JPS63318793A

JPS63318793A - 半導体レ−ザ

Info

Publication number: JPS63318793A
Application number: JP15510887A
Authority: JP
Inventors: Iwao Komazaki; 岩男駒崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1988-12-27

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）本発明は情報処理用２波長半導体レーザに関する。

（従来の技術）多波長ダブルヘテロ構造半導体レーザは、１９８０年に
ファン（ＴＳａｌｌｇ）によりアプライド・フイジクス
・レター（＾ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔ
ｅｒ）巻３６にｒＭＢＥ法による多波長ＴＪＳレーザの
単−縦モードＣＷ発振Ｊ　（ＣＭ　ｍｕｌｔｉｗａｖｅ
ｌｅｎｏｔｈ　Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｊｕｎｃｔｉｏ
ｎ　５ｔｒｉｐｅ　１ａｓｅｒｓ　ＱｒＯＷｎ　ｂｙ　
ｎ＋ｏｌｃｃｕｌａｒｂｅａｍ　ｅｐｉ電極ｘｙ　ｏｐ
ｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙ　ｉｎｓ
ｔｎｇ＋ｅ−＋ｏｎｇ；ｔｕｄｒｎａ＋　ｌ１Ｏｄｅ）
に提案され、試みられている。それによれば、第３図に
示す様な構造となっている。横方向接合型半導体レーザ
（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ　５ｔｒｉ
ｐｅ）構造で、ＭＢＥ技術により、Ａ１組成を変えた４
段の重量子井戸型活性層６３．６５．６７、６９を形成
している。Ｚｎ拡散を行うことにより、高濃度ｎ型（ｎ
〜２Ｘ１０”ａｍ−’）活性領域の極性を反転させ、ｐ
”−ｐ−ｎ接合面を形成するとともに、ｐ型に不純物濃
度を高注入すると、バンドギャップがｎ型状態に比べ、
３０〜８０　ｌ１ｅＶ狭くなるとともに、実効屈折率が
大きくなるから、Ｚｎ拡散により共振器方向に光導波路
を構成できる。

また、単井戸型！ｆ１３ｍを有するから、各活性領域に
効率良くキャリアを注入でき、スペクトル特性に優れた
半導体レーザが得られる。前記報告によれば、約２５ｎ
１１間隔で、閾値電流の１．７＠まで、単一モード制御
されたパルス発振が得られている。

（発明が解決しようとする問題点）多重活性領域を有する半導体レーザでは、注入するキャ
リアが各活性領域に一様に注入されることが条件であり
、各層の濃度、比抵抗等が均一であることが要求される
。前記４波長単量子弁戸型レーザでは、均一性に優れた
ＭＢＥ及び気相成長技術を用いて、活性領域の層厚がキ
ャリアの拡散厚程度に薄いから、発振が得られた。しか
し情報処理用として書込み、読み取り（ＤＲＡＷ）ＩＩ
能を有する為には、高出力動作が要求され、多波長レー
ザとして、各々が独立に駆動される必要がある。しかる
に、提案された半導体レーザでは、独立駆動は不可能で
あり、キャリアの拡散長を考慮しなくてはならないから
高出力は期待できない。

そこで本発明の目的は、これらの欠点を除去し、独立駆
動が可能で温度特性およびスペクトル特性に優れた高上
カニ段多重井戸型埋込み半導体レーザを提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段）前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、ｐ＋型ＧａＡ、ｓ基板上に、超格子構造を有する第１
活性層をこの活性層よりもバンドギャップの広い材料か
らなる第１クラッド及び第１光ガイド層並びに第２クラ
ッド層で挾んだダブルヘテロ構造を備え、前記第２クラ
ッド層上のｎ型キャップ層からＧａイオンビームを少な
くとも前記第１活性層まで、平行するストライプ領域及
びそれらをつなぐ領域を除き、全面に注入することによ
り、超格子構造を無秩序化し、前記非Ｇａイオンビーム
注入領域が実効的に埋込まれており、さらに、前記ｎ型
キャップ層上に、前記第１活性層と周期の異なる超格子
＋１造を有する第２活性層を有し、前記第２活性層をこ
の活性層よりもバンドギャップの広い材料からなる第３
クラッド及び第２光ガイド層並びに第４クラヅド層で挾
んだダブルヘテロｍ逍を備え、前記第４クラッド層上の
Ｐ型キャップ層からＺｎｔ敗により少なくとも前記第２
活性層まで、共振器方向のストライプ部分を除いて、超
格子構造が無秩序化されてストライプ部分が埋込まれて
なる半導体レーザであって、第１の極性の電極が上面の
ストライプ部分及び裏面に形成してあり、さらに第２の
極性の電極が前記第１の極性の電極のうちで前記上面の
電極に平行であって前記ｎ型キャップ層に達するストラ
イプ状に形成してあることを特徴とする。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図（ａ）はその実施例の半導体レーザの構造を示す
斜視図であり、第１図（ｂ）は同図（ａ）においてｘ−
ｘ　’を通りｚ−ｚ’に垂直な面の断面図であり、第１
図（Ｃ）は同図（ａ）においてｚ−ｚ’を通りＹ−Ｙ’
に垂直な面の断面図であり、第２図（ａ）〜（ｆ）はそ
の実施例の製造工程図である。

