JPH01132191A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光通信、光ディスクなどの情報映像分野に於け
る光源等として利用されるもので、高出力で安定な半導
体レーザ素子の新しめ構造に関するものである。

〈従来技術〉 光デイスク装置等の光源として半導体レーザは幅広く使
用されてきているが、書き込みの可能な追記型ディスク
や消去も可能な書替可能型光ディスクの光源として用い
るためには２０〜４０　ｍＷという高い光出力が必要と
される。現在比較的高出力の半導体レーザが実用化され
ているが半導体レーザの信頼性を同一構造の素子で比較
した場合光出力の４乗に反比例することが報告されてお
り高出力化は極めて難しｒと考えられる。

高出力半導体レーザの劣化の要因の１つに光出射端面の
劣化があることはよく知られて贋る。第９図に従来の半
導体レーザの構造図の一例を示す。

この構造はＶＳ　Ｉ　Ｓ　（Ｖ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄ　
５ｕｂｓｔｒａｔｅＩｎｎｅｒ　５ｔｒｉｐｅ）レーザ
と呼ばれるものである。

この従来の構造では、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に電流を
遮断するためのｎ−ＧａＡｓ電流ブロッキング層１２が
堆積された後、Ｇ３Ａｓ基板に到達するＶ型溝が形成さ
れる。その上にｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層ｔ　３．Ｇ
ａＡｓ又はＧａＡｌ！Ａｓ活性層１４．Ｑ−ＧａＡｌＡ
Ｓクラッド層１５＋　　ｎ−ＧａＡｓキャップ層１６が
順次堆積てれている。この場合レーザ発振のための電流
はｎ−ＧａＡｓ層１２によって閉じ込められ幅Ｗ１のチ
ャネル部のみに流れる。活性層１４は平坦に形成されて
いるが、チャネル両側でのｎ−ＧａＡＳ層１２への光吸
収により実効屈折率が下がるため光導波路が形成され、
基本横モード発振が安定して得られている。即ち、損失
導波機構の要素を有している。

上記ＶＳＩＳレーザは、安定した基本横モード発振が得
られ低光出力レベルでは高い信頼性を有するが高出力レ
ベルになると信頼性は大きく低下し長時間の使用に耐え
ないという欠点があった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の劣化原因を詳しく調べて見ると、素子の劣化は端
面Ｖ溝肩部の劣化に起因しており、Ｖ溝肩部のｎ−Ｇａ
Ａｓ層１２の光吸収による発熱が大きな原因であること
が明らかになった。

すなわち、従来の損失導波機構の要素を有する半導体レ
ーザ素子においては、特に共振器端面部近傍のチャンネ
ル両側での光吸収によりレーザ端面部の温度が上昇し高
出力状態では、この温度上昇が端面劣化を引き起すこと
になり、高出力状態での信頼性を低下させていた。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の半導体素子は、少なくとも一方のレーザ共振器
端面部近傍に於いて、チャネル幅を中央に比べて広く形
成することにより、端面での光の吸収を押え、発熱を可
及的に抑制させるように構成されている。それ故に、本
発明の主たる目的は半導体レーザ端面での劣化を抑え高
出力状態でも安定に動作する半導体レーザ素子を提供す
ることにある。

く作用〉 本発明に係る半導体レーザ装置はレーザの共振器端面部
の構造を従来のものと変えることによって端面部の温度
上昇が小さくなり、そのため劣化が抑制され、高出力状
態でも高い信頼性を有し、かつ安定な基本横モード発振
が得られる。

〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子を模
式的に分解して示す斜視図であり、共振方向に沿って配
置される端面部Ａ、　　Ｃと中央部Ｂから構成されてい
る。

第２図は本実施例のチャンネル形成状態を模式％式％ 以下、本実施例の作製手順について詳細に述べる。

まず、ｐ−ＧａＡｓ基板ｌｌ上に液相エピタキシャル成
長法によりｎ−ＧａＡｓ電流ブロッキング層１２を約０
．７μｍ厚に堆積させた後、通常のフォトリソグラフィ
ー技術とエツチング技術により第１図に示すような端面
近傍で幅ｗ２＝ｔｏμｍ共振器中央部で幅Ｗ１−４μｍ
１深さ１μｍの溝を形成する。

