JPH01132189A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高光出力で安定に動作する半導体レーザ素子に
関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザ？高出力動作させた場合、信頼性を低下さ
せる要因の１つに、端面劣化の問題がある。これは１通
常半導体レーザの端面部にできる表面準位等で光吸収が
起こり、これが端面部の温度上昇をまねき、バンドギャ
ップが縮まってさらに吸収が大きくなるといった悪循環
を引き起こすからである。この問題は端面にＡｔｚＯ３
等のコーティング処理をすることである程度改善される
が。

さらに高出力動作で高い信頼性を得るためには端面を透
明化する必妥がろる。この解決法の１つは。

［アプライド　フィジックス　レター　、３４巻１０号
、６３７項〜６３９項、　　（Ａｐｐｔ　１ｅｄｐｈｙ
ｓｉｃｓ　、Ｉ、ｅｔｔｅｒ　、　　Ｖｏｌ、　３４．
　＆１０　　ｐｐ６３７〜６３９　　（１９７９））ｊ
に述べられている。この半導体レーザは、端面部を除く
活性層にｚｎを拡散し、不純物準位による発振波長の長
波長化を利用して、非拡散端面部を透明化し、高出力化
をはかったものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は１発振モードの基本モード安定化に関し
ては配慮されておらず１元ディスクやレーザビームプリ
ンタ等、半導体レーザを用いた装置へ応用する場合に、
動作が不安定である等の問題があった。

本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決
し、横基本モードで高出力まで安定に動作する半導体レ
ーザ素子を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するために１本発明では、第■導成型の
半導体基板上に、第■導電型の第１半導体クラッド層、
ウェル層、バリア層からなる量子井戸型の第２半導体活
性層、第■導電型の第３半導体を少なくとも形成した後
１表面に誘電体膜を形成し、この膜をマスクとして少な
くとも一方の反射面近傍に不純物拡散あるいはイオン打
込等を行って反射面近傍の量子井戸型活性層を混晶化し
。

その後表面に共振器軸に沿ってストライプ状エツチング
マスクを形成して、前記誘電体マスク、及び第３半導体
クラッド層をエツチングする。次に。

該誘電体マスクを用いて、マスク部以外の部分に。

選択的に第１導嘱型の電流狭窄層、あるいは高抵抗の電
流狭窄層を少なくとも設けた構造とする。

〔作用〕

本発明の構造において、半導体レーザの端面近傍は、量
子井戸型活性層が不純物拡散、あるいはイオン打込みに
よって混晶化され、平均組成の半纏体層となる。このと
き、その平均組成の半導体層のバンドギャップがレーザ
の発掘波長に相当するエネルギエリ大きくなるように設
計しておくと、端面付近を透明化できる。これにより、
高出力動作時における端面劣化の間［−著しく改善でき
ることは周知のとおりである。また、共振器軸方向に沿
ったエツチングマスクによって、前記誘電体マスクおよ
び、第３半導体クラッド層をエツチングすることにエリ
、リッジ型の光導波路を形成することが可能になり、安
定な横基本モード発振が得られる。さらに、前記ストラ
イプ状にエツチングした誘電体マスクを選択成長用マス
クに用いることにより、電流狭窄層が自己整合的に形成
される。この自己整合方式は１作製精度の向上、および
プロセスの簡単化を同時に可能にする。また、本構造の
半導体レーザでは、端面近傍部には電流狭窄層が形成さ
れるため、端面近傍に流れる無効な電流を防ぐことが可
能で、低しきい電流値化や高信頼化の効果がさらに生ず
る。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について説明する。

実施例１ 本発明の実施例１の高出力半導体レーザ素子を第１図（
ａ）〜゛第１図（Ｃ）および７ｇ２図を用いて説明する
。

まず、第１図（ａ）に示すように、ｎ形ＧａＡｓ基板１
（（１００）面、３ｉ　ドープ、ｎ〜ｌＸ１０”ｃｍ−
”）上に、　Ｑｒｇａｎｏ　Ｍｅｔａｌｉｃ　ｖａｐｏ
ｒ　ｐｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ　（ＯＭＶＰＥ　）法１
１ＣＬツ１ｎ　−Ｇａｏ、ｓｓ　Ａｔｏ、４５ＡＳ　　
クラッド層２（Ｓｅ）”−プ。

