JPH06112582A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光ディスク、レーザビームプリンタなどに使用
される半導体レーザ装置のビーム広がりのアスペクト比
をほぼ１にし、高出力動作を可能とし、サージ耐量も大
きくする。 【構成】半導体基板上に形成された２つの異なる導電型
からなる２つのクラッド層（２、４）およびその間に挟
まれた活性層３を有するダブルヘテロ構造を持ち、一方
のクラッド層に作られたストライプ状のリッジ部６を持
つ半導体レーザ装置において、共振器中央部のリッジ部
（通電領域）６ａで発振した光からレーザ光出射端面近
傍の三角形のリッジ部（導波路）６ｂで基本モードのみ
を選択し、共振器外部に取り出すことを特徴とすること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク、光磁気デ
ィスクメモリ、レーザビームプリンタなどの光情報機器
や光通信に使用される半導体レーザ装置およびその製造
方法に係り、特に発振波長が０．６〜０．７μｍ帯の可
視光領域の半導体レーザ装置およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光情報機器の分野では半導体レーザ素子
の短波長化の要求が強く、これまでに発振波長が０．６
〜０．７μｍ帯の可視光領域の半導体レーザ装置とし
て、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置が製品化されて
いる。図７は、従来の赤色の波長を持つ横モード制御型
半導体レーザ装置の平面パターンを示しており、図７中
のＡ−Ａ線に沿う断面を図８に示している。

【０００３】ここで、７１はｎ型ＧａＡｓ基板、７２は
ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、７３はアンドープＩｎ
ＧａＰ活性層、７４はｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、
７５はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、７６はｐ型ＩｎＧ
ａＰ中間層、７７はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、７８は
均一なストライプ状のリッジ型の導波路である。

【０００４】上記したような従来の横モード制御型レー
ザ装置において、リッジ型導波路７８は、発振光の基本
横モードのみが選択され易い幅を持つように形成され、
電流狭搾と光のモード制御を行う。光密度と電流密度の
点から、特性の劣化を防ぐためには、リッジ型導波路７
８の幅を５μｍ以下に設定することは困難であった。

【０００５】このため、ビームの垂直、水平の広がり角
は、実用的な特性を得るためには、それぞれ対応して２
７°、８°であり、アスペクト比としては３．４程度で
あった。

【０００６】レーザ特性の中でビーム広がりのアスペク
ト比は、レーザ光を効率よく使用するためになるべく１
に近いことが要求される。前記したようなアスペクト比
が３．４という値は、１に比べると随分大きく、ビーム
広がりを補正しようとすると光学系が大きくなってしま
うという問題がある。

【０００７】また、リッジ型導波路７８は、５μｍの均
一な幅を有するストライプ状に形成されているので、発
光領域に注入される電流密度およびそれに伴うレーザ光
の出射端面部における光密度が上がり、その結果、端面
近傍で温度が上がり、結晶破壊限界に近くなり、光学的
端面破壊（ＣＯＤ）が起こるので、製品における実用的
な光出力の最大定格は５ｍＷであった。そこで、内部密
度を下げるために、裏面に高反射コート、前面に低反射
コートを施しても、実用レベルの最大定格は１０ｍＷ程
度であった。

【０００８】また、上記レーザ装置を光ディスク、レー
ザビームプリンタなどで使用し、レーザ光を用いて読み
出しだけでなく書込みも行うためには、レーザ光出力と
して３０ｍＷ以上が必要であると言われている。

