JPH0629615A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0629615A JPH0629615A JP18078192A JP18078192A JPH0629615A JP H0629615 A JPH0629615 A JP H0629615A JP 18078192 A JP18078192 A JP 18078192A JP 18078192 A JP18078192 A JP 18078192A JP H0629615 A JPH0629615 A JP H0629615A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高出力で信頼性の高い半導体レーザを提供す
る。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１に段差１ａを形成した
後、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
クラッド層３、ノンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層４及
びｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５を形成して活性
層中央部４ａと活性層端部４ｂとの間に積層方向の位置
ずれを形成する。
る。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１に段差１ａを形成した
後、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
クラッド層３、ノンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層４及
びｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５を形成して活性
層中央部４ａと活性層端部４ｂとの間に積層方向の位置
ずれを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高出力で高信頼性の半
導体レーザに関する。
導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体レーザは、小型、軽量なコ
ヒーレント光源として光通信、光情報処理分野で応用さ
れている。半導体レーザは、現在でも高信頼化、長寿命
化に関してほぼ満足できるレベルに到達しているが、突
発的な故障が時として生じる場合があり、本レーザを用
いた装置のシステムダウンに至ることから、問題解決が
待たれている。
ヒーレント光源として光通信、光情報処理分野で応用さ
れている。半導体レーザは、現在でも高信頼化、長寿命
化に関してほぼ満足できるレベルに到達しているが、突
発的な故障が時として生じる場合があり、本レーザを用
いた装置のシステムダウンに至ることから、問題解決が
待たれている。
【０００３】半導体レーザの劣化姿態については、これ
までかなり明らかにされてきており、突発的故障の原因
の一つに、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage 、光
学損傷）があることが知られている。これは、高電流注
入時、または比較的低電流であっても長期的に電流を注
入した際に、光出力が突然低下し、非可逆的に素子が破
壊されるもので、通常の半導体レーザの場合、共振器端
面（反射面）近傍領域がレーザ光に対して透明でなく、
吸収領域になっていることに起因している。この点をさ
らに詳言する。半導体結晶表面には表面凖位が存在し、
これを介した非発光再結合が起こる。反射面近傍の活性
層に注入されたホール、電子のキャリアはこの非発光再
結合によって失われ、そのため反射面近傍の活性層の注
入キャリア密度は共振器中央部に比べて低下する。レー
ザ発振に必要な利得はキャリア注入によって生じるが、
反射面近傍では、キャリア密度低下のため利得が得られ
ず、共振器中央部の最大利得が得られる波長である発振
波長に対して吸収領域になっている。この光吸収によっ
て、反射面近傍では温度が上昇し、バンドギャップが減
少する。この結果、更に吸収係数が大きくなって温度が
上昇する、という正帰還がかかり、遂には結晶が溶融し
て素子が破壊されてしまう。
までかなり明らかにされてきており、突発的故障の原因
の一つに、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage 、光
学損傷）があることが知られている。これは、高電流注
入時、または比較的低電流であっても長期的に電流を注
入した際に、光出力が突然低下し、非可逆的に素子が破
壊されるもので、通常の半導体レーザの場合、共振器端
面（反射面）近傍領域がレーザ光に対して透明でなく、
吸収領域になっていることに起因している。この点をさ
らに詳言する。半導体結晶表面には表面凖位が存在し、
これを介した非発光再結合が起こる。反射面近傍の活性
層に注入されたホール、電子のキャリアはこの非発光再
結合によって失われ、そのため反射面近傍の活性層の注
入キャリア密度は共振器中央部に比べて低下する。レー
