JPH01175284A

JPH01175284A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH01175284A
Application number: JP33270687A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Yoshida; 智彦吉田; Masahiro Yamaguchi; 山口　雅広; Hiroshi Hayashi; 寛林; Shusuke Kasai; 秀典河西; Morichika Yano; 矢野　盛規
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1989-07-11

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）本発明は高出力まで単一モードで安定的に発振する半導
体レーザ素子に関する。

（従来の技術）コヒーレントな光を発振し得る半導体レーザ素子は、光
デイスク装置の光源として用いられる。

光デイスク装置では、書き込みおよび消去が可能な書き
替え可能型光ディスク装置も開発されている。このよう
な書き替え可能型光ディスク装置の光ピツクアップ用光
源に用いられる半導体レーザ素子は、信号読み取り時に
は、３１程度の低光出力で発振すればよいが、信号書き
込み時や消去時には３０ｍ−以上の高光出力で発振する
必要がある。

このため、このような光源用の半導体レーザ素子は、低
光出力から高光出力まで安定的に発振されるように、電
流−光出力特性（Ｉ’−Ｌ特性）が直線的に変化するこ
とが必要になる。

低出力用半導体レーザ素子として、非常に良好な特性を
示す従来のＶＳＩＳ　（Ｖ−ｇｒｏｏｖｅｄ　５ｕｂｓ
ｔｒａｔｅｄＩｎｎｅｒ　５ｔｒｉｐｅ）レーザ素子の
構造を第３図に示す。

該レーザ素子は１次のように製造される。まず。

基板３１上に電流狭窄層３２を積層する。次いで、電流
狭ＶＮ３２の中央部に断面Ｖ字状の溝部をその底部が基
板３１に達するように形成し、該溝部内および電流狭窄
層３２上にクラッド層３３を積層する。そして、該クラ
ッド層３３上に活性層３４．クラッド層３５、およびキ
ャップ層３６を順次積層する。これにより、　ＶＳＩＳ
レーザが製造される。

（発明が解決しようとする問題点）このような構造のＶＳＩＳ型半導体レーザ素子は。

断面Ｖ字状溝部の各側方に存在する電流狭窄層３２のエ
ネルギーギャップが、その上方に配設された光が発振さ
れる活性層３４のエネルギーギャップより小さくなって
おり、活性層３４で発振されクラッド層３３を介して漏
出する光が該電流狭窄１Ｊ３２にて吸収されることによ
り、光発振モードが安定化されている。

電流狭窄層３２は、基板３１がｎ型の場合には、ｐ型と
なるが、この場合、該電流狭窄層３２では光吸収により
生じた少数キャリアである電子が、該電流狭窄層３２か
ら速やかに拡散するため、該電流狭窄層３２内に残った
多数キャリアである正孔が蓄積され、エネルギー障壁が
低くなる。その結果、高出力で発振させるためには、該
電流狭窄層３２を数μｍ以上に厚くしてエネルギー障壁
を高くしなければならないという欠点がある。

他方、基板３１をｐ型とすれば、電流狭窄層３２はｎ型
となる。この場合、該電流狭窄層３２では、光吸収によ
り生じた少数キャリアである正孔の拡散は、該電流狭窄
１３２の多数キャリアである電子の濃度を高くすること
により、早急に抑制され、該電流狭窄層３２では、電子
−正孔対の非発光再結合の生じる可能性が高くなって、
多数キャリアの蓄積がほとんど起こらない。その結果、
電流狭窄層３２が１μｍ以下と薄くなっても電流狭窄は
十分可能である。しかしながら、このようなｎ型の電流
狭窄１３２では非発光再結合以外に、正孔がフォノンと
も結合して温度を上昇させることが判明した。

