JPS61284988A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS61284988A JPS61284988A JP60128664A JP12866485A JPS61284988A JP S61284988 A JPS61284988 A JP S61284988A JP 60128664 A JP60128664 A JP 60128664A JP 12866485 A JP12866485 A JP 12866485A JP S61284988 A JPS61284988 A JP S61284988A
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- semiconductor laser
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は、ビデオディスク、オーディオディスク、レー
ザプリンタ等の光情報処理装置用光源あるいは光通信の
伝送光源その他種々の分野のレーザ光源として用いられ
る半導体レーザ装置の新規な素子構造に関するものであ
る。
ザプリンタ等の光情報処理装置用光源あるいは光通信の
伝送光源その他種々の分野のレーザ光源として用いられ
る半導体レーザ装置の新規な素子構造に関するものであ
る。
〈従来技術〉
光情報処理装置用光源等として要求される半導体レーザ
素子の特性としては、極力短波長の発振光であること、
横モードが安定であること、低閾値電流を有すること、
長寿命であること等が挙げられる。これらの条件を満足
させた半導体レーザの一つとして、■−チャネルド・サ
ブストレイト・インナー・ストライプ（ＶＳＩＳ）レー
デがある。
素子の特性としては、極力短波長の発振光であること、
横モードが安定であること、低閾値電流を有すること、
長寿命であること等が挙げられる。これらの条件を満足
させた半導体レーザの一つとして、■−チャネルド・サ
ブストレイト・インナー・ストライプ（ＶＳＩＳ）レー
デがある。
この半導体レーザ素子の断面図を＠２図に示す。
Ｐ形ＧａＡｓ基板１上にｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ電流ブロッ
キング層２．Ｐ形ＧａＡｌＡｓ クラッド層３ 、Ｇ
ａＡ／Ａｓ活性層４．ｎ形ＧａＡｌＡｓ クラッド層５
．ｎ形ＧａＡｓキャップ層６が順次積層され、ｎ側電極
７及びＰ側電極８が上下両面に形成されている。この半
導体レーザ素子では注入された電流は電流ブロッキング
層２に形成されたＶ−チャネル９内のストライプ領域に
沿って集中的に流れ、■−チャネル９外での光は電流ブ
ロッキング層２に吸収される。従って、低閾値電流及び
安定横モード発振が容易に得られる非常に優れた半導体
レーザ装置として利用することができる。しかし、この
ＶＳＩＳレーザ素子を用いて、７４０ ｎｍ以下の短波
長で発振するレーザ光源を製作しようとする場合、問題
となるのけ活性層４にかかる歪（圧縮応力）及び発振領
域での発熱である。この歪と発熱が原因でレーザ素子の
動作寿命が非常に短くなる。
キング層２．Ｐ形ＧａＡｌＡｓ クラッド層３ 、Ｇ
ａＡ／Ａｓ活性層４．ｎ形ＧａＡｌＡｓ クラッド層５
．ｎ形ＧａＡｓキャップ層６が順次積層され、ｎ側電極
７及びＰ側電極８が上下両面に形成されている。この半
導体レーザ素子では注入された電流は電流ブロッキング
層２に形成されたＶ−チャネル９内のストライプ領域に
沿って集中的に流れ、■−チャネル９外での光は電流ブ
ロッキング層２に吸収される。従って、低閾値電流及び
安定横モード発振が容易に得られる非常に優れた半導体
レーザ装置として利用することができる。しかし、この
ＶＳＩＳレーザ素子を用いて、７４０ ｎｍ以下の短波
長で発振するレーザ光源を製作しようとする場合、問題
となるのけ活性層４にかかる歪（圧縮応力）及び発振領
域での発熱である。この歪と発熱が原因でレーザ素子の
動作寿命が非常に短くなる。
エピタキシャル成長層を支持している厚いＧａＡｓ基飯
１と各ＧａＡ／Ａｓ成長層の格子定数は成長温度８００
℃〜９００℃程度の範囲では一致しているものの熱膨張
係数が相違している為、室温では格子定数に差が出てく