（１００）　Ｐ＋型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１（ｐ〜ｌＸ１
０１ｅ個１）上にＭＯ−ＶＰＥ技術により、ｐ型ＡＪＯ
，４ＳＧ　ａ　ｏ、５ｓＡｓ第１クラッド層２　（Ｚｎ
ドープ。

ｐ　＝　２　Ｘ　１０”３−’）を２重ｍ＋Ｐ型Ａ　ｊ
！　ｏ、　ｓｓＧ　ａｏ、ａｓＡｓ第２光ガイド層３　
（Ｚｎドープ、ｐ＝５×１０１７１０１７ａを０．５重
ｍ、第１活性層４としてＧａＡｓ／Ｇａｏ、ｔ　Ａｊｌ
ｏ、ｓ　Ａｓを８０人／６０人で１０周期の超格子構造
に形成し、さらにｎ型Ａρ。、４８Ｇ　ａ　ｏ、　ｓｓ
Ａ　Ｓ第２クラッド層５（Ｓｉドープ。

ｎ　＝　Ｉ　Ｘ　１Ｇ”ａｍ−’）を２１４”　＋最後
にｎ＋型ＧａＡｓ第１キャップ層６（Ｓ１ドー７．ｎ＝
３Ｘ１０”ａｍ−’）を１．５重ｍ順次連続成長する（
第２図（ａ））。

ｎ中型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ上に絶縁膜Ｓ　１０　＊　／　Ｓ
　ｉ　ｓＮ、を３０００人形成し、ホトリソグラフィ技
術で第１図（Ｃ）に示す様なＨ字状マスク３０を形成す
る。

光導波路部分のストライプ幅は４ＩＪｍとし、電極形成
領域２６のストライプ幅は、４０ＩＩＩ＋とし、ブリッ
ジ部分２７の幅は１００μ論、長さは、４０１Ｊｍとす
る（第１図（ｃ））。

この絶縁膜上よりＧａ＋イオンビーム（ドーズ量４　ｘ
　１０Ｉ４■弓）をｐ型筒１光ガイド層３まで注入し、
第１活性層１の超格子構造を無秩序化し、７００℃で２
０分間アニールする（第２図（ｂ））。

リン酸系エツチングで、０．５μＩ表面をエツチングし
た後再成長として、ｎ十型ＧａＡｓスペーサ１ａ７（Ｓ
１ドープ＊　ｎ　＝　３　Ｘ　１０”ａｎづ）を２１ｍ
、ｎ型Ａρｏ、　４ｓＧ　ａ　ｏ、　ｓｓＡ　Ｓ第３ク
ラッド層８（Ｓ１ドー１．　ｎ　＝　Ｉ　Ｘ　１０′７
０ｍ１−’）を２Ｉｎ＋、ｎ型ＡＪｏ、　ｓｓＧ　ａ　
ｏ、　ａｓＡ　Ｓ第２光ガイド層９（Ｓ１ドー１゜ｎ　
＝　Ｉ　Ｘ　１０”ａｍ−’）を０．５１ｍ、第２活性
ｉｉｏとしてＧａＡ　ｓ／Ｇａｏ、ｙ　Ａρｇ、３ＡＳ
を５０人／８０人で１０周期超格子構造に形成し、さら
に、ｐ型Ａρ（１，４ＳＧ　ａ　ｏ、　ｓｓＡ　Ｓ第４
クラッド層１１（Ｚｎドープ。

ｐ　＝　Ｉ　Ｘ　１Ｇ”ａｍ−’）を２　Ｌｌｌｌ　、
最後にｐ中型ＧａＡｓキャップ層１２　（Ｚ　ｎドープ
、ｐ＝５Ｘ１０”３−１）をＩ＆Ｉｍ、ＭＯＶＰＢ技術
で順次連続成長する（第２図（ｃ））。

