JPS63166284A - 半導体レ−ザ装置及びその製造方法 - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、電流狭窄効果と光導波効果を有する半導体レ
ーザに係わり、特に有機金属化学気相成長法（以下ＭＯ
ＣＶＤ法と略記する）等による製造に適した半導体レー
ザ装置及びその製造方法に関する。

（従来の技術） ディジタル・オーディオ・ディスク（ＤＡＤ）、ビディ
オ・ディスク、ドキュメント・ファイル等の光デイスク
装置や光通信用光源として、半導体レーザの応用が開け
るにつれて、モード制御された半導体レーザの高出力化
と長寿命化が要求されている。

第８図に示す断面構造の素子は、ＭＯＣＶＤ法により製
作された電流狭窄効果及び作り付導波路効果を持たせた
モード制御ヘテロ接合型半導体レーザである。図中８０
はｎ−ＧａＡｓ基板、８１はｎ−ＧａＡｊ？Ａｓクラッ
ド層、８２はＧａＡＪＡｓ活性層、８３はｐ−ＧａＡＪ
！Ａｓクラッド層。

８４はｎ−ＧａＡ１Ａｓ電流阻止層、８５はｐ−ＧａＡ
１Ａｓ第１被覆層、８６はｐ−ＧａＡ、ｅＡＳ第２被覆
層、８７はＰ　　ＧａＡｓ＝：＋ンタクト層。

８８．８９は金属電極を示している。この構造のレーザ
は、ストライブ状溝部に埋め込む層を高屈折率層の第１
彼覆層８５と低屈折率層の第２彼覆層８６の少なくとも
２層とすることにより、ストライブ状溝部にしみ出した
光が高屈折率層８５の影響を受け、接合面に水平方向に
ついてストライブ状溝直下部分で高くなる実効屈折率分
布が生じることになる。高屈折率層８５の屈折率や厚み
を適当に選ぶことによって、この層８５への光のしみ出
しによる光損失を十分に小さくすることができ、無効電
流分を抑え低しきい値化を達成できる。

一方、光ディスク書き込み用光源としては、次の■〜■ ■　ビームが光学系によって小さく絞れること。

■　光出力として８０ａ＋Ｗ以上が得られること。

■　読み出し時の低出力動作時から書き込み時の高出力
動作にわたり横モードが基本モードでｑつ安定であるこ
と。

等を満足することが要求される。

しかしながら、第８図に示すレーザにあっては次、のよ
うな問題がある。即ち、ＧａＡｓ。

ＧａＡｌ！Ａｓの光学的損傷が起こる光密度は３〜４Ｍ
Ｗ／ｄといわれており、光出力３０ｍ′ｗではこの光密
度を越えて端面損傷が生じる。このため、第８図に示す
構造では３ｈＷの光出力では、せいぜい５０℃、　１０
００Ｈが限界であり、その寿命が短い等の欠点があった
。

また、最近の技術として２種の化合物半導体極薄膜を２
層以上に積層した多重量子井戸構造の活性層を用いたレ
ーザが開発されている。第９図に示す構造は、多ｆｆｉ
！子井戸構造の活性層９２のレーザ光放射両端面部ＩＯ
μ辺を、亜鉛拡散することにより量子井戸構造を破壊し
、活性領域からの発光に対して透明（窓部と呼称）にし
、端部での光の吸収による発熱を防止することによって
高出力化をはかったものである。なお、図中９４は絶縁
膜を示している。

しかしながら、この構造のレーザは利得導波型レーザの
ため、横モード制御が不完全であり、しきい値電流が高
い。このため、光デイスク書込み用光源としては用いる
ことはできず、さらに他の用途への応用範囲が狭い等の
欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように利得導波型レーザよりも狭発光領域で低いし
きい値電流、横モード制御の点で優れている屈折率導波
型レーザは、高出力化に伴って寿命特性が悪くなると云
う問題があった。さらに、多重量子井戸構造の活性層を
用いた従来レーザは、利得導波型であるので、低しきい
値化及び横モード制御の安定化をはかり得ない等の問題
があった。

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、屈折率導波型レーザにおいて、その
欠点となっていた端面損傷を極力抑えることができ、低
しきい値で横モード制御性に優れ、高出力動作で高い信
頼性が得られる半導体レーザ装置を提供することにある
。

