JP2672872B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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- JP2672872B2 JP2672872B2 JP2003192A JP319290A JP2672872B2 JP 2672872 B2 JP2672872 B2 JP 2672872B2 JP 2003192 A JP2003192 A JP 2003192A JP 319290 A JP319290 A JP 319290A JP 2672872 B2 JP2672872 B2 JP 2672872B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はレーザ光出射端面近傍にレーザ光に対して光
吸収の少ない窓領域を有する半導体レーザ素子の新しい
構造及びその製造方法に関するものである。
吸収の少ない窓領域を有する半導体レーザ素子の新しい
構造及びその製造方法に関するものである。
＜従来技術及び発明が解決しようとする課題＞ 半導体レーザの寿命を左右する要因の一つに、光出射
面となるレーザ共振面即ちレーザ端面結晶の劣化がある
ことはよく知られている。また、半導体レーザ素子を高
出力で動作させた場合にこのレーザ端面は破壊されるこ
とがある。このときの端面破壊出力は、端面での発光面
積が小さい程、即ち光密度が大きい程低くなる。そし
て、通常の半導体レーザでは端面近傍でも電流が流れ、
また端面に活性層端部が露出している。従って、レーザ
素子内部で、発生したレーザ光は端面で吸収され発熱す
る。この発熱は活性層の禁制帯幅をさらに縮小させ、光
吸収は益々大きくなる。このようにして、端面での活性
層結晶は破壊に至るのである。
面となるレーザ共振面即ちレーザ端面結晶の劣化がある
ことはよく知られている。また、半導体レーザ素子を高
出力で動作させた場合にこのレーザ端面は破壊されるこ
とがある。このときの端面破壊出力は、端面での発光面
積が小さい程、即ち光密度が大きい程低くなる。そし
て、通常の半導体レーザでは端面近傍でも電流が流れ、
また端面に活性層端部が露出している。従って、レーザ
素子内部で、発生したレーザ光は端面で吸収され発熱す
る。この発熱は活性層の禁制帯幅をさらに縮小させ、光
吸収は益々大きくなる。このようにして、端面での活性
層結晶は破壊に至るのである。
このような端面破壊または端面劣化を防止するため
に、端面近傍を活性層よりも禁制帯幅の大きい物質と
し、端面での光吸収を少なくした端面窓型レーザ、ある
いはNAM（Non Absorbed Mirror）レーザと呼ばれるのが
提案されている。しかし、これまでに提案された端面窓
型レーザが量産され、実用化された例はない。この理由
は高出力動作時の横モード不安定性、製造工程の複雑さ
等により歩留まりが非常に悪くなるためである。
に、端面近傍を活性層よりも禁制帯幅の大きい物質と
し、端面での光吸収を少なくした端面窓型レーザ、ある
いはNAM（Non Absorbed Mirror）レーザと呼ばれるのが
提案されている。しかし、これまでに提案された端面窓
型レーザが量産され、実用化された例はない。この理由
は高出力動作時の横モード不安定性、製造工程の複雑さ
等により歩留まりが非常に悪くなるためである。
活性層とクラッド層の間に光ガイド層を設けたヘテロ
接合半導体レーザの窓領域となる部分で活性層から上を
除去して光ガイド層を露出させ、その光ガイド層上にク
ラッド層を再成長させる端面窓型半導体レーザ（以下、
ウィンドLDと略す）の一例の光導波路方向への断面図を
第３図に示す。これVSISレーザに代表される内部ストラ
イプ型レーザに光ガイド層３を付加し、窓領域13におい
て活性層４、クラッド層５、保護層６をエッチングによ
り除去して光ガイド層３を露出させ、その後、窓部クラ
ッド層７及びキャップ層８を液相エピタキシャル（LP
E）法により再成長させたものである。しかし、この方
法では第３図に示すように再成長層７及び８が窓領域13
の光ガイド層上の全面で成長しにくいという問題があ
る。これは、光ガイド層はA1組成比ｚが0.3〜0.4のGa1-
zAlzAsであるためその表面は酸化されやすく再成長時の
成長核発生が起こりにくいことに起因している。再成長
の時間を十分に長くすれば、窓領域の光ガイド層上の全
