JPH0281494A - ターンオンおよびターンオフを含めて放出光線強度を電気的に変調し、かつ放出レーザー光線スポットの位置を電気的に制御するための改良された手段を備えたダイオードレーザー - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体ダイオードレーザ−の分野に関する。

より詳細には本発明は、その放出レーザー光線強度を低
圧、低電流の変調制御バイアス信号により電気的に変調
させることができる改良された半導体ダイオードレーザ
−に関する。ダイオードレーザ−デバイスを適切に設計
−すること、および与える変調制御バイアス信号の相対
値を駒整することにより、この改良されたダイオードレ
ーザ−は放出される出力レーザー光線強度の変調のほか
。

電気的なスイッチオンおよびオフが可能であり、レーザ
ーファセット（ｌａｓｅｒ　ｆａｃｅｔ）に沿った出力
レーザー光線スポットの物理的位置を容易に前後へ移動
させて、同じ電気操作型制御手段により放出光線を走査
することができる。

（従来の技術） 半導体発光ダイオードレーザ−の構造および加工法の背
景に関する十分な説明については、Ａ、　Ａ。

バーブ（Ｂｅｒｇｈ）およびＰ、　Ｊ、デイ−ン（Ｄｅ
ａｎ）による１発光ダイオードーークラレンドン・プレ
ス発行、英国オフスフオード、１９７６年−ならびにＨ
，Ｃ，ケージ−（Ｃａｓｅｙ）およびＭ、　Ｂ、バニッ
シュ（Ｐａｎｉｓｈ）による１ヘテロ構造レーザーアカ
デミツク・プレス発行、１９７８年−と題する文献が参
照される。

半導体ダイオードレーザ−は通常は、光ルミネセント光
を生じる半導体組成物の能動層（ａｃｔｉｖｅｌａＶｅ
ｒ）を内部に配置したダイオードレーザ−のｐ−ｎ接合
の前後に供給される駆動電流を変化させることしくより
変調される。この既知の方法による放出レーザー光線強
度の変調には、特に高電力型デバイスについては、駆動
電流の実質的な大きさの制御を必要とする可能性があり
、また実際にその必要がある、さらに、放出レーザー光
線が受容体、たとえば光通信システムのファイバーオフ
チック結合素子に結合するか、またはダイオードがデイ
スプレー用アレイもしくはプリンターに用いられるダイ
オードレーザーファセｚ・ト上に放出レーザー光線スポ
ットが適正に整合するのを保証するために、特殊なダイ
オードレーザ−保持横進を設計することがしばしば必要
となる。この棟の保持構造に課さ±Ｌる厳格ゾｆ物理的
配［５要件を若干克服するためには、放出光線スポット
をレーザーフ、セットに后って物理的疋移動させるか、
または配置するためのある種の簡単な低信号水準の電気
的操作ｌ＋−可能な手段を設けることが望ましい。以上
に簡しトに述べた特色および特性が単一のデバイス中Ｋ
Ａ且込まれた半導体ダイオードレーザＳを提は−Ｖるこ
とが特に望ましい。

半導体ダイオードレーザ−の放出光線強度を低電力水準
でグー４制御によって迅速に変調することは多数の先行
技術による米国特許明細書に示されており、こねらには
下記のものが含まねる。米国特許第４．４３０．７４１
号、１９８４年２月７日交付、１半導体レーザーデバイ
ス“−発明者：フクザワ・タダシ、六カムラ・ミチハル
およびタカハシ・ススム：米国特許第４．７００．３５
３号、１９８７年１０月１３日交付、−凄を付与したゲ
インスペクトルにおけるエネルギーシフトによる量子ウ
ェルレーザーの能動変調“−発明者：ニドワード・ファ
ン　ギーソン、μｍリ　　１Ｍ、ウイックス、工リンク
・エリアスおよびレスター　Ｆ、イーストマン：米国特
許第４．５３４．０３３号、１９８５年８月６日交付、
１３端子型半導体レーザー“−発明者：ニシザワ・ジュ
ンイチ、オオミ・タダヒロモリシタ・マサカメ：米国特
許第３，９５９．８０８号、１９７６年５月２５日交付
、′可変ストライプ幅半導体し−ザー′−発明者：フレ
デリック・デイビット・キング：ならびに米国特許４．
１５２．７１１号、１９７９年５月１日交け、”半導体
前御式ルミネセントデバイス“−発明者：ナヵタ・ジ】
スケ。

