JPS63142888A - 半導体レーザ - 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】 本発明は、接続導体が設けられた第１導電型の基板領域
と、その上に堆積された第１導電型の第１不活性層と、
共振空胴内に位置するストライプ状領域を具え、このス
トライプ状領域は第１不活性層上に堆積された少なくと
も１個の活性層と、その上に堆積された第２導電型の第
２不活性層と、十分な電流強度のときに順方向にコヒー
レント電磁波を発生し得るｐｎ接合と、ストライプ状領
域の側面上に設けられた境界領域とを具え、この境界領
域はストライプ状領域を横方向から限界する第２導電型
の少なくとも１つのブロック層を具え、前記不活性層及
びブロック層は発生する放射に対し活性層より大きいパ
ン峯′ギャップと低い屈折率を有するものとし、更に接
続導体に電気的に接続された第２導電型の上側層を前記
第２不活性層及び境界領域上に設けて成る半導体レーザ
に関するものである。

この種の半導体レーザは欧州特許出願第８３６９７１人
１号から既知である。

ストライプ状活性領域を有する単導体レーザは活性領域
内で増幅された電磁波が種々の発振モードで発振し得る
特性を一般に有している。活性領域の長さ方向に伝搬す
る電磁波の成分に関する限りこれらの発振モードは軸モ
ードと称され、また活性領域の厚さ方向の伝搬方向を有
する電磁波の成分に対してはこれらの発振モードは垂直
横モードと称され、活性領域の幅方向に伝搬する成分に
対してはこれらの発振モードは平行横モードと称されて
いる。

多くの用途、特に通信用には発生可能な発振モード数を
できるだけ制限して好ましくは１つの発振モードに対し
てのみレーザ増幅が発振を維持するに十分となるように
するのが望ましい。

垂直横モードに対しては、このことは活性領域の厚さ方
向の屈折率の変化と活性領域の厚さを適切に選択するこ
とにより達成することができる。

軸モードに対してはこの目的は共振空胴を画成する反射
素子の適切な選択により達成することができる。

平行横モードに対してはこの目的を達成するために活性
領域の幅方向の屈折率の変化を適切に選択すると共に活
性レーザ領域の光学的及び電気的閉じ込め効果を得る試
みが行われている。これは前記の欧州特許出願第８３６
９７号に開示されているような“埋込”型活性領域を具
える構造で達成される。

本発明の目的は高次の平行横発振モードをもっと効果的
な方法で抑圧することにある。

本発明は吸収層を適切に選択した領域に設けることによ
りこの目的を達成し得る事実を確かめ、この認識に基づ
いて為したものである。

本発明は頭書に記載した種類の半導体レーザにおいて、
前記境界領域に、前記第１ブロック層上に堆積され且つ
活性層より小さいバンドギャップを有する吸収層を含め
、この吸収層を活性層から横方向に、この吸収層が１次
平行横発振モードの増幅プロファイル内に位置するよう
な小距離に位置させたことを特徴とする。

本発明の好適実施例においては、前記境界領域は第１導
電型の第２ブロック層も具えるものとし、前記吸収層を
第１及び第２ブロック層間に配置する。

本発明によれば吸収層の存在のために、１次平行横発振
モードに対する損失が大きくなる。光学的閉じ込めは実
際上零次の発振モードに対するよりも高次のモードに対
する方が遥かに不満足なものとなるため、零次モードよ
りも１次モードの大きな部分が吸収層に到達する。これ
がため、１次以上の高次モードに対するしきい電流密度
が零次発振モードに対するしきい電流密度よりかなり高
くなり、従って零次発振モードが一層安定になる。

更に、本発明のレーザ構造においては、境界領域のサイ
リスク効果が著しく小さくなる。即ち、基板、第１ブロ
ック層、第２ブロック層及び上側層から成るｐｎｐｎ構
造は吸収層の介在のために常規動作状態において導通状
態になり得ない。更に、所定の実施例では、吸収層の存
在のために寄生横方向リーク電流がなくなり、その結果
としてしきい電流密度が減少し、室温動作が可能になる
。

更に、吸収層は電流制限構造内に含めること、即ち活性
層と接触させないことが重要である。このようにすると
、吸収層と活性層との間に何の相互作用も生ぜず、吸収
層の種々のパラメータを活性層の種々のパラメータと無
関係に選択することができる。この場合には活性層と吸
収層との相互作用による不安定動作を避けることができ
る。

