JPH07109924B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその製造方法

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JPH07109924B2 JP1060422A JP6042289A JPH07109924B2 JP H07109924 B2 JPH07109924 B2 JP H07109924B2 JP 1060422 A JP1060422 A JP 1060422A JP 6042289 A JP6042289 A JP 6042289A JP H07109924 B2 JPH07109924 B2 JP H07109924B2
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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、端面出射型半導体レーザ装置及びその製造方
法に関する。
(従来の技術) 光ディスク装置等の光源として、半導体レーザ装置が幅
広く使用されてきている。半導体レーザ装置を書込み可
能な追記型光ディスク装置や消去も可能な書換え型光デ
ィスク装置の光源として用いる場合には、40〜50mWとい
う高い光出力状態に於いても高い信頼性を有することが
要求される。また、YAGレーザ等の固体レーザ装置の励
起用光源として用いる場合には、100mW以上の高出力が
要求される。
ところが、現在のところ実用化されている比較的高出力
の半導体レーザ装置では、同一構造の素子で比較した場
合、信頼性は光出力の4乗に反比例することが報告され
ている。即ち、高い信頼性を維持したままで光出力を高
めることは非常に困難であった。
高出力動作に於ける半導体レーザ装置の劣化原因の主た
るものは、端面劣化である。これは、光出射端面では光
密度が高いので、該端面において局部的に発熱を生じる
ことに起因している。この発熱のメカニズムを第4図及
び第5図を参照して説明する。
第4図(a)及び(b)は、それぞれ、n型及びp型の
GaAsの(110)面が僅かに酸化されたときに生じる表面
準位に起因する表面近傍のエネルギ帯構造を模式的に示
す図である。n型及びp型の何れの場合に於いても、多
数キャリアが表面近傍に蓄積して、いわゆる蓄積層1が
形成されていることがわかる。
一般に、半導体の表面準位は表面近傍のエネルギ帯を曲
げることが知られているが、その曲がり方は、第4図
(a)及び(b)に示されているように蓄積層1を形成
する場合のほか、第5図(a)及び(b)に模式的に示
すように少数キャリアが表面近傍に集まり、多数キャリ
アが表面から遠ざけられた結果、局部的に伝導型が反転
した反転層2が形成される場合がある。蓄積層1が形成
されるか、反転層2が形成されるかは、表面準位Esと半
導体のフェルミ準位Efとの大小関係で決定され、GaAsの
場合にはn型及びp型の何れの場合に於いても蓄積層1
が形成される。
表面準位Esに補捉された電子及び正孔は短い緩和時間で
解放され、そのエネルギが熱として放出される。空準位
となった表面準位には、新たに電子または正孔が補捉さ
れ上記と同じ過程が繰り返され、熱が放出され続ける。
以上の過程を繰り返す間に、表面準位から放出された熱
が半導体端面に集中し、その発熱によりエネルギ帯の禁
制帯幅が縮小し、更に光の吸収により少数キャリア数が
増し、表面準位を介して発熱が更に増すことになる。こ
の過程により、半導体表面の温度が上昇し、ひいては融
点にまで至り、端面破壊が生じる。
GaAsの場合には、蓄積層が形成されるが、他の材料、例
えばAlGaAsでは反転層が形成される場合もある。この場
合、表面準位に補捉されるのは多数キャリアであるが、
蓄積層の場合と同様の過程を経て端面破壊が生じる。ま
た、高注入状態で用いる半導体レーザ装置の場合には、
表面準位に起因する発熱は、より深刻な問題となってい
た。
表面再結合の影響を防止するための方法として、傾斜禁
制帯幅を有する領域を表面近傍に形成する方法が提案さ
れている。即ち、Journal of Applied Physics,Vol.46,
No.8,August(1975)第3542頁には、太陽電池に於いて
傾斜禁制帯幅層を液相成長法により形成した例が報告さ
れている。
第6図は、上述の先行技術に記載されている構造におけ
るエネルギ準位を模式的に示す図である。ここでは、光
の吸収により生成されたキャリアのうち電子が、通常の
拡散による移動に加えて、エネルギ傾斜によるドリフト
により結晶内部に強く引き込まれる。その結果、電子が
表面準位に補捉される確率が低減されており、表面再結
合が抑制されている。
(発明が解決しようとする課題) 上述のように、太陽電池の場合には結晶表面が受光表面
となるため、結晶成長に際し傾斜禁制帯幅層を液相成長
法により形成することができ、それによって表面再結合
の抑制が可能である。
しかしながら、半導体レーザ装置では、表面再結合が問
題となる発光面は、通常、劈開により形成されている。
