JP3403247B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP3403247B2 JP16120694A JP16120694A JP3403247B2 JP 3403247 B2 JP3403247 B2 JP 3403247B2 JP 16120694 A JP16120694 A JP 16120694A JP 16120694 A JP16120694 A JP 16120694A JP 3403247 B2 JP3403247 B2 JP 3403247B2
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哲朗 伊地知
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/164Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、GaAs基板上に形成
され、InGaAsよりなる歪量子井戸層を活性層と
し、0.9〜1.3μmの発振波長をもって発振する半
導体レーザ装置の信頼性を向上する改良に関する。特
に、光学損傷の発生を防止する改良に関する。 【0002】 【従来の技術】GaAs基板に形成される半導体レーザ
装置は、光学損傷と呼ばれる突然劣化(瞬時に共振器面
が溶融する突然劣化)から免れることができないことが
一般である。しかし、GaAs基板に形成される半導体
レーザ装置において、活性層の禁制帯幅より大きな幅の
禁制帯を有する半導体の単結晶層を、共振器面に形成し
ておくと、光学損傷の発生を抑制するに有効であること
が知られている(特開昭52−74292号)。 【0003】そこで、厚さ100nm程度のGaAs層
やAlGaAs層を活性層とするダブルヘテロ構造の半
導体レーザ装置においては、これらの活性層の材料より
禁制帯幅の大きな半導体であるAlGaAs、InGa
AlP、InGaP等の単結晶層を共振器面に形成し
て、光学損傷の発生を抑制していた。AlGaAsやI
nGaAlPの良好な単結晶を得るには800℃程度の
高い成長温度において結晶成長することが望ましいので
あるが、厚さ100nm程度のGaAs層やAlGaA
s層を活性層とするダブルヘテロ構造の半導体レーザ装
置の場合は、800℃程度の高温に曝されても活性層が
破壊されることはないので、特開昭52−74292号
公報に開示されている光学損傷抑制用の単結晶層を共振
器面に形成することができるからである。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、厚さ10nm
程度のInGaAs層よりなる歪量子井戸層を活性層と
する半導体レーザ装置の場合は、800℃程度の成長温
度を使用してAlGaAsやInGaAlPの光学損傷
抑制用の単結晶層を共振器面に形成することはできな
い。量子井戸層をなすInGaAs層の厚さが薄く、し
かも、この量子井戸層には歪が与えられているため、高
温に曝されると、結晶が無秩序化し、量子井戸層とこれ
を挟む層との境界がなくなるからである。 【0005】また、Alを含む半導体結晶を低温で成長
しようとすると、結晶中に酸素が取り込まれて半導体の
構成元素が酸化され、非発光再結合が増大する。そし
て、レーザ光を吸収して発熱し、発熱によりさらに吸収
が増大すると云う正帰還現象が発生して光学損傷に至る
ので、厚さ10nm程度のInGaAsよりなる歪量子
井戸層を活性層とする半導体レーザ装置の場合、量子井
戸層の無秩序化を防止することを目的として、AlGa
AsやInGaAlPの単結晶層を低温をもって共振器
面上に形成することはできない。 【0006】本発明の目的は、これらの問題を解決し
て、GaAs基板上に形成されたInGaAsよりなる
歪量子井戸層を活性層とする半導体レーザ装置におい
て、光学損傷の発生が防止され、信頼性が向上している
半導体レーザ装置を提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記の目的は、InGa
As層よりなる歪量子井戸層が活性層としてGaAs基
板上に形成され、平行する二つの劈開面よりなる共振器
