JPH0245992A - 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〕 この発明は、半導体レーザ装置を高出力化するための構
造に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は、例えばＡｐｐｌ、ＰｈｙＳ、Ｌｅｔｔ、ＶＯ
＃　４０．Ｐ３７２（１９８７）に示された一般的な内
部電流狭窄型構造を有するＶ　Ｓ　Ｉ　Ｓ　（Ｖ−ｃｈ
ａｎｎｅｌｅｄ　５ｕｈｓｔｒａｔｅ　ＩｎｎｅｒＳ（
口ｐｅ）レーザを示す斜視図であり、図において、１は
ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２はｎ　　ＧａＡｓ電流阻
止層、３はＰ−ＡｌｙＧａｐ−ｙＡｓ　　（ｙ＝０．４
９）下クラッド層、４は、−Ａ１．Ｇａ、−Ｘ　Ａｓ　
　（ｘ＝　０．１５）活性層、５はｎ−Ａｔ’ｙ　Ｇ　
ａｌ−、Ａｓ　（ｙ＝Ｑ、４９）上クラッド層、６はｎ
　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓオーミックコンタクト層、１１はｐ
側電極、１２はｎ側電極、１３は電流狭窄と先導波路と
して働く、幅が約４μｍの幅の狭い■溝である。１５は
発光スポットを示す。

第５図は昭和６３年春季応用物理学関係連合講演会講演
予ｔｌｔｍ　３０　Ｐ　−Ｚ　Ｑ　　９　ニ示すレタ端
面幅広チャネル型高出力ＶＳＩＳレーザを示したもので
、中央部分で切断しずらした図であり、第４図に示した
ＶＳＩＳレーザの高出力化を図ったものである。この図
で、１４は幅が約１０μｍと広い溝であり、内部の■溝
１３が両端部分で広い溝１４になっていることを示して
いる。

次に第４図に示したＶＳＩＳレーザの作製工程および動
作原理について説明する。

Ｖ　Ｓ　Ｉ　Ｓ　Ｌ−−ザは２回の結晶成長によって得
られる。すなわち、１回目はｐ−ＧａＡｓ基板（以下、
必要時以外は単に基板という。その他の符号についても
同様とする）１上に電流阻止層２を１層成長させろのみ
である。この成長後、共振器方向へリソグラフ・ｆ−技
術とケミカルエ・ンチングを用いて電流阻止層２を貫通
する如く■溝１３を形成する。さらにこの上に２回目の
成長として下クラッド層３．活性層４．上クラッド層５
．およびオーミックコンタクト層６を順次液相成長法に
よって多層成長を行う。その後、基板１側にｐ側電極１
１．オーミックコンタクト層６側にｎ側電極１２を形成
すれば、素子構造が完成する。以上のように製造工程が
非常に簡単であるため量産性に富んｆ！し一ザ構造であ
ると言文ろ。

このＶＳＩＳレーザに対して駆動電源の陽極をｐ側電極
１１に、陰極をｎ側電極１２にそｆｌそれ接続し、素子
に電流を注入してゆくと、電流は基板１を経てｎ側電極
１２方向へ流れろ。そして電流は電流阻止層２によって
阻止され、この電流阻止層２が約４μｍの幅で除去され
た領域、いわゆるＶ４１３のみに集中的に流れる。この
電流はＶ溝１３真上の活性層４に注入され、そこで電子
と正孔の再結合が効率よく行われ、活性層４のバンドギ
ャップに相当する波長の光がＶ溝１３を中心に発光し、
最終的にはレーザ発振に至る。この光は共振器方向に進
行するにつれて結晶の接合面に対して垂直お、よび水平
方向に拡がろうとするが、垂直方向へは活性層４が光導
波路として働くために拡がらない。

