JP2001094197A - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents
自励発振型半導体レーザInfo
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高温まで自励発振動作を維持できる自励発振型
半導体レーザを提供する。 【解決手段】メサストライプを有する自励発振型半導体
レーザにおいて、メサストライプ下の活性層に隣接した
第1のp型クラッド層のキャリア濃度を1〜4.5×1
017cm-3、第1のp型クラッド層上方に設けたメサス
トライプ状の第2のp型クラッド層のキャリア濃度を5
×1017cm-3以上にすることにより、自励発振動作温
度範囲を拡大する。
半導体レーザを提供する。 【解決手段】メサストライプを有する自励発振型半導体
レーザにおいて、メサストライプ下の活性層に隣接した
第1のp型クラッド層のキャリア濃度を1〜4.5×1
017cm-3、第1のp型クラッド層上方に設けたメサス
トライプ状の第2のp型クラッド層のキャリア濃度を5
×1017cm-3以上にすることにより、自励発振動作温
度範囲を拡大する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルバーサタ
イルディスク(DVD)、光磁気(MO)ディスク等の
光ディスク用光源等として用いられるAlGaInP系
可視光半導体レーザ、特に光ディスクからの戻り光に強
い自励発振型の半導体レーザに関する。
イルディスク(DVD)、光磁気(MO)ディスク等の
光ディスク用光源等として用いられるAlGaInP系
可視光半導体レーザ、特に光ディスクからの戻り光に強
い自励発振型の半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザを光ディスク装置などの光
源として用いる上で、戻り光雑音を抑制することが重要
である。この戻り光雑音を抑制するための対策の1つ
に、足立等が、インジウム・リン関連材料の国際会議
(Proc.On Conf.Indium Phos
phide and Related Materia
ls,Sapporo,Japan,1995,pp.
468−471)で報告した自励発振型の半導体レーザ
がある。この自励発振型の半導体レーザを図4に示す。
源として用いる上で、戻り光雑音を抑制することが重要
である。この戻り光雑音を抑制するための対策の1つ
に、足立等が、インジウム・リン関連材料の国際会議
(Proc.On Conf.Indium Phos
phide and Related Materia
ls,Sapporo,Japan,1995,pp.
468−471)で報告した自励発振型の半導体レーザ
がある。この自励発振型の半導体レーザを図4に示す。
【0003】図4の半導体レーザは、n型GaAs基板
10の上に、n型GaAsバッファ層11、n型AlG
aInPクラッド層12、MQW活性層13、第1のp
型AlGaInPクラッド層16a、p型AlGaIn
Pエッチングストッパ層15、第2のp型AlGaIn
Pクラッド層16b、p型GaInPヘテロバッファ層
17、p型GaAsキャップ層18が順次積層されてい
る。第2のp型AlGaInPクラッド層16b、p型
GaInPヘテロバッファ層17、p型GaAsキャッ
プ層18は一方向に延びるメサストライプ形状に加工さ
れ、リッジ導波路を構成している。このストライプ状リ
ッジ導波路の両側にn型GaAs電流ブロック層19が
形成され、電流狹窄構造を形成している。p型GaAs
キャップ層18及びn型GaAs電流ブロック層19の
上には、p型GaAsコンタクト層20が形成され、さ
らに、この上に、Ti/Pt/Auで成るp側電極21
が、また、n型GaAs基板裏面には、AuGe/Ni
/Auで成るn側電極22が設けられている。
10の上に、n型GaAsバッファ層11、n型AlG
aInPクラッド層12、MQW活性層13、第1のp
型AlGaInPクラッド層16a、p型AlGaIn
Pエッチングストッパ層15、第2のp型AlGaIn
Pクラッド層16b、p型GaInPヘテロバッファ層
17、p型GaAsキャップ層18が順次積層されてい
る。第2のp型AlGaInPクラッド層16b、p型
GaInPヘテロバッファ層17、p型GaAsキャッ
プ層18は一方向に延びるメサストライプ形状に加工さ
れ、リッジ導波路を構成している。このストライプ状リ
ッジ導波路の両側にn型GaAs電流ブロック層19が
形成され、電流狹窄構造を形成している。p型GaAs
キャップ層18及びn型GaAs電流ブロック層19の
上には、p型GaAsコンタクト層20が形成され、さ
らに、この上に、Ti/Pt/Auで成るp側電極21
が、また、n型GaAs基板裏面には、AuGe/Ni
/Auで成るn側電極22が設けられている。
【0004】この半導体レーザは、第1のp型AlGa
InPクラッド層16aを厚くして横モード制御を弱め
て、水平方向の光分布25を電流注入幅より拡げ、メサ
