JPH07335978A

JPH07335978A - 半導体レーザ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07335978A
Application number: JP15532694A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Nakanishi; 中西宏一郎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的簡単に製造できる高出力発振可能な半導
体レーザ及びその製造法を提供することにある。【構成】半導体レーザは、多層膜反射鏡７と、基板１に
対して垂直でも水平でもない反射鏡６と、その反射鏡６
に対向している基板１に対して垂直な反射鏡９とで共振
器が構成されている。多層膜反射鏡７に比べて、垂直反
射鏡９の反射率が低く、出力光８は垂直反射鏡９から取
り出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測、光記
録、ホログラムスキャナーなどに有用な半導体レーザ、
特に高出力或は単一モード半導体レーザ及びその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】従来用
いられてきた半導体レーザは、劈開面を反射鏡として構
成されるファブリペロータイプのものが主であった。し
かし、このタイプの半導体レーザは共振器内での波長に
対して数百倍から数千倍の長さの共振器長があり、共振
器長に反比例した間隔で共振モードが存在するので、活
性層のレーザ媒質のゲインピーク付近で利得を受ける共
振モードが複数存在する。そのために多モード発振する
ことが多く、特に高速変調時にはレーザ内のキャリヤ密
度が過渡現象によって大きく変動するため、この多モー
ド発振が顕著に現れる。通常、光通信の伝送路には光フ
ァイバを含むことが多いが、この光ファイバには波長分
散が存在するため前記の多モード発振は光通信に用いる
際に問題となっていた。

【０００３】また、通常の半導体レーザでは、周囲温度
や駆動電流が変化すると利得分布が変化し、発振波長が
モードホッピングを伴って次々と遷移するため、干渉計
測の分野やホログラムスキャナー等への応用が困難であ
った。このような多モード発振や発振波長の変化を抑え
る半導体レーザとして、端面発光型レーザについては光
導波路内に分布反射器を設けて波長選択性を向上させた
ＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆ
ｌｅｃｔｏｒ）レーザや、利得領域内にグレーティング
を設けて単一モード動作を行うＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂ
ｕｔｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ）レーザが、また面発光型
のレーザについては膜厚方向に多層膜を積層してＤＢＲ
を構成している面発光型ＤＢＲレーザ等が考案されてい
る。図１９に、端面発光型の単一モード動作の半導体レ
ーザの例としてＤＢＲレーザを示す。

【０００４】図１９において、活性層は多重量子井戸
（ＭＱＷ）４５０からなっており、活性層４５０の左右
の光導波路にグレーティングｇが形成され、このＤＢＲ
を反射鏡として共振器が構成されている。活性層４５０
と左右の光導波路との間には、夫々位相調整領域４５１
が形成されている。ＤＢＲは、そのグレーティングｇの
周期Λによって決定されるブラッグ波長付近の光に対し
て、強い波長選択性を持った反射器として作用する。Ｍ
ＱＷ活性層１５０で発生した光は、左右の導波路のＤＢ
Ｒ領域でブラッグ波長付近の光が反射され、光帰還がか
かる。このＤＢＲの強い波長選択性によって、定常時は
もちろん、高速変調時においても単一モード動作が実現
出来る。しかし、図１９を見ると明かであるが、半導体
レーザ全体に占める利得領域（活性層４５０の部分）の
割合が小さく、同程度のサイズのファブリペロ型レーザ
と比較すると出力が小さいという問題が存在する。ま
た、ＤＢＲ領域に形成されているグレーティングｇは波
長サイズの周期を持っているが、このグレーティングｇ
を形成するには高精度のプロセス技術が必要とされる。
また、このグレーティングｇの上に再成長を行って導波
路を形成しているが、グレーティングｇ上の不純物など
による再成長界面での結晶の品質の低下に起因する導波
損失の増大や、歩留まりの低下、またそれに伴う製作コ
ストの上昇などの問題があった。

【０００５】次に、図２０にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系
で構成された面発光型ＤＢＲレーザの例を示す。この例
では成長方向に積層された多層膜４６１によってＤＢＲ
を構成し、光出力を基板４６２側から取り出している。
活性領域４６３の厚さは３μｍ程度である。共振器の長
さが数μｍと極めて短い短共振器構造となっているの
で、縦モード間隔が広がっているのと多層膜ＤＢＲ反射
鏡４６１の波長選択性の効果で単一モード動作が可能と
なっている。このような面発光型のレーザではＤＢＲを
多層膜４６１によって構成しているため、プロセス技術
や再成長などの問題は生じないが、出力光を取り出すた
めに電極４６５，４６６の形状などを考慮する必要があ
る。また、活性領域４６３が数μｍと小さいために単一
素子で高出力化することが困難である。

