JPS62162387A - 半導体レ−ザ素子の結晶成長用基板 - Google Patents

半導体レ−ザ素子の結晶成長用基板

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JPS62162387A
JPS62162387A JP61314271A JP31427186A JPS62162387A JP S62162387 A JPS62162387 A JP S62162387A JP 61314271 A JP61314271 A JP 61314271A JP 31427186 A JP31427186 A JP 31427186A JP S62162387 A JPS62162387 A JP S62162387A
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layer
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gaas
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semiconductor laser
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Saburo Yamamoto
三郎 山本
Kazuhisa Murata
和久 村田
Hiroshi Hayashi
寛 林
Takuo Takenaka
卓夫 竹中
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Sharp Corp
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は低閾値の駆動電流でレーザ発振する内部ストラ
イプ構造半導体レーザ素子を製作する上で有効となる結
晶成長用下地基板の構造に関するものである。
〈従来技術〉 活性層の近傍に電流狭窄用のストライブ構造を形成した
内部ストライプ構造半導体レーザ素子は電流狭窄の効率
が高く低閾値の駆動電流でレーザ発振を得ることができ
るものと期待されている。
第2図は内部ストライプ構造半導体レーザ素子の基本的
構成を示す構成図である。従来より提唱されている内部
ストライプ構造半導体レーザ素子の構成は、p−GaA
s基板5上にn−GaAsから成る電流阻止層6を形成
した後電流阻止層6よ、!II) GaAs基板5に達
するストライプ溝7を加工成形し、この上にp−GaA
tAsから成る第1クラッド1−V  3’ 層1.n−Ga   AtAs(0≦x<y<1)から
成1−X    X る活性層2 、 n−Ga   At Asから成る第
2り1−y:Y ラッド層3及びn−GaAsから成るキャップ層4を順
次積層したものである。またGaAs基板5の下面には
p側電極9.キャップ層4の上面にはn側電極8がそれ
ぞれ形成され給電手段が構成されている。n側電極8.
p側電極9を介して通電すると電流阻示層6の介在する
領域はその接合界面が逆バイアスに接合されることとな
り、この部分には電流が流れずストライプ溝7の形成さ
れた領域のみが電流通路となる。従ってこの電流通路に
対応する活性層2の領域近傍でレーザ発振が開始される
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記構造を有する半導体レーザ素子に於
いても実際には活性層2よりストライプ溝7の溝幅内の
みでの微小スポット状レーザ発振を確実に実現すること
は困難である。以下、その理由について第3図(a)(
b)を参照しながら説明する。
第3図(a)はストライプ溝7内に於けるエネルギーバ
ンドを示し、第3図(b)はストライプ溝7外に於ける
エネルギーバンドを示す。ストライプ溝7に於ける第1
クラッド層1及びGaAs基板5はいずれもp型層であ
り、電圧はほとんど印加されない。
従って、ストライプ溝7外に於ける第1クラッド層1、
電流阻止層6及びGaAs基板5にも電圧は印加されず
熱平衡状態のままである。波線矢印で示すような活性層
2で発生したhν(hニブランク定数、シ:振動数)の
エネルギーを有する光はhνよりも大きなエネルギーギ
ャップEg□を有する第1クラッド層1を透過した後、
hνよりも小さなエネルギーギャップEg2を有するス
トライプ溝7近傍の電流阻止層6で吸収され、それによ
って電子−正孔対が発生する0尚、図中白丸は正孔、黒
丸は電子を示す。その結果、電流阻止層6には電子が蓄
積され、また第1クラッド層1には正孔が蓄積されてタ
ーンオンし、元来非導通状態であるべき領域が導通状態
に転換される。ストライプ溝7の近傍が導通状態となり
その直上の活性層2で発光が生じるようになるとその光
で導通状態の領域が次第に拡大していく。即ち、非導通
領域が導通領域からの光の侵入により導通状態へ転換さ
れ、この領域が更に周辺の非導通領域を導通状態へ転換
させることになる。このような過程が繰り返されてつい
には半導体レーザ素子全域が導通状態となり、素子全体
