JPH05299770A - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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- JPH05299770A JPH05299770A JP10650792A JP10650792A JPH05299770A JP H05299770 A JPH05299770 A JP H05299770A JP 10650792 A JP10650792 A JP 10650792A JP 10650792 A JP10650792 A JP 10650792A JP H05299770 A JPH05299770 A JP H05299770A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、 高出力動作が可能で、
横モードの安定な波面収差の小さい半導体レーザ装置の
構造及びその製造方法に関するものである。The present invention is capable of high-power operation,
The present invention relates to a structure of a semiconductor laser device having stable transverse mode and a small wavefront aberration, and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】屈折率導波型ストライプレーザでは局在
する利得領域の中に屈折率分布を持った導波路が作ら
れ、これが導波領域となって水平横モードを決定する。
そこで、基本水平横モードを安定化するためには次の条
件を満たすことが必要である。2. Description of the Related Art In a refractive index guided stripe laser, a waveguide having a refractive index distribution is formed in a localized gain region, and this serves as a waveguide region that determines a horizontal transverse mode.
Therefore, in order to stabilize the basic horizontal transverse mode, it is necessary to satisfy the following conditions.
【０００３】１、ストライプ内外の屈折率差は注入キャ
リアーのプラズマ効果による屈折率減少分より大きい。 ２、高次モードがカットオフになる屈折率差と導波路幅
を有する。 ３、導波路内での空間的ホールバーニングによる横モー
ド変形を防ぐため、導波路幅Ｗは注入キャリアーの拡散
長以下とする。1. The difference in refractive index between the inside and the outside of the stripe is larger than the decrease in the refractive index due to the plasma effect of the injected carriers. 2. It has a refractive index difference and a waveguide width that cut off a higher-order mode. 3. In order to prevent the transverse mode deformation due to the spatial hole burning in the waveguide, the waveguide width W is set to the diffusion length of the injected carriers or less.
【０００４】例えば、注入キャリアーの拡散長が２〜３
μm程度であることから、比屈折率差（（ストライプ内
の屈折率−ストライプ外の屈折率）／ストライプ内の屈
折率）が〜10-2のときＷ~２μm前後が最適値となる。こ
こで、発振閾値電流密度を支配するのは導波機構もさる
ことながら、電流注入ストライプ幅Ｓ、すなわち利得領
域幅であり、この点から、屈折率導波型ストライプレー
ザ構造は２種類に分類される。For example, the diffusion length of the injected carrier is 2 to 3
Since it is about μm, when the relative refractive index difference ((refractive index inside stripe−refractive index outside stripe) / refractive index inside stripe) is ˜10 −2 , the optimum value is around W˜2 μm. Here, it is the current injection stripe width S, that is, the gain region width that controls the oscillation threshold current density, not to mention the waveguide mechanism. From this point, the refractive index guided stripe laser structure is classified into two types. To be done.
【０００５】第１はＳ＞Ｗのリブ導波路型や内部ストラ
イプ型と一般に呼ばれるものであり、利得導波路型スト
ライプレーザと同様にクラッド層での電流広がり、及び
活性層での注入キャリアーの拡散により、利得領域幅が
広く、その中に屈折率差をもつ導波路が形成される構造
である。The first type is generally called a rib waveguide type or an internal stripe type with S> W. Like the gain waveguide type stripe laser, the current spreads in the cladding layer and the diffusion of injected carriers in the active layer. Thus, the gain region has a wide width, and a waveguide having a difference in refractive index is formed therein.
【０００６】従来の内部ストライプ型半導体レーザ装置
は例えば図８に示すようにn-GaAs基板81にn-GaAsバッフ
ァー層82、 n-AlGaAsクラッド層83、 ノンドープAlGaAs活
性層84、 p-AlGaAs光ガイド層85、 n-GaAs電流ブロック層
86を順次積層し、 その後ホトレジストマスクをもちいた
化学エッチングにより幅４〜５μmのストライプ溝を形
成する。次いで、 このホトレジストマスクを除去した
後、 ストライプ溝を埋め込むようにp-AlGaAsクラッド層
87、 p-GaAsコンタクト層88を成長する。A conventional internal stripe type semiconductor laser device is, for example, as shown in FIG. 8, an n-GaAs substrate 81, an n-GaAs buffer layer 82, an n-AlGaAs cladding layer 83, a non-doped AlGaAs active layer 84 and a p-AlGaAs optical guide. Layer 85, n-GaAs current blocking layer
86 are sequentially laminated, and then a stripe groove having a width of 4 to 5 μm is formed by chemical etching using a photoresist mask. Then, after removing the photoresist mask, the p-AlGaAs cladding layer is filled so as to fill the stripe groove.
87, a p-GaAs contact layer 88 is grown.
【０００７】第２はＳ＝Ｗの埋め込み型半導体レーザに
代表される利得領域幅と導波路幅が一致している構造で
ある。これは低閾値電流駆動及び安定した横モード発振
などの優れた特性を有する素子構造である。The second is a structure in which the width of the gain region typified by the embedded semiconductor laser of S = W and the width of the waveguide are the same. This is an element structure having excellent characteristics such as low threshold current drive and stable transverse mode oscillation.
【０００８】従来の埋め込み型半導体レーザ装置は例え
ば図９に示すようにn-GaAs基板91にn-GaAsバッファー層
92、 n-AlGaAsクラッド層93、 ノンドープAlGaAs活性層9
4、 p-AlGaAsクラッド層95、 及びp-GaAsコンタクト層96
を順次積層し、 次いで、 p-AlGaAsコンタクト層96からn-
GaAsバッファー層92に達するメサ状のエッチングを行
い、メサの両側は電流を阻止するAlGaAs埋め込み層97で
埋め込んだものである。A conventional buried type semiconductor laser device has an n-GaAs buffer layer on an n-GaAs substrate 91 as shown in FIG.
92, n-AlGaAs cladding layer 93, undoped AlGaAs active layer 9
4, p-AlGaAs cladding layer 95, and p-GaAs contact layer 96
In sequence, and then p-AlGaAs contact layer 96 to n-
Mesa-shaped etching reaching the GaAs buffer layer 92 is performed, and both sides of the mesa are filled with AlGaAs burying layers 97 that block current.
