JPH10223970A

JPH10223970A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH10223970A
Application number: JP2087397A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhito Nakajima; 徹人中島; Hiroki Yaegashi; 浩樹八重樫; Koji Nakamura; 幸治中村; Hideaki Horikawa; 英明堀川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】素子動作時の横モードを任意に調整すること
ができる半導体レーザを提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１０と、この基板１０の上
側の第１クラッド層２０と、この第１クラッド層２０の
上側の活性層３０と、この活性層３０の上側の第２クラ
ッド層とを少なくとも備え、その活性層３０の上側の第
２クラッド層４０にリッジ部７０が形成されているリッ
ジ導波路型半導体レーザにおいて、前記第２クラッド層
４０のリッジ部７０の側面近傍において、このリッジ部
７０の両側の前記第２クラッド層４０に他の領域と電極
分離された横モード制御電極１１０を形成し、この横モ
ード制御電極１１０に逆バイアスを印加することによ
り、両端面近傍における光閉じ込め強度を調整すること
ができ、高出力動作時において安定な基本横モード発振
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高出力半導体レー
ザ（以後、ＬＤと略記することもある）に係り、特に高
出力時において安定した基本横モード発振を得ることが
できるリッジ導波路型半導体レーザの構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
本願の発明者によって既に提案された例えば、特願平７
−２８４２７１号に記載されるものがあった。以下、そ
れに開示されている半導体レーザの構造について、簡単
に説明する。レーザ光は、リッジ両脇とリッジ部の実効
屈折率の差により形成される屈折率導波路を伝搬する。
そこでは、端面近傍のリッジ両脇のＡｌＧａＡｓクラッ
ド層の厚みを薄くし、レーザ光の横モードを制御する領
域（横モード制御領域）を形成する。その横モード制御
領域では、光損失が高くなり、光伝搬路を実効的に狭く
することになる。このため、リッジ幅を広くしても高出
力動作時に安定した基本横モード発振が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のリッジ導波路型半導体レーザでは、以下のよう
な問題点がある。横モード制御領域での制御量はクラッ
ド層の材質及び、制御領域のクラッド層の厚みにより決
まる。このため、制御領域のクラッド層の厚みの制御
に、高精度が要求されるとともに、制御量に対する制限
が大きい。さらに、素子動作時に、横モード制御量を任
意に調整することはできない。

【０００４】本発明は、上記問題点を除去し、素子動作
時の横モードを任意に調整することができる半導体レー
ザを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕化合物半導体基板と、この基板の上側の第１クラ
ッド層と、この第１クラッド層の上側の活性層と、この
活性層の上側の第２クラッド層とを少なくとも備え、前
記活性層の上側の第２クラッド層にリッジ部が形成され
ているリッジ導波路型半導体レーザにおいて、前記第２
クラッド層のリッジ部の側面近傍において、このリッジ
部の両側の前記第２クラッド層に他の領域と電極分離さ
れた横モード制御電極を形成するようにしたものであ
る。

【０００６】〔２〕上記〔１〕記載の半導体レーザにお
いて、前記横モード制御電極はリッジ部の両脇に設けら
れた矩形状の横モード制御電極である。〔３〕上記〔１〕記載の半導体レーザにおいて、前記横
モード制御電極はリッジ部の両脇に設けられたテーパー
状の横モード制御電極である。〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の半導体レー
ザにおいて、前記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板、前
記第１クラッド層はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、前記
第２クラッド層はｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層である。

【０００７】〔５〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載
の半導体レーザにおいて、前記化合物半導体基板の表面
の結晶面が〈１００〉で、この基板の〈１００〉結晶面
の上側に前記第１クラッド層を備え、前記第２クラッド
層に形成されるリッジ部の方向を、表面の結晶面が〈１
００〉である前記化合物半導体基板の〈０１１〉方向で
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の第１実
施例を示すリッジ導波路型半導体レーザを構成する素子
の構造を概略的に示す斜視図、図２はその半導体レーザ
の製造工程図（その１）、図３はその半導体レーザの製
造工程図（その２）である。なお、これらの図面におい
て、各構成成分は、本発明が理解できる程度に各構成成
分の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してある
にすぎない。

