JPH03208389A - 半導体レーザアレイ素子およびその作製方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、内部電流狭窄構造を有する半導体レーザア
レイ素子及びその作製方法に関する。

く従来の技術〉 従来、この種の半導体レーザアレイ素子としては、第５
図（ａ）に示すように、松本らにより報告された多フイ
ラメント素子がある（ジャーナル・オブ・アプライド・
フィノイクス、ｖｏ１．５８　（７）。

ｐ、２７８３−２７８５（１９８５））。この半導体レ
ーザアレイ素子は、ｖｓｔｓ（ｖ−チャネルド・サブス
トレート・インナー・ストライブ）構造を応用したもの
であって、５つのフィラメント５０９が互いに結合した
状態でレーザ発振の動作をするようになっている。この
半導体レーザアレイ素子は次のようにして作製されてい
る。まず、ＬＰＥ（液相エピタキシャル成長）法により
、ｐ型ＧａＡｓ基板５００上にｎ型Ｇａｏ、＊Ａ（！ｏ
、＋Ａｓ電流狭窄層５１０を０．７μｓ、ｎ型ＧａＡｓ
表面保護層５１１を０．１μ−の厚さに成長する。次に
、電流狭窄層５１０の表面から基板５００に達する幅３
μｍ、深さ１．０μ−のストライブ状溝５０１を周期５
μｍで５本だけ化学エツチングにより形成する。この後
、２回目のＬＰＥ成長を行い、ｐ型Ｇａｏ、５ｓＡＱｏ
、ａｓＡｓクラッド層５２０を上記５本の溝５０１の両
側の平坦な箇所で０．３μｍの厚さで成長させる。

これに連続してｐ型Ｇａｏ、５ｅＡｌ！ｏ、＋ａＡ８活
性層５２１を０．０ｔＢｚｓ、ｎ型Ｇａｏ、５ｓＡＩ２
ｏ、４ｓＡｓクラッド層５２２をＩμｓ、ｎ型ＧａＡｓ
コンタクト層５２３を２μｍの厚さに成長する。このよ
うに各層を形成した後、電極５３０，５３１を形成する
。この半導体レーザアレイ素子は、ストライブ状＠５０
１がｎ型ＧａＡｓ表面保護層５１１およびｎ型Ｇａｏ、
ｅＡ１２ｏ、＋Ａｓ電流狭窄層５１０を貫通して基板５
００に到達しているので、動作時にストライブ状溝５０
１部分にのみ電流経路を形成して無効電流を低減するよ
うになっている。また、電流狭窄層５ＩＯのＡ１２混晶
比を０．１として、これにより、上記２回目のＬＰＥ成
長時に基板５００がエッチバックされるのを防止するよ
うにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記半導体レーザアレイ素子を作製する
場合、第５図（ｂ）に示すように、ｐ型クラッド層５２
０がストライプ状溝５０１を平坦になるまで埋め切れな
いため、活性層５２１の溝５０１上に相当する箇所がス
トライブ状溝５０１側に湾曲してしまう現象が発生する
。このように活性層５２１が湾曲した場合、各フィラメ
ント５０９間の結合が弱くなり、各フィラメントが個別
に発振してしまったり、１本のフィラメントのみが発振
する現象が起こったりして、総てのフィラメントが結合
した状態で均一に発振させることができなくなる。

これらの問題を解決するための１つの方法として、第６
図に示すように、基板６００の表面全域にわたって上述
のストライブ状溝６０１を周期的に形成して、平坦で均
一な活性層６２１を得る試みがなされている。なお、こ
の半導体レーザアレイ素子は、いわゆるリッジ・ガイド
構造を採用して、リッジ６０２が存在する領域に電流を
閉じ込めるようにしている。この素子の場合、ｐ型りラ
ッド層６２０は、ストライブ状溝６０１が表面全域に存
在するため成長速度が抑制されて成長層表面の平坦性が
良くなり、この結果、谷溝６０１を均一かつ平坦に埋め
ることができる。しかし、このリッジ・ガイド構造は、
リッジ６０２を形成する際に形状が少しでもばらつくと
、動作時に電流が横方向へ漏れて、所望のフィラメント
６０９以外の左右のフィラメント６０８において発振が
起こったり、また発振には至らなくても所望の発振モー
ドに悪影響を与えるという問題がある。

