JP2585230B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- semiconductor layer
- semiconductor
- laser device
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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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- 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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- 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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザの構造に係り、特に民生用にお
いて要求される高出力半導体レーザに関する。
いて要求される高出力半導体レーザに関する。
光デイスク書き込みおよび読み出しの光源として用い
るために、発振波長が780〜830nmの、縦単一モードで、
非点収差のない半導体レーザ装置が要求されている。こ
れらの要求を満足するものとして、自己整合型半導体レ
ーザ装置が有力な候補である。従来この自己整合型レー
ザ装置については、S.Nakatsukaらにより報告されてい
る。（第15回固体素子材料コンフアレンス・アブストラ
クト第297〜300頁（1983年）（Extended Abstracts of
the 15th Conference on Solid State Device and Mate
rials（1983）p.297〜300頁参照）。
るために、発振波長が780〜830nmの、縦単一モードで、
非点収差のない半導体レーザ装置が要求されている。こ
れらの要求を満足するものとして、自己整合型半導体レ
ーザ装置が有力な候補である。従来この自己整合型レー
ザ装置については、S.Nakatsukaらにより報告されてい
る。（第15回固体素子材料コンフアレンス・アブストラ
クト第297〜300頁（1983年）（Extended Abstracts of
the 15th Conference on Solid State Device and Mate
rials（1983）p.297〜300頁参照）。
この従来技術による自己整合型半導体レーザ装置の構
造を第２図に示す。この構造の半導体レーザ装置を作製
する時、溝ストライプを形成する際に、溝底部のp-GaAl
Asクラツド層が大気中に露出される。ところが、このp-
GaAlAsクラツド層は、非常に酸化されやすいため、大気
にさらされると同時に露出面が酸化される。次に、p-Ga
AlAsクラツドの露出面及びｎ型GaAs電流狭窄層上に結晶
を再成長させても、この酸化物は成長界面に存在したま
まとなる。しかもこの酸化物は電流通路に存在する。
造を第２図に示す。この構造の半導体レーザ装置を作製
する時、溝ストライプを形成する際に、溝底部のp-GaAl
Asクラツド層が大気中に露出される。ところが、このp-
GaAlAsクラツド層は、非常に酸化されやすいため、大気
にさらされると同時に露出面が酸化される。次に、p-Ga
AlAsクラツドの露出面及びｎ型GaAs電流狭窄層上に結晶
を再成長させても、この酸化物は成長界面に存在したま
まとなる。しかもこの酸化物は電流通路に存在する。
上記従来技術は、前記界面の酸化物が原因で、作製さ
れた素子の電流電圧特性の電流のたち上がり電圧は1.9
V、素子抵抗は５Ωといつたように電気特性が非常に悪
いため、歩留まりは悪かつた。また、この界面の酸化物
により素子の寿命はたいへん短かく、信頼性にも欠けて
いた。
れた素子の電流電圧特性の電流のたち上がり電圧は1.9
V、素子抵抗は５Ωといつたように電気特性が非常に悪
いため、歩留まりは悪かつた。また、この界面の酸化物
により素子の寿命はたいへん短かく、信頼性にも欠けて
いた。
本発明の目的は、自己整合型半導体レーザ装置の信頼
性を向上させ、素子を歩留まりよく提供することにあ
る。
性を向上させ、素子を歩留まりよく提供することにあ
る。
上記目的は、溝ストライプ形成時に大気中に露出され
るストライプ底部の半導体層を構成する半導体のAlモル
比が、クラツド層を構成する半導体のAlモル比よりも小