面に再成長させることができるが、内部領域14での再成
長クラッド層７が厚くなり過ぎてしまうので、レーザ素
子の放熱が阻害され、高出力動作が不能になってしま
う。
接合半導体レーザの窓領域となる部分で活性層から上を
除去して光ガイド層を露出させ、その光ガイド層上にク
ラッド層を再成長させる端面窓型半導体レーザ（以下、
ウィンドLDと略す）の一例の光導波路方向への断面図を
第３図に示す。これVSISレーザに代表される内部ストラ
イプ型レーザに光ガイド層３を付加し、窓領域13におい
て活性層４、クラッド層５、保護層６をエッチングによ
り除去して光ガイド層３を露出させ、その後、窓部クラ
ッド層７及びキャップ層８を液相エピタキシャル（LP
E）法により再成長させたものである。しかし、この方
法では第３図に示すように再成長層７及び８が窓領域13
の光ガイド層上の全面で成長しにくいという問題があ
る。これは、光ガイド層はA1組成比ｚが0.3〜0.4のGa1-
zAlzAsであるためその表面は酸化されやすく再成長時の
成長核発生が起こりにくいことに起因している。再成長
の時間を十分に長くすれば、窓領域の光ガイド層上の全
面に再成長させることができるが、内部領域14での再成
長クラッド層７が厚くなり過ぎてしまうので、レーザ素
子の放熱が阻害され、高出力動作が不能になってしま
う。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、窓領域で露出されたGaAlAs光ガイド層へ短
時間で窓部クラッド層をLPE再成長させるための手段を
提供するものである。この新規な手段とは、その上に成
長されるべきGaAlAs層の近傍でGaAs基板を露出させてお
けば、そのGaAs上では成長核が容易に発生し、そこから
伸びる成長フロントはGaAlAs層側面を登り、GaAlAs表面
上へも移動しやすいという現象を利用したものである。
時間で窓部クラッド層をLPE再成長させるための手段を
提供するものである。この新規な手段とは、その上に成
長されるべきGaAlAs層の近傍でGaAs基板を露出させてお
けば、そのGaAs上では成長核が容易に発生し、そこから
伸びる成長フロントはGaAlAs層側面を登り、GaAlAs表面
上へも移動しやすいという現象を利用したものである。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明のウィンドLDの構造図
を示すものである。（ａ）は全体構成図、（ｂ）は共振
方向での導波路中央部での断面図、（ｃ）は窓領域での
断面図、（ｄ）は導波路に垂直方向での内部励起領域の
断面図である。第１図においては１はGaAs基板、２は下
部クラッド層、３は光ガイド層（Ga1-zAlzAs）、４は活
性層（Ga1-xAlxAs）、５は上部クラッド層（G1-yAlyA
s）、６は保護層（GaAsまたはGaAlAs）７、８は再成長
上部クラッド層（Ga1-yAlyAs）、９はキャップ層（GaA
s）、10は電流阻止層（GaAs）、11、12は電極である。
ここでAl組成比ｘ、ｙ、ｚは０≦ｘ＜ｚ＜ｙ＜１の関係
にある。
を示すものである。（ａ）は全体構成図、（ｂ）は共振
方向での導波路中央部での断面図、（ｃ）は窓領域での
断面図、（ｄ）は導波路に垂直方向での内部励起領域の
断面図である。第１図においては１はGaAs基板、２は下
部クラッド層、３は光ガイド層（Ga1-zAlzAs）、４は活
性層（Ga1-xAlxAs）、５は上部クラッド層（G1-yAlyA
s）、６は保護層（GaAsまたはGaAlAs）７、８は再成長
上部クラッド層（Ga1-yAlyAs）、９はキャップ層（GaA
s）、10は電流阻止層（GaAs）、11、12は電極である。
ここでAl組成比ｘ、ｙ、ｚは０≦ｘ＜ｚ＜ｙ＜１の関係
にある。
このウィンドLDのストライプ状光導波路は、GaAs基板
上に形成されたチャネル溝の両肩部で活性層より発生さ
れる光の一部が吸収されることによって起こされる実効
屈折率分布によって得られ、この実効屈折率導波路より
も広い幅のストライプ状のメサが、その両側でヘテロ接
合構造体２〜６がGaAs電流阻止層に達するまでエッチン
グ除去されることによって形成される。さらに窓領域と
なる部分では保護層６、上部クラッド層５、活性層４が
エッチング除去され光ガイド層が露出される。その後、
LPE再成長を行うのであるが、再成長クラッド層７はま
ずGaAs電流阻止層10上で成長が起こり、光ガイド層３の
