JPH0443695A - 半導体レーザ装置とその製造方法 - 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 本発明はレーザ光を用いた各種の情報処理や計測・材料
加工のための光源として用いることのできる半導体レー
ザ装置と、その製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、追記型光ティスフ装置や消去・書き込み可能な光
デイスク装置、材料加工用固体レーザ励起用の光源とし
て、高出力半導体１／−ザ装置の需要か急速に高まりつ
つある。このような要求を満たすべく、各種の構造を有
する半導体レーザ装置か研究・開発され実用化されてき
た。

半導体レーザ装置の高出力化の際に最も大きな障害とな
るのは、光密度の増大に伴う端面の光学損傷（ＣＯＤ　
：　Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｄａ
ｍａｇｅ）である。一般に半導体レーザ装置内部の光密
度は、結晶内部から端面へ向かうにつれて急激に増加す
る。しかも端面には種々の欠陥や表面準位か高密度に存
在するため、端面部分は光を吸収しやすい。このため光
出力を増加させていくと端面かＣＯＤを起こす。

ＣＯＤを防く手段には、窓構造や不純物準位を利用する
方法、光スポツト径を拡大する方法なと種々のものか提
案されているが、とりわけ端面部分の禁制帯幅を活性層
のそれよれも大きくしてこの部分に非吸収ミラー（Ｎ　
Ａ　Ｍ　：　Ｎｏｎ−ａｂｓｏｂｉｎｇＭｉｒｒｏｒ）
を形成する方法は有効な手段である。この方法により製
造された半導体レーザ装置をＮ　、Ａ　Ｍ型竿導体レー
ザ装置という（例　Ｈ，Ｎａ１ｔｏ　ｅｔ　ａ１１９８
８　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａ５ｅｒ　Ｃｏｎ
ｆ、、Ｂｏｓｔｏｎ、Ｌ２）。

以下図面を参照しながら、上述した従来のＮ　Ａ　Ｍ型
生導体レーザ装置と、その製造方法について説明する。

第３図は従来のＮＡＭ型半導体レーザ装置の断ｍ］図で
あり、第４図はその製造方法を説明するための工程断面
図である。

第３図において、１はｎ−ＧａＡｓ　（００１）基板で
ある。２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、３はＡｌ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ活性層、４はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
、５はｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャップ層、８はＡ、　ｌ
　Ｇ　ａ　Ａ　ｓガイド層、９はｎ−ＡＡＧａＡｓクラ
ッド層、１０はｎ−ＧａＡｓキャップ層、１１まＺｎ拡
散領域、１２．１３はオーミンク電極である。ここてガ
イド層８のＡＡ組成比率は活性層３のＡＡ組成比率より
も大きくしである。

この半導体装置は次のようにして作製される。

まず第４図ｆａ＋に示すように、第１回目の結晶成長工
程によりｎ−Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッド層２がら
ρ−ＧａＡｓキャップ層５までを順次形成する。

次に第４図ｆｂ）に示すように、［１１０］方向に設置
すたエツチング防止絶縁膜６により、端面となるへき位
置近傍のｐ−ＧａＡｓキャ・ブ層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層４、およびＡ　１ＧａＡｓ活性層３を化学エ
ツチング法により除去する。

次にエツチング防止絶縁膜６を除去したのち、第４図に
）に示すように、第２回目の結晶成長工程により１．Ａ
、　Ｅ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓガイド層８、ｎ　−Ａ　ｒ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓクラッド層９、およびｎ−Ｇ　ａ　、へＳ
キャップ層１０を順次形成し、電流ストライブ頭域１１
にＺｎを拡散し、最後にオーミック電極１２．１３を形
成すると、第３図に示した構造のレーザ装置か得られる
。

以上の方法により作製された半導体レーザ装置において
は、活性層３か端面に露出ぜず、端面には光をはとんと
吸収しないガイド層８か存在するためＣＯＤを起こす光
出力レヘルが飛躍的に高いＮＡＭ型半導体レーザ装置を
製作することができる。

発明か解決しようとする課題 しかしながら、上述の構成では、第２回目の結晶成長を
Ａ１組成の大きいクラッド層８上にしなければならない
ため、良好な結晶性を有する第２回目成長層を再現性よ
く形成することが困難であった。しかもｎ型クラッド層
９か活性領域とＮＡＭ領域とで同一の層になっているた
め、ＮＡＭ領域に流れる電流（無効電流）を抑止するこ
とが困難であった。さらに、この構成では、エツチング
で形成された段差がそのまま第２回目結晶成長工程後の
表面に残るため、素子の信頼性の上からも問題があった
。

本発明は上記欠点に鑑み、第２回目の結晶成長をＧａＡ
ｓ表面上に行うことによって、良質の結晶性を有し、無
効電流の少ないＮＡＭ領域を形成するとともに、選択成
長性を利用して段差がほとんどない成長表面を実現する
ことが可能なＮＡＭ型半導体レーザ装置の製造方法と、
この方法によって得られる新規な構造のレーザ装置を提
供するものである。

