JP2518221B2 - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JP2518221B2 JP2518221B2 JP61193666A JP19366686A JP2518221B2 JP 2518221 B2 JP2518221 B2 JP 2518221B2 JP 61193666 A JP61193666 A JP 61193666A JP 19366686 A JP19366686 A JP 19366686A JP 2518221 B2 JP2518221 B2 JP 2518221B2
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- laser device
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ素子に関する。
本発明は、半導体レーザ素子において、MOCVD法によ
って成膜し光の進行方向に沿って両端を平坦部とすると
共に、中央を（100）面に対して高次の斜面により形成
した凹曲部とする活性層を形成し、平坦部では利得導波
型に、凹曲部では屈折率導波型の導波機構を形成するこ
とによって、発振モードを制御し、戻り光などによるモ
ード不安定性や雑音を解消し、さらに高出力動作を可能
にしたものである。
って成膜し光の進行方向に沿って両端を平坦部とすると
共に、中央を（100）面に対して高次の斜面により形成
した凹曲部とする活性層を形成し、平坦部では利得導波
型に、凹曲部では屈折率導波型の導波機構を形成するこ
とによって、発振モードを制御し、戻り光などによるモ
ード不安定性や雑音を解消し、さらに高出力動作を可能
にしたものである。
半導体レーザの実用化については、その発振モードの
制御が重要である。横モードの単一性については、導波
機構を利得導波型から屈折率導波型にすることで安定に
得られる。このとき、同時に縦モード（スペクトル）に
ついてもマルチモードからシングルモード動作に移行す
ることが知られている。しかし、この状態では戻り光な
どによりモード不安定性や雑音の増加が見られるため、
種々の工夫が必要となっている。その１つとして、レー
ザ内の導波構造を変え、キャリア分布の広がりより発光
強度分布の広がりを大きくして実効的に吸収領域を導入
することによりパルセイションを生じさせ、縦モードを
多モード化する方法が知られている。又、他の方法とし
て動作駆動電流に高周波（〜100MHz）を重畳することで
過渡的に多モード化を引き起す方法も提案されている。
制御が重要である。横モードの単一性については、導波
機構を利得導波型から屈折率導波型にすることで安定に
得られる。このとき、同時に縦モード（スペクトル）に
ついてもマルチモードからシングルモード動作に移行す
ることが知られている。しかし、この状態では戻り光な
どによりモード不安定性や雑音の増加が見られるため、
種々の工夫が必要となっている。その１つとして、レー
ザ内の導波構造を変え、キャリア分布の広がりより発光
強度分布の広がりを大きくして実効的に吸収領域を導入
することによりパルセイションを生じさせ、縦モードを
多モード化する方法が知られている。又、他の方法とし
て動作駆動電流に高周波（〜100MHz）を重畳することで
過渡的に多モード化を引き起す方法も提案されている。
しかしながら、前者の方法では結晶成長時やデバイス
プロセス時のパラメータ制御に厳重な管理を要し、後者
の方法では電子回路の外付けを必要としている。
プロセス時のパラメータ制御に厳重な管理を要し、後者
の方法では電子回路の外付けを必要としている。
本発明は、上述の点に鑑み、製造容易で且つ発振横モ
ード及び縦モードの制御された半導体レーザ素子を提供
するものである。
ード及び縦モードの制御された半導体レーザ素子を提供
するものである。
本発明に係る半導体レーザ素子は、MOCVD（有機金属
気相成長）法により成膜し、光の進行方向に沿って両端
を平坦部とすると共に、中央を（100）面に対して高次
の斜面により形成した凹曲部とする活性層を形成し、平
坦部では利得導波型、凹曲部では屈折率導波型の導波機
構を形成するように構成する。
気相成長）法により成膜し、光の進行方向に沿って両端
を平坦部とすると共に、中央を（100）面に対して高次
の斜面により形成した凹曲部とする活性層を形成し、平
坦部では利得導波型、凹曲部では屈折率導波型の導波機
構を形成するように構成する。
かかる半導体レーザ素子の製法としては、ストライプ
方向に異なる幅をもつストライプ状溝部（３）を形成し
た半導体基板（１）上にMOCVD（有機金属気相成長）法
により、通常のダブルヘテロ接合構造即ちクラッド層
（４），活性層（５），クラッド層（６）等を結晶成長
せしめる。これにより、幅の狭い溝部上では活性層
