JP3238783B2 - 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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- 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
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- H—ELECTRICITY
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—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
- H01S5/343—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
- H01S5/34306—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 emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信などに用いられ
るＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ素子に関する。
るＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信用等に用いられるＩｎＧａ
ＡｓＰ系半導体レーザ素子としては、ＢＣ−ＬＤ（Buri
ed Crescent-Laser Diode）の構造のものや、ＢＨ−Ｌ
Ｄ（Buried Hetero-structure-Laser Diode）の構造の
ものが知られている。
ＡｓＰ系半導体レーザ素子としては、ＢＣ−ＬＤ（Buri
ed Crescent-Laser Diode）の構造のものや、ＢＨ−Ｌ
Ｄ（Buried Hetero-structure-Laser Diode）の構造の
ものが知られている。
【０００３】まず、ＢＣ−ＬＤ構造の半導体レーザ素子
を図４に示す。この素子においては、ＩｎＰ基板４１上
に、ｎ型ＩｎＰ層４２ａおよびｐ型ＩｎＰ層４２ｂから
なるｐｎ逆バイアスを用いた電流阻止層４２が形成さ
れ、この電流阻止層４２を２つに分断してＶ溝４７が形
成されている。このＶ溝４７を含む電流阻止層４２の上
部には、下部クラッド層４３、活性層４４、上部クラッ
ド層４５およびキャップ層４６が順次積層形成されてい
る。
を図４に示す。この素子においては、ＩｎＰ基板４１上
に、ｎ型ＩｎＰ層４２ａおよびｐ型ＩｎＰ層４２ｂから
なるｐｎ逆バイアスを用いた電流阻止層４２が形成さ
れ、この電流阻止層４２を２つに分断してＶ溝４７が形
成されている。このＶ溝４７を含む電流阻止層４２の上
部には、下部クラッド層４３、活性層４４、上部クラッ
ド層４５およびキャップ層４６が順次積層形成されてい
る。
【０００４】一方、ＢＨ−ＬＤ構造の半導体レーザ素子
は、図５に示されるようにＩｎＰ基板５１上に、下部ク
ラッド層５３、活性層５４、上部クラッド層５５、キャ
ップ層５６が順次積層され、下部クラッド層５３の上
部、活性層５４、上部クラッド層５５およびキャップ層
５６はストライプ状に形成されてリッジ部となってい
る。このリッジ部は、ｎ型ＩｎＰ層５２ａおよびｐ型Ｉ
ｎＰ層５２ｂからなるｐｎ逆バイアスを用いた電流阻止
層５２によって埋め込まれている。
は、図５に示されるようにＩｎＰ基板５１上に、下部ク
ラッド層５３、活性層５４、上部クラッド層５５、キャ
ップ層５６が順次積層され、下部クラッド層５３の上
部、活性層５４、上部クラッド層５５およびキャップ層
５６はストライプ状に形成されてリッジ部となってい
る。このリッジ部は、ｎ型ＩｎＰ層５２ａおよびｐ型Ｉ
ｎＰ層５２ｂからなるｐｎ逆バイアスを用いた電流阻止
層５２によって埋め込まれている。
【０００５】しかし、上記のｐｎ逆バイアスによる電流
狭窄構造では、素子容量の増大を引き起こし、高速応答
できなくなるという欠点がある。
狭窄構造では、素子容量の増大を引き起こし、高速応答
できなくなるという欠点がある。
【０００６】そこで、この高速応答性を図るために以下
の構造の半導体レーザ素子が提案されている。
の構造の半導体レーザ素子が提案されている。
【０００７】その１つとして、図６に示される半導体レ
ーザ素子がある。この素子は、ｎ型ＩｎＰ層６２ａおよ
びｐ型ＩｎＰ層６２ｂからなる電流阻止層６２を貫通し
て基板６１まで達する溝６７が形成され、溝６７の内部
および電流阻止層６２の上面にＳｉＯ2膜６８が形成さ
れた、ＢＨ−ＬＤ構造の半導体レーザ素子である。この
図において、６３は下部クラッド層を、６５は上部クラ
ッド層を示し、６６はキャップ層を示す。この構造によ
ると、溝６７の存在でＳｉＯ2膜６８によって電流ブロ
ックが行われるので、ｐｎ逆バイアスによる電流狭窄に
比べて素子容量が低減し、高速応答が可能となる。この
電流ブロックによる高速応答化はＢＣ−ＬＤにも適用が
可能である。
ーザ素子がある。この素子は、ｎ型ＩｎＰ層６２ａおよ
びｐ型ＩｎＰ層６２ｂからなる電流阻止層６２を貫通し
て基板６１まで達する溝６７が形成され、溝６７の内部
および電流阻止層６２の上面にＳｉＯ2膜６８が形成さ
れた、ＢＨ−ＬＤ構造の半導体レーザ素子である。この
図において、６３は下部クラッド層を、６５は上部クラ
ッド層を示し、６６はキャップ層を示す。この構造によ
ると、溝６７の存在でＳｉＯ2膜６８によって電流ブロ
ックが行われるので、ｐｎ逆バイアスによる電流狭窄に
比べて素子容量が低減し、高速応答が可能となる。この
電流ブロックによる高速応答化はＢＣ−ＬＤにも適用が
可能である。
【０００８】また、図７に示されるように、活性層７４