さく、且活性層を構成する半導体のAlモル比よりも小さ
いかもしくは等しい半導体からなる界面改良層で形成す
ることにより、もしくは溝ストライプ形成時に大気中に
露出されるストライプ底部の半導体すなわち界面改良層
11を構成する半導体のAlモル比を、クラツド層４を構成
する半導体のAlモル比よりも小さくし、且埋込みクラツ
ド層６の屈折率をクラツド層４の屈折率より小さくする
ことにより、もしくは溝ストライプ形成時に大気中に露
出されるストライプ底部の半導体層を、クラツド層のAl
モル比よりも小さく且活性層のAlモル比よりも大きい半
導体層からなる界面改良層で形成することにより達成さ
れる。なお、界面改良層の半導体は、活性層よりも禁制
帯幅が広いため、界面改良層による吸収損失は全くな
い。
るストライプ底部の半導体層を構成する半導体のAlモル
比が、クラツド層を構成する半導体のAlモル比よりも小
さく、且活性層を構成する半導体のAlモル比よりも小さ
いかもしくは等しい半導体からなる界面改良層で形成す
ることにより、もしくは溝ストライプ形成時に大気中に
露出されるストライプ底部の半導体すなわち界面改良層
11を構成する半導体のAlモル比を、クラツド層４を構成
する半導体のAlモル比よりも小さくし、且埋込みクラツ
ド層６の屈折率をクラツド層４の屈折率より小さくする
ことにより、もしくは溝ストライプ形成時に大気中に露
出されるストライプ底部の半導体層を、クラツド層のAl
モル比よりも小さく且活性層のAlモル比よりも大きい半
導体層からなる界面改良層で形成することにより達成さ
れる。なお、界面改良層の半導体は、活性層よりも禁制
帯幅が広いため、界面改良層による吸収損失は全くな
い。
溝ストライプ形成時に大気中に露出されるストライプ
底部の半導体層すなわち界面改良層を形成している半導
体のAlモル比を、クラツド層を形成している半導体のAl
モル比よりも小さく且、活性層を形成している半導体の
Alモル比よりも小さいかもしくは等しくすることによ
り、溝ストライプ形成時に大気中に露出する面に酸化物
が生成されなくなる。この効果は、Alを組成の１構成原
子とする半導体において、Alモル比が小さいほど著し
い。したがつて、界面改良層を形成している半導体のAl
モル比を活性層を形成している半導体のAlモル比よりも
小さいかもしくは等しくすることにより、上記効果は顕
著に現われる。上記酸化物は、自己整合型半導体レーザ
装置の電気的特性及び光学的特性に悪影響を及ぼし歩留
まりを悪くさせ、また、信頼性を低下させる原因となつ
ていた。したがつて、上述した酸化物が生成されなくな
つたことにより、歩留まりよく、高い信頼性を有する半
導体レーザ装置が得られるようになつた。
底部の半導体層すなわち界面改良層を形成している半導
体のAlモル比を、クラツド層を形成している半導体のAl
モル比よりも小さく且、活性層を形成している半導体の
Alモル比よりも小さいかもしくは等しくすることによ
り、溝ストライプ形成時に大気中に露出する面に酸化物
が生成されなくなる。この効果は、Alを組成の１構成原
子とする半導体において、Alモル比が小さいほど著し
い。したがつて、界面改良層を形成している半導体のAl
モル比を活性層を形成している半導体のAlモル比よりも
小さいかもしくは等しくすることにより、上記効果は顕
著に現われる。上記酸化物は、自己整合型半導体レーザ
装置の電気的特性及び光学的特性に悪影響を及ぼし歩留
まりを悪くさせ、また、信頼性を低下させる原因となつ
ていた。したがつて、上述した酸化物が生成されなくな
つたことにより、歩留まりよく、高い信頼性を有する半
導体レーザ装置が得られるようになつた。
なお、界面改良層を構成している半導体のAlモル比
は、活性層を形成している半導体層のAlモル比よりも小
さい半導体で構成しているため、界面改良層の禁制帯幅
は活性層の禁制帯幅よりも小さい。したがつてこの層に
よる吸収損失はなく、光学特性に影響はない。
は、活性層を形成している半導体層のAlモル比よりも小
さい半導体で構成しているため、界面改良層の禁制帯幅
は活性層の禁制帯幅よりも小さい。したがつてこの層に
よる吸収損失はなく、光学特性に影響はない。
また、上記界面改良層11の屈折率は、導波される光の
実効屈折率よりも大きいため、光は界面改良層11にしみ
だしてしまう。第３図（ａ）に界面改良層11を設けない
場合の光強度分布を、第３図（ｂ）に界面改良層11を設
け、埋込みクラツド層６の屈折率をクラツド層４と同じ
にした場合の光強度分布を示す。これらの図から明らか
なように、界面改良層を設けたことにより光は界面改良
