JP2938198B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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- JP2938198B2 JP2938198B2 JP3007297A JP729791A JP2938198B2 JP 2938198 B2 JP2938198 B2 JP 2938198B2 JP 3007297 A JP3007297 A JP 3007297A JP 729791 A JP729791 A JP 729791A JP 2938198 B2 JP2938198 B2 JP 2938198B2
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Description
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体レーザに係わり、特に屈折率導波型、窓構造
の半導体レ−ザ装置及びその製造方法に関する。
いた半導体レーザに係わり、特に屈折率導波型、窓構造
の半導体レ−ザ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高密度光ディスクシステム、レー
ザプリンタ及び光スキャナ等の光情報処理機器への応用
を目的として、短波長の半導体レーザの開発が進められ
ている。この中でも0.6 μｍ帯の赤色領域に発振波長を
持つInGaAIP レーザは、光ディスクシステムの高密度化
を図る上でのキーデバイスとして注目されており、また
小形、軽量、低消費電力の短波長光源として、従来のHe
−Neガスレーザの代替としても様々な応用の可能性を持
っている。このような光情報処理機器における応用にお
いては、短波長とともに高出力、高信頼の特性が要求さ
れる。特に、追記形あるいは書き替え形光ディスクシス
テムにおいては、30mWレベルの光出力が必要とされる。
ザプリンタ及び光スキャナ等の光情報処理機器への応用
を目的として、短波長の半導体レーザの開発が進められ
ている。この中でも0.6 μｍ帯の赤色領域に発振波長を
持つInGaAIP レーザは、光ディスクシステムの高密度化
を図る上でのキーデバイスとして注目されており、また
小形、軽量、低消費電力の短波長光源として、従来のHe
−Neガスレーザの代替としても様々な応用の可能性を持
っている。このような光情報処理機器における応用にお
いては、短波長とともに高出力、高信頼の特性が要求さ
れる。特に、追記形あるいは書き替え形光ディスクシス
テムにおいては、30mWレベルの光出力が必要とされる。
【０００３】InGaAIP 系半導体レーザにおいても様々な
構造が提案されており、低しきい値で高温まで発振し、
光出力５mW程度までは信頼性の高い素子が得られてい
る。しかしながら、より光出力の高いレベルでは急速な
劣化が起こり、その信頼性は不十分であった。このよう
な劣化現象は利得導波型および横モード制御型のいずれ
の構造においても見られ、その原因は、InGaAIP 材料系
の本質的な許容光密度によるものであることが実験で確
認されている。すなわち、高い光密度となる光出射端面
付近で、自己光吸収による発熱、温度上昇による光吸収
の増大といった正帰還により、結晶が融解して劣化する
というメカニズムである。この現象は瞬時光学損傷(CO
D:Catastrophic Optical Damage )として知られてい
る。
構造が提案されており、低しきい値で高温まで発振し、
光出力５mW程度までは信頼性の高い素子が得られてい
る。しかしながら、より光出力の高いレベルでは急速な
劣化が起こり、その信頼性は不十分であった。このよう
な劣化現象は利得導波型および横モード制御型のいずれ
の構造においても見られ、その原因は、InGaAIP 材料系
の本質的な許容光密度によるものであることが実験で確
認されている。すなわち、高い光密度となる光出射端面
付近で、自己光吸収による発熱、温度上昇による光吸収
の増大といった正帰還により、結晶が融解して劣化する
というメカニズムである。この現象は瞬時光学損傷(CO
D:Catastrophic Optical Damage )として知られてい
る。
【０００４】一方、GaAIAs系材料においても同様のメカ
ニズムによる劣化の存在が知られており、この対策とし
て、端面付近の活性層のバンドギャップを発光部の活性
層バンドギャップより大きくして、発振波長に対して透
明になるようにし、劣化の原因となるような自己光吸収
を起こさないような、いわゆる窓構造が採用され効果を
上げている。しかしながら、この窓構造を実現するため
には、比較的複雑な作製プロセスが必要なこと、および
材料系に固有の結晶成長の特質を利用していること等の
事情があり、GaAIAs系に比べて結晶成長上の制約が多い
InGaAIP 系において、窓構造レーザを実現することは困
難であった。
ニズムによる劣化の存在が知られており、この対策とし
て、端面付近の活性層のバンドギャップを発光部の活性
層バンドギャップより大きくして、発振波長に対して透
明になるようにし、劣化の原因となるような自己光吸収
を起こさないような、いわゆる窓構造が採用され効果を
上げている。しかしながら、この窓構造を実現するため
には、比較的複雑な作製プロセスが必要なこと、および
材料系に固有の結晶成長の特質を利用していること等の
事情があり、GaAIAs系に比べて結晶成長上の制約が多い
InGaAIP 系において、窓構造レーザを実現することは困
難であった。
【０００５】発明者等はInGaAIP 系材料を用いたダブル
ヘテロ構造における活性層のバンドギャップがキャップ
層構造により変化する現象を見出だし、これを利用して
窓構造InGaAIP レーザを実現できることを確認した（特
願昭63-315618)。この構造を図７に示す。図７(a)は、
半導体レ−ザ装置の全体の構成を示す斜視図、図７(b)
は、電流阻止層のパタ−ンを示す平面図、図７(c) は、
図７(b) 矢視Ｘ−Ｘ断面に相当する断面図、図７(d) 矢
視Ｙ−Ｙ断面に相当する断面図である。この半導体レー
ザ装置は以下のように作製される。すなわち、まずn-Ga
As基板100 上にMOCVD 法により、n-GaAsバッファ層101
、n-InGaAIP クラッド層102 、InGaP 活性層103 、p-I
nGaAIP クラッド層104 、p-InGaP キャップ層105 、n-G
aAs電流狭窄層106 を順次成長させる。次にn-GaAs電流
狭窄層106 のレーザ光出射端面部を除くストライプ状開
口部を選択的にエッチングする。その後、この上にp-Ga
Asコンタクト層107 を成長させることにより、図に示し
た構造が形成される。このレーザでは、p-GaAsコンタク
ト層107 の成長の際、n-GaAs電流狭窄層106 の下の領域
における活性層のバンドギャップが、n-GaAs電流狭窄層
のない部分すなわちストライプ状開口部の下の領域にお
ける活性層のバンドギャップより大きくなる(K. Itaya
et al., Technical Digest,12th IEEE International S
emiconductorLaser Conf.,Davos(1990)paper No.C6
）。したがって、レーザ光出射端面部の活性層は発振
波長に対して透明となり、いわゆる窓構造が実現され
る。この構造の作製プロセスは、ストライプ状開口部を
持つマスクパターンを必要とするのみで、結晶成長は２
回で済むため、従来のGaAIAs系窓構造レーザに比べても
非常に簡単であるという利点を持っている。
ヘテロ構造における活性層のバンドギャップがキャップ
層構造により変化する現象を見出だし、これを利用して
窓構造InGaAIP レーザを実現できることを確認した（特
願昭63-315618)。この構造を図７に示す。図７(a)は、
半導体レ−ザ装置の全体の構成を示す斜視図、図７(b)
は、電流阻止層のパタ−ンを示す平面図、図７(c) は、
図７(b) 矢視Ｘ−Ｘ断面に相当する断面図、図７(d) 矢
視Ｙ−Ｙ断面に相当する断面図である。この半導体レー
ザ装置は以下のように作製される。すなわち、まずn-Ga
As基板100 上にMOCVD 法により、n-GaAsバッファ層101
、n-InGaAIP クラッド層102 、InGaP 活性層103 、p-I
nGaAIP クラッド層104 、p-InGaP キャップ層105 、n-G
aAs電流狭窄層106 を順次成長させる。次にn-GaAs電流
狭窄層106 のレーザ光出射端面部を除くストライプ状開
口部を選択的にエッチングする。その後、この上にp-Ga
Asコンタクト層107 を成長させることにより、図に示し
た構造が形成される。このレーザでは、p-GaAsコンタク
ト層107 の成長の際、n-GaAs電流狭窄層106 の下の領域
における活性層のバンドギャップが、n-GaAs電流狭窄層
