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JPS63164484A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS63164484A
JPS63164484A JP61314275A JP31427586A JPS63164484A JP S63164484 A JPS63164484 A JP S63164484A JP 61314275 A JP61314275 A JP 61314275A JP 31427586 A JP31427586 A JP 31427586A JP S63164484 A JPS63164484 A JP S63164484A
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JP
Japan
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grin
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JP61314275A
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Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Hisatoshi Takahashi
向星 高橋
Masafumi Kondo
雅文 近藤
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Priority to US07/136,671 priority patent/US4845724A/en
Priority to EP87311420A priority patent/EP0273726B1/en
Priority to DE87311420T priority patent/DE3786339T2/de
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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】 く技術分野〉 本発明は極めて低い閾値電流でレーザ発振する半導体レ
ーザ素子の構造に関するものである。
〈従来技術〉 従来の半導体レーザを光導波機構で分類すると利得導波
型と屈折率導波型とに分類されるが、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が利得導波型に比
較して有利であり様々な導波構造を有する半導体レーザ
が開発された。一般に屈折率導波型半導体レーザにおい
ては光と電流を狭い励起領域に閉じ込めるため、発振に
必要な閾値電流を下げる上で有効な効果を奏する。この
ような低閾値電流の代表的なレーザ素子構造としてＢ　
Ｈ（Ｂｕｒｉｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　
）型半導体レーザ及びリッジ導波路型半導体レーザが周
知である。
第２図に示すＢＨ型半導体レーザは基板１上にレーザ発
振用活性層３を両面から１対のクラッド層２．４で挟設
したダブルヘテロ接合構造を堆積した後メサ型に形成し
、このメサ型構造の両側面を低屈折率物質１４で埋め込
んでおり、導波路幅Ｗを２ｆｉｍ程度に狭くすることに
よって基本横モード発振を１０ｍＡ程度以下の低閾値電
流とすることができる。発振に用いるメサ型領域に有効
に電流狭窄を行うためには埋め込み層Ｉ４を高抵抗層と
するか逆バイアスとなるｐｎ接合を有する多層構造とす
る。
しかしながら、埋め込み層１４はメサ型領域形成後に成
長を行うため、埋め込み層１４とメサ型領域との界面に
は界面準位が形成される。従って、この界面を通して活
性領域を通らずに流れてしまう無効電流が２〜１０ｍＡ
程度存在する。この無効電流が全電流に占める比率は、
導波路幅Ｗを狭くする程大きくなるため低閾値化には限
界がある。
一方、第３図に示すリッジ導波路型レーザはダブルヘテ
ロ接合構造のうち活性層３上部のｐ型クラッド層４の一
部までをメサ型に形成し、等測的な屈折率をメサ部以外
で低くなるようにしたものである。リッジ導波路型はＢ
Ｈ型と異なり活性層３が全面に残っているので、電流は
ほとんど活性層３を流れる。但し、メサ部以外にｐ型ク
ラッド層４を残しているため第３図に矢印で示すように
電流がｐ型クラッド層４中でメサ部以外へ拡がってしま
い、レーザ光が閉じ込められるメサ部直下から離れたと
ころへ流れて発振には用いられない無効電流となってし
まう。この無効電流のために閾値電流の増加を招く結果
となる。
〈発明の概要〉 本発明は以上のような問題点に鑑み、リッジガイド型又
はこれに類似する電流通路を有する構造の半導体レーザ
において、横方向へ拡がって発振に寄与しない無効電流
を低減することにより、低閾値電流化を計った半導体レ
ーザ素子を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明の半導体レーザは、
