JPS5839085A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は横方向接合ストライブ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓ
ｅＪｕｎｃｔｉｏｎ　５ｔｒｉｐｅ　：　Ｔ、ｒｅ）レ
ーザ装置として知られる半導体レーザ装置の改良に関す
るものである。

第１図は従来のＴ、ｒＳレーザ装置の構造の一例を示す
斜視図で、とのレーザ装置の製作法および特性を概説す
ると次のとおりである。まず、クロム（０，）をトープ
した半絶縁性ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）結晶基板ｆｉ
１の上にｎ形アルミニウム・ガリウム・ヒ素（Ａｌｙ　
Ｇａ　１　＋＋ｙ　Ａｓ　）第１クラッド層（２）、ｎ
形Ａｌ！。

Ｇａ１−ｘＡｓ活性層（３）、ｎ形ＡｌｙＧａｓ　□Ａ
Ｓ第２クラッド層（４）、及びｎ形ＧａＡｓコンタクト
層（５）を通常の液相エピタキシャル法によって順次成
長させる。次いで、ｎ形ＧａＡｓコンタクト層（５）の
表面から亜鉛ＣＺｎ）を選択的に拡散し、熱処理ドライ
ブを施して、第１図に示した如く、ｐ形惟域（６）及び
ｐ影領域（７）を形成する。続いて表面のＧａＡｓコン
タクト層（６）のｐ−ｎ接合部をメサエッチングして、
その両側のｐ形部およびｎ形部の上にそれぞれｐおよび
ｎ電極（８）を形成するものである。なお、（９）は裏
面金属層である。

上記第１図の構造において、ｐ　ｎ両電極（８）間に順
電圧を印加すると、ＡｌｘＧａ１．、、ｘＡｓ活性層（
３）内に形成されたｐ７ｎ接合の拡散電位が、Ａｌ　ｙ
　Ｇａ　１−ｙＡｓクラッド層ｔ２＋　、　ｔ４）内の
ｐ−ｎ接合の拡散電位より低い（但し、ｙ＞ｘの條件で
）ことから、電流はＡｌ、Ｇａ　１−ｘＡｓ活性層（３
）のｐ−ｎ接合に集中して流れ、その接合近傍でレーザ
発振が起る。この場合、レーザの共振器端面としてはＡ
Ａ’ｘＧａ１−、Ａｓ　ｐ　−ｎ接合面に垂直な１対の
結晶端面（１０１が用いられる。この従来形ＴＪＳレー
ザ装誼は発振しきい値電流が低く、かつ安定な単一モー
ド発振が得られるなど優れた特性を有する半導体レーザ
装置である。

しかしながら、例えば、単一＝−ド発振を得る゛＼目的
から、活性領域を狭くしなければならない構造であるの
で、例えば、連続発振動作で１０ｍｖＪ／ｙ！＃Ｉ以上
の大きな光出力を安定に得るには本質的に難点があった
。即ち、上記の従来形Ｔ、ＴＳレーザ装置の活性領域は
活性層（３）の厚さが約０．２μｍ１拡散で形成したｐ
影領域（６）の幅が約２μｍで、これに対応する実効的
な発光領域（１１）の面積は通常０．５Ｘ２μｒｎ２程
度である０この場合、片面光出力がｌｏｍ　Ｗ以上、つ
まり光出力密度にして１０６Ｗａ　ｔ　ｔ／ａｍ’　（
Ｄオーダ以上に外ると、いわゆる鏡面光学損傷（Ｑｐｔ
ａａａｌＭｉｒｒｏｒＤａｍａｇｅ　：　ＯＭＤ）を受
けて破壊してしまうという欠点があった。このＯＭＤ現
象はレーザ端面の溶融によって生じるものであり、例え
ば、端面（１０１近傍の電界強度が共振器内部に比べて
大きいこと、また、その近傍での光吸収も大きくなるこ
と等から、光出力が次第に増大していくと、ある出力を
臨界点として起る破壊現象と説明づけられている。

それ故に、レーザの光出力を増大するためには、概ね２
つの方法が考えられる。一つは、上述のＯＭＤが生じる
光出力密度自体を大きくする方法であシ、もう一つは、
発光面積を大きくして光出力密度を上げずに実効的に得
られる光出力を増してやるという方法である。このうち
、後者の方法は、単一モードレーザを得ようとする場合
には、拡大できる発光面積に所定の限界がある。すなわ
ち、発光領域（ｌｌ）の厚さ及び幅からその面積は１×
５μｍ程度が最大であり、この場合の光出力は従来の値
の高々５倍程度である。

