JPH0271577A - 半導体レーザ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＭＯＣＶＤ　（有機金属気相成長）法を用いた
半導体レーザの高出力化に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は特開昭６０−１９２３７９号公報に示された従
来の半導体レーザの構造を示す模式図であり、説明を容
易にするためにレーザ共振器端面部（第３図（ａ））と
共振器内部（第３図（ｂ））に分けて示している。図に
おいて（１）はＰ型Ｇａ人ｓ基板、（２）はＰ型Ａ１．
Ｇａ、−ＸＡｓクラッド層、（３）はＰ型ＡｌｙＧａ、
−、ＡＳ活性層、（４）はｎ型Ａ１．Ｇａ１−ＸＡｓク
ラッド層、（５）はｎ型ＧａＡｓコンタクト層、（６）
は共振器端面近傍にのみ設けられたＰ型Ｇａ人Ｓ基板（
１）を敵状に加工したリッジ、（３１）は共振器端面近
傍でリッジ（６）上に成長した活性層、（３２）は共振
器内部のリッジ（６）のない基板上に成長した活性層、
（７）はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、（８）は電流ブ
ロック層（７）を貫通するストライプ状溝である。

次に動作について説明する。

従来の半導体レーザではりッジ（６）が形成されたＰ型
Ｇａ人ｓ基板（１）上にＬＰＥ　（液相成長）法を用い
て、Ｐ型ＡＩＸＧＩＬ１−ｘＡ３クラッド層（２１、Ｐ
型ＡｌｙＧａ１−、人ｓ活性層（３）、ｎ型Ａ１．Ｇａ
＋−１人Ｓクラッド層（４）、ｎ型ＧａＡｓコンタクト
層（５）の各層をエピタキシャル成長する。また、ＬＰ
Ｅ法においてはりッジ（６）上の成長速度は平坦な基板
上におけろ成長速度より遅くなるという特徴がある。こ
のため、リッジ（６）の共振器端面近傍の活性層（３ａ
）の厚さを共振器内部の活性層（３２）の厚さに比べ、
薄くすることが容易である。一方、通常の平坦な基板上
に成長されろ半導体レーザでは、共振器端面近傍の活性
層（３１）と共振器内部の活性層（３２）の厚さは共振
器方向で−様である。半導体レーザの高出力動作を可能
にする一方法として、共振器端面近傍の活性層（３１）
と共振器内部の活性石（３２）の厚さを充分に薄く、例
えば０．０４．ｃｚｍ以下にし、光をｎ聖人１．Ｇａ、
−、Ａｓクラッド層（４）にしみ出させろことにより、
共振器端面での発光面積を広げ、光密度を下げる方法が
知られている。しかし、通常の−様なＡＩ、Ｇａ１−ｙ
人Ｓ活性層（３）の厚さを有する半導体レーザでは、Ａ
Ｉ、Ｇａ、−γ触活性層（３）の厚さを薄くしていくと
、ゲインの低下や光の閉じ込め効率の低下により、しき
い値電流が増大したり、それによる発熱の増大により短
寿命になる。

