(57)【要約】【課題】  絶縁膜のストレスによる信頼性劣化を防止する。【解決手段】  リッジ部８を有する半導体レーザにおいて、凹部７ａ、７ｂの内面に沿って、それぞれ絶縁膜１１ａ、１１ｂが形成されている。絶縁膜１１ａ、１１ｂは、ｐ型コンタクト層６ｃの上で、それぞれの端部１２ａ、１２ｂに向かって膜厚を段階的に薄くした構造とする。  このような構造とすることにより、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間に発生するストレスの集中を緩和することができる。これにより、半導体レーザの寿命劣化を防止して、長寿命の半導体レーザを得ることができる。【選択図】      図１
2006324427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子及び正孔を結合させてレーザ光を放出する活性層と、
前記活性層に電子を注入するクラッド層と、前記活性層に正孔を注入するクラッド層とからなり、前記活性層を挟むように設けられた一対のクラッド層と、
前記一対のクラッド層のうち、一方のクラッド層と電気的に接続された第１電極と、
前記一対のクラッド層のうち、他方のクラッド層の表面に所定幅で形成された半導体層と、
前記他方のクラッド層の表面と、前記半導体層の側面と、前記半導体層の表面の一部とを覆い、前記半導体層の表面上に端部を有し、前記端部に向かって膜厚が薄くなるように設けられた絶縁膜と、
前記半導体層の表面および前記絶縁膜を覆う第２電極と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記絶縁膜は、端部に向かって段階的に薄くなっている階段状段差部を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記段階状段差部は、前記半導体層の表面上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記段階状段差部は、前記他方のクラッド層の表面上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記階段状段差部は、前記絶縁膜として複数の異なる膜を積層し、それらの膜の端部をずらすことにより形成され、前記半導体層の直上の膜は、前記複数の異なる膜のうち前記半導体層との熱膨張係数の差が最も小さい膜であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記絶縁膜は、端部に向かって連続的に薄くなっている斜面形状部を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記斜面形状部は、前記絶縁膜として複数の異なる膜を積層した積層膜に形成され、前記半導体層の直上の膜は、前記複数の異なる膜のうち前記半導体層との熱膨張係数の差が最も小さい膜であることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
電子及び正孔を結合させてレーザ光を放出する活性層と、
前記活性層に電子を注入するクラッド層と、前記活性層に正孔を注入するクラッド層とからなり、前記活性層を挟むように設けられた一対のクラッド層と、
前記一対のクラッド層のうち、一方のクラッド層と電気的に接続された第１電極と、
前記一対のクラッド層のうち、他方のクラッド層の表面に所定幅で形成された半導体層と、
前記他方のクラッド層の表面と、前記半導体層の側面の全部又は一部とを覆う絶縁膜と、
前記半導体層の表面と、前記絶縁膜とを覆う第２電極と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザの断面構造の例を図７に示す。この半導体レーザは、ｎ型半導体基板１の上に形成されている。ｎ型半導体基板１の裏面には、ｎ型電極２が設けられている。ｎ型半導体基板１の上には、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５が順次積層されている。ｐ型クラッド層５の上には、ｐ型コンタクト層６ａ、６ｂ、６ｃが形成されている。ｐ型コンタクト層６ａ、６ｃの間の位置に凹部７ａが形成され、ｐ型コンタクト層６ｃ、６ｂの間の位置に凹部７ｂが形成されている。凹部７ａと凹部７ｂとの間には、リッジ部８が形成されている。活性層４のリッジ部８の下の部分には、活性領域４ａが設けられている。
凹部７の内面に沿って、絶縁膜１１ａ、１１ｂが形成されている。これらの膜は、それぞれ端部１２ａ、１２ｂを有している。これらの端部は、ｐ型コンタクト層６ｃの上で対向している。さらに、絶縁膜１１ａ、１１ｂ、ｐ型コンタクト層６ｃの上面を覆うように、ｐ型電極１４が形成されている。
【０００３】
上述した半導体レーザの通電時には、ｐ型電極１４に正バイアスが印加され、ｎ型電極２に負バイアスが印加される。すると、ｐ型電極１４からｎ型電極２に向かって電流が流れる。このとき、活性層４に正孔および電子が注入されて、それらの結合により発光が生じる。活性層４に注入される正孔および電子が閾値以上になると、誘導放出が始まり、レーザ発振に至る（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２３９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の半導体レーザの通電時には、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間の熱膨張係数の差により、絶縁膜１１ａとｐ型コンタクト層６ｃとの間にストレスＡが発生し、絶縁膜１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間にストレスＡ’が発生する。ストレスＡ、Ａ’は、それぞれ端部１２ａ、１２ｂ付近に集中する。
