JPS6139758B2 - - Google Patents
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- JPS6139758B2 JPS6139758B2 JP57091636A JP9163682A JPS6139758B2 JP S6139758 B2 JPS6139758 B2 JP S6139758B2 JP 57091636 A JP57091636 A JP 57091636A JP 9163682 A JP9163682 A JP 9163682A JP S6139758 B2 JPS6139758 B2 JP S6139758B2
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- JP
- Japan
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- laser
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- region
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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
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
-
- 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
- H01S5/2234—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザ光の吸収の少ない窓領域を有す
る半導体レーザ素子の新しい構造に関するもので
ある。
る半導体レーザ素子の新しい構造に関するもので
ある。
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は破壊される
ことがある。このときの端面破壊出力（以下、
Pmaxと称す）は従来の半導体レーザでは106W／
cm2程度であつた。レーザ光を安定に高出力発振さ
せるためにPmax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
た端面窓形半導体レーザ素子として例えば、WS
レーザ（Appl―Phys.Lett.15May1979 P.637）が
提唱されている。あるいは端面近傍を活性層より
もバンドギヤツプの広い物質で埋め込んだ構造の
ものも知られている。
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は破壊される
ことがある。このときの端面破壊出力（以下、
Pmaxと称す）は従来の半導体レーザでは106W／
cm2程度であつた。レーザ光を安定に高出力発振さ
せるためにPmax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
た端面窓形半導体レーザ素子として例えば、WS
レーザ（Appl―Phys.Lett.15May1979 P.637）が
提唱されている。あるいは端面近傍を活性層より
もバンドギヤツプの広い物質で埋め込んだ構造の
ものも知られている。
しかしながらこれらの窓形半導体レーザは、そ
の窓領域では接合に平行な方向に光導波路が形成
されていない。従つて、窓領域ではレーザ光が拡
がつて伝播するため、共振器反射面で反射してレ
ーザ発振領域に戻る光の量が少なくなり、このた
め発振の効率が低下して発振閾値電流が高くなる
といつた欠点を有する。従来の窓形半導体レーザ
素子内で光の伝播する様子をレーザ素子上面方向
より描くと第１図に示す如くとなる。即ち、スト
ライプ状のレーザ発振動作領域１の両共振端方向
に窓領域２，２′が形成され、共振器端面３，
３′よりレーザビーム４，４′や出力される。尚、
レーザ発振領域端面５，５′は共振器端面３，
３′の内方に位置し、この位置よりレーザ光は伝
播波面６で示すように進行する。
の窓領域では接合に平行な方向に光導波路が形成
されていない。従つて、窓領域ではレーザ光が拡
がつて伝播するため、共振器反射面で反射してレ
ーザ発振領域に戻る光の量が少なくなり、このた
め発振の効率が低下して発振閾値電流が高くなる
といつた欠点を有する。従来の窓形半導体レーザ
素子内で光の伝播する様子をレーザ素子上面方向
より描くと第１図に示す如くとなる。即ち、スト
ライプ状のレーザ発振動作領域１の両共振端方向
に窓領域２，２′が形成され、共振器端面３，
３′よりレーザビーム４，４′や出力される。尚、
レーザ発振領域端面５，５′は共振器端面３，
３′の内方に位置し、この位置よりレーザ光は伝
播波面６で示すように進行する。
レーザビームの焦点（ビームウエイスト）は接
合に平行な方向ではレーザ発振領域端面５，５′
