JPH067638B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JPH067638B2
JPH067638B2 JP28341185A JP28341185A JPH067638B2 JP H067638 B2 JPH067638 B2 JP H067638B2 JP 28341185 A JP28341185 A JP 28341185A JP 28341185 A JP28341185 A JP 28341185A JP H067638 B2 JPH067638 B2 JP H067638B2
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JP
Japan
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substrate
ridge
semiconductor laser
laser device
protrusion
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雅博 粂
国雄 伊藤
裕一 清水
健 浜田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光ディスクの記録・消去や、医療用その他の高
出力赤外レーザ光源として用いられる半導体レーザ装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device used for recording / erasing an optical disk and for a medical or other high-power infrared laser light source.

従来の技術 近年半導体レーザ装置は、CDを始めとする光ディスク
上の信号の読み取りや、レーザビームプリンタの光源、
そして光通信にと、光産業の中心的なデバイスとして脚
光を浴びるに至っている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor laser devices have read signals on optical discs such as CDs, light sources for laser beam printers,
And, it has come into the spotlight as a central device of the optical industry for optical communication.

これらの光情報機器においては、レーザの光出力に対す
る要望は10〜20mW以下がほとんどであった。しか
し、光ディスクの記録・消去やプリンタの高速化、そし
て医療機器用にと高出力(20mW以上)のレーザ装置
に対する要望が近年益々増えている。
In most of these optical information devices, the demand for the laser light output was 10 to 20 mW or less. However, in recent years, demands for recording / erasing optical disks, speeding up printers, and high output (20 mW or more) laser devices for medical devices have been increasing.

半導体レーザの高出力化を進めるにあたっての障害は2
つある。その1つは、出力を上げると、レーザ結晶内の
光密度の増大に伴なつて結晶内を伝搬する光電界のモー
ドが基本モードから高次モードへ移り易くなることであ
る。高次モードで発振すると、結晶端面から出射される
レーザビームの強度分布が単峰性とならず、複数のピー
クを持ち、実用上大きな障害となる。この問題は、レー
ザ結晶内の発振領域(活性層)の膜厚を薄くすることで
解決された。そしてBTRS(Buried Twin Ridge Subs
trate)レーザにおいては、活性層の薄層化と電流注入
効率の向上により200mW以上の連続発振出力が得られ
ている。(電子通信学会技術研究報告ED84−94
(1984))第2の点は、レーザ結晶端面において光密度
の増大に伴ない、端面近傍で劣化が進みレーザの寿命が
短くなることである。レーザ端面部では、結晶内部に比
べて熱の放散が悪く、端面近傍の発振領域においては局
所的に200℃以上にもなることが轟らによって報告さ
れている。(ジャーナル オブ アプライド フィジッ
クス 58,p.1124(1985)) この局所的な発熱は、結晶内で転位の発生増殖を促し、
転位が非発光中心となってレーザ光を吸収して更に発熱
するという悪循環(熱暴走)を繰り返し寿命を著しく縮
めることとなる。
There are two obstacles in promoting higher output of semiconductor lasers.
There is one. One is that when the output power is increased, the mode of the optical electric field propagating in the crystal easily moves from the fundamental mode to the higher order mode as the light density in the laser crystal increases. When oscillating in a higher order mode, the intensity distribution of the laser beam emitted from the crystal facet does not have a single peak, but has a plurality of peaks, which is a serious obstacle to practical use. This problem has been solved by reducing the thickness of the oscillation region (active layer) in the laser crystal. And BTRS (Buried Twin Ridge Subs)
In the trate) laser, a continuous oscillation output of 200 mW or more is obtained by thinning the active layer and improving the current injection efficiency. (Technical report of IEICE ED84-94
(1984)) The second point is that as the optical density at the laser crystal end face increases, deterioration near the end face progresses and the life of the laser shortens. It has been reported by Todoragi that the heat dissipation at the laser facet is poorer than that inside the crystal, and that the temperature locally rises to 200 ° C. or higher in the oscillation region near the facet. (Journal of Applied Physics 58, p.1124 (1985)) This local heat generation promotes dislocation generation and multiplication in the crystal,
The dislocation becomes a non-emissive center and absorbs the laser light to generate further heat, which repeats a vicious cycle (thermal runaway), which significantly shortens the life.

