JPH01214188A - Semiconductor laser - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体レーザー、特に高出力半導体レーザーに
関わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to semiconductor lasers, particularly high power semiconductor lasers.
本発明は、いわゆるブロードエリア構造によるストライ
プ状電流注入領域内に局部的に非電流注入領域を設ける
ことによって電流集中の回避を図って高出力で出射端面
で実質的に単一光（単一スポット）の発光をさせる。The present invention aims to avoid current concentration by locally providing a non-current injection region within a striped current injection region with a so-called broad area structure, thereby effectively producing a single beam (single spot) at a high output end face. ) to emit light.
従来の高出力半導体レーザーにおいては、その出射端面
のエネルギー密度がほぼＩＭＷ／ ｃ＋＋ｔ （１０’
Ｗ／ ｃｕｔ）を超えると長期の信頼性に劣ることが知
られている。したがって、高出力半導体レーザーを構成
する場合、通常いわば複数のレーザーを集積したと同等
の構成によるマルチストライプレーザーまたはレーザー
アレイ構成がとられる。In conventional high-power semiconductor lasers, the energy density at the output end face is approximately IMW/c++t (10'
It is known that long-term reliability deteriorates when the value exceeds W/cut). Therefore, when constructing a high-power semiconductor laser, a multi-stripe laser or a laser array configuration is usually used, which is equivalent to integrating a plurality of lasers.
これら半導体レーザーは、発光端面すなわち出射端面で
の発光が複数個のスポットの配列されたいわゆるマルチ
光放出型によるものであり、この出射端面での全体的発
光部の幅が広いものであって、これをレンズで集光させ
る必要があるとか光道路の光ファイバーにカップリング
させる際に不都合が生じている。These semiconductor lasers are of the so-called multi-light emitting type in which light emission at the light emitting end face, that is, the light emitting end face, is arranged in a plurality of spots, and the overall width of the light emitting part at the light emitting end face is wide. Problems arise when it is necessary to condense this light with a lens or when coupling it to the optical fiber of the optical path.
これに対し昨今半導体製造技術の向上すなわちエピタキ
シーの均一性の向上に伴い、２００μｍにも及ぶ幅に渡
って−様に電流注入を行い、活性層中の発振領域の全域
に亘ってほぼ−様な利得分布を形成するようにしたいわ
ゆるブロードエリア構造による半導体レーザーの開発が
盛んである。第３図はこの種の従来の半導体レーザーの
路線的斜視図を示すもので、この例においてはｎ型の例
えばＧａＡｓ半導体基板（１）上にｎ型の例えばＧａＡ
ｌＡｓよりなる第１のクラッド層（２）と、例えばＧａ
Ａｓよりなる活性層（３）と、さらにこれの上に第１の
クラッド層（２）と異なる導電型の例えばｐ型のＧａＡ
１！Ａｓよりなる第２のクラッド層（４）と、これと同
導電型のＧａＡｓよりなるキャップ層（５）を順次エピ
タキシャル成長し、キャップ層（５）側よりその中央部
を幅Ｗを有するストライブ状に残して両側にプロトン、
ボロン等のイオン注入を選択的に行って例えば高比抵抗
の電流遮断領域（６）を形成する。また、キャップ層（
５）上には一方の電極（７）を、また基板（１）の裏面
には他方の電極（８）を被着し、両者間に、順方向電圧
を印加することによって電流遮断領域（６）が形成され
ていない中央ストライブ部に限定的に電流の注入を行う
。すなわち、電流遮断領域（６）の形成部下における活
性層に対しては非電流注入状態を形成し、中央部にスト
ライブ状の電流注入領域（９）を形成する。このような
構成によれば、活性層（３）の中央にはストライブ状の
導波路が形成され、その幅方向の利得分布をほぼ全幅に
渡って平坦な分布とし、この導波路の端面すなわち光の
出射端面において全体として単一発光部すなわち光分布
が全幅に渡ってほぼ均一な比較的平坦な単一スポット光
として出射端面から発光するようになされている。On the other hand, with the recent improvement in semiconductor manufacturing technology, that is, the improvement in the uniformity of epitaxy, current injection is performed in a -like manner over a width of up to 200 μm, and the current is injected in a -like manner over the entire oscillation region in the active layer. Semiconductor lasers having a so-called broad area structure that forms a gain distribution are being actively developed. FIG. 3 shows a linear perspective view of this type of conventional semiconductor laser. In this example, an n-type, e.g., GaAs, semiconductor
A first cladding layer (2) made of lAs and, for example, Ga
An active layer (3) made of As, and on top of this an active layer (3) of a conductivity type different from that of the first cladding layer (2), for example, p-type GaA.
