JP2002164618A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2002164618A JP2002164618A JP2000360432A JP2000360432A JP2002164618A JP 2002164618 A JP2002164618 A JP 2002164618A JP 2000360432 A JP2000360432 A JP 2000360432A JP 2000360432 A JP2000360432 A JP 2000360432A JP 2002164618 A JP2002164618 A JP 2002164618A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 端面での光吸収をなくした半導体レーザ素子
において、さらに高出力で高い信頼性を得る。 【解決手段】 ｉ−Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓ0.75Ｐ0.25量
子井戸活性層５の上下に、ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り
歪バリア層４および６を設け、共振器端面近傍のｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層９を除去し、上面に絶縁膜12を電流
注入領域を除く領域に形成し、ｐ電極13を両端面近傍を
除く領域に形成する。
において、さらに高出力で高い信頼性を得る。 【解決手段】 ｉ−Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓ0.75Ｐ0.25量
子井戸活性層５の上下に、ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り
歪バリア層４および６を設け、共振器端面近傍のｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層９を除去し、上面に絶縁膜12を電流
注入領域を除く領域に形成し、ｐ電極13を両端面近傍を
除く領域に形成する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、特に、共振器端面に端面での光吸収を低減する
ための端面窓構造を備えた半導体レーザ素子に関するも
のである。
に関し、特に、共振器端面に端面での光吸収を低減する
ための端面窓構造を備えた半導体レーザ素子に関するも
のである。
【０００２】
【本発明と比較するために作製した技術】半導体レーザ
素子において、出力の増加に伴って端面での光吸収によ
り流れる電流によって端面が発熱し、その発熱により端
面温度が上昇して端面での半導体のバンドギャップが小
さくなり、さらに端面での光吸収が増加するという循環
により端面が破壊されるCOMD（Catastrophic optical m
irror damage）現象により、最高光出力の向上が制限さ
れることが知られている。このような問題を解決するた
めに、端面での半導体のバンドギャップエネルギーを大
きくして、発光光が非吸収となるようにした構造につい
て、種々の提案がなされている。
素子において、出力の増加に伴って端面での光吸収によ
り流れる電流によって端面が発熱し、その発熱により端
面温度が上昇して端面での半導体のバンドギャップが小
さくなり、さらに端面での光吸収が増加するという循環
により端面が破壊されるCOMD（Catastrophic optical m
irror damage）現象により、最高光出力の向上が制限さ
れることが知られている。このような問題を解決するた
めに、端面での半導体のバンドギャップエネルギーを大
きくして、発光光が非吸収となるようにした構造につい
て、種々の提案がなされている。
【０００３】例えば、特開平11-220224号、あるいは199
9年発行のJJAP,Vol.38,ppL387-289,No.4Aに、ＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層の上下に隣接してＩｎＧａＡｓＰ引張り歪
バリア層を設けた素子が提案されている。この構造によ
り、光出射端面近傍での活性層で格子緩和が発生してバ
ンドギャップが大きくなり、光出射端面での光吸収を低
減し発熱の原因となる無効電流を低減できることが報告
されている。
9年発行のJJAP,Vol.38,ppL387-289,No.4Aに、ＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層の上下に隣接してＩｎＧａＡｓＰ引張り歪
バリア層を設けた素子が提案されている。この構造によ
り、光出射端面近傍での活性層で格子緩和が発生してバ
ンドギャップが大きくなり、光出射端面での光吸収を低
減し発熱の原因となる無効電流を低減できることが報告
されている。
【０００４】また、共振器端面近傍を電流非注入とした
構造も多く提案されている。例えば本出願人による特願
2000-311405号に、リッジ構造の半導体レーザ素子の共
振器端面近傍を電流非注入構造とすることとその製造方
法が報告されている。また、特願2000-253518号におい
ては内部電流狭窄構造の半導体レーザ素子の共振器端面
近傍を電流非注入構造とすることとその製造方法が報告
されている。
構造も多く提案されている。例えば本出願人による特願
2000-311405号に、リッジ構造の半導体レーザ素子の共
振器端面近傍を電流非注入構造とすることとその製造方
法が報告されている。また、特願2000-253518号におい
ては内部電流狭窄構造の半導体レーザ素子の共振器端面
近傍を電流非注入構造とすることとその製造方法が報告
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載されているような構造では、さらなる高出力と高い信
頼性を得るには十分でない。
載されているような構造では、さらなる高出力と高い信
頼性を得るには十分でない。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みて、低出力から高
出力まで信頼性の高い半導体レーザ素子を提供すること
を目的とするものである。
出力まで信頼性の高い半導体レーザ素子を提供すること
を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、第一導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一