【０００６】また、図２１に、従来例としてＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓで構成された半導体レーザを示す。この図
において、５２１はｎ型ＧａＡｓ基板、５２２はｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ下部クラッド層、５２３はＡｌＧａＡｓ活性
層、５２４はｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層、５２５
はｐ−ＧａＡｓキャップ層、５２６，５２７は絶縁膜、
５２８，５２９は金属電極、５３０は出射レーザ光であ
る。電流は金属電極５２８，５２９から注入されるが、
電極５２８，５２９とコンタクト層５２５のｐ−ＧａＡ
ｓ層との間に形成されている酸化膜５２６によってスト
ライプ幅Ｓ程度に狭窄されて電流が注入される。これに
より、ストライプ幅Ｓ程度で発光再結合が生じ、結晶の
両端に形成された反射鏡から構成される長さＬのファブ
リペロ共振器によってレーザ発振を生じる。この結晶両
端の反射鏡は、劈開またはエツチングして膜厚方向に対
して垂直な面を形成して反射面とすることで構成される
ことが多い。このような構造のレーザでは、光の回折の
ために図２１に示したように、放射される出射光５３０
のパターンが真円ではなく楕円になってしまう。このよ
うに出射光５３０が楕円状であると、集光した場合の集
光スポットが楕円状になってしまい、ファイバ等への結
合、またビームプリンタへの応用に対しても不都合を生
じる。また、このような構造の半導体レーザでは、長時
間の動作、または高出力状態下の動作によって反射鏡面
が劣化し、損傷を受けてしまう（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈ
ｉｃｏｐｔｉｃａｌｄａｍａｇｅ：ＣＯＤ）という
問題が生じる。これは、表面再結合の影響により、表面
近傍での光吸収係数が非常に大きいことに起因してい
る。高出力下では表面での光吸収が大きいため局所的に
温度が上昇し、さらに光吸収を大きくする正帰還となっ
てＣＯＤへと進行する。また、集積化のためには共振器
長Ｌは短い方が良いが、共振器長が短いと十分なゲイン
が得られず、出力が小さくなるという問題も存在した。

【０００７】従って、本発明の目的は、比較的簡単に製
造できる高出力発振可能な半導体レーザ及びその製造法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体レーザは、多層膜反射鏡と、基板に対して垂
直でも水平でもない反射鏡と、その反射鏡に対向してい
る基板に対して垂直な反射鏡とで共振器が構成されてお
り、かつ光出力が基板に対して垂直な反射鏡から取り出
されることを特徴とする。即ち、活性層と多層膜反射鏡
を備えた半導体レーザにおいて、活性層に、膜厚と垂直
方向に形成された垂直反射鏡と膜厚に対して垂直でも水
平でもない角度の傾斜反射鏡を有しており、傾斜反射鏡
を間に垂直反射鏡と多層膜反射鏡とで共振器が形成され
ており、多層膜反射鏡に比べて、垂直反射鏡の反射率が
低く、出力光は垂直反射鏡から取り出されることを特徴
とする。

【０００９】また、上記目的を達成する本発明の半導体
レーザは、活性層と多層膜反射鏡を備えた半導体レーザ
において、活性層に、積層方向と垂直な方向に形成され
た垂直反射鏡と積層方向に対して垂直でも水平でもない
斜面を有しており、斜面上に多層膜反射鏡が形成され、
垂直反射鏡と斜面上に形成された多層膜反射鏡とから光
共振器が形成されており、多層膜反射鏡に比べて、垂直
反射鏡の反射率が低く、出力光は垂直反射鏡から取り出
されることを特徴とする。

【００１０】また、上記目的を達成する本発明の半導体
レーザは、複数の活性層と活性層間に多層膜から構成さ
れるＤＢＲを備えた半導体レーザであり、各活性層に、
膜厚と垂直方向に形成された垂直反射鏡と膜厚に対して
垂直でも水平でもない角度の傾斜反射鏡を有しており、
傾斜反射鏡と多層膜ＤＢＲとを間に複数の垂直反射鏡で
共振器が形成されており、複数の活性層で発生した光が
ＤＢＲを介して光学的に結合しており、位相が揃ってい
ることを特徴とする。

【００１１】より具体的には、例えば、多層膜反射鏡が
活性層の上部または下部のみに形成されていたり、多層
膜を構成している各層厚が共振器内波長の１／４の整数
倍であったりする。

【００１２】また、上記目的を達成する本発明の半導体
レーザは、成長方向で空間的に分離されている複数の活
性層を有し、各活性層に、膜厚と垂直方向に形成された
垂直反射鏡と膜厚に対して垂直でも水平でもない角度の
傾斜反射鏡を有しており、垂直反射鏡と傾斜反射鏡と前
記の複数の活性層から共振器が構成されることを特徴と
する。

【００１３】より具体的には、複数の活性層からの出力
の位相が同位相に保たれながら活性層間の成長方向の距
離を任意に設定できたり、複数の活性層で発生した光が
お互いに光学的に独立であったり、活性層の発光領域の
基板と平行方向の長さと活性層間の成長方向の距離の比
の値が１〜２であったり、複数の活性層のうち少なくと
も一つの活性層の出射端面がＡＲコートされており、他
の活性層の出射端面が高反射率であったり、複数の活性
層からの出力が同一端面から出射されたりする。更に、
より具体的には、半導体レーザは、成長方向に複数の活
性層を有し、活性層内に設けられた４５゜の反射鏡と４
５゜反射鏡と対向して形成された基板に対して垂直な面
を反射鏡として膜厚方向にコの字型共振器を構成して、
レーザ光を同一端面の複数箇所から出射する。

【００１４】また、上記目的を達成する本発明の活性層
と多層膜反射鏡を備えた半導体レーザの製造方法は、
（１００）基板上の［００１］方向にリッジを形成し、
この［００１］方向にリッジが形成された基板のリッジ
以外の部分にマスクを施し、ＭＯＣＶＤ法などを用いて
リッジ上に選択成長することでリッジ上に反射鏡となる
｛１１０｝結晶面を現し、その後、マスクを除去して再
成長を行い半導体レーザを構成することを特徴とする。

