JPS60202976A - 埋め込み型半導体レ−ザ - Google Patents

埋め込み型半導体レ−ザ

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JPS60202976A
JPS60202976A JP5813784A JP5813784A JPS60202976A JP S60202976 A JPS60202976 A JP S60202976A JP 5813784 A JP5813784 A JP 5813784A JP 5813784 A JP5813784 A JP 5813784A JP S60202976 A JPS60202976 A JP S60202976A
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JP
Japan
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layer
active layer
noise
semiconductor laser
type
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Pending
Application number
JP5813784A
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Inventor
Hideo Tamura
英男 田村
Kazuo Suzuki
和雄 鈴木
Kenji Matsumoto
研司 松本
Haruki Kurihara
栗原 春樹
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES 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
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    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
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    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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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】 し発明の属づる技術分野] 本発明は埋め込み型半導体レーザーに関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 近年デジタル・オーディオ、ディスク(以下D) ΔDど略り111 J3よびビデオ・ディスク(以下V
Dと略す)技術などの光情報処理システムにおいて半導
体レーザが多く用いられる。
DACではディジタル信号処理であるためレーザ雑音に
対する許容レベルが高くあまり問題とならないが、VD
ではアナログ信号処理であり、レーザ雑音が画質に影響
するため雑音レベルに対して厳しい要求がなされる。
半導体レーザの雑音の中でも特に問題となるのは、レー
ザ素子の温度変化にともない発振スペクトルが変化する
際に生ずるいわゆるモードホッピング雑音と、ディスク
からのもどり光により光出力が変動するいわゆる反射雑
音である。モードホッピング雑音を抑えるには、いわゆ
る縦モードをマルチ化する方法が考えられ、また反射雑
音を抑えるには発振スペクトル線幅を広げることにより
、レーザ光のコヒーレント長を短くする方法が考えられ
る。コヒーレント長を短くすることと縦モードをマルチ
化することとは等価である。
縦モードがマルチの半導体レーザとしてつくりっけの屈
折率分布がない、いわゆる利得がガイド型レーザが知ら
れている。
第1図は利得ガイド型のレーザの一例である。
■はQa As基板、(4) (6)はAj+GaAs
クラッド層、(8)はAI!GaAs活性層、■はGa
Asオーミック層、(12)はSi O2、(14) 
(1G)は電極金属である。この様な利得ガイド型では
特定の光出力までは湿度変動及びもどり光に対して安定
に動作することができる。しかし、いわゆる横モードが
不安定ぐあり、またレーザ光のいわゆる非点較差が大き
いためディスク・上に絞り込む場合、かなり複雑な光学
系を必要とし実用的でない。また先出ノJとともに対モ
ードが変化し高出力では縦モードが単一モードとなって
しまい、モードホッピング雑音及び、もどり光雑音を発
生する。
一方、横モードが安定で非点較差の小さい半導体レーザ
として埋め込み型半導体レーザが K。
5aito etal、IEEE J、 Quantu
m [1ectron、Q [= 16−2 p205
 、F eb、1980で知られている。その−例を第
2図に示す。(18)はn−QS AS W板(20)
はn−AlGaAsクラッド層、(22) ハA、+1
1 Gs As活性層、(26) p−AI!GSAS