にわたって出力光が生起されるに至り、電流狭窄のため
のストライプ構造はその意義を失する結果となる。
上述の問題点を除去する手段として、電流阻止層6に光
の吸収の少ない(GaAt)As層を用いるかあるいは
第1クラッド層1の厚さを充分に厚くすることが考えら
れる。しかしながら(GaAt)As層表面は酸化膜が
形成され易く、その上へのエピタキシャル成長が阻害さ
れ良好な結晶が得られない。また第1クラッド層1の厚
さを厚くするとストライプ溝7から注入された電流は活
性層2へ到達するまでに横方向へ拡がり、このため電流
狭窄の効果が減少してスポット発振が得られず発振開始
の閾値電流が増大する。
〈発明の概要〉 本発明は上記現状に鑑み、技術的手段を駆使することに
よって電流狭窄効果の実を上げ低閾値でスポット状のレ
ーザ発振を得ることのできる新規有用な内部ストライプ
構造を有する半導体レーザ素子を提供することを目的と
するものである。
本発明はn−GaAsのキャリア濃度が高くなる程Ga
Asのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有する
光即ち0.89μmより短波長の光に対しては吸収係数
αが小さくなる性質及びキャリア濃度が高い程少数キャ
リアである正孔の拡散長り。
が短かくなる性質を有するn −G a A s層を利
用して電流狭窄の信頼性を向上させることのできるスト
ライプ構造を製作する半導体レーザ素子製作用結晶成長
下地基板を提供するものである。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例に従って図面を参照しながら詳説
する。
第1図(A)は本発明の半導体レーザ素子結晶成長用基
板に電流阻止層として用いられるn−GaAs層の吸収
係数の波長依存性がそのキャリア濃度によって大きく変
化する様子を示す説明図である。
図中曲線t!はキャリア濃度3X10”    、t2
はキャリア濃度7×10′80 の場合の特性曲線であ
る。第1図(B)は同じく正孔の拡散長Lpがキャリア
濃度の増大によって短くなる様子を示す。
また同時に第1図(B)中にp−GaAsに於ける少数
キャリアである電子の拡散長Lnを示す。p−GaAs
の場合はキャリア濃度1×1018crn   以上で
は常に少数キャリアは発光再結合をし、その光の再吸収
に起因して電子の拡散長Lnは長い。一方、n  Ga
Asの場合はキャリア濃度3 X 10 ”tyn−3
以下では発光再結合が中心であるが、キャリア4度3X
1018m  以上で、@、激に非発光再結合が支配的
となり正孔の拡散長し、は短かくなる(J。
APPL、PHYS 、Vo144 、No−3197
3゜P1281)。
電子の拡散長L はキャリア濃度を5×1018crn
−3以上としても2μm以下にすることはできないので
n−GaAs基板上にp−GaAs層を形成してこれを
電流阻止層として用いることは電流狭宇上不都合である
。一方、p型GaAs基板上にn−GaAs層を形成し
てこれを電流阻止層とする場合でも従来の如くキャリア
濃度がlXl018oy+  程度であると正孔の拡散
長は2μm以上と長く光の吸収係数も大きいので電流阻
止層を2μm以下の厚さにすることはできない。このこ
とはストライプ溝の幅Wを6μm以下にエツチング加工
することが困難であることを意味する。第1図(B)よ
りn −GaAsのキャリア濃度を3X10”α 以上
とすると正孔の拡散長Lpは急激に減少し、1μm以下
となる。従って、第2図に示すp−GaAs基板5上に
形成される電流阻止層6としてn−GaAs層を用い、
そのキャリア濃度を3X1018m  以上として、そ
の厚さを1μm以下に設定し、ストライプ溝7の幅Wを
5μm以下に加工成形することによりストライプ幅の小
さい電流狭窄機構が得られる。
第1図(A)(B)より電流阻止層6であるn−GaA
s層のキャリア濃度をより高くする程その厚さを薄くで
きることがわかる。例えばn−GaAs層のキャリア濃
度を7×1018crn  とすれば、この上にエピタ
キシャル成長された多層結晶から成るレーザ発振波長0
.83μmの半導体レーザ素子に於は正孔の拡散長り、
を0.2μmにすることができ、n−GaAs層の厚さ
を0.3μm程度に薄くしても溝加工後の電流狭窄が可
能であり、その電流狭窄効果は高く低閾値の駆動電流で
半導体レーザ素子のレーザ動作を得ることができる。
以下、本発明を半導体レーザ素子の成長用基板として適
用した各種実施例について説明する。
〔実施例 1〕 I X 10”cm  のキャリア濃度を有する2 ド
−プp−GaAs基板上に液相エピタキシャル成長法に
よシキャリア濃度5 X 1018t:m  を有する
T ドープn−GaAs層を0.6μmの厚さに成長さ
せこれを半導体レーザ素子の結晶成長用下地基板として
用いる。n−GaAs層よりGaAs基板に至る迄スト
ライプ状の溝をエツチング加工する。
ストライプ溝の幅Wは3μmとする。このストライプ溝
