JPS63161688A - 半導体レ−ザ - 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】 （産業上の利用分野） 光ディスク等の光源として最適な情報処理用半導体レー
ザに関するものである。

（従来の技術） ＤＲＡＷ等の光ディスクの読みだし用光源としては、読
みだし時の誤りを防ぐために、雑音レベルの低い半導体
レーザが望まれる。光デイスク装置ではピックアップの
構造上、ディスク盤面がらの戻り光が光源である半導体
レーザに入射しやすい。一般に横モードの制御された屈
折率導波型半導体レーザでは、光の干渉性が高いために
、この戻り光と出射光が干渉しモードホップノイズが発
生する。この結果光源の雑音レベルが上昇し、システム
上問題となる。こうした半導本レーザの戻り光誘起雑音
の低減を図るために、従来は第４図に示すような構造が
提案されていた。この構造では基板に形成した溝によっ
て水平横方向に屈折率分布を形成し、ｎ　−ＧａＡｓ電
流ブロック層１４によって発光領域に効率的に電流が注
入される。さらに共振器両端面にはａ　−Ｓｉ／Ａｌ２
Ｏ３の多層構造がら成る高反射膜１９が形成されている
。共振器端面の反射率が高いためにレーザ内部の光密度
が高くなり、利得の飽和効果が効率的に働いて、軸モー
ドにおける主／副モード比が大きくなる。この結果、発
振軸モードの安定性が高くなり、モード競合雑音が低減
される。また端面の反射率が高いため１こ戻り先が共振
器内に入射しにくく、実質的に戻り光量そのものを低減
することが可能となる。この両者の効果の結果、戻り光
が存在する場合でも、低い雑音レベルを維持することが
出来る。（シャープ枝根第３０号１９８４　ｐ３５〜４
０） 第５図は、この高反射端面を有する低雑音レーザを応用
して、高出力・低雑音レーザアレイを実現した例の平面
口である。５０〜１００μｍ間隔で同一基板上にモノリ
シックに集積化したレーザアレイの共振器端面に５ｉ０
２膜２０とＡｕ膜２１を用いて、高出力レーザでは前面
低反射、裏面高反射、低雑音レーザでは前面、裏面とも
高反射とする。高出力レーザでは、出射端の反射率が低
いために、外部微分量子効率が高くなり、２０ｍＷ以上
の高出力特性が得られ、一方低雑音レーザでは前述の原
理により、戻り光に強い低雑音な特性が得られる。ＤＲ
ＡＷ光ディスクシステムではデータを書き込んだ直後に
読みだし、誤り訂正をする必要から、単体レーザでは１
トラツクにデータを書き込むのにディスクが２回転する
必要があった。この点、高出力・低雑音レーザアレイを
用いれば、高出力レーザで書き込んだ直後に低雑音レー
ザで読みだし訂正することが可能となり、転送レートを
倍に高めることが出来る。（昭和６０年度電子通信全国
大会講演番号２８７）（従来の技術の問題点） しかし従来の構造では出射端面が高反射となっているた
め、光の外部への取り出し効率が低い。

そのため５ｍＷ程度の出力でも内部の光密度が非常に大
きくなり、端面劣化が進行しやすくなる。また外部微分
量子効率が低いために動作電流レベルが高くなり、電流
による劣化も進行しやすくなり、信頼性上問題となる。

また高出力・低雑音レーザアレイでは、出射側共振器端
面において５０〜１１００ｐごとに反射率を変化させな
ければならず、特殊なパッシベイション技術が必要とな
る。こうした信頼性、アレイレーザにおけるパッシベイ
ション方法が従来技術の問題点であった。　　　　　　
　　□ （問題点を解決するための手段） 本発明の半導体レーザは発光領域と共振器中央部に形成
された非発光領域とがらなり、前記発光部では基板上に
少なくとも順次、第１導伝型のクラッド層、前記クラッ
ド層よりも屈折率の大きい第１導伝型の光ガイド層、活
性層、及び第２導伝型のクラッド層が形成され、前記非
発光領域では、前記基板上に順次第１導伝型のクラッド
層、光ガイド層、及び前記光ガイド層よりも屈折率の小
さい埋め込み層が形成され、前記活性層は形成されない
ことを特徴とする。