導電型第一クラッド層、第一導電型あるいはｉ型の第一
光導波層、引張り歪を有するｉ型のＩｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ
1-y2Ｐy2第一バリア層（ただし、x2/0.49≦y2≦0.3＋(x
2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、ｉ型のＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ
1-y3Ｐy3量子井戸活性層（ただし、0≦x3≦0.2、y3＝x3
/0.49）、引張り歪を有するｉ型のＩｎx 2Ｇａ1-x2Ａｓ
1-y2Ｐy2第二バリア層（ただし、x2/0.49≦y2≦0.3＋(x
2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、第二導電型あるいはｉ型の
第二光導波層、第二導電型第二クラッド層、第二導電型
コンタクト層がこの順に積層されてなる対向する２つの
共振器端面を有する半導体レーザ素子において、第一ク
ラッド層および第二クラッド層がそれぞれＧａＡｓ基板
に格子整合する組成からなり、第一光導波層および第二
光導波層がそれぞれＧａＡｓ基板に格子整合する組成か
らなり、第一バリア層と第二バリア層との合計層厚が１
０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、第一バリア層および第
二バリア層が、それぞれ、ＧａＡｓ基板に対して引張り
歪を有し、該２つのバリア層に共通する引張り歪量と合
計層厚の積が０．０５ｎｍ以上０．２ｎｍ以下である組
成からなり、量子井戸活性層がＧａＡｓ基板に格子整合
する組成、あるいは基板に対して０．００７までの引張
り歪を有する組成からなり、対向する２つの共振器端面
の少なくとも一方の近傍に電流非注入領域が設けられて
いることを特徴とするものである。
子は、第一導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一
導電型第一クラッド層、第一導電型あるいはｉ型の第一
光導波層、引張り歪を有するｉ型のＩｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ
1-y2Ｐy2第一バリア層（ただし、x2/0.49≦y2≦0.3＋(x
2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、ｉ型のＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ
1-y3Ｐy3量子井戸活性層（ただし、0≦x3≦0.2、y3＝x3
/0.49）、引張り歪を有するｉ型のＩｎx 2Ｇａ1-x2Ａｓ
1-y2Ｐy2第二バリア層（ただし、x2/0.49≦y2≦0.3＋(x
2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、第二導電型あるいはｉ型の
第二光導波層、第二導電型第二クラッド層、第二導電型
コンタクト層がこの順に積層されてなる対向する２つの
共振器端面を有する半導体レーザ素子において、第一ク
ラッド層および第二クラッド層がそれぞれＧａＡｓ基板
に格子整合する組成からなり、第一光導波層および第二
光導波層がそれぞれＧａＡｓ基板に格子整合する組成か
らなり、第一バリア層と第二バリア層との合計層厚が１
０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、第一バリア層および第
二バリア層が、それぞれ、ＧａＡｓ基板に対して引張り
歪を有し、該２つのバリア層に共通する引張り歪量と合
計層厚の積が０．０５ｎｍ以上０．２ｎｍ以下である組
成からなり、量子井戸活性層がＧａＡｓ基板に格子整合
する組成、あるいは基板に対して０．００７までの引張
り歪を有する組成からなり、対向する２つの共振器端面
の少なくとも一方の近傍に電流非注入領域が設けられて
いることを特徴とするものである。
【０００８】なお、上記第一導電型と第二導電型は、互
いに逆極性を示すものであり、例えば第一導電型がｐ型
導電性であれば、第二導電型はｎ型導電性を示すもので
ある。
いに逆極性を示すものであり、例えば第一導電型がｐ型
導電性であれば、第二導電型はｎ型導電性を示すもので
ある。
【０００９】また、電流非注入領域が、少なくとも一方
の共振器端面近傍のコンタクト層が除去されてなるもの
であり、第二クラッド層上に残っているコンタクト層上
から電流非注入領域に露出した第二クラッド層上に渡っ
て絶縁膜が形成されており、該絶縁膜の一部の領域が電
流を注入するために除去されて電流注入窓が形成されて
おり、少なくとも該電流注入窓を覆うように絶縁膜上の
電流非注入領域以外の領域に電極が形成されていること
が望ましい。
の共振器端面近傍のコンタクト層が除去されてなるもの
であり、第二クラッド層上に残っているコンタクト層上
から電流非注入領域に露出した第二クラッド層上に渡っ
て絶縁膜が形成されており、該絶縁膜の一部の領域が電
流を注入するために除去されて電流注入窓が形成されて
おり、少なくとも該電流注入窓を覆うように絶縁膜上の
電流非注入領域以外の領域に電極が形成されていること
が望ましい。
【００１０】コンタクト層はＧａＡｓからなり、クラッ
ド層はコンタクト層のＧａＡｓをエッチングするエッチ
ャントによってエッチングされない組成であることが望
ましい。
ド層はコンタクト層のＧａＡｓをエッチングするエッチ
ャントによってエッチングされない組成であることが望
ましい。
【００１１】電流非注入領域は、端面を含み端面から素
子内部に向けて５μｍ以上５０μｍ以下までの範囲に形
成されていることが望ましい。
子内部に向けて５μｍ以上５０μｍ以下までの範囲に形
成されていることが望ましい。
【００１２】なお、コンタクト層が除去される領域は、
上記「少なくとも共振器端面の一方」であって、２つの
共振器端面の両方であってもよく、電流注入領域の幅だ
けでなく素子の幅で除去されていてもよく、あるいは、
素子の共振器端面と共振器端面と直交する端面との４端
面近傍において、すなわち、素子周辺のコンタクト層が
除去されていてもよい。
上記「少なくとも共振器端面の一方」であって、２つの
共振器端面の両方であってもよく、電流注入領域の幅だ
けでなく素子の幅で除去されていてもよく、あるいは、
素子の共振器端面と共振器端面と直交する端面との４端
面近傍において、すなわち、素子周辺のコンタクト層が
