JP2674382B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2674382B2 JP2674382B2 JP3235451A JP23545191A JP2674382B2 JP 2674382 B2 JP2674382 B2 JP 2674382B2 JP 3235451 A JP3235451 A JP 3235451A JP 23545191 A JP23545191 A JP 23545191A JP 2674382 B2 JP2674382 B2 JP 2674382B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、情報処理機器あるいは
光通信機器の光源に用いる半導体レーザに関する。
光通信機器の光源に用いる半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは極めて小型でかつ量産性
に富むため、現在情報処理機器や光通信機器の光源とし
て幅広く利用されている。実用的な光源として半導体レ
ーザに要求される主な特性は、発振閾値電流が低いこ
と、摂氏４０℃〜６０℃で安定な高温動作が可能なこと
などである。近年、勝山らはＧａ0.43Ｉｎ0.57Ｐからな
るいわゆる歪量子井戸活性層を用いた半導体レーザが比
較的低い発振閾値電流を示すことをエレクトロニクスレ
ターズ誌（第２６巻１３７６頁、１９９０年）に報告し
た。また、伊知地らはＩｎ0.22Ｇａ0.78Ａｓからなる歪
量子井戸活性層を用いた半導体レーザで低い発振閾値電
流を報告している（第１２回半導体レーザ国際会議ダイ
ジェスト４４頁、１９９０年）。これらの半導体レーザ
では、面内圧縮歪を受けた量子井戸活性層の価電子有効
質量が低下するために発振閾値電流が低減すると考えら
れている。
に富むため、現在情報処理機器や光通信機器の光源とし
て幅広く利用されている。実用的な光源として半導体レ
ーザに要求される主な特性は、発振閾値電流が低いこ
と、摂氏４０℃〜６０℃で安定な高温動作が可能なこと
などである。近年、勝山らはＧａ0.43Ｉｎ0.57Ｐからな
るいわゆる歪量子井戸活性層を用いた半導体レーザが比
較的低い発振閾値電流を示すことをエレクトロニクスレ
ターズ誌（第２６巻１３７６頁、１９９０年）に報告し
た。また、伊知地らはＩｎ0.22Ｇａ0.78Ａｓからなる歪
量子井戸活性層を用いた半導体レーザで低い発振閾値電
流を報告している（第１２回半導体レーザ国際会議ダイ
ジェスト４４頁、１９９０年）。これらの半導体レーザ
では、面内圧縮歪を受けた量子井戸活性層の価電子有効
質量が低下するために発振閾値電流が低減すると考えら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】歪量子井戸活性層を用
いた従来の半導体レーザの発振閾値電流は低いが、その
高温動作特性は必ずしも良くない。これは、該活性層中
の注入キャリア密度が大きく、該キャリアの閉じ込めが
不十分だからである。高温動作特性を改善するために
は、さらに発振閾値電流を低減することが必要である。
いた従来の半導体レーザの発振閾値電流は低いが、その
高温動作特性は必ずしも良くない。これは、該活性層中
の注入キャリア密度が大きく、該キャリアの閉じ込めが
不十分だからである。高温動作特性を改善するために
は、さらに発振閾値電流を低減することが必要である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
１つは（０，０，１）面を持つ半導体基板と、（０，
０，１）面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−１，１，１〕ま
たは〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持つ化合物半導
体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を少なくとも
含むレーザ共振器を有することを特徴とする。（０，
０，１）面から〔１，１，０〕方向、〔１，０，０〕方
向、〔０，１，０〕方向など任意の方向へ多少傾斜した
面を持つ半導体基板を用いてもよい。
１つは（０，０，１）面を持つ半導体基板と、（０，
０，１）面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−１，１，１〕ま
たは〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持つ化合物半導
体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を少なくとも
含むレーザ共振器を有することを特徴とする。（０，
０，１）面から〔１，１，０〕方向、〔１，０，０〕方
向、〔０，１，０〕方向など任意の方向へ多少傾斜した
面を持つ半導体基板を用いてもよい。
【０００５】また、本発明のもう１つの半導体レーザ
は、（０，０，１）面から〔−１，１，０〕方向あるい
は〔１，−１，０〕方向へ傾斜した面を持つ半導体基板
と、（０，０，１）面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−１，