また上記半導体レーザ装置と、非発光領域が共振器両端
面部に形成された半導体レーザを同一基板上に集積化し
たことを特徴とする。

（作用） 本発明の構造ではストライプ中央部に形成した非発光領
域には活性層４が存在しないため（第１図参照）、光は
屈折率の大きい光ガイド層３を伝搬する。

この際ｎ　−ＡｌＧａＡｓ埋め込み層８の組成を制御す
ることにより、発光領域と非発光領域の透過率、及び反
射率を自由に設定することができる。このため本発明の
構造は、二つの発光領域が非発光領域により光学的に結
合する二重共振器構造となる。この結果、へき開端面に
より形成される共振モードに複合共振器による共振モー
ドが加わるため、モード選択性が高くなり、発振軸モー
ドの安定性が大幅に向上する。通常の半導体レーザの軸
モード間隔は３度量度であるため、温度変動または戻り
光等が存在すると、発振軸モードが揺らぐ、いわゆるモ
ードホップノイズが発生する。この点本発明では、上記
の効果のため軸モードの安定性が向上し、モードホップ
ノイズが抑制される。この構造では端面の反射率を高め
る必要がないため、低閾値、高効率な特性となり、信頼
性上にも有利な低雑音レーザが実現可能となる。

またアレイレーザに応用した場合でも出射側の反射率を
変化させる必要がなく、従来の簡便なパッシベイション
技術だけで高出力低雑音レーザアレイを実現することが
できる。この際高出力レーザでは活性層の存在しない非
発光部を共振器端面部に形成できるため、端面破壊のな
い高出力な特性が得られる。

（実施例） 以下図面を用いて本発明に係わる一実施例を詳しく説明
する。第１図、第２図に於て、１はｎ型ＧａＡｓ基板、
２はｎ型Ａ１０４１ＧａＯ，５ｇＡＳクラッド層、３は
ｎ型Ａ１０，３５Ｇａｏ、６５Ａｓ光ガイド層、４はＡ
Ｉ□、（ＩＢＧａＯ，ｇ２Ａｓ活性層、５はｐ型Ａ１０
，５ＧａＯ，５ＡＳ光反射層、６はｐ型Ａ１０．３８Ｇ
ａ□、６２ＡＳクラッド層、７はｎ型ＧａＡｓ電極層、
８はｎ型Ａｌ。、４１ＧａＯ，５ｇＡＳ埋め込み層、９
はＰ十拡散層、１０はｎ型電極、１１はｐ型電極、１２
は電極分離溝をそれぞれ示す。

まずフォトレジストをマスクとして化学エツチングによ
り、基板１上に幅５ｐｍ、深さ２μｍの■溝を形成する
。）オドレジストを除去した後、液晶成長法を用いて半
導体層２，３，４，５，６．７を順次成長する。

それぞれの層厚は平坦部で順に０．２，０．３，０．０
８，０．３，１．０゜０．７ｐｍとした。液晶成長法で
はＶ溝内部の成長速度が平坦部に比べて速いため、第１
図に示す様に光ガイド層３が■溝内部で厚い構造が形成
され、■溝中央部で屈折率の高い光導波機構が形成され
る。さらに５ｉ０２を用いてＶ溝と直行する方向に間隔
２５０ｐｍ、幅１０ｐｍのマスクを形成し、選択エツチ
ングを用いて活性層４に到達するまでエツチングする。

この結果Ｖ溝と直行する方向に活性層４まで除去された
幅１０ｐｍの溝が形成される。その後、そのまま８ｉ０
２を選択マスクとしてＭＯＣＶＤ気相成長法を用いて１
０ｐｍの溝部分にｎ−ＡＩＯ，４□Ｇａ□、５ｇＡｓ埋
め込み層８を形成する。ＭＯＣＶＤ法は非熱平衡成長法
であるため、Ａ１組成の高いｎ　−ＡＩｏ、３５ＧａＯ
，６５ＡＳ光ガイド層３の上にも良好な結晶を形成する
ことが出来る。この際１０ｐｍの溝は逆メサ形状である
ため、ＭＯＣＶＤ成長の特徴から成長層厚を制御するこ
とにより平坦な表面を得るこ麺ができる。他にも、ＭＢ
Ｅ成長法、ハイドライド気相成長法を用いて埋め込み成
長を行ってもよい。さらに発光領域の上に堆積した５ｉ
０２の多結晶をリフトオフ法により除去した後、発光領
域の溝上に幅４ｐｍのＰ十拡散層９を形成し、ｎ型電極
１０、ｐ型電極１１を形成し、１０ｐｍの溝が共振器内
に存在するようにへき開面を形成して、本発明に係わる
一実施例が形成される。

