JPH08307009A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH08307009A
JPH08307009A JP8145796A JP8145796A JPH08307009A JP H08307009 A JPH08307009 A JP H08307009A JP 8145796 A JP8145796 A JP 8145796A JP 8145796 A JP8145796 A JP 8145796A JP H08307009 A JPH08307009 A JP H08307009A
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秀典 河西
Hiroshi Hayashi
寛 林
Taiji Morimoto
泰司 森本
Shinji Kaneiwa
進治 兼岩
Masahiro Yamaguchi
雅広 山口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 射端面の光吸収による温度上昇を防ぐことが
でき、高出力状態においても高い信頼性を有する半導体
レーザ素子が得られる。 【解決手段】 端面部のチャネル幅を広げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光ディス
クなどの情報映像分野における光源等として利用される
もので、高出力で安定な半導体レーザ素子の新しい構造
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ディスク装置等の光源として半導体レ
ーザは幅広く使用されてきているが、書き込みの可能な
追記型ディスクや消去も可能な書き換え可能型光ディス
クの光源として用いるためには20〜40mWという高
い光出力が必要とされる。現在比較的高出力の半導体レ
ーザが実用化されているが半導体レーザの信頼性を同一
構造の素子で比較した場合光出力の4乗に反比例するこ
とが報告されており、高出力化は極めて難しいと考えら
れる。
【0003】高出力半導体レーザの劣化の要因の1つに
光出射端面の劣化があることはよく知られている。図9
に従来の半導体レーザの構造図の一例を示す。
【0004】この構造はVSIS(V-channeled Substr
ate Inner Stripe)レーザと呼ばれるものである。
【0005】この従来の構造では、p−GaAs基板1
1上に電流を遮断するためのn−GaAs電流ブロッキ
ング層12が堆積された後、GaAs基板に到達するV
型溝が形成される。その上にp−GaAlAsクラッド
層13、GaAs又はGaAlAs活性層14、n−G
aAlAsクラッド層15、n−GaAsキャップ層1
6が順次堆積されている。この場合レーザ発振のための
電流はn−GaAs層12によって閉じ込められ幅W1
のチャネル部のみに流れる。活性層14は平坦に形成さ
れているが、チャネル両側でのn−GaAs層12への
光吸収により実効屈折率が下がるため光導波路が形成さ
れ、基本横モード発振が安定して得られている。即ち、
損失導波機構の要素を有している。
【0006】上記VSISレーザは、安定した基本横モ
ード発振が得られ低光出力レベルでは高い信頼性を有す
るが高出力レベルになると信頼性は大きく低下し長時間
の使用に耐えないという欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の劣化原因を詳し
く調べてみると、素子の劣化は端面V溝肩部の劣化に起
因しており、V溝肩部のn−GaAs層12の光吸収に
よる発熱が大きな原因であることが明らかになった。
【0008】即ち、従来の損失導波機構の要素を有する
半導体レーザ素子においては、特に共振器端面部近傍の
チャネル両側での光吸収によりレーザ端面部の温度が上
昇し高出力状態では、この温度上昇が端面劣化を引き起
こすことになり、高出力状態での信頼性を低下させてい
た。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、基板上方に積層された、均一な厚さを有する平板状
の活性層と、ストライプ状の貫通溝を有する光吸収層
と、を有し、該光吸収層による光吸収により該活性層に
実効屈折率差に基づくストライプ状の光導波路が形成さ
れるように該貫通溝の溝幅が設定され、かつ、該溝幅が
共振器の少なくとも一方の端面近傍部分で拡大されてい
ることを特徴とするものである。
【0010】以上の本発明の半導体素子は、少なくとも
一方のレーザ共振器端面部近傍において、チャネル幅を
中央に比べて広く形成することにより、端面での光の吸
収を抑え、発熱を可及的に抑制させるように構成されて
いる。それゆえに、本発明の主たる目的は半導体レーザ
端面での劣化を抑え、高出力状態でも安定に動作する半
導体レーザ素子を提供することにある。
【0011】本発明に係る半導体レーザ素子はレーザの
共振器端面部の構造を従来のものと変えることによって
端面部の温度上昇が小さくなり、そのため劣化が抑制さ
れ、高出力状態でも高い信頼性を有し、かつ安定な基本
横モード発振が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の1実施例を示す半
導体レーザ素子を模式的に分解して示す斜視図であり、
共振方向に沿って配置される端面部A,Cと中央部Bか
ら構成されている。
【0013】図2は本実施例のチャネル形成状態を模式
的に示したものである。