除去されていてもよい。
【００１３】また、上記「第一バリア層および第二バリ
ア層に共通する引張り歪量」とは、GaAs基板に対する歪
であり、GaAs基板の格子定数をａGaAsとし、バリア層の
格子定数をａ1とした場合、該引張り歪量Δ1は、Δ1＝
（ａGaAs−ａ1 ）／ａGaAsで表されるものであり、本
発明では0.003＜△1＜0.01となる領域の組成を用いる。
ア層に共通する引張り歪量」とは、GaAs基板に対する歪
であり、GaAs基板の格子定数をａGaAsとし、バリア層の
格子定数をａ1とした場合、該引張り歪量Δ1は、Δ1＝
（ａGaAs−ａ1 ）／ａGaAsで表されるものであり、本
発明では0.003＜△1＜0.01となる領域の組成を用いる。
【００１４】同様に、活性層の格子定数をａ2とした場
合、活性層の歪量は△2は、Δ2＝（ａGaAs−ａ2）／ａ
GaAsで表されるものである。本発明では、「格子整合す
る」とは、歪量Δ2が、-0.003≦Δ2≦0.003であること
をいい、上記「InGaAsP量子井戸活性層が、前記GaAs基
板に格子整合する組成、あるいは、前記GaAs基板に対し
て0.007までの引張り歪を有する組成」とは、-0.003≦
Δ2≦0.007を満たす組成をいう。
合、活性層の歪量は△2は、Δ2＝（ａGaAs−ａ2）／ａ
GaAsで表されるものである。本発明では、「格子整合す
る」とは、歪量Δ2が、-0.003≦Δ2≦0.003であること
をいい、上記「InGaAsP量子井戸活性層が、前記GaAs基
板に格子整合する組成、あるいは、前記GaAs基板に対し
て0.007までの引張り歪を有する組成」とは、-0.003≦
Δ2≦0.007を満たす組成をいう。
【００１５】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、In
GaAsP活性層の上下にInGaAsP引張り歪バリア層を設ける
ことにより、へき開により端面近傍での引張り歪バリア
層からの引張り応力量が減少し、格子緩和が生じるので
端面近傍でのバンドギャップが大きくなり、共振器端面
における光吸収を低減することができる。さらに本発明
では、端面において電流非注入領域が形成されているの
で、端面での光密度が低減され発熱を低減できるので、
共振器端面での光吸収を低減することができ、さらなる
光出力の向上と信頼性の向上が図られる。
GaAsP活性層の上下にInGaAsP引張り歪バリア層を設ける
ことにより、へき開により端面近傍での引張り歪バリア
層からの引張り応力量が減少し、格子緩和が生じるので
端面近傍でのバンドギャップが大きくなり、共振器端面
における光吸収を低減することができる。さらに本発明
では、端面において電流非注入領域が形成されているの
で、端面での光密度が低減され発熱を低減できるので、
共振器端面での光吸収を低減することができ、さらなる
光出力の向上と信頼性の向上が図られる。
【００１６】また、InGaAsP引張り歪バリア層を設ける
ことにより、活性層とバリア層との間の障壁高さを大き
くすることができ、活性層から光導波層への電子および
正孔の漏れを低減することができる。これにより、駆動
電流を低減することができるので、素子端面における発
熱を低減することができ、また素子特性の温度依存性が
改善される。従って、高出力発振時における素子の信頼
性を向上させることができる。
ことにより、活性層とバリア層との間の障壁高さを大き
くすることができ、活性層から光導波層への電子および
正孔の漏れを低減することができる。これにより、駆動
電流を低減することができるので、素子端面における発
熱を低減することができ、また素子特性の温度依存性が
改善される。従って、高出力発振時における素子の信頼
性を向上させることができる。
【００１７】また、活性層はＡｌを含まない組成で構成
されているため、活性層にＡｌを含む従来の0.8μｍ帯
の半導体レーザ素子と比較して耐久性の面で信頼性が高
い。
されているため、活性層にＡｌを含む従来の0.8μｍ帯
の半導体レーザ素子と比較して耐久性の面で信頼性が高
い。
【００１８】共振器端面近傍において、コンタクト層が
除去され、その上に絶縁膜が形成されており、さらに電
極が形成されていないことにより、光共振器端面近傍に
電流が注入されないので、端面での電流密度を低減させ
ることができ、端面での発熱を低減できる。よって、光
密度増大による端面破壊等を抑制できるため、低出力か
ら高出力まで信頼性の高いビームを得ることができる。
除去され、その上に絶縁膜が形成されており、さらに電
極が形成されていないことにより、光共振器端面近傍に
電流が注入されないので、端面での電流密度を低減させ
ることができ、端面での発熱を低減できる。よって、光
密度増大による端面破壊等を抑制できるため、低出力か
ら高出力まで信頼性の高いビームを得ることができる。
【００１９】コンタクト層がＧａＡｓからなり、クラッ
ド層が該コンタクト層のＧａＡｓをエッチングするエッ
チャントによってエッチングされない組成であることに
より、端面近傍のコンタクト層のみを制御良く除去する
ことができる。
ド層が該コンタクト層のＧａＡｓをエッチングするエッ
チャントによってエッチングされない組成であることに
より、端面近傍のコンタクト層のみを制御良く除去する
ことができる。
【００２０】電流非注入領域は、端面を含み端面から素
子内部に向けて５μｍ以上５０μｍ以下までの範囲に形
成されていることが望ましく、５μｍより小さいと、第
二導電型ＧａＮコンタクト層による電流の広がりによっ
て実質上非電流注入領域を形成することができず、発熱
による端面劣化を起こすため好ましくない。また、５０
μｍより大きく除去すると、非電流注入領域の光吸収に
よる光損失が大きくなり、光出力が低減する。
子内部に向けて５μｍ以上５０μｍ以下までの範囲に形
成されていることが望ましく、５μｍより小さいと、第
二導電型ＧａＮコンタクト層による電流の広がりによっ
て実質上非電流注入領域を形成することができず、発熱
による端面劣化を起こすため好ましくない。また、５０
μｍより大きく除去すると、非電流注入領域の光吸収に
よる光損失が大きくなり、光出力が低減する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
【００２２】本発明の第１の実施の形態による半導体レ
ーザ素子の製造方法について説明する。その半導体レー
ザ素子のコンタクト層までの断面図を図１に示し、電極
形成後の斜視図を図２に示す。
ーザ素子の製造方法について説明する。その半導体レー
