JPS6136718B2 - - Google Patents
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- JPS6136718B2 JPS6136718B2 JP3373979A JP3373979A JPS6136718B2 JP S6136718 B2 JPS6136718 B2 JP S6136718B2 JP 3373979 A JP3373979 A JP 3373979A JP 3373979 A JP3373979 A JP 3373979A JP S6136718 B2 JPS6136718 B2 JP S6136718B2
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Classifications
-
- 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
-
- 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
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- H01S5/223—Buried stripe structure
- 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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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発振モードの制御に有効な構造を有す
る半導体レーザに関するものである。
る半導体レーザに関するものである。
半導体レーザを高温下において連続発振させる
ためには、その接合部から熱を除去する最良の熱
経路を与え、かつ同時に光の損失とむだな再結合
を最小にする特定領域に光エネルギーおよび注入
電流を閉じ込める構造寸法にする必要がある。そ
こで半導体レーザの電極をストライプ状電極とし
て活性層に流れる電流を閉じ込め、同時に光エネ
ルギーも閉じ込める。いわゆる電極ストライプ型
半導体レーザが出現した。
ためには、その接合部から熱を除去する最良の熱
経路を与え、かつ同時に光の損失とむだな再結合
を最小にする特定領域に光エネルギーおよび注入
電流を閉じ込める構造寸法にする必要がある。そ
こで半導体レーザの電極をストライプ状電極とし
て活性層に流れる電流を閉じ込め、同時に光エネ
ルギーも閉じ込める。いわゆる電極ストライプ型
半導体レーザが出現した。
しかし、この半導体レーザは室温直流発振が可
能となつたにもかかわらず、特性上の大きな難点
は活性層に平行に立つ電磁波モード、すなわち横
モードの不安定性、および注入電流の変化に対す
る横モードの変化であつた。これは電極ストライ
プ型が活性層の横方向に対してキヤリアおよび光
の閉じ込め構造となつていないためである。すな
わち、レーザ発振の開始電流値のわずかに上の電
流領域ではストライプ真下の活性層領域でのみ発
振に必要な利得が損失を上まわるので零次あるい
は低次の横モードで発振する。しかし注入電流を
増加していくと、活性層への注入キヤリアはスト
ライプ領域の両側の活性層中にも拡がるため、高
利得領域が拡がり、横モードの拡がりと高次モー
ドが発生する。横モードの不安定性と、注入電流
依存性はレーザ光を用いた光通信を行う場合に光
伝送路でのモード分散等の原因となり光伝送路の
情報容量を著しく下げる。したがつて光通信の信
号線として半導体レーザはこの点から幅広い注入
電流領域にわたつての単一モード発振が要求され
る。
能となつたにもかかわらず、特性上の大きな難点
は活性層に平行に立つ電磁波モード、すなわち横
モードの不安定性、および注入電流の変化に対す
る横モードの変化であつた。これは電極ストライ
プ型が活性層の横方向に対してキヤリアおよび光
の閉じ込め構造となつていないためである。すな
