JPS622716B2 - - Google Patents
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- JPS622716B2 JPS622716B2 JP9871981A JP9871981A JPS622716B2 JP S622716 B2 JPS622716 B2 JP S622716B2 JP 9871981 A JP9871981 A JP 9871981A JP 9871981 A JP9871981 A JP 9871981A JP S622716 B2 JPS622716 B2 JP S622716B2
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 13
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
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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
- H01S5/10—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
- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/106—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying thickness along the optical axis
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】
本発明は基板にストライプ状のチヤンネル溝を
形成して電流通路を制径限した半導体レーザ素子
の構造に関するものであり、特に、光増幅を行な
うフアブリ・ペロー共振器の共振方向に活性層あ
るいは光ガイド層の形状を異ならせ、共振器内部
では活性層あるいは光ガイド層を平凸形状にして
横方向に屈折率差を設け、光を中心部にガイドす
るとともに共振器端面近傍では共振器、光ガイド
層を平坦化して光を外部へ分散させ、共振器端面
の光密度を抑制して高出力化を達成した新規な構
造を有する半導体レーザ素子に関するもである。
形成して電流通路を制径限した半導体レーザ素子
の構造に関するものであり、特に、光増幅を行な
うフアブリ・ペロー共振器の共振方向に活性層あ
るいは光ガイド層の形状を異ならせ、共振器内部
では活性層あるいは光ガイド層を平凸形状にして
横方向に屈折率差を設け、光を中心部にガイドす
るとともに共振器端面近傍では共振器、光ガイド
層を平坦化して光を外部へ分散させ、共振器端面
の光密度を抑制して高出力化を達成した新規な構
造を有する半導体レーザ素子に関するもである。
半導体レーザ素子を構成する結晶基板に電流狭
窄用のチヤンネル溝を形成した半導体レーザ素子
として、Applied Physics Letters，Vol・30，
No.12，P649，（1977）にCSP（Channeled
Substrate Planner）レーザと称されるレーザ素
子が紹介されている。このCSPレーザの構成断面
図を第１図に示す。以下第１図について説明す
る。
窄用のチヤンネル溝を形成した半導体レーザ素子
として、Applied Physics Letters，Vol・30，
No.12，P649，（1977）にCSP（Channeled
Substrate Planner）レーザと称されるレーザ素
子が紹介されている。このCSPレーザの構成断面
図を第１図に示す。以下第１図について説明す
る。
ｎ―GaAs基板１上にｎ―GaAlAsから成るｎ
型クラツド層２、ｎ又はＰ―GaAlAsから成る活
性層３、Ｐ―GaAlAsから成るＰ型クラツド層
４、ｎ―GaAsから成るキヤツプ層５が順次積層
され、キヤツプ層５の電流通路となる領域はZn
拡散によりＰ型拡散層６が形成されている。基板
１にはストライプ状の溝７が形成さ、この溝７の
部分でｎ型クラツド層２は厚く堆積されている。
即ち、ｎ型クラツド層２に層厚分布が付与されて
いる。
型クラツド層２、ｎ又はＰ―GaAlAsから成る活
性層３、Ｐ―GaAlAsから成るＰ型クラツド層
４、ｎ―GaAsから成るキヤツプ層５が順次積層
され、キヤツプ層５の電流通路となる領域はZn
拡散によりＰ型拡散層６が形成されている。基板
