JPS63181488A - 埋め込み型半導体レ−ザ素子 - 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】 く技術分野〉 大発明は楊めて低いしきい値電流を有する屈折率導波型
半導体レーザの素子構造に関するものである。

〈従来技術〉 従来の半導体レーザ素子を光導波機構で分層すると利得
導波型と屈折率導波型とに分層されるが実用面で重要な
横モード安定性の点からは屈折率導波型の方が断熱有利
であり、様々な構造の屈折率導波路を有する半導体レー
ザが開発された。この代表的な例としてＢＨ（Ｂｕｒｌ
ｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏ）レーザ及びＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈａ
ｎｎｅｌｅｄ　　５ｕｂａｔｒａｔｅ　　Ｉｎｎｅｒ　
　５ｔｒｉｐｅ　）レーザが間知である。

第２図人）に示すＢ　Ｈレーザは基板ｌ上にレーザ発振
用活性＃４を両面からクラッド層３．５で挟設したダブ
ルヘテロ接合構造をメサ型に堆積し、このメサ型構造の
両側を低屈折率物質で埋め込んでいるので完全な屈折率
導波作用に基くレーザ発振動作を示し、しきい値電流が
１０ｍＡ以下の非常に小さい値になるという利点を有す
る。しかしながら、低屈折率物質の埋め込み層１４の屈
折率及びメサ型構造の幅に相当する導波路幅Ｗを適当に
選択しないと高次横モードで発振し易いという欠点があ
る。従って、製作条件に制約が多く、しかも甚大モード
で発振させるには導波路幅Ｗを２μｍ以下にする必要が
あるので、レーザ端面が比較的低出力でも破壊し易くな
り量産性及び信頼性が確保されない。尚、図中の９は電
画とオーミックコンタクトを得る之めのキャップ層であ
る。

一方、第２図ｆＢｌで示すＶＳＩＳレーザは基板１上に
電流阻止層２を層設し、電流阻止層２より基板ｌに達す
るＶ字溝を形成して電流通路を開通させた上に平坦な活
性層４をクラッド層８．５で挟設したダブルヘテロ接合
構造を積層しｔもので、Ｖ字溝の幅に相当する導波路幅
Ｗは４〜７μ諷に広く設定しても高次横モードが発生し
ないという利点を有している。これは、導波路の外側の
光が基板ｌに吸収されるため、高次モード利得が抑制さ
れるからである。し７５）シ、しきい値電流が４０〜６
０ｍＡ程度になり、上記ＢＨレーザに比べて非常に高い
という欠点がある。この理由は、電流が電流阻止層２に
よる内部ストライプ構造によって狭窄されているが活性
層４内に注入されたキャリアは活性層４の両側方向へ拡
散する結果、レーザ発振に対して無効となるキャリアが
増大するためである。この無効キャリアは不必要な自然
放出光及び発熱に消費され、しきい値電流を増加させる
と同時にレーザ素子の信頼性に悪影響を与える。

上述のＢＨレーザとＶＳＩＳレーザのそれぞれの問題点
を解決するために第３図に示すようなＶＳ　Ｉ　Ｓレー
ザのＶ溝の両側をｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２に達するま
で除去し、その部分を活性層４よりもエネルギギャップ
の大きい結晶１０で埋め込む構造が提案されている。こ
の構造ｉＢＨ。

ＶＳＩＳレーザと称される。この構造は活性層内のキャ
リアの横方向拡散を埋め込み層１０によって阻止し、か
つＧａＡｓ層による光吸収を利用した導波構造のため高
次モードの発生を抑制できる利点がある。しめ為しこの
場合メサ側面を経由するリーク電流が生じ閾値電流の低
減には限界があった。上述の問題を克服する念めにＶＳ
ＩＳレーザのＶ溝の両側をｐｎ逆バイアス接合を含む多
層結晶層により埋め込む構造が考えられている。しかし
第４図Ａ）に示すようにストライプ状メサ部より離れた
領域では結晶成長速度の違いによりこの多層結晶層のｐ
ｎ逆バイアス接合部分の層厚がキャリアの拡散長以下と
なりリーク電流Ｉノが生ずる。

