JPH03227088A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- H01S5/221—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials containing aluminium
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32325—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP
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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。
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〕
本発明はPO3,FAシステム等のバーコードリーダ用
およびレーザプリンタ等の光源に用いられる半導体レー
ザに関し、特に高出力で横モード制御が可能であり、発
振波長が680nm以下のAAGaInP系可視光半導
体レーザに関する。
およびレーザプリンタ等の光源に用いられる半導体レー
ザに関し、特に高出力で横モード制御が可能であり、発
振波長が680nm以下のAAGaInP系可視光半導
体レーザに関する。
第3図は従来の横モード制御型のAflGaInP系可
視光半導体レーザの構造を示す断面図である(昭和61
年秋季応用物理学会予稿集P、165)。
視光半導体レーザの構造を示す断面図である(昭和61
年秋季応用物理学会予稿集P、165)。
図中1はn−GaAs基板であり、この基板1上にはn
−GaAsバッファ層2が形成されている。バッファ層
2上にはn−AρGaInPクラッド層3.GaInP
活性層4.p A17GaInPクラッド層5.p−G
aInPキャップ層6、n−GaAs電流阻止層7及び
p−GaAsコンタクト層8からなるダブルへテロ接合
構造が形成されている。
−GaAsバッファ層2が形成されている。バッファ層
2上にはn−AρGaInPクラッド層3.GaInP
活性層4.p A17GaInPクラッド層5.p−G
aInPキャップ層6、n−GaAs電流阻止層7及び
p−GaAsコンタクト層8からなるダブルへテロ接合
構造が形成されている。
この構造を有する半導体レーザは通常MOVPE法によ
って製造されるが、段差を形成した基板上にAlGa
InPを積層することは技術的に困難なため、第3図に
示すようにGaInP活性層4上に段差を有したp−A
j7GaInPクラッド層5を形成し、この段差部にn
GaAs電流阻止層7を形成することにより、自己整
合的に電流狭窄と光導波作用がなされる。
って製造されるが、段差を形成した基板上にAlGa
InPを積層することは技術的に困難なため、第3図に
示すようにGaInP活性層4上に段差を有したp−A
j7GaInPクラッド層5を形成し、この段差部にn
GaAs電流阻止層7を形成することにより、自己整
合的に電流狭窄と光導波作用がなされる。
ここで、第3図の従来構造について製造工程を簡単に述
べる。先ず、1回目のMOVPE成長によってn −G
a A sバラフッ層2からp−GaInPキャップ
層6までの5層構造を順次形成する。続いて、キャップ
層6上に写真蝕刻により幅5μmの5jO2膜を用いた
ストライプ状マスクを形成し、p−AlGa I nP
クラッド層5を途中までエツチングして、ストライプ状
のメサを形成する。
べる。先ず、1回目のMOVPE成長によってn −G
a A sバラフッ層2からp−GaInPキャップ
層6までの5層構造を順次形成する。続いて、キャップ
層6上に写真蝕刻により幅5μmの5jO2膜を用いた
ストライプ状マスクを形成し、p−AlGa I nP
クラッド層5を途中までエツチングして、ストライプ状
のメサを形成する。
次いで2回目のMOVPE成長によってストライプ状の
5iCh膜マスクを除くメサ部にn−GaAs電流阻止
層7を選択的に形成する。その後5102膜マスクを除
去した後、3回目のMOVPE成長によって全面にp
−G a A sコンタクト層8を成長形成し、コンタ
クト層8上にp側電極9. nG a A s基板1
上にn側電極10を形成することにより、第3図に示す
