JPH0671122B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH0671122B2
JPH0671122B2 JP62333967A JP33396787A JPH0671122B2 JP H0671122 B2 JPH0671122 B2 JP H0671122B2 JP 62333967 A JP62333967 A JP 62333967A JP 33396787 A JP33396787 A JP 33396787A JP H0671122 B2 JPH0671122 B2 JP H0671122B2
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semiconductor laser
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gaas
laser device
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秀典 河西
寛 林
泰司 森本
進治 兼岩
雅広 山口
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光通信、光ディスクなどの情報映像分野に於け
る光源等として利用されるもので、高出力で安定な半導
体レーザ素子の新しい構造に関するものである。
〈従来技術〉 光ディスク装置等の光源として半導体レーザは幅広く使
用されてきているが、書き込みの可能な追記型ディスク
や消去も可能な書替可能型光ディスクの光源として用い
るためには20〜40mWという高い光出力が必要される。現
在比較的高出力の半導体レーザが実用化されているが半
導体レーザの信頼性を同一構造の素子で比較した場合光
出力の4乗に反比例することが報告されており高出力化
は極めて難しいと考えられる。
高出力半導体レーザの劣化の要因の1つに光出射端面の
劣化があることはよく知られている。第9図に従来の半
導体レーザの構造図の一例を示す。この構造はVSIS(V
−channeled Substrate Inner Stripe)レーザと呼ばれ
るものである。この従来の構造では、p−GaAs基板11上
に電流を遮断するためのn−GaAs電流ブロッキング層12
が堆積された後、GaAs基板に到達するV型溝が形成され
る。その上にp−GaAlAsクラッド層13,GaAs又はGaAlAs
活性層14,n−GaAlAsクラッド層15,n−GaAsキャップ層16
が順次堆積されている。この場合レーザ発振のための電
流はn−GaAs層12によって閉じ込められ幅W1のチャネル
部のみに流れる。活性層14は平坦に形成されているが、
チャネル両側でのn−GaAs層12への光吸収により実効屈
折率が下がるため光導波路が形成され、基本横モード発
振が安定して得られている。即ち、損失導波機構の要素
を有している。
上記VSISレーザは、安定した基本横モード発振が得られ
低光出力レベルでは高い信頼性を有するが高出力レベル
になると信頼性は大きく低下し長時間の使用に耐えない
という欠点があった。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の劣化原因を詳しく調べて見ると、素子の劣化は端
面V溝肩部の劣化に起因しており、V溝肩部のn−GaAs
層12の光吸収による発熱が大きな原因であることが明ら
かになった。
すなわち、従来の損失導波機構の要素を有する半導体レ
ーザ素子においては、特に共振器端面部近傍のチャンネ
ル両側での光吸収によりレーザ端面部の温度が上昇し高
出力状態では、この温度上昇が端面劣化を引き起すこと
になり、高出力状態での信頼性を低下させていた。そこ
で、本発明の目的は、半導体レーザ端面での劣化を抑え
高出力状態でも安定に動作する半導体レーザ素子を提供
することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するために本発明は、基板上に電流ブロ
ッキング層、2層のクラッド層に挟まれた平坦で且つ均
一性を有する活性層が順次形成され、前記電流ブロッキ
ング層にストライプ状の貫通溝が形成され、前記電流ブ
ロッキング層による光吸収により前記活性層に実効屈折
率に基づくストライプ状の光導波路が形成されてなる半
導体レーザ素子において、共振器の少なくとも一方の端
面近傍部分で、前記電流ブロッキング層の貫通溝幅が共
振器中央部に比べて広く形成されてなることを特徴とす
る。
〈作用〉 本発明の半導体レーザ素子は上述のように、共振器の少
なくとも一方の端面近傍部分で、前記電流ブロッキング
層の貫通溝幅が共振器中央部に比べて広く形成されてい
るので、端面近傍では電流ブロッキング層における光の
吸収が抑制され、このため光の吸収に起因する端面部の
温度上昇が小さくなり、そのため劣化が抑制され、高出
力状態でも高い信頼性を有し、かつ安定な基本横モード
発振が得られる。
〈実施例〉 第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子を模
式的に分解して示す斜視図であり、共振方向に沿って配
置される端面部A,Cと中央部Bから構成されている。
第2図は本実施例のチャンネル形成状態を模式的に示し
たものである。
以下、本実施例の作製手順について詳細に述べる。
まず、p−GaAs基板11上に液相エピタキシャル成長法に
よりn−GaAs電流ブロッキング層12を約0.7μm厚に堆
積させた後、通常のフォトリソグラフィー技術とエッチ
ング技術により第1図に示すような端面近傍で幅W2=10
μm共振器中央部で幅W1=4μm、深さ1μmの溝を形
成する。n−GaAs電流ブロッキング層12の成長方法とし