1! A second cladding layer (4) made of As and a cap layer (5) made of GaAs of the same conductivity type are epitaxially grown in sequence, and a stripe-like shape having a width W is formed from the center part of the second cladding layer (4) from the cap layer (5) side. leaving protons on both sides,
Ions such as boron are selectively implanted to form, for example, a high resistivity current blocking region (6). In addition, the cap layer (
5) One electrode (7) is deposited on the top and the other electrode (8) is deposited on the back surface of the substrate (1), and a current cutoff region (6) is created by applying a forward voltage between the two. ) is injected in a limited manner to the central stripe portion where the stripe is not formed. That is, a non-current injection state is formed in the active layer under the formation of the current blocking region (6), and a striped current injection region (9) is formed in the center. According to such a configuration, a striped waveguide is formed in the center of the active layer (3), the gain distribution in the width direction is made flat over almost the entire width, and the end face of the waveguide, that is, the gain distribution in the width direction is flat. The light is emitted from the output end face as a single light emitting portion as a whole, that is, a relatively flat single spot light with substantially uniform light distribution over the entire width.
上述したブロードエリア構造による半導体レーザーにお
いて、より高出力化を図るには前述したエネルギー密度
の制約からそのストライプ状電流注入領域の幅をより増
大化する必要が生じてくる。In the semiconductor laser having the above-mentioned broad area structure, in order to achieve higher output, it becomes necessary to further increase the width of the striped current injection region due to the above-mentioned energy density restriction.
ところが、このようにストライブ状電流注入領域の幅広
化に伴って、この電流注入領域における電流注入に不均
一性の問題が生じてくる。すなわち、大面積の半導体レ
ーザーダイオードでは、特にその中心部分の放熱が周辺
部に比して相対的に悪いためにこの中心部分が周辺部に
比してΔＴの温度上昇を生じるとき、これによって第４
図にその電流Ｉ−電電圧時特性示すように、例えば実線
図示のＶ−Ｉ特性を示す部分が温度上昇ΔＴによってそ
の順方向電圧ＶＦ が、６７４分減少する。すなわち
だけ低下し、この６７７分だけ順方向電圧ＶＰが低下し
た部分に、より電流集中を来し、ますます温度の上昇を
来し、さらにこれによる順方向電圧の低下を来し、これ
らが相乗的に作用してこれによって半導体レーザーの破
壊あるいは発光の不均一性を招来するという課題がある
。However, as the width of the striped current injection region increases, the problem of non-uniformity in current injection in this current injection region arises. In other words, in a large-area semiconductor laser diode, when heat dissipation in the center is relatively poor compared to the periphery, this causes a temperature increase of ΔT in the center compared to the periphery. 4
As shown in the figure, the forward voltage VF decreases by 674 in the portion showing the VI characteristic shown by the solid line due to the temperature rise ΔT. In other words, the forward voltage VP decreases by 677 minutes, and the current concentrates more in the part where the forward voltage VP has decreased by 677 minutes, causing the temperature to increase further, which further causes a decrease in the forward voltage, and these are synergistic. There is a problem that this may lead to destruction of the semiconductor laser or non-uniformity of light emission.
本発明は、このような電流集中特に中央部での電流集中
を効果的に回避することができ、長寿命化、長時間使用
を可能にした半導体レーザーを提供する。The present invention provides a semiconductor laser which can effectively avoid such current concentration, particularly in the central portion, and which has a long life and can be used for a long time.
本発明は、第１図あるいは第２図にその拡大路線的斜視
図を示すように、ストライプ状電流注入領域（９）を有
し、出射端面から実質的に単一光、すなわち単一スポッ
トとしてその発光がなされるよ局部的に非電流注入領域
を設ける。As shown in an enlarged perspective view in FIG. 1 or FIG. 2, the present invention has a striped current injection region (9), and emits substantially single light from the output end face, that is, a single spot. A non-current injection region is provided locally so that the light emission can occur.
この非電流注入領域の配置幅、形状等は実質的に出射端
面からの出射光が単一数の発光部すなわち単一スポット
として発光することができるように選定される。The arrangement width, shape, etc. of this non-current injection region are selected so that the light emitted from the output end face can be substantially emitted as a single number of light emitting portions, that is, as a single spot.
上述したように本発明構成によれば、非電流注入領域を
ストライプ状電流注入領域（９）内に設けるようにした
ので、これを例えば放熱効果の小さいストライプ状電流
注入領域（９）の中央部に配置することによって、ここ
における電流注入の回避によって、電流集中を回避する
ことができ、中心部の温度上昇による電流不均一性によ
る劣化ないしは単一発光部の不均一性すなわち単一発光
部としての機能を阻害する不都合を回避することができ
る。As described above, according to the configuration of the present invention, the non-current injection region is provided within the striped current injection region (9). By avoiding current injection here, current concentration can be avoided, and deterioration due to current non-uniformity due to temperature rise in the center or non-uniformity of a single light emitting part, i.e., as a single light emitting part. It is possible to avoid inconveniences that impede the functions of the system.
