JPH01268178A - 半導体レーザ素子 - 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】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザ素子に関し、特にスーパーモード
が最低次に安定化される構造を有する位相同期型の半導
体レーザ素子に関する。

（従来の技術） 近年、光デイスクメモリへの書込み用光源や固体レーザ
の励起用光源等の高出力用光源として半導体レーザの採
用が検討されており、これに対応すべく、従来より普及
しているＡＪ２ｘＧａ１−ｘＡｓを材料とする半導体レ
ーザ素子の出力を例えば１００ｍＷ以上に高出力化する
ことが要求されている。

このような高出力化に対応した半導体レーザ素子として
、位相同期型の半導体レーザ素子が考えられており、こ
のレーザ素子は、第６図に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基
板１上のｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止層２、ｐ型Ａβ
ＧａＡｓからなる第１クラッド層３、ＡＪ２ＧａＡｓか
らなる活性層４、ｎ型Ａ、ｇＧａＡｓからなる第２クラ
ッド層５、ｎ型ＧａＡｓからなるオーミック層６、ｐ側
電極７、ｎ側電極８により構成されている。そして、基
板１にはレーザ光のフィラメントが近接して並ぶように
ストライプ溝９．１０．１１．１２．１３が複数、例え
ば５本夫々近接して並設されている。

この位相同期型の半導体レーザ素子において、実用上有
効な特性を得るためには、以下の三つの条件が必要であ
る。

■　個々のフィラメントの横モードが最低次に安定化さ
れていること。

■　空間的にコヒーレントなレーザ光を得るに充分な光
学的結合が、各フィラメント間にあること。

■　この光学的結合により得られるスーパーモードが最
低次に安定化されていること。

このことは、言換えれば、相隣り合うフィラメント間の
位相差（以下、単に位相差と記す）か０°であるという
ことである。

上記■の条件は、通常は屈折率型光導波路によってフィ
ラメントの幅を制限することにより達成されている。第
６図に示した半導体レーザ素子においては、この屈折率
光導波路は第７図（ａ）に断面図に示すいわゆるＣ　Ｓ
　Ｐ　（ＣｈａｎｎｅｌｅｄＳｕｂｓｔｒａｔｅ　Ｐｌ
ａｎａｒ）構造により形成されている。

即ち、同図に示すように、基板１上に形成された溝１４
の直上から左右にはみたしたフィラメント１５の部分は
、基板１による光吸収により光損失を受けるので、フィ
ラメント１５の幅はほぼ溝コ４の幅に制限される。そこ
でＣ８Ｐ構造の導波路は、損失型導波路と呼ばれている
。Ｃ８Ｐ構造の導波路が損失即ち、屈折率の虚数部分の
変化により形成されるのに対して、屈折率の実数部分の
変化によって形成される先導波路があり、通常このよう
な構造の導波路を屈折率型光導波路と称している。

この屈折率型光導波路としては、第７図（ｂ）に示すよ
うな電流阻止層２に第１クラッド層３、活性層４、第２
クラッド層５か埋め込まれたＢＨ（Ｂｕｒｒｊｅｄ　１
ｌｅｔｅｒｏ）構造、第７図（ｃ）に示すＢＣ（Ｂｕｒ
ｒｉｅｄ　Ｃｒｅｓｃｅｎｔ）構造等がある。

しかしながら、Ａβ　Ｇａ　　　Ａｓを材料としｘ　　
　１．−ｘ た場合、ＢＨ構造は信頼性に難点かあるので実用的な構
造ではない。また、ＢＣ構造も後述する理由により、位
相同期型の半導体レーザ素子には適さないため用いられ
ていない。従って、位相同期型の半導体レーザ素子の光
導波路には、主として上記Ｃ８Ｐ構造が採用されている
。

上記■の条件は、第８図（ａ）、（ｂ）に示すように、
各フィラメント１６、］７の距離を充分に近づけ、光の
フィールドをフィラメント１６．１７間でオーバーラツ
プさせることにより達成される。しかしながら、ＢＣ構
造では、フィラメント１６．１７を接近させても充分な
光学的結合は得難い。それは第８図（ｃ）に示すように
、吸収の大きなＧａＡｓ層がフィラメント１６．１７間
を埋めているために、フィラメント１６．１７がらの光
のフィールドのしみ出しが弱くなるからである。

上記■の条件を満たすためには、高次スーパーモードを
カットオフするようにフィラメントの幅と間隔を設定す
る方法（例えば、電子通信学会技術報告　ＯＱＥ　８Ｂ
−Ｂ４Ｐ、２５〜３０　　池田民地提案）、光利得をフ
ィラメント間で異ならせて最低次スーパーモードが最大
の光利得を得るようにする方法（特開昭第８１−９１９
８８号公報）、各フィラメントを光導波路でつなくこと
により位相差を０８とする方法（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　ｖｏｌ、３４（４）１９
７９Ｐ、２５９〜２６］　　Ｄ、Ｒ，５ｃｉｒｒｅｓ氏
他提案）等が提案されている。

しかしながら、いずれの方法も生産技術の観点から見る
と再現性に乏しいという問題があった。

その原因はＣ８Ｐ構造が位相差１８０°の高次スーパー
モードを選択する機能を有するからである。

この選択機能は、Ｃ８Ｐ構造が損失型光導波路であるこ
とに起因する。即ち、フィラメント間は光吸収が大きい
ので、この領域で光強度が０となるスーパーモードか選
択される（この光強度が０となる位置をスーパーモード
の節と呼ぶ）。これは第９図に示すように位相差１８０
°のスーパーモードである。一方、位相差Ｏ０の最低次
スーパーモードはフィラメント間に節を持たず、従って
最大の損失を受けるモードである。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の構造の位相同期型半導体レーザ素
子では、位相差Ｏ°のスーパーモードを得ることが困難
であるという問題があった。

本発明は上述した従来の問題を解決するためになされた
もので、屈折率型光導波路であるＢＣ構造のフィラメン
ト間に充分な光結合をもたらし、よってスーパーモード
を最低次に安定化するのに適した構造の半導体レーザ素
子を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の半導体レーザ素子は、互いにほぼ平行な複数の
ストライプ状の溝を表面に有する半導体結晶からなる基
板と、この基板上に積層された活性層を含むレーザ動作
用結晶層と、前記複数のストライプ状の溝にほぼ直交し
て形成された二つの鏡面部とを備えた位相同期型の半導
体レーザ素子において、前記活性層の前記鏡面部に平行
方向の断面形状が、前記溝の直上部において前記基板側
と反対方向に凸状となるように形成したことを特徴とす
るものである。

上記凸状形状は、ＢＣ構造を例えば基板表面に設けられ
たストライプ状リッジの上面に位置させることにより形
成できる。

（作　用） ＢＣ構造の活性層形状を従来とは逆に基板と反対側に凸
とすることにより、フィラメントはレーザ光を吸収する
基板から遠ざがる。よって、隣接するフィラメント間の
光学的結合が容易になる。

フィラメント間の光損失が減じることにより、従来から
障害であった１８０°選択性がなくなり、最低次スーパ
ーモードに安定化し易い位相同期型の半導体レーザ素子
が得られる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図を参照して説明する
。尚、第６図と同一部分には同一符号を付して重複する
部分の説明を省略する。

第１図ないし第３図は実施例の半導体レーザ素子の構成
を示す図で、第１図に示す本例の半導体レーザ素子は、
第２クラツド総２上に刻設した５本のストライプ状溝９
．１０．１１．１２．１３を有するストライプ状リッジ
２１上面に、夫々の溝９．１０．１１．１２．１３に対
応するように５個のＢＣ構造を形成したものである。

この半導体レーザ素子の製造方法を以下に説明する。

まず第２図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ単結晶からなる
基板１の（１００）結晶面に略一致する表面上に、［１
０］方向にリッジ２１を形成する。このときのリッジ２
１の幅は約３０μｍ１高さは約１．２μｍとした。

このリッジ２１の上に、５本のストライプ状光導波路を
形成するための５本の溝９．１０，１１．１２．１３を
形成する。このときの合溝の深さは約１．５μｍとし、
溝の幅は一方側がら例えば図中左方向から順に、１．５
．２．５　、’３．５．２．５．１．５μｍとし、中央
の溝１１が最も広く、端にいく程狭くなるように構成し
た。これは最低次スーパーモードの利得を他の全てのス
ーパーモードの利得よりも大きくすることによって、最
低次スーパーモードで安定動作させるためである。