構造の半導体レーザが完成される。
5iCh膜マスクを除くメサ部にn−GaAs電流阻止
層7を選択的に形成する。その後5102膜マスクを除
去した後、3回目のMOVPE成長によって全面にp
−G a A sコンタクト層8を成長形成し、コンタ
クト層8上にp側電極9. nG a A s基板1
上にn側電極10を形成することにより、第3図に示す
構造の半導体レーザが完成される。
この構造では、電流狭窄はn−GaAs電流阻止層7に
より行なわれる。また、p−GaInPキャップ層6は
p −An G a I n Pクラッド層5トp −
G a A sコンタクト層8とのバンド不連続により
生ずる電気抵抗の増大を防ぐ役割を有している(例えば
、昭和62年度秋季応用物理学会予稿集P、765講演
番号19a−ZR−6)。
より行なわれる。また、p−GaInPキャップ層6は
p −An G a I n Pクラッド層5トp −
G a A sコンタクト層8とのバンド不連続により
生ずる電気抵抗の増大を防ぐ役割を有している(例えば
、昭和62年度秋季応用物理学会予稿集P、765講演
番号19a−ZR−6)。
一方、横モード制御は、段差を有したp−Al2GaI
nPクラッド層5のメサ両側部でn −G a A s
電流阻止層7により光吸収ロスを生じるためメサ両側に
屈折率分布が形成されることにより行なわれる。
nPクラッド層5のメサ両側部でn −G a A s
電流阻止層7により光吸収ロスを生じるためメサ両側に
屈折率分布が形成されることにより行なわれる。
近年、基本横モードで発振し、低発振しきい値で低非点
融差を有する屈折率ガイド型の半導体レーザの要求が高
まっている。
融差を有する屈折率ガイド型の半導体レーザの要求が高
まっている。
しかしながら、前述のような従来の屈折率ガイド型半導
体レーザでは、活性層4に平行な方向の作りつけの実効
屈折率差をn−GaAs電流阻止層7による光吸収ロス
によって形成しているために、発振しきい値が大きく、
さらに非点融差が10〜13μmと比較的大きくレーザ
光を微少スポットに絞りにくいという欠点がある。
体レーザでは、活性層4に平行な方向の作りつけの実効
屈折率差をn−GaAs電流阻止層7による光吸収ロス
によって形成しているために、発振しきい値が大きく、
さらに非点融差が10〜13μmと比較的大きくレーザ
光を微少スポットに絞りにくいという欠点がある。
また、基本横モード制御に必要な実効屈折率差を形成す
るために、メサ両側のp−AuGaInPクラッド層5
を0.2〜0.3μmと薄くする必要があることから、
2回目のMOVPE成長によりn−GaAs電流阻止層
7の成長形成する際にメサ両側の活性層4が熱的損傷を
受け、半導体レーザの寿命の点において問題となる。
るために、メサ両側のp−AuGaInPクラッド層5
を0.2〜0.3μmと薄くする必要があることから、
2回目のMOVPE成長によりn−GaAs電流阻止層
7の成長形成する際にメサ両側の活性層4が熱的損傷を
受け、半導体レーザの寿命の点において問題となる。
本発明は、このような問題点を解決し良好な特性を有し
、高信頼な横モード制御が可能なAlGaInPlGa
In溝体レーザを提供するものである。
、高信頼な横モード制御が可能なAlGaInPlGa
In溝体レーザを提供するものである。
本発明の半導体レーザは、従来の横モード制御型のA、
ffGa1nP系半導体レーザにおける活性層に平行方
向の作りつけの屈折率分布を発振光の吸収ロスによって
形成するのではなく、活性層にストライプ状メサ形状を
有した光ガイド層を隣接させ、光ガイド層の厚さ変化に
より屈折率分布を形成させることに特徴を有している。
ffGa1nP系半導体レーザにおける活性層に平行方
向の作りつけの屈折率分布を発振光の吸収ロスによって
形成するのではなく、活性層にストライプ状メサ形状を
有した光ガイド層を隣接させ、光ガイド層の厚さ変化に
より屈折率分布を形成させることに特徴を有している。
また、メサ側部に形成する電流阻止層は発振光に対して
吸収ロスを受けず、結晶成長も容易なAlXG a 1
−XA S層を採用している。
吸収ロスを受けず、結晶成長も容易なAlXG a 1
−XA S層を採用している。
〔実施例1〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の半導体レーザの構造を示す
横断面図である。
