JPH02187089A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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JPH02187089A
JPH02187089A JP676989A JP676989A JPH02187089A JP H02187089 A JPH02187089 A JP H02187089A JP 676989 A JP676989 A JP 676989A JP 676989 A JP676989 A JP 676989A JP H02187089 A JPH02187089 A JP H02187089A
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JP
Japan
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layer
active layer
semiconductor laser
quantum well
refractive index
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JP676989A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Sasaki
和明 佐々木
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Taiji Morimoto
泰司 森本
Masafumi Kondo
雅文 近藤
Masaki Kondo
正樹 近藤
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PURPOSE:To reduce an oscillation threshold current and to enable self-excited oscillation in a wide output range by forming an active layer of multi quantum well structure and by setting an equivalent refraction factor difference between a region near a current injection path and a region of the outside thereof to a specified value. CONSTITUTION:A first clad layer 3, a first optical guide layer 4, an active layer 5 of multi quantum well structure, a second optical guide layer 4', and a second clad layer 6 are laminated on a semiconductor substrate 1. A thickness of the clad layer 6 at an outside of a ridge section 31 is made 0.2 to 0.6mum and an equivalent refraction factor difference between an outside and an inside of a region near the ridge section 31 is made 3X10<-4> to 5X10<-3>. A light confinement section is formed in a region near an emission edge face by breaking the active layer 5 of multi quantum well structure. According to this constitution, an oscillation threshold current can be reduced and self-excited oscillation can be realized in a wide output range since the active layer 5 is provided with a quantum well structure. Moreover, astigmatic difference can be reduced by forming a light confinement section to the region near the emission edge face and thereby strengthening a refraction factor waveguide mechanism.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は低雑音特性を有し、非点隔差の小さい半導体レ
ーザ素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor laser device having low noise characteristics and a small astigmatism difference.

(従来の技術) 半導体レーザ素子はオーディオビジュアル機器や光情報
処理用の光源として実用化されている。
(Prior Art) Semiconductor laser elements have been put into practical use as light sources for audiovisual equipment and optical information processing.

これらに用いられる半導体レーザ素子に要求される特性
として、光ディスク等からの反射光によって誘起される
戻り光雑音強度が小さいことが挙げられる。戻り光雑音
を小さくするために、自動発振と呼ばれる現象を利用し
た半導体レーザ素子がある。
One of the characteristics required of the semiconductor laser elements used in these devices is that the intensity of return light noise induced by reflected light from an optical disk or the like is small. In order to reduce optical feedback noise, there are semiconductor laser devices that utilize a phenomenon called automatic oscillation.

第6図に従来の自励発振半導体レーザ素子の一例を示す
、この半導体レーザ素子は、電流狭窄のためのVSIS
(V−channeled 5ubstrate In
ner Stripe)構造を有している。この半導体
レーザ素子は次のようにして作製される。p−GaAs
基板11にn−GaAs電流阻止層16を形成した後、
基板11に達するv字溝23を形成する。さらにp −
G a o、ssA l o、 asA Sクラッド層
12.p−Gao、 ssA l o、 +sA S活
性層13.n  Gao、5sA1o、45ASクラッ
ド層14.n−GaAsキー?7ブ7115を順次積層
した後、P側電極21及びn側電極22を形成する。
FIG. 6 shows an example of a conventional self-oscillation semiconductor laser device. This semiconductor laser device has VSIS for current confinement.
(V-channeled 5ubstrate In
ner Stripe) structure. This semiconductor laser device is manufactured as follows. p-GaAs
After forming the n-GaAs current blocking layer 16 on the substrate 11,
A V-shaped groove 23 reaching the substrate 11 is formed. Further p −
G ao, ssA lo, asA S cladding layer 12. p-Gao, ssA lo, +sA S active layer 13. n Gao, 5sA1o, 45AS cladding layer 14. n-GaAs key? After sequentially stacking the seven plates 7115, the P-side electrode 21 and the n-side electrode 22 are formed.

この半導体レーザ素子ではクラッド層12のV字溝23
の外側での厚さd、及び活性層13の厚さd2は、それ
ぞれ0.3μ涌及び0.12μmに設定されている。こ
のように厚さd、及びd2を設定することにより、v字
溝23の上方とそれ以外の部分との間の等価屈折率の差
Δnを3X10−3程度とすることができる。等偏屈折
率差Δnをこのように小さくすれば自助発振を起こすこ
とが可能となる。自動発振によって発振スペクトルはマ
ルチ縦モード化し、さらに各縦モードの幅は広くなって
、戻り光雑音が低減される。
In this semiconductor laser device, the V-shaped groove 23 of the cladding layer 12
The outside thickness d and the thickness d2 of the active layer 13 are set to 0.3 μm and 0.12 μm, respectively. By setting the thicknesses d and d2 in this way, the difference Δn in equivalent refractive index between the upper part of the V-shaped groove 23 and the other parts can be set to about 3×10 −3 . If the equipolarized refractive index difference Δn is made small in this way, it becomes possible to cause self-assisted oscillation. Due to automatic oscillation, the oscillation spectrum becomes multi-longitudinal mode, and the width of each longitudinal mode becomes wider, thereby reducing the return optical noise.

