JPH01181493A - 端面窓型半導体レーザ素子 - Google Patents
端面窓型半導体レーザ素子Info
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- JPH01181493A JPH01181493A JP284088A JP284088A JPH01181493A JP H01181493 A JPH01181493 A JP H01181493A JP 284088 A JP284088 A JP 284088A JP 284088 A JP284088 A JP 284088A JP H01181493 A JPH01181493 A JP H01181493A
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- laser
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- semiconductor laser
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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〉
本発明はし゛−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しい
構造に関するものである。
吸収の少ない窓領域を有する半導体レーザ素子の新しい
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。
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。
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、るるいはN
AM (Non Absorbed Mirvov )
レーザと呼ばれるものが提案されている。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
高く、■高出力動作時に構モードが不安定になる、■製
造法が複雑である、■微分効率が低い、等の欠点を有し
ているので、量産性に問題がラシ、実用化された例はほ
とんどない。
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、るるいはN
AM (Non Absorbed Mirvov )
レーザと呼ばれるものが提案されている。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
高く、■高出力動作時に構モードが不安定になる、■製
造法が複雑である、■微分効率が低い、等の欠点を有し
ているので、量産性に問題がラシ、実用化された例はほ
とんどない。
く問題点を解決するための手段〉
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に関する
ものである。
造を有する半導体レーザ素子の構造と製造方法に関する
ものである。
本発明のNAMレーザの励起領域及び窓領域には、横モ
ード安定化のだめの工夫がなされた実効屈折率差光導波
路が形成され、さらにその両側、及びレーザ光出射端面
近傍か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。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。
ード安定化のだめの工夫がなされた実効屈折率差光導波
路が形成され、さらにその両側、及びレーザ光出射端面
近傍か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。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。
く作 用〉
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。
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
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込まれて
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るる。これは動作電流低
減及び発熱低減につながシ、高出力レーザとして有利で
あるO 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。
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込まれて
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るる。これは動作電流低
減及び発熱低減につながシ、高出力レーザとして有利で
あるO 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、安定基本横モー
ド、低しきい値、端面無劣化とい9高出力レーザとして
ふされしい特長を有している。
ド、低しきい値、端面無劣化とい9高出力レーザとして
ふされしい特長を有している。
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。
説する。
〈実施例1〉
第1図(Nは本発明の一実施例の半導体レーザの構成を
説明するための図である。また、第1図(B)。
説明するための図である。また、第1図(B)。
第1図(C)、第1図(D)はそれぞれ導波路に直角な
方向での励起領域の断面図、同じく窓領域の断面図、共
振方向での導波路中央部での断面図を示し、第1図(E
)は素子の上面図を示す。また、第1図(D)。
方向での励起領域の断面図、同じく窓領域の断面図、共
