JP3410481B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP3410481B2
JP3410481B2 JP18988191A JP18988191A JP3410481B2 JP 3410481 B2 JP3410481 B2 JP 3410481B2 JP 18988191 A JP18988191 A JP 18988191A JP 18988191 A JP18988191 A JP 18988191A JP 3410481 B2 JP3410481 B2 JP 3410481B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ素子に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子の信頼性を決定する要
因の一つとして、半導体レーザ素子の共振器端面(チッ
プ本体のレーザ光出射端面)における結晶破壊がある。
この結晶破壊は次のようなメカニズムで起こる。まず、
半導体レーザ素子の共振器端面は、結晶表面に大気中の
酸素などが付着・結合して表面準位が増加し、チップ内
部よりもバンドギャップが狭くなった状態にある。半導
体レーザ素子のレーザ発振波長はチップ本体を構成する
活性層のバンドギャップに応じて略決定されるが、共振
器端面のバンドギャップがチップ内部のバンドギャップ
よりも狭くなっているため、発振したレーザ光は共振器
端面で吸収される。このため、共振器端面でレーザ光の
吸収による発熱が生じ、この発熱が共振器端面で活性層
のバンドギャップをさらに狭くする。これにより、レー
ザ光の吸収量が一段と増加することになり、正のフィー
ドバックループが生じる。このため、最終的には、共振
器端面が例えば熔溶して結晶破壊が起こる。また、結晶
破壊に至らない場合であっても、発熱による温度上昇の
ため、結晶中の欠陥や転位が増殖または成長する。この
ような現象は、半導体レーザがAlを含むIII−V族半導
体混晶により構成されている場合に特に顕著である。知
られているように、このような結晶破壊や欠陥,転位は
半導体レーザ素子を劣化させ、信頼性を低下させる。
2. Description of the Related Art One of the factors that determines the reliability of a semiconductor laser device is crystal breakdown at the cavity facet of the semiconductor laser device (laser light emitting facet of the chip body).
This crystal destruction occurs by the following mechanism. First,
At the cavity facet of the semiconductor laser device, oxygen in the atmosphere adheres to and bonds with the crystal surface to increase the surface level, and the band gap is narrower than that inside the chip. The laser oscillation wavelength of the semiconductor laser device is substantially determined according to the bandgap of the active layer that constitutes the chip body, but since the bandgap at the end face of the resonator is narrower than the bandgap inside the chip, the oscillated laser Light is absorbed at the end faces of the resonator. Therefore, heat is generated due to absorption of laser light at the cavity end face, and this heat generation further narrows the band gap of the active layer at the cavity end face. As a result, the absorption amount of laser light is further increased, and a positive feedback loop is generated. For this reason, finally, for example, the resonator end face is melted and crystal breakdown occurs. Even if the crystal is not destroyed, the temperature rises due to heat generation, and defects or dislocations in the crystal grow or grow. Such a phenomenon is particularly remarkable when the semiconductor laser is composed of a III-V group semiconductor mixed crystal containing Al. As is known, such crystal breakdown, defects, and dislocations deteriorate the semiconductor laser device and reduce the reliability.

