JPS58225681A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS58225681A
JPS58225681A JP10870682A JP10870682A JPS58225681A JP S58225681 A JPS58225681 A JP S58225681A JP 10870682 A JP10870682 A JP 10870682A JP 10870682 A JP10870682 A JP 10870682A JP S58225681 A JPS58225681 A JP S58225681A
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laser
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laser oscillation
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Saburo Yamamoto
三郎 山本
Hiroshi Hayashi
寛 林
Morichika Yano
矢野 盛規
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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)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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/ Ca程度であった。レー
ザ光を安定に高出力発振させるためにpmaxk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態形半導体レーザ素子として例え
ば、WSレーザ(Appl−Phys、 Lett、I
5 May 1979 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ャップの広
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態形半導体レーザは、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。
従って、窓値域ではレーザ光が拡がって伝播するため、
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
流が高くなるといった欠点を有する。従来の態形半導体
レーザ素子内で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l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(ビームウェイスト)は接合に平行
な方向ではレーザ発振領域端面6,5′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態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
ムウェ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かレ
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
、これは従来の態形半導体レーザにない非常に進歩した
効果である。
罫下、本発明を実施例に従っ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Wg4及び長さL8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
、LwIを有する窓領域22.22’が配設され、共振
器端面28,23’よりレーザビーム24.24’が放
射される0レ一ザ発振動作領域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26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22゜2
2′の断面図である。
p−GaAs基板31上に電流を遮断するだめのH−G
aAs電流ブロッキング層32が堆積されるが、この電
流ブロッキング層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
た電流ブロッキング層32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−GaAl
Asクラッド層33゜GaAs又はGaAlAs活性層
84 、n−GaAlAsクラッド層85 、n−Ga
Asキャップ層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。VS I S (V −channeled
  5ubstrateInner  5tripe)
レーザについては電気通信学会技術報告(ED81−4
2 、1981年、P、81)及びAppl、 Phy
s、 Lett、 (I March +982. P
J72)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ャ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によって阻止され、それぞ
れ幅wc1.wc2のチャネル部のみに流れる。これら
のチャネル幅はW。I>We2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かできる。活性層か湾曲す
ると、屈折率光導波路が形成され、その幅wg、はチャ
ネル幅Wcよりも狭くなる。また活性層34が平坦な場
合は、チャネル両端での1l−GaAs層32への光吸
収により実効屈折率か下がる原理を利用した光導波路が
形成され、その幅Wg2はチャネル幅Wc2にほぼ等し
い。
本発明を創出するに到った重要な事象は、同一成長条件
でそれぞれ活性層湾曲型VSISレーザと活性層平坦型
VSISレーザを個別に作製した場合、常に前者の方か
100〜200Aだけ長波長で発振するということ、即
ち21〜42 meVだけバンドギャップが狭くなると
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。従って、
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。従って、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i
th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F’maxの大きい半導体レーザを作製すること
かできる。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、
しかも態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=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
発明の態形レーザは窓領域22゜22′のチャネル中央
部でも電流ブロッキング層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。従って、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、 I X I 
QI9z−8)41上に、第4図(A)に示すような幅
WcQ = 10μm。
長さt2=+ooμm 、深さ1μmの矩形溝40をL
l−150μmの間隔でホトリソグラフィ技術により形
成する。使用したレジストはシップレイ社のAZ 13
50であり、この窓を通して硫酸系エツチング液でGa
AS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、
 6XIO18m ” ) 42を約0.8 pmの厚
さに液相エピタキシャル成長させる。この時、矩形溝4
0は完全に埋まり、nWGaAs層42は18μm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
ラフィ技術により形成する。各部の寸法はL1=150
μm、L2=100μm、Wc+”6μm、W。2.1 =3μmである。
この窓を通して、硫酸系エツチング液でGaAs層ト、
″を観テ′グする・Zl−zl・z2−z2方方向面形
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ャル技術により、第3図で
示すようなp−Gao5A 10,5 Asクラッド層
8 B 、 p−Ga0.B5A1045As活性層8
4.n−Ga0.5 AlO,5Asクラッド層84 
、n−GaAsキャップ層36をそれぞれ平坦部で0.
15μm、0.1μm。
10μm、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02μmとなった。基板裏面をラッ
ピングすることによりウェノ・−の厚さを約100μm
とした後、n−GaAsキff7プ層36層面6表面 
u −G e −N iを、又p−GaAs基板31裏
面にはAu−Zn’に蒸着し、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、内部のチャネルのピッ
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L+ lcもつ窓領域の中央で襞間
し、共振器を形成する。従って、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。この態形レー
ザは■th ”” 80mAでレーf:1振し、その時
の波長は7800A、であった。
また端面破壊出力Pmaxは約100mWであった。
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襞間し、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。従って、本発明の態形レーザによって、P
max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
20 omwに向上した。
〜 また、発振波長8300Aの態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二400mWであった。
上記7800A及び8800Aの発振波長をもつ態形レ
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GaAlA
s系だけでなく、I HP−1nGaAsP系その他す
べてのへ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図は従来の態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態形レーザの元伝播を
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、28.28’・・・共振器端面、25.25’・・
・レーザ発振領域端面、31−・−p−GaAs基板、
32 ・= n−GaAs電流ブロッキング層、83・
・・p−クラッド層、34・・・活性層、35・・・n
−クラッド層、36・・・n−キャップ層。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)366−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、基板上に形成したストライプ状溝に対応して湾曲し
    た活性層を有するレーザ発振領域と共振端近値に光導波
    路として働く平坦な活性層を有するレーザ光の窓領域と
    を形成し、該窓領域を電流遮断領域としたことを特徴と
    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)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10870682A JPS58225681A (ja) 1982-06-23 1982-06-23 半導体レ−ザ素子
US06/476,844 US4546481A (en) 1982-05-28 1983-03-18 Window structure semiconductor laser
EP83301600A EP0095826B1 (en) 1982-05-28 1983-03-22 Semiconductor laser
DE8383301600T DE3376936D1 (en) 1982-05-28 1983-03-22 Semiconductor laser

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JP10870682A JPS58225681A (ja) 1982-06-23 1982-06-23 半導体レ−ザ素子

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JPH0474876B2 JPH0474876B2 (ja) 1992-11-27

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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