JP3115490B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
として好適な、高歩留りで低コストの低動作電流の実屈
折導波型の半導体レーザ装置に関する。
説明する。
の光源としては、単一モードの光源が要求されるため、
屈折率導波構造の半導体レーザ装置が使用される。特
に、近年は、結晶成長法として膜厚均一性の良い気相成
長法を用いて形成した高歩留りの半導体レーザ装置が主
流である。
屈折率導波型の半導体レーザ装置について説明する。図
9〜図14は、従来の代表的な屈折率導波型の半導体レ
ーザ装置における半導体レーザチップの断面模式図であ
る。尚、図9〜図14においては、半導体基板の上下面
に形成される電極層は省略している。
の応用において使用されている半導体レーザチップであ
る(JJAP,vol.24,p.L89(1985).を参照)。図9に示すよ
うに、ガリウムヒ素(GaAs)よりなるn型の半導体
基板11の上にガリウムアルミヒ素(GaAlAs)よ
りなるn型のクラッド層12が形成され、クラッド層1
2の上にGaAlAsよりなる活性層13が形成され、
活性層の上にGaAlAsよりなるp型の第1クラッド
層14が形成され、第1のクラッド層14の上における
電流チャンネルとなるストライプ領域15a以外の領域
には電流狭窄のためのGaAsよりなるn型の電流ブロ
ック層15が形成され、第1クラッド層14および電流
ブロック層15の上には再成長法によってGaAlAs
よりなるp型の第2クラッド層16Aが形成され、第2
のクラッド層16Aの上にはGaAsよりなるp型のコ
ンタクト層17が形成されている。
は、コンタクト層17から注入される電流は、電流ブロ
ック層15の存在により、ストライプ領域15a内に有
効に閉じ込められ、ストライプ領域15aの下側の活性
層13においてレーザ発振が生じる。このとき、電流ブ
ロック層15の禁制帯幅はレーザ光の波長のエネルギー
よりも小さいため、ストライプ領域15a以外のレーザ
光は電流ブロック層15により吸収されるので、レーザ
光はストライプ領域15a内に有効に閉じ込められ、単
一モードのレーザ発振が得られる。
は、n型の半導体基板11の上にGaAlAsよりなる
n型のクラッド層12が形成され、クラッド層12の上
にGaAlAsよりなる活性層13が形成され、活性層
13の上にストライプ状のクラッド層16Bが形成さ
れ、クラッド層16Bの上におけるストライプ領域以外
の領域に電流ブロック層15が形成され、クラッド層1
6Bの上におけるストライプ領域の上にGaAsよりな
るp型のキャップ層18が形成され、電流ブロック層1
5およびキャップ層18の上にGaAsよりなるp型の
コンタクト層17が形成されている。
な動作原理は、図9に示す半導体レーザチップと同様で
あり、電流ブロック層15の存在により、電流およびレ
ーザ光がストライプ領域内に閉じ込められ、単一モード
のレーザ発振が得られる(JJAP,vol.25,p.L498(1986).
参照)。
0に示す半導体レーザチップを単純にした構造のもので
あり、電流ブロック層15が形成されていないリッジ導
波構造(SPIE,vol.1043,p.61(1989))参照)を有してい
る。ここで、図11における19は誘電体膜である。図
11に示す半導体レーザチップは、表面が平坦でないた
め、へき開時にクラックが発生したり、熱抵抗が高くな
る等の問題があり、量産化されておらず、表面を平坦に
した図10に示す構造のものが広く用いられている。す
なわち、電流ブロック層15は、表面を平坦にし、量産
性を高めるという効果も有している。
流ブロック層を用いた実屈折率導波型の半導体レーザチ
ップも開発されている(特開昭62−73687)。こ
の構造によると、電流ブロック層の屈折率をクラッド層
の屈折率よりも低く形成することにより、レーザ光をス
トライプ領域内に閉じ込めているので、レーザ光を電流
ブロック層15の光吸収によって閉じ込めている図9お
よび図10に示す構造のものと異なり、内部損失の小さ
い低動作電流の単一モードの半導体レーザチップを得る
ことができる。
れている埋め込みヘテロ(BH)構造の半導体レーザチ
ップを示している(IEEE,J.Quantum Electron.,QE-16,
p.205 (1980).参照)。図12において、20は埋め込
み高抵抗層であり、21は亜鉛拡散領域である。図12
に示す半導体レーザチップにおいては、活性層13の両
側の埋め込み高抵抗層20が、電流ブロック層として作
用し、レーザ光は活性層13と埋め込み高抵抗層20と
の間の屈折率差によりストライプ領域内に急峻に閉じ込
められる。急峻な光の閉じ込めは、活性層13における
光密度を増大させるため、この構造は高出力を得るには
不適当であり、一般に低出力の半導体レーザチップに適
用される。また、ストライプ領域を形成する際に活性層
13が大気中にさらされ、活性層13に欠陥が導入され
るという問題も高出力化には不適当である。
層22を形成し、該光ガイド層22の上にストライプ状
の活性層13を形成した従来例である(IEEE, J.Quantu
m Electron.,QE-15,p.451(1979) 参照)。この構造の半
導体レーザチップによると、活性層13をストライプ状
にエッチングする際に活性層13が大気中に露出されて
しまうため、信頼性の低下を生じさせるという欠点を有
している。また、GaAlAsよりなる電流ブロック層
23が成長層の最上面に形成されているため、電流の広
がりが大きく、しきい値が高くなるという問題があり、
実用化に至っていない。
導体レーザチップにおいて報告されているp型の半導体
基板を用いる従来例である(Tech.Digest IEDM85,p.646
(1985)参照)。すなわち、GaAsよりなるp型の半
導体基板1の上にGaAlAsよりなるp型のクラッド
層16Bが形成され、クラッド層16Bの上におけるス
トライプ領域外にGaAlAsよりなるn型の電流ブロ
ック層23が形成され、クラッド層16Bの上における
ストライプ領域および電流ブロック層23の上にGaA
lAsよりなるn型のクラッド層24が形成され、クラ
ッド層24の上にGaAlAsよりなる活性層13が形
成され、活性層13の上にGaAlAsよりなるn型の
クラッド層12が形成され、n型のクラッド層12の上
にGaAsよりなるn型のコンタクト層8が形成されて
いる。この構造の半導体レーザチップによると、ストラ
イプ領域の形成を行なった後に活性層13を形成するた
め、活性層13がストライプ領域で屈曲してしまい、ス
トライプ領域内への光の閉じ込めが強すぎて横モードの
制御が困難であるという問題があるので実用化に至って
いない。
て、現在のところ実用化されている半導体レーザチップ
は、図9、図10および図12に示すものに限られてい
る。ここで、図12に示す構造のものは、高出力化には
適当でなく一部の光通信用の半導体レーザチップとして
使用されていることを考慮すると、電流ブロック層15
を有する図9および図10に示す構造のものが、現在、
CDを始めとする光ディスク用の光源として最も広く使
用されていることになる。図9および図10に示す構造
のものを低コストで実現するためには、膜厚均一性の良
い気相成長法により作製することが必要不可欠である。
の拡散長の半分以下程度に短い正孔に対して形成する方
が有利であるため、電流ブロック層の導電型はn型であ
る必要がある。p型の電流ブロック層を用いると、その
厚さは2〜3μmであってn型の電流ブロック層の厚さ
の2倍以上になり、ストライプ領域を形成する際のエッ
チングの深さがストライプ領域の幅と同程度になる。こ
のため、ストライプ幅の制御は非常に困難となり、良好
な結晶成長も望めなくなる。
び図10に示すように半導体基板もn型となる。一般に
半導体レーザ装置においてはパッケージをマイナス端子
