JPH02130886A - 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〕 本発明は半導体発光素子に係り、特に光デイスク用光源
に好適な高出力の半導体レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、端面に種々の窓構造を設けることにより半導体レ
ーザの高出力化が図られている。そのうち、端面近傍を
活性層までエツチングして活性層よりバンドギャップの
大きい光導波層で埋め込むことにより端面窓構造とする
ことが１例えば「アプライド・フイジクス・レターズ第
４０巻（Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ％Ｌａｔｔ、　４０）　１９８２年、ｐｐ１０
２９−１０３１Ｊに論じられている。しかし、この従来
技術では２回の結晶成長工程が必要となり、エツチング
工程において厳しい精度が要求される。

また、気相結晶成長法における結晶成長機構を利用して
半導体レーザ構造を作製できることが知られている。即
ち、結晶の面方位を考慮して結晶成長し、半導体基板に
逆メサのリッジ段差上に埋め込み構造の半導体レーザを
作製することが、例えば［電子通信学会技術研究報告　
ＥＤ８６−１１６　（１９８６）ｐｐ８５−９０Ｊにお
いて述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、−回の結晶成長によって端面窓構造
を作成することができず、エチツング工程の精度が厳し
く位置合わせの問題があった。

本発明の目的は、気相成長法で作製した半導体レーザ素
子における共振器端面近傍で、活性層領域の幅を自己整
合的に非常に小さくするか或は完全に光非吸収領域とし
た端面窓構造を作製し、端面破壊レベルを向上させて従
来より高出力特性を有する半導体レーザを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、共振器端面近傍において活性層領域を小さ
くするか或は光非吸収領域を設けることにより達成され
る。このことは次のようにして実現される。共振器端面
近傍に相当する基板上に逆メサのリッジを設け、該リッ
ジ上に気相成長する。

リッジ上に成長された活性層領域の幅がリッジの幅より
も小さく成長することを利用して、結晶成長膜厚を適当
に選ぶことにより、リッジ上の活性層領域を非常に小さ
くすることができ、量子サイズ効果の現われる量子細線
とすることが可能である。さらに、このリッジ上の活性
層領域に対して電流非注入とする。このことにより、共
振器端面近傍部を光吸収の非常に小さい、非励起領域と
することができる。

また、共振器端面近傍部の活性層領域のみをエツチング
除去して活性層よりもバンドギャップの大きな半導体層
で埋め込むことによって、端面近傍部を完全に光非吸収
領域とする。

以上により、端面破壊レベルの向上が実現できる。

〔作用〕

素子の端面破壊を生起する光出力限界は、端面における
光出力密度に支配されるが、光出力限界を向上させる方
法の一つとして端面近傍部に内部よりもバンドギャップ
の大きい透明体を設け、端面での光吸収をなくした窓構
造とすることが考えられる０本発明はこれを実現するも
のである。

本発明では、端面近傍部に逆メサのリッジ段差を設け、
気相成長ではこのリッジ上に異方性をもってエピタキシ
ャル成長することを利用する。

第２図におけるＧａＡｓ（００１）基板上の＜０１１＞
方向に形成された逆メサのリッジ上では（００１）面上
のエピタキシャル成長が異方性をもっており、結晶面（
１１１）面が出るように角度θが約５４°となって成長
する。このため、リッジ上では、上部はど結晶の幅が小
さくなる。

そこで端面近傍に設けるリッジの幅及び段差を考慮して
結晶成長膜厚を適切に制御することにより、端面近傍に
おいてリッジ上の活性層領域の幅を非常に小さくするこ
とができる。即ち、リッジ上の微小活性層領域を量子サ
イズ効果が現われる量子細線とすることにより、実効的
なバンドギャップエネルギーをレーザ光発振波長エネル
ギーよりも大きくすることができる。このため、端面近
傍部をレーザ光に対して透明な窓構造とすることが可能
である。

さらに、端面近傍部は電流非注入で非励起領域とする。

このとこにより、端面近傍の活性層領域に対して利得を
与えず発光に寄与しないようにできる。端面近傍部では
レーザ光は微小な活性領域に導波される成分は小さく、
下部の光導波層に大部分導波されるようになる。

