JPH0644661B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPH0644661B2 JPH0644661B2 JP18553285A JP18553285A JPH0644661B2 JP H0644661 B2 JPH0644661 B2 JP H0644661B2 JP 18553285 A JP18553285 A JP 18553285A JP 18553285 A JP18553285 A JP 18553285A JP H0644661 B2 JPH0644661 B2 JP H0644661B2
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- JP
- Japan
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- layer
- refractive index
- stripe
- coating layer
- semiconductor laser
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、作り付け導波路構造を備えた半導体レーザ装
置の改良に関する。
置の改良に関する。
ディジタル・オーディオ・ディスク（ＤＡＤ），ビデオ
・ディスク，ドキュメント・フィルム等の光ディスク装
置や光通信用の光源として半導体レーザの応用が開ける
につれ、半導体レーザの量産化技術が必要となってい
る。従来より、半導体レーザ用の薄膜多層ヘテロ接合結
晶製作技術としては、スライディング・ボート方式によ
る液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）が用いられて
きたが、ＬＰＥ法ではウェハ面積の大型化に限度があ
る。このため、大面積で均一性及び制御性に優れたエピ
タキシャル成長が可能な有機金属気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等の結晶成
長技術が注目されている。ＭＯＣＶＤ法の特性を生かし
た作り付け導波路レーザと言えるものに、（アプライド
・フィジックスレター誌、第３７巻３号２６２頁、１９
８０年）に発表された第５図に示す如き半導体レーザが
ある。なお、図中５１はＮ−ＧａＡｓ基板、５２はＮ−
ＧａＡｌＡｓクラッド層、５３はＧａＡｌＡｓ活性層、
５４はＰ−ＧａＡｌＡｓクラッド層、５５はＮ−ＧａＡ
ｓ電流阻止層、５６はＰ−ＧａＡｌＡｓ被覆層、５７は
Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、５８，５９は金属電極を示
している。この構造においては、異種導電型の電流阻止
層５５により活性層５３への電流注入がストライプ状に
限定されると同時に、活性層５３に導波された光が電流
阻止層５５及び被覆層５６までしみ出し、その結果スト
ライプ直下とそれ以外の部分とで異った複屈折率差が生
じ、これによりストライプ直下部分に導波されたモード
が形成されることになる。即ち、電流阻止層５５によっ
て、電流挟窄による利得導波路構造と作り付け屈折率導
波路構造とが自己整合的に形成されている。
・ディスク，ドキュメント・フィルム等の光ディスク装
置や光通信用の光源として半導体レーザの応用が開ける
につれ、半導体レーザの量産化技術が必要となってい
る。従来より、半導体レーザ用の薄膜多層ヘテロ接合結
晶製作技術としては、スライディング・ボート方式によ
る液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）が用いられて
きたが、ＬＰＥ法ではウェハ面積の大型化に限度があ
る。このため、大面積で均一性及び制御性に優れたエピ
タキシャル成長が可能な有機金属気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等の結晶成
長技術が注目されている。ＭＯＣＶＤ法の特性を生かし
た作り付け導波路レーザと言えるものに、（アプライド
・フィジックスレター誌、第３７巻３号２６２頁、１９
８０年）に発表された第５図に示す如き半導体レーザが
ある。なお、図中５１はＮ−ＧａＡｓ基板、５２はＮ−
ＧａＡｌＡｓクラッド層、５３はＧａＡｌＡｓ活性層、
５４はＰ−ＧａＡｌＡｓクラッド層、５５はＮ−ＧａＡ
ｓ電流阻止層、５６はＰ−ＧａＡｌＡｓ被覆層、５７は
Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、５８，５９は金属電極を示
している。この構造においては、異種導電型の電流阻止
層５５により活性層５３への電流注入がストライプ状に
限定されると同時に、活性層５３に導波された光が電流
阻止層５５及び被覆層５６までしみ出し、その結果スト
ライプ直下とそれ以外の部分とで異った複屈折率差が生
じ、これによりストライプ直下部分に導波されたモード
が形成されることになる。即ち、電流阻止層５５によっ
て、電流挟窄による利得導波路構造と作り付け屈折率導
波路構造とが自己整合的に形成されている。
この構造のレーザは著者等の報告によれば、室温パルス
動作では５０［ｍＡ］程度となり低いしきい値で発振
し、また単一モード発振が達成され横モードが十分良く
制御されることが示されている。