として使用するので、従来の半導体レーザ装置において
は、半導体基板をパッケージに電気的に接続する必要が
ある。
は、信頼性の点から結晶成長させた方の面をヒートシン
クに接触させる必要がある。その理由は、電流注入時に
おける発熱は結晶成長層中の活性層において生じ、この
熱をヒートシンクの方にすみやかに伝導させなければ、
活性層における結晶が発熱により劣化してしまうからで
ある。半導体基板の厚さが100μm程度であるのに対
して、結晶成長層の厚さは数μm〜10μmであり、半
導体チップにおける結晶成長層側の面を熱伝導率の高い
ヒートシンクに接触させない限り、半導体レーザ装置の
信頼性は確保できないのである。
よる半導体レーザチップを用いた半導体レーザ装置の概
略構造を示している。図15に示すように、SiCなど
の絶縁性のヒートシンク25の上に電極パターン25a
が形成され、レーザチップ30における結晶成長面側の
電極30aは半田層25bを介して電極パターン25a
にマウントされている。半田層25bは第1のワイヤー
27によりレーザの電圧印加端子26に電気的に接続さ
れている。レーザチップ30における半導体基板側の電
極30bは、第2のワイヤ28により他の電極パターン
25aに電気的に接続され、ヒートシンク30の側面を
通ってパッケージ10と電気的に接続されいる。以上の
構成により、パッケージ10をマイナス端子とする電気
的接続が実現できる。
膜を形成したヒートシンクなども実用化されているが、
ヒートシンク上において半導体レーザチップの半導体基
板側の電極をパッケージと電気的に接続するという基本
的な構成は同じである。
の半導体レーザ装置は、電流ブロック層を用いて電流と
レーザ光とをストライプ領域内に閉じ込める構造である
ため、従来の半導体レーザ装置の製造工程において、電
流ブロック層をストライプ状にエッチングする工程又は
電流ブロック層をストライプ領域外に選択的に形成する
工程が不可欠である。
層としては、電子又は正孔に対する拡散長と同程度の厚
さが必要であるから、GaAsよりなるn型の電流ブロ
ック層の場合には0.5〜1μm程度の厚さが必要であ
り、GaAsよりなるp型の電流ブロック層の場合には
2〜3μmの厚さが必要である。電流ブロック層の厚さ
が薄いほど半導体レーザチップの製造が容易であるた
め、電流ブロック層の導電型としてはn型が用いられて
おり、n型の電流ブロック層の形成のためには1μm程
度の深さのストライプ領域のエッチングが必要となる。
深いエッチングは、エッチング後のストライプ幅のばら
つきによる歩留りの低下をもたらす。エッチング後のス
トライプ幅は、実屈折率導波構造の場合、例えば、2±
0.2μm程度に制御する必要があり、ストライプ幅に
より光分布が直接的に影響を受ける半導体レーザチップ
においては、ストライプ幅の制御は非常に重要である。
エッチングを安定に行なうために、エッチング停止層を
設けて選択エッチングを行なう場合に特に問題となる。
例えば、図9において、電流ブロック層15を選択的に
エッチングできるエッチング液を用いたとしても、電流
ブロック層15の膜厚が厚い場合には、その膜厚のばら
つきが大きいため、電流ブロック層15における除去す
る領域がすべて除去されるまでの間にサイドエッチによ
りストライプ幅が大きくばらついてしまうからである。
面内のばらつきが±10%あった場合、電流ブロック層
15の膜厚は1±0.1μmとなり、サイドエッチと深
さ方向のエッチングレートとが同一であったとしても、
ストライプ幅のサイドエッチによるばらつきは±0.2
μmとなる。実際には、さらに、マスク幅のフォトリソ
グラフィ工程によるばらつきが前記のばらつきに加算さ
れるため、ストライプ幅を2±0.2μmに制御するこ
とができないので、半導体レーザチップの歩留りの低下
を引き起こすという問題がある。前述したようにp型の
電流ブロック層はn型の電流ブロック層よりも厚いの
で、p型の電流ブロック層は現実的に全く実用化できな
いこととなる。
5をストライプ領域外に選択的に形成する場合において
も、p型のクラッド層16を1μmの厚さ程度にエッチ
ングする工程は必要であり、ストライプ幅の制御の困難
性は前記と同様である。すなわち、電流ブロック層15
が必要である限り、深いエッチングによるストライプ幅
の制御の問題は避けられない。
ラッド層14の上に電流ブロック層15を選択的に成長
させる方法が考慮されるが、そのためには、ストライプ
領域内の第1のクラッド層14の上に選択成長のマスク
として窒化膜等の誘電体膜を選択成長の前にプラズマC
VD法等により形成し、選択成長後にリアクティブイオ
ンエッチング法等により前記の誘電体膜を除去する工程
が必要である。ところが、この方法は、活性層13の発
光領域の近傍の第1のクラッド層14に多大の結晶欠陥
が導入されてしまうという問題および製造工程が複雑に
なるという問題があるので、実現に至っていない。
に制限されるため、従来の半導体レーザチップにおいて
は、図9および図10に示すように、半導体基板11の
導電型もn型となるため、半導体レーザ装置のパッケー
ジをマイナス端子とする通常の使用形態においては、図
15に示すように絶縁性のヒートシンク上において半導
体基板における結晶成長面側の電極をヒートシンクに電
気的に接続する必要がある。
シンクは高価であり、半導体レーザ装置の低コスト化の
障害となっている。コストを下げるために、導電性のS
i上に絶縁膜を形成し、ヒートシンク上に適当な電極パ
ターンを設ける方法も実用化されているが、ヒートシン
クに電気的接続をとるための工夫が加えられている限
り、コストの低減には限界がある。
用いることなく高歩留りで低コストな単一横モードで発
振する気相成長法による半導体レーザ装置を容易かつ確
実に実現することを目的とする。
め、本発明は、ストライプ領域を低抵抗にすると共にス
トライプ領域以外の領域を高抵抗にしてストライプ領域
にのみ電流が流れる構造にすることにより屈折率導波構
造の半導体レーザにおける電流ブロック層を不要にする
と共に、前記の半導体レーザがp型の半導体基板上に形
成されてなる半導体レーザチップを導電性のヒートシン
ク上にマウントするものである。
は、半導体レーザ装置を、p型の半導体基板の上側に屈
折率がnX である活性層が形成され、該活性層の上に屈
折率がnY1であるn型の第1の半導体層が形成され、該
第一の半導体層の上に屈折率がnY2であるn型の第2の
半導体層がストライプ状に形成され、前記第1の半導体
層および第2の半導体層の上に屈折率がnY3であるn型
の第3の半導体層が形成され、前記活性層、第1の半導
体層、第2の半導体層および第3の半導体層は、第1の
半導体層と第3の半導体層との間の界面抵抗が第1の半
導体層と第2の半導体層との間の界面抵抗および第2の
半導体層と第3の半導体層との間の界面抵抗のいずれよ
りも大きくなり、活性層の屈折率nX が第1の半導体層
の屈折率nY1よりも大きくかつ第2の半導体層の屈折率
nY2が第3の半導体層の屈折率nY3よりも大きくなるよ
うに形成された半導体レーザチップが導電性材料よりな
るヒートシンク上に前記第3の半導体層側の面が前記ヒ
ートシンクに接するようにマウントされてなる構成とす
るものである。
記第1の半導体層における前記第3の半導体層と接して
いる領域の表面層には酸化膜が形成されているという構
成を付加するものである。
体レーザ装置を、GaAsよりなるp型の半導体基板の
上側にGa1-X AlX Asよりなる活性層が形成され、
該活性層の上にGa1-Y1AlY1Asよりなるn型の第1
の光ガイド層が形成され、該第1の光ガイド層の上にG
a1-Y2AlY2Asよりなるn型の第2の光ガイド層がス
トライプ状に形成され、前記第1の光ガイド層および第
2の光ガイド層の上にGa1-Y3AlY3Asよりなるn型
のクラッド層が形成され、前記活性層、第1の光ガイド