別な方法として、第７図（ｂ）に示すように、基板７０
０の中央部にメサ７０１を形成して、その上に電流狭窄
層７１０および７１１を平坦に成長させる試みがある。

このようにした場合、ｐ型クラッド層７２０および活性
層７２１を平坦に成長させることができる。しかし、実
際には、メサ７０１上にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７１０
．ｎ型Ａｌ２Ｏ，ＩＧａｏ、ｓＡＳ電流狭窄層７１１お
よびｎ型ＧａＡｓ表面保護層７１２の合計の厚さが０．
８μ■で、かつその表面を全域にわたって平坦に成長さ
せることば非常に困難であり、第７図（ｃ）に示すよう
に、通常は段差７０４が残った形状となる。特にフィラ
メント７０９の数が多くなった場合、メサ７０１の幅が
広くなるため、成長面を平坦化するのは更に困難となる
。

そこで、この発明の目的は、内部電流狭窄構造を構成す
るストライプ状の溝を精度良く形成できる上に、フィラ
メント数に制限されずに平坦性が良い均一な厚さの活性
層を形成することができ、したがって６フイラメントが
互いに結合した状態で均一に動作しレーザ発振特性の良
い半導体レーザアレイ素子およびその作製方法を提供す
ることにある。

く課題を解決するための手段〉 」１記目的を達成するために、この発明は、半導体基板
上に、レーザ発振に寄与し、一定周期で平行に並ぶスト
ライブ状の複数の溝が上記基板の表面に達するように設
けられた電流狭窄層と、クラッド層と、活性層とが順に
積層された半導体レーザアレイ素子において、上記半導
体基板には、上記レーザ発振に寄与するストライブ状の
複数の溝の両側に、平行に複数のストライブ状の溝が形
成され、上記電流狭窄層は、有機金属気相エピタキシャ
ル成長法により成長されて、上記各溝の形状をそのまま
表面に反映する薄さの半導体層からなり、上記クラッド
層は、上記電流狭窄層上に液相エピタキシャル成長法に
より形成されて、層の底部が上記電流狭窄層の表面と密
接していることを特徴としている。

また、この発明の半導体レーザアレイ素子の作製方法は
、半導体基板上に、電流狭窄層と、クラッド層と、活性
層とを順に積層する半導体レーザアレイ素子の作製方法
であって、半導体基板の表面に、エツチングにより、平
行に複数のストライブ状の溝を平坦部の両側に位置する
ように形成する工程と、上記半導体基板上に、有機金属
気相エピタキシャル成長法により、上記各溝の形状をそ
のまま表面に反映する薄さの半導体層を成長する工程と
、上記半導体基板の平坦部上の上記半導体層の一部をエ
ツチングにより除去して、一定周期で平行に並び基板表
面に達するストライブ状の複数の溝を形成して電流狭窄
層を形成する工程と、上記電流狭窄層上に、液相エピタ
キシャル成長法により、層の底部が上記電流狭窄層の表
面と密接すると共に、上記各溝を埋めて層の表面が平坦
になるクラッド層を形成する工程と、上記クラッド層上
に、均一な厚みを有する活性層を形成する工程とを有す
ることを特徴としている。

く作用〉 半導体基板には、レーザ発振に寄与するストライブ状の
複数溝の両側に平行に、レーザ発振に関与しない複数の
溝が形成され、この溝に沿って電流狭窄層の表面に平行
に複数の溝が形成され、この電流狭窄層に密接してクラ
ッド層が液晶エピタキシャル成長法により形成される。

