JPH02125488A - 半導体レーザ装置 - 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、光ディスク・メモリ・システム及び光通信用
光源として応用できる半導体レーザ装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の埋込みリッジ型自己整合半導体レーザ
装置を示す断面図である０図において、１はｎ型（以下
ｎ−と略す）ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌｏ、ｓ　Ｇａ
ｏ、ｓ　Ａｓ第１クラッド層、３はｐ型（以下ｐ−と略
す）　Ａ　ｌ　ｏ、　＋ｓＧ　ａ　ｏ、　＠５Ａ　ｓ活
性層、４は順メサ状のストライプ状リッジ部を有するｐ
　　Ａｌｏ、ｓ　Ｇａｏ、ＳＡｓ第２クラッド層、５は
ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層、６はｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層、７はｎ側電極、８はｐ側電極、９はレーザ発振
領域である。

次に動作について説明する。ｐ側電極８とｎ側電極７の
間に、ｐ側が正となる様に、順方向のバイアス電圧を印
加すると、第２クラッド層４のリッジ部より活性層３に
電流が注入され、活性層３中で、注入された正孔と電子
の再結合がおこり、光の輻射が生じる。バイアス電圧を
増し、注入電流を増大させてゆ（と、活性層３内での誘
導輻射成分が大きくなってゆき、誘導輻射による光増幅
利得が、光の導波損失とつり合う闇値をこえると、レー
ザ発振領域において、レーザ発振が生じる。

第６図（ａ）は、上述の、注入電流と光出力との対応を
表している０図中、Ａ部は共振器端面の光出射による破
壊、所謂、破壊的光損傷（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐ
ｈｉｃ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）を表している
。従来、このＣＯＤの生じる光出力レベル（以後Ｃ０Ｄ
−レベルと略す）を向上する目的で、活性層３の厚みを
薄くする事により、活性層での光密度を低下する方法や
、共振器端面反射率を、端面コーティングにより、光出
射面側で低く、反対側で高くする非対称反射率コーティ
ングにより、共振器内光密度を低くする方法等が採られ
ていた。しかしながら、活性層厚を薄くすると、闇値電
流は、第７図に示す様に、図中Ｂ部を境に急激に増大し
、実用上限界がある。この限界厚（ｄ４ｔ）は、構造パ
ラメータにもよるが、およそ０．０５μｍ前後である。

又、共振器端面の非対称コーティングにおいては、光出
射面側の反射率を低くする事により、出射光の外部から
の戻り光の影響が著しくなり、雑音特性が悪くなったり
、外部微分量子効率の増大により、僅かな注入電流゛変
動により、光出力が大きく変調される。

第８図は端面付近での光吸収をなくし、これによりＣＯ
Ｄを防ぐようにした従来の半導体レーザを示す図であり
、図において、２１はｎ”　−ＧａＡｓ基板、２２はｎ
　−Ａ　１　ｏ、　ｓｓＧ　ａ　ｏ、　ｂｓＡ　３第１
クラッド層、２３はＡ　Ｉ　＋１．　Ｓ　Ｇ　ａ　６．
　Ｓ　Ａ　３活性層、２４はｐ　−Ａ　１　ｏ、　ａｓ
Ｇ　ａ　ｏ、　ＨＡ　ｓ第２クラッド層、２５はｐ−Ａ
　ｌｏ、ｚｓｃｔａｏ、、、Ａｓ電流ブロック層、２６
はｎ　−Ａ　Ｉ　Ｇ、　３１１Ｇ　ａ　ｏ、　ｉｓＡ　
Ｓ電流プｏ−）り層、２７はＺｎ拡散層、２８はＳ　ｉ
　Ｏｚ絶縁膜、２９はｎ側電極、３０はｐ側電極である
。

本従来例は２回の液相エピタキシャル（Ｌ　Ｐ　Ｅ）成
長によって作製される。まず１回目のＬＰＥによりｎ”
　−ＧａＡｓ基板２２上に第１クラッド層２３、活性層
２４．第２クラッド層２５を順次成長させ、その上に共
振器長方向のホトレジストのストライプを形成してこれ
をマスクとして基板に達するまでエッチダウンしメサお
よび窓部の開口を形成する０次に第２回目のＬＰＥによ
りｐ−電流ブロック層２５．ｎ−電流ブロック窓層２６
を成長する。この電流ブロック窓層２６は共振器端面部
では先非吸収領域として機能し、これにより窓構造が形
成される。この後Ｓ　ｉ　Ｏを膜を形成し、Ｚｎ拡散に
よりコンタクト領域２７を形成し、さらに電ｉ２９．３
０を形成することで第８図に示す装置が完成する。この
ように作製されに本従来例レーザにおいては端面付近に
活性層よりもその禁制帯幅が大きい電流ブロック窓層が
設けられており、このため、活性層で発生したレーザ光
は、端面付近で吸収されることはなく、ＣＯＤを防止で
きる。

