JPH0695589B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子の製造方法Info
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- JPH0695589B2 JPH0695589B2 JP63334138A JP33413888A JPH0695589B2 JP H0695589 B2 JPH0695589 B2 JP H0695589B2 JP 63334138 A JP63334138 A JP 63334138A JP 33413888 A JP33413888 A JP 33413888A JP H0695589 B2 JPH0695589 B2 JP H0695589B2
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- H01S5/2234—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
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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，共振器端面近傍で活性層の光密度を低減した
高出力半導体レーザ素子に関する。
高出力半導体レーザ素子に関する。
（従来の技術） 半導体レーザ素子は光ディスクや光通信システムの光源
として広く使用されている。これらの素子には，より高
出力で光を出射することが望まれている。しかしながら
実用化されている半導体レーザ素子では高々50mW程度の
出力しか得られていない。このように高出力化が達成で
きない原因として，共振器端面に於ける結晶劣化が挙げ
られる。この結晶劣化を抑えるために，液相成長法（LP
E法）を用いて，半導体レーザ素子内部の活性層よりも
端面近傍の活性層を薄くして，端面近傍の光密度を減少
させることが行われている。
として広く使用されている。これらの素子には，より高
出力で光を出射することが望まれている。しかしながら
実用化されている半導体レーザ素子では高々50mW程度の
出力しか得られていない。このように高出力化が達成で
きない原因として，共振器端面に於ける結晶劣化が挙げ
られる。この結晶劣化を抑えるために，液相成長法（LP
E法）を用いて，半導体レーザ素子内部の活性層よりも
端面近傍の活性層を薄くして，端面近傍の光密度を減少
させることが行われている。
このタイプの素子として第５図（ｃ）に示すT3構造を有
する半導体レーザ素子（三菱電機技報,Vol.62,No.7,14
（566）,1988）が知られている。第５図（ｄ）はこの半
導体レーザの平面図であり，破線によってリッジ形状が
示されている。第５図（ａ）および（ｂ）はその製造工
程の途中を表す斜視図である。
する半導体レーザ素子（三菱電機技報,Vol.62,No.7,14
（566）,1988）が知られている。第５図（ｄ）はこの半
導体レーザの平面図であり，破線によってリッジ形状が
示されている。第５図（ａ）および（ｂ）はその製造工
程の途中を表す斜視図である。
以下製造工程に従って説明する。ｐ−GaAs基板21上にエ
ッチングによって高さ２μｍのリッジ部32が形成され
る。リッジ部32は端面近傍では幅が狭く，共振器中央領
域では幅が広くなるように形成される（第５図
（ａ））。次にエピタキシャル成長によってｎ−GaAs電
流阻止層22を形成し，エッチングにより，リッジ部32の
中央に基板21に達するストライプ状のＶ次溝31を形成す
る（第５図（ｂ））。さらにLPE法により,p−AlGaAsク
ラッド層23,AlGaAs活性層24,n−AlGaAsクラッド層25,n
−GaAsキャップ層26を成長し，ダブルテヘロ構造を形成
している（第５図（ｃ））。
ッチングによって高さ２μｍのリッジ部32が形成され
る。リッジ部32は端面近傍では幅が狭く，共振器中央領
域では幅が広くなるように形成される（第５図
（ａ））。次にエピタキシャル成長によってｎ−GaAs電
流阻止層22を形成し，エッチングにより，リッジ部32の
中央に基板21に達するストライプ状のＶ次溝31を形成す
る（第５図（ｂ））。さらにLPE法により,p−AlGaAsク
ラッド層23,AlGaAs活性層24,n−AlGaAsクラッド層25,n