層、第2の光ガイド層およびクラッド層は、第1の光ガ
イド層とクラッド層との間の界面抵抗が第1の光ガイド
層と第2の光ガイド層との間の界面抵抗および第2の光
ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗のいずれよりも
大きくなり、各AlAs混晶比のX、Y1、Y2および
Y3の間にY3>Y2、Y1>X≧0の関係が成立する
ように形成された半導体レーザチップが導電性材料より
なるヒートシンク上に前記クラッド層側の面が前記ヒー
トシンクに接するようにマウントされてなる構成とする
ものである。
記第2の光ガイド層は前記活性層により発振されるレー
ザ光の波長に対して透明であるという構成を付加するも
のである請求項5の発明は、請求項4の構成に、前記活
性層および第2の光ガイド層は、各混晶比のXおよびY
2の間にY2>Xの関係が成立するように形成されてい
るという構成を付加するものである。
記活性層および第2の光ガイド層は、各混晶比のXおよ
びY2の間にX≧Y2≧0の関係が成立しかつ第2の光
ガイド層が量子効果を奏する膜厚になるように形成され
ているという構成を付加するものである。
記第1の光ガイド層における前記クラッド層と接してい
る領域の表面層には酸化膜が形成されているという構成
を付加するものである。
記第2の光ガイド層は前記活性層により発振されるレー
ザ光の波長に対して透明であるという構成を付加するも
のである請求項9の発明は、請求項8の構成に、前記活
性層および第2の光ガイド層は、各混晶比のXおよびY
2の間にY2>Xの関係が成立するように形成されてい
るという構成を付加するものである。
前記活性層および第2の光ガイド層は、各混晶比のXお
よびY2の間にX≧Y2≧0の関係が成立しかつ第2の
光ガイド層が量子効果を奏する膜厚になるように形成さ
れているという構成を付加するものである。
導体レーザ装置を、GaAsよりなるp型の半導体基板
の上側に量子井戸構造を有する活性層が形成され、該活
性層の上にGa1-Y1AlY1Asよりなるn型の第1の光
ガイド層が形成され、該第1の光ガイド層の上にGa
1-Y2AlY2Asよりなるn型の第2の光ガイド層がスト
ライプ状に形成され、前記第1の光ガイド層および第2
の光ガイド層の上にGa1-Y3AlY3Asよりなるn型の
クラッド層が形成され、前記活性層、第1の光ガイド
層、第2の光ガイド層およびクラッド層は、第1の光ガ
イド層とクラッド層との間の界面抵抗が第1の光ガイド
層と第2の光ガイド層との間の界面抵抗および第2の光
ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗のいずれよりも
大きくなり、第2の光ガイド層およびクラッド層の各A
lAs混晶比のY2およびY3の間にY3>Y2の関係
が成立するように形成されている構成とするものであ
る。
に、前記第2の光ガイド層は前記活性層により発振され
るレーザ光の波長に対して透明であるという構成を付加
するものである。
に、前記第2の光ガイド層は、その禁制帯幅が前記活性
層により発振されるレーザ光の波長を吸収しない大きさ
になるように形成されているという構成を付加するもの
である。
に、前記第2の光ガイド層は、該第2の光ガイド層が量
子効果を奏する膜厚になるように形成されているという
構成を付加するものである。
に、前記第1の光ガイド層における前記クラッド層と接
している領域の表面層には酸化膜が形成されているとい
う構成を付加するものである。
に、前記第2の光ガイド層は前記活性層により発振され
るレーザ光の波長に対して透明であるという構成を付加
するものである請求項17の発明は、請求項16の構成
に、前記第2の光ガイド層は、その禁制帯幅が前記活性
層により発振されるレーザ光の波長を吸収しない大きさ
になるように形成されている構成を付加するものであ
る。
に、前記第2の光ガイド層は、該第2の光ガイド層が量
子効果を奏する膜厚になるように形成されているという
構成を付加するものである。
の半導体層との間の界面抵抗が、第1の半導体層と第2
の半導体層との間の界面抵抗および第2の半導体層と第
3の半導体層との間の界面抵抗のいずれよりも大きいた
め、電流は第1の半導体層と第3の半導体層との間にお
いては、第2の半導体層が形成されていない領域つまり
ストライプ領域以外の領域には流れ難い一方、第2の半
導体層が形成されている領域つまりストライプ領域には
流れ易い。このため、電流ブロック層を形成しなくても
電流をストライプ領域に狭窄することができる。
層の屈折率nY1よりも大きくかつ第2の半導体層の屈折
率nY2が第3の半導体層の屈折率nY3よりも大きいた
め、ストライプ領域の実効屈折率がストライプ領域外の
実効屈折率よりも高くなり、屈折率導波機構による安定
した単一な横モード発振を得ることができる。
体基板を用いているので、半導体レーザチップを導電性
のヒートシンクに半導体レーザチップの第3の半導体層
側の面つまり反半導体基板側の面がヒートシンクと接す
るようにマウントすることにより、パッケージをマイナ
ス端子とすることができる。
層における前記第3の半導体層と接している領域の表面
層には酸化膜が形成されているため、第1の半導体層と
第3の半導体層との間の界面抵抗を簡易かつ確実に大き
くすることができる。
Asよりなる半導体レーザチップにおいて、第1の光ガ
イド層とクラッド層との間の界面抵抗が第1の光ガイド
層と第2の光ガイド層との間の界面抵抗および第2の光
ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗のいずれよりも
大きいため、電流は第2の光ガイド層が形成されている
領域つまりストライプ領域にのみ流れ易くなり、電流ブ
ロック層を形成しなくても電流をストライプ領域に形成
することができる。
光ガイド層およびクラッド層のAlAs混晶比のX、Y
1、Y2およびY3の間にY3>Y2、Y1>X≧0の
関係が成立するため、第2の光ガイド層の屈折率がクラ
ッド層の屈折率よりも大きくなるので、ストライプ領域
の実効屈折率がストライプ領域外の実効屈折率よりも高
くなり、安定した単一な横モード発振を得ることができ
る。
板を用いているので、半導体レーザチップを導電性のヒ
ートシンクに半導体レーザチップのクラッド層側の面つ
まり反半導体基板側の面がヒートシンクと接するように
マウントすることにより、パッケージをマイナス端子と
することができる。
Asよりなる半導体レーザ装置において、第2の光ガイ
ド層は活性層により発振されるレーザ光の波長に対して
透明であるため、活性層近傍における発熱が抑制され
る。
Asよりなる半導体レーザ装置において、活性層および
第2の光ガイド層は、各混晶比のXおよびY2の間にY
2>Xの関係が成立するように形成されているため、第
2の光ガイド層は活性層により発振されるレーザ光の波
長に対して透明となり、活性層近傍における発熱が抑制
される。
Asよりなる半導体レーザ装置において、活性層および
第2の光ガイド層は、各混晶比のXおよびY2の間にX
≧Y2≧0の関係が成立しかつ第2の光ガイド層が量子
効果を奏する膜厚になるように形成されているため、第
2の光ガイド層は活性層により発振されるレーザ光の波
長に対して透明となり、活性層近傍における発熱が抑制
される。
Asよりなる半導体レーザ装置において、第1の光ガイ
ド層におけるクラッド層と接している領域の表面層には
酸化膜が形成されているため、第1の光ガイド層とクラ
ッド層との間の界面抵抗を簡易かつ確実に大きくするこ
とができる。
Asよりなる半導体レーザ装置において、第1の光ガイ
ド層とクラッド層との間の界面抵抗を簡易かつ確実に大
きくすることができ、第2の光ガイド層は活性層により
発振されるレーザ光の波長に対して透明であるため、活
性層近傍における発熱を抑制することができる。
