JP2002305352A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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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
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- H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子において、高出力発振下で
の信頼性を向上する。 【解決手段】 ｎ−GaAs基板１の(1 0 0)面上にn-GaAs
バッファ層２、n-In0.4 8Ga0.52P下部クラッド層３、n
あるいはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層４、i-GaAs
1-y2Py2引張り歪バリア層５、圧縮歪Ｉｎx3Ga1-x3As
1-y3Ｐy3量子井戸活性層６、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バ
リア層７、p またはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波
層８、p-In0.48Ga0.52P第１上部クラッド層９、GaAsエ
ッチングストップ層10、p-In0.48Ga0.52P第２上部クラ
ッド層11、p-GaAsコンタクト層12を成長し、２本のリッ
ジ溝を形成し、該２本のリッジ溝間のリッジ部上面の、
共振器端面へき開位置から素子内部方向へ３０μｍに亘
る部分のp-GaAsコンタクト層12を除去して電流非注入領
域を形成する。
の信頼性を向上する。 【解決手段】 ｎ−GaAs基板１の(1 0 0)面上にn-GaAs
バッファ層２、n-In0.4 8Ga0.52P下部クラッド層３、n
あるいはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層４、i-GaAs
1-y2Py2引張り歪バリア層５、圧縮歪Ｉｎx3Ga1-x3As
1-y3Ｐy3量子井戸活性層６、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バ
リア層７、p またはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波
層８、p-In0.48Ga0.52P第１上部クラッド層９、GaAsエ
ッチングストップ層10、p-In0.48Ga0.52P第２上部クラ
ッド層11、p-GaAsコンタクト層12を成長し、２本のリッ
ジ溝を形成し、該２本のリッジ溝間のリッジ部上面の、
共振器端面へき開位置から素子内部方向へ３０μｍに亘
る部分のp-GaAsコンタクト層12を除去して電流非注入領
域を形成する。
Description
【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、詳しくは窓構造が形成された半導体レーザ素子に
関するものである。
関し、詳しくは窓構造が形成された半導体レーザ素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子においては、高出力発
振下では端面での電流密度が増大するため、光密度が増
加し端面破壊等が発生してしまい高い信頼性を得ること
が困難となっている。このため、共振器端面近傍に電流
非注入領域を設けるための構造（いわゆる窓構造）が多
く提案されている。
振下では端面での電流密度が増大するため、光密度が増
加し端面破壊等が発生してしまい高い信頼性を得ること
が困難となっている。このため、共振器端面近傍に電流
非注入領域を設けるための構造（いわゆる窓構造）が多
く提案されている。
【０００３】例えば、特開2000-31596号公報には、量子
井戸活性層近傍までクラッド層をエッチングし、ドーパ
ントを添加したクラッド再成長層を形成することによっ
てドーパントが量子井戸層へ拡散し、混晶化されること
によって作製された窓構造が開示されているが、再成長
の過程による熱拡散のばらつきによって拡散深さ、混晶
化が変動してしまい窓構造の再現性が悪いといった問題
点を有している。そのため、高出力発振下において信頼
性の高い半導体レーザを高歩留まりで得ることが困難で
あった。さらに、この構成では素子化のために３回の結
晶成長と２回のドライエッチング工程を行う必要があ
り、実際に製造を行うには煩雑であり、コストが上昇す
ることも懸念される。
井戸活性層近傍までクラッド層をエッチングし、ドーパ
ントを添加したクラッド再成長層を形成することによっ
てドーパントが量子井戸層へ拡散し、混晶化されること
によって作製された窓構造が開示されているが、再成長
の過程による熱拡散のばらつきによって拡散深さ、混晶
化が変動してしまい窓構造の再現性が悪いといった問題
点を有している。そのため、高出力発振下において信頼
性の高い半導体レーザを高歩留まりで得ることが困難で
あった。さらに、この構成では素子化のために３回の結
晶成長と２回のドライエッチング工程を行う必要があ
り、実際に製造を行うには煩雑であり、コストが上昇す
ることも懸念される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、特開平11-29808
6においては、活性層周辺に歪み補償を取り入れた化合
物半導体層構成をとることによる活性層近傍での格子緩
和によりバンドギャップを大きくすることができ、素子
の端面における光の吸収を低減することができる半導体
レーザ素子が提案されている。該半導体層構成をとる
と、へき開による素子化分離を行った際に、発光端部の
格子が緩和されバンドギャップが大きくなり窓部分が自
