JPH0480983A

JPH0480983A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH0480983A
Application number: JP19556290A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujii; 宏明藤井; Yoshiyasu Ueno; 上野　芳康; Kenji Endo; 健司遠藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1992-03-13

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、０．６ｐｍ帯に発振波長を有するＡｌＧａＩ
ｎＰ可視光半導体レーザに関する。

（従来の技術）現在、書換型光ディスク用光源を目脂して、ＡｌＧａＩ
ｎＰ可視光半導体レーザの高出力化が盛んに行われてい
る。ところが、ＡｌＧａＩｎＰレーザは、レーザ端面の
光学損傷による瞬時劣化、すなわち、Ｃ０Ｄ（Ｃａｔａ
ｓｔｒｏｐｈｉｃ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅの略
。）により、高出力化が制限されているのが現状である
。この問題を解決するため、従来、活性層への光閉じ込
め係数を小さくし、ＣＯＤ光出力を向上させようとする
試みがなされてきた。参考文献として、エレクトロニク
スレターズ２３巻９３８頁（１９８７年ＸＨ，Ｆｕｊｉ
ｉｅｔ　ａｌ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、　２
３　（１９８７）　９３８）または、プロシーディング
　オブ　エスピーアイイー８９８．８４頁（１９８８年
ン（Ｋ、　　Ｋｏｂａｙａｓｈｉ　　ｅｔ　　ａｌ、　
　Ｐｒｏｃ、　　ｏｆ　　５ＰＩＥ　　８９８（１９８
８）　８４）がある。しかしながら、前記の方法では、
光閉じ込め係数を減少させたとき、ＣＯＤ光呂力の増加
とともに、しきい値電流密度も増大するという問題があ
った。そこで、我々のグループでは、９０年春の忘物学
会（予稿集２９ａ−８Ａ−７参照。）において、レーザ
端面近傍の活性層の禁制帯幅をレーザ中央部の活性層の
禁制帯幅よりも高エネルギ化したウィンドウ構造（レー
ザ端面近傍が発振光に対して透明となり、窓のように振
る舞うのでこう呼ばれている。）により、大幅にＣＯＤ
光出力を高め、高出力化が可能であることを示した。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記ウィンドウ構造レーザでは、１０ｍ
Ｗ強の比較低出力で、電流−光出力特性の非線形性、す
なわち、キンクが存在し、横モード制御性が良くないと
いう問題があった。

（課題を解決するための手段）本発明の半導体レーザの構成は、ＧａＡｓ基板上に、Ａ
ｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第１のクラッド層
、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰでなる活性層、Ａｌ
ＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第２のクラッド層を
この順に含むダブルヘテロ構造を有し、前記第２のクラ
ッド層の層厚が部分的に厚くなりメサを形成している半
導体レーザにおいて、前記メサの形状がメサ上部の幅の
方がメサ底部の幅よりも広く、前記メサ底部の幅が５μ
ｍ未満であることを特徴とする。または、ＧａＡｓ基板
上に、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第１のク
ラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰでなる活性
層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第２のクラ
ッド層をこの順に含むダブルヘテロ構造を有し、前記第
２のクラッド層の層厚が部分的に厚くなりメサを形成し
ている半導体レーザにおいて、前記メサの形状がメサ上
部の幅の方がメサ底部の幅よりも広く、前記メサ底部の
幅が５ｐｍ未満であり、かつ、レーザ共振器面近傍の活
性層の禁制帯幅がレーザ中央部の活性層の禁制帯幅より
も大きいことを特徴とする。

（作用）第１図に本発明のウィンドウ構造高出力ＡｌＧａＩｎＰ
可視光半導体レーザの構造図を（一部を除去して見易く
シている）、第２図に、ウィンドウ構造を持たないＡｌ
ＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの共振器軸に垂直方向に
切断したときの断面構造図を、第３図にウィンドウ構造
を持たないＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザのストラ
イプ幅（メサ底の幅を表記している。）を変えたときの
、キンク及びＣＯＤの光出力の測定結果を示している。

なお、第３図において、ＣＯＤ密度が通常発表されてい
るデータに比べ高い値になっているのは、第２図の測定
を６０ｎｓｅｃの短パルスで行っているためであり、短
パルス動作において、ＣＯＤパワー密度が向上する現象
は、ＡｌＧａＡｓレーザなどにおいて確認されている。

