JPS60220982A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS60220982A JPS60220982A JP7905684A JP7905684A JPS60220982A JP S60220982 A JPS60220982 A JP S60220982A JP 7905684 A JP7905684 A JP 7905684A JP 7905684 A JP7905684 A JP 7905684A JP S60220982 A JPS60220982 A JP S60220982A
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- Japan
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- groove
- layer
- substrate
- active layer
- transverse mode
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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
- H01S5/10—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
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
-
- 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
-
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- 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
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- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
- H01S5/2234—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
-
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- 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
- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
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】
く技術分野〉
本発明は横モード発振の制御された半導体レーザの素子
構造及び製造技術に関するものである。
構造及び製造技術に関するものである。
〈従来技術〉
従来の半導体レーザ素子を活性層の構造より分類すると
、活性層平担型と活性層湾曲型に区分さ前者の場合は基
本横モードで発振する反面、発振しきい値がやや高く微
分効率が悪いという欠点を有する。後者の場合は、発振
しきい値が非常に低く微分効率が良いという利点がある
が、高次横モードで発振しやすいという欠点を有する。
、活性層平担型と活性層湾曲型に区分さ前者の場合は基
本横モードで発振する反面、発振しきい値がやや高く微
分効率が悪いという欠点を有する。後者の場合は、発振
しきい値が非常に低く微分効率が良いという利点がある
が、高次横モードで発振しやすいという欠点を有する。
第２図囚に活性層平坦型半導体レーザの一例として、活
性層平坦型ＶＳＩＳ半導体レーザの断ｌｎｉ図を、第２
図の）に活性層湾曲型半導体レーザの一例として、活性
層湾曲型ＶＳＩＳ半導体レーザの断面図を示す。これら
の半導体レーザの詳細は電子通信学会技術報告ＥＤ８１
−４２．、３１頁（１９８１年７月）に述べられている
。第１図（Ａ）（Ｂ）に於いて、１はｐ−ＧａＡｓ基板
、２はｎ−ＧａＡｓ電流阻止層３はｐ−ＧａＡ、ＮＡｓ
クラッド層、４はｎ−ＧａＡＮＡｓ活性層、５はｎ −
Ｇ ａＡ Ａ Ａ Ｓクラッド層、６はｎ−ＧａＡｓキ