クラッド層、(28)はp−Qa、A、、sオーミック
層、(30) (32)は電極金属、(34)はn−△
6GaAs電流阻止兼光閉じ込め層、(36)はp−A
/GaAs電流阻止兼光閉じ込め層、である。しかしな
がら埋め込み型レーザは出力光が1−W程度の低い出力
光で縦モードが単一モードとなり、実際にDAD、VD
、光通信などに応用する場合の実用的光…力である3 
mwl!i!度ではモードホッピング雑音、及び反射雑
音□を発生する。
[発明の目的] 本発明は高光出力まで、モードホッピング雑音及び反射
雑音が抑えられ、かつ横モードが安定で非点較差の小さ
い埋め込み型半導体レーザを提供するものである。
[発明の概要] 本発明では、埋め込み型半導体レーザにおいて、特に活
性層の幅よりも狭い領域に電流を集中させるようにした
ものである。 本発明の概要を従来例と比較して、説明
する。第3図は従来技術による埋め込み型のレーザの活
性層近傍の拡大図である。(5G)は活性層に注入した
電流により生ずる光に対する利得分布であり、(54)
は光強度分布である。第4図は本発明による、埋め込み
型半導体レーザの活性層近傍の拡大図で、(58)は活
性層に注入した電流により生ずる光に対する利得分布で
あり、(60)は光強度分布である。(40)はn−Q
aAsJJ板、(42)はn−AfGaAsクラッド層
、〈44〉はfGaAsg性居、(46)4.t()−
△eQsAsクラッド層、(48)はp−AI!GaA
s電流冴1止層兼光1ffJじ込め層、(52)はプロ
トン打ち込みによる高抵抗の電流狭窄領域である。
従来の埋め込み型レーザでは、電流が活性層(44)に
一様に注入されるためレーザの発振状態において利得は
活性層内の全ての領域で正どなり、自己発振をおこしに
くい。その結果、縦モードが単一モードどなり、反射雑
音、モードホッピング雑音が生じ易い。
一方、本発明では電流狭窄領域(52)により、活性層
(44)よりも活性層の幅(W)より狭い幅(e)の電
流通路を有する。その結果、活性層内に利得が正の領域
(’I)と負の領域(X)ができる。また、従来の埋め
込み型レーザの光強度分布(54)と、本発明の埋め込
み型レーザの光強度分布(60)は、活性層近傍の屈折
率分布が同等であるので一致する。ゆえに、領域(Il
−)では利得が負、いわば光の吸収領域であるにもかか
わらず、レーザ光が存在プる。さらに、領域([)では
レーザ光により活性層内の電子が励起されるため、レー
ザ光が強い程、吸収能力は減る。その結架、可飽和吸収
体を持つ半導体レーザは自己発振を起こし易く、スペク
トル線幅の広い縦マルチモードとなる。したがって、本
発明の半導体レーザは、反射雑音、モードホップ雑音が
生じにくく、DAD、VD用、光通信用光源として最適
である。
[発明の実施例] 第5図から第10図にしたがって、本発明の埋め込み型
半導体レーザの作製方法を示づ。第5図は(100) 
n−Ga As基板(62)上にII−A/Ga As
からなる厚さ1.5μ−のクラッド層(64)、AI!
Ga Asから成る厚さ0.1μ園の活性層(6G)、
+1−AI!GaAsがら成る厚さ 1μ■のクラッド
層、(68) 1l−GaAsから成る厚さ0゜5μ−
のオーミック層(10)を順次、液相エピタキシャル法
により成長したものである。次に第6図に示づように、
オーミック層(70)上にn周波スパッタ法を用いて厚
さ0.4μmの5i02層(72)を形成し、さらにフ
ォトリソグラフィ工程にて幅3μm1厚さ0.3μmの
°ストライプ状フ第1〜レジスト(74)を設けた。こ
の後、フオトレジス)−(74)をマスクとしてフッ酸
系エツチング液ニー(’ S io 2 Fl (6B
>の露出部をエツチング除去と、さらに三塩化硼素BC
/、及び塩素CI!2の混合ガスを用いた、反応性イA
ンエツチング方法により、垂直壁を有する形状にA−ミ
ンク層(70)、クラッド層(68)、活性層(6G)
、クラッド層((i4)、基板(62)の一部をエツチ
ング除去し、ぞの後、フォトレジスト(74)を除去し
た(第7図)。次に第8図に示すように、o−A/Gs
ASから成り厚さ1.6μI電流阻止兼光閉じ込め層(
1G)、n−AfQaAsから成る厚さ1μ翻電流阻止
層兼光閉じ込め層(78)を液相成長した。
光閉じ込めli’J(76)、(18)は光の横方向の
閉じ込めを主目的としたものであるが、p−△lGa△
S層(7G)とn−Al!GaAS層(78)の境界は
、半導体レーザの動作時に逆バイアス状態となり、電流
阻止層の役割りもはIこし、また次工程のプロトンうち
込みによる電流阻止層の働ぎを助tノでいる。第9図は
プロトンを基板に対し斜めに(ti113矢印(82)
、(84) ) ニ200 keV、1x10”/C1
12の条件で打ち込んだものである。その際、打ち込む
順序は(82)、(84)のどちらが先でもよく、角度
(86)は、例えば40’である。 その結果、プロト
ンうち込みによる高抵抗領域(80)は、活性層(66
)上に幅(1)の電流通路のくびれをつくる。幅<1>
は1μm程度で活+η層の幅(W)の3μmより狭く、
活性層の中央部にのみ電流を集中することができ、活性
層(6G)の端部は可飽和吸収体としての機能をはたず
