JPS6384186A - トランスバ−ス・ジャンクション・ストライプ・レ−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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、低バンド・ギャップの活性層を間に挟んだ高
バンド・ギャップのクラッド層からなり、これらの層が
半導体基板上に付着されている、半導体のヘテロ構造か
ら構成される、トランスバース・ジャンクシｅンΦスト
ライプ（ＴＪＳ）レーザに関する。また、このようなレ
ーザを１次元または２次元のアレイとして配列して使用
し、高い光出力をもたらすことも提案される。この構造
は、特にガリウム砒素技術によるデバイスに適している
。

Ｂ、従来技術 近年、光通信は、電気通信でもデータ処理システム内部
でのデータ転送でも、ますます重要になってきている。

光ビームが発生され、通信するデータを表わす光信号と
なるように変調され、伝送され、検波されてから、デー
タ処理する電気回路に加えられる。これらの光学系にお
ける重要な要素の１つは、光ビームの発生源である。こ
の方面では、構造、材料、コンセプトの全く異なるレー
ザが利用されて非常な成功を収めてきた。

ｐｎ接合型半導体レーザは、そのサイズがコンパクトで
あり、かつその技術が関連する電子回路の技術と整合性
があるので、ますます重要になってきている。これらの
デバイスでは、それ自体がダイオードとなるｐｎ接合に
順電流を通すだけで、レーザが始動される。しきい電流
に到達すると、誘発発光が起こり、接合部から方向性の
高い単色の光ビームが放出される。これらのレーザは、
電流の変調によって容易に変調できる。これらのレーザ
における光子の寿命は非常に短いので、高周波数での変
調が実現できる。ただし、ガリウム砒素ｐｎ接合などか
らなるホモジャンクション・レーザでは、しきい電流密
度が極めて大きく、温度上昇につれて急速に増加するこ
とが判明している。

このため、室温でレーザを連続作動させるのに、重大な
困難が課せられる。

しきい電流密度を減少させるために、多居ヘテロ構造が
提案されており、単一ヘテロ構造（たとえば、ｎ−Ｇａ
Ａｓ界面）−ＧａＡｓ／ｐ−Ａ＝ＧａＡｓ）および二重
ヘテロ構造（たとえば、ｎ−Ａ＝ＧａＡｓ／ｐ−ＧａＡ
ｓ／ｐ−Ａ＝ＧａＡｓ）が考案されている。こうした構
造は、高品質の半導体基板上に、合金組成およびドーピ
ングが異なるエピタキシアル層を順次成長させることに
よって製造する、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法が使用
されてきた。このようなペテロ構造のレーザでは、（１
）活性領域を囲む高バンド・ギャップの材料のエネルギ
ー障壁によってキャリアが閉じ込められ、かつ（２）活
性領域外側で屈折率が急激に低下するために光が閉じ込
められるので、低いしきい電流しか必要でない。

大部分のヘテロ構造レーザは、レーザ発振範囲がストラ
イブ接触の下の狭い領域に限定される、ストライブの形
状に作成される。ストライブの形状にすることの利点に
は、（１）断面積が減少して必要な動作電流を減少させ
ること、および（２）接合部の容量が小さいために応答
時間が改善されることなどがある。

こうしたエピタキシアル成長されたヘテロ構造レーザで
は、ふつう、活性なｎ型導電層と隣接ｐ型層との水平境
界にｐｎ接合部が形成され、これと垂直方向に電流が流
れる。しかし、最近になって、いわゆるトランスバース
・ジャンクシロン・ストライブ（ＴＪＳ）形レーザが発
表されている。

このレーザも、順次エピタキシアル成長させた、組成ま
たはドーピングあるいはその両方が異なる半導体層から
構成されるが、垂直ｐｎホモジャンクションが設けられ
た活性層内へまたこの層を貫いて横方向にキャリアが注
入されている。これらのＴＪＳレーザの、通常の垂直キ
ャリア法に勝る主要な利点は、（Ａ＝ＧａＡｓ−ＧａＡ
ｓ界面を通る）垂直方向だけでなく、（ｐ”−ｐ　ｎ＋
界面を通る）横方向にも、キャリアと光が閉じ込められ
ることである。このため、しきい電流がさらに下がり、
容量がさらに減る。

