JPH01173773A - 半導体レーザ素子 - 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〉 本発明はレーザ光出射端面近傍にレーザ光に対して光吸
収の少ない窓領域を有する半導体レーザ素子の新規な構
造に関するものである。

〈従来の技術〉 半導体レーザの寿命を左右する要因の１つに、光出射面
となるレーザ共振面即ちレーザ端面結晶の劣化があるこ
とはよく知られている。また、半導体レーザ素子を高出
力で動作させた場合にこのレーザ端面は破壊されること
がある。

このときの端面破壊出力（以下Ｐｃ　ｏｄと称す）は、
端面での発光面積が小さい程即ち光密度が大きい程低く
なる。そして、通常の半導体レーザでは端面近傍でも電
流が流れ、また端面に活性層端部が露出している。従っ
て、レーザ素子内部で発生したレーザ光は端面で吸収さ
れ、発熱する。この発熱は活性層の禁制帯幅をさらに縮
小させ、光吸収は増々大きくなる。このようにして、端
面での活性層結晶は破壊に至るのである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 このような端面破壊または端面劣化を防止するために、
端面近傍を活性層よりも禁制帯幅の大きい物質とし、端
面での光吸収を少なくした端面窓型レーザ、あるいはＮ
ＡＭ　（非吸収共振面型；Ｎｏｎ　Ａｂｓｏｒｂｅｄ　
Ｍｉｒｒｏｒ　）レーザと呼ばれるものが提案されてｂ
る。しかし、これまでに提案されているＮＡＭレーザは
■しきい値電流が高い、■高出力動作時に横モードが不
安定になる、■製造法が複雑である１、等の欠点を有し
ているので、量産性に問題があり、実用化された例はほ
とんどない。

本発明は従来のＮＡＭレーザの欠点を克服した新規な構
造を有する半導体レーザ素子の構造と製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

〈発明を解決するための手段〉 本発明のＮＡＭレーザの内部領域には、横モード安定化
のための工夫がなされた実効屈折率差光導波路が形成さ
れ、さらにその左右両側及びレーザ光出射端面近傍がレ
ーザ光に対して透明であると同時に、高抵抗の物質で取
り囲まれていることに特徴がある。

く作用〉 実効屈折率差光導波路は、基板結晶上に形成されたチャ
ネル溝の両肩部で活性層より発生される光の一部を吸収
することにより得られる。チャネル溝の両肩部での光吸
収は高次横モードの発振利得を抑圧するので、高出力動
作においても安定な基本横モードで発振させることがで
きる。

また、チャネル溝の両側部で活性層を含むダブルヘテロ
接合の多層構造が削除され、活性層内キャリアの横方向
拡散を防ぎ、電流リークを防止する高抵抗物質で埋め適
寸れているので、チャネル溝外側での無効な電流及びキ
ャリアが減少し、発振しきい値電流が埋め込み工程のな
い場合に比べて半減するという長所がある。これは動作
電流低減及び発熱低減につながり、高出力レーザとして
有利である。

さらに、レーザ光出射端面においても、レーザ光に対し
て透明で電流の流れない高抵抗物質で埋め込まれている
ので高出力動作時の端面での光吸収による破壊や劣化が
ない。