半導体ダイオードレーザ−からの放出レーザ光線の位置
および力面の電気的制御による走査につ１・ては、米国
特許第４．２９６，３８６号明細書、１９８１年１０月
２０日交付、′可動レーザー光線を備えた半導体注入型
レーザー−発明者：ルドルフ・Ｐ、ティジバーグ、ビー
タ　・Ｊ、デ・ワールドおよびテラニス・ファン　トン
ジエン、ならびに米国特許第４，４７５，２００号明細
書、１９８４年１０月２日交付、１半導体レーザー光線
スキャナー“−発明者：チェンービン・リーに示されて
いる。

以−ヒに挙げた先行技術による米国特許明細書はいずれ
も、光線のターンオンおよびターンオフを含めて放出レ
ーザー光線強度を低信号水準で電気的制御により変調し
、かつ放出レーザー光線スポットの位置をレーザーファ
セットに沿って走査しうるために物理的に移動させうる
単一の半導体ダイオードレーザ−デバイスを開示してお
らず、また工業的に利用可能に（てもいない。

（発明が解決しようとする課題） 従って本発明の第１の目的は、レーザー光線をターンオ
ンおよびターンオフするためにも使用し。

うる低圧、低電流のゲート制御信号を用いて放出レーザ
ー光線強度を電気的に変調しうる半導体ダイオードレー
ザ−デバイスを提供すること、および走査を含めて、レ
ーザーファセットに沿った放出レーザー光線スポットの
物理的位置を制御し、これらの性能がすべて単一のダイ
オードレーザ−デバイス中に組込まれることである。

（課題を解決するための手段） 本発明は一観点においては。

基板と反対の導電型の第１および第２半導体バリヤー領
域が下部クラツディング領域と基板との間においてレー
ザーストライプチャンネルの相対する側に配置され、相
互に電気的に断路されていること；ならびに 各バリヤー領域に独立したバイアス電位を与え、これに
より中央伝導路を通る電流の大きさを制御することによ
り能動領域に生じるレーザー光線の強度を変調するため
の独立して制御される範囲の空乏領域をバリヤー領域に
よってレーザーストライプチャンネル内に確立するため
に、第１および第２露出接点が第１および第２バリヤー
領域の上面に形成されていること を特徴とする、上面にある中央露出接点から、下部クラ
ツディング領域と同一の導電型のチャンネル付き半導体
基板上に形成された反対の導体型の上部および下部クラ
ツディング領域間忙配置された、中央に位置する半導体
能動レーザー領域を通る、中央に位置する導電路を有し
、かつ下部クラツディング領域と同一の導電型の半導体
組成物で充填され、垂直に配列されたクラツディング領
域および能動領域ならびに下面の露出接点を支持する基
板の上面に形成された少なくとも１個のレーザーストラ
イプチャンネルを有する、ヘテロ構造型の組合わせ半導
体レーザーおよび接合電界効果トランジスターを目的と
する。