(発明が解決しようとする課B) 第6図の自動発振レーザでは等偏屈折率差Δnが小さい
ので屈折率導波機構が弱くなっている。
(Problem B to be Solved by the Invention) In the automatic oscillation laser shown in FIG. 6, the equipolarized refractive index difference Δn is small, so the refractive index waveguide mechanism is weak.

そのため、導波路の光の分布は大きくなっている。Therefore, the distribution of light in the waveguide is large.

光の分布が大きいために、利得が得られる領域以外の領
域では電流阻止層16及び基板11による光の吸収が起
こる。このような光吸収によって発振閾値電流が増大す
るという欠点が生じる。第6図の半導体レーザ素子の発
振闇値電流は共振器長250μmの場合45mA以上の
大きな値となっている。
Since the distribution of light is large, light is absorbed by the current blocking layer 16 and the substrate 11 in regions other than the region where gain can be obtained. Such light absorption causes a disadvantage that the oscillation threshold current increases. The oscillation dark value current of the semiconductor laser device shown in FIG. 6 has a large value of 45 mA or more when the resonator length is 250 μm.

また、この半導体レーザ素子では屈折率導波機構が弱め
られているので、出射光の特性は利得導波型半導体レー
ザ素子のそれに近くなる。そのため非点隔差が大きくな
るという欠点がある。第6図の半導体レーザ素子では非
点隔差は15μm以上の大きい値である。
Furthermore, since the refractive index waveguide mechanism is weakened in this semiconductor laser element, the characteristics of the emitted light become close to those of a gain waveguide type semiconductor laser element. Therefore, there is a drawback that the astigmatism difference becomes large. In the semiconductor laser device shown in FIG. 6, the astigmatism difference is a large value of 15 μm or more.

さらにこの半導体レーザ素子は2通常のダブルへテロ構
造を有しているので2活性層の屈折率は注入キャリアの
量に応じて変化しやすい。そのため、光出力の変動に伴
って等偏屈折率差Δnも変化し、高出力まで自動発振を
維持することができないという欠点がある。
Furthermore, since this semiconductor laser device has a double heterostructure, the refractive index of the two active layers tends to change depending on the amount of injected carriers. Therefore, as the optical output changes, the equipolarized refractive index difference Δn also changes, and there is a drawback that automatic oscillation cannot be maintained up to high output.

本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
ものであり2本発明の目的は発振闇値電流の小さい自励
発振レーザであって、広い出力範囲で自動発振を維持す
ることができ、しかも非点隔差の小さい半導体レーザ素
子を提供することである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. 2. The purpose of the present invention is to provide a self-oscillating laser with a small oscillation dark value current, which is capable of maintaining automatic oscillation over a wide output range. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser element which can be used as a laser diode and has a small astigmatism difference.

(課題を解決するための手段) 本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板上に形成され
た。第1のクラッド層と第1の光ガイド層と多重量子井
戸構造の活性層と第2の光ガイド層と第2のクラッド層
とを有する積層構造、及び該積層構造の上方に形成され
たストライプ状の電流注入路を備え、該電流注入路の外
側の領域に於ける該第2のクラッド層の厚さが0.2μ
1m〜0.6μmであり、該電流注入路の近傍領域の内
側と外側との間の等偏屈折率差が3X10−4〜5×1
0−’であり、少なくとも一方の端面の近傍領域に於い
て。
(Means for Solving the Problems) A semiconductor laser device of the present invention was formed on a semiconductor substrate. A laminated structure including a first cladding layer, a first optical guide layer, an active layer having a multi-quantum well structure, a second optical guide layer, and a second cladding layer, and a stripe formed above the laminated structure. the second cladding layer has a thickness of 0.2μ in an area outside the current injection path;
1 m to 0.6 μm, and the equipolarized refractive index difference between the inner and outer regions of the current injection path is 3×10 −4 to 5×1
0-' in the vicinity of at least one end face.