境界領域が第２導電型の１つのブロック層のみを具える
場合には、その上に堆積する吸収層を第１導電型にし、
電流ブロック層の機能も同時に達成するようにする必要
がある。

一般に、１次以上の高次の平行横発振モードの満足な抑
圧は、吸収層を活性層の部分において活性層から０．５
μｍ以下の距離に位置させるとき得ることができる。

本発明は、ストライプ状領域を第２不活性層の上面側か
ら活性層を貫通して第１不活性内まで延在する２個の条
溝で限界され且つこれら条溝を前記境界領域で少なくと
も部分的に埋めたいわおるＤＣＰＢＨ（Ｄｏｕｂｌｅ　
Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐｌａｎａｒ　Ｂｕｒｉｅｄ　Ｈｅｔ
ｅｒｏ　）型のレーザ構造に特に重要である。吸収層が
存在するためストライプ状領域の外側の活性層を除去す
ることもでき、その結果として活性層のこれら部分を経
て流れるリーク電流をなくすことができる。

図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明による半導体レーザの断面図を示す。こ
のレーザは欧州特許出願第８３６９７号に開示されてい
る既知のＤＣＰＢＨ型のものであり、接続導体１１が設
けれた第１導電型（本例ではｎ型）の基板領域１１を具
えている。この基板領域１１上に同様にｎ導電型の第１
不活性層２が設けれる。更に、幅すを有するストライプ
状領域ＡＡ　（第１図）が存在し、このストライプ状領
域は第１不活性層２上に堆積された活性層３、その上に
堆積された第２導電型（本例ではｐ型）の第２不活性層
４とを具えている。このストライプ状領域内にはｐｎ接
合５が存在し、本例ではこのｐｎ接合は第１不活性層２
と活性層３との間に位置し、本例では活性層３は弱いｐ
導電型である。このストライプ状領域は口紙面に垂直の
方向に“メサ”状に延在し、その両端においてこの領域
に垂直な結晶面く一般に結晶のへき開面）、いわゆる鏡
面で限界される。これらの鏡面は長さ方向にファブリペ
ロ共振空胴を構成し、この共振空胴内にストライプ状領
域が位置する。前記ｐｎ接合５はこの共振空胴内におい
て十分な電流強度のときに順方向にコヒーレント電磁波
を発生する。

ストライプ状領域ＡＡを側面から限界する第２導電型（
ｐ型）の第１ブロック層６と第１導電型（ｎ型）の第２
ブロック層７とを具える境界領域がストライプ状領域の
側面上に設けられる（上面には設けない）。本例では層
６及び７は層構造（２，３，４）内に形成された２個の
条溝１４及び１５を部分的に埋めるよう設ける。不活性
層２及び４とブロック層６及び７は全て活性層３より大
きなバンドキャップと低い屈折率を有するもとする。

更に、接続導体１２に本例では高ドープｐ型接続層９を
経て電気的に接続された第２導電型（ｐ型）の上側層８
が第２活性層４及び境界領域上に設けられる。

本発明においては、この実施例では活性層より小さいバ
ンドギャップを有する吸収Ｎ１３を第１ブロック層６と
第２ブロック層７との間に、第１ブロンク層６の上に設
ける。この吸収層１３は活性層３から横方向に小距離に
位置してこの吸収層が１火事行横発振モードの増幅プロ
ファイル内に位置するようにする。本例では、この距離
Ｓ（第２図参照）を、この目的を達成するために、０．
２μｍ〜０．５μｍの範囲に選択する。種々の層の相対
的位置を一層明瞭に示すために、第１図の破線で囲んだ
部分を第２図に拡大して示しである。

上述の実施例では、下記の層厚、組成及びドーピング濃
度を用いた。

ここで、Ｎ６．Ｔ及び１３の厚さについては条溝１４及
び“メサ”部の外側の構造の平坦部上における厚さを選
択しである。

上述のレーザは約１．３μｍの波長のコヒーレント光を
発生し、１次以上の平行横発振モードを抑圧する吸収層
１３の効果のために零次平行横発振モードで安定な発振
を示す。

