JPS60236274A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS60236274A
JPS60236274A JP59093986A JP9398684A JPS60236274A JP S60236274 A JPS60236274 A JP S60236274A JP 59093986 A JP59093986 A JP 59093986A JP 9398684 A JP9398684 A JP 9398684A JP S60236274 A JPS60236274 A JP S60236274A
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region
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semiconductor laser
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Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザ素子に関し、より詳しくは、複数
のストライプ状発振領域を有し発振時にこれらストライ
プ状発振領域間でレーザビームが同位相となるように位
相結合することにより高出力レーザビームを得るように
した半導体レーザ素子に関する。
（従来技術） 近年、半導体レーザの進歩は着しいものがあり、光通信
やディノタルオーディオディスク等の分野で広く応用さ
れるようになった。また、半導体レーザは小形、出力可
変、および出力変調可能等の特徴を生かして書込み可能
な光デイスク分野への応用も盛んに行われている。これ
らの光デイスクシステムにおいては、書込み用半導体レ
ーザの光出力力状きくなるほど書込みに必要とする時間
が短くなるため、高速書込みが可能となり有利である。
しかしなから、現在までに実用化されている半導体レー
ザの実用的な光出力は高々パｌｆ）ｍＷ程度であり、特
に感度の代いディスク材料に適用するには不充分であっ
た。さらに、レーザビームプリンタあるいは空中伝送通
信等においてもより高出力の半導体レーザが必要となっ
てきている。
ところで、従来の単一の発振用ストライプ構造を有する
半導体レーザ素子により得られる最高出力には限界があ
るため、近年、複数の発振用ストライプ構造を有し、こ
れらが位相結合して発振する位相同期型レーザアレイの
開発が行われている。
この位相同期型レーザアレイは、単に独立して発振する
発振用ストライプ構造を並べた場合とは異なり、狭い放
射角に光出力を集中できる特徴を有している。
ところで、従来の利得導波型のレーザアレイでは、個々
のストライプ状発振領域の開に位置する結合領域におけ
る流入キャリヤの減少による損失の増大のため、隣り合
ったストライプ状発振領域間でレーザ光の電界の位相が
１８０度の差を有し、第８図に示すように、遠視野像が
多くのピークを有し、応用上不都合があった。
この遠視野像のピークを集中させるため、屈折率導波型
レーザを７レイ化することが提案されている。
たとえば、米国ヒユーレットパラカード社のり。
Ｅ、　Ａｃｋｌｅｙ等は、もれ姿態の埋込みレーザをア
レイ化したものを提案している（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ
。
Ｌｅｔｔ、　ｖｏｌ、３９．１９８１１１）１１．２７
参照）。しかしなが呟この構造の半導体レーザ素子は、
各レーザ間の結合は大きいが、本質的にもれ姿態である
ため、遠視野像は２本のピークを有するものであった。
また、米国ＲＣＡ研究所のり、Ｂｏｔｒｚ等は、Ｃ３Ｐ
−ＬＯＣレーザを提案している（　ｌ００Ｃ学会、２９
Ｂ５−２．東京、］１３参照）。これはＧａ　Ａ　ｓ基
板との光結合により等価屈折率分布を作り光導波路を作
りつけるものであるため、各発振ストライプ間の領域は
吸収係数力伏きく、これを小さくすると屈折率差がつか
ないという矛盾した構造になっている。従って、各レー
ザ間の電界の位相差を零度として結合することは容易で
はないと思われる。
さらに、米国ヒユーレットパラカード社のり。
Ｅ、　Ａｃｋｌｅｙは、リッツ型のレーザアレイを提案
している（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　ｖｏ