を含むリッジ部を埋め込むために、ｐ型ＩｎＰ層７０、
ＳｉＯ2膜７１、耐熱性高抵抗樹脂膜７２が順次形成さ
れたＢＨ−ＬＤ構造も提案されている。この場合には、
ｐｎ逆バイアスによる電流狭窄の代わりに、ＳｉＯ2膜
７１および耐熱性高抵抗樹脂膜７２を用いて電流狭窄部
が形成されている。また、ＳｉＯ2膜７１と耐熱性高抵
抗樹脂膜７２とは、合わせて２μｍ以上の厚さで設けら
れている。この図において、７３は下部クラッド層を、
７５は上部クラッド層を示し、７６はキャップ層を、７
７は基板を示す。
を含むリッジ部を埋め込むために、ｐ型ＩｎＰ層７０、
ＳｉＯ2膜７１、耐熱性高抵抗樹脂膜７２が順次形成さ
れたＢＨ−ＬＤ構造も提案されている。この場合には、
ｐｎ逆バイアスによる電流狭窄の代わりに、ＳｉＯ2膜
７１および耐熱性高抵抗樹脂膜７２を用いて電流狭窄部
が形成されている。また、ＳｉＯ2膜７１と耐熱性高抵
抗樹脂膜７２とは、合わせて２μｍ以上の厚さで設けら
れている。この図において、７３は下部クラッド層を、
７５は上部クラッド層を示し、７６はキャップ層を、７
７は基板を示す。
【０００９】また、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に
おいては、図８に示すように、ＧａＡｓ基板８１上にク
ラッド層８３、活性層８４、上部クラッド層８５、キャ
ップ層８６が順次形成され、上部クラッド層８５の上部
およびキャップ層８６がストライプ状に形成されてリッ
ジ部となっている。このリッジ部は、耐熱性高抵抗樹脂
膜８７により埋め込まれ、上面が平坦化されている構造
が提案されている。
おいては、図８に示すように、ＧａＡｓ基板８１上にク
ラッド層８３、活性層８４、上部クラッド層８５、キャ
ップ層８６が順次形成され、上部クラッド層８５の上部
およびキャップ層８６がストライプ状に形成されてリッ
ジ部となっている。このリッジ部は、耐熱性高抵抗樹脂
膜８７により埋め込まれ、上面が平坦化されている構造
が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構造の半
導体レーザ素子には、それぞれ以下のような問題点があ
る。
導体レーザ素子には、それぞれ以下のような問題点があ
る。
【００１１】図６および図７の構造の半導体レーザ素子
においては、活性層は、エッチングによりストライプ状
に形成される。このため、活性層の側面が大気にさらさ
れることになり、活性層の側面近傍の結晶性が低下して
しまう。よって、リッジ部が埋め込まれた後でも、この
結晶性の低下のために非発光再結合中心が形成され、素
子の信頼性が低下する。
においては、活性層は、エッチングによりストライプ状
に形成される。このため、活性層の側面が大気にさらさ
れることになり、活性層の側面近傍の結晶性が低下して
しまう。よって、リッジ部が埋め込まれた後でも、この
結晶性の低下のために非発光再結合中心が形成され、素
子の信頼性が低下する。
【００１２】また、図７の構造のＢＨ−ＬＤにおいて
は、ＳｉＯ2膜７１および耐熱性高抵抗樹脂膜７２が厚
い膜厚で形成されているので、ＩｎＰ基板７７と、Ｓｉ
Ｏ2膜７１および耐熱性高抵抗樹脂膜７２との熱膨張に
違いが生じる。従って両者の間で大きな歪みが生じ、加
速的に素子の劣化を引き起こしてしまう。
は、ＳｉＯ2膜７１および耐熱性高抵抗樹脂膜７２が厚
い膜厚で形成されているので、ＩｎＰ基板７７と、Ｓｉ
Ｏ2膜７１および耐熱性高抵抗樹脂膜７２との熱膨張に
違いが生じる。従って両者の間で大きな歪みが生じ、加
速的に素子の劣化を引き起こしてしまう。
【００１３】図８のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子
は、エピタキシャル成長面をサブマウントにボンディン
グするために、上面を平坦化しておく必要がある。この
ため、耐熱性高抵抗樹脂膜８７の膜厚は約２μｍにもな
っている。この構造をＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザに
適用した場合には、上述のように基板と耐熱性高抵抗樹
脂膜との熱膨張の違いにより大きな歪みを生じ、これが
加速的に素子の劣化を引き起こしてしまう。
は、エピタキシャル成長面をサブマウントにボンディン
グするために、上面を平坦化しておく必要がある。この
ため、耐熱性高抵抗樹脂膜８７の膜厚は約２μｍにもな
っている。この構造をＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザに
適用した場合には、上述のように基板と耐熱性高抵抗樹
脂膜との熱膨張の違いにより大きな歪みを生じ、これが
加速的に素子の劣化を引き起こしてしまう。
【００１４】本発明は上記問題点を解決しようとするも
のであり、信頼性がよく、高速応答が可能で、かつ歩留
まりよく作製することのできる半導体レーザ素子を提供
することを目的とする。
のであり、信頼性がよく、高速応答が可能で、かつ歩留
まりよく作製することのできる半導体レーザ素子を提供
することを目的とする。
【００１５】
【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１の導電型のＩｎＰ基板上に、第１の導電型の
下部クラッド層と、下部ガイド層と、ＩｎＧａＡｓＰ層
からなる多重量子井戸活性層と、上部ガイド層とが順次
積層され、該上部ガイド層の上には、第１の導電型とは
逆の第２の導電型の上部クラッド層と、第２の導電型の
キャップ層とが順次ストライプ状に積層されたリッジ部
が形成されており、該リッジ部の側面および該リッジ部
以外の上部ガイド層の上面には、膜厚が０．２μｍ以下
の絶縁膜と、膜厚が１．５μｍ以下の耐熱性高抵抗樹脂
膜とがこの順に形成され、そのことにより上記目的が達
成される。