【００１５】また、上記目的を達成する本発明の活性層
と多層膜反射鏡を備えた半導体レーザの製造方法は、プ
ロセスまたは選択成長等によって基板上にリッジを形成
し、ＦＩＢやＲＩＢＥなどのドライエッチングによって
リッジをエッチングして反射鏡となる傾斜面を作成し、
その後、再成長を行って半導体レーザを構成することを
特徴とする。

【００１６】また、上記目的を達成する本発明の成長方
向で空間的に分離されている複数の活性層を有する半導
体レーザの製造方法は、（１００）基板上の［００１］
方向にリッジを形成し、この［００１］方向にリッジが
形成された基板のリッジ以外の部分にマスクを施し、Ｍ
ＯＣＶＤ法などを用いてリッジ上に選択成長することで
リッジ上に反射鏡となる｛１１０｝面を現し、次に、マ
スクを除去してＭＯＣＶＤ法などを用いて埋め込み再成
長を行い、その後、リッジ上に他のマスクを施し、ＭＯ
ＣＶＤ法などを用いて選択再成長を行い他の反射鏡とな
る｛１１０｝面を現し半導体レーザを構成することを特
徴とする。

【００１７】また、上記目的を達成する本発明の成長方
向で空間的に分離されている複数の活性層を有する半導
体レーザの製造方法は、（１００）基板上の［００１］
方向にリッジを形成し、この［００１］方向にリッジが
形成された基板のリッジ以外の部分にマスクを施し、Ｍ
ＯＣＶＤ法などを用いた選択成長を行うことでリッジ上
に反射鏡となる面を現し、次に、ＭＯＣＶＤ法などを用
いて埋め込み再成長を行い、しかる後に、ＦＩＢ、ＲＩ
ＢＥ、ＲＩＥなどによってエッチングを行い他の反射鏡
を形成し半導体レーザを構成することを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の１つの形態の半導体レーザでは、導波
型の構造を採っているために利得が大きく、高出力であ
りながら、成長方向に積層された多層膜を反射鏡として
共振器を構成しているので発振モードが面発光レーザの
ように単一モードとなる。さらに、活性層に隣接して多
層膜反射鏡を設ければ、活性層からしみ出した光が活性
層へ反射されるフォトンリサイクリング効果によって、
閾値が低減出来る。また、多層膜反射鏡は成長技術によ
って作成されるので、従来のＤＢＲレーザ等に必要とさ
れたグレーティングを形成するためのプロセスが必要で
なくなり、成長技術のみを用いて単一モードの端面発光
型半導体レーザが構成できる。さらに、グレーティング
上への再成長というプロセスを行わないために歩留まり
の向上、製作コストの低減が達成できる。

【００１９】本発明の他の形態の半導体レーザにおいて
は、共振器がコの字型に形成されており、レーザ素子の
２倍の長さを共振器としているため、同じサイズの半導
体レーザに比べてゲインを大きくすることが出来る。ま
た、出射光は低反射面としてある垂直な面から出力され
るが複数の活性層に対応した場所から取り出すこともで
きるため、端面での光子密度の増加による端面破壊が起
きないようにしながら高出力を得ることが可能である。
複数の活性層から出力されるレーザ光は位相が揃ってお
り、放射角を狭めることが可能であると共に高出力であ
るので、ファイバアンプ等の励起光源としても適してい
る。

【００２０】

【実施例１】図１に本実施例による半導体レーザの概念
図を示す。図１において、１は半絶縁性基板、２はバッ
ファ層、３は第１のクラッド層、４は光ガイド層、５は
活性層、６は基板１に対して垂直でも平行でもない反射
鏡、７は活性層５で発生した光に対して殆ど全反射の特
性を示す様に構成されている多層膜反射器（各層の厚さ
は、発生した光の波長をλとして、例えば、λ／４であ
る）、８は出力光、９は基板１に対して垂直な反射鏡で
ある。上下には電極が設けられ、横方向の閉じ込め構造
としては、通常用いられる、例えば、高抵抗埋め込み層
などが用いられる。

【００２１】活性層５で発生した光は、反射鏡９、反射
鏡６、多層膜反射鏡７から構成される共振器の中で増幅
され、多層膜反射鏡７に比べて反射率の低い反射鏡９か
ら出射する。多層膜７は活性層５で発生する光に対して
ブラッグ反射器として作用し、波長に対して強い選択性
を有する。そのため、ブラッグ波長に対応する波長以外
のモードは抑圧されてしまい、本実施例の半導体レーザ
の発振モードは単一モードで発振する。更に、この反射
鏡７の存在によって、活性層５から上部方向へ漏れる光
が活性層５内に反射され、活性層５内に閉じ込められる
ために、発振閾値が低減する。また、利得領域は、基板
１に対して垂直な反射鏡９と基板１に対して垂直でも平
行でもない反射鏡６の間の領域であり、通常の導波型の
半導体レーザと同じ程度である。従って、出力も大きく
出来る。また、グレーティングを作成しないのでプロセ
スも比較的簡単である。

【００２２】図１の構成は図２に示した如く変形するこ
とも出来る。図２では、多層膜からなる反射器７を活性
層５の下部に構成している。その他の動作等は図１の構
成と同じである。

