JP3151344B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JP3151344B2 JP3151344B2 JP29643393A JP29643393A JP3151344B2 JP 3151344 B2 JP3151344 B2 JP 3151344B2 JP 29643393 A JP29643393 A JP 29643393A JP 29643393 A JP29643393 A JP 29643393A JP 3151344 B2 JP3151344 B2 JP 3151344B2
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- diffraction grating
- semiconductor laser
- laser device
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に関
し、特に回折格子によって光帰還が行われる半導体レー
ザ装置に関するものである。
し、特に回折格子によって光帰還が行われる半導体レー
ザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを使用した光情報処理システ
ム、光計測システム等に於ける光源として用いられる半
導体レーザ装置は、単一縦モードで発振する動作特性を
有することが望ましい。単一縦モード、即ち単一波長の
レーザ発振特性を得るための半導体レーザ装置としては
一例として図３に示す様に、活性領域３０１、又は活性
領域近傍に周期的凹凸からなる回折格子３０２が形成さ
れ、特定の波長で発振（図３ではＡｌＧａＡｓ系７８０
ｎｍ発振）する所謂分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ装置が
ある。また、特定の波長で発振する分布反射型（ＤＢ
Ｒ）レーザ装置が知れれている。
ム、光計測システム等に於ける光源として用いられる半
導体レーザ装置は、単一縦モードで発振する動作特性を
有することが望ましい。単一縦モード、即ち単一波長の
レーザ発振特性を得るための半導体レーザ装置としては
一例として図３に示す様に、活性領域３０１、又は活性
領域近傍に周期的凹凸からなる回折格子３０２が形成さ
れ、特定の波長で発振（図３ではＡｌＧａＡｓ系７８０
ｎｍ発振）する所謂分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ装置が
ある。また、特定の波長で発振する分布反射型（ＤＢ
Ｒ）レーザ装置が知れれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年上記の様な単一波
長のレーザ発振特性を有する半導体レーザにおいても、
高出力化が望まれている。しかしながら、従来の半導体
レーザと同様ダブルヘテロ接合面に対し、平行にレーザ
ビーム３０３を取り出している場合、レーザ装置端面３
０４（一般には劈開面）にレーザ光が集中し、端面にお
いて高温に発熱し物理的な破壊を生じる。これがレーザ
出力の上限を決める原因の一つとなり、また信頼性を低
下させている一つの原因となっている。特に上記ＤＦ
Ｂ、あるいはＤＢＲレーザの場合、レーザ光出射端面に
おいて回折格子の凹凸上の再生長界面３０５が必ず存在
し、少なからず再成長界面での結晶欠陥、歪等による非
発光再結合中心が存在する。そのため高出力化にともな
い端面の表面準位に起因する端面劣化が生じる際に回折
格子の凹凸形状近傍の非発光結合中心が端面劣化の急速
化、出力の上限の低下を促進させる働きを持つこととな
る。
長のレーザ発振特性を有する半導体レーザにおいても、
高出力化が望まれている。しかしながら、従来の半導体
レーザと同様ダブルヘテロ接合面に対し、平行にレーザ
ビーム３０３を取り出している場合、レーザ装置端面３
０４（一般には劈開面）にレーザ光が集中し、端面にお
いて高温に発熱し物理的な破壊を生じる。これがレーザ
出力の上限を決める原因の一つとなり、また信頼性を低
下させている一つの原因となっている。特に上記ＤＦ
Ｂ、あるいはＤＢＲレーザの場合、レーザ光出射端面に
おいて回折格子の凹凸上の再生長界面３０５が必ず存在
し、少なからず再成長界面での結晶欠陥、歪等による非
発光再結合中心が存在する。そのため高出力化にともな
い端面の表面準位に起因する端面劣化が生じる際に回折
格子の凹凸形状近傍の非発光結合中心が端面劣化の急速
化、出力の上限の低下を促進させる働きを持つこととな
る。
【０００４】次に、図４に再成長界面を持たないＡｌＧ
ａＡｓ系７８０ｎｍ帯発振のダブルヘテロ型（ＤＨ）レ
ーザと従来のＤＦＢレーザの活性層の共振器方向での温
度分布の理論計算結果を示す。ここではレーザ発振時の
全入力エネルギーを非発光再結合による発熱、自然放出
光の吸収による発熱ジュール熱、モード損失の吸収とし
て消費される発熱、そしてレーザ出力に分け定量化し、
さらに熱源をモデル化することで熱解析を行っている。
図４から分かる様にＤＦＢレーザの場合、再成長界面に
存在する非発光再結合中心が発熱体として作用し、ＤＦ
Ｂレーザの活性層の温度を２０％程度上昇させているこ
とが見られる。この現像は端面近傍においても作用し、
端面部の温度上昇も促進させる。
ａＡｓ系７８０ｎｍ帯発振のダブルヘテロ型（ＤＨ）レ
ーザと従来のＤＦＢレーザの活性層の共振器方向での温
度分布の理論計算結果を示す。ここではレーザ発振時の
全入力エネルギーを非発光再結合による発熱、自然放出
光の吸収による発熱ジュール熱、モード損失の吸収とし
て消費される発熱、そしてレーザ出力に分け定量化し、
さらに熱源をモデル化することで熱解析を行っている。
図４から分かる様にＤＦＢレーザの場合、再成長界面に
存在する非発光再結合中心が発熱体として作用し、ＤＦ
Ｂレーザの活性層の温度を２０％程度上昇させているこ
とが見られる。この現像は端面近傍においても作用し、
端面部の温度上昇も促進させる。
【０００５】本発明は上記従来の問題に鑑みてなされた
