JP2939167B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2939167B2 JP2939167B2 JP7275497A JP27549795A JP2939167B2 JP 2939167 B2 JP2939167 B2 JP 2939167B2 JP 7275497 A JP7275497 A JP 7275497A JP 27549795 A JP27549795 A JP 27549795A JP 2939167 B2 JP2939167 B2 JP 2939167B2
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- diffraction grating
- semiconductor
- semiconductor laser
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ストライプ構造を
有する半導体レーザ素子に関するものである。
有する半導体レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを利用した光情報伝送システ
ムや光計測システムの光源として半導体レーザを利用す
る場合には、半導体レーザが単一縦モードで発振する動
作特性を有していることが、光ファイバとの結合に際し
て該光ファイバからの反射光による雑音を低減させるこ
とができ、望ましい。半導体レーザでは、共振器の反射
鏡を、分光器と同様の原理の回折格子で構成すれば、単
一縦モード発振が得られる。このような半導体レーザと
しては、活性領域あるいは活性領域に近接して周期的な
凹凸状の回折格子を形成した分布帰還（ＤＦＢ）型半導
体レーザ、及び分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）型半導体レ
ーザが知られている。
ムや光計測システムの光源として半導体レーザを利用す
る場合には、半導体レーザが単一縦モードで発振する動
作特性を有していることが、光ファイバとの結合に際し
て該光ファイバからの反射光による雑音を低減させるこ
とができ、望ましい。半導体レーザでは、共振器の反射
鏡を、分光器と同様の原理の回折格子で構成すれば、単
一縦モード発振が得られる。このような半導体レーザと
しては、活性領域あるいは活性領域に近接して周期的な
凹凸状の回折格子を形成した分布帰還（ＤＦＢ）型半導
体レーザ、及び分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）型半導体レ
ーザが知られている。
【０００３】特に、６６０〜８９０ｎｍの短波長のレー
ザ光を発振するＤＦＢ型半導体レーザは、従来、ＡｌＧ
ａＡｓ系材料を中心として、ＭＢＥ法（分子線エピタキ
シ法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属分解気相成長法）、Ｌ
ＰＥ法（液相エピタキシ法）、あるいはＬＰＥ法とＭＯ
ＣＶＤ法の併合により製造されている。
ザ光を発振するＤＦＢ型半導体レーザは、従来、ＡｌＧ
ａＡｓ系材料を中心として、ＭＢＥ法（分子線エピタキ
シ法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属分解気相成長法）、Ｌ
ＰＥ法（液相エピタキシ法）、あるいはＬＰＥ法とＭＯ
ＣＶＤ法の併合により製造されている。
【０００４】ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料を用いた７
８０ｎｍ以下の短波長レーザ光を発振するＤＦＢ型半導
体レーザ素子の一例を図４に示す。該ＤＦＢ型半導体レ
ーザはｐ型ＧａＡｓ基板４１にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層
４２を積層した後に、横モード制御と電流閉じ込めのた
めに、Ｖ溝をその底部がｐ型ＧａＡｓ基板４１に達する
ように形成する。次いで、該Ｖ溝内およびｎ型ＧａＡｓ
クラッド層４２上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３を
表面が平坦になるように成長させた後、該ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層４３上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４
４、ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層４５、およびｎ
型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６を順次積層し、該ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層４６表面に、二光束干渉露光法等
により凹凸状の回折格子を形成する。そして、該ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層４６の回折格子上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層４７およびｎ型ＧａＡｓキャップ層４
８を順次積層する。その後、ｎ型ＧａＡｓキャップ層４
８上にｎ側のオーミック電極５２を配設すると共に、ｐ
型ＧａＡｓ基板４１にｐ側のオーミック電極５２を配設
することにより、ＤＦＢ型半導体レーザ素子が得られ
る。
８０ｎｍ以下の短波長レーザ光を発振するＤＦＢ型半導
体レーザ素子の一例を図４に示す。該ＤＦＢ型半導体レ
ーザはｐ型ＧａＡｓ基板４１にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層
４２を積層した後に、横モード制御と電流閉じ込めのた
めに、Ｖ溝をその底部がｐ型ＧａＡｓ基板４１に達する
ように形成する。次いで、該Ｖ溝内およびｎ型ＧａＡｓ
クラッド層４２上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３を
表面が平坦になるように成長させた後、該ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層４３上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４
４、ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層４５、およびｎ
型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６を順次積層し、該ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層４６表面に、二光束干渉露光法等
により凹凸状の回折格子を形成する。そして、該ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層４６の回折格子上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層４７およびｎ型ＧａＡｓキャップ層４
８を順次積層する。その後、ｎ型ＧａＡｓキャップ層４
