JPS60245289A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS60245289A
JPS60245289A JP10314684A JP10314684A JPS60245289A JP S60245289 A JPS60245289 A JP S60245289A JP 10314684 A JP10314684 A JP 10314684A JP 10314684 A JP10314684 A JP 10314684A JP S60245289 A JPS60245289 A JP S60245289A
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JP
Japan
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region
laser oscillation
active layer
laser
layer
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JP10314684A
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Kaneki Matsui
完益 松井
Mototaka Tanetani
元隆 種谷
Taiji Morimoto
泰司 森本
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/24Structure 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 grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser

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】 く技術分野〉 本発明はレーザ光の吸収の少ない窓領域を有する横モー
ドの安定した半導体レーザ素子の新しい構造に関するも
のである。
く従来技術〉 半導体レーザの寿命を制限する要因の1つに、光出射面
となる共振器端面の劣化があることはよく知られている
。また、半導体レーザ素子を高出力動作させた場合に、
この共振器端面ば破壊されることがある。このときの端
面破壊出力(F’maxと称す)は、従来の半導体レー
ザでは106W/ c m ’程度であった。レーザ光
を安定に高出力発振させるためにP maxを増大させ
、また、端面劣化を防止するために端面でのレーザ光の
吸収を少なくした窓領域を形成し、かつ、窓領域にも光
導波路を形成し、ビームウェストを接合に水平、垂直方
向共に共振器面に存在するようにした高出力レーザ素子
が提唱されている。
第4図には、従来の半導体レーザ素子の素子内で光伝播
する様子をレーザ素子上面より模式的に描いたものを示
す。導波路幅Wg1及び長さLeを有するレーザ発振動
作域1の両端位置に導波路幅Wg2及び各々の長さLu
++ Lu+’を有する窓領域2゜2゛が配設され、共
振器端面3,3゛よりレーザビーム4,4゛が放射され
る。レーザ発振領域1はレーザ発振領域端面5,5゛で
その長さか限定されている。第5図(A)、(B)は、
第4図におけるX−X及びY−Y線方向断面図である。
即ち、第5図(A)はレーザ発振動作領域1の断面図で
あり、第5図(B)は窓領域2,2゛の断面図である。
即ち、従来のこの種の半導体レーザ素子では、p−Ga
As基板11上に電流を遮断するためのn−GaAs電
流阻止層12が堆積され、電流阻止層12には、GaA
s基板11に達するストライプ状の溝が加工されている
。このストライプ状の溝は、レーザ発振動作域1では断
面等脚台形状の溝17であり、窓領域2゛では断面三角
形状の溝18として形I&されている。この上に、p−
GaAlAsクラッド層13.GaAs又はGaA l
As活性層14゜n−GaAj2Asクラッド層1’5
.n GaAsキャップ層16が順次積層されている。
即ち、レーザ発振のための電流はn−GaAs層12に
よって阻止され、それぞれの幅Wc1. Wc2のチャ
ネル部17.18のみに流れる。これらのチャネル幅は
Wc、>Wc2となるように形成されており、同一成長
条件で前者では活性層14を第5図(A、)に示すよう
に湾曲させ、後者では第5図(B)に示すように活性層
14を平坦にすることができる。活性層14が湾曲する
と屈折率先導波路が形成され、その幅Wg1はチャネル