動作では５０［ｍＡ］程度となり低いしきい値で発振
し、また単一モード発振が達成され横モードが十分良く
制御されることが示されている。
なお、上記構造のレーザは基板５１から電流阻止層５５
までの第１回目の結晶成長と、電流阻止層５５の一部を
ストライプ状にエッチングしたのちに被覆層５６及びコ
ンタクト層５７を形成する第２回目の結晶成長とからな
る２段階の結晶成長プロセスにより作成される。ここ
で、第２回目の結晶成長の開始時点における被覆層５６
の成長は、一旦表面が空気中に晒されたＧａＡｌＡｓ面
上への成長である。このため、従来のＬＰＥ法では成長
が難しく、ＧａＡｌＡｓ面上への成長が容易なＭＯＣＶ
Ｄ法によって初めて制御性良く製作できるようになった
ものである。
までの第１回目の結晶成長と、電流阻止層５５の一部を
ストライプ状にエッチングしたのちに被覆層５６及びコ
ンタクト層５７を形成する第２回目の結晶成長とからな
る２段階の結晶成長プロセスにより作成される。ここ
で、第２回目の結晶成長の開始時点における被覆層５６
の成長は、一旦表面が空気中に晒されたＧａＡｌＡｓ面
上への成長である。このため、従来のＬＰＥ法では成長
が難しく、ＧａＡｌＡｓ面上への成長が容易なＭＯＣＶ
Ｄ法によって初めて制御性良く製作できるようになった
ものである。
ところで、半導体レーザの発振しきい値は、動作電流の
減少，寿命特性の向上等の観点からも低いことが必要で
あり、しきい値の低さはレーザの構造，性能の良し悪し
をはかる目安にもなっている。低しきい値を示すレーザ
構造としては、作り付け導波路構造である埋め込み型
（ＢＨ）や横方向接合型（ＴＪＳ）等があり、これらは
１０〜２０［ｍＡ］以下のしきい値を示す。これらに比
べて第５図の構造のレーザのしきい値は、前述した様に
５０［ｍＡ］とＢＨ，ＴＪＳ型と比較して２倍以上高
い。本発明者等の実験によっても、現構造のままではこ
れ以上の低しきい値化をはかることは甚だ困難であるこ
とが確かめられた。
減少，寿命特性の向上等の観点からも低いことが必要で
あり、しきい値の低さはレーザの構造，性能の良し悪し
をはかる目安にもなっている。低しきい値を示すレーザ
構造としては、作り付け導波路構造である埋め込み型
（ＢＨ）や横方向接合型（ＴＪＳ）等があり、これらは
１０〜２０［ｍＡ］以下のしきい値を示す。これらに比
べて第５図の構造のレーザのしきい値は、前述した様に
５０［ｍＡ］とＢＨ，ＴＪＳ型と比較して２倍以上高
い。本発明者等の実験によっても、現構造のままではこ
れ以上の低しきい値化をはかることは甚だ困難であるこ
とが確かめられた。
このようなしきい値の違いは、第５図の構造とＢＨ，Ｔ
ＪＳ型等との導波路効果の違いにあると考えられる。即
ち、第５図の構造は、活性層５３に導波された光がクラ
ッド層５４を通して電流阻止層５５までしみ出し、吸収
を受けることによって接合面に水平方向に等価的複素屈
折率の虚数部分に差が形成されて光がガイドされる吸収
損失ガイドである。一方、ＢＨ構造等の場合は複素屈折
率の実数部分の差によって光がガイドされる屈折率ガイ
ドである。つまり、第５図の構造では、吸収損失の分だ
けしきい値が上昇してしまうと考えられる。
ＪＳ型等との導波路効果の違いにあると考えられる。即
ち、第５図の構造は、活性層５３に導波された光がクラ
ッド層５４を通して電流阻止層５５までしみ出し、吸収
を受けることによって接合面に水平方向に等価的複素屈
折率の虚数部分に差が形成されて光がガイドされる吸収
損失ガイドである。一方、ＢＨ構造等の場合は複素屈折
率の実数部分の差によって光がガイドされる屈折率ガイ
ドである。つまり、第５図の構造では、吸収損失の分だ
けしきい値が上昇してしまうと考えられる。
損失ガイド構造の以上のような欠点に鑑みるとき、低し
きい値化を実現するためにはこうした損失のペナルティ
ーを払う必要のない屈折率導波型レーザとすることが考
えられる。この考え方をもとに考案された半導体レーザ
が（第５回国際固体素子、材料コンファレンス，エクス
テンディド，アブストラクト，１５３頁，１９８４年）
に発表されている。このレーザでは、ストライプ状溝部
に埋込む層（被覆層）を高屈折率等と低屈折率層との２
層とすることにより、ストライプ状溝部にしみ出した光
が、高屈折率層の影響を受け、接合面に水平方向につい
てストライプ状溝直下部分で高くなる実効屈折率分布が
生じることになる。そして、高屈折率層の屈折率や厚み
を適当に選ぶことによって高屈折率層への光のしみ出し
による損失を十分小さくすることができ、過剰電流増加
を抑えることができ、低しきい値化を十分に達成するこ
とができる。
きい値化を実現するためにはこうした損失のペナルティ
ーを払う必要のない屈折率導波型レーザとすることが考
えられる。この考え方をもとに考案された半導体レーザ
が（第５回国際固体素子、材料コンファレンス，エクス
テンディド，アブストラクト，１５３頁，１９８４年）
に発表されている。このレーザでは、ストライプ状溝部
に埋込む層（被覆層）を高屈折率等と低屈折率層との２
層とすることにより、ストライプ状溝部にしみ出した光
が、高屈折率層の影響を受け、接合面に水平方向につい
てストライプ状溝直下部分で高くなる実効屈折率分布が
生じることになる。そして、高屈折率層の屈折率や厚み
を適当に選ぶことによって高屈折率層への光のしみ出し
による損失を十分小さくすることができ、過剰電流増加
