JPS60201687A - 半導体レ−ザ− - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は半導体レーザーに係わる。

背景技術とその問題点 従来一般の半導体レーザーは、その縦モードの光及びキ
ャリアの閉じ込め機構によって、屈折率ガイド（インデ
ックスガイド）型と利得ガイド（ゲインガイド）型とに
大別される。

屈折率ガイド型の半導体レーザーとして例えば第１図に
示す構造のものが提案されている。この半導体レーザー
は、例えばＮ型のＧａＡｓ基体（１）上に、Ｎ型のＡｌ
ｚ　Ｇａ１−ｚ　Ａｓより成る第１のクラッド層（２）
と、Ｐ架着しくはＮ型の＾１ＸＧａｉ−ＸＡｓより成る
活性層（３）とＰ型のＡｌｚ　Ｇａ１−１　Ａｓより成
る第２のクラッド層（４）と、この第２のクラッド層（
４）中に埋込まれたＮ型の＾１ｙＧａｔ＝γ＾Ｓより成
る光吸収Ｎ（５）と、Ｐ型の高不純物濃度のキャップ層
（６）とを有して成る。光吸収層（５）は、例えばその
中央に第１図において紙面と直交する方向に幅Ｗをもっ
てストライプ状にこの光吸収層（５）が除去された欠除
部（９）を有して成る。

この光吸収層（５）は、その禁止帯幅が活性Ｎ（３）の
それより小さく、活性層（３）の発光領域から発振した
光に関する等価屈折率が発光領域、すなわち活性層（３
）より低くなるようにその組成が選定されて成る。すな
わち、前述した各層（３）及びく５）の組成において、
ｘ＞ｙに選定される。図において、（７）及び（８）は
夫々キャップ層（６）と、基体（８）にオーミックに被
着された電極を示す。

このような構成において、電極（７）及び（８）間に所
定の順方向電圧を印加すると、第１及び第２のクラフト
層（２）及び（４）によって閉じ込められた活性層（３
）において発光する。この場合、この活性層（３）と光
吸収層（５）との間の間隔ｄを、活性層（３）から発振
した光が光吸収層（５）に到達し得る距離に選定して置
くもので、このようにするときは、光吸収層（５）に滲
み出た活性層（３）からの光がこの光吸収Ｉ’！　（５
１において吸収されることによって、この光吸収層（５
）下における部分と、光吸収層（５）が存在しない中央
のストライプ状の欠除部（９）に対応する部分の光の吸
収が殆んど生じない部分とでは、実効的屈折率の差、す
なわち横方向に作りつけの屈折率の差Δｎが形成される
ことによって活性層（３）において光吸収層（５）の欠
除部（９）に対応する中央部分に発光領域が規制される
。すなわちこの発光領域以外には横発振姿態の閉じ込め
の効果が生じる。この場合の中央部分の屈折率ｎ１とそ
の両側部の屈折率ｎ２との差Δｎ−ｆｉｌ−ｎ２は例え
ば＋１０″２〜＋１０−”とされる。

一万、利得ガイド型の半導体レーザーは、例えば第２図
に示すように、例えばＮ型のＧａＡｓ基体＋１１上に、
Ｎ型の＾１２　Ｇａ１−２　Ａｓより成る第１のクラ・
ノド層（２）と、Ｐ坐着しくはＮ型の八ＩＸ　Ｇａｔ−
ｘ　Ａｓより成る活性層（３）とＰ型の＾ｌｚ　Ｇａ１
−２　Ａｓより成る第２のクラッドｌｉ！　（４）とＮ
型の高不純物濃度のキャップ層（６）とを有し、例えば
その中央に、第２図において紙山と直交する方向に延長
して幅ＷＧのストライプ状のＰ型領域ａωを、キャップ
層（６）から第２のクラッド層（４）に至る深さに、例
えばＺｎの選択的拡散によって形成して成る。（１１）
はキャンプ層（６）上に被着形成された絶縁層で、これ
に穿設されたストライプ状の窓（１２）を通じて電流集
中用領域ａ〔上に電極（７）がオーミックに被着される
。

このような構成による半導体レーザーにおいては、その
ストライプ状領域αψによって動作電流の集中がなされ
このストライプ直下付近に注入される動作電流により活
性層内でレーザー発振が行われるようになされる。すな
わち活性層の注入キャリアの横方向の濃度分布に起因す
るゲイン分布が横モードを決めるようになされている。

