JPS5915196B2 - 半導体接合レ−ザ - Google Patents
半導体接合レ−ザInfo
- Publication number
- JPS5915196B2 JPS5915196B2 JP9623176A JP9623176A JPS5915196B2 JP S5915196 B2 JPS5915196 B2 JP S5915196B2 JP 9623176 A JP9623176 A JP 9623176A JP 9623176 A JP9623176 A JP 9623176A JP S5915196 B2 JPS5915196 B2 JP S5915196B2
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- Japan
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- crystal
- laser
- junction
- layer
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体接合レーザに関し、特に基本モ６回ド発
振とするための改良に関するものである。
振とするための改良に関するものである。
半導体レーザを光通信システムに応用しようとするとき
、要求されるものに長寿命化や単一モード化等がある。
特にグラスファイバー伝送路用の光源として使用する際
は、グラスファイバーの分１０散による波形歪を減らす
ために、レーザ光は横モード、縦モード共基本モードで
あり単一モードである事が最も望まれている。半導体レ
ーザの横モード制御は、活性層に注入する電流をストラ
イプ状の特定領域に閉じこめる１５工夫によつて実現さ
れた。
、要求されるものに長寿命化や単一モード化等がある。
特にグラスファイバー伝送路用の光源として使用する際
は、グラスファイバーの分１０散による波形歪を減らす
ために、レーザ光は横モード、縦モード共基本モードで
あり単一モードである事が最も望まれている。半導体レ
ーザの横モード制御は、活性層に注入する電流をストラ
イプ状の特定領域に閉じこめる１５工夫によつて実現さ
れた。
いわゆる電極ストライプ型が亡の最初であり、ぞの後、
各種のストライプ構造が開発されたが、いずれもそれぞ
れの欠点を有し、未だ満足すべきものはない。すなわち
、電極ストライプ型等に代表される、単に電流分布ｎ
を規定したものにあつては、レーザ光は主として利得分
布によりストライプ方向に導かれるが、この導波機構は
不安定であり、容易に高次横モード発振や多モード発振
を起こし、更にこれにとどまらず電流−光出力特性が歪
む場合も多い。そこで、！５ この電極ストライプ型の
欠点を補う半導体レーザが提案された、いわゆるトラン
スバース・ジャンクション・ストライプ半導体レーザ（
以下ＴＪＳレーザと呼ぶ）がこれである。本発明はこの
ＴＳＳレーザの欠点を更に改良し１０たものであるので
、まずこのＴＪＳレーザの概略図を第１図に示し、その
構造、機構等について図面を用いて簡単に説明する。
各種のストライプ構造が開発されたが、いずれもそれぞ
れの欠点を有し、未だ満足すべきものはない。すなわち
、電極ストライプ型等に代表される、単に電流分布ｎ
を規定したものにあつては、レーザ光は主として利得分
布によりストライプ方向に導かれるが、この導波機構は
不安定であり、容易に高次横モード発振や多モード発振
を起こし、更にこれにとどまらず電流−光出力特性が歪
む場合も多い。そこで、！５ この電極ストライプ型の