を抑えることができ、低しきい値化を十分に達成するこ
とができる。
一方、追記型光ディスク装置や、消去，再書き込みの可
能な光ディスク装置の開発が急テンポで進められてお
り、これに伴い光ディスク書き込み用光源として、高出
力半導体レーザへの要求が高まっている。光ディスク書
き込み用光源として要求される性能は 書き込み時の光出力として３０［ｍＷ］以上の高出力
が必要であること 読み出しの時の低出力動作時から書き込み時の高出力
動作にわたり横モードが基本モードで、且つ安定してい
ること ビームが光学系によって小さく絞れると 高信頼性が確保されていること 等が重要である。また、これらに加えて、レーザ構造及
び製造工程が量産性に優れていることが必要である。
能な光ディスク装置の開発が急テンポで進められてお
り、これに伴い光ディスク書き込み用光源として、高出
力半導体レーザへの要求が高まっている。光ディスク書
き込み用光源として要求される性能は 書き込み時の光出力として３０［ｍＷ］以上の高出力
が必要であること 読み出しの時の低出力動作時から書き込み時の高出力
動作にわたり横モードが基本モードで、且つ安定してい
ること ビームが光学系によって小さく絞れると 高信頼性が確保されていること 等が重要である。また、これらに加えて、レーザ構造及
び製造工程が量産性に優れていることが必要である。
前記被覆層を２層にしたレーザは、低しきい値に加え、
光がクラッド層に十分広がる、所謂ラージ・オプティカ
ルキャビィティ構造になっているので、高出力動作が可
能であり、上記性能のを満たしている。しかしなが
ら、上記性能のを十分に満足することはできなかっ
た。即ち、異種層で光吸収損失が生じるため、この損失
を考慮しストライプ状溝部の底部幅や被覆層の組成及び
活性層との距離を厳密に制御しない限り、３０［ｍＷ］
以上の高出力動作において高次モードや光出力に依存し
た横モード変形を生じることが判明している。
光がクラッド層に十分広がる、所謂ラージ・オプティカ
ルキャビィティ構造になっているので、高出力動作が可
能であり、上記性能のを満たしている。しかしなが
ら、上記性能のを十分に満足することはできなかっ
た。即ち、異種層で光吸収損失が生じるため、この損失
を考慮しストライプ状溝部の底部幅や被覆層の組成及び
活性層との距離を厳密に制御しない限り、３０［ｍＷ］
以上の高出力動作において高次モードや光出力に依存し
た横モード変形を生じることが判明している。
本発明の目的は、実効屈折率差による作り付け導波効果
を確実に生じせしめることができ、低しきい値化をはか
り得、特に３０［ｍＷ］以上の高出力動作で安定した基
本横モード発振を示す半導体レーザ装置を提供すること
にある。
を確実に生じせしめることができ、低しきい値化をはか
り得、特に３０［ｍＷ］以上の高出力動作で安定した基
本横モード発振を示す半導体レーザ装置を提供すること
にある。
本発明の骨子は、被覆層を２層若しくはそれ以上の層構
造とし、屈折率の高い層をストライプ内において活性層
に近接させることにより、電流の閉込めを損わずにスト
ライプ直下における実効屈折率を十分大きく保持してモ
ード制御を行うことにある。さらに、異種層をＡｌを含
む化合物半導体材料とすることにより、ストライプ内で
光が十分被覆層にしみ出した場合や、異種層が活性層に
接近した場合にも、吸収損失が生じないようにしたこと
にある。
造とし、屈折率の高い層をストライプ内において活性層
に近接させることにより、電流の閉込めを損わずにスト
ライプ直下における実効屈折率を十分大きく保持してモ
ード制御を行うことにある。さらに、異種層をＡｌを含
む化合物半導体材料とすることにより、ストライプ内で
光が十分被覆層にしみ出した場合や、異種層が活性層に
接近した場合にも、吸収損失が生じないようにしたこと
にある。
即ち本発明は、Ａｌを含む化合物半導体材料からなるダ
ブルヘテロ構造部を有し、このダブルヘテロ構造部の活
性層に対し基板と反対側のクラッド層上に該クラッド層
とは導電型の異なる異種層をストライプ状部分を除いて
形成し、且つこの上に上記クラッド層と同じ導電型ほ被
覆層を形成して、電流挟窄効果及び作り付け導波路効果
を持たせたヘテロ接合型半導体レーザ装置において、前
記異種層はＡｌを含む化合物半導体材料で形成され、前
記被覆層は少なくとも２層に形成され、前記活性層に近
い方の第１の被覆層は前記クラッド層よりも屈折率が大
きい層であって、第１の被覆層より前記活性層に遠い方
の第２の被覆層は第１の被覆層より屈折率が小さい層で
あり、且つストライプ状溝部の内外の実効屈折率差Δne
ff及びストライプ状溝の底部幅Ｗが、それぞれ ６×１０−３≦Δneff≦１×１０−１ ０．５（μｍ）≦Ｗ≦２（μｍ） となるようにしたものである。
ブルヘテロ構造部を有し、このダブルヘテロ構造部の活
性層に対し基板と反対側のクラッド層上に該クラッド層
とは導電型の異なる異種層をストライプ状部分を除いて
形成し、且つこの上に上記クラッド層と同じ導電型ほ被
覆層を形成して、電流挟窄効果及び作り付け導波路効果
を持たせたヘテロ接合型半導体レーザ装置において、前
記異種層はＡｌを含む化合物半導体材料で形成され、前
記被覆層は少なくとも２層に形成され、前記活性層に近
い方の第１の被覆層は前記クラッド層よりも屈折率が大
きい層であって、第１の被覆層より前記活性層に遠い方
