JPH01165189A - 半導体レーザー - Google Patents
半導体レーザーInfo
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- JPH01165189A JPH01165189A JP32266087A JP32266087A JPH01165189A JP H01165189 A JPH01165189 A JP H01165189A JP 32266087 A JP32266087 A JP 32266087A JP 32266087 A JP32266087 A JP 32266087A JP H01165189 A JPH01165189 A JP H01165189A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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、レーザービームプリンタ等に用いられ、単数
または複数のレーザー光を同時に走査する半導体レーザ
ーに関し、特に、複数のレーザー光の各々の出射方向が
所望の角度を成すようにするために好適なモノリシック
に形成された半導体レーザーに関する。
または複数のレーザー光を同時に走査する半導体レーザ
ーに関し、特に、複数のレーザー光の各々の出射方向が
所望の角度を成すようにするために好適なモノリシック
に形成された半導体レーザーに関する。
(従来の技術)
通常、半導体レーザーはp−n接合を含む層が半導体基
板上に積層され、一対の共振面を形成することによって
構成されている。この半導体レーザーに電流を注入する
と、キャリアの再結合によって生じた光がこの共振面間
で共振し、共振面からはレーザー光が出射する。このよ
うなレーザー発振を効率良く行わせるためには、注入電
流及び光を閉じ込めるストライプ状のレーザー活性領域
が共振面と垂直に設けられている。
板上に積層され、一対の共振面を形成することによって
構成されている。この半導体レーザーに電流を注入する
と、キャリアの再結合によって生じた光がこの共振面間
で共振し、共振面からはレーザー光が出射する。このよ
うなレーザー発振を効率良く行わせるためには、注入電
流及び光を閉じ込めるストライプ状のレーザー活性領域
が共振面と垂直に設けられている。
このような従来の半導体レーザーの一例であるリッジ導
波路型半導体レーザーの共振器に垂直な面の断面図を第
9図に示す。この半導体レーザーは、 n−GaAs基
板20上に順次、バッファー層n−−Gaへs 19、
クラッド層n” −AIXGa+−、As 18、下部
光閉じ込め層へl、Ga1−.As 17 、活性層へ
l、Ga+ −、As 16、上部光閉じ込め層AI、
Ga、−,As 15、クラッド層p−−AIXGa、
−、As 14、キ?’/プ層p1−GaAs 13を
エピタキシャル成長により形成した後、エツチング加工
、誘電体膜12の成膜を行ない、リッジを形成し、さら
に、n側電極21、p側電極11を設けて作製したもの
である。活性層A1.Ga+−、As 16の上界面と
りッジ両側のタラッド層p−−AlxGa、−XAs
14の上面との距離をx、?おす。と、一般にリッジの
両側でのxRは共振器全長ニわたり等しくなっているの
で、リッジ両側での複素屈折率は等しい。一方、複数の
活性領域を有し、それらに応じ複数のレーザー光を出射
可能であって、各々のレーザー光の出射方向が有限の角
度を成すようにモノリシックに形成された半導体レーザ
ーにおいては、上述したように、ストライプ状の活性領
域は共振面に垂直には形成されず、その長手方向が共振
面の法線に対しある角度を成すように設けられている。
波路型半導体レーザーの共振器に垂直な面の断面図を第
9図に示す。この半導体レーザーは、 n−GaAs基
板20上に順次、バッファー層n−−Gaへs 19、
クラッド層n” −AIXGa+−、As 18、下部
光閉じ込め層へl、Ga1−.As 17 、活性層へ
l、Ga+ −、As 16、上部光閉じ込め層AI、
Ga、−,As 15、クラッド層p−−AIXGa、
−、As 14、キ?’/プ層p1−GaAs 13を
エピタキシャル成長により形成した後、エツチング加工
、誘電体膜12の成膜を行ない、リッジを形成し、さら
に、n側電極21、p側電極11を設けて作製したもの
である。活性層A1.Ga+−、As 16の上界面と
りッジ両側のタラッド層p−−AlxGa、−XAs
14の上面との距離をx、?おす。と、一般にリッジの
両側でのxRは共振器全長ニわたり等しくなっているの
で、リッジ両側での複素屈折率は等しい。一方、複数の
活性領域を有し、それらに応じ複数のレーザー光を出射
可能であって、各々のレーザー光の出射方向が有限の角
度を成すようにモノリシックに形成された半導体レーザ
ーにおいては、上述したように、ストライプ状の活性領
域は共振面に垂直には形成されず、その長手方向が共振
面の法線に対しある角度を成すように設けられている。
こうするのは当該角度を適宜に調整することによって、
レーザー光の出射方向をコントロールすることが可能で
あることによる。
レーザー光の出射方向をコントロールすることが可能で
あることによる。
しかしながら、斜光出射用の半導体レーザーは、ストラ
イプ状活性領域の長手方向と共振面の法線との成す角度
がOoから増えるにつれて端面損失が増える。それに対
応して、横モードの不安定化、閾電流の上昇、効率の低
下などが生じ、諸特性が劣化し、更に、場合によっては
斜出角度の制御が困難になるという欠点がある。また、
ストライプ状活性領域の長手方向と共振面の法線とのな
す角度が0°である従来のリッジ導波型半導体レーザー
