JP3432842B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置は、
従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置に比べて発振波
長が約１００ｎｍ短いため、光ディスクの高密度化、レ
ーザプリンタの高速化など光情報処理装置の高性能化に
必要な光源として注目されている。 【０００３】最近、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置
の発振波長をより短くするために活性層へ量子井戸構造
を導入する方法が、例えばELECTRONICS LETTERS,Vol.2
7,No.17(1991)の第１５５３〜１５５５頁に開示されて
いる。 【０００４】この半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板上
にＩｎ0.62Ｇａ0.38Ｐ歪量子井戸層とＩｎ（Ａｌ0.5Ｇ
ａ0.5）Ｐ障壁層からなる多重量子井戸構造の活性層が
形成されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述のようにＧａ1-v
ＩｎvＰ歪量子井戸層を用いる場合には、レーザ発振電
流閾値の低減等のレーザ特性の向上を図るために、Ｉｎ
の混晶比を増加（ｖ＞０．５）させてＧａＡｓ基板の格
子定数ａ0＝５．６５３Åに比べて大きい格子定数にす
る必要がある。しかしながら、Ｉｎの混晶比を増加させ
ると発振波長が長くなるといった問題があった。 【０００６】この長波長化する問題は、前記井戸層を薄
くすることにより解決できる。しかしながら、このよう
に井戸層の層厚を小さくすると、レーザ発振電流閾値の
上昇や製造上において膜厚制御が困難になるといった問
題が起こる。 【０００７】本発明は上述の問題点を鑑み成されたもの
であり、レーザ発振電流閾値を増大することなく、発振
波長を短波長化できる半導体レーザ装置を提供すること
が目的である。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、ＧａＡｓ基板の一主面上に、ＡｌＧａＩｎＰから
なる第１クラッド層、（ＡｌＧａ） 0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐからな
る第１光閉じ込め層、（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ量子
井戸層と前記ＧａＡｓ基板の格子定数より小さい格子定
数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ障壁層（ここで、
０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）とからなる
量子井戸構造の活性層、（ＡｌＧａ） 0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐから
なる第２光閉じ込め層、及びＡｌＧａＩｎＰからなる第
２クラッド層を含む半導体層を順に備え、上記ＧａＡｓ
基板の一主面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５〜
１５°傾斜した面であることを特徴とする。 【０００９】 【００１０】 【作用】量子井戸構造の活性層の障壁層として、ＧａＡ
ｓ基板の格子定数より小さい格子定数をもつ（ＡｌxＧ
ａ1-x）1-yＩｎyＰを用いているので、この障壁層のエ
ネルギバリヤーが高くなる。従って、井戸層に閉じ込め
られた電子がトンネル効果や熱により飛び出すのを防止
すると共に伝導帯の量子エネルギ準位が相対的に高エネ
ルギ側にシフトするので、発振電流閾値を増大すること
なく、発振波長を短波長化できる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明に係る一実施例のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ装置を図１及び図２を参照しつつ説明
する。図１は斯る半導体レーザ装置の断面図であり、図
２は以下で説明する活性層４、光閉じ込め層５、及び多
重障壁層６の模式構造図である。 【００１２】図１中、１はｎ型ＧａＡｓ基板で、該基板
は一主面が（１００）面から［０１１］方向に５〜１５
°（以下、オフ角度という。）、例えば９°傾斜した面
を有する。この基板１の前記一主面上には層厚０．３μ
ｍのｎ型バッファ層（ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）２、層厚
１．０μｍのｎ型クラッド層（ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ）３、及び前記ｎ型クラッド層３上には層
厚５００Åの第１光閉じ込め層（ノンドープ型（（Ａｌ
0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）４が形成されている。 【００１３】前記第１光閉じ込め層４上には多重歪量子
井戸構造（Ｓ−ＭＱＷ）のノンドープ型活性層５が形成
されている。図２に示すように、この活性層５は、基板
１を構成するＧａＡｓの格子定数（ａ0＝５．６５３
Å）よりそれぞれ大きな格子定数をもつ層厚３０Åの
