JPH01253985A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザおよびその製造方法

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JPH01253985A
JPH01253985A JP8266288A JP8266288A JPH01253985A JP H01253985 A JPH01253985 A JP H01253985A JP 8266288 A JP8266288 A JP 8266288A JP 8266288 A JP8266288 A JP 8266288A JP H01253985 A JPH01253985 A JP H01253985A
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JP
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JP8266288A
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Yutaka Nagai
豊 永井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に高出力動作が可能な半導体レーザおよ
びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、半導体レーザの結晶成長は、従来の液相成長法か
ら、層厚2組成の精密制御が可能で、しかも同時に多数
枚処理による大量生産が可能である等の特徴を持つ、M
O−CVD法(Metal−Org−anie Che
mieal Vapor Deposition :有
機金属熱分解気相成長法)に移行しつつある。
と(7)MO−CVD法を適用した従来のレーザ構造と
して、例えばJ、J、ColemanらがApplie
d PhysiCs Letters Vol 37 
No、3 p262 (1980)で提案した内部電流
狭窄型のレーザ構造を第4図に示す。
この図において、21はn形GaAsからなる基板、2
2はn形AjGaAsからなる第1クラッド層、23は
AlGaAsからなる活性層、24はp形Aj)GaA
sからなる第2クラッド層、25はn形GaAsからな
る電流ブロック層、26はp形A I G a 、A 
sからなる第3クラッド層、27はp形GaAsからな
るコンタクト層、28はストライプ状溝、29はn電極
、3oはpTs極をそれぞれ示す。
次に、この半導体レーザの製造方法について説明する。
まず、MO−CVD法により、n形GaAsからなる基
板21上に、n形AlGaAsからなる第1クラ・アト
層22おふびAlGaAsからなる活性層23、p形A
lGaAsからなる第2クラッド層24、n形GaAs
からなる電流ブロック層25を順次形成する。この成長
後、フォトリソグラフィ技術とエツチング技術により電
流ブロック層25にストライプ状溝28を形成する。こ
の時ストライプ状溝28底部には第2クラッド層24が
露出している。次にMO−CVD法による第2回目成長
で、さらにp形AjGaAsからなる第3クラッド層2
6.p形G aAsからなるコンタクト層27をそれぞ
れ形成する。この成長後、基板21側にn電極29、コ
ンタクト層27側にp電極3oを蒸着、スパッタ等によ
り形成すれば第4図に示した素子が完成する。
次に動作について説明する。
この半導体レーザにおいて、ni[i29に負(−)、
p電極3oに正(+)の電極を印加すると、電流は電流
ブロック層25に形成されたストライプ状溝28を流れ
、とのストライプ状溝28下の活性領域に電流が狭窄さ
れる。この結果、上記の領域に電子とホールが注入され
レーザ発振が生じる。
一般に半導体レーザでは、電流を増加して光出力を増す
と突然光出力が低下し、非可逆的な破壊(いわゆるC0
D)が生じる。これはレーザ光が端面近傍領域の表面準
位で吸収されて温度が上昇し、結晶が瞬時に溶融してし
まうからである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような従来の半導体レーザは、最大光出力が端面
破壊レベル(CODレベル)で制限されるため、高々3
0IrIW程度の光出力しか得られないという問題点が
あった。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、30mW以上の光出力でも安定に動作する半導体レ
ーザおよびその製造方法を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体L・−ザは、n形の半導体基板と
、この半導体基板上に形成されたn形の第1クラッド層
と、この第1クラッド層上に形成されたn形の活性層と
、この活性層上に形成されたp形の第2クラッド層と、
共振器端面には到達しないストライプ状溝が両共振器端
面間に形成されたn形の電流ブロック層と、この電流ブ
ロック層上およびストライプ状溝内の第2クラッド層上
に形成されたp形の第3クラッド層と、この第3クラッ
ド層上に形成されたp形のコンタクト層とからなり、活
性層の両共振器端面近傍を除く領域に反転領域を備えた
ものである。
また、この発明に係る半導体レーザの製造方法は、n形
の半導体基板上にn形の第1クラッド層。
n形の活性層、p形の第2クラッド層およびn形の電流
ブロック層を順次形成する工程と、この電流ブロック層
の共振器方向に、共振器端面には到達しないようにスト
