JPH0682888B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置の製造方法Info
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- JPH0682888B2 JPH0682888B2 JP32307191A JP32307191A JPH0682888B2 JP H0682888 B2 JPH0682888 B2 JP H0682888B2 JP 32307191 A JP32307191 A JP 32307191A JP 32307191 A JP32307191 A JP 32307191A JP H0682888 B2 JPH0682888 B2 JP H0682888B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置の製
造方法に係わり、特に活性領域の端面をレーザ共振器端
面よりも内側に埋込んだ端面埋込み型の半導体レーザ装
置の製造方法に関する。
造方法に係わり、特に活性領域の端面をレーザ共振器端
面よりも内側に埋込んだ端面埋込み型の半導体レーザ装
置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、光通信用光源や光ディ
スク用光源等への広い応用が期待されている。しかし、
半導体レーザは一般に過電流に対して極めて弱く、例え
それがパルス的なものであっても素子の破壊につながる
ことが知られている。この性質は、半導体レーザの光出
力の電流依存性に起因しており、避け難いものである。
即ち、半導体レーザでは図１に示すように発振しきい値
電流Ｉthより大きな電流領域、つまり発振状態におい
て、僅かな駆動電流増加に対し光出力が大きく増加す
る。半導体レーザの発振しきい値電流Ｉthは通常数１０
ｍＡであるが、その数倍程度の過電流によって発生する
光出力は半導体レーザの活性領域端面に回復不可能な損
傷を与えるのに十分であり、これによって素子の破壊を
招くのである。この現象は、特にＧａＡｌＡｓ系の半導
体レーザにおいて顕著であり、活性領域端面における光
出力密度が１０6 Ｗ／ｃｍ2 程度になると素子の破壊が
起こることが知られている。そして、過電流によって破
壊され易いという半導体レーザの特性は、半導体レーザ
を取り扱う上で極めて不便であり、半導体レーザの実用
化に際して大きな問題となっていた。
スク用光源等への広い応用が期待されている。しかし、
半導体レーザは一般に過電流に対して極めて弱く、例え
それがパルス的なものであっても素子の破壊につながる
ことが知られている。この性質は、半導体レーザの光出
力の電流依存性に起因しており、避け難いものである。
即ち、半導体レーザでは図１に示すように発振しきい値
電流Ｉthより大きな電流領域、つまり発振状態におい
て、僅かな駆動電流増加に対し光出力が大きく増加す
る。半導体レーザの発振しきい値電流Ｉthは通常数１０
ｍＡであるが、その数倍程度の過電流によって発生する
光出力は半導体レーザの活性領域端面に回復不可能な損
傷を与えるのに十分であり、これによって素子の破壊を
招くのである。この現象は、特にＧａＡｌＡｓ系の半導
体レーザにおいて顕著であり、活性領域端面における光
出力密度が１０6 Ｗ／ｃｍ2 程度になると素子の破壊が
起こることが知られている。そして、過電流によって破
壊され易いという半導体レーザの特性は、半導体レーザ
を取り扱う上で極めて不便であり、半導体レーザの実用
化に際して大きな問題となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、半導
体レーザ装置においては、過電流によって活性領域端面
に破壊が生じるという問題があった。本発明は、上記事
情を考慮してなされたもので、その目的とするところ
は、過電流に対して壊れ難い半導体レーザ装置の製造方
法を提供することにある。
体レーザ装置においては、過電流によって活性領域端面
に破壊が生じるという問題があった。本発明は、上記事
情を考慮してなされたもので、その目的とするところ
は、過電流に対して壊れ難い半導体レーザ装置の製造方
法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】半導体レーザにおける前
述した問題を解決するものとして、活性領域端面を埋込
み層にて埋込んだ端面埋込み型レーザが開発されてい
る。しかし、半導体レーザの光出力が注入電流の増加に
対して極めて急峻に増加するため、単にレーザ共振器端
面が光損傷を受ける光出力の大きさを大きくしても、半
導体レーザが破壊に至る電流値の増加は小さく、その効
果は薄い。十分な効果を得るためには、活性領域端面を
埋込み型にすると共に、光損傷出力よりも小さな光出力
レベルにおいて、注入電流に対して光出力が飽和するよ
うな特性を持たせればよい。
述した問題を解決するものとして、活性領域端面を埋込
み層にて埋込んだ端面埋込み型レーザが開発されてい
る。しかし、半導体レーザの光出力が注入電流の増加に
