JPH0797692B2 - 半導体レーザー装置 - Google Patents

半導体レーザー装置

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JPH0797692B2
JPH0797692B2 JP62335808A JP33580887A JPH0797692B2 JP H0797692 B2 JPH0797692 B2 JP H0797692B2 JP 62335808 A JP62335808 A JP 62335808A JP 33580887 A JP33580887 A JP 33580887A JP H0797692 B2 JPH0797692 B2 JP H0797692B2
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泰司 森本
進治 兼岩
雅広 山口
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【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装置,光通信等の光源として利用さ
れる半導体レーザ装置に関し,特に高出力で長期にわた
って安定的に光発振し得る半導体レーザ装置に関する。
(従来の技術) コヒーレントな光を発振し得る半導体レーザ装置は,光
ディスク装置,光通信等の光源として汎用されている。
光ディスク装置では,書き込み可能な追記型ディスク装
置や消去も可能な書き替え可能型光ディスク装置が開発
されており,このような光ディスク装置の光源として用
いられる半導体レーザ装置は,20〜40mWという高い光出
力が要求される。このため,最近では,比較的高出力化
された半導体レーザ装置が開発されている。
高出力にて光発振する半導体レーザ装置の劣化要因の一
つに,光出射端面の劣化がある。第3図に従来の半導体
レーザ装置の一例を示す。この半導体レーザ装置はSAM
(Self Aligned structure by Molecular beam epitax
y)型であり,次のように製造される。
まず,n−GaAs基板41上に,MBE(Molecular Beam Epitax
y)法により,n−AlyGa1-yAsクラッド層42を1.5μmの厚
さに積層し,次いでアンドープAlxGa1-xAs活性層43を0.
08μmの厚さに積層する(ただし,x<y)。さらに,該
活性層43にp−AlyGa1-yAsクラッド層44を0.15μmの厚
さに積層し,次いで,n−GaAs電流狭窄層45を0.8μmの
厚さに積層する。次に,電流狭窄層45を,共振方向にわ
たって幅5μmのストライプ状のエッチング除去した後
に,再びMBE法により,該電流狭窄層45および該電流狭
窄層45の一部の除去によりストライプ部から露出したク
ラッド層44上に,p−AlyGa1-yAsクラッド層46を1.5μm
の厚さに積層し,次いで,p−GaAsコンタクト層47を0.5
μmの厚さに積層する。そして,基板41およびコンタク
ト層47に電極48および49をそれぞれ配設することによ
り,合金化処理半導体レーザ装置が得られる。
このようにして製造された半導体レーザ装置は,レーザ
発振のための電流が,電流狭窄層45によって,活性層43
内の電流狭窄層45が存在しないストライプ部に対応した
領域に閉じ込められる。活性層43は,均一な厚さを有す
る平板状に形成されているが,電流狭窄層45は,活性層
43から漏出する光を吸収するため,該電流狭窄層45とは
クラッド層44を挟んで対向する活性層43内の領域は,実
効屈折率が低下する。その結果,活性層43は,クラッド
44を挟んでストライプ部に対向する領域と電流狭窄層45
に対向する領域とでは,実効屈折率に差が生じ,該活性
層43のストライプ部に対向する部分に光導波路が形成さ
れる。そして,該光導波路内に光波が閉じ込められ,安
定した基本横モードにて光が発振される。
(発明が解決しようとする問題点) このような半導体レーザ装置は,低光出力では安定した
基本横モードにて光を長時間にわたって発振し得るとい
う利点を有する。しかしながら,高光出力にて発振すれ
ば,劣化が激しく,長時間にわたって安定的に光発振で
きないという欠点がある。
上記半導体レーザ装置の劣化は,主として電流狭窄層45
が共振器端面近傍部分において活性層から漏出する光を
吸収することにより発熱し,該端面近傍部分の温度が上
昇することに起因していることが判明した。高光出力状
態で光を発振すれば,共振器における端面近傍部分にお
いて光吸収量が増加し,該部分にて著しく温度が上昇す
るため,端面劣化を招来し,長期にわたって安定的に光
発振できず,信頼性を著しく低下させていた。高出力に
て光発振させた半導体レーザ装置は,同様の構成の半導
体レーザ装置を低出力にて光発振させた場合に比べて,
光出力の4乗に反比例して劣化するという報告もある。
本発明は,上記従来の問題を解消するものであり,その
目的は,高光出力にて光発振させる時にも,共振器端面
の劣化を抑制することができ,その結果,耐久性が著し
く向上して高信頼性が得られる半導体レーザ装置を提供
することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明の半導体レーザ装置は,基板上方に積層された均
