JPS62296577A - 半導体レーザ装置 - 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】 ３、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装
置に関するものである。

従来の技術 近年、民生用、産業用の電子機器、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
その拡がシを抑制して閉じ込める必要がある。このよう
な構造を内部につくりっ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、今井哲二他編
著［化合物半導体デバイス（Ｕ）　Ｊ　Ｐ　、２１４〜
Ｆ−２１５）以下、図面を参照しながら、上述したよう
な従来の内部ストライプ型レーザの一例を説明する。

第５図は従来の内部ストライプ型レーザの一例を示す。

第６図において、１はｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２はｎ
型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバッフ７層、３はｎ型Ａ　７１　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓクラッド層、４はＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活
性層、６はｐ型Ａ　ｌＧ　ａ　Ａ　ｓクラッド層、６は
ｎ型Ｇａ　Ａ　ｓ電流阻止層、８はｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ
　Ａ　ｓクラッド層、９はｐ型ＧａＡｓコｙタクト層、
１ｏはｐ側オーミック電極、１１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簡単に説明する。

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ＭＯＣＶＤ法を用いる。

１回目の結晶成長として、ｎ型基板１上にｎ型Ｇ　ａ　
Ａ　ｓバフ７７層２、ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラ
ッド層３、Ａ　Ｉ　Ｇａ　Ａ　ｓ活性層４、ｐ　ｍＡ　
Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッド層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
ａｏｏ’Ｃ１■族元素に対する■族元素の供給モル比Ｖ
／ＩＩＩ比は２ｏ、成長速度は５μｍ／時である。次に
成長したｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層上に２５０μｍピッチで
幅６μｍのストライプをフォトレジスト膜により形成す
る。この時ストライプは、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｅ基板の＜
０１１＞方向に平行となるようにする。化学エツチング
により、選択的にｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層６を内
部ストライプ幅Ｗだけ完全に除去し、ｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓクラッド層６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う。即ち、ｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓクラッド層８、ｐｍＧａＡｓコンタクト層９を順
次成長させる。ｐ側、ｎ側にオーミック電極を形成し、
ｐ側電極に住）、ｎ側電極に（ｌの電圧をかけると、ｎ
型ＧａＡｇ電流阻止層６とｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
クラッド層６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、その直下の活性層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構造では、活性
層を含む二重ヘテロ構造の片側でのみ電５　・　−２ 流狭さくを行なうため、強い電流狭さく効果が得られな
い。また、活性層直下のクラッド層の膜厚が１μｍ以上
と比較的厚く、活性層を含む二重ヘテロ構造の多層薄膜
を連続成長するため、クラッド層中ヘドープするドーパ
ントガスの残留とその結果起こる活性層や活性層直上の
クラッド層への不純物の混入の影響が比較的強いという
欠点が生ずる。

本発明は上記欠点に鑑み、二重ヘテロ構造の両側で電流
狭さくが可能で、ドーパントガスの残留による不純物の
混入の影響が比較的少ないと考えられる構造を有する半
導体レーザ装置を提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために、本発明の半導体レーザ装
置は、リッジを有する一導電性基板上に前記基板と同一
導電型の第１クラッド層があシ、前記クラッド層上にリ
ッジ上の一部が窓状に開いている、前記基板と反対導電
型の層を含む一層以上の層があり、前記層上に活性層を
含む二重ヘテロｔ・　。

目構造からなる多層薄膜があり、活性層の一部が折れ曲
がって、前記窓状に一部が開いている層にはさまれて構
成されている。

作　　用 この構成により、低電流動作、基本横モード発振する内
部ストライプ構造を持つ半導体レーザ装置を実現するこ
とができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の半導体レーザ装置の断面図を示すもの
である。第１図において、１はｎ型ＧａＡ　ｓ基板、２
はｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバフ７７層、３はｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ第１クラッド層、４はｐ型電流阻止層、６はｎ型Ａ　
Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第２クラッド層、６はＡ　Ｉ　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ活性層、７はｐ型Ａ　ＩＧａ　Ａ　ｇ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、１ｏはｎ側オーミック電極である。

以上のように構成された半導体レーザ装置について、以
下その作製の一例および動作について説明する。

一例として、基板は第１図に示す様にｎ型ＧａＡｓ基板
を用いる。このｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１上に、第３図
に示す様にフォトリソグラフィを用いて、断面が順メサ
となるようにストライプ状の、幅３７１ｍ、高さ１．６
μｍのリッジを＜０１１＞方向に平行に設ける。次に第
４図に示すようにこのｎ型Ｇａ　Ａ　ｓ基板１上に有機
金属気相エピタキシャル成長法（以下ＭＯＣＶＤ法と呼
ぶ）により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を０．５　ｐｍ
、　　ｎ型Ａｌ　ｘＧａ　１ｘ　Ａ　ｓ第１クラッド層
３を１．０μｍ、ｐ型電流阻止層（キャリア濃度〜２×
１０１８ａ−３）４を１．５μｍ成長させる。成長した
エピウエノ・の表面を清浄に有機溶剤で洗浄したのち、
フォトレジスト膜１６を塗布し、ストライプ状に一部を
除去する。さらに拡散律速反応を行なうＨ２ＳＯ４系エ
ツチング液によりエツチングを行ない、ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ第１クラッド層を露出させる。