対して極めて急峻に増加するため、単にレーザ共振器端
面が光損傷を受ける光出力の大きさを大きくしても、半
導体レーザが破壊に至る電流値の増加は小さく、その効
果は薄い。十分な効果を得るためには、活性領域端面を
埋込み型にすると共に、光損傷出力よりも小さな光出力
レベルにおいて、注入電流に対して光出力が飽和するよ
うな特性を持たせればよい。
【０００５】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、端面埋込み型の半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、半導体基板上に、活性層を主クラッド層で挟
み、且つ活性層と主クラッド層との間の少なくとも一方
に活性層より大きく主クラッド層より小さい禁制帯幅を
有する補助クラッド層を挟んだダブルヘテロ接合構造部
を形成し、次いでダブルヘテロ接合構造部を選択エッチ
ングしてストライプ状のメサを形成し、次いでメサの端
面部に活性層よりも禁制帯幅の大きな埋込み層を形成す
ることにより、ダブルヘテロ接合構造部の端面をレーザ
共振器端面より内側に埋め込むようにした方法である。
もので、端面埋込み型の半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、半導体基板上に、活性層を主クラッド層で挟
み、且つ活性層と主クラッド層との間の少なくとも一方
に活性層より大きく主クラッド層より小さい禁制帯幅を
有する補助クラッド層を挟んだダブルヘテロ接合構造部
を形成し、次いでダブルヘテロ接合構造部を選択エッチ
ングしてストライプ状のメサを形成し、次いでメサの端
面部に活性層よりも禁制帯幅の大きな埋込み層を形成す
ることにより、ダブルヘテロ接合構造部の端面をレーザ
共振器端面より内側に埋め込むようにした方法である。
【０００６】また本発明は、上記構成の半導体レーザ装
置の製造方法において、半導体基板上に、活性層を主ク
ラッド層で挟み、且つ活性層と主クラッド層との間の少
なくとも一方に活性層より大きく主クラッド層より小さ
い禁制帯幅を有する補助クラッド層を挟んだダブルヘテ
ロ接合構造部を形成し、次いでダブルヘテロ接合構造部
上にストライプ状のマスクを形成し、次いでこのマスク
を用い、ダブルヘテロ構造部を基板に至る深さまで選択
エッチングしてストライプ状のメサを形成し、次いでマ
スクで覆われていない部分に活性層よりも禁制帯幅の大
きな埋込み層を選択的に成長して、ダブルヘテロ接合構
造部の側面を埋め込むと共に、ダブルヘテロ接合構造部
の端面をレーザ共振器端面より内側に埋め込むようにし
た方法である。
置の製造方法において、半導体基板上に、活性層を主ク
ラッド層で挟み、且つ活性層と主クラッド層との間の少
なくとも一方に活性層より大きく主クラッド層より小さ
い禁制帯幅を有する補助クラッド層を挟んだダブルヘテ
ロ接合構造部を形成し、次いでダブルヘテロ接合構造部
上にストライプ状のマスクを形成し、次いでこのマスク
を用い、ダブルヘテロ構造部を基板に至る深さまで選択
エッチングしてストライプ状のメサを形成し、次いでマ
スクで覆われていない部分に活性層よりも禁制帯幅の大
きな埋込み層を選択的に成長して、ダブルヘテロ接合構
造部の側面を埋め込むと共に、ダブルヘテロ接合構造部
の端面をレーザ共振器端面より内側に埋め込むようにし
た方法である。
【０００７】
【作用】半導体レーザの端面の光損傷は、レーザ光が活
性領域端面で再吸収され、それによって発熱や、雰囲気
中に存在する酸素或いは水分との化学反応等が促進され
ることが主要な原因である。従って、本発明のように端
面埋込み構造とすることは、共振器端面においてレーザ
光の吸収がないこと、及び活性領域が雰囲気中の酸素や
水分の影響を全く受けないことから、光損傷出力を大き
くする上で極めて有利である。実際、端面埋込み構造と
することによって、光損傷出力を約１桁程度増大させる
ことが可能である。
性領域端面で再吸収され、それによって発熱や、雰囲気
中に存在する酸素或いは水分との化学反応等が促進され
ることが主要な原因である。従って、本発明のように端
面埋込み構造とすることは、共振器端面においてレーザ
光の吸収がないこと、及び活性領域が雰囲気中の酸素や
水分の影響を全く受けないことから、光損傷出力を大き
くする上で極めて有利である。実際、端面埋込み構造と
することによって、光損傷出力を約１桁程度増大させる
ことが可能である。
【０００８】また、通常のダブルヘテロ接合レーザで
は、活性層とこれを挟む主クラッド層との禁制帯幅の差
Ｅｇは０．４ｅＶ程度であり、これによって生じるヘテ
ロ接合界面のポテンシャル障壁により、注入されたキャ
リアは活性層中に略完全に閉じ込められる。本発明で
は、活性層と主クラッド層との間に補助クラッド層を形
成し、活性層と補助クラッド層との禁制帯幅の差Ｅｇ′
を小さくしているので、補助クラッド層への注入キャリ
アのオーバーフローによって、高注入レベルにおいて光
出力を飽和させることができる。
は、活性層とこれを挟む主クラッド層との禁制帯幅の差