１，１〕または〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持つ
化合物半導体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を
少なくとも含むレーザ共振器を有することを特徴とす
る。ただし厳密には、該圧縮歪面は（０，０，１）面か
ら〔−１，１，０〕方向あるいは〔１，−１，０〕方向
へ傾斜した面である。
は、（０，０，１）面から〔−１，１，０〕方向あるい
は〔１，−１，０〕方向へ傾斜した面を持つ半導体基板
と、（０，０，１）面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−１，
１，１〕または〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持つ
化合物半導体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を
少なくとも含むレーザ共振器を有することを特徴とす
る。ただし厳密には、該圧縮歪面は（０，０，１）面か
ら〔−１，１，０〕方向あるいは〔１，−１，０〕方向
へ傾斜した面である。
【０００６】また本発明の半導体レーザはＧａＡｓ基板
上に、圧縮歪と秩序状態をもつＡｌＧａＩｎＰまたはＩ
ｎＧａＡｓＰ層を有する半導体層を備えることを特徴と
する。あるいはＩｎＰ基板上に、圧縮歪と秩序状態をも
つＩｎＧａＡｓＰ層を有する半導体層を備えることを特
徴とする。
上に、圧縮歪と秩序状態をもつＡｌＧａＩｎＰまたはＩ
ｎＧａＡｓＰ層を有する半導体層を備えることを特徴と
する。あるいはＩｎＰ基板上に、圧縮歪と秩序状態をも
つＩｎＧａＡｓＰ層を有する半導体層を備えることを特
徴とする。
【０００７】
【作用】秩序状態と面内圧縮歪を持つ活性層を有する本
発明の半導体レーザの作用を説明する。まず、秩序状態
の作用について述べる。五明らのグループ（フィジカル
レビューレターズ誌第６０巻２６４５頁、１９８８年）
および他のグループはＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ
層、ＩｎＧａＡｓ層やＩｎＧａＡｓＰ層などのエピタキ
シャル層が秩序状態を持つことを報告している。ただし
これらの半導体層が秩序状態を持つか否かはエピタキシ
ャル成長条件に依存する。秩序状態を持つＧａ0.50Ｉｎ
0.50Ｐの場合、Ｇａ原子の副格子とＩｎ原子の副格子が
〔−１，１，１〕あるいは〔１，−１，１〕方向に交互
に規則的に並ぶ。マスカレンハスらは、〔−１，１，
１〕方向に該秩序状態を持つ半導体層の基底準位間発光
再結合が発生する光の電気ベクトルは（−１，１，１）
面内に偏ると報告した（フィジカルレビューレターズ誌
第６３巻２１０８頁、１９８９年）。従って、〔−１，
１，１〕あるいは〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持
つ半導体層で発生する再結合光の電気ベクトルは（−
１，１，１）面あるいは（１，−１，１）面に偏る。こ
れに対し、無秩序状態層で生じる光の電気ベクトル方位
は、等方的である。次に、圧縮歪の作用については、
（０，０，１）面に面内圧縮歪を持つ半導体層の基底準
位間発光再結合が発生する光の電気ベクトルは（０，
０，１）面内に偏ることが知られている。
発明の半導体レーザの作用を説明する。まず、秩序状態
の作用について述べる。五明らのグループ（フィジカル
レビューレターズ誌第６０巻２６４５頁、１９８８年）
および他のグループはＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ
層、ＩｎＧａＡｓ層やＩｎＧａＡｓＰ層などのエピタキ
シャル層が秩序状態を持つことを報告している。ただし
これらの半導体層が秩序状態を持つか否かはエピタキシ
ャル成長条件に依存する。秩序状態を持つＧａ0.50Ｉｎ
0.50Ｐの場合、Ｇａ原子の副格子とＩｎ原子の副格子が
〔−１，１，１〕あるいは〔１，−１，１〕方向に交互
に規則的に並ぶ。マスカレンハスらは、〔−１，１，
１〕方向に該秩序状態を持つ半導体層の基底準位間発光
再結合が発生する光の電気ベクトルは（−１，１，１）
面内に偏ると報告した（フィジカルレビューレターズ誌
第６３巻２１０８頁、１９８９年）。従って、〔−１，
１，１〕あるいは〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持
つ半導体層で発生する再結合光の電気ベクトルは（−
１，１，１）面あるいは（１，−１，１）面に偏る。こ
れに対し、無秩序状態層で生じる光の電気ベクトル方位
は、等方的である。次に、圧縮歪の作用については、
（０，０，１）面に面内圧縮歪を持つ半導体層の基底準
位間発光再結合が発生する光の電気ベクトルは（０，
０，１）面内に偏ることが知られている。
【０００８】本発明の半導体レーザの活性層は以上述べ
てきた秩序状態の作用と圧縮歪の作用を兼ね備える。該
活性層の再結合光の電気ベクトル方位は、秩序状態の作
用により（−１，１，１）面または（１，−１，１）面
に偏る。さらに、該電気ベクトル方位は面内圧縮歪の作
用により（０，０，１）面内に偏る。これらの結果、図
