JP3015371B2 - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JP3015371B2
JP3015371B2 JP63008264A JP826488A JP3015371B2 JP 3015371 B2 JP3015371 B2 JP 3015371B2 JP 63008264 A JP63008264 A JP 63008264A JP 826488 A JP826488 A JP 826488A JP 3015371 B2 JP3015371 B2 JP 3015371B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は光情報処理や光計測等の光源として用いられ
る半導体レーザに関する。
(従来の技術) 近年、光情報処理や光通信,光計測の分野で半導体レ
ーザが広く用いられている。これらの半導体レーザには
その用途に応じた特性が要求される。例えば、ビデオデ
ィスクや文書ファイル等の光ディスクシステムに用いら
れる半導体レーザは、使用される光出力の範囲内で基本
横モードであること、および非点収差が小さいこと等が
要求される。このような仕様を満たす半導体レーザとし
て例えば第3図に示したm−ECO構造GaAlAsレーザ(Ext
ended Abstruct,17th Conf.on Solid State Devices an
d Materials,Tokyo(1985)pp.67−70)や第4図に示し
たリッジストライプ型InGaAlPレーザ(Extended Abstru
ct,17th Cenf.on Solid State Devices and Materials,
Tokyo(1986)pp.153−156)等の横モード制御半導体レ
ーザがある。
第3図の例では光導波層105がストライプ部分で活性
層102に近接して設けられていることにより、ストライ
プ内とストライプ外とで実効屈折率の差が生じ、安定し
た基本横モード発振が実現される。また電流狭窄層104
として活性層102より禁制帯幅の大きいGaAlAsを用いる
ことができるため、損失が少なくかつ低非点収差の特性
が得られる。しかしながら、この構造は、ストライプ溝
110をエッチングで形成した後、その上に光導波層105、
クラッド層106、コンタクト層107を成長させるため、電
流が流れるストライプ部分でAlを含む結晶の上への再成
長工程を含むことになり、界面の結晶品質の点から、ク
ラッド層のAl組成比が大きい場合、あるいは他の材料
系、例えばInGaAlP系等へ適用するのは困難である。
第4図はこの点を解決したもので、リッジ部をエッチ
ングする際、GaAsキャップ層125が残るため、電流が流
れる部分でAlを含む結晶上への再成長は含まれない。こ
の構造ではストライプ外でGaAs電流狭窄層124が活性層1
22に近接しているため、導波モードの損失がリッジ部よ
り大きくなり、リッジ内外で実効屈折率が生じ、横モー
ドの閉じ込めが行われる。この構造は損失導波型である
ため、第3図の場合よりストライプ幅Wを大きくしても
横モードの安定性は得られるが、第3図に比較すると損
失が大きく、また非点収差も大きくなる。またこの図の
例のようにクラッド層としてInAlPを用いると、活性層
との禁制帯幅の差が大きく、低しきい値の特性が得られ
るが、光の閉じ込め効果が大きいため、活性僧における
光パワー密度が大きくなり、高出力化には限界がある。
第3図および第4図のいずれの場合においても、横モ
ード特性はストライプ幅Wおよびそれぞれの図における
寸法hに大きく依存する。Wはフォトマスクの寸法精度
により充分制御できるが、hはエッチング条件によって
決まる寸法であるため、精密な寸法制御を行うには高度
の技術が必要とされる。
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来の半導体レーザでは、電流が
流れる領域にAlを含む再成長界面がなく、かつ低損失、
低非点収差、高出力といった特性を持つ横モード制御構
造は実現されていなかった。また安定な横モード特性を
得るための構造寸法の制御が困難であるという問題点が
あった。本発明の目的は、これらの問題点を解決し、安
定な基本横モードを得るための寸法制御が容易で、高出
力動作が可能な半導体レーザを提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は、電流狭窄層の禁制帯幅を活性層の禁制帯幅
及び光導波層の禁制帯幅よりも大きく、リッジ部のスト
ライプ幅方向におけるリッジ部上辺をその下辺よりも短
く、リッジ部のクラッド層中のリッジ底面からコンタク
ト層側に離れた位置に該クラッド層より屈折率が高い光
導波層を設け、リッジ部のクラッド層上部に接して、ク