このように基板に形成した溝に沿って電流狭窄層の表面
全域にわたってストライプ状溝が形成されているため、
上記クラッド層は、成長速度が抑制されて成長表面の平
坦性が良くなる。したがって、フィラメント数の如何に
関わらず、このクラッド層上に形成される活性層は平坦
性が良くなり、層厚が均一になる。したかって、各フィ
ラメントが互いに結合した状態で均一に動作するように
なり、レーザ発振動作が安定する。

〈実施例〉 以下、この発明の半導体レーザアレイ素子およびその作
製方法を実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明の第１の実施例の半導体アレイレーザ
素子を示している。この半導体レーザアレイ素子は、ｐ
型ＧａＡｓ基板１００上に、電流狭窄層１１０と、表面
保護層（メルトバック層）目ｌと、クラッド層１２０と
、活性層１２貫と、クラッド層１２２と、コンタクト層
１２３を順に備えている。１３０，１３１はそれぞれ電
極を示している。上記基板１００の表面１００ａには、
中央部１０１の両側全域にわたって周期５μ−で深さ１
μ鋤、幅３μ−のストライブ状の１１０４が複数平行に
形成されている。電流狭窄層１１０は、平坦部例えば上
記基板中央部１０１上で０．７μｍの厚さを有するｎ型
Ｇａｏ、・Ａ（！ｏ、＋Ａｓがらなってぃる。表面保護
層Ｉｌｌは、上記電流狭窄層上に設けられた厚さ０．１
μ−のｎ型ＧａＡｓからなっている。電流狭窄層１１０
および表面保護層ｔｉｔの表面１１１ａには基板＋００
の谷溝１０４の形状をそのまま反映したストライブ状の
１ｌｆｌ１４を有している。この電流狭窄層１１０およ
び表面保護層Ｉ１１の中央には、両側のストライブ状溝
１０４と平行に基板表面１００ａに達するストライブ状
の溝１０３が５本だけ設けられている。ストライブ状の
溝１０３は動作時に内部電流をこの溝１０３近傍に集中
させる機能を有し、ぞれぞれフィラメント１０９を構成
している。なお、上記ストライブ状の１ｌｌ１０４およ
び１１４はレーザ発振の動作に関与することはない。ク
ラッド層１２０は、平坦部で厚さ０．３μｓのｐ型Ｇ　
ａｏ、５ｓＡＩ２ｏ、ａａ　Ａｓからなり、その底部＋
２０ｂは表面保護層１１１の表面１１１ａの谷溝＋１４
および１０３と密接する一方、その表面１２０ａは平坦
な状態となっている。活性層１２１は均一な厚さ０，０
８μｍのｐ型Ｇ　ａｏ、ｓｓＡ、１２ｏ、＋ｉＡｓから
なり、上記クラッド層１２０上に設けられて平坦な状態
となっている。クラッド層２２２．コンタクト層２２３
はそれぞれ厚さ１．２μ−のｎ型Ｇ　ａａ、５ｓＡ１２
ｏ、４ｉＡｓ＋厚さ１．５μ麿のｎ型ＧａＡｓからなり
、それぞれ均一な厚さで平坦な状態となっている。

この半導体レーザアレイ素子は次のようにして作製され
る。

第２図（ａ）に示すように、まずｐ型ＧａＡｓ基板１０
０の表面１００ａに、中央部！０１の両側全域にわたっ
て周期５μ−で深さ１μｍ１幅３μｍのストライブ状の
溝１０４をエツチングにより形成する。

次に、第２図（ｂ）に示すように、この基板１００上に
ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル成長）法によ
りｎ型Ｇａｏ、５ＡＱｏ、＋Ａｓ電流狭窄層１１０゜ｎ
型ＧａＡｓ表面保護層２１をそれぞれ平坦部で０．７μ
ｍ、０．１μ鋼の厚さとなるように成長する。

