JPS5871684A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPS5871684A
JPS5871684A JP16976281A JP16976281A JPS5871684A JP S5871684 A JPS5871684 A JP S5871684A JP 16976281 A JP16976281 A JP 16976281A JP 16976281 A JP16976281 A JP 16976281A JP S5871684 A JPS5871684 A JP S5871684A
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Japan
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light
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light guide
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JP16976281A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Takagi
高木 信行
Kiyohide Wakao
若尾 清秀
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
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    • H01S5/164Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
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    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/2237Buried stripe structure with a non-planar active layer
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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】 本発明は出力導波路を有する横モード制御型半導体レー
ザに関する。
半導体レーザは他のレーザ系に比べて小型軽量で高効率
動作、長寿命、高速直接変調が可能となる利点を有し。
光伝送・光情報処理の実用システムの光源として用いら
れている。
半導体レーザを光情報処理分野の光源として用いる場合
その光出力を向上させることが望まれる。GaAlAs
3元化合物を材料とする半導体レーザにおいては、レー
ザ出力の限界を決めるものはレーザ端面の光学損傷によ
る破壊であり、この光学損傷は表面再結合によるキャリ
アの不十分な反転分布に基づくレーザ端面付近の光吸収
が原因である。
従って、レーザの高出力化のためには、レーザ端面付近
でキャリアを注入せず、かつ、光吸収を低減することが
有効となり、これより、レーザ端面付近に活性層を含ま
ない出力専用の導波路を設けて活性層で発生したレーザ
光をこの出力導波路に結合させる構造が一つの有力な構
造となる。
以下に出力導波路を有するレーザで高出力化を図る場合
に必要となる条件を示す。第1に、高出力を得るために
は、上記の端面破壊を抑制することに加えて、微分量子
効率の向上および発振閾値の低減が必要と々る。
これは高出力時の動作電流を低減して電流注入に帰因す
る熱発生を緩和し、温度上昇による特性低下を抑制する
理由による。従って、上記必要条件を満足させるために
は、活性層で発生した光を効率良く出力導波路に結合さ
せるとともに発振閾値の低減が可能となるように活性層
内の光の閉じ込め係数を最適化することが重要となる。
第2に9発振横モードを安定化して電流−光出力特性に
おいて1キンク(kink)” (電流−光出力特性に
おける曲がり)などの微分量子効率の低下をもたらす要
因を除去することが必要である。従って、3次元的な光
導波機構を発光領域に作り込んで横モードを制御する必
要がある。
ここで、従来の技術として、出力導波路を有し、且つ横
モード制御のための導波路機構を構造的に有するガリウ
ム・ヒ巣(GaAs)−アルミニウム・ガリウム・ヒ素
(AIGaAs)系半導体レーザについて、その構造機
構等を簡単に説明する。第1図は、その概略的斜視図及
び主要な部分の概略断面図である。
半導体基板1はn形GaAs、光閉じ込め層2はn形A
lO,3Ga O,7As層、光力イト及びキャリアを
閉じ込める層(以下光ガイド層と略記する)3はn形A
 I O,I Ga 0.9As層で活性層4はG a
 A S層、光及びキャリア閉じ込め層5はP形A10
.30aO,7As層、埋め込み層6はn形AI0.3
0aO,7As層である。
半導体基板lに設けられた溝7部分の光ガイド層3は。
半導体基板lの方に内方に弓形にされた光閉じ込め層2
に接し、中央部が凸で表面が平担な、即ち、平凸形状の
断面を有する。活性層4は平凸状ガイド領域の一部分の
みに有り、その周囲を埋め込み層6によって埋め込まれ
ている。(#!1図(b) T −I ’断面(C)I
−1’ 断i1)[[i+8.9のn形電@8を半導体
基板IK、又P形電極8をP形Al O,3Ga 0.