ものであり、単一波長レーザの高出力化、高信頼性化を
可能にすることを目的とする。
ものであり、単一波長レーザの高出力化、高信頼性化を
可能にすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、周期的に形成された回折格子を備え、該回折格子
により光帰還を行い発振波長を制御する半導体レーザ装
置において、光出射端面の一方に低反射（ＡＲ）膜を、
他方に高反射（ＨＲ）膜を備えると共に、光共振器方向
での、少なくとも上記低反射膜と上記回折格子との間
に、上記回折格子を設けない領域を形成してなることを
特徴とする。
置は、周期的に形成された回折格子を備え、該回折格子
により光帰還を行い発振波長を制御する半導体レーザ装
置において、光出射端面の一方に低反射（ＡＲ）膜を、
他方に高反射（ＨＲ）膜を備えると共に、光共振器方向
での、少なくとも上記低反射膜と上記回折格子との間
に、上記回折格子を設けない領域を形成してなることを
特徴とする。
【０００７】また、上記低反射膜の反射率は１０％以下
であり、上記高反射膜の反射率は７５％以上であること
を特徴とする。
であり、上記高反射膜の反射率は７５％以上であること
を特徴とする。
【０００８】また、上記回折格子を設けない領域が５０
μm以下であることを特徴としている。更に、上記回折
格子は、アルミニウムが混晶化された層に印刻形成され
てなることを特徴とする。
μm以下であることを特徴としている。更に、上記回折
格子は、アルミニウムが混晶化された層に印刻形成され
てなることを特徴とする。
【０００９】また、上記回折格子を設けない領域内に酸
化低減層を設けることを特徴とする。
化低減層を設けることを特徴とする。
【００１０】
【作用】凹凸形状の回折格子が印刻形成された第１のエ
ピタキシャル成長層上に第２のエピタキシャル成長を行
う際凹凸形状回折格子近傍には少なからず再成長界面に
結晶歪、欠陥等に起因する非発光結合中心が生じる。一
部回折格子を形成していない第１のエピタキシャル成長
層上では非発光再結合中心がきわめて少ない。このため
回折格子を形成していない部分をレーザ光出射端面部と
して半導体レーザを作製することにより、単一波長レー
ザの高出力化、高信頼性化が可能となる。
ピタキシャル成長層上に第２のエピタキシャル成長を行
う際凹凸形状回折格子近傍には少なからず再成長界面に
結晶歪、欠陥等に起因する非発光結合中心が生じる。一
部回折格子を形成していない第１のエピタキシャル成長
層上では非発光再結合中心がきわめて少ない。このため
回折格子を形成していない部分をレーザ光出射端面部と
して半導体レーザを作製することにより、単一波長レー
ザの高出力化、高信頼性化が可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を作製手順に沿って
説明する。
説明する。
【００１２】図１は本発明の第１の実施例であるＡｌＧ
ａＡｓ系７８０ｎｍ帯ＤＦＢレーザの斜視図である。ま
ず第１にｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ
0.4Ａｓクラッド層１０２、ノンドープＡｌ0.13Ｇａ
0.87Ａｓ活性層１０３（厚さ０．１０μｍ）、ｐ型Ａｌ
0.6Ｇａ0.4Ａｓキャリアバリア層１０４（厚さ０．０５
μｍ）、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ光ガイド層１０５
（厚さ０．１０μｍ）を液相成長法、あるいは気相成長
法によりエピタキシャル成長させる。次に、ｐ型光ガイ
ド層上に回折格子を印刻する領域１１０と回折格子を印
刻しない領域１１１を形成するために従来の多重露光技
術により光ガイド層１０５上にフォトレジストを塗布
し、まず第１の露光で回折格子を印刻しない領域１１１
のみをマスク露光し、次に第２の露光として二光束干渉
露光法により露光することで回折格子を印刻する領域１
１０にのみ回折格子レジストパターンを形成することが
可能となる。ここでフォトレジストとしてネガ型を用い
れば回折格子を印刻しない領域１１１にレジストマスク
は残存し、回折格子パターンを転写する際エッチングさ
れることはない。またポジ型を用いればネガ型とは逆で
回折格子を印刻しない領域１１のレジストマスクは完全
除去されるため平坦にエッチングされることとなる。こ
のようにして光ガイド層１０５上に回折格子を印刻する
領域１１０のみに回折格子の凹凸パターンを転写するこ
とができる。次にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１０６（厚さ
１μｍ）を再度液相成長法、あるいは気相成長法によ
り、回折格子パターンを形成した光ガイド層１０５上に
エピタキシャル成長させる。その後ｎ型電流阻止層１０
６にｐ型光ガイド層１０５に達する深さを有するストラ
イプ状溝１０９を従来のフォトリソグラフィー法とエッ
チング技術により［０１１］方向に形成する。さらにそ
の後、ストライプ状溝１０９を埋め込むように液相成長
法、あるいは気相成長法によりｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ
クラッド層１０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８をエ
ピタキシャル成長させ、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下
面、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８上面にはＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ電極、及びＡｕＺｎ電極がそれぞれ形成される
（図中省略）。その後回折格子が形成されていない領域
１１１がレーザチップの光出射端面となるよう劈開分割
することで所望のＤＦＢレーザを作製することができ
る。
ａＡｓ系７８０ｎｍ帯ＤＦＢレーザの斜視図である。ま
