JPH02239680A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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- JPH02239680A JPH02239680A JP1060422A JP6042289A JPH02239680A JP H02239680 A JPH02239680 A JP H02239680A JP 1060422 A JP1060422 A JP 1060422A JP 6042289 A JP6042289 A JP 6042289A JP H02239680 A JPH02239680 A JP H02239680A
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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。
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、端面出射型半導体レーザ装置及びその製造方
法に関する。
法に関する。
（従来の技術）
光ディスク装置等の光源として、半導体レーザ装置が幅
広《使用されてきている。半導体レーザ装置を書込み可
能な追記型光ディスク装置や消去も可能な書換え型光デ
ィスク装置の光源として用いる場合には、４０〜５０ｍ
Ｗという高い光出力状態に於いても高い信頼性を有する
ことが要求される。また、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ
装置の励起用光源として用いる場合には、１００ｍＷ以
上の高出力が要求される。
広《使用されてきている。半導体レーザ装置を書込み可
能な追記型光ディスク装置や消去も可能な書換え型光デ
ィスク装置の光源として用いる場合には、４０〜５０ｍ
Ｗという高い光出力状態に於いても高い信頼性を有する
ことが要求される。また、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ
装置の励起用光源として用いる場合には、１００ｍＷ以
上の高出力が要求される。
ところが、現在のところ実用化されている比較的高出力
の半導体レーザ装置では、同一構造の素子で比較した場
合、信頼性は光出力の４乗に反比例することが報告され
ている。即ち、高い信頼性を維持したままで光出力を高
めることは非常に困難であった。． 高出力動作に於ける半導体レーザ装置の劣化原因の主た
るものは、端面劣化である。これは、光出射端面では光
密度が高いので、該端面において局部的に発熱を生じる
ことに起因している。この発熱のメカニズムを第４図及
び第５図を参照して説明する。
の半導体レーザ装置では、同一構造の素子で比較した場
合、信頼性は光出力の４乗に反比例することが報告され
ている。即ち、高い信頼性を維持したままで光出力を高
めることは非常に困難であった。． 高出力動作に於ける半導体レーザ装置の劣化原因の主た
るものは、端面劣化である。これは、光出射端面では光
密度が高いので、該端面において局部的に発熱を生じる
ことに起因している。この発熱のメカニズムを第４図及
び第５図を参照して説明する。
第４図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ｎ型及びｐ型の
ＧａＡｓの（１ １ ０）面が僅かに酸化されたときに
生じる表面準位に起因する表面近傍のエネルギ帯構造を
模式的に示す図である。ｎ型及びｐ型の何れの場合に於
いても、多数キャリアが表面近傍に蓄積して、いわゆる
蓄積ｆｆｌｌが形成されていることがわかる。
ＧａＡｓの（１ １ ０）面が僅かに酸化されたときに
生じる表面準位に起因する表面近傍のエネルギ帯構造を
模式的に示す図である。ｎ型及びｐ型の何れの場合に於
いても、多数キャリアが表面近傍に蓄積して、いわゆる
蓄積ｆｆｌｌが形成されていることがわかる。
一般に、半導体の表面準位は表面近傍のエネルギ帯を曲
げることが知られているが、その曲がり方は、第４図（
ａ）及び（ｂ）に示されているように蓄積層ｌを形成す
る場合のほか、第５図（ａ）及び（ｂ）に模式的に示す
ように少数キャリアが表面近傍に集まり、多数キャリア
が表面から遠ざけられた結果、局部的に伝導型が反転し
た反転層２が形成される場合がある。蓄積層ｌが形成さ
れるか、反転層２が形成されるかは、表面準位Ｅｓと半
導体のフェルミ準位Ｅｆとの大小関係で決定され、Ｇａ
Ａｓの場合にはｎ型及びｐ型の何れの場合に於いても蓄
積層１が形成される。
げることが知られているが、その曲がり方は、第４図（
