JPH0582886A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH0582886A JPH0582886A JP23982491A JP23982491A JPH0582886A JP H0582886 A JPH0582886 A JP H0582886A JP 23982491 A JP23982491 A JP 23982491A JP 23982491 A JP23982491 A JP 23982491A JP H0582886 A JPH0582886 A JP H0582886A
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- Japan
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- semiconductor laser
- laser device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単一縦モードで発振する発振閾値電流が小さ
い分布帰還型半導体レーザ素子を提供することを目的と
する。 【構成】 誘導放出光を発生する活性層４をｎ形クラッ
ド層３と第１、第２のｐ形クラッド層５、８で挟むダブ
ルヘテロ構造をもつ半導体レーザ素子において、第１、
第２のｐ形クラッド層５、８間に回折格子に対応する周
期をもつ簾状の高抵抗層６を形成する。
い分布帰還型半導体レーザ素子を提供することを目的と
する。 【構成】 誘導放出光を発生する活性層４をｎ形クラッ
ド層３と第１、第２のｐ形クラッド層５、８で挟むダブ
ルヘテロ構造をもつ半導体レーザ素子において、第１、
第２のｐ形クラッド層５、８間に回折格子に対応する周
期をもつ簾状の高抵抗層６を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】単一縦モードで発振可能な半導体
レーザ素子に関する。
レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、光分布帰還形半導体レーザ装置
は、長距離大容量光通信、光情報処理、光記録、光応用
計測等に好適な光源装置として活発に研究が行われてい
る。斯る半導体レーザ装置は、一般に透明なクラッド層
間に活性層を狭持したヘテロ接合により、効率よく誘導
放出光を発生させる光導波路構造を持ち、該活性層に近
接した透明な光導波層の界面に鋸歯形状の回折格子を形
成して光導波層の屈折率を周期的に変化させることによ
る光分布帰還を活性層に施す、所謂屈折率結合による光
分布帰還が行われている。
は、長距離大容量光通信、光情報処理、光記録、光応用
計測等に好適な光源装置として活発に研究が行われてい
る。斯る半導体レーザ装置は、一般に透明なクラッド層
間に活性層を狭持したヘテロ接合により、効率よく誘導
放出光を発生させる光導波路構造を持ち、該活性層に近
接した透明な光導波層の界面に鋸歯形状の回折格子を形
成して光導波層の屈折率を周期的に変化させることによ
る光分布帰還を活性層に施す、所謂屈折率結合による光
分布帰還が行われている。
【０００３】しかしながら、上記半導体レーザ装置は、
ブラッグ反射条件近傍の二つの縦モードのどちらのモー
ドで発振が起こるか不確定であり、更には二つのモード
が同時に発振する場合もあるといった問題があった。
ブラッグ反射条件近傍の二つの縦モードのどちらのモー
ドで発振が起こるか不確定であり、更には二つのモード
が同時に発振する場合もあるといった問題があった。
【０００４】この問題を解決する半導体レーザ装置とし
ては、図７に示すように、光損失を伴う損失係数もしく
は利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布
帰還を行って、単一縦モードで発振可能とする光分布帰
還形半導体レーザ装置が Appl. Phys. Lett. 55(1989)
P1606〜P1608に開示されている。
ては、図７に示すように、光損失を伴う損失係数もしく
は利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布
帰還を行って、単一縦モードで発振可能とする光分布帰
還形半導体レーザ装置が Appl. Phys. Lett. 55(1989)
P1606〜P1608に開示されている。
【０００５】図中、５１はｎ+形ＧａＡｓ基板である。
前記ｎ+形ＧａＡｓ基板５１上には、ｎ形ＧａＡｌＡｓ
クラッド層５２、ＧａＡｌＡｓ活性層５３、ｐ形ＧａＡ
ｌＡｓバリア層５４がこの順に形成されている。
前記ｎ+形ＧａＡｓ基板５１上には、ｎ形ＧａＡｌＡｓ
クラッド層５２、ＧａＡｌＡｓ活性層５３、ｐ形ＧａＡ
ｌＡｓバリア層５４がこの順に形成されている。
【０００６】前記ｐ形ＧａＡｌＡｓバリア層５４上に
は、２次の回折格子（周期２４０ｎｍ）形状をもつｐ形
ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５が形成されている。
は、２次の回折格子（周期２４０ｎｍ）形状をもつｐ形
ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５が形成されている。
【０００７】前記ｐ形ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５上に