ることに起因して活性層４に圧縮応力が生じる。例えば
、活性層がＧａ ０．ＩＡｌ ０．３ＡＳから成る場合
、３×１０ダイン／１２程度の大きな圧縮力が加わる。
１と各ＧａＡ／Ａｓ成長層の格子定数は成長温度８００
℃〜９００℃程度の範囲では一致しているものの熱膨張
係数が相違している為、室温では格子定数に差が出てく
ることに起因して活性層４に圧縮応力が生じる。例えば
、活性層がＧａ ０．ＩＡｌ ０．３ＡＳから成る場合
、３×１０ダイン／１２程度の大きな圧縮力が加わる。
更に、発振しきい値電流Ｉｔｈは７４０ ｎｍより短波
長になると急速に増加し、７００ ｎｍ以下の波長では
７４０ ｎｍ以上でのｒｔｈ の２倍以上になる。
長になると急速に増加し、７００ ｎｍ以下の波長では
７４０ ｎｍ以上でのｒｔｈ の２倍以上になる。
実際にはＶＳＩＳ半導体レーザのＩｔｈのうち、約１／
２け光導波路から漏れてレーザ発熱に寄与しない無効電
流となる。このように短波長でのＩｔｈ は大電流と
なり、発振領域での発熱を非常に大きなものとする。こ
れら活性層内での歪及び発熱を低減させることができる
と、素子寿命は大幅に改善されることとなる。
２け光導波路から漏れてレーザ発熱に寄与しない無効電
流となる。このように短波長でのＩｔｈ は大電流と
なり、発振領域での発熱を非常に大きなものとする。こ
れら活性層内での歪及び発熱を低減させることができる
と、素子寿命は大幅に改善されることとなる。
〈発明の概要〉
本発明は上述の問題点に鑑み、レーザ発振用ダブルへテ
ロ接合構造結晶を成長後その上に適切なＡｌＡｓモル比
を有するバッファ層を例えば１００／ｊｍ程度に厚く成
長させ、一方、多層結晶を成長させるために用いた歪を
誘発するＧａＡｓ 基板をエツチングにより除去し、
その除去した表面側からメサエッチ技術によってＶ−チ
ャネルの両側の活性層をエツチング除去することにより
、活性層に加わる歪の緩和と無効電流の低減を図り、低
閾値電流化を達成した半導体レーザ素子を提供すること
を目的とするものである。
ロ接合構造結晶を成長後その上に適切なＡｌＡｓモル比
を有するバッファ層を例えば１００／ｊｍ程度に厚く成
長させ、一方、多層結晶を成長させるために用いた歪を
誘発するＧａＡｓ 基板をエツチングにより除去し、
その除去した表面側からメサエッチ技術によってＶ−チ
ャネルの両側の活性層をエツチング除去することにより
、活性層に加わる歪の緩和と無効電流の低減を図り、低
閾値電流化を達成した半導体レーザ素子を提供すること
を目的とするものである。
〈実施例〉
以下、本発明を実施例に従って図面を参照しながら説明
する。
する。
＠１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の要
部構成図である。Ｐ形ＧａＡｓ層１１上に電流集中のた
めの逆導電形を有するｎ形ＧａＡｓ電流ブロッキング層
１２を成長させ、中央部にストライプ溝状のＶ−チャネ
ル１９を形成して電流ブロッキング層１２の除去された
電流通路を開通させた後、Ｐ形ＧａＡｌＡｓ クラッド
層１３、ＧａＡ／Ａｓ 活性層１４、ｎ形ＧａＡｔ’Ａ
ｓ クラッド層１５から成るレーザ発振用ダブルへテ
ロ接合構造及びｎ形Ｃａ Ａ Ｉ Ａ ｓ バッファ層
１６を順次堆積している。Ｐ形ＧａＡｓ層１１よりバッ
ファ層１６迄の多層結晶は全てエピタキシャル成長層で
構成され、バッファ層１６は他の成長層に比較して層厚
が非常に厚く設定されている。バッファ層１６及びＰ形
ＧａＡｓ層１１にはそれぞれｎ側電極１７゜Ｐ側電極１
８が金属の蒸着層により形成されており、さらにＶ−チ
ャネル１９の直上の活性層１４で形成される光導波路の
両側の活性層１４が除去されるようにＰ−ＧａＡｓｌ１
表面からｎ−クラッド層１５に達する１対の逆メサ型ス
トライプ溝２０．２１が形成されている。この溝２０．
２１は活性層１４が受けている残留圧縮応力を更に減少
させるとともに、■−チャネル１９直上の活性層１４に
注入されたキャリアがＶ−チャネル１９の両側領域へ拡
散することを防止する機能を有する。このキャリアの横
方向拡散を防止した場合、閾値電流Ｉｔｈ は約半分に
低減されることが判明した。従って、従来発振波長７０
０ ｎｍのレーザを製作した場合、Ｉｔｈ が発振波
長７４０ ｎｍの場合の約２倍となっていたが、上記実