ては他に気相成長法等を用いてもよい。
その後、液相エピタキシャル成長法を用いて、第1図に
示すようなp−Al0.42Ga0.58Asクラッド層13を溝外側部
で0.15μm厚にpまたはn−Al0.14Ga0.86As活性層14を
0.08μm厚に、さらにn−Al0.42Ga0.58Asクラッド層15
を0.8μm厚にn−GaAs−コンタクト層16を1.5μm厚に
それぞれ成長させる。液相エピタキシャル成長法におい
ては陥没部を平坦化する様に成長が行なわれるためp−
Al0.42Ga0.58Asクラッド層13の成長後は成長表面は平坦
であり続いて成長されるAl0.14Ga0.86As活性層14も全面
で平坦かつ均一な厚さに成長させることができる。
その後、ウェハの両面に抵抗性全面電極をつけ、合金化
処理を行なった後、ストライプ幅が広い領域で劈開を行
ない共振器を形成する。本実施例においてはレーザ共振
器長は250μm、ストライプ幅が広い領域は両端面に各
々10μmとしている。
従って、半導体レーザの両端面のn−GaAs電流ブロッキ
ング層12による光吸収がなく端面の温度上昇が抑えら
れ、高い信頼性を示し、出射側端面4%裏面側97%の反
射率のコーティングを施したところ80mWの高光出力状態
でも殆ど無劣化の特性を示した。
本実施例においては幅広チャネル部の長さを両端に10μ
mとしたが、この長さが30μm以内であると、共振器中
央部で導波されてきた光は幅広チャネル部で完全にはモ
ード変形されず、安定な横モード特性を示す。また、幅
広チャネル部を出射側端面部のみに形成した場合でも効
果は発揮される。
第3図は、本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子
を模式的に分解した斜視図である。本実施例共振器端面
近傍のチャンネル幅が基板の側壁面まで広げた1実施例
である。
以下にこの実施例の作製手順について第4図に沿って説
明する。
まず、p−GaAs基板11上にn−GaAs電流ブロッキング層
12を第4図(a)の様に約0.7μm厚に堆積させる。そ
の後スパッタ法により0.3μm厚のSiO2膜31を形成し、
それをマスクとしてレーザ共振器の両端面となる部分を
長さ10μmにわたり0.8μmの深さの溝を形成する。こ
れが第4図(b)の状態である。その後、前記SiO2膜を
そのままマスクとして用いて有機金属熱分解法(MOCVD
法)を用いてp−Al0.42Ga0.58As層32を0.8μm厚に、
さらに後の成長を円滑にするためのアンドープGaAsエッ
チバック層33を0.05μm層に堆積させる(第4図
(c))。この状態でn−GaAs電流ブロッキング層12と
p−Al0.42Ga0.58As層32の表面の高さは整って一致して
いる。次にSiO2膜31をエッチングにより除去した後、第
4図(e)に示すようなp−GaAs基板11に達するV型溝
を幅W1=4μm,深さ1μmに形成する。その後、従来の
VSISレーザの成長方法と同じように液相成長を用いてp
−Al0.42Ga0.58Asクラッド層13を溝外側部で0.15μm厚
に、pまたはn−Al0.14Ga0.86As活性層14を0.08μm厚
に、n−Al0.42Ga0.58Asクラッド層15を0.8μm厚に、
n−GaAsコンタクト層16を1.5μm厚にそれぞれ成長さ
せる。液相エピタキシャル成長法においては陥没部を平
坦化する様に成長が行われるためp−Al0.42Ga0.58Asク
ラッド層13の成長後は成長表面は平坦であり、続いて成
長されるAl0.14Ga0.86As活性層14も全面で平坦かつ均一
に成長させることができる。
また、アンドープGaAsエッチンック層33はp−Al0.42Ga
0.58As層32の酸化を有効に防ぎ、液相成長時にはエッチ
バックにより消失するため共振器端面部はp−クラッド
層が0.95μm厚に一様に形成されたことになり、この部
分での光の吸収は存在しない。その後ウェハの両面に抵
抗性全面電極をつけ、合金化処理を行なった後、n−Ga
As電流ブロッキング層12の存在しない部分で劈開を行な
い共振器を形成する。
このレーザは両端面部での光吸収がなく端面の温度上昇
が抑えられ高い信頼性を示し出射側端面4%裏面側97%
の反射率のコーティングを施したところ、80mWの高出力
状態でも殆ど無劣化の特性を示した。
本実施例では端面のn−GaAs電流ブロッキング層12の存
在しない部分の長さを共振器両端に10μmずつとした
が、この長さが30μm以内であれば共振器中央部で導波
されてきた光は端面部においてもモード変形されず、安
定な横モード特性を示す。また、このn−GaAs電流ブロ
ッキング層12の存在しない部分を出射側端面部のみに形
成した場合でも効果は発揮される。
上記実施例においてはVSIS型の半導体レーザに適用した
場合を示したが次に他の構造に適用した場合について示
す。他の構造の一つにCSPレーザ(Transverse Mode Sta
bilized AlxGa1−zAs Injection Lasers with Channele
d−Substrate−Planar Structure;IEEE JOURNAL OF QUA
NTUM ELECTRONICS,vol,QE−14,No.2,February1978,P.8
9)がある。第5図は本発明をCSPレーザに適用した実施
例を示している。本実施例ではn−GaAs基板41にチャネ
ルを形成するが、その際、中央部のチャネル幅W1より端
面部のチャネル幅W2が大きくなる様にする。その後、n
−AlxGa1−xAsクラッド層42,GaAs活性層43,p−AlxGa1
xAsクラッド層44,n−GaAs層45を形成した後Znの拡散領