は、ｐ形ＧａＡｌＡｓクラッド層５６、ｐ+ＧａＡｓコ
ンタクト層５７がこの順に形成され、該ｐ+ＧａＡｓコ
ンタクト層５７の両端上面にＳｉＯ2からなる挿入層５
８が形成されている。
は、ｐ形ＧａＡｌＡｓクラッド層５６、ｐ+ＧａＡｓコ
ンタクト層５７がこの順に形成され、該ｐ+ＧａＡｓコ
ンタクト層５７の両端上面にＳｉＯ2からなる挿入層５
８が形成されている。
【０００８】前記ｐ+ＧａＡｓコンタクト層５７及び挿
入層５８上面、前記ｎ+形ＧａＡｓ基板５１下面には、
それぞれＡｕ−Ｚｎからなるｐ形電極５９、Ａｕ−Ｇｅ
からなるｎ形電極６０が形成されて半導体レーザ素子が
構成されている。
入層５８上面、前記ｎ+形ＧａＡｓ基板５１下面には、
それぞれＡｕ−Ｚｎからなるｐ形電極５９、Ａｕ−Ｇｅ
からなるｎ形電極６０が形成されて半導体レーザ素子が
構成されている。
【０００９】斯かる半導体レーザ素子は、以下のように
製造される。
製造される。
【００１０】最初に、第１回目の液相エピタキシャル
（ＬＰＥ）法により、ｎ+形ＧａＡｓ基板５１上にｎ形
ＧａＡｌＡｓクラッド層５２、ＧａＡｌＡｓ活性層５
３、ｐ形ＧａＡｌＡｓバリア層５４、及びｐ形ＧａＡｌ
Ａｓ光吸収層５５をこの順に形成する。
（ＬＰＥ）法により、ｎ+形ＧａＡｓ基板５１上にｎ形
ＧａＡｌＡｓクラッド層５２、ＧａＡｌＡｓ活性層５
３、ｐ形ＧａＡｌＡｓバリア層５４、及びｐ形ＧａＡｌ
Ａｓ光吸収層５５をこの順に形成する。
【００１１】次に、前記ｐ形ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５
上にレジスト膜を塗布した後、フォログラフィ干渉露光
法により露光、現像してパターン化する。その後、前記
パターン化したレジスト膜をマスクとして、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）法により、前記ｐ形ＧａＡｌＡ
ｓ光吸収層５５を２次の回折格子（周期２４０ｎｍ）状
に形成する。
上にレジスト膜を塗布した後、フォログラフィ干渉露光
法により露光、現像してパターン化する。その後、前記
パターン化したレジスト膜をマスクとして、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）法により、前記ｐ形ＧａＡｌＡ
ｓ光吸収層５５を２次の回折格子（周期２４０ｎｍ）状
に形成する。
【００１２】続いて、第２回目のＬＰＥ法ににより、上
記回折格子状に形成したｐ形ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５
上に、ｐ形ＧａＡｌＡｓクラッド層５６、ｐ+形ＧａＡ
ｓコンタクト層５７をこの順に形成する。
記回折格子状に形成したｐ形ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５
上に、ｐ形ＧａＡｌＡｓクラッド層５６、ｐ+形ＧａＡ
ｓコンタクト層５７をこの順に形成する。
【００１３】最後に、前記ｐ+形ＧａＡｓコンタクト層
５７の両端上面にＳｉＯ2からなる挿入層５８を形成し
た後、前記ｐ+コンタクト層５７及び挿入層５８上面、
前記ｎ+形ＧａＡｓ基板５１下面に、それぞれＡｕ−Ｚ
ｎからなるｐ形電極５９、Ａｕ−Ｇｅからなるｎ形電極
６０を形成して、図７に示す半導体レーザ素子を形成す
るのである。
５７の両端上面にＳｉＯ2からなる挿入層５８を形成し
た後、前記ｐ+コンタクト層５７及び挿入層５８上面、
前記ｎ+形ＧａＡｓ基板５１下面に、それぞれＡｕ−Ｚ
ｎからなるｐ形電極５９、Ａｕ−Ｇｅからなるｎ形電極
６０を形成して、図７に示す半導体レーザ素子を形成す
るのである。
【００１４】斯る半導体レーザ装置は、光分布帰還が利
得の周期的変化により行われるので、単一縦モードで発
振し、且つ単一縦モード性がへき界端面反射に影響され
ないという特性をもつ。
得の周期的変化により行われるので、単一縦モードで発
振し、且つ単一縦モード性がへき界端面反射に影響され
ないという特性をもつ。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造では、ＧａＡｌＡｓ活性層５３に近接してｐ
形ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５を形成するので、ＧａＡｌ
Ａｓ活性層５３内の特定波長の光も吸収されるため、レ
ーザ発振をするために必要な閾値電流は通常の５〜６
倍、即ち３００ｍＡという高い値が必要であった。
ような構造では、ＧａＡｌＡｓ活性層５３に近接してｐ
形ＧａＡｌＡｓ光吸収層５５を形成するので、ＧａＡｌ
Ａｓ活性層５３内の特定波長の光も吸収されるため、レ
ーザ発振をするために必要な閾値電流は通常の５〜６
倍、即ち３００ｍＡという高い値が必要であった。
【００１６】本発明は、斯る問題を鑑みなされたもので
あり、低いレーザ発振閾値電流をもつ単一縦モード発振
の半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
あり、低いレーザ発振閾値電流をもつ単一縦モード発振
の半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】分布帰還型半導体レーザ
素子において、誘導放出光を発生させる活性層の近傍