欠点を補う半導体レーザが提案された、いわゆるトラン
スバース・ジャンクション・ストライプ半導体レーザ（
以下ＴＪＳレーザと呼ぶ）がこれである。本発明はこの
ＴＳＳレーザの欠点を更に改良し１０たものであるので
、まずこのＴＪＳレーザの概略図を第１図に示し、その
構造、機構等について図面を用いて簡単に説明する。
例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、液相成長法を用い
てｎ型（Ａｔ、Ｇａ）Ａｓ層２、ｎ型ＧａＡｓ活性層３
、ｎ型（Ａι。Ｇａ）１５Ａｓ層４、ｐ型（ＡｔａＧａ
ＪＡｓ層５３ｐ型ＧａＡｓ層６を順次形成する。次にｐ
型ＧａＡｓ層６の土にＳｉＯ２膜（図示せず）を設け、
選択エッチングによつて膜のほぼ半分にストライプ状の
窓を設けて拡散マスクとなし、ｐ型Ｇ詰ｓ層６の表面か
らｎ型（Ａｔ．Ｇａ）Ａｓ層２の中程に至るまでＺｎを
拡散してｐ型伝導領域に変え、ストライプ状電流領域１
１を形成する。拡散マスクとして使用済のＳｉＯ２膜を
除去した後、電極７，８を全面に設け、ストライプ状電
流領域１１の長手方向に直交する反射鏡面９，１０を形
成してＴＪＳレーザができあがる。このＺｎ拡散により
、各積層面を縦断するＰ−Ｎ接合、すなわち２個所の（
ＡｔＯＧａ）Ａｓホモ接合と１個所のＧａＡｓホモ接合
が縦に並んで形成される。但し、（Ａｔ．Ｇａ》Ａｓ層
２で形成されるホモ接合は縦断面に連続した拡散フロン
ト面（ほぼ積層面と平行）をも含む屈曲したＰ−Ｎ接合
面となる。このＴＪＳレーザの電極７と６とに順方向電
圧を印加すると、ＧＡＡｓと（ＡｔＯＧａ）Ａｓ層では
禁止帯幅が違いエネルギ差ΔＥｇがあるため、この差を
利用することにより、低電圧域では電流が図中矢印で示
したようにＧａＡｓＰ｛接合に集中して流れる結果とな
り、この部分のみで注入発光が起る。
てｎ型（Ａｔ、Ｇａ）Ａｓ層２、ｎ型ＧａＡｓ活性層３
、ｎ型（Ａι。Ｇａ）１５Ａｓ層４、ｐ型（ＡｔａＧａ
ＪＡｓ層５３ｐ型ＧａＡｓ層６を順次形成する。次にｐ
型ＧａＡｓ層６の土にＳｉＯ２膜（図示せず）を設け、
選択エッチングによつて膜のほぼ半分にストライプ状の
窓を設けて拡散マスクとなし、ｐ型Ｇ詰ｓ層６の表面か
らｎ型（Ａｔ．Ｇａ）Ａｓ層２の中程に至るまでＺｎを
拡散してｐ型伝導領域に変え、ストライプ状電流領域１
１を形成する。拡散マスクとして使用済のＳｉＯ２膜を
除去した後、電極７，８を全面に設け、ストライプ状電
流領域１１の長手方向に直交する反射鏡面９，１０を形
成してＴＪＳレーザができあがる。このＺｎ拡散により
、各積層面を縦断するＰ−Ｎ接合、すなわち２個所の（
ＡｔＯＧａ）Ａｓホモ接合と１個所のＧａＡｓホモ接合
が縦に並んで形成される。但し、（Ａｔ．Ｇａ》Ａｓ層
２で形成されるホモ接合は縦断面に連続した拡散フロン
ト面（ほぼ積層面と平行）をも含む屈曲したＰ−Ｎ接合
面となる。このＴＪＳレーザの電極７と６とに順方向電
圧を印加すると、ＧＡＡｓと（ＡｔＯＧａ）Ａｓ層では
禁止帯幅が違いエネルギ差ΔＥｇがあるため、この差を
利用することにより、低電圧域では電流が図中矢印で示
したようにＧａＡｓＰ｛接合に集中して流れる結果とな
り、この部分のみで注入発光が起る。
（Ａｔ．Ｇａ）Ａｓ層内のＰ−Ｎ接合に電流が流れない
のは（Ａｔ．Ｇａ）ＡＳ層の禁止帯幅がＧａＡｓ活性層
より大きく、従つてＰ−Ｎ接合の拡散電圧がＧａＡｓｆ
）Ｐ−Ｎ接合のそれより高くなるためである。発振領域
は注入キヤリアの拡散長にほぼ等しく一般に数μｍ程度
であるため、発光はほぼ点状になる。七の結果、基本モ
ード発振が容易に得られる。活性層の厚さ方向では上下