のない部分すなわちストライプ状開口部の下の領域にお
ける活性層のバンドギャップより大きくなる(K. Itaya
et al., Technical Digest,12th IEEE International S
emiconductorLaser Conf.,Davos(1990)paper No.C6
）。したがって、レーザ光出射端面部の活性層は発振
波長に対して透明となり、いわゆる窓構造が実現され
る。この構造の作製プロセスは、ストライプ状開口部を
持つマスクパターンを必要とするのみで、結晶成長は２
回で済むため、従来のGaAIAs系窓構造レーザに比べても
非常に簡単であるという利点を持っている。
【０００６】しかしながら、図７に示した構造は利得導
波構造であるため、非点収差が大きく、光ディスクシス
テムには適していない。一方、上述のメカニズムを用い
て屈折率導波型のレーザを実現するためには、導波構造
を作製するプロセスが新たに必要とされるため、従来の
技術では３回以上の結晶成長を必要とし、さらに導波構
造の作製と窓構造の作製におけるマスク位置の正確な制
御も必要とされるため、より簡易なプロセスの構築が望
まれていた。
波構造であるため、非点収差が大きく、光ディスクシス
テムには適していない。一方、上述のメカニズムを用い
て屈折率導波型のレーザを実現するためには、導波構造
を作製するプロセスが新たに必要とされるため、従来の
技術では３回以上の結晶成長を必要とし、さらに導波構
造の作製と窓構造の作製におけるマスク位置の正確な制
御も必要とされるため、より簡易なプロセスの構築が望
まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の簡単なプロセスによる窓構造InGaAIP レーザは利得
導波型のため、光ディスクシステム応用には適用でき
ず、また同じ窓構造形成手法を屈折率導波構造に適用す
る場合にはプロセスが複雑になるという問題点があっ
た。本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、屈折率導波型で窓構造の半導体
レーザ装置を提供することにある。また、本発明の他の
目的は上記屈折率導波型で窓構造の半導体レーザ装置を
容易なプロセスで作製可能な製造方法を提供することに
ある。 ［発明の構成］
来の簡単なプロセスによる窓構造InGaAIP レーザは利得
導波型のため、光ディスクシステム応用には適用でき
ず、また同じ窓構造形成手法を屈折率導波構造に適用す
る場合にはプロセスが複雑になるという問題点があっ
た。本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、屈折率導波型で窓構造の半導体
レーザ装置を提供することにある。また、本発明の他の
目的は上記屈折率導波型で窓構造の半導体レーザ装置を
容易なプロセスで作製可能な製造方法を提供することに
ある。 ［発明の構成］
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、導波構
造と窓構造とを、２回の結晶成長で作製できる構造とす
ることにより、簡単なプロセスで作製できる屈折率導波
型で窓構造の半導体レーザ装置の実現を可能とすること
にある。
造と窓構造とを、２回の結晶成長で作製できる構造とす
ることにより、簡単なプロセスで作製できる屈折率導波
型で窓構造の半導体レーザ装置の実現を可能とすること
にある。
【０００９】即ち本発明（請求項１）は、活性層をｎ型
クラッド層およびｐ型クラッド層で挟んだダブルヘテロ
構造部と、このｐ型クラッド層上に形成され、且つ共振
器方向でストライプ状の領域のうち、光出射端面部を除
いた第１の領域と、前記光出射端面部のうち、前記スト
ライプ状の領域を挟むように設けられた第２の領域に、
開口が形成されたｎ型半導体層とからなり、第２の領域
に挟まれた第３の領域の実効屈折率が、第２の領域の実
効屈折率より高くなるようにレ−ザ光出射端面部が形成
され、且つ第３の領域下の活性層領域のバンドギャップ
が、第１の領域下の活性層領域のバンドギャップより大
きい構造としたものである。
クラッド層およびｐ型クラッド層で挟んだダブルヘテロ
構造部と、このｐ型クラッド層上に形成され、且つ共振
器方向でストライプ状の領域のうち、光出射端面部を除
いた第１の領域と、前記光出射端面部のうち、前記スト
ライプ状の領域を挟むように設けられた第２の領域に、
開口が形成されたｎ型半導体層とからなり、第２の領域
に挟まれた第３の領域の実効屈折率が、第２の領域の実
効屈折率より高くなるようにレ−ザ光出射端面部が形成
され、且つ第３の領域下の活性層領域のバンドギャップ
が、第１の領域下の活性層領域のバンドギャップより大
きい構造としたものである。
【００１０】また本発明（請求項４）は、基板はｎ型Ga
Asからなり、活性層はIn1-x-y GayAlx P （０≦ｘ＜
１，０≦ｙ＜１）からなり、ｎ型クラッド層は活性層と
基板との間に位置し、且つIn1-s-t Gat Als P （０≦ｓ
＜１，０≦ｔ＜１，ｓ＞ｘ）からなり、ｐ型クラッド層
は活性層に接して基板とは反対側に位置し、且つｐ型ク
ラッド層で活性層に接する層はIn1-u-v Gav Alu P （０
≦ｕ＜１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなり、ｎ型半導体
層はｎ型Ga1-w Alw As（０≦ｗ≦１）からなる構造とし
たものである。
Asからなり、活性層はIn1-x-y GayAlx P （０≦ｘ＜
１，０≦ｙ＜１）からなり、ｎ型クラッド層は活性層と
基板との間に位置し、且つIn1-s-t Gat Als P （０≦ｓ
＜１，０≦ｔ＜１，ｓ＞ｘ）からなり、ｐ型クラッド層
は活性層に接して基板とは反対側に位置し、且つｐ型ク
ラッド層で活性層に接する層はIn1-u-v Gav Alu P （０
≦ｕ＜１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなり、ｎ型半導体
層はｎ型Ga1-w Alw As（０≦ｗ≦１）からなる構造とし
たものである。
【００１１】また本発明（請求項５）は、ｐ型クラッド
層が、少なくとも活性層に接するIn1-u-v Gav Alu P ク
ラッド層とさらにそれに接するIn1-p-q Gaq Alp P （０
≦ｐ＜１，０≦ｑ＜１，ｘ＜ｐ＜ｕ）ガイド層とからな
る構造としたものである。
層が、少なくとも活性層に接するIn1-u-v Gav Alu P ク
ラッド層とさらにそれに接するIn1-p-q Gaq Alp P （０
≦ｐ＜１，０≦ｑ＜１，ｘ＜ｐ＜ｕ）ガイド層とからな
る構造としたものである。
【００１２】また本発明（請求項７）は、請求項４に記
載の発明を製造するための半導体レーザ装置の製造方法
において、ｎ型化合物半導体基板上にIn1-s-t Gat Als
P （０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１）からなるｎ型クラッド
層、In1-x-y Gay Alx P （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ
＜ｓ）からなる活性層、In1-u-v Gav Alu P （０≦ｕ＜
１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなるｐ型クラッド層及び
ｎ型半導体層を成長形成する工程と、ｎ型半導体層を選
択的にエッチングし、第１、第２の領域に相当する領域
に開口を形成する工程と、ｎ型半導体層上及びその開口
内にｐ型コンタクト層を含むｐ型キャップ構造部を成長
形成するようにした方法である。
載の発明を製造するための半導体レーザ装置の製造方法
において、ｎ型化合物半導体基板上にIn1-s-t Gat Als
P （０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１）からなるｎ型クラッド
層、In1-x-y Gay Alx P （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ
＜ｓ）からなる活性層、In1-u-v Gav Alu P （０≦ｕ＜
１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなるｐ型クラッド層及び
ｎ型半導体層を成長形成する工程と、ｎ型半導体層を選
択的にエッチングし、第１、第２の領域に相当する領域
に開口を形成する工程と、ｎ型半導体層上及びその開口
内にｐ型コンタクト層を含むｐ型キャップ構造部を成長
形成するようにした方法である。
【００１３】また本発明（請求項８）は、請求項５に記
載の発明を製造するための半導体レーザ装置の製造方法
において、ｎ型化合物半導体基板上にIn1-s-t Gat Als
