JP2515725B2 - Semiconductor laser equipment - Google Patents

Semiconductor laser equipment

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JP2515725B2
JP2515725B2 JP60122423A JP12242385A JP2515725B2 JP 2515725 B2 JP2515725 B2 JP 2515725B2 JP 60122423 A JP60122423 A JP 60122423A JP 12242385 A JP12242385 A JP 12242385A JP 2515725 B2 JP2515725 B2 JP 2515725B2
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semiconductor
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直樹 茅根
慎一 中塚
俊 梶村
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体レーザ装置に係わり、特に非点収差が
なく、雑音特性の良好な装置とその製造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a device having no astigmatism and excellent noise characteristics, and a manufacturing method thereof.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

半導体レーザのレーザ光分布(横モード)を、ストラ
イプ中央部とその外側との屈折率を利用して閉じ込めた
いわゆる屈折率導波形装置では発振スペクトル線(縦モ
ード)が単一になる。このような装置を光デイスクに利
用した場合には、デイスクからの反射光による戻り光雑
音は発生しないが、活性層の垂直方向と平行方向でビー
ムウエイストの位置が異なるいわゆる非点収差を生じ、
レーザビームを絞り込めないという欠点がある。このた
め、縦モードがマルチモードであり、かつ非点収差のな
い装置素子が望まれている。
In the so-called refractive index waveguide type device in which the laser light distribution (transverse mode) of the semiconductor laser is confined by using the refractive index of the central portion of the stripe and its outside, the oscillation spectrum line (longitudinal mode) becomes single. When such a device is used for an optical disc, return light noise due to the reflected light from the disc does not occur, but so-called astigmatism in which the position of the beam waist differs in the direction parallel to the vertical direction of the active layer,
There is a drawback that the laser beam cannot be narrowed down. Therefore, there is a demand for a device element in which the longitudinal mode is multimode and there is no astigmatism.

このためには、半導体レーザの光軸方向にストライプ
構造を変化させ、装置内部では、屈折率差を小さく、レ
ーザ光出射端面で屈折率差を大きくする方法が、島田
他、“リブ光導波路モード・フイルタ型GaAlAsレーザの
特性“第31回応用物理学会春季講演会、昭和59.3.29〜
4.2、予稿30a−M−8、により知られている。
To this end, a method of changing the stripe structure in the optical axis direction of the semiconductor laser so that the difference in the refractive index inside the device is small and the difference in the refractive index at the laser light emitting end face is large is described in “Rib optical waveguide mode”.・ Characteristics of filter type GaAlAs laser “The 31st Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics, Showa 59.3.29-
4.2, Proceedings 30a-M-8.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、雑音特性が良く、非点収差のない、
とくにビデオ・デイスクやコンパクト・デイスクなどの
光デイスク用に適した半導体レーザ装置を提供すること
にある。
The object of the present invention is to have good noise characteristics and no astigmatism,
In particular, it is to provide a semiconductor laser device suitable for an optical disc such as a video disc or a compact disc.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本願発明者は、活性層にストライプ状の発光領域を形
成し、前記発光領域の光端面部近傍においては前記スト
ライプの中央部とその外縁部との間の屈折率差が大き
く、前記発光領域の中央部においては前記屈折率差が小
さくする手段として、前記発光領域の中央部におけるス
トライプの上側の幅を、前記光端面近傍におけるストラ
イプの上側より大きくする方法を見出し、この方法で縦
モードのマルチ比と横モードの単一化を容易に達成し得
ることを確認した。
The inventor of the present application forms a stripe-shaped light emitting region in the active layer, and in the vicinity of the light end face portion of the light emitting region, the refractive index difference between the central portion of the stripe and its outer edge portion is large, and the light emitting region of the light emitting region is large. As a means for reducing the refractive index difference in the central portion, a method of making the width of the upper side of the stripe in the central portion of the light emitting region larger than the upper side of the stripe in the vicinity of the light end face was found. It was confirmed that ratio and transverse mode unification could be easily achieved.