従って、傾斜禁制帯幅層を予め劈開面に形成すること
は、従来の液相成長法では非常に困難であった。このよ
うに、従来の半導体レーザ装置では、光出射端面におけ
る表面再結合に起因する端面破壊が大きな問題となって
おり、またそれを抑制するための傾斜禁制帯幅層を形成
することも困難であった。
従って、本発明の目的は、高出力状態に於いても端面破
壊の生じ難い構成を有する半導体レーザ装置及びその製
造方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明に係る半導体レーザ装置は、基板上に形成され、
活性層を含む積層構造を有する端面出射型の半導体レー
ザ装置であって、該積層構造の少なくとも一方の劈開面
である光出射端面上に形成され、該積層構造の光出射端
面近傍からその内部に向かうキャリアのドリフトによる
移動が発生するようその禁制帯幅を該光出射端面から遠
ざかるに連れて漸増させた傾斜禁制帯幅層を備えてい
る。そのことにより上記目的が達成される。
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に
活性層を含む積層構造を形成する工程と、該積層構造の
形成後、劈開され、かつ劈開面以外の部分に絶縁膜が形
成されたレーザ共振器を得る工程と、少なくとも一方の
共振器端面である劈開面上に、気相成長法により該絶縁
膜をマスクとして、禁制帯幅が該共振器端面から遠ざか
るに連れて漸増する傾斜禁制帯幅層を形成する工程と、
その後該絶縁膜を除去する工程と、を包含している。そ
のことにより上記目的が達成される。
本発明の製造方法における気相成長法としては、分子線
エピキタシー法や有機金属熱分解法等を用いることがで
きる。
(作用) 本発明においては、活性層を含む積層構造の光出射端面
に、該積層構造の光出射端面近傍からその内部に向かう
キャリアのドリフトによる移動が発生するよう構成した
傾斜禁制帯幅層を形成しているので、キャリアが光出射
端面の表面準位に補足される確率が低減されることとな
り、光出射端面における表面再結合に起因する端面破壊
を効果的に抑制することができる。
本発明においては、劈開面以外の部分に絶縁膜が形成さ
れたレーザ共振器を形成した後、気相成長法により該絶
縁膜をマスクとして選択的に傾斜禁制帯幅層を劈開面上
に形成するので、従来の液相成長法では困難であった、
共振器の劈開面上での傾斜禁制帯幅層の形成を簡単に行
うことができる。
また、上記気相成長法では、半導体レーザ素子の全体を
過熱して、共振器の光出射端面上に傾斜禁制帯幅層の結
晶成長を行うため、傾斜禁制帯幅層を層厚の均一なもの
とでき、出射レーザ光をその波面に乱れのないものとで
きる。
(実施例) 以下に、本発明を実施例について説明する。第1図に本
発明の一実施例の製造工程を示す。第1図(a)に示す
ように、基板11上にAlGaAs活性層を含む積層構造12を形
成する。この活性層を含む積層構造12の形成方法は、液
相成長法、気相成長法等の公知の方法を用いて行うこと
ができる。基板11及び積層構造12からなる積層体を、通
常の劈開法により劈開し、第1図(b)に示す複数個の
レーザ共振器15を得る。次に、プラズマCVD法等によ
り、第1図(c)に示すように、SiO2膜20を劈開面101
以外の部分に形成する。
次に、劈開面101上に、分子線エピタキシー法や有機金
属熱分解法等の気相成長法を用いて、Al混晶比yが活性
層と同じ値から徐々に増加していくAlGaAs傾斜禁制帯幅
層を形成する。この場合、SiO2膜20上には多結晶が成長
するので、成長終了後にエッチングにより該多結晶層を
容易に除去することができる。従って、レーザ共振器15
の光出射端面となる劈開面のみに傾斜禁制帯幅層を形成
することができる。
その後、SiO2膜20を除去し、両面に電極を形成する。電
極の形成についても、公知の方法により行うことができ
る。
尚、第1図(a)に示したように活性層を含む積層構造
12を基板11上に形成した後に、積層構造を成長させた成
長面及び基板裏面の全面にSiO2膜を形成した後劈開して
もよい。この場合には、劈開することにより直ちに第1
図(c)の状態とすることができる。
次に、上記実施例のより具体的な例を数値を挙げて説明
する。活性層のAl混晶比xが0.14のものを作成し、傾斜
禁制帯幅層では、第2図(a)に示すようにAl混晶比x
が変化するものを作成した。この場合、傾斜禁制帯幅層
の厚さは0.1μmである。
尚、Al混晶比の変化は、第2図(a)に示したように直
線的である必要は必ずしもなく、2次曲線的に変化する
ものであってもよい。また、Al混晶比の最終値について
も、第2図(a)に示したように0.5である必要はな
く、劈開面より増加していくように設定してありさえす
ればその数値は問わない。更に、第2図(b)に示すよ
うに、劈開面を挟んで半導体レーザ装置内部と傾斜禁制
帯幅層との間でAl混晶比xにステップが存在してもよ
い。また、第2図(c)に示すように、電子に対する障
壁が存在する場合に於いても同様の効果を得ることがで
きる。
半導体レーザ装置の場合には、光吸収により生じたキャ