ザ発振に必要な利得はキャリア注入によって生じるが、
反射面近傍では、キャリア密度低下のため利得が得られ
ず、共振器中央部の最大利得が得られる波長である発振
波長に対して吸収領域になっている。この光吸収によっ
て、反射面近傍では温度が上昇し、バンドギャップが減
少する。この結果、更に吸収係数が大きくなって温度が
上昇する、という正帰還がかかり、遂には結晶が溶融し
て素子が破壊されてしまう。
【０００４】上述したＣＯＤを回避する素子構造として
は、これまで不純物拡散（IEEE Journal of Quantum El
ectronics, Vol.QE-15、pp.775、1979) や再成長（IEEE
Journal of Quantum Electronics, Vol.QE-25、pp.149
5 、1989) によるＮＡＭ(NonAbsorbing Mirror 、非吸
収型ミラー）構造が提案されている。いずれの例も、共
振器端面のバンドギャップを実効的に広げることによ
り、共振器端面近傍での光吸収を低減することにより、
ＮＡＭ構造を実現している。
は、これまで不純物拡散（IEEE Journal of Quantum El
ectronics, Vol.QE-15、pp.775、1979) や再成長（IEEE
Journal of Quantum Electronics, Vol.QE-25、pp.149
5 、1989) によるＮＡＭ(NonAbsorbing Mirror 、非吸
収型ミラー）構造が提案されている。いずれの例も、共
振器端面のバンドギャップを実効的に広げることによ
り、共振器端面近傍での光吸収を低減することにより、
ＮＡＭ構造を実現している。
【０００５】図６は不純物拡散を利用したＮＡＭ構造の
素子断面図を示したものであり、ｎ型ＧａＡｓ基板０１
上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層０２、ｎ型Ａ
ｌyＧａ1-yＡｓ活性層０３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラ
ッド層０４が結晶成長されている。そして、共振器端部
となる領域上部にのみ誘電体膜ＳｉＯ2 ０５を設け、こ
れをマスクとして、ｐ型ドーパントであるＺｎをその先
端が活性層０３に達するように拡散してＺｎ拡散領域０
６を形成してある。ｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓの方がｐ型Ａ
ｌyＧａ1-yＡｓよりも実効的バンドギャップが大きいの
で、共振器端部の活性層０３は、発振波長に対して透明
となり、ＮＡＭ構造が実現されている。なお、図中０７
はｐ型電極、０８はｎ型電極を示す。
素子断面図を示したものであり、ｎ型ＧａＡｓ基板０１
上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層０２、ｎ型Ａ
ｌyＧａ1-yＡｓ活性層０３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラ
ッド層０４が結晶成長されている。そして、共振器端部
となる領域上部にのみ誘電体膜ＳｉＯ2 ０５を設け、こ
れをマスクとして、ｐ型ドーパントであるＺｎをその先
端が活性層０３に達するように拡散してＺｎ拡散領域０
６を形成してある。ｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓの方がｐ型Ａ
ｌyＧａ1-yＡｓよりも実効的バンドギャップが大きいの
で、共振器端部の活性層０３は、発振波長に対して透明
となり、ＮＡＭ構造が実現されている。なお、図中０７
はｐ型電極、０８はｎ型電極を示す。
【０００６】一方、図７は再成長を利用したＮＡＭ構造
の素子の斜視図を示したものであり、ｎ型ＧａＡｓ基板
０１１上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層０１
２、ｎ型ＡｌZＧａ1-ZＡｓガイド層０１３、ノンドープ
ＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層０１４、ｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａ
ｓクラッド層０１５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層０１６が
結晶成長されている。そして、共振器端部となる領域を
活性層０１４に達する深さまでエッチングし、そこに再
成長によりｎ型ＡｌsＧａ1-sＡｓ横モード閉じ込め層０
１７、ｎ型ＡｌtＧａ1-tＡｓ電流ブロック層０１８を形
成したものである。ここで、０≦ｙ＜ｚ＜ｓ＜ｔ≦１と
なるように設定すれば、共振器端部の層は発振波長に対
して透明となり、ＮＡＭ構造が実現されることになる。
なお、図中、０１９は誘電体膜ＳｉＯ2 、０２０はｐ型
電極、０２１はｎ型電極を示す。
の素子の斜視図を示したものであり、ｎ型ＧａＡｓ基板
０１１上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層０１
２、ｎ型ＡｌZＧａ1-ZＡｓガイド層０１３、ノンドープ
ＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層０１４、ｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａ
ｓクラッド層０１５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層０１６が
結晶成長されている。そして、共振器端部となる領域を
活性層０１４に達する深さまでエッチングし、そこに再
成長によりｎ型ＡｌsＧａ1-sＡｓ横モード閉じ込め層０
１７、ｎ型ＡｌtＧａ1-tＡｓ電流ブロック層０１８を形
成したものである。ここで、０≦ｙ＜ｚ＜ｓ＜ｔ≦１と
なるように設定すれば、共振器端部の層は発振波長に対
して透明となり、ＮＡＭ構造が実現されることになる。
なお、図中、０１９は誘電体膜ＳｉＯ2 、０２０はｐ型
電極、０２１はｎ型電極を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した方法
では、活性層を含む半導体多層膜を形成させた後に、不
純物を拡散させるための高温処理工程や他の半導体層を
再成長する工程を付加しなければならないという問題が
あり、また、高温処理に伴う半導体多層膜の急峻性の低
下による素子特性の劣化や歩留まりの低下などが懸念さ
れている。さらに、再成長工程を含む素子では、再成長
界面の汚染の問題が、高信頼化を実現していくうえで障
害となる虞がある。
では、活性層を含む半導体多層膜を形成させた後に、不
純物を拡散させるための高温処理工程や他の半導体層を
再成長する工程を付加しなければならないという問題が
あり、また、高温処理に伴う半導体多層膜の急峻性の低
下による素子特性の劣化や歩留まりの低下などが懸念さ
れている。さらに、再成長工程を含む素子では、再成長
界面の汚染の問題が、高信頼化を実現していくうえで障
害となる虞がある。
【０００８】本発明はこのような事情に鑑み、半導体多
層膜形成後に高温処理工程や再成長工程を付加すること
なくＮＡＭ構造を実現することができ、高出力で高信頼
性の半導体レーザを提供することを目的とする。
層膜形成後に高温処理工程や再成長工程を付加すること
なくＮＡＭ構造を実現することができ、高出力で高信頼
性の半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る半導体レーザは、第１導電型半導体基板上に、
第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド
層を含む半導体多層膜が順次形成されてなる半導体レー
ザにおいて、共振器両端部の活性層と共振器中央部の活
性層との間に積層方向の位置ずれがあり、レーザ光が共
振器端部の第１導電型クラッド層又は第２導電型クラッ
ド層を通って共振器外部に出射されることを特徴とす
る。
明に係る半導体レーザは、第１導電型半導体基板上に、
第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド
層を含む半導体多層膜が順次形成されてなる半導体レー
ザにおいて、共振器両端部の活性層と共振器中央部の活
性層との間に積層方向の位置ずれがあり、レーザ光が共
振器端部の第１導電型クラッド層又は第２導電型クラッ
ド層を通って共振器外部に出射されることを特徴とす
る。
【００１０】上記構成の半導体レーザは、活性層を含む
半導体多層膜を形成する前に、半導体基板又は活性層よ
りも基板側の半導体層に予め段差を設けておき、この上
に活性層を含む半導体多層膜を形成するようにすれば容
易に実現できる。このとき、上記段差が活性層の結晶成
長まで保持されていれば上記構成の半導体レーザが、実
現でき、段差の形状により、共振器両端部の活性層と中
央部の活性層とが連続するか、不連続になるかが決定す
る。
半導体多層膜を形成する前に、半導体基板又は活性層よ
りも基板側の半導体層に予め段差を設けておき、この上
に活性層を含む半導体多層膜を形成するようにすれば容
易に実現できる。このとき、上記段差が活性層の結晶成
長まで保持されていれば上記構成の半導体レーザが、実
現でき、段差の形状により、共振器両端部の活性層と中
央部の活性層とが連続するか、不連続になるかが決定す
る。
【００１１】半導体多層膜の結晶成長法としては、半導
体基板又は活性層よりも基板側の半導体に形成した段差
が徐々になくなっていく成長モードを有するＭＯＶＰＥ
（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy、有機金属気相成
長）法やＭＢＥ（MolecularBeam Epitaxy、分子線エピ
タキシー）法、またはＭＯＭＢＥ（Metalorganic Molec
ular Beam Epitaxy 、有機金属分子線エピタキシー）法
が有効である。また、従来から半導体レーザを製作する
際に用いられてきたＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy、液
相成長法）は、基板に設けた段差がその上に形成する１
層目の半導体層で平坦化され易いために活性層の非平坦
性（位置ずれ）が十分でなく、レーザ発振時の電界が活
性層から十分しみ出さないため、本発明の効果が発現し