の第２の被覆層は第１の被覆層より屈折率が小さい層で
あり、且つストライプ状溝部の内外の実効屈折率差Δne
ff及びストライプ状溝の底部幅Ｗが、それぞれ ６×１０−３≦Δneff≦１×１０−１ ０．５（μｍ）≦Ｗ≦２（μｍ） となるようにしたものである。
本発明によれば、ストライプ状溝部に埋込む層（被覆
層）を高屈折率層と低屈折率層の少なくとも２層とする
ことにより、ストライプ状溝部にしみ出した光が高屈折
率層の影響を受け、接合面に水平方向についてストライ
プ状溝直下部分で高くなる実効屈折率分布が生じること
になる。そして、高屈折率層の屈折率や厚みを適当に選
ぶことによって、高屈折率層への光のしみ出しによる損
失を十分小さくすることができる。従って、過剰しきい
値電流増加を抑えることができるようになり、低しきい
値化を十分達成できる。さらに、十分な実効屈折率差を
得ることができるため、非点隔差の小さいビームを得る
ことができる。
層）を高屈折率層と低屈折率層の少なくとも２層とする
ことにより、ストライプ状溝部にしみ出した光が高屈折
率層の影響を受け、接合面に水平方向についてストライ
プ状溝直下部分で高くなる実効屈折率分布が生じること
になる。そして、高屈折率層の屈折率や厚みを適当に選
ぶことによって、高屈折率層への光のしみ出しによる損
失を十分小さくすることができる。従って、過剰しきい
値電流増加を抑えることができるようになり、低しきい
値化を十分達成できる。さらに、十分な実効屈折率差を
得ることができるため、非点隔差の小さいビームを得る
ことができる。
また、本発明によればＡｌを含む化合物半導体からなる
ダブルヘテロ構造に対し、異種層もＡｌを含む化合物半
導体材料で形成しているので、次のような効果が得られ
る。即ち、ストライプ内で光が十分被覆層にしみ出した
場合や異種層が活性層に接近した場合にも、吸収損失を
生じることがないため、低しきい値，高出力動作が可能
である。さらに、異種層を活性層に接近させることが可
能となるので、ストライプ溝を形成するためのエッチン
グ量を少なくすることができ、これによりストライプ両
側での電流リークを低減できると共に、生産性及び制御
性の向上をはかり得る。また、ヘテロ構造近傍が全てＡ
ｌを含む化合物半導体材料（例えばＧａＡｌＡｓ）で構
成されているので、材質の違いによるストレスを低減す
ることができ、信頼性の向上をはかり得る。さらに、ス
トライプ状溝の内外の実効屈折率差及びストライプ状溝
の底部幅を適当な範囲に設定することにより、低出力か
ら３０［ｍＷ］以上の高出力動作に亙り安定した横モー
ド発振を現実することができる。
ダブルヘテロ構造に対し、異種層もＡｌを含む化合物半
導体材料で形成しているので、次のような効果が得られ
る。即ち、ストライプ内で光が十分被覆層にしみ出した
場合や異種層が活性層に接近した場合にも、吸収損失を
生じることがないため、低しきい値，高出力動作が可能
である。さらに、異種層を活性層に接近させることが可
能となるので、ストライプ溝を形成するためのエッチン
グ量を少なくすることができ、これによりストライプ両
側での電流リークを低減できると共に、生産性及び制御
性の向上をはかり得る。また、ヘテロ構造近傍が全てＡ
ｌを含む化合物半導体材料（例えばＧａＡｌＡｓ）で構
成されているので、材質の違いによるストレスを低減す
ることができ、信頼性の向上をはかり得る。さらに、ス
トライプ状溝の内外の実効屈折率差及びストライプ状溝
の底部幅を適当な範囲に設定することにより、低出力か
ら３０［ｍＷ］以上の高出力動作に亙り安定した横モー
ド発振を現実することができる。
ここで、実効屈折率差Δneff及びストライプ状溝の底部
幅Ｗの限定理由について、第４図を参照して詳しく説明
する。第４図は本発明構造において、光出力３０［ｍ
Ｗ］に至る横モードの様子を、実効屈折率差Δneffとス
トライプ溝幅Ｗについてプロットしたものである。
幅Ｗの限定理由について、第４図を参照して詳しく説明
する。第４図は本発明構造において、光出力３０［ｍ
Ｗ］に至る横モードの様子を、実効屈折率差Δneffとス
トライプ溝幅Ｗについてプロットしたものである。
一般に平坦な活性層を持つレーザの場合、モードの閉込
めのための実効屈折率分布を１０−２以上程度に十分大
きくとることは困難であり、実際には活性層を曲げた
り、溝内に垂れ込ませて成長させることにより活性層の
厚みを変えたりする方法が多く用いられる。このような
構造は、平坦な活性層を持つものに比べて活性層の品質
が低下するため、信頼性の低下を引起こし易い。一方、
本発明による構造では、第１の被覆層の屈折率，膜厚等
の調整により平坦な活性層であり、且つ容易に実効屈折
率差を作り付けることができる。
めのための実効屈折率分布を１０−２以上程度に十分大
きくとることは困難であり、実際には活性層を曲げた
り、溝内に垂れ込ませて成長させることにより活性層の
厚みを変えたりする方法が多く用いられる。このような
構造は、平坦な活性層を持つものに比べて活性層の品質
が低下するため、信頼性の低下を引起こし易い。一方、
本発明による構造では、第１の被覆層の屈折率，膜厚等
の調整により平坦な活性層であり、且つ容易に実効屈折
率差を作り付けることができる。
第４図において、○印は出力３０［ｍＷ］まで安定な横
モードを示したもの、△印は出力増加に伴いホールバー
