JPH01140691A - 半導体レーザ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光情報処理用半導体レーザに関し、特に低雑
音レーザに関するものである。

〔従来の技術〕

光情報処理等に用いる半導体レーザは、雑音特性、特に
戻シ光誘起雑音の特性が問題となシ、この解決手段とし
て、出射光のコヒーレンスの低減が有力視されている。

この方法の一つとして高周波重畳による半導体レーザの
低雑音化が、１９８３年秋季応用物理学関係連合講演会
予稿集１０２頁２６ａ−Ｐ−６に示されている。

これに対して、自励発振を生じさせ縦モードをマルチ化
して低雑音化する方法が、電子通信学会技術報告、光量
子エレクトロニクス０ＱＥ８４−５７゜３９頁に示され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の半導体レーザの低雑音化方法のうち、高
周波重畳による方法は高周波駆動回路の付加が必要であ
るばかシでなく、外部への高周波濡れの弊害を伴う。

また縦モードのマルチ化による方法として提案されてい
るレーザ構造は、第３図に示す様に、基板（５０）の上
に多層の層構造を成長した後丁字状の溝（５５）を形成
し、次にこの溝をクラッド層（５１）で平坦に埋め、そ
の上に平坦な活性層（５２）クラッド層（５３）を形成
した構造になりている。この結果、第３図の構造では溝
部の電流注入口が光吸収効果で形成される屈折率分布領
域よりも活性層から離れているため、電流は屈折率分布
の幅と同等以上に広がって活性層内に注入されるので活
性層内に形成されるキャリア分布は屈折率分布と同程度
の幅になシ、活性層水平方向で生じる光吸収効果は著し
く低減され自励発振は生じ難い。そして、半導体レーザ
では層厚や＃＠に対し、自励発振の特性が極めて敏感に
依存するため安定なデバイス収率は低くなる。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体レーザは、半導体基板上に、第１クラッ
ド層、第１クラッド層よりもバンドギャップの狭い材料
から成る活性層、活性層よりもバンドギャップの広い材
料から成る第２クラッド層、第２クラッド層にまで達す
る深さの第１の溝を有し、かつ、活性層よりもバンドギ
ャップの広い材料から成るストライブ状の第１ブロック
層、第１の溝よりも幅の広い第２の溝を有し、かつ、活
性層よりもバンドギャップの狭い材料から成る第２ブロ
ック層、第３クラッド層を少なくとも順次積層した多層
構造を備え、活性層のキャリア濃度及び第２クラッド層
のキャリア濃度を、活性層内のキャリア拡散長が第２の
溝の幅の１／２よりも短くなるように定めた構成となっ
ている。

〔作用〕

本発明の半導体レーザは、活性層内のキャリアの拡散距
離を活性層のキャリア濃度と、第２クラッド層のキャリ
ア濃度と、第１ブロック層で形成する第１の溝幅とで制
御する構造を有しているため、第１の溝下の活性層の部
分のみに急峻な利得分布を形成することができる。また
、第２ブロック層で形成する第２の溝幅よりも広くする
ことでレーザ光の広がシ幅を利得領域より広くすること
ができる。この結果、等価的には過飽和吸収体をもつ構
造が容易に実現でき、自励発振を生じ易くなる。この様
に利得領域とレーザ光の広がシ、すなわち横方向屈折率
分布を第１ブロック層、第２ブロック層でおのおの制御
でき自励発振を生じる為の各パラメータを独立に制御で
きる構造を有しているため自励発振の起る半導体レーザ
を容易に作ることができ、製造歩留シが向上する。

〔実施例１〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図である。第２図（ａ
）に示すように、ｎ形ＧａＡｓ基板（１の上にｎ形ＡＩ
Ｉｏ、＋ｓＧａ　ｏ、５ｓＡｓ第１クラッド層（１１）
を２．０１１ｍキャリア濃度７〜１０　Ｘ　１０１７ｃ
ｍ−３，ｎ形Ａｔ！　ｏ、ｔ　ａ　Ｇａ　ｏ、８ｓＡｓ
活性層（１２）を０．１μｍキャリア濃度１〜１．５×
１０１８ａｎ−３，ｐ形Ａ！Ｑ、４５　Ｇａ　ｏ、５ｓ
Ａｓ第２クラッド層（１３）を０．３　Ａｍ　、　キャ
リア濃度１〜２Ｘ１０１８ｃｍ−”。

