JP3381534B2 - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents

自励発振型半導体レーザ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自励発振型半導
体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザを光ディスク装置などの光
源として応用する上で、戻り光ノイズをいかに抑制する
かが重要である。この戻り光ノイズを抑制するための対
策の一つに、従来より、半導体レーザを自励発振させる
ことでマルチモード化を図った、いわゆる自励発振型半
導体レーザが知られている。図4Aは、そのような従来
の自励発振型半導体レーザを示す断面図である。ここで
は、AlGaInP系の材料により自励発振型半導体レ
ーザを構成した場合を例に示す。
【0003】図4Aに示すように、この従来のAlGa
InP系の自励発振型半導体レーザにおいては、n型G
aAs基板101上に、n型AlGaInPクラッド層
102、GaInP活性層103、p型AlGaInP
クラッド層104、p型GaInP中間層105および
p型GaAsキャップ層106が順次積層されている。
p型AlGaInPクラッド層104の上層部、p型G
aInP中間層105およびp型GaAsキャップ層1
06は、一方向に延びるメサ型のストライプ形状を有す
る。符号107は、これらのp型AlGaInPクラッ
ド層104の上層部、p型GaInP中間層105およ
びp型GaAsキャップ層106からなるストライプ部
を示す。このストライプ部107の両側の部分にはn型
GaAs電流狭窄層108が埋め込まれ、これにより電
流狭窄構造が形成されている。
【0004】p型GaAsコンタクト層106およびn
型GaAs電流狭窄層108の上には、例えばTi/P
t/Au電極のようなp側電極109が設けられてい
る。一方、n型GaAs基板101の裏面には、例えば
AuGe/Ni/Au電極ようなn側電極110が設け
られている。
【0005】図4Bは、従来のAlGaInP系の自励
発振型半導体レーザの屈折率分布を示す略線図である。
ここでは、この従来のAlGaInP系の自励発振型半
導体レーザのpn接合と平行で、かつ、共振器長方向と
垂直な方向(以下、この方向を横方向という)屈折率分
布を、図4Aと対応させて示す。
【0006】すなわち、図4Bに示すように、この従来
のAlGaInP系の自励発振型半導体レーザは、横方
向における屈折率が、ストライプ部107に対応する部
分における屈折率n1 ´が高く、ストライプ部107の
両側に対応する部分における屈折率n2 ´が低い、ステ
ップ状の屈折率分布を有している。従来の自励発振型半
導体レーザでは、このように横方向における屈折率をス
テップ状に変化させることにより、横方向の光導波を行
っているが、この場合、ストライプ部107に対応する
部分とその両側に対応する部分との屈折率差Δn´(=
1 ´−n2 ´)は0.0003程度以下とされ、通常
の実屈折率導波型半導体レーザの典型値である0.00
1よりも、利得導波型半導体レーザの値である0に近い
値にされている。これによって、GaInP活性層10
3の横方向での光の閉じ込めが緩やかにされている。
【0007】上述のように構成された従来の自励発振型
半導体レーザの動作時には、図4Aに示すように、Ga
InP活性層103の内部の利得領域111の幅WG ´
に対して光導波領域112の幅WP ´が大きくなり、利
得領域111の外側における光導波領域112が可飽和
吸収領域113となる。この従来の自励発振型半導体レ
ーザでは、横方向の屈折率変化を小さくすることで横方
向への光のしみだし量を多くし、光とGaInP活性層
103の内部の可飽和吸収領域113との相互作用を多
くさせることにより自励発振を実現していた。このた
め、可飽和吸収領域113を十分に確保することが重要
となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の自励発振型半導体レーザの場合、可飽和吸収領域
113の広さが、GaInP活性層103の内部での利
得領域111の幅WG ´と光導波領域WP ´との微妙な