【０００９】まず、その半導体レーザの製造方法につい
て、図２及び図３を参照しながら説明する。（１）図２（ａ）に示すように、表面の結晶面を〈１０
０〉とするｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ−Ａｌ_xＧａ
_1-xＡｓ第１クラッド層（例えば、ｘ＝０．２、キャリ
ア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）２０、活性層３０、ｐ−Ａｌ
_xＧａ_1-xＡｓ第２クラッド層（例えば、ｘ＝０．２、
キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ１．５〜２μｍ程
度）４０、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層（例えば、キャリ
ア濃度１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下、厚さ０．３〜０．５
μｍ）５０をＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法等公知の方法で成
長させる。

【００１０】ここで、活性層３０は、図示しないが、ア
ンドープＩｎ_xＧａ_1-xＡｓからなる量子井戸（例え
ば、キャリア濃度０．１５≦ｘ≦０．２、厚さ８〜１０
ｎｍ）をアンドープＧａＡｓからなる障壁層（例えば、
厚さ４０〜８０ｎｍ）で挟んだアンドープＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓシングル量子井戸構造の半導体層により構成
されている。

【００１１】次に、図２（ｂ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法等により、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０上に
ＳｉＯ₂等の酸化膜を形成し、通常のフォトリソグラフ
ィー法、及びバッファー沸化水素エッチングにより、幅
６〜８μｍのＳｉＯ₂ストライプマスク６０を形成す
る。このＳｉＯ₂ストライプマスク６０のストライプ方
向は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の〈０１１〉方向に合わせ
る。

【００１２】次に、図２（ｃ）に示すように、ウエット
エッチング（例えば、硫酸：１、過酸化水素水：８、
水：１００の混合液）や、ドライエッチングＲＩＥ（Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）等により、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０、ｐ−Ａｌ_XＧａ_1-XＡ
ｓ第２クラッド層４０をエッチングし、リッジ部７０を
形成する。

【００１３】この場合、エッチング後、残存しているｐ
−Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ第２クラッド層４０ａの厚みが、
約０．５μｍ、リッジ部７０の幅が５〜７μｍになるよ
うにエッチング条件、時間を抑制する。なお、図中、４
０ａは残存しているｐ−Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ第２クラッ
ド層、５０ａは残存しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層
を示す。

【００１４】次に、図３（ａ）に示すように、リッジ部
７０の上部ＳｉＯ₂ストライプマスク６０を除去し、残
存しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０ａ、残存して
いるｐ−Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ第２クラッド層４０ａの上
に、ＳｉＮ等の絶縁膜を形成した後、通常のフォトリソ
グラフィー法及びドライエッチングＲＩＥにより、残存
しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０ａの上部、及び
共振器両端面のリッジ部７０の両脇に、幅４〜６μｍ、
長さ１０〜２０μｍに渡って絶縁膜を取り除いた絶縁層
８０を形成する。

【００１５】なお、図中、共振器両端面のリッジ部７０
の両脇に、幅４〜６μｍ、長さ１０〜２０μｍに渡って
絶縁膜を取り除いた領域は、横モード制御領域９０であ
る。次に、図３（ｂ）に示すように、全面にｐ型電極１
００を形成し、横モード制御領域９０の周囲の電極をエ
ッチングにより取り除き、電極分離した横モード制御電
極１１０を形成する。なお、１２０はリッジ領域であ
る。

【００１６】この後、図示しないが、基板側にｎ型電極
を形成する。劈開後、劈開面にＡＲ、ＨＲコーティング
をする。以下、このようにして得られた半導体レーザの
動作について説明する。この素子を正常に動作するに
は、図１に示すｐ型電極１００に順バイアス電流を流
し、横モード制御電極１１０に逆バイアスを印加する。
逆バイアスを印加された領域では、実効屈折率は、他の
リッジ部７０の両脇の実効屈折率よりも低くなる。

【００１７】リッジ部の実効屈折率をｎ₀、リッジ部脇
の実効屈折率をｎ₁、横モード制御領域の実効屈折率を
ｎ₂とする。横モード制御領域に逆バイアスを印加しない場合、ｎ₀＞ｎ₁＝ｎ₂ となり、光の閉じ込め強度は、リッジストライプの方向
に渡って均一になる。