【０００９】また、前記した光による端面破壊に関係し
て、レーザ装置に順方向のサージを加えた時に静電破壊
を起こすサージ耐量が約４０Ｖ程度と低いことも、実使
用条件では問題である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体レーザ装置は、ビーム広がりのアスペクト比が大
きく、光出力が小さく、光ディスク、レーザビームプリ
ンタなどで使うには特性が十分なものではなかった。ま
た、サージ耐量も約４０Ｖ程度では、高レベルのサージ
対策を施した回路でないと使いこなすことができないと
いう問題があった。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決すべくなされ
たもので、ビーム広がりのアスペクト比がほぼ１であ
り、高出力動作が可能であり、サージ耐量も大きくな
り、光出射端面近傍の三角形のリッジ部に電流が流れる
ことにより端面破壊を起こさない、光ディスク、レーザ
ビームプリンタなどでの使用に好適な半導体レーザ装置
およびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に形成された２つの異なる導電型からなる２つのクラッ
ド層およびその間に挟まれた活性層を有するダブルヘテ
ロ構造を持ち、かつ、一方のクラッド層に作られたスト
ライプ状のリッジ部を持つ半導体レーザ装置において、
共振器中央部の幅の広いリッジ部で発振した光からレー
ザ光出射端面近傍の三角形のリッジ部で基本モードのみ
を選択し、共振器外部に取り出すことを特徴とする。

【００１３】

【作用】共振器中央部の幅の広いリッジ部（通電領域）
で発振した光からレーザ光出射端面近傍の三角形のリッ
ジ部（導波路）で基本モードのみを選択し、共振器外部
に取り出すことが可能になる。上記三角形の導波路部分
は、幅がクラッド層の厚さと同程度まで十分狭いので、
ビームの水平方向の広がり角が大きく、アスペクト比が
約１になる。

【００１４】また、上記三角形の導波路部分は、その側
面およびその外側が三角形の導波路部分とは逆導電型の
半導体層で覆われているので、電流が流れない領域にな
っている。

【００１５】従って、上記三角形の導波路部分は、光で
ポンピングされて透明な窓になり、さらに、通電しない
ことにより共振器内部の発振領域のように温度が高くな
ることがないので、光による端面破壊が生じなくなる。
これにより、高出力動作およびサージ耐量の向上が可能
になった。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る可視光
領域用の半導体レーザ装置の平面パターンを示す図であ
る。図２および図３は、図１中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に
沿う構造を示す断面図である。

【００１７】図１乃至図３において、１はｎ型ＧａＡｓ
半導体基板、２はｎ型ＩｎＧａＡｌＰ半導体層からなる
第１のクラッド層、３はアンドープＩｎＧａＰ半導体層
からなる活性層、４はｐ型ＩｎＧａＡｌＰ半導体層から
なる第２のクラッド層、５はｐ型ＩｎＧａＰ半導体層か
らなる中間層、６は第２のクラッド層４に作られたスト
ライプ状のリッジ部、７はｎ型ＧａＡｓ半導体層からな
る電流ブロック層、８はｐ型ＧａＡｓ半導体層からなる
コンタクト層である。

【００１８】即ち、半導体基板上に形成された２つの異
なる導電型からなる２つのクラッド層（２、４）および
その間に挟まれた活性層３を有するダブルヘテロ構造を
持ち、かつ、第２のクラッド層４に作られたストライプ
状のリッジ部６を持っている。この場合、前記活性層３
は、クラッド層２、４よりバンドギャップが小さく屈折
率が大きい半導体層からなる。

【００１９】また、前記リッジ部６は、ストライプの長
さ方向の中央部に幅の広いリッジ部（通電領域）６ａ、
両端部に幅の狭いリッジ部（導波路）６ｂを有する。リ
ッジ中央部の幅の広いリッジ部６ａの断面は台形であ
り、リッジ両端部のレーザ光出射端面近傍の導波路６ｂ
の断面は三角形である。また、上記リッジ両端部の導波
路６ｂの各端面には、前記２つのクラッド層２、４およ
び活性層３に直交するミラー面が形成されている。

【００２０】次に、図１の半導体レーザ装置の製造工程
の一例について、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面構造を示
す図４（ａ）乃至（ｄ）および図１中のＢ−Ｂ線に沿う
断面構造を示す図５（ａ）乃至（ｄ）を参照しながら説
明する。