わち、レーザ発振の開始電流値のわずかに上の電
流領域ではストライプ真下の活性層領域でのみ発
振に必要な利得が損失を上まわるので零次あるい
は低次の横モードで発振する。しかし注入電流を
増加していくと、活性層への注入キヤリアはスト
ライプ領域の両側の活性層中にも拡がるため、高
利得領域が拡がり、横モードの拡がりと高次モー
ドが発生する。横モードの不安定性と、注入電流
依存性はレーザ光を用いた光通信を行う場合に光
伝送路でのモード分散等の原因となり光伝送路の
情報容量を著しく下げる。したがつて光通信の信
号線として半導体レーザはこの点から幅広い注入
電流領域にわたつての単一モード発振が要求され
る。
そこで上記の欠点を補う埋込み型半導体レーザ
が特開昭52−3392において提案された。まず、こ
の埋込み型半導体レーザの概略断面図を第１図に
示し、その構造、およびその機構等について図面
を用いて簡単に説明する。
が特開昭52−3392において提案された。まず、こ
の埋込み型半導体レーザの概略断面図を第１図に
示し、その構造、およびその機構等について図面
を用いて簡単に説明する。
このレーザは半導体基体１、拡散層６、光及び
キヤリアを閉じ込める第１のクラツド層２、中央
部３′と端部３を有する活性層、光及びキヤリア
を閉じ込める第２のクラツド層４、接触容易化層
５を含む。第１のクラツド層２の中央部と活性層
の中央部３′は半導体基体１内に形成され、かつ
拡散層６を通つて伸びる溝９内にある。第１のク
ラツド層２と活性層３は異る伝導型のものであ
り、それらの間に整流接合１０を形成する。電極
７と８が半導体基体１及び接触容易化層５とそれ
ぞれ接触するよう設けてあり、第１のクラツド層
２と活性層３の界面において順方向バイアス整流
接合１０を形成する。半導体基体１と第１クラツ
ド層２は拡散層６とは異る伝導型のものであり、
整流接合１１と１２はそれぞれ半導体基体１と拡
散層６、拡散層６と第１クラツド層２の間の界面
に生じる。整流接合１０が順方向バイアスされる
とき、整流接合１１はまた順方向にバイアスさ
れ、かつ整流接合１２は逆バイアスされる。
キヤリアを閉じ込める第１のクラツド層２、中央
部３′と端部３を有する活性層、光及びキヤリア
を閉じ込める第２のクラツド層４、接触容易化層
５を含む。第１のクラツド層２の中央部と活性層
の中央部３′は半導体基体１内に形成され、かつ
拡散層６を通つて伸びる溝９内にある。第１のク
ラツド層２と活性層３は異る伝導型のものであ
り、それらの間に整流接合１０を形成する。電極
７と８が半導体基体１及び接触容易化層５とそれ
ぞれ接触するよう設けてあり、第１のクラツド層
２と活性層３の界面において順方向バイアス整流
接合１０を形成する。半導体基体１と第１クラツ
ド層２は拡散層６とは異る伝導型のものであり、
整流接合１１と１２はそれぞれ半導体基体１と拡
散層６、拡散層６と第１クラツド層２の間の界面
に生じる。整流接合１０が順方向バイアスされる
とき、整流接合１１はまた順方向にバイアスさ
れ、かつ整流接合１２は逆バイアスされる。
特に半導体基体１がｎ型ＧaＡsなら、拡散層６
はｐ型ＧaＡs、第１クラツド層２はｎ型ＧaＡ
Ａsに、活性層３はｐ型ＧaＡs第２クラツド層４
はｐ型ＧaＡＡs、そして接触容易化層５はｐ型
ＧaＡsにすることができる。活性層の中央部３
は、中央領域であつく、かつ溝９の上端に隣接し
て非常に浅いわん形状断面を有する。整流接合１
０が順方向バイアスされたとき、キヤリアの再結
合の結果として発生した光は第１クラツド層２と
４の第２クラツド層で挾まれる高屈折率、活性層
３に導かれる。そのため、レーザの発振領域は活
性層３の中央部３′に限定される。活性層の中央
部３′の厚さを１μｍわん形状の巾を１〜２μｍ
にすると、レーザから発生する出力ビームは大体
丸い形状の基本横モードとなる。又注入電流を増
大してもモードの安定性が保たれる。
はｐ型ＧaＡs、第１クラツド層２はｎ型ＧaＡ
Ａsに、活性層３はｐ型ＧaＡs第２クラツド層４
