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JP2828235B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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Publication number
JP2828235B2
JP2828235B2 JP4064183A JP6418392A JP2828235B2 JP 2828235 B2 JP2828235 B2 JP 2828235B2 JP 4064183 A JP4064183 A JP 4064183A JP 6418392 A JP6418392 A JP 6418392A JP 2828235 B2 JP2828235 B2 JP 2828235B2
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JP
Japan
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layer
laser device
face
semiconductor laser
light emitting
Prior art date
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JP4064183A
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Japanese (ja)
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JPH05267776A (en
Inventor
和明 佐々木
晃広 松本
正樹 近藤
忠士 竹岡
昌規 渡辺
修 山本
弘志 中津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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Publication of JPH05267776A publication Critical patent/JPH05267776A/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/164Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はAlGaAs系の端面出
射型の高出力半導体レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an edge emitting type high power semiconductor laser device of the AlGaAs type.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ディスク装置などの光源として、Al
GaAs系の半導体レーザ装置が幅広く用いられてきて
いる。半導体レーザ装置を書き込み可能な追記型光ディ
スク装置の光源として用いる場合には、50mW以上の高
い光出力状態においても高い信頼性を有することが要求
される。またYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レー
ザ装置の励起用光源や、高精細プリンター用の光源とし
て使用されるような場合は、100mW以上の高出力が要
求される。
2. Description of the Related Art Al is used as a light source for an optical disk device or the like.
GaAs-based semiconductor laser devices have been widely used. When a semiconductor laser device is used as a light source of a writable write-once optical disc device, it is required to have high reliability even in a high light output state of 50 mW or more. When used as an excitation light source for a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser device or a light source for a high-definition printer, a high output of 100 mW or more is required.

【0003】半導体レーザ装置の高出力化を図る実用的
な方法として、光出射端面に反射率が10%になるよう
な、例えばAl23などからなる低反射率保護膜を、光
出射側と逆側の端面には反射率が90%となるような、
例えばAl23層とSi層との多層膜からなる高反射率
保護膜を形成して外部量子効率を上げる方法がある。本
方法で横モード制御された780nm帯の半導体レーザ装
置で100mW以上の高出力特性が確認されている。
[0003] As a practical way to achieve higher output of the semiconductor laser device, such as reflectivity to the light emitting end surface is 10%, the low reflectance protective film, for example made of Al 2 0 3, the light emitting side The end face on the opposite side has a reflectance of 90%.
For example, there is a method of increasing the external quantum efficiency by forming a high reflectance protective film composed of a multilayer film of an Al 2 O 3 layer and a Si layer. High output characteristics of 100 mW or more have been confirmed in a 780 nm band semiconductor laser device controlled in the transverse mode by this method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、単に低反射
率保護膜及び高反射率保護膜を端面に形成しただけの半
導体レーザ装置では、長期にわたっての高出力特性の信
頼性に問題があった。その主たる原因は端面劣化であ
る。これは光出射端面では光密度が高いので、局部的に
発熱を生じることに起因している。この発熱は光出射端
面に存在する表面準位に、キャリアとしての電子あるい
は正孔が捕捉され、非発光過程を経てエネルギーが解放
されるときに生じる。特に高出力でレーザ発振させてい
る場合には、発熱量が大きくなって光出射端面の温度が
上昇し、ひいては結晶の融点にまで至り端面破壊(CO
D)が生じる。
However, in a semiconductor laser device in which a low-reflectance protective film and a high-reflectance protective film are simply formed on an end face, there is a problem in reliability of high-output characteristics for a long period of time. The main cause is end face deterioration. This is because the light emission end face has a high light density and generates heat locally. This heat is generated when electrons or holes as carriers are trapped in the surface states existing on the light emitting end face, and energy is released through a non-light emitting process. In particular, when the laser is oscillated at a high output, the calorific value increases and the temperature of the light emitting end surface rises, eventually reaching the melting point of the crystal, and the end surface is destroyed (CO 2).
D) occurs.

【0005】このような光出射端面の発熱に起因する端
面劣化を防止するために光出射端面にS(硫黄)を含む
膜を形成する方法が提案されている(たとえば、Extend
edAbstracts of the 21st Conference on Solid State
Devices and Materials,Tokyo,(1989) p337〜340 参
照)。この方法により、半導体レーザ素子の最大光出力
は通常の2倍に相当する200mW以上まで向上する。こ
れはS原子層あるいはS分子層が半導体レーザの光出射
端面に存在する未結合手を終端し、光出射端面を不活性
化するためである。言い換えれば、半導体レーザの光出
射特性の向上の妨げとなっていた上記の表面準位密度を
著しく低減させ得るからである。
A method of forming a film containing S (sulfur) on the light emitting end face has been proposed in order to prevent such end face deterioration due to heat generation at the light emitting end face (for example, Extend).
edAbstracts of the 21st Conference on Solid State
Devices and Materials, Tokyo, (1989) p337-340). According to this method, the maximum light output of the semiconductor laser device is improved to 200 mW or more, which is twice the normal value. This is because the S atomic layer or the S molecular layer terminates dangling bonds existing on the light emitting end face of the semiconductor laser and inactivates the light emitting end face. In other words, the above surface state density, which has hindered the improvement of the light emission characteristics of the semiconductor laser, can be significantly reduced.