【００２３】図３，図４は、活性層５に４５゜傾いた反
射鏡を選択成長を用いて形成する例を示す。図３は（１
００）基板と結晶軸方向の関係、及び従来の半導体レー
ザ作製の際のリッジ形成方向と本実施例の半導体レーザ
を選択成長を用いて作製する際のリッジ形成方向を示し
た図である。図４（ａ）に示す様に（１００）基板１上
の［００１］方向にリッジを形成する。この［００１］
方向にリッジｒが形成された基板１のリッジ以外の部分
にマスクｍを施し（図４（ｂ））、ＭＯＣＶＤ法を用い
てリッジｒ上に選択成長することでリッジｒ上に｛１１
０｝結晶面が現れる（図４（ｃ））。この｛１１０｝面
は基板１に対して正確に４５゜を成しており、平坦であ
るので反射鏡６として使用することが出来る。その後、
マスクｍを除去して（図４（ｄ））再成長を行い、バッ
ファ層２、クラッド層３、光ガイド層４、活性層５、多
層膜７等を積層し（図４（ｅ））、半導体レーザを構成
する。

【００２４】図５は、ＦＩＢまたはＲＩＢＥなどのドラ
イプロセスを用いて４５゜傾いた反射鏡６を形成する例
を示す。プロセスまたは選択成長によって基板１上にリ
ッジｒを形成し（図５（ａ））、ＦＩＢやＲＩＢＥなど
のドライエッチングによってリッジｒをエッチングし
（図５（ｂ））、４５゜傾いた面を作成し、反射鏡６と
する。その後、再成長を行ってバッファ層２、クラッド
層３、光ガイド層４、活性層５、多層膜７等を積層して
（図５（ｃ））、本実施例の半導体レーザを構成する。
リッジｒの部分を、バッファ層２、クラッド層３、光ガ
イド層４、活性層５を積層して形成し、その後反射鏡６
を形成して多層膜７等を積層してもよい。

【００２５】

【実施例２】図６は本発明の半導体レーザを横方向注入
を用いて形成した第２実施例である。図６において、１
２は半絶縁性基板、１４はＧａＡｓバッファ層、１６は
ＡｌＧａＡｓクラッド層、１８は光ガイド層、２０は活
性層、２２はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層膜反射鏡、２
４，２６は金属電極、２８は不純物拡散領域でｐ型を示
す領域であり、３０は不純物拡散領域でｎ型を示す領域
である。電流は金属電極２４，２６から注入され、不純
物拡散領域２８，３０を通じて活性層２０へ注入され
る。図６の紙面の垂直方向に共振器が形成されており出
力光が発振される。動作等は第１実施例と同じである。

【００２６】

【実施例３】図７にストライプ型で構成されたＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ系の本発明による半導体レーザを示す。
図７中で、５０はｎ型ＧａＡｓ基板、５２はｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層、５４はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、５
６はＡｌＧａＡｓ光ガイド層、５８はＧａＡｓ活性層、
６０はｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜反射鏡、６２は酸
化膜、６４，６６は金属電極である。電流は金属電極６
４，６６から注入されるが、酸化膜６２によって電流の
経路が狭窄されているため、活性層５８に注入される電
流は酸化膜６２が形成されていないストライプ領域幅Ｓ
（数μｍ）程度に限定される（黒塗りの部分６８）。よ
って、活性層５８のこの部分６８のみが電流励起され利
得を有するようにすることで、閾値電流の低減化、及び
ヘテロ接合面に平行な方向の横モードの安定化を行って
いる。図７の紙面の垂直方向に共振器が形成されており
出力光が発振される。動作等は第１実施例と同じであ
る。この酸化膜による電流経路の狭窄は、以下の実施例
でも用いられる。

【００２７】

【実施例４】図８に、複数の活性層と多層膜反射鏡とで
構成した本発明による半導体レーザの実施例を示す。図
８中で、７０は基板、７２は第１のクラッド層、７４は
光ガイド層、７６は第１の活性層、７８は活性層７６の
片端に設けられた基板７０に対して４５゜傾いた反射
鏡、８０は第２の活性層、８２はフィルタとして働く多
層膜反射鏡（各層の厚さは、発生した光の波長をλとし
て、λ／２である）、８４は光ガイド層、８６は第２の
クラッド層、８８は出力光、９０は基板７０に対して垂
直な反射鏡である。活性層７６，８０で発生した光は多
層膜反射鏡８２によってモード選択を受け、単一モード
となって活性層７６または８０で増幅され、反射鏡９０
から出射される。また、この反射鏡８２は活性層７６ま
たは８０で発生した光のうち、ヘテロ接合面に対して垂
直な方向に漏れ出す光に対しても反射鏡として作用し、
漏れ光を活性層７６または８０へ反射し、フォトンリサ
イクリングの効果で閾値を減少させている。また、各々
の活性層７６，８０から出射する光は同一の共振器から
の出力なので位相が揃っているため、出射光の放射角が
狭くなり、指向性が増加する。