ｌ、４２＋　１９８３゜１ｉｐ、１５２参照）が、この
構造では、各レーザストライプ間の領域における電極に
よる吸収の増大により、各レーザ間の位相力６８０度ず
れた結合となる。
（発明の目的） 本発明は従来の半導体レーザ素子における上記問題点に
鑑みてなされたものであって、複数の屈折率導波型の各
ストライプ状発振領域にトｌ加的に損失を持たせること
により、各ストライプ状発振領域外の損失を相対的に低
減し、各レーザを零度の位相差で結合させるようにした
半導体レーザ素子を提供することを目的としている。
（発明の構成） このため、本発明は、屈折率導波型の複数のストライプ
状発振領域が並列して形成された半導体レーザ素子であ
って、各ストライプ状発振領域はこれらのストライプ状
発振領域の開に位置する領域よりもレーザ光に対して相
対的に損失か大きいことを特徴としている。
（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図において、ｎ−ＧａＡｓ基板１の上面には、順次
、ｎ−Ｇａｏ、＠Ａｊｌ！ｏ、ｔＡｓクラッド層２＋ｐ
−Ｇａｏ、＋Ａｌｏ、ＩＡｓ活性層３およびｐ　Ｇａｏ
、６Ａ、（’。、ＪＡＳＡｓクラッド層６成されている
。
上記ｐ　Ｇａｏ、６ＡＲｏ、４ＡＳクラッド層４には、
たとえば３μ顛の１１を有するストライプ状の肉厚部４
ａ、４ａ、・・・、４ａがたとえば７μ輪の間隔をおい
て形成されている。これらの肉厚部４ａ。
４、ａ　、−、４ａの」ユには順次、ｐ　（−ａＡｓｔ
Ｖｌ、酸層Ｓ　＋　ｐＧａｏ、ａＡ　ｊｌ：ｏ、＜Ａｓ
クラッド層６およびｐ　ＧａＡｓキャップ層７が形成さ
れている。
また、」−記１）−Ｃ；ａｏ、ｉＡ　（！　０１４ＡＳ
クランド層４上には、その上記肉厚部４ａ　＋　４ａ　
＋・・・、４ａの間に、キャップ層７のはパ上面に達す
るＩＩ−Ｇａｏ、。
Ａ、ｊｏ、ｓＡｓ埋込み層９が形成されている。このｎ
−Ｇａｏ、ｓＡ　ｉ。、、Ａｓ埋込み層９の表面には酸
化膜１０が形成されている。
上記１）−ＧａＡｓキャップ層７および酸化膜１０の上
には、Ｃｒ／Ａｕ電ｆｆ１ｌｌが形成され、また、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の下面にはＡｕＧｅ／Ｎｉ電極１２が形
成されている。
上記ｎ−Ｇａｏ、ｓＡ℃０．４ＡＳクラッド層２．ｐ−
Ｇａｏ、、Ａ　ｆｌ、　、、　、　Ａｓ活性層３および
ｌ）　Ｇａｏ、６Ａρｏ、＋Ａｓクラッド層４＋　ｐ　
ＧａＡｓ光吸収層Ｓ酸層１Ｇａｏ、６Ａ　Ｉｔ　。、４
Ａｓクラッド層６およびｐ−ＧａＡｓキャップ層７は、
ストライプ状発振領域１３を構成している。
ｐｔＩＪ１図の半導体レーザ素子では、上記ストライプ
状発振領域１３のｐ−ＧａＡｓ尤吸収層５およびＩＦ　
Ｇａ０．６Ａ　Ｉ　０．４Ａｓクラッド層６の屈折率が
相隣るストライプ状発振領域１３．１３の開に位置する
ｎ−Ｇａｏ、ｓＡ　ｊｒ、、５Ａｓ埋込み層９の屈折率
よりも大きく、屈折率導波型レーザを構成している。
また、−ト記ストライプ状発振領域１３はｐ　ＧａＡｓ
光吸収層５を有し、レーザ光に対する上記ストライプ状
発振領域１３の損失はＩＩ　Ｇａｏ、、ＡＣ８，ｓ　Ａ
　ｓ埋込みＭＯの損失よりも大きくなっている。
上記のような構成とすれば、レーザ発振時に、ストライ
プ状発振領域１３．１３の間に位置するＩＩ　Ｇａｎ、
５Ａｆｏ、ｓＡＳ埋込み層９の損失がストライプ状発振
領域１３の損失に比較して小さくなり、各ストライプ状
発振領域１３にて発生されるレーザ光は電界の位相差を
零で結合させることが再現性よく行うことができる。
次に、以上に構成を説明した第１図の半導体し一ザ素子
の製造方法を説明する。
先ず、第２図に示すように、液組成技法により、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に、順次厚さ１μ鎗のｎ　−Ｃｒ　ａｏ
、６Ａρｏ、４Ａｓクラッド層２．厚さ（）、１μｍの
ρＧａｏ、ｓｌｏ、１Ａｓ活性層３、厚さｌ）、３＃ｍ
のｐＧａｏ、ｓＡｊｇｏ、４Ａｓクラッド層４．厚さ０
．Ｏ５μ−のｐ−ＧａＡｓ光吸収層５．厚さ０．７μｍ
の番〕−Ｇａｏ、６Ａ　ｐ　ｏ、ｔＡｓクラッド層６お
よび厚さ０．３μ論のｐ−ＧａＡｓキャップ層７を連続
的に成長させる。
次に、第３図に示すように、７オトリソグラフイ法によ
り形成したストライプ状のレノスト８をマスクとして、
ｐ−ＧａＡｓキ＋ｙプ層７とｐ　Ｇａｏ、６Ａρ。０．
