層設すればよいが、現在の液
相エピタキシャル技術と化学エツチング技術では、この
ような精巧な層厚制御は不可能であり、上述の原因で生
じる無効電流を防ぐことはできない。
〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、埋込層に流れ込む電流を
極力抑えて無効電流が注入電流量によって大幅には変化
しないような構造の埋込型半導体レーザ素子を提供する
ことを目的とする。
〈発明の概要〉 本発明は、上記目的を達成するため、導電型がＰ型又は
ｎ型に選定された第１導電型の化合物半導体基板上に、
該基板より屈折率が高くエネルギーギャップの小さい活
性層及び基板と反対導電型のクラッド層を順次エピタキ
シャル成長させてレーザ発振動作部を形成した後、メサ
型ストライプ状にエツチング成形し、該メサ部の上部の
みを除いた部分に上記第１導電型の第１埋込層、第１導
電型とは反対の第２導電型の第２埋込層、第１導電型の
第３埋込層を順次エピタキシャル成長させ、さらに全面
に第１導電型のクラッド層をエピタキシャル成長させた
ことを特徴とする。
〈実施例〉 以下、本発明の１実施例について図面を参照しながら詳
説する。
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の構
成図である。このレーザ素子の製作法は、まずｎ型（＋
００）ＩｎＰ基板ｌ上にｎ型１ｎＰバッファ層２（厚さ
３μｍ）、ノンドープＩ　ｎＧａＡｓＰ　活性層３（発
光波長１，３μｍ１厚さ０．２μｍ）、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層４（厚さ０．５μｍ）を通常の液相エピタキシャ
ル成長法により順次成長させる。次にフォトリングラフ
ィ技術により、幅２μｍの７オトレジストのストライプ
パターン（図示せず）を（０１１＞方向に形成し、これ
をマスクとしてＢｒ−メタール溶液により、この多層結
晶構造を）（ソファ層２の途中迄エツチングし、メサ状
ストライプを形成する。メサ状ストライプの幅を約２μ
ｍと狭くかつメサ状ストライプの高さも約２μｍに設定
することにより、後工程での埋込み成長の際にメサ状ス
トライプ上面部への成長を抑制することが可能となる（
水戸他：電子通信学会技術報告０ＱＥ８０−Ｊ　Ｉ　６
　）。上記バック７層２はなくてもよいが、ＩｎＰ基板
１中に含まれる欠陥等の影響を防ぐために設けである。
次に、２回目の液相エピタキシャル成長により、まずバ
ッファ層２（又は基板りと同じ導電型のｎ型１ｎＰ第１
埋込層８（平坦部での厚さ０．５μｍ）を成長させ、順
次ｐ型１ｎＰ第２埋込層５（平坦部での厚さ０．８μＦ
Ｆり、ｎ型ＩｎＰ第３埋込層６（平坦部での厚さ０．８
μｍ）、ｐ型１ｎＰクラッド層４′（厚さ３μｍ）を成
長する。
クラッド層４′は十分厚く成長させることにより、メサ
の上部にも自動的に成長させることができる。
次にｐ側及びｐ側の電極（図示せず）を基板１表面とク
ラッド層４表面にそれぞれ形成した後、（１１０）面で
骨間してレーザ発振用共振器を形成する。上記構造の重
要な点は第１埋込層８としてバッフ７層２（又は基板ｌ
）と同じ導電型の層全成長させたことにある。この層即
ち第１埋込層８が介挿されることによって、本実施例の
素子構造ではゲート電流７ｂは流れることができなくな
っている。その代わりにクラッド層４がら活性層３を通
らないで、第１埋込層８を通って流れる無効電流が存在
することになる。この点を更に詳しく説明するために、
第２図又は第３図に示す構造の半導体レーザ素子の等価
回路を第４図（Ａ）　＋（、第１図に示す本実施例の半
導体レーザ素子の等価回路を第４図（Ｂ）に示す。電流
阻止構造はいずれの素子構造でもサイリスタの等価回路
（破線内の回路］で表わされるが、第４図（Ａ）の構造
では注入電流（ＩＴ）　　７が増加するにつれてゲート
電流（Ｉｃ）７ｂも増加し、このだめサイリスクが導通
しその増幅作用のためＩＧよりはるかに大きな電流１５