に、回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸収を行わ
ない高抵抗層を設けることを特徴とする。
素子において、誘導放出光を発生させる活性層の近傍
に、回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸収を行わ
ない高抵抗層を設けることを特徴とする。
【００１８】
【作用】本発明の半導体レーザ素子によると、簾状の高
抵抗層が回折格子に対応する周期をもつので、該回折格
子の周期に一致して活性層に電流が流れ、該活性層中に
周期性をもつ電流分布が生じるため、共振器の軸方向に
伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数が、前記
周期で変化することになり、利得結合による分布帰還が
なされるので、単一縦モードのみが発振し、且つ高抵抗
層で光吸収が起こらないので発振閾値が小さくできるの
である。
抵抗層が回折格子に対応する周期をもつので、該回折格
子の周期に一致して活性層に電流が流れ、該活性層中に
周期性をもつ電流分布が生じるため、共振器の軸方向に
伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数が、前記
周期で変化することになり、利得結合による分布帰還が
なされるので、単一縦モードのみが発振し、且つ高抵抗
層で光吸収が起こらないので発振閾値が小さくできるの
である。
【００１９】
【実施例】図面を参照しつつ本発明の各実施例について
説明する。
説明する。
【００２０】図１と図２はそれぞれ本発明に係る第１実
施例の半導体レーザ装置の側方断面を示す断面図、光放
出側端面を示す正面図である。
施例の半導体レーザ装置の側方断面を示す断面図、光放
出側端面を示す正面図である。
【００２１】図中、１はｎ形ＧａＡｓ基板である。この
基板１上には、ｎ形ＧａＡｓバッファ層２、ｎ形Ａｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３、アンドープ形ＧａＡｓ活
性層４、第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５が
順次次形成されている。
基板１上には、ｎ形ＧａＡｓバッファ層２、ｎ形Ａｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３、アンドープ形ＧａＡｓ活
性層４、第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５が
順次次形成されている。
【００２２】前記第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッ
ド層５上のうち、一部には例えば幅１５００Å、周期３
７７０Åをもつ簾状のｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６が形成
されており、残余部には３次回折格子に対応する幅２２
７０Å、周期３７７０Åをもつ簾状のＡｌ2Ｏ3等のＡｌ
系酸化物からなる光吸収を行わない高抵抗層７が形成さ
れている。尚、前記ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６はその層
厚が活性層で発生する誘導放出光の波長に対応して、例
えば約１０〜１００Åと非常に薄く設定されるため、量
子効果が生じて光吸収を行わない。
ド層５上のうち、一部には例えば幅１５００Å、周期３
７７０Åをもつ簾状のｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６が形成
されており、残余部には３次回折格子に対応する幅２２
７０Å、周期３７７０Åをもつ簾状のＡｌ2Ｏ3等のＡｌ
系酸化物からなる光吸収を行わない高抵抗層７が形成さ
れている。尚、前記ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６はその層
厚が活性層で発生する誘導放出光の波長に対応して、例
えば約１０〜１００Åと非常に薄く設定されるため、量
子効果が生じて光吸収を行わない。
【００２３】前記ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６と光吸収を
行わない高抵抗層７上には、リッジ部９を有する第２の
ｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層８が形成され、該リ
ッジ部９上面にはｐ形ＧａＡｓキャップ層１０が形成さ
れている。
行わない高抵抗層７上には、リッジ部９を有する第２の
ｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層８が形成され、該リ
ッジ部９上面にはｐ形ＧａＡｓキャップ層１０が形成さ
れている。
【００２４】前記第２のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッ
ド層８及びｐ形ＧａＡｓキャップ層１０上には、ｐ形Ｇ
ａＡｓキャップ層１０の上面を略除いて、ＳｉＯ2、Ｓ
ｉ3Ｎ 4等の絶縁層１１が形成されている。
ド層８及びｐ形ＧａＡｓキャップ層１０上には、ｐ形Ｇ
ａＡｓキャップ層１０の上面を略除いて、ＳｉＯ2、Ｓ
ｉ3Ｎ 4等の絶縁層１１が形成されている。