ストライプ両脇の電流が注入されない活性層で且つ光が
分布している領域が可飽和吸収領域13bとして働き、
メサストライプ直下の電流が注入される活性層が利得領
域13aとして働き、室温近傍で自励発振する。
InPクラッド層16aを厚くして横モード制御を弱め
て、水平方向の光分布25を電流注入幅より拡げ、メサ
ストライプ両脇の電流が注入されない活性層で且つ光が
分布している領域が可飽和吸収領域13bとして働き、
メサストライプ直下の電流が注入される活性層が利得領
域13aとして働き、室温近傍で自励発振する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4の
従来の自励発振型半導体レーザでは、以下に示す理由に
より、高温まで自励発振を維持するのが難しい。即ち、
従来の自励発振型レーザでは第1のp型AlGaInP
クラッド層16aのキャリア濃度とメサストライプ状に
加工された第2のp型AlGaInPクラッド層16b
のキャリア濃度が同じであり、5×1017cm-3程度で
ある。このように、第1のp型AlGaInPクラッド
層16aと第2のp型AlGaInPクラッド層16b
のキャリア濃度を5×1017cm-3或いは5×1017c
m-3以上とした場合、高温ではp型AlGaInPクラ
ッド層16a、16bの電気抵抗が低下し、第1のp型
AlGaInPクラッド層16aでの電流横広がりが多
くなり、電流注入幅が広く可飽和吸収領域13bが狭く
なる。従って、高温動作時の電流注入幅拡大により可飽
和吸収領域13bが消失し、高温自励発振が困難であっ
た。このような不都合を避けるために、第1のp型Al
GaInPクラッド層16aと第2のp型AlGaIn
Pクラッド層16bのキャリア濃度を5×1017cm-3
以下、具体的には1〜4.5×1017cm-3とした場合
は、第2のp型AlGaInPクラッド層16bおよび
第1のp型AlGaInPクラッド層16aの電気抵抗
の増加により、動作雰囲気温度に対し自己発熱による温
度上昇の寄与が多くなるため、キャリア濃度が5×10
17cm-3以上と高い場合と同様、高温自励発振が困難で
あった。
従来の自励発振型半導体レーザでは、以下に示す理由に
より、高温まで自励発振を維持するのが難しい。即ち、
従来の自励発振型レーザでは第1のp型AlGaInP
クラッド層16aのキャリア濃度とメサストライプ状に
加工された第2のp型AlGaInPクラッド層16b
のキャリア濃度が同じであり、5×1017cm-3程度で
ある。このように、第1のp型AlGaInPクラッド
層16aと第2のp型AlGaInPクラッド層16b
のキャリア濃度を5×1017cm-3或いは5×1017c
m-3以上とした場合、高温ではp型AlGaInPクラ
ッド層16a、16bの電気抵抗が低下し、第1のp型
AlGaInPクラッド層16aでの電流横広がりが多
くなり、電流注入幅が広く可飽和吸収領域13bが狭く
なる。従って、高温動作時の電流注入幅拡大により可飽
和吸収領域13bが消失し、高温自励発振が困難であっ
た。このような不都合を避けるために、第1のp型Al
GaInPクラッド層16aと第2のp型AlGaIn
Pクラッド層16bのキャリア濃度を5×1017cm-3
以下、具体的には1〜4.5×1017cm-3とした場合
は、第2のp型AlGaInPクラッド層16bおよび
第1のp型AlGaInPクラッド層16aの電気抵抗
の増加により、動作雰囲気温度に対し自己発熱による温
度上昇の寄与が多くなるため、キャリア濃度が5×10
17cm-3以上と高い場合と同様、高温自励発振が困難で
あった。
【0006】本発明の目的は、上記の問題点を解決し
て、高温まで自励発振動作が得られる半導体レーザ構造
を提供することにある。
て、高温まで自励発振動作が得られる半導体レーザ構造
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、半導体
基板上に、少なくともn型クラッド層、n型クラッド層
よりもバンドギャップエネルギーが小さい活性層、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きいp型クラッ
ド層を含むダブルヘテロ構造を有し、活性層に対し基板
と反対側のp型クラッド層がメサストライプ状の凸形状
を有する半導体レーザにおいて、前記メサストライプ状
の凸形状を有するp型クラッド層のうちのメサストライ
プ状凸部を除いた部分のp型クラッド層(以後、第1の
p型クラッド層と記す)のキャリア濃度を前記p型クラ
ッド層のメサストライプ状凸部(以後、第2のp型クラ
ッド層と記す)のキャリア濃度よりも低くしたことを特
徴としている。ここで、第1のp型クラッド層(メサス
トライプ状凸部以外のp型クラッド層)のキャリア濃度
を低くしすぎると発熱及び閾値の上昇を招き望ましくな
いので、1×1017cm-3〜4.5×1017cm-3程度
にするのが望ましい。メサストライプ状凸部を構成する
第2のp型クラッド層のキャリア濃度は従来通り5×1
017cm-3以上にするのが望ましい。また、電気抵抗に
