JPS5994485A - 半導体レ−ザ−装置 - Google Patents
半導体レ−ザ−装置Info
- Publication number
- JPS5994485A JPS5994485A JP19768983A JP19768983A JPS5994485A JP S5994485 A JPS5994485 A JP S5994485A JP 19768983 A JP19768983 A JP 19768983A JP 19768983 A JP19768983 A JP 19768983A JP S5994485 A JPS5994485 A JP S5994485A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- electrode
- layers
- refractive index
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体レーザに関し、さらに詳述すれば、半
導体レーザの横モード安定化が容易に実現され、かつ効
率の高い半導体レーザを実現する構造に係る。
導体レーザの横モード安定化が容易に実現され、かつ効
率の高い半導体レーザを実現する構造に係る。
半導体レーザは近年、光通信システムにおける光信号源
として不可欠な素子となっている。この様な常温で効率
よく動作できる半導体レーザは、周知のようにダブルへ
テロ構造が採用されている。
として不可欠な素子となっている。この様な常温で効率
よく動作できる半導体レーザは、周知のようにダブルへ
テロ構造が採用されている。
現在開発の最も進んでいるのは、ＧａＡｓ −ＧａＡＪ
Ａｓダブルへテロレーザ（以下ＤＨレーザと略称する）
である。
Ａｓダブルへテロレーザ（以下ＤＨレーザと略称する）
である。
とのレーザは、一般に活性層のＸ方向（横方向）に対し
てはキャリアおよび光の閉じ込め構造となっていない。
てはキャリアおよび光の閉じ込め構造となっていない。
従って、通電によシ生ずる些かな屈折率分布および光の
利得分布によシＸ方向の発振姿態（モード）が決る。こ
の様な、屈折率分布や光の利得分布は、励起電流や温度
の変化によシ著しく変化し、層の厚さなど素子の形状等
によっても異なるので、通常発振モードは非常に不規則
な変動を示し再現性が無い。この様表横モードの不安定
性は、励起電流とレーザ出力の直線性を悪化させ、パル
ス状電流によシ変調を行なった場合、レーザ出力に不安
定な変動を生じ信号対雑音比（一般にＳ／Ｎ比）を劣化
させる。
利得分布によシＸ方向の発振姿態（モード）が決る。こ
の様な、屈折率分布や光の利得分布は、励起電流や温度
の変化によシ著しく変化し、層の厚さなど素子の形状等
によっても異なるので、通常発振モードは非常に不規則
な変動を示し再現性が無い。この様表横モードの不安定
性は、励起電流とレーザ出力の直線性を悪化させ、パル
ス状電流によシ変調を行なった場合、レーザ出力に不安
定な変動を生じ信号対雑音比（一般にＳ／Ｎ比）を劣化
させる。
このＤＨレーザにおいて、活性層に平行なモードの制御
を行なう次の如き提案がある。即ちストライプ（帯状の
良導電帯領域で化合物半導体層に選択的に不純物をドー
プさせて形成される。また金属層で形成されである場合
もある）の両側に対応する活性層の両側の人／、Ｇａ１
−ｘＡｓ層の厚みをたとえば１μｍ以下に薄くして、縦
方向の光分布（光のしみ出しとも云う）の裾を吸収層（
一般に四部を有するクラ、ド層の厚い部分）に掛るよう
にして、意図的に横方向での損失を増加させ、横モード
の拡がシおよび高次モードの発振を防止するものである
。
を行なう次の如き提案がある。即ちストライプ（帯状の
良導電帯領域で化合物半導体層に選択的に不純物をドー
プさせて形成される。また金属層で形成されである場合
もある）の両側に対応する活性層の両側の人／、Ｇａ１
−ｘＡｓ層の厚みをたとえば１μｍ以下に薄くして、縦
方向の光分布（光のしみ出しとも云う）の裾を吸収層（
一般に四部を有するクラ、ド層の厚い部分）に掛るよう
にして、意図的に横方向での損失を増加させ、横モード
の拡がシおよび高次モードの発振を防止するものである
。