ｎ−ＧａＡｓ電流ブロッキング層１２の成長方法として
は他に気相成長法等を用いてもよい。

その後、液相エピタキシャル成長法を用いて、第１図に
示すよりなｐ−ＡＩｏ、４２　ＧａＯ，５８Ａｓクラッ
ド層１３を溝外側部で０．１５μｍ厚にｐまたはｎ−Ａ
ｌ０．ＨＧａｏ、８６Ａｓ活性層１４を０．０８μｍ厚
に、さらに、１−Ａｌｏ、４２Ｇａｏ、５ｓ　Ａｓクラ
ッド層１５を０．８　ｐｍ厚にｒｌ−Ｇ２Ａｓ−コンタ
クト層１６をＩＳｐｍ厚にそれぞれ成長させる。液相エ
ピタキシャル成長法においては陥没部を平坦化する様に
成長が行なわれるためＩ）　−Ａｈ、４２　Ｇａｐ、５
８　Ａｓクラッド層１３の成長後は成長表面は平坦であ
り続いて成長されるＡｌＯ，＋　４　Ｇ　ａｏ、８６　
Ａ　ｓ活性層１４も全面で平坦かつ均一な厚さに成長さ
せることができる。

その後、ウェハの両面に抵抗性全面電極をつけ、合金化
処理を行なった後、ストライプ幅が広い領域で骨間を行
ない共振器を形成する。本実施例においてはレーザ共振
器長は２５０μｍ、ストライプ幅が広い領域は両端面に
各々１０μｍとしている。

従って、半導体レーザの両端面のｎ−ＧＨＡｓ電流ブロ
ッキング層１２による光吸収がなく端面の温度上昇が抑
えられ、高い信頼性を示し、出射側端面４％裏面側９７
％の反射率のコーティングを施したところ８０ｍＷの高
光巳力状態でも殆ど無劣化の特性を示した。

本実施例においては幅広チャネル部の長さを両端に１０
μｍとしたが、この長さが３０μｍ以内であると、共振
器中央部で導波されてきた光は幅広チャネル部で完全に
はモード変形されず、安定な横モード特性を示す。また
、幅広チャネル部を出射側端面部のみに形成した場合で
も効果は発揮される。

第３図は、本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子
を模式的に分解した斜視図である。本実施例共振器端面
近傍のチャンネル幅が基板の側壁面まで広げた１実施例
である。

以下にこの実施例の作製手順について第４図に沿って説
明する。

まず、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓ電流ブロ
ッキング層１２を第４図（ａ）の様に約０．７μｍ厚に
堆積させる。その後スパッタ法により０．３μｍ厚の５
ｉ０２膜３１を形成し、それをマスクとしてレーザ共振
器の両端面となる部分を長き１０μｍにわたす０．８μ
ｍの深さの溝を形成する。これが第４図（ｂ）の状態で
ある。その後、前記５ｉ０２膜をそのままマスクとして
用いて有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）を用りてｐ−
４１ｏ、４２Ｇａｏ、５ｓ　Ａｓ層３２を０．８μｍ厚
に、さらに後の成長を円滑にするためのアンドープＧａ
Ａｓエッチバック層３３ｔ−ｏ、ｏｓμｍ厚に堆積きせ
る（第４図（Ｃ））。この状態でｎ−ＧａＡｓ電流ブロ
ッキング層１２とｐＡ／１１４２　ｃａｏ、５８　Ａｓ
層３２の表面の高さは整って一致している。次に５Ｈｏ
２膜３１をエツチングにより除去した後、第４図（ｅ）
に示すようなｐ−ＧａＡｓ基板１１に達するＶ型溝を幅
Ｗ１＝４μｍ４深さ１μｍに形成する。

