JPS637691A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS637691A
JPS637691A JP61151958A JP15195886A JPS637691A JP S637691 A JPS637691 A JP S637691A JP 61151958 A JP61151958 A JP 61151958A JP 15195886 A JP15195886 A JP 15195886A JP S637691 A JPS637691 A JP S637691A
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JP
Japan
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layer
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current
groove
cladding layer
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JP61151958A
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English (en)
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Hisao Kumabe
隈部 久雄
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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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![!? ) この発明は、光通信や光情報システムの光源として使用
される半導体レーザの構造に関するもので、特に安定な
横基本モードで、かつ低しきい値動作する屈折率ガイド
形の半導体レーザ装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図はAlGaAs系の半導体レーザ装置の一例の構
造を示す断面図である。この図において、11はp形G
aAs基板結晶で、この上にMOCVD法によって、1
回目にp形A l yGa、−yA Sクラッド層12
.n形GaAs電流ブロック層13を成長させた後、n
形GaAs電流ブロック層13の一部を選択的にエツチ
ングして逆台形のス)−ライブ状溝14を形成し、次い
で2回目の成長で、p形、A I 、G a、−、A 
sクララド層15.活性領域21が形成されるA I 
、G al−yA S活性層16.n形AeyG a、
−yA sクラッド層17.n形GaAs:+ンククト
層18を順次成長させている。19はn電極、20はp
電極である。
そして、レーザ発振をさせるためには、n電(餉19と
p電極20間に順電圧を印加し、活性領域21にしきい
値以上の順方向電流を流してやる必要がある。この構造
の半導体レーザ装置では、n形G a A 3.3流ブ
ロック層13によって電流パスを溝14近所に制限して
活性領域21に電流を集中させているうえ、縦方向のダ
ブルへテロ接合に加えA I 、G a、−xA s活
性層16を折り曲げて横方向にも屈折率分布をもたせた
構造上の特長のため、電流、キャリア、光は効率よくほ
とんど活性領域内に閉し込められることになる。
ちなみに、この半導体レーザ装置は、例えば室温CWで
の発振しきい値電圧が約30mAと低く、安定な横基本
モード、滑らかな形状で安定な放射パターンを持ち、9
0℃以上の高温での動作、非点収差が小さいなどの極め
て闇れた性能をもっことが確認されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来の半導体レーザ装置は、前述した手順
の結晶成長を行わねば実現不可能である。
すなわち、1回目にp形A l yG al□Asクラ
ッド層12.層形2aAs電流ブロック層13を成長さ
せた後、成長炉から取り出して、電流パスとなろストラ
イプ状溝14の形成を行い、しかる後、p形A 1 、
G al−yA sクラッド層15からfl形G a 
A sコンクト層18まで順次成長させるので、製作途
中で1度ウェハが大気にさらされる。この時、水分や酸
素を含む大気にさらされた結晶表面には、当然酸化など
の変質が生じ、2回目の結晶成長時に成長不良を起し、
高品質な結晶を成長させられないため、優れた特性をも
つ半導体レーザ装置を再現性よく実現させろことは難し
くなる。これを解決するため、通常、2回目の成長直前
に酸化膜などの除去のためのエツチングをして、結晶表
面のクリーニングを行っているが、完全に清浄にずろこ
とは困難で、多少の変質であれば比較的成長させ易いM
OCVD法においても度々問題を生じていた。
また例示した構造のものに限らず、電流ブロック層や屈
折率ガイドをつけた構造の従来のほとんどの半導体L・
−ザ装置では、MOCVD、Ll)Eなどの何れかの結
晶成長法を用いても少なくとも2回の結晶成長を行う必
要があり、優れた特性をもつ半導体レーザ装置を再現性
よく実現できないという問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、ただ1回の結晶成長によってウェハを大気にさら