ラッド層と同一導電型でアルミニウムを含まない半導体
層からなるキャップ層を設け、そのキャップ層上にコン
タクト層を設けたことにより、活性層における光パワー
密度を低減して高出力動作を可能とし、また、活性層と
光導波層との距離がエッチング条件ではなく結晶成長時
間で制御される構造とすることによって、安定な基本横
モード発振を得るための寸法制御を容易としたものであ
る。
(作用) 本発明によれば電流が流れる領域にAlを含む再成長界
面のない横モード制御構造において高出力動作に適した
半導体レーザが得られ、また、安定な基本横モード発振
を得るための寸法制御が容易に行える。
(実施例) 以下、本発明の実施例及びその参考例を図面を参照し
て説明する。第1図は本発明の参考例に係わる半導体レ
ーザの概略構造を示す図である。図中、10はn−GaAs基
板、11はn−GaAlAsクラッド層、12はアンドープGa1-xA
lxAs活性層、13,14はp−Ga1-yAlyAsクラッド層、15は
p−Ga1-zAlzAs光導波層、16はn−Ga1-wAlwAs電流狭窄
層、17はp−GaAsキャップ層、18はp−GaAsコンタクト
層、19はn電極、20はp電極をそれぞれ示している。各
層のAl組成比の大小関係は、 y>z>x ……………(1) となっており、これは禁制帯幅の大小関係に一致する。
また屈折率の大小はこの逆になる。第1図のレーザは以
下のようにして作製される。まず、n−GaAs基板10の上
にn−Ga1-yAlyAsクラッド層11、GaAlAs活性層12、p−
GaAlAsクラッド層13、p−GaAlAs光導波層15、p−GaAl
Asクラッド層14、p−GaAsキャップ層17を順次成長させ
た後、中央のリッジ部を残してキャップ層17、クラッド
層14、光導波層15およびクラッド層13の一部をエッチン
グにより除去する。次に、この上にn−GaAlAs電流狭窄
層16を成長させる。この電流狭窄層の形成はMOCVD成長
および中央リッジ部のリフトオフあるいはSiO2マスクを
用いたMOCVD選択成長等の方法によって行うことができ
る。電流狭窄層形成後、リッジ部のマスク(レジスト、
SiO2等)を除去し、この上にp−GaAsコンタクト層18を
成長させ、最後に電極19,20を形成することにより、第
1図の構造が作製される。
このレーザでは電流が流れるリッジ部上への再成長は
p−GaAsキャップ層17の上への成長であるため、第3図
の場合のようなAlを含む結晶上への再成長に比較して良
好な界面が得られる。また光導波層15により、発振時の
導波モードの活性層外部へのしみ出しを大きくとること
ができ、光パワー密度が低減されるため、高出力動作に
適している。
このレーザの垂直方向のビーム広がり角は各層の組
成,活性層厚,光導波層厚および活性層と光導波層との
距離(図中のh)によって決まる。第3図の場合にはh
がエッチング条件で決まるために寸法制御が困難であっ
たのに対し、第1図の構造では最初の結晶成長条件で決
定されるため、容易に精密な寸法制御が行える。
一方、水平方向の横モード閉じ込めに関しては電流狭
窄層16のAl組成比wの大きさの選び方として次の2つの
場合があり得る。第1の例は w<x ……………(2) の場合で、電流狭窄層の禁制帯幅より小さく、電流狭窄
層が導波モードに対して損失層として働く場合である。
この場合には第4図と同様の損失導波型となる。第2の
例は w>z ……………(3) の場合で、この時には、電流狭窄層の禁制帯幅が活性層
の禁制帯幅より大きく、従って、発振波長に対して透明
になり、損失が少ないため低しきい値のレーザが得られ
る。この場合には第3図と同様の屈折率導波型の横モー
ド制御が実現される。この場合の実効屈折率差は上述の
hおよびリッジ外での活性層と電流狭窄層との距離h′
とによって決まるが、電流狭窄層とp−クラッド層との
組成を近いものにしておけばh′の値すなわちエッチン
グ条件によって決まる値には大きく依存しないため、比
較的容易に基本横モードの安定性を得ることができる。
特に電流狭窄層16の屈折率がp−クラッド層の屈折率に
等しい場合、すなわち、 w=y ……………(4) の場合には、リッジ外の実効屈折率はh′によらないた
め、リッジ形成時のエッチングは光導波層と活性層との
間で停止すればよく、精密な制御を必要としない。
第2図は本発明の実施例を示したものである。図中、
30はn−GaAs基板、31はn−In0.5(Ga1-yAly0.5Pク
ラッド層、32はアンドープIn0.5(Ga1-xAlx0.5P活性
層、33,34はp−In0.5(Ga1-yAly0.5Pクラッド層、3
5はp−In0.5(Ga1-zAlz0.5P光導波層、36はn−Ga
1-wAlwAs電流狭窄層、37はp−InGaPキャップ層、38は
p−GaAsコンタクト層39はn電極、40はp電極をそれぞ