【0003】上記メカニズムによる劣化を抑制して信頼
性を向上させるために、図6,図7に示すような半導体
レーザ素子が提案されている。図6に示す半導体レーザ
素子は、活性層605の共振器端面近傍の厚さをチップ
内部の厚さよりも薄くして、共振器端面602a,602
bにおけるレーザ光の吸収を抑えるように試みたもので
ある。なお、図6(b),(c)は、同図(a)におけるBB'断
面,CC'断面をそれぞれ示している。この半導体レーザ
素子は、同図(a)に示すように、半導体基板600上
に、共振器端面近傍の部分601a,601bの幅が狭
く、チップ内部の部分601cの幅が広いメサ状のリッ
ジ601を設けている。この上に、活性層605を成長
する。このとき、活性層605の厚さはリッジ601の
幅に依存し、リッジ601の幅が狭い共振器端面近傍で
は薄く成長される一方、リッジ601の幅が広いチップ
内部では厚く成長される。したがって、動作時に、活性
層605の共振器端面近傍の部分605aにはチップ内
部の部分605cよりもキャリアが多く蓄積し、バンド
フィリングの効果により共振器端面近傍の部分605a
のフェルミレベルが相対的に高くなる。これにより、共
振器端面602aにおけるレーザ光の吸収量を少なくす
ることができ、結晶欠陥の発生を抑えることができる。
しかしながら、この半導体レーザ素子は、活性層605
成長の際に、各部605a,605b,605cの厚さを精
度良く制御するのが難しい。また、リッジ601の幅は
活性層605だけでなく他の層の厚さにも影響を与える
ため、発振特性、例えば遠視野像が不安定となる。一
方、図7に示す半導体レーザ素子は、活性層705の共
振器端面近傍の部分をメサエッチングして除去し、活性
層705の周囲(メサの周囲)にガイド層720を埋め込
んだものである。なお、図7(b)は同図(a)における破線
部分を右側へずらして示し、図7(c)は同図(a)における
CC'線断面を示している。この半導体レーザ素子は、
活性層705の共振器端面近傍の部分を除去しているの
で、共振器端面702a,702bにおけるレーザ光の吸
収を無くすことができる。しかし、この半導体レーザ素
子は、メサエッチングの精度が悪く、埋め込んだガイド
層720の結晶性が良くないため、作製するのが難し
く、さらに、活性層705の端面(メサの斜面)711と
ガイド層720との界面に劣化が生じるという問題があ
る。このように、上記各半導体レーザ素子は、作製面,
信頼性面でいずれも満足できるものではなかった。
In order to suppress deterioration due to the above mechanism and improve reliability, semiconductor laser devices as shown in FIGS. 6 and 7 have been proposed. In the semiconductor laser device shown in FIG. 6, the thickness of the active layer 605 near the cavity end face is made thinner than the thickness inside the chip, and the cavity end faces 602a, 602 are formed.
This is an attempt to suppress the absorption of laser light in b. 6 (b) and 6 (c) respectively show a BB ′ cross section and a CC ′ cross section in FIG. 6 (a). As shown in FIG. 3A, this semiconductor laser device has a mesa-shaped ridge 601 on a semiconductor substrate 600 in which portions 601a and 601b near the cavity end face have narrow widths and portions 601c inside the chip have wide widths. Is provided. An active layer 605 is grown on this. At this time, the thickness of the active layer 605 depends on the width of the ridge 601, and is thinly grown in the vicinity of the cavity end face where the width of the ridge 601 is narrow, while it is grown thick inside the chip where the width of the ridge 601 is wide. Therefore, during operation, more carriers are accumulated in the portion 605a of the active layer 605 near the resonator end face than in the portion 605c inside the chip, and the portion 605a near the resonator end face due to the effect of band filling.
Has a relatively high Fermi level. This makes it possible to reduce the amount of laser light absorbed in the cavity end face 602a and suppress the occurrence of crystal defects.
However, this semiconductor laser device has an active layer 605.
During growth, it is difficult to control the thickness of each part 605a, 605b, 605c with high precision. In addition, the width of the ridge 601 affects not only the thickness of the active layer 605 but also the thickness of other layers, so that the oscillation characteristic, for example, the far-field pattern becomes unstable. On the other hand, in the semiconductor laser device shown in FIG. 7, a portion of the active layer 705 near the cavity end face is removed by mesa etching, and a guide layer 720 is embedded around the active layer 705 (around the mesa). Note that FIG. 7 (b) shows the broken line portion in FIG. 7 (a) shifted to the right, and FIG. 7 (c) shows the CC ′ line cross section in FIG. 7 (a). This semiconductor laser device
Since the portion of the active layer 705 near the cavity end face is removed, the absorption of the laser light in the cavity end faces 702a and 702b can be eliminated. However, this semiconductor laser device is difficult to manufacture because the precision of mesa etching is poor and the embedded guide layer 720 has poor crystallinity, and furthermore, the end face (mesa slope) 711 of the active layer 705 and the guide layer 711. There is a problem that the interface with 720 deteriorates. Thus, each of the above semiconductor laser devices has a manufacturing surface,
None of them were satisfactory in terms of reliability.