フォトレジスト膜１５を除去し、有機洗浄、表面エツチ
ングを行なう。さらに前記処理を施したエピウェハ上に
ＭＯＣＶＤ法により、２回目の結晶成長を以下の様に行
なう。すなわち、ｎ型ＡＩＧａＡａ第２クラッド層６を
０．３ｐｍ、ＡｌＧａＡｓ活性層６を０．０８μｍ、ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層７を１　、ｓμｍ。

ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓコンタクト層８を０．５μｍ連続し
て成長する。上記２回の結晶成長での代表的な成長条件
を以下に示す。成長温度７６０℃、成長速度３μｍ／時
、■族元素の■族元素に対する供給モル比Ｖ／ｎｌ比は
２ｏ、総ガス流量はＦｓｌ１分である。

ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１上にＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　Ｎ　ｉ
によりｎ側オーミック電極１ｏを、ｐ側Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
コンタクト層９上にＡｕＺｎによりｐ側オーミック電極
９を形成する。以上の工程により第１図に示す半導体レ
ーザ装置が完成する。

作製した半導体レーザをマウントし、電流を注入して動
作させると電流は第１図で示すＷのストライプ幅で狭さ
くされる。なお、活性層６の一部が折れ曲がり、窓状に
一部が開いているｐ型電流阻止層４にはさまれるので、
電流狭さく効果は一層強くなる。

９　、・− 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
で表わすと、Ｗ−６μｍのときＩｔｈ　＝３０ｍＡの低
しきい電流値となり安定に基本横モード発振するレーザ
が得られた。

従来の内部ストライプ型レーザに比べ、しきい電流値は
余り変わらないが、スロープ効率は５％程度向上してい
る。これは活性層を含む近傍の層への残留不純物の混入
が少なくなっているためと考えられる。

第２の実施例として、第２図に示すようにｐ型電流阻止
層４をｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１２とＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ
　Ｂ　／（リア層１１で構成し、光励起により生じた少
数キャリアの拡散長を短かくし、効率よくｐ型Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ層１２中で再結合させて、ｐ型電流阻止層４の厚
みを１．６μｍから１．０μｍ程度に薄くし、第１図に
示す内部ストライプ型レーザを作製した。第１実施例と
同様の結果が得られた。本発明の素子構造が強い電流狭
さくを行なうことにも有効であることがわかる。

なお、上記２つの実施例では、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系、ＡＪ
Ｇ＾ｏ７７ 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装
置についても同様に本発明を適用できる。ｎ型基板のか
わりにｐ型基板を用いても良い。

発明の効果 本発明はスロープ効率が高く、低しきい電流値で基本横
モード発振する半導体レーザ装置の構造を与えるもので
あり、その実用的効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体レーザ装置の断面図
、第２図は本発明の第２実施例に適用した多層の電流阻
止層の一例を示す断面図、第３図。 第４図は作製過程を示す断面図、第６図は従来の半導体
レーザ装置の断面図でＴｈ、５゜１・・・・・・ｎ型Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ基板、２・・・・・・ｎ型ＧａＡｓ）’ツ
ファ層、３・・・・・・ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第
１クラッド層、４・・・・・・ｐ型電流阻止層、６・・
・・・・ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｔｘ第タクト層９・
・・・・・ｐ側オーミック電極、１０・・・・・・ｎ側
オーミック電極、１１・・・・・・Ａ　ｌＧ　ａ　Ａ　
ｓバリア層、１２・・・・・・ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層、
１６・・・・・・フォトレジスト膜、Ｗ・・・・・・内
部ストライプ幅。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
１ １−−−ｎ　９１ｒａ　Ａｓ基社 ｆ−ｎ％θ山Ａ、ｓ基種

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）リッジを有する一導電性基板上に、前記基板と同
   一導電型の第１クラッド層があり、前記クラッド層上に
   リッジ上の一部が窓が設けられた前記基板と反対導電型
   の層を含む一層以上の層があり、前記層上に活性層を含
   む二重ヘテロ構造からなる多層薄膜があり、前記活性層
   の一部が折れ曲がって、前記窓が設けられた層にはさま
   れていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. （２）基板と反対導電型の層のエネルギーギャップが他
   の層のエネルギーギャップよりも小さいことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。
3. （３）基板と第１クラッド層の間にバッファ層を有する
   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
   ーザ装置。