これまでに知られているＴＪＳ形のレーザでは、Ｚｎを
拡散して層化ｎ型構造の一部をｐ型に変換することによ
って活性層中にｐｎ接合が形成される。この場合、ｎ型
ＧａＡｓ活性層からＺｎｎ拡散型ＧａＡｓ層に注入が行
なわれる。このようなＴＪＳレーザの構造は、たとえば
、Ｗ、スサキ（Ｓｕｓａｋｉ）等の論文「低しきい値と
単一モードで動作する新しいＧａＡミＡｓ横方向注入レ
ーザの構造（Ｎｅｗ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｇ
　ａ　ＡミＡｓＬａｔｅｒａｌ−Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　
Ｌａ５ｅｒ　ｆｏｒ　Ｌｏｗ−Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄａｎ
ｄ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　０ｐｅｒａｔｉｏｎ）　
Ｊ　、Ｉ　Ｅ　Ｅ　ＥＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎ
ｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）Ｑ　Ｅ第１３巻為第
８号、１９７７年１０月、５８７〜５９１ページおよび
Ｈ，ナミザキ（Ｎａｍｉｚａｋｉ　）等の論文「しきい
電流が非常に低いトランスバースΦジャンクション形二
重ヘテロ構造レーザ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｊｕｎｃ
ｔｉｏｎ−ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｄｏｕｂｌｅ−ｈｅｔｅ
ｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌａｓｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｖｅ
ｒｙ　ｌｏｗ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ）
　Ｊ　）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ１第４５巻、第６号、１９７４年６月、２７
８５〜８６ページに記載されている。

Ｃ０発明が解決しようとしている問題点エージング特性
に秀れた低しきい値のレーザ・ダイオード用に、これら
のＴＪＳレーザ構造が用いられて成功を収めてきた。し
かし、活性領域に横方向ｐｎ接合を形成させる製造工程
は、非常に複雑であり、制御が難しい。その上、横方向
ｐｎホモジャンクシロンを使用しているので、横方向に
安定なモード・ガイディング（ｍｏｄｅ−ｇｕ　ｉｄ　
ｉｎｇ　）がもたらされない。したがって、ｐ領域とｎ
領域の光学的屈折率に僅かな差をつけるために、階段状
のドーピング・プロファイルをもつ複雑な拡散工程が必
要である。この屈折率は、材料に依存するだけでなく、
ｐｎ界面での注入されたキャリア密度にも依存するので
、ドライブ電流が増大すると、レーザ・ダイオードをよ
り高次の横モード構成での発振に切り替わることが起り
得る。そのため、充電流特性に激しい非線形性が生じ、
かつ光雑音レベルがかなり高まる。

Ｄ０問題点を解決するための手段 これらの欠点は、本発明のレーザ構造によって回避され
る。この構造は、分子線エピタキシ法で成長すせ、シリ
コン（Ｓ　ｉ）などの両性ドーパントでドープしたＧａ
Ａｓの示す導電性が、ＧａＡｓ基板の結晶面方向に依存
するという知見に基づくものである。たとえば、（１１
１Ａ）面上のＧａＡｓエピタキシアル膜をＳｔでドープ
すると、ｐ型環電性が得られ、（１００Ａ）面上のＧａ
Ａｓエピタキシアル膜をＳｉでドープすると、ｎ型導電
性を得ることができる。すなわち、異なる配向のＧａＡ
ｓ結晶面上にＧａＡｓを成長させると、ｐ型導電材料と
ｎ型導電材料を同時に付着させ、かつドーピングの異な
る領域の交差個所、即ち境界にｐｎ接合を形成させるこ
とができる。

