JPS61214591A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS61214591A
JPS61214591A JP5456985A JP5456985A JPS61214591A JP S61214591 A JPS61214591 A JP S61214591A JP 5456985 A JP5456985 A JP 5456985A JP 5456985 A JP5456985 A JP 5456985A JP S61214591 A JPS61214591 A JP S61214591A
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JP
Japan
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layer
buried
semiconductor laser
layers
type
Prior art date
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JP5456985A
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English (en)
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Makoto Haneda
誠 羽田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体レーザ素子、特に、埋め込みへテロ構造
(buried−hetero  5t−ructur
e:BHと略す、)の半導体レーザ素子に関する。
〔背景技術〕
光通信用光源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク等の情報処理装置用光源として、各種構
造の半導体レーザ素子が開発されている。たとえば、日
立評論社発行「日立評論」1983年第10号、昭和5
8年10月25日発行、P39〜P44に記載されてい
るように、光通信用半導体レーザとしてBH型半導体レ
ーザ素子が知られている。
この半導体レーザ素子は、InGaAsP系の化合物半
導体で構成されている。
ここで第3図を参照しながらInGaAsP系の半導体
レーザ素子(レーザチップとも称する。)について、簡
単に説明する。すなわち、レーザチップはn形(第1導
電形とも称する。)のIn(インジウム)−P(燐)の
基板1の主面〔上面: (100)結晶面〕にn−形I
nPからなるバッファ層2.In−Ga(ガリウム) 
−As  (砒素)−Pからなる活性層3.  p形(
第2導電形とも称する。)のInPからなるクラッド層
4. 1)形1nGaAsPからなるキャップ層5を順
次形成した多層成長層がストライプ状に形成されている
。この多層成長層は断面形状が逆三角形となり、いわゆ
る逆メサ構造となるとともに、この逆メサ構造の側面は
(111)結晶面となり、Inが現れる面となっている
。また、この逆メサ面部分の下端から下方の部分は緩や
かに広がる順メサ構造となっている。また、この多層成
長層の両側にはp形のInPからなるブロッキング層6
.  n形のInPからなる埋め込み層7.1nGaA
sPからなるキャップ層8が積層状態で埋め込まれてい
る。また、多層成長層の電極コンタクト領域を除く基板
1の主面側は絶縁膜9で被われている。そして、基板1
の主面側にはアノード電極10が、基板1の裏面にはカ
ソード電極11がそれぞれ設けられている。これら電極
はそれぞれ金糸電極となっている。なお、前記キャップ
層8およびクラフト層4の表層部分には亜鉛(Zn)が
拡散されてp+形の亜鉛拡散領域からなるオーミックコ
ンタクト層12(点々が施されている領域を示す、)が
設けられている。
ところで、このようなレーザチップは、テストエレメン
ト グループ(TEG)による温度特性解析時、ときと
して駆動電流および閾電流値の増大による特性不良(サ
イリスタ動作)が発生し、かつこの原因が埋め込み成長
層を経由するリーク電流の発生にあるということが本発
明者によってあきらかにされた。
すなわち、このレーザチップは第3図に示されるように
、多層成長層に逆バイアスを印可してレーザ発振させた
場合、電流aはキャップ層5.クラッド層4.活性層3
.バフファ層2.基板1と順次流れる。しかし、活性層
3の側部にはクラブト層4と同導電形のバッファ層2お
よび基板1に接している。また、ブロッキング層6と接
するバッファ層2および基板1との界面はエツチング面
に埋め込み成長層を形成させることによって形成される
ため、その接合性は必ずしも良いとは言えないと思え、
たとえば、立ち上がり電圧(pn接合をバイアスしたと
きバイアスに比例した電流が流れ出す最小電圧)は、ク
ラッド層4.活性層3゜バッファ層2.における立ち上
がり電圧の0.9Vよりも僅かに高い1.3vとなる。
この結果、電流の一部はクラッド層4.ブロッキング層
6゜バッファ層2と活性層3を迂回するような洩れ電流
すとなって流れる。
一方、レーザ光出力を一定にするように電圧(電流)を
調整する場合において、クラッド層4と埋め込み層7と
の界面が劣化し、クラッド層4から埋め込み層7へ洩れ
電流Cが発生することも判明した。界面の劣化はEBI
C解析によるダークエリアの発生として認められた。こ
れは界面がエツチング面上に埋め込み層を形成すること
にょうて形成された結果であり、メサエッチング時に使