一な厚さを有する平板状の活性層と,該活性層の上方に
積層され,ストライプ状の貫通溝を有する光吸収層とを
有し,該光吸収層による光吸収により該活性層に実効屈
折率差に基づくストライプ状の光導波路が形成されるよ
うに該貫通溝の溝幅が設定され,かつ該溝幅が共振器の
少なくとも一方の端面近傍部分で拡大されており,その
ことにより上記目的が達成される。
(実施例) 以下に本発明を,実施例について説明する。
本発明の半導体レーザ装置は,第1図に示すように,n−
GaAs基板11上に,1.5μmの厚さのn−Al0.60Ga0.40Asク
ラッド層12,0.08μmの厚さのアンドープAl0.15Ga0.85A
s活性層13,0.15μmの厚さのp−Al0.60Ga0.40Asクラッ
ド層14が順次積層されている。該活性層13は均一な厚さ
の平板状になっている。そして,該クラッド層14の幅方
向(光共振方向と直交する方向)の各側部上に,0.8μm
の厚さの光吸収層であるn−GaAs電流狭窄層15および15
がそれぞれ積層されている。該電流狭窄層15および15間
には貫通溝がストライプ状に形成されている。そして,
該電流狭窄層15および15は,共振器各端面近傍部分と該
部分を除いた中央部とでは貫通溝幅が異なることによ
り,その幅方向寸法が異なり,共振器各端面近傍部分の
幅方向寸法が,該部分を除いた中央部の幅方向寸法より
も広くなっている。その結果,各電流狭窄層15間には,
幅方向寸法が共振器各端面部近傍において10μm程度と
広く,中央部において5μm程度と狭くなったストライ
プが形成されている。
クラッド層14の幅方向中央部上および各電流狭窄層15お
よび15上には,1.5μmの厚さのp−Al0.60Ga0.40Asクラ
ッド層16,および0.5μmの厚さのp−GaAsコンタクト層
17が順次積層されている。そして,該コンタクト層17上
にp側電極22,基板11にn側電極21がそれぞれ配設され
ている。該半導体レーザ装置は,共振器長が250μmと
なっている。
このような半導体レーザ装置は,例えばMBE法により以
下のように製造される。まず,n−GaAs基板11上に,n−Al
0.60Ga0.40Asクラッド層12を1.5μmの厚さに,アンド
ープAl0.15Ga0.85Ps活性層13を0.08μmの厚さに,p−Al
0.60Ga0.40Asクラッド層14を0.15μmの厚さに,n−GaAs
電流狭窄層15を0.8μmの厚さに,それぞれ,MBE法によ
り,順次積層する。次に,フォトリソグラフィー技術
と,エッチング技術とを用いて,n−GaAs電流狭窄層15の
幅方向中央部を,約5μmの幅と約10μmの幅で光共振
方向に沿ってそれぞれ所定の長さにわたってストライプ
状に除去する。その後,電流狭窄層15およびストライプ
状に電流狭窄層15が除去されたクラッド層14上に,MBE法
により,p−Al0.60Ga0.40Asクラッド層16を1.5μmの厚
さに,p−GaAsコンタクト層17を0.5μmの厚さに,それ
ぞれ順次積層する。そして,コンタクト層17にp側電極
22,基板11にn側電極21をそれぞれ配設して合金化処理
を行った後に,ストライプの幅が広くなった部分でへき
開を行い,250μmの長さの共振器を形成する。その結
果,共振器各端面近傍部分においては,ストライプ幅が
約10μmと広く,各端面近傍部分を除く中央部において
は,ストライプ幅が約5μmと狭くなった半導体レーザ
装置が得られる。
このような構成の半導体レーザ装置は,従来の半導体レ
ーザ装置と同様に,レーザ発振させるための電流が,電
流狭窄層15により,活性層13内のストライプ部分に対応
した領域内に閉じ込められる。電流狭先層15は活性層13
から漏出する光を吸収するため,該電流狭窄層15とはク
ラッド層14を挟んで対向する活性層13部分では,実効屈
折率が低下する。その結果,活性層13内のクラッド層14
を介してストライプ部分に対向した領域内に光導波路が
形成され,該光導波路内を光が伝播する。そして,スト
ライプ幅が共振器の各端面近傍部分において広くなって
いるため,光導波路も共振器の各端面近傍部分において
幅方向に広くなっており,この部分では光は幅方向に広
がる。その結果,この共振器各端面近傍部分において電
流狭窄層15に吸収される光量が低下し,光吸収に起因す
る発熱量が低下する。半導体レーザ装置における横モー
ドは,共振方向の中央部において活性層内に閉じ込めら
れた光により安定化される。本発明の半導体レーザ装置
では,共振方向中央部においてストライプ幅を狭くして
いるため,この部分においては光導波路の幅方向寸法が
小さくなり,高出力にて光発振させても安定した基本横
モードが得られる。
本実施例における半導体レーザ装置(共振器長250μm,
共振器各端面近傍部分のストライプ幅が10μm,この共振
器各端面近傍部分を除く中央部のストライプ幅5μm)
を,出射側の端面に反射率4%のコーティングを施し,
他方の端面に反射率97%のコーティングを施して光発振
させたところ,80mWの高光出力状態でも,ほとんど劣化
しなかった。
第2図は,本発明の他の実施例における半導体レーザ装
置を示す。本実施例の半導体レーザは,前記実施例と同
様に,MBE法により製造される。そして,n−GaAs電流狭窄
層15を積層した後に,該電流狭窄層15の幅方向中央部を
エッチング除去する際に,電流狭窄層15をストライプ領
