JPS5923585A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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Publication number
JPS5923585A
JPS5923585A JP13392782A JP13392782A JPS5923585A JP S5923585 A JPS5923585 A JP S5923585A JP 13392782 A JP13392782 A JP 13392782A JP 13392782 A JP13392782 A JP 13392782A JP S5923585 A JPS5923585 A JP S5923585A
Authority
JP
Japan
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layer
refractive index
groove
type
semiconductor laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP13392782A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Nobuyuki Miyauchi
宮内 伸幸
Naohiro Suyama
尚宏 須山
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP13392782A priority Critical patent/JPS5923585A/ja
Publication of JPS5923585A publication Critical patent/JPS5923585A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface

Landscapes

  • 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】 〈発明の技術分野〉 本発明は半導体レーザ素子に関するもので、特(こレー
ザ発振の横モード制御に有効な構造を有する半導体レー
ザの素子構造に関するものである。
〈従来の技術〉 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本とするもので、ホ
モ接合型、単一へテロ接合型、ダブルヘテロ接合型等種
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、これを
こ充分なキャリアの注入を行なって反転分布状態を形成
すること(こより、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。半導体レーザのレーザ発振
には非常番こ高密度の電流が必要となる。しかじながら
初期の半導体レーザはその構造がホモ接合型であったた
め光は誘導放射の起きている部分だけでなく、隣接した
領域をこまで放散され、このため光の損失が大きくなり
室温での発振が低いデユーティ比でのパルス発振に限ら
れていた。レーザ発振動作に於ける室温連続発振は半導
体レーザ(こ課せられた課題の一つであったがその後の
継続研究の結果ダブルへテロ接合型の半導体レーザが開
発\ ヂれることにより、実現されることとなった。ダブルペ
テロ接合型半導体レーザはGaAsの領域と、GaAs
中のGaを一部Atで置き換えたGa1−XAtXAs
の領域で前記GaAsの領域をサンドインチした2つの
へテロ接合部を有する単結晶で製作されているものが一
般的である。ダブルへテロ接合型半導体レーザ(以下D
Hレーザと称す)では、電子、ホール、光が全て2つの
へテロ接合の間の非常に薄い領域(約0.1μm)に閉
じ込められている。即ち、電子はp−pヘテロ接合の伝
導帯の障壁をこよって、ホールはp−nへテロ接合の価
電子帯の障壁によって反射され、またへテロ接合界面物
質の屈折率の違いにより光の閉じ込めが行なわれる。
発振開始電流値はp−n接合とp−pヘテロ接合(こは
さまれた活性層の厚みに依存する。即ち電子、ホーノペ
光の閉じ込められた活性層が薄くなれば励起電子の総数
がそれだけ少なくて済み発振開始電流値は低下すること
となる。
連続発振を達成したものであるか、これらの閉じ込めを
さらに横方向にも行なったものかストライプ構造の半導
体レーザである。ストライプ構造とすることにより低電
流動作が可能となり、発振特性の制御が容易となる。ま
た通電時の発熱領域が帯状となるため熱拡散がよくなり
、室温がかなり高くても連続動作が可能となる。
しかしながら従来のストライプ構造半導体レーザ(こ於
いては現在まだ幾多の解決すべき問題点が残されている