第２図は本発明の構造を応用して、高出力・低雑音レー
ザアレイを実現した例である。ｎ型基板１上にＮＨ４Ｏ
Ｈ系のエッチャントを用いて１１００ｐ間隔でＶ字型の
溝を形成し、その後、前述と同様に液晶成長法により各
成長層を形成する。さらに第３図に示すようなパターン
−を形成したマスクをもちいて、発光部のストライプと
直交する方向に幅５０ｐｒｎと１０ｐｍの溝を１１００
ｐ間隔で形成する。その後、前述と同様に５ｉ０２をマ
スクとしてＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＡｌＯ，４１Ｇａｏ
、５ｇＡＳ埋め込み層８を選択的に成長する。さらにそ
れぞれの発光部にＰ十拡散層９、Ｎ型電極１０、Ｐ型電
極１１を形成した後、Ｐ側の両発光部の中間にウェット
エツチングにより溝幅５．Ｏｐｍ、深さ３．０￥１ｍ程
度の電極分離溝１２を形成する。その後第３図の一点鎖
線に示す部分でへき関すると光結合部が共振器内部にあ
る低雑音レーザと光結合部が共振器端面に形成された高
出力レーザを１１００ｐ間隔で゛モノシリツクに形成し
た高出力・低雑音レーザアレイが形成される。

（発明の効果） 本発明の構造ではストライブ中央部に形成した非発光領
域には活性層４が存在しないため、光は屈折率の大きい
光ガイド層３を伝搬する。この際ｎ　−ＡｌＧａＡｓ埋
め込み層８の組成を制御することにより、発光領域と非
発光領域の透過率、及び反射率を自由に設定することが
できる。このため本発明の構造は、二つの発光領域が非
発光領域により光学的に結合する二重共振器構造となる
。この結果、へき開端面により形成される共振モードに
複合共振器による共振モードが加わるた、め、モード選
択性が高くなり発振軸モードの安定性が大幅に向上する
。通常の半導体レーザの軸モード間隔は３度量度である
ため、温度変動または戻り光等が存在すると、発振軸モ
ードが揺らぐ、いわゆるモードホップノイズが発生する
。この点本発明では、上記の効果のため軸モードの安定
性が向上し、モードホップノイズが抑制される。さらに
光結合部でも水平、垂直方向ともに光導波機構が存在す
るため、この部分での放射損失もなく、良好な発光効率
が得られる。この構造では端面の反射率を高める必要が
ないため、低閾値、高効率な特性となり、信頼性上にも
有利な低雑音レーザが実現可能となる。

またアレイレーザに応用した場合でも出射側の反射率を
変化させる必要がなく、従来の簡便なパッシベイション
技術だけで高出力・低雑音レーザアレイを実現すること
ができる。この際、高出力レーザでは活性層の存在しな
い非発光部を共振器端面部に形成できるため、端面破壊
のない高出力な特性が得られる。

ここでは５ｉ０２マスクを用いた選択埋め込みの場合に
ついて説明したが、マスクを用いず全面にｎ型Ａ１ｏ、
４１　Ｇａ（１，５ｇＡｓ埋め込み層８を成長した後、
必要な部分にＰ＋拡散層９を形成しても全く同様な構造
が実現できる。

以上の実施例ではｎ型基板を用いて説明したが、ｐ型基
板を用いても全く同様な構造が可能であり、また他の材
料系であるＧａＩｎＡｓＰ、ＡＩＧａＩｎＰ等でも同様
な構造を実現することが出来る。また、光導波構造も他
のもの、例えば埋め込み構造、プレーナストライプ構造
等どのような構造でも本質的には変らない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例に係わる構造斜視図、
第３図は製作に用いるマスクを示す図、第４図、第５図
は従来の低雑音レーザの構造図をそれぞれ示す。図にお
いて

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）共振器中央部に形成された非発光領域とこの非発
   光領域の両側の共振器両端面部に形成された発光領域と
   からなり、前記発光部では基板上に少なくとも順次、第
   １導伝型のクラッド層、前記クラッド層よりも屈折率の
   大きい第１導伝型の光ガイド層、活性層、及び第２導伝
   型のクラッド層が形成された積層構造を有し、前記非発
   光領域では、前記基板上に順次第１導伝型のクラッド層
   、光ガイド層、及び前記光ガイド層よりも屈折率の小さ
   い埋め込み層が形成され、前記活性層は形成されていな
   い積層構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置
   。
2. （２）共振器中央部に形成された非発光領域とこの非発
   光領域の両側に形成された発光領域とからなり、前記発
   光部では基板上に少なくとも順次、第１導伝型のクラッ
   ド層、前記クラッド層よりも屈折率の大きい第１導伝型
   の光ガイド層、活性層、及び第２導伝型のクラッド層が
   形成された積層構造を有し、前記非発光領域では、前記
   基板上に順次第１導伝型のクラッド層、光ガイド層、及
   び前記光ガイド層よりも屈折率の小さい埋め込み層が形
   成され、前記活性層は形成されていない積層構造を有す
   る半導体レーザと非発光領域が共振器両端面部に形成さ
   れた半導体レーザを同一基板上に集積化した半導体レー
   ザ。