JPH0232585A - 半導体レーザ - 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１ 本発明は、低雑音かつ高光出力発振可能な半導体レーザ
（以下ＬＤと記す、）の構造に関する。

〔従来の技術Ｉ ＬＤを光情報処理装置、特に書き込み・消去可能な光デ
イスクシステム等に応用する際には、ＬＤに対して基本
的な要求事項である、安定した基本横モード発振・低非
点収差特性に加え、次の２項目を満足する必要がある。

１）ＬＤからの出射光の１部が、光デイスク面あるいは
外部光学系等により反射され再度ＬＤの共振器内に戻る
ことで、干渉効果によってＬＤがらの出力光の雑音成分
（以下戻り光雑音と記す。）が増大し、実用に共するこ
とが不可能となる場合がある。従って、この戻り光雑音
を低減した低雑音特性。

２）光デイスク面に、情報を書き込んだりあるいはすで
に書き込まれている情報を消去したりする際には、ＬＤ
の光出力に対して、３０ｍｗあるいは４０ｍｗ以上とい
った高い光出力が必要となる。故に高光出力特性。

上記１）の低雑音特性に対しては、ＬＤをコヒーレント
長の短い縦マルチモード発振させる方法が一般に知られ
ている。これを実現する方法には、縦単一モード発振Ｌ
Ｄに数百ＭＨｚの高周波電流を駆動電流に加え合わせて
駆動することにより、縦マルチモード発振とする高周波
重畳法、あるいは、特開昭６０−１４０７７４、特開昭
６０−１５０６８２等の様に、ＬＤ共振器端面近傍では
、光の導波が屈折率導波によってなされ、中央部分では
、利得導波あるいは屈折率導波と利得導波とが混在した
光導波をさせることにより、共振器中央部の導波機構を
反映した縦マルチモード発振を実現する等といった方法
があった。

［発明が解決しようとする課題） しかし、前述の従来技術では、高光出力特性という点に
おいては、共振器の光出射端面近傍では、安定した基本
横モード特性ならびに低非点収差特性といった要求事項
を満足させる為に、ＬＤのクラッド層、活性層等各層の
接合方向に平行な方向にも、光閉じ込めが有効に行なわ
れるよう、活性領域とその他の領域の間に実効的な屈折
率段差（Δｎｅｆｆ）を持たせ、かつ活性領域幅を、１
次の横モードがカットオフされる程度にまで細くしたい
わゆる屈折率導波機構となっている。加えて前述の従来
技術で示した構造のＬＤでは、この屈折率導波機構を有
する領域はただ１ケ所であることから、導波される光は
、活性領域である活性層内に強く閉じ込められ、活性層
内での光密度は数Ｍｗ／ｃｍ”にも達する。一方光情報
処理用装置で一般に広く利用されているＡＩＧａＡｓＬ
Ｄでは光密度が数Ｍ　Ｗ　／　ｃｍ’に達すると端面破
壊が生ずる現象が知られており、高出力化の上限を決め
ている。したがって前述の例のＬＤでは、単体のＬＤで
書き込み消去可能な光デイスクシステム等、高出力かつ
低雑音特性を必要とするシステムに搭載することは、書
き込み、消去時に必要とされる高光出力が得られないと
いう理由で実用に供せないという課題を有する。

そこで本発明はこのような課題を解決するもので、その
目的とするところは、共振器端面での活性層内での光密
度を低減させる構造とすることで高光出力特性かつ低雑
音特性を有するＬＤを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のＬＤは、リブ状の光導波路を有し、かつ該リブ
状の光導波路側面は、１ｌ−ＶＩ族化合物半導体層で埋
め込まれて成る半導体レーザにおいて、少なくとも一方
の共振器端面近傍ヤは、電流注入幅と光導波路幅をほぼ
等しくして屈折率導波構造とした該リブ状の光導波路を
、共振器方向に複数本有し、かつ共振器中央付近では、
該光導波路幅を、該電流注入幅より十分法（して利得導
波構造とした該リブ状の光導波路を有して成ることを特
徴とする。

［実　施　例］ 第１図は本発明の実施例における構造図であり第１図（
ａ）は本発明ＬＤの上面図で、第１図（ｂ）および（ｃ
）は、Ａ−Ａ　’およびＢ−Ｂ　’での断面構造図であ
る。加えて第２図は１本発明ＬＤの作製工程図である。