振方向での導波路中央部での断面図を示し、第1図(E
)は素子の上面図を示す。また、第1図(D)。
第1図(E)にはレーザ光が出射される様子も示す。
P−GaAs基板lにVチャネル9を形成した後、P−
Gao、5Ata、s As クラッド層2、Gao
、asAto、+sAs活性層3、n−Ga(1,5A
to、sAsクラッド層4、n−Gao、5AtO9H
As保護層5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
。
Gao、5Ata、s As クラッド層2、Gao
、asAto、+sAs活性層3、n−Ga(1,5A
to、sAsクラッド層4、n−Gao、5AtO9H
As保護層5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、メサエッチング工程によって、励起部ではVチャ
ネル9の両側にストライプ状溝10.11を形成しまた
窓部ではVチャネルの中心に一致した溝12を形成した
。励起部のメサ幅Wsは6μm程度どし、窓部の溝12
の幅WWは7〜8μm とした。また、励起部の長さL
Sは270μm1窓部の長さLwは15μmとした。
ネル9の両側にストライプ状溝10.11を形成しまた
窓部ではVチャネルの中心に一致した溝12を形成した
。励起部のメサ幅Wsは6μm程度どし、窓部の溝12
の幅WWは7〜8μm とした。また、励起部の長さL
Sは270μm1窓部の長さLwは15μmとした。
次に、埋め込み工程として、低キヤリア濃度のn7−
G ao、2Ato、s A s (アンドープ)6、
P−GaO16Ata4As(Ge ドープ)7を励起
部のメサ上部以外の部分に、さらにn−GaAs最終層
(Te ドープ)8を全面にわたってLPE成長させた
。
G ao、2Ato、s A s (アンドープ)6、
P−GaO16Ata4As(Ge ドープ)7を励起
部のメサ上部以外の部分に、さらにn−GaAs最終層
(Te ドープ)8を全面にわたってLPE成長させた
。
次に、成長面にはn側電極13を、基板裏面にはp側電
極14を形成した後、窓部で骨間して共振面を形成した
。
極14を形成した後、窓部で骨間して共振面を形成した
。
このようにして、メサ部周囲の側面は、活性層よりも禁
制帯幅の大きい低キヤリア濃度の高抵抗Gao、zAt
o、sAs 6で取シ囲まレテイルノテ、活性層内キャ
リアの横方向拡散はへテロ障壁によって阻止され、さら
にメサ側面を流れよ5とするリーク電流は高抵抗層6に
よって防がれる。メサ部以外の領域はpnpn又はpn
”pn接合によって電流阻止される。
制帯幅の大きい低キヤリア濃度の高抵抗Gao、zAt
o、sAs 6で取シ囲まレテイルノテ、活性層内キャ
リアの横方向拡散はへテロ障壁によって阻止され、さら
にメサ側面を流れよ5とするリーク電流は高抵抗層6に
よって防がれる。メサ部以外の領域はpnpn又はpn
”pn接合によって電流阻止される。
また、レーザ両端面近傍の窓領域の溝12は、活性層よ
りも禁制帯幅の大きいGaAAAs層6により完全に埋
められているので、レーザ光に対して透明であるので、
光吸収による発熱や破壊を防止することができる。
りも禁制帯幅の大きいGaAAAs層6により完全に埋
められているので、レーザ光に対して透明であるので、
光吸収による発熱や破壊を防止することができる。
■チャネル9によって形成される実効屈折率導波路によ
って、導波されて、励起部端部15から放射されるレー
ザビーム光は窓部で拡がシ、レーザ端面(骨間面)で反
射されて、励起部端部16から励起部へ戻っていく。こ
の戻シ光量は、窓部の長さが長い場合や、窓部に光導波
路が形成されていない場合に少なくなシ、しきい値電流
の増加や、外部量子効率の低下を招く。また、窓部に光
導波路がないと、横モードが不安定になシやすい。
って、導波されて、励起部端部15から放射されるレー
ザビーム光は窓部で拡がシ、レーザ端面(骨間面)で反
射されて、励起部端部16から励起部へ戻っていく。こ
の戻シ光量は、窓部の長さが長い場合や、窓部に光導波
路が形成されていない場合に少なくなシ、しきい値電流
の増加や、外部量子効率の低下を招く。また、窓部に光
導波路がないと、横モードが不安定になシやすい。
本実施例の端面感型半導体レーザの窓領域では溝12の
底部が7字型のGaAsとなっており、また上部もGa
As8となっているのでレーザ光の光分布のすその部分
の吸収によって作られる実効屈折率導波路が形成されて
いる。従って、しきい値電流及び外部量子効率は窓領域
のない通常のレーザとほとんど同じになシ、また横モー
ドも高出力まで非常に安定であった。
底部が7字型のGaAsとなっており、また上部もGa
As8となっているのでレーザ光の光分布のすその部分
の吸収によって作られる実効屈折率導波路が形成されて
いる。従って、しきい値電流及び外部量子効率は窓領域
のない通常のレーザとほとんど同じになシ、また横モー
ドも高出力まで非常に安定であった。
さらに、大きな利点として、レーザ端面での発光スポッ
トが、励起部端部の発光スポットに比べて大きくなる結
果、出射レーザ光の放散角が小さくなることである。こ
れはレンズ等の光学系と結合させる際、非常に有利なも
のとなる。
トが、励起部端部の発光スポットに比べて大きくなる結
果、出射レーザ光の放散角が小さくなることである。こ
れはレンズ等の光学系と結合させる際、非常に有利なも
のとなる。
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30mAで発振し、300mWまで基
本横モードであった。端面破壊出力はパルス動作で80
0mW、CW動作で450mWを得ることができた。ビ
ーム放散角の半値全幅は接合に平行方向で6°、垂直方
向で14°であった。また、50℃、80mW でのエ
ージングテストではaoo。
で、しきい値電流30mAで発振し、300mWまで基
本横モードであった。端面破壊出力はパルス動作で80
