JPS6364385A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

Info

Publication number
JPS6364385A
JPS6364385A JP20900586A JP20900586A JPS6364385A JP S6364385 A JPS6364385 A JP S6364385A JP 20900586 A JP20900586 A JP 20900586A JP 20900586 A JP20900586 A JP 20900586A JP S6364385 A JPS6364385 A JP S6364385A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
resonator
guide
block
active layer
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.)
Pending
Application number
JP20900586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinsuke Ueno
上野 眞資
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP20900586A priority Critical patent/JPS6364385A/en
Publication of JPS6364385A publication Critical patent/JPS6364385A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To elevate an optical output level where optical damage is generated remarkably by using sections in the vicinity of both reflection as guide layers having wide band gaps to laser oscillation beams. CONSTITUTION:Double hetero-junction structure in which an active layer 14 is held by a first clad layer 13 and a second clad layer 15 consisting of a material having a band gap wider than the active layer 14 is formed onto a substrate 10. A guide layer 16 having a refractive index larger than the clad layers 13, 15 is shaped onto the clad layer 15. A first block layer 17, which has a first trench in the longitudinal direction of a resonator except sections in the vicinity of both reflecting surfaces and on the extension of a striped recessed section region while having a conductivity type reverse to the guide layer 16, is formed onto the guide layer 16. A second block layer 18, which has a second trench in width wider than the first trench in the longitudinal direction of the resonator while having a conductivity type the same as the block layer 17 and a band gap narrower than the active layer 14, is shaped at the center on the block layer 17. Accordingly, an optical output level where optical damage is generated is elevated remarkably.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ、特に光情報処理装置の光源と
して用いられる半導体レーザに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser, and particularly to a semiconductor laser used as a light source of an optical information processing device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光情報処理用半導体レーザの中でも、ビデオディスクや
光デイスク上の読み取り用光源として使用する場合には
、雑音特性特に戻り光に誘起される雑音の特性力y問題
となる。半導体レーザの戻り光誘起雑音を低減するため
に、種々の方法が試みられているが中でも出力コヒーレ
ンスの低減は特に有効である。この方法のひとつとして
高周波重畳による半導体レーザの低雑音化が大面、茅根
、中村、埋めにより1983年秋季応用物理学関係連合
講演会予稿集、102頁、26a−P−6「高周波重畳
による半導体レーザの低雑音化と縦モード特性」におい
て提案され有効であることが示されている。
Among semiconductor lasers for optical information processing, when used as a light source for reading a video disk or an optical disk, noise characteristics, especially noise induced by return light, become a problem. Various methods have been tried to reduce the feedback-induced noise of semiconductor lasers, and among them, reducing output coherence is particularly effective. One of the methods for this is to reduce the noise of semiconductor lasers by high-frequency superposition. It has been proposed and shown to be effective in ``Laser Noise Reduction and Longitudinal Mode Characteristics''.

これに対して自l1ilJ振動を生じさせ縦モードをマ
ルチ化して低雑音化する方法が、銘木、松本、田村、渡
辺、栗原により電子通信学会技術報告、光量子エレクト
ロニクス0QE84−57.39頁r I SSSレー
ザの雑音特性と自己パルス変調の機構」において提案さ
れ試みられている。更に現在ではより多機能化をねらい
光ディスク等の読み取り用光源だけでなく、光ディスク
等への光書きこみ用光源をかねそなえた光情報処理用複
合半導体レーザ素子が要求されつつある。特に光ディス
ク等への光書きこみ用光源として用いる場合には、安定
な基本横モード発振でかつ大光出力発振に耐える必要が
ある。複合半導体レーザ素子としては、例えば用野、遠
藤、伊藤、桑村、上野、古瀬により1984年秋季第4
5回応用物理学会学術講演会講演予mA、190頁、1
5a−R−7rA&GaAs  BCMレーザアレイ」
において電極を分離した独立駆動の二個のレーザをそな
えた素子が提案され試作されている。
On the other hand, a method of generating self-l1ilj oscillation and multiplying the longitudinal modes to reduce noise is described by Meki, Matsumoto, Tamura, Watanabe, and Kurihara in Technical Report of Institute of Electronics and Communication Engineers, Photon Quantum Electronics 0QE84-57.39 p. r I SSS It was proposed and attempted in ``Laser Noise Characteristics and Mechanism of Self-Pulse Modulation''. Furthermore, with the aim of increasing the number of functions, there is now a demand for a composite semiconductor laser device for optical information processing that is not only a light source for reading optical discs, but also a light source for optically writing onto optical discs. Particularly when used as a light source for optical writing onto an optical disk or the like, it is necessary to have stable fundamental transverse mode oscillation and withstand large optical output oscillation. As a composite semiconductor laser device, for example, Yono, Endo, Ito, Kuwamura, Ueno, Furuse published the 1984 Autumn 4th
5th Japan Society of Applied Physics Academic Conference Lecture Preliminary mA, 190 pages, 1
5a-R-7rA&GaAs BCM laser array”
A device equipped with two independently driven lasers with separate electrodes has been proposed and prototyped.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記高周波重畳を用いる方法では、高周波駆動回路が必
要であるばかりでなく、外部機構へ高周波が漏れる等の
弊害を伴なっている。一方、自動振動を生じさせる方法
では、レーザ構造(層厚や溝幅など)に対して自動信号
の特性がきわめて敏感に依存することが予想され、この
ため安定な自動振動を示すデバイスの収率は低くなる欠
点を有しており、更に光書き込みに必要な大光出力動作
は不可能である。また、複合半導体レーザ素子では、前
記の例を含めこれまで提案されたものは単に二つのレー
ザをならべただけであり、光情報処理用複合半導体レー
ザ素子に要求されている光書きこみ用光源としての大光
出力発振特性と読み取り用光源としての低雑音特性とを
かねそなえていなかった。
The above-mentioned method using high frequency superimposition not only requires a high frequency drive circuit, but also has disadvantages such as high frequency leakage to an external mechanism. On the other hand, in methods that generate automatic oscillations, it is expected that the characteristics of the automatic signal will depend very sensitively on the laser structure (layer thickness, groove width, etc.), and this will reduce the yield of devices exhibiting stable automatic oscillations. It has the disadvantage of being low, and furthermore, it is not possible to operate with a large optical output necessary for optical writing. Furthermore, in the case of composite semiconductor laser devices, the ones proposed so far, including the example mentioned above, are simply two lasers arranged side by side. It did not have both the high optical output oscillation characteristics of 2000 and low noise characteristics as a reading light source.