ｐ＋型Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャブ１層上に絶縁Ｍ（ｓｉＯｌ
又は、５ｉＩＮ、）３１を形成後、ホトリソグラフィ技
術で、４　ｕｍストライプを形成する。Ｚｎの熱拡散に
より、第２光ガイド層９内まで拡散させ、第２活性層１
０の超格子構造を無秩序化する（第２図（ｄ））。

絶縁膜３２を再び付け、電極形成領域をストライプ状に
窓開は後、リン酸系エツチング（Ｈ５ＰＯ４：　Ｈ２ｏ
２：　ＣＨｓ　０Ｈ＝１　：　１　：　３゜２０℃）で
、ｎ中型ＧａＡｓキャップ層６上部まで島状に除去する
。さらに、絶縁Ｊｇ１３３を付け（第２図（ｅ））、島
状底部の窓開けを行ない、ｎ側電極１４を形成し、さら
に非Ｚｎ拡散領域上に窓開けを行ない、ｐＨ！ｌ電極１
５及び裏面にもｐｆｆｌ電極１６を形成し、本発明の埋
込み型２重２波長半導体レーザが完成する（第２図（ｆ
））。

（実施例の作用効果）上述の第１図（ａ）の実施例の構造において、まず最初
に下段の半導体レーザの動作について以下に説明する。

第１ｐ側を極１６より注入されたキャリアは、Ｇａ＋イ
オンビーム注入されたｎ型領域は、高抵抗になることが
、平山らの報告によるとイオン注入された領域には注入
されず、超格子構造を有する井戸領域に集中する。前記
平山らの報告によれば、ｎ型領域へのイオン注入は、ア
ニール効果により抵抗は注入前にもどるが、ｎ型領域に
注入した場合には、アニール後も抵抗率が５桁上昇する
（ＪＪＡＰ、　２４巻レター９６５．　（１９８５年）
　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ
　Ｇａ　Ｉｏｎ　ＢｅａｎＩｍｐｌａｎｔｅｄ　ＧａＡ
ｓ　Ｅｐｉｌａｙｅｒ　）　。

井戸領域でキャリアの再結合により生じた光は、無秩序
化された領域は、井戸領域よりも屈折率が低下している
為、井戸領域及び第１光ガイド領域に光導波され、共振
器両端面で光帰還され、光増幅し、レーザ発振が得られ
る。

Ｇａ＋イオン注入されたｎ型領域の比抵抗が高くなって
いるから電流は、非注入領域に流れ、横モード制御及び
電流狭窄が効率的にでき、高効率発振が得られる。

また、井戸構造では、光利得分布に波長選択性が生じる
から、スペクトル特性が優れ、温度特性にも通常のレー
ザに比べ高性能化が期待できる。

電流は、おもにＧａイオンビーム非注入領域だけに流れ
るので、第１図（ｃ）に示す′ｒ４極形酸形成領域２６
り、効率的に、ｎｆｆ！Ｉ電極１４に流れ込む。

次に上部半導体レーザの動作について説明する。

第２　ｐ　（ＰＩ　を極１５より注入されたキャリアは
、Ｚｎ拡散領域にも広がるが、超格子領域が無秩序化さ
れるとその実効的組成は、井戸及び障壁を形成する組成
をその層厚で平均化した組成に等しくなるから、バンド
ギャップの狭い多重井戸領域に集中する。実施例の場合
、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａρｏ、５Ｇａｏ、ｙＡＳを５
０人／８０人で１０周期形成しているので、無秩序化領
域の実効組成は、Ａｆｌｏ、ｒ。Ｇａｏ、ｒ２Ａｓに相
等し、その屈折率も無秩序化領域は低下する。したがっ
て、多重井戸領域でキャリアの再結合で生じた光は、無
秩序化領域の屈折率低下に件ない、井戸領域に閉じ込め
られ、多重井戸領域及び第２光ガイド領域に光導波され
、共振器両端面で帰還光増幅され、レーザ発振する。下
段の半導体レーザと同様に、高効率で、温度特性、スペ
クトル特性に優れた高出力レーザが得られる。