【0014】以下、本実施例の作製手順について詳細に
延べる。
【0015】まず、p−GaAs基板11上に液相エピ
タキシャル成長法によりn−GaAs電流ブロッキング
層12を約0.7μm厚に堆積させた後、通常のホトリ
ソグラフィー技術とエッチング技術により図1に示すよ
うな端面近傍で幅W2=10μm共振器中央部で幅W1
4μm、深さ1μmの溝を形成する。n−GaAs電流
ブロッキング層12の成長方法としては他に気相成長法
等を用いてもよい。
【0016】その後、液相エピタキシャル成長法を用い
て、図1に示すようなp−Al0.42Ga0.58Asクラッ
ド層13を溝外側部で0.15μm厚にpまたはn−A
0.14Ga0.86As活性層14を0.08μm厚に、さ
らにn−Al0.42Ga0.58Asクラッド層15を0.8
μm厚にn−GaAs−コンタクト層16を1.5μm
厚にそれぞれ成長させる。液相エピタキシャル成長法に
おいては陥没部を平坦化するように成長が行われるため
p−Al0.42Ga0.58Asクラッド層13の成長後は成
長表面は平坦であり続いて成長されるAl0.14Ga0.86
As活性層14も全面で平坦かつ均一な厚さに成長させ
ることができる。
【0017】その後、ウェハの両面に抵抗性全面電極を
つけ、合金化処理を行った後、ストライプ幅が広い領域
で劈開を行い共振器を形成する。本実施例においてはレ
ーザ共振器長は250μm、ストライプ幅が広い領域は
両端面に各々10μmとしている。
【0018】従って、半導体レーザの両端面のn−Ga
As電流ブロッキング層12による光吸収がなく、端面
の温度上昇が抑えられ、高い信頼性を示し、出射側端面
4%裏面側97%の反射率のコーティングを施したとこ
ろ80mWの高光出力状態でも殆ど無劣化の特性を示し
た。
【0019】本実施例においては幅広チャネル部の長さ
を両端に10μmとしたが、この長さが30μm以内で
あると、共振器中央部で導波されてきた光は幅広チャネ
ル部で完全にはモード変形されず、安定な横モード特性
を示す。また幅広チャネル部を出射側端面部のみに形成
した場合でも効果は発揮される。
【0020】図3は、本発明の他の実施例を示す半導体
レーザ素子を模式的に分解した斜視図である。本実施例
共振器端面近傍のチャネル幅が基板の側壁面まで広げた
1実施例である。
【0021】以下にこの実施例の作製手順について図4
に沿って説明する。
【0022】まず、p−GaAs基板11上にn−Ga
As電流ブロッキング層12を図4(a)のように約
0.7μm厚に堆積させる。その後、スパッタ法により
0.3μm厚のSiO2膜31を形成し、それをマスク
としてレーザ共振器の両端面となる部分の長さを10μ
mにわたり0.8μmの深さの溝を形成する。これが図
4(b)の状態である。その後、前記SiO2膜をその
ままマスクとして用いて有機金属熱分解法(MOCVD
法)を用いてp−Al0.42Ga0.58As層32を0.8
μm厚に、さらに後の成長を円滑にするためのアンドー
プGaAsエッチバック層33を0.05μm厚に堆積
させる(図4(c))。この状態でn−GaAs電流ブ
ロッキング層12とp−Al0.42Ga0.58As層32の
表面の高さは整って一致している。次にSiO2膜31
をエッチングにより除去した後、図4(e)に示すよう
なp−GaAs基板11に達するV型溝を幅W1=4μ
m、深さ1μmに形成する。その後、従来のVSISレ
ーザの成長方法と同じように液相成長を用いてp−Al
0.42Ga0.58Asクラッド層13を溝外側部で0.15
μm厚に、p又はn−Al0.14Ga0.86As活性層14
を0.08μm厚に、n−Al0.42Ga0.58Asクラッ
ド層15を0.8μm厚に、n−GaAsコンタクト層
16を1.5μm厚にそれぞれ成長させる。液相エピタ
キシャル成長法においては陥没部を平坦化するように成
長が行われるため、p−Al0.42Ga0.58Asクラッド
層13の成長後は成長表面は平坦であり、続いて成長さ
れるAl0.14Ga0.86As活性層14も全面で平坦かつ
均一に成長させることができる。
【0023】また、アンドープGaAsエッチバック層
33はp−Al0.42Ga0.58As層32の酸化を有効に
防ぎ、液相成長時にはエッチバックにより消失するため
共振器端面部はp−クラッド層が0.95μm厚に一様
に形成されたことになり、この部分での光の吸収は存在
しない。その後ウェハの両面に抵抗性全面電極をつけ、
合金化処理を行った後、n−GaAs電流ブロッキング
層12の存在しない部分で劈開を行い共振器を形成す
る。
【0024】このレーザは両端面部での光吸収がなく端
面の温度上昇が抑えられ高い信頼性を示し出射側端面4
%裏面側97%の反射率のコーティングを施したところ
80mWの高出力状態でも殆ど無劣化の特性を示した。
【0025】本実施例では端面のn−GaAs電流ブロ
ッキング層12の存在しない部分の長さを共振器両端に
10μmずつとしたが、この長さが30μm以内であれ
ば共振器中央部で導波されてきた光は端面部においても
モード変形されず、安定な横モード特性を示す。また、
このn−GaAs電流ブロッキング層12の存在しない
部分を出射側端面部のみに形成した場合でも効果は発揮
される。
【0026】上記実施例においてはVSIS型の半導体
レーザに適用した場合を示したが、次に他の構造に適用
した場合について示す。他の構造の一つにCPSレーザ
(Transverse Mode Stabilized AlxGa1-xAs Injection