この成長では、ＭＯＣＶＤ法の特徴により基板１００に
形成されたストライブ状の溝１０４の形状に沿った成長
が行われ、その結果、谷溝１０４の形状をそのまま反映
したエピタキシャル成長面１１１ａが得られる。すなわ
ち、基板中央部１０１上の両側全域にわたって周期５μ
ｌで深さ１μｍ幅３μｍのストライブ状の溝１１４が得
られる。

この電流狭窄層！１０の中央には、第２図（ｃ）に示す
ように、ホトリソグラフィ技術とエツチング技術に上り
幅３μｍ、深さ１μｍの基板表面１００ａに達するスト
ライブ状の溝１０３を上記溝１１４と等しい周期５μ−
で５本形成する。続いて、第２図（ｄ）に示すように、
このストライブ状の溝１１４．１０３を形成した電流狭
窄層１１０上に、ＬＰＥ法により、平坦部で０．３μ■
の厚さを有するｐ型Ｇａｏ、５ｓＡＱｏ、ｈｓＡＳクラ
ッド層１２０を成長させる。このとき、電流狭窄層！１
０のＡ（２混晶比を０．１としているので基板１００が
エッチバックされるのを防止することができる。また、
Ａ（を含まない表面保護層Ｉｌｌを設けているので、こ
の層１１１のメルトバックによりＬＰＥ成長を円滑に行
うことができる。クラッド層１２０の底部１２０ｂは谷
溝１１４．１０３に密接して成長する。表面保護層１＋
１の表面１１１ａ全域にわたつてストライブ状の溝１１
４，１０３が形成されているため成長速度が抑制されて
、クラッド層１２０は、成長表面１２０ａの平坦性が良
くなり、ストライブ状の溝１０３の数すなわちフィラメ
ント数の如何にかかわらず安定に成長する。このクラッ
ド層１２０に連続して、ＬＰＥ法により、厚さ０゜０８
μｍのｐ型Ｇａｏ、５ｓＡ（！ｏ、＋＋Ａｓ活性層１２
１と、厚さ１．２μｍのｎ型Ｇ　ａｏ、ａｓＡ１２ｏ、
＊ｓＡｓクラッド層１２２と、厚さＬ５μｍのｎ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１２３を成長する。クラッド層１２０
の表面１２０ａの平坦性が良いため、活性層１２１．ク
ラッド層１２２およびコンタクト層１２３は平坦性よく
均一な厚さに成長する。最後に電極１３０および１３１
を形成して作製を完了する。このように作製された半導
体レーザアレイ素子は、クラッド層１２０の表面１２０
ａが平坦性が良く、活性層＋２１が平坦で均一な厚さに
形成されているので、各フィラメント１０９が互いに結
合した状態で均一に動作し、低閾値かつ低駆動電流で安
定にレーザ発振の動作を行うことができる。実際に通電
したところ、６００ｍＷまで安定な発振特性を得ること
ができた。また、作製工程が安定しているので製造歩留
を向上させることができた。

第３図はこの発明の第２の実施例の半導体アレイレーザ
素子を示している。この半導体レーザアレイ素子は、ｐ
型ＧａＡｓ基板３００上に、ｎｙ！１Ｇａｏ、ｅＡ１２
ａ、１Ａｓ電流狭窄層３１０と、ｎｌｊｌＧａＡｓ表面
保護層３！！と、ｐ型Ｇ　ａ　６　、５６　Ａ　Ｑ　。

、　４５　Ａ　Ｓクラッド層３２０と、ｐ型Ｇａｏ、７
ｏＡ（！ｏ、ａｏＡｓガイド層３２１と、ｐ型Ｇ　ａｏ
、ａｓＡ１２ｏ、＋ｉＡｓ活性層３２２と、ｎ型Ｇ　ａ
ｏ、５ｓＡ（！ｏ、ａｓＡｓクラッド層３２３と、ｎ型
ＧａＡｓキャップ層３２４を備えている。活性層３２２
の基板３００側にガイド層３２１を備えている点のみが
第１の実施例と異なっている。この半導体レーザアレイ
素子の発振領域は、Ｌ　ＯＧ　（ラージ・オプティカル
・キャピテイ）構造と呼ばれ、活性層３２２内の光密度
の低減を図りつつ高出力のレーザ光を発することができ
る。

