JPS6246583A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS6246583A
JPS6246583A JP60185531A JP18553185A JPS6246583A JP S6246583 A JPS6246583 A JP S6246583A JP 60185531 A JP60185531 A JP 60185531A JP 18553185 A JP18553185 A JP 18553185A JP S6246583 A JPS6246583 A JP S6246583A
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Naohiro Shimada
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Masasue Okajima
岡島 正季
Hideaki Kinoshita
木之下 秀明
Nobuyuki Matsuura
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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】 (発明の技術分野〕 本発明は、作り付け導波路11造を備えた半導体レーザ
装置の改良に関する。
〔発明の技術的背頭とその問題点〕
近年、ディジタル・オーディオ・ディスク(CAD)、
ビデオ・ディスク、ドキュメント・ファイル等の光デイ
スク装置や光通信用の光源として、半導体レーザの需要
が増加している。光デイスク装置に用いる半導体レーザ
の特性としては、基本横モードが安定に得られること、
非点収差が小さいこと、信頼性に優れること等が要求さ
れる。
このような用途に適した半導体レーザとして、第3図に
示す如き屈折率導波型レーザが提案されている(Pro
c、or 16th Con(on  5olid  
5tate  Devices and  Mater
ials(1984) D153 )。
図中31はN−GaAs基板、32(まN−GaAlA
sクラ・ノド層、33&よGaAQAS活性層、34は
P−GaAgAsクラット層、35 ハN −G a 
A s 電流狭窄層、36ハP −G a A Q A
 s II導波層37はP−GaAffAS?!!if
!!、38はP−GaAs:+ンタクト層、39.40
は金属電極層をそれぞれ示している。
なお、上記構造は基板31から電流狭窄層35まての第
1回目の結晶成長と、電流狭窄@35の一部をストライ
プ状にエツチングしたのちに導波層36からコンタク1
〜層38までの第2回目の結晶成長とからなる2段階の
結晶成長プロセスにより作成される。ここで、第2回目
の結晶成長の開始時点における導波層36の成長は、一
旦表面が空気中に晒されたGaAlAs面上への成長で
ある。
このため、従来のLPE法では成長が難しく、GaAλ
AS面上への成長が容易なM OCV D法によって初
めて制御性良く製作できるようになったものである。
ところで、上記レーザでは、導波層36がストライプ状
溝部42において活性層33に近接して配置されている
ことにより、横モード制御□□が行われている。即ち、
接合面に垂直方向のモードの実効屈折率を考えた場合、
ストライプ状溝部42ではクラッド層32.34.活性
層33.導波層36、il!fi層37のそれぞれの屈
折率及び厚さ等から決まる値neffをとるが、ストラ
イプ状溝部42以外の領域では、導波層36及び被覆胴
37が活性層33から十分間れているので、neffよ
り小さいneff−となる。このような水平方向の実効
屈折率の分布により、光はストライプ部分に閉込められ
る。
このように第3図に示すレーザは、屈折率導波型である
ため、非点収差は殆どなく、モードも安定である。また
、導波層側へ光が広がって導波されるので、活性層にお
ける光密度を低減でき、高出力動作にも有利である。
しかしながら、この種の装置にあっては次の■〜■のよ
うな問題があった。
■ ス1−ライブ部以外の領域で活性層と電流狭窄層と
を所定の距離以上離さなければならないので、ストライ
プ状溝部形成のためのエツチング量が大きくなり、スト
ライプ状溝部での活性層と導波層との距ah及びストラ
イプ幅Wがばらつく。
■ 活性層と電流狭窄層との距離が大きいため、ストラ
イプ状溝部の両側への電流リークが大きく、内部吊子効
率が低下する。
■ 電流狭窄層としてGaAsを用いているため、上下
のGaA、2△5lilとの間の格子整合に起因する応
力歪みにより、高出力動作における信頼性確保が」しい
上記問題のうち■は横モードの安定性に影響する。第4
図はストライプ状溝部における活性層と導波層との距i
hcμml、導波層の厚さt[μm]に対し、実効屈折
率差ΔneH(= n eff−n eff = )及
び活性層への光閉込め係数[の値をプロットしたもので
ある。この例では、クラッド層32.活性層33.クラ
ッドFF434゜導波層36.被覆層37におけるAl
の組成比をそれぞれ0,4.0.06.0,4.0,2
7.0.4とし、活性層の厚さは0.06[μTrL]
として計算した。安定な横モードを得るには、プラズマ
効果等による屈折率減少を補うだけの△neHが必要で