【００２８】

【実施例５】図９は、活性層をＭＱＷ構造として構成し
た本発明による半導体レーザの概念図である。図９中
で、１００は基板、１０２はバッファ層、１０４はクラ
ッド層、１０６は光ガイド層、１０８はＭＱＷ活性層、
１１０は４５゜反射鏡、１１２は多層膜反射鏡、１１４
は出力光、１１６は基板１００に垂直な反射鏡である。
ＭＱＷ活性層を採用しているのでゲインスペクトルピー
クが更に先鋭になって、単一モード性及び低閾値化が更
に向上する。活性層をＭＱＷ構造として構成すること
は、以下の実施例でも用いられる。

【００２９】

【実施例６】図１０は、活性層の片端の傾斜面に多層膜
を積層して反射鏡を形成し、活性層の端面の膜厚方向と
垂直な端面とで共振器を構成する実施例の概念図であ
る。図１０（ａ）中で、１６０は活性層１５０の片端の
傾斜面に積層された多層膜反射鏡、１６２は活性層１５
０の反対側の端の膜厚方向に垂直な端面を用いた反射
鏡、１６４，１６６は活性層１５０内のレーザ光、１６
８は出力光である。多層膜反射鏡１６０において各層の
膜厚ｄはｄ＝λｓｉｎθ／４ｎを満たすように設計されている。この様に設計すれば、
多層膜反射鏡１６０と活性層１５０の端面の膜厚方向と
垂直な端面１６２とで共振器が構成される。ここでλは
発生する光の真空中での波長、ｎは多層膜の平均的屈折
率である。その他の点については、上記実施例と同じで
ある。

【００３０】図１０（ｂ）の様に活性層１５０の片端の
傾斜面を形成し（図１０（ａ）の傾斜面とは向きが違
う）、そこに多層膜反射鏡１６０を積層してもよい。

【００３１】

【実施例７】図１１に本実施例の半導体レーザの概念図
を示す。図１１中、２０１は半絶縁性ＧａＡｓ基板であ
り、該半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上にはＧａＡｓバッ
ファ層２０２、ＡｌＧａＡｓクラッド層２０３、第１の
活性層２０４、ＡｌＧａＡｓからなる空間分離層２０
５、第２の活性層２０６、ＡｌＧａＡｓクラッド層２０
７が、この順に、積層形成されている。２０８は金属電
極である。基板２０１の裏面にも金属電極が形成されて
いる。活性層２０４，２０６の両端には、それぞれ４５
゜の反射鏡２０９，２１０、および活性層２０４，２０
６に対して垂直な反射鏡２１１，２１２が形成されてい
る。当該反射鏡２１１，２１２、および４５゜の反射鏡
２０９，２１０、活性層２０４，２０６から共振器が構
成されている。活性層２０４，２０６で発生した光は反
射鏡２１１，２１２および４５゜反射鏡２０９，２１０
によって反射され、空間分離層であるＡｌＧａＡｓ層２
０５を通って、また活性層２０４，２０６へ行き、そこ
を利得を受けながら進行し、反射鏡２１１，２１２から
出射する。空間分離層のＡｌＧａＡｓ層２０５では利得
を受けないが、活性層２０４，２０６に比べてＡｌＧａ
Ａｓ層２０５のエネルギーギャップは大きいので空間分
離層２０５は活性層２０４，２０６で発生した光に対し
て透明であり、光は吸収損失を受けない。横方向の閉じ
込め構造としては、通常用いられる、例えば、高抵抗埋
め込み層などが用いられる。

【００３２】各々の活性層２０４，２０６から出射する
光は同一の共振器からの出力なので位相が揃っていて、
また全体的に出射光のパターンが真円に近くなる。更
に、全体的サイズに比較して共振器長さが大きく出来る
ので、高出力半導体レーザが実現出来る。

【００３３】

【実施例８】図１２に、本発明の半導体レーザを横方向
注入によって構成した例を示す。２３１は半絶縁性のＧ
ａＡｓ基板、２３２はＧａＡｓバッファ層、２３３はＡ
ｌＧａＡｓクラッド層、２３４は第１の活性層、２３５
はＡｌＧａＡｓ空間分離層、２３６は第２の活性層、２
３７はＡｌＧａＡｓクラッド層、２３８，２３９は金属
電極、２４０はｐ型の不純物拡散領域、２４１はｎ型の
不純物拡散領域である。電流は、金属電極２３８，２３
９によってｎ型領域、ｐ型領域２４０，２４１を通じて
活性層２３４，２３６に注入される。図１２の紙面の垂
直方向に共振器が形成されており出力光が発振される。
動作等は第７実施例と同じである。

【００３４】次に、第７、８実施例の活性層の片端の４
５゜反射鏡２０９，２１０を選択成長を用いて形成する
方法を図１３に示す。図１３（ａ）に示すようにＧａＡ
ｓ（１００）基板２０１上の［００１］方向にリッジを
形成する。図１３（ａ）に示す如く、この［００１］方
向にリッジｒが形成された基板２０１のリッジ以外の部
分にマスクｍ１を施し、ＭＯＣＶＤ法を用いてリッジｒ
上に選択成長することでリッジ上に｛１１０｝面が現れ
るが、この｛１１０｝面は基板２０１に対して正確に４
５゜を成している。次に、マスクｍ１を除去してＭＯＣ
ＶＤ法などを用いて埋め込み再成長を行い、バッファ層
２０２、下部クラッド層２０３、第１の活性層２０４を
形成する。その後、リッジｒ上にマスクｍ２を施し、Ｍ
ＯＣＶＤを用いて選択再成長を行い空間分離層２０５、
第２の活性層２０６、上部クラッド層２０７を形成する
が、この時にも｛１１０｝面が現れる。この基板２０１
に対して正確に４５゜傾いている｛１１０｝面は原子的
に平坦であり、十分反射鏡として使用することが可能で
ある。

