JPH0294585A - 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０．６　μｍ帯ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素
子に係り、特に高密度記録を可能にする光デイスク用光
源に好適な基本横モードに制御された半導体レーザ素子
構造に関する。

［従来の技術］ 従来、０．６μｍ帯ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのス
トライプ構造は、例えばエクステンデッド・アブストラ
クッ・オン・１８ｔｈ・コンファレンス・オン・リソラ
ド・ステート・デバイシズ・アンド・マチソアルズ（１
９８６年）第１５３頁から第１５６頁において論じられ
ているように、ＡｌＧａＩｎＰ光導波層をエツチングし
て電流狭窄兼光吸収層を設けることにより作製されてい
た。ここでは単にストライプ形状は結晶面方位に関係し
たエツチング形状であった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、半導体レーザのストライプ構造におい
て電流狭窄と光導波を独立に制御する点について考慮さ
れておらず、電流狭窄層の幅を光導波層の幅より意図的
に狭くするということな困難であった。

本発明の目的は、半導体レーザストライプ構造において
電流狭窄層の幅を光導波層の幅より狭く作製し、活性層
横方向の作り付けの屈折率差を精度よく制御しかつ閾値
電流を低減することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、レーザ素子のストライプ構造において電流
狭窄層幅を光導波層幅より狭くなるように活性層上部光
導波層をエツチング加工してその後電流狭窄兼光吸収層
を設けることによって実現可能である。

［作用］ 以下、本発明で用いた手段における作用を説明する。本
発明では、第１図に示したように階段状のリッジ導波路
ストライプ構造を作製する。即ち、電流狭窄層幅Ｓ工と
光導波層幅Ｓ２を独立に制御して作製できるようにする
。作製プロセスでは２回のマスク処理と２回のエツチン
グ工程が必要となる。例えば、第２図において第２図（
ｄ）のように、まずＳｉ○２膜１２をマスクとして塩酸
水溶液で層７及び層５′を選択エツチングしさらにリン
酸水溶液で層６′を選択エツチングする。この後、第２
図（ｅ）のように、Ｓｉｎ、膜１２をエツチングして所
定の幅までマスク幅を小さくする。そして再度塩酸水溶
液で層７及び層５′と層５′を選択エツチングする。こ
の工程で、最初の５ｉｎ２膜マスク１２の幅に対応して
光導波ストライプ幅Ｓ２が形成され、エツチングされた
後のＳｉｎ、ｒｒ４マスク１２の幅に対応して電流狭窄
層幅Ｓ工が形成され、Ｓ、＞Ｓｌとなるように独立に制
御してそれぞれを作製できる。また、第３図において第
３図（ｄ）のように、まず５ｉｎ２膜１２をマスクとし
て塩酸水溶液で層７及び層５Ｎを選択エツチングする。

次に第３図（ｅ）のように所定の幅をもつホトレジスト
膜１３を形成して、リン酸水溶液で層６′を選択エツチ
ング加工し、塩酸水溶液で層５′を選択エツチング加工
する。このようにして、最初のＳｉｏ、膜１２マスク幅
に対応して電流狭窄層幅Ｓ工が形成され、後のホトレジ
スト膜１３マスク幅に対応して光導波ストライプ幅Ｓ２
が形成され、Ｓ２＞Ｓ□となるように独立に制御してそ
れぞれを作製できる。

［実施例］ 実施例１゜ 第２図（ａ）〜第２図（ｈ）は本発明実施例１の作製プ
ロセスを示す図である。第２図（ａ）において、まずｎ
−ＧａＡｓ基板１（厚さ１００μｍ）上にｎ−ＧａＡｓ
バッファ層２（厚さ０．５　μｍ）　＋ｎ　　（Ａ　Ｑ
　ｘＧａｌ−Ｘ）０．５１　Ｉ　ｎ。、、Ｐクラッド層
３（厚さ１．０〜１．５μｍ、ｘ＝ｏ、４５〜Ｑ、５５
）。