横断面図である。
まず、原料としてメタル系■族有機金属(トリメチルイ
ンジウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム)とV放水素化物(PH3,ASH3)とを用いた減
圧下でのMOVPE法により、面方位(100)のn−
GaAs基板1)(n濃度2x 10. ”cm−3)
上に厚さ0.5 p mのn −G a A sバフフ
ッ層12(n濃度I X 10 ucm−3) 、厚さ
1μmのn (Affo、aGao、+)o5I n
o、sPクラット層13(n濃度5 x l O17c
m−3) 、厚さ0.06μmのG a 0.5 I
n o、sP活性層14.厚さ1μmのp(AlZ、G
a1− o、+G ao、a)o、s I no、sP
光カイト層15(p濃度3 X 10 ”cm−3)
、厚さ01μmのp−(A n O,8G a O,4
) o、s I n o、s Pクラッド層16(p濃
度3 X 1017cm”−3) 、厚さ0.05μm
のp−G ao5I no、sPキーt”ツブ層17(
p濃度1×10 ”cm”−3)を順次成長してダブル
へテロウェハーを形成する。続いて、キャップ層17上
に写真蝕刻により幅5μmのストライプ状の8102膜
マスクを形成する。
ンジウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム)とV放水素化物(PH3,ASH3)とを用いた減
圧下でのMOVPE法により、面方位(100)のn−
GaAs基板1)(n濃度2x 10. ”cm−3)
上に厚さ0.5 p mのn −G a A sバフフ
ッ層12(n濃度I X 10 ucm−3) 、厚さ
1μmのn (Affo、aGao、+)o5I n
o、sPクラット層13(n濃度5 x l O17c
m−3) 、厚さ0.06μmのG a 0.5 I
n o、sP活性層14.厚さ1μmのp(AlZ、G
a1− o、+G ao、a)o、s I no、sP
光カイト層15(p濃度3 X 10 ”cm−3)
、厚さ01μmのp−(A n O,8G a O,4
) o、s I n o、s Pクラッド層16(p濃
度3 X 1017cm”−3) 、厚さ0.05μm
のp−G ao5I no、sPキーt”ツブ層17(
p濃度1×10 ”cm”−3)を順次成長してダブル
へテロウェハーを形成する。続いて、キャップ層17上
に写真蝕刻により幅5μmのストライプ状の8102膜
マスクを形成する。
次イテ、第1図に示すように、H3P01.H2O2゜
H20の混合液およびH2S O4のエツチング液を用
いて、光カイF層15の途中までエツチングし、ストラ
イプ状メサ部の両側の光力イト層15の厚さを0.3〜
0.4μmとなるように制御する。
H20の混合液およびH2S O4のエツチング液を用
いて、光カイF層15の途中までエツチングし、ストラ
イプ状メサ部の両側の光力イト層15の厚さを0.3〜
0.4μmとなるように制御する。
次いで、2回目のMOVPE成長によってストライプ状
のSiO2膜マスクを除くメサ部に厚さ0.6μm(平
坦部)のn−Aρo、r G a O,3A s電流阻
止層18(n濃度I X 10 ”cm−”)を選択的
に成長形成する。その後SiO□膜マスクを除去した後
、3回目のMOVPE成長によって全面に厚さ3μmの
p−GaAs:Iンタクト層19(p濃度5 X 10
”cm−3)を成長形成し、コンタクト層19上にp
側電極20、n−GaAs基板1)上にn側電極21を
形成し、襞間により反射端面を形成することによって、
本発明の半導体レーザが完成する。
のSiO2膜マスクを除くメサ部に厚さ0.6μm(平
坦部)のn−Aρo、r G a O,3A s電流阻
止層18(n濃度I X 10 ”cm−”)を選択的
に成長形成する。その後SiO□膜マスクを除去した後
、3回目のMOVPE成長によって全面に厚さ3μmの
p−GaAs:Iンタクト層19(p濃度5 X 10
”cm−3)を成長形成し、コンタクト層19上にp
側電極20、n−GaAs基板1)上にn側電極21を
形成し、襞間により反射端面を形成することによって、
本発明の半導体レーザが完成する。
ここで、n A 12 o、y G liL O,3
A S電流阻止層18の屈折率はnlはp(AlZ、G
a1−c、5Gao、t)o、sI no、sPクラッ