。特(こ大きな問題点としては、活性層番こ平行(こ立
つ電磁波モード即ち横モードの不安定性及び駆動電流の
変化(こ伴なう横モードの変化があげられる。これはD
Hレーザにおいては活性層の厚みが約1000Aである
の(こ対し、ストライプ幅は数μm程度あり、きわめて
偏平な構造を持つこと及び活性層の横方向に対してはキ
ャリア及び光の閉じ込め構造となっていないことが原因
である。即ち、レーザ発振の閾値電流のわずか上の電流
領域ではストライプ直下の活性領域でのみ、iに必要な
利得が損失を上まわるので零次あるいは低次の横モード
で発振する。しかし駆動電流を増加していくと活性層へ
の注入キャリアはストライプ領域の両側にも拡がるため
、高利得領域が拡がり、横モードの拡がりと高次モード
が発生する。このような横モードの不安定性と駆動電流
依存性は駆動電流とレーザ出力の直線性を悪化させパル
ス電流により変調を行なった場合、レーザ出力(こ不安
定な変動を生じ信号対雑音比を劣化させる。また出力光
の指向性を不安定にするのてレーザ出力を光ファイバ等
の他の光学系に効率よく安定(こ導くことを困難にする
など実用上多くの障害がある。この点に関し、横モード
を安定化させた半導体レーザ素子の構造が本出願人によ
り特願昭55−71200号(特開昭56−16738
2号公報)(こて提唱されている。この半導体レーザ素
子の構成を第1図に示す。また第1図のAA’断面(溝
部)及びBB’断面(溝部以外)の屈折率分布をそれぞ
れ第2図及び第3図(こ示す。
n型GaAs基板6(屈折率n6)の成長面にストヲミ
イ、プ状の溝IOを形成しこの溝10内に屈折率n、の
n−GaAtAsクラッド層(第1層)1か埋設され、
その上に屈折率n2のn−GaA4Asクラッド層(第
2層)2、屈折率n3のn−GaAtAs活性層(第3
層)3、屈折率n4のp−GaAtAsクラッド層(第
4層)4、p−GaAs キャップ層5が順次積層され
ている。キャップ層5上には酸化膜7を介してp側電極
8が形成されまたGaAs基板6裏面にはn側電極9が
形成されている。第2図及び第3図の符号は第1図(こ
対応する。このように、溝部にクラッド層を埋め込み、
溝部では4層、溝部以外では3層の導波路を形成し、溝
部以外で0次モードを遮断して、溝部にのみ光を導波し
て横モードの安定化を行なっていた。しかしながら、実
際に結晶を通常の液相エピタキシャル法により成長させ
るとGaAs基板6の溝部以外の部分にもクラッド層l
が成長することが多く、クラッド層lを完全に溝部に埋
め込むにはクラッド層lの成長後エツチング(こより溝
部以外に成長したクラッド層1を除去する必要があり、
エラチンに介して2回の成長を行なわなけれはならない
欠点があった。
〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、技術的手段を駆使するこ
とにより活性層に平行な方向のモードを制御可能とする
製作の容易な半導体レーザ素子及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。
D Hレーザの横モードの不安定性は活性層が層厚方向
(こはG、al−XAtXASて囲まれているか横方向
番こはこの囲いがないため横方向でのキャリアと光の閉
じ込め効果がなされないため番こ生じる。本発明はスト
ライプ以外の部分では全ての伝搬モードを遮断し、スト
ライプ部のみて光を導波させることによって横モードを
安定させ、また溝部以外にクラッド層1が成長した場合
でもクラッド層の層厚か薄い場合には完全にクラッド層
として働かないため0次モードが遮断されることを利用
してモードを安定化したものである。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例(こ従って図面を参照しながら詳
述する。
第4図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子の断
面構成図である。
n型GaAs基板(屈折率n。)6上にストライプ状の
溝lOを形成し、この上にn−GaAtAsクラッド層
(屈折率rz)1− n−GaAtAs層(屈折率n2
)2、n−GaAAAs活性層(屈折率n a ) 3
 、p−GaAtAsクラッド層(屈折率n4)4、p
型G a A sキャップ層5を順次エピタキシャル成
長法で積層する。次に溝10の近傍のみに通電するため
番こ酸化膜ストライプ7をキャップ層5上に分配した後
電極8,9を形成する。以上により半導体レーザ素子が
作製される。
第4図のAA’断面(溝部)及びBB’断面(溝部以外
)の屈折率分布をそれぞれ第5図及び第6図(こ示す。
このような屈折率分布を設けた場合、n型りラッド層l
の層厚を溝部以外で約0.1μmと薄くすると、溝部以