子は、第１の導電型のＩｎＰ基板上に、第１の導電型の
下部クラッド層と、下部ガイド層と、ＩｎＧａＡｓＰ層
からなる多重量子井戸活性層と、上部ガイド層とが順次
積層され、該上部ガイド層の上には、第１の導電型とは
逆の第２の導電型の上部クラッド層と、第２の導電型の
キャップ層とが順次ストライプ状に積層されたリッジ部
が形成されており、該リッジ部の側面および該リッジ部
以外の上部ガイド層の上面には、膜厚が０．２μｍ以下
の絶縁膜と、膜厚が１．５μｍ以下の耐熱性高抵抗樹脂
膜とがこの順に形成され、そのことにより上記目的が達
成される。
【００１６】好ましくは、前記絶縁膜がＳｉＯ2からな
り、前記耐熱性高抵抗樹脂膜がポリイミドからなる。
り、前記耐熱性高抵抗樹脂膜がポリイミドからなる。
【００１７】
【００１８】
【作用】本発明の半導体レーザ素子においては、リッジ
部が第２の導電型の上部クラッド層と第２の導電型のキ
ャップ層とから形成されている。ＩｎＧａＡｓＰ層から
なる多重量子井戸活性層とガイド層とはエッチングされ
ておらず、活性層はガイド層に挟まれている。よって、
活性層が大気にさらされることがない。
部が第２の導電型の上部クラッド層と第２の導電型のキ
ャップ層とから形成されている。ＩｎＧａＡｓＰ層から
なる多重量子井戸活性層とガイド層とはエッチングされ
ておらず、活性層はガイド層に挟まれている。よって、
活性層が大気にさらされることがない。
【００１９】リッジ部の側面とリッジ部以外の上部ガイ
ド層の上面に、絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂膜とが形成さ
れているので、ｐｎ逆バイアスを用いる場合に比べて素
子容量を充分に低減できる。
ド層の上面に、絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂膜とが形成さ
れているので、ｐｎ逆バイアスを用いる場合に比べて素
子容量を充分に低減できる。
【００２０】絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂膜との両方を形
成することにより、いずれか一方を形成した場合に比べ
て、ＩｎＰ基板に対する熱歪みの影響を小さくすること
ができる。その場合、絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂膜の膜
厚が厚すぎると、熱歪みの影響が現れるおそれがある。
成することにより、いずれか一方を形成した場合に比べ
て、ＩｎＰ基板に対する熱歪みの影響を小さくすること
ができる。その場合、絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂膜の膜
厚が厚すぎると、熱歪みの影響が現れるおそれがある。
【００２１】上記素子構造は、１回の結晶成長で形成す
ることができるので、製造工程を簡略化することができ
る。
ることができるので、製造工程を簡略化することができ
る。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００２３】（実施例１）図１は実施例１に係る半導体
レーザ素子を示す断面図である。以下に述べる方法に従
って半導体レーザ素子を作製した。まず、ｎ型ＩｎＰ基
板８上に、通常のエピタキシャル成長方法を用いてｎ型
下部クラッド層１、下部ガイド層２、量子井戸層３と障
壁層４とからなる多重量子井戸活性層７、上部ガイド
層、ｐ型上部クラッド層６、ｐ+キャップ層１１をこの
順に連続的に成長させる。本実施例においては多重量子
井戸活性層７は、８層の量子井戸層３と、７層の障壁層
４とから構成される。続いてフォトリソグラフィーとエ
ッチングにより、ｐ型上部クラッド層６およびｐ+−キ
ャップ層１１のみをストライプ状に形成してリッジ部と
する。このエッチングの際、ＨＣＩ系エッチャントを用
いれば、ｐ型上部クラッド層６を選択的にエッチングす
ることができ、上部ガイド層５までエッチングされるこ
とはない。次に、絶縁膜としてのＳｉＯ2膜９と耐熱性
高抵抗樹脂膜１０とを全面に積層する。本実施例では耐
熱性高抵抗樹脂膜１０としてポリイミド膜を用いること
にする。この場合、ポリイミド膜１０の膜厚は、リッジ
部の上面の方がリッジ部以外の部分の膜厚より薄くなる
ので、酸素プラズマによるアッシングによってポリイミ
ド膜１０がリッジ部の上面から除去されるまでエッチン
グし、リッジ部の側面とリッジ部以外のガイド層の上面
のみにポリイミド膜１０が残った構造にする。その後、
ＨＦ系エッチャントを用いてリッジの上部のＳｉＯ2膜
を除去する。最後に基板８側にｎ型電極１２、ポリイミ
ド膜１０側にｐ型電極１３とを形成する。
レーザ素子を示す断面図である。以下に述べる方法に従
って半導体レーザ素子を作製した。まず、ｎ型ＩｎＰ基
板８上に、通常のエピタキシャル成長方法を用いてｎ型
下部クラッド層１、下部ガイド層２、量子井戸層３と障
壁層４とからなる多重量子井戸活性層７、上部ガイド
層、ｐ型上部クラッド層６、ｐ+キャップ層１１をこの
順に連続的に成長させる。本実施例においては多重量子
井戸活性層７は、８層の量子井戸層３と、７層の障壁層
４とから構成される。続いてフォトリソグラフィーとエ
ッチングにより、ｐ型上部クラッド層６およびｐ+−キ
ャップ層１１のみをストライプ状に形成してリッジ部と
する。このエッチングの際、ＨＣＩ系エッチャントを用
いれば、ｐ型上部クラッド層６を選択的にエッチングす
ることができ、上部ガイド層５までエッチングされるこ
とはない。次に、絶縁膜としてのＳｉＯ2膜９と耐熱性
高抵抗樹脂膜１０とを全面に積層する。本実施例では耐
熱性高抵抗樹脂膜１０としてポリイミド膜を用いること
にする。この場合、ポリイミド膜１０の膜厚は、リッジ
部の上面の方がリッジ部以外の部分の膜厚より薄くなる
