JPS6031288A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS6031288A JPS6031288A JP58140756A JP14075683A JPS6031288A JP S6031288 A JPS6031288 A JP S6031288A JP 58140756 A JP58140756 A JP 58140756A JP 14075683 A JP14075683 A JP 14075683A JP S6031288 A JPS6031288 A JP S6031288A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野２
本発明は半導体レーザ素子の寿命特性の改良に関し、特
に活性領域にかかる応力を軽減して動作寿命を改善した
半導体レーザ素子に関するものである。
に活性領域にかかる応力を軽減して動作寿命を改善した
半導体レーザ素子に関するものである。
〈従来技術〉
発振波長が０．８μｍ帯にあるＧａＡｔＡｓ系の半導体
レーザ素子は近年急速な進歩を遂げ、室温に於いて１０
６時間を越える推定寿命が報告される迄に至り、光通信
用の光源としてその実用化が促進されつつある。半導体
レーザの長寿命化の達成は結晶成長技術の改善や成長系
中の酸素の低減により成長結晶中の欠陥密度を減少させ
、ダークラインやダークスポット等の発生を抑制するこ
とが可能になったこと及び共振端面をＡｔ２０３ 、
Ｓｉｏ２＋Ｓｉ３Ｎ４等の誘電体膜で保護することによ
り端面腐蝕を防止したことが主な成功の要因となってい
る。
レーザ素子は近年急速な進歩を遂げ、室温に於いて１０
６時間を越える推定寿命が報告される迄に至り、光通信
用の光源としてその実用化が促進されつつある。半導体
レーザの長寿命化の達成は結晶成長技術の改善や成長系
中の酸素の低減により成長結晶中の欠陥密度を減少させ
、ダークラインやダークスポット等の発生を抑制するこ
とが可能になったこと及び共振端面をＡｔ２０３ 、
Ｓｉｏ２＋Ｓｉ３Ｎ４等の誘電体膜で保護することによ
り端面腐蝕を防止したことが主な成功の要因となってい
る。
しかしながら、発振波長が０．８μｍη以上の赤外レー
ザに於いては高い信頼性が確立されているが、発振波長
０．８μｍ未満の可視光レーザ素子は赤外レーザ素子に
比較して寿命が短かく、信頼性の低い現状にある。この
点に関し、結晶性に問題のあるＴｅ又はＳｅドープｎ型
クラッド層を活性層形成後にエピタキシャル成長させる
ことにより活性層の結晶性を向上させ、ＧａＡｔＡｓ系
ダブルへテロ接合型可視光レーザ素子の信頼性を飛躍的
に改善する技術が本出願人より特願昭５５−１６６１２
４号及び特願昭５６−４４７７５号にて出願されている
。
ザに於いては高い信頼性が確立されているが、発振波長
０．８μｍ未満の可視光レーザ素子は赤外レーザ素子に
比較して寿命が短かく、信頼性の低い現状にある。この
点に関し、結晶性に問題のあるＴｅ又はＳｅドープｎ型
クラッド層を活性層形成後にエピタキシャル成長させる
ことにより活性層の結晶性を向上させ、ＧａＡｔＡｓ系
ダブルへテロ接合型可視光レーザ素子の信頼性を飛躍的
に改善する技術が本出願人より特願昭５５−１６６１２
４号及び特願昭５６−４４７７５号にて出願されている
。
この技術を用いると、発振波長０．７７μｍ程度までは
０．８μｍ帯の赤外レーザ素子と同程度の寿命特性を得
ることができるが、０．７７μｍ未満では発振波長の短
波長化に伴い急激に寿命が短かくなるといった問題点が
ある。
０．８μｍ帯の赤外レーザ素子と同程度の寿命特性を得
ることができるが、０．７７μｍ未満では発振波長の短
波長化に伴い急激に寿命が短かくなるといった問題点が
ある。
一般にＧａＡｔＡｓ系のダブルへテロ接合型レーザに於
いては、ＧａＡｓ基板と各成長層の格子定数は成長温度
である８００℃付近ではほぼ一致しているが、Ｇａ□−
ＸＡｔＸＡｓの熱膨張係数がＡｔ混晶比Ｘによって異な
るため、室温では格子定数が大きく異なる。この結果、
室温においては活性層に大きな応力が加えられることと
なる。通常のレーザは基本的には第１図に示すように、
ＧａＡｓ基板ｌ上にＧａ１−ｙＡｔｙＡｓクラッド層２
、Ｇａ１−ＸＡｔＸＡｓ活性層３、Ｇ ａ １ ｙ Ａ
Ｚ ｙ Ａ ｓクラ２１層４、ＧａＡｓキャップ層５
を成長させた多層結晶構造を鳴している。各層の厚みを
ＧａＡｓ基板１００μｍ、活性層０．１μｍ、クラッド
層及びキャップ層１μｍとして、８００℃から２０℃へ
の温度降下による応力を計算すれば以下の如くとなる。
