JPS596079B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS596079B2 JPS596079B2 JP9530681A JP9530681A JPS596079B2 JP S596079 B2 JPS596079 B2 JP S596079B2 JP 9530681 A JP9530681 A JP 9530681A JP 9530681 A JP9530681 A JP 9530681A JP S596079 B2 JPS596079 B2 JP S596079B2
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- semiconductor
- semiconductor layer
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- 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は安定に大出力を得ることが出来る半導体レーザ
装置に関するものである。
装置に関するものである。
従来、半導体レーザ装置では、屈折率が大きく禁制帯幅
の小さな活性層の両側を屈折率が小さく、禁制帯幅の大
きなクラッド層ではさんだ基本的には３層の薄膜よりな
る積層構造が用いられてきた。
の小さな活性層の両側を屈折率が小さく、禁制帯幅の大
きなクラッド層ではさんだ基本的には３層の薄膜よりな
る積層構造が用いられてきた。
ところで近年活性層と平行な方向のレーザ光分布がレー
ザ発振特性に貴重な影響を及ぼすことが明らかにされた
。レーザ光分布を安定化するためには、ストライプ幅を
ある程度細くしなければならないことが明らかとなつた
。半導体レーザから取り出し得る最大光出力は、端面破
壊を生ずる光束密度によつて決まつているので、ストラ
イプ幅を細くすることによつて利用できる光出力が減少
することとなつた。一方光出力を大きくする方法として
、上記の３層の積層構造の両側にさらに薄膜を設けて５
層構造とし、活性層に垂直な方向のレーザ光分布を拡げ
るＳｅｐａｒａｔｅ−ＣＯｎｆｉｎｅｍｅｎｔＨｅｔｅ
ｒＯｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＳＣＨ）構造が提案されてい
る。ところが、活性層中に注人されたキヤリアが十分閉
じ込められるためには、少なくとも活性層に隣接するｐ
型層と活性層との禁制帯幅の差をかなり大きくする必要
のあることが明らかにされ、ＳＣＨ構造の利点＆｝」＼
さくなつた。従つて、ＳＣＨ構造の特徴を生かした半導
体レーザは温度依存性が極めて大きくなる。本発明の目
的は上述した各種半導体レーザ装置に代わるしきい電流
値が低く、光出力の大きな半導体レーザ装置を提供する
にある。
ザ発振特性に貴重な影響を及ぼすことが明らかにされた
。レーザ光分布を安定化するためには、ストライプ幅を
ある程度細くしなければならないことが明らかとなつた
。半導体レーザから取り出し得る最大光出力は、端面破
壊を生ずる光束密度によつて決まつているので、ストラ
イプ幅を細くすることによつて利用できる光出力が減少
することとなつた。一方光出力を大きくする方法として
、上記の３層の積層構造の両側にさらに薄膜を設けて５
層構造とし、活性層に垂直な方向のレーザ光分布を拡げ
るＳｅｐａｒａｔｅ−ＣＯｎｆｉｎｅｍｅｎｔＨｅｔｅ
ｒＯｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＳＣＨ）構造が提案されてい
る。ところが、活性層中に注人されたキヤリアが十分閉
じ込められるためには、少なくとも活性層に隣接するｐ
型層と活性層との禁制帯幅の差をかなり大きくする必要
のあることが明らかにされ、ＳＣＨ構造の利点＆｝」＼
さくなつた。従つて、ＳＣＨ構造の特徴を生かした半導
体レーザは温度依存性が極めて大きくなる。本発明の目
的は上述した各種半導体レーザ装置に代わるしきい電流
値が低く、光出力の大きな半導体レーザ装置を提供する
