JPH04206982A - 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、半導体レーリ′装置特に例えば埋込み窓構造
を有する化合物半導体レーザ装置に係わる。

［発明の概要〕 本発明は半導体レーザ装置に係わり、基板の（１，００
）面上に（０１１＞方向に延長したメリ°突起が形成さ
れ、このメザ突起の中央部イ」近のめ両側面に所定の距
離をもって対向する他の側面が形成され、メサ突起の延
長方向光出射端部付近ではこの中央部付近での距離より
離れて対向する他の側面が形成されるか、または他の側
面が形成されない基板上に、有機金属気相成長法で順次
形成した１００Å以下の厚みの活性層を含む化合物半導
体層を有することにより、窓構造を石イ［実に形成して
、半導体レーザ装置の信頼性の向−ト及び高出力化等の
特性の向上をはかる。

［従来の技術］ 半導体レーザ装置の性能を制限する要因の一つとして、
端面劣化が上げられる。半導体レーザ装置の出力端部の
表面いわゆる端面では、ダングリングボンド、酸化等に
よる界面準位の存在により、エネルギーギャップＥｇが
バルクのエネルギーギャップＥｇより小となっている。

この為、光の吸収が増大化して熱の発生により温度が」
１昇し、結晶性が変化して更にエネルギーギヤノブＥｇ
が狭小となるという悪循環が生し、このような端面劣化
によって信頼性の低下を招いたり高出力化が抑制された
りする等の問題があった。

このよ・うな問題を解決するために、いわゆる端面＝１
−１−を施した半導体レーザ装置が製造されており、５
ｉＯ７，５ｉＪ４またはＡｌ１０３等の膜を端面に被着
して酸化を抑制する等して−１−述したような端面劣化
を防いでいたが、半導体レーザ装置の高出力化に伴い、
このような端面ツー１−では端面劣化を防ぎきれない場
合がある。

高出力化に伴う端面劣化を抑制する構造として、出ノｊ
端面付近のエネルギーギヤ・ノブをバルクに比して大と
し、発振する光に対して等測的に透明とするごとによっ
て端面での光吸収を抑制し、これによって端面を補強す
るいわゆる窓構造が提案されている。

この窓構造の半導体レーザ装置としては、例えば特開平
２−３１４８１号公開公報にその−・例の開示がある。

この例では、第６図にその路線的斜視図を示すように、
ｎ型のＧａＡｓ等より成る基板（３１）にＳｉ＋＋１Ｌ
等の絶縁層（３２）を全面的に被着した後フォトリソグ
ラフィの適用によって、中央部（３３Ａ）では溝幅が狭
小で、端部（３３Ｂ）において溝幅かテーパ状に徐々に
基板（３１）の側面に向かって人とされた：Ｍ（３３）
が形成され、この講（３３）内を理込むように順次問Ｖ
ＰＥ　（有機金属気相エピタキシー）によって八／ＸＧ
ａ、−ＸＡｓより成るｎ型のクランド層（３４）、Δ１
ｙＧａ、ｙＡｓより成るン古性層（３５）、八１ＸＧａ
＋−ｘ＾Ｓより成るｎ型のクラット層（３６）、ｎ型の
Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ等より成る−１−ヤノプ層（３７）をエ
ピタキシャル成長すると、第７図Ａ及びＢにその断面Ｈ
を示すように、渦（３２）の中央部（３２Ａ）における
活性層（４）の厚さｔｌに比して、溝（３２）の端部（
３２Ｂ）における厚さｔ２は比較的小となる。このため
端部（３２Ｂ）において光密度がクラット層（３４）及
び（３６）にしみ出して端面劣化が緩和され、大出力で
長時間安定に作動できる半導体レーザ装置を得ている。

これに対して低しきい値電流１ｔｈを有する半導体レー
ザとして、１回のエピタキシャル成長作業によって形成
し得るようにした５ＤＩＩ　（ＳｅｐａｒａｔｃｄＤｏ
ｕｂｌｅ　ｌ１ｅｔｅｒｏ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）半導体
レーザが、本出願人による例えば特開昭６１−１８３９
８７号において提案されている。

