JP2002076502A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
素子を提供することである。 【解決手段】 p−AlGaInP第1クラッド層上、
リッジ部の側面および窓領域の上方におけるリッジ部の
上面の領域にn−GaAs電流ブロック層が形成され
る。端面近傍の領域におけるp−GaAsキャップ層に
***部20が形成され、端面近傍における第1電極10
の領域に***領域21が形成される。第1電極10の隆
起領域21間の領域上に***領域21の高さよりも大き
な厚さを有する第2電極11が形成される。
Description
けられる半導体レーザ素子に関する。
光ディスクシステムの光源として不可欠であり、高い信
頼性が要求される。半導体レーザ素子の高出力化を制限
する要因として、COD(光学的損傷;Catastrophic O
ptical Damage )がある。このCODは次のようなサイ
クルで発生すると考えられている。
の端面に電流を注入すると、この準位を介して非発光再
結合が生じ、発熱が生じる。この発熱により端面部のエ
ネルギーギャップが減少し、光吸収が生じ、さらに発熱
が大きくなる。このサイクルを繰り返すことにより端面
の温度が上昇し、結晶が溶解してしまう。
端面電流非注入構造やZn拡散による窓構造が、ELE
CTRONICS LETTERS,Vol.33,N
o.12,pp.1084−1086,1997やIE
EE JOURNAL OFQUANTUM ELEC
TRONICS,Vol.29,No.6,pp.18
24−1829,1993に開示されている。
の半導体レーザ素子の一部切り欠き斜視図である。図1
1は窓構造を有する従来の半導体レーザ素子の一部切り
欠き斜視図である。
s基板31上に、n−GaInPバッファ層32、n−
AlGaInPクラッド層33、量子井戸活性層34お
よびp−AlGaInP第1クラッド層35が順に形成
されている。
のストライプ状の領域に、p−AlGaInP第2クラ
ッド層36およびp−GaInPコンタクト層37が順
に形成されている。これらのp−AlGaInP第2ク
ラッド層36およびp−GaInPコンタクト層37が
リッジ部Rを構成する。
およびリッジ部Rの両側面にn−GaAs電流ブロック
層38が形成されている。また、n−GaAs電流ブロ
ック層38は、両端面近傍におけるリッジ部Rの上面の
領域にも形成されている。
リッジ部R上にp−GaAsキャップ層39が形成され
ている。
に複数の層32〜39からなるレーザ素子構造60が形
成されている。n−GaAs基板31の裏面には、n電
極42が形成されている。レーザ素子構造60の上面に
は、p電極(図示せず)が形成される。
るリッジ部Rの上面の領域にn−GaAs電流ブロック
層38が形成されているので、端面近傍の領域に電流が
注入されない。それにより、CODが抑制される。
は、量子井戸活性層34の端面近傍の領域にZnの拡散
によるZn拡散領域43が設けられている。それによ
り、端面近傍の量子井戸活性層34の領域にバンドギャ
ップが広くなる窓構造が形成される。したがって、端面
近傍で光の吸収が起こらず、CODがさらに抑制され
る。
図11のレーザ素子構造を有する従来の高出力半導体レ
ーザ素子の模式的外観斜視図、図13は図12の半導体
レーザ素子の模式的平面図、図14は図12の半導体レ
ーザ素子の共振器長方向の模式的断面図である。
造60では、リッジ部Rの上面のうち端面近傍の領域の
みにn−GaAs電流ブロック層38が形成されている
ため、端面近傍の領域におけるp−GaAsキャップ層
39に***部50が形成されている。
ーザ素子構造60の上面にp電極41が形成されてい
る。***部50に起因してp電極41にも***領域51
が形成されている。なお、***部50および***領域5
1の下方における量子井戸活性層34の端面にレーザ光
の出射点53が位置する。
マウント上に取り付けた状態を示す共振器長方向の模式
的断面図、図16は図12の半導体レーザ素子をサブマ
ウント上に取り付けた状態を示す模式的正面図である。
の半導体レーザ素子300をp電極41を下に向けてサ