域内に0.1〜0.2μmだけ残るようにエッチングする。こ
れは,ストライプ領域内の電流狭窄層15を完全に除去す
ると,p−Al0.600.40Asクラッド層14の表面が露出され
て参加するおそれがあるため,このような酸化を防止す
るためである。次いで,ストライプ領域外の電流狭窄層
15上に,例えば0.1μm程度の薄いn−Al0.15Ga0.85As
保護層31を積層した後に,成長炉内にて高真空状態での
熱エッチングにより,ストライプ領域内のn−GaAs層を
除去する。このとき,ストライプ領域外のn−GaAs電流
狭窄層15は,n−Al0.15Ga0.85As保護層31にて覆われてい
るため,該電流狭窄層15がエッチングされることが防止
される。その他の構成は第1図に示した半導体レーザ装
置と同様の構成であるので,説明を省略する。
このような構成の半導体レーザ装置を,出射側端面に反
射率4%のコーティングを施し,他方の端面に反射率97
%のコーティングを施して使用したところ,80mWの高出
力状態でもほとんど劣化しなかった。
なお,上記実施例では,共振器の各端面近傍部分におけ
る光導波路幅をそれぞれ広げる構成としたが,出射側端
面近傍部分においてのみ光導波路の幅を広げる構成とし
ても同様の効果が達せられる。光導波路は,共振器各端
面近傍部分における広幅となった部分が長さ30μm以内
であれば,横モードが不安定になるおそれがない。
また,上記実施例は二重ヘテロ接合構造の半導体レーザ
装置について説明したが,本発明はこのような構造のも
のに限らず,例えば,LOC(Large Optical Cavity)構
造,SCH(Separate Confinement Heterostructure)構
造,量子井戸構造等にも適用できる。さらに,上記実施
例では,光導波路がSAM構造のものについて説明した
が,このような構成に限定されず,均一な厚さを有する
平板状の活性層に,実効屈折率に基づきストライプ状の
光導波路が形成された半導体レーザ装置に本発明は適用
でき,例えばECO(Embedded Confinement layer on Opt
ical guide)型レーザ等にも適用できる。半導体材料
も,上記実施例のものに限定されるものではなく,さら
に,結晶成長法もMBE法に限定されず,液相成長法,有
機金属熱分解法等であってもよい。
(発明の効果) 本発明の半導体レーザ装置は、安定した基本横モードを
保つことができるとともに,高光出力にて動作させたと
きにも出射端面が光吸収によって温度上昇することを防
止できて共振器端面の劣化を抑制することができ,しか
も,活性層は全面に亘って平坦であるので,膜厚などの
制御性は高く,特性のばらつきも小さくなって歩留りも
とても良好なものとなり,従来の半導体レーザに比べて
信頼性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体レーザ装置の一例を示す分解斜
視図,第2図は本発明の他の例における半導体レーザ装
置の分解斜視図,第3図は従来の半導体レーザ装置の斜
視図である。 11……基板,12,14,16……クラッド層,13……活性層,15
……電流狭窄層,17……コンタクト層,21,22……電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼岩 進治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山口 雅広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−207691(JP,A) 特開 昭60−201687(JP,A) 特開 昭61−112392(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上方に積層された均一な厚さを有する
    平板状の活性層と,該活性層の上方に積層され,ストラ
    イプ状の貫通溝を有する光吸収層とを有し,該光吸収層
    による光吸収により該活性層に実効屈折率差に基づくス
    トライプ状の光導波路が形成されるように該貫通溝の溝
    幅が設定され,かつ該溝幅が共振器の少なくとも一方の
    端面近傍部分で拡大されている半導体レーザ装置。
JP62335808A 1987-08-04 1987-12-28 半導体レーザー装置 Expired - Fee Related JPH0797692B2 (ja)

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EP88307225A EP0302732B1 (en) 1987-08-04 1988-08-04 A semiconductor laser device
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58207691A (ja) * 1982-05-28 1983-12-03 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
JPS60201687A (ja) * 1984-03-27 1985-10-12 Sony Corp 半導体レ−ザ−

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