高さになった後、成長フロントはGaAlAs光ガイド層の両
端から中央部に向かって進み露出されていた光ガイド層
全表面が再成長GaAlAsで覆われる。再成長クラッド層７
はメサ側面でのリーク電流を防ぐために高抵抗になるよ
うに添加不純物が選ばれる。再成長クラッド層８は光ガ
イド層３が再成長クラッド層７で完全に覆われなかった
時に、それを補って再成長を完壁に行うために設けられ
ている。GaAsキャップ層９は素子表面を平坦にするため
と、電極抵抗を小さくするためのものである。
上に形成されたチャネル溝の両肩部で活性層より発生さ
れる光の一部が吸収されることによって起こされる実効
屈折率分布によって得られ、この実効屈折率導波路より
も広い幅のストライプ状のメサが、その両側でヘテロ接
合構造体２〜６がGaAs電流阻止層に達するまでエッチン
グ除去されることによって形成される。さらに窓領域と
なる部分では保護層６、上部クラッド層５、活性層４が
エッチング除去され光ガイド層が露出される。その後、
LPE再成長を行うのであるが、再成長クラッド層７はま
ずGaAs電流阻止層10上で成長が起こり、光ガイド層３の
高さになった後、成長フロントはGaAlAs光ガイド層の両
端から中央部に向かって進み露出されていた光ガイド層
全表面が再成長GaAlAsで覆われる。再成長クラッド層７
はメサ側面でのリーク電流を防ぐために高抵抗になるよ
うに添加不純物が選ばれる。再成長クラッド層８は光ガ
イド層３が再成長クラッド層７で完全に覆われなかった
時に、それを補って再成長を完壁に行うために設けられ
ている。GaAsキャップ層９は素子表面を平坦にするため
と、電極抵抗を小さくするためのものである。
以上、要するに、本願発明による半導体レーザ素子
は、内部励起領域と、該内部励起領域の長さ方向両端面
に形成された窓領域と、を備えた半導体レーザ素子であ
って、第１導電型GaAs基板と、該基板上に形成され、前
記基板に達するストライプ状の溝を有した第２導電型の
GaAs電流阻止層と、少なくとも前記ストライプ状の溝を
覆うように順次積層形成される第１導電型のGaAlAs下部
クラッド層及び第１導電型のGaAlAs光ガイド層と、該光
ガイド層の上に素子の両端面間を延伸して均一な幅を有
するよう形成された、活性層を含むストライプ状メサ型
多層構造体と、該ストライプ状メサ型多層構造体上を含
め前記基板上全体を覆う第１導電型のGaAlAs再成長クラ
ッド層と、を備え、前記窓領域を構成する前記ストライ
プ状メサ型多層構造体の両端面部で、前記光ガイド層よ
り上層が除去され該光ガイド層が露出されてなる半導体
レーザ素子において、前記基板上の前記ストライプ状メ
サ型多層構造体の非形成領域における前記第２導電型の
GaAs電流阻止層より上層が除去され、該GaAs電流阻止層
上に直接、前記第１導電型のGaAlAs再成長クラッド層が
形成されてなることを特徴とする。
は、内部励起領域と、該内部励起領域の長さ方向両端面
に形成された窓領域と、を備えた半導体レーザ素子であ
って、第１導電型GaAs基板と、該基板上に形成され、前
記基板に達するストライプ状の溝を有した第２導電型の
GaAs電流阻止層と、少なくとも前記ストライプ状の溝を
覆うように順次積層形成される第１導電型のGaAlAs下部
クラッド層及び第１導電型のGaAlAs光ガイド層と、該光
ガイド層の上に素子の両端面間を延伸して均一な幅を有
するよう形成された、活性層を含むストライプ状メサ型
多層構造体と、該ストライプ状メサ型多層構造体上を含
め前記基板上全体を覆う第１導電型のGaAlAs再成長クラ
ッド層と、を備え、前記窓領域を構成する前記ストライ
プ状メサ型多層構造体の両端面部で、前記光ガイド層よ
り上層が除去され該光ガイド層が露出されてなる半導体
レーザ素子において、前記基板上の前記ストライプ状メ
サ型多層構造体の非形成領域における前記第２導電型の
GaAs電流阻止層より上層が除去され、該GaAs電流阻止層
上に直接、前記第１導電型のGaAlAs再成長クラッド層が
形成されてなることを特徴とする。
また、他の構造としては、前記ストライプ状の溝が、
前記窓領域から該窓領域に隣接した前記内部励起領域端
部に亙って、前記第２導電型GaAs電流阻止層内にあっ
て、前記第１導電型GaAs基板に達していないことを特徴
とする。
前記窓領域から該窓領域に隣接した前記内部励起領域端
部に亙って、前記第２導電型GaAs電流阻止層内にあっ
て、前記第１導電型GaAs基板に達していないことを特徴