が形成されてなる半導体レーザ装置において、前記共
器面にInGaP層よりなる光学損傷抑制層が600℃
程度以下の成長温度で形成されている半導体レーザ装置
によって達成される。 【0008】 【作用】本発明は、特開昭52−74292号公報に開
示されている光学損傷発生防止方法を、InGaAs層
よりなる歪量子井戸層を活性層としてGaAs基板上に
形成される半導体レーザ装置に適用しうるように改良し
たものである。そして、共振器面に形成される半導体単
結晶層の材料には低温で形成しても結晶中に酸素が取り
込まれず光学損傷の発生を誘発することがないInGa
Pを使用しており、このInGaP層を共振器面に低温
で形成することゝされているので、歪量子井戸が破壊さ
れることはない。その結果、光学損傷の発生が防止さ
れ、信頼性が向上される。 【0009】 【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る半導体レーザ装置の製造工程と、製造直後と大きな
電流を流して使用した後でのしきい値電流とについて説
明する。 【0010】図2参照 有機金属気相成長法(以下MOCVD法と云う。)等を
使用して、n型のGaAs基板2上に、約2μm厚のn
型Al0.3 Ga0.7 As層よりなる下部クラッド層3
と、In0.2 Ga0.8 As層の歪量子井戸層よりなる活
性層4と、約2μm厚のp型Al0.3 Ga0.7 As層よ
りなる上部クラッド層5とp型GaAs層よりなるコン
タクト層8とを形成する。 【0011】なお、In0.2 Ga0.8 As層の歪量子井
戸層よりなる活性層4の厚さは約7nmであり、図示し
ていないが、その下面には厚さ約20nmのAl0.2
0. 8 As層と厚さ約20nmのAl0.1 Ga0.9 As
層との積層体よりなる光分離層が形成され、また、その
上面にも厚さ約20nmのAl0.1 Ga0.9 As層と厚
さ約20nmのAl0.2 Ga0.8 As層との積層体より
なる光分離層が形成されている。 【0012】図3参照 劈開しうる面に直交して形成されるストライプに対応し
て、幅約3μmのレジスト膜9を形成し、レジスト膜9
に覆われていない領域からコンタクト層8と上部クラッ
ド層5の上部をエッチング除去する。 【0013】つゞいて、CVD法等を使用して、上部ク
ラッド層5の上面と側面とコンタクト層8の側面とに厚
さ200nmのSiO2 よりなる絶縁層6を形成する。 【0014】図4参照 n型GaAs基板2の厚さを100〜200μmに研磨
した後、n型GaAs基板2の下面に、AuGeNi/
Au層よりなる負電極1を形成し、コンタクト層8の上
面と絶縁層6の上とにTi/Pt/Au層よりなる正電
極7を形成する。 【0015】間隔が600μmであり紙面に平行な面に
そって劈開して、共振器を形成する。 【0016】図1参照 図は図4のA−A断面図を基準にして描いてある。再び
MOCVD法等を使用して、共振器面上に、厚さ100
nmのInGaP層よりなる光学損傷抑制層10を形成
する。この成長温度は600℃程度である。 【0017】上記の工程をもって製造した直後のしきい
値電流は9.2±0.3mAであり、70時間にわたり
300mA通電してレーザ発振させた後もしきい値電流
は9.4±0.3mAであり、光学損傷は発生せず、ま
た、寿命も満足すべきものであった。 【0018】比較例 上記と同様な製造方法をもって、以下のような比較例を
各10個宛製造した。 【0019】A.比較例1 光学損傷抑制層の材質は本発明の実施例と同様InGa
Pであるが、その成長温度を750℃とした。製造直後
のしきい値電流は38±4mAであり、70時間にわた
り300mA通電してレーザ発振させた後のしきい値電
流は39±5mAであった。このように、大電流通電に
よってはしきい値電流の上昇はなかったが、製造直後か
らしきい値電流が高く、満足すべきものではなかった。 【0020】B.比較例2 光学損傷抑制層の材質をAlGaAsとし、成長温度を
600℃とした。製造直後のしきい値電流は9.0±
0.4mAであり、70時間にわたり300mA通電し
てレーザ発振させた後のしきい値電流は18.5±2.
