JP2003051643A

JP2003051643A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2003051643A
Application number: JP2001236880A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asaka; 浩浅香; Hideto Adachi; 秀人足立; Toshiya Kawada; 敏也河田; Koji Makita; 幸治牧田; Akira Takamori; 晃高森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン酸化膜などの誘電体からなる電流ブ
ロック層を備え、信頼性が高い半導体レーザ装置を提供
する。【解決手段】活性層１０５と、活性層１０５を挟むよ
うに配置された第１の導電型の第１のクラッド層１０３
および第２の導電型の第２のクラッド層１０７と、第２
のクラッド層１０７に対して活性層１０５とは反対側に
配置された電流ブロック層１１１とを備える。電流ブロ
ック層１１１は、第２のクラッド層１０７よりも屈折率
が小さい誘電体からなる。活性層１０５に平行な面に対
する装置の投影面積に占める、活性層１０５に平行な面
に対する電流ブロック層１１１の投影面積の割合が５０
％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクシステ
ムの光源などに用いられるリッジ型誘電体膜ストライプ
構造を有する半導体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、さまざまな分野で用い
られており、現在、コストの低減が求められている。製
造コストの約半分はＭＯＣＶＤプロセスで占められてお
り、製造コストの低減には、ＭＯＣＶＤプロセスの回数
を低減することが特に重要である。

【０００３】一般的な従来の半導体レーザ装置の一例と
して、埋め込みリッジ型ストライプ構造の一例の断面図
を図７（ハッチングは省略する）に示す。図７の半導体
レーザ装置を製造する場合には、まず、第１の導電型の
基板７０１上に、バッファ層７０２、第１の導電型のク
ラッド層７０３、ガイド層７０４、活性層７０５、ガイ
ド層７０６、第２の導電型のクラッド層７０７、ヘテロ
バッファ層７０８、およびキャップ層７０９をＭＯＣＶ
Ｄ法を用いてエピタキシャル成長させる。次に、クラッ
ド層７０７をエッチングすることによってリッジを形成
し、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第１の導電型の電流ブロッ
ク層７１０と第２の導電型のコンタクト層７１１を成長
させる。最後に、電極７１２および７１３を形成する。
この構造の半導体レーザを製造する際には、ＭＯＣＶＤ
プロセスを３回用いるため、コストの低減が困難であ
る。

【０００４】次に、一般的なリッジ型酸化膜ストライプ
構造の半導体レーザ装置について、一例の断面図を図８
（ハッチングは省略する）に示す。この半導体レーザ装
置を製造する場合には、まず、第１の導電型の基板上８
０１に、バッファ層８０２、第１の導電型のクラッド層
８０３、ガイド層８０４、活性層８０５、ガイド層８０
６、第２の導電型のクラッド層８０７、ヘテロバッファ
層８０８、およびキャップ層８０９を、ＭＯＣＶＤ法を
用いてエピタキシャル成長させる。次に、クラッド層８
０７をエッチングすることによってリッジを形成し、そ
の両サイドに酸化シリコンからなる電流ブロック層８１
０を設ける。最後に、電極８１２および８１３を形成す
る。このように、リッジ型酸化膜ストライプ構造は１回
のＭＯＣＶＤプロセスで形成できるため、さらなるコス
トの低減が可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リッジ
型酸化膜ストライプ構造では、電流ブロック層に熱伝導
率が低いＳｉＯ₂（熱伝導率が１．４（Ｗ／ｍ・Ｋ））
を用いている。これは、埋め込みリッジ型ストライプ構
造で電流ブロック層に一般的に用いられる材料であるＡ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓまたは（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ（熱伝導率がそれぞれ１１．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、６．
７（Ｗ／ｍ・Ｋ））と比較すると熱伝導率がかなり低
い。このため、クラッド層と活性層との間で発生する熱
をヒートシンクである電極８１３へ効率よく逃がすこと
ができない。半導体レーザ素子の放熱性が低いと、高温
での信頼性が著しく低下する。

