JPH0410705Y2 - - Google Patents
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- JPH0410705Y2 JPH0410705Y2 JP1987096271U JP9627187U JPH0410705Y2 JP H0410705 Y2 JPH0410705 Y2 JP H0410705Y2 JP 1987096271 U JP1987096271 U JP 1987096271U JP 9627187 U JP9627187 U JP 9627187U JP H0410705 Y2 JPH0410705 Y2 JP H0410705Y2
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- cladding layer
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Description
【考案の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本考案は半導体レーザ素子に関し、特にレーザ
発振のモード制御を行なうための素子構造に関す
るものである。
発振のモード制御を行なうための素子構造に関す
るものである。
〈従来の技術〉
半導体レーザを連続発振させるためには光の損
失及び無駄なキヤリアの再結合を最小限に抑制す
ることが必要であり、このため特定領域に光エネ
ルギー及び注入電流を閉じ込めるダブルヘテロ接
合、電極ストライプ構造等が開発され、レーザ特
性の向上が確かめられている。しかしながら、こ
れらの構造を有する半導体レーザ素子に於いても
その特性面で尚大きな問題点が残存する。即ち、
活性層に平行に立つ電磁波モード（横モード）の
不安定性及び注入電流の変化に対する横モードの
変化である。これは電極ストライプ構造が活性層
の横方向に対してキヤリア及び光の閉じ込め構造
となつていないことに起因するものであり、横モ
ードの拡がりあるいは高次モードの発生は光通信
光学系を用いた情報処理等に於いて伝送、結合効
率等に著しい弊害を招くこととなる。このため、
従来より半導体レーザ素子の横モードの安定化を
計るための研究が積極的に堆し進められており、
埋め込み構造、JIS構造、CSP構造等の如く種々
の横モード制御方式が提案されている。このう
ち、埋め込み構造は特開昭52−3392号に於いて提
唱され、その改良構造が特開昭55−140287号にて
提唱されている。この埋め込み構造はｎ型GaAs
基板の成長面に凹状のストライプ溝を加工成形
し、溝の両側にｐ型拡散層を形成した後溝に沿つ
て下方へ漸次湾曲したクラツド層と光ガイド層及
び活性層を重畳させ、溝部を整流接合、溝の両側
を逆バイアス接合に設定して活性層内でのレーザ
動作を屈折率差に基く層厚の厚い領域に限定する
ようにしたことを基本とするものである。しかし
ながらこの埋め込み構造の半導体レーザに於いて
も、実際には横方向の屈折率差が過大となり、高
次モードが発振し易く、現在の製造技術では量産
性及び再現性が乏しい。更に波長の短かい可視光
半導体レーザに於いても現在数％以下の歩留りし
か得られていない。
失及び無駄なキヤリアの再結合を最小限に抑制す
ることが必要であり、このため特定領域に光エネ
ルギー及び注入電流を閉じ込めるダブルヘテロ接
合、電極ストライプ構造等が開発され、レーザ特
性の向上が確かめられている。しかしながら、こ
れらの構造を有する半導体レーザ素子に於いても
その特性面で尚大きな問題点が残存する。即ち、
活性層に平行に立つ電磁波モード（横モード）の
不安定性及び注入電流の変化に対する横モードの
変化である。これは電極ストライプ構造が活性層
の横方向に対してキヤリア及び光の閉じ込め構造
となつていないことに起因するものであり、横モ
ードの拡がりあるいは高次モードの発生は光通信
光学系を用いた情報処理等に於いて伝送、結合効
率等に著しい弊害を招くこととなる。このため、
従来より半導体レーザ素子の横モードの安定化を
計るための研究が積極的に堆し進められており、
埋め込み構造、JIS構造、CSP構造等の如く種々
の横モード制御方式が提案されている。このう
ち、埋め込み構造は特開昭52−3392号に於いて提
唱され、その改良構造が特開昭55−140287号にて
提唱されている。この埋め込み構造はｎ型GaAs
基板の成長面に凹状のストライプ溝を加工成形
し、溝の両側にｐ型拡散層を形成した後溝に沿つ
て下方へ漸次湾曲したクラツド層と光ガイド層及
び活性層を重畳させ、溝部を整流接合、溝の両側
を逆バイアス接合に設定して活性層内でのレーザ
動作を屈折率差に基く層厚の厚い領域に限定する
ようにしたことを基本とするものである。しかし