ブマウント400の上面にジャンクションダウンで取り
付けた場合、p電極41の***部51のみがサブマウン
ト400の上面に接触する。そのため、ダイボンディン
グ時またはワイヤボンディング時に半導体レーザ素子3
00の端面近傍の部分に局所的に大きなストレスが加わ
る。また、p電極41とサブマウント400との接触面
積が制限されるため、良好な放熱特性が得られず、接着
強度も低くなる。さらに、サブマウント400上に半導
体レーザ素子300が傾いた状態で取り付けられること
もある。これらの結果、半導体レーザ素子300の信頼
性が低下する。
信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することである。
に係る半導体レーザ素子は、基板と、基板上に形成され
るとともに共振器を構成する活性層を含むレーザ素子構
造と、レーザ素子構造上に形成された電極層とを備え、
レーザ素子構造は、上面に***部を有し、電極層は、隆
起部上の領域で0以上の第1の膜厚を有し、***部を除
く領域で第1の膜厚よりも大きな第2の膜厚を有するも
のである。
には電極層を形成しない構造としてもよい。
は、基板上に活性層を含むレーザ素子構造が形成され、
レーザ素子構造上に電極層が形成されている。電極層の
膜厚は、レーザ素子構造の***部を除く領域で***部の
領域に比べて大きくなっている。それにより、半導体レ
ーザ素子を電極層を下に向けて放熱体の上面にジャンク
ションダウンで取り付けた場合、電極層が放熱体に広い
面積で接触する。そのため、ストレスが半導体レーザ素
子の特定に部分に加わらず、半導体レーザ素子の全体に
分散されて低減される。また、電極層と放熱体との接触
面積が大きくなるため、放熱特性が良好になるととも
に、接着強度が向上する。さらに、半導体レーザ素子が
ほとんど傾くことなく放熱体上に安定に固定される。こ
れらの結果、半導体レーザ素子の信頼性が向上する。
との合計以上であることが好ましい。それにより、半導
体レーザ素子を電極層を下に向けて放熱体の上面にジャ
ンクションダウンで取り付けた場合、電極層の上面の全
体が放熱体の上面に接触する。そのため、ストレスが半
導体レーザ素子の特定の部分に加わらず、半導体レーザ
素子の全体に十分に分散されて低減される。また、電極
層と放熱体との接触面積が十分に大きくなるため、放熱
特性がさらに良好になるとともに、接着強度がさらに向
上する。さらに、半導体レーザ素子が傾くことなく放熱
体上により安定に固定される。これらの結果、半導体レ
ーザ素子の信頼性がさらに向上する。
の少なくとも一部を被覆するように形成された第1電極
と、***部に起因して第1電極に形成された***領域を
除いて第1電極上に形成された第2電極とを含んでもよ
い。
の***部に起因して***領域が形成される。そこで、第
2の電極が第1の電極の***領域を除く領域に形成され
る。それにより、半導体レーザ素子を第2の電極を下に
向けて放熱体の上面にジャンクションダウンで取り付け
た場合、第2の電極の上面の広い面積が放熱体の上面に
接触する。
により形成されてもよく、あるいは同じ材料により形成
されてもよい。
層と、活性層と、第2導電型のクラッド層とを順に含
み、第2導電型のクラッド層は、平坦部と、平坦部上の
ストライプ状の領域に形成されたリッジ部とを有し、レ
ーザ素子構造は、リッジ部の両側の平坦部上、リッジ部
の側面およびリッジ部の上面の共振器端面側の領域に形
成された第1導電型の電流ブロック層をさらに含み、隆
起部は、リッジ部の上面の端面側の領域に形成された電
流ブロック層の部分に起因して形成されてもよい。
リッジ部の両側の平坦部上、リッジ部の側面およびリッ
ジ部の上面の共振器端面側の領域に形成されているの
で、電極層から注入された電流が共振器端面側の領域を
除いてリッジ部に注入される。
が注入されないので、CODが抑制される。その結果、
高出力の半導体レーザ素子が実現される。
た一対の***部分からなってもよい。
振器端面側の領域は不純物の導入により活性層の他の領
域よりも大きなバンドギャップを有してもよい。
て不純物の導入により量子井戸構造が無秩序化され、大