【０００６】上記問題を解決するため、本発明は、シリ
コン酸化膜などの誘電体からなる電流ブロック層を備
え、信頼性が高い半導体レーザ装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するため、本発
明の半導体レーザ装置は、活性層と、前記活性層を挟む
ように配置された第１の導電型の第１のクラッド層およ
び第２の導電型の第２のクラッド層と、前記第２のクラ
ッド層に対して前記活性層とは反対側に配置された電流
ブロック層とを備える半導体レーザ装置であって、前記
電流ブロック層が、前記第２のクラッド層よりも屈折率
が小さい誘電体からなり、前記活性層に平行な面に対す
る前記電流ブロック層の投影面積が前記活性層に平行な
面に対する装置の投影面積に占める割合が５０％以下で
あることを特徴とする。この半導体レーザ装置では、ク
ラッド層と活性層との間で発生した熱が速やかに放熱さ
れるため、信頼性が高い半導体レーザ装置が得られる。
なお、この明細書において、第１の導電型および第２の
導電型は、それぞれ異なる導電型を意味する。具体的に
は、第１の導電型／第２の導電型の組み合わせとして、
ｐ型／ｎ型またはｎ型／ｐ型が挙げられる。

【０００８】上記本発明の半導体レーザ装置では、前記
電流ブロック層が、ＳｉＯ₂またはＳｉＮからなるもの
でもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１０】本発明の半導体レーザ装置は、活性層と、
前記活性層を挟むように配置された第１の導電型の第１
のクラッド層および第２の導電型の第２のクラッド層
と、第２のクラッド層に対して活性層とは反対側に配置
された電流ブロック層とを備える。なお、第１のクラッ
ド層と活性層との間、および第２のクラッド層と活性層
との間には、ガイド層などが配置されていてもよい。

【００１１】上記電流ブロック層は、第２のクラッド層
よりも屈折率が小さい誘電体からなる。これによって、
レーザの横モードの制御を行うことができる。

【００１２】本発明の半導体レーザ装置では、活性層に
平行な面に対する電流ブロック層の投影面積が活性層に
平行な面に対する装置の投影面積に占める割合が、５０
％以下（好ましくは、４０％以下）である。

【００１３】上記電流ブロック層は、誘電体からなり、
たとえばＳｉＯ₂やＳｉＮからなる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。この実施例ではＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ
装置について説明する。なお、本発明はこの実施例で説
明する半導体レーザ装置に限定されず、他の半導体レー
ザ装置、たとえばＡｌＧａＡｓ系赤外レーザやＡｌＧａ
Ｎ系青色レーザにも適用できる。

【００１５】本実施例のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レー
ザ装置１００について、断面図を図１に示す（一部のハ
ッチングを省略する。以下の図面においても同様であ
る。）。図１を参照して、半導体レーザ装置１００は、
Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１と、基板
１０１上に順に積層されたＳｉドープのｎ型ＧａＡｓか
らなるバッファ層１０２（Ｓｉ濃度：ｎ＝２×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、膜厚：ｔ＝０．５μｍ）、Ｓｉドープのｎ型（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる第１のクラッド層
１０３（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3、ｔ＝１．５μｍ）、ノ
ンドープの（Ａｌ _0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる光
ガイド層１０４（ｔ＝２５ｎｍ）、活性層１０５、ノン
ドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる光ガイ
ド層１０６（ｔ＝２５ｎｍ）、Ｚｎドープのｐ型（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる第２のクラッド層１
０７（Ｚｎ濃度：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3、ｔ＝０．９μ
ｍ）、Ｚｎドープのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなるバッ
ファ層１０８（ｐ＝１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3、ｔ＝５０ｎ
ｍ）、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層１
０９（ｐ＝１×１０¹⁹ｃｍ^-3、ｔ＝２００ｎｍ）、およ
び、酸化シリコンからなる電流ブロック層１１１（ｔ＝
３００ｎｍ）を備える。積層された各層の一部、具体的
には電流ブロック層１１１の外側の領域には、高抵抗領
域１１０（図１中ハッチングで示す）が形成されてい
る。活性層１０５は、ノンドープの（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウェル（ｔ＝５ｎｍ、：３層）と、ノンド
ープＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウェル（ｔ＝６ｎｍ：４層）とが
交互に積層された多重量子井戸構造を有する。半導体レ
ーザ装置１００は、さらに、基板１０１の裏面側に形成
されたｎ側電極１１２と、キャップ層１０９、高抵抗領
域１１０および電流ブロック層１１１を覆うように形成
されたｐ側電極１１３とを備える。このように、半導体
レーザ装置１００は、リッジ型酸化膜ストライプ構造を
有する。

【００１６】以上説明したように、半導体レーザ装置１
００は、活性層１０５と、活性層１０５を挟むように配
置された第１の導電型（本実施例ではｎ型）の第１のク
ラッド層１０３および第２の導電型（本実施例ではｐ
型）の第２のクラッド層１０７と、第２のクラッド層１
０７に対して活性層１０５とは反対側に配置された電流
ブロック層１１１とを備える。そして、電流ブロック層
１１１の屈折率は、第２のクラッド層１０７の屈折率よ
りも小さい。