一方本出願人は、先に特開平２−１７４２８７号におい
て、更に低しきい値電流化をはかったＳＤＩ型の半導体
レーザを提案した。このＳ　１１ＩＩ型半導体レーザは
、第８図にその一例の路線的拡大断面図を示すように、
先ず第１導電型例えばｎ型で一主面が（＋００）結晶面
を有する例えばＧａＡｓ１ヒ合物半導体基体（５１）の
その−主面（５］８）に、第８図の紙面と直交する（０
１１＞結晶軸方向に延びるス１−ライブ状のメサ突起（
５２）が形成され、この突起（５２）を有する基体（５
１）の−主面上に順次通常の有機金属気相成長（以下Ｍ
ＯＣＶＤと記す）法すなわちメチル系ＭＯＣＶＤ法によ
って連続的に第１導電型例えばｎ型のクランＩ層（５３
）、低不純物濃度ないしはアンド−プの活性層（５４）
、第２導電型例えばｎ型の第１のクラット層（５５）、
第１導電型例えばｎ型の電流ブロック層（５６）、第２
導電型例えばｎ型の第２の９５２１１層（５７）、第２
導電型のキャップ層（５８）の各半導体層が１回のエピ
タキシャル成長によって形成されてなる。そしてこの後
キャンプ層（５８）　ｊ二と基体（５１）の裏面とに電
極層（６１）及び（６２）を被着して、半導体レーザ装
置を得ることができる。

ここに第１導電型のクラッド層（５３）と第２導電型の
第１及び第２のクランｌ−層（５５）及び（５７）と、
第１導電型の電流ブロック層（５６）とは、活性層（５
４）に比してハンドギャップが大すなわち屈折率が小な
る材料より成る。

そして、この場合基体（５１）及びスＩ・ライブ状のメ
リ°突起（５２）との結晶方位、突起（５２）の幅及び
高さ、即ちその両側のメサ溝（６８）の深さ、さらに第
１導電型のクラン１−層（５３）、活性層（５４）、第
２導電型の第１のクラット層（５５）等の厚さを選定す
ることによってメサ突起（５２）上に第１導電型のクラ
ッド層（５３）、活性層（５４）、第２導電早の第１の
クラ、１層（５５）を、メツ溝−ににおけるそれらと分
断するように斜面（５９）による断層を形成し、これら
斜面（，５９）によって分断されたストライブ状のエピ
タキシャル成長層（６０）がメサ突起（５２）上に形成
されるよ・）にする。

これは、通常のＭＯＣＶＤ法、即ちメチル系の有機金属
を原料ガスとして行った１ＩＯＣＶＤ法による場合、（
ＩＩＩ）Ｂ結晶面が一旦生してくると、この面に関して
は１ピタキシャル成長か生しにくいごとを利用して　ス
トライブ状のエピター１−シャル成長層（６０）を形成
するものである。そして、この場合電流ブロック層（５
６）は、ストライブ状のエピタキシャル成長層（６０）
によってこれを挟んでその両側に分断され、この分断に
よって生した両端面がＴ度ストライブ状エピタギシャル
成長層（６０）における他と分断されたストラ・イブ状
活性層（５４）の両側端面即ち斜面（５９）に臨む端面
に衝合するようになされる。

このようにしてメリ°突起（５２）上のストライブ状エ
ピタキシャル成長層（６０）にお（Ｊる活性層（５４）
かこれより屈折率の小さい電流ブロック層（５６）によ
って挟みごまれるように形成されて横方向の閉し込めが
なされて発光動作領域となるようにされ、しかもごの電
流ブロック層（５６）の存在によってストライブ状エピ
タキシャル成長層（６０）の両性側においては、第２導
電型の第２のクランＩ・層（５７）と、ブロック層（５
６）と、第２導電型の第１のクラット層（５５）と、第
１導電型のクラット層（５３）とによってｐ　−ｎ−ｐ
−ｎのザイリスタが形成されて、ここにおける電流が阻
止され、ごれによってこのメサ突起（５２）上のストラ
イブ状エピタキシャル成長層（６０）の活性層（５４）
に電流が集中するようになされて、低しきいイ直電流化
をεＪかるようになされている。