また本発明の他の目的は、上記構造のレーザを簡便且つ
量産性良く実現し得る半導体レーザ装置の製造方法を提
供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、多重量子井戸構造を有する活性層を用
いると共に、電流狭窄のためのストライブの両端におけ
る量子井戸構造を拡散により破壊して、窓付内部ストラ
イブ構造を実現することにある。

即ち本発明は、多重量子井戸構造の活性層を第］及び第
２導電型のクラッド層で挟んでなり、第１導電型クラッ
ドｒｔを基板側にして形成されたダブルヘテロ接合構造
部と、このヘテロ接合構造部の第２導電型クラッド層上
に形成されたストライブ状の開口部を有する第１導電型
の電流阻止層と、この電流阻止層上及び上記開口部上に
形成された第２導電型の再成長層とを具備した屈折率導
波型の半導体レーザ装置において、前記第２導電型のク
ラッド層を２層に形成すると共に、該２層のうち活性層
に近い方のクラッド層に拡散係数の小さい不純物をドー
プし、且つ他方のクラッド層に拡散係数の大きい不純物
をドープし、前記ストライブ状開口部の両端部において
上記拡散係数の大きい不純物をドープしたクラッド層か
ら前記第１導電型のクラッド層まで該不純物を拡散して
、窓付内部ストライブ構造を形成するようにしたもので
ある。

また本発明は、上記構造の半導体レーザ装置の製造方法
において、第１導電型化合物半導体基板上に、第１導電
型クラッド層、多重量子井戸構造の活性層、拡散係数の
小さい不純物をドープした第２導電型クラッド層、拡散
係数の大きい不純物をドープした第２導電型クラッド層
及び第１導電型の電流阻止層を順次成長形成したのち、
上記電流狭窄層をエツチングしてストライブ状の開口部
を設けると共に、このストライプ状開口部の両端を除く
部分では拡散係数の小さい不純物をドープした第２導電
型クラッド層に達するまでエツチングし、次いで上記電
流阻止層及びストライプ状開口部に露出した半導体層上
に第２導電型の再成長層を形成し、さらに前記拡散係数
の大きい不純物をドープしたクラッド層から前記第１導
電型クラッド層まで該不純物を拡散して、窓付内部スト
ライブ構造を形成するようにした方法である。

（作用） 本発明では、ストライブ状溝部（電流注入領域）の両端
部において、第２導電型のクラッド層から活性層を通し
て第１導電型のクラッド層まで不純物を拡散させて、こ
の領域における活性層の量子井戸構造を破壊している。

ここで、拡散により量子井戸構造を破壊された領域は、
その組成は量子井戸を構成する半導体の平均組成となり
、発光波長に対して透明領域（窓）となる。つまり、ス
トライブ部の非拡散領域は発光領域となり拡散領域の活
性層は量子井戸構造が破壊された透明領域（窓）となり
、窓付内部ストライブ構造が実現されることになり、こ
れにより、レーザ光による端面破壊を防止することがＩ
ＩＪ能となる。さらに、活性層に近いクラッド層からの
拡散を利用しているので、屈折率導波型レーザのように
内部ストライブを有するものにあっても、活性層への拡
散を確実に行うことが可能となる。

（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
構成を示す斜視図であり、第２図（ａ）は第１図の矢視
Ａ−Ａ断面図、第２図（ｂ）は第１図の矢視Ｂ−Ｂ断面
図である。

