JPH0685384A

JPH0685384A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH0685384A
Application number: JP23250192A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Matsuoka; 直之松岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1994-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、発振しきい値が小さく、かつ組立
て，使用が容易で高出力であることを主要な目的とす
る。【構成】基板と、この基板上に形成され、活性層を含む
エピタキシャル層と、このエピタキシャル層上に形成さ
れた電極とを具備する半導体レーザにおいて、前記電極
が、前記エピタキシャル層の共振器端面近傍に設けられ
た金属製の第１の電極と、第１の電極を除く前記エピタ
キシャル層上に形成された第２の電極とからなり、第１
・第２の電極の材料の金属の仕事関数の差もしくは両電
極とエピタキシャル層の接触抵抗の差を利用して、共振
器端面近傍とその他の部分の電流密度を変えた構成の半
導体レーザ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザの改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、高出力半導体レーザでは、
共振器端面のＣＯＤ破壊が問題となる。この一因とし
て、共振器端面付近を流れる電流による発熱が挙げられ
る。これを避ける半導体レーザとしては、例えば図２に
示す構造のもの（従来例１）が知られている。

【０００３】図中の１は、基板である。この基板１上に
は、エピタキシャル層２が形成されている。このエピタ
キシャル層２のうち、３は活性層である。なお、４は前
記エピタキシャル層２の共振器端面である。前記エピタ
キシャル層２上には、電極５が共振器端面近傍を除いて
形成されている。これにより、共振器端面近傍は電流非
注入領域６となり、発熱を押さえることができる。しか
し、前記電極５はステムに組み立てたときヒートシンク
への熱の通り道になるので、このように電極のない部分
をもつことは不利である。

【０００４】そこで、図３のように改良された上記とは
異なる他の半導体レーザ（従来例２）が提案されている
（オプトロニクス（1989年）、10月号、p104〜108 ）。
但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。

【０００５】図中の11は、エピタキシャル層２上に形成
された電極である。なお、図中の12は電流注入領域、13
は電流非注入領域を示す。前記エピタキシャル層２は、
電流注入領域12では基板１から見てｐｎ構造であり、電
流非注入領域13ではｐｎｐｎ構造である。従って、電極
11を全面につけておいても、電流非注入領域13では電流
が流れず、発熱を押さえることができる。

【０００６】ところで、ＤＦＢ半導体レーザでは、軸方
向の中心部付近で結合が強くなるため、高出力にした場
合、空間ホールバーニングを起こしやすい。これを避け
るため、図４に示す構造の半導体レーザ（従来例３）が
提案されている（応用物理学会予稿集1989年秋、第３分
冊、p958）。但し、図２と同部材は同符号を付して説明
を省略する。図中の21は、グレーティングを示す。ま
た、23，24，25は夫々電極を示す。中央部での空間ホー
ルバーニングを避けるため、電極25に印加する電圧を高
めにし、中央部へのキャリア供給を多くしているのが特
徴である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体レーザによれば、いずれの場合も、特定の場所、
即ち従来例１，２においては共振器端面近傍、従来例３
においては軸方向の中央部付近における電流密度を夫々
少なく，多くするという考えに基づいているが、夫々下
記に示す欠点を有する。

【０００８】（従来例１，２）：共振器端面近傍が完全
に非注入領域６となってしまうので、共振器内の光パワ
ーが相当に増大するまで、この部分が損失域となり発振
しない。つまり、発振しきい値が増大してしまうという
欠点がある。

【０００９】（従来例３）：電極を３分割しているた
め、ヒートシンク等の組立が極めて困難であり、また使
用上も複数電源を必要とする等の問題がある。

【００１０】この発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、発振しきい値が小さく、かつ組立て，使用が容易な
高出力な半導体レーザを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明者は、上記問題
点を解決するために種々研究を重ねた結果、特定の場所
における電流量を調節するのに、電極を構成する金属の
仕事関数の大小あるいは電極とこれに接続する半導体と
の間の接触抵抗の大小を利用すれば良いことに気がつい
た。即ち、電極に接する部分の半導体がｐ型のときは、
仕事関数の大きい金属をこれと接触させることで、仕事
関数の小さい金属を接触させた場合より同じ電圧に対
し、多くの電流が流れる。また、ｎ型半導体に対して
は、接触抵抗の小さい金属をもってくれば、多くの電流
を流すことができる。

【００１２】即ち、本願第１の発明は、基板と、この基
板上に形成され、活性層を含むエピタキシャル層と、こ
のエピタキシャル層上に形成された電極とを具備する半
導体レーザにおいて、前記電極が、前記エピタキシャル
層の共振器端面近傍に設けられた金属製の第１の電極
と、この第１の電極を除く前記エピタキシャル層上に形
成され、仕事関数が前記第１の電極の仕事関数より大き
い金属製の第２の電極とから構成されることを特徴とす
る半導体レーザである。

