JPH04245491A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高出力状態で長時間動
作させても高い信頼性を有する半導体レーザ素子の構造
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】消去および書き込み可能な光ディスク用
の光源として、半導体レーザが使用されている。本半導
体レーザは４０〜５０ｍＷ程度の高出力状態においても
高い信頼性を要求されているが、光ディスク装置を含む
システム全体の動作速度を高めるうえで、さらに高い光
出力が要望されている。また高精彩のレーザプリンタ装
置の光源またはＹＡＧレーザなどの固体レーザ装置の励
起用光源として用いる場合には、光出力が１００ｍＷ以
上の高出力半導体レーザ素子が必要である。ところが半
導体レーザを高出力状態で駆動させた場合、その端面が
次第に劣化するという問題点があり、高出力状態で高い
信頼性を得るための阻害要因となっている。この端面劣
化を抑制するための手段として、端面に活性層より禁制
帯幅の広い半導体層、すなわち窓層を形成することが考
えられる。その具体的な手法として、劈開により形成さ
れたレーザの出射端面に活性層より禁制帯幅の広い、す
なわち、Ａｌ混晶比の大きいＧａＡｌＡｓ層を気相成長
で形成する方法がある。

【０００３】図１０に、ディスク用レーザとして代表的
な構造であるＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄ　ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅ　ｉｎｎｅｒ　ｓｔｒｉｐｅ）レーザ（
Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．　４０，　３７２
（１９８２））の劈開面にＧａＡｌＡｓ窓層を形成した
例を示す。ＶＳＩＳ構造は、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に
液相成長法でｎ−ＧａＡｓ層１２を１μｍ程度積層し、
ホトリソグラフィとエッチングにより基板１１に至るま
で溝を形成した後、２回目の液相成長でｐ−ＧａＡｌＡ
ｓ　クラッド層１３、ｐ−ＧａＡｌＡｓ活性層１４、ｎ
−ＧａＡｌＡｓ　クラッド層１５、ｎ−ＧａＡｓ　キャ
ップ層１６を順次積層したものである。活性層からしみ
だした光はＶ溝の肩部で基板に吸収され、損失により実
効的にＶ溝内外で屈析率差が生じる。いわゆるロスガイ
ド構造となっている。図１０のレーザ素子は、このＶＳ
ＩＳレーザの劈開面にＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａ０
・５Ａｌ０・５Ａｓ３１，３２を０．５μｍ積層し、キ
ャップ層１６上ＧａＡｓ基板１１上に全面にわたって電
極５１，５２が蒸着されている。本レーザの場合、キャ
ップ層１６上の電極５１を下にしてヒートシンク上にマ
ウントされる。本レーザでは窓層での光吸収がないので
端面熔融がおこらない。したがって最大光出力レベルが
上昇する等の特性の向上が確認されている（平成２年秋
季応用物理学会予稿集第３分冊ｐ．９６３参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれまで
に提案されている上記のレーザ構造の場合、最大光出力
レベルは主に熱飽和的なキンクで律速され、おおむね２
００〜２５０ｍＷ程度にとどまってしまう。この主原因
の一つとしてレーザ積層側、すなわちキャップ層上の電
極を全面に形成していることが挙げられる。なぜなら、
これにより光密度の大きいレーザ出射端面側に直接、電
流注入が行われ、この部分での発熱が影響を与えるから
である。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、その目的とするところは、特に劈開により形成
された半導体レーザの出射端面に活性層よりも禁制帯幅
の広い半導体層、すなわち窓層を形成した半導体レーザ
において、最大光出力等の特性をさらに向上させた半導
体レーザ、及びそのための電極形成方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述する問題点
を解決するためになされたもので、基板上に活性層を含
む積層構造が形成された半導体レーザ素子であって、少
なくとも前記積層構造上に形成される電極が、少なくと
もレーザ光出射端面近傍を除いて形成されてなる半導体
レーザ素子を提供するものである。

【０００７】この時レーザ光出射端面から電極までの距
離は１００μｍ以下であることが望ましい。

【０００８】また、本発明は基板上に活性層を含む積層
構造が形成され、少なくとも前記積層構造の劈開面に前
記活性層より広禁制帯幅を有する半導体層が形成された
半導体レーザ素子であって、少なくとも前記積層構造上
に形成される電極が、少なくともレーザ光出射端面近傍
を除いて形成されてなる半導体レーザ素子を提供するも
のである。この時、前記半導体層のレーザ光出射端面か
ら電極までの距離は１００μｍ以下であることが望まし
い。