0mW、CW動作で450mWを得ることができた。ビ
ーム放散角の半値全幅は接合に平行方向で6°、垂直方
向で14°であった。また、50℃、80mW でのエ
ージングテストではaoo。
時間以上にわたって劣化の徴候が見られていない。
〈実施例2〉
第2図(A)は本発明の別の実施例の構成を説明するた
めの図である。また、第2図(B)、第2図(C)。
めの図である。また、第2図(B)、第2図(C)。
第2図CD)はそれぞれ、導波路に直角な方向での励起
領域の断面図、同じく窓領域の断面図、共振方向での導
波路中央部での断面図を示し、第2図(E)は素子の上
面図を示す。また、第2図(D)、第2図(E)にはレ
ーザ光が出射される様子も示す。
領域の断面図、同じく窓領域の断面図、共振方向での導
波路中央部での断面図を示し、第2図(E)は素子の上
面図を示す。また、第2図(D)、第2図(E)にはレ
ーザ光が出射される様子も示す。
第2図(B)及び第2図(C)に示すように、まずP−
GaAs基板1表面に、励起領域ではテラス17を思領
域では溝I8をレーザ光が導波される方向に形成した。
GaAs基板1表面に、励起領域ではテラス17を思領
域では溝I8をレーザ光が導波される方向に形成した。
テラス17と溝夏8はその中心軸が合致している。次に
、n−GaAB層20全20.8μmの厚さにLPE成
長させた後、励起領域にのみVチャネル9を形成した。
、n−GaAB層20全20.8μmの厚さにLPE成
長させた後、励起領域にのみVチャネル9を形成した。
次に、第1の実施例と同様なダブルヘテロ接合構造の成
長層2,3,4.5をLPE成長させた後、■チャネル
の両側及びレーザ両端面近傍のダブルヘテロ接合多層膜
をn−GaAs層20に達するまでエツチングにより除
去した。このようにして形成されるメサ部の幅Wsは約
5μmとした。尚、■チャネルの幅は4μmである。さ
らに、窓領域には、励起領域のVチャネル9の中心線に
一致した溝19をさらに形成した。この溝の幅WWは約
6μmとした。
長層2,3,4.5をLPE成長させた後、■チャネル
の両側及びレーザ両端面近傍のダブルヘテロ接合多層膜
をn−GaAs層20に達するまでエツチングにより除
去した。このようにして形成されるメサ部の幅Wsは約
5μmとした。尚、■チャネルの幅は4μmである。さ
らに、窓領域には、励起領域のVチャネル9の中心線に
一致した溝19をさらに形成した。この溝の幅WWは約
6μmとした。
次に、埋め込み工程として、低キヤリア濃度のP−−G
ao、2AtO08As (Ge ドープ)2+、
P−Gao、6A4o、4As (Geドープ)22を
メサ上部以外の領域全体に、さらに、n Gao、5
Ato、4As (T eドープ)23、n−GaAs
(Te ドープ)24を全面にわたってLPE成長させ
た。
ao、2AtO08As (Ge ドープ)2+、
P−Gao、6A4o、4As (Geドープ)22を
メサ上部以外の領域全体に、さらに、n Gao、5
Ato、4As (T eドープ)23、n−GaAs
(Te ドープ)24を全面にわたってLPE成長させ
た。
次に、成長面にはn側電極I3を、基板裏面にはp側電
極14を形成した後、窓部で見開して共振面を形成した
。
極14を形成した後、窓部で見開して共振面を形成した
。
このようにして、メサ部以外の領域はpnp pn接合
によって電流阻止され、メサ側面を流れようとするリー
ク電流は高抵抗層6によって防止される。
によって電流阻止され、メサ側面を流れようとするリー
ク電流は高抵抗層6によって防止される。
窓領域の溝19上の埋め込み層21,22.23を伝搬
してくるレーザ光の光分布のすその部分は溝I9の両肩
のn−GaA320及びn−GaAs埋め込み層24に
よって吸収されるので、実効屈折率導波路が形成される
。従って、しきい値電流及び外部量子効率は窓領域のな
い通常のレーザとほとんど同じになシ、また横モードも
高出力まで非常に安定なものとなった。
してくるレーザ光の光分布のすその部分は溝I9の両肩
のn−GaA320及びn−GaAs埋め込み層24に
よって吸収されるので、実効屈折率導波路が形成される
。従って、しきい値電流及び外部量子効率は窓領域のな
い通常のレーザとほとんど同じになシ、また横モードも
高出力まで非常に安定なものとなった。
本実施例の半導体レーザも波長780 nmの可視域で
、しきい値電流約30mAで発振し、250〜350m
Wまで基本横モードであった。端面破壊出力はパルス動
作で700mW、CW動作で500mWであった。ビー
ム放散角の半値全幅は接合に千竹方向で7ス垂直方向で
16°であった。また、70°C9C96Oでのニージ
ングチストでは1000時間以上にわたって劣化の徴候
は見られていない。
、しきい値電流約30mAで発振し、250〜350m
Wまで基本横モードであった。端面破壊出力はパルス動
作で700mW、CW動作で500mWであった。ビー
ム放散角の半値全幅は接合に千竹方向で7ス垂直方向で
16°であった。また、70°C9C96Oでのニージ
ングチストでは1000時間以上にわたって劣化の徴候
は見られていない。
以上の実施例ではp−GaAs基板を用いた場合につい
て述べたが、n−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
。
て述べたが、n−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〉
本発明の端面窓(NAM)型半導体レーザの特徴を以下
にまとめる。
にまとめる。
(1)励起領域と窓領域の双方にレーザ光分布のすその
部分の吸収によって発生する実効屈折率導波路が形成さ
れているので横モードが高出力まで非常に安定でるる。
部分の吸収によって発生する実効屈折率導波路が形成さ
れているので横モードが高出力まで非常に安定でるる。
(2) レーザ端面での光吸収による発熱や破壊が起
らないので、高出力動作においても非常に高信頼性を有
している。
