JPS61236189A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS61236189A
JPS61236189A JP60078004A JP7800485A JPS61236189A JP S61236189 A JPS61236189 A JP S61236189A JP 60078004 A JP60078004 A JP 60078004A JP 7800485 A JP7800485 A JP 7800485A JP S61236189 A JPS61236189 A JP S61236189A
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JP
Japan
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layer
groove
active layer
type
grown
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Pending
Application number
JP60078004A
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Inventor
Saburo Yamamoto
三郎 山本
Taiji Morimoto
泰司 森本
Hiroshi Hayashi
寛 林
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Priority to US06/849,973 priority patent/US4754462A/en
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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
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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
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    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
    • H01S5/2277Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser

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  • Optics & Photonics (AREA)
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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】 く技術分野〉 本発明は極めて低いしきい値電流を有する屈折率導波路
形半導体レーザの素子構造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光導波機構で分類すると利得
導波形と屈折率導波形とに分類されるが、実用面で重要
な横モード安定性の点からは屈折率導波形の方が断熱有
利であり、様々な構造の屈折率導波路を有する半導体レ
ーザが開発された。この代表的な例としてB H(Bu
ried Hetero )レーザ及びV S I S
 (V−channeted 5ubstrateIn
ner 5tripe )レーザが周知である。
第2図(A)に示すBHレーザは基板1上にレーザ発振
用活性層3を両面からクラッド層2.4で挟設したダブ
ルへテロ接合構造をメサ型に堆積し、このメサ型構造の
両側を低屈折率物質で埋め込んでいるので完全な屈折率
導波作用に基くレーザ発振動作を示し、しきい値電流が
10mA以下の非常に小さい値になるという利点を有す
る。しかしながら、低屈折率物質の埋め込み層13の屈
折率及びメサ型構造の幅に相当する導波路幅Wを適尚に
選択しないと高次横モードで発振し易いという欠点があ
る。従って、製作条件に制約が多く、シかも基本モード
で発振させるには導波路幅Wを2μm以下にする必要が
あるので、レーザ端面が比較的低出力でも破壊し易くな
り量産性及び信頼性が確保されない。尚、図中の5は電
極とオーミックコンタクトを得るだめのキャップ層であ
る。
一方、第2図(B)で示すVSISレーザは基板1上に
電流阻止層6を層設し、電流阻止層6より基板1に達す
る7字溝を形成して電流通路を開通させた上に平坦な活
性層3をクラッド層2.4で挟設したダブルへテロ接合
構造を積層したもので、7字溝の幅に相当する導波路幅
Wは4〜7μmに広く設定しても高次横モードが発生し
ないという利点を有している。これは、導波路の外側の
光が基板1に吸収されるため、高次モード利得が抑制さ
れるからである。しかし、しきい値電流が40〜60m
A程度になり、上記BHレーザに比べて非常に高いとい
う欠点がある。この理由は、電流が゛ 電流阻止層6に
よる内部ストライプ構造によって狭窄されているが活性
層3内に注入されたキャリアは活性層3の両側方向へ拡
散する結果、レーザ発振に対して無効となるキャリアが
増大するためである。第3図にVSISレーザの活性層
3内におけるキャリア密度nを接合に平行方向yに沿っ
て求めたキャリア分布を示す。導波路幅Wを4μmとす
ると斜線で示した部分のキャリアはレーザ発振に寄与し
ない無効なキャリアである。この無効キャリアは不必要
な自然放出光及び発熱に消費され、しきい値電流を増加
させると同時にレーザ素子の信頼性に悪影響を与える。
〈発明の目的〉 本発明は、上述のBHレーザとVSISレーザのそれぞ
れの問題点を解決したものであり、しきい値電流が低く
しかも導波路幅を4〜7μmと広くしても高次モードの
発生のない新規な半導体レーザ素子を提供することを目
的とする。
〈構成及び効果の説明〉 本発明の半導体レーザ素子は上記目的を達成するため、
光導波路の外側に活性層内キャリアの拡散を阻止する領
域を形成したことを特徴とする。
即ち、素子内部に形成された電流狭窄用のストライプ溝
の両肩部で直上の活性層の光を吸収することにより活性
層内に屈折率導波形の光導波路を形成し、この光導波路
の両性側に溝を形成して活性層内のキャリアの横方向拡
散を阻止する。この溝には活性層よりもエネルギーギャ
ップの大きい結晶を挿入して溝を埋設するようにしても
良い。