この「結晶面に依存するドーピング」の効果は、Ｄ、Ｌ
、　　ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）の論文「結晶面に依存す
るドーピングによるＧａＡｓ分子線エピタキシ法での横
方向ｐｎ接合の形成（Ｌａｔｅｒａｌ、　ｐ−ｎｊｕｎ
ｃｔｉｏｎ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｇ　ａ　Ａ　
８　ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍ　ｅｐｉｔａｘｙ　ｂ
ｙ　ｃｒｙｓｔａｌ　　ｐｌａｎｅ　ｄｅｐｅｎｄｅｎ
ｔｄｏｐｉｎｇ）　Ｊ　Ｎ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ１第４７巻、第１２号、１９８
５年１２月、１３０９〜１３１１ページ、およびＷ、１
．ワンプ（Ｗａｎｇ）等の論文「分子線エピタキシアル
Ａ＝ＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ構造におけるシリコン・
ドーピングの結晶方向依存性（Ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｒｉ
ｅｎｔａｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　５ｉｌ
ｉｃｏｎ　ｄｏｐｉｎｇ　ｉｎ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂ
ｅａｍ　ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ａ＝Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／
　Ｇ　ａ　Ａ　５ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）
　Ｊ　１Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ
ｓ　１第４７巻、第８号、１９８５年１０月、８２６〜
８２８ページに報告されている。

これらの参考文献は、現状技術を代表するもので、ドー
ピングに及ぼす結晶方向の影響を記載しているが、本発
明のコンセプトや構造を開示したり示唆することはして
いない。

また、本明細書では、本発明のレーザを位相結合レーザ
の１次元および２次元アレイに応用することが提案され
ている。このようなレーザ・アレイは、光記録技術など
に必要な高出力の光をもたらすことができる。現在のと
ころ、ミラーの破損や寿命劣化の危険なしに、単一ダイ
オード・レーザによって、必要な出力レベルをもたらす
ことは不可能である。

たとえば、Ｄ、Ｒ，シファーズ（Ｓｃｉｆｒｅｓ）等の
論文「結合多重ストライプ・ダイオードΦレーザの実験
的解析的研究（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｎｄＡｎ
ａｌｙｔｉｃａｌ　５ｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ　ＭｕｌｔｉｐｌｅＳｔｒｉｐｅ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌ
ａ５ｅｒｓ）　Ｊ　Ｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａ
ｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｌＱ　Ｅ−第１５巻、
第９号、１９７９年９月、９１７〜９２２ページには、
より高い出力を得るため、線形１次元レーザ・アレイが
提案され、解析されている。この研究の主題は、充分に
平行なより高い出力ビームをもたらす、結合多重ストラ
イプ・フェーズロック室温レーザテアった。

既知の構造とは違って、以下で提案されるレーザ・アレ
イは、２次元構造に拡張してビーム出力をさらに増大さ
せることが可能である。

本発明の主目的は、室温で連続的に作動できる、高いモ
ード安定性のある半導体レーザを提供することにある。

本発明は、これらの目的を満たし、既知のレーザ装置の
短所や欠陥を是正することを意図している。本発明は、
結晶面に依存するドーピングによるｐｎ接合形成法を用
いてＴＪＳ構造を実現することにより、製造しやすい室
温で連続的に作動するレーザ構造を設計する際にこれま
で見られた問題を解決する。高出力で、コヒーレントな
平行ビームを実現する際の問題は、隣接するレーザ間の
必要な位相関係が確実に制御できる、これらのレーザの
２次元アレイによって解決される。

本発明によってもたらされる利点は、主として、困難な
深い拡散を回避して、その代りに活性レーザ発振層内に
ｐ型領域とｎ型領域を同時に成長させる、結晶面に依存
するドーピングを用いることにより、ＴＪＳレーザ構造
が製造できること、およびこの新しいレーザ構造が活性
レーザ発振層に沿った安定な誘電モード・ガイディング
をもたらして、モード安定性を高めることである。本明
細書で提案するＴＪＳレーザは、また、そのコンパクト
な構造と使用した製造法のために、高出力の２次元レー
ザ・アレイの組立てが可能である。

Ｅ、実施例 次に、図面をより詳しく参照すると、その第１図には、
本発明によるレーザの一実施例の基本構造の断面概略図
が示されている。また、この図を使って、陽極および陰
極に印加された電圧とデバイスの活性層内部に形成され
たｐｎ接合とによって決定されるレーザ構造内部の電流
の流れを説明することにする。

レーザ１０は、半絶縁性ガリウム砒素 （ＳＩＧａＡｓ）からなる半導体基板１１から構成され
ている。この基板上に、活性「レーザ発振」層１３、お
よびこの層１３をサンドイッチ式に挟む光学的クラッド
層１２と１４という、後で付着される層１２．１３およ
び１４からなるヘテロ構造を成長させる。クラッド層は
、活性層よりもバンド・ギャップの高い材料からなる。

