JPS59100583A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS59100583A
JPS59100583A JP20941982A JP20941982A JPS59100583A JP S59100583 A JPS59100583 A JP S59100583A JP 20941982 A JP20941982 A JP 20941982A JP 20941982 A JP20941982 A JP 20941982A JP S59100583 A JPS59100583 A JP S59100583A
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JP
Japan
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semiconductor
semiconductor layer
substrate
laser device
portions
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Pending
Application number
JP20941982A
Other languages
English (en)
Inventor
Takaro Kuroda
崇郎 黒田
Takashi Kajimura
梶村 俊
Yasutoshi Kashiwada
柏田 泰利
Naoki Kayane
茅根 直樹
Hirobumi Ouchi
博文 大内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59100583A publication Critical patent/JPS59100583A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4068Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体レーザに関するもので、とシわけ位相
のそろった大出力レーザを1回の結晶成長で容易に作製
できる新たな構造に関するものである。
〔従来技術〕
半導体レーザは、光通信、光ディスク等の分野で実用化
が進められているが、今後応用分野を拡大するためには
レーザ光出力の向上が不可欠である。
従来、多数の独立なレーザを集積化することによシ高出
力化がなされているが、この場合者レーザは独立に動作
しておシ位相がランダムなため微少スポットに集光でき
ない等の難点がある。この点を改善するため、複数個の
レーザを相互に光学的に結合するように近接させて配置
した、位相のそろったフェーズド・アレイ・レーザ(p
blsedarrFIY 1aser)が考えられてい
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、作製が容易で、特に、分子線エピタキ
シー法(MBE法)や、MO−CVD法などの結晶成長
法に適した構造の7エーズド・アレイ・レーザ全および
その製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明においては、レーザ用基板結晶1の表面に、第1
図(a)に示した如く互いを連結させる部分3を有する
凸型のストライプ2、あるいは、第1図(b)に示した
如くやはシ互いを連結させる部分3′を有する凹型のス
トライプ2′を作製しておくことを特徴とする。ストラ
イプの形成は通常のリソグラフィ技術で十分である。こ
の場合、ストライプ溝2′又は凸MtV、20幅Wは、
2〜3μm程贋と狭くシ、ストライプ間の間隔tは3〜
6μm程匿とするのが良い。また、溝の深さあるいは凸
部の高さdは500〜200OAが艮い。このような基
板を用いて、MBE法、あるいはMO−CVD(Met
al−Qrganic chemical vapou
r deposi −tion)  法、或いはVap
our phase epitBxy(VPE法)等に
よシ通常のダブルへテロ構造のレーザをこの基板上に成
長すると、基板の溝又は凸部の形状がそのまま活性層に
写しとられ、第2図および第3図に示したような断面構
造のレーザとなる。第2図は凸ストライプ型の7エーズ
ド・アレイ・レーザのレーザ光の進行方向に垂直な面で
の断面図、第3図は凹ストライプ型のそれである。活性
層31にできる段差は、基板の凸凹高さdよシやや小さ
くなる。クラッド層21.41を各1.5μm位成艮す
ると、キャンプ層51を成長したあとの結晶表面はほと
んど平坦となる。ここで、ストライプ領域を励起するよ
うな7.n拡散電極領域61を設けておくと、レーザ光
は活性層310段差によシ生じる実効屈折率差によって
安定に導波され、かつ第1図の符号3として示した分岐
連結部分を通して隣接したストライプのレーザ光の一部
が互いにまじシあうことによシ、非線形相互作用が生じ
て、すべてのストライプでのレーザ光の位相が同期した
フェーズド・プレイ・レーザとなる。
なお、前述のMO−CVD法の場合、減圧しておくのが
好ましい。本明細書においてMO−CVD法或い1dV
PE法等気相よシ結晶成長せしめる方法を気相成長法と
称する。
なお、半導体基板に少なくとも一ノ脅の半導体層を成長
させておき、この半導体層或いはこの半導体層と基板双
