JPS6393182A - 埋込型半導体レ−ザ素子 - 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】 く技術分野〉 本発明は共振端面近傍にレーザ光に対する非吸収領域を
設けた高出力半導体レーザの素子構造に関するものであ
る。

〈従来技術〉 従来の半導体レーザ素子を光導波原理で分類すると利得
導波型と屈折率導波型とに分類されるが、実用面で重要
な横モード安定性の点からは屈折率導波型の方が断熱有
利であり、様々な構造の屈折率導波路を有する半導体レ
ーザが開発された。この代表的な例としてＢ　Ｈ（Ｂｕ
ｒｉｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕ−ｃｔｕｒｅ　）レー
ザ及びＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄＳｕｂｓｔｒ
ａｔｅ　Ｉｎｎｅｒ　５ｔｒｉｐｅ　）レーザが周知で
ある。

第２図（Ａ＋に示すＢＩ（レーザは基板ｌ上にレーザ発
振用活性層３を両面からクラッド層２．４で挟設したダ
ブルへテロ接合構造を積層した後、メサ型にエツチング
し、このメサ型構造の両側を低屈折率物質１４で埋め込
んでいるので完全な屈折率導波作用に基くレーザ発振動
作を示し、しきい値電流が１０ｍＡ以下の非常に小さい
値になるという利点を有する。しかしながら、低屈折率
物質の埋め込み層１４の屈折率及びメサ型構造の幅に相
当する導波路幅Ｗを適当に選択しないと高次横モードで
発振し易いという欠点がある。従って、製作条性に制約
が多く、しかも基本横モードで発振させるには導波路幅
Ｗを２μｍ以下にする必要があるので、レーザ端面が比
較的低出力でも破壊し易くなる。また、メサ側面には深
さ数１０００オングストロームのがたつきがあり、そこ
で光が散乱される結果素子の光学的特性に悪影響を与え
ている。例えば、遠視野像や発振スペクトルが乱れやす
い。図中８，９はｎ側及びｐ側電極である。

一方、第２図（Ｂｌで示すＶＳＩＳレーザは基板ｌ上に
電流阻止層６を層設し、電流阻止層６よシ基板１に達す
る深さのストライプ状７字溝７を形成して電流通路を開
通させ、その上に平坦な活性層３をクラッド層２．４で
挟設したダブルヘテロ接合構造を積層したもので、Ｖ字
溝７の幅に相当する導波路幅Ｗは４〜７μｍに広く設定
しても高次横モードが発生しないという利点を有してい
る。これは、導波路の外側の光が基板１に吸収されるた
め、高次モード利得が抑制されるからである。しかし、
しきい値電流が４０〜６０　ｍＡ程度になり、上記ＢＨ
レーザに比べて非常に高いという欠点がある。この理由
は、電流が電流阻止層６による内部ヌトライプ構造によ
って狭窄されているが活性層３内に注入されたキャリア
は活性層３の両側方向へ拡散する結果、レーザ発振に対
して無効となるキャリアが増大するためである。この無
効キャリアは不必要な自然放出光及び発熱に消費され、
しきい値電流の増加を招くと同時に、レーザ素子の信頼
性に悪影響を与える。

上述のＢＨレーザとＶＳＩＳレーザのそれぞれの問題点
を解決するために、第３図に示すように、ＶＳＩＳレー
ザの■−チャネル溝の両側のダブルへテロ構造なｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層６に達するまでエツチングにより除去
し、その除去した部分を活性層よりも禁制帯幅の大きい
結晶１１．１２．１３で埋め込むＢＨ−ＶＳＩＳレーザ
と呼ばれる半導体レーザが提案されている。このレーザ
素子構造は活性層内キャリアの横方向拡散が埋め込み層
１１によって阻止されているのでしきい値電流が小さく
、しかも導波路幅を広くしても高次モード利得が抑制さ
れるので基本横モード発振をするという利点がある。し
かし、端面破壊出力はＶＳＩＳレーザと同様に２０〜３
０ｍＷである。

〈発明の目的〉 本発明はＢＨ−ＶＳＩＳレーザの端面近傍をレーザ光に
対する非吸収領域とすることにより、低しきい値を保っ
たまま高出力化を図ることのできるレーザ素子構造を提
供することを目的とする。

〈構成及び効果の説明〉 本発明者はＢＨ−ＶＳＩＳレーザのメサ幅ＷをＶ−チャ
ネル幅Ｗとほとんど同じ（Ｗｏｗ）にした時の発振波長
λｌが、Ｗ　＞）ｗとした時又は通常のＶＳＩＳレーザ
のそれよりも２００〜３０００ｍだけ長波長となること
を発見した。例えばＶ−チャネル幅Ｗ＝５Ｐｍを有する
８　８０　ｎｍ帯ＶＳＩＳレーザをＷ　＝　５．５μｍ
として埋め込んだ時、発振波長λｌは８５５ｎｍと前設
定値よりも長波長化した。この原因は、活性層で発生す
る光がＧ　ａ　Ａ　ｓに吸収される割合が小さい（接合
方向での光閉じ込め係数Ｆが大きい）ので、しきい値利
得ｒｔｈが小さくなるための思われる。ｒｔｈが小さい
と、活性層へ蓄積されるキャリア量が減少するので、伝
導帯の電子フェルミレベルの上昇（バンドフィリング効
果）が起らないままレーザ発振が開始される結果、発振
波長は長波長となる。