特に発光部である断面Ｖ字状の溝部周辺にて著しく温度
が上昇するため、高出力での発振時に↓よ。

この温度上昇部分が劣化し、長期にわたって安定的に高
出力で発振させることができないという欠点がある。

このように、従来の半導体レーザ素子では、電流狭窄層
が活性層よりもエネルギーギャップが小さいために、該
電流狭窄層がｎ型、ｐ型のいずれであっても、高出力で
は長期にわたって安定的に光発振させることができない
という問題がある。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり。

その目的は、高光出力まで長期にわたって安定的に発振
し得る半導体レーザ素子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明の半導体レーザ素子は、一対のクラッド層に挟ま
れた活性層を有する半導体レーザ素子であって、該活性
層よりもエネルギーギャップが小さいｐ型光吸収層と、
該光吸収層よりもエネルギーギャップが大きいｐ型キャ
リアブロック層と。

ｎ型電流狭窄層とが該クラッド層の一方の側に。

共振方向に延伸した電流通路となるストライプ領域を挟
んで順次積層されてなり、そのことにより上記目的が達
成される。

（実施例）以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の半導体レーザ素子は１例えば、第１図に示すよ
うに、ｐ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ｇａｏ、　７゜
・Ａｌｏ、ｚｓＡｓ電流狭窄Ｎ１２．　　ｐ型Ｇａｏ、
　２５’ＡＩ０．　？５八Ｓキャリアブロック層１３お
よびｐ型ＧａＡｓ光吸収層１４が積層されている。該光
吸収層１４の上面中央部には。

キャリアブロック層１３．電流狭窄１１２を貫通し。

底部が基板１１の上部に達する断面７字状の溝部１９が
ストライプ状に形成されている。該溝部内および光吸収
層１４上には、ｐ型Ｇａｏ、　ｓ、Ａｌｏ、　４３ＡＳ
クラツドＪＥＪ１５が積層されている。該クラッド層１
５の上面は平坦になっている。該クラッド層１５には、
ｐ型Ｇａ６．５ｓＡ１ｏ、　＋ｓＡｓ活性層１６．ｎ型
Ｇａ６．Ｓ７八１０．４３八Ｓクラッド層１７．ｎ型Ｇ
ａＡｓキャップ層１８が、順次積層されている。そして
、キャップＩＪ１８および基板１１に図示しない電極が
それぞれ配設されている。

ｐ型基板１１上に積層されたＧａｏ、　７５Ａ］ｏ、　
２ＳＡＳ電流狭窄層１２は、該基板１１とは逆導電型で
あるｎ型である。また、活性層１６を挟む一対のクラッ
ド層１５および１７の一方のクラッド層１５に、共振方
向に延びる所定幅のＶ字状溝部１９を残して接するＧａ
Ａｓ光吸収層１４は、ｐ型であり、　ＡＩが混晶してい
ないために、エネルギーギャップが小さい。該光吸収層
１４と電流狭窄層１２との間に積層されたＧａ、、、２
ＳＡｌ。、、。

Ａｓキャリアブロック層１３は、やはりｐ型であり。

Ａ１組成比が大きく、従って、該光吸収［１４よりもエ
ネルギーギャップが大きい。さらに、各Ｇａｏ、　５７
Ａ１．．４．ＩＡｓクラッド層１５および１７は、活性
層１６よりもＡ１組成比が太き（、従って、該活性Ｊ’
ｉ１６よりもエネルギーギャップが大きい。