上述した屈折率ガイド型の半導体レーザー及び利得ガイ
ド型半導体レーザーは、夫々利点を有する反面夫々欠点
を有する。すなわち、屈折率ガイド型によるものにおい
ては、その縦モートが単一モードであるため例えば光学
式ビデオディスク等においてのその書込み或いは読出し
用光源として用いた場合に戻り光によるノイズに弱いと
いう欠点がある反面、いわゆるビームウェスト位置（ｂ
ｅａｍ　ｗａｉｓｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　）が発光領域
の先端面近傍に存するために実際の使用に当っての焦点
位置の設定がし易いという利点を有する。更にまた接合
に平行方向に関する断面における遠視野像、いわゆるフ
ァーフィールドパターン＜ｆａｒ　ｆｉｅｌｄｐａｔＬ
ｅｒｎ　）が左右対称的であって同様に例えば実際の使
用における読出し或いは書込み光として歪みの小さいス
ポット形状を得易いという利点がある。これに比し上述
した利得ガイド型半導体レーザーにおいては、ビームウ
ェスト位置が発光領域の先端面より内側２０μｍ程度の
ところに存在してしまい、更にまたファーフィールドパ
ターンが左右非対称であるために非点収差が大でスポッ
ト歪みが比較的大きくなるという欠点がある。しかしな
がらこの利得ガイド型半導体レーザーにおいては、その
縦モードがマルチモードであって前述した戻り光による
ノイズに強いという利点を有する。

発明の目的 本発明は、上述した屈折率ガイド型半導体レーザーと利
得ガイド型半導体レーザーの両者の利点を生かし、両者
の欠点を相補うようにして例えば光学式ビデオディスク
或いはデジタルオーディオディスク等の書込み或いは読
出し光源としてそのスポット形状に優れ、光学式レンズ
等の設計を容易にし、更に優れたビームスポット形状が
容易に得られるようにした半導体レーザーを提供するも
のである。

発明の概要 本発明においては、ストライプ状パターンの発光領域を
有し、この発光領域の両側に対応する位置に、発光領域
より発振する先に関すφ等価屈折率が発光領域のそれよ
り小さい領域が共振器長方向に沿って配置されて屈折率
ガイド型の発振部が構成されると共に、領域の等価屈折
率が小さい領域の間隔が制御されて屈折率ガイド型と利
得ガイド型とが混在する発振部を構成する。

すなわち、本発明においては例えば第１図で説明した屈
折率ガイド型半導体レーザーにおいても、その作りつけ
の屈折率の差Δｎを形成する光吸収層（５）のストライ
プ状欠除部（９）の幅Ｗ（以下両側の光吸収層間の間隔
という）を小さくするとき、Δｎは、−１０−’〜−１
０−４となり、このストライプ部に電流集中が行われれ
ば、これによる利得ゲイン分布による横モードの決定、
すなわち利得ゲイン型動作が支配的となり、この半導体
レーザーは、利得ゲイン型半導体レーザーの特性を示す
ものであることの究明に基くものである。例えば第１図
で説明した屈折率ガイド型半導体レーザーについてみる
に、この場合、光吸収層（５）が存在する部分において
は、Ｐ型のキャップ層（６）及び第２クラッド層（４）
の上層部−光吸収層（５）−第２クラッド層（４）の下
層及び活性層＋３）　−Ｎ型の第１クラッド層（２）及
び基体（１１によるＮ−Ｐ−Ｎ−Ｐのサイリスクが構成
されることによっ°ζ、電極（７）及び（８）間の電圧
が、所定の電圧以下では、このサイリスクによって電流
通路が遮断される。したがって、この構成においても中
央ストライプ部に電流集中が行われているもので上述し
たように、両側の光吸収ｔ＝　＋５１の間隔Ｗを狭める
ことによってΔｎを小さくすることによって利得ガイド
型動作をなさしめ得る。

そこで本発明においては、このようにストライプ部の両
側の光吸収層、すなわち、活性層から発振された光に関
する等価屈折率が、活性層のそれより低い領域の間隔を
少くとも一部において異ならしめてその共振器方向に関
する少くとも一部において、屈折率ガイド型と利得ガイ
ド型とが混在する発振部を構成する。

実施例 第３図及び第４図を参照して本発明による半導体レーザ
ーの一例を説明する。第３図はその拡大路線的平面図で
第４図は第３図のＡ−Ａ線上の拡大断面図である。この
例においては、基本的には第１図で説明した屈折率ガイ
ド型に対応する構造をとった場合で、第３図及び第４図
において、第１図と対応する各部には同一符号を付して
示す。