本発明の目的は、上記諸欠点を除去し安定な自動振動を
生じ低雑音特性を持つ読み取り用光源の機能と、安定な
基本横モード発振を維持し大光出力発振可能な光書きこ
み用光源の機能とを単一の光源で合せもつ特徴をもつと
共に、制御性および再現性のすぐれた半導体レーザを提
供することにある。
The purpose of the present invention is to provide a reading light source that eliminates the above-mentioned drawbacks, generates stable automatic vibration, and has low noise characteristics, and an optical writing light source that maintains stable fundamental transverse mode oscillation and is capable of oscillating large optical output. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser which has the characteristics of combining the above functions with a single light source, and has excellent controllability and reproducibility.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前述の問題点を解決するために本発明の半導体レーザは
、共振器の両反射面近傍において共振器の長て方向にス
トライプ状の凹部領域を有する基板上に、活性層をこの
活性層よりもバンドギャップの広い材料からなる第1と
第2とのクラッド層で挟んだダブルヘテロ接合構造を備
え、第2のクラッド層上に第1と第2とのクラッド層よ
りも屈折率の大きいガイド層を備え、このガイド層上に
第1の溝を両反射面近傍を除いた共振器の長て方向でか
つストライプ状凹部領域延長上にくるように有すと共に
ガイド層と反対の導電型を有する第1のブロック層を備
え、この第1のブロック層上に第1の溝よりも幅の広い
第2の溝を共振器の長て方向に有すると共に前記第1の
ブロック層と同じ導電型でかつ活性層よりもバンドギャ
ップの侠い第2のブロック層を両反射面3d傍を除いた
共振器中央領域に備え、第1と第2の溝を埋め込んで設
けられた半導体層を第2のブロック層上に備えたことを
特徴とする。なお、活性層内のキャリア拡散長が第1と
第2の溝の半分よりも短かくなるように各溝幅を定める
のが望ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, the semiconductor laser of the present invention has an active layer formed on a substrate having striped recessed regions in the longitudinal direction of the resonator in the vicinity of both reflective surfaces of the resonator. It has a double heterojunction structure sandwiched between first and second cladding layers made of a material with a wide bandgap, and a guide layer having a higher refractive index than the first and second cladding layers on the second cladding layer. A first groove is provided on the guide layer in the longitudinal direction of the resonator excluding the vicinity of both reflective surfaces and on an extension of the striped recessed region, and has a conductivity type opposite to that of the guide layer. The first block layer has a second groove wider than the first groove in the longitudinal direction of the resonator, and is of the same conductivity type as the first block layer. In addition, a second block layer having a narrower band gap than the active layer is provided in the central region of the resonator excluding the vicinity of both reflective surfaces 3d, and a semiconductor layer provided by filling the first and second grooves is provided in the second block layer. It is characterized by being provided on the block layer. Note that it is desirable to determine the width of each groove so that the carrier diffusion length within the active layer is shorter than half of the length of the first and second grooves.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を用いて本発明を説明する。第1図は本発明の
1実施例の斜視図、第2図、第3図、第4図はそれぞれ
第1図のA−A′、B−B′、C−c’断面図である。
The present invention will be explained below using the drawings. FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the present invention, and FIGS. 2, 3, and 4 are sectional views taken along lines AA', BB', and C-c' in FIG. 1, respectively.