Asよりなる半導体レーザ装置において、第1の光ガイ
ド層とクラッド層との間の界面抵抗を簡易かつ確実に大
きくすることができ、活性層および第2の光ガイド層は
各混晶比のXおよびY2の間にY2>Xの関係が成立す
るように形成されているため、第2の光ガイド層は前記
活性層により発振されるレーザ光の波長に対して透明と
なり活性層近傍における発熱を抑制することができる。
lAsよりなる半導体レーザ装置において、第1の光ガ
イド層とクラッド層との間の界面抵抗を簡易かつ確実に
大きくすることができ、活性層および第2の光ガイド層
は、各混晶比のXおよびY2の間にX≧Y2≧0の関係
が成立し、第2の光ガイド層が量子効果を奏する膜厚に
なるように形成されているため、第2の光ガイド層は活
性層により発振されるレーザ光の波長に対して透明とな
り活性層近傍における発熱を抑制することができる。
戸構造を有しているため、半導体レーザ装置の低しきい
値化および高出力化が図れる。
間の界面抵抗が、第1の光ガイド層と第2の光ガイド層
との間の界面抵抗および第2の光ガイド層とクラッド層
との間の界面抵抗のいずれよりも大きいため、請求項1
の発明と同様に、電流ブロック層を形成しなくても電流
をストライプ内に狭窄することができる。
のAlAs混晶比のY2およびY3の間にY3>Y2の
関係が成立するため、第2の光ガイド層の屈折率がクラ
ッド層の屈折率よりも大きくなり、屈折率導波機構によ
り安定した単一な横モード発振を得ることができる。
板を用いているので、半導体レーザチップを導電性のヒ
ートシンクに半導体レーザチップのクラッド層側の面つ
まり反半導体基板側の面がヒートシンクと接するように
マウントすることにより、パッケージをマイナス端子と
することができる。。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第2の光ガイド層は活性層により発振されるレー
ザ光の波長に対して透明であるため、活性層近傍におけ
る発熱を抑制することができる。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第2の光ガイド層の禁制帯幅が活性層により発振
されるレーザ光の波長を吸収しない大きさに形成されて
いるため、第2の光ガイド層は活性層により発振される
レーザ光の波長に対して透明となり活性層近傍における
発熱が抑制される。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第2の光ガイド層が量子効果を奏する膜厚になる
ように形成されているため、第2の光ガイド層は活性層
により発振されるレーザ光の波長に対して透明となり活
性層近傍における発熱を抑制することができる。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第1の光ガイド層におけるクラッド層と接してい
る領域の表面層には酸化膜が形成されているため、第1
の光ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗を簡易かつ
確実に大きくすることができる。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第1の光ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗
を簡易かつ確実に大きくすることができ、第2の光ガイ
ド層は活性層により発振されるレーザ光の波長に対して
透明であるため、活性層近傍における発熱を抑制するこ
とができる。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第1の光ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗
を簡易かつ確実に大きくすることができ、第2の光ガイ
ド層の禁制帯幅が活性層により発振されるレーザ光の波
長を吸収しない大きさに形成されているため、第2の光
ガイド層は活性層により発振されるレーザ光の波長に対
して透明となり活性層近傍における発熱が抑制される。
戸構造を有するGaAlAs系の半導体レーザ装置にお
いて、第1の光ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗
を簡易かつ確実に大きくすることができ、第2の光ガイ
ド層が量子効果を奏する膜厚になるように形成されてい
るため、第2の光ガイド層は活性層により発振されるレ
ーザ光の波長に対して透明となり活性層近傍における発
熱を抑制することができる。
照しながら説明する。
ザ装置における半導体レーザチップの断面図である。G
aAsよりなるp型の半導体基板1の上にGaAsより
なるp型のバッファ層2(厚さ:0.5μm)が形成さ
れ、バッファ層2の上にGa0.5 Al0.5 Asよりなる
p型のクラッド層3(厚さ:1.5μm)が形成され、
クラッド層3の上にGa0.85Al0.15Asよりなる活性
層4(厚さ:0.06μm)が形成され、活性層4の上
にGa0.5 Al0.5 Asよりなる第1の半導体層として
のn型の第1の光ガイド層5(厚さ:0.1μm)が形
成され、第1の光ガイド層5の上にGa0.8 Al0.2 A
sよりなるストライプ状の第2の半導体層としてのp型
の第2の光ガイド層6(厚さ:20nm)が形成され、
第1の光ガイド層5および第2の光ガイド層6の上に、
再成長法によってGa0.5 Al0. 5 Asよりなるn型の
埋め込みクラッド層7(厚さ:1.5μm)が形成さ
れ、埋め込みクラッド層7の上にGaAsよりなるコン
タクト層8(厚さ:2μm)が形成されている。
得るために、第2の光ガイド層6の屈折率は、埋め込み
クラッド層7の屈折率よりも高く形成されている。本実
施例では、第2の光ガイド層6のAlA混晶比を埋め込
みクラッド層7のAlAs混晶比より低くすることによ
り実現している。
比が埋め込みクラッド層7のAlAs混晶比と同様であ
る場合、プラズマ効果によるストライプ領域の屈折率の
低下があり、アンチガイドの導波路となって、単一な横
モード発振は得られない。まして、第2の光ガイド層6
AのAlAs混晶比が埋め込みクラッド層7のAlAs
混晶比よりも高い場合は、横モード発振は極めて不安定
になる。本実施例では、図1に示すように、第2の光ガ
イド層6のAlAs混晶比を、埋め込みクラッド層7の
AlAs混晶比よりも十分に低く0.2としている。
(Δn)の数値計算結果の一例を示している。光ディス
クに使用される780nm帯の波長に対して用いられる
クラッド混晶比が0.5である場合、第2の光ガイド層
6の混晶比(Y2)を0.2とし、その厚さを20nm
程度とすることにより、屈折率導波構造を得るのに十分
な実効屈折率差Δn=7×10-3の値が得られることが
分かる。このように、本実施例では、第2の光ガイド層
6のAlAs混晶比を適当に設定することにより、非常
に薄い第2の光ガイド層6の設計が可能となる。このた
め、ストライプ領域のエッチングの段差は殆どなくな
り、サイドエッチ等に起因する歩留りの低下の問題は生
じない。現実にストライプ幅のばらつきはフォトリソグ
ラフィ工程によるマスク幅の非常に小さなばらつき程度
に低減される。また、エッチングの段差が小さいので、
表面が平坦な半導体レーザチップが容易に実現できる。
の非選択性の液を用いる場合、深さ方向にオーバーエッ
チが若干生じるが、第1の光ガイド層5のAlAs混晶
比と埋め込みクラッド層7のAlAs混晶比とを同一に
すると、実効屈折率差Δnは、エッチングが第1の光ガ
イド層5内で停止している限りにおいて変化せず、ロッ
ト間又はウエハ面内で再現性良く同一の特性を有する半
導体レーザチップが得られる。本実施例では、第1の光
ガイド層5の厚さを0.1μmに設定し、第2の光ガイ
ド層6の厚さの10倍にしているので、非選択性のエッ