とする。
また、上記半導体レーザ素子の製造方法としては、第
１導電型GaAs基板上に形成する第２導電型のGaAs電流阻
止層に、前記基板に達するストライプ状の溝を形成する
工程と、前記ストライプ状の溝を含め前記基板上に第１
導電型のGaAlAs下部クラッド層及び第１導電型のGaAlAs
光ガイド層を順次、積層性する工程と、前記光ガイド層
の上に活性層を含むヘテロ接合構造の多層膜を形成する
工程と、前記ストライプ溝が略中央となり且つ素子の両
端面間を延伸して均一な幅を有するようなメサ形状を、
該メサ形状の両側が前記第２導電型のGaAs電流阻止層が
露出するまで除去して形成する工程と、前記窓領域とな
る前記メサ形状の両端部において、前記光ガイド層が露
出するまで上層を除去する工程と、前記メサ形状及び窓
領域が形成された基板上に、液相エピタキシャル成長方
法によって第１導電型からなるGaAlAs再成長クラッド層
を形成する工程とを、含むことを特徴とする。
１導電型GaAs基板上に形成する第２導電型のGaAs電流阻
止層に、前記基板に達するストライプ状の溝を形成する
工程と、前記ストライプ状の溝を含め前記基板上に第１
導電型のGaAlAs下部クラッド層及び第１導電型のGaAlAs
光ガイド層を順次、積層性する工程と、前記光ガイド層
の上に活性層を含むヘテロ接合構造の多層膜を形成する
工程と、前記ストライプ溝が略中央となり且つ素子の両
端面間を延伸して均一な幅を有するようなメサ形状を、
該メサ形状の両側が前記第２導電型のGaAs電流阻止層が
露出するまで除去して形成する工程と、前記窓領域とな
る前記メサ形状の両端部において、前記光ガイド層が露
出するまで上層を除去する工程と、前記メサ形状及び窓
領域が形成された基板上に、液相エピタキシャル成長方
法によって第１導電型からなるGaAlAs再成長クラッド層
を形成する工程とを、含むことを特徴とする。
＜作用＞ 窓領域で露出された光ガイド層上へのクラッド層のLP
E再成長を確実に行うことができる。その再成長及びそ
の再成長界面の結晶性も非常に良好で問題がないことを
顕微ホトルミ法により確認した。また、分子線エピタキ
シャル（MBE）法や有機金属気相成長（MOVPE）法で再成
長を行うと、その界面、特にメサ斜面での結晶性の問題
が大きいことを顕微ホトルミ法により確認した。
E再成長を確実に行うことができる。その再成長及びそ
の再成長界面の結晶性も非常に良好で問題がないことを
顕微ホトルミ法により確認した。また、分子線エピタキ
シャル（MBE）法や有機金属気相成長（MOVPE）法で再成
長を行うと、その界面、特にメサ斜面での結晶性の問題
が大きいことを顕微ホトルミ法により確認した。
チャネル溝の両肩部での光吸収は高次横モードの発振
利得を抑圧するので、高出力動作においても安定な基本
横モードで発振させることができる。
利得を抑圧するので、高出力動作においても安定な基本
横モードで発振させることができる。
このようにして、本発明の半導体レーザは、高出力で
長寿命、高出力で安定基本横モード発振、しかも高歩留
まりという高出力レーザとしてふさわしい特長を有して
いる。
長寿命、高出力で安定基本横モード発振、しかも高歩留
まりという高出力レーザとしてふさわしい特長を有して
いる。
＜実施例＞ 以下、本発明を実施例に従って、図面を参照しながら
詳説する。
詳説する。
《実施例１》 第１図（ａ）は本発明の半導体レーザの一実施例の構
成を説明するための図である。また、第１図（ｂ）
（ｃ）（ｄ）はそれぞれ共振方向での導波路中央部での
断面図、窓領域の断面図、導波路に垂直方向での内部励
起領域の断面図である。
成を説明するための図である。また、第１図（ｂ）
（ｃ）（ｄ）はそれぞれ共振方向での導波路中央部での
断面図、窓領域の断面図、導波路に垂直方向での内部励
起領域の断面図である。
ｐ−GaAs基板１の（100）面上にｎ−GaAs電流阻止層1
0を0.8μｍの厚さにエピタキシャル成長した後、Ｖ−チ
ャネル溝を形成し、その中央部がｐ−GaAs基板１へ貫通
するようにした。次に、ｐ−Ga0.5Al0.5As下部クラッド
層２、ｐ−Ga0.6Al0.4As光ガード層３、Ga0.9Al0.1As活
性層４、ｎ−Ga0.5Al0.5As上部クラッド層５、ｎ−Ga
0.9Al0.1As保護層６からなるヘテロ接合構造の多層膜を
LPE成長法により成長させた。次に、Ｖチャネル溝がほ
ぼ中央部にくるような幅30μｍのメサを、その両側をｎ