また、水平方向については■溝１３の壁面が活性層４よ
りも小さなバンドギャップをもっＧａＡｓであるため、
横方向に光は吸収され、熱へと変換される。

したがって、■溝１３て発する光は■溝１３の中央部で
スボ・ソト状に発光するので、基本モードのし・−ザ発
振が安定に行オ）れることが可能となる。

しかしながら、とのＶＳ＋Ｓレーザに対して注入電流を
増加させ、光出力を増大させてゆくと先に述へたＶｍ１
３の壁面での光吸収も大きくなり、それにつれて発熱量
も増大する。したがって、レザ光出射端向部の活性Ｎ４
のｔ晶度上昇をＨ（き、活性層４端部てのキャリアの表
面再結合による発熱からのバンドギャップ縮小による光
吸収をさらに促進させろことになるので、し・−ザ自身
の光によってレーザの光出射端面を自ら溶解して破壊し
てｊ７まうようになる。

このため従来のＶ　Ｓ　Ｉ　Ｓ　Ｌ−−ザから得られろ
光出力は２０〜３０ｍＷ程度に限定されてしまうもので
あった。

第５図に示された端面幅広型ｖｓｔｓレーザは、このよ
うな端面の破壊レベルを向上させるためになされたもの
である。この構造は先導波のための溝幅が端部のみ広く
なっている以外は第４図の従来のｖｓｔｓレーザと全く
同じで、作製工程においても素子内部に幅の狭い■溝１
３、素子端部に幅の広い溝１４を同時に形成することを
除いては同様である。また、レーザ発振も上記従来のｖ
ｓＩ　Ｓ　Ｌ−−ザと基本的に（よ同じメカニズムで行
オ〕れ、発光は素子内部の幅の狭いＶｉＩＩｔ１３によ
ってスポット状にしぼられろことにより先に述べた如く
、基本モード化が図られている。

一方、端部では溝幅が広いため、素子内部からのスポッ
ト状にしぼられた光は、端部の幅の広い溝１４の壁面に
よって殆ど吸収されないため、表面再結合によって温度
上昇している活性層４の端部の発熱をさらに促進するこ
とは抑えられるので、従来のＶＳＩＳレーザより端面の
破壊レベルを向上させろことが出来るオ）けである１、
このため第５図の端面幅広ＶＳＩＳレーザがら得られる
光出力は１００〜２００ｍＷ程度にまでおよぶようにな
る。

しかしながら、活性層４のバンドギャップがレザの発振
波長に近い以上、活性層４での光吸収は避けられず、特
に端面では表面再結合による発熱からのバンドギャップ
縮小のため、光吸収はさらに顕著である。したがって、
従来のレーザ構造ではレーザの光出力を上げていくと必
ず端面は破壊されろことになる。

〔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いる
ので、素子の光出力はし・−ザ端面破壊レベルの光出力
のわずか数分の工程度に抑えなければならないなどの問
題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、端面破壊を決して起こさず、高い光出力を
出射することができる半導体レーザ装置を得ることを目
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、内部電流狭窄型の
半導体レーザ装置の素子端部の溝幅を広くし、その真上
のダブルテヘロ構造に不純物を拡散させるようにしたも
のである。

〔作用〕

乙の発明における半導体し・−ザ装置は、端面部の幅の
広い溝の真上のグブルテヘロ構造が不純物の拡散によっ
て無秩序化され、素子端面部の活性層のバンドギャップ
は素子内部の活性層のバンドギャップより大きくされる
。したがって、レーザ光出射端面での光吸収が起こらず
レーザ端面が光学的に破壊されないので、信頼性の高い
光出力の半導体レーザ装置が実現できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、中央部で切
断した状態を示す半導体レーザ装置の斜視図である。第
１図において、第４図、第５図と同一符号は同一もしく
は相当部分を示し、７はシリコンを拡散するためにオー
ミックコンタク１−層６に開けられた穴、８は乙の穴７
の底で、かつ上クラッド層５の表面に形成されたシリコ
ンの薄膜、９はシリコンの薄膜８より拡散された拡散領
域、１０はシリコンの拡散によって形成されたＡ１２Ｇ
　ａ　ｘ−ｚ　Ａ　ｓ　　（０，１５＜　ｚ　＜０．４
９）端部活性層を示す。