【0004】これに対して、最近、図8に示すように、
共振器端面802a,802bに窓層803a,803bを設
けた半導体レーザ素子が提案された(松本ら、1990
年秋期第51回応用物理学学術会議講演会予稿集:28p
−R−5〜6)。この半導体レーザ素子は、チップ本体
800を構成する各層がGaAlAs系混晶からなり、共
振器端面802a,802bに、活性層805よりもバン
ドギャップが大きい半導体材料からなる窓層803a,8
03bを設けている。具体的には、レーザ発振波長が7
80nmの場合、この波長に対応する活性層805のAl
混晶比xは0.14であるから、窓層803a,803bの
材料としてはAl混晶比xが0.14以上のGa1-xAlxAs
を用いる。これにより、活性層805よりも窓層803
a,803bのバンドギャップを大きくして、共振器端面
802a,802bでレーザ光の吸収量を低減し、素子の
劣化を防止するようにしている。実際に、窓層を設けな
い場合に比してレーザ光の吸収量を大幅に低減すること
ができる。しかも、この半導体レーザ素子は、図6,図
7に示した半導体レーザ素子と異なり、作製面の難しさ
が無く、再現性の良い特性が得られる。
On the other hand, recently, as shown in FIG.
A semiconductor laser device has been proposed in which window layers 803a and 803b are provided on the cavity end faces 802a and 802b (Matsumoto et al., 1990.
Proceedings of the 51st Annual Meeting of the Applied Physics Conference, Fall: 28p
-R-5-6). In this semiconductor laser device, each layer constituting the chip body 800 is made of a GaAlAs-based mixed crystal, and window layers 803a, 8 made of a semiconductor material having a bandgap larger than that of the active layer 805 are formed on the cavity end faces 802a, 802b.
03b is provided. Specifically, the laser oscillation wavelength is 7
In the case of 80 nm, Al of the active layer 805 corresponding to this wavelength
Since the mixed crystal ratio x is 0.14, the material for the window layers 803a and 803b is Ga 1-x Al x As having an Al mixed crystal ratio x of 0.14 or more.
To use. As a result, the window layer 803 rather than the active layer 805
The band gaps of a and 803b are increased to reduce the absorption amount of laser light at the resonator end faces 802a and 802b and prevent deterioration of the device. In fact, the absorption amount of laser light can be significantly reduced as compared with the case where the window layer is not provided. Moreover, this semiconductor laser device is different from the semiconductor laser devices shown in FIGS. 6 and 7 in that there is no difficulty in manufacturing and the characteristics with good reproducibility can be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図8に示し
た半導体レーザ素子では、窓層803a,803bのAl混
晶比xは活性層805のAl混晶比よりも十分大きく設定
される。Ga1-xAlxAsの光吸収端が非常にブロードで
あるため、レーザ光の吸収量を効果的に低減するために
はバンドギャップの差を大きくしなければならないから
である。しかしながら、Alを多く含む場合、窓層80
3a,803bの外側で表面状態の安定性が損なわれ、Al
が大気中の酸素と結合して表面準位が多く形成される。
この結果、窓層803a,803bの外側部分が依然とし
て発熱源となる。また、表面状態の不安定性は、結晶欠
陥の発生を招く。このため、長期的に通電されたとき、
結晶欠陥が増殖・成長して信頼性が損なわれるという問
題がある。
By the way, in the semiconductor laser device shown in FIG. 8, the Al mixed crystal ratio x of the window layers 803a and 803b is set sufficiently larger than the Al mixed crystal ratio of the active layer 805. This is because the light absorption edge of Ga 1-x Al x As is very broad, and the band gap difference must be increased in order to effectively reduce the amount of laser light absorption. However, when it contains a large amount of Al, the window layer 80
3a, 803b outside the stability of the surface state is impaired, Al
Is combined with oxygen in the atmosphere to form many surface states.
As a result, the outer portions of the window layers 803a and 803b still serve as heat sources. Further, the instability of the surface state causes the generation of crystal defects. Therefore, when energized for a long time,
There is a problem that the crystal defects multiply and grow to impair the reliability.