そうすると、図７に示すように、ｎ型半導体基板１の（１１１）面に沿って転移ループ（結晶欠陥）１５が成長する。この転移ループ１５が活性領域４ａに達すると、その転移に電流が集中して流れる。これによって半導体レーザの寿命が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、半導体レーザの半導体層（ｐ型コンタクト層６ｃ）と、その上に設けられた絶縁膜１１ａ、１１ｂとの間のストレスを緩和して、半導体レーザの寿命劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体レーザは、
電子及び正孔を結合させてレーザ光を放出する活性層と、
前記活性層に電子を注入するクラッド層と、前記活性層に正孔を注入するクラッド層とからなり、前記活性層を挟むように設けられた一対のクラッド層と、
前記一対のクラッド層のうち、一方のクラッド層と電気的に接続された第１電極と、
前記一対のクラッド層のうち、他方のクラッド層の表面に所定幅で形成された半導体層と、
前記他方のクラッド層の表面と、前記半導体層の側面と、前記半導体層の表面の一部とを覆い、前記半導体層の表面上に端部を有し、前記端部に向かって膜厚が薄くなるように設けられた絶縁膜と、
前記半導体層の表面および前記絶縁膜を覆う第２電極と、
を備えたことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体レーザの半導体層と、その上に設けられた絶縁膜との間のストレスを緩和することができる。これにより、半導体レーザの寿命劣化を抑制し、高信頼性の半導体レーザを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
この半導体レーザは、ｎ型半導体基板１を用いて形成されている。ｎ型半導体基板１の裏面には、ｎ型電極２が設けられている。ｎ型半導体基板１の上には、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５が順次積層されている。ｐ型クラッド層５の上には、ｐ型コンタクト層６ａ、６ｂ、６ｃが形成されている。これらの層は、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成長）法等を用いて、エピタキシャル成長させたものである。その成長の方向は、ｎ型半導体基板１の主面に垂直な方向である。これらの材料は、GaAs系、InP系、GaN系など、高信頼性が要求される化合物半導体材料である。
ｐ型コンタクト層６ａ、６ｃの間の位置に凹部７ａが形成され、ｐ型コンタクト層６ｃ、６ｂの間の位置に凹部７ｂが形成されている。これらの凹部の底面には、ｐ型クラッド層５が露出している。凹部７ａと凹部７ｂとの間には、リッジ部８が形成されている。リッジ部８の上面にはｐ型コンタクト層６ｃが露出している。リッジ部８の側面にはｐ型コンタクト層６ｃ、ｐ型クラッド層５が露出している。活性層４のリッジ部８の下の部分には、活性領域４ａが設けられている。
【００１１】
凹部７ａの内面に沿って、第１絶縁膜９ａが８０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。凹部７ｂの内面に沿って、第１絶縁膜９ｂが８０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。これらの膜は、リッジ部８の側面を覆うように形成され、該側面の絶縁性を確保している。これらの膜としては、いずれもシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が用いられている。
第１絶縁膜９ａの上には、第２絶縁膜１０ａが１２０ｎｍ程度の膜厚で積層されている。第１絶縁膜９ｂの上には、第２絶縁膜１０ｂが１２０ｎｍ程度の膜厚で積層されている。これらの膜としては、いずれもシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が用いられている。以下、第１絶縁膜９ａおよび第２絶縁膜１０ａの積層膜を、全体として絶縁膜１１ａとする。また、第１絶縁膜９ｂおよび第２絶縁膜１０ｂの積層膜を、全体として絶縁膜１１ｂとする。
【００１２】
第１絶縁膜９ａは端部１２ａを有し、第１絶縁膜９ｂは端部１２ｂを有している。これらの端部は、ｐ型コンタクト層６ｃの上で対向している。絶縁膜１１ａは、階段状の段差部１３ａを有し、絶縁膜１１ｂは、階段状の段差部１３ｂを有している。段差部１３ａは、リッジ部８の左端と端部１２ａとの間に位置している。段差部１３ｂは、リッジ部８の右端と端部１２ｂとの間に位置している。
このようにして、絶縁膜１１ａ、１１ｂはｐ型コンタクト６ｃの表面上に端部を有し、それぞれの端部に向かって膜厚が段階的に薄くなっている。すなわち、端部に向かって膜厚が薄くなった絶縁膜１１ａ、１１ｂにより、ｐ型コンタクト層６ｃの表面上に開口部が形成されている。
これにより、絶縁膜１１ａとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＡは、端部１２ａ付近と段差部１３ａ付近とに分散される。また、絶縁膜１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＡ’は、端部１２ｂ付近と段差部１３ｂ付近とに分散される。従って、従来技術と比較して、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスの集中を緩和することができる。
【００１３】
さらに絶縁膜１１ａ、１１ｂの上と、ｐ型コンタクト層６ｃの上とに、全面にｐ型電極１４が形成されている。ｐ型電極１４は、端部１２ａと端部１２ｂとの間の位置でｐ型コンタクト層６ｃと接触している。