ザ素子のコンタクト層までの断面図を図１に示し、電極
形成後の斜視図を図２に示す。
【００２３】有機金属気相成長法により、（1.0.0）ｎ
−ＧａＡｓ基板上１に、ｎ−Ｇａ0.3 9Ａｌ0.61Ａｓクラ
ッド層２、ｎまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層
３、ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層４、ｉ−Ｉ
ｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓ0.75Ｐ0.25量子井戸活性層５、ｉ−
Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層６、ｐまたはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層７、ｐ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａ
ｓクラッド層８、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を形成す
る。なお上下光導波層の厚さをそれぞれ０．４μｍとす
る。
−ＧａＡｓ基板上１に、ｎ−Ｇａ0.3 9Ａｌ0.61Ａｓクラ
ッド層２、ｎまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層
３、ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層４、ｉ−Ｉ
ｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓ0.75Ｐ0.25量子井戸活性層５、ｉ−
Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層６、ｐまたはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層７、ｐ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａ
ｓクラッド層８、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を形成す
る。なお上下光導波層の厚さをそれぞれ０．４μｍとす
る。
【００２４】次に、図２に示すように、レジスト20（図
示せず）を塗布し、１００℃ホットプレートに１分保持
し、ベーキングを行う。上記（1.0.0）基板のオリフラ
に平行で、レーザのへき開面に垂直方向になるように、
１０μｍ幅の溝21が５０μｍの間隔で開口するようなマ
スクを介して、紫外線を１００ｍＪの露光量で、レジス
ト20が塗布されたウェハに照射し、現像液で照射領域の
レジスト20を溶解させてレジスト20に開口を形成する。
次に、酒石酸エッチャントでｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９、ｐ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａｓクラッド層８をエッチン
グ除去してリッジ溝21を形成する。
示せず）を塗布し、１００℃ホットプレートに１分保持
し、ベーキングを行う。上記（1.0.0）基板のオリフラ
に平行で、レーザのへき開面に垂直方向になるように、
１０μｍ幅の溝21が５０μｍの間隔で開口するようなマ
スクを介して、紫外線を１００ｍＪの露光量で、レジス
ト20が塗布されたウェハに照射し、現像液で照射領域の
レジスト20を溶解させてレジスト20に開口を形成する。
次に、酒石酸エッチャントでｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９、ｐ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａｓクラッド層８をエッチン
グ除去してリッジ溝21を形成する。
【００２５】次に、電流非注入領域となる端面近傍のレ
ジストが露光されるようなフォトマスクを、電流非注入
領域が素子の端面へき開線上に配置されるようにアライ
メントし、１００ｍＪの露光量でウェハに照射し、現像
液で照射領域のレジスト20を溶解させてレジスト20に電
流非注入領域を開口する。室温のＮＨ3：Ｈ２Ｏ２＝
１：５０混合水溶液にウェハを１０秒浸し、電流非注入
領域のｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を選択的にエッチン
グを行い、電流非注入部を形成する。レジスト20を有機
アルカリ液で溶解した後、Ｐ−ＣＶＤ装置で１５０ｎｍ
のＳｉＯ2絶縁膜12を形成する。ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層９をエッチングする際に同時にリッジ溝に露出して
いるｐ−ＧａＡｓコンタクト層９の側面が後退し、絶縁
膜12の被覆性が良好となる。
ジストが露光されるようなフォトマスクを、電流非注入
領域が素子の端面へき開線上に配置されるようにアライ
メントし、１００ｍＪの露光量でウェハに照射し、現像
液で照射領域のレジスト20を溶解させてレジスト20に電
流非注入領域を開口する。室温のＮＨ3：Ｈ２Ｏ２＝
１：５０混合水溶液にウェハを１０秒浸し、電流非注入
領域のｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を選択的にエッチン
グを行い、電流非注入部を形成する。レジスト20を有機
アルカリ液で溶解した後、Ｐ−ＣＶＤ装置で１５０ｎｍ
のＳｉＯ2絶縁膜12を形成する。ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層９をエッチングする際に同時にリッジ溝に露出して
いるｐ−ＧａＡｓコンタクト層９の側面が後退し、絶縁
膜12の被覆性が良好となる。
【００２６】次に、ＳｉＯ2絶縁膜12上にレジストを塗
布し、幅５０μｍのリッジ部の領域で、非注入領域の端
から３μｍ（図２中ａ）およびリッジ端部から３μｍ
（図２中ｂ）離れた領域に開口を有するようなフォトマ
スクをウェハに重ね合わせ、紫外線を１００ｍＪの露光
量で照射する。現像液で照射領域のレジストを溶解させ
開口させる。ＢＨＦ溶液で開口部分のＳｉＯ2膜12を溶
解した後、レジストを有機アルカリ液で溶解させる。リ
フトオフ法によってｐ側電極13を非注入領域を除いた領
域に形成する。その後、基板の研磨を行いｎ側電極14を
形成する。
布し、幅５０μｍのリッジ部の領域で、非注入領域の端