すなわち、本発明のこの例においても、例えばＮ型のＧ
ａＡｓ基体（１１上に、Ｎ型の八ｌｚ　Ｇａ１−２　Ａ
ｓより成る第１のクラッドＴＭ　（２１と、Ｐ坐着しく
はＮ型のへ１Ｘｃａ１−Ｘ八Ｓより成る活性層（３）と
Ｐ型のＡｌｚ　Ｇａ１−１　Ａｓより成る第２のクラッ
ドＮ（４）と、この第２のクラッドＭ（４）中に埋込ま
れたＮ型の＾ｌｙ　Ｇａ１−ｙ　Ａｓより成る光吸収層
（５）と、Ｐ型の高不純物濃度のキャップ層（６）とを
設けて成る。光吸収Ｍ（５）は、前述したように、その
禁止帯幅が活性層（３）のそれより小さく、活性層（３
）の発光領域から発振した光に関する等価屈折率が発光
領域、すなわち活性層（３）より低くなるようにその組
成が選定されて成る。すなわち、前述した各層（３）及
びり５）の組成において、ｘ＞ｙに選定される。そして
、本発明においても、光吸収＋＋ｉ　１５１の中央にス
トライプ状の欠除部（９）を形成するモノであるが、特
に本発明においては、このストライプ状の欠除部（９）
、云い換えれば両側の光吸収Ｍ（５）の間隔を各部一様
とせずに、例えば中央においては、第１図で説明したよ
うにこの光吸収層（５）の存在による光吸収によって作
りつけの屈折率の差Δｎが、例えば＋１Ｏ−２〜＋ｌＯ
すとなるような幅Ｗ例えば３μｍ以上として屈折率ガイ
ド型の動作による縦モードの規定をなすものであるが、
ストライプの両端、すなわち画先端面及びその近傍にお
ける間隔は、小なる幅として、ここにおけるΔｎが一１
Ｏ−４以下となる幅Ｗｎ例えば３μｍ以下に選定して、
屈折率ガイド型のみならず利得ガイド型動作、すなわち
、光吸収層（９）の存在によるサイリスタ構造に基く電
流集中による利得分布を生ぜしめて屈折率ガイドと利得
ガイドの両者が混在するようになす。

尚、この場合においても、光吸収層（９）と活性層（３
）との距離ｄは活性層（３）の発光領域からの光が光吸
収層（９）に達し得る距離に選定される。

また、図示の例では、両側の光吸収層（９）の間隔を、
そのストライプの両端、すなわち共振器長方向の両端、
パい換えれば光端面において幅狭としてこれら両端部に
おいて屈折率ガイドと利得ガイドとの両動作が混在する
ようにした場合であるが、第５図に示すようにその間隔
を中央部において幅狭の間隔Ｗｎとし°ζ、屈折率ガイ
ドと利得ガイドの両動作が同時に混在する領域とし、両
端部において幅広の間隔Ｗとして屈折率ガイド動作のみ
が生ずるようにすることもできる。

また、第３図及び第５図の例においては、両側の光吸収
層（９）の間隔を、中央部から両端に向って漸次変化さ
せるようにしたものであるが、これを単数若しくは複数
部において段階的に変化させることもできるし、屈折率
ガイド動作部と、屈折率ガイドと利得ガイドとの両動作
が混在する部分を交互に設けるなど、その構成は種々の
変更をなし得る。

また、上述の半導体レーザーの作製は、例えば基体＋１
１上に第１のクラッド層（２）−活性層（３）−第２の
クラッド層（４）の下層部−光吸収層（５）を順次連続
的に、有機金属ガスによる気相成長、いわゆるＭＯＣＶ
Ｄ　（Ｍｅｔａｌ　０ｘｉｄｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ）によって成長させ、光吸収
層（５）をその中央において選択的にエツチングして欠
除部（９）を形成し、その後、この欠除部（９）内を含
んで、更に第２のクラッド層（４）の上層−キャップＩ
四（６１を同様にＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル
成長させることによって形成し得る。

また、上述した各側においては、光吸収層（５）による
作りつけの屈折率差を・形成するようにした屈折率ガイ
ド型構造を基本構成とした場合であるが、他の各種屈折
率ガイド型構造を基本構成とすることもできる。例えば
第６図にボすように上述した光吸収層を省略して、或い
は光吸収層を設けると共に、基体（１１にストライプ状
の凹部（１２）、或いは図示とは逆にストライプ状の凸
部を設けて活性Ｉ偕（３）に屈曲部を設けて、第１及び
第２のクラッド層（２）及び（４）による屈折率差に基
く閉じ込めを行う構造とすることもできる。尚、この場
合においては、凹部若しくは凸部の幅を各部において変
更せしめると共に、電流集中手段として例えばストライ
プ状に電極を設けるとか第２図で説明した電流通路の領
域αΦを設けることによって一部に屈折率ガイド型動作
部と、利得ガイド及び屈折率ガイドの混在部を形成する
。

尚、第６図において、第４図と対応する部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。

また、上述した例では、活性層（３）がＰ型とされた場
合であるが、これをＮ型とすることもできるし、また他
の各基体（１１及び層（２１（４１（５１（６１を図示
とは逆の導電型とすることもできることは明らかであろ
う。