アンドープ（Ａ　Ｑ　ｙＧａｘ−ｙ）ｏ、ｓ、Ｉｎ。１
９Ｐ活性層４　（厚さ０．０６〜０．０８μｍ、ｙ＝ｏ
）ｒ　　ｐ　−（Ａ　Ｑ　ｘＧａｌ−ｘ）ｏ、ｓｔ　Ｉ
　ｎ。、４．Ｐクラッド層５（厚さ０．２〜０．６　μ
ｍ、ｘ＝０．４５〜０．５５）。

ｐ　ＡＱｚＧａｌ−ｚＡｓ層６　（厚さ０　、５〜２　
、０　ｎ　ｍ　。

ｚ　＝　Ｏ）　Ｈｐ　　　（Ａ　ＱｘＧａｌ−ｘ）ｏ、
ｓｘ　Ｉｎ。、４！ｐＷＩ５′　（厚さ０．１〜０．３
　μｍ、ｘ＝０．４５〜０−５５　）　ｔ　　ｐ　　Ａ
　Ｑ　２Ｇ　ａｘ−２ＡｓＭ　６　’　　（厚さ０．５
〜２．０ｎｍ、ｚ＝ｏ）ｐ　−（ＡＱｘＧａｔ−ｘ）。

、８、■ｎ１１．４ｓＰ層５′　（厚さ０．５〜１．０
μｍ。

ｘ＝０．４５〜０．５５）ｐ−Ｇａｏ、、、Ｉｎ、、４
．ＰＮ２（厚さ０．０５〜０．２μｍ）を順次有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって形成する。この後、
第２図（ｂ）におイテ、Ｓ　ｉｏ、絶縁膜１２（厚さ０
．１〜０．３μｍ）を形成し、ホトレジスト膜１３（厚
さ０．５〜１．０μｍ）をパターニングしてマスクを作
製する。第２図（ｃ）におし１てホトレジスト膜１３を
マスクとしてＳ　ｉｏ２膜１膜製２酸水溶液によりエツ
チングしてストライプを形成する。ホトレジスト膜１３
をつけたまま、第２図（ｄ）においてまず塩酸水溶液を
用いて層７と７１９５’を選択エツチング加工し、次に
リン酸水溶液を用いて層６′を選択エツチング加工する
。

さらに第２図（ｅ）においてホトレジスト膜１３をマス
クとして弗酸水溶液を用いてＳｉ○２膜１２をエツチン
グ加工する。そして、塩酸水溶液を用いて第２図（ｆ）
のように層７と層５′及び層５′を選択エツチング加工
する。このとき、最初のＳｉｏ、膜マスク幅とエツチン
グした後のＳｉｎ。

膜マスク幅に対応して第１図における幅Ｓ２及び幅Ｓ□
が作製されＳ　ｚ　＞　５１とすることができる。

この後、第２図（ｇ）においてＳｉＯ２膜１２全１２た
ままｎ−ＧａＡ３ブロック層８（厚さ０．６〜１．０μ
ｍ）をＭＯＣＶＤ法により選択成長する。

そして５ｉｎ２膜１２を除去した後、第２図（ｈ）にお
いてｐ−ＧａＡｓキャップ層９（厚さ１．０〜１．５μ
ｍ）をＭＯＣＶＤ法により成長する。そして、ｐ電極１
０．ｎ電極１１をそれぞれ蒸若して、へき開スクライブ
することにより素子の形に切り出す。本素子では、電流
狭窄層幅Ｓ工２〜４μ′ｍ、光導波層ストライプ構造に
おいて、基本横モードでかつ縦多モード自励発振するレ
ーザ素子詮得ることができた。閾値電流２０〜３０ｍＡ
でキング発生光出力３０ル４０ 幅Ｓ２７〜１０μｍ膜厚ｄ，０．１　〜Ｏ−２μｒｒｚ
膜厚ｄ１＋ｄ２０．２〜０．４μｍのストライプ構造に
おいて、基本横モードでかつ縦単一モード発振するレー
ザ素子を得た。閾値電流は１０〜２０ｍＡでキング発生
光出力６０〜７０ｍＷ，最大光出力９０〜１００ｍＷを
得た。ストライプ構造の設計により、光デイスク用の光
源のうち，メモリ読み取り用光源として適切な低雑音特
性を有する縦多モード自励発振レーザ素子及びメモリ書
き込み消去用光源として適切な高出力特性を有する縦単
一モードレーザ素子を作製することができた。