に存在し、接合に垂直な方向では共振器端面３，
３′に存在する。この非点収差レンズ等により光
学的結合を行なう場合に不都合となる。
合に平行な方向ではレーザ発振領域端面５，５′
に存在し、接合に垂直な方向では共振器端面３，
３′に存在する。この非点収差レンズ等により光
学的結合を行なう場合に不都合となる。
本発明は上記従来の窓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。
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。
即ち、窓領域にも光導波路を形成することによ
り、ビームウエイストは接合に水平、垂直方向共
に共振器端面に存在することとなる。更に、半導
体レーザの窓領域がレーザ発振領域で発生する高
次横モードのみを導波させる作用をさせることも
可能であり、これは従来の窓形半導体レーザにな
い非常に進歩した効果である。
り、ビームウエイストは接合に水平、垂直方向共
に共振器端面に存在することとなる。更に、半導
体レーザの窓領域がレーザ発振領域で発生する高
次横モードのみを導波させる作用をさせることも
可能であり、これは従来の窓形半導体レーザにな
い非常に進歩した効果である。
以下、本発明を実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。
がら詳説する。
第２図は本発明の一実施例を説明する半導体レ
ーザ素子の素子内で光伝播する様子をレーザ素子
上面より描いたものである。
ーザ素子の素子内で光伝播する様子をレーザ素子
上面より描いたものである。
導波路幅Ｗg1及び長さＬeを有するレーザ発振
動作領域２１の両端位置に導波路幅Ｗg2及び各々
の長さＬW，ＬW′を有する窓領域２２，２２′が配
設され、共振器端面２３，２３′よりレーザビー
ム２４，２４′が放射される。レーザ発振動作領
域２１はレーザ発振領域端面２５，２５′でその
長さが限定されている。レーザ光はその伝播波面
２６が図示の如くとなる。
動作領域２１の両端位置に導波路幅Ｗg2及び各々
の長さＬW，ＬW′を有する窓領域２２，２２′が配
設され、共振器端面２３，２３′よりレーザビー
ム２４，２４′が放射される。レーザ発振動作領
域２１はレーザ発振領域端面２５，２５′でその
長さが限定されている。レーザ光はその伝播波面
２６が図示の如くとなる。
第３図Ａ，Ｂは第２図に於けるＸ―Ｘ、及びＹ
―Ｙ断面図である。即ち第３図Ａはレーザ発振動
作領域２１の断面図であり、第３図Ｂは窓領域２
２，２２′の断面図である。
―Ｙ断面図である。即ち第３図Ａはレーザ発振動
作領域２１の断面図であり、第３図Ｂは窓領域２
２，２２′の断面図である。
ｐ―GaAs基板３１上に電流を遮断するための
ｎ―GaAs電流ブロツキング層３２が堆積され、
電流ブロツキング層３２とGaAs基板３１にはス
トライプ状の溝が加工されている。この上にｐ―
GaAlAsクラツド層３３、GaAs又はGaAlAs活性
層３４、ｎ―GaAlAsクラツド層３５、ｎ―
GaAsキヤツプ層３６が順次積層されている。
ｎ―GaAs電流ブロツキング層３２が堆積され、
電流ブロツキング層３２とGaAs基板３１にはス
トライプ状の溝が加工されている。この上にｐ―
GaAlAsクラツド層３３、GaAs又はGaAlAs活性
層３４、ｎ―GaAlAsクラツド層３５、ｎ―
GaAsキヤツプ層３６が順次積層されている。
第３図Ａの構造はいわゆる活性層湾曲型VSIS
レーザ、第３図Ｂは同じく活性層平坦型VSISレ
ーザである。VSIS（Ｖ―channeled Substrate
Inner Stripe）レーザについては電気通信学会技
術報告（ED―81―42，1981年，P.31）等に詳述
されているが、基板に溝加工して電流通路を形成
した光及びキヤリア閉じ込め構造を有する内部ス
トライプ型レーザである。即ち、レーザ発振のた
めの電流はｎ―GaAs層３２によつて阻止され、
それぞれ幅Ｗc1，Ｗc2のチヤネル部のみに流れ
る。これらのチヤネル幅はＷc1＞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
層を湾曲させ、後者では活性層を平坦にすること
ができる。活性層が湾曲すると、屈折率光導波路
が形成され、その幅Ｗg1はチヤネル幅Ｗcよりも
狭くなる。また活性層３４が平坦な場合は、チヤ
ネル両端でのｎ―GaAs層３２への光吸収により
実効屈折率が下がる原理を利用した光導波路が形
成され、その幅Ｗg2はチヤネル幅Ｗc2にほぼ等し
い。
レーザ、第３図Ｂは同じく活性層平坦型VSISレ
ーザである。VSIS（Ｖ―channeled Substrate
Inner Stripe）レーザについては電気通信学会技
術報告（ED―81―42，1981年，P.31）等に詳述
されているが、基板に溝加工して電流通路を形成
した光及びキヤリア閉じ込め構造を有する内部ス
トライプ型レーザである。即ち、レーザ発振のた