ド層16の屈折率n2とはn+znzで同等となるよう
に組成調整しており、発振光に対して透明であり吸収体
として作用しない。
A S電流阻止層18の屈折率はnlはp(AlZ、G
a1−c、5Gao、t)o、sI no、sPクラッ
ド層16の屈折率n2とはn+znzで同等となるよう
に組成調整しており、発振光に対して透明であり吸収体
として作用しない。
従って、nA f2 o、r G a O,3A s電
流阻止層18は主に電流狭窄として作用し、ストライブ
状メサ部に効率的な電流注入を行なうためのものである
。
流阻止層18は主に電流狭窄として作用し、ストライブ
状メサ部に効率的な電流注入を行なうためのものである
。
また、活性層14に平行方向の作りつけの実効屈折率差
は、メサ部とその両側での光ガイド層15の厚さ変化に
より形成されるため、吸収ロスのない実数成分の実効屈
折率差分布が得られる。
は、メサ部とその両側での光ガイド層15の厚さ変化に
より形成されるため、吸収ロスのない実数成分の実効屈
折率差分布が得られる。
よって、低発振しきい値でかつ低非点融差を有した屈折
率カイF型の横モード制御が可能となる。
率カイF型の横モード制御が可能となる。
〔実施例2〕
第2図は本発明の実施例2の横断面図である。
MOVPE法によるダブルへテロ構造の成長は前述の実
施例と同じ方法で行なう。
施例と同じ方法で行なう。
ここでは、1回目のMOVPE法により、活性層14上
に厚さ0.3〜0.4 μmのp (AlYGa1−
。、4Gao、a)。sIn。5P光ガイド層15を成
長形成した後、厚さ40人のp G a o、s I
n o、sP エッチンク停止層22(p濃度3 X
1017c+n””)を成長形成し、さらに前記光ガ
イド層15を厚さ0.7μm形成している点が前述の実
施例1と異なる。この他は実施例1と同じである。
に厚さ0.3〜0.4 μmのp (AlYGa1−
。、4Gao、a)。sIn。5P光ガイド層15を成
長形成した後、厚さ40人のp G a o、s I
n o、sP エッチンク停止層22(p濃度3 X
1017c+n””)を成長形成し、さらに前記光ガ
イド層15を厚さ0.7μm形成している点が前述の実
施例1と異なる。この他は実施例1と同じである。
この実施例では、エッチンク停止層22が形成されてい
ることにより、ストライブ状メサ部の両側の光ガイド層
15の厚さをエツチングにより制御性良くできる利点を
有している。
ることにより、ストライブ状メサ部の両側の光ガイド層
15の厚さをエツチングにより制御性良くできる利点を
有している。
ここで、エツチング停止層22の厚さは発振光に対して
吸収を受けないようにするために40人と薄く形成して
いる。
吸収を受けないようにするために40人と薄く形成して
いる。
以上説明したように本発明によれば、活性層14に平行
方向の作りつけの実効屈折率差がメサ部とその両側での
光ガイド層15の厚さ変化により得られるため、吸収ロ
スのない実数成分の屈折率分布が得られる。よって、低
発振しきい値で低非点融差を有し、基本横モード発振す
る横モード制御型半導体レーザを実現できる。
方向の作りつけの実効屈折率差がメサ部とその両側での
光ガイド層15の厚さ変化により得られるため、吸収ロ
スのない実数成分の屈折率分布が得られる。よって、低
発振しきい値で低非点融差を有し、基本横モード発振す
る横モード制御型半導体レーザを実現できる。
また、メサ部両側の光ガイド層15の厚さが0.3〜0
.4μmと従来と比較して厚目に設計できるため、2回
目のMOVPE成長による電流阻止層18の成長の際に
受ける活性層14の熱的損傷も軽減され、高信頼な半導
体レーザを形成できる。
.4μmと従来と比較して厚目に設計できるため、2回
目のMOVPE成長による電流阻止層18の成長の際に
受ける活性層14の熱的損傷も軽減され、高信頼な半導
体レーザを形成できる。
第1図、第2図は本発明の実施例を示すAAGaInP
系半導体レーザの横断面図、第3図は従来の半導体レー
ザの横断面図を示す。 図において、 1.1)−n−GaAs基板、2. 12・・・−n
−G a A sバッファ層、3−=n−AAGaIn
Pクラッド層、4・・・・・・GaInP活性層、5−
・・・p−A、12GaInPクラッド層、6−−p−
Ga I nPキャップ層、7・・・・・・n−GaA
s電流阻止層、8゜19・・・・・・p−GaAsコン