この場合、素子内部では、発光領域の中央部において
活性層と電流狭窄層(ストライプ外縁部)との距離が遠
くなるためストライプ中央部の電流密度が小さくなり、
外縁部との屈折率差が小さくなる。
In this case, in the inside of the device, the distance between the active layer and the current confinement layer (outer edge of the stripe) becomes large in the central part of the light emitting region, so that the current density in the central part of the stripe becomes small,
The difference in refractive index from the outer edge portion becomes small.

第1図に本発明による素子の平面図の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a plan view of a device according to the present invention.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.

実施例1 第1〜3図を用いて説明する。Example 1 will be described with reference to FIGS.

第1図は本発明によるレーザ装置の平面図の一例であ
る。第2および3図は、第1図におけるA−A′および
B−B′における断面図である。
FIG. 1 is an example of a plan view of a laser device according to the present invention. 2 and 3 are sectional views taken along the lines AA 'and BB' in FIG.

n型GaAs基板1の上にn型GaAlAsクラツド層2、アン
ドープ層GaAlAs活性層3、p型GaAlAsクラツド層4、n
型電流狭窄層5を順次形成させた後、まず、電流狭窄層
5に化学食刻法を用いて溝6および7を形成した。溝6
の上側の幅は3〜6μm、下側(活性層と接する側)の
幅は2〜5μmである。溝7の上側の幅は8〜10μm
で、低部の幅は7〜9μm、活性層と接する部分、すな
わち残留GaAs層の溝の幅は2〜5μmである。また残留
GaAs層の厚さdは0.1±0.05μmとした。
On the n-type GaAs substrate 1, an n-type GaAlAs cladding layer 2, an undoped layer GaAlAs active layer 3, a p-type GaAlAs cladding layer 4, n.
After the type current constriction layer 5 was sequentially formed, first, the grooves 6 and 7 were formed in the current confinement layer 5 by using the chemical etching method. Groove 6
The upper side has a width of 3 to 6 μm, and the lower side (the side in contact with the active layer) has a width of 2 to 5 μm. The upper width of the groove 7 is 8-10 μm
The width of the lower portion is 7 to 9 μm, and the width of the groove contacting the active layer, that is, the residual GaAs layer is 2 to 5 μm. Also remains
The thickness d of the GaAs layer was 0.1 ± 0.05 μm.

続いて、p型GaAlAsクラツド層8、p+型GaAsキヤツプ
層を順次形成し、次にCr−Au電極10、AuGe/Ni/Au電極11
を蒸着にて形成した。
Subsequently, a p-type GaAlAs cladding layer 8 and a p + -type GaAs cap layer are sequentially formed, and then a Cr-Au electrode 10 and an AuGe / Ni / Au electrode 11 are formed.
Was formed by vapor deposition.

次に劈開して半導体レーザを得た。この半導体レーザ
の非点収差は5μm以下と十分に小さかつた。なお、p
型GaAlAsクラツド層4の厚さが0.2〜0.4μm、活性層3
の厚さが0.03〜0.1μmにおいて、本発明の効果が顕著
であった。また活性層内部ではレーザ光はマルチモード
となり、戻り光による相対雑音強度は1×10-13Hz-1
下であつた。
Then, cleavage was performed to obtain a semiconductor laser. The astigmatism of this semiconductor laser was 5 μm or less, which was sufficiently small. Note that p
-Type GaAlAs cladding layer 4 has a thickness of 0.2-0.4 μm, active layer 3
The effect of the present invention was remarkable when the thickness was 0.03 to 0.1 μm. Further, the laser light was in a multimode inside the active layer, and the relative noise intensity due to the returning light was 1 × 10 −13 Hz −1 or less.

なお、その他の各層の膜厚は、n型クラツド層2が0.
8〜2μm、n型電流狭窄層5が0.5〜1.0μm、p型ク
ラツド層8が0.6〜1.8μm、p+型GaAsキヤツプ層9が0.
5〜5μmとし、また各層のAlAs組成比は、n型クラツ
ド層2、p型クラツド層4および8が35〜55%、活性層
3が5〜20%とし、これらの範囲で良好な結果が得られ
た。
The thickness of each of the other layers is 0 for the n-type cladding layer 2.
8 to 2 μm, the n-type current confinement layer 5 to 0.5 to 1.0 μm, the p-type cladding layer 8 to 0.6 to 1.8 μm, and the p + -type GaAs cap layer 9 to 0.
The AlAs composition ratio of each layer is 35 to 55% for the n-type cladding layer 2, p-type cladding layers 4 and 8 and 5 to 20% for the active layer 3, and good results are obtained in these ranges. Was obtained.