このように、本発明の半導体レーザは、安定な基本横モ
ード発振、低しきい値、端面無劣化という高出力レーザ
としての優れた特性を有している。

〈実施例１〉 以下、本発明を実施例に従って図面を参照しながら詳説
する。第１図（Ａ）は本発明の一実施例を示す半導体レ
ーザ素子の構成図である。また、第１図（Ｂ）、第１図
（Ｃ）、第１図ＣＤ）はそれぞれ導波路に直角方向での
内部領域、同端面窓領域、共振方向で導波路中央部の断
面図を示している。ｎ−ＧａＡＳ基板ｌ基板−チャネル
溝９を形成した後、ｎ−Ｇａ（１５ＡＡ’α５Ａｓクラ
ッド層２　、　Ｇ　ａ０８５Ａ　！！０４５　Ａ　ｓ活
性層３、ｐ　−Ｇ　ａ（１５Ａ１０５Ａ　ｓクラッド層
４からなるダブルヘテロ接合構造の多層膜を液相エピタ
キシャル（ＬＰＥ　）成長法により成長させた。次に、
■−チャネル溝９の両側及びレーザ両端面近傍のダブル
ヘテロ接合構造多層膜２．　３１　４を基板１に達する
までエツチングにより除去した。次の埋め込みＬＰＥ成
長工程により、９−−Ｇ　ａａ１５Ａ　＆５ｓＡｓ埋込
層５、ｐ　ＧａｏＳＡＩ！（１５Ａｓ埋込層６、？−Ｇ
ａｎ４Ａｌａ６Ａ３埋込層７、及びＧａＡｓ最終層８を
成長させた。埋め込み層５＋　　６＋　　７はメサ部表
面のＧ　ａＯＢ　ＡｌＯ２Ａｓクラッド層４上には成長
せず、最終層８のみが全面に成長する。次に成長面には
ｐ−電極１０、基板裏面にはｎ電極１１を形成した。こ
のようにして、メサ部側面は高抵抗でかつ活性層３より
も禁制帯幅の大きいＧａＡｌＡｓで囲まれているので、
活性層３内のキャリアはへテロ障壁によって拡散が阻ま
れ、電流リークを防ぐこともできる。

また、レーザ両端面近傍１２も禁制帯幅の大きいＧａＡ
ｌ！Ａｓで囲まれているので活性層３で発生されるレー
ザ光に対して透明であり、光吸収による発熱や破壊を防
止することができる。この窓領域１２の長さＬｗは、共
振面の実効反射率を大きくするために短い方が良いが、
製造の容易性の観点から１５〜２５μｍとし、また共振
器長しは３００μｍとした。本実施例の半導体レーザは
波長７８０　ｎｍの可視域で、しきい値電流３０　ｍＡ
でレーザ発振した。そして、３００ｍＷ・まで基本横モ
ード発振をし、端面破壊出力Ｐｃｏｄはパルス動作で８
００ｍＷ１、ＣＷ動作で４００ｍＷを得ることができた
。また、５０°Ｃ１Ｃ１３Ｏでのエージングテストでは
３０００時間以上にわたって劣化の徴候が見られない。

〈実施例２〉 第２図（Ａ）は本発明の他の実施例を示す半導体レーザ
素子の構成図である。また、第２図ＣＢ）、第２図（Ｃ
）、第２図の）は、それぞれ導波路に直角方向での内部
領域、同端面窓領域、共振方向で導波路中央の断面図を
示す。

本実施例の第１の実施例と異なる点は、■−チャネル溝
９の両側のダブルヘテロ接合構造多層膜２．３．４をス
トライプ状に基板１までエツチングしｐ　Ｇａｏ・、５
Ａｔ’０．５Ａｓ埋込層６を廃止したことである。この
構成の方が素子歩留まりが向上するという利点がある。

本実施例の半導体レーザ素子も第１の実施例と同様に高
出力レーザ素子として良好な特性を示した。

（実施例３〉 次に、本発明を分布帰還（ＤＦＢ）型レーザに応用した
例を説明する。ＤＦＢレーザは、活性層に近接した光ガ
イド層に形成された回折格子のピッチによって決定され
る波長（縦モード）で安定にレーザ発振させるためのも
のである。しかし、通常はレーザ両端面が骨間等によっ
て形成されるので、その共振器長で決定される縦モード
、即ちファプリ・ペローモードで発振し易いという欠点
を有している。このファプリ・ペローモードラ抑圧して
、回折格子ピンチで決定されるＤＦＢモードで安定に発
振させるためには、レーザ端面での反射率を減少させる
必要がある。その１つの方法として端面を窓構造とし、
その長さを適当に長くして端面から活性層へ戻ってくる
光量を減少させることにより実効的反射率を小さくした
構造が提案されている。