ながらこの埋め込み構造の半導体レーザに於いて
も、実際には横方向の屈折率差が過大となり、高
次モードが発振し易く、現在の製造技術では量産
性及び再現性が乏しい。更に波長の短かい可視光
半導体レーザに於いても現在数％以下の歩留りし
か得られていない。
〈考案の目的〉
本考案は上記現状に鑑み、横モードが基本モー
ドで発振し、可視光波長域の半導体レーザに於い
ても歩留りが高く製作が容易な半導体レーザ素子
を提供することを目的とするものである。
ドで発振し、可視光波長域の半導体レーザに於い
ても歩留りが高く製作が容易な半導体レーザ素子
を提供することを目的とするものである。
〈実施例〉
以下、本考案を実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。第１図は本考案の１実施例を示す
半導体レーザ素子の構成図である。
がら詳説する。第１図は本考案の１実施例を示す
半導体レーザ素子の構成図である。
Znをドープしたｐ−GaAs基板（キヤリア濃
度：〜１×1019cm-3）１上に液相エピタキシヤル
成長法により、Teドープｎ−GaAs層（キヤリア
濃度：１×1018cm-3）２を1μｍの厚さに均一成長
させる。次にこのｎ−GaAs層２表面より幅約6μ
ｍ、深さ約1.2μｍのストライプ溝をピツチ300μｍ
で平行に形成する。ストライプ溝の加工は周知の
フオトエツチング法により行なうことができ、ス
トライプ溝の加工されたｐ−GaAs基板１の表面
は電流遮断用のｎ−GaAs層２が除去されて電流
通路となる。次に再び液相エピタキシヤル成長法
により第１のクラツド層３としてZnドープｐ−
Ga0.5Al0.5As（キヤリア濃度：５×1018cm-3）、こ
れに重畳する第２のクラツド層４としてZnドー
プｐ−Ga0.6Al0.4As（キヤリア濃度：５×1018cm-
３）をそれぞれ0.1μｍの厚さで積層する。第２の
クラツド層４は活性層５に対してキヤリアと光を
閉じ込めるには充分なAl混晶比差を有し活性層
５とのヘテロ接合界面でキヤリア及び光を閉じ込
める。即ち、第２のクラツド層４上にはこのよう
なヘテロ接合界面で限定される活性層５としてｐ
−Ga0.83Al0.17Asを0.1μｍの厚さで層設する。第
１のクラツド層３はストライプ溝を埋めその成長
表面はストライプ溝形状の影響を受けてストライ
プ幅Ｗ（≒6μｍ）の部分で凹陥形状となる。従つ
て、第２のクラツド層４はこの凹陥部分で最大層
厚が約0.6μｍと厚く成長される。尚第２のクラツ
ド層４の成長表面は平坦化されるため、この上に
重畳される活性層５は平坦層で層設されることと
なる。活性層５上には第３のクラツド層６として
Teドープｎ−Ga0.5Al0.5As（キヤリア濃度：５×
1017cm-3）、キヤツプ層７としてTeドープｎ−
GaAs（キヤリア濃度：１×1018cm-3）を順次成長
させる。
度：〜１×1019cm-3）１上に液相エピタキシヤル
成長法により、Teドープｎ−GaAs層（キヤリア
濃度：１×1018cm-3）２を1μｍの厚さに均一成長
させる。次にこのｎ−GaAs層２表面より幅約6μ
ｍ、深さ約1.2μｍのストライプ溝をピツチ300μｍ
で平行に形成する。ストライプ溝の加工は周知の
フオトエツチング法により行なうことができ、ス
トライプ溝の加工されたｐ−GaAs基板１の表面
は電流遮断用のｎ−GaAs層２が除去されて電流
通路となる。次に再び液相エピタキシヤル成長法
により第１のクラツド層３としてZnドープｐ−
Ga0.5Al0.5As（キヤリア濃度：５×1018cm-3）、こ
れに重畳する第２のクラツド層４としてZnドー
プｐ−Ga0.6Al0.4As（キヤリア濃度：５×1018cm-
３）をそれぞれ0.1μｍの厚さで積層する。第２の
クラツド層４は活性層５に対してキヤリアと光を
閉じ込めるには充分なAl混晶比差を有し活性層
５とのヘテロ接合界面でキヤリア及び光を閉じ込
める。即ち、第２のクラツド層４上にはこのよう
なヘテロ接合界面で限定される活性層５としてｐ
−Ga0.83Al0.17Asを0.1μｍの厚さで層設する。第
１のクラツド層３はストライプ溝を埋めその成長
表面はストライプ溝形状の影響を受けてストライ
プ幅Ｗ（≒6μｍ）の部分で凹陥形状となる。従つ
て、第２のクラツド層４はこの凹陥部分で最大層
厚が約0.6μｍと厚く成長される。尚第２のクラツ
ド層４の成長表面は平坦化されるため、この上に
重畳される活性層５は平坦層で層設されることと
なる。活性層５上には第３のクラツド層６として
Teドープｎ−Ga0.5Al0.5As（キヤリア濃度：５×
1017cm-3）、キヤツプ層７としてTeドープｎ−
GaAs（キヤリア濃度：１×1018cm-3）を順次成長
させる。