−GaAs電流阻止層10に達するまでエッチング除去するこ
とにより形成した。さらに、窓領域となる部分13では、
長さ30μｍにわたって硫酸系のエッチング液によって保
護層６と活性層４と、フッ酸系のエッチング液によって
上部クラッド層５を除去することにより光ガイド層３を
露出させた。
0を0.8μｍの厚さにエピタキシャル成長した後、Ｖ−チ
ャネル溝を形成し、その中央部がｐ−GaAs基板１へ貫通
するようにした。次に、ｐ−Ga0.5Al0.5As下部クラッド
層２、ｐ−Ga0.6Al0.4As光ガード層３、Ga0.9Al0.1As活
性層４、ｎ−Ga0.5Al0.5As上部クラッド層５、ｎ−Ga
0.9Al0.1As保護層６からなるヘテロ接合構造の多層膜を
LPE成長法により成長させた。次に、Ｖチャネル溝がほ
ぼ中央部にくるような幅30μｍのメサを、その両側をｎ
−GaAs電流阻止層10に達するまでエッチング除去するこ
とにより形成した。さらに、窓領域となる部分13では、
長さ30μｍにわたって硫酸系のエッチング液によって保
護層６と活性層４と、フッ酸系のエッチング液によって
上部クラッド層５を除去することにより光ガイド層３を
露出させた。
再成長工程として、Geを少量添加したp-−Ga0.5Al0.5
As再成長クラッド層７、ｎ−Ga0.5Al0.5As再成長クラッ
ド層８、ｎ−GaAsキャップ層９を順次LPE成長させた。
再成長クラッド層７は、窓領域13では光ガイド層３上に
再成長するが、内部励起領域14では保護層６の高さまで
はい上がって成長し保護層６の表面には成長しない。も
し再成長クラッド層７の光ガイド層上への再成長が部分
的に完全でない場合またはその表面が平坦にならない場
合でも、再成長クラッド層８によって再成長は完全なり
その表面も平坦になる。p-−Ga0.5Al0.5As再成長クラッ
ド層の比抵抗は１〜５Ω/cm程度であるが、メサ内部の
比抵抗は0.01Ω/cm以下であるのでメサ側面でのリーク
電流はほとんど無視できる。また、素子のほとんどの部
分を占めるメサ部以外の領域ではpnp-nの逆バイアス接
合により電流は完全に阻止される。
As再成長クラッド層７、ｎ−Ga0.5Al0.5As再成長クラッ
ド層８、ｎ−GaAsキャップ層９を順次LPE成長させた。
再成長クラッド層７は、窓領域13では光ガイド層３上に
再成長するが、内部励起領域14では保護層６の高さまで
はい上がって成長し保護層６の表面には成長しない。も
し再成長クラッド層７の光ガイド層上への再成長が部分
的に完全でない場合またはその表面が平坦にならない場
合でも、再成長クラッド層８によって再成長は完全なり
その表面も平坦になる。p-−Ga0.5Al0.5As再成長クラッ
ド層の比抵抗は１〜５Ω/cm程度であるが、メサ内部の
比抵抗は0.01Ω/cm以下であるのでメサ側面でのリーク
電流はほとんど無視できる。また、素子のほとんどの部
分を占めるメサ部以外の領域ではpnp-nの逆バイアス接
合により電流は完全に阻止される。
成長面にはｎ型電極11を、基板裏面にはｐ型電極12を
形成した後、窓領域13内でへき開して共振面を形成した
（共振器長Ｌは400μｍ、窓領域Lwは約15μｍとし
た）。
形成した後、窓領域13内でへき開して共振面を形成した
（共振器長Ｌは400μｍ、窓領域Lwは約15μｍとし
た）。
第１図（ｂ）に示すように、接合に垂直方向の光分布
は、内部励起領域14では２つのクラッド層２、５に挟ま
れた光ガイド層３の活性層４の厚さとA1組成比によって
決定され、窓領域13では２つのクラッド層２、７に挟ま
れた光ガイド層３の厚さとA1組成比によって決定され
る。これらの光分布の形状はできるだけ近いほうが２つ
の領域での光接合係数が大きくなる結果、低しきい値電
流、高微分効率が得られ、高出力での動作電流を小さく
することができる。接合に平行方向の光分布は、内部起
動領域においても窓領域においてもＶチャネルの幅によ
って決定され、その幅が６−μｍ以下であれば（実施例
では５μｍ）、高出力まで安定な基本横モードを得るこ
ができる。これはＶチャネル両側での光吸収により高次
横モード利得が抑制されるためである。
は、内部励起領域14では２つのクラッド層２、５に挟ま
れた光ガイド層３の活性層４の厚さとA1組成比によって
決定され、窓領域13では２つのクラッド層２、７に挟ま
れた光ガイド層３の厚さとA1組成比によって決定され
る。これらの光分布の形状はできるだけ近いほうが２つ