【００１８】横モード制御領域に逆バイアスを印加した
場合、ｎ₀＞ｎ₁＞ｎ₂ となり、光の閉じ込め強度は、横モード制御領域におい
て強くなる。また、この時のｎ₂の値は、印加する逆バ
イアスの大きさに依存して変化する。つまり、印加する
逆バイアスの大きさを調整することにより、光の閉じ込
め強度を調整することができる。

【００１９】以上のように、横モード制御領域に逆バイ
アスを印加することにより、共振器両端面における光閉
じ込めが強くなり、その強度は印加する逆バイアスの大
きさを変えることにより調整することができる。リッジ
部両脇とリッジ部の実効屈折率の差により形成される屈
折率導波路を伝搬したレーザ光は、光閉じ込めが強めら
れた共振器両端部で横モードが制御され、高出力動作時
においても基本横モードの発振となる。また、制御領域
に印加する逆バイアスを調整することにより、制御量を
任意に調整することが可能となる。

【００２０】以上、詳細に説明したように、本発明の第
１実施例によれば、両端面近傍のリッジ部両脇に、他の
電極と電極分離した横モード制御電極を形成し、この横
モード制御電極に逆バイアスを印加することにより、両
端面近傍における光閉じ込め強度を調整することがで
き、高出力動作時において安定な基本横モード発振が得
られる。

【００２１】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図４は本発明の第２実施例を示すリッジ導波路型半
導体レーザを構成する素子の構造を概略的に示す斜視
図、図５はその半導体レーザの製造工程図（その１）、
図６はその半導体レーザの製造工程図（その２）であ
る。なお、ここで、第１実施例と同じ部分については同
じ符号を付している。

【００２２】まず、図５（ａ）に示すように、表面の結
晶面を〈１００〉とするｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ
−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第１クラッド層（例えば、ｘ＝
０．２、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）２０、活性層
３０、ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第２クラッド層（例え
ば、ｘ＝０．２、キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ
１．５〜２μｍ程度）４０、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
（例えば、キャリア濃度１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下、厚
さ０．３〜０．５μｍ）５０をＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法
等公知の方法で成長させる。

【００２３】ここで、活性層３０は、図示しないが、ア
ンドープＩｎ_xＧａ_1-xＡｓからなる量子井戸（例え
ば、キャリア濃度０．１５≦ｘ≦０．２、厚さ８〜１０
ｎｍ）をアンドープＧａＡｓからなる障壁層（例えば、
厚さ４０〜８０ｎｍ）で挟んだアンドープＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓシングル量子井戸構造の半導体層により構成
されている。

【００２４】次に、図５（ｂ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法等により、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０上に
ＳｉＯ₂等の酸化膜を形成し、通常のフォトリソグラフ
ィー法、及びバッファー沸化水素エッチングにより、幅
６〜８μｍのＳｉＯ₂ストライプマスク６０を形成す
る。このＳｉＯ₂ストライプマスク６０のストライプ方
向は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の〈０１１〉方向に合わせ
る。

【００２５】次に、図５（ｃ）に示すように、ウエット
エッチング（例えば、硫酸：１、過酸化水素水：８、
水：１００の混合液）や、ドライエッチングＲＩＥ（Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）等により、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０、ｐ−Ａｌ_XＧａ_1-XＡ
ｓ第２クラッド層４０をエッチングし、リッジ部７０を
形成する。

【００２６】この場合、エッチング後、残存しているｐ
−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第２クラッド層４０ａの厚みが、
約０．５μｍ、リッジ部７０の幅が５〜７μｍになるよ
うにエッチング条件、時間を抑制する。この時、絶縁膜
を取り除く領域はテーパー状にしておく。なお、図中、
４０ａは残存しているｐ−Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ第２クラ
ッド層、５０ａは残存しているｐ−ＧａＡｓコンタクト
層を示す。

【００２７】次に、図６（ａ）に示すように、リッジ部
７０の上部ＳｉＯ₂ストライプマスク６０を除去し、残
存しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０ａ、残存して
いるｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第２クラッド層４０ａの上
に、ＳｉＮ等の絶縁膜を形成した後、通常のフォトリソ
グラフィー法及びドライエッチングＲＩＥにより、残存
しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０ａの上部、及び
共振器両端面のリッジ部７０の両脇に、幅４〜６μｍ、
長さ１０〜２０μｍに渡ってテーパー状に絶縁膜を取り
除いた絶縁層８０を形成する。