以後この第２図を用いて、ＬＤの構造を説明する。なお
、第１図、第２図では、出射端近傍の屈折率導波構造部
は４本としているが、２本以上であれば同様に扱うこと
ができる。また以上の まず初めに、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファー層１０２、ｎ型ＡＩＧａＡＳ第１のクラッ
ド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＡＩ　ＧａＡｓ第２の
クラッド層１０５、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６を
順次積層してダブルへテロ接合構造（以下ＤＨ構造と記
す。）を形成する。このＤＨ構造の作製には、液相エビ
クキシャル成長法、有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶ
Ｄ法と記す。）および分子線エピタキシャル成長法（以
下ＭＢＥ法と記す、）のいかなる方法によっても作製可
能である。ＤＨ構造形成後基板表面に多結晶成長マスク
１１１として二酸化シリコン等誘電体膜を形成する。（
第２図（ａ））続いて、通常のフォトリソ工程により、
多結晶成長マスク１１１を第２図（ｃ）の斜線部に示す
如く形状にパターニングし、さらに続いてＤＨ構造を有
する基板のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１゜６およびｐ型
ＡｌＧａＡｓ第２のクラッド層１．０５の１部を、硫酸
系等エッチャントを用いたウェットエツチング工程ある
いは塩素系等ガスを用いたドライエツチング工程により
エツチング除去する。（第２図（ｂ））第２図（ｂ）で
は本発明のＬＤの共振器端面部でのＬＤの構造しか示し
ていないが、第２図（Ｃ）の斜線部で示す形状はそのま
まリブ形成時のマスク形状となっているので、ＬＤの中
央部付近では幅広のリブとなっている。

加えて、第２図（ｂ）に示した各リブの間隔は、ＬＤ発
振させた際隣接リブ間で光の電界の相互作用が生ずる程
度の狭い間隔とする０次に、ウェハ全面にＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体層を積層する。ここではＺｎ５ｅ層とする
が他のＩＩ　−ＶＩ族化合物半導体層の使用も可能であ
る。Ｚｎ５ｅ層の成長には、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢ
Ｅ法による成長が可能であるが、ここでは、ジメチル亜
鉛−ジメチルセレンよりなる付加体を源料とするＭＯＣ
ＶＤ法を用いた。この場合リブ上部にはリブエツチング
の際残留している誘電体膜が存在することから、リブ上
部ではＺｎ５ｅ層の結晶性は悪（なり多結晶のＺｎ５ｅ
層が成長する、一方その他の部分では、Ｚｎ５ｅとＡ　
Ｉ　ＧａＡｓの格子不整合は小さい為、単結晶Ｚｎ５ｅ
層が成長する。第２図（ｄ）での斜線部が多結晶Ｚｎ５
ｅ層１１２であり、その他の部分が単結晶Ｚｎ５ｅＪＩ
ｌｉ０７である。ここで水酸化ナトリウム水溶液を用い
て、リブ上部の多結晶Ｚｎ５ｅ層１１２をエツチング除
去する。ここで水酸化ナトリウム水溶液によるＺｎ５ｅ
層のエツチングは、Ｚｎ５ｅ層の結晶性によりそのエツ
チングレートが異なる。すなわち、結晶性の悪い多結晶
Ｚｎ５ｅ層は、単結晶Ｚｎ５ｅ層よりエッチレートが早
く、Ｚｎ５ｅ層の膜厚を適当に定めることでリブ上部が
露出し、しかもリブ両側のＺｎ５ｅ層厚をリブの高さに
等しくすることができ平坦化が実現される。（第２図（
ｅ））加λてＺｎ５ｅ層は抵抗率が、ｌＸ１０３０ｃｍ
以上であり、Ｚｎ５ｅ層は電流狭窄層として有効である
。さらに屈折率が、２．５３程度であり、これはいかな
るＡｌ混晶比のＡｌＧａＡｓ層よりも小さな値でありＬ
Ｄには極めて重要な光閉じ込め層へのＺｎ５ｅ層の応用
は非常に有効である。続いて、電流狭窄の為にＺｎ５ｅ
層のエツチングを施したウェハ全面に、二酸化シリコン
・窒化シリコン等誘電体膜１０８を形成する。

そしてその誘電電膜を第１図（ａ）の斜線部を残してそ
の他の部分をエツチング除去する。以後、ｐ側電極の形
成、ウェハ裏面のケンマ工程さらにｎ側電極形成工程を
経てＬＤかのプロセスが完了する。こうして出来上がっ
たウェハから、共振器長３００μｍ程度のＬＤチップを
切り出し、ジャンクションダウンで、シリコンサブマウ
ントを介して銅ヒートシンク上にボンディングし、特性
の測定を行なう０本ＬＤでは、屈折率導波機構を有する
リブ状の光導波路が共振器端面で複数本存在しており、
かつ各リブ間の間隔は狭く設定されているのでリブ部で
発振した光は、リブ間で光結合を生じフェーズロックア
レー構造が共振器端面部に形成されることになる。した
がって共振器端面部での光密度の低減が実現され高光出
力発振が達成される。また０°ス一パーモード発振が得
られることから安定した基本横モード発振となる。

方共振器中央部では、リブ幅を十分幅広くしていること
がら光導波機構は、利得導波もしくは屈折率導波および
利得導波が混在したものとなり、この利得導波機構を反
映して縦モードはマルチモード化する。したがってコヒ
ーレント長が短（なり、戻り光による干渉効果が低減さ
れ低雑音化が実現される。したがって本発明のＬＤの構
造を実現することで、安定した基本横モード発振・高光
出力特性かつ低雑音特性すべてを満足する。