ａ）及び（ｂ）に示されているように蓄積層ｌを形成す
る場合のほか、第５図（ａ）及び（ｂ）に模式的に示す
ように少数キャリアが表面近傍に集まり、多数キャリア
が表面から遠ざけられた結果、局部的に伝導型が反転し
た反転層２が形成される場合がある。蓄積層ｌが形成さ
れるか、反転層２が形成されるかは、表面準位Ｅｓと半
導体のフェルミ準位Ｅｆとの大小関係で決定され、Ｇａ
Ａｓの場合にはｎ型及びｐ型の何れの場合に於いても蓄
積層１が形成される。
表面準位Ｅｓに補捉された電子及び正孔は短い緩和時間
で解放され、そのエネルギが熱として放出される。空準
位となった表面準位には、新たに電子または正孔が補捉
され上記と同じ過程が繰り返され、熱が放出され続ける
。
で解放され、そのエネルギが熱として放出される。空準
位となった表面準位には、新たに電子または正孔が補捉
され上記と同じ過程が繰り返され、熱が放出され続ける
。
以上の過程を繰り返す間に、表面準位から放出された熱
が半導体端面に集中し、その発熱によりエネルギ帯の禁
制帯幅が縮小し、更に光の吸収により少数キャリア数が
増し、表面準位を介して発熱が更に増すことになる。こ
の過程により、半導体表面の温度が上昇し、ひいては融
点にまで至り、端面破壊が生じる。
が半導体端面に集中し、その発熱によりエネルギ帯の禁
制帯幅が縮小し、更に光の吸収により少数キャリア数が
増し、表面準位を介して発熱が更に増すことになる。こ
の過程により、半導体表面の温度が上昇し、ひいては融
点にまで至り、端面破壊が生じる。
ＧａＡｓの場合には、蓄積層が形成されるが、他の材料
、例えばＡＩＧａＡｓでは反転層が形成される場合もあ
る。この場合、表面準位に捕捉されるのは多数キ￥リア
であるが、蓄積層の場合と同様の過程を経て端面破壊が
生じる。また、高注人状態で用いる半導体レーザ装置の
場合には、表面準位に起因する発熱は、より深刻な問題
となっていた。
、例えばＡＩＧａＡｓでは反転層が形成される場合もあ
る。この場合、表面準位に捕捉されるのは多数キ￥リア
であるが、蓄積層の場合と同様の過程を経て端面破壊が
生じる。また、高注人状態で用いる半導体レーザ装置の
場合には、表面準位に起因する発熱は、より深刻な問題
となっていた。
表面再結合の影響を防止するための方法として、傾斜禁
制帯幅を有する領域を表面近傍に形成する方法が提案さ
れている。即ち、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．４６， Ｎｏ．８，
Ａｕｇｕｓｔ（１９’ｌ５）第３５４２頁には、太陽電
池に於いて傾斜禁制帯幅層を液相成長法により形成した
例が報告されている。
制帯幅を有する領域を表面近傍に形成する方法が提案さ
れている。即ち、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．４６， Ｎｏ．８，
Ａｕｇｕｓｔ（１９’ｌ５）第３５４２頁には、太陽電
池に於いて傾斜禁制帯幅層を液相成長法により形成した
例が報告されている。
第６図は、上述の先行技術に記載されている構造におけ
るエネルギ準位を模式的に示す図である。
るエネルギ準位を模式的に示す図である。
ここでは、光の吸収により生成されたキャリアのうち電
子が、通常の拡散による移動に加えて、エネルギ傾斜に
よるドリフトにより結晶内部に強く引き込まれる。その
結果、電子が表面準位に補促される確率が低減されてお
り、表面再結合が抑制されている。
子が、通常の拡散による移動に加えて、エネルギ傾斜に
よるドリフトにより結晶内部に強く引き込まれる。その
結果、電子が表面準位に補促される確率が低減されてお
り、表面再結合が抑制されている。
（発明が解決しようとする課題）
上述のように、太陽電池の場合には結晶表面が受光表面
となるため、結晶成長に際し傾斜禁制帯幅層を液相成長
法により形成することができ、それによって表面再結合
の抑制が可能である。
となるため、結晶成長に際し傾斜禁制帯幅層を液相成長
法により形成することができ、それによって表面再結合
の抑制が可能である。
しかしながら、半導体レーザ装置では、表面再結合が問
題となる発光面は、通常、劈開により形成されている。
題となる発光面は、通常、劈開により形成されている。
従って、傾斜禁制帯幅層を予め劈開面に形成することは
、従来の液相成長法では非常に困難であった。このよう
に、従来の半導体レーザ装置では、光出射端面における
表面再結合に起因する端面破壊が大きな問題となってお
り、またそれを抑制するための傾斜禁制帯幅層を形成す
ることも困難であった。
、従来の液相成長法では非常に困難であった。このよう
に、従来の半導体レーザ装置では、光出射端面における
表面再結合に起因する端面破壊が大きな問題となってお