層にしみだしてしまう。したがって光が活性層に分布す
る割合（第３図の斜線部の割合）は小さくなつてしま
う。このことは、しきい値電流の上昇につながる。しか
しながら、埋込みクラツド層６の屈折率をクラツド層４
の屈折率よりも小さくすることにより、界面改良層への
光のしみ出しを小さくすることができる。この時の光強
度分布を第３図（ｃ）にに示す。この図から明らかなよ
うに、埋込みクラツド層の屈折率が小さいと、この層に
おける光の減衰量が大きいため、光はこの層にしみださ
ないように分布する。したがつて、境界条件の連続性に
より界面改良層に分布する割合も小さくなり、光は主に
活性層において導波されるようになる。すなわち、光が
活性層に分布する割合は界面改良層がない場合と同程度
となり、界面改良層を設けたことによるしきい値電流の
上昇は全くなくなる。
実効屈折率よりも大きいため、光は界面改良層11にしみ
だしてしまう。第３図（ａ）に界面改良層11を設けない
場合の光強度分布を、第３図（ｂ）に界面改良層11を設
け、埋込みクラツド層６の屈折率をクラツド層４と同じ
にした場合の光強度分布を示す。これらの図から明らか
なように、界面改良層を設けたことにより光は界面改良
層にしみだしてしまう。したがって光が活性層に分布す
る割合（第３図の斜線部の割合）は小さくなつてしま
う。このことは、しきい値電流の上昇につながる。しか
しながら、埋込みクラツド層６の屈折率をクラツド層４
の屈折率よりも小さくすることにより、界面改良層への
光のしみ出しを小さくすることができる。この時の光強
度分布を第３図（ｃ）にに示す。この図から明らかなよ
うに、埋込みクラツド層の屈折率が小さいと、この層に
おける光の減衰量が大きいため、光はこの層にしみださ
ないように分布する。したがつて、境界条件の連続性に
より界面改良層に分布する割合も小さくなり、光は主に
活性層において導波されるようになる。すなわち、光が
活性層に分布する割合は界面改良層がない場合と同程度
となり、界面改良層を設けたことによるしきい値電流の
上昇は全くなくなる。
以下、本発明の実施例を第１図を用いて説明する。
ｎ型GaAs基板結晶１の上にｎ型Ga1_xAlxAsクラツド層
２（ｘ＝0.38），Ga1_yAlyAs活性層３（ｙ＝0.06）,p型
Ga1_xAlxAsクラツド層４（ｘ＝0.38）,p型Ga1_zAlzAs界
面改良層11（ｚ＝0.20）、ｎ型GaAs電流狭窄層５をMOCV
D法により順次形成する。ホトエツチング工程によりｎ
型GaAs電流狭窄層５を完全に除去し、ｐ型Ga1_zAlzAs界
面改良層 11の表面を露出する幅１〜15μｍの溝ストラ
イプを形成する。次にMOCVD法によりｐ型Ga1_uAluAs埋
め込みクラツド層６（ｕ＝0.50）、ｐ型GaAsキヤツプ層
７を形成する。この後ｐ側電極8,n側電極９を形成した
後、へき開法により、共振器長約300μｍのレーザ素子
を得た。
２（ｘ＝0.38），Ga1_yAlyAs活性層３（ｙ＝0.06）,p型
Ga1_xAlxAsクラツド層４（ｘ＝0.38）,p型Ga1_zAlzAs界
面改良層11（ｚ＝0.20）、ｎ型GaAs電流狭窄層５をMOCV
D法により順次形成する。ホトエツチング工程によりｎ
型GaAs電流狭窄層５を完全に除去し、ｐ型Ga1_zAlzAs界
面改良層 11の表面を露出する幅１〜15μｍの溝ストラ
イプを形成する。次にMOCVD法によりｐ型Ga1_uAluAs埋
め込みクラツド層６（ｕ＝0.50）、ｐ型GaAsキヤツプ層
７を形成する。この後ｐ側電極8,n側電極９を形成した
後、へき開法により、共振器長約300μｍのレーザ素子
を得た。
試作した素子は、発振波長830nmにおいて、しきい電
流値30〜50mAで室温連続発振し、発振スペクトルは、安
定な縦単一モードであつた。また、非点収差は全くなか
つた。また、電流−電圧特性における電流のたちあがり
電圧は1.3V、素子抵抗1.5Ωといつた、良好な電気特性
も得られた。さらに、70℃において、光出力40mW定光出
力動作時の寿命も、2000時間経過後も顕著な劣化は見ら
れず、信頼性も高いことが明らかとなつた。
流値30〜50mAで室温連続発振し、発振スペクトルは、安
定な縦単一モードであつた。また、非点収差は全くなか
つた。また、電流−電圧特性における電流のたちあがり
電圧は1.3V、素子抵抗1.5Ωといつた、良好な電気特性
も得られた。さらに、70℃において、光出力40mW定光出
力動作時の寿命も、2000時間経過後も顕著な劣化は見ら
れず、信頼性も高いことが明らかとなつた。
なお本発明は、実施例に示した波長830nm前後に限ら