【００２１】即ち、先ず、図４（ａ）、図５（ａ）に示
すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１のほぼ（００１）面に一
致する主面上に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２を
１．３μｍ、アンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層３を０．
０３μｍ、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４を１．３μ
ｍ、ｐ型ＩｎＧａＰ中間層５を０．０５μｍ、減圧ＭＯ
ＣＶＤ（有機金属を用いた気相成長）法により順次結晶
成長させる。この後、ｐ型ＩｎＧａＰ中間層５上に、Ｓ
ｉＯ₂ からなる酸化膜１１をＣＶＤ法により堆積する。

【００２２】次に、図１に示したようなストライプ状の
リッジ部６のパターンに対応して１本のストライプの中
央部に幅の広い部分、両端部に前記第２のクラッド層４
の厚さより狭い幅の部分を有するパターンマスクを用い
て、ＰＥＰ処理により、上記酸化膜１１を順メサ方向に
向いたストライプ状にパターニングし、図４（ｂ）、図
５（ｂ）に示すようなに酸化膜パターン１１ａを得る。
この場合、酸化膜パターン１１ａの中央部の幅の広い部
分は、幅が８μｍ、長さは共振器長に応じた長さ（例え
ば４００μｍ）であり、酸化膜パターン１１ａの両端部
の幅の狭い部分は、幅が１μｍ、長さが４０μｍであ
る。

【００２３】次に、上記酸化膜パターン１１ａをマスク
として、前記ｐ型中間層５からｐ型クラッド層４までを
活性層近傍（活性層３から０．２μｍのところ）まで湿
式エッチングにより除去する。この場合、酸化膜パター
ン１１ａの中央部の幅の広い部分の下側には、断面が台
形で底辺の幅が８μｍのリッジ部６ａが形成され、この
リッジ部６ａの上面には前記中間層５の一部が残存して
いる。また、酸化膜パターン１１ａの両端部の幅の狭い
部分の下側には、断面が三角形で底辺の幅が１μｍのリ
ッジ部６ｂが形成され、このリッジ部６ｂの上部には前
記中間層５が残存していない。

【００２４】続いて、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示すよ
うに、前記酸化膜パターン１１ａをマスクとして、ｎ型
ＧａＡｓ電流ブロック層７を減圧ＭＯＣＶＤ法により結
晶成長させる。この時、幅の広い台形のリッジ部６ａ付
近では、ｎ型ブロック層７はリッジ部６ａの両側のみに
成長する。また、幅の狭い三角形のリッジ部６ｂ付近で
は、ｎ型ブロック層７は酸化膜パターン１１ａの下側に
回り込んで形成される。この三角形のリッジ部６ｂは、
その側面およびその外側の部分がリッジ部６ｂとは逆導
電型の半導体層で覆われているので、電流が流れない領
域になっている。

【００２５】次に、前記酸化膜パターン１１ａを剥がし
た後、図４（ｄ）、図５（ｄ）に示すように、上面全面
にｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を減圧ＭＯＣＶＤ法によ
り結晶成長させる。

【００２６】次に、上記結晶成長終了後の半導体ウェハ
のｎ型基板面をラッピング処理して全体を所定の厚み
（例えば８０〜１００μｍ程度）とした後、上面のｐ型
結晶表面および下面のｎ型結晶表面にそれぞれ対応して
ｐ型電極（Ａｎ／Ｚｎ）金属およびｎ型電極（Ａｕ／Ｇ
ｅ）金属を蒸着し、シンターを行う。

【００２７】この後、前記幅の狭い三角形のリッジ部６
ｂを、幅の広い台形のリッジ部６ａに連なる２０μｍづ
つ残して劈開によってミラー面を出し、チップに分離し
た後、ヒートシンク上にｐ型電極側をマウントし、パッ
ケージに実装する。