【００２５】前記絶縁層１１が形成されていないｐ形Ｇ
ａＡｓキャップ層１０の上面には、Ａｕ−Ｃｒ等のｐ形
電極１５が形成されており、前記ｎ形ＧａＡｓ基板１の
下面には、Ａｕ−Ｓｎ等のｎ形電極１６が形成されてい
る。
ａＡｓキャップ層１０の上面には、Ａｕ−Ｃｒ等のｐ形
電極１５が形成されており、前記ｎ形ＧａＡｓ基板１の
下面には、Ａｕ−Ｓｎ等のｎ形電極１６が形成されてい
る。
【００２６】斯る半導体レーザ装置の製造方法について
説明する。
説明する。
【００２７】最初に、ｎ形ＧａＡｓ基板１を準備し、そ
の（１００）結晶方位面上に分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法により、該基板温度６５０℃、成長速度１．２μ
ｍ／ｈの条件で、ｎ形キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3，
層厚０．５μｍのＳｉがドープされたｎ形ＧａＡｓバッ
ファ層２、ｎ形キャリア濃度３×１０17〜５×１０17ｃ
ｍ-3，層厚１μｍのＳｉがドープされたｎ形Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層３、層厚０．０５μｍのドープし
ないアンドープ形ＧａＡｓ活性層４、ｐ形キャリア濃度
２×１０17〜３×１０17ｃｍ-3，層厚８００ÅのＢｅが
ドープされた第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層
５、ｐ形キャリア濃度５×１０17〜７×１０17ｃｍ-3，
層厚５０ÅのＢｅがドープされたｐ形ＧａＡｓ酸化防止
層６をこの順序に形成する（第１工程）。
の（１００）結晶方位面上に分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法により、該基板温度６５０℃、成長速度１．２μ
ｍ／ｈの条件で、ｎ形キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3，
層厚０．５μｍのＳｉがドープされたｎ形ＧａＡｓバッ
ファ層２、ｎ形キャリア濃度３×１０17〜５×１０17ｃ
ｍ-3，層厚１μｍのＳｉがドープされたｎ形Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層３、層厚０．０５μｍのドープし
ないアンドープ形ＧａＡｓ活性層４、ｐ形キャリア濃度
２×１０17〜３×１０17ｃｍ-3，層厚８００ÅのＢｅが
ドープされた第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層
５、ｐ形キャリア濃度５×１０17〜７×１０17ｃｍ-3，
層厚５０ÅのＢｅがドープされたｐ形ＧａＡｓ酸化防止
層６をこの順序に形成する（第１工程）。
【００２８】次に、スピンコート法により、前記ｐ形Ｇ
ａＡｓ酸化防止層６の上面全域に０．４μｍ厚のレジス
ト膜を形成する。その後、このレジスト膜を二光束干渉
露光法により露光、現像して、周期３７７０Åの簾状に
パターン化する（第２工程）。
ａＡｓ酸化防止層６の上面全域に０．４μｍ厚のレジス
ト膜を形成する。その後、このレジスト膜を二光束干渉
露光法により露光、現像して、周期３７７０Åの簾状に
パターン化する（第２工程）。
【００２９】続いて、前記パターン化したレジスト膜を
マスクとして、ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６をリン酸系エ
ッチャント（例えば、モル比がＨ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2
Ｏ＝４：６：２０である溶液）で約２秒間エッチングし
て、該ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６を完全に除去し、更に
ｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５を深さ１００Å迄
除去する（第３工程）。
マスクとして、ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６をリン酸系エ
ッチャント（例えば、モル比がＨ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2
Ｏ＝４：６：２０である溶液）で約２秒間エッチングし
て、該ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６を完全に除去し、更に
ｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５を深さ１００Å迄
除去する（第３工程）。
【００３０】次に、酸素プラズマにより、前記レジスト
膜を除去してｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６を露出すると共
に、前記第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５の
表面を酸化してＡｌ2Ｏ3等のＡｌ系酸化物を形成して３
次の回折格子に対応する周期３７７０Åをもつ簾状の高
抵抗層７を作成する。尚、前記酸素プラズマにより、Ｇ
ａ、Ａｓ系酸化物も生成されるが、これら酸化物は次の
結晶成長前に昇華することができるため、ｐ形ＧａＡｓ
