JPS6346590B2 - - Google Patents
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- JPS6346590B2 JPS6346590B2 JP53114676A JP11467678A JPS6346590B2 JP S6346590 B2 JPS6346590 B2 JP S6346590B2 JP 53114676 A JP53114676 A JP 53114676A JP 11467678 A JP11467678 A JP 11467678A JP S6346590 B2 JPS6346590 B2 JP S6346590B2
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は安定に大出力を得ることが出来る半導
体レーザ装置に関するものである。 従来、半導体レーザ装置では、屈折率が大きく
禁制帯幅の小さな活性層の両側を屈折率が小さ
く、禁制帯幅の大きなクラツド層ではさんだ基本
的には３層の薄膜よりなる積層構造が用いられて
きた。ところで近年活性層と平行な方向のレーザ
光分布がレーザ発振特性に重要な影響を及ぼすこ
とが明らかにされた。レーザ光分布を安定化する
ためには、ストライプ幅をある程度細くしなけれ
ばならないことが明らかとなつた。半導体レーザ
から取り出し得る最大光出力は、端面破壊を生ず
る光束密度によつて決まつているので、ストライ
プ幅を細くすることによつて利用できる光出力が
減少することとなつた。一方光出力を大きくする
方法として、上記の３層の積層構造の両側にさら
に薄膜を設けて５層構造とし、活性層に垂直な方
向のレーザ光分布を拡げるSeparate―
Confinement―Heterostructure（SCH）構造が
提案されている。ところが、活性層中に注入され
たキヤリアが十分閉じ込められるためには、少な
くとも活性層に隣接するｐ型層と活性層との禁制
帯幅の差をかなり大きくする必要のあることが明
らかにされ、SCH構造の利点は小さくなつた。
このためSCH構造の利点を生かした半導体レー
ザ装置は一般に発振特性の温度による影響が大き
い。 本発明の目的は上述した各種半導体レーザ装置
に代わるモードが安定化し、光出力の大きな半導
体レーザ装置を提供するにある。 本発明は従来のダブルヘテロ構造における活性
層とｎ形クラツド層との間に、この活性層と禁制
帯幅の差が少なくとも0.15eV以上を有する光ガ
イド層を導入するものである。この手段によつて
しきい電流密度の温度特性を極めて安定に維持す
ると共に光出力を増大ならしめることが出来る。
本発明の積層構造の屈折率分布を図示すれば、第
１図の如くである。半導体基体１０上に少なくと
も第１のクラツド層１、光ガイド層２、活性層
３、第２のクラツド層４が積層される。第１およ
び第２のクラツド層は一般に互いに反対導電型を
持つ。また半導体基体１０は複数の半導体層より
成ることもある。場合によつては第２のクラツド
層上に更に半導体層を設けることもある。しかし
基本構造は上述の通りである。 第１図に図示した如く、活性層３の屈折率n3と
クラツド層１，４の屈折率n1、n4はn3＞n1、n4の
関係となし従来のダブルヘテロ構造と同様の構成
となす。これに対し光ガイド層２の屈折率n2はn3
＞n2＞n1、n4となる様に構成する。屈折率のこの
関係によつてレーザ光は活性層および光ガイド層
に分布する様になり光出力の増大をはかることが
可能となる。一方、活性層３とこれに隣接するク
ラツド層１および光ガイド層２の禁制帯幅Eg3、
Eg1、Eg2の各々の関係をEg3＜Eg1、Eg2となすこ
とにより活性層内へのキヤリア閉じ込めを十分と
なす。この場合光ガイド層２と活性層３の禁制帯
幅の差は少なくとも0.15eV以上必要である。こ
の禁制帯幅の差がこれより小さいと特にしきい電
流の温度特性が悪化し実用に供し得ない。 ここで光ガイド層はｎ形のクラツド層側に挿入
することが肝要である。レーザの発振特性の温度
に対する安定性を確保することができる。ｎ形ク
ラツド層側では正孔のとじ込めを、ｐ形クラツド
層側では電子のとじ込めを行なつているが、電子
の有効費量は正孔のそれに比較して小さい。従つ
て電子の方が熱的な影響を受けやすく、ｐ形クラ
ツド層側のエネルギー障壁は大きく取ることによ
つて熱的な安定性を確保する必要がある。従つ
て、光ガイド層はｎ形クラツド層側に挿入せしめ