【０００９】このような半導体レーザ装置は、 レーザビ
ームプリンター用光源、 高速長距離のための光通信用
光源、 さらには光計測用光源としての利用が期待されて
いる。これは、 この半導体レーザ装置がモードの安定し
たレーザ光を出射することができるからである。Such a semiconductor laser device is expected to be used as a light source for a laser beam printer, a light source for optical communication for high speed and long distance, and a light source for optical measurement. This is because this semiconductor laser device can emit laser light having a stable mode.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
に示すような半導体レーザ装置は以下の問題がある。However, the semiconductor laser device as shown in the conventional example has the following problems.
【００１１】第１に、Ｓ＞Ｗの内部ストライプ型半導体
レーザ装置では、導波路より離れた領域にはレーザ発振
に寄与しない余分のキャリアーが注入されるため、発振
閾値電流が高くなり、高出力動作には適さない。更に、
高出力になると導波路外部の利得が大きくなること、及
び屈折率差が小さいことにより、横モードの安定度が悪
くなる。First, in the internal stripe type semiconductor laser device of S> W, since extra carriers that do not contribute to laser oscillation are injected into the region away from the waveguide, the oscillation threshold current becomes high and the high output is obtained. Not suitable for operation. Furthermore,
When the output is high, the gain outside the waveguide becomes large and the difference in the refractive index is small, so that the stability of the transverse mode is deteriorated.
【００１２】第２に、 発振波長に対し、吸収層となるn-
GaAs電流ブロック層が隣接しているため、基本横モード
の導波路損失が大きくなり、非点隔差が10μm以上と大
きい。更に遠視野像の水平方向が垂直方向に比べて極め
て狭く、 その楕円率(垂直方向の遠視野像/水平方向の遠
視野像)が大きく光学的使用には適さない。Second, for the oscillation wavelength, n- which becomes an absorption layer
Since the GaAs current block layers are adjacent to each other, the waveguide loss of the fundamental transverse mode becomes large, and the astigmatic difference is as large as 10 μm or more. Furthermore, the horizontal direction of the far-field image is extremely narrow compared to the vertical direction, and its ellipticity (vertical far-field image / horizontal far-field image) is large and is not suitable for optical use.
【００１３】第３に、Ｓ＝Ｗの埋め込み型構造半導体レ
ーザ装置では、 安定した基本横モードを得、 発振しきい
値電流や駆動電流を小さくするためにストライプ幅もし
くはメサ幅を１〜２μmにする必要があるが、 このよう
に非常に狭いストライプ幅もしくはメサ幅を制御性良
く、 再現性良く、 作製するのは高度のプロセス技術が必
要となり素子の作製歩留まりが著しく低下する。Thirdly, in the S = W buried type structure semiconductor laser device, the stripe width or the mesa width is set to 1 to 2 μm in order to obtain a stable fundamental transverse mode and reduce the oscillation threshold current and the driving current. However, such a very narrow stripe width or mesa width has good controllability and good reproducibility, and a high process technology is required to manufacture the device, and the device manufacturing yield is significantly reduced.
【００１４】第４に、 埋め込み構造では、発振領域の活
性層幅が非常に狭いと小出力でも端面での光出力密度が
増大し、 光学損傷による端面破壊が10〜20mWの光出力で
も生じやすく高出力動作には適さない。Fourth, in the buried structure, if the width of the active layer in the oscillation region is very narrow, the light output density at the end face increases even with a small output, and end face destruction due to optical damage easily occurs even at a light output of 10 to 20 mW. Not suitable for high power operation.
【００１５】第５に、 埋め込み構造では、 凹凸の激しい
水平横モードの遠視野像が見られる場合が多い。これ
は、 ストライプ側面の凹凸部から全反射臨界角を越えて
透明な埋め込み層に抜けたレーザ光と、 反射面から出た
レーザ光との干渉に因るものである。水平方向の比屈折
率差とストライプ端での光強度が大きいほどこの現象は
生じやすい。すなわち、 ストライプ側面の出来具合が水
平横モードの遠視野像に大きく影響する。よって、 メサ
エッチングの工程が重要になってくるが、 現在のエッチ
ング技術ではメサ側面に全く凹凸を生じさせないように
することは非常に困難である。Fifth, in the embedded structure, a far-field image in a horizontal transverse mode with severe irregularities is often seen. This is due to the interference between the laser light emitted from the reflecting surface and the laser light that has passed through the concave-convex portion on the side surface of the stripe beyond the critical angle of total reflection into the transparent buried layer. This phenomenon is more likely to occur as the relative refractive index difference in the horizontal direction and the light intensity at the stripe edge increase. In other words, the quality of the stripe side surface greatly affects the far-field image in the horizontal transverse mode. Therefore, the process of mesa etching becomes important, but it is very difficult to prevent unevenness on the side surface of the mesa by the current etching technique.
【００１６】そこで、本発明は上記従来の問題点を解決
し、 発振閾値が小さく、 高出力動作でも安定な基本横モ
ードで発振するレーザを歩留まり良く、 再現性良く作製
できる構造、 およびその作製方法を提供することを目的
とする。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and has a structure in which a laser that oscillates in a fundamental transverse mode that has a small oscillation threshold and is stable even at high power operation can be manufactured with high yield and reproducibility, and a manufacturing method thereof. The purpose is to provide.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点す
べてを同時に解決しようとするものであり、内部ストラ
イプ型半導体レーザのストライプ内、もしくはその近傍
に、実効的に狭い内部ストライプ構造を作り込むことに
より上記目的が達成される。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to solve all of the above problems at the same time, and an effective narrow internal stripe structure is formed in or near the stripe of an internal stripe type semiconductor laser. By incorporating the above, the above-mentioned object is achieved.