施例では７４０ ｎｍの場合の半導体レーザ素子と同等
のＩｔｈ を有する７ ００ ｎｍ半導体レーザ素子
を実現することが可能となった。
部構成図である。Ｐ形ＧａＡｓ層１１上に電流集中のた
めの逆導電形を有するｎ形ＧａＡｓ電流ブロッキング層
１２を成長させ、中央部にストライプ溝状のＶ−チャネ
ル１９を形成して電流ブロッキング層１２の除去された
電流通路を開通させた後、Ｐ形ＧａＡｌＡｓ クラッド
層１３、ＧａＡ／Ａｓ 活性層１４、ｎ形ＧａＡｔ’Ａ
ｓ クラッド層１５から成るレーザ発振用ダブルへテ
ロ接合構造及びｎ形Ｃａ Ａ Ｉ Ａ ｓ バッファ層
１６を順次堆積している。Ｐ形ＧａＡｓ層１１よりバッ
ファ層１６迄の多層結晶は全てエピタキシャル成長層で
構成され、バッファ層１６は他の成長層に比較して層厚
が非常に厚く設定されている。バッファ層１６及びＰ形
ＧａＡｓ層１１にはそれぞれｎ側電極１７゜Ｐ側電極１
８が金属の蒸着層により形成されており、さらにＶ−チ
ャネル１９の直上の活性層１４で形成される光導波路の
両側の活性層１４が除去されるようにＰ−ＧａＡｓｌ１
表面からｎ−クラッド層１５に達する１対の逆メサ型ス
トライプ溝２０．２１が形成されている。この溝２０．
２１は活性層１４が受けている残留圧縮応力を更に減少
させるとともに、■−チャネル１９直上の活性層１４に
注入されたキャリアがＶ−チャネル１９の両側領域へ拡
散することを防止する機能を有する。このキャリアの横
方向拡散を防止した場合、閾値電流Ｉｔｈ は約半分に
低減されることが判明した。従って、従来発振波長７０
０ ｎｍのレーザを製作した場合、Ｉｔｈ が発振波
長７４０ ｎｍの場合の約２倍となっていたが、上記実
施例では７４０ ｎｍの場合の半導体レーザ素子と同等
のＩｔｈ を有する７ ００ ｎｍ半導体レーザ素子
を実現することが可能となった。
次に、第１図に示す半導体レーザ素子の製造工程につい
て、＠３図を用いて説明する。第３図囚に示すように、
まずＧａＡｓ 基板１０の（１００）面上にエツチン
グ停止層２２としてＧａ０１５ＡＩ！０．５Ａｓを約１
．Ａｍの厚さに成長させ、更にＰ形ＧａＡｓ層１１、電
流ブロッキング層１２をそれぞｈｌ、５７１ｍ。
て、＠３図を用いて説明する。第３図囚に示すように、
まずＧａＡｓ 基板１０の（１００）面上にエツチン
グ停止層２２としてＧａ０１５ＡＩ！０．５Ａｓを約１
．Ａｍの厚さに成長させ、更にＰ形ＧａＡｓ層１１、電
流ブロッキング層１２をそれぞｈｌ、５７１ｍ。
０．６／１ｍの厚さに成長させる。ここで、ＧａＡｓ基
板１０及びエツチング停止層２０は最終的には除去して
しまうので導電形はＰ形、ｎ形又はアンド−フのいずれ
でもよいが、Ｇ５Ａｓ基板１０け転位密度の低いことが
望ましい。第３図（Ｂ）に示すように〜電流ブロッキン
グ層１２表面より＜１１０＞方向にストライプ状の７字
溝を化学エツチングにより加工して電流ブロッキング層
１２を貫通するようにＶ−チャネル１９を形成する。こ
のＶ−チャネル１９が注入電流の通路となる。次に、第
３図（Ｃ）に示すように、Ｐ形Ｇａ０．２Ａ１０．ａＡ
ｓ クラッド層１３．Ｐ形Ｇａｏ、ｌＡｌｏ−３Ａｓ
活性層１４．ｎ形ＧａＯ，２Ａｆ０．８Ａｓ ク
ラッド層１５及びｎ形ＧａＯ、１１５ＡＩ！Ｏ、Ｉ ５
ＡＳ バッファ層をそれぞれ０．１５７ｍ。
板１０及びエツチング停止層２０は最終的には除去して
しまうので導電形はＰ形、ｎ形又はアンド−フのいずれ
でもよいが、Ｇ５Ａｓ基板１０け転位密度の低いことが
望ましい。第３図（Ｂ）に示すように〜電流ブロッキン
グ層１２表面より＜１１０＞方向にストライプ状の７字
溝を化学エツチングにより加工して電流ブロッキング層
１２を貫通するようにＶ−チャネル１９を形成する。こ
のＶ−チャネル１９が注入電流の通路となる。次に、第
３図（Ｃ）に示すように、Ｐ形Ｇａ０．２Ａ１０．ａＡ
ｓ クラッド層１３．Ｐ形Ｇａｏ、ｌＡｌｏ−３Ａｓ
活性層１４．ｎ形ＧａＯ，２Ａｆ０．８Ａｓ ク
ラッド層１５及びｎ形ＧａＯ、１１５ＡＩ！Ｏ、Ｉ ５
ＡＳ バッファ層をそれぞれ０．１５７ｍ。
０．１声ｍ、１．０声ｍ、８０μｍの厚さに液相エピタ
キシャル成長させる。しかる後に、第３図（ＤＪに示す
ように、Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４０Ｈ＝２０ ： １のエツチ