では出射可能なレーザー光が単数、複数にかかわらず、
外部の反射の戻り光による発振波長の不安定化が生じる
欠点がある。
イプ状活性領域の長手方向と共振面の法線との成す角度
がOoから増えるにつれて端面損失が増える。それに対
応して、横モードの不安定化、閾電流の上昇、効率の低
下などが生じ、諸特性が劣化し、更に、場合によっては
斜出角度の制御が困難になるという欠点がある。また、
ストライプ状活性領域の長手方向と共振面の法線とのな
す角度が0°である従来のリッジ導波型半導体レーザー
では出射可能なレーザー光が単数、複数にかかわらず、
外部の反射の戻り光による発振波長の不安定化が生じる
欠点がある。
本発明は、かかる問題点を解決する半導体レーザーを提
供することにある。
供することにある。
(問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体レーザーは、
共振器間の全長あるいは一部で活性領域の両側の複素屈
折率が異なり非対称であることを特徴としている。
折率が異なり非対称であることを特徴としている。
半導体レーザーを上記のような構成にすることによって
、活性領域の一方を利得導波型、または利得導波性の度
合いを強くし、他方を屈折率導波型、または屈折率導波
性の度合いを強くすることができる。これにより、導波
路内における光電異強度分布のピークを実屈折率の大き
い側、つまり、利得導波性の強い側にシフトさせ、なお
かつ利得導波性の強い側に波面の遅れを生じさせる。結
果として、本発明の半導体レーザーでは、横モードの安
定化、閾電流の上昇抑制、外部微分量子効率の低下抑制
を保持できるとともに、レーザー光の斜出を達成できる
。本発明は、レーザー光を複数出射可能な半導体レーザ
ーに適用できる。そればかりでなく、半導体レーザーの
前側及び後側から出射するレーザー光を共振面に対して
垂直からある角度ずれて斜出させた場合、従来発振波長
の不安定化の原因であった戻り光の影響を受けにくくな
り、安定な波長で発振するので、単一光出射の半導体レ
ーザーに本発明を適用することも有効である。
、活性領域の一方を利得導波型、または利得導波性の度
合いを強くし、他方を屈折率導波型、または屈折率導波
性の度合いを強くすることができる。これにより、導波
路内における光電異強度分布のピークを実屈折率の大き
い側、つまり、利得導波性の強い側にシフトさせ、なお
かつ利得導波性の強い側に波面の遅れを生じさせる。結
果として、本発明の半導体レーザーでは、横モードの安
定化、閾電流の上昇抑制、外部微分量子効率の低下抑制
を保持できるとともに、レーザー光の斜出を達成できる
。本発明は、レーザー光を複数出射可能な半導体レーザ
ーに適用できる。そればかりでなく、半導体レーザーの
前側及び後側から出射するレーザー光を共振面に対して
垂直からある角度ずれて斜出させた場合、従来発振波長
の不安定化の原因であった戻り光の影響を受けにくくな
り、安定な波長で発振するので、単一光出射の半導体レ
ーザーに本発明を適用することも有効である。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図(a)は本発明をリッジ導波路型半導体レーザー
に適用した場合における共振器に垂直な面の断面図であ
る。
に適用した場合における共振器に垂直な面の断面図であ
る。
本実施例の半導体レーザーでは、 n”’−GaAs基
板20上に順次、バッファー層n−GaAs19、クラ
ッド層n” −AtKGa、−XAs 18、光閉じ込
め層AI、Ga、−、As 17、活性層Al、Ga+
−、As ttt、光閉じ込め層へ1、Ga+−、八s
15、クラッド層p−へ1XGa1−.As 14、
キャップ層p” −GaAs 13が積層され、さらに
リッジ上部に電流注入用の窓を構成する誘電体膜12が
設けられている。この誘電体膜12は5i02、Si3
N4等から成り、プラズマCVDにより形成される。
板20上に順次、バッファー層n−GaAs19、クラ
ッド層n” −AtKGa、−XAs 18、光閉じ込
め層AI、Ga、−、As 17、活性層Al、Ga+
−、As ttt、光閉じ込め層へ1、Ga+−、八s
15、クラッド層p−へ1XGa1−.As 14、
キャップ層p” −GaAs 13が積層され、さらに
リッジ上部に電流注入用の窓を構成する誘電体膜12が
設けられている。この誘電体膜12は5i02、Si3
N4等から成り、プラズマCVDにより形成される。
さらに、 n−−Ga八へ基板20の下面、誘電体膜1
2の上面にそれぞれAu/(:r、八u−Ge/Auが
蒸着されることによってp型電極11. n型電極21
が形成されている。リッジの形成のための、左右の切込
みはそれぞれフォトレジ行程、反応性イオンビームエツ
チング(RIBE)やウェットエツチングなどでエツチ
ングを2回行うことにより、活性層AlzGal−2A
s +6上面とクラッド層p−−A1.Ga、−、As
14上面との距# X Rをそれぞれ独立に調整する
ことができる。
2の上面にそれぞれAu/(:r、八u−Ge/Auが
蒸着されることによってp型電極11. n型電極21
が形成されている。リッジの形成のための、左右の切込
みはそれぞれフォトレジ行程、反応性イオンビームエツ
チング(RIBE)やウェットエツチングなどでエツチ
ングを2回行うことにより、活性層AlzGal−2A
s +6上面とクラッド層p−−A1.Ga、−、As
14上面との距# X Rをそれぞれ独立に調整する
ことができる。
次に、このリッジ形状の作製方法の第1例、第2例、第
3例について、それぞれ第2図(a)〜(d)、第2図
(e)〜(h)、第2図(i)〜(1)を用いて説明す
る。
