JPS63175492A - 半導体レ−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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第１０図は例えばＩ　ＥＥＥ　　ジャーナルークオンタ
ム　エレクトロニクス、　　ＱＥ−１５ｔＬ　（１９７
９年”）　、　１１８９〜１１９６頁ＣＩＥＨＥ　ＪＯ
ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＵＡＮＴＩＪＭＨＬＥＣＴＲＯＮ
ＩＣＳ、ｖｏｌ、ＱＥ−１５（１９７９）、ｐ、１１８
９〜１１９６）に示されたＺｎ拡散ストライプレーザ（
Ｄｅｅｐ　Ｚｎ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　５ｔｒｉｐｅ　
Ｌａ５ｅｒ）を示す断面構造図である。

図において、１はｎ形ＧａＡＳ基板、２はｎ形Ａ　ＩＩ
　＋１．Ｉ　Ｇ　ａ　ｏ、−Ｉ　Ａ’ｓクラフト層、３
はｎ形ＧａＡｓ活性層、４はｎ形Ａｌ１ｏ、３Ｇａ６．
ｆｆ　Ａｓクラフト層、９はｓ　ｔ　ｏ、　ｖＡ縁膜、
６はＺｎ拡散領域、７はＺｎ拡散によりｎ形からＰ形へ
反転した活性領域、１０はＰ電極、１１はｎ電極である
。

次に本従来例の半導体レーザの製造方法及び動作につい
て説明する。

初めに製造方法について説明する。まず、ｎ形ＧａＡｓ
基板１上にｎ形Ａ　Ｉ　Ｇ、２　Ｇ　ａ　６．Ｉ　Ａ　
ｓクラッド層２、ｎ形ＧａＡｓ活性Ｎ３、ｎ形Ａ　１２
０．３Ｑａ、、、Ａｓツク９フ層４の各層を結晶成長す
る。

成長後、Ｓｉｎ、絶縁膜９を形成し、ストライプ状にＳ
　ｉ　Ｏ２絶縁膜９を除去する。ＳｉＯ！絶縁膜９のス
トライプ状に除去された部分から選択的にＺｎをｎ形Ａ
　ｊ！　６，２　Ｇ　ａ　ｏ、ワＡ　ｓクラッド層４を
へて、活性層７中まで拡散する。最後にｎ形Ｇａ、Ａｓ
基板１側にｎ電極１１、Ｓ　ｉ　Ｏｘ絶縁膜９上にＰ電
極１０を形成する。

次に動作について説明する。上記の半導体レーザの電極
側１０に正（＋）　、ｎ電極側に負（−）の電圧を印加
すると、電流はｓ　ｉ　ｏｘ　ｗＡ縁膜９のストライプ
状の開口部からｎ形Ａｌｏ、ｓ　Ｇａｏ、ｔＡｓクラッ
ド層４中のＺｎ拡散領域６を経て活性層中のＰ影領域７
、ｎ形Ａｌ２ｏ、３　Ｇａｏ、ｖ　ＡＳクラッド層２、
ｎ１ＧａＡｓ基板１へと流れる。ｐｎ接合は活性層７中
で形成されているので、ｎ形Ａ　ｌ　６，３　Ｇ　ａ　
Ｏ，？　Ａ　Ｓクラッド層４中のＺｎ拡散領域６からは
ホールが、ｎ形Ａ１．、、Ｇａ、、、ＡＳクラフト層２
からは電子がそれぞれ活性層中のＰ影領域７に注入され
、かつ電流を発振しきい値電流以上に充分増加させるこ
とで、活性層中のＰ影領域７でレーザ発振を生じる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されている
ので、前述したように電流はＳ　ｉ　Ｏ，絶縁膜９のス
トライプ状の開口部からｎ形Ａ　ｊ！　０．３Ｇ　ａ　
ｏ、７　Ａ　ｓクラッド層４中のＺｎ拡散領域を経て、
活性層中のＰ影領域７、ｎ形Ａ　ｌ　＠、３　Ｇ　ａ　
Ｏ，７Ａｓクラッド層２、Ｐ形ＧａＡｓ基板１へと流れ
る。この電流経路に於いて電流狭窄はＳｉｎ、絶縁膜９
のストライプ状の開口部のみによってなされる。従って
開口部を経てｎ形りラッドＪｉ４のＺｎ拡散領域６に流
れ込んだ電流の一部は活性領域７のみならずＰ形ＧａＡ
ｓ基板に対して水平方向、つまりｎ形りラッド層４のＺ
ｎ拡散領域６以外の部分にも流れる。この現象は半導体
レーザを高出力動作させるため大電流を流し、順方向電
圧が上がってくると顕著となる。そのためしきい値電流
や一定光出力時の動作電流は活性層近傍まで電流狭窄機
構のある半導体レーザ装置に比べて高くなる。しきい値
電流や動作電流が高い程、活性領域やその近傍での温度
上昇が大きくなり、しきい値電流の温度依存性が大きく
なる、劣化速度が速くなる等素子の基本特性、信頼性に
悪影響を及ぼすという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、しきい値電流１．動作電流が低く基本特性、
信頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ装置は、Ｚｎ拡散ストライ
プ形の半導体レーザ装置において電流注入用のＺｎ拡散
ストライプの両側に電流狭窄用のＺｎ拡散ストライプ領
域を設けたものである。