また、第４図は第３の実施例の半導体レーザアレイ素子
を示している。この半導体レーザアレイ素子は、ｐ型Ｇ
ａＡｓ基板４００上に、ｎ型Ｇａｏ、ｅＡ（１゜、＋Ａ
ｓ電流狭窄層４１０と、ｎ型ＧａＡｓ表面保護層４１１
と、ＰｙＭＧａｏ、５ｓＡ１２ｏ、＊ｓＡＳクラッド層
４２０と、ｐ型Ｇａｏ、ｔａＡ１２ｏ、ａｏＡＳガイド
層４２１と、ｐ型Ｇａｏ、５ｅＡＩ２ｏ、＋＋Ａ８活性
層４２２と、ｎ型ＧａＯ，？ＯＡ（！０．３０ＡＳガイ
ド層４２３と、ｎ型Ｇａｏ、５ｓＡＩ２゜、　４６　Ａ
　Ｓクラッド層４２４と、ｎＷＧａＡｓキ＋ツブ層４２
５を備えている。第２の実施例に対して、活性層４２２
の表面側にガイド層４２３を備えている点のみが異なっ
ている。この半導体レーザ素子の発振領域は、５ＣＨ（
分離閉じ込め型へテロ接合）構造と呼ばれている。活性
層４２２と垂直方向に光閉じ込め領域を広げて高出力化
するとともに、活性層４２２をその光分布の中央に位置
させて閾値電流を低減している。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明は、半導体基板上に
、レーザ発振に寄与するストライブ状の複数の溝の両側
に平行に複数のストライプ状の溝を形成し、電流狭窄層
は有機金属気相エピタキシャル成長法により成長され、
上記各溝の形状をそのまま表面に反映する薄さの半導体
層からなり、上記クラッド層は、上記電流狭窄層上に液
相エビタキノヤル成長法により形成されて、層の底部が
上記電流狭窄層の表面と密接しているので、内部電流狭
窄構造を構成するストライブ状の溝を精度良く形成でき
る上に、フィラメント数の如何にかかわらず平坦性が良
く均一な厚さの活性層を形成することができる。したが
って所望のフィラメントが互いに結合した状態で均一に
動作させることができ、レーザ発振特性を向上させ、か
つ安定化することができる。

また、この発明の半導体レーザアレイ素子の作製方法は
、半導体基板の表面に、エツチングにより、平行に複数
のストライブ状の溝を平坦部の両側に位置するように形
成する工程と、上記半導体基板上に、有機金属気相エピ
タキシャル成長法により、上記各溝の形状をそのまま表
面に反映する薄さの半導体層を成長する工程と、上記半
導体基板の平坦部上の上記半導体層の一部をエツチング
により除去して、一定周期で平行に並び基板表面に達す
るストライプ状の複数の溝を形成して電流狭窄層を形成
する工程と、上記電流狭窄層上に、液相エピタキシャル
成長法により、層の底部が上記電流狭窄層の表面と密接
すると共に、上記各溝を埋めて層の表面が平坦になるク
ラッド層を形成する工程と、上記クラッド層上に、均一
な厚みを有する活性層を形成する工程とを有するので、
ストライプ状の溝を精度良く形成でき、かつ平坦性が良
く均一な厚さの活性層を形成できレーザ発振特性を向上
させ、かつ安定化することができる。