まず、第２図のウィンドウ構造を持たない可視光半導体
レーザの説明を行う。第２図の半導体レーザは、ＧａＡ
ｓ基板上の３回の有機金属熱分解気相成長法（以下、Ｍ
ＯＶＰＥ法と略記。）により作製される。まず、第１回
目のＭＯＶＰＥ法による成長で、ＧａＡｓ基板２００上
に、バッファ層１９０、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎ
Ｐでなるクラッド層１１０、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａ
ＩｎＰでなる活性層１００、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌ
ＩｎＰでなるクラッド層１２０、ＧａＩｎＰでなるエツ
チング停止層１４０、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
でなるクラッド層１３０、ＧａＩｎＰ層１５０、ＧａＡ
ｓでなるキャップ層１６０を順次成長する。次に、導波
構造および電流狭窄構造を形成するため、１６０．１５
０．１３０の層を選択エツチングにより除去し、メサ構
造を形成する。そして、その選択エツチングに用いたマ
スクを用いて、電流ブロック層兼光吸収層となるＧａＡ
ｓ層１８０を選択的に成長する。その後、マスクを除去
し、全面にＧａＡｓでなるコンタクト層１７０を成長し
、電極形成してレーザ構造ができあがる。

次に、第３図のストライプ幅を変えたときの、キンクお
よびＣＯＤ光出力の測定結果について説明する。第３図
のデータは、第２図のウィンドウ構造を持たない、メサ
上部の幅がメサ底部の幅よりも広ぃ構造の（以降、逆メ
サ構造と呼ぶ。）の可視光半導体レーザについて測定し
たデータである。第３図においては、ＣＯＤの影響を取
り除いて、キンク光出力の評価を容易にするため、６０
ｎｓｅｃの短パルス動作において測定を行った。第３図
の結果より、キンク光出力はストライプ幅を狭くすると
飛躍的に増大し、ストライプ幅３．８．ｇｍ以下で１５
ｍＷ以上、２．９ＡＩ以下で３０ｍＷ以上が期待できる
。そして、さらに端面に非対称コーティングを施すこと
により、この２倍程度の出力までキンクを高め横モード
制御を行うことが期待できる。

以上の結果より、横モード制御された高出力可視光半導
体レーザを得るには、ストライプ幅が５μｍ未満である
ことが重要である。ところカミストライプ幅３−４μｍ
程度で、メサ構造が従来の順メサ構造（メサ上部の幅が
メサ底部の幅よりも狭い構造。）であると、メサ上部の
幅は、１ｐｍ程度となり素子抵抗の増大を招き、高出力
動作時の熱飽和が起こり易くなる。従って、横モード制
御された高出力可視光半導体レーザを得るには、逆メサ
構造で、ストライプ幅が５μｍ未満であることが必要と
なる。そして、さらに端面近傍にウィンドウ構造を備え
ることにより、連続動作時においても、横モード制御さ
れた高出力動作を得ることができる。その実施例として
、第１図に高出力ウィンドウ構造可視光半導体レーザの
構造図を示す。

第１図において、領域２５０は第２図の半導体レーザと
同一構造の活性領域、領域２６０．２７０はウィンドウ
領域であり、領域２６０．２７０の活性層の禁制帯幅は
領域２５０の活性層の禁制帯幅に比べ高エネルギ化して
いる。第１図の半導体レーザは、第２図の半導体レーザ
同様、３回のＭＯＶＰＥ法による結晶成長と１回のＺｎ
拡散工程により作製される。基本的な作製工程は第２図
と同様であり、第１回目の結晶成長によりバッファ層１
９０からキャンプ層１６０までの成長を行った後、ウィ
ンドウ領域２６０．２７０にＺｎ拡散を行う。その後、
第２回目のＭＯＶＰＥ法による結晶成長で、活性領域に
おいてはメサ以外の部分に、ウィンドウ領域においては
全面にＧａＡｓでなるブロック層１８０を成長し、導波
路形成および電流ブロック機構形成を行う。そして、第
３回目のＭＯＶＰＥ法による結晶成長で全面にＧａＡｓ
でなるコンタクト層１７０を成長し、電極形成してレー
ザ構造が完成する。ここで、ウィンドウ領域形成にＺｎ
拡散を行って高エネルギ化したのは以下の理由による。

すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ結晶材料特有の現象として、
ＭＯＶＰＥ法の特定の成長条件で成長した結晶は自然超
格子というものが形成されて正規の禁制帯幅よりも低エ
ネルギになり、なおかつ、結晶成長後にその結晶に一定
濃度以上のＺｎ拡散を行うと禁制帯幅が正規の大きさに
向けて増大するという現象が知られている。そこで、前
もって活性領域のＧａＩｎＰ活性層の成長条件を自然超
格子の形成される条件で成長しておいて、その後ウィン
ドウ領域のみＺｎ拡散を行って高エネルギ化すれば、ウ
ィンドウ構造が形成できるということである。（参考文
献：上野他、９０春応物予稿集２９ａ−８Ａ−７゜）以
上の理由により、第１図に示すように、逆メサ構造で、
メサ底幅が５．ｕｍ未満で、ウィンドウ構造を備えてい
る半導体レーザにより、横モード制御された高出力可視
光半導体レーザが得られる。