課題を解決するための手段 本発明の半導体レーザ装置は、クラッド層となる第２の
半導体層、活性層となる第３の半導体層、および、クラ
ッド層となる第４の半導体層を順次積層してなる、逆メ
サ形状の第１の半導体ブロックと、クラッド層となる第
５の半導体層、第３の半導体層よりもアルミニウム組成
比串の値の大きい第６の半導体層、および、クラッド層
となる第７の半導体層を順次積層してなる第２の半導体
ブロックとを、第１の半導体層上に隣接させて設け、さ
らに第３．第６の半導体層が第１．第２の半導体ブロッ
クの界面において連続的に接合した構造をしている。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の半導体
層上に、上記第２．第３．第４の半導体層を順次積層し
てから、第４の半導体層上の所定位置にエツチング防止
膜を形成して、第２．第３゜第４の半導体層からなる積
層体を逆メサ形状に選択的にエツチングして第１の半導
体ブロックを形成し、さらにこのエツチング防止膜を残
したままで第１の半導体層の露出面上に、上記第５、第
６第７の半導体層を順次結晶成長させて形成する。

作用 本発明の半導体レーザ装置によれば、第１．第２の崖導
体ブロックにおける第３．第４の半導体層か連続的に接
合された構造であるので、結晶性が非常に良く、無効電
流の少ないＮＡ〜１領域を備えている。

また、本発明の製造方法によれば、第４の半導体層−Ｌ
に所定のパターンのエツチング防止膜を形成して、第２
．第３．第４の半導体層をエンチングして逆メサ形状の
第１の半導体ブロンクを形成し、さらにこのエンチング
防止膜を残したままで第１の半導体層上に、上記第５．
第６．第７の半導体層を順次結晶成長させるので、その
成長か第１の半導体層十で進行し、これら第５．第６．
第７の半導体層成長後の表面か平坦となり、成長表面段
差かはとんとないＮＡＭ型の半導体レーザ装置が得られ
る。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
構造を示す一部破断斜視図である。第２図ま本発明の一
実施例における半導体レーザ装置の製造方法を示す一部
破断斜視図である。

第２図ｉａ）に示すように、第１回目の結晶成長工程に
より、ｎ−ＧａＡｓ　（００１）基板よりなる第１の半
導体層］の上にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層よ１’）な
る第２の半導体層２、アンドープＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　、Ａ
　ｓ活性層よりなる第３の半導体層３、ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層よりなる第４の半導体層４、ｐ−ＧａＡｓ
キ＋ノブ層５を順次形成する。

次に第２図ｔｂ＋に示すようにＮ　Ａ　Ｍ領域以外の領
域に［１１０］方向のエンチング防止用窒化珪素膜６を
形成し、硫酸・過酸化水素・水の混合液によりｎ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層よりなる第２の半導体層２、アンド
ープＡｌＧａＡｓ活性層よりなる第３の半導体層３、ｐ
−ＡｌＧａＡｓクランド層よりなる第４の半導体層４、
ｎ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャンプ層５を除去し逆メサを形成
しこの部分にＧａＡｓを露出させる。

次に第２図（Ｃ）に示すように、工・ソチング防止用窒
化珪素膜６を付けたままで有機金属ＣＶＤ法により第２
回目の結晶成長を行い、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層よ
りなる第５の半導体層７、アンドープＡｌＧａＡｓガイ
ド層よりなる第６の半導体層８、ｎ−Ａｊ！ＧａＡｓク
ラッド層よりなる第７の半導体層９、ｎ−ＧａＡｓキャ
・ノブ層】０を順次形成する。

最後に、エツチング防止用窒化珪素膜６を除去し、電流
ストライブ領域１１にのみにＺｎ拡散を施し、オーミッ
ク電極１２．１．３を形成し、ＮＡＭ領域で瞬間する。

このようにして、第１図に示す構造のレーザ装置が得ら
れる。

以上の構成によれば、第２回目の結晶成長はＧａＡｓ表
面上に行われるため、良質の結晶性を有するｐ−Ａｊ’
ＧａＡｓクラッド層７、アンドープＡｌＧａＡｓガイド
層８、ｎ−Ａｊ？ＧａＡｓり５　ノＦ　層９、ｎ−Ｇａ
Ａｓキャップ層１０を再現性よく形成することができる
。また、この半導体レーザ装置を順方向にバイアス（７
たとき、ＮＡＭ領域は逆方向にバイアスされるため、Ｎ
ＡＭ領域への無効電流がほとんど流れない。そして、エ
ツチング防止用窒化珪素膜６の方向か［１１，０］方向
であるため、エツチングによって形成された逆メサの側
面にはほとんと成長しないので、アンドブＡｊ７ＧａＡ
ｓ活性層３とアンドープＡｌＧａＡｓガイド層８とを光
学的に高い効率で結合させることができる。しかも第２
回目の結晶成長工程では有機金属ＣＶＤ法のもつ選択成
長性により工、ノチング防止用窒化珪素膜６の上には全
く成長しないため、平坦な結晶表面を得ることができる
。

この構成によると、まずｎ−ＧａＡｓ基板よりなる第１
の半導体層１の表面上に第２回目の結晶成長か行われる
ため、良好な結晶性を有するＮＡＭ領域が再現性よく形
成される。