いては、ＧａＡｓ基板と各成長層の格子定数は成長温度
である８００℃付近ではほぼ一致しているが、Ｇａ□−
ＸＡｔＸＡｓの熱膨張係数がＡｔ混晶比Ｘによって異な
るため、室温では格子定数が大きく異なる。この結果、
室温においては活性層に大きな応力が加えられることと
なる。通常のレーザは基本的には第１図に示すように、
ＧａＡｓ基板ｌ上にＧａ１−ｙＡｔｙＡｓクラッド層２
、Ｇａ１−ＸＡｔＸＡｓ活性層３、Ｇ ａ １ ｙ Ａ
Ｚ ｙ Ａ ｓクラ２１層４、ＧａＡｓキャップ層５
を成長させた多層結晶構造を鳴している。各層の厚みを
ＧａＡｓ基板１００μｍ、活性層０．１μｍ、クラッド
層及びキャップ層１μｍとして、８００℃から２０℃へ
の温度降下による応力を計算すれば以下の如くとなる。
活性層３とクラッド層２，４のＡ７混晶比差△ｘ”ｙ−
ｘを０，３と一定にとって、活性層３のＡｔ混晶比Ｘを
変化させた時の活性層３にかかる応力の計算結果を第２
図に示す。Ｘ＝Ｏから０．０２までは引っ張り応力σ、
でＸの増加とともに減少するが、Ｘが約０．０２以上で
は圧縮応力σ、となり、Ｘの増加とともに大きくなる。
ｘを０，３と一定にとって、活性層３のＡｔ混晶比Ｘを
変化させた時の活性層３にかかる応力の計算結果を第２
図に示す。Ｘ＝Ｏから０．０２までは引っ張り応力σ、
でＸの増加とともに減少するが、Ｘが約０．０２以上で
は圧縮応力σ、となり、Ｘの増加とともに大きくなる。
発振波長０．７４μｍのｘ＝０．２では２Ｘ１０８ｄｙ
ｎｅｓ／ｃｎ１以上の圧縮応力がかかっている。このよ
うな応力はＩ ＥＥＥ 、ジャーナル・オプ・カンタム
・エレクトロニクス、Ｖｏｌ。
ｎｅｓ／ｃｎ１以上の圧縮応力がかかっている。このよ
うな応力はＩ ＥＥＥ 、ジャーナル・オプ・カンタム
・エレクトロニクス、Ｖｏｌ。
ＱＥ−１７，Ｎｏ、５．ｐｐ、７６３（１９８１）にて
報告されているように、ＧａＡｔＡｓ系可視光半導体レ
ーザの劣化の一因と考えられる。しかしながら、実際に
は第３図に示すように、レーザ素子８はヒートシンク６
上にろう材７を用いてマウントされているため、マウン
ト時の温度から室温までの温度降下に伴ない、レーザ素
子８とヒートシンク６及びろう材７との熱膨張係数の相
違により、大きな応力が加わっている。例えばヒートシ
ンク６として１諭厚の銅を用いた場合、銅の熱膨張係数
１．７Ｘ１０５とＧａＡｓ０熱膨張係数６．９Ｘ１０
６との相違により、１５０℃程度の温度降下によっても
約１０７ｄｙｎｅｓ／ｚと大きな圧縮外力がかかる。ろ
う材としてＩｎを用いるとＩｎの塑性変形により応力が
一部緩和されるが、１０６ｄｙｎｅｓ／ｃノｎ まで下
げることは容易ではない。一方、実際に銅−ヒートシン
クとＩｎろう材を用いてマウントＬ＆レーザ素子の応力
を、光弾性測定したところ、マウント面から離れるほど
応力が減少することが判明した。また、マウント面の反
対側の面においても応力の増大が観測された。後者は、
レーザ素子がマウント面近くではヒートシンクに圧縮応
力が加わっているが、レーザ素子自体の変形により、反
対側では引っ張り応力がかかっているだめと考えられる
。マウントしない場合には、応力は観測できなかったこ
とから、マウントによる応力が極めて大きいことが確認
された。この点に関して、多層結晶内の活性層をマウン
ト面及びマウント面と反対側の面よりそれぞれ所定の距
離以上能して、マウントによる応力の低減された領域に
形成することにより長寿命化を図る技術が本出願人によ
り、特願昭５７−１１４４６５号及び特願昭５７−１２
７３０２号にて出願されている。
報告されているように、ＧａＡｔＡｓ系可視光半導体レ
ーザの劣化の一因と考えられる。しかしながら、実際に
は第３図に示すように、レーザ素子８はヒートシンク６
上にろう材７を用いてマウントされているため、マウン
ト時の温度から室温までの温度降下に伴ない、レーザ素
子８とヒートシンク６及びろう材７との熱膨張係数の相
違により、大きな応力が加わっている。例えばヒートシ
ンク６として１諭厚の銅を用いた場合、銅の熱膨張係数
１．７Ｘ１０５とＧａＡｓ０熱膨張係数６．９Ｘ１０
６との相違により、１５０℃程度の温度降下によっても
約１０７ｄｙｎｅｓ／ｚと大きな圧縮外力がかかる。ろ
う材としてＩｎを用いるとＩｎの塑性変形により応力が
一部緩和されるが、１０６ｄｙｎｅｓ／ｃノｎ まで下
げることは容易ではない。一方、実際に銅−ヒートシン
クとＩｎろう材を用いてマウントＬ＆レーザ素子の応力
を、光弾性測定したところ、マウント面から離れるほど
応力が減少することが判明した。また、マウント面の反
対側の面においても応力の増大が観測された。後者は、