。尚、活性層の幅(W)は3〜5μ町、電流通路の幅(
1)は2μ麟以下が好ましい。
第10図はS i 02 Ni2 (72)をフッ酸系
エツチング液体で除去し、さらにオーミック層(10)
の表面近傍のプロトンを打ち込まれ1=部分をアンモニ
ア系エツチング液で除去し、さらに表面よりZi)を拡
散(88)L/さらに、0側電極(90)、p側電極〈
92)を形成したものである。
第11図に前記第10図に示ず断面構造を持つ半亦体レ
ーザの電流光出力特性を示J0また、第11図Δ点の発
振スペクトルを第12図に示づ。
本実施例では光出力5m Wで縦マルチモードが得られ
、また、動作温度10度から60度の間でモードポツピ
ング雑音は観測されなかった。
また、DADおよびVDのいわゆるピックアップヘッド
を想定した光学系にてもどり光fig、001%h目ら
 1%の範囲で反射雑音はまったく発生しなかった。ま
た、雑音の基底レベルは相対雑音強度に−(10(1/
1−1z )が得られた。
さらに同レーザの横モードは単一モードで全光出力範囲
で安定であり、非点較差は約1μm程度でV D J3
よびDAD等の光学系に組み込むのに十分実用に耐える
特性である。
[発明の効果] 以」−のJ、うに本発明の埋め込み型半導体レーザにJ
これば高光出力まで縦マルチモードが得られ、モードホ
ッピング雑音、及び反射雑音を生じにくい半導体レーザ
を歩留り良く製造することが可能となった。
[変形例] 本発明の実施例ではQa AsおJ、ひ△RGaASを
用いたが他にI n P、 Ga r’1Qa sb 
l;にトすべての発光素子に適用できる。また反応性イ
Aンエッチングのマスクとしてはフォ1〜レジスt−J
5よび5hotの他にAf20a 、Sf a Naな
どの誘電体か、金属及びそれらの多層膜であってもかま
わない。
また、本発明の実施例ではn型基板を用いて説明したき
たが、n型基板を用いて後の半導体の型を全て反転した
ものでも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は利得ガイド型半導体レーザ1!lX造を示J断
面図、第2図は、埋め込み型半導体レーザ構造を示す断
面図、第3図および第4図は従来例及び本発明の半導体
レーザを比較して示す断面図と特性図、第5図から第1
0図までは本発明の埋め込みを半導体レーザの特性図で
ある。 (62) 、・・・・・n−Ga As 基板(G4)
 −−−−−−n−A/ Ga Asクラッド層(6G
> ・−・−AI Ga As活性層(68) −−−
・−・p−/l’GaAsクラット層(10) ・・・
・・・p−GaAsオーミック層(76) ・・・・・
・p−AI!GaAs電流阻止層兼光閉じ込め層 (78) ・・・・・・n−AfGaA&電流阻止層兼
光閉じ込め層 (80) ・・・・・・プロトン打ち込みによる高抵抗
の電流阻止層 (88) ・・・・・・Znの拡散層 (90) ・・・・・・ n側電極 〈92) ・・・・・・p側電極 代理人 弁理士 則 近 恵 佑(ばか1名)第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 、駆th−z元(m4) 第12図 手続補正書(方式) 昭和 、」7.ヤ。 日 特許庁長官 殿 1、 事件の表示 特願昭59−58137号 2、発明の名称 埋め込み型半導体レーザ 3、補止をする者 事件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 〒105 東京都港区芝浦−丁目1番1号 昭和59年6月訪日(発送日) / 図面の浄書(内容に変更なし)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 活性層の一部のみに電流を注入プることを特徴
    とづる埋め込み型半導体レーザ。 の 活性層の幅が3〜5μmで、かつ電流通路の幅が2
    μm以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の埋め込み型半導体レーザ。
JP5813784A 1984-03-28 1984-03-28 埋め込み型半導体レ−ザ Pending JPS60202976A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6392075A (ja) * 1986-10-06 1988-04-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体光装置の製造方法
FR2674684A1 (fr) * 1991-03-28 1992-10-02 Alcatel Nv Procede de realisation d'un composant semiconducteur tel qu'un laser a ruban enterre.
TWI662598B (zh) * 2016-12-02 2019-06-11 日商住重愛特科思股份有限公司 半導體裝置及半導體裝置之製造方法

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