３（ａ）に示すように、本発明の半導体レーザの活性層
で生じる再結合光の電気ベクトルは（−１，１，１）面
または（１，−１，１）面と（０，０，１）面に共に含
まれる唯一の方向つまり〔１，１，０〕方向に偏る。
〔１，１，０〕方向の電気ベクトルを持つ光の放射方位
は（１，１，０）面内方位である。従って、〔−１，
１，０〕方向や〔０，０，１〕方向などの（１，１，
０）面に含まれる方位に形成されたレーザ共振器を有す
本発明の半導体レーザでは、全再結合光のうちで発振モ
ードに利得を与える再結合光の割合が従来より高い。こ
の結果、該半導体レーザは低い発振閾値電流を示す。従
来の歪量子井戸活性層半導体レーザは格子歪の作用だけ
を受けるため、図３（ｂ）に示すように発光再結合光の
電気ベクトル方位は（０，０，１）面内の自由な方位を
とる。この場合の再結合光は全方位へ放射し、発振モー
ドに利得を与える再結合光の割合が低い。
てきた秩序状態の作用と圧縮歪の作用を兼ね備える。該
活性層の再結合光の電気ベクトル方位は、秩序状態の作
用により（−１，１，１）面または（１，−１，１）面
に偏る。さらに、該電気ベクトル方位は面内圧縮歪の作
用により（０，０，１）面内に偏る。これらの結果、図
３（ａ）に示すように、本発明の半導体レーザの活性層
で生じる再結合光の電気ベクトルは（−１，１，１）面
または（１，−１，１）面と（０，０，１）面に共に含
まれる唯一の方向つまり〔１，１，０〕方向に偏る。
〔１，１，０〕方向の電気ベクトルを持つ光の放射方位
は（１，１，０）面内方位である。従って、〔−１，
１，０〕方向や〔０，０，１〕方向などの（１，１，
０）面に含まれる方位に形成されたレーザ共振器を有す
本発明の半導体レーザでは、全再結合光のうちで発振モ
ードに利得を与える再結合光の割合が従来より高い。こ
の結果、該半導体レーザは低い発振閾値電流を示す。従
来の歪量子井戸活性層半導体レーザは格子歪の作用だけ
を受けるため、図３（ｂ）に示すように発光再結合光の
電気ベクトル方位は（０，０，１）面内の自由な方位を
とる。この場合の再結合光は全方位へ放射し、発振モー
ドに利得を与える再結合光の割合が低い。
【０００９】また、本発明の他の半導体レーザでは、
（０，０，１）から〔−１，１，０〕方向（または
〔１，−１，０〕方向）に傾斜した面を持つ半導体基板
を用いる。（０，０，１）面を持つ半導体基板上のエピ
タキシャル層が持つ該秩序状態の方位は〔−１，１，
１〕方向と〔１，−１，１〕方向が同等に混在している
のに対し、（０，０，１）から〔−１，１，０〕方向
（または〔１，−１，０〕方向）に傾斜した面を持つ半
導体基板上では該秩序状態の方位が〔−１，１，１〕方
向（〔１，−１，１〕方向）に偏ることが報告されてい
る（ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス
誌第２８巻Ｌ１７２８頁１９８９年、および、１９９１
年春季応用物理学関係連合講演会講演３２ａ−ＺＧ−
５）。つまり、該傾斜基板上の該エピタキシャル層が持
つ秩序状態の秩序度はより高い。従って、先に述べた本
発明の作用はより強く働く。該傾斜基板を用いた場合の
圧縮歪面方位は（０，０，１）面から傾くが、本発明の
作用の原理に従い再結合光の放射方位はやはり（１，
１，０）面内方位に偏る。レーザ共振器の方向も〔−
１，１，０〕方向から〔０，０，１〕方向へ、あるいは
〔０，０，１〕方向から〔−１，１，０〕方向へ傾く
が、これらのレーザ共振器方位は依然（１，１，０）面
に含まれる。従って上述の傾斜基板を用いた場合の再結
合光放射方位とレーザ共振器方位の間の幾何学的関係
は、（０，０，１）基板の場合の関係と厳密に同等に保
たれる。
（０，０，１）から〔−１，１，０〕方向（または
〔１，−１，０〕方向）に傾斜した面を持つ半導体基板
を用いる。（０，０，１）面を持つ半導体基板上のエピ
タキシャル層が持つ該秩序状態の方位は〔−１，１，
１〕方向と〔１，−１，１〕方向が同等に混在している
のに対し、（０，０，１）から〔−１，１，０〕方向
（または〔１，−１，０〕方向）に傾斜した面を持つ半
導体基板上では該秩序状態の方位が〔−１，１，１〕方
向（〔１，−１，１〕方向）に偏ることが報告されてい
る（ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス
誌第２８巻Ｌ１７２８頁１９８９年、および、１９９１
年春季応用物理学関係連合講演会講演３２ａ−ＺＧ−
５）。つまり、該傾斜基板上の該エピタキシャル層が持
つ秩序状態の秩序度はより高い。従って、先に述べた本
発明の作用はより強く働く。該傾斜基板を用いた場合の
圧縮歪面方位は（０，０，１）面から傾くが、本発明の
作用の原理に従い再結合光の放射方位はやはり（１，
１，０）面内方位に偏る。レーザ共振器の方向も〔−
１，１，０〕方向から〔０，０，１〕方向へ、あるいは
〔０，０，１〕方向から〔−１，１，０〕方向へ傾く
が、これらのレーザ共振器方位は依然（１，１，０）面
に含まれる。従って上述の傾斜基板を用いた場合の再結
合光放射方位とレーザ共振器方位の間の幾何学的関係
は、（０，０，１）基板の場合の関係と厳密に同等に保
たれる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の半導体レーザの１つの実施例