活性領域として活性層とクラッド層との間に光ガイド層
を有する５ｅｐａｒａｔｅ　ＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔＨ
ｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　（Ｓ　ＣＨ）構造を採
用しかつ電流が狭窄される側の光ガイド層の抵抗値を高
く、その反対側の光ガイド層の抵抗値を低くすることに
より電流の横方内拡がりを抑制したことを特徴とする。
〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の断
面模式図である。ｎ−ＧａＡｓ基板１１（Ｓ　ｉ　＝　
２　Ｘ　１　’０１８ｃｍ−８）上にｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層１２（Ｓ　ｉ　＝　２　Ｘ　１０１８ｃｍ”＋　
０．５　ｐｍ厚）　＋　ｎ−Ａ７’０．７　ＧａＯ，Ｒ
Ａｓクラッド層１　Ｂ　（Ｓ　ｉ　〜２　Ｘ　１０１８
ｃｍ＋−８＋　１−４ｐｍ厚）。
光ガイド層として働（ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡ５ａＧＲ
ＩＮ（Ｇ　ｒａｄｅｄ−Ｉ　ｎｄｅｘ　）層１４　（Ｓ
ｉ＝５Ｘ１０１７ｍ−８゜０．２μｍ厚）、ノンドープ
ＧａＡｓ量子井戸活性層１５（６０人）、アンドープＡ
　ｌ　＊　Ｇ　ａ　ｌ　−Ｘ　Ａ　８　＠Ｇ　ＲＩ　Ｎ
層１６　（ｐ　〜１０１５＜８．０．２．４ｍ厚）　、
Ｉ）−ＡＩ！０．７ＧａＯ，８Ａｓクラッド層１７　（
Ｂｅ　”５Ｘ　１１０ｌ７＋−３，１，４μｍ厚）。
ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８　（Ｂ　ｅ　＝　５　Ｘ　
１０’８ｃｓｒ８゜０．５μｍ厚）をＭＢＥ（分子線エ
ピタキシャル成長）法により連続的に成長する。ＧＲＩ
Ｎ層１４．１６は活性層１５からクラッド層ＩＲ，１７
に向ってＡｌ混晶比Ｘが０．２から０．７まで２乗分布
を呈するように順次変化し、光ガイド機能を有する。成
長後＋Ｑｌｉｉガスを用いたＲＩＢＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅＩｏｎ　　Ｂｅａｍ　　Ｅｔｃｈｉｎｇ反応性イオン
ビームエツチング）法によりＧＲＩＮ層１６直前までエ
ツチングを行い、ストライプ状のメサを形成する。スト
ライプ部以外ではｐ型クラッド層１７は５００＾以下に
エツチングされている。次に、キャップ層１８上を除い
てＳｉＮｘ膜１９をプラズマＣｖＤ法により形成し、ｐ
側電極２０としてＡｕＺｎ／Ａｕ、ｎ側電極２１として
Ａ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕを形成する。
メサ部下のストライプ幅を３．５μｍ、共振器長を２５
０μｍとした半導体レーザ素子は発振波長８４０ｎｍで
発振し、閾値電流は４ｍＡであった。
上記半導体レーザ素子ではメサ部以外の電流拡がりを生
ずる経路は、主にｐ、１０１５、−８の：比較的高抵抗
のＧＲＩＮ層１６であり、活性層１５下は低抵抗のｎ−
ＧＲＩＮ層１４及びｎ−Ａ７７ＧａＡｓクラッド層１３
であるため、電流がメサ部から活性層に注入されるまで
の電流拡がりは極めて小さく抑制されている。このよう
にＧＲＩＮ−５ＣＨ構造量子井戸半導体レーザ素子の低
閾値′電流密度特性を有効に活用して低閾値電流を実現
することができる。
第４図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザの断面
模式図である。第１図と同様のダブルヘテロ接合で限定
された活性層を有する多層構造をＭＢＥ法によりｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１１上に成長させｆｃ後、Ｓ　ｉ　０２膜を
マスクとしてストライプ状のりッジを形成し、再度その
上に、ｎ−ＧａＡＳ電流阻止層３０（Ｓ　ｉ　＝　２　
Ｘ　１０’８ｃｔ−８＋　　２μｍ厚）をリッジ外に選
択成長させる。５ｉ０２膜を除去した後。
ｐ側電極２０としてＡｕＺｎ／Ａｕｎ側電極２１として
Ａ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕを形成する。
メサ部下のストライプ幅を４μｍ、共振器長を２５０μ
ｍとした半導体レーザ素子の場合８４０ｎｍで発振し、
閾値電流は８ｍＡであった。このレーザ素子においても
、ｐ型りラッド層１７はメサ部以外で５００Å以下と薄
層化されているため、第１図の実施例と同様の理由によ
り電流の横方内拡がりは極めて小さく抑制されている。
この実施例では、ｎ−ＧａＡｓ層３０による光吸収を用
いて横モードを安定化しているため、５μｒｒＬｌ程度
の比較的広いストライプ幅まで基本横モード発振が得ら
れるが、吸収損が大きいため第１図の構造に比べて閾値
電流は高くなる。
以上の２実施例ではｎ型クラッド層側の光ガイド層１４
をＳ　ｉ＝　５　Ｘ　１０１７＞−３＋　ｐ型クラッド
