JPS59141B2 - 半導体レ−ザ素子の構造 - Google Patents
半導体レ−ザ素子の構造Info
- Publication number
- JPS59141B2 JPS59141B2 JP11834079A JP11834079A JPS59141B2 JP S59141 B2 JPS59141 B2 JP S59141B2 JP 11834079 A JP11834079 A JP 11834079A JP 11834079 A JP11834079 A JP 11834079A JP S59141 B2 JPS59141 B2 JP S59141B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- laser device
- active layer
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- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2238—Buried stripe structure with a terraced structure
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発振開始電流値が小さく、しかも微小スポット
の横方向基本単一モードで安定に発振する半導体レーザ
素子の構造に関する新規有用な技術を提供するものであ
り、特に凹凸を設けた基板にエピタキシャル成長を行な
うと成長層の厚さが基板形状の影響を受けて変化する現
象を積極的に利用し、半導体レーザ素子の内部に電流狭
窄領域を設けると同時にレーザ発振光に対する導波機構
をもたせたものである。
の横方向基本単一モードで安定に発振する半導体レーザ
素子の構造に関する新規有用な技術を提供するものであ
り、特に凹凸を設けた基板にエピタキシャル成長を行な
うと成長層の厚さが基板形状の影響を受けて変化する現
象を積極的に利用し、半導体レーザ素子の内部に電流狭
窄領域を設けると同時にレーザ発振光に対する導波機構
をもたせたものである。
半導体レーザ素子は一般にＧａＡｓのような直接遷移形
の材料を用いた発光ダイオードを基板とするもので、ホ
モ接合型、単一・＼ゼロ接合型、ダブル・、ゼロ接合型
等種々のタイプのものが製作されている。
の材料を用いた発光ダイオードを基板とするもので、ホ
モ接合型、単一・＼ゼロ接合型、ダブル・、ゼロ接合型
等種々のタイプのものが製作されている。
これらの半導体レーザは多重反射を行なわせる光共振器
を構成し、これに充分なキャリアの注入を行なつて反転
分布状態を形成することにより、誘導放射の条件を満た
しレーザ発振を行なわしめるものである。半導体レーザ
素子を横方向基本単一モードで安定に発振させる為には
、注入電流を微小スポットに集中させるとともに、発振
光も安定に励起電流分布の中心部分に集中させることが
重要な条件となる。
を構成し、これに充分なキャリアの注入を行なつて反転
分布状態を形成することにより、誘導放射の条件を満た
しレーザ発振を行なわしめるものである。半導体レーザ
素子を横方向基本単一モードで安定に発振させる為には
、注入電流を微小スポットに集中させるとともに、発振
光も安定に励起電流分布の中心部分に集中させることが
重要な条件となる。
これを実現する為には半導体レーザ素子の活性領域に近
い場所に、電流狭窄領域を設けて注入キャリアの接合面
内での拡散による効果を抑えると同時にレーザ発振光の
伝播損失を電界分布の中心部で最小とすることが要求さ
れる。本発明は技術的手段を駆使することにより上記要
求を実現した新規有用な半導体レーザ素子を提供するこ
とを目的とするものである。
い場所に、電流狭窄領域を設けて注入キャリアの接合面
内での拡散による効果を抑えると同時にレーザ発振光の
伝播損失を電界分布の中心部で最小とすることが要求さ
れる。本発明は技術的手段を駆使することにより上記要
求を実現した新規有用な半導体レーザ素子を提供するこ
とを目的とするものである。
以下、本発明の１実施例として、ダブルテヘロ接合型Ａ
ｌｘＧａ、−ｘＡｓ半導体レーザ素子を例にとつて図面
を参照しながら詳細に説明する。
ｌｘＧａ、−ｘＡｓ半導体レーザ素子を例にとつて図面
を参照しながら詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の斜
視図であり、第２図、第３図及び第４図はそれぞれ第１
図のＡ方向から見た場合の実施例を個々に示す構成図で
ある。ｎ−ＧａＡｓ基板１にメサ・エッチングを施し、
その上に第１層２としてｎ−Ａｌｘ、Ｇａｌ−ｘ１Ａｓ
層を成長させ、引き続いて電流狭窄及び光学的導波機構
をもたせる為に第２層３として高抵抗又はＰ−ＡｌＸ２