８上にｎ側のオーミック電極５２を配設すると共に、ｐ
型ＧａＡｓ基板４１にｐ側のオーミック電極５２を配設
することにより、ＤＦＢ型半導体レーザ素子が得られ
る。
【０００５】このような構造のＤＦＢ型半導体レーザ素
子は、ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６上に回折格子を形成
し、その回折格子上にＡｌＧａＡｓクラッド層４７を積
層している。しかし、ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６のよ
うに、Ａｌを成分として含む結晶は空気中で容易に酸化
し瞬時に酸化膜を形成する性質を有する。このため、Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層４６上に回折格子を形成すると、
該回折格子上に酸化膜が形成され、該ＡｌＧａＡｓ光ガ
イド層４６上にＡｌＧａＡｓクラッド層４７を成長させ
ることは容易ではない。従って、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ系材料を用いて回折格子を有する発振波長が７８０ｎ
ｍ以下の半導体レーザ素子は、製造が容易ではない。
子は、ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６上に回折格子を形成
し、その回折格子上にＡｌＧａＡｓクラッド層４７を積
層している。しかし、ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６のよ
うに、Ａｌを成分として含む結晶は空気中で容易に酸化
し瞬時に酸化膜を形成する性質を有する。このため、Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層４６上に回折格子を形成すると、
該回折格子上に酸化膜が形成され、該ＡｌＧａＡｓ光ガ
イド層４６上にＡｌＧａＡｓクラッド層４７を成長させ
ることは容易ではない。従って、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ系材料を用いて回折格子を有する発振波長が７８０ｎ
ｍ以下の半導体レーザ素子は、製造が容易ではない。
【０００６】回折格子の形成層として、ＡｌＧａＡｓ結
晶に替えてＩｎＧａＡｓＰ結晶を用いたＤＦＢ型半導体
レーザ素子も開発されている。該ＤＦＢ半導体レーザ素
子は、図５に示すように、図４に示したＤＦＢ型半導体
レーザのｎ型ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層４５および
ｎ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６に替えて、ＩｎＧａＡ
ｓＰ回折格子形成層５３およびｎ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層５４がｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４４とｎ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層４７との間に順次積層されている。そし
て、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３表面に凹凸状
の回折格子が形成されている。その他の構成は図４に示
すＤＦＢ型半導体レーザ素子と同様であるので、同一構
成部分に図４と同符号を付して説明を省略する。
晶に替えてＩｎＧａＡｓＰ結晶を用いたＤＦＢ型半導体
レーザ素子も開発されている。該ＤＦＢ半導体レーザ素
子は、図５に示すように、図４に示したＤＦＢ型半導体
レーザのｎ型ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層４５および
ｎ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層４６に替えて、ＩｎＧａＡ
ｓＰ回折格子形成層５３およびｎ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層５４がｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４４とｎ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層４７との間に順次積層されている。そし
て、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３表面に凹凸状
の回折格子が形成されている。その他の構成は図４に示
すＤＦＢ型半導体レーザ素子と同様であるので、同一構
成部分に図４と同符号を付して説明を省略する。
【０００７】このような構成のＤＦＢ型半導体レーザ素
子は、回折格子がＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３に
形成されるため、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５４が該
ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３上に容易に成長させ
ることができる。
子は、回折格子がＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３に
形成されるため、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５４が該
ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３上に容易に成長させ
ることができる。
【０００８】一方、ストライプ構造を有する半導体レー
ザ素子の一例（特開昭６０−１１０１８８）を図６に示
す。該半導体レーザ素子はまずｎ型ＧａＡｓ基板６１上
にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６２、ノンドープＡｌＧ
ａＡｓ活性層６３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６４、
ｐ型ＧａＡｓ酸化防止層６５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエッチ
ング停止層６６、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６７を順次積
層する。次に、ホトリソグラフィ法によりストライプ状
欠除領域７０をｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６７、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓエッチング停止層６６を貫通し、ｐ型ＧａＡｓ
酸化防止層６５に達するまで形成する。次に、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層６８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６９
