JPS62196883A

JPS62196883A - 半導体レ−ザ

Info

Publication number: JPS62196883A
Application number: JP3964786A
Authority: JP
Inventors: Akio Yoshikawa; 昭男吉川; Takashi Sugino; 隆杉野; Masanori Hirose; 広瀬　正則; Atsuya Yamamoto; 敦也山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-02-24
Filing date: 1986-02-24
Publication date: 1987-08-31

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各種電子機器、光学機器の光源として。

近年急速に用途が拡大し、需要の高まっている半導体レ
ーザに関するものである。

従来の技術近年、電子機器、光学機器のコヒーレント光源として半
導体レーザに要求される重要な性能には。

低電流動作、基本横モード発振があげられる。これらの
性能を実現するためには、レーザ光が伝播する活性領域
付近にレーザ素子中を流れる電流を集中するようにその
拡がりを抑制し、かつ閉じ込める必要がある。このよう
な構造を内部につくりつけた半導体レーザは通常内部ス
トライプ型レーザと呼ばれる（例えば、今井哲二氏他編
著［化合物半導体デバイス（ＩＩ）Ｊ　Ｐ、２１４〜Ｐ
、２１５）。

以下、上述した従来の内部ストライプ型レーザの一例を
図面に基づいて説明する。

第４図に従来の内部ストライプ型レーザの断面図を示す
。第４図において、１はｎ型ＧａＡｓ基板。

２はｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバラフッ層、３はｎ型ＡｆＬＧ
ａＡｓクラッド層、４はＡ　１１Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層
、５はＰ型Ａｌ１ＧａＡｓクラッド層、６はｎ型ＧａＡ
ｓｆｆ１流阻止層、７はＰ型層久Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッ
ド層、８はＰ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓコンタクト層、９はＰ側
オーミック電極、ＩＯはｎ側オーミック電極である。

以上のように構成された内部ストライプ型レーザについ
て以下その作製方法および動作を説明する。内部ストラ
イプ型レーザは２回の結晶成長工程で形成される。ここ
では結晶成長工程に有機金属気相エピタキシャル成長法
（以下、ＭＯＣＶＤ法と称す）を用いる。１回目の結晶
成長として、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１上にｎ型Ｇ　ａ
　Ａ　ｓバラフッ層２゜ｎ型Ａｌ１ＧａＡｓクラッド層
３．ＡＱＧａＡｓ活性層４゜Ｐ型Ａ　ＩＬ　Ｇ　ａ　Ａ
　ｓクララド層５、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層６を
順次成長させる。成長条件は、成長温度８００℃、■族
元素に対する■族元素の供給モル比Ｖ／Ｉｌｌ比は２０
、成長速度は５μ■／時である。次に、成長したｎ型Ｇ
ａＡｓ電流阻止層６上に２５０μ−ピッチで幅５μ園の
ストライプ状にフォトレジスト［（図示せず）を形成す
る。この時ストライプは。

ｎ型ＧａＡｓ基板の＜０１１＞方向に平行となるように
入れる。化学エツチングにより選択的にｎ型ａａＡｓｔ
Ｔｔ流阻止層６を内部ストライプ幅Ｗだけ完全に除去し
、Ｐ型Ａ　ｆＬ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッドＭＩ５を露出
させる。さらに、この内部ストライプを形成した面上に
ＭＯＣＶＤ法により、２回目の結晶成長を行ない、Ｐ型
Ａ　＋１　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクララド層７．Ｐ型Ｇ　ａ　
Ａ　ｓコンタク８層８を順次成長させる。最後にＰ側と
ｎ側にオーミック電極９，１０を形成する。

Ｐ側オーミック電極９に（＋）、ｎ側オーミック電極ｌ
Ｏに（−）の電圧をかけると、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流
阻止層６とＰ型Ａ　Ａ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクララド層５の
界面のＰ／ｎ接合部分だけが逆方向に、他は順方向に電
圧印加されることとなり、注入電流は内部ストライプ幅
Ｗからのみ流れ、その真下のＡ　＋１０　ａ　Ａ　ｓ活
性層４に電流が集中することとなり、その結果、低電流
動作、基本横モード発振が実現される。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記の内部ストライプ型レーザ構造では
、Ａ　ＩＬ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層４からの発光により
、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層６内に電子−正孔対が
生成され、これらのキャリアがｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流
阻止層６内で有効に再結合せず、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電
流阻止層６のＰ型Ａ　Ｑ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクララド層５
，７との境界付近に蓄積されると、内部ストライプ構造
を形成していた逆方向のＰ／ｎ接合による障壁が失効し
、内部ストライプ構造が失われることとなる。その結果
、同一の光出力を得るのに必要な動作電流値が増大し、
実質的に電流ストライプ幅が増加することにより、活性
領域での発光部分が増加し、高次横モードの発振をはじ
めとする多モード発振するという問題点を生ずる。