ライプ状溝を形成する工程と、このストライプ状溝から
拡散あるいはイオン注入を行って活性層内に反転領域を
形成する工程と、電流ブロック層上およびストライプ状
溝内の第2クラッド層上にp形の第3クラ・アト層およ
びp形のコンタクト層を順次形成する工程とを含むもの
である。
〔作用〕
この発明の半導体レーザにおいては、キャリア濃度が高
くなる程活性層の反転領域のバンドギャツブエネルギー
が小さくなるのに対し、共振器端面近傍の活性層のn形
の非反転領域では逆にノくンドギャップエネルギーが大
きくなるため、この非反転領域が窓構造領域となる。
また、この発明の半導体レーザの製造方法においては、
電流ブロック層に形成されたストライプ状溝からの拡散
あるいはイオン注入によって、n形の活性層の両共振器
端面近啼を除く領域に反転領域が形成される。
〔実施例〕
第1図(a)〜(C)はこの発明の半導体レーザの一実
施例を説明するための図で、第1図(a)は斜視図、第
1図(b)は共振器に平行な方向のストライプ状溝を含
む断面図、第1図(e)は共振器に垂直な方向のストラ
イプ状溝を含む断面図である。
これらの図において、1はn形GaAsからなる基板、
2はn形A l 6.4G a 6.6A sからなる
第1クラッド層、3はn形A l 0. I G a 
6. g A Sからなる活性層、4はp形A l 6
.4G a 01IIA Sからなる第2クラッド層、
5ばn形A l o、 3G a 6.7A sからな
る電流ブロック層、6はp形Aj、、、Ga。、、As
からなる第3クラッド層、7はp形GaAsからなるコ
ンククト層、8はストライプ状溝、9は反転領域として
のZn拡散領域、1oはn電極、11はp電極、12は
素子端面をそれぞれ示す。
次に、この発明の半導体レーザの製造方法を第2図(a
)〜(d)を参照して説明する。
まず、第2図(a)に示すように、MO−CVD法、M
BE法あるいはLPE法等の結晶成長法によってn形G
aAsからなる基板1上にn形Al (1,4G a 
O,IIA Sからなる第1クラッド層2゜n形A l
 6.IG a 6,9A sからなる活性層3pp形
Aj6,4Ga0.sAsからなる第2クラッド層4゜
n形A4゜、3Ga(、,7Asからなる電流ブロック
層5を順次形成する。
次に第2図(b)に示すように1.フ第1・リソグラフ
ィ技術とエツチング技術を用いて電流ブロック層5中に
端面近傍を残してストライプ状溝8を形成する。この際
のエツチング液として、例えばアンモニア/過酸化水素
の混合溶液を用いれば、A1組成比が0.3程度の場合
はエツチングされるが0.4以上ではエチングされない
という選択性が生じる。この結果、電流ブロック層5の
みが選択的にエツチングされるようになり、素子再現性
が飛躍的に向上する。
このストライプ状溝8の形成後、第2図(C)。
(d)に示すように、熱拡散あるいはイオン注入等の手
段を用いてn形A l 6. I G a 6. @ 
A sからなる活性層3の電流ブロック層5に覆われて
ない部分にZnを拡散し、Zn拡散領域9を形成する。
この結果、活性層3中のZn拡散領域9はp形に反転す
る。なお、活性層3の電流ブロック層5に覆われている
部分はn形のままである。
そして、MO−CVD法あるいはMBE法を用いて第2
回目成長を行い、p形A l (、,4G a 、、。
Asからなる第3クラッド層6p p形GaAsからな
るコンタクI・層7を形成し、この成長終了後、基板1
側にn電極10、コンタクト層7側にp電極11を形成
すれば第1図(a)〜(0)に示した素子が完成する。
次に動作について説明する。
この実施例の半導体レーザのレーザ発振も従来例とまっ
たく同じであるので、窓構造の機能について重点的に説
明する。
この実施例の半導体レーザの端面近傍の窓構造領域は第
3図に示すようになっており、活性層3中のp影領域、
すなわちZn拡散領域9は、!(ンド・ティルの効果に
よりキャリア濃度が高くなる程、アンドープの場合に比
べてバンドギャップエネルギーが小さくなり、一方、窓
構造領域となる活性層3中のn形の非反転領域はキャリ
ア濃度が高くなる程、バースタイン・シフト効果により
、アンドープの場合に比べてバンドギャップエネルギー
が大きくなる。L・−ザ光の光子エネルギーは、レーザ
光を発する物質のバンドギャップエネルギーにほぼ等し
いため、上記の構造の半導体レーザ装置においては、ア
ンドープの場合よりもバンドギャップエネルギーが小い
Zn拡散領域9で発生したレーザ光は、アンドープの場
合よりもバンドギャップエネルギーが大きい活性層3中
のn影領域(窓構造領域)ではほとんど吸収を受けない
つまり、活性M3中のn影領域はレーザ光に対して透明
であるといえる。そして、レーザ光がほとんど吸収され
ないので吸収熱が発生しない結果、端面の溶融という現
象が生じにくくなる。よって、より高い光出力で動作さ
せることが可能となる。
また、端面近傍に残された電流ブロック層5は、活性層
3に隣接しているため、従来のようにn形GaAsで構
成されている場合にはかなリレーザ光を吸収するが、こ
の実施例では、活性層3よりも大きいバンドギャップエ
ネルギーを有する物質、すなわち活性層3よりもA1組
成の大きいA I 6,3G a O,、A s  (
なぜなら、AjGaAsはA1組成比が大きくなるに従
ってバンドギャップエネルギーも大きくなるという性質
を有しているかである。)で電流ブロック層5を構成す
ることによって、この領域による吸収も低減させている
なお、上記実施例ではp形拡散源にZnを用いたが、他
