JPS6249686A - 半導体レ−ザの素子構造 - Google Patents

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】 〔概要〕 半導体レーザの発振効率を向上、しきい値電流の低下、
横方向のモードの安定化等を目的としてレーザ素子構造
には多くの改良が加えられているが、これらの改良はす
べてレーザの光軸方向に垂直なる面に対する構造の改良
であり、光軸方向に沿った方向の素子構造の改良は皆無
に近い。本発明は光軸方向に効率改善をはかった素子構
造について述べる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザの光軸方向（光共振器のキャビ
ティ方向）での素子構造の改良に関する。

半導体レーザの少数キャリヤの注入効率を改善するため
、光軸に対する上下の積層構造についてはｐｎホモ接合
からヘテロ接合、ダブル・ヘテロ構造（ＤＨ構造）と改
良が重ねられて来ている。

また、発振効率を向上し、横方向のモードの安定化を図
るために、多くのストライブ型レーザ構造も開発されて
いる。

然し、上記構造は全て光軸に垂直なる面を取れは、光軸
上の位置に如何に関わらず同一構造であり、光軸上での
特性の分布については考慮は払われていない。

本発明では光軸方向での特性分布を考慮して、半導体レ
ーザの改良を図った。

〔従来の技術〕

最も一般的なる波長０．８μｍ帯のＤＨ型レーザについ
て説明する。

第３図は、その構造断面図を示したもので、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１、ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２、ＧａＡｓ活
性層３、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層４、ｐ−ＧａＡｓ
層５の順に積層され上下にｐ電極６゜ｎ電極７が形成さ
れている。

レーザ発振は活性層３において励起された電子が伝導帯
から価電子帯に誘導放出作用により遷移して生じた光が
、素子の両端の臂開面より反射され活性層内を繰り返し
往復する間に位相を揃えて増幅される。

ＧａＡｓ活性層３の屈折率は、上下のクラッド層２．４
の屈折率より高いので、レーザ光は活性層内に閉じ込め
られ発振効率の向上に寄与している。

本発明では光軸（Ｚ軸）方向に沿った特性改善を問題と
しているので、光軸に垂直なる面で且つ活性層面内での
光の横方向（Ｘ軸方向）の閉じ込めの構造については説
明を略す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記に述べた、従来の構造での発振では、レーザ光の強
度はＺ軸方向に沿って分布特性をとることである。

両端の臂開面での反射率にもよるが、−例として上記Ｇ
ａＡｓ活性層の臂開面の反射率を０．３とし、Ｚ軸上の
両臂開面間の距離をＬとすると、素子の中心部（Ｚ＝Ｌ
／２）付近の光強度は理論的にも１０数％の低下を起こ
す。

実際のレーザ素子の動作時では、増幅特性は理論的な直
線的特性ではなく、動作条件に応じて非直線的なる特性
を呈するので、Ｚ軸上の動作特性は更に大きな差異を生
じた分布が発生しているとみられる。

このため電子の注入、励起特性、発振効率を総合的に低
下させているものと見られる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、活性層とその両面にクラッド層を積層せ
るヘテロ型レーザ素子において、該クラッド層の活性層
に近い積層領域で、レーザ素子の光軸方向に対してその
伝導帯エネルギー・レベルに差を設け、該光軸方向の中
央部領域では、エネルギー・レベルは高い状態のまま前
記活性層に接し、両端面部領域では一旦エネルギー・レ
ベルを低くした半導体層を介して前記活性層と接合する
ことよりなる本発明のレーザの素子構造により解決され
る。

また、上記の半導体層の形成には超格子構造を用いて傾
斜型のバンド特性をもつ積層にて形成せることにより更
に高性能のレーザ素子を得ることが出来る。

〔作用〕

両端面部での活性層両側のクラッド層に伝導帯のエネル
ギー・レベルを低い層を挿入することにより、電子の注
入効率が上昇するので、これは素子の光エネルギーの大
きい領域での発振効率を上昇させる。

また、素子の中央部の領域でのクラッド層のエネルギー
・レベルを高くすることにより、実効的にこの領域での
有効屈折率が高くなり、光エネルギーの低い領域での光
のＹ方向への拡散を押さえる作用をもつ。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面により詳細説明する。

第１図はレーザ光の光軸方向に沿った断面図を示す。

本実施例では、２＝０〜１．、Ｚ＝１．〜１２ｚ＝１２
〜Ｌの３領域に分割し、それぞれ領域８゜９．１０とし
た場合について説明する。

中央部の領域９は従来の技術で説明せる構造と同様の積
層構造となっている。領域８．１０については活性層３
とクラッド層２，４との間に混晶比率の異なるＧａＡｌ
Ａｓ層１１．１２を挿入したものである。

