JPS63221691A

JPS63221691A - 半導体レ−ザ装置

Info

Publication number: JPS63221691A
Application number: JP5401487A
Authority: JP
Inventors: Misuzu Yoshizawa; 吉沢　みすず; Shigeo Yamashita; 茂雄山下; Akio Oishi; 大石　昭夫; Takashi Kajimura; 梶村　俊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1988-09-14
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2656482B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体レーザの構造に係り、特に民生用におい
て要求される高出力半導体レーザに関する。

〔従来の技術〕

光デイスク等光情報機器の光源として用いるために、発
振波長が７８０〜８３０ｎｍの、縦単一モードで、非点
収差のない半導体レーザ装置が要求されている。これら
の要求を満足するものとして、自己整合型レーザ装置が
有力な候補である。

従来この自己整合型半魂体レーザ装置については、Ｓ、
　Ｎａｋ’ａｔｓｕｋａらにより報告されている。（第
１５同面体素子材料コンファレンス・アブスＩ−ラクト
第２９７〜３００頁（１９８３年）　　（ｔ：ｘｔｅｎ
ｄｅｃｌＡｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１５ｔｈ
　Ｃｏｎｆｅｒｏｎｃｃ　ｏｎ　５ｏｌｉｄＳ’ｔａｔ
ｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　（［
８３）　ｐ　、　２９７〜３００）参照）この従来技術による自己整合型半導体レーザ装置の構造
を第１図を用いて説明する。この時、ｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４の半導体のＡ８モル比と、ｎ型ＧａＡΩＡ
ｓクラッド層２の半導体のＡｆ１モル比を等しくしてい
る。この構造の半導体レーザ装置を作製する時、溝スト
ライプを形成する際に、溝底部のｐ型ＧａＡｌＡｓクラ
ッド層が大気中に露出される。ところが、このｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓクランド層は、非常に酸化されやすいため、大
気にさらされると同時に露出面１０が酸化される０次に
、露出面１０及びｎ型Ｏａ　Ａ　ｓ電流狭窄層５上に結
晶を再成長させても、この酸化物は成長界面に存在した
ままとなる。しかも、この酸化物は電流通路に存在する
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、前記界面の酸化物が原因で、作製され
た素子の電流−電圧特性の電流のたち上がり電圧は１．
９Ｖ　、素子抵抗は５Ωといったように、電気特性が非
常に悪かった。したがって、歩留りは悪かった。また、
この界面の酸化物により素子の寿命はたいへん短く、信
頼性にも欠けていた。

本発明の目的は、自己整合型半導体レーザ装置の信頼性
を向上させ、素子を歩留りよく提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、溝ストライプ形成時に大気中に露出される
ストライブ底部のクラッド層（第１図におけるｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓクラッドＷ４）を構成する半導体のＡ１モル比
を、他方のクラッド層（第１図におけるｎ型ＧａＡｌＡ
ｓクラッド層２）を構成する半導体のＡ８モル比よりも
小さくすることにより達成される。

〔作用〕

Ａｌを組成の１構成原子とする半導体は、大気中に露出
されると、露出面に酸化物を形成する。

しかしながら、この酸化物の生成量は、Ａ８モル比に強
く依存し、Ａ８モル比が小さくなると、この酸化物はほ
とんど生成されなくなる。したがって、溝ストライプ形
成時に大気中に露出されるｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
のＡ８モル比を、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層のＡ８モ
ル比よりも小さくすることにより、溝ストライプ形成時
に大気中に露出する而に酸化物が生成されなくなる。上
記酸化物は、自己整合型半導体レーザ装置の電気特性及
び光学特性に悪影響を及ぼし、歩留りを悪くさせ、また
、信頼性を低下させる原因となっていた。

したがって、上述した酸化物が生成されなくなつたこと
により１歩留りよく、高い信頼性を有する半導体レーザ
装置が得られるようになった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

実施例１第１図を用いて説明する。

ｎ型ＧａＡｓ基板結晶１の上にｎ型Ｇａ１−ｘ＾Ｑ　Ｘ
Ａ８クラッド層２　Ｃｘ＝０．４５　）、Ｇａ１−ｙＡ
ｌｙＡｓ活性ｆｆ３　（ｙ＝０．１４　）　、ｐ型Ｇａ
ｔ−ｚＡ　Ｑ　ｚｋｓクラッド５４　（ｚ＝０．３７　
）　、ｎ型ＧａΔ５ｆｆ１流狭窄ｍ５をＭＯＣＶＤ法に
より順次形成する。