差により決まるため、次のような問題があった。
【0009】すなわち、上述の従来の自励発振型半導体
レーザでは、ストライプ部107の両側の部分における
p型AlGaInPクラッド層4の厚さd´を精密に制
御することにより、横方向における電流の広がり具合お
よび光の広がり具合が制御され、これによって、GaI
nP活性層103の内部での利得領域111の幅WG´
および光導波領域112の幅WP ´が決定されている。
しかしながら、製造時にストライプ部107の両側の部
分におけるp型AlGaInPクラッド層104の厚さ
d´にばらつきを生じてしまうため、自励発振型となる
歩留まりが低いという問題があった。
【0010】また、従来の自励発振型半導体レーザを高
温動作させた場合や高出力動作させた場合には、横方向
への電流の広がりが大きくなり、可飽和吸収領域113
が狭くなってしまうため、自励発振が抑制されるという
問題があった。
【0011】したがって、この発明の目的は、自励発振
型となる製造歩留まりが高く、かつ、高温動作時や高出
力動作時においても安定に自励発振する自励発振型半導
体レーザを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、第1導電型の第1のクラッド層と、第
1のクラッド層上の活性層と、活性層上の第2導電型の
第2のクラッド層とを有し、第2のクラッド層に設けら
れたストライプ部の両側の部分に第1導電型の電流狭窄
層が埋め込まれた電流狭窄構造を有し、pn接合と平行
で、かつ、共振器長方向と垂直な方向に屈折率を変化さ
せることにより光導波を行う自励発振型半導体レーザに
おいて、ストライプ部で第1の屈折率を有し、ストライ
プ部の両側で第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を有
し、さらにその外側で第2の屈折率よりも高く、第1の
屈折率以下の第3の屈折率を有することを特徴とするも
のである。
【0013】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、ストライプ部で第1の屈折率を有し、ストライプ部
の両側で第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を有し、
さらにその外側で第2の屈折率よりも高く、第1の屈折
率以下の第3の屈折率を有するので、活性層からの光
は、第3の屈折率の領域に引っ張られて広がる。このた
め、pn接合と平行で、かつ、共振器長方向と垂直な方
向における光の広がりは、ストライプ幅よりも大きくな
る。一方、電流狭窄構造を有するため、pn接合と平行
で、かつ、共振器長方向と垂直な方向における電流の広
がりは、ストライプ幅程度に抑えられる。したがって、
活性層の内部の利得領域の幅が光導波領域の幅よりも小
さくなり、利得領域の外側の部分における光導波領域が
可飽和吸収領域として作用する。この際、pn接合と平
行で、かつ、共振器長方向と垂直な方向の電流の閉じ込
めと光の閉じ込めとを独立に行うことができ、可飽和吸
収領域を十分、かつ、安定に確保することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【0015】図1Aは、この発明の第1の実施形態によ
る自励発振型半導体レーザを示す断面図である。ここで
は、AlGaInP系の材料により自励発振型半導体レ
ーザを構成した場合を例にとって説明する。
【0016】すなわち、この第1の実施形態によるAl
GaInP系の自励発振型半導体レーザにおいては、図
1Aに示すように、n型GaAs基板1上に、n型Al
GaInPクラッド層2、GaInP活性層3、p型A
lGaInPクラッド層4、p型GaInP中間層5お
よびp型GaAsキャップ層6が順次積層されている。
p型AlGaInPクラッド層4の上層部、p型GaI
nP中間層5およびp型GaAsキャップ層6は、一方
向に延びるストライプ形状を有する。符号7は、これら
のp型AlGaInPクラッド層4の上層部、p型Ga
InP活性層5およびp型GaAsキャップ層6により
構成されるストライプ部を示す。このストライプ部7は
メサ型の断面形状を有する。
【0017】この場合、ストライプ部7の両側の部分に
おけるp型AlGaInPクラッド層4には凹部が設け