−GaAsキャップ層26を成長し，ダブルテヘロ構造を形成
している（第５図（ｃ））。
上述のようにリッジ形状部のある基板上にLPE法による
結晶成長を行なうと，リッジの側面では，結晶成長が促
進され，リッジの上面では結晶成長が抑制される。これ
は結晶成長の異方性として知られている。この性質によ
って，リッジ上面ではリッジ側面より結晶成長膜が大幅
に薄く形成され，しかも再現性良く形成される。
結晶成長を行なうと，リッジの側面では，結晶成長が促
進され，リッジの上面では結晶成長が抑制される。これ
は結晶成長の異方性として知られている。この性質によ
って，リッジ上面ではリッジ側面より結晶成長膜が大幅
に薄く形成され，しかも再現性良く形成される。
この異方性を利用すれば，リッジの幅を変化させること
により，リッジ上に形成される層の厚さを変えることが
できる。即ち，リッジの幅の広い領域では成長層の厚さ
は厚くなり，狭い領域では薄くなる。従って第５図
（ａ）に示す形状を有するリッジ部32上にLPE法によっ
て層を形成すると，端面近傍では活性層24の層厚が薄く
なり，基板中央領域では厚くなる。このようにして構造
されるT3型半導体レーザ素子では端面近傍の活性層24が
薄いので，端面近傍では，光はクラッド層にしみ出し，
活性層内での光密度が低減される。このようにして破壊
限界光出力を向上することができ，高出力動作が可能と
なる。
により，リッジ上に形成される層の厚さを変えることが
できる。即ち，リッジの幅の広い領域では成長層の厚さ
は厚くなり，狭い領域では薄くなる。従って第５図
（ａ）に示す形状を有するリッジ部32上にLPE法によっ
て層を形成すると，端面近傍では活性層24の層厚が薄く
なり，基板中央領域では厚くなる。このようにして構造
されるT3型半導体レーザ素子では端面近傍の活性層24が
薄いので，端面近傍では，光はクラッド層にしみ出し，
活性層内での光密度が低減される。このようにして破壊
限界光出力を向上することができ，高出力動作が可能と
なる。
（発明が解決しようとする課題） ところが，上述のようにして製造されるT3型半導体レー
ザ素子では活性層24を成長する前にクラッド層23を成長
しなければならないので問題が生じる。
ザ素子では活性層24を成長する前にクラッド層23を成長
しなければならないので問題が生じる。
クラッド層23はLPE法によって形成されるので端面近傍
で薄く，基板中央領域で厚くなる。クラッド層23の厚さ
は適度な屈折率導波機構を生ずるのに適した大きさにし
なければならないので，上記のように厚さが異なるのは
好ましくない。
で薄く，基板中央領域で厚くなる。クラッド層23の厚さ
は適度な屈折率導波機構を生ずるのに適した大きさにし
なければならないので，上記のように厚さが異なるのは
好ましくない。
さらに活性層も，このようなクラッド層23の上にLPE法
によって形成されるので平坦とはならず,0.2μｍ程度の
段差を有している。この様子を示すため，第５図（ｄ）
のVI−VI線に沿った断面図を第６図に示す。このように
活性層の段差によって，出射光の遠視野像の垂直方向に
サブピークが出現するという特性の悪化が起こる。
によって形成されるので平坦とはならず,0.2μｍ程度の
段差を有している。この様子を示すため，第５図（ｄ）
のVI−VI線に沿った断面図を第６図に示す。このように
活性層の段差によって，出射光の遠視野像の垂直方向に
サブピークが出現するという特性の悪化が起こる。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり，その
目的は，光出射の特性を悪化させることなく高出力が得
られ，しかも再現性良く製造できる半導体レーザ素子及
びその製造方法を提供することである。
目的は，光出射の特性を悪化させることなく高出力が得
られ，しかも再現性良く製造できる半導体レーザ素子及
びその製造方法を提供することである。
（課題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による半導体レーザ素
子の製造方法は、半導体基板上に、該基板の中央領域に
於ける幅W1が端面近傍領域に於ける幅W2より大きく、前
記幅W1の領域中の中央の幅W2の領域を除く両側方領域の
それぞれに１以上の側溝を有するリッジ部を形成する工
程と前記基板上に電流阻止層を形成する工程と、前記リ
ッジ部の中央にストライプ状の溝を形成する工程と、前
記ストライプ状の溝の形成後に、前記リッジ部を含む基