（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ（ ここで、０≦ｚ≦０．
２，０．５＜ｔ＜０．６）歪量子井戸層５ａと小さな格
子定数をもつ層厚４０Åの（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ
（ここで、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）
歪障壁層５ｂが交互に積層されてなり、例えば井戸層５
ａ、障壁層５ｂがそれぞれ８層、７層形成されている。 【００１４】前記活性層５上には層厚５００Åの光閉じ
込め層（ ノンドープ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ）６、多重障壁層（ＭＱＢ層）７が形成されている。
図２に示すように、この多重障壁層７は層厚約３５０Å
の第１障壁層（ｐ型（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）
７ａ、及び層厚約１１Åのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎo.5Ｐ井戸層
７ｂと層厚約１７Åのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐ障壁層７ｃが交互に１０ペア積層された多重層が
この順序に構成されている。斯る多重障壁層７は活性層
５内へ電子の閉じ込めを高めるために設けられている。 【００１５】前記多重障壁層７上には幅５μｍ、高さ
０．８〜１μｍのストライプ状リッジ部８ａをもつｐ型
クラッド層（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）８
が形成されている。尚、リッジ部８ａ以外部分のｐ型ク
ラッド層８の層厚は０．２〜０．３μｍである。 【００１６】前記ｐ型クラッド層８上のうちリッジ部８
ａの上面を除いた部分には、層厚０．８μｍのｎ型電流
阻止層（ｎ型ＧａＡｓ）９が形成されている。また、前
記リッジ部８ａの上面には層厚０．１μｍのｐ型コンタ
クト層（ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）１０が形成されてい
る。 【００１７】前記ｎ型電流阻止層９上及びｐ型コンタク
ト層１０上には、該電流阻止層９の平面上の層厚が２μ
ｍであるｐ型キャップ層（ｐ型ＧａＡｓ）１１が形成さ
れている。 【００１８】そして、前記基板１の下面、及びｐ型キャ
ップ層１１の上面にはそれぞれＡｕ−Ｓｎ−Ｃｒ電極１
２、及びＡｕ−Ｃｒ電極１３が形成されている。 【００１９】尚、上記各半導体層のキャリア濃度及びド
ーパントを次の表に示す。 【００２０】 【表１】【００２１】次に、斯る半導体レーザ装置の製造方法に
ついて上記図３を用いて説明する。尚、図１及び図２と
同一部分には同一符号を付す。 【００２２】図３（ａ）に示すように、最初に結晶成長
面である一主面が（１００）面から［０１１］方向に５
〜１５°、例えば９°傾斜した面をもつｎ型ＧａＡｓ基
板１を準備し、該基板１の一主面上にｎ型バッファ層
２、ｎ型クラッド層３、第１光閉じ込め層４、多重歪量
子井戸構造の活性層５、第２光閉じ込め層６、多重障壁
層７、ｐ型クラッド層８、ｐ型コンタクト層１０をこの
順序で成長温度６２０〜６８０℃、例えば６８０℃、反
応室内圧力７０Ｔｏｒｒの減圧有機金属気相成長法（減
圧ＭＯＣＶＤ法）で形成する。 【００２３】即ち、最初に前記基板１の一主面上に層厚
０．３μｍのｎ型バッファ層（ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）
２を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する。 【００２４】次に、前記ｎ型バッファ層２上に層厚１μ
ｍのｎ型クラッド層（ｎ型（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐ）３を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する。 【００２５】その後、前記ｎ型クラッド層３上には層厚
５００Åの第１光閉じ込め層（ノンドープ型（（Ａｌ
0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）４が形成されている。 【００２６】続いて、前記第１光閉じ込め層４上に層厚
３０Åの（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ（ここで、０≦ｚ
≦０．２，０．５＜ｔ＜０．６）歪量子井戸層５ａが８
層と、層厚４０Åの（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（ここ
で、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）歪障壁
層５ｂが７層を交互に積層して多重歪量子井戸構造のノ
ンドープ型活性層５を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する（図
２参照）。 【００２７】その後、前記活性層５上に層厚５００Åの
光閉じ込め層（ ノンドープ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐ）６を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する。 【００２８】次に、前記光閉じ込め層６上に層厚約３５