られている。領域4aは、p型AlGaInPクラッド
層4のストライプが設けられた領域に対応する。領域4
bは、領域4aの両側に隣接し、p型AlGaInPク
ラッド層4の凹部が設けられた領域に対応する。領域4
cは、発光中心からみて領域4bの外側の領域に対応す
る。
【0018】寸法W1 ,W2 ,W3 は、それぞれ、p型
AlGaInPクラッド層4の領域4a,4b,4cの
横方向における幅を示す。この場合、領域4aの幅W1
はストライプ幅である。また、寸法d1 ,d2 は、それ
ぞれ、p型AlGaInPクラッド層4の領域4b,4
cにおける厚さを示す。この場合、p型AlGaInP
クラッド層4の領域4bおける厚さd1 に対して、領域
4cにおける厚さd2は大きくされている。いいかえれ
ば、p型AlGaInPクラッド層4は、ストライプ部
7の両側の部分(領域4b)における厚さd1 が、その
外側の部分(領域4c)における厚さd2 よりも小さく
されている(0<d1 <d2 )。
【0019】p型AlGaInPクラッド層4の上層
部、p型GaInP中間層5およびp型GaAsキャッ
プ層6により構成されるストライプ部7の両側の部分に
は、n型GaAs電流狭窄層8が埋め込まれ、これによ
って電流狭窄構造が形成されている。また、p型GaA
sキャップ層6およびn型GaAs電流狭窄層8の上に
は、例えばTi/Pt/Au電極のようなp側電極9が
設けられている。一方、n型GaAs基板1の裏面に
は、例えばAuGe/Ni/Au電極のようなn側電極
10が設けられている。
【0020】図1Bは、このAlGaInP系の自励発
振型半導体レーザの屈折率分布を示す略線図である。こ
こでは、この自励発振型半導体レーザの横方向における
屈折率分布を、図1Aと対応させて示す。
【0021】図1Bに示すように、この自励発振型半導
体レーザは、ストライプ部7で屈折率n1 を有し、スト
ライプ部7の両側の部分で屈折率n1 よりも低い屈折率
2を有し、さらにその外側で屈折率n2 よりも高く、
屈折率n1 よりも低い屈折率n3 を有している。この場
合、屈折率n1 の領域は、p型AlGaInPクラッド
層4の領域4aに対応し、屈折率n2 の領域は、p型A
lGaInPクラッド層4の領域4bに対応し、屈折率
3 の領域は、p型AlGaInPクラッド層4の領域
4cに対応している。また、屈折率n2 は、p型AlG
aInPクラッド層4の領域4bにおける厚さd1 によ
り制御可能であり、屈折率n3 は、p型AlGaInP
クラッド層4の領域4cにおける厚さd2 により制御可
能である。
【0022】この自励発振型半導体レーザにおいては、
横方向の屈折率を図1Bに示すように変化させることに
より、横方向の光導波を行っている。ここで、Δnは、
屈折率が最も高い屈折率n1 の領域と、屈折率が最も低
い屈折率n2 の領域との屈折率差(n1 −n2 )を示
す。この場合、p型AlGaInPクラッド層4の領域
4bにおける厚さd1 が小さくされると、この屈折率差
Δnが、従来の自励発振型半導体レーザに比べて大きく
なるが、このような場合であっても、屈折率n2の領域
の外側に屈折率n3 の領域が設けられているので、光
は、屈折率n3 の領域に引っ張られて広がることが可能
である。
【0023】この自励発振型半導体レーザが自励発振す
るためには、動作時において、GaInP活性層3の内
部の利得領域の幅よりも光導波領域の幅が大きくなり、
十分な可飽和吸収領域が確保されていることが必要であ
る。本発明者の知見によれば、可飽和吸収領域に閉じ込
められる光場が、全光場の30%以上であることが望ま
しいとされている。
【0024】そこで、これを実現するために、この自励
発振型半導体レーザにおいては、p型AlGaInPク
ラッド層4の領域4bにおける厚さd1 および領域4c
における厚さd2 が、0<d1 <d2 にされるととも
に、領域4bにおける厚さd1が、横方向への電流の広
がりを抑制する効果が十分に得られる程度に小さくされ
る。また、p型AlGaInPクラッド層4の領域4b
の幅W2 が0.1μm以上、5μm以下に選ばれる。こ
の領域4bの幅W2 は、好適には1μm以上、3μm以
下に選ばれ、より好適には1μm以上、2μm以下に選
ばれる。ここで、この自励発振型半導体レーザにおける