るのが良い。 更に少なくとも活性層に対し、レーザ光の進行
方向と直交する側面により屈折率が小さく且禁制
帯幅が大なる半導体層を設け埋め込み層とするの
が好ましい。この構造は活性層に平行な方向のモ
ードを制御するに有用である。一般には基体上の
上記積層構造を埋め込み層で埋め込むのが得策で
ある。 次に現在最も広く応用されているGaAl―
GaAlAs系のダブルヘテロ構造の半導体レーザ装
置を例にとれば各半導体層は次の如く構成され
る。 第２図はGaAs―GaAlAs系の半導体レーザ装
置の斜視図である。GaAs基板１０上に ｎ−Ga1-xAlxAs（0.2ｘ0.6）層１、 ｎ−Ga1-yAlyAs（0.1ｙ0.5）層２、 Ga1-〓Al〓As（０ω0.3）層３、 ｐ−Ga1-vAlvAs（0.2Ｖ0.6）層４が形成され
ている。半導体層６は埋め込み層 Ga1-uAluAs（0.1ｕ0.6）層である。 なお、１１，１３は電極で一例として、１１は
Au＋AuGeNi、１３はCr＋Auである。 活性層３およびクラツド層１，４は従来のダブ
ルヘテロ構造と同様の構成にすれば良い。各層の
厚さは一般に活性層３は0.02μmないし0.2μm、ク
ラツド層１，４は0.3μmないし2.5μm程度の範囲
で選択する。なお、クラツド層１，４の厚さは活
性層および後述する光ガイド層の厚さ程特性への
影響は大きくない。活性層３と第１のクラツド層
１の屈折率n3およびn1は実用上その差が0.18〜
0.22程度に設定される。 光ガイド層は次の如く設定する。光ガイド層２
を設けるに当つて、キヤリアが有効に活性層３に
閉じ込めるために活性層３と光ガイド層２の禁制
帯幅の差が0.15eV以上にすべきことは前述した。
この制限から光ガイド層２の屈折率n2の最大値が
定められる。従つて同時にGa1-yAlyAsの混晶比
ｙの最小値が与えられることとなる。前述した
（n3−n1）が0.18〜0.22の実用的な条件において
（n2−n1）／（n3−n1）0.6の関係を誤差範囲内
で満たす必要が生ずることとなる。なお、前記活
性層３と光ガイド層２の禁制帯幅の差は0.25eV
以上とするのがより好ましい。この場合（n2−
n1）／（n3−n1）0.4の関係を誤差範囲内で満
たすこととなる。 次に光ガイド層２を設けたことの効果が認めら
れるため（n2−n1）／（n3−n1）の値を第３図な
いし第６図に示す曲線a1，a2，a3，a4より大なる
範囲に設定することが肝要である。各図は光ガイ
ド層の厚みd2を2.0μm、1.0μm、0.6μm、0.4μmと
した場合である。即ちn3とn2の差を大きく取りす
ぎると実質的に光ガイド層２を設けないのと同様
の構成となつてしまう。 今、前述のGaAs―GaAlAs系の半導体レーザ
装置の例でこの関係を示すと第１表の通りであ
る。活性層３の厚さd3、光ガイド層２の厚さd2を
パラメータとし、光ガイド層を設けたことの効果
を生ぜしめるに必要な（n2−n1）／（n3−n1）の
最小値およびこれに対応するｙの最大値を示す。
体レーザ装置に関するものである。 従来、半導体レーザ装置では、屈折率が大きく
禁制帯幅の小さな活性層の両側を屈折率が小さ
く、禁制帯幅の大きなクラツド層ではさんだ基本
的には３層の薄膜よりなる積層構造が用いられて
きた。ところで近年活性層と平行な方向のレーザ
光分布がレーザ発振特性に重要な影響を及ぼすこ
とが明らかにされた。レーザ光分布を安定化する
ためには、ストライプ幅をある程度細くしなけれ
ばならないことが明らかとなつた。半導体レーザ
から取り出し得る最大光出力は、端面破壊を生ず
る光束密度によつて決まつているので、ストライ
プ幅を細くすることによつて利用できる光出力が
減少することとなつた。一方光出力を大きくする
方法として、上記の３層の積層構造の両側にさら
に薄膜を設けて５層構造とし、活性層に垂直な方
向のレーザ光分布を拡げるSeparate―
Confinement―Heterostructure（SCH）構造が
提案されている。ところが、活性層中に注入され
たキヤリアが十分閉じ込められるためには、少な
くとも活性層に隣接するｐ型層と活性層との禁制
帯幅の差をかなり大きくする必要のあることが明
らかにされ、SCH構造の利点は小さくなつた。
このためSCH構造の利点を生かした半導体レー
ザ装置は一般に発振特性の温度による影響が大き
い。 本発明の目的は上述した各種半導体レーザ装置
に代わるモードが安定化し、光出力の大きな半導
体レーザ装置を提供するにある。 本発明は従来のダブルヘテロ構造における活性