Ａｓ２９２１層６を上記マスク８によりマスクされた部
分を残し、次に説明するエツチングにより除去する。こ
のエツチングは、たとえば、ＧａＡｓとＧａＡｊＡｓに
対して選択性の無い硫酸系のエツチング液Ｈ２ＳＯ４：
Ｈ２Ｏ２：ｌ−１２０＝　］　０：１：１により少なく
ともｐ−Ｇａｏ、６Ａ（’ｏ、４Ａｓクラッド層６に達
するまで、エツチングを行い、次ぃで、（＋ａＡ（’Ａ
ｓを選択的にエツチングする７］酸（）ＩＦ）により、
残りの１１　Ｇａｒ、、６Ａ　Ａ　Ｏ＋４ＡＳクラッド
層６をエツチングすることにより行う。
その後、上記レジスト８を除去し、液相成長用ボード（
図示せず。）にて、未飽和溶液によりメルトバックエツ
チングを行い、少なくとも上記ｐ−Ｇａｏ、６１ｏ、＜
Ａｓクラッド層６の下部の１１−　Ｃｉ　ａＡｓ光吸収
層５を残して他のｐ　（ｉ　ａ　Ａ　ｓ光吸収層５を除
去し、更に、第４図に示すように、連続的にｎ−Ｇａｏ
、５Ａｆｏ、ｓＡｓ埋込み層９の成長を行う。
このとき、上記レジスト８の巾を３μＩＯピツチを７μ
ｍ程度に設定しておけば、上記レジスト８の間の領域を
上記ｎ　Ｇａｏ、５Ａ　、ｆ’ｏ、ｓＡｓ埋込み層９に
より有効に埋め込むことができる。
次いで、第５図に示すように、酢酸により希釈した７ツ
酸により、Ｉ）−Ｇａ　Ａ　ｓキャップ層７が露出する
まで全面をエツチングする。このエツチングの際にＧ　
ａ　ＡρＡｓ埋込み層９上に自然酸化膜１０が形成され
る。最後に、上記ｐ−ＧａＡｓキャップ層７および自然
酸化ｊＪＩｌｏ上にＣｒ／Ａｕ電極１１を形成し、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の下面にＡｕＧｅ／Ｎ’＋電極１２を形
成すれば、第１図の構成を有する半導体レーザ素子を得
ることができる。
上記のようにして、本発明の発明者等が７本のストライ
プ状発振領域１３，１３．・・・、１３を有する半導体
レーザ素子を製作したところ、閾値電流が２１（１ｍＡ
　で、１００　ｍ）Ｖ　１月：の光出力まで、第６図に
示すような単峰の遠視野像を得た。
上記実施例においてはｎ−Ｇａ、１．、Ａ　、Ｃｏ、ｓ
Ａｓ埋込み層９をｎ型とすることにより、ストライプ状
発振領域１３に有効な電流狭窄を行っているが、さらに
ストライブ状発振領域１３開における利得の増大を図る
ため、ｎ　Ｇａｏ、、Ａ　Ｃｏ、ｓＡｓ埋込み層９をｐ
型として自然酸化膜１０により電流狭窄を行うことがで
きる。
また、第２図の液相成長に代えて、％ｉ　Ｂ　Ｅあるい
はＭＯ−ＣＶＤ等の層厚制御性の良い成長法を使用すれ
ば、ストライプ状発振領域１３の１１−にａＡｓ光吸収
光吸収上５ｐ−（＋ａｏ、６Ａ　ｅ　ｑ、＋Ａｓクラ７
ド層６とｎ　Ｇａｏ、、Ａ　ｐｏ、ｓＡｓ埋込み層９と
の問に、より精度よく屈折率差および損失差を持たせる
ことができる。
次に、本発明に係る半導体レーザ素子のいよｍ−）の実
施例を第７図に示す。
第７図の半導体レーザ素子は、上面に所定ピンチで一定
中のメサ２０が形成されたｎ−ＧａＡｓ基板２１の上面
に、順次、ｎ　Ｇａ４．７ＡＣ０，３ＡＳクラッド層２
２＋　ｌｔ−ＧａＡｓ活性層２３，１ｌ−（ｉａ。、、
Ａ　ｒ　ｏ、、Ａｓクラッド層２４およびｎ　Ｃ；　ａ
　Ａ　ｓキヤ、ブ層２５を形成するとともに、上記メサ
２０の上方からクラッド層２４に達するＺｎ拡散を行い
電流通路２６を形成したものである。上記ＩＩ−（ｉ　
ａ　Ａ　ｓキャップ層２５の上には電極２７が形成され
、また、ｎ　Ｃｉ　ａ　Ａ　ｓ基板１の下面には電極２
８が形成されている。
第７図の半導体レーザ素子では、メサ２０が形成された
ｎ　ＧａＡｓ基板２１上に液相成長により形成されたｐ
−ＧａＡｓ活性層２３の厚みはメサ２０の中央部におい
て極大となり、メサ２０の中央部から離れるに従って減
少することにより、上記メサ２（）の上部に屈折率導波
型のストライプ状発振領域１３を形成している。また、
ｎ　にａｔ１．、Ａｐ。、、Ａｓクラ、ド層２２の上記
メサ２０の中央部での厚みを０．５μ■と薄くすること
により、１〕記メサ２０にてレーザ光の一部をｎ　Ｇａ
Ａｓ基板１に吸収させ、ストライプ状発振領域１３にお
けろレーザ光の損失を増大させるようにしている。
第７図の半導体レーザ素子を製造するには、先ず、ｎ　
ＧａＡｓ基板２１に７オトリソグラフイ法と化学エツチ
ングにより、１】が約２．５μｍｆｌで高さが約１１Ｊ
ｍのメサ２０を形成した後、液組成民法によりメサ２（