を成長させる。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板６１にｎ側の
オーミック電極７１を配設すると共に、ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層６９上にｐ型のオーミック電極７２を配設する
ことにより該半導体レーザ素子が得られる。
ザ素子の一例（特開昭６０−１１０１８８）を図６に示
す。該半導体レーザ素子はまずｎ型ＧａＡｓ基板６１上
にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６２、ノンドープＡｌＧ
ａＡｓ活性層６３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６４、
ｐ型ＧａＡｓ酸化防止層６５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエッチ
ング停止層６６、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６７を順次積
層する。次に、ホトリソグラフィ法によりストライプ状
欠除領域７０をｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６７、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓエッチング停止層６６を貫通し、ｐ型ＧａＡｓ
酸化防止層６５に達するまで形成する。次に、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層６８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６９
を成長させる。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板６１にｎ側の
オーミック電極７１を配設すると共に、ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層６９上にｐ型のオーミック電極７２を配設する
ことにより該半導体レーザ素子が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このようなＩｎＧａＡ
ｓＰ回折格子形成層５３を有するＤＦＢ型半導体レーザ
素子では、回折格子が形成された該ＩｎＧａＡｓＰ回折
格子形成層５３上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を積層
すると、メルトバックにより、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子形成層５３の回折格子が侵蝕されるおそれがある。例
えば、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３上に形成さ
れた回折格子が矩形波形状であれば、メルトバックによ
り矩形の波形の角部が侵蝕されて丸くなり、さらにメル
トバックにより該波形が侵蝕されると、三角波形状にな
ってしまう。このため、得られるＤＦＢ型半導体レーザ
では、単一縦モード発振が得られにくく、光ファイバと
の結合効率が著しく低下する。
ｓＰ回折格子形成層５３を有するＤＦＢ型半導体レーザ
素子では、回折格子が形成された該ＩｎＧａＡｓＰ回折
格子形成層５３上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を積層
すると、メルトバックにより、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子形成層５３の回折格子が侵蝕されるおそれがある。例
えば、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層５３上に形成さ
れた回折格子が矩形波形状であれば、メルトバックによ
り矩形の波形の角部が侵蝕されて丸くなり、さらにメル
トバックにより該波形が侵蝕されると、三角波形状にな
ってしまう。このため、得られるＤＦＢ型半導体レーザ
では、単一縦モード発振が得られにくく、光ファイバと
の結合効率が著しく低下する。
【００１０】該ＤＦＢレーザでは、ＩｎＧａＡｓＰ回折
格子形成層５３に、実際に、ピッチ２５００Å、高さ８
００Åの回折格子を形成して、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子形成層５３上にＡｌＧａＡｓクラッド層５４を成長さ
せると、回折格子の高さが６００Å程度に減少し、回折
格子の容積も、ＡｌＧａＡｓクラッド層５４の積層前と
比べて３０〜４０％減少することが判明している。
格子形成層５３に、実際に、ピッチ２５００Å、高さ８
００Åの回折格子を形成して、該ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子形成層５３上にＡｌＧａＡｓクラッド層５４を成長さ
せると、回折格子の高さが６００Å程度に減少し、回折
格子の容積も、ＡｌＧａＡｓクラッド層５４の積層前と
比べて３０〜４０％減少することが判明している。
【００１１】また、図３に示す従来例では、第１の成長
の後形成したストライプの底面とストライプ外の最上面
とが同一材料（ここではＧａＡｓ）で構成されており、
その後の工程の第２の成長によってストライプを埋め込
んだ層は平坦とならない。このため、この半導体レーザ
素子をステムに実装するときに、通常行われるように、
ｐ型のオーミック電極側をステムに密着させるように実
装すると、ストライプを埋め込んだ層に生じているくぼ
みによって、この部分で半導体レーザ素子とステムが密
着しなくなり、レーザ発振時に最も発熱する、活性層６
３のストライプ状欠如領域７０付近からのステム側への
放熱性が低下してしまうという問題が生じることが明ら
かになっている。
の後形成したストライプの底面とストライプ外の最上面
とが同一材料（ここではＧａＡｓ）で構成されており、
その後の工程の第２の成長によってストライプを埋め込
んだ層は平坦とならない。このため、この半導体レーザ
素子をステムに実装するときに、通常行われるように、
ｐ型のオーミック電極側をステムに密着させるように実
装すると、ストライプを埋め込んだ層に生じているくぼ
みによって、この部分で半導体レーザ素子とステムが密
着しなくなり、レーザ発振時に最も発熱する、活性層６
３のストライプ状欠如領域７０付近からのステム側への
放熱性が低下してしまうという問題が生じることが明ら
かになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る半導体レーザ素子は、レーザ発振される活性層と積
層状態になっており、最上面がＡｌを組成物として含ま
ない半導体化合物で構成された第１の半導体積層構造体
と、該第１の半導体積層構造体上に、ストライプ状欠如
部分が形成されるように積層されており、前記第１の半
導体積層構造体最上面よりもＡｌを組成物としてより多
く含む半導体化合物を上面に有する第２の半導体積層構
造体と、前記第１及び第２の半導体積層構造体上に積層
された第３の半導体積層構造体と、を備え、前記第３の
半導体積層構造体は、下方にストライプ状欠如部分が形