の領域での光接合係数が大きくなる結果、低しきい値電
流、高微分効率が得られ、高出力での動作電流を小さく
することができる。接合に平行方向の光分布は、内部起
動領域においても窓領域においてもＶチャネルの幅によ
って決定され、その幅が６−μｍ以下であれば（実施例
では５μｍ）、高出力まで安定な基本横モードを得るこ
ができる。これはＶチャネル両側での光吸収により高次
横モード利得が抑制されるためである。
窓領域13では活性層は存在せず、活性層より禁制帯幅
の大きい光ガイド層とクラッド層が存在するだけである
ので、レーザ光に対して吸収のない完全な窓となる。
の大きい光ガイド層とクラッド層が存在するだけである
ので、レーザ光に対して吸収のない完全な窓となる。
本実施例のウィンドLDは波長810nmで、しきい値電流6
0mAで発振し、200mWまで基本横モードであった。光出射
端面には光通過膜を後端面には光反射膜を形成して、光
出力を測定した所、パルス動作で800mW、CW動作で350mW
を得ることができた。ビーム放射角の半値全幅は接合に
平行方向で10゜、垂直方向で25゜であった。また、50
℃、150mWのでのエージングテストでの動作電流の増加
は1000時間で約４％（300mA→312mA）であった。
0mAで発振し、200mWまで基本横モードであった。光出射
端面には光通過膜を後端面には光反射膜を形成して、光
出力を測定した所、パルス動作で800mW、CW動作で350mW
を得ることができた。ビーム放射角の半値全幅は接合に
平行方向で10゜、垂直方向で25゜であった。また、50
℃、150mWのでのエージングテストでの動作電流の増加
は1000時間で約４％（300mA→312mA）であった。
《実施例２》 第２図（ａ）〜（ｄ）に第２の実施例の構成図と断面
図を示す。この構造は窓領域と内部励起領域の境界部分
を電流非導通としたことに特長がある。第１の実施例の
ウィンドLDのエージング中に劣化した素子を解析した
所、活性層が窓領域に接す部分15で結晶の劣化が進行し
ていることが判明した。この劣化を抑制することを目的
としてその部分に電流が流れないようにした所、大きな
効果があることを発見した。この電流非導通の方法とし
て、実施例では電流阻止層10の厚さをその部分でＶチャ
ネル溝の深さよりも厚くすることにより実現した。即
ち、電流導通部分では、ｐ−GaAs基板にテラス部16が設
けられているのでＶチャネル溝の中央部は電流阻止層10
を貫通し、非導通部分ではテラス部がないのでＶチャネ
ル溝は電流阻止層を貫通しない。この電流非導通部分17
の長さLbは窓領域の長さLwよりも15μｍ長くした。即
ち、Lw＝15μｍに対してLb＝30μｍとした。
図を示す。この構造は窓領域と内部励起領域の境界部分
を電流非導通としたことに特長がある。第１の実施例の
ウィンドLDのエージング中に劣化した素子を解析した
所、活性層が窓領域に接す部分15で結晶の劣化が進行し
ていることが判明した。この劣化を抑制することを目的
としてその部分に電流が流れないようにした所、大きな
効果があることを発見した。この電流非導通の方法とし
て、実施例では電流阻止層10の厚さをその部分でＶチャ
ネル溝の深さよりも厚くすることにより実現した。即
ち、電流導通部分では、ｐ−GaAs基板にテラス部16が設
けられているのでＶチャネル溝の中央部は電流阻止層10
を貫通し、非導通部分ではテラス部がないのでＶチャネ
ル溝は電流阻止層を貫通しない。この電流非導通部分17
の長さLbは窓領域の長さLwよりも15μｍ長くした。即
ち、Lw＝15μｍに対してLb＝30μｍとした。
本実施例のウィンドLDも実施例１と同じ特性を示した
が、50℃、150mWでのエージングテストにおける動作電
流の増加は約１％（300mA→303mA）と大幅な改善効果が
実証された。
が、50℃、150mWでのエージングテストにおける動作電
流の増加は約１％（300mA→303mA）と大幅な改善効果が
実証された。
＜発明の効果＞ 本発明のウィンドLDの効果を以下にまとめる。
（１）窓領域においても光ガイド層とＶチャネルによる
３次元導波路が形成されており、しかも、この窓領域に
おける光ガイド層上へのクラッド層成長も確実に行えた
構造となっているので、しきい値電流が低く微分効率が
高い。
３次元導波路が形成されており、しかも、この窓領域に
おける光ガイド層上へのクラッド層成長も確実に行えた
構造となっているので、しきい値電流が低く微分効率が
