JPS5940592A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS5940592A
JPS5940592A JP57151537A JP15153782A JPS5940592A JP S5940592 A JPS5940592 A JP S5940592A JP 57151537 A JP57151537 A JP 57151537A JP 15153782 A JP15153782 A JP 15153782A JP S5940592 A JPS5940592 A JP S5940592A
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尚宏 須山
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    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm

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2 本発明は半導体レーザ素子の構造に関し、特に熟振器の
片端面当り15mW以上の高出力動作に於いても長時間
安定に動作しまたパルス動作に際して片端面当りI00
mW以上の出力を取り出すことのできるレーザ出力特性
の改良技術を確立したものである。
〈従来の技術〉 半導体レーザ素子の高出力動作を制限する要因の1つに
光出射面となる共振器端面の破壊劣化かある。このとき
の端面破壊出力は従来の半導体レーザ素子では+ 06
W/cnl程度であった。また、共振器内では端面近傍
の光子密度か最も犬きく、劣化を促進させるため、端面
近傍における光吸収は半導体レーザの寿命を制限する大
きな要因となっている。
端面破壊出力を増大さぜ−また端面の劣化を抑制するこ
とを企図して、端面近傍でのレーザ光の吸収を低減した
端面窓形半導体レーザ素子(AppliedI’hys
ics Letters Vol、 34  (197
9)  P、637)やクランク形TJSレーザ素子(
Jpnl、Appl。
Phys、 Vol、 21 (1982) Supp
lement 21−1 。
、A347 )か提唱されている。しかしなから、これ
らの態形半導体レーザ素子はその窓領域では接合に平行
な方向に光導波路か形成されていない。従って窓領域で
はレーザ光か拡かって伝播するため共振器端面で反射し
て再びレーザ発振領域に戻る光の量か減少し実効的な端
面反射率の減少となって発振閾値電流か高くなる欠点を
有していた。
従来の態形半導体レーザ素子内で光の伝播する様子をレ
ーザ素子上面方向より描くと第1図に示す如くとなる。
即ち、ストライプ状のレーザ発振動作領域1の両共振端
方向に窓領域2,2′か形成され、共振器端面3,3′
よりレーザビーム4,4′か出力される。尚、レーザ発
振領域端面5,5′は共振器端面3,3′の内方に位置
し、この位置よりレーザ光は伝播波面6で示すように進
行する。
レーザビームの焦点(ビームウェイスト)は接合に平行
な方向ではレーザ発振領域端面5,5′に存在し、接合
に垂直な方向では共振器端面3,3′に存在する。この
非点収差はレンズ等により光学的結合を行なう場合に不
都合となる。
〈発明の目的〉 本発明は上記従来の態形半導体レーザの欠点全克服した
新規な構造を有する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。
即ち、窓領域にも光導波路を形成することにより、ビー
ムウェイストは接合に水平方向において共振器端面近傍
に存在し、かつ共振器内部においても光子密度が低減さ
れるため高出力で長時間安定に動作させることが可能と
なる。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例に従って図面を参照しながら詳説
する。
第2図は本発明の一実施例を説明する半導体レーtt’
素子の素子内で光伝播する様子をレーザ素子土面より描
いたものである。
導波路幅Wg 1及び長さしeを有するレーザ発振動作
領域21の両端位置に導波路幅Wg2及び各々の長さり
、、、Lア’に有する窓領域22.22’が配設され、