Ｇａ，−Ｘ２Ａｓ層、活性層となる第３層４としてｎ−
ＡｌＸ３Ｇａｌ−Ｘ３ＡＳ層（第２層３が高抵抗の場合
はＰ−ＡｌＸ３Ｇａｌ−Ｘ３ＡＳ層でも良い）、第４層
５としてｐ−Ａｌｘ４Ｇａ，−Ｘ４Ａｓ層、第５層６と
してｐ−ＧａＡｓ層を順次エピタキシヤル成長させる。
その後第５層６に浅いｐ＋−Ｚｎ拡散を行ないｎ側及び
ｐ側電極７，８を形成する。
視図であり、第２図、第３図及び第４図はそれぞれ第１
図のＡ方向から見た場合の実施例を個々に示す構成図で
ある。ｎ−ＧａＡｓ基板１にメサ・エッチングを施し、
その上に第１層２としてｎ−Ａｌｘ、Ｇａｌ−ｘ１Ａｓ
層を成長させ、引き続いて電流狭窄及び光学的導波機構
をもたせる為に第２層３として高抵抗又はＰ−ＡｌＸ２
Ｇａ，−Ｘ２Ａｓ層、活性層となる第３層４としてｎ−
ＡｌＸ３Ｇａｌ−Ｘ３ＡＳ層（第２層３が高抵抗の場合
はＰ−ＡｌＸ３Ｇａｌ−Ｘ３ＡＳ層でも良い）、第４層
５としてｐ−Ａｌｘ４Ｇａ，−Ｘ４Ａｓ層、第５層６と
してｐ−ＧａＡｓ層を順次エピタキシヤル成長させる。
その後第５層６に浅いｐ＋−Ｚｎ拡散を行ないｎ側及び
ｐ側電極７，８を形成する。
尚、上記に於いてＸｌ，Ｘ４〉Ｘ３〉Ｘ２となる値にそ
のｘの値を選定する。ｎ−ＧａＡｓ基板１としては、実
際は第２図に示す様な成長面側にストライプ状の溝を有
する形状のものが用いられる。
のｘの値を選定する。ｎ−ＧａＡｓ基板１としては、実
際は第２図に示す様な成長面側にストライプ状の溝を有
する形状のものが用いられる。
第２図に於いて、ｎ−ＧａＡｓ基板１の片面をメサエツ
チングして凹状溝から成る段差を形成し、メサエツチン
グのピツチＰ、溝の幅Ｗ１深さＤで規定されるＧａＡｓ
基板１上に、各層が順次積層成長される。第２層３のＧ
ａＡｓ基板１頂部上の厚さｄ１、メサエツチングのエツ
ジ部の厚さＤ，、メサエツチング溝底上の厚さＤ３は上
記ピツチＰ１溝幅Ｗ１深さＤとＡｌ混合比Ｘ２第１層層
厚Ｄ。、成長時の温度Ｔ及び降温速度ＤＴ／Ｄｔ（ｔは
時間）に依存するが一例として、Ｐ−３００μＭ，Ｗ＝
５０μＭ，Ｄ＝５μＭ，Ｔ＝８０００Ｃ，ｄＴ／Ｄｔ＝
０．１５℃／Ｍｉ！Ｔ，ｄＯ＝１．５μｍなる条件を与
えるとＤ２＝０でかつ、Ｄｌ，ｄ３≧１μｍなるエピタ
キシヤル成長層即ち第２層３が得られた。次にこの素子
の動作原理について説明する。
チングして凹状溝から成る段差を形成し、メサエツチン
グのピツチＰ、溝の幅Ｗ１深さＤで規定されるＧａＡｓ
基板１上に、各層が順次積層成長される。第２層３のＧ
ａＡｓ基板１頂部上の厚さｄ１、メサエツチングのエツ
ジ部の厚さＤ，、メサエツチング溝底上の厚さＤ３は上
記ピツチＰ１溝幅Ｗ１深さＤとＡｌ混合比Ｘ２第１層層
厚Ｄ。、成長時の温度Ｔ及び降温速度ＤＴ／Ｄｔ（ｔは
時間）に依存するが一例として、Ｐ−３００μＭ，Ｗ＝
５０μＭ，Ｄ＝５μＭ，Ｔ＝８０００Ｃ，ｄＴ／Ｄｔ＝
０．１５℃／Ｍｉ！Ｔ，ｄＯ＝１．５μｍなる条件を与
えるとＤ２＝０でかつ、Ｄｌ，ｄ３≧１μｍなるエピタ
キシヤル成長層即ち第２層３が得られた。次にこの素子
の動作原理について説明する。
電極７及び８から注入されたキヤリアは、電流狭窄層で
ある第２層３により高抵抗層であるときは、その高抵抗
のため、またｐ型層であるときは、第３層４との逆バイ
アス接合特性のために第２層３の成長しない狭い領域に
狭窄される。従つて電流は活性層である第３層４の直近
で高密度となり、キヤリアの横広がりの効果が小さくな
る為に、半導体レーザ素子は、低い閾値電流で発振する
。次にこの構造に於ける発振光の伝幡について説明する
。活性層４に於いて、電流の集中する中心領域では接合
面に垂直な方向に関し、活性層よりもＡｌＡｓ混晶比が
大きくかつバンドギヤツプが大きく屈折率の小さい第１
層２及び第４層５にはさまれている為に、活性層で発生
した光に対し結果的に吸収損失の小さい良好な導波路が
構成されたことになる。一方、活性層４が第２層３に接
している領域に於いては、第２層３のＡｌＡｓ混晶比が
活性層よりも小さく屈折率が大きい為、活性層で発生し
た光は、この領域に洩れ出す。そのとき第２層３は、活
性層よりもバンドギヤツプが小さい為、活性層で発生し
た光に対し、大きな吸収係数を示し、この領域の伝播損
失は非常に大きくなる。この為に発振光は、電流の中心
部に集中することになり、先の電流狭窄の効果とあいま
つて、微小スポツトでの安定な基板横モード発振が実現
される。尚、成長前の基板の形状は、メサエツチングの
面方位、加工の方法等により第３図あるいは第４図等に
示す様なＶ型溝、逆台形溝の如き形状にもなるが、いず
れの形状に於いても、上記成長時の条件の最適化により
Ｄ２−０を実現することができる。
ある第２層３により高抵抗層であるときは、その高抵抗
のため、またｐ型層であるときは、第３層４との逆バイ