すことなく製作でき、安定な横基本モード、低しきい値
などの際れな特性を再現性よく、容易に実現できる崖導
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、底部の幅がその上
部より広いストライプ状の溝が形成された第1導電形の
半導体基板結晶と、この半導体基板結晶上にt71¥の
側壁部で不連続になるように形成した第2導電形の電流
ブロック層と、この電流ブロック層および溝の側壁部を
被覆する第1導電形の下側クラッド層と、この下側クラ
ッド層上に形成した禁制帯幅が下側クラッド層より小さ
く屈折率が大きい活性層と、この活性層上に形成した禁
制帯幅が活性層より大きく屈折率が小さい第2導を形の
上側クラッド層と、この上側クララ1:層上に形成した
第2導電形のコンタクト層とから構成したものである。
〔作用〕
この発明においては、溝内に形成された活性層が活性領
域となるとともに、電流ブロック層の形成されない溝の
側壁部が電流パスとなり、活性領域に光およびキャリア
が集中する。
〔実施例〕
第1図はこの発明の半導体レーザ装置の一実施例の構造
を示す断面図である。この図において、1はp形GaA
s基板結晶(以下基板結晶という)、2はストライプ状
の台形溝で、通常の写真製版技術とエツチング技術によ
って基板結晶1上の一部に形成されている。3ばn形G
aAs電流ブロック層で、台形溝2を形成した基板結晶
1上に、例えばMOCVD結晶成長技術によって形成−
され、台形溝2の側壁部で基板結晶1が露出するような
不連続な層となっている。4は前記台形溝2の全部とn
形GaAs電流ブロック層3表面を全て覆うように形成
したp形A I YGal−yA s下側クラッドJ凶
、5は活性領域10が形成されるp形Aj’XGa1−
xAs活性層で、p形A l yG al−、A s下
側クラッド層4上に台形溝2の形状に沿って湾曲して形
成されている(y>x)。6,7は前記p形A l 、
G al−。
As5上に形成されたn形A I yG al−yA 
s上側クラッド層およびn形GaAsコンタクト層、8
はn電極、9はp電極である。
この半導体レーザ装置は、n電極8.p電極9間に順電
圧を印加すると、電圧印加によって、順方向電流がp形
A I XG al−xA s活性層5− n形A l
 、G al−yA s上側クラッド層6界面のpn接
合を横切って両電極間を流れる。この際、基板結晶1上
に設けた台形溝2とこの側壁部で不連続に成長させたn
形GaAs電流ブロックH3の作用によって、すなわち
p−n−pの逆バイアス層の存在により、台形溝2の側
壁部のみに制限され、電流は台形溝2の近傍、すなわら
活性領域10にほとんどが集中することになる。活性領
域1oにキャリアが注入され、電子とホールの再結合に
よって発光した光は、さらに電流を増していくと、レー
ザ共振器内で反射、増巾され、しきい値電流値まて増す
とレーザ発振が起きる。ところで、第1図に示したp形
A l 、G al−xA s活性層5は、台形溝2に
沿って形成されているため、活性領域10の両側で折れ
曲っており、台形溝2の幅と深さおよびn形GaAs電
流ブロック層a y P形A l yG a、−。
As下側クラッド層4の厚さを制御ずろことによって活
性領域10の位置を自動的にアライメントできるととも
に、その幅も制御できろ。活性領域10は両側で屈折率
が小さいp形A l yG aI−yA s下側クラッ
ド層4と接し、横方向に屈折率差をもった構造となるう
え、近接した禁制帯幅の大きいp形A l 、G J−
yA s下側クラッド層4の効果によって、キャリアと
光は平坦な活性領域10にほとんど閉じ込められること
になる。そのため、レーザは極めて低いしきい値電圧で
発振できるとともに、横基本モードで安定し゛C動作す
る。また横方向に設けた屈折率ガイド構造のため、非点
収差が小さいなどの応用上極めて優れた特性をもつ。そ
して、例えば台形溝2の幅を4〜5μm、深さを=2μ
nXn形GaAs電流ブロック層3 + P形AI。
G al−yA s下側クラッド層4の厚さを各々=1
μ扉にした場合、活性領域1oの幅は2〜3μmとなり
、I)形A l xG +11−、A s活性層5の厚
さを40.171mとすることにより上述した良好な一
特性の半導体レーザ装置が得られる。
一方、この半導体し・−ザ装置の製造工程は、まず、基
板結晶1に台形溝2を形成した後、口形GaAs電流ブ
ロック層3を成長させるが、この際、台形溝2の側壁に
は!1形GaAst流ブロック層3が成長せず、後に電
流パスとなる部分が形成されろ。したがって、この後順
次p形A I 、Ga1−yA s下側クラッド層4〜
n形GaAsコンククト層7の各層を成長させるたけて
よく、従来のように結晶成長工程を2回に分け、エツチ
ングによって電流バスとなる溝を形成しなくてもよいわ
けである。
このため、従来のように結晶成長工程間にウェハが大気
にさらされることがなくなり、ウェハが酸化する恐れも
なく、良好な結晶を安定に成長させることが可能となる
なお、上記実施例では基板結晶1にp形G aA sを
用いた場合について述べたが、基板結晶1にはn形G 
aA sを用いてもよく、この場合にはn形GaAST
iiAブロック層3以下n形GaAsコンクク)・層7
までの各層の導電形を逆にすればよ(、また活性層の導
電形がどちらでもよいことはいうまてもない。
また口形GaAs電流ブロック層3をGaAs眉に限ら