またこの部分の層厚を十分厚くしようとすると第４図の
）に示すようにストライプ状メサ部の上にｐｎ逆バイア
ス接合を含む多層結晶層が成長し発振に寄与する電流Ｉ
ｄが阻害されて素子特性が悪くなる。

〈発明の目的〉 未発明は上述のストライプ状メサ部より離れた領域での
リーク電流を防止するためメサ部の上にｐｎ逆バイアス
接合等の埋め込み層を成長させることなく埋め込み層を
十分厚く成長させることを目的とする。

〈発明の概要〉 上記目的を達成するために未発明はＶＳＩＳレーザのＶ
溝以外の多層結晶領域を電流阻止層までエツチング等で
除去することによって形成されるメサ型レーザ発振動作
用多層結晶部の両側面をｐｎ逆バイアス接合又は高抵抗
結晶の少なくとも一方を含む多層結晶層により埋め込む
構造のＢＨ−ＶＳ　Ｉ　Ｓ型半導体レーザ素子に８いて
活性ｊ音上に積層されるクラッド層及び該クラッド層に
積層される保護層を合わせた層厚を１．５μｍ以上５．
０μｍ以下にすることを特徴とする。このような構成と
することにより２つのストライプ状メサ部の間の多層結
晶層をメサ部の上に成長させることなく十分厚くするこ
とが可能となりこの領域を流れるリーク電流の発生を抑
えることができる。

そのため、未発明による埋め込み型半導体レーザ素子の
しきい値電流は従来のＶＳＩＳ型半導体レーザ素子に比
べて大幅に低減されることとなる。

尚、上記層厚が！、５μ、以下であると所望の厚さの多
層結晶層を得ることができず逆に５．０μｍ以上である
とストライプ状メサ部の形成が困難であり、サイドエッ
チにより活性層幅の制御ができなくなる。

〈実施例〉 以下、未発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明を適用した埋め込み型半導体レーザ素子
の埋め込み成長後の光出射面における断面図である。

ｐ−ＧａＡｓ基板ｌ上に公知のＬＰＥＣ液相エピタキシ
ャル成長）法によりｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２を成長さ
せｔ後、ホトリソグラフィー法により電流阻止層２表面
からｐ−ＧａＡｓ基板ｌに達するようにストライプ状の
Ｖ溝部１２を刻設する。