層とｎ形クラツド層との間に、この活性層と禁制
帯幅の差が少なくとも0.15eV以上を有する光ガ
イド層を導入するものである。この手段によつて
しきい電流密度の温度特性を極めて安定に維持す
ると共に光出力を増大ならしめることが出来る。
本発明の積層構造の屈折率分布を図示すれば、第
１図の如くである。半導体基体１０上に少なくと
も第１のクラツド層１、光ガイド層２、活性層
３、第２のクラツド層４が積層される。第１およ
び第２のクラツド層は一般に互いに反対導電型を
持つ。また半導体基体１０は複数の半導体層より
成ることもある。場合によつては第２のクラツド
層上に更に半導体層を設けることもある。しかし
基本構造は上述の通りである。 第１図に図示した如く、活性層３の屈折率n3と
クラツド層１，４の屈折率n1、n4はn3＞n1、n4の
関係となし従来のダブルヘテロ構造と同様の構成
となす。これに対し光ガイド層２の屈折率n2はn3
＞n2＞n1、n4となる様に構成する。屈折率のこの
関係によつてレーザ光は活性層および光ガイド層
に分布する様になり光出力の増大をはかることが
可能となる。一方、活性層３とこれに隣接するク
ラツド層１および光ガイド層２の禁制帯幅Eg3、
Eg1、Eg2の各々の関係をEg3＜Eg1、Eg2となすこ
とにより活性層内へのキヤリア閉じ込めを十分と
なす。この場合光ガイド層２と活性層３の禁制帯
幅の差は少なくとも0.15eV以上必要である。こ
の禁制帯幅の差がこれより小さいと特にしきい電
流の温度特性が悪化し実用に供し得ない。 ここで光ガイド層はｎ形のクラツド層側に挿入
することが肝要である。レーザの発振特性の温度
に対する安定性を確保することができる。ｎ形ク
ラツド層側では正孔のとじ込めを、ｐ形クラツド
層側では電子のとじ込めを行なつているが、電子
の有効費量は正孔のそれに比較して小さい。従つ
て電子の方が熱的な影響を受けやすく、ｐ形クラ
ツド層側のエネルギー障壁は大きく取ることによ
つて熱的な安定性を確保する必要がある。従つ
て、光ガイド層はｎ形クラツド層側に挿入せしめ
るのが良い。 更に少なくとも活性層に対し、レーザ光の進行
方向と直交する側面により屈折率が小さく且禁制
帯幅が大なる半導体層を設け埋め込み層とするの
が好ましい。この構造は活性層に平行な方向のモ
ードを制御するに有用である。一般には基体上の
上記積層構造を埋め込み層で埋め込むのが得策で
ある。 次に現在最も広く応用されているGaAl―
GaAlAs系のダブルヘテロ構造の半導体レーザ装
置を例にとれば各半導体層は次の如く構成され
る。 第２図はGaAs―GaAlAs系の半導体レーザ装
置の斜視図である。GaAs基板１０上に ｎ−Ga1-xAlxAs（0.2ｘ0.6）層１、 ｎ−Ga1-yAlyAs（0.1ｙ0.5）層２、 Ga1-〓Al〓As（０ω0.3）層３、 ｐ−Ga1-vAlvAs（0.2Ｖ0.6）層４が形成され
ている。半導体層６は埋め込み層 Ga1-uAluAs（0.1ｕ0.6）層である。 なお、１１，１３は電極で一例として、１１は
Au＋AuGeNi、１３はCr＋Auである。 活性層３およびクラツド層１，４は従来のダブ
ルヘテロ構造と同様の構成にすれば良い。各層の
厚さは一般に活性層３は0.02μmないし0.2μm、ク
ラツド層１，４は0.3μmないし2.5μm程度の範囲
で選択する。なお、クラツド層１，４の厚さは活
性層および後述する光ガイド層の厚さ程特性への
影響は大きくない。活性層３と第１のクラツド層
１の屈折率n3およびn1は実用上その差が0.18〜
0.22程度に設定される。 光ガイド層は次の如く設定する。光ガイド層２
を設けるに当つて、キヤリアが有効に活性層３に
閉じ込めるために活性層３と光ガイド層２の禁制
帯幅の差が0.15eV以上にすべきことは前述した。
この制限から光ガイド層２の屈折率n2の最大値が
定められる。従つて同時にGa1-yAlyAsの混晶比
ｙの最小値が与えられることとなる。前述した
（n3−n1）が0.18〜0.22の実用的な条件において
（n2−n1）／（n3−n1）0.6の関係を誤差範囲内
で満たす必要が生ずることとなる。なお、前記活
性層３と光ガイド層２の禁制帯幅の差は0.25eV
以上とするのがより好ましい。この場合（n2−
n1）／（n3−n1）0.4の関係を誤差範囲内で満
たすこととなる。 次に光ガイド層２を設けたことの効果が認めら
れるため（n2−n1）／（n3−n1）の値を第３図な
いし第６図に示す曲線a1，a2，a3，a4より大なる
範囲に設定することが肝要である。各図は光ガイ
ド層の厚みd2を2.0μm、1.0μm、0.6μm、0.4μmと
した場合である。即ちn3とn2の差を大きく取りす
ぎると実質的に光ガイド層２を設けないのと同様
の構成となつてしまう。 今、前述のGaAs―GaAlAs系の半導体レーザ
装置の例でこの関係を示すと第１表の通りであ
る。活性層３の厚さd3、光ガイド層２の厚さd2を
パラメータとし、光ガイド層を設けたことの効果
を生ぜしめるに必要な（n2−n1）／（n3−n1）の
最小値およびこれに対応するｙの最大値を示す。
【表】
なお、欄中、上位はｙの最大値、括弧内は
（n2−n1）／（n3−n1）の最小値を示す。また
ｘ＝0.32、ω＝0.05とした。 光ガイド層は前述の（n2−n1）／（n3−n1）
0.6の条件と共に第３図ないし第６図に斜線で示
した領域に設定することが必要となる。なお、活
性層が0.02μm以下のものは製造が実際上困難と
なる。 また第３図ないし第６図に格子状に斜線を施こ
した範囲に光ガイド層を設けることがより好まし
い。 なお、光ガイド層の図示した以外の厚さのもの
に対しては第３図ないし第６図より内挿し求めら
れる範囲に各条件を設定して十分である。 更に前記４層の半導体層を所望のストライプ幅
とし、レーザ光の進行方向と直交する側面を別な
組成の半導体層６で埋め込むことはモード安定化
に対し極めて好ましいものである。即ち、従来の
活性層をクラツド層で挾んだ３層の積層のダブル
ヘテロ構造では、仮に埋め込み構造としても、活
性層の厚みにより、レーザ・モードを受ける有効
屈折率が大きく変化するので、モードが安定に存
在するためには、埋め込み層の屈折率がかなり低
くとる必要があつた。このため安定な基本モード
発振を生ずるためにはストライプ幅を〜1μm以下
にしなければならず、当然のことながら取り出し
得る光出力は最大10mW程度にとどまつた。しか
しながら、本発明の半導体レーザ装置では、活性
層に比較し厚さが大きい光ガイド層を設けている
ため、レーザ・モードの受ける有効屈折率は光ガ
イド層のそれに近くなる。活性層の厚さが光ガイ
ド層のそれに比較し小さいため、前記有効屈折率
への活性層厚みの影響は極めて小さいものとな
る。なお、有効屈折率はマクスウエルの方程式を
用いた導波路のモデルを用いて算定される。一般
的な方法は「Introduction to Optical
Electronics」Amnon Yarix著、Holt、
Rinehant、Winston Inc、発行（1971）等に紹介
されている。 このことから埋め込み層の屈折率を光ガイド層
の屈折率の近くで制御することによつて、基本モ
ード発振するストライプ幅を大きくすることが出
来る。一例として４〜5μmにまで拡げることがで
きる。さらに光ガイド層によつて発振し得る垂直
方向の高次横モードを、埋め込み層の屈折率を選
択することによつて、発振しないようにでき、垂
直方向にも基本モード発振が安定性良く得られ
る。なお、埋め込み層を用いない場合、垂直方向
の基本横モードでの発振は困難なものとなる。モ
ードを特に問題としなければ更に広いストライプ
幅、例えば20μm程度も当然とり得る。 また、結晶成長用基板に積層半導体層の各半導
体層を連結液相成長することが可能であり、極め
て製造方法が容易である。このことは一般的な特
性の安定をもたらすものである。 実施例 １ 第２図を用いて説明する。 ｎ型GaAs基板１０の上部に ｎ型―Ga1-xAlxAs（0.2ｘ0.6）層１（Snドー
プ、キヤリア濃度５×1017cm-3）、 ｎ型―Ga1-yAlyAs（0.1ｙ0.5）層２（Snドー
プ、キヤリア濃度５×1017cm-3）、 Ga1-〓Al〓As（０ω0.2）層３（アンドープ、
キヤリア濃度１×1017cm-3）、 ｐ型―Ga1-vAlvAs（0.2ｖ0.6）層４（Geドー
プ。キヤリア濃度１×1018cm-3）、 を周知の液相成長法にて連続的に成長する。前述
した各層の屈折率の関係を満たすため、ｘ＞ｙ、
ｖ＞ω、ｖ＞ｙの関係に選択される。 試作した半導体レーザ装置の具体的構成を第２
表に示す。 一般的に半導体層１はｘ＝0.2〜0.4、厚さ1.0〜
2.0μm、半導体層２はｙ＝0.1〜0.3、厚さ0.4〜
2.0μm、半導体層３（活性層）はω＝０〜0.15、
厚さ0.02〜0.2μm、半導体層４はｖ＝0.2〜0.4、厚
さ1.0〜2.5μm程度の範囲で上述の屈折率の条件を