チング液を用いてもエッチングを第1の光ガイド層5内
で確実に停止できる。
ストライプ領域内への電流狭窄は、第1の光ガイド層5
と埋め込みクラッド層7との間の界面抵抗を、第2光ガ
イド層6と埋め込みクラッド層7との間の界面抵抗より
も十分に高くすることにより容易に実現できる。本実施
例では、第1の光ガイド層5のAlAs混晶比を第2の
光ガイド層6のAlAs混晶比より十分に高くすること
により実現している。すなわち、GaAlAs系の材料
では、大気中に表面を露出させた場合、AlAs混晶比
が高くなるほど、Alの酸化に起因する欠陥準位が数多
く導入される。従って、AlAs混晶比の高い半導体基
板に再成長を行なうと、再成長の界面の結晶性が悪くな
り、該界面における抵抗は本質的に高くなる。
のAlAs混晶比に対する電流−電圧特性の実験結果を
示している。実験に用いた半導体基板は、図1に示す半
導体レーザチップにおける第2の光ガイド層6を除去し
たものであり、第1の光ガイド層5のAlAs混晶比
(Y1)を変えたものである。すなわち、第1の光ガイ
ド層5の上にMOCVD法により再成長を行なったもの
である。AlAs混晶比の増大に伴って、電圧が高くな
っていくことが分かる。特に、AlAs混晶比が0.5
以上では、界面の高抵抗化に伴い、ポテンシャル障壁の
形成が見られ、電圧の立ち上がりにディップが見られ
る。ここで、半導体レーザの駆動電圧は、せいぜい2V
程度であることから、それ以上のディップの形成されて
いる領域には電流が流れないことになる。すなわち、本
実施例では、以上の現象を利用して、第1の光ガイド層
5のAlAs混晶比を0.5とし、第2の光ガイド層6
のAlAs混晶比を0.2とすることにより、ストライ
プ領域内への電流狭窄を実現している。このとき、スト
ライプ領域内への電流注入を界面の問題なしに良好に行
なうためには、第2の光ガイド層6のAlAs混晶比は
0.3以下であることが望ましい。
ず、他のAlを含む材料系、例えばInGaAlP系な
どでも見られ、同様の電流狭窄が可能である。
合についてのみ説明したが、他の半導体材料(Alを含
まない材料、例えばInP系、InGaAsP系、Zn
Se系)においても、第1の光ガイド層5を強制的に酸
化させることにより、同様の電流狭窄を実現できる。す
なわち、第2の光ガイド層6をストライプ状にマスキン
グしてエッチングした後であってマスクを除去する前
に、第1の光ガイド層5を酸素雰囲気中に露出させて第
1の光ガイド層5を酸化させることにより、第1の光ガ
イド層5における埋め込みクラッド層7と接している領
域の表面層に酸化層を形成することができる。熱平衡状
態における結晶成長である液相成長法と異なり、非平衡
状態での結晶成長である気相成長を用いると、半強制的
に結晶が成長されていくので、酸化膜が多少形成された
半導体層の上にも結晶成長は可能である。もちろん、A
lを含む系においても、ストライプ領域外の第1の光ガ
イド層5と埋め込みクラッド層7との間の界面抵抗を高
くし、電流狭窄をより良好にするために気相成長法を使
用してもよい。この方法により、プロセス間の安定化を
図ることができる。
コンタクト層8から注入される電流はストライプ領域内
に閉じ込められ、ストライプ領域の下側のGa0.85Al
0.15Asよりなる活性層4において780nm帯のレー
ザ発振が生じる。また、実屈折率導波型であり、BH構
造のように活性層の側面がエッチングされていることに
よる散乱損失もないため、内部損失の小さい低動作電流
の半導体レーザチップが得られる。
差Δnの形成も、各層の膜厚を変えることにより可能で
あるため、レーザ光をストライプ領域外に広げ、スペク
トルが多モード化することにより低雑音の半同地レーザ
チップを容易に得ることができる。
プおけるスペクトル特性と構造パラメータの関係の実験
結果を示している。波長780nm帯において、活性層
4の層厚(da)および第1の光ガイド層5の層厚(d
p)の広い領域において多モード発振が得られることが
分かる。この場合、実効屈折率差Δnを小さくして多モ
ード化させるための第2の光ガイド層6の厚さは10n
mである。このような範囲で半導体レーザチップを作製
することにより、CDなどに使用される低雑音の半導体
レーザチップを容易に実現できる。
つまり本実施例におけるn型のGaAlAsよりなる第
1および第2の光ガイド層5,6に、従来よく使用され
ている不純物として、液相成長法ではTeを添加し、有
機金属気相成長法(MOCVD法)ではSeを添加した
場合、これらの不純物はGaAlAs中でDXセンター
となり、数mWから数十mWで発振している主モードの
光密度で可飽和吸収効果を引き起こす。このため、発振
している主モードの定在波に対して損失グレーティング
を形成し、発振している主モード以外の他のモードを抑
圧し、シングルモード性を高めてしまう結果となる。
光を導波し得るGaAlAs各層に不純物としてSiを
添加している。Siは、GaAlAs中のDXセンタ準
位と伝導帯との間のキャリアの熱的捕獲および放出の活
性化エネルギーが、TeおよびSeと異なるため、非常
に低い光密度で光吸収が飽和してしまい、発振している
主モードに対して損失グレーティングを殆ど形成しな
い。従って、スペクトルの多モード性が損なわれる問題
はなく低雑音化が容易となる。同じ理由により、Siを
用いることは、高周波重畳によりスペクトルを多モード
化し、低雑音化を図る際にも効果的である。すなわち、
接合に水平方向の実効屈折率差Δnを大きくし発振モー
ドのスペクトルをシングルモードにした半導体レーザチ
ップの構造において低雑音化を図るためには、従来、動
作電流に高周波を重畳しスペクトルを多モード化する方
法が用いられてきたが、損失グレーティングが形成され
ているTeおよびSeの場合に比べて、Siの方が容易
にスペクトルが多モード化し、低雑音特性が実現でき
る。
基づき、本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置にお
ける半導体レーザチップの製造方法を説明する。
よりなるp型の半導体基板1の上に、MOCVD法又は
MBE成長法により、GaAsよりなるp型のバッファ
層2(厚さ:0.5μm)、Ga0.5 Al0.5 Asより
なるp型のクラッド層3(厚さ:1.5μm)、Ga
0.85Al0.15Asよりなる活性層4(厚さ:0.04μ
m)、Ga0.5 Al0.5 Asよりなるn型の第1の光ガ
イド層5(厚さ:0.1μm)、Ga0.8 Al0.2 As
よりなるn型の第2の光ガイド層6(厚さ:20nm)
を順次形成する。第2の光ガイド層6のAlAs混晶比
としては、再成長が容易な0.3以下にし、レーザ光に
対して透明な混晶比であることが望ましい。なぜなら、
非常に薄い層であっても、レーザ光に対して吸収を生じ
ることは、活性層4の近傍における発熱につながり、半
導体レーザチップの高出力化および長寿命化を阻害する
おそれがあるからである。この点から、本実施例では、
第2の光ガイド層6のAlAs混晶比として、活性層4
のAlAs混晶比である0.15よりも十分に大きい値
である0.2の値を用いることにしている。
イド5の層厚は、安定した単一な横モード発振を得るた
めに、実効屈折率差Δn=5×10-3となる厚さにして
いる。活性層4の導電型については、特に記載していな
いが、p型であっても、n型であっても、もちろんアン
ドープであっても差支えない。
プ状のメサをフォトリソグラフィー技術を用いてエッチ
ングにより形成する。エッチングの深さは、第1の光ガ
イド層5の層厚が20nmであるから、サイドエッチが
あってもせいぜいその程度であり、ストライプ領域のエ
ッチングばらつきは殆ど発生しない。ストライプ幅を
2.0μmとしたときに、実際に製作した半導体レーザ
チップのストライプ幅のばらつきは±0.1μm以下と
なり、図9〜図12に示す従来の半導体レーザチップの