成されているか否かで、その層厚が異なり、前記第１の
半導体積層構造体の上方でより厚く、前記第２の半導体
積層構造体の上方でより薄く形成されていることによっ
て、上記課題を解決する。
係る半導体レーザ素子は、レーザ発振される活性層と積
層状態になっており、最上面がＡｌを組成物として含ま
ない半導体化合物で構成された第１の半導体積層構造体
と、該第１の半導体積層構造体上に、ストライプ状欠如
部分が形成されるように積層されており、前記第１の半
導体積層構造体最上面よりもＡｌを組成物としてより多
く含む半導体化合物を上面に有する第２の半導体積層構
造体と、前記第１及び第２の半導体積層構造体上に積層
された第３の半導体積層構造体と、を備え、前記第３の
半導体積層構造体は、下方にストライプ状欠如部分が形
成されているか否かで、その層厚が異なり、前記第１の
半導体積層構造体の上方でより厚く、前記第２の半導体
積層構造体の上方でより薄く形成されていることによっ
て、上記課題を解決する。
【００１３】この発明（請求項２）に係る半導体レーザ
素子は、請求項１の半導体レーザ素子において、前記第
３の半導体積層構造体の上面がほぼ平坦であることによ
って、上記課題を解決する。
素子は、請求項１の半導体レーザ素子において、前記第
３の半導体積層構造体の上面がほぼ平坦であることによ
って、上記課題を解決する。
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例について、以下に
説明する。
説明する。
【００１６】本発明の半導体レーザ素子は図１に示すよ
うに、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電
流阻止層１２が積層されている。該ｎ型ＧａＡｓ電流阻
止層１２の中央部には、横モード制御および電流閉じ込
めのためのＶ溝がストライプ状に設けられており、該Ｖ
溝の底部はｐ型ＧａＡｓ基板１１に達している。該Ｖ溝
内およびｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１２上には、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１３の上面は平坦になっている。該
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３上には、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ活性層１４、ノンドープＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回
折格子形成層１５が順次積層されている。該Ｉｎ1-xＧ
ａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５の前記Ｖ溝上方であ
る中央部のストライプ領域には、凹凸が周期的に形成さ
れた回折格子１５ａが形成されている。該回折格子１５
ａの幅は、前記ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１２に形成され
たＶ溝の開口幅より広くなっている。
うに、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電
流阻止層１２が積層されている。該ｎ型ＧａＡｓ電流阻
止層１２の中央部には、横モード制御および電流閉じ込
めのためのＶ溝がストライプ状に設けられており、該Ｖ
溝の底部はｐ型ＧａＡｓ基板１１に達している。該Ｖ溝
内およびｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１２上には、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１３の上面は平坦になっている。該
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３上には、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ活性層１４、ノンドープＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回
折格子形成層１５が順次積層されている。該Ｉｎ1-xＧ
ａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５の前記Ｖ溝上方であ
る中央部のストライプ領域には、凹凸が周期的に形成さ
れた回折格子１５ａが形成されている。該回折格子１５
ａの幅は、前記ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１２に形成され
たＶ溝の開口幅より広くなっている。
【００１７】該Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層
１５の回折格子１５ａが形成された中央部分を除く各側
部上には、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６が
積層されており、該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成
層１６上にも凹凸が周期的に形成された回折格子１６ａ
が形成されている。該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形
成層１６上の回折格子１６ａ上およびＩｎ1-xＧａxＡｓ
yＰ1-y回折格子形成層１５の回折格子１５ａ上にはｎ型
ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７が積層されている。該
ｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７の上面は平坦にな
っており、該ｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７上
に、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１８が積層されている。
１５の回折格子１５ａが形成された中央部分を除く各側
部上には、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６が
積層されており、該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成
層１６上にも凹凸が周期的に形成された回折格子１６ａ
が形成されている。該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形
成層１６上の回折格子１６ａ上およびＩｎ1-xＧａxＡｓ
yＰ1-y回折格子形成層１５の回折格子１５ａ上にはｎ型
ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７が積層されている。該
ｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７の上面は平坦にな
っており、該ｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７上