にある。
そして基本モード安定化に極めて有利である特徴を有す
る。本発明は従来のダブルヘテロ構造における活性層に
隣接して、この活性層と禁制帯幅の差が少なくとも０．
１５ｅ以上を有する光ガイド層を導入し、更に活性層３
と光ガイド層２の間に更に第６の半導体層５をキャリア
の閉じ込め層として導入するものである。この手段によ
つて低しきい電流値となし得ると共に光出力を増大なら
しめ、且しきい電流密度の温度特性を極めて安定に維持
し得る。本発明の積層構造の屈折率分布を図示すれば、
第１図の如くである。半導体基体１０上に少なくとも第
１のクラツド層１、光ガイド層２、キャリアの閉じ込め
層５、活性層３、第２のクラツド層４が積層される。第
１および第２のクラツド層は一般に互いに反対導電型を
持つ。また半導体基体１０は複数の半導体層より成るこ
ともある。場合によつては第２のクラツド層上に更に半
導体層を設けることもある。しかし基本構造は上述の通
りである。第１図に図示した如く、活性層３の屈折率Ｎ
３とクラツド層１，４の屈折率ｎ１、Ｎ４はＮ３〉Ｎ，
、Ｎ４の関係となし従来のダブルヘテロ構造と同様の構
造となす。
る。本発明は従来のダブルヘテロ構造における活性層に
隣接して、この活性層と禁制帯幅の差が少なくとも０．
１５ｅ以上を有する光ガイド層を導入し、更に活性層３
と光ガイド層２の間に更に第６の半導体層５をキャリア
の閉じ込め層として導入するものである。この手段によ
つて低しきい電流値となし得ると共に光出力を増大なら
しめ、且しきい電流密度の温度特性を極めて安定に維持
し得る。本発明の積層構造の屈折率分布を図示すれば、
第１図の如くである。半導体基体１０上に少なくとも第
１のクラツド層１、光ガイド層２、キャリアの閉じ込め
層５、活性層３、第２のクラツド層４が積層される。第
１および第２のクラツド層は一般に互いに反対導電型を
持つ。また半導体基体１０は複数の半導体層より成るこ
ともある。場合によつては第２のクラツド層上に更に半
導体層を設けることもある。しかし基本構造は上述の通
りである。第１図に図示した如く、活性層３の屈折率Ｎ
３とクラツド層１，４の屈折率ｎ１、Ｎ４はＮ３〉Ｎ，
、Ｎ４の関係となし従来のダブルヘテロ構造と同様の構
造となす。
これに対し光ガイド層２の屈折率Ｎ２はＮ３〉Ｎ２〉Ｎ
ｌ．ｎ４となる様に構成する。屈折率のこの関係によつ
てレーザ光は活性層および光ガイド層に分布する様にな
り光出力の増大をはかることが可能となる。一方、活性
層３とこれに隣接するクラツド層１および光ガイド層２
の禁制帯幅Ｅｇ３、Ｅ８ｌ、Ｅ，２の各々の関係をＥｇ
３〈Ｅｇｌ、Ｅ，２となすことにより活性層内へのキヤ
リア閉じ込めを十分となす。この場合光ガイド層２と活
性層３の禁制帯幅の差は少なくとも０．１５ｅＶ以上必
要である。この禁制帯幅の差がこれより小さいと特にし
きい電流の温度特性が悪化し実用に供し得ない。キヤリ
ア閉じ込め層５の屈折率Ｎ５をＮ３〉Ｎ２〉Ｎ５とし、
禁制帯幅を光ガイド層２の禁制帯幅より大きくする。こ
の構造の利点は光を閉じ込める光ガイド層２の屈折率を
大きくして光分布の幅をより大きく取ることが出来るこ
とである。光ガイド層と活性層の禁制帯幅の差が小さく
なるのを禁制帯幅の大きなキャリア閉じ込め層５により
防止することとなる。ただしこの場合、活性層１よりの
光ガイド層４への光のしみ出しを十分としその効果を奏
するために、キヤリア閉じ込め層の厚みは０．０４〜０
．５μｍ程度の厚さにする必要がある。概ね活性層内に
おけるレーザ光の波長程度の厚さ以内が好ましい。勿論
、最大の厚みは各層の屈折率に依存するが、前述のＣａ
ＡｌＡｓ系の半導体レーザ装置では０．３μｍ以下にす
ることがより好ましい。更に少なくとも活性層に対し、
レーザ光の進行方向と直交する側面により屈折禁が小さ
く且禁制帯幅が大なる半導体層を設け埋め込み層とする
のが好ましい。
ｌ．ｎ４となる様に構成する。屈折率のこの関係によつ
てレーザ光は活性層および光ガイド層に分布する様にな
り光出力の増大をはかることが可能となる。一方、活性
層３とこれに隣接するクラツド層１および光ガイド層２