ｎ　〜ｌ　Ｘ　１０”　ｃｍ−”　＃厚さ約２　ｐｍ　
）　、　Ｇ　ａ　Ａ　ｓウェル層８０人ｅ　Ｇ　ａｏ、
ｙ　Ａｔｏ、ｓ　Ａ　Ｓ　バリア層１２０人を交互に５
回重ねた多重量子井戸型活性層３　ｅ　　ｐＧ　ａＯ，
ｓｓ　Ａｔ６，４５　Ａ　Ｓクラッド層４（Ｚｎドープ
、　　ｐ〜６　×１０１？ｃｍ−”　、厚さ約１．２μ
ｍ）。

ｐ　−Ｑ　ａ　Ａ　Ｓ界面層５　（Ｚｎドープ、ｐ〜ｉ
ｘ１０　”　ｃｍ−”　、厚さ約０．１μｍ）１に形成
し、この上に、ＳｉＮｘの拡散マスク６ｔ−形成した。

つぎに、半導体レーザの端面近傍となる部分７に開口を
設け５ｋｉｎを熱拡散して、多重量子井戸型活性層３の
端面部８を混晶化した。つぎに、第１図（ｂ）に示すよ
うに、レーザの共振器軸方向に沿ってホトレジストのス
トライプ状マスク９を設け、まず。

前記８　ｒ　Ｎ　ｘ拡散マスク６をストライプ状にエツ
チングし、さらに、　　ｐ　　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ界面層５
．およびｐＧ　ａｏ、ＨＡｔｏ、４ｓ　Ａ　ＳＩ彌４を
エツチングして。

幅約５μｍの光導波用リッジ１０を形成した。つぎに、
第１図（Ｃ）に示すように、前記ホトレジストマスク９
を除去した後、ストライプ状８　ｔ　Ｎ　ｘマスク６を
用いて、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１１（Ｓｅドープ、　
　ｎ−ｗ４　Ｘ　ｌ　Ｏ”　ｃｍ−”　、厚さリッジの
外側領域で約０．７μｍ）を、ＳｉＮ、マスク６以外の
部分に選択的に形成した。その後、第２図に示すように
、５ｉＮｘマスク６を除去した後。

全面にｐＧａｏ、ｓｓ　ｋｌａ、ａｓ　Ａｓ　　埋込層
１２（Ｚｎｎドープ　　ｐ〜Ｉ　Ｘ　１０”　ｃｒｎ−
’　、　　厚さ約１μｍ）、ｐ−ＧａＡＳキャップ層１
３（Ｚｎドープ＊　　ｐ〜Ｉ　Ｘ　１０”（ｙＢ−”、
厚さ約１μｍ）を形成し、ｐ側電極１４．ｎ側電極１５
を形成した後。

へき開、スクライビングを行って、レーザチップ化した
。本実施例では、半導体レーザの端面近傍の量子井戸型
活性層８をＺｎ拡散によって混晶化することにより、平
均的な組成のＧ　ａ　６４４　Ａ　ｔｏ、１６　Ａ　Ｓ
とすることができる。本実施例の半導体レーザ素子は１
発振波長約８４０ｎｍであり、端面部はレーザの発振波
長相当エネルギーに比べて犬となっている。これにより
端面部でのバンド間吸収を著しく低減することができた
。また、共振器軸に沿って設けた。リッジ状導波路構造
１０によって、高出力まで横基本モードで安定に発振す
るレーザ素子が得られた。また、Ｚｎ拡散に用いたｓｉ
Ｎ。

マスク６を、リッジ１０の形成、および、を流狭窄層１
１の選択形成に用いることにより、自己整合的な素子作
製プロセスが可能になり１作製精度の向上、および素子
作製プロセスの簡略化が、著しくはかれた。また１本実
施例の半導体レーザでは、端面近傍部にも電流狭窄層が
形成されるため。

ここに流れる無効直流も低減でき１発振しきい値の低減
や信頼性の同上にも役立った。

本実施例の半導体レーザ素子は、波長的８４０ｎｍ、ｌ
、きい電流値約３０ｍＡで発振し、１００ｍＷ以上まで
安定な横基本モード発振が得られた。

また、端面までリッジによる光導波路が形成されている
ため、非点収差も５μｍ以下と小さくできた。

本発明の実施例１において、拡散マスクの材料として、
リンガラス（ＰＳＧ）や５ｊＯｚを用いた場合にも、同
様の構造を作製できることが判った。得られた特性は実
施例１と同様であった。また、量子井戸型活性層の混晶
化を行う手段として。

