JPH0831652B2 - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPH0831652B2
JPH0831652B2 JP62100602A JP10060287A JPH0831652B2 JP H0831652 B2 JPH0831652 B2 JP H0831652B2 JP 62100602 A JP62100602 A JP 62100602A JP 10060287 A JP10060287 A JP 10060287A JP H0831652 B2 JPH0831652 B2 JP H0831652B2
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film
layer
semiconductor laser
sio
gaas substrate
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隆志 村上
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体レーザに関し、特に減圧有機金属気
相成長法(減圧MOCVD法)を用いて形成された半導体レ
ーザに対する高出力化および狭放射ビーム化に関するも
のである。
〔従来の技術〕
第5図は例えば特開昭60−192379号に示された従来の
半導体レーザをを示す一部分解斜視図であって、説明を
容易にする為に、レーザ共振端面部とレーザ内部とに分
けて示している。図において、1はP−GaAs基板、2は
P−AlxGa1-xAsクラッド層、3はP−AlyGa1-yAs活性
層、4はn−AlxGa1-xAsクラッド層、5はn−GaAsコン
タクト層、6は共振器端面付近のみに設けられて、共振
器方向に延びるリッジである。なお、3aはリッジ6上に
成長した活性層、3bはレーザチップの内部に形成された
活性層である。
このように構成された半導体レーザは、リッジ6が形
成されたP−GaAs基板1の上に、液相成長法(LPE法)
によって、P−AlxGa1-xAsクラッド層2,P−AlyGa1-yAs
活性層3,n−AlxGa1-xAsクラッド層4,n−GaAsコンタクト
層5を順次成長させる。ここで、液相成長法では、リッ
ジ6の上での成長速度が平坦なP−GaAs基板1の上での
成長速度よりも遅くなる。このために、レーザ端面部に
おけるリッジ上の活性層3aは、レーザチップ内部の活性
層3bよりも薄くなり、このことがこの半導体レーザの特
徴である。通常の半導体レーザは、活性層の厚みが共振
器方向に一定であり、狭放射ビームおよび高出力動作を
可能にするために、活性層を一様に薄くして行うと、ゲ
インの低下によって閾値が上昇したり、寿命が短く成っ
たりする。このために、第5図に示す半導体レーザにお
いては、レーザ端面部の活性層のみを薄くして、狭放射
ビームおよび高出力動作を可能にすると共に、発振閾値
に大きく影響するレーザチップ内部における活性層の厚
みをやや厚めにして、発振閾値の増大を制御している。
また、このようにレーザチップ内部における活性層をや
や厚めにすることによって、長寿命化をも図っている。
第6図は、特開昭60−192379号に示される従来の他の
例を示す分解斜視図であって、第5図と同一部分は同記
号を用いて示してある。同図において、7はn−GaAs電
流ブロック層、8はn−GaAs電流ブロック層7を貫通す
る溝である。なお、P−AlxGa1-xAsクラッド層2,P−Aly
Ga1-yAs活性層3,n−AlxGa1-xAsクラッド層4,n−GaAsコ
ンタクト層5は、液相成長法を用いてP−GaAs基板1の
上に順次成長させる。
このように構成された半導体レーザは、第5図におい
て示した半導体レーザと同様に、活性層の厚みをレーザ
端面部においてのみ薄くして、狭放射ビーム,高出力動
作,低発振閾値および長寿命化を可能としている。ま
た、溝8を設けることによって、所謂ロスガイドの横モ
ード制御機構を構成して、安定した横モード発振が行え
るようにしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の半導体レーザは以上説明したように、レーザ端
面の活性層のみを薄くしてレーザ内部における活性層の
厚みを適度に保つために、液相成長法におけるリッジ上
の成長速度が平坦部分の成長速度よりも遅いことを利用
して形成している。しかし、大面積のウェハーを使用す
ることが出来、かつ膜厚コントロールの精度も優れた減
圧有機金属気相成長法(MOCVD法)によって各層を成長
させる場合には、リッジ上の成長速度も平坦部分の成長
速度も同じであるために、活性層をレーザ端面部分にお
いてのみ薄くすることが出来ず、これに伴って係る構成
による半導体レーザが得られなくなる問題点を有してい
る。
この発明は、係る問題点を解消するためになされたも
ので、減圧有機金属気相成長法を使用して製造しても、
レーザ端面部付近のみの活性層の厚みのみを適当な厚さ
とすることにより、狭放射ビーム,高出力動作,低閾値
および長寿命の半導体レーザを得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る半導体レーザは、レーザチップの内部
に、部分的にSiO2膜あるいはSi3N4膜を形成したもので
ある。
〔作用〕
この発明における半導体レーザは、部分的にSiO2膜お
よびSi3N4膜を形成したGaAs基板上に、減圧有機金属気
