JPH0671121B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH0671121B2
JPH0671121B2 JP62222766A JP22276687A JPH0671121B2 JP H0671121 B2 JPH0671121 B2 JP H0671121B2 JP 62222766 A JP62222766 A JP 62222766A JP 22276687 A JP22276687 A JP 22276687A JP H0671121 B2 JPH0671121 B2 JP H0671121B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の技術分野〉 本発明は、レーザ出射端面部での発熱を抑え、高光出力
状態まで安定な信頼性を有するように特性を改善した半
導体レーザ装置の新規な構造に関するものである。
〈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は幅広く使
用されてきているが、書き込みの可能な追記型ディスク
や消去も可能な書替可能型光ディスクの光源として用い
るためには20〜40mwという高い光出力が必要とされる。
現在比較的高出力の半導体レーザが実用化されている
が、半導体レーザの信頼性を同一構造の素子で比較した
場合、光出力の4乗に反比例することが報告されてお
り、高出力化は極めて難しいと考えられる。
半導体レーザの劣化の要因の1つに光出端端面の劣化が
あることはよく知られている。第6図に従来の半導体レ
ーザの構造図の一例を示す。この構造は、VSIS(V−ch
anneled Substrare Inner Stripe)レーザと呼ばれるも
のである。第6図の構造では、p−GaAs基板11上に電流
を遮断するためのn−GaAs電流ブロッキング層12が堆積
された後、GaAs基板11に到達するV型溝が形成される。
その上にp−GaAlAsクラッド層13,GaAs又はGaAlAs活性
層14,n−GaAlAsクラッド層15,n−GaAsキャップ層16が順
次堆積されている。この場合、レーザ発振のための電流
はn−GaAs層12によって閉じ込められ幅W1のチャネル部
のみに流れる。活性層14は平坦に形成されているが、チ
ャネル両端でのn−GaAs層12への光吸収により実効屈折
率が下がるため屈折率分布に基く光導波路が形成され、
基本横モード発振が安定して得られている。即ち、この
導波路構造は損失導波機構の要素を有している。
上記VSISレーザは、安定した基本横モード発振が得ら
れ、低光出力レベルでは高い信頼性を有するが高出力レ
ベルになると信頼性は大きく低下し、長期使用に耐えな
いという欠点があった。その原因を詳細に調べてみる
と、素子の劣化は端面V溝角部の劣化に起因しており、
V溝角部のn−GaAs層12の光吸収による発熱が大きな原
因となっていることが明らかになった。n−GaAs層内で
は少数キャリアの拡散長が短く、光吸収により生成され
たキャリアがV溝角部近傍で直ちに非発光再結合をして
熱を発生するのである。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の如く、従来の損失導波機構の要素を有する半導体
レーザ素子においてはチャネル両端での光吸収によりレ
ーザ端面の温度が上昇し、高光出力状態では、この温度
上昇が端面劣化を引き起こすことになり、高出力状態で
の信頼性を低下させていた。
それゆえに、本発明の主たる目的は、半導体レーザ端面
の発熱を抑え、高出力状態でも高い信頼性を有する半導
体レーザ装置を提供することである。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明の半導体レーザ装置はp型半導体基板の一主面上
に電流通路となるチャネル溝を形成し該チャネル溝の内
側と外側との間に光吸収の差に基く実効屈折率差をつく
りつけた屈折率導波路を有し、前記p型半導体基板上で
前記チャネル溝の外側に堆積されたn型半導体からなる
電流ブロッキング層により電流狭窄を行う半導体レーザ
装置において、前記屈折率導波路内の少なくとも一方の
共振器端面部近傍の前記n型半導体からなる電流ブロッ
キング層の一部をp型半導体で置き換えたことを特徴と
する。
〈作用〉 本発明にかかる半導体レーザ装置は、共振器端面近傍の
光吸収層を少数キャリアの拡散長の長いp型半導体とす
ることにより光吸収による温度上昇を防ぎ、端面劣化を
抑え、高出力状態でも高い信頼性を有しかつ安定な基本
横モード特性を示す。
〈実施例〉 第1図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の分
解斜視図であり、端面部断面及び中央部断面が示されて
いる。以下、本実施例の作製手順について第2図にそっ