レーザ素子がマウント面近くではヒートシンクに圧縮応
力が加わっているが、レーザ素子自体の変形により、反
対側では引っ張り応力がかかっているだめと考えられる
。マウントしない場合には、応力は観測できなかったこ
とから、マウントによる応力が極めて大きいことが確認
された。この点に関して、多層結晶内の活性層をマウン
ト面及びマウント面と反対側の面よりそれぞれ所定の距
離以上能して、マウントによる応力の低減された領域に
形成することにより長寿命化を図る技術が本出願人によ
り、特願昭５７−１１４４６５号及び特願昭５７−１２
７３０２号にて出願されている。
〈発明の目的〉
本発明は上述の問題点に鑑み、マウントによる応力の低
減に加えて前述した成長用基板と各成長層との熱膨張係
数の違いに起因する応力をも低減することにより、０．
７７μｍ以下の短波長域に於いても長寿命特性を有する
新規有用な半導体レーザ素子を提供することを目的とす
るものである。
減に加えて前述した成長用基板と各成長層との熱膨張係
数の違いに起因する応力をも低減することにより、０．
７７μｍ以下の短波長域に於いても長寿命特性を有する
新規有用な半導体レーザ素子を提供することを目的とす
るものである。
く構成及び効果の説明〉
まず、活性層にかかる応力の計算結果について説明する
。第４図は計算に用いたレーザ素子構造の断面構成図で
あり、第１図に示したものと同様のレーザ素子にマウン
トに用いるろう材あるいはヒートシンクの働きをする外
部層９を加えた６層構造を有している。ここではキャッ
プ層５側をマウントした構成をとっているが、基板１側
をマウントしても同様の結果が得られる。レーザ素子内
部の歪については、成長温度８００℃から室温２０℃に
至る７８０℃の温度降下により各層間の熱膨張係数の違
いに起因するものとし、外部層９の収縮量を変えること
によって外部応力量を変化させた。
。第４図は計算に用いたレーザ素子構造の断面構成図で
あり、第１図に示したものと同様のレーザ素子にマウン
トに用いるろう材あるいはヒートシンクの働きをする外
部層９を加えた６層構造を有している。ここではキャッ
プ層５側をマウントした構成をとっているが、基板１側
をマウントしても同様の結果が得られる。レーザ素子内
部の歪については、成長温度８００℃から室温２０℃に
至る７８０℃の温度降下により各層間の熱膨張係数の違
いに起因するものとし、外部層９の収縮量を変えること
によって外部応力量を変化させた。
ＧａＡｓ基板１とＧａＡｓキャップ層５を用いた発振波
要約７５０ｎｍのレーザ素子とし、第１層乃至第５層の
各層のＡｔ混晶比を第１層−第５層−０゜第２層＝第４
層＝ｙ＝Ｑ、５．第３層＝ ｘ ＝ ０．２として活性
層３に加わる応力の外力依存性を計算した。各層の層厚
ｌ−ｊ：第２層２のクラッド層１μｍ。
要約７５０ｎｍのレーザ素子とし、第１層乃至第５層の
各層のＡｔ混晶比を第１層−第５層−０゜第２層＝第４
層＝ｙ＝Ｑ、５．第３層＝ ｘ ＝ ０．２として活性
層３に加わる応力の外力依存性を計算した。各層の層厚
ｌ−ｊ：第２層２のクラッド層１μｍ。
第３層３の活性層０．１μｍ、第４層４のクラッド層１
μｍとし基板１とキャップ層５の厚みの合計を１００μ
ｍと一定にとり、その厚みの比をノ々ラメータとして計
算した結果ｆ：第５図に示す。キャップ層厚と基板の厚
みの比を約６７：３３にとると、外力の影響が活性層３
に及ばなくなることがわかる。特願昭５７−１２７３０
２号に述べられているように外力があまシ大きくない場
合、活性領域をマウント面から素子厚みの３５％以上、
マウント面と反対の面から素子厚さの１８％以上の距離
を隔てて形成することにより、活性層３にかかる外力の
影響をマウント面における外力の１以下に低減すること
ができる。
μｍとし基板１とキャップ層５の厚みの合計を１００μ
ｍと一定にとり、その厚みの比をノ々ラメータとして計
算した結果ｆ：第５図に示す。キャップ層厚と基板の厚
みの比を約６７：３３にとると、外力の影響が活性層３
に及ばなくなることがわかる。特願昭５７−１２７３０
２号に述べられているように外力があまシ大きくない場
合、活性領域をマウント面から素子厚みの３５％以上、
マウント面と反対の面から素子厚さの１８％以上の距離
を隔てて形成することにより、活性層３にかかる外力の
影響をマウント面における外力の１以下に低減すること
ができる。
本発明の主たる意図は、従来ＧａＡｓを用いていた基板
１及びキャップ層５にＡｔを含むＧａＡＡＡｓを用いて
、レーザを構成する二重へテロ層との熱膨張係数の差を
小さくすることにより、さらに活性層３に加わる応力を
