JPS6218783A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS6218783A
JPS6218783A JP60158576A JP15857685A JPS6218783A JP S6218783 A JPS6218783 A JP S6218783A JP 60158576 A JP60158576 A JP 60158576A JP 15857685 A JP15857685 A JP 15857685A JP S6218783 A JPS6218783 A JP S6218783A
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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し、非点収差のな
い屈折率導波路型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
得導波型と屈折率導波型とに分類される。
しかし、応用上重要な横モード安定性の点からは屈折率
導波型の方が断熱有利であり、様々な構造の屈折率導波
型レーザが提案されている。この代表的な例として、Ｂ
　Ｈ（Ｂｕｒｉｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃ−ｔｕｒ
ｅ　　）レーザ及びＶ　Ｓ　Ｉ　Ｓ　（Ｖ　−ｃｈａｎ
ｎｅｌｅｄＳｕｂｓｔｒａｔｅ　Ｉｎｎｅｒ　５ｔｒｉ
ｐｅ　）レーザがある。
第２図へ）はＢＨレーザ素子構造を示す断面模式図であ
る。ｐ−ＧａＡｓ基板ｌ上に幅Ｗのストライプ状多層結
晶構造部が形成され、この部分がレーザ発振用動作部と
なる。即ち、この多層結晶構造部はｐ　−ＧａＡｌＡｓ
　　クラッド層２、Ｇ　ａ　ＡＩＡ　ｓ活性層３、ｎ　
−ＧａＡｌＡｓ　　クラッド層４、ｎ　−ＧａＡｓキャ
ップ層５から成るダブルへテロ接合構造を構成している
。また活性層３の両側を低屈折率物質１５で埋め込んで
いるので完全な屈折率導波を示し、非点収差がなく、し
きい値電流が１０ｍＡ程度で比較的小さいという利点を
有する。しかしながら、埋め込み層１５の屈折率及び導
波路幅Ｗを適正に選択しないと高次横モードで発振し易
いので、製作条件の点で制約が多いという欠点を有する
。
一方、第２図β）に示すＶＳＩＳレーザはｐ−ＧａＡｓ
基板ｌ上にｎ　　ＧａＡｓ電流阻止層６を堆積した後幅
Ｗのストライプ状７字溝を刻設して基板１上から電流阻
止層６の除去された電流通路を開通させた後ｐ−ＧａＡ
＃Ａｓ　　クラッド層２、Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ　　
活性層３、ｎ−ＧａＡｌＡｓ　クラッド層４、ｎ−Ｇａ
Ａｓキャップ層５を順次積層してダブルへテロ接合レー
ザ動作部を形成したものであり、導波路幅Ｗを４〜７μ
ｍと広くしても、活性層３内で導波路の外側の光が基板
ｌに吸収されるため、高次モード利得が抑制され、高次
横モードが発生しないという利点を有している。しかし
、しきい値電流が４０〜６０ｍＡとなりＢＨレーザに比
べて高く、非点収差が１０〜２０μｍで比較的大きいと
いった欠点がある。しきい値電流が高い理由は、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
れているのに対して、活性層３内に注入されたキャリア
は活性層３の横方向両側へ拡散するので、レーザ発振に
無効なキャリアが発生するためである。第３図にＶＳＩ
Ｓレーザにおける活性層内キャリア密度ｎの接合方向ｙ
での分布を示す。導波路幅がｗ　＝　４μｍの時、斜線
を施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、レーザ素子の信頼性に悪影響
を与える。また、ＶＳＩＳレーザの大きな非点収差は、
導波路両側の光が吸収されるため、その光の波面が中央
部に対して遅れることから起る。
〈発明の目的〉 本発明は、上述のＢＨレーザ及びＶＳＩＳレーザのそれ
ぞれの問題点を解決し、しきい値電流が低（、非点収差
がなく、しかも高次横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。
上記目的を達成するため、本発明はＶＳＩＳレーザに於
て、活性層内キャリアのストライプ両側への拡散を阻止
する領域を、端面近傍ではチャネル幅よりも狭く端面近
傍以外ではチャネル幅よりも広く形成したことを特徴と
する。
〈実施例〉 第１図（Ａｌは本発明のｌ実施例を示す半導体レーザの
平面図である。Ｗは基板ｌの中央に形成されているスト
ライプ状の溝即ちＶ−チャネル７の幅であり、斜線部分
はＶチャネル７の両側に形成された埋め込み領域である
。その両側の埋め込み領域の間隔は端面近傍ではＷｌ、
その他ではＷ２であり、Ｗ　１　＜　ｗ　＜　Ｗ　２　
となるように形成される。
第１図へ）におけるｘ、−Ｘ２での断面を第１図（Ｉ３
）に、Ｙ、−ｙ２での断面を同図（ｑに示す。図中、ｌ
はｐ−ＧａＡｓ基板、２はｐ　−ＧａＡＪＡｓ　クラッ
ド層、３はＧ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ活性層、４はｎ　−
ＧａＡＩＡｓクラッド層、５はｎ　　ＧａＡｓキャップ
層、６はｎ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層、７はＶ−チャ
ネルである。
また、８，９．１０はＶ−チャネル７の両側の埋め込み
層で、８はＰ−ＧａＡｌＡｓ、９はｎ　ＧａＡｌＡｓ。
ＩＯはｎ　　ＧａＡｓから成る。埋め込み層８，９のＡ
１組成比は活性層のそれより大きい。１１．１２はそれ
ぞれ、ｎ形電極、ｐ形電極である。
屈折率光導波路はＶＳＩＳレーザの原理により、活性層
３からの光が電流阻止層６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７の幅Ｗと一