P （０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１）からなるｎ型クラッド
層、In1-x-y Gay Alx P （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ
＜ｓ）からなる活性層、In1-u-v Gav Alu P （０≦ｕ＜
１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなるｐ型クラッド層、In
1-p-q Gaq Alp P （０≦ｐ＜１，０≦ｑ＜１，ｘ＜ｐ＜
ｕ）からなるｐ型ガイド層、及びｎ型半導体層を成長形
成する工程と、In1-u-v Gav Alu P クラッド層の少なく
とも一部を残したクラッド層とｎ型半導体層とを選択的
にエッチングし、第１、第２の領域に相当する領域に開
口を形成する工程と、ｎ型半導体層上及び開口内にｐ型
コンタクト層を含むｐ型キャップ構造部を成長形成する
ようにした方法である。
載の発明を製造するための半導体レーザ装置の製造方法
において、ｎ型化合物半導体基板上にIn1-s-t Gat Als
P （０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１）からなるｎ型クラッド
層、In1-x-y Gay Alx P （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ
＜ｓ）からなる活性層、In1-u-v Gav Alu P （０≦ｕ＜
１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなるｐ型クラッド層、In
1-p-q Gaq Alp P （０≦ｐ＜１，０≦ｑ＜１，ｘ＜ｐ＜
ｕ）からなるｐ型ガイド層、及びｎ型半導体層を成長形
成する工程と、In1-u-v Gav Alu P クラッド層の少なく
とも一部を残したクラッド層とｎ型半導体層とを選択的
にエッチングし、第１、第２の領域に相当する領域に開
口を形成する工程と、ｎ型半導体層上及び開口内にｐ型
コンタクト層を含むｐ型キャップ構造部を成長形成する
ようにした方法である。
【００１４】
【作用】本発明によれば、導波構造と窓構造とを、一回
のフォトリソグラフィプロセスで作製できる構造とする
ことにより、簡単なプロセスで作製できる屈折率導波型
の窓構造半導体レーザ装置が実現できる。
のフォトリソグラフィプロセスで作製できる構造とする
ことにより、簡単なプロセスで作製できる屈折率導波型
の窓構造半導体レーザ装置が実現できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施例に係わる半導
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１(a) は全体構
成を示す斜視図、図１(b) は電流阻止層パターンを示す
平面図、図１(c) は図１(b) の矢視Ａ−Ａ断面に相当す
る半導体レーザ装置の断面図、図１(d) は図１(b) の矢
視Ｂ−Ｂ断面に相当する半導体レーザ装置の断面図をそ
れぞれ示している。
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１(a) は全体構
成を示す斜視図、図１(b) は電流阻止層パターンを示す
平面図、図１(c) は図１(b) の矢視Ａ−Ａ断面に相当す
る半導体レーザ装置の断面図、図１(d) は図１(b) の矢
視Ｂ−Ｂ断面に相当する半導体レーザ装置の断面図をそ
れぞれ示している。
【００１７】図中、10はn-GaAs基板、11はn-GaAsバッフ
ァ層、12はn-In0.5 Ga0.15Al0.35Pクラッド層、13はIn
0.5 Ga0.5 P 活性層、14はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第1p
型クラッド層、15はp-In0.5 Ga0.5 P エッチング停止
層、16はp-In0.5 Ga0.2 Al0.3P 第2p型クラッド層、17
はn-GaAs電流阻止層、18はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第3p
型クラッド層、19はp-In0.5 Ga0.5 P 中間層、20はP-Ga
Asコンタクト層、21はｎ側電極、22はｐ側電極をそれぞ
れ示している。
ァ層、12はn-In0.5 Ga0.15Al0.35Pクラッド層、13はIn
0.5 Ga0.5 P 活性層、14はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第1p
型クラッド層、15はp-In0.5 Ga0.5 P エッチング停止
層、16はp-In0.5 Ga0.2 Al0.3P 第2p型クラッド層、17
はn-GaAs電流阻止層、18はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第3p
型クラッド層、19はp-In0.5 Ga0.5 P 中間層、20はP-Ga
Asコンタクト層、21はｎ側電極、22はｐ側電極をそれぞ
れ示している。
【００１８】電流阻止層17はエッチング停止層15に達す
る開口部を有する。すなわち、共振器方向にストライプ
状の領域のうち、レーザ光出射端面部を除いた第１の領
域の開口部17a 及びストライプ状の領域うちのレーザ光
出射端面部を挟むように設けられた第２の領域の（レー
ザ光出射端面部の両側に位置する）開口部17b を有す
る。開口部17a はレーザ光出射端面には達しておらず、
少なくとも出射端面より５μｍ以内には電流阻止層17の
開口部17a は形成されていない。また、電流阻止層17の
開口部17a および17b に露出したエッチング停止層15及
び電流阻止層17上には、第3p型クラッド層18、中間層19
及びコンタクト層20からなるキャップ構造部が形成され
ている。
る開口部を有する。すなわち、共振器方向にストライプ
状の領域のうち、レーザ光出射端面部を除いた第１の領
域の開口部17a 及びストライプ状の領域うちのレーザ光
出射端面部を挟むように設けられた第２の領域の（レー
ザ光出射端面部の両側に位置する）開口部17b を有す
る。開口部17a はレーザ光出射端面には達しておらず、
少なくとも出射端面より５μｍ以内には電流阻止層17の
開口部17a は形成されていない。また、電流阻止層17の
開口部17a および17b に露出したエッチング停止層15及
び電流阻止層17上には、第3p型クラッド層18、中間層19
及びコンタクト層20からなるキャップ構造部が形成され
ている。
【００１９】ここで、活性層13において、電流阻止層17
の開口部17a の直下の部分（主たる発光部)13aおよび開
口部17b の直下の部分13b は低バンドギャップエネルギ
−領域となっており、その他の電流阻止層17領域下の部
分（活性層13中の斜線で示した部分)13cは高バンドギャ
ップエネルギ−領域となっている。13a,13b,13c はいず
れも組成の等しい結晶からなっているが、後述する製造
方法によれば、ｎ型半導体層である電流阻止層17が形成
されている領域直下の活性層のバンドギャップはｎ型半
導体層が形成されていない領域直下の活性層のバンドギ
ャップより大きくなる。この原因は、組成は等しいが結
晶中の原子配列が異なることによると考えられ、実際、
フォトルミネッセンス測定による評価でもこのバンドギ
ャップの違いが明らかになっている（M.Ishikawaet a
l.:Inst.Phys.Conf.Ser.No 106,Chapter 8,Int.Symp. G
aAs and Related Compounds，Karuizawa,pp.575-58
0）。実験で得られているバンドギャップ差は約40meV
で、窓構造を実現するのに十分な値である。
の開口部17a の直下の部分（主たる発光部)13aおよび開
口部17b の直下の部分13b は低バンドギャップエネルギ
−領域となっており、その他の電流阻止層17領域下の部
分（活性層13中の斜線で示した部分)13cは高バンドギャ
ップエネルギ−領域となっている。13a,13b,13c はいず
れも組成の等しい結晶からなっているが、後述する製造
方法によれば、ｎ型半導体層である電流阻止層17が形成
されている領域直下の活性層のバンドギャップはｎ型半
導体層が形成されていない領域直下の活性層のバンドギ
ャップより大きくなる。この原因は、組成は等しいが結
晶中の原子配列が異なることによると考えられ、実際、
フォトルミネッセンス測定による評価でもこのバンドギ
ャップの違いが明らかになっている（M.Ishikawaet a
l.:Inst.Phys.Conf.Ser.No 106,Chapter 8,Int.Symp. G
aAs and Related Compounds，Karuizawa,pp.575-58
0）。実験で得られているバンドギャップ差は約40meV
