JPH0391278A - 半導体レーザダイオード - 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、計測分野などの光源として用いる、可干渉性
の２ビームを同一方向に出射できる半導体レーザダイオ
ードに関する。

（従来の技術） 計測分野などの光源として、小形で可干渉性のある光源
部品が重要とされている。しかし、可干渉性を利用する
２本のレーザビームを得ようとする場合には、通常１本
のビームをハーフ稟う−等を用いて分離している。この
ため、ガスレーザや固体励起レーザより小形の半導体レ
ーザダイオードを用いても、第５図に示すように、周辺
のハーフミラ−やレンズなどの部品を用いるので、大形
化するとともに、これらの組み立てに必要な工程により
、歩留まりの低下やコストの増大などの問題が生じる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前記の欠点に鑑みなされたもので、小形で作
製容易な、可干渉性の２ビームを同一方向に出射する光
源として、半導体レーザダイオードを提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の半導体レーザダイオードは、導波路部を有する
半導体レーザダイオードにおいて、該導波路部の少なく
とも一部に全反射ミラーとなる曲げた導波路部を設け、
かつ同一面方向に該曲げた導波路部のレーザ光を出射さ
せる光出射端面が向っている。

従来の半導体レーザは導波路部が一直線のため、可干渉
性のある２ビームを得るには、レンズやハ−フミラー等
の部品を外部に用いてビームを分割する必要がある。

これに対して本発明では、前述のように導波路自体が曲
がっており、光出射端が同一の面方向を向いているので
、レーザダイオード以外の部品を用いないでも、可干渉
性の２ビームが得られる。

また、全反射ミラーを用いるので、低損失で、低ｒＡ植
でのレーザ発振が実現できる。

（実施例） 以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

実１０牝上 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図であ
り、Ｕ字形の電極を持つレーザダイオードを示す。この
素子を例にとり、その製作法を以下に述べる。

■　ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板６上に有機金属気相成長法
により、膜厚１．５　ｕｍのＳｅ　ドープＡ乏Ｃ；ａＡ
ｓクラッド層７、膜厚０．２μｍのグレーデッドインデ
ックス光閉じ込めＡＩ　ＧａＡｓ層８、膜厚− ７，５ｎｍＧａＡｓ活性層９、膜厚０．２　μｍのグレ
ーデッドインデックス光閉じ込めＡｌＧａＡｓ層１０、
膜厚１．５　ｐｍのＺｎ　ドープＡＱＧａＡｓクラッド
層１１、膜厚０．５μｍのＺｎ　ドープＧ　ａ　Ａ　ｓ
キャラプ層１２からなるレーザダイオード構造を一度の
成長で形成する。

■　電極パタンのフォトリソグラフィ工程と、Ａｕの蒸
着どリフトオフにより、上部電極１３を形成する。

■　フォトリソグラフィ工程により、この電極１３よす
太い４０μｍ幅のレジストパタンを形成し、これをマス
クとして、反応性イオンビームエツチングや反応性高速
原子線エツチングなどにより、深さ５μｍ程度基板に垂
直なエツチングを行い、導波路パタン（導波路構造）１
４と全反射ミラー１５を形成する。

■　基板を膜厚１００μｍまで研磨した後、蒸着で裏面
Ａｕ電極１６を形威し、熱処理を行う。

■　この後、襞間により、レーザ光出射端面１７を形成
する。

一 以上の工程で作製した素子は、通常の半導体レーザと同
様の実装と配線を行うことにより、闇値電流７０ｍＡで
室温で連続発振し５　ｍＷの出力が得られた。全反射ミ
ラーの損失は約１ｄＢと小さく、通常のレーザダイオー
ドとほとんど変わらない闇値電流密度で発振できている
。また両出射端からの光はレンズで集光すると、干渉に
よる縦しまが観察できる可干渉光が得られた。素子のチ
ップ寸法は３００μｍ　Ｘ２５０μｍである。

失嵐艶又 第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す斜視図であ
り、Ｕ字形の電極を持つレーザダイオードを示す。この
素子では、導波路と全反射面の角度を４０’　と実施例
１より小さくすることにより、光ビーム出射方向を同一
面方向ではあるが、平行ではないようにしている。

■　ｎ型ＧａＡｓ基板１８上に有機金属気相成長法によ
り、膜厚１．５　ｕｍのＳｅ　ドープＡｊＩＣ；ａＡｓ
クラッド層１９、膜厚Ｑ、１　ｐｍ　ＧａＡｓ活性層２
０、膜厚１．５１ｔｍのＺｎ　ドープＡｆｆｉＧａＡｓ
クラッ一 ド層２１、膜厚０．５　ｕｍのＺｎ　ドープＧ　ａ　Ａ
　ｓキャラプ層２２からなるレーザダイオード構造を一
度の成長で形成する。