Ｅｇは０．４ｅＶ程度であり、これによって生じるヘテ
ロ接合界面のポテンシャル障壁により、注入されたキャ
リアは活性層中に略完全に閉じ込められる。本発明で
は、活性層と主クラッド層との間に補助クラッド層を形
成し、活性層と補助クラッド層との禁制帯幅の差Ｅｇ′
を小さくしているので、補助クラッド層への注入キャリ
アのオーバーフローによって、高注入レベルにおいて光
出力を飽和させることができる。
【０００９】即ち、禁制帯幅の差Ｅｇ′を小さくした状
態で注入電流を増やしていくと、活性層に注入されたキ
ャリアの一部はポテンシャル障壁を越えて活性層の外側
にオーバーフローするようになり、注入電流の増加が発
光出力に寄与しなくなる。このため、注入電流に対する
光出力の関係は、図２に示すように飽和特性を示すよう
になる。この飽和特性が現れる光出力の大きさは、活性
層と補助クラッド層との禁制帯幅の差Ｅｇ′の大きさ及
び半導体レーザの構造により決まるレーザとしての損失
の大きさに依存する。
態で注入電流を増やしていくと、活性層に注入されたキ
ャリアの一部はポテンシャル障壁を越えて活性層の外側
にオーバーフローするようになり、注入電流の増加が発
光出力に寄与しなくなる。このため、注入電流に対する
光出力の関係は、図２に示すように飽和特性を示すよう
になる。この飽和特性が現れる光出力の大きさは、活性
層と補助クラッド層との禁制帯幅の差Ｅｇ′の大きさ及
び半導体レーザの構造により決まるレーザとしての損失
の大きさに依存する。
【００１０】そこで、飽和した光出力の大きさを半導体
レーザの光損傷出力より小さくしておけば、過電流によ
る半導体レーザの破壊限界を、該レーザが抵抗成分によ
る発熱によって破壊する限界まで引き上げることができ
る。端面埋込み構造の場合、通常の半導体レーザに比較
して光損傷が生じる光出力のレベルが約１桁大きいた
め、上記飽和出力の大きさは、光ディスク書き込み等の
高出力の要求に対しても十分な値とすることができる。
レーザの光損傷出力より小さくしておけば、過電流によ
る半導体レーザの破壊限界を、該レーザが抵抗成分によ
る発熱によって破壊する限界まで引き上げることができ
る。端面埋込み構造の場合、通常の半導体レーザに比較
して光損傷が生じる光出力のレベルが約１桁大きいた
め、上記飽和出力の大きさは、光ディスク書き込み等の
高出力の要求に対しても十分な値とすることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【００１２】図３は本発明の一実施例に係わる端面埋込
み型半導体レーザ装置の概略構造を示すもので、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。
図中１はｎ−ＧａＡｓ基板（半導体基板）であり、この
基板１上には、 ｎ−Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（主クラッド層）２ ｎ−Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層（補助クラッド層）３ ｐ−ＧａＡｓ層（活性層）４ ｐ−Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層（補助クラッド層）５ ｐ−Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（主クラッド層）６ ｐ−ＧａＡｓ層（オーミックコンタクト層）７
み型半導体レーザ装置の概略構造を示すもので、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。
図中１はｎ−ＧａＡｓ基板（半導体基板）であり、この
基板１上には、 ｎ−Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（主クラッド層）２ ｎ−Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層（補助クラッド層）３ ｐ−ＧａＡｓ層（活性層）４ ｐ−Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層（補助クラッド層）５ ｐ−Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（主クラッド層）６ ｐ−ＧａＡｓ層（オーミックコンタクト層）７
【００１３】を上記順に積層してなるメサストライプ部
が設けられている。そして、メサストライプ部の側面及
び端面は、Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（埋込み層）８によ
って埋め込まれている。なお、図中の９は電流狭窄のた
めのＳｉ3 Ｎ4 膜（絶縁膜）、１０，１１は電極をそれ
ぞれ示している。
が設けられている。そして、メサストライプ部の側面及
び端面は、Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（埋込み層）８によ