のヘテロ接合面が挟み込む形で光導波路を形成しておる
が、積層面と平行な方向（横方向）における光導波作用
は主に利得分布で規定され機構的に明確な境界があるわ
けではないので、不安定になりやすい欠点がある。更に
レーザ光の一部が活性層の横刀向の非発行領域に広がり
吸収されるが、これは発振開始電流を高め、同時に微分
発光効率を悪くする原因となつている。本発明の目的は
、上記したような従来のＴＪＳレーザの欠点を除去し、
安定な基本セード発振が可能で、かつ動作電流の小さい
、製作の容易な、半導体接合レーザを提供することにあ
る。
のは（Ａｔ．Ｇａ）ＡＳ層の禁止帯幅がＧａＡｓ活性層
より大きく、従つてＰ−Ｎ接合の拡散電圧がＧａＡｓｆ
）Ｐ−Ｎ接合のそれより高くなるためである。発振領域
は注入キヤリアの拡散長にほぼ等しく一般に数μｍ程度
であるため、発光はほぼ点状になる。七の結果、基本モ
ード発振が容易に得られる。活性層の厚さ方向では上下
のヘテロ接合面が挟み込む形で光導波路を形成しておる
が、積層面と平行な方向（横方向）における光導波作用
は主に利得分布で規定され機構的に明確な境界があるわ
けではないので、不安定になりやすい欠点がある。更に
レーザ光の一部が活性層の横刀向の非発行領域に広がり
吸収されるが、これは発振開始電流を高め、同時に微分
発光効率を悪くする原因となつている。本発明の目的は
、上記したような従来のＴＪＳレーザの欠点を除去し、
安定な基本セード発振が可能で、かつ動作電流の小さい
、製作の容易な、半導体接合レーザを提供することにあ
る。
本発明によれば、レーザ光の光軸方向に沿つて連延する
段差を少なくとも１つ設けた基板結晶の擬段丘状表面の
上に、禁止帯幅が活性層の七れよりも広く伝導型が基板
結晶のそれと同型である２つの結晶層及びこれら２つの
結晶層の間に挟み込むように配した伝導型が基板結晶の
それと同型である活性層を積層することにより、活性層
の両面が亡れぞれヘテロ接合面をなしこのヘテロ接合面
と共にレーザ光の光軸方向に平行に前記段差に沿つて屈
曲した形の少なくとも１つの屈曲部を備えた活性層を構
成し、この屈曲部に対応する部分を含む前記段差に沿つ
た積層結晶の一部表面から活性層屈曲部を越えて活性層
を挟み込む結晶層のうちの基板結晶に近く配された方の
結晶層まで達しかつ七の伝導型を反転する不純物拡散領
域を設け、この不純物拡散領域及び基板結晶にそれぞれ
電極を設け、更に前記屈曲部断面を含み段差の連延方向
と交わる２つのレーザ鏡面を設け、これら２つのレーザ
鏡面の間に横たわり段差に沿つて屈曲しながら連延する
活性層部分をレーザ発振領域となしたことを特徴とする
半導体接合レーザを得る。
段差を少なくとも１つ設けた基板結晶の擬段丘状表面の
上に、禁止帯幅が活性層の七れよりも広く伝導型が基板
結晶のそれと同型である２つの結晶層及びこれら２つの
結晶層の間に挟み込むように配した伝導型が基板結晶の
それと同型である活性層を積層することにより、活性層
の両面が亡れぞれヘテロ接合面をなしこのヘテロ接合面
と共にレーザ光の光軸方向に平行に前記段差に沿つて屈
曲した形の少なくとも１つの屈曲部を備えた活性層を構
成し、この屈曲部に対応する部分を含む前記段差に沿つ
た積層結晶の一部表面から活性層屈曲部を越えて活性層
を挟み込む結晶層のうちの基板結晶に近く配された方の
結晶層まで達しかつ七の伝導型を反転する不純物拡散領
域を設け、この不純物拡散領域及び基板結晶にそれぞれ
電極を設け、更に前記屈曲部断面を含み段差の連延方向
と交わる２つのレーザ鏡面を設け、これら２つのレーザ