〔作゛用〕

この発明における半導体レーザ装置は、ｎ形りラッド層
中に於いて、中央部の電流が流れるＺｎ拡散領域に近接
した両サイドに電流狭窄用のＺｎ拡散領域を設ける事に
より１．Ｐ形ＧａＡｓ基板に水平方向では中央部の電流
が流れるＺｎ拡散領域（ｐ形）−ｎ形りラッド層（ｎ形
）−電流狭窄用のＺｎ拡散領域（ｐ形）で構成され、導
電形に注目するとｐ−ｎ−ｐとなっていて本発明におけ
るる半導体レーザ装置のｐ電極に（Ｅｌ、　ｎｔ極にｅ
の方向に電圧を印加した場合ｎｐ接合は逆バイアスとな
るためｎ形りラッド層と電流狭窄用のＺｎ拡散領域間で
は電流が流れないため、活性層中のＺｎ拡散領域にのみ
効率よく電流を狭窄できる結果、低しきい値電流、低動
作電流の半導体レーザ装置が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置を示
す断面構造図であり、図において１はｎ形ＧａＡｓ基板
、２はｎ形Ａｊ！６．３　Ｇａ６，７　Ａｓ第１クラッ
ド層、３はｎ形ＧａＡＳ活性層、４はｎ形Ａｆｏ、３　
Ｇａｏ、７　Ａｓ第２クラッド層、５はｎ形ＧａＡｓコ
ンタクト層、９はｓｉｏ、絶縁膜、６はＺｎ拡散領域、
７はＺｎ拡散によりｎ形からｐ形へ反転した活性領域、
８は電流狭窄用のＺｎ拡散領域、１０はｐ電極、１１は
ｎ電極を示す。

次に第２〜第７図について本実施例の半導体レーザ装置
の製造方法について述べる。

まず第２図に示すように、ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ。

あるいはＬＰＥ法等の結晶成長法でｎ形ＣｒａＡｓ基板
１上にｎ形Ａ　ｌ　ｏ、ｘ　Ｇ　ａ　Ｏ，７Ａ　Ｓ第１
クラッド層２、ｎ形ＧａＡｓ活性層３、ｎｆｆ３ＡＩ１
．０．、Ｇａ　６．７　、Ａ　Ｓ第２クラッド層４、ｎ
形Ｇ　ａ−Ａ　ｓコンタクト層５の各層を順次結晶成長
する。各層の層厚は例えばｎ形第１クラッド層２は１〜
２μｍ１ｎ形活性層３は０．０１〜０．２　ｐ　ｍ、　
ｎ形第２クラフト層４は１〜３μｍ、ｎ形コンタクト層
は０．２〜２μｍが適当である。また各層のキャリア濃
度は例えばｎ形第１クラッド層２はｌ　Ｘ　Ｉ　Ｑ　Ｉ
＆ａｍ−”〜６　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｍ−”、ｎ形活性Ｎ
３はＩ　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｓ−”〜１×１０１９ＣＩ１
１−３、ｎ形第２クラッド層４は１×ｌ　Ｑ　”ｃｍ−
ｗ　ｌ　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｍ−”、ｎ形コンタクト層は
Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｍ−”以上が適当である。