て説明する。まず、第2図(A)に示す如くp−GaAs基
板11上に電流を遮断するための逆極性エピタキシャル成
長層であるn−GaAs電流ブロッキング層12を0.7μm厚
に堆積させる。次にSiO2膜41をマスクとしてレーザ両端
面部のn−GaAs電流ブロッキング層12を各々10μmの長
さにわたり通常のエッチング技術を用いて除去する。こ
れが第2図(B)の状態である。その後、上記SiO2膜41
をそのままマスクとして用いて、有機金属熱分解法を用
いてレーザ両端面部のみに、p−GaAs層31を0.7μm厚
に選択的に堆積させ、SiO2膜41を取り除く。この状態で
n−GaAs層12とp−GaAs31は同じ厚さに堆積されている
ため、表面は平らになっている。続いて、レーザストラ
イプを構成するためのV字形チャネル溝を幅W=4μm,
深さ1μmに形成する。チャネル溝はp−GaAs基板11に
達するものとなって電流通路が開通されている。その
後、通常VSISレーザの成長方法と同じように液相成長法
を用いてp−Al0.42Ga0.58Asクラッド層13を溝外側部で
0.15μm厚に、pまたはn−Al0.14Ga0.86As活性層14を
0.08μm厚に、n−Al0.42Ga0.58Asクラッド層15を0.8
μm厚に、n−GaAsコンタクト層16を1.5μm厚にそれ
ぞれ成長させる。液相エピタキシャル成長法においては
陥没部を平坦化するように成長が行なわれるため、p−
Al0.42Ga0.58Asクラッド層13の成長後は成長表面はチャ
ネル溝の影響を受けず平坦であり、続いて成長されるAl
0.14Ga0.86As活性層14も全面で平坦かつ均一に成長する
こととなる。その後、ウェハ両面にp側電極21及びn側
電極22の全面電極を付け、合金化処理を行なった後、劈
開を行ないレーザ発振用ファブリペロー共振器を形成す
る。
このレーザにおいては横モードはn−GaAs層12及びp−
GaAs層31の光吸収により安定化されており、通常のVSIS
レーザと同様に非常に安定した横モード特性が得られ
る。このとき光強度の強い端面近傍ではp−GaAs層31に
よる光吸収のために、V溝角部近傍で電子−正孔対が生
成されるが、p−GaAs層31では少数キャリアである電子
の緩和時間が比較的長いため、電子はV溝角部近傍で緩
和することなく離れたところまで移動した後に緩和し発
熱する。そのため、発熱は通常のVSISレーザのようにV
溝角部に局在せず広い部分にわたって拡がることにな
る。即ち局部的な温度上昇は抑えられる。
従って、従来のVSISレーザでみられたようなV溝角部の
発熱に起因した劣化はおこらず、高い光出力状態でも優
れた信頼性を得ることができる。出射側端面4%、裏面
側97%の反射率のコーティングを施したところ、100mW
の高出力状態でも殆んど無劣化の特性を示した。
第3図は本発明の他の一実施例を示す半導体レーザ装置
の分解斜視図であり、端面部断面及び中央部断面が示さ
れている。本実施例は、p−GaAs基板11上にn−GaAs電
流ブロッキング層12を堆積したあとの両端面部の電流ブ
ロッキング層12のエッチング量を第1図の実施例より少
なくし、n−GaAs層12を下部に残したまま、上にp−Ga
As層31を堆積させる。この場合も共振器中央部は通常VS
IS構造である。この例では、V溝角部はp−GaAs層31で
あり、局部的な発熱は抑えられる。その上、下部のn−
GaAs層12により端面部も電流は狭窄されるため、上記実
施例に比較して閾値電流は低減される。本実施例の半導
体レーザ装置においても、出射端面側4%,裏面側97%
の反射率のコーティングで100mWの高出力でも殆んど無
劣化の特性を示した。
第4図は本発明の他の一実施例を示す半導体レーザ装置
の分解斜視図であり、端面部断面及び中央部断面が示さ
れている。本実施例ではn−GaAs電流ブロッキング層12
を両端面部でエッチングする際、エッチングの領域を幅
W2に限定している。この場合、両端面部においても電流
通路は幅W2に狭窄され、第一の実施例より閾値電流は低
減される。この場合でもW2=10μmとして出射端面側4
%,裏面側97%の反射率のコーティングを施すと100mW
の高出力状態においても殆んど無劣化の特性を示した。
第4図に示した実施例の場合、次の第5図に示した方法
により素子を作製することも可能である。まず、第5図
(A)に示すようにp−GaAs基板11のレーザ共振器両端
面部に相当する部分に幅10μm長さ10μm,高さ1.0μm
の凸部を通常のフォトリソグラフィー技術とエッチング
技術により作製する。次に液相エピタキシャル成長法に
よりn−GaAs層12を2.0μm厚に堆積させると先に述べ
た理由により表面は平坦化される(第5図(B))。そ
の後、全面にエッチングを施すことにより均一にエッチ
ングを行ない、n−GaAs層厚が基板凸部以外の部分で0.