【００１３】本願第２の発明は、基板と、この基板上に
形成され、内部に活性層を含みかつ最上層がｎ型層であ
るエピタキシャル層と、このエピタキシャル層上に形成
された電極とを具備する半導体レーザにおいて、前記電
極が、前記エピタキシャル層の共振器端面近傍に設けら
れた金属製の第１の電極と、この第１の電極を除く前記
エピタキシャル層上に形成され、前記ｎ型層に対する接
触抵抗が前記第１の電極のｎ型層に対する接触抵抗より
小さい金属製の第２の電極とから構成されることを特徴
とする半導体レーザである。

【００１４】図１は、本願第１の発明に係る半導体レー
ザの概念図である。図中の31は、基板である。この基板
31上には、エピタキシャル層32が形成されている。この
エピタキシャル層32のうち、33は活性層である。なお、
34は前記エピタキシャル層32の共振器端面である。前記
エピタキシャル層32上には、第１の電極35，第２の電極
36が夫々互いに電気的に接続して形成されている。ここ
で、前記エピタキシャル層32の最上面がｐ型の時は、第
１の電極35の仕事関数を第２の電極36の仕事関数より小
さくしておく。これにより、電極に電圧を印加したと
き、第１の電極35から流れ込む電流密度は第２の電極36
から流れ込む電流密度より小さく、これを利用して共振
器端面34近傍の電流量を適当に小さく押さえることがで
き、この部分での発熱を減らすことができる。また、全
く電流非注入となるわけではないので、しきい値電流の
増大等も防ぐことができる。

【００１５】この発明において、前記第１・第２の電極
の材料としては、高融点金属、もしくは高融点金属のシ
リサイドあるいはナイトライド等が挙げられる。

【００１６】

【作用】この発明によれば、上記の構成において、電極
の材料である金属の仕事関数の差もしくは電極とエピタ
キシャル層の接触抵抗の差を利用して、共振器端面近傍
とその他の部分の電流密度を変えた構成にすることによ
り、発振しきい値が小さく、かつ組立て，使用が容易な
高出力な半導体レーザを得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】（実施例１）図５を参照する。図中の51
は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。このＧａＡｓ基板51上
には、量子井戸活性層52が形成されたＡｌＧａＡｓ系の
エピタキシャル層53が形成されている。なお、図中の54
は共振器端面であり、レーザ光はこの共振器端面54から
図の左右方向に出射する。前記エピタキシャル層53上に
は、タングステンシリサイドからなる第１の電極55が形
成されている。この第１の電極55を含む前記エピタキシ
ャル層53上には、タングステンからなる第２の電極56が
第１の電極55とオーバーラップして形成されている。

【００１９】こうしたチップを第２の電極56がヒートシ
ンクに接するようにステムにマウントし、電流を流す
と、第２の電極56のタングステンの仕事関数が第１の電
極55のタングステンシリサイドの仕事関数よりも小さい
ことを反映して、共振器端面近傍57での電流注入密度が
他の部分よりも小さくなる。従って、端面付近での発熱
が小さくなり、破壊に強い構造となる。また、端面付近
でも完全非注入となるわけではないので、しきい値電流
の増大を防げる。

【００２０】次に、図５の半導体レーザの製造方法につ
いて説明する。

【００２１】まず、ｎ型のＧａＡｓ基板51上に、通常法
によりエピタキシャル層53を形成する。つづいて、前記
エピタキシャル層53の表面に、ＤＣスパッタ法によりタ
ングステンシリサイドを全面被着する。ここで、スパッ
タ条件は、Ａｒ流量１００sccm，Ａｒ圧力２０ mＴorr
，ＤＣパワー０．３ＫＷ程度とする。また、タングス
テンシリサイドの厚さは約３００ｎｍとし、タングステ
ンとシリコンの原子数比を１：０．６程度にする。

【００２２】次に、通常のホトリソグラフィとＮＦ₃系
ガスを用いたＲＩＥドライエッチングにより、共振器端
面54の付近のタングステンシリサイドを除去し、第１の
電極55を形成する。つづいて、再びスパッタ法により、
タングステンを全面に被着し、第２の電極56を形成す
る。この方法では、第１の電極55と第２の電極56の間に
位置合わせを必要としないので、電極の形成が極めて容
易である。ひきつづき、両電極の形成後、４００℃以上
の熱処理を施し、電極とエピタキシャル層のなじみを良
くする。その後の劈開、組み立て等は通常のプロセスで
よい。

【００２３】なお、上記実施例１において、第１の電極
はタングステンシリサイドからなり、第２の電極はタン
グステンからなる場合について述べたが、これらの組み
合わせに限らず、例えば第１の電極としてタングステン
以外の高融点金属シリサイド、第２の電極としてタング
ステン以外の高融点金属を用いてもよい。また、第１の
電極の仕事関数が第２の電極の仕事関数より大きい限り
においては、高融点金属−高融点金属、あるいは高融点
金属シリサイド又はナイトライド−高融点金属シリサイ
ド又はナイトライド等の組み合わせでもよい。

【００２４】また、上記実施例１では、第２の電極を第
１の電極にオーバーラップするように形成した場合につ
いて述べたが、図７に示す如く、第２の電極56の形成
後、第１の電極55を第２の電極56にオーバーラップする
ように形成してもよい。