本発明はこの場象を利用することにより、端面近傍をレ
ーザ発振波長に対して非吸収領域とした端面窓構造半導
体レーザを実→Ｑしたものである。

〈実施例〉 第１図へ）に本発明の１実施例である半導体レーザの平
面図を示す。同β）には模式図、同（Ｃ１には内部領域
の断面図を示す。ＷはＶ−チャネル幅、Ｗは埋め込まれ
るメサの幅である。このＷの幅を端面近傍ではＷ＞＞ｗ
とし、内部領域ではＷｏｗとしたことに特徴がある。上
述したように、内部領域ではＦが太キ＜シかも、活性層
内キャリアの拡散が小さいので低しきい値及び長波長で
発振する。

一方、端面近傍ではＦが小さく、キャリアの拡散が大き
いので、しきい値電流が高くなる。従って、このレーザ
素子に電圧を印加して電流を流した時、内部領域が先に
発振を開始し、端面近傍の活性層ではキャリアが蓄積す
るのみである。このようにして、端面近傍ではフェルミ
レベルの上昇により、内部領域のレーザ光の波長に対し
て非吸収となる、即ち窓が形成される。

第１図に於て、ｌはＰ　　ＧａＡｓ基板、２はＰ−Ｇａ
ＡＪＡｓ　　クラッド層、３は活性層、４はｎ−ＧａＡ
ｌＡｓ　　クラッド層、５はｎ　　ＧａＡｓキｆｆ’／
プ層、６はｎ　　ＧａＡｓ電流阻止層、７はＶ−チャネ
ル、８はｎ側電極、９はｐ側電極、１０Ｖ！、メサ部で
ある。また、１１は第１埋込み層（ｉ）、１２は第２埋
込み層（ｐ）、１３は第３埋込み層（ｎ）である。

以下、上記実施例の半導体レーザの製作工程について説
明する。

ｐ形ＧａＡｓ基板を使ったＶＳＩＳレーザのＶ−チャネ
ル幅を５μｍとし、ダブルヘテロ構造成長後、キャップ
層５の表面からｎ−ＧａＡｓ電流阻止層に達するまでメ
サエッチし、そのメサ幅Ｗを内部領域（長さ２００μｍ
）では５．５μｍとし、窓領域（両端面からそれぞれ２
５μｍ）では８μｍとする。

次に、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により、第
１．第２．第３の３層からなる埋込み届として１−Ｇａ
ｏ２Ａｎｏ、Ａｓ層１１　、　Ｐ−ＧａＡｌＡｓ、Ａｓ
層１２、ｎ　　ＧａＡｓ　層１３を順次成長させる。

第１埋込層（ｉ）１１と第２埋込層（ｐ）１２は成長時
間が短いのでキャップ層５の表面には成長されない。第
３埋込層（ｎ）１３は成長時間を長くして、キャップ層
５上にも成長させ、素子表面が平坦になるようにする。

本実施例の半導体レーザのしきい値電流は２０ｍＡ前後
であり、従来のＶＳＩＳレーザの約半分であった。発振
波長は８５０　ｎｍであり、端面破壊出力は端面コート
なしＣＷ（連続発振）動作で７０ｍＷであった。遠視野
像はＶＳＩＳレーザの基本構造と全く同じように、基本
横モード発振を示し、従来のＢＨレーザのような乱れは
全く観察されなかった。

尚、本発明の半導体レーザ素子は上述したＧａＡｓ−Ｇ
ａＡｌＡｓ系に限定されず、ＩｎＰ　　ＩｎＧａＡｓＰ
系やその他のへテロ接合レーザ素子にも適用することが
できる。また成長方法はＬＰＥ（液相エピタキシャル）
法具外にも、ＭＯ（有機金属）−ＣＶＤ法、ＶＰＥ（気
相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法等を利
用しても良い。

【図面の簡単な説明】 第１図（Ａｌは本発明の端固窓構造埋め込みレーザの埋
め込み幅Ｗを示す乎面図、同（ＢＩＨその模式図、同（
Ｃ１は内部領域の断面図である。第２図（３）は従来の
埋め込みレーザの概略断面図、同ｆＢ）は従来の層、３
・・・Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　Ｓ　活性層、５・・・Ｇａ
Ａｓキャップ層、６・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流阻止層、
７・・・Ｖ−チャネル溝、８．９・・・電極、１０・・
・メサ部、１１・・・第１埋込層、１２・・・第２埋込
届、１３・・・第３埋込層、１４・・・埋込層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上に刻設されたストライプ溝の左右両肩部で活
   性層より発生した光を吸収することにより前記活性層内
   に実効屈折率分布に基く光導波路が形成され、前記活性
   層の左右両側面は禁制帯幅の大きい埋込層に埋設されて
   なる埋込型半導体レーザ素子において、前記活性層の埋
   設幅はレーザ共振端面近傍で広くレーザ共振中央部で前
   記ストライプ溝の幅に可及的に近接する程度に狭く設定
   されていることを特徴とする埋込型半導体レーザ素子。