7μm厚になるようにする。このとき、基板凸部は第5
図(C)に示すように表面に露出されている。次に、第
5図(D)に示す如く基板凸部を通るV字溝を幅4μm,
深さ1μmに形成する。溝は共振器中央部においてもp
−GaAs基板11に達する深さとする。その後、通常VSISレ
ーザと同様な成長方法で第1図の実施例と同じ成長を行
ない第4図の如き半導体レーザ装置を作製する。
その他、第3図と第4図に示す実施例を組みあわせて幅
W2の領域で下にn−GaAs層、上にp−GaAs層が積層さ
れ、W2以外の領域ではn−GaAs層となっている構造でも
同様の効果が得られた。
上記各実施例では、共振器,両端面にp−GaAs層を含む
構造を有しているが、これは出射端面側のみに形成して
も同様の効果が得られる。また、本発明は同様な光導波
機構を有する他の構造についても効果を発揮するもので
ある。上記各実施例では液相エピタキシャル成長法を用
いた場合の例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、分子後エピタキシー法,有機金属
熱分解法,気相成長法等を適宜利用することができる。
〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、端面近傍のn−GaAs電流
ブロッキング層のストライプ角部をp−GaAs層とするこ
とにより角部の発熱を分散させることができ、局部的な
発熱による端面劣化を防ぎ、高出力状態においても高い
信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の分
解斜視図である。第2図は第1図に示す実施例の作製手
順を示す工程図である。第3図及び第4図はそれぞれ本
発明の他の実施例を示す半導体レーザ装置の分解構成図
である。第5図は第4図の実施例の他の作製手順を示す
工程図である。第6図は従来の半導体レーザ装置の構造
を示す斜視図である。 11……p−GaAs基板、12……n−GaAs電流ブロッキング
層、13……p−GaAlAsクラッド層、14……GaAs又はGaAl
As活性層、15……n−GaAlAsクラッド層、16……n−Ga
Asキャップ層、21……p側電極、22……n側電極、31…
…p−GaAs層、41……SiO2膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 泰司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 兼岩 進治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−263790(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p型半導体基板の一主面上に電流通路とな
    るチャネル溝を形成し該チャネル溝の内側と外側との間
    に光吸収の差に基く実効屈折率差をつくりつけた屈折率
    導波路を有し、前記p型半導体基板上で前記チャネル溝
    の外側に堆積されたn型半導体からなる電流ブロッキン
    グ層により電流狭窄を行う半導体レーザ装置において、 前記屈折率導波路内の少なくとも一方の共振器端面部近
    傍の前記n型半導体からなる電流ブロッキング層の一部
    をp型半導体で置き換えたことを特徴とする半導体レー
    ザ装置。
JP62222766A 1987-09-04 1987-09-04 半導体レーザ装置 Expired - Fee Related JPH0671121B2 (ja)

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