JPH0422033B2 - - Google Patents

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JPH0422033B2
JPH0422033B2 JP57158136A JP15813682A JPH0422033B2 JP H0422033 B2 JPH0422033 B2 JP H0422033B2 JP 57158136 A JP57158136 A JP 57158136A JP 15813682 A JP15813682 A JP 15813682A JP H0422033 B2 JPH0422033 B2 JP H0422033B2
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JP
Japan
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semiconductor
layer
semiconductor layer
laser device
laser
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JP57158136A
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JPS5947790A (ja
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Takaro Kuroda
Takashi Kajimura
Yasutoshi Kashiwada
Naoki Kayane
Hirobumi Oochi
So Ootoshi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • 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
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    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ装置、特に縦単一モー
ドで発振する半導体レーザ装置に関するものであ
る。 〔従来技術〕 屈折率導波型の半導体レーザの代表例であるい
わゆる埋込みヘテロ型(BH(Buried Hetero)
型)あるいはCSP(Chaneled Substrate Planer)
型レーザは、良好な電流対光出力特性を示し、非
点収差もないことから、光デイスク用ピツクアツ
プ光源に用いられている。これらのレーザは、一
本の縦モードにほとんどの光出力が集中した、縦
単一モード発振を示す。たとえば第1図に示すご
ときスペクトルである。ところが、周囲温度が変
化すると素子によつては、複数の縦モードが同時
に発振して著しい雑音を生じ、光デイスク制御や
読出しに障害となることが明らかとなつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は上記したごとき雑音を除去した
縦単一モードで発振する半導体レーザ装置を提供
するにある。 〔発明の概要〕 本発明は通常のダブル・ヘテロ構造、即ち第1
の半導体層と、該第1の半導体層をはさんでこの
層より禁制帯幅が大きく且屈折率が小さな第2お
よび第3の半導体層を少なくとも有する半導体レ
ーザの改良である。なお、通常、縦単一モードで
の発振は活性領域の導波構成として屈折率導波型
を用いて実現している。なお通常、前記第2およ
び第3の半導体層は反対導電型を有している。こ
うした半導体レーザの第2又は第3の半導体層の
うちn導電型を有する半導体層のドナー密度
(ND×1017cm-3)とレーザの全光出力のうち当該
半導体層中に存在する光出力の割合(Γo(%))
との関係を ND・Γo500 …(1) とせしむることによつて上記の目的を達成し得
る。即ち、半導体レーザのn導電型のクラツド層
にDXセンター(Doner Complex Center)とよ
ばれる可飽和光吸収特性を示す深いトラツプ準位
を適当量生ぜしめた上で、全光出力のうちの適当
な割合をn導電型のクラツド層中に存在せしめる
のである。こうした条件下で、発振中の縦モード
と非発振の他の縦モードとの間には吸収損失の差
Δαが生じ、発振中の縦モード以外の縦モードの
方がより大きい損失をうけ、縦単一モードでの発
振が安定化される。更に縦モードの温度変化に関
しては、第2図に示したように、従来の半導体レ
ーザ装置の場合よりもはるかに顕著なヒステリシ
ス特性を示し、波長が急激に長くなる温度と、波
長が急激に短かくなる温度との差が大きい。その
ため、温度が多少変動しても、波長の急激な変動
が生ずることはなく、安定した単一の波長モード
が得られる。そして、この損失差Δαが大きいほ
ど温度変化に対して縦モードは変化しにくくな
り、温度変動による縦モード変化で生じる雑音が