きなバンドギャップを有する窓構造が形成される。した
がって、共振器端面近傍で光の吸収が起こらず、COD
がさらに抑制される。したがって、さらに高出力の半導
体レーザ素子が実現される。
超格子を有し、この活性層の端面近傍のみに不純物を導
入し、自然超格子を無秩序化することによって、窓構造
を形成してもよい。
ける高出力半導体レーザ素子の模式的外観斜視図、図2
は図1の半導体レーザ素子の模式的一部切り欠き斜視図
である。また、図3は図1の半導体レーザ素子の模式的
平面図、図4は図1の半導体レーザ素子の共振器長方向
の模式的断面図である。
Siドープのn−GaInPバッファ層2、Siドープ
のn−AlGaInPクラッド層3、量子井戸活性層
4、およびZnドープのp−AlGaInP第1クラッ
ド層5が順に形成されている。n−AlGaInPクラ
ッド層3のAl組成比は0.7であり、キャリア濃度は
3×1017cm-3であり、膜厚は2.0μmである。p
−AlGaInP第1クラッド層5のAl組成比は0.
7であり、キャリア濃度は1×1018cm-3であり、膜
厚は0.3μmである。
光ガイド層、多重量子井戸構造およびAlGaInP第
2光ガイド層を順に含み、多重量子井戸構造はGaIn
P井戸層とAlGaInP障壁層とを交互に含む。Al
GaInP第1光ガイド層のAl組成比は0.5であ
り、膜厚は50nmである。AlGaInP第2光ガイ
ド層のAl組成比は0.5であり、膜厚は50nmであ
る。各GaInP井戸層の膜厚は8nmであり、各Al
GaInP障壁層のAl組成比は0.5であり、膜厚は
5nmである。
特性の向上のために、井戸層に圧縮歪または引っ張り歪
を導入してもよい。また、障壁層または光ガイド層の一
部に井戸層と逆方向の歪を導入した歪補償構造を採用し
てもよい。
ストライプ状の領域にZnドープのp−AlGaInP
第2クラッド層6およびZnドープのp−GaInPコ
ンタクト層7が順に形成されている。p−AlGaIn
P第2クラッド層6のAl組成比は0.7であり、キャ
リア濃度は1×1018cm-3であり、膜厚は1.2μm
である。p−GaInPコンタクト層7のキャリア濃度
は1×1018cm-3であり、膜厚は0.1μmである。
層6およびp−GaInPコンタクト層7がストライプ
状のリッジ部Rを構成する。リッジ部Rの下端の幅は4
μmである。
の制御性を向上させるために、p−AlGaInP第1
クラッド層5とp−AlGaInP第2クラッド層6と
の間にGaInPエッチング停止層を設けてもよい。
不純物としてZnが拡散されたZn拡散領域13が設け
られている。Zn拡散領域13では、量子井戸構造が無
秩序化され、端面近傍以外の領域に比べてバンドギャッ
プが拡大され、レーザ光を吸収しない窓構造となってい
る。
4が自然超格子構造からなり、端面近傍では、自然超格
子が無秩序化された構造であってもよい。
するために、p−AlGaInP第1クラッド層5上お
よびリッジ部Rの両側面に、Seドープのn−GaAs
電流ブロック層8が形成されている。また、このn−G
aAs電流ブロック層8は、量子井戸活性層4の端面近
傍の領域への電流の注入を制限するためにZn拡散領域
13の上方のリッジ部Rの上面の領域にも形成されてい
る。n−GaAs電流ブロック層8のキャリア濃度は1
×1018cm-3であり、膜厚は1.2μmである。
ッジ部R上には、Znドープのp−GaAsキャップ層
9が形成されている。p−GaAsキャップ層9のキャ
リア濃度は1×1019cm-3であり、膜厚は3.0μm
である。
複数の層2〜9からなるレーザ素子構造30が形成され
ている。n−GaAs基板1の裏面にはn電極12が形
成されている。
端面近傍の領域のみにn−GaAs電流ブロック層8が
形成されているため、端面近傍の領域におけるp−Ga
Asキャップ層9に***部20が形成されている。
ザ素子構造30の上面にCrAuからなる第1電極10
が形成されている。p−GaAsキャップ層9の***部
20に起因して端面近傍の第1電極10の領域に***領
域21が形成されている。第1電極10の厚さは1.2
μmである。
領域にPdAuからなる第2電極11が形成されてい