【００２５】（実施例２）図５を参照する。但し、この
実施例２に係る半導体レーザは実施例１の半導体レーザ
と比べて、導電型及び材料を除いて同じ構成となってい
るため、同一符号を付して説明する。実施例２の半導体
レーザにおいて、基板51はｐ型ＧａＡｓ基板、エピタキ
シャル層53の最上層はｎ型ＧａＡｓ、第１の電極55はＧ
ｅを１２wt％含んだＡｕ合金からなる電極、第２の電極
56はＧｅを２％含んだＡｕ合金からなる第２の電極であ
る。

【００２６】前記第１の電極，第２の電極とも成膜後３
５０℃，３分間の熱処理を受けている。この構造では、
Ｇｅの含有量を反映して、第１・第２の電極とｎ型Ｇａ
Ａｓとの接触抵抗が異なる。即ち、中心部の第１の電極
54はＧｗを共晶組成近く含んでいるため、エピタキシャ
ル層53の表面と容易にアロイし、その接触抵抗は低くな
る。それに対し、共振器端面54でエピタキシャル層53と
接触する第２の電極56はアロイが十分でなく、相対的に
高い接触抵抗となる。従って、共振器端面近傍57での電
流が減り、発熱が押さえられることは、実施例１と同様
である。

【００２７】なお、上記実施例２において、ＧｅをＳｎ
に置き換えても効果は同様であり、また各電極を金−Ｇ
ｅ合金／Ｎｉ／Ａｕのように積層構造にしても、同じ効
果を得ることができる。

【００２８】また、上記第１・第２の電極の組成を同じ
にしておき、その熱履歴を違える方法もある。つまり、
第１の電極55をＧｅ１２wt% の金とし、形成後４００℃
の熱処理を施す。次に、第２の電極56を形成し、３５０
℃で熱処理する。このようにすると、第１の電極55は高
温で処理を受けるため、その接触抵抗が相対的に下が
る。その効果は上記と同様である。

【００２９】（実施例３）図６を参照する。但し、図５
と同部材は同符号を付して説明を省略する。

【００３０】図中の61はグレーティングであり、エピタ
キシャル層53の最上面はｐ型である。また、第２の電極
56は第１の電極55とオーバーラップしている。

【００３１】この構造では、第１の電極55の材料である
タングステンシリサイドの方が第２の電極56の材料であ
るタングステンよりも障壁が低いので、第１の電極55か
ら流れ込む電流密度が第２の電極56から流れ込むものよ
り大きい。従って、軸方向中心部での空間ホールバーニ
ングを防ぐことができる。この方法では、電極への電圧
供給端子は１個でよく、電極分割型の従来例より優れて
いる。また、この電極側をヒートシンクに取り付ける
際、ヒートシンクを分割する必要がないため、放熱に有
利なのは勿論、作り易さは格段に優れている。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した如くこの発明によれば、電
極の材料である金属の仕事関数の差もしくは電極とエピ
タキシャル層の接触抵抗の差を利用して、共振器端面近
傍とその他の部分の電流密度を変えた構成にすることに
より、発振しきい値が小さく、かつ組立て，使用が容易
な高出力な半導体レーザを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザの原理図。

【図２】共振器端面近傍に電極が存在しない従来の半導
体レーザの断面図。

【図３】エピタキシャル層の全面に電極が存在する従来
の半導体レーザの断面図。

【図４】複数の電極を有する従来の半導体レーザの断面
図。

【図５】本発明の実施例１，２に係る半導体レーザの断
面図。

【図６】本発明の実施例３に係る半導体レーザの断面
図。

【図７】本発明の実施例１の変形例を示す半導体レーザ
の断面図。

【符号の説明】

31，51…ＧａＡｓ基板、 33，52…量子
井戸活性層、32，53…エピタキシャル層、
34，54…共振器端面、35，55…第１の電極、
36，56…第２の電極、57…共振器端面近傍、
61…グレーティング。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、この基板上に形成され、活性層
を含むエピタキシャル層と、このエピタキシャル層上に
形成された電極とを具備する半導体レーザにおいて、前
記電極が、前記エピタキシャル層の共振器端面近傍に設
けられた金属製の第１の電極と、この第１の電極を除く
前記エピタキシャル層上に形成され、仕事関数が前記第
１の電極の仕事関数より大きい金属製の第２の電極とか
ら構成されることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】基板と、この基板上に形成され、内部に
活性層を含みかつ最上層がｎ型層であるエピタキシャル
層と、このエピタキシャル層上に形成された電極とを具
備する半導体レーザにおいて、前記電極が、前記エピタ
キシャル層の共振器端面近傍に設けられた金属製の第１
の電極と、この第１の電極を除く前記エピタキシャル層
上に形成され、前記ｎ型層に対する接触抵抗が前記第１
の電極のｎ型層に対する接触抵抗より小さい金属製の第
２の電極とから構成されることを特徴とする半導体レー
ザ。