JPH0474876B2 - - Google Patents

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JPH0474876B2
JPH0474876B2 JP57108706A JP10870682A JPH0474876B2 JP H0474876 B2 JPH0474876 B2 JP H0474876B2 JP 57108706 A JP57108706 A JP 57108706A JP 10870682 A JP10870682 A JP 10870682A JP H0474876 B2 JPH0474876 B2 JP H0474876B2
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    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光の吸収の少ない窓領域を有す
る半導体レーザ素子の新しい構造に関するもので
ある。
半導体レーザの寿命を制御する要因の1つに、
光出射面となる共振器端面の劣化があることはよ
く知られている。また、半導体レーザ素子を高出
力動作させた場合にこの共振器端面は破壊される
ことがある。このときの端面破壊出力(以下、
Pmaxと称す)は従来の半導体レーザでは
106W/cm2程度であつた。レーザ光を安定に高出
力発振させるためにPmaxを増大させ、また端面
劣化を防止するために端面でのレーザ光の吸収を
少なくした端面窓形半導体レーザ素子として例え
ば、WSレーザ(Appl−Phys.Lett.15 May1979
P.637)が提唱されている。あるいは端面近傍を
活性層よりもバンドギヤツプの広い物質で埋め込
んだ構造のものも知られている。
しかしながらこれらの窓形半導体レーザは、そ
の窓領域では接合に平行な方向に光導波路が形成
されていない。従つて、窓領域ではレーザ光が拡
がつて伝播するため、共振器反射面で反射してレ
ーザ発振領域に戻る光の量が少なくなり、このた
め発振の効率が低下して発振閾値電流が高くなる
といつた欠点を有する。従来の窓形半導体レーザ
素子内での光の伝播する様子をレーザ素子上面方
向より描くと第1図に示す如くとなる。即ち、ス
トライプ状のレーザ発振動作領域1の両共振端方
向に窓領域2,2′が形成され、共振器端面3,
3′よりレーザビーム4,4′が出力される。尚、
レーザ発振領域端面5,5′は共振器端面3,
3′の内方に位置し、この位置よりレーザ光は伝
播波面6で示すように進行する。
レーザビームの焦点(ビームウエイスト)は接
合に平行な方向ではレーザ発振領域端面5,5′
に存在し、接合に垂直な方向では共振器端面3,
3′に存在する。この非点収差はレンズ等により
光学的結合を行なう場合に不都合となる。
本発明は上記従来の窓形半導体レーザの欠点を
克服した新規な構造を有する半導体レーザ素子を
提供することを目的とするものである。
即ち、窓領域にも光導波路を形成することによ
り、ビームウエイストは接合に水平、垂直方向共
に共振器端面に存在することとなる。更に、半導
体レーザの窓領域がレーザ発振領域で発生する高
次横モードを抑制して基本横モードのみを導波さ
せる作用をさせることも可能であり、これは従来
の窓形半導体レーザにない非常に進歩した効果で
ある。
また、共振器近傍で電流が流れないようにする
ために、従来は表面に絶縁膜を形成する等が行わ
れていたが、活性層上のクラツド層及びキヤツプ
層での電流拡がりが大きく、効率的な電流阻止が
行われていなかつた。しかしながら、本願発明に
より、電流ブロツキング層が共振器近傍で効果的
に電流の流れを阻止することが可能となる。しか
も、その形成方法は、従来の亜鉛拡散工程などが
不要であり、非常に簡便であり、実用的である。
以下、本発明を実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。
第2図は本発明の一実施例を説明する半導体レ
ーザ素子の素子内で光伝播する様子をレーザ素子
上面より描いたものである。
導波路幅Wg1及び長さLeを有するレーザ発振動
作領域21の両端位置に導波路幅Wg2及び各々の
長さLw,Lw′を有する窓領域22,22′が配設
され、共振器端面23,23′よりレーザビーム
24,24′が放射される。レーザ発振動作領域
21はレーザ発振領域端面25,25′でその長
さが限定されている。レーザ光はその伝播波面2
6が図示の如くとなる。
第3図A,Bは第2図に於けるX−X、及びY
−Y断面図である。即ち第3図Aはレーザ発振動
作領域21の断面図であり、第3図Bは窓領域2
2,22′の断面図である。
p−GaAs基板31上に電流を遮断するための
n−GaAs電流ブロツキング層32が堆積される
が、この電流ブロツキング層32は窓領域22,
22′の方がレーザ発振領域21より厚くなるよ
うに形成されている。また電流ブロツキング層3
2とGaAs基板31にはストライプ状の溝が加工
されている。この上にp−GaAlAsクラツド層3
3、GaAs又はGaAlAs活性層34、n−
GaAlAsクラツド層35、n−GaAsキヤツプ層
36が順次積層されている。
第3図Aの構造はいわゆる活性層湾曲型VSIS
レーザ、第3図Bは同じく活性層平坦型VSISレ
ーザである。VSIS(V−channeled Substrate
Inner Stripe)レーザについては電気通信学会技
術報告(ED81−42,1981年,P.31)及びAppl.