る。第2電極11の膜厚は2.5μmである。第2電極
11の材料としてCrAuを用いてもよい。
は例えば300μmであり、共振器長Lは例えば900
μmである。
面近傍の拡大断面図である。レーザ素子構造30の上面
から第2電極11の上面までの高さHは、***部20の
高さh0と第1電極10の膜厚tとの合計h1と同じか
またはそれよりも大きく設定する。ここで、レーザ素子
構造30の上面から第2電極11の上面までの高さHは
第1電極10の膜厚および第2電極11の膜厚の合計で
ある。
1.2μmであり、第2電極11の膜厚が2.5μmで
あるため、レーザ素子構造30の上面から第2電極11
の上面までの高さHは3.7μmとなる。また、***部
20の高さh0はn−GaAs電流ブロック層8の膜厚
に相当する1.2μmであるため、***部20の高さh
0と第1電極10の膜厚tとの合計h1は2.4μmと
なる。
ント上に取り付けた状態を示す共振器長方向の模式的断
面図、図7は図1の半導体レーザ素子をサブマウント上
に取り付けた状態を示す模式的正面図である。
ロック層8による電流非注入部の長さL1(図5参照)
は30μmである。
体レーザ素子100を第2電極11を下に向けてサブマ
ウント200の上面にジャンクションダウンで取り付け
た場合、第2電極11の上面の全体がサブマウント20
0の上面に接触する。そのため、ストレスが半導体レー
ザ素子100の特定の部分に加わらず、半導体レーザ素
子100の全体に分散されて低減される。また、第2電
極11とサブマウント200との接触面積が大きくなる
ため、放熱特性が良好になるとともに、接着強度が向上
する。さらに、半導体レーザ素子100がサブマウント
200上に傾かずに安定に固定される。これらの結果、
半導体レーザ素子100の信頼性が向上する。
10と第2電極11とで構成することが最良であるが、
第1電極10を形成せず、第2電極11のみとしてもよ
い。
造方法について説明する。n−GaAs基板1上に、減
圧有機金属気相成長法(OMVPE法)等の結晶成長法
により、図2に示したレーザ素子構造30を形成する。
程により、レーザ素子構造30の上面のほぼ全体に第1
電極10を形成する。この第1電極10は、両端面近傍
のn−GaAs電流ブロック層8からなる電流非注入部
上の***部20にも形成される。
第1電極10の***領域21間の領域に第2電極11を
形成する。この場合、予め両端面近傍の***領域21を
含む所定幅の領域にマスクを形成した後、第2電極11
の材料を蒸着する。その後、アセトンにより不要な蒸着
膜を除去する。
チングにより研磨し、n−GaAs基板1の厚さを10
0μm程度とする。次いで、n−GaAs基板1の裏面
に蒸着法によりn電極12を形成する。
行った後、図6および図7に示したようにジャンクショ
ンダウンで半導体レーザ素子100をサブマウント20
0上に取り付ける。
を10μm程度と厚くしてもよい。図8は第2電極11
の他の例を示す模式的平面図である。図8の例では、第
2電極11が第1電極10の***領域21を部分的に取
り囲むように設けられている。この場合にも、半導体レ
ーザ素子100を第2電極11を下に向けてサブマウン
ト200の上面にジャンクションダウンで取り付けた場
合、第2電極11の上面の全体がサブマウント200上
面に接触する。
および第2電極11の合計の膜厚を3.7μmとしてい
るが、第1電極10および第2電極11の合計の膜厚を
5μm以上にすることが好ましい。それにより、半導体
レーザ素子の信頼性が向上するとともに偏光特性が改善
される。第1電極10および第2電極11の膜厚の合計
を10μm以上にすることがより好ましい。それによ
り、半導体レーザ素子の信頼性がさらに向上するととも
に、偏光特性がさらに改善される。
および第2電極11を別個に形成しているが、第1電極
10および第2電極11を同一の材料により一体的に形
成してもよい。
素子の信頼性試験を行った。実施例の半導体レーザ素子
は図1〜図4の構造を有し、比較例の半導体レーザ素子
は、図11〜図14の構造を有する。なお、比較例の半
導体レーザ素子は、p電極41が第1電極10および第
2電極11と異なる点を除いて、実施例の半導体レーザ