域48を形成して電流通路を作成する。この場合も、チャ
ネルの外部では、n−GaAs基板の光吸収がありチャネル
肩部の発熱がおこるが端面でチャネル幅を広げることに
よりこの発熱は緩和され、信頼性が向上する。この場合
も端面部で全面にわたりチャネルと同じ深さに基板をエ
ッチングしてもよいし、このような構造を片方の端面の
みに形成しても両側に形成しても効果は発揮される。
また、上記実施例においてはダブルヘテロ接合構造の半
導体レーザについて説明したが他の構造、たとえばLOC
(Lange Optical Cavity)構造、SCH(Separate Confin
ement Heterostructure)構造量子井戸構造等他の構造
を用いた場合についても適用可能である。例えば、第6
図は本発明をLOC構造に適用したもので、活性層14に隣
接して光導波層18が積層されているが上記実施例と同様
の効果が認められる。また、第7図は量子井戸構造に本
発明を適用した場合の1実施例であるGRIN−SCH−SQW
(Graded Index−Separate Confinement Heterostructu
re−Single Quantum Well)構造を示す構成図であり、
上記実施例と同様の効果が認められる。第8図には第7
図の上記の活性層の混晶化の分布を示している。
〈発明の効果〉 本発明によれば端面部のチャネル幅を広げることにより
出射端面の光吸収による温度上昇を防ぐことができ、高
出力状態においても高い信頼性を高出力状態においても
高い信頼性を有する半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子の分
解構成図で、第2図はチャネル形成後の構造斜視図であ
る。第3図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素
子の分解構成図、第4図は素子の作製工程を模式的に示
した断面図である。第5図は本発明の他の実施例を示す
半導体レーザ素子の分解構成図である。第6図は本発明
の他の実施例を示す半導体レーザ素子の分解構成図であ
る。第7図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素
子の分解構成図である。第8図は第7図に示す半導体レ
ーザ素子の活性層の構造を模式的に示した説明図であ
る。第9図は従来の半導体レーザ素子の構造図である。 11……p−GaAs基板、12……n−GaAs電流ブロッキング
層、13……p−Al0.42Ga0.58Asクラッド層、14……pま
たはn−Al0.14Ga0.86As活性層、15……n−Al0.42Ga
0.58Asクラッド層、16……n−GaAsコンタクト層、17…
…p−Al0.4Ga0.6Asクラッド層、18……p−Al0.3Ga0.7
Asガイド層、19……n−Al0.7Ga0.3Asクラッド層、21,2
2……抵抗性電極、31……SiO2膜、32……p−Al0.42Ga
0.58As層、33……アンドープGaAsエッチバック層、41…
…n−GaAs基板、42……n−AlxGa1−xクラッド層、43
……GaAs活性層、44……p−AlxGa1−xAsクラッド層、4
5……n−GaAs層、46,47……抵抗性電極、48……Zn拡散
領域、51……p−Al0.7Ga0.3Asクラッド層、52……GRIN
−SCH−SQW活性層、53……n−Al0.7Ga0.3Asクラッド
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼岩 進治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山口 雅広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−207691(JP,A) 特開 昭61−112392(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に電流ブロッキング層、2層のクラ
    ッド層に挟まれた平坦で且つ均一性を有する活性層が順
    次形成され、前記電流ブロッキング層にストライプ状の
    貫通溝が形成され、前記電流ブロッキング層による光吸
    収により前記活性層に実効屈折率差に基づくストライプ
    状の光導波路が形成されてなる半導体レーザ素子におい
    て、 共振器の少なくとも一方の端面近傍部分で、前記電流ブ
    ロッキング層の貫通溝幅が共振器中央部に比べて広く形
    成されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
JP62333967A 1987-08-04 1987-12-29 半導体レーザ素子 Expired - Lifetime JPH0671122B2 (ja)

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EP88307225A EP0302732B1 (en) 1987-08-04 1988-08-04 A semiconductor laser device
DE88307225T DE3884881T2 (de) 1987-08-04 1988-08-04 Halbleiterlaservorrichtung.
US07/415,417 US4926431A (en) 1987-08-04 1989-09-29 Semiconductor laser device which is stable for a long period of time

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