第３図体）は、本発明を端面窓構造ＤＦＢレーザに適用
した場合の実施例を示す構成図である。１３は活性層上
に成長させた光ガイド層であり、その表面に導波路と直
角方向に干渉露光法で回折格子が印刻きれている。次に
、埋め込み成長工程により、ｐ−Ｇ　ａｏ、１５　Ａ　
ｌ！　０．８５　Ａ　ｓ埋込層５　、ｐ　−Ｇａ（１，
５Ａ％５Ａｓ埋込層６、ｎｊ　−Ｇ　ａ０４　Ａ　１０
．６Ａ　ｓ埋込層７を順次成長させ、引き続きｐ　−Ｇ
　ａ（１，！ｙＡ　ｌｏ、５Ａ　Ｓクラッド層４、ｐ−
ＧａＡｓ最終層８をメサ表面上にも成長させた。窓領域
の長さＬｗは５０〜６０μｍとし、レーザ全長は４００
μｍとした。

このＤＦＢレーザのしきい値電流は４０ｍＡであり、７
８０　ｎｍの可視域波長で、１０〜８０°Ｃの温度範囲
で縦モードの跳びのない完全なりＦＢモードでレーザ発
振した。

以上の各実施例ではｎ−ＧａＡｓ基板を用いた場合につ
いて述べたが、ｐ−ＧａＡｓ基板を用いても良くその場
合にはすべての層の導電型を逆転させて製作すれば良い
。

〈発明の効果〉 本発明の半導体レーザは、動作電流、横モード、信頼性
の面で従来の端面窓構造（ＮＡＭ）レーザより大幅な特
性向上を図ることができ、実用化に際しての問題点が解
決され、産業上非業に有益なデバイスとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の第１の実施例を示す半導体レー
ザ素子の構成図である。 第１図ＣＢ）は第１１図（Ａ）に示す半導体レーザ素子
の導波路に直角方向での内部領域の断面図である。 第１図（Ｃ）は同端面窓領域の断面図である。 第１図（Ｄ）は同共振方向で、導波路中央部の断面図で
ある。 第２図入）は本発明の第２の実施例を示す半導体レーザ
素子の構成図である。 第２図＠）は第２図（Ａ）に示す半導体レーザ素子の導
波路に直角方向の内部領域の断面図である。 第２図ＩＣ）は同端面窓領域の断面図である。 第２図の）は同共振方向で導波路中央部の断面図である
。 第３Ａ図囚は本発明の第３の実施例を示す半導体レーザ
素子の構成図である。 第３Ｂ図（Ｂ）は第３図へ）に示す半導体レーザ素子の
導波路に直角方向の内部領域の断面図である。 第３Ｃ図（Ｃ）は同端面窓領域の断面図である。 第３Ｄ図■）は同共振方向で導波路中央部の断面図であ
る。 １　・・・ｐ−ＧａＡｓ基板、２．４−・ＧａＡｌＡｓ
クラッド層、３・・・活性層、５・・・高抵抗ｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓ埋込層、６　・・−ｐ−ＧａＡｌ！Ａｓ埋込層
、７−・・ｒニーＧａＡｓ埋込層、８・・・ｐ−埋込最
終層、９・・・Ｖ−チャネル溝、１０・・・ｐ−電極、
１１・・・ｎ−電極、１２・・窓領域、１３・・・光ガ
イド層 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）ＣＡ） （Ｄ）″ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ストライプ溝を有する基板上に堆積されたダブルヘ
   テロ接合構造体のレーザ発振用活性層より発生される光
   の一部が前記ストライプ溝の両肩部で吸収されることに
   よって前記活性層に形成される実効屈折率差光導波路と
   、 該光導波路の左右両側及びレーザ光出射端面近傍の前記
   ダブルヘテロ接合構造体が前記基板に達する深さに除去
   されることによって形成されるメサ部とを有し、該メサ
   部の前背面及び両側面が前記活性層内キャリアの横方向
   拡散を阻止しかつレーザ光に対して透明な物質によって
   取り囲まれていることを特徴とする半導体レーザ素子。 ２、前記メサ部を取り囲む物質を高抵抗層とし、電流を
   阻止する機能を付与した特許請求の範囲第１項記載の半
   導体レーザ素子。 ３、前記メサ部を取り囲む高抵抗層上にｐｎ逆バイアス
   接合を形成する多層半導体を重畳して電流阻止機能を形
   成した特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体レ
   ーザ素子。４、前記メサ部表面に光導波路と直角方向の
   光ガイド用回折格子が形成され、該回折格子上に電流通
   路を構成するクラッド層及びキャップ層が堆積されて成
   る特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の半導
   体レーザ素子。