まず、第5図に示すように、(100)面を表面とする
n形GaAs基板10上にフォトレジスト法により共振
器の長て方向において長さ250μInの共振器中央領
域を残してその両端に幅5μm、長さ30μmのストラ
イプ状の窓をあけ、フォl、レジスト膜11をマスクに
して深さ0.4μmエツチングして両反射面近傍にスト
ライブ状の凹部領域12を形成する。フォトレジスト膜
11を除去した後、n形Ae 0.5aaO,5人S第
1クラツド層13を2.0 μm、 n形^e 0−1
5ca0.85^S活性層(n形濃度n = 1.5 
:’、 1018C111−3) 14を0.08μm
 、 p形人!! +1.45GaO0’55^S第2
クラット層15を0.1ノ1m、p形^I;!0−35
GaO16SASガイド層16を0.7μm、n形A/
 、)、5Ga□、5As第1ブロック層17を1)j
 )t m 、  n形GaAs第2ブロック層18を
1.0 μmMOcVD法で連続成長する。
First, as shown in FIG. 5, a photoresist method is applied to an n-type GaAs substrate 10 with the (100) plane as the surface, leaving a central region of the resonator with a length of 250 μIn in the longitudinal direction of the resonator, and forming a central region on both ends of the resonator. A striped window with a width of 5 μm and a length of 30 μm is opened, and etching is performed to a depth of 0.4 μm using the resist film 11 as a mask to form a striped recessed region 12 in the vicinity of both reflective surfaces. After removing the photoresist film 11, the n-type Ae 0.5aaO, 5S first cladding layer 13 is coated with a thickness of 2.0 μm, n-type^e 0-1
5ca0.85^S active layer (n-type concentration n = 1.5
:', 1018C111-3) 14 to 0.08 μm
, p-shaped person! ! +1.45GaO0'55^S 2nd
The crat layer 15 is 0.1m, p-type ^I;! 0-35
GaO16SAS guide layer 16 is 0.7 μm, n-type A/
), 5Ga□, 5As first block layer 17 1)j
) t m , an n-type GaAs second block layer 18 is continuously grown to 1.0 μm using the MOcVD method.

上記成長において従来から行われている液相成長法は各
成長層ごとに各組成を制御したメルトを用意して基板を
移動して各層を成長していく方法であるため本発明の如
き多層構造の成長はきわめて困難であるばかりでなく各
組成各層厚を制御することは不可能である。これに対し
てM OCV D法は有機金属を用いた気相成長法であ
るので混合ガスの組成を変化させることで任意の組成の
層を任意の多層に容易に成長させることができるので本
発明の構造の成長を制御よく容易に行うことができる。
The liquid phase growth method conventionally used for the above growth is a method in which a melt with controlled composition is prepared for each growth layer and the substrate is moved to grow each layer. Not only is growth extremely difficult, but it is also impossible to control the thickness of each layer of each composition. On the other hand, since the MOCVD method is a vapor phase growth method using an organic metal, layers of any composition can be easily grown into any multilayer by changing the composition of the mixed gas. The growth of these structures can be easily and well controlled.

更に、M OCV D法では各組成の微粒子が結合しな
がら成長していくので成長の面方位依存性はなくどの方
向にも一様な厚さで成長する。
Furthermore, in the MOCVD method, fine particles of each composition grow while bonding, so there is no dependence on the plane orientation of the growth, and the growth is uniform in thickness in all directions.

従って本発明の構造の如く凹部領域12に多層成長させ
ても四部の形状に沿って一様な層厚の層が成長していく
Therefore, even if multiple layers are grown in the concave region 12 as in the structure of the present invention, layers with uniform thickness will grow along the shape of the four parts.

また、上記の如く活性層14のn形濃度を1.5×10
11018CIにしておくとキャリアの拡散長を1μm
以下にすることができる。この濃度のとき発光効率も最
も高くなることが同時に明らかになった。次に、フォト
レジスト法により共振器の中央領域に凹部領域12の中
心線と一致するように幅2μm、長さを230μmのス
トライプ状の窓を共振器の長て方向にあけGaAs第2
ブロック層18および第1ブロック層17をエツチング
して第1の溝を形成し、p形^e 0035G10.6
5人Sガイド層16の上面を露出させる。フォトレジス
I・膜を除去後、再びフォトレジスト法をおこない上記
第1の溝の中心線と一致させるようにして幅4μrn、
長さ230μmのストライブ状の窓を共振器中央部分に
あけると共に両反射面近傍に各々幅30μm反射面に平
行に窓をあけ、このフォトレジスト膜19をマスクにし
てGaAs第2プロ・ンク層18のみを工・ソチングし
てA l o、5Ga□、5As第1プロ・ンク層17
の表面を出し、共振器中央領域に第2の溝を形成し両反
射面近傍の第2ブロック層18は除去する(第6図)。
Further, as mentioned above, the n-type concentration of the active layer 14 is set to 1.5×10
If the CI is set to 11018CI, the carrier diffusion length will be 1μm.
It can be: It was also revealed that the luminous efficiency was highest at this concentration. Next, a stripe-shaped window with a width of 2 μm and a length of 230 μm is opened in the longitudinal direction of the resonator so as to coincide with the center line of the recessed region 12 in the central region of the resonator using a photoresist method.
The block layer 18 and the first block layer 17 are etched to form a first groove, and the p-type ^e 0035G10.6
The upper surface of the 5-person S guide layer 16 is exposed. After removing the photoresist I film, the photoresist method was performed again to align the center line of the first groove with a width of 4 μrn.
A stripe-shaped window with a length of 230 μm is opened in the center of the resonator, and windows with a width of 30 μm are opened in parallel to the reflective surfaces near both reflective surfaces. Using this photoresist film 19 as a mask, a second GaAs film layer is formed. By machining and sowing only 18, the A lo, 5Ga□, 5As first pro-nk layer 17 was formed.
A second groove is formed in the central region of the resonator, and the second block layer 18 near both reflective surfaces is removed (FIG. 6).