相成長法によってAlxGa1-xAs層およびGaAs層を成長させ
ると、GaAs基板上にはAlxGa1-xAs層およびGaAs層が成長
するが、SiO2膜およびSi3N4膜上には成長しない。ま
た、減圧有機金属気相成長法では、ガス状態で供給され
るトリメチルガリウム(TMG),トリメチルアルミニウ
ム(TMA),アルシン(AsH3)が基板付近において分解
し、これが化学反応を起こして基板上にエピタキシャル
成長するわけであるが、基板上のSiO2膜あるいはSi3N4
膜上で分解したTMG,TMA,AsH3は、SiO2膜あるいはSi3N4
膜上ではエピタキシャル成長せずに、SiO2膜あるいはSi
3N4膜上を拡散してGaAsが露出している部分まで移動
し、そこでエピタキシャル成長する。このために、SiO2
膜あるいはSi3N4膜から十分に離れたGaAs基板上より
も、SiO2膜あるいはSi3N4膜から僅かに離れたGaAs基板
上では、成長に寄与するGa,Al,Asの量が多くなり、これ
に伴って成長速度が早くなる。この成長速度の差を利用
して、活性層の厚みを端面付近では薄く、レーザチップ
の内部では厚めにすることが可能になるものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図はこの発明による半導体レーザを示す分解斜視図で
あって、第5図および第6図と同一部分は同記号を用い
て示してある。同図において、9は平坦なP−GaAs基板
1上の一部分のみに設けられたSiO2膜である。
このように構成された半導体レーザは、まず第2図に
示すP−GaAs基板1の表面に減圧有機金属気相成長法を
使用して、P−AlxGa1-xAsクラッド層2,P−AlyGa1-yAs
活性層3,n−AlxGa1-xAsクラッド層4,n−GaAsコンタクト
層5を順次成長させる。ここで、SiO2膜9は第2図に示
すように、レーザチップの内部に2個所形成されること
によって、その間に一定幅のストライプ部10を設けてい
る。従って、ストライプ部10には、P−GaAs基板1の表
面が露出していることになる。
次に、このP−GaAs基板1上へ減圧有機金属気相成長
法を使用して、P−AlxGa1-xAsクラッド層2,P−AlyGa
1-yAs活性層3,n−AlxGa1-xAsクラッド層4,n−GaAsコン
タクト層5を順次成長させると、SiO2膜9の上には成長
せず、P−GaAs基板1が露出している部分のみに成長す
ることになる。また、SiO2膜9上で分解したTMG,TMA
は、SiO2膜9上では消費されないので、SiO2膜9上を拡
散してストライプ部10等のSiO2膜9が切れた部分に達す
る。従って、ストライプ部10には、レーザチップ端面付
近よりも多くのGa,Alを供給されることになり、これに
伴ってレーザチップ内部のストライプ部10の各層の厚み
は、レーザチップ端面付近における各層の厚みよりも厚
くなって、第1図において示した構造を有する半導体レ
ーザが得られることになる。
そして、このように構成された半導体レーザは、レー
ザチップ端面部でのみ活性層が薄くなることから、狭放
射ビーム,高出力動作,低閾値および長寿命化が得られ
ることになる。このことを詳しく説明すると、次のよう
になる。
レーザ共振器長は250μmであり、SiO2膜9は両端面
からそれぞれ15μm離れたチップ内に形成される。ま
た、ストライプ部10の幅は10μmである。また、レーザ
の発振閾値電流は、ストライプ部10上に形成される活性
層3bの膜厚によって略決定され、この活性層の膜厚が0.
1μm程度の時に発振閾値電流が最低となる。
一方、レーザ共振器端面付近の活性層の膜厚が薄くな
ると、活性層3aからクラット層2,4へしみ出す光が増し
て、端面での発光スポットが大きくなる。この結果、活
性層3aからクラッド層2,4へしみ出す光が増して、レー
ザ端面における光密度が低減し、端面破壊が生じにくく
なって、高出力動作が可能になる。また、端面における
発光スポットが大きくなると、放射ビームが狭くなる。
例えば、端面における活性層の膜厚が0.1μmの時は、
放射ビームの接合に垂直な方向の半値全角は40゜程度で
あるが、0.03μmの時には、16゜程度に狭くなる。従っ
て、共振器内部における活性層3bの膜厚を0.1μmに設
定し、共振器付近における活性層3aの膜厚を0.03μmに
設定すると、低閾値でしかも狭放射ビーム,高出力の半
導体レーザが得られることになる。
第3図は、この発明による半導体レーザの他の実施例
を示す斜視図であって、特に横モード制御機構を有する
半導体レーザに適用した場合を示すものである。以下、
第4図(a)〜(d)に示す工程図を用いて、その製造
方法を説明する。
先ず、第4図(a)に示すように、P−GaAs基板1上
にn−GaAs電流ブロック層7を形成し、さらにこのP−
GaAs基板1上のレーザ共振器内部となる部分にSiO2膜9
を形成する。
次に、第4図(b)に示すように、レジスト11を塗布
した後、写真製版工程を経て第2図に示したストライプ
部10を形成しようとする部分のレジスト11のみを除去す
る。
次に、CF4を用いたドライエッチングにより、第4図
(c)に示すように、ストライプ形成部分のSiO2膜9を
除去する。
次に、レジスト11をマスクとして、ウエットエッチン
グ処理を行うことによって、第4図(d)に示す溝8を
形成する。
次に、レジスト11を除去した後、この溝付基板上へ減
圧有機金属気相成長法を用いて、P−AlxGa1-xAsクラッ
