JPH03185782A - 半導体レーザ - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は高出力動作可能なＡｆＧａｌｏＰ系の半導体レ
ーザに関する。

（ロ）従来の技術 従来、短波長の半導体レーザとしてＡｌＧａ１ａＰ系の
半導体レーザが知られており、例えば信学技報、０ＱＥ
８７−４６．１１５頁（１９８９）に記載されている。

斯かる＾＃Ｇａ１ｏＰ系半導体レーザの構造を第５図に
示す。

図において＜１１）はｎ型のＧａＡｇからなる基板、（
１２）はＧａＡｓからなるバッファ層、（１３）はｎ型
ＩＩＩＡＩＰからなるｎ型クラッド層、（１４）はアン
ドープ１ｕＧａＰからなる活性層で、これらり各層は基
板（１）の−主面上に周知の有機金属化学気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長性（
ＭＢＥ法）でエピタキシャル形成される。

（１５）は活性層（１４）上に形成されたｐ型１ｎＡ＃
Ｐからなるｐ型クラッド層で、紙面垂直方向に延在する
ストライブ状のリッジ（１５ａｌを有する、（Ｘ６）は
ｐ型クラッド層（１５）のりッジ（１５ａ）頂部上に形
成されたｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層、（１７）は
りッジ（１５ａ）頂部を除くｐ型クラッド層（１５）上
に形成されたｎ型Ｇａ＾３からなるブロック層、　（１
８）はキャップ層（１６）及びブロック層（１７）上に
形成されたｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層である。

また。

（１９）及び（２０）は夫々基板（１１）の他主面上及
びキャップ層（１８）上に設けられたｎ型電極、及びｐ
型電極である。

斯かるＡｔＧａ１ａＰ系の半導体レーザにおける高出力
化は活性層（１４）の層厚を薄くすることによって行わ
れる。例えば活性層（１４）の層厚を０．０４μ鴎とし
た場合では、光出力２０ｍＷまで連続動作可能である。

しかし乍ら、斯かるＡ＃Ｇａ１ｏＰ系の半導体レーザに
おいてはより高出力化するため活性層の層厚を０．０４
Ｂｍより薄くすると、半導体レーザの発振しきい値電流
が急激に増加し、素子特性が劣化する。

そこで、活性層の層厚を薄くする方法以外で半導体レー
ザを高出力化する構造として、レーザの共振器端面近傍
のバンドギャップを大きくし、端面での光吸収を減少さ
せる所謂窓構造のものが提案されている。例えば特開昭
６４−１４９８６号公報ではレーザ共振器端面近傍にｚ
ｔｌ拡散領域を設けることによって、端面のバンドギャ
ップを大きくしている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし乍ら、斯る先行技術においては、ＺＩＩ拡散領域
を形成する際にこの領域に結晶欠陥が生じ易く、この欠
陥が光を吸収し、発熱の原因となるため、信頼性に欠け
るといった問題があった。

したがって本発明は高出力動作が可能で、且つ信頼性の
高いＡｆＧａｌｎＰ系の半導体レーザを提供するもので
ある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、ＧａＡｓ基板の一主面上に、レーザ共振器を
形成するＡｆＧａｌｎＰ系の半導体層が積層された半導
体レーザであって、上記基板の一主面に、（１００）面
と、上記レーザ共振器の端面近傍でｔｔｏｏ＞面から＜
０１１＞方向に傾斜した面と、を有することを特徴とす
る。

（ホ）作　用 本発明によれば、基板のレーザ共振器端面近傍の（１０
Ｇ＞面から＜０１１＞方向に傾斜した面上に積層された
半導体層のバンドギャップが、端面近傍以外の（１０Ｇ
）面上に積層された半導体層のバンドギャップより大き
くなる。

（へ）実施例 第１図は本発明の一実施例を示し、同図（ａ）はレーザ
共振器と垂直な面の断面図、同図（ｂ）はレーザ共振器
方向の断面を示し、同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