層側の光ガイド層１６をアンドープの９〜１０１６６ｍ
−１としたが、拡がり電流を抑制するにはｎ側の光ガイ
ド層を低抵抗、ｐ側の光ガイド層を高抵抗となるように
、ｎ側の光ガイド層のキャリア濃度をｎ≧１０１７Ｌｌ
！Ｉ＋１−３のｎ型、ｐ側の光ガイド層のキャリア濃度
をｐ≦１．０１６　ｃｌｌ−８のｐ型とすれば良い。ま
た各層のドーパントもｎ型はＳ　Ｉ＋　Ｔｅ＋　ｓｅ等
、ｐ型はＢ　ｅｒ　Ｚ　ｎ＋　Ｍｇ等が可能である。
また、上記実施例のように高純度のＭＢＥ成長ではアン
ドープで１０１４”ｅｔｒＢ以下のｐ型を得ることがで
きる。ＬＰＥ（液相エピタキシャル成長法）等の他の成
長法においてもアンドープで前述の範囲のｎ型あるいは
ｐ型が得られる場合には適宜光ガイド層をアンドープと
してもよい。さらにｐ側の光ガイド層はｎ≦１０１７　
ｒ”のｎ型としてもよい。
この場合、ｎ型の光ガイド層に注入された正孔は小数キ
ャリアであるため、１μｍ以下の短い拡散長に制限され
て拡がり電流は抑制される。また、１０１７　、、；８
以下のキャリア濃度では活性層における発光再結合に比
べて、ガイド層中における再結合は小さく、リモートジ
ャンクションとしての注入キャリアの損失は大きくなら
ない。
素子構造は、上記実施例にみられるように発振領域外で
ｐ側りラッド層を５００λ以下に薄層化あるいは全て除
去してかつ電流阻止を行なう構造であればどのような構
造でもよい。例えば第４図の実施例における電流阻止層
３０は半絶縁性のＧＢＡｓあるいはＡｌＧａＡｓ更には
ポリイミドのような樹脂でもよい。
上記実施例では低閾値とするため活性層を６０λ幅の量
子井戸構造としたが、活性層は一般に数百λ〜２０００
λ程度の厚みをもつ層を通常のＬＰＥ法やＭＯ−ＣＶＤ
法で形成してもよい。また光ガイド層もＧＲＩＮ層では
なく一定の組成を有する層や、２乗分布以外の組成変化
を有するＧＲＩＮ層でもよい。更に材料はＡｌＧａＡｓ
系に限らず、ＩｎＧａＡｓＪ？系ｊ　ＩｎＡＩＧａＰ）
系、ＡＩ！ＧａＡｓＳｂ系。
ＩｎＧａＡ／Ａｓ系等を用いた半導体レーザに広く適用
できる。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明によれば活性層をエツチング
することなく、低閾値の半導体レーザを実現することが
できるため、活性層のエツチング時に形成される界面準
位による歩留りゃ信頼性の低下がなく実用上極めて有用
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の断
面模式図である。 第２図は従来のＢＨレーザの断面模式図である。 第３図は従来のりフジ導波路型レーザの断面模式図であ
る。 第４図は本発明の他の実施例を示す、半導体レーザの断
面模式図である。 １１・・ｎ−ＧａＡｓ基板　１２−　ｎ　−ＧａＡｓバ
ッフｙＮ　　１３−ｎ−クラッドｉ　　１４・・・ｎ−
ＧＲＩＮ層　１５・・・量子井戸活性層　１６・・・ア
ンドープＧＲＩＮ層　１７・・・ｐ−クラッド層　１８
・・・キャップ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、活性層と１対のクラッド層から成るダブルヘテロ接
    合構造に注入電流を狭窄するストライプ構造を付加しか
    つ前記活性層と前記各クラッド層との間に光ガイド層を
    挿設した半導体レーザ素子において、前記ストライプ構
    造に近い側の前記光ガイド層を高抵抗値に、反対側の前
    記光ガイド層を低抵抗値にそれぞれ設定したことを特徴
    とする半導体レーザ素子。
JP61314275A 1986-12-26 1986-12-26 半導体レ−ザ素子 Granted JPS63164484A (ja)

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JP61314275A JPS63164484A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 半導体レ−ザ素子
US07/136,671 US4845724A (en) 1986-12-26 1987-12-22 Semiconductor laser device having optical guilding layers of unequal resistance
EP87311420A EP0273726B1 (en) 1986-12-26 1987-12-23 A semiconductor laser device
DE87311420T DE3786339T2 (de) 1986-12-26 1987-12-23 Halbleiterlaservorrichtung.

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EP (1) EP0273726B1 (ja)
JP (1) JPS63164484A (ja)
DE (1) DE3786339T2 (ja)

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