該電流注入路の外側下方の該活性層の部分が該電流注入
路下方の活性層よりも低い屈折率を有する光閉じ込め部
とされておりそのことにより上記目的が達成される。ま
た前記閉じ込め部を、前記活性層の多重量子井戸構造を
破壊することにより形成することもでき、さらに前記第
1及び第2の光ガイド層の活性層に接する部分と前記第
1及び第2のクラッド層との間の発振波長に対する屈折
率差を0.065〜0.2とすることもできる。
The above object is achieved because the portion of the active layer below the outside of the current injection path is an optical confinement portion having a lower refractive index than the active layer below the current injection path. Further, the confinement portion may be formed by destroying the multi-quantum well structure of the active layer, and further, the confinement portion may be formed by destroying the multi-quantum well structure of the active layer, and further, the confinement portion may be The refractive index difference between the cladding layer and the oscillation wavelength can also be set to 0.065 to 0.2.

(作用) 本発明の半導体レーザ素子に於ては、活性層が量子井戸
構造を有しているので発振闇値電流を低減することがで
きる。また、電流狭窄のための電流注入路が活性層の上
方に形成されているので。
(Function) In the semiconductor laser device of the present invention, since the active layer has a quantum well structure, the oscillation dark value current can be reduced. Furthermore, a current injection path for current confinement is formed above the active layer.

光を吸収しない電流狭窄構造とすることができ。It can be made into a current confinement structure that does not absorb light.

そのことによっても発振闇値電流を低減することができ
る。また5電流注入路近傍の領域とそれ以外の領域での
等価屈折率の差を3X10−’〜5×10−3として自
動発振を生じさせることができる。
This also makes it possible to reduce the oscillation dark value current. Further, automatic oscillation can be caused by setting the difference in equivalent refractive index between the region near the current injection path and the other region to 3×10 −′ to 5×10 −3 .

出射端面近傍領域では低屈折率の光閉じ込め部が形成さ
れている。この光閉じ込め層によって屈折率導波機構が
強められて非点隔差が小さくなる。
An optical confinement portion with a low refractive index is formed in a region near the output end face. This optical confinement layer strengthens the refractive index waveguide mechanism and reduces the astigmatism difference.

光閉じ込め部は多重量子井戸構造を有する活性層を破壊
することにより形成することができる。多重量子井戸活
性層は非常に薄い井戸層及びバリア層から成るので、活
性層に達するイオン注入又は不純物拡散によって破壊す
ることができる。破壊された部分は井戸層とバリア層と
の平均的組成を有し、活性層よりも低屈折率となる。ま
た、活性層が量子井戸構造を有しているので、光出力の
変動に起因する活性層の屈折率変化が小さい、そのため
、広い出力範囲で自動発振が可能となる。さらに光ガイ
ド層の活性層に接する部分とクラッド層との間の発振波
長に対する屈折率の差を0.06〜0.2の範囲に設定
することによって、自動発振により適した光閉じ込め効
果を得ることができる。そして層厚制御性に優れたM 
B E (MolecularBeam Epitax
y)法やM OCV D (Metalorganic
Checmical Vapor Depositio
n )法を用いることが可能となるので、自助発振の生
じる素子の出現率を大きくすることができる。
The optical confinement section can be formed by destroying the active layer having a multiple quantum well structure. Since the multi-quantum well active layer consists of very thin well layers and barrier layers, it can be destroyed by ion implantation or impurity diffusion that reaches the active layer. The destroyed portion has an average composition of the well layer and barrier layer, and has a lower refractive index than the active layer. Furthermore, since the active layer has a quantum well structure, changes in the refractive index of the active layer due to fluctuations in optical output are small, so automatic oscillation is possible over a wide output range. Furthermore, by setting the difference in refractive index between the part of the optical guide layer in contact with the active layer and the cladding layer with respect to the oscillation wavelength in the range of 0.06 to 0.2, an optical confinement effect more suitable for automatic oscillation can be obtained. be able to. And M with excellent layer thickness controllability
B E (Molecular Beam Epitax
y) Method and MOCV D (Metalorganic
Chemical Vapor Depositio
Since it becomes possible to use the n) method, it is possible to increase the appearance rate of elements in which self-assisted oscillation occurs.

(実施例) 本発明の実施例について以下に説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.

第1図(a)は本発明の半導体レーザ素子の一実施例を
示す平面図である。第1図(b)及び(C)はそれぞれ
第1図(a)に於けるB−B線及びC−C線に沿った断
面図である。以下製造工程に従って説明する。
FIG. 1(a) is a plan view showing an embodiment of the semiconductor laser device of the present invention. FIGS. 1(b) and 1(C) are cross-sectional views taken along line B-B and line C-C in FIG. 1(a), respectively. The manufacturing process will be explained below.

(100)面方位を有するn−GaAs基板1上にMB
E法により、n−GaAsバッファ層2(厚さ0.5μ
s+)を形成し、続いてSiドープn−Gao、s A
 lo、s Asクラッド層3(厚さ1μm。
MB on an n-GaAs substrate 1 having a (100) plane orientation.
By the E method, an n-GaAs buffer layer 2 (thickness 0.5μ
s+), followed by Si-doped n-Gao, sA
lo, s As cladding layer 3 (thickness 1 μm.