ず第１にｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ
0.4Ａｓクラッド層１０２、ノンドープＡｌ0.13Ｇａ
0.87Ａｓ活性層１０３（厚さ０．１０μｍ）、ｐ型Ａｌ
0.6Ｇａ0.4Ａｓキャリアバリア層１０４（厚さ０．０５
μｍ）、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ光ガイド層１０５
（厚さ０．１０μｍ）を液相成長法、あるいは気相成長
法によりエピタキシャル成長させる。次に、ｐ型光ガイ
ド層上に回折格子を印刻する領域１１０と回折格子を印
刻しない領域１１１を形成するために従来の多重露光技
術により光ガイド層１０５上にフォトレジストを塗布
し、まず第１の露光で回折格子を印刻しない領域１１１
のみをマスク露光し、次に第２の露光として二光束干渉
露光法により露光することで回折格子を印刻する領域１
１０にのみ回折格子レジストパターンを形成することが
可能となる。ここでフォトレジストとしてネガ型を用い
れば回折格子を印刻しない領域１１１にレジストマスク
は残存し、回折格子パターンを転写する際エッチングさ
れることはない。またポジ型を用いればネガ型とは逆で
回折格子を印刻しない領域１１のレジストマスクは完全
除去されるため平坦にエッチングされることとなる。こ
のようにして光ガイド層１０５上に回折格子を印刻する
領域１１０のみに回折格子の凹凸パターンを転写するこ
とができる。次にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１０６（厚さ
１μｍ）を再度液相成長法、あるいは気相成長法によ
り、回折格子パターンを形成した光ガイド層１０５上に
エピタキシャル成長させる。その後ｎ型電流阻止層１０
６にｐ型光ガイド層１０５に達する深さを有するストラ
イプ状溝１０９を従来のフォトリソグラフィー法とエッ
チング技術により［０１１］方向に形成する。さらにそ
の後、ストライプ状溝１０９を埋め込むように液相成長
法、あるいは気相成長法によりｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ
クラッド層１０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８をエ
ピタキシャル成長させ、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下
面、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８上面にはＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ電極、及びＡｕＺｎ電極がそれぞれ形成される
（図中省略）。その後回折格子が形成されていない領域
１１１がレーザチップの光出射端面となるよう劈開分割
することで所望のＤＦＢレーザを作製することができ
る。
【００１３】この様に図１に示す構成の半導体レーザ装
置において回折格子の形成されていない領域１１１上の
再成長界面には回折格子の形成されている領域１１０上
の再成長界面より結晶歪、結晶欠陥に起因する非発光再
結合中心はきわめて少なく、半導体レーザ光出射端面の
表面準位に起因する光学損傷を促進させることはない。
図１に示す構成の半導体レーザ装置において、回折格子
パターンの形成されていない領域１１１の長さを１５μ
ｍ（両レーザ光出射端面共）全共振器長を５００μｍと
して作製したところ、いずれの半導体レーザ装置も単一
縦モードに良好に発振し従来の共振器長内全域に回折格
子パターンが形成されている素子と比較してＣＯＤ（Ca
tastrophic Optical Damage)レベルが１．４倍向上する
という極めて良好な結果を得ることができ、劣化率に関
しても従来構造のＤＦＢと比較して１／２程度以上改善
することが可能となった。ここでは回折格子パターンの
形成されていない領域１１１の長さを１５μｍとした
が、この時の本発明のＤＦＢレーザと従来の回折格子パ
ターンが共振器方向全面にわたり形成されたＤＦＢレー
ザの活性層の共振器方向での温度分布の理論計算の結果
を図５に比較して示す。これからもわかる様に端面の表
面準位に起因する発熱の影響については、従来のＤＦＢ
レーザと比較すると再成長界面に存在する非発光再結合
中心の発熱分の影響は受けないために端面部の温度上昇
は抑えられている。この効果は端面部の表面準位に起因
する発熱量に応じて共振器内部にどの程度熱伝導してい
くかにより回折格子パターンの形成しない領域１１１の
長さを決定する必要があるが、図５に示す通り端面部か
ら５０μｍ以上内部では端面部の発熱の影響を受けてい
ないことにより５０μｍ以下で十分と考えられる。
置において回折格子の形成されていない領域１１１上の
再成長界面には回折格子の形成されている領域１１０上
の再成長界面より結晶歪、結晶欠陥に起因する非発光再
結合中心はきわめて少なく、半導体レーザ光出射端面の
表面準位に起因する光学損傷を促進させることはない。
図１に示す構成の半導体レーザ装置において、回折格子
パターンの形成されていない領域１１１の長さを１５μ
ｍ（両レーザ光出射端面共）全共振器長を５００μｍと
して作製したところ、いずれの半導体レーザ装置も単一
縦モードに良好に発振し従来の共振器長内全域に回折格
子パターンが形成されている素子と比較してＣＯＤ（Ca
tastrophic Optical Damage)レベルが１．４倍向上する
という極めて良好な結果を得ることができ、劣化率に関
しても従来構造のＤＦＢと比較して１／２程度以上改善
することが可能となった。ここでは回折格子パターンの
形成されていない領域１１１の長さを１５μｍとした
が、この時の本発明のＤＦＢレーザと従来の回折格子パ
ターンが共振器方向全面にわたり形成されたＤＦＢレー
ザの活性層の共振器方向での温度分布の理論計算の結果
を図５に比較して示す。これからもわかる様に端面の表