０Åの第１障壁層（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ）７ａを減圧ＭＯＣＶＤ法により形成した後、該第１
障壁層７ａ上に層厚約１１Åのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎo.5Ｐ井
戸層７ｂと層厚約１７Åのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5
Ｉｎ0.5Ｐ障壁層７ｃが交互に１０ペア積層されてなる
多重層を減圧ＭＯＣＶＤ法により形成して、多重障壁層
７を形成する（図２参照）。 【００２９】続いて、前記多重障壁層７上に層厚０．８
〜１μｍのｐ型クラッド層（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ）８を減圧ＭＯＣＶＤ法により形成する。 【００３０】次に、前記ｐ型クラッド層８上に層厚０．
１μｍのｐ型コンタクト層（ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）１
０を減圧ＭＯＣＶＤ法により形成する。 【００３１】その後、前記ｐ型コンタクト層１０上に膜
厚０．５μｍのＳｉＯ2膜を蒸着等により形成した後、
該ＳｉＯ2膜上に幅５μｍのストライプ状のレジストマ
スクを形成する。その後、このレジストマスクを介して
前記ＳｉＯ2膜を例えばフッ酸系エッチング液（ＨＦ＋
ＮＨ4Ｆ）を用いてエッチングして、幅５μｍのストラ
イプ状ＳｉＯ2マスク２１を形成する。 【００３２】次に、図３（ｂ）に示すように、前記Ｓｉ
Ｏ2マスク２１をマスクとして、前記ｐ型クラッド層８
及びｐ型コンタクト層１０を該ｐ型クラッド層８の層厚
が０．２〜０．３μｍとなるように例えばハロゲン化水
素酸系エッチング液を用いてエッチング除去して該ｐ型
クラッド層８に幅５μｍのストライプ状リッジ部８ａを
形成する。 【００３３】次に、図３（ｃ）に示すように、前記Ｓｉ
Ｏ2マスク２１を残した状態で 前記エッチング除去さ
れて露出したｐ型クラッド層８上及び前記リッジ部８ａ
の側面に層厚０．８μｍのｎ型電流阻止層（ｎ型ＧａＡ
ｓ）９を成長温度６２０〜６８０℃、例えば６８０℃、
反応室内圧力７０Ｔｏｒｒの減圧ＭＯＣＶＤ法で形成す
る。ここで、ＳｉＯ2マスク２１上に電流阻止層９は形
成されない。 【００３４】その後、図３（ｄ）に示すように、前記Ｓ
ｉＯ2マスク２１をフッ酸系エッチング液により除去し
て、前記ｐ型コンタクト層１０を露出させた後、該コン
タクト層１０及び電流阻止層９上に、該電流阻止層９の
平面上の層厚が２μｍのｐ型キャップ層（ｐ型ＧａＡ
ｓ）１１を成長温度６２０〜６８０℃、例えば６８０
℃、反応室内圧力７０Ｔｏｒｒの減圧ＭＯＣＶＤ法で形
成する。 【００３５】そして、斯る半導体レーザ装置の完成図で
ある図１に示すように、前記基板１の下面及び前記キャ
ップ層１１の上面にそれぞれＡｕ−Ｃｒ電極１２及びＡ
ｕ−Ｃｒ電極１３を蒸着法又はスパッタ法により形成す
る。 【００３６】図４に斯る半導体レーザ装置の活性層４で
ある（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ障壁層（ここでは、ｘ
＝０．５）５ｂのＩｎ組成比ｙと発振波長の関係を示
す。ここで、井戸層５ａとしてはＩｎ0.55Ｇａ0.45Ｐを
用い、共振器長は３５０μｍである。 【００３７】この図からこの障壁層５ｂのＩｎ組成比ｙ
が従来と同じ０．５である場合（即ち、ＧａＡｓ基板１
と障壁層５ｂが格子整合する場合）には、発振波長が６
３８〜６４０ｎｍである。これに対して、Ｉｎ組成比ｙ
が小さくなる（即ち、ＧａＡｓ基板１の格子定数に比べ
て障壁層５ｂの格子定数が小さくなる）に従って、発振
波長が短波長化することが判る。例えば、Ｉｎ組成比ｙ
＝０．４７のとき、発振波長６３１〜６３２ｎｍ近傍と
なり、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ装置が発振する波長６３
２．８ｎｍと同等になることが判る。尚、オフ角度を大
きくすることにより短波長化が可能である。 【００３８】また、図５及び図６にそれぞれ本実施例の
半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置の電流−光
出力特性を示す。ここで、共振器長は３５０μｍであ
る。 【００３９】この図から、本発明の半導体レーザ装置は
従来例の半導体レーザ装置と略同等の発振電流閾値であ
るが、従来の発振波長６３８ｎｍ〜６４０ｎｍに比べ
て、６３０ｎｍ近傍と発振波長の短波長化を実現できて
いることが判る。また、連続発振動作は温度７０℃まで
可能であった。 【００４０】また、図７に本実施例の半導体レーザ装置
の寿命試験を行った。斯る条件は温度４５℃、光出力３
ｍＷ、発振波長６３０ｎｍである。この図から１０００
時間以上動作できることが判る。但し、両端面にそれぞ
れ３０％のコーテイングを施している。 【００４１】上述のように、歪量子井戸構造の活性層の
障壁層として、ＧａＡｓ基板の格子定数より小さい格子
定数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ歪障壁層を用い
ているので、この障壁層のエネルギバリヤーが高くな
る。従って、井戸層に閉じ込められた電子がトンネル効