用されたプロメタノールによるエツチング後の洗浄によ
ってもイオン等が残留したり、表面が酸化したり、ある
いは埋め込み層成長時の界面部分での結晶成長状態が良
好でないこと等によるものと推察される。
また、埋め込み層7の表層部分にオーミックコンタクト
層12が延在している結果、オーミックコンタクト層1
2の周縁(フロント)から埋め込み層7.ブロフキング
層6.バッファ層2.基板1と洩れ電流dが流れること
も判明した。
このように、活性層3を迂回する洩れ電流す。
c、  dの発生および増大によって、閾電流値(It
h)が太き(なったり、あるいは動作電流が増大する。
また、洩れ電流の増大によって埋め込み層7とブロッキ
ング層6との間の耐圧は低下し、最終的にはクラッド層
4.埋め込み層7.ブロッキング層6.バッファ層2と
大きな洩れ電流が流れ、光出力は急激に低下する。さら
に、光出力を一定に維持する場合について考えてみると
、洩れ電流の発生によって駆動電流が増大し、駆動電流
の増大がさらに発熱量の増大を招き光出力を低下させる
ことになる。そして、所望の光出力に到達させるように
駆動電流を増大させていくと、活性層における電流密度
が大幅に増大して活性層は劣化してしまう。このような
ことから、洩れ電流の発生。
耐圧の劣化は光出力向上にとって好ましくない。
本発明は前記Cおよびdの洩れ電流低減化を図った半導
体レーザ素子に関する。
〔発明の目的〕
本発明の目的は洩れ電流が少ない半導体レーザ素子を提
供することにある。
本発明の他の目的は閾電流値および駆動電流が小さい半
導体レーザ素子を提供することにある。
本発明の他の目的は温度特性が良好な半導体レーザ素子
を提供することにある。
本発明の他の目的は寿命の長い半導体レーザ素子を提供
することにある。
本発明の他の目的は高出力化が達成できる半導  5体
レーザ素子を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明のBH型半導体レーザ素子は、クラッ
ド層およびオーミックコンタクト層と、前記クラッド層
の両側に延在する埋め込み層とがレーザ光発光時、逆バ
イアスがかけられるように、前記埋め込み層上に設けら
れたキャンプ層上に補助電極が設けられているため、レ
ーザ光発光時、埋め込み層とこの層埋め込み層に接触す
るクラッド層および埋め込み層とクラッド層上のオーミ
ックコンタクト層との接合は逆バイアスがかかり、クラ
ッド層およびオーミックコンタクト層から埋め込み層を
経由して流れようとする洩れ電流の発生は起き難くなり
、閾電流値の低減化、駆動電流の低減化、温度特性の向
上、高出力化が達成でき、特性の良好な半導体レーザ素
子の高歩留製造および低コスト化が図れる。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例によるBH型半導体レーザ素
子の概要を示す断面図、第2図は同じく平面図である。
この実施例におけるBH型半導体レーザ素子(以下、単
にレーザチップとも称する。)は、第1図および第2図
に示されるような構造となっている。
この実施例では、光通信用の半導体レーザ素子に本発明
を適用した例を示す。半導体レーザ素子は、InGaA
sP系の化合物半導体で構成されている。レーザチップ
はn形(第1導電形とも称する。)のIn(インジウム
”) −P (燐)の基板1の主面〔上面:(100)
結晶面〕にn−形InPからなるバッファ層2.In−
Ga(ガリウム)−As (砒素)−Pからなる活性層
3.  p形(第2導電形とも称する。)のInPから
なるクラッド層4.  p形I nGaAs Pからな
るキャップ層5を順次形成した多層成長層がストライプ
状に形成されている。この多層成長層は断面形状が逆三
角形となり、いわゆる逆メサ構造となるとともに、この
逆メサ構造の側面は(111)結晶面となり、Inが現
れる面となっている。また、この逆メサ面部分の下端か
ら下方の部分は緩やかに広がる順メサ構造となっている
。また、この多層成長層の両側にはp形のInPからな
るブロッキング層6゜n形のInPからなる埋め込み層
7.アンドープのr nGaAs Pからなるキャップ
層8が積層状態で埋め込まれている。また、前記キャッ
プ層8およびクラッド層4の表層部分には亜鉛(Zn)
が拡散されてp十形の亜鉛拡散領域からなるオーミック
コンタクト層12(点々が施されている領域を示す、)
が設けられている。
また、この実施例では、レーザチップ13の活性層3の
両側端部分の絶縁膜9はエツチング除去されている。ま
た、前記絶縁膜9の両側端近傍部分には前記活性層3に
沿って埋め込み層7に達する区画溝14が設けられてい
る。また、活性層3の両側にそれぞれ設けられた一対の
区画溝14の絶縁膜9上には、アノード電極10が設け
られている。このアノード電極10は前記オーミックコ
ンタクト層12と電気的に接触している。また、前記区
画溝14の外側部分のキャップ層8および絶縁膜9上に
亘って補助電極15が設けられている。なお、前記アノ
ード電極10および補助電極15は金糸の電極からなり
、その製造にあっては同時に蒸着アロイによって形成さ
れる。また、前記区画溝14はアノード電極10および
補助電極15が形成された後、常用のホトリソグラフィ
によって形成される。さらに、前記基板1の裏面には金
糸のカソード電極11が設けられている。
ら電極はそれぞれ金糸電極となっている。
このようなレーザチップ13は、アノード電極10とカ
ソード電極11に所定の電圧が印加されると、活性層3
の端面(ミラー面)からレーザ光を発振する。この際、
前記アノード電極10にはたとえばvlなるプラスの電