ので、酸素プラズマによるアッシングによってポリイミ
ド膜１０がリッジ部の上面から除去されるまでエッチン
グし、リッジ部の側面とリッジ部以外のガイド層の上面
のみにポリイミド膜１０が残った構造にする。その後、
ＨＦ系エッチャントを用いてリッジの上部のＳｉＯ2膜
を除去する。最後に基板８側にｎ型電極１２、ポリイミ
ド膜１０側にｐ型電極１３とを形成する。
【００２４】実施例１では、基板８上に積層した各半導
体層の組成および厚さは、例えば、以下のように形成す
る。
体層の組成および厚さは、例えば、以下のように形成す
る。
【００２５】 下部クラッド層１：ｎ型ＩｎＰ、厚さ０．５μｍ 下部ガイド層２：ＩｎＧａＡｓＰ、λg＝１．１μｍ、
厚さ１２０ｎｍ 量子井戸層３：ＩｎＧａＡｓＰ、λg＝１．３７μｍ、
厚さ８ｎｍ 障壁層４：ＩｎＧａＡｓＰ、λg＝１．１μｍ、厚さ１
２ｎｍ 上部ガイド層５：ＩｎＧａＡｓＰ、λｇ＝１．１μｍ、
厚さ１２０ｎｍ ｐ型上部クラッド層６：ｐ型ＩｎＰ、厚さ２．０μｍ ｐ+−キャップ層１１：ｐ+型ＩｎＧａＡｓＰ、λｇ＝
１．３μｍ、厚さ０．５μｍ。
厚さ１２０ｎｍ 量子井戸層３：ＩｎＧａＡｓＰ、λg＝１．３７μｍ、
厚さ８ｎｍ 障壁層４：ＩｎＧａＡｓＰ、λg＝１．１μｍ、厚さ１
２ｎｍ 上部ガイド層５：ＩｎＧａＡｓＰ、λｇ＝１．１μｍ、
厚さ１２０ｎｍ ｐ型上部クラッド層６：ｐ型ＩｎＰ、厚さ２．０μｍ ｐ+−キャップ層１１：ｐ+型ＩｎＧａＡｓＰ、λｇ＝
１．３μｍ、厚さ０．５μｍ。
【００２６】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、室温で発振閾値電流12mA、微分効率0.5mW/mA、
光出力の立ち上がり・立ち下がり時間が0.2nsec.以下で
あり、高速応答が可能であった。さらに、85℃の高温に
おいても、50mAという少ない動作電流で光出力5mWを得
ることができた。
素子は、室温で発振閾値電流12mA、微分効率0.5mW/mA、
光出力の立ち上がり・立ち下がり時間が0.2nsec.以下で
あり、高速応答が可能であった。さらに、85℃の高温に
おいても、50mAという少ない動作電流で光出力5mWを得
ることができた。
【００２７】図８に示すような従来の半導体レーザ素子
では、ストライプ状のリッジ部を上部クラッド層８５を
エッチングすることにより形成している。この場合、エ
ッチング深さを時間により制御するので各素子毎のばら
つきが大きくなって、素子特性のばらつきが大きくな
り、歩留りが低下する。一方、本実施例の半導体レーザ
素子においては、ストライプ状のリッジ部がｐ型上部ク
ラッド層６およびｐ+型キャップ層１１のみを選択的に
エッチングすることにより形成されている。よって、リ
ッジ部以外の部分では、活性層７とＳｉＯ2膜９との距
離が上部ガイド層５の厚さにより決定されることにな
り、制御性が優れたものになる。このため、素子特性の
ばらつきを小さくして歩留りを向上させることができ
る。この特性はＳｉＯ2膜９やポリイミド膜１０の膜厚
を変化させても変化せず、素子特性のばらつきを小さく
して歩留りよく半導体レーザ素子を得ることができた。
では、ストライプ状のリッジ部を上部クラッド層８５を
エッチングすることにより形成している。この場合、エ
ッチング深さを時間により制御するので各素子毎のばら
つきが大きくなって、素子特性のばらつきが大きくな
り、歩留りが低下する。一方、本実施例の半導体レーザ
素子においては、ストライプ状のリッジ部がｐ型上部ク
ラッド層６およびｐ+型キャップ層１１のみを選択的に
エッチングすることにより形成されている。よって、リ
ッジ部以外の部分では、活性層７とＳｉＯ2膜９との距
離が上部ガイド層５の厚さにより決定されることにな
り、制御性が優れたものになる。このため、素子特性の
ばらつきを小さくして歩留りを向上させることができ
る。この特性はＳｉＯ2膜９やポリイミド膜１０の膜厚
を変化させても変化せず、素子特性のばらつきを小さく
して歩留りよく半導体レーザ素子を得ることができた。
【００２８】図２（ａ）に、ＳｉＯ2膜９およびポリイ
ミド膜１０の膜厚を、以下の〜に変化させて作製し
た半導体レーザ素子について、信頼性試験を行った結果
を示す。
ミド膜１０の膜厚を、以下の〜に変化させて作製し
た半導体レーザ素子について、信頼性試験を行った結果
を示す。
【００２９】ＳｉＯ2膜９無し、ポリイミド膜１０厚
み２μｍ ＳｉＯ2膜９無し、ポリイミド膜１０厚み１μｍ ＳｉＯ2膜９厚み０．５μｍ、ポリイミド膜１０厚み
１μｍ ＳｉＯ2膜９厚み０．２μｍ、ポリイミド膜１０厚み
２μｍ この図から理解されるように、ポリイミド膜１０のみを
設けた場合（、）には、熱歪みの影響が大きく、半
導体レーザ素子の信頼性が小さい。これに対してＳｉＯ
2膜９を間に設けた場合（、）には、熱歪みが緩和
されて半導体レーザ素子の信頼性を向上させることがで
きる。これは、ＳｉＯ2膜９の体積弾性率が小さく、ポ
リイミド膜１０の熱歪みを緩和する働きを有するからで
ある。しかし、ＳｉＯ2膜９を間に設けても、ＳｉＯ2膜
９の膜厚が厚い場合（）やポリイミド膜１０の膜厚が
厚い場合（）には、熱歪みの影響が現れて信頼性が劣
化する虞れがある。詳しく調べた結果、ＳｉＯ2膜９と
しては膜厚０．２μｍ以下、ポリイミド膜としては膜厚
１．５μｍ以下のものを用いると、優れた信頼性が得ら
れることが分かった。
み２μｍ ＳｉＯ2膜９無し、ポリイミド膜１０厚み１μｍ ＳｉＯ2膜９厚み０．５μｍ、ポリイミド膜１０厚み
１μｍ ＳｉＯ2膜９厚み０．２μｍ、ポリイミド膜１０厚み
２μｍ この図から理解されるように、ポリイミド膜１０のみを
設けた場合（、）には、熱歪みの影響が大きく、半
導体レーザ素子の信頼性が小さい。これに対してＳｉＯ
2膜９を間に設けた場合（、）には、熱歪みが緩和