果や熱により飛び出すのを防止すると共に伝導帯の量子
エネルギ準位が相対的に高エネルギ側にシフトするの
で、発振電流閾値を増大することなく、発振波長が短波
長化できる。特に、ｘ，ｙの範囲は、０．４＜ｘ＜０．
７，０．４＜ｙ＜０．５が望ましく、この範囲以外では
歪みが大きくなり、レーザ特性が劣化する惧れがある。 【００４２】また、特に、量子井戸構造の活性層の井戸
層として、ＧａＡｓ基板の格子定数より大きい格子定数
をもつ（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ（ここで、０≦ｚ≦
０．２，０．５＜ｔ＜０．６）を用いると、重い正孔エ
ネルギバンドと軽い正孔エネルギバンドが分裂する。従
って、より発振電流閾値を小さくできるので、望まし
い。 【００４３】尚、井戸層として無歪みの（ＡｌzＧ
ａ1-z）1-tＩｎtＰ（ここで、０≦ｚ≦０．２，ｔ＝
０．５）でも効果がある。また、（ここで、０≦ｚ≦
０．２，ｔ＜０．５，０．６≦ｔ）でもよい。 【００４４】従って、本実施例の半導体レーザ装置は、
活性層の井戸層の層厚を小さくすることなく、発振波長
の短波長化を実現すると共に発振電流閾値の増大を防止
できる。 【００４５】尚、上記実施例では、ｎ型ＧａＡｓ基板を
用いたが、ｐ型ＧａＡｓ基板を用いてもよい。但し、こ
の場合には各層を適宜逆導電型にする必要がある。 【００４６】また、上記実施例として、基板の一主面は
（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面を使用し
たが、（００１）面から［１１０］方向、（０１０）面
から［１０１］方向、（−１００）面から［０−１−
１］方向、（００−１）面から［−１−１０］方向、ま
た（０−１０）面から［−１０−１］方向に傾斜した面
でもよく、即ち｛１００｝面から＜０１１＞方向に傾斜
すればよい。 【００４７】また、図８に基板のオフ角度と発振電流閾
値を示すように、基板のオフ角度としては、５°〜１５
°が望ましい。ただ、上述の製造実施例のようにリッジ
部をケミカルエッチングで形成する場合、リッジ部が非
対称になり、レーザスポットが非対称になるので、５°
〜１２°、望ましくは５°〜１１°がよい。 【００４８】 【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置は、量子井戸
構造の活性層の障壁層が、ＧａＡｓ基板の格子定数より
小さい格子定数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（こ
こで、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）から
なるので、歪みによるレーザ特性の劣化を抑え、発振電
流閾値が増大することなく、発振波長の短波長化を図る
ことができる。
る。 【０００２】 【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置は、
従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置に比べて発振波
長が約１００ｎｍ短いため、光ディスクの高密度化、レ
ーザプリンタの高速化など光情報処理装置の高性能化に
必要な光源として注目されている。 【０００３】最近、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置
の発振波長をより短くするために活性層へ量子井戸構造
を導入する方法が、例えばELECTRONICS LETTERS,Vol.2
7,No.17(1991)の第１５５３〜１５５５頁に開示されて
いる。 【０００４】この半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板上
にＩｎ0.62Ｇａ0.38Ｐ歪量子井戸層とＩｎ（Ａｌ0.5Ｇ
ａ0.5）Ｐ障壁層からなる多重量子井戸構造の活性層が
形成されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述のようにＧａ1-v
ＩｎvＰ歪量子井戸層を用いる場合には、レーザ発振電
流閾値の低減等のレーザ特性の向上を図るために、Ｉｎ
の混晶比を増加（ｖ＞０．５）させてＧａＡｓ基板の格
子定数ａ0＝５．６５３Åに比べて大きい格子定数にす
る必要がある。しかしながら、Ｉｎの混晶比を増加させ
ると発振波長が長くなるといった問題があった。 【０００６】この長波長化する問題は、前記井戸層を薄
くすることにより解決できる。しかしながら、このよう
に井戸層の層厚を小さくすると、レーザ発振電流閾値の
上昇や製造上において膜厚制御が困難になるといった問
題が起こる。 【０００７】本発明は上述の問題点を鑑み成されたもの
であり、レーザ発振電流閾値を増大することなく、発振
波長を短波長化できる半導体レーザ装置を提供すること
が目的である。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、ＧａＡｓ基板の一主面上に、ＡｌＧａＩｎＰから
なる第１クラッド層、（ＡｌＧａ） 0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐからな
る第１光閉じ込め層、（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ量子