が流れる。１５はダイオードＤＡで表わされる活性層を
通らない無効電流であるから、この等価回路で表わされ
る従来の素子では注入を流ＩＴが増加するにつれて無効
電流も急激に増加することとなる。
一方、第４図ＣＢ）の構造では注入電流■Ｔが増加する
につれて活性層と並列に接続されたダイオードＤｓを通
る無効電流は増加するが、その量は注入電流量に単に比
例するだけであり、サイリスタは非導通状態を保つため
、無効電流の増加は第４図（Ａ）の場合と比較すると極
めて小さい。ダイオードＤｓはクラッド層４と第１埋込
層８によって形成されるｐ−ｎ接合を表わしている。上
記実施例では無効電流が小さいため、室温で７０ｍＷ以
上の高出力動作が可能となり、また無効電流による発熱
の影響が少ないため、１４０°Ｃ以上の高温までレーザ
発振が可能であった。尚、上記実施例は成長用基板とし
てｎ型基板を用いた場合について説明を行なったがｎ型
基板を用いた場合でも同様である。また活性層として１
．３μｍの発光波長を呈する１ＨＧａＡｓＰを用いた場
合について説明しているが、本発明はこれに限定される
ことなく１．１〜１．６μｍの範囲内の１ｎＧａＡ、Ｐ
を使用してもよい。また第１゜第２．第３の埋込層とし
てＩｎＰを用いた場合について説明を行なったが、これ
らの埋込層としては活性層より屈折率が小さくかつエネ
ルギーギャップの小さいＩｎＧａＡｓ　Ｐ等地の材料を
用いてもよい。
この際、埋込層がメサの上部にも成長するのを防ぐため
、メサの上部に５ｉ０２膜や、Ｓｉ３Ｎ４膜を蒸着して
おいてもよい。この場合にはクラッド層を成長す、る前
にこれらのＳ　ｉ０２膜！　ＳＩ３Ｎ４膜を除去すれば
よい。エピタキシャル成長層もＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
系の半導体材料に限定されるものではなく、ＧａＡｔＡ
ｓ／ＧａＡｓ系の半導体レーザ素子等にも適用できるこ
とは明らかである。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明によれば、注入電流を増加さ
せても電流阻止層を通って流れる電流を殆んど増加させ
ることすく、高出力動作を可能とすることができ、信号
光源として適する半導体レーザ素子を作製することがで
きる。またその結果、活性層を通らない無効電流による
素子の発熱を防止することができ、極めて高い温度まで
動作させることが可能な半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の断
面図である。第２図及び第３図は従来の埋込型半導体レ
ーザ素子を示す断面図である。第４図は埋込型半導体レ
ーザ素子の電気的等価回路を示す回路図である。 １・・・基板、２・・・バッフ７層、３・・・活性層、
４・・・クラッド層、５．６．８・・・埋込層、７・・
・注入電流。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図 第２図 第３図 （Ｌ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、半導体基板上に該半導体基板より屈折率が高くエネ
    ルギーギャップの小さい活性層と前記半導体基板とは逆
    導電型のクラッド層を順次積層して成るメサ型ストライ
    プ状レーザ発振部の両側に、前記半導体基板と同導電型
    の第１埋込層、逆導電型の第２埋込層、同導電型の第３
    埋込層が順次成長形成され、前記クラッド層、前記第１
    埋込層及び前記半導体基板で形成されるサイリスタへ流
    れる注入電流の抑制機能を付与したことを特徴とする半
    導体レーザ素子。
JP60126954A 1985-06-10 1985-06-10 半導体レ−ザ素子 Pending JPS61284987A (ja)

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