【０００９】更に、本発明は、基板上に活性層を含む積
層構造を形成し、劈開を行ってレーザバーを形成した後
、前記レーザバーの前記積層構造上に電極を形成する際
、前記積層構造上面の劈開面近傍をマスク用治具にて覆
ってなる半導体レーザ素子の製造方法を提供するもので
ある。

【００１０】

【作用】上述の如く、半導体レーザ素子の出射端面近傍
を除いて電極を形成することにより、レーザ光出射端面
での直接的な電流注入が抑制され、発熱を小さくするこ
とが可能となる。

【００１１】また、上述の如く、活性層を含む積層構造
上面の劈開面近傍をマスク用治具にて覆って電極を形成
することにより、簡単なプロセスで高出力の半導体レー
ザ素子の電極を製造することが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳説す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００１３】図１は本発明は第１の実施例を示す半導体
レーザ素子の斜視図である。即ち、基板１１一主面上に
電流狹窄層１２、クラッド層１３、活性層１４、クラッ
ド層１５、及びキャップ層１６が順次積層され、前記電
流狹窄層１２には基板１１に達する断面Ｖ字状溝が形成
される。前記積層構造の劈開面には、前記活性層１４よ
り禁制帯幅の広い半導体からなる窓層３１，３２が形成
される。前記基板１１裏面上及びキャップ層１６上にそ
れぞれ電極５１，５２が形成される。電極５１は窓層３
１，３２端面から距離ｌ＝２０μｍの領域を非形成領域
として残るキャップ層１６上全面に形成される。

【００１４】図２は、上記第１の実施例による半導体レ
ーザ素子と図７に示す従来の半導体レーザ素子の電流−
光出射特性をそれぞれ示したものである。この時、レー
ザ共振器長Ｌ＝４００μｍ，前面反射率Ｒｆ＝１０％，
後面反射率＝９０％に半導体レーザ素子を形成した。同
図から明らかなように、従来の素子が光出力２００ｍＷ
にて熱飽和に至ったのに対し、上記第１の実施例にする
素子は光出力３２０ｍＷに至るまで熱飽和は起こらず、
半導体レーザ素子の電流−光出射特性が改善されている
ことがわかる。

【００１５】図３は上記第１の実施例の電極非形成領域
の窓層端面からの距離ｌを変化させたときの、半導体レ
ーザ素子の最大光出力レベルをプロットしたものである
。距離ｌが０μｍより大きくなると最大光出力レベルが
上昇し始め、ほぼ１００μｍまでその効果が認められる
。距離ｌが１００μｍ以下の範囲では、レーザ端面領域
において、電極形成部から注入された電流の広がりによ
るキャリア注入があるものの、直接的な電流注入がない
ため、端面部での発熱を抑えることが可能となる。一方
、距離ｌが１００μｍを越えると、電流注入によって利
得を得るレーザ媒質の割合が小さくなるため、逆に特性
が悪くなる。

【００１６】図４は本発明の第２の実施例による半導体
レーザ素子の斜視図である。即ち、ｎ型ＧａＡｓ基板２
１一主面上に、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２３，ノン
ドープＧａＡｌＡｓ活性層２４，ｐ型ＧａＡｌＡｓ第１
クラッド層２５，ｎ型ＧａＡｓ電流狹窄層２２，ｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ第２クラッド層２７，ｐ型ＧａＡｓキャップ
層が積層されてなる。前記電流狹窄層２２は電流通路と
してストライプ状に除去されており、この電流通路領域
の活性層２４で発振が起こり、一方、残された電流狹窄
層２２で活性層２４からしみ出した光が吸収されて、ロ
スガイド型導波路を形成する。

【００１７】前記積層構造の劈開面にはノンドープＧａ
０・４Ａｌ０・６Ａｓからなる窓層３１，３２が形成さ
れる。

【００１８】前記基板２１裏面上、及びキャップ層２６
上にはそれぞれ電極５１，５２が形成される。電極５２
はレーザ出射端面側窓層３１端からの距離ｌ１＝５０μ
ｍ、レーザ非出射端面側窓層３２端からの距離ｌ２＝３
０μｍの領域を非形成領域として、残るキャップ層２６
上全面に形成される。