しかも、第２回目の結晶成長工程で形成する最初のＡＩ
！ＧａＡｓクラッド層よりなる第５の半導体層を露出さ
せた第１の半導体層１と異なる導電型にし、ガイド層の
次に形成するＡｆＧａＡｓクラッド層を露出させたＧａ
Ａｓ層よりなる第６の半導体層８と同し導電型としてい
るので、Ｎ　Ａ　Ｍ領域にはほとんと無効電流か流れな
くなる。

また、第２回目の結晶成長は有機金属ＣＶＤ法や有機金
１ｊＫＭＢＥ法のような選択成長性を有する結晶成長法
によって行うことで、露出させた第１の半導体層上にの
み結晶成長が進行し、第２回目結晶成長工程後の表面か
平坦な面となる。

このため、損失の少ないＮＡＭ領域を持ち、信頼性の高
いＮＡＭ型半導体レーザ装置を製造することができる。

事実、本実施例に基づいて製造したＮＡＭ型半導体レー
ザ装置は室温連続発振１．ＯＷ動作で１０００時間経過
後の動作電流の増加率が１％以下となり、従来のＮＡＭ
型半導体レーザ装置の動作電流増加率（約５〜１０％）
に比べて大幅に減少し、信頼性か飛躍的に向上した。

発明の効果 以上のように本発明は選択成長性を利用することによっ
て、損失の少ないＮ　Ａ　Ｍ領域を持つ信頼性の高いＮ
　Ａ　Ｍ型半導体レーザ装置を提供するものであり、そ
の実用的効果には大なるものかある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるＮ　、Ａ　Ｍ型半導
体レーザ装置の構造を示す一部破断斜視図、第２図＋ａ
＋〜＋ＣＩは本発明の一実施例における＼Ａ〜１型竿導
体レーザ装置の製造］］稈を段階的に示す一部破断斜視
図、第３図は従来のき”Ａ　Ｍ型半導体レーザ装置の構
造を示す一部破断斜視図、第、４図ｆａ＋〜（Ｃは従来
のＮＡＭ型半導体レーザ装置の製造工程を段階的に示す
一部破断斜視図である。 １　・・第１の半導体層、２　　第２の半導体層、３・
・・・・・第３の半導体層、４・・・　第４の半導体層
、５．１０・・・・・ｎ−ＧａＡｓキャップ層、６・・
・・・エツチング防止用窒化珪素膜、７・・・・・・第
５の半導体層、８・・・・第６の半導体層、９・・・・
・・第７の半導体層、１１・・・・・Ｚｎ拡散領域、１
２．１３・・・・・オーミ ク電極。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウムを成分として含まない第１の半導体
   層上に、クラッド層となる第２の半導体層、活性層とな
   る第３の半導体層、および、クラッド層となる第４の半
   導体層を順次積層してなる、逆メサ形状の第１の半導体
   ブロックと、クラッド層となる第５の半導体層、第３の
   半導体層よりもアルミニウム組成比率の値の大きい第６
   の半導体層、および、クラッド層となる第７の半導体層
   を順次積層してなる第２の半導体ブロックとが隣接して
   設けられ、さらに前記第３、第６の半導体層が前記第１
   、第２の半導体ブロックの界面において連続的に接合し
   ていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. （２）第２の半導体層と第５の半導体層とが互いに異な
   る導電型であることを特徴とする請求項（１）に記載の
   半導体レーザ装置。
3. （３）第４の半導体層と第７の半導体層とが互いに異な
   る導電型であることを特徴とする請求項（１）に記載の
   半導体レーザ装置。
4. （４）アルミニウムを成分として含まない第１の半導体
   層上に、少なくともアルミニウムを含む第２の半導体層
   、前記第２の半導体層よりもアルミニウム組成比率の値
   が小さい第３の半導体層、および、前記第１の半導体層
   と異なる導電型を有し、前記第３の半導体層よりもアル
   ミニウム組成比率の値が大きい第４の半導体層を順次積
   層する工程、前記第４の半導体層上の所定位置にエッチ
   ング防止膜を形成し、前記第２、第３、第４の半導体層
   を逆メサ形状に選択的にエッチングする工程と、前記エ
   ッチング防止膜を残したままで前記第１の半導体層の露
   出面上に、前記第３の半導体層よりもアルミニウム組成
   比率の値が大きい第５の半導体層、前記第５の半導体層
   よりもアルミニウム組成比率の値が小さく、前記第３の
   半導体層よりもアルミニウム組成比率の値が大きい第６
   の半導体層、および、前記第６の半導体層よりもアルミ
   ニウム組成比率の値が大きい第７の半導体層を順次積層
   する工程とを有する半導体レーザ装置の製造方法。
5. （５）第２の半導体層と第５の半導体層とが互いに異な
   る導電型であり、第１、第２の半導体ブロックの界面に
   おいて連続的に接合されていることを特徴とする請求項
   （４）に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
6. （６）第４の半導体層と第７の半導体層とが互いに異な
   る導電型であることを特徴とする請求項（４）に記載の
   半導体レーザ装置の製造方法。