よる自己発熱を極力抑える上で、キャリア濃度が高く電
気抵抗の低い第2のp型クラッド層の層厚をキャリア濃
度が低く電気抵抗の高い第1のp型クラッド層の層厚よ
りも厚くするのが望ましい。さらに、メサストライプの
両脇を電流ブロック層で被覆し、メサストライプ上及び
電流ブロック層上の全面をコンタクト層或いは金属電極
で被覆した電流狹窄構造、又は、メサストライプの両側
面およびメサストライプ外を誘電体膜で被覆し、その上
に電極を設けた電流狹窄構造とするのが望ましい。
基板上に、少なくともn型クラッド層、n型クラッド層
よりもバンドギャップエネルギーが小さい活性層、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きいp型クラッ
ド層を含むダブルヘテロ構造を有し、活性層に対し基板
と反対側のp型クラッド層がメサストライプ状の凸形状
を有する半導体レーザにおいて、前記メサストライプ状
の凸形状を有するp型クラッド層のうちのメサストライ
プ状凸部を除いた部分のp型クラッド層(以後、第1の
p型クラッド層と記す)のキャリア濃度を前記p型クラ
ッド層のメサストライプ状凸部(以後、第2のp型クラ
ッド層と記す)のキャリア濃度よりも低くしたことを特
徴としている。ここで、第1のp型クラッド層(メサス
トライプ状凸部以外のp型クラッド層)のキャリア濃度
を低くしすぎると発熱及び閾値の上昇を招き望ましくな
いので、1×1017cm-3〜4.5×1017cm-3程度
にするのが望ましい。メサストライプ状凸部を構成する
第2のp型クラッド層のキャリア濃度は従来通り5×1
017cm-3以上にするのが望ましい。また、電気抵抗に
よる自己発熱を極力抑える上で、キャリア濃度が高く電
気抵抗の低い第2のp型クラッド層の層厚をキャリア濃
度が低く電気抵抗の高い第1のp型クラッド層の層厚よ
りも厚くするのが望ましい。さらに、メサストライプの
両脇を電流ブロック層で被覆し、メサストライプ上及び
電流ブロック層上の全面をコンタクト層或いは金属電極
で被覆した電流狹窄構造、又は、メサストライプの両側
面およびメサストライプ外を誘電体膜で被覆し、その上
に電極を設けた電流狹窄構造とするのが望ましい。
【0008】半導体レーザを構成するダブルヘテロ構造
は、クラッド層がAlGaInPまたはAlInPを含
む半導体で形成され、活性層がGaInPまたはAlG
aInPを含む半導体で形成されることを特徴としてい
る。一例として、n型GaAs基板上に、n型AlGa
InPクラッド層、多重量子井戸の活性層、p型AlG
aInPクラッド層、p型GaInPヘテロバッファ
層、p型GaAsキャップ層をこの順に含むダブルヘテ
ロ構造を有することを特徴とする。電流ブロック層は、
GaAs、AlGaAsまたはAlAsを含む構造を有
する。
は、クラッド層がAlGaInPまたはAlInPを含
む半導体で形成され、活性層がGaInPまたはAlG
aInPを含む半導体で形成されることを特徴としてい
る。一例として、n型GaAs基板上に、n型AlGa
InPクラッド層、多重量子井戸の活性層、p型AlG
aInPクラッド層、p型GaInPヘテロバッファ
層、p型GaAsキャップ層をこの順に含むダブルヘテ
ロ構造を有することを特徴とする。電流ブロック層は、
GaAs、AlGaAsまたはAlAsを含む構造を有
する。
【0009】(作用)上述したように、本発明の自励発
振型半導体レーザは、第1のp型クラッド層のキャリア
濃度をメサストライプ状の第2のp型クラッド層のキャ
リア濃度よりも低くした構造である。具体的には、第2
のp型クラッド層のキャリア濃度を5×1017cm-3以
上にし、第1のp型クラッド層キャリア濃度を1〜4.
5×1017cm-3にしている。このように、第1のp型
クラッド層の電気抵抗がメサストライプ状凸部を構成す
る第2のp型クラッド層の電気抵抗よりも高いので、高
温動作時の電気抵抗低下による第1のp型クラッド層で
の電流横広がりを抑制し、光分布より狭い電流注入が行
える。このため、可飽和吸収領域として働く、活性層の
電流が注入されない領域を拡大することができ、従来の
自励発振型レーザよりも広い可飽和吸収領域(図1の1
3bで示す領域)が得られる。さらに、第2のp型クラ
ッド層厚が第1のp型クラッド層厚よりも厚いことによ
り、電気抵抗による自己発熱はメサストライプ状凸部の
第2のp型クラッド層が支配的になり、メサストライプ
状凸部の第2のp型クラッド層キャリア濃度を5×10
17cm-3以上にすることで動作雰囲気温度に対する自己
発熱の寄与を小さくしている。以上のことより、図4の
従来の自励発振型レーザに比べ、自励発振の動作可能な
温度範囲を大幅に拡大することができ、高温まで自励発
振動作を維持することが可能となる。
振型半導体レーザは、第1のp型クラッド層のキャリア
濃度をメサストライプ状の第2のp型クラッド層のキャ
リア濃度よりも低くした構造である。具体的には、第2
のp型クラッド層のキャリア濃度を5×1017cm-3以
上にし、第1のp型クラッド層キャリア濃度を1〜4.