この光導波層はレーザ光の発振波長のエネルギーより大
きいバンドギャップをもつため、端面近傍において有効
に窓構造を形成することができる。

また、第３図に示すように、気相成長法では端面近傍の
リッジ上では成長速度が大きくなり、各エピタキシャル
成長層の膜厚が内部に比べて厚くなる。このため共振器
方向において、内部と端面近傍のリッジ部の境界で活性
層に段差を生じる。

このように活性層に段差ができ光導波の折れまがへが生
じるので、下部の光導波層に導波されるし−ザ光の割合
が大きくなる。

以上のことにより、端面近傍ではレーザ光は微小領域の
活性層ではなく、レーザ光の大部分が透明な光導波層に
効率よく導波され、端面窓構造が形成される０本発明の
方法ではこの端面窓構造を１回の結晶成長によって作製
できるのが特徴である。

〔実施例１〕 本発明の一実施例を第１〜４図により説明する。

第１，２図は本発明の一実施例の素子の共振器内部、第
２図は共振器端面近傍のそれぞれ横断面図であり、第３
，４図は、それぞれ第２図のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ’線断
面図である。

第１，２図において、まずｎ　−ＧａＡｓ（ＯＯ１）基
板１上の＜０１１＞方向に、マスクを形成してケミカル
エツチングにより共振器端面近傍部にのみ逆メサのリッ
ジ（リッジ幅４〜７μｍ、リッジ段差２〜４μｍ）を形
成する。マスクを除去した後、ｎ　　ＧａＡｓバッファ
層２（厚さ０．３〜０．５ｐ　ｍ）　、ｎ　−Ａ　ｎ　
ｘＧ　ａ　１−ＸＡ　Ｓクラッド層３（厚さ０．７〜１
．２μｍ、ｘ＝Ｑ、４５〜０．５５）。

ｎ　−Ａ　Ｑ　ｙＧ　ａ　ｔ−ｙＡ　ｓ光導波層４（厚
さ０．３〜０．６μｍ＊ｙ＝０．２５〜０．３５）、ア
ンドープＡ　Ｑ　ｚＧ　ａ　１−ｔＡ　ｓ光活性層５（
厚さ０．０４〜０．０７μｍ、ｚ＝０．１２〜０．１４
）、ｐ−ＡＱｘＧａｘ−ｘＡｓクラッド層６（厚さ０．
２〜０．４ｐｍ、ｘ＝０．４５〜０．５５）、ｎ−Ｇａ
Ａｓ電流狭窄層７（厚さ０．６〜０．９μｍ）を順次有
機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキシャル
成長する。

次に、素子の共振器内部にのみ電流注入できるように、
ストライプ状のパターンを形成できるようにマスクを形
成し、その後反応性イオンエツチングにより、層７の選
択ドライエツチングを行う。

さらに、ｐ−ＡＱｘＧａｔ−ｘＡｓ埋込み層８（厚さ０
．４〜１．０μｍ、ｘ＝０．４５〜０．５５）、ｐ　−
Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャップＭ９　（厚さ１〜３４ｍ）をエ
ピタキシャル成長する０次に、ｐ電極及びｎ電極を蒸着
し、へき開スクライブして素子の形に切り出して本素子
を得た。

本素子において、基本横モードで安定にレーザ発振する
ためには、ストライプ幅Ｓは３〜７μｍが望ましく、特
に４〜６μｍが適切であった。また、第３図における共
振器端面に形成するリッジ部領域の共振器方向の長さ２
は５〜３０μｍが望ましく、特に５〜１０μｍが適切で
あった。この共振器端面に設けるリッジ部は共振器の片
側に形成しても良く１両側に形成しても良い。

本素子は、閾値電流５０〜７０　ｍ　Ａで安定な基本横
モード発振し、キンクを発生することなく端面破壊レベ
ル１００〜１５０ｍＷで光出力−電流特性が得られた。

さらに、非対称コーティングを施すことにより、光出力
１８０〜２２０ｍＷの熱飽和レベルまで得られた。素子
の信頼性試験では、コーティングを施した素子に対し環
境温度５０℃で１００ｍＷの定光出力動作において２０
００時間経過しても顕著な劣化は見られなかった。また
、活性層５に多重量子井戸構造を導入してもよく、上記
とほぼ同等の効果を得た。