幅Wc1よりも狭くなる。また、活性層・14が平坦な
場合は、チャネル両端でのn−GaAs層12への光吸
収により実効屈折率が下がる原理を利用した先導波路が
形成され、その幅Wg2はチャネル幅Wc2にほぼ等し
い。
さらに、同一成長条件でそれぞれ活性層湾曲型VSIS
レーザと活性層平坦型\7SISレーザを作製した場合
、常に前者の方が100〜200人だけ長波長で発振す
るということ、即ち、21〜42meVだけバンドギャ
ップが狭くなるということである。したがって、端面劣
化の少ないあるいは端面破壊耐用出力P maxの大軽
い半導体レーザを作製することがでと、例えば、/10
0mWの高い光出力を得ることができる。
しかしながら、活性層を湾曲させると、接合面に水平方
向の屈折率導波路の屈折率差が大きくなりすぎるため、
電流注入量を増大していくと高次横モードが発振し、不
安定になってしまい、これに応じて遠視野像もひずんで
しまう。この結果、光デイスクシステム等の光源として
使用することはできなかった。
〈発明の目的〉 本発明は、上記従来の突形半導体レーザの欠点を克服し
た新規な構造を有する半導体レーザを提供することを目
的とするものである。
〈発明の構成〉 このため、本発明にかかる半導体レーザ素子においては
、活性層が湾曲しているレーザ発振領域の両側に接合面
に水平方向の屈折率差を調整するための埋込み層を形成
することによって、レーザ発振領域での高次横モードを
カットオフ状態にし、高電流注入領域まで安定な横モー
ドを得ることがで外るようにしている。
〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳説する。
第1図(A)、(B)は本発明の実施例にかかる半導体
レーザ素子の断面構造を示す、第4図におけるX−X線
及びY−Y線方向の断面図である。即ち、第1図(A)
はレーザ発振動作領域1の断面であり、第1図(B)は
窓領域2,2゛の断面図である。
第1図(A)、(B)と従来の第5図(A)、(B)と
を夫々比較対照すれば明らかなように、本発明にかかる
半導体レーザ素子では、レーザ発振動作領域1のチャネ
ル部17の両側部において、活性層24の層厚分布によ
って決まる屈折率差を、導波路幅W g +で高次横モ
ードをカットオフにするために必要な屈折率差にするた
めに、適当な屈折率をもつGaAlAs27で埋込むこ
とを特徴とする。
即ち、通常、活性層24の湾曲による層厚分布によって
決まる横方向の屈折率差は10−2以上と太すくなるた
め、電流注入と共に高次横モードが発振してしまう。高
次横モードをカットオフするために、横方向のつくりっ
けの屈折率差を3×10−3程度にする必要がある。
このため、レーザ発振動作領域の両側の部分を除去して
導波路幅W g +にほぼ等しいか、あるいはそれより
狭いメサ状のストライプ28を形成し、その両側をGa
A/、As層27.27で埋込むことによって、横方向
の屈折率差を低減することがでとる。即ち、通常の埋込
みレーザと同様に埋込み層のGaAlAsのA4混晶比
を変化させることにより、埋込み層27.27の屈折率
を任意に変化させることができる。
この結果、埋込み層27のAl混晶比を活性層24の湾
曲の程度に応じて最適化することによって、3X10−
3の屈折率差を再現性よくつくることがで終る。
埋込み層は、第1図(A)に示すように高抵抗のp型G
aAlAs層27としてもよく、あるいは、第2図に示
すように、n−GaAlAs層29とp−GaA/、A
s層30とからなる埋込み層27゛を用いてもよく、こ
の部分における電流を阻止できるものであればよい。
この結果、レーザ発振は湾曲部分28で起り、かつ、高
電流注入領域まで安定な基本横モードを得ることができ
、さらに、活性層24が平坦な部分、即ち、窓領域2,
2゛では、単にレーザ光が通過するだけとなる。
従って、端面劣化の少ない、あるいは端面破壊耐用出力
P maxの犬トい、がっ、横モードで安定した大出力
用半導体レーザを製作することかでとる。
なお、第1図(A)、(B)、第2図において、21は
p−GaAs基板、2はn−GaAs電流阻止層、23
はp−クラッド層、25は11−クラッド層、26はn
−キャップ層である。
〈製作例〉 第3図(A)、(B)、(CL (D)は製造方法を説
明する製造工程図である。
まず、p型GaAs基板(Znl’−プ、IXI(’J
19am”)21にn型GaAs電流阻止層(Teドー
プ。
6X1018cm−3)22を約0.6μIの厚さに液
相エピタキシャル成長させる。その後、11型GaAs