実施例2 第1,4および5図を用いて説明する。第4図は本実施
例によるレーザ装置の第1図のA−A′における断面
図、第5図は同様にB−B′における断面図である。
Example 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1 of the laser device according to this embodiment, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB ′ similarly.

実施例1における電流狭窄層5を多層にして残留GaAs
層の厚さdの制御性を向上させたのが本実施例である。
In the first embodiment, the current confinement layer 5 is multilayered so that residual GaAs is formed.
In this embodiment, the controllability of the layer thickness d is improved.

電流狭窄層5および5′をn型GaAsで形成し、その間
にn型GaAs(Al/As比:0.4〜0.55)層12を形成し、GaAs
層5および5′にドライエツチにより溝を形成し、GaAs
層12には化学食刻法にて溝を形成した。この方法により
電流狭窄層5′の厚さを安定に形成することができた。
The current confinement layers 5 and 5'are formed of n-type GaAs, and the n-type GaAs (Al / As ratio: 0.4 to 0.55) layer 12 is formed between them to form GaAs.
Grooves are formed in layers 5 and 5'by dry etching and
Grooves were formed in the layer 12 by a chemical etching method. By this method, the thickness of the current constriction layer 5'can be stably formed.

p型GaAlAsクラツド層の上に電流狭窄層5′、GaAlAs
層12、電流狭窄層5を順次形成した後、まずドライエッ
チング法で溝6の一部を形成し、同時に溝6の中央部の
電流狭窄層5をドライエツチ法で拡張し、次いで露出し
たGaAlAs層12を化学食刻法で除去した。この時GaAs層
5′は化学食刻法で食刻されにくいので短時間ではエツ
チングされることはない。次いで、マスク材を用い、や
はりドライエツチング法でn−GaAs電流狭窄層5′をス
トライプ状にエツチして除去し、溝7を形成した。
On the p-type GaAlAs cladding layer, current confinement layer 5 ', GaAlAs
After sequentially forming the layer 12 and the current confinement layer 5, a part of the groove 6 is first formed by the dry etching method, and at the same time, the current confinement layer 5 in the central portion of the groove 6 is expanded by the dry etching method, and then the exposed GaAlAs layer is formed. 12 was removed by chemical etching. At this time, since the GaAs layer 5'is difficult to be etched by the chemical etching method, it is not etched in a short time. Then, using the mask material, the n-GaAs current constriction layer 5'is also etched and removed in a stripe shape by the dry etching method to form the groove 7.

この構造のレーザ装置の特性も実施例1と同様であつ
た。
The characteristics of the laser device having this structure were similar to those of the first embodiment.

実施例3 第1図および第6〜9図を用いて説明する。Example 3 will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.

半導体レーザの端面および/もしくは端面近傍の断面
形状、すなわち第1図のA−A′における断面図を、第
6図に示すように溝6の断面形状をほぼ長方形のように
しても本発明を実施できた。
Even if the cross-sectional shape of the end face and / or the vicinity of the end face of the semiconductor laser, that is, the cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. It was possible.

さらに、レーザ装置内部の溝7の断面形状、すなわ
ち、第1図のB−B′における断面形状は、第7図に示
す逆台形でもよい。また、第8および9図に示すような
彎曲した断面形状でも良好な結果を得た。
Further, the cross-sectional shape of the groove 7 inside the laser device, that is, the cross-sectional shape along BB 'in FIG. 1 may be an inverted trapezoid shown in FIG. Also, good results were obtained with a curved cross-sectional shape as shown in FIGS.