一方、前者のＯＭＤが生じる光密度自体を実効的に増大
させる方法とじては、例えば原理的に共振器端面（１０
）の光吸収をできる限り小さくしてやる方法が考えられ
る。

第２図はこの原理を応用した従来の改良形ＴＪＳレーザ
装置の構造を示す斜視図で、この構造ではエピタキシャ
ル成長層等の構成は従来形と同様である。しかし、共振
器端面（１０）近傍をクランク形の導波路にしている点
が異なる。即ち、活性領域となるｐ形Ａｌ　、Ｇ　ａ　
１−　、Ａ８活性Ｎ（３）に含まれるｐ影領域（６）は
、第２図に（１２）で示す如く、共振器端面（■０）近
傍でＬ字形即ちクランク形に曲って形成されている。従
って、この構造では、レーザ光は素子中央部のストレー
トなＰ影領域（６）と両端面α０）近傍のｎ影領域とを
伝搬して発振する。そして、レーザ発振に寄与するエレ
クトロンが注入される領域は素子中央部に形成され共振
器端面（１０１と垂直なストレートのｐ−ｎ接合部だけ
であり、クランク形に曲がった部分θカのｐ−ｎ接合に
流れる電流はレーザ発振に直接寄与しない。上記素子中
央部のｐ−ｎ接合部付近で発光した光は共振器端面（１
０１と垂直方向（即ち、共振器方向）ＫＳｐ形領域（６
）及び両端のｎ影領域を伝搬して両端面部（１０）で反
射され、増幅されて成る電流値（しきい値）で発振する
ことＫなる。一般に第２図に示した構造のレーザ装置に
おいては、共振器端面（１（Ｉｔ近傍のｎ影領域がｐ影
領域（６）に比べ禁制帯幅が大きいので、ｐ影領域（６
）で発光した光が上記ｎ影領域を伝搬する際の吸収はｐ
影領域（６）を伝搬する場合より小さくなる。それ故、
この改良形構造は第１図に示した従来形構造でみられた
共振器端面−近傍における光吸収の増大の問題を解消で
きる。この改良形構造（以後クランク形、１−ｒＩｆ？
−ぷ）を医用ｌ−舟場を一牛に述べｔＯＭηによる破壊
限界光密度は、従来形の１Ｘ１０’Ｗａｔｔ　Ｎ　　゛
に対し、例えば２Ｘ１０　Ｖａｔ号値にまで増大できる
ことが確められている０第３図はこのクランク形Ｔ、ｒ
Ｅｌレーザ装置を示す平面図であり、矢印で示した領域
を通ってレーザ光が発振、放射されることを示している
。

ところで、このよう力従来のクランク形レーザにおいて
も以下のような欠点があった。

一つはクランク部（１２）を拡散工程で形成しているの
で、クランクの形状、特に角の部分が直線状にならずに
曲線状になって、丸みをおびてくることである。この場
合、クラ、ンク部Ｈの長さ、即ちｎ影領域の長さが設計
値（例えばマスクパターン上の値）からずれ、しかも、
丸くなっている分だけ制御精度が下がり結果的にしきい
値電流の増加や、不揃いといった不利益が生じることに
なる。また、もう一つは、レーザ光が伝搬するｐ影領域
（６）とクランク部（１２１のｎ影領域の禁制帯幅の差
は例えば５０〜６０ｍｅＶであり、両者の光吸収の差は
極く微小である。従って、電流しきい値を下げるなど特
性を改善するためにクランク部（Ｉ２）の長さを短くし
た場合には、エレクトロン注入が行なわれるＰ影領域（
６）のうちこのクランク部θ■のｎ影領域に最も近い領
域の電界の上昇などの影響をうけて、極端な場合には、
このクランク構造の有効性が失われることもありうる０
従って、このような場合には、大きな光出力で安定に動
作できなくなるという欠点があった。

この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、共
振器両端部のクランク構造を半導体基体の厚さ方向に形
成することによって、り２ンク構造の利点を十分発揮し
、高出力動作を安定に行なえるＴＪＳレーザ装置を提供
することを目的としている。

第４図はこの発明の一実施例の構成を示し、第４図Ａは
その平面図、第４図Ｂは正面図である０従来例と同等部
分は同一符号で示す。この実施例では、Ｏｒをドープし
た半絶縁性ＧａＡｓ結晶基板（ｌａ）の上面両側部に適
当な幅と長さの溝（ｌ（８）を形成し、その上にｎ形Ａ
／、Ｇａ１−、Ａｓ第１クラッド層（２ａ）、ｎ形Ａｒ
、（）ａｌ−、Ａ８活性層（３ａ）、ｎ形Ａｌ！、Ｇａ
１−、Ａｓ第２クラッド層（４ａ）及びｎ形ＧａＡｓコ
ンタクト層（６）を順次エビタキンヤル成長させる。成
長速度、温度などの設定条件を適当に選ぶことＫよって
、第４図に示すような成長層構造が得られる。その後、
従来例と同様の形状にｚｌｌを拡散、熱処理して部分的
にｐ影領域（６）およびｐ影領域（７）を形成し、さら
に、表面のＧａＡｓコンタクト層（６）のｐ−ｎ接合部
を選択的にメサエッチングし、ｐ−、ｎ両電極（６）を
形成して、第４図の実施例装置が得られる。