〔発明か解決しようとする課題１ 本発明は、−ＪＴ、述したような低しきい値電流化をは
かった５ＤＩＩ型半導体レーザ装置において、窓構造を
導入し、信頼性の向」二及び高出力化をはかる。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明半導体レーザｌは、第１図Ａ及びＢにそれぞれ路
線的拡大断面図を示すように、基板（１）の（１，００
１面上に（０１１，＞方向に延長したメサ突起（２）を
形成し、このメサ突起（２）の中央部（２ＡＭ（Ｊ近の
み両側面（２Ｓ）に所定の距離をもって対向する他の側
面（３Ｓ）を形成し、メサ突起（２）の延長方向光出射
部（２Ｂ）（”Ｊ近では中央部（２Ａ）付近での距離よ
り離れて対向する他の側面（３Ｓ）を形成するか、また
は他の側面（３Ｓ）を形成しない基板（１）上に、ＭＯ
ＣＶＤ法で順次形成した１００Å以下の厚みの活性層（
５）を含む化合物半導体層（１０）を有する。

１作用〕 」−述したように、本発明半導体レーデ装置では基板（
１）の（１００１面上に＜ＯＩＬ＞方向に延長したメサ
突起（２）が形成され、この」二にＭＯＣＶＤ法によっ
−ζ化合物半導体層（１０）をエピタキシャル成長する
ものであるが、このように結晶面及び結晶軸方向を選定
すると、前述したように、メサ突起（２）上では基板（
１）の（１００１面と約５５°を成ず（１１，１）８面
が自然発生的に現れ、この（１１１）Ｂ結晶面」二では
エピタキシャル成長が生しにくいことから、このメサ突
起（２）上では（１，１１）Ｂ結晶面より成る斜面が交
叉するように断面三角形状を成して化合物半導体層（１
０）がエピタキシャル成長する。

そしてこのような本発明半導体レーザ装置てはメサ突起
（２）の中央部（２八）付近ではマイグレーション即ち
エピタキシャル成長する際の化合物半導体元素の移動が
生しにくい。これは、メサ突起（２）の中央部（２Ａ）
においては、両側面（２Ｓ）に所定の距離をもって対向
する他の側面（３Ｓ）を形成することにより、この側面
（３Ｓ）を構成する（１００）面上においてもメ勺突起
（２）」二と同様に側面（３Ｓ）縁部から延びる（１１
．１）Ｂ結晶面を有する化合物半導体層が形成され、メ
サ突起（２）上の化合物半導体層（１０）が側面（３Ｓ
）の」−面に形成された化合物半導体層に両側を挟まれ
る構成となるためである。

これに対してメサ突起（２）の延長方向光出射端部（２
Ｂ）においては、マイグレーションが生し易く、ここに
成長する化合物半導体層（１０）の厚さは小となる。こ
れは、メサ突起（２）の側面（２Ｓ）に対向する他の側
面（３Ｓ）を設けないか、中央部（２八）より離れて設
けることによる。

このため、メサ突起（２）の中央部（２Ａ）上の化合物
半導体層（］０）の厚さは、端部（２Ｂ）上の化合物半
導体層（１０）の厚さに比して大とすることができろ。

そして特に、メサ突起（２）の側面（２Ｓ）と、これに
対向する側面（３Ｓ）との間隔を適切に選定することに
より、化合物半導体ＪｉｉＪ　（１０）中の活性層（５
）の厚さをメサ突起（２）の中央部（２Ａ）と端部（２
Ｂ）とにおいて微小変化させることができる。