次に、まず作製工程について説明する。

結晶成長に関しては従来のＶＳＩＳレーザと同様であり
、異なる点はＶ溝１３のみが端部で広い溝１４（素子内
部で狭い）となっている点である。

つまり、端面幅広ＶＳＩＳレーザと同様の結晶成長工程
を行うことになる。この後、フォトリソグラフィーの技
術を用いて端部の幅の広い溝１４の真上のオーミックコ
ンタクト層６にエツチング技術によって上クラ・ソド層
５の表面まで穴７をあけ、その穴７の底のみにシリコン
の薄８％　８を蒸着により２００〜３００λ程度形成す
る。さらに、砒素圧をかけた雰囲気で８００〜９００℃
の温度でウェハを加熱すると、シリコンの薄膜８により
上クラッド層５．活性層４．下クラッド層３の方向へと
シリコンが熱拡散されていく。拡散されたシリコンは上
クラッド層５．活性層４．下クラッド層３からなる一連
のダブル・＼テロ構造の急峻な組成界面を無秩序化して
いくようになる。このとき、ｐ−Ａ　ｌ　ｘＧ　ａ　１
−ｘＡ　ｓ　（ｘ　＝０．１５）活性層４のシリコン拡
散領域の組成は上下両側のＡ＃、Ｇａ１−アＡ　ｓ　（
ｙ　＝　０．４９）クラッド層３，５の高イＡｊ’Ａｓ
組性比ｙの影響をうけてＡ　ＩＩ　、　Ｇ　ａ　、−、
Ａ　ｓ　（０，１５＜　ｚ　（０，４９）端部活性層１
０といった拡散前の活性層４の組成より上下クラッド層
３，５の組成に近ずいたバンドギャップの大きな材料と
なる。このとき、シリコンの拡散フロントは電流阻止層
２に接触しないように制御することが必要であり、もし
接触した場合には電流阻止層２に電流が流れ電流阻止効
果を失うため、これを防止するための工夫が端部の溝１
４０幅を広げた理由の１つでもある。

レーザ発振の原理は、従来のＶＳＩＳおよび端面幅広Ｖ
ＳＩＳレーザの場合に説明した通りである。内部の幅の
狭いＶ溝１３でモード制御されたレーザ光は、活性層４
のバンドギャップに相当する波長で上記のシリコン拡散
によってバンドギャップの大きくなった端部活性層１０
に入射される。

その際、Ｖ溝１３から幅の広い溝１４に向けて光はとく
に水平方向に徐々に拡がって発光スポット１５の径は大
きくなるが、端部の幅の広い溝１４上に広範囲にわたっ
てシリコンを拡散しているので、発光スポット１５はこ
の拡散領域９からはみだすことがない。モしてレーザ光
に対しパンドギャップが十分に大きな端部活性層１０で
は内部の活性層４で励起された光はほとんど吸収されず
に透過される。いわゆる窓構造となっているので、先に
述べたような端面破壊を起こすことがなくなるわけであ
る。

したがって、光出力は端面破壊によって、制限されるこ
となく、素子全体の発熱による光出力の熱飽和によって
制限されるので、光出力は３００ｍＷ以上にまで及び、
また、信頼性も高いものとなる。

なお、上記実施例では端部の幅の広い溝１４は基板１ま
で到達し、電流が流れるような構造について示したが、
特に発振に寄与しないシリコンの拡散領域９に電流を注
入する必要はなく、第２図に示したような構造、つまり
端面の幅の広い溝１４を基板１に到達しないようにし、
端面での電流非注入化を図ればレーザに流れろ無効電流
を抑えることができ、高効率化をはかることもできる。

第３図は、第２図の端面電流非注入構造のレーザに用い
た基板１を示す斜視図であり、１６は前記基板１上にケ
ミカルエツチングによって形成されたリッジである。

このようなリッジ１６が形成された基板１上に液相成長
法等でｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層２を成長すると
リッジ１６は埋め込まれ、成長層表面は平坦になる。こ
の成長層表面よりＶ溝１３，１４１ｄを、内部の■溝１
３のみが基板１に貫通するように形成し、その後ダブル
・＼テロ構造等を、先に述へた製造工程に従って作製す
ると第２図の構造が得られろ。