【0006】しかしながら、上記のSを含む膜を光出射
端面に形成する提案された方法によっても半導体レーザ
装置の長期にわたる信頼性には問題が残っていた。なぜ
ならば、光出射端面の未結合手とSとの結び付きは弱
く、長期にわたる高出力状態での駆動の結果、Sの代わ
りに表面準位の原因になるO(酸素)が光出射端面の未
結合手と結び付いて酸化膜が形成されてしまうからであ
る。
However, even with the proposed method of forming the S-containing film on the light emitting end face, a problem remains in the long-term reliability of the semiconductor laser device. This is because the bond between the dangling bond on the light emitting end face and S is weak, and O (oxygen) which causes a surface level instead of S as a result of driving in a high output state for a long period of time is not connected to the light emitting end face. This is because an oxide film is formed in association with a bond.

【0007】ところで、GaAsを対象としたものであ
るが、その表面状態を改善すべく、GaAsの表面にG
aAsより格子定数の大きいInP層を数原子層形成す
る方法が知られている(Extended Abstractsof the 23r
d Conference on Solid State Devices and Materials,
Yokohama (1991) pp683〜685 参照)。これはGaAs
の表面の表面準位形成の原因となる酸化膜を取り除き、
GaAs表面に一種の窓層を形成するものである。この
InP層が窓層となるのは、InP層がレーザ素子のG
aAsから圧縮応力を受けることで起こる歪みの影響で
InP層のバンドギャップが著しく増大するからであ
る。
[0007] By the way, GaAs is targeted, but in order to improve the surface condition, G is applied to the surface of GaAs.
A method of forming a few atomic layer of an InP layer having a larger lattice constant than aAs is known (Extended Abstracts of the 23r).
d Conference on Solid State Devices and Materials,
Yokohama (1991) pp.683-685). This is GaAs
Remove the oxide film that causes the formation of surface levels on the surface of
A kind of window layer is formed on the GaAs surface. The InP layer serves as the window layer because the InP layer serves as the G layer of the laser element.
This is because the band gap of the InP layer is significantly increased due to the strain caused by receiving compressive stress from aAs.

【0008】しかしながら、光素子の端面、中でもAl
GaAs系半導体レーザ装置の端面については、上述の
ような表面への超薄膜形成による改良がこれまで試みら
れていなかった。これはAlが非常に活性な物質であ
り、しかもその酸化膜が安定であって、上記のような方
法では表面準位の少ない良好なAlGaAs表面を形成
することができないと考えられていたからである。
However, the end face of the optical element, in particular, Al
As for the end face of the GaAs-based semiconductor laser device, no improvement has been attempted so far by forming an ultra-thin film on the surface as described above. This is because Al is a very active substance, and its oxide film is stable, and it has been considered that the above method cannot form a good AlGaAs surface having a small surface level.

【0009】本発明の目的は、光出射端面における酸化
物に起因する表面準位を抑制することができ、高出力状
態においても端面破壊の生じにくいAlGaAs系半導
体レーザ装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an AlGaAs-based semiconductor laser device which can suppress a surface level caused by an oxide on a light emitting end face and hardly cause end face destruction even in a high output state.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、複数層を積層してなるレーザ素子の1つの層がA
lGaAs活性層からなる半導体レーザ装置において、
該レーザ素子の光出射端面にInP又はIn x Ga 1-x
(x>0.5)を含む材料からなる層が形成されてお
り、そのことにより上記目的が達成される。
According to a semiconductor laser device of the present invention, one layer of a laser element having a plurality of stacked layers is A
In a semiconductor laser device comprising an lGaAs active layer,
InP or In x Ga 1-x P is formed on the light emitting end face of the laser element.
(X> 0.5).
Thus, the above object is achieved.

