JPH0521870A - 半導体レーザチツプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明半導体レーザチップは、共振端面近傍
でのレーザ光吸収に基づく光学的禁止帯幅の縮小を防止
し素子の信頼性を向上することにある。 【構成】 発光領域(4)上に位置する電極(8)を、共振端
面(10)(11)を除く部分について被着形成しない構造とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報機器等に用いら
れる半導体レーザ素子に関しており、特に高出力用半導
体レーザチップに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、追記型や書換型の光ディスクや、
レーザプリンタ等で半導体レーザ素子が広く使用される
に至っているが、この様な応用の拡大とともに、より高
出力の半導体レーザ素子の開発が待たれている。

【０００３】現在、半導体レーザ素子の出力を制限する
要因としては、(イ)共振端面での光学的な破壊現象によ
るものと、(ロ)接合部の温度上昇による出力飽和による
ものとがある。

【０００４】図５（ａ）は、(イ)の事情を説明するため
の従来の半導体レーザチップの構造図であり、更に同図
（ｂ）は、この半導体レーザチップ内の温度分布解析図
である。

【０００５】同図（ａ）の(51)は、GaAsから成る基板、
(52)は半導体レーザチップ内に配置されたストライプ状
の発光領域、(53)(54)は発光領域(52)から発した光を共
振させる共振端面、(55)はキャップ層、(56)は発光領域
(52)に電流を注入するための第１の電極、(57)は第１の
電極(56)と対を成す第２の電極である。

【０００６】尚、同図には理解を容易にするために、半
導体レーザチップ内の発光領域(52)の位置を破線により
示している。(58)は発光領域(52)の中央を示している。
以下で使用するこの中央とは、発光領域(52)の共振端面
(53)(54)近傍を除いた部分を示すこととする。

【０００７】同図（ｂ）の横軸は、半導体レーザチップ
の共振器長方向の位置を示すためのもので、一方の共振
端面(53)からの距離を示している。従って、６００μｍ
は、本半導体レーザチップの共振器長であることを示し
ている。又、同図の縦軸は、各部の温度を数値解析によ
って求めたものである。

【０００８】同図によれば、共振端面(53)(54)は発光領
域(52)の中央(58)と比較して高温となっていることが分
かる。この現象が前述した(イ)の現象で、半導体レーザ
チップ内で発生したレーザ光が共振端面(53)(54)で吸収
されてしまうことに基づく温度上昇で、更にこの温度上
昇は、同時に共振端面(53)(54)部分の光学的禁止帯幅を
狭くするように作用することから、この部分のより一層
の高温化を連鎖的に引き起こす。

【０００９】共振端面(53)(54)の高温化は、半導体レー
ザチップの信頼性を低下させ素子としての寿命を短くし
てしまう。

【００１０】斯る現象に関しては、例えば、三洋電機技
報、第４７号、ｐ３２に詳細に記載されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような共振端面(5
3)(54)での問題を解決する方法としては、根本的に共振
端面での光吸収を減少させる方法が効果的である。

【００１２】然し乍ら、この共振端面(53)(54)部分は本
来ウエハー状態からの切開部に相当する部分であること
から光学的禁止帯内の局在準位密度が不可避的に多くな
り、これに基づく光吸収であることから完全に解決する
ことはできない。

【００１３】従って、その共振端面での斯る光吸収に基
づく温度上昇から連鎖的に発生する光学的禁止帯幅の縮
小による更なる光吸収の増加を防止せしめることが重要
となる。

【００１４】本発明は、この連鎖的に発生する光吸収の
増加を低減することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザチッ
プの特徴とするところは、ストライプ状の発光領域と、
該ストライプ状発光領域を垂直に挟むように配置された
一対の共振端面と、前記発光領域に電流を注入するため
の、前記発光領域と並行となるように設置された電極、
とから成る半導体レーザチップに於て、前記電極が少な
くとも前記共振端面近傍に形成されていることにある。