電流阻止層２は逆バイアス極性で接合している之め、こ
の部分では電流は流れないが、■溝部１２によシミ流阻
止層２が除去され念頭域が電流通路として開通される。

次に第２回目のＬＰＥ成長によりＶ溝部１２を埋めるｐ
−ＧａＡＪＡｓクラッド層８．平坦なノンドープＧａＡ
ｌＡｓ活性層４．ｎ−ＧａＡノＡｓクラッド層５．ｎ−
ＧａＡｓ保護層６を順次積層してレーザ発ｉ動作用のダ
ブルヘテロ接合構造多層結晶を形成する。このとき、ｎ
　−ＧａＡＪＡｓクラッド層５は１．８　ｔｔｍ　、　
ｎ−ＧａＡｓ保護層６は０．８μｍの層厚で成長させる
。尚、ｐ−クラッド層３及び保護層４の層厚は従来同様
に平坦部で０．１−１μｍの範囲とする。しかる後例え
ば硫酸系エッチャントを利用してＶ溝部１２を含むよう
に上記レーザ発振動作用多層結晶を残存させ、■溝部１
２の両側方に対応する上記多層結晶をエツチング除去し
てストライプ状のメサ部１３を形成する。このメサエッ
チングは後の成長を可能ならしめるため、酸化性のＧ　
ａ　ＡｉＡ　ｓ層を残存させずｎ−ＧａＡｓ電流阻止層
２に達する深さ進行なう必要がある。そして、第８回目
のＬＰＥ成長を行いメサエッチングで除去した部分にｐ
−−ＧａＡＪＡｓ高抵抗埋め高抵抗一層７゜ｐ−ＧａＡ
ノＡｓ埋め込み第二層８．ｎ”−ＧａＡｓオーミックコ
ンタクト層９が積層する。この場合、メサ部１３が十分
に高いためメサ部の中間の平坦領域２１に葛けるｐ−−
Ｇ　ａ　ＡｉＡ　ｓ高抵抗埋め込み第一層７及びｐ−Ｇ
ａＡｓ基板埋め込み第二層８をキャリアの拡散長より長
くなるように厚く成長させてもメサ部１３の上にこれら
の埋め込み層７．８が成長することはなくメサ部１３は
直接オーミックコンタクト層９と接合し、メサ部１３で
の電流通路は確保される。このようにして作製され之ウ
ェハを破線ｘ−ｘ’で分割し、個々のレーザ素子とする
。未実施例によれば、図中にＩＪで示すようなリーク電
流は発生せず、注入されたキャリアは全て発光に寄与す
るため半導体レーザ素子としてのしきい値電流は大幅に
低減されることになる。未実施例の半導体レーザ素子は
発振波長７８０　ｎｍでしきい値電流が２２ｍＡであり
、従来のＶＳＩＳレーザに比べしきい値電流は半減し念
。また室温連続発振動作で光出力３０ｍＷまで安定な基
末横モード発振を維持した。

〈発明の効果〉 以上詳述したように本発明によれば従来の埋め込み型半
導体レーザに比ベリーク電流を大幅に低減することがで
き、しめ為も大きな光出力まで安定な甚大横モード発振
を維持することが可能となる。

尚、上記実施例ではＬＰＥ法によるＧａＡＪＡｓ系半導
体レーザ素子について説明したが、未発明はその構成材
料や成長方法が上記実施例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す埋め込み型半導体レー
ザの光出射面における断面図である。第２図［Ａｌは従
来の埋め込み型半導体レーザの概略断面図、同β）は従
来のＶＳＩＳ型半導体レーザの概略断面図である。第３
図はＢＨ−ＶＳＩＳ型半導体レーザの概略断面図である
。第４図人）（Ｂ）は、ＶＳＩＳ型半導体レーザを多層
結晶層で埋め込む場合の問題点を説明する説明図である
。 ｌ・・・ＧａＡｓ基板、２・・・ＧａＡｓ電流阻止層、
８．５＝・ＧａＡノＡｓクラッド層、４−＝ＧａＡＪＡ
ｓＧａＡｓ基板・・ＧａＡｓ保護層、７・・・ＧａＡノ
Ａｓ埋め込み第一層、８・・・ＧａＡｆｆｌＡｓ埋め込
み第二層、９・・・ＧａＡｓオーミックコンタクト層、
ＩＯ・・・埋め込み層、１２・・・Ｖ溝部、１３・・・
ストライプ状メサ部、２１・・・平坦部 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）ヌ　ｌ　図 １３　　図 第２１！ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に堆積された逆バイアス極性の電流阻止層を
   貫通するストライプ状の溝部で開通された電流通路上に
   形成されたレーザ発振動作用活性層をクラツド層で挟設
   するメサ型ダブルヘテロ接合構造部の両側を埋め込む電
   流遮断用多層埋込層を具備して成る埋め込み後半導体レ
   ーザ素子において、前記活性層上のメサ型ダブルヘテロ
   接合構造部の各層の厚さの合計を１．５μｍ以上５．０
   μｍ以下に設定したことを特徴とする埋め込み型半導体
   レーザ素子。 ２、多層埋込層が逆バイアス極性のｐ−ｎ接合を有し、
   層厚がキャリア拡散長以上である特許請求の範囲第１項
   記載の埋め込み型半導体レーザ素子。 ３、多層埋込層が高抵抗結晶層を有しかつその層厚がリ
   ーク電流を防止するに充分な厚さを有する特許請求の範
   囲第１項記載の埋め込み型半導体レーザ素子。