板全面上に、クラッド層を液相成長法によって前記リッ
ジ部の側溝が概略埋設される程度まで形成する工程と、
前記クラッド層形成後に、前記クラッド層上に活性層を
液相成長法によって形成する工程と、を有してなること
を特徴とする。
子の製造方法は、半導体基板上に、該基板の中央領域に
於ける幅W1が端面近傍領域に於ける幅W2より大きく、前
記幅W1の領域中の中央の幅W2の領域を除く両側方領域の
それぞれに１以上の側溝を有するリッジ部を形成する工
程と前記基板上に電流阻止層を形成する工程と、前記リ
ッジ部の中央にストライプ状の溝を形成する工程と、前
記ストライプ状の溝の形成後に、前記リッジ部を含む基
板全面上に、クラッド層を液相成長法によって前記リッ
ジ部の側溝が概略埋設される程度まで形成する工程と、
前記クラッド層形成後に、前記クラッド層上に活性層を
液相成長法によって形成する工程と、を有してなること
を特徴とする。
（作用） 本発明の半導体レーザ素子は，端面近傍領域ではリッジ
部の幅が小さいので，また共振器中央領域には側溝が存
在するので，該リッジ部上方に形成される層，例えば電
流阻止層及びクラッド層は，リッジ部の上方ではほぼ等
しい層厚で成長する。クラッド層の成長が終了した段階
では側溝はほとんど埋めら，クラッド層の上面は平面状
となる。この後，クラッド層の上に形成される活性層は
端面近傍領域では薄く形成され，共振器中央領域では厚
く形成される。
部の幅が小さいので，また共振器中央領域には側溝が存
在するので，該リッジ部上方に形成される層，例えば電
流阻止層及びクラッド層は，リッジ部の上方ではほぼ等
しい層厚で成長する。クラッド層の成長が終了した段階
では側溝はほとんど埋めら，クラッド層の上面は平面状
となる。この後，クラッド層の上に形成される活性層は
端面近傍領域では薄く形成され，共振器中央領域では厚
く形成される。
（実施例） 本発明の実施例について以下に説明する。第１図は本発
明の製造方法によって得られる半導体レーザ素子の一実
施例を表す斜視図である。第２図（ａ）〜（ｅ）は，第
１図の半導体レーザ素子の製造途中の段階を示す斜視図
である。以下製造工程に従って説明する。
明の製造方法によって得られる半導体レーザ素子の一実
施例を表す斜視図である。第２図（ａ）〜（ｅ）は，第
１図の半導体レーザ素子の製造途中の段階を示す斜視図
である。以下製造工程に従って説明する。
ｐ−GaAs基板１上に高さ２μｍのリッジ部９をエッチン
グによって形成した。リッジ部９の形状は，図２（ａ）
に示すように，端面近傍領域では，幅W2＝20μm,基板内
部の領域では幅W1＝50μｍであり，これら２つの領域の
間では，幅20μｍから50μｍに徐々に変化している。そ
して端面近傍以外の領域のリッジ部９には，さらに端面
近傍と同じ幅の中央の領域の外側に,2つの対称な側溝1
0,10が設けられている。また，共振器長は250μｍであ
り，端面近傍の２つの幅20μｍの領域の共振器方向の長
さはそれぞれ40μm,幅が徐々に変化する２つの領域の長
さはそれぞれ40μm,共振器中央部の幅50μｍの領域の長
さは90μｍである。
グによって形成した。リッジ部９の形状は，図２（ａ）
に示すように，端面近傍領域では，幅W2＝20μm,基板内
部の領域では幅W1＝50μｍであり，これら２つの領域の
間では，幅20μｍから50μｍに徐々に変化している。そ
して端面近傍以外の領域のリッジ部９には，さらに端面
近傍と同じ幅の中央の領域の外側に,2つの対称な側溝1
0,10が設けられている。また，共振器長は250μｍであ
り，端面近傍の２つの幅20μｍの領域の共振器方向の長
さはそれぞれ40μm,幅が徐々に変化する２つの領域の長
さはそれぞれ40μm,共振器中央部の幅50μｍの領域の長
さは90μｍである。
次にLPE法によってｎ−GaAs電流阻止層２を形成した
（第２図（ｂ））。このとき端面領域のリッジ部９の幅
と，基板内部のリッジ部９の側溝10に挟まれた領域との
幅が等しいので，端面近傍と基板内部とのリッジ部９上
に形成される電流阻止層２は均一な厚さ（0.8μｍ）で
形成される。電流阻止層２が形成された後も側溝10は完
全には埋まらない。あるいはMOCVD（Metal Organic Che
mical Vapor Depodition）法により成長しても同様の形
状が残る。
（第２図（ｂ））。このとき端面領域のリッジ部９の幅
と，基板内部のリッジ部９の側溝10に挟まれた領域との