素子と同じ構造を有する。
素子の信頼性試験の結果を示す図である。この信頼性試
験では、実施例および比較例の半導体レーザ素子をパル
ス発振させた。パルス出力は70mWであり、周囲温度
は60℃である。
素子は短時間で動作電流が上昇し、故障したが、実施例
の半導体レーザ素子は1000時間以上安定に動作し
た。
ーザ素子の模式的外観斜視図である。
斜視図である。
る。
的断面図である。
大断面図である。
り付けた状態を示す共振器長方向の模式的断面図であ
る。
り付けた状態を示す模式的正面図である。
性試験の結果を示す図である。
ーザ素子の一部切り欠き斜視図である。
部切り欠き斜視図である。
る従来の高出力半導体レーザ素子の模式的外観斜視図で
ある。
ある。
模式的断面図である。
に取り付けた状態を示す共振器長方向の模式的断面図で
ある。
に取り付けた状態を示す模式的平面図である。
9)
端面電流非注入構造やZn拡散による窓構造が、ELE
CTRONICS LETTERS,Vol.33,N
o.12,pp.1084−1086,1997やIE
EE JOURNAL OFQUANTUM ELEC
TRONICS,Vol.29,No.6,pp.18
74−1879,1993に開示されている。
Claims (7)
- 【請求項1】 基板と、 前記基板上に形成されるとともに共振器を構成する活性
層を含むレーザ素子構造と、 前記レーザ素子構造上に形成された電極層とを備え、 前記レーザ素子構造は、上面に***部を有し、前記電極
層は、前記***部上の領域で0以上の第1の膜厚を有
し、前記***部を除く領域で前記第1の膜厚よりも大き
な第2の膜厚を有することを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項2】 前記第2の膜厚は、前記***部の高さと
前記第1の膜厚との合計以上であることを特徴とする請
求項1記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項3】 前記電極層は、 前記レーザ素子構造の上面に前記***部の少なくとも一
部を被覆するように形成された第1電極と、 前記***部に起因して前記第1電極に形成された***領
域を除いて前記第1電極上に形成された第2電極とを含
むことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項4】 前記レーザ素子構造は、第1導電型のク
ラッド層と、活性層と、第2導電型のクラッド層とを順
に含み、 前記第2導電型のクラッド層は、平坦部と、前記平坦部
上のストライプ状の領域に形成されたリッジ部とを有
し、 前記レーザ素子構造は、前記リッジ部の両側の前記平坦
部上、前記リッジ部の側面および前記リッジ部の上面の
共振器端面側の領域に形成された第1導電型の電流ブロ
ック層をさらに含み、 前記***部は、前記リッジ部の上面の端面側の領域に形
成された前記電流ブロック層の部分に起因して形成され
たことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半
導体レーザ素子。 - 【請求項5】 前記***部は、両方の共振器端面側に形
成された一対の***部分からなることを特徴とする請求
項1〜4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項6】 前記活性層は量子井戸構造を有し、前記
活性層の共振器端面側の領域は不純物の導入により前記
活性層の他の領域よりも大きなバンドギャップを有する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導
体レーザ素子。 - 【請求項7】 前記電極層上に取り付けられた放熱体を
さらに備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか
に記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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