から３μｍ（図２中ａ）およびリッジ端部から３μｍ
（図２中ｂ）離れた領域に開口を有するようなフォトマ
スクをウェハに重ね合わせ、紫外線を１００ｍＪの露光
量で照射する。現像液で照射領域のレジストを溶解させ
開口させる。ＢＨＦ溶液で開口部分のＳｉＯ2膜12を溶
解した後、レジストを有機アルカリ液で溶解させる。リ
フトオフ法によってｐ側電極13を非注入領域を除いた領
域に形成する。その後、基板の研磨を行いｎ側電極14を
形成する。
【００２７】次に、上記のようにして作製したウェハを
（１００）面が露出する方向に大気中で所定の共振器長
１．５ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍのバー状にへき開し、
光共振器端面を露出させる。共振器端面の一方に、Ａｌ
2Ｏ3を用いた反射率６±１％（発振波長８０９ｎｍ）に
相当する膜厚を成膜する。反射側の端面にはλ／４酸化
物の積層構造（例えばＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2／（ＳｉＯ2／
ＴｉＯ2）4；へき開面からＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｓｉ
Ｏ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、
ＳｉＯ2およびＴｉＯ2をこの順に積層したもの）を形成
し、９５％以上の反射率とする。このように反射率制御
層を形成したバー状の試料を、幅５００〜６００μｍに
へき開して半導体レーザ素子を作製する。
（１００）面が露出する方向に大気中で所定の共振器長
１．５ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍのバー状にへき開し、
光共振器端面を露出させる。共振器端面の一方に、Ａｌ
2Ｏ3を用いた反射率６±１％（発振波長８０９ｎｍ）に
相当する膜厚を成膜する。反射側の端面にはλ／４酸化
物の積層構造（例えばＡｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2／（ＳｉＯ2／
ＴｉＯ2）4；へき開面からＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｓｉ
Ｏ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、
ＳｉＯ2およびＴｉＯ2をこの順に積層したもの）を形成
し、９５％以上の反射率とする。このように反射率制御
層を形成したバー状の試料を、幅５００〜６００μｍに
へき開して半導体レーザ素子を作製する。
【００２８】次に上記半導体レーザ素子をヒートシンク
にボンディングする。ヒートシンクとして、Ｃｕの上全
面にＮｉ（厚さ５μｍ）をメッキし、さらに素子をボン
ディングする面上に、Ｎｉ（５０〜１５０ｎｍ）、Ｐｔ
（５０〜２００ｎｍ）およびＩｎ（３．５〜５．５μ
ｍ）をこの順に、素子面積の少なくとも４倍の面積に蒸
着したものを用いる。このヒートシンクを１８０〜２２
０度の温度範囲で加熱して、Ｉｎを溶融して、素子のｐ
側をこのＩｎ上にボンディングする。
にボンディングする。ヒートシンクとして、Ｃｕの上全
面にＮｉ（厚さ５μｍ）をメッキし、さらに素子をボン
ディングする面上に、Ｎｉ（５０〜１５０ｎｍ）、Ｐｔ
（５０〜２００ｎｍ）およびＩｎ（３．５〜５．５μ
ｍ）をこの順に、素子面積の少なくとも４倍の面積に蒸
着したものを用いる。このヒートシンクを１８０〜２２
０度の温度範囲で加熱して、Ｉｎを溶融して、素子のｐ
側をこのＩｎ上にボンディングする。
【００２９】上記のようにして作製した半導体レーザ素
子の経時信頼性評価を行った。その評価結果のグラフを
図３および図４に示す。図３中のＣ３に、上記半導体レ
ーザ素子で端面電流非注入領域がない素子を、出力１．
５Ｗ、環境温度６０℃で試験を行った結果を示し、同素
子で出力２．０Ｗ、環境温度６０℃で行った結果をＣ２
に示す。図３中のＣ１に、上記半導体レーザ素子の層構
成のうち引張り歪バリア層がなく、端面電流非注入構造
を有する素子を、出力２．０Ｗ、環境温度６０℃で試験
を行った結果を示す。図４中のＣ４に、引張り歪バリア
層と端面電流非注入領域を設けた本発明の上記半導体レ
ーザ素子を、出力２．０Ｗ、環境温度６０℃で行った結
果を示す。各水準、５素子ずつ試験を行った。
子の経時信頼性評価を行った。その評価結果のグラフを
図３および図４に示す。図３中のＣ３に、上記半導体レ
ーザ素子で端面電流非注入領域がない素子を、出力１．
５Ｗ、環境温度６０℃で試験を行った結果を示し、同素
子で出力２．０Ｗ、環境温度６０℃で行った結果をＣ２
に示す。図３中のＣ１に、上記半導体レーザ素子の層構
成のうち引張り歪バリア層がなく、端面電流非注入構造
を有する素子を、出力２．０Ｗ、環境温度６０℃で試験
を行った結果を示す。図４中のＣ４に、引張り歪バリア
層と端面電流非注入領域を設けた本発明の上記半導体レ
ーザ素子を、出力２．０Ｗ、環境温度６０℃で行った結
果を示す。各水準、５素子ずつ試験を行った。
【００３０】図３のＣ３に示すように、引張り歪バリア
層を有し、端面電流非注入構造を有しない素子は、出力
１．５Ｗで約３０００時間まで駆動しているが、出力
２．０ＷにするとＣ２に示すように約６００〜８００時
間の間に駆動停止している。また、Ｃ１に示すように、
引張り歪バリア層が無く、端面電流非注入構造を有する
素子では、約２５０〜４５０時間の間に駆動停止してい
る。これらに比べ、本発明の引張り歪バリア層と端面電
流非注入構造を有する素子は、図４のＣ４に示すよう
に、出力２．０Ｗで約３０００時間まで駆動しているこ
とがわかる。よって、ＩｎＧａＡｓＰ活性層の上下にＩ
ｎＧａＡｓＰ引張り歪バリア層を設け、さらに端面を電
流非注入構造とすることにより、さらなる出力の向上
と、高い信頼性を得ることができる。
層を有し、端面電流非注入構造を有しない素子は、出力
１．５Ｗで約３０００時間まで駆動しているが、出力
２．０ＷにするとＣ２に示すように約６００〜８００時
間の間に駆動停止している。また、Ｃ１に示すように、
引張り歪バリア層が無く、端面電流非注入構造を有する
素子では、約２５０〜４５０時間の間に駆動停止してい
る。これらに比べ、本発明の引張り歪バリア層と端面電
流非注入構造を有する素子は、図４のＣ４に示すよう
に、出力２．０Ｗで約３０００時間まで駆動しているこ
とがわかる。よって、ＩｎＧａＡｓＰ活性層の上下にＩ
ｎＧａＡｓＰ引張り歪バリア層を設け、さらに端面を電