低減するものと考えられる。なお、第2図のヒス
テリシス特性は1度弱の温度差でもつて小さなヒ
ステリシス特性を描いているが、前述した周囲温
度の変化に伴なうモードへの影響はこの程度の温
度差が問題なのである。 通常、半導体層にドナー不純物をドープした場
合は、DXセンタの密度はドナー密度nにほぼ比
例する。従つて、nクラツド層には存在する光分
布の割合をΓoとすると、損失差Δαは Δα∝Do・Γo …(2) の関係がある。 なお、Γoは三層導波路モデルを用いて次の式
により算定される。第3図がこのモデルを示す図
で、n1,n2,n5は各層の屈折率を示している。な
お、図中、2はn導電型のクラツド層、3は活性
層、4はp導電型のクラツド層を示している。
Γoはnクラツド層に存在する光分布の割合を示
している。 Γo
-d3/2-∞E2y2dx/∫-d3/2-∞E2y2dx+∫-d3/
2
-d3/2E2y3dx+∫-∞d3/2E2y4dx ここでEy2,Ey3,Ey4は層2,3,4の各層にお
ける電界強度を示している。 こうした導波路モデルの基本的考え方は、たと
えば「Semiconductor Lasers and
Heterostrucre LEDS,HENRY KRESSEL et
al,ACADEMIC PRESS,New York1977」の
第148頁〜第150頁等に説明されている通りであ
る。 上述の関係の設定は下記の如き種々の方法があ
る。 ドナー密度の調整は勿論ドナー不純物のドープ
量の調整に依る。 更にΓoの調整には活性層の厚さの調整、活性
層をはさむ2つのクラツド層の混晶比を変化させ
ること等によつてなし得る。更には、損失差Δα
のレーザ共振長lおよび発光領域の幅即ち活性領
域の幅wのそれぞれに対する依存性がある。第4
図にlおよびwのとり方について例示する。第4
図は通常CSPレーザと称されている屈折率導波型
の半導体レーザの例である。この依存性の結果
を、第5図および第6図に示す。第5図は、損失
差Δαのレーザ共振器長に対する依存性を示した
もので、幾つかのlの値のところで極大値をもつ
振動する曲線となつていることが分かる。また、
第6図は損失差Δαの活性領域巾依存性を示すも
ので、活性領域幅wが小さいほどΔαが大きくな
つていることが分かる。従つて、本発明はDo
Γoの積を500(×1017cm-3・%)以上にすると同時
に、さらに損失差Δαを大きくするため、レーザ
共振器長lと活性領域幅wを最適化することがよ
り好ましい。なお、第5図の結果は活性層の厚さ
0.06μm、活性層の幅4μm、nキヤリア濃度1×
1018cm-3の例の結果を示している。n/pクラツ
ド組成は、クラツド層をGa1-xAlxAsとした時、
n導電型のクラツド層の混晶比(x)とp導電型
クラツド層のそれ(x′)の比を示したものであ
る。第6図の結果は活性層の厚さ0.06μm、共振
器長300μm、nキヤリア濃度1×1018cm-3の例の
結果を示している。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を参照して詳細に説明す
る。 発振波長7800ÅのAlGaAs系可視半導体レーザ
で縦単一モード発振する屈折率導波型構造とし
て、第4図に示したCSP型構造を用いた。n型
GaAs基板1(Siドープ、n〜1×1018cm-3)の
(100)面上に通常のホトレジスト工程により、窓
を持つホトレジスト膜を形成する。この窓を通し
て化学エツチングをすることにより、基板1に深
さ1μm程度の凹状の溝を形成する。ホトレジスト
膜を除去した後、基板上に連続液相成長法によ
り、Teドープのn−AlxGa1-xAsクラツド層2
(0.4x0.45)、アンドープのAlyGa1-yAs活性
層3(y〜0.14、発振波長7800Åに相当)、Znド
ープのp−AlxGa1-xAsクラツド層4(0.4z
0.5、p〜5×1017cm-3)、Teドープのn−GaAs
キヤツプ層5(n〜1×1018cm-3)を形成する。
この時、活性層3の厚さは0.04〜0.07μm、n〜ク
ラツド層2の厚さは溝の中央部で1.3μm、溝の両
側で0.3μm、p−クラツド層4の厚さは1.5μm、
キヤツプ層5の厚さは1μmとした。第1表は試作
した半導体レーザの例をまとめたものである。い
ずれも、雑音特性において優れていた。また、第
7図は、第2図の実施例として、活性層わん曲型
構造を示したものである。これは活性層が溝の中
央部でわずかにたれ下がつた構造となつており、
中心部の活性層の厚さがわずかに厚いため横モー
ドが制御されている。第7図の符号1〜6は第4
図のCSP構造の場合と同様である。次に、キヤツ
プ層5の上にスパツタ蒸着によつてSiO2−SiN膜
を、或いはCVD法(Chemical Vapor
Deposition)によつてSiO2−Al2O3膜を形成した
後、ホトレジスト工程を経て拡散孔を開け、ここ
からZnを拡散し、電流通路となるp型Zn拡散領
域6を形成した。その後は、p型電極としてTi