その後、従来のＶＳＩＳレーザの成長方法と同じように
液相成長を用いてｐ−Ａ１０．４２Ｇａ０．５１１１Ａ
Ｓクラッド層１３を溝外側部で０．１５μｍ厚に、ｐま
たはｎ−Ａｌ！ｏ、ｌ４ｃａＯ，８６Ａｓ活性層１４を
ＯＤ　８　ｐｍ厚に、　ｎ　−ＡｌＯ，４２ＧａＯ，５
３Ａｓクラッド層１５を０．８　ｐ　ｍ厚に、ｎ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１６を１５μｍ厚にそれぞれ成長きせ
る。液相エピタキシャル成長法においては陥没部を平坦
化する様に成長が行われるためｐ−Ａ１０．４２　Ｇａ
０．５ｇ　Ａｓクラッド層１３の成長後は成長表面は平
坦であり、続いて成長されるＡＩ！０４４Ｇａｏ、３６
Ａｓ活性層１４も全面で平坦かつ均一に成長させること
ができる。

また、アンドープＧａＡｓエンチンツク層３３は１）　
　Ａ１０．４２Ｇａ０．５８ＡＳ層３２の酸化を有効に
防ぎ、液相成長時にはエッチパックにより消失するため
共撮器端面部ばｐ−クラッド層が０．９５μｍ厚に一様
に形成されたことになり、この部分での光の吸収は存在
しない。その後ウェハの両面に抵抗性全面電極をつけ、
合金化処理を行なった後、ｎ−ＧａＡＳ電流ブロッキン
グ層１２の存在しない部分で骨間を行ない共振器を形成
する。

このレーザは両端面部での光吸収がなく端面の温度上昇
が抑えられ高論信頼性を示し出射側端面４％裏面側９７
％の反射率のコーティングを施したところ、８０ｍＷの
高出力状態でも殆ど無劣化の特性を示した。

本実施例では端面のｎ−ＧａＡｓ電流ブロッキング層１
２の存在しない部分の長さを共振器両端に１０μｍずつ
としたが、この長さが３０μｍ以内であれば共振器中央
部で導波されてきた光は端面部においてもモード変形さ
れず、安定な横モード特性を示す。また、このｎ−Ｇａ
Ａｓ電流ブロッキング層１２の存在しない部分を出射側
端面部のみに形成した場合でも効果は発揮される。

上記実施例においてはＶＳＩＳ型の半導体レーザに適用
した場合を示したが次に他の構造に適用した場合につい
て示す。他の構造の−っにｃｓＰレーザ（Ｔｒａｎｓｖ
ｅｒｓｅ　Ｍｏｄｅ　５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ＡｌｘＧ
ａＩ−ｘＡｓ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｌａ５ｅｒｓ　ｗ
ｉｔｈ、ｃｈａｎｎｅｌｅｄ−３ｕｂｓｔｒａｔｅ　−
Ｐｌａｎａｒ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ；　Ｉ　ＥＥＥＪＯ
ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＵＡＮＴＵＭ　ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＩＣ３゜ｖｏｌ＋　ＱＥ−１４，Ｎｏ、　２．　Ｆｅｂ
ｒｕａｒｙ１９７８１Ｐ、８９）がある。第５図は本発
明をｃｓｐレーザに適用した実施例を示している。本実
施例ではｎ　−ＧａＡｓ基板４１にチャネルを形成する
が、その際、中央部のチャネル幅Ｗｌより端面部のチャ
ネル幅ｗ２が大きくなる様にする。その後、ｎ　−Ａｌ
ｘＧａｌ−ｘＡｓクラッド層４２．ＧａＡｓ活性層４３
　、ｐｒＡｔ’ｘＧａｌ　−ＸＡ８クラッド層４４＋　
　ｎ−ＧａＡｓ層４５を形成した後Ｚｎの拡散領域４８
を形成して電流通路を作成する。この場合も、チャネル
の外部では、ｎ−ＧａＡ　ｓ基板の光吸収がありチャネ
ル肩部の発熱がおこるが端面でチャネル幅を広げること
によりこの発熱は緩和され、信頼性が向上する。この場
合も端面部で全面にわたりチャネルと同じ深さに基板を
エツチングしてもよいし、このような構造を片方の端面
のみに形成しても両側に形成しても効果は発揮される。