幅が等しいので，端面近傍と基板内部とのリッジ部９上
に形成される電流阻止層２は均一な厚さ（0.8μｍ）で
形成される。電流阻止層２が形成された後も側溝10は完
全には埋まらない。あるいはMOCVD（Metal Organic Che
mical Vapor Depodition）法により成長しても同様の形
状が残る。
次に基板１に達するエッチングによって，リッジ部９の
中央にストライプ状のＶ字溝11を形成した（第２図
（ｃ））。このＶ字溝11によって電流狭窄が行われる。
次にｐ−GaAlAsクラッド層３をLPE方法によって成長し
た（第２図（ｄ））。クラッド層３も，側溝10の存在に
よって端面近傍と基板内部とで均一な厚さ（0.3μｍ）
で形成されている。クラッド層３の形成が終了した段階
では側溝10は完全に埋まってしまうか，又はやや残った
状態にある。次にGaAlAs活性層４をLPE法によって形成
した。活性層４の成長の初期には側溝10は完全に埋めら
れるので，活性層４は基板内部では厚く，端面近傍では
薄くなる。本実施例では基板中央のＶ字溝11上での活性
層の厚さは0.08μm,端面近傍での厚さは0.03μｍであっ
た。
中央にストライプ状のＶ字溝11を形成した（第２図
（ｃ））。このＶ字溝11によって電流狭窄が行われる。
次にｐ−GaAlAsクラッド層３をLPE方法によって成長し
た（第２図（ｄ））。クラッド層３も，側溝10の存在に
よって端面近傍と基板内部とで均一な厚さ（0.3μｍ）
で形成されている。クラッド層３の形成が終了した段階
では側溝10は完全に埋まってしまうか，又はやや残った
状態にある。次にGaAlAs活性層４をLPE法によって形成
した。活性層４の成長の初期には側溝10は完全に埋めら
れるので，活性層４は基板内部では厚く，端面近傍では
薄くなる。本実施例では基板中央のＶ字溝11上での活性
層の厚さは0.08μm,端面近傍での厚さは0.03μｍであっ
た。
次にｎ−GaAlAsクラッド層5,n−GaAsコンタクト層６を
成長し（第２図（ｅ）），さらにｐ側電極７及びｎ側電
極８を形成し，第１図の半導体レーザ素子を得た。
成長し（第２図（ｅ）），さらにｐ側電極７及びｎ側電
極８を形成し，第１図の半導体レーザ素子を得た。
本実施例の半導体レーザ素子は室温での連続発振で最大
300mWの光出力が得られた。また50℃，出力100mWで,3,0
00時間以上安定に動作し，高い信頼性を有することが確
認された。上記の動作中，基本横モードで安定に動作し
た。遠視野像は光出力の変化に対して安定していた。放
射ビームの広がりは半導体レーザ素子の接合面に平行方
向で約10度，垂直方向で約20度である（半値全角）。こ
のように垂直／水平の角度比が小さいので，光学系への
高い結合効率が得られる。
300mWの光出力が得られた。また50℃，出力100mWで,3,0
00時間以上安定に動作し，高い信頼性を有することが確
認された。上記の動作中，基本横モードで安定に動作し
た。遠視野像は光出力の変化に対して安定していた。放
射ビームの広がりは半導体レーザ素子の接合面に平行方
向で約10度，垂直方向で約20度である（半値全角）。こ
のように垂直／水平の角度比が小さいので，光学系への
高い結合効率が得られる。
第３図（ａ）は本発明の他の実施例のリッジ部を形成し
た基板の斜視図である。第３図（ｂ）は第３図（ａ）の
基板に側溝10を形成した後，電流阻止層を形成し,3本の
Ｖ字溝11を形成した平面図である。
た基板の斜視図である。第３図（ｂ）は第３図（ａ）の
基板に側溝10を形成した後，電流阻止層を形成し,3本の
Ｖ字溝11を形成した平面図である。
第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施例を示す平
面図である。いずれも側溝10を形成し，電流阻止層を形
成した後,V字溝11を形成した段階を示している。
面図である。いずれも側溝10を形成し，電流阻止層を形
成した後,V字溝11を形成した段階を示している。
第３図及び第４図（ａ）及び（ｂ）のいずれの実施例に
於いても，第１図と同様の特性を有する半導体レーザ素
子が得られることが確認された。
於いても，第１図と同様の特性を有する半導体レーザ素
子が得られることが確認された。
（発明の効果） 本発明の半導体レーザ素子は，このように，リッジ部の
共振器中央領域の幅W1が端面近傍領域の幅W2よりも大き