の禁制帯幅Ｅｇ３、Ｅ８ｌ、Ｅ，２の各々の関係をＥｇ
３〈Ｅｇｌ、Ｅ，２となすことにより活性層内へのキヤ
リア閉じ込めを十分となす。この場合光ガイド層２と活
性層３の禁制帯幅の差は少なくとも０．１５ｅＶ以上必
要である。この禁制帯幅の差がこれより小さいと特にし
きい電流の温度特性が悪化し実用に供し得ない。キヤリ
ア閉じ込め層５の屈折率Ｎ５をＮ３〉Ｎ２〉Ｎ５とし、
禁制帯幅を光ガイド層２の禁制帯幅より大きくする。こ
の構造の利点は光を閉じ込める光ガイド層２の屈折率を
大きくして光分布の幅をより大きく取ることが出来るこ
とである。光ガイド層と活性層の禁制帯幅の差が小さく
なるのを禁制帯幅の大きなキャリア閉じ込め層５により
防止することとなる。ただしこの場合、活性層１よりの
光ガイド層４への光のしみ出しを十分としその効果を奏
するために、キヤリア閉じ込め層の厚みは０．０４〜０
．５μｍ程度の厚さにする必要がある。概ね活性層内に
おけるレーザ光の波長程度の厚さ以内が好ましい。勿論
、最大の厚みは各層の屈折率に依存するが、前述のＣａ
ＡｌＡｓ系の半導体レーザ装置では０．３μｍ以下にす
ることがより好ましい。更に少なくとも活性層に対し、
レーザ光の進行方向と直交する側面により屈折禁が小さ
く且禁制帯幅が大なる半導体層を設け埋め込み層とする
のが好ましい。
この構造は活性層に平行な方向のモードを制御するに有
用である。一般には基体上の上記積層構造を埋め込み層
で埋め込むのが得策である。次に現在最も広く応用され
ているＧａＡｌ−ＧａＡｌＡｓ系のダブルヘテロ構造の
半導体レーザ装置を例にとれば各半導体層は次の如く構
成される。
用である。一般には基体上の上記積層構造を埋め込み層
で埋め込むのが得策である。次に現在最も広く応用され
ているＧａＡｌ−ＧａＡｌＡｓ系のダブルヘテロ構造の
半導体レーザ装置を例にとれば各半導体層は次の如く構
成される。
第２図はＧａＡｌ−ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザ装置
の斜視図である。
の斜視図である。
ＧａＡｓ基板１０上にｎ−Ｇａｌ−ＶＡｌｖＡｓ（０．
２くＶく０．６）層４が形成されている。半導体層６は
埋め込み層なお、１１，１３は電極で一例として、１１
はＡｕ＋ＡｕＧｅＮｉｌｌ３はＣｒ＋Ａｕである。
２くＶく０．６）層４が形成されている。半導体層６は
埋め込み層なお、１１，１３は電極で一例として、１１
はＡｕ＋ＡｕＧｅＮｉｌｌ３はＣｒ＋Ａｕである。
活性層３およびクラツド層１，４は従来のダブルヘテロ
構造と同様の構成にすれば良い。各層の厚さは一般に活
性層３は０．０２μｍないし０．２μｍ１クラツド層１
，４は０．３μｍないし２．５μｍ程度の範囲で選択す
る。なお、クラツド層１，４の厚さは活性層および後述
する光ガイド層の厚さ程特性への影響は大きくない。活
性層３と第１のクラツド層の屈折率Ｎ３およびｎ１は実
用上その差が０．１８〜０．２２程度に設定される。光
ガイド層の設定方法について詳述する。光ガイド層２を
設けるに当つて、キャリアが有効に活性層３に閉じ込め
るために活性層３と光ガイド層２の禁制帯幅の差が０．
１５ｅＶ以上にすべきことは前述した。この制限から光
ガイド層２の屈折率Ｎ２の最大値が定められる。従つて
同時にＧａｌ−７．Ａｌ２Ａｓの混晶比Ｚの最小値が与
えられることとなる。
構造と同様の構成にすれば良い。各層の厚さは一般に活
性層３は０．０２μｍないし０．２μｍ１クラツド層１
，４は０．３μｍないし２．５μｍ程度の範囲で選択す
る。なお、クラツド層１，４の厚さは活性層および後述
する光ガイド層の厚さ程特性への影響は大きくない。活
性層３と第１のクラツド層の屈折率Ｎ３およびｎ１は実
用上その差が０．１８〜０．２２程度に設定される。光
ガイド層の設定方法について詳述する。光ガイド層２を
設けるに当つて、キャリアが有効に活性層３に閉じ込め
るために活性層３と光ガイド層２の禁制帯幅の差が０．
１５ｅＶ以上にすべきことは前述した。この制限から光
ガイド層２の屈折率Ｎ２の最大値が定められる。従つて