で、窓構造を実現するのに十分な値である。
【００２０】この構造の素子の発振波長は、電流注入が
主に行われる活性層領域13a のバンドギャップエネルギ
−によって決定される。一方、レーザ光出射端面部の活
性層は13a のバンドギャップエネルギ−より大きいバン
ドギャップエネルギー領域13c に挟まれるため、発振波
長に対する吸収係数は低バンドギャップエネルギー領域
13a における値より小さく、光出射端面付近での自己吸
収による劣化を抑制することができる。またレーザ光出
射端面部の活性層はｎ型半導体層である電流阻止層17の
直下にあり、この領域に電流は注入されないため、発熱
も小さい値に抑えられる。すなわち図１に示した構造は
端面電流非注入型の窓構造となっている。これにより、
光出射端面部での自己吸収、発熱、温度上昇による光吸
収の増大という正帰還メカニズムに起因した瞬時光学損
傷(COD) は起こることなく、高い光出力が得られる。実
験によれば、最大光出力は50mW以上で、かつ通電による
しきい値増加等の劣化も見られなかった。
主に行われる活性層領域13a のバンドギャップエネルギ
−によって決定される。一方、レーザ光出射端面部の活
性層は13a のバンドギャップエネルギ−より大きいバン
ドギャップエネルギー領域13c に挟まれるため、発振波
長に対する吸収係数は低バンドギャップエネルギー領域
13a における値より小さく、光出射端面付近での自己吸
収による劣化を抑制することができる。またレーザ光出
射端面部の活性層はｎ型半導体層である電流阻止層17の
直下にあり、この領域に電流は注入されないため、発熱
も小さい値に抑えられる。すなわち図１に示した構造は
端面電流非注入型の窓構造となっている。これにより、
光出射端面部での自己吸収、発熱、温度上昇による光吸
収の増大という正帰還メカニズムに起因した瞬時光学損
傷(COD) は起こることなく、高い光出力が得られる。実
験によれば、最大光出力は50mW以上で、かつ通電による
しきい値増加等の劣化も見られなかった。
【００２１】図１の構造のもう一つの特徴は、光出射端
面部における断面構造が屈折率導波型の横モード制御構
造となっていることである。すなわち、光出射端面部の
ｐ型クラッド層は、p-In0.5 Ga0.15Al0.35P による第1p
型クラッド層14の上において、第２の領域に挟まれて第
３の領域となるリッジ部（レーザ光の出射部の上の領
域）はp-In0.5 Ga0.2 Al0.3 P による第2p型クラッド層
16が、これを挟むように第２の領域に相当する領域はp-
In0.5 Ga0.15Al0.35P による第3p型クラッド層18が構成
されている。第2p型クラッド層16の屈折率は第3p型クラ
ッド層18の屈折率より大きいので、結果としてリッジ部
の実効屈折率はその両側の実効屈折率より大きく、この
実効屈折率差により屈折率導波構造が形成されて、出射
レーザ光の横モードが安定化される。なお活性層13にお
いて、13c の領域の屈折率は13b の領域の屈折率より小
さいが、第2p型クラッド層16と第3p型クラッド層18との
屈折率差の方が大きいため、全体としては、リッジ部の
実効屈折率が大きくなるように構成されている。このよ
うな、屈折率導波型のレーザからの出射光は非点隔差が
小さく、レンズ光学系を用いて回折限界に近いスポット
に絞ることができるため、光ディスクシステム用光源と
して適している。
面部における断面構造が屈折率導波型の横モード制御構
造となっていることである。すなわち、光出射端面部の
ｐ型クラッド層は、p-In0.5 Ga0.15Al0.35P による第1p
型クラッド層14の上において、第２の領域に挟まれて第
３の領域となるリッジ部（レーザ光の出射部の上の領
域）はp-In0.5 Ga0.2 Al0.3 P による第2p型クラッド層
16が、これを挟むように第２の領域に相当する領域はp-
In0.5 Ga0.15Al0.35P による第3p型クラッド層18が構成
されている。第2p型クラッド層16の屈折率は第3p型クラ
ッド層18の屈折率より大きいので、結果としてリッジ部
の実効屈折率はその両側の実効屈折率より大きく、この
実効屈折率差により屈折率導波構造が形成されて、出射
レーザ光の横モードが安定化される。なお活性層13にお
いて、13c の領域の屈折率は13b の領域の屈折率より小
さいが、第2p型クラッド層16と第3p型クラッド層18との
屈折率差の方が大きいため、全体としては、リッジ部の
実効屈折率が大きくなるように構成されている。このよ
うな、屈折率導波型のレーザからの出射光は非点隔差が
小さく、レンズ光学系を用いて回折限界に近いスポット
に絞ることができるため、光ディスクシステム用光源と
して適している。
【００２２】図１(d) に示されているように、光出射端
面部以外の断面構造は、屈折率分布が光出射端面部とは
逆になっている。そのため、第１の領域に相当する領域
より、それを挟む領域の方が実効屈折率の高い反導波構
造となっているが、レーザ発振状態では電流が注入され
てストライプ部が利得の高い状態となるため、利得導波
型のモードが形成される。このモードは位相の曲がりが
大きく、このままでは非点隔差の大きい出射ビームとな
るが、光出射端面部に屈折率導波構造が形成されている
ために位相の曲がりは解消される。
面部以外の断面構造は、屈折率分布が光出射端面部とは
逆になっている。そのため、第１の領域に相当する領域
より、それを挟む領域の方が実効屈折率の高い反導波構
造となっているが、レーザ発振状態では電流が注入され
てストライプ部が利得の高い状態となるため、利得導波
型のモードが形成される。このモードは位相の曲がりが
大きく、このままでは非点隔差の大きい出射ビームとな
るが、光出射端面部に屈折率導波構造が形成されている
ために位相の曲がりは解消される。
【００２３】図１の構造で、エッチング停止層15は後述
する製造方法において、エッチングを制御するために設
けられているが、この層は本発明に本質的なものではな
く、なくても良い。またp-InGaP 中間層19は第3p型クラ
ッド層17とコンタクト層19との間のヘテロ障壁による電
流ブロックを解消するために設けられたものであるが、
クラッド層とコンタクト層の組成及びドーピングの組合
わせによっては、なくても良い場合もある。第2p型クラ
ッド層16および第3p型クラッド層17は、図１の例では、
それぞれIn0.5 Ga0.2 Al0.3 P およびIn0.5 Ga0.15Al
0.35P であるが、第2p型クラッド層16の方が屈折率が高
くなるような組合わせであれば、これ以外の組成でも良
い。次に、図１に示した素子の製造方法について、図２
を参照して説明する。この素子は２回の有機金属気相成
長法(MOCVD法）を用いて作製される。
する製造方法において、エッチングを制御するために設
けられているが、この層は本発明に本質的なものではな
く、なくても良い。またp-InGaP 中間層19は第3p型クラ
ッド層17とコンタクト層19との間のヘテロ障壁による電
流ブロックを解消するために設けられたものであるが、
クラッド層とコンタクト層の組成及びドーピングの組合
わせによっては、なくても良い場合もある。第2p型クラ
ッド層16および第3p型クラッド層17は、図１の例では、
それぞれIn0.5 Ga0.2 Al0.3 P およびIn0.5 Ga0.15Al
0.35P であるが、第2p型クラッド層16の方が屈折率が高
くなるような組合わせであれば、これ以外の組成でも良
い。次に、図１に示した素子の製造方法について、図２
を参照して説明する。この素子は２回の有機金属気相成
長法(MOCVD法）を用いて作製される。
【００２４】まず、図２(a) に示す如く、n-GaAs基板10
上にn-GaAsバッファ層11、n-InGaAIP クラッド層12、In
GaP 活性層13、p-InGaAIP 第１ｐ型クラッド層14、p-In
GaP エッチング停止層15、p-InGaAIP 第２型ｐクラッド
層16、n-GaAs電流阻止層17をMOCVD 法により順次成長す
る。この１回目の成長では、結晶の表面温度を800℃以
下の例えば730 ℃とする。この条件下で、活性層13は全
ての領域で均一な低バンドギャップエネルギー領域が形
成される。次いで、フォトリソグラフィとりん硫酸系エ
ッチング液を用いた化学エッチングにより図２(b) に示
す如く、電流阻止層17およびp-InGaAIP 第2p型クラッド
層16に開口部23a 及び23b を形成する。ここでりん硫酸
系エッチング液を用いることにより、エッチング選択比
を利用して、InGaP エッチング停止層15の上でエッチン
グを停止させることができる。エッチャントとして熱濃
硫酸を用いた場合でも同様の選択エッチング効果が得ら
れる。次いで、図２(c) に示す如く、開口部23a 及び23
b に露出したp-InGaP エッチング停止層15及び電流阻止