酸化防止層６上の酸化層は実質的に問題にならない（第
４工程）。
膜を除去してｐ形ＧａＡｓ酸化防止層６を露出すると共
に、前記第１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５の
表面を酸化してＡｌ2Ｏ3等のＡｌ系酸化物を形成して３
次の回折格子に対応する周期３７７０Åをもつ簾状の高
抵抗層７を作成する。尚、前記酸素プラズマにより、Ｇ
ａ、Ａｓ系酸化物も生成されるが、これら酸化物は次の
結晶成長前に昇華することができるため、ｐ形ＧａＡｓ
酸化防止層６上の酸化層は実質的に問題にならない（第
４工程）。
【００３１】続いて、ＭＢＥ法により、上記同様の条件
で、ｐ形キャリア濃度８×１０17〜１×１０18ｃｍ-3，
層厚１μｍのＢｅがドープされた第２のｐ形Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層８、ｐ形キャリア濃度１×１０19
ｃｍ-3，層厚０．５μｍのＢｅがドープされたｐ形Ｇａ
Ａｓキャップ層１０をこの順序に形成する（第５工
程）。
で、ｐ形キャリア濃度８×１０17〜１×１０18ｃｍ-3，
層厚１μｍのＢｅがドープされた第２のｐ形Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層８、ｐ形キャリア濃度１×１０19
ｃｍ-3，層厚０．５μｍのＢｅがドープされたｐ形Ｇａ
Ａｓキャップ層１０をこの順序に形成する（第５工
程）。
【００３２】続いて、前記ｐ形ＧａＡｓキャップ層１０
上にレジスト膜をスピンコート法により形成した後、該
レジスト膜を幅約４μｍのストライプ状にパターン化す
る。前記パターン化したレジスト膜をマスクとして、リ
ン酸系エッチャント（例えば、モル比がＨ3ＰＯ4：Ｈ2
Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液）により、第２のｐ形Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層８、ｐ形ＧａＡｓキャップ
層１０を幅約４μｍのリッジ状に形成した後、前記レジ
スト膜を除去する。従って、第２のｐ形Ａｌ0. 4Ｇａ0.6
Ａｓクラッド層８にリッジ部９が形成されるのである
（第６工程）。
上にレジスト膜をスピンコート法により形成した後、該
レジスト膜を幅約４μｍのストライプ状にパターン化す
る。前記パターン化したレジスト膜をマスクとして、リ
ン酸系エッチャント（例えば、モル比がＨ3ＰＯ4：Ｈ2
Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液）により、第２のｐ形Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層８、ｐ形ＧａＡｓキャップ
層１０を幅約４μｍのリッジ状に形成した後、前記レジ
スト膜を除去する。従って、第２のｐ形Ａｌ0. 4Ｇａ0.6
Ａｓクラッド層８にリッジ部９が形成されるのである
（第６工程）。
【００３３】次に、第２のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラ
ッド層８及びｐ形ＧａＡｓキャップ層１０上に、層厚
０．２〜０．５μｍのＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の絶縁層１
１を熱ＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成する。
続いて、該ｐ形ＧａＡｓキャップ層１０の上面に形成さ
れた絶縁層１１を除去した後、ｐ形ＧａＡｓキャップ層
１０上面にＡｕ−Ｃｒからなるｐ形電極１５を形成する
とともにｎ形ＧａＡｓ層１下面にＡｕ−Ｓｎからなるｎ
形電極１６を形成して、素子形成ウエハーを作成する。
その後、前記素子形成ウエハーを分断して、図１及び図
２に示すような共振器長３００μｍからなる半導体レー
ザ素子を完成するのである（第７工程）。
ッド層８及びｐ形ＧａＡｓキャップ層１０上に、層厚
０．２〜０．５μｍのＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の絶縁層１
１を熱ＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成する。
続いて、該ｐ形ＧａＡｓキャップ層１０の上面に形成さ
れた絶縁層１１を除去した後、ｐ形ＧａＡｓキャップ層
１０上面にＡｕ−Ｃｒからなるｐ形電極１５を形成する
とともにｎ形ＧａＡｓ層１下面にＡｕ−Ｓｎからなるｎ
形電極１６を形成して、素子形成ウエハーを作成する。
その後、前記素子形成ウエハーを分断して、図１及び図
２に示すような共振器長３００μｍからなる半導体レー
ザ素子を完成するのである（第７工程）。
【００３４】図３は斯る半導体レーザ素子の印加電流８
０ｍＡを周波数５００ＭＨｚで±１０ｍＡ変調した際の
スペクトル特性である。この図から単一縦モードの発振
が良好に保持されていることが判る。
０ｍＡを周波数５００ＭＨｚで±１０ｍＡ変調した際の
スペクトル特性である。この図から単一縦モードの発振
が良好に保持されていることが判る。
【００３５】又、図４に斯る半導体レーザ素子の電流−
光出力特性を示す。但し、光放出する端面にはコーティ
ング膜等は施していない。