5×1017cm-3にしている。このように、第1のp型
クラッド層の電気抵抗がメサストライプ状凸部を構成す
る第2のp型クラッド層の電気抵抗よりも高いので、高
温動作時の電気抵抗低下による第1のp型クラッド層で
の電流横広がりを抑制し、光分布より狭い電流注入が行
える。このため、可飽和吸収領域として働く、活性層の
電流が注入されない領域を拡大することができ、従来の
自励発振型レーザよりも広い可飽和吸収領域(図1の1
3bで示す領域)が得られる。さらに、第2のp型クラ
ッド層厚が第1のp型クラッド層厚よりも厚いことによ
り、電気抵抗による自己発熱はメサストライプ状凸部の
第2のp型クラッド層が支配的になり、メサストライプ
状凸部の第2のp型クラッド層キャリア濃度を5×10
17cm-3以上にすることで動作雰囲気温度に対する自己
発熱の寄与を小さくしている。以上のことより、図4の
従来の自励発振型レーザに比べ、自励発振の動作可能な
温度範囲を大幅に拡大することができ、高温まで自励発
振動作を維持することが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明のAlG
aInP自励発振型半導体レーザの斜視図を図1に、製
造工程の各工程における正面図を図2(a)〜(d)に
示す。以下、図1および図2を用いて本発明の自励発振
型半導体レーザを説明する。
aInP自励発振型半導体レーザの斜視図を図1に、製
造工程の各工程における正面図を図2(a)〜(d)に
示す。以下、図1および図2を用いて本発明の自励発振
型半導体レーザを説明する。
【0011】図1の半導体レーザは3回のMOVPE法
による結晶成長で作製される。先ず、1回目のMOVP
E法による結晶成長工程で、(115)A方位((00
1)から[110]方向へ15.8度オフ)のn型Ga
As基板10上に、0.3μm厚のn型GaAsバッフ
ァ層11、1.2μm厚のn型AlGaInPクラッド
層12、MQW活性層13(例えば、5nm厚、+0.
5%圧縮歪みのGaInPウェルと4nm厚のAlGa
InPバリアを交互に積層してウェルを4層含んだ構成
とした)、0.25μm厚でキャリア濃度が1〜4.5
×1017cm-3の第1のp型AlGaInPクラッド層
(メサストライプ状凸部以外のp型クラッド層)14、
5nm厚のp型AlGaInPエッチングストッパ層1
5、0.95μm厚でキャリア濃度が5×1017cm-3
以上の第2のp型AlGaInPクラッド層(メサスト
ライプ状凸部のp型クラッド層)16、10nm厚のp
型GaInPヘテロバッファ層17、0.3μm厚のp
型GaAsキャップ層18を順次積層する(図2
(a))。結晶成長は減圧MOVPE法を用いた。成長
条件は、成長温度660℃、圧力70Torr、5族原
料供給量/3族原料供給量比(5/3比)を150と
し、原料は、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリ
エチルガリウム(TEG)、トリメチルインジウム(T
MI)、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)、
n型ドーパントにジシラン(Si2H6)、p型ドーパン
トにジメチルジンク(DMZ)を用いた。また、第1の
p型AlGaInPクラッド層14と第2のp型AlG
aInPクラッド層16は同じ組成とした。
による結晶成長で作製される。先ず、1回目のMOVP
E法による結晶成長工程で、(115)A方位((00
1)から[110]方向へ15.8度オフ)のn型Ga
As基板10上に、0.3μm厚のn型GaAsバッフ
ァ層11、1.2μm厚のn型AlGaInPクラッド
層12、MQW活性層13(例えば、5nm厚、+0.