高い。
（２）窓領域における光ガイド層上へのクラッド層の再
成長がLPEの性質をうまく利用することにより実現され
ているので、量産性に優れ、高出力動作での信頼性が高
い。
成長がLPEの性質をうまく利用することにより実現され
ているので、量産性に優れ、高出力動作での信頼性が高
い。
本発明の半導体レーザは、動作電流、横モード、信頼
性等の面で、従来の端面窓型半導体レーザの実用化を阻
んできた問題点を解決した産業上有用な半導体デバイス
である。
性等の面で、従来の端面窓型半導体レーザの実用化を阻
んできた問題点を解決した産業上有用な半導体デバイス
である。
第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施例の構造
を示す図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第２の実
施例の構造を示す図、第３図は従来のウィンドLDにおい
て、光ガイド層上での再成長が不完全となることを示す
図である。 １……ｐ−GaAs基板、２……ｐ−GaAlAsクラッド層、３
……ｐ−GaAlAs光ガイド層、 ４……GaAlAs活性層、５……ｎ−GaAlAsクラッド層、６
……ｎ−GaAlAs保護層、 ７……p-−GaAlAs窓領域クラッド層、 ８……ｎ−GaAlAs窓領域クラッド層、 ９……ｎ−GaAsキャップ層、10……ｎ−GaAs電流阻止
層、11……ｎ型電極、12……ｐ型電極、13……窓領域、
14……内部励起領域、 15……活性層が窓領域と接する部分、 16……テラス部、17……電極非導通部、 Lw……窓領域長、Lb……電流非導通部長
を示す図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第２の実
施例の構造を示す図、第３図は従来のウィンドLDにおい
て、光ガイド層上での再成長が不完全となることを示す
図である。 １……ｐ−GaAs基板、２……ｐ−GaAlAsクラッド層、３
……ｐ−GaAlAs光ガイド層、 ４……GaAlAs活性層、５……ｎ−GaAlAsクラッド層、６
……ｎ−GaAlAs保護層、 ７……p-−GaAlAs窓領域クラッド層、 ８……ｎ−GaAlAs窓領域クラッド層、 ９……ｎ−GaAsキャップ層、10……ｎ−GaAs電流阻止
層、11……ｎ型電極、12……ｐ型電極、13……窓領域、
14……内部励起領域、 15……活性層が窓領域と接する部分、 16……テラス部、17……電極非導通部、 Lw……窓領域長、Lb……電流非導通部長
フロントページの続き (72)発明者 大林 健 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−173773（ＪＰ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．22［５ ］ （1986） Ｐ．279−280 1990年（平成２年） 春季第37回応用 物理学関係連合講演会予稿集 第３分冊 （1990） 28ａ−ＳＡ−４ Ｐ．905
Claims (3)
- 【請求項１】内部励起領域と、該内部励起領域の長さ方
向両端面に形成された窓領域と、を備えた半導体レーザ
素子であって、 第１導電型GaAs基板と、 該基板上に形成され、前記基板に達するストライプ状の
溝を有した第２導電型のGaAs電流阻止層と、 少なくとも前記ストライプ状の溝を覆うように順次積層
形成される第１導電型のGaAlAs下部クラッド層及び第１
導電型のGaAlAs光ガイド層と、 該光ガイド層の上に素子の両端面間を延伸して均一な幅
を有するよう形成された、活性層を含むストライプ状メ
サ型多層構造体と、 該ストライプ状メサ型多層構造体上を含め前記基板上全
体を覆う第１導電型のGaAlAs再成長クラッド層と、 を備え、 前記窓領域を構成する前記ストライプ状メサ型多層構造
体の両端面部で、前記光ガイド層より上層が除去され該
光ガイド層が露出されてなる半導体レーザ素子におい
て、 前記基板上の前記ストライプ状メサ型多層構造体の非形
成領域における前記第２導電型のGaAs電流阻止層より上
層が除去され、該GaAs電流阻止層上に直接、前記第１導
電型のGaAlAs再成長クラッド層が形成されてなることを
特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】前記ストライプ状の溝が、前記窓領域から