【0011】また、本発明の半導体レーザ装置は、複数
層を積層してなる化合物半導体レーザ装置であって、A
lGaAsからなる活性層と、光出射端面近傍に形成さ
れ、InP若しくはInGaPを主成分とする材料、又
はInP若しくはInGaPからなる光出射端面保護膜
と、該光出射端面保護膜と光出射端面との間に形成さ
れ、Al混晶比を該活性層よりも大きくしたAlGaA
s窓層とを備えており、そのことにより上記目的が達成
される。
The semiconductor laser device of the present invention has a plurality of
A compound semiconductor laser device comprising a stack of layers, wherein A
An active layer made of lGaAs and a light emitting end face
Material containing InP or InGaP as a main component,
Is a light emitting end face protective film made of InP or InGaP.
Formed between the light emitting end face protective film and the light emitting end face.
AlGaAs having an Al mixed crystal ratio larger than that of the active layer.
s window layer to achieve the above object
Is done.

【0012】前記光出射端面保護膜は、In Ga
1−x Pを含む材料で形成され、In組成比は0.49
よりも大きくてなってもよい。
The light emitting end face protective film is made of In x Ga.
It is formed of a material containing 1- xP and has an In composition ratio of 0.49.
It may be larger than that .

【0013】前記光出射端面上に形成した層の厚さは、
該層に転位が生じる臨界層厚よりも薄くしてもよい。
The thickness of the layer formed on the light emitting end face is:
The thickness of the layer may be smaller than the critical layer thickness at which dislocation occurs.

【0014】[0014]

【作用】本発明の半導体レーザ装置は、その光出射端面
上にInP又はInGaPを含む材料からなる層が形成
されている。この光出射端面上に形成した層の表面にも
わずかに表面準位が形成されるものの、光出射端面上に
形成した層の格子定数がAlGaAs活性層より大きい
ため、圧縮応力を受けると、InP又はInGaP中間
層のバンドギャップが著しく大きくなる。よって、その
表面準位に捕捉されたキャリアは、AlGaAs活性層
の伝導帯あるいは価電子帯へトンネリング(共鳴)効果
で再注入されて発光に使われるので、表面での発熱には
つながらない。つまり、光出射端面上に形成した層は一
種の窓層として作用する。
According to the semiconductor laser device of the present invention, a layer made of a material containing InP or InGaP is formed on the light emitting end face. Although a slight surface level is also formed on the surface of the layer formed on the light emitting end face, the lattice constant of the layer formed on the light emitting end face is larger than that of the AlGaAs active layer. Alternatively, the band gap of the InGaP intermediate layer becomes extremely large. Therefore, the carriers trapped in the surface level are re-injected into the conduction band or valence band of the AlGaAs active layer by a tunneling (resonance) effect and used for light emission, and do not generate heat on the surface. That is, the layer formed on the light emitting end face acts as a kind of window layer.

【0015】前記光出射端面と前記光出射端面上に形成
した層との間に、Al混晶比が前記AlGaAs活性層
よりも高いAlGaAsからなる窓層を形成した場合
は、より効果的である。
It is more effective when a window layer made of AlGaAs having an Al mixed crystal ratio higher than that of the AlGaAs active layer is formed between the light emitting end face and the layer formed on the light emitting end face. .

【0016】前記光出射端面上に形成した層の格子定数
をAlGaAs活性層より大きくするためには、光出射
端面上に形成した層をInPを含む材料で形成する場合
は問題はないが、InGaPを含む材料で形成する場合
は、そのInGaPにおけるInの構成比率をIII族元
素であるInとGaとの全体に対して49%よりも大き
くすればよい。
In order to make the lattice constant of the layer formed on the light emitting end face larger than that of the AlGaAs active layer, there is no problem when the layer formed on the light emitting end face is formed of a material containing InP. In the case where the InGaP is formed of a material containing In, the composition ratio of In in InGaP may be set to be greater than 49% with respect to the whole of the group III elements In and Ga.

【0017】また、前記光出射端面上に形成した層はA
lGaAs系に対して格子不整合系ではあるものの、転
位が生じる臨界層厚よりも薄く形成すると、結晶性に影
響を及ぼさないようにできる。
The layer formed on the light emitting end face is A
Although it is a lattice mismatching system with respect to the lGaAs system, if it is formed thinner than the critical layer thickness at which dislocations occur, it is possible to prevent the crystallinity from being affected.

【0018】[0018]

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0019】本発明を適用する母体としてのAlGaA
s系半導体レーザ素子の基本的な構造については、従来
から用いられているいかなる公知の端面出射型のもので
も良いが、ここではVSIS( V-channeled substrate
inner stripe )レーザ(たとえばApplied Physics Le
tters vol.40 (1982) 372 参照)を例に挙げて説明す
る。
AlGaAs as a matrix to which the present invention is applied
The basic structure of the s-based semiconductor laser device may be any known end-face emission type device conventionally used, but here, a VSIS (V-channeled substrate) is used.
inner stripe) laser (eg Applied Physics Le
tters vol.40 (1982) 372).