同時にＧａｌ−７．Ａｌ２Ａｓの混晶比Ｚの最小値が与
えられることとなる。
前述した（Ｎ３−ｎ１）が０．１８〜０．２２の実用的
な条件において（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ１）く０．
６の関係を誤差範囲内で満たす必要が生ずることとなる
。なお、前記活性層３と光ガイド層２の禁制帯幅の差は
０，２５ｅＶ以上とするのがより好ましい。この場合（
Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ２−ｎｌ）〈０．４の関係を誤差範
囲内で満たすこととなる。ところで活性層３と光ガイド
２との間の禁制帯幅の差を上述の如く制限しなければな
らない制約はキャリア閉じ込め層５の挿入によつて基本
的に除去し得る。
な条件において（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ１）く０．
６の関係を誤差範囲内で満たす必要が生ずることとなる
。なお、前記活性層３と光ガイド層２の禁制帯幅の差は
０，２５ｅＶ以上とするのがより好ましい。この場合（
Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ２−ｎｌ）〈０．４の関係を誤差範
囲内で満たすこととなる。ところで活性層３と光ガイド
２との間の禁制帯幅の差を上述の如く制限しなければな
らない制約はキャリア閉じ込め層５の挿入によつて基本
的に除去し得る。
次に光ガイド層２を設けたことの効果が認められるため
（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ１）の値を第３図ないし第
６図に示す曲線Ａｌ，ａ２，ａ３，ａ４より大なる範囲
に設定することが肝要である。
（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ１）の値を第３図ないし第
６図に示す曲線Ａｌ，ａ２，ａ３，ａ４より大なる範囲
に設定することが肝要である。
従つてキャリア閉じ込め層５を用いる場合、第３図〜第
６図の曲線ａ１〜Ａ４より大なる範囲の制限が実質的な
光ガイド層の制約となる。各図は光ガイド層の厚みＤ２
を２．０μＭｌｌ．ＯμＭｌＯ．６μＭｌＯ．４μｍと
した場合である。即ちＮ３とＮ２の差を大きく取りすぎ
ると実質的に光ガイド層２を設けないのと同様の構成と
なつてしまう。今、前述のＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系の
半導体レーザ装置の例でこの関係を示すと第１表の通り
である。
６図の曲線ａ１〜Ａ４より大なる範囲の制限が実質的な
光ガイド層の制約となる。各図は光ガイド層の厚みＤ２
を２．０μＭｌｌ．ＯμＭｌＯ．６μＭｌＯ．４μｍと
した場合である。即ちＮ３とＮ２の差を大きく取りすぎ
ると実質的に光ガイド層２を設けないのと同様の構成と
なつてしまう。今、前述のＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系の
半導体レーザ装置の例でこの関係を示すと第１表の通り
である。
活性層３の厚さＤ３、光ガイド層２の厚さＤ２をパラメ
ータとし、光ガイド層を設けたことの効果を生ぜしめる
に必要な（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３ｎｌ）の最小値および
これに対応するＸ２の最大値を示す。なお、欄中、上位
はＸ２の最大値、括弧内は（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ
１）の最小値を示す。
ータとし、光ガイド層を設けたことの効果を生ぜしめる
に必要な（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３ｎｌ）の最小値および
これに対応するＸ２の最大値を示す。なお、欄中、上位
はＸ２の最大値、括弧内は（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ
１）の最小値を示す。
またｘ１−０，３２、Ｘ３−０．０５とした。光ガイド
層は前述の（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ２−ｎ１）〈０．６の
条件と共に第３図ないし第６図に斜線で示した領域に設
定することが必要となる。なお、活性層が０．０２μｍ
以下のものは製造が実際上困難となる。また第３図ない
し第６図に格子状に斜線を施こした範囲に光ガイド層を
設けることがより好ましい。
層は前述の（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ２−ｎ１）〈０．６の
条件と共に第３図ないし第６図に斜線で示した領域に設
定することが必要となる。なお、活性層が０．０２μｍ
以下のものは製造が実際上困難となる。また第３図ない
し第６図に格子状に斜線を施こした範囲に光ガイド層を
設けることがより好ましい。
なお、光ガイド層の図示した以外の厚さのものに対して
は第３図ないし第６図より内挿し求められる範囲に各条
件を設定して十分である。
は第３図ないし第６図より内挿し求められる範囲に各条
件を設定して十分である。
更に前記４層の半導体層を所望のストライプ幅とし、レ
ーザ光の進行方向と直交する側面を別な組成の半導体層
６で埋め込むことはモード安定化に対し極めて好ましい
ものである。
ーザ光の進行方向と直交する側面を別な組成の半導体層
６で埋め込むことはモード安定化に対し極めて好ましい
ものである。
即ち、従来の活性層をクラツド層で挟んだ３層の積層の
ダブルヘテロ構造では、仮に埋め込み構造としても、活
性層の厚みにより、レーザ・モードを受ける有効屈折率
が大きく変化するので、モードが安定に存在するために
は、埋め込み層の屈折率がかなり低くとる必要があつた
。このため安定な基本モード発振を生ずるためにはスト
ライプ幅を〜１μｍ以下にしなければならず、当然のこ
とながら取り出し得る光出力は最大１０ｍＷ程度にとど
まつた。しかしながら、本発明の半導体レーザ装置では
、活性層に比較し厚さが大きい光ガイド層を設けている
ため、レーザ・モードの受ける実効屈折率は光ガイド層
のそれに近くなる。活性層の厚さが光ガイド層のそれに
比較し小さいため、前記実効屈折率への活性層厚みの影
響は極めて小さいものとなる。なお、実効屈折率はマク
スウエルの方程式を用いた導波路のモデルを用いて算定
される。一般的な方法は［１ｎｔｒ０ｄｕｃｔｉ０ｎｔ
００ｐｔｉｃａ１Ｅ１ｅｃｔｒ０ｎｉｃｓ」ＡｍｎＯｎ
Ｙａｒｉｘ著、ＨＯｌｔ） Ｒｉｎｅｈａｎｔ）Ｗｉｎ
ｓｔＯｎＩｎｃｌ発行（１９７１）等に紹介されている
。
ダブルヘテロ構造では、仮に埋め込み構造としても、活
性層の厚みにより、レーザ・モードを受ける有効屈折率
が大きく変化するので、モードが安定に存在するために
は、埋め込み層の屈折率がかなり低くとる必要があつた
。このため安定な基本モード発振を生ずるためにはスト
ライプ幅を〜１μｍ以下にしなければならず、当然のこ
とながら取り出し得る光出力は最大１０ｍＷ程度にとど
まつた。しかしながら、本発明の半導体レーザ装置では
、活性層に比較し厚さが大きい光ガイド層を設けている
ため、レーザ・モードの受ける実効屈折率は光ガイド層
のそれに近くなる。活性層の厚さが光ガイド層のそれに
比較し小さいため、前記実効屈折率への活性層厚みの影
響は極めて小さいものとなる。なお、実効屈折率はマク
スウエルの方程式を用いた導波路のモデルを用いて算定
される。一般的な方法は［１ｎｔｒ０ｄｕｃｔｉ０ｎｔ
００ｐｔｉｃａ１Ｅ１ｅｃｔｒ０ｎｉｃｓ」ＡｍｎＯｎ
Ｙａｒｉｘ著、ＨＯｌｔ） Ｒｉｎｅｈａｎｔ）Ｗｉｎ
ｓｔＯｎＩｎｃｌ発行（１９７１）等に紹介されている
。
このごとから埋め込み層の屈折率を光ガイド層の屈折率
の近くで制御することによつて、基本モード発振するス
トライプ幅を大きくすることが出来る。
の近くで制御することによつて、基本モード発振するス
トライプ幅を大きくすることが出来る。
一例として４〜５μｍにまで拡げることができる。さら
