JPS61287290A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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Publication number
JPS61287290A
JPS61287290A JP13033485A JP13033485A JPS61287290A JP S61287290 A JPS61287290 A JP S61287290A JP 13033485 A JP13033485 A JP 13033485A JP 13033485 A JP13033485 A JP 13033485A JP S61287290 A JPS61287290 A JP S61287290A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
active layer
stripe
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP13033485A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Saburo Yamamoto
三郎 山本
Taiji Morimoto
泰司 森本
Shigeki Maei
茂樹 前井
Nobuyuki Miyauchi
宮内 伸幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JPS61287290A publication Critical patent/JPS61287290A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable a basic lateral mode operation to low threshold value oscillation and high output by approximating a carrier distribution in an active layer to a light intensity distribution. CONSTITUTION:An internal stripe 10 and a channel groove 9 by an N-type GaAs current blocking layer 2 on a P-type GaAs substrate 1 are formed by photolithography. Then, a P-type high resistance layer Ga1-zAlzAs layer 1 is grown by a liquid-phase epitaxial method so that the thickness becomes thinnest on the stripe 10. Further, a P-type clad layer Ga1-yAlyAs 3, an active layer Ga1-zAlxAs 4, an N-type clad layer Ga1-yAlyAs 5 and N-type cap layer GaAs 6 are further sequentially grown. Here, the alumium composition ratio (z) of the layer 11 is equal to or smaller than the aluminum composition ratio (y) of the layer 3. An N-type electrode (Au-Ge) 7 is formed on the surface of the layer 6, and a P-type electrode (Au-Zn) 8 is alloyed by depositing on the back surface of the substrate 1. Thus, a carrier distribution in the active layer can beapproximated to a luminous intensity distribution.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体レーザの素子構造に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to the element structure of a semiconductor laser.

(従来技術および発明の解決すべき問題点)従来、半導
体レーザ素子の横モードを安定化して発振しきい値を低
減するための構造として、第2図(A)に示すようなチ
ャネル溝付内部ストライプ形レーザがある。この半導体
レーザは、基板1と反対導電形の電流阻止層2を基板1
上に堆積し、犬にエツチング技術により溝9を形成し、
次に第1クラッド層3、活性層4、第2クラγド層5、
キャップ層6を順次堆積することにより製作される。電
極7,8間に電圧を印加すると、電流は、電流阻止層2
によって狭窄され、幅Sの内部ストライプ10内のみに
流れる。また、レーザ光は幅Wのチャネル溝9によって
形成される等傷用折率導波路によってチャネル内に閉じ
込められる。その時の光強度分布I (y)を第2図(
B)に示す。また、同図には、活性層内キャリア分布n
(y)も示されている。このn(y)は、活性層内のキ
ャリアの拡散により、チャネル溝9の幅よりも非常に広
いものとなる。
(Prior Art and Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, as a structure for stabilizing the transverse mode of a semiconductor laser device and reducing the oscillation threshold, a channel grooved internal structure as shown in FIG. 2(A) has been used. There is a striped laser. This semiconductor laser has a current blocking layer 2 of the opposite conductivity type to the substrate 1.
deposited on top and forming grooves 9 by etching technique;
Next, the first cladding layer 3, the active layer 4, the second cladding layer 5,
It is fabricated by sequentially depositing cap layers 6. When a voltage is applied between the electrodes 7 and 8, a current flows through the current blocking layer 2.
and flows only within the inner stripe 10 of width S. Further, the laser beam is confined within the channel by the uniform refractive index waveguide formed by the channel groove 9 having the width W. The light intensity distribution I (y) at that time is shown in Figure 2 (
Shown in B). The same figure also shows the carrier distribution n in the active layer.
(y) is also shown. This n(y) becomes much wider than the width of the channel trench 9 due to carrier diffusion within the active layer.