１にはストライプ状の溝７が形成さ、この溝７の
部分でｎ型クラツド層２は厚く堆積されている。
即ち、ｎ型クラツド層２に層厚分布が付与されて
いる。
上記構造をするCSPレーザはストライプ溝７以
外の領域でｎ型クラツド層２の層厚が薄く、この
領域で活性層３の光を基板１へ吸収するように構
成し溝７の直上の活性層３領域でレーザ発振を得
るようにしたものであるが、活性層３が平坦であ
るため光がよく基板１に吸収される結果、発振閾
値電流が60〜100mAと高くなること及び量子微
分効率が10〜12％と低いこと等の欠点を有する。
外の領域でｎ型クラツド層２の層厚が薄く、この
領域で活性層３の光を基板１へ吸収するように構
成し溝７の直上の活性層３領域でレーザ発振を得
るようにしたものであるが、活性層３が平坦であ
るため光がよく基板１に吸収される結果、発振閾
値電流が60〜100mAと高くなること及び量子微
分効率が10〜12％と低いこと等の欠点を有する。
上記CSPレーザと同様なチヤンネル溝を有する
半導体レーザ素子として、J.Applied、Physics，
47，P4578，（1976）にCSB（Channeled
substrate buried―heterostructure）レーザが
KirkbyとThompsonらにより紹介されている。
このCSBレーザの構成断面図を第２図に示す。以
下第２図について説明する。
半導体レーザ素子として、J.Applied、Physics，
47，P4578，（1976）にCSB（Channeled
substrate buried―heterostructure）レーザが
KirkbyとThompsonらにより紹介されている。
このCSBレーザの構成断面図を第２図に示す。以
下第２図について説明する。
ｎ―GaAs基板８上にｎ―GaAlAsから成るｎ
型クラツド層９、ｎ又はＰけGaAlAsから成る活
性層１０、Ｐ―GaAlAsから成るＰ型クラツド層
１１、ｎ―GaAsから成るキヤツプ層１２が順次
積層されている。基板８に形成されたストライプ
状の溝１３によりｎ型クラツド層９及び活性層１
０は基板１の方向へ湾曲させられており、活性層
１０はこの湾曲部で中央部が三日月状に分離され
ている。この三日月状の活性層１０の領域が実質
的にレーザ発振領域となる。
型クラツド層９、ｎ又はＰけGaAlAsから成る活
性層１０、Ｐ―GaAlAsから成るＰ型クラツド層
１１、ｎ―GaAsから成るキヤツプ層１２が順次
積層されている。基板８に形成されたストライプ
状の溝１３によりｎ型クラツド層９及び活性層１
０は基板１の方向へ湾曲させられており、活性層
１０はこの湾曲部で中央部が三日月状に分離され
ている。この三日月状の活性層１０の領域が実質
的にレーザ発振領域となる。
CBSレーザの特徴は、活性層１０のレーザ動作
領域が三日月状に成形されるため、横方向に屈折
率差が生じ、光を中心部に閉じ込めることがで
き、発振閾値電流を20〜30mA程度の非常に小さ
な値に設定することができる。しかしながら、共
振器端面での光ビームの径は１μｍ以下の非常に
小さいスポツトになるため、出力光は２〜3mW
の小さな強度のレーザ光しか得られず、これ以上
に出力光を増大させると端面劣化を誘発する。ま
た接合に平行な方向に屈折率差が大きく形成され
るため、高次モードが多発し易いといつた欠点を
有する。
領域が三日月状に成形されるため、横方向に屈折
率差が生じ、光を中心部に閉じ込めることがで
き、発振閾値電流を20〜30mA程度の非常に小さ
な値に設定することができる。しかしながら、共
振器端面での光ビームの径は１μｍ以下の非常に
小さいスポツトになるため、出力光は２〜3mW
の小さな強度のレーザ光しか得られず、これ以上
に出力光を増大させると端面劣化を誘発する。ま
た接合に平行な方向に屈折率差が大きく形成され
るため、高次モードが多発し易いといつた欠点を
有する。
本発明は、上述のCSPレーザ及びCSBレーザの
持つ欠点を解消し、発振閾値電流が20〜30mA程
度に小さく光出が20mA以上のレーザ光強度とし
て取り出せるように技術的手段を駆使した新規有
用な半導体レーザ素子を提供することを目的とす
るものである。
持つ欠点を解消し、発振閾値電流が20〜30mA程
度に小さく光出が20mA以上のレーザ光強度とし
て取り出せるように技術的手段を駆使した新規有
用な半導体レーザ素子を提供することを目的とす
るものである。