【００２８】上記実施例の半導体レーザ装置は、活性層
の一部に電流を流すための通電領域６ａ、発振した光に
対する導波路６ｂ、ダブルヘテロ構造の２つのクラッド
層および活性層に直交する一対のミラー面を持ってお
り、閾値電流４０ｍＡで、６７０μｍの波長（λ）で発
振した。この場合、共振器中央部の幅の広い通電領域６
ａで発振した光からレーザ光出射端面近傍の三角形の導
波路６ｂで基本モードのみを選択し、共振器外部に取り
出すことが可能になっている。即ち、幅の狭い三角形の
導波路６ｂがＧａＡｓで埋め込まれているので、余分な
光を吸収し、有効なモードフィルタとして働いている。

【００２９】また、幅の狭い三角形の導波路６ｂは、そ
の幅がクラッド層４の厚さと同程度まで十分狭いので、
ビームの水平方向の広がり角が大きく、アスペクト比が
約１になる。因みに、ビームの垂直、水平の広がり角
は、それぞれ対応して２２°、２０°が得られ、アスペ
クト比は１．１であり、ほぼ円形のビームが得られた。
非点隔差も殆んど０μｍであり、光ディスク、レーザビ
ームプリンタなどでの使用に最適なビーム特性が得られ
た。

【００３０】また、上記三角形の導波路６ｂは、その側
面およびその外側の部分が三角形の導波路６ｂとは逆導
電型の半導体層で覆われており、電流が流れない領域
（電流非注入領域）になっているので、共振器中央部の
通電領域６ａに比べて温度上昇が少なく、さらに、過飽
和吸収体となって光を吸収した後に透明な窓になるの
で、光による端面破壊が生じなくなる。室温での光出力
は４０ｍＷで熱的に飽和しており、基本横モードも保た
れており、高出力動作が可能になった。しかも、光によ
る端面破壊が生じなくなるので、サージにも強く、順方
向１００Ｖ以上のサージ耐量が得られた。

【００３１】また、上記実施例の半導体レーザ装置の製
造方法においては、リッジ部６を形成する際、１本のス
トライプの中央部に幅の広い部分、両端部の少なくとも
一方の端部に幅の狭い部分を有するパターンマスクを用
いており、１回のマスク合わせと１回の湿式エッチング
工程で作成することができる。これにより、従来よりも
工程を複雑化することなく、大幅な特性の向上が可能と
なった。図６は、本発明の第２実施例に係る可視光領域
用の半導体レーザ装置の平面パターンを示す図である。

【００３２】この半導体レーザ装置は、前記第１実施例
の半導体レーザ装置と比べて、リッジ部６のうちの幅の
狭いリッジ部６ｂは、ストライプの長さ方向の一端部に
のみ２０μｍの長さにわたって形成されており、リッジ
部６のうちの幅の狭いリッジ部６ｂとは反対側の端面６
ｃにはミラー面が形成され、幅の広いリッジ部の端面６
ｃには反射率９５％の高反射膜が形成され、前記幅の狭
いリッジ部６ｂの端面には反射率１％のλ／４低反射膜
が形成されている点が異なり、その他は同じであるので
図１中と同一符号を付している。

【００３３】この第２実施例の半導体レーザ装置も、活
性層の一部に電流を流すための通電領域６ａ、発振した
光に対する導波路６ｂ、ダブルヘテロ構造の２つのクラ
ッド層および活性層に直交する一対のミラー面を持って
おり、基本的には前記第１実施例の半導体レーザ装置に
準じた動作により、閾値電流５０ｍＡで、６７０μｍの
波長（λ）で発振した。

【００３４】しかも、非対称コートによる効果が得られ
るので、光出力は熱的に飽和するレベルである１００ｍ
Ｗまで上昇し、一層の高出力動作が可能になった。ビー
ムの広がり角は第１実施例と同様であり、アスペクト比
は１．１、非点隔差も殆んど０μｍであった。サージ耐
量は、第１実施例と同様であり、順方向１００Ｖ以上が
得られた。これにより、記録・再生光ディスクとして
は、かってない特性を有する半導体レーザ装置が実現さ
れた。

【００３５】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、ビーム
広がりのアスペクト比がほぼ１であり、高出力動作が可
能であり、サージ耐量も大きくなり、光ディスク、レー
ザビームプリンタなどでの使用に好適な半導体レーザ装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る半導体レーザ装置の
平面パターンを示す図。

