JPH0632338B2 - Embedded semiconductor laser - Google Patents

Embedded semiconductor laser

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JPH0632338B2
JPH0632338B2 JP23453784A JP23453784A JPH0632338B2 JP H0632338 B2 JPH0632338 B2 JP H0632338B2 JP 23453784 A JP23453784 A JP 23453784A JP 23453784 A JP23453784 A JP 23453784A JP H0632338 B2 JPH0632338 B2 JP H0632338B2
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JP
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active layer
mesa
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semiconductor
semiconductor laser
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健一 小林
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、安定な単一横モードで発振し高出力の得られ
る埋め込み型半導体レーザに関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an embedded semiconductor laser capable of oscillating in a stable single transverse mode and obtaining a high output.

(従来技術とその問題点) 光通信や光情報処理用光源として半導体レーザが使われ
ているが、このような用途においては半導体レーザは安
定な単一横モードで発振し、高出力であることが重要で
ある。
(Prior art and its problems) Semiconductor lasers are used as light sources for optical communication and optical information processing. In such applications, semiconductor lasers oscillate in a stable single transverse mode and have high output. is important.

現在、これらの光源用の半導体レーザとして埋め込み構
造(BH構造と以下略す)と呼ばれる活性層が活性層よ
り屈折率の小さな半導体層中に埋め込まれた構造のもの
がよく採用されている。しかし、埋め込み型半導体レー
ザは埋め込まれた活性層の幅が2μm以上になると容易
に横高次モードが発振してしまい、また、低注入レベル
では単一横モード発振しても高出力動作させるためにキ
ャリアを高注入すると単一横モード発振が維持できなく
なるという問題があった。
At present, as a semiconductor laser for these light sources, a structure having an active layer called a buried structure (hereinafter referred to as BH structure) embedded in a semiconductor layer having a smaller refractive index than the active layer is often adopted. However, the embedded semiconductor laser easily oscillates in a lateral higher-order mode when the width of the buried active layer is 2 μm or more, and at a low injection level, it operates at a high output even if a single lateral mode oscillates. However, there is a problem that single transverse mode oscillation cannot be maintained when carriers are highly injected.

本発明の目的は、上記の問題点を除去し、安定な単一横
モードで発振し高出力の得られる埋め込み型半導体レー
ザを提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and to provide an embedded semiconductor laser capable of oscillating in a stable single transverse mode and obtaining a high output.

(問題点を解決するための手段) 本発明の埋め込み型半導体レーザは、基板上に活性層よ
り禁制帯幅が大きい第1の半導体層を活性層より禁制帯
幅が同じかあるいは小さな第2の半導体層によりはさみ
込んだ構造を有するメサを設け、このメサの上部とメサ
の下部でとぎれた活性層を有するダブルヘテロ構造をメ
サを含む基板上に有することを特徴とする。したがって
メサ上部の活性層は活性層より屈折率が小さな半導体結
晶内に埋め込まれているため、1つの光の導波路を形成
する。さらにメサ上部の光の導波路を形成する活性層は
その内部においてもメサを形成している半導体の禁制帯
幅が活性層の禁制帯幅に対してメサ中央で大きくメサの
両側で小さくされているため、光の導波路の中にもう一
つ導波機構を備えた二重の導波路を有している。このこ
とによりメサ幅で決まる活性層幅を広くして光導波路の
断面積を大きくして高出力化をはかったときにおいても
単一横モードを維持することができる。
(Means for Solving the Problems) In the embedded semiconductor laser of the present invention, the first semiconductor layer having a larger forbidden band width than the active layer is formed on the substrate by the second semiconductor layer having the same or smaller forbidden band width than the active layer. A mesa having a structure sandwiched by semiconductor layers is provided, and a double hetero structure having an active layer interrupted at an upper portion of the mesa and a lower portion of the mesa is provided on a substrate including the mesa. Therefore, since the active layer above the mesa is embedded in the semiconductor crystal having a smaller refractive index than the active layer, one light waveguide is formed. Further, in the active layer forming the optical waveguide above the mesa, the forbidden band width of the semiconductor forming the mesa is larger than the forbidden band width of the active layer in the center of the mesa and smaller on both sides of the mesa. Therefore, it has a double waveguide with another waveguide mechanism in the optical waveguide. As a result, the single lateral mode can be maintained even when the active layer width determined by the mesa width is widened and the cross-sectional area of the optical waveguide is increased to increase the output.

(実施例) 以下図面を用いて詳細に説明する。(Example) A detailed description will be given below with reference to the drawings.