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３図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ
素子の共振器長方向の断面構成図である。
素子の共振器長方向の断面構成図である。
Ｐ―GaAs基板１４上に電流通路を制限するた
めのｎ―GaAsから成る電流閉じ込め層１５、Ｐ
―GaAlAsから成るＰ型クラツド層１６、Ｐ又は
ｎ―GaAlAs（又はGaAs）からなる活性層１
７、ｎ―GaAlAsから成るｎ型クラツド層１８、
ｎ―GaAsから成るキヤツプ層１９が順次液相エ
ピタキシヤル成長法により積層されている。尚、
図中２０，２１は共振器の各々の端面である。電
流閉じ込め層１５の層厚は0.8μｍ程度とし、
GaAs基板１４に堆積させた後、後述する如くス
トライプ状の溝を表面よりGaAs基板１４に達す
る迄深さ約１μｍ程度エツチング加工して電流通
路を形成している。GaAs基板１４にはAu―Znか
ら成るＰ側電極、キヤツプ層１９にはAu―Ge―
Ni―Auから成るｎ側電極を蒸着形成する。電流
閉じ込め層１５が介在している領域は逆極性に接
合されるため電流が流れず、電流閉じ込め層１５
が除去されたストライプ状の溝部のみが電流通路
となる。
めのｎ―GaAsから成る電流閉じ込め層１５、Ｐ
―GaAlAsから成るＰ型クラツド層１６、Ｐ又は
ｎ―GaAlAs（又はGaAs）からなる活性層１
７、ｎ―GaAlAsから成るｎ型クラツド層１８、
ｎ―GaAsから成るキヤツプ層１９が順次液相エ
ピタキシヤル成長法により積層されている。尚、
図中２０，２１は共振器の各々の端面である。電
流閉じ込め層１５の層厚は0.8μｍ程度とし、
GaAs基板１４に堆積させた後、後述する如くス
トライプ状の溝を表面よりGaAs基板１４に達す
る迄深さ約１μｍ程度エツチング加工して電流通
路を形成している。GaAs基板１４にはAu―Znか
ら成るＰ側電極、キヤツプ層１９にはAu―Ge―
Ni―Auから成るｎ側電極を蒸着形成する。電流
閉じ込め層１５が介在している領域は逆極性に接
合されるため電流が流れず、電流閉じ込め層１５
が除去されたストライプ状の溝部のみが電流通路
となる。
第４図は第３図のＡ―Ａ断面図であり、共振器
内部の断面構造を示す。また第５図は第３図のＢ
―Ｂ断面図であり、共振器端面近傍の断面構造を
示す。
内部の断面構造を示す。また第５図は第３図のＢ
―Ｂ断面図であり、共振器端面近傍の断面構造を
示す。
共振器内部では電流閉じ込め層１５に形成され
るストライプ溝の幅W1は６μｍであり幅W1のス
トライプ溝の長さは200μＷとする。このストラ
イプ溝の影響を受けて共振器内部の活性層１７は
ストライプ溝直上で平凸形状あるいは三日月形状
となる。一方、共振器端面では電流閉じ込め層１
５に形成されるストライプ溝の幅W2は４μｍで
あり、長さは20μｍに設定されている。尚、スト
ライプ溝の中心線は共振器の端面と内部で合致し
ている。この部分の活性層１７は平坦化され、ス
トライプ溝の形状の影響を受けない。
るストライプ溝の幅W1は６μｍであり幅W1のス
トライプ溝の長さは200μＷとする。このストラ
イプ溝の影響を受けて共振器内部の活性層１７は
ストライプ溝直上で平凸形状あるいは三日月形状
となる。一方、共振器端面では電流閉じ込め層１
５に形成されるストライプ溝の幅W2は４μｍで
あり、長さは20μｍに設定されている。尚、スト
ライプ溝の中心線は共振器の端面と内部で合致し
ている。この部分の活性層１７は平坦化され、ス
トライプ溝の形状の影響を受けない。
第６図はGaAs基板１は電流閉じ込め層１５を
成長させ、１回のフオトエツチング工程でストラ
イプ溝を形成した形状を示す斜射図である。
成長させ、１回のフオトエツチング工程でストラ
イプ溝を形成した形状を示す斜射図である。
第６図に示す状態でＰ型クラツド層１６をエピ
タキシヤル成長させると、Ｐ型クラツド層１６は
ストライプ幅W2の領域では上面が平坦になり、
ストライプ幅W1の領域では上面に窪みが形成さ
れる。これはストライプ幅W1の領域の方が溝幅
が広いため、この溝部分を埋めるに要するＰ―
GaAlAsが多くなることに起因する。従つてこの
Ｐ型クラツド層１６上に成長される活性層１７は
Ｐ型クラツド層１６の上面形状により第４図及び
第５図の如くとなる。このような構造とすること
により、共振器内部では横方向の屈折率差が大き
く光ビームは１μｍ以下の非常に小さな径のスポ
ツトに集光されているが、共振器端面では横方向