5%圧縮歪みのGaInPウェルと4nm厚のAlGa
InPバリアを交互に積層してウェルを4層含んだ構成
とした)、0.25μm厚でキャリア濃度が1〜4.5
×1017cm-3の第1のp型AlGaInPクラッド層
(メサストライプ状凸部以外のp型クラッド層)14、
5nm厚のp型AlGaInPエッチングストッパ層1
5、0.95μm厚でキャリア濃度が5×1017cm-3
以上の第2のp型AlGaInPクラッド層(メサスト
ライプ状凸部のp型クラッド層)16、10nm厚のp
型GaInPヘテロバッファ層17、0.3μm厚のp
型GaAsキャップ層18を順次積層する(図2
(a))。結晶成長は減圧MOVPE法を用いた。成長
条件は、成長温度660℃、圧力70Torr、5族原
料供給量/3族原料供給量比(5/3比)を150と
し、原料は、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリ
エチルガリウム(TEG)、トリメチルインジウム(T
MI)、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)、
n型ドーパントにジシラン(Si2H6)、p型ドーパン
トにジメチルジンク(DMZ)を用いた。また、第1の
p型AlGaInPクラッド層14と第2のp型AlG
aInPクラッド層16は同じ組成とした。
【0012】次に、p型GaAsキャップ層18の上面
全体にSiO2膜1で成る誘電体マスクを、さらに、S
iO2膜1上にストライプ状にフォトレジス2を形成
し、フォトレジスト2をエッチングマスクにしてSiO
2膜1、p型GaAsキャップ層18、p型GaInP
ヘテロバッファ層17、第2のp型AlGaInPクラ
ッド層16をエッチングし、メサストライプ状の凸形状
(以下、メサストライプと記す)、所謂、リッジ構造を
形成する(図2(b))。エッチング深さはp型AlG
aInPエッチングストッパ層15に達する深さとし
た。その後、フォトレジスト2を除去し、ストライプ状
に加工されたSiO2膜1を選択成長マスクマスクにし
て選択成長法(2回目の結晶成長工程)によりメサスト
ライプの両側にn型GaAs電流ブロック層19を形成
し、電流狹窄構造を形成する(図2(c))。
全体にSiO2膜1で成る誘電体マスクを、さらに、S
iO2膜1上にストライプ状にフォトレジス2を形成
し、フォトレジスト2をエッチングマスクにしてSiO
2膜1、p型GaAsキャップ層18、p型GaInP
ヘテロバッファ層17、第2のp型AlGaInPクラ
ッド層16をエッチングし、メサストライプ状の凸形状
(以下、メサストライプと記す)、所謂、リッジ構造を
形成する(図2(b))。エッチング深さはp型AlG
aInPエッチングストッパ層15に達する深さとし
た。その後、フォトレジスト2を除去し、ストライプ状
に加工されたSiO2膜1を選択成長マスクマスクにし
て選択成長法(2回目の結晶成長工程)によりメサスト
ライプの両側にn型GaAs電流ブロック層19を形成
し、電流狹窄構造を形成する(図2(c))。
【0013】最後に、SiO2膜1を除去し、3回目の
結晶成長工程でメサストライプ上面及びn型GaAsブ
ロック層19の上に3.0μm厚のp型GaAsコンタ
クト層20を形成し半導体層の成長を終える(図2
(d))。その後、基板裏面を研磨した後、基板裏面に
Cr/Au又はTiPt/Auから成るn側電極22を
形成し、p型GaAsコンタクト層の上にCr/Au又
はTiPt/Auから成るp側電極21を形成した後、
劈開、端面保護膜形成の各工程を経て半導体レーザが完
成する(図1)。
結晶成長工程でメサストライプ上面及びn型GaAsブ
ロック層19の上に3.0μm厚のp型GaAsコンタ
クト層20を形成し半導体層の成長を終える(図2
(d))。その後、基板裏面を研磨した後、基板裏面に
Cr/Au又はTiPt/Auから成るn側電極22を
形成し、p型GaAsコンタクト層の上にCr/Au又
はTiPt/Auから成るp側電極21を形成した後、
劈開、端面保護膜形成の各工程を経て半導体レーザが完
成する(図1)。
【0014】(実施の形態2)本実施の形態は2回成長
型の半導体レーザである。その正面図を図3(a)に示
す。先ず、実施の形態1と同様にして、図2(c)の構
造を形成する。次いで、SiO2膜1を除去し、基板裏
面を研磨した後、基板裏面にAuGe/Niから成るn
側電極22を形成し、メサストライプ上面及びn型Ga
Asブロック層19の上にTi/Pt/Auから成るp
側電極21を形成する。この後、劈開、端面保護膜形成
の各工程を経て半導体レーザが完成する(図3
(a))。
型の半導体レーザである。その正面図を図3(a)に示
す。先ず、実施の形態1と同様にして、図2(c)の構
造を形成する。次いで、SiO2膜1を除去し、基板裏
面を研磨した後、基板裏面にAuGe/Niから成るn
側電極22を形成し、メサストライプ上面及びn型Ga
Asブロック層19の上にTi/Pt/Auから成るp
側電極21を形成する。この後、劈開、端面保護膜形成
の各工程を経て半導体レーザが完成する(図3
(a))。
【0015】(実施の形態3)図3(b)に本実施の形
態の半導体レーザの正面図を示す。この実施の形態は、
活性層33はMQW構造ではなく、バルクのGa0.5I
n0.5P層で構成し、n型クラッド層32、第1のp型
クラッド層34、第2のp型クラッド層36にAl0.5
In0.5Pを用いた例である。
態の半導体レーザの正面図を示す。この実施の形態は、
活性層33はMQW構造ではなく、バルクのGa0.5I
n0.5P層で構成し、n型クラッド層32、第1のp型
クラッド層34、第2のp型クラッド層36にAl0.5
In0.5Pを用いた例である。
【0016】先ず、実施の形態1と同様にして、MOC
VDにより、(115)A方位((001)から[11
0]方向へ15.8度オフ)のn型GaAs基板10上
に、0.3μm厚のn型GaAsバッファ層11、1.