（５）が平坦になり、幅の広い溝部上では活性層（５）
が凹曲状に形成される。
方向に異なる幅をもつストライプ状溝部（３）を形成し
た半導体基板（１）上にMOCVD（有機金属気相成長）法
により、通常のダブルヘテロ接合構造即ちクラッド層
（４），活性層（５），クラッド層（６）等を結晶成長
せしめる。これにより、幅の狭い溝部上では活性層
（５）が平坦になり、幅の広い溝部上では活性層（５）
が凹曲状に形成される。
活性層（５）の平坦部（12）では利得導波型となり、
活性層（５）の凹曲部（13）では屈折率導波型となっ
て、光の進行方向に沿って異なる導波機構が形成される
ことになる。又、ストライプ幅が異なるため、キャリア
濃度の分布もストライプ方向で異なる注入を受けること
になる。このような空間的な不均一性により、縦モード
について多モード化することができる。横モードについ
ては単一性が得られる。縦モードの多モード化により、
戻り光による雑音が低減される。
活性層（５）の凹曲部（13）では屈折率導波型となっ
て、光の進行方向に沿って異なる導波機構が形成される
ことになる。又、ストライプ幅が異なるため、キャリア
濃度の分布もストライプ方向で異なる注入を受けること
になる。このような空間的な不均一性により、縦モード
について多モード化することができる。横モードについ
ては単一性が得られる。縦モードの多モード化により、
戻り光による雑音が低減される。
活性層（５）を導波路両端で平坦とし、中央部で凹曲
状とするので、MOCVD法で成膜したとき、両端の活性層
では凹曲部（13）よりAl組成比が大きくなってエネルギ
ーバンドギャップEgが大きくなり、このため、端面が窓
構造となり（即ちレーザ光の窓として作用し）、高出力
動作が行える。
状とするので、MOCVD法で成膜したとき、両端の活性層
では凹曲部（13）よりAl組成比が大きくなってエネルギ
ーバンドギャップEgが大きくなり、このため、端面が窓
構造となり（即ちレーザ光の窓として作用し）、高出力
動作が行える。
以下、第１図乃至第３図を参照して本発明による半導
体レーザ素子の実施例をその製法と共に説明する。な
お、第１図B1及び第１図C1は第１図A1のa1−a1断面図及
びb1−b1断面図、第２図B2及び第２図C2は第２図A2のa2
−a2断面図及びb2−b2断面図、第３図B3及び第３図C3は
第３図A3のa3−a3断面図及びb3−b3断面図である。
体レーザ素子の実施例をその製法と共に説明する。な
お、第１図B1及び第１図C1は第１図A1のa1−a1断面図及
びb1−b1断面図、第２図B2及び第２図C2は第２図A2のa2
−a2断面図及びb2−b2断面図、第３図B3及び第３図C3は
第３図A3のa3−a3断面図及びb3−b3断面図である。
本例においては、例えばｐ形GaAs基板（１）上にｎ形
Al GaAs（又はGaAs）による電流ブロック層（２）を形
成し、この電流ブロック層（２）にストライプ状の溝部
（３）を基板（１）に達するように形成する。このと
き、溝部（３）はストライプ方向の両端の幅d1が狭く、
中央部の幅d2が広く（d2＞d1）なるように形成する（第
１図A1,B1及びC1）。
Al GaAs（又はGaAs）による電流ブロック層（２）を形
成し、この電流ブロック層（２）にストライプ状の溝部
（３）を基板（１）に達するように形成する。このと
き、溝部（３）はストライプ方向の両端の幅d1が狭く、
中央部の幅d2が広く（d2＞d1）なるように形成する（第
１図A1,B1及びC1）。
次に、電流ブロック層（２）及びストライプ状の溝部
（３）を含む全面にMOCVD法によりｐ形Al GaAsによるク
ラッド層（４）,Al GaAs（又はGaAs）の活性層（５）,n
形Al GaAsによるクラッド層（６）及びｎ形GaAsのキャ
プ層（７）を順次成長させる（第２図A2,B2及びC2）。
この結晶成長において、溝部（３）の狭い幅d1の部分上
では活性層（５）が平坦になり、溝部（３）の広い幅d2
の部分上では活性層（５）が凹曲状となる条件が存在す
る。図中、（12）は活性層（５）の平坦部、（13）は活
性層（５）の凹曲部である。この条件を決めるのはスト
ライプの幅，段差，方位，ダブルヘテロ接合構造の各層
の組成，膜厚，成長時のV/III比等がある。
（３）を含む全面にMOCVD法によりｐ形Al GaAsによるク
ラッド層（４）,Al GaAs（又はGaAs）の活性層（５）,n
形Al GaAsによるクラッド層（６）及びｎ形GaAsのキャ
プ層（７）を順次成長させる（第２図A2,B2及びC2）。
この結晶成長において、溝部（３）の狭い幅d1の部分上
では活性層（５）が平坦になり、溝部（３）の広い幅d2
の部分上では活性層（５）が凹曲状となる条件が存在す
る。図中、（12）は活性層（５）の平坦部、（13）は活