−Mo−Au、n型電極としてAuGeNi−Cr−Pd
−Auを蒸着し、最後に結晶を相対する面が平行
になるように(110)面でへき開し、レーザ装置
を形成した。 今、n−クラツド層中のDXセンター密度を変
えるため、Teのドープ量を、キヤリヤ密度nで
1〜20×1017cm-3の範囲で変化させた。また、
【表】
〔発明の効果〕
本発明の適用によつて縦単一モードの半導体レ
ーザ装置を安定して提供することができる。 第10図は半導体レーザ装置のRIN(Relative
Intensity Noise)を本発明の適用した例と、不
適用の例を比較して示す。出力は3mW、測定周
波数(f)が2〜12MHz、測定帯域幅(Δf)が
300KHzの結果である。 図から明らかなように本発明の適用によればい
ずれの温度においても低雑音を維持し得る。これ
に対し、本発明の不適用な場合、温度に対し雑音
特性が極めて不安定となることが理解される。
【図面の簡単な説明】
第1図は屈折率導波型の縦単一モードで発振す
る半導体レーザ装置の代表的縦モードスペクトル
分布を示す。第2図は縦単一モード発振が安定化
された半導体レーザ装置にみられる発振波長の温
度依存性の代表例を示す図。第3図はクラツド層
に存在する光分布の割合の考え方を説明するモデ
ル図、第4図はCSP型レーザ装置の斜視図、第5
図は損失差Δαとレーザ共振器長との関係を示す
図、第6図は損失差と活性層幅のの関係を示す
図、第7図は活性層のわん曲した屈折率導波型半
導体レーザ装置を示す装置断面図、第8図は
ND・Γoと低雑音装置の取得歩留りとの関係を示
す図、第9図は低雑音レーザ装置の割合の温度依
存性を示す図、第10図はRINの温度依存性を
示す図である。 1……n型GaAs基板(Siドープ、1×1018cm
-3)、2……n型AlxGa1-xAsクラツド層(Teド
ープ)、3……アンドープAlyGa1-yAs活性層、4
……p型AlzGa1-zAsクラツド層(Znドープ、5
×1017cm-3)、5……n型GaAsキヤツプ層(Te
ドープ、1×1018cm-3)、6……Zn拡散領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の半導体層と、該第1の半導体層の互い
    に対向する二つの主面にそれぞれ接して設けられ
    た、該第1の半導体層より禁制帯幅が大きく、か
    つ屈折率が小さい第2および第3の半導体層を有
    する光閉じ込め領域を具備し、上記第2および第
    3の半導体層は互いに逆の導電型を有している半
    導体レーザ装置において、上記第2もしくは第3
    の半導体層のうち、n導電型を有する半導体層の
    ドナー密度とレーザの全光出力のうちの当該半導
    体層中に存在する光出力の割合との積が500×
    1017cm-3・%以上であり、上記第2および第3の
    半導体層のうち、n導電型を有する一方の半導体
    層の屈折率は、n導電型を有さない他方の半導体
    層の屈折率よりも大きいことを特徴とする半導体
    レーザ装置。 2 レーザ発振器長が210〜250μmであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レ
    ーザ装置。 3 活性領域の幅が1〜4μmであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の
    半導体レーザ装置。
JP57158136A 1982-09-13 1982-09-13 半導体レ−ザ装置 Granted JPS5947790A (ja)

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EP83108998A EP0106152B1 (en) 1982-09-13 1983-09-12 Semiconductor laser device
DE8383108998T DE3380387D1 (en) 1982-09-13 1983-09-12 Semiconductor laser device
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JPS5947790A JPS5947790A (ja) 1984-03-17
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US4563764A (en) 1986-01-07
EP0106152A3 (en) 1986-03-05
EP0106152B1 (en) 1989-08-09
JPS5947790A (ja) 1984-03-17
EP0106152A2 (en) 1984-04-25
DE3380387D1 (en) 1989-09-14

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