り、またそれを抑制するための傾斜禁制帯幅層を形成す
ることも困難であった。
従って、本発明の目的は、高出力状態に於いても端面破
壊の生じ難い構成を有する半導体レーザ装置及びその製
造方法を提供することにある。
壊の生じ難い構成を有する半導体レーザ装置及びその製
造方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明の半導体レーザ装置は、基板上に活性層を含む積
層構造が形成された端面出射型の半導体レーザ装置であ
って、該積層構造の少なくとも一方の劈開面上に、禁制
帯幅が該劈開面から遠ざかるに連れて漸増する傾斜禁制
帯幅層が設けられており、そのことにより上記目的が達
成される。
層構造が形成された端面出射型の半導体レーザ装置であ
って、該積層構造の少なくとも一方の劈開面上に、禁制
帯幅が該劈開面から遠ざかるに連れて漸増する傾斜禁制
帯幅層が設けられており、そのことにより上記目的が達
成される。
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に活性
層を含む積届構造を形成する工程と、該積層構造形成後
に臂開してレーザ共振器を得る工程と、少なくとも一方
の劈開面上に、気相成長法により、禁制帯幅が劈開面か
ら遠ざかるに連れて漸増する傾斜禁制帯幅層を形成する
工程と、を包含しており、そのことにより上記目的が達
成される。
層を含む積届構造を形成する工程と、該積層構造形成後
に臂開してレーザ共振器を得る工程と、少なくとも一方
の劈開面上に、気相成長法により、禁制帯幅が劈開面か
ら遠ざかるに連れて漸増する傾斜禁制帯幅層を形成する
工程と、を包含しており、そのことにより上記目的が達
成される。
本発明の製造方法に於ける気相成長法としては、分子線
エビタキシー法や有機金属熱分解法等を用いることがで
きる。
エビタキシー法や有機金属熱分解法等を用いることがで
きる。
（実施例）
以下に、本発明を実施例について説明する。第１図に本
発明の一実施例の製造工程を示す。第１図（ａ）に示す
ように、基板１１上にＡＩ ＧａＡＳ活性層を含む積層
構造ｌ２を形成する。この活性層を含む積層構造ｌ２の
形成方法は、液相成長法、気相成長法等の公知の方法を
用いて行うことができる。基板１ｌ及び積層構造１２か
らなる積層体を、通常の劈開法により劈開し、第１図（
ｂ）に示す複数個のレーザ共振器１５を得る。次に、プ
ラズマＣＶＤ法等により、第１図（Ｃ）に示すように、
ｓｔｏ２膜２０を劈開面ｌｏｔ以外の部分に形成する。
発明の一実施例の製造工程を示す。第１図（ａ）に示す
ように、基板１１上にＡＩ ＧａＡＳ活性層を含む積層
構造ｌ２を形成する。この活性層を含む積層構造ｌ２の
形成方法は、液相成長法、気相成長法等の公知の方法を
用いて行うことができる。基板１ｌ及び積層構造１２か
らなる積層体を、通常の劈開法により劈開し、第１図（
ｂ）に示す複数個のレーザ共振器１５を得る。次に、プ
ラズマＣＶＤ法等により、第１図（Ｃ）に示すように、
ｓｔｏ２膜２０を劈開面ｌｏｔ以外の部分に形成する。
次に、劈開面１０１上に、分子線エビタキシー法や有機
金属熱分解法等の気相成長法を用いて、Ａ！混晶比ｙが
活性層と同じ値から徐々に増加してい＜ＡＩＧａＡｓ傾
斜禁制帯幅層を形成する。
金属熱分解法等の気相成長法を用いて、Ａ！混晶比ｙが
活性層と同じ値から徐々に増加してい＜ＡＩＧａＡｓ傾
斜禁制帯幅層を形成する。
この場合、Ｓｌ０２膜２０上には多結晶が成長するので
、成長終了後にエッチングにょり該多結晶層を容易に除
去することができる。従って、レーザ共振器ｌ５の光出
射端面となる劈開面のみに傾斜禁制帯幅層を形成するこ
とができる。
、成長終了後にエッチングにょり該多結晶層を容易に除
去することができる。従って、レーザ共振器ｌ５の光出
射端面となる劈開面のみに傾斜禁制帯幅層を形成するこ
とができる。
その後、８４０２膜２０を除去し、両面に電極を形成す
る。電極の形成についても、公知の方法により行うこと
ができる。
る。電極の形成についても、公知の方法により行うこと
ができる。
尚、第１図（ａ）に示したように活性層を含む積層構造
ｌ２を基板ｔｉ上に形成した後に、積層構造を成長させ
た成長面及び基板裏面の全面にＳｉＯ２膜を形成した後
劈開してもよい。この場合には、劈開することにより直
ちに第１図（ｃ）の状態とすることができる。
ｌ２を基板ｔｉ上に形成した後に、積層構造を成長させ
た成長面及び基板裏面の全面にＳｉＯ２膜を形成した後
劈開してもよい。この場合には、劈開することにより直
ちに第１図（ｃ）の状態とすることができる。
次に、上記実施例のより具体的な例を数値を挙げて説明
する。活性層のＡｌ混晶比Ｘが０．１４のものを作成し