発明が解決しようとする問題点 本発明は半導体レーザの結晶端面においてレーザ光の光
密度を下げると共に、端面における熱の発生を少なく
し、端面の熱による破壊や、レーザ動作において熱暴走
による信頼性の悪化を防ぎ、長寿命の半導体レーザ装置
を提供するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention The present invention reduces the light density of laser light at the crystal end face of a semiconductor laser, reduces the generation of heat at the end face, and damages the end face due to heat and reliability due to thermal runaway during laser operation It is intended to provide a semiconductor laser device having a long life and preventing deterioration of the semiconductor laser device.

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明の半導体レーザ装置は
一導電型の半導体基板の表面に、前記基板の両端面近傍
を除いて、ストライプ状の突起が形成され、前記基板の
表面に前記一導電型と反対の導電型の層が形成され、前
記反対導電型の層の表面から、前記突起部直上では前記
突起部に達し、前記突起のない前記基板の両端面近傍で
は前記基板に達しないような深さのストライプ状の窓が
形成されるとともに、前記溝の両側にたがいに平行な二
つのリッジが前記基板の両端面近傍で幅が狭くなるよう
に形成され、前記リッジを有する基板上に活性層を含む
各層が形成されて構成されている。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the semiconductor laser device of the present invention has a stripe-shaped projection formed on the surface of a semiconductor substrate of one conductivity type, except for the vicinity of both end faces of the substrate, A layer of a conductivity type opposite to the one conductivity type is formed on the surface of the substrate, and from the surface of the layer of the opposite conductivity type, reaches the protrusion directly above the protrusion, and both end surfaces of the substrate without the protrusion. In the vicinity, a stripe-shaped window having a depth that does not reach the substrate is formed, and two ridges parallel to each other are formed on both sides of the groove so that the width becomes narrow near both end faces of the substrate. Each layer including an active layer is formed on the substrate having the ridge.

作用 本発明の半導体レーザ装置は、上記構成により、レーザ
結晶の両共振器端面部の活性層の膜厚を結晶内部より薄
くし、かつ端面部に電流を流さないようになっている。
端面部の活性層を薄くすることにより、端面部でのレー
ザ光のビーム径が大きくなり、光密度が減少する。また
端面部に電流を流さないことによって端面近傍の結晶内
部での発熱をなくし、温度上昇を防いでいる。この2つ
の作用により、レーザ端面における劣化の発生が抑えら
れ、高出力で長寿命のレーザ装置が実現できることにな
る。
Action The semiconductor laser device of the present invention has the above-described structure so that the thickness of the active layer at the end faces of both resonators of the laser crystal is smaller than that inside the crystal, and no current flows through the end faces.
By thinning the active layer at the end face portion, the beam diameter of the laser light at the end face portion becomes large and the light density is reduced. Further, by not passing a current through the end face portion, heat generation inside the crystal near the end face is eliminated, and the temperature rise is prevented. Due to these two effects, it is possible to suppress the occurrence of deterioration at the laser end face, and to realize a laser device with high output and long life.

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
Embodiment One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例における半導体レーザ装置の断
面を示すものである。第1図(a)は端面近傍の断面を示
し、第1図(b)はそれより内部での断面を示す。P型GaA
s基板1上のn型GaAsブロック層2は電流を阻止す
るためにあり、第1図(a)で示す断面図では、これが連
続しているため端面近傍では電流が流れない。結晶内部
では第1図(b)の断面でわかるように、GaAs基板1上に
メサ9があり、n−GaAs電流ブロック層2に設けた
溝10がメサ9に達しており、メサ9と溝10を通って
電流が活性層4に注入される。n−GaAsブロック層
2のリッジ11は液相エピタキシャル成長において、G
1-xAlxAs活性層4の膜厚制御を容易にするためにあ
る。即ち、リッジ11上では液相成長において、結晶成
長速度が遅くなることを利用している。
FIG. 1 shows a cross section of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) shows a cross section near the end face, and FIG. 1 (b) shows a cross section inside thereof. P-type GaA
The n-type GaAs block layer 2 on the s substrate 1 is for blocking the current, and in the cross-sectional view shown in FIG. 1 (a), this is continuous, so that no current flows near the end face. As can be seen in the cross section of FIG. 1 (b) inside the crystal, there is a mesa 9 on the GaAs substrate 1, and the groove 10 provided in the n-GaAs current block layer 2 reaches the mesa 9. Current is injected into the active layer 4 through 10. The ridge 11 of the n-GaAs block layer 2 has a G
This is for facilitating the control of the film thickness of the a 1-x Al x As active layer 4. That is, the fact that the crystal growth rate becomes slower in liquid phase growth on the ridge 11 is used.