その後、ホトエッチング工程により、ｎ型Ｏａ　Ａ　ｓ
電流狭窄層５を完全に除去しｐ型Ｇａｔ−ｚＡ　Ｑ　ｚ
ＡｓＡｓクララ４の表面を露出する幅１〜１５μｍの溝
ストライプを形成する０次にＭＯＣＶＤ法によりｐ型Ｇ
ａｉ−ｍＡｌｕＡｇ埋込みクラッド層６（ｕ＝０．４５
）％ｐ型Ｇ　−ａ　Ａ　ｓキャップＦＪ７を形成する。

この後、ｐ（［！ｌｆｆ１極８．ｎ側電極９を形成した
後、へき開法により、共振器長約３００μｍのレーザ素
子を得た。

試作した素子は５発振波長７８０ｎｍにおいて、しきい
電流値３０〜５０ｍＡで室温連続発振し。

発振スベク１−ルは、安定な縦単一モードであった。

また、非点収差は全くなかった。また、電流−電圧特性
における電流の立上り電圧は１．３Ｖ　、素子抵抗１．
５Ω　といった。良好な電気特性も得られた。さらに、
７０でにおいて、光出力４０ｍＷ定光出力動作時の寿命
も、２０００時間経過後も、顕著な劣化は児ら九ず、信
頼性も高いことが明らかとなった。

実施例２第２図を用いて説明する。

ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板結晶」の上にｎ型Ｇａ１−ｘＡ
　Ｑ　ｘＡＳクラッドＰ　２　（ｘ　＝　０．４５　）
　、Ｇａｚ−ｙＡ　ＱｙＡｓ活性層３　（ｙ＝０．１４
　）、ｐ型Ｇａｔ−ｚ　Ａ　Ｑ　ｙ　Ａ　ｓクララド層
４（ｚ＝０．３０）、ｎ型Ｇ　ａｘ−ｖ　Ａ　Ｑ　ｖ　
Ａ　ｓエツチング停、Ｊ：、ＷＩ　、１１　（ｖ　＝　
０．３７）　、　ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５をＭＯＣＶ
Ｄ法により順次形成する。このウェハ上にフォトリソグ
ラフィにより、窓幅１〜１５μｒｎのホ１−レジマスク
を形成し、これをマスクにしてＲＴ　Ｅ　（Ｒ３ａｃｔ
ｉｖｅＩｏｎＥｔｔｈｊｎｇ）によりｎ型Ｇ　ａ　、Ａ
　ｓ　Ｑ流狭窄層５を選択的に除去する。このときｎ型
ＧｎＡｇｆｆｉ流狭窄層５のエツチングレートは、ｎ型
Ｇａｘ−ｖＡ　Ｄ、　ｖ　Ａｓエツチング停止層１１の
エツチング停市層に対して、２００倍程度であるので、
エツチングはｎ型Ｇ　ａ　１−ｖ　Ａ　Ｉｌ、　ｖ　Ａ
　ｇエツチング停止層１１の表面で停止する。その後、
ウェットエッチにより、ｎ型Ｇ　ａｘ−ｖ　Ａ　Ｑ　ｖ
　Ａ　ｓエツチング停止層を除去し、Ｐ型Ｇ　ａｌ−ｚ
　Ａ　Ｑ□ΔＳクラッドＭ４の表面を露出する幅１〜１
５μｍの溝ストライプを形成する。次に、ＭＯＣＶＤ法
によりｐ型Ｇ　ａｌ−ｕ　Ａ　Ｑ　ｕ　Ａ　ｓ埋込みク
ラッド層６　（ｕ＝０．５）、ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャ
ップ層７を形成する。この後、ｐ側電極８、ｎ側電極９
を形成した後、へき開法により、共振器長的３００μｍ
のレーザ素子を得た。なお、本発明においては、ｎ型Ｇ
　ａｘ−ｖ　Ａ　Ｑ　ｖ　Ａ　ｓエツチング停ｊ１一層
１１を設けであるため、ＲＩＥによるエツチングが、確
実にこの層の表面でとまる。したがって、ＲＩＥによる
オーバーエッチがないため、ストライプ内部におけるｐ
型０ａｔ−ｚＡｌｚＡｓクラッド層４の膜厚の制御性が
非常によくなる。

