JPS6262580A - 半導体レ−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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、作り付は導波路構造を持つ半導体レーザ装
置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ディジタル・オーディオ・ディスク（ＤＡＤ）。

ビデオ・ディスク、ドキュメント・ファイル等の光デイ
スク装置や光通信用光源として半導体レーザの応用が開
けるにつれ、半導体レーザの量産化技術が必要となって
いる。従来より、半導体レーザ用の薄膜多層へテロ接合
結晶製作技術としては、スライディング・ボート方式に
よる液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）が用いられ
てきたが、ＬＰＥ法ではウェハ面、積の大皿化に限度が
ある。

このため、大面積で均−性及び制御性に浸れたエピタキ
シャル成長が可能な有機金属気相成長法（Ｍ　ＯＣＶ　
Ｄ法）や分子線エピタキシー法（ＭＨＤ法）等の結晶成
長技術が注目されている。

Ｍ　ＯＣＶ’　Ｄ法の特徴を生かした作り１寸は導波路
レーザと言えるものに、第１６回置体素子材料コンファ
レンス、１９８４年、１５３頁、に発炎された第３図に
示す如き半導体レーザがある。

このレーザは屈折率の実部の変化によって横モードを制
御する屈折率導波型のレーザである。すなわち、Ｐクラ
ッド１ｍ　（２４）の途中までエツチングされたストラ
イブ部分の上に、ｐクラッド層より屈折率の高い光ガイ
ド層（２６）を設け、その上を再びＰ−クラッド層（２
７）で埋め込んだ構造となっており、これによりでスト
ライブ部の実効屈折率７＋−４−ｆｆとストライブ以外
の部分の実効屈折率−’−ｌｔとの間に差を生じ、横モ
ードが導波される。このときＰ−クラッド層（２４）の
ＧａＡＡＡＳ層の上にも成長で＠　るのがＭＯＣＶＤ法
やＭＢＥ法Ｃ）ＬＰＥＫはない特徴である。また、電流
狭窄を行なうルーＧｃｚ　Ａｓ層（２５）は活性層（２
３）から十分に離されており、ロスとはならないため、
低しきい値、高微分量子効率の素子が得られる。光ガイ
ド層（２６）を持つ一種のＬＯＣ（ラージ・オプティカ
ル・キャビティー）構造であるが、活性層との間にある
ｐ−クラッド層（２４）が、バンドギャップが太きいた
めに、キャリアのオーバーフローに対してバリアとして
働くため熱特性も良く、高出力、高信頼性レーザとして
優れた特性を示している。実際著者らの実験では端面非
対称コーティングを施した素子で５０ｍＶＶまで横七−
ドの変化はなく、５０℃、３０ｍＷのエージング試験に
おいて５０００時間の信頼性が確認されており、光ディ
スク書き込み用などの高出力レーザとして十分実用レベ
ルにあるものである。

しかし、書き込み光ディスクや消去可能光ディスクなど
の大容量、高速化の要求は大きく、半導体レーザに対し
てもさらなる高出力、高信頼性が要求されるにいたって
いる。

従来の第４図の構造のレーザにおいて、その信頼性を決
めているのはストライブ部に集中する応力と、幅約１．
５μｍ、深さ約１．５μ扉というストライブ部分に成長
させる結晶の品質である。つまり、この部分の成長層に
導入された欠陥が応力とレーザ発振時の発熱の影響をう
けて転位として活性層に進入すると素子はいわゆる突発
劣化を起こし、信頼性が著しく損なわれる。また、スト
ライブ部の溝の中の成長は中央部が高抵抗層になりやす
く、電流が不均一に流れるようＫなり、導波路内でのゲ
インが不均一となって高出力での横モードが不安定にな
ったり、基本モード発振しなくなるなどの問題が起こっ
ていた〇 以上の理由から、従来構造のレーザでは５０℃。

３　Ｑ　ｒｎ〜Ｖ以上の高出力で高信頼性のものを歩留
りよく作製することを保証できなかったつ 〔発明の目的〕 この発明は上述した従来装置の欠点を改良したもので、
より高出力、高信頼性の半導体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は被覆層を２種若しくけそれ以上の烙子定
数の異なる材料を用いた数十人単位の薄層からなる超格
子構造、いわゆるストレインド・レイアー・スーパーラ
ティス（ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス誌
、第５３巻、１５８６頁、１９８２年）としてストライ
ブ部分の応力を緩和し、かつ１該ストライブ部分の上の
成長結晶に欠陥を導入しないようにするものである。ま
た、この超格子構造は全体の屈折率として、活性層に近
い側では屈折率はクラッド層より高く、活性層に遠い側
ではこれより低い痛折率２なるように構造。