流非注入構造とすることにより、さらなる出力の向上
と、高い信頼性を得ることができる。
【００３１】また、これまで、リッジ構造を有する半導
体レーザ素子に電流非注入領域を形成する場合、リッジ
溝を形成する工程と端面電流非注入とするためにコンタ
クト層を除去する工程とを行わなければならず、工程が
煩雑であるという問題があった。また、リッジ溝を形成
した後に、再度フォトリソエッチングを行う際、露出し
たエッチング溝にはレジスト材がスピン塗布によって平
坦部に比べて厚く形成され、さらにコンタクト層を選択
的にエッチングするＮＨ3：Ｈ2Ｏ2混合水溶液によって
硬化されるため、レジスト剥離性が低下し溝部にレジス
ト残りが生じ、そのレジストにより溝が汚染し絶縁膜の
密着性が低下したり、後の電極シンター熱処理工程等で
空洞等が生じてレーザ駆動時に放熱性が低下するという
問題があった。また、溝を形成した後、長時間放置され
ることによって溝側面に露出した層を酸化させて結晶欠
陥が増加し、レーザ駆動が停止するという問題もあっ
た。本実施の形態のように、リッジ溝の形成に使用した
マスクを剥離せず端面を電流非注入構造とするためのコ
ンタクト層の除去にも用いることにより、上記のような
信頼性の低下を防止できる。
体レーザ素子に電流非注入領域を形成する場合、リッジ
溝を形成する工程と端面電流非注入とするためにコンタ
クト層を除去する工程とを行わなければならず、工程が
煩雑であるという問題があった。また、リッジ溝を形成
した後に、再度フォトリソエッチングを行う際、露出し
たエッチング溝にはレジスト材がスピン塗布によって平
坦部に比べて厚く形成され、さらにコンタクト層を選択
的にエッチングするＮＨ3：Ｈ2Ｏ2混合水溶液によって
硬化されるため、レジスト剥離性が低下し溝部にレジス
ト残りが生じ、そのレジストにより溝が汚染し絶縁膜の
密着性が低下したり、後の電極シンター熱処理工程等で
空洞等が生じてレーザ駆動時に放熱性が低下するという
問題があった。また、溝を形成した後、長時間放置され
ることによって溝側面に露出した層を酸化させて結晶欠
陥が増加し、レーザ駆動が停止するという問題もあっ
た。本実施の形態のように、リッジ溝の形成に使用した
マスクを剥離せず端面を電流非注入構造とするためのコ
ンタクト層の除去にも用いることにより、上記のような
信頼性の低下を防止できる。
【００３２】次に、本発明の第２の実施の形態による半
導体レーザ素子について説明する。本実施の形態の半導
体レーザ素子は、上記第１の実施の形態による半導体レ
ーザ素子と同様に、ｐ型コンタクト層とその下層のクラ
ッド層が溝状に除去されてできたリッジ構造であり、層
構成についてのみ説明する。
導体レーザ素子について説明する。本実施の形態の半導
体レーザ素子は、上記第１の実施の形態による半導体レ
ーザ素子と同様に、ｐ型コンタクト層とその下層のクラ
ッド層が溝状に除去されてできたリッジ構造であり、層
構成についてのみ説明する。
【００３３】本実施の形態による半導体レーザ素子は、
ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｎ−Ｇａ1- z1Ａｌz1Ａｓクラッ
ド層（0.55≦z1≦0.70）、ｎまたはｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1
Ａｓ 1-y1Ｐy1光導波層（0.4≦x1≦0.49、y1＝x1/0.4
9）、ｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1- y2Ｐy2引張り歪バリア
層（ただし、x2/0.49≦y2≦0.3＋(x2/0.49)、0.8≦y2≦
1.0）、ｉ−Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層（0≦x3≦0.2、y3＝x3/0.49）、ｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2
Ａｓ1-y2Ｐy2引張り歪バリア層（ただし、x2/0.49≦y2
≦0.3＋(x2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、ｐまたはｉ−Ｉｎ
x1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy 1光導波層、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1
Ａｓクラッド層、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層をこの順に
積層してなるものである。なお各クラッド層および各光
導波層はそれぞれＧａＡｓ基板に格子整合する組成比と
する。また、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓクラッド層の中間
にｐ−ＩｎＧａＰエッチング阻止層（厚さ１０ｎｍ）を
設けてもよい。
ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｎ−Ｇａ1- z1Ａｌz1Ａｓクラッ
ド層（0.55≦z1≦0.70）、ｎまたはｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1
Ａｓ 1-y1Ｐy1光導波層（0.4≦x1≦0.49、y1＝x1/0.4
9）、ｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1- y2Ｐy2引張り歪バリア
層（ただし、x2/0.49≦y2≦0.3＋(x2/0.49)、0.8≦y2≦
1.0）、ｉ−Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層（0≦x3≦0.2、y3＝x3/0.49）、ｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2
Ａｓ1-y2Ｐy2引張り歪バリア層（ただし、x2/0.49≦y2
≦0.3＋(x2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、ｐまたはｉ−Ｉｎ
x1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy 1光導波層、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1
Ａｓクラッド層、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層をこの順に