鏡面の間に横たわり段差に沿つて屈曲しながら連延する
活性層部分をレーザ発振領域となしたことを特徴とする
半導体接合レーザを得る。
以下本発明を図面にもとずいて説明する。第２図及び第
３図は本発明を実施した場合のＴＪＳレーザの概略図で
ある。例えば第２図に概要を示す如く、（１００）面を
主平面としたｎ型ＧａＡｓ基板２１に〈１１０〉軸方向
に平行な幅５００μＭ，高さ１０μｍの細長いメサ型台
形を選択エツチングで形成する。
３図は本発明を実施した場合のＴＪＳレーザの概略図で
ある。例えば第２図に概要を示す如く、（１００）面を
主平面としたｎ型ＧａＡｓ基板２１に〈１１０〉軸方向
に平行な幅５００μＭ，高さ１０μｍの細長いメサ型台
形を選択エツチングで形成する。
このｎ型ＧａＡｓ基板２１の上に液相成長法で、厚さ３
μＭＯ）ｎ型ＧａＯ．７ＡｔＯ．３ＡＳ層２２、厚さ０
．３ｍｆ）ｎ型ＧａＡｓ活性層２３厚さｌμｍのｎ型Ｇ
ａＯ．７ＡｔＯ．３ＡＳ層２４を順次形成する。次にｎ
型ＧａＯ．７Ａｔ．Ｏ．３ＡＳ層２４にＳｉＯ２膜を付
けメサ型台形の真上のみＳｉＯ２膜を除去し、この部分
にＺｎを第１層（ｎ型ＧａＯ．７ＡｔＯ．３Ａｓ層）２
２まで達するように拡散し（拡散のフロントを点線３１
で図示しＴＳ）、活性層２３、第３層（ｎ型ＧａＯ．７
ＡｔＯ．３ＡＳ層）２４の全厚及び第１層（ｎ型ＧａＯ
．７ＡｔＯ．３ＡＳ層》２２の一部分をＰ型に変換した
Ｐ型電流域形成部（２４表面から点線まで）を設ける。
この際、拡散により形成された活性層内のＰ−Ｎ接合の
位置は、そのＰ−Ｎ接合から、活性層２３と第３層（Ｇ
ａＯ．７ＡｔＯ．３ＡＳ層）２４とでなすヘテロ接合ま
での距離がキヤリアの拡散長に等しいか又は七れ以内に
なる様な条件下に置く。電極２７及び２８を全面に蒸着
し、反射鏡２９及び３０を臂開によつて形成し、活性層
のＰ−Ｎ接合（矢印下）が素子の中央にくるようにレー
ザ結晶片の形状を整形し、本発明によつて改良された新
型のＴＪＳ半導体接合レーザが出来あがる。このように
して製作しＴｓＴＪＳレーザの電極２７ＶＣ正、電極２
８に負の電圧を印加しその電圧がＧａＡＳの禁止帯幅に
相当する電圧を越え（Ａｔ・Ｇａ）Ａｓの禁止帯幅未満
であれば電流は矢印で示した活性層のＰ−Ｎ接合にのみ
集中して流れる。
μＭＯ）ｎ型ＧａＯ．７ＡｔＯ．３ＡＳ層２２、厚さ０
．３ｍｆ）ｎ型ＧａＡｓ活性層２３厚さｌμｍのｎ型Ｇ
ａＯ．７ＡｔＯ．３ＡＳ層２４を順次形成する。次にｎ
型ＧａＯ．７Ａｔ．Ｏ．３ＡＳ層２４にＳｉＯ２膜を付
けメサ型台形の真上のみＳｉＯ２膜を除去し、この部分
にＺｎを第１層（ｎ型ＧａＯ．７ＡｔＯ．３Ａｓ層）２
２まで達するように拡散し（拡散のフロントを点線３１
で図示しＴＳ）、活性層２３、第３層（ｎ型ＧａＯ．７
ＡｔＯ．３ＡＳ層）２４の全厚及び第１層（ｎ型ＧａＯ
．７ＡｔＯ．３ＡＳ層》２２の一部分をＰ型に変換した
Ｐ型電流域形成部（２４表面から点線まで）を設ける。
この際、拡散により形成された活性層内のＰ−Ｎ接合の
位置は、そのＰ−Ｎ接合から、活性層２３と第３層（Ｇ
ａＯ．７ＡｔＯ．３ＡＳ層）２４とでなすヘテロ接合ま
での距離がキヤリアの拡散長に等しいか又は七れ以内に
なる様な条件下に置く。電極２７及び２８を全面に蒸着
し、反射鏡２９及び３０を臂開によつて形成し、活性層
のＰ−Ｎ接合（矢印下）が素子の中央にくるようにレー
ザ結晶片の形状を整形し、本発明によつて改良された新
型のＴＪＳ半導体接合レーザが出来あがる。このように
して製作しＴｓＴＪＳレーザの電極２７ＶＣ正、電極２
８に負の電圧を印加しその電圧がＧａＡＳの禁止帯幅に