組成が制御され、従来構造のレーザにおける光導波路層
とその上の被覆層の役割も果たすものである。

〔発明の効果〕

本発明においては、被覆層がストレインド・レイアー・
スーパーラティスになって２リストライブ部分の応力を
緩和し、ストライプ部分の上の成長結晶に欠陥を導入し
ないため、従来構造で問題となっていたこの部分からの
転位の成長による素子の劣化は無くなった。また、スト
ライプ溝の中の成長結晶も均一に成長し、電流注入が不
均一になるようなこともなく、高出力状態でも横モード
は安定した基本モード発振をする。さらに、この超格子
構造は光導波路層を兼ねるわけであるが、屈折率を変え
るパラメータとして、組成と全体の厚みだけでなく、各
層の厚みを変えることも使えるので、柔軟性が増す。

以上の理由により、高出力、高信頼性の半導体レーザを
歩留り良く供給することができる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例にかかわる半導体レーザの断
面図である。

図中２１はＮ−ＧａＡｓ基板、２２はＮ−ＧｃＬｏ、５
Ａｉｉｏ、＜Ａｓクラッド層、２３はＧｃｔ　Ｏ，９４
Ａｌｏ、ｏ　６　Ａｓ活性層、２４はｐ　−Ｇａ　ｏ、
ｓ　Ａｌｏ、＜　Ａｓクラッド、’！１，２５はＮ　−
Ｇ１１ｚＡｓ　？［流用止層（異種層）、２６はストレ
インド・レイアー・スーパーラティスになっている光導
波路Ｊｉ１２７　！’ｉ　ｐ　　Ｏａ、ｏ、６ＭＯ，＜
人Ｓクラッド層、２８はｐ　−ＧａＡＳコンタクトｒ！
、２９．３０は電肇金１４である。２６の光導波路層は
第２図に示すような１２久のＡｔ３，４　ａｏＣＬｏ２
６Ｉｎｏ、２６Ａｓ層（３１）を５１層、３８大のＧｃ
ＬＡｓ層（３４）を５０４　交互Ｋ　積み重ねて出きて
いる（、　Ａ１１ｏ４ａＧｃＬｏ、ｚｓＩｒ＋ｏ、２６
ＡｓとＧａＡｓは格子定数として３．５％異なっており
、この厚みでは転位が成長しえないのでストレインド・
レイアー・スーパーラティスとして働く。また、バンド
・ギャップは平均すると１．７５ｅＶとなり、厚さは全
体で０．２５μｍであるので、ストライプ部分での活性
層と導波路層間の距離を０２μ扉、ストライプｌ逼を１
．６μ扉とすれば、等価的な実効屈折率差は１．５　Ｘ
　１０−２となって高出力においても横モード安定なた
めに十分な値となる。

具体的な製造方法は第３図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）に示
すように作られる。

まず、第２図（ａ）に示す如く、面方位（１００）のＮ
　−Ｇａ　Ａｓ基板２１（Ｓｉドープ１ｘ１０ｃｔｎ　
）上に、厚さ１．５（μｍ）のＮ　−０（Ｌ　ｏＢ　Ａ
！（１４Ａｓクラッド層２２、（ＳｅドープＩ　Ｘ　１
０”ｍ−３）　、厚さｏ、ｏｓｃμｌ　　のアンドープ
Ｇａ　ｏ、ｇ４ＭｏｎｓｋＳ活性層２３、厚さ１．５１
：μｒＪのＰ　　Ｇａ０．６　Ｎｏ４Ａｓクラッド層２
４（Ｚｎドープ７Ｘ１０１８ｃｆｎ−３）及び厚さ１（
μｍ）のＮ−Ｇ（ＥＡＳ電流阻止１１（異種層）２５（
Ｓｅドーグ５　ｘ　ｌ　０１８ｃｍ−３）　　を順次成
長せしめた。この第１回目の結晶成長にはＭＯＣＶＤ法
を用い、成長条件は基板温度７５０　（℃ｌ、　Ｖ／１
＝２０．キャリアガス（Ｎ２）の流量〜１０　（Ｌ／ｍ
１ｎ）　。

原料はトリメチルガリウム（Ｔ　Ｍ　Ｇ　：　（ＣＨ）
　３Ｇ６Ｌ）　。

トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ　：　（ＣＨ３）３　
ＡＪ）　。

アルシン　（ＡｓＨ３）ｎ−ドーパント：ジエチル亜鉛
（Ｄ　ＥＺ　：　（ＣｃＬＨ５）　２　Ｚｎ　）　　ｎ
−ドーパント：セレン化水素（）（２Ｓｅ　）で、成長
速度ばＯ−２５Ｃμｒｎ／ｍ　ｉｎ　）とした。なお、
第１回目の結晶成長には必ずしもＭＯ−（、ＶＤ法を用
いる必要はないが、大面、債で均一性の良い結晶成長が
可能なＭＯ−ＣＭＤ法を用いることは、量産化を考えた
場合ＬＰＥ法に比べて有利である。