はｐ型ＧaＡＡs、そして接触容易化層５はｐ型
ＧaＡsにすることができる。活性層の中央部３
は、中央領域であつく、かつ溝９の上端に隣接し
て非常に浅いわん形状断面を有する。整流接合１
０が順方向バイアスされたとき、キヤリアの再結
合の結果として発生した光は第１クラツド層２と
４の第２クラツド層で挾まれる高屈折率、活性層
３に導かれる。そのため、レーザの発振領域は活
性層３の中央部３′に限定される。活性層の中央
部３′の厚さを１μｍわん形状の巾を１〜２μｍ
にすると、レーザから発生する出力ビームは大体
丸い形状の基本横モードとなる。又注入電流を増
大してもモードの安定性が保たれる。
しかし、活性層３の中央部３′の層が厚いた
め、発振閾値電流が高まる欠点がある。発振閾値
電流を小さくするには、活性層中央部の層を薄く
することで成されるが、その結果、垂直方向の光
ビームの広がりが大きくなり、ビームの形状をそ
こなうこととなる。更に活性層の発振領域が広い
屈折率の第１及び第２クラツド層によつて完全に
取りかこまれているため、その界面では屈折率の
大きな差が生じる。そのため、発振領域のわん形
状の巾を広くすると基本横モード発振の他に高次
横モードが発振しやすくなる。結晶成長の容易さ
から溝の巾が狭いよりは、ある程度広い方が製作
しやすい。
め、発振閾値電流が高まる欠点がある。発振閾値
電流を小さくするには、活性層中央部の層を薄く
することで成されるが、その結果、垂直方向の光
ビームの広がりが大きくなり、ビームの形状をそ
こなうこととなる。更に活性層の発振領域が広い
屈折率の第１及び第２クラツド層によつて完全に
取りかこまれているため、その界面では屈折率の
大きな差が生じる。そのため、発振領域のわん形
状の巾を広くすると基本横モード発振の他に高次
横モードが発振しやすくなる。結晶成長の容易さ
から溝の巾が狭いよりは、ある程度広い方が製作
しやすい。
すなわち基本横モード発振するレーザを得るに
必要な半導体基体に形成される溝の寸法では、制
御性再現性が悪くなる欠点を有する。
必要な半導体基体に形成される溝の寸法では、制
御性再現性が悪くなる欠点を有する。
この発明の目的は従来の半導体レーザが有して
いる欠点を除去し、基本横モードの制御された高
出動作が可能でビームの対称性が良く、製作が容
易、かつ歩留りの高い量産性に適した半導体レー
ザの構造を提供することである。
いる欠点を除去し、基本横モードの制御された高
出動作が可能でビームの対称性が良く、製作が容
易、かつ歩留りの高い量産性に適した半導体レー
ザの構造を提供することである。
本発明は以下に述べるような半導体レーザの構
造によつて解決される。本発明の半導体レーザの
構造の骨子は次の通りである。最初細長い溝が、
半導体基体内にエツチングで形成される。溝の形
成に続いて光閉じ込め層、光ガイド及びキヤリア
閉じ込め層（以下光ガイド層と略記する）活性層
及び光及びキヤリア閉じ込め層（以下キヤリア閉
じ込め層と略記する）が普通のエピタキシヤル成
長によつて半導体基体の溝のある表面上に連続的
に成長される。そして、その活性層がキヤリア閉
じ込め層または、光ガイド層と整流接合を形成す
るようにドーピングされる。
造によつて解決される。本発明の半導体レーザの
構造の骨子は次の通りである。最初細長い溝が、
半導体基体内にエツチングで形成される。溝の形
成に続いて光閉じ込め層、光ガイド及びキヤリア
閉じ込め層（以下光ガイド層と略記する）活性層
及び光及びキヤリア閉じ込め層（以下キヤリア閉
じ込め層と略記する）が普通のエピタキシヤル成
長によつて半導体基体の溝のある表面上に連続的
に成長される。そして、その活性層がキヤリア閉
じ込め層または、光ガイド層と整流接合を形成す
るようにドーピングされる。
半導体基体に溝が形成されているため、光閉じ
込め層と光ガイド層及び光ガイド層に接している
活性層面が溝部で凹んだ形状となり、その結果、
光ガイド層にわん状ガイド領域が形成されてい
る。上記光ガイド層の層厚及び光ガイド層上に形
成された活性層の層厚は、溝部におけるわん状領
