JPS5980984A - 面発光分布帰還形半導体レ−ザ素子 - Google Patents
面発光分布帰還形半導体レ−ザ素子Info
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- JPS5980984A JPS5980984A JP57190863A JP19086382A JPS5980984A JP S5980984 A JPS5980984 A JP S5980984A JP 57190863 A JP57190863 A JP 57190863A JP 19086382 A JP19086382 A JP 19086382A JP S5980984 A JPS5980984 A JP S5980984A
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- Japan
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- light guide
- guide layer
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- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- 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
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
-
- 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
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はレーザ光を半導体積層構造体の表面よシ取シ出
す構造の分布帰還形半導体レーザ素子に関するものであ
る。
す構造の分布帰還形半導体レーザ素子に関するものであ
る。
半導体レーザ素子は小形、高効率、電流による直接変調
が可能である等、他のレーザにない優れた特徴を有して
いるため、光通信や光デイスク用ピックアップの光源と
して応用が進められている。
が可能である等、他のレーザにない優れた特徴を有して
いるため、光通信や光デイスク用ピックアップの光源と
して応用が進められている。
しかしながら、従来の半導体レーザは、ダブルへテロ構
造結晶体の断面から光を取シ出す構造となっているため
、出射されるレーザ光は通常１０〜３０度の広がりをも
っている。したがって、このように広がったレーザ光を
効率良く集光したシ、他の光学系に結合する場合には、
開口角の大きなレンズを半導体レーザ素子の端部に近接
させて設置しなくてはならないという欠点があった。
造結晶体の断面から光を取シ出す構造となっているため
、出射されるレーザ光は通常１０〜３０度の広がりをも
っている。したがって、このように広がったレーザ光を
効率良く集光したシ、他の光学系に結合する場合には、
開口角の大きなレンズを半導体レーザ素子の端部に近接
させて設置しなくてはならないという欠点があった。
本発明は上記のような従来の半導体素子の欠点を解決し
、出射されるレーザ光の広がυ角の小さな半導体レーザ
素子を得る構造を提供するものである。
、出射されるレーザ光の広がυ角の小さな半導体レーザ
素子を得る構造を提供するものである。
上記目的のために、本発明では以下のような構造を用い
る。
る。
まず、ｐ形半導体基板上にｐ形りラッド層、活性層、ｎ
形光ガイド層を連続的に形成し、該光ガイド層表面に光
の進行方向に直角方向に周期的凹凸（回折格子）を形成
する。なお、光ガイド層は活性層と比較し、屈折率が／
ＪＳさく且禁制帯幅が太なる半導体層を用いるものであ
る。なお、光ガイド層はクラッド層と比較しては屈折率
が大きく設定される。キャリアは活性層内にとじ込めら
れ、一方７オトンは活性層よシ光ガイド層にまで分布す
る。この回折格子の周期Ａは次式のような条件を満足す
るように設定する。
形光ガイド層を連続的に形成し、該光ガイド層表面に光
の進行方向に直角方向に周期的凹凸（回折格子）を形成
する。なお、光ガイド層は活性層と比較し、屈折率が／
ＪＳさく且禁制帯幅が太なる半導体層を用いるものであ
る。なお、光ガイド層はクラッド層と比較しては屈折率
が大きく設定される。キャリアは活性層内にとじ込めら
れ、一方７オトンは活性層よシ光ガイド層にまで分布す
る。この回折格子の周期Ａは次式のような条件を満足す
るように設定する。
ただしく１）式でｔは回折の次数で、本発明ではｔ＝２
．４．６・・・・・・の整数次のものを用いる。λはレ
ーザの真空中における発振波長、ｎ、ｆｆは共振器の実
効屈折率である。高い回折効率を得るためには、回折格
子の周期として低次のものを用いるのが望ましい。すな
わちｔ＝２として、 λ 。。ｆｆ ””“°−°（２）とする
。
．４．６・・・・・・の整数次のものを用いる。λはレ
ーザの真空中における発振波長、ｎ、ｆｆは共振器の実
効屈折率である。高い回折効率を得るためには、回折格
子の周期として低次のものを用いるのが望ましい。すな
わちｔ＝２として、 λ 。。ｆｆ ””“°−°（２）とする