然に形成されるが、上記の半導体レーザ素子においては
端面まで電流注入領域が形成されているため完全な窓構
造を形成することができないという問題点がある。
6においては、活性層周辺に歪み補償を取り入れた化合
物半導体層構成をとることによる活性層近傍での格子緩
和によりバンドギャップを大きくすることができ、素子
の端面における光の吸収を低減することができる半導体
レーザ素子が提案されている。該半導体層構成をとる
と、へき開による素子化分離を行った際に、発光端部の
格子が緩和されバンドギャップが大きくなり窓部分が自
然に形成されるが、上記の半導体レーザ素子においては
端面まで電流注入領域が形成されているため完全な窓構
造を形成することができないという問題点がある。
【０００５】本発明は上記事情に鑑みて、高歩留まりで
平易な工程で製造可能な精度のよい窓構造を備えた半導
体レーザ素子を提供することを目的とするものである。
平易な工程で製造可能な精度のよい窓構造を備えた半導
体レーザ素子を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【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、GaAs基板上に第一導電型クラッド層、第一光導波
層、GaAs1-y2Py2第一バリア層、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量
子井戸活性層、GaAs1- y2Py2第二バリア層、第二光導波
層、第二導電クラッド層およびGaAsコンタクト層および
電極がこの順に積層され、前記第一導電型および第二導
電型クラッド層が前記GaAs基板に格子整合する組成から
なり、前記第一および第二光導波層が前記GaAs基板に格
子整合するInGaAsP系組成からなり、前記第一および第
二バリア層がそれぞれ前記GaAs基板に対して引張り歪を
有する、層厚１０〜３０ｎｍの層であって、その引張り
歪の歪量×層厚＝５〜２０％ｎｍを満たす組成からな
り、前記InGa1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層が層厚６〜
１０ｎｍの層であって、前記GaAs基板に対して１．０％
以上の圧縮歪を有する組成からなるものであり、前記第
一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪
量と層厚との積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と
層厚との積より大であることを特徴とする半導体レーザ
素子において、少なくとも一方の共振器端面を含む部分
に電流非注入領域が形成されていることを特徴とするも
のである。
子は、GaAs基板上に第一導電型クラッド層、第一光導波
層、GaAs1-y2Py2第一バリア層、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量
子井戸活性層、GaAs1- y2Py2第二バリア層、第二光導波
層、第二導電クラッド層およびGaAsコンタクト層および
電極がこの順に積層され、前記第一導電型および第二導
電型クラッド層が前記GaAs基板に格子整合する組成から
なり、前記第一および第二光導波層が前記GaAs基板に格
子整合するInGaAsP系組成からなり、前記第一および第
二バリア層がそれぞれ前記GaAs基板に対して引張り歪を
有する、層厚１０〜３０ｎｍの層であって、その引張り
歪の歪量×層厚＝５〜２０％ｎｍを満たす組成からな
り、前記InGa1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層が層厚６〜
１０ｎｍの層であって、前記GaAs基板に対して１．０％
以上の圧縮歪を有する組成からなるものであり、前記第
一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪
量と層厚との積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と
層厚との積より大であることを特徴とする半導体レーザ
素子において、少なくとも一方の共振器端面を含む部分
に電流非注入領域が形成されていることを特徴とするも
のである。
【０００７】前記電流非注入領域は、前記端面を含み該
端面から共振器内部方向距離が5μｍ以上50μｍ以下の
範囲に亘る領域に形成されていることが望ましい。
端面から共振器内部方向距離が5μｍ以上50μｍ以下の
範囲に亘る領域に形成されていることが望ましい。
【０００８】前記GaAsコンタクト層を、前記第二導電型
クラッド層上の前記電流非注入領域以外の場所に形成す
ることにより電流非注入領域を形成してもよい。
クラッド層上の前記電流非注入領域以外の場所に形成す
ることにより電流非注入領域を形成してもよい。
【０００９】その他、活性層からコンタクト層までの間
の端面近傍に絶縁層等を設け、電流非注入領域を形成し
てもよい。
の端面近傍に絶縁層等を設け、電流非注入領域を形成し
てもよい。
【００１０】また、上記半導体レーザ素子においては、
前記第二光導波層と第二導電型クラッド層との間に第一
導電型電流狭窄層を備えてもよい。
前記第二光導波層と第二導電型クラッド層との間に第一
導電型電流狭窄層を備えてもよい。
【００１１】ここで、第一導電型と第二導電型とは互い
に導電性が逆であり、例えば第一導電型がｐ型であれ
ば、第二導電型がｎ型であることを示す。
に導電性が逆であり、例えば第一導電型がｐ型であれ
ば、第二導電型がｎ型であることを示す。
【００１２】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、活性層が
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1.0μm帯半導体レーザと比較して耐久性の面