【００１８】実効的に狭い内部ストライプ構造とは、 ス
トライプ構造において図１(a)、図１(b)、図１(c)の模
式図に示すような等価屈折率分布をつけることにより
（それぞれ対応する実施例での等価屈折率分布の一例を
図中に示す）、 ストライプ内の等価屈折率分布が３つ以
上の領域に区別され、ストライプ中央部で等価屈折率分
布に凸部が存在し、 実効的に導波路幅をストライプ幅よ
りも狭くできることにより得られる構造である。かかる
上記半導体レーザを作製する方法は、半導体基板上にバ
ッファー層、 クラッド層、活性層、キャリアバリア層、
ガイド層、電流ブロック層、 などの複数の半導体層を成
長させる工程と、 キャリアバリア層、ガイド層、クラッ
ド層や電流ブロック層などを選択的にエッチングして、
共振器方向に平行な凹部もしくは凸部を有するストライ
プ溝を形成する工程とを包含する。The effectively narrow inner stripe structure is obtained by providing an equivalent refractive index distribution as shown in the schematic diagrams of FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) in the stripe structure (respectively, An example of the equivalent refractive index distribution in the corresponding embodiment is shown in the figure), the equivalent refractive index distribution in the stripe is divided into three or more regions, and a convex portion exists in the equivalent refractive index distribution in the central portion of the stripe. This is a structure obtained by effectively making the waveguide width narrower than the stripe width. Such a method for producing the above semiconductor laser includes a buffer layer, a clad layer, an active layer, a carrier barrier layer, a semiconductor substrate,
A step of growing a plurality of semiconductor layers such as a guide layer and a current block layer, and selectively etching a carrier barrier layer, a guide layer, a clad layer and a current block layer,
Forming a stripe groove having a concave portion or a convex portion parallel to the resonator direction.
【００１９】[0019]
【作用】本発明によれば、 水平方向の屈折率分布におい
て、ストライプ中央部の一部分のみ等価屈折率を大きく
できるため、基本導波モードの損失が小さくなり、安定
な基本横モードで発振する。According to the present invention, in the refractive index distribution in the horizontal direction, the equivalent refractive index can be increased only in a part of the central portion of the stripe, so that the loss of the fundamental guided mode is reduced, and stable fundamental transverse mode oscillation occurs.
【００２０】さらに、光導波路の近接領域が光吸収層で
ないために、 光導波モードとしては損失導波ではなく、
実屈折率導波となる。よって、 波面ひずみに起因す波面
収差が生じない。Further, since the adjacent region of the optical waveguide is not the light absorption layer, the optical waveguide mode is not loss waveguide,
It becomes a real refractive index guide. Therefore, wavefront aberration due to wavefront distortion does not occur.
【００２１】また、 実効的な狭いストライプ幅を作製出
来るため、 遠視野像の水平方向を大きくでき、 その楕円
率（水平方向の遠視野像／垂直方向の遠視野像）を小さ
く出来る。Further, since an effective narrow stripe width can be produced, the horizontal direction of the far-field image can be increased and its ellipticity (far-field image in the horizontal direction / far-field image in the vertical direction) can be reduced.
【００２２】本発明の製造方法によると、ストライプ幅
Ｗを１〜２μmにまで狭くする必要がないので、 ストラ
イプ作製のプロセスにおける歩留りも向上し、 出射端面
での光密度が極端には大きくならず、安定な基本横モー
ドでの高出力動作が容易に可能になる。According to the manufacturing method of the present invention, since it is not necessary to narrow the stripe width W to 1 to 2 μm, the yield in the process of forming the stripe is also improved, and the light density at the emitting end face is not extremely increased. High output operation in stable basic transverse mode is easily possible.
【００２３】[0023]
【実施例】以下に、本発明の実施例について、図に基づ
いて説明する。図２は本発明に係る図１(a)の屈折率分
布を伴う半導体レーザ装置の第１の実施例の断面図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a sectional view of the first embodiment of the semiconductor laser device with the refractive index profile of FIG. 1 (a) according to the present invention.
【００２４】該半導体レーザ装置の作製工程を図３(a)
〜(d)により説明する。まず、原料としてIII族有機金属
（トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム）とＶ
族水素化物（アルシン）とを、ｎ型ドーパント材料とし
てセレン化水素、ｐ型ドーパント材料としてジエチルジ
ンクを使用した減圧ＭＯＣＶＤ法による第１回目の成長
で n-(100)GaAs基板21上に厚さ 0.5μmのn-GaAsバッフ
ァー層22、 厚さ 0.8μmのn-Al0・5Ga0・5Asクラッド層23、
厚さ0.08μmのノンドープAl0・13Ga0・87As活性層24、厚
さ0.05μmのp-Al0・5Ga0・5Asキャリアバリア層25、 厚さ
0.15μmのp-Al0・25Ga0・75As光ガイド層26、 厚さ 0.5μm
のn-GaAs電流ブロック層27を順次積層させ、 図３(a)に
示すような構造を得る。The manufacturing process of the semiconductor laser device is shown in FIG.
This will be described with reference to (d). First, Group III organic metals (trimethylgallium, trimethylaluminum) and V are used as raw materials.
Group hydride (arsine) and hydrogen selenide as n-type dopant material and diethyl zinc as p-type dopant material were used for the first growth by the low pressure MOCVD method to grow the thickness on the n- (100) GaAs substrate 21. n-GaAs buffer layer 22 of 0.5 [mu] m, a thickness of 0.8μm n-Al 0 · 5 Ga 0 · 5 As cladding layer 23,
0.08 μm thick undoped Al 0 · 13 Ga 0 · 87 As active layer 24, 0.05 μm thick p-Al 0 · 5 Ga 0.5 · As carrier barrier layer 25, thickness
0.15 μm p-Al 0 ・ 25 Ga 0 ・ 75 As optical guide layer 26, thickness 0.5 μm
The n-GaAs current blocking layers 27 are sequentially laminated to obtain a structure as shown in FIG.