7As層5の表面にそれぞれ接触するように設けである
動作は電極8に負、電極9に正を印加し、活性層4にキ
ャリアを注入し、再結合により発光を得る。活性層4に
注入されたキャリアは、縦方向に対して隣接する各半導
体3,5と、横方向には半導体層6のそれぞれによシ。
該活性層4内に完全に閉じ込められる。注入電流が閾値
を越えるとき、活性層4からレーザ光が生じる。この光
は光ガイド層3にしみ出し、屈折率の低い光閉じ込め層
2と光及びキャリアを閉じ込める層5によって導かれる
光ガイド層3の中央部の厚さは、その外側とで異りてい
るので、光ガイド層3の横方向屈折率分布は中央部が外
側に比べて太き、くなる。即ち、光導波機構を発光領域
に作り込んだことになり、光の横方向閉じ込め作用によ
り安定した基本モード発振が得られる。
の光ガイド層3へ結合される。この領域の光ガイド層は
縦、横方向とも屈折率変化の光導波機構を有するため。
レーザ光は、その基本モードを変形することなく伝播力
;可能である。
しかしながら、この半導体レーザには以下のような問題
点がある。すなわち、高出力化のためには、微分量子効
率の向上および発振しきい値の低減が必要であり、活性
層の光を効率良く出力領域に結合させることおよび活性
層内の光の閉じ込め係数を最適化することが必要である
ことは前に述べたとうりであるが、この半導体レーザで
は光の結合効率を向上させるためには光力イト111I
3へのしみ出し効果を太きくする必要がある。このため
活性層4内の光の閉じ込め係数が小さくなるため発振−
値が上昇する。一方、活性層4内の光の閉じ込め係数を
最適値に近づけると結合効率が低下するため9発振閾値
の上昇および微分量子効率の減少が生じる。このように
、従来のレーザでは9発振しきい値の低減および微分量
子効率の向上の両方を同時に満足することが難しいとい
う問題点がある。
本発明の目的は従来の半導体レーザが有している欠点を
除去し1発振閾値電流が低く、且つ微分量子効率の高い
半導体レーザの構造を提供するにある。
本発明は、活性層とその両側に該活性層より屈折率が小
キく9禁制帯幅が大きい光ガイド及びキャリア閉じ込め
層(以下光ガイド層と略記)と、前記ガイド層の両側に
前記光ガイド層より屈折率が小さく、前記活性層より禁
制帯幅が大きいクラツド層とを有する半導体層を設け。
前記光ガイド層の少なくとも一方は光導波方向と直交す
る断面で中心部の膜厚が最も厚く、中心部から離れるほ
ど薄くなる形状を有し、前記半導体層の光導波方向に平
行する断面では、前記活性層が両端になく且つ両端部で
の前記光力イト層の膜厚が中央部と同じか或いは異なる
ものである。本発明の大きな特徴は、活性層を両側から
光ガイド層で挾み込んだところにある。
本発明の一実施例を用いて本発明の基本原理を説明する
ことにする。第2図は本発明を()aAs −A I 
Ga As系子牛導体実施した場合の半導体レーザで、
その概略的斜視図及び主要部分の概略断面図を示すもの
である。
半導体基板10はn形GaAs、 n形光及びキャリア
閉じ込め鳩11はn形A10.465Ga0.535A
s層、n形光ガイド層12はn形A10.265GaO
,735As・層、活性層13はAIo、165GaO
,835As層、P形光ガイド層14はP形A10.2
65GaO1735As層、P形光及キャ!J 7閉シ
込メI’1415はP形A10.415GaO,535
As層である。
n形光カイト層12は、半導体基板1oの方に内方に弓
形にされたn形光及びキャリア閉じ込め層11に接し。
光導波方向に直交する断面は、中心部で膜厚が厚く1両
端部へいくに従って薄くな枦井膚で枯嵜挿毎る形状を有
し、活性層13はn形光カイト層12の一部のみに有り
電極16.17のn形電極16は半導体基板10に又P
形電極はP形光及びキャリア閉じ込め層15上の活性層
が設けられた領域に半導体チップを横切るようにそれぞ
れ設ける。
無形的な各層厚は中央部でそれぞれn形光及びキャリア
閉じ込め層11が0.7μm、n形光ガイド層12が。
Q、2μm、活性層13が0.1μm、P形光カイト層
14が0.2μmである。
動作は電極16に負、電極17に正を印加し、活性層1
3にキャリアを注入し、再結合により発光を得る。活性
層13に注入されたキャリアは縦方向に対して、半導体
11,12,14.15によって閉じ込められる。注入
電流によって損失に利得が打ち勝った時、活性層13が
らレーザ光がヰじる。この光はn形光ガイド層12とP