低減することにある。第４図中の基板１及びキャップ層
５の厚みを５０μｍと等しくとってそれぞれＧａ１−２
Ａｔ２Ａｓとし、Ａｔ混晶比２を増加させた場合の外力
の影響の計算結果を第６図に示す。外力の影響が活性層
３を全体の中央に形成することにより低減されるととも
に混晶比２が増加すると活性層３への圧縮応力は減少し
、外力の小さいときＫは引っ張り応力となって増加する
。
１及びキャップ層５にＡｔを含むＧａＡＡＡｓを用いて
、レーザを構成する二重へテロ層との熱膨張係数の差を
小さくすることにより、さらに活性層３に加わる応力を
低減することにある。第４図中の基板１及びキャップ層
５の厚みを５０μｍと等しくとってそれぞれＧａ１−２
Ａｔ２Ａｓとし、Ａｔ混晶比２を増加させた場合の外力
の影響の計算結果を第６図に示す。外力の影響が活性層
３を全体の中央に形成することにより低減されるととも
に混晶比２が増加すると活性層３への圧縮応力は減少し
、外力の小さいときＫは引っ張り応力となって増加する
。
銅ヒートシンク上にＩｎをろう材として用いてマウント
シた場合、Ｉｎの融点は約１５５℃と低く、またマウン
トの際に融点から室温へ温度を下けた場合にＩｎが完全
に弾性変形せず、応力を緩和する方向への塑性変形を伴
なう。少なくともレーザ素子近くの１μｍ程度のＩｎは
弾性変形して外力を加えるとすると、１ｍ厚の銅ヒート
シンク上に数μｍのＩｎろう材によりマウントシた際に
加えられる外力は計算によ、ｊ）１０’ 〜１０７ｄｙ
ｎｅ／ｃｒｎと見積られる。このような外力が加わって
いるとき、第６図より少なくとも２を０．２まで増加さ
せると、活性層３に加わる圧縮応力が減少することがわ
かる。但し、ｚ ＝ ０．２の場合外力の小さいあるい
は外力の無い状咀では引っ張り応力が加わる。またｚ＝
＝ｏ、ａの場合、１０６ｄｙｎｅ／ｍの外力においても
引っ張り応力が加わる。引っ張り応力が加えられると結
晶欠陥が発生あるいは増殖し易いことを考えると、混晶
比２をあまり大きくとらない方が良いことがわかる。外
力がない場合に、クラッド層のＡｔ混混晶比表活性層の
ＡＡ混混晶比色の差を０．３と一定にとっだＸの異なる
ダブルへテロウェハの活性層に加わる応力の基板及びキ
ャップ層のＡｔ混晶比２に対する依存性を第７図に示す
。
シた場合、Ｉｎの融点は約１５５℃と低く、またマウン
トの際に融点から室温へ温度を下けた場合にＩｎが完全
に弾性変形せず、応力を緩和する方向への塑性変形を伴
なう。少なくともレーザ素子近くの１μｍ程度のＩｎは
弾性変形して外力を加えるとすると、１ｍ厚の銅ヒート
シンク上に数μｍのＩｎろう材によりマウントシた際に
加えられる外力は計算によ、ｊ）１０’ 〜１０７ｄｙ
ｎｅ／ｃｒｎと見積られる。このような外力が加わって
いるとき、第６図より少なくとも２を０．２まで増加さ
せると、活性層３に加わる圧縮応力が減少することがわ
かる。但し、ｚ ＝ ０．２の場合外力の小さいあるい
は外力の無い状咀では引っ張り応力が加わる。またｚ＝
＝ｏ、ａの場合、１０６ｄｙｎｅ／ｍの外力においても
引っ張り応力が加わる。引っ張り応力が加えられると結
晶欠陥が発生あるいは増殖し易いことを考えると、混晶
比２をあまり大きくとらない方が良いことがわかる。外
力がない場合に、クラッド層のＡｔ混混晶比表活性層の
ＡＡ混混晶比色の差を０．３と一定にとっだＸの異なる
ダブルへテロウェハの活性層に加わる応力の基板及びキ
ャップ層のＡｔ混晶比２に対する依存性を第７図に示す
。
ここで基板及びキャップ層の厚みを５０μｍ１クラツド
層の厚みを１μｍ、活性層の厚みを０．１μｍとして計
算した。第７図から、外力の無い場合、基板及びキャッ
プ層のＡｔ混晶比２を活性層のｌｔ混晶比Ｘよシわずか
に少ないところまで増加させると圧縮応力が減少し、さ
らに増加さぜると引張り応力となって増加することがわ
かる。この変化は、第８図に示すように、クラッド層２
，４のＡｔ混混晶比表変化させてもほとんど変わらない
。また、基板１とキャップ層５の厚み変化については、
第９図に示すように、基板１あるいけキャップ層５の厚
みが薄い場合を除いて大きく変わらない。
層の厚みを１μｍ、活性層の厚みを０．１μｍとして計
算した。第７図から、外力の無い場合、基板及びキャッ
プ層のＡｔ混晶比２を活性層のｌｔ混晶比Ｘよシわずか
に少ないところまで増加させると圧縮応力が減少し、さ
らに増加さぜると引張り応力となって増加することがわ
かる。この変化は、第８図に示すように、クラッド層２
，４のＡｔ混混晶比表変化させてもほとんど変わらない
。また、基板１とキャップ層５の厚み変化については、