次に第３図に示すように、結晶成長後のウェハにＳｉＯ
□絶縁膜９を形成し、更に絶縁膜９に３本のストライプ
状の絶縁膜除去部分を形成する。

Ｓｉｎ、絶縁膜の層厚は、充分に絶縁効果が得られる層
厚、例えば０．０１μｍ〜１μｍが適当である。

また、ストライプ幅り、は例えば１〜１０μｍ、ストラ
イプ間隔Ｄ２は例えば０．５′〜５μｍが適当である。

次に第４図に示すように、５ｉ０２絶縁膜を拡散マスク
として、Ｚｎを絶縁膜の開口部から、ｎ形コンタクト層
５、ｎ形第２クラッド層４をへてｎ形活性層３まで拡散
させる。拡散の方法としては、開管式あるいは閉管式の
拡散方法が掲げられる。Ｚｎの拡散量はｎ形活性層中３
のＺｎ拡散領域７がＰ形に反転するのに充分な量、例え
ば活性層中のＺｎ拡散領域がＰ形でかつホールキャリア
濃度がＩ　Ｘ　１０　”ａｍ−”以上となる量が適当で
ある。

次に第５図に示すように、Ｓｉｎ、絶縁膜９を除去する
。除去の方法としては例えばフン酸あるいはフッ酸系の
エッチャントによるエツチング法が掲げられる。

ＳｉＯ□膜除去後、第６図に示すように今度は中央のス
トライブ状のＺｎ拡散領域６以外を５ｔＯ２絶縁膜９で
再び覆う。

最後に第７図に示すように、ｎ形コンタクト層５表面に
ｎ電極１０、Ｐ形ＧａＡｓ基板１にＰ電極１１を蒸着、
スパッタ等の手段で形成することにより素子が完成する
。

次に本実施例の作用、動作について説明する。

本実施例における半導体レーザ装置のＰ電極１１に■、
ｎ電極にｅとなるように電圧を印加すると、電流は絶縁
膜９のストライプ状開口部から、コンタクト層５、ｎ形
第２クラッド層４中のＺｎ拡散領域６、活性層中のＺｎ
拡散領域７、ｎ形第１クラッド層２、ｎ形ＧａＡｓ基板
１、ｎ電極の順に流れる。

従来例では、第８図が示すように、絶縁膜９の開口部か
ら活性領域７までの経路は電流狭窄機構が設けられてい
なかった。このため、ｎ形第２クランド層４中を活性層
面に対して水平方向に拡がって活性層中のＺｎ拡散領域
７を通らすレーザ発振に寄与しない、いわゆるリーク電
流が活性層近傍まで電流狭窄機構が設けられている半導
体レーザ装置に比べて大きく、しきい値電流や動作電流
が高かった。

本実施例では、中央部の電流が流れるＺｎ拡散領域に近
接した両サイドに電流狭窄用のＺｎ拡散領域を設けてい
る。この構成によると各層は第９図に示すような導電形
になっている。コンタクト層５、ｎ形第２クラッド層４
の領域では、Ｐ形ＧａＡｓ基板１に水平方向は、中央部
の電流が流れるＺｎ拡散領域（Ｐ形）、６−ｎ形第２ク
ラッド層４−電流狭窄用のＺｎ拡散領域（Ｐ形）８で構
成され、導電形に着目するとＰ−ｎ−Ｐとなっている。

この半導体レーザ装置のＰｔ極に■、ｎ電極にｅがかか
るように電圧を印加するとｎＰ接合は逆バイアスとなる
ためｎ形りラッド層４と電流狭窄用のＺｎ拡散領域８間
では電流が流れない。従って、活性層中のＺｎ拡散領域
７に効率よく電流を狭窄できる。このため低しきい値電
流、低動作電流の半導体レーザ装置が得られる。

なお、電流狭窄用のＺｎ拡散領域８は電流の流れるＺｎ
拡散領域６と同時に形成するので、Ｚｎ拡散の工程に関
しては従来とまったく同様でよく、従来と同様容易に半
導体レーザ装置を作製する事が可能である。