（実施例）以下、本発明の高出力ウインドウ構造ＡｌＧａＩｎＰ可
視光半導体レーザについて、具体的数値例を用いて説明
する。

第１図の構造について説明する。Ｓｉドープｎ型ＧａＡ
ｓ基板２００上に、７０Ｔｏｒｒ減圧のＭＯＶＰＥ法結
晶成長により、ＳｉドープＧａＡｓでなるバッファ層１
９０、Ｓｉドープ、厚さ１．１μｍのＡｌＧａＩｎＰで
なるクラッド層１１０、アンドープ、厚さ０．０８，４
ｚｍのＧａＩｎＰでなる活性層１００、Ｚｎドープ、厚
さ０．２□のＡｌＧａＩｎＰでなるクラッド層１２０、
厚さ５ｎｍのＧａＩｎＰでなるエツチング停止層１４０
、Ｚｎドープ、厚さ０．９．ｚｍのＡｌＧａＩｎＰでな
るクラッド層１３０、厚３０．０２Ａ１ｍのＧａＩｎＰ
層１５０層厚５０．３μｍのＧａＡｓでなるキャップ層
１６０を順次結晶成長する。次に、ウィンドウ領域を形
成するため、活性領域を５ｉ０２で被覆しウィンドウ領
域にのみＺｎ拡散を行い、活性層を高エネルギ化する。

なお、活性領域の活性層の禁制帯幅は、第１回目のＭＯ
ＶＰＥ法成長の条件により、１．８５ｅＶ付近に設定し
ておき、Ｚｎ拡散によりウィンドウ領域の活性層の禁制
帯幅が１．９０ｅＶ程度に増大するようにした。次に、
第２回目のＭＯＶＰＥ法成長で、活性領域においてはメ
サ以外の部分に、ウィンドウ領域においては全面にＧａ
Ａｓでなる電流ブロック層１８０を成長する。そして、
最後に全面にＧａＡｓでなるコンタクト層１７０を形成
後、ラッピングし、電極２３０．２４０を蒸着してレー
ザ構造を作製した。また、前面からの光取り出し効率を
向上させるため、前面６％、後面９５％の非対称端面コ
ーティングを施した。上記の工程により、本発明の高出
力ウィンドウ構造が作製される。以下に、特性を述べる
。得られた特性として、しきい値電流６５ｍＡで、最大
光出力５０ｍＷまでキンクの無い直線性の高い良好な電
流−光出力特性が得られた。また、素子抵抗も７Ωと順
メサ構造に比べ低抵抗で熱飽和改善に寄与していると考
えられる。また、ウィンドウ構造が無い場合にもパスル
動作時に横モード制御された高出力を祷る方法として、
本発明は有効である。

（発明の効果）以上述べたように、本発明の半導体レーザによれば１、
横モード制御性の高い、高圧力ウインドウ構造ＡｌＧａ
ＩｎＰ可視光半導体レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のウィンドウ構造ＡｌＧａＩｎＰ可視
光半導体レーザの構造図を、第２図は、本発明のウィン
ドウ構造を持たない逆メサ構造の半導体レーザの断面構
造図を、第３図は、ウィンドウ構造を持たない、端面ア
ンコートの可視光半導体レーザについて、キンクおよび
ＣＯＤ光出力のストライプ幅依存性を測定した結果を示
す図である。１００００．活性層、１１０．１２０．１３０・・・ク
ラッド層、１４０・・・エツチング停止層、１５０・・
・ＧａＩｎＰ層、１６０・１．キヤ・ノブ層、１７０・
・・コンタクト層、１８０・・・電流ブロック層、１９
０・・・バッファ層、２００・・・基板、２１０．２２
０・・・Ｚｎ拡散領域、２３０．２４０・・・電極、２
５０・・・活性領域、２６０．２７０・・・ウィンドウ
領域。

Claims

【特許請求の範囲】１）ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
でなる第１のクラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩ
ｎＰでなる活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰで
なる第２のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ構造
を有し、前記第２のクラッド層の層厚が部分的に厚くな
りメサを形成している半導体レーザにおいて、前記メサ
の形状がメサ上部の幅の方がメサ底部の幅よりも広く、
前記メサ底部の幅が５μｍ未満であることを特徴とする
半導体レーザ。２）ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎ
Ｐでなる第１のクラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａ
ＩｎＰでなる活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
でなる第２のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ構
造を有し、前記第２のクラッド層の層厚が部分的に厚く
なりメサを形成している半導体レーザにおいて、前記メ
サの形状がメサ上部の幅の方がメサ底部の幅よりも広く
、前記メサ底部の幅が５μｍ未満であり、かつ、レーザ
共振器面近傍の活性層の禁制帯幅がレーザ中央部の活性
層の禁制帯幅よりも大きいことを特徴とする半導体レー
ザ。