、傾斜禁制帯幅層では、第２図（ａ）に示すようにＡ１
混晶比Ｘが変化するものを作成した。この場合、傾斜禁
制帯幅層の厚さは０．１μｍである。
する。活性層のＡｌ混晶比Ｘが０．１４のものを作成し
、傾斜禁制帯幅層では、第２図（ａ）に示すようにＡ１
混晶比Ｘが変化するものを作成した。この場合、傾斜禁
制帯幅層の厚さは０．１μｍである。
尚、Ａｔ混晶比の変化は、第２図（ａ）に示したように
直線的である必要は必ずしもなく、２次曲線的に変化す
るものであってもよい。また、Ａｌ混晶比の最終値につ
いても、第２図（ａ）に示したように０．５である必要
はな《、臂開而より増加していくように設定してありさ
えすればその数値は問わない。更に、第２図（ｂ）に示
すように、劈開面を挟んで半導体レーザ装置内部と傾斜
禁制帯幅層との間でＡｌ混晶比Ｘにステップが存在して
もよい。また、第２図（Ｃ）に示すように、電子に対す
る障壁が存在する場合に於いても同様の効果を得ること
ができる。
直線的である必要は必ずしもなく、２次曲線的に変化す
るものであってもよい。また、Ａｌ混晶比の最終値につ
いても、第２図（ａ）に示したように０．５である必要
はな《、臂開而より増加していくように設定してありさ
えすればその数値は問わない。更に、第２図（ｂ）に示
すように、劈開面を挟んで半導体レーザ装置内部と傾斜
禁制帯幅層との間でＡｌ混晶比Ｘにステップが存在して
もよい。また、第２図（Ｃ）に示すように、電子に対す
る障壁が存在する場合に於いても同様の効果を得ること
ができる。
半導体レーザ装置の場合には、光吸収により生じたキャ
リア以外に注入キャリアが存在する。従って、活性層内
には高密度のキャリアが存在する。
リア以外に注入キャリアが存在する。従って、活性層内
には高密度のキャリアが存在する。
本発明の場合には、光出射端面近傍に存在するキャリア
は、通常の拡散のみでな《、ドリフトにより端面近傍か
ら速やかに遠ざけられるので、表面卓位を介する発熱に
寄与する確率が極めて小さい。
は、通常の拡散のみでな《、ドリフトにより端面近傍か
ら速やかに遠ざけられるので、表面卓位を介する発熱に
寄与する確率が極めて小さい。
よって、本発明によれば、高出力半導体レーザにおける
端面破壊を効果的に抑制することが可能である。
端面破壊を効果的に抑制することが可能である。
尚、第２図（ａ）に示した実施例の半導体レーザ装置に
於いて、光出射側端面の反射率を４％、裏面側端面の反
射率を９５％となるようにコーティングを施して特性を
調べたところ、注入電流対先出力特性は第３図に示すと
おりであった。第３図から明らかなように、本発明の半
導体レーザ装置では、従来例のような端面劣化が生じず
、光出力６００ｍＷまで安定に動作させ得ることがわか
った。
於いて、光出射側端面の反射率を４％、裏面側端面の反
射率を９５％となるようにコーティングを施して特性を
調べたところ、注入電流対先出力特性は第３図に示すと
おりであった。第３図から明らかなように、本発明の半
導体レーザ装置では、従来例のような端面劣化が生じず
、光出力６００ｍＷまで安定に動作させ得ることがわか
った。
（発明の効果）
以上のように、本発明によれば、エネルギ準位が劈開面
から遠ざかるに連れて傾斜する傾斜禁制帯幅層が劈開面
上に形成された半導体レーザ装置を容易に得ることが可
能である。従って、劈開面近傍に生じた電子が劈開面近
傍より遠ざけられ、表面再結合に寄与する確率が大きく
低減されるので、高出力半導体レーザ装置で問題となっ
ていた端面破壊を効果的に防止することができ、高信頼
性且つ高出力の半導体レーザ装置を得ることが可能とな
る。
から遠ざかるに連れて傾斜する傾斜禁制帯幅層が劈開面
上に形成された半導体レーザ装置を容易に得ることが可
能である。従って、劈開面近傍に生じた電子が劈開面近
傍より遠ざけられ、表面再結合に寄与する確率が大きく
低減されるので、高出力半導体レーザ装置で問題となっ
ていた端面破壊を効果的に防止することができ、高信頼
性且つ高出力の半導体レーザ装置を得ることが可能とな
る。
４． の な履
第１図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の半導体レーザ
装置の製造工程を説明するための斜視図、第２図（ａ）
〜（Ｃ）は本発明の実施例における傾斜禁制帯幅層のＡ
ｌ混晶比の分布例を示す図、第３図は本発明の一実施例
における注入電流対先出力特性を示すグラフ、第４図（
ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ｎ型及びｐ型ＧａＡｓ表
面にキャリアの蓄積層が形成されている状態を模式的に