このような構成の本発明の半導体レーザ素子は。

例えば以下のように製造される。まずｐ型Ｇ５Ａｓ基板
１１上にｎ型Ｇａｏ、　ｔｓＡｌｏ、　ｚｓ八へ電流狭
窄層１２．ｐ型Ｇａｏ、ｚｓ八へ。、、、Ａｓキャリア
ブロック層１３．ｐ型ＧａＡｓ光吸収層１４を２通常の
液相エピタキシャル（ＬＰＥ　）法により順次積層する
。その後１通常のフォトリソグラフィー法により１幅方
向（共振方向と直交する方向）中央部に２幅方向寸法が
３μｍ程度の共振方向に延びるストライプ状のパターン
が残るようにフォトレジストを形成する。次いで、該フ
ォトレジストをマスクとして、　Ｈ２ＳＯ４と１１２０
□とｌ’ｂＯが１：２：１０の比率にて混合されたエツ
チング液にてエツチングし、底部が基板に到達するよう
な断面ｖ字状の溝部１９を形成する。そして、フォトレ
ジストを除去した後に、該溝部１９内および光吸収層１
４上にｐ型Ｇａｏ、　Ｓ？ＡＩ０．４３ＡＳクラッド層
１５をＬＰＥ法により積層し、さらに該クラッド層１５
の平坦な上面に、ｐ型Ｇａ＠０．、Ａ１．、　、５Ａｓ
活性層１６．ｎ型Ｇａｏ、　Ｓ？旧。、４ＪＳクラッド
Ｎ１７．およびｎ型ＧａＡｓキャップ層１８をＬＰＥ法
により順次積層する。次いで１例えば、ｐ型基板１１に
Ａｕ−Ｚｎ、　　ｎ型キャップ層１８にＡｕ−Ｇｅ−Ｎ
ｉを蒸着して、それぞれ電極とすることにより１本発明
の半導体レーザ素子が得られる。

本発明の半導体レーザ素子は、電流狭窄層１２にて電流
が閉じ込められ、ストライプ状の■溝部１９が電流通路
となることにより、Ｖ字状溝部１９の開口部に対向する
活性層１６内部分に光が発振される。

活性層１６内に発振された光は、■字状溝部１９を除く
薄いクラッド層１５に対向する活性層１６部分では。

該クラッド層１５を透過し、活性層１６よりもエネルギ
ーギャップが小さくなった光吸収Ｎ１４に吸収される。

その結果、活性層１６は、水平方向に等価的に屈折率が
変化することになり、■字状溝部１９に対向する活性層
１６内の領域と、それ以外の活性層１６内領域とでは、
実効屈折率が異なり、活性層１６内に発振された光は、
■字状溝部と対向する領域内に形成された光導波路内に
閉じ込められて、安定的に伝播する。

光吸収Ｊｔｉ１４はｐ型であるため、光吸収により生じ
た少数キャリアは電子であって拡散長が長いが。

該光吸収層１４と電流狭窄層１２との間には、光吸収層
１４よりもエネルギーギャップが大きいキャリアブロッ
ク層１３が介在されているため、該光吸収層１４に生じ
た少数キャリアである電子は、電流狭窄層１２内へ注入
されず、該電流狭窄層１２と基板１１との間の逆バイア
スを保持することができる。一方。

光吸収層において光吸収により生じた少数キャリアは速
やかに拡散するため、光が発振される部分近傍での集中
的な温度上昇が防止される。

第２図は本発明の半導体レーザ素子の他の実施例の断面
図である。該半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板２
１上にｎ型Ｇａｏ、　５７Ａ１０．　ａ３Ａｓクラッド
層２２゜ｐ型Ｇａｏ、　ａｓＡｌｏ、　Ｉｓ八へ活性層
２３．ｐ型Ｇａｏ、ｓ、＾１０．４’Ｊ八Ｓクラッド層
２４が順次積層されている。該クラッド層２４の幅方向
各側部上に、ｐ型ＧａＡｓ光吸収層２５゜ｐ型Ｇａｏ、
　ｚｓＡｌ　ｏ、　７Ｊｓキャリアブロック層２６．ｎ
型Ｇａｏ、　ｔｓＡｌｏ、　ｔｓＡｓ電流狭窄層２７お
よびｎ型ＧａＡｓ層２８が順次積層されて、該クラッド
層２４の幅方向中央部に、逆台形状の共振方向に延びる
ストライプ状の溝部２０が形成されている。該ｎ型Ｇａ
Ａｓ層２８上および溝部内にはｐ型Ｇａ６．　ｓ７＾１
゜、４．Ａｓクラッド層２９が積層されており、該クラ
ッド層２９の上面は平坦になっている。そして、該クラ
ッド層２４上にｐ型ＧａＡｓキャップ層３０が積層され
ている。