キャリア濃度I X l OII!lc+++−’)を
積層した。次に。
Carrier concentration I X l OII! lc+++-') were laminated. next.

ノンドープのG a l−X A l x A S傾斜
屈折率型光ガイド層4 (厚さ0.1577111 、
x=0.5−>0゜35)を形成した後、多重量子井戸
活性層5を形成した。多重量子井戸活性層5は、3層の
ノンドープG a 6. ssA 16.1zA s量
子井戸層(厚さ70人)、及び2層のノンドープG a
 o、 s+、A 1 o、 ssA Sバリア層(厚
さ40人)から成る。さらにノンドープG a +−*
 A l x A s傾斜屈折率型光ガイド層4゛(厚
さ0.15μ僧、x−0,35→0.5)を形成し1次
にBeドープp−Ga、、s Ala、、Asクラッド
層6(厚さl u ” + キャリア濃度lXl0”c
m −3)及びBeドープp−GaAsキ+ツブ層7(
厚さ1 u m t キャリア濃度3 X 10 ”e
ll−”)を形成した。第1図(d)はクラッド層3及
び6.光ガイドN4及び4°、並びに活性層5に於ける
Al混晶比を示す図である。第1図(d)に示すように
傾斜屈折率型光ガイド層4及び4゛では活性層に近い方
から遠い方に向って徐々にAl混晶比が大きくなってい
る。光ガイド層4及び4′の活性層に接する部分と、ク
ラッド層3及び6との間のA1混晶比の差は0.15で
ある。これは屈折率差0゜10に相当する。次にウェッ
トエツチング又はRI B E (Reactive 
Ion Beaa+  Etching)を用いたドラ
イエツチングにより、ストライプ状のりッジ部31を形
成した。このリッジ部31は電流注入路として作用する
。リッジ部31の幅Wは4μmとした。エツチングは、
第1図伽)に示すように。
Non-doped Gal-X Al
x=0.5->0°35), then the multi-quantum well active layer 5 was formed. The multi-quantum well active layer 5 is composed of three layers of non-doped Ga 6. ssA 16.1zA s quantum well layer (70 layers thick) and two layers of non-doped Ga
o, s+, A 1 o, ssA Consisting of a S barrier layer (40 layers thick). Furthermore, non-doped G a +-*
An A l x As gradient refractive index type light guide layer 4' (thickness 0.15 μm, x-0,35 → 0.5) is formed and primary Be-doped p-Ga,,sAla,,As Cladding layer 6 (thickness l u” + carrier concentration lXl0”c
m-3) and Be-doped p-GaAs trench layer 7 (
Thickness 1 u m t Carrier concentration 3 x 10”e
Figure 1(d) is a diagram showing the Al mixed crystal ratio in the cladding layers 3 and 6, the light guides N4 and 4°, and the active layer 5. ), in the gradient refractive index type light guide layers 4 and 4', the Al mixed crystal ratio gradually increases from the side closer to the active layer to the side farther from the active layer. The difference in A1 mix crystal ratio between the part in contact with the cladding layers 3 and 6 is 0.15. This corresponds to a refractive index difference of 0°10. Next, wet etching or RIBE (Reactive
A striped ridge portion 31 was formed by dry etching using Ion Beaa+ Etching. This ridge portion 31 acts as a current injection path. The width W of the ridge portion 31 was set to 4 μm. Etching is
As shown in Figure 1).

エツチング後に残されるクラッド層6の厚さdcが0.
3μ糟となるまで行なった。厚さdcを0゜3μmとす
ることにより、リッジ部31の形成された領域とそれ以
外の領域との間の等偏屈折率の差はI X 10−’と
なる。
The thickness dc of the cladding layer 6 left after etching is 0.
The process was continued until the amount was reduced to 3 μm. By setting the thickness dc to 0°3 μm, the difference in equipolar refractive index between the region where the ridge portion 31 is formed and the other regions becomes I×10−′.

次にレーザ光の出射される一方の端面から、奥行きD−
50μmの端面近傍領域でリッジ部31を除く領域にS
iイオン注入を行い、イオン注入領域41を形成した(
第1図(a)及び(C))。Stイオンの注入は、活性
層5の下方のクラッド層3に達する深さまで行った。次
にリッジ部31の上部平坦面以外の部分にSiNx絶縁
膜8を形成し、さらにp側電極21 (AuZn/Au
)及びn側電極22 (AuGe/Ni)を形成した。
Next, from one end surface from which the laser beam is emitted, the depth D-
S in the area near the end face of 50 μm excluding the ridge portion 31
i ion implantation was performed to form an ion implantation region 41 (
Figures 1(a) and (C)). The St ions were implanted to a depth that reached the cladding layer 3 below the active layer 5. Next, the SiNx insulating film 8 is formed on the part other than the upper flat surface of the ridge part 31, and the p-side electrode 21 (AuZn/Au
) and an n-side electrode 22 (AuGe/Ni) were formed.