に、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１８が積層されている。
【００１８】そして、該ｎ型ＧａＡｓキャップ層１８に
ｎ側のオーミック性金属電極２１が配設されており、前
記ｐ型ＧａＡｓ基板１１にｐ側のオーミック性金属電極
２２が配設されている。
ｎ側のオーミック性金属電極２１が配設されており、前
記ｐ型ＧａＡｓ基板１１にｐ側のオーミック性金属電極
２２が配設されている。
【００１９】このような構成の本発明の半導体レーザ素
子は次のように製造される。
子は次のように製造される。
【００２０】ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓ電流
阻止層１２を積層した後、横モード制御および電流閉じ
込めのために、該ｎ型ＧａＡｓクラッド層１２の中央部
にＶ溝をその底部がｐ型ＧａＡｓ基板１１に達するよう
に、ストライプ状に形成する。
阻止層１２を積層した後、横モード制御および電流閉じ
込めのために、該ｎ型ＧａＡｓクラッド層１２の中央部
にＶ溝をその底部がｐ型ＧａＡｓ基板１１に達するよう
に、ストライプ状に形成する。
【００２１】次いで、該Ｖ溝内およびｎ型ＧａＡｓ電流
阻止層１２上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３を成長
する。該ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３の上面は平坦
にされる。そして、該ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３
上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４、ノンドープＩｎ
1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５、ｎ型ＡｌzＧ
ａ1-zＡｓチャネル形成層１６を順次積層する。
阻止層１２上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３を成長
する。該ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３の上面は平坦
にされる。そして、該ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３
上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４、ノンドープＩｎ
1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５、ｎ型ＡｌzＧ
ａ1-zＡｓチャネル形成層１６を順次積層する。
【００２２】その後、該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル
形成層１６における前記ＧａＡｓ電流阻止層１２のＶ溝
上方域、すなわち、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４の活性
領域の上方域に、該Ｖ溝の開口幅よりも広い幅のストラ
イプが形成されるように、ホトレジスト膜を塗布してス
トライプのパターンを形成する。そして、該ホトレジス
ト膜をマスクとして、化学エッチングにより、ｎ型Ａｌ
zＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６の中央部を、ノンドー
プＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５に達する
まで除去してチャネルを形成する。
形成層１６における前記ＧａＡｓ電流阻止層１２のＶ溝
上方域、すなわち、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４の活性
領域の上方域に、該Ｖ溝の開口幅よりも広い幅のストラ
イプが形成されるように、ホトレジスト膜を塗布してス
トライプのパターンを形成する。そして、該ホトレジス
ト膜をマスクとして、化学エッチングにより、ｎ型Ａｌ
zＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６の中央部を、ノンドー
プＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５に達する
まで除去してチャネルを形成する。
【００２３】次いで、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形
成層１６上のホトレジスト膜を除去した後に、該ｎ型Ａ
ｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上面および露出され
たノンドープＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１
５上面にホトレジスト膜を塗布し、紫外線レーザを用い
た二光束干渉露光により、周期２０００〜３０００Åで
ホトレジストの回折格子を形成し、化学エッチングによ
り、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上および
ノンドープＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５
に周期的に凹凸を形成して、回折格子１６ａおよび１５
ａをそれぞれ形成する。その後、ホトレジスト膜を除去
した後に、各回折格子１５ａおよび１６ａ上にｎ型Ａｌ
wＧａ1-wＡｓクラッド層１７を成長させてその上面を平
坦にし、該ｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７上にｎ
型ＧａＡｓキャップ層１８を積層する。そして、該ｎ型
ＧａＡｓキャップ層１８にｎ側のオーミック性金属電極
２１を配設し、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上にｐ側のオーミ
ック性金属電極を配設することにより、図１に示すＤＦ
Ｂ型半導体レーザ素子が得られる。
成層１６上のホトレジスト膜を除去した後に、該ｎ型Ａ
ｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上面および露出され
たノンドープＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１
５上面にホトレジスト膜を塗布し、紫外線レーザを用い
た二光束干渉露光により、周期２０００〜３０００Åで
ホトレジストの回折格子を形成し、化学エッチングによ
り、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上および
ノンドープＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５
に周期的に凹凸を形成して、回折格子１６ａおよび１５
ａをそれぞれ形成する。その後、ホトレジスト膜を除去
した後に、各回折格子１５ａおよび１６ａ上にｎ型Ａｌ
wＧａ1-wＡｓクラッド層１７を成長させてその上面を平