、実験的にもΔn effが〜10)付近で安定な基本
横モードが1qられることか確められている。また、光
閉込め係数「が小さ過ぎるとしきい値が大きくなってし
まい、逆に「が大き過ぎると高出力動作における劣化に
つながるため、適正な値に設定することが必要である。
例えば、△n effの適正範囲を0.8〜1.6X 
10’ 、r(7)適正1囲を0.06〜0.12とす
ると、t、hの許容範囲は第4図に斜線で示す領域とな
る。従って、tの値は勿論のこと、hの値も精度良く設
定しなければならない。しかし第3図の構造では、hに
対してストライプ状溝部形成のためのエツチング量が約
1桁大きいため、hのバラツキを避(ブることはできず
、量産の場合の歩留りが低い。
また、上記■の問題点に関しては、特に高出力、例えば
50[mW]以上の光出力での動作における信頼性に影
響する。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、発振横モード力く安定で、電流リーク
を少なくすることができ、且つ信頼性に優れた半導体レ
ーザ装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、電流狭窄層として八りを含む化合物半
導体材料を用いることにより、格子整合による応力歪み
を低減し、さらにストライプ状溝部形成のためのエツチ
ング邑の低減を可能としたことにある。
即ち本発明は、活性層に対し基板と反対側のクラッド層
上に該クラッド層とは導電型の異なる電流狭窄層をスト
ライプ状部分を除(Xで形成し、この上に上記クラッド
層と同じ導電型で該クラッド層よりも屈折率の高い導波
層を形成し、且つこの導波層上に上記クラッド層と同じ
導電型で導波層よりも屈折率の低い導波層を形成して、
電流狭窄効果及び作り付け導波路効果を持たせたヘテロ
接合型半導体レーザ装置において、前記クラッド層。
電流狭窄層及び導波層をAlを含む化合物半導体材料で
形成し、且つ前記電流狭窄層における八λの組成比を前
記導波層におけるそれよりも大きく設定するようにした
ものである。
〔発明の効果) 本発明によれば、電流狭窄層として、クラッド層及び導
波層と同様に、Alを含む化合物半導体材料を用いてい
るので、電流狭窄層の両売面における応力歪みが緩和さ
れることになる。このため、^出力動作における信頼性
を著しく改善することができる。また、電流狭窄層の屈
折率が小さく且つ光吸収係数が小さくなるので、クラッ
ド層の膜厚を薄く形成することができる。このため、ス
トライプ状溝部以外へのリーク電流を低減することがで
き、且つモード安定性を得るのに必要な寸法再現性を高
めることができる。
(発明の実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。図中114tN−QaAS基
板、12はN  Gao、n  AQQ、4  Asク
ラッド層、13はG ao、、、 A Q。、0. A
 S活性層、14はP−Gan、a  Afi。、、A
sクラッド層、15はN  Gan、asAlq、3s
AS電流狭窄層。
16 LL P  G a o、7s A Qo、t7
AS導波層、17BよP  G a、−n  A Qn
−4AS被覆層、18(まP−GaASコンタクト層、
19.20tま金属電園層をそれぞれ示している。
上記構造のレーザは、第2図(a)〜(C)に示す工程
によって実現される。まず、第2図(a)に示す如く面
方位(100)のN−GaASM板11上板厚1上、7
 [μm]のN−GaAgAsクラッド層12、厚さ0
.06[μ77L]のGaAlAs活性1*13、厚さ
0.7 [μm]のP−GaAlAsクラッド層14、
及び厚さ0.7 [μm]のN−GaAlAS電流狭窄
層15を順次成長せしめた。この第1回目の結晶成長に
はMOCVD法を用いた。なお、第1回目の結晶成長に
は必ずしもM OCV D法を用いる必要はないが、大
面積で均一性の良い結晶成長が可能なMOCVD法を用
いることは、量産化を考えた場合しPE法に′比べて有
利である。
次いで、第2図(b)に示す如く電流狭窄層15上にフ
ォトレジスト21を塗布し、該レジスト21に幅1.5
[μTrL1のストライプ状窓を形成し、これをマスク
として電流狭窄層15を選択エツチングし、ざらにクラ
ッド層14を途中までエツチングしてストライプ状の溝
部22を形成した。溝部22の底面の幅Wは1[μml
、底面から活性層13までの距離りは0.4[μm]に
形成した。ここで、電流狭窄層15をGaAgASで形
成しているので、クラッド@14を従来よりも薄く形成
することができる。そして、ストライプ状溝部42の深
さは約1[μ77L]で、電流狭窄層15がGaAsの
場合の約半分で済むことになり、寸法再現性が大幅に向
上する。また、電流狭窄層15におGブるAgの組成比
を更に高くし、例えば0.4とすると、クラッド層14
と屈折率が同じとなり、クラッド層14の膜厚をより薄
く形成することが可能である。
次いで、レジスト21を除去し表面洗浄処理を施したの
ち、第2回目の結晶成長をMOCVD法でjlつだ。即
ち、第2図(C)に示す如く全面に厚さ0.2 [μm
]のP−GaAlAS導波層16、厚さ1.25 Cμ
m]の被覆膚17及び厚さ5 [μm]のP−GaAs