以上の実施例の説明では材料をGaAlAs/GaAs系とした
が、InGaAsP/InP系、InGaP/GaAs系でもよく、また半導
体の導電型を全く反転させても、すなわちp型とn型を
全く反転させても、よく、さらに活性層をp型あるいは
n型にしても本発明の効果が得られた。
In the above description of the embodiments, the material is GaAlAs / GaAs system, but it may be InGaAsP / InP system or InGaP / GaAs system, and even if the conductivity type of the semiconductor is completely reversed, that is, the p-type and the n-type are completely reversed. The effect of the present invention can be obtained even if the active layer is p-type or n-type.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の半導体レーザは、戻り光雑音が小さく非点収
差が少ないので、アイソレータや非点収差補正用レンズ
を必要としないか、または簡略化できるで、ビデオ・デ
イスクやコンパクト・デイスクなどの装置機器の高性能
化、小形化、低価格化をはかり得る効果がある。
Since the semiconductor laser of the present invention has a small return light noise and a small astigmatism, it does not require an isolator or an astigmatism correction lens, or can be simplified. Therefore, a device such as a video disk or a compact disk can be used. It has the effect of achieving higher performance, smaller size, and lower price.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明のレーザ装置内部に設ける電流狭窄層
の平面図、第2,4および6図はレーザ装置の第1図のA
−A′における断面図、第3,5および7〜9図はレーザ
装置の第1図のB−B′における断面図である。 1……基板、2,4,8……クラツド層、3……活性層、5,
5′……電流狭窄層、6……電流狭窄層に設けた端面お
よび/または端面近傍の溝、7……電流狭窄層に設けた
装置内部の溝、9……キヤツプ層、10,11……電極、12
……n型GaAlAs電流狭窄層。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view of a current confinement layer provided inside the laser device of the present invention, and FIGS. 2, 4 and 6 are A of FIG. 1 of the laser device.
A sectional view taken along the line A-A 'and FIGS. 3, 5 and 7 to 9 are sectional views taken along the line BB' in FIG. 1 of the laser apparatus. 1 ... Substrate, 2, 4, 8 ... Cladding layer, 3 ... Active layer, 5,
5 '... current confinement layer, 6 ... groove on the end face and / or in the vicinity of the end face provided on the current confinement layer, 7 ... groove inside the device provided on the current confinement layer, 9 ... cap layer, 10, 11 ... … Electrodes, 12
... n-type GaAlAs current confinement layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶村 俊 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−224291(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shun Kajimura 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-60-224291 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に活性層を含む多層からなる
半導体層で形成した半導体レーザであって、該活性層よ
りも上部にクラッド層および溝を形成した電流狭窄層を
有する半導体レーザ装置において、該電流狭窄層に設け
た該溝の活性層に近い側の幅(W1)と該溝の上側の幅
(W2)の差について、該半導体層の端面もしくは端面お
よびその近傍における該幅の差より該半導体層の内部に
おける該幅の差を大きくしたことを特徴とする半導体レ
ーザ装置。
1. A semiconductor laser device comprising a semiconductor substrate having a multi-layered semiconductor layer including an active layer, the semiconductor laser device having a current confinement layer having a clad layer and a groove formed above the active layer. The difference between the width (W 1 ) of the groove provided in the current confinement layer on the side close to the active layer and the width (W 2 ) on the upper side of the groove, the width at the end face of the semiconductor layer or at the end face and in the vicinity thereof. The semiconductor laser device is characterized in that the difference in the width inside the semiconductor layer is made larger than the difference.
【請求項2】上記電流狭窄層が半導体多層膜で形成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
レーザ装置。
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the current confinement layer is formed of a semiconductor multilayer film.
【請求項3】上記半導体層の端面における該(W2−W1
をゼロとしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体レーザ装置。
3. The (W 2 −W 1 ) at the end face of the semiconductor layer
The semiconductor laser device according to claim 1, characterized in that
【請求項4】上記溝の活性層に近い側の幅を実質上一定
としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
導体レーザ装置。
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the width of the groove on the side close to the active layer is substantially constant.
【請求項5】上記(W2−W1)を正の値としたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein (W 2 −W 1 ) is a positive value.
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