層17の上に、MOCVD法によりp-InGaAIP 第3p型クラッド
層18、p-InGaP 中間層19、p-GaAsコンタクト層20を順次
成長する。これらの成長において、ｐ型ドーパントとし
てはZnを用いている。２回目の成長の際、ｎ型半導体層
としての電流阻止層17の直下の領域のみダブルヘテロ構
造部におけるZn拡散が促進され、活性層13の結晶におけ
る原子配列が変化し、バンドギャップエネルギーが大き
くなる。このようにして形成された構造にｎ電極21及び
ｐ電極22を形成した後、へき開等で端面を形成すること
により、半導体レーザが実現される。
上にn-GaAsバッファ層11、n-InGaAIP クラッド層12、In
GaP 活性層13、p-InGaAIP 第１ｐ型クラッド層14、p-In
GaP エッチング停止層15、p-InGaAIP 第２型ｐクラッド
層16、n-GaAs電流阻止層17をMOCVD 法により順次成長す
る。この１回目の成長では、結晶の表面温度を800℃以
下の例えば730 ℃とする。この条件下で、活性層13は全
ての領域で均一な低バンドギャップエネルギー領域が形
成される。次いで、フォトリソグラフィとりん硫酸系エ
ッチング液を用いた化学エッチングにより図２(b) に示
す如く、電流阻止層17およびp-InGaAIP 第2p型クラッド
層16に開口部23a 及び23b を形成する。ここでりん硫酸
系エッチング液を用いることにより、エッチング選択比
を利用して、InGaP エッチング停止層15の上でエッチン
グを停止させることができる。エッチャントとして熱濃
硫酸を用いた場合でも同様の選択エッチング効果が得ら
れる。次いで、図２(c) に示す如く、開口部23a 及び23
b に露出したp-InGaP エッチング停止層15及び電流阻止
層17の上に、MOCVD法によりp-InGaAIP 第3p型クラッド
層18、p-InGaP 中間層19、p-GaAsコンタクト層20を順次
成長する。これらの成長において、ｐ型ドーパントとし
てはZnを用いている。２回目の成長の際、ｎ型半導体層
としての電流阻止層17の直下の領域のみダブルヘテロ構
造部におけるZn拡散が促進され、活性層13の結晶におけ
る原子配列が変化し、バンドギャップエネルギーが大き
くなる。このようにして形成された構造にｎ電極21及び
ｐ電極22を形成した後、へき開等で端面を形成すること
により、半導体レーザが実現される。
【００２５】この製造方法におけるポイントは、第１回
目の結晶成長における結晶表面温度を 800℃以下とする
ことである。InGaAIP 結晶は、800 ℃以上の高温で成長
させると、原子配列が無秩序状態となり、バンドギャッ
プエネルギーは高くなる。その場合には、２回目の成長
によってバンドギャップエネルギーはほとんど変わらな
いため、窓構造とはならない。したがって、第１回目の
成長は、活性層が低バンドギャップエネルギー状態の原
子配列となるような700 〜800 ℃の比較的低い成長温度
で行うことがポイントとなる。
目の結晶成長における結晶表面温度を 800℃以下とする
ことである。InGaAIP 結晶は、800 ℃以上の高温で成長
させると、原子配列が無秩序状態となり、バンドギャッ
プエネルギーは高くなる。その場合には、２回目の成長
によってバンドギャップエネルギーはほとんど変わらな
いため、窓構造とはならない。したがって、第１回目の
成長は、活性層が低バンドギャップエネルギー状態の原
子配列となるような700 〜800 ℃の比較的低い成長温度
で行うことがポイントとなる。
【００２６】図３は本発明の第２の実施例に係わる半導
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１の場合と同様
に、図３(a) は全体構成を示す斜視図、図３(b) は電流
阻止層パターンを示す平面図、図３(c) は図３(b) の矢
視Ｃ−Ｃ断面に相当する半導体レーザ装置の断面図、図
３(d) は図３(b) の矢視D-D 断面に相当する半導体レー
ザ装置の断面図をそれぞれ示している。
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１の場合と同様
に、図３(a) は全体構成を示す斜視図、図３(b) は電流
阻止層パターンを示す平面図、図３(c) は図３(b) の矢
視Ｃ−Ｃ断面に相当する半導体レーザ装置の断面図、図
３(d) は図３(b) の矢視D-D 断面に相当する半導体レー
ザ装置の断面図をそれぞれ示している。
【００２７】図中、30はn-GaAs基板、31はn-GaAsバッフ
ァ層、32はn-In0.5 Ga0.15Al0.35Pクラッド層、33はIn
0.5 Ga0.5 P 活性層、34はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第1p
クラッド層、35はp-In0.5 Ga0.5 P エッチング停止層、
36はp-In0.5 Ga0.35Al0.15Pガイド層、37はp-In0.5 Ga
0.15Al0.35P 第2pクラッド層、38はn-GaAs電流阻止層、
39はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第３3pクラッド層、40はp-
In0.5Ga0.5 P 中間層、41はp-GaAsコンタクト層、42は
ｎ側電極、43はｐ側電極をそれぞれ示している。
ァ層、32はn-In0.5 Ga0.15Al0.35Pクラッド層、33はIn
0.5 Ga0.5 P 活性層、34はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第1p
クラッド層、35はp-In0.5 Ga0.5 P エッチング停止層、
36はp-In0.5 Ga0.35Al0.15Pガイド層、37はp-In0.5 Ga
0.15Al0.35P 第2pクラッド層、38はn-GaAs電流阻止層、
39はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第３3pクラッド層、40はp-
In0.5Ga0.5 P 中間層、41はp-GaAsコンタクト層、42は
ｎ側電極、43はｐ側電極をそれぞれ示している。
【００２８】この構造は図１の実施例とほぼ同様である
が、ｐ型クラッド層の構成が異なる。すなわち、p-In
0.5 Ga0.35Al0.15P ガイド層36が設けられているのが本
実施例の特徴である。このガイド層36は第1p型クラッド
層34、第2p型クラッド層37、第3p型クラッド層39のいず
れよりも屈折率が高いため、光出射端面部において、中
央のリッジ部がその両側より実効屈折率が高くなり、屈
折率導波構造が形成される。リッジ部とその両側との実
効屈折率差はガイド層36の屈折率（組成により決まる）
および層厚により決まるため、これらのパラメータを制
御することにより、実効屈折率差が制御でき、安定な横
モード制御構造が実現される。従って、設計の自由度も
向上する。
が、ｐ型クラッド層の構成が異なる。すなわち、p-In
0.5 Ga0.35Al0.15P ガイド層36が設けられているのが本
実施例の特徴である。このガイド層36は第1p型クラッド
層34、第2p型クラッド層37、第3p型クラッド層39のいず
れよりも屈折率が高いため、光出射端面部において、中
央のリッジ部がその両側より実効屈折率が高くなり、屈
折率導波構造が形成される。リッジ部とその両側との実
効屈折率差はガイド層36の屈折率（組成により決まる）
および層厚により決まるため、これらのパラメータを制
御することにより、実効屈折率差が制御でき、安定な横
モード制御構造が実現される。従って、設計の自由度も
向上する。
【００２９】図３に示した素子の製造方法は、第１回目
の成長において、p-In0.5 Ga0.35Al0.15P ガイド層36の
形成が加わること以外は、図２で示した製造方法と同様
である。
の成長において、p-In0.5 Ga0.35Al0.15P ガイド層36の
形成が加わること以外は、図２で示した製造方法と同様
である。
【００３０】図４は本発明の第３の実施例に係わる半導
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１の場合と同様
に、図４(a) は全体構成を示す斜視図、図４(b) は電流
阻止層パターンを示す平面図、図４(c) は図４(b) の矢
視E-E 断面に相当する半導体レーザ装置の断面図、図４
(d) は図４(b) の矢視G-G 断面に相当する半導体レーザ
装置の断面図をそれぞれ示している。
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１の場合と同様
に、図４(a) は全体構成を示す斜視図、図４(b) は電流
阻止層パターンを示す平面図、図４(c) は図４(b) の矢
視E-E 断面に相当する半導体レーザ装置の断面図、図４