しかし、この提案にも実用上難点が大きい。即ち、基板
などに予め精密な寸法の凹部を形成した後、凹部外には
極く薄くなる様にして、なおかつ、この四部上をも含め
て活性層を一様に平坦になるように結晶成長を行なう必
要があシ、゛現在のプロセス技術の限界を超える精度を
要求するものとされる。
などに予め精密な寸法の凹部を形成した後、凹部外には
極く薄くなる様にして、なおかつ、この四部上をも含め
て活性層を一様に平坦になるように結晶成長を行なう必
要があシ、゛現在のプロセス技術の限界を超える精度を
要求するものとされる。
本発明の目的は、上記欠点を除去して、製造の容易な、
かつ、電気的光学的特性の良好で横モードが安定した半
導体レーザを提供することにある。
かつ、電気的光学的特性の良好で横モードが安定した半
導体レーザを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の構成は、レーザ光の
縦方向の光分布幅内に含まれる半導体結晶層の数が、ス
トライプ電極の両側部と中心部とで異なって形成させる
ものである。一般には両側部が中心部よシ多く外るよう
窪味を持たせて、〃・つ実効屈折率が小さくなるように
クラッド層を形成させてなる。
縦方向の光分布幅内に含まれる半導体結晶層の数が、ス
トライプ電極の両側部と中心部とで異なって形成させる
ものである。一般には両側部が中心部よシ多く外るよう
窪味を持たせて、〃・つ実効屈折率が小さくなるように
クラッド層を形成させてなる。
本発明は上記構成になるので、ストライプ両側に対応す
る領域では光分布が、掛る層全体を含めた実効屈折率が
小さく構成され、ストライプ中心部に対応する活性領域
の実効屈折率は高い。従って、屈折率差による実質的な
光導波路が形成される。この導波路は、層の厚さや形状
に殆んど依存せず、実効屈折率差のみによって形成され
るので、製造が容易である利点を有する。以下実施例を
用いて詳細に説明する。
る領域では光分布が、掛る層全体を含めた実効屈折率が
小さく構成され、ストライプ中心部に対応する活性領域
の実効屈折率は高い。従って、屈折率差による実質的な
光導波路が形成される。この導波路は、層の厚さや形状
に殆んど依存せず、実効屈折率差のみによって形成され
るので、製造が容易である利点を有する。以下実施例を
用いて詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例としての半導体レーザの概
略断面図である。レーザー光の進行方向と垂直な面での
断面図である。
略断面図である。レーザー光の進行方向と垂直な面での
断面図である。
図において、平板状の活性層（バンドギャップＥｇ、１
例としてＧａ１−ｘ人ｇ、Ａｓ）１、をはさむり１ ラッド層２，３（それぞれバンドギャップＥｇ２゜８ｇ
３〉Ｅｇｌ、１例としてそれぞれＧａ１１２人／？、、
Ａｓ 。
例としてＧａ１−ｘ人ｇ、Ａｓ）１、をはさむり１ ラッド層２，３（それぞれバンドギャップＥｇ２゜８ｇ
３〉Ｅｇｌ、１例としてそれぞれＧａ１１２人／？、、
Ａｓ 。
Ｇａ、−、ＡＩ！ｘＡｓ 、 Ｘ２． Ｘ３＞ＸＩ ）
および第４の３ 結晶層４、（同Ｅｇ４． Ｅｇ、 ＞ Ｂｇ、、１例と
してＧａ １Ｘ４ Ａ／ Ｘ４ Ａｓ 、 Ｘ４＞ Ｘ
ｓ ）がある。レーザ光の縦方向光分布は、ストライプ
電極７の内側と外側とで異なる結晶層数に亘って分布す
る。すなわち、第１図において、ストライプ電極７、の
内側での縦方向光分布５、は上記層１，２，３、の三つ
の層に亘って分布するのに対し、同電極７の外側での同
光分布６、は上記層１．２，３．４の四つの層に亘って
分布する。この結果、層のＡＩ！混晶比をＸ３ ＜ Ｘ
４に選べば、同電極７、の内側における実効屈折率は犬
となシ、光導波路が形成されてモードは安定化される。
および第４の３ 結晶層４、（同Ｅｇ４． Ｅｇ、 ＞ Ｂｇ、、１例と
してＧａ １Ｘ４ Ａ／ Ｘ４ Ａｓ 、 Ｘ４＞ Ｘ
ｓ ）がある。レーザ光の縦方向光分布は、ストライプ
電極７の内側と外側とで異なる結晶層数に亘って分布す
る。すなわち、第１図において、ストライプ電極７、の
内側での縦方向光分布５、は上記層１，２，３、の三つ
の層に亘って分布するのに対し、同電極７の外側での同