を300μmのピッチで形成した後、再度液相エピタキ
シャル成長法でZnドープp −G a (L 7At
o、3ASから成る第1クラッド層を層厚0.5μmで
Siドープ”’−Gao、95At(105Asから成
る活性層を層厚0.1μmで、T ドープn −G a
 o、 7AtQ 3ASから成る第2クラッド層を層
厚1μmで、T ドープn−GaAsから成るキャップ
層を層厚3μmで、それぞれ順次堆積させる。次にp側
電極及びn側電極を蒸着形成し、ストライプ溝を中心と
する300μm幅にウェハーを分割し、弁開法で共振器
端面を形成して半導体レーザ素子とする。
この内部ストライプ構造半導体レーザ素子はp−GaA
s基板上のn−GaAs層が定流阻止層として働き、発
振波長が0.83μmであり、その発掘閾値は共振器長
を250μmとした場合平均して25mAであった。
〔実施例 2〕 lXl0′9m   のキャリア濃度を有するZn ド
ープp−GaAs基板上に液相エピタキシャル成長法に
よシキャリア濃度7 X 1019cm  を有するT
 ドープn−GaAs層を0.8μmの厚さに成長させ
これを半導体レーザ素子の結晶成長用下地基板として用
いる。n−GaAs層よりGaAs基板に至る迄ストラ
イプ状の溝をエツチング加工する。
ストライプ溝の幅Wは3.5μmとする。このストライ
プ溝を300μmピッチで形成した後、再度液相エピタ
キシャル成長法でZnドープp −Ga o、5At□
、5ASから成る第1クラッド層を層厚0.5μmで、
Siドープn ’−G a O,g6 A to、 1
4 A Sから成る活性層を層厚0.1μmで、Teド
ープn −G a (L5 Al−(3,5Asから成
る第2クラッド層を層厚1μmで、T8ドープn−Ga
Asから成るキャップ層を層厚3μmで、順次堆積する
。次にp側電極及びn側電極を蒸着形成し、ストライプ
溝を中心とする300μm幅にウェハーを分割し、共振
器を弁開法で形成する。この内部ストライプ構造半導体
レーザ素子は発振波長0,78μmでありその発振閾値
は共振器長を250μmとした場合、平均して30mA
であった。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明は半導体レーザ素子における
電流阻止層として作用するn−GaAsのキャリア濃度
を3X1018LM  以上とし、p −GaAs基板
上にエピタキシャル成長させて結晶成長用下地基板を構
成し光の吸収及び正孔の拡散長の両面より有利な条件を
提供する基板構造を確立することにより電流狭窄効果が
高く低閾値の駆動電流特性を有する内部ストライプ構造
半導体レーザ素子の実現を可能とすることができる。
尚、本発明は光の吸収係数及び少数キャリアの拡散長の
キャリア濃度依存性がn型GaAsと同様な性質を有す
る材料であれば、いかなるものにでも適用できる。また
ダブルへテロ接合型の半導体レーザ素子以外にンングル
ヘテロ接合型あるいはマルチへテロ接合型にも適用可能
である。更に半導体レーザ以外の発光素子にも応用し得
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)(B)本発明の説明に供するn−GaAs
層の特性を示す説明図である。 第2図は内部ストライプ構造半導体レーザ素子の基本的
構成を示す構成図である。 第3図(a)(b)はストライプ溝内外のエネルギーバ
ンドを示す説明図である。 1・・・第1クラッド層  2・・活性層3・・・第2
クラッド層  4・・・キャップ層5・・・GaAs基
板    6・・・電流阻止層代理人 弁理士 杉 山
 毅 至(他1名)4表(4m) (A) (B> 第1団 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、p型GaAs基板上にn型不純物がキャリア濃度3
    ×10^1^8cm^−^3以上ドープされたGaAs
    層がエピタキシャル成長され、GaAs層の表面が半導
    体レーザ素子の結晶成長用下地面に設定されていること
    を特徴とする半導体レーザ素子の結晶成長用基板。
JP61314271A 1986-12-26 1986-12-26 半導体レ−ザ素子の結晶成長用基板 Granted JPS62162387A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114214A (ja) * 2009-11-27 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57159084A (en) * 1981-03-25 1982-10-01 Sharp Corp Semiconductor laser element

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JPH048957B2 (ja) 1992-02-18

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