図において（１）は共振器長３５０ａｙｂ、チップ幅３
００ｉｖのｎ型ＧａＡｓからなる基板で、その−主面は
、同図（ｂ）に示す如く、共振器の内部領域（図中Ａ領
域〉で（１００１面であり、共振器端面近傍の各領域（
図中Ｂ領域〉で夫々（１００）面から＜０１１＞方向に
５゛下る傾斜面である。斯る傾斜は旧Ｅ、ＲＩＢＥ等の
ドライエツチングで形成される。また、本実施例におい
ては、各Ｂ領域の長さを夫々２０μｍとした。

（２）は基板（１）の−主面上に積層された層厚０　、
３　ａｍのｎ型Ｇａｏ、ｒ、ＩＤｏ、　ｓＰからなるバ
ッファ層、（３）はバッファ層（２）上に積層された層
厚１μ−のｎ型（＾ｔｏ、　、Ｇａｏ、　、）ｏ、　５
ｌａｏ、　ｓＰからなるｎ型クラッド層、（４）はｎ型
クラッド層（３）上に積層された層厚０．０８Ｊ１ｍの
アンドープＧａｏ、　ｑＦｏ、　！Ｐからなる活性層で
、これらの層は周知のＭＯＣＶＤ法を用いて順次形成さ
れる。

（５）は活性層（４）上に積層されたｐ型（Ａｌ。、。

Ｇａｏ、　ｓ）ｏ、　５ｌａｏ、　５Ｐからなるｐ型ク
ラッド層で、共振器方向に延在するリッジ（５ａ）を有
する。またｐ型クラッド層（５）において、リッジ（５
ａ）が設けられた最も厚い部分の層厚は１，０μＬリツ
ジ（５ａ）が設けられていない最も薄い部分の層厚は０
．２μＬリツジ（５ａ）頂部の幅は５！ｍである。

（６）はｐ型クラッド層（５）のリッジ（５ａ）頂部上
に積層された層厚０．１！ｍ＋のｐ型Ｇａｏ、　５１ｇ
＋０．１．Ｐからなるキャップ層、（７）はリッジ（５
ａ）頂部以外のｐ型クラッド層（５）上に積層されたｎ
型ＧａＡｓからなるブロック層、（８）゛はキャップ層
（６）及びブロック層（７）上に積層されたｐ型ＧａＡ
ｓからなるコンタクト層である。

（９）はコンタクト層（８）上に、Ｃｒ膜、へ〇膜をこ
の順に被着したｐ型電極、（ｌＯ）は基板（１）の他主
面上に、Ｃｒ膜、Ｓ＋Ｈ！、Ａｌｌｌ１！をこの順に被
着したｎ型電極である。

而して本実施例装置の従来装置と異なるところは基板（
１）の−主面をレーザ共振器内部領域（Ａ領域）におい
て（１００３面とし、レーザ共振器端面近傍領域（Ｂ領
域）において＜１００１面がら＜０１　Ｄ方向に５°下
がる傾斜面として、この上にＡｔＧａ１ａＰ系の各半導
体層を積層したことである。

そこで、ＧａＡｓ基板の主面の傾斜角度（＜１００１面
から＜０１１＞方向への傾斜角度）を種々変化させ、こ
の上にＧａｏ、　、１ｌｌｏ、　、Ｐ層を形成し、その
バンドギャップエネルギを測定した。その結果を第２図
に示す。またＧａｏ、　、１ｌｌｏ、　ｓＰ層は、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、成長温度を６８０℃、Ｖ／Ｉ供給比
を５５０として形成し、バンドギャップエネルギは１０
にの温度下で測定した。また、同様にＧａＡｓ基板上に
（八ｇｏ、　５Ｇａｏ、ｑ’）ｏ、　、１Ｉｌｏ、　ｓ
Ｐ層を形成し、そのバンドギャップエネルギを測定した
。その結果を第２図に併記する。

図から明らかな様に、Ｇａｏ、　５ｌａｏ、　ｓＰ層、
（ＡＪｏ、５Ｇａｏ、　ｓ）。、　５ｌｅｏ、　％Ｐ層
とも傾斜角度が増加するに従ってバンドギャップエネル
ギも増加し、傾斜角度が５°では０゛のものより、どち
らの層とも６０　＊ｃｌ／程度バンドギャップエネルギ
が増加する。