図中１０はｎ−ＧａＡｓ基板（Ｓｌドーブ：２ｘ１０１
８ｎ−３）であり、二〇基板１０上にＭＯＣＶＤ法（有
機金属気相成長法）により以下の層が連続的に成長形成
されている。即ち、厚さ　１．５μｍのｎ−Ｇ　ａ　　
　ＡＪ　　　Ａ　ｓクラッド層１１（ＳｅＯ’、５２　
　０．４８ ドープ：　５ｘｌＱ１７ｃｍ−３）　、　Ｆａ量子井戸
構造らなる１ｑさ　３００人のアンドープ活性層１２．
厚さ　０．５μｍのｐ−Ｇａ　　　Ａ、ｉ？　　　Ａｓ
クラッド層１３（Ｍｇド０．５２　　０．４８ 一ブ：　５Ｘ１０１７）　、厚さ　０．５ｔ、ｔ　ｍ、
のｐ−Ｇａ０．５２ ＡＪ　　Ａｓクラッド層１４（Ｚｎドープ：　５ｘ１０
１９）０．４８ 及び厚さ　１．５μｙｎ、のｎ−Ｇ　　　ＡＪ　　Ａｓ
電流０．５２　　０．４８ 阻止層１５（Ｓｅドープ；　７Ｘ１０１７）が上記順に
成長されている。このときの成長条件は成長温度７５０
℃、常圧、Ｖ／Ｉ［Ｉ比（Ｖ族と■族（７）モル比）−
２０゜成長速度（ＧａＡｓ）＝　０．２μｍ／分、水素
全流ＱｔｏＪ！、／分である。但し、電流阻止層１５の
成長温度は７００℃とし、成長速度を０，５μｍ／分と
して、その下のクラッド層１４のＺｎの拡散を防止した
。また、活性層１２の構造は、井戸層としてＧａＡｓの
５０人を３層、バリア層としてＧａＯ，７８Ａノ　　Ａ
ｓの７０人を２層とした。

０．２２ 電流阻止層１５には、ホトリソグラフィ技術とエツチン
グ技術により、ストライプ状の溝が開口されている。ま
た、このストライブ状溝の両端部を除く部分において、
クラッド層１４にはクラッド層１３に達するまでエツチ
ングによるストライブ状開口が形成されている。

電流阻止層１５及びストライブ状溝に露出したクラッド
層１３上には、厚さ０．１５μｍのｐ−Ｇａ　　　Ａｉ
　　Ａｓ光導波路層１６（Ｚｎドープ。

０．７　　０．３ ２ｘｌＯ１８ａ−３）　、厚さ　１．５．ｃｚ　ｍ、の
”　ａＯ，５２ＡＪ　　　Ａｓ被覆層１７（Ｚｎドープ
、　２ｘｌＯ１８ｃｌＩ＋−３）０．４８ 、厚さ　１．Ｏμｖｔのｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８
（Ｚｎドープ、　１ｘｌＯ１９ａ−３）が再成長されて
いる。

この時の成長条件は前と同じであるが、成長後８５０℃
、　１０分間の熱処理を施し、窓部となる所のクラッド
層１４のＺｎを活性層１２の下側のクラッド層１１に至
るまで拡散させている。１９はその拡散層を示す。また
、ｐ側電極２１としてはのＴＩ／Ｐｔ／Ａｕを用い、ｎ
側電極２２としてはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いた。

第３図乃至第５図は上記実施例レーザの製造工程を示す
断面図である。なお、（ａ）は前記第１図の矢視Ａ−Ａ
断面に相当し、（ｂ）は第１図の矢視Ｂ−Ｂ断面に相当
している。

まず、第３図に示す如く、基板１０上にＭＯＣＶＤ法で
ｎ型クラッド層１１．活性層１２．ｐ型クラッド層１３
．１４及びｎ型電流阻止購１５までを連続的に成長し、
電流阻止層１５上にストライブ状に開口部３１ａを設け
たレジスト３１を形成する。ここで、レジスト３１のノ
、櫂ターンは第６図（ａ）に示す如く、ストライブの間
隔を３００μｍとし、２３０μｍ×３μｍの長方形に開
口を設けた。

さらに、ストライブ方向の開口間隔は２０μｍとした。

次いで、硫酸系エッチャント（８Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２０２
＋Ｈ２０，２０℃）を用い、第４図に示す如く電流阻止
層１５を０．８μｍエツチングする。

その後、レジスト３１を除去する。なお、上記エツチン
グは、ストライブにおける電流阻止層１５の表面に０．
８μｍの段差を設け、後述する窓部と発光領域との区分
を行うためである。

次いで、第５図に示す如く新たにストライプ状の開口３
２ａを設けたレジスト３２を形成し、上記と同じエッチ
ャントによりエツチングする。ここで、レジスト３２の
パターンは、第６図（ｂ）に示す如くストライプ状の開
口が連続したものとする。このエツチングにより、発光
領域部分が０．２μ尻になるようにエツチングすると、
窓部はクラッド層１４を０．１μ尻工・ソチングしたと
ころで＋Ｉ−まることになる。