このように活性層（５）の厚さを微小変化させることに
より、１００Å以下程度の活性層（５）即ち量子井戸構
造の活性層（５）のバンドギャップＥｇが変化し、メサ
突起（２）の延長方向光出射端部（２Ｂ）付近ではハン
トギャップＥｇが大で、中央部（２Ａ）（１近ではハン
ドギャンプＥｇが小となる。このため、この中央部（２
八）内で発振した光は、出力端面に近接する端部（２Ｂ
）の活性層（５）内では光吸収が生しにくい構造、いわ
ゆる窓構造とすることができる。従って、低しきい値電
流化をはかった５０１１型半導体レーザ装置において、
端面劣化を低減化することができ、信頼性の向上及び高
出力化をはかることができる。

〔実施例］ 以下、第１図〜第３図を参照して本発明半導体レーザ装
置の一例を詳細に説明する。

この場合、ＡｆＧａＡｓ系のＩＩＩ−Ｖ族生導体レーザ
装置を得る場合で、先ず第２図に路線的拡大上面図を示
すように、ｎ型のＧａＡｓ等より成る基板（１）の（＋
００）面例えば（１００）面より成る主面（ＩＡ）上に
、矢印ａで示す＜０１．１＞方向例えば［Ｏｌ、１．１
方向に延長するメサ突起（２）を設けると共に、その中
央部（２Δ）にのみ、メサ突起（２）の両側面（２Ｓ）
に近接して平行する側面（３Ｓ）を有して成る一対の側
方台部（３）を設ける。

このメサ突起（２）及び側方台部（３）の形成は、例え
ばフォトリソグラフィの適用により、即ちフォトレジス
トの塗布、パターン露光、現像により所要のパターンの
マスク層（図示せず）を形成した後、このマスク層をマ
スクとして硫酸系の例えば１１□Ｓ０４と１１□０□と
１１□０が３＋ｌ：１の割合で混合されたエノチンダ液
による結晶学的エツチングを行って形成する。

第３図Ａは、この第２図中ＡＡ線上における路線的拡大
断面図を示し、メサ突起（２）の中央部（２八）におい
ては、両側面（２Ｓ）と側方台部（３）の側面（３Ｓ）
とが相対向して近接する構成となり、その間隔Δ１及び
トを例えばそれぞれ例えば５０μｍ程度とする。

また第３図Ｂに、第２図中ＤＢ線−ＪＪこおける路線的
拡大断面図を示すように、端部（２Ｂ）においてはメサ
突起（２）のみが設けられ、メサ突起（２）の延長する
［０１．１．］方向と直交し、紙面に沿う方向即ち側方
には他の側面を形成しない構成とする。

そしてこのような基板（１）上に全面的に順次メチル系
ＭＯＣＶＤ法によって第１導電型例えばｎ型のＡｌＸｌ
Ｇａ１−ｙｒＩＡｓ等より成るクラッド層（４）と、例
えばＧａＡｓとＡｌ　ｙＧａ　＋　−ｙＡｓとの積層に
よる量子井戸構造の活性層（５）と、第２導電型例えば
ｎ型のＡｌＸｌＧａ１−ＸＩ的等より成るクラッド層（
６）とをエピタキシャル成長する。