光分布６、は上記層１．２，３．４の四つの層に亘って
分布する。この結果、層のＡＩ！混晶比をＸ３ ＜ Ｘ
４に選べば、同電極７、の内側における実効屈折率は犬
となシ、光導波路が形成されてモードは安定化される。
次に、本実施例のレーザの具体的数値を述べる。
実施例
層−１； Ｘｌ ＝０．２Ｔｅ−ｄｏｐｅｄ 、 ｎ〜
Ｉ Ｘ １０ Ｃｍ−３（発振波長〜０．７５俤）厚
さ０，１μｍ層２ ； Ｘ２＝０．７Ｚｎ−ｄｏｐｅｄ
、ｐ〜５Ｘ１０ ｃｍ 。
Ｉ Ｘ １０ Ｃｍ−３（発振波長〜０．７５俤）厚
さ０，１μｍ層２ ； Ｘ２＝０．７Ｚｎ−ｄｏｐｅｄ
、ｐ〜５Ｘ１０ ｃｍ 。
厚さ２〜３μｍ
層３ ； Ｘ３＝０，６５Ｔｅ−ｄｏｐｅｄ、ｎ〜２Ｘ
１０ Ｃｍ 。
１０ Ｃｍ 。
厚さ；薄い部分０，１μｍ１ 厚い部分（凸部の最大幅
；０．３５〜１μｍ）、 層４ ； Ｘ４ ＝Ｑ、７’ｐｅ−ｄｏｐｅｔ 、 ｎ
〜２Ｘ １９１８ｃｍ ’溝以外の厚さ；１〜２μｍ 基板８；ｎ形、Ｓｉ −ｄｏｐｅｄ 、ｎ〜５Ｘ１０”
ｃｍ−３溝巾は上部が６μｍ、下部が４μｍ１ 溝の深さは２〜３μｍ１ 電極７ ； Ａｕ 、ストライプ巾は６μｍ１電極９
； Ａｕ −Ｇｅ なお、製造工程は通常の半導体レーザー分野の技術でも
って十分である。半導体基板８に共振器の反射面に垂直
方向になる様に選択エツチングで溝をほる。次に連続エ
ピタキシャル法で各半導体層を積層すれば良い。
；０．３５〜１μｍ）、 層４ ； Ｘ４ ＝Ｑ、７’ｐｅ−ｄｏｐｅｔ 、 ｎ
〜２Ｘ １９１８ｃｍ ’溝以外の厚さ；１〜２μｍ 基板８；ｎ形、Ｓｉ −ｄｏｐｅｄ 、ｎ〜５Ｘ１０”
ｃｍ−３溝巾は上部が６μｍ、下部が４μｍ１ 溝の深さは２〜３μｍ１ 電極７ ； Ａｕ 、ストライプ巾は６μｍ１電極９
； Ａｕ −Ｇｅ なお、製造工程は通常の半導体レーザー分野の技術でも
って十分である。半導体基板８に共振器の反射面に垂直
方向になる様に選択エツチングで溝をほる。次に連続エ
ピタキシャル法で各半導体層を積層すれば良い。
この場合の、ストライプ電極内部の位置にあるレーザ発
振光（三層に亘って分布）に対する実効屈折率は約３．
３５８２、外側のそれ（四層に亘って分布）は約３．３
５３２となシ、比屈折率差が約１．５×１０ の作シつ
け光ガイドがストライプ部分に沿って形成され安定な横
基本モード発振が得られる。
振光（三層に亘って分布）に対する実効屈折率は約３．
３５８２、外側のそれ（四層に亘って分布）は約３．３
５３２となシ、比屈折率差が約１．５×１０ の作シつ
け光ガイドがストライプ部分に沿って形成され安定な横
基本モード発振が得られる。
なお、この実効屈折率については、例えば電子通信学会
技術研究報告の０ＱＥ７７−１８ 「Ｏ８Ｐ型半導体レ
ーザ」に詳述されている。化合物半導体のレーザの場合
は、材料の種類、組成にも依るが、一般に多層に掛る程
実効屈折率が小さくなることが実験的に確かめられてい
る。レーザ発振は、同じ実効屈折率の層を実質的な光導
波路として発振が行ガわれる。
技術研究報告の０ＱＥ７７−１８ 「Ｏ８Ｐ型半導体レ
ーザ」に詳述されている。化合物半導体のレーザの場合
は、材料の種類、組成にも依るが、一般に多層に掛る程
実効屈折率が小さくなることが実験的に確かめられてい
る。レーザ発振は、同じ実効屈折率の層を実質的な光導
波路として発振が行ガわれる。
このレーザの発振特性は、発振波長； ７５０ｎｍ。
しきい電流値７８０ｍＡで、先出力約３０ｍＷに至るま
でＴ Ｅｏｏモード発振する。片面当りの微分量子効率
は約３０９６である。
でＴ Ｅｏｏモード発振する。片面当りの微分量子効率
は約３０９６である。
層３、の凸となる部分の最大厚が、約０．３５μｍ以上
であれば、凸となる程度によらず上記の比屈折率差は殆
んど一定であるので、結晶成長条件のバラツキによらず
常に一定した光学特性を有するレーザが得られる。
であれば、凸となる程度によらず上記の比屈折率差は殆
んど一定であるので、結晶成長条件のバラツキによらず
常に一定した光学特性を有するレーザが得られる。
上述したように、この構造は、前述の基板に凹部を設け
、この上部に活性層をはじめ光閉じ込め半導体レーザー
装置に比較し次のオリ点を有する。
、この上部に活性層をはじめ光閉じ込め半導体レーザー