3例について、それぞれ第2図(a)〜(d)、第2図
(e)〜(h)、第2図(i)〜(1)を用いて説明す
る。
(第1例)
基板(不図示)上にMBE法により形成された下部クラ
ッド層1a、活性層2a、上部クラッド層3aを有する
ウェハーの一部にレジスト膜4a形成し、露光後、一部
領域を剥離する(第2図(a))。
ッド層1a、活性層2a、上部クラッド層3aを有する
ウェハーの一部にレジスト膜4a形成し、露光後、一部
領域を剥離する(第2図(a))。
次に、レジスト膜4aが存在しない領域の上部クラッド
層3aを旧BEにより切り込む(同図(b))。
層3aを旧BEにより切り込む(同図(b))。
次に、レジスト膜4aを除去した後、再度、上部クラッ
ド層3aの上面にレジスト膜4bを形成し、露光後、一
部領域を剥離する(同図(C))。
ド層3aの上面にレジスト膜4bを形成し、露光後、一
部領域を剥離する(同図(C))。
さらに、レジスト膜4bが存在しない領域の上部クラッ
ド層3aを旧BEにより切り込む。このように、リッジ
両側のxRl、xRrを調整することができる(同図(
d))。
ド層3aを旧BEにより切り込む。このように、リッジ
両側のxRl、xRrを調整することができる(同図(
d))。
(第2例)
ウェハーの上に、形成すべきリッジに対応するストライ
プ状のレジストマスク5を形成する。さらに、レジスト
膜6を形成し、レジストマスク5の片側領域を露光して
、レジスト膜6の一部領域を剥離する(第2図(e))
。
プ状のレジストマスク5を形成する。さらに、レジスト
膜6を形成し、レジストマスク5の片側領域を露光して
、レジスト膜6の一部領域を剥離する(第2図(e))
。
レジストマスク5、レジスト膜6の条件は、クラッド層
3b、レジストマスク5、レジスト膜6におけるRIC
Eによるエツチングの速度をそれぞれV+ 、V21
V3 (V2≦V3 < v r )になるように設
定しであるので、全エツチング時間tの間に第2図(e
)〜(g)中の(I)、(II)、(III)部ではそ
れぞれ厚さ(V3 LI+VI L2)、 (V3 t
++v212)、v、 tだけエツチングされることに
なる。ただし、ここでレジスト膜6がすべてエツチング
されるまでに要する時間を11とすると、t=t、+t
2である。
3b、レジストマスク5、レジスト膜6におけるRIC
Eによるエツチングの速度をそれぞれV+ 、V21
V3 (V2≦V3 < v r )になるように設
定しであるので、全エツチング時間tの間に第2図(e
)〜(g)中の(I)、(II)、(III)部ではそ
れぞれ厚さ(V3 LI+VI L2)、 (V3 t
++v212)、v、 tだけエツチングされることに
なる。ただし、ここでレジスト膜6がすべてエツチング
されるまでに要する時間を11とすると、t=t、+t
2である。
このように、レジスト膜6、レジストマスク5の種類、
または膜厚を調整することにより、リッジ左右でのエツ
チングの深さをコントロールすることができる。第2図
(f)はエツチングの初期段階を示しており、(I)部
のレジスト膜6は残つているが、(III)部の上部ク
ラッド層3bはエツチングされはじめている。次に、第
2図(g)は、さらにエツチングが進行した状態を示し
ており、(I)部にはレジスト膜6は存在しておらず、
(I)部の上部クラッド層3bがエツチングされはじめ
るところである。一方、(m)部の上部クラッド層3b
はすでに厚さΔXRだけエツチングされている。このよ
うにして1回のRIBEにより、第2図(h)に示すよ
うに、リジ部両側のXRI+ XRrを調整することが
できる。
または膜厚を調整することにより、リッジ左右でのエツ
チングの深さをコントロールすることができる。第2図
(f)はエツチングの初期段階を示しており、(I)部
のレジスト膜6は残つているが、(III)部の上部ク
ラッド層3bはエツチングされはじめている。次に、第
2図(g)は、さらにエツチングが進行した状態を示し
ており、(I)部にはレジスト膜6は存在しておらず、
(I)部の上部クラッド層3bがエツチングされはじめ
るところである。一方、(m)部の上部クラッド層3b
はすでに厚さΔXRだけエツチングされている。このよ
うにして1回のRIBEにより、第2図(h)に示すよ
うに、リジ部両側のXRI+ XRrを調整することが
できる。
(第3例)
ウェハーの上に、形成すべきリッジに対応するストライ
プ状の金属マスク、またはSi3N4 、5i02等の
絶縁体のマスク7を形成する。さらに、レジスト膜8を
形成し、マスク7の片側領域を露光して、レジスト膜8
の一部領域を剥離する(第2図(i))。
プ状の金属マスク、またはSi3N4 、5i02等の
絶縁体のマスク7を形成する。さらに、レジスト膜8を
形成し、マスク7の片側領域を露光して、レジスト膜8
の一部領域を剥離する(第2図(i))。
次に、マスク7、レジスト膜8が存在しない上部クラッ
ド層3cをRIBEによりΔXRだけ切り込む(同図(
j))。
ド層3cをRIBEによりΔXRだけ切り込む(同図(
j))。
次に、レジスト膜8を除去する(同図(k))。
さらに、マスク7の両側の上部クラッド層3CをRII
IHにより切り込み、リッジ両側のxR3,xRrを調
整することができる(同図(1))。
IHにより切り込み、リッジ両側のxR3,xRrを調
整することができる(同図(1))。
この半導体レーザーの発振中の活性層AI、Ga、−、
As16における水平方向の注入キャリア密度分布n、
光の電界強度分布Px、出射端面における位相の遅れ角
φの特性を順に、第1図(b) 、 (C) 。
As16における水平方向の注入キャリア密度分布n、
光の電界強度分布Px、出射端面における位相の遅れ角