この構造では、ｎ形Ａ７？ｘ　Ｇａ　１−、Ａｓ活性層
（３ａ）が基本端面（１０）近傍でその基体の厚さ方向
に曲ってクランク部分Ｑ因ヲ構成している。レーザ発振
に寄与する電流が注入される領域は共振器内部のストレ
ートな部分（１４）であり、ここで発光した光は、この
ストレート部分０４）を通り、クランク部分０ｚから端
面（ｌＯ）まではＡｆ、Ｇａ、−、Ａｓ第２クラッド層
（４ａ）を伝搬して増幅発振することになる。この場合
、このＡｌ　ｙ　Ｇａ　１−ｙ　Ａｓ第２クラッド層（
４ａ）ではＡ４Ｇａｔ　−１ＩＡｓ活性層（３ａ）より
も禁制帯幅が大きい（ｙ＞ｘであるから）ので伝搬する
光のこのクランク部分（１２）での吸収はその差分だけ
小さくなる。そして、この実施例の構造ではＡｌｙ　Ｇ
ａ　ｓ□Ａｓ第２クラッド層（４ａ）とＡｌ、１ｏａ１
−、Ａｓ活性層（３ａ）とのエネルギーギャップの差は
４００〜５００ｍｅＶあり、光の吸収に対してもクラン
ク部分（ｌｆｉの光路長が小さければ有効に小さくなる
。このエネルギーギャップの差は前述の第２図、第３図
の従来装置の場合の５０〜６０ｍｅＶであったのに比し
て、はるかに大きく、共振器端面（１０１近伶−におけ
る吸収の改善に対して極めて有効である。

この実施例の構造では予め基ＶＯ，）に溝Ｑ（支）を形
成することによってクランク構造飴を形成したので、ク
ランク長などのでき上り寸法が設計値との間に大きな誤
差がないようにで舞、このことはレーザ装置の基本発振
特性を容易に均一に再現できることを意味し、容易に安
定した高出力動作のレーザ装置を実現できる０例えば、
この実施例の構造で、光密度が１０Ｗａｔｔ／ａｍ以上
においても安定した発振特性が得られることを確認して
いる。

なお、上記実施例の構造の外に、基板に凸部を設けてク
ランク部を形成させてもよく、更に、第１クラッド層に
段差部を設けるようにしてもよい。

また、ＡｌＧａＡｌ１１系の材料に限らずインジウム・
リン（工１１Ｐ）系、ＩｎＧａＡｓＰ系など他の半導体
材料を用いたレーザ装置にもこの発明は適用できる。

以上詳述したように、この発明になる半導体レーザ装置
では共振器を構成する導波路の中央の大部分は活性層で
あるが両端部は禁制帯幅の大きい第１または第２クラッ
ド層で形成されるようにしたので端部における光吸収が
少なく、光密度の大きい発振動作を安定に行なわせるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＴＪＳレーザ装置の構造の一例を示す斜
視図、第２図は従来の改良形Ｔ、ｒｅｖ−ザ装置の構造
の一例を示す斜視図、第３図はそ、の平面図、第４図は
この発明の一実施例の構成を示し、第４図Ａはその平面
図、第４図Ｂは正面図である。 図において、（１）＋　（ｌａ）は半絶縁性半導体基板
、（２１、（２ａ）は第１クラッド層、［３１９（３ａ
）は活性層、る０ なお、図中同一符号は同一または同等部分を示す０ 代理人　　　葛　野　信　−（外１名）第１Ｉ′２Ｉ 第２図 第３図 α 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１＋　　半絶縁性半導体基板上にいずれも半導体から
   なる第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順
   次形成し、上記第１および第２クラッド層が上記活性層
   の禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有するようにし、ファ
   ブリベロー共振器構造を構成すふようにしたものにおい
   て、上記活性層を上記共振器の両端部においてそれぞれ
   上記活性層の面に直角方向に屈曲させ、上記共振器を構
   成する導波路がその中央部は上記活性層で、両端部は上
   記第１または第２クラッド層で構成されるようにしたこ
   とを特徴とする半導体レーザ装置。 （２）半絶縁性半導体基板上面の両端部に段差部を設け
   たのち上記面上に第１クラッド層、活性層および第２ク
   ラッド層を順次形成してな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。 （３）半絶縁性半導体基板上に形成された第１クラツド
   屓の両端部に段差部を設けたのち活性層および第２クラ
   ッド層を順次形成してな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。