本発明は上記問題点を解決するもので、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ電流阻止層６内にＡＪＧａＡｓ活性層４からの発光
により生成される電子−正孔対を多層とした電流阻止層
内で正孔を電子と有効に再結合させ。

内部ストライプ構造の失効を妨げ、再現性良く低電流動
作、基本横モード発振する半導体レーザを提供するもの
である。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために、本発明の半導体レーザは
、基板上に活性層を含む二重ヘテロ構造を有する多層薄
膜を設け、活性層直上のクラッド層上にストライプ状の
窓をもち、前記クラッド層と反対の導電型を有する層を
少なくとも１層含む多層の電流阻止層を構成し、前記多
層の電流阻止層中、前記クラッド層と反対の導電型を示
す層の禁止帯幅が他の層より小さくしたものである。

作用上記の構成により、良好な内部ストライプ構造をもつ、
低しきい値、低電流動作、基本横モード発振する半導体
レーザを実現することができる。

実施例以下、本発明の一実施例について図面に基づいて説明す
る。

第１図に本発明の一実施例の半導体レーザの断面図を示
す。第１図において、２０はＰ型ＧａＡｓ基板、２１は
Ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバラフッ層、２２はＰ型Ａ　ＩＬ　
Ｇ　ａＡｓクラッド層、２３はＡ　Ｌ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
活性層、２４はｎ型Ａ　ＩＬ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第１クラ
ッド層、２５は多層の電流阻止層、２６はｎ型Ａ　ｔ　
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第２クラッド層、２７はｎ型Ｇ　ａ　Ａ
　ｓコンタクト層、２８はＰ側オーミック電極、２９は
ｎ側オーミック電極である。多層の電流阻止層２５は、
第３図に示すようにｎ型層ζＧ　ａ　Ａ　ｓ第１クラッ
ド層２４とは反対の導電型である３層のＰ型Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ層３０と２層のＡ　Ｑ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓバリア層３
１とが交互に積層され多層からなり、該Ｐ型Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ層３０は該Ａ　ｆＬ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓバリア層３１
より禁止帯幅が小さい材料により形成されている。

以上のように構成された半導体レーザについて、以下そ
の作製方法の一例および動作について説明する。まず、
Ｐ型ＧａＡｓ基板２０上に第１回目としてＭＯＣＶＤ法
により、Ｐ型層　ａ　Ａ　ｓバラフッ層２１を１．０μ
ｔｒｒ、　　Ｐ型ＡＩＬｘＧａ、−）（Ａｓクラッド層
２２を１．５ｐ　ｍ　、　Ａ　ｆｌ　ｙ　Ｇ　ａ　□−
ｙ　Ａ　ｓ活性層２３（０≦ｙ　＜　Ｘ　＊　Ｚ　）を
０．１μｍ、　　ｎ型ＡＪＧａＬ−２Ａｓ第１クラッド
層２４を０．３μＩの厚さで連続して成長させ、多層の
電流阻止層２５を第３図に示すように、Ｐ型ＧａＡｓ層
３０（キャリア濃度〜２　Ｘ　１０”０１１−’）を０
．２μｎ＋、Ａ　’Ａ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓバリア層３１を
０．０５　ｐ　ｍ、それぞれ３層と２層を交互に計５層
の痕厚０．７μ菖の厚さでエピタキシャル成長させる。

このときのＭＯＣＶＤ成長条件は、例えば成長温度７５
０℃、成長速度３μｍ／時、■族元素の■族元素に対す
る供給モル比、■／■比は２０、総ガス流量は５立／分
である。

さらに第２図に示すように、ｎ型層　ａ　Ａ　ｓ基板２
０の＜０１１＞方向に平行に多層の電流阻止層２５上に
２５０μｍピッチで幅Ｗが５μｍのストライプ状窓を残
してフォトレジスト膜３２を形成し、このフォトレジス
ト膜３２をマスクとして化学エツチングにより、多層の
電流阻止層２５の一部を、ｎ型ＡＱｚＧａ１−２Ａｓ第
１クラッド層２４の表面が出るまで、深さ方向に除去す
る。次にフォトレジスト膜３２を除去し、表面を清浄化
した後、第１図に示すように、第２回目としてＭＯＣＶ
Ｄ法によりｎ型ＡｔＬ２Ｇａ１−、Ａｓ第２クラッド層
２６を１．５μ＋ａ、　ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７
を１．５μＩの厚さで順次成長させる。成長条件は１回
目と同じである。そして。