）の中央部における厚さが０．５μＩＩＩのｎ　Ｇａｏ
、　＋　Ａ　Ｃｏ、　ｖ　Ａｓクラッド層２２．メサ２
０における厚さが（１，１２μ鴎のｐ−ＧａＡｓ活性層
２３．厚さ約１μｍのクラッド層２４および厚さ０．５
μ■のｎ−ＧａＡｓキャップ層２５を順次、連続成長後
、メサ２０の上部にクラッド層２４に到達するようにＺ
ｎ拡散を行い、電流通路２６を形成する。最後に、ｎ　
ＧａＡｓキャップ層２５に電極２７を、また、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板２］に電極２８を形成すれば、第７Ｍの半導体
レーザ素子を得ることができる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、一般に
、屈折率導波型のストライプ状発振領域か並列された半
導体レーザ素子に広く適用することかできる。
また、本発明は、ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザ素子の
池に、Ｉｎ（ｉａＡｓＰ系やＩｎＧａＡｊＰ系等の半導
体レーザ素子に広く適用することかできる。
（発明の効果） 以上、詳述したことからも明らかなように、本発明は、
複数のストライプ状発振領域を有する半導体レーザ素子
の各ストライプ状発振領域のレーザ光の電界の位相差が
零度となるように位相結合するようにしたので、単峰の
狭い放射角内に出力を集中でき、きわめて高出力のレー
ザ゛ビームを得ることができる。このため、本発明を光
ディスク。
レーザビームプリンタ等に適用すれば記録速度を上げる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る半導体レーザ素子の一実施例の断
面図、第２圀、第３図、第４図および第５図は夫々第１
図の半導体レーザ素子の製造工程の説明図、第６図は第
１図の半導体レーザ素子の遠視野像の説明図、第７図は
本発明に係る半導体レーザ素子のいま１つの実施例の断
面図、第８図は従来の半導体レーザ素子の遠視野像の説
明図である。 １−ｎ−ＧａＡｓ基板、５・・冒）−にａＡｓ光吸収層
、９−　ｎ−Ｇａｏ、ｓＡ　ｅ　ｏ、ｓＡＳ埋込み層、
１３　・・・ストライプ状発振領域、２（）・・・メサ
、２］−ｎ−ＧａＡｓ基板。 特許出願人　シャープ株式会社 代　理　人　弁理士　青　山　葆はか２名負＆　（ｌり 第７図 第８図 −２０−１５−１０−５０５１０１５２０角友　（度）

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）屈折率導波型の複数のストライプ状発振領域が並
    列して形成された半導体レーザ素子であって、各ストラ
    イプ状発振領域はこれらストライプ状発振領域の間に位
    置する領域よりもレーザ光に灯して相対的に損失力伏き
    いことを特徴とする半導体レーザ素子。
JP59093986A 1984-05-10 1984-05-10 半導体レ−ザ素子 Pending JPS60236274A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59093986A JPS60236274A (ja) 1984-05-10 1984-05-10 半導体レ−ザ素子
US06/730,747 US4723253A (en) 1984-05-10 1985-05-06 Semiconductor laser array
DE8585303326T DE3586665T2 (de) 1984-05-10 1985-05-10 Vielfachanordnung von halbleiterlasern.
EP85303326A EP0161924B1 (en) 1984-05-10 1985-05-10 Semiconductor laser array
US07/905,145 USRE34356E (en) 1984-05-10 1992-06-23 Semiconductor laser array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59093986A JPS60236274A (ja) 1984-05-10 1984-05-10 半導体レ−ザ素子

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