らないので、高出力動作においても非常に高信頼性を有
している。
(3)励起領域での活性層の周囲が完全に活性層よりも
禁制帯幅の大きい高抵抗GaAtAsで取シ囲まれてい
るためキャリア及び電流のリークが非常に少ないので、
しきい値電流が低い。
禁制帯幅の大きい高抵抗GaAtAsで取シ囲まれてい
るためキャリア及び電流のリークが非常に少ないので、
しきい値電流が低い。
(4) レーザビームの放散角が窓領域のない素子に
比べて狭いので、光学系と結合させる場合、非常に有利
である。
比べて狭いので、光学系と結合させる場合、非常に有利
である。
本発明の半導体レーザは、動作電流、横モード。
信頼性等の面で、従来の端面窓(NAM)型レーザの実
用化を阻んできた問題点を解決した、産業上有用な半導
体デバイスである。
用化を阻んできた問題点を解決した、産業上有用な半導
体デバイスである。
第1図及び第2図はそれぞれ本発明の1実施例を示す半
導体レーザ素子の構成図でるる。 !−P−GaAs基板、2−P−GaA7Asクラッド
層、3・GaAtA3活性層、4− n−GaAtAs
クラッド層、5・・・n GaAAAs保護層、6・
・・n−−GaAtAs埋め込み層、7−P−GaAt
As埋め込み層、8・・・n−GaA3埋め込み最終層
、9・・・Vチャネノペ 10.II・・・平行な溝、
12・・・窓領域チャネル、13・・・n側電極、14
・・・p側電極、15・・・励起領域端部、16・・・
メサ部、17・・・基板テラス、18・・・基板溝、1
9・・・窓領域チャネル、2O−fi−GaAS層、2
1 ・P−−GaAtAs埋め込み層、22−P−Ga
AtAs埋め込み層、23 ・−n −GaAtAs埋
め込み層、24−n−GaAs埋め込み最終層。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)l4
:J2図 (,4) 第2図(O) 第2図CE)
導体レーザ素子の構成図でるる。 !−P−GaAs基板、2−P−GaA7Asクラッド
層、3・GaAtA3活性層、4− n−GaAtAs
クラッド層、5・・・n GaAAAs保護層、6・
・・n−−GaAtAs埋め込み層、7−P−GaAt
As埋め込み層、8・・・n−GaA3埋め込み最終層
、9・・・Vチャネノペ 10.II・・・平行な溝、
12・・・窓領域チャネル、13・・・n側電極、14
・・・p側電極、15・・・励起領域端部、16・・・
メサ部、17・・・基板テラス、18・・・基板溝、1
9・・・窓領域チャネル、2O−fi−GaAS層、2
1 ・P−−GaAtAs埋め込み層、22−P−Ga
AtAs埋め込み層、23 ・−n −GaAtAs埋
め込み層、24−n−GaAs埋め込み最終層。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)l4
:J2図 (,4) 第2図(O) 第2図CE)
Claims (1)
- 1、ストライプ溝を有する基板上に形成されたダブルヘ
テロ接合構造体の活性層より発生される光の一部が、該
ストライプ溝両肩部で吸収されることによって得られる
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構造体が基板に達する深さ
に除去されることによって形成されるメサ部を有し、該
メサ部周囲の活性層に接する部分が活性層よシも大きい
禁制帯幅を有する高抵抗半導体よって取り囲まれ、さら
に前記レーザ光出射端面近傍にも光導波路を設けた端面
窓型半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP284088A JPH01181493A (ja) | 1988-01-09 | 1988-01-09 | 端面窓型半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP284088A JPH01181493A (ja) | 1988-01-09 | 1988-01-09 | 端面窓型半導体レーザ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01181493A true JPH01181493A (ja) | 1989-07-19 |
Family
ID=11540607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP284088A Pending JPH01181493A (ja) | 1988-01-09 | 1988-01-09 | 端面窓型半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01181493A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0604965A1 (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-06 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Semiconductor laser having an A1GaInP cladding layer |
-
1988
- 1988-01-09 JP JP284088A patent/JPH01181493A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0604965A1 (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-06 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Semiconductor laser having an A1GaInP cladding layer |
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