性層（５）の凹曲部である。この条件を決めるのはスト
ライプの幅，段差，方位，ダブルヘテロ接合構造の各層
の組成，膜厚，成長時のV/III比等がある。
次いで、キャップ層（７）及びクラッド層（６）の一
部にかけてストライプ状の溝部（３）に対応するように
中央部を除いた領域にプロトン，ボロン等をイオン注入
してイオン打ち込み層（９）を形成し、基板（１）及び
キャップ層（７）上に夫々オーミック電極（10）及び
（11）を被着形成して目的の半導体レーザ素子（14）を
構成する（第３図A3,B3及びC3）。
部にかけてストライプ状の溝部（３）に対応するように
中央部を除いた領域にプロトン，ボロン等をイオン注入
してイオン打ち込み層（９）を形成し、基板（１）及び
キャップ層（７）上に夫々オーミック電極（10）及び
（11）を被着形成して目的の半導体レーザ素子（14）を
構成する（第３図A3,B3及びC3）。
かかる構成によれば、導波路両端では活性層（５）が
平坦（符号（12）参照）に形成されて利得導波機構が構
成され、導波路中央部では活性層（５）が凹曲状（符号
（13）参照）に形成されて屈折率導波機構が構成され
る。即ち導波路方向に沿って屈折率導波と利得導波の異
なる導波機構を有することになる。またストライプ幅が
異なることにより、キャリア濃度の分布もストライプ方
向で異なる注入を受けることになる。このような空間的
な不均一性は発振モードの単一性を縦モードについて多
モード化することができる。これは半導体レーザのコヒ
ーレンス制御を行うことになり、特に戻り光による雑音
の問題を解決することができる。横モードは単一性が得
られる。又、他の動作特性を損うことが無く、その製作
も横構造で行うより許容度が大きい。
平坦（符号（12）参照）に形成されて利得導波機構が構
成され、導波路中央部では活性層（５）が凹曲状（符号
（13）参照）に形成されて屈折率導波機構が構成され
る。即ち導波路方向に沿って屈折率導波と利得導波の異
なる導波機構を有することになる。またストライプ幅が
異なることにより、キャリア濃度の分布もストライプ方
向で異なる注入を受けることになる。このような空間的
な不均一性は発振モードの単一性を縦モードについて多
モード化することができる。これは半導体レーザのコヒ
ーレンス制御を行うことになり、特に戻り光による雑音
の問題を解決することができる。横モードは単一性が得
られる。又、他の動作特性を損うことが無く、その製作
も横構造で行うより許容度が大きい。
又、この構造では導波路両端において膜厚方向に活性
層（５）の位置が変化するため（即ち結晶成長の際、Al
組成比は成長面により異なり、本例の場合、両端の活性
層（５）では平坦に成長し、凹曲部（13）よりAl組成比
が大きく従ってエネルギーバンドギャップEgが大きいた
め）、レーザ光に対する窓構造となっている。このため
高出力動作を行うことも可能である。
層（５）の位置が変化するため（即ち結晶成長の際、Al
組成比は成長面により異なり、本例の場合、両端の活性
層（５）では平坦に成長し、凹曲部（13）よりAl組成比
が大きく従ってエネルギーバンドギャップEgが大きいた
め）、レーザ光に対する窓構造となっている。このため
高出力動作を行うことも可能である。
又、MOCVD法によって結晶成長する場合、特有の成長
機構が使える。即ち（100）面に対して高次の斜面上で
はAl組成比が小さく成長される。これにより、上述の構
成において、活性層（５）の凹曲部（13）のAl組成比が
平坦部（12）より小さいために、この部分のエネルギー
バンドギャップEgが小さく、又屈折率が大きくなり、こ
の部分のみで発光が見られる。
機構が使える。即ち（100）面に対して高次の斜面上で
はAl組成比が小さく成長される。これにより、上述の構
成において、活性層（５）の凹曲部（13）のAl組成比が
平坦部（12）より小さいために、この部分のエネルギー
バンドギャップEgが小さく、又屈折率が大きくなり、こ
の部分のみで発光が見られる。
このように本発明においては、単一横モードでしかも
縦モードを多モード化した半導体レーザ素子を外付けの
回路を必要とせずに単純な構成によって構成することが
でき、且つ容易に作製することができる。
縦モードを多モード化した半導体レーザ素子を外付けの
回路を必要とせずに単純な構成によって構成することが
でき、且つ容易に作製することができる。
尚、上例ではｐ形基板を用いたが、ｎ形基板を用いて
構成することもできる。
構成することもできる。
本発明によれば、光の進行方向に沿って利得導波と屈
折率導波の異なる導波機構を有するために、横モードの
単一性が得られ且つ縦モードを多モード化することがで
き、戻り光などによるモード不安定性や雑音を解消する
ことができる。
折率導波の異なる導波機構を有するために、横モードの
単一性が得られ且つ縦モードを多モード化することがで
