JPH0632333B2 - 半導体レ−ザ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光学式ビデオディスク、デジタルオー
ディオディスク等の記録、再生装置において、その記
録、或いは読出しの光源として用いて好適な半導体レー
ザーで、特に屈折率ガイド型構成と利得ガイド型構成と
の混成による半導体レーザーに係わる。

〔従来の技術〕

従来一般の半導体レーザーは、そのキャリア及び光の閉
じ込め機構によって屈折率ガイド（インデックスガイ
ド）型と利得ガイド（ゲインガイド）型に大別される
が、両者の組合せにより、両者の利点を生かし両者の欠
点を相補うことのできるようにした半導体レーザーとし
て、本出願人の出願に係る特開昭59-61982号公報に開示
された屈折率ガイド型と利得ガイド型の混成による半導
体レーザーが提供された。

すなわち、上記特開昭59-61982号公報にもその説明がな
されているように、従来の屈折率ガイド型の半導体レー
ザーとしては、例えば第５図或いは第６図に、夫々その
拡大略線的断面を示すものがある。これは例えばＮ型の
GaAs基板(1)が設けられ、その一主面に一方向（第５図
及び第６図において紙面と直交する方向）に延びるスト
ライプ状の凹部(2)、或いは凸部(3)が予め設けられ、こ
の凹部(2)、或いは凸部(3)上を含んで基板(1)上に、例
えばＮ型のAlGaAsより成る第１のクラッド層(4)と、更
にこれの上にＰ型若しくはＮ型の例えばGaAsより成る活
性層(5)と、更にこれの上にＰ型のAlGaAsより成る第２
のクラッド層(6)と、更にこれの上に電極（図示せず）
をオーミックに被着するに供するＰ型のキャップ層(7)
が夫々連続エピタキシャルによって形成されて成る。第
１及び第２のクラッド層(4)及び(6)は、活性層(5)より
その禁止帯幅が大に選定されることによって活性層(5)
と第１及び第２のクラッド層(4)及び(6)間にはヘテロ接
合が形成され、且つ基板(1)の凹部(2)或いは凸部(3)の
存在によって一方向に相対向して延びるストライプ状の
発光領域(8)がその屈曲部間に形成される。すなわちこ
の屈曲部によって屈折率差による光の閉じ込めがなされ
る。

一方、利得ガイド型半導体レーザーは、例えば第７図に
その拡大略線的断面図を示すように平坦面を有する基板
(1)上に、前述したと同様の第１のクラッド層(4)、活性
層(5)、第２のクラッド層(6)、キャップ層(7)を順次エ
ピタキシャル成長し、ストライプ状の電流通路(10)を形
成するためのＰＮ接合或いは高抵抗層より成る電流阻止
効果を有する電流狭搾領域(9)を電流通路(10)を挾んで
その両側に形成する。この電流狭搾領域(9)は、例えば
キャップ層(7)の上方より不純物イオン、プロトン等の
打込みを選択的に行って形成し得る。このようにして電
流集中を行わしめて活性層(5)にストライプ状に限定的
にキャリアの注入の大なる部分を形成しキャリアの分布
差による実効的屈折率差を生ぜしめて、ストライプ状の
共振領域を形成するものである。

上述した屈折率ガイド型の半導体レーザーと利得ガイド
型半導体レーザーは、夫々利点を有する半面、夫々欠点
を有する。すなわち屈折率ガイド型によるものにおいて
は、その縦モードが単一モードで、これがため例えば光
学式ビデオディスク等においてその書込み、或いは読出
し用光源として用いた場合に戻り光によるノイズに弱い
という欠点がある。しかしながら反面いわゆるビームウ
エスト位置（beam waist position）が発光領域の光端
面近傍に存するために実際の使用に当たってその焦点位
置の設定がし易いという利点を有する。更にまた接合に
平行方向に関する断面における遠距離像いわゆるファー
フィールドパターン（far field pattern）が左右対称
的であって同様に例えば実際の使用における書込み光或
いは読出し光として歪の小さいスポット形状を得易いと
いう利点がある。これに比し利得ガイド型半導体レーザ
ーにおいてはビームウエスト位置が発光領域の光端面よ
り内側20μｍ程度のところに存在してしまい、更にまた
ファーフィールドパターンが左右非対称であるために非
点収差が大でスポット歪が比較的大きくなるという欠点
がある。しかしながらこの利得ガイド型半導体レーザー
においては、その縦モードがマルチモードであって前述
した戻り光によるノイズに強いという利点を有する。