φの特性を順に、第1図(b) 、 (C) 。
(d)に示す。第1図(a)において、左側の活性層A
1.Ga、−、As16の上面とクラッド層P−AIX
Gal −。
1.Ga、−、As16の上面とクラッド層P−AIX
Gal −。
As14の上面との距1111 X n +が右側のx
Rrよりも小さいことから活性層Al工Ga、−,As
16の左側における実効屈折率は右側のそれよりも小さ
く、電流の広がりも左側では小さくなる。このため、注
入キャリア密度分布は第1図(b)に示したように非対
称に右側にブロードに広がり、光の電界強度分布も第1
図(C)に示したように右側にピークがずれてブロード
に広がる。また、第1図(C)に示したように、左側で
は屈折率導波性が強いために位相の遅れ角はほとんどな
いが、右側では利得導波性が強いために位相の遅れ角は
大きい。これらの要因により、外部へ出射するレーザー
光の共振面での光の電界強度分布はりフジ下部中央から
幾分右側にずれ、さらに、出射レーザー光は利得導波性
の強い側にひかれている。この結果、レーザー光は斜め
方向に出射される。第3図(a)は、第1図の斜出用リ
ッジ導波路型レーザーを共振器の全域にわたって2個形
成した場合のアレイレーザの模式上面図である。2つの
リッジ31a、 31b中の共振波は、へき開により形
成した共振面32.33の間で共振する。また、はぼ中
央部に電極分111t39が設けられ、2つのレーザー
は各々独立に駆動できる。2つのリッジの長手方向は同
一であり、かつ互いに平行な共振面32.33の法線方
向37a、 37b、 38a。
Rrよりも小さいことから活性層Al工Ga、−,As
16の左側における実効屈折率は右側のそれよりも小さ
く、電流の広がりも左側では小さくなる。このため、注
入キャリア密度分布は第1図(b)に示したように非対
称に右側にブロードに広がり、光の電界強度分布も第1
図(C)に示したように右側にピークがずれてブロード
に広がる。また、第1図(C)に示したように、左側で
は屈折率導波性が強いために位相の遅れ角はほとんどな
いが、右側では利得導波性が強いために位相の遅れ角は
大きい。これらの要因により、外部へ出射するレーザー
光の共振面での光の電界強度分布はりフジ下部中央から
幾分右側にずれ、さらに、出射レーザー光は利得導波性
の強い側にひかれている。この結果、レーザー光は斜め
方向に出射される。第3図(a)は、第1図の斜出用リ
ッジ導波路型レーザーを共振器の全域にわたって2個形
成した場合のアレイレーザの模式上面図である。2つの
リッジ31a、 31b中の共振波は、へき開により形
成した共振面32.33の間で共振する。また、はぼ中
央部に電極分111t39が設けられ、2つのレーザー
は各々独立に駆動できる。2つのリッジの長手方向は同
一であり、かつ互いに平行な共振面32.33の法線方
向37a、 37b、 38a。
38bと一致している。このアレイレーザの活性層の上
面と上部クラッド層の上面との距離をxRとすると、リ
ッジの長手方向に垂直で活性層に水平な方向のXRのプ
ロファイルは第3図(b)に示すようになっている。そ
れぞれのリッジの左右でXRが異なることから導波機構
は非対称になり、レーザー光は共振面の法線方向37a
、 37b、 38a。
面と上部クラッド層の上面との距離をxRとすると、リ
ッジの長手方向に垂直で活性層に水平な方向のXRのプ
ロファイルは第3図(b)に示すようになっている。そ
れぞれのリッジの左右でXRが異なることから導波機構
は非対称になり、レーザー光は共振面の法線方向37a
、 37b、 38a。
38bに対してそれぞれ角度θ14、θ1h、θ2a、
θ2bをもって出射方向35a、 35b、 36a、
36bに出射する。この斜出角θは、リッジ導波路型
レーザーの場合、層の屈折率、膜厚、xRによって適宜
調整することができる。つまり、レーザー内での光の分
布は膜の構成に依存し、斜出角を大きくするためには光
の分布を上部に存在させ、リッジの効果が強くでるよう
にすればよい。例えば、第1図(a)の活性層AlzG
al −z As1Bの上側の光閉じ込め層AI、Ga
、□As15の混晶比y’sを下側の光閉じ込め層へ1
.Ga、−,As17の混晶比yI7よりも小さくし、
y15<yI7とし、光の分布を活性層をはさんで非対
称に上部に多く分布させると、リッジとリッジの両側で
の実効屈折率差が大きくなるので、xRをわずかにリッ
ジの両側で異ならしても斜出角は大きくなる。また、一
般にxRが小さいとき(X Rr、 X R1> O)
、斜出角は左右の差ΔXHに大きく依存する。すなわ
ちX R,: 0.05p、 X旧;0.10μmのと
きの斜出角θ、は、X Rr: 0.35p、XR+=
0.40)u+のときの斜出角θ2よりも大きくなる。
θ2bをもって出射方向35a、 35b、 36a、
36bに出射する。この斜出角θは、リッジ導波路型
レーザーの場合、層の屈折率、膜厚、xRによって適宜
調整することができる。つまり、レーザー内での光の分
布は膜の構成に依存し、斜出角を大きくするためには光
の分布を上部に存在させ、リッジの効果が強くでるよう
にすればよい。例えば、第1図(a)の活性層AlzG
al −z As1Bの上側の光閉じ込め層AI、Ga
、□As15の混晶比y’sを下側の光閉じ込め層へ1
.Ga、−,As17の混晶比yI7よりも小さくし、
y15<yI7とし、光の分布を活性層をはさんで非対
称に上部に多く分布させると、リッジとリッジの両側で
の実効屈折率差が大きくなるので、xRをわずかにリッ
ジの両側で異ならしても斜出角は大きくなる。また、一
般にxRが小さいとき(X Rr、 X R1> O)
、斜出角は左右の差ΔXHに大きく依存する。すなわ