構造パラメータの一例を示すと、領域4aの幅W1 (ス
トライプ幅)は4μm、領域4bの幅W2 は2μm、p
型AlGaInPクラッド層4の領域4bにおける厚さ
1 は0.3μmに選ばれる。
【0025】次に、上述のように構成されたこのAlG
aInP系の自励発振型半導体レーザの動作について説
明する。
【0026】すなわち、この自励発振型半導体レーザの
動作時に、電流はストライプ部7を流れるが、この場
合、p型AlGaInPクラッド層4の領域4bにおけ
る厚さd1 が十分に小さくされているので、p型AlG
aInPクラッド層4中の電流の流れる領域は、領域4
aにほぼ限定される。したがって、横方向への電流の広
がりは、p型AlGaInPクラッド層4の領域4aの
幅W1 程度に抑えられる。一方、横方向の光の広がり
は、横方向に作りつけられた屈折率分布(図1B参照)
により制御されるが、この場合、光は、屈折率n3 の領
域に引っ張られて広がる。したがって、横方向への光の
広がりは、p型AlGaInPクラッド層4の領域4a
の幅W1 よりも大きくなる。
【0027】つまり、このAlGaInP系の自励発振
型半導体レーザの動作時においては、電流の閉じ込め領
域および光の閉じ込め領域が、横方向で異なるととも
に、図1Aに示すように、GaInP活性層3の内部の
利得領域11の横方向における幅WG が、光導波領域1
2の横方向における幅WP よりも小さくなる。そして、
利得領域11の外側における光導波領域12が、可飽和
吸収領域13として作用する。この場合、GaInP活
性層3の内部において、光導波領域12に対して可飽和
吸収領域13の占める割合は30%以上となり、自励発
振の安定化が図られている。
【0028】ここで、自励発振の原理について図2を参
照しながら説明する。なお、図2では、簡略化のために
この自励発振型半導体レーザの主要部(n型AlGaI
nPクラッド層2、GaInP活性層3およびp型Al
GaInPクラッド層4)を模式的に示す。
【0029】すなわち、この自励発振型半導体レーザの
動作時においては、p型AlGaInPクラッド層4の
限定された領域を電流が流れることにより横方向の電流
の広がりが制御されるとともに、横方向の屈折率を変化
させることにより光が導波される。これにより、GaI
nP活性層3内部の利得領域11の幅よりも、光導波領
域の幅が大きくなる。図2Aに示す状態では、GaIn
P活性層3内部の利得領域11の幅に対して、光導波領
域12の幅が十分に大きく、可飽和吸収領域13が絞り
のように作用するため、レーザ発振が抑制されている。
この場合、出射端面からは、自然放出による弱いLED
光が放出される。
【0030】レーザ発振が抑制された状態では、次第に
GaInP活性層3にキャリアが蓄積されてゆき、図2
Bに示すように、GaInP活性層3内部の利得領域1
1が、電流の注入領域を越えて広がる。これに伴って、
GaInP活性層3内部の可飽和吸収領域13が狭くな
る。この図2Bに示す状態では、利得領域11での光利
得が十分に高く、誘導放出によるレーザ発振が開始され
る。
【0031】レーザ発振が始まると、今度は、GaIn
P活性層3ではキャリアが消費される。これにより、図
2Cに示すように、GaInP活性層3中の利得領域1
1が電流の注入領域よりも狭くなり、これに伴って、可
飽和吸収領域13が広くなる。この図2Cに示す状態で
は、再びレーザ発振が抑制される。
【0032】自励発振型半導体レーザの場合、図2A〜
図2Cに示す状態が、500MHz〜1GHzの周波数
で繰り返され、レーザ光の出力がパルス状に変動するこ
とにより、自励発振が実現されている。
【0033】この自励発振型半導体レーザを製造するた
めには、まず、n型GaAs基板1上に、n型AlGa
InPクラッド層2、GaInP活性層3、p型AlG
aInPクラッド層4、p型GaInP中間層5および
p型GaAsキャップ層6を、例えば有機金属化学気相
成長(MOCVD)法により順次成長させる。次に、p
型GaAsキャップ層6上に所定形状のレジストパター
ン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンを
エッチングマスクとして用いて、臭酸系のエッチング液
などを用いたウエットエッチング法により、p型GaA