面準位に起因する発熱の影響については、従来のＤＦＢ
レーザと比較すると再成長界面に存在する非発光再結合
中心の発熱分の影響は受けないために端面部の温度上昇
は抑えられている。この効果は端面部の表面準位に起因
する発熱量に応じて共振器内部にどの程度熱伝導してい
くかにより回折格子パターンの形成しない領域１１１の
長さを決定する必要があるが、図５に示す通り端面部か
ら５０μｍ以上内部では端面部の発熱の影響を受けてい
ないことにより５０μｍ以下で十分と考えられる。
【００１４】次に、第２の実施例について説明する。こ
こで、図２は実施例１の図１と比較してレーザ光出射端
面の一方のみに回折格子を形成しない領域２１１（長さ
１５μｍ）を形成したＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯ＤＦ
Ｂレーザの斜視図である。ここで、この第２の実施例に
ついては作製方法手順については第１の実施例と同様で
あり、２０１〜２１１までの符号は、それぞれ符号１０
１〜１１１に対応する。作製された半導体レーザ装置に
回折格子凹凸パターンの形成されていない領域２１１側
のレーザ光出射端面２１２に低反射膜であるＡＲ（Anti
Roflector)（反射率〜２％）の誘電体反射膜２１４を
さらに回折格子が形成されている領域２１０側のレーザ
光出射端面２１３に高反射膜であるＨＲ(High Roflecto
r)（反射率〜９０％）の誘電体反射膜２１５を形成し非
対称反射膜コーティングにより半導体レーザ出射光の高
出力化を行ったところ最大光出力Ｐoutがおよそ５５ｍ
Ｗ（従来の半導体レーザではＰoutがおよそ３０ｍＷ）
の高出力化が可能となり、かつ単一縦モード発振という
良好な特性を得ることができた。さらに７０℃雰囲気中
での２０ｍＷの定出力動作によるＡＰＣ（Auto Power C
ontrol)の信頼性試験を行ったところＣＯＤ劣化による
頓死が無くなり良好な信頼性を得ることが可能となっ
た。なお、ＡＲの反射率は１０％以下、ＨＲの反射率は
７５％以上であれば、上述したように良好な特性が得ら
れた。
こで、図２は実施例１の図１と比較してレーザ光出射端
面の一方のみに回折格子を形成しない領域２１１（長さ
１５μｍ）を形成したＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯ＤＦ
Ｂレーザの斜視図である。ここで、この第２の実施例に
ついては作製方法手順については第１の実施例と同様で
あり、２０１〜２１１までの符号は、それぞれ符号１０
１〜１１１に対応する。作製された半導体レーザ装置に
回折格子凹凸パターンの形成されていない領域２１１側
のレーザ光出射端面２１２に低反射膜であるＡＲ（Anti
Roflector)（反射率〜２％）の誘電体反射膜２１４を
さらに回折格子が形成されている領域２１０側のレーザ
光出射端面２１３に高反射膜であるＨＲ(High Roflecto
r)（反射率〜９０％）の誘電体反射膜２１５を形成し非
対称反射膜コーティングにより半導体レーザ出射光の高
出力化を行ったところ最大光出力Ｐoutがおよそ５５ｍ
Ｗ（従来の半導体レーザではＰoutがおよそ３０ｍＷ）
の高出力化が可能となり、かつ単一縦モード発振という
良好な特性を得ることができた。さらに７０℃雰囲気中
での２０ｍＷの定出力動作によるＡＰＣ（Auto Power C
ontrol)の信頼性試験を行ったところＣＯＤ劣化による
頓死が無くなり良好な信頼性を得ることが可能となっ
た。なお、ＡＲの反射率は１０％以下、ＨＲの反射率は
７５％以上であれば、上述したように良好な特性が得ら
れた。
【００１５】次に、第３の実施例について説明する。図
６は第３の実施例であるＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯Ｄ
ＦＢレーザの斜視図である。まず第１にｎ型ＧａＡｓ基
板６０１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層６０
２、ノンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層６０３（厚
さ０．０８μｍ）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバ
リア層６０４（厚さ０．０５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ
0.75Ａｓ光ガイド層６０５（厚さ０．１０μｍ）、ｐ型
ＧａＡｓ酸化低減層６０６（厚さ１０Å）を液相成長
法、あるいは気相成長法によりエピタキシャル成長させ
る。次にｐ型酸化低減層６０６、及びｐ型光ガイド層６
０５上に回折格子を印刻する領域６１２と印刻しない領
域６１３を形成するために、印刻する領域６１２のみに
選択的に２光束干渉露光法により回折格子レジストパタ
ーンを形成し、印刻しない領域６１３についてはエッチ
ングにより酸化低減層６０６が除去されない様にレジス
トマスクを残しておく。しかる後にエッチング法により
酸化低減層６０６、及び光ガイド層６０５上に回折格子
を印刻する領域６１２のみエッチングにより回折格子を
印刻する。次にｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓエッチングスト
ップ層６０７（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＧａＡｓ電流阻
止層６０８（厚さ１μｍ）を再度液相成長法、あるいは
気相成長法により回折格子パターンを形成した酸化低減
層６０６、及び光ガイド層６０５上にエピタキシャル成
長させる。その後ｎ型電流阻止層６０８にストライプ状
溝６１１を形成する。その際ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６
０８のエッチングレートがｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓエッ
チングストップ層６０７のエッチングレートよりも充分
に大きなエッチング液、例えばアンモニア水溶液と過酸
化水素水の混合液を用いることによりストライプ状溝６
１１を容易に形成することが可能となり、ｎ型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5Ａｓエッチングストップ層が形成されているこ
とにより、ｐ型ＧａＡｓ酸化低減層６０６がエッチング
除去されることはない。またｎ型エッチングストップ層
６０７を除去する際には、ＧａＡｓ酸化低減層６０６を
エッチングせずに、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓエッチングスト
ップ層６０７のＡｌ混晶比の高いＡｌＧａＡｓ層のみを
選択的にエッチング除去可能なフッ酸系エッチャントを
用いることにより、ストライプ状溝６１１の底部には回
折格子を印刻しない領域においてはｐ型ＧａＡｓ酸化低
減層６０６が露出したストライプ状溝６１１を形成する
ことが可能となる。
６は第３の実施例であるＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯Ｄ
ＦＢレーザの斜視図である。まず第１にｎ型ＧａＡｓ基
板６０１上にｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層６０
２、ノンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層６０３（厚
さ０．０８μｍ）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓキャリアバ
リア層６０４（厚さ０．０５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ
0.75Ａｓ光ガイド層６０５（厚さ０．１０μｍ）、ｐ型
ＧａＡｓ酸化低減層６０６（厚さ１０Å）を液相成長
法、あるいは気相成長法によりエピタキシャル成長させ
る。次にｐ型酸化低減層６０６、及びｐ型光ガイド層６
０５上に回折格子を印刻する領域６１２と印刻しない領
域６１３を形成するために、印刻する領域６１２のみに
選択的に２光束干渉露光法により回折格子レジストパタ
ーンを形成し、印刻しない領域６１３についてはエッチ
ングにより酸化低減層６０６が除去されない様にレジス
トマスクを残しておく。しかる後にエッチング法により
酸化低減層６０６、及び光ガイド層６０５上に回折格子
を印刻する領域６１２のみエッチングにより回折格子を
印刻する。次にｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓエッチングスト
ップ層６０７（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＧａＡｓ電流阻
止層６０８（厚さ１μｍ）を再度液相成長法、あるいは
気相成長法により回折格子パターンを形成した酸化低減
層６０６、及び光ガイド層６０５上にエピタキシャル成
長させる。その後ｎ型電流阻止層６０８にストライプ状
溝６１１を形成する。その際ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６
０８のエッチングレートがｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓエッ
チングストップ層６０７のエッチングレートよりも充分
に大きなエッチング液、例えばアンモニア水溶液と過酸
化水素水の混合液を用いることによりストライプ状溝６
１１を容易に形成することが可能となり、ｎ型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5Ａｓエッチングストップ層が形成されているこ
とにより、ｐ型ＧａＡｓ酸化低減層６０６がエッチング
除去されることはない。またｎ型エッチングストップ層
６０７を除去する際には、ＧａＡｓ酸化低減層６０６を
エッチングせずに、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓエッチングスト
ップ層６０７のＡｌ混晶比の高いＡｌＧａＡｓ層のみを
選択的にエッチング除去可能なフッ酸系エッチャントを
用いることにより、ストライプ状溝６１１の底部には回
折格子を印刻しない領域においてはｐ型ＧａＡｓ酸化低
減層６０６が露出したストライプ状溝６１１を形成する
ことが可能となる。
【００１６】さらに、その後ストライプ状溝６１１を埋
め込むように液相成長法、あるいは気相成長法によりｐ
型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓクラッド層６０９、ｐ型ＧａＡｓ
キャップ層６１０をエピタキシャル成長させ、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板６０１の下面、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層６
１０上面にはＡｕＧｅ／Ｎｉ電極、及びＡｕＺｎ電極が
それぞれ形成される（図中省略）。その後回折格子が形
成されていない領域６１３がレーザチップの光出射端面
となるよう劈開分割することで所望のＤＦＢレーザを作
製することができる。この様に図６に示す構成の半導体
レーザ装置において、回折格子の形成されていない領域
６１３上の再成長界面には、第１の実施例同様、回折格
子の形成されている領域６１２上の再成長界面より結晶
歪、結晶欠陥に起因する非発光再結合中心は極めて少な
くなる。さらにこの第３の実施例においては回折格子の
形成されていない領域の再成長界面において、ＧａＡｓ
酸化低減層６０６を形成していることによりＡｌＧａＡ
ｓに形成される自然酸化膜の影響による再成長界面に発
生する非発光再結合中心を抑制することが可能となる。
この結果、回折格子の形成されていない領域６１３の再
成長界面の非発光再結合中心による発熱を無くすことが