本例では、活性層１３としてＧａＡｓを選択し、層１２
と１４はＡ＝ＧａＡｓで作成する。両性ドーパント、本
例ではＳｔを用いる分子線エピタキシ法で、これら３層
を成長させる。上側のクラッド層１４の頂面に陰極２２
、その両側に陽極２０と２１を配置する。これらの電極
を図のように、適当な正または負の電圧源に接続する。

基板１１の表面をパターン付けして、水平面を存する突
き出たりッジ（ｒｉｄｇｅ）　、および隣接する凹みと
溝からなる低くなった水平面に通じる傾斜したエツジと
をもつようにする。水平面の区域は、第１の結晶面方向
、本例では（１００）方向のものであり、両側のエツジ
は異なるより大きな結晶指数の方向、本例では（１１１
Ａ）方向を示す。両性ドーパントでドープした場合、エ
ピタキシアル成長させたＧａＡｓの導電性が、下にある
ＧａＡｓ基板の結晶面方向に依存するという前述の効果
により、層）２．１３および１４の水平面の上にある区
域はｎ型となってｎ列を形成し、これらの層のエツジの
上にある区域はｐ型となってｐ列を形成する。このため
、活性層１３内部のｎ型区域とｐ型区域の交差部にｐｎ
接合１５ないし１８が形成される。既知の割裂法または
エツチング法を使用して、レーザ構造の両端、すなわち
装置の長さ、したがってレーザ導波管の長さを決定する
図面の平面に平行な両手面内にミラーを設けることによ
って、レーザ構造が完成する。

動作に当たっては、陽極２０と２１、および陰極２２に
それぞれ正電圧源および負電圧源を接続して、接合部１
５と１６に順バイアスをかける。

こうすると、２つの矢印２３と２４が示すように、陽極
２０および２１からそれぞれ接合部１５および１６を通
って陰極２２へと電流が流れる。電流２３および２４が
レーザのしきい電流レベルに達するや否や、接合部１５
と１６の間の活性層の区域とその直ぐ近傍が「レーザ発
振」を開始する、すなわち０．８μ前後のＧａＡｓに特
徴的な波長の放射線を放出する。斜交線で陰影をつけた
区域２５で、この発光領域を示す。これらのダイオード
のターン・オン電圧は活性ＧａＡｓ　　ｐｎ接合部の電
圧よりも高いので、クラッド層１２と１４のｐｎ交差部
にある寄生Ａ＝＝ＧａＡｓ　　ｐｎ接合部を流れる電流
は小さいことに注意されたい。

以上のことから明らかなように、基板１１の（１１１Ａ
）面のエツジの上方に形成されたｐ列に陽極２０．２１
を電気的に接続する必要がある。

これは、上側のクラッド層１４のｐ区域上に陽極を形成
すること（第１図の構造でそうなっているように、陽極
が下側の水平なｎ区域まで延びてもよい）によるか、ま
たはＺｎ拡散法を使って外側のｎ列の一部をｐ＋型に変
換し、そのあとこれらのｐ＋区域の上面に陽極を付着さ
せることによって達成できる。次に第２図に関して説明
する実施例では、後者の方法を選択している。

第２図は、第１図に関連して概説した本発明の基本原則
に基づいて構成された、本発明によるレーザの一実施例
のより詳細な断面図である。両図で対応する構成要素に
は、同じ参照番号を使っである。

レーザ構造がその上に付着される半絶縁性ＧａＡｓ基板
を、やはり１１で示す。水平表面は、（１００）結晶面
に、エツジは（１１１Ａ）結晶面に対応する。リッジの
平坦な表面は約４μの幅があり、溝の凹みは５μの深さ
がある。このようなパターンを有するＧａＡｓ表面を作
成するには、以下の論文に記載されているどの方法でも
使用できる。

−８，アダチ（Ａｄａｃｈ　ｉ　）等の論文ｒ（００１
）ＧａＡｓの化学的エツチング特性（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｅｔｃｈｉｎｇ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏ
ｆ　　（ＯＯ１）Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）　Ｊ　Ｎ　Ｊｏｕ
ｒｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓａｃ。