方を用いて前述のストライプ状凸状部或いは凹状部を形
成することも出来る。こうして準備した基体も当然、本
明細書における半導体基板とみなしうる。
〔発明の実施例〕
以下、実施例に基づき詳細に説明する。ここでは、波長
780 nmの可視G a AtA s半導体レーザを
、GaAs基板上にMBE法で成長した例を示す。
Siドープのn GaAs基板(11〜lX10”ω−
5)l上に、通常のホトリソグラフィ工程にょシ、第1
図(a)或いは第1図(b)に示したストライプ・パタ
ーンを持つレジスト膜を形成し、20cに保ったH2S
O4: H2O2:H20= 5 : 1 : 1 (
体積比)のエツチング液で5〜20秒エツチングするこ
とによシ、溝深さあるいは凸部高さが500゜1000
.1500.2000 人の4種類の基板をそれぞれ作
製し7b0ストライプ部分2の横幅Wは、基本モードの
みを伝搬させるように、2〜3μmと狭くシ、かつ、ス
トライプの間隔tは、3〜6μmとした。隣接ストライ
プを連結する光導波路としては、第4図(a)、 (b
)に示したような、ストライプから滑らかに分岐して、
隣接ストライプに滑らかに接続する曲線であればよい。
別の例としては、第4図(C)に示した如く、ストライ
プをへき開面に対して角度θ傾けておき、へき開面での
反射によシ@接ストライプにレーザ光が入射するように
してもよい。上記のパターンを形成した基板を、トリク
レン、アルコール、純水で十分超音波洗浄した。oち、
H2SO4: Hz02 : H20= 5 : 1 
: 1(体積比)の200の液で5秒間エツチングし、
流水につけ、スピンナー乾燥させる。これを、Inを用
いてMoyfljのヒートブロックにはシっけ、直ちに
MBE成長装置の試料変換室にセットする。
1O−6Torrまで排気ののち、10−”l’orr
以下に保たれた成長室に導入し、ASの分子源をあてな
がら、560Cで30分間アニールして、表面に付着し
た酸化物を除去する。成長時は、基板温度を680Cと
し、Ga、 At、 As、 S n、 B eの分子
線源を用いて、通常のダブルへテロ構造レーザを成長さ
せた。この例の装置断面図を第2図および第3図に示す
。第2図、第3図の構造では21は混晶比X〜0.45
のn−Ga1.、xAムAsクランド層(Snドープ、
n−1X 10 ”cm−” )、31は、X〜0.1
4(波長780 nmに対応)のアンドープGaAtA
s 活性層、41はX〜0.45のp−クランド層(B
eドープ、p〜I X 10” cnt−” )、51
un−GaAsキャンプ層(Snドープ、nm1×10
 ”ctn−” )である。n+ pクラッド層はそれ
ぞれ1.5μmとし、キャンプ層は0.5μm成長した
活性層の厚さは0.05〜0.1μmとした。
MBE成長直前の到達真空度はlXl0−”Torr。
成長中の真空度はI X 10”’Torrで、主要成
分はA S 4  であった。残留不純物ガスはCo 
、 H20であった。ソース材料のGa、At、As、
 Snはいずれも6Nで、Beは3Nであった。
成長終了後のウェハは、InをとかしてMOブロックか
らはずしたのち、HCtで裏面のInを溶かして除去す
る。このあと、第1図のパターンの形成に用いたのと同
じマスクパターンを用いて、Zn拡散を行なう。従って
、この不純物領域61は基板に設けたストライプ状の凸
状部或いは凹状部の形状と同様の平面形状となる。拡散
マスクには、AZ203膜を用いた。Zn拡散のフロン
トは、n−キャンプ層をつきぬけて、p−クラッド層の
内側0.5μmtで入った所で停止するように制御した
。こののち、p側電極6.2、n1ljl電極63を蒸
着して、へき開し共振器を構成し半導体レーザ素子を作
製した。各電極は通常のGaAs GaAtAs系の半
導体レーザのそれで良い。電極62の形状は、基板に設
けたストライプ状の凸状部或いは凹状部の形状に設ける
tようが好ましい。全面電極としても用いることも可能
ではある。素子の全長は200〜300μmとし、第4
図(a)、 (b)に示したパターン例では、ストライ
プ間の連結部が丁度素子の中央に来るようにへき関した
。第4図(C)の例では、隣接ストライプが合流してい
る部分で丁度へき開する必要がある。
以上の水子とは別に、第5図に示したような、基板表面
に等間隔で、幅W=2〜3μm1凸凹部高さd=500
〜1500人の全面ストライプを形成して、同様の成長
を行ない第6図のような全面電極型7エーズドアレイも
作製した。この場合、キャンプG a A s層51は
I)−GaAs (Beドープ、p=2X10”crn
’″S)で、全面にZn拡散を浅く行なって接触抵抗を
下げたのち、全面に電極64を蒸着した。63は基板側
の電極である。こうした例においてもストライプ間隔が
小さい場合、ストライプ相互に非線形相互作用(opt
ical coupling)が生じ、これまでの例と
同等の効果を得ることができる。
以上の各側は、G a AtA s 系材料のレーザが
、結晶成長をMBE法で成長した場合の例をのべたが、
MO−CVD法による成長においても本質的な違いはな
かった。また、本発明の素子構造は、■−■族化合物半
導体等を用いた半導体レーザたInGaAs を活性層
とする波長1.2〜1.6帯の半へ 導体にも適用でき、同様な犬山カフニーズドアレイを得
た。また、GaAs基板(GaAsP基板含む)上のI
nGaP、InGaAtPを活性層とする0、6〜0.