本発明によれば、光導波路はストライプ溝によって決定
されるため、高次モードの発生が抑制され、またレーザ
発振に対して無効となるキャリアが少なくなるためしき
い値電流を低く抑えることも可能となり、作製条件的に
も容易な構造であるため実用上非常に優れた効果を奏す
ることができる0 〈実施例〉 第1図(A)は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素
子の模式断面であり、vS工SレーザのVチャンネル溝
の両側にキャップ層表面から活性層よりも深いメサ溝を
形成した場合の構成を示す。
チャネル幅をW、メサ溝間の幅をWとすると、w(Wと
なるように製作される。第1図(B)は本発明の他の実
施例を示す半導体レーザ素子の模式断面図であり、第1
図(A)に示すメサ溝を活性層よりもエネルギーギャッ
プの大きい結晶及びキャップ層と同じ結晶で埋設した場
合の構成を示す。
VSISレーザにおいては、屈折率光導波路はその動作
原理より活性層からの光が電流阻止層へ吸収されること
により形成されるので、光導波路の幅はVチャネル溝の
幅Wと一致する。また活性層内キャリアはVチャネル溝
の両側に形成されたメサ溝又はメサ溝の埋め込み層によ
り拡散が阻止され、第1図(C)に示すようなキャリア
密度分布となる。従って、斜線部で示される無効キャリ
アは第3図で示される従来例に比べて大幅に減少し、そ
の結果発振しきい値電流も大幅に減少する。
以下、GaAs−GaAtAs系の化合物半導体から成
る半導体レーザ素子を用いて第1図(A)を参照しなが
ら製造工程に従って説明する。
P −G aA s基板1の(100)面上にn −G
 aA sの電流阻止層6を0.8μmの厚さにエピタ
キシャル成長させ、その表面よりホトリソグラフィ技術
と化学エツチングによって、深さが1.2μm1幅Wが
4μmの7字溝7を形成する。この基板上にP−Gao
、7 A4,3Asクラッド層2 r P −Gao 
、95 ”0.05 As活性層3 、 n−Gao、
yA4+、3Asクラッド層4及びn、−GaA+キャ
ップ層5からなるダブルへテロ接合構造のレーザ発振用
多層結晶を順次液相エピタキシャル成長させる。次に、
キャップ層5表面にn側電極9としてAu−Geを蒸着
した後、ホトリソグラフィ技術とRIE (リアクティ
ブイオンエツチング)技術によって7字溝7の両側にメ
サ溝8をn側電極9表面からn−GaAs電流阻止層6
に到達する深さに形成する。メサ溝8間の幅Wは5.5
μm (’)−)とする。さらに、基板1の裏面を研磨
することにより素子全体の厚さを約100μmとした後
、その基板1裏面にP側電極10としてAu −Z n
を蒸着し、450℃に加熱してn側電極9とP側電極1
0を同時に合金化する。襞間法により共振長250暉の
71プリペロー共振器を形成し、n側電極9側を銅板上
にIn金属を介してマウントし素子化を完了する。
以上の工程を介して作製された半導体レーザは、波長8
20nmで発振し、しきい値電流は12mAと極めて低
い値を示しだ。また、CW動作で、光1 出力30 m
W以上迄、安定な基本横モードで発振した。
次に、他の実施例について第1図(R)を参照しながら
説明する。第1図(A)の実施例と同様に基板1上に7
字溝7とダブルへテロ接合構造のレーザ発振用多層結晶
を形成し、7字溝7の両側にメサ溝8を刻設した後、再
び液相エピタキシャル法によりメサ溝8内をP−Gao
、5Ato、2As 埋込層11によって埋め込み、活
性層3の両側面をこの埋込層11で限定する。次にキャ
ップ層5と同じn−GaAsから成るコンタクト層12
を堆積させてその成長層表面が平坦になるまで成長させ
た。
P−Gao、gA4,2As埋込層11は活性層3より
もエネルギーギャップが大きいのでキャリアの拡散を阻
止することができる。コンタクト層12の表面にはn側
電極9としてAu−Geを、P−GaAs基板1の裏面
にはP側電極10としてAu−Znを蒸着した後、45
0℃に加熱して合金化する。
以上の工程を介して作製された半導体レーザは820 
nmの波長で発振し、しきい値電流は10mAと極めて
低い値を示しだ。本実施例の半導体レーザは第1図(A
)の実施例のそれに比べて熱放散が良好となるため、特
に高出力動作において有利である。
尚、本発明の半導体レーザ素子は上述したGaAs−G
aAtAs系に限定されず、InP−InGaAsP系
やその他のへテロ接合レーザ素子にも適用することがで
きる。また成長方法はLPE(液相エピタキシャル成長
)法具外にもMO(有機金属)−CVD法、VPE(気
相成長)法、MBE(分子線エピタキシャル成長)法等
を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)(B)はそれぞれ本発明の1実施例を示す
半導体レーザ素子の模式断面図、同(C)はキャリア密
度分布を示す説明図である。 第2図(A)は従来のBHレーザの概略断面図、同(B
)は従来のVSISレーザの概略断面図である。 第3図はvsrsレーザのキャリア密度分布を示す説明
図である。 1−P−GaAs基板、2−P−GaAAAsクラッド
層3−P−GaAtAs活性層+ 4−n−GaAtA
sクラッド層5・・・n−GaAsキャップ層、6・・
・H−GaAs電流阻止層7・・・7字溝、     
8・・・メサ溝9・・・n側電極、    10・・・
P側電極11・・・P−GaAtAs埋込層(キャリア
阻止層)12・・・n−GaAsコンタクト層 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)第2図 Y (%m)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、素子内部に形成された電流狭窄用ストライプ溝の両
    肩部でレーザ発振用活性層の光を吸収することにより得
    られる光導波路の左右両外側で前記両肩部間距離より広
    い位置に前記活性層を切断する溝を設けたことを特徴と
    する半導体レーザ素子。 2、活性層を切断する溝には該活性層よりエネルギーギ
    ャプの大きい層が埋設されている特許請求の範囲第1項
    記載の半導体レーザ素子。
JP60078004A 1985-04-11 1985-04-11 半導体レ−ザ素子 Pending JPS61236189A (ja)

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EP0198656A3 (en) 1988-01-07
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