Phys.Lett.(1March 1982,P.372)等に詳述され
ているが、基板に溝加工して電流通路を形成した
光及びキヤリア閉じ込め構造を有する内部ストラ
イプ型レーザである。即ち、レーザ発振のための
電流はn−GaAs層32によつて阻止され、それ
ぞれ幅Wc1,Wc2のチヤネル部のみに流れる。こ
れらのチヤネル幅はWc1>Wc2となるように形成
されており、同一成長条件で前者では活性層を湾
曲させ、後者では活性層を平坦にすることができ
る。活性層が湾曲すると、屈折率光導波路が形成
され、その幅Wg1はチヤネル幅Wcよりも狭くな
る。また活性層34が平坦な場合は、チヤネル両
端でのn−GaAs層32への光吸収により実効屈
折率が下がる原理を利用した光導波路が形成さ
れ、その幅Wg2はチヤネル幅Wc2にほぼ等しい。
本発明を創出するに到つた重要な事象は、同一
成長条件でそれぞれ活性層湾曲型VVSISレーザ
と活性層平坦型VSISレーザを個別に作製した場
合、常に前者の方が100〜200Åだけ長波長で発振
するということ、即ち21〜42meVだけバンドギ
ヤツプが狭くなるということである。さらに、活
性層を湾曲させると発振閾値電流は小さくなるが
横モードが不安定になり易く、活性層を平坦にす
ると発振閾値電流はやや増大するが、横モードが
非常に安定になるという性質がある。従つて、こ
れら2種類の活性層をもつ光導波路を同時に形成
すれば、レーザ発振は湾曲部分で起り、平坦部で
は単にレーザ光が通過するだけとなる。従つて、
両端面近傍に活性層平坦部が位置するように配置
すれば、発振閾値電流Ithは小さくできるし、横
モードも安定化させることができる。しかも、端
面劣化の少ないあるいは端面破壊耐用出力Pmax
の大きい半導体レーザを作製することができる。
換言すれば、上述した2種類のVSISレーザの利
点のみを利用し、欠点を補ない合うことができ、
しかも窓形レーザを容易に製作することができ
る。しかし、窓領域22,22′にもレーザ発振
領域25と同一電流が流れるようにすると、レー
ザ出力20mW程度で窓領域22,22′でもレー
ザ発振条件を満足するようになり、横モードが乱
れ易くなる欠点を生ずる。本発明の窓形レーザは
窓領域22,22′のチヤネル中央部でも電流ブ
ロツキング層32が存在する為レーザ発振するこ
とはなく、活性層はレーザ光に対する窓としての
み働く。従つて、100mW程度まで横モードが乱
れることはなく安定である。
以下、本発明の製造方法の一実施例について説
明する。第4図A,B,C,D,Eは製造方法の
一実施例を説明する製造工程図である。
まず、P型GaAs基板(Znドープ、1×1019cm
-3)41上に、第4図Aに示すような幅Wc0
10μm、長さL2=100μm、深さ1μmの矩形溝40
をL1=150μmの間隔でホトリソグラフイ技術によ
り形成する。使用したレジストはシツプレイ社の
AZ1350であり、この窓を通して硫酸系エツチン
グ液でGaAs基板41をエツチングする。
次に、その基板41上にn型GaAs層(Teドー
プ、6×1018cm-3)42を約0.8μmの厚さに液相
エピタキシヤル成長させる。この時、矩形溝40
は完全に埋まり、n型GaAs層42は1.8μmの厚
さになる。
その後、n型GaAs層表面に第4図Bで示す様
な幅が変化するストライプ状のパターンを再びホ
トリソグラフイ技術により形成する。各部の寸法
はL1=150μm、L2=100μm、Wc1=6μm、Wc2
3μmである。
この窓を通して、硫酸系エツチング液でGaAs
層42をエツチングする。Z1−Z1,Z2−Z2方向断
面形状をそれぞれ第4図C,Dに示す。
その後、再び液相エピタキシヤル技術により、
第3図で示すようなp−Ga0.5Al0.5Asクラツド層
33、p−Ga0.85Al0.15As活性層34、n−Ga0.5
Al0.5Asクラツド層34、n−GaAsキヤツプ層3
6をそれぞれ平坦部で0.15μm、0.1μm、1.0μm、
2μm成長させた。ただし、活性層湾曲部の中央で
の活性層厚は0.2μmとなつた。基板裏面をラツピ
ングすることによりウエハーの厚さを約100μmと
した後、n−GaAsキヤツプ層36表面にはAu−
Ge−Niを、又p−GaAs基板31裏面にはAu−
Znを蒸着し、450℃に加熱して合金化することに
より電極層とする。次にp−GaAs基板31の裏