このレーザは次のようにして製造することができる。出
発材料は約３６０　μｍの厚さ及び例えば５・１０１８
原子／ｃｔｎ”のｎ型ドーピング濃度を有する（１００
）配向のｎ型燐化インジウムの基板とする（第３図）。

次に、この基板上に、３μｍの厚さ及び２・１０′８錫
原子／ｃｍ’のドーピング濃度を有するｎ型燐化インジ
ウムの層２と、０．１５μｍの厚さ及びｌｎｏ、　ｆｆ
。

Ｇａｏ、２８ＡＳＯ，ｓ　ＩＰ　Ｏ−３９の組成を有す
るアンドープ（即ち故意にドープしてない）活性層３と
、１μｍの厚さ及び２・１０１８亜鉛原子／Ｃｍ３のド
ーピング濃度を有するｐ型燐化インジウムの層４と、Ｉ
ｎｏ、　ｔ、Ｇａｏ、　２１ＡＳ０．４９Ｐ０．５＋　
の組成及び５・１０１８原子／ｃｍ’の亜鉛ドーピング
濃度を有するｐ型カバ一層１６とを既知の方法、例えば
液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）　により成長させる
（第３図）。次に、この層構造を成長装置から取り出す
。このときカバ一層１６が、高温のために層４から燐が
蒸発するのを阻止する働きをする。この層構造を冷却し
た後にカバ一層１６を例えば濃縮硫酸と３０％Ｈ２０□
との混合物でエツチングして除去する。

次に、条溝１４及び１５を層４の表面内に、例えばブロ
モメタノールエツチング液を用いて通常のフォトリソグ
ラフィ技術によりエツチングする。これらの条溝は上部
で約９μｍの幅を有すると共に３μｍの深さを有する。

“メサ”部は約１．５　μｍの幅を有する。

次に、層構造を再び成長装置内に入れる。最初に、８・
１０１７亜鉛原子／ｃｍ３のドーピング濃度を有するｐ
型燐化インジウム層、即ち第１ブロツク７６を成長させ
る。次に、Ｉｎｏ、５ｓＧａｏ、　３２ＡＳ０．７０Ｐ
Ｑ、　３゜の組成及び１０１８亜鉛原子／ｃｍ３のｐ型
ドーピングｆ、２文を有する吸収層１３を成長させる。

この上に、８・１０′７ゲルマニウム原子／ｃＩｎ３の
ドーピング濃度を有する型燐化インジウムの第２ブロッ
ク層７を成長させる。これら層６，１３及び７は条溝１
４゜１５及び“メサ”部の外側の構造の平坦部でそれぞ
れ０．５　μｍｎ、０．３　μｍ及び０．５　μｍの厚
さを持つようにする。これら層は条溝１４．１５を部分
的に埋め、“メサ”部上には成長させない。

次に（第５図参照）、ｐ型燐化インジウム層８を略々平
坦な表面が得られるまで成長させる。条溝及び“メサ”
部の外側で約１μｍの厚さを有するこの層８も８・１０
′７亜鉛原子／ａｍ３のドーピング濃度を有する。最后
に、Ｉｎｏ−ｔｇＧａ（１，２１ＡＳ０．４９ＰＯ，Ｓ
ｌの組成及び１０１８亜鉛原子／ａｍ’のドーピング濃
度を有する１μｍ厚の接点層９を設け、次いで基板を約
８０μｍの厚さにエツチングして第５図の構造を得る。

酸化物層１０（レーザの活性部分上からは除去する）と
電極層１１及び１２を設けてレーザの最終的な層構造を
得る。次に、この構造をけがき処理及び破砕処理により
個々のレーザに細分することができると共に鏡面として
作用するへき開面を得ることができる。

次に、上述のようにして製造されたレーザを適当なカプ
セル内に封止して完成させることができる。

上述の実施例ではＤＣＰＢＩＩ型の半導体レーザについ
て説明しているが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。例えば、ストライプ状活性領域ＡＡは条溝で限界
する必要はなく、メサ状の突部の形に実現することもで
きる。このレーザの断面構造は例えば第６図に示すよう
になる。これは本発明の効果に必須の要件ではない。こ
の場合には、活性層３は“メサ”部のみに位置し、これ
がため“メサ”部の外側の活性層を経る横方向リーク電
流がなくなる。