発明の効果 上述したように本発明による半導体レーザーによれば、
発光領域の一部に屈折率ガイド動作機構を有する部分を
構成し、他部には利得ガイド動作機構と屈折率ガイド動
作機構とが混在する部分を設けたので屈折率ガイド型の
特徴、すなわち、本発明においては、発光領域の端面に
ビームウェスト位置が得られて更にファーフィールドパ
ターンの対称性にずぐれ、非点収差の小さい、スポット
歪が少い焦点の出し易い光学的設計の容易な半導体レー
ザーを構成することができると同時に、利得ガイド型特
徴、すなわち戻り光ノイズの小さい半導体レーザーを構
成することができる。

そして、このように、屈折率ガイド型の特徴と利得ガイ
ド型の特徴を兼ね備えしめるに、単に例えば光吸収層（
５）の欠除部（９）の幅を変更するとか、活性層（３）
の屈曲部の幅を変更するのみで構成できるので、その製
造工程数が増加するなどの生産性の低下を来すことなく
屈折率ガイド型の半導体レーザーを得る場合と同様の製
造方法によってその製造を行うことができるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々従来の半導体レーザーの各側の
路線的拡大断面図、第３図及び第４図は本発明による半
導体レーザーの一例の拡大路線的平面図及びそのＡ−Ａ
線上の断面図、第５図は本発明による半導体レーザーの
他の例の拡大路線的平面図、第６図は本発明による半導
体レーザーの更に他の例の拡大路線的断面図である。 ＋１１は基体、（２）及び（４）は第１及び第２のクラ
ッド層、（３）は活性層、（５）は光吸収層、（６）は
キャップ層である。 第１図 第２図 第４図 第６図 手続？、市１ミ書 昭和６０年　２月２８日 特許庁長官　志　賀　学　殴 ２、発明の名称 半導体レーザー ３、補ｊｌ−，をする者 １件との関係　＋１’＠　ｔｔｒ’出願人住　所　東京
部品用８北品用６丁目７番３５　Ｊ、ｊ名称（２１８）
ソニー株式会社 代表取締役　大　賀　典　雄　。 ４、代理人 住　所　東京都新宿区西新宿１丁目８番１号　。 置　０３−３４３−５８２１１１Ｌ’）　（新宿ヒル）
Ｇ、　？＋ｌｉ止により増加する発明の数（１）　明細
書中、特許請求の範囲を別紙のように補正する。 （２）　同、第１頁１７〜１８行［その縦モードの光及
びキャリアの」とあるを「光の」と訂正する。 （３）　同、第２頁１４行「小さく、」とあるを１小さ
くその結果、］と訂正する。 （４）　同、同頁、１５行「関する等偏屈折率」とある
を「関して屈折率」と訂正する。 （５）　同、同頁、１６行Ｆより低く」とあるを１−側
で等価的により高く」と訂正する。 （６）　同、第３頁、第１８行に夫々「屈折率」とある
を夫々「等偏屈折率」と訂正する。 （７）　同、第４頁１９行〜第５頁１行［すなわち・・
・なされている。］を削除する。 （８）同、第７頁２行「配置されて」とあるを１形成さ
れて」と訂正する。 （９）　間、同頁、３行「領域の等偏屈折率」とあるを
「等偏屈折率」と訂正する。 （１０）同、同頁、１３行１”横モードの決定」とある
を「光の導波」と訂正する。 （１１）同、第８頁１１行［光吸収層、すなわち、」を
削除する。 （１２）同、同頁、１３行「領域の間隔を」とあるを「
領域を形成するための光吸収層の間隔を」と訂正する。 （１３）同、第１Ｏ頁７行「縦モード」とあるを「導波
機構」と訂正する。 以上 特許請求の範囲 ストライプ状パターンの発光領域を有し、該発光領域の
両側に対応する位置に、上記発光領域より発振する光に
関する等偏屈折率が上記発光領域のそれより小さい領域
が共振器長方向に沿って形成されて屈折率ガイド型の発
振部が構成されると共に、上記等価屈折率が小さい領域
の間隔が制御されて屈折率ガイド型と利得ガイド型とが
混在する発振部が構成されてなることを特徴とする半導
体レーザー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ストライブ状パターンの発光領域を有し、該発光領域の
   両側に対応する位置に、上記発光領域より発振する光に
   関する等価屈折率が上記発光領域のそれより小さい領域
   が共振器長方向に沿って配置されて屈折率ガイｅ型の発
   振部が構成されると共に、上記領域の上記等価屈折率が
   小さい領域の間隔が制御されて屈折率ガイド型と利得ガ
   イド型とが混在する発振部が構成されてなることを特徴
   とする半導体レーザー。