次に、フォトレジスト膜19を除去した後、p形^e 
o、4Gao、6人S第3クラツド層20を1.5μm
、高濃度のp+形GaAsキャップ層21を1.0μm
連続成長する。この成長において、従来から行なわれて
いる液相成長法においてはAj’ xGal−yAS層
であるAff 0135GaO−65人Sガイド層16
やAeO,’5caO05^S第1ブロック層17の上
にはいかなる液相層も成長しないが、M OCV D法
では容易に成長させることができる。特にこのMOCV
D法において第3クラッド層20を成長する直前にHC
I等のガスで成長する面の裏面を微量にガスエツチング
をすると成長素子の再現性、信頼性を一段と向上させる
ことができる。この後、成長表面全面にp形オーミック
コンタクト225、基板側にn形オーミックコンタクト
23をつけると本発明の半導体レーザが得られる(第1
図、第2図、第3図、第4図)。
Next, after removing the photoresist film 19, the p-type
o, 4 Gao, 6 people S third cladding layer 20 1.5 μm
, a high concentration p + type GaAs cap layer 21 with a thickness of 1.0 μm
Continuous growth. In this growth, in the conventional liquid phase growth method, the Aff0135GaO-65S guide layer 16, which is an Aj'xGal-yAS layer, is used.
Although no liquid phase layer is grown on the first block layer 17, it can be easily grown using the MOCVD method. Especially this MOCV
Immediately before growing the third cladding layer 20 in the D method, HC
The reproducibility and reliability of the grown device can be further improved by etching a small amount of the back side of the growing side with a gas such as I. Thereafter, a p-type ohmic contact 225 is attached to the entire growth surface, and an n-type ohmic contact 23 is attached to the substrate side to obtain the semiconductor laser of the present invention (first
(Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4).

本発明の構造において、全面電極から注入された電流は
キャップ層21.第3クラッド層20と全面に広がって
流れるが、第3クラッド層20に隣接して電気的極性の
異なるn形GaAs第2ブロック層18さらにこれに隣
接してn形kl o、5Gao、s^S第1ブロック層
17があるため電流は第1および第2のブロック層で阻
止され、最終的にn形Aff O,5ca0.5^S第
1ブロック層17にあけたストライプ状の窓からp形A
f 0−35GaO,65人Sガイド層16およびこれ
に隣接したp形he 0.45ca0.55人S第2ク
ラツド、層15を通って、n形ke O,15Ga、)
45人s活性層14に注入される。活性層に注入された
キャリアは活性層水平横方向に拡散していき利得分布を
形成しレーザ発振を開始する。このとき前記した様に活
性層内のキャリア拡散長が短かいため、利得分布は主に
第1ブロック層17にあけたストライプ状の窓下の活性
層の部分に形成され、またその形状は息竣になり、その
結果ストライプ状の窓の下の部分のみ利得が高くなりそ
の外部は損失領域になる。本発明の構造では共振器の長
て方向においても電流は第2ブロック層で阻止され中央
領域の活性層に集中して流れこむ。両反射面近傍まで広
がって活性層に流れこむ電流は無視できる程になる。さ
らに、共振器中央領域の活性層は両反射面近傍の溝の部
分との境界では共振器の長て方向でもその両端がバンド
ギャップの広い第2クラッド層15に接しているので、
中央領域の活性層に注入されたキャリアは垂直方向のみ
ならず共振器の長て方向にも閉じこめられ利得の上昇が
助長される。その結果、低い閾値電流で発振することが
できる。一方は光は活性層14からしみ出し垂直方向に
広がる。このとき第2クラッド層15にしみ出した光は
、第2クラッド層15に隣接して屈折率の高いガイド層
16さらに隣接して第1ブロック層17があるので光は
この層まで広がる。さらに、第1ブロック層17に隣接
してn形GaAs第2ブロック層18があるが、この層
は屈折率が第1ブロック層17より高く光をひきこむば
かりでなく、レーザ発振光に対してバンドギャップが狭
く〜100100O0’以上の光の吸収層になっている
。従って、光は第2ブロック層18にひきこまれそこで
大きな吸収損失をうけることになる。その結果、この第
2ブロック層18にあけた窓にわたって正の屈折率差Δ
η8が生じる。その値は本実施例においてはΔηB=5
×10−’になることが本発明者の計算結果より明らか
になった。以上の結果、本発明の構造においては第1ブ
ロック層17にあけた狭い窓幅程度の利得分布に対し第
2ブロック層18にあけたそれより広い窓幅にわたって
光が広がり、そこでは正の屈折率ガイディング機構が作
りつけられていることになる。ところで、キャリアが活
性層に注入され利得分布が形成されると、屈折率のキャ
リア密度に対する負の依存性のため屈折率は減少する。
In the structure of the present invention, the current injected from the entire surface electrode is transferred to the cap layer 21. Adjacent to the third cladding layer 20, an n-type GaAs second block layer 18, which spreads over the entire surface of the third cladding layer 20 and has a different electrical polarity, is further adjoined to the n-type GaAs second block layer 18. Because of the presence of the S first block layer 17, the current is blocked by the first and second block layers, and finally the p Shape A
f 0-35GaO, 65S guide layer 16 and adjacent p-type he 0.45ca0.55S second clad, through layer 15, n-type keO, 15Ga,)
45 people are injected into the active layer 14. The carriers injected into the active layer diffuse in the horizontal and lateral directions of the active layer, form a gain distribution, and start laser oscillation. At this time, as mentioned above, since the carrier diffusion length in the active layer is short, the gain distribution is mainly formed in the part of the active layer under the striped window formed in the first block layer 17, and its shape is breathless. As a result, only the lower part of the striped window has a high gain, and the outside becomes a loss region. In the structure of the present invention, current is blocked by the second blocking layer even in the longitudinal direction of the resonator, and flows concentratedly into the active layer in the central region. The current that spreads to the vicinity of both reflective surfaces and flows into the active layer becomes negligible. Furthermore, since the active layer in the central region of the resonator is in contact with the second cladding layer 15 having a wide bandgap at both ends in the longitudinal direction of the resonator at the boundary with the groove portion near both reflective surfaces,
The carriers injected into the active layer in the central region are confined not only in the vertical direction but also in the longitudinal direction of the resonator, thereby promoting an increase in gain. As a result, it is possible to oscillate with a low threshold current. On the one hand, light seeps out of the active layer 14 and spreads in the vertical direction. At this time, the light seeping into the second cladding layer 15 spreads to the guide layer 16 having a high refractive index adjacent to the second cladding layer 15 and the first block layer 17 adjacent thereto. Furthermore, there is an n-type GaAs second block layer 18 adjacent to the first block layer 17, but this layer has a higher refractive index than the first block layer 17 and not only draws in light but also resists laser oscillation light. It is a light absorbing layer with a narrow band gap of 100100O0' or more. Therefore, the light is drawn into the second blocking layer 18 and suffers a large absorption loss there. As a result, there is a positive refractive index difference Δ across the window formed in the second block layer 18.
η8 occurs. In this example, the value is ΔηB=5
The inventor's calculation results revealed that the difference is x10-'. As a result of the above, in the structure of the present invention, light spreads over a wider window width than the narrow window width formed in the second block layer 18, whereas the gain distribution is about the narrow width of the window formed in the first block layer 17, and there, positive refraction occurs. This means that a rate guiding mechanism is built in. By the way, when carriers are injected into the active layer to form a gain distribution, the refractive index decreases due to the negative dependence of the refractive index on the carrier density.