【００１７】以下に、半導体レーザ装置１００の製造方
法について一例を説明する。半導体レーザ装置１００の
製造工程を図２および図３に示す。以下の製造工程で
は、ＭＯＣＶＤ法を用いて結晶成長を行うことができ
る。また、ＭＯＣＶＤ法において、ＡｌＧａＩｎＰ、Ａ
ｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓを結晶成長させる際に
は、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジ
ウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ₃）、アルシン
（ＡｓＨ₃）を用いた。ｐ型またはｎ型のドーピングを
行う際には、それぞれ、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、シ
ラン（ＳｉＨ₄）を用いることができる。基板を加熱す
るための熱源としては、抵抗加熱式ヒータを用いること
ができる。結晶成長温度はたとえば６６０℃であり、成
長雰囲気の圧力はたとえば４６５５Ｐａ（３５Ｔｏｒ
ｒ）である。また、結晶成長速度はたとえば２μｍ／ｈ
である。

【００１８】まず、基板１０１をＭＯＣＶＤ反応炉に設
置し、バッファ層１０２、第１のクラッド層１０３、光
ガイド層１０４、活性層１０５、光ガイド層１０６、第
２のクラッド層１０７、バッファ層１０８、およびキャ
ップ層１０９を、基板１０１上に順次結晶成長させる
（図２（ａ）参照）。

【００１９】次に、基板をＭＯＣＶＤ反応炉から取り出
した後、大気圧熱ＣＶＤ法（基板温度：３７０℃）を用
いて酸化シリコン膜を０．３μｍ堆積させる。次に、こ
の酸化シリコン膜の一部をフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術によって除去し、幅２μｍのストライ
プ状の酸化シリコン膜２０１を形成する（図２（ａ）参
照）。

【００２０】次に、酸化シリコン膜２０１をマスクとし
て、硫酸系エッチャントを用いてキャップ層１０９を選
択的にエッチングし、塩酸系エッチャントを用いてバッ
ファ層１０８を選択的にエッチングし、硫酸系または塩
酸系エッチング液を用いて第２のクラッド層１０７を選
択的にエッチングする。このようにして、図２（ｂ）に
示すようなメサ構造を形成する。

【００２１】次に、酸化シリコン膜２０１を弗酸系エッ
チャントを用いて全面除去し、その後、図３（ｃ）に示
すように、ストライプ状のキャップ層１０９を中心に両
側１０μｍをレジスト膜２０２で被覆する。その後、レ
ジスト膜２０２が形成されていない部分をイオン注入な
どによって高抵抗化し、図３（ｃ）に示すように高抵抗
領域１１０（図３中ハッチングで示す）を形成する。

【００２２】次に、レジスト膜２０２を除去したのち、
大気圧熱ＣＶＤ法を用いて酸化シリコンからなる電流ブ
ロック層１１１（ｔ＝３００ｎｍ）を堆積させる。その
後、フォトリソグラフィーとウエットエッチング技術に
よって、電流ブロック層１１１のうち、キャップ層１０
９の上部および高抵抗領域１１０の上部（ストライプ状
のキャップ層１０９を中心に両側１５μｍよりも外側）
に位置する部分を除去する。最後に、基板１０１の裏面
にＡｕとＧｅとＮｉとからなるｎ側電極１１２を形成
し、キャップ層１０９と高抵抗領域１１０と電流ブロッ
ク層１１１とを覆うようにＣｒ／Ａｕ／Ｐｔからなるｐ
側電極１１３を形成する。このようにして、図３（ｄ）
に示すように、半導体レーザ装置１００を形成できる。

【００２３】以下に、本発明の半導体レーザ装置におい
て、活性層に平行な面に対する装置の投影面積に占め
る、活性層に平行な面に対する電流ブロック層の投影面
積の割合について説明する。

【００２４】半導体レーザ装置の信頼性を向上させるた
めには、クラッド層と活性層との間の発熱を効率よくヒ
ートシンクであるｐ側電極１１３に逃がすことが必要で
ある。本発明では、熱伝導率が低い電流ブロック層１１
１の装置全体に占める面積を低減することで放熱性を高
めている。ストライプ近傍の電流ブロック層１１１は、
レーザの横モードの安定化と電流ブロックとを行ってい
るために除去することはできない。しかし、それ以外の
領域については、電流ブロック層１１１以外の部分で電
流をブロックできれば、電流ブロック層１１１を除去す
ることが可能である。たとえば、ストライプから離れた
部分の電流ブロック層１１１を除去し、図１に示すよう
に高抵抗領域１１０をイオン注入などによって作製すれ
ばよい。この構造によって、電流ブロック層１１１が除
去された領域（高抵抗領域１１０の上方）では、熱伝導
率が低い電流ブロック層１１１を介さずにヒートシンク
（ｐ側電極１１３）に熱を逃がすことができる。