従って、領域８．１０での各積層構造は基板側より下記
の順序で行う。

１：ｎ−ＧａＡｓ層、 ２　：　ｎ　−Ｇａｐ−、Ａ１．Ａｓ層、１１　：　ｎ
　−Ｇａ、−、ＡＩ、Ａｓ層、３　：　ＧａＡｓ層、 １２　：　ｐ　−Ｇａｐ−、Ａ１．Ａｓ層、４　：　ｐ
−Ｇａ、−、Ａ１ｗＡｓ層、通常ＡＩの混晶比率ｘ”−
ｗは０．３前後に選ばれるが、本実施例では層２，４は
０．３とし、層１１．１２についてはｙ、ｚの値を例え
ば０．１５に選ぶ。

従って、領域８．１０でのエネルギー・バンド図は第２
図（ａ）に示すごとくになる。この場合の中央部領域９
でのバンド図は第２図中）となる。

活性層に注入される電子と正孔はそれぞれバンド・ギャ
ップによって形成される電位障壁によって阻止されるが
、注入された電子と正孔の全てが阻止されて活性層内に
閉じ込められるのでなく、第２図（ｂ）の矢印の線で示
すごとく一部は障壁を飛び越えて反対側のクラッド層に
突入するして発振に寄与しない無効電流となる。

本発明の第２図（ａ）に示すごと＜８．１０ｆｉｉ域で
はエネルギー・バンドを傾斜させる階段構造をもつため
、注入された電子と正孔は活性層内に殆ど止まる。これ
により発振効率の高める機能を果たす。

傾斜構造はＧａＡｌＡｓ層の混晶比率を０．３から０に
順次かえた複数層の積層とすることによって更に、傾斜
をなだらかにすることが出来る。

本実施例では光軸方向に３領域に分割した例で説明した
が、分割領域を更に増加させることも勿論可能である。

また、バンド構造を階段状でなく理想的な傾斜型とする
ため超格子積層の技術を用いて、例えばｎ−ＧａＡｌＡ
ｓ層１１の積層をＡＩの混晶比率を０．３より約０．０
３〜０．０５づづ段階的に低下させつつ数１０人の厚さ
で超格子構造を積層することによって可能である。

〔発明の効果〕

以上に説明せるごとく本発明の半導体レーザの素子構造
を適用することにより、光軸方向に対して、光のエネル
ギーの大なる領域での電子の注入効率を上昇し、中央部
領域では光の拡がりを抑えた高能率の半導体レーザ素子
を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかわる半導体レーザ素子の光軸に平
行なる面での断面図、 第２図（ａ）、　（ｂ）は第１図構造のレーザ素子の両
端面領域と中央部領域のエネルギー・バンド図、第３図
は従来の技術によるレーザ素子の構造、を示す。 図面において、 １はｎ−ＧａＡｓ層、 ２はｎ　−Ｇａｐ−、Ａ　Ｉ）ＩＡｓクラッド層、３は
ＧａＡｓ活性層、 ４はｐ　−Ｇａｐ−ｗＡ　１ｗＡｓクラッド層、５はｐ
−ＧａＡｓ層、 ６はｐ電極、 ７はｎ電極、 ８．９．１０は光軸上での分割領域、 １１はｎ　−Ｇａ、−ｙＡ　ｌ、Ａｓ層、１２はｐ−Ｇ
ａ１−ｘＡｌ、Ａｓ層、 をそれぞれ示す。 第　１ｖｔＪ 従兼１’ｌ壮財ｌ；ＪシＬ−γ棄５乃構造第　３　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層（３）とその両面にクラッド層（２）、（
   ４）を積層せるヘテロ型レーザ素子において、 該クラッド層の活性層に近い積層領域で、レーザ素子の
   光軸方向に対してそのエネルギー・ギャップに差を設け
   、 該光軸方向の中央部領域では、エネルギー・レベル差は
   大きい状態のまま前記活性層に接し、両端面部領域では
   一旦エネルギー・レベル差を小さくした半導体層（１１
   ）、（１２）を介して前記活性層と接合することを特徴
   とする半導体レーザの素子構造。
2. （２）前記半導体層を超格子構造として傾斜型のバンド
   特性をもつ積層にて形成せることを特徴とする特許請求
   範囲第（１）項記載の半導体レーザの素子構造。