ちX R,: 0.05p、 X旧;0.10μmのと
きの斜出角θ、は、X Rr: 0.35p、XR+=
0.40)u+のときの斜出角θ2よりも大きくなる。
さらに、リッジ幅が大きいと、斜出角は小さくなる。こ
れは、垂直に出射する光の割合が増えることにより、遠
視野像のピークは垂直側に寄るからである。
れは、垂直に出射する光の割合が増えることにより、遠
視野像のピークは垂直側に寄るからである。
第4図(a)は本発明を共振器の一部に応用した場合の
一例の模式上面図である。本発明は斜出用アレイレーザ
において最も有効に適用できるが、シングルレーザーと
して用いた場合にも、戻り光の影響を受けにくい等の利
点をもつので、第4図(a)には1ケのレーザーについ
て示しである。共振器に沿ってのXRのプロファイルは
、第4図(d)に示すように、共振器の途中でステップ
式に片側のXRが変化するように加工が行なわれている
。第4(d)のxRrは第4図(b) 、 (C)にお
ける下側のXRつまりxRrを表わしている。共振器3
4で共振した光は共振面32.33から出射する。共振
面32付近の半導体レーザー構造は本発明の第1図の実
施例と同様に形成されており、共振面32から、この面
の垂線37とある有限の角度θ1をなして光は出射35
する。一方、共振面33付近の半導体レーザー構造は従
来の第9図と同様に形成されており、共振器33から、
その面に垂直に光は出射36する。共振器34に沿って
のxHのプロファイルは、第4図(e)に示すようにグ
ラデイエンドに変化させてもよい。以上のように、共振
面の片方ではストライプ状活性層の両側の複素屈折率を
従来のように等しくし、他方はその複素屈折率を異なる
ものとし、共振器内で適当に両方を接続した場合は、第
3図(a)に示したように共振器全域にわたって当該複
素屈折率を異なるものとした場合に比べて裏面による端
面損失が減り、より低閾電流、高効率になる。また、共
振器の全域にわたフて当該複素屈折率を異なるものとし
、共振面の両方においてそのXRを別々に制御すること
によって、最適なレーザー光源を設計することができる
。
一例の模式上面図である。本発明は斜出用アレイレーザ
において最も有効に適用できるが、シングルレーザーと
して用いた場合にも、戻り光の影響を受けにくい等の利
点をもつので、第4図(a)には1ケのレーザーについ
て示しである。共振器に沿ってのXRのプロファイルは
、第4図(d)に示すように、共振器の途中でステップ
式に片側のXRが変化するように加工が行なわれている
。第4(d)のxRrは第4図(b) 、 (C)にお
ける下側のXRつまりxRrを表わしている。共振器3
4で共振した光は共振面32.33から出射する。共振
面32付近の半導体レーザー構造は本発明の第1図の実
施例と同様に形成されており、共振面32から、この面
の垂線37とある有限の角度θ1をなして光は出射35
する。一方、共振面33付近の半導体レーザー構造は従
来の第9図と同様に形成されており、共振器33から、
その面に垂直に光は出射36する。共振器34に沿って
のxHのプロファイルは、第4図(e)に示すようにグ
ラデイエンドに変化させてもよい。以上のように、共振
面の片方ではストライプ状活性層の両側の複素屈折率を
従来のように等しくし、他方はその複素屈折率を異なる
ものとし、共振器内で適当に両方を接続した場合は、第
3図(a)に示したように共振器全域にわたって当該複
素屈折率を異なるものとした場合に比べて裏面による端
面損失が減り、より低閾電流、高効率になる。また、共
振器の全域にわたフて当該複素屈折率を異なるものとし
、共振面の両方においてそのXRを別々に制御すること
によって、最適なレーザー光源を設計することができる
。
第5図は本発明の第2の実施例を示す模式断面図である
。これはn影領域にZnを拡散させてp形とし、屈折率
、電流の広がりを制御した場合の半導体レーザーである
。この作製手順は、まず、基板p” −GaAs 43
上に順次バッファ層p” −GaAs42、クラッド層
p−−AIXGal−XAs14、光閉じ込め層Al、
Ga+−,As15、活性層A1.Ga+−、As16
、光閉じ込め層AI、Ga+−,As17、クラッド層
n” −AI。
。これはn影領域にZnを拡散させてp形とし、屈折率
、電流の広がりを制御した場合の半導体レーザーである
。この作製手順は、まず、基板p” −GaAs 43
上に順次バッファ層p” −GaAs42、クラッド層
p−−AIXGal−XAs14、光閉じ込め層Al、
Ga+−,As15、活性層A1.Ga+−、As16
、光閉じ込め層AI、Ga+−,As17、クラッド層
n” −AI。
Ga、−XAs18、キヤyプ層n−−GaAs 41
をエピタキシャル成長により形成する。その後、電流注
入窓の左右にそれぞれZnを拡散させ電流狭窄を行なう
p”−Zn拡散領域40を形成する。その際、左右での
Znの拡散深さを調整して、一方は、活性層AI、Ga
+−,As16を通過させてp影領域を形成し、活性層
AI、Ga+−,As1a内の水平方向の屈折率を低く
して屈折率導波性を強くする。また他方は活性層AI、
Ga+−,As16の手前までZnを拡散させて利得導
波性を強くしておく。その後、誘電体膜12で電流注入
のためのストライプ窓を形成し、無効電流を低減し、最
後にn形電極21、p形電極11をそれぞれ誘電体膜1
2の上面、基板p” −GaAs 43の下面に蒸着す
ることにより形成する。この第5図の実施例においても
電極ストライプの両側において複素屈折率は異なってい
る。注入電流は、 p” −Zn拡散領域40により狭
窄されるが、第5図において右側は左側よりもキャリア
の広がりが大きくなる。また、屈折率については、Zn
の拡散領域では屈折率が低下するため、活性層内におい