積層してなるものである。なお各クラッド層および各光
導波層はそれぞれＧａＡｓ基板に格子整合する組成比と
する。また、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ａｓクラッド層の中間
にｐ−ＩｎＧａＰエッチング阻止層（厚さ１０ｎｍ）を
設けてもよい。
【００３４】上記各実施の形態では、ＧａＡｓ基板はｎ
型を用いた場合について記述しているが、ｐ型導電性の
基板を用いてもよく、この場合、上記各層の導電性を反
対にすればよい。
型を用いた場合について記述しているが、ｐ型導電性の
基板を用いてもよく、この場合、上記各層の導電性を反
対にすればよい。
【００３５】各層の成長法として、固体あるいはガスを
原料とする分子線エピタキシャル成長法であってもよ
い。
原料とする分子線エピタキシャル成長法であってもよ
い。
【００３６】リッジ部の幅（発光幅）は５０μｍに限定
されるものではなくどのような幅にも対応可能である。
されるものではなくどのような幅にも対応可能である。
【００３７】リッジ溝幅においても、１０μｍに限定さ
れず、最大ではリッジ部分の両脇が端面まで全て溝とな
っていてもよい。
れず、最大ではリッジ部分の両脇が端面まで全て溝とな
っていてもよい。
【００３８】電流非注入領域は、へき開面を含んでへき
開面から５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であればよい。
５μｍより小さいと、第二導電型ＧａＮコンタクト層に
よる電流の広がりによって実質上非電流注入領域を形成
することができず、発熱による端面劣化を起こすため好
ましくない。また、５０μｍより大きく除去すると、非
電流注入領域の光吸収による光損失が大きくなり、光出
力が低減する。
開面から５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であればよい。
５μｍより小さいと、第二導電型ＧａＮコンタクト層に
よる電流の広がりによって実質上非電流注入領域を形成
することができず、発熱による端面劣化を起こすため好
ましくない。また、５０μｍより大きく除去すると、非
電流注入領域の光吸収による光損失が大きくなり、光出
力が低減する。
【００３９】また電流非注入領域は、素子外周に形成さ
れていてもよく、端面の発光領域（リッジ部）のみ、あ
るいは、両端面ではなく光出射端面のみであってもよ
い。
れていてもよく、端面の発光領域（リッジ部）のみ、あ
るいは、両端面ではなく光出射端面のみであってもよ
い。
【００４０】絶縁膜はＰ−ＣＶＤ法以外の成膜法で形成
してもよい。材料もＳｉＯ2に限定されず、絶縁性と加
工性を有していればよい。
してもよい。材料もＳｉＯ2に限定されず、絶縁性と加
工性を有していればよい。
【００４１】本発明の半導体レーザ素子は、高出力まで
高い信頼性を有しているため、アレイ型半導体レーザに
用いたり、光集積回路あるいは高速な情報・画像処理及
び通信、計測、医療、印刷の分野での光源にも応用でき
る。
高い信頼性を有しているため、アレイ型半導体レーザに
用いたり、光集積回路あるいは高速な情報・画像処理及
び通信、計測、医療、印刷の分野での光源にも応用でき
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
素子の一部の層構成を示す断面図
素子の一部の層構成を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図
素子を示す斜視図
【図３】比較例としての半導体レーザ素子の経時信頼性
を示すグラフ
を示すグラフ
【図４】本発明による半導体レーザ素子の経時信頼性を
示すグラフ
示すグラフ
１ ｎ−ＧａＡｓ基板上 ２ ｎ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａｓクラッド層 ３ ｎまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層 ４ ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層 ５ ｉ−Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓ0.75Ｐ0.25量子井戸活
性層 ６ ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層 ７ ｐまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層 ８ ｐ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａｓクラッド層 ９ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 12 絶縁膜 13 ｐ電極 14 ｎ電極 21 リッジ溝
性層 ６ ｉ−Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ引張り歪バリア層 ７ ｐまたはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層 ８ ｐ−Ｇａ0.39Ａｌ0.61Ａｓクラッド層 ９ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 12 絶縁膜 13 ｐ電極 14 ｎ電極 21 リッジ溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国安 利明 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA74 AA86 CA13 CB02 DA05 DA22 EA24 EA28 FA14
Claims (4)
- 【請求項１】 第一導電型ＧａＡｓ基板上に、少なくと
も第一導電型第一クラッド層、第一導電型あるいはｉ型
の第一光導波層、引張り歪を有するｉ型のＩｎx2Ｇａ
1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2第一バリア層（ただし、x2/0.49≦y2
≦0.3＋(x2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、ｉ型のＩｎx3Ｇａ
1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層（ただし、0≦x3≦0.