しかし、その値は3〜4X10−3程度であるので、本
実施例ではレーザ発振時では1〜2X10−3の屈折率
が作りつけられており、この正の屈折率ガイディングと
上記に述べた第2ブロック層による光の急激な吸収との
相乗効果により基本横モード発振を維持することができ
る。
However, since its value is about 3 to 4X10-3, in this example, a refractive index of 1 to 2X10-3 is built in during laser oscillation, and this positive refractive index guiding and the above-mentioned The fundamental transverse mode oscillation can be maintained due to the synergistic effect with the rapid absorption of light by the second blocking layer.

本発明のIi造では、光の広がりの幅が利得分布の幅に
くらべて広いので光は利得領域からその外部の損失領域
まで広がっており、これは等測的には可飽和吸収体をも
っていることになり、自励振動が生じやすくなる。本発
明の構造では、更にキャリア拡散長が屈折率分布の幅と
利得分布幅を決定するキャリア注入領域幅との半分以下
であるとともにレーザ発振時での屈折率が比較的小さい
なめ自励振動を助長する効果をもつ。すなわち、まずキ
ャリア拡散長が短かいため、注入キャリア密度分布の変
動がはげしくなり、これに伴なって基本横モードの幅が
大きく変動しその収縮と拡大が生じその結果自動振動の
大きさが助長される。
In the Ii structure of the present invention, the width of the spread of light is wider than the width of the gain distribution, so the light spreads from the gain region to the loss region outside it, which isometrically has a saturable absorber. As a result, self-excited vibration is likely to occur. Furthermore, in the structure of the present invention, the carrier diffusion length is less than half the width of the carrier injection region that determines the width of the refractive index distribution and the gain distribution width, and the refractive index during laser oscillation is relatively small. It has a promoting effect. That is, first of all, because the carrier diffusion length is short, the fluctuation of the injected carrier density distribution becomes severe, and this causes the width of the fundamental transverse mode to fluctuate greatly, causing its contraction and expansion, and as a result, the magnitude of automatic oscillation is promoted. be done.

本発明者の解析結果によれば、本実施例の構造において
キャリア拡散長1μmと2μmとを用いて計算した結果
、キャリア拡散長1μmの自動振動は2μmの5.5〜
6倍になることが明らかになった。さらに、レーザ発振
時の屈折率の大きさが比較的小さいことも基本横モード
の幅の変動を助長する。本発明者の解析結果によれば、
本実施例の構造においてキャリア拡散長1μmを用いて
計算した結果、自動振動の第1ピーク強度と第1の谷で
の強度との比率がΔηa ”1.Q X 10−”では
160に対しΔηa””5X10−3では195になる
ことがわかった。
According to the analysis results of the present inventor, as a result of calculation using carrier diffusion lengths of 1 μm and 2 μm in the structure of this example, the automatic vibration of carrier diffusion length of 1 μm is 5.5 to 2 μm.
It turned out to be 6 times as much. Furthermore, the relatively small magnitude of the refractive index during laser oscillation also promotes fluctuations in the width of the fundamental transverse mode. According to the inventor's analysis results,
As a result of calculation using a carrier diffusion length of 1 μm in the structure of this example, the ratio of the first peak intensity of automatic oscillation to the intensity at the first valley is Δηa. ``''It turned out that 5X10-3 would be 195.