次いで、電流阻止層１５］−及びストライブ状開口部上
に、前記光導波路層１６．被覆層１７及びコンタクト層
１８等の再成長層をＭ　ＯＣＶ　Ｄ法で形成する。そし
て、第７図に断面図を示す如く、残ったクラッド層１４
を用いＺｎの拡散を行うと、ストライプ状の発光領域を
除く部分においてＺｎがクラッド層１１まで拡散するこ
とになり、この部分における活性層１２の量子井戸構造
が破壊されることになる。量子井戸構造が破壊された部
分においてはその組成が量子井戸を構成する半導体の平
均的組成となり、この部分は発光波長に対して透明とな
る。従って、ストライブ状の発光領域の端面が発光波長
に対して透明な窓となる。

これ以降は、電極２１．２２の波管及びレーザ素子への
切出しを行うことによって、前記第１図に示す構造が得
られることになる。かくして得られるレーザは、窓部が
両端面からそれぞれ１０μｍとなっており、発光領域は
２３０μ扉となっている。

二のレーザの特性を調べたところ、横モード制御が連続
動作で７０ｍＷまで安定であり、しきい電流は　１８ｍ
Ａと低く、端面破壊光出力も連続動作で１５０ｍＷであ
った。また、５０℃、５０ｍＷの寿命として　１０００
０時間以上保証できた。これは従来構造レーザに比べて
、光出力で２０＋ｎＷ　、時間で１０倍以上の改溌とな
っている。

このように本実施例によれば、ストライブ状の発光領域
の端面か発光波長に対して透明な窓となり、窓付内部ス
トライプ構造のレーザが実現される。このため、高出力
動作における端面破壊を防止することが可能となり、レ
ーザの大出力化をはかり得る。しかも、屈折率導波型で
あることから、低しきい値電流で横モード制御が安定で
ある利点を有する。

また、活性層１２の量子井戸構造破壊のための拡散にク
ラッド層１４の不純物を利用しているので、拡散領域を
精度良く規定することができる。

即ち、前記第９図に示した従来装置のように最上層表面
からの拡散を行うのでは、該表面から活性層までの距離
が長いので、活性層において拡散領域は大きく広がって
しまう。このため、活性層における拡散領域を精度良く
規定することは不可能である。つまり、クラッド層１４
からのＺｎ拡散を利用することにより、発光領域のスト
ライブ長及び窓部の長さを制御性良く設定する二とがで
き、設計通りのレーザを再現性良く得ることができるの
である。

さらに本実施例では、ストライブの両端部のみではなく
ストライプの両側部にもＺｎ拡散による量子井戸構造の
破壊を行っているので、ストライブ直下以外での励起を
確実に防ＩＩ−することがてきる。このため、発光領域
をストライプ直下の狭い領域のみに限定することができ
、レーザ発振効率の向上をはかることも可能である。

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、前記ストライブ状溝形成のエツチングに際
し、発光領域では拡散係数の小さい不純物をドープした
クラッド層１３の途中まで。

エツチングしているが、これは後に形成する先導波路層
１６を活性層１２に十分近付けるためである。従って、
クラッド層１３の厚みを十分に薄くしておけば、クラッ
ド層１３の表面でエツチングを止めるようにしてもよい
。また、クラッド層１３．１４にドープする不純物はＭ
ｇ、Ｚｎに同等限定されるものではなく、活性層に近い
方のクラッド層１３に拡散係数の小さい不純物を、他方
のクラッド層１４に拡散係数の大きい不純物をドープす
ればよい。さらに、ＧａＡ、ｆｆＡｓに限らず、他の化
合物半導体結晶を用いたレーザに適用できるのは勿論の
ことである。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。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、多重量子井戸構造
を有する活性層のストライプ状発光部端部において、拡
散により量子井戸構造を破壊しているので、発光領域端
部に発光波長に対して透明な窓を形成することができる
。従って、屈折率導波型であり且つ窓付内部ストライプ
構造のレーザを実現することができ、低しきい値、横モ
ード制御の安定化及び大出力化をはかり得、光デイスク
書込み用光源として極めて同効である。