域の中心部で最も厚く、わん状領域両端ほど薄く
なつている。
込め層と光ガイド層及び光ガイド層に接している
活性層面が溝部で凹んだ形状となり、その結果、
光ガイド層にわん状ガイド領域が形成されてい
る。上記光ガイド層の層厚及び光ガイド層上に形
成された活性層の層厚は、溝部におけるわん状領
域の中心部で最も厚く、わん状領域両端ほど薄く
なつている。
図を参照しながら本発明の基本原理を説明す
る。第２図は本発明を実施した場合の半導体レー
ザの代表例でレーザ光に垂直な素子の主要断面図
を示すものである。１３は帯状の凹溝２２を形成
し、その溝の両側に表面層として拡散層１９を設
けた半導体基体で、この上に以下の層が順次成長
される。第１半導体層の光を閉じ込める層１４、
第２半導体層で中央部１５′と端部を有する光ガ
イド及びキヤリアを閉じ込める層１５第３半導体
層の活性層１６、第４半導体層の光とキヤリアを
閉じ込める層１７、接触容易化層１８であり、光
閉じ込め層１４の中央部と光ガイド層１５の中央
部１５′及び活性層の中央部２６は拡散層１９を
通つて伸びる溝２２領域でその表面が半導体基体
の内方向に弓形となる様設けられる。活性層１６
と光ガイド層１５は異なる伝導型のものであり、
それらの間に整流接合２３を形成する。電極２０
と２１が半導体基体１３及び接触容易化層１８に
それぞれ接触するように設けてあり、活性層１６
と光ガイド層１５の界面において順方向バイアス
整流接合２３を形成する。半導体基体１３と光閉
じ込め層１４は表面層１９とは異なる伝導型のも
のであり半導体基体１３と光閉じ込め層１４の整
流接合２４と２５はそれぞれ半導体基体１３と表
面層１９、表面層１９と光閉じ込め層１４の間の
界面に生じる。整流接合２３が順方向にバイアス
されるとき整流接合２４はまた順方向にバイアス
され、かつ整流接合２５は逆バイアスされる。キ
ヤリアが注入され、再結合により光を発生する活
性層１６の両側をこれより禁制帯幅が大きく、屈
折率の小さいキヤリア閉じ込め層１７と光ガイド
層１５で挾み、キヤリアの閉じ込めをおこない、
一方、発生した光をわずかに屈折率の小さい光ガ
イド層１５にしみ出させ、光子の完全な閉じ込め
をキヤリア閉じ込め層１７と光閉じ込め層１４で
行なう、すなわち光の閉じこめと、キヤリアの閉
じこめとを分離したダブレヘテロ構造となつてい
る。ＧaＡs、ＧaＡＡsを半導体層として用いる
場合について具体的に述べる。半導体基体１３は
ｎ型ＧaＡs、表面層１９はＰ型ＧaＡs層、第１半
導体層の光閉じ込め層１４はｎ型ＧaＡＡs、第
２半導体層の光ガイド層１５もｎ型ＧaＡＡs
で、第３半導体層の活性層１６はｐ型ＧaＡs、第
４半導体層のキヤリア閉じ込め層１７はｐ型Ａ
ＧaＡs、そして接触容易化層１８はｐ型ＧaＡsで
ある。ここで、第２半導体層１５のＡ組成比は
活性層１６内に注入されたキヤリアは完全に閉じ
込めるが、活性層１６で発生した光は十分にしみ
出る程度の禁制帯幅と適当な屈折率を有する様に
決められる。更に溝２２部分の光ガイド層１５
は、半導体基体１３の方に内方に弓形にされた光
閉じ込め層１４に接し、中央部１５′が凸凹形状
の断面を有する。活性層もその上に同様な形状で
設けられ、その層厚をレーザ光が十分に層１５に
しみ出し得る程度に薄い層厚となす。
る。第２図は本発明を実施した場合の半導体レー
ザの代表例でレーザ光に垂直な素子の主要断面図
を示すものである。１３は帯状の凹溝２２を形成
し、その溝の両側に表面層として拡散層１９を設
けた半導体基体で、この上に以下の層が順次成長
される。第１半導体層の光を閉じ込める層１４、
第２半導体層で中央部１５′と端部を有する光ガ
イド及びキヤリアを閉じ込める層１５第３半導体
層の活性層１６、第４半導体層の光とキヤリアを
閉じ込める層１７、接触容易化層１８であり、光
閉じ込め層１４の中央部と光ガイド層１５の中央
部１５′及び活性層の中央部２６は拡散層１９を
通つて伸びる溝２２領域でその表面が半導体基体
の内方向に弓形となる様設けられる。活性層１６