（発明が解決しようとする課題〕 従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されており
、そのＣＯＤレベルを上げるために、活性層厚を薄くす
ると、ある一定値より薄くした場合には闇値電流が大き
く増大するため限界があり、また共振器端面の非対称コ
ーティングを行なうと雑音特性が悪くなったり、注入電
流変動により光出力が大きく変調されやすくなるという
問題点がある。また第８図に示すように端面付近に活性
層よりもその禁制帯幅が大きい電流ブロック窓層を設け
たものでは、ＣＯＤは防止できるものの、製造工程にお
いて端面部の活性層部分が空気中にさらされた再成長界
面となるため、この部分の素子劣化が激しく、長寿命が
期待できないという問題点、また活性層のエツチング面
で導波光に屈折が生じ、レーザ光の遠視野像が大きく乱
れるという問題点があった。

本発明は上記の様な問題点を解消するためになされたも
ので、一定の活性層厚、端面反射率の条件下で、ＣＯＤ
レベルをより高くできる半導体レーザを得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ装置は、活性層上にｐ型Ａ
　ｌ　ｘ　Ｇ　ａ　＋　−ＸＡ　ｓ層を、活性層の光導
波路となるべき部分の両側の上の部分および少なくとも
一方の共振器端面近傍を上記活性層には達しないようエ
ッチダウンして形成してなる、順メサ状もしくは逆メサ
状の共振器長方向のストライプ形の凸形リッジ部分を有
する第２クラッド層を形成し、該第２クラッド層のリッ
ジ部分以外の領域を埋込むようにｎ型ＧａＡｓ電流ブロ
ック層を形成したものである。

〔作用〕

この発明においては、第２クラッド層の凸形リッジ部を
、共振器端面近傍において形成せず、この部分も電流ブ
ロック層で埋め込むことにより、端面付近の活性層には
電流を注入しない構成としたから、活性層端面近傍で端
面部での正孔−電子再結合を低減でき、素子劣化を生ず
ることなくＣ０Ｄ−レベルを高くできる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置を示
す図であり、第１図（ａ）は共振器端面付近を表す横断
面図、第１図山）は共振器内部を表す横断面図である。

また、第２図はレーザ発振領域９を分断する様に切った
縦断面図である。これら図において、１はｎ−ＧａＡｓ
基板、２はｎ−Ａｌｏ、５Ｇａａ、ｓＡ３第１クラッド
層、３はｐ−Ａ１．、、。

Ｇａａ、ｓｓＡ！活性層、４′は順メサ凸形島状ストラ
イプ状リッジ部を有するｐ−Ａｌｏ、ｓ　Ｇａｏ、ｓＡ
ｓ第２クラッド層、５′はｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
、６はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、７はｎ側電極、８は
ｐ側電極、９はレーザ発振領域、１０は電流非注入領域
である。また第３図は本実施例の製造工程を示す図であ
る。

次に本実施例の製造工程について説明する。

まず第３図（ａ）に示すようにｎ−ＧａＡｓ基板１上に
第１クラツド層２．活性層３．第２クラッド層４′を順
次形成する０次に写真製版技術およびエツチング技術を
用いて第３図（ｂｌに示すように第２クラッド層４゛を
活性層まで達しないようにエツチング除去して端面近傍
部分の欠けた順メサ凸形島状ストライプ形すッジ部を形
成する。次に該リッジ部以外の第２クラッド層４′上に
該リッジ部を埋めるようにｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
を形成し、続いてｐ−ＧａＡｓコンタクト層を形成する
。そして電極７．８を形成して第１図に示す装置が完成
する。

次に動作について説明子る。

レーザ発振領域９においては、動作中には、活性層中に
２Ｘ１０”ｅｌｍ−’程度の少数キャリアが注入され、
所謂、キャリアの反転分布が実現されており、注入キャ
リアの約９０％が光子に変換されている。電流非注入領
域１０においては、少数キャリアの注入量は微小である
ので、レーザ光の吸収により少数キャリアの励起が増大
するが、この励起キャリア密度は注入キャリア密度の１
０分の１以下となる。この効果により、共振器端面の活
性層の表面準位を介在する電子−正孔対の非発光再結合
は、電流非注入領域１０のない場合に比べて太き（減少
する。第６図は、電流非注入領域のない従来装置（ａ）
と、電流非注入領域を設けた本実施例装置（ｂ）におけ
る電流−光出力特性を表したものであり、図から分かる
ように本実施例のＣＯＤレベルは従来装置に比べ、２０
％以上向上している。

さらに本実施例ではその工程において活性層をエツチン
グしておらず、活性層端面は臂開面であり導波光の屈折
により遠視野像の乱れもなく、活性層部分に再成長界面
のない構造となっているので長寿命めレーザが得られる
。

ところで、本実施例においてレーザ発振領域９で発生し
た光は上下の第１．第２クラッド層２゜４゛中に拡がっ
て導波される。一方、端面近傍の電流非注入領域１０で
は活性層３に近接してブロック層５゛が設けられており
、レーザ発振領域９内でクラッド層２．４′中に拡がっ
たレーザ光はブロック層５′で吸収をうけるため、端面
近傍の温度が上昇し、これにより端面劣化等の問題が生
ずる。