上述した特開昭59-61982号公報に開示された半導体レー
ザーは、これら屈折率型半導体レーザーと利得ガイド型
半導体レーザーとの混成によるもので両者の利点を生か
し両者の欠点を相補うようにして例えば光学的ビデオデ
ィスク或いはデジタルオーディオディスク等の書込み或
いは読出し光源としてそのスポット形状に優れ、光学的
レンズ系の設計を容易にし更に優れたビームスポット形
状を容易に得ることができるようにした半導体レーザー
である。この半導体レーザーは、活性層にストライプ状
の発光領域すなわち共振器が形成されるようにし、その
一部においてこの発光領域の幅程度の範囲で活性層の屈
曲部が設けられ、他部においてその活性層の幅が発光領
域の幅よりも充分に広くされるようにする。すなわち、
この場合、発光領域の両端部の光取出し端面においては
屈折率ガイド型となし、これより内側の少なくとも一部
においては利得ガイド型構成とするものである。第８図
ないし第11図を参照してその一例を説明する。第８図は
その拡大平面図で、第９図及び第10図は夫々第８図のＡ
−Ａ線上及びＢ−Ｂ線上の拡大断面図、第11図はその基
板の拡大斜視図である。この場合においても例えばＮ型
のGaAs単結晶基板（11）を設け、これの上に基板（11）
と同導電型の例えばＮ型のAlGaAsよりなるバッファ層を
兼ねる第１のクラッド層（12）をエピタキシャル成長
し、これの上にＮ型若しくはＰ型の例えばGaAsよりなる
活性層（13）をエピタキシャル成長し、更にこれの上に
第２の例えばＰ型のAlGaAsよりなる第２のクラッド層
（14）をエピタキシャル成長し、更にこれの上にＰ型の
高濃度を有するGaAs等よりなるキャップ層（15）をエピ
タキシャル成長する。これら半導体層（12）〜（15）は
夫々例えば分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）或
は金属酸化物の熱分解法（ MOCVD法）すなわち、例えば
トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、アルシ
ンの熱分解による気相エピタキシャル成長法等によって
一連の作業によって連続的に形成し得る。そして例えば
半導体層（15）の表面より選択的にプロトンの打込を行
ってストライプ状の電流通路部分（16）を残して他部に
プロトンが打込まれたことによって高抵抗された電流通
路を制限する電流挟搾領域（17）を形成する。この電流
狭搾領域（17）すなわちプロトンの打込の深さは、第２
のクラッド層（14）に至るも活性層（13）に達すること
のない深さに選定される。このようにして一方向に延長
するストライプ構造を形成して第７図で説明したいわゆ
る利得ガイド型構造によって活性層（13）に一方向に伸
びるストライプ状の発光領域を形成するものであるが、
特に第11図に示すように、予め基板（11）に、例えばこ
のストライプ状の発光領域の両端、すなわちその光取出
し両端面部において幅狭とされ中央部において幅広とさ
れた凹部（18）を形成しておき、この凹部（18）内に前
述したクラッド層（12）、活性層（13）、クラッド層
（14）が順次形成されるようにして発光領域の光取出し
両端面部においてはこの凹部（18）の存在によって活性
層（13）の発光領域を挾んでその両側に屈曲部が存在す
るようにして、屈折率ガイド型構成が採られるようにす
る。

そして、図示しないがキャップ層（15）上には例えば絶
縁化された電流狭搾領域（17）上に跨って一方の電極が
被着され、基板（11）の裏面に他方の電極が被着され
る。

このような構成によれば、例えばプロトンの打込によっ
て高抵抗化された領域（17）によって挾まれたストライ
プ領域部に電流が集中されることによって活性層（13）
はストライプ状の発光領域が形成されるが、この場合そ
の光取出し面の両端においては両側に屈曲部が形成され
るようにしたことによって屈折率ガイド型構成が採ら
れ、これより内側の部分においてはこれら屈曲部が存在
しない平坦な活性層がストライプ状の発光領域より幅広
に形成されていわゆる電流集中によるキャリアの濃度分
布によってその電流及び光の閉じ込めを行うようにした
いわゆる利得ガイド型構成が採られた混成型の半導体レ
ーザーが構成される。