これを襞間によって共振器長250μ−のチップにして
半導体レーザ素子を得た。
This was made into a chip with a resonator length of 250 .mu.m by means of folds to obtain a semiconductor laser device.

本実施例の半導体レーザ素子では、端面近傍を除く域に
於て、リッジ部31の近傍領域とその外側の間の等屈折
率差がlXl0−3であるので、自動発振を起こすこと
ができる。またSiイオン注入によって、出射端面近傍
領域のりッジ31の存在しない部分の量子井戸構造が破
壊されて2元の井戸層とバリア層の平均的組成をもつ低
屈折率の領域(光閉じ込め部)が形成されている。この
領域は低屈折率による光閉じ込め効果を有し、多量井戸
活性層5よりバンドギャップエネルギーEgが大きい。
In the semiconductor laser device of this embodiment, automatic oscillation can occur because the equal refractive index difference between the region near the ridge portion 31 and the outside thereof is lXl0-3 in the region excluding the vicinity of the end facet. Furthermore, by implanting Si ions, the quantum well structure in the region near the output end surface where the ridge 31 does not exist is destroyed, resulting in a low refractive index region (optical confinement region) having an average composition of the binary well layer and the barrier layer. is formed. This region has a light confinement effect due to its low refractive index, and has a larger band gap energy Eg than the multi-well active layer 5.

このように出射端面での屈折率導波機構を強めることに
より、非点隔差が低減される。
By thus strengthening the refractive index waveguide mechanism at the output end face, the astigmatism difference is reduced.

さらに光ガイド層4及び4゛の活性層に接する部分と、
クラッド層3及び6との間のAl混晶比の差が0.15
(屈折率差0.10に相当する)であるので、自動発振
に適した光閉じ込め効果が現れる。
Further, a portion of the light guide layers 4 and 4' that is in contact with the active layer,
The difference in Al mixed crystal ratio between cladding layers 3 and 6 is 0.15.
(corresponding to a refractive index difference of 0.10), an optical confinement effect suitable for automatic oscillation appears.

このようにして得られた半導体レーザ素子をヒートシン
ク上に基板側を下にしてマウントし、特性を調べた。発
振閣値電流は15mAであり、小さい値であった。発振
波長は780nmであった。
The semiconductor laser device thus obtained was mounted on a heat sink with the substrate side facing down, and its characteristics were examined. The oscillation value current was 15 mA, which was a small value. The oscillation wavelength was 780 nm.

第2図に3mW出力時の発振スペクトルを示す。Figure 2 shows the oscillation spectrum at 3 mW output.

第2図から明らかなように出射光はマルチ縦モード化し
ている。そして各縦モードのスペクトル幅は広くなって
いる。1つの縦モードのスペクトル幅は1.3人であっ
た。自動発振周波数は1.0GHzであり1自励発振は
出力2mW〜15mWの広い範囲で観測された。このよ
うな半導体レーザ素子の出現率は1ウヱハ当たり70%
程度であった。
As is clear from FIG. 2, the emitted light has multiple longitudinal modes. And the spectral width of each longitudinal mode is wide. The spectral width of one longitudinal mode was 1.3. The automatic oscillation frequency was 1.0 GHz, and one self-oscillation was observed over a wide output range of 2 mW to 15 mW. The appearance rate of such semiconductor laser devices is 70% per wafer.
It was about.

第3図は本実施例に於いて戻り光量を変化させたときの
相対雑音強度(RIN)の変化を表わす図である。測定
条件は測定周波数720kHz。
FIG. 3 is a diagram showing changes in relative noise intensity (RIN) when the amount of returned light is changed in this embodiment. The measurement conditions were a measurement frequency of 720kHz.

バンド幅10kHz、光路長30rnmである。第3図
から明らかなように戻り光量3%以下では相対雑音強度
は小さく、−1358/Hz以下に抑えられている。非
点隔差は5μm以下であった。
The bandwidth is 10 kHz and the optical path length is 30 nm. As is clear from FIG. 3, when the amount of returned light is 3% or less, the relative noise intensity is small and is suppressed to -1358/Hz or less. The astigmatism difference was 5 μm or less.