この半導体レーザの通電時には、ｐ型電極１４に正バイアス、ｎ型電極２に負バイアスが印加される。すると、ｐ型クラッド層５から活性層４に正孔が注入され、ｎ型クラッド層３から活性層４に電子が注入される。これらの正孔および電子は活性領域４ａで結合し、活性層４ａはレーザ光を放出する。
【００１４】
半導体レーザを上記のような構造とすることにより、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスの集中を、従来技術と比較して緩和することができる。これにより、上記ストレスに起因する転移ループ（結晶欠陥）が活性領域４ａに達するのを抑制することができる。従って、半導体レーザの寿命劣化を防止して、長寿命の半導体レーザを得ることができる。
【００１５】
上記実施の形態においては、半導体レーザを形成する基板として、ｎ型半導体基板を用いるようにした。しかし、ｐ型半導体基板を用いてｐ、ｎの極性を全て逆としても、同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態では、リッジ部８の側面にｐ型コンタクト層６ｃ、ｐ型クラッド層５が露出した構造とした。しかし、リッジ部８の側面には、ｐ型クラッド層５が露出していない構造であっても良い。例えば、ｐ型クラッド層５が凹部を有さず、平坦な形状であっても良い。
【００１６】
次に、上記実施の形態１の変形例について説明する。
上記実施の形態１では、第１絶縁膜９ａ、９ｂをシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とした。これに対し本変形例では、図２に示すように、第１絶縁膜９ａ、９ｂをシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）とする。シリコン酸窒化膜は、ｐ型コンタクト層６ｃとの熱膨張係数の差が、シリコン窒化膜と比較して小さい膜である。このため、上記の場合、端部１２ａ、１２ｂ付近に発生するストレスは、上記実施の形態と比較して小さくなる。これにより絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを、上記実施の形態１よりも小さくすることができる。
その他の構成については、上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００１７】
本変形例によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを上記実施の形態と比較して小さくすることができる。これにより、半導体レーザの寿命劣化をさらに効果的に防止することができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
実施の形態１では、段差部１３ａが、リッジ部８の左端部と端部１２ａとの間に位置し、段差部１３ｂが、リッジ部８の右端部と端部１２ｂとの間に位置するようにした。これに対して本実施の形態では、段差部１３ａがリッジ部８の左端よりも左側に位置するようにし、段差部１３ｂがリッジ部８の右端よりも右側に位置するようにする。すなわち、段差部１３ａ、１３ｂがリッジ部８の両端部よりも外側に位置するようにする。
例えば、図３に示すように、段差部１３ａを凹部７ａの底面上に設け、段差部１３ｂを凹部７ｂの底面上に設けた構造とする。このような構造とすることにより、段差部１３ａ、１３ｂ付近には、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃの間のストレスは集中しない。これにより、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを、実施の形態１と比較して小さくすることができる。
【００１９】
実施の形態１では、第１絶縁膜９ａ、９ｂの膜厚を８０ｎｍ程度とした。これに対して本実施の形態では、これらの膜厚を実施の形態１よりも薄い膜厚、例えば３０ｎｍ程度とする。これにより、端部１２ａ付近において、絶縁膜１１ａとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを実施の形態１と比較して小さくすることができる。同様に、端部１２ｂ付近において、絶縁膜１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを実施の形態１と比較して小さくすることができる。なお、第１絶縁膜９ａ、９ｂの膜厚は３０ｎｍ程度であれば、リッジ部８の側面とｐ型電極１４との間の絶縁性を十分に確保することができる。
【００２０】
実施の形態１では、第２絶縁膜１０ａ、１０ｂの膜厚を１２０ｎｍ程度とした。これに対して本実施の形態では、実施の形態１よりも厚い膜厚、例えば３００ｎｍ程度とする。このため、上記の膜が形成されている箇所では、絶縁膜１１ａ、１１ｂの膜厚は、実施の形態１と比較して厚くなっている。これにより、上記箇所において、ｐ型コンタクト層６ｃと活性層４との間の容量（以下、「素子容量」という）を、実施の形態１と比較して小さくすることができる。
【００２１】
本実施の形態によれば、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを、実施の形態１と比較してさらに小さくすることができる。これにより、半導体レーザの寿命劣化をさらに効果的に防止して、長寿命の半導体レーザを得ることができる。
【００２２】
次に、上記実施の形態２の変形例について説明する。
上記実施の形態２では、第１絶縁膜９ａ、９ｂをシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とした。これに対し本変形例では、図４に示すように、第１絶縁膜９ａ、９ｂをシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）とする。シリコン酸窒化膜は、ｐ型コンタクト層６ｃとの間に発生するストレスが、シリコン窒化膜と比較して小さい膜である。このため、端部１２ａ、１２ｂ付近に発生するストレスは、上記実施の形態２と比較して小さくなる。これにより絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＡ、Ａ’を、上記実施の形態２よりも小さくすることができる。