このように、従来のチャネル溝付内部ストライプ形レー
ザは、光強度分布I (y)よりもキャリア分布n(y
)の方が十分広いので、レーザ発振に寄与しないキャリ
アが多く、しきり1値電流が大きν・という欠点があっ
た。この無効な電流は、不必要な自然放出光及び発熱に
消費され、レーザ素子の信頼性に悪影響を及ぼす。また
、多くの電流を流して、光出力を大きくとろうとする場
合、チャネル中央部での内部光強度が強くなり、キャリ
ア密度がその部分で低(、両側で高くなるホールノスー
ニング効果と呼ばれる現象が起りやす(1,その結果、
高出力動作では、−次モードの利得が横モードの利得よ
りも大きくなり、−次モード発振が生じ、且つ、それに
伴って電流−光出力特性にキンクと呼ばれる折れ曲りが
生じるとν1う欠点があった。
In this way, the conventional channel grooved internal stripe laser has a carrier distribution n(y
) is sufficiently wider, there are many carriers that do not contribute to laser oscillation, and the disadvantage is that the single value current is large at times ν. This useless current is consumed by unnecessary spontaneous emission light and heat generation, which adversely affects the reliability of the laser device. In addition, when trying to increase optical output by passing a large amount of current, the internal light intensity at the center of the channel becomes strong, and the carrier density is low at that part (but high at both sides), which is called the Hall-no-Sooning effect. The phenomenon is likely to occur (1, as a result,
In high-output operation, the gain of the -order mode becomes larger than the gain of the transverse mode, causing -order mode oscillation, and the drawback of ν1 is that a bend called a kink occurs in the current-light output characteristics. there were.

これらの欠点の改善策として、第3図(A)に示すよう
に、電流阻止層2に工夫をこらして、内部ストライプ1
0の幅Sをチャネル溝9の幅Wよりも狭(する方法があ
る。しかし、内部ストライプ10から注入される電流が
チャネル溝9内の厚い第1クラッド層3で拡がってしま
うので、第3図(B)に示すように、キャリア分布n(
y)は、内部ストライプ幅Sの広い第1図(A)の場合
よりは狭くなるものの、まだ効果は不十分であった。
As a solution to these shortcomings, as shown in FIG.
There is a method to make the width S of the channel groove 9 narrower than the width W of the channel groove 9. However, since the current injected from the internal stripe 10 spreads in the thick first cladding layer 3 in the channel groove 9, As shown in Figure (B), the carrier distribution n(
y) was narrower than the case of FIG. 1(A) in which the internal stripe width S was wide, but the effect was still insufficient.

本発明は、活性層内のキャリア分布を光強度分布とほと
んど近くなるようにして、低しきい値発振及び高出力ま
での基本横モード動作を可能とした新規な半導体レーザ
素子を提供することを目的とする。
The present invention aims to provide a novel semiconductor laser device that enables low threshold oscillation and fundamental transverse mode operation up to high output by making the carrier distribution in the active layer almost similar to the light intensity distribution. purpose.

(問題点を解決するための手段) 本発明に係る半導体レーザ素子は、基板と、基板上にチ
ャネル幅よりも狭い内部ストライプを形成する電流阻止
層と、上記の内部ストライプ上には薄い層厚、チャネル
内の電流阻止層上には厚い層厚を有するように電流阻止
層上に形成される高抵抗層と、この高抵抗層上に表面が
平坦になるまで形成される第1クラッド層と、この第1
クラッド層上に形成される平坦な活性層と、上記高抵抗
層と第1クラッド層とは逆の導電型を有し、上記の活性
層上に形成される第2クラッド層と、この第2クラッド
層上に形成されるキャップ層とからなる。
(Means for Solving the Problems) A semiconductor laser device according to the present invention includes a substrate, a current blocking layer forming an internal stripe narrower than the channel width on the substrate, and a thin layer formed on the internal stripe. , a high-resistance layer formed on the current-blocking layer to have a large layer thickness on the current-blocking layer in the channel, and a first cladding layer formed on the high-resistance layer until the surface becomes flat. , this first
a flat active layer formed on the cladding layer; a second cladding layer formed on the active layer and having a conductivity type opposite to that of the high resistance layer and the first cladding layer; It consists of a cladding layer and a cap layer formed on the cladding layer.

(作 用) 本発明に係る半導体レーザ素子は、電流阻止層と第1ク
ラッド層との間に高抵抗層を設け、その層厚を内部スト
ライプ上では薄く、その両側で厚くすることにより、チ
ャネル溝内での電流の拡がりを抑えたことを特徴とする
(Function) The semiconductor laser device according to the present invention provides a high-resistance layer between the current blocking layer and the first cladding layer, and makes the layer thinner on the inner stripe and thicker on both sides of the inner stripe. It is characterized by suppressing the spread of current within the groove.

(発明の効果) 本発明により、チャネル溝付内部ストライプ形レーザ素
子において、活性層内に蓄積されるキャリアの接合方向
での分布が光強度の分布に近くなる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, in the channel grooved internal stripe laser element, the distribution of carriers accumulated in the active layer in the junction direction becomes close to the distribution of light intensity.

このため、しきい値電流が小さくなり、信頼性も向上す
る。まrこ、高出力動作にお警1ても、ホールバーニン
グ効果が起らず、高出力主で基本横モード動作が可能に
なる。
Therefore, the threshold current is reduced and reliability is improved. Even if you are careful about high power operation, the hole burning effect will not occur, and basic transverse mode operation will be possible at high power.

