JPH0644660B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPH0644660B2 JP18553185A JP18553185A JPH0644660B2 JP H0644660 B2 JPH0644660 B2 JP H0644660B2 JP 18553185 A JP18553185 A JP 18553185A JP 18553185 A JP18553185 A JP 18553185A JP H0644660 B2 JPH0644660 B2 JP H0644660B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、作り付け導波路構造を備えた半導体レーザ装
置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、ディジタル・オーディオ・ディスク(DAD),
ビデオ・ディスク,ドキュメント・フィルム等の光ディ
スク装置や光通信用の光源として、半導体レーザの需要
が増加している。光ディスク装置に用いる半導体レーザ
の特性としては、基本横モードが安定に得られること、
非点収差が小さいこと、信頼性に優れること等が要求さ
れる。
このような用途に適した半導体レーザとして、第3図に
示す如き屈折率導波型レーザが提案されている(Proc.o
f 16th Conf.on Solid State Devices and Materials
(1984)p153)。図中31はN−GaAs基板、32はN
−GaAlAsクラッド層、33はGaAlAs活性
層、34はP−GaAlAsクラッド層、35はN−G
aAs電流狭窄層、36はP−GaAlAs導波層、3
7はP−GaAlAs被覆層、38はP−GaAsコン
タクト層、39,40は金属電極層をそれぞれ示してい
る。
なお、上記構造は基板31から電流狭窄層35までの第
1回目の結晶成長と、電流狭窄層35の一部をストライ
プ状にエッチングしたのちに導波層36からコンタクト
層38までの第2回目の結晶成長とからなる2段階の結
晶成長プロセスにより作成される。ここで、第2回目の
結晶成長の開始時点における導波層36の成長は、一旦
表面が空気中に晒されたGaAlAs面上への成長であ
る。このため、従来のLPE法では成長が難しく、Ga
AlAs面上への成長が容易なMOCVD法によって初
めて制御性良く製作できるようになったものである。
ところで、上記レーザでは、導波層36がストライプ状
溝部42において活性層33に近接して配置されている
ことにより、横モード制御が行われている。即ち、接合
面に垂直方向のモードの実効屈折率を考えた場合、スト
ライプ状溝部42ではクラッド層32,34,活性層3
3,導波層36,被覆層37のそれぞれの屈折率及び厚
さ等から決まる値neffをとるが、ストライプ状溝部42
以外の領域では、導波層36及び被覆層37が活性層3
3から十分離れているので、neffより小さいneff′とな
る。このような水平方向の実効屈折率の分布により、光
はストライプ部分に閉込められる。
このように第3図に示すレーザは、屈折率導波型である
ため、非点収差は殆どなく、モードも安定である。ま
た、導波層側へ光が広がって導波されるので、活性層に
おける光密度を低減でき、高出力動作にも有利である。
しかしながら、この種の装置にあっては次の〜のよ
うな問題があった。
ストライプ部以外の領域で活性層と電流狭窄層とを所
定の距離以上離さなければならないので、ストライプ状
溝部形成のためのエッチング量が大きくなり、ストライ
プ状溝部での活性層と導波層との距離h及びストライプ
幅Wがばらつく。
活性層と電流狭窄層との距離が大きいため、ストライ
プ状溝部の両側への電流リークが大きく、内部量子効率
が低下する。
電流狭窄層としてGaAAsを用いているため、上下
のGaAlAs層との間の格子整合に起因する応力歪み
により、高出力動作における信頼性確保が難しい。
上記問題のうちは横モードの安定性に影響する。第4
図はストライプ状溝部における活性層と導波層との距離