ず、波長680〜890nmのGaAlAs系半導体レーザ装置で、室
温連続発振できる全範囲にわたり同様な結果が得られ
た。本実施例では活性層として単一のGaAlAs層を用いた
が、Ga1_vAlvAsとGa1_wAlwAs（ｖ≠ｗ）の超格子で活性
層を形成したMQW（Multi-Quantumn Well）構造の場合も
同様な結果が得られた。また、レーザの構造としては前
記実施例で示した３層導波路を基本とするものに限ら
ず、活性層の片側に隣接して光ガイド層を設けるLOC（L
arge Optical Cavty）構造や、活性層の両側にそれぞれ
隣接して光ガイド層を設けるGRIN-SCH（Graded-Index-S
eparrate-Confinement-Heterostructure）構造にも本発
明を適用することができた。
ず、波長680〜890nmのGaAlAs系半導体レーザ装置で、室
温連続発振できる全範囲にわたり同様な結果が得られ
た。本実施例では活性層として単一のGaAlAs層を用いた
が、Ga1_vAlvAsとGa1_wAlwAs（ｖ≠ｗ）の超格子で活性
層を形成したMQW（Multi-Quantumn Well）構造の場合も
同様な結果が得られた。また、レーザの構造としては前
記実施例で示した３層導波路を基本とするものに限ら
ず、活性層の片側に隣接して光ガイド層を設けるLOC（L
arge Optical Cavty）構造や、活性層の両側にそれぞれ
隣接して光ガイド層を設けるGRIN-SCH（Graded-Index-S
eparrate-Confinement-Heterostructure）構造にも本発
明を適用することができた。
また、前記実施例において導電型を全て反対にした構
造（ｐをｎに、ｎをｐに置換えた構造）においても同様
な結果が得られた。
造（ｐをｎに、ｎをｐに置換えた構造）においても同様
な結果が得られた。
また、本実施例では、GaAlAs系の材料を用いている
が、AlGaPAs,AlInPAs,AlGaInP,AlGaInAsなど、Alを含む
材料系全てに適応できることは言うまでもない。
が、AlGaPAs,AlInPAs,AlGaInP,AlGaInAsなど、Alを含む
材料系全てに適応できることは言うまでもない。
なお、本発明は、当該基板と前記各半導体領域の間お
よび／もしくは前記各半導体領域間に、他の介在物が存
在しても実施できる。
よび／もしくは前記各半導体領域間に、他の介在物が存
在しても実施できる。
〔発明の効果〕 溝ストライプ形成時に大気中に露出されるストライプ
底部の半導体層すなわち界面改良層を形成している半導
体のAlモル比を、クラツド層を形成している半導体のAl
モル比よりも小さくすることにより、溝ストライプ形成
時に大気中に露出する面に酸化物が生成されなくなる。
また、埋込みクラツド層の屈折率を、界面改良層に隣接
しているクラツド層の屈折率よりも小さくすることによ
り、光が界面改良層にしみださなくなるため、光が活性
層に分布する割合は、界面改良層を設けない場合と比較
して同程度となる。これらの結果、ダイオード特性であ
るたち上がり電圧が従来構造においては1.9Vであつたも
のが、本構造においては1.35Vと向上した。また素子抵
抗も従来構造では５Ωであつたものが、本構造では1.5
Ωと向上した。このことは、界面付近の結晶の結晶性が
大幅に改善されたことを示している。また、信頼性につ
いても、70℃における光出力40mV定光出力動作時の寿命
が、従来構造においては20〜30時間であつたものが、本
構造においては、2000時間を経過後も顕著な劣化がみら
れない、というように向上した。
底部の半導体層すなわち界面改良層を形成している半導
体のAlモル比を、クラツド層を形成している半導体のAl
モル比よりも小さくすることにより、溝ストライプ形成
時に大気中に露出する面に酸化物が生成されなくなる。
また、埋込みクラツド層の屈折率を、界面改良層に隣接
しているクラツド層の屈折率よりも小さくすることによ
り、光が界面改良層にしみださなくなるため、光が活性
層に分布する割合は、界面改良層を設けない場合と比較
して同程度となる。これらの結果、ダイオード特性であ
るたち上がり電圧が従来構造においては1.9Vであつたも
のが、本構造においては1.35Vと向上した。また素子抵
抗も従来構造では５Ωであつたものが、本構造では1.5
Ωと向上した。このことは、界面付近の結晶の結晶性が
大幅に改善されたことを示している。また、信頼性につ
いても、70℃における光出力40mV定光出力動作時の寿命
が、従来構造においては20〜30時間であつたものが、本