難い。
体基板又は活性層よりも基板側の半導体に形成した段差
が徐々になくなっていく成長モードを有するＭＯＶＰＥ
（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy、有機金属気相成
長）法やＭＢＥ（MolecularBeam Epitaxy、分子線エピ
タキシー）法、またはＭＯＭＢＥ（Metalorganic Molec
ular Beam Epitaxy 、有機金属分子線エピタキシー）法
が有効である。また、従来から半導体レーザを製作する
際に用いられてきたＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy、液
相成長法）は、基板に設けた段差がその上に形成する１
層目の半導体層で平坦化され易いために活性層の非平坦
性（位置ずれ）が十分でなく、レーザ発振時の電界が活
性層から十分しみ出さないため、本発明の効果が発現し
難い。
【００１２】
【作用】前記構成の半導体レーザでは、共振器両端部の
活性層と共振器中央部とで積層方向の位置ずれがあるの
で、共振器中央部の活性層の両端は当該活性層よりもバ
ンドギャップの大きいクラッド層となり、ＮＡＭ構造が
実現されている。
活性層と共振器中央部とで積層方向の位置ずれがあるの
で、共振器中央部の活性層の両端は当該活性層よりもバ
ンドギャップの大きいクラッド層となり、ＮＡＭ構造が
実現されている。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１４】図１は、一実施例に係る半導体レーザの斜
視図、図２はその断面図である。両図に示すように、ｎ
型ＧａＡｓ基板１上にはＳｅドープｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２、Ｓｅドープｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層
３、ノンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層４、Ｚｎドープ
ｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５、及びＺｎドープ
ｐ型ＧａＡｓキャップ層６が順次形成されており、（こ
こで、ｘ、ｘ′、ｙは、０≦ｙ＜ｘ≦ｘ′≦１の関係が
ある）その上部中央部には共振方向に延びる溝７に挟さ
まれたリッジ導波構造８が形成されている。また、各半
導体多層膜は共振方向両端部と中央部とで段差が形成さ
れている。この中で活性層４は、活性層中央部４ａと活
性層端部４ｂとで積層方向の位置がずれており、両者は
端面に向って下り斜面となる活性層傾斜部４ｃで連結さ
れている。すなわち、活性層中央部４ａの水平方向両側
はクラッド層５となり、ＮＡＭ構造（非吸収型ミラー）
が実現されている。
視図、図２はその断面図である。両図に示すように、ｎ
型ＧａＡｓ基板１上にはＳｅドープｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２、Ｓｅドープｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層
３、ノンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層４、Ｚｎドープ
ｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５、及びＺｎドープ
ｐ型ＧａＡｓキャップ層６が順次形成されており、（こ
こで、ｘ、ｘ′、ｙは、０≦ｙ＜ｘ≦ｘ′≦１の関係が
ある）その上部中央部には共振方向に延びる溝７に挟さ
まれたリッジ導波構造８が形成されている。また、各半
導体多層膜は共振方向両端部と中央部とで段差が形成さ
れている。この中で活性層４は、活性層中央部４ａと活
性層端部４ｂとで積層方向の位置がずれており、両者は
端面に向って下り斜面となる活性層傾斜部４ｃで連結さ
れている。すなわち、活性層中央部４ａの水平方向両側
はクラッド層５となり、ＮＡＭ構造（非吸収型ミラー）
が実現されている。
【００１５】かかる半導体レーザを製造工程を示しなが
らさらに詳細に説明す。まず、Ｓｉを２×１０18ｃｍ-3
ドープした（００１）面を有するｎ型ＧａＡｓ基板（図
に示すｎ型ＧａＡｓ基板１を共振方向に複数個連結した
大きさのもの）上に、通常のフォトレジスト工程により
［１−１０］方向（ミラー指数においてはバー１の表示
を−１と表示する）に幅２０μｍ、ピッチ９００μｍの
ストライプ状の窓を有するフォトレジスト膜を形成し、
この窓を通して、（硫酸）：（過酸化水素水）：（水）
＝１：８：２０のエッチング液を用いて３０℃で１６秒
間化学エッチングすることにより、深さ１μｍの溝を形
成する。この溝のエッチング停止面である側壁が図示す
る段差１ａに相当する。
らさらに詳細に説明す。まず、Ｓｉを２×１０18ｃｍ-3
ドープした（００１）面を有するｎ型ＧａＡｓ基板（図
に示すｎ型ＧａＡｓ基板１を共振方向に複数個連結した
大きさのもの）上に、通常のフォトレジスト工程により
［１−１０］方向（ミラー指数においてはバー１の表示
を−１と表示する）に幅２０μｍ、ピッチ９００μｍの