第2図に、本発明の半導体レーザの製造工程の一部を示
す。P型GaAs基板1上に、エッチングによってメサ9を
形成する。メサの長さは200μm,高さは3μ,幅は
10μmとする。メサの前後の部分で劈開により共振器
端面を形成することになる(第2図(a))。次に液相エ
ピタキシャル成長法によりメサを埋め尽し、表面が平坦
になるように1回目の成長を行なう(第2図(b))。こ
のメサ9上でのn型GaAsブロック層2の膜厚は1.0μ
mとする。エッチングによってリッジ11及び溝10を
形成する。(第2図(c))。溝10の深さは1.5μm
とし、メサ9のある部分では溝10がメサ9に達してい
るようにする。かくしてメサ9のある部分では溝から電
流が流れ込み、ない部分では電流が流れなくすることが
できる。この時、リッジ11の幅を、メサ9のない部分
では狭くなるようにする。即ち、溝の片側でメサ9のあ
る部分では20μm,ない部分では5μmとする。そし
て第2(c)で示す基板上に2回目の液相エピタキシャル
成長を行い、第1図(b)で示す多層構造を成長させる。
この時、リッジの上の成長速度が、リッジの幅が狭くな
る程遅くなるので、結晶内部に比べて、リッジの幅が狭
い端面部では活性層4が薄くなる。活性層4が薄いと光
の閉じ込めが悪くなり、端面近傍ではレーザ光のビーム
径が大きくなる。従って光密度を減少させることができ
る。電極7,8を蒸着した後劈開によって共振器端面を
作成するのであるが、この時劈開位置はメサ9と端面間
の距離が20μmになるようにする。
FIG. 2 shows a part of the manufacturing process of the semiconductor laser of the present invention. A mesa 9 is formed on the P-type GaAs substrate 1 by etching. The length of the mesa is 200 μm, the height is 3 μm, and the width is 10 μm. The resonator end face is formed by cleavage at the front and back of the mesa (Fig. 2 (a)). Next, the mesa is filled up by the liquid phase epitaxial growth method, and the first growth is performed so that the surface becomes flat (FIG. 2 (b)). The film thickness of the n-type GaAs block layer 2 on this mesa 9 is 1.0 μm.
m. The ridge 11 and the groove 10 are formed by etching. (Fig. 2 (c)). The depth of the groove 10 is 1.5 μm
Then, the groove 10 reaches the mesa 9 at the portion where the mesa 9 is present. Thus, the current can flow from the groove in the part where the mesa 9 is present, and the current can be stopped in the part where the mesa 9 is not present. At this time, the width of the ridge 11 is made narrower in the portion without the mesa 9. That is, it is set to 20 μm in the portion with the mesa 9 on one side of the groove and 5 μm in the portion without the mesa 9. Then, the second liquid phase epitaxial growth is performed on the substrate shown in FIG. 2 (c) to grow the multilayer structure shown in FIG. 1 (b).
At this time, since the growth rate on the ridge becomes slower as the width of the ridge becomes narrower, the active layer 4 becomes thinner at the end face portion where the width of the ridge is narrower than that inside the crystal. If the active layer 4 is thin, the light confinement becomes poor, and the beam diameter of the laser light becomes large near the end face. Therefore, the light density can be reduced. After the electrodes 7 and 8 are vapor-deposited, the resonator end face is formed by cleavage, and at this time, the cleavage position is such that the distance between the mesa 9 and the end face is 20 μm.

第3図に端面部電流非注入でリッジの幅を狭くしたレー
ザ素子と、これらの対策を施さない素子の電流対光出力
特性を示す。端面部での光密度の減少と、熱の発生が抑
えられているために飽和パワーの著しい上昇がみられ
る。第4図には、光出力一定駆動における動作電流の経
時変化を示す。本発明による対策を施さないレージ素子
では、高出力での寿命は短いが、本発明による素子では
十分実用的な寿命が得られている。
FIG. 3 shows current-to-optical output characteristics of a laser device in which the width of the ridge is narrowed by not injecting current into the end face portion and a device without these measures. A decrease in light density at the end face and a significant increase in saturation power are seen due to the suppression of heat generation. FIG. 4 shows a change with time of the operating current in the constant optical output drive. The rage element without the measures according to the present invention has a short life at high output, but the element according to the present invention has a sufficiently practical life.