そして、この構造による半導体レーザーによれば、例え
ば発光領域の両端に屈折率ガイド動作部が設けられ、こ
れより内側の少なくとも一部に利得ガイド動作部が設け
られたので、例えば発光領域の端面にビームウエスト位
置が得られて、更にファーフィールドパターンの対称性
に優れていることからスポット歪が少ない焦点の出し易
い光学的設計の容易な半導体レーザーを構成することが
でき、また戻り光のノイズが小さい半導体レーザーが得
られるので光学式ビデオディスク等の記録或いは読出し
光源として用いてその記録及び読出しを正確に行うこと
ができるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した混成型の半導体レーザーによる場合、予め基板
に凹部ないしは凸部を設けておき、これの上に第１のク
ラッド層、活性層等の各半導体層を例えば MOCVD、ＭＢ
Ｅによってエピタキシャル成長させるものであるが凹部
ないしは凸部が幅広の部分と幅狭な部分とではこれの上
に成長させる第１のクラッド層の厚さが相違する。すな
わち、例えば第９図及び第10図に示すように、第８図の
Ａ−Ａ線における凹部（18）の幅狭部分を横切る断面に
おけるクラッド層（12）の厚さｄ_１は、Ｂ−Ｂ線におけ
る凹部（18）の幅広部分を横切る断面におけるクラッド
層（12）の厚さｄ_２より大となり、このクラッド層（1
2）の表面には、この厚さの相違による段部が凹部（1
8）の幅狭部分と幅広部分との境界近傍に生ずる。した
がって、この第２のクラッド層（12）上に形成される活
性層（13）には、発光領域のストライプ方向に関してこ
れを横切る屈曲が生じ、これが不必要な光の閉じ込めの
効果を奏し特性の劣化を生ずる。

本発明は、このような欠点を解消するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述したように半導体基板上に順次堆積され
た第１のクラッド層と活性層と第２のクラッド層とを有
して成り、屈折率ガイド型構造部と利得ガイド型構造部
との混成共振器を有する半導体レーザーにおいて、特に
本発明においては半導体基板の平坦な主面上に第１のク
ラッド層と活性層とを平坦に形成し、その屈折率ガイド
型構造部は光吸収領域の配設によって構成し、利得ガイ
ド型構造部は電流狭搾領域を設け、この電流狭搾領域を
ストライプ状電流通路部分を形成するようにその両側に
配置して、この電流挟搾領域の下部には、ストライプ状
電流通路部分の両側に対応する位置に光吸収領域を設
け、且つその共振器長方向の少なくとも一部を欠如して
構成する。

〔作用〕

上述したように本発明においては、活性層を平坦に構成
して屈折率ガイド型構造部と利得ガイド型構造部の混成
によるストライプ状の共振器の、その長手方向に関する
全域において活性層が屈曲しないようにしたので、この
屈曲部の存在による前述した特性劣化を回避できるもの
である。

〔実施例〕

次に本発明による半導体レーザーの一例を説明するがそ
の理解を容易にするために、その製造方法の一例と共に
第１図ないし第４図を参照して説明する。

先ず、第１図に示すように、一の導電型例えばｎ型のGa
Asより成り、１主面（21a ）が平坦面に形成された単結
晶器板（21）を用意し、その主面（21a ）上に順次 MOC
VD或いはＭＢＥによって基板（21）と同導電型の Al_xGa
_1-xAsより成る第１のクラッド層の一部を構成する半導
体層（22）と、 Al_yga_1-yAsより成る活性層（23）と、
他の導電型のｐ型の Al_xGa_1-xAsより成り第２のクラッ
ド層の下層部を構成する半導体層（24A ）と、活性層
（23）に比し、エネルギーギャップ（禁止帯幅）が小さ
い、すなわち活性層（23）から発する光に対し屈折率が
大きくこの活性層（23）から滲み出た光を吸収する効果
を有する Al_zGa_1-zAsより成るＰ又はｎ型の光吸収領域
を構成する半導体層(25)とを順次連続エピタキシーす
る。

次に第２図に示すように、光吸収半導体層(25)に対し、
選択的エッチングを行ってこの半導体層（25）の一部に
よって光吸収領域（35）を形成する。この光吸収領域
（35）は、活性層（23）に最終的に形成しようとする共
振器の構成部分のストライプ部の長手方向の両端部、す
なわち、光端面（共振面）に臨む部分を狭んでその両側
上に共振器幅に対応する間隔ｄをもって配置し、またそ
の共振器長方向の少なくとも一部、この場内中央部を欠
如して、共振器を構成する部分とこれに横切る方向に欠
如部を有する構成として配置する。

第３図に示すように、光吸収層（25）を埋込むように、
この光吸収層（25）が除去されている第２のクラッド層
の下層半導体層（24A ）に連接して同様にｐ型の Al_xGa
_1-xAsより成る第２のクラッド層の上層半導体層（24B
）を形成し、両層（24A ）及び（24B ）によって第２
のクラッド層（24）を形成し、続いてこれと同導電型の
高濃度の例えばGaAsより成るキャップ層（26）を夫々 M
OCVD、ＭＢＥ等によって連続エピタキシーする。