めの電流はｎ―GaAs層３２によつて阻止され、
それぞれ幅Ｗc1，Ｗc2のチヤネル部のみに流れ
る。これらのチヤネル幅はＷc1＞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
層を湾曲させ、後者では活性層を平坦にすること
ができる。活性層が湾曲すると、屈折率光導波路
が形成され、その幅Ｗg1はチヤネル幅Ｗcよりも
狭くなる。また活性層３４が平坦な場合は、チヤ
ネル両端でのｎ―GaAs層３２への光吸収により
実効屈折率が下がる原理を利用した光導波路が形
成され、その幅Ｗg2はチヤネル幅Ｗc2にほぼ等し
い。
本発明を創出するに到つた重要な事象は、同一
成長条件でそれぞれ活性層湾曲型VSISレーザと
活性層平担型VSISレーザを個別に作製した場
合、常に前者の方が100〜200Å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
ヤプが狭くなるということである。さらに、活性
層を湾曲させると発振閾値電流は小さくなるが横
モードが不安定になり易く、活性層を平坦にする
と発振閾値電流はやや増大するが、横モードが非
常に安定になるという性質がある。従つて、これ
ら２種類の活性層をもつ光導波路を同時に形成す
れば、レーザ発振は湾曲部分で起り、平坦部では
単にレーザ光が通過するだけとなる。従つて、両
端面近傍に活性層平坦部が位置するように配置す
れば、発振閾値電流Ｉthは小さくできるし、横モ
ードも安定化させることができる。しかも、端面
劣化の少ないあるいは端面破壊耐用出力Pmaxの
大きい半導体レーザを作製することができる。換
言すれば、上述した２種類のVSISレーザの利点
のみを利用し、欠点を補ない合うことができ、し
かも窓形レーザを容易に製作することができる。
成長条件でそれぞれ活性層湾曲型VSISレーザと
活性層平担型VSISレーザを個別に作製した場
合、常に前者の方が100〜200Å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
ヤプが狭くなるということである。さらに、活性
層を湾曲させると発振閾値電流は小さくなるが横
モードが不安定になり易く、活性層を平坦にする
と発振閾値電流はやや増大するが、横モードが非
常に安定になるという性質がある。従つて、これ
ら２種類の活性層をもつ光導波路を同時に形成す
れば、レーザ発振は湾曲部分で起り、平坦部では
単にレーザ光が通過するだけとなる。従つて、両
端面近傍に活性層平坦部が位置するように配置す
れば、発振閾値電流Ｉthは小さくできるし、横モ
ードも安定化させることができる。しかも、端面
劣化の少ないあるいは端面破壊耐用出力Pmaxの
大きい半導体レーザを作製することができる。換
言すれば、上述した２種類のVSISレーザの利点
のみを利用し、欠点を補ない合うことができ、し
かも窓形レーザを容易に製作することができる。
以下、本発明の製造方法の一実施例について説
明する。
明する。
第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは製造方法の一実施例を
説明する製造工程図である。
説明する製造工程図である。
まず、ｐ型GaAs基板（Znドープ、１×1019cm
-3）４１にｎ型GaAs層（Teドープ、６×1018Tcm
-3）４２を約0.6μｍの厚さに液相エピタキヤシヤ
ル成長させる。その後、ｎ型GaAs層４２表面に
第４図Ａで示す様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イ技術により形
成する。使用したレジストはシツプレイ社の
AZ1350であり、各部の寸法が、L1＝150μｍ、L2
＝100μｍ、Ｗc1＝６μｍ、Ｗc2＝３μｍ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
GaAs層４２をエツチングする。尚、Z1―Z1、Z2
―Z2方向断面形状をそれぞれ第４図Ｂ，Ｃに示
す。
-3）４１にｎ型GaAs層（Teドープ、６×1018Tcm
-3）４２を約0.6μｍの厚さに液相エピタキヤシヤ
ル成長させる。その後、ｎ型GaAs層４２表面に
第４図Ａで示す様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イ技術により形
成する。使用したレジストはシツプレイ社の
AZ1350であり、各部の寸法が、L1＝150μｍ、L2
＝100μｍ、Ｗc1＝６μｍ、Ｗc2＝３μｍ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
GaAs層４２をエツチングする。尚、Z1―Z1、Z2
―Z2方向断面形状をそれぞれ第４図Ｂ，Ｃに示
す。
その後、再び液相エピタキシヤル技術により、
第３図で示すようなｐ―Ga0.5Al0.5Asクラツド層
３３、ｐ―Ga0.85Al0.15As活性層３４、ｎ―Ga0.