:rンタク1−Ffa18を成長形成した。これ以降は
、通常の電極層は工程によりコンタクト1118上にC
r−AUI極19を、さらに基板11の下面にAu−Q
e電極20を被着して前記第1図に示す如き構造を得た
かくして得られた試料をへき開により共振器長250[
μm]のファブリベロー型レーザに切出した素子の特性
は、しきい暗電流35[mA]と低く、微分量子効率も
50[%]と良好であった。
また、出力50[mW]以上までキンクのない線形性の
良い電流−光出力特性が得られた。さらに、レーザ端面
より放射されたレーザ光ビームの接合面に水平方向、垂
直方向のビームウェストは端面に一致しており、良好な
屈折率ガイドになっていることが確認できた。
このように本実茄例によれば、電流狭窄層15・をGa
AgASで形成しているので、上下のGaAβ△S層(
14,16)との間の格子整合がとれ、電流狭窄層15
の両界面における応力歪みが緩和されることになる。こ
のため、高出力動作における信頼性を著しく改善するこ
とができる。
また、電流狭窄層15の屈折率が小さく且つ光吸収係数
が小さくなるので、電流狭窄層15を活性層13に近付
けることが可能となり、クラッド層14の膜厚を薄く形
成することができる。このため、ストライプ状溝部42
以外へのリーク電流を低減することができ、且つモード
安定性を得るのに必要な寸法再現性を高めることができ
る。即ち、発振横モードが安定で電流リークも少なく、
また信頼性に優れた半導体レーザを実現することができ
る。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記電流狭窄層におけるAQの組成比は、
前記導′a層におけるそれよりも大きい範囲でjΔ官変
更可能である。また、構成材料としてはGaAgASに
限るものではなく、l nGaAsP、AlGa I 
nP或いはAffGaZnP等の他の化合物半導体材料
を用いることも可能である。さらに、結晶成長法として
は、MOCVD法の代りに、M B E法を用いること
もできる。また、基板としてP型基板を用い、各層の導
電型を逆にすることも可能である。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図、第2図(a)〜(C)は1紀レーザ
の製造工程を示す断面図、第3図は従来レーザの概略構
造を示す断面図、第4図は実効屈折率差△neH及び活
性層の光閉込め係数[と寸法との関係を示す特性図であ
る。 11・・・N−GaAsJl板、12− N −G a
 o−a△Qo−<Asクラッド層、13− G aa
−94A Q、n−a6AS活性層、14−P  Ga
0−6  AIto−<  Asクラッド層、15・=
N−GaO,as Alto−sa As零流狭窄層、
16 ・P −G ao、、3A Q。、27A s導
波層、17=・P−’Gao、a  Aln、4 As
?!full、18−・・P −G a A s コン
タクト層、19.20−・・金属電極層、21・・・レ
ジスト、22・・・ストライプ状溝部。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ’c [、m] − ′yy、afy [x 1o−”3−脅(祠    U

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)活性層に対し基板と反対側のクラッド層上に該ク
    ラッド層とは導電型の異なる電流狭窄層をストライプ状
    部分を除いて形成し、この上に上記クラッド層と同じ導
    電型で該クラッド層よりも屈折率の高い導波層を形成し
    、且つこの導波層上に上記クラッド層と同じ導電型で導
    波層よりも屈折率の低い被覆層を形成して、電流狭窄効
    果及び作り付け導波路効果を持たせたヘテロ接合型半導
    体レーザ装置において、前記クラッド層、電流狭窄層及
    び導波層をAlを含む化合物半導体材料で形成し、且つ
    前記電流狭窄層におけるAlの組成比を前記導波層にお
    けるそれよりも大きく設定したことを特徴とする半導体
    レーザ装置。
  2. (2)前記Alを含む化合物半導体材料として、GaA
    lAsを用い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装置。
  3. (3)前記電流狭窄層におけるAlの組成比を、前記ク
    ラッド層におけるそれと略等しく設定したことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009119565A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Denso Wave Inc ロボット

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JP2009119565A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Denso Wave Inc ロボット

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