ところで、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の屈折率が、ｎ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層の屈折率より小さいため、接
合面垂直方向の光強度分布が、ｐ型ＧａΔＱＡ！３クラ
ッド層側にかたよることにより、活性層への光導波の効
率が落ちることが懸念されるが、本実施例においては、
ｐ型ＧａＡｌＡ３埋込みクラッド層６の屈折率を、ｎ型
ＧａＡｌＡａクラッド層の屈折率よりも小さくしたため
、光は効率よく活性層に導波される。

試作した素子は、発振波長７８０　ｎ　ｍにおいて、し
きい電流値３０〜５０ｍＡで室温連続発振し、発振スペ
クトルは、安定な縦単一モードであった。

また、非点収差は全くなかった。また、電流−電圧特性
における電流の立上り電圧は１．３Ｖ　、素子抵抗１．
５Ω　といった、良好な電気特性も得られた。さらに、
７０℃において、光出力４０ｍＷ定光出力動作時の寿命
も＋　２０００時間経過後も、顕著な劣化は見られず、
信頼性も高いことが明らかとなった。

実施例３第；３図を用いて説明する。

ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板結晶１の上にｎ型Ｇａｔ−ｘＡ
　Ｑ　ｘＡｓＡｓクララ２　（ｘ＝０．４５　）、Ｇａ
１−ｙＡｌｙＡｓ活性ｆｆ３　（３／＝０．１４　）　
、ｐ型Ｇ　＋ｊｌ−ｗ　Ａ　Ｑ　ｗΔＳキャリア閉じ込
め層１２　（ｗ＝０．４５　）　、　ｐ型Ｇａ５−ｚＡ
　ＱｚＡｓクラッドＪＷ４　　（ｚ　＝０．３０　　）
　。

ｎ型ＧａＡｓｆｆｔ流狭窄層５をＭＯＣＶＤ法により順
次形成する。その後、ホトエツチング工程により、ｎ型
ＧａＡｓ電流狭窄層５を完全に除去しｐ型Ｇ　ａｌ−ｚ
　Ａ　Ｑ　ｚ　Ａ　ｓクララド層４の表面を露出する幅
１〜１５μｍの溝ストライプを形成する。次に。

ＭＯＣＶＤ法によりｐ型Ｇ　ａ　ｘ−ｕ　Ａ　Ｑ　ｕΔ
Ｓ埋込みクラッド層６　（ｕ＝０．４５　）、ｐ型Ｇａ
Ａａキャップ層７を形成する。この後、ｐｍ電極８、ｎ
側電極９を形成した後、へき開法により、共振器長的３
００μｍのレーザ索子を得た６本構造においては、Ｇａ
ニーｙＡｌｙＡｓ活性層３とｐ型Ｇ６１−ｔＡ　Ｑ　ｚ
Ａｓクラッド層４のＪｆｔｌにｐ型Ｇ　ａｘ−ｗ　Ａ　
Ｑ−ΔＳキャリア閉じ込め層を設けている。したがって
、注入されたキャリアは効率よく活性層内に閉じ込めら
れ。

特に温度変化に対して安定な特性を持った素子が得られ
た。

試作した素子は、発振波長約７８０ｎｍにおいて、しき
い電流値３０〜５０ｍＡで室温連続発振し１発振スペク
トルは、安定な縦単一モードであった。また非点収差は
全くなかった。また、ｆｔｔ流−電圧特性における電流
の立上り電圧は１．３Ｖ　。

素子抵抗１．５Ω　といった、良好な電気特性も得られ
た。さらに、７０℃において、光出力４０ｍＷ定光出力
動作時の寿命も、２０００時間経過後も顕著な劣化は見
られず、信頼性も高いことが明らかになった。