【００１６】

【作用】半導体レーザチップの電極の形状が発光領域を
被わない部分を有するようにすると、斯る部分では電極
を熱伝導の通路として放熱することができないこととな
り、高温となる。

【００１７】一方、この電極に被われた発光領域の共振
端面近傍では、電極に因る放熱効果を受けるため高温化
は生じない。

【００１８】このため、発光領域の中央と共振端面近傍
との温度を比較した場合、その中央の方が高くなる。こ
のことは、半導体材料の一般的性質である、高温状態に
よる光学的禁止帯幅の縮小がその中央で生じることとな
る。

【００１９】因って、光学的禁止帯幅の狭い発光領域で
生じた光エネルギーは、共振端面での光学的禁止帯幅の
エネルギーと比較して小さいため、この共振端面でのそ
の光の吸収が生じないこととなり、前述した連鎖的な温
度上昇を抑制し得る。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明半導体レーザチップの構造図
（ａ）で、同図にはこの半導体レーザチップの放熱を促
進するためのヒートシンクを装着した状態（ｂ）も合わ
せて示している。

【００２１】同図中の(1)は、p型GaAsから成る基板、
(2)はｎ型GaAsから成る電流阻止層、(3)はｐ型Al_XGa_1-X
Asから成るクラッド層、(4)は発光領域、(5)はAl_YGa_1-Y
As活性層、(6)はｎ型Al_XGa_1-XAsクラッド層、(7)はｎ型
GaAsキャップ層、(8)は上部電極、(9)は下部電極、(10)
及び(11)は共振端面である。この半導体レーザチップの
特徴は、上部電極(8)が発光領域(4)上を被わない部分、
本例によればストライプ状の開口部(12)を有することで
ある。又、上部電極(8)は、共振端面(10)(11)近傍をも
被膜するように形成されており、下部電極(9)と同様に
主にAuを主材として成膜されている。

【００２２】同図（ｂ）は、上部電極(8)の表面が、ヒ
ートシンク(13)の表面(13a)と接するように、即ち、同
図（ａ）の半導体レーザチップを天地が逆となるように
接着させた状態を示している。

【００２３】これにより、半導体レーザチップの熱は、
ヒートシンク(13)と接触する上部電極(8)を介して効率
よく放出される。特にこの半導体レーザチップの中でも
上部電極(8)がパターン的に被着形成されている部分、
即ち本例では窓枠状にパターン化された部分については
放熱の効果が顕著で、半導体レーザチップの温度上昇を
防ぐことができる。

【００２４】然し乍ら、上部電極(8)の内、パターン的
に被着形成されていない開口部(12)付近の半導体レーザ
チップについては効率よく放熱することができず、むし
ろ共振端面(10)(11)よりも高温となってしまう。

【００２５】その結果、発光領域(4)の光学的禁止帯幅
が、共振端面(10)(11)近傍のそれと比較して狭くなり、
発光領域(4)で発生した光のエネルギー値は共振端面(1
0)(11)の光学的禁止帯幅のエネルギー値よりも小さなも
のとなり、共振端面(10)(11)における光の吸収が生じな
くなる。

【００２６】尚、同図に示す半導体レーザチップでは、
本発明で使用する電極は、素子形成の最終段階で形成す
るものであることから、従来の製造工程を殆ど変更する
必要がない。

【００２７】図２は、本例半導体レーザチップ(21)と従
来のそれ(22)との信頼性を比較するための連続発光によ
る劣化特性を示す図で、横軸は連続発光時間を示し、縦
軸はその間の動作電流を規格化して示している。これに
よれば、本発明半導体レーザチップではチップの信頼性
が従来のものと比べて２倍程度長く成っている。