このときのメサ突起（２）の中央部（静）及び端部（２
Ｂ）との、第２図におけるＡＡ線及びＢＢ線十に対応す
る路線的拡大断面図を第１図Ａ及びＢに示す。

この場合、メサ突起（２）上と側方台部（３）ｌ即ちこ
の側面（３Ｓ）側の縁部においては、前述したように基
板（１）の主面（ＩＡ）と約５５°を成ず（＋１１）Ｂ
結晶面が自然発生的に生じると、この（１，１１，）Ｒ
結晶面」−ではエピタキシャル成長が生じにくいことか
ら、各層（４）、（５）及び（６）が積層された化合物
半導体層（１０）ばメサ突起（２）」二と側方台部（３
）■−とこれら間の溝内とに分断して形成される。そし
てメサ突起（２）上では両側面（２Ｓ）の縁部より延長
する（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面が交叉するまでｎ
型クラット層（６）の成長を行い、断面三角形状の積層
化合物ミ１″−導体層（１０）を形成する。そしてこの
各層（４）、（５）及び（６）の厚さを適切に選定して
活性層（５）が断面三角形状の化合物半導体層（１０）
の中間位置程度の高さに形成され、また溝内においては
、ｎ型のクラッド層（６）の」二面をメサ突起（２）上
の活性層（５）に接しない程度に化合物半導体層（１０
）の中間位置程度まで成長させる。

このとき中央部（２Ａ）では、第１１１Ａに示すように
、メ′す゛突起（２）上の活性層（５）は、側方台部（
３）ｌの隣り合・うエピタキシャル成長層に挟み込まれ
て成るためマイグレーションが生しに＜＜、端部（２Ｂ
）においては、第１図Ｂに示すように、活性層（５）の
周辺部にエピタキシャル成長層がないことから、マイグ
レーション効果によって活性層（５）の厚さが中央部（
２Ａ）に比して小となる。従って、この部分乙こおける
量子井戸構造のエネルギーギャンプＥｇが端部（２Ｂ）
においてのみ大となり、この端部（２Ｂ）では光吸収の
生じにくい構造とされた窓構造と成すことができる。

そしてｐ型のクランド層（６）の上に全面的に第１導電
型例えばｎ型のＡｔｘｚＧａ＋−ｘ□Ａｓ等より成る電
流ブロック層（力と、第２導電型例えばｐ型のＡ１２Ｇ
ａ、−ｚＡｓ等より成る第２のクランド層（８）を順次
メチル系ＭＯＣＶＩＩ法によりエピタキシャル成長する
。このとき電流ブＩコック層（７）の厚さは、メサ突起
（２）上の活性層（５）の（１１１）Ｂ結晶面側の端面
を覆うように膜厚制御ゴ■して成長する。

更乙こｐ型のＧａＡｓ等より成るキャップ層（９）を例
えばフォトリソグラフィの適用により、フォトレジスト
の塗布、パターン露光、現像を施した後ＲＩＥ（反応性
イオンエツチング）等の異方性エツチングによりパター
ニングして、メサ突起（２）の中央部（２八）上にのみ
被着する。そして図示しないがキャップ層（９）上と基
板（１）の裏面とに電極をそれぞれオーミックに被着し
て、本発明半導体レーザ装置を得ることができる。

ここに、各層（４）　（５）　（６）　（力（８）は一
連の１ｏｃｖｎ法によってその供給する原料ガスを切り
換えることによって１作業即ち１回の結晶成長で形成し
得る。

尚、各層の導電型は図示とは反対の導電型きすることも
できる。

また、上述した例ではメリ°突起（２）の端部（２Ｂ）
において、そのメサ突起（２）の側方に他の側面（３Ｓ
）を形成しない構成としたが、第４図に他の例の略綿的
拡大上面回を示すように、中央部（２Ａ）では上述の例
と同様に側面（２Ｓ）と対向して平行する側面（３Ｓ）
を有し、窓構造を形成すべき端部（２Ｂ）に向かって、
一定の幅を有するメサ突起（２）に対して、その側面（
２Ｓ）との間隔が漸次大となるテーパ状側面（３Ｔ）を
有して成る側方台部（３）を設けてもよい。この場合、
中央部（２Δ）においては、その横方向断面図は第５図
Ａに示すように、上述の例と同様に側面（２Ｓ）及び（
３Ｓ）を相対向して距離誓、及び讐２をもって配置する
が、端部（２Ｂ）においては、第５図Ｂに示すように、
側方台部（３）とメサ突起（２）とが中央部（２Ａ）に
比して離間して配置し、その間隔１及び匈。