【００３５】図１４はＦＩＢによるミラー形成の例であ
る。図１４の工程２までは図１３（ａ）と同様にして
（１００）ＧａＡｓ基板２０１上にリッジｒを形成し、
ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長を行う。次に、ＭＯＣＶ
Ｄ法などを用いて埋め込み再成長を行い、バッファ層２
０２、下部クラッド層２０３、第１の活性層２０４、空
間分離層２０５、第２の活性層２０６、上部クラッド層
２０７を形成する。しかる後に、ＦＩＢによってエッチ
ングを行い第２の活性層２０６の端に４５゜のミラーを
形成する。このＦＩＢによるエッチングでのミラー形成
は、ＲＩＢＥ、ＲＩＥなどを用いて行なっても良い。

【００３６】

【実施例９】図１５に出力光の出射部分を一箇所にして
高利得型とした実施例を示す。図２１に示すような従来
の構造の半導体レーザと比較して同じ素子のサイズで倍
近い利得を得ることが出来、小型で高出力の半導体レー
ザが得られる。図１５において、図１１の実施例と同符
号で示す部分は同機能部を示す。第９実施例では、２１
２は反射防止コートになっているが、２１３はミラーに
なっているので、反射防止コート２１２のみを介してレ
ーザ光が出射される。

【００３７】

【実施例１０】図１６は発光領域の幅Ｓと活性層間の距
離ｄを等しくした本発明の例である。通常の半導体レー
ザの出射光は、図２１に示してあるように、メサ幅Ｓ
（数μｍ）に比べて活性層の膜厚が狭いため（０．１μ
ｍ程度）膜厚方向に強く回折され、膜厚方向に細長く伸
びた楕円形となる。本実施例では、複数の活性層２３
４，２３６からの出射光は、位相が揃っているために膜
厚方向への出射角が狭くなり、膜厚方向と基板２３１に
平行な方向の幅がほぼ等しくでき、更に真円に近いビー
ムとなる。図１６において、図１２の実施例と同符号で
示す部分は同機能部を示す。

【００３８】

【実施例１１】図１７は本発明の半導体レーザを用いて
構成した光通信システムの概念図である。図１７におい
て、３７２は光ファイバなどの光伝送路、３６０，３６
２，３６４はこの光伝送路３７２を用いて通信を行う本
発明の半導体レーザを含む端末、３６６，３６８，３７
０は端末からの光信号を電気信号に変換して端末に伝送
する集積型端局装置である。

【００３９】図１８は本発明を用いて構成した光集積回
路である。図１８において、３７４は端末からの電気信
号を光信号に変換して光伝送路上に送出する本発明によ
って構成された半導体レーザ、３８０は光伝送路を伝送
されてきた光信号を電気信号に変換し、変換した信号が
自端局装置に接続されている端末装置に送信されてきた
ものであれば信号を接続端末に伝達する半導体光検出器
である。

【００４０】また、３７６，３７８は光アイソレータ
で、信号が光伝送路等へ戻るのを防いでいる。３７５，
３７９は光アイソレータ３７６，３７８と半導体レーザ
３７４または半導体光検出器３８０を結ぶ導波路であ
る。３８２は半導体光増幅器である。３８４は光伝送路
を伝達されてきた光信号の一部を光検出器３８０へ導く
Ｔ字カップラ、３８６は半導体レーザ３７４からの光信
号を光伝送路へ導くＴ字カップラ、３８８，３８９は光
ファイバなどの光伝送路である。本発明の半導体レーザ
を用いれば、高出力或は波長分散の影響を受けにくい単
一モードの信号光を伝送できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、活性層内に形成した積層方向に垂直でも水平でもな
い角度を有する反射鏡ないし斜面と多層膜によって構成
された反射鏡と基板に対して垂直な反射鏡とで共振器を
構成し、基板に対して垂直な反射鏡から出力を取り出す
ことで、単一モードで動作し、高出力、低閾値である半
導体レーザを煩雑なプロセスを用いること無く作成する
ことが出来る。

【００４２】また、本発明によれば、活性層内に４５゜
ミラーを形成し、複数の活性層で膜厚方向に共振器を構
成しており、同一端面から位相のそろった複数のレーザ
光を取り出せるので、放射スポットの膜厚方向と膜厚に
平行な方向の幅がほぼ等しい高出力なレーザを得ること
が出来る。また、素子サイズが小さくても端面から高出
力のレーザ光を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザの第１実施例の概
念図。