を示す。まず、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓからなる半導
体基板２の上に１．２μｍ厚のＳｉドープのｎ型（Ａｌ
0. 7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッド層３、
多重歪量子井戸からなる活性層４、１．２μｍ厚のＺｎ
ドープのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なるクラッド層５、をエピタキシャル成長した。該多重
歪量子井戸は、３層の８ｎｍ厚アンドープＧａ0.40Ｉｎ
0.60Ｐ面内圧縮歪井戸層と４層の４ｎｍ厚アンドープ
（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.55Ｉｎ0.45Ｐ歪障壁層で構成し
た。面内圧縮歪井戸層に（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y
Ｐ層（ｙ＜０．５１）やＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ層（ｘ＞
０）を用いることも可能である。また、該井戸層にＩｎ
x Ｇａ1-x Ａｓ1-y Ｐy 層（ｘ＞０．４９ｙ）を用いる
と、例えばＧａ：Ｉｎ比を１：１に保ちながら（ｘ＝
０．５）面内圧縮歪をかける（ｙ＝０．１）ことができ
る。このことは、秩序度の高い秩序状態と圧縮歪を共存
させる上で役立つ。また、該井戸層および該障壁層にＩ
ｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 層を用いてもよく、この場合
は半導体基板２、クラッド層３、クラッド層５などには
ＩｎＰを用いる。
を示す。まず、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓからなる半導
体基板２の上に１．２μｍ厚のＳｉドープのｎ型（Ａｌ
0. 7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッド層３、
多重歪量子井戸からなる活性層４、１．２μｍ厚のＺｎ
ドープのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なるクラッド層５、をエピタキシャル成長した。該多重
歪量子井戸は、３層の８ｎｍ厚アンドープＧａ0.40Ｉｎ
0.60Ｐ面内圧縮歪井戸層と４層の４ｎｍ厚アンドープ
（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.55Ｉｎ0.45Ｐ歪障壁層で構成し
た。面内圧縮歪井戸層に（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y
Ｐ層（ｙ＜０．５１）やＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ層（ｘ＞
０）を用いることも可能である。また、該井戸層にＩｎ
x Ｇａ1-x Ａｓ1-y Ｐy 層（ｘ＞０．４９ｙ）を用いる
と、例えばＧａ：Ｉｎ比を１：１に保ちながら（ｘ＝
０．５）面内圧縮歪をかける（ｙ＝０．１）ことができ
る。このことは、秩序度の高い秩序状態と圧縮歪を共存
させる上で役立つ。また、該井戸層および該障壁層にＩ
ｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 層を用いてもよく、この場合
は半導体基板２、クラッド層３、クラッド層５などには
ＩｎＰを用いる。
【００１１】半導体基板２の面方位は、（０，０，１）
から〔−１，１，０〕方向へ６度傾斜した面とした。該
活性層に秩序度の高い秩序状態を形成するためには、１
０度以下の傾斜角が適当である。半導体基板２の面方位
は（０，０，１）面でもよい。また、（０，０，１）面
から〔１，１，０〕方向、〔１，０，０〕方向、〔０，
１，０〕方向など任意の方向へ１〜３度程度傾斜した面
を持つ半導体基板２を用いてもよい。このような半導体
基板は、よく知られているように、エピタキシャル結晶
のモホロジーを改善する効果を持つ。
から〔−１，１，０〕方向へ６度傾斜した面とした。該
活性層に秩序度の高い秩序状態を形成するためには、１
０度以下の傾斜角が適当である。半導体基板２の面方位
は（０，０，１）面でもよい。また、（０，０，１）面
から〔１，１，０〕方向、〔１，０，０〕方向、〔０，
１，０〕方向など任意の方向へ１〜３度程度傾斜した面
を持つ半導体基板２を用いてもよい。このような半導体
基板は、よく知られているように、エピタキシャル結晶
のモホロジーを改善する効果を持つ。
【００１２】エピタキシャル成長は減圧有機金属結晶成
長法（ＭＯＶＰＥ法）で行った。本実施例では結晶成長
温度は６６０℃、Ｖ族／III 族供給原料比は２００とし
た。秩序度の高い秩序状態を形成するためには、結晶成
長温度は７００℃以下、Ｖ族／III 族供給流量比は１０
０以上が適当である。これらの結晶成長条件は、本発明
の作用を持つ秩序状態を活性層に形成するための条件で
あるから、クラッド層など他の層の結晶成長条件は異な
るものであっても構わない。成長速度はおよそ１．８μ
