JPH0519998B2 - - Google Patents
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- JPH0519998B2 JPH0519998B2 JP61239470A JP23947086A JPH0519998B2 JP H0519998 B2 JPH0519998 B2 JP H0519998B2 JP 61239470 A JP61239470 A JP 61239470A JP 23947086 A JP23947086 A JP 23947086A JP H0519998 B2 JPH0519998 B2 JP H0519998B2
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈技術分野〉
本発明は共振端面近傍にレーザ光に対する非吸
収領域を設けた高出力半導体レーザの素子構造に
関するものである。
収領域を設けた高出力半導体レーザの素子構造に
関するものである。
〈従来技術〉
従来の半導体レーザ素子を光導波原理で分類す
ると利得導波型と屈折率導波型とに分類される
が、実用面で重要な横モード安定性の点からは屈
折率導波型の方が断然有利であり、様々な構造の
屈折率導波路を有する半導体レーザが開発され
た。この代表的な例としてBH（Buried
Heterostru−cture）レーザ及びVSIS（Ｖ−
channeled Substrate Inner Stripe）レーザが周
知である。
ると利得導波型と屈折率導波型とに分類される
が、実用面で重要な横モード安定性の点からは屈
折率導波型の方が断然有利であり、様々な構造の
屈折率導波路を有する半導体レーザが開発され
た。この代表的な例としてBH（Buried
Heterostru−cture）レーザ及びVSIS（Ｖ−
channeled Substrate Inner Stripe）レーザが周
知である。
第２図Ａに示すBHレーザは基板１上にレーザ
発振用活性層３を両面からクラツド層２，４で挾
設したダブルヘテロ接合構造を積層した後、メサ
型にエツチングし、このメサ型構造の両側を低屈
折率物質１４で埋め込んでいるので完全な屈折率
導波作用に基くレーザ発振動作を示し、しきい値
電流が10mA以下の非常に小さい値になるという
利点を有する。しかしながら、低屈折率物質の埋
め込み層１４の屈折率及びメサ型構造の幅に相当
する導波路幅ｗを適当に選択しないと高次横モー
ドで発振し易いという欠点がある。従つて、製作
条件に制約が多く、しかも基本横モードで発振さ
せるには導波路幅ｗを2μm以下にする必要がある
ので、レーザ端面が比較的低出力でも破壊し易く
なる。また、メサ側面には深さ数1000オングスト
ロームのがたつきがあり、そこで光が散乱される
結果素子の光学的特性に悪影響を与えている。例
えば、遠視野像や発振スペクトルが乱れやすい。
図中８，９はｎ側及びｐ側電極である。
発振用活性層３を両面からクラツド層２，４で挾
設したダブルヘテロ接合構造を積層した後、メサ
型にエツチングし、このメサ型構造の両側を低屈
折率物質１４で埋め込んでいるので完全な屈折率
導波作用に基くレーザ発振動作を示し、しきい値
電流が10mA以下の非常に小さい値になるという
利点を有する。しかしながら、低屈折率物質の埋
め込み層１４の屈折率及びメサ型構造の幅に相当
する導波路幅ｗを適当に選択しないと高次横モー
ドで発振し易いという欠点がある。従つて、製作
条件に制約が多く、しかも基本横モードで発振さ
せるには導波路幅ｗを2μm以下にする必要がある
ので、レーザ端面が比較的低出力でも破壊し易く
なる。また、メサ側面には深さ数1000オングスト
ロームのがたつきがあり、そこで光が散乱される
結果素子の光学的特性に悪影響を与えている。例
えば、遠視野像や発振スペクトルが乱れやすい。
図中８，９はｎ側及びｐ側電極である。
一方、第２図Ｂで示すVSISレーザは基板１上
に電流阻止層６を層設し、電流阻止層６より基板
１に達する深さのストライプ状Ｖ字溝７を形成し
て電流通路を開通させ、その上に平坦な活性層３
をクラツド層２，４で挾設したダブルヘテロ接合
構造を積層したもので、Ｖ字溝７の幅に相当する