sキャップ層6、p型GaInP中間層5およびp型A
lGaInPクラッド層4を、p型AlGaInPクラ
ッド層4の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。
これにより、p型AlGaInPクラッド層4の上層
部、p型GaInP中間層5およびp型GaAsキャッ
プ層6が、一方向に延びる所定幅のストライプ形状にパ
ターニングされる(ストライプ部7が形成される)とと
もに、ストライプ部7の両側の部分におけるp型AlG
aInPクラッド層4に凹部が形成される。
【0034】次に、エッチングマスクとして用いたレジ
ストパターンを成長マスクとして用いて、ストライプ部
7の両側の部分にn型GaAs電流狭窄層8を形成す
る。次に、成長マスクとして用いたレジストパターンを
除去した後、p型GaAsキャップ層6およびn型Ga
As電流狭窄層8の上にp側電極9を形成し、n型Ga
As基板1の裏面にn側電極10を形成する。
【0035】以上により、目的とするAlGaInP系
の自励発振型半導体レーザが製造される。
【0036】上述のように構成されたこのAlGaIn
P系の自励発振型半導体レーザによれば次のような効果
を得ることができる。
【0037】すなわち、この自励発振型半導体レーザに
おいては、横方向への光の広がりは、横方向に作りつけ
られた屈折率の分布により制御されるが、この場合、ス
トライプ部7(p型AlGaInPクラッド層4の領域
4aに対応する部分)で最も高い屈折率n1 を有し、ス
トライプ部7の両側(p型AlGaInPクラッド層4
の領域4bに対応する部分)で最も低い屈折率n2 を有
し、さらにその外側(p型AlGaInPクラッド層4
の領域4cに対応する部分)で屈折率n1 および屈折率
2 の中間の屈折率n3 を有しているため、GaInP
活性層3からの光は、屈折率n3 の領域に引っ張られて
広がる。このため、横方向への光の広がりは、p型Al
GaInPクラッド層4の領域4aの幅W1 よりも大き
くなる。一方、電流狭窄構造を有するため、横方向への
電流の広がりは、p型AlGaInPクラッド層4の領
域4aの幅W1 (ストライプ幅)程度に抑えられる。
【0038】このように、横方向における電流の閉じ込
め領域と光の閉じ込め領域とが異なり、電流の閉じ込め
と光の閉じ込めとを独立に制御することができる。具体
的には、この自励発振型半導体レーザの場合、横方向の
電流の広がりは、領域4bにおけるp型AlGaInP
クラッド層4の厚さd1 により制御され、横方向の光の
広がりは、p型AlGaInPクラッド層4の領域4b
の幅W2 と、領域4cにおけるp型AlGaInPクラ
ッド層4の厚さd2 とにより制御される。このため、G
aInP活性層3の内部の利得領域11の幅WG および
光導波領域12の幅WP を、それぞれ独立に制御するこ
とができ、可飽和吸収領域13を十分(光導波領域12
の30%以上)に、かつ、安定に確保することができ、
自励発振の安定化が図られる。これにより、この自励発
振型半導体レーザを製造する際に、自励発振型となる歩
留まりが向上する。
【0039】また、従来の自励発振型半導体レーザの場
合、高温動作時や高出力動作時に、温度の上昇や注入電
流量の増加により電流の広がりが大きくなり、自励発振
が不安定化するという問題があったが、この自励発振型
半導体レーザの場合、領域4bにおけるp型AlGaI
nPクラッド層4の厚さd1 を、例えば0.3μm程度
と十分小さくすることにより、温度の上昇や注入電流量
の増加に伴う電流の広がりを抑えることができる。ま
た、このようにしても、光の広がりを別の構造パラメー
タ(p型AlGaInPクラッド層4の領域4bの幅W
2 および領域4cにおける厚さd2 )で独立に制御する
ことができるので、自励発振を妨げることにならない。
このため、この自励発振型半導体レーザでは、高温動作
時においても安定した自励発振を実現することができる
とともに、自励発振の最大出力の向上を図ることができ
る。
【0040】また、従来の自励発振型半導体レーザの場
合、横方向の屈折率導波性が弱かったために、動作温度
や出力などによりレーザ光の遠視野像の水平方向におけ
る放射角θ//が変化するという問題があり、特に、光デ
ィスク装置の光源として応用する上で不都合があった。