致する。活性層内キャリアは埋め込み層８，９により拡
散を阻止され、第１図（Ｃ）に曲線１．．１２で示され
るキャリア密度分布ｎ（幻となる。４１は端面近傍での
分布、１２　はその他の領域での分布を示す。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
て大幅に減少することがわかる。その結果、発振しきい
値電流も大幅に減少する。
第１図（Ｃ１で示すように、端面近傍ではＢＨレーザと
同じように完全な屈折率導波路が形成されているので、
非点収差が発生しない。そして、光導波路のほとんどは
第１図ＣＢ＋で示さ゛れるようにＶＳＩＳレーザの原理
によって形成されているので、高出力まで高次横モード
が発生しない。従って、端面での導波路幅Ｗ１　　は通
常のＢＨレーザの幅よりも広く形成できるので、端面光
密度を低くできるという利点もある。
以下、ＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系の化合物半導体装置成
る半導体レーザ索子を用いて、第１図に示す実施例を製
造工程とともに説明する。
ｐ−ＧａＡｓ基板１の（１００）面上にｎ−ＧａＡｓの
電流阻止層６を０．８μｍの厚さにエビタキャル成長さ
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、深さ力月、２Ｐｍ、幅Ｗが５μｍのＶ−チ
ャネル７を形成する。ストライプ状のＶ−チャネル７に
よってｐ−ＧａＡｓ基板ｌ上の電流阻止層６が除去され
た部分が電流通路となる。この基板Ｉ上にｐ　−Ｇａｏ
、７ｋｌ。、８Ａｓ　　クラッド層２、ｐＧ　ａ　ｏｐ
ｓ　Ａ　ｌ　ｏ、ｏｓ　Ａ　８活性層３、ｎ−Ｇａｏ、
７Ａ７！、３Ａｓ　　クラッド層４及びｎ　−ＧａＡｓ
キャップ層５からなるダブルへテロ接合を順次液相エピ
タキシャル成長させる。次に、キャップ層５表面から、
ＲＩＥ（リアクティブイオンエツチング）技術によって
、第１図（Ａｌに斜線で示すような溝をＶ−チャネルの
両側に形成し、電流阻止層６に到達する深さとする。そ
の間隔はＷ１＝４μｍ。
Ｗ２＝７μｍとする。再び液相エピタキシャル法により
該溝内にｐ　−Ｇａ　　ＡｌＡｓ　８　、　ｎ−Ｇａｏ
、８０．８　　　０．２ Ａｌｏ、２　Ａｓ　９及びｎ−ＧａＡｓ　　１０を順次
堆積させて溝内を埋め込む。この埋め込み層８，９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。ｎ　−Ｇａ　Ａｓ５
、ＩＯの表面にはｎ形電極（Ａｕ−Ｇｅ）１１を、ｐ−
ＧａＡｓ基板ｌ基板面にはｐ形電極（Ａｕ−Ｚｎ）１２
を蒸着した後、４５０℃に加熱して合金化する。骨間法
により共振器長２５０μｍのファブリペロ−共振器を形
成しｎ形電極１１面を銅板上にＩｎ金属を介してマウン
トし素子化を完了する。
この半導体レーザは波長８２０　ｎｍで発振し、しきい
値電流は約１５ｍＡに低減された。またビームウェスト
は接合に垂直、水平両方向で端面に一致し、非点収差の
ないことが確認された。連続発振動作で、光出力８０ｍ
Ｗ以上迄安定な基本横モードで発振した。
尚、本発明の半導体レーザ素子は上述したＧａＡｓＧａ
Ａｊｌ’Ａｓ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法以外にも、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）法等にも適用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の半導体レーザ素子を説明する構成図で
あり、（Ａｌは平面図、β）はＸｌ−Ｘ２断面図、（Ｃ
１はＹ４−Ｙ２断面図、（ＤＪはキャリア密度分布図を
示す。 第２図（ＡｌＣＢ＋は従来のＢＨレーザの断面図及び従
来のＶＳＩＳレーザの断面図である。 第３図は従来のＶＳＩＳ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−ＧａＡｌＡ
ｓ　クラッド層、３　：　ＧａＡＪＡｓ　活性層、４　
：　ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層、５　：　ｎ−ＧａＡ
ｓキｑｙプ層、６：ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、７：ｖ−
チャネル、８：ｐＧａＡＩｊＡｓ　埋め込み層、９　：
　ｎ　−ＧａＡｌＡｓ埋め込み層、１０　：　ｎ−Ｇａ
Ａｓ埋め込み層、ｌｌ：ｎ形電極、１２：ｐ形電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、基板上に形成されたストライプ溝の両肩で活性層か
    らの光を吸収することによって作られる光導波路の両側
    に、活性層内キャリアの拡散を阻止する領域を、端面近
    傍では前記光導波路幅よりも狭く、端面近傍以外では光
    導波路幅よりも広く形成したことを特徴とする半導体レ
    ーザ素子。
JP60158576A 1985-07-17 1985-07-17 半導体レ−ザ素子 Granted JPS6218783A (ja)

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US06/885,952 US4791649A (en) 1985-07-17 1986-07-15 Semiconductor laser device
DE8686305467T DE3681645D1 (de) 1985-07-17 1986-07-16 Halbleiterlaser-vorrichtung.
EP86305467A EP0209372B1 (en) 1985-07-17 1986-07-16 A semiconductor laser device

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