h[μm],導波層の厚さ t[μm]に対し、実効屈折率差Δneff (n=neff-neff′)及び活性層への光閉込め係数「の
値をプロットしたものである。この例では、クラッド層
32,活性層33,クラッド層34,導波層36,被覆
層37におけるAlの組成比をそれぞれ0.4,0.06,0.4,
0.27,0.4とし、活性層の厚さは0.06[μm]として
計算した。安定な横モードを得るには、プラズマ効果等
による屈折率減少を補うだけのΔneffが必要で、実験的
にもΔneffが〜10−2付近で安定な基本横モードが得
られることが認められている。また、光閉込め係数「が
小さ過ぎるとときい値が大きくなってしまい、逆に「が
大き過ぎると高出力動作における劣化につながるため、
適正な値に設定することが必要である。例えば、Δneff
の適正範囲を0.8〜1.6×10−2、「の適正範囲
を0.06〜0.12とすると、t,hの許容範囲は第
4図に斜線で示す領域となる。従って、tの値は勿論の
こと、hの値も精度良く設定しなければならない。しか
し第3図の構造では、hに対してストライプ状溝部形成
のためのエッチング量が約1桁大きいため、hのバラツ
キを避けることはできず、量産の場合の歩留りが低い。
また、上記の問題点に関しては、特に高出力、例えば
50[mW]以上の光出力での動作における信頼性に影
響する。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、発振横モードが安定で、電流リークを
少なくすることができ、且つ信頼性に優れた半導体レー
ザ装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、電流狭窄層としてAlを含む化合物半
導体材料を用いることにより、格子整合による応力歪み
を低減し、さらにストライプ状溝部形成のためのエッチ
ング量の低減を可能としたことにある。
即ち本発明は、活性層に対し基板と反対側のクラッド層
上に該クラッド層とは導電型の異なる電流狭窄層をスト
ライプ状部分を除いて形成し、この上に上記クラッド層
と同じ導電型で該クラッド層よりも屈折率の高い導波層
を形成し、且つこの導波層上に上記クラッド層と同じ導
電型で導波層よりも屈折率の低い導波層を形成して、電
流狭窄効果及び作り付け導波路効果を持たせたヘテロ接
合型半導体レーザ装置において、前記クラッド層,電流
狭窄層及び導波層をAlを含む同種の化合物半導体材料
で形成し、且つ前記電流狭窄層におけるAlの組成比を
前記導波層におけるそれよりも大きく設定するようにし
たものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電流狭窄層として、クラッド層及び導
波層と同様に、Alを含む化合物半導体材料を用いてい
るので、電流狭窄層の両界面における応力歪みが緩和さ
れることにある。このため、高出力動作における信頼性
を著しく改善することができる。また、電流狭窄層の屈
折率が小さく且つ光吸収係数が小さくなるので、クラッ
ド層の膜厚を薄く形成することができる。このため、ス
トライプ状溝部以外へのリーク電流を低減することがで
き、且つモード安定性を得るのに必要な寸法再現性を高
めることができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。図中11はN−GaAs基
板、12はN−Ga0・6Al0・4Asクラッド層、
13はGa0・94Al0・06As活性層、14はP
−Ga0・6Al0・4Asクラッド層、15はN−G
0・65Al0・35As電流狭窄層、16はP−G
0・73Al0・27As導波層、17はP−Ga
0・6Al0・4As被覆層、18はP−GaAsコン
タクト層、19,20は金属電極層をそれぞれ示してい
る。
上記構造のレーザは、第2図(a)〜(c)に示す工程
によって実現される。まず、第2図(a)に示す如く面
方位(100)のN−GaAs基板、11上に厚さ0.
7[μm]のN−GaAlAsクラッド層12、厚さ
0.06[μm]のGaAlAs活性層13、厚さ0.