されて半導体レーザ素子の信頼性を向上させることがで
きる。これは、ＳｉＯ2膜９の体積弾性率が小さく、ポ
リイミド膜１０の熱歪みを緩和する働きを有するからで
ある。しかし、ＳｉＯ2膜９を間に設けても、ＳｉＯ2膜
９の膜厚が厚い場合（）やポリイミド膜１０の膜厚が
厚い場合（）には、熱歪みの影響が現れて信頼性が劣
化する虞れがある。詳しく調べた結果、ＳｉＯ2膜９と
しては膜厚０．２μｍ以下、ポリイミド膜としては膜厚
１．５μｍ以下のものを用いると、優れた信頼性が得ら
れることが分かった。
【００３０】図２（ｂ）は、ＳｉＯ2膜９の膜厚を０．
２μｍ、ポリイミド膜１０の膜厚を１μｍとした本発明
の実施例１による半導体レーザ素子と、図６に示される
従来例のＢＨ−ＬＤの信頼性試験の結果を示したもので
ある。それによると、本実施例の半導体レーザ素子は、
温度８５℃、光出力５ｍＷにおいて、２０００時間を経
過しても、動作電流の上昇はほとんど見られないが、従
来例では、時間の経過と共に加速度的に動作電流が上昇
している。従って、本発明の半導体レーザ素子は、優れ
た信頼性を有していることがわかる。
２μｍ、ポリイミド膜１０の膜厚を１μｍとした本発明
の実施例１による半導体レーザ素子と、図６に示される
従来例のＢＨ−ＬＤの信頼性試験の結果を示したもので
ある。それによると、本実施例の半導体レーザ素子は、
温度８５℃、光出力５ｍＷにおいて、２０００時間を経
過しても、動作電流の上昇はほとんど見られないが、従
来例では、時間の経過と共に加速度的に動作電流が上昇
している。従って、本発明の半導体レーザ素子は、優れ
た信頼性を有していることがわかる。
【００３１】（実施例２）図３は、実施例２に係る断面
図を示したものである。以下に述べる方法に従って半導
体レーザ素子を作製した。通常のエピタキシャル成長法
より、ｎ型ＩｎＰ基板１８上に、ｎ型下部クラッド層２
１、下部ガイド層２２、量子井戸層２３と障壁層２４と
からなる多重量子井戸構造活性層２７、上部ガイド層２
５、ｐ型第１上部クラッド層３４、エッチストップ層３
５、ｐ型第２上部クラッド層３６、ｐ+−キャップ層３
１をこの順に連続的に成長させる。本実施例においては
多重量子井戸活性層２７は、８層の量子井戸層２３と、
７層の障壁層２４とから構成される。続いてフォトリソ
グラフィーとエッチングにより、ｐ型第２上部クラッド
層３６とｐ+−キャップ層３１のみをストライプ状に形
成し、リッジ部とする。このエッチングの際に、ＨＣ１
系エッチャントを用いれば、ｐ型第２上部クラッド層３
６を選択的にエッチングすることができ、エッチスチッ
プ層３５までエッチングされることはない。次に、絶縁
膜としてのＳｉＯ2膜２９と耐熱性高抵抗樹脂膜３０と
を全面に積層する。本実施例では耐熱性高抵抗樹脂膜３
０としてポリイミド膜を用いることにする。この場合、
ポリイミド膜３０の膜厚は、リッジ部の上部の方がリッ
ジ部以外の部分よりも薄くなるので、酸素プラズマによ
るアッシングによってリッジ部の上面からポリイミド膜
が除去されるまでエッチングし、リッジ部の側面および
リッジ部以外のガイド層の上面のみにポリイミド膜３０
が残った構造にする。その後、ＨＦ系エッチャントを用
いてリッジ部の上部のＳｉＯ2膜２９を除去する。さら
に基板２８側にｎ型電極３２、ポリイミド膜３０側にｐ
型電極３３とを形成する。
図を示したものである。以下に述べる方法に従って半導
体レーザ素子を作製した。通常のエピタキシャル成長法
より、ｎ型ＩｎＰ基板１８上に、ｎ型下部クラッド層２
１、下部ガイド層２２、量子井戸層２３と障壁層２４と
からなる多重量子井戸構造活性層２７、上部ガイド層２
５、ｐ型第１上部クラッド層３４、エッチストップ層３
５、ｐ型第２上部クラッド層３６、ｐ+−キャップ層３
１をこの順に連続的に成長させる。本実施例においては
多重量子井戸活性層２７は、８層の量子井戸層２３と、
７層の障壁層２４とから構成される。続いてフォトリソ
グラフィーとエッチングにより、ｐ型第２上部クラッド
層３６とｐ+−キャップ層３１のみをストライプ状に形
成し、リッジ部とする。このエッチングの際に、ＨＣ１
系エッチャントを用いれば、ｐ型第２上部クラッド層３
６を選択的にエッチングすることができ、エッチスチッ
プ層３５までエッチングされることはない。次に、絶縁
膜としてのＳｉＯ2膜２９と耐熱性高抵抗樹脂膜３０と
を全面に積層する。本実施例では耐熱性高抵抗樹脂膜３
０としてポリイミド膜を用いることにする。この場合、
ポリイミド膜３０の膜厚は、リッジ部の上部の方がリッ
ジ部以外の部分よりも薄くなるので、酸素プラズマによ
るアッシングによってリッジ部の上面からポリイミド膜
が除去されるまでエッチングし、リッジ部の側面および
リッジ部以外のガイド層の上面のみにポリイミド膜３０
が残った構造にする。その後、ＨＦ系エッチャントを用
いてリッジ部の上部のＳｉＯ2膜２９を除去する。さら
に基板２８側にｎ型電極３２、ポリイミド膜３０側にｐ
型電極３３とを形成する。
【００３２】この実施例では、ｐ型第１上部クラッド層
３４、エッチストップ層３５およびｐ型第２上部クラッ
ド層３６以外の構造は実施例１と同様である。ｐ型第１
上部クラッド層３４は、ｐ型ＩｎＰで形成し、厚さ０．
２μｍであり、エッチストップ層３５は、ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰで形成し、λｇ＝１．１μｍ、厚さ１００ｎｍで
あり、そしてｐ型第２上部クラッド層３６は、ｐ型Ｉｎ
Ｐで形成し、厚さ２．０μｍとした。
３４、エッチストップ層３５およびｐ型第２上部クラッ
ド層３６以外の構造は実施例１と同様である。ｐ型第１
上部クラッド層３４は、ｐ型ＩｎＰで形成し、厚さ０．
２μｍであり、エッチストップ層３５は、ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰで形成し、λｇ＝１．１μｍ、厚さ１００ｎｍで