第１図に示すように、例えば第３図で説明したと同様に
例えばｎ型のＧａＡｓ半導体基板（１）上に、これと同
導電型の例えばＧａＡβ胎よりなる第１のクラッド層（
２）と、例えばＧａＡｓよりなる活性層（３）と、第１
のクラッド層（２）とは異なる例えばｐ型のＧａＡｌＡ
ｓよりなる第２のクラッド層（４）と、これと同導電型
のＧａＡｓよりなるキャップ層（５）を順次例えば有機
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ） 法によってエピタキシャ
ル成長し、キャップ層（５）側よりその中央部に幅Ｗを
有する部分をストライプ状に残して両側にプロトン、ボ
ロン等のイオン注入を選択的に行って例えば高抵抗の電
流遮断領域（６）を形成するものであるが、例えばこの
電流遮断領域（６）の形成と同時にこの領域（６）と同
様の構成のプロトン、ボロン等のイオンの打ち込みによ
る高比抵抗のこのストライプ状の幅Ｗを有するストライ
プ状電流注入領域（９）内に非電流供給領域（１０）を
構成する。この非電流供給領域（１０）は、ストライプ
状電流注入領域（９）の中央部に円形状パターンをもっ
て、或いは領域（９）のストライプ方向に沿って中心に
おいて幅広で漸次両外側（出射端側）に例えば幅狭とさ
れた紡錘状ないしは楕円状等のパターンとされ、その深
さは活性層（３〕に至る深さあるいは望ましくは活性層
に至ることのない深さに選定し得る。As shown in FIG. 1, a first cladding layer (1) made of, for example, GaAβ of the same conductivity type is formed on, for example, an n-type GaAs semiconductor substrate (1) in the same way as explained in FIG.
2), an active layer (3) made of, for example, GaAs, and a first
For example, p-type GaAlA is different from the cladding layer (2) of
A second cladding layer (4) made of GaAs and a capping layer (5) made of GaAs of the same conductivity type are epitaxially grown one after another by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and the second cladding layer (4) is made of GaAs of the same conductivity type as the second cladding layer (4). A stripe-shaped portion having a width W is left in the center, and ions such as protons and boron are selectively implanted on both sides to form, for example, a high-resistance current-blocking region (6). At the same time as the current blocking region (6) is formed, a striped current injection region (9) having a striped width W and having a high resistivity is formed by implanting ions such as protons and boron having the same structure as this region (6). A non-current supply area (10) is configured. This non-current supply region (10) has a circular pattern at the center of the striped current injection region (9), or is wide at the center along the stripe direction of the region (9) and gradually extends to both outer sides (outgoing end side). For example, the pattern is narrow, spindle-shaped or elliptical, and its depth can be selected to reach the active layer (3) or preferably to a depth that does not reach the active layer.
第２図に示す例においては、非電流供給領域（１０）が
ストライプ状電流注入領域（９）の全長にさし渡って形
成するようにした場合であるが、この場合においても、
この非電流供給領域（ｌＯ）による非電流注入領域幅Ｗ
Ｂ は、注入キャリアの拡散長の２倍以下に選定するこ
とによって出射端から発光する光が複数部分に実質的に
分断されてマルチ発光が生じることのないようにする。In the example shown in FIG. 2, the non-current supply region (10) is formed over the entire length of the striped current injection region (9), but even in this case,
Non-current injection region width W due to this non-current supply region (lO)
B is selected to be equal to or less than twice the diffusion length of the injected carriers to prevent the light emitted from the emission end from being substantially divided into a plurality of parts and causing multi-light emission.
すなわち、実質的に発光部が各電流通路に関して独立に
なることがないように具体的には各電流注入領域部分間
に対応する発光部の光強度が各電流注入領域における発
光部の光強度の５０％以上となるようにして出射端から
の発光スポットの光分布がほぼ平坦化するように選定さ
れた単一スポットとなるように、非電流供給領域（１０
）のパターン形状、配置位置の選定が行われる。In other words, in order to prevent the light emitting parts from becoming substantially independent with respect to each current path, specifically, the light intensity of the light emitting parts corresponding between each current injection region is equal to the light intensity of the light emitting parts in each current injection region. The non-current supply area (10
) pattern shape and placement position are selected.
