JPH03154391A - 半導体レーザ装置 - 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、各種の情報処理や計測・加工のための光源と
して用いることのできる半導体レーザ装置に関するもの
である。

従来の技術 近年、追記型光ディスクや消去・再書き込み可能な光デ
ィスク、加工用固体レーザ励起用等の光源として、高出
力半導体レーザ装置の需要が急速に高まりつつある。

このような要求を満たすべ（、各種の構造を有する高出
力半導体レーザ装置が研究、開発され実用化されてきた
。

半導体レーザ装置内部の光密度は、結晶内部よりも端面
近傍で急激に高くなり、しかも端面は表面準位の存在に
より光を吸収しやすいため、光出力を増加させていくと
端面破壊（ＣＯＤ　：　ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐ
ｔｉｃａｌ　ＤａＩｉｌａｇｅ　）を生じる。この現象
が半導体レーザ装置の高出力化の際に最も大きな障害と
なるものである。

端面破壊を防ぐ手段の１つに、活性領域を量子井戸によ
り形成し、端面近傍のみに高濃度の不純物拡散を行うこ
とによってこの部分の量子井戸を無秩序化（Ｉ　ＩＤ　
：　ｌｌｌ１ｐｕｒｉｔｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｄｉｓｏ
ｒｄｅｒｉｎｇ）する方法がある。量子井戸が無秩序化
された部分の禁制帯幅は活性領域の禁制帯幅よりも太き
くなるため光の吸収が小さくなり、良好な窓構造が形成
され、端面破壊が生じにくくなる。

以下図面を参照しながら上述した従来の不純物拡散によ
る量子井戸の無秩序化を利用した窓構造を有する半導体
レーザ装置について説明する。

第３図は従来の不純物拡散による量子井戸の無秩序化を
利用した窓構造を有する半導体レーザ装置の導波路方向
に平行な面における断面図を示すものである。

第３図において１はｎ−ＧａＡｓ基板である。

２はローＡ　Ｑ　ｘＧ　ａ　＋−ｘ、Ａ　Ｓクラッド層
、３はＡＱｙＧ　ａＩ−ｙＡ　ｓガイド層、４はＧａＡ
ｓ活性層、５はＡｔ’　　、Ｇ　ａ　１−ｙＡ　ｓガイ
ド層、６はｐ−Ａ！！ＸＧ　ａ　１−ｘＡ　ｓクラッド
層、７はｐ−ＧａＡｓキャップ層、８，９はそれぞれｎ
、ｐ型のオーミック電極である。

ＧａＡｓ活性層４は厚さ２００八以下の量子井戸である
。またクラッド層及びガイド層のＡｅ組成Ｘ及びｙはｘ
＞ｙとなるように設計されている。端面近傍の１０及び
１１の領域は表面からの不純物拡散が行なわれた窓部分
を示す。

第４図は第３図におけるＣ−Ｃ゛断面びｄ−ｄ　’断面
における屈折率の深さ分布を示したものである。第４図
（ｂ）に示すように、不純物拡散の行なわれた窓領域で
は、活性層が無秩序化されガイド層３及び５とほぼ同じ
禁制帯幅になるため、活性層位置での屈折率はガイド層
の屈折率とほぼ等しくなる。

以上のような構造を有する半導体レーザ装置の動作原理
を説明する。

この半導体レーザ装置に順方向にバイアスを施すと、電
流は禁制帯幅の大きい窓部分よりも禁制帯幅の小さい窓
以外の結晶内部に集中し、活性層に形成された量子準位
間で発光性再結合を生じる。

ここで発生した光波は活性層４及びガイド層３．５に閉
じ込められ端面方向に伝播し、端面において一部は透過
して出力光となり、残りは反射して再び活性領域に達し
活性層４での誘導放出を引き起こし、ついにはレーザ発
振に至る。

ここで、端面の窓部分の禁制帯幅はレーザ光の光子エネ
ルギーよりも大きいので、この部分での吸収は小さくな
り、端面まで活性層の存在する通常の半導体レーザ装置
に比べ端面破壊を生じる光出力が格段に向上し、高出力
動作が可能となる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上述のような構成では、結晶内部での光分
布と窓部分での光分布がほとんど等しくなるため、全搬
閾値を下げるために光の閉じ込め係数を大きくするとそ
れにつれて端面での光スポツト径が小さ（なり光密度が
高（なるため、端面破壊が生じやすくなるという欠点を
有していた。

本発明は上記欠点に鑑み、窓部分のガイド層の屈折率を
低下させ端面での光スポツト径を広げることが可能な半
導体レーザ装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明による半導体レーザ
装置は、ガイド層が、活性層よりも禁制帯幅の大きい半
導体層（以下これを「バリア層」と称す）とこれよりも
禁制帯幅の小さい半導体層（以下これを「井戸層」と称
す）との多層構造（超格子）により構成され、さらに前
記活性層とガイド層の共振器端部が無秩序化されている
ことを特徴としている。