ストライプ状の窓を有するフォトレジスト膜を形成し、
この窓を通して、（硫酸）：（過酸化水素水）：（水）
＝１：８：２０のエッチング液を用いて３０℃で１６秒
間化学エッチングすることにより、深さ１μｍの溝を形
成する。この溝のエッチング停止面である側壁が図示す
る段差１ａに相当する。
【００１６】次に、フォトレジスト膜を除去した後、Ｓ
ｅドープｎ型ＧａＡｓバッファ層２を0.５μｍ、Ｓｅド
ープｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層３を1.５μｍ、ノ
ンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層４を0.１μｍ、Ｚｎド
ープｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５を1.５μｍ、
Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層６を0.２μｍ、ＭＯ
ＶＰＥ法（有機金属気相成長法）により順次成長させ
る。こうして形成された半導体多層膜の断面は、図１、
２に示すように、半導体基板１形成した段差１ａが、活
性層４が結晶成長されるまで保持され、活性層４が平坦
でなくなっている。
ｅドープｎ型ＧａＡｓバッファ層２を0.５μｍ、Ｓｅド
ープｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層３を1.５μｍ、ノ
ンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層４を0.１μｍ、Ｚｎド
ープｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５を1.５μｍ、
Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層６を0.２μｍ、ＭＯ
ＶＰＥ法（有機金属気相成長法）により順次成長させ
る。こうして形成された半導体多層膜の断面は、図１、
２に示すように、半導体基板１形成した段差１ａが、活
性層４が結晶成長されるまで保持され、活性層４が平坦
でなくなっている。
【００１７】次に、レーザの横モードを制御するため、
フォトリソグラフ及びドライエッチングを用いて、図１
に示すような［１１０］方向に延びる溝７を形成し、幅
３μｍのリッジ導波構造８とする。その後、ＳｉＯ2 の
誘電体膜９をスパッタ法により形成し、電流注入領域を
規定するため活性層中央部のリッジ上部のみ窓あけをし
た後、ｐ型電極（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）１０を蒸着する。
次に、ウエハの厚みを約１００μｍとなるようにＧａＡ
ｓ基板の裏面をエッチングしてｎ型電極（ＡｕＧｅＮ
ｉ）１１を蒸着し、４５０℃でシンタリングを行う。次
に、ＧａＡｓ基板に設けた溝の中央でへき開して共振器
長９００μｍとし、更に出射側のへき開面にＡｌ2 Ｏ3
膜を、反対側のへき開面にＡｌ2 Ｏ3 ／ＴｉＯ2 の多層
膜をスパッタ法により形成することで半導体レーザとす
る。
フォトリソグラフ及びドライエッチングを用いて、図１
に示すような［１１０］方向に延びる溝７を形成し、幅
３μｍのリッジ導波構造８とする。その後、ＳｉＯ2 の
誘電体膜９をスパッタ法により形成し、電流注入領域を
規定するため活性層中央部のリッジ上部のみ窓あけをし
た後、ｐ型電極（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）１０を蒸着する。
次に、ウエハの厚みを約１００μｍとなるようにＧａＡ
ｓ基板の裏面をエッチングしてｎ型電極（ＡｕＧｅＮ
ｉ）１１を蒸着し、４５０℃でシンタリングを行う。次
に、ＧａＡｓ基板に設けた溝の中央でへき開して共振器
長９００μｍとし、更に出射側のへき開面にＡｌ2 Ｏ3
膜を、反対側のへき開面にＡｌ2 Ｏ3 ／ＴｉＯ2 の多層
膜をスパッタ法により形成することで半導体レーザとす
る。
【００１８】この半導体レーザの電流−光出力特性を図
３に示す。また比較のため、段差を持たない平坦な活性
層を有する通常の半導体レーザの電流−光出力特性も同
図に示す。同図より、本実施例の半導体レーザでは、閾
値電流が通常のものに比べて多少増大するものの、共振
器中央部の活性層中央部４ａで生じた誘電放出光（レー
ザ光）が、共振器端部で、活性層４よりもバンドギャッ
プの大きいｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５を通っ
て共振器外部に出射されるＮＡＭ構造のため、高出力時
の光出力の突発的な低下即ちＣＯＤは見られず、高出力
特性が改善されたことがわかる。また、本実施例の半導
体レーザは、５０℃１５０ｍＷの一定光出力通電試験に
おいても、動作電流の急激な増大は見られず、良好な結
果を得ている。
３に示す。また比較のため、段差を持たない平坦な活性
層を有する通常の半導体レーザの電流−光出力特性も同
図に示す。同図より、本実施例の半導体レーザでは、閾
値電流が通常のものに比べて多少増大するものの、共振
器中央部の活性層中央部４ａで生じた誘電放出光（レー
ザ光）が、共振器端部で、活性層４よりもバンドギャッ