【００２５】活性層に平行な面に対する電流ブロック層
の投影面積が、活性層に平行な面に対する装置の投影面
積に占める割合（以下、「装置全体に占める電流ブロッ
ク層の割合」という場合がある）について図４を参照し
て説明する。図４は、ｐ側電極１１３を形成する前の半
導体レーザ装置１００の上面図である。

【００２６】図４に示す形状であれば、（活性層に平行
な面に対する電流ブロック層の投影面積が、活性層に平
行な面に対する装置の投影面積に占める割合）（％）＝
（電流ブロック層１１１の幅）／（半導体レーザ装置の
横幅）×１００となる。

【００２７】装置全体に占める電流ブロック層の割合
と、半導体レーザ装置の熱抵抗との関係を、図５に示
す。図５の縦軸は、埋め込み型半導体レーザ装置の熱抵
抗を１としたときの比を示している。また、横軸は、装
置全体に占める電流ブロック層の割合を示す。図５に示
すように、装置全体に占める電流ブロック層の割合が小
さいほど、半導体レーザ装置の熱抵抗が小さくなった。

【００２８】また、装置全体に占める電流ブロック層の
割合と、半導体レーザ装置の寿命との関係を図６に示
す。図６の縦軸は、半導体レーザ装置の寿命を示す。ま
た、横軸は、装置全体に占める電流ブロック層の割合を
示す。寿命は、雰囲気温度７０℃、一定光出力７ｍＷの
条件で装置を駆動し、動作電流が初期値の±２０％変化
するまでの時間である。図６から、装置全体に占める電
流ブロック層の割合を５０％以下とすることによって、
寿命が１００００時間に達する信頼性の高い半導体レー
ザ装置が得られることがわかる。これは、半導体レーザ
装置の熱抵抗が小さいためである。

【００２９】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体レーザ装置は、熱伝導率が低い電流ブロック層が装置
全体に占める割合が５０％以下であるため、放熱性が高
い。このため、活性層近傍の温度が低下し、信頼性の高
いリッジ型誘電体膜ストライプ構造の半導体レーザ装置
が得られる。また、この半導体レーザ装置は、製造が容
易で歩留まりよく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ装置について一例を模
式的に示す断面図である。

【図２】本発明の半導体レーザ装置の製造方法につい
て一例を示す工程断面図である。

【図３】図２の続きを示す工程断面図である。

【図４】ｐ側電極を形成する前の半導体レーザ装置の
上面図である。

【図５】装置全体に占める電流ブロック層の割合と、
半導体レーザ装置の熱抵抗との関係を示すグラフであ
る。

【図６】装置全体に占める電流ブロック層の割合と、
半導体レーザ装置の寿命との関係を示すグラフである。

【図７】従来の半導体装置について一例を模式的に示
す断面図である。

【図８】従来の半導体装置について他の一例を模式的
に示す断面図である。

【符号の説明】１００半導体レーザ装置１０１基板１０２バッファ層１０３第１のクラッド層１０４、１０６光ガイド層１０５活性層１０７第２のクラッド層１０８バッファ層１０９キャップ層１１０高抵抗領域１１１電流ブロック層１１２ｎ側電極１１３ｐ側電極２０１酸化シリコン膜２０２レジスト膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河田敏也大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者牧田幸治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者高森晃大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA74 BA06 CA17 CB02 CB06 CB10 DA05 DA22 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層と、前記活性層を挟むように配置
された第１の導電型の第１のクラッド層および第２の導
電型の第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層に対
して前記活性層とは反対側に配置された電流ブロック層
とを備える半導体レーザ装置であって、前記電流ブロック層が、前記第２のクラッド層よりも屈
折率が小さい誘電体からなり、前記活性層に平行な面に対する前記電流ブロック層の投
影面積が前記活性層に平行な面に対する装置の投影面積
に占める割合が５０％以下であることを特徴とする半導
体レーザ装置。
【請求項２】前記電流ブロック層が、ＳｉＯ₂または
ＳｉＮからなる請求項１に記載の半導体レーザ装置。