：５ｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔ第１３０巻、第１２号、１９８
５年１２月、２４２７〜２４３５ページ、 −Ｄ、Ｗ、シｔｘ　−（Ｓｈａｖ）の論文「酸性過酸化
水素溶液による局部的ＧａＡｓエツチング（Ｌｏｃａｌ
ｉｚｅｄ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｗｉｔｈ
　ＡｃｉｄｉｃＨｙｄｒｏｇｅｎ　Ｐｅｒｏｘｉｄｅ　
５ｏｌｕｔｉｏｎｓ）　Ｊ　１ＪｏｕｒｎａｌＥｌｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、：５ｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ
　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏ　ｌｏｇｙ　ｓ
第１２８号、第４巻、１９８１年４月、８７４〜８８０
ページ、 −８，スガタ（Ｓｕｇａｔａ　）等の論文「反応性イオ
ンビーム・エツチング系におけるＣミツプラズマにょる
ＧａＡｓラジカル−エツチング（ＧａＡｓＲａｄｉｃａ
ｌ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｃミ２　Ｔ’ｌａ
ｓｍａ　ｉｎ　ａＲｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ
　Ｅｔｃｈｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）　Ｊ、Ｊａｐａｎｅ
ｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ１第２３巻、第８号、１９８４年１０月、Ｌ５
６４〜Ｌ５６６ページ。

実際には、完全なＧａＡｓウェーハをエツチングして、
多数の溝−エツジ−溝の列を含むパターンを形成する。

層付着およびデバイス特性化の終了後に始めて、通常は
割裂法で、個々のレーザ構造が分離される。１個のレー
ザの場合、１つのりフジと、その両エツジおよび隣接す
る水平な溝表面だけが必要であり、これらだけを第２図
に示しである。

層１２．１３および１４を付着させる前に、結晶の品質
を改善するため、厚さ約２μのドープされていないＧａ
Ａｓの緩衝層２６を基板表面に付着する。この緩衝層の
層の使用は任意選択であり、本明細書で提案するレーザ
構造の不可欠な要素ではない。

次に、基板−緩衝層構造のパターン付けされた表面上に
、下側のクラッド層１２、活性層１３、上側のクラッド
層１４という順序で両性ドープ層を分子線エピタキシ法
で成長させる。下側のクラッド層１２は、厚さ１μであ
り、高濃度でドープされたＡ＝ｏ、５Ｇａｏ、５Ａｓ（
両性５ｉ１２×１０１７ｃｍ’″３）から構成される。

次は、活性ＧａＡｓ層１３である。これは、厚さ０．１
μであり、両性Ｓｔで２Ｘ１０Ｌ？ないし２　Ｘ　１０
　”ａｍ−３にドープされる。この上面に、やはりＳｔ
でドープされ（２Ｘ１０１７ないし２　Ｘ　１０１８ａ
ｍ−３）厚さ１μのＡ”ｏ、５Ｇａｏ、ｓＡｓからなる
上側のクラッド層１４が付着される。　。

第２図に示すように、層化ヘテロ構造の上部に陰極２２
と２つの陽極２０．２１を配置する。各電極は、厚さが
それぞれ１０ｎｍ１１０ｎｍ１２００ｎｍのＴｉ−Ｐｔ
−Ａｕ膜からなる３層構造である。

陰極２２と上側のクラッド層１４との中間には、高濃度
でｎドープされたＧａＡｓのｎ＋接触層２７（厚さ３０
ｎｍ）と、非合金化陰極接点が作成できるほど高濃度で
ドープされたｎ”ＩｎＡｓＪｉＷ２８（厚さ２０ｎｍ）
とがある。

細かい斜線で陰影を付けた２個所のｐ＋接触域２９上に
、陽極２０．２１を付着させる＠これらのｐ＋帯域２９
は、約１．５μの深さであり、図に示すように下側のク
ラッド層１２内にまで延びている。これは、通常のＺｎ
拡散法を用いて（Ｔ＝７００″Ｃで１時間）、作成でき
る。