プの大きいｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層５を通っ
て共振器外部に出射されるＮＡＭ構造のため、高出力時
の光出力の突発的な低下即ちＣＯＤは見られず、高出力
特性が改善されたことがわかる。また、本実施例の半導
体レーザは、５０℃１５０ｍＷの一定光出力通電試験に
おいても、動作電流の急激な増大は見られず、良好な結
果を得ている。
【００１９】上記製造例では、活性層傾斜部４ｃの水平
面とのなす角θは約５０度となる。この角度θはエッチ
ング液の組成等を変更することで変えることができる。
ここで、レーザ光が活性層中央部４ａの端部で曲げられ
て活性層傾斜部４ｃにガイドされて導波する量は、角度
θに依存し、θが大きいほど小さくなる。したがって、
逆に、θが大きいほど、誘電放出光は共振器端部でクラ
ッド層５を導波することになり、ＮＡＭ構造の特徴を生
かすことができる。検討の結果、角度θを３０度以上に
すると、図３に示すような高出力特性の改善が見られ
た。
面とのなす角θは約５０度となる。この角度θはエッチ
ング液の組成等を変更することで変えることができる。
ここで、レーザ光が活性層中央部４ａの端部で曲げられ
て活性層傾斜部４ｃにガイドされて導波する量は、角度
θに依存し、θが大きいほど小さくなる。したがって、
逆に、θが大きいほど、誘電放出光は共振器端部でクラ
ッド層５を導波することになり、ＮＡＭ構造の特徴を生
かすことができる。検討の結果、角度θを３０度以上に
すると、図３に示すような高出力特性の改善が見られ
た。
【００２０】上記実施例では、活性層４が平坦でなく、
活性層傾斜部４ｃが形成されるのは、基板１に段差１ａ
が形成されていることに基づく。この段差の形成は必ず
しもエッチングによる必要がないことは言うまでもな
い。また、段差を基板１ではなく、活性層より基板側の
半導体層に形成してもよい。
活性層傾斜部４ｃが形成されるのは、基板１に段差１ａ
が形成されていることに基づく。この段差の形成は必ず
しもエッチングによる必要がないことは言うまでもな
い。また、段差を基板１ではなく、活性層より基板側の
半導体層に形成してもよい。
【００２１】かかる段差の形成を化学エッチングの特性
を生かして行うと、エッチング停止面である段差１ａを
（１１１）Ａ面とすることができ、この場合のエッチン
グ停止面とエッチング前の面とのなす角度φ1 は５４．
７度となる。なお、このφ1は角度θとほぼ一致する。
このようにエッチング停止面を利用して段差を形成する
方法は、電流−光出力特性の改善のみならず、素子製作
の再現性の面からも好適である。
を生かして行うと、エッチング停止面である段差１ａを
（１１１）Ａ面とすることができ、この場合のエッチン
グ停止面とエッチング前の面とのなす角度φ1 は５４．
７度となる。なお、このφ1は角度θとほぼ一致する。
このようにエッチング停止面を利用して段差を形成する
方法は、電流−光出力特性の改善のみならず、素子製作
の再現性の面からも好適である。
【００２２】図４には、他の実施例に係る半導体レーザ
の断面構造を示す。各半導体層の組成は上記実施例と同
じであり、同一組成の層に同一符号を付して重複する説
明は省略する。
の断面構造を示す。各半導体層の組成は上記実施例と同
じであり、同一組成の層に同一符号を付して重複する説
明は省略する。
【００２３】本実施例では、最初のｎ型ＧａＡｓ基板上
へのフォトレジスト工程で、［１１０］方向にストライ
プ状の窓を有するフォトレジスト膜を形成し、次いで、
（硫酸）：（過酸化水素水）：（水）＝１：８：１のエ
ッチング液を用いて１０℃で８秒間の化学エッチングを
施すことにより、エッチングにより形成した溝の側面で
ある段差１ｂの面とエッチング前の面とのなす角φ2 を
約１２５度とすることができる。
へのフォトレジスト工程で、［１１０］方向にストライ
プ状の窓を有するフォトレジスト膜を形成し、次いで、
（硫酸）：（過酸化水素水）：（水）＝１：８：１のエ
ッチング液を用いて１０℃で８秒間の化学エッチングを
施すことにより、エッチングにより形成した溝の側面で
ある段差１ｂの面とエッチング前の面とのなす角φ2 を
約１２５度とすることができる。
【００２４】この段差１ｂを有する基板上に半導体多層
膜をＭＯＶＰＥ法で成長した場合、図４に示すように、
段差１ｂの上の部分と段差１ｂの下の部分とは成長層が
継がらずに成長し、また段差１ｂの上の部分では、（１
１１）Ｂ面ファセットを形成しながら成長する。このた
め、共振器中央部の活性層中央部４ａと共振器端部の活
性層端部４ｂとが完全に分離した構造を実現でき、共振
器端部では、レーザ光はｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッ
ド層５を通って出射され、完全なＮＡＭ構造とすること
ができる。またこの場合、前記実施例における角度θが
小さい場合に問題となる、レーザ光が段差により曲げら
れた活性層にガイドされるために出射光のビーム形状が
歪むという影響を回避することができる。
膜をＭＯＶＰＥ法で成長した場合、図４に示すように、
段差１ｂの上の部分と段差１ｂの下の部分とは成長層が
継がらずに成長し、また段差１ｂの上の部分では、（１