【００２５】次いで、 図３(b) に示すように、ポジレジ
スト膜をマスクとして用いたホトリソグラフィ法及び化
学エッチング法により、 n-GaAs電流ブロック層27を逆メ
サ方向に選択的にエッチング(NH4OHとH2O2とH2Oとの混
合溶液)して、 共振器方向に平行なストライプ溝を形成
することにより、 その底部にp-Al0・25Ga0・75As光ガイド
層26を露出させた。Next, as shown in FIG. 3B, the n-GaAs current block layer 27 is selectively etched (NH) in the reverse mesa direction by a photolithography method and a chemical etching method using a positive resist film as a mask. (4 OH / H 2 O 2 / H 2 O mixed solution) to form stripe grooves parallel to the cavity direction, and the p-Al 0 ・ 25 Ga 0 ・ 75 As optical guide layer is formed at the bottom of the groove. Exposed 26.
【００２６】次いで、図３(c) に示すように、ウエハ全
体に塗布したネガレジスト膜をマスクとして用いたホト
リソグラフィ法及び化学エッチング法により、 p-Al0・25
Ga0・75As光ガイド層26を逆メサ方向にエッチングする
と、図３(d)に示すように、ストライプ底部に凸部をも
つ光ガイド層が形成される。そして、ネガレジスト膜を
剥離した後、 ストライプ溝を埋め込むように、 ２回目の
成長としてＭＯＣＶＤ法やＬＰＥ法により、厚さ２μm
のp-Al0・75Ga0・25Asクラッド層28及び厚さ１μmのp-GaA
sコンタクト層29順次積層させる。Then, as shown in FIG. 3 (c), p-Al 0 .25 is formed by photolithography and chemical etching using a negative resist film applied to the entire wafer as a mask.
When the Ga 0.75 As light guide layer 26 is etched in the reverse mesa direction, as shown in FIG. 3D, a light guide layer having a convex portion at the bottom of the stripe is formed. After the negative resist film is peeled off, the thickness of 2 μm is formed by the MOCVD method or the LPE method as the second growth so as to fill the stripe groove.
P-GaA of p-Al 0 · 75 Ga 0 · 25 As cladding layer 28 and the thickness of 1μm
s Contact layer 29 is sequentially laminated.
【００２７】最後に、 通常の電極形成工程により、 n-Ga
As基板21の裏面にはn側電極(AuGe／Ni)200を、p-GaAsコ
ンタクト層29の表面にはp側電極(Au/AuZn)201を形成し
た後、ウエハを劈開して共振器端面を形成することによ
り図２の半導体レーザ装置を得る。Finally, by a normal electrode forming process, n-Ga
After the n-side electrode (AuGe / Ni) 200 is formed on the back surface of the As substrate 21 and the p-side electrode (Au / AuZn) 201 is formed on the surface of the p-GaAs contact layer 29, the wafer is cleaved to form the cavity end surface. To form the semiconductor laser device of FIG.
【００２８】第１の実施例では、狭いストライプ溝内に
光ガイド層上で凸部を形成する際にネガレジストを用い
ている。即ち、ストライプ底部の電流ブロック層側壁近
傍はネガレジストが厚く残存し（図３(c)中に網掛けで
示す）、かつ電流ブロック層の側壁のため露光されにく
く紫外線が未照射となってしまう。ネガレジストは未露
光部分が現像時除去されるので、次に、エッチングを行
うと電流ブロック層側壁近傍のネガレジストマスク谷部
分がエッチバックされ、層厚が薄くなる。つまり、側壁
近傍部分はエッチングにより凹部を形成する。よって、
図３(b) に示すようにブロック層側壁近傍部分の等価屈
折率の方が小さくなり、ストライプ中央部で光の強度分
布が強くなる。よって、安定な基本横モードで発振する
内部ストライプ屈折率導波型半導体レーザ装置が得られ
る。In the first embodiment, a negative resist is used when forming the convex portion on the light guide layer in the narrow stripe groove. That is, the negative resist remains thick near the side wall of the current block layer at the bottom of the stripe (shown by hatching in FIG. 3 (c)), and because of the side wall of the current block layer, it is difficult to expose and ultraviolet rays are not irradiated. .. Since the unexposed portion of the negative resist is removed during development, when etching is performed next, the valley portion of the negative resist mask near the side wall of the current block layer is etched back, and the layer thickness becomes thin. That is, the recess near the side wall is formed by etching. Therefore,
As shown in FIG. 3B, the equivalent refractive index in the vicinity of the side wall of the block layer becomes smaller, and the light intensity distribution becomes stronger in the central portion of the stripe. Therefore, an internal stripe refractive index guided semiconductor laser device that oscillates in a stable fundamental transverse mode can be obtained.
【００２９】上記構造について、 数値を挙げて詳しく説
明すると、 本発明の第1の実施例での等価屈折率はスト
ライプ内の凸部の幅３μmで等価屈折率ｎ１〜3.381 、
ストライプ内の凹部の幅 0.5μmで等価屈折率ｎ２〜3.3
61、 ストライプ外の等価屈折率ｎ３〜3.390 となり、 図
１(a) に示すようにストライプ内の凸部の等価屈折率、
ストライプ内の凹部の等価屈折率の順に大きい（n1＞n
2)という関係であり、ストライプ幅よりも狭い領域で等
価屈折率に凸部分が存在することになるため、導波路幅
を実効的には水平方向のストライプ幅よりも狭くするこ
とができ、水平方向の遠視野像が広がり、だ円率の改善
も可能となる。The above structure will be described in detail with reference to numerical values. The equivalent refractive index in the first embodiment of the present invention is the equivalent refractive index n1 to 3.381 when the width of the convex portion in the stripe is 3 μm.
The width of the recess in the stripe is 0.5 μm and the equivalent refractive index n2 to 3.3
61, the equivalent refractive index n3 to 3.390 outside the stripe becomes, and the equivalent refractive index of the convex portion inside the stripe as shown in FIG.
Larger in the order of equivalent refractive index of the recesses in the stripe (n1> n
Since there is a convex portion in the equivalent refractive index in a region narrower than the stripe width, it is possible to effectively make the waveguide width narrower than the horizontal stripe width. The far-field image in the direction spreads and the ellipticity can be improved.