7μm帯の可視レーザにおいても全く同様に適用できた
〔発明の効果〕
以上のようにして作成した7エーズド・プレイ・レーザ
装置の電流対光出力特性の例を第7図に示した。第1図
(a)、(b)に示したパター2光連結導波路のパター
ンの差をふくむ)、第5図のパターンによる差は余シみ
られなかった。又第4図(、)〜(C)として示した光
連結導波路バダーンの差も本質的な特性の相違は生じな
かった。基本的特性を第7図に示す。室温CW動作で、
Aは20本のストライプのアレイの例、Bは40本の例
である。
40本のストライプのアレイのB例では最高1.7Wの
出力を得た。
従来報告されている7エーズドアレイでは、活性層に安
定な屈折率導波機構をもたないために、第8図(a)に
示した如く、活性層に平行方向の遠視野像は、モードの
不均一を反映した、不規則なものである。一方、本発明
の素子は、いずれも各スポットの光出力が均一であるた
めに、第8図(b)に示した如くきわめて規則的であっ
た。
以上のべてきたように、本発明の7エーズド・アレイ・
レーザは、基板結晶表面にリングラフィでパターンを形
成することによシ、1回の結晶成長で再現性良く素子作
製でき、実用上の効果はきわめて太きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のフェーズド・アレイ・レーザ用の基板
の例を示す斜視図、第2図は凸ストライプを有する基板
に形成した本発明の7エーズド・プレイ・レーザの断面
図であシ、第3図は凹スト′ライプを有する基板に形成
したものの断面図である。第4図は基板パターンの例を
示す平面図、第5図は別な基板パターンの例を示す斜視
図、第6図は第5図に示した基板を用いたフエー、ズド
・アレイ・レーザの断面図、第7図は本発明のフェーズ
ド・アレイ・レーザの電流対光出力特性を示す図、第8
図は従来例と本発明の例における遠視野1象を比較した
図である。 1・・・基板、2・・・ストライプ領域、3・・・隣」
妾したストライプを連絡する導波路、21.41・・・
クランド層、31・・・活性層、51・・・キャンプ層
、7・・・発光領域、61・・・電極領域、62.63
・・・電極、第  1  図 (o−2 (b) 3′ 2′ 算Z図 第  3  図 第 4  図 (α〕 (bン <C) 築 5 図 t′I”1lLJ ’f、g  3 (久2 θ (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板表面にストライプ状の凸状部又は凹状部
    を複数本隣接して設け、且つこれら隣接する凸状部相互
    又は凹状部相互はこれらをなめらかに連結する凸状部又
    は凹状部で連結され、当該基板上部に少なくとも第1の
    半導体層、第2の半導体層および第3の半導体層が各半
    導体層表面が前記半導体基板表面の複数のストライプ状
    の凸状部又は凹状部形状を実質的に再現する様に積層さ
    れ、前記第1および第3の半導体層は前記第2の半導体
    層よシ屈折率においてよυ小さく、禁制帯幅において大
    であシ且つ互いに反対導電型を有する半導体層であるこ
    とを特徴とする半導体レーザ装置。 2 前記凸状部又は凹状部の段差が5Qnm〜200n
    m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、前記半導体積層上に設けられる電極が前記ストライ
    プ状の凸状部又は凹状部およびこれら隣接する凸状部又
    は凹状部を連結する凸状部又は凹状部のパターン対応し
    た形状に設けられてなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の半導体レーザ装置。 4、 前記第1.第2および第3の半導体層が分子線エ
    ピタキシャル法或いは気相成長法で形成されてなること
    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。 5、半導体基板表面にストライプ状の凸状部又は凹状部
    を値数本隣接して設け、当該基板上部に少なくとも第1
    の半導体層、第2の半導体層および第3の半導体層が各
    半導体層表面が前記半導体基板表面の複数のストライプ
    状の凸状部又は凹状部形状を実質的に再現するように積
    層され、前記第1および第3の半導体ノーは前記第2の
    半導体層よシ屈折率において小さく、禁制帯幅において
    大であシ且つ互いに反対導電型を有し、前記半導体基板
    および当該半導体基板上に積層した半導体積層上の全面
    に電極を有すること全特徴とする半導体レーザ装置。 6. 前記ストライプ状の凸状部又は凹状部の段差が5
    Qnm〜150 nmなることを特徴とする特許請求の
    範囲第3項記載の半導体レーザ装置。 7、 前記第1.第2および第3の半導体層が分子線エ
    ピタキシャル法或いは気相成長法で形成されてなること
    を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の半導体レーザ
    装置。
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