本実施例に於いてリッジ部分31の外側のクラッド層6
の厚さをO02〜0.6μmとし、リッジ部31の近傍
領域とその外側の領域との間の等偏屈折率差を3 X 
10−4〜5×10−’とすれば自動発振が起こること
が確認された。また、光ガイド層4及び4°の活性層に
接する部分と、クラッド層3及び6との間のAt混晶比
の差が0.1〜0.3(屈折率差0.065〜0.2に
相当する)であれば自助発振に達した光閉じ込め効果が
現れることが確認されたゆリッジ部の幅Wは3〜5μm
In this embodiment, the cladding layer 6 outside the ridge portion 31
The thickness of the ridge portion 31 is O02 to 0.6 μm, and the equipolar refractive index difference between the region near the ridge portion 31 and the region outside thereof is 3×
It was confirmed that automatic oscillation occurs when the value is set to 10-4 to 5×10-'. Further, the difference in the At mixed crystal ratio between the light guide layer 4 and the 4° portion in contact with the active layer and the cladding layer 3 and 6 is 0.1 to 0.3 (refractive index difference 0.065 to 0.0. 2), it was confirmed that an optical confinement effect reaching self-sustained oscillation appears.The width W of the ridge portion is 3 to 5 μm.
.

イオン注入領域41の端面からの奥行きDは20〜10
0μIが適していた。
The depth D from the end surface of the ion implantation region 41 is 20 to 10
0μI was suitable.

第4図(a)は本発明の半導体レーザ素子の他の実施例
を示す平面図である。第4図(b)及び(C)はそれぞ
れ第4図(a)のB’−B’線及びc’−c’線に沿っ
た断面図である。以下製造工程に沿って説明する。第1
図に示す実施例と同様に、MBE法によってn−GaA
s基板1上にn−GaAsバッファ層2.Stドープn
  G a o、 msA 1 o、 ssA sクラ
ッド層3.及びノンドープGa、XA1.As傾斜屈折
率型光ガイド層4(x−0,55→0゜35)を順次積
層した後、多重量子井戸活性層5を形成した。多重量子
井戸活性層5は4層のGao、 seA 1 e、 r
tA S ll子井戸層(厚さ70人)、及び3層のG
 a o、 bsA 1 o、 ssA sバリア層(
厚さ40人)から成る。さらにノンドープGa1−、A
1つAs傾斜屈折率型光ガイド層4’(x−0,35→
0.55)、BeドープT)  G a olsA l
 +1゜、SAsクラッド層6.及びp−GaAsキャ
ップ層7を形成した。第4図(d)はクラッド層3及び
6゜光ガイド層4及び4′、並びに活性層5に於けるA
l混晶比を示す図である。第4図(d)に示すように傾
斜屈折率型光ガイドJti4及び4“では活性層に近い
方から遠い方に向かって徐々にA1混晶比が大きくなっ
ている。光ガイド層4及び4′の活性層に接する部分と
クラッド層3及び6との間のAl混晶比の差は0.2で
ある。これは屈折率差0゜13に相当する。次にエツチ
ングにより、クラッド層6に達する2本の溝32を形成
した。溝32が形成されることによってリッジ部31が
形成されている。第4図(a)に示すように溝32は。
FIG. 4(a) is a plan view showing another embodiment of the semiconductor laser device of the present invention. FIGS. 4(b) and 4(C) are cross-sectional views taken along lines B'-B' and c'-c' in FIG. 4(a), respectively. The manufacturing process will be explained below. 1st
Similar to the example shown in the figure, n-GaA
An n-GaAs buffer layer 2 is formed on the s-substrate 1. St-doped n
Gao, msA 1o, ssA s cladding layer 3. and non-doped Ga, XA1. After sequentially stacking As gradient refractive index type light guide layers 4 (x-0, 55→0°35), a multiple quantum well active layer 5 was formed. The multi-quantum well active layer 5 has four layers of Gao, seA 1 e, r
tA S ll child well layer (70 layers thick), and 3 layers of G
a o, bsA 1 o, ssA s barrier layer (
Consists of 40 people). Furthermore, non-doped Ga1-, A
One As gradient refractive index type light guide layer 4' (x-0,35→
0.55), Be-doped T) Ga olsA l
+1°, SAs cladding layer 6. And a p-GaAs cap layer 7 was formed. FIG. 4(d) shows the A
FIG. 3 is a diagram showing l mixed crystal ratio. As shown in FIG. 4(d), in the gradient refractive index type light guides Jti4 and 4'', the A1 mix crystal ratio gradually increases from the side closer to the active layer to the side farther from the active layer.Light guide layers 4 and 4 The difference in Al mixed crystal ratio between the part in contact with the active layer and the cladding layers 3 and 6 is 0.2. This corresponds to a refractive index difference of 0°13. Next, by etching, the cladding layer 6 Two grooves 32 were formed that reached the ridge.By forming the grooves 32, a ridge portion 31 was formed.As shown in FIG. 4(a), the grooves 32 are formed.