面にAlを蒸着した後、内部のチヤネルのピツチ
に合致したパターンを形成して第4図Eの如くと
する。その後、長さL1をもつ窓領域の中央で劈
開し、共振器を形成する。従つて、窓領域は素子
の両端で各々50μmの長さを有することになる。
この窓形レーザはIth=30mAだレーザ発振し、そ
の時の波長は7800Åであつた。また端面破壊出力
Pmaxは約100mWであつた。しかも、100mWま
で安定な横基本モードで発振した。次に、活性層
の湾曲したレーザ発振領域で劈開し、共振器とし
た所、高次横モードで発振し、約10mWで端面破
壊した。従つて、本発明の窓形レーザによつて、
Pmaxは約10倍に向上したことになる。
更に、端面をAl2O3でコートした所、Pmaxは
約200mWに向上した。
また、発振波長8300Åの窓形レーザを製作した
所、端面コートなしでPmax=200mW、端面コ
ート付でPmax=400mWであつた。
上記7800Å及び8300Åの発振波長をもつ窓形レ
ーザを出力30mW、50℃で連続動作させた所、現
在2500時間でいずれも無劣化である。
本発明の半導体レーザは上記実施例で述べた
GaAlAs系だけでなく、InP−InGaAsP系その他
すべてのヘテロ接合レーザに適用できることは明
らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の窓形レーザに於ける光の伝播を
説明する平面図である。第2図は本発明の一実施
例を示す窓形レーザの光伝播を説明する平面図で
ある。第3図A,Bはそれぞれ第2図のX−X,
Y−Y断面図である。第4図A,B,C,D,E
は本発明の製造方法の一実施例を説明する製作工
程図である。 21…レーザ発振動作領域、22,22′…窓
領域、23,23′…共振器端面、25,25′…
レーザ発振領域端面、31…p−GaAs基板、3
2…n−GaAs電流ブロツキング層、33…p−
クラツド層、34…活性層、35…n−クラツド
層、36…n−キヤツプ層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板と、 該基板上に形成された電流ブロツキング層と、 前記電流ブロツキング層から前記基板に達する
    ように形成されたストライプ状溝と、該ストライ
    プ状溝に対応して該ストライプ状溝幅より狭い幅
    をもつて湾曲した活性層が設けられたレーザ発振
    領域と、 該レーザ発振領域両側の共振器面近傍に位置す
    る領域において、前記基板が前記電流ブロツキン
    グ層に覆われ、かつ前記基板を覆う電流ブロツキ
    ング層に前記レーザ発振領域のストライプ状溝幅
    より狭い幅に形成されたストライプ状溝と、該ス
    トライプ状溝に対応して平坦な活性層とが設けら
    れ、発振されたレーザ光が前記電流ブロツキング
    層により吸収されるようにしたレーザ光の窓領域
    と、 を備えてなることを特徴とする半導体レーザ素
    子。
JP10870682A 1982-05-28 1982-06-23 半導体レ−ザ素子 Granted JPS58225681A (ja)

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US06/476,844 US4546481A (en) 1982-05-28 1983-03-18 Window structure semiconductor laser
DE8383301600T DE3376936D1 (en) 1982-05-28 1983-03-22 Semiconductor laser
EP83301600A EP0095826B1 (en) 1982-05-28 1983-03-22 Semiconductor laser

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Families Citing this family (5)

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JPS61289689A (ja) * 1985-06-18 1986-12-19 Mitsubishi Electric Corp 半導体発光装置
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