また、製造歩留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の半導体レーザアレイ
素子を示す斜視図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は上記半導
体レーザアレイ素子の作製方法を説明する工程図、第３
図、第４図はそれぞれこの発明の第２．第３の実施例の
半導体レーザ素子を示す断面図、第５図（ａ）　、　（
ｂ）はそれぞれ従来の５フィラメント半導体レーザ素子
を示す断面図、第６図はリッジ・ガイド構造を有する従
来の全面フィラメント型半導体レーザ素子を示す断面図
、第７図（ａ）はメサ構造を有する従来の全面フィラメ
ント型半導体レーザアレイ素子を有する断面図、第７図
（ｂ）　、　（ｃ）は上記従来の全面フィラメント型半
導体レーザアレイ素子の電流狭窄層を示す断面図である
。 ０．３００，４００□−ｐ型ＧａＡｓ基板、Ｏａ・・・
基板表面、ｌｏｔ・・・基板中央部、３、ＩＯ２，１１
４，３０３，３０４，３１４゜３．４０４，４１４・・
・ストライブ状湾、９．３０９，４０９・・・フィラメ
ント、０．３１０，４１０ 一−−ｎ型Ｇａｏ、５Ａ１２ｏ、＋Ａ８電流狭窄層、１
．３１１．４１　！−ｎ型ＧａＡｓ表面保護層、１ａ・
・・表面保護層表面、 ０．３２０，４２０ ”’ｐ型Ｇａｏ、５ｓＡＱｏ、４ｓＡＳクラッド層、Ｏ
ａ・・・クラッド層表面、 Ｏｂ・・・クラッド層底部、 ３２１．４２１ ・”ｐ型Ｇ　ａｏ、７ｏＡｇｏ、５ｏＡｓガイド層、１
２１．３２２，４２２ ”’Ｐ”１Ｇａｏ、＊ｅＡ（ｌｏ、＋ｈＡ８活性層、４
２３−ｎ型Ｇａｏ、ｔｏＡＣｏ、５ｏＡｓガイド層、１
２２．３２３，４２４ ”’ｎ型Ｇａｏ、５ｓＡ１２ｏ、４ｓＡＳクラッド層、
１２３．３２４，４２５・・・ｎ型ＧａＡｓキャップ層
、１３０．１３１，３３０，３３１，４３０，４３１・
・電極。 許出願人　シャープ株式会社 埋入　弁理士　青　山　葆　ほか１名 ２ ２ ２ 第２図 第５図 第６図 第３図 第４図 ０９ ０９ 今υす ３１ 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に、レーザ発振に寄与し、一定周期
   で平行に並ぶストライプ状の複数の溝が上記基板の表面
   に達するように設けられた電流狭窄層と、クラッド層と
   、活性層とが順に積層された半導体レーザアレイ素子に
   おいて、 上記半導体基板には、上記レーザ発振に寄与するストラ
   イプ状の複数の溝の両側に、平行に複数のストライプ状
   の溝が形成され、 上記電流狭窄層は、有機金属気相エピタキシャル成長法
   により成長されて、上記各溝の形状をそのまま表面に反
   映する薄さの半導体層からなり、上記クラッド層は、上
   記電流狭窄層上に液相エピタキシャル成長法により形成
   されて、層の底部が上記電流狭窄層の表面と密接してい
   ることを特徴とする半導体レーザアレイ素子。
2. （２）半導体基板上に、電流狭窄層と、クラッド層と、
   活性層とを順に積層する半導体レーザアレイ素子の作製
   方法であって、 半導体基板の表面に、エッチングにより、平行に複数の
   ストライプ状の溝を平坦部の両側に位置するように形成
   する工程と、 上記半導体基板上に、有機金属気相エピタキシャル成長
   法により、上記各溝の形状をそのまま表面に反映する薄
   さの半導体層を成長する工程と、上記半導体基板の平坦
   部上の上記半導体層の一部をエッチングにより除去して
   、一定周期で平行に並び基板表面に達するストライプ状
   の複数の溝を形成して電流狭窄層を形成する工程と、 上記電流狭窄層上に、液相エピタキシャル成長法により
   、層の底部が上記電流狭窄層の表面と密接すると共に、
   上記各溝を埋めて層の表面が平坦になるクラッド層を形
   成する工程と、 上記クラッド層上に、均一な厚みを有する活性層を形成
   する工程とを有することを特徴とする半導体レーザアレ
   イ素子の作製方法。