JP2564343B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP2564343B2 JP62323983A JP32398387A JP2564343B2 JP 2564343 B2 JP2564343 B2 JP 2564343B2 JP 62323983 A JP62323983 A JP 62323983A JP 32398387 A JP32398387 A JP 32398387A JP 2564343 B2 JP2564343 B2 JP 2564343B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低収差で低雑音な半導体レーザの構造及び
作製方法に関するもので特に、発光効率の変化の少ない
レーザ構造に係る。
〔従来の技術〕
半導体レーザのレーザ光分布(横モード)をストライ
プ内部と外縁部との間の屈折率差で閉じ込めたいわゆる
屈折率導波型素子では発振スペクトル線(縦モード)が
単一となる。このような素子を光デイスクに応用した場
合には、デイスクからの反射光による戻り光雑音が発生
する。一方、屈折率差が小さい素子では、縦モードがマ
ルチ化し、戻り光雑音は発生しないが、活性層に水平な
方向と垂直な方向のビームウエストの位置が異なる、い
わゆる非点収差を閉じ、レーザビームを絞り込めないと
いう欠点がある。このため、縦モードがマルチモードで
非点収差のない素子がのぞまれる。このためには、半導
体レーザの光軸方向にストライプ構造を変化させ、素子
内部では屈折率差を小さく、少なくとも一方の端面近傍
で屈折率差を大きくすれば、上記目的を達成することが
できる。このような素子については既に報告があるが、
非点収差補正のための強導波領域の導入に伴い、発光効
率の低下が見られた。これは、利得ガイド領域と強ガイ
ド領域とのスポツトサイズの違いの起因したものと考え
られる。すなわち、ストライプ幅を同一に設計した場
合、強ガイド領域のスポツトサイズが利得ガイド領域の
スポツトサイズよりも小さくなるため、強ガイド領域で
レーザ光が強い損失を受けるためと考えられる。
尚、リブ光導波路モードフイルタ型レーザについて
は、第31回応物講演会4−2(昭57.3.29),特開昭60
−198795号公報に公開となつている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、雑音特性の良好な、非点収差のない
半導体レーザを提供することにあり、特にこの半導体レ
ーザのストライプ幅を領域ごとに最適化し、より高効率
の半導体レーザを得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明では、半導体レーザの
中央部では利得導波であり、端面近傍では屈折率導波で
ある半導体レーザの端面近傍のストライプ幅を中央部に
比べ大、例えば0.5μm以上太くすることを考案した。
即ち、本発明は次の如き構成を取る。
少なくとも、半導体媒質に光利得を持たせるための、
異なる導電型の半導体の接合と、この接合面上に設けた
ストライプ状の光導波機構を有し、該光導波機構がレー
ザ中央部ではストライプ内外の利得差を主に利用したも
のであり、レーザ端面付近ではストライプ内外の屈折率
差を主に利用したものでかつ、該レーザ端面領域におけ
る光スポツトサイズがレーザ中央領域での光スポツトサ
イズより大きくなるように、レーザ端面領域のストライ
プ幅を広くしたことを特徴とする半導体レーザ装置。
〔作用〕
本発明により、端面近傍のみを屈折率導波形の導波路
と半導体レーザでより低しきい値高効率のレーザが得ら
れるようになつた。
〔実施例〕
以下図に従い本発明の実施例を説明する。
[実施例1] 本発明第1の実施例の半導体レーザ構造を説明する。
p型GaAs基板(1)上に第1図のような凹み(2)を、
通常のフオトリソグラフ技術を用いて形成したSiO2マス
クを用いた化学エツチングにより形成し、MOCVD法によ
りn−GaAs層(3)を形成した。次に、第1図に示すよ
うな導波路となる溝(4)を形成した。この溝は基板の
凹みにはさまれた部分では5−7μmの幅に形成されて
おり、それ以外の領域では3−5μmの幅に形成されて
いる。溝、及び凹みの深さはそれぞれ2及び4μmとし