ｎ形Ａｌ　Ｏ，４５Ｇ　ａ　ｏ、ｓ　ｓ　Ａ　ｓ第１ブ
ロック層（１４）を０．６μｍ。

キャリア濃度２〜３Ｘ　１０１８ｃｍ−３Ｍ　ＯＶ　Ｐ
　Ｅ法で連続成長する。ＭＯＶＰＥ法では、精密な膜厚
制御性を有しているので、上記の如き層構造を再現性良
く成長できる。

上記の如く活性層（１２）のキャリア濃度を１〜１．５
ＸＩ　０１８ｃｍ”−３にするとキャリアの拡散長は１
μｍ以下にできる。

次に、第２図（ｂ）に示すようにフォトレジスト法によ
り共撮器の長さ方向に電流注入幅Ｗ、＝１．５〜２．５
μｍを形成するように、第１ブロック層（１４）を電流
注入口の両側に幅Ｗｓ＝２〜４μｍ″’に抄してエツチ
ングする。次に、レジスト膜（１５）を除去した後、第
２図（ｃ）に示すように、ｎ形ＧａＡｓ第２ブロック層
（１６）を０．５μｍ、キャリア濃度２〜３　％ｉ１．
０１８ｃｍ″″３を成長し、第２図（ｄ）に示すように
、フォトレジスト法により、第１の溝の上に幅Ｗ、＝３
〜５Ａｎの第２の溝をエツチングによシ形成する。次に
、レジスト膜（１７）を除去した後ｐ形ΔＬｏ、＜ｓ　
Ｇａ　０．５５ＡＳ第３クラッド層（１８）を２．０μ
ｍ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ″″３．ｐ形ＧａＡ
ｓキャ／プ層（１９）を１．０μｍキャリア濃度５Ｘ１
０”ａｍ″″３を連続成長する。これらの再成長は、Ａ
ＡＧ　ａ　Ａ　ｓ上に成長させているがＭＯ−ＶＰＥ法
では容易に成長させることができる。

その後電極（２０）　、　（２１）をつけて本発明の半
導体レーザ（第１図）を得る。

〔実施例２〕 次に本発明の第２の実施例を述べる。実施例１では、光
出力３〜５ｍＷの低出力レーザの構成であったが、この
実施例２では光出力２０〜３０ｍＷの高出力レーザの構
成を説明する。

半導体レーザの構造、製造工程は実施例１と同様である
。実施例１の半導体レーザの構造で、高出力化するには
、活性層内の光密度の低減を図ればよい。活性層（１２
）を０，０６〜０．０７μｍに博＜Ｌｐ形第２クラッド
層（１３）の組成をＡＩＱ、３５　Ｇａｏ、５ｓＡｓ　
％ｎ形第１ブロック層（１４）の組成をｆｉＪｌ　Ｏ，
３ｓＧａ　ｏ、ｓ　ｌＩＡ　ｓとすることで、屈折率が
実施例１の場合よりも増加し、活性層（１２）からの光
のしみ出しが増え、高出力化が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明は、注入された電流は、第１ブロック層（１４）
にあけたストライプ状の窓からｐ形Ａｌ　ａ、ａ　ｓ　
Ｇａ　ｏ、ａｓＡｓ第２クラッド層（１３）を通って、
ｎ形ＡＱ、ｏ、ｓ　３　Ｇａ　ｏ、５６Ａｓ活性層（１
２）に注入されたキャリアは活性層横方向に拡散して、
利得分布を形成しレーザ発振を開始する。このとき活性
層のキャリア濃度が１〜１．５Ｘ１０”ｅｍ７３と高い
ので活性層内のキャリア拡散長が短くなり、利得分布は
主に第１ブロック層（１４）にあけた第１の溝下の活性
層の部分に形成され、その形状は急峻になり、その結果
第１の溝下の部分のみ利得が高くなりその外部は損失領
域となる。

一方、レーザ光は活性層からしみ出し垂直方向に広がる
。このとき第２クラッド層（１３）にしみ出した光は、
第２クラッド層（１３）に隣接してｎ形Ｍｏ４ｓ　Ｇａ
ｏ、５ｓＡｓ第１プ０７り層（１４）があり、光はこの
層にまで光がる。さらに第１ブロック層（１４）に隣接
してｎ形ＧａＡｓ第２ブロック層（１６）があるが、こ
の層はレーザ光に対し吸収層として働く。