ニング現象を生じモードの変形を起こしたもの、□印は
大きい非点隔差，電流−光出力特性におけるキンク，モ
ード変形と言った、利得ガイドに似た特性を示したも
の、●印は高次モードになったものを示している。ま
た、図中の曲線は、実効屈折率差Δneffに対して１次モ
ードがカットオフになるストライプ幅Ｗを理論的に計算
したものである。
モードを示したもの、△印は出力増加に伴いホールバー
ニング現象を生じモードの変形を起こしたもの、□印は
大きい非点隔差，電流−光出力特性におけるキンク，モ
ード変形と言った、利得ガイドに似た特性を示したも
の、●印は高次モードになったものを示している。ま
た、図中の曲線は、実効屈折率差Δneffに対して１次モ
ードがカットオフになるストライプ幅Ｗを理論的に計算
したものである。
第４図より明らかなように、本発明による構造において
は、Δneffを６×１０−３以上に設定すること、及びＷ
を２［μｍ］以下にすることにより、低出力時から３０
［ｍＷ］以上の高出力動作に亙り、安定した基本横モー
ドが得られる。
は、Δneffを６×１０−３以上に設定すること、及びＷ
を２［μｍ］以下にすることにより、低出力時から３０
［ｍＷ］以上の高出力動作に亙り、安定した基本横モー
ドが得られる。
一方、Δneffが１×１０−１以上になると、１次モード
がカットオフになるストライプ幅が０．５［μｍ］以下
となってしまい、素子作成上プロセスが困難になるだけ
でなく、モードサイズが小さくなるため、端面破壊によ
る劣化を起こす光出力レベルが低下して、高出力動作が
不可能となる。なお、ホールバーニング現象の生じる光
出力や、この現象が実際に横モードに影響を与えるか否
かは、レーザの構造，利得分布、内部損失の大きさ等に
よって様々に変化する。従って、ここで示した領域は、
本発明構造において光ディスク書込み用光源に必要な性
能である光出力３０［ｍＷ］まで安定した横モードで発
振する特性を満たすための必要な値である。
がカットオフになるストライプ幅が０．５［μｍ］以下
となってしまい、素子作成上プロセスが困難になるだけ
でなく、モードサイズが小さくなるため、端面破壊によ
る劣化を起こす光出力レベルが低下して、高出力動作が
不可能となる。なお、ホールバーニング現象の生じる光
出力や、この現象が実際に横モードに影響を与えるか否
かは、レーザの構造，利得分布、内部損失の大きさ等に
よって様々に変化する。従って、ここで示した領域は、
本発明構造において光ディスク書込み用光源に必要な性
能である光出力３０［ｍＷ］まで安定した横モードで発
振する特性を満たすための必要な値である。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。図中１１はＮ−ＧａＡｓ基
板、１２はＮ−Ｇａ０・６Ａｌ０・４Ａｓクラッド層、
１３はＧａ０・９２Ａｌ０・０８Ａｓ活性層、１４はＰ
−Ｇａ０・６Ａｌ０・４Ａｓクラッド層、１５はＮ−Ｇ
ａ０・６Ａｌ０・４Ａｓ電流阻止層（異種層）、１６は
Ｐ−Ｇａ０・７３Ａｌ０・２７Ａｓ第１被覆層、１７は
Ｐ−Ｇａ０・６Ａｌ０・４Ａｓ第２被覆層、１８はＰ−
ＧａＡｓコンタクト層、１９，２０は金属電極層をそれ
ぞれ示している。
構造を示す断面図である。図中１１はＮ−ＧａＡｓ基
板、１２はＮ−Ｇａ０・６Ａｌ０・４Ａｓクラッド層、
１３はＧａ０・９２Ａｌ０・０８Ａｓ活性層、１４はＰ
−Ｇａ０・６Ａｌ０・４Ａｓクラッド層、１５はＮ−Ｇ
ａ０・６Ａｌ０・４Ａｓ電流阻止層（異種層）、１６は
Ｐ−Ｇａ０・７３Ａｌ０・２７Ａｓ第１被覆層、１７は
Ｐ−Ｇａ０・６Ａｌ０・４Ａｓ第２被覆層、１８はＰ−
ＧａＡｓコンタクト層、１９，２０は金属電極層をそれ
ぞれ示している。
上記構造のレーザは、第２図（ａ）〜（ｃ）に示す工程
によって実現される。まず、第２図（ａ）に示す如く、
面方位（１００）のＮ−ＧａＡｓ基板１１（Ｓｉドープ
１×１０１８cm-3）上に、厚さ１．５［μｍ］のＮ−Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層１２（Ｓｅドープ１×１０１７cm
-3）、厚さ０．０８［μｍ］のアンドープＧａＡｌＡｓ
活性層１３、厚さ０．７［μｍ］のＰ−ＧａＡｌＡｓク
ラッド層１４（Ｚｎドープ７×１０１８cm-3）及び厚さ
０．７［μｍ］のＮ−ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１５（Ｓ
ｅドープ５×１０１８cm-3）を順次成長せしめた。
によって実現される。まず、第２図（ａ）に示す如く、
面方位（１００）のＮ−ＧａＡｓ基板１１（Ｓｉドープ
１×１０１８cm-3）上に、厚さ１．５［μｍ］のＮ−Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層１２（Ｓｅドープ１×１０１７cm
-3）、厚さ０．０８［μｍ］のアンドープＧａＡｌＡｓ
活性層１３、厚さ０．７［μｍ］のＰ−ＧａＡｌＡｓク
ラッド層１４（Ｚｎドープ７×１０１８cm-3）及び厚さ
０．７［μｍ］のＮ−ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１５（Ｓ
ｅドープ５×１０１８cm-3）を順次成長せしめた。
この第１回目の結晶成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、成長