第４図に示すように、キャップ層（26）から第２のクラ
ッド層（24）に至る深さに最終的に形成しようとする共
振器の構成部分上を挾むように、その長手方向に沿って
その両側部上にＢ，He，プロトン等のイオンの打ち込み
を行って高抵抗若しくは第２のクラッド層（24）及びキ
ャップ層（26）と異る導電型の電流狭搾領域（27）を設
けて、これに挟まれたストライプ状の領域をストライプ
状電流通路部分として形成する。そして、第４図に鎖線
図示のように、キャップ層（26）及び基板（25）の裏面
に夫々電極（28）及び（29）をオーミックに被着して本
発明による半導体レーザー（30）を得る。

上述の構成において各層の組成は、ｘ＞ｙ＞ｚ≧０に選
ばれ、活性層（23）と光吸収層（24）との間の間隔は、
活性層（23）から発した光が到達することのできる距離
の例えば0.3μｍに選定される。また、第１のクラッド
層（22）の厚さは例えば１μｍに、活性層（23）の厚さ
は例えば0.05μｍに、光吸収層（25）の厚さは１μｍに
選定し得る。

この構成において、電極（28）及び（29）間に順方向に
電圧を印加して通電をなすと、電流狭搾領域（27）が存
在する部分では電流通路の形成が阻止されるので、領域
（27）によって狭まれた部分に電流通路が制限されて電
流通路が狭搾されここに電流の集中が生じる。したがっ
て、活性層（23）の電流狭搾領域（27）によって挾まれ
た部分下のストライプ部に主としてキャリアの注入がな
されて、光が発生する。この時、このストライプ部の両
端部の両側には、光吸収層（25）が設けられていること
によってここに活性層（23）から発振して滲み出た光
が、光吸収層（25）によって吸収されることによって、
このストライプ部の両端において、この光吸収層（25）
と対向する部分と対向しない部分との間に実効的屈折率
の差が生じ、この両端部においては屈折率ガイド型構造
部となる。しかしながらストライプ部の中心部において
は、その両側上に光吸収層が存在しないので、電流狭搾
領域（27）による電流狭搾効果のみが存在することによ
って利得ガイド型構造部となるものである。

このように、本発明による半導体レーザー(30)によれ
ば、屈折率ガイド型と利得ガイド型の混成共振器が構成
される。

尚、上述した例においては、共振器の両端部を屈折率ガ
イド型とし、中央部を利得ガイド型とした場合である
が、これらを逆の配置関係となして中央部を屈折率ガイ
ド型、両端を利得ガイド型とするなど種々の配置構成を
採り得る。また各部の導電型も図示とは逆の同導電型に
選定することもできるなど種々の変更をなし得るもので
ある。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、屈折率ガイド型と利得
ガイド型との両構造部より成る混成型の半導体レーザー
を構成するので、前述したようにスポット歪が小さく、
戻り光によるノイズの小さいレーザーを得ることができ
るものであるが、特に本発明においては、活性層を平坦
な構造としたので、活性層が屈曲する場合に生ずる不要
な光の閉じ込めや反射による特性劣化を回避できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による半導体レーザーの一例を
得る一製造方法の各工程図における拡大斜視図、第５
図、第６図及び第７図は夫々従来の半導体レーザーの各
例の略線的拡大断面図、第８図は同様に従来の半導体レ
ーザーの一例の拡大平面図、第９図及び第10図は夫々第
８図のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線上の拡大略線的断面図、第
11図は第８図の拡大斜視図である。 （21）は基板、（22）は第１のクラッド層、 （23）は活性層、（24）は第２のクラッド層、 （35）は光吸収領域である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に、順次堆積された第１のク
   ラッド層と活性層と第２のクラッド層とを有して成り、
   利得ガイド型構造部と屈折率ガイド型構造部との混成共
   振器を有する半導体レーザーにおいて、 上記半導体基板の一主面が平坦な面とされ、該平坦な主
   面上に上記第１のクラッド層と活性層とが夫々平坦に形
   成され、 上記利得ガイド型構造部を構成する電流狭搾領域と上記
   屈折率ガイド型構造部を構成する光吸収領域とが設けら
   れ、 上記電流狭搾領域はストライプ状電流通路部分を形成す
   るようにその両側に配置され、 上記電流狭搾領域の下部には、上記ストライプ状電流通
   路部分の両側に対応する位置に上記光吸収領域が設けら
   れ、且つその共振器長方向の少なくとも一部が欠如され
   て成る半導体レーザー。