共振器端面23,23’よりレーザビーム24 、24
’が放射される。レーザ発振動作領域21はレーザ溌振
領域端部25,25’でその長さが限定されている。レ
ーザ光はその伝播波面26が図示の如くとなる。
第3図(A)(B)は第2図に於けるx−x及びY −
Y断面図である。ff1Jち第3図(A)はレーザ発振
動作領域2Iの断面図であり、第3図(B)は窓領域2
2゜22′の断面図である。
p−GaAs基板3I上に電流全遮断するためのn−G
aAs電流ブロッキング層32が堆積され、電流ブロン
キング層32とGaAS基板31にはストライプ状の溝
が加工されている。この上Kp−GaAIAsクラッド
層33 、GaAs又はGaAIAS活性層84−、 
n−GaAlAs光ガイド層37.n−GaAlAsク
ラッド層35 、n−GaAsキャップ層36が順次積
層されている。
第3図(A)では活性層33が湾曲して形成され、第3
図(B)では平坦に形成されていることが特徴であり、
いずれも基板に溝加工して電流通路を形成した光及びキ
ャリア閉じ込め構造を有する内部ストライプ型レーザと
なっている。レーザ発振のた5めの電流はn−GaAs
層32によって阻I卜され、それぞれ幅W。I、Wc2
のチャネル部のみに流れる。
これらのチャネル幅はWet > WO2となるように
形成されており、同一成長条件で前者では活性層を湾曲
させ、後者では活性層を平坦にすることができる。活性
層が湾曲すると、屈折率光導波路が形成され、その幅W
 g 1はチャネル幅Wcよシも狭くなる。また活性層
34か平坦な場合は、チャネル両端でのn−、GaAs
層32への光吸収により実効屈折率が下がる原理全利用
した光導波路が形成され、その幅Wg2はチャネル幅W
。2にほぼ等しい。
本実施例は、溝加工した基板上に同一条件で成長を行な
うと、活性層が溝内で湾曲して成長した場合には平坦に
成長した場合より活性層のA1混晶か001〜0.03
程度小さくなる性質を利用して、活性層湾曲部で発生し
たレーザ光のエネルギーより、端面近傍の活性層平坦部
の活性層のエネルギーギャップを十分大きくなるように
して、端面近傍における光吸収を低減した。こうするこ
とによって1.4J破壊出力を高くすることかできる。
、咎e#般に、活性層湾曲領域では、活性層の層厚分布
により、接合に平行方向に、1o−2程度の比較的大き
な屈折率差がつき、さらに光導波路の幅W g 1はチ
ャネル幅Wc1より小さくなるため、光は接合に水平方
向に強く閉じ込められる。従って、内部での光子密度は
活性層を平坦にした場合に比べて高くなり、これに伴っ
て素子の寿命も短かくなってしまう。本実施例は、光ガ
イド層37を活性層34の上に層設することにょ9、活
性層内の光子密度を低減している。光ガイド層37は通
常活性層の下側に形成されるが、本実施例では内部で活
性層34を湾曲させて、がっ光ガイ゛ド層37の厚みを
十分厚くとって光子密度を低減させるため光ガイド層3
7を活性層34の上に形成したことが特徴である。
第4図(A)(B)(C)(D)は製造方法の一実施例
を説明する製造工程図である。
まず、p型GaAs基板(Znドープ、 l x I 
019crn−”)41にn型GaAs層(Teドープ
、 6X I 018ar1−” ) 42を約06μ
mの厚さに液相エピタキシャル成長させる。その後、n
型GaAs層42表面に第4図(A)で示す様な幅が変
化するストライプ状のパターンを従来のホトリングラフ
ィ技術により形成する。
使用したレジストはシップレイ社のAZ 1350であ
り、各部の寸法が、L1=I50μm、L2=I007
zm。
Wcl””6μm 、 Wc2 = 3μmの窓か形成
される。この窓を通して硫酸系エツチング液でGaAs
層42をエツチングする。尚、Zl −Zl 、 z2
−z2方方向面形状をそれぞれ第4図(B)(C)に示
す。
その後、再び液相エピタキシャル技術により、第3図で
示ずようなp−Ga0.5A1.0.5 Asクランド
層33 、 p−Ga0.85AlO,15AS活性層
34.n−G a 0065A 10.35 A s光
ガイド層37. n−G ao、5A 10.5 A 
sクラッド層35 、n−GaAsキャップ層36をそ