以上のすべての相乗効果の結果、本発明の構造では容易
に自動振動が生じ、その結果軸モードが多モード化し、
軸モードのコヒーレンスが低減するために反射光に対す
る雑音もきわめて低く低雑音特性が得られる。従って本
発明のレーザ素子は光読み取りに必要な低雑音レーザに
なる。
As a result of all the above synergistic effects, automatic vibration easily occurs in the structure of the present invention, resulting in the axial mode becoming multimodal,
Since the coherence of the axial mode is reduced, the noise caused by the reflected light is also extremely low, and low-noise characteristics can be obtained. Therefore, the laser device of the present invention becomes a low-noise laser necessary for optical reading.

本発明の横道では、活性層14は共振器の長て方向の両
反射面近傍において第2クラッド層15を介してストラ
イブ状凹部領域12のガイド層1゜6につながっている
。さらにガイド層16は共振器全長にわたって一定の層
厚でつながっている。
In the side path of the present invention, the active layer 14 is connected to the guide layer 1.6 of the striped recessed region 12 via the second cladding layer 15 in the vicinity of both reflective surfaces in the longitudinal direction of the resonator. Further, the guide layer 16 is continuous with a constant layer thickness over the entire length of the resonator.

前記した如く光は活性層水平横方向では第2ブロック層
18の溝幅にわたって広がり、垂直方向では活性層から
ガイド層16にわたって広がっているので光の大部分は
第2クラッド層15を通過して凹部領域12のガイド層
16内へ進行していく。このとき光の一部は四部領域の
活性層内へと進行していくがこの領域の活性層は励起さ
れていないのでレーザ発振光に対して150C11−1
程度の吸収領域となる。レーザ発振は最も利得が大きく
損失の小さい所で生じるので前記の如く光の大部分は共
振器中央領域から凹部領域12のガイド層16内を進行
してレーザ発振を開始する。更に本発明の構造では、凹
部領域12のガイド層16は垂直方向では第2クラッド
層15と第1ブロック層17とで挟みこまれており、水
平横方向ではその一部両端が第1ブロック層で挟みこま
れておりストライブ状の光導波路を形成している。本発
明の構造では四部領域12では第1ブロック層17に隣
接して第3クラッド層20があり、共振器中央領域の如
く第1ブロック層17に隣接して光の吸収層となる第2
ブロック層18は除去されているので光導波路内に光は
閉じこもって進行する。
As mentioned above, the light spreads across the groove width of the second block layer 18 in the horizontal direction of the active layer, and spreads from the active layer to the guide layer 16 in the vertical direction, so most of the light passes through the second cladding layer 15. It advances into the guide layer 16 of the recessed region 12. At this time, part of the light travels into the active layer in the four-part region, but since the active layer in this region is not excited, 150C11-1
It becomes an absorption area of about 100%. Since laser oscillation occurs where the gain is greatest and the loss is smallest, as described above, most of the light travels from the central region of the resonator through the guide layer 16 of the recessed region 12 and starts laser oscillation. Further, in the structure of the present invention, the guide layer 16 of the recessed region 12 is sandwiched between the second cladding layer 15 and the first block layer 17 in the vertical direction, and both ends of the guide layer 16 in the horizontal direction are partially sandwiched by the first block layer 17. are sandwiched between the two to form a striped optical waveguide. In the structure of the present invention, in the four-part region 12, there is a third cladding layer 20 adjacent to the first block layer 17, and as in the central region of the cavity, there is a second cladding layer 20 adjacent to the first block layer 17, which serves as a light absorption layer.
Since the blocking layer 18 has been removed, light travels while being confined within the optical waveguide.

本実施例ではガイド層のバンドギャップはレーザ発振光
に対して157meV以上広がっているので、ガイド層
内を進行する光は吸収損失を受けない。こうして両反射
面近傍の凹部領域12においてストライブ状の光導波路
をなすガイド層16内を進行した光は一部反射面で反射
され、再び光導波機能をもつ凹部領域12のガイド層1
6内を損失をうけることなく戻り、中央領域の活性層1
4内に入り再励起されるので低閾値、高効率でレーザ発
振をすることができる。特に本実施例の如く四部領域の
ガイド層の高さの半分付近に共振器中央部分の活性領域
となる中央領域の活性層を位置しておけば反射面で反射
された光はより有効に活性層にはいることができる。
In this example, the band gap of the guide layer is widened by 157 meV or more with respect to the laser oscillation light, so that the light traveling within the guide layer does not undergo absorption loss. In this way, the light that has traveled through the guide layer 16 forming a striped optical waveguide in the concave areas 12 near both reflective surfaces is partially reflected by the reflective surfaces, and is returned to the guide layer 16 of the concave areas 12 having an optical waveguide function.
6 without any loss, and the active layer 1 in the central region
4 and is re-excited, making it possible to perform laser oscillation with a low threshold and high efficiency. In particular, if the active layer of the central region, which is the active region of the central part of the resonator, is located near half the height of the guide layer of the four-part region as in this example, the light reflected by the reflective surface will be activated more effectively. You can enter the layers.