導波路幅ｗは４〜7μmに広く設定しても高次横モ
ードが発生しないという利点を有している。これ
は、導波路の外側の光がＶ字溝７の電流阻止層６
左右両肩部より電流阻止層６及び該電流阻止層６
を介して基板１に吸収されるため、高次モード利
得が抑制されるからである。しかし、しきい値電
流が40〜60mA程度になり、上記BHレーザに比
べて非常に高いという欠点がある。この理由は、
電流が電流阻止層６による内部ストライプ構造に
よつて狭窄されているが活性層３内に注入された
キヤリアは活性層３の両側方向へ拡散する結果、
レーザ発振に対して無効となるキヤリアが増大す
るためである。この無効キヤリアは不必要な自然
放出光及び発熱に消費され、しきい値電流の増加
を招くと同時に、レーザ素子の信頼性に悪影響を
与える。
に電流阻止層６を層設し、電流阻止層６より基板
１に達する深さのストライプ状Ｖ字溝７を形成し
て電流通路を開通させ、その上に平坦な活性層３
をクラツド層２，４で挾設したダブルヘテロ接合
構造を積層したもので、Ｖ字溝７の幅に相当する
導波路幅ｗは４〜7μmに広く設定しても高次横モ
ードが発生しないという利点を有している。これ
は、導波路の外側の光がＶ字溝７の電流阻止層６
左右両肩部より電流阻止層６及び該電流阻止層６
を介して基板１に吸収されるため、高次モード利
得が抑制されるからである。しかし、しきい値電
流が40〜60mA程度になり、上記BHレーザに比
べて非常に高いという欠点がある。この理由は、
電流が電流阻止層６による内部ストライプ構造に
よつて狭窄されているが活性層３内に注入された
キヤリアは活性層３の両側方向へ拡散する結果、
レーザ発振に対して無効となるキヤリアが増大す
るためである。この無効キヤリアは不必要な自然
放出光及び発熱に消費され、しきい値電流の増加
を招くと同時に、レーザ素子の信頼性に悪影響を
与える。
上述のBHレーザとVSISレーザのそれぞれの
問題点を解決するために、第３図に示すように、
VSISレーザのＶ−チヤネル溝の両側のダブルヘ
テロ構造をｎ−GaAs電流阻止層６に達するまで
エツチングにより除去し、その除去した部分を活
性層よりも禁制帯幅の大きい結晶１１，１２，１
３で埋め込むBH−VSISレーザと呼ばれる半導
体レーザが提案されている。このレーザ素子構造
は活性層内キヤリアの横方向拡散が埋め込み層１
１によつて阻止されているのでしきい値電流が小
さく、しかも導波路幅を広くしても高次モード利
得が抑制されるので基本横モード発振をするとい
う利点がある。しかし、端面破壊出力はVSISレ
ーザと同様に20〜30mWである。
問題点を解決するために、第３図に示すように、
VSISレーザのＶ−チヤネル溝の両側のダブルヘ
テロ構造をｎ−GaAs電流阻止層６に達するまで
エツチングにより除去し、その除去した部分を活
性層よりも禁制帯幅の大きい結晶１１，１２，１
３で埋め込むBH−VSISレーザと呼ばれる半導
体レーザが提案されている。このレーザ素子構造
は活性層内キヤリアの横方向拡散が埋め込み層１
１によつて阻止されているのでしきい値電流が小
さく、しかも導波路幅を広くしても高次モード利
得が抑制されるので基本横モード発振をするとい
う利点がある。しかし、端面破壊出力はVSISレ
ーザと同様に20〜30mWである。
〈発明の目的〉
本発明はBH−VSISレーザの端面近傍をレー
ザ光に対する非吸収領域とすることにより、低し
きい値を保つたまま高出力化を図ることのできる
レーザ素子構造を提供することを目的とする。
ザ光に対する非吸収領域とすることにより、低し
きい値を保つたまま高出力化を図ることのできる
レーザ素子構造を提供することを目的とする。
〈構成及び効果の説明〉
本発明者はBH−VSISレーザのメサ幅ＷをＶ
−チヤネル幅ｗとほとんど同じ（Ｗｗ）にした
時の発振波長λが、Ｗ≫ｗとした時又は通常の
VSISレーザのそれよりも20.0nm〜30.0nmだけ長
波長となることを発見した。例えばＶ−チヤネル
幅ｗ＝5μmを有する830nm帯VSISレーザをＷ＝
5.5μmとして埋め込んだ時、発振波長λは
855nmと前設定値よりも長波長化した。この原因
は、活性層で発生する光がＶ字溝の電流阻止層左
右両肩部よりに吸収される割合が小さい（接合方