でき、図６に示す構成の半導体レーザ装置において、回
折格子パターンの形成されていない領域６１３の長さを
１５μｍ（両レーザ光出射端面共）、全共振器長５００
μｍとして作製したところ、いずれの半導体レーザ装置
も単一縦モードで良好に発振し、従来の共振器長内全域
に回折格子パターンが形成されている素子と比較して、
ＣＯＤレベルが約２．０倍向上するという極めて良好な
結果を得ることができ、第１の実施例以上に効果を発揮
する結果となった。またＣＯＤ劣化による頓死のない、
高い信頼性試験結果も得られた。またここでは酸化低減
層としてＧａＡｓ厚さ１０Åと、７８０ｎｍのレーザ発
振光に対して量子効果を利用してバンドギャップＥｇを
大きくとることにより透明層として作用することを用い
ているが、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ混晶比の小さい層を用
いることも可能であり、さらに層厚についてもレーザ発
振光に対しての光の吸収量を考慮することで層厚を厚く
することも可能であることは言うまでもない。
め込むように液相成長法、あるいは気相成長法によりｐ
型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓクラッド層６０９、ｐ型ＧａＡｓ
キャップ層６１０をエピタキシャル成長させ、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板６０１の下面、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層６
１０上面にはＡｕＧｅ／Ｎｉ電極、及びＡｕＺｎ電極が
それぞれ形成される（図中省略）。その後回折格子が形
成されていない領域６１３がレーザチップの光出射端面
となるよう劈開分割することで所望のＤＦＢレーザを作
製することができる。この様に図６に示す構成の半導体
レーザ装置において、回折格子の形成されていない領域
６１３上の再成長界面には、第１の実施例同様、回折格
子の形成されている領域６１２上の再成長界面より結晶
歪、結晶欠陥に起因する非発光再結合中心は極めて少な
くなる。さらにこの第３の実施例においては回折格子の
形成されていない領域の再成長界面において、ＧａＡｓ
酸化低減層６０６を形成していることによりＡｌＧａＡ
ｓに形成される自然酸化膜の影響による再成長界面に発
生する非発光再結合中心を抑制することが可能となる。
この結果、回折格子の形成されていない領域６１３の再
成長界面の非発光再結合中心による発熱を無くすことが
でき、図６に示す構成の半導体レーザ装置において、回
折格子パターンの形成されていない領域６１３の長さを
１５μｍ（両レーザ光出射端面共）、全共振器長５００
μｍとして作製したところ、いずれの半導体レーザ装置
も単一縦モードで良好に発振し、従来の共振器長内全域
に回折格子パターンが形成されている素子と比較して、
ＣＯＤレベルが約２．０倍向上するという極めて良好な
結果を得ることができ、第１の実施例以上に効果を発揮
する結果となった。またＣＯＤ劣化による頓死のない、
高い信頼性試験結果も得られた。またここでは酸化低減
層としてＧａＡｓ厚さ１０Åと、７８０ｎｍのレーザ発
振光に対して量子効果を利用してバンドギャップＥｇを
大きくとることにより透明層として作用することを用い
ているが、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ混晶比の小さい層を用
いることも可能であり、さらに層厚についてもレーザ発
振光に対しての光の吸収量を考慮することで層厚を厚く
することも可能であることは言うまでもない。
【００１７】次に、第４の実施例について説明する。図
７は第４の実施例であるＩｎＰ系１．５５μｍ帯ＤＦＢ
レーザの斜視図である。まず第１にｎ型ＩｎＰ基板７０
１上に回折格子を印刻する領域７０９と印刻しない領域
７１０を形成するために印刻する領域７０９のみに前記
実施例同様に選択的に多重露光法と二光束干渉露光法に
より回折格子レジストパターンを形成し、エッチングに
よりｎ型ＩｎＰ基板７０１上に回折格子パターンを転写
する。次に回折格子の凹凸パターンが形成されたｎ型Ｉ
ｎＰ基板７０１上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３
μｍ）光導波路層７０２（厚さ０．１μｍ）、ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．５５μｍ）活性層７０３
（厚さ０．１μｍ）、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝０．３μｍ）バッファー層７０４（厚さ０．１μｍ）
を液相成長法、あるいは気相成長法によりエピタキシャ
ル成長させる。次にメサストライプ構造（幅４μｍ）を
（０，−１，−１）方向に従来のエッチング技術により
形成し、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層７０５、ｎ型ＩｎＰ埋め
込み層７０６でメサストライプ側面を埋め込むようにエ
ピタキシャル成長させる。さらに全面をｐ型ＩｎＰクラ
ッド層７０７（厚さ１μｍ）、ノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λｇ＝１．３０μｍ）キャップ層７０８をエピタキ
シャル成長させる。さらにエピタキシャル成長後、メサ
ストライプ上に５μｍの幅でＺｎをストライプ状７１１
にｐ型ＩｎＰクラッド層７０７に達する様に拡散させ
る。ｎ型ＩｎＰ基板７０１の下面、及びノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰキャップ層７０８上面にはＡｕ電極がそれぞ
れ形成される（図中省略）。その後回折格子が形成され
ていない領域７１０がレーザチップの光出射端面となる
ように劈開分割することで所望のＤＦＢレーザを作製す
ることができる。
７は第４の実施例であるＩｎＰ系１．５５μｍ帯ＤＦＢ