て左側の屈折率が最も小さく、次いで右側が小さく、電
極ストライプ真下が最も大きくなっている。このため、
光の電界強度分布は、そのピークが右側寄りになり、か
つ右側にブロードに広がる。また、共振面での位相は、
右側が利得導波性が強いので、波面が曲がるため右側に
おいては遅れ、結果としてその出射光は斜出どなる。第
5図に示したZn拡散型レーザーについては左右のZn
の拡散深さを調整することによってその導波機構が制御
できるので斜出角制御ができる。
をエピタキシャル成長により形成する。その後、電流注
入窓の左右にそれぞれZnを拡散させ電流狭窄を行なう
p”−Zn拡散領域40を形成する。その際、左右での
Znの拡散深さを調整して、一方は、活性層AI、Ga
+−,As16を通過させてp影領域を形成し、活性層
AI、Ga+−,As1a内の水平方向の屈折率を低く
して屈折率導波性を強くする。また他方は活性層AI、
Ga+−,As16の手前までZnを拡散させて利得導
波性を強くしておく。その後、誘電体膜12で電流注入
のためのストライプ窓を形成し、無効電流を低減し、最
後にn形電極21、p形電極11をそれぞれ誘電体膜1
2の上面、基板p” −GaAs 43の下面に蒸着す
ることにより形成する。この第5図の実施例においても
電極ストライプの両側において複素屈折率は異なってい
る。注入電流は、 p” −Zn拡散領域40により狭
窄されるが、第5図において右側は左側よりもキャリア
の広がりが大きくなる。また、屈折率については、Zn
の拡散領域では屈折率が低下するため、活性層内におい
て左側の屈折率が最も小さく、次いで右側が小さく、電
極ストライプ真下が最も大きくなっている。このため、
光の電界強度分布は、そのピークが右側寄りになり、か
つ右側にブロードに広がる。また、共振面での位相は、
右側が利得導波性が強いので、波面が曲がるため右側に
おいては遅れ、結果としてその出射光は斜出どなる。第
5図に示したZn拡散型レーザーについては左右のZn
の拡散深さを調整することによってその導波機構が制御
できるので斜出角制御ができる。
第6図は本発明の第3の実施例を示す模式断面図である
。これは、電流注入ストライプの左右において典型的に
屈折率導波性と利得導波性とが高くなっている半導体レ
ーザーである。この作製のために、まず第1図(a)の
実施例と同様にエピタキシャル成長させた後、埋込み層
04″−AI、・Ga、−、・As51が形成される領
域をRIBEにより除去する。
。これは、電流注入ストライプの左右において典型的に
屈折率導波性と利得導波性とが高くなっている半導体レ
ーザーである。この作製のために、まず第1図(a)の
実施例と同様にエピタキシャル成長させた後、埋込み層
04″−AI、・Ga、−、・As51が形成される領
域をRIBEにより除去する。
その後、再成長により高抵抗の埋込み層n”−Aly・
Ga、−、・As 51を成膜し、上面を平坦にした後
、さらに、誘電体膜12を成膜して電流注入ストライプ
窓を形成する。さらに、 n−−GaAs基板20の下
面、上面にそれぞれAu/(:r、 Au−Ge/^U
を蒸着し、p型電極11、n型電極21を形成する。埋
込み層n”−AI、−Ga+−、−As 51は、活性
層Al、Ga、−、As16に比べて屈折率の低い組成
である。この構造では電極ストライプの直下の活性層の
左側の方が実屈折率は小さく虚屈折率(吸収)が大きく
、その右側は実屈折率は大きく虚屈折率は小さい。注入
電流は活性層の水平方向で右側に広がり、光の電界強度
分布も右側にひかれてともにブロードに広がる。さらに
、波面も右側で大きく曲がって遅れることになる。よっ
て出射光は斜出する。第6図のストライプ状活性領域の
右側に屈折率導波性を加えるためには、たとえば、第7
図に示す構造にする。第7図の半導体レーザーの断面図
は、上部クラッド層p−−AIXGa、−、As 14
の下に電流狭窄層n”−AlynGal−ynAs 6
1 (y >y’≧X)を形成した例である。作製のた
め、まず上部光閉じ込め層AI。
Ga、−、・As 51を成膜し、上面を平坦にした後
、さらに、誘電体膜12を成膜して電流注入ストライプ
窓を形成する。さらに、 n−−GaAs基板20の下
面、上面にそれぞれAu/(:r、 Au−Ge/^U
を蒸着し、p型電極11、n型電極21を形成する。埋
込み層n”−AI、−Ga+−、−As 51は、活性
層Al、Ga、−、As16に比べて屈折率の低い組成
である。この構造では電極ストライプの直下の活性層の
左側の方が実屈折率は小さく虚屈折率(吸収)が大きく
、その右側は実屈折率は大きく虚屈折率は小さい。注入
電流は活性層の水平方向で右側に広がり、光の電界強度
分布も右側にひかれてともにブロードに広がる。さらに
、波面も右側で大きく曲がって遅れることになる。よっ
て出射光は斜出する。第6図のストライプ状活性領域の
右側に屈折率導波性を加えるためには、たとえば、第7
図に示す構造にする。第7図の半導体レーザーの断面図
は、上部クラッド層p−−AIXGa、−、As 14
の下に電流狭窄層n”−AlynGal−ynAs 6
1 (y >y’≧X)を形成した例である。作製のた
め、まず上部光閉じ込め層AI。
Ga、−、As 15を成膜後に電流狭窄層n” −A
I、−Ga1−ynAs 61を成膜する。電流性入部
形成のためにホトリソ工程の後にエツチングを行なった
後、さらに、再成長で上部クラッド層p−−^lXGa
、−、As14、キャップ層p′″−〇aAs 13を
形成する。その後RI[lHにより埋込み層n”−AI
、−Ga、−、−As51部に相当する部分をエツチン
グし、次いで再成長で埋込み層n”−AI、−Ga+−