に光ガイド層によつて発振し得る垂直方向の高次モード
を、埋め込み層の屈折率を選択することによつて、発振
しないようにでき、垂直方向にも基本モード発振が安定
性良く得られる。なお、埋め込み層を用いない場合、基
本モード発振が得にくいものとなる。モードを特に問題
としなければ更に広いストライプ幅、例えば２０μｍ程
度も当然とり得る。また、結晶成長用基板に積層半導体
層の各半導体層を連結液相成長することが可能であり、
極めて製造方法が容易である。
に光ガイド層によつて発振し得る垂直方向の高次モード
を、埋め込み層の屈折率を選択することによつて、発振
しないようにでき、垂直方向にも基本モード発振が安定
性良く得られる。なお、埋め込み層を用いない場合、基
本モード発振が得にくいものとなる。モードを特に問題
としなければ更に広いストライプ幅、例えば２０μｍ程
度も当然とり得る。また、結晶成長用基板に積層半導体
層の各半導体層を連結液相成長することが可能であり、
極めて製造方法が容易である。
このことは一般的な特性の安定をもたらすものである。
実施例 １ 第２図を用いて説明する。
実施例 １ 第２図を用いて説明する。
ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上部に、ｎ型Ｇａｌ−ＸＡｌｘ
Ａｓ（０．２〈Ｘ〈０．６）層１（Ｓｎドープ、キヤリ
ア濃度５×１０１７？−３）、ｎ型−Ｇａｌ−ＹＡＩｙ
Ａｓ（０．１〈ｙ〈０．５）層２（Ｓｎドープ、キヤリ
ア濃度５×１０１７ｃＴｒＬ−３）、ｎ型−Ｇａｌ−２
Ａ１ｉＡＳ（０，１〈Ｚく０．５）層５（Ｓｎドープ、
キヤリア濃度５×１０１７Ｃ！！Ｌ−３ ）、Ｇａｌ−
（ｌ）ＡｌＣＩ）ＡＳ（０〈ωく０．２）層３（アンド
ープ、キャリァ濃度１×１０１７（１１７７１−３）Ｐ
型−Ｇａｌ−ＶＡｌｖＡｓ（０．２〈Ｖ＜０．６）層４
（Ｇｅドープ、キヤリア濃度１×１０１８？−３）を周
知のスライドボートを用いた液相成長法にて連続的に成
長する。
Ａｓ（０．２〈Ｘ〈０．６）層１（Ｓｎドープ、キヤリ
ア濃度５×１０１７？−３）、ｎ型−Ｇａｌ−ＹＡＩｙ
Ａｓ（０．１〈ｙ〈０．５）層２（Ｓｎドープ、キヤリ
ア濃度５×１０１７ｃＴｒＬ−３）、ｎ型−Ｇａｌ−２
Ａ１ｉＡＳ（０，１〈Ｚく０．５）層５（Ｓｎドープ、
キヤリア濃度５×１０１７Ｃ！！Ｌ−３ ）、Ｇａｌ−
（ｌ）ＡｌＣＩ）ＡＳ（０〈ωく０．２）層３（アンド
ープ、キャリァ濃度１×１０１７（１１７７１−３）Ｐ
型−Ｇａｌ−ＶＡｌｖＡｓ（０．２〈Ｖ＜０．６）層４
（Ｇｅドープ、キヤリア濃度１×１０１８？−３）を周
知のスライドボートを用いた液相成長法にて連続的に成
長する。
前述した各層の屈折率および禁制帯幅の関係を満たすた
め、ｘ＞Ｙ．ｚ＞ｙ、Ｚ〉ω、Ｖ〉ω、Ｖ＞ｙの関係に
選定される。試作した半導体レーザ装置の具体的構成は
第２表の通りである。次いで半導体層４の表面にストラ
イプ幅３μｍのストライプ状のマスクを形成する。
め、ｘ＞Ｙ．ｚ＞ｙ、Ｚ〉ω、Ｖ〉ω、Ｖ＞ｙの関係に
選定される。試作した半導体レーザ装置の具体的構成は
第２表の通りである。次いで半導体層４の表面にストラ
イプ幅３μｍのストライプ状のマスクを形成する。
エツチング液によつて半導体基板１０の面が露出する迄
エツチングする。
エツチングする。
ストライプ幅は一般に１．０μｍ〜５．０μｍの範囲に
設定される。メサ状のストライプ部分以外の上に周知の
液相成長法によりＧａｌ−ＵＡｌ′ＵＡｓ層を成長させ
る。
設定される。メサ状のストライプ部分以外の上に周知の
液相成長法によりＧａｌ−ＵＡｌ′ＵＡｓ層を成長させ
る。
ここで、ストライプ部分に光分布を閉じ込めるために、
ｕ〉ωとする。その後ＳｉＯ２膜１２をＣＶＤ法によつ
て厚さ３０００λに形成する。
ｕ〉ωとする。その後ＳｉＯ２膜１２をＣＶＤ法によつ
て厚さ３０００λに形成する。
通常のフオトレジストを用いたフオトリソグラフ技術に
よつて、上記半導体層の積層構造の上部に対応する領域
を幅３μｍのストライプ状に選択的に除去する。ｐ側電
極１３としてＣｒ＋Ａｕ．ｎ側電極１１としてＡｕ＋Ａ