中央接点、第１および第２の露出したゲート制御接点、
ならびに基板に適切な値および極性のバイアス電位を与
えることにより、中央伝導路？通る電流伝導を、デバイ
スから放出される光をターンオンおよびターンオフし、
かつ放出光線強度を制御すべく変調およびピンチオフす
ることができる。さらに、基板のバイアスに対比して適
宜な極性の低圧および低電流の制御バイアス電位を第１
および第２の露出接点に与えることによって、デバイス
を通る中央電流伝導路（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｐａｔ
ｈ）の位置を、各バリヤー領域に隣接する中央伝導チャ
ンネル（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｈａｎｎｅｌ）　　
中に形成される空乏領域の相対範囲を変動させることに
より移動させることができ、これによりデバイスの能動
領域の接合平面内における放出光線ウェス）　（ｗａｉ
ｓｔ）の物理的位置を移動させることができ、その結果
放出レーザー出力光線スポットをレーザーファセットに
沿って目的方向に横へ移動させることができる。バリヤ
ー領域を適切に設計することにより、横方向の移動範囲
を広げて、レーザー光線を走査することができる。

第１図は本発明に従って構成された、チャンネル付き基
板、ヘテロ構造型の組合わせ半導体ダイオードレーザ−
および接合電界効果トランジスターデバイスの一形態の
垂直断面図である。以下の記載において、ある領域また
は層が中程度にドープされているにすぎない場合、これ
はｎにより負伝導型として、またはｐにより正伝導型と
し【示される。これが軽度にドープさねて（・る場合、
これはｎ−またはｐ−Ｋより記され、高度にドープされ
た層はｐ＋またはｎ＋と記される。

第１図において、この構造は、上面に幅ｄ１　　のレー
ザーストライプ（Ｓｔｒｉｐｅ）　　チャンネル２２が
少なくとも１個形成されたｎ−ＧａＡｓのｎ型伝導ガリ
ウム　ヒ素基板２１に基づく。２６に示す第１半導体バ
リヤー領域および第２半導体バリヤー領域２４は、相互
にストライプチャンネル２２により電気的に断路された
状態で、レーザーストライプチャンネル２２のそれぞれ
の側において基板２１の上面に形成されている。第１図
においてバリヤー領域２６と２４は基板２１の場合と反
対の、同一伝導型半導体材料製であり、エピタキシャル
成長したｐ”−ＧａＡｓの単一層からなる。単一層ｎ−
アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−ＡｌｗＧａ１−ｙＡｓ
）　　の第１または下部クラツディング（ｃｌａｄｄｉ
ｎｇ）領域２５は第１および第２バリヤー層２６および
２４の近接内縁上にエピタキシャル成長し、かつレーザ
ーストライプチャンネル２２内へ下降し１これを充填し
ている。この第１（下部）クラツディング層は、バリヤ
ー層２３および２４の近＋；内縁を覆う領域の層におい
て深さｄ２　　を有し、ただし、各バリヤー層２６およ
び２４の上部外表上に形成さｈた一組の別個の、間隔を
置いたゲート制御オーム接点２６および２７にまでは達
せず、またはこれらと電気的に接触していない。従って
ゲート制御接点２６および２７は相互に、および第１（
下部）クラツディング領域２５から、電気的に断路され
ている。

Ａ　１　ｘＧａ　１　＋　ｘＡｓの半導体能動レイジン
グ組成物層２８が第１クラツディング層２５上にエピタ
キシャル成長している。第１クラツディング領域２５と
反対の導電型をもつ第２または上部クラツディング領域
は、能動層２８上にエピタキシャル成長した単一層２９
により形成される。第２（上部）クラツディング層２９
はエピタキシャル成長した。−ＡｌｗＧａ１−ｙＡｓか
らなる。ｌ）”−ＧａＡｓの層６０からなる接点半導体
領域が第２（上部）クラツディング層２９上にエピタキ
シャル成−長し、第３オーム接点３１が接点領域６０上
に形成され、このダイオードレーザ−デバイスの正電流
端子として作動する。第４の裏面オーム接点６２は基板
２１の下面に形成され、ダイオードレーザ−の負電流端
子として作動する。当初の基板２１上に種々の層、領域
およびオーム接点を形成する際に用いらハる技術の詳細
については、前記のバーブおよびディーンによる１発光
ダイオードおよびパニンシュによる１ヘテロ構造レーザ
ー“と題する文献が参照される。