、−As 51を成膜する。このように、電流の狭窄及
び実屈折率の小さい層を右側に加え、その膜厚、組成を
調整することによって、注入キャリア密度分布の非対称
性、光電異強度分布の非対称性を任意に制御することが
でき、所望の斜出角を実現しつつ、低特性の劣化を最小
限におさえた最適な半導体レーザーが得られる。本発明
はストライプ状活性領域の両側において複素屈折率を異
ならせることを特徴とし、キャリア分布はそれに伴なっ
て非対称になろうが、対称であろうが、いずれでもよい
。
I、−Ga1−ynAs 61を成膜する。電流性入部
形成のためにホトリソ工程の後にエツチングを行なった
後、さらに、再成長で上部クラッド層p−−^lXGa
、−、As14、キャップ層p′″−〇aAs 13を
形成する。その後RI[lHにより埋込み層n”−AI
、−Ga、−、−As51部に相当する部分をエツチン
グし、次いで再成長で埋込み層n”−AI、−Ga+−
、−As 51を成膜する。このように、電流の狭窄及
び実屈折率の小さい層を右側に加え、その膜厚、組成を
調整することによって、注入キャリア密度分布の非対称
性、光電異強度分布の非対称性を任意に制御することが
でき、所望の斜出角を実現しつつ、低特性の劣化を最小
限におさえた最適な半導体レーザーが得られる。本発明
はストライプ状活性領域の両側において複素屈折率を異
ならせることを特徴とし、キャリア分布はそれに伴なっ
て非対称になろうが、対称であろうが、いずれでもよい
。
第8図は活性領域で両側に広がる電流を完全に狭窄した
場合の、本発明の第4の実施例を示す模式断面図である
。第1図(a)の実施例と同様にエピタキシャル成長さ
せたウェハーを使って、埋込み層n” −AIylGa
l−yl As 71に相応する部分をRTBEでエツ
チングし、その後再成長で埋込み層n” −AIVIG
al−yl As 71(複素屈折率nM2を成長させ
同様にして埋込み層n4″−A1y2Gal−y2 A
s 72(複素屈折率nz)を再成長させたものである
。上記の構成により、複素屈折率n l + n 2の
差、及び損失の差により光は偏向し、斜出する。
場合の、本発明の第4の実施例を示す模式断面図である
。第1図(a)の実施例と同様にエピタキシャル成長さ
せたウェハーを使って、埋込み層n” −AIylGa
l−yl As 71に相応する部分をRTBEでエツ
チングし、その後再成長で埋込み層n” −AIVIG
al−yl As 71(複素屈折率nM2を成長させ
同様にして埋込み層n4″−A1y2Gal−y2 A
s 72(複素屈折率nz)を再成長させたものである
。上記の構成により、複素屈折率n l + n 2の
差、及び損失の差により光は偏向し、斜出する。
本発明は、以上説明した実施例の他にも種々の応用が可
能である。例えば、半導体レーザーを構成する材料とし
て、実施例のGaAs/AlGaAs系に限らず、In
P/InGaAsP系などを用いることも出来る。
能である。例えば、半導体レーザーを構成する材料とし
て、実施例のGaAs/AlGaAs系に限らず、In
P/InGaAsP系などを用いることも出来る。
また、ストライプ部の構造もリッジ型、電極ストライプ
型に限らず、Zn拡散などによる埋込みMQW構造、溝
付基板型等の種々の構造を利用でき、さらに、それらを
組み合わせたものも利用することができる。
型に限らず、Zn拡散などによる埋込みMQW構造、溝
付基板型等の種々の構造を利用でき、さらに、それらを
組み合わせたものも利用することができる。
以上説明したように、ストライプ状活性領域の両側にお
ける複素屈折率を異なるものとした本発明の半導体レー
ザーによれば、その出射レーザー光は利得導波領域にひ
かれて共振面の法線とある有限な角度をもって出射する
ことができ、そればかりか従来と違って、ストライプ状
活性領域の長手方向と共振面の法線とのなす角度を0°
に保つことができる。そのため、ストライプ状活性領域
の長平方向が共振面の法線と有限の角度を有する場合に
比べて端面による散乱損失の軽減や、横モードの不安定
性の抑制が可能であり、閾電流の上昇、効率の低下も抑
制できるという効果がある。また、共振器の一部におい
て活性層両側の複素屈折率を異なるものとした本発明は
、特性の劣化を抑え斜出光を得ることができる。
ける複素屈折率を異なるものとした本発明の半導体レー
ザーによれば、その出射レーザー光は利得導波領域にひ
かれて共振面の法線とある有限な角度をもって出射する
ことができ、そればかりか従来と違って、ストライプ状
活性領域の長手方向と共振面の法線とのなす角度を0°
に保つことができる。そのため、ストライプ状活性領域
の長平方向が共振面の法線と有限の角度を有する場合に
比べて端面による散乱損失の軽減や、横モードの不安定
性の抑制が可能であり、閾電流の上昇、効率の低下も抑
制できるという効果がある。また、共振器の一部におい
て活性層両側の複素屈折率を異なるものとした本発明は
、特性の劣化を抑え斜出光を得ることができる。
第1図(a)は本発明の半導体レーザーをリッジ導波路
型レーザーに応用した場合の断面図、第1図(b) 、
(c) 、 (d)はそれぞれ第1図(a)の半導体
レーザーの注入キャリア密度分布、光強度分布、共振面
における光の電界の位相を示すグラフ、第2図(a)〜
第2図(d)、第2図(e)〜第2図(h)、第2図(
i)〜第2図(1)はそれぞれ第1図(a)のリッジ形
状の作製方法の第1例、第2例、第3例を示す断面図、
第3図(a)は第1図(a)の半導体レーザーを応用し
たアレイレーザの模式上面図、第3図(b)は第3図(
a)の活性層の上面と上部クラッド層の上面との距離の
特性を示 。 すグラフ、第4図(a)は本発明の半導体レーザーを共