【0020】《第1実施例》第1実施例にかかる半導体
レーザ装置の端面近傍を示す斜視図を図1に示す。本発
明を適用する母体としてのVSISレーザは、p-Ga
As基板11上にn-GaAs電流狭窄層21、p-Al
0.45Ga0.55Asクラッド層12、p-Al0. 15Ga
0.85As活性層13、n-Al0.45Ga0.55Asクラッ
ド層14、n-GaAsキャップ層15をこの順に積層
したもので、その上下に更に電極31、32も形成され
ている。このうちnーGaAs電流狭窄層21は電流通
路、並びに光導波路を形成するため、V状の溝が形成さ
れている。本レーザ素子は780nm帯のものであり、2
回のLPE(Liquid Phase Epitaxy)成長で作製され
る。
<< First Embodiment >> FIG. 1 is a perspective view showing the vicinity of an end face of a semiconductor laser device according to a first embodiment. The VSIS laser as a base to which the present invention is applied is p-Ga
An n-GaAs current confinement layer 21 and a p-Al
0.45 Ga 0.55 As clad layer 12, p-Al 0. 15 Ga
A 0.85 As active layer 13, an n-Al 0.45 Ga 0.55 As clad layer 14, and an n-GaAs cap layer 15 are laminated in this order, and electrodes 31 and 32 are further formed on the upper and lower sides thereof. The n-GaAs current confinement layer 21 has a V-shaped groove for forming a current path and an optical waveguide. This laser device is of the 780 nm band,
It is manufactured by LPE (Liquid Phase Epitaxy) growth.

【0021】かかるレーザ素子の光出射端面にInPか
らなる層51が厚み15オングストロームで形成され、
その上にAl23からなる低反射保護膜61が作成され
ている。以下層51を中間層という。光出射側と反対側
の端面上には高反射保護膜が形成されている。中間層5
1は半導体レーザ装置の光出射端面を劈開により形成し
た後、TMI(トリメチルインジウム)とPH3(フォ
スフィン)を用いてMOCVD(Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition)法で形成した。また保護膜61
は電子ビーム蒸着法で作成した。
A layer 51 made of InP is formed at a thickness of 15 Å on the light emitting end face of the laser element,
A low reflection protective film 61 made of Al 2 O 3 is formed thereon. Hereinafter, the layer 51 is referred to as an intermediate layer. A high-reflection protective film is formed on the end face opposite to the light exit side. Middle layer 5
Reference numeral 1 denotes a method in which a light emitting end face of a semiconductor laser device is formed by cleavage and then MOCVD (Metal Organic Chemic) is performed using TMI (trimethyl indium) and PH 3 (phosphine).
al Vapor Deposition) method. Also, the protective film 61
Was prepared by an electron beam evaporation method.

【0022】図2に上記半導体レーザ装置の電流対光出
力特性を曲線Aで示すと共に、比較のため、劈開後の端
面に直接保護膜を形成した従来と同様の構成を有する半
導体レーザ装置の特性を曲線Bで示した。この図より理
解されるように、従来例では約120mWの光出力におい
て端面破壊によりレーザ素子の劣化が生じているのに対
して、本実施例では最大約250mWの光出力が得られ、
しかもその時点で端面破壊が生じていない。
FIG. 2 shows the current vs. light output characteristics of the above-mentioned semiconductor laser device by a curve A. For comparison, the characteristics of a semiconductor laser device having the same configuration as the conventional one in which a protective film is directly formed on the end face after cleavage is shown. Is shown by curve B. As can be understood from this figure, in the conventional example, the laser element is deteriorated due to the end face destruction at an optical output of about 120 mW, whereas in the present embodiment, the optical output of a maximum of about 250 mW is obtained.
Moreover, no end face breakage has occurred at that time.

【0023】上述のように本実施例が高い光出力を得ら
れた理由を解明すべく試験を行った。Al0.15Ga0.85
As単層をGaAs基板上に成長させただけの試料と、
同様の試料の表面にInP層を15オングストローム形
成した別の試料とを作製し、これらをフォトルミネッセ
ンス法で評価した結果、後者は前者より50倍大きな強
度が得られた。このことより、本実施例では酸化膜に起
因する表面準位の低減が図られたことが解る。
As described above, a test was conducted to elucidate the reason why the present embodiment could obtain a high light output. Al 0.15 Ga 0.85
A sample in which an As single layer was grown on a GaAs substrate,
Another sample in which an InP layer was formed on the surface of the same sample by 15 angstrom was prepared and evaluated by the photoluminescence method. As a result, the latter obtained a strength 50 times larger than the former. From this, it is understood that in this embodiment, the surface level caused by the oxide film was reduced.