井戸層と前記ＧａＡｓ基板の格子定数より小さい格子定
数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ障壁層（ここで、
０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）とからなる
量子井戸構造の活性層、（ＡｌＧａ） 0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐから
なる第２光閉じ込め層、及びＡｌＧａＩｎＰからなる第
２クラッド層を含む半導体層を順に備え、上記ＧａＡｓ
基板の一主面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５〜
１５°傾斜した面であることを特徴とする。 【０００９】 【００１０】 【作用】量子井戸構造の活性層の障壁層として、ＧａＡ
ｓ基板の格子定数より小さい格子定数をもつ（ＡｌxＧ
ａ1-x）1-yＩｎyＰを用いているので、この障壁層のエ
ネルギバリヤーが高くなる。従って、井戸層に閉じ込め
られた電子がトンネル効果や熱により飛び出すのを防止
すると共に伝導帯の量子エネルギ準位が相対的に高エネ
ルギ側にシフトするので、発振電流閾値を増大すること
なく、発振波長を短波長化できる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明に係る一実施例のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ装置を図１及び図２を参照しつつ説明
する。図１は斯る半導体レーザ装置の断面図であり、図
２は以下で説明する活性層４、光閉じ込め層５、及び多
重障壁層６の模式構造図である。 【００１２】図１中、１はｎ型ＧａＡｓ基板で、該基板
は一主面が（１００）面から［０１１］方向に５〜１５
°（以下、オフ角度という。）、例えば９°傾斜した面
を有する。この基板１の前記一主面上には層厚０．３μ
ｍのｎ型バッファ層（ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）２、層厚
１．０μｍのｎ型クラッド層（ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ）３、及び前記ｎ型クラッド層３上には層
厚５００Åの第１光閉じ込め層（ノンドープ型（（Ａｌ
0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）４が形成されている。 【００１３】前記第１光閉じ込め層４上には多重歪量子
井戸構造（Ｓ−ＭＱＷ）のノンドープ型活性層５が形成
されている。図２に示すように、この活性層５は、基板
１を構成するＧａＡｓの格子定数（ａ0＝５．６５３
Å）よりそれぞれ大きな格子定数をもつ層厚３０Åの
（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ（ ここで、０≦ｚ≦０．
２，０．５＜ｔ＜０．６）歪量子井戸層５ａと小さな格
子定数をもつ層厚４０Åの（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ
（ここで、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）
歪障壁層５ｂが交互に積層されてなり、例えば井戸層５
ａ、障壁層５ｂがそれぞれ８層、７層形成されている。 【００１４】前記活性層５上には層厚５００Åの光閉じ
込め層（ ノンドープ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ）６、多重障壁層（ＭＱＢ層）７が形成されている。
図２に示すように、この多重障壁層７は層厚約３５０Å
の第１障壁層（ｐ型（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）
７ａ、及び層厚約１１Åのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎo.5Ｐ井戸層
７ｂと層厚約１７Åのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐ障壁層７ｃが交互に１０ペア積層された多重層が
この順序に構成されている。斯る多重障壁層７は活性層
５内へ電子の閉じ込めを高めるために設けられている。 【００１５】前記多重障壁層７上には幅５μｍ、高さ
０．８〜１μｍのストライプ状リッジ部８ａをもつｐ型
クラッド層（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）８
が形成されている。尚、リッジ部８ａ以外部分のｐ型ク
ラッド層８の層厚は０．２〜０．３μｍである。 【００１６】前記ｐ型クラッド層８上のうちリッジ部８
ａの上面を除いた部分には、層厚０．８μｍのｎ型電流
阻止層（ｎ型ＧａＡｓ）９が形成されている。また、前
記リッジ部８ａの上面には層厚０．１μｍのｐ型コンタ
クト層（ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）１０が形成されてい
る。 【００１７】前記ｎ型電流阻止層９上及びｐ型コンタク
ト層１０上には、該電流阻止層９の平面上の層厚が２μ
ｍであるｐ型キャップ層（ｐ型ＧａＡｓ）１１が形成さ
れている。 【００１８】そして、前記基板１の下面、及びｐ型キャ
ップ層１１の上面にはそれぞれＡｕ−Ｓｎ−Ｃｒ電極１