第９図に示すように、基板１あるいけキャップ層５の厚
みが薄い場合を除いて大きく変わらない。
従って、外力の影響を避けるために、活性領域をマウン
ト面から３５％以上、それに対向する面から１８Ｘ以上
隔てて形成した場合、基板１及びキャップ層５のＡｔ混
晶比を活性層のＡ７混晶比よシ小さくとることにより活
性層に加わる圧縮応力を低減することができる。
ト面から３５％以上、それに対向する面から１８Ｘ以上
隔てて形成した場合、基板１及びキャップ層５のＡｔ混
晶比を活性層のＡ７混晶比よシ小さくとることにより活
性層に加わる圧縮応力を低減することができる。
〈実施例の説明〉
第１０図は本発明の一実施例である半導体レーザ素子の
製造工程を示す断面構成図である。
製造工程を示す断面構成図である。
第１０図（５）に示すように、Ｇ ａ Ａ Ｓ基板２１
上にＡｔ混晶比０５以上のＧａＡｔＡｓエツチング停止
層２２（厚み０．５ ａｍ ）、ｐ型Ｇａｏ、８Ａｔｏ
、２Ａｓ基板層２．３（厚み６０ｔｔｍ）、ｎ型ＧａＡ
ｓ電流制限層２４（厚み０．８μｍ）を液相成長によシ
順次形成した後、エツチングにより電流制限層２４表面
よｈｐ型ＧａＡ／：Ａｓ基板層２３に達するＶ字形溝２
５を加工することにより、ストライプ状に電流制限層２
４が除去された電流通路が形成されている。
上にＡｔ混晶比０５以上のＧａＡｔＡｓエツチング停止
層２２（厚み０．５ ａｍ ）、ｐ型Ｇａｏ、８Ａｔｏ
、２Ａｓ基板層２．３（厚み６０ｔｔｍ）、ｎ型ＧａＡ
ｓ電流制限層２４（厚み０．８μｍ）を液相成長によシ
順次形成した後、エツチングにより電流制限層２４表面
よｈｐ型ＧａＡ／：Ａｓ基板層２３に達するＶ字形溝２
５を加工することにより、ストライプ状に電流制限層２
４が除去された電流通路が形成されている。
次に第１０図（Ｂ）に示すようＫとのＶ字形溝を加工し
たウェハ上に、ｐ型Ｇａ ＡＩ Ａｓクラッド０．５
０．５ 層２６（Ｖ字形溝外での厚み０．１５μｍ）、ｐ型Ｇａ
ｏ、８Ａｔｏ、、Ａｓ活性層２７（厚み０．１μｍ）ｎ
型Ｇ ａｏ、５Ａｔｏ、５Ａ ｓクラッド層２８（厚み
１μｍ）、ｎ型Ｇａ ＡＡ Ａｓキャップ層２９（厚み
４０μｍ）０．８ ０．２ を液相成長により順次形成する。次に硫酸系のエツチン
グ液によりＧａＡｓ基板２１を除去するが、このエツチ
ングはＡｔ混晶比の高いエツチング停止層２２に達する
と停止する。この後、さらにＨＦ（弗化水素）によりエ
ツチング停止層２２．２．を除去することにより第１０
図（Ｑに示すレーザウエノ・が得られる。基板層２３表
面にｐ側電極３１．またキャップ層２９表面Ｋｎ側電極
３０をスパッタ法により形成し、第１０図［Ｆ］）に示
すレーザ素子となる。この素子の製作工程において、各
層の成長は徐冷法による液相エピタキシャル成長を用い
ている。従って、特に層厚が大きいｐ型Ｇ ａ Ａ ｌ
ｋ ａ基板層２３及びｎ型ＧａＡｔＡｓキャップ層２９
においては、成長するにしたがってＡＪ混晶比が減少し
ている。本実施例においては、基板層２３及びキャップ
層２９の成長初期のＡｔ混晶比が活性層２７と同じ０．
２となるように設定しているため、前記各層のＡｔ混晶
比は層厚全体で平均をとると活性層よりかなり低い値に
なっている。このために、本実施例においては、外力が
加わらない場合においても圧縮応力が加わっている。本
実施例のように液相エピタキシャル成長法を用いた場合
、基板層２３及びキャップ層２９の成長初期におけるＡ
ｔ混晶比は活性層のＡ７混晶比よりかなり大きくとって
も、平均値として活性層のＡｔ混晶比を下まわれば、活
性層に引っ張り応力が加わることはない。このようにＡ
ｔ混晶比を大きくとった場合オーミック電極を形成する
ことが困難になるが第１０図（ト）の工程においてエツ
チング停止層２２の後にｐ型ＧａＡｓ層３３（厚み０．
５μｍ）を成長した後、ｐ型ＧａＡｔＡｓ基板層２３を
成長し、最終工程でエツチング停止層２２まで除去すれ
ば、ｐ型ＧａＡｓ層３３上には容易に電極形成が可能で
ある。また、ｎ型ＧａＡ７Ａｓキャップ層２９上にもｎ
型ＧａＡｓ層３２（厚み０．５μｍ）を成長すればキャ
ップ層側においても容易にオーミック電極を形成するこ
とができる。このようなオーミック電極の形成を行った
、本発明の他の実施例の断面構成図を第１１図に示す。
たウェハ上に、ｐ型Ｇａ ＡＩ Ａｓクラッド０．５
０．５ 層２６（Ｖ字形溝外での厚み０．１５μｍ）、ｐ型Ｇａ
ｏ、８Ａｔｏ、、Ａｓ活性層２７（厚み０．１μｍ）ｎ
型Ｇ ａｏ、５Ａｔｏ、５Ａ ｓクラッド層２８（厚み
１μｍ）、ｎ型Ｇａ ＡＡ Ａｓキャップ層２９（厚み
