JPS62296586A

JPS62296586A - 半導体レ−ザ装置

Info

Publication number: JPS62296586A
Application number: JP14069486A
Authority: JP
Inventors: Akio Yoshikawa; 昭男吉川; Atsuya Yamamoto; 敦也山本; Masanori Hirose; 広瀬　正則; Takashi Sugino; 隆杉野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-17
Filing date: 1986-06-17
Publication date: 1987-12-23

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
その拡がり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、今井哲二他編
著［化合物半導体デバイス（Ｈ）　Ｊ　Ｐ、２１４〜Ｐ
、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を一例として説明する。

第４図は従来の内部ストライプ型レーザの一例を示す。

第４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　Ｉ　Ｇ　ａ
　Ａ　ｓクラッド層、４はＡ　ＩＪ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活
性層、５はｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッド層、６
はｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層、８はｐ型Ａ　ｌ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓクラッド層、９はｐ型ＧａＡｓ＝＋ンタク
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バフフッ層２、ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラ
ッド層３、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層４、ｐ型Ａ　
７３　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッド層６、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８ｏＯ℃、■族元素に対する■族
元素の供給モル比Ｖ／Ｉｌｌ比は２ｏ、成長速度は５　
／１　ｍ　７時である。次に成長したｎ型Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ層上に２６０μｍピッチで幅５１ｔ　ｍ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　ｓ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幅Ｗだ
け完全に除去し、ｐ型Ａ　ｌｌ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッ
ド層５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　ｅＧ　ａ　Ａ　ｓクラッド層８
、ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ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（
ト）、ｎ側電極に（→の電圧をかけると、ｎ型Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ電流阻止層６とｐ型Ａ　ｅＧ　ａ　Ａ　ｓクラッ
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。まだ、活性
層直下のクラッド層の膜厚が１１１ｍ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」二のクラッド層
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装
置は、リッジを有する一導電性基板上に、前記基板形状
を保存して、前記基板と同一導電型の第１クラッド層が
あり、前記クラッド層に隣接してリッジを平坦に埋める
形で前記基板と反対導６２・、　　・電型の層を含む一層以上の層があり、前記第１クラッド
層上に、活性層を含む二重ヘテロ構造からなる多層薄膜
で構成されている。

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Ｇ　ａＡ　ｓ基板、
２はｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバラフッ層、３はｎ型ＮＱｋ第
１クラッド層、４はｐ型電流阻止層、６はｎ型Ａ　ｅＧ
　ａ　Ａ　ｓ第２クラッド層、６はＡ　ＩＪ　Ｇ　ａ　
Ａ　ａ活性層、７はｐ型Ａ　Ｉ　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、１０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結果につい７、− て簡単に説明する。

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４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３μｍ、高さ１．５μ
ｍのりッジを〈０１１〉方向に平行に設ける。次にこの
ｎ型Ｇ　ａ　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Ｇ
　ａ　Ａ　ｓバッファ肩２を０．５μｍ。

ｎ型Ａ　ｌ　ｘ　Ｇ　ａ　１ｘ　Ａ　８第１クラッド層
３を１．０　ｐｍ　。

ｐ型電流阻止層（キャリア濃度〜２×１０１８ｃｍ−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、第６図に示す様に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々い、ｎ　ｍＡ　
Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第１クラツド層が露出し、エピウェ
ハ表面がほぼ平坦になったところで止める。フォトレジ
スト膜１６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、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、２回目の結晶成長を以下の様に行なう。即
ち、ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第２クラッド層５を０
．３１ｘｍ、　ＡｌＧａＡｓ活性層ｅを０．０８μｍ、
ｐ型Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクララド層７を１．５μｍ
、　Ｐ型ＧａＡｓ＝＋ｙタクト層８を０．６７ｚｍ連続
して成長する。リッジを平坦に埋める形でエツチングを
終了し、その上に平坦な二重ヘテロ構造を形成するので
成長時に応力による結晶欠陥を形成する可能性が少なく
、良質な成長結晶が得られた。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７５０　℃、
成長速度３μｍ／時、■族元素の■族元素に対する供給
モル比Ｖ／ＩＩＩ比は２０．総ガス流量は６１／ｆ８ｊ
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１０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。

作製した半導体レーザをマウントし、電流を注入して動
作させると第１図で示すＷのストライプ幅で電流が狭さ
くされる。ウェハ内での代表的な９ｔ、−１・レーザ特性の一例をしきい電流値で表わす。

Ｗ　＝　５７７　ｍで３０ｍＡ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６チ程度向上してい
た。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
　ｇバリア層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　
ｇ層１２中で再結合させて、ｐ型電流阻止層４の厚みを
１．５７１ｍ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。

第３実施例として、３回の結果成長を行ない、第３図に
示す、活性層両側で電流狭さくを行なう内部ストライプ
構造を作製した。電流注入を行なった結果ストライプ幅
Ｗが６１ｘｍで３０　ｍ　Ａ以下のしきい値でほとんど
のレーザが基本横モード発振を行なっており、本発明の
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、本実施例では、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系、　Ａ　ｅ　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型基板を用いてもよい。

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実施例における多層の電流限＋
ｈ層の一例を示す断面図、第３図は本発明の第３実施例
の半導体レーザ装置の断面図、第４図、第５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
断面図である。１・・・・・・ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｔｒ基板、２・・・・
・・ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバッファ層、３・・・・・・ｎ
型Ａ　ＩＪ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ第１クラッド層、４・・・
・・・ｐ型電流阻止層、５・・・・・・ｎ型Ａ　Ｉ　Ｇ
ａ　Ａ　ｓ第２クラッド層、６・・・・・・Ａ　Ｉ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ活性層、７・・・・・・ｐ型Ａ　ｌＧ　ａ
へＢクラッド層、８・・・・・・ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　Ｂコ
ンタクト層、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Ｇａ　Ａ
　ｓ層、１３・・・・・・ｎ型電流阻止層、１４・・・
・・・ｐ型ＡｄＧａＡｓ第１クラッド層、１５・・・・
・・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４
図４−−−ｎ亨Ｇα小不柩ｊ−−−ｎＷｔ坂Ａ５基杖Ｈ−−−ｎ側グ

Claims

【特許請求の範囲】

（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、前記第１クラッド層
に隣接してリッジを平坦に埋めるように、前記基板と反
対導電型の層を含む一層以上の層があり、その層上に活
性層を含む二重ヘテロ構造からなる多層薄膜が形成され
ていることを特徴とする半導体レーザ装置。
（２）基板と反対導電型の層を少なくとも一層含む一層
以上の層の中の前記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）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。