ばらつき±0.3〜0.5μmに比べて著しく低減され
ている。
D法又はMBE成長法によって、Ga0.5 Al0.5 As
よりなるp型の埋め込みクラッド層7およびGaAsよ
りなるp型のコンタクト層8を再成長により順次形成す
る。このとき、電流の流れるストライプ領域において
は、AlAs混晶比の低いp型のGa0.8 Al0.2 As
よりなる第2の光ガイド層6上の成長となるため成長を
容易に行なうことができる。
1およびGaAsよりなるn型のコンタクト層8に電極
をそれぞれ形成する。
ド層6をレーザ光に対して透明にするために、第2の光
ガイド層6のAlAs混晶比を活性層4のAlAs混晶
比よりも大きくしているが、これに代えて、次のように
してもよい。すなわち、第2の光ガイド層6のAlAs
混晶比を活性層4のAlAs混晶比と同等又は低くする
とともに、第2の光ガイド層6の層厚を量子効果を生じ
るほど薄くし、レーザ光に対して透明にすることもでき
る。
生じた場合の計算結果を示す。縦軸は、第2の光ガイド
層6の量子効果によって得られるバンド間エネルギーを
波長に換算した値である。半導体レーザチップが、前記
実施例のように780nm帯の発振波長のとき、第2の
光ガイド層6がGaAs(Y2=0)であっても、層厚
が3nm以下であれば、第2の光ガイド層6が量子効果
により透明となることが分かる。この場合、図1に示す
前記実施例に比べて、第2の光ガイド層6のAlAs混
晶比を低く設定できるので、ストライプ領域内の再成長
界面の結晶性は、より良好になり、再成長プロセスの安
定化が図れる。また、第2の光ガイド層6の層厚は、量
子効果を得るこの場合においては薄くなるが、第2の光
ガイド層6のAlAs混晶比はかなり低く(屈折率は高
く)できるので、屈折率ガイドに必要な実効屈折率差Δ
nは確保できる。
晶比の低いGaAlAsを第2の光ガイド層6に用いる
場合のみを示したが、GaAsと格子整合できる他の材
料でも構わない。但し、第2の光ガイド層6は、光吸収
を抑制するために、レーザ光の波長よりも大きい禁制帯
幅を有することが望ましい。例えば、In0.5 Ga0. 5
Pよりなる第2の光ガイド層6を用いても構わない。こ
のときにおいても、同様の特性が得られる。
る第2の光ガイド層6を用いても前記と同様の特性が得
られる。この場合には、GaAsと格子整合をとるた
め、XとYは、0.189Y−0.418X+0.01
3XY+0.127=0の関係を満たす必要がある。
レーザ光の波長のエネルギー(E)よりも大きい必要が
あるので、1.35+0.672X−1.601Y+
0.758X2 +0.101Y2 −0.157XY−
0.312X2 Y+0.109XY2 >Eの関係を満足
することが望ましい。
よりなる第2の光ガイド層6を用いてもよい。この場合
には、Xに拘らず禁制帯幅はレーザ光の波長より大きく
なり、格子整合もとれる。但し、Xが大きすぎると酸化
の問題があるのでX<0.3であることが望ましい。
化および高出力化を図るためには、量子井戸構造を用い
ることが有効である。すなわち、活性層4に、シングル
カンタムウェル(SQW)構造、ダブルカンタムウェル
(DQW)構造、トリプルカンタムウェル(TQW)構
造、グリン(GRIN)構造、または、そのセパレート
コンファインメントヘテロストラクチャー(SCH)構
造などの量子井戸構造を用いることが好ましい。その理
由は、活性層4における量子効果により、利得が増大
し、しきい値電流が低減されかつ井戸層における光閉じ
込め係数がバルクの活性層4における閉じ込め係数より
も小さくなるので、端面破壊レベルが向上するためであ
る。
ップがヒートシンクにマウントされてなる半導体レーザ
装置について説明する。
保するために、発熱部である活性層を含む半導体レーザ
チップ30における結晶成長面側の電極30aがヒート
シンク9と接触するように半導体レーザチップ30をヒ
ートシンク9にマウントする必要があるので、半導体レ
ーザチップ30は前記のような状態でSiよりなる導電
性のヒートシンク9にマウントされている。ヒートシン
ク9の材料としては、導電性であれば他の材料でもよい
が、最も低コストで作製できるSiが最適である。ま
た、SiはCuなどと異なり、半導体レーザチップを構
成する半導体基板と同じ材料であるため熱膨張係数など
も互いに近いので、マウント時の歪の影響も金属などに
比べると非常に小さい。
は、p型の半導体基板1を用いているため、図15に代
表される従来の半導体レーザ装置のように、ヒートシン
ク9上においてパッケージ10がマイナス端子となるよ
うなヒートシンク9への電気的接続を行なう必要がな
く、両面の全面に亘って半田層9bが形成されたSiよ
りなるヒートシンク9に半導体レーザチップ30をマウ
ントするだけで、パッケージ10をマイナス端子とする
ことができる。
は、ヒートシンク9の上において電気的接続を変える必
要がないため、ワイヤー27はレーザ端子26から半導
体レーザチップ30の半導体基板側の電極30bへの1
本で済むので、ワイヤーボンディングの工程の軽減を図
ることができる。
レーザ装置においては、低コストの気相成長法による半
導体レーザ装置の組立コストをさらに大幅に低減するこ
とができる。
SiCなどの高価な材料よりなる絶縁性のヒートシンク
よりも低コストであるSiよりなる導電性のヒートシン
クの上に絶縁膜を形成し、ヒートシンクの上において電
気的接続を変える構造のものが広く使用されている。と
ころが、従来の半導体レーザ装置においては、絶縁膜を
介して半導体レーザチップをヒートシンクにマウントす
ることになるため、半導体レーザチップからヒートシン
クへの熱伝導が悪くなるという問題がある。共振器長が
250μmの半導体レーザチップをヒートシンクにマウ
ントして実験すると、絶縁膜がない場合の熱抵抗が50
K/Wであるのに対して、絶縁膜がある場合の熱抵抗は
略2倍の90K/Wであった。これは、半導体レーザチ
ップの発熱量が、絶縁膜が有ることにより略2倍になる
ことを意味し、従来の半導体レーザ装置においては、劣
化が促進され信頼性が損なわれていることを意味する。
これに対して、本実施例に係る半導体レーザ装置におい
ては、前記のような絶縁膜に起因する発熱がないため、
活性層における発熱も小さく、従来よりも長寿命が得ら
れる。
クリーニング試験と呼ばれる短い寿命の半導体レーザ装
置を事前に取り除く試験があるが、この試験によって絶
縁膜の有無による半導体レーザ装置の歩留りの差を比較
すると、絶縁膜のないヒートシンクを用いた方が1.5
倍程度高い歩留りを示した。この最終組立品の検査工程
における歩留りの向上は低コストに寄与することはいう
までもない。
レーザチップの電流−光出力の特性図である。共振器長
400μmの半導体レーザ装置に、前端面10%、後端
面75%のコーティングを行なった結果、しきい値20
mA、スロープ効率0.9mW/mAの低消費電流の特
性が得られた。横モードおよび縦モードは、780nm
の波長において安定した単一モードであった。
ける低雑音特性について説明する。共振器長は200μ
m、端面反射率は32%としている。低雑音化のため
に、図4から、da=0.04μm、dp=0.22μ
mとしている。室温で3mWのレーザ光を放出するのに
必要な動作電流値は25mAである。横モードは、安定
した基本モードで発振した。スペクトルは780nm帯
のセルフパルセーションを生じる多モードで発振してお
り、0〜10%の戻り光率の範囲内で−130dB/H
zの相対強度雑音(RIN)の値を得ており低雑音特性
が得られた。
めに、活性層4に量子井戸構造を用いた場合について説
明する。すなわち、活性層4を量子井戸構造とすること
により、しきい値をさらに低減でき、高出力が得られ
る。図7(b)は、量子井戸構造として、780nm帯
のレーザ光を発振する10nmの厚さのGa0.95Al0.