ャップ層、７はｎ側電極、８はｎ側電極である。
性層平坦型ＶＳＩＳ半導体レーザの断ｌｎｉ図を、第２
図の）に活性層湾曲型半導体レーザの一例として、活性
層湾曲型ＶＳＩＳ半導体レーザの断面図を示す。これら
の半導体レーザの詳細は電子通信学会技術報告ＥＤ８１
−４２．、３１頁（１９８１年７月）に述べられている
。第１図（Ａ）（Ｂ）に於いて、１はｐ−ＧａＡｓ基板
、２はｎ−ＧａＡｓ電流阻止層３はｐ−ＧａＡ、ＮＡｓ
クラッド層、４はｎ−ＧａＡＮＡｓ活性層、５はｎ −
Ｇ ａＡ Ａ Ａ Ｓクラッド層、６はｎ−ＧａＡｓキ
ャップ層、７はｎ側電極、８はｎ側電極である。
第２図（８）の活性層平坦型ＶＳＩＳ半導体レーザは発
光出力２０ｍＷ以上まで安定な基本横モードで尭彬す７
＋礒（Ｔｅｌ＋為＜Ａ０〜ｔバー八し宜）何ｒ八１暮Ｊ
効率も１５％程度と低い。第２図（Ｂ）の活性層湾曲型
ＶＳＩＳ半導体レーザは１ｔｈが２０ｍＡと低く、微分
量子効率も２５％と高いが、低出力（１〜３ｍＷ）であ
っても高次横モードで発振しやすい。この高次横モード
で発振する原因は、接合に平行方向の光の閉じ込めが活
性層湾曲に伴う活性層厚の変化Δｄによる実効屈折率の
変化Δｎによって行なわれていて、このＺｎがｌＸｌ０
−２以上と大きくなり過ぎる点にある。従って、活性層
厚の変化Δｄを小さく設定し、Ｚｎを２ＸＩＯ−３程度
に小さくすれば基本横モードの発振を得ることが期待で
きる。
光出力２０ｍＷ以上まで安定な基本横モードで尭彬す７
＋礒（Ｔｅｌ＋為＜Ａ０〜ｔバー八し宜）何ｒ八１暮Ｊ
効率も１５％程度と低い。第２図（Ｂ）の活性層湾曲型
ＶＳＩＳ半導体レーザは１ｔｈが２０ｍＡと低く、微分
量子効率も２５％と高いが、低出力（１〜３ｍＷ）であ
っても高次横モードで発振しやすい。この高次横モード
で発振する原因は、接合に平行方向の光の閉じ込めが活
性層湾曲に伴う活性層厚の変化Δｄによる実効屈折率の
変化Δｎによって行なわれていて、このＺｎがｌＸｌ０
−２以上と大きくなり過ぎる点にある。従って、活性層
厚の変化Δｄを小さく設定し、Ｚｎを２ＸＩＯ−３程度
に小さくすれば基本横モードの発振を得ることが期待で
きる。
〈発明の目的〉
本発明は上述の考察に基いて高出力まで基本横モードで
発振することのできる活性層湾曲型半導体レーザ素子を
提供することを目的とするものである。
発振することのできる活性層湾曲型半導体レーザ素子を
提供することを目的とするものである。
〈構成及び効果の説明〉
本発明の半導体レーザ素子の基本構造についてぺ第１図
を参照しながら説明する。基板１の導電型としてｐ型を
選定した場合、ｐ導電形基板１」二にｎ形の電流阻止層
２を堆積して、基板１に対する電流遮断機能を付与した
後、該電流阻止層２表面より幅ｗｌ、深さＤの溝９をエ
ツチングにより形成する。次に、溝９の中心部に幅ｗ２
の基板ｌに達するＶ形溝１０をエツチングにより形成す
る。
を参照しながら説明する。基板１の導電型としてｐ型を
選定した場合、ｐ導電形基板１」二にｎ形の電流阻止層
２を堆積して、基板１に対する電流遮断機能を付与した
後、該電流阻止層２表面より幅ｗｌ、深さＤの溝９をエ
ツチングにより形成する。次に、溝９の中心部に幅ｗ２
の基板ｌに達するＶ形溝１０をエツチングにより形成す
る。
このようにして形成された二段式溝９ 、 Ｉ Ｏを有
する基板上に、ｐ−クラッド層３、ｐ−活性層４、ｎ−
クラッド層５、ｎ−キャップ層６からなるダブルへテロ
接合構造のレーザ動作部を積層する。
する基板上に、ｐ−クラッド層３、ｐ−活性層４、ｎ−
クラッド層５、ｎ−キャップ層６からなるダブルへテロ
接合構造のレーザ動作部を積層する。
活性層４は二段式溝９，１０直上で綴やかに湾曲してい
る。幅ｗ１が広く深さＤが浅い程、その湾曲度は緩やか
である。従って、活性層厚の変化Δｄも緩やかとなり、
実効屈折率の変化Δｎも小さくなる。その結果、基本横
モードの発振が得られる。
る。幅ｗ１が広く深さＤが浅い程、その湾曲度は緩やか
である。従って、活性層厚の変化Δｄも緩やかとなり、
実効屈折率の変化Δｎも小さくなる。その結果、基本横
モードの発振が得られる。
更に、この構造の他の利点は、電流を二段式溝９゜１０
の中心部にのみ流すことができることである。
の中心部にのみ流すことができることである。
仮に電流が二段式溝内に広く流れるとすると光出力が増