Ｚｎ拡散ではなく、イオン打込法とアニールとの組合せ
も可能であった。

なお、イオン打込用のマスクとしては誘電体膜とホトレ
ジストの重ね膜等を用いた。

実施例２ 本発明の実施例１において、ＷＪ１図（ｂ）に示す光導
波用リッジのエツチング形成の際、エツチングを途中ま
で行った後、さらに共振器軸方向における中央部分に、
エツチングを阻止するようなマスク（ホトレジスト等）
を設け、再度エツチングを行った。これにより、端面近
傍は深いリッジを。

中央部は浅いリッジを形成し、共振器軸方向に異なる深
さのリッジとした。以降は実施例１と同様のプロセスと
した。本実施例では、１００ｍＷまで横基本モードで安
定に発振し、かつ、１０ｍＷ程度までは、相対雑音強度
１０”　Ｈｚ以下の低ノイズで動作する。高出力低雑音
半導体レーザが得られた。

なお、短波長化に対しては、ウェル層ｆｔＧａＡｔＡＳ
とすることが有効となるが、この場合も、バリア層との
混晶化によってできる平均組成が、レーザの発振波長に
対して透明になるような値に設計すれば、同様の端面劣
化改善効果が得られる。

また、共振器反射面の形成法として、ウェットエツチン
グ法やドライエツチング法を用いることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、横モードを安定化させる光導波用リッ
ジを作りつけることができるため、安定な横基本モード
発掘が得られる。また、端面は量子井戸型活性層の混晶
化によって透明化されるため、端面劣化の問題を著しく
改善できる。また。

端面近傍には電流が流れない構造となり、無効電流の低
減、信頼性の向上がはかれる。さらに、端面部透明化１
元導波用リッジの形成、電流狭窄層の選択的形成を自己
整合的に行えるため、素子作製梢匪の向上、素子作製プ
ロセスの簡略化を著しく進めることが可能になる。なお
１本発明の実施例では、ＱａＡｔＡｓ系の半導体レーザ
素子について述べたが、その他の材料系１例えば、　Ｉ
ｎＧａＡＺＰ糸可視レーザにも応用でき、その技術的効
果は著しく大である。

ザ素子作製工程を示す模式図、第２図は本発明の実施例
１の高出力半導体レーザの分解図である。

３・・・多重量子井戸型活性層、６・・・ＳｉＮ！マス
ク。

８・・・混晶化した活性層、９・・・リッジ形成用エツ
チングマスク、１０・・・光導波用リッジ、１１・・・
ｎ　−鷺　１　図 ￥：Ｊ　２　日 ４Ｐ−θ用慴箭　１４　Ｐｆθ・１静 ３２り＆ＪｔＬｔ−浸會１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に順次積層された第１半導体クラッド
   層、第２半導体活性層、第３半導体クラッド層のダブル
   ヘテロ構造を少なくとも有し、上記第３半導体クラッド
   層は光が導波される共振器軸方向に沿つてストライプ状
   メサ形状を有し、少なくとも一方の反射面近傍は透明化
   してあり、かつ、上記ストライプ状メサ形状以外の部分
   に、第４半導体電流狭窄層が形成されていることを特徴
   とする半導体レーザ素子。 ２、上記第４半導体電流狭窄層は上記メサ形状第３半導
   体クラッド層の反射面近傍上にも形成されている特許請
   求の範囲第１項記載の半導体レーザ素子。 ３、第１の導電型の半導体基板上に順次第１導電型の第
   １半導体クラッド層、ウェル層、バリア層からなる量子
   井戸型第２半導体活性層、第II導電型の第３半導体クラ
   ッド層を少なくとも形成し、さらにこの上に誘電体膜を
   形成し該誘電体膜をマスクとして半導体レーザ素子の少
   なくとも一方の端面となる部分を含む近傍領域に不純物
   拡散あるいは不純物イオン打込等を行つて、前記量子井
   戸型第２半導体活性層を混晶化してレーザ発振波長に対
   し透明化し、さらに、上記誘電体膜を含む結晶表面上に
   ストライプ状エッチングマスクを形成し、上記誘電体膜
   をストライプ状にエッチングした後、上記第３半導体ク
   ラッド層をエッチングしてストライプ状光導波リツジを
   形成し、つぎに、上記誘電体膜をマスクとして、該マス
   ク以外の部分に第 I 導電型の第４半導体電流狭窄層、
   あるいは高抵抗の第４半導体電流狭窄層を少なくとも形
   成したことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。