05Asよりなる4層のウェル層と4nmの厚さのGa
0.7 Al0.3 Asよりなる5層のバリア層とを有するマ
ルチカンタムウェル(MQW)構造を用いたときの電流
−光出力特性を示している。共振器長400μm、前後
面に10%、75%のコーティングを行なった半導体レ
ーザチップにおいて、200mW以上の光出力が実現で
きている。
によると、第1の半導体層と第3の半導体層との間の界
面抵抗が第1の半導体層と第2の半導体層との間の界面
抵抗および第2の半導体層と第3の半導体層との間の界
面抵抗のいずれよりも大きいため、電流ブロック層を形
成しなくても、例えば気相成長法により形成される薄く
かつ均一な第2の半導体層によって電流をストライプ領
域に狭窄することができる。従って、電流ブロック層を
形成するための深いエッチングが不要となり、第2の半
導体層を形成するための浅いエッチングによりストライ
プを形成することが可能になるため、ストライプ幅のば
らつきが著しく小さくなり、低動作電流値の実屈折率導
波型の半導体レーザ装置を低コストかつ高歩留りに実現
することができる。
は、コンパクトディスクを含むすべての光ディスク用の
光源として最適である。特に、動作電流値の低減は、レ
ーザマウント部の発熱量の低減をもたらし、より小型で
軽量のヒートシンクの使用が可能となる。この結果、従
来は金属であったレーザパッケージの樹脂化が実現で
き、ピックアップ装置の大幅な小型化および低コスト化
を図ることができる。
め、半導体レーザチップを導電性のヒートシンクに該半
導体レーザチップの第3の半導体層側の面つまり反半導
体基板側の面がヒートシンクと接するようにマウントす
ることにより、パッケージをマイナス端子とすることが
できる。このため、ヒートシンク上において電気的接続
を変える必要がないので、ボンディングワイヤの数を低
減でき、これにより、ワイヤボンディングの工程の削減
ひいては半導体レーザ装置の組立てコストを大きく低減
することができる。
よると、第1の半導体層と第3の半導体層との間の界面
抵抗を簡易に大きくすることができるので、請求項1の
半導体レーザ装置を容易かつ確実に実現できる。
導体レーザ装置によると、第1の光ガイド層とクラッド
層との間の界面抵抗が第1の光ガイド層と第2の光ガイ
ド層との間の界面抵抗および第2の光ガイド層とクラッ
ド層との間の界面抵抗のいずれよりも大きいため、電流
ブロック層を形成しなくても薄い層厚の第2の光ガイド
層によって電流をストライプ領域に狭窄することができ
る。このため、請求項1の発明と同様、電流ブロック層
を形成するための深いエッチングが不要になるのでスト
ライプ幅のばらつきが小さくなるので、低動作電流値の
実屈折率導波型の半導体レーザ装置を低コストかつ高歩
留りに実現することができる。
め、請求項1の発明と同様、パッケージをマイナス端子
とすることができ、ヒートシンク上において電気的接続
を変える必要がないので、ワイヤボンディングの工程の
削減ひいては半導体レーザ装置の組立てコストを大きく
低減することができる。
の半導体レーザ装置によると、第2の光ガイド層は活性
層により発振されるレーザ光の波長に対して透明である
ため、活性層近傍における発熱が生じないので、半導体
レーザ装置の高出力化および長寿命化を図ることができ
る。
導体レーザ装置によると、第1の光ガイド層とクラッド
層との間の界面抵抗を簡易に大きくすることができるの
で、請求項3の半導体レーザ装置を容易かつ確実に実現
できる。
系の半導体レーザ装置によると、第1の光ガイド層とク
ラッド層との間の界面抵抗を簡易に大きくし請求項3の
半導体レーザ装置を容易かつ確実に実現でき、また、第
2の光ガイド層は活性層により発振されるレーザ光の波
長に対して透明であるため、活性層近傍における発熱が
生じないので、半導体レーザ装置の高出力化および長寿
命化を図ることができる。
する活性層を含むGaAlAs系の半導体レーザ装置に
よると、請求項1の発明と同様、電流ブロック層を形成
するための深いエッチングが不要になるのでストライプ
幅のばらつきが小さくなり、また、量子井戸構造を有す
る活性層の効果により、さらに低動作電流値で高出力の
実屈折率導波型の半導体レーザ装置を低コストかつ高歩
留りに実現することができる。
め、請求項1の発明と同様、パッケージをマイナス端子
とすることができ、ヒートシンク上において電気的接続
を変える必要がないので、ワイヤボンディングの工程の
削減ひいては半導体レーザ装置の組立てコストを大きく
低減することができる。
造を有する活性層を含むGaAlAs系の半導体レーザ
装置によると、第2の光ガイド層は活性層により発振さ
れるレーザ光の波長に対して透明であり、また、量子井
戸構造を有する活性層の効果により、活性層近傍におけ
る発熱が生じないので、半導体レーザ装置のさらなる高
出力化および長寿命化を図ることができる。
する活性層を含むGaAlAs系の半導体レーザ装置に
よると、第1の光ガイド層とクラッド層との間の界面抵
抗を簡易に大きくすることができるので、請求項11の
半導体レーザ装置を容易かつ確実に実現できる。
造を有する活性層を含むGaAlAs系の半導体レーザ
装置によると、第2の光ガイド層は活性層により発振さ
れるレーザ光の波長に対して透明であり、かつ量子井戸
構造を有する活性層の効果により、活性層近傍における
発熱が生じないので、半導体レーザ装置のさらなる高出
力化および長寿命化を図ることができる。
ける半導体レーザチップの断面図である。
ストライプ領域の内外の実効屈折率差(Δn)の数値計
算結果の一例を示す図である。
半導体基板のAlAs混晶比に対する電流−電圧特性の
関係の実験結果を示す図である。
スペクトル特性と構造パラメータとの関係の実験結果を
示す図である。
半導体レーザチップの製造方法の各工程を示す断面図で
ある。
第2の光ガイド層が量子効果を有する場合のエネルギー
の計算結果を示す図である。
電流−光出力特性を示す図である。
す斜視図である。
チップの断面図である。
ザチップの断面図である。
ザチップの断面図である。
ザチップの断面図である。
ザチップの断面図である。
ザチップの断面図である。
る。
ド層 6 Ga0.8 Al0.2 Asよりなるn型の第2の光ガイ
ド層 7 Ga0.5 Al0.5 Asよりなるn型の埋め込みクラ
ッド層 8 GaAsよりなるn型のコンタクト層 9 Siよりなるヒートシンク(導電性) 9a ヒートシンクに形成された電極 9b 半田層 10 パッケージ 11 GaAsよりなるn型の半導体基板 12 GaAlAsよりなるn型のクラッド層 13 GaAlAsよりなる活性層 14 GaAlAsよりなるp型の第1のクラッド層 15 GaAsよりなるn型の電流ブロック層 15a ストライプ領域 16A GaAlAsよりなるp型の第2のクラッド層 16B GaAlAsよりなるp型のクラッド層 17 GaAsよりなるp型のコンタクト層 18 GaAsよりなるp型のキャップ層 19 誘電体膜 20 埋め込み高抵抗層 21 亜鉛拡散領域 22 GaAlAsよりなるn型の光ガイド層 23 GaAlAsよりなるn型の電流ブロック層 24 GaAlAsよりなるn型の第2のクラッド層 25 SiCよりなるヒートシンク(絶縁性) 25a ヒートシンクに形成された電極 25b 半田層 26 レーザ端子 27 ワイヤー 28 ワイヤー 30 レーザチップ 30a 結晶成長面側の電極 30b 半導体基板側の電極
Claims (18)
- 【請求項1】 p型の半導体基板の上側に屈折率がnX
である活性層が形成され、該活性層の上に屈折率がnY1
であるn型の第1の半導体層が形成され、該第一の半導
体層の上に屈折率がnY2であるn型の第2の半導体層が
ストライプ状に形成され、前記第1の半導体層および第
2の半導体層の上に屈折率がnY3であるn型の第3の半
導体層が形成され、前記活性層、第1の半導体層、第2
の半導体層および第3の半導体層は、第1の半導体層と
第3の半導体層との間の界面抵抗が、第1の半導体層と
第2の半導体層との間の界面抵抗および第2の半導体層
と第3の半導体層との間の界面抵抗のいずれよりも大き
くなり、活性層の屈折率nX が第1の半導体層の屈折率