第1図は本発明の埋め込み型半導体レーザの一実施例の
断面図であり、上部には導波機構の等価的な屈折率分布
も示してある。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the embedded semiconductor laser of the present invention, and the equivalent refractive index distribution of the waveguide mechanism is also shown in the upper part.

半導体基板(P型GaAs)1上にメサ100が設けられ
ており、メサ100は活性層(GaAs)4より禁制帯幅
が大きい第1の半導体層(P型Al0.3Ga0.7As)30
が活性層4より禁制帯幅の小さいかまたは等しい第2の
半導体層(n型GaAs)20によりはさみ込まれた構造
を有している。メサ100の上部と下部に分離して活性
層4が位置し、そのためメサ上部の活性層4は周囲を活
性層4より屈折率が小さなクラッド層5に囲まれてお
り、1つの導波路を形成している。その導波路幅は第1
図中に示されているようにW1である。メサ100上の
活性層4は薄いクラッド層(P型Al0.3Ga0.7As)3
を介してAの部分は第1の半導体層30に、Bの部分は
第2の半導体層20に接している。第1の半導体層30
は活性層4より禁制帯幅が大きく、第2の半導体層20
は活性層4より禁制帯幅が小さいかまたは等しい。この
ことによりメサ上の活性層4内部にさらに幅Wの導波
路機構がそなえつけられている。活性層4の導波路を等
価屈折率導波路におきかえると、第1図の上部に示した
形になる。たとえば、アイ・イー・イー・イー・ジャー
ナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス(IEEE
Journal of Quantum Elect
ronics),Vol.QE−14,No.2,89
〜94頁に所載の論文「Transverse Mod
e Stabilized AlxGai−xAs I
njection Lasers with Chan
neled−Substrate−Planar St
ructure」を参照されたい。
A mesa 100 is provided on a semiconductor substrate (P-type GaAs) 1. The mesa 100 has a forbidden band width larger than that of the active layer (GaAs) 4 and is a first semiconductor layer (P-type Al0.3Ga0.7As) 30.
Has a structure sandwiched by a second semiconductor layer (n-type GaAs) 20 having a band gap smaller than or equal to that of the active layer 4. The active layer 4 is located separately above and below the mesa 100. Therefore, the active layer 4 above the mesa is surrounded by the cladding layer 5 having a refractive index smaller than that of the active layer 4 to form one waveguide. is doing. The waveguide width is the first
W 1 as shown in the figure. The active layer 4 on the mesa 100 is a thin clad layer (P-type Al0.3Ga0.7As) 3.
The portion A is in contact with the first semiconductor layer 30 and the portion B is in contact with the second semiconductor layer 20 via the. First semiconductor layer 30
Has a forbidden band width larger than that of the active layer 4, and the second semiconductor layer 20
Has a band gap smaller than or equal to that of the active layer 4. As a result, a waveguide mechanism having a width W 2 is provided inside the active layer 4 on the mesa. When the waveguide of the active layer 4 is replaced with the equivalent refractive index waveguide, the shape shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. For example, IEE Journal of Quantum Electronics (IEEE)
Journal of Quantum Elect
ronics), Vol. QE-14, No. 2,89
~ The article "Transverse Mod" on page 94
e Stabilized AlxGai-xAs I
njection Lasers with Chan
nailed-Substrate-Planar St
Please refer to "ruture".

光はWの幅の導波路で導波されると共に内部にあるW
の幅の導波路の存在のためWの幅を広くしても単一
横モードが維持される。Wの幅を広くできることは大
出力を出せるということであり、その時でも単一横モー
ドが維持されるという特徴を有する。
Light is guided by a waveguide having a width of W 1
Due to the existence of the waveguide having the width of 2, the single transverse mode is maintained even if the width of W 1 is increased. Being able to widen the width of W 1 means that a large output can be obtained, and it has a feature that the single transverse mode is maintained even at that time.