【００３０】さらに、ストライプ内の吸収係数の分布に
おいて、ストライプ内の凸部の吸収係数α１〜0.496、凹
部の吸収係数がα２〜0.298 とほぼ０に近い値が得られ
るため、 吸収損失導波ではなく完全な実屈折率導波とな
る。しかも、基本横モードの導波路損失αm0〜−5.669
cm-1と小さく、 かつ１次導波モードの導波路損失αm1〜
−17.930 cm-1であるため、 │αm0│＜10cm-1かつ│αm
0│＜│αm1│の関係が満たされ、 高出力動作時におい
てもモードは安定に制御される。即ち、モード損失の大
幅な低減と波面ひずみに起因する非点隔差が生じないな
どの効果も併せ持つ。Further, in the distribution of the absorption coefficient within the stripe, since the absorption coefficient α1 to 0.496 of the convex portion and the absorption coefficient α2 to 0.298 of the concave portion in the stripe, which are values close to 0, are obtained in the absorption loss waveguide. It becomes a complete real refractive index guide. Moreover, the fundamental transverse mode waveguide loss α m0 to −5.669
As small as cm -1 and the waveguide loss of the first-order guided mode α m1 ~
−17.930 cm −1 , so │αm 0 │ <10 cm -1 and │αm
The relationship of 0 │ <│αm 1 │ is satisfied, and the mode is stably controlled even during high power operation. That is, it also has the effects of significantly reducing the mode loss and preventing the astigmatic difference due to the wavefront distortion.
【００３１】図４は本発明に係る図１(b)の屈折率分布
を伴う半導体レーザ装置の第２の実施例の断面図であ
る。以下の説明において、 第１の実施例と同様の部分に
ついては詳しい製造方法や層構造は省略する。FIG. 4 is a sectional view of a second embodiment of the semiconductor laser device with the refractive index profile of FIG. 1 (b) according to the present invention. In the following description, detailed manufacturing methods and layer structures of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
【００３２】まず、図４に示すように、 第１回目の成長
でｐ-GaAs(100)基板41上にn-GaAs電流ブロック層42を積
層し，逆メサ方向にストライプ溝を基板まで達するよう
にエッチングした後、p-AlGaAsクラッド層43、 ノンドー
プ-AlGaAs活性層44、 ｎ-AlGaAsガイド層45を順次積層さ
せた。First, as shown in FIG. 4, the n-GaAs current block layer 42 is laminated on the p-GaAs (100) substrate 41 in the first growth so that the stripe groove reaches the substrate in the reverse mesa direction. After the etching, a p-AlGaAs cladding layer 43, a non-doped AlGaAs active layer 44, and an n-AlGaAs guide layer 45 were sequentially laminated.
【００３３】次いで、 前記第１の実施例と同様にして、
ポジレジスト膜とネガレジスト膜を用いたホトリソグラ
フィ法及び化学エッチング法により、 ストライプ底部で
溝のちょうど中央部に凸部をもつガイド層を形成する。
そして、 レジスト剥離の後、上部のストライプ溝を埋め
込むように、 ｎ-AlGaAsクラッド層46、 ｎ-GaAsコンタク
ト層47を積層させた。最後に、 p-GaAs基板41裏面にはp
側電極400をn-GaAsコンタクト層47の表面にはn側電極40
1を形成した後、 ウエハを劈開して共振器端面を形成す
ることにより図４の半導体レーザ装置を得た。Then, in the same manner as in the first embodiment,
A guide layer having a convex portion just in the center of the groove is formed at the bottom of the stripe by photolithography and chemical etching using a positive resist film and a negative resist film.
After the resist was peeled off, an n-AlGaAs cladding layer 46 and an n-GaAs contact layer 47 were laminated so as to fill the upper stripe groove. Finally, p-GaAs substrate 41
The side electrode 400 is formed on the surface of the n-GaAs contact layer 47 by the n-side electrode 40.
After 1 was formed, the wafer was cleaved to form a cavity end facet to obtain the semiconductor laser device of FIG.
【００３４】第２の実施例の等価屈折率の関係は図１
(b) にその値を一例として示すようにストライプ内の凸
部の等価屈折率ｎ１、 ストライプ内の凹部の等価屈折率
のｎ２の順に大きい（n1＞n2）という関係であり、スト
ライプ幅よりも狭い領域で等価屈折率に凸部分が存在
し、 かつ、 吸収係数や基本横モードの導波路損失につい
ても同様の結果が得られることになるため、前記と同様
の効果が得られる。The relationship of the equivalent refractive index of the second embodiment is shown in FIG.
As shown in (b) as an example, the relationship is that the equivalent refractive index n1 of the convex portion in the stripe and the equivalent refractive index n2 of the concave portion in the stripe are larger in the order of (n1> n2), which is larger than the stripe width. Since there is a convex portion in the equivalent refractive index in a narrow region, and the same result is obtained for the absorption coefficient and the waveguide loss of the fundamental transverse mode, the same effect as described above can be obtained.
【００３５】図５は本発明に係る図１(b) の等価屈折率
分布を伴う半導体レーザ装置の第３の実施例の断面図で
ある。まず、図５に示すように、 第１回目の成長でｐ-G
aAs(100)基板51上にn-GaAs電流ブロック層52を積層し、
逆メサ方向にストライプ溝を基板まで達するようにエッ
チングした後、ｐ-AlGaAsクラッド層53、 ノンドープAlG
aAs活性層54、 ｎ-AlGaAsガイド層55を順次積層させた。FIG. 5 is a sectional view of the third embodiment of the semiconductor laser device with the equivalent refractive index profile of FIG. 1 (b) according to the present invention. First, as shown in Fig. 5, p-G was used in the first growth.
The n-GaAs current block layer 52 is laminated on the aAs (100) substrate 51,
After etching the stripe groove in the reverse mesa direction to reach the substrate, p-AlGaAs cladding layer 53, non-doped AlG
An aAs active layer 54 and an n-AlGaAs guide layer 55 were sequentially laminated.
【００３６】次いで、 ネガレジスト膜を用いたホトリソ
グラフィ法及び化学エッチング法により、 ストライプ溝
のちょうど中央部でガイド層上に凸部をもつメサを形成
する。そして、 レジスト剥離の後、 メサを埋め込むよう
に、 ｎ-AlGaAsクラッド層56、ｎ-GaAs コンタクト層57を
積層させた。Next, by photolithography and chemical etching using a negative resist film, a mesa having a convex portion is formed on the guide layer just at the center of the stripe groove. After the resist was peeled off, an n-AlGaAs cladding layer 56 and an n-GaAs contact layer 57 were laminated so as to fill the mesa.