実施例２。

本発明の実施例２を第　図（ａ）〜第　図（ｈ）を用い
て説明する。実施例１と同様な素子構造を別の作製プロ
セスによって作製する。第３図（ａ）から第３図（ｃ）
まで実施例１と同様に作製した後、第３図（ｄ）におい
てＳｉＯ□膜１２をマスクとして塩酸水溶液を用いて層
７及び層５′をエツチング加工する。次に、ホトレジス
ト膜１３を第３図（ｅ）のように形成する。第３図（ｆ
）においてリン酸水溶液を用いて層６′をエツチング加
工し、次に塩酸水溶液を用いて層５′をエツチング加工
する。ホトレジスト膜１３を除去した後、第３図（ｇ）
において５ｉｎ２膜１２を残したままｎ−ＧａＡｓブロ
ック層８をＭＯＣＶＤ法により選択成長する。ＳｉＯ□
膜１２を除去した後、第３図（ｈ）においてｐ　　Ｇａ
ＡｓキャップＷＪをＭＯＣＶＤ法により成長し、ｐ電極
及びｎ電極を蒸着した後，へき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と全く同様のストライプ構造
造を作製することができ、同様の素子特性を得ることが
できた。

実施例３。

本発明の実施例３を以下に図を用いて説明する。

素子の作製プロセスは実施例１または２と全く同様であ
る。第４図（ａ）のように、少なくとも一方の端面近傍
において光導波層＠Ｓ２を内部の光導波層幅８２′　よ
り大きくして素子を作製する。

素子内部（第４図Ａ−Ａ’断面）は第４図（ｂ）のよう
に電流狭窄層幅と光導波層幅の差を小さく（工ないし２
μｍ）作製し、かつ少なくとも一方の端面近傍を第１図
のように電流狭窄層幅に対して光導波層幅を大きくする
ように作製することにより実現できる。

本素子では、少なくとも一方の端面近傍の光導波ストラ
イプ幅を広げて光子密度を低く抑えることにより、端面
破壊レベルを向上できた。内部の光導波ストライプ幅４
〜６μｍに対し、少なくとも一方の端面近傍の光導波ス
トライプ幅を８〜１２μｍとしたストライプ構造におい
て、端面破壊レベル１５０〜２００ｍＷを得ることがで
きた。

素子の閾値電流を低く抑えるには、光導波ストライブ幅
を広げる端面近傍領域の長さＱを５〜２０μｍとするの
が望ましかった。

［発明の効果］ 本発明によると、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおい
て従来より精度良く活性層横方向の作り付けの屈折率差
を制御することができるので、レーザにおける所望の縦
モード特性を得ることが可能であり自励発振レーザを容
易に作製できた。また、注入電流において上部光導波層
における横方向への無効電流を少なくし活性層における
再結合発光に寄与する有効な電流を増すことができるの
で、閾値電流を低減することが可能であった。本素子で
は、電流狭窄層幅２〜４μｍ光導波層ストライプ＠　４
〜７　ｐ　ｍ　、光導波層膜厚０．３〜０．６μｍのス
トライプ構造において、基本横モードでかつ縦多モード
自励発振するレーザ素子を得ることができ、室温直流動
作下で閾値電流２０〜３０ｍＡ。