以上の結晶成長工程により得られたウエハーを
成長系より取り出し真空蒸着法でｐ−GaAs基板
にｐ側電極８、キヤツプ層７上にｎ側電極９を形
成した後、劈開法で素子単位に分割するとともに
共振器を構成して半導体レーザ素子とする。
成長系より取り出し真空蒸着法でｐ−GaAs基板
にｐ側電極８、キヤツプ層７上にｎ側電極９を形
成した後、劈開法で素子単位に分割するとともに
共振器を構成して半導体レーザ素子とする。
ｐ側電極８及びｎ側電極９を介して電流を注入
すると、ｎ−GaAs層２と第１のクラツド層３の
接合界面は逆バイアスに接合されているため、こ
の部分には電流が流れず、ｎ−GaAs層２の除去
されたストライプ溝の領域のみに電流が流れこの
領域に対応する活性層５でレーザ発振が開始され
る。即ち、キヤリアが注入されると再結合により
光を発生する活性層５はこれより禁制帯幅が大き
く、屈折率の小さい第２のクラツド層４及び第３
のクラツド層６で挾まれているため、このヘテロ
接合界面でキヤリア及び光が閉じ込められ、レー
ザ発振用誘導放射が行なわれる。
すると、ｎ−GaAs層２と第１のクラツド層３の
接合界面は逆バイアスに接合されているため、こ
の部分には電流が流れず、ｎ−GaAs層２の除去
されたストライプ溝の領域のみに電流が流れこの
領域に対応する活性層５でレーザ発振が開始され
る。即ち、キヤリアが注入されると再結合により
光を発生する活性層５はこれより禁制帯幅が大き
く、屈折率の小さい第２のクラツド層４及び第３
のクラツド層６で挾まれているため、このヘテロ
接合界面でキヤリア及び光が閉じ込められ、レー
ザ発振用誘導放射が行なわれる。
第２図は第２のクラツド層４の厚さに対する等
価屈折率の変化を示す特性図である。
価屈折率の変化を示す特性図である。
曲線l1は第１図に示す半導体レーザ素子の特性
曲線であり、曲線l2は第１図の実施例に示す半導
体レーザ素子の第２のクラツド層４を活性層５か
らの光が充分にしみ出し得るGaAlAsの光ガイド
層で置き換えた場合の半導体レーザ素子の特性曲
線であり、前述した特開昭55−140287号の技術に
対応する。曲線l1より明らかな如く本考案の半導
体レーザ素子は等価屈折率neffの変化が小さいた
め、ストライプの中央を最大層厚としてストライ
プの両側方へ移行するに従つて厚さが漸次薄くな
る第２のクラツド層４はストライプの中央から両
側方へ向かつて緩やかに屈折率が低下することと
なる。従つて第２のクラツド層４の屈折率変化に
対応して光が導波され、ストライプ幅Ｗが広くな
つても高次モードがカツトオフとなり、基本モー
ドでの安定なレーザ発振が得られる。上記実施例
に於ける半導体レーザ素子の閾値は40mAであ
り、素子破壊に至る迄基本モードでの発振状態が
得られた。
曲線であり、曲線l2は第１図の実施例に示す半導
体レーザ素子の第２のクラツド層４を活性層５か
らの光が充分にしみ出し得るGaAlAsの光ガイド
層で置き換えた場合の半導体レーザ素子の特性曲
線であり、前述した特開昭55−140287号の技術に
対応する。曲線l1より明らかな如く本考案の半導
体レーザ素子は等価屈折率neffの変化が小さいた
め、ストライプの中央を最大層厚としてストライ
プの両側方へ移行するに従つて厚さが漸次薄くな
る第２のクラツド層４はストライプの中央から両
側方へ向かつて緩やかに屈折率が低下することと
なる。従つて第２のクラツド層４の屈折率変化に
対応して光が導波され、ストライプ幅Ｗが広くな
つても高次モードがカツトオフとなり、基本モー
ドでの安定なレーザ発振が得られる。上記実施例
に於ける半導体レーザ素子の閾値は40mAであ
り、素子破壊に至る迄基本モードでの発振状態が
得られた。
以上のように、本考案は半導体レーザの横モー
ドを制限するために溝を設けた基板上に形成され
るクラツド層を第１クラツド層と第２クラツド層
の二層にすると共に、第２クラツド層のAl混晶
比を第１クラツド層のAl混晶比より0.1程度低く
設定するように成しているため、従来のように横
モードを制限するために溝を設けた基板上に一層
のクラツド層を介して活性層を形成したものに比
して、溝部分と溝以外の部分での横方向の屈折率
差が過大になることもなく、高次モード発振が生
じにくくなる。
ドを制限するために溝を設けた基板上に形成され
るクラツド層を第１クラツド層と第２クラツド層
の二層にすると共に、第２クラツド層のAl混晶
比を第１クラツド層のAl混晶比より0.1程度低く
設定するように成しているため、従来のように横
モードを制限するために溝を設けた基板上に一層
のクラツド層を介して活性層を形成したものに比
して、溝部分と溝以外の部分での横方向の屈折率
差が過大になることもなく、高次モード発振が生
じにくくなる。
しかも、活性層側に位置する第２クラツド層の