構造においては、2000時間を経過後も顕著な劣化がみら
れない、というように向上した。
第１図は本発明の実施例を説明するための図、第２図は
従来技術を示す図、および第３図は本発明の作用を説明
するための図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Ga1_xAlxAsクラツド
層、３……Ga1_yAlyAs活性層、４……ｐ型Ga1_xAlxAsク
ラツド層、５……ｎ型GaAs電流狭窄層、６……ｐ型Ga
1_xAlxAsクラツド埋込み層、７……ｐ型GaAsキヤツプ
層、８……ｐ電極、９……ｎ電極、10……露出面、11…
…ｐ型Ga1_zAlzAs界面改良層。
従来技術を示す図、および第３図は本発明の作用を説明
するための図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Ga1_xAlxAsクラツド
層、３……Ga1_yAlyAs活性層、４……ｐ型Ga1_xAlxAsク
ラツド層、５……ｎ型GaAs電流狭窄層、６……ｐ型Ga
1_xAlxAsクラツド埋込み層、７……ｐ型GaAsキヤツプ
層、８……ｐ電極、９……ｎ電極、10……露出面、11…
…ｐ型Ga1_zAlzAs界面改良層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 祐一 国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 梶村 俊 国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−171188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−17610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−42984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−216215（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】活性層と、該活性層上に形成された第１導
電型の第１半導体層と、該第１半導体層上に形成された
第１導電型の第２半導体層と、該第２半導体層上に第２
半導体層上面の一部をストライプ状に露出する溝を残し
て形成された第２導電型の第３半導体層と、該第３半導
体層の溝に埋め込まれるように形成された第１導電型の
第４半導体層とを含み、上記第２半導体層は上記第１半
導体層より酸化されにくい半導体材料からなり、上記第
２半導体層は上記第１半導体層より大きく上記活性層よ
り小さい屈折率を有し、且つ上記第４半導体層は上記第
１半導体層より小さい屈折率を有することを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項２】上記第１、第２及び第４半導体層はA1を構
成元素として含み、そのモル比は第１半導体層に比べて
第２半導体層で低く、且つ第１半導体層に比べて第４半
導体層で高いことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61215717A JP2585230B2 (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | 半導体レ−ザ装置 |
| US07/094,602 US4800565A (en) | 1986-09-16 | 1987-09-09 | Semiconductor laser device having high optical intensity and reliability |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61215717A JP2585230B2 (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6372173A JPS6372173A (ja) | 1988-04-01 |
| JP2585230B2 true JP2585230B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=16677008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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