次に、第２図（ｈ）に示す如く電流阻止層２５上にフォ
トレジスト３１を塗布し、該レジスト・３１に幅３〔μ
ｍ〕のストライプ状窓を形成し、これをマスクとして電
流阻止層２５を選択エツチングし、さらにクラッド層２
４を途中までエツチングしてストライプ状の溝３２を形
成した。次いで、レジスト３１を除去し表面洗浄処理を
施したのち、第２回目の結晶成長をＭＯＣＶＤ法によっ
て行なった。ただし、成長速度は１０Ｘ、／ｓｅｃとし
た。第１図（ｂ）に示したような１２ＡのＮ１ｏ、＜５
Ｏａｏ、ｚｈｌｌｏ、２６ＡＳ層（３１）　５１層と３
８ＡＯＧｃＬＡｓ層（３２）５０層を順次積層した後、
Ｐ　　Ｇ（Ｌ　ｏ、６Ａｌ　Ｏ，４Ａｓクラッド層（２
７）　、　１μ扉。

ｐ　−ＧａＡｓコンタクト７ｉｉ　（２８）　、　１μ
ｍを成長させ、第２回（Ｃ）に示すような結晶を作成し
た。

最後に基板を研摩し、Ｐ側、ｎ５１１１の電極（２９）
　。

（３０）を蒸着して共振器長　２５０μｍのチップに関
し、特性を調べた。

こうして出来たレーザはアンコートでの発振しきい値３
０７Ｆ１人、微分量子効率２９％（片面）と通常と損色
ない特性が得られており、非対称コーティングを施しだ
ものでは、８０ｒｒＬＷまで基本横モード安定で、５０
℃、５０ｍＷの試験でも突発劣化を起こしていない。

以上のことから本発明の効果は実現されていると考えら
れる。

〔発明の他の実施例〕

上述の実施例においては、電流阻止層をＮ　−Ｇ（７，
ＡＳとしたが、これをＮ−自１−ｒＡＥよＡｓとしてＭ
混晶比Ｘは活性層のそれより太きくし、光の吸収をなく
して電流阻止層全体を活性層に近づけた構造とすること
ができる。このようにすると、ｐ−クラッド層における
電流の広がりを小さく押さえることができ、より低しき
い値、高微分効率の素子を得ることができる。

超格子構造の組成として、ＧαＡＳ／ＡｌＧａＩｎＡｓ
系以外でも同じような格子定数のずれとバンドギャップ
をもつ材料とすることももちろん可能である。

また、他の実施例として、基板をｎ型からＰ型として上
述の実施例におけるＰをルに、ルをＰＫ置き換えた構造
としてもよい。

また、半導体材料としてはここにあげたＧｃＬＡｌＡｓ
系に限定さｉることはなく、ＩｎＧａＡｓｐ系、　Ｇａ
ｐｌＩｎＰ型などさ捷ざまな材料に対して適用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図→は本発明の一実施例にかかわる半導体レーザの
構造を示す図、第２図は上記実施例レーザの製造工程を
示す断面図、第３図は従来の半導体レーザの構造を示す
断面図である。 ２ｌ−ｎ−ＧａｋＳ基板。 ２２・・・ルー０ａｏＨ成ｏ、　Ａｓクラッド層。 ２３・・アンドープＧｔＬｏｇ４Ａｊ＝ｏＨＡｓ活性１
３　。 ２４　＝−ｐ−Ｇｃｔ、）ｂＭｏ４Ａｓクラッド層。 ２５・・・ルー０ａｋｓ電流阻止１−（異種層）。 ２６・・・Ｇａ　Ａｓ７ｇＡｓによる超格子構造（光導
波路層）。 ２７　＝・ｐ−ｏａｏ、６Ａ１０４ＡＳクラッド層。 ２８・・・ｐ　−ＧａＡｓコンタクト層。 ２９・・・ｐ−電極金属。 ３０・・・ルー電極金属。 ３１・・・レジスト。 ３２・・・ストライプ状溝。 ３３°゛−ＡＩＩｏ４ａＧｃＬａ２６Ｉｎ　（ｌｚ６Ａ
Ｓ層。 ３４・・・ＯＬ：ＬＡｓ　、ｌ惰。 ３５−　ｐ　　ＧａｏｙｓＡｌｏ２ｓｋＳ光導波路層。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 Ｏ 第　　１　　回 第　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層に対し基板と反対側のクラッド層上に該ク
   ラッド層とは導電型の異なる異種層をストライプ状部分
   を除いて形成し、かつこの上に少くとも２種以上の異な
   る格子定数をもつ半導体結晶を用いた薄膜の積層構造に
   よる被覆層を形成してあることを特徴とする半導体レー
   ザ装置。
2. （２）前記被覆層が、その屈折率に関して少なくとも２
   つの値を持ち、前記活性層に近い部分では前記クラッド
   層より高い第１の屈折率を持ち、前記活性層からより離
   れた部分では第１の屈折率より小さい第２の屈折率をも
   つことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   レーザ装置。