と光ガイド層１５は異なる伝導型のものであり、
それらの間に整流接合２３を形成する。電極２０
と２１が半導体基体１３及び接触容易化層１８に
それぞれ接触するように設けてあり、活性層１６
と光ガイド層１５の界面において順方向バイアス
整流接合２３を形成する。半導体基体１３と光閉
じ込め層１４は表面層１９とは異なる伝導型のも
のであり半導体基体１３と光閉じ込め層１４の整
流接合２４と２５はそれぞれ半導体基体１３と表
面層１９、表面層１９と光閉じ込め層１４の間の
界面に生じる。整流接合２３が順方向にバイアス
されるとき整流接合２４はまた順方向にバイアス
され、かつ整流接合２５は逆バイアスされる。キ
ヤリアが注入され、再結合により光を発生する活
性層１６の両側をこれより禁制帯幅が大きく、屈
折率の小さいキヤリア閉じ込め層１７と光ガイド
層１５で挾み、キヤリアの閉じ込めをおこない、
一方、発生した光をわずかに屈折率の小さい光ガ
イド層１５にしみ出させ、光子の完全な閉じ込め
をキヤリア閉じ込め層１７と光閉じ込め層１４で
行なう、すなわち光の閉じこめと、キヤリアの閉
じこめとを分離したダブレヘテロ構造となつてい
る。ＧaＡs、ＧaＡＡsを半導体層として用いる
場合について具体的に述べる。半導体基体１３は
ｎ型ＧaＡs、表面層１９はＰ型ＧaＡs層、第１半
導体層の光閉じ込め層１４はｎ型ＧaＡＡs、第
２半導体層の光ガイド層１５もｎ型ＧaＡＡs
で、第３半導体層の活性層１６はｐ型ＧaＡs、第
４半導体層のキヤリア閉じ込め層１７はｐ型Ａ
ＧaＡs、そして接触容易化層１８はｐ型ＧaＡsで
ある。ここで、第２半導体層１５のＡ組成比は
活性層１６内に注入されたキヤリアは完全に閉じ
込めるが、活性層１６で発生した光は十分にしみ
出る程度の禁制帯幅と適当な屈折率を有する様に
決められる。更に溝２２部分の光ガイド層１５
は、半導体基体１３の方に内方に弓形にされた光
閉じ込め層１４に接し、中央部１５′が凸凹形状
の断面を有する。活性層もその上に同様な形状で
設けられ、その層厚をレーザ光が十分に層１５に
しみ出し得る程度に薄い層厚となす。
この様な構造を取ると、整流接合２３が順方向
バイアスされキヤリアが活性層１６に注入された
とき、そこで再結合し、光が発生する。その光は
光ガイド層１５にしみ出す。光ガイド層１５は、
活性層１６で発生した光に対して十分透明なため
この層内で光が損失することはない。そこで光は
光ガイド層１５と活性層１６の間に拡がつて伝播
する。更にこれらの層１５，１６は屈折率の低い
各々層１４と１７にガイドされているため、結果
として、光は中央部１５′領域に集中する。キヤ
リア注入及び再結合領域と光閉じ込め領域すなわ
ち光ガイド層とを分離することで、発振閾値電流
を高めることなく光ビームの対称性の良好なレー
ザ光を得ることが出来る。
バイアスされキヤリアが活性層１６に注入された
とき、そこで再結合し、光が発生する。その光は
光ガイド層１５にしみ出す。光ガイド層１５は、
活性層１６で発生した光に対して十分透明なため
この層内で光が損失することはない。そこで光は
光ガイド層１５と活性層１６の間に拡がつて伝播
する。更にこれらの層１５，１６は屈折率の低い
各々層１４と１７にガイドされているため、結果
として、光は中央部１５′領域に集中する。キヤ
リア注入及び再結合領域と光閉じ込め領域すなわ
ち光ガイド層とを分離することで、発振閾値電流
を高めることなく光ビームの対称性の良好なレー
ザ光を得ることが出来る。
この実施例の半導体レーザの製造工程の具体的
な例を示す。まずｎ型ＧaＡs１〜３×1018／cm3の
不純物濃度の半導体基体１３の表面に約0.7μｍ
のＺo拡散層１９を形成する。Ｚo濃度は基体濃度
より少し大き程で良い。次にフオトレジスト膜を
付着し、露光した後巾２μｍの細長い窓を設け、
これを選択エツチングのマスクとしてストライプ
状の溝２２を半導体基体１３の表面に形成する。
溝２２の深さはＺo拡散層１９以上で、この場合
溝２２は約1.5μｍの深さである。溝２２は普通