向での光閉じ込め係数がΓが大きい）ので、しき
い値利得ｇthが小さくなるための思われる。ｇth
が小さいと、活性層へ蓄積されるキヤリア量が減
少するので、伝導帯の電子フエルミレベルの上昇
（バンドフイリング効果）が起らないままレーザ
発振が開始される結果、発振波長は長波長とな
る。
−チヤネル幅ｗとほとんど同じ（Ｗｗ）にした
時の発振波長λが、Ｗ≫ｗとした時又は通常の
VSISレーザのそれよりも20.0nm〜30.0nmだけ長
波長となることを発見した。例えばＶ−チヤネル
幅ｗ＝5μmを有する830nm帯VSISレーザをＷ＝
5.5μmとして埋め込んだ時、発振波長λは
855nmと前設定値よりも長波長化した。この原因
は、活性層で発生する光がＶ字溝の電流阻止層左
右両肩部よりに吸収される割合が小さい（接合方
向での光閉じ込め係数がΓが大きい）ので、しき
い値利得ｇthが小さくなるための思われる。ｇth
が小さいと、活性層へ蓄積されるキヤリア量が減
少するので、伝導帯の電子フエルミレベルの上昇
（バンドフイリング効果）が起らないままレーザ
発振が開始される結果、発振波長は長波長とな
る。
本発明はこの現象を利用することにより、端面
近傍をレーザ発振波長に対して非吸収領域とした
端面窓構造半導体レーザを現実したものである。
近傍をレーザ発振波長に対して非吸収領域とした
端面窓構造半導体レーザを現実したものである。
〈実施例〉
第１図Ａに本発明の１実施例である半導体レー
ザの平面図を示す。同Ｂには模式図、同Ｃには内
部領域の断面図を示す。ｗはＶ−チヤネル幅、Ｗ
は埋め込まれるメサの幅である。このＷの幅を端
面近傍ではＷ≫ｗとし、内部領域ではＷｗとし
たことに特徴がある。上述したように、内部領域
ではΓが大きくしかも、活性層内キヤリアの拡散
が小さいので低しきい値及び長波長で発振する。
一方、端面近傍ではΓが小さく、キヤリアの拡散
が大きいので、しきい値電流が高くなる。従つ
て、このレーザ素子に電圧を印加して電流を流し
た時、内部領域が先に発振を開始し、端面近傍の
活性層ではキヤリアが蓄積するのみである。この
ようにして、端面近傍ではフエルミレベルの上昇
により、内部領域のレーザ光の波長に対して非吸
収となる、即ち窓が形成される。
ザの平面図を示す。同Ｂには模式図、同Ｃには内
部領域の断面図を示す。ｗはＶ−チヤネル幅、Ｗ
は埋め込まれるメサの幅である。このＷの幅を端
面近傍ではＷ≫ｗとし、内部領域ではＷｗとし
たことに特徴がある。上述したように、内部領域
ではΓが大きくしかも、活性層内キヤリアの拡散
が小さいので低しきい値及び長波長で発振する。
一方、端面近傍ではΓが小さく、キヤリアの拡散
が大きいので、しきい値電流が高くなる。従つ
て、このレーザ素子に電圧を印加して電流を流し
た時、内部領域が先に発振を開始し、端面近傍の
活性層ではキヤリアが蓄積するのみである。この
ようにして、端面近傍ではフエルミレベルの上昇
により、内部領域のレーザ光の波長に対して非吸
収となる、即ち窓が形成される。
第１図に於て、１はＰ−GaAs基板、２はＰ−
GaAAs クラツド層、３は活性層、４はｎ−
GaAAs クラツド層、５はｎ−GaAsキヤツプ
層、６はｎ−GaAs電流阻止層、７はＶ−チヤネ
ル、８はｎ側電極、９はｐ側電極、１０はメサ部
である。また、１１は第１埋込み層ｉ、１２は第
２埋込み層ｐ、１３は第３埋込み層ｎである。
GaAAs クラツド層、３は活性層、４はｎ−
GaAAs クラツド層、５はｎ−GaAsキヤツプ
層、６はｎ−GaAs電流阻止層、７はＶ−チヤネ
ル、８はｎ側電極、９はｐ側電極、１０はメサ部
である。また、１１は第１埋込み層ｉ、１２は第
２埋込み層ｐ、１３は第３埋込み層ｎである。
以下、上記実施例の半導体レーザの製作工程に
ついて説明する。
ついて説明する。
ｐ形GaAs基板を使つたVSISレーザのＶ−チ
ヤネル幅を5μmとし、ダブルヘテロ構造成長後、
キヤツプ層５の表面からｎ−GaAs電流阻止層に
達するまでメサエツチし、そのメサ幅Ｗを内部領
域（長さ200μm）では5.5μmとし、窓領域（両端
面からそれぞれ25μm）では8μmとする。
ヤネル幅を5μmとし、ダブルヘテロ構造成長後、
キヤツプ層５の表面からｎ−GaAs電流阻止層に