これに対し、上記従来例の半導体レーザ装置では共振器
端面近傍の活性層（３１）のみを薄くしているため、発
振しきい値電流を大幅に増大することなく、高出力動作
が可能である。また、ストライプ状の溝（８）を設ける
ことにより、電流は自動的にストライプ状状の開口部の
狭い領域に集中して流れるとともに、レーザ光がｎ型Ｇ
ａＡｓ電流ブロック層（７）に吸収されることにより、
いわゆるロスガイドの横モード制御機構を有するため、
安定した基本横モード発振が実現される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体レーザではＬＰＥ法において、リッジ上の
成長速度が平坦部への成長速度より遅いことを利用し、
共振器端面近傍のみの活性層厚を薄（している。しかし
、層厚の制御性、均一性に優れ、量産性の高いＭＯＣＶ
Ｄ法を用いて、このようなレーザを製作しようとする場
合、リッジ上の成長速度は平坦部上の成長速度とほぼ同
じであり、活性石を共振器端面近傍でのみ薄くすること
はできないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たものでＭＯＣＶＤ法を用いてレーザ共振器端面近傍の
み活性層を薄くし、低いしきい値電流、高出力動作、長
寿命化が実現可能な半導体レーザ装置を得ろことを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板上に
形成されたＳｉＯ□膜又はＳｉ、Ｎ　４膜をレーザ共振
器端面近傍では幅が広く、共振器内部では狭くなるよう
にストライプ状に除去したストライプ状開口部を設け、
ＳｉＯ□膜又はＳｉ、Ｎ　４膜をＭＯＣＶＤ成長の選択
成長マスクとして用いて、開口部上のみに結晶成長を行
うものである。

〔作用〕

幅の異なるストライプ状開口部を有するＳｉｎ、膜又は
Ｓｉ３Ｎ４膜が堆積された基板上にＭＯＣＶＤ法を用い
てＡｌＧａ人Ｓ層、ＧａＡｓ層を成長させると、ストラ
イプ状開口部部のＧＡＡｓ基板上にはＡｌＧａＡｓ１ｉ
ｆｉ　、　ＧａＡｓ層は成長するが、Ｓｉｎ、膜、５ｉ
ｓＮ　ａ膜上にはほとんど成長しない。ところがＭＯＣ
ＶＤ法によるＡｌＧａｌＧａ人品系結晶において、成長
速度は気相中のトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと略
す）、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略す）
の濃度により決まり、濃度にほぼ比例して速くなる。

従って、ストライプ状開口部の狭い領域のＧａＡｓ基板
上では、その両側のＳｉＯ□膜又はＳｉ３Ｎ４膜上で、
ＴＭＧやＴＭＡが消費されないため、ストライブ状開口
幅の広い領域上に比べ、相対的に気相中でのＴＭＧ、Ｔ
ＭＡの濃度が高くなり、成長速度が速くなる。この成長
速度の差により”５Ｇａｔ−ｙＡｓ活性相の厚さを共振
器端面近傍では薄く、内部では厚くすることが可能とな
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、（１）はＰ型Ｇａ人ｓ基板、α０）は
Ｐ聖人ｌＸＧａ、−Ｘ人Ｓバッファ層、（２）はＰ型Ａ
１．Ｇａ、−、Ａｓクラッド層、（３）はＰ型ＡｌｙＧ
ａ、−、人ｓ活性層、（４）はｎ型入１８Ｇａｐ−、人
Ｓクラッド層、（５）はｎ型ＧａＡｓ：＋　：／タフト
層、（７）はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、（８）は電
流ブロック層（７）を貫通するストライプ状溝である。

第１図に示された半導体レーザの基本構造は、この発明
者らが既に特開昭６０−１９２３８０号公報で明らかに
したＳ　Ｂ　Ａ　　（Ｓｅｌｆ−人１ｉｇｎｅｄ　　ｐ
ｅｎｔ　人ｃｔｉｖｅ−Ｌａｙｅｒ）　　Ｌ／−ザと同
等であり、低しきい値電圧、基本極モード発振が容易に
実現できる等の特徴を有している。

第１図の半導体レーザを製造するにあたり、第２図で示
した基板上へＭＯＣＶＤ法を用い、Ｐ型Ａｌ。

ＧａＩ−、人ｓクラッ　ド層（２）、Ｐ聖人１ｙＧａ１
−ｙ人ｓ活性層（３）、ｎ型Ａ１．Ｇａ１−、人ｓクラ
ツ　ド層（４）、ｎ型Ａ１．Ｇａ１−ｙＡｓクラッド層
（５）の各層を成長させる。このとき、活性層は基板の
段差形状にそって屈曲し、溝上の平坦部が拡散領域とな
る。