■　電極パタンのフォトリソグラフィ工程と、Ａｕの蒸
着とリフトオフにより、上部電極２３を形成する。

■　フォトリソグラフィ工程により、この電極２３より
太い４０μｍ幅のレジストパタンを形成し、これをマス
クとして、反応性イオンビームエツチングや反応性高速
原子線エツチングなどにより、深さ５μｍ程度基板に垂
直なエツチングを行い、導波路パタン２４と全反射くラ
ー２５と端面ミラー２６を形成する。

■　基板を膜厚１００μｍまで研磨した後、蒸着で裏面
Ａｕ電極２７を形威し、熱処理を行う。

■　この後、襞間により素子を分離する。

以上の工程で作製した素子は、通常の半導体レーザと同
様の実装と配線を行うことにより、閾値電流１００　ｍ
Ａで室温でパルス発振し１５　ｍＷの出力が得られた。

全反射ミラーの損失は約１　ｄＢと小　− さく、通常のレーザダイオードとほとんど変わらない闇
値電流密度で発振できている。また両出射端からの光は
レンズで集光すると、干渉による縦じまが観察できる可
干渉光が得られた。素子のチップ寸法は３００　μｍ　
Ｘ４００　μｍである。

実茄池】− 第３図は本発明の第３の実施例の構成を示す斜視図であ
り、Ｕ字形の導波路とレーザダイオード部が結合してい
る素子を示す。この素子では、電流注入で利得を生じる
部分と光導波の向きを変える部分が結合した形となって
いる。この素子の製作法を以下に述べる。

■　ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板２８上に有機金属気相成長
法により、膜厚１．５　ｐｍのＳｅ　ドープＡｊ２Ｃ；
ａＡｓクラッド層２９、膜厚０．１　μｍのＡｌＣａＡ
ｓ活性層３０、膜厚１．５　ｐｍのＺｎ　ドープＡＩ！
、ＧａＡｓクラッド層３１．膜厚０．５　μｍのＺｎ　
ドープＧ　ａ　Ａ　ｓキャン１層３２からなるレーザダ
イオード構造を一度の成長で形威する。

■　導波路パタンのフォトリソグラフィ工程と、反応性
イオンビームエツチングや反応性高速原子線エツチング
などにより、深さ５μｍ程度基板に垂直なエツチングを
行い、８μｍ幅の導波路パタン３３と全反射ミラー３４
を形成する。

■　スパッタ法またはＣＶＤ法などにより５ｉ０２等の
誘電体からなる絶縁膜３５を形成する。

■　フォトリソグラフィ工程とエツチングにより、電極
コンタクト窓３６をあけ、上部Ａｕ電極３７を形威して
電流注入部とする。

■　基板を膜厚１００μｍまで研磨した後、蒸着で裏面
Ａｕ電極３８を形威し、熱処理を行う。

■　この後、襞間により、レーザ光出射端面３９を形成
する。

以上の工程で作製した素子は、通常の半導体レーザと同
様の実装と配線を行うことにより、闇値電流６０ｍＡで
室温で連続発振し５　ｍＷの出力が得られた。また両出
射端からの光はレンズで集光すると、干渉による縦じま
が観察できる可干渉光が得られた。素子のチップ寸法は
２５０μｍ　Ｘ４００μｍである。

実１０運（ 第４図は本発明の第４の実施例の構成を示す斜視図であ
り、Ｕ字形のりッジ導波路を持つレーザダイオードを示
す。この素子はξラー以外の導波路部分が露出されない
構造となっている。素子の長寿命化や信頼性向上のため
には、露出部分の少ないことが有効である。この素子の
製作法を以下に述べる。

■　ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板４０上にイ１機金属気相戒
成長により、膜厚１．５　ｐｍのＳｅ　ドープＡｌＧａ
Ａｓクラッド層４１、膜厚０．２μｍのグレーデッドイ
ンデックス光閉じ込めＡＩ！、ＧａＡｓ層４２、膜厚７
．５　ｎｍＧａＡｓ活性層４３、膜厚０．２　μｍのグ
レーデッドインデックス光閉じ込めＡ１．ＧａＡｓ層４
４、膜厚１．５　ｐｔｎのＺｎ　ドープＡＩ！、ＧａＡ
ｓクラッド層４５、膜厚０．５μｍのＺｎ　ドープＧ　
ａ　Ａ　ｓキャン１層４６からなるレーザダイオード構
造を一度の成長で形成する。

■　導波路パタンのフォトリソグラフィ工程と、キャッ
プ層のエツチングにより、５μｍ幅の導波路パタン４７
を形威する。

■　フォトリソグラフィ工程と反応性イオンビームエツ
チングや反応性高速原子線エツチングなどにより、深さ
５μｍ程度基板に垂直なエツチングを行い、全反射くラ
ー４８を形威する。

■　スパッタ法またはＣＶＤ法などにより、０．２μｍ
の５ｉ０２等の誘電体からなる絶縁膜４９を形威する。

■　さらに電極コンタクト窓５０をあけ、上部Ａｕ電極
５１を形威して電流注入部とする。

■　基板を膜厚１００μｍまで研磨した後、蒸着で裏面
Ａｕ電極５２を形威し、熱処理を行う。

■　この後、襞間により、レーザ光出射端面３５（幅は
Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャン１層４６の幅と同じ）を形成する
。