作用 この構成では、バリア層の厚さが電子の波動関数の広が
りと同程度の大きさであるため、隣接する井戸間の電子
の結合は弱い。このように、隣接する井戸間の電子の結
合が弱い多層構造の屈折率は、これを構成する各層の算
術的平均組成を有するバルク結晶の屈折率よりも一般に
０．１〜０．２も高くなる。一方、窓領域ではガイド層
及び活性層が完全に無秩序化されているため、ここでの
屈折率はガイド層及び活性層を構成する各層の算術平均
的組成を有するバルク結晶の屈折率とほぼ等しくなる。

すなわち、活性層及びガイド層゛により構成された先導
波路内への光の閉じ込め係数は結晶内部では大きく、窓
領域では小さくなる。このため、窓領域では無秩序化に
よる活性層の消失に伴って光の吸収が減少すると同時に
、屈折率の低下に伴って光スポツト径が拡大するため端
面破壊が一層生じにくくなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
導波路に平行方向の断面図を示すものである。

第１図に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板上にｎ−Ａｅ　
Ｏ，５Ｇａｏ５Ａｓクラッド層１．０μｍ。

Ａｅ　ｏ、ｓＧ　ａｏ、ｓＡ　ｓ　５０八とＧａＡｓ３
０Ａとが交互に１０周期現れるガイド層、ＧａＡｓ活性
層６０Ａ、　Ａ、ｅ　ｏ、５Ｇａｏ、ｓＡ　ｓ　６０　
ＡとＧａＡｓ３０Ａとが交互に１０周期現れるガイド層
、ｐ−Ａｆ２　ｏ、ｓＧ　ａｏ、ｓＡ　ｓクラッド層１
．０μｍ、ｐＧａＡｓＧａＡｓキャップ層０を順次ＭＯ
ＣＶＤ法により成長させたのち、端面から２０μｍの領
域のみにＺｎ拡散を施してこの部分の活性層及びガイド
層を完全に無秩序化し、最後にオーミック電極を形成す
る。

以上の構成によれば、第２図に示すように、窓部分以外
の結晶内部でのガイド層の屈折率はレーザ発振波長約８
１０ｎｍに対し約３．５５であり、一方窓部分ではバル
ク結晶のＡ　ｅＯ，３３Ｇ　ａＯ，６７Ａｓにほぼ等し
い約３．４４となる。

このため端面での光スポツト径は、端面でのガイド層の
屈折率が結晶内部での値と等しい場合に比べ約１．５倍
に増加し、窓部分での活性層の消失による吸収の低下に
加え、光スポツト径の増加に伴う端面光密度の低下によ
り、端面破壊を生じる光出力レベルが格段に向上する。

事実、本実施例に基づいて製作した共振器長５００μｍ
２ストライブ幅１００μｍの半導体レーザ装置は４．７
Ｗの光出力に至るまで端面破壊を生じなかった。これは
窓構造を設けなかった場合の２．５Ｗに比べ約２倍の向
上が実現されていることを示す。

発明の効果 以上のように本発明は、端面での光吸収の低下と光スポ
ツト径の増加を同時に実現することにより高出力動作が
可能な半導体レーザ装置を提供するものであり、その実
用的効果には大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
導波路に平行方向の断面図、第２図（ａ）、　（ｂ）は
それぞれ第１図中のａ−ａ゛及びｂ−ｂ　’断面での屈
折率の深さ方向の変化を示す図、第３図は従来の窓構造
を有する半導体レーザ装置の導波路に平行方向の断面図
、第４図（ａ）、　（ｂ）は第３図中のｃ−ｃ゛及びｄ
−ｄ　’断面での屈折率の深さ方向の変化を示す図であ
る。 １−＝−ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２−・・・・・ｎ
　−Ａｅ　Ｏ，５Ｇａｏ、５Ａｓクラッド層、３−−　
Ａ　ｅ　Ｑ、Ｓ　Ｇ　ａ　ｏ、ｓＡｓ／ＧａＡｓ１Ｏ周
期ガイド層、４・−−−−−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層、５
−Ａｅｏ、ｓＧ　ａｏ、ｓＡ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
１０周期ガイド層、６　・−・・ｐ　−Ａ２　ｏ、ｓＧ
　ａｏ、ｓＡｓクラッド層、７・・・・・・ｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層、８・・・・・・ｎ型オーミック電極、９
・・・・・・ｎ型オーミック電極、１０．１１・・・・
・・Ｚｎ拡散領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　活性領域となる第１の半導体層の両側に、第１の半導
   体層よりも禁制帯幅の大きい半導体層と、この半導体層
   よりも禁制帯幅が小さい半導体層とが交互に形成された
   多層構造により構成された第２及び第３の半導体層がそ
   れぞれ形成され、さらにその外側に前記第２及び第３の
   半導体層の算技的平均禁制帯幅よりも大きい禁制帯幅を
   有する第４及び第５の半導体層が形成され、前記第１、
   第２及び第３の半導体層の共振器両端部が無秩序化され
   ていることを特徴とする半導体レーザ装置。