実施例４第４図を用いて説明する。

ｎｆＡＧａＡｓ基板結晶１の上にｎ　！ＭＧａｘ−ｘＡ
　Ｑ　ＸＡｌ１クラッド層２　（ｘ＝０．５）、ｎ型Ｇ
ａｘ−ｐＡ　Ｍ　ｐＡｓ光導波層１３（Ｐ＝０．３０）
、ｎ型Ｇ　ａｌ−ｑ　Ａ　ｎ　ｑ　Ａ　ｓキャリア閉じ
込めｆｆ１４　（ｑ＝０．４５　）。

Ｇａｘ−ｙＡｎｙＡｓ活性層３　（ｙ＝０．１４　　）
　、ｐ型０ａｔ−＊Ａ　Ｑ　ｗΔＳキャリア閉じ込め層
１２（ｗ＝０．４５）、ｐ型Ｇａｔ−ｚＡｌｚＡＢクラ
ッド層４（ｚ＝ｏ、３０　）　、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄
層５をＭ　ＯＣＶ　Ｄ法により順次形成する。その後、
ホトエツチング工程により、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５
を完全に除去しｐ型Ｇ　ａｌ−ｚ　Ａ　Ｉ）、　ｚ　Ａ
　ｓクラッド層４の表面を露出する幅１〜１５μｍの溝
ストライプを形成する８次に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ型
Ｇａ１−ｕＡｌｕＡｓ埋込みクラッド層６（ｕ＝０．５
）、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層７を形成する。この後。

ｐ側電極８．ｎ側電極９を形成した後、へき開法により
、共振器長約３ＱＯｐｍのレーザ素子を得た０本実施例
においては、ｐ型Ｇａｚ−ｚＡｌ２Ａ８クラッドＪＦｊ
４と同様にｎ型Ｇ　ａｌ−ｘ　Ａ　Ｑ　ｘ　Ａ　ｓクラ
ッド層２よりも屈折率の大きい層であるｎ型Ｇａ５−ｐ
ＡｌｐＡｓ米導波層１米粉波層１４とにより、光強度分
布は接合面に垂直な方向に対称な形になるため、光は効
率よく活性層を導波する。また、光はｐ型Ｇａｔ−ｚＡ
ｌｚＡｓクラッド層４及びｎ型ＧａｓノＡｌｐＡｓ光導
波層１４にしみ出すため、スポットサイズが広がり、端
面砿壌レベルは上昇する。また、ｎ型Ｇａ１−ｑＡΩｑ
　Ａ　ｓキャリア閉じ込め層１４及びｐ型Ｇａｓ−ｗＡ
ｌｗＡａキャリア閉じ込め層１２を設けたため、注入さ
九たキャリアは効率よく活性層内に閉じ込められ、特に
温度変化に対して安定した特性を持った素子が得られた
。

試作した素子は、発振波長約７８０ｎｍにおいて、しき
い電流値３０〜５０ｍＡで室温連続発振し１発揚スペク
トルは、安定な縦単一モードであった。また、非点収差
は全くなかった。また、電流−電圧特性における電流の
立上り電圧は１．３Ｖ、素子抵抗１，５Ω　といった、
良好な電気特性も得られた。さらに、７０℃において、
光出力４０ｍＷ定光出力動作時の寿命も、２０００時間
経過後も顕著な劣化は見られず、信頼性も高いことが明
らかになった。

なお１本発明は、実施例に示した波長７８０ｎｍ前後に
限らず、波長６８０〜８９０ｎｍのＧａＡｌＡｓ系半導
体レーザ装置で、室温連続発振できる全範囲にわたり、
同様な結果が得られた。

本実施例では活性層として単一なＧａＡｌ２Ａｓ層を用
いたが、Ｇ　ａｌ−ｒ　Ａ　Ｑ　ｒ　Ａ　ＢとＧａ５−
ｔＡ　Ｑ　ｔＡｓ　（ｒ≠ｔ）の超格子で活性層を形成
した、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｖｅｉ
ｌ）構造の場合も同様な結果が得られた。

また、前記実施例において導電型を全て反対にした構造
（ｐをｎに、ｎｔｉ−ｐに置換えた構造）においても同
様な結果が得られた。なお、クラッド層のＡ１モル比を
非対称にすると、クラッド層と活性層とのバンドギャッ
プ差も非対称となる。すなわち、Ａ２モル比の小さい層
の方が、バンドギャップ差は小さなくなる。一方、ホー
ルはエレクトロンと比較して、拡散長が小さい、したが
ってクラッド層のＡ９モル比が非対称な場合は、Ａ９モ
ル比の小さいクラッド層をｎクラッドとする方がキャリ
アが有効に活性層内に閉じ込められる。