2、y3＝x3/0.49）、引張り歪を有するｉ型のＩｎx2Ｇａ
1-x2Ａｓ1 -y2Ｐy2第二バリア層（ただし、x2/0.49≦y2
≦0.3＋(x2/0.49)、0.8≦y2≦1.0）、第二導電型あるい
はｉ型の第二光導波層、第二導電型第二クラッド層、第
二導電型コンタクト層がこの順に積層されてなる対向す
る２つの共振器端面を有する半導体レーザ素子におい
て、 前記第一クラッド層および第二クラッド層がそれぞれ前
記ＧａＡｓ基板に格子整合する組成からなり、 前記第一光導波層および第二光導波層がそれぞれ前記Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合する組成からなり、 前記第一バリア層と第二バリア層との合計層厚が１０ｎ
ｍ以上３０ｎｍ以下であり、 前記第一バリア層および第二バリア層が、それぞれ、前
記ＧａＡｓ基板に対して引張り歪を有し、該２つのバリ
ア層に共通する引張り歪量と前記合計層厚の積が０．０
５ｎｍ以上０．２ｎｍ以下である組成からなり、 前記量子井戸活性層が前記ＧａＡｓ基板に格子整合する
組成、あるいは前記基板に対して０．００７までの引張
り歪を有する組成からなり、 前記対向する２つの共振器端面の少なくとも一方の近傍
に電流非注入領域が設けられていることを特徴とする半
導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記電流非注入領域が、前記少なくとも
一方の共振器端面近傍の前記コンタクト層が除去されて
なるものであり、前記第二クラッド層上に残っているコ
ンタクト層上から前記電流非注入領域に露出した前記第
二クラッド層上に渡って絶縁膜が形成されており、該絶
縁膜の一部の領域が電流を注入するために除去されて電
流注入窓が形成されており、少なくとも該電流注入窓を
覆うように前記絶縁膜上の前記電流非注入領域以外の領
域に電極が形成されていることを特徴とする請求項１記
載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記コンタクト層がＧａＡｓからなり、
クラッド層が該コンタクト層のＧａＡｓをエッチングす
るエッチャントによってエッチングされない組成である
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ
素子。 - 【請求項４】 前記電流非注入領域が、端面を含み端面
から素子内部に向けて５μｍ以上５０μｍ以下までの範
囲に形成されていることを特徴とする請求項１、２また
は３記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000360432A JP2002164618A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 半導体レーザ素子 |
| US09/973,814 US6888866B2 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-11 | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| EP05012544A EP1583187B1 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-11 | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face |
| EP01124461A EP1198042B1 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-11 | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| DE60119470T DE60119470T2 (de) | 2000-10-12 | 2001-10-11 | Halbleiterlaser mit Gebiet ohne Stromzuführung in der Nähe einer Resonatorendfläche und zugehöriges Herstellungsverfahren |
| DE60129261T DE60129261T2 (de) | 2000-10-12 | 2001-10-11 | Halbleiterlaser mit Gebiet ohne Stromzuführung in der Nähe einer Resonatorendfläche |
| US11/076,918 US20050164420A1 (en) | 2000-10-12 | 2005-03-11 | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000360432A JP2002164618A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002164618A true JP2002164618A (ja) | 2002-06-07 |
Family
ID=18832034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000360432A Pending JP2002164618A (ja) | 2000-10-12 | 2000-11-28 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002164618A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006351966A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Sony Corp | 多波長半導体レーザ素子 |
| JPWO2020195282A1 (ja) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 |
-
2000
- 2000-11-28 JP JP2000360432A patent/JP2002164618A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006351966A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Sony Corp | 多波長半導体レーザ素子 |
| JPWO2020195282A1 (ja) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | ||
| WO2020195282A1 (ja) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| JP7391944B2 (ja) | 2019-03-25 | 2023-12-05 | パナソニックホールディングス株式会社 | 半導体レーザ素子 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090331 |