は、Ｗｌ、’ｄｚ＜Ｊ１３．Ｉ’ｌｓとする。そしてこ
のメサ突起（２）上を覆って全面的に」二連の例と同様
にメチル系ＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長を行
って、本発明半導体レーザ装置を得ることができる。

この場合、中央部（２Δ）における各側面（２Ｓ）及び
（３Ｓ）の間隔Ｗ１及び１ｌ１２は、メサ突起（２）」
二の活性層（５）をエピタキシャル成長する際に、マイ
グレーションを生しにくくするように、０〈Δｌ　＜　
１００μｍ、０＜１ＩＩ２〈１００μｍ程度とすること
が望ましい。

また、メ→ノ゛突起（２）とこの側面（２Ｓ）に対向し
て配置する側面（３Ｓ）の構成は、」二連の各側に限ら
ず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採る１
に とができる。

［発明の効果］ 上述したように、本発明半導体レーザ装置では低しきい
値電流化をはかった５ＤＩＩ型半導体レーザにおいて、
エピタキシャル成長の際にマイグレーション効果を利用
して、自然発生的に化合物半導体層の膜厚制御を行って
、メサ突起（２）の側面（２Ｓ）と対向する側面（３Ｓ
）との間隔を適切に選定することにより、活性層（５）
の厚さをメサ突起（２）の中央部（２八）と端部（２Ｂ
）とにおいて微小変化させることかできる。

従って、１００Å以下程度の量子井戸構造の活性層（５
）のハントギャンプＥｇを、メリ゛突起（２）の延長方
向光出射端部（２Ｂ）付近では大とし、中央部（２Δ）
付近では小として、この中央部（２Ａ）内で発振した光
が端面において光吸収が生しに（い、いわゆる窓構造を
形成することができる。即ち、低しきい値化をはかった
ＳＤＩ型半導体レーザ装置において、端面劣化の低減化
をはかり、信頼性の向−に及び高出力化をはかることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは本発明半導体レーザ装置の路線的拡大
断面図、第２図は本発明半導体レーザ装置の路線的拡大
上面図、第３図Ａ及びＢは、本発明半導体レーザ装置の
要部の路線的拡大断面図、第４図は本発明半導体レーザ
装置の他の例の路線的拡大上面図、第５図Ａ及びＢは本
発明半導体レーザ装置の要部の路線的拡大断面図、第６
図Ｇ」従来の半導体レーザ装置の一例の斜視図、第７図
Ａ及びＢは従来の半導体レーザの要部の路線的拡大Ｉす
面図、第８図は従来の半導体レーザの他の例の路線的拡
大断面図である。 （１）は基板、（２）はノ′す°突起、（２八）は中央
部、（２Ｂ）は端部、（２Ｓ）及び（３Ｓ）は側面、（
３）は側方台部、（４）は第１導電型のクラッド層、（
５）は活性層、（６）は第２導電型の第１のクラッド層
、（７）は電流ブロンク層、（８）は第２導電型の第２
のクラッド層、（９）はキャンプ層、（１０）は化合物
半導体層である。 門 ３７キセツブ眉 ２メツ一イミ式に。 ジに１手５朗ト生擲Ａし−プ〕掟１１の要部の床ｑ准Ｈ
刀第５図Ａ 水伶帆！−溝捧し−ブパ凝屡謹郁の罰面霞第５図Ｂ 第７図Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板の｛１００｝面上に〈０１１〉方向に延長したメサ
   突起が形成され、 上記メサ突起の中央部付近のみ両側面に所定の距離をも
   って対向する他の側面が形成され、上記メサ突起の延長
   方向光出射端部付近では上記中央部付近での距離より離
   れて対向する上記他の側面が形成されるか、または上記
   他の側面が形成されない基板上に、 有機金属気相成長法で順次形成した１００Å以下の厚み
   の活性層を含む化合物半導体層を有することを特徴とす
   る半導体レーザ装置。