上述のように、１個のウェーハ上に複数のこのようなレ
ーザ構造を同時に作成できる。割裂法で装置分離を行な
うと、レーザ作用が起こる光導波管を終端させる反射ミ
ラー面ももたらされる。適切な導波管の長さは、２００
μから５００μの間である。

第２図のレーザ構造は、本発明のコンセプトが実現され
ているデバイスの一例にすぎない。別の半導体材料を選
んだり、寸法とドーピング濃度を変えたり、異なる基板
面の結晶方位を使用したり、電気接点の構造を変えたり
などすることによって、やはり本発明のコンセプトに基
づいて、特定の要件を充たす別の構造を設計することも
できる。

たとえば、リッジ構造の幅を拡げ（４μから１０μあま
りまで）それによって、第２図の例のような単一の発光
領域でなく、接合部１５と１６の近傍にそれぞれ別々の
２つのレーザ発振領域を設けてもよい。別々の２つのレ
ーザをもたらすこのような構造は、ファイバ直径が約５
０μの光フアイバ伝送に使用できる。この場合、始めに
使用していた第１の装置が故障した場合に、第２のレー
ザが予備装置として山くことができる。

他の代替設計では、陽極と陰極の配置を変えて、接合部
１５と１６によって画定される区域２５ではなく、接合
部１５と１７によって画定される「傾斜」域で発光が起
こるようにしてもよい。

また、活性層１３の代りにいわゆるＧＲＩ　Ｎ−８ＣＨ
量子量子槽造を使ってもよい。Ｗ、Ｔ、ファン（Ｔｓａ
ｎｇ）の論文、「分子線エピタキシ法によって成長させ
たしきい値が極めて低い（ＡミＧａ）Ａｓ屈折率漸増先
導波管分離閉じ込めヘテロ構造レーザ（Ｅｘｔｒｅｍｅ
ｌｙ　ｌｏｗ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　（Ａ＝　Ｇ　ａ　
）Ａ　ｓ　ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ　ｗａｖｅｇｕｉ
ｄｅ　ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　ｈ
ｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　１ａｓｅｒ　ｇｒｏｗ
ｎ　ｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｂｅａｍ　ｅｐｉｔａｘ
ｙ）　Ｊ　）Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔ
ｅｒｓ　Ｎ第４０巻、第３号、１９８２年２月、２１７
〜２１９号などに、このような構造が記載されている。

以上で説明した新しいレーザ構造は、層に垂直な方向に
も層と平行な横方向にも安定なモード・ガイディングを
もたらす。放出光は、異なる屈折率によって閉じ込めら
れ案内される。

ＡミＧａＡｓクラッド層の屈折率が活性層の屈折率と異
なる、すなわちそれよりも低いために、垂直方向ではこ
うした異なる屈折率が得られるが、ｐｎ交差部で活性層
が中断しているために、横方向では、有効光屈折率が増
加している。こうした導波の改良によって、今までに知
られているＴＪＳレーザの動作の際に厄介な問題をもた
らしてきた、モード不安定性が抑制される。

上記で説明したレーザの基本構造およびコンセプトを使
って、１次元および２次元の高出力レーザ・アレイを設
計すると、好都合である。

次に、位相コヒーレントな有効出力開口が大きいため、
極めて平行なビームを実現できる位相結合ＴＪｓレーザ
のアレイについて説明する。以下で説明する構造では、
個々のレーザを充分密接して、典型的には１μないし２
μの間隔で配置できるので、個々の光学モードが一緒に
フェーズ書ロックされる。個々のｐｎ接合の異なるレー
ザ発振モードは、制御された形でオーバーラツプし、し
たがって周囲の個々のレーザの利得媒質と非線形相互作
用によって結合される。空間的分離の間隔を変動させ、
またはクラッド層のＡミ含有量など適切な材料組成を選
択することにより、隣接するレーザ相互間の位相関係を
適切に制御することができる。