条件は基板温度７５０［℃］，Ｖ／III＝２０，キャリ
アガス（Ｈ２）の流量〜１０［／min］、原料はトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ：（ＣＨ）３Ｇａ），トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ：（ＣＨ３）３Ａｌ），アルシ
ン（ＡｓＨ３）、ｐ−ドーパントはジエチル亜鉛（ＤＥ
Ｚ：（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎ）、ｎ−ドーパントはセレン化
水素（Ｈ２Ｓｅ）で、成長速度は０．２５［μｍ／mi
n］とした。なお、第１回目の結晶成長には必ずしもＭ
ＯＣＶＤ法を用いる必要はないが、大面積で均一性の良
い結晶成長が可能なＭＯＣＭＤ法を用いることは、量産
化を考えた場合ＬＰＥ法の比べて有利である。
条件は基板温度７５０［℃］，Ｖ／III＝２０，キャリ
アガス（Ｈ２）の流量〜１０［／min］、原料はトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ：（ＣＨ）３Ｇａ），トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ：（ＣＨ３）３Ａｌ），アルシ
ン（ＡｓＨ３）、ｐ−ドーパントはジエチル亜鉛（ＤＥ
Ｚ：（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎ）、ｎ−ドーパントはセレン化
水素（Ｈ２Ｓｅ）で、成長速度は０．２５［μｍ／mi
n］とした。なお、第１回目の結晶成長には必ずしもＭ
ＯＣＶＤ法を用いる必要はないが、大面積で均一性の良
い結晶成長が可能なＭＯＣＭＤ法を用いることは、量産
化を考えた場合ＬＰＥ法の比べて有利である。
次いで、第２図（ｂ）に示す如く電流阻止層１５上にフ
ォトレジスト２１を塗布し、該レジスト２１に幅１．５
［μｍ］のストライプ状窓を形成し、これをマスクとし
て電流阻止層１５を選択エッチングし、さらにクラッド
層１４を途中までエッチングしてストライプ状の溝２２
を形成した。溝部２２の底面の幅Ｗは１．５［μｍ］、
底面から活性層１３までの距離ｈは０．７［μｍ］に形
成した。
ォトレジスト２１を塗布し、該レジスト２１に幅１．５
［μｍ］のストライプ状窓を形成し、これをマスクとし
て電流阻止層１５を選択エッチングし、さらにクラッド
層１４を途中までエッチングしてストライプ状の溝２２
を形成した。溝部２２の底面の幅Ｗは１．５［μｍ］、
底面から活性層１３までの距離ｈは０．７［μｍ］に形
成した。
次いで、レジスト２１を除去し表面洗浄処理を施したの
ち、第２回目の結晶成長をＭＯＣＶＤ法で行った。即
ち、第２図（ｃ）に示す如く全面に厚さ０．３［μｍ］
Ｐ−ＧａＡｌＡｓ第１被覆層１６、厚さ１．２５［μ
ｍ］のＰ−ＧａＡｌＡｓ第２被覆層１７及び厚さ５［μ
ｍ］のＰ−ＧａＡｓコンタクト層１８（Ｚｎドープ５×
１０８cm-3）を成長形成した。これ以降は、通常の電極
付け工程によりコンタクト層１８上にＣｒ−Ａｕ電極１
９を、さらに基板１１の下面にＡｕ−Ｇｅ電極２０を被
着して前記第１図に示す構造を得た。
ち、第２回目の結晶成長をＭＯＣＶＤ法で行った。即
ち、第２図（ｃ）に示す如く全面に厚さ０．３［μｍ］
Ｐ−ＧａＡｌＡｓ第１被覆層１６、厚さ１．２５［μ
ｍ］のＰ−ＧａＡｌＡｓ第２被覆層１７及び厚さ５［μ
ｍ］のＰ−ＧａＡｓコンタクト層１８（Ｚｎドープ５×
１０８cm-3）を成長形成した。これ以降は、通常の電極
付け工程によりコンタクト層１８上にＣｒ−Ａｕ電極１
９を、さらに基板１１の下面にＡｕ−Ｇｅ電極２０を被
着して前記第１図に示す構造を得た。
かくして得られた試料をへき開により共振器長２５０
［μｍ］のファブリペロー型レーザに切出した素子の特
性は、しきい値電流３５［ｍＡ］と低く、微分量子効率
も５０［％］と良好であった。また、出力５０［ｍＷ］
以上までキンクのない線形性の良い電流−光出力特性が
得られた。さらに、レーザ端面より放射されたレーザ光
ビームの接合面に水平方向、垂直方向のビームウエスト
は端面に一致しており、良好な屈折率ガイドになってい
ることが確認できた。
［μｍ］のファブリペロー型レーザに切出した素子の特
性は、しきい値電流３５［ｍＡ］と低く、微分量子効率
も５０［％］と良好であった。また、出力５０［ｍＷ］
以上までキンクのない線形性の良い電流−光出力特性が
得られた。さらに、レーザ端面より放射されたレーザ光
ビームの接合面に水平方向、垂直方向のビームウエスト
は端面に一致しており、良好な屈折率ガイドになってい
ることが確認できた。
また、上記のレーザの実効屈折率差Δneffは約１×１０
−２であり、出力３０［ｍＷ］以上まで安定な基本横モ
ード発振を示し、高出力時のモード変形や高次モード発
振は生じないことが確認された。
−２であり、出力３０［ｍＷ］以上まで安定な基本横モ
ード発振を示し、高出力時のモード変形や高次モード発
振は生じないことが確認された。
第３図は上記の方法で作成されたレーザの光軸方向に沿
ったビームサイズの半値全幅の測定結果を示すもので、
図中○は１［ｍＷ］、●は３０［ｍＷ］におけるデータ
である。非点隔差は略０［μｍ］で、パワーに依存しな