１１）Ｂ面ファセットを形成しながら成長する。このた
め、共振器中央部の活性層中央部４ａと共振器端部の活
性層端部４ｂとが完全に分離した構造を実現でき、共振
器端部では、レーザ光はｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッ
ド層５を通って出射され、完全なＮＡＭ構造とすること
ができる。またこの場合、前記実施例における角度θが
小さい場合に問題となる、レーザ光が段差により曲げら
れた活性層にガイドされるために出射光のビーム形状が
歪むという影響を回避することができる。
【００２５】図５には他の実施例に係る半導体レーザの
断面構造を示す。各半導体層の組成は上述した２つの実
施例と同じであり、同一組成の層に同一符号を付して重
複する説明は省略する。
断面構造を示す。各半導体層の組成は上述した２つの実
施例と同じであり、同一組成の層に同一符号を付して重
複する説明は省略する。
【００２６】本実施例では最初のｎ型ＧａＡｓ基板上へ
のフォトレジスト工程で、上記第１の実施例とは逆のパ
タンの窓を有する。すなわち［１１０］方向に幅８８０
μｍ、ピッチ９００μｍのストライプ状の窓を有するフ
ォトレジスト膜を形成し、この窓を通して化学エッチン
グを施したものである。このエッチングにより、溝の側
面である段差１ｃの面とエッチング前の面とのなす角φ
3 が９０度より大きくなる。この上に各半導体層を形成
し、上記エッチングにより溝が形成されていない部分の
中央でへき開することにより、各半導体層が段差１ｃの
ところで分離されて中央部が両端より落ちこんだ構造が
実現される。本構造では、レーザ光は活性層中央部４ａ
より基板側のクラッド層であるｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓク
ラッド層３を通って出射され、上記第１の実施例と同様
の効果を得ることができる。要するに、共振器端部の活
性層端部４ｂと共振器中央部の活性層中央部４ａとが平
坦でなく、レーザ光が、共振器端部で上下いずれかのク
ラッド層を通って共振器外部に出射されれば、同様の効
果を得られる訳である。
のフォトレジスト工程で、上記第１の実施例とは逆のパ
タンの窓を有する。すなわち［１１０］方向に幅８８０
μｍ、ピッチ９００μｍのストライプ状の窓を有するフ
ォトレジスト膜を形成し、この窓を通して化学エッチン
グを施したものである。このエッチングにより、溝の側
面である段差１ｃの面とエッチング前の面とのなす角φ
3 が９０度より大きくなる。この上に各半導体層を形成
し、上記エッチングにより溝が形成されていない部分の
中央でへき開することにより、各半導体層が段差１ｃの
ところで分離されて中央部が両端より落ちこんだ構造が
実現される。本構造では、レーザ光は活性層中央部４ａ
より基板側のクラッド層であるｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓク
ラッド層３を通って出射され、上記第１の実施例と同様
の効果を得ることができる。要するに、共振器端部の活
性層端部４ｂと共振器中央部の活性層中央部４ａとが平
坦でなく、レーザ光が、共振器端部で上下いずれかのク
ラッド層を通って共振器外部に出射されれば、同様の効
果を得られる訳である。
【００２７】以上、本発明を実施例に基づいて述べた
が、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、例
えば、半導体材料は、上記ＡｌＧａＡｓ系に限定され
ず、基板がＩｎＰ、Ｓｉ等の他の半導体材料で構成され
ていても、また上記ＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層が、単一ま
たは多重の量子井戸または基板と異なる格子定数の半導
体層を活性層とする単一または多重の歪量子井戸を含む
ＳＣＨ（Separate-Conefinement Heterostructure ）構
造で構成されていても、同様の効果を得ることができ
る。要するに本発明は、その主旨と範囲を逸脱すること
なく、種々の変更が可能である。
が、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、例
えば、半導体材料は、上記ＡｌＧａＡｓ系に限定され
ず、基板がＩｎＰ、Ｓｉ等の他の半導体材料で構成され
ていても、また上記ＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層が、単一ま
たは多重の量子井戸または基板と異なる格子定数の半導
体層を活性層とする単一または多重の歪量子井戸を含む
ＳＣＨ（Separate-Conefinement Heterostructure ）構
造で構成されていても、同様の効果を得ることができ
る。要するに本発明は、その主旨と範囲を逸脱すること
なく、種々の変更が可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザの共振器端部の活性層と共振器中央部の活
性層とが平坦でなく、レーザ光が共振器端部で活性層よ
りもバンドギャップの大きいクラッド層を通って共振器
外部に出射されるので、高電流注入時、または比較的低
電流であっても長期的に電流を注入した際に起きるＣＯ