【図２】本発明の半導体レーザの第１実施例の変形例
の概念図。

【図３】（１００）基板とリッジ形成方向の説明図。

【図４】本発明の半導体レーザを選択成長を用いて形
成する際の製造工程の説明図。

【図５】本発明の半導体レーザをＦＩＢまたはＲＩＢ
Ｅなどのドライプロセスを用いて作成する際の製造工程
の説明図。

【図６】本発明の半導体レーザを横方向注入を用いて
構成した第２実施例の概念図。

【図７】本発明の半導体レーザを電極ストライプ構造
で作成した第３実施例の概念図。

【図８】複数の活性層を備えた場合の本発明による半
導体レーザの第４実施例の概念図。

【図９】活性層にＭＱＷを導入して本発明の半導体レ
ーザを構成した第５実施例の概念図。

【図１０】積層方向に垂直でも水平でもない斜面上に
多層膜反射鏡を作成して共振器を構成した第６実施例の
概念図。。

【図１１】本発明の半導体レーザの第７実施例の概念
図。

【図１２】本発明の半導体レーザを横方向注入を用い
て構成した第８実施例の概念図。

【図１３】本発明の半導体レーザを形成する際の製造
工程の説明図。

【図１４】本発明の半導体レーザを形成する際の製造
工程の説明図。

【図１５】レーザ出射口を１つにして高利得、高出力
型にした第９実施例の概念図。

【図１６】発光領域の幅Ｓと活性層間の距離ｄをほぼ
等しくした本発明の第１０実施例の概念図。

【図１７】本発明の半導体レーザを用いて光伝送シス
テムを構成した例のブロック図。

【図１８】本発明の半導体レーザを用いて光集積回路
を構成した例のブロック図。

【図１９】従来の単一モード動作の半導体レーザであ
る長共振器型ＤＢＲレーザを示す図。

【図２０】従来の単一モード動作の半導体レーザの例
である面発光ＤＢＲレーザを示す図。

【図２１】従来の半導体レーザの例を示す図。

【符号の説明】

１、１２、５０、７０、１００、２０１、２３１基
板２、１４、５２、１０２、２０２、２３２バッファ
層３、１６、５４、７２、８６、１０４、２０３、２０
７、２３３、２３７クラッド層４、１８、５６、７４、８４、１０６光ガイド層５、２０、５８、７６、８０、１０８、１５０、２０
４、２０６、２３４、２３６活性層６、７８、１１０斜めの反射鏡７、２２、６０、８２、１１２、１６０多層膜反射
鏡９、９０、１１６、１６２垂直反射鏡２４、２６、６４、６６、２０８、２３８、２３９
電極２８、３０、２４０、２４１不純物拡散領域６２酸化膜２０５、２３５中間分離層２１１、２１２ＡＲコート２０９、２１０４５°ミラー２１３ミラー３６０、３６２、３６４端末３６６、３６８、３７０集積型端局装置３７２、３８８、３９０光伝送路３７４半導体レーザ３７５、３７９導波路３７６、３７８アイソレータ３８０半導体光検出器３８２半導体光増幅器３８４、３８６Ｔ字カップラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層と多層膜反射鏡を備えた半導体レ
ーザにおいて、活性層に、膜厚と垂直方向に形成された
垂直反射鏡と膜厚に対して垂直でも水平でもない角度の
傾斜反射鏡を有しており、傾斜反射鏡を間に垂直反射鏡
と多層膜反射鏡とで共振器が形成されており、多層膜反
射鏡に比べて、垂直反射鏡の反射率が低く、出力光は垂
直反射鏡から取り出されることを特徴とする半導体レー
ザ。
【請求項２】活性層と多層膜反射鏡を備えた半導体レ
ーザにおいて、活性層に、積層方向と垂直な方向に形成
された垂直反射鏡と積層方向に対して垂直でも水平でも
ない斜面を有しており、斜面上に多層膜反射鏡が形成さ
れ、垂直反射鏡と斜面上に形成された多層膜反射鏡とか
ら光共振器が形成されており、多層膜反射鏡に比べて、
垂直反射鏡の反射率が低く、出力光は垂直反射鏡から取
り出されることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】複数の活性層と活性層間に多層膜から構
成されるＤＢＲを備えた半導体レーザであり、各活性層
に、膜厚と垂直方向に形成された垂直反射鏡と膜厚に対
して垂直でも水平でもない角度の傾斜反射鏡を有してお
り、傾斜反射鏡と多層膜ＤＢＲとを間に複数の垂直反射
鏡で共振器が形成されており、複数の活性層で発生した
光がＤＢＲを介して光学的に結合しており、位相が揃っ
ていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】傾斜反射鏡または斜面の角度が膜厚に対
して４５゜であることを特徴とする請求項１、２または
３記載の半導体レーザ。
【請求項５】膜厚に対して４５゜傾いた傾斜反射鏡ま
たは斜面が｛１１０｝結晶面を利用して形成されている
ことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項６】多層膜反射鏡が活性層の上部のみに形成
されていることを特徴とする請求項１または２記載の半
導体レーザ。
【請求項７】多層膜反射鏡が活性層の下部のみに形成
されていることを特徴とする請求項１または２記載の半
導体レーザ。
【請求項８】膜厚に対して垂直でも水平でもない傾斜
反射鏡または斜面がＦＩＢまたはＲＩＢＥを用いて形成
されていることを特徴とする請求項１、２または３記載
の半導体レーザ。
【請求項９】電流注入が横方向から行われることを特
徴とする請求項１、２または３記載の半導体レーザ。