また、上記実施例においてはダブルへテロ接合構造の半
導体レーザについて説明したが他の構造、たとえばＬ　
ＯＧ　（Ｌａｎｇｅ　０ｐｔｉｃａｌＩＣａｖｉｔｙ）
構造、５ＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅ
ｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造量子井戸
構造等地の構造を用いた場合についても適用可能である
。例えば、第６図は本発明をＬＯＧ構造に適用したもの
で、活性層１４に隣接して光導波層１８が積層されてＡ
るが上記実施例と同様の効果が認められる。また、第７
図は量子井戸構造に本発明を適用した場合の１実施例で
あるｃＲＩＮ−５ＣＨ−５ＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ　Ｉｎｄ
ｅｘ　−５ｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　
）Ｉｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　−５ｉｎｇｌｅ　
Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ　）構造を示す構成図であり
、上記実施例と同様の効果が認められる。第８図には＠
７図の実施例の活性層の混晶比の分布を示している。

〈発明の効果〉 本発明によれば端面部のチャネル幅を広げることにより
出射端面の光吸収による温度上昇を防ぐことができ、高
出力状態においても高い信頼性を高出力状態においても
高い信頼性を有する半導体レーザ素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の分
解構成図で、第２図はチャネル形成後の構造斜視図であ
る。第３図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素
子の分解構成図、第４図は素子の作製工程を模式的に示
した断面図である。 第５図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子の
分解構成図である。第６図は本発明の他の実施例を示す
半導体レーザ素子の分解構成図である。第７図は本発明
の他の実施例を示す半導体レーザ素子の分解構成図であ
る。第８図は第７図に示す半導体レーザ素子の活性層の
構造を模式的に示した説明図である。第９図は従来の半
導体レーザ素子の構造図である。 １１−ｐ−ＧａＡｓ基板、１２　・”　ｎ　−ＧａＡｓ
電流ブロッキング層、１３°°°ｐ−４ｉｏ、４２Ｇａ
ｏ、５ｓ　　Ａｓクラ・ンド層、１４−＝ｐまたはｎ　
−Ａ１０．ｌ４Ｇａ０．８６ＡＳ活性層、１５−　ｎ　
　Ａ１６．４２　Ｇ　ａｏ、５８　Ａ　Ｓクラッド層、
１６−ｎ−ＧａＡｓコンタクト層、１７−ｐ−Ａ１０．
４　Ｇａ０１６　Ａｓクラッド層、１８−９−ＡＩＯ，
：ＩＧａＱ：ＩＡ９ガイド層、ｌ　９　・ｎ　−Ａｔ□
、７　Ｇ　ａｏ、３　Ａ　ｓクラッド層、２１．２２・
・・抵抗性電極、３１・・・５ｉ０２膜、３２”’　ｐ
−Ａｔ’０．４２　（１；ａＯ，５Ｂ　Ａｓ層、３３…
アンド一プＧａＡｓエツチバツク層、４１−ｎ−ＧａＡ
ｓ基板、４２−ｎ　−ＡＩ！ｘＧａｌ−ｘクラッド層、
４３　・＝ＧａＡｓ活性層、４４−ｐ−ＡＩ！ｘＧａ＋
−ｘＡｓクラッド層、４５　・−・ｎ−ＧａＡｓ層、４
６．４７・・・抵抗性を極、４８・Ｚｆｉ拡散領域、”
　１−　ｐｋｌｔ）、Ｉ　Ｇａ（１，３Ａｓクラッド層
、５２・・・ＧＲＩＮ−３ＣＨ−５ＱＷ活性層、５３−
ｎ−Ａ１０，７ＧａＯ，３Ａｓクラッド層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上の主たる部分に電流通路となるチャンネルを
   形成し、基板上にレーザ発振用活性層を含む多層構造が
   堆積され、チャンネルの内側と外側との間に基板による
   光吸収の差に基づく実効屈折率差を設けた屈折率導波型
   半導体レーザ素子において、活性層が全面に亘って平坦
   でかつ均一性を有し、導波路内の少なくとも一方の共振
   器端面部近傍のチャンネル幅が共振器中央部に比べて広
   く形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。