本実施例の構造では、再反射近傍がレーザ発振光に対し
てバンドギャップの広いガイド層になっているので、光
学損!(COD>の生じる光出力レベルを著しくく上昇
させることができる。すなわち、通常の半導体レーザで
はキャ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、そこでは表面再結合を生じ空乏
層化してバンドギャップが縮小している。大光出力発振
をさせると、この縮小したバンドギャップにより光の吸
収を生じ、そこで発熱して融点近くまで温度が上昇し、
ついには光学損傷を生じる。これに対し本実施例の構造
では両反射面近傍が非励起領域になっているばかりでな
く、レーザ発振光はバンドギャップ差が157meV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
の吸収がなく光学損傷の生じる光出力レベルを1桁以上
上昇させることができ、大光出力発振が可能である。
In the structure of this example, since the area near the re-reflection is a guide layer with a wide bandgap for the laser oscillation light, optical loss is reduced. In other words, in a normal semiconductor laser, the end face of the active layer, which becomes the excitation region due to carrier injection, is exposed as a reflective surface, where surface recombination occurs. It becomes a depletion layer and the bandgap shrinks.When oscillating with a large optical output, this reduced bandgap causes absorption of light, which generates heat and raises the temperature to near the melting point.
Eventually, optical damage occurs. On the other hand, in the structure of this example, not only are the areas near both reflecting surfaces a non-excitation region, but also the laser oscillation light is oscillated by passing through a layer with a wide band gap difference of 157 meV or more. Since there is no absorption of light, the optical output level at which optical damage occurs can be increased by more than one order of magnitude, and large optical output oscillation is possible.

本発明の構造では、両反射面近傍がガイディング機構を
もつガイド層になっているので、この領域を進行中にレ
ーザ発振光は制御され光導波機構を形成するガイド層の
幅と厚さとに限定されているので、外部光学系とのカッ
プリングもやりやすくその効率を上昇させることができ
る。
In the structure of the present invention, the vicinity of both reflective surfaces is a guide layer with a guiding mechanism, so the laser oscillation light is controlled while traveling in this area and is adjusted to the width and thickness of the guide layer forming the optical waveguide mechanism. Since it is limited, coupling with an external optical system is easy and the efficiency can be increased.

なお、上記実施例ではn形GaAs基板を用いたが、p
nを反転させても本発明は実現できる。また本実施例は
AeGλAs/GaAsダブルヘテロ接合結晶材料につ
いて説明したが、その他の結晶材料、例えば1nGaP
/人E InP、InGaAsP/1nGal’、1n
GaAsP/InP、人(2GaAsSb/GaAsS
b等数多くの結晶材料の半導体レーザにも本発明は適用
できる。
Note that although an n-type GaAs substrate was used in the above embodiment, a p-type GaAs substrate was used.
The present invention can be realized even if n is inverted. Furthermore, although this embodiment has been described with respect to the AeGλAs/GaAs double heterojunction crystal material, other crystal materials, such as 1nGaP
/person E InP, InGaAsP/1nGal', 1n
GaAsP/InP, human (2GaAsSb/GaAsS
The present invention can also be applied to semiconductor lasers made of many crystal materials such as B.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したように、本発明の半導体レーザは、 (イ)非点収差が小さくその上安定な基本横モード発振
を高光出力まで維持することができる。
As detailed above, the semiconductor laser of the present invention has (a) small astigmatism and can maintain stable fundamental transverse mode oscillation up to high optical output.

(υ)大光出力発振が可能である。(υ) Large optical output oscillation is possible.

(ハ〉自励振動を生じその条件の許容範囲が広く低雑音
特性をもつ。
(C) It generates self-excited vibration and has a wide tolerance range of conditions and low noise characteristics.

(ニ)等心円的な光源にでき外部光学系とのカップリン
グ効率が上昇するので光学系をコンパクトにすることが
できる。
(d) Since the light source can be made into a concentric circular light source and the coupling efficiency with an external optical system increases, the optical system can be made compact.