【００２８】なお、図中、共振器両端面のリッジ部７０
の両脇に、幅４〜６μｍ、長さ１０〜２０μｍに渡っ
て、テーパー状に絶縁膜を取り除いた領域は、横モード
制御領域２００である。次に、図６（ｂ）に示すよう
に、全面にｐ型電極２１０を形成し、テーパー状の横モ
ード制御領域２００の周囲の電極をエッチングにより取
り除き、電極分離したテーパー状の横モード制御電極２
２０を形成する。なお、２３０はリッジ領域である。

【００２９】この後、図には示さないが、基板側にｎ型
電極を形成する。劈開後、劈開面にＡＲ、ＨＲコーティ
ングをする。以下、このようにして得られた半導体レー
ザの動作について説明する。この素子を正常に動作する
には、図４に示すｐ型電極２１０に順バイアス電流を流
し、テーパー状の横モード制御電極２２０に逆バイアス
を印加する。逆バイアスを印加された領域では、実効屈
折率は、他のリッジ部７０の両脇の実効屈折率よりも低
くなる。

【００３０】リッジ部の実効屈折率をｎ₀、リッジ部脇
の実効屈折率をｎ₁、横モード制御領域の実効屈折率を
ｎ₂とする。横モード制御領域に逆バイアスを印加しない場合、ｎ₀＞ｎ₁＝ｎ₂ となり、光の閉じ込め強度は、リッジストライプの方向
に渡って均一になる。

【００３１】横モード制御領域に逆バイアスを印加した
場合、ｎ₀＞ｎ₁＞ｎ₂ となり、光の閉じ込め強度は、横モード制御領域におい
て強くなる。また、この時のｎ₂の値は、印加する逆バ
イアスの大きさに依存して変化する。つまり、印加する
逆バイアスの大きさを調整することにより、光の閉じ込
め強度を調整することができる。

【００３２】さらに、逆バイアスを印加する横モード制
御領域の形状をテーパー状にすることにより、逆バイア
ス印加時の、横モード制御領域前後で光のモードが、急
激に変化することなく滑らかに変化し、より安定に制御
できる。逆バイアス印加時の実効屈折率は、テーパー状
の幅の狭い領域をｎ_2s、幅の広い領域をｎ_2Lとすると、ｎ₀＞ｎ₁＞ｎ_2s＞ｎ_2L となる。

【００３３】以上のように、テーパー状の横モード制御
領域に逆バイアスを印加することにより、共振器両端面
近傍における光閉じ込めが強くなり、その強度は印加す
る逆バイアスの大きさを変えることにより調整すること
ができる。さらに、横モード制御領域をテーパー状にす
ることにより、横モード制御領域前後で光閉じ込め強度
が滑らかに変化する。

【００３４】リッジ部両脇とリッジ部の実効屈折率の差
により形成される屈折率導波路を伝搬したレーザ光は、
逆バイアスを印加したテーパー状の横モード制御領域に
より、横モード制御領域で、光閉じ込めが滑らかに強め
られ、高出力動作時においても基本横モードの発振とな
る。また、制御領域に印加する逆バイアスを調整するこ
とにより、制御量を任意に調整することが可能となる。
さらに、より安定したモードを制御することができる。

【００３５】以上、詳細に説明したように、本発明の第
２実施例によれば、両端面近傍のリッジ両脇に、他の電
極と電極分離したテーパー状の横モード制御電極を形成
し、この横モード制御電極に逆バイアスを印加すること
により、両端面近傍における光閉じ込め強度を調整する
ことができる。さらに、横モード制御領域前後での光閉
じ込め強度は、横モード制御電極をテーパー状にするこ
とにより、滑らかに変化させることができる。この結
果、高出力動作時において安定な基本横モード発振が得
られる。

【００３６】なお、本発明の半導体レーザは、以下のよ
うな利用形態を有することができる。（１）上記第１及び第２実施例では、ｎ型基板を用いた
実施例を示したが、導電型をｎとｐと入れ換えることに
より、ｐ型基板を用いることもできる。（２）ＧａＡｓ系のレーザを用いた実施例を示したが、
他の材料系、例えば、ＩｎＰ系においても適用すること
ができる。