い安定は波面が得られた。
ったビームサイズの半値全幅の測定結果を示すもので、
図中○は１［ｍＷ］、●は３０［ｍＷ］におけるデータ
である。非点隔差は略０［μｍ］で、パワーに依存しな
い安定は波面が得られた。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記クラッド層，異種層，被覆層のＡｌ混
晶比及び被膜等は、実効屈折率差Δneffが６×１０−３
以上になる範囲であれば適宜変更可能であり、例えばク
ラッド層，異種層をＧａ０．５５Ａｌ０．４５Ａｓ、第
１被覆層をＧａ０．６５Ａｌ０．３５Ａｓとして膜厚を
０．４［μｍ］としてもよい。また、ストライプ幅Ｗに
ついても０．５［μｍ］以上で２［μｍ］以下であっ
て、実効屈折率差Δneffに対し１次モードがカットオフ
になる幅であれば適宜変更可能である。さらに、前記被
覆層は２層に限るものではなく、活性層に近い方の層の
屈折率が活性層に遠い方の層及びクラッド層の屈折率よ
りも大きいものであれば、３層以上に形成することも可
能である。
い。例えば、前記クラッド層，異種層，被覆層のＡｌ混
晶比及び被膜等は、実効屈折率差Δneffが６×１０−３
以上になる範囲であれば適宜変更可能であり、例えばク
ラッド層，異種層をＧａ０．５５Ａｌ０．４５Ａｓ、第
１被覆層をＧａ０．６５Ａｌ０．３５Ａｓとして膜厚を
０．４［μｍ］としてもよい。また、ストライプ幅Ｗに
ついても０．５［μｍ］以上で２［μｍ］以下であっ
て、実効屈折率差Δneffに対し１次モードがカットオフ
になる幅であれば適宜変更可能である。さらに、前記被
覆層は２層に限るものではなく、活性層に近い方の層の
屈折率が活性層に遠い方の層及びクラッド層の屈折率よ
りも大きいものであれば、３層以上に形成することも可
能である。
また、構成材料としてはＧａＡｌＡｓに限るものではな
く、ＡｌＧａＩｎＰ或いはＡｌＧａＺｎＰ等の他の化合
物半導体材料を用いてもよい。さらに、結晶成長法とし
て、ＭＯＣＶＤ法の代りにＭＢＥ法を用いることも可能
である。また、基板としてＰ型基板を用い、各層の導電
型を逆にすることも可能である。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
く、ＡｌＧａＩｎＰ或いはＡｌＧａＺｎＰ等の他の化合
物半導体材料を用いてもよい。さらに、結晶成長法とし
て、ＭＯＣＶＤ法の代りにＭＢＥ法を用いることも可能
である。また、基板としてＰ型基板を用い、各層の導電
型を逆にすることも可能である。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は上記実施例
レーザの製造工程を示す断面図、第３図は上記実施例レ
ーザにおける光軸方向に沿ったビームサイズの半値全幅
の測定結果を示す特性図、第４図は本発明構造を持つレ
ーザの光出力３０［ｍＷ］に至る横モードの様子を実効
屈折率差Δneffとストライプ溝幅Ｗについてプロットし
たものを示す特性図、第５図は従来レーザの概略構造を
示す断面図である。 １１…Ｎ−ＧａＡｓ基板、１２…Ｎ−Ｇａ０．６ Ａｌ
０・４ Ａｓクラッド層、１３…Ｇａ０・９２ Ａｌ
０・０８ Ａｓ活性層、１４…Ｐ−Ｇａ０・６ Ａｌ
０・４ Ａｓクラッド層、１５…Ｎ−Ｇａ０・６ Ａｌ
０・４ Ａｓ電流阻止層（異種層）、１６…Ｐ−Ｇａ
０・７３ Ａｌ０・２７ Ａｓ第１被覆層、１７…Ｐ−
Ｇａ０・６ Ａｌ０・４ Ａｓ第２被覆層、１８…Ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、１９，２０…電極、２１…レジ
スト、２２…ストライプ状溝部。
構造を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は上記実施例
レーザの製造工程を示す断面図、第３図は上記実施例レ
ーザにおける光軸方向に沿ったビームサイズの半値全幅
の測定結果を示す特性図、第４図は本発明構造を持つレ
ーザの光出力３０［ｍＷ］に至る横モードの様子を実効
屈折率差Δneffとストライプ溝幅Ｗについてプロットし
たものを示す特性図、第５図は従来レーザの概略構造を
示す断面図である。 １１…Ｎ−ＧａＡｓ基板、１２…Ｎ−Ｇａ０．６ Ａｌ
０・４ Ａｓクラッド層、１３…Ｇａ０・９２ Ａｌ
０・０８ Ａｓ活性層、１４…Ｐ−Ｇａ０・６ Ａｌ
０・４ Ａｓクラッド層、１５…Ｎ−Ｇａ０・６ Ａｌ
０・４ Ａｓ電流阻止層（異種層）、１６…Ｐ−Ｇａ
０・７３ Ａｌ０・２７ Ａｓ第１被覆層、１７…Ｐ−
Ｇａ０・６ Ａｌ０・４ Ａｓ第２被覆層、１８…Ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、１９，２０…電極、２１…レジ
スト、２２…ストライプ状溝部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 初美 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 飯塚 佳男 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内
Claims (3)
- 【請求項１】Ａｌを含む化合物半導体材料からなるダブ
ルヘテロ構造部を有し、このダブルヘテロ構造部の活性
層に対し基板と反対側のクラッド層上に該クラッド層と