４０μｍ）０．８ ０．２ を液相成長により順次形成する。次に硫酸系のエツチン
グ液によりＧａＡｓ基板２１を除去するが、このエツチ
ングはＡｔ混晶比の高いエツチング停止層２２に達する
と停止する。この後、さらにＨＦ（弗化水素）によりエ
ツチング停止層２２．２．を除去することにより第１０
図（Ｑに示すレーザウエノ・が得られる。基板層２３表
面にｐ側電極３１．またキャップ層２９表面Ｋｎ側電極
３０をスパッタ法により形成し、第１０図［Ｆ］）に示
すレーザ素子となる。この素子の製作工程において、各
層の成長は徐冷法による液相エピタキシャル成長を用い
ている。従って、特に層厚が大きいｐ型Ｇ ａ Ａ ｌ
ｋ ａ基板層２３及びｎ型ＧａＡｔＡｓキャップ層２９
においては、成長するにしたがってＡＪ混晶比が減少し
ている。本実施例においては、基板層２３及びキャップ
層２９の成長初期のＡｔ混晶比が活性層２７と同じ０．
２となるように設定しているため、前記各層のＡｔ混晶
比は層厚全体で平均をとると活性層よりかなり低い値に
なっている。このために、本実施例においては、外力が
加わらない場合においても圧縮応力が加わっている。本
実施例のように液相エピタキシャル成長法を用いた場合
、基板層２３及びキャップ層２９の成長初期におけるＡ
ｔ混晶比は活性層のＡ７混晶比よりかなり大きくとって
も、平均値として活性層のＡｔ混晶比を下まわれば、活
性層に引っ張り応力が加わることはない。このようにＡ
ｔ混晶比を大きくとった場合オーミック電極を形成する
ことが困難になるが第１０図（ト）の工程においてエツ
チング停止層２２の後にｐ型ＧａＡｓ層３３（厚み０．
５μｍ）を成長した後、ｐ型ＧａＡｔＡｓ基板層２３を
成長し、最終工程でエツチング停止層２２まで除去すれ
ば、ｐ型ＧａＡｓ層３３上には容易に電極形成が可能で
ある。また、ｎ型ＧａＡ７Ａｓキャップ層２９上にもｎ
型ＧａＡｓ層３２（厚み０．５μｍ）を成長すればキャ
ップ層側においても容易にオーミック電極を形成するこ
とができる。このようなオーミック電極の形成を行った
、本発明の他の実施例の断面構成図を第１１図に示す。
以上水した、液相成長法による実施例では層内における
Ａ、を分布を考慮する必要があるが、分子線エピタキシ
ャル法やＭＯ−ＣＶＤ法等を用いれば均一なＡ７分布を
得ることが可能となり、この場合基板層２３及びキャッ
プ層２９に相当する層のＡｔ混晶比は活性層のＡｔ混晶
比より小さくとらなければならない。
Ａ、を分布を考慮する必要があるが、分子線エピタキシ
ャル法やＭＯ−ＣＶＤ法等を用いれば均一なＡ７分布を
得ることが可能となり、この場合基板層２３及びキャッ
プ層２９に相当する層のＡｔ混晶比は活性層のＡｔ混晶
比より小さくとらなければならない。
第１図はダブルへテロ構造半導体レーザ素子の基本的構
造を示す断面構成図である。 第２図は第１図に示す半導体レーザに於いて、活性層の
Ａｔ混晶比を変化させた時の活性層にかかる応力の変化
を示す説明図である。 第３図は半導体レーザ素子のステム上へのマウント時の
構成を示す説明図である。 第４図は応力の計算に用いた半導体レーザ用ウェハの構
成を示す説明図である。 第５図は基板とキャップ層の厚みの比（ｔ＋：ｔｓ）が
異なる場合に活性層に加わる応力の外力依存性の計算結
果を示す説明図である。 第６図は基板層とキャップ層のＡｔ混晶比を変えたとき
に活性層に加わる応力の外力依存性の計算結果を示す説
明図である。 第７図はクラッド層と活性層とのＡｔ混晶比差を０．３
と一定にとって、基板及びキャップ層のＡｔ混晶比Ａｌ
’ｓ ＋ ＡＡ＋ｓを変えたときの、外力がない場合の
活性層に加わる応力の計算結果を示す説明図である。 第８図は外力がないときに、クラッド層のＡｔ混晶比が
変化した場合の活性層の応力が基板及びキャップ層のＡ
ｔ混晶比に対して依存する程度の計算結果を示す説明図
である。 第９図は、外力がない場合に、基板層とキャップ層の厚
みの合計を１００μｍと一定にとって基板層の厚みを変
えたときの活性層に加わる応力の変化の計算結果を示す
説明図である。 第１０図は本発明の一実施例である半導体レーザの製造
工程を示す断面構成図である。 第１１図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザの断
面構成図である。 １−ＧａＡｓ基板、２．１２−・クラッド層、３゜１３
・・・活性層、４．１４・クラッド層、５・・・ＧａＡ
ｓキャップ層、６・・・ヒートシンク、７・・・ろつ材
、８・・・レーザ素子、２１・・ＧａＡｓ基板、２２・
・・エツチング停止層、２３−基板層、２９・キャップ