坦にし、該ｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７上にｎ
型ＧａＡｓキャップ層１８を積層する。そして、該ｎ型
ＧａＡｓキャップ層１８にｎ側のオーミック性金属電極
２１を配設し、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上にｐ側のオーミ
ック性金属電極を配設することにより、図１に示すＤＦ
Ｂ型半導体レーザ素子が得られる。
【００２４】該ＤＦＢ型半導体レーザ素子は、四元層で
あるＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５の混晶
比が、０．６８≦ｘ≦１、０．３４≦ｙ≦１、ｙ＝２．
０４ｘ−１．０４を満足するように設定される。また、
該Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５上の各側
部上に積層されるｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層
１６の混晶比は、０≦Ｚ≦０．５の範囲で設定される。
このように、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１
５およびｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６の混
晶比を設定すれば、該Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子
形成層１５上にｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１
６を積層して、該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層
１６の中央部にストライプ状のチャネルを該Ｉｎ1-xＧ
ａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５に達するまで形成し
た際に、該ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上面
は、Ａｌを含んでいるために表面に酸化膜が形成され
る。
あるＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５の混晶
比が、０．６８≦ｘ≦１、０．３４≦ｙ≦１、ｙ＝２．
０４ｘ−１．０４を満足するように設定される。また、
該Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５上の各側
部上に積層されるｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層
１６の混晶比は、０≦Ｚ≦０．５の範囲で設定される。
このように、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１
５およびｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６の混
晶比を設定すれば、該Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子
形成層１５上にｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１
６を積層して、該ｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層
１６の中央部にストライプ状のチャネルを該Ｉｎ1-xＧ
ａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５に達するまで形成し
た際に、該ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上面
は、Ａｌを含んでいるために表面に酸化膜が形成され
る。
【００２５】そのため、そのチャネル内および該Ａｌz
Ｇａ1-zＡｓチャネル形成層１６上にｎ型ＡｌwＧａ1-w
Ａｓクラッド層を液相エピタキシ法で成長させると、該
ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上に成長される結
晶は、表面酸化膜の影響で、成長開始時の成長速度が遅
くなる。その結果、液相エピタキシ法においてチャネル
内のＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５上に成
長される結晶の溶液は、過飽和状態になりやすく、その
結果の成長速度は速くなり、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回
折格子形成層１５に形成された凹凸状の回折格子はメル
トバックにより侵蝕されず、その形状が確実に保持され
る。
Ｇａ1-zＡｓチャネル形成層１６上にｎ型ＡｌwＧａ1-w
Ａｓクラッド層を液相エピタキシ法で成長させると、該
ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６上に成長される結
晶は、表面酸化膜の影響で、成長開始時の成長速度が遅
くなる。その結果、液相エピタキシ法においてチャネル
内のＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５上に成
長される結晶の溶液は、過飽和状態になりやすく、その
結果の成長速度は速くなり、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回
折格子形成層１５に形成された凹凸状の回折格子はメル
トバックにより侵蝕されず、その形状が確実に保持され
る。
【００２６】各回折格子１５ａおよび１６ａ上に積層さ
れるｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７の混晶比は、
該ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７がＩｎ1-xＧａxＡｓ
yＰ1-y回折格子形成層１５よりも高い屈折率となるよう
に設定される。したがって、回折格子１６ａが形成され
るｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６と同じ混晶
比であってもよい。
れるｎ型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７の混晶比は、
該ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７がＩｎ1-xＧａxＡｓ
yＰ1-y回折格子形成層１５よりも高い屈折率となるよう
に設定される。したがって、回折格子１６ａが形成され
るｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６と同じ混晶
比であってもよい。
【００２７】なお、上記実施例では、ｎ型ＡｌzＧａ1-z
Ａｓチャネル形成層１６のチャネル内におけるＩｎ1-x
ＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５上面、および該ｎ