装置に比較し次のオリ点を有する。
（１）層３、のストライプ電極７、の外側の厚与は厚く
（例えば〉〜０．５μｍ）で良いので作成が容易である
。比較例とした半導体レーザの場合には、層３、の同様
の領域の厚みを、光分布がＧａＡｓ基板８、に充分達す
る様に薄く（例えば≦０．３μ）し、かつ、活性層、１
は平坦となる結晶成長が必要で、条件がクリティカルで
あった。層１を平坦化するためには層３、の厚さは厚く
せさるを得ない。
（例えば〉〜０．５μｍ）で良いので作成が容易である
。比較例とした半導体レーザの場合には、層３、の同様
の領域の厚みを、光分布がＧａＡｓ基板８、に充分達す
る様に薄く（例えば≦０．３μ）し、かつ、活性層、１
は平坦となる結晶成長が必要で、条件がクリティカルで
あった。層１を平坦化するためには層３、の厚さは厚く
せさるを得ない。
（２）層４、の溝内部での凹みの大小に、電極内外の屈
折率差は依存せず、作製が容易である。従来のレンズ状
ガイド構造のレーザでは、この凹み具合が直接に屈折率
差を支配するため、制御が極めてむつかしいが、本件で
は凹み具合に無関係となる。即ち光閉じ込めのための屈
折率差は光分布の亘る層数の差だけできまる。
折率差は依存せず、作製が容易である。従来のレンズ状
ガイド構造のレーザでは、この凹み具合が直接に屈折率
差を支配するため、制御が極めてむつかしいが、本件で
は凹み具合に無関係となる。即ち光閉じ込めのための屈
折率差は光分布の亘る層数の差だけできまる。
（３）発振レーザ光は、ＧａＡｓ基板４、にょる光吸収
を受けないので、高い微分量子効率が得られる。
を受けないので、高い微分量子効率が得られる。
第２図は、本発明の他の実施例としての半導体レーザの
概略断面図である。
概略断面図である。
図は、ＡＩ！の組成Ｘ４〈Ｘ３とした場合の構成図で、
原理等は前例と全く同じである。すなわち、Ｘ３を０．
７０、Ｘ４を０．６５とした場合で、ストライプ電極７
の内側での縦方向光分布５は、上記層１゜２．３および
４の四層に亘って分布するのに対し、同電極７の外側で
の同党分布６は、上記層１，２および３の三層に亘って
分布する。この結果、同電極７の内側におけるレーザー
光に対する実効屈折率は小となシ、活性領域の両端で実
効屈折率の差が生じモードは安定化される。この場合の
光分布は、前例に比べて強度も、裾野も小さくなる。
原理等は前例と全く同じである。すなわち、Ｘ３を０．
７０、Ｘ４を０．６５とした場合で、ストライプ電極７
の内側での縦方向光分布５は、上記層１゜２．３および
４の四層に亘って分布するのに対し、同電極７の外側で
の同党分布６は、上記層１，２および３の三層に亘って
分布する。この結果、同電極７の内側におけるレーザー
光に対する実効屈折率は小となシ、活性領域の両端で実
効屈折率の差が生じモードは安定化される。この場合の
光分布は、前例に比べて強度も、裾野も小さくなる。
以上詳述したように本発明の要点は、レーザ発振領域内
外の光分布巾内に含まれる結晶層数差のみによシー義的
に光ガイド特性が定まることを利用する点にある。単に
Ｇａ Ａｓ −Ｇａ ＡＪＡｓ系半導体レーザ素子に限
らずＩｎ Ｐ −Ｉｎ ＧａＡｓ Ｐ系、Ｇａｒｂ−Ｇ
ａＩｎＳｂＡｓ 、 ＧａＡｓ −ＩｎＧａＰ系半導体
レーザ等に広く用いられることは云うまでもない。
外の光分布巾内に含まれる結晶層数差のみによシー義的
に光ガイド特性が定まることを利用する点にある。単に
Ｇａ Ａｓ −Ｇａ ＡＪＡｓ系半導体レーザ素子に限
らずＩｎ Ｐ −Ｉｎ ＧａＡｓ Ｐ系、Ｇａｒｂ−Ｇ
ａＩｎＳｂＡｓ 、 ＧａＡｓ −ＩｎＧａＰ系半導体
レーザ等に広く用いられることは云うまでもない。
第１図は本発明の一実施例としての半導体レーザの概略
断面図、第２図は本発明の他の実施例としての半導体レ
ーザの概略断面図である。 １・・・活性層、２，３・・・クラッド層、４・・・結
晶層、５．６・・・縦方向光分布、７・・・ストライプ
電極、８・・・基板、９・・・電極。
断面図、第２図は本発明の他の実施例としての半導体レ
ーザの概略断面図である。 １・・・活性層、２，３・・・クラッド層、４・・・結
晶層、５．６・・・縦方向光分布、７・・・ストライプ
電極、８・・・基板、９・・・電極。