ド層2,P−AlyGa1-yAs活性層3,n−AlxGa1-xAsクラッド層
4,n−GaAsコンタクト層5を順次形成することによっ
て、第3図に示した構造を有する半導体レーザが得られ
る。
つまり、このようにして形成された半導体レーザは、
溝8の形状を反映して活性層が屈曲したものとなる。こ
こで、活性層3a,3bの左右は、活性層よりも屈折率より
も屈折率が小さいクラッド層2によって囲まれているた
めに、光導波機構が形成されて、横モードを制御するこ
とが可能になる。また、この半導体レーザにおいても、
SiO2膜9の影響を受けて、共振器端面部の活性層3bが、
共振器内部の活性層3bよりも薄くなることから、狭放射
ビーム,高出力動作,低閾値および長寿命化が図れるこ
とになる。この発明における半導体レーザは、部分的に
SiO2膜およびSi3N4膜を形成したGaAs基板上に、減圧有
機金属気相成長法によってAlxGa1-xAs層およびGaAs層を
成長させると、GaAs基板上にはAlxGa1-xAs層およびGaAx
層が成長するが、SiO2膜およびSi3N4膜上には成長しな
い。また、減圧有機金属気相成長法では、ガス状態で供
給されるトリメチルガリウム(TMG),トリメチルアル
ミニウム(TMA),アルシン(AsH3)が基板付近におい
て分解し、これが化学反応を起こして基板上にエピタキ
シャル成長するわけであるが、基板上のSiO2膜あるいは
Si3N4膜上で分解したTMG,TMA,AsH3は、SiO2膜あるいはS
i3N4膜上ではエピタキシャル成長せずに、SiO2膜あるい
はSi3N4膜上を拡散してGaAsが露出している部分まで移
動し、そこでエピタキシャル成長する。このために、Si
O2膜あるいはSi3N4膜から十分に離れたGaAs基板上より
も、SiO2膜あるいはSi3N4膜から僅かに離れたGaAs基板
上では、成長に寄与するGa,Al,Asの量が多くなり、これ
に伴って成長速度が早くなる。この成長速度の差を利用
して、活性層の厚みを端面付近では薄く、レーザチップ
の内部では厚めにすることが可能になるものである。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、レーザ光の導波方
向に沿ってGaAs基板の中央近傍にストライプ部が残るよ
うにSiO2膜あるいはSi3N4膜をGaAs基板上に形成したの
ち、減圧有機金属気相成長法を用いてクラッド層,活性
層,クラッド層及びコンタクト層を順次形成するように
構成したので、レーザ共振器端面部付近の活性層をレー
ザ共振器内部の活性層よりも薄くできるようになり、そ
の結果、狭放射ビーム,高出力動作,低閾値及び長寿命
の半導体レーザを得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体レーザの一部
分解斜視図、第2図は第1図に示す半導体レーザの基板
部分を示す斜視図、第3図はこの発明による半導体レー
ザの他の実施例を示す一部分解斜視図、第4図(a)〜
(d)は第3図に示す半導体レーザの製造工程を示す工
程図、第5図および第6図は従来の半導体レーザを示す
斜視図である。 1はP−GaAs基板、2はP−AlxGa1-xAsクラッド層、3
はP−AlyGa1-yAs活性層、3a,3bは活性層、4はn−Alx
Ga1-xAsクラッド層、5はn−GaAsコンタクト層、6は
リッジ、7はn−GaAs電流ブロック層、8は溝、9はSi
O2膜、10はストライプ部、11はレジスト。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GaAs基板上にクラッド層,活性層,クラッ
    ド層及びコンタクト層が順次形成されてレーザ光を放射
    する半導体レーザにおいて、レーザ光の導波方向に沿っ
    て上記GaAs基板の中央近傍にストライプ部が残るように
    SiO2膜あるいはSi3N4膜を上記GaAs基板上に形成したの
    ち、減圧有機金属気相成長法を用いて上記クラッド層,
    活性層,クラッド層及びコンタクト層を順次形成するよ
    うにしたことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】GaAs基板上に形成されたSiO2膜あるいはSi
    3N4膜の上には、減圧有機金属気相成長法によりAlGaAs
    多層膜が形成されていない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。
  3. 【請求項3】レーザ共振器端面部付近に形成されたAlyG
    a1-yAs活性層は、SiO2膜あるいはSi3N4膜に挟まれたス
    トライプ部の上に形成されたAlyGa1-yAs活性層よりも薄
    い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。
  4. 【請求項4】減圧有機金属気相成長法を使用して成長層
    を形成することにより、GaAs基板上に部分的に形成され
    るSiO2膜あるいはSi3N4膜付近のGaAs基板上に形成され
    る成長層を前記SiO2膜あるいはSi3N4膜から十分に離れ
    たGaAs基板上に形成された成長層よりも厚くしたことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ。
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