層、３２．３３・・・電極層 代□理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）’Ｆｒｌ
’Ａ−７ＡＩ是ｒＢＩＺ： ｘ第３図 第今図 ＋ ｆｉ （ＣＩｙｎｅｓ／Ｃｍ） クト ’Ｊ （ｄｙｎｅｓ ／ｃｍ） ０ 、ｌ 、２ ．３ ．１ｆ 基腋〜／Ｉ？／−゛矢イア７゛屑りＡＩ混品此第７図 遵府ん啼妊°キイ・／７°、１！、ＩＡノ５＆品比第８
図
造を示す断面構成図である。 第２図は第１図に示す半導体レーザに於いて、活性層の
Ａｔ混晶比を変化させた時の活性層にかかる応力の変化
を示す説明図である。 第３図は半導体レーザ素子のステム上へのマウント時の
構成を示す説明図である。 第４図は応力の計算に用いた半導体レーザ用ウェハの構
成を示す説明図である。 第５図は基板とキャップ層の厚みの比（ｔ＋：ｔｓ）が
異なる場合に活性層に加わる応力の外力依存性の計算結
果を示す説明図である。 第６図は基板層とキャップ層のＡｔ混晶比を変えたとき
に活性層に加わる応力の外力依存性の計算結果を示す説
明図である。 第７図はクラッド層と活性層とのＡｔ混晶比差を０．３
と一定にとって、基板及びキャップ層のＡｔ混晶比Ａｌ
’ｓ ＋ ＡＡ＋ｓを変えたときの、外力がない場合の
活性層に加わる応力の計算結果を示す説明図である。 第８図は外力がないときに、クラッド層のＡｔ混晶比が
変化した場合の活性層の応力が基板及びキャップ層のＡ
ｔ混晶比に対して依存する程度の計算結果を示す説明図
である。 第９図は、外力がない場合に、基板層とキャップ層の厚
みの合計を１００μｍと一定にとって基板層の厚みを変
えたときの活性層に加わる応力の変化の計算結果を示す
説明図である。 第１０図は本発明の一実施例である半導体レーザの製造
工程を示す断面構成図である。 第１１図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザの断
面構成図である。 １−ＧａＡｓ基板、２．１２−・クラッド層、３゜１３
・・・活性層、４．１４・クラッド層、５・・・ＧａＡ
ｓキャップ層、６・・・ヒートシンク、７・・・ろつ材
、８・・・レーザ素子、２１・・ＧａＡｓ基板、２２・
・・エツチング停止層、２３−基板層、２９・キャップ
層、３２．３３・・・電極層 代□理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）’Ｆｒｌ
’Ａ−７ＡＩ是ｒＢＩＺ： ｘ第３図 第今図 ＋ ｆｉ （ＣＩｙｎｅｓ／Ｃｍ） クト ’Ｊ （ｄｙｎｅｓ ／ｃｍ） ０ 、ｌ 、２ ．３ ．１ｆ 基腋〜／Ｉ？／−゛矢イア７゛屑りＡＩ混品此第７図 遵府ん啼妊°キイ・／７°、１！、ＩＡノ５＆品比第８
図
Claims (1)
- １、 レーザ発振用活性領域を有する多層結晶層の半導
体レーザ素子に於いて、前記活性領域をマウント面から
素子厚さの３５％以上でかつマウント面と反対の面から
素子厚さの１８％以上の距離を隔てて前記多層結晶層内
に形成したことを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58140756A JPS6031288A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 半導体レ−ザ素子 |
| US06/633,990 US4637029A (en) | 1983-07-29 | 1984-07-24 | Semiconductor laser |
| EP84305129A EP0133036B1 (en) | 1983-07-29 | 1984-07-27 | Semiconductor laser |
| DE8484305129T DE3483856D1 (de) | 1983-07-29 | 1984-07-27 | Halbleiterlaser. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58140756A JPS6031288A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6031288A true JPS6031288A (ja) | 1985-02-18 |
Family
ID=15276003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58140756A Pending JPS6031288A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4637029A (ja) |