更に、他のレーザ波長が必要なときは他の材料を用いる
ことができる。例えば、基板領域を砒化ガリウムで構成
し、不活性層及び吸収層を砒化ガリウムアルミニウムで
構成することができる。この場合、赤又は赤外域の波長
を有するレーザが得られる。

故意にドーピングしない活性層３を弱いｐ型の代わりに
弱いｎ型にすることもできる。この場合には、ｐｎの接
合５は層３及び２間ではなく層３及び４間に位置する。

しかし、必要に応じ活性層３をドーピングすることもで
きる。

本発明は上述の実施例にのみ限定されるものではない。

例えば、部分的にエッチ除去された電流制限酸化物層１
０の代わりに又はこれと組み合わせて他の電流制限手段
を用いることもできる。例えば、活性領域の外側区域に
プロトン打込みを行う既知の手段及び／又は活性領域の
区域で遮断された電流制限埋込層を設ける既知の手段を
用いることができる。更に、共振空胴は、ストライプ状
活性領域に直角の鏡面で構成する代わりに、既知のＤＦ
Ｂ及びＤＢＲレーザのように実行屈折率の周期的変化に
より構成することもできる。上述の実施例では、各層の
導電型を（全て同時に）反対導電型に置き換えることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明半導体レーデの断面図、第２図は第１図
の一部の拡大図、 第３〜５図は第１図の半導体レーザの順次の製造工程を
示す図、 第６図は本発明半導体レーザの他の例の断面図である。 １・・・基板領域　　　　２・・・第１不活性層３・・
・活性層　　　　　４・・・第２不活性層５・・・ｐｎ
接合　　　　　６・・・第１ブロック層７・・・第２ブ
ロック層 訃・・上側層　　　　　９・・・接続層１０・・・酸化
物層　　　　１１．１２・・・接続導体１３・・・吸収
層 ＦｌＯ，Ｉ ＦＩＯ，２ Ｆ＋（）３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接続導体が設けられた第１導電型の基板領域と、そ
   の上に堆積された第１導電型の第１不活性層と、共振空
   胴内に位置するストライプ状領域を具え、このストライ
   プ状領域は第１不活性層上に堆積された少なくとも１個
   の活性層と、その上に堆積された第２導電型の第２不活
   性層と、十分な電流強度のときに順方向にコヒーレント
   電磁波を発生し得るｐｎ接合と、ストライプ状領域の側
   面上に設けられた境界領域とを具え、この境界領域はス
   トライプ状領域を横方向から限界する第２導電型の少な
   くとも１つのブロック層を具え、前記不活性層及びブロ
   ック層は発生する放射に対し活性層より大きいバンドギ
   ャップと低い屈折率を有するものとし、更に接続導体に
   電気的に接続された第２導電型の上側層を前記第２不活
   性層及び境界領域上に設けて成る半導体レーザにおいて
   、前記境界領域に、前記第１ブロック層上に堆積され且
   つ活性層より小さいバンドギャップを有する吸収層を含
   め、この吸収層を活性層から横方向に、この吸収層が１
   次平行横発振モードの増幅プロファイル内に位置するよ
   うな小距離に位置させたことを特徴とする半導体レーザ
   。 ２、前記吸収層は活性層の部分において活性層から０．
   ５μｍ以下の距離に位置してい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。 ３、前記境界領域は第１導電型の第２ブロック層も具え
   、前記吸収層が第１及び第２ブロック層間に位置してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１又は２項記載の
   半導体レーザ。 ４、前記第２導電型の第１ブロック層のみが存在し、前
   記吸収層が第１導電型であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１又は２項記載の半導体レーザ。 ５、前記基板領域及び不活性領域は燐化インジウムから
   成り、前記吸収層は燐化インジウムガリウム砒素から成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の何れか
   に記載の半導体レーザ。 ６、前記基板領域は砒化ガリウムから成り、前記不活性
   層及び吸収層は砒化ガリウムアルミニウムから成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１〜３項の何れかに記載
   の半導体レーザ。 ７、前記ストライプ状領域は第２不活性層の上面から活
   性層を貫通して第１不活性層内まで延在する２個の条溝
   で限界され、これら条溝を前記境界領域により少なくと
   も部分的に埋めてあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜６項の何れかに記載の半導体レーザ。