の屈折率差が小さくなるため光は横方向に３〜４
μｍ広がる。従つて、劈開面（共振器端面）に於
いては光密度は内部の1/5から1/10に減少され、
従つて端面破壊が起こらず、非常に高出力のレー
ザ素子を得ることができる。
タキシヤル成長させると、Ｐ型クラツド層１６は
ストライプ幅W2の領域では上面が平坦になり、
ストライプ幅W1の領域では上面に窪みが形成さ
れる。これはストライプ幅W1の領域の方が溝幅
が広いため、この溝部分を埋めるに要するＰ―
GaAlAsが多くなることに起因する。従つてこの
Ｐ型クラツド層１６上に成長される活性層１７は
Ｐ型クラツド層１６の上面形状により第４図及び
第５図の如くとなる。このような構造とすること
により、共振器内部では横方向の屈折率差が大き
く光ビームは１μｍ以下の非常に小さな径のスポ
ツトに集光されているが、共振器端面では横方向
の屈折率差が小さくなるため光は横方向に３〜４
μｍ広がる。従つて、劈開面（共振器端面）に於
いては光密度は内部の1/5から1/10に減少され、
従つて端面破壊が起こらず、非常に高出力のレー
ザ素子を得ることができる。
上記実施例は活性層１７を平凸形状あるいは三
日月状に形成したものである、活性層１７の代わ
りに光ガイド層を平凸形状あるいは三日月状に成
形することもできる。第７図及び第８図はこの場
合の実施例を示すもので、それぞれ第４図及び第
５図に対応する断面構造を表わしている。図中第
４図及び第５図と同一符号は同一内容を示し説明
を省略する。Ｐ型クラツド層１６と活性層１７の
間にＰ―GaAlAsから成る光ガイド層２２を介層
し、この光ガイド層２２を共振器内部に対応する
領域で層厚が厚くなるように成形する。光ガイド
層２２はキヤリア層を活性層１７へ閉じ込め、活
性層１７の光がしみ出し得る層である。本実施例
に於いては共振器端面近傍での光の閉じ込め効果
が高く発振閾値電流が低減される。
日月状に形成したものである、活性層１７の代わ
りに光ガイド層を平凸形状あるいは三日月状に成
形することもできる。第７図及び第８図はこの場
合の実施例を示すもので、それぞれ第４図及び第
５図に対応する断面構造を表わしている。図中第
４図及び第５図と同一符号は同一内容を示し説明
を省略する。Ｐ型クラツド層１６と活性層１７の
間にＰ―GaAlAsから成る光ガイド層２２を介層
し、この光ガイド層２２を共振器内部に対応する
領域で層厚が厚くなるように成形する。光ガイド
層２２はキヤリア層を活性層１７へ閉じ込め、活
性層１７の光がしみ出し得る層である。本実施例
に於いては共振器端面近傍での光の閉じ込め効果
が高く発振閾値電流が低減される。
第９図は第３図に示す半導体レーザ素子の電流
―光出力特性を示す特性図である。図中の直線l1
は第３図の半導体レーザ素子、l2は第１のCSPレ
ーザ、l3は第２図のCSBレーザの特性曲線であ
る。Ｘ印は共振器端面の破壊点を示す。駆動条件
は１μ秒のパルス動作とした。第３図の半導体レ
ーザ素子は発振閾値電流が30mAで光出力が
80mWまで端面破壊を起こさず、外部微分量子効
率も１端面当り20％の高効率であつた。
―光出力特性を示す特性図である。図中の直線l1
は第３図の半導体レーザ素子、l2は第１のCSPレ
ーザ、l3は第２図のCSBレーザの特性曲線であ
る。Ｘ印は共振器端面の破壊点を示す。駆動条件
は１μ秒のパルス動作とした。第３図の半導体レ
ーザ素子は発振閾値電流が30mAで光出力が
80mWまで端面破壊を起こさず、外部微分量子効
率も１端面当り20％の高効率であつた。
以上詳説した如く、本発明によれば、発振閾値
電流が低く高出力のレーザ光を得ることのできる
半導体レーザ素子が作製され、また発振モードも
安定であるため、非常に実用的価値の高いものと
なる。
電流が低く高出力のレーザ光を得ることのできる
半導体レーザ素子が作製され、また発振モードも
安定であるため、非常に実用的価値の高いものと
なる。
第１図は従来のCSPレーザの構成を示す断面図
である。第２図は従来のCSBレーザの構成を示す
断面図でるある。第３図は本発明の１実施例を示
す半導体レーザ素子の構成断面図である。第４図
は第３図のＡ―Ａ断面図である。第５図は第３図
のＢ―Ｂ断面図である。第６図は第３図に示す半
導体レーザ素子の基板構成を示す要部詳細斜視図
である。第７図及び第８図は本発明の他の実施例
を示す半導体レーザ素子の構成断面図である。第
９図は電流―光出力特性を示す特性図である。 １４……GaAs基板、１５……電流閉じ込め