【００３７】最後に、 p-GaAs基板51裏面にはp側電極500
をn-GaAsコンタクト層57の表面にはn側電極501を形成し
た後、 ウエハを劈開して共振器端面を形成することによ
り図５の半導体レーザ装置を得た。Finally, the p-side electrode 500 is formed on the back surface of the p-GaAs substrate 51.
After the n-side electrode 501 was formed on the surface of the n-GaAs contact layer 57, the wafer was cleaved to form the cavity end facet to obtain the semiconductor laser device of FIG.
【００３８】第３の実施例の等価屈折率の関係はストラ
イプ内の凸部の等価屈折率ｎ１，ストライプ内の凹部の
等価屈折率のｎ２の順に大きい（n1＞n2）という関係で
あり、ストライプ幅よりも狭い領域で等価屈折率に凸部
分が存在し、 かつ、 吸収係数や基本横モードの導波路損
失についても同様の結果が得られることになるため、前
記と同様の効果が得られる。The equivalent refractive index relationship of the third embodiment is such that the equivalent refractive index n1 of the convex portion in the stripe and the equivalent refractive index n2 of the concave portion in the stripe are larger in the order (n1> n2), and the stripes Since there is a convex portion in the equivalent refractive index in a region narrower than the width, and the same result can be obtained for the absorption coefficient and the waveguide loss of the fundamental transverse mode, the same effect as described above can be obtained.
【００３９】更に、 本構造では、従来の埋め込み構造の
半導体レーザのようにメサを形成する際、メサ両脇部を
２〜３μmも深くエッチングする必要がなく、メサの高
さは0.1μmもあれば十分なのでメサ形成プロセスが簡単
となり、上記のような問題点は解決され得る。Furthermore, in this structure, when forming a mesa like a conventional embedded semiconductor laser, it is not necessary to deeply etch both sides of the mesa by 2 to 3 μm, and the height of the mesa can be as high as 0.1 μm. Since this is sufficient, the mesa formation process can be simplified and the above problems can be solved.
【００４０】図６は本発明に係る図１(c) の等価屈折率
分布を伴う半導体レーザ装置の第４の実施例の断面図で
ある。第１回目の成長でn-GaAs基板61にn-GaAsバッファ
ー層62、 n-AlGaAsクラッド層63、 ノンドープ-AlGaAs活
性層64，p-AlGaAsキャリアバリア層65、 n-GaAs電流ブロ
ック層66を順次積層させた。FIG. 6 is a sectional view of a fourth embodiment of the semiconductor laser device with the equivalent refractive index profile of FIG. 1 (c) according to the present invention. In the first growth, an n-GaAs substrate 61, an n-GaAs buffer layer 62, an n-AlGaAs cladding layer 63, a non-doped AlGaAs active layer 64, a p-AlGaAs carrier barrier layer 65, and an n-GaAs current blocking layer 66 are sequentially formed. Laminated.
【００４１】次いで、 ポジレジスト膜を用いたホトリソ
グラフィ及び化学エッチング法により、 n-GaAs電流ブロ
ック層66を選択的にエッチング(NH4OHとH2O2とH2Oとの
混合溶液)して、 共振器方向に平行なストライプ溝を形
成することにより、 その底部にp-AlGaAsキャリアバリア
層65を露出させた。更に、ポジレジスト膜を用いたホト
リソグラフィ及び化学エッチング法により、 p-AlGaAsキ
ャリアバリア層65をエッチングすると、ストライプ底部
に凹部をもつp-AlGaAsキャリアバリア層65が形成され
る。Next, the n-GaAs current blocking layer 66 is selectively etched (a mixed solution of NH 4 OH, H 2 O 2 and H 2 O) by photolithography and a chemical etching method using a positive resist film. By forming a stripe groove parallel to the cavity direction, the p-AlGaAs carrier barrier layer 65 was exposed at the bottom of the stripe groove. Furthermore, when the p-AlGaAs carrier barrier layer 65 is etched by photolithography and a chemical etching method using a positive resist film, the p-AlGaAs carrier barrier layer 65 having a recess at the bottom of the stripe is formed.
【００４２】そして、 ストライプ溝を埋め込むように、
p-AlGaAs光ガイド層67、 p-AlGaAsクラッド層68及びp-Ga
Asコンタクト層69を順次積層させた。最後に、 n-GaAs基
板61の裏面にはn側電極600をp-GaAsコンタクト層69の表
面にはp側電極601を形成した後、ウエハを劈開して共振
器端面を形成することにより図６の半導体レーザ装置を
得た。Then, so as to fill the stripe groove,
p-AlGaAs optical guide layer 67, p-AlGaAs cladding layer 68 and p-Ga
As contact layers 69 were sequentially laminated. Finally, after the n-side electrode 600 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 61 and the p-side electrode 601 is formed on the surface of the p-GaAs contact layer 69, the wafer is cleaved to form a resonator end face. 6 semiconductor laser device was obtained.
【００４３】第４の実施例では、第１の実施例とは逆
に、狭いストライプ溝内にキャリアバリア層上で凹部を
形成する際にポジレジストを用いている。即ち、ストラ
イプ底部の電流ブロック層側壁近傍はポジレジストが厚
く残存し、かつ電流ブロック層の側壁のため露光されに
くく、紫外線が未照射となってしまう。In the fourth embodiment, contrary to the first embodiment, a positive resist is used when forming a recess on the carrier barrier layer in a narrow stripe groove. That is, the positive resist remains thick near the side wall of the current block layer at the bottom of the stripe, and since it is the side wall of the current block layer, it is difficult to be exposed and ultraviolet rays are not irradiated.
【００４４】ポジレジストは未露光部分が現像時残され
るので、次に、エッチングを行うと電流ブロック層側壁
近傍のポジレジストマスク谷部分がエッチングされな
い。つまり、 ストライプ中央部のみエッチングされ、 中
央部に凹部をもつキャリアバリア層を形成する。Since the unexposed portion of the positive resist is left during the development, the next etching is performed so that the valley portion of the positive resist mask near the side wall of the current block layer is not etched. That is, only the central portion of the stripe is etched to form a carrier barrier layer having a concave portion in the central portion.