アス接合特性のために第２層３の成長しない狭い領域に
狭窄される。従つて電流は活性層である第３層４の直近
で高密度となり、キヤリアの横広がりの効果が小さくな
る為に、半導体レーザ素子は、低い閾値電流で発振する
。次にこの構造に於ける発振光の伝幡について説明する
。活性層４に於いて、電流の集中する中心領域では接合
面に垂直な方向に関し、活性層よりもＡｌＡｓ混晶比が
大きくかつバンドギヤツプが大きく屈折率の小さい第１
層２及び第４層５にはさまれている為に、活性層で発生
した光に対し結果的に吸収損失の小さい良好な導波路が
構成されたことになる。一方、活性層４が第２層３に接
している領域に於いては、第２層３のＡｌＡｓ混晶比が
活性層よりも小さく屈折率が大きい為、活性層で発生し
た光は、この領域に洩れ出す。そのとき第２層３は、活
性層よりもバンドギヤツプが小さい為、活性層で発生し
た光に対し、大きな吸収係数を示し、この領域の伝播損
失は非常に大きくなる。この為に発振光は、電流の中心
部に集中することになり、先の電流狭窄の効果とあいま
つて、微小スポツトでの安定な基板横モード発振が実現
される。尚、成長前の基板の形状は、メサエツチングの
面方位、加工の方法等により第３図あるいは第４図等に
示す様なＶ型溝、逆台形溝の如き形状にもなるが、いず
れの形状に於いても、上記成長時の条件の最適化により
Ｄ２−０を実現することができる。
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の斜
視図である。 第２図、第３図及び第４図はそれぞれ第１図のＡ方向か
らみた場合の種々の実施例を示す構成図である。１・・
・・・・ｎ−ＧａＡｓ基板、２・・・・・・第１層（ｎ
−ＡｌｘｌＧａｌ−ＸｌＡｓ）、３・・・・・・第２層
（高抵抗層またはｐ−Ａｌｘ２Ｇａ，−Ｘ２Ａｓ）、４
・・・・・・第３層（活性層、ｎ−ＡｌＸ３Ｇａｌ−Ｘ
３ＡＳ）、５・・・・・・第４層（ｐ−Ａｌｘ４Ｇａｌ
−Ｘ４Ａｓ）。
視図である。 第２図、第３図及び第４図はそれぞれ第１図のＡ方向か
らみた場合の種々の実施例を示す構成図である。１・・
・・・・ｎ−ＧａＡｓ基板、２・・・・・・第１層（ｎ
−ＡｌｘｌＧａｌ−ＸｌＡｓ）、３・・・・・・第２層
（高抵抗層またはｐ−Ａｌｘ２Ｇａ，−Ｘ２Ａｓ）、４
・・・・・・第３層（活性層、ｎ−ＡｌＸ３Ｇａｌ−Ｘ
３ＡＳ）、５・・・・・・第４層（ｐ−Ａｌｘ４Ｇａｌ
−Ｘ４Ａｓ）。
Claims (1)
- １ 成長用基板に段差を設け、電流狭窄層を該段差部に
対応する位置で切断することによりストライプ状の電流
通路を構成するとともに前記電流狭窄層に接して活性層
を設け、該活性層に対して前記電流狭窄層の屈折率を大
きくかつ禁制帯幅を小さく設定することにより導波機構
を構成したことを特徴とする半導体レーザ素子の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11834079A JPS59141B2 (ja) | 1979-09-13 | 1979-09-13 | 半導体レ−ザ素子の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11834079A JPS59141B2 (ja) | 1979-09-13 | 1979-09-13 | 半導体レ−ザ素子の構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5642397A JPS5642397A (en) | 1981-04-20 |
| JPS59141B2 true JPS59141B2 (ja) | 1984-01-05 |
Family
ID=14734245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11834079A Expired JPS59141B2 (ja) | 1979-09-13 | 1979-09-13 | 半導体レ−ザ素子の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59141B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0727653U (ja) * | 1993-11-02 | 1995-05-23 | 俊三 唐沢 | スキー板キャリア |
-
1979
- 1979-09-13 JP JP11834079A patent/JPS59141B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5642397A (en) | 1981-04-20 |
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