。
つぎに光の進行方向に沿ったストライプ状の領域を残し
て、他の部分を活性層に至らない深さにエツチングし、
この上に少なくともｎ形りラッド層を成長する。また、
表面電極の一部にレーザ光を取シ出す窓を設け、回折格
子によって活性層平面に対し直角方向に回折されたレー
ザ光を、表面側に取シ出す構造とする。
て、他の部分を活性層に至らない深さにエツチングし、
この上に少なくともｎ形りラッド層を成長する。また、
表面電極の一部にレーザ光を取シ出す窓を設け、回折格
子によって活性層平面に対し直角方向に回折されたレー
ザ光を、表面側に取シ出す構造とする。
本構造においては、レーザ光は主として活性層および光
ガイド層を中心に分布するが、一部は両側のり２ツド、
層へしみ出している。したがって、活性層に沿って光が
伝播するときに、光ガイド層とｎ形り２ツド層との界面
に存在する回折格子は効率良く元弁振器として働き、単
一軸モードで発振が起こる。
ガイド層を中心に分布するが、一部は両側のり２ツド、
層へしみ出している。したがって、活性層に沿って光が
伝播するときに、光ガイド層とｎ形り２ツド層との界面
に存在する回折格子は効率良く元弁振器として働き、単
一軸モードで発振が起こる。
光ガイド層の厚さはストライプ状の活性領域とその外側
の領域で異なっておシ、実効屈折率が中央部で高く、両
側で低くなっている。従って、活性層に対して平行方向
にも光のガイド効果が生じ、レーザの横モードが制御さ
れて、基本モードで安定に発振する。
の領域で異なっておシ、実効屈折率が中央部で高く、両
側で低くなっている。従って、活性層に対して平行方向
にも光のガイド効果が生じ、レーザの横モードが制御さ
れて、基本モードで安定に発振する。
本構造においては、活性層に接する半導体層が一方は光
ガイド層であるため、反対側のクラッド層に比べて障壁
電位が低くなっている。しかし、光ガイド層ｆｎ形半導
体とし、電子に比べて拡散距離の短かいホールに対する
障壁を構成する構造としているため、注入されたキャリ
°１のリークが小さく、シたがってレーザ発振のしきい
電流値を低くできる。
ガイド層であるため、反対側のクラッド層に比べて障壁
電位が低くなっている。しかし、光ガイド層ｆｎ形半導
体とし、電子に比べて拡散距離の短かいホールに対する
障壁を構成する構造としているため、注入されたキャリ
°１のリークが小さく、シたがってレーザ発振のしきい
電流値を低くできる。
また、本構造では元ガイド層に沿って形成する回折格子
の周期を基本周期の整数倍としているため、光ガイド層
に対し垂直方向にもレーザ光が回折され、表面に形成し
た窓からレーザ光が出射される。この窓の大きさを数μ
ｍ〜士数μｍ程度にしておくと、窓から出射されるレー
ザ光の広がｐ角を従来の端面出射形のレーザに比べて小
さくでき、方向性の良いレーザビームを得ることができ
る。出射されるレーザビームの広がシ角θはおよここで
、λはレーザの波長、ｄは窓の直径である。λ！８３０
０人、ｄ＝１０μｍのとき、出射角θは約５°となる。
の周期を基本周期の整数倍としているため、光ガイド層
に対し垂直方向にもレーザ光が回折され、表面に形成し
た窓からレーザ光が出射される。この窓の大きさを数μ
ｍ〜士数μｍ程度にしておくと、窓から出射されるレー
ザ光の広がｐ角を従来の端面出射形のレーザに比べて小
さくでき、方向性の良いレーザビームを得ることができ
る。出射されるレーザビームの広がシ角θはおよここで
、λはレーザの波長、ｄは窓の直径である。λ！８３０
０人、ｄ＝１０μｍのとき、出射角θは約５°となる。
以上のように、本発明によれば、発振しきい電流値が低
く横基本モード、軸単−モードで安定に発振し、かつ出
射されるレーザビームの広がり角が小さい高性能の面発
光分布帰還形半導体レーザ素子が得られる。
く横基本モード、軸単−モードで安定に発振し、かつ出
射されるレーザビームの広がり角が小さい高性能の面発
光分布帰還形半導体レーザ素子が得られる。
以下、本発明の実施例を第１図、第２図を用いて説明す
る。
る。
第１図は本発明の面発光分布帰還形半導体レーザ素子の
光の進行方向に平行な方向の断面図、第２図は同実施例
の元の進行方向に対し垂直な方向の断面図である。ｌは
ｐ形Ｇ ａ Ａ Ｓ基板（Ｚｎドープ、ｐ〜ＩＸ１０１
ｇ）で、この上に、液相成長法によってｐ形Ｇａ０，６
Ａｔ６．４ Ａ Ｓクラッド層２ （Ｚｎドープ、ｐ
〜５ Ｘ １０” （ｍ−’＋厚さ２ｉｔｍ）、アン
ドブＧａｏ、５ｓＡｔｏ、ｏｓＡｓ活性層３（厚さ約０
．０８μｍ）ｎ形Ｇ ａＯ１７８Ａｔｏ、＊ｓＡ Ｓ光
ガイド層４ （Ｓｆｌドープ、ｎ 〜５ Ｘ １０”ｃ
ｍ−３、厚さ０．８μｍ）を連続的に形成した。つぎに
表面にＡＺ−１３５０ホトレジスト（シソプレイ社製）
を、約７００人の厚さに塗布し、Ｈｅ−Ｃｄレーザを用
いたホログラフィックな露光法を用いて周期Ａ＝２４０
０人の回折格子用エツチングマスクを製作し、リン酸、
過酸化水素、エチレングリコール系のエッチャントを用
いて、凹凸深さ約１０００人の回折格子（５）を全面に
形成した。つぎにホトリックラフイによって幅４μｍの
ストライプ状エツチングマスクを形成し、ストライプ領
域６を除いて残シの領域を０．３μｍエツチングした（