そして、第１図及び第２図に示すように、例えばキャッ
プ層（５）の上、及び基板（１）の裏面にそれぞれオー
ミックに対向電極（７〕及び（８）が被着され、これら
間に順方向電圧を印加することによってストライプ状電
流注入領域（９）の活性層（３）の電流注入をその非電
流供給領域（１０）を除く部分において注入してストラ
イプ状電流注入領域（９）の延在方向と直交する端面か
ら発光を行わしめる。Then, as shown in FIGS. 1 and 2, ohmic counter electrodes (7) and (8) are deposited, for example, on the cap layer (5) and on the back surface of the substrate (1), respectively, and between these electrodes (7) and (8) are applied. By applying a forward voltage to the active layer (3) of the striped current injection region (9), current is injected into the active layer (3) of the striped current injection region (9) except for the non-current supply region (10). Light is emitted from the end face perpendicular to the extending direction.
尚、上述した各側においては、非電流供給領域（１０）
を形成する手段としてストライプ状電流注入領域（９）
の中央部に電流遮断領域（６）と同構成の非電流供給領
域（１０）を形成した場合であるが、ある場合はキャッ
プ層（５）上の中央部に絶縁層を配して電極（７）がス
トライプ状電流注入領域（９）の中央部に被着されない
ようにして、非電流供給領域（１０）とすることもでき
る。In addition, on each side mentioned above, the non-current supply area (10)
Striped current injection region (9) as a means of forming
In this case, a non-current supply region (10) having the same structure as the current cutoff region (6) is formed in the center of the cap layer (5). 7) may not be deposited on the central part of the striped current injection region (9) to form a non-current supply region (10).
また、電流遮断領域（６）及び非電流供給領域（１０）
は、ｐｎ接合によって形成することもできるし、各部の
導電型を図示とは逆の導電型に選定した半導体レーザー
、ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザー以外の各種半導体レー
ザーに適用することができる。In addition, the current cutoff area (6) and the non-current supply area (10)
can be formed by a pn junction, and can be applied to semiconductor lasers in which the conductivity type of each part is selected to be opposite to that shown in the drawings, and various semiconductor lasers other than GaAlAs semiconductor lasers.
上述したように本発明によれば、ストライプ状電流注入
領域（９）における電流集中の生じ易い部分に非電流供
給領域（１０）による非電流注入領域を形成したことに
よって、また、この非電流注入領域の幅、配置位置等の
選定によって電流分布の選定ができることから、ブロー
ドエリア半導体レーザー構造としたにも拘らず電流集中
を回避でき、この電流集中による半導体レーザーの破壊
あるいは発光の不均一性等を確実に回避することができ
、より高出力化を図ることができ、実用上の利益は大で
ある。As described above, according to the present invention, by forming the non-current injection region by the non-current supply region (10) in the part of the striped current injection region (9) where current concentration is likely to occur, this non-current injection region Since the current distribution can be selected by selecting the width of the region, the arrangement position, etc., it is possible to avoid current concentration even though it has a broad area semiconductor laser structure, and this current concentration can cause damage to the semiconductor laser or uneven light emission. It is possible to reliably avoid this and achieve higher output, which is of great practical benefit.
第１図及び第２図はそれぞれ本発明による半導体レーザ
ーの路線的拡大斜視図、第３図は従来の半導体レーザー
の路線的拡大斜視図、第４図はそのＩ−Ｖ特性図である
。
（１）は半導体基板、（２）及び（４）は第１及び第２
のクラッド層、（３）は活性層、（６）は電流遮断領域
、（７）及び（８）は電極、（ｌＯ）は非電流供給領域
である。
代 理 人 伊 藤 頁間
松 隈 秀 盛ギ１係し−す−り釣
視１刀
第１図
イ晃策の４Ｊネトし一アニＯ権１ネＩＩＢ第３図
ｒ−ｖ特Ｉｉ図
第４図1 and 2 are respectively enlarged linear perspective views of a semiconductor laser according to the present invention, FIG. 3 is an enlarged linear perspective view of a conventional semiconductor laser, and FIG. 4 is an IV characteristic diagram thereof. (1) is the semiconductor substrate, (2) and (4) are the first and second
(3) is the active layer, (6) is the current blocking region, (7) and (8) are the electrodes, and (lO) is the non-current supply region. Agent Paige Ito
Hide Matsukuma Morigi 1 Staff - Suri Fishing Eye 1 Sword Figure 1
Claims (1)
ようにされてなる半導体レーザーにおいて、上記電流注
入領域内に非電流注入領域を有することを特徴とする半
導体レーザー。A semiconductor laser having a striped current injection region and emitting a single beam of light, the semiconductor laser having a non-current injection region within the current injection region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3998688A JPH01214188A (en) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3998688A JPH01214188A (en) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | Semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214188A true JPH01214188A (en) | 1989-08-28 |
Family
ID=12568263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3998688A Pending JPH01214188A (en) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01214188A (en) |
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