| EP (1) | EP0133036B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6031288A (ja) |
| DE (1) | DE3483856D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62213314A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-19 | Sony Corp | テレビ及びラジオ受信装置 |
| JPH0398539U (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-14 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60192380A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| US5412679A (en) * | 1994-02-14 | 1995-05-02 | Eastman Kodak Company | Optical waveguide epitaxially grown on semiconductors for upconversion |
| US6551857B2 (en) | 1997-04-04 | 2003-04-22 | Elm Technology Corporation | Three dimensional structure integrated circuits |
| US8933715B2 (en) | 2012-04-08 | 2015-01-13 | Elm Technology Corporation | Configurable vertical integration |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5637687A (en) * | 1979-09-04 | 1981-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser device |
| JPS58206184A (ja) * | 1982-05-25 | 1983-12-01 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
| JPS5917292A (ja) * | 1982-07-20 | 1984-01-28 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
-
1983
- 1983-07-29 JP JP58140756A patent/JPS6031288A/ja active Pending
-
1984
- 1984-07-24 US US06/633,990 patent/US4637029A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-07-27 EP EP84305129A patent/EP0133036B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-07-27 DE DE8484305129T patent/DE3483856D1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62213314A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-19 | Sony Corp | テレビ及びラジオ受信装置 |
| JPH0398539U (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-14 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3483856D1 (de) | 1991-02-07 |
| EP0133036B1 (en) | 1990-12-27 |
| EP0133036A3 (en) | 1986-03-05 |
| US4637029A (en) | 1987-01-13 |
| EP0133036A2 (en) | 1985-02-13 |
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