ｍ／ｈｒであった。原料に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
ルインヂウム（ＴＭＩ）、ジメチルジンク（ＤＭＺ）、
フォスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ジシ
ラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いた。ガスソース分子線結晶成
長法（ＧＳＭＢＥ法）やケミカルビームエピタキシャル
法（ＣＢＥ法）を用いて成長することも可能である。
長法（ＭＯＶＰＥ法）で行った。本実施例では結晶成長
温度は６６０℃、Ｖ族／III 族供給原料比は２００とし
た。秩序度の高い秩序状態を形成するためには、結晶成
長温度は７００℃以下、Ｖ族／III 族供給流量比は１０
０以上が適当である。これらの結晶成長条件は、本発明
の作用を持つ秩序状態を活性層に形成するための条件で
あるから、クラッド層など他の層の結晶成長条件は異な
るものであっても構わない。成長速度はおよそ１．８μ
ｍ／ｈｒであった。原料に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
ルインヂウム（ＴＭＩ）、ジメチルジンク（ＤＭＺ）、
フォスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ジシ
ラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いた。ガスソース分子線結晶成
長法（ＧＳＭＢＥ法）やケミカルビームエピタキシャル
法（ＣＢＥ法）を用いて成長することも可能である。
【００１３】エピタキシャル成長の後、フォトリソグラ
フィー法を用いてクラッド層５にストライプ９を形成し
た。ストライプ９の方位はほぼ〔−１，１，０〕であ
る。該ストライプ９はレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は〔−
１，１，０〕方向から〔０，０，１〕方向などへ傾く。
ストライプ９を形成した後、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ
からなるブロック層６を該ストライプ９の外側に選択成
長し、さらにＺｎドープのｐ型ＧａＡｓからなるコンタ
クト層７を全面に成長した。該コンタクト層７を形成し
た後、ｎ側の電極１とｐ側の電極８を形成した。最後に
劈開を行って相向かい合う反射鏡を（−１，１，０）面
に形成した。劈開の代わりにドライエッチングを用いて
該反射鏡を形成してもよい。また、垂直放射型半導体レ
ーザ（Ｔ．Ｔａｋａｍｏｒｉ ｅｔａｌ．， アプライ
ドフィジクスレターズ誌第５５巻１０５３頁、１９８９
年）のように（−１，１，０）以外の面を持つ反射鏡で
もよく、曲面を持つ反射鏡でもよい。以上の工程によ
り、半導体レーザが完成した。該半導体レーザのレーザ
光１０の電気ベクトル方位は〔１，１，０〕方向、放射
方向はほぼ〔−１，１，０〕方向および〔１，−１，
０〕方向である。
フィー法を用いてクラッド層５にストライプ９を形成し
た。ストライプ９の方位はほぼ〔−１，１，０〕であ
る。該ストライプ９はレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は〔−
１，１，０〕方向から〔０，０，１〕方向などへ傾く。
ストライプ９を形成した後、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ
からなるブロック層６を該ストライプ９の外側に選択成
長し、さらにＺｎドープのｐ型ＧａＡｓからなるコンタ
クト層７を全面に成長した。該コンタクト層７を形成し
た後、ｎ側の電極１とｐ側の電極８を形成した。最後に
劈開を行って相向かい合う反射鏡を（−１，１，０）面
に形成した。劈開の代わりにドライエッチングを用いて
該反射鏡を形成してもよい。また、垂直放射型半導体レ
ーザ（Ｔ．Ｔａｋａｍｏｒｉ ｅｔａｌ．， アプライ
ドフィジクスレターズ誌第５５巻１０５３頁、１９８９
年）のように（−１，１，０）以外の面を持つ反射鏡で
もよく、曲面を持つ反射鏡でもよい。以上の工程によ
り、半導体レーザが完成した。該半導体レーザのレーザ
光１０の電気ベクトル方位は〔１，１，０〕方向、放射
方向はほぼ〔−１，１，０〕方向および〔１，−１，
０〕方向である。
【００１４】図２は本発明の半導体レーザの他の実施例
を示す。まず、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓからなる半導
体基板２の上に１．２μｍ厚のＳｉドープのｎ型（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッド層３、
多重歪量子井戸からなる活性層４、１．２μｍ厚のＺｎ
ドープのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なるクラッド層５をエピタキシャル成長した。該多重歪
量子井戸は、３層の８ｎｍ厚アンドープＧａ0.50Ｉｎ
0.50Ｐ0.90Ａｓ0.10面内圧縮歪井戸層と４層の４ｎｍ厚
アンドープ（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.55Ｉｎ0.45Ｐ歪障壁
