JPS6286883A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS6286883A JP22800285A JP22800285A JPS6286883A JP S6286883 A JPS6286883 A JP S6286883A JP 22800285 A JP22800285 A JP 22800285A JP 22800285 A JP22800285 A JP 22800285A JP S6286883 A JPS6286883 A JP S6286883A
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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、製作が容易で良好な特性を有する面発光型の
半導体レーザ装置に関するものである。
従来の技術 面発光型半導体レーザ装置はモノリシックな2次元アレ
イ化や積層による集積化が可能であり、光情報処理や光
エレクトロニクスの分野で新しい応用が期待されている
従来、この種の半導体レーザ装置の一例として第4図に
示す構造が提案されている(第32回応用物理学関係連
合講演会予稿31a−ZB−2)。
第4図において、1は電極、2はN型InP基板、3は
N型InGaAsP層、4はN型InP層、5はP型工
r1P層、6はP型InGaAsP層、7は電極−8は
ノンドープInGaAsP活性層、9は5i02絶縁膜
、1oおよび11は薄い金属の反射膜、12はポリイミ
ド樹脂、13および13′はレーザ出射光である。電極
7および8間に電流を流すとp型InP層5から正孔が
N型InP層4層から電子がInGaAsP活性層6に
注入して発光する。この光は反射膜10および11間で
反射してレーザ発振を起こす。
発明が解決しようとする問題点 前述した従来のレーザ装置の構造では電流がInGaA
sP  活性層8の一部に有効に注入するようにメサ状
に加工した後、絶縁性のポリイミド樹脂で埋込んで表面
を平坦化しているので、製作上複雑な工程を要し素子の
歩留まりを上げることは困難である。またInGaム8
P活性層8を、エツチングにより外部に露出するため、
表面に非発光再結合中心を作ってしまう問題もある。ま
た発光領域を小さくしようとするとメサ部の電極コンタ
クト面積がノ]・さくなり接触抵抗が高くなってしまう
問題もある。またポリイミド樹脂の熱伝導率が小さいた
めに素子の放熱効果を防げ、連続発振動作が難しいとい
う問題点もあった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので製作が容易で
良好な特性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 本発明は、化合物半導体基板上に、キャリアのド・ブロ
イ波長以下の極微薄膜からなる第1の導電型の多重量子
井戸構造活性領域と第2の導電型のクラッド層を設け、
前記クラッド層の表面側よリレーザ発光部を除く周辺部
に第2の導電型の不純物を高濃度拡散して下部の前記多
重量子井戸構造を無秩序化することによシ、プレーナ構
造で電流が活性領域に有効に注入するようにして前述し
た問題点を解決している。
また化合物半導体基板中に2種類の組成の異なる結晶層
をそれぞれ層内レーザ光波長の捧倍もしくは1倍の厚み
程度ずつ交互に積層することによシ、基板裏面の反射部
を不要にしかつ波長選択性を持たせている。
作用 本発明は上述した構成により、多重量子井戸構造が高濃
度不純物拡散で無秩序化し等制約な吸収端が短波長側に
移る効果を用い、プレーナ構造において所定の活性領域
のみへのキャリア注入を可能にしている。また2種類の
組成の異なる結晶層を交互に積層して屈折率変調型の回
折格子を形成し分布反射器とすることで、完全プレーナ
構造にすることが可能になる。
実施例 第1図は本発明の一実施例の断面構造図である。
以下の図面において前述の第4図における同一の箇所に
は同一の番号を付し説明を省略する0第1図において、
101は多重量子井戸(MQW:Multi −Qua
ntumWell )構造活性層−102は高濃度P型
不純物拡散領域、103は無秩序化したMQW層である
。多重量子井戸構造活性層1o1の拡大図を第2図に示
す0第2図において、104はN型InPバリヤ層、1
05はN型InGaAs Pウェル層であシ、2種類の
層が交互に周期的に積層して多重量子井戸構造を形成し
ている。
素子作製手順は、まず従来法の結晶成長技術である液相
エピタキシャル法(LPE法)によシ、N型1nP基板
2上にN型InGaAsP層3(〜o、sμm厚)、N
型InP層4(〜5μm厚)、ノンドープN型InPバ
リヤ層(〜300人厚)0ノンドープN型InGaAs
Pウェル層(〜150人厚)0各10層の周期構造から
なる多重量子井戸構造活性層1o1、P型InP層5(
〜2μm厚)、P型InGaAsp層6 (〜0.5 
μm厚)を続けて結晶成長する。次にP型InGaAs
P層6上に、従来法のプラズマCvD法によるシリコン
窒化膜C〜0.1μm厚)とCVD法によるシリコン酸
化膜(〜0.2μm厚)を堆積する。
次に通常のフォトリングラフィ技術とエツチング技術に
より例えば半径10μmの円形形状のレーザ発光部を除
く周辺部のシリコン窒化膜とシリコン酸化膜を除去し、
然る後ZnP2 とZnAs2を拡散源として気相によ
るZnO熱拡散(6oQ℃、30m1n  )を行ない