【請求項１０】電流注入経路が酸化膜によって狭窄さ
れていることを特徴とする請求項１、２または３記載の
半導体レーザ。
【請求項１１】活性層が量子井戸構造、または多重量
子井戸構造となっていることを特徴とする請求項１、２
または３記載の半導体レーザ。
【請求項１２】多層膜を構成している各層厚が共振器
内波長の１／４の整数倍であることを特徴とする請求項
１、２または３記載の半導体レーザ。
【請求項１３】多層膜を構成している各層厚が共振器
内波長の１／４であることを特徴とする請求項１または
２記載の半導体レーザ。
【請求項１４】多層膜を構成している各層厚ｄはｄ＝
λｓｉｎθ／４ｎ（ここでλは発生する光の真空中での
波長、ｎは多層膜の平均的屈折率）を満たすように設計
されていることを特徴とする請求項２記載の半導体レー
ザ。
【請求項１５】多層膜を構成している各層厚が共振器
内波長の１／２であることを特徴とする請求項３記載の
半導体レーザ。
【請求項１６】成長方向で空間的に分離されている複
数の活性層を有し、各活性層に、膜厚と垂直方向に形成
された垂直反射鏡と膜厚に対して垂直でも水平でもない
角度の傾斜反射鏡を有しており、垂直反射鏡と傾斜反射
鏡と前記の複数の活性層から共振器が構成されることを
特徴とする半導体レーザ。
【請求項１７】傾斜反射鏡の角度が基板に対して４５
゜であることを特徴とする請求項１６記載の半導体レー
ザ。
【請求項１８】複数の活性層からの出力の位相が同位
相に保たれながら活性層間の成長方向の距離を任意に設
定できることを特徴とする請求項１６に記載の半導体レ
ーザ。
【請求項１９】複数の活性層で発生した光がお互いに
光学的に独立であることを特徴とする請求項１６に記載
の半導体レーザ。
【請求項２０】活性層の発光領域の基板と平行方向の
長さと活性層間の成長方向の距離の比の値が１〜２であ
ることを特徴とする請求項１６記載の半導体レーザ。
【請求項２１】共振器は［０１０］方向に形成されて
おり、活性層の端に設けられた傾斜反射鏡が｛１１０｝
結晶面を利用していることを特徴とする請求項１６に記
載の半導体レーザ。
【請求項２２】共振器は［０１０］方向に形成されて
おり、活性層の端に設けられた傾斜反射鏡がＦＩＢ、Ｒ
ＩＥまたはＲＩＢＥを用いて形成されていることを特徴
とする請求項１６記載の半導体レーザ。
【請求項２３】複数の活性層のうち少なくとも一つの
活性層の出射端面がＡＲコートされており、他の活性層
の出射端面が高反射率であることを特徴とする請求項１
６記載の半導体レーザ。
【請求項２４】複数の活性層からの出力が同一端面か
ら出射されることを特徴とする請求項１６記載の半導体
レーザ。
【請求項２５】電流注入が横方向から行われることを
特徴とする請求項１６記載の半導体レーザ。
【請求項２６】電流注入経路が酸化膜によって狭窄さ
れていることを特徴とする請求項１６記載の半導体レー
ザ。
【請求項２７】活性層が量子井戸構造、または多重量
子井戸構造となっていることを特徴とする請求項１６記
載の半導体レーザ。
【請求項２８】活性層と多層膜反射鏡を備えた半導体
レーザの製造方法において、（１００）基板上の［００
１］方向にリッジを形成し、この［００１］方向にリッ
ジが形成された基板のリッジ以外の部分にマスクを施
し、ＭＯＣＶＤ法などを用いてリッジ上に選択成長する
ことでリッジ上に反射鏡となる｛１１０｝結晶面を現
し、その後、マスクを除去して再成長を行い半導体レー
ザを構成することを特徴とする半導体レーザの製造方
法。
【請求項２９】活性層と多層膜反射鏡を備えた半導体
レーザの製造方法において、プロセスまたは選択成長等
によって基板上にリッジを形成し、ＦＩＢやＲＩＢＥな
どのドライエッチングによってリッジをエッチングして
反射鏡となる傾斜面を作成し、その後、再成長を行って
半導体レーザを構成することを特徴とする半導体レーザ
の製造方法。
【請求項３０】成長方向で空間的に分離されている複
数の活性層を有する半導体レーザの製造方法において、
（１００）基板上の［００１］方向にリッジを形成し、
この［００１］方向にリッジが形成された基板のリッジ
以外の部分にマスクを施し、ＭＯＣＶＤ法などを用いて
リッジ上に選択成長することでリッジ上に反射鏡となる
｛１１０｝面を現し、次に、マスクを除去してＭＯＣＶ
Ｄ法などを用いて埋め込み再成長を行い、その後、リッ
ジ上に他のマスクを施し、ＭＯＣＶＤ法などを用いて選
択再成長を行い他の反射鏡となる｛１１０｝面を現し半
導体レーザを構成することを特徴とする半導体レーザの
製造方法。
【請求項３１】成長方向で空間的に分離されている複
数の活性層を有する半導体レーザの製造方法において、
（１００）基板上の［００１］方向にリッジを形成し、
この［００１］方向にリッジが形成された基板のリッジ
以外の部分にマスクを施し、ＭＯＣＶＤ法などを用いた
選択成長を行うことでリッジ上に反射鏡となる面を現
し、次に、ＭＯＣＶＤ法などを用いて埋め込み再成長を
行い、しかる後に、ＦＩＢ、ＲＩＢＥ、ＲＩＥなどによ
ってエッチングを行い他の反射鏡を形成し半導体レーザ
を構成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項３２】請求項１、２、３または１６に記載の
半導体レーザを通信用光源として用いたことを特徴とす
る光通信システム。