層、１６……Ｐ型クラツド層、１７……活性層、
１８……ｎ型クラツド層、１９……キヤツプ層、
２０，２１……共振器端面、２２……光ガイド
層。
である。第２図は従来のCSBレーザの構成を示す
断面図でるある。第３図は本発明の１実施例を示
す半導体レーザ素子の構成断面図である。第４図
は第３図のＡ―Ａ断面図である。第５図は第３図
のＢ―Ｂ断面図である。第６図は第３図に示す半
導体レーザ素子の基板構成を示す要部詳細斜視図
である。第７図及び第８図は本発明の他の実施例
を示す半導体レーザ素子の構成断面図である。第
９図は電流―光出力特性を示す特性図である。 １４……GaAs基板、１５……電流閉じ込め
層、１６……Ｐ型クラツド層、１７……活性層、
１８……ｎ型クラツド層、１９……キヤツプ層、
２０，２１……共振器端面、２２……光ガイド
層。
Claims (1)
- １ 電流通路を制限する逆極性層を共振器端面近
傍でストライプ幅が狭く、共振器内部でストライ
プ幅が広くなる形状にエツチング除去してストラ
イプ溝を加工し、該ストライプ溝形成面上にレー
ザ動作用結晶層を堆積するとともに該レーザ動作
結晶層を構成する活性層または光ガイド層の層厚
を共振器内部で前記ストライプ溝に対応して厚く
形成したことを特徴する半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9871981A JPS57211791A (en) | 1981-06-24 | 1981-06-24 | Semiconductor laser element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9871981A JPS57211791A (en) | 1981-06-24 | 1981-06-24 | Semiconductor laser element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57211791A JPS57211791A (en) | 1982-12-25 |
| JPS622716B2 true JPS622716B2 (ja) | 1987-01-21 |
Family
ID=14227323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9871981A Granted JPS57211791A (en) | 1981-06-24 | 1981-06-24 | Semiconductor laser element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57211791A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5961982A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-09 | Sony Corp | 半導体レ−ザ− |
| JPS59155983A (ja) * | 1983-02-24 | 1984-09-05 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子の製造方法 |
| JPS59167085A (ja) * | 1983-03-14 | 1984-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS601881A (ja) * | 1983-06-17 | 1985-01-08 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JP2518221B2 (ja) * | 1986-08-19 | 1996-07-24 | ソニー株式会社 | 半導体レ−ザ素子 |
| JPH0797689B2 (ja) * | 1987-05-18 | 1995-10-18 | 株式会社東芝 | 半導体レ−ザ素子 |
-
1981
- 1981-06-24 JP JP9871981A patent/JPS57211791A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57211791A (en) | 1982-12-25 |
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