【0024】InP層が形成されたAl0.15Ga0.85
s活性層における表面改善効果は、図3に示した端面近
傍のエネルギー状態図を用いて次のように説明できる。
図3(a)、(b)はそれぞれInP層を形成した場合
としない場合の状態図である。InP層を形成しない場
合、Al0.15Ga0.85AsはAlを含んでいるために表
面に多くの準位ができてしまい、図3(b)に示すよう
にその準位にAlGaAs活性層から溢れ捕捉されたキ
ャリアが非発光再結合し、発熱が生じてしまう。一方、
InP層を形成した場合、図3(a)に示すようにAl
0.15Ga0.85As活性層の表面はInP層との界面とな
り、Al0.15Ga0.85AsとInPの強固な結合ができ
ているため、表面準位は殆ど生じない。このとき、In
P層は圧縮応力を受けると、バンドギャップエネルギー
が著しく大きくなり、図示のような状態となる。この場
合、InP層の表面にわずかに表面準位が残るが、In
P層がAlを含まないので表面準位の密度はきわめて小
さく、この準位にキャリアが捕捉されても、InP層が
薄いこともあってキャリアはAl0.15Ga0.85As半導
体層内にトンネリング(共鳴)効果で再注入され、発光
過程に使われて発熱には寄与しない。したがって、一種
の窓効果が生じて出力特性が向上する。
Al 0.15 Ga 0.85 A on which an InP layer is formed
The effect of improving the surface of the s active layer can be explained as follows using the energy phase diagram near the end face shown in FIG.
FIGS. 3A and 3B are state diagrams respectively showing a case where an InP layer is formed and a case where an InP layer is not formed. If you do not form an InP layer, Al 0.15 Ga 0.85 As is will be able many levels on the surface because it contains Al, capture overflow the AlGaAs active layer to the level as shown in FIG. 3 (b) The generated carriers are non-radiatively recombined to generate heat. on the other hand,
When an InP layer is formed, as shown in FIG.
The surface of the active layer of 0.15 Ga 0.85 As becomes an interface with the InP layer, and a strong bond between Al 0.15 Ga 0.85 As and InP is formed, so that a surface level hardly occurs. At this time, In
When the P layer receives a compressive stress, the band gap energy is significantly increased, and the P layer is in a state as illustrated. In this case, although the surface level slightly remains on the surface of the InP layer,
Since the P layer does not contain Al, the density of surface levels is extremely low. Even if carriers are trapped in this level, the carriers are tunneled into the Al 0.15 Ga 0.85 As semiconductor layer due to the thin InP layer. ) Is re-injected by the effect and used in the light emission process and does not contribute to heat generation Therefore, a kind of window effect is generated, and the output characteristics are improved.

【0025】ところで、GaAsを活性層とする半導体
レーザ装置について同様の評価を行った結果、InP層
形成によるフォトルミネッセンス強度の改善は10倍程
度であり、AlGaAsを活性層とする本発明の半導体
レーザ装置の場合の方が表面状態の改善度が大きいこと
がわかった。従って、上記したようなAlGaAs半導
体層の表面状態の大きな改善効果は、従来考えられてい
るのとは逆にAlが存在することに起因するものと推測
される。
By the way, the same evaluation was performed on a semiconductor laser device using GaAs as an active layer. As a result, the improvement in photoluminescence intensity by forming an InP layer was about 10 times, and the semiconductor laser device of the present invention using AlGaAs as an active layer was used. It was found that the degree of improvement of the surface condition was larger in the case of the apparatus. Therefore, it is presumed that the above-mentioned large improvement effect of the surface state of the AlGaAs semiconductor layer is caused by the presence of Al, contrary to what has been conventionally considered.

【0026】このように、AlGaAs活性層の表面準
位を低減する効果は、先述したように従来の手法である
S原子膜、あるいは分子膜で表面の未結合手を終端し不
活性化することでも実現できる。実際、S膜で表面を被
覆した780nm帯VSISレーザにおいても220mW程
度の光出力が観測されている(Extended Abstractsof t
he 21st Conference on Solid State Devices and Mate
rials, Tokyo,(1989) p337〜340 参照)。しかし、In
P層を用いた場合はAlGaAsとの結合が、SとAl
GaAsとの結合に比べてはるかに強いため、長期にわ
たって表面状態を良好に保つことが出来る。それを証明
するために、InP層を表面に形成した780nm帯VS
ISレーザと、S膜を形成した同じレーザを50℃、5
0mWの条件で500時間駆動させた後、最大光出力を測
定した。前者の半導体レーザ装置では長時間駆動前と同
様に250mWまで光出力がみられたが、後者の半導体レ
ーザ装置では130mWと普通の半導体レーザ装置程度し
か観測されなかった。すなわち、InP層を形成する本
発明の方がはるかに耐久性に優れていることが証明され
た。
As described above, the effect of reducing the surface level of the AlGaAs active layer is, as described above, by terminating the dangling bonds on the surface with the S atomic film or the molecular film and inactivating them. But you can. In fact, an optical output of about 220 mW has been observed even in a 780 nm band VSIS laser whose surface is covered with an S film (Extended Abstractsoft).
he 21st Conference on Solid State Devices and Mate
rials, Tokyo, (1989) p337-340). However, In
When a P layer is used, the bond between AlGaAs and S
Since the bonding is much stronger than the bonding with GaAs, the surface state can be kept good for a long time. To prove this, a 780 nm band VS with an InP layer formed on the surface
IS laser and the same laser on which the S film is formed
After driving for 500 hours under the condition of 0 mW, the maximum light output was measured. In the former semiconductor laser device, light output was observed up to 250 mW as before the long-time driving, but in the latter semiconductor laser device, only 130 mW, which is about the ordinary semiconductor laser device, was observed. That is, it was proved that the present invention for forming the InP layer had much higher durability.