Ｄによる素子の劣化、破壊を生じることなく、半導体レ
ーザの高信頼化が得られる。また従来の技術のように、
活性層を含む半導体多層膜を形成させた後の、不純物を
拡散させるための高温処理工程や他の半導体層を結晶成
長する工程を付加していないで製造できるので、高温処
理に伴う半導体多層膜の急峻性の低下による素子特性の
劣化や歩留まりの低下などをもたらすこともない。
半導体レーザの共振器端部の活性層と共振器中央部の活
性層とが平坦でなく、レーザ光が共振器端部で活性層よ
りもバンドギャップの大きいクラッド層を通って共振器
外部に出射されるので、高電流注入時、または比較的低
電流であっても長期的に電流を注入した際に起きるＣＯ
Ｄによる素子の劣化、破壊を生じることなく、半導体レ
ーザの高信頼化が得られる。また従来の技術のように、
活性層を含む半導体多層膜を形成させた後の、不純物を
拡散させるための高温処理工程や他の半導体層を結晶成
長する工程を付加していないで製造できるので、高温処
理に伴う半導体多層膜の急峻性の低下による素子特性の
劣化や歩留まりの低下などをもたらすこともない。
【図１】第１の実施例に係る半導体レーザの斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の断面図である。
【図３】第１の実施例の半導体レーザの電流−光出力特
性図である。
性図である。
【図４】第２の実施例に係る半導体レーザの断面図であ
る。
る。
【図５】第３の実施例に係る半導体レーザの断面図であ
る。
る。
【図６】不純物拡散を利用してＮＡＭ構造とした従来の
半導体レーザの断面図である。
半導体レーザの断面図である。
【図７】再成長を利用してＮＡＭ構造とした従来の半導
体レーザの断面図である。
体レーザの断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １ａ〜１ｃ 基板に設けられた段差 ２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層 ４ ノンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ活性層 ５ ｐ型Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓクラッド層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ９ 誘電体膜ＳｉＯ2 １０ ｐ型電極 １１ ｎ型電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 純一 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 都築 信頼 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を含む半
導体多層膜が順次形成されてなる半導体レーザにおい
て、共振器両端部の活性層と共振器中央部の活性層との
間に積層方向の位置ずれがあり、レーザ光が共振器端部
の第１導電型クラッド層又は第２導電型クラッド層を通
って共振器外部に出射されることを特徴とする半導体レ
ーザ。 - 【請求項２】 請求項１において、共振器両端部の活性
層と共振器中央部の活性層とが連続的に形成されてお
り、両者をつなぐ活性層が、水平方向から３０度以上傾
斜していることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求１において、共振器両端部の活性層
と共振器中央部の活性層とが不連続であることを特徴と
する半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18078192A JPH0629615A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18078192A JPH0629615A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629615A true JPH0629615A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16089223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18078192A Pending JPH0629615A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629615A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008066647A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-07-08 JP JP18078192A patent/JPH0629615A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008066647A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000509 |