タクト層、9.20−・・・・p側電極、10.21・
・・・・・n側電極、13・・・・・・n (AlZ
、Ga1−a、5Gao、i)o、sI no、sPク
ラッド層、14−−−・・−Qao5I nosP活性
層、15−−− p −(AlYGa1−o4Gao、
a)o、5Ino5P光ガイド層、16・−・・’9
(Afflo、sG ao4)o、s 工no、sP
クラッド層、17 ・・=・・1) G a o、s
I 105Fキャップ層、18・n A Ro、t
G a o3A s電流阻止層を示す。
系半導体レーザの横断面図、第3図は従来の半導体レー
ザの横断面図を示す。 図において、 1.1)−n−GaAs基板、2. 12・・・−n
−G a A sバッファ層、3−=n−AAGaIn
Pクラッド層、4・・・・・・GaInP活性層、5−
・・・p−A、12GaInPクラッド層、6−−p−
Ga I nPキャップ層、7・・・・・・n−GaA
s電流阻止層、8゜19・・・・・・p−GaAsコン
タクト層、9.20−・・・・p側電極、10.21・
・・・・・n側電極、13・・・・・・n (AlZ
、Ga1−a、5Gao、i)o、sI no、sPク
ラッド層、14−−−・・−Qao5I nosP活性
層、15−−− p −(AlYGa1−o4Gao、
a)o、5Ino5P光ガイド層、16・−・・’9
(Afflo、sG ao4)o、s 工no、sP
クラッド層、17 ・・=・・1) G a o、s
I 105Fキャップ層、18・n A Ro、t
G a o3A s電流阻止層を示す。
Claims (2)
- (1)半導体基板上に、少なくとも活性層が第1導電型
クラッド層と第2導電型のストライプ状メサ形状を有し
た光ガイド層とで狭まれた積層構造と、前記ストライプ
状メサ側部および外部に第1導電型のAl×Ga_1_
−_XAs(X≧0.7)層とを具備してなることを特
徴とする半導体レーザ。 - (2)請求項1記載の半導体レーザにおいて、前記半導
体基板がGaAs、前記活性層が(Al_YGa_1_
−_Y)_0_._5In_0_._5P(0≦Y≦1
)、前記第1導電型クラッド層が(Al_Z、Ga_1
_−_Z)_0_._5In_0_._5P(0≦Z≦
1)、前記第2導電型の光ガイド層が(Al_WGa_
1_−_W)_0_._5In_0_._5(0≦W≦
1)であり、組成Z>W>Yの関係から成ることを特徴
とする半導体レーザ。
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DE69109141T DE69109141T2 (de) | 1990-01-31 | 1991-01-31 | Laserdiode mit stabilisiertem Transversal-Mode. |
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-
1990
- 1990-01-31 JP JP2023483A patent/JP2778178B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-31 EP EP91300759A patent/EP0440471B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-31 US US07/648,854 patent/US5065402A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-31 DE DE69109141T patent/DE69109141T2/de not_active Expired - Fee Related
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EP0440471A2 (en) | 1991-08-07 |
DE69109141T2 (de) | 1995-08-31 |
EP0440471A3 (en) | 1992-01-22 |
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EP0440471B1 (en) | 1995-04-26 |
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