【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
構造を示す斜視図、第２図は第１図の矢視Ａ−Ａ断面及
び矢視Ｂ−８断面を示す図、第３図乃至第５図は上記実
施例レーザの製造工程を示す断面図、第６図は上記実施
例レーザ製造の際に用いたレジストパターンを示す模式
図、第７図はＺｎ拡散による量子井戸構造を説明するた
めの模式図、第８図及び第９図は従来のレーザ構造を示
す断面図である。 １０−ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、 １１　・−ｎ　−Ｇ　ａ　　　Ａ　１ ０．５２　　０．４８Ａ”クラッド層、１２・・・活性
層、 ］　３・・・ｐ−Ｇ　ａ　　　　　ＡＩ！０．５２　　
０．４８Ａｓクラッド層 （Ｍｇドープ）、 １４・・・ｐ−ＧａＡノ ０．５２　　０．４８ＡＳクラッド層 （Ｚｎドープ）、 １　５−ｎ　−Ｇ　ａ　　　　Ａノ ０．５２　　０．４８Ａ”電流阻止層、１６　・・ｐ　
−Ｇ　ａ　　　Ａ　Ｊ　　　Ａ　ｓ光導波路層、０．７
　　　　０．３ １　７−ｐ　−Ｇ　ａ　　　　　Ａ　ｌ！０．５２　　
０．４８ＡＳ被覆層・ １８・・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１９・・・拡散
領域、 ２１−ｐ側電極（ＴＩ／ＰＬ／Ａｕ）、２２　、、、　
ｎ側電極（ＡｕＧｃ／Ｎ［／Ａｙ）、３１．３２・・・
レジスト。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ｂ） 第６図 第７図 （ａ） 第３ （ａ） 第４ （ａ） 第５ （ｂ） 図 （ｂ） 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重量子井戸構造の活性層を第１及び第２導電型
   のクラッド層で挟んでなり、第１導電型クラッド層を基
   板側にして形成されたダブルヘテロ接合構造部と、この
   ヘテロ接合構造部の第２導電型クラッド層上に形成され
   たストライプ状の開口部を有する第１導電型の電流阻止
   層と、この電流阻止層上及び上記開口部上に形成された
   第２導電型の再成長層とを具備した屈折率導波型半導体
   レーザ装置において、前記第２導電型クラッド層を２層
   に形成すると共に、該２層のうち活性層に近い方のクラ
   ッド層に拡散係数の小さい不純物をドープし、且つ他方
   のクラッド層に拡散係数の大きい不純物をドープし、前
   記ストライプ状開口部の両端部において上記拡散係数の
   大きい不純物をドープしたクラッド層から前記第１導電
   型クラッド層まで該不純物を拡散して、窓付内部ストラ
   イプ構造を形成してなることを特徴とする半導体レーザ
   装置。
2. （２）前記拡散係数の大きい不純物をドープしたクラッ
   ド層は、前記ストライプ状開口部において該ストライプ
   両端を除く部分が除去されてなる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）前記第２導電型クラッド層のうち、活性層に近い
   方のクラッド層にはＭｇがドープされ、他方のクラッド
   層にはＺｎがドープされてなる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。
4. （４）第１導電型化合物半導体基板上に、第１導電型ク
   ラッド層、多重量子井戸構造の活性層、拡散係数の小さ
   い不純物をドープした第２導電型クラッド層、拡散係数
   の大きい不純物をドープした第２導電型クラッド層及び
   第１導電型の電流阻止層を順次成長形成する工程と、上
   記電流狭窄層をエッチングしてストライプ状の開口部を
   設けると共に、このストライプ状開口部の両端を除く部
   分では拡散係数の小さい不純物をドープした第２導電型
   クラッド層に達するまでエッチングする工程と、上記電
   流阻止層及びストライプ状開口部に露出した半導体層上
   に第２導電型の再成長層を形成する工程と、前記拡散係
   数の大きい不純物をドープした第２導電型クラッド層か
   ら前記第１導電型クラッド層まで不純物を拡散して、窓
   付内部ストライプ構造を形成する工程とを含むことを特
   徴とする半導体レーザ装置の製造方法。