の化学エツチングすなわち、リン酸１と、過酸化
水素１とメタノール５の割合で含むエツチング溶
液が好ましく、室温にてかくはん状態で約130秒
間エツチングすると、好ましい深さの溝が得られ
る。溝２２の形成に続いて、残りのフオトレジス
ト膜を半導体基体１３の表面から除去し、以下各
層が液相エピタキシアル成長によつて連続して成
長される。ｎ型Ａ0.38Ｇa0.62Ａs層１４を溝２２
の部分で弓形に沈下した断面を有する所で成長を
終り、その上にｎ型Ａ0.1Ｇa0.9Ａs層１５を成長
する。この成長はやはり、溝２２の領域で凹状と
なる様に行う。次いで、活性層のｐ型ＧaＡs層１
６は、同じ様に溝の中央部でその断面が凹となる
ようにする。最後にｐ型Ａ0.38Ga0.62As層１７
とｐ型ＧaＡs層１８が成長されて終了する。
な例を示す。まずｎ型ＧaＡs１〜３×1018／cm3の
不純物濃度の半導体基体１３の表面に約0.7μｍ
のＺo拡散層１９を形成する。Ｚo濃度は基体濃度
より少し大き程で良い。次にフオトレジスト膜を
付着し、露光した後巾２μｍの細長い窓を設け、
これを選択エツチングのマスクとしてストライプ
状の溝２２を半導体基体１３の表面に形成する。
溝２２の深さはＺo拡散層１９以上で、この場合
溝２２は約1.5μｍの深さである。溝２２は普通
の化学エツチングすなわち、リン酸１と、過酸化
水素１とメタノール５の割合で含むエツチング溶
液が好ましく、室温にてかくはん状態で約130秒
間エツチングすると、好ましい深さの溝が得られ
る。溝２２の形成に続いて、残りのフオトレジス
ト膜を半導体基体１３の表面から除去し、以下各
層が液相エピタキシアル成長によつて連続して成
長される。ｎ型Ａ0.38Ｇa0.62Ａs層１４を溝２２
の部分で弓形に沈下した断面を有する所で成長を
終り、その上にｎ型Ａ0.1Ｇa0.9Ａs層１５を成長
する。この成長はやはり、溝２２の領域で凹状と
なる様に行う。次いで、活性層のｐ型ＧaＡs層１
６は、同じ様に溝の中央部でその断面が凹となる
ようにする。最後にｐ型Ａ0.38Ga0.62As層１７
とｐ型ＧaＡs層１８が成長されて終了する。
典型的な各層厚は溝２２の中央部でそれぞれｎ
型Ａ0.38Ｇa0.62Ａs層１４が0.8μｍ、ｎ型Ａ0.
１Ｇa0.9Ａs層１５′が0.5μｍ、活性層１６が0.2μ
ｍ、ｐ型Ａ0.38Ｇa0.62Ａs層17が1.2μｍ、ｐ型Ｇ
aＡs層１８が1.2μｍである。又各層１４，１
５，１６，１７，１８のドープ濃度はそれぞれ典
型的にはｎ〜３×1017／cm3、ｎ〜３×1017／cm3、
ｐ〜５×1017／cm3、ｐ〜３×1017／cm3、ｐ〜
1018／cm3である。活性層１６は溝２２の部分で凹
んでいるが、この凹部の中央部で層厚が最大で、
その両端部にゆくにしたがい厚さが薄くなつてい
る。最後に普通の方法で電極２０，２１を取り付
けることにより完了する。動作は電極２１に正、
電極２０に負を印加することにより整流接合２３
は順方向バイアスされ、電子は光ガイド層１５の
中央部から活性層１６の中央部に注入され、それ
を取り巻くヘテロ接合層、１５，１７によつてそ
こに閉じ込められる。充分な注入電流によつて、
損失に利得がうち勝つたとき、活性層１６からレ
ーザ光が生じる。この光は光ガイド層１５にしみ
出し、屈折率の低い層１４と１７によつて導かれ
る。整流接合２３が順方向バイアスされるときの
整流接合２４の逆バイアスにより注入電流は溝２
２を通る通路に制限される。この注入電流通路の
制限は拡散法以外の他の方法で達成されても良
い。たとえば拡散層１９のかわりに半導体基体に
プロトンを打ち込んだ層、又は絶縁層を形成する
構造、あるいは半導体基体には拡散層等のように
注入電流路を制限するための手段を設けず、接触
容易化層にストライプ電極を設ける構造、あるい
は、ｐ型不純物（例えばＺo）をストライプ状に
接触容易化層側から活性層まで拡散して注入電流
路を制限しても本実施例と同様の効果が得られ
る。
型Ａ0.38Ｇa0.62Ａs層１４が0.8μｍ、ｎ型Ａ0.