く，リッジ部の中央部の両側方領域のそれぞれに１以上
の側溝が形成されているので，リッジ部の上方に形成さ
れる電流阻止層及びクラッド層の層厚成長をほぼ等しく
できる。この結果，クラッド層の上面は，上記従来例と
は異なり，平面状になる。従って，クラッド層の上に形
成される活性層の膜厚を均一化でき，これを平坦化でき
る。この結果，出射光の特性が悪化することがない。従
って，本発明によれば，出射光の特性が良好な高出力の
半導体レーザ素子を実現できる，といった効果を奏す
る。
共振器中央領域の幅W1が端面近傍領域の幅W2よりも大き
く，リッジ部の中央部の両側方領域のそれぞれに１以上
の側溝が形成されているので，リッジ部の上方に形成さ
れる電流阻止層及びクラッド層の層厚成長をほぼ等しく
できる。この結果，クラッド層の上面は，上記従来例と
は異なり，平面状になる。従って，クラッド層の上に形
成される活性層の膜厚を均一化でき，これを平坦化でき
る。この結果，出射光の特性が悪化することがない。従
って，本発明によれば，出射光の特性が良好な高出力の
半導体レーザ素子を実現できる，といった効果を奏す
る。
さらに本発明の半導体レーザ素子の製造方法を用いれ
ば，上記の半導体レーザ素子を容易に製造することがで
きる。
ば，上記の半導体レーザ素子を容易に製造することがで
きる。
第１図は本発明の製造方法によって得られる半導体レー
ザ素子の一実施例を表す斜視図，第２図（ａ）〜（ｅ）
は第１図の半導体レーザ素子の製造途中の段階を表す斜
視図，第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施例を
表わす図，第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施
例を表す平面図，第５図（ａ）〜（ｃ）は従来のT3型半
導体レーザ素子の製造途中の段階を表す斜視図，第５図
（ｄ）は第５図（ａ）〜（ｃ）の従来例の平面図，第６
図は第５図（ｄ）のVI−VI線に沿った断面図である。 １……ｐ−GaAs基板,2……ｎ−GaAs電流阻止層,3……ｐ
−GaAlAsクラッド層,4……GaAlAs活性層,5……ｎ−GaAl
Asクラッド層,6……ｎ−GaAsコンタクト層,9……リッジ
部,10……側溝,11……Ｖ字溝。
ザ素子の一実施例を表す斜視図，第２図（ａ）〜（ｅ）
は第１図の半導体レーザ素子の製造途中の段階を表す斜
視図，第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施例を
表わす図，第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施
例を表す平面図，第５図（ａ）〜（ｃ）は従来のT3型半
導体レーザ素子の製造途中の段階を表す斜視図，第５図
（ｄ）は第５図（ａ）〜（ｃ）の従来例の平面図，第６
図は第５図（ｄ）のVI−VI線に沿った断面図である。 １……ｐ−GaAs基板,2……ｎ−GaAs電流阻止層,3……ｐ
−GaAlAsクラッド層,4……GaAlAs活性層,5……ｎ−GaAl
Asクラッド層,6……ｎ−GaAsコンタクト層,9……リッジ
部,10……側溝,11……Ｖ字溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 泰司 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62−97384（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、該基板の中央領域に於け
る幅W1が端面近傍領域に於ける幅W2より大きく、前記幅
W1の領域中の中央の幅W2の領域を除く両側方領域のそれ
ぞれに１以上の側溝を有するリッジ部を形成する工程
と、 前記基板上に電流阻止層を形成する工程と、 前記リッジ部の中央にストライプ状の溝を形成する工程
と、 前記ストライプ状の溝の形成後に、前記リッジ部を含む
基板全面上に、クラッド層を液相成長法によって前記リ
ッジ部の側溝が概略埋設される程度まで形成する工程
と、 前記クラッド層形成後に、前記クラッド層上に活性層を
液相成長法によって形成する工程と、を有してなること
を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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