【００２８】これは、従来生じていた共振端面での大き
な光吸収現象が抑制されるため、信頼性の向上が図られ
たことを示している。

【００２９】図３（ａ）は、本発明半導体レーザチップ
の上部電極(8)のパターンサイズを変化させた場合の半
導体レーザチップ内の温度分布解析図で、横軸は、図５
（ｂ）の横軸と同様で半導体レーザチップの一方の共振
端面(10)から測った場合の共振器長方向の位置を示すも
のである。

【００３０】又、同図（ｂ）は、解析で使用した上部電
極(8)のパターン形状を示している。このパターン形状
は中央にストライプ状の開口部(12)を設け、この開口部
(12)の下部にはストライプ状の発光領域が配置されるよ
うに位置設定されている。

【００３１】更に、上部電極(8)の端部(8a)及び(8b)
は、半導体レーザチップの共振端面(10)(11)近傍に配置
されることとなることから、共振端面で発生する熱を放
出するように寄与する。

【００３２】そして、パターンサイズの変化は、開口部
(12)の幅(Ｗ)を５μｍから６０μｍまで種々変化させる
ことにより行った。尚、同図（ａ）の解析結果には開口
部(8)を設けなかった場合の解析結果についても同時に
示している。

【００３３】同図によれば、開口部(12)を設けることに
よって、発光領域の中央の温度は共振端面(10)(11)比較
して高温となり、特に開口部(12)の幅を大きくするにつ
れて、共振端面(10)(11)と発光領域(4)の中央との温度
差が顕著に拡大することが分かる。

【００３４】尚、本発明半導体レーザチップにあって
は、従来の半導体レーザチップと比較して、共振端面(1
0)(11)の温度は略同等であるものの、発光領域(4)の部
分の温度は高くなってしまう。然し乍ら、図３に示す特
性図から分かるように、その高温化の程度は高々２５℃
程度であり、発光領域(4)にとっては十分な信頼性が保
持し得る範囲であり問題とならない。

【００３５】又、本半導体レーザチップは実施例のもの
に限られず、例えば図４に示すようなパターン形状を有
する上部電極(41)を採用してもよい。本例の特徴とする
ところは、上部電極(41)を半導体レーザチップの四隅で
形成しないものである。この理由は、半導体レーザチッ
プをウエハー状態からダイシングする際、共振端面近傍
に上部電極のための金属膜が在るとこの金属膜がうまく
切断できず、例えばショートなどの事故発生原因とな
る。このため、その共振端面近傍での金属膜パターンが
できるだけ小さくなるようにしたものである。

【００３６】尚、本例では、上部電極のみを使用して説
明したが、この上部電極と対向する下部電極においても
同様に発光領域を被わない部分を設けてもよい。但し、
発光領域により近い電極の方について本発明を実施する
ことが、最も効果的である。

【００３７】

【発明の効果】本発明半導体レーザチップによれば、共
振端面の温度上昇による素子破壊が防止でき信頼性の向
上が成し得る。

【００３８】又、本発明は、比較的最終工程に近い部分
で形成する電極の形状を調整することによって、効果を
奏するものであることから実施が極めて容易であり、実
施に伴う追加の工程が必要とならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明半導体レーザチップの構造図と、この半
導体レーザチップをヒートシンクに装着した場合の断面
図である。

【図２】前記半導体レーザチップと従来のものとの信頼
性特性図である。

【図３】前記半導体レーザチップの内部温度分布解析図
と、この解析で使用した上部電極の形状を示す図であ
る。

【図４】本発明半導体レーザチップの他の実施例を示す
構造図である。

【図５】従来の半導体レーザチップの構造図と、内部の
温度分布解析図である。

【符号の説明】

(4)……発光領域 (10)(11)……共振端面 (8)……上部電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ストライプ状の発光領域と、該ストライ
   プ状発光領域を垂直に挟むように配置された一対の共振
   端面と、前記発光領域に電流を注入するための、前記発
   光領域と並行となるように設置された電極、とから成る
   半導体レーザチップに於て、前記電極が少なくとも前記
   共振端面近傍に形成されていることを特徴とする半導体
   レーザチップ。