Claims (1)
- １、活性層を含む多層構造結晶とレーザー発振方向に沿
ったストライプ電極とを有する半導体レーザにおいて、
レーザー光の進行方向に垂直な面内での層面に垂直な方
向の該レーザ光の分布幅内に含まれる結晶層数が上記ス
トライプ電極の中心部と両側部とで異なって形成されて
なることを特徴とする半導体レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19768983A JPS5994485A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 半導体レ−ザ−装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19768983A JPS5994485A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 半導体レ−ザ−装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5994485A true JPS5994485A (ja) | 1984-05-31 |
Family
ID=16378711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19768983A Pending JPS5994485A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 半導体レ−ザ−装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5994485A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020021883A (ja) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | 株式会社リコー | 発光素子及びその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143787A (en) * | 1976-05-26 | 1977-11-30 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
| JPS53110489A (en) * | 1977-03-09 | 1978-09-27 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
| JPS5419688A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-14 | Philips Nv | Semiconductor |
-
1983
- 1983-10-24 JP JP19768983A patent/JPS5994485A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143787A (en) * | 1976-05-26 | 1977-11-30 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
| JPS53110489A (en) * | 1977-03-09 | 1978-09-27 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
| JPS5419688A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-14 | Philips Nv | Semiconductor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020021883A (ja) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | 株式会社リコー | 発光素子及びその製造方法 |
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