第２図参照）。つぎに有機金属熱分解成長法ニヨッテ、
表面上にｎ −Ｇａｏ、ｓ Ａｔｏ、４Ａ ｓクラッド
層７ （Ｓｅドープ、ｎ〜５×１０１７ｃｒｎ−３、厚
さ２．ｕｍ）、ｎ −Ｇａ（１４Ａｔｏ、２ Ａ Ｓ透
明キャップ層８（Ｓｅドープ、ｎ 〜５ Ｘ １０”ｃ
ｍ−３、厚さ１μｍ）を成長した。ストライプ領域６に
効率良く電流を流すために、ストライプの上部を除いた
残シの領域９にｚｎを選択拡散し、電流狭窄構造を形成
した。つぎに、ストライプ上部領域の一部に２０×２０
μｍ２のレーザ光出射窓１０を形成し、残シの表面には
ｎ電極１１、裏面にはｐ電極１２を形成した。最後にス
クライプを行って面発光分布帰還形半導体レーザチップ
を作製した。
光の進行方向に平行な方向の断面図、第２図は同実施例
の元の進行方向に対し垂直な方向の断面図である。ｌは
ｐ形Ｇ ａ Ａ Ｓ基板（Ｚｎドープ、ｐ〜ＩＸ１０１
ｇ）で、この上に、液相成長法によってｐ形Ｇａ０，６
Ａｔ６．４ Ａ Ｓクラッド層２ （Ｚｎドープ、ｐ
〜５ Ｘ １０” （ｍ−’＋厚さ２ｉｔｍ）、アン
ドブＧａｏ、５ｓＡｔｏ、ｏｓＡｓ活性層３（厚さ約０
．０８μｍ）ｎ形Ｇ ａＯ１７８Ａｔｏ、＊ｓＡ Ｓ光
ガイド層４ （Ｓｆｌドープ、ｎ 〜５ Ｘ １０”ｃ
ｍ−３、厚さ０．８μｍ）を連続的に形成した。つぎに
表面にＡＺ−１３５０ホトレジスト（シソプレイ社製）
を、約７００人の厚さに塗布し、Ｈｅ−Ｃｄレーザを用
いたホログラフィックな露光法を用いて周期Ａ＝２４０
０人の回折格子用エツチングマスクを製作し、リン酸、
過酸化水素、エチレングリコール系のエッチャントを用
いて、凹凸深さ約１０００人の回折格子（５）を全面に
形成した。つぎにホトリックラフイによって幅４μｍの
ストライプ状エツチングマスクを形成し、ストライプ領
域６を除いて残シの領域を０．３μｍエツチングした（
第２図参照）。つぎに有機金属熱分解成長法ニヨッテ、
表面上にｎ −Ｇａｏ、ｓ Ａｔｏ、４Ａ ｓクラッド
層７ （Ｓｅドープ、ｎ〜５×１０１７ｃｒｎ−３、厚
さ２．ｕｍ）、ｎ −Ｇａ（１４Ａｔｏ、２ Ａ Ｓ透
明キャップ層８（Ｓｅドープ、ｎ 〜５ Ｘ １０”ｃ
ｍ−３、厚さ１μｍ）を成長した。ストライプ領域６に
効率良く電流を流すために、ストライプの上部を除いた
残シの領域９にｚｎを選択拡散し、電流狭窄構造を形成
した。つぎに、ストライプ上部領域の一部に２０×２０
μｍ２のレーザ光出射窓１０を形成し、残シの表面には
ｎ電極１１、裏面にはｐ電極１２を形成した。最後にス
クライプを行って面発光分布帰還形半導体レーザチップ
を作製した。
本レーザはしきい電流値１２０ｍＡ、波長８３００人、
横基本、軸単−モードで安定に発振し、表面レーザ出射
窓からは、ビーム広がυ角７°×３°の方向性の良いレ
ーザ光が得られた。
横基本、軸単−モードで安定に発振し、表面レーザ出射
窓からは、ビーム広がυ角７°×３°の方向性の良いレ
ーザ光が得られた。
以上述べたように、本発明によれば発振しきい電流値が
小さく、横基本、軸単−モードで安定に発撮し、かつ方
向性の良いレーザビームが得られる面発光分布帰還形半
導体レーザ素子の作成が可能になれる。また、本発明の
ような軸モードが制御された半導体レーザ素子において
は、従来のファプリーベロー形レーザで問題になってい
る、軸モード不安定性によって生ずる光ノイズ等の小さ
い高品質なレーザ光が得られる。
小さく、横基本、軸単−モードで安定に発撮し、かつ方
向性の良いレーザビームが得られる面発光分布帰還形半
導体レーザ素子の作成が可能になれる。また、本発明の
ような軸モードが制御された半導体レーザ素子において
は、従来のファプリーベロー形レーザで問題になってい
る、軸モード不安定性によって生ずる光ノイズ等の小さ
い高品質なレーザ光が得られる。
また、本発明はＧａＡｔ５系半導体レーザに限られず、
他の系、例えばＩｎＧａＡａＰ系等化合物半導体を用い
たレーザへの応用も可能で、その技術的効果は大である
。
他の系、例えばＩｎＧａＡａＰ系等化合物半導体を用い
たレーザへの応用も可能で、その技術的効果は大である
。
第１図は本発明の面発光分布帰還形半導体レーザの光の
進行方向に沿った断面図、第２図は光の進行方向に直角
な方向の断面図である。 １ ・ｌ）形ＧａＡＳ基板、２ ・Ｐ形Ｇａｏ、ａ Ａ
ｔｏ、ａ Ａｓクラッド層、３・・・アンドープＧａｏ
、５ｓＡｔｏ、ｏｓＡｓ活性層４・・・ｎ形Ｇａ０．７
５ Ａｔｏ、ｚｓ Ａ Ｓ光ガイド層、５・・・回折格
子、７・・・ｎ形Ｇａ６．ｓ ｋｌｏ、ａ Ａｓクラッ
ド層、１０・・・４３
進行方向に沿った断面図、第２図は光の進行方向に直角
な方向の断面図である。 １ ・ｌ）形ＧａＡＳ基板、２ ・Ｐ形Ｇａｏ、ａ Ａ
ｔｏ、ａ Ａｓクラッド層、３・・・アンドープＧａｏ
、５ｓＡｔｏ、ｏｓＡｓ活性層４・・・ｎ形Ｇａ０．７
５ Ａｔｏ、ｚｓ Ａ Ｓ光ガイド層、５・・・回折格
子、７・・・ｎ形Ｇａ６．ｓ ｋｌｏ、ａ Ａｓクラッ
ド層、１０・・・４３
Claims (1)
- ｐ形半導体基板上にｐ形りラッド層、活性層、ｎ形光ガ
イド層を連続的に形成し、該光ガイド層表面に周期的凹
凸を形成し、光の進行方向に沿ったストライプ状の領域
を残して、他の部分を活性層に至らない深さに三ツチン
グし、この上に少なくともｎ形りラッド層を成長し、表