本実施例における半導体レーザ素子では、クラッド層２
４上に、共振方向に延びる所定幅の溝部領域を残して積
層されたｐ型ＧａＡｓ光吸収層２５は、ｐ型Ｇａ、、、
ａｓＡｌ。、、５Ａｓ活性層２３よりもエネルギーギャ
ップが小さく、さらに該光吸収層２５上に積層されたｐ
型Ｇａ、、、ｚｓＡｌａ、　ｔｓＡｓキャリアブロック
層２６は。

Ａｔ組成比が大きいために、光吸収層２５よりもエネル
ギーギャップが大きくなっている。キャリアブロック層
２６上にｎ型Ｇａｓ、　７５八１．、　ＨＡｓ電流狭窄
層２７が積層されている。

このような構成の半導体レーザ素子に以下のように製造
される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ型Ｇａｏ
、　Ｓ？ＡＩ＋１．　ａｓＡｓクラッドＦｆ２２．　　
ｐ型Ｇａｏ、　５５ＡＩｏ、　＋　５Ａｓ活性層２３．
ｐ型Ｇａｏ、　５Ｊ１ｏ、　４３ＡＳクラッド層２４．
ｐ型ＧａＡｓ光吸収層２５．ｐ型Ｇａｏ、　ｚｓＡＩｏ
、　ｖＪ！キャリアブ０７り層２６．ｎ型Ｇａ、、、　
？ＳＡ１＋１．　ｚｓＡｓ電流狭窄Ｎ２７゜ｎ型ＧａＡ
ｓ層２８を２通常の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法
）により順次積層する。次いで９通常のフォトリソグラ
フィー法を用いて２幅方向中央部に幅４μｍの共振方向
に延びるストライプ状のパターンが残るようにフォトレ
ジストマスクを形成する。

その後、該マスク以外のストライプ状パターンの部分を
、　＋１□ＳＯ，とＨｇｏ□とＨ２Ｏとの混合比率が１
：２：１０となったエツチング液にて、・電流狭窄層２
７の途中までエツチングし、続けてＨＰ（フッ化水素酸
）にてエツチングする。ＩＰはＧａＡｓ層をエツチング
しないので、ｐ型ＧａＡｓ光吸収層２５はエツチングさ
れない。さらに続けて、　ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ，との混
合比率が１：２０であるエツチング液にてｐ型ＧａＡｓ
光吸収層２５をエツチングする。このエツチング液は。

ＡＩの混晶率が高い層をエツチングすることができず、
ｐ型Ｇａｏ、　５ＪＩｏ、　４３ＡＳクラッド層２４は
エツチングされない。

このようにして、断面逆台形状の溝部２０を形成した後
に、ｎ型ＧａＡｓ層２８上に形成されたフォトレジスト
マスクを除去し９通常の液相成長法により。

ｐ型Ｇａ６．　Ｓ？ＡＩ６．４ｚＡｓクラッド層２９を
、ｎ型ＧａＡｓ層２８上および溝部２０内に積層し、さ
らに該クラッド１２９上にｐ型ＧａＡｓキャップ層３０
を積層する。そして、該キャップ層３０および基板２１
に電極を配設し。

共振方向に所定の長さにて襞間することにより本実施例
の半導体レーザ素子が得られる。

このような構成の半導体レーザ素子は、前記実施例の半
導体レーザ素子と同様に電流狭窄層２７にて電流が閉じ
込められ、溝部２０が電流通路になることにより、溝部
２０底部に対向する活性層２３領域内に光が発振される
。そして、該光の一部は、活性層２３上の薄いクラッド
層２４を透過して、活性層２３よりもエネルギーギャッ
プが小さい光吸収層２５に吸収される。その結果、活性
層２３は、水平方向に等測的に屈折率が変化し、活性層
２３内に発振された光は、溝部の底部と対向する部分に
形成された光導波路に閉じ込められて、安定的に伝播す
る。