(d) は図４(b) の矢視G-G 断面に相当する半導体レーザ
装置の断面図をそれぞれ示している。
【００３１】図中、50はn-GaAs基板、51はn-GaAsバッフ
ァ層、52はn-In0.5 Ga0.15Al0.35Pクラッド層、53はIn
0.5 Ga0.5 P 活性層、54はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第1p
クラッド層、55はp-In0.5 Ga0.5 P 第１エッチング停止
層、56はp-In0.5 Ga0.35Al0.15P ガイド層、57はp-In
0.5 Ga0.15Al0.35P 第2p型クラッド層、58はp-In0.5 Ga
0.5 P 第２エッチング停止層、59はn-GaAs電流阻止層、
60はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第3p型クラッド層、61はp-
In0.5 Ga0.5 P 中間層、62はp-GaAsコンタクト層、63は
ｎ側電極、64はｐ側電極をそれぞれ示している。
ァ層、52はn-In0.5 Ga0.15Al0.35Pクラッド層、53はIn
0.5 Ga0.5 P 活性層、54はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第1p
クラッド層、55はp-In0.5 Ga0.5 P 第１エッチング停止
層、56はp-In0.5 Ga0.35Al0.15P ガイド層、57はp-In
0.5 Ga0.15Al0.35P 第2p型クラッド層、58はp-In0.5 Ga
0.5 P 第２エッチング停止層、59はn-GaAs電流阻止層、
60はp-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第3p型クラッド層、61はp-
In0.5 Ga0.5 P 中間層、62はp-GaAsコンタクト層、63は
ｎ側電極、64はｐ側電極をそれぞれ示している。
【００３２】図４の構造は、図３の構造とほぼ同様であ
るが、光出射端面部において、Ｆ−Ｆ断面（図４(d) 参
照）に相当する内部の層構造が異なる。すなわち、図３
(d)では、ストライプ部分でガイド層36および第2p型ク
ラッド層37がない構造となっているが、図４に示した実
施例では、この二つの層をストライプ部分にも設けてあ
る。これは、レーザ発振の起こる主要部、すなわち電流
阻止層59の開口部59a直下の領域がその両側より実効屈
折率の低い反導波構造とならないようにするためであ
る。
るが、光出射端面部において、Ｆ−Ｆ断面（図４(d) 参
照）に相当する内部の層構造が異なる。すなわち、図３
(d)では、ストライプ部分でガイド層36および第2p型ク
ラッド層37がない構造となっているが、図４に示した実
施例では、この二つの層をストライプ部分にも設けてあ
る。これは、レーザ発振の起こる主要部、すなわち電流
阻止層59の開口部59a直下の領域がその両側より実効屈
折率の低い反導波構造とならないようにするためであ
る。
【００３３】次に、図４に示した素子の製造方法につい
て、図５を参照して説明する。この素子は、図１および
図２に示した素子と同様に、２回の有機金属気相成長法
(MOCVD法）を用いて作製される。以下では、分かり易く
するために、図４(b) に示したＦ−Ｆ断面およびＧ−Ｇ
断面の図を用いて説明する。
て、図５を参照して説明する。この素子は、図１および
図２に示した素子と同様に、２回の有機金属気相成長法
(MOCVD法）を用いて作製される。以下では、分かり易く
するために、図４(b) に示したＦ−Ｆ断面およびＧ−Ｇ
断面の図を用いて説明する。
【００３４】まず、図５(a) に示す如く、n-GaAs基板50
上にn-GaAsバッファ層51、n-InGaAIP クラッド層52、In
GaP 活性層53、p-InGaAIP 第１ｐクラッド層54、p-InGa
P 第１エッチング停止層55、p-InGaAIP ガイド層56、p-
InGaAIP 第2pクラッド層57、p-InGaP 第２エッチング停
止層58、n-GaAs電流阻止層59をMOCVD 法により順次成長
する。図２で示した製造方法と同様に、この１回目の成
長では、結晶の表面温度を800 ℃以下の例えば730 ℃と
する。この条件下で、活性層53は全ての領域で均一な低
バンドギャップエネルギー領域が形成される。次いで、
フォトリソグラフィとりん硫酸系エッチング液を用いた
化学エッチングにより図５(b) に示す如く、電流阻止層
59に開口部59a 及び59b を形成する。ここで用いるエッ
チャントは熱濃硫酸でもよい。いずれのエッチャントを
用いた場合でも、p-InGaP 第２エッチング停止層58が設
けられているため、精度良くエッチングを停止させるこ
とができる。次いで、同様にフォトリソグラフィと化学
エッチングにより、図４(b) に示した開口部59b 直下の
領域のみをエッチングする。これはフォトリソグラフィ
におけるマスクパターンを適当に選ぶことにより可能で
ある。このエッチングにより、図５(c) に示す如く、光
出射端面部に相当するＦ−Ｆ断面における開口部59b 直
下の領域に開口部65b が形成される。この開口部65b
は、まずp-InGaP 第２エッチング停止層58をBr水溶液エ
ッチャントでエッチングした後、りん酸系あるいは熱濃
硫酸を用いてp-InGaAIP 第２ｐ型クラッド層57、p-InGa
AIP ガイド層56をエッチングすることにより、形成され
る。p-InGaP 第１エッチング停止層55が設けられている
ため、この場合にも精度良くエッチングを停止させるこ
とができる。次いで、図５(d) に示す如く、開口部65b
に露出したp-InGaP第１エッチング停止層55、開口部59a
に露出したp-InGaP 第２エッチング停止層58、及び電
流阻止層59の上に、MOCVD 法によりp-InGaAIP 第3p型ク
ラッド層60、p-InGaP 中間層61、p-GaAsコンタクト層62
を順次成長する。これらの成長において、ｐ型ドーパン
トとしてはZnを用いている。２回目の成長の際、ｎ型半
導体層としての電流阻止層59の直下の領域のみダブルヘ
テロ構造部にZn拡散が促進され、活性層の結晶における
原子配列が変化し、バンドギャップエネルギーが大きく
なる。このようにして形成された構造にｎ側電極63３及
びｐ側電極64を形成した後、へき開等で端面を形成する
ことにより、半導体レーザが実現される。
上にn-GaAsバッファ層51、n-InGaAIP クラッド層52、In
GaP 活性層53、p-InGaAIP 第１ｐクラッド層54、p-InGa
P 第１エッチング停止層55、p-InGaAIP ガイド層56、p-
InGaAIP 第2pクラッド層57、p-InGaP 第２エッチング停
止層58、n-GaAs電流阻止層59をMOCVD 法により順次成長
する。図２で示した製造方法と同様に、この１回目の成
長では、結晶の表面温度を800 ℃以下の例えば730 ℃と
する。この条件下で、活性層53は全ての領域で均一な低
バンドギャップエネルギー領域が形成される。次いで、
フォトリソグラフィとりん硫酸系エッチング液を用いた
化学エッチングにより図５(b) に示す如く、電流阻止層
59に開口部59a 及び59b を形成する。ここで用いるエッ
チャントは熱濃硫酸でもよい。いずれのエッチャントを
用いた場合でも、p-InGaP 第２エッチング停止層58が設
けられているため、精度良くエッチングを停止させるこ
とができる。次いで、同様にフォトリソグラフィと化学
エッチングにより、図４(b) に示した開口部59b 直下の
領域のみをエッチングする。これはフォトリソグラフィ
におけるマスクパターンを適当に選ぶことにより可能で
ある。このエッチングにより、図５(c) に示す如く、光
出射端面部に相当するＦ−Ｆ断面における開口部59b 直
下の領域に開口部65b が形成される。この開口部65b
は、まずp-InGaP 第２エッチング停止層58をBr水溶液エ
ッチャントでエッチングした後、りん酸系あるいは熱濃
硫酸を用いてp-InGaAIP 第２ｐ型クラッド層57、p-InGa
AIP ガイド層56をエッチングすることにより、形成され
る。p-InGaP 第１エッチング停止層55が設けられている
ため、この場合にも精度良くエッチングを停止させるこ
とができる。次いで、図５(d) に示す如く、開口部65b
に露出したp-InGaP第１エッチング停止層55、開口部59a
に露出したp-InGaP 第２エッチング停止層58、及び電
流阻止層59の上に、MOCVD 法によりp-InGaAIP 第3p型ク
ラッド層60、p-InGaP 中間層61、p-GaAsコンタクト層62
を順次成長する。これらの成長において、ｐ型ドーパン
トとしてはZnを用いている。２回目の成長の際、ｎ型半
導体層としての電流阻止層59の直下の領域のみダブルヘ
テロ構造部にZn拡散が促進され、活性層の結晶における