型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６のチャネル外上
面との両方に回折格子を形成する構成としたが、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ活性層１４の活性領域に対応したチャネル内
のＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５にのみ回
折格子を形成する構成であってもよい。
Ａｓチャネル形成層１６のチャネル内におけるＩｎ1-x
ＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５上面、および該ｎ
型ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層１６のチャネル外上
面との両方に回折格子を形成する構成としたが、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ活性層１４の活性領域に対応したチャネル内
のＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５にのみ回
折格子を形成する構成であってもよい。
【００２８】また、回折格子形成層１５としては、該回
折格子形成層１５上に形成されたチャネル内に積層され
る結晶の溶液が成長時に過飽和状態となるものであれば
よく、例えばＧａＡｓであってもよい。
折格子形成層１５上に形成されたチャネル内に積層され
る結晶の溶液が成長時に過飽和状態となるものであれば
よく、例えばＧａＡｓであってもよい。
【００２９】ピッチ２５００Å、高さ８００Åの矩形波
形状の回折格子１５ａを形成して本実施例の半導体レー
ザ素子を製造したところ、該回折格子１５ａはメルトバ
ックされることがなく、その高さも８００Åに保持され
ていた。
形状の回折格子１５ａを形成して本実施例の半導体レー
ザ素子を製造したところ、該回折格子１５ａはメルトバ
ックされることがなく、その高さも８００Åに保持され
ていた。
【００３０】図２は本発明に半導体レーザ素子の他の実
施例である。本実施例では、図１に示すＤＦＢ型半導体
レーザ素子のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４とＩｎ1-xＧ
ａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５との間に、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓキャリアバリア層３１が介装されている。その
他の構成は図１に示す半導体レーザ素子と同様であるの
で同一構成部分に同符号を付して説明を省略する。
施例である。本実施例では、図１に示すＤＦＢ型半導体
レーザ素子のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４とＩｎ1-xＧ
ａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層１５との間に、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓキャリアバリア層３１が介装されている。その
他の構成は図１に示す半導体レーザ素子と同様であるの
で同一構成部分に同符号を付して説明を省略する。
【００３１】本実施例ではキャリアバリア層３１がｐ型
ＡｌＧａＡｓ活性層１４上に積層されているため、該ｐ
型ＡｌＧａＡｓ活性層１４のＡｌ混晶比を増加させるこ
とができ、より短波長帯でのレーザ発振が可能となる。
また、この場合は、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層１５
が光ガイド層となるため回折格子の結合効率を向上させ
ることができる。
ＡｌＧａＡｓ活性層１４上に積層されているため、該ｐ
型ＡｌＧａＡｓ活性層１４のＡｌ混晶比を増加させるこ
とができ、より短波長帯でのレーザ発振が可能となる。
また、この場合は、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層１５
が光ガイド層となるため回折格子の結合効率を向上させ
ることができる。
【００３２】本実施例では、回折格子上に積層されるｎ
型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７がＩｎＧａＡｓＰ回
折格子形成層１５よりも低屈折率となるように設定され
ることが好ましい。
型ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層１７がＩｎＧａＡｓＰ回
折格子形成層１５よりも低屈折率となるように設定され
ることが好ましい。
【００３３】
【００３４】
【００３５】上記実施例においては、すべて、ＤＦＢレ
ーザを例に挙げて説明したが、本願発明はこれに限定さ
れるものではなく、ストライプ底面の第１の半導体化合
物、ストライプ外の上面の第２半導体化合物のいずれか
に回折格子が形成されているものであっても、いずれに
も回折格子が形成されていないものであってもよいこと
はいうまでもない。
ーザを例に挙げて説明したが、本願発明はこれに限定さ
れるものではなく、ストライプ底面の第１の半導体化合
物、ストライプ外の上面の第２半導体化合物のいずれか
に回折格子が形成されているものであっても、いずれに
も回折格子が形成されていないものであってもよいこと
はいうまでもない。
【００３６】すなわち、ストライプ底面の第１の半導体
化合物に比べ、ストライプ外の上面の第２の半導体化合
物をＡｌを多く含む半導体化合物とすることによって、
ストライプを埋めるように第２の成長を行うときに、ス
トライプ外上面が表面に形成される酸化膜の影響で成長
開始時の成長速度がストライプ底面に比べて遅くなり、
その結果、ストライプを埋める成長膜がより平坦化され
るのであれば、レーザ素子の基本的構成は問わないもの
である。
化合物に比べ、ストライプ外の上面の第２の半導体化合
物をＡｌを多く含む半導体化合物とすることによって、
ストライプを埋めるように第２の成長を行うときに、ス
トライプ外上面が表面に形成される酸化膜の影響で成長
開始時の成長速度がストライプ底面に比べて遅くなり、
その結果、ストライプを埋める成長膜がより平坦化され
るのであれば、レーザ素子の基本的構成は問わないもの
である。
【００３７】また、第２の成長の成長方法もＬＰＥ法
（液相エピタキシ法）に限定されるものではなく、成長
開始時の成長速度に差が生じ、ストライプを埋める成長
膜がより平坦化されるのであれば、ＭＢＥ法（分子線エ
ピタキシ法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属分解気相成長
法）などの他の成長方法を用いてもよい。
（液相エピタキシ法）に限定されるものではなく、成長
開始時の成長速度に差が生じ、ストライプを埋める成長
膜がより平坦化されるのであれば、ＭＢＥ法（分子線エ
ピタキシ法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属分解気相成長
法）などの他の成長方法を用いてもよい。