層で構成した。面内圧縮歪井戸層に（Ａｌx Ｇａ1-x ）
y Ｉｎ1-y Ｐ層（ｙ＜０．５１）やＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ
層（ｘ＞０）を用いることも可能である。また、該井戸
層および該障壁層にＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 層を用
いてもよく、この場合は半導体基板２、クラッド層３お
よびクラッド層５にはＩｎＰを用いる。半導体基板２の
面方位は、先の実施例と同様（０，０，１）から〔−
１，１，０〕方向へ６度傾斜した面としたが（０，０，
１）面などでもよい。エピタキシャル成長は減圧有機金
属結晶成長法（ＭＯＶＰＥ法）で行う。該活性層を構成
するＧａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ0.90Ａｓ0.10に秩序状態を形成
するために結晶成長温度は６６０℃、５族／３族供給流
量比は２００とした。原料等は先の実施例と同じであ
る。ガスソース分子線結晶成長法（ＧＳＭＢＥ法）やケ
ミカルビームエピタキシャル法（ＣＢＥ法）を用いて成
長することも可能である。次にクラッド層５上にフォト
リソグラフィーを用いて直径７μｍの円盤状のＳｉＯ2
誘電体膜を形成した。該ＳｉＯ2 誘電体膜の形状は、多
角形でもよい。次に、該ＳｉＯ2 誘電体膜をマスクとし
てＺｎ不純物またはＭｇ不純物またはＳｉ不純物または
Ｆｅ不純物またはＡｕ不純物を結晶中に拡散した。これ
らの不純物をイオン注入法で注入してもよい。この際、
円形または多角形の誘電体膜に覆われていない高濃度不
純物領域１１の活性層４が含むＧａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ0.90
Ａｓ0.10の秩序状態は無秩序化され、該Ｇａ0.50Ｉｎ
0.50Ｐ0.90Ａｓ0.10のバンドギャップエネルギーは増大
し、屈折率は減少する。その結果、活性層４に注入され
たキャリアは誘電体膜に覆われた領域（以下、発光領域
と呼ぶ）に閉じ込められ、かつ、該活性層４が発生する
光は該発光領域に閉じ込められる。該発光領域は、ほぼ
〔０，０，１〕方向のレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は
〔０，０，１〕方向から〔−１，１，０〕方向などへ傾
いている。拡散を行った後、該ＳｉＯ2 誘電体膜を除去
し、誘電体多層膜からなる反射率９０％の反射膜１２を
形成し、さらに電極８を形成した。この後、半導体基板
２に同形の円形または多角形の孔を形成し、該領域に誘
電体多層膜からなる反射率９８％の反射膜１３を形成し
た。最後に半導体基板２の上に電極１を形成した。以上
により面発光型の半導体レーザが完成した。該半導体レ
ーザのレーザ光１０の電気ベクトル方位は〔１，１，
０〕方向、放射方向はほぼ〔０，０，１〕方向および
〔０，０，−１〕方向である。
を示す。まず、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓからなる半導
体基板２の上に１．２μｍ厚のＳｉドープのｎ型（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッド層３、
多重歪量子井戸からなる活性層４、１．２μｍ厚のＺｎ
ドープのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なるクラッド層５をエピタキシャル成長した。該多重歪
量子井戸は、３層の８ｎｍ厚アンドープＧａ0.50Ｉｎ
0.50Ｐ0.90Ａｓ0.10面内圧縮歪井戸層と４層の４ｎｍ厚
アンドープ（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.55Ｉｎ0.45Ｐ歪障壁
層で構成した。面内圧縮歪井戸層に（Ａｌx Ｇａ1-x ）
y Ｉｎ1-y Ｐ層（ｙ＜０．５１）やＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ
層（ｘ＞０）を用いることも可能である。また、該井戸
層および該障壁層にＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 層を用
いてもよく、この場合は半導体基板２、クラッド層３お
よびクラッド層５にはＩｎＰを用いる。半導体基板２の
面方位は、先の実施例と同様（０，０，１）から〔−
１，１，０〕方向へ６度傾斜した面としたが（０，０，
１）面などでもよい。エピタキシャル成長は減圧有機金
属結晶成長法（ＭＯＶＰＥ法）で行う。該活性層を構成
するＧａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ0.90Ａｓ0.10に秩序状態を形成
するために結晶成長温度は６６０℃、５族／３族供給流
量比は２００とした。原料等は先の実施例と同じであ
る。ガスソース分子線結晶成長法（ＧＳＭＢＥ法）やケ
ミカルビームエピタキシャル法（ＣＢＥ法）を用いて成
長することも可能である。次にクラッド層５上にフォト
リソグラフィーを用いて直径７μｍの円盤状のＳｉＯ2