しかしながら、この自励発振型半導体レーザの場合、横
方向に屈折率導波性を強く作りつけることが可能なた
め、自励発振をおこしたままでもθ//を安定にして動作
させることが可能である。
【0041】次に、この発明の第2の実施形態について
説明する。図3Aは、この第2の実施形態による自励発
振型半導体レーザを示す断面図である。この第2の実施
形態では、AlGaAs系の材料により分離閉じ込めヘ
テロ構造(SCH)を有する自励発振型半導体レーザを
構成した場合を例に説明する。
【0042】すなわち、このAlGaAs系の自励発振
型半導体レーザは、図3Aに示すように、n型GaAs
基板21上に、n型Al0.45Ga0.55Asクラッド層2
2、n型Al0.3 Ga0.7 As光導波層23、Al0.12
Ga0.88As活性層24、p型Al0.3 Ga0.7 As光
導波層25、p型Al0.45Ga0.55Asクラッド層26
およびp型GaAsキャップ層27が順次積層されてい
る。p型Al0.45Ga0.55Asクラッド層26の上層部
およびp型GaAsキャップ層27は、一方向に延びる
ストライプ形状を有する。符号28は、p型Al0.45
0.55Asクラッド層26の上層部およびp型GaAs
キャップ層27により構成されるストライプ部を示す。
このストライプ部28はメサ型の断面形状を有する。
【0043】この場合、p型Al0.3 Ga0.7 As光導
波層25は、ストライプ部28の下部に対応する部分の
両側に凹部を有する。ここで、領域25aは、ストライ
プ部28の下部の領域に対応する。領域25bは、領域
25aの両側に隣接し、p型Al0.3 Ga0.7 As光導
波層25の凹部が設けられた領域に対応する。領域25
cは、発光中心からみて領域25bの外側の領域に対応
する。
【0044】寸法W4 ,W5 ,W6 は、それぞれ、p型
Al0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域25a,25
b,25cの横方向における幅を示す。また、寸法d3
は、p型Al0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域25
aおよび領域25cにおける厚さ、寸法d4 は、p型A
0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域25bにおける
厚さを示す。この場合、p型Al0.3 Ga0.7 Asクラ
ッド層25の領域25bにおける厚さd4 は、領域25
aおよび領域25cにおける厚さd3 に対して小さくさ
れている(ただし、0<d4 <d3 )。つまり、p型A
0.3 Ga0.7As光導波層25は、ストライプ部28
の下部に対応する領域(領域25a)の両側に凹部を有
し、この凹部が設けられた領域(領域25b)が他の領
域(領域25a,25c)部分よりも薄くされている。
【0045】p型Al0.45Ga0.55Asクラッド層26
の上層部およびp型GaAsキャップ層27により構成
されるストライプ部28の両側の部分には、n型GaA
s電流狭窄層29が埋め込まれ、これにより電流狭窄構
造が形成されている。p型GaAsキャップ層27およ
びn型GaAs電流狭窄層29の上には、例えばTi/
Pt/Au電極のようなp側電極30が設けられてい
る。また、n型GaAs基板21の裏面には、例えばA
uGe/Ni/Au電極のようなn側電極31が設けら
れている。
【0046】図3Bは、このAlGaAs系の自励発振
型半導体レーザの屈折率分布を示す略線図である。ここ
では、このAlGaAs系の自励発振型半導体レーザの
横方向における屈折率分布を、図3Aと対応させて示
す。
【0047】図3Bに示すように、この自励発振型半導
体レーザは、ストライプ部28で屈折率n4 を有し、ス
トライプ部28の両側の部分で屈折率n4 よりも低い屈
折率n5 を有し、さらにその外側でストライプ部28に
おけると等しい屈折率n4 を有している。この場合、ス
トライプ部28中央における屈折率n4 の領域は、p型
Al0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域25aに対応
し、屈折率n5 の領域は、p型Al0.3 Ga0.7 As光
