(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型基板の上に第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド層、横モード制御用の第２導電型光ガイド層、第２の第２導電型クラッド層、第３の第２導電型クラッド層およびコンタクト層がこの順に積層され、
前記第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層が前記第１および第３の第２導電型クラッド層よりも狭幅の形状とされ、
発光領域を規定するこれら狭幅の第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層の両側を埋める埋め込み領域として、前記第１および第３の第２導電型クラッド層の間に第１導電型電流ブロック層が形成されてなり（ただし第１導電型、第２導電型はそれぞれ、ｎ型とｐ型の一方と他方を示す）、
前記第１〜３の第２導電型クラッド層がＩｎＧａＰクラッド層である埋め込み構造型の半導体発光装置において、
前記第２導電型光ガイド層が、屈折率が前記ＩｎＧａＰクラッド層よりも大きくて、ＧａＡｓよりも小さいＩｎＧａＡｓＰから形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
第１導電型基板の上に第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド層、横モード制御用の第２導電型光ガイド層、第２の第２導電型クラッド層、第３の第２導電型クラッド層およびコンタクト層がこの順に積層され、
前記第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層が前記第１および第３の第２導電型クラッド層よりも狭幅の形状とされ、
発光領域を規定するこれら狭幅の第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層の両側を埋める埋め込み領域として、前記第１および第３の第２導電型クラッド層の間に第１導電型電流ブロック層が形成されてなり（ただし第１導電型、第２導電型はそれぞれ、ｎ型とｐ型の一方と他方を示す）、
前記第１〜３の第２導電型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰクラッド層である埋め込み構造型の半導体発光装置において、
前記第２導電型光ガイド層が、屈折率が前記ＩｎＧａＡｓＰクラッド層よりも大きくて、ＧａＡｓよりも小さいＩｎＧａＡｓＰから形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体レーザー等の半導体発光装置に関し、特に詳細には、単一横モード化が図られた半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発振波長が0.6 〜1.1 μｍ帯にある半導体発光装置として、例えば文献“High power COD-free operation of 0.98 μｍ  ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ lasers with non-injection regions near the facets”，M.Sagawaet.al.,Electronics Letters Vol.30 No.17 pp141 0〜1411(1994)に示されるものが知られている。
【０００３】
この半導体発光装置は図６に概略正面形状を示すように、発光領域Ａがｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２、活性層３、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４、ｐ−ＧａＡｓ光ガイド層14、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４，７、およびコンタクト層８がこの順に積層されてなり、埋め込み領域Ｂである電流阻止部がｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２、活性層３、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４、ｎ−ＩｎＧａＰ電流ブロック層６、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７、およびコンタクト層８がこの順に積層されてなるものである。なお、図中の９はｐ電極、10はｎ電極である。また、導波方向は紙面に垂直な方向である。
【０００４】
この種の半導体発光装置においては、例えば情報・画像処理の高機能化等の要求に応えるために、そのビーム品質を向上させることが望まれている。そして、このようにビーム品質を向上させるための一方策として、単一横モード化が考えられている。従来は、この単一横モード化を果たすために、上記のように発光領域ＡにＩｎＧａＰよりも屈折率が大きいＧａＡｓ光ガイド層を設けて、横モードを制御するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようにして単一横モード化を図る場合は、ＧａＡｓ光ガイド層の厚さを非常に薄い範囲内で制御する必要がある。つまり、高出力化を果たすためには発光領域Ａの幅をできるだけ広くする必要があり、そのためには、発光領域Ａと埋め込み領域Ｂ内の活性層部での実効屈折率差ΔＮefをかなり高い精度で制御しなければならないのである。
【０００６】
図７は、ＧａＡｓ光ガイド層の厚さと、上記実効屈折率差ΔＮefとの関係を計算した結果を示すものであるが、この場合は、実効屈折率差ΔＮefを例えば0.006 〜0.007 の範囲で制御しようとすると、ＧａＡｓ光ガイド層厚を18〜21ｎｍの範囲で制御しなければならない。しかし実際の製造レベルでは、光ガイド層厚をこのような範囲に再現性良く制御するのは極めて困難である。そのため、高出力動作時に単一横モード発振する半導体発光装置は製造する上で歩留まりが低く、それが製造コストの上昇につながっていた。
【０００７】
また上記の従来装置では、ＩｎＧａＰクラッド層を成長させた後にＧａＡｓ光ガイド層を成長させる場合に、良好な結晶性が得られ難いという問題も有る。すなわち、ＩｎＧａＰとＧａＡｓとでは、それらの界面においてＶ族原子が完全にＰ（リン）からＡｓ（砒素）に切り換わる必要があるが、現在の結晶成長装置ではそれを実現するのは非常に難しくなっている。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高出力動作時も単一横モード発振可能で、かつ製造容易な半導体発光装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の半導体発光装置は、