のp形拡散源、例えばMgやBeを用いても一向に差し
つかえない。
また、上記実施例では特にA/GaAs系材料で構成さ
れている半導体レーザについてのみ言及したが、他のI
N−V族化合物半導体で構成された同様な構造の半導体
レーザについても適用可能であることはいうまでもない
〔発明の効果〕
この発明の半導体レーザは以上説明したとおり、n形の
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたn形の第
1クラッド層と、この第1クラッド層上に形成されたn
形の活性層と、この活性層上に形成されたp形の第2ク
ラッド層と、共振器端面には到達しないストライプ状溝
が雨具振器端面間に形成されたn形の電流ブロック層と
、この電流ブロック層上およびストライプ状溝内の第2
クラッド層上に形成されたp形の第3クラッド層と、こ
の第3クラッド層上に形成されたp形のコンタクト層と
からなり、活性層の雨具振器端面近傍を除く領域に反転
領域を備えたので、共振器端面近傍の活性層のn形の非
反転領域が窓構造領域となり、CODが生しにくくなる
ため、30mW以上の高い光出力で動作させることが可
能になるという効果がある。
また、この発明の半導体レーザの製造方法は、n形の半
導体基板上に、n形の第1クラッド層。
n形の活性層、p形の第2クラッド層およびn形の電流
ブロック層を順次形成する工程と、この電流ブロック層
の共振器方向に、共振器端面には到達しないようにスI
・ライブ状溝を形成する工程と、このストライプ状溝か
ら拡散あるいはイオン注入を行って活性層内に反転領域
を形成する工程と、電流ブロック層上およびストライプ
状溝内の第2クラッド層上にp形の第3クラッド層およ
びp形のコンタクト層を順次形成する工程とを含むので
、上記発明の半導体レーザを容易に、かつ再現性良く得
ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の半導体レーザの一実施例を説明する
ための図、第2図はこの発明の半導体レーザの製造方法
の一実施例を示す図、第3図はこの発明における端面近
傍の窓構造領域を示す断面図、第4図は従来の半導体レ
ーザを示す斜視図である。 図において、1はn形GaAsからなる基板、2はn形
A l 6. aG a O,@ A Sからなる第1
クラッド層、3はn形A l 6. IG a a、 
*A sからなる活性層、4はp形A l (1,4G
 a (1,@A sからなる第2クラッド層、5はn
形A l 6.、G a 6,7A sからなる電流ブ
ロック層、6はp形A l g、4G a 6,6A 
s h)らなる第3クラッド層、7はp形GaAsから
なるコンタクト層、8はストライプ状溝、9はZn拡散
領域、10はn電極、11はp電極、12は素子端面で
ある。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄   (外2名)第1図(千の
1) 12  素子票日加 第1図(干の2) 第2図(子の1) 第2図(千の2) 第3図 第4図 1、事件の表示   特願昭63−82662号2、発
明の名称 半導体レーザおよびその製造方法3、補正を
する者 代表者 志 岐 守 哉 4、代理人 (連絡先03 (213) 3421特許部> ”−’
−5゛り5、補正の対宗 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (11明細書第10頁12行の「小さくなり、」を、「
実効的に小さくなり、」と補正する。 (2)  同じく第10頁16行の「大きくなる。」を
、「実効的に大きくなる。」と補正する。 (3)同じく第10頁20行の「小い」を、「実効的に
小さい」と補正する。 (4)同じく第11頁2行の「大きい」を、「実効的に
大きい」と補正する。 息上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)n形の半導体基板と、この半導体基板上に形成さ
    れたn形の第1クラッド層と、この第1クラッド層上に
    形成されたn形の活性層と、この活性層上に形成された
    p形の第2クラッド層と、共振器端面には到達しないス
    トライプ状溝が両共振器端面間に形成されたn形の電流
    ブロック層と、この電流ブロック層上および前記ストラ
    イプ状溝内の前記第2クラッド層上に形成されたp形の
    第3クラッド層と、この第3クラッド層上に形成された
    p形のコンタクト層とからなり、前記活性層の両共振器
    端面近傍を除く領域に反転領域を備えたことを特徴とす
    る半導体レーザ。
  2. (2)n形の半導体基板上に、n形の第1クラッド層、
    n形の活性層、p形の第2クラッド層およびn形の電流
    ブロック層を順次形成する工程と、この電流ブロック層
    の共振器方向に、共振器端面には到達しないようにスト
    ライプ状溝を形成する工程と、このストライプ状溝から
    拡散あるいはイオン注入を行って前記活性層内に反転領
    域を形成する工程と、前記電流ブロック層上および前記
    ストライプ状溝内の前記第2クラッド層上にp形の第3
    クラッド層およびp形のコンタクト層を順次形成する工
    程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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