示す図、第５図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれｎ型及びｐ
型の半導体表面に反転層が形成されている状態を模式的
に示す図、第６図はｎ型ＧａＡｓ−１）型ＡＩＧａＡｓ
層の異種接合太陽電池における傾斜禁制帯幅層を導入し
た従来例を説明するための図である。
装置の製造工程を説明するための斜視図、第２図（ａ）
〜（Ｃ）は本発明の実施例における傾斜禁制帯幅層のＡ
ｌ混晶比の分布例を示す図、第３図は本発明の一実施例
における注入電流対先出力特性を示すグラフ、第４図（
ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ｎ型及びｐ型ＧａＡｓ表
面にキャリアの蓄積層が形成されている状態を模式的に
示す図、第５図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれｎ型及びｐ
型の半導体表面に反転層が形成されている状態を模式的
に示す図、第６図はｎ型ＧａＡｓ−１）型ＡＩＧａＡｓ
層の異種接合太陽電池における傾斜禁制帯幅層を導入し
た従来例を説明するための図である。
１ｌ・・・基板、１２・・・積層構造、１０１・・・劈
開面、２０・・・Ｓ１０２膜。
開面、２０・・・Ｓ１０２膜。
以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に活性層を含む積層構造が形成された端面出
射型の半導体レーザ装置であって、該積層構造の少なく
とも一方の劈開面上に、禁制帯幅が該劈開面から遠ざか
るに連れて漸増する傾斜禁制帯幅層が設けられている半
導体レーザ装置。 ２、基板上に活性層を含む積層構造を形成する工程と、 該積層構造形成後に劈開してレーザ共振器を得る工程と
、 少なくとも一方の劈開面上に、気相成長法により、禁制
帯幅が劈開面から遠ざかるに連れて漸増する傾斜禁制帯
幅層を形成する工程と、 を包含する半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060422A JPH07109924B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| US07/489,180 US5022037A (en) | 1989-03-13 | 1990-03-08 | Semiconductor laser device |
| EP90302666A EP0388149B1 (en) | 1989-03-13 | 1990-03-13 | A semiconductor laser device and a method for the production of the same |
| DE69016230T DE69016230T2 (de) | 1989-03-13 | 1990-03-13 | Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung desselben. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060422A JPH07109924B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02239680A true JPH02239680A (ja) | 1990-09-21 |
| JPH07109924B2 JPH07109924B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=13141760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1060422A Expired - Fee Related JPH07109924B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5022037A (ja) |
| EP (1) | EP0388149B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07109924B2 (ja) |
| DE (1) | DE69016230T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0513878A (ja) * | 1990-10-19 | 1993-01-22 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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