【0006】そこで、この発明の目的は、共振器端面に
窓層を設けた半導体レーザ素子において、窓層の外側部
分の表面準位を低減して結晶欠陥が発生するのを抑える
ことができ、信頼性を向上できる半導体レーザ素子を提
供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the generation of crystal defects by reducing the surface level of the outer portion of the window layer in a semiconductor laser device having a window layer provided on the cavity end face. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can improve reliability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、活性層を含むチップ本体と、上記チッ
プ本体よりも大きなバンドギャップを有し、上記チップ
本体のレーザ光出射端面を覆う窓層とを備え、上記活性
層および窓層がAlを含むIII-V族化合物半導体からなる
半導体レーザ素子において、上記窓層の外側に、III−V
族化合物半導体からなり、上記活性層よりもバンドギャ
ップが小さく、かつ、吸収による発熱を抑えられる程度
に十分薄い表面保護層を設けたことを特徴としている。
一実施形態の半導体レーザ素子では、上記表面保護層の
厚さが3m以下であることを特徴とする。また、一実
施形態の半導体レーザ素子では、上記表面保護のAl
混晶比がゼロであることを特徴とする。さらに、一実施
形態の半導体レーザ素子では、上記表面保護がGaA
sからなることを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention has a chip body including an active layer and a band gap larger than that of the chip body, and covers a laser light emitting end face of the chip body. In the semiconductor laser device comprising a window layer, the active layer and the window layer are made of a III-V group compound semiconductor containing Al, outside the window layer, III-V
Made of Group III compound semiconductors, having a smaller bandgap than the active layer and suppressing heat generation due to absorption
Is characterized in that a sufficiently thin surface protective layer is provided.
In the semiconductor laser element of one embodiment, wherein the thickness of the surface protective layer is not more than 3 n m. In the semiconductor laser device of one embodiment, the Al of the surface protection layer is
The mixed crystal ratio is zero. Furthermore, in the semiconductor laser device of one embodiment, the surface protective layer is made of GaA.
It is characterized by comprising s.

【0008】[0008]

【作用】この発明では、窓層の外側に活性層よりもAl
混晶比が小さい表面保護層を設けているので、上記窓層
は大気中に露出することがなくなり、表面準位が少なく
なる。したがって、表面状態が改善されて長期的に信頼
性が向上する。なお、上記表面保護層のバンドギャップ
が活性層のバンドギャップよりも小さくなるため、発振
レーザ光に対して窓層よりも表面保護層の吸収量が多く
なる。しかし、この表面保護層の厚さを十分薄く形成す
ることにより、吸収による発熱は容易に問題ないレベル
に抑えられる。また、上記表面保護層は、窓層をなす元
素と同じ元素のみを含むIII−V族化合物半導体からな
るので、窓層を形成するのと同じ成長方法によって連続
して形成され得る。一実施形態の半導体レーザ素子で
は、上記表面保護層のAl混晶比が0であるから、窓層
の表面状態がさらに安定化する。また、Al元素の供給
が不要となるから、Al混晶比の制御が不要となり、成
長が容易になる。特に、上記表面保護層がGaAsからな
る場合、実用に耐える半導体レーザ素子が得られる(詳
しくは後述する)。
According to the present invention, Al is provided outside the window layer rather than the active layer.
Since the surface protective layer having a small mixed crystal ratio is provided, the window layer is not exposed to the atmosphere, and the surface level is reduced. Therefore, the surface condition is improved and the reliability is improved in the long term. Since the bandgap of the surface protective layer is smaller than the bandgap of the active layer, the surface protective layer absorbs more oscillation laser light than the window layer. However, by forming the surface protective layer to be sufficiently thin, heat generation due to absorption can be easily suppressed to a level that does not cause a problem. Further, since the surface protective layer is made of a III-V group compound semiconductor containing only the same element as the window layer, it can be continuously formed by the same growth method as that for forming the window layer. In the semiconductor laser device of one embodiment, since the Al mixed crystal ratio of the surface protective layer is 0, the surface state of the window layer is further stabilized. Further, since it is not necessary to supply the Al element, it is not necessary to control the Al mixed crystal ratio, which facilitates the growth. In particular, when the surface protective layer is made of GaAs, a semiconductor laser device that can withstand practical use can be obtained (details will be described later).