き、戻り光などによるモード不安定性や雑音を解消する
ことができる。
MOCVD法により成膜することにより、活性層の中央の
凹曲部ではAl組成比が両端の平坦部より小となることか
ら、この部分のエネルギーバンドギャップが小さく、屈
折率が大きくなり、この部分のみで発光が見られる。
凹曲部ではAl組成比が両端の平坦部より小となることか
ら、この部分のエネルギーバンドギャップが小さく、屈
折率が大きくなり、この部分のみで発光が見られる。
また、活性層の両端の平坦部ではAl組成比が大きくな
り、エネルギーバンドギャップが大きくなることから、
レーザ光に対する窓構造が形成され、高出力光が得られ
高出力動作を行うことができる。
り、エネルギーバンドギャップが大きくなることから、
レーザ光に対する窓構造が形成され、高出力光が得られ
高出力動作を行うことができる。
非点収差に関しては、利得導波が屈折率導波より小さ
い。本発明では、導波構成として利得導波を有すること
から、非点収差も小さくなる。
い。本発明では、導波構成として利得導波を有すること
から、非点収差も小さくなる。
従って、発振横モード及び縦モードが制御され、雑音
の生じない、且つ非点収差の小さい、高出力動作可能な
半導体レーザ素子が得られる。
の生じない、且つ非点収差の小さい、高出力動作可能な
半導体レーザ素子が得られる。
第１図乃至第３図は本発明による半導体レーザ素子の実
施例を示すための製造工程図である。 （１）は半導体基板、（２）は電流ブロック層、（３）
は溝部、（４）はクラッド層、（５）は活性層、（６）
はクラッド層、（７）はキャップ層、（12）は平坦部、
（13）は凹曲部である。
施例を示すための製造工程図である。 （１）は半導体基板、（２）は電流ブロック層、（３）
は溝部、（４）はクラッド層、（５）は活性層、（６）
はクラッド層、（７）はキャップ層、（12）は平坦部、
（13）は凹曲部である。
Claims (1)
- 【請求項１】MOCVD法によって成膜され、光の進行方向
に沿って、両端を平坦部とすると共に、中央を（100）
面に対して高次の斜面により形成した凹曲部とする活性
層が形成され、 前記平坦部では利得導波型、前記凹曲部では屈折率導波
型の導波機構が形成されて成る半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61193666A JP2518221B2 (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61193666A JP2518221B2 (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6348887A JPS6348887A (ja) | 1988-03-01 |
| JP2518221B2 true JP2518221B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=16311753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61193666A Expired - Fee Related JP2518221B2 (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2518221B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59159842A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-10 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 耐熱性エラストマ−組成物 |
| JPS59164350A (ja) * | 1983-03-08 | 1984-09-17 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | ポリメチルペンテン組成物 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57211791A (en) * | 1981-06-24 | 1982-12-25 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
-
1986
- 1986-08-19 JP JP61193666A patent/JP2518221B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6348887A (ja) | 1988-03-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |