JPS6343909B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6343909B2 JPS6343909B2 JP57173243A JP17324382A JPS6343909B2 JP S6343909 B2 JPS6343909 B2 JP S6343909B2 JP 57173243 A JP57173243 A JP 57173243A JP 17324382 A JP17324382 A JP 17324382A JP S6343909 B2 JPS6343909 B2 JP S6343909B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- active layer
- light
- groove
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 21
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 13
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 28
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
-
- 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
-
- 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
- H01S5/24—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 grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザ、特に大光出力半導体レ
ーザに関するものである。
ーザに関するものである。
最近、AlGaAs/GaAs等の結晶材料を用いた
可視光半導体レーザは、低閾値で高効率の室温連
続発振を行うことができるので、光方式のデイジ
タル・オーデイオ・デイスク(DAD)用光源と
して最適でありその実用化が進みつつある。この
可視半導体レーザは光プリンタ等の光書きこみ用
光源としての需要も高まり、この要求をみたすた
め大光出力発振に耐える可視光半導体レーザの研
究開発が進められている。
可視光半導体レーザは、低閾値で高効率の室温連
続発振を行うことができるので、光方式のデイジ
タル・オーデイオ・デイスク(DAD)用光源と
して最適でありその実用化が進みつつある。この
可視半導体レーザは光プリンタ等の光書きこみ用
光源としての需要も高まり、この要求をみたすた
め大光出力発振に耐える可視光半導体レーザの研
究開発が進められている。
従来のストライプ幅10〜20μmのAlGaAs/
GaAs半導体レーザは室温連続発振(CW)光出
力10mW,パルス動作(100ms幅)光出力
100mW程度が動作限界であり、これ以上の光出
力を放出すると容易に反射面が破壊される現象が
あつた。この現象は古くから光学損傷として知ら
れており、このCW動作の限界光出力密度は
1MW/cm2前後である。また、従来、大光出力を
得るために、反射面での光出力密度を下げる試み
として、ストライプ幅の拡大、活性層厚の拡大、
二重ダブルヘテロ構造等が報告されている。これ
らの試みにおいては必ず閾値電流密度の増加を伴
い室温連続発振を困難にさせていた。また、大光
出力動作にすると、たとえストライプ幅が狭くて
も発振領域が拡がり、水平横モード(活性層に平
行な方向の横モード)は複雑な多モード化し、こ
のため大光出力半導体レーザの用途は障害物検知
等に限られ、レーザプリンタ等の新しい用途は実
現されていなかつた。
GaAs半導体レーザは室温連続発振(CW)光出
力10mW,パルス動作(100ms幅)光出力
100mW程度が動作限界であり、これ以上の光出
力を放出すると容易に反射面が破壊される現象が
あつた。この現象は古くから光学損傷として知ら
れており、このCW動作の限界光出力密度は
1MW/cm2前後である。また、従来、大光出力を
得るために、反射面での光出力密度を下げる試み
として、ストライプ幅の拡大、活性層厚の拡大、
二重ダブルヘテロ構造等が報告されている。これ
らの試みにおいては必ず閾値電流密度の増加を伴
い室温連続発振を困難にさせていた。また、大光
出力動作にすると、たとえストライプ幅が狭くて
も発振領域が拡がり、水平横モード(活性層に平
行な方向の横モード)は複雑な多モード化し、こ
のため大光出力半導体レーザの用途は障害物検知
等に限られ、レーザプリンタ等の新しい用途は実
現されていなかつた。
これに対し反射面近傍には電流を流さず非励起
状態にし、中央部のストライプ領域にのみ電流を
流して励起領域とし、反射面近傍がレーザ光に対
し透明な非励起領域となる構造のストライプ半導
体レーザが、本発明の発明者らにより特願昭53−
18882において提案されている。
状態にし、中央部のストライプ領域にのみ電流を
流して励起領域とし、反射面近傍がレーザ光に対
し透明な非励起領域となる構造のストライプ半導
体レーザが、本発明の発明者らにより特願昭53−
18882において提案されている。
AlGaAs/GaAsダブルヘテロ接合構造の場合
について説明すると、励起領域をとり囲む非励起
領域の活性層をn形にし、この活性層の励起領域
となる部分をZn拡散等でストライプ状にp形に
すると、励起領域のバンドギヤツプに対して非励
起領域のバンドギヤツプは約30〜50meV縮少す
る。この場合n形濃度が高くp形濃度が高い程バ
ンドギヤツプの相対的な変化量は大きい。従つて
励起領域で生じたレーザ光に対して非励起領域は
ほぼ透明になる。この構造においては、光学損傷
が従来の限界光出力の5倍をこえても発生せず、
非励起領域が小数キヤリアの拡散長以上長ければ
充分効果があり、かつこれらの効果はダブルヘテ
ロ接合構造に限られる事が確認された。
について説明すると、励起領域をとり囲む非励起
領域の活性層をn形にし、この活性層の励起領域
となる部分をZn拡散等でストライプ状にp形に
すると、励起領域のバンドギヤツプに対して非励
起領域のバンドギヤツプは約30〜50meV縮少す
る。この場合n形濃度が高くp形濃度が高い程バ
ンドギヤツプの相対的な変化量は大きい。従つて
励起領域で生じたレーザ光に対して非励起領域は
ほぼ透明になる。この構造においては、光学損傷
が従来の限界光出力の5倍をこえても発生せず、
非励起領域が小数キヤリアの拡散長以上長ければ
充分効果があり、かつこれらの効果はダブルヘテ
ロ接合構造に限られる事が確認された。
しかし、この構造の半導体レーザは励起領域が
不純物補償をされたp形になつており、内部吸収
損失が大きく閾値電流が高くなる傾向があり、ま
た拡散長が短くなるため高次横モードの利得の上
昇が大きく、大光出力動作時には水平横モードが
高次多モード化する欠点があつた。その上レーザ
光が非励起領域を伝播する場合には、光はガウス
分布状に拡がりながら伝播するため、反射面で反
射されてもどつてきた光が再び励起領域に入りレ
ーザ発振に必要な利得の増大に寄与する割合(カ
ツプリング効率)は低くなり、そのため損失が大
きくなり閾値電流が上昇し外部微分量子効率が低
下する等の欠点をもつていた。
不純物補償をされたp形になつており、内部吸収
損失が大きく閾値電流が高くなる傾向があり、ま
た拡散長が短くなるため高次横モードの利得の上
昇が大きく、大光出力動作時には水平横モードが
高次多モード化する欠点があつた。その上レーザ
光が非励起領域を伝播する場合には、光はガウス
分布状に拡がりながら伝播するため、反射面で反
射されてもどつてきた光が再び励起領域に入りレ
ーザ発振に必要な利得の増大に寄与する割合(カ
ツプリング効率)は低くなり、そのため損失が大
きくなり閾値電流が上昇し外部微分量子効率が低
下する等の欠点をもつていた。
また、この構造とは別に反射面近傍を活性層よ
りもバンドギヤツプの大きいクラツド層で埋込む
方法が提案されている。この場合にも前記構造と
同様にレーザ光がクラツド層を伝播する際に光は
拡がりカツプリング効率が低くなる為、閾値電流
の上昇及び外部微分量子効率の低下をもたらし、
さらに結晶成長後にエツチングをして反射面とな
る領域をクラツド層で埋込むという製法が複雑で
あり、更に埋込んだクラツド層領域と活性層との
界面部分に結晶欠陥が生じやすく信頼性の点で問
題がある等の欠点を有していた。
りもバンドギヤツプの大きいクラツド層で埋込む
方法が提案されている。この場合にも前記構造と
同様にレーザ光がクラツド層を伝播する際に光は
拡がりカツプリング効率が低くなる為、閾値電流
の上昇及び外部微分量子効率の低下をもたらし、
さらに結晶成長後にエツチングをして反射面とな
る領域をクラツド層で埋込むという製法が複雑で
あり、更に埋込んだクラツド層領域と活性層との
界面部分に結晶欠陥が生じやすく信頼性の点で問
題がある等の欠点を有していた。
本発明の目的は、従来の欠点を除去し、低閾値
で発振するのみならず基本横モード発振による大
光出力発振が可能であり信頼性の上ですぐれた半
導体レーザを提供する事にある。
で発振するのみならず基本横モード発振による大
光出力発振が可能であり信頼性の上ですぐれた半
導体レーザを提供する事にある。
本発明の半導体レーザの構成は、発振波長より
も狭いバンドギヤツプをもつ光吸収層とこの光吸
収層に接した上層に形成されこの光吸収層の導電
型と反対の導電型であり共振器の長さ方向に対し
て中央部分を凹部としたブロツク層とを有し、前
記中央部分では前記共振器の長さ方向の浅いV字
型の溝を設けこの共振器の反射面近傍では先端が
前記光吸収層に達する深いV字型の溝を設けた半
導体基体と、この半導体基体上に形成され、活性
層とこの活性層より屈折率の小さい材質からなる
ガイド層とこのガイド層より屈折率の小さい材質
からなりこれら活性層とガイド層とを上下から挾
んだ第1および第2のクラツド層とからなる多層
構造とを備え、前記深い溝の活性層がこの活性層
の垂直方向において前記浅い溝の先端よりも低く
かつこの浅い溝の活性層との間にとぎれて段差を
もち、かつ前記深い溝が前記ガイド層の材質で埋
込まれていることを特徴とする。
も狭いバンドギヤツプをもつ光吸収層とこの光吸
収層に接した上層に形成されこの光吸収層の導電
型と反対の導電型であり共振器の長さ方向に対し
て中央部分を凹部としたブロツク層とを有し、前
記中央部分では前記共振器の長さ方向の浅いV字
型の溝を設けこの共振器の反射面近傍では先端が
前記光吸収層に達する深いV字型の溝を設けた半
導体基体と、この半導体基体上に形成され、活性
層とこの活性層より屈折率の小さい材質からなる
ガイド層とこのガイド層より屈折率の小さい材質
からなりこれら活性層とガイド層とを上下から挾
んだ第1および第2のクラツド層とからなる多層
構造とを備え、前記深い溝の活性層がこの活性層
の垂直方向において前記浅い溝の先端よりも低く
かつこの浅い溝の活性層との間にとぎれて段差を
もち、かつ前記深い溝が前記ガイド層の材質で埋
込まれていることを特徴とする。
本発明は、屈折率差による光のしみ出し効果と
バンドギヤツプ差による光の吸収および透過現象
とを応用したものである。
バンドギヤツプ差による光の吸収および透過現象
とを応用したものである。
以下図面により本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の実施例の斜視図、第2図、第
3図、第4図は第1図のA―A′,B―B′および
C―C′の各断面図、第5図はこの実施例の製造途
中の斜視図で、波長λ=0.78μmの半導体レーザ
を製造する場合を示している。第5図に示すよう
に、発振光の吸収層となるp型GaAs基板10の
(100)面上にn型GaAs層11を1.5μm成長させ
てブロツク層とする。このブロツク層11上に
SiO2膜をつけフオトレジスト法で〈011〉方
向に幅250μmの窓を共振器長方向中央領域に位
置するように開け、リン酸過酸化水素水、メチル
アルコールの混合溶液で深さ0.8μmエツチングし
て段差を設ける。次に、ブロツク層11上に
SiO2膜12をつけフオトレジスト法で〈110〉
方向に凹部になつている中央部分の幅が2.5μm凸
部領域の端面部分の幅が9μmの窓を形成し、更
にBr2とメチルアルコールとの混合溶液を用いて
エツチングする。この時平面に対して54゜44′の
(111)A面を両斜面とするV溝20が形成され
る。このV溝20はエツチング用のマスクとして
用いたSiO2膜12に開けた窓の幅に対応して中
央部分の深さが1.8μm端面部分の深さは6.4μmに
なる。この時浅い溝の長さは250μmになるが端
面部分の深い溝の長さは各々10μm以上50μm以
下程度にしておく事が望ましい。このV溝20の
エツチングはマスクにあけた窓のストライプ幅に
のみ依存してきわめて安定に形成されるので、ス
トライプ幅に応じて共振器の中央部分が浅く両端
面近傍が深い溝が再現性よく形成される。
3図、第4図は第1図のA―A′,B―B′および
C―C′の各断面図、第5図はこの実施例の製造途
中の斜視図で、波長λ=0.78μmの半導体レーザ
を製造する場合を示している。第5図に示すよう
に、発振光の吸収層となるp型GaAs基板10の
(100)面上にn型GaAs層11を1.5μm成長させ
てブロツク層とする。このブロツク層11上に
SiO2膜をつけフオトレジスト法で〈011〉方
向に幅250μmの窓を共振器長方向中央領域に位
置するように開け、リン酸過酸化水素水、メチル
アルコールの混合溶液で深さ0.8μmエツチングし
て段差を設ける。次に、ブロツク層11上に
SiO2膜12をつけフオトレジスト法で〈110〉
方向に凹部になつている中央部分の幅が2.5μm凸
部領域の端面部分の幅が9μmの窓を形成し、更
にBr2とメチルアルコールとの混合溶液を用いて
エツチングする。この時平面に対して54゜44′の
(111)A面を両斜面とするV溝20が形成され
る。このV溝20はエツチング用のマスクとして
用いたSiO2膜12に開けた窓の幅に対応して中
央部分の深さが1.8μm端面部分の深さは6.4μmに
なる。この時浅い溝の長さは250μmになるが端
面部分の深い溝の長さは各々10μm以上50μm以
下程度にしておく事が望ましい。このV溝20の
エツチングはマスクにあけた窓のストライプ幅に
のみ依存してきわめて安定に形成されるので、ス
トライプ幅に応じて共振器の中央部分が浅く両端
面近傍が深い溝が再現性よく形成される。
次に、第1図〜第4図に示すように、SiO2膜
12を除去し、P型Al0.4Ga0.6Asクラツド層13
を成長させて中央部分の浅い溝を埋めつくし、溝
両端の肩の部分の厚さが0.2μmになるようにして
ほぼ平坦な成長面が凹部領域内に形成される。こ
の時端面近傍の深い溝は溝の先端から2.5μm程度
うまる。
12を除去し、P型Al0.4Ga0.6Asクラツド層13
を成長させて中央部分の浅い溝を埋めつくし、溝
両端の肩の部分の厚さが0.2μmになるようにして
ほぼ平坦な成長面が凹部領域内に形成される。こ
の時端面近傍の深い溝は溝の先端から2.5μm程度
うまる。
次いてアンドープAl0.15Ga0.85As活性層14を
0.08μm連続成長させ、中央部分に平坦な活性層
が形成される。一方、共振器長方向に対して深い
溝領域の境界部分では逆メサ状になつているので
活性層は端面近傍の深い溝の領域で溝の内部にの
み成長し境界の逆メサ状の部分でとぎれて成長す
る。この時深い溝内部では活性層14は約1μm
程度成長するが、成長表面は深い溝の先端から
3.5μmになり中央部分の浅い溝の先端より約0.3μ
m低い位置になり光吸収層のp−GaAs基板10
に接する事になる。
0.08μm連続成長させ、中央部分に平坦な活性層
が形成される。一方、共振器長方向に対して深い
溝領域の境界部分では逆メサ状になつているので
活性層は端面近傍の深い溝の領域で溝の内部にの
み成長し境界の逆メサ状の部分でとぎれて成長す
る。この時深い溝内部では活性層14は約1μm
程度成長するが、成長表面は深い溝の先端から
3.5μmになり中央部分の浅い溝の先端より約0.3μ
m低い位置になり光吸収層のp−GaAs基板10
に接する事になる。
続いて屈折率がクラツド層13より高く活性層
14より低いn形Al0.27Ga0.73Asガイド層15を
1.5μm成長すると、中央部分の凹部内には約0.5μ
mのガイド層15が活性層14内に隣接し、深い
溝の部分は平坦部より成長速度が速いので全体を
うめつくすようになる。更に続いてn形Al0.4
Ga0.6Asクラツド層16を1.5μm,n形Al0.02
Ga0.98Asギヤツプ層17を1.0μm成長させる。そ
の後成長表面にn形オーミツクコンタクト18、
基板側にp形オーミツクコント19を形成して半
導体レーザを完成させる。
14より低いn形Al0.27Ga0.73Asガイド層15を
1.5μm成長すると、中央部分の凹部内には約0.5μ
mのガイド層15が活性層14内に隣接し、深い
溝の部分は平坦部より成長速度が速いので全体を
うめつくすようになる。更に続いてn形Al0.4
Ga0.6Asクラツド層16を1.5μm,n形Al0.02
Ga0.98Asギヤツプ層17を1.0μm成長させる。そ
の後成長表面にn形オーミツクコンタクト18、
基板側にp形オーミツクコント19を形成して半
導体レーザを完成させる。
この構造において、浅い溝の領域では光の一部
は活性層から隣接したガイド層をしみ出て発振
し、また活性層からしみ出た光は主に発振波長に
対してバンドギヤツプの広いガイド層を通るので
吸収損失を受ける事なく透過する。一方、活性層
を通る光は活性層で吸収されて光学損傷を引きお
こす要因となるので、活性層内の光の量を少くす
れば光学損傷の生じるレベルは上昇する。ところ
で、光のしみ出し量はガイド層の屈折率によつて
変化させる事ができるが、光のしみ出し量を大き
くすると一般的に閾値電流が上昇する。しかし、
本発明の構造では電流狭窄用のブロツク層を有し
ており、電流はこのブロツク層にあけられた溝の
先端を通つて活性層内に注入されるので、注入電
流は有効に発振に寄与し低閾値で発振する事がで
きる。この実施例における計算によれば、浅い溝
領域の活性層が0.08μmと薄く、かつAl0.27Ga0.73
Asガイド層に接しているとき、87%の光が活性
層外部にしみ出ることができる。この構成によれ
ば、ガイド層への光のしみ出し量を多くし光学損
傷レベルを上げると共に低閾値のレーザ発振を実
現する事ができる。
は活性層から隣接したガイド層をしみ出て発振
し、また活性層からしみ出た光は主に発振波長に
対してバンドギヤツプの広いガイド層を通るので
吸収損失を受ける事なく透過する。一方、活性層
を通る光は活性層で吸収されて光学損傷を引きお
こす要因となるので、活性層内の光の量を少くす
れば光学損傷の生じるレベルは上昇する。ところ
で、光のしみ出し量はガイド層の屈折率によつて
変化させる事ができるが、光のしみ出し量を大き
くすると一般的に閾値電流が上昇する。しかし、
本発明の構造では電流狭窄用のブロツク層を有し
ており、電流はこのブロツク層にあけられた溝の
先端を通つて活性層内に注入されるので、注入電
流は有効に発振に寄与し低閾値で発振する事がで
きる。この実施例における計算によれば、浅い溝
領域の活性層が0.08μmと薄く、かつAl0.27Ga0.73
Asガイド層に接しているとき、87%の光が活性
層外部にしみ出ることができる。この構成によれ
ば、ガイド層への光のしみ出し量を多くし光学損
傷レベルを上げると共に低閾値のレーザ発振を実
現する事ができる。
また、本発明の構造においては、共振器長方向
の浅い溝を中央部分に深い溝を両側の反射面近傍
に有し、活性層は浅い溝と深い溝との間の段差の
部分でとぎれているので、レーザ光の大部分は浅
い溝の活性層及びガイド層から直進してレーザ発
振を開始する。
の浅い溝を中央部分に深い溝を両側の反射面近傍
に有し、活性層は浅い溝と深い溝との間の段差の
部分でとぎれているので、レーザ光の大部分は浅
い溝の活性層及びガイド層から直進してレーザ発
振を開始する。
又一方、全面電極の場合には深い溝での活性層
にもキヤリアが注入され発光を生じるが、光に対
し共振器長方向に吸収層を有しているので光は大
きな吸収損失をうけ深い溝の活性層でレーザ発振
する事はできない。
にもキヤリアが注入され発光を生じるが、光に対
し共振器長方向に吸収層を有しているので光は大
きな吸収損失をうけ深い溝の活性層でレーザ発振
する事はできない。
特に、浅い溝の活性層はその共振器長方向の両
反射面近傍の深い溝領域との境界で深い溝領域の
ガイド層の一部に隣接し、すなわち中央部分の凹
部内に活性層とガイド層の一部が位置している。
これに対し深い溝の活性層は活性層垂直方向にお
いては浅い溝先端より低い位置に成長するので、
深い溝領域の全体を埋めたガイド層は活性層垂直
方向において浅い溝の先端から浅い溝領域のクラ
ツド層、活性層更にはその上のガイド層の一部に
わたる高さまで成長している。従つてレーザ発振
光はその反射面となる両反射面近傍では浅い溝領
域の活性層とガイド層の一部がガイド層につなが
つているので、そのままガイド層内を直進する事
になる。又この時ガイド層はレーザ発振光に対し
て透明である。この実施例ではエネルギー差は
170meV以上となるので反射面近傍での光の吸収
損失は無視でき低閾値で発振する事ができる。
反射面近傍の深い溝領域との境界で深い溝領域の
ガイド層の一部に隣接し、すなわち中央部分の凹
部内に活性層とガイド層の一部が位置している。
これに対し深い溝の活性層は活性層垂直方向にお
いては浅い溝先端より低い位置に成長するので、
深い溝領域の全体を埋めたガイド層は活性層垂直
方向において浅い溝の先端から浅い溝領域のクラ
ツド層、活性層更にはその上のガイド層の一部に
わたる高さまで成長している。従つてレーザ発振
光はその反射面となる両反射面近傍では浅い溝領
域の活性層とガイド層の一部がガイド層につなが
つているので、そのままガイド層内を直進する事
になる。又この時ガイド層はレーザ発振光に対し
て透明である。この実施例ではエネルギー差は
170meV以上となるので反射面近傍での光の吸収
損失は無視でき低閾値で発振する事ができる。
本発明の構造では、反射面近傍には光のガイド
機能をもつレーザ発振光に対して透明で光の吸収
を無視できるガイド層があるため光はこのガイド
層内に閉じこもつて進行する。この場合、活性層
が共振器長方向両反射面近傍でガイド層に接して
おり、しかもこのガイド層は浅い溝領域のガイド
層と一部つながり又活性層の垂直方向下部にも位
置しているので、光はクラツド層へもれる事もな
くガイド層内を通つて直進する。すなわち、浅い
溝領域の活性領域で発振した光は隣接したガイド
層にしみ出し、更に反射面近傍でガイド層内にし
み出て進行するので、等価的には活性領域の両端
にガイド層をかねそなえた構成となる。このた
め、一般の半導体レーザでは活性層垂直方向の広
がり角θ⊥は40度〜50度以上であるが、この構成
では活性層水平方向の広がり角θは10度〜20度
前後となりスポツトサイズは偏平な形状をしてい
る。一方、従来活性層の片側にのみ隣接してガイ
ド層を設け光をしみ出させた場合には光のしみ出
しの形状は偏平で活性層垂直方向の光の広がり角
は30〜35度程度しか減少しないが、この構造では
共振器中央部分と両反射近傍とのガイド層への光
のしみ出しにより光は活性領域を中心として垂直
方向にほぼ対称に広げられ、光の垂直方向の広が
り角θ⊥を20〜25度前後まで減少でき、また活性
層水平横方向の広がり角θは水平横モードのス
ポツトサイズに依存するが電流狭窄を利用してス
ポツトサイズを小さくして15〜20度前後に制御す
る事ができるので円形に近い発振光源を得る事が
でき、他の光学系へのカツプリング効率を上昇で
きる。
機能をもつレーザ発振光に対して透明で光の吸収
を無視できるガイド層があるため光はこのガイド
層内に閉じこもつて進行する。この場合、活性層
が共振器長方向両反射面近傍でガイド層に接して
おり、しかもこのガイド層は浅い溝領域のガイド
層と一部つながり又活性層の垂直方向下部にも位
置しているので、光はクラツド層へもれる事もな
くガイド層内を通つて直進する。すなわち、浅い
溝領域の活性領域で発振した光は隣接したガイド
層にしみ出し、更に反射面近傍でガイド層内にし
み出て進行するので、等価的には活性領域の両端
にガイド層をかねそなえた構成となる。このた
め、一般の半導体レーザでは活性層垂直方向の広
がり角θ⊥は40度〜50度以上であるが、この構成
では活性層水平方向の広がり角θは10度〜20度
前後となりスポツトサイズは偏平な形状をしてい
る。一方、従来活性層の片側にのみ隣接してガイ
ド層を設け光をしみ出させた場合には光のしみ出
しの形状は偏平で活性層垂直方向の光の広がり角
は30〜35度程度しか減少しないが、この構造では
共振器中央部分と両反射近傍とのガイド層への光
のしみ出しにより光は活性領域を中心として垂直
方向にほぼ対称に広げられ、光の垂直方向の広が
り角θ⊥を20〜25度前後まで減少でき、また活性
層水平横方向の広がり角θは水平横モードのス
ポツトサイズに依存するが電流狭窄を利用してス
ポツトサイズを小さくして15〜20度前後に制御す
る事ができるので円形に近い発振光源を得る事が
でき、他の光学系へのカツプリング効率を上昇で
きる。
また、従来の半導体レーザは、キヤリア注入に
よる励起領域となる活性層端面が反射面として露
出しており、そこで表面再結合が生じ空乏層化し
てバンドギヤツプが縮少しているので、大光出力
発振をさせるとこの縮少したバンドギヤツプによ
り光の吸収を生じそこが発熱して融点近くまで温
度が上昇して光学損傷を生ずる。これに対して本
発明の構造では、光の反射面となる両端面近傍で
は発振光はバンドギヤツプ差が170meV以上も広
い層を透過して発振するので、反射面近傍での光
の吸収はなく光学損傷は生じにくいので反射面破
壊(COD)レベルを上昇でき大光出力発振が可
能になる。
よる励起領域となる活性層端面が反射面として露
出しており、そこで表面再結合が生じ空乏層化し
てバンドギヤツプが縮少しているので、大光出力
発振をさせるとこの縮少したバンドギヤツプによ
り光の吸収を生じそこが発熱して融点近くまで温
度が上昇して光学損傷を生ずる。これに対して本
発明の構造では、光の反射面となる両端面近傍で
は発振光はバンドギヤツプ差が170meV以上も広
い層を透過して発振するので、反射面近傍での光
の吸収はなく光学損傷は生じにくいので反射面破
壊(COD)レベルを上昇でき大光出力発振が可
能になる。
更に、共振器長中央部分では光はガイド層にし
み出てレーザ発振をするので、米国雑誌“IEEE
Jourmal of Quantum Electronics”第QE―15
巻775頁〜781頁にヨネズ他によつて報告されてい
るような大光出力発振によつて活性層内部に生じ
る破壊現象もおさえる事ができレーザ素子の光出
力レベルがはるかに高くなる。
み出てレーザ発振をするので、米国雑誌“IEEE
Jourmal of Quantum Electronics”第QE―15
巻775頁〜781頁にヨネズ他によつて報告されてい
るような大光出力発振によつて活性層内部に生じ
る破壊現象もおさえる事ができレーザ素子の光出
力レベルがはるかに高くなる。
また、本発明の構造は、両反射面近傍で光のガ
イド機構をかねそなえたガイド層が共振器長方向
浅い溝領域の活性層に接しているとともにその垂
直方向の両端にも成長しているので効果的に光の
ガイドをするのに対し、深い溝が共振器中心部分
にある従来の構造は光のガイド層への拡がり領域
が中心部分と反射面付近では垂直方向において活
性層の上下についているので光のガイドがスムー
ズにおこなわれず不充分であつた。さらに、又深
い溝が共振器中央にある従来の構造の活性層は、
深い溝の内部にたれこませて成長させるため成長
の制御がむつかしく再現性が悪く一般に閾値が上
昇するおそれがあつたが、本発明の構造では平坦
な活性層を有しさらに電流狭窄機構を持ち注入電
流が有効にレーザ発振に寄与するので低閾値発振
が可能であり、またオーミツクコンタクト用の拡
散など不要で全面電極でよく製作が簡単でなる利
点もある。
イド機構をかねそなえたガイド層が共振器長方向
浅い溝領域の活性層に接しているとともにその垂
直方向の両端にも成長しているので効果的に光の
ガイドをするのに対し、深い溝が共振器中心部分
にある従来の構造は光のガイド層への拡がり領域
が中心部分と反射面付近では垂直方向において活
性層の上下についているので光のガイドがスムー
ズにおこなわれず不充分であつた。さらに、又深
い溝が共振器中央にある従来の構造の活性層は、
深い溝の内部にたれこませて成長させるため成長
の制御がむつかしく再現性が悪く一般に閾値が上
昇するおそれがあつたが、本発明の構造では平坦
な活性層を有しさらに電流狭窄機構を持ち注入電
流が有効にレーザ発振に寄与するので低閾値発振
が可能であり、またオーミツクコンタクト用の拡
散など不要で全面電極でよく製作が簡単でなる利
点もある。
さらに、本発明による半導体レーザは励起領域
が直接反射面に露出している通常の半導体レーザ
にくらべて、外部との化学反応が起りにくく、反
射面の光学反応による劣化を阻止する事ができ
る。
が直接反射面に露出している通常の半導体レーザ
にくらべて、外部との化学反応が起りにくく、反
射面の光学反応による劣化を阻止する事ができ
る。
また、本発明の構造では二回成長を必要とする
が結晶成長後はオーミツクコンタクト用の拡散な
どの工程を必要とせずレーザ素子製作はきわめて
簡単であり再現性よくかつ高歩留りに製作でき
る。
が結晶成長後はオーミツクコンタクト用の拡散な
どの工程を必要とせずレーザ素子製作はきわめて
簡単であり再現性よくかつ高歩留りに製作でき
る。
なお、この実施例はp形基板を用いたものを説
明したが、pnを反転させてn形基板を用いる事
もできる。また、本実施例では全面電極の場合に
ついて説明したが、浅い溝領域にのみキヤリアを
注入できるようにすれば反射面近傍に流れ込む無
効キヤリアを除去する事ができるので更に低閾値
で発振することができる。また、溝の形状につい
てもV字形溝以外の溝も適用できる。
明したが、pnを反転させてn形基板を用いる事
もできる。また、本実施例では全面電極の場合に
ついて説明したが、浅い溝領域にのみキヤリアを
注入できるようにすれば反射面近傍に流れ込む無
効キヤリアを除去する事ができるので更に低閾値
で発振することができる。また、溝の形状につい
てもV字形溝以外の溝も適用できる。
この本実施例では、ブロツク層としてn形
GaAs層を用いたが、このGaAs層は発振波長
0.78μmに対して数千cm-1から一万cm-1にわたる
吸収損失を有し、このため浅い溝の部分外部の平
坦部では大きな吸収損失を受けるので光は浅い溝
の部分のみ発振し、又一次横モードの利得の上昇
は大きな吸収損失で抑圧されて基本横モード発振
が大光出力発振において維持される。
GaAs層を用いたが、このGaAs層は発振波長
0.78μmに対して数千cm-1から一万cm-1にわたる
吸収損失を有し、このため浅い溝の部分外部の平
坦部では大きな吸収損失を受けるので光は浅い溝
の部分のみ発振し、又一次横モードの利得の上昇
は大きな吸収損失で抑圧されて基本横モード発振
が大光出力発振において維持される。
また、この実施例はAlGaAs/GaAsダブルヘ
テロ接合結晶材料について説明したが、この材料
以外にも、例えばInGaAsP/InGaP,
InGaAsP/InP,AlGaAsSb/GaAsSb等多くの
結晶材料に適用する事ができる。
テロ接合結晶材料について説明したが、この材料
以外にも、例えばInGaAsP/InGaP,
InGaAsP/InP,AlGaAsSb/GaAsSb等多くの
結晶材料に適用する事ができる。
第1図は本発明の実施例の斜視図、第2図、第
3図、第4図は第1図のA―A′,B―B′および
C―C′の各部分の断面図、第5図はこの実施例の
素子作製の過程でp―GaAs基板上にn―GaAs
をつけ凹部領域および溝を形成した斜視図であ
る。 図において、10……p形GaAs基板、11…
…n形GaAsブロツク層、12……GiO2膜、13
……p形Al0.4Ga0.6Asクラツド層、14……アン
ドープAl0.15Ga0.85As活性層、15……n形Al0.27
Ga0.73Asガイド層、16……n形Al0.4Ga0.6Asク
ラツド層、17……n形Al0.02Ga0.98Asキヤツプ
層、18……n形オーミツクコンタクト、19…
…p形オーミツクコンタクト、20……V溝であ
る。
3図、第4図は第1図のA―A′,B―B′および
C―C′の各部分の断面図、第5図はこの実施例の
素子作製の過程でp―GaAs基板上にn―GaAs
をつけ凹部領域および溝を形成した斜視図であ
る。 図において、10……p形GaAs基板、11…
…n形GaAsブロツク層、12……GiO2膜、13
……p形Al0.4Ga0.6Asクラツド層、14……アン
ドープAl0.15Ga0.85As活性層、15……n形Al0.27
Ga0.73Asガイド層、16……n形Al0.4Ga0.6Asク
ラツド層、17……n形Al0.02Ga0.98Asキヤツプ
層、18……n形オーミツクコンタクト、19…
…p形オーミツクコンタクト、20……V溝であ
る。
Claims (1)
- 1 発振波長よりも狭いバンドギヤツプをもつ光
吸収層とこの光吸収層に接した上層に形成されこ
の光吸収層の導電型と反対の導電型であり共振器
の長さ方向に対して中央部分を凹部としたブロツ
ク層とを有し、このブロツク層上の前記中央部分
では前記共振器の長さ方向の浅いV字型の溝を設
けこの共振器の反射面近傍では先端が前記光吸収
層に達する深いV字型の溝を設けた半導体基体
と、この半導体基体上に形成され、活性層とこの
活性層より屈折率の小さい材質からなるガイド層
とこのガイド層より屈折率の小さい材質からなり
これら活性層とガイド層とを上下から狭んだ第1
および第2のクラツド層とからなる多層構造とを
備え、前記深い溝の活性層がこの活性層の垂直方
向において前記浅い溝の先端よりも低くかつこの
浅い溝の活性層との間にとぎれて段差をもち、か
つ前記深い溝が前記ガイド層の材質で埋込まれて
いることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17324382A JPS5963788A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17324382A JPS5963788A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5963788A JPS5963788A (ja) | 1984-04-11 |
JPS6343909B2 true JPS6343909B2 (ja) | 1988-09-01 |
Family
ID=15956807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17324382A Granted JPS5963788A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5963788A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04236468A (ja) * | 1991-01-18 | 1992-08-25 | Toshiba Corp | 光通信用発光ダイオ−ド素子 |
JP3510305B2 (ja) * | 1994-02-22 | 2004-03-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザの製造方法,及び半導体レーザ |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55150288A (en) * | 1979-05-10 | 1980-11-22 | Sony Corp | Semiconductor laser |
JPS5636184A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-09 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor laser |
-
1982
- 1982-10-04 JP JP17324382A patent/JPS5963788A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55150288A (en) * | 1979-05-10 | 1980-11-22 | Sony Corp | Semiconductor laser |
JPS5636184A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-09 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5963788A (ja) | 1984-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4803691A (en) | Lateral superradiance suppressing diode laser bar | |
EP0095826B1 (en) | Semiconductor laser | |
US4546481A (en) | Window structure semiconductor laser | |
JPS6343908B2 (ja) | ||
JPH0461514B2 (ja) | ||
JPH0518473B2 (ja) | ||
JPS58197787A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS6343909B2 (ja) | ||
JPS61164287A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS6362292A (ja) | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 | |
JPH0671121B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JPS58225681A (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
JPS59195895A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS6018988A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JP3075512B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JPS58216488A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS6234473Y2 (ja) | ||
JPH01132189A (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
JPS5968988A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPH0325037B2 (ja) | ||
JPS5992590A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS59197181A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS6112399B2 (ja) | ||
JPS58194385A (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPS58194387A (ja) | 半導体レ−ザ |