２、及びＡｕ−Ｃｒ電極１３が形成されている。 【００１９】尚、上記各半導体層のキャリア濃度及びド
ーパントを次の表に示す。 【００２０】 【表１】【００２１】次に、斯る半導体レーザ装置の製造方法に
ついて上記図３を用いて説明する。尚、図１及び図２と
同一部分には同一符号を付す。 【００２２】図３（ａ）に示すように、最初に結晶成長
面である一主面が（１００）面から［０１１］方向に５
〜１５°、例えば９°傾斜した面をもつｎ型ＧａＡｓ基
板１を準備し、該基板１の一主面上にｎ型バッファ層
２、ｎ型クラッド層３、第１光閉じ込め層４、多重歪量
子井戸構造の活性層５、第２光閉じ込め層６、多重障壁
層７、ｐ型クラッド層８、ｐ型コンタクト層１０をこの
順序で成長温度６２０〜６８０℃、例えば６８０℃、反
応室内圧力７０Ｔｏｒｒの減圧有機金属気相成長法（減
圧ＭＯＣＶＤ法）で形成する。 【００２３】即ち、最初に前記基板１の一主面上に層厚
０．３μｍのｎ型バッファ層（ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）
２を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する。 【００２４】次に、前記ｎ型バッファ層２上に層厚１μ
ｍのｎ型クラッド層（ｎ型（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐ）３を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する。 【００２５】その後、前記ｎ型クラッド層３上には層厚
５００Åの第１光閉じ込め層（ノンドープ型（（Ａｌ
0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ）４が形成されている。 【００２６】続いて、前記第１光閉じ込め層４上に層厚
３０Åの（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ（ここで、０≦ｚ
≦０．２，０．５＜ｔ＜０．６）歪量子井戸層５ａが８
層と、層厚４０Åの（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（ここ
で、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）歪障壁
層５ｂが７層を交互に積層して多重歪量子井戸構造のノ
ンドープ型活性層５を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する（図
２参照）。 【００２７】その後、前記活性層５上に層厚５００Åの
光閉じ込め層（ ノンドープ型（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐ）６を減圧ＭＯＣＶＤ法で形成する。 【００２８】次に、前記光閉じ込め層６上に層厚約３５
０Åの第１障壁層（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ）７ａを減圧ＭＯＣＶＤ法により形成した後、該第１
障壁層７ａ上に層厚約１１Åのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎo.5Ｐ井
戸層７ｂと層厚約１７Åのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5
Ｉｎ0.5Ｐ障壁層７ｃが交互に１０ペア積層されてなる
多重層を減圧ＭＯＣＶＤ法により形成して、多重障壁層
７を形成する（図２参照）。 【００２９】続いて、前記多重障壁層７上に層厚０．８
〜１μｍのｐ型クラッド層（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ）８を減圧ＭＯＣＶＤ法により形成する。 【００３０】次に、前記ｐ型クラッド層８上に層厚０．
１μｍのｐ型コンタクト層（ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ）１
０を減圧ＭＯＣＶＤ法により形成する。 【００３１】その後、前記ｐ型コンタクト層１０上に膜
厚０．５μｍのＳｉＯ2膜を蒸着等により形成した後、
該ＳｉＯ2膜上に幅５μｍのストライプ状のレジストマ
スクを形成する。その後、このレジストマスクを介して
前記ＳｉＯ2膜を例えばフッ酸系エッチング液（ＨＦ＋
ＮＨ4Ｆ）を用いてエッチングして、幅５μｍのストラ
イプ状ＳｉＯ2マスク２１を形成する。 【００３２】次に、図３（ｂ）に示すように、前記Ｓｉ
Ｏ2マスク２１をマスクとして、前記ｐ型クラッド層８
及びｐ型コンタクト層１０を該ｐ型クラッド層８の層厚
が０．２〜０．３μｍとなるように例えばハロゲン化水
素酸系エッチング液を用いてエッチング除去して該ｐ型
クラッド層８に幅５μｍのストライプ状リッジ部８ａを
形成する。 【００３３】次に、図３（ｃ）に示すように、前記Ｓｉ
Ｏ2マスク２１を残した状態で 前記エッチング除去さ
れて露出したｐ型クラッド層８上及び前記リッジ部８ａ
の側面に層厚０．８μｍのｎ型電流阻止層（ｎ型ＧａＡ
ｓ）９を成長温度６２０〜６８０℃、例えば６８０℃、
反応室内圧力７０Ｔｏｒｒの減圧ＭＯＣＶＤ法で形成す
る。ここで、ＳｉＯ2マスク２１上に電流阻止層９は形
成されない。 【００３４】その後、図３（ｄ）に示すように、前記Ｓ
ｉＯ2マスク２１をフッ酸系エッチング液により除去し
て、前記ｐ型コンタクト層１０を露出させた後、該コン