【0027】《第2実施例》本発明の第2の実施例は、
第1の実施例を示す図1のInPからなる中間層51を
20オングストロームの厚さのIn0.9Ga0.1Pからな
る中間層としたものである。この中間層の場合もAlG
aAs系に比べて格子定数が大きく、レーザ素子のAl
GaAsからなる半導体層から圧縮応力を受けると、バ
ンドギャップエネルギーが増大する。本構造を有する半
導体レーザ装置においても、第1の実施例と同様の理由
により最大260mWの光出力が得られ、通常の2倍の効
果が確認された。
<< Second Embodiment >> A second embodiment of the present invention comprises:
The intermediate layer 51 made of InP shown in FIG. 1 and showing the first embodiment is an intermediate layer made of In 0.9 Ga 0.1 P having a thickness of 20 Å. Also in the case of this intermediate layer, AlG
The lattice constant is larger than that of the aAs system,
When the semiconductor layer made of GaAs receives a compressive stress, the band gap energy increases. Also in the semiconductor laser device having this structure, an optical output of a maximum of 260 mW was obtained for the same reason as in the first embodiment, and an effect twice as large as that of the ordinary example was confirmed.

【0028】《第3実施例》本発明の第3の実施例を図
4に示す。本実施例の半導体レーザ装置は、母体として
のAlGaAs系VSISレーザを成長させた後、劈開
法又はエッチングで端面を形成し、その光出射端面にM
OCVD法で厚さ0.2μmのAl0.5Ga0 .5As窓層
52、厚さ10オングストロームのInPからなる中間
層51を連続して成長させ、更にその上にスパッタリン
グにより保護膜61を形成して作製した。
Third Embodiment FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the semiconductor laser device of this embodiment, after growing an AlGaAs-based VSIS laser as a base material, an end face is formed by a cleavage method or etching, and a light emitting end face is formed on the end face.
OCVD method in a thickness 0.2μm of Al 0.5 Ga 0 .5 As window layer 52, an intermediate layer 51 made of a thickness of 10 Å InP successively grown further by sputtering to form a protective film 61 is formed thereon Produced.

【0029】本半導体レーザ装置と、端面にAl0.5
0.5As窓層52と保護膜61のみを形成して、中間
層51を形成しない半導体レーザ装置とを比較した場
合、後者の最大光出力が340mWであったのに比べて、
前者では最大500mWの光出力が得られ、やはり大幅な
出力特性の改善がみられた。
The present semiconductor laser device and an Al 0.5 G
When a semiconductor laser device in which only the a 0.5 As window layer 52 and the protective film 61 are formed and the intermediate layer 51 is not formed is compared, the latter has a maximum optical output of 340 mW.
In the former, an optical output of 500 mW at the maximum was obtained, and the output characteristics were also greatly improved.