第２図で示すように遷択成長マスクとして用いるＳｉＯ
□膜（９）の開口幅は共振器内部では狭く　（例えば、
２〜１０μｍ程度）、共振器端面近傍では広く（例えば
、２０μｍ以上）なっている。また両者の間では共振器
端面に近いほど幅が広くなるようなテーパー状遷移領域
で結ばれており、それぞれの部分の中心軸は同一線上に
あり、共振器端面に垂直となっている。さらに、このス
トライプ状開口部の中心軸上に、電流ブロック層（７）
をエツチングすることにより形成したストライブ状溝（
８）が形成されている。この基板上へ減圧ＭＯＣＶＤ法
を用いて第１図（ａ）　（ｂ）のＰ聖人ｌ、ＧａＩ−ｘ
Ａｓクラッド層（２）、Ｐ型ＡｌｙＧａｌ−ｙ人ｓ活性
層（３）、ｎ型Ａ１．Ｇａ、−、Ａｓクラッド層（４）
、ｎ型ＡｌｙＧａｌ−ｙＡｓ活性層（５）ノ各暦を成長
すると、５１０２膜（９）上には成長せず、Ｇａ人Ｓ電
流ブロック層（７）及びＡｌｘＧａＩ−ｘＡｓＡｓバフ
フッ８）が露出している部分上にのみ成長する。また、
Ｓ：Ｏｘ膜上て熱分解されたＴＭＧやＴＭＡはＳｉＯ□
上では消費されないため、５１０２膜上の気相中を拡散
し、ＳｉＯ□の開口部分まで到達した後、ＧａＡｓやＡ
ｌＧａ人ｓ層の成長に寄与することになる。従って、ス
トライブ状開口部の面積の割合が小さい領域、すなわち
レーザチップ内部のストライプ状開口幅の狭い領域では
共振器端面近傍のストライプ状開口幅幅の広い領域に比
べ、相対的に多くのＧａや月が供給されることになり、
成長速度が速くなる。すなわち、レーザチップ内部の各
層の厚さは共振器端面近傍の各層厚に比べ厚くなるため
、第１図で示した構造の半導体レーザが得られろ。なお
、第１図では構造を分り易くするため第１図（ｂ）にレ
ーザチップの内部の断面図を示した。

次に、動作について説明する。この発明による半導体レ
ーザにおいては、上述のようにレーザ共振器端面近傍で
のみ活性層（３１）は薄くなっている。

例えば、レーザ共振器長を３５０μｍレーザチップ内部
のＳｉＯ□膜のストライプ状開口幅を５μｍ、共振器端
面近傍でのストライプ状開口幅の最大幅を５０μｍ程度
とすることにより、共振器内部の活性層（３２）の厚さ
を０．０８μｍ程度、共振器端面近傍での活性層（３１
）の厚さを０．０３μｍ程度とすることが可能である。

この半導体レーザにＰ型Ｇａ人ｓ基板（１）に正（＋）
、ｎ型Ｇ＆Ａ３コンタクト層（５）に負（−）の電圧を
印加することにより電流を流すとＰ型Ａ１．Ｇａ、−８
Ａｓクラッド層（２）からホールが、１型Ａ１．Ｇａ、
−ｘＡｓクラッド層（４）から電子が、それぞれ活性層
（３）に注入される。

両者の再結合によりにより人１．Ｇａ、□人Ｓ層（３）
で発光が生ずる。この実施例のＳＢＡレーザにおいては
、電流はｎ型ＧａＡｓブロック層（７）に形成されたス
トライブ状溝（８）を通り集中して流れろ。従って、電
流を増加していくと該溝上の屈曲した活性層の水平部分
共振器端面近傍の活性層（３１）、共振器内部の活性層
（３２）が活性領域となり、レーザ発振に至る。