加するに従って、活性層内のキャリア分布が二段式溝の
中央部で凹み、両側部で盛り上る、いわゆる空間的ホー
ルバーニング現象が起る。この時、利得分布は一次横モ
ードの光強度分布と一致し、−次モード利得が零次モー
ド利得より大きくなり、−次横モードが発生する。従っ
て、第１図に示す構造は活性層の湾曲度を緩やかにする
ことができ、しかも電流を中央部に集中することができ
るという二つの効果により高出力状態まで基本横モード
発振を維持することが可能となる。
加するに従って、活性層内のキャリア分布が二段式溝の
中央部で凹み、両側部で盛り上る、いわゆる空間的ホー
ルバーニング現象が起る。この時、利得分布は一次横モ
ードの光強度分布と一致し、−次モード利得が零次モー
ド利得より大きくなり、−次横モードが発生する。従っ
て、第１図に示す構造は活性層の湾曲度を緩やかにする
ことができ、しかも電流を中央部に集中することができ
るという二つの効果により高出力状態まで基本横モード
発振を維持することが可能となる。
〈実施例〉
ＧａＡｓ−ＧａＡｆｉＡｓ系の化合物半導体を用いて、
本発明の半導体レーザ素子の実施例について製造方法と
ともに説明する。
本発明の半導体レーザ素子の実施例について製造方法と
ともに説明する。
第１図に於いて、ｐ形ＧａＡｓ基板１の（＋００）面上
にｎ形ＧａＡｓの電流阻止層２を０８μｍの厚さに、エ
ピタキシャル成長させ、その表面よりホトリングラフィ
技術とケミカルエツチングによって、幅ｗ １＝ ＋
２μｍ、深さＤ＝０．２μｍの溝９を形成した。
にｎ形ＧａＡｓの電流阻止層２を０８μｍの厚さに、エ
ピタキシャル成長させ、その表面よりホトリングラフィ
技術とケミカルエツチングによって、幅ｗ １＝ ＋
２μｍ、深さＤ＝０．２μｍの溝９を形成した。
次に、溝９の中心部にマスクアライメントによりＷ２−
４μｍ、深さ１μｍのＶ字形溝ＩＯをエツチング形成し
た。■字形溝１０が形成された部分は電流阻止層２が基
板１から除去されている。このようにして形成された二
段式溝９，１ｏをイＪする基板１上にｐＧａｏ、５ＡＡ
ｏ、ｓＡｓ クラッド層３、ｐ−Ｇａ ｏ、ｓ ｓＡ４
ｏ、＋ ｓＡｓ活性層４ ＞ ｎ Ｇａｇ、５Ａ４ｏ
、５Ａｓクラッド層５、ｎ−ＧａＡｓキャップ層６から
成るダブルへテロ接合構造のレーザ動作部を液相エピタ
キシャル成長させた。
４μｍ、深さ１μｍのＶ字形溝ＩＯをエツチング形成し
た。■字形溝１０が形成された部分は電流阻止層２が基
板１から除去されている。このようにして形成された二
段式溝９，１ｏをイＪする基板１上にｐＧａｏ、５ＡＡ
ｏ、ｓＡｓ クラッド層３、ｐ−Ｇａ ｏ、ｓ ｓＡ４
ｏ、＋ ｓＡｓ活性層４ ＞ ｎ Ｇａｇ、５Ａ４ｏ
、５Ａｓクラッド層５、ｎ−ＧａＡｓキャップ層６から
成るダブルへテロ接合構造のレーザ動作部を液相エピタ
キシャル成長させた。
この際、ｐ−クラッド層３と活性層４の成長時間を調整
することにより、ｐ−クラッド層３の」−ｍＩを二段式
溝９，１０に即して凹状に設定し、この上に積層される
活性層４をなだらかに湾曲させる。
することにより、ｐ−クラッド層３の」−ｍＩを二段式
溝９，１０に即して凹状に設定し、この上に積層される
活性層４をなだらかに湾曲させる。
活性層厚は溝中央部で００８μｍ溝両側部で０．０７／
１ｍとなった。この時、活性層厚の変化に起因する実効
屈折率の変化Δｎは２Ｘ Ｉ Ｏ−３となる。活性層４
に積層されるｎ−クラッド層５はその一］二面が平坦に
なるように成長形成される。
１ｍとなった。この時、活性層厚の変化に起因する実効
屈折率の変化Δｎは２Ｘ Ｉ Ｏ−３となる。活性層４
に積層されるｎ−クラッド層５はその一］二面が平坦に
なるように成長形成される。
キャンプ層６表面にはｎ側電極７としてＡｕ−Ｇｅ−Ｎ
ｉから成る金属材料を、基板裏面にはｎ側電極８として
Ａｕ−Ｚｎの金属材料をそれぞれ蒸着し、４５０′Ｃで
合金化した。ｎ側電極７及びｐ側電極８は駆動源に接続
され、レーザ発振が行なわれる。注入電流は基板１上で
電流阻止層２の除去されたＶ字形溝ＩＯを電流通路とし
て活性層４へ注入される。
ｉから成る金属材料を、基板裏面にはｎ側電極８として
Ａｕ−Ｚｎの金属材料をそれぞれ蒸着し、４５０′Ｃで
合金化した。ｎ側電極７及びｐ側電極８は駆動源に接続
され、レーザ発振が行なわれる。注入電流は基板１上で
