JPH0353580A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH0353580A
JPH0353580A JP18954889A JP18954889A JPH0353580A JP H0353580 A JPH0353580 A JP H0353580A JP 18954889 A JP18954889 A JP 18954889A JP 18954889 A JP18954889 A JP 18954889A JP H0353580 A JPH0353580 A JP H0353580A
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JP
Japan
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layer
resonator
semiconductor laser
face
laser element
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Pending
Application number
JP18954889A
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English (en)
Inventor
Makoto Ishikawa
信 石川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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) 本発明は光ディスク等の情報処理用光源として最適な半
導体レーザ素子に関するものである.(従来の技術) 0.7〜0.8μm帯のGaAs/AIGaAs系横モ
ード制御型半導体レーザは、光ディスクの書き込み再生
用光源として、近年、需要が広がっている.光ディスク
用光源としては、30mW以上の高出力と、2000時
間以上の高い信頼性が必要とされる. 第4図には、I.Komazaki  et.al.に
よってエレクトロニクス レター(F,Iectron
ics  Letters.vol.25、p294.
(1989)に発表された従来の高出力半導体レーザ素
子の梢造例が示されている. この構造のレーザ素子を得るためには、まずMOVPE
気相成長法により製作したダブルへテロ構逍ウエハのp
  A l o4sG a o. ssA Sクラッド
層4中に幅4μmの逆メサを形或する.その後、S i
 02をマスクとしてMOVPE成長法により、メサ周
辺部にn−GaAs電流ブロック層6を形成する.図に
おいて、1はn−GaAs基板、2はn  A I O
. 4SG a o. ssA sクラッド層、3はA
J o. +sG a o. asA S活性層、5は
p−G aA sキャップ層、7はn−電極、8はp一
電極をそれぞれ示す. この構造では、n−GaAs電流ブロック層6により、
発光部に有効に電流が狭さくされるとともに、n−Ga
Asの光吸収効果により水平方声の導波モードの安定化
を図っている.従って、但しきい値、高効率で高出力ま
で横モードの安定した高出力半導体レーザが実現できる
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述の従来の梢迫では、共振各端面の光
学損傷により高出力特性が制限されてしまう.光学損傷
は、高出力時に、端面部分の活性層が溶融する現象であ
り、以下に示すメカニズムで発生する.GaAs/AI
GaAs系では、結晶表面に存在する界面準位が多く、
このため、共振器端面部では、界面準位を介して注入キ
ャリアが再結合してしまい、キャリアの欠乏が生じる.
従って、端面近傍は、発振光に対して吸収領域として作
用する.高出力になるにつれて、端面部の温度が上昇し
バンドギャップが縮小するため、さらに吸収層が増加し
ていく. この結果、ある光出力に達すると、光の吸収→温度上昇
→バンドギャップの縮小→光吸収の増加→温度上昇のサ
イクルが暴走状態となり、光学損傷が発生する,光学損
傷の起こる光密度は2〜4m W / c m 2であ
り通常の4〜5μmの単一ストライプ半導体レーザでは
非対称コーティングを行っても最大出力は〜100mW
程度であるう従って、従来の梢達では信頼性を確保でき
る実用的な出力レベルは〜50mW程度であり、高出力
特性の制限を受けていた. (課題を解決するための手段》 上述の課題を解決するために、本発明の半導体レーザ素
子は、横モード制御型の半導体レーザ累子において、共
振器端面近傍を前記共振器内部に比べて低抵抗とするこ
とにより、前記共振器端面近傍における活性層内の注入
キャリア密度を前記共振器内部の値より高めた. (作用) 本発明のレーザ素子構造では、共振器端面近傍はZn拡
散等の手段により共振器内部に比べて低抵抗となってい
る.活性層厚は共振器全体にわたって均一であるため、
発振時の注入キャリア密度は、共振器端面近傍の方が共
振器内部に比べて高くなる.発振波長は大部分の面積を
占める共振器内部の注入キャリアに応じて決定される.
従って端面部で界面準位を介してキャリアが再結合して
も発振光に対して吸収となるほどキャリアの欠乏状態は
生じない.その結果、従来の構造に比べて光学損傷レベ
ルを高くすることができ、より高出力な半導体レーザを
実現することができる.{実施例} 以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳しく説明する
. 第1図は本発明の一実施例の構造図を示す.本実施例楕
遺を得るための製造工程を説明すると、まず、n−Ga
As基板1上にMOVPE成長法または、LPE成長法
を用いて、20μm層厚のn  A l o. asG
 a o. ssA sクラッドN2、0.05μm層
厚のA 1 o. +sG a o. asA 8活性
層3,1.5μm層厚のp  A 1 o. 4sG 
a u...jA sクラッド層4および1.0μm層
厚のp−GaAsキャップ層・5を順次形成する. 次に、S10tをマスクとして、<011>方向に平行
な幅5μmの逆メサストライプをリン酸系のウエットエ
ッチングを用いて形成する.メサの深さは例えば2.2
μmとする.従ってメサ外部では、活性層3上に、0.
3μmのP−クラッド層4が形成される. その後、Sin2をマスクとして、NOVPE成長法を
用いてn−GaAs電流ブロック図層6をメサ外部に形
成する.この電流ブロック層6の働きにより、発光部に