満たしている。 次いで半導体層４の表面にストライプ幅3μmの
ストライプ状マスクを形成する。マスク形成はま
ずPSG膜を結晶表面につけ、周知のフオト・レ
ジストを用いた食刻法によりストライプ以外の部
分を除去する。エツチング液、（NH4OH＋H2O2
＋H2O液合液）によつて半導体基板１０の面が
露出する迄エツチングする。本
（n2−n1）／（n3−n1）の最小値を示す。また
ｘ＝0.32、ω＝0.05とした。 光ガイド層は前述の（n2−n1）／（n3−n1）
0.6の条件と共に第３図ないし第６図に斜線で示
した領域に設定することが必要となる。なお、活
性層が0.02μm以下のものは製造が実際上困難と
なる。 また第３図ないし第６図に格子状に斜線を施こ
した範囲に光ガイド層を設けることがより好まし
い。 なお、光ガイド層の図示した以外の厚さのもの
に対しては第３図ないし第６図より内挿し求めら
れる範囲に各条件を設定して十分である。 更に前記４層の半導体層を所望のストライプ幅
とし、レーザ光の進行方向と直交する側面を別な
組成の半導体層６で埋め込むことはモード安定化
に対し極めて好ましいものである。即ち、従来の
活性層をクラツド層で挾んだ３層の積層のダブル
ヘテロ構造では、仮に埋め込み構造としても、活
性層の厚みにより、レーザ・モードを受ける有効
屈折率が大きく変化するので、モードが安定に存
在するためには、埋め込み層の屈折率がかなり低
くとる必要があつた。このため安定な基本モード
発振を生ずるためにはストライプ幅を〜1μm以下
にしなければならず、当然のことながら取り出し
得る光出力は最大10mW程度にとどまつた。しか
しながら、本発明の半導体レーザ装置では、活性
層に比較し厚さが大きい光ガイド層を設けている
ため、レーザ・モードの受ける有効屈折率は光ガ
イド層のそれに近くなる。活性層の厚さが光ガイ
ド層のそれに比較し小さいため、前記有効屈折率
への活性層厚みの影響は極めて小さいものとな
る。なお、有効屈折率はマクスウエルの方程式を
用いた導波路のモデルを用いて算定される。一般
的な方法は「Introduction to Optical
Electronics」Amnon Yarix著、Holt、
Rinehant、Winston Inc、発行（1971）等に紹介
されている。 このことから埋め込み層の屈折率を光ガイド層
の屈折率の近くで制御することによつて、基本モ
ード発振するストライプ幅を大きくすることが出
来る。一例として４〜5μmにまで拡げることがで
きる。さらに光ガイド層によつて発振し得る垂直
方向の高次横モードを、埋め込み層の屈折率を選
択することによつて、発振しないようにでき、垂
直方向にも基本モード発振が安定性良く得られ
る。なお、埋め込み層を用いない場合、垂直方向
の基本横モードでの発振は困難なものとなる。モ
ードを特に問題としなければ更に広いストライプ
幅、例えば20μm程度も当然とり得る。 また、結晶成長用基板に積層半導体層の各半導
体層を連結液相成長することが可能であり、極め
て製造方法が容易である。このことは一般的な特
性の安定をもたらすものである。 実施例 １ 第２図を用いて説明する。 ｎ型GaAs基板１０の上部に ｎ型―Ga1-xAlxAs（0.2ｘ0.6）層１（Snドー
プ、キヤリア濃度５×1017cm-3）、 ｎ型―Ga1-yAlyAs（0.1ｙ0.5）層２（Snドー
プ、キヤリア濃度５×1017cm-3）、 Ga1-〓Al〓As（０ω0.2）層３（アンドープ、
キヤリア濃度１×1017cm-3）、 ｐ型―Ga1-vAlvAs（0.2ｖ0.6）層４（Geドー
プ。キヤリア濃度１×1018cm-3）、 を周知の液相成長法にて連続的に成長する。前述
した各層の屈折率の関係を満たすため、ｘ＞ｙ、
ｖ＞ω、ｖ＞ｙの関係に選択される。 試作した半導体レーザ装置の具体的構成を第２
表に示す。 一般的に半導体層１はｘ＝0.2〜0.4、厚さ1.0〜
2.0μm、半導体層２はｙ＝0.1〜0.3、厚さ0.4〜
2.0μm、半導体層３（活性層）はω＝０〜0.15、
厚さ0.02〜0.2μm、半導体層４はｖ＝0.2〜0.4、厚
さ1.0〜2.5μm程度の範囲で上述の屈折率の条件を
満たしている。 次いで半導体層４の表面にストライプ幅3μmの
ストライプ状マスクを形成する。マスク形成はま
ずPSG膜を結晶表面につけ、周知のフオト・レ
ジストを用いた食刻法によりストライプ以外の部
分を除去する。エツチング液、（NH4OH＋H2O2
＋H2O液合液）によつて半導体基板１０の面が
露出する迄エツチングする。本
【表】
構造の半導体レーザ装置ではストライプ幅は通常
1.0μm〜5.0μmの範囲に設定される。次いでメサ
状のストライプ部分以外の上に周知の液相成長法
によりGa1-uAluAs層を成長させる。ここで、ス
トライプ部分に光分布を閉じ込めるためにｕ＞ω
とする。 その後SiO2膜１２をCVD法によつて厚さ3000
Åに形成する。通常のフオトレジストを用いたフ
オトリソグラフ技術によつて、上記半導体層の積
層構造の上部に対応する領域を幅3μmのストライ
プ状に選択的に除去する。その後ｐ側電極１３と
してCr＋Au、ｎ側電極１１としてAu＋AuGeNi
を蒸着で形成する。半導体レーザ装置の相対する
端面７，８をへき開により相互に平行な共振反射
面を形成する。 この装置を室温において連続動作させたときの
注入電流（mA）対レーザ出力（mW）の特性図
例を示せば第８図のごとくである。曲線Ａは第１
表に示す例の装置の特性である。曲線Ｂは本発明
の如き光ガイド層４を設けない従来型の埋め込み
ダブルヘテロ構造の半導体レーザ装置の特性であ
る。曲線の端部に矢印で示したのは半導体レーザ
装置の破壊を示すものである。この比較例にみら
れる如く本発明は約５倍の光出力を可能とする。 なお、半導体層の構成は第２表の試料番号No.５
である。比較例はこの構成で光ガイド層を除去し
たものである。 また第９図は活性層３と光ガイド層２の禁制帯
幅の差、即ちEg3−Eg2によつて温度特性がどの
様に変化するかを示した図である。縦軸は20℃お
よび70℃におけるしきい電流値の比を示したもの
である。この図よりEg3−Eg2が0.15eV以上にす
ることによつて温度特性は極めて安定したものと
なる。更に好ましくは0.2eV以上ということが出
来る。この温度特性の安定化は実用上極めて重要
な技術である。 以上の説明ではGaAs―GaAlAs系の半導体レ
ーザ装置について説明したが、本発明は原理説明
で明らかな様に特に材料に限定されるものでな
い。 この他に、InP―InGaAsP系、InGaP―
GaAlAs系、GaAlSb―GaAlsbAs系などに適用
できることはいうまでもない。
1.0μm〜5.0μmの範囲に設定される。次いでメサ
状のストライプ部分以外の上に周知の液相成長法
によりGa1-uAluAs層を成長させる。ここで、ス
トライプ部分に光分布を閉じ込めるためにｕ＞ω
とする。 その後SiO2膜１２をCVD法によつて厚さ3000
Åに形成する。通常のフオトレジストを用いたフ
オトリソグラフ技術によつて、上記半導体層の積
層構造の上部に対応する領域を幅3μmのストライ
プ状に選択的に除去する。その後ｐ側電極１３と
してCr＋Au、ｎ側電極１１としてAu＋AuGeNi
を蒸着で形成する。半導体レーザ装置の相対する
端面７，８をへき開により相互に平行な共振反射
面を形成する。 この装置を室温において連続動作させたときの
注入電流（mA）対レーザ出力（mW）の特性図
例を示せば第８図のごとくである。曲線Ａは第１
表に示す例の装置の特性である。曲線Ｂは本発明
の如き光ガイド層４を設けない従来型の埋め込み
ダブルヘテロ構造の半導体レーザ装置の特性であ
る。曲線の端部に矢印で示したのは半導体レーザ
装置の破壊を示すものである。この比較例にみら
れる如く本発明は約５倍の光出力を可能とする。 なお、半導体層の構成は第２表の試料番号No.５
である。比較例はこの構成で光ガイド層を除去し
たものである。 また第９図は活性層３と光ガイド層２の禁制帯
幅の差、即ちEg3−Eg2によつて温度特性がどの
様に変化するかを示した図である。縦軸は20℃お
よび70℃におけるしきい電流値の比を示したもの
である。この図よりEg3−Eg2が0.15eV以上にす
ることによつて温度特性は極めて安定したものと
なる。更に好ましくは0.2eV以上ということが出
来る。この温度特性の安定化は実用上極めて重要
な技術である。 以上の説明ではGaAs―GaAlAs系の半導体レ
ーザ装置について説明したが、本発明は原理説明
で明らかな様に特に材料に限定されるものでな
い。 この他に、InP―InGaAsP系、InGaP―
GaAlAs系、GaAlSb―GaAlsbAs系などに適用
できることはいうまでもない。
第１図は本発明の半導体レーザ装置の光とじ込
めのための構造およびその屈折率分布を示す説明
図、第２図は本発明の半導体レーザ装置の実施例
を示す斜視図、第３図から第６図までは光ガイド
層を設ける際に設定すべき屈折率の相互関係（n2
−n1）／（n3−n1）と活性層の厚みの関係を示す
図、第７図は本発明の半導体レーザ装置の電流対
光出力の関係を示す図、第８図はバンドギヤツプ
差Eg3−Eg2としきい電流値の温度依存性の関係
を示す図である。 図中の符号：１：クラツド層、２：光ガイド
層、３：活性層、４：クラツド層、６：埋め込み
層、１０：基板、１１，１３：電極、１２：絶縁
層、７，８：結晶端面。
めのための構造およびその屈折率分布を示す説明
図、第２図は本発明の半導体レーザ装置の実施例
を示す斜視図、第３図から第６図までは光ガイド
層を設ける際に設定すべき屈折率の相互関係（n2
−n1）／（n3−n1）と活性層の厚みの関係を示す
図、第７図は本発明の半導体レーザ装置の電流対
光出力の関係を示す図、第８図はバンドギヤツプ
差Eg3−Eg2としきい電流値の温度依存性の関係
を示す図である。 図中の符号：１：クラツド層、２：光ガイド
層、３：活性層、４：クラツド層、６：埋め込み
層、１０：基板、１１，１３：電極、１２：絶縁
層、７，８：結晶端面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定の半導体基体の上部に少なくとも第１、
第２、第３、および第４の半導体層が積層された
光閉じ込め領域を有し、少なくとも前記第１およ
び第２の半導体層はｎ形導電性、前記第４の半導
体層はｐ形導電性であり、前記第２の半導体層は
前記第３の半導体層に比較し相対的に屈折率が小
さく、前記第１および第４の半導体層はこれら第
２および第３の両半導体層に比較し相対的に屈折
率が小さく、前記第４および第２の半導体層の禁
制帯幅が前記第３の半導体層のそれに比較し相対
的に大きく、且少なくとも第２の半導体層と第３
の半導体層の禁制帯幅の差を0.15eV以上とした
構成を持つ光閉じ込め領域を有し、少なくとも前
記第２、第３、および第４の半導体層のレーザ光
の進行方向と平行な側面が第５の半導体層で埋め
込まれ、第５の半導体層の屈折率が少なくとも第
２および第３の半導体層のそれより小さく、第５
の半導体層の禁制帯幅が少なくとも第３の半導体
層のそれより大きく、前記第５の半導体層の屈折
率は前記第２の半導体層のそれに近い値を有する
ことにより、発振するレーザ光の基本横モード発
振を安定にしたことを特徴とする半導体レーザ装
置。 ２ 前記第１、第２、第３、第４および第５の半
導体層が各々Ga1-xAlxAs （0.2ｘ0.6）、Ga1-zAlzAs （0.1ｚ0.5）、Ga1-wAlwAs （０ｗ0.3）、Ga1-yAlyAs （0.2ｖ0.6）およびGa1-uAluAs （0.1ｕ0.6）で構成され、各混晶比の関係
が少なくともｘ、ｖ＞ｙ、ｖ＞ｗ、ｕ＞ｗなる関
係を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11467678A JPS5541741A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Semiconductor laser device |
| CA000335825A CA1147045A (en) | 1978-09-20 | 1979-09-18 | Semiconductor laser device |
| NLAANVRAGE7906948,A NL184715C (nl) | 1978-09-20 | 1979-09-18 | Halfgeleiderlaserinrichting. |
| GB7932463A GB2031644B (en) | 1978-09-20 | 1979-09-19 | Semiconductor laser device |
| FR7923340A FR2437083B1 (fr) | 1978-09-20 | 1979-09-19 | Dispositif laser a semi-conducteurs |
| DE19792937930 DE2937930A1 (de) | 1978-09-20 | 1979-09-19 | Halbleiterlaseranordnung |