で信頼性が高い。また、GaAsP 引張り歪バリア層を設け
たことによる活性層近傍における格子緩和によりバンド
ギャップを大きくすることができ、素子の光出射端面に
おける光の吸収を低減することができる。さらに結晶層
成長中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活性層に対し、
第一、第二バリア層に引張り歪を付与して前記活性層の
歪の一部を補償する事により、高品質な活性層を形成す
ることができ、且つGaAsP 層の存在により成長中に生じ
るInの表面拡散を抑制することができ、高品質な結晶を
得ることができる。また、GaAsP 引張り歪バリア層によ
って活性層とバリア層との障壁高さを大きくすることに
より、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、素子端面における発熱を低減することが
できる。また、共振器端面近傍に電流非注入領域を設け
たことにより、該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
での発熱をさらに低減できる。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。
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1.0μm帯半導体レーザと比較して耐久性の面
で信頼性が高い。また、GaAsP 引張り歪バリア層を設け
たことによる活性層近傍における格子緩和によりバンド
ギャップを大きくすることができ、素子の光出射端面に
おける光の吸収を低減することができる。さらに結晶層
成長中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活性層に対し、
第一、第二バリア層に引張り歪を付与して前記活性層の
歪の一部を補償する事により、高品質な活性層を形成す
ることができ、且つGaAsP 層の存在により成長中に生じ
るInの表面拡散を抑制することができ、高品質な結晶を
得ることができる。また、GaAsP 引張り歪バリア層によ
って活性層とバリア層との障壁高さを大きくすることに
より、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、素子端面における発熱を低減することが
できる。また、共振器端面近傍に電流非注入領域を設け
たことにより、該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
での発熱をさらに低減できる。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。
【００１３】前記GaAsコンタクト層を、前記第二導電型
クラッド層上の前記電流非注入領域以外の場所に形成す
ることにより電流非注入領域を構成するものであれば、
非常に容易に、かつ確実に電流非注入領域を構成するこ
とができる。
クラッド層上の前記電流非注入領域以外の場所に形成す
ることにより電流非注入領域を構成するものであれば、
非常に容易に、かつ確実に電流非注入領域を構成するこ
とができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による半導
体レーザ素子についてその製造過程に沿って説明する。
その半導体レーザ素子の製造過程の斜視図を図１に示
す。
体レーザ素子についてその製造過程に沿って説明する。
その半導体レーザ素子の製造過程の斜視図を図１に示
す。
【００１５】図１（ａ）に示すように、有機金属気相成
長法によりｎ−GaAs基板１の(1 0 0)面上にn-GaAsバッ
ファ層２、n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層３、n ある
いはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層４、i-GaAs1-y2Py2
引張り歪バリア層５、圧縮歪Ｉｎx3Ga1-x3As1-y3Ｐy3量
子井戸活性層６、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層７、p
またはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層８、p-In
0.48Ga0.52P第１上部クラッド層９、GaAsエッチングス
トップ層10、p-In0.48Ga0.52P第２上部クラッド層11、p
-GaAsコンタクト層12を成長する。
長法によりｎ−GaAs基板１の(1 0 0)面上にn-GaAsバッ
ファ層２、n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層３、n ある
いはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層４、i-GaAs1-y2Py2
引張り歪バリア層５、圧縮歪Ｉｎx3Ga1-x3As1-y3Ｐy3量
子井戸活性層６、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層７、p
またはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層８、p-In
0.48Ga0.52P第１上部クラッド層９、GaAsエッチングス
トップ層10、p-In0.48Ga0.52P第２上部クラッド層11、p
-GaAsコンタクト層12を成長する。
【００１６】その後、レジスト（図示せず）を塗布し通
常のリソグラフィーにより上記基板１のオリエンテーシ
ョンフラットに平行でレーザのへき開面に垂直方向にな
るように、１０μｍ幅のストライプ部を５０μｍの間隔