第１導電型基板の上に第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド層、横モード制御用の第２導電型光ガイド層、第２の第２導電型クラッド層、第３の第２導電型クラッド層およびコンタクト層がこの順に積層され、
前記第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層が前記第１および第３の第２導電型クラッド層よりも狭幅の形状とされ、
発光領域を規定するこれら狭幅の第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層の両側を埋める埋め込み領域として、前記第１および第３の第２導電型クラッド層の間に第１導電型電流ブロック層が形成されてなり（ただし第１導電型、第２導電型はそれぞれ、ｎ型とｐ型の一方と他方を示す）、
上記第１〜３の第２導電型クラッド層がＩｎＧａＰクラッド層である埋め込み構造型の半導体発光装置において、
第２導電型光ガイド層が、屈折率が上記ＩｎＧａＰクラッド層よりも大きくて、ＧａＡｓよりも小さいＩｎＧａＡｓＰから形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明による第２の半導体発光装置は、
上述した第１の半導体発光装置と同様に第１導電型基板の上に第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド層、横モード制御用の第２導電型光ガイド層、第２の第２導電型クラッド層、第３の第２導電型クラッド層およびコンタクト層がこの順に積層され、
前記第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層が前記第１および第３の第２導電型クラッド層よりも狭幅の形状とされ、
発光領域を規定するこれら狭幅の第２導電型光ガイド層および第２の第２導電型クラッド層の両側を埋める埋め込み領域として、前記第１および第３の第２導電型クラッド層の間に第１導電型電流ブロック層が形成されてなり（ただし第１導電型、第２導電型はそれぞれ、ｎ型とｐ型の一方と他方を示す）、
上記第１〜３の第２導電型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰクラッド層である埋め込み構造型の半導体発光装置において、
第２導電型光ガイド層が、屈折率が上記ＩｎＧａＡｓＰクラッド層よりも大きくて、ＧａＡｓよりも小さいＩｎＧａＡｓＰから形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【作用および発明の効果】
従来装置において、光ガイド層の厚さを非常に薄い範囲内で制御しなければならないのは、第２導電型クラッド層を形成しているＩｎＧａＰと、光ガイド層を形成しているＧａＡｓとの間の屈折率差が大き過ぎるためである。
【００１２】
そこで、本発明の第１の半導体発光装置において、第２光ガイド層を屈折率がＧａＡｓよりも小さい（光を導波させるために、ＩｎＧａＰ第２クラッド層よりは屈折率大である）ＩｎＧａＡｓＰから形成すると、この第２光ガイド層の厚さの許容範囲が大きくなり、現在提供されているエピタキシャル成長装置（例えば有機金属気相結晶成長装置：ＭＯＶＰＥ）を用いても、高出力動作時に単一横モード発振する半導体発光装置を高歩留まりで製造可能となる。
【００１３】
本発明の第２の半導体発光装置は、第２導電型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰからなる点で上記第１の半導体発光装置とは異なるものであるが、この場合も第２導電型光ガイド層を屈折率がＧａＡｓよりも小さい（光を導波させるために、ＩｎＧａＡｓＰ第２導電型クラッド層よりは屈折率大である）ＩｎＧａＡｓＰから形成すると、上記と同様に第２導電型光ガイド層の厚さの許容範囲が大きくなり、高出力動作時に単一横モード発振する半導体発光装置を高歩留まりで製造可能となる。
【００１４】
また、本発明の第１の半導体発光装置における第２導電型クラッド層から第２導電型光ガイド層への結晶成長は、ＩｎＧａＰからＩｎＧａＡｓＰへの結晶成長であるので、本装置では結晶性も従来に比べて良好となる。
【００１５】
一方、本発明の第２の半導体発光装置における第２導電型クラッド層から第２導電型光ガイド層への結晶成長は、ＩｎＧａＡｓＰからＩｎＧａＡｓＰへの結晶成長であるので、本装置でも結晶性が従来に比べて良好となる。
【００１６】
そして、第２光ガイド層をＩｎＧａＡｓＰを用いて形成することにより、ＧａＡｓを用いる場合よりも光の吸収損失が小さくなり、それにより共振器内損失を小さく抑えて、微分量子効率を高めることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による半導体レーザーの概略正面形状を示すものである。この半導体レーザーの発光領域Ａは、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２、活性層３、第１のｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４、波長組成が800 ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５、第２，３のｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４，７、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層８がこの順に積層されてなり、埋め込み領域Ｂである電流阻止部は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層２、活性層３、第１のｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４、ｎ−ＩｎＧａＰ電流ブロック層６、第３のｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層８がこの順に積層されてなる。なお、図中の９はｐ電極、10はｎ電極である。また、導波方向は紙面に垂直な方向である。
【００１８】