層厚を電流通路域中央に向かつて漸次厚くなるよ
うに構成しているため、第１クラツド層と活性層
の間に光ガイド層を設けた従来の構造のものに比
して、溝の中央から両側方へ向かつて緩やかに等
価屈折率が変化し、しかもその変化が小さいた
め、より安定な基本横モードでの発振が可能とな
る。
層厚を電流通路域中央に向かつて漸次厚くなるよ
うに構成しているため、第１クラツド層と活性層
の間に光ガイド層を設けた従来の構造のものに比
して、溝の中央から両側方へ向かつて緩やかに等
価屈折率が変化し、しかもその変化が小さいた
め、より安定な基本横モードでの発振が可能とな
る。
第１図は本考案の一実施例を示す半導体レーザ
素子の構成図である。第２図は第１図に示す半導
体レーザ素子のクラツド層厚と屈折率変化の関係
を示す特性図である。 １……GaAs基板、２……ｎ−GaAs層、３…
…第１のクラツド層、４……第２のクラツド層、
５……活性層、６……第３のクラツド層、７……
キヤツプ層。
素子の構成図である。第２図は第１図に示す半導
体レーザ素子のクラツド層厚と屈折率変化の関係
を示す特性図である。 １……GaAs基板、２……ｎ−GaAs層、３…
…第１のクラツド層、４……第２のクラツド層、
５……活性層、６……第３のクラツド層、７……
キヤツプ層。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 基板１の成長面に形成された電流遮断層２と、
該電流遮断層２を貫通するストライプ状の溝から
成る電流通路と、レーザ発振用共振器を構成する
活性層５を光閉じ込め用クラツド層３，４，６と
のヘテロ接合界面で限定するレーザ動作部を重畳
せしめて成る半導体レーザ素子に於いて、 上記活性層５が可視光を発振するGaAlAs系混
晶から成り、 該活性層５とヘテロ接合を介して隣接する少な
くとも上記基板１側のクラツド層を、Al混晶比
の異なる二層のGaAlAs系積層体の第１クラツド
層３及び第２クラツド層４で構成し、 かつ上記活性層５側に位置する第２クラツド層
４のAl混晶比を、上記活性層５へキヤリアと光
を閉じ込めるに足る値に設定し、 かつ他方の側に位置する第１のクラツド層３よ
り低く設定して上記第１クラツド層３、第２クラ
ツド層４間双方のAl混晶比差を0.1程度とすると
共に、 上記第２クラツド層４の上面を平坦に形成し、
かつ上記溝の形状に対応して第２クラツド層４の
層厚を電流通路域中央に向かつて漸次厚くし、 上記第２クラツド層４上に成長される上記活性
層５を平坦化して成り、 基本横モードで発振せしめるようになしたこと
を特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987096271U JPH0410705Y2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987096271U JPH0410705Y2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6312870U JPS6312870U (ja) | 1988-01-27 |
| JPH0410705Y2 true JPH0410705Y2 (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=30961824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987096271U Expired JPH0410705Y2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0410705Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5419688A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-14 | Philips Nv | Semiconductor |
-
1987
- 1987-06-22 JP JP1987096271U patent/JPH0410705Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5419688A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-14 | Philips Nv | Semiconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6312870U (ja) | 1988-01-27 |
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