導波層25の領域25bに対応し、外側の屈折率n4
領域は、p型Al0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域
25cに対応する。この場合、屈折率n5 は、p型Al
0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域25bにおける厚
さd4 により制御可能である。
【0048】この自励発振型半導体レーザにおいては、
横方向の屈折率の分布はp型Al0.3 Ga0.7 As光導
波層26の構造により作りつけられたものであり、横方
向の光導波機構は、p型Al0.3 Ga0.7 As光導波層
26によるリブ(rib)導波型となっている。しかし
ながら、この場合、横方向の屈折率を図3Bに示すよう
な屈折率分布を有するため、光は、ストライプ部28近
傍における屈折率n4とその両側の屈折率n5 との屈折
率差により、ストライプ部28の中央に厳密に閉じ込め
られるのではなく、外側の屈折率n4 の領域に引っ張ら
れて広がることが可能である。
【0049】この自励発振型半導体レーザが自励発振す
るためには、第1の実施形態の場合と同様に、Al0.12
Ga0.88As活性層の内部の可飽和吸収領域が十分(光
導波領域の30%以上)確保されていることが必要であ
る。これを実現するために、この自励発振型半導体レー
ザでは、p型Al0.3 Ga0.7 As光導波層25に設け
られた凹部の幅、したがって、領域25bの幅W2 が例
えば0.5μm以上、5μm以下に選ばれる。典型的に
は,領域25bの幅W5 は1μm以上、2μm以下に選
ばれる。また、領域25aの幅W4 は例えば3μm、p
型Al0.3 Ga0.7 As光導波層25の領域25aおよ
び領域25cにおける厚さd3 は例えば400nm、領
域25bにおける厚さd4 は例えば300nmに選ばれ
る。
【0050】上述のように構成されたこの自励発振型半
導体レーザの動作時において、横方向への電流の広がり
は、p型Al0.45Ga0.55Asクラッド層26の上層部
およびp型GaAsキャップ層27により構成されたメ
サ型の断面形状を有するストライプ部28により制御さ
れる。また、横方向への光の広がりは、横方向に作りつ
けられた屈折率分布(図3B参照)により、電流の広が
りとは独立に制御される。この場合、横方向への電流の
広がりは、ストライプ部28の幅程度に抑えられるのに
対して、横方向の光の広がりは、光が外側の屈折率n4
の領域に引っ張られるためp型Al0.3 Ga0.7 As光
導波層25の領域25の幅W4 、したがって、ストライ
プ部28の幅よりも大きくなる。したがって、Al0.12
Ga0.88As活性層24の内部の利得領域32の幅WG
が、光導波領域33の幅WP よりも小さくなる。そし
て、利得領域32の外側における光導波領域33が、可
飽和吸収領域34として作用し、自励発振が実現され
る。
【0051】上述のように構成された、AlGaAs系
の自励発振型半導体レーザによれば、横方向での電流の
閉じ込め領域および光の閉じ込め領域が異なり、横方向
への電流の広がりおよび光の広がりを、それぞれ独立に
制御することが可能である。したがって、この第2の実
施形態によれば、AlGaAs系のSCH構造を有する
自励発振型半導体レーザにおいて、第1の実施形態と同
様な効果を得ることができる。
【0052】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、実施形態において挙げた数
値、材料、構造などはあくまで例にすぎず、これに限定
されるものではない。
【0053】また、この発明は、II−VI族化合物半
導体や、窒化物系III−V族化合物半導体により青色
発光の自励発振型半導体レーザを構成する場合にも適用
することが可能である。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ストライプ部で第1の屈折率を有し、ストライプ部
の両側で第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を有し、
さらにその外側で第2の屈折率よりも高く、第1の屈折
率以下の第3の屈折率を有するので、活性層からの光