た。この後、第2図で示すように、p−Ga0.5Al0.5Asク
ラツド層(5)、アンドープGa0.86Al0.14As活性層
(6)、n−Ga0.5Al0.5Asクラツド層(7)、n−GaAs
キヤツプ層(8)を順次成長させる。次にAuGeNi/Cr/Au
電極(9)及びCr/Au電極(10)を蒸着する。この後、
第2図一点鎖線部分(a−a)においてへき開し、反斜
面を形成する。第2図(a)は、端面近傍の断面図で、
凹みの部分の影響で溝上に形成されたn−GaAlAsクラツ
ド層と活性層が、第2図(b)に示す如く素子中央部分
に比べ薄くなつている。第2図(a)は斜視図、第2図
(b)はa−a面での断面図である。このため、水平方
向に大きな屈折率差が生じ、レーザ光がこれにより閉じ
込められるので、非点収差は小さい。屈折率差を大きく
するためには、n−GaAs基板の影響を大きくする必要が
あるのでp型クラツド層の溝外縁部の厚さを0.4μm以
下、活性層6の厚さを0.7μm以下にする必要がある。
一方、第2図(b)に示す素子中央部分では、p−GaAl
Asクラツド層も活性層も厚いため屈折率差が小さくなる
ので、マルチモードとなり、戻り光雑音は生じない。屈
折率差を小さくするためには、p−GaAs基板の影響を小
さくする必要があるのでp型クラツド層の溝外縁部の厚
さを0.4μm以上、活性層6の厚さを0.07μm以上にす
る必要がある。また、前者が0.7μm以下、後者が0.1μ
m以下では、パルセーシヨンを伴うマルチモードとな
り、さらに雑音は低減する。その他の層の厚さは、n型
クラツド層が0.8−2.0μm,n型キヤツプ層が0.5−5.0μ
mである。各層のAlAs組成は、層5,7が0.35−0.55層6
が0.05−0.20である。この素子では、縦モードはマルチ
モードで、戻り光量に関わらず、相対雑音強度は1×10
-13Hz-1以下であつた。また、非点収差は5μm以下で
あつた。
[実施例2] 本発明第2実施例として、実施例1と同様の効果をMO
CVD法を用いて実現した第3図のような構成を試作し
た。第3図(a)斜視図、第3図(b)はa−a面断面
図である。以下本発明の実施例を図に従い説明する。n
−GaAs基板(11)上にMOCVD法によりn−Ga0.5Al0.5As
クラツド層(7)、アンドープGa0.86Al0.14As活性層
(6)、p−Ga0.5Al0.5Asクラツド層(5)、p−Ga
0.7Al0.3As層(12)を順次結晶成長した。次に、通常フ
オトリソグラフ技術を用いてまず、Si3N4マスク(13)
とストライプに直交する方向に幅100μmのストライプ
状に形成した。さらに、熱CVD法によりSiO2膜を形成し
たのち、再びフオトレジスト工程を利用してSiO2マスク
(14)とホトレジストの2層マスクを設けた。SiO2のエ
ツチングはHF系のエツチング液を用い、SiO2に比べエツ
チング速度の遅いSi3N4のエツチングはCF4によるプラズ
マエツチングによりおこなつた。リン酸系のエツチング
液を用いて、ストライプ外部のp型クラツド層を0.1〜
0.3μm残してエツチングしさらにHF系のエツチング液
によりマスクのサイドエツチングを行つたところ、第4
図に示すような形状のマスクが得られる。このSiO2/Si3
N4複合膜を選択成長マスクとしてn−GaAs(3)の選択
結晶成長を行い、さらにSiO2/Si3N4複合膜をHF系エツチ
ング液で取り除いた後、表面状態向上のためのシヤロー
エツチを行つて再びMOCVD法によりp+−Ga0.5Al0.5As層
{p>1019cm-3}(17)、p−Ga0.5Al0.5As層(15)、
p−GaAsキヤツプ層(16)により埋込んだ。この構造に
p電極としてCr/Au(10)をn電極としてAuGeNi/Cr/Au
(9)を蒸着し300μm角にへきかいしてレーザチツプ
とした。本構造によればレーザ中央部においては電流狭
搾幅が狭いため利得導波型の導波路が形成され、レーザ
はマルチモード発振するがレーザ端面近傍では電流狭搾
幅が広いため屈折率導波が主要な導波機構となり、マル
チモードレーザのビーム形状及び非点収差を補正する。
しかも、本構造のレーザ端面部分の導波路の幅がレーザ
中央部に比べひろくなつているため、実施例1と同様と
発光効率向上の効果があつた。
[実施例3] 本発明第3の実施例として、実施例1,2と同様の性能