【0009】[0009]

【実施例】以下、この発明の半導体レーザ素子を図示の
実施例により詳細に説明する。
The semiconductor laser device of the present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings.

【0010】図1に示すように、この半導体レーザ素子
は、VSIS(Vチャネルド・サブストレート・インナ
ー・ストライプ)構造を有するチップ本体1と、このチ
ップ本体1の互いに対向する共振器端面2a,2bを覆う
窓層3a,3bと、窓層3a,3bの外側に設けられた表面保
護層4a,4bからなっている。上記チップ本体1は、p型
GaAs基板201と、ストライプ状溝203を有するn
型GaAs電流挟窄層202と、p型Ga0.55Al0.45Asク
ラッド層204と、p型Ga0.86Al0.14As活性層205
と、n型Ga0.55Al0.45Asクラッド層206と、n型Ga
Asコンタクト層207を備えている。上記活性層20
5のAl混晶比0.14は発振波長780nmに相当する。
窓層3a,3bは、Ga1-xAlxAs(x>0.14)からなり、
上記活性層205よりも大きいバンドギャップを有して
いる。一方、表面保護層4a,4bは、Ga1-yAlyAs(y<
0.14)からなり、上記活性層205よりも小さいAl
混晶比を有している。この表面保護層4a,4bは、チッ
プ本体1の端面2aのうちレーザ光を出射する箇所22
0の両側に分離して設けられている。
As shown in FIG. 1, this semiconductor laser device comprises a chip body 1 having a VSIS (V-channeled substrate inner stripe) structure, and cavity end faces 2a of the chip body 1 facing each other. The window layers 3a, 3b covering 2b and the surface protective layers 4a, 4b provided outside the window layers 3a, 3b. The chip body 1 has a p-type GaAs substrate 201 and a stripe-shaped groove 203.
Type GaAs current confinement layer 202, p type Ga 0.55 Al 0.45 As clad layer 204, p type Ga 0.86 Al 0.14 As active layer 205
And n-type Ga 0.55 Al 0.45 As clad layer 206 and n-type Ga
It has an As contact layer 207. The active layer 20
The Al mixed crystal ratio of 0.14 of 5 corresponds to the oscillation wavelength of 780 nm.
The window layers 3a and 3b are made of Ga 1-x Al x As (x> 0.14),
It has a band gap larger than that of the active layer 205. On the other hand, the surface protective layers 4a and 4b are formed of Ga 1-y Al y As (y <
0.14), which is smaller than the active layer 205.
It has a mixed crystal ratio. The surface protection layers 4a and 4b are provided on the end surface 2a of the chip body 1 at a location 22 for emitting laser light.
It is provided separately on both sides of 0.