【００４５】よって、図１(c) に示すようにブロック層
側壁近傍部分の等価屈折率の方が小さくなり、ストライ
プ中央部で光の強度分布が強くなり、基本横モードの導
波路損失を激減させうる。よって、安定な基本横モード
で発振する内部ストライプ屈折率導波型半導体レーザ装
置が得られる。Therefore, as shown in FIG. 1 (c), the equivalent refractive index near the side wall of the block layer becomes smaller, the intensity distribution of light becomes stronger at the central portion of the stripe, and the waveguide loss of the fundamental transverse mode is drastically reduced. Can be done. Therefore, an internal stripe refractive index guided semiconductor laser device that oscillates in a stable fundamental transverse mode can be obtained.
【００４６】第４の実施例の等価屈折率の関係は図１
(c) にその値を一例として示すようにストライプ内の凸
部の等価屈折率ｎ１、 ストライプ内の凹部の等価屈折率
のｎ２の順に大きい（n1＞n2）という関係であり、スト
ライプ幅よりも狭い領域で等価屈折率に凸部分が存在
し、 かつ、 吸収係数や基本横モードの導波路損失につい
ても同様の結果が得られることになるため、前記と同様
の効果が得られる。The relationship of the equivalent refractive index of the fourth embodiment is shown in FIG.
As shown in (c) as an example, the relationship is that the equivalent refractive index n1 of the convex portion in the stripe and the equivalent refractive index n2 of the concave portion in the stripe are larger in the order (n1> n2), which is larger than the stripe width. Since there is a convex portion in the equivalent refractive index in a narrow region, and the same result is obtained for the absorption coefficient and the waveguide loss of the fundamental transverse mode, the same effect as described above can be obtained.
【００４７】図７は本発明に係る図１(c) の等価屈折率
分布を伴う半導体レーザ装置の第５の実施例の断面図で
ある。まず、図７に示すように、 第１回目の成長でｐ-G
aAs基板71上にn-GaAs電流ブロック層72を積層し、 スト
ライプ溝を基板まで達するようにエッチングした後、p-
AlGaAsクラッド層73、 ノンドープ-AlGaAs活性層74、 ｎ-
AlGaAsキャリアバリア層75を順次積層させた。FIG. 7 is a sectional view of the fifth embodiment of the semiconductor laser device with the equivalent refractive index profile of FIG. 1 (c) according to the present invention. First, as shown in FIG. 7, p-G was used in the first growth.
After stacking the n-GaAs current block layer 72 on the aAs substrate 71 and etching the stripe groove to reach the substrate, p-
AlGaAs cladding layer 73, non-doped-AlGaAs active layer 74, n-
An AlGaAs carrier barrier layer 75 was sequentially laminated.
【００４８】次いで、 ポジレジスト膜を用いたホトリソ
グラフィ及び化学エッチング法により、 ストライプ溝の
ちょうど中央部でキャリアバリア層上に凹部を形成す
る。そして、 ストライプを埋め込むように、 ｎ-AlGaAs
ガイド層76、ｎ-AlGaAsクラッド層77、 ｎ-GaAsコンタク
ト層78を積層させた。最後に、 ｐ-GaAs基板71の裏面に
はp側電極700をn-GaAsコンタクト層77の表面にはn側電
極701を形成した後、 ウエハを劈開して共振器端面を形
成することにより図７の半導体レーザ装置を得た。Next, by photolithography and a chemical etching method using a positive resist film, a recess is formed on the carrier barrier layer just at the center of the stripe groove. Then, to fill the stripe, n-AlGaAs
A guide layer 76, an n-AlGaAs cladding layer 77, and an n-GaAs contact layer 78 were laminated. Finally, after the p-side electrode 700 is formed on the back surface of the p-GaAs substrate 71 and the n-side electrode 701 is formed on the surface of the n-GaAs contact layer 77, the wafer is cleaved to form a resonator end face. 7 semiconductor laser device was obtained.
【００４９】第５の実施例の等価屈折率の関係はストラ
イプ内の凸部の等価屈折率ｎ１，ストライプ内の凹部の
等価屈折率のｎ２の順に大きい（n1＞n2）という関係で
あり、ストライプ幅よりも狭い領域で屈折率に凸部分が
存在し、 かつ、 吸収係数や基本横モードの導波路損失に
ついても同様の結果が得られることになるため、前記と
同様の効果が得られる。The equivalent refractive index relationship of the fifth embodiment is such that the equivalent refractive index n1 of the convex portion in the stripe and the equivalent refractive index n2 of the concave portion in the stripe are larger in the order (n1> n2). Since there is a convex portion in the refractive index in a region narrower than the width, and the same result can be obtained for the absorption coefficient and the waveguide loss of the fundamental transverse mode, the same effect as described above can be obtained.
【００５０】又、 本構造では、従来の内部ストライプ構
造の半導体レーザのようにストライプを形成する際にス
トライプ両脇部を２〜３μmもエッチングする必要がな
く、ストライプの深さは0.1μmもあれば十分なのでスト
ライプ形成プロセスが簡単となり、上記のような問題点
は解決され得る。Further, in this structure, it is not necessary to etch both sides of the stripe by 2 to 3 μm when forming the stripe as in the conventional semiconductor laser of the internal stripe structure, and the depth of the stripe can be 0.1 μm. Since this is sufficient, the stripe forming process can be simplified and the above problems can be solved.
【００５１】上記実施例ではGaAs/AlGaAs系半導体レー
ザ装置に説明したが、前記実施例に共通なｎ１＞ｎ２、
α１とα２とがともにほぼ０に等しい関係が得られる構
造であれば、半導体材料は当該物質に限定されない。Although the GaAs / AlGaAs semiconductor laser device has been described in the above embodiment, n1> n2, which is common to the above embodiments,
The semiconductor material is not limited to the substance as long as it has a structure in which both α1 and α2 are approximately equal to zero.