また、上記実施例では両端部に窓構造化を適用した場合
を示したが、端面に反射膜をコーティングすることによ
って、両端面の反射率を各々制翻し、レーザ光のほとん
どが片側の端面から出射ずろようにすれば、以上の窓構
造化はし・−ザ光の出射量の多い片側の端面だけに適用
してもよい。

なお、上記実施例ではダブル・＼テロ構造の無秩序化の
方法とじてシリコンの熱拡散を用いた場合について説明
したが、イオン注入等の他の方法によって行ってもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例ではＡｔ１ＧａＡｓ系のレーザの場合
について示したが、他の材料系のレーザの場合も同様の
効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、内部電流狭窄型の半導
体レーザ装置の溝が光出射端面部で広く、その溝上のダ
ブルテヘロ構造にシリコンを拡散するように構成したの
で、活性層端部のバンドギャップが大きくなり、レーザ
光が吸収されない窓構造が容易に形成できるので、高い
光出力で、高い信頼性をもつ半導体Ｌ・−ザ装置が歩留
りよく形成できる効果がある。

【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
示す斜視図、第２図はこの発明の他の実施例の半導体レ
ーザ装置を示す斜視図、第３図は、第２図に示した半導
体レーザ装置の基板形状を示す斜視図、第４図および第
５図は従来の内部狭窄型半導体レーザ装置を示す断面斜
視図である。 図において、１はｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２はｎ−
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層、３はｐ　　Ａ　ｌ　ｙ　Ｇ
　ａ　１−ｙＡ　ｓ　　（ｙ　＝　０．４９）下クラッ
ド層、４はｐ−Ａｌ。 Ｇ　ａ　１−、　Ａ　ｓ　（ｘ　＝０．１５）活性層、
５はｎ　　Ａ　ｌ！　ｙＧ　ａｔ　、　Ａｓ　（ｙ＝０
．４９）上クラッド層、６はｎ−ＧａＡｓオーミ・ツク
コンタクト層、７はオーミ、ンクコンククト層に開けら
れた穴、８はシリコンの薄膜、９は拡散領域、１ｏはＡ
ｔ’、Ｇｎ、−Ａｓ（０，１５＜　ｚ　＜　０．４９）
端部活性１−１１１はｐ＃Ｉ電極、１２はｎ側電極、１
３は幅の狭い■溝、１４は幅の広い溝である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分をボす。 代理人　大　岩　増　雄　　　（外２名）第 図 第 図 捧 一町・正 １、事件の表示 特願昭６３ １９６８７１号 ２、発明の名称 半導体レーザ装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ４、代理人 住所 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄および図面６、補正の内
容 （１）明細書の第７頁３行の「素子の光出力は」を、［
素子の実用的な光出力は］と補正する。 （２）同じく第９頁１０行の「薄膜８により」を、「薄
膜８より」と補正する。 （３）同じく第１０頁２行の「近ずいた」を、「近づい
た」と補正する。 （４）同じく第１１頁３行の「透過される。いわゆる」
を、「透過される、いわゆる」と補正する。 （５）　　同じく第１１頁２０行の「斜視図であす、」
を、［斜視図であり、結晶成長前のものである。］と補
正する。 （６）　　図面中、第３図を別紙のように補正する。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型の基板上に第２導電型の電流阻止層と、この
   電流阻止層を貫通して電流狭窄溝が形成され、クラッド
   層のバンドギャップが活性層のそれより大きい第１導電
   型の下クラッド層、活性層、第２導電型の上クラッド層
   のダブルヘテロ構造が順次形成され、前記電流狭窄溝が
   少なくとも片側の光出力端面で幅が広く形成され、かつ
   その幅の広い溝上のダブルヘテロ構造に不純物を拡散し
   たことを特徴とする半導体レーザ装置。