幅W=3.5μ糟のりッジ部31を残して形成されてい
る。溝32のエツチングはクラッド層6の残厚dcが0
.4μ糟となるまで行なった。厚さdcを0.4μmと
することにより、リッジ部31の形成された領域と、そ
れ以外の領域との間の等偏屈折率の差は7 X 10−
’となる。次にレーザ光の出射される一方の端面から奥
行きD=80μmの溝32の部分にSiイオン注入を行
いイオン注入領域41を形成した(第4図(a)及び(
C))。Stイオンの注入は活性層5の下方のクラッド
層3に達する深さまで行った。このイオン注入領域41
の形成によって、前述の実施例と同様に光閉じ込め部が
形成される。次にリッジ部31の上部平坦面以外の部分
にSiNx絶縁膜8を形成し、さらにp側電極21及び
n側電極22を形成した。
A ridge portion 31 having a width W=3.5 μm is formed. The groove 32 is etched when the remaining thickness dc of the cladding layer 6 is 0.
.. The process was continued until the amount was 4 μm. By setting the thickness dc to 0.4 μm, the difference in equipolar refractive index between the region where the ridge portion 31 is formed and the other regions is 7×10−
' becomes. Next, Si ions were implanted into the groove 32 having a depth D of 80 μm from one end surface from which the laser beam was emitted, to form an ion implantation region 41 (FIGS. 4(a) and 4(a)).
C)). The St ions were implanted to a depth that reached the cladding layer 3 below the active layer 5. This ion implantation region 41
By forming this, an optical confinement section is formed in the same manner as in the previous embodiment. Next, a SiNx insulating film 8 was formed on a portion of the ridge portion 31 other than the upper flat surface, and further a p-side electrode 21 and an n-side electrode 22 were formed.

このような形状の半導体レーザ素子では成長側の面が平
坦なので、成長側の面を下にしてヒートシンクにマウン
トすることができる。そうすることによって放熱効果を
高めることができる。本実施例の半導体レーザ素子の発
振闇値電流は18mAであった。発振波長は786 n
mであった。自動発振は出力2〜18mWの範囲で観測
された。
Since the growth side surface of a semiconductor laser device having such a shape is flat, it can be mounted on a heat sink with the growth side facing down. By doing so, the heat dissipation effect can be enhanced. The oscillation dark value current of the semiconductor laser device of this example was 18 mA. The oscillation wavelength is 786n
It was m. Automatic oscillation was observed in the power range of 2 to 18 mW.

非点隔差は5μm以下であった。The astigmatism difference was 5 μm or less.

第5図は第1図の実施例において9両方の端面近傍領域
にイオン注入領域41が形成された実施例を示す平面図
である。本実施例の半導体レーザ素子も第1図に示した
実施例と同様に、低閾値電流で発振し、非点隔差が小さ
(、広い出力範囲で自動発振することが確認された。
FIG. 5 is a plan view showing an embodiment in which ion implantation regions 41 are formed in the vicinity of both end faces in the embodiment of FIG. 1. Like the example shown in FIG. 1, the semiconductor laser device of this example also oscillated with a low threshold current, had a small astigmatism difference (and was confirmed to oscillate automatically over a wide output range).

以上の実施例に於いては、光閉じ込め部を形成する手段
として、イオン注入による活性層中の多重量子井戸構造
を破壊する例を示したが、これに限らず、不純物拡散1
例えばZnイオンの拡散によっても行うことができる。
In the above embodiments, an example was shown in which the multiple quantum well structure in the active layer was destroyed by ion implantation as a means for forming the optical confinement region, but the method is not limited to this.
For example, this can also be done by diffusion of Zn ions.

(発明の効果) 本発明の半導体レーザ素子は、このように2発振闇値が
低く、広い出力範囲で自動発振を生じ。
(Effects of the Invention) As described above, the semiconductor laser device of the present invention has a low two-oscillation darkness value and produces automatic oscillation over a wide output range.

戻り光雑音レベルが小さ(、非点隔差が低減されている
ので、光デイスクシステムの光源として最適である。ま
た2本発明の半導体レーザ素子は層厚制御性に優れたM
BE法又はMOCVD法によって製造することができる
ため、自動発振の生ずる素子を高い歩留りで製造するこ
とができる。
The return light noise level is small (and the astigmatism difference is reduced, so it is optimal as a light source for optical disk systems. Also, the semiconductor laser device of the present invention has an M
Since it can be manufactured by BE method or MOCVD method, it is possible to manufacture an element that causes automatic oscillation at a high yield.