相当する電圧を越え（Ａｔ・Ｇａ）Ａｓの禁止帯幅未満
であれば電流は矢印で示した活性層のＰ−Ｎ接合にのみ
集中して流れる。
このとき（Ａｔ．Ｇａ）Ａｓ層内のＰ−Ｎ接合に電流が
流れないのは、その禁止帯幅がＧａＡｓより大きく、（
ＡｔＯＧａ）ＡＳｆ）Ｐ−Ｎ接合における降伏電圧がＧ
ａＡｓＰ−Ｎ接合より大きいためである。故に発光はＧ
ａＡｓ活性層のＰ−Ｎ接合のみから得られる。その発光
領域は、活性層の厚さと注入キヤリアの拡散長で規定さ
れる。更に接合の水平方向は、第１層及び第３層の（Ａ
ｔ．Ｇａ）ＡＳとのヘテロ接合からなる光導波路が作用
し、一方接合面に垂直な方向は、そのＰ型発光領域内に
第３層（ＡｔＯＧａ）ＡＳとのヘテロ接合が活性層Ｐ−
Ｎ接合と平行に設けられているため、これまた同様な光
導波路としての機能を持つ。亡の際、活性層内に横たわ
るＰ−Ｎ接合からこれに平行な第３層（Ａｔ．Ｇａ）Ａ
Ｓとなすヘテロ接合に至る距離がキヤリアの拡散長に等
しいか又は七れ以下にすることでその機能が最大に作用
する。第３図に示した実施例は、更に光導波作用を完全
ＶＣせんとするＴＪＳレーザの例である。第２図の実施
例におけるＺｎ拡散によるＰ型電流注入領域（点線３１
で示し茫拡散フロントの上部域）を更にもう一方の方向
即ちレーザの幅方向にも規定するように形成することで
、第３図に屈曲した点線４１で拡散フロントを示し几よ
うに活性層内に２個のＰ−Ｎ接合が設けられる。電流は
矢印で示したごとく、２つのＰ−Ｎ接合より注入される
ため、光のとじ込め作用の他の注入キヤリアの閉じ込め
作用もかねる。この発明は以上説明したように、レーザ
素子内に光導波路構造を組み込むことで、モード制御が
谷易で、点状発振し、動作電流の低い製作の簡単な半導
体接合レーザが得られる。
流れないのは、その禁止帯幅がＧａＡｓより大きく、（
ＡｔＯＧａ）ＡＳｆ）Ｐ−Ｎ接合における降伏電圧がＧ
ａＡｓＰ−Ｎ接合より大きいためである。故に発光はＧ
ａＡｓ活性層のＰ−Ｎ接合のみから得られる。その発光
領域は、活性層の厚さと注入キヤリアの拡散長で規定さ
れる。更に接合の水平方向は、第１層及び第３層の（Ａ
ｔ．Ｇａ）ＡＳとのヘテロ接合からなる光導波路が作用
し、一方接合面に垂直な方向は、そのＰ型発光領域内に
第３層（ＡｔＯＧａ）ＡＳとのヘテロ接合が活性層Ｐ−
Ｎ接合と平行に設けられているため、これまた同様な光
導波路としての機能を持つ。亡の際、活性層内に横たわ
るＰ−Ｎ接合からこれに平行な第３層（Ａｔ．Ｇａ）Ａ
Ｓとなすヘテロ接合に至る距離がキヤリアの拡散長に等
しいか又は七れ以下にすることでその機能が最大に作用
する。第３図に示した実施例は、更に光導波作用を完全
ＶＣせんとするＴＪＳレーザの例である。第２図の実施
例におけるＺｎ拡散によるＰ型電流注入領域（点線３１
で示し茫拡散フロントの上部域）を更にもう一方の方向
即ちレーザの幅方向にも規定するように形成することで
、第３図に屈曲した点線４１で拡散フロントを示し几よ
うに活性層内に２個のＰ−Ｎ接合が設けられる。電流は
矢印で示したごとく、２つのＰ−Ｎ接合より注入される
ため、光のとじ込め作用の他の注入キヤリアの閉じ込め
作用もかねる。この発明は以上説明したように、レーザ
素子内に光導波路構造を組み込むことで、モード制御が
谷易で、点状発振し、動作電流の低い製作の簡単な半導
体接合レーザが得られる。
第１図は従来のＴＪＳレーザの概略斜視図、第２図及び
第３図は本発明による一実施例である半導体接合レーザ
の概略斜視図をそれぞれ示す。
第３図は本発明による一実施例である半導体接合レーザ
の概略斜視図をそれぞれ示す。