高濃度P型不純物拡散領域102を形成する。この時に
不純物を拡散したMQW層101は無秩序化したMQW
層103となり、組成が均一化される効果で禁止帯幅が
MQW層1o1の最低量子間準位エネルギーよりも充分
に大きくなるためレーザ発振する光の波長に対して透明
となる。次にZnを熱拡散した領域にP型のオーミック
電極(ムn/Zn)を蒸着する。次にN型1nP基板の
裏面側にN型のオーミック電極(ムu/Sn)を蒸着し
続いてシンター処理(400℃、10m1n)を行なう
。レーザ発光部の裏面にパターニングを行ない塩酸系の
エツチング液で孔を開ける。塩酸系のエツチング液はI
nPに対してはエツチング速度は早いが、InGaAs
P層3に対しては遅いのでInPのみのエツチングが容
易に可能である。次に表面と裏面にAnの薄膜(〜40
0人)を蒸着し反射膜10.11とする0 素子の動作原理は、電極7から電極1に電流を流すこと
により、p−InP層6および高濃度P型不純物拡散領
域102からは正孔が、N−InP層4からは電子がそ
れぞれMQW層101に注入されて再結合し発光する。
この光は反射膜10゜11間で共振してレーザ発振しレ
ーザ出振光13゜13′として外部に出力する。
この構造では基板の表面側に複雑なエツチングを行なう
必要が無いため、歩留まりが向上するし、活性層が露出
しないため表面再結合も減らすことができる。またP型
電極のコンタクト面積を高濃度P型不純物拡散領域10
2上に広く取れるためにコンタクト抵抗を低下すること
ができる。また放熱特性が実施例に比較して良好である
ので、室温における連続動作のレーザ発振を得ることが
できる。
次に本発明の第2の実施例を第2図に示す断面構造を用
いて示す。第2図において108は、InP低屈折率層
107およびInGaAsP高屈折率層108の周期構
造からなる分布反射領域である。工nP低屈折率層10
7とInGaAs+P高屈折率層108では屈折率が異
なるので屈折率変調型の回折格子として作用する。それ
ぞれの層の厚みdは、レーザ光の波長λとこの波長に対
する屈折率nとにより次のように表わすことができる。
周期構造の数は多い程良いが適当に選べば良く20周期
程度でも効果が得られる。
この構造において、MQW層の発光は前実施例と同様で
あり、レーザ発振は反射膜1oと分布反射領域106の
間で光が反射して起こる。この時、光の波長は分布反射
領域の反射率の波長依存性の影響により、単一波長のみ
で発振する。この構造では完全にプレーナ化されている
ので高い歩留まりをあげることができ、低しきい値電流
で動作する均一な特性の半導体レーザを得ることができ
る。
なお本発明における1構成要素としての化合物半導体基
板とは、多重量子井戸構造活性層より下の部分を称して
おり結晶成長する前の基板とは異なる。
以上の2つの実施例においては、InPおよびInGa
AsPの結晶を用いた赤外に発振波長を有する素子につ
いて述べたが、GaAsおよびGaAJAs系結晶のみ
ならず他の化合物半導体結晶材料を用いても本発明に対
して同等の効果を得ることかでさる。また素子構造にお
いて反射膜10.11をAnの薄膜により形成したが、
反射膜は無くても良くその厚みは選択することができる
。また本発明の実施例ではN型の基板を用いた例を示し
たがP型あるいは半絶縁性の基板を用いても同様の効果
が得られることは言うまでもない。
発明の効果 本発明によれば半導体レーザ装置を高い歩留まシで、低
しきい値電流かつ高効率等の良好な特性を得ることがで
き産業上大きな意義がある。また、この半導体レーザ装
置はモノリシックな2次元アレイ化が簡単であシ、光情
報処理や光エレクトロニクスの分野での新しい応用に向
けて大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図、第2図は同装置の主要部の拡大断面
図、第3図は本発明の他の実施例の面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図、第4図は従来の面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図である。 101・・・・・・多重量子井戸構造活性層(MQW層
)、102・・・・・・高濃度P型不純物拡散領域、1
03・・・・・・無秩序化した多重量子井戸構造活性層
、104・・・・・・バリヤ層、106・・・・・・ウ
ェル層、106・・・・・・分布反射領域、107・・
・・・・低屈折率層、108・・・・・・高屈折率層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 /I反jFi膠 第2図 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体基板上に、キャリアのド・ブロイ波
    長以下の極微薄膜からなる第1の導電型の多重量子井戸
    構造活性領域と、第2の導電型のクラッド層を設け、前
    記クラッド層の表面側よりレーザ発光部を除く周辺部に
    第2の導電型の不純物を高濃度拡散して下部の前記多重
    量子井戸構造を無秩序化してなる半導体レーザ装置。
  2. (2)化合物半導体基板中に、2種類の組成の異なる結
    晶層をそれぞれ層内レーザ光波長の1/2倍もしくは1
    倍の厚み程度ずつ交互に積層した構造を有する特許請求
    の範囲第1項に記載の半導体レーザ装置。
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