リア以外に注入キャリアが存在する。従って、活性層内
には高密度のキャリアが存在する。本発明の場合には、
光出射端面近傍に存在するキャリアは、通常の拡散のみ
でなく、ドリフトにより端面近傍から速やかに遠ざけら
れるので、表面準位を介する発熱に寄与する確率が極め
て小さい。よって、本発明によれば、高出力半導体レー
ザにおける端面破壊を効果的に抑制することが可能であ
る。
尚、第2図(a)に示した実施例の半導体レーザ装置に
於いて、光出射側端面の反射率を4%、裏面側端面の反
射率を95%となるようにコーティングを施して特性を調
べたところ、注入電流対光出力特性は第3図に示すとお
りであった。第3図から明らかなように、本発明の半導
体レーザ装置では、従来例のような端面劣化が生じず、
光出力600mWまで安定に動作させ得ることがわかった。
(発明の効果) 以上のように本発明に係る半導体レーザ装置によれば、
活性層を含む積層構造の光出射端面に、該積層構造の光
出射端面近傍からその内部に向かうキャリアのドリフト
による移動が発生するよう構成した傾斜禁制帯幅層を形
成しているので、キャリアが光出射端面の表面準位に補
足される確率が低減されることとなり、光出射端面にお
ける表面再結合に起因する端面破壊を効果的に抑制する
ことができる。この結果、高出力半導体レーザ装置で問
題となっていた端面破壊を効果的に防止することがで
き、高信頼性且つ高出力の半導体レーザ装置を得ること
が可能となる。
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によれば、劈
開面以外の部分に絶縁膜が形成されたレーザー共振器を
形成した後、気相成長法により該絶縁膜をマスクとして
選択的に傾斜禁制帯幅層を劈開面上に形成するので、従
来の液相成長法では困難であった、共振器の劈開面上で
の傾斜禁制帯幅層の形成を簡単に行うことができる効果
がある。
また、上記気相成長法では、半導体レーザ素子の全体を
加熱して、共振器の光出射端面上に傾斜禁制帯幅層の結
晶成長を行うため、傾斜禁制帯幅層を層厚の均一なもの
とでき、出射レーザ光をその波面に乱れのないものとで
きる効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)はそれぞれ本発明の半導体レーザ
装置の製造工程を説明するための斜視図、第2図(a)
〜(c)は本発明の実施例における傾斜禁制帯幅層のAl
混晶比の分布例を示す図、第3図は本発明の一実施例に
おける注入電流対光出力特性を示すグラフ、第4図
(a)及び(b)は、それぞれ、n型及びp型GaAs表面
にキャリアの蓄積層が形成されている状態を模式的に示
す図、第5図(a)及び(b)はそれぞれn型及びp型
の半導体表面に反転層が形成されている状態を模式的に
示す図、第6図はn型GaAs−p型AlGaAs層の異種接合太
陽電池における傾斜禁制帯幅層を導入した従来例を説明
するための図である。 11……基板、12……積層構造、101……劈開面、20……S
iO2膜。
───────────────────────────────────────────────────── 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 宮内 伸幸 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 矢野 盛規 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55−9480(JP,A) 特開 平1−138784(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成され、活性層を含む積層構造
    を有する端面出射型の半導体レーザ装置であって、 該積層構造の少なくとも一方の劈開面である光出射端面
    上に形成され、該積層構造の光出射端面近傍からその内
    部に向かうキャリアのドリフトによる移動が発生するよ
    うその禁制帯幅を該光出射端面から遠ざかるに連れて漸
    増させた傾斜禁制帯幅層を備えた半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】基板上に活性層を含む積層構造を形成する
    工程と、 該積層構造の形成後、劈開され、かつ劈開面以外の部分
    に絶縁膜が形成されたレーザ共振器を得る工程と、 少なくとも一方の共振器端面である劈開面上に、気相成
    長法により該絶縁膜をマスクとして、禁制帯幅が該共振
    器端面から遠ざかるに連れて漸増する傾斜禁制帯幅層を
    形成する工程と、 その後該絶縁膜を除去する工程と、 を包含する半導体レーザ装置の製造方法。
JP1060422A 1989-03-13 1989-03-13 半導体レーザ装置及びその製造方法 Expired - Fee Related JPH07109924B2 (ja)

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