実施例２ 第５，６図は、本発明の他実施例であり、それぞれ素子
の共振器内部及び共振器端近傍を示す断面図である。

本実施例も、前記実施例１と同様に結晶成長するが、層
７の選択ドライエツチングの際に、共振器端面近傍の層
７もエツチングする。さらに、マスクを施して共振器端
面近傍のりクジ上の活性層領域までケミカルエツチング
する。このあと、層８及び層９を再結晶成長する６次に
ｐ電極１０及びｎ電極１１を蒸着していヘキ開スクライ
ブして素子の形に切り出す。

本素子においても、実施例１とほぼ同等の効果が得られ
た。

〔発明の効果〕

本発明によると、半導体レーザの端面破壊レベルを従来
より向上でき、さらに端面劣化による劣化率を低減する
ことができるので、光デイスク用光源として要求されて
いる高出力特性を有し信頼性の良好な半導体レーザを実
現できる。

本素子は、閾値電流が５０〜７０ｍＡでレーザ発振し、
端面破壊レベルは１００〜１５０ｍＷであった。非対称
コーティングを施すことによりさらに高出力特性を実現
でき、１８０〜２２０ｍＷまでの光出力１得ることがで
きた。このとき、光出力限界を決めているのは端面破壊
レベルではなく熱飽和によるものであった。素子の信頼
性試験では、環境温度５０℃で１００ｍＷの定光出力動
作において２０００時間経過しても劣化を見られなかっ
た。

本発明では、活性層を通常のバルクとしたが、多重子井
戸構造酸は単一量子井戸構造を導入してもよい、さらに
、材料はＡＤＧ　ａ　Ａ　ｓ系を用いて説明したが、Ｉ
　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ　／　Ｉ　ｎ　Ｐ系やＡ慮Ｇ
ａＩｎＰ／ＧａＡｇ系などの他の材料でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の素子の共振器
内部及び共振器端面近傍の断面図、第３図および第４図
はそれぞれ第２図のＡ−Ａ’線。 Ｂ−Ｂ’線断面図、第５図および第６図は本発明の他の
実施例の素子の共振器内部及び共振器端面近傍を示す断
面図である。 １−　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２−ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層、３−ｎ−Ａ（ｌｘＧａｌ−ｘＡ８クラッド層
、４−　ｎ　−Ａ　７１　ｙＧ　ａ　ｚ−ｙＡ　ｓ光導
波層、５・・・アンドープＡＱｚＧａｔ−ｚＡｓ活性層
、６　・・・Ｐ　−Ａ　Ｑ　ｘＧａｚ−ｘＡｓクラッド
層、７・・・ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ内部電流狡辛層、８
　・＝　ｐ　−Ａ　ａ　ｘＧ　ａ　１−ＸＡ　ｓ埋込み
層、９−ｐ−ＧａＡｓキャップ層、１０−　ｐ　ｉｆ！
極、１１−ｎ電極。 一２ヱク 隼 凹 ／１ 五を極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バンドギャップの小さな半導体活性層とこれをはさ
   むバンドギャップの大きな半導体光導波層からなる気相
   成長法によつて作製した半導体レーザ素子において、共
   振器端面の片側か或は両側の近傍付近にリツジ段差を設
   け、該リツジ段差上に結晶成長した半導体活性層の幅を
   該リツジ幅よりも小さくし量子サイズ効果が現われるよ
   うにしたことを特徴とする半導体レーザ素子。 ２、特許請求範囲第１項記載の半導体レーザ素子におい
   て、共振器端面近傍に設けたリツジ段差上の半導体活性
   層幅を共振器内部発光ビーム幅よりも小さくしたことを
   特徴とする半導体レーザ素子。 ３、特許請求範囲第１、２項記載の半導体レーザ素子に
   おいて、共振器端面近傍に設けたリツジ段差上の半導体
   活性層をエッチング除去してその後結晶成長してこの部
   分を埋め込んだことを特徴とする半導体レーザ素子。