電流阻止層22表面に第3図(A)で示すような幅が変
化するストライプ状のパターンを従来のホトリソグラフ
ィ技術により形成する。レジスト上に各部の寸法がL+
= 150 tlm、 L2= 100μre、We、
=6μm、Wc2=3μIIIの窓が形成される。この
窓を通して硫酸系エツチング液でn型GaAs電流阻止
層22をエツチングする。なお、2、、−2.線、Z、
、−Z2@方向断面形状をそれぞれ第3図(B)、(C
)に示す。
その後再び液相エピタキシャル技術により、第1図(A
)、(B)で示すようなp Ga□、5 A’0.5A
sクラッド層23、p−Ga0,85 AlO,15A
s活性層24、n Gao、5 Aj!0.5 Asク
ラッド層25、n GaAsキャップ層26をそれぞれ
平坦部で0.15μm、 0.1μm、1.0μm、2
μm成長させる。
その後、SiO2をエピタキシャル表面に形成し、第3
図(D)に示すような窓41をSiO2にホトリソグラ
フィ技術により形成する。寸法は長さがLl”150μ
mと同じで、幅が数μm(2−10μm程度でよい)で
ある。この5in2の窓41を通して反応性イオンビー
ムエツチング法でl!ブロッキング層までエツチングす
る。
その後、硫酸系のエツチング液で0.05μm程度エツ
チングした後、再度エピタキシャル成長を行ない、第1
図(A>あるいは第2図に示す埋込み層27.27’を
形成する。
その後、Sin、、を除去し、基板裏面をラッピングす
ることによりウェハーの厚さを約100μm。
とした後、n−GaAsキャップ層26表面には、Au
−Ge−Ni を、 またp GaAs基板21にはA
u−Znを蒸着し、450℃に加熱して合金化すること
によりn側、p側電極層とする。次に、■)−GaAs
基板21の裏面にAuを蒸着する。その後、長さLl 
をもつ窓領域の中央で襞間し、共振器を形成する。従っ
て、窓領域は素子の両側で各々50μ印の長さを有する
ことになる。
更に、端面をAp、203でコートした後、各レーザ素
子に分離する。この埋込み構造をもつ態形レーザは、横
基本モードで、かつ、P maxが200mW まで向
上した。さらに、この態形レーザを40mW、50℃で
連続動作させたところ、長時間安定に動作することが確
認できた。
〈発明の効果〉 本発明によれば、レーザ発振領域での高次横モ−ドをカ
ットオフすることかでき、高電流注入領域まで安定な横
基本モードを得ることかでき、高い端面破壊耐用出力を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)は本発明にかかる態形レーザにお
ける各断面図であり、(A)は第4図のX−X線方向断
面、(B)は第4図のY−Y線方向断面を夫々表わす。 第2図は本発明にかかる態形レーザにおける断面図であ
る。 第3図(A)、(B)、(C)、(D)は本発明の製造
方法の一実施例を順次説明する製造工程図である。 第4図は従来の態形レーザにおける光の伝播様式を説明
する平面図で・ある。 第5図(A)、(B)は従来の態形レーザの断面構成を
示す夫々第4図のX−X線方向、’l’−Y線方向断面
図である。 1・・・・・・・・・・・・レーザ発振動作領域。 2.2゛・・・・・・窓領域。 3.3゛・・・・・・共振器面。 5.5゛・・・・・・レーザ発振領域端面。 21・・・・・・・・冒1−C;aAs基板+22・・
・・・・・・・n −C; a A s電流阻止層。 23・・・・・・・・・1〕−クラッド層。 24・・・・・・・・・活性層。 25・・・・・・・・・11−クラッド層。 26・・・・・・・・・11−キャップ層。 27.27’・=−高抵抗GaAlAs埋込み層。 28・・・・・・・・冒】−GaAlAs埋込み層。 29・・・・・・・・・p−GaA見As埋込み層。 特許出願人 シャープ株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に形成したストライプ状溝に対応して湾曲
    した活性層を有するレーザ発振領域と共振端近値に先導
    波路として働く平坦な活性層を有するレーザ光の窓領域
    を形成した半導体レーザしおいて、湾曲した活性層を有
    するレーザ発振領域の両側を埋込み領域としたことを特
    徴とする半導体レーザ素子。
JP10314684A 1984-05-21 1984-05-21 半導体レ−ザ素子 Pending JPS60245289A (ja)

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