の素子をMOCVD法による2回成長により作製した例を示
す。第5図を用いて説明する。第5図(a)は斜視図、
第5図(b)はa−a面の断面図である。n−GaAs基板
(11)上にMOCVD法によりn−Ga0.5Al0.5Asクラツド層
(7)、アンドープGa0.86Al0.14As活性層(6)、p−
Ga0.5Al0.5Asクラツド層(5)、第1のp−Ga0.7Al0.3
As層(12)、第1のp−Ga0.5Al0.5As層(12)、第2の
p−Ga0.7Al0.3As層(12)、第2のp−Ga0.5Al0.5As層
(15)、p−GaAsキヤツプ層(16)を順次結晶成長した
後、通常のフオトリソグラフ技術を用いてストライプ状
のSiO2マスク(14)を設けた。次に、再びフオトグラフ
技術を用いてレーザ端面となる領域を保護するようにマ
スクを設けた後、化学エツチングによりp−GaAs層を除
去した。さらに、エツチングマスクに用いたSiO2をその
まま利用してArイオンエツチングを行いのp型選択エツ
チング層までエツチングしさらに、煮沸塩酸により残り
の選択エツチング層を取り除いた。煮沸塩酸はp−Ga
0.5Al0.5As層のみをエツチングしp−Ga0.7Al0.3As層を
エツチングしないため、正確にp−Ga0.7Al0.3As層の表
面でエツチングを停止することができる。この構造を、
表面状態向上のためシヤローエツチを行つた後再びMOCV
D法によりn−GaAs(3)により埋込んだ。レーザ中央
部では、サイドエツチングを受けたGaAs層が選択エツチ
ングのマスクとなるため、断面構造は第5図(a)の様
になり電流狭搾幅が、第5図(b)に示すレーザ端面領
域に比べ細くなる。このため、レーザ中央領域では利得
導波が主要な導波機構となるが、レーザ端面領域では屈
折率導波が主要な導波機構となる。このため、本実施例
の半導体レーザは実施例1,2と同様に高光出力まで低収
差で直線性の良好な光出力電流特性を示し、しかもマル
チモード発振を行うので雑音特性も良好であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明第一の実施例の構造の基本形状を示す
斜視図、第2図は本発明第1の実施例の半導体レーザの
断面構造を示す図、第3図は本発明第2の実施例の半導
体レーザの断面構造を示す図、第4図は本発明第2の実
施例のマスク形状を示す図、第5図は本発明第3の実施
例の半導体レーザの断面構造図である。第6図は従来の
半導体レーザの断面構造である。 (1)……p−GaAs基板、(2)……GaAs基板の凹み、
(3)……n−GaAs層、(4)……ストライプ層、
(5)……p−Ga0.5Al0.5Asクラツド層、(6)……ア
ンドープGa0.86Al0.14As活性層、(7)……n−Ga0.5A
l0.5Asクラツド層、(8)……n−GaAsキヤツプ層、
(9)……AuGeNi/Cr/Au電極、(10)……Cr/Au電極、
(11)……n−GaAs基板、(12)……p−Ga0.aAl0.3A
s、(13)……Si3N4、(14)……SiO2、(15)……p−
Ga0.5Al0.5As層、(16)……p−GaAs、(17)……p+
Ga0.5Al0.5As層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶村 俊 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 実開 平1−125569(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、半導体媒質に光利得を持たせ
    るための、異なる導電型の半導体の接合と、この接合面
    上に設けたストライプ状の光導波機構を有し、該光導波
    機構がレーザ中央部ではストライプ内外の利得差を主に
    利用したものであり、レーザ端面付近ではストライプ内
    外の屈折率差を主に利用したものでかつ、該レーザ端面
    領域における光スポツトサイズがレーザ中央領域での光
    スポツトサイズより大きくなるように、レーザ端面領域
    のストライプ幅を広くしたことを特徴とする半導体レー
    ザ装置。
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