電流阻止層２の除去されたＶ字形溝ＩＯを電流通路とし
て活性層４へ注入される。
上記実施例の半導体レーザはしきい値電流２０ｍＡ ＋
波長７８０ｎｍで発振し、発光出力２５ｍＷまで安定な
基本横モードで動作した。またこの際の微分量子効率は
共振器端面の片面で２５％であった。
波長７８０ｎｍで発振し、発光出力２５ｍＷまで安定な
基本横モードで動作した。またこの際の微分量子効率は
共振器端面の片面で２５％であった。
第３図は本発明の他の実施例を示す断面図である。溝の
形状及び活性層の形状は前の実施例と同じであるが、電
流注入機構と基板導電形が異なる。
形状及び活性層の形状は前の実施例と同じであるが、電
流注入機構と基板導電形が異なる。
即ち、いわゆるプレーナストライプ構造を適用したもの
である。１１はｎ−ＧａＡｓ基板、１２はｎ−Ｇａ ｏ
６Ａｊ２ ｏ、４Ａｓクラッド層、１３はｎ −Ｇ ａ
Ｏ，９５Ａ”０．０５ＡＳ活性層、１４はｐ−Ｇａ
ｏ、６Ａｆｉ ｏ、４Ａｓ クラッド層、１５はｎ−Ｇ
ａＡｓキャップ層、＋６はＺｎ拡散領域、１７はｎ側電
極、１８はｎ側電極である。基板１１に形成した二段式
溝の幅ｗ１とｗ２は上記実施例と同様にそれぞれ１２μ
ｍ、４／１ｍとし、Ｚｎ拡散層１６の幅Ｓは４μｍとし
た。
である。１１はｎ−ＧａＡｓ基板、１２はｎ−Ｇａ ｏ
６Ａｊ２ ｏ、４Ａｓクラッド層、１３はｎ −Ｇ ａ
Ｏ，９５Ａ”０．０５ＡＳ活性層、１４はｐ−Ｇａ
ｏ、６Ａｆｉ ｏ、４Ａｓ クラッド層、１５はｎ−Ｇ
ａＡｓキャップ層、＋６はＺｎ拡散領域、１７はｎ側電
極、１８はｎ側電極である。基板１１に形成した二段式
溝の幅ｗ１とｗ２は上記実施例と同様にそれぞれ１２μ
ｍ、４／１ｍとし、Ｚｎ拡散層１６の幅Ｓは４μｍとし
た。
この半導体レーザはしきい値電流２５１ｎΔ、波長８２
０ｎｍで発振し、発光出力１８ｍＷまで安定な基本横モ
ードで動作した。また、微分！７１子効率は共振端面の
片面で２０％であった。
０ｎｍで発振し、発光出力１８ｍＷまで安定な基本横モ
ードで動作した。また、微分！７１子効率は共振端面の
片面で２０％であった。
第４図は第２図に示す実施例の１１１形成をＲＩ Ｅ（
リアクティブ・イオン・エツチング）により行なった場
合の素子構造を示す断面図である。ケミカルエツチング
によって形成したτ７．ｌｉと比較して、溝側面がテー
パーを持たない点に特徴がある。第４図に示す半導体レ
ーザも、第２図で示す実施例のものとほとんど同じ特性
を示した。
リアクティブ・イオン・エツチング）により行なった場
合の素子構造を示す断面図である。ケミカルエツチング
によって形成したτ７．ｌｉと比較して、溝側面がテー
パーを持たない点に特徴がある。第４図に示す半導体レ
ーザも、第２図で示す実施例のものとほとんど同じ特性
を示した。
以上述べたように、上記実施例の半導体レーザはいずれ
も活性層の湾曲度の制御が容易で、高出力まで基本横モ
ードを維持し、しきい値電流が低く、微分量子効率が高
いという利点を有する。
も活性層の湾曲度の制御が容易で、高出力まで基本横モ
ードを維持し、しきい値電流が低く、微分量子効率が高
いという利点を有する。
尚、半導体レーザ素子としては上述したＧａＡｓ−Ｇａ
ＡｆｉＡｓ系に限定されるものではなく、ＩｎＰ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ系やその他のへテロ接合レーザ素子を適用す
ることができる。
ＡｆｉＡｓ系に限定されるものではなく、ＩｎＰ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ系やその他のへテロ接合レーザ素子を適用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の構
成断面図である。 第２図（５）は従来の活性層平坦型ＶＳ Ｉ Ｓレーザ
を示す断面図である。第２図（Ｂ）は従来の活性層湾曲
型ＶＳＩＳレーザを示す断面図である。 第３図及び第４図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す
半導体レーザ素子の構成断面図である。 １・・ｐ−割基板２・・ｎ−電流■止層、３− ｐ −
クラッド層、４・・・ｐ−活性層、５ ｎ−クラッド層
、６・ｎ−キャップ層、７・・・ｎ側電極、８ｐ側電極