れ示している。x,y,zの大小関係は(1)式と同様であ
る。また、電流狭窄層の組成により、損失導波型となる
ことも参考例と同様である。例えば、w=0とすると損
失導波型となり、x=0,y=0.5z=0.1,w=0.8とすると
損失のない屈折率導波型となる。なお、ここでは電流狭
窄層をn−GaAlAsとしたが、n−InGaAlPを用いてもよ
い。
以上の説明では半導体レーザの構成材料としてGaAlAs
系およびInGaAlP系の場合について述べたが、本発明は
上述の実施例に限定されるものではなく、InGaAsP系やI
nGaAlAs系、GaAlSb系等の他の化合物半導体材料を用い
てもよい。また基板としてp型基板を用い、各層の導電
型を逆にすることも可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば作製時の寸法制御が容易で安定に基本
横モードで発振するレーザが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の参考例を示す図、第2図は本発明の実
施例を示す図、第3図および第4図は従来の横モード制
御半導体レーザの例を示す図である。 10,30,100,120……n−GaAs基板、11,101……n−GaAlA
sクラッド層、12,102……アンドープGaAlAs活性層、13,
14,103,106……p−GaAlAsクラッド層、15,105……p−
GaAlAs光導波層、16,36,104……n−GaAlAs電流狭窄
層、17,125……p−GaAsキャップ層、18,38,107,126…
…p−GaAsコンタクト層、31,121……n−InGaAlPクラ
ッド層、32……アンドープInGaAlP活性層、122……アン
ドープInGaP活性層、33,34,123……p−InGaAlPクラッ
ド層、35……p−InGaAlP光導波層、124……n−GaAs電
流狭窄層、37……p−InGaPキャップ層、19,39,108,127
……n電極、20,40,109,128……p電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂木 直人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−43487(JP,A) Extended Abstract of the 18th Confer ence on Solid Stat e Devices and Mate rials,Tokyo,1986,PP. 153−156 光技術コンタクト Vol.25,N o.5,PP.258−262(1987) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性層に対して基板と反対側のクラッド層
    の一部の厚さを変えたリッジ部を設け、このリッジ部以
    外のクラッド層上に該クラッド層とは導電型の異なる電
    流狭窄層を設け、前記クラッド層及び電流狭窄層上にコ
    ンタクト層を設けてなる半導体レーザにおいて、前記電
    流狭窄層の禁制帯幅を前記活性層の禁制帯幅及び光導波
    層の禁制帯幅よりも大きく、前記リッジ部のストライプ
    幅方向における前記リッジ部上辺をその下辺よりも短
    く、前記リッジ部のクラッド層中のリッジ底面からコン
    タクト層側に離れた位置に該クラッド層より屈折率が高
    い光導波層を設け、前記リッジ部のクラッド層上部に接
    して、クラッド層と同一導電型でアルミニウムを含まな
    い半導体層からなるキャップ層を設け、そのキャップ層
    上にコンタクト層を設けたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  2. 【請求項2】前記電流狭窄層の屈折率が前記クラッド層
    の屈折率とほぼ等しいことを特徴とする請求項1記載の
    半導体レーザ。
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JP4639571B2 (ja) * 1998-02-17 2011-02-23 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法
JP4815734B2 (ja) * 1999-06-10 2011-11-16 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP4870349B2 (ja) * 2004-01-09 2012-02-08 シャープ株式会社 半導体レーザ装置の製造方法

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