圧が印加されるとともに、補助電極15にはV、<V、
なる関係のプラスの電圧v2が印加される。実際には、
第2図で示されるように、アノード電極10には一本の
ワイヤ16が結線されるとともに、一対の補助電極15
は導通用ワイヤ17で接続され、かつ一方の補助電極1
5にワイヤ18が結線される。したがって、レーザ光発
光時、補助電極15にはv2なるプラスの電圧が印加さ
れるため、埋め込み層7とクラッド層4および埋め込み
層7とオーミックコンタクト層12(キャップ層5)と
の間には逆バイアスがかかった状態でレーザ発振が行わ
れる。このため、オーミックコンタクトJii12およ
びクラッド層4から埋め込み層7を経由するリーク電流
の発生はほとんどなくなることになる。すなわち、TE
G確認結果では、この部位からのリークに起因すると思
われるターンオン電流の上昇は認められなかった。
〔効果〕
(1)本発明のBH型半導体レーザ素子は、レーザ光発
光時、クラッド層およびオーミックコンタクト層と埋め
込み層との間に逆バイアスがかけられるため、クラフト
層およびこのクラッド層の上のオーミックコンタクト層
12から埋め込み層を経由して流れようとする洩れ電流
の発生は起き難くなるという効果が得られる。
(2)上記(1)から、本発明の半導体レーザ素子は洩
れ電流が極めて小さいため、閾電流値および駆動電流が
小さくでき高性能な半導体レーザ素子を提供することが
できるという効果が得られる。
(3)上記(2)から、本発明の半導体レーザ素子は、
使用時駆動電流が小さくてすむため発熱量が少なく、寿
命も長くなるという効果が得られる。
(4)上記(2)から、本発明の半導体レーザ素子は、
閾電流値および駆動電流が小さいため、温度特性が良好
となり、高出力化も可能となるという効果が得られる。
(5)上記(2)から、本発明の半導体レーザ素子は、
洩れ電流量の大きい不良品の発生を低減できるため、製
造歩留りの向上が図れるという効果が得られる。
(6)上記(2)〜(5)により、本発明によれば、半
導体レーザ素子のスクリーニング歩留り向上が図れるた
め、半導体レーザ素子の製造コストの低減が達成できる
という効果が得られる。
(7)上記(1)〜(6)により、本発明によれば、性
能が高く品質が優れた信鯨度が高い半導体レーザ素子を
安価に提供することができるという相乗効果が得られる
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である光通信用半導体レー
ザ素子製造技術に適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、たとえば、情報処理用半
導体レーザ素子製造技術などに適用できる。
本発明は少なくとも埋め込みへテロ構造の半導体レーザ
素子には適用できる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例によるBH型半導体レーザ素
子の概要、 第2図は同じく平面図、 第3図は従来のBH型半導体レーザ素子における洩れ電
流の流れる状態を示す断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、第1導電形の化合物半導体からなる基板と、この基
    板の主面に設けられた第1導電形のバッファ層と、この
    バッファ層の上に設けられかつ端面からレーザ光を出射
    する帯状の活性層と、前記活性層の上に設けられた第2
    導電形のクラッド層と、前記活性層の両側のバッファ層
    上に設けられた第1導電形のブロッキング層と、このブ
    ロッキング層の上に設けられた第1導電形の埋め込み層
    と、この埋め込み層上に設けられたキャップ層と、前記
    クラッド層の途中深さにまで達するオーミックコンタク
    ト層と、前記オーミックコンタクト層上に設けられた電
    極と、を有する半導体レーザ素子であって、前記キャッ
    プ層上には埋め込み層に電気的に接触する補助電極が部
    分的に設けられているとともに、この補助電極と前記ク
    ラッド層との間にはレーザ光発光時逆バイアスがかけら
    れるようになっていることを特徴とする半導体レーザ素
    子。
JP5456985A 1985-03-20 1985-03-20 半導体レ−ザ素子 Pending JPS61214591A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5218614A (en) * 1991-08-09 1993-06-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
US5497391A (en) * 1993-04-20 1996-03-05 Xerox Corporation Monolithic array of independently addressable diode lasers
US5663975A (en) * 1992-03-11 1997-09-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Multi-beam semiconductor laser with separated contacts characterized by semiconductor mixed crystal and active layer

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