第３図は、１次元レーザ・アレイの概略断面図である。

これは、原理上、前に説明した単一レーザの構造に非常
に類似している。

第１図のレーザ構造と同様に、中間に活性ＧａＡｓ層３
３を挟んだ一対のＡミＧａＡｓクラッド層３２および３
４からなるヘテロ構造３０を、ＧａＡｓ基板３１のパタ
ーン付けされた表面上に付着させる。この基板表面を、
第１図の単一レーザの場合と同様に、パターン付けして
、（１００）および（１１１Ａ）結晶方向の区域をもた
らし、その上に、ｎ型およびｐ型材料としてそれぞれ両
性（Ｓｔ）ドープ層３２．３３および３４を成長させる
。第３図に示すように、活性層８３のこうしたｎ型およ
びｐ型図域の交差部に、ｐｎ接合８５．３Ｂ、３７およ
び３８が形成される。図に示すように、ｐ型エツジ列に
陽極４１および４３を接続し、ｎ型列の上面に陰極４０
，４２．４４を付着させる。陽極および陰極にそれぞれ
正および負の電圧を印加すると、矢印４５．４Ｂ、４７
および４８で示す電流が流れる。ｐｎ接合部を通る電流
がしきい値を超えると、それぞれ３５−３６．３５−３
７，３６−３８という関連するｐｎ接合の対によって画
定される、斜交線で陰影をつけた区域４９Ａ１４９Ｂお
よび４９Ｃから光が放出される。これらの個々のレーザ
発振域相互間のオーバーラツプ関係が、適切な位相結合
をもたらす。

第４図には、１次元レーザのアレイのもう１つの実施例
５０が概略的に示されている。基板３１上に付着された
層３２．３３および３４からなるヘテロ構造は、第３図
に示したアレイのヘテロ構造に対応している。第４図の
アレイは陽極と陰極の配置およびその結果生じる電流の
流れが、第３図の７レイと異なっている。図に示すよう
に、単一の陽極５１がヘテロ構造の上面をおおい、陰極
が基板３１に接続されている。それぞれしきい値を超え
る電流５５．５６．５７．５８を接合部３７．３５．３
Ｂおよび３８中に流させる電圧を陽極と陰極の間に印加
すると、第３図のレーザ構造の動作によく似た方式で、
５９Ａ１５９Ｂ−１よび５９Ｃの区域で光が放出される
。

上で説明した構造は、また第５図に示す２次元レーザ拳
アレイの基礎となる。ヘテロ構造６０は、第４図の構造
５０に類似している。ただし、ヘテロ構造６０は、第２
の活性ＧａＡｓ層６５および関連するクラッド層６６を
追加することによって拡張されており、層８２、Ｅ！３
および６４は第４図に示した１次元アレイの層３２．３
３および３４に対応している。２つの活性層のｐｎ交差
部にｐｎ接合が形成されている。すなわち、活性層６５
中に接合Ｄ１ないしＤ４が形成され、活性層８３中に接
合Ｄ５ないしＤ８が形成されている。

このアレイでは、すべてのダイオード接合ＤＩないしＤ
８が並列接続されている。陽極８７と陰極６８の間に印
加された順バイアス電圧から生じる電流■１ないしＩ８
が、ヘテロ構造のｐ列内へ垂直に供給され、ｐ列とｎ列
を接続している接合部を通ってファン・アウトされる。

これを、第６図に概略的に示す。第６図では、（（１１
１Ａ）方向の基板表面に成長させた）ｐ列を垂直なスト
ライプ７１および７２で表わし、（（１００）方向の基
板表面に成長させた）ｎ列をストライプ７３．７４およ
び７５で表わしである。接合Ｄ１ないしＤ８は、通常の
固体ダイオードの記号で示しである。うすい「２重線」
ダイオード記号は、ＡミＧａＡｓクラッド層内のｐｎ接
合と、ｐ列およびｎ列の末端領域にある寄生ＡミＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓヘテロ接合を、表わす。Ａ＝ＧａＡｓ接合
は、ターン曇オン電圧が活性ＧａＡｓ接合に比べて高い
ので、この接合を通る電流は小さい。層状構造の上面と
下面に、すなわち陽極６７と上側のクラッド層６８の間
および下側のクラッド層６２と基板６１の間に、それぞ
れ非両性ドープされたｐ型ＡミＧａＡｓクラッド層７６
およびｎ型ＡミＧａＡｓクラッド層７７を追加すること
によって、Ａ＝ＧａＡｓ−ＧａＡｓヘテロ接合を通る漏
れ電流を低く保つことができる。