【００３７】（３）上記第１実施例では、矩形状の横モ
ード制御領域を、上記第２実施例において、テーパー状
の横モード制御領域を両端面に構成した実施例を示した
が、片方の端面や、それ以外の領域において形成する場
合にも適用することができる。この場合、横モード制御
領域の幅、長さ及び印加逆電圧等のパラメータは、それ
ぞれの場合において最適化する必要がある。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。（Ａ）請求項１記載の発明によれば、横モード制御領域
に逆バイアスを印加することにより、共振器両端面にお
ける光閉じ込めが強くなり、その強度は印加する逆バイ
アスの大きさを変えることにより調整することができ
る。

【００４０】（Ｂ）請求項２、４又は５記載の発明によ
れば、両端面近傍のリッジ部の両脇に、他の電極と電極
分離した横モード制御電極を形成し、この横モード制御
電極に逆バイアスを印加することにより、両端面近傍に
おける光閉じ込め強度を調整することができ、高出力動
作時において安定な基本横モード発振が得られる。（Ｃ）請求項３、４又は５記載の発明によれば、両端面
近傍のリッジ部の両脇に、他の電極と電極分離したテー
パー状の横モード制御電極を形成し、この横モード制御
電極に逆バイアスを印加することにより、両端面近傍に
おける光閉じ込め強度を調整することができる。

【００４１】さらに、横モード制御領域前後での光閉じ
込め強度は、横モード制御電極をテーパー状にすること
により、滑らかに変化させることができる。その結果、
高出力動作時において安定な基本横モード発振が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すリッジ導波路型半導
体レーザを構成する素子の構造を概略的に示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例を示すリッジ導波路型半導
体レーザの製造工程図（その１）である。

【図３】本発明の第１実施例を示すリッジ導波路型半導
体レーザの製造工程図（その２）である。

【図４】本発明の第２実施例を示すリッジ導波路型半導
体レーザを構成する素子の構造を概略的に示す斜視図で
ある。

【図５】本発明の第２実施例を示すリッジ導波路型半導
体レーザの製造工程図（その１）である。

【図６】本発明の第２実施例を示すリッジ導波路型半導
体レーザの製造工程図（その２）である。

【符号の説明】

１０ｎ−ＧａＡｓ基板２０ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第１クラッド層３０活性層４０ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第２クラッド層４０ａ残存しているｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第２ク
ラッド層５０ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０ａ残存しているｐ−ＧａＡｓコンタクト層６０ＳｉＯ₂ストライプマスク７０リッジ部８０絶縁層９０横モード制御領域１００，２１０ｐ型電極１１０横モード制御電極１２０，２３０リッジ領域２００テーパー状の横モード制御領域２２０テーパー状の横モード制御電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀川英明東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板と、該基板の上側の第
１クラッド層と、該第１クラッド層の上側の活性層と、
該活性層の上側の第２クラッド層とを少なくとも備え、
前記活性層の上側の第２クラッド層にリッジ部が形成さ
れているリッジ導波路型半導体レーザにおいて、前記第２クラッド層のリッジ部の側面近傍において、該
リッジ部の両側の前記第２クラッド層に他の領域と電極
分離された横モード制御電極を形成するようにしたこと
を特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記横モード制御電極はリッジ部の両脇に設けられた矩
形状の横モード制御電極であることを特徴とする半導体
レーザ。
【請求項３】請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記横モード制御電極はリッジ部の両脇に設けられたテ
ーパー状の横モード制御電極であることを特徴とする半
導体レーザ。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の半導体レーザ
において、前記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板、前記
第１クラッド層はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、前記第
２クラッド層はｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層であること
を特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】請求項１、２又は３記載の半導体レーザ
において、前記化合物半導体基板の表面の結晶面が〈１
００〉で、該基板の〈１００〉結晶面の上側に前記第１
クラッド層を備え、前記第２クラッド層に形成されるリ
ッジ部の方向を、表面の結晶面が〈１００〉である前記
化合物半導体基板の〈０１１〉方向であることを特徴と
する半導体レーザ。