【００３８】ここで、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体
レーザ素子においては、ストライプ底面をＧａＡｓにす
ることが最適である。
レーザ素子においては、ストライプ底面をＧａＡｓにす
ることが最適である。
【００３９】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、このよう
にストライプ底面上に半導体化合物が過飽和状態の溶液
にて高速にて成長されるため、該ストライプ底面の第１
の半導体化合物がメルトバックにより侵蝕されるおそれ
がなく、また、第３の半導体積層構造体の上面がほぼ平
坦となるため、ステムに実装し、レーザ発振させた時の
放熱性が良くなり、本発明の半導体レーザ素子を備えた
装置が、より信頼性の高いものとなる。
にストライプ底面上に半導体化合物が過飽和状態の溶液
にて高速にて成長されるため、該ストライプ底面の第１
の半導体化合物がメルトバックにより侵蝕されるおそれ
がなく、また、第３の半導体積層構造体の上面がほぼ平
坦となるため、ステムに実装し、レーザ発振させた時の
放熱性が良くなり、本発明の半導体レーザ素子を備えた
装置が、より信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図
である。
である。
【図２】本発明の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図
である。
である。
【図３】従来の半導体レーザ素子の一例を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】従来の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図で
ある。
ある。
【図５】従来の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図で
ある。
ある。
１１ ｐ型ＧａＡｓ基板 １２ ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層 １３ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １４ ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層 １５ Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y回折格子形成層 １６ ＡｌzＧａ1-zＡｓチャネル形成層 １７ ＡｌwＧａ1-wＡｓクラッド層 １８ ｎ型ＧａＡｓキャップ層 ３１ ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリアバリア層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 聰 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１−134985（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−110188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177495（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ発振される活性層と積層状態にな
っており、最上面がＡｌを組成物として含まない半導体
化合物で構成された第１の半導体積層構造体と、 該第１の半導体積層構造体上に、ストライプ状欠如部分
が形成されるように積層されており、前記第１の半導体
積層構造体最上面よりもＡｌを組成物としてより多く含
む半導体化合物を上面に有する第２の半導体積層構造体
と、 前記第１及び第２の半導体積層構造体上に積層された第
３の半導体積層構造体と、を備え、 前記第３の半導体積層構造体は、下方にストライプ状欠
如部分が形成されているか否かで、その層厚が異なり、
前記第１の半導体積層構造体の上方でより厚く、前記第
２の半導体積層構造体の上方でより薄く形成されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記第３の半導体積層構造体の上面はほ
ぼ平坦であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7275497A JP2939167B2 (ja) | 1995-10-24 | 1995-10-24 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7275497A JP2939167B2 (ja) | 1995-10-24 | 1995-10-24 | 半導体レーザ素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63267765A Division JP2806533B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213697A JPH08213697A (ja) | 1996-08-20 |
| JP2939167B2 true JP2939167B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=17556325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7275497A Expired - Lifetime JP2939167B2 (ja) | 1995-10-24 | 1995-10-24 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939167B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100491073B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2005-05-24 | 한국과학기술연구원 | ＡｌＧａＡｓ 삽입층에 의한 ＩｎＧａＡｓ 양자점의방사파장 조정방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60110188A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPH01134985A (ja) * | 1987-11-19 | 1989-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
-
1995
- 1995-10-24 JP JP7275497A patent/JP2939167B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08213697A (ja) | 1996-08-20 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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