１Ｇa0.9Ａs層１５′が0.5μｍ、活性層１６が0.2μ
ｍ、ｐ型Ａ0.38Ｇa0.62Ａs層17が1.2μｍ、ｐ型Ｇ
aＡs層１８が1.2μｍである。又各層１４，１
５，１６，１７，１８のドープ濃度はそれぞれ典
型的にはｎ〜３×1017／cm3、ｎ〜３×1017／cm3、
ｐ〜５×1017／cm3、ｐ〜３×1017／cm3、ｐ〜
1018／cm3である。活性層１６は溝２２の部分で凹
んでいるが、この凹部の中央部で層厚が最大で、
その両端部にゆくにしたがい厚さが薄くなつてい
る。最後に普通の方法で電極２０，２１を取り付
けることにより完了する。動作は電極２１に正、
電極２０に負を印加することにより整流接合２３
は順方向バイアスされ、電子は光ガイド層１５の
中央部から活性層１６の中央部に注入され、それ
を取り巻くヘテロ接合層、１５，１７によつてそ
こに閉じ込められる。充分な注入電流によつて、
損失に利得がうち勝つたとき、活性層１６からレ
ーザ光が生じる。この光は光ガイド層１５にしみ
出し、屈折率の低い層１４と１７によつて導かれ
る。整流接合２３が順方向バイアスされるときの
整流接合２４の逆バイアスにより注入電流は溝２
２を通る通路に制限される。この注入電流通路の
制限は拡散法以外の他の方法で達成されても良
い。たとえば拡散層１９のかわりに半導体基体に
プロトンを打ち込んだ層、又は絶縁層を形成する
構造、あるいは半導体基体には拡散層等のように
注入電流路を制限するための手段を設けず、接触
容易化層にストライプ電極を設ける構造、あるい
は、ｐ型不純物（例えばＺo）をストライプ状に
接触容易化層側から活性層まで拡散して注入電流
路を制限しても本実施例と同様の効果が得られ
る。
また、本実施例では効率を上げる目的で注入電
流路を制限する構造としているが、注入電流路を
制限する構造としなくても本質的にはさしつかえ
ない。
流路を制限する構造としているが、注入電流路を
制限する構造としなくても本質的にはさしつかえ
ない。
第３図に本発明のもう一つの実施例（第２の実
施例）を示す。この第２の実施例では第３図から
も解るように活性層１６の上面、すなわちキヤリ
ア閉じ込め層１７と接する面が平坦で、溝部２２
における活性層の断面が平凸状である点を除いて
は、第１の実施例と同じである。このような構造
では、第１の実施例に比べ発振閾値電流は上昇す
るものの、高出力が得られらるという利点があ
る。
施例）を示す。この第２の実施例では第３図から
も解るように活性層１６の上面、すなわちキヤリ
ア閉じ込め層１７と接する面が平坦で、溝部２２
における活性層の断面が平凸状である点を除いて
は、第１の実施例と同じである。このような構造
では、第１の実施例に比べ発振閾値電流は上昇す
るものの、高出力が得られらるという利点があ
る。
本発明の半導体レーザは発振閾値電流が低く、
かつ基本横モード発振することができる。この動
作を可能にするのは、キヤリアの閉じ込め領域と
光の閉じ込め領域とを完全に分離し、かつ光の閉
じ込め層１５′が低屈折率物質層１４，１７によ
つて溝２２領域にほとんど完全に取りかこまれる
（埋込み）からである。
かつ基本横モード発振することができる。この動
作を可能にするのは、キヤリアの閉じ込め領域と
光の閉じ込め領域とを完全に分離し、かつ光の閉
じ込め層１５′が低屈折率物質層１４，１７によ
つて溝２２領域にほとんど完全に取りかこまれる
（埋込み）からである。
又、光ガイド層１５の中央部１５′が埋込まれ
た状態にあり、かつ、光ガイド層１５及び活性層
の厚さが溝部中央部端にいくほど減少するにつれ
て層の実効的屈折率が減少するため、発生した光
は実質上光ガイド層の凹状領域１５′に閉じ込め
られる。従つて、活性層厚と、ガイド層の凹状領
域を調節することにより、両方向に最低状態の
縦、横モードと非常に低いしきい値電流を有する
CW室温レーザを提供することが可能である。
た状態にあり、かつ、光ガイド層１５及び活性層
の厚さが溝部中央部端にいくほど減少するにつれ
て層の実効的屈折率が減少するため、発生した光
は実質上光ガイド層の凹状領域１５′に閉じ込め
られる。従つて、活性層厚と、ガイド層の凹状領
域を調節することにより、両方向に最低状態の
縦、横モードと非常に低いしきい値電流を有する
CW室温レーザを提供することが可能である。
又、本発明はガイド層１５と活性層１６がわん
形状なため、光導波路の実効屈折率差は第１図に
示した従来構造と比較してわん形状の巾が等しい
場合、小さくなるため、溝の巾を広くしても、高
次横モードが発振することはない。このことは結
晶成長に於ける層厚の制御性をそこなうことなく
再現性が高まり、量産性に富む特徴を有する。な
お以上の実施例では、活性層領域がＧaＡs、それ
をかこむ領域がＡＧaＡsを用いたが、たとえば
Ｉoｐを基体として発光領域にＩoxＧa1−xAsyP1
−y等の４元系結晶であつても良いことは言うま
でもない。
形状なため、光導波路の実効屈折率差は第１図に
示した従来構造と比較してわん形状の巾が等しい
場合、小さくなるため、溝の巾を広くしても、高
次横モードが発振することはない。このことは結