2μm厚のn型AlInPクラッド層32、50nm厚
のアンドープGaInP活性層33、0.25μm厚で
キャリア濃度が4×1017cm-3の第1のp型AlIn
Pクラッド層34、5nm厚のp型AlGaInPエッ
チングストッパ層15、0.95μm厚でキャリア濃度
が1×1018cm-3の第2のp型AlInPクラッド層
36、10nm厚のp型GaInPヘテロバッファ層1
7、0.3μm厚のp型GaAsキャップ層18を順次
積層し、図2(a)と同様の積層構造を形成する。
VDにより、(115)A方位((001)から[11
0]方向へ15.8度オフ)のn型GaAs基板10上
に、0.3μm厚のn型GaAsバッファ層11、1.
2μm厚のn型AlInPクラッド層32、50nm厚
のアンドープGaInP活性層33、0.25μm厚で
キャリア濃度が4×1017cm-3の第1のp型AlIn
Pクラッド層34、5nm厚のp型AlGaInPエッ
チングストッパ層15、0.95μm厚でキャリア濃度
が1×1018cm-3の第2のp型AlInPクラッド層
36、10nm厚のp型GaInPヘテロバッファ層1
7、0.3μm厚のp型GaAsキャップ層18を順次
積層し、図2(a)と同様の積層構造を形成する。
【0017】次に、p型GaAsキャップ層18の上面
全体にSiO2膜1で成る誘電体マスクを、さらに、S
iO2膜1上にストライプ状にフォトレジス2を形成
し、フォトレジスト2をエッチングマスクにしてSiO
2膜1、p型GaAsキャップ層18、p型GaInP
ヘテロバッファ層17、第2のp型AlInPクラッド
層36をp型AlGaInPエッチングストッパ層15
に達する深さまでエッチングしてメサストライプを形成
し、図2(b)と同様のリッジ構造を形成する。
全体にSiO2膜1で成る誘電体マスクを、さらに、S
iO2膜1上にストライプ状にフォトレジス2を形成
し、フォトレジスト2をエッチングマスクにしてSiO
2膜1、p型GaAsキャップ層18、p型GaInP
ヘテロバッファ層17、第2のp型AlInPクラッド
層36をp型AlGaInPエッチングストッパ層15
に達する深さまでエッチングしてメサストライプを形成
し、図2(b)と同様のリッジ構造を形成する。
【0018】次いで、フォトレジスト2、及び、ストラ
イプ状に加工されたSiO2膜1を除去し、再度CVD
により、メサストライプ及びエッチングで露出したp型
AlGaInPエッチングストッパ層15を覆うSiO
2膜23を成膜した後、フォトリソグラフィによりメサ
ストライプ頂部のSiO2膜を除去し、p型GaAsキ
ャップ層18表面を露出する。この後、基板裏面を研磨
した後、基板裏面にAuGe/Niから成るn側電極2
2を形成し、SiO2膜23及び露出したp型GaAs
キャップ層18上にTi/Pt/Auから成るp側電極
21を形成し、劈開、端面保護膜形成の各工程を経て半
導体レーザが完成する(図3(b))。
イプ状に加工されたSiO2膜1を除去し、再度CVD
により、メサストライプ及びエッチングで露出したp型
AlGaInPエッチングストッパ層15を覆うSiO
2膜23を成膜した後、フォトリソグラフィによりメサ
ストライプ頂部のSiO2膜を除去し、p型GaAsキ
ャップ層18表面を露出する。この後、基板裏面を研磨
した後、基板裏面にAuGe/Niから成るn側電極2
2を形成し、SiO2膜23及び露出したp型GaAs
キャップ層18上にTi/Pt/Auから成るp側電極
21を形成し、劈開、端面保護膜形成の各工程を経て半
導体レーザが完成する(図3(b))。
【0019】上記実施の形態1〜3のAlGaInP系
自励発振型半導体レーザは、第1のp型クラッド層(メ
サストライプ部以外のp型クラッド層)14、34での
電流横広がりが抑制され、光分布よりも狹い電流注入が
行えるため、活性層13、33における過飽和吸収領域
13bを拡大することができる。さらに、自己発熱の主
要因であるメサストライプ部の第2のp型クラッド層1
6、36の電気抵抗が低いため、動作雰囲気温度に対す
る自己発熱の寄与を小さくしている。このため、従来の
自励発振型レーザよりも高温まで自励発振動作を維持す
ることが可能である。
自励発振型半導体レーザは、第1のp型クラッド層(メ
サストライプ部以外のp型クラッド層)14、34での
電流横広がりが抑制され、光分布よりも狹い電流注入が
行えるため、活性層13、33における過飽和吸収領域
13bを拡大することができる。さらに、自己発熱の主
要因であるメサストライプ部の第2のp型クラッド層1
6、36の電気抵抗が低いため、動作雰囲気温度に対す
る自己発熱の寄与を小さくしている。このため、従来の
自励発振型レーザよりも高温まで自励発振動作を維持す
ることが可能である。
【0020】上記の実施の形態1〜3はAlGaInP
系について説明したが、他の化合物半導体材料、例え
ば、AlGaAs系、AlGaInN系等でも同様な効
果が得られる。また、活性層はMQW構造のように、エ
ネルギー的に変調を受けている構造のものでも、バルク
のように一定組成のもの、さらには、一定組成でもIn
とGaの周期的な組成揺らぎのある、所謂、自然超格子
でもよい。さらに、MQW構造は歪のあるものでも歪の