タクト層１０及び電流阻止層９上に、該電流阻止層９の
平面上の層厚が２μｍのｐ型キャップ層（ｐ型ＧａＡ
ｓ）１１を成長温度６２０〜６８０℃、例えば６８０
℃、反応室内圧力７０Ｔｏｒｒの減圧ＭＯＣＶＤ法で形
成する。 【００３５】そして、斯る半導体レーザ装置の完成図で
ある図１に示すように、前記基板１の下面及び前記キャ
ップ層１１の上面にそれぞれＡｕ−Ｃｒ電極１２及びＡ
ｕ−Ｃｒ電極１３を蒸着法又はスパッタ法により形成す
る。 【００３６】図４に斯る半導体レーザ装置の活性層４で
ある（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ障壁層（ここでは、ｘ
＝０．５）５ｂのＩｎ組成比ｙと発振波長の関係を示
す。ここで、井戸層５ａとしてはＩｎ0.55Ｇａ0.45Ｐを
用い、共振器長は３５０μｍである。 【００３７】この図からこの障壁層５ｂのＩｎ組成比ｙ
が従来と同じ０．５である場合（即ち、ＧａＡｓ基板１
と障壁層５ｂが格子整合する場合）には、発振波長が６
３８〜６４０ｎｍである。これに対して、Ｉｎ組成比ｙ
が小さくなる（即ち、ＧａＡｓ基板１の格子定数に比べ
て障壁層５ｂの格子定数が小さくなる）に従って、発振
波長が短波長化することが判る。例えば、Ｉｎ組成比ｙ
＝０．４７のとき、発振波長６３１〜６３２ｎｍ近傍と
なり、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ装置が発振する波長６３
２．８ｎｍと同等になることが判る。尚、オフ角度を大
きくすることにより短波長化が可能である。 【００３８】また、図５及び図６にそれぞれ本実施例の
半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置の電流−光
出力特性を示す。ここで、共振器長は３５０μｍであ
る。 【００３９】この図から、本発明の半導体レーザ装置は
従来例の半導体レーザ装置と略同等の発振電流閾値であ
るが、従来の発振波長６３８ｎｍ〜６４０ｎｍに比べ
て、６３０ｎｍ近傍と発振波長の短波長化を実現できて
いることが判る。また、連続発振動作は温度７０℃まで
可能であった。 【００４０】また、図７に本実施例の半導体レーザ装置
の寿命試験を行った。斯る条件は温度４５℃、光出力３
ｍＷ、発振波長６３０ｎｍである。この図から１０００
時間以上動作できることが判る。但し、両端面にそれぞ
れ３０％のコーテイングを施している。 【００４１】上述のように、歪量子井戸構造の活性層の
障壁層として、ＧａＡｓ基板の格子定数より小さい格子
定数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ歪障壁層を用い
ているので、この障壁層のエネルギバリヤーが高くな
る。従って、井戸層に閉じ込められた電子がトンネル効
果や熱により飛び出すのを防止すると共に伝導帯の量子
エネルギ準位が相対的に高エネルギ側にシフトするの
で、発振電流閾値を増大することなく、発振波長が短波
長化できる。特に、ｘ，ｙの範囲は、０．４＜ｘ＜０．
７，０．４＜ｙ＜０．５が望ましく、この範囲以外では
歪みが大きくなり、レーザ特性が劣化する惧れがある。 【００４２】また、特に、量子井戸構造の活性層の井戸
層として、ＧａＡｓ基板の格子定数より大きい格子定数
をもつ（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩｎtＰ（ここで、０≦ｚ≦
０．２，０．５＜ｔ＜０．６）を用いると、重い正孔エ
ネルギバンドと軽い正孔エネルギバンドが分裂する。従
って、より発振電流閾値を小さくできるので、望まし
い。 【００４３】尚、井戸層として無歪みの（ＡｌzＧ
ａ1-z）1-tＩｎtＰ（ここで、０≦ｚ≦０．２，ｔ＝
０．５）でも効果がある。また、（ここで、０≦ｚ≦
０．２，ｔ＜０．５，０．６≦ｔ）でもよい。 【００４４】従って、本実施例の半導体レーザ装置は、
活性層の井戸層の層厚を小さくすることなく、発振波長
の短波長化を実現すると共に発振電流閾値の増大を防止
できる。 【００４５】尚、上記実施例では、ｎ型ＧａＡｓ基板を
用いたが、ｐ型ＧａＡｓ基板を用いてもよい。但し、こ
の場合には各層を適宜逆導電型にする必要がある。 【００４６】また、上記実施例として、基板の一主面は
（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面を使用し
たが、（００１）面から［１１０］方向、（０１０）面
から［１０１］方向、（−１００）面から［０−１−
１］方向、（００−１）面から［−１−１０］方向、ま
た（０−１０）面から［−１０−１］方向に傾斜した面
でもよく、即ち｛１００｝面から＜０１１＞方向に傾斜
すればよい。 【００４７】また、図８に基板のオフ角度と発振電流閾
値を示すように、基板のオフ角度としては、５°〜１５
°が望ましい。ただ、上述の製造実施例のようにリッジ
部をケミカルエッチングで形成する場合、リッジ部が非
対称になり、レーザスポットが非対称になるので、５°
〜１２°、望ましくは５°〜１１°がよい。 【００４８】 【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置は、量子井戸
構造の活性層の障壁層が、ＧａＡｓ基板の格子定数より
小さい格子定数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（こ