Ｐ型層　ａ　Ａ　ｓ基板２０上にＡｕＺｎ／Ａｕにより
Ｐ側オーミック電極２８を、ｎ型層　ａ　Ａ　ｓコン９
９８層２７上にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕによりｎ側オーミッ
ク電極２９を形成する。

作製した半導体レーザをマウントし、電流を流して動作
させると、多層の電流阻止層２５の除去されたストライ
プ幅Ｗの部分からのみ電流が集中して流れ、それ以外の
部分は、多層の電流阻止層２５とｎ型Ａａ２Ｇａニーｚ
　Ａ　ｓ第１クラッド層２４で形成される逆方向のＰ／
ｎ接合により電流が流れない。

ウェハ内での代表的なレーザ特性の一例をしきい電流値
で表わす。ｗ＝２μｍで３５ｍ　Ａの低しきい電流値で
安定に基本横モード発振するレーザが得られた。

従来の単層の電流阻止層で第４図に示す同様の内部スト
ライプ型レーザを作製した結果、３０素子でのしきい電
流値の分散は本発明が従来のものの約２／３となり、電
流阻止層中で生成された少数キャリアが電流阻止層両端
で蓄積されて、逆方向のＰ　／　ｎ接合による障壁が失
効されることなく、多層の電流阻止層２５中で有効に再
結合しているものと考えられる。電流阻止層を多層にし
。

Ａ　ＩＬ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓバリアｆｆ１３１を挿入して
いることにより、少数キャリアの拡散長を実効的に短く
している効果によると考えられる。また、従来Ｐ型層に
よる電流阻止層は少数キャリアである電子の拡散長が数
倍程度長いため、数μｍの厚さで形成せねばならなかっ
たが１本発明によると、実効的に拡散長を短くすること
が可能なため、約１μｍ程度の厚さで形成することがで
きるようになった。

なお、本実施例では、ＧａＡｓ系、Ａ　ａ　Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ系半導体レーザについて述べたが、ＩｎＰ系や他の
多元混晶系を含む化合物半導体を材料とする半導体レー
ザについても同様に本発明を適用できる。

さらに多層の電流阻止層のうち、基板とは逆の導電性を
示す１層を除いて、ノンドープ層、Ｐ型層。

ｎ型層のいづれを用いても良く、ＧａＡｓ、ＡａＧａＡ
ｓのどちらを用いても良い。

発明の効果本発明によれば、内部ストライプ構造を容易に再現性良
く形成することができ、その結果低しきい電流値で基本
横モード発振する半導体レーザを得ることができ、その
工業上の価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す半導体レーザの断面図
、第２図は作製過程を示す図、第３図は多層の電流阻止
層の断面図、第４図は従来の半導体レーザの断面図であ
る。２０−Ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２１−Ｐ型層ａＡｓバ
ッファ層、２２・Ｐ型ＡＱＧａＡｓクラッド層、２３＝
ＪＬｕＧａＡｓ活性層、２４−ｎ型層！ｔＧａＡｓ第１
クラッド層、２５・・・多層の電流阻止層、２６・・・
ｎ型Ａｌ１ＧａＡｓ第２クラッド層、２７・・・ｎ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層、２８・・・Ｐ鍔オーミック電極、
２９・・・ｎ側オーミック電極、３０・Ｐ型Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ層、３１・＝ＡＩＬＧａＡｓバリア層、３２・・・
フォトレジスト膜代理人　　　森　　本　　義　　弘第７図２ｏ　−−−Ｐ’ｌ　（ｒｔＡｓ龜仮　　　　　　　２
！；−４層、、（７１１ＬＹ１ｋＪ％２４　　・−’ｎ
−’１ＡｋｒｔＡ４／　７う、ト１　　　　　　２７−
・−〕〕ｔＡｑｉ−ｉ−、７％掻第２図２３２−−−フｆトレダスＦＢ爽第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１、基板上に活性層を含む二重ヘテロ構造を有する多層
薄膜を設け、活性層直上のクラッド層上にストライプ状
の窓をもち、前記クラッド層と反対の導電型を有する層
を少なくとも１層含む多層の電流阻止層を構成し、前記
多層の電流阻止層中、前記クラッド層と反対の導電型を
示す層の禁止帯幅が他の層より小さい半導体レーザ。