ｕＧｅＮｉを蒸着する。半導体レーザ装置の相対する端
面をへき開し相互に平行な共振反射面を形成する。以上
により、しきい電流値１０〜４０ｍＡ１最大光出力６０
〜１００ｍＷ、微分量子効率４０〜７０％の特性が得ら
れた。
よつて、上記半導体層の積層構造の上部に対応する領域
を幅３μｍのストライプ状に選択的に除去する。ｐ側電
極１３としてＣｒ＋Ａｕ．ｎ側電極１１としてＡｕ＋Ａ
ｕＧｅＮｉを蒸着する。半導体レーザ装置の相対する端
面をへき開し相互に平行な共振反射面を形成する。以上
により、しきい電流値１０〜４０ｍＡ１最大光出力６０
〜１００ｍＷ、微分量子効率４０〜７０％の特性が得ら
れた。
この装置を室温において連続動作させたときの注入電流
（ＭＡ）対レーザ出力（ＭＷ）の特性図例を示せば第７
図のごとくである。
（ＭＡ）対レーザ出力（ＭＷ）の特性図例を示せば第７
図のごとくである。
曲線Ａは第１表に示す例の装置（試料ｆ）．１）の特性
である。曲線Ｂは本発明の如き光ガイド層４を設けない
従来型の埋め込み型ダブルヘテロ構造とした場合の半導
体レーザ装置の特性である。曲線の端部に矢印で示した
のは半導体レーザ装置の破壊を示すものである。この比
較例にみられる如く本発明は約７倍の光出力を可能とす
る。以上の説明ではＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系の半導体
レーザ装置について説明したが、本発明は原理説明で明
らかな様に特に材料に限定されるものでない。
である。曲線Ｂは本発明の如き光ガイド層４を設けない
従来型の埋め込み型ダブルヘテロ構造とした場合の半導
体レーザ装置の特性である。曲線の端部に矢印で示した
のは半導体レーザ装置の破壊を示すものである。この比
較例にみられる如く本発明は約７倍の光出力を可能とす
る。以上の説明ではＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系の半導体
レーザ装置について説明したが、本発明は原理説明で明
らかな様に特に材料に限定されるものでない。
また、以上の実施例ではキヤリア閉じ込め層５および光
ガイド層２を活性層３とｎ形クラツド層１との間に挿入
したが、活性層とｐ形クラツド層との間に挿入しても良
い。
ガイド層２を活性層３とｎ形クラツド層１との間に挿入
したが、活性層とｐ形クラツド層との間に挿入しても良
い。
この場合、活性層に接してキャリア閉じ込め層を設ける
ことはいうまでもない。この他に、ＩｎＰ−１ｎＧａＡ
ｓＰ系、ＩｎＧａＰ−ＧａＡｌＡｓ系、ＧａＡｌＳｂ−
ＧａＡｌｓｂＡｓ系などに適用できることはいうまでも
ない。
ことはいうまでもない。この他に、ＩｎＰ−１ｎＧａＡ
ｓＰ系、ＩｎＧａＰ−ＧａＡｌＡｓ系、ＧａＡｌＳｂ−
ＧａＡｌｓｂＡｓ系などに適用できることはいうまでも
ない。
第１図は本発明の半導体レーザ装置の光とじ込めのため
の構造およびその屈折率分布を示す説明図、第２図は本
発明の半導体レーザ装置の実施例を示す斜視図、第３図
から第６図までは光ガイド層を設ける際に設定すべき屈
折率の相互関係（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ１）と活性
層の厚みの関係を示す図、第７図は本発明の半導体レー
ザ装置の電流対光出力の関係を示す図である。 図中の符号、１：クラツド層、２：光ガイド層、３：活
性層、４：クラ，ツド層、５：キヤリア閉じ込め層、６
：埋め込み層、１０：基板、１１，１３：電極、１２：
絶縁層、７，８：結晶端面。
の構造およびその屈折率分布を示す説明図、第２図は本
発明の半導体レーザ装置の実施例を示す斜視図、第３図
から第６図までは光ガイド層を設ける際に設定すべき屈
折率の相互関係（Ｎ２−ｎ１）／（Ｎ３−ｎ１）と活性
層の厚みの関係を示す図、第７図は本発明の半導体レー
ザ装置の電流対光出力の関係を示す図である。 図中の符号、１：クラツド層、２：光ガイド層、３：活
性層、４：クラ，ツド層、５：キヤリア閉じ込め層、６
：埋め込み層、１０：基板、１１，１３：電極、１２：