光吸収層２５と電流狭窄層２７との間には、光吸収層２
５よりもエネルギーギャップが大きいキャリアブロック
層２６が介在されているため、光吸収層２５が光吸収す
ることにより該光吸収層２５に生じた少数キャリアは電
子であって拡散長は長いが、活性層２５よりもエネルギ
ーギャップの大きい電流狭窄層２７には注入されず、該
電流狭窄層２７とｐ型クラッド層２４との間の逆バイア
スを保持することができる。

上記実施例では、　ＧａＡｌＡｓ　／　ＧａＡｓ系半導
体レーザ素子について説明したが、基板としてＩｎＰ、
電流狭窄層としてＩｎＰ、光吸収層として１ｎＧａＡｓ
を用いたＩｎＧａＡｓＰ／　ＩｎＰ系半導体レーザ素子
等にも本発明は適用できる。

（発明の効果）本発明の半導体レーザ素子は、このように活性・　　層
を挟む一対のクラッド層の一方に、共振方向に延びる所
定幅の領域を残して光吸収層が接するように配設されて
いるため、該活性層内には、光導波路が形成され、該光
導波路内を光が安定的に伝播する。光吸収層と電流狭窄
層との間には、キャリアブロック層が介在されているた
め、光吸収層内の光吸収にて生じた少数キャリアが電流
狭窄層へ注入することなく速やかに拡散し、活性層にお
ける光発振される領域近傍において温度が上昇するおそ
れがない。その結果２本発明の半導体レーザ素子は、高
光出力にて発振させても劣化するおそれがなく、長期に
わたって高光出力まで安定的に発振することができ、光
デイスク装置の光源として好適に用い得る。

４　°°　の　　なｉ゛口第１図は本発明の半導体レーザの一例を示す断面図、第
２図は本発明の半導体レーザ素子の他の例を示す断面図
、第３図は従来の半導体レーザの一例を示す断面図であ
る。

１１　＝　ｎ型ＧａＡｓ基板、１２−ｎ型Ｇａｏ、　７
ＳＡＩＱ、　２．ＡＳ電流狭窄層、１３−ｐ型Ｇａｏ、
　２ＳＡ１０．７５八Ｓキャリアブロツク層、１４・Ｐ
型ＧａＡｓ光吸収層＋１ｓ−ｐ型Ｇａｏ、５７Ａｌｏ、
　４３ＡＳクラッド層、１６−１型Ｇａｏ、　ｅｓＡｌ
ｏ、　＋ｓ八へ活性層、１７・・・ｎ型Ｇａｏ、　５７
ＡＩ０．４３ＡＳクラッド層、　１８・・・ｎ型ＧａＡ
ｓキャップ層、１９・・・溝部、２０・・・溝部、２１
・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２２−ｎ型Ｇａｏ、　５Ｊ１
ｏ、　４ＪＳクラッド層、２３・・・ｐ型Ｇａｏ、　１
ｓＡ１ｏ、　＋ｓＡｓ、　２４−　Ｐ型Ｇａｏ、ｓｔ八
へ。、４３八ｓクラッド層、２５・・・ｐ型ＧａＡｓ光
吸収層、２６・・・ｐ型Ｇａｏ、　ｚｓＡｌｏ、　７Ｓ
ＡＳキャリアブロック層、２７・・・電流狭窄層。

以上

Claims

【特許請求の範囲】

１、一対のクラッド層に挟まれた活性層を有する半導体
レーザ素子であって、該活性層よりもエネルギーギャッ
プが小さいｐ型光吸収層と、該光吸収層よりもエネルギ
ーギャップが大きいｐ型キャリアブロック層と、ｎ型電
流狭窄層とが該クラッド層の一方の側に、共振方向に延
伸した電流通路となるストライプ領域を挟んで順次積層
されている半導体レーザ素子。