5Al0.5Asクラツド層３４、ｎ―GaAsキヤツプ層
３６をそれぞれ平坦部で0.15μｍ、0.1μｍ、1.0
μｍ、２μｍ成長させた。ただし、活性層湾曲部
の中央での活性層厚は0.2μｍとなつた。基板裏
面をラツピングすることによりウエハーの厚さを
約100μｍとした後、ｎ―GaAsキヤツプ層３６表
面にはAu―Ge―Niを、又ｐ―GaAs基板３１裏
面にはAu―Znを蒸着し、450℃に加熱して合金化
することにより電極層とする。次にｐ―GaAs基
板３１の裏面にAlを蒸着した後、内部のチヤネ
ルのピツチに合致したパターンを形成して第４図
Ｄの如くとする。その後、長さL1をもつ窓領域
の中央で劈開し、共振器を形成する。従つて、窓
領域は素子の両端で各々50μｍの長さを有するこ
とになる。この窓形レーザはＩth＝30mAでレー
ザ発振し、その時の波長は7800Åであつた。また
端面破壊出力Pmaxは約100mWであつた。しか
も、100mWまで安定な横基本モードで発振し
た。次に、活性層の湾曲したレーザ発振領域で劈
開し、共振器とした所、高次横モードで発振し、
約10mWで端面破壊した。従つて、本発明の窓形
レーザによつて、Pmaxは約10倍に向上したこと
になる。
第３図で示すようなｐ―Ga0.5Al0.5Asクラツド層
３３、ｐ―Ga0.85Al0.15As活性層３４、ｎ―Ga0.
5Al0.5Asクラツド層３４、ｎ―GaAsキヤツプ層
３６をそれぞれ平坦部で0.15μｍ、0.1μｍ、1.0
μｍ、２μｍ成長させた。ただし、活性層湾曲部
の中央での活性層厚は0.2μｍとなつた。基板裏
面をラツピングすることによりウエハーの厚さを
約100μｍとした後、ｎ―GaAsキヤツプ層３６表
面にはAu―Ge―Niを、又ｐ―GaAs基板３１裏
面にはAu―Znを蒸着し、450℃に加熱して合金化
することにより電極層とする。次にｐ―GaAs基
板３１の裏面にAlを蒸着した後、内部のチヤネ
ルのピツチに合致したパターンを形成して第４図
Ｄの如くとする。その後、長さL1をもつ窓領域
の中央で劈開し、共振器を形成する。従つて、窓
領域は素子の両端で各々50μｍの長さを有するこ
とになる。この窓形レーザはＩth＝30mAでレー
ザ発振し、その時の波長は7800Åであつた。また
端面破壊出力Pmaxは約100mWであつた。しか
も、100mWまで安定な横基本モードで発振し
た。次に、活性層の湾曲したレーザ発振領域で劈
開し、共振器とした所、高次横モードで発振し、
約10mWで端面破壊した。従つて、本発明の窓形
レーザによつて、Pmaxは約10倍に向上したこと
になる。
更に、端面をAl2O3でコートした所、Pmaxは
約200mWに向上した。
約200mWに向上した。
また、発振波長8300Åの窓形レーザを製作した
所、端面コートなしでPmax＝200mW、端面コー
ト付でPmax＝400mWであつた。
所、端面コートなしでPmax＝200mW、端面コー
ト付でPmax＝400mWであつた。
上記7800Å及び8300Åの発振波長をもつ窓形レ
ーザを出力30mW、50℃で連続動作させた所、現
在2500時間でいずれも無劣化である。
ーザを出力30mW、50℃で連続動作させた所、現
在2500時間でいずれも無劣化である。
本発明の半導体レーザは上記実施例で述べた
GaAlAs系だけでなく、InP―InGaAsP系その他
すべてのヘテロ接合レーザに適用できることは明
らかである。
GaAlAs系だけでなく、InP―InGaAsP系その他
すべてのヘテロ接合レーザに適用できることは明
らかである。
第１図は従来の窓形レーザに於ける光の伝播を
説明する平面図である。第２図は本発明の一実施
例を示す窓形レーザの光伝播を説明する平面図で
ある。第３図Ａ，Ｂはそれぞれ第２図のＸ―Ｘ、
Ｙ―Ｙ断面図である。第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは本
発明の製造方法の一実施例を説明する製作工程図
である。 ２１…レーザ発振動作領域、２２，２２′…窓
領域、２３，２３′…共振器端面、２５，２５′…
レーザ発振領域端面、３１…ｐ―GaAs基板、３
２…ｎ―GaAs電流ブロツキング層、３３…ｐ―
クラツド層、３４…活性層、３５…ｎ―クラツド
層、３６…ｎ―キヤツプ層。