第１図および以下の各図に示す本発明の形態の図は、半
導体レーザーデバイスのファプリーベロ光共振器を構成
するレーザーファセット（図示されていない）に平行な
平面に沿って得た縦方向垂直断面図である。このデバイ
スにより放出されるレーザー光線は普通は能動領域２８
の中央と一致した通路に沿って、かつ第１図で見て紙の
平面に対し直角に、見る者の方へ放出される。

このデバイスは通常の構造のチャンネル付き基板型プレ
ーナーレーザーに類似するが、ただしレーザーストライ
プチャンネル２２のそれぞれの側だ別個のｐ”−ＧａＡ
ｓバリヤー層２６層上６２４が設けられ、これらはそれ
ぞれ別個のアクセス可能なオームゲート接点２６および
２７を備えている。

操作に際して、通常の中央レーザー電蒲制御接点３１は
、レーザー電流が限界電流を上回り、デバイスが上記の
ようにレーザー光線を放出し始めるまで、ｎ−ＧａＡｓ
基板２１に対比して正にバイアス化される。以下の説明
のために、接点２６と２７は接続されており、従ってこ
わら２接点は同一バイアス電位に保たれると仮定する。

接点２６および２７が基板２１に対比して負にバイアス
化されている場合、２６および２７が基板２１よりいっ
そう負になるのに伴ってバリヤー層２３および２４の周
りの空乏領域は基板２１内および第１（下部）クラツデ
ィング層内へ広がる。空乏領域は第２図において、バリ
ヤー層２３については６３に、バリヤー層２４について
は３４に示される。第２図は基板２１に対比して各接点
２６および２７に与えられた制御バイアス信号がゼロか
またはほぼゼロである場合について描いたものである。

第３図は接点２６および２７が双方とも基板２１に対比
して第２図の場合よりいっそう負にバイアス化された条
件下における空乏領域６６および６４を示す。第３図に
示すように、垂直な電子の流れが基板２１から能動層２
８へ流れる際に通るはずのレーザーストライプチャンネ
ル２２の幅は、チャンネル内へ空乏領域３３および３４
が広がったことによって絞られている。これＫよってレ
ーザーを通る電流が減少し、従ってレーザー出力光線の
強度が低下する。第４図は、基板２１に対比して第３図
で用いたものよりいっそう負のバイアスが両接点２６お
よび２７に与えられた場合の条件下で空乏領域３３およ
び６４に生じる状態を示す。この条件下では、空乏領域
３３および６４はチャンネル２２の幅がピンチオフされ
るほど深くチャンネル内へ広がる。その結果、基板２１
から能動領域２８への電子の流れは停止し、レーザー光
線はそれ以上放出されない。この種の操作については、
空乏領域３６および６４がチャンネル幅の感知可能な部
分内へ広がるのに十分な程度にｎ型導電性クラツディン
グ領域２５が軽度にドープされるべさであり、かつレー
ザーストライプチャンネル２２の幅はそれに十分な程度
の幅でなければならない。下側接点３２を通して供給さ
れる基板２１の電圧に対比し、てオーム接点２６および
２７に与える制御バイアス電圧の値を変調させるととに
より、ゲート接点２６および２７に与えられる低圧、低
電流の変調制御信号に対応し。

て出力レーザー光線の強度を変調させることができる。

変調信号は電圧であり、軍帽はきわめて小さくない。第
４図に関して述べたように、この変調信号はダイオード
レーザ−デバイスのターンオンおよびターンオフに使用
できる。