は導電型の異なる異種層をストライプ状部分を除いて形
成し、且つこの上に上記クラッド層と同じ導電型の被覆
層を形成して、電流狭窄効果及び作り付け導波路効果を
持たせたヘテロ接合型半導体レーザ装置において、前記
異種層はＡｌを含む化合物半導体材料から形成され、前
記被覆層は少なくとも２層に形成され、前記活性層に近
い方の第１の被覆層は前記クラッド層よりも屈折率が大
きい層であって、第１の被覆層より前記活性層に遠い方
の第２の被覆層は第１の被覆層より屈折率が小さい層で
あり、且つストライプ状溝部の内外の実効屈折率差Δne
ff及びストライプ状溝部の底部幅Ｗを、それぞれ ６×１０−３≦Δneff≦１×１０−１ ０．５（μｍ）≦Ｗ≦２（μｍ） に設定してなることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】前記ダブルヘテロ構造部及び前記異種層を
形成するＡｌを含む化合物半導体材料として、それぞれ
ＧａＡｌＡｓを用いた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。 - 【請求項３】前記活性層に対し基板と反対側のクラッド
層は、前記ストライプ状部分に対応する溝がその途中ま
で形成されたもの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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18553285A JPH0644661B2 (ja) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | 半導体レ−ザ装置 |
| US06/898,706 US4799228A (en) | 1985-08-23 | 1986-08-21 | Transverse-mode stabilized semiconductor laser diode with slab-coupled waveguide |
| EP86111632A EP0214534A3 (en) | 1985-08-23 | 1986-08-22 | Transverse-mode stabilized semiconductor laser diode with slab-coupled waveguide |
| KR1019860006998A KR900000075B1 (ko) | 1985-08-23 | 1986-08-23 | 반도체레이저 다이오드 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18553285A JPH0644661B2 (ja) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6246584A JPS6246584A (ja) | 1987-02-28 |
| JPH0644661B2 true JPH0644661B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=16172447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18553285A Expired - Lifetime JPH0644661B2 (ja) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644661B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW342545B (en) * | 1996-03-28 | 1998-10-11 | Sanyo Electric Co | Semiconductor laser element and method for designing same |
| KR20140133892A (ko) | 2006-06-06 | 2014-11-20 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 산성 치환기와 불포화 말레이미드기를 갖는 경화제의 제조 방법 및 열경화성 수지 조성물, 프리프레그 및 적층판 |
| KR101398731B1 (ko) | 2006-09-29 | 2014-05-27 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 열경화성 수지 조성물 및 이것을 이용한 프리프레그 및 적층판 |
| JP2009155399A (ja) | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Hitachi Chem Co Ltd | 熱硬化性樹脂組成物並びにこれを用いたプリプレグ及び積層板 |
-
1985
- 1985-08-23 JP JP18553285A patent/JPH0644661B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6246584A (ja) | 1987-02-28 |
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