1mAであった。製造直後のしきい値電流は本発明の実
施例の場合と同等であったが、大電流通電によってしき
い値電流が急増し、満足すべきものではなかった。 【0021】C.比較例3 光学損傷抑制層の材質は比較例2と同様AlGaAsで
あるが、その成長温度を750℃とした。製造直後のし
きい値電流は42±4mAであり、70時間にわたり3
00mA通電してレーザ発振させた後のしきい値電流は
42±5mAであった。大電流通電によってはしきい値
電流の上昇はなかったが、製造直後からしきい値電流が
高く、満足すべきものではなかった。 【0022】D.比較例4 光学損傷抑制層の材質をInGaAlPとし、成長温度
を600℃とした。製造直後のしきい値電流は10.3
±0.5mAであり、70時間にわたり300mA通電
してレーザ発振させた後のしきい値電流は25±3mA
であった。製造直後のしきい値電流は本発明の実施例の
場合と大差なかったが、大電流通電によってしきい値電
流が急増し、満足すべきものではなかった。 【0023】E.比較例5 光学損傷抑制層の材質は比較例4と同様InGaAlP
であるが、その成長温度を750℃とした。製造直後の
しきい値電流は45±5mAであり、70時間にわたり
300mA通電してレーザ発振させた後のしきい値電流
は46±5mAであった。大電流通電によってはしきい
値電流の上昇はなかったが、製造直後からしきい値電流
が高く、満足すべきものではなかった。 【0024】F.比較例6 光学損傷抑制層は設けなかった。製造直後のしきい値電
流は9.0±0.2mAであったが、300mA通電し
てレーザ発振させたところ、1〜48時間で、全量光学
損傷のため破壊し、発振を停止した。 【0025】以上のとおり、比較例はいずれも満足すべ
きものではなく、本発明の効果が確認された。 【0026】なお、本発明に係る半導体レーザ装置本体
の層構成は、上記実施例に限定されず、歪量子井戸層の
数は複数でもよく、また、MQWバッファやMQB等が
付加されていてもよく、クラッド層の材料はInGaP
でもAlGaInPでもよい。また、リッジ導波型でな
く埋め込み型でもよく、縦モード制御のためのグレーテ
ィング等を有していてもよい。 【0027】 【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体レーザ装置は、InGaAs層よりなる歪量子井戸層
が活性層としてGaAs基板上に形成され、平行する二
つの劈開面よりなる共振器が形成されてなる半導体レー
ザ装置において、前記共振器面にInGaP層よりなる
光学損傷抑制層が600℃程度以下の成長温度で形成さ
れている半導体レーザ装置であり、光学損傷抑制層に
は、低温で形成しても結晶中に酸素が取り込まれず光学
損傷の発生を誘発することがないInGaPが使用され
ており、このInGaPよりなる光学損傷抑制層が60
0℃程度以下の低温で形成されているので、歪量子井戸
が破壊されることがなく、光学損傷の発生が防止され、
信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置のス
トライプに平行する方向の断面図である。 【図2】本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置の製
造工程図である。 【図3】本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置の製
造工程図である。 【図4】本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置の製
造工程図である。 【符号の説明】 1 負電極(AuGeNi/Au層) 2 n型GaAs基板 3 下部クラッド層(n型Al0.3 Ga0.7 As層) 4 活性層(In0.2 Ga0.8 As層の歪量子井戸
層) 5 上部クラッド層(p型Al0.3 Ga0.7 As層) 6 絶縁層(SiO2 ) 7 正電極(Ti/Pt/Au層) 8 コンタクト層(p型GaAs層) 9 レジスト膜 10 InGaP層よりなる光学損傷抑制層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−171791(JP,A) 特開 平5−267776(JP,A) 特開 平6−20964(JP,A) 特開 平4−109688(JP,A) 特開 平1−282197(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 InGaAs層よりなる歪量子井戸層が
    活性層としてGaAs基板上に形成され、平行する二つ
    の劈開面よりなる共振器が形成されてなる半導体レーザ
    装置において、前記共振器面にInGaP層よりなる光
    学損傷抑制層が600℃程度以下の成長温度で形成され
    ていることを特徴とする半導体レーザ装置。
JP16120694A 1994-07-13 1994-07-13 半導体レーザ装置 Expired - Fee Related JP3403247B2 (ja)

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