形光カイト層14の両方にしみ出し、屈折率の低い光及
びキャリア閉じ込め層11.15によって導かれる。レ
ーザ光は活性層13および光ガイド層12.14内を伝
播し、活性層13のない出力領域(第2図C1−IT’
断面の幅X′に当たる領域)の光ガイド層12.14へ
結合される光ガイド層は全領域で中央部での厚さが、そ
の外側に比べて厚くなっているので、光ガイド層の横方
向屈折率分布は中央部が外側に比べて大きくなる。即ち
光の横方向閉じ込め作用が働く。従って、光ガイド層は
、縦、横方向とも屈折率変化の光機構を有するため9発
振モードが制御されている。
本発明の特徴は9本実施例の中のP形光カイト層14を
設けたことにある。活性層13から発生した光の光ガイ
ド層へのしみ出しが、従来、n形光ガイド層12のみで
あったのに対し1本発明では活性層13の両輪に光ガイ
ド層12.14を配置することにより、P形光カイト層
14へのしみ出し効果も加わるので出力領域への結合効
率を大きくでき且つ活性層4での光の閉じ込め係数を最
適値に近づけることができる。即ち9gt分蓋子効率が
向上し且つ発振閾値電流が下がる。
また、別な面での特徴は、出力領域でのn形光ガイド層
12とP形光カイト層14の膜厚の和を所望の膜厚に調
整することによシ、光放射角を自由に選択できるという
利点がある。この場合、活性層13を含む領域と含まな
い領域とで光ガイド層12および14の膜厚の和が異な
るため光の結合効率が低下することが考えられるが。
これは両領域間の接続部付近で光ガイド層におよび14
の膜厚を徐去に変えテーパー状にすることにより結合効
率の向上が可能となる。
本実施例によれば2発振モードが制御され1発振閾値電
流が低く、微分量子効率も高く高出力も可能となる。
本発明によれば、従来の出力導波路を有する半導体レー
ザに比べて発振閾値電流が低く、且つ微分量子効率が婉
い半導体レーザが得られる。
同、従来例及び実施例でGaAs−AlGaAs系半導
体を用いて説明しているが9本発明はGaAs−Al 
GaAs系半導体に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来における半導体レーザの概略的斜視図及
び主要な部分の概略断面図、第2図は本実施例における
半導体レーザの概略的斜視図及び主要な部分の概略断面
図である。 2  光閉じ込め層   3.12. l 4光ガイド
層4.13活性層     5.11.15  光及び
キャリア閉じ込め層 6  埋め込み層 特許庁長官殿 1.4G (iの表示 昭和56年特許和第169162号 2.5と明の名称 半導体発光装置 3、補11:、をする者 ル件との関係     特許出願人 住所 神奈川県用崎市中原区十小田中1015番地(5
22)名称富士通株式会社 4、代  理  人     住所 神奈川県用崎市中
原区り小円中1015番地(C)6

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 活性層とその両側に該活性層より屈折率が小さく、禁制
    帯幅が大きい光ガイド及びキャリア閉じ込め層(以下光
    ガイド層と略記)と、更に、前記ガイド層の両側に前記
    光ガイド層よシ屈折率が小さく、前記活性層よシ禁制帯
    幅が大きいクラッド層とを有する半導体層を設け、前記
    光ガイド層の少なくとも一方は光導波方向と直交する断
    面で中心部の膜厚が最も厚く、中心部から離れるほど薄
    くなる形状を有し、前記半導体層の光導波方向に平行す
    る断面では、前記活性層が両端になく、且つ両端部での
    前記光ガイド層の膜厚が中央部と同じか或いは異なるこ
    とを4!徴とする半導体発光装置。
JP16976281A 1981-10-23 1981-10-23 半導体発光装置 Pending JPS5871684A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5336189A (en) * 1976-09-16 1978-04-04 Nec Corp Semiconductor junction laser
JPS5635484A (en) * 1979-08-29 1981-04-08 Nec Corp Semiconductor laser

Patent Citations (2)

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