よって１本実施例１，２においては、前記実施例と導電
型を反対にした場合の方が良好な結果が得られた。

本実施例においては、Ｍ　ＯＣＶ　Ｉ）法により素子を
作製したが、Ｍ　ＨＥ法及びＬＩ’Ｅ法によって作製し
た素子についても同様な特性が得られた。

また１本実＃１例では、ＧａＡｌＡｓ系の材料を用いた
が、ＡｌＧａＰＡｓ、Ａｌ　ＩｎＴ’Ａｓ。

ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａｌｎＡｓなど、Ａｌを含む材
料系全てに適用できることは、言うまでもない。

〔発明の効果〕

溝ストライプ形成時に大気中に露出されるストライプ底
部のクラッド層のＡ１２モル比を、他方のクラッド層の
Ａ２モル比よりも小さくすることにより、）かストライ
プ形成時に大気中に露出する面に酸化物が生成されなく
なる。この結果、ダイオード特性である立上り電圧が従
来構造においては１．９ｖであったものが、本構造にお
いては１．３Ｖと向上した。また、素子抵抗も、従来構
造では５Ωであったものが、本構造においては１．５Ω
と向上した。このことは、界面付近の結晶の結晶性が大
幅に改善されたことを示している。また、信頼性につい
ても、７０℃における光出力４０ｍＷ定先出力動作時の
寿命が、従来構造においては２０〜３０時間であったも
のが１本横道においては、２０００ＦＲＩ′Ｉｌ経過後
も顕著な劣化がみられない、というように向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１を説明するための図、第２
図は実施例２を説明する図、第３図は実施例３を説明す
る図、第４図は実施例４を説明する図である。ｌ・・・ｎ型Ｇ　ａ　Ａ、　ｓ基板、２・・・ｎ型Ｇａ
ΔΩＡｓクラッド層、３・・・活性層、４・・・ｐ型Ｇ
ａΔＱＡｓクラッド層、５・・・ｎ型（３ａ　Ａ　ｓ　
？＋１流狭窄層、６・・・ｐ型ＧａＡｎＡｓ埋込みクラ
ッド層、７　・Ｐ型ＧａＡｓキャップ層、８・・・ｎ側
電極、９・・・ｎ側電極、１０・・・露出面、１１・・
・エツチング停止層、１２・・・ｐ型キャリア閉じ込め
層、１３・・・ｎ型ＧａＡｌＡｓ光導波層、１４・・・
ｎ型キャリア閉じ込め層。

Claims

【特許請求の範囲】１、第１導電型の第１半導体領域上に、少なくとも第１
導電型の第２半導体層、該第２半導体層よりも屈折率が
大きく且禁制帯幅の小さい第３半導体層、該第３半導体
層よりも屈折率が小さく且禁制帯幅の大きく、且前記第
２半導体層よりも大気中において酸化されにくい半導体
からなる第２導電型の第４半導体層、上記第３及び第４
半導体層よりも禁制帯幅の小さな第１導電型の第５半導
体層を順次積層した後、エツチングにより上記第５半導
体層をストライプ状に除去することにより上記第４半導
体層を露出させ、次に上記エツチングにより露出された
第４半導体層及び上記第５半導体層の表面上に、少なく
とも上記第３半導体層よりも屈折率が小さく且禁制帯幅
の大きい第２導電型の第６半導体層を設けたことを特徴
とする半導体レーザ装置。２、上記第４半導体層を形成する半導体のＡｌモル比が
上記第２半導体層を形成する半導体のＡｌモル比よりも
小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体レーザ装置。３、上記第６半導体層の屈折率が上記第２半導体層の屈
折率よりも小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１
項および第２項のいずれかに記載の半導体レーザ装置。４、上記第３半導体層と上記第４半導体層の間に、上記
第３半導体層の禁制帯幅及び上記第４半導体層の禁制帯
幅より禁制帯幅の小さい第２導電型の半導体層を設けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項の
いずれかに記載の半導体レーザ装置。