あり、そしてｐ型第２上部クラッド層３６は、ｐ型Ｉｎ
Ｐで形成し、厚さ２．０μｍとした。
【００３３】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発光領域がＳｉＯ2膜２９から離れており、さ
らに信頼性を向上させることができる。また、ｐ型第１
上部クラッド層３４とエッチストップ層３５の膜厚を変
えてレーザ内部での光の広がり具合を変えることによ
り、半導体レーザ素子からの出射光の遠視野像の大きさ
を調節することができる。これによって例えば半導体レ
ーザ素子をレンズを通して光ファイバと結合させる場合
には、レンズへ入る光の量を多くすることができるの
で、半導体レーザ素子とレンズとの結合効率が良好とな
る。
素子は、発光領域がＳｉＯ2膜２９から離れており、さ
らに信頼性を向上させることができる。また、ｐ型第１
上部クラッド層３４とエッチストップ層３５の膜厚を変
えてレーザ内部での光の広がり具合を変えることによ
り、半導体レーザ素子からの出射光の遠視野像の大きさ
を調節することができる。これによって例えば半導体レ
ーザ素子をレンズを通して光ファイバと結合させる場合
には、レンズへ入る光の量を多くすることができるの
で、半導体レーザ素子とレンズとの結合効率が良好とな
る。
【００３４】実施例１および２においては、ガイド層は
膜厚方向において均一な組成を有しているが、これに限
らず、膜厚方向にガイド層の組成が変化している、いわ
ゆるＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造（Graded Index-Separate Co
nfinement Heterostructure）においても本発明を適用
することができる。
膜厚方向において均一な組成を有しているが、これに限
らず、膜厚方向にガイド層の組成が変化している、いわ
ゆるＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造（Graded Index-Separate Co
nfinement Heterostructure）においても本発明を適用
することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、活性層が
大気にさらされることがないために、活性層の結晶性を
損なうことがない。よって、素子の信頼性に優れてい
る。また、電流阻止層として絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂
膜とを用いることにより、素子容量が低減される。絶縁
膜と耐熱性高抵抗樹脂膜との膜厚を薄くすることによ
り、ＩｎＰ基板に対する歪みの影響も少なくなる。ここ
で言う素子容量とは、電流阻止層となる誘電体による容
量までを含めた、半導体レーザ素子全体の容量のことで
ある。この素子構造は、１回の結晶成長で形成すること
ができるので、製造工程を簡略化することができる。従
って、本発明によれば、信頼性がよく、高速応答が可能
で、かつ歩留まりよく得ることのできる半導体レーザ素
子を得ることができる。
大気にさらされることがないために、活性層の結晶性を
損なうことがない。よって、素子の信頼性に優れてい
る。また、電流阻止層として絶縁膜と耐熱性高抵抗樹脂
膜とを用いることにより、素子容量が低減される。絶縁
膜と耐熱性高抵抗樹脂膜との膜厚を薄くすることによ
り、ＩｎＰ基板に対する歪みの影響も少なくなる。ここ
で言う素子容量とは、電流阻止層となる誘電体による容
量までを含めた、半導体レーザ素子全体の容量のことで
ある。この素子構造は、１回の結晶成長で形成すること
ができるので、製造工程を簡略化することができる。従
って、本発明によれば、信頼性がよく、高速応答が可能
で、かつ歩留まりよく得ることのできる半導体レーザ素
子を得ることができる。
【図１】本発明の実施例１に係る半導体レーザ素子の断
面図。
面図。
【図２】（ａ）は、ＳｉＯ2膜およびポリイミド膜の厚
みを各種変化させて作製した半導体レーザ素子の信頼性
試験の結果を表す図。（ｂ）は、本発明の実施例１に係
る半導体レーザ素子および従来例のＢＨ−ＬＤの信頼性
試験の結果を表す図。
みを各種変化させて作製した半導体レーザ素子の信頼性
試験の結果を表す図。（ｂ）は、本発明の実施例１に係
る半導体レーザ素子および従来例のＢＨ−ＬＤの信頼性
試験の結果を表す図。
【図３】本発明の実施例２に係る断面図。
【図４】従来のＢＣ−ＬＤの断面図。
【図５】従来のＢＨ−ＬＤの断面図。
【図６】電流阻止層を貫通する溝を形成し、ＳｉＯ2膜
により電流ブロックを行った従来のＢＨ−ＬＤの断面
図。
により電流ブロックを行った従来のＢＨ−ＬＤの断面
図。
【図７】埋め込み層としてｐ型ＩｎＰ層、ＳｉＯ2膜、
耐熱性高抵抗樹脂膜を用いた従来のＢＨ−ＬＤの断面
図。
耐熱性高抵抗樹脂膜を用いた従来のＢＨ−ＬＤの断面
図。
【図８】耐熱性高抵抗樹脂膜を用いた従来のＡｌＧａＡ
ｓ系半導体レーザの断面図。
ｓ系半導体レーザの断面図。