【0011】この半導体レーザ素子は次のようにして作
製される。まず、図3(a)に示すように、LPE(液相エ
ピタキシャル成長)法により、p型GaAs基板201上に
n型GaAs電流挟窄層202を0.8μmの厚さに成長す
る。この電流挟窄層202に基板201に至る幅3μ
m、深さ1.0μmのストライプ状溝203を化学エッチ
ングして形成する。この後、2回目のLPE成長を行っ
て、p型Ga0.55Al0.14Asクラッド層204を平坦部
(溝203が存在しない部分)で0.2μm、p型Ga0.86
l0.14As活性層205を0.06μm、n型Ga0.55Al
0.45Asクラッド層206を1μm、n型GaAsコンタク
ト層207を2μmの厚さでそれぞれ連続的に成長させ
る。この成長が完了したウエハを劈開またはエッチング
して、図3(a)下側に示すようにバー(短冊)状200に
加工する(なお、同図(a)上側は1チップ分を示してい
る。)。次に、同図(b)に示すように、上記バー200の
端面2a,2bおよび上面2cに、MOCVD(有機金属化
学気相成長)法により、活性層204よりもAl混晶比の
大きいGa1-xAlxAs窓層210を0.1μm、窓層21
0よりAl混晶比の低いGa1-yAlyAs表面保護層211
を3mの厚さで積層成長する。例えば、窓層210の
混晶比をx=0.6に設定して、活性層205に対して十
分大きいバンドギャップを持たせて光吸収量が少なくな
るようにする。一方、表面保護層211の混晶比をy=
0に設定、すなわちGaAsとして結晶中にAlを含まな
いようにして、表面状態を安定させ、表面準位を少なく
する。次に、図2(c)に示すように、エッチングを行っ
て、窓層210,表面保護層211のうちバー200上
面に存する部分を除去する。これにより、端面2a,2b
を覆う窓層3a,3bと、この窓層3a,3bの外側を覆う表
面保護層4a,4bを形成する。最後に、チップ本体1の
上下に電極212,213を形成する。
This semiconductor laser device is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 3 (a), an LPE (Liquid Phase Epitaxial Growth) method was used to form a p-type GaAs substrate 201.
The n-type GaAs current confinement layer 202 is grown to a thickness of 0.8 μm. The width of the current confinement layer 202 reaching the substrate 201 is 3 μm.
A stripe-shaped groove 203 having m and a depth of 1.0 μm is formed by chemical etching. After that, the second LPE growth is performed, and the p-type Ga 0.55 Al 0.14 As clad layer 204 is flattened.
0.2 μm (the part where the groove 203 does not exist), p-type Ga 0.86 A
0.14 As active layer 205 to 0.06 μm, n-type Ga 0.55 Al
A 0.45 As cladding layer 206 and an n-type GaAs contact layer 207 are continuously grown to a thickness of 1 μm and 2 μm, respectively. The wafer on which the growth is completed is cleaved or etched to be processed into a bar (strip) shape 200 as shown in the lower side of FIG. 3A (the upper side of FIG. 3A shows one chip). .). Next, as shown in FIG. 2B, Ga having a larger Al mixed crystal ratio than the active layer 204 is formed on the end surfaces 2a, 2b and the upper surface 2c of the bar 200 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). 1-x Al x As window layer 210 to 0.1 μm, window layer 21
Ga 1-y Al y As surface protective layer 211 having a lower Al mixed crystal ratio than 0
The laminated grown to a thickness of 3 n m. For example, the mixed crystal ratio of the window layer 210 is set to x = 0.6 so that the active layer 205 has a sufficiently large bandgap so that the light absorption amount is reduced. On the other hand, the mixed crystal ratio of the surface protective layer 211 is y =
It is set to 0, that is, Al is not contained in the crystal as GaAs to stabilize the surface state and reduce the surface level. Next, as shown in FIG. 2C, etching is performed to remove portions of the window layer 210 and the surface protective layer 211 on the upper surface of the bar 200. Thereby, the end faces 2a, 2b
Window layers 3a and 3b that cover the window layers 3a and 3b and surface protection layers 4a and 4b that cover the outside of the window layers 3a and 3b. Finally, electrodes 212 and 213 are formed on the top and bottom of the chip body 1.

【0012】この半導体レーザ素子には、窓層3a,3b
の外側に活性層205よりもAl混晶比の小さい表面保
護層4a,4bを設けているので、上記窓層3a,3bが大気
中に露出するのを防止して、表面準位を少なくしてい
る。したがって、窓層3a,3bの表面状態を改善でき、
長期的に信頼性を向上させることができる。また、上記
表面保護層は発振レーザ光に対して吸収層として働く
が、この表面保護層の厚さを十分薄く形成することによ
り、吸収による発熱は容易に問題ないレベルに抑えるこ
とができる。実際に、図2に示すように、光出力特性を
改善することができ、しかも150mWで5000時間
以上の長期通電に耐えることができた。
This semiconductor laser device includes window layers 3a and 3b.
Since the surface protective layers 4a, 4b having a smaller Al mixed crystal ratio than the active layer 205 are provided on the outside of the window, the window layers 3a, 3b are prevented from being exposed to the atmosphere to reduce the surface level. ing. Therefore, the surface condition of the window layers 3a and 3b can be improved,
Reliability can be improved in the long term. Further, the surface protective layer functions as an absorption layer for the oscillated laser light, but by forming the surface protective layer to be sufficiently thin, heat generation due to absorption can be easily suppressed to a level that does not cause a problem. Actually, as shown in FIG. 2, it was possible to improve the light output characteristics and to endure long-term energization at 150 mW for 5000 hours or more.