Lasers with Channeled-Planar Structure;IEEE JOURNA
L OF QUANTUM ELECTRONICS,vol,QE-14,No.2,February19
87,p89)がある。図5は本発明をCSPレーザに適用し
た実施例を示している。本実施例ではn−GaAs基板
11にチャネルを形成するが、その際、中央部のチャネ
ル幅W1より端面部のチャネル幅W2が大きくなるように
する。その後、n−AlxGa1-xAsクラッド層42、
GaAs活性層43、p−AlxGa1-xAsクラッド層
44、n−GaAs層45を形成した後Znの拡散領域
48を形成して電流通路を作成する。この場合も、チャ
ネルの外部では、n−GaAs基板の光吸収があり、チ
ャネル肩部の発熱がおこるが端面でチャネル幅を広げる
ことによりこの発熱は緩和され、信頼性が向上する。こ
の場合も端面部で全面にわたりチャネルと同じ深さに基
板をエッチングしてもよいし、このような構造を片方の
端面のみに形成しても両側に形成しても効果は発揮され
る。
【0027】また、上記実施例においてはダブルヘテロ
接合構造の半導体レーザについて説明したが他の構造、
たとえばLOC(Large Optical Cavity)構造、SCH
(Separate Confinement Heterostructure)構造量子井
戸構造等他の構造を用いた場合についても適用可能であ
る。
【0028】例えば、図6は本発明をLOC構造に適用
したもので、活性層14に隣接して光導波層18が積層
されているが、上記実施例と同様の効果が認められる。
また、図7は量子井戸構造に本発明を適用した場合の1
実施例であるGRIN−SCH−SQW(Graded Index
-Separate Confinement Hetetostructure-Single Quant
um Well)構造を示す構成図であり、上記実施例と同様
の効果が認められる。図8には図7の実施例の活性層の
混晶比の分布を示している。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば端面部のチャネル幅を広
げることにより出射端面の光吸収による温度上昇を防ぐ
ことができ、高出力状態においても高い信頼性を有する
半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子の分
解構成図である。
【図2】チャネル形成後の構造斜視図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子の
分解構成図である。
【図4】素子の作製工程を模式的に示した断面図であ
る。
【図5】本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子の
分解構成図である。
【図6】本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子の
分解構成図である。
【図7】本発明の他の実施例を示す半導体レーザ素子の
分解構成図である。
【図8】図7に示す半導体レーザ素子の活性層の構造を
模式的に示した説明図である。
【図9】従来の半導体レーザ素子の構造図である。
【符号の説明】
11 p−GaAs基板 12 n−GaAs電流ブロッキング層 13 p−Al0.42Ga0.58Asクラッド層 14 pまたはn−Al0.14Ga0.86As活性層 15 n−Al0.42Ga0.58Asクラッド層 16 n−GaAsコンタクト層 17 p−Al0.4Ga0.6Asクラッド層 18 p−Al0.3Ga0.7Asガイド層 19 n−Al0.7Ga0.3Asクラッド層 21、22 抵抗性電極 31 SiO2膜 32 p−Al0.42Ga0.58As層 33 アンドープGaAsエッチバック層 41 n−GaAs基板 42 n−AlxGa1-xAsクラッド層 43 GaAs活性層 44 p−AlxGa1-xAsクラッド層 45 n−GaAs層 46、47 抵抗性電極 48 Zn拡散領域 51 p−Al0.7Ga0.3Asクラッド層 52 GRIN−SCH−SQW活性層 53 n−Al0.7Ga0.3Asクラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼岩 進治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山口 雅広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上方に積層された、均一な厚さを有
    する平板状の活性層と、ストライプ状の貫通溝を有する
    光吸収層と、を有し、 該光吸収層による光吸収により該活性層に実効屈折率差
    に基づくストライプ状の光導波路が形成されるように該
    貫通溝の溝幅が設定され、かつ、該溝幅が共振器の少な
    くとも一方の端面近傍部分で拡大されていることを特徴
    とする半導体レーザ素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10223966A (ja) * 1997-01-31 1998-08-21 Sharp Corp 利得結合分布帰還型半導体レーザ装置
CN100375349C (zh) * 2000-06-08 2008-03-12 日亚化学工业株式会社 半导体激光元件及其制造方法

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