従って光は第２ブロック層にひき込まれて、そこで大き
な吸収損失を受ける事になる。その結果この第２ブロッ
ク層（１６）にあけた第２の溝付近には正の屈折率差が
生じる。

以上の結果本発明の構造においては、第１ブロック層（
１４）にあけた狭に溝幅程度の利得分布に対し、第２ブ
ロック層（１６）にあけたそれより広い溝幅にわたって
光が広がシ、そこでは正の屈折率導波機構が作りつけら
れることになる。この正の屈折率導波と第２ブロック層
による光の吸収効果との相乗効果により基本横モード発
振が維持される。

本発明の構造では、光の広がシの幅が利得分布の幅にく
らべて広いので光は利得領域からその外部の損失領域ま
で広がりておシ、これは等価的に過飽和吸収体をもって
いることになり自励発振を生じ易くなる。本発明の構造
では、更にキャリア拡散長が屈折率分布の幅と利得分布
幅を決めるキャリア注入幅との半分以下であるとともに
レーザ発振時での屈折率が比較的小さいため自励発振を
助長する効果をもつ。すなわち、キャリア拡散長が短い
ため、注入キャリア密度分布の変動が激しくなり、これ
に伴って基本横モードの幅が大きく変動し、その収縮と
拡大が生じ、その結果自励発振の大きさが助長される。

以上の結果本発明の構造では容易に自励発振が生じその
結果縦モードが多モード化し、コヒーレンスが低減する
ために反射光に対する雑音もきわめて低く低雑音特性が
得られる。

実施例２は、半導体レーザ高出力化のだめ、活性層（１
２）の薄層化とｐ形第２クラッド層（１３）とｎ形ｍｌ
ブロック層（１４）の組成をＡｎ　ｏ、３ｓＧａ　ｏ、
ｓ　ｓ　Ａ　ｓとしたことで、実施例１に比べて活性層
内の光密度が３０％程度低減され、電流−光出力特性の
直線性も３０ｍＷ以上まで良好になる。実施例１の半導
体レーザは低出力タイプで、光情報処理用としては、読
み出し専用であるが、実施例２では、書き換え可能な光
デイスク用レーザとして使用可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の半導体レーザの断面図、第２
図は第１の溝および第２の溝を形成する工程図、第３図
は従来の半導体レーザの断面図である。 １０　・−”−ｎ−ＧａＡｓ基板、１１−−−−−−　
ｎ−ＡＡＧａＡｓ第１クラッド層、１２−・−ｎ−Ａ１
ＧａＡｓ活性層、１３・−・−ｐ　−Ａ！Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ第２クラッド層、１４−−　ｎ　−ＡｊＧａＡｓ第１
ブロック層、１５・・・・・・レジスト膜、１６・・・
・・・ｎ−ＧａＡｓ第２ブロック層、１７・・・・・・
レジスト膜、１８−−−−−・ｐ−ＡＥＧａＡｓ第３ク
ラッド層、１９・・・・・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、
２０　、２１・・・・・・電極、５０　＝・−ｐ−Ｇａ
Ａｓ基板、５１　＝−−ｐ−ＡｊＧａＡｓクラッド層、
５２・・−・・・活性層、５３・・・・・・ｎ−ＡＡＧ
ａＡｓクラッド層、５５・・・・・・溝。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 市　１　図 （ａ） （ｂ） 戸　２　図 （の （ｄ） ＭＺ’７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性層を当該活性層よりもバンドギャップの広い材料か
   ら成るクラッド層ではさんだダブルヘテロ接合構造を備
   え、前記クラッド層上に、前記活性層よりもバンドギャ
   ップの広い材料から成り、前記クラッド層にまで達する
   深さの第１の溝を有するストライプ状の第１ブロック層
   を備え、前記第１の溝よりも幅の広い第２の溝を第１ブ
   ロック層上に有し、かつ、活性層よりバンドギャップの
   狭い材料で形成した第２ブロック層を前記第１ブロック
   層及びクラッド層上に備え、前記第１、第２の溝を埋め
   込んだ第３クラッド層を第２ブロック層上に備えた多層
   構造を少くとも有し、かつ、前記活性層内のキャリア拡
   散長が、前記第２の溝の幅の１／２より短かくなるよう
   前記活性層キャリア濃度、および前記活性層とブロック
   層にはさまれたクラッド層キャリア濃度を定めたことを
   特徴とする半導体レーザ。