【００１９】レーザ共振器長Ｌ＝４５０μｍ、前面反射
率Ｒｆ＝８％，後面反射率Ｒｒ＝９５％に設計し、レー
ザ積層構造側を下にしてマウントして最大光出力を測定
したところ、３６０ｍＷという値が得られ、同一条件で
電極を前面に形成した場合の最大光出力２５０ｍＷに比
べて、改善がみられた。

【００２０】本発明は上記第１、第２の実施例に限定さ
れるものではなく、少なくともレーザ積層構造側の電極
がレーザ端面近傍で非形成であれば、レーザ内部構造に
左右されるものではない。また、窓層３１，３２が形成
されない半導体レーザ素子にも、劈開面近傍の電極未形
成領域による効果がみられた。更に素子を構成する材料
はＧａＡｌＡｓ系に限定されるものではなく、ＩｎＧａ
ＡｌＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系でも同様の効果が得られる
。

【００２１】図５乃至図８は本発明の一実施例による半
導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。

【００２２】あらかじめ、レーザ積層構造を形成したウ
ェハを共振器長幅に割り出してレーザバーを形成し、該
レーザバーの劈開面に窓層を成長させたレーザバー６１
を用意する。

【００２３】先ず、図５の如く、前記レーザバー６１，
６１を、レーザ積層構造側を上に向けて治具１０１に固
定する。続いて図６の如く、金属薄板１０２に溝を形成
したマスク用治具１０２を前記治具１０１上に載置する
。この時、図７の如く、金属薄板１０２がレーザバー６
１の劈開面近傍を覆うよう溝を形成する。劈開面被覆領
域ｄは１００μｍ以下とする。次いで、マスク用治具１
０２上から電極５１を蒸着することにより、図８の如く
劈開面近傍に電極５１の形成されないレーザバーを得る
ことができる。この後、基板側にも同様の電極蒸着を行
ってもよい。最後に、レーザバー６１を破線Ａ，Ｂに沿
って分割することにより、半導体レーザ素子が得られる
。

【００２４】本発明による半導体レーザ素子の製造方法
は上記実施例に限定されるものではなく、レーザバーの
劈開面近傍を覆って選択的に電極非形成領域を形成する
方法であればよい。例えば、図９に示すようなレーザバ
ー６１の劈開面近傍のみを覆うバー状のマスク用治具１
０３を用いてもよい。

【００２５】また、本発明の目的に沿うものであれば、
レーザバーを固定する治具１０１，マスク用治具１０２
，１０３の形状，材質はいかなるものであってもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、光密度の大きいレーザ出
射端面近傍への直接的な電流注入が抑制されて端面にお
ける発熱が小さくなるため、熱的な影響により決定され
るキンクの発生レベルが上昇し、より高出力まで光出力
の発生が可能となる。

【００２７】また、簡単なプロセスで高出力の半導体レ
ーザ素子を製造することができるため、生産性のよい半
導体レーザ素子の製造方法を提供することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体レーザ素子
の斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例と従来例との特性比較図
である。

【図３】本発明の第１の実施例による最大光出力を示す
図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す半導体レーザ素子
の斜視図である。

【図５】本発明の一実施例を説明するための斜視図であ
る。

【図６】本発明の一実施例を説明するための斜視図であ
る。

【図７】本発明の一実施例を説明するための断面図であ
る。

【図８】本発明の一実施例を説明するための斜視図であ
る。

【図９】本発明の他の実施例を説明するための斜視図で
ある。

【図１０】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０２　　マスク用治具 １０３　　マスク用治具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に活性層を含む積層構造が形成
   された半導体レーザ素子であって、少なくとも前記積層
   構造上に形成される電極は、少なくともレーザ光出射端
   面近傍を除いて形成されることを特徴とする半導体レー
   ザ素子。
2. 【請求項２】　　基板上に活性層を含む積層構造が形成
   され、少なくとも前記積層構造の劈開面に前記活性層よ
   り広禁制帯幅を有する半導体層が形成された半導体レー
   ザ素子であって、少なくとも前記積層構造上に形成され
   る電極は、少なくともレーザ光出射端面近傍を除いて形
   成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】　　基板上に活性層を含む積層構造を形成
   し、劈開を行ってレーザバーを形成した後、前記レーザ
   バーの前記積層構造上に電極を形成する際、前記積層構
   造上面の劈開面近傍をマスク用治具にて覆ってなること
   を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。