が、第1の屈折率の領域に厳密に閉じ込められるのでは
なく、第3の屈折率の領域に引っ張られて広がる。この
ため、pn接合と平行で、かつ、共振器長方向と垂直な
方向における光の広がりは、ストライプ幅よりも大きく
なる。一方、電流狭窄構造により、pn接合と平行で、
かつ、共振器長方向と垂直な方向における電流の広がり
は、ストライプ幅程度に抑えられる。したがって、活性
層の内部の利得領域の幅が光導波領域の幅よりも小さく
なり、利得領域の外側の部分における光導波領域が可飽
和吸収領域として作用する。この際、pn接合と平行
で、かつ、共振器長方向と垂直な方向の電流の閉じ込め
と光の閉じ込めとを独立に行うことができるので、可飽
和吸収領域を十分、かつ、安定に確保することができ
る。
【0055】このため、自励発振型半導体レーザを製造
する際の製造歩留まりを向上させることができるととも
に、高温動作時や高出力動作時における自励発振の安定
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施形態によるAlGaI
nP系の自励発振型半導体レーザを示す断面図およびこ
の自励発振型半導体レーザの屈折率分布を示す略線図で
ある。
【図2】 自励発振の原理を説明するための断面図であ
る。
【図3】 この発明の第2の実施形態によるAlGaA
s系の自励発振型半導体レーザを示す断面図およびこの
自励発振型半導体レーザの屈折率分布を示す略線図であ
る。
【図4】 従来のAlGaInP系の自励発振型半導体
レーザを示す断面図およびこの自励発振型半導体レーザ
の屈折率分布を示す略線図である。
【符号の説明】
1・・・n型GaAs基板、2・・・n型AlGaIn
Pクラッド層、3・・・GaInP活性層、4・・・p
型AlGaInPクラッド層、5・・・p型GaInP
中間層、6・・・p型GaAsキャップ層、7・・・ス
トライプ部、8・・・n型GaAs電流狭窄層、9・・
・p側電極、10・・・n側電極、11・・・利得領
域、12・・・光導波領域、13・・・可飽和吸収領域

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の第1のクラッド層と、 上記第1のクラッド層上の活性層と、 上記活性層上の第2導電型の第2のクラッド層とを有
    し、 上記第2のクラッド層に設けられたストライプ部の両側
    の部分に第1導電型の電流狭窄層が埋め込まれた電流狭
    窄構造を有し、 pn接合と平行で、かつ、共振器長方向と垂直な方向に
    屈折率を変化させることにより光導波を行う自励発振型
    半導体レーザにおいて、 上記ストライプ部で第1の屈折率を有し、上記ストライ
    プ部の両側で上記第1の屈折率よりも低い第2の屈折率
    を有し、さらにその外側で上記第2の屈折率よりも高
    く、上記第1の屈折率以下の第3の屈折率を有すること
    を特徴とする自励発振型半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 上記第2のクラッド層は、上記ストライ
    プ部の両側で第1の厚さを有し、さらにその外側で上記
    第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有することを特徴
    とする請求項1記載の自励発振型半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 pn接合と平行で、かつ、共振器長方向
    と垂直な方向における上記第2のクラッド層の上記第1
    の厚さの部分の幅が、0.1μm以上、5μm以下であ
    ることを特徴とする請求項2記載の自励発振型半導体レ
    ーザ。
  4. 【請求項4】 上記第1のクラッド層および上記活性層
    の間に第1導電型の第1の光導波層を有するとともに、
    上記活性層および上記第2のクラッド層の間に第2導電
    型の第2の光導波層を有し、上記ストライプ部に対応す
    る部分の両側の部分における上記第2の光導波層に凹部
    が設けられていることを特徴とする請求項1記載の自励
    発振型半導体レーザ。
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