誘電体膜を形成した。該ＳｉＯ2 誘電体膜の形状は、多
角形でもよい。次に、該ＳｉＯ2 誘電体膜をマスクとし
てＺｎ不純物またはＭｇ不純物またはＳｉ不純物または
Ｆｅ不純物またはＡｕ不純物を結晶中に拡散した。これ
らの不純物をイオン注入法で注入してもよい。この際、
円形または多角形の誘電体膜に覆われていない高濃度不
純物領域１１の活性層４が含むＧａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ0.90
Ａｓ0.10の秩序状態は無秩序化され、該Ｇａ0.50Ｉｎ
0.50Ｐ0.90Ａｓ0.10のバンドギャップエネルギーは増大
し、屈折率は減少する。その結果、活性層４に注入され
たキャリアは誘電体膜に覆われた領域（以下、発光領域
と呼ぶ）に閉じ込められ、かつ、該活性層４が発生する
光は該発光領域に閉じ込められる。該発光領域は、ほぼ
〔０，０，１〕方向のレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は
〔０，０，１〕方向から〔−１，１，０〕方向などへ傾
いている。拡散を行った後、該ＳｉＯ2 誘電体膜を除去
し、誘電体多層膜からなる反射率９０％の反射膜１２を
形成し、さらに電極８を形成した。この後、半導体基板
２に同形の円形または多角形の孔を形成し、該領域に誘
電体多層膜からなる反射率９８％の反射膜１３を形成し
た。最後に半導体基板２の上に電極１を形成した。以上
により面発光型の半導体レーザが完成した。該半導体レ
ーザのレーザ光１０の電気ベクトル方位は〔１，１，
０〕方向、放射方向はほぼ〔０，０，１〕方向および
〔０，０，−１〕方向である。
【００１５】
【発明の効果】〔−１，１，０〕方向に形成されたレー
ザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、低い閾値電流
と優れた高温動作特性を示した。（０，０，１）面から
〔−１，１，０〕方向へ６度傾斜した半導体基板を用い
た半導体レーザは、（０，０，１）半導体基板を用いた
場合よりもさらに低い閾値電流を示した。また、（０，
０，１）面から〔−１，１，０〕方向へ６度傾斜した半
導体基板を用いた場合、Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ0.90Ａｓ
0.10歪量子井戸層を用いた半導体レーザはＧａ0.40Ｉｎ
0.60Ｐ歪量子井戸層を用いた半導体レーザよりもさらに
低い閾値電流を示した。
ザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、低い閾値電流
と優れた高温動作特性を示した。（０，０，１）面から
〔−１，１，０〕方向へ６度傾斜した半導体基板を用い
た半導体レーザは、（０，０，１）半導体基板を用いた
場合よりもさらに低い閾値電流を示した。また、（０，
０，１）面から〔−１，１，０〕方向へ６度傾斜した半
導体基板を用いた場合、Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ0.90Ａｓ
0.10歪量子井戸層を用いた半導体レーザはＧａ0.40Ｉｎ
0.60Ｐ歪量子井戸層を用いた半導体レーザよりもさらに
低い閾値電流を示した。
【００１６】また、〔０，０，１〕方向に形成されたレ
ーザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、従来の面発
光レーザに比べて低い閾値電流と優れた高温動作特性を
示した。
ーザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、従来の面発
光レーザに比べて低い閾値電流と優れた高温動作特性を
示した。
【図１】本発明の半導体レーザの１つの実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】本発明の半導体レーザの他の実施例を示す断面
図である。
図である。
【図３】本発明の半導体レーザの活性層における再結合
光の電気ベクトル方位を説明した図である。
光の電気ベクトル方位を説明した図である。
１ 電極 ２ 半導体基板 ３ クラッド層 ４ 活性層 ５ クラッド層 ６ ブロック層 ７ コンタクト層 ８ 電極 ９ ストライプ １０ レーザ光 １１ 高濃度不純物領域 １２ 反射膜 １３ 反射膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−67839（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−273490（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−120492（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−237183（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29700（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 （０，０，１）面を持つ半導体基板と、
（０，０，１）面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−１，１，