本ＬＤの構造で、共振器端面近傍での屈折率導波機構を
有するリブ光導波路幅および両出射端での長さおよびリ
ブ光導波路間の中心間距離を各々３μｍ、５０μｍ、ｌ
ｏｏｕｍ、５μｍとし、共振器中央付近の幅広リブ光導
波路の幅および長さを２５μｍ、１００μｍとした時、
しきい値電流値９０〜１００ｍＡ、相対雑音強度５Ｘ１
０目Ｈｚ−’以下さらに１００ｍｗをこ＾る光出力まで
安定した基本横モード発振が得られた。

本発明によるＬＤは、ＡｌＧａＡｓ系以外のレーザ材料
例λばＩｎＧａＡｓＰ系−ｒｎＧａＰ系の材料に対して
も同様に適用できる。またＬＤの構造としては上記実施
例で示した３層導波路を基本にするものに限らず、活性
層の片側に隣接して光ガイド層を設けるＬＯＧ構造や、
活性層の両側にそれぞれ隣接して光ガイド層を設けるＳ
ＣＨ構造およびこれらの光ガイド層の屈折率および禁制
帯幅が膜厚方向に分布しているＧＲＩＮ−３ＣＨ構造等
に対しても同様に適用することができる。さらに活性層
が量子井戸構造をしているものに対しても有効である。

また上記実施例において導電形を全て反対にした構造（
ｐをｎに、ｎをｐに置き換えた構造）においても同様の
結果が得られる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明のＬＤによれば以下のような多
大な効果が得られろ。

１）光出射端面近傍では、リブ光導波路幅と電流注入幅
を同程度でかつ狭くして屈折率導波機構とししかも複雑
本近接して配置することによりフェーズドアレー構造と
したので、１００ｍｗをこえる高光出力発振が可能とな
った。

２）共振器中央部付近ではリブ光導波路幅を十分広くし
た構造とすることで、この部分の光導波は利得導波ある
いは利得導波および屈折率導波が混在したものとなり、
縦モードは利得導波機構を反映してマルチモード化する
。したがってコヒーレント長が短くなり、戻り光との干
渉性が低下し、低雑音化が実現される。

３）上述の如く、本ＬＤは高光出力発振可能であり、か
つ低雑音特性を満足していることから、書き込み消去可
能光磁気ディスクシステムを始めとする各種情報処理装
置等への応用が可能である。

４）通常低雑音特性実現に対しては、高周波重畳法が用
いられており、その為には高周波発振回路をＬＤととも
に搭載する必要がある。しかし本ＬＤではＬＤ自体低雑
音特性を有するものであり、付加回路等不必要となり、
光ヘッドの軽量化、ひいてはアクセスタイムの短縮等の
効果を有する。

５）本ＬＤ素子は作製工程、特に各層の成長においてＭ
ＯＣＶＤ法のみで実現されるものであり、大面積ウェハ
での成長可能・大面積にわたる膜厚の均一・膜厚の制御
性に秀れている等のＭＯＣＶＤ法の特徴を生かしてＬＤ
素子特性、の均一化・高信頼化・低価格化が実現される
。

６）ＺｎＳｅ層は高抵抗・低屈折率材料でありキャリア
の閉じ込め、光の閉じ込めに有効である。加えてＺｎ５
ｅ層は、二酸化シリコン等誘電体層より熱伝導性に秀れ
ており、ＬＤ内部で発生した熱の放散に極めて有効に作
用する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明のＬＤの一実施例を示
す構造図。 第２図（ａ）〜（Ｈ）は１本ＬＤを作製する為の作製工
程図。 １０３　・ １０４　・　・ １０５　・　・ ・・ｎ型ＡＩ　ＧａＡｓ第１のクラッ ド層 ・ＡｌＧａＡｓ活性層 ’ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２のクララ ド層 ・・ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ・単結晶Ｚｎ５ｅ層 ・誘電体薄膜 ・ｐ側電極 ・ｎ　Ｉｐｌ＋電極 ・多結晶成長マスク ・多結晶Ｚｎ５ｅ層 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　上　柳　雅　誉（他１名）１０１−・
・ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２・・・ｎ型ＧａＡｓバッファー層（久） ら （Ｃ） １区 手続補正書 （方式） ％式％ 事件の表示 昭和６３年 特許層 第１８２４１７号 ２゜ 発明の名称 半導体レーザ ３゜ 補正する者 事件との関係　　　特許出願人 曇１６３東京都新宿区西新宿２丁目４番１号４゜ 代 理 人 連絡先 内線３００〜３０２ は、・・」とあるを「第２図（ａ）〜（ｆ）は、・・」
と補正します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リブ状の光導波路を有し、かつ該リブ状の光導波路側面
   は、II−VI族化合物半導体層で埋め込まれて成る半導体
   レーザにおいて、少なくとも一方の共振器端面近傍では
   、電流注入幅と光導波路幅をほぼ等しくして屈折率導波
   構造とした該リブ状の光導波路を、共振器方向に複数本
   有し、かつ共振器中央付近では、該光導波路幅及び該電
   流注入幅を広くして利得導波構造とした該リブ状の光導
   波路を有して成ることを特徴とする半導体レーザ。