説明する平面図である。第２図は本発明の一実施
例を示す窓形レーザの光伝播を説明する平面図で
ある。第３図Ａ，Ｂはそれぞれ第２図のＸ―Ｘ、
Ｙ―Ｙ断面図である。第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは本
発明の製造方法の一実施例を説明する製作工程図
である。 ２１…レーザ発振動作領域、２２，２２′…窓
領域、２３，２３′…共振器端面、２５，２５′…
レーザ発振領域端面、３１…ｐ―GaAs基板、３
２…ｎ―GaAs電流ブロツキング層、３３…ｐ―
クラツド層、３４…活性層、３５…ｎ―クラツド
層、３６…ｎ―キヤツプ層。
Claims (1)
- １ 基板上に形成されたストライプ状溝に対応し
共振器中央部で湾曲した活性層によつて形成され
るレーザ発振領域と該レーザ発振領域に連結され
た共振器両端部で平坦な活性層によつて形成され
るレーザ光の窓領域とを具備して成り、前記レー
ザ発振領域のレーザ光は前記窓領域で導波されて
出力されることを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9163682A JPS58207691A (ja) | 1982-05-28 | 1982-05-28 | 半導体レ−ザ素子 |
| US06/476,844 US4546481A (en) | 1982-05-28 | 1983-03-18 | Window structure semiconductor laser |
| EP83301600A EP0095826B1 (en) | 1982-05-28 | 1983-03-22 | Semiconductor laser |
| DE8383301600T DE3376936D1 (en) | 1982-05-28 | 1983-03-22 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9163682A JPS58207691A (ja) | 1982-05-28 | 1982-05-28 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58207691A JPS58207691A (ja) | 1983-12-03 |
| JPS6139758B2 true JPS6139758B2 (ja) | 1986-09-05 |
Family
ID=14032014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9163682A Granted JPS58207691A (ja) | 1982-05-28 | 1982-05-28 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58207691A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0797692B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1995-10-18 | シャープ株式会社 | 半導体レーザー装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58197787A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-17 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
-
1982
- 1982-05-28 JP JP9163682A patent/JPS58207691A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58197787A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-17 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58207691A (ja) | 1983-12-03 |
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