ずA I!za al−2A 5Ff1で構成してもよ
く、X〈Zの場合には、この電流ブロック層による吸収
ロスが減少するので、r’形ANyGa□−y A s
下側クラッド層4の厚さを薄くして活性領域10の幅を
高精度で制御ずろことができろ。
さらに、第1図に示したし・−ザ構造を基本にして、A
 I −、G al−A s活性55とp形A e y
G a、−。
As上側または下側クラッド層4または6 (上。
下どちらでもよい)の間にArAsのモル比が両者の中
間にあるA I 、Ga、−fAs (x< f < 
y)ガイド層を設けた構造にすれば、光をA l ll
G at−xAs活性層5から光ガイド層中へ拡げられ
、その結果、A l z G al−11A s活性層
5内の光密度が減少し、実効的にレーザの光出力を増大
させる高出力化が容易に可能となる。
またさらに、この発明をA RGaAs/ GaAs系
の半導体レーザ装置に限らず、I nG aA s系や
AeGaIaP系などの他の材料を用いた半導体レーザ
装置に適用しても同様な効果をもち、有効であることは
明白である。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、底部の幅がその上部よ
り広いストライプ状の溝が形成された第1導電形の半導
体基板結晶と、この半導体基板結晶上に溝の側壁部で不
連続になるように形成した第2導電形の電流ブロック層
と、この電流ブロック層および溝の側壁部を被覆する第
1導電形の下側クラッド層と、この下側クラッド層上に
形成した禁制帯幅が下側クラッド層より小さく屈折率が
大きい活性層と、乙の活性層上に形成した禁制帯幅が活
性層より大きく屈折率が小さい第2導電形の上側クラッ
ド層と、この上側クラ・ソド層上に形成した第2導電形
のコンタクト層とから構成したので、た/′l!1回の
結晶成長工程で再現性よく高品質な結晶を容易に成長さ
せろことができ、横基本モードで安定して動作するとと
もに、しきい値電流が低く、非点収差が小さいという効
果をもつ。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の半導体レーザ装置の一実施例の構造
を示す断面図、第2図は従来のA I G aAs系の
半導体レーザ装置の一例の構造を示す断面図である。 図において、1はp形GaAs基板結晶、2は台形溝、
3はn形GaAs電流ブロック層、4はp形A l y
G al−yA s下側クラッド層、5はp形A17x
G al−J s活性層、6はn形A e 、G al
−yA s上側クラッド層、7はn形GaAsコンタク
ト層、8はn電極、9はp電極、10は活性領域である
。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄   (外2名)第1図 第2図 手続補正書(自発) 1、事件の表示   特願昭61−151958号2、
発明の名称   半導体レーザ装置3、補正をする者 代表者志岐守哉 4、代理人 5、補正の対重 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)  明細書第6頁5〜6行の1″溝内に形成され
た活性層が」を、「台形溝2に沿って屈曲して形成され
た活性層が」と補正する。 (2)同じく第7頁5〜6行のEp形A I XG a
、−。 As5Jを、「p形A I XG al−、A S活性
層5゜1と補正する。 (3)同じく第7頁13行の「両電極間」を、E画電極
8,9間」と補正する。 (4)同じく第10頁16行、20行〜第11頁1行、
2行のr A I JIG 1l−11A s活性層5
」を、いずれも「p形A l 、G at−xA s活
性層5」と補正する。 (5)同じ(第10員16〜17行のEp形Ail。 Ga1−アA3上側または下側クラッド層4または6」
を、[n形A l yG J−yA s上側クラッド層
6またはp形A l 、G &、−アAs下側クラッド
層4」と補正する。 以  上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 底部の幅がその上部より広いストライプ状の溝が形成さ
    れた第1導電形の半導体基板結晶と、この半導体基板結
    晶上に前記溝の側壁部で不連続になるように形成した第
    2導電形の電流ブロック層と、この電流ブロック層およ
    び前記溝の側壁部を被覆する第1導電形の下側クラッド
    層と、この下側クラッド層上に形成した禁制帯幅が下側
    クラッド層より小さく屈折率が大きい活性層と、この活
    性層上に形成した禁制帯幅が活性層より大きく屈折率が
    小さい第2導電形の上側クラッド層と、この上側クラッ
    ド層上に形成した第2導電形のコンタクト層とから構成
    したことを特徴とする半導体レーザ装置。
JP61151958A 1986-06-27 1986-06-27 半導体レ−ザ装置 Pending JPS637691A (ja)

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JPS6373685A (ja) * 1986-09-17 1988-04-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体レ−ザアレイおよびその製造方法
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