Claims (1)
- １ レーザ光の光軸方向に沿つて連延する段差を少なく
とも１つ設けた基板結晶の擬段丘状表面の上に、禁止帯
幅が活性層のそれよりも広く伝導型が基板結晶のそれと
同型である２つの結晶層及びこれら２つの結晶層の間に
挾み込むように配した伝導型が基板結晶のそれと同型で
ある活性層を積層することにより、活性層の両面がそれ
ぞれヘテロ接合面をなしこのヘテロ接合面と共にレーザ
光の光軸方向に平行に前記段差に沿つて屈曲した形の少
なくとも１つの屈曲部を備えた活性層を構成し、この屈
曲部に対応する部分を含む前記段差に沿つた積層結晶の
一部表面から活性層屈曲部を越えて活性層を挾み込む結
晶層のうちの基板結晶に近く配された方の結晶層まで達
し、かつその伝導型を反転する不純物拡散領域を設けて
、Ｐ−ｎ接合を形成し、前記活性層内に形成されるＰ−
ｎ接合面が基板に遠い側の広禁止帯幅層と活性層とが形
成するヘテロ接合面からキャリアの拡散長に等しい距離
又はそれ以下の距離だけ離れて構成し、前記不純物拡散
領域及び基板結晶にそれぞれ電極を設け、更に前記屈曲
部断面を含み段差の連延方向と交わる２つのレーザ鏡面
を設け、これら２つのレーザ鏡面の間に横たわり段差に
沿つて屈曲しながら連延する活性層部分をレーザ発振領
域となしたことを特徴とする半導体接合レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9623176A JPS5915196B2 (ja) | 1976-08-12 | 1976-08-12 | 半導体接合レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9623176A JPS5915196B2 (ja) | 1976-08-12 | 1976-08-12 | 半導体接合レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5321588A JPS5321588A (en) | 1978-02-28 |
| JPS5915196B2 true JPS5915196B2 (ja) | 1984-04-07 |
Family
ID=14159443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9623176A Expired JPS5915196B2 (ja) | 1976-08-12 | 1976-08-12 | 半導体接合レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5915196B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55141781A (en) * | 1979-04-23 | 1980-11-05 | Sony Corp | Semiconductor laser |
| JPS5914691A (ja) * | 1982-07-16 | 1984-01-25 | Omron Tateisi Electronics Co | 半導体レ−ザ |
-
1976
- 1976-08-12 JP JP9623176A patent/JPS5915196B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5321588A (en) | 1978-02-28 |
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