１〕または〔１，−１，１〕方向に秩序状態を持つ化合
物半導体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を少な
くとも含むレーザ共振器とを有することを特徴とする半
導体レーザ。 - 【請求項２】 （０，０，１）面から〔−１，１，０〕
方向または〔１，−１，０〕方向へ傾斜した面を持つ半
導体基板と、（０，０，１）面内圧縮歪を持ち、かつ、
〔−１，１，１〕または〔１，−１，１〕方向に秩序状
態を持つ化合物半導体層を少なくとも含む活性層と、該
活性層を少なくとも含むレーザ共振器とを有することを
特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記レーザ共振器が〔−１，１，０〕方
向に形成されていることを特徴とする請求項１または２
に記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記レーザ共振器が〔０，０，１〕方向
に形成されていることを特徴とする請求項１または２に
記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記半導体基板がＧａＡｓでなり、Ｇａ
Ａｓ基板上に形成した半導体多層構造の中に前記活性層
として（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ層またはＩｎx
Ｇａ1-x Ａｓ1-y Ｐy 層が設けられていることを特徴と
する請求項１乃至４に記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記半導体基板がＩｎＰでなり、該Ｉｎ
Ｐ基板上に形成した半導体多層構造の中に前記活性層と
してＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 層が設けられているこ
とを特徴とする請求項１乃至４に記載の半導体レーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3235451A JP2674382B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体レーザ |
| DE69201283T DE69201283T2 (de) | 1991-08-21 | 1992-08-21 | Halbleiterlaser. |
| EP92114336A EP0528439B1 (en) | 1991-08-21 | 1992-08-21 | Semiconductor laser |
| US07/932,940 US5309466A (en) | 1991-08-21 | 1992-08-21 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3235451A JP2674382B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555699A JPH0555699A (ja) | 1993-03-05 |
| JP2674382B2 true JP2674382B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16986302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3235451A Expired - Fee Related JP2674382B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674382B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2905123B2 (ja) * | 1994-08-29 | 1999-06-14 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法ならびに歪量子井戸結晶 |
| JP2004014821A (ja) * | 2002-06-07 | 2004-01-15 | Sony Corp | 半導体レーザ装置、半導体装置用構造基板および半導体装置の製造方法 |
| DE10234976B4 (de) * | 2002-07-31 | 2012-05-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2015126040A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 株式会社リコー | 発光デバイス、光源装置及びレーザ装置 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP3235451A patent/JP2674382B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0555699A (ja) | 1993-03-05 |
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