光出力特性を示す。但し、光放出する端面にはコーティ
ング膜等は施していない。
【００３６】図４からレーザ発振をするために必要な閾
値電流は６０ｍＡと非常に小さく、従来の利得結合を利
用した分布帰還型半導体レーザ装置に比べて大幅に改善
されたことが判る。
値電流は６０ｍＡと非常に小さく、従来の利得結合を利
用した分布帰還型半導体レーザ装置に比べて大幅に改善
されたことが判る。
【００３７】上述のような構成にすると、回折格子に対
応する周期をもつ簾状の高抵抗層により該回折格子の周
期に略一致した周期で活性層に電流が流れ、該活性層中
に周期性をもつ電流分布が生じるため、共振器の軸方向
に伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数が、前
記周期で変化することになり、利得結合による分布帰還
がなされるので、単一縦モードのみが発振し、又従来の
利得結合型の分布帰還型半導体レーザ装置のように光吸
収層を用いず、光吸収を行わない高抵抗層を使用するの
で、発振閾値が小さくできるのである。
応する周期をもつ簾状の高抵抗層により該回折格子の周
期に略一致した周期で活性層に電流が流れ、該活性層中
に周期性をもつ電流分布が生じるため、共振器の軸方向
に伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数が、前
記周期で変化することになり、利得結合による分布帰還
がなされるので、単一縦モードのみが発振し、又従来の
利得結合型の分布帰還型半導体レーザ装置のように光吸
収層を用いず、光吸収を行わない高抵抗層を使用するの
で、発振閾値が小さくできるのである。
【００３８】次に、図５に本発明に係る第２実施例の半
導体レーザ装置を示す。尚、第１実施例と同一部分には
同一符号を付してその説明は割愛する。
導体レーザ装置を示す。尚、第１実施例と同一部分には
同一符号を付してその説明は割愛する。
【００３９】図中、１６はｐ形ＧａＡｓ酸化防止層であ
り、周期３７７０Åをもつ簾状の光吸収を行わない高抵
抗層１７が該ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層１６を貫入し、第
１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５も一部貫入し
た状態で形成されている。前記ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層
１６及び高抵抗層１７上には、第２のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓクラッド層８が形成されている。
り、周期３７７０Åをもつ簾状の光吸収を行わない高抵
抗層１７が該ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層１６を貫入し、第
１のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５も一部貫入し
た状態で形成されている。前記ｐ形ＧａＡｓ酸化防止層
１６及び高抵抗層１７上には、第２のｐ形Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓクラッド層８が形成されている。
【００４０】次に、斯る半導体レーザ装置の製造方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００４１】まず、第１実施例の第２工程と同様に行っ
た後、前記パターン化したレジスト膜をマスクとして、
例えば加速電圧１０ＫｅＶの条件でＮ2 +イオンをイオン
注入法により、ｐ形キャリア濃度５×１０17〜７×１０
17ｃｍ-3，層厚５０ÅのＢｅがドープされたｐ形ＧａＡ
ｓ酸化防止層１６に注入し、更に該ｐ形ＧａＡｓ酸化防
止層１６下のｐ形キャリア濃度２×１０17〜３×１０17
ｃｍ-3，層厚８００ÅのＢｅがドープされた第１のｐ形
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５に深さ２５０Åまで注
入し、Ｎ2 +イオンを含有するｐ形ＧａＡｓ酸化防止層１
６及びｐ形Ａｌ 0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５の部分の結
晶性を劣化させて高抵抗にすることにより光吸収を行わ
ない高抵抗層１７を形成する。
た後、前記パターン化したレジスト膜をマスクとして、
例えば加速電圧１０ＫｅＶの条件でＮ2 +イオンをイオン
注入法により、ｐ形キャリア濃度５×１０17〜７×１０
17ｃｍ-3，層厚５０ÅのＢｅがドープされたｐ形ＧａＡ
ｓ酸化防止層１６に注入し、更に該ｐ形ＧａＡｓ酸化防
止層１６下のｐ形キャリア濃度２×１０17〜３×１０17
ｃｍ-3，層厚８００ÅのＢｅがドープされた第１のｐ形
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５に深さ２５０Åまで注
入し、Ｎ2 +イオンを含有するｐ形ＧａＡｓ酸化防止層１
６及びｐ形Ａｌ 0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５の部分の結
晶性を劣化させて高抵抗にすることにより光吸収を行わ
ない高抵抗層１７を形成する。
【００４２】その後、第１実施例の第３工程〜第７工程