（発明の効果）本発明の半導体レーザは、以上説明したように、独立、
駆動の温度特性およびスペクトル特性に優れ、しかも出
力が高いという利点を有する。

また、本発明を適用したレーザアレーを構成すれば、−
左側の端面の反射率を高くすることにより低雑音となり
、２波長２段書込み／読み取り半導体レーザアレーとな
る。

さらに、本発明を適用して３連レーザアレーを構成する
ことにより、２波長消去、書込み、読み取り機能を有す
る半導体レーザが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例のｉ造を示す斜視図、
°第１図（ｂ）は同図（ａ）においてＸ−Ｘ′を通りｚ
−ｚ’に垂直な面の断面図、第１図（ｃ）は同図（ａ）
におけるｚ−ｚ’を通りＹ−Ｙ′に垂直な面の断面図、
第２図（ａ）〜（ｆ）はその実施例の製造工程図、第３
図は従来の多波長多重レーザのＭ３ｔｉを示す断面図で
ある。１　＝−ｐ中型ＧａＡｓ基板、２　・Ｐ型Ａ　４１　＊
　Ｇ　ａｒ−ｘＡｓ第１クラッド層、３　・−ｐ型Ａ　
４１　、Ｇ　ａｌ−８・Ａｓ第１光ガイド層、４・・・
ＭＱＷ第１活性層、５・・・ｎ型Ａ　１　ｔ　Ｇ　ａ　
Ｉ−ｗ　Ａ　ｓ第２クラッド層、６・・・ｎ十型ＧａＡ
ｓ第１キャップ層、７・・・ｎ＋ｊｌＧａＡｓスペーサ
層、８−ｎ型Ａ　４７　ｙ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｙＡｓ第３ク
ラッド層、９　・−ｎ型Ａ　ｊ！　ｙ・Ｇ　ａ　ｔ　−
ｙ・Ａｓ第２光ガイド層、１０・・・ＭＱＷ第２活性層
、１１・Ｐ型Ａ　ｊ！　ｙ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｙ　Ａ　ｓ第
４クラッド層、１２・・・ｐ＋型ＧａＡｓキャップ層、
１３・・・絶縁膜、１４・ｎ　ＩＩＩ電極、１５．１６
・・・ｐ　ｆｉｌ電極、２１・−Ｇａ÷イオンビーム注
入領域、２２・・・ＺｎｖＡ敗領域、２５・・・Ｇａ＋
イオンビーム非注入領域、２６・・・電極形成領域、２
７・・・ブリッジ部分、３Ｇ、　３１．３２．３３・・
・絶縁膜、６ｌ−−−ｎ型ＧａＡｓ基板、６２．６４．
６６、６８．７０・−ｎ型Ａｊ！ｙ　Ｇａ＋−ｙ　Ａｓ
クラッド層、６３＝　ｎ型Ａｊ！、４Ｇ　ａ　、、、Ａ
　ｓ活性層、６５・−ｎ型Ａ　Ｉ　ｚｓＧ　ａ　ｌ−ｇ
ｊＡｓ活性層、６７−・ｎ型Ａρ＊＊Ｇ　ａ　ｔ−ｇｔ
Ａ　Ｓ活性層、６９−−−　ｎ型Ａ　ｊ！　ｇｔＧ　ａ
　１−ＫＩＡ　Ｓ活性層、７１　・・・絶縁膜、７２・
”　ｐ　ｆｆ１ＩＴｏ極、７３−Ｚ　ｎ拡散領域、７４
−ｎ　（ｉ！ｌ　＠　ｔｆ！、７５・・・ｐｉｌｌ域。

Claims

【特許請求の範囲】ｐ＾＋型ＧａＡｓ基板上に、超格子構造を有する第１活
性層をこの活性層よりもバンドギャップの広い材料から
なる第１クラッド及び第１光ガイド層並びに第２クラッ
ド層で挾んだダブルヘテロ構造を備え、前記第２クラッド層上のｎ型キャップ層からＧａイオン
ビームを少なくとも前記第１活性層まで、平行するスト
ライプ領域及びそれらをつなぐ領域を除き、全面に注入
することにより、超格子構造を無秩序化し、前記非Ｇａ
イオンビーム注入領域が実効的に埋込まれており、さらに、前記ｎ型キャップ層上に、前記第１活性層と周
期の異なる超格子構造を有する第２活性層を有し、前記
第２活性層をこの活性層よりもバンドギャップの広い材
料からなる第３クラッド及び第２光ガイド層並びに第４
クラッド層で挾んだダブルヘテロ構造を備え、前記第４クラッド層上のｐ型キャップ層からＺｎ拡散に
より少なくとも前記第２活性層まで、共振器方向のスト
ライプ部分を除いて、超格子構造が無秩序化されてスト
ライプ部分が埋込まれてなる半導体レーザにおいて、第１の極性の電極が上面のストライプ部分及び裏面に形
成してあり、さらに第２の極性の電極が前記第１の極性
の電極のうちで前記上面の電極に平行であって前記ｎ型
キャップ層に達するストライプ状に形成してあることを
特徴とする半導体レーザ。