7[μm]のP−GaAlAsクラッド層14、及び厚
さ0.7[μm]のN−GaAlAs電流狭窄層15を
順次成長せしめた。この第1回目の結晶成長にはMOC
VD法を用いた。なお、第1回目の結晶成長には必ずし
もMOCVD法を用いる必要はないが、大面積で均一性
の良い結晶成長が可能なMOCVD法を用いることは、
量産化を考えた場合LPE法に比べて有利である。
次いで、第2図(b)に示す如く電流狭窄層15上にフ
ォトレジスト21を塗布し、該レジスト21に幅1.5
[μm]のストライプ状窓を形成し、これをマスクとし
て電流狭窄層15を選択エッチングし、さらにクラッド
層14を途中までエッチングしてストライプ状の溝部2
2を形成した。溝部22の底面の幅Wは1[μm]、底
面から活性層13までの距離hは0.4[μm]に形成
した。ここで、電流狭窄層15をGaAlAsで形成し
ているので、クラッド層14を従来よりも薄く形成する
ことができる。そして、ストライプ状溝部42の深さは
約1[μm]で、電流狭窄層15がGaAsの場合の約
半分で済むことになり、寸法再現性が大幅に向上する。
また、電流狭窄層15におけるAlの組成比を更に高く
し、例えば0.4とすると、クラッド層14と屈折率が
同じとなり、クラッド層14の膜厚をより薄く形成する
ことが可能である。
次いで、レジスト21を除去し表面洗浄処理を施したの
ち、第2回目の結晶成長をMOCVD法で行った。即
ち、第2図(c)に示す如く全面に厚さ0.2[μm]
のP−GaAlAs導波層16、厚さ1.25[μm]
の被覆層17及び厚さ5[μm]のP−GaAsコンタ
クト層18を成長形成した。これ以降は、通常の電極付
け工程によりコンタクト層18上にCr−Au電極19
を、さらに基板11の下面にAu−Ge電極20を被着
して前記第1図に示す如き構造を得た。
かくして得られた試料をへき開により共振器長250
[μm]のファブリペロー型レーザに切出した素子の特
性は、しきい値電流35[mA]と低く、微分量子効率
も50[%]と良好であった。また、出力50[mW]
以上までキンクのない線形性の良い電流−光出力特性が
得られた。さらに、レーザ端面より放射されたレーザ光
ビームの接合面に水平方向、垂直方向のビームウェスト
は端面に一致しており、良好な屈折率ガイドになってい
ることが確認できた。
このように本実施例によれば、電流狭窄挿15をGaA
lAsで形成しているので、上下のGaAlAs層(1
4,16)との間の格子整合がとれ、電流狭窄層15の
両界面における応力歪みが緩和されることになる。この
ため、高出力動作における信頼性を著しく改善すること
ができる。また、電流狭窄層15の屈折率が小さく且つ
光吸収係数が小さくなるので、電流狭窄層15を活性層
13に近付けることが可能となり、クラッド層14の膜
厚を薄く形成することができる。このため、ストライプ
状溝部42以外へのリーク電流を低減することができ、
且つモード安定性を得るのに必要な寸法再現性を高める
ことができる。即ち、発振横モードが安定で電流リーク
も少なく、また信頼性に優れた半導体レーザを実現する
ことができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記電流狭窄層におけるAlの組成比は、
前記導波層におけるそれよりも大きい範囲で適宜変更可
能である。また、構成材料としてはGaAlAsに限る
ものではなく、AlGaInP或いはAlGaZnP等
の化合物半導体材料を用いることも可能である。さら
に、結晶成長法としては、MOCVD法の代りに、MB
E法を用いることもできる。また、基板としてP型基板
を用い、各層の導電型を逆にすることも可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図、第2図(a)〜(c)は上記レーザ
の製造工程を示す断面図、第3図は従来レーザの概略構
造を示す断面図、第4図は実効屈折率差Δneff及び活性
層の光閉込め係数「と寸法との関係を示す特性図であ
る。 11…N−GaAs基板、12…N−Ga0・6Al
0・4Asクラッド層、13…Ga0・94Al
0・06As活性層、14…P−Ga0・6Al0・4
Asクラッド層、15…N−Ga0・65Al0・35
As電流狭窄層、16…P−Ga0・73Al0・27
As導波層、17…P−Ga0・6Al0・4As被覆
層、18…P−GaAsコンタクト層、19,20…金
属電極層、21…レジスト、22…ストライプ状溝部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 基幸 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岡島 正季 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 木之下 秀明 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 松浦 延行 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性層に対し基板と反対側のクラッド層上
    に該クラッド層とは導電型の異なる電流狭窄層をストラ
    イプ状部分を除いて形成し、この上に上記クラッド層と
    同じ導電型で該クラッド層よりも屈折率の高い導波層を
    形成し、且つこの導波層上に上記クラッド層と同じ導電
    型で導波層よりも屈折率の低い被覆層を形成して、電流
    狭窄効果及び作り付け導波路効果を持たせたヘテロ接合
    型半導体レーザ装置において、前記クラッド層,電流狭
    窄層及び導波層をAlを含む同種の化合物半導体材料で
    形成し、且つ前記電流狭窄層におけるAlの組成比を前
    記導波層におけるそれよりも大きく設定したことを特徴
    とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】前記Alを含む同種の化合物半導体材料と
    して、GaAlAsを用いたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】前記電流狭窄層におけるAlの組成比を、
    前記クラッド層におけるそれと等しく設定したことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装
    置。
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