と同様の工程を行い、図５に示す半導体レーザ装置を完
成するのである。
と同様の工程を行い、図５に示す半導体レーザ装置を完
成するのである。
【００４３】斯る半導体レーザ装置は、単一縦モードの
みが発振し、電流−光出力特性の測定結果は、閾値電流
が５５ｍＡと小さく、第１実施例と略同等である。
みが発振し、電流−光出力特性の測定結果は、閾値電流
が５５ｍＡと小さく、第１実施例と略同等である。
【００４４】又、図６は光放出側両端面にそれぞれＳｉ
Ｏ2等からなる反射率１０％のコート層と、反射率７０
％のコート層を形成した本実施例の半導体レーザ装置の
電流−光出力特性の測定結果を示す図である。
Ｏ2等からなる反射率１０％のコート層と、反射率７０
％のコート層を形成した本実施例の半導体レーザ装置の
電流−光出力特性の測定結果を示す図である。
【００４５】図６から、光放出する端面を非対称コート
した本実施例の半導体レーザ装置においても、従来のＧ
ａＡｓ系分布帰還型レーザ素子の光出力１０ｍＷ程度に
比べて、２倍近い光出力２０ｍＷが得られることが判
る。
した本実施例の半導体レーザ装置においても、従来のＧ
ａＡｓ系分布帰還型レーザ素子の光出力１０ｍＷ程度に
比べて、２倍近い光出力２０ｍＷが得られることが判
る。
【００４６】上記本実施例の半導体レーザ装置も第一実
施例と同様に回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸
収を行わない高抵抗層が形成されているので、単一縦モ
ードのみが低発振閾値で発振することができるのであ
る。
施例と同様に回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸
収を行わない高抵抗層が形成されているので、単一縦モ
ードのみが低発振閾値で発振することができるのであ
る。
【００４７】尚、上記実施例では、高抵抗層７がｐ形Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５の一部まで貫入した構成
になっているが、該クラッド層５を貫通する構造として
もよいし、全く貫入しなくともよい。
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５の一部まで貫入した構成
になっているが、該クラッド層５を貫通する構造として
もよいし、全く貫入しなくともよい。
【００４８】上記各実施例では、高抵抗層をｐ形Ａｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層内に設けたが、アンドープ形
ＧａＡｓ活性層の近傍に形成されていればよく、例えば
ｎ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層に設けてもよく、更
にはアンドープ形ＧａＡｓ活性層に接するように形成し
てもよい。
0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層内に設けたが、アンドープ形
ＧａＡｓ活性層の近傍に形成されていればよく、例えば
ｎ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層に設けてもよく、更
にはアンドープ形ＧａＡｓ活性層に接するように形成し
てもよい。
【００４９】又、活性層に近接してイオン注入により高
抵抗層を設ける場合は、注入するイオンはＮ2 +イオン以
外のものでもよいが、質量の大きい方が内部まで注入さ
れにくいのでより望ましい。
抵抗層を設ける場合は、注入するイオンはＮ2 +イオン以
外のものでもよいが、質量の大きい方が内部まで注入さ
れにくいのでより望ましい。
【００５０】又、上記実施例では、ＭＢＥ法を用いて結
晶成長を行っていたが、有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）、液相エピタキシー法等の種々の方法で行っ
てもよい。
晶成長を行っていたが、有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）、液相エピタキシー法等の種々の方法で行っ
てもよい。
【００５１】又、上記実施例では、高抵抗層が３次回折
格子に対応する周期で形成されているが、他の次数の回
折格子に対応する周期で形成するようにしてもよい。但
し、活性層中において電流が共振器長さ方向に拡散する
恐れがあるため、高抵抗層は周期の広い例えば３次回折
格子に対応するように形成するほうが、活性層中の電流
分布が良好な周期性をもつので望ましい。
格子に対応する周期で形成されているが、他の次数の回
折格子に対応する周期で形成するようにしてもよい。但
し、活性層中において電流が共振器長さ方向に拡散する
恐れがあるため、高抵抗層は周期の広い例えば３次回折
格子に対応するように形成するほうが、活性層中の電流
分布が良好な周期性をもつので望ましい。
【００５２】更に、本発明はＡｌＧａＡｓ半導体からな
る半導体レーザ素子に限定されることなく、他の半導体
レーザ素子においても活性層近傍に回折格子に対応する
周期をもつ高抵抗層を形成すると、該回折格子の周期に
略一致した周期で活性層に電流が流れるため、共振器の
軸方向に伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数