【0030】上記改善理由は、前同様にエネルギー状態
図を用いて以下のように説明することが出来る。図5
(a)は本実施例の半導体レーザ装置における表面近傍
のエネルギー状態を示し、同図(b)は中間層を省略し
た半導体レーザ装置について表したものである。中間層
を省略した半導体レーザ装置の場合、図5(b)に示す
ようにAl0.5Ga0.5As窓層52によって、端面近傍
での光吸収、並びにキャリアの拡散が防止されるもの
の、表面を流れる微小なリーク電流101がAl0. 5
0.5As窓層52の表面に形成された表面準位に捕捉
され、非発光過程を経てわずかにではあるが発熱につな
がってしまう。これに対し、本実施例の場合は、中間層
51の存在でAl0.5Ga0.5As窓層52の表面準位は
なくなっており、代わりに中間層51表面にわずかに表
面準位が形成されるだけである。この準位に捕捉された
微小リーク電流によるキャリアはトンネリング(共鳴)
効果でレーザ素子のAlGaAs活性層へ再注入されて
発光に使われるので、発熱につながることはない。従っ
て上述のような最大光出力の上昇といった効果が得られ
る。
The reason for the above improvement can be explained as follows using the energy phase diagram as before. FIG.
(A) shows the energy state near the surface in the semiconductor laser device of the present embodiment, and (b) shows the semiconductor laser device in which the intermediate layer is omitted. In the case of the semiconductor laser device in which the intermediate layer is omitted, as shown in FIG. 5B, the Al 0.5 Ga 0.5 As window layer 52 prevents light absorption near the end face and diffusion of carriers, but flows on the surface. small leakage current 101 Al 0. 5 G
It is trapped by the surface levels formed on the surface of the a 0.5 As window layer 52 and leads to a small amount of heat generation through a non-light emitting process. On the other hand, in the case of the present embodiment, the surface level of the Al 0.5 Ga 0.5 As window layer 52 disappears due to the presence of the intermediate layer 51, and a slight surface level is formed on the surface of the intermediate layer 51 instead. Only. Carriers caused by a small leak current trapped at this level are tunneled (resonant).
Since it is re-injected into the AlGaAs active layer of the laser element by the effect and used for light emission, it does not lead to heat generation. Therefore, the effect of increasing the maximum light output as described above can be obtained.

【0031】本実施例の半導体レーザ装置は長期的な信
頼性の点でも優れた特性が得られるすなわち、中間層を
形成せず、Al0.5Ga0.5As窓層だけを形成した半導
体レーザ装置が60℃、70mWの駆動条件下で1000
時間経過後、1%の故障率を示したのに対して、本実施
例の半導体レーザ装置の故障率は、同条件下で0.1%
であった。
The semiconductor laser device according to the present embodiment has excellent characteristics in terms of long-term reliability. That is, the semiconductor laser device in which the intermediate layer is not formed and only the Al 0.5 Ga 0.5 As window layer is formed is 60. 1000 ° C under driving conditions of 70 mW
After a lapse of time, the failure rate of 1% was shown, whereas the failure rate of the semiconductor laser device of this embodiment was 0.1% under the same conditions.
Met.

【0032】なお、上記の第1、2、3の実施例では、
AlGaAs系レーザ素子の光出射端面上に形成する中
間層はInP又はIn0.9Ga0.1Pで形成したが、中間
層の材料には、AlGaAs活性層より格子定数が大き
いもの、即ち、圧縮応力を受けてバンドギャップエネル
ギーがAlGaAs活性層より大きくなる材料であれば
よい。具体的には材料がInxGa1-xPの場合は、x>
0.49のものでよい。また中間層はInP又はInG
aPを主成分とし、それ以外の元素を若干含んでもよ
い。中間層の厚さについては、上記例では10〜20オ
ングストロームと非常に薄かったが、歪みのために中間
層の結晶に転位が発生せず表面準位を形成しない範囲の
厚さであればよい。また適用されるレーザ素子はVSI
Sレーザに限られるものではなく、いかなる構造のもの
であってもよい。
In the first, second, and third embodiments,
The intermediate layer formed on the light emitting end face of the AlGaAs laser device was formed of InP or In 0.9 Ga 0.1 P. However, the material of the intermediate layer has a lattice constant larger than that of the AlGaAs active layer, that is, receives a compressive stress. Any material can be used as long as the material has a band gap energy larger than that of the AlGaAs active layer. Specifically, when the material is In x Ga 1-x P, x>
It may be 0.49. The intermediate layer is made of InP or InG
It may contain aP as a main component and some other elements. In the above example, the thickness of the intermediate layer was as very small as 10 to 20 angstroms, but may be any thickness as long as no dislocations are generated in the crystal of the intermediate layer due to strain and no surface states are formed. . The applied laser element is VSI
The structure is not limited to the S laser, and may have any structure.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体レーザ装置は、その光出射端面上にInP又は
InGaPを含む材料からなる中間層が形成されいるの
で、発熱にはつながらないため光出射端面の破壊が起こ
りにくくなり、最大光出力を向上できる。更に窓層を設
けた場合には、より効果を増大できる。InGaPから
なる中間層の場合には、Inの構成比率をInとGaと
の全体に対して49%より大きくすると、中間層の格子
定数をAlGaAsからなる半導体層より大きくでき
る。中間層はAlGaAs系に対して格子不整合系では
あるものの、転位が生じる臨界層厚よりも薄く形成する
場合は、結晶性に悪影響が及ばないようにできる。
As is apparent from the above description, since the semiconductor laser device of the present invention has an intermediate layer made of a material containing InP or InGaP on its light emitting end face, it does not lead to heat generation, The output end face is less likely to be broken, and the maximum light output can be improved. When a window layer is further provided, the effect can be further increased. In the case of the intermediate layer made of InGaP, when the composition ratio of In is set to be greater than 49% of the total of In and Ga, the lattice constant of the intermediate layer can be made larger than that of the semiconductor layer made of AlGaAs. Although the intermediate layer is a lattice-mismatched system with respect to the AlGaAs system, when the intermediate layer is formed thinner than the critical layer thickness at which dislocations occur, the crystallinity can be prevented from being adversely affected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施例の半導体レーザ装置における端面
近傍を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the vicinity of an end face in a semiconductor laser device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例の半導体レーザ装置における電流
と光出力との間の関係を、従来例の関係と併せて示した
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a current and an optical output in the semiconductor laser device according to the first embodiment, together with a relationship in a conventional example.