なお、上記実施例では活性層をＧａＡｓとした場合につ
いて述べたが、これはＡｆＧａＡｓとしてもよく、本実
施例と同じ効果が得られる事は言うまでもない。

また、上記実施例ではＡ＃ＧａＡｓ系半導体レーザにつ
いて述べたが他の混晶系、例えばＩｎＧａＡｓＰ、Ａｌ
Ｇａ　ＩｎＰ系の同様な構造の半導体レーザについても
同じ効果が得られる事は言うまでもない。第１１図にＡ
ｌＧａ　Ｉ　ｎＰ系半導体レーザの一実施例を示す。図
中１２はｎ形（Ａｌｏ、ｓ　Ｇａｏ、ｓ　）　ｏ、ｓ　
　Ｉ　ｎｏ、ｓ　Ｐ第１クラッド層、１３はｎ形Ｇａ（
１，ｓ　　Ｉ　ｎｏ、ｓ　Ｐ活性層、１４は（Ａｌｏ、
ｓ　Ｇａｏ、ｓ　）　ｏ、ｓ　　Ｉ　ｎｏ、ｓ　Ｐ第２
タラソド層をそれぞれ示す。

〔考案の効果〕

以上のように、この発明によればＺｎ拡散ストライプ形
の半導体レーザ装置において電流注入用のＺｎ拡散スト
ライブの両側に電流狭窄用のＺｎ拡散ストライブ領域を
設は基板と平行方向の電流の広がりを防ぐ構成としたか
ら、低しきい値、低動作電流のすぐれた特性を有する半
導体レーザ装置が得られる効果がある。また電流狭窄用
のＺｎ拡散領域は中央部の電流が流れるＺｎ拡散領域と
同時に形成できるため、Ｚｎ拡散工程に関しては従来と
同様であり、工程の複雑化を伴う事なく容易に優れた特
性を有する半導体レーザ装置を得る事ができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置の
共振器に垂直な方向の断面図、第２図は結晶成長後の断
面図、第３図は３本のストライプ状の開口部を有するＳ
　ｉ　Ｏｔ絶縁膜形成後の断面図、第４図はＺｎ拡散後
の断面図、第５図はＺｎ拡散後Ｓｉｎ、絶縁膜を除去し
た後の断面図、第６図は中央部のストライプ状のＺｎ拡
散領域以外にＳｉＯ□絶縁膜を形成した状態での断面図
、第７図はｎ、Ｐ電極形成後の断面図、第８図は従来例
による半導体レーザ装置のＺｎ拡散領域近傍での導電形
と電流の流れを示した図、第９図は本発明による半導体
レーザ装置のＺｎ拡散領域近傍での導電形と電流の流れ
を示した図、第１０図は従来の半導体レーザ装置の断面
図、第１１図は本発明の他の実施例による半導体レーザ
装置の断面図である。 １はｎ形ＧａＡｓ基板、２はｎ１Ａｊ’）、３　Ｇａ（
１，７ＡＳクラッド層、３はｎ形ＧａＡｓ活性層、４は
ｎ形Ａ　ｌ　ｏ、ｘ　Ｇ　ａ　ｏ、ｔ　Ａ　ｓクラッド
層、５はｎ形ＧａＡｓコンタクト層、６はＺｎ拡散領域
、７はＺｎ拡散によりｎ形からＰ形へ反転した活性領域
、８は電流狭窄用のＺｎ拡散領域、９はＳｉＯ□絶縁膜
、１０はＰ電極、１１はｎ電極、１２はｎ形（Ａｊ！ｏ
、ｓ　Ｇａｏ、ｓ　）　ｏ、ｓ　１　ｎｏ、ｓ　Ｐ第１
クラッド層、１３はｎ形Ｇａｏ、ｓ　　Ｉｎｏ、５　Ｐ
活性層、１４はｎ形（ＡＡｏ、ｉ・Ｇａｏ、ｓ　）　ｏ
、ｓ　Ｉ　ｎｏ、ｓＰ第２クラッド層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電形の基板と、 該基板上にエピタキシャル結晶成長法により順次形成さ
   れた第１導電形の第１クラッド層、第１導電形の活性層
   、第１導電形の第２クラッド層と、不純物拡散により上
   記第２クラッド層表面から上記活性層中に達して形成さ
   れた互いに近接しかつ平行な３本のストライプ状の第２
   導電形反転領域と、 上記３本のストライプ状反転領域のうち中央のストライ
   プ状反転領域上を除いて上記第２クラッド層上に形成さ
   れた絶縁膜とを備えたことを特徴とする半導体レーザ装
   置。
2. （２）ＡｌＧａＡｓ系、ＩＧａＡｓＰ系、あるいはＡｌ
   ＧａＩｎＰ系半導体レーザであ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。