| US06/077,735 US4315226A (en) | 1978-09-20 | 1979-09-20 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11467678A JPS5541741A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Semiconductor laser device |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9530681A Division JPS596079B2 (ja) | 1981-06-22 | 1981-06-22 | 半導体レ−ザ装置 |
| JP23871887A Division JPS6399592A (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5541741A JPS5541741A (en) | 1980-03-24 |
| JPS6346590B2 true JPS6346590B2 (ja) | 1988-09-16 |
Family
ID=14643824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11467678A Granted JPS5541741A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Semiconductor laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5541741A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55145385A (en) * | 1979-04-27 | 1980-11-12 | Nec Corp | Semiconductor light emitting element |
| JPS56169386A (en) * | 1980-05-30 | 1981-12-26 | Nec Corp | Semiconductor laser |
| JPS5736883A (ja) * | 1980-08-13 | 1982-02-27 | Nec Corp | Handotaireeza |
| JPS5954283A (ja) * | 1982-09-22 | 1984-03-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 |
| JPS60192380A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6399592A (ja) * | 1987-09-25 | 1988-04-30 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2664389B2 (ja) * | 1988-01-20 | 1997-10-15 | 三洋電機株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
| JP3444610B2 (ja) * | 1992-09-29 | 2003-09-08 | 三菱化学株式会社 | 半導体レーザ装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4889687A (ja) * | 1972-02-23 | 1973-11-22 | ||
| JPS531482A (en) * | 1976-06-25 | 1978-01-09 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor injection type laser |
-
1978
- 1978-09-20 JP JP11467678A patent/JPS5541741A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4889687A (ja) * | 1972-02-23 | 1973-11-22 | ||
| JPS531482A (en) * | 1976-06-25 | 1978-01-09 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor injection type laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5541741A (en) | 1980-03-24 |
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