【図3】(a)は第1の実施例の半導体レーザ装置の出
射端面近傍のエネルギー状態図であり、(b)は従来の
半導体レーザ装置の出射端面近傍のエネルギー状態図で
ある。
FIG. 3A is an energy state diagram near an emission end face of the semiconductor laser device of the first embodiment, and FIG. 3B is an energy state diagram near an emission end surface of a conventional semiconductor laser device.

【図4】第3の実施例の半導体レーザ装置における端面
近傍を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the vicinity of an end face in a semiconductor laser device according to a third embodiment.

【図5】(a)は第3の実施例の半導体レーザ装置の出
射端面近傍のエネルギー状態図であり、(b)は従来の
半導体レーザ装置の出射端面近傍のエネルギー状態図で
ある。
FIG. 5A is an energy state diagram near an emission end face of a semiconductor laser device according to a third embodiment, and FIG. 5B is an energy state diagram near an emission end surface of a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 pーGaAs基板 12 p-AlGaAsクラッド層 13 p-AlGaAs活性層 14 n-AlGaAsクラッド層 15 nーGaAsキャップ層 21 nーGaAs電流狭窄層 31、32 電極 51 InP又はInGaPからなる層 52 AlGaAs窓層 61 保護膜 101 表面を流れる微少リーク電流 Reference Signs List 11 p-GaAs substrate 12 p-AlGaAs cladding layer 13 p-AlGaAs active layer 14 n-AlGaAs cladding layer 15 n-GaAs cap layer 21 n-GaAs current confinement layer 31, 32 electrode 51 layer made of InP or InGaP 52 AlGaAs window Layer 61 Protective film 101 Micro leakage current flowing on the surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹岡 忠士 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 渡辺 昌規 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 山本 修 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 中津 弘志 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 (56)参考文献 特開 平4−315487(JP,A) 特開 平2−213185(JP,A) 1991年(平成3年)秋季第52回応物学 会予稿集 9a−ZM−8 p.971 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tadashi Takeoka 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Masanori Watanabe 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation (72) Inventor Osamu Yamamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Hiroshi Nakatsu 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi Osaka Prefecture Inside Sharp Corporation (56) JP-A-4-315487 (JP, A) JP-A-2-213185 (JP, A) 1991 (Heisei Era) 52nd Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Chemistry 9a-ZM-8 p. 971 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数層を積層してなるレーザ素子の1つ
の層がAlGaAs活性層からなる半導体レーザ装置に
おいて、 該レーザ素子の光出射端面にInP又はIn x Ga 1-x
(x>0.5)を含む材料からなる層が形成されている
半導体レーザ装置。
1. A laser device comprising a plurality of stacked layers.
Semiconductor laser device whose layer consists of an AlGaAs active layer
Oite, InP on the light emitting facet of the laser device or In x Ga 1-x P
A semiconductor laser device in which a layer made of a material containing (x> 0.5) is formed .
【請求項2】 複数層を積層してなる化合物半導体レー
ザ装置であって、 AlGaAsからなる活性層と、 光出射端面近傍に形成され、InP若しくはInGaP
を主成分とする材料、又はInP若しくはInGaPか
らなる光出射端面保護膜と、 該光出射端面保護膜と光出射端面との間に形成され、A
l混晶比を該活性層よりも大きくしたAlGaAs窓層
を備えた 半導体レーザ装置。
2. A compound semiconductor laser comprising a plurality of stacked layers.
An active layer made of AlGaAs and an InP or InGaP formed near the light emitting end face.
Is InP or InGaP?
A light-emitting end face protective film made of, and formed between the light-emitting end face protective film and the light-emitting end face;
AlGaAs window layer having a mixed crystal ratio greater than that of the active layer
The semiconductor laser device provided with and.
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