原子配列が変化し、バンドギャップエネルギーが大きく
なる。このようにして形成された構造にｎ側電極63３及
びｐ側電極64を形成した後、へき開等で端面を形成する
ことにより、半導体レーザが実現される。
【００３５】図６は本発明の第４の実施例に係わる半導
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１の場合と同様
に、図６(a) は全体構成を示す斜視図、図６(b) は電流
阻止層パターンを示す平面図、図６(c) は図６(b) の矢
視Ｈ−Ｈ断面に相当する半導体レーザ装置の断面図、図
６(d) は図６(b) の矢視Ｉ−Ｉ断面に相当する半導体レ
ーザ装置の断面図をそれぞれ示している。図中、70はn-
GaAs基板、71はn-GaAsバッファ層、72はn-In0.5 Ga0.15
Al0.35P クラッド層、73はIn0.5 Ga0.5 P 活性層、74は
p-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第１ｐ型クラッド層、75はp-In
0.5Ga0.5 P 第１エッチング停止層、76はp-In0.5 Ga
0.15Al0.35P 第２ｐ型クラッド層、77はp-In0.5 Ga0.5
P 第２エッチング停止層、78はn-GaAs電流阻止層、79は
p-GaAsコンタクト層、80はｎ側電極、81はｐ側電極をそ
れぞれ示している。
体レ−ザ装置の概略構造を示す図で、図１の場合と同様
に、図６(a) は全体構成を示す斜視図、図６(b) は電流
阻止層パターンを示す平面図、図６(c) は図６(b) の矢
視Ｈ−Ｈ断面に相当する半導体レーザ装置の断面図、図
６(d) は図６(b) の矢視Ｉ−Ｉ断面に相当する半導体レ
ーザ装置の断面図をそれぞれ示している。図中、70はn-
GaAs基板、71はn-GaAsバッファ層、72はn-In0.5 Ga0.15
Al0.35P クラッド層、73はIn0.5 Ga0.5 P 活性層、74は
p-In0.5 Ga0.15Al0.35P 第１ｐ型クラッド層、75はp-In
0.5Ga0.5 P 第１エッチング停止層、76はp-In0.5 Ga
0.15Al0.35P 第２ｐ型クラッド層、77はp-In0.5 Ga0.5
P 第２エッチング停止層、78はn-GaAs電流阻止層、79は
p-GaAsコンタクト層、80はｎ側電極、81はｐ側電極をそ
れぞれ示している。
【００３６】この実施例による半導体レ−ザ装置は、光
出射端面部における導波構造が損失導波型の横モード制
御構造となっていることが特徴であり、さらにまた図１
〜図５の例と異なり、光出射端面部のリッジ部両側には
電流が流れないことが特徴である。
出射端面部における導波構造が損失導波型の横モード制
御構造となっていることが特徴であり、さらにまた図１
〜図５の例と異なり、光出射端面部のリッジ部両側には
電流が流れないことが特徴である。
【００３７】図６に示した素子の製造方法は、図５とほ
ぼ同様で、２回の結晶成長と２回のフォトリソグラフィ
プロセスにより作製される。レーザ発振の起こる主要部
である開口部79ａ直下の領域は第２エッチング停止層77
の上までエッチングされており、その上にp-GaAsコンタ
クト層79が形成されている。ここでp-InGaP 第２エッチ
ング停止層77はp-InGaAIP 第2p側クラッド層76とp-GaAs
コンタクト層79の中間のバンドギャップを持つ中間層と
しての働きも有しており、この層があることによって、
開口部78a に電流が流れる。一方、開口部78b の直下の
領域は第１エッチング停止層75が除去されてp-InGaAIP
第1p型クラッド層74の一部までがエッチングされてお
り、その上にp-GaAsコンタクト層79が形成されているた
め、この領域には電流が流れない。これは、p-GaAs／p-
InGaAIP のヘテロ界面における価電子帯端のバンド不連
続によるものである。
ぼ同様で、２回の結晶成長と２回のフォトリソグラフィ
プロセスにより作製される。レーザ発振の起こる主要部
である開口部79ａ直下の領域は第２エッチング停止層77
の上までエッチングされており、その上にp-GaAsコンタ
クト層79が形成されている。ここでp-InGaP 第２エッチ
ング停止層77はp-InGaAIP 第2p側クラッド層76とp-GaAs
コンタクト層79の中間のバンドギャップを持つ中間層と
しての働きも有しており、この層があることによって、
開口部78a に電流が流れる。一方、開口部78b の直下の
領域は第１エッチング停止層75が除去されてp-InGaAIP
第1p型クラッド層74の一部までがエッチングされてお
り、その上にp-GaAsコンタクト層79が形成されているた
め、この領域には電流が流れない。これは、p-GaAs／p-
InGaAIP のヘテロ界面における価電子帯端のバンド不連
続によるものである。
【００３８】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。すなわち、出射端面付近に同様の構
造を持つ半導体レーザ装置であれば、高出力まで劣化の
ないレーザ特性が得られるのは言うまでもない。例え
ば、第２の領域と、第３の領域は、必ずしも出射端面か
らの距離を等しくする必要はなく、第２の領域は10〜50
μｍまで形成されていればよく、また、第３の領域は出
射端面より５〜20μｍまで形成されていればよい。さら
に、横方向では、第２の領域は１〜10μｍあればよく、
第３の領域は第２の領域と同程度か、より広くなってい
ればよい。原子配列が結晶成長法、成長条件によって異
なり、バンドギャップエネルギーの違いを生ずる原因に
ついては、III 族原子であるIn、Ga及びAlとＶ族原子で
あるＰとの原子間距離がそれぞれ異なり、III 族格子点
上でランダムに配列するよりも、結晶成長の過程によっ
て決まる規則性のある配列を取ることにより、自由エネ
ルギーの低い安定状態になるためと考えられる。従っ
て、このような現象はInGaAIPばかりでなく、格子定数
の異なる化合物半導体の混晶（InGaAsP，InGaAIAs，InG
aAIAsP ，ZnSSe 等）一般についても起こるものと考え
られ、例えば活性層がGaAsとGaAIAsとの超格子構造につ
いても適用できる。従って、InGaAIP 以外の上記化合物
半導体混晶を用いた半導体レーザに適用することも可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
れるものではない。すなわち、出射端面付近に同様の構
造を持つ半導体レーザ装置であれば、高出力まで劣化の
ないレーザ特性が得られるのは言うまでもない。例え
ば、第２の領域と、第３の領域は、必ずしも出射端面か
らの距離を等しくする必要はなく、第２の領域は10〜50
μｍまで形成されていればよく、また、第３の領域は出
射端面より５〜20μｍまで形成されていればよい。さら
に、横方向では、第２の領域は１〜10μｍあればよく、
第３の領域は第２の領域と同程度か、より広くなってい
ればよい。原子配列が結晶成長法、成長条件によって異
なり、バンドギャップエネルギーの違いを生ずる原因に
ついては、III 族原子であるIn、Ga及びAlとＶ族原子で
あるＰとの原子間距離がそれぞれ異なり、III 族格子点
上でランダムに配列するよりも、結晶成長の過程によっ
て決まる規則性のある配列を取ることにより、自由エネ
ルギーの低い安定状態になるためと考えられる。従っ
て、このような現象はInGaAIPばかりでなく、格子定数
の異なる化合物半導体の混晶（InGaAsP，InGaAIAs，InG
aAIAsP ，ZnSSe 等）一般についても起こるものと考え
られ、例えば活性層がGaAsとGaAIAsとの超格子構造につ
いても適用できる。従って、InGaAIP 以外の上記化合物
半導体混晶を用いた半導体レーザに適用することも可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、導
波構造と窓構造とを、２回の結晶成長で形成できる構造
とすることにより、簡単なプロセスで製造できる屈折率
導波型の窓構造半導体レーザ装置が実現できる。
波構造と窓構造とを、２回の結晶成長で形成できる構造
とすることにより、簡単なプロセスで製造できる屈折率
導波型の窓構造半導体レーザ装置が実現できる。
【図１】 本発明の第１の実施例に係わる半導体レ−ザ
装置の概略構造を示す図。
装置の概略構造を示す図。
【図２】 図１の半導体レ−ザ装置の製造工程を示す
図。
図。
【図３】 本発明の第２の実施例に係わる半導体レ−ザ
装置の概略構造を示す図。
装置の概略構造を示す図。
【図４】 本発明の第３の実施例に係わる半導体レ−ザ
装置の概略構造を示す図。
装置の概略構造を示す図。
【図５】 図４の半導体レ−ザ装置の製造工程を示す
図。
図。
【図６】 本発明の第４の実施例に係わる半導体レ−ザ
装置の概略構造を示す図。