ここで、上記ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４の屈折率は3.23、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５の屈折率はクラッド層４の屈折率よりも大きくてＧａＡｓの屈折率3.62よりも小さい3.34である。
【００１９】
図２は、この第１実施例の半導体レーザーにおけるｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５の厚さと、発光領域Ａと埋め込み領域Ｂ内の活性層部での実効屈折率差ΔＮefとの関係を計算した結果を示すものである。この場合は、上記実効屈折率差ΔＮefを前述と同様に0.006 〜0.007 に設定しようとするならば、光ガイド層５の厚さは43〜51ｎｍの範囲に制御すればよい。この光ガイド層厚は、現在提供されているエピタキシャル成長装置で十分に制御可能な値である。
【００２０】
また図３には、第１実施例の半導体レーザーの駆動電流対光出力特性を実測した結果を示す。図示されている通りこの半導体レーザーは、160 ｍＷという高出力下でも、キンクのない単一横モード特性を示す。
【００２１】
なお、この第１実施例装置におけるように、ＩｎＧａＰクラッド層中にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層を設けることにより、この光ガイド層を、ＩｎＧａＰクラッド層のみを選択的にエッチングする際のエッチング阻止層として活用することができる。そこで、液相による選択エッチングを適用して、制御性良く半導体発光装置を製造可能となる。
【００２２】
次に、本発明の第２実施例について説明する。図４は、本発明の第２実施例による半導体レーザーを示すものである。この半導体レーザーの発光領域Ａは、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層11、活性層３、波長組成が700 ｎｍの第１のｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層12、波長組成が780 ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層15、第２，３のｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層12，13、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層８がこの順に積層されてなり、埋め込み領域Ｂである電流阻止部は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層11、活性層３、第１のｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層12、ｎ−ＩｎＧａＰ電流ブロック層６、第３のｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層13、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層８がこの順に積層されてなる。
【００２３】
ここで、上記ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層12の屈折率は3.24、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層15の屈折率はクラッド層12の屈折率よりも大きくてＧａＡｓの屈折率3.62よりも小さい3.33である。
【００２４】
図５は、この第２実施例の半導体レーザーにおけるｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層15の厚さと、実効屈折率差ΔＮefとの関係を計算した結果を示すものである。この場合は、上記実効屈折率差ΔＮefを前述と同様に0.006 〜0.007 に設定しようとするならば、光ガイド層15の厚さは54〜63ｎｍの範囲に制御すればよい。この光ガイド層厚も、現在提供されているエピタキシャル成長装置で十分に制御可能な値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例装置の概略正面図
【図２】第１実施例装置における光ガイド層の厚さと、発光領域Ａと埋め込み領域Ｂ内の活性層部での実効屈折率差ΔＮefとの関係を示すグラフ
【図３】第１実施例装置の駆動電流対光出力特性を示すグラフ
【図４】本発明の第２実施例装置の概略正面図
【図５】第２実施例装置における光ガイド層の厚さと、発光領域Ａと埋め込み領域Ｂ内の活性層部での実効屈折率差ΔＮefとの関係を示すグラフ
【図６】従来の半導体レーザーの概略正面図
【図７】従来の半導体レーザーにおける光ガイド層の厚さと、発光領域Ａと埋め込み領域Ｂ内の活性層部での実効屈折率差ΔＮefとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
１    ｎ−ＧａＡｓ基板
２    ｎ−ＩｎＧａＰクラッド層
３    活性層
４    ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層
５    ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（波長組成800 ｎｍ）
６    ｎ−ＩｎＧａＰ電流ブロック層
７    ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層
８    ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９    ｐ電極
10    ｎ電極
11    ｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
12    ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
13    ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
15    ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（波長組成780 ｎｍ）
20    ｐ−ＧａＡｓ光ガイド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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