外では零次モードが遮断され、光は導波されなくなる。
溝部10内ではn型クラッド層10層厚を1μm程度に
厚くできるので、通常の4層導波路として光を安定に導
波することができる。
本発明の他の実施例を第7図番こ示す。この実施例の場
合はp型GaAs基板16上にn−GaAs層2Iを0
8μm成長させた後、基板にV字形でストライプ状の溝
20を形成し、更にp型GaA7Asクラッド層z(屈
折率n 、)、I)mGaAtAs層12(As率n2
)n型GaAAAs活性層13(屈折率n3)n型Ga
AtAsクラッド層14(屈折率n4)、n型GaAs
キャップ層15を順次積層する。その後、電極18.1
9を形成する。この構造では内部電流狭窄により発振領
域に有効な電流注入を行なうことができる。
以下、上記構造を有する半導体レーザの製作例について
説明する。
(100)面をもつp−GaAs基板(Zn  ドープ
、5X I Q18cm ” )に通常のフォトリング
ラフィ法と化学エツチングにより幅6μm、深さ6μm
(7)V字溝を形成する。次にこの基板上に連続液相エ
ピタキシャ少成長法(こより、p型Gao、、5Ato
、45Asクラッド層(溝部以外での層厚0.1μm)
、p型G ao、65”0.35 A 8層(0,5μ
m )、n型Gao0g5Ato、+5As活性層、n
型Gao、3Ato、7ASクラッド層(17zm)n
型GaAsキャップ層(3μm)を連続的に成長させた
後、p側にAu−Znn側にAu−Ge−Niを被着し
て電極とする。このレーザ素子は約780胴で発振し2
0℃における閾値電流は50〜80mAであった。CW
(連続)動作時に20mW以上まで基本横モードで発振
し、極めて安定した特性を示した。
以上、本発明の実施例をGaA7As系レーザについて
示したが、本発明は他の混晶を用いた半導体レーザにつ
いても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体レーザめ構成を示す断面構成図で
ある。第2図は第1図の半導体レーザの溝部A −A’
の屈折率分布を示す説明図である。第3図は第1図の半
導体レーザの溝以外の部分B−B′の屈折率分布を示す
説明図である。第4図は本発動、す1施例を示す半導体
レーザの断面構成図である。第5図は第4図の実施例の
溝部A−xの屈折率分布を示す説明図である。第6図は
第4図の実施例の溝以外の部分B −B’の屈折率分布
を示す説明図である。第7図は本発明の他の実施例を示
す半導体レーザの断面構成図である。 1・・・第1層、2・・・第2層、3・・・第3層(活
性層)4・・・第4層(クラッド層)、5−第5層(キ
ャップ層)、6・・基板、7・・・酸化膜、8.9・・
・電極。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦 (他2名)第1′W
i 第2図         第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、基板表面(こストライプ状の溝を設け、前記基板表
    面全体に成長層表面が平坦となるまで屈折率n1を有す
    る第1の半導体を積層し、次いで屈折率n2を有する第
    2の半導体、屈折率n3を有する第3の半導体、屈折率
    n4を有する第4の半導体を順次積層してレーザ動作用
    多層結晶構造部を構成し、前記各層の屈折率をna>n
     2 > n 1)n 4に設定して溝部以外の部分で
    零次モードがカットオフとなるよう番こ、各層の屈折率
    および層厚を定めたことを特徴とする半導体レーザ素子
JP13392782A 1982-07-30 1982-07-30 半導体レ−ザ素子 Pending JPS5923585A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02113586A (ja) * 1988-10-21 1990-04-25 Sharp Corp 半導体レーザ素子
JPH08213696A (ja) * 1995-10-23 1996-08-20 Sharp Corp 半導体レーザ素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56167382A (en) * 1980-05-27 1981-12-23 Sharp Corp Semiconductor laser element
JPS5795689A (en) * 1980-12-05 1982-06-14 Nec Corp Stripe shaped type double hetero junction laser element

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