(実施例) 第1図(A)は、本発明の半導体レーザの断面図を示す
。チャネル溝幅Wよりも内部ストライプ幅Sを狭くした
点は、第3図(A)で示す従来例と同じであるが、電流
阻止層2と第1クラッド層3との開に高抵抗層11を介
在させた所が異なる。高抵抗層11の比抵抗値は、第1
クラッド層3の比抵抗値より大きくする。この高抵抗層
11は、液相エピタキシャル成長法により、内部ストラ
イプ10上では薄く、その両側では厚く形成することが
できる。この高抵抗層11上に第1クラッド層3をその
表面が平坦になるように堆積する。その後、従来通り、
活性層4、第2クラッド層5、キャップ層6を堆積する
(Example) FIG. 1(A) shows a cross-sectional view of a semiconductor laser of the present invention. The internal stripe width S is narrower than the channel groove width W, which is the same as the conventional example shown in FIG. The difference is that it is interposed. The specific resistance value of the high resistance layer 11 is the first
It is made larger than the specific resistance value of the cladding layer 3. This high-resistance layer 11 can be formed thinly on the internal stripe 10 and thickly on both sides thereof by liquid phase epitaxial growth. A first cladding layer 3 is deposited on this high resistance layer 11 so that its surface is flat. After that, as usual,
An active layer 4, a second cladding layer 5 and a cap layer 6 are deposited.

内部ストライプ10から注入された電流は、チャネル溝
9内での高抵抗層11の層厚変化によって拡がりが抑え
られ、第1図(B)に示すように、活性層内キャリア分
布n(y)は、光強度分布I (y)にほとんど近くな
る。この結果、レーザ発振に寄与しない無効なキャリア
、即ち、電流が少なくなる、その結果、しきい値電流が
小さくなり、信頼性も向上する。更に、ホールバーニン
グ効果も起りにくくなり、高出力まで基本モード発振が
可能になり、電流−光出力特性にキンクが生じなくなる
The current injected from the internal stripe 10 is suppressed from spreading due to the change in the layer thickness of the high resistance layer 11 within the channel groove 9, and as shown in FIG. 1(B), the carrier distribution in the active layer n(y) is almost close to the light intensity distribution I (y). As a result, invalid carriers that do not contribute to laser oscillation, ie, current, are reduced. As a result, the threshold current is reduced, and reliability is also improved. Furthermore, the hole burning effect is less likely to occur, fundamental mode oscillation is possible up to high output, and no kink occurs in the current-optical output characteristics.

以下、GaAs−GaA1As系の化合物半導体から成
る半導体レーザ素子を用いた実施例を、第1図(A)を
参照にしながら、製造工程とともに説明する。
Hereinafter, an embodiment using a semiconductor laser device made of a GaAs-GaAlAs compound semiconductor will be described along with the manufacturing process with reference to FIG. 1(A).

p形GaAs基板1上のn形GaAs電流阻止層2によ
る内部ストライプ10及びチャネル溝9は、本発明者等
による別の出願(特願昭58−228124号)に述べ
られている通りに、ホトリソグラフィを用いて形成され
る。ここでは、ストライプ10の幅Sを1.5μl及び
チャネル溝9の幅Wを8μmに形成した0次に、液相エ
ピタキシャル法により、p形高抵抗層G a 1−2A
 1 z A s (11)をその層厚が内部ストライ
プ10上で最も薄くなるように成長させた。更に、p形
りラッ)?7t!Ga1−yApAs(3)、活性層G
a1−XA fXAs(4)、n形クラッド層G a 
1− 、A1 y A ”’ (5)、n形キャップ層
GaAs(6)を順次成長させた。p形高抵抗層11の
A!組成比Zは、p形クラッド層3のAI組成比yと等
しいか、又は小さくした(2≦y)。(もしz >yと
すれば、p形クラッド層3は湾曲型の光導波層となり、
高次横モードが発生しやすい。)p形高抵抗層11の比
抵抗は、0.2Ω・cl、p形クラッド層3の比抵抗は
、0.05Ω・elmとした。
The internal stripes 10 and channel grooves 9 formed by the n-type GaAs current blocking layer 2 on the p-type GaAs substrate 1 are formed by photolithography as described in another application by the present inventors (Japanese Patent Application No. 58-228124). Formed using lithography. Here, the width S of the stripe 10 is 1.5 μl and the width W of the channel groove 9 is 8 μm, and the p-type high resistance layer G a 1-2A is formed by liquid phase epitaxial method.
1 z A s (11) was grown such that its layer thickness was thinnest on the inner stripes 10. In addition, p-shaped? 7t! Ga1-yApAs (3), active layer G
a1-XA fXAs(4), n-type cladding layer G a
1-, A1 y A'' (5), and an n-type cap layer GaAs (6) were grown sequentially. (2≦y). (If z > y, the p-type cladding layer 3 becomes a curved optical waveguide layer,
Higher-order transverse modes are likely to occur. ) The specific resistance of the p-type high resistance layer 11 was 0.2 Ω·cl, and the specific resistance of the p-type cladding layer 3 was 0.05 Ω·elm.