4、 ″  の   な舌゛■ 第1図(a)は本発明の半導体レーザ素子の一実施例を
示す平面図、第1図(b)及び(C)はそれぞれ第1図
(a)のB−B線及びC−C線に沿った断面図、第1図
(d)はこの実施例の活性層、光ガイド層、及びクラッ
ド層におけるAl混晶比を示す図、第2図及び第3図は
それぞれ第1図に示す半導体レーザ素子の発振スペクト
ル及び戻り光量を変えたときの相対雑音強度を示す図、
第4図(a)は本発明の他の実施例を示す平面図、第4
図(b)及び(C)は第4図(a)のB’−B’線及び
c’−c’線に沿った断面図、第4図(d)は第4図(
a)の実施例の活性層、光ガイド層及びクラッド層にお
けるAl混晶比を示す図、第5図は本発明の他の実施例
を示す平面図。
4. ``Normal tongue''■ Figure 1(a) is a plan view showing one embodiment of the semiconductor laser device of the present invention, and Figures 1(b) and (C) are B of Figure 1(a), respectively. 1(d) is a cross-sectional view taken along line B and line C-C, and FIG. The figures are diagrams showing the relative noise intensity when changing the oscillation spectrum and the amount of returned light of the semiconductor laser device shown in Figure 1, respectively.
FIG. 4(a) is a plan view showing another embodiment of the present invention;
Figures (b) and (C) are cross-sectional views along lines B'-B' and c'-c' in Figure 4(a), and Figure 4(d) is a cross-sectional view along lines B'-B' and c'-c' in Figure 4(a).
FIG. 5 is a diagram showing the Al mixed crystal ratio in the active layer, optical guide layer, and cladding layer of Example a), and FIG.

第6図は従来の自動発振半導体レーザ素子を示す断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view showing a conventional automatic oscillation semiconductor laser device.

1 ・・・n −G a A s基板、2・・・n−G
aAsバッファ層、3−n−GaAlAsクラッド層、
4゜4”・・・GaAlAs傾斜屈折率型光ガイド層、
5・・・GaAlAs多重量子井戸活性層、6・・・p
−GaAlAsクラッド層、’1−p−GaAs1−ル
ーGaAsキヤフ iNx絶縁膜、21・・・p側電極
、22・・・n側電極、31.・・・リッジ部、32・
・・溝、41・・・イオン注入領域。
1...n-GaAs substrate, 2...n-G
aAs buffer layer, 3-n-GaAlAs cladding layer,
4゜4''...GaAlAs gradient refractive index type light guide layer,
5...GaAlAs multiple quantum well active layer, 6...p
-GaAlAs cladding layer, '1-p-GaAs1-ru GaAs cladding iNx insulating film, 21... p-side electrode, 22... n-side electrode, 31.・・・Ridge part, 32・
...Groove, 41...Ion implantation region.

第2図 第3図 戻り先量(’10 )Figure 2 Figure 3 Return amount ('10)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に形成された、第1のクラッド層と第
1の光ガイド層と多重量子井戸構造の活性層と第2の光
ガイド層と第2のクラッド層とを有する積層構造、及び
該積層構造の上方に形成されたストライプ状の電流注入
路を備え、該電流注入路の外側の領域に於ける該第2の
クラッド層の厚さが0.2μm〜0.6μmであり、該
電流注入路の近傍領域の内側と外側との間の等価屈折率
差が3×10^−^4〜5×10^−^3であり、少な
くとも一方の端面の近傍領域に於いて、該電流注入路の
外側下方の該活性層の部分が該電流注入路下方の活性層
よりも低い屈折率を有する光閉じ込め部とされている半
導体レーザ素子。 2、前記光閉じ込め部が、前記活性層の多重量子井戸構
造を破壊することにより形成されている請求項1に記載
の半導体レーザ素子。 3、前記第1及び第2の光ガイド層の活性層に接する部
分と前記第1及び第2のクラッド層との間の屈折率差が
0.065〜0.2である請求項1又は2に記載の半導
体レーザ素子。
[Claims] 1. A first cladding layer, a first optical guide layer, an active layer having a multi-quantum well structure, a second optical guide layer, and a second cladding layer, which are formed on a semiconductor substrate. and a striped current injection path formed above the layered structure, and the second cladding layer has a thickness of 0.2 μm to 0.0 μm in a region outside the current injection path. .6 μm, and the equivalent refractive index difference between the inside and outside of the region near the current injection path is 3×10^-^4 to 5×10^-^3, and the region near at least one end face is In a semiconductor laser device, a portion of the active layer below the outside of the current injection path is used as an optical confinement portion having a lower refractive index than the active layer below the current injection path. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the optical confinement section is formed by destroying a multiple quantum well structure of the active layer. 3. The refractive index difference between the portions of the first and second light guide layers in contact with the active layer and the first and second cladding layers is 0.065 to 0.2. The semiconductor laser device described in .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022049996A1 (en) * 2020-09-07 2022-03-10 ソニーグループ株式会社 Semiconductor laser and semiconductor laser device

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