ないものでもどちらの構造でもよい。電流狹窄構造を形
成する電流ブロック層はGaAsを用いたが、AlGa
As層、AlAs層を用いてもよい。また、クラッド層
にAlInP層を用いてもよい。
系について説明したが、他の化合物半導体材料、例え
ば、AlGaAs系、AlGaInN系等でも同様な効
果が得られる。また、活性層はMQW構造のように、エ
ネルギー的に変調を受けている構造のものでも、バルク
のように一定組成のもの、さらには、一定組成でもIn
とGaの周期的な組成揺らぎのある、所謂、自然超格子
でもよい。さらに、MQW構造は歪のあるものでも歪の
ないものでもどちらの構造でもよい。電流狹窄構造を形
成する電流ブロック層はGaAsを用いたが、AlGa
As層、AlAs層を用いてもよい。また、クラッド層
にAlInP層を用いてもよい。
【0021】実施の形態1〜3においては、各半導体層
の組成を明記しなかったが、各半導体層の組成は、Ga
As基板に格子整合するように選べばよい。従って、例
えば、AlGaInPは(AlxGa1-x)0.5In0.5P
となり、Alの組成xは、0≦x≦0.7(0.7<x
は間接遷移となるため望ましくない)となる。また、G
aInPはGa0.5In0.5Pとなる。実施の形態では一
例としてクラッド層は(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
を、エッチングストッパ層15は(Al0.1Ga0.9)
0.5In0.5Pを用いた。AlGaAs、AlGaInN
等他の材料も同様にして組成を選択すればよい。
の組成を明記しなかったが、各半導体層の組成は、Ga
As基板に格子整合するように選べばよい。従って、例
えば、AlGaInPは(AlxGa1-x)0.5In0.5P
となり、Alの組成xは、0≦x≦0.7(0.7<x
は間接遷移となるため望ましくない)となる。また、G
aInPはGa0.5In0.5Pとなる。実施の形態では一
例としてクラッド層は(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
を、エッチングストッパ層15は(Al0.1Ga0.9)
0.5In0.5Pを用いた。AlGaAs、AlGaInN
等他の材料も同様にして組成を選択すればよい。
【0022】上記実施の形態では第1のp型AlGaI
nPクラッド層14(又は、第1のp型AlInPクラ
ッド層34)と第2のp型AlGaInPクラッド層1
6(又は、第2のp型AlInPクラッド層36)の間
にp型AlGaInPエッチングストッパ層15を設け
たが、エッチングが制御よく行えるならばエッチングス
トッパ層15は無くてもよい。この場合、第1のp型A
lGaInPクラッド層14と第2のp型AlGaIn
Pクラッド層16のAl組成を変えて、第2のp型Al
GaInPクラッド層16のエッチング速度を第1のp
型AlGaInPクラッド層14のエッチング速度より
も大きくすると、エッチングの制御が容易になる。
nPクラッド層14(又は、第1のp型AlInPクラ
ッド層34)と第2のp型AlGaInPクラッド層1
6(又は、第2のp型AlInPクラッド層36)の間
にp型AlGaInPエッチングストッパ層15を設け
たが、エッチングが制御よく行えるならばエッチングス
トッパ層15は無くてもよい。この場合、第1のp型A
lGaInPクラッド層14と第2のp型AlGaIn
Pクラッド層16のAl組成を変えて、第2のp型Al
GaInPクラッド層16のエッチング速度を第1のp
型AlGaInPクラッド層14のエッチング速度より
も大きくすると、エッチングの制御が容易になる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、従来の自
励発振型半導体レーザよりも広い可飽和吸収領域を形成
すると共に、メサストライプ部の低抵抗化により自己発
熱を小さくしたことより、高温まで自励発振を維持でき
る自励発振型半導体レーザを実現することができる。
励発振型半導体レーザよりも広い可飽和吸収領域を形成
すると共に、メサストライプ部の低抵抗化により自己発
熱を小さくしたことより、高温まで自励発振を維持でき
る自励発振型半導体レーザを実現することができる。
【図1】 本発明の自励発振型半導体レーザの斜視図
【図2】 本発明の自励発振型半導体レーザの製造工
程を示す図
程を示す図
【図3】 本発明の自励発振型半導体レーザの正面図
【図4】 従来の自励発振型半導体レーザの構造図
1 SiO2膜 2 フォトレジスト 10 n型GaAs基板 11 n型GaAsバッファ層 12 n型AlGaInPクラッド層 13 MQW活性層 13a 利得領域 13b 可飽和吸収領域 14 第1のp型AlGaInPクラッド層 15 p型AlGaInPエッチングストッパ層 16 第2のp型AlGaInPクラッド層 16a 第1のp型AlGaInPクラッド層 16b 第2のp型AlGaInPクラッド層 17 p型GaInPヘテロバッファ層 18 p型GaAsキャップ層 19 n型GaAs電流ブロック層 20 p型GaAsコンタクト層 21 p側電極 22 n側電極 23 SiO2膜 25 光分布 32 n型AlInPクラッド層 33 GaInP活性層 34 第1のp型AlInPクラッド層 36 第2のp型AlInPクラッド層