振器の一部に応用した場合の模式上面図、第4図(b)
、 (C) 、 (d)は第4図(a)の活性層の上
面と上部クラッド層の上面との距離を示すグラフ、第4
図(e)は第3図(d)の変形例のグラフ、第5図、第
6図、第7図、第8図はそれぞれ本発明の第2、第3、
第4、第5の実施例を示す模式断面図、第9図は従来例
の模式断面図である。 +a、lb、IC−下部クラット層、 2aり2b、2c・・・活性層、 3a、:lb、3cm上部クラッド層、4a、4b、4
cmレジスト膜、 5・・・レジストマスク、 7−・・マスク、11
・・・p側電極、 12−・・誘電体層、 + 3−・・キャップ層p′″−GaAs、+ 4−・
・上部クラッド層p−−AI、Ga、−XAs、15−
・・上部光閉じ込め層AlyGa+−y As、16−
・・活性層AI、Ga、−,As、17・・・下部光閉
じ込め層AI、Ga、−ッ八S、+ へ−・・下部クラ
ッド層n” −AIXGa+−、八s、19−・・バッ
ファ層n−−GaAs 。 20−・・基板n−−GaAs 。 2l−−−n側電極、 31a、 31b・・・リッジ、 32、33・・・共振面、 34−・・共振器、 35、36・・・出射、 35a、 35b、 :]6a、 36b−−−出射方
向、37a、 37b、 38a、 38b−共振面の
法線方向、39・・・電極分離、 40・−p”−Zn拡散領域、 41−・・キ’rツブ層0−−Ga八s、42−・・バ
ッファ層p” 、−GaAs 。 43−・・基板p” −GaAs 。 51−・・埋込み層n”−AI、・Ga、−、−As、
61−・・電流狭窄層n”−AI、++Ga、−、u八
5171−・へ埋込み層ロ1−へl、、 Ga1−yl
As、72−・・埋込み層n”−AI、2Gal−y
2 As、特許出願人 キャノン株式会社
型レーザーに応用した場合の断面図、第1図(b) 、
(c) 、 (d)はそれぞれ第1図(a)の半導体
レーザーの注入キャリア密度分布、光強度分布、共振面
における光の電界の位相を示すグラフ、第2図(a)〜
第2図(d)、第2図(e)〜第2図(h)、第2図(
i)〜第2図(1)はそれぞれ第1図(a)のリッジ形
状の作製方法の第1例、第2例、第3例を示す断面図、
第3図(a)は第1図(a)の半導体レーザーを応用し
たアレイレーザの模式上面図、第3図(b)は第3図(
a)の活性層の上面と上部クラッド層の上面との距離の
特性を示 。 すグラフ、第4図(a)は本発明の半導体レーザーを共
振器の一部に応用した場合の模式上面図、第4図(b)
、 (C) 、 (d)は第4図(a)の活性層の上
面と上部クラッド層の上面との距離を示すグラフ、第4
図(e)は第3図(d)の変形例のグラフ、第5図、第
6図、第7図、第8図はそれぞれ本発明の第2、第3、
第4、第5の実施例を示す模式断面図、第9図は従来例
の模式断面図である。 +a、lb、IC−下部クラット層、 2aり2b、2c・・・活性層、 3a、:lb、3cm上部クラッド層、4a、4b、4
cmレジスト膜、 5・・・レジストマスク、 7−・・マスク、11
・・・p側電極、 12−・・誘電体層、 + 3−・・キャップ層p′″−GaAs、+ 4−・
・上部クラッド層p−−AI、Ga、−XAs、15−
・・上部光閉じ込め層AlyGa+−y As、16−
・・活性層AI、Ga、−,As、17・・・下部光閉
じ込め層AI、Ga、−ッ八S、+ へ−・・下部クラ
ッド層n” −AIXGa+−、八s、19−・・バッ
ファ層n−−GaAs 。 20−・・基板n−−GaAs 。 2l−−−n側電極、 31a、 31b・・・リッジ、 32、33・・・共振面、 34−・・共振器、 35、36・・・出射、 35a、 35b、 :]6a、 36b−−−出射方
向、37a、 37b、 38a、 38b−共振面の
法線方向、39・・・電極分離、 40・−p”−Zn拡散領域、 41−・・キ’rツブ層0−−Ga八s、42−・・バ
ッファ層p” 、−GaAs 。 43−・・基板p” −GaAs 。 51−・・埋込み層n”−AI、・Ga、−、−As、
61−・・電流狭窄層n”−AI、++Ga、−、u八
5171−・へ埋込み層ロ1−へl、、 Ga1−yl
As、72−・・埋込み層n”−AI、2Gal−y
2 As、特許出願人 キャノン株式会社
Claims (1)
- 両端に共振面が形成されたストライプ状のレーザー活性
領域を有する半導体レーザーにおいて、前記共振面間の
全長あるいは一部で前記活性領域の両側の複素屈折率が
異なり非対称であることを特徴とする半導体レーザー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62322660A JP2531719B2 (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | 半導体レ―ザ― |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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1987
- 1987-12-22 JP JP62322660A patent/JP2531719B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN108512034B (zh) * | 2017-02-28 | 2020-04-03 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种横向非对称光波导半导体激光器芯片及其制备方法 |
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