晶成長に於ける層厚の制御性をそこなうことなく
再現性が高まり、量産性に富む特徴を有する。な
お以上の実施例では、活性層領域がＧaＡs、それ
をかこむ領域がＡＧaＡsを用いたが、たとえば
Ｉoｐを基体として発光領域にＩoxＧa1−xAsyP1
−y等の４元系結晶であつても良いことは言うま
でもない。
第１図は従来の半導体レーザの概略断面図、第
２図、第３図は本発明の一実施例における半導体
レーザの概略断面図をそれぞれ示す。 図において、１，１３……半導体基体、２，４
……光及びキヤリア閉じ込め層、３，１６……活
性層、５，１８……接触容易化層、２，１９……
拡散層、８，２１……ｐ型電極、７，２０……ｎ
型電極、１４……光閉じ込め層、１５……光ガイ
ド及びキヤリア閉じ込め層、１７……光及びキヤ
リア閉じ込め層、９，２２……溝、１０，１１，
１２，２３，２４，２５……整流接合をそれぞれ
示す。
２図、第３図は本発明の一実施例における半導体
レーザの概略断面図をそれぞれ示す。 図において、１，１３……半導体基体、２，４
……光及びキヤリア閉じ込め層、３，１６……活
性層、５，１８……接触容易化層、２，１９……
拡散層、８，２１……ｐ型電極、７，２０……ｎ
型電極、１４……光閉じ込め層、１５……光ガイ
ド及びキヤリア閉じ込め層、１７……光及びキヤ
リア閉じ込め層、９，２２……溝、１０，１１，
１２，２３，２４，２５……整流接合をそれぞれ
示す。
Claims (1)
- １ 溝を備えた半導体基体の溝を形成した側の表
面上に、光閉じ込め層とこの光閉じ込め層よりも
屈折率の大きい光ガイド及びキヤリア閉じ込め層
とこの光ガイド及びキヤリア閉じ込め層より大き
い屈折率を有する活性層と前記光ガイド及びキヤ
リア閉じ込め層よりも屈折率の小さい光及びキヤ
リア閉じ込め層とを順次形成した多層構造であつ
て、前記光ガイド及びキヤリア閉じ込め層と当該
光ガイド及びキヤリア閉じ込め層に接する活性層
面は前記溝部上において、半導体基体方向に彎曲
し、前記活性層の層厚及び前記光ガイド及びキヤ
リア閉じ込め層の層厚は前記彎曲部の中心で最も
厚く彎曲部端部ほど薄くなつており、さらに前記
活性層と前記光ガイド及びキヤリア閉じ込め層と
の界面、あるいは前記活性層と前記光及びキヤリ
ア閉じ込め層との界面のどちらか一方の界面に整
流接合が形成されていることを特徴とする半導体
レーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3373979A JPS55140287A (en) | 1979-03-22 | 1979-03-22 | Semiconductor laser |
| GB8001589A GB2046983B (en) | 1979-01-18 | 1980-01-17 | Semiconductor lasers |
| US06/113,161 US4321556A (en) | 1979-01-18 | 1980-01-18 | Semiconductor laser |
| DE19803001843 DE3001843A1 (de) | 1979-01-18 | 1980-01-18 | Halbleiterlaser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3373979A JPS55140287A (en) | 1979-03-22 | 1979-03-22 | Semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55140287A JPS55140287A (en) | 1980-11-01 |
| JPS6136718B2 true JPS6136718B2 (ja) | 1986-08-20 |
Family
ID=12394770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3373979A Granted JPS55140287A (en) | 1979-01-18 | 1979-03-22 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55140287A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03107132U (ja) * | 1990-02-16 | 1991-11-05 |
-
1979
- 1979-03-22 JP JP3373979A patent/JPS55140287A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03107132U (ja) * | 1990-02-16 | 1991-11-05 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55140287A (en) | 1980-11-01 |
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