nY1よりも大きくかつ第2の半導体層の屈折率nY2が第
3の半導体層の屈折率nY3よりも大きくなるように形成
された半導体レーザチップが導電性材料よりなるヒート
シンク上に前記第3の半導体層側の面が前記ヒートシン
クに接するようにマウントされてなることを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項2】 前記第1の半導体層における前記第3の
半導体層と接している領域の表面層には酸化膜が形成さ
れていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項3】 GaAsよりなるp型の半導体基板の上
側にGa1-X AlXAsよりなる活性層が形成され、該
活性層の上にGa1-Y1AlY1Asよりなるn型の第1の
光ガイド層が形成され、該第1の光ガイド層の上にGa
1-Y2AlY2Asよりなるn型の第2の光ガイド層がスト
ライプ状に形成され、前記第1の光ガイド層および第2
の光ガイド層の上にGa1-Y3AlY3Asよりなるn型の
クラッド層が形成され、前記活性層、第1の光ガイド
層、第2の光ガイド層およびクラッド層は、第1の光ガ
イド層とクラッド層との間の界面抵抗が第1の光ガイド
層と第2の光ガイド層との間の界面抵抗および第2の光
ガイド層とクラッド層との間の界面抵抗のいずれよりも
大きくなり、各AlAs混晶比のX、Y1、Y2および
Y3の間にY3>Y2、Y1>X≧0の関係が成立する
ように形成された半導体レーザチップが導電性材料より
なるヒートシンク上に前記クラッド層側の面が前記ヒー
トシンクに接するようにマウントされてなることを特徴
とする半導体レーザ装置。 - 【請求項4】 前記第2の光ガイド層は前記活性層によ
り発振されるレーザ光の波長に対して透明であることを
特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項5】 前記活性層および第2の光ガイド層は、
各混晶比のXおよびY2の間にY2>Xの関係が成立す
るように形成されていることを特徴とする請求項4に記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項6】 前記活性層および第2の光ガイド層は、
各混晶比のXおよびY2の間にX≧Y2≧0の関係が成
立しかつ第2の光ガイド層が量子効果を奏する膜厚にな
るように形成されていることを特徴とする請求項4に記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項7】 前記第1の光ガイド層における前記クラ
ッド層と接している領域の表面層には酸化膜が形成され
ていることを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ
装置。 - 【請求項8】 前記第2の光ガイド層は前記活性層によ
り発振されるレーザ光の波長に対して透明であることを
特徴とする請求項7に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項9】 前記活性層および第2の光ガイド層は、
各混晶比のXおよびY2の間にY2>Xの関係が成立す
るように形成されていることを特徴とする請求項8に記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項10】 前記活性層および第2の光ガイド層
は、各混晶比のXおよびY2の間にX≧Y2≧0の関係
が成立しかつ第2の光ガイド層が量子効果を奏する膜厚
になるように形成されていることを特徴とする請求項8
に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項11】 GaAsよりなるp型の半導体基板の
上側に量子井戸構造を有する活性層が形成され、該活性
層の上にGa1-Y1AlY1Asよりなるn型の第1の光ガ
イド層が形成され、該第1の光ガイド層の上にGa1-Y2
AlY2Asよりなるn型の第2の光ガイド層がストライ
プ状に形成され、前記第1の光ガイド層および第2の光
ガイド層の上にGa1-Y3AlY3Asよりなるn型のクラ
ッド層が形成され、前記活性層、第1の光ガイド層、第
2の光ガイド層およびクラッド層は、第1の光ガイド層
とクラッド層との間の界面抵抗が第1の光ガイド層と第
2の光ガイド層との間の界面抵抗および第2の光ガイド
層とクラッド層との間の界面抵抗のいずれよりも大きく
なり、第2の光ガイド層およびクラッド層の各AlAs
混晶比のY2およびY3の間にY3>Y2の関係が成立
するように形成された半導体レーザチップが導電性材料
よりなるヒートシンク上に前記クラッド層側の面が前記
ヒートシンクに接するようにマウントされてなることを
特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項12】 前記第2の光ガイド層は前記活性層に
より発振されるレーザ光の波長に対して透明であること
を特徴とする請求項11に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項13】 前記第2の光ガイド層は、その禁制帯
幅が前記活性層により発振されるレーザ光の波長を吸収
しない大きさになるように形成されていることを特徴と
する請求項12に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項14】 前記第2の光ガイド層は、該第2の光
ガイド層が量子効果を奏する膜厚になるように形成され
ていることを特徴とする請求項12に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項15】 前記第1の光ガイド層における前記ク
ラッド層と接している領域の表面層には酸化膜が形成さ
れていることを特徴とする請求項11に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項16】 前記第2の光ガイド層は前記活性層に
より発振されるレーザ光の波長に対して透明であること
を特徴とする請求項15に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項17】 前記第2の光ガイド層は、その禁制帯
幅が前記活性層により発振されるレーザ光の波長を吸収
しない大きさになるように形成されていることを特徴と
する請求項16に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項18】 前記第2の光ガイド層は、該第2の光
ガイド層が量子効果を奏する膜厚になるように形成され
ていることを特徴とする請求項16に記載の半導体レー
ザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06272007A JP3115490B2 (ja) | 1994-04-06 | 1994-11-07 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6854594 | 1994-04-06 | ||
JP6-68545 | 1994-04-06 | ||
JP06272007A JP3115490B2 (ja) | 1994-04-06 | 1994-11-07 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07326818A JPH07326818A (ja) | 1995-12-12 |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP3115490B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-11-07 JP JP06272007A patent/JP3115490B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH07326818A (ja) | 1995-12-12 |
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