装置の概略構造を示す図。
【図７】 利得導波型窓構造InGaAIP レーザの例を示す
図。
図。
10,30,50,70,100 …n-GaAs基板、11,31,51,71,101 …n-
GaAsバッファ層、12,32,52,72,102…n-InGaAIP クラッ
ド層、13,33,53,73,103 …InGaP 活性層、14,4,54,74,1
04 …p-InGaAIP 第１ｐ型クラッド層、16,37,57,76 …
p-InGaAIP 第2p型クラッド層、18,39,60…p-InGaAIP 第
3p型クラッド層、36,56 …p-InGaAIPガイド層、15,35,5
5,58,75,105…p-InGaP エッチング停止層、17,38,59,7
8,106n-GaAs電流阻止層、20,41,62,79,107 …p-GaAsコ
ンタクト層
GaAsバッファ層、12,32,52,72,102…n-InGaAIP クラッ
ド層、13,33,53,73,103 …InGaP 活性層、14,4,54,74,1
04 …p-InGaAIP 第１ｐ型クラッド層、16,37,57,76 …
p-InGaAIP 第2p型クラッド層、18,39,60…p-InGaAIP 第
3p型クラッド層、36,56 …p-InGaAIPガイド層、15,35,5
5,58,75,105…p-InGaP エッチング停止層、17,38,59,7
8,106n-GaAs電流阻止層、20,41,62,79,107 …p-GaAsコ
ンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 真理子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 新田 康一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 岡島 正季 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (8)
- 【請求項１】 活性層をｎ型クラッド層およびｐ型クラ
ッド層で挟んだダブルヘテロ構造部と、前記ｐ型クラッ
ド層上に形成され、且つ共振器方向にストライプ状の領
域のうち、光出射端面部を除いた第１の領域と、前記光
出射端面部のうち、前記ストライプ状の領域を挟むよう
に設けられた第２の領域に、開口が形成されたｎ型半導
体層とからなり、前記ダブルヘテロ構造部で決まる実効
屈折率が、前記第２の領域に挟まれた第３の領域で、前
記第２の領域より高くなるように前記光出射端面部が形
成され、且つ前記第３の領域下の前記活性層領域のバン
ドギャップが、前記第１の領域下の前記活性層領域のバ
ンドギャップより大きいことを特徴とする半導体レ−ザ
装置。 - 【請求項２】 前記第２の領域と前記第３の領域の実効
屈折率の差が10-3以上であり、前記第１の領域下の活性
層領域と、前記第３の領域下の活性層領域のバンドギャ
ップ差が20meV 以上であることを特徴とする請求項１記
載の半導体レ−ザ装置。 - 【請求項３】 前記第１の領域及び第２の領域の下の前
記活性層領域のバンドギャップが、前記第１、第２の領
域を除く領域下の前記活性層領域のバンドギャップより
小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体レ−ザ装
置。 - 【請求項４】 前記基板はｎ型GaAsからなり、前記活性
層はIn1-x-y Gay Alx P（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）か
らなり、前記ｎ型クラッド層は前記活性層と前記基板と
の間に位置し、且つIn1-s-t Gat Als P （０≦ｓ＜１，
０≦ｔ＜１，ｓ＞ｘ）からなり、前記ｐ型クラッド層は
活性層に接して前記基板とは反対側に位置し、且つ前記
ｐ型クラッド層中で前記活性層に接する層はIn1-u-vGa
v Alu P(０≦ｕ＜１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなり、
前記ｎ型半導体層はｎ型Ga1-w AlwAs（０≦ｗ≦１）か
らなることを特徴とする請求項１記載の半導体レ−ザ装
置。 - 【請求項５】 前記ｐ型クラッド層が、少なくとも前記
活性層に接するIn1-u-vGav Alu P クラッド層とさらに
それに接するIn1-p-q Gaq Alp P （０≦ｐ＜１，０≦ｑ
＜１，ｘ＜ｐ＜ｕ）ガイド層とからなることを特徴とす
る請求項４記載の半導体レ−ザ装置。 - 【請求項６】 前記ダブルヘテロ構造部の上側のクラッ
ド層のドーパントはZnであることを特徴とする請求項４
記載の半導体レ−ザ装置。 - 【請求項７】 ｎ型化合物半導体基板上にIn1-s-t Gat
Als P （０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１）からなるｎ型クラッ
ド層、In1-x-y Gay Alx P （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，
ｘ＜ｓ）からなる活性層、In1-u-v Gav Alu P （０≦ｕ
＜１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなるｐ型クラッド層及
びｎ型半導体層を成長形成する工程と、前記ｎ型半導体
層を選択的にエッチングし、共振器方向にストライプ状
の領域のうち、光出射端面部を除いた第１の領域と、前
記光出射端面部のうち、前記ストライプ状の領域を挟む
ように設けられた第２の領域に、開口を形成する工程
と、前記ｎ型半導体層上及びその開口内にｐ型コンタク
ト層を含むｐ型キャップ構造部を成長形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体レ−ザ装置の製造方法。 - 【請求項８】 ｎ型化合物半導体基板上にIn1-s-t Gat
Als P （０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１）からなるｎ型クラッ
ド層、In1-x-y Gay Alx P （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，
ｘ＜ｓ）からなる活性層、In1-u-v Gav Alu P （０≦ｕ
＜１，０≦ｖ＜１，ｕ＞ｘ）からなるｐ型クラッド層、
In1-p-q Gaq Alp P （０≦ｐ＜１，０≦ｑ＜１，ｘ＜ｐ
＜ｕ）からなるｐ型ガイド層、及びｎ型半導体層を成長
形成する工程と、前記In1-u-v Gav Alu P クラッド層の
少なくとも一部を残したクラッド部と前記ｎ型半導体層
とを選択的にエッチングし、前記第１、第２の領域に相
当する領域に開口を形成する工程と、前記ｎ型半導体層
上及び前記開口内によりｐ型コンタクト層を含むｐ型キ
ャップ構造部を成長形成する工程とを含むことを特徴と
する請求項７記載の半導体レ−ザ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3007297A JP2938198B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3007297A JP2938198B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240790A JPH04240790A (ja) | 1992-08-28 |
| JP2938198B2 true JP2938198B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=11662091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3007297A Expired - Fee Related JP2938198B2 (ja) | 1991-01-24 | 1991-01-24 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938198B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2812187B2 (ja) * | 1994-02-08 | 1998-10-22 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
-
1991
- 1991-01-24 JP JP3007297A patent/JP2938198B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04240790A (ja) | 1992-08-28 |
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