が、前記周期で変化することになり、利得結合による分
布帰還がなされるので、単一縦モードのみが発振し、且
つ発振閾値が小さくできるのである。
る半導体レーザ素子に限定されることなく、他の半導体
レーザ素子においても活性層近傍に回折格子に対応する
周期をもつ高抵抗層を形成すると、該回折格子の周期に
略一致した周期で活性層に電流が流れるため、共振器の
軸方向に伝搬する光波の電磁界に対する正味の利得係数
が、前記周期で変化することになり、利得結合による分
布帰還がなされるので、単一縦モードのみが発振し、且
つ発振閾値が小さくできるのである。
【００５３】尚、上記高抵抗層及び酸化防止層が光吸収
を行わないとは、少なくとも誘導放出光を吸収しないこ
とを示し、殆ど光吸収を行わない場合も含む。
を行わないとは、少なくとも誘導放出光を吸収しないこ
とを示し、殆ど光吸収を行わない場合も含む。
【００５４】
【発明の効果】本発明の分布帰還型半導体レーザ素子
は、光吸収を行わない簾状の高抵抗層が回折格子に対応
する周期をもつので、該回折格子の周期に一致して活性
層に電流が流れ、該活性層中に周期性をもつ電流分布が
生じるため、共振器の軸方向に伝搬する光波の電磁界に
対する正味の利得係数が、前記周期で変化することにな
り、利得結合による分布帰還がなされるので、単一縦モ
ードのみが発振し、且つ発振閾値が小さくできる。
は、光吸収を行わない簾状の高抵抗層が回折格子に対応
する周期をもつので、該回折格子の周期に一致して活性
層に電流が流れ、該活性層中に周期性をもつ電流分布が
生じるため、共振器の軸方向に伝搬する光波の電磁界に
対する正味の利得係数が、前記周期で変化することにな
り、利得結合による分布帰還がなされるので、単一縦モ
ードのみが発振し、且つ発振閾値が小さくできる。
【図１】本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子の
中央を分断した側方断面を示す断面図である。
中央を分断した側方断面を示す断面図である。
【図２】上記半導体レーザ素子の光放出側端面を示す正
面図である。
面図である。
【図３】上記半導体レーザ素子の発光スペクトルを示す
スペクトル図である。
スペクトル図である。
【図４】上記半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示
す特性図である。
す特性図である。
【図５】本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子の
中央を分断した側方断面を示す断面図である。
中央を分断した側方断面を示す断面図である。
【図６】上記半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示
す特性図である。
す特性図である。
【図７】従来例の半導体レーザ素子を示す斜視図であ
る。
る。
３ ｎ形クラッド層 ４ 活性層 ５ 第１のｐ形クラッド層 ８ 第２のｐ形クラッド層 ７ 高抵抗層 １７ 高抵抗層
Claims (1)
- 【請求項１】 誘導放出光を発生させる活性層の近傍
に、回折格子に対応する周期をもつ簾状の光吸収を行わ
ない高抵抗層を設けることを特徴とする分布帰還型半導
体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23982491A JPH0582886A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23982491A JPH0582886A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582886A true JPH0582886A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17050398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23982491A Pending JPH0582886A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582886A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003069144A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| KR100663589B1 (ko) * | 2004-11-24 | 2007-01-02 | 삼성전자주식회사 | 분포귀환 반도체 레이저의 제조방법 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP23982491A patent/JPH0582886A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003069144A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| KR100663589B1 (ko) * | 2004-11-24 | 2007-01-02 | 삼성전자주식회사 | 분포귀환 반도체 레이저의 제조방법 |
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