以下、本発明の埋め込み型半導体レーザの製造方法を説
明する。第2図(a),(b),(c),(d)は本発明の半導体レ
ーザの製造工程を示す図であり、図(a)に示すようにP
形のGaAs基板上に第1の半導体層30となる厚さ1μ
mのP形Al0.3Ga0.7As層を有機金属分解法(以下M
OCVD法を略す)により成長し、図(b)に示すように
SiO2のストライプマスク200を形成した後MOCV
D炉反応管内部で気相エッチングし、その後第2の半導
体層20となるn型GaAs層を成長し図(c)の形状を作
製する。次にSiO2200を除去し、エッチング処理を
した後液相エピタキシャル成長により第1のクラッド層
3となるP形のAl0.3Ga0.7As層を0.2μm、活性層4
となるノンドープのGaAs層0.1μm、第2のクラッド
層5となるn形のAl0.3Ga0.7As 層を2μm成長し図
(d)の本発明の半導体レーザ構造を作製した。実際には
さらにその上にGaAsをキャップ層を成長するが図には
示してない。メサ100の上部の活性層4と下部の活性
層4とは分離されているが、液相エピタキシャル成長で
はこのように分離成長させることは容易に行うことがで
きる。
Hereinafter, a method of manufacturing the embedded semiconductor laser of the present invention will be described. 2 (a), (b), (c), and (d) are views showing the manufacturing process of the semiconductor laser of the present invention, and as shown in FIG.
Thickness of 1μ to be the first semiconductor layer 30 on the GaAs substrate
m P-type Al0.3Ga0.7As layer by metalorganic decomposition method (hereinafter M
After growth by OCVD method), a stripe mask 200 of SiO 2 is formed as shown in FIG.
Vapor phase etching is performed inside the D furnace reaction tube, and then an n-type GaAs layer to be the second semiconductor layer 20 is grown to form the shape shown in FIG. Next, after removing SiO 2 200 and etching, a P-type Al0.3Ga0.7As layer to be the first cladding layer 3 is formed by liquid phase epitaxial growth to a thickness of 0.2 μm, and the active layer 4 is formed.
Figure 2 shows a non-doped GaAs layer 0.1μm thick and an n-type Al0.3Ga0.7As layer 2nd cladding layer 5 grown by 2μm.
A semiconductor laser structure of the present invention (d) was produced. Actually, a GaAs cap layer is further grown thereon, but it is not shown in the figure. Although the upper active layer 4 and the lower active layer 4 of the mesa 100 are separated from each other, such separate growth can be easily performed by liquid phase epitaxial growth.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明においては活性層は2重の導
波路機構を有しているので高出力でかつ単一横モードの
発振を容易に得ることができる。また、第2の半導体層
は半導体基板と導電性が異なるためメサの中央部以外に
はP−n−P−n構造が形成され、従って活性層の発光領
域のみに、かつ横基本モードに最も大きな利得を与える
第1図に示したWの幅で注入が行なわれる。このこと
も導波路機構と相まって単一横モード発振させるのに好
都合である。
(Effect of the Invention) As described above, in the present invention, since the active layer has the double waveguide mechanism, high output and single transverse mode oscillation can be easily obtained. In addition, since the second semiconductor layer has a different conductivity from the semiconductor substrate, a Pn-Pn structure is formed except in the central portion of the mesa, and therefore only in the light emitting region of the active layer and in the transverse fundamental mode. The implantation is performed with the width of W 2 shown in FIG. 1 which gives a large gain. This is also convenient in combination with the waveguide mechanism for oscillating a single transverse mode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の埋め込み型半導体レーザの一実施例
の断面図、第2図(a),(b),(c),(d)は本発明の半導体
レーザの製造工程図である。 図中、1……半導体基板、3,5……クラッド層、4…
…活性層、20……第2の半導体層、30……第1の半導
体層、200……SiO2ストライプである。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an embedded semiconductor laser of the present invention, and FIGS. 2 (a), (b), (c) and (d) are manufacturing process diagrams of the semiconductor laser of the present invention. . In the figure, 1 ... Semiconductor substrate, 3, 5 ... Clad layer, 4 ...
... active layer, 20 ... second semiconductor layer, 30 ... first semiconductor layer, 200 ... SiO 2 stripe.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に活性層より禁制帯幅が大き
い第1の半導体層を活性層と禁制帯幅が同じかあるいは
それより小さな第2の半導体層により側面からはさみ込
んだ構造を有するメサを設け、このメサの上部とメサ下
部でとぎれた活性層を有するダブルヘテロ構造を前記メ
サを含む基板上に設けたことを特徴とする埋め込み型半
導体レーザ。
1. A structure in which a first semiconductor layer having a forbidden band width larger than that of an active layer is sandwiched from a side surface on a semiconductor substrate by a second semiconductor layer having a band gap equal to or smaller than that of the active layer. An embedded semiconductor laser, wherein a mesa is provided, and a double hetero structure having an active layer interrupted at an upper portion of the mesa and a lower portion of the mesa is provided on a substrate including the mesa.
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