最大先出カフ０〜８０ｍＷを得た。

従来に比べて本発明では所望の素子特性を再現性良く得
ることができ歩留りも向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構造の説明図、第２図（ａ）〜第
２図（ｈ）は本発明の実施例１の製造工程図、第３図（
ａ）〜第３図（ｈ）は本発明の実施例２の製造工程図、
第４図（ａ）は本発明の実施例３の斜視図、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）の素子内部（Ａ−Ａ’　）断面図であ
る。 Ｌ−ｎ−ＧａＡｓ基板、２・−ｎ−ＧａＡｓバッファ層
、３−　ｎ　（Ａ　Ｑ　ｘＧａｘ−Ｘ）　１１．ｓＩ　
Ｉ　ｎａ、＊ｓ　Ｐクラッド層、４・・・アンドープ（
Ａ　Ｑ　ｙＧａｌ−ｙ）　１１．ｓ、Ｉ　ｎ。、４．　
Ｐ活性層、５・・・ｐ　−（Ａ　Ｑ　ｘＧａｘ−ｘ）　
０．５１　Ｉ　ｎｏ、４’Ｉ　ＰクラッドＭ、６−　ｐ
　−Ａ　Ｑ　ｚＧａＬ−ｚＡｓ層、７　・Ｐ　−Ｇ　ａ
ｏｌ、、Ｉｎ。、４，２層、８・・・ｎ−ＧａＡＳブロ
ック層。 ９−−−ｐ−ＧａＡｓキャップ層、１０−ｐ電極、１１
・・・ｎ電［ｉ、１２・・・Ｓｉｏ２膜、１３・・・ホ
トレジスト膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上においてバンドギャップの小さい半導
   体結晶ＡｌＧａＩｎＰ活性層の上下にバンドギャップの
   大きい半導体結晶ＡｌＧａＩｎＰ光導波層を設けた異種
   接合構造を有する半導体レーザ素子において、該活性層
   の上部ＡｌＧａＩｎＰ光導波層の途中にＡｌＧａＡｓ薄
   膜結晶を所定の間隔をおいて少なくとも２層設けたこと
   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、活性層上部ＡｌＧａＩｎＰ光導波層の途中に設ける
   ＡｌＧａＡｓ結晶のバンドギャップが活性層であるＡｌ
   ＧａＩｎＰ結晶のバンドギャップよりも大きいことを特
   徴とする半導体レーザ素子。 ３、特許請求範囲第１項又は第２項記載の半導体レーザ
   素子において、活性層上部ＡｌＧａＩｎＰ光導波層の途
   中に設けるＡｌＧａＡｓ結晶に対して不純物を１×１０
   ＾１＾８〜１×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３の範囲でドー
   ピングしたことを特徴とする半導体レーザ素子。 ４、特許請求範囲第１〜３項のいずれかに記載の半導体
   レーザ素子において、活性層上部ＡｌＧａＩｎＰ光導波
   層の途中に設ける薄膜結晶をＧａＡｓ結晶とし、その膜
   厚を５〜２０Åとすることを特徴とする半導体レーザ素
   子。 ５、特許請求範囲第１〜４項のいずれに記載の半導体レ
   ーザ素子において、活性層と最初に設けたＡｌＧａＡｓ
   薄膜結晶との間隔０．２〜０．５μｍの範囲とし、最初
   に設けたＡｌＧａＡｓ薄膜結晶を次に設けたＡｌＧａＡ
   ｓ薄膜結晶との間隔を０．５〜１．０μｍの範囲とする
   ことを特徴とする半導体レーザ素子。 ６、特許請求範囲第１〜５項のいずれかに記載の半導体
   レーザ素子において、少なくとも一方の端面近傍の光導
   波ストライプ幅を内部の光導波ストライプ幅よりも大き
   くしたことを特徴とする半導体レーザ素子。 ７、特許請求範囲第６項記載の半導体レーザ素子におい
   て、光導波ストライプ幅を内部より広くする端面近傍領
   域の長さを５〜２０μｍとすることを特徴とする半導体
   レーザ素子。