って埋め込まれている。なお、図中の９は電流狭窄のた
めのＳｉ3 Ｎ4 膜（絶縁膜）、１０，１１は電極をそれ
ぞれ示している。
【００１４】次に、上記実施例装置の製造方法について
説明する。まず、図４（ａ）に示すように、基板１上に
主クラッド層２，補助クラッド層３，活性層４，補助ク
ラッド層５，主クラッド層６及びオーミックコンタクト
層７を上記の順にエピタキシャル成長する。
説明する。まず、図４（ａ）に示すように、基板１上に
主クラッド層２，補助クラッド層３，活性層４，補助ク
ラッド層５，主クラッド層６及びオーミックコンタクト
層７を上記の順にエピタキシャル成長する。
【００１５】次いで、図４（ｂ）に示すように、オーミ
ックコンタクト層７上にストライプ状のＳｉ3 Ｎ4 膜
（マスク）１２を被着し、Ｈ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ：ＣＨ3
ＯＨ＝１：１：３のエッチング液を用い、上記Ｓｉ3 Ｎ
4 膜１２をマスクとして前記各層２〜７を基板１に至る
深さまでメサエッチングする。
ックコンタクト層７上にストライプ状のＳｉ3 Ｎ4 膜
（マスク）１２を被着し、Ｈ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ：ＣＨ3
ＯＨ＝１：１：３のエッチング液を用い、上記Ｓｉ3 Ｎ
4 膜１２をマスクとして前記各層２〜７を基板１に至る
深さまでメサエッチングする。
【００１６】次いで、上記Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２を再びマス
クとして用い、図４（ｃ）に示すように、ＬＰＥ法によ
り埋込み層８を選択的に成長し、メサ領域を埋込み層８
によって埋め込む。これ以降は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２を除
去した後、埋込み層８上のみに前記絶縁膜９を形成し、
続いて金属電極１０，１１を蒸着形成することによっ
て、図３に示す構造の半導体レーザ装置が得られる。
クとして用い、図４（ｃ）に示すように、ＬＰＥ法によ
り埋込み層８を選択的に成長し、メサ領域を埋込み層８
によって埋め込む。これ以降は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２を除
去した後、埋込み層８上のみに前記絶縁膜９を形成し、
続いて金属電極１０，１１を蒸着形成することによっ
て、図３に示す構造の半導体レーザ装置が得られる。
【００１７】かくして得られた半導体レーザ装置は、前
記補助クラッド層３，５を形成しない従来のダブルヘテ
ロ接合半導体レーザ装置に比して、過電流に対する耐性
が遥かに大きいものであった。
記補助クラッド層３，５を形成しない従来のダブルヘテ
ロ接合半導体レーザ装置に比して、過電流に対する耐性
が遥かに大きいものであった。
【００１８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。例えば、前記補助クラッ
ド層は必ずしも活性層の両側にある必要はなく、活性層
の片側に設けるようにしてもよい。さらに、補助クラッ
ド層の禁制帯幅は、活性層のそれより大きく主クラッド
層のそれより小さい範囲で、所望する飽和出力等に応じ
て適宜定めればよい。また、実施例では活性領域側面も
埋込み層により埋め込まれた構造であるが、活性領域側
面は必ずしも埋め込まれてなくともよい。さらに、用い
る半導体材料はＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系に限るもので
はなく、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、その他各種の半導
体を用いることができる。
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。例えば、前記補助クラッ
ド層は必ずしも活性層の両側にある必要はなく、活性層
の片側に設けるようにしてもよい。さらに、補助クラッ
ド層の禁制帯幅は、活性層のそれより大きく主クラッド
層のそれより小さい範囲で、所望する飽和出力等に応じ
て適宜定めればよい。また、実施例では活性領域側面も
埋込み層により埋め込まれた構造であるが、活性領域側
面は必ずしも埋め込まれてなくともよい。さらに、用い
る半導体材料はＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系に限るもので
はなく、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、その他各種の半導
体を用いることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、過
電流による半導体レーザ装置の破壊限界を、光損傷によ
る破壊限界から熱的な破壊限界まで引き上げることが可
能となる。このため、半導体レーザ装置の過電流に対す
る耐性を大幅に向上させることができる。また、破壊限