【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図４】図１のレーザ装置の製造工程の一例を示す図１
中のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】図１のレーザ装置の製造工程の一例を示す図１
中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図６】本発明の第２実施例に係る半導体レーザ装置の
平面パターンを示す図。

【図７】従来の半導体レーザ装置の平面パターンを示す
平面図。

【図８】図７中のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【符号の説明】

１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２…ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層、３…アンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層、４…ｐ型
ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、５…ｐ型ＩｎＧａＰ中間
層、６…ストライプ状のリッジ部、６ａ…ストライプ中
央部のリッジ部（通電領域）、６ｂ…ストライプ端部の
幅の狭いリッジ部（導波路）、６ｃ…幅の広いリッジ部
の端面、７…ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、８…ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、この半導体
   基板上に形成された第１導電型の半導体層からなる第１
   のクラッド層と、この第１のクラッド層の上層に形成さ
   れた第１導電型とは逆の第２導電型の半導体層からなる
   第２のクラッド層と、上記異なる導電型からなる２つの
   クラッド層の間に挟まれて形成され、上記２つのクラッ
   ド層よりバンドギャップが小さく屈折率が大きい半導体
   層からなる活性層と、この活性層の一部に電流を流すた
   めの通電手段と、発振した光に対する導波路と、前記２
   つのクラッド層および活性層に直交する一対のミラー面
   を持つ半導体レーザ装置において、 前記通電手段は、前記第２のクラッド層に形成されたス
   トライプ状のリッジ部を有し、このリッジ部は発振光の
   基本横モードと共に高次の横モードも許容される幅を有
   し、このリッジ部の側面および外側の部分は前記活性層
   よりバンドギャップが小さい第１導電型の半導体層によ
   り覆われており、 前記導波路は、少なくとも一方のミラー面近傍でストラ
   イプ状のリッジ部が狭められており、その幅は基本横モ
   ードのみを選択するように前記第２のクラッド層の厚さ
   より狭く設定されており、その断面形状は三角形であ
   り、その側面および外側の部分は前記活性層よりバンド
   ギャップが小さい第１導電型の半導体層により覆われて
   いることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 第１導電型の半導体基板上に、第１導電
   型の半導体層からなる第１のクラッド層、活性層、第２
   導電型の半導体層からなる第２のクラッド層、第２導電
   型の半導体層からなる中間層を順次結晶成長させる工程
   と、 次に、前記中間層上に酸化膜を形成する工程と、 次に、１本のストライプの中央部に幅の広い部分、少な
   くとも一端部に前記第２のクラッド層の厚さより狭い幅
   の部分を有するパターンマスクを用いて、上記酸化膜を
   順メサ方向に向いたストライプ状にパターニングし、酸
   化膜のパターンを形成する工程と、 次に、上記酸化膜のパターンをマスクとして、前記中間
   層から第２のクラッド層までを活性層近傍まで湿式エッ
   チングにより除去し、酸化膜のパターンの幅の広い部分
   の下側には断面が台形のリッジ部および酸化膜のパター
   ンの幅の狭い部分の下側には断面が三角形のリッジ部を
   形成する工程と、 次に、前記酸化膜のパターンをマスクとして、前記電流
   ブロック層を結晶成長させ、前記台形のリッジ部の両側
   の部分と前記三角形のリッジ部の側面およびその外側の
   部分をリッジ部とは逆導電型の半導体層で覆う工程と、 次に、前記酸化膜のパターンを剥がした後、上面全面に
   第２導電型の半導体層からなるコンタクト層を結晶成長
   させる工程と、 次に、上面の結晶表面および下面の結晶表面にそれぞれ
   対応して電極金属を蒸着し、前記三角形のリッジ部を台
   形のリッジ部に連なる一定長さ分残して劈開によってミ
   ラー面を出し、チップに分離した後、マウントし、パッ
   ケージに実装する工程とを具備することを特徴とする半
   導体レーザ装置の製造方法。