１、２１ ｎ型下部クラッド層 ２、２２ 下部ガイド層 ３、２３ 量子井戸層 ４、２４ 障壁層 ５、２５ 上部ガイド層 ６ ｐ型上部クラッド層 ７、２７ 多重量子井戸活性層 ８、２８ ｎ−ＩｎＰ基板 ９、２９ ＳｉＯ2膜 １０、３０ 耐熱性高抵抗樹脂膜 １１、３１ ｐ+−キャップ層 １２、３２ ｎ側電極 １３、３３ ｐ側電極 ３４ ｐ型第１上部クラッド層 ３５ エッチストップ層 ３６ ｐ型第２上部クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森岡 達也 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 (72)発明者 松本 成人 神奈川県横浜市西区宮ヶ谷34−２ 古河 電工（株）社宅４−11 (56)参考文献 特開 平１−201980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−24487（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−241884（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−258487（ＪＰ，Ａ) 米国特許5088099（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の導電型のＩｎＰ基板上に、第１の
導電型の下部クラッド層と、下部ガイド層と、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層からなる多重量子井戸活性層と、上部ガイド層
とが順次積層され、該上部ガイド層の上には、第１の導
電型とは逆の第２の導電型の上部クラッド層と、第２の
導電型のキャップ層とが順次ストライプ状に積層された
リッジ部が形成されており、該リッジ部の側面および該
リッジ部以外の上部ガイド層の上面には、膜厚が０．２
μｍ以下の絶縁膜と、膜厚が１．５μｍ以下の耐熱性高
抵抗樹脂膜とがこの順に形成された半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記絶縁膜がＳｉＯ2からなり、前記耐
熱性高抵抗樹脂膜がポリイミドからなる請求項１に記載
の半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03904793A JP3238783B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-02-26 | 半導体レーザ素子 |
| US08/099,206 US5351258A (en) | 1992-07-30 | 1993-07-29 | Semiconductor laser device |
| DE69308082T DE69308082T2 (de) | 1992-07-30 | 1993-07-30 | Halbleiterlaservorrichtung |
| EP93306040A EP0581604B1 (en) | 1992-07-30 | 1993-07-30 | A semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-204026 | 1992-07-30 | ||
| JP20402692 | 1992-07-30 | ||
| JP03904793A JP3238783B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-02-26 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697596A JPH0697596A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3238783B2 true JP3238783B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=26378358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03904793A Expired - Lifetime JP3238783B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-02-26 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5351258A (ja) |
| EP (1) | EP0581604B1 (ja) |
| JP (1) | JP3238783B2 (ja) |
| DE (1) | DE69308082T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7191894B2 (ja) | 2020-06-17 | 2022-12-19 | 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー | 誘導加熱装置およびその制御方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09199803A (ja) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| EP1120872B1 (en) * | 1998-10-07 | 2006-12-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser |
| JP2002057405A (ja) * | 2000-08-07 | 2002-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| US6977953B2 (en) * | 2001-07-27 | 2005-12-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of fabricating the same |
| KR20030073206A (ko) * | 2002-03-09 | 2003-09-19 | 주식회사 엘지이아이 | 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법 |