レーザの斜視図である。まず第１にｎ型ＩｎＰ基板７０
１上に回折格子を印刻する領域７０９と印刻しない領域
７１０を形成するために印刻する領域７０９のみに前記
実施例同様に選択的に多重露光法と二光束干渉露光法に
より回折格子レジストパターンを形成し、エッチングに
よりｎ型ＩｎＰ基板７０１上に回折格子パターンを転写
する。次に回折格子の凹凸パターンが形成されたｎ型Ｉ
ｎＰ基板７０１上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３
μｍ）光導波路層７０２（厚さ０．１μｍ）、ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．５５μｍ）活性層７０３
（厚さ０．１μｍ）、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝０．３μｍ）バッファー層７０４（厚さ０．１μｍ）
を液相成長法、あるいは気相成長法によりエピタキシャ
ル成長させる。次にメサストライプ構造（幅４μｍ）を
（０，−１，−１）方向に従来のエッチング技術により
形成し、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層７０５、ｎ型ＩｎＰ埋め
込み層７０６でメサストライプ側面を埋め込むようにエ
ピタキシャル成長させる。さらに全面をｐ型ＩｎＰクラ
ッド層７０７（厚さ１μｍ）、ノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λｇ＝１．３０μｍ）キャップ層７０８をエピタキ
シャル成長させる。さらにエピタキシャル成長後、メサ
ストライプ上に５μｍの幅でＺｎをストライプ状７１１
にｐ型ＩｎＰクラッド層７０７に達する様に拡散させ
る。ｎ型ＩｎＰ基板７０１の下面、及びノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰキャップ層７０８上面にはＡｕ電極がそれぞ
れ形成される（図中省略）。その後回折格子が形成され
ていない領域７１０がレーザチップの光出射端面となる
ように劈開分割することで所望のＤＦＢレーザを作製す
ることができる。
【００１８】この様に、前記実施例同様に回折格子の形
成されていない領域７１０上の再成長界面には結晶歪、
結晶欠陥に起因する非発光再結合中心は極めて少なくな
る。この結果、ＩｎＰ系レーザではＡｌＧａＡｓ系レー
ザに比べて端面においての発熱による物理的な破壊（Ｃ
ＯＤ）は発生しにくいものの、回折格子パターンの形成
されていない領域７１０の長さを１５μｍ（両レーザ出
射端面共）、全共振器長６００μｍとして作製したとこ
ろいずれの半導体レーザ装置も単一縦モードで良好に発
振し、従来の共振器長内全域に回折格子パターンが形成
されている素子と比較して信頼性を向上させることが可
能となり、さらに高出力動作においても効果を発揮する
結果が得られた。
成されていない領域７１０上の再成長界面には結晶歪、
結晶欠陥に起因する非発光再結合中心は極めて少なくな
る。この結果、ＩｎＰ系レーザではＡｌＧａＡｓ系レー
ザに比べて端面においての発熱による物理的な破壊（Ｃ
ＯＤ）は発生しにくいものの、回折格子パターンの形成
されていない領域７１０の長さを１５μｍ（両レーザ出
射端面共）、全共振器長６００μｍとして作製したとこ
ろいずれの半導体レーザ装置も単一縦モードで良好に発
振し、従来の共振器長内全域に回折格子パターンが形成
されている素子と比較して信頼性を向上させることが可
能となり、さらに高出力動作においても効果を発揮する
結果が得られた。
【００１９】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
凹凸形状の回折格子を備えた単一縦モード発振可能な半
導体レーザ装置においてレーザ光出射端面の少なくとも
一方の近傍に回折格子パターンを形状しない領域を形成
することにより、単一波長レーザの高出力化が可能とな
り合わせて高信頼性化を実現することができた。
凹凸形状の回折格子を備えた単一縦モード発振可能な半
導体レーザ装置においてレーザ光出射端面の少なくとも
一方の近傍に回折格子パターンを形状しない領域を形成
することにより、単一波長レーザの高出力化が可能とな
り合わせて高信頼性化を実現することができた。
【図１】本発明の第１の実施例のＡｌＧｓＡｓ系７８０
ｎｍ帯発振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示
す。
ｎｍ帯発振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示
す。
【図２】本発明の第２の実施例のＡｌＧｓＡｓ系７８０
ｎｍ帯発振の高出力対応（非対称反射膜を形成）の分布
帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示す。
ｎｍ帯発振の高出力対応（非対称反射膜を形成）の分布
帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示す。
【図３】従来技術によるＡｌＧｓＡｓ系７８０ｎｍ帯発
振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示す。
振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示す。
【図４】従来技術によるＡｌＧｓＡｓ系７８０ｎｍ帯発
振のダブルヘテロ構造半導体レーザ装置と分布帰還型半
導体レーザ装置での共振器方向の温度分布を示す理論計
算結果を示す図である。
振のダブルヘテロ構造半導体レーザ装置と分布帰還型半
導体レーザ装置での共振器方向の温度分布を示す理論計
算結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例のＡｌＧｓＡｓ系７８０
ｎｍ帯発振の分布帰還型半導体レーザ装置と従来技術に
よる分布帰還型半導体レーザ装置での共振器方向の温度