こで、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）から
なるので、歪みによるレーザ特性の劣化を抑え、発振電
流閾値が増大することなく、発振波長の短波長化を図る
ことができる。
【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を示
す断面図である。 【図２】上記実施例の活性層近傍のエネルギ構造を示す
模式図ある。 【図３】上記半導体レーザ装置の製造工程を示す工程図
である。 【図４】上記半導体レーザ装置の発振波長と活性層中の
障壁層の組成比ｙの関係を示す図である。 【図５】上記半導体レーザ装置の電流−光出力の関係を
示す図である。 【図６】従来の半導体レーザ装置の電流−光出力の関係
を示す図である。 【図７】上記実施例の半導体レーザ装置の寿命試験の結
果を示す図である。 【図８】上記実施例の半導体レーザ装置の基板のオフ角
度と発振電流閾値の関係を示す図である。 【符号の説明】 １ ＧａＡｓ基板 ５ａ 量子井戸層 ５ｂ 障壁層 ５ 活性層
す断面図である。 【図２】上記実施例の活性層近傍のエネルギ構造を示す
模式図ある。 【図３】上記半導体レーザ装置の製造工程を示す工程図
である。 【図４】上記半導体レーザ装置の発振波長と活性層中の
障壁層の組成比ｙの関係を示す図である。 【図５】上記半導体レーザ装置の電流−光出力の関係を
示す図である。 【図６】従来の半導体レーザ装置の電流−光出力の関係
を示す図である。 【図７】上記実施例の半導体レーザ装置の寿命試験の結
果を示す図である。 【図８】上記実施例の半導体レーザ装置の基板のオフ角
度と発振電流閾値の関係を示す図である。 【符号の説明】 １ ＧａＡｓ基板 ５ａ 量子井戸層 ５ｂ 障壁層 ５ 活性層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 庄野 昌幸
大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三
洋電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平３−109789（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−22185（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−185889（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−82288（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−37081（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−130687（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ＧａＡｓ基板の一主面上に、ＡｌＧａＩ
ｎＰからなる第１クラッド層、（ＡｌＧａ） 0.5 Ｉｎ 0.5
Ｐからなる第１光閉じ込め層、（ＡｌzＧａ1-z）1-tＩ
ｎtＰ量子井戸層と前記ＧａＡｓ基板の格子定数より小
さい格子定数をもつ（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ障壁層
（ここで、０．４＜ｘ＜０．７，０．４＜ｙ＜０．５）
とからなる量子井戸構造の活性層、（ＡｌＧａ） 0.5 Ｉ
ｎ 0.5 Ｐからなる第２光閉じ込め層、及びＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる第２クラッド層を含む半導体層を順に備え、
上記ＧａＡｓ基板の一主面が｛１００｝面から＜０１１
＞方向に５〜１５°傾斜した面であることを特徴とする
半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09429192A JP3432842B2 (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09429192A JP3432842B2 (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291687A JPH05291687A (ja) | 1993-11-05 |
| JP3432842B2 true JP3432842B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=14106162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09429192A Expired - Lifetime JP3432842B2 (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3432842B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-14 JP JP09429192A patent/JP3432842B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05291687A (ja) | 1993-11-05 |
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