第９図は第１図の実施例における上述の問題点を考慮し
た本発明の他の実施例による半導体レーザ装置を示す図
であり、第９図（ａ）は共振器端面付近を表す横断面図
、第９図山）は共振器内パ部を表す横断面図、第９図（
Ｃ）はレーザ発振領域９を分断する様に切った縦断面図
である。これら図において、第１図、第２図と同一符号
は同一または相当部分である。また第１０図は本実施例
の製造工程を示す図である。

第９図（０）中の破＊１２はレーザ発振領域以外の部分
のブロック層５′のボトムを示している。本実施例では
メサストライプの延長線上の第２クラッド層４′を図に
示すようにステップ状に残して、端面近傍の電流非注入
領域１０でのブロック層５の活性層３からの距離を遠ざ
けている。これによ゛り本実施例では端面近傍でのブロ
ック層５′によるレーザ光の吸収を低減して端面温度の
上昇を防止している。

本実施例の製造工程は第１０図〜）に示すように第２ク
ラッド層４′のエツチング除去工程においてメサストラ
イプの延長線上部分をステップ状に残すようにエツチン
グする以外は上記第１の実施例装置の製造工程と同一で
ある。

なお上記２つの実施例においては、第２タラフド層４′
上に電流ブロック層５′が直接形成されたものについて
述べたが、この間のｐ−ｎ接合を強化するために、第４
図に示すようにｐ−ＧａＡｓバッファ層１１を形成して
もよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば半導体レーザ装置にお
いて、活性層上にｐ型Ａ　１　ｘ　Ｇ　ａ　ｌ−Ｘ　Ａ
　ｓ層を、活性層の光導波路となるべき部分の両側の上
の部分および少なくとも一方の共振器端面近傍を上記活
性層には達しないようエッチダウンして形成してなる、
順メサ状もしくは逆メサ状の共振器長方向のストライプ
形の凸形リッジ部分を有する第２クラッド層を形成し、
該第２クラッド層のりッジ部分以外の領域を埋込むよう
にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層を形成した共振器端面近
傍で活性層に電流を非注入する構造としたから、端面の
ＣＯＤレベルを２０％以上向上できる長寿命の半導体レ
ーザを得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置を
示す図、第２図は第１図の実施例の縦断面図、第３図は
第１図の実施例の製造工程を示す図、第４図は本発明の
他の実施例を示す図、第５図は従来の半導体レーザ装置
を示す図、第６図（ａ）。 伽）はそれぞれ従来のレーザ装置９本発明によるレーザ
装置の電流−光出力特性を示す図、第・７図は活性層の
厚さに対する閾電流密度の関係を示す図、第８図は従来
の他の半導体レーザ装置を示す図、第９図は本発明の他
の実施例による半導体レーザ装置を示す図、第１０図は
第９図の実施例の製造工程を示す図である。 図中、１はｎ−ＧａＡａ基板、２はｎ−Ａ１６４Ｇａ、
０．Ａｓ第１クラシト層、３はｐ−Ａｌｏ、＋５Ｇａｏ
、ｍ＠Ａ’ａ活性層、４は順メサ凸形ストライプ形すフ
ジ部を有する１）　　Ａｌｏ、ｍＧａｏ、ｓＡＳ第２ク
ラッド層、４′は１頓メサ凸形島状ストライプ彫りッジ
部を有する１）−Ａｌｅ、ｓ　Ｇａａ、ｓ　Ａｓ第２ク
ラッド層、５及び５′はｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層、
□６はｐ−ＧａＡａコンタクト層、７はｎ側電極、８は
ｐ側電掻、９はレーザ発振領域、１０は電流非注入領域
、１１はｐ−ＧａＡｓバッファ層、ＡはＣＯＤレベル、
Ｂは閾電流密度の最小となる領域である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ型ＧａＡｓ基板上に設けられたｎ型Ａｌ＿ｘＧ
   ａ＿ｌ＿−＿ｘＡｓ第１クラッド層と、 該第１クラッド層上に設けられた、光導波路となる領域
   を有するｎ型もしくはｐ型もしくは真性のＡｌ＿ｙＧａ
   ＿ｌ＿−＿ｙＡｓ活性層と、該活性層上に設けられたｐ
   型Ａｌ＿ｘＧａ＿ｌ＿−＿ｘＡｓ層を、上記光導波路の
   両側の上の部分および少なくとも一方の共振器端面近傍
   を上記活性層には達しないようエッチダウンして形成し
   てなる、順メサ状もしくは逆メサ状の共振器長方向のス
   トライプ形の凸形リッジ部分を有する第２クラッド層と
   、該第２クラッド層のリッジ部分以外の領域を埋込むよ
   うに形成されたｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層とを備えた
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。