該窓領域に隣接した前記内部励起領域端部に亙って、前
記第２導電型GaAs電流阻止層内にあって、前記第１導電
型GaAs基板に達していないことを特徴とする請求項第１
項記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】内部励起領域と、該内部励起領域の長さ方
向両端面に形成された窓領域と、を備えた半導体レーザ
素子の製造方法であって、 第１導電型GaAs基板上に形成する第２導電型のGaAs電流
阻止層に、前記基板に達するストライプ状の溝を形成す
る工程と、 前記ストライプ状の溝を含め前記基板上に第１導電型の
GaAlAs下部クラッド層及び第１導電型のGaAlAs光ガイド
層を順次、積層形成する工程と、 前記光ガイド層の上に活性層を含むヘテロ接合構造の多
層膜を形成する工程と、前記ストライプ溝が略中央とな
り且つ素子の両端面間を延伸して均一な幅を有するよう
なメサ形状を、該メサ形状の両側が前記第２導電型のGa
As電流阻止層が露出するまで除去して形成する工程と、 前記窓領域となる前記メサ形状の両端部において、前記
光ガイド層が露出するまで上層を除去する工程と、 前記メサ形状及び窓領域が形成された基板上に、液相エ
ピタキシャル成長方法によって第１導電型からなるGaAl
As再成長クラッド層を形成する工程とを、含むことを特
徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003192A JP2672872B2 (ja) | 1990-01-09 | 1990-01-09 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003192A JP2672872B2 (ja) | 1990-01-09 | 1990-01-09 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03208390A JPH03208390A (ja) | 1991-09-11 |
| JP2672872B2 true JP2672872B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=11550545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003192A Expired - Fee Related JP2672872B2 (ja) | 1990-01-09 | 1990-01-09 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2672872B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2733210B2 (ja) * | 1995-07-13 | 1998-03-30 | 工業技術院長 | 半導体ストライプレーザ |
| US10784649B2 (en) | 2017-03-23 | 2020-09-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01173773A (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-10 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
-
1990
- 1990-01-09 JP JP2003192A patent/JP2672872B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９９０年（平成２年） 春季第３７回応用物理学関係連合講演会予稿集 第３分冊 （１９９０） ２８ａ−ＳＡ−４ Ｐ．９０５ |
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．２２［５］ （１９８６） Ｐ．２７９−２８０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03208390A (ja) | 1991-09-11 |
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|---|---|---|---|
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