次に、再び第５図を参照すると、接合Ｄ工ないしＤ８を
通って流れる電流がしきい電流値を超えるや否や、区域
Ｌ１ないしＬ６から光が放出される。同一活性層の発光
域相互間（すなわち、層６５のＬ　１−Ｌ２間とＬ２−
Ｌ３間、層６３のＬ４−Ｌ５問およびＬ５−Ｌ８間）な
らびに同一層に属さない隣接する発光域相互間（すなわ
ち、ＬＬ−Ｌ４間、Ｌ２−Ｌ５間、Ｌ３−Ｌｅ間）でオ
ーバーラツプがあるため、個々のレーザ間で位相結合が
実現される。厚さが僅か０．５μのＡミＧａＡｓ層６４
を生成することによってクラッドＪｌｉｉ８４を通して
の再活性層の区域相互間の結合が可能になり、他のクラ
ッド層６２および６６は第２図の単一し７ザ構造の場合
と同様に１μの厚さがある。

以上のことから、本発明の範囲に含まれる、本発明に基
づくレーザ構造のその他の多数の修正および変形および
適用例が当業者には自明となることは明らかである。

本明細書で説明した構造は、利用可能な技術を使用し、
先に引用した出版物で代表される当技術で開示済みの知
識と理解を応用して、作成することができる。特に、分
子線エピタキシ（ＭＢＥ）法および金属−有機物化学蒸
着（ＭＯＣＶＤ）法は、単一で、すなわち同じ真空中で
、あまり困難なしにかつ充分な精度と信頓性と再現性を
もって、必要なヘテロ構造を生産できる所まで発展して
きている。本明細書で説明したレーザ構造のその他の要
素は、当技術で周知の蒸着法やエピタキシ法、マスキン
グ法やエツチング法を使用して作成することができる。

Ｆ０発明の効果 本発明により、確立されている基準の穏やかな製造工程
によって作成できるトランスバース・ジャンクシロンＯ
ストライブ（ＴＪＳ）形ヘテロ構造のレーザを提供する
ことができる。また、本発明により、極めて平行な高出
力ビーム生成可能なレーザ・アレイを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるレーザ構造の第１の実施例の基
本要素の概略図である。 第２図は、第１図に示した本発明によるレーザ構造の実
施例のより詳細な断面図である。 第３図は、本発明に基づく構造の１次元アレイ−レーザ
の基本要素の概略図である。 第４図は、本発明に基づく構造のもう１つの１次元アレ
イ・レーザの基本要素の概略図である。 第５図は、本発明に基づく構造の２次元アレイ拳レーザ
の基本要素の概略図である。 第６図は、第５図に示したレーザ・アレイの簡略化した
等価回路図である。 １０・・・・レーザ、１１．３１．６１・・・・半導体
基板、１２．１４．３２．３４．８２．６４．６６．７
６．７７・・・・クラッド層、１３．３３．６３．６５
・・・・活性層、１５ないし１８．３５ないし３８−・
・−ｐ　ｎ接合、２０１２１．４１．４３．５１．６７
・・・・陽極、２２．４０．４２．４４．５２．８８・
・・・陰極、３０．５０．６０・・・・ヘテロ構造。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　岡　　１）　次　　生（外１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の表面に形成され、高バンドギャップ
   のクラッド層の間に低バンドギャップの活性層を挟んだ
   半導体ヘテロ構造をなすトランスバース・ジャンクショ
   ン・ストライプ・レーザにおいて、前記基板の表面には
   互いに結晶指数の異なる平面領域及び傾斜領域が存在し
   、前記活性層及びクラッド層が前記基板の表面上に両性
   ドーパントでエピタキシャル成長によって形成され、前
   記平面領域上に形成された区域が第１導電型をなし、前
   記傾斜領域上に形成された区域が第２導電型をなし、前
   記活性層の前記第１及び第２導電型区域の境界に少なく
   とも１つのジャンクションが形成され、陽極及び陰極が
   前記ジャンクションに少なくともしきいレベルの電流が
   印加されるように設けられたことを特徴とする前記のレ
   ーザ。
2. （２）前記平面領域の結晶指数が（１００）であり、前
   記傾斜領域の結晶指数が（１１１Ａ）である、特許請求
   の範囲第（１）項記載のレーザ。