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体基板上に、少なくともn型クラッ
ド層、前記n型クラッド層よりもバンドギャップエネル
ギーが小さい活性層、前記活性層よりもバンドギャップ
エネルギーが大きいp型クラッド層を含むダブルヘテロ
構造を有し、前記活性層に対し基板と反対側の前記p型
クラッド層がメサストライプ状の凸形状を有する半導体
レーザにおいて、前記p型クラッド層のキャリア濃度を
前記p型クラッド層のメサストライプ状凸部のキャリア
濃度よりも低くしたことを特徴とする自励発振型半導体
レーザ。 - 【請求項2】 p型クラッド層のキャリア濃度を1〜
4.5×1017cm-3とし、前記p型クラッド層のメサ
ストライプ状凸部のキャリア濃度を5×1017cm-3以
上としたことを特徴とする請求項1記載の自励発振型半
導体レーザ。 - 【請求項3】 p型クラッド層のメサストライプ状凸部
の両脇に電流ブロック層を設けたことを特徴とする請求
項1又は2記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項4】 p型クラッド層のメサストライプ状凸部
の両脇に電流ブロック層を設け、前記メサストライプ状
凸部上及び前記電流ブロック層上の全面をコンタクト層
で被覆したことを特徴とする請求項1又は2記載の自励
発振型半導体レーザ。 - 【請求項5】 メサストライプ状凸部を有するp型クラ
ッド層を誘電体膜で被覆したことを特徴とする請求項1
又は2記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項6】 n型クラッド層及びp型クラッド層がA
lGaInPまたはAlInPを含む半導体で形成さ
れ、活性層がGaInPまたはAlGaInPを含む半
導体で形成されたことを特徴とする請求項1〜5記載の
自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項7】 n型GaAs基板上に、n型AlGaI
nPクラッド層、多重量子井戸の活性層、p型AlGa
InPクラッド層、p型GaInPヘテロバッファ層、
p型GaAsキャップ層をこの順に含むダブルヘテロ構
造を有することを特徴とする請求項1〜6記載の自励発
振型半導体レーザ。 - 【請求項8】 電流ブロック層が、GaAs、或いは、
AlGaAs、または、AlAsを含むことを特徴とす
る請求項1〜4及び請求項6〜7記載の自励発振型半導
体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26733799A JP2001094197A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 自励発振型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26733799A JP2001094197A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 自励発振型半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001094197A true JP2001094197A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17443429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26733799A Pending JP2001094197A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 自励発振型半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001094197A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006511948A (ja) * | 2002-12-20 | 2006-04-06 | クリー インコーポレイテッド | メサ構造および多重パッシベーション層を備える半導体デバイスならびに関連するデバイスの形成方法 |
JP2007067122A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
-
1999
- 1999-09-21 JP JP26733799A patent/JP2001094197A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006511948A (ja) * | 2002-12-20 | 2006-04-06 | クリー インコーポレイテッド | メサ構造および多重パッシベーション層を備える半導体デバイスならびに関連するデバイスの形成方法 |
JP2007067122A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030617 |