また拡散領域共振器端面近傍の活性層（３１）、共振器
内部の活性層（３２）の左右は屈折率の小さいクラッド
層（２）で囲まれているため、屈折率ガイドが形成され
横モードを制帥することができる。

半導体レーザの発振しきい値電圧は一最にＡＩ、Ｇａ１
−ｙ人ｓ活性層（３）厚より左右され、０．０８〜１．
０μｍ程度で最小となる。一方、共振器端面近傍での活
性層（３１）が薄くなると、拡散領域（３１）からクラ
ッド層（２］　ｆ４１へしみ出す光が増大し、端面での
発光スポット径が大きくなり、光密度が低減される。

すなわち、端面破壊が生しにくくなり、高出力動作が可
能となる。従って、この発明による半導体レーザによれ
ば、共振器内部の活性領域の厚さを低しきい値化に必要
な厚さに保ったままで、共振器端面近傍の活性層（３１
）の厚さのみを薄くするととができるので、高出力動作
、低しきい値電圧、長寿命化が実現される。

また、この実施例では５ｉＯ７膜の開口幅の狭い領域と
広い領域をテーパ状の遷移領域で結んでいるため、クラ
ッド層や活性層の厚さに段差状の急激な変化がなく、フ
ァーフィールドパターン（遠視野像）や非点隔差等にな
んら悪影響を与えることなく、上記効果を実現できる。

なお、上記実施例では基本レーザ構造として、層ＧａＡ
ｓ系ＳＢＡレーザを用いた場合について説明したが、こ
の発明はＭＯＣＶＤ法を用いて成長可能などのような構
造の半導体レーザについても適用てきることは言うまで
もない。また、レーザを構成する材料として、ＡｌＧａ
ｌＧａ人品系結晶はなく、１ｎＧａ人ｓＰ系結晶や、Ａ
ｌＧａ１ｎＰ系、結晶を用いた半導体レーザにも適用で
きることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば半導体基板上にＳｉＯ
□膜またはＳｉ、Ｎ　、膜を形成し、レーザ共振器端面
近傍で幅が広く、共振器内部では狭いストライプ状の開
口部を設け、その上へＭＯＣＶＤ法によって、人ｌＧａ
人Ｓ系多層膜を形成したので共＠ｇ端面近傍での活性層
厚を共振器内部の活性層厚より薄くでき高出力動作、低
しきい値、長寿命の半導体レーザが得られるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の一実施例による半導体レーザ
装置を示す模式図、第１図（ｂ）は第１図Ｆ＆）の内部
の断面斜視図、第２図は第１図に示した半導体レーザ装
置を製作するための基板を示す模式図、第３図は従来の
半導体レーザを示す模式図である。図において、（１）
はＰ型Ｇａ人ｓ基板、（２）はＰ聖人１．Ｇ人、、人Ｓ
クラ・ン　ド層、（３）は人ｌ、Ｇａ、−、人Ｓ活性層
、（４）はｎ型Ａ１．Ｇａ、−ｘ人ｓクラッ　ド層、（
５）はｎ型Ｇａ人ｓコンククト層、（６）はリッジ、（
７）はｎ型Ｇａ人Ｓ電流ブロック層、（８）はストライ
ブ状溝、（９）は５ｉＯｚ又はＳｉＳｉ３Ｎ４、ＱＱＩ
ζまｐ聖人１ｙＧＩＬ１−ｘ人Ｓバ、ソファ層である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に形成された、ＳｉＯ＿２膜またはＳｉ＿
   ３Ｎ＿４膜等の選択成長用マスクにレーザ共振器の少な
   くとも一方の端面近傍では幅が広く、該レーザ共振器内
   部では幅が狭いストライプ状開口部を設け、該ストライ
   プ状開口部の半導体基板上に少なくとも一層の活性層と
   該活性層を挾むように形成された該活性層より屈折率が
   小さく、バンドギャップの大きい二層のクラッド層を形
   成したことを特徴とする半導体レーザ装置。