従って、本実施例装置においても、ＡＪＧａｌａＰ系の
半導体層は各層ともＢ領域でＡ領域よりも６０ｇｍｅｌ
／程度大きなバンドギャップエネルギを有することとな
る。これにより、本実施例装置ではレーザ共振器端面近
傍領域でバンドギャップが大きくなるため、端面での光
吸収が抑制され、端面破壊が防止される。

第３図に本実施例装置の電流−光出力特性を示す０図よ
り、本実施例装置では、光出力３Ｃ１ａＷまでキンクの
ない直線性の良い特性が得られている。また、これより
、本実施例装置では活性層（４）がＡ領域とＢ領域との
界面で折れ曲がっているものの、素子特性に影響してい
ないことが分かる。次に出力２０ｍ１．４０℃の温度下
で、定出力動作による本実施例装置の寿命試験を行った
。その結果を第４図に実線で示す。また、比較のため、
平坦な基板上に本実施例と同様な半導体層を積層し、そ
のレーザ共振器端面近傍にＺｎ拡散領域を設け、これに
より端面のバンドギャップを大きくした比較装置を作製
し、その寿命試験を行った。その結果を第４図に破線で
示す。

図から明らかな様に、本実施例装置では、比較装置に比
べ大幅な長寿命化が達成されていることが分かる。これ
は、Ｚｎ拡散によって形成された比較装置の端面近傍領
域には、不純物の過剰添加による多くの結晶欠陥が存在
するため、ここで光吸収による発熱が生じこれが素子劣
化の原因になるのに対し、本実施例装置の端面近傍領域
が通常のＭＯＣＶＤ法による半導体層の積層のみで形成
されるので、この領域において結晶欠陥が少ないためで
あると考えられる。

以上、本実施例ではＢ領域における基板の傾斜角度を５
゛としたが、４゛以上であれば端面での光吸収を抑制す
るのに十分であり、また７°以下であれば傾斜面を容易
に形成できる また、Ｂ領域における基板の各傾斜面は夫々＜０１１＞
方向に上がる面であっても良く、一方が＜０１１：＞方
向に上がる面、もう一方が＜０１１＞方向に下がる面で
あっても良い。

さらに、本実施例装置において、Ｂ領域のキャップ層（
６）を除去すると、Ｂ領域にＧａＡｓ／Ａ＃Ｇａ１ｏＰ
ヘテロバリアが形成され、電流が流れにくくなる。即ち
、端面近傍で電流非注入領域が形成されるため、光学的
端面破壊がさらに抑制され、より一層の高出力化が可能
となる。

（ト）発明の効果 本発明によれば、基板の一主面を、レーザ共振器内部領
域において（１００１面とし、レーザ共振器端面近傍領
域において（１００１面から＜０１１＞方向に傾斜した
面とすると共に、この上に＾７ＧａｌｎＰ系の半導体層
を積層することによって、端面近傍領域における半導体
層のバンドギャップが内部領域における半導体層のバン
ドギャップよりも大きくなるので、端面での光吸収が低
減し、高出力化が図れる。また、本発明装置における端
面近傍領域の半導体層においては、内部領域の半導体層
と同じ工程のみで形成できるので結晶欠陥が少なく長寿
命化が図れ、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図＜ａｔは本発明装置の一実施例を示す断面図、第
１図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図、第２図は基板
傾斜面角度に対するＧａ１ｏＰ、＾ｆＧａｌｎＰのバン
ドギャップエネルギを示す特性図、第３図は本実施例装
置の電流−光出力特性図、第４図は寿命試験特性図、第
５図は従来装置を示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＧａＡｓ基板の一主面上に、レーザ共振器を形成
   するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層が積層された半導体レ
   ーザにおいて、上記基板の一主面は、（１００）面と、
   上記レーザ共振器の端面近傍で（１００）面から＜０１
   １＞方向に傾斜した面と、を有することを特徴とする半
   導体レーザ。