界が熱的なものであるため、実用上最も多く発生するパ
ルス的な過電流に対して極めて壊れ難い等の効果を奏す
る。
電流による半導体レーザ装置の破壊限界を、光損傷によ
る破壊限界から熱的な破壊限界まで引き上げることが可
能となる。このため、半導体レーザ装置の過電流に対す
る耐性を大幅に向上させることができる。また、破壊限
界が熱的なものであるため、実用上最も多く発生するパ
ルス的な過電流に対して極めて壊れ難い等の効果を奏す
る。
【図１】従来装置における駆動電流と光出力との関係を
示す特性図、
示す特性図、
【図２】本発明装置における駆動電流と光出力との関係
を示す特性図、
を示す特性図、
【図３】本発明の一実施例に係わる端面埋込み型レーザ
の概略構成を示す斜視図、
の概略構成を示す斜視図、
【図４】本発明の一実施例に係わる端面埋込み型レーザ
の製造工程を示す断面図。
の製造工程を示す断面図。
１…ｎ−ＧａＡｓ基板（半導体基板）、 ２…ｎ−Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（主クラッド層）、 ３…ｎ−Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層（補助クラッド層）、 ４…ｐ−ＧａＡｓ層（活性層）４、 ５…ｐ−Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層（補助クラッド層）、 ６…ｐ−Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（主クラッド層）、 ７…ｐ−ＧａＡｓ層（オーミックコンタクト層）、 ８…Ｇａ0.65Ａｌ0.35Ａｓ層（埋込み層）、 ９…Ｓｉ3 Ｎ4 （絶縁膜）、 １０，１１…電極、 １２…Ｓｉ3 Ｎ4 膜（マスク）。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に、活性層を主クラッド層で
挟み、且つ活性層と主クラッド層との間の少なくとも一
方に活性層より大きく主クラッド層より小さい禁制帯幅
を有する補助クラッド層を挟んだダブルヘテロ接合構造
部を形成する工程と、 前記ダブルヘテロ接合構造部を選択エッチングしてスト
ライプ状のメサを形成する工程と、 前記メサの端面部に前記活性層よりも禁制帯幅の大きな
半導体層を形成し、前記ダブルヘテロ接合構造部の端面
をレーザ共振器端面より内側に埋込む工程とを含むこと
を特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項２】半導体基板上に、活性層を主クラッド層で
挟み、且つ活性層と主クラッド層との間の少なくとも一
方に活性層より大きく主クラッド層より小さい禁制帯幅
を有する補助クラッド層を挟んだダブルヘテロ接合構造
部を形成する工程と、 前記ダブルヘテロ接合構造部上にストライプ状のマスク
を形成する工程と、 前記マスクを用い、前記ダブルヘテロ構造部を前記基板
に至る深さまで選択エッチングしてストライプ状のメサ
を形成する工程と、 前記マスクで覆われていない部分に前記活性層よりも禁
制帯幅の大きな埋込み層を選択的に成長し、前記ダブル
ヘテロ接合構造部の側面を埋め込むと共に、前記ダブル
ヘテロ接合構造部の端面をレーザ共振器端面より内側に
埋め込む工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32307191A JPH0682888B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32307191A JPH0682888B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661585A JPH0661585A (ja) | 1994-03-04 |
| JPH0682888B2 true JPH0682888B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=18150763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32307191A Expired - Lifetime JPH0682888B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682888B2 (ja) |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP32307191A patent/JPH0682888B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１１（１９７３）（米）Ｐ．５９０−５９１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0661585A (ja) | 1994-03-04 |
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