ング液によって、ＧａＡｓ基板１０を完全にエツチング
除去する。このエツチング液はＧ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ
層では酸化膜を形成してエツチングを停止する性質を
有しているので、エツチング加工はＧａ ｏ、ｓ Ａ／
ｏ、ｓＡＢのエツチング停止層２２で停止される。
キシャル成長させる。しかる後に、第３図（ＤＪに示す
ように、Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４０Ｈ＝２０ ： １のエツチ
ング液によって、ＧａＡｓ基板１０を完全にエツチング
除去する。このエツチング液はＧ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ
層では酸化膜を形成してエツチングを停止する性質を
有しているので、エツチング加工はＧａ ｏ、ｓ Ａ／
ｏ、ｓＡＢのエツチング停止層２２で停止される。
次に第３図■）に示すように、エツチング停止層２２を
フッ酸によって完全にエツチング除去する。
フッ酸によって完全にエツチング除去する。
この後、第１図に示すように、ｎ側電極１７．Ｐ側電極
１８を形成した後、ホ） ＩＪングラフィ技術とケミカ
ルエツチング技術によって、ｙ−チャネル１９の両側の
活性層１４が切欠除去されるまでメサエッチングにより
溝２０．２１を形成する。
１８を形成した後、ホ） ＩＪングラフィ技術とケミカ
ルエツチング技術によって、ｙ−チャネル１９の両側の
活性層１４が切欠除去されるまでメサエッチングにより
溝２０．２１を形成する。
これらの溝２０．２１は＜１１０＞方位となるのでＶ−
チャネル１９が順メサであったのに対して逆メサ形状と
なる。勇開によってレーザ発振用ファプリペロー共振面
を形成して半導体レーザ素子のチップを作製し、Ｉｎを
ソルダーとしてＰ−ＧａＡｓ層１１を下にして銅板上に
マウントする。
チャネル１９が順メサであったのに対して逆メサ形状と
なる。勇開によってレーザ発振用ファプリペロー共振面
を形成して半導体レーザ素子のチップを作製し、Ｉｎを
ソルダーとしてＰ−ＧａＡｓ層１１を下にして銅板上に
マウントする。
以上のようにして製作したＶＳＩＳ半導体レーザけ６７
０ ｎｍの短波長で室温連続発振し、その時のしきい値
電流は５０ｒｎＡであった。この半導体レーザ素子は活
性層１４へかかる歪の低減化と閾値電流低減による発熱
の減少が因られているので、７４０ ｎｍより短波長で
も高信頼性の半導体レーザ装置が得られる。しかも、横
モードの安定化も同時に達成されているので光情報処理
用光源として最適となる〇 尚、本発明はＧａＡｓを成長用基板とするＧａＡｌ！Ａ
ｓ系レーザ素子のみでなく、Ｉ ｎＰ 、 ＧａＰ。
０ ｎｍの短波長で室温連続発振し、その時のしきい値
電流は５０ｒｎＡであった。この半導体レーザ素子は活
性層１４へかかる歪の低減化と閾値電流低減による発熱
の減少が因られているので、７４０ ｎｍより短波長で
も高信頼性の半導体レーザ装置が得られる。しかも、横
モードの安定化も同時に達成されているので光情報処理
用光源として最適となる〇 尚、本発明はＧａＡｓを成長用基板とするＧａＡｌ！Ａ
ｓ系レーザ素子のみでなく、Ｉ ｎＰ 、 ＧａＰ。
ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ 等を結晶材料として利用した
三元系または四元系化合物半導体レーザへも適用できる
ことは明らかである。
三元系または四元系化合物半導体レーザへも適用できる
ことは明らかである。
〈発明の効果〉
以上詳説した如く、本発明の素子構造とすれば、活性層
に導入される歪が大幅に緩和され、かつ動作電流の低減
も可能となるため、発熱量が抑制され、レーザ素子とし
ての動作寿命が著しく改善さ九る０
に導入される歪が大幅に緩和され、かつ動作電流の低減
も可能となるため、発熱量が抑制され、レーザ素子とし
ての動作寿命が著しく改善さ九る０
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の断
面図である。 ＠２図は従来のｖｓｒｓレーザ素子の断面図である。 第３図囚、 （Ｂ） 、 （Ｃ） 、■）、■）は＃Ｊ