で開口させて二本のリッジ溝パタ−ンを形成し、該パタ
ーンに沿って酒石酸でp-GaAsコンタクト層12をエッチン
グ除去し、引き続き塩酸溶液でp-In0.48Ga0.52P第２上
部クラッド層11をエッチング除去する。次に、先に形成
した二本のリッジ溝間のリッジ部上面の、共振器端面へ
き開位置から素子内部方向へ３０μｍに亘る部分（図１
（ｂ）中斜線で示す部分13）のレジストを開口し、NH3:
H2O2混合水溶液を用いてこの開口により露出されたp-Ga
Asコンタクト層12を除去して電流非注入領域を形成する
と共に、リッジ溝底面のGaAsエッチングストップ層10を
除去し、その後レジストを剥離する（図１（ｂ）参
照）。
常のリソグラフィーにより上記基板１のオリエンテーシ
ョンフラットに平行でレーザのへき開面に垂直方向にな
るように、１０μｍ幅のストライプ部を５０μｍの間隔
で開口させて二本のリッジ溝パタ−ンを形成し、該パタ
ーンに沿って酒石酸でp-GaAsコンタクト層12をエッチン
グ除去し、引き続き塩酸溶液でp-In0.48Ga0.52P第２上
部クラッド層11をエッチング除去する。次に、先に形成
した二本のリッジ溝間のリッジ部上面の、共振器端面へ
き開位置から素子内部方向へ３０μｍに亘る部分（図１
（ｂ）中斜線で示す部分13）のレジストを開口し、NH3:
H2O2混合水溶液を用いてこの開口により露出されたp-Ga
Asコンタクト層12を除去して電流非注入領域を形成する
と共に、リッジ溝底面のGaAsエッチングストップ層10を
除去し、その後レジストを剥離する（図１（ｂ）参
照）。
【００１７】次に、図１（ｃ）に示すように、CVD法に
よりSiO2絶縁膜14を形成し、さらにその上にレジスト
（図示しない）を塗布して、先に形成された５０μｍ幅
のリッジ部上面のコンタクト層12が形成されている部分
に開口を設け、該開口により露出された部分のSiO2膜14
をエッチングにより除去し電流注入領域15（図１（ｃ）
中斜線で示す領域）のコンタクト層12を露出させる。レ
ジストを剥離した後、再度フォトリソグラフィ法によ
り、電流注入領域15を含む図中点線で囲まれた部分が開
口されたレジストパターンを形成する。このレジストパ
ターンの幅は６０μｍとされており、各素子の各へき開
面位置から３０μｍまでの素子外周部に相当する箇所に
レジストが形成された状態となっている。そのレジスト
パターン上に真空蒸着法によってTi/Pt/Au電極材を蒸着
させ、レジスト上に蒸着した電極材をレジストごと剥離
することにより、レジストパターンの開口部であった点
線で囲まれた部分に電極17を形成する（図１（ｄ）参
照）。
よりSiO2絶縁膜14を形成し、さらにその上にレジスト
（図示しない）を塗布して、先に形成された５０μｍ幅
のリッジ部上面のコンタクト層12が形成されている部分
に開口を設け、該開口により露出された部分のSiO2膜14
をエッチングにより除去し電流注入領域15（図１（ｃ）
中斜線で示す領域）のコンタクト層12を露出させる。レ
ジストを剥離した後、再度フォトリソグラフィ法によ
り、電流注入領域15を含む図中点線で囲まれた部分が開
口されたレジストパターンを形成する。このレジストパ
ターンの幅は６０μｍとされており、各素子の各へき開
面位置から３０μｍまでの素子外周部に相当する箇所に
レジストが形成された状態となっている。そのレジスト
パターン上に真空蒸着法によってTi/Pt/Au電極材を蒸着
させ、レジスト上に蒸着した電極材をレジストごと剥離
することにより、レジストパターンの開口部であった点
線で囲まれた部分に電極17を形成する（図１（ｄ）参
照）。
【００１８】その後、400℃でシンタリングを行った後
にn-GaAs基板１側を１００μｍ厚まで研磨し、AuGe/Ni/
Au電極18を研磨面に真空蒸着し、再び350℃でシンタリ
ングを行う。
にn-GaAs基板１側を１００μｍ厚まで研磨し、AuGe/Ni/
Au電極18を研磨面に真空蒸着し、再び350℃でシンタリ
ングを行う。
【００１９】その後、図２に示すように試料を共振器端
面設定位置でへき開して形成したレーザーアレーバー60
の共振器端面の一面に高反射率コート61、他面に低反射
率コート62をそれぞれ施す。さらにレーザアレーバー60
を各レーザ素子端面位置でへき開しチップ化してレーザ
素子を形成する。
面設定位置でへき開して形成したレーザーアレーバー60
の共振器端面の一面に高反射率コート61、他面に低反射
率コート62をそれぞれ施す。さらにレーザアレーバー60
を各レーザ素子端面位置でへき開しチップ化してレーザ
素子を形成する。
【００２０】なお、各クラッド層３，11および各光導波
層４，８はそれぞれGaAs基板１に格子整合する組成比と
する。また、本実施形態においては、量子井戸活性層６
は基板１に対して１．５％の圧縮歪を有する組成としそ
の層厚を６ｎｍとし、また、引張り歪バリア層５，７は
基板１に対する歪量が０．７％となる組成としてその層
厚を１０ｎｍとした。なお、各層の歪、および層厚は必
ずしも上記値に限るものではなく、量子井戸活性層６の
層厚が６〜１０ｎｍの範囲で所定の厚さで、基板１に対
して１．０％以上３．０％以下、より好ましくは１．０
％以上２．５％以下の圧縮歪を有する組成であり、引張
り歪バリア層５，７が層厚１０〜３０ｎｍの範囲の所定
の厚さで、歪量×層厚＝５〜２０％ｎｍとなる組成であ
り、引張り歪バリア層５の歪量と層厚との積と引張り歪
バリア層７の歪量と層厚との積との和が、量子井戸活性
層６の歪量と層厚との積より大きくなる、より好ましく
は−３％ｎｍ以上大きくなる歪量、層厚であればよい。
又、発光領域幅は上記値に限定されるものではなく、リ
ッジ溝幅も同様に１０μｍに限らず、素子周辺までわた
って形成されても構わない。一般に歪量Δaは次に示す
式によって定義される。GaAs基板の格子定数をaGaAs、
対象となるバリア層の格子定数をaとした場合、GaAs基