【0013】なお、チップ本体は、図4に示すように電
流挟窄層416をクラッド層415a,415bで挟んだ
構造としても良い。この場合、まずLPE法により、ク
ラッド層413,活性層414,クラッド層415aを順
に積層する。次に、電流挟窄層416を成長した後、ス
トライプ状溝417を形成する。次に、LPE法により
上記クラッド層415aと同一組成からなるクラッド層
415bを成長する。
The chip body may have a structure in which the current confinement layer 416 is sandwiched between the cladding layers 415a and 415b as shown in FIG. In this case, first, the clad layer 413, the active layer 414, and the clad layer 415a are sequentially laminated by the LPE method. Next, after growing the current confinement layer 416, a stripe-shaped groove 417 is formed. Next, a clad layer 415b having the same composition as the clad layer 415a is grown by the LPE method.

【0014】また、チップ本体は、図6に示すようにメ
サ部516を有する構造としても良い。この場合、まず
LPE法により、InGaAlP系の材料を用いてクラッ
ド層513,活性層514,クラッド層515を順に積層
する。次に、クラッド層515を中央部をストライプ状
に残して両側をエッチングして、メサ部516を形成す
る。続いて、LPE法により、電流挟窄層517を成長
する。このとき、メサ部516の上面には結晶が成長せ
ず、メサ部516に沿ってストライプ状の電流経路を形
成することができる。なお、窓層503a,5603bの
組成は例えば(Al0.65Ga0.35)0.5In0.5Pとし、表面
保護層504a,504bの組成はGa0.5In0.5P乃至Ga
Asとする。
Further, the chip body may have a structure having a mesa portion 516 as shown in FIG. In this case, first, the clad layer 513, the active layer 514, and the clad layer 515 are sequentially laminated by the LPE method using an InGaAlP-based material. Next, the clad layer 515 is etched on both sides while leaving the central portion in a stripe shape, and a mesa portion 516 is formed. Then, the current confinement layer 517 is grown by the LPE method. At this time, crystals do not grow on the upper surface of the mesa portion 516, and a stripe-shaped current path can be formed along the mesa portion 516. The composition of the window layers 503a and 5603b is, for example, (Al 0.65 Ga 0.35 ) 0.5 In 0.5 P, and the composition of the surface protective layers 504a and 504b is Ga 0.5 In 0.5 P to Ga.
Let As.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体レーザ素子は、窓層の外側に活性層よりもAl混晶
比が小さい安定な表面保護層を設けているので、窓層が
大気中に露出する防止して表面準位を抑制でき、長期的
に信頼性を向上させることができる。また、上記表面保
護層は、窓層をなす元素と同じ元素のみを含むIII−V
族化合物半導体からなるので、窓層を形成するのと同じ
成長方法によって連続して形成できる。一実施形態の半
導体レーザ素子では、上記表面保護層のAl混晶比0で
あるから、窓層の表面状態をさらに安定化できる。ま
た、Al元素の供給が不要となるから、Al混晶比の制御
が不要となり、成長が容易になる。特に、上記表面保護
層がGaAsからなる場合、実用に耐える半導体レーザ素
子が得られる。
As is apparent from the above, in the semiconductor laser device of the present invention, the stable surface protective layer having a smaller Al mixed crystal ratio than the active layer is provided on the outside of the window layer. It can be prevented from being exposed to the inside and the surface level can be suppressed, and the reliability can be improved in the long term. Further, the surface protection layer contains III-V containing only the same element as the window layer.
Since it is made of a group compound semiconductor, it can be continuously formed by the same growth method as that for forming the window layer. In the semiconductor laser device of one embodiment, since the Al mixed crystal ratio of the surface protective layer is 0, the surface state of the window layer can be further stabilized. Further, since it is not necessary to supply the Al element, it is not necessary to control the Al mixed crystal ratio, which facilitates the growth. In particular, when the surface protective layer is made of GaAs, a semiconductor laser device that can be used practically can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の一実施例の半導体レーザ素子の構
造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 上記半導体レーザ素子の電流−光出力特性を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing current-light output characteristics of the semiconductor laser device.