キャップ層6の表面にはn形電極?(Au −Ge)を
、p形GaAs基板1の裏面にはp形電極8 (Au−
Zn)を蒸着して合金化した。
Is there an n-type electrode on the surface of the cap layer 6? (Au-Ge), and a p-type electrode 8 (Au-Ge) is placed on the back surface of the p-type GaAs substrate 1.
Zn) was deposited and alloyed.

各層のA4組成比をx=0.05、y=0.35、z=
o、3sとした時、この半導体レーザは、しきい値電流
30論A、発振波長820止で発振し、光出力50+w
Wまで電流−光出力特性にキンクは現われなかった。ま
た、外部微分効率は、片面で30%であった。
The A4 composition ratio of each layer is x=0.05, y=0.35, z=
o, 3s, this semiconductor laser oscillates at a threshold current of 30A, an oscillation wavelength of 820, and an optical output of 50+W.
No kink appeared in the current-light output characteristics up to W. Further, the external differential efficiency was 30% on one side.

尚、材料はGaAs−GaAlAs系に限定されるもの
ではなく、InP−InGaAsP系等の他の半導体を
用いることもできる。□
Note that the material is not limited to GaAs-GaAlAs, and other semiconductors such as InP-InGaAsP may also be used. □

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(A)は、本発明に係る半導体レーザの図式的な
断面図であり、第1図(B)は、光強度分布I (y)
とキャリア分布n(y)のグラフである。 第2図(A)は、従来の半導体レーザの一例の図式的な
断面図であり、第2図(B)は、光強度分布1 (y)
とキャリア分布n(y)のグラフである。 第3図(A>は、従来の半導体レーザの一例の図式的な
断面図であり、第3図(B)は、光強度分布I(y)と
キャリア分布n(y)のグラフである。 1・・・基板、       2・・・電流阻止層、3
・・・第1クラッド層、  4・・・活性層、5・・・
第2クラッド層、  6・・・キャップ層、7.8・・
・電極、     9・・・チャネル溝、10・・・内
部ストライプ、11・・・高抵抗層。
FIG. 1(A) is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 1(B) is the light intensity distribution I (y).
and carrier distribution n(y). FIG. 2(A) is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional semiconductor laser, and FIG. 2(B) is a light intensity distribution 1 (y).
and carrier distribution n(y). FIG. 3(A) is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional semiconductor laser, and FIG. 3(B) is a graph of light intensity distribution I(y) and carrier distribution n(y). 1... Substrate, 2... Current blocking layer, 3
...first cladding layer, 4...active layer, 5...
Second cladding layer, 6... Cap layer, 7.8...
- Electrode, 9... Channel groove, 10... Internal stripe, 11... High resistance layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板と、 基板上にチャネル幅よりも狭い内部ストライプを形成す
る電流阻止層と、 上記の内部ストライプ上では薄い層厚、チャネル内の電
流阻止層上では厚い層厚を有するように電流阻止層上に
形成される高抵抗層と、 この高抵抗層上に表面が平坦になるまで形成される第1
クラッド層と、 この第1クラッド層上に形成される平坦な活性層と、 上記高抵抗層と第1クラッド層とは逆の導電型を有し、
上記の活性層上に形成される第2クラッド層と、 この第2クラッド層上に形成されるキャップ層とから成
る半導体レーザ素子。
(1) a substrate, a current blocking layer forming internal stripes narrower than the channel width on the substrate; A high resistance layer formed on the blocking layer, and a first layer formed on this high resistance layer until the surface becomes flat.
a cladding layer; a flat active layer formed on the first cladding layer; the high-resistance layer and the first cladding layer have conductivity types opposite to each other;
A semiconductor laser device comprising a second cladding layer formed on the above active layer and a cap layer formed on the second cladding layer.
JP13033485A 1985-06-14 1985-06-14 Semiconductor laser element Pending JPS61287290A (en)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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