面電極の一部に窓をあけて、レーザ光を結晶積層体の表
面側に取シ出すことを特徴とする面発光分布帰還形半導
体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57190863A JPS5980984A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | 面発光分布帰還形半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57190863A JPS5980984A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | 面発光分布帰還形半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5980984A true JPS5980984A (ja) | 1984-05-10 |
Family
ID=16265017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57190863A Pending JPS5980984A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | 面発光分布帰還形半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5980984A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0114109A2 (en) * | 1983-01-14 | 1984-07-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser device and method for manufacturing the same |
| EP0288224A2 (en) * | 1987-04-23 | 1988-10-26 | Sony Corporation | Semiconductor laser devices |
| US4807245A (en) * | 1986-07-28 | 1989-02-21 | Sony Corp. | Distributed-feedback type semiconductor laser |
| JPS6489491A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Hitachi Ltd | Surface luminous semiconductor laser |
| US4896331A (en) * | 1987-03-30 | 1990-01-23 | Sony Corporation | Distributed feedback semiconductor laser |
-
1982
- 1982-11-01 JP JP57190863A patent/JPS5980984A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0114109A2 (en) * | 1983-01-14 | 1984-07-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser device and method for manufacturing the same |
| EP0114109A3 (en) * | 1983-01-14 | 1987-05-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser device and method for manufacturing the same |
| US4807245A (en) * | 1986-07-28 | 1989-02-21 | Sony Corp. | Distributed-feedback type semiconductor laser |
| US4896331A (en) * | 1987-03-30 | 1990-01-23 | Sony Corporation | Distributed feedback semiconductor laser |
| EP0288224A2 (en) * | 1987-04-23 | 1988-10-26 | Sony Corporation | Semiconductor laser devices |
| JPS6489491A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Hitachi Ltd | Surface luminous semiconductor laser |
| US4894835A (en) * | 1987-09-30 | 1990-01-16 | Hitachi, Ltd. | Surface emitting type semiconductor laser |
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