発明の効果 以上のように本発明は、電流非注入領域を端面近傍に設
け、かつ端面部の活性層を薄くすることにより、半導体
レーザ装置の寿命を著しく延ばすことができ、その実用
的効果は大なるものがある。
As described above, according to the present invention, by providing the current non-injection region near the end face and thinning the active layer at the end face portion, the life of the semiconductor laser device can be remarkably extended, and its practical effect is There is a great one.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例における半導体レーザ装置の断
面図、第2図は本発明の半導体レーザの製造工程の一部
を示す斜視図、第3図は半導体レーザ装置の電流と光出
力の関係を示す特性図、第4図は一定光出力で駆動した
時の半導体レーザ装置の動作電流の経時変化を示す特性
図である。 1……P型GaAs基板、2……n型GaAsブロック層、3…
…P型Ga1-7AlyAsクラッド層、4……Ga1-xAlxAs活性
層、5……n型Ga1-yAlyAsクラッド層、6……n型GaAs
層、7,8……電極、9……メサ、10……溝、11…
…リッジ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a part of a manufacturing process of a semiconductor laser of the present invention, and FIG. 3 is a semiconductor laser. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the device current and optical output, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing the change over time of the operating current of the semiconductor laser device when driven with a constant optical output. 1 ... P-type GaAs substrate, 2 ... n-type GaAs block layer, 3 ...
... P-type G a1-7 AlyAs clad layer, 4 ... G a1-x AlxAs active layer, 5 ... n-type G a1-y AlyAs clad layer, 6 ... n-type GaAs
Layer, 7, 8 ... Electrode, 9 ... Mesa, 10 ... Groove, 11 ...
…ridge.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−158685(JP,A) 特開 昭60−789(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Ken Hamada 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-60-158685 (JP, A) JP-A-60-789 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板の表面に、前記基板
の両端面近傍を除いて、ストライプ状の突起が形成さ
れ、前記基板の表面に前記一導電型と反対の導電型の層
が形成され、前記反対導電型の層の表面から、前記突起
部直上では前記突起部に達し、前記突起のない前記基板
の両端面近傍では前記基板に達しないような深さのスト
ライプ状の窓が形成されるとともに、前記溝の両側にた
がいに平行な二つのリッジが前記基板の両端面近傍で幅
が狭くなるように形成され、前記リッジを有する基板上
に活性層を含む各層が形成されていることを特徴とする
半導体レーザ装置。
1. A stripe-shaped protrusion is formed on the surface of a semiconductor substrate of one conductivity type except for the vicinity of both end surfaces of the substrate, and a layer of a conductivity type opposite to the one conductivity type is formed on the surface of the substrate. From the surface of the layer of the opposite conductivity type, a striped window having a depth that reaches the protrusion directly above the protrusion and does not reach the substrate in the vicinity of both end faces of the substrate without the protrusion is formed. Two ridges parallel to each other are formed on both sides of the groove so as to have a narrow width in the vicinity of both end faces of the substrate, and each layer including an active layer is formed on the substrate having the ridge. A semiconductor laser device characterized in that
【請求項2】両端面近傍のリッジの幅が溝の片側で5〜
10μm,共振器内部のリッジの幅が溝の片側で20〜
40μm,両端面近傍の突起がなく、リッジの狭くなっ
ている部分の長さが10〜50μm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。
2. The width of the ridge near both end faces is 5 to 5 on one side of the groove.
10 μm, the width of the ridge inside the resonator is 20 to 20 on either side of the groove.
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the length of the narrowed portion of the ridge is 10 to 50 .mu.m, and there is no protrusion near both end faces.
JP28341185A 1985-10-25 1985-12-17 Semiconductor laser device Expired - Lifetime JPH067638B2 (en)

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US06/922,654 US4745611A (en) 1985-10-25 1986-10-24 Buried twin ridge substrate laser
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JP2529303B2 (en) * 1987-11-13 1996-08-28 松下電器産業株式会社 Semiconductor laser equipment

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