【００５２】さらに、上記構造では基本導波モードの導
波路損失αm0と１次導波モードの導波路損失αm1の関係
が、高出力動作でも│αm0│＜10cm-1かつ│αm0│＜│
αm1│が得られることから高出力動作でも安定な発振が
可能になる。[0052] Further, the relationship between waveguide loss .alpha.m 1 of waveguide loss .alpha.m 0 and 1 order guided mode of the fundamental guided mode in the above structure, │αm 0 │ even at a high output operation <10 cm -1 and ￨Arufaemu 0 │ <│
Since α m 1 | is obtained, stable oscillation is possible even at high output operation.
【００５３】また、前記実施例においてはストライプ内
部に凹凸を作成する方法としてネガレジスト及びポジレ
ジストを用いる方法、ポジレジストのみを２度用いる方
法を示したが、方法は当該方法に限定されない。Further, in the above-mentioned embodiment, the method of using the negative resist and the positive resist and the method of using only the positive resist twice are shown as the method of forming the unevenness in the stripe, but the method is not limited to the method.
【００５４】[0054]
【発明の効果】本発明によれば、 内部ストライプ構造の
導波路損失を適正化できるので、 効率の良い実屈折率導
波構造を得ることができる。According to the present invention, since the waveguide loss of the internal stripe structure can be optimized, an efficient real refractive index waveguide structure can be obtained.
【００５５】よって、低閾値で、 安定した基本横モード
発振し、楕円率も改善され、非点隔差が小さい、半導体
レーザ装置を再現性良く量産できる。Therefore, it is possible to mass-produce semiconductor laser devices with low threshold, stable fundamental transverse mode oscillation, improved ellipticity, and small astigmatic difference with good reproducibility.
【図１】本発明の等価屈折率分布を説明するための模式
図FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an equivalent refractive index distribution of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例により作製された半導体
レーザ装置の断面図FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor laser device manufactured according to the first embodiment of the present invention.
【図３】第一の実施例の作製工程を説明するための斜面
図FIG. 3 is a perspective view for explaining the manufacturing process of the first embodiment.
【図４】本発明の第２の実施例により作製された半導体
レーザ装置の断面図FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor laser device manufactured according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施例により作製された半導体
レーザ装置の断面図FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser device manufactured according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４の実施例により作製された半導体
レーザ装置の断面図FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser device manufactured according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第５の実施例により作製された半導体
レーザ装置の断面図FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor laser device manufactured according to a fifth embodiment of the present invention.
【図８】第１の従来例の半導体レーザ装置の断面図FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor laser device of a first conventional example.
【図９】第２の従来例の半導体レーザ装置の断面図FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor laser device of a second conventional example.
２１、４１、５１、６１、７１ ＧａＡｓ基板 ２３、４３、５３、６３、７３ 下部ＡｌＧａＡｓク
ラッド層 ２４、４４、５４、６４、７４ ＡｌＧａＡｓ活性層 ２８、４６、５６、６８、７７ 上部ＡｌＧａＡｓク
ラッド層 ２００、２０１、４００、４０１、５００、５０１、６
００、６０１、 ７００、７０１ オーミック電極21, 41, 51, 61, 71 GaAs substrate 23, 43, 53, 63, 73 Lower AlGaAs clad layer 24, 44, 54, 64, 74 AlGaAs active layer 28, 46, 56, 68, 77 Upper AlGaAs clad layer 200 , 201, 400, 401, 500, 501, 6
00, 601, 700, 701 Ohmic electrode
Claims (3)
を備えた半導体レーザ装置において、ストライプ部を含
む水平方向の等価屈折率が少なくとも３つ以上の領域に
分けられ、特にストライプ内の中央部の等価屈折率ｎ
１、ストライプ内のストライプ両脇部の等価屈折率ｎ２
の関係が、中央部、両脇部の順（ｎ１＞ｎ２）に大き
く、かつ前記ストライプ内の中央部の幅が光を実屈折率
導波させるほど十分に狭いことを特徴とする半導体レー
ザ装置。1. In a semiconductor laser device having an internal stripe structure as a current constriction function, the horizontal equivalent refractive index including the stripe portion is divided into at least three regions, and particularly, the equivalent refractive index of the central portion in the stripe is divided. Rate n
1. Equivalent refractive index n2 on both sides of the stripe
The semiconductor laser device is characterized in that the relationship is larger in the order of the central portion and both side portions (n1> n2), and the width of the central portion in the stripe is narrow enough to guide light with an actual refractive index. ..
て、ストライプ部を含む水平方向の吸収係数が少なくと
も３つ以上の領域に分けられ、ストライプ内の中央部の
吸収係数α１、ストライプ内のストライプ両脇部の吸収
係数α２が共にほぼ０に等しいことを特徴とする半導体
レーザ装置。2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the absorption coefficient in the horizontal direction including the stripe portion is divided into at least three regions, and the absorption coefficient α1 at the central portion in the stripe and both stripes in the stripe are divided. A semiconductor laser device characterized in that the absorption coefficient α2 of both sides is substantially equal to zero.
て、基本導波モードの導波路損失αm0と１次導波モード
の導波路損失αm1の関係が、│αm0│＜10cm-1かつ│α
m0│＜│αm1│となることを特徴とする半導体レーザ装
置。3. A semiconductor laser device according to claim 1, the fundamental guided mode of the waveguide loss .alpha.m 0 and relation between waveguide loss .alpha.m 1 of 1 order guided mode, │αm 0 │ <10cm -1 and │α
A semiconductor laser device characterized in that m 0 | <| αm 1 |.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10650792A JPH05299770A (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP10650792A JPH05299770A (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Semiconductor laser device |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000394104A Division JP2001185813A (en) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Semiconductor laser device |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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| JP10650792A Pending JPH05299770A (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Semiconductor laser device |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5966397A (en) * | 1996-11-19 | 1999-10-12 | Sony Corporation | Self-pulsating semiconductor laser |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP10650792A patent/JPH05299770A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5966397A (en) * | 1996-11-19 | 1999-10-12 | Sony Corporation | Self-pulsating semiconductor laser |
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