有効に電流が注入されるとともに水平方向のモードの安
定化を実現することができる. さらに、新たなS i O.マスクを用いてメサストラ
イプ上に長さ50μm,間隔300μmのZn拡歇領域
9を形成する.拡散深さは、例えば、成長表面から〜2
.0μmとする. 最後に、n−@極7、p一電極8を形成した後、50μ
mのZn拡散領域の中間でへき開面を形成して300μ
m共振器長をもつ.レーザ素子を形成する. また、第3図(a)と(b)には本発明の他の実施例の
!IIJ造図を示すための斜視図とA−A断面図が示さ
れている. 本実施例m逍のレーザ素子を得るためには、まず、n−
GaAs基板1にフォトリソグラフィーとアンモニア系
のエッチングを用いて、<01■〉方向に平行な幅5μ
m、深さ2μmのV字型の溝を形成する. その後、LPE成兵法により0.2μm層厚のn  A
 I 0. 41G a o. s*A SクラッドF
114、0.2μm層厚のn  A l o. ssG
 a o. bsA s光ガイド層15、0.07μm
層厚のA 1 o t’sG a 0. 12A S活
性層16、0.3am層厚のP一A 1 o.s G 
ao.g A s光反射層17、1.2μm層厚のP 
 A I 0. 4 1 G a o. ssA Sク
ラッド層18および0、7μ層厚のn−GaAsキャッ
プ層19を順次積層する.LPE成長法の成長a′!R
により、光ガイド層l5が,溝部で厚い平凸形状の構造
が形或される.この結果、溝内部で等価的に屈折率が高
くなり、水平方向のモードの安定化が実現される。
次に、SiO2をマスクとして溝の上部に、長さ50μ
m、間隔300μmのZn拡散領域9を形成する.さら
に、新たなS102をマスクとして、湧全域にわたって
2回目のZn拡散を行う,1回目のZn拡散領域は、2
回目のZn拡散により、さらに深く拡散される.この結
果、1回目に拡散した50μmの領域だけ拡散フロント
の深い第3図に示すような構造が形成される.!&後に
、n−電極7、p一電極8を形或した後、拡散フロント
の深い領域の中間にへき開面を形成する.以上により、
本発明の構造をもつレーザ素子が実現できる. 以上において、結晶成長により、形成されるp〜クラッ
ド層4および18のキャリア濃度は1×1 017〜I
 X 1 0”cm−’程度であるのに対して、Zn拡
散により、形成されるキャリア濃度は〜1 0 ”c 
m−’と高い.従って、本発明の構造によれば、共振器
端面近傍のp−クラッド層の抵抗率を共振器内部の値に
比べて10分の1程度に低減することができる. 活性層厚は共振器全体にわたって均一であるため、発振
時の注入キャリア密度は、第2図に示すように、共振器
端面近傍の方が共振器内部に比べて高くなる.第2図に
おいて、10は伝導帯、11は価電帯、12は電子、!
3は正孔を示す.発振波長は大部分の面積を占める共振
器内部の注入キャリアに応じて決定される.従って端面
部界面準位を介してキャリアが再結合しても発振光に対
して吸収となるほどキャリアの欠乏状態は生じない.す
なわち、共振器端面部での、光吸収量を従来の半導体レ
ーザに比べて十分に小さくすることができる.この結果
、高い光学損傷レベルが得られ、より高出力な半導体レ
ーザを実現することができる. 以上の実施例の説明では、GaAs/AIGaAs系を
用いて説明を行ったがAIGalnP/GalnP系の
0.6μm4fFの半導体レーザに対しても全く同様な
4il造を実現することができる.(発明の効果) 以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子では共
振器端面近傍を共振器内部に比べて低抵抗とすることに
より共振器端面近傍の活性層内の注入キャリア密度を共
振器内部よりも高くしているので、共振器端面での光吸
収量を小さくでき、高い光学損傷レベルが得られて高出
力な半導体レーザ素子を実現できる.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すS造図、第2図は本実
施例における発振時の注入キャリア密度を模式的に示す
図、第3図(a)と(b)は本発明の他の実施例を示す
斜視図と断面図、第4図は従来の半導体レーザのS造図
である. 1 −−− n − G a A s基板、2・−n 
 Alo4sG a o. ssA Sクラッド層、3
 = A l o. +sG a o. ssAs活性
層、4 ・” P  A l o. asG a o.
 ssA Sクラッド層、5・・・p − G a A
 Sキャップ層、6・・・n −GaAs電流ブロック
層、7・・・n−t極、8・・・p電極、9・・・Zn
拡散領域、10・・・伝導帯、11・・・価電帯、12
・・・電子、13・・・正孔、14・・・nA I 0
. 41G a o. s*A S活性層、1 5 ・
n −A 1 o. ssG a O. 68A S光
ガイド層、1 6 −・・A l o osG a O
. 12A S活性層、1 7 ・p −A 1 o.
s G a o.s A s光反射層,18−・−p−
A 1 6. 410 a o. s*A Sクラツド
層、19・−n−GaAsキャップ層.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 横モード制御型の半導体レーザ素子において、共振器端
    面近傍を前記共振器内部に比べて低抵抗とすることによ
    り、前記共振器端面近傍における活性層内の注入キャリ
    ア密度を前記共振器内部の値より高めたことを特徴とす
    る半導体レーザ素子。
JP18954889A 1989-07-21 1989-07-21 半導体レーザ素子 Pending JPH0353580A (ja)

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JP18954889A JPH0353580A (ja) 1989-07-21 1989-07-21 半導体レーザ素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136161B1 (ko) * 2006-02-15 2012-04-17 엘지전자 주식회사 레이저 다이오드

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101136161B1 (ko) * 2006-02-15 2012-04-17 엘지전자 주식회사 레이저 다이오드

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