【図3】 上記半導体レーザ素子の作製工程を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser device.

【図4】 この発明の別の実施例の半導体レーザ素子の
構造を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の別の実施例の半導体レーザ素子の
構造を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention.

【図6】 従来の半導体レーザ素子の構造を示す斜視図
である。
FIG. 6 is a perspective view showing the structure of a conventional semiconductor laser device.

【図7】 従来の半導体レーザ素子の構造を示す斜視図
である。
FIG. 7 is a perspective view showing a structure of a conventional semiconductor laser device.

【図8】 従来の半導体レーザ素子の構造を示す斜視図
である。
FIG. 8 is a perspective view showing a structure of a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,400,500 チップ本体 2a,2b,402a,402b,502a,502b 端面 3a,3b,403a,403b,503a,503b 窓層 4a,4b,404a,404b,504a,504b 表面保護
層 201 p型GaAs基板 202 n型GaAs電流挟窄層 203 ストライプ状溝 204 p型Ga0.55Al0.45Asクラッド層 205 p型Ga0.86Al0.14As活性層 206 n型Ga0.55Al0.45Asクラッド層 207 n型GaAsコンタクト層 220,420,520 レーザ光出射箇所
1,400,500 Chip body 2a, 2b, 402a, 402b, 502a, 502b End face 3a, 3b, 403a, 403b, 503a, 503b Window layer 4a, 4b, 404a, 404b, 504a, 504b Surface protective layer 201 p-type GaAs Substrate 202 n-type GaAs current confinement layer 203 stripe-shaped groove 204 p-type Ga 0.55 Al 0.45 As clad layer 205 p-type Ga 0.86 Al 0.14 As active layer 206 n-type Ga 0.55 Al 0.45 As clad layer 207 n-type GaAs contact layer 220 , 420, 520 Laser light emitting point

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−227485(JP,A) 特開 昭63−227090(JP,A)   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page       (56) References JP-A-1-227485 (JP, A)                 JP 63-227090 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 活性層を含むチップ本体と、上記チップ
本体よりも大きなバンドギャップを有し、上記チップ本
体のレーザ光出射端面を覆う窓層とを備え、上記活性層
および窓層がAlを含むIII-V族化合物半導体からなる半
導体レーザ素子において、 上記窓層の外側に、III−V族化合物半導体からなり、上
記活性層よりもバンドギャップが小さく、かつ、吸収に
よる発熱を抑えられる程度に十分薄い表面保護層を設け
たことを特徴とする半導体レーザ素子。
1. A chip body including an active layer, and a window layer having a bandgap larger than that of the chip body and covering a laser light emitting end face of the chip body, wherein the active layer and the window layer contain Al. In a semiconductor laser device made of a III-V compound semiconductor containing, outside the window layer, made of a III-V compound semiconductor, having a smaller bandgap than the active layer, and absorption.
A semiconductor laser device having a surface protective layer thin enough to suppress heat generation .
【請求項2】 請求項1に記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記表面保護層の厚さが3m以下であることを
特徴とする半導体レーザ素子。
2. A semiconductor laser device according to claim 1, the semiconductor laser element, wherein a thickness of the surface protective layer is not more than 3 n m.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体レーザ素子にお
いて、 上記表面保護のAl混晶比が0であることを特徴とす
る半導体レーザ素子。
3. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the surface protective layer has an Al mixed crystal ratio of 0.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体レーザ素子にお
いて、 上記表面保護がGaAsからなることを特徴とする半
導体レーザ素子。
4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the surface protection layer is made of GaAs.
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