その他の構成については、上記実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
本変形例によれば、上記実施の形態２の効果に加えて、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＡ、Ａ’を上記実施の形態２と比較して小さくすることができる。これにより、半導体レーザの寿命劣化をさらに効果的に防止することができる。
【００２４】
実施の形態３．
図５は、本実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
実施の形態１では、絶縁膜１１ａ、１１ｂの膜厚が端部に向かって段階的に薄くなった構造とした。これに対して本実施の形態では、図５に示すように、絶縁膜１１ａ、１１ｂは、それぞれの端部に向かって膜厚が連続的に薄くなった斜面形状１３ａ−１２ａ、１３ｂ−１２ｂを有している。このような構造とすることにより、端部１２ａ、１２ｂ付近とｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＡ、Ａ’を、実施の形態１と比較して、広い部分に分散させることができる。これにより、上記ストレスの集中を緩和することができる。
なお、絶縁膜１１ａ、１１ｂは、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁膜のうち、いずれか一つの材料からなる膜であっても良い。またあるいは、複数の異なる絶縁膜を積層した構造であっても良い。この場合、実施の形態１の変形例と同様に、積層した複数の膜のうち、ｐ型コンタクト層６ｃとの差が最も小さい膜を最下層の膜とする。これにより、実施の形態１の変形例と同様の効果を得ることができる。
その他の構成については、上記実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００２５】
本実施の形態によれば、絶縁膜１１ａ、１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスを、実施の形態１と比較して、より広い部分に分散させることができる。これにより、上記ストレスの集中を、実施の形態１と比較してさらに緩和することができる。従って、半導体レーザの寿命劣化をさらに効果的に防止して、長寿命の半導体レーザを得ることができる。
【００２６】
実施の形態４．
図６は、本実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。ここでは、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
実施の形態１では、端部１２ａ、１２ｂがｐ型コンタクト層６ｃの上で対向しているようにした。これに対して本実施の形態では、図６に示すように、端部１２ａ、１２ｂをｐ型コンタクト層６ｃの側面に設けた構造とする。
なお、図６では端部１２ａ、１２ｂの上面とｐ型コンタクト層６ｃの上面とが同一面上にある場合を示した。しかし、これらの上面は同一面上にある必要はなく、いずれかの上面が低い構造であっても良い。
その他の構成については、上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２７】
実施の形態１で述べたように、ｐ型コンタクト層６ｃは、エピタキシャル成長により形成されたものであり、その成長方向は、ｎ型半導体基板１の主面に垂直な方向である。このため、絶縁膜１１ａとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＢの方向は、ｐ型コンタクト層６ｃのエピタキシャル成長の方向と平行となる。同様に、絶縁膜１１ｂとｐ型コンタクト層６ｃとの間のストレスＢ’の方向は、ｐ型コンタクト層６ｃのエピタキシャル成長の方向と平行となる。従って、ストレスＢ、Ｂ’に起因する転移ループ（結晶欠陥）は、活性層４ａの方向に進まない。これにより、ストレスＢ、Ｂ’に起因する転移ループ（結晶欠陥）が活性領域４ａに達するのを抑制することができる。従って、半導体レーザの寿命劣化を防止して、長寿命の半導体レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１に係る半導体レーザの断面図。
【図２】実施の形態１の変形例に係る半導体レーザの断面図。
【図３】実施の形態２に係る半導体レーザの断面図。
【図４】実施の形態２の変形例に係る半導体レーザの断面図。
【図５】実施の形態３に係る半導体レーザの断面図。
【図６】実施の形態４に係る半導体レーザの断面図。
【図７】従来の半導体レーザの断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  ｎ型半導体基板、２  ｎ型電極、３  ｎ型クラッド層、４  活性層、４ａ  活性領域、５  ｐ型クラッド層、６  ｐ型コンタクト層、８  リッジ部、９ａ、９ｂ  第１絶縁膜、１０ａ、１０ｂ  第２絶縁膜、１１ａ、１１ｂ  絶縁膜、１４  ｐ型電極、１５  転移ループ（結晶欠陥）。
【図１】
2006324427.tif 000003
【図２】
2006324427.tif 000004
【図３】
2006324427.tif 000005
【図４】
2006324427.tif 000006
【図５】
2006324427.tif 000007
【図６】
2006324427.tif 000008
【図７】
2006324427.tif 000009