以上の工程で作製した素子は、通常の半導体レーザと同
様の実装と配線を行うことにより、闇値電流４０　ｍＡ
で室温で連続発振し１０　ｍＷの出力が得られた。また
両出射端からの光はレンズで集光すると、干渉による縦
じまが観察できる可干渉光が０ 得られた。素子のチップ寸法は３００μｍ　ｘ３００μ
ｍである。

以上、実施例として、素子の基板にＧ　ａ　Ａ　ｓを用
いたＡｊ２ＧａＡｓ系レーザの場合を示したが、基板と
してＩｎＰ等の他の基板を用いたものや、他の材料系の
半導体レーザダイオードでもよいことは言うまでもない
。また、レーザダイオードの膜厚方向の構造は、実施例
に示した量子井戸構造のものや単純なダブルへテロ構造
でなくともよいことは言うまでもない。また実施例では
、全反射面をＳ　ｉ　Ｏｗ等の誘導体で覆った場合をも
示したが、全反射条件を満足する屈折率の小さい物質で
、電気的絶縁性を持つＳｉ０ｇ以外のもので覆ってもよ
いことは言うまでもない。さらにミラーが全反射の条件
を満足するようにすれば、実施例に示した角度以外に導
波路を曲げたものや、２枚以上の全反射面を組み合わせ
ることは造作もないことである。

（発明の効果） 本発明の半導体レーザダイオードは、従来の外＝１１ 部ミラーを持つものに比べて、大幅に（１／１００以下
に）小形化できる。またモノリシックなため、ハーフミ
ラ−等との組立工程が不用になり、組み立て精度等の心
配がなく、安定した特性が得られる。

さらに半導体レーザのビームを外部ミラーで反射する場
合は、ミラーの設置幅でビーム間隔が拡がるのに対し、
本発明では、出射端まで導波路で形成されているので、
１　／１００以下の近接したビームが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はそれぞれ本発明の第１の実施例な
いし第４の実施例の構成を示す斜視図、第５図は半導体
レーザダイオードから可干渉性の２ビームを得る従来の
方法の説明図である。 ｌ・・・レーザダイオードチップ ２・・・ロッドレンズ　　　　３・・・ハーフ５ラー４
・・・５ラー　　　　　　　５・・・レーザビーム６・
・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板 ７・・・ＡｆｆｉＧａＡｓクラッド層 ２ ８・・・グレーデッドインデックス光閉じ込めＡ／２９
・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層 １０・・・グレーデッドインデックス光閉じ込めＡＩ！
。 １１・・・Ａ氾Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラ２１層１２・・・Ｇ
　ａ　Ａ　ｓキャップ層 １３・・・Ａｕ電極　　　　　１４・・・導波路パタン
１５・・・全反射ミラー　　　１６・・・Ａｕ電極１７
・・・レーザ光出射端面　１８・・・ＧａＡｓ基板１９
−ＡＩＧａＡｓクラッド層 ２０・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層 ２１−Ａ　Ｉ！、ＧａＡｓクラッド層 ２２・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャン１層 ２３・・・Ａｕ電極　　　　　２４・・・導波路バタン
２５・・・全反射ミラー　　　２６・・・端面ミラー２
７・・・Ａｕ電極　　　　　２８・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
基板２９・−・Ａ　Ｉ　ＧａＡｓクラッド層３０・＝Ａ
　Ｉ　ＧａＡｓ活性層 ３１・・・Ａ４２ＧａＡｓクラッド層 ３２・・・ＧａＡｓキャップ層 ３３・・・導波路パタン　　　３４・・・全反射ミラー
ａＡｓ Ｇ　ａ　Ａ　ｓ ３ ３５・・・絶縁膜　　　　　　３６・・・電極コンタク
ト窓３７・・・Ａｕ電極　　　　　３８・・・Ａｕ電極
３９・・・レーザ光出射端面　４０・・・Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ基板４１・・・Ａｊ２ＧａＡｓクラッド層 ４２・・・グレーデッドインデックス光閉じ込めＡｆｆ
ＧａＡｓ４３・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層 ４４・・・グレーデッドインデックス光閉じ込めＡＩ！
、ＧａＡｓ４５・・・ＡｌＧａＡｓクラッド層 ４６・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャップ層 ４７・・・導波路パタン　　　４８・・・全反射ミラー
４９・・・絶縁膜　　　　　　５０・・・電極コンタク
ト窓５１・・・Ａｕ電極　　　　　５２・・・Ａｕ電極
５３・・・レーザ光出射端面 ＝　１４− −゛スイツ手

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、導波路部を有する半導体レーザダイオードにおいて
   、該導波路部の少なくとも一部に全反射ミラーとなる曲
   げた導波路部を有し、かつ同一面方向に該曲げた導波路
   部のレーザ光の出射端面が向っていることを特徴とする
   半導体レーザダイオード。