、９ 溝、１ｏ・７字形溝・ １１１１一基板、＋ ２
− ｎ−クラッド層、１３・・ｎ−活性層、１４− ｐ
−クラッド層、１５−ｎ−キャップ層、＋６−Ｚｎ拡散
領域、＋ ７− ｎ側電極、＋ ８− ｎ側電極
成断面図である。 第２図（５）は従来の活性層平坦型ＶＳ Ｉ Ｓレーザ
を示す断面図である。第２図（Ｂ）は従来の活性層湾曲
型ＶＳＩＳレーザを示す断面図である。 第３図及び第４図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す
半導体レーザ素子の構成断面図である。 １・・ｐ−割基板２・・ｎ−電流■止層、３− ｐ −
クラッド層、４・・・ｐ−活性層、５ ｎ−クラッド層
、６・ｎ−キャップ層、７・・・ｎ側電極、８ｐ側電極
、９ 溝、１ｏ・７字形溝・ １１１１一基板、＋ ２
− ｎ−クラッド層、１３・・ｎ−活性層、１４− ｐ
−クラッド層、１５−ｎ−キャップ層、＋６−Ｚｎ拡散
領域、＋ ７− ｎ側電極、＋ ８− ｎ側電極
Claims (1)
- １ 幅が広く深さの浅い第１の溝の中央部に、該溝より
も幅の狭い第２の溝が形成された二段式溝を有する基板
面上に、該二段式溝の中心に対して対称に湾曲した活性
層を有するダブルへテロ接合構造のレーザ動作部を成長
させかつ電流を前記二段式溝中心近傍にのみ流すストラ
イブ構造を付設したことを特徴とする半導体レーザ素子
。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7905684A JPS60220982A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 半導体レ−ザ素子 |
| EP85302632A EP0162569A3 (en) | 1984-04-17 | 1985-04-15 | A semiconductor laser |
| DE90111456T DE3587561T2 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-15 | Halbleiterlaser. |
| EP90111456A EP0396157B1 (en) | 1984-04-17 | 1985-04-15 | A semiconductor laser |
| US06/723,390 US4677633A (en) | 1984-04-17 | 1985-04-15 | Semiconductor laser with a two-striped channel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7905684A JPS60220982A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60220982A true JPS60220982A (ja) | 1985-11-05 |
Family
ID=13679234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7905684A Pending JPS60220982A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60220982A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01291481A (ja) * | 1988-05-18 | 1989-11-24 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置 |
-
1984
- 1984-04-17 JP JP7905684A patent/JPS60220982A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01291481A (ja) * | 1988-05-18 | 1989-11-24 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置 |
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