絶縁層、７，８：結晶端面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定の半導体基体上に少なくとも第１、第２第６、
第３、および第４の半導体層が積層され、前記第２の半
導体層は前記第３の半導体層に比較し相対的に屈折率が
少さく、前記第１および第４の半導体層はこれら第２お
よび第３の両半導体層に比較し相対的に屈折率が小さく
且互いに反対導電型を有し、前記第４および第２の半導
体層の禁制帯幅が前記第３の半導体層のそれに比較し相
対的に大きく、前記第６の半導体層の禁制帯輻が前記第
２、第３の禁制帯輻より大きく、前記第６の半導体層の
厚みが前記第３の半導体層内における当該レーザ光の波
長以内の厚さとなし、第３の半導体層と第６の半導体層
との禁制帯幅の差が０．１５ｅＶ以上であることを特徴
とする半導体レーザ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記第６の半導体層の厚みが０．３μｍ以下とな
すことを特徴とする半導体レーザ装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体レー
ザ装置において、少なくとも前記第２、第３、および第
４の半導体層のレーザ光の進行方向と平行な側面が第５
の半導体層で埋め込まれ、第５の半導体層の屈折率が少
なくとも第３の半導体層のそれより小さく、第５の半導
体層の禁制帯幅が少なくとも第３の半導体層のそれより
大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。 ４ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体レー
ザ装置において、前記第１、第２、第３、および第４の
半導体層のレーザ光の進行方向と平行な側面が第５の半
導体層で埋め込まれ、第５の半導体層の屈折率が少なく
とも第３の半導体層のそれより小さく、第５の半導体層
の禁制帯幅が少なくとも第３の半導体層のそれより大き
いことを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9530681A JPS596079B2 (ja) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9530681A JPS596079B2 (ja) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | 半導体レ−ザ装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11467678A Division JPS5541741A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Semiconductor laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57145389A JPS57145389A (en) | 1982-09-08 |
| JPS596079B2 true JPS596079B2 (ja) | 1984-02-08 |
Family
ID=14134075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9530681A Expired JPS596079B2 (ja) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS596079B2 (ja) |
-
1981
- 1981-06-22 JP JP9530681A patent/JPS596079B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57145389A (en) | 1982-09-08 |
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