分布を示す理論計算結果を示す図である。
ｎｍ帯発振の分布帰還型半導体レーザ装置と従来技術に
よる分布帰還型半導体レーザ装置での共振器方向の温度
分布を示す理論計算結果を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例ＡｌＧｓＡｓ系７８０ｎ
ｍ帯発振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示
す。
ｍ帯発振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示
す。
【図７】本発明の第４の実施例ＩｎＰ系１．５５μｍ帯
発振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示す。
発振の分布帰還型半導体レーザ装置の斜視図を示す。
１０１，２０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２，２０２ ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層 １０３，２０３ ノンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性
層 １０４，２０４ ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓキャリアバリ
ア層 １０５，２０５ ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ光ガイド層 １０６，２０６ ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層 １０７，２０７ ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓクラッド層 １０８，２０８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 １０９，２０９ ストライプ状溝
層 １０４，２０４ ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓキャリアバリ
ア層 １０５，２０５ ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ光ガイド層 １０６，２０６ ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層 １０７，２０７ ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓクラッド層 １０８，２０８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 １０９，２０９ ストライプ状溝
Claims (5)
- 【請求項１】 周期的に形成された回折格子を備え、該
回折格子により光帰還を行い発振波長を制御する半導体
レーザ装置において、 光出射端面の一方に低反射（ＡＲ）膜を、他方に高反射
（ＨＲ）膜を備えると共に、 光共振器方向での、少なくとも上記低反射膜と上記回折
格子との間に、 上記回折格子を設けない領域を形成して
なることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 上記低反射膜の反射率は１０％以下であ
り、上記高反射膜の反射率は７５％以上であることを特
徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 上記回折格子を設けない領域が５０μｍ
以下であることを特徴とする請求項１、又は２に記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 上記回折格子は、アルミニウムが混晶化
された層に印刻形成されてなることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 周期的に形成された回折格子を備え、該
回折格子により光帰還を行い発振波長を制御する半導体
レーザ装置において、 光共振器方向での上記半導体レーザの少なくとも一方の
光出射端面と上記回折格子との間に上記回折格子を設け
ない領域を形成してなり、 上記回折格子を設けない領域内に酸化低減層を設けるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29643393A JP3151344B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29643393A JP3151344B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07147455A JPH07147455A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3151344B2 true JP3151344B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17833478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29643393A Expired - Fee Related JP3151344B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3151344B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-26 JP JP29643393A patent/JP3151344B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07147455A (ja) | 1995-06-06 |
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