板に対する歪量は Δa=(a―aGaAs)/aGaAs×100%で示さ
れ、Δａの値が正であれば圧縮歪、負であれば引張り歪
を意味する。
層４，８はそれぞれGaAs基板１に格子整合する組成比と
する。また、本実施形態においては、量子井戸活性層６
は基板１に対して１．５％の圧縮歪を有する組成としそ
の層厚を６ｎｍとし、また、引張り歪バリア層５，７は
基板１に対する歪量が０．７％となる組成としてその層
厚を１０ｎｍとした。なお、各層の歪、および層厚は必
ずしも上記値に限るものではなく、量子井戸活性層６の
層厚が６〜１０ｎｍの範囲で所定の厚さで、基板１に対
して１．０％以上３．０％以下、より好ましくは１．０
％以上２．５％以下の圧縮歪を有する組成であり、引張
り歪バリア層５，７が層厚１０〜３０ｎｍの範囲の所定
の厚さで、歪量×層厚＝５〜２０％ｎｍとなる組成であ
り、引張り歪バリア層５の歪量と層厚との積と引張り歪
バリア層７の歪量と層厚との積との和が、量子井戸活性
層６の歪量と層厚との積より大きくなる、より好ましく
は−３％ｎｍ以上大きくなる歪量、層厚であればよい。
又、発光領域幅は上記値に限定されるものではなく、リ
ッジ溝幅も同様に１０μｍに限らず、素子周辺までわた
って形成されても構わない。一般に歪量Δaは次に示す
式によって定義される。GaAs基板の格子定数をaGaAs、
対象となるバリア層の格子定数をaとした場合、GaAs基
板に対する歪量は Δa=(a―aGaAs)/aGaAs×100%で示さ
れ、Δａの値が正であれば圧縮歪、負であれば引張り歪
を意味する。
【００２１】本半導体レーザは、活性層６にAlを含まな
いために耐久性が高く、また、GaAsP引張り歪バリア層
５，７を備えたことによる活性層近傍における格子緩和
によりバンドギャップを大きくすることができ、素子の
光出射端面における光の吸収を低減することができる。
さらに結晶成長中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活性
層６に対し、引張り歪バリア層５，７に引張り歪を付与
して、前記活性層６の歪の一部を補償する事により、高
品質な活性層６を形成することができる。また、GaAsP
引張り歪バリア層５，７により活性層とバリア層との障
壁高さを大きくすることにより、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。以上
の効果により、駆動電流を低減することができ、素子端
面における発熱を低減することができる。さらに、共振
器端面近傍の領域にp-GaAsコンタクト層12が除去された
電流非注入領域が設けられたことにより、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。従って、低出力から高出力発振時まで信頼性の高い
ビームを得ることができる。
いために耐久性が高く、また、GaAsP引張り歪バリア層
５，７を備えたことによる活性層近傍における格子緩和
によりバンドギャップを大きくすることができ、素子の
光出射端面における光の吸収を低減することができる。
さらに結晶成長中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活性
層６に対し、引張り歪バリア層５，７に引張り歪を付与
して、前記活性層６の歪の一部を補償する事により、高
品質な活性層６を形成することができる。また、GaAsP
引張り歪バリア層５，７により活性層とバリア層との障
壁高さを大きくすることにより、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。以上
の効果により、駆動電流を低減することができ、素子端
面における発熱を低減することができる。さらに、共振
器端面近傍の領域にp-GaAsコンタクト層12が除去された
電流非注入領域が設けられたことにより、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。従って、低出力から高出力発振時まで信頼性の高い
ビームを得ることができる。
【００２２】なお、上記実施の形態では、マルチモード
発振するレーザについて述べたが、３μｍ程度の狭スト
ライプ半導体レーザ素子も同様にして作製することがで
きる。
発振するレーザについて述べたが、３μｍ程度の狭スト
ライプ半導体レーザ素子も同様にして作製することがで
きる。
【００２３】上記実施の形態では、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。
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。
【００２４】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を採用してもよ
い。
原料とする分子線エピタキシャル成長法を採用してもよ
い。
【００２５】上記実施形態においては、非注入領域は、
共振器端面から素子内部方向へ距３０μｍに亘る領域と
したが、端面から５μｍに亘る領域以上の範囲であり、
かつ端面から５０μｍに亘る領域以下の範囲であればよ
い。なお、電流非注入領域は、端面から共振器内部方向
距離が５μｍより小さいと、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
く、５０μｍより大きいと、電流非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。
共振器端面から素子内部方向へ距３０μｍに亘る領域と
したが、端面から５μｍに亘る領域以上の範囲であり、
かつ端面から５０μｍに亘る領域以下の範囲であればよ
い。なお、電流非注入領域は、端面から共振器内部方向
距離が５μｍより小さいと、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
く、５０μｍより大きいと、電流非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。
【００２６】また非注入領域は、両端面ではなく一方の
端面であっても光密度増大による端面破壊抑制の効果を
得ることができる。
端面であっても光密度増大による端面破壊抑制の効果を
得ることができる。
【００２７】次に、本発明の第二の実施形態に係る半導
体レーザの断面図を作成工程とともに図３に示す。以下
に、本半導体レーザの層構成を作成方法と併せて説明す
る。
体レーザの断面図を作成工程とともに図３に示す。以下
に、本半導体レーザの層構成を作成方法と併せて説明す
る。
【００２８】図３（ａ）に示すように、有機金属気相成
長法によりn-GaAs基板21の(1 0 0)面上にn-GaAsバッフ
ァ層22、n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層23、n あるい
はi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層24、i-GaAs1-y2Py2引
張り歪バリア層25、圧縮歪Inx 3Ga1-x3As1-y3Py3量子井
戸活性層26、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層27、pまた
はi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層28、p-In0.48Ga
0.52P第１上部クラッド層29、GaAsエッチングストップ
層30、n-In0.48Ga0.52P狭窄層31、GaAsキャップ層32を
成長する。
長法によりn-GaAs基板21の(1 0 0)面上にn-GaAsバッフ
ァ層22、n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層23、n あるい
はi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層24、i-GaAs1-y2Py2引
張り歪バリア層25、圧縮歪Inx 3Ga1-x3As1-y3Py3量子井
戸活性層26、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層27、pまた
はi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層28、p-In0.48Ga
0.52P第１上部クラッド層29、GaAsエッチングストップ
層30、n-In0.48Ga0.52P狭窄層31、GaAsキャップ層32を
成長する。
【００２９】その後、フォトリソグラフィ法を用いて基
板に対して順メサ方向に3μｍストライプの開口領域が
形成されたレジストパターンを作成し、酒石酸混合溶液
でGaAsキャップ層32をエッチングする。レジスト剥離
後、開口が形成されたGaAsキャップ層32をマスクとして
塩酸溶液でn-In0.48Ga0.52P狭窄層31をエッチングす
る。更に酒石酸混合液で残りのGaAsキャップ層32、およ
び狭窄層31のエッチングにより露出された部分のGaAsエ
ッチングストップ層30を除去する（図３（ｂ）参照）。
板に対して順メサ方向に3μｍストライプの開口領域が
形成されたレジストパターンを作成し、酒石酸混合溶液
でGaAsキャップ層32をエッチングする。レジスト剥離
後、開口が形成されたGaAsキャップ層32をマスクとして
塩酸溶液でn-In0.48Ga0.52P狭窄層31をエッチングす
る。更に酒石酸混合液で残りのGaAsキャップ層32、およ
び狭窄層31のエッチングにより露出された部分のGaAsエ
ッチングストップ層30を除去する（図３（ｂ）参照）。
【００３０】次に、図３（ｃ）に示すように、再び有機
金属気相成長法によりp-In0.48Ga0. 52P第２上部クラッ
ド層33、p-GaAsコンタクト層34を形成する。フォトリソ
グラフィ法を用いて、図中点線で囲まれた部分が開口さ
れたレジストパターンを形成する。このレジストパター
ンの幅は６０μｍとされており、各素子の各へき開面位
置から３０μｍまでの素子外周部に相当する箇所にレジ
ストが形成された状態となっている。そのレジストパタ
ーン上に真空蒸着法によってTi/Pt/Au電極材を蒸着さ
せ、レジスト上に蒸着した電極材をレジストごと剥離す
ることにより、レジストパターンの開口部であった点線
で囲まれた部分に電極35を形成する。更にこの電極35を
マスクとしてNH3:H2O2水溶液を用い、素子外周部のp-Ga
Asコンタクト層34をエッチング除去する（図４（ｄ）参
照）。このコンタクト層34が除去された領域が電流非注
入領域に相当する。
金属気相成長法によりp-In0.48Ga0. 52P第２上部クラッ
ド層33、p-GaAsコンタクト層34を形成する。フォトリソ
グラフィ法を用いて、図中点線で囲まれた部分が開口さ
れたレジストパターンを形成する。このレジストパター
ンの幅は６０μｍとされており、各素子の各へき開面位
置から３０μｍまでの素子外周部に相当する箇所にレジ
ストが形成された状態となっている。そのレジストパタ
ーン上に真空蒸着法によってTi/Pt/Au電極材を蒸着さ
せ、レジスト上に蒸着した電極材をレジストごと剥離す
ることにより、レジストパターンの開口部であった点線
で囲まれた部分に電極35を形成する。更にこの電極35を
マスクとしてNH3:H2O2水溶液を用い、素子外周部のp-Ga
Asコンタクト層34をエッチング除去する（図４（ｄ）参
照）。このコンタクト層34が除去された領域が電流非注
入領域に相当する。
【００３１】その後、400℃でシンタリングを行った
後、n-GaAs基板21を１００μｍ厚まで研磨し、AuGe/Ni/
Au電極36を研磨面に真空蒸着し、350℃で再びシンタリ
ングを行う。
後、n-GaAs基板21を１００μｍ厚まで研磨し、AuGe/Ni/
Au電極36を研磨面に真空蒸着し、350℃で再びシンタリ
ングを行う。
【００３２】その後、試料を両端面設定位置でへき開し
て形成したレーザーアレーバーの共振器面の一面に高反
射率コート、他面に低反射率コートをそれぞれ施す。さ
らに、レーザアレーバーを各レーザ素子毎にへき開しチ
ップ化してレーザ素子を形成する。
て形成したレーザーアレーバーの共振器面の一面に高反
射率コート、他面に低反射率コートをそれぞれ施す。さ
らに、レーザアレーバーを各レーザ素子毎にへき開しチ
ップ化してレーザ素子を形成する。
【００３３】なお、狭窄層が開口した発光領域幅は上記
値に限定されるものではない。
値に限定されるものではない。
【００３４】本半導体レーザ素子の各層の組成、歪量、
層厚等は上記第１の実施形態のものと略同一であり、同
様の効果を奏する。また本素子においても、共振器端面
近傍の領域にp-GaAsコンタクト層34が除去された電流非
注入領域が設けられたことにより、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。従っ
て、低出力から高出力発振時まで信頼性の高い単一横モ
ードのビームを得ることができる。
層厚等は上記第１の実施形態のものと略同一であり、同
様の効果を奏する。また本素子においても、共振器端面
近傍の領域にp-GaAsコンタクト層34が除去された電流非
注入領域が設けられたことにより、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。従っ
て、低出力から高出力発振時まで信頼性の高い単一横モ
ードのビームを得ることができる。
【００３５】次に本発明の半導体レーザ素子を備えたレ
ーザ発光装置について図５を参照して説明する。図５に
示すレーザ発光装置は、例えば、上記第二の実施形態で
説明した単一横モード光を出射する半導体レーザ素子81
と、該半導体レーザ素子81と同軸上にマウントされて半
導体レーザ素子81から出射する光の波長をロックする導
波路グレーティング82と、波長がロックされた半導体レ
ーザ素子81から出射されたレーザ光の直接照射を受け
て、該レーザ光の波長を１／２の波長に変換して第二高
調波を発生させる光波長変換素子83とを備えるものであ
る。ここで、光波長変換素子83は、LiNbO3基板（ＬＮ基
板）に光導波路を形成し、この光導波路に同期ドメイン
反転構造を形成してなる第二高調波発生素子（ＳＨＧ素
子）である。なお、半導体レーザ素子81、導波路グレー
ティング82および光波長変換素子83はペルチェ素子90上
に配されており、このペルチェ素子90により温度調節さ
れている。
ーザ発光装置について図５を参照して説明する。図５に
示すレーザ発光装置は、例えば、上記第二の実施形態で
説明した単一横モード光を出射する半導体レーザ素子81
と、該半導体レーザ素子81と同軸上にマウントされて半
導体レーザ素子81から出射する光の波長をロックする導
波路グレーティング82と、波長がロックされた半導体レ
ーザ素子81から出射されたレーザ光の直接照射を受け
て、該レーザ光の波長を１／２の波長に変換して第二高
調波を発生させる光波長変換素子83とを備えるものであ
る。ここで、光波長変換素子83は、LiNbO3基板（ＬＮ基
板）に光導波路を形成し、この光導波路に同期ドメイン
反転構造を形成してなる第二高調波発生素子（ＳＨＧ素
子）である。なお、半導体レーザ素子81、導波路グレー
ティング82および光波長変換素子83はペルチェ素子90上
に配されており、このペルチェ素子90により温度調節さ
れている。
【００３６】光波長変換素子83からの出射光はビームス
プリッタ86により一部が分岐されて受光素子87によって
検出され、この検出された光強度信号は、図示しない自
動光出力制御回路(Automatic power control circuit)
にフィードバックされる。ＡＰＣ回路はこの光強度信号
に基づいて、該光強度が一定となるように、半導体レー
ザ素子81に供給する駆動電流の値を変化させ、それによ
りレーザービームの光出力を所定の値に制御する。
プリッタ86により一部が分岐されて受光素子87によって
検出され、この検出された光強度信号は、図示しない自
動光出力制御回路(Automatic power control circuit)
にフィードバックされる。ＡＰＣ回路はこの光強度信号
に基づいて、該光強度が一定となるように、半導体レー
ザ素子81に供給する駆動電流の値を変化させ、それによ
りレーザービームの光出力を所定の値に制御する。
【００３７】上記のレーザ発光装置は、高出力発振時に
も信頼性の高い本発明の半導体レーザ素子を光源として
用いたことにより、安定した出力のレーザ発光装置とし
て使用され得る。
も信頼性の高い本発明の半導体レーザ素子を光源として
用いたことにより、安定した出力のレーザ発光装置とし
て使用され得る。
【００３８】また、本発明による半導体レーザ素子は、
上記実施の形態以外に、アレイ型半導体レーザ素子や光
集積回路等の実装にも利用可能である。
上記実施の形態以外に、アレイ型半導体レーザ素子や光
集積回路等の実装にも利用可能である。
【００３９】さらに、本発明の半導体レーザ素子および
装置は、低出力から高出力まで信頼性の高いレーザ光を
出射できるので、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として応用可能である。
装置は、低出力から高出力まで信頼性の高いレーザ光を
出射できるので、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として応用可能である。
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
素子の製造過程を示す斜視図
素子の製造過程を示す斜視図
【図２】共振器端面でへき開したアレーバーを示す斜視
図
図
【図３】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
素子の製造過程を示す斜視図
素子の製造過程を示す斜視図
【図４】本発明の半導体レーザ素子を用いたレーザ発光
装置の一実施の形態を示す概略構成図
装置の一実施の形態を示す概略構成図
１ ｎ-GaAs基板 ２ n-GaAsバッファ層 ３ n-In0.48Ga0.52P下部クラッド層 ４ nあるいはi-Inx1Ga1-X1As1-y1Py1光導波層 ５ i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層 ６ 圧縮歪Inx3Ga1-X3As1-y3Py3量子井戸活性層 ７ i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層 ８ ｐまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層 ９ p-In0.48Ga0.52P第１上部クラッド層 10 GaAsエッチングストップ層 11 p-In0.48Ga0.52P第２上部クラッド層 12 p-GaAsコンタクト層 13 非注入領域に相当する部分 14 SiO2絶縁膜 15 非注入領域を除いた電流注入領域 16 レジストパターン(電極除去領域) 17 Ti/Pt/Au電極 18 AuGe/Ni/Au電極 60 レーザーアレーバー 61 高反射率コート 62 低反射率コート 81 単一モード半導体レーザ 82 導波路グレーティング 83 波長変換素子 86 ビームスプリッタ 87 受光素子 90 ペルチェ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA11 AA13 AA45 AA73 AA83 AA87 CA13 DA35 EA28
Claims (4)
- 【請求項１】 GaAs基板上に第一導電型クラッド層、第
一光導波層、GaAs1- y2Py2第一バリア層、Inx3Ga1-x3As
1-y3Py3量子井戸活性層、GaAs1-y2Py2第二バリア層、第
二光導波層、第二導電クラッド層およびGaAsコンタクト
層および電極がこの順に積層され、 前記第一導電型および第二導電型クラッド層が前記GaAs
基板に格子整合する組成からなり、 前記第一および第二光導波層が前記GaAs基板に格子整合
するInGaAsP系組成からなり、 前記第一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する、層厚１０〜３０ｎｍの層であ
って、その引張り歪の歪量×層厚＝５〜２０％ｎｍを満
たす組成からなり、 前記InGa1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層が層厚６〜１０
ｎｍの層であって、前記GaAs基板に対して１．０％以上
の圧縮歪を有する組成からなるものであり、前記第一バ
リア層の歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪量と
層厚との積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と層厚
との積より大であることを特徴とする半導体レーザ素子
において、 少なくとも一方の共振器端面を含む部分に電流非注入領
域が形成さ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、前記端面を含み
該端面から共振器内部方向距離が5μｍ以上50μｍ以下
の範囲に亘る領域に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GaAsコンタクト層が、前記第二導電
型クラッド層上の前記電流非注入領域以外の場所に形成
されてい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】 前記第二光導波層と第二導電型クラッド
層との間に第一導電型電流狭窄層を備えてなることを特
徴とする請求項１から３いずれか１項記載の半導体レー
ザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001106833A JP2002305352A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 半導体レーザ素子 |
| US10/114,059 US6744797B2 (en) | 2001-04-05 | 2002-04-03 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001106833A JP2002305352A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18959272
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001106833A Pending JP2002305352A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 半導体レーザ素子 |
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|---|---|
| US (1) | US6744797B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002305352A (ja) |
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