れぞれ平坦部で0.15μm 、 0.1 pm 、 
0.5μm 、 1.0μm。
2μm成長させた。ただし、活性層湾曲部の中央での活
性層厚は02μm光ガイド層厚は0.7μmとなった。
基板裏面をラッピングす名ことによりウェハーの厚さを
約100μmとした後、n−GaAsキャ、・プ層36
表面にはAu−Ge−Niを、又p−GaA3基板31
裏面にはAu−Znを蒸着し、4150℃に加熱して合
金化することにより電極層とする。
次にp−GaAs基板31の裏面にA1を蒸着した後、
内部のチャネルのビ7チに合致したパターン全形成して
第4図(D)の如くとする。その後、長さL+  kも
つ窓領域の中央で襞間し、共振器を形成する。従って、
窓領域は素子の両端で各々50μmの長さを有すること
になる。この態形レーザはILh=50mAでレーザ発
振し、その時の波長は7800λであった。また端面破
壊出力は約200mWであった。
また、ビームウェイストを測定したところ、接合に水平
方向でのビームウェイストは端面から511m以内に存
在することが確認された。
このレーザと同様の構造をもつが光ガイド層を具備せず
活性層直上にn型クラッド層を積層した素子を製作し 
50℃、20mWの光出力で駆動試験を行な−〕たとこ
ろ、駆動電流の平均増加速度は約l(]mA/Khであ
ったが、本発明の実施例の素子では約1mΔ/Kh  
と光ガイド層の適用により一部の改善が確認された。
上記実施例に?いては端面近傍の窓領域にも電流が注入
される構造となっているが、第5図に示すように、端面
近傍では基板31に溝50を形成した後電流ブロック層
32を形成し、内部では第3図(A)と同じ構造とする
ことにより、端面近傍の窓領域には電流が注入されない
ようにすることができる。このようにすることによって
、端面近傍での発熱やキャリアの非発光再結合が減少し
、更に特性の改善が期待できる。
本発明の半導体レーザは上記実施例で述べたGaAlA
s系のみでなく、InGaAsP系他すべての半導体レ
ーザに適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の態形レーザに於ける光の伝播を説明する
平面図である。 第2図は本発明の一実施例を示す態形レーザの光伝播を
説明する平面図である。 第3図(A)(B)はそれぞれ第2図のx−x、y−y
断面図である。 第4−図(A)(B)(C)(D)は本発明の製造方法
の一実施例を説明する製作工程図である。 第5図は本発明の他の実施例の窓領域の構造を示す断面
図である。 2! レーザ発振動作領域、22.22’・・窓領域、
23.23’・・共振器端面、25.25’・・レーザ
発振領域端面、31− p−GaAs基板、32−n−
GaAs電流ブロンキング層、33・・p−クラッド層
、34・・・活性層、35・・・n−クラッド層、36
・・・n−キャップ層、37・n−光ガイド層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板の1主面上にズ・ドライブ状の溝を形成し、該
    溝幅か共振器端面近傍で狭く中央部で広くなる形状に成
    形するとともに、前記主面上に一面を接し他面を溝幅の
    狭い前記溝上では実質的に平面とし溝幅の広い前記溝上
    では基板方向へ湾曲させた凹面としたクラッド層と該ク
    ラッド層上に活性層、該活性層より小さく前記クラ・ン
    ド層より大きい屈折率を有する光ガイド層を順次堆積し
    たこと全特徴とする半導体レーザ素子。 2 活性層の混晶比を共振器中央部か端面近傍より小さ
    くなるように設定した特許請求の範囲第1項記載の半導
    体レーザ素子。
JP57151537A 1982-08-30 1982-08-30 半導体レ−ザ素子 Granted JPS5940592A (ja)

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EP83302278A EP0104712B1 (en) 1982-08-30 1983-04-21 Semiconductor laser
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