次に第３図に示すように、液相結晶成長法によリ、基板
１上にｎ型ＡＪ２　　Ｇａ　　　Ａｓからな０．４　　
０．６ る第１クラッド層３、ｐ型ＡＪ２．Ｏ，，０５０，０５
ａ Ａｓからなる活性層４、ｐ型Ａぶ　　ＧａＯ，４０，Ｂ Ａｓからなる第２クラッド層５、ｐ型ＧａＡｓからなる
オーム性電極層６を積層形成する。その際、第１クラッ
ド層３および活性層４の成長に初期過冷却度の小さな溶
液を用いることにより、この二つの層３．４は同図に示
したように溝９．１０．１１．１２．１３の間で成長し
ないように形成できる。これは、平坦面上の結晶成長に
比べて、リッジ２１側面では成長速度が相対的に速くリ
ッジ２１上面では成長速度が抑制されるという液相結晶
成長の性質によるものである。本実施例においては、初
期過冷却度１，０℃の溶液を用いている。

そして、第１クラッド層の成長時間を適当な値以上にす
ることにより、同図に示すように、上向に凸の所望の活
性層形状を得ることができる。

続いて注入電流をストライプ状の窓領域に限定するため
の絶縁層２２、オーム性接触を形成する二つの金属電極
層７．８、へき開面からなる二つの反射鏡を形成する。

こうして第１図に示すような、位相同期型半導体レーサ
素子得られる。

こうして得られた半導体レーザ素子は、２００ｍＷ以上
の出力でも最低次スーパーモードで安定動作をした。

第４図および第５図は、本発明の他の実施例を示す図で
、第４図に示すように、本例では前述第１の実施例のリ
ッジに代えて、Ａｌｌ　　　ＧａＯ，６０，４ Ａｓからなる成長阻止層３１を設け、これにより第１ク
ラッド層３および活性層４が溝９．１０．１１．１２．
１３間で成長するのを阻止している。

ｐ型Ａβ　　Ｇａ　　　Ａｓからなる第２クラツド０．
４　　　　０．６ 層５は、その成長量を充分大きくとることにより、成長
阻止層３１上にも成長させている。この後の手順は上述
第１の実施例と同様にして、第５図の位相同期型半導体
レーザ素子が得られる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子によれ
ば、レーザ光のフィラメントが基板から遠ざかったこと
により、フィラメント間での光損失が軽減され、容品に
最低次スーパーモートへの安定化を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の構成を示す斜視図、第
２図および第３図は第１図の実施例の製造工程を示す図
、第４図他の実施例の構成を示す斜視図、第５図は第４
図の他の実施例の製造工程を示す図、第６図は従来の半
導体レーザ素子の構造を示す斜視図、第７図は光導波路
の例を示す断面図、第８図は位相同期の方法を説明する
ための図、第９図はスーパーモードの選択性の機構を説
明するための図である。 １・・・・・・・基板 ３・・・・・・・・・第１クラッド層 ４・・・・・・・・活性層 ５・・・・・・・・・第２クラッド層 ６・・・・・・・オーミック層 ９．１０．１］、１２．１３ ・・・・・・・・ストライブ状溝 ２１・・・・・・・・・リッジ ３１・・・・・・・・・ＡＪＩ　　　Ｇａ　　　Ａｓ成
長阻止層０．６　　　　　０．４ 出願人　　　　　　株式会社　東芝 同　　　　　　　東芝電子デバイスエンジニアリング株
式会社 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１図 第２図 庫　【　副 ５ＦＩＪ凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いにほぼ平行な複数のストライプ状の溝を表面に有す
   る半導体結晶からなる基板と、この基板上に積層された
   活性層を含むレーザ動作用結晶層と、前記複数のストラ
   イプ状の溝にほぼ直交して形成された二つの鏡面部とを
   備えた位相同期型の半導体レーザ素子において、 前記活性層の前記鏡面部に平行方向の断面形状が、前記
   溝の直上部において前記基板側と反対方向に凸状となる
   ように形成したことを特徴とする半導体レーザ素子。