等の利点を持つ。It has the following advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の1実施例の斜視図、第2図。 第3図、第4図はそれぞれ第1図のA−A’、B−B’
 、C−C’断面図、第5図はこの実施例において基板
を形成した時の斜視図、第6図はこの実施例の製作の過
程においてダブルヘテロ接合結晶を成長した後ストライ
プ状の電流注入口を形成した時の斜視図である。 10・・・n形GaAs基板、11・・・フォトレジス
ト膜、12・・・凹部領域、13 ・−n形Af O,
5GaO,5As第1クラッド層、14−n形^e o
、+5Gao、g5As活性層、15−p形入e 0−
450aO−55人S第2クラツド層、16 ・−p形
人e 0135GaO,65ASガイド層、17−−・
n形^l!0.5Gao、5As第1ブロック層、18
−・・n形GaAs第2ブロック層、19・・・フォト
レジスト膜、20 ・p形人e 0−4GaO−6AS
As第3クラツド21・・・p+形GaAsキャップ層
、22・・・p形オーミックコンタクト、23・・・n
形オーミックコンタクト。 、パ、゛− 代理人 弁理士 内 原  章′1・ニー1、s 3 
 図
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of the present invention. Figures 3 and 4 are AA' and BB' of Figure 1, respectively.
, CC' sectional view, FIG. 5 is a perspective view when the substrate is formed in this example, and FIG. 6 is a striped current injection after growing a double heterojunction crystal in the process of manufacturing this example. It is a perspective view when an entrance is formed. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... N-type GaAs substrate, 11... Photoresist film, 12... Concave region, 13 -n-type Af O,
5GaO, 5As first cladding layer, 14-n type ^e o
, +5Gao, g5As active layer, 15-p type e 0-
450aO-55S second cladding layer, 16 ・-p-type 0135GaO, 65AS guide layer, 17--・
N-type ^l! 0.5Gao, 5As first block layer, 18
-... N-type GaAs second block layer, 19... Photoresist film, 20 ・P-type layer e 0-4GaO-6AS
As third cladding 21...p+ type GaAs cap layer, 22...p type ohmic contact, 23...n
Ohmic contact. , Pa, ゛- Agent Patent Attorney Uchihara Akira'1, Ni 1, s 3
figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 共振器の両反射面近傍において共振器の長て方向にスト
ライプ状の凹部領域を有する基板上に、活性層をこの活
性層よりもバンドギャップの広い材料からなる第1と第
2とのクラッド層で挟んだダブルヘテロ接合構造を備え
、前記第2のクラッド層上に前記第1と第2とのクラッ
ド層よりも屈折率の大きいガイド層を備え、このガイド
層上に第1の溝を両反射面近傍を除いた共振器の長て方
向でかつストライプ状凹部領域延長上にくるように有す
と共にガイド層と反対の導電型を有する第1のブロック
層を備え、この第1のブロック層上に前記第1の溝より
も幅の広い第2の溝を共振器の長て方向に有すると共に
前記第1のブロック層と同じ導電型でかつ前記活性層よ
りもバンドギャップの狭い第2のブロック層を両反射面
近傍を除いた共振器中央領域に備え、前記第1と第2の
溝を埋め込んで設けられた半導体層を前記第2のブロッ
ク層上に備えたことを特徴とする半導体レーザ。
An active layer is formed on a substrate having a striped recessed region in the longitudinal direction of the resonator in the vicinity of both reflective surfaces of the resonator, and first and second cladding layers are formed of a material having a wider band gap than the active layer. A guide layer having a higher refractive index than the first and second cladding layers is provided on the second cladding layer, and a first groove is formed on both sides of the guide layer. a first block layer disposed in the longitudinal direction of the resonator excluding the vicinity of the reflective surface and on an extension of the striped recessed region and having a conductivity type opposite to that of the guide layer; A second groove having a second groove wider than the first groove in the longitudinal direction of the resonator and having the same conductivity type as the first block layer and having a narrower bandgap than the active layer. A semiconductor characterized in that a block layer is provided in the central region of the resonator excluding the vicinity of both reflective surfaces, and a semiconductor layer provided by filling the first and second grooves is provided on the second block layer. laser.
JP20900586A 1986-09-04 1986-09-04 Semiconductor laser Pending JPS6364385A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20900586A JPS6364385A (en) 1986-09-04 1986-09-04 Semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20900586A JPS6364385A (en) 1986-09-04 1986-09-04 Semiconductor laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6364385A true JPS6364385A (en) 1988-03-22

Family

ID=16565718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20900586A Pending JPS6364385A (en) 1986-09-04 1986-09-04 Semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6364385A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01244688A (en) * 1988-03-25 1989-09-29 Nec Corp Distributed feedback semiconductor laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01244688A (en) * 1988-03-25 1989-09-29 Nec Corp Distributed feedback semiconductor laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6364385A (en) Semiconductor laser
JPS61164287A (en) Semiconductor laser
JPS6184891A (en) Semiconductor laser element
JPS6360584A (en) Semiconductor laser
JPS63248190A (en) Semiconductor laser
JPS6239088A (en) Semiconductor laser
JPS6226884A (en) Semiconductor laser
JPS5911690A (en) Semiconductor laser device
JPS62165389A (en) Semiconductor laser
JPS6251281A (en) Semiconductor laser
JPS62165388A (en) Semiconductor laser
JPS6362391A (en) Semiconductor laser
JPS6390882A (en) Semiconductor laser
JPS62179191A (en) Semiconductor laser
JPS62133789A (en) Semiconductor laser
JPS6297389A (en) Semiconductor laser
JP2687404B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser
JPS6120388A (en) Semiconductor laser
JPS6286783A (en) Semiconductor laser
JPS6237833B2 (en)
JPS5963788A (en) Semiconductor laser
JPH01286381A (en) Semiconductor laser
JPH02154493A (en) Semiconductor laser and manufacture thereof
JPS62155582A (en) Buried type semiconductor laser
JPS62283690A (en) Semiconductor laser