達するまでメサエツチし、そのメサ幅Ｗを内部領
域（長さ200μm）では5.5μmとし、窓領域（両端
面からそれぞれ25μm）では8μmとする。
次に、液相エピタキシヤル成長（LPE）法に
より、第１、第２、第３の３層からなる埋込み層
としてｉ−Ga0.2Ａ0.8As層１１，Ｐ−Ga0.8Ａ
０．２As層１２，ｎ−GaAs層１３を順次成長させ
る。
より、第１、第２、第３の３層からなる埋込み層
としてｉ−Ga0.2Ａ0.8As層１１，Ｐ−Ga0.8Ａ
０．２As層１２，ｎ−GaAs層１３を順次成長させ
る。
第１埋込層ｉ１１と第２埋込層ｐ１２は成長時
間が短いのでキヤツプ層５の表面には成長されな
い。第３埋込層ｎ１３は成長時間を長くして、キ
ヤツプ層５上にも成長させ、素子表面が平坦にな
るようにする。
間が短いのでキヤツプ層５の表面には成長されな
い。第３埋込層ｎ１３は成長時間を長くして、キ
ヤツプ層５上にも成長させ、素子表面が平坦にな
るようにする。
本実施例の半導体レーザのしきい値電流は
20mA前後であり、従来のVSISレーザの約半分
であつた。発振成長は850nmであり、端面破壊出
力は端面コートなしCW（連続発振）動作で
70mWであつた。遠視野像はVSISレーザの基本
構造と全く同じように、基本横モード発振を示
し、従来のBHレーザのような乱れは全く観察さ
れなかつた。
20mA前後であり、従来のVSISレーザの約半分
であつた。発振成長は850nmであり、端面破壊出
力は端面コートなしCW（連続発振）動作で
70mWであつた。遠視野像はVSISレーザの基本
構造と全く同じように、基本横モード発振を示
し、従来のBHレーザのような乱れは全く観察さ
れなかつた。
尚、本発明の半導体レーザ素子は上述した
GaAs−GaAAs系に限定されず、InP−
InGaAsP系やその他のヘテロ接合レーザ素子に
も適用することができる。また成長方法はLPE
（液相エピタキシヤル）法以外にも、MO（有機金
属）−CVD法、VPE（気相成長）法、MBE（分子
線エピタキシヤル）法等を利用しても良い。
GaAs−GaAAs系に限定されず、InP−
InGaAsP系やその他のヘテロ接合レーザ素子に
も適用することができる。また成長方法はLPE
（液相エピタキシヤル）法以外にも、MO（有機金
属）−CVD法、VPE（気相成長）法、MBE（分子
線エピタキシヤル）法等を利用しても良い。
第１図Ａは本発明の端面窓構造埋め込みレーザ
の埋め込み幅Ｗを示す平面図、同Ｂはその模式
図、同Ｃは内部領域の断面図である。第２図Ａは
従来の埋め込みレーザの概略断面図、同Ｂは従来
のVSISレーザの模式図である。第３図は従来の
埋め込みVSISレーザの模式図である。 １……GaAs基板、２，４……GaAAsクラツ
ド層、３……GaAAs活性層、５……GaAsキヤ
ツプ層、６……GaAs電流阻止層、７……Ｖ−チ
ヤネル溝、８，９……電極，１０……メサ部、１
１……第１埋込層、１２……第２埋込層、１３…
…第３埋込層、１４……埋込層。
の埋め込み幅Ｗを示す平面図、同Ｂはその模式
図、同Ｃは内部領域の断面図である。第２図Ａは
従来の埋め込みレーザの概略断面図、同Ｂは従来
のVSISレーザの模式図である。第３図は従来の
埋め込みVSISレーザの模式図である。 １……GaAs基板、２，４……GaAAsクラツ
ド層、３……GaAAs活性層、５……GaAsキヤ
ツプ層、６……GaAs電流阻止層、７……Ｖ−チ
ヤネル溝、８，９……電極，１０……メサ部、１
１……第１埋込層、１２……第２埋込層、１３…
…第３埋込層、１４……埋込層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に層設された電流阻止層より前記基板
に達するストライプ溝を形成し、少なくとも前記
ストライプ溝上に、活性層を第１、第２クラツド
層により挟設したメサ型のダブルヘテロ接合構造
を積層し、前記ストライプ溝の電流阻止層左右両
肩部より前記活性層から発生した光を吸収するこ
とにより実効屈折率分布に基づく光導波路を形成
するとともに、前記ダブルヘテロ接合構造のメサ
部両側を前記活性層よりも禁制帯幅の大きい埋込
層により埋め込んだ埋込型半導体レーザ素子にお
いて、 前記メサ部の幅はレーザ共振端面近傍で広く、