所望により、各層の相対寸法およびドーピング水準を適
切に設計すると（たとえば第１図に示した寸法ｄ、が寸
法ｄ、より実質的に大きく、従ってｄ、＜ｄ、であると
）、第１図のダイオードレーザ−デバイス構造を異なる
様式で操作することができる。この様式で設計された構
造については、バリヤー層２６および２４を取巻く空乏
領域６６および６４がレーザーのＡ　ｌ　ｘＧａ　１−
ｘＡｓ能動層２８にまで広がり、これに達する状態にす
ることができる。これが起ころと正孔が能動層外へ引出
され、バリヤー層２６および２４に侵入し、従ってこの
効果を利用して前記のチャンネルスクイズ法（ｃｈａｎ
ｎｅｌ　ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）と
同様にレーザー光出力を変調させ、または消光させるこ
とすらできる。この条件下では実質的な電流はオーム接
点２６および２７外へ流れるであろう。同様Ｋ　ｄ２　
＜　ｄ＋　であり、か°つドーピング水準が適切である
場合１．チャンネル２２０幅が空乏領域洸よって著しく
狭められる前に、空乏層６３および６４が能動層２８に
達するであろう。

第６および４図に関して先に述べたように狭まるチャン
ネルにつき主として設計されたダイオードレーザ−構造
を用いると、このデバイスにより工学モードの幅を電気
的に調節しうるので、接合平面においてレーザーファセ
ットに対する出力レーザービームウェストの位置を電気
的に制御することができる、この条件下で＋ちダイオー
ドレーザ−は電流源（電圧源に対比して）により駆動さ
れ、フィードバックを用いて一定の出力電力を維持し、
ゲート制御オーム接点２６および２７に逆バイアスを与
えてダイオードの接合平面におけるビームウェスト位置
を調整する。

前記において、オーム接点２６および２７は互いに結合
され、同一電圧水準にバイアス化されると仮定した。２
個のゲート接点を互いに独立して操作しうるためには、
これは必要条件ではない。

たとえばオーム接点２６を接地し、接点２７を基板２１
に対比して負にバイアス化する。この様式での操作は第
５図に示すように能動層内のキャリヤー分布を右へ１押
しやる“傾向がある。逆にオーム接点２７を接地し、接
点２６を基板２１に対比して負にバイアス化すると、能
動層内のキャリヤー分布は第６図に示すように左へ押し
やられるであろう。接点２６および２７に与えるバイア
ス電圧が同一電位である場合、キャリヤー分布は第６図
に示すように対称的であろう。従って、能動層内のキャ
リヤー分布は各オーム接点２６および２７に与えられる
バイアス電位を適宜変動させることにより左右に移動さ
せうろことが分かる。工学利得プロフィルはこのキャリ
ヤー分布に眞うので、以上に略記した方法で２個の露出
したゲート制御接点を用いることにより、出力レーザー
光線スポットをレーザーファセット上で左右に電気的に
移動させることかでさる。この移動によって、出力レー
ザー光線スポットとファイバーオブチック結合デバイス
−表示に用いる場合、および工学プリンターに用いる場
合−の整合を大幅に簡略化することができる。

第７図は、第１〜４図に関して述べたチャンネル狭小化
機構がレーザーダイオードの操作に際して支配的となる
のを保証するために用いられる、本発明の異なる形態を
示す。すなわち、第７図の形態においては、空乏領域６
６および６４が第１（下部）クラツディング領域２５を
貫通して広がって能動層２８に達するのが阻止さｎてい
る。このために第１（下部）クラツディング領域２５は
２個の積層したクラツディング層３５および３６に分割
されている。第１クラツディング層ろ５は各バリヤー層
２６および２４の露出した近接内縁上にエピタキシャル
成長した、軽度にドープされたｎ−ＡＩＷＧａ　１−ｗ
Ａｓからなり、レーザーストライプチャンネル内へ下降
し、これを軽度にドープされた半導体組成物で充填する
。第２の、より高度にドープされたｎ−Ａｌ　ｙＧａ　
１−ｙＡｓのクラツディング層６６が第１クラツディン
グ層６５にエピタキシャル成長し、第１クラッ、ディン
グ層６５と能動層２８の間に配置される。こうして２層
３５および６６は第１（下部）クラツディング領域を形
成する。この手段によって、第２〜４図に示されるよう
にオーム接点２６および２７に与えらｈるゲトバイアス
雷１位の結果としてバリヤー層２６および２４により誘