| JP2003332676A (ja) * | 2002-05-08 | 2003-11-21 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光装置 |
| KR20040092764A (ko) * | 2003-04-29 | 2004-11-04 | 삼성전자주식회사 | 자기정렬을 이용한 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| JP2006012899A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
| US9755403B2 (en) * | 2015-06-24 | 2017-09-05 | King Abdullah University Of Science And Technology | Controlling the emission wavelength in group III-V semiconductor laser diodes |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0716074B2 (ja) * | 1985-02-25 | 1995-02-22 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ |
| JPS62179788A (ja) * | 1986-02-03 | 1987-08-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 埋込み型半導体レ−ザ装置 |
| JPS63122187A (ja) * | 1986-11-11 | 1988-05-26 | Omron Tateisi Electronics Co | 半導体レ−ザ |
| JPS63164484A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-07 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS6447028A (en) * | 1987-08-18 | 1989-02-21 | Sumitomo Metal Ind | Plasma device |
| JP2543551B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1996-10-16 | キヤノン株式会社 | 半導体レ―ザ― |
| JPH01235397A (ja) * | 1988-03-16 | 1989-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| JPH02228089A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Omron Tateisi Electron Co | リッジ導波路型半導体レーザ |
| JPH03293790A (ja) * | 1990-04-11 | 1991-12-25 | Eastman Kodak Japan Kk | 広ストライプ型レーザダイオード |
| US5088099A (en) * | 1990-12-20 | 1992-02-11 | At&T Bell Laboratories | Apparatus comprising a laser adapted for emission of single mode radiation having low transverse divergence |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP03904793A patent/JP3238783B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-29 US US08/099,206 patent/US5351258A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-30 DE DE69308082T patent/DE69308082T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-30 EP EP93306040A patent/EP0581604B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7191894B2 (ja) | 2020-06-17 | 2022-12-19 | 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー | 誘導加熱装置およびその制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0581604A3 (ja) | 1994-03-02 |
| DE69308082D1 (de) | 1997-03-27 |
| JPH0697596A (ja) | 1994-04-08 |
| EP0581604B1 (en) | 1997-02-12 |
| US5351258A (en) | 1994-09-27 |
| DE69308082T2 (de) | 1997-08-07 |
| EP0581604A2 (en) | 1994-02-02 |
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|---|---|---|---|
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