１図に示す半導体レーザ素子の製造工程説明図である。 １０：Ｐ形ＧａＡｓ基板、１２ ： ｎ形ＧａＡｓ電流
ブａｙキング層、 １３：Ｐ形ＧａＡｌ！Ａｓ クラ
ッド層、 １４ ：ＧａＡ／Ａｓ 活性層−１５：
ｎ形Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ クラッド層−１６： ｎ
形ＧａＡｓバフ７７層、１７ ： ｎ側電極、 ｔｓ
、：ｐ側電極。 １９：Ｖ−チャネル、 ２０．２１：溝、２２： Ｇ
ａＡｊ’Ａｓ エツチング停止層。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第２図
面図である。 ＠２図は従来のｖｓｒｓレーザ素子の断面図である。 第３図囚、 （Ｂ） 、 （Ｃ） 、■）、■）は＃Ｊ
１図に示す半導体レーザ素子の製造工程説明図である。 １０：Ｐ形ＧａＡｓ基板、１２ ： ｎ形ＧａＡｓ電流
ブａｙキング層、 １３：Ｐ形ＧａＡｌ！Ａｓ クラ
ッド層、 １４ ：ＧａＡ／Ａｓ 活性層−１５：
ｎ形Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ クラッド層−１６： ｎ
形ＧａＡｓバフ７７層、１７ ： ｎ側電極、 ｔｓ
、：ｐ側電極。 １９：Ｖ−チャネル、 ２０．２１：溝、２２： Ｇ
ａＡｊ’Ａｓ エツチング停止層。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第２図
Claims (1)
- １、レーザ発振用活性層を有する多層結晶成長層に層厚
の厚いバッファ層を重畳させ、前記多層結晶成長層の成
長用基板を除去して前記多層結晶成長層と前記バッファ
層の重畳体を１対のＰ及びｎ側電極で挾設したことを特
徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60128664A JPS61284988A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 半導体レ−ザ素子 |
| US06/870,450 US4819244A (en) | 1985-06-11 | 1986-06-04 | Semiconductor laser device |
| EP86304410A EP0205338B1 (en) | 1985-06-11 | 1986-06-10 | Semiconductor laser device |
| DE8686304410T DE3683955D1 (de) | 1985-06-11 | 1986-06-10 | Halbleitervorrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60128664A JPS61284988A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61284988A true JPS61284988A (ja) | 1986-12-15 |
Family
ID=14990389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60128664A Pending JPS61284988A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4819244A (ja) |
| EP (1) | EP0205338B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61284988A (ja) |
| DE (1) | DE3683955D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0453287A (ja) * | 1990-06-20 | 1992-02-20 | Sharp Corp | 半導体レーザの製造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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