レーザ共振中央部では前記ストライプ溝の幅に可
及的に近接する程度に狭く設定され、前記共振端
面近傍は、前記レーザ共振中央部で発振されるレ
ーザ光の波長に対して非吸収領域となる窓を構成
してなることを特徴とする埋込型半導体レーザ素
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23947086A JPS6393182A (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 埋込型半導体レ−ザ素子 |
| EP87308888A EP0264225B1 (en) | 1986-10-07 | 1987-10-07 | A semiconductor laser device and a method for the production of the same |
| US07/105,945 US4868838A (en) | 1986-07-10 | 1987-10-07 | Semiconductor laser device |
| DE87308888T DE3788841T2 (de) | 1986-10-07 | 1987-10-07 | Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23947086A JPS6393182A (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 埋込型半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6393182A JPS6393182A (ja) | 1988-04-23 |
| JPH0519998B2 true JPH0519998B2 (ja) | 1993-03-18 |
Family
ID=17045246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23947086A Granted JPS6393182A (ja) | 1986-07-10 | 1986-10-08 | 埋込型半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6393182A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5691490A (en) * | 1979-12-25 | 1981-07-24 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
| JPS5957486A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-03 | Nec Corp | 埋め込み形半導体レ−ザ |
| JPS60163486A (ja) * | 1984-02-03 | 1985-08-26 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
-
1986
- 1986-10-08 JP JP23947086A patent/JPS6393182A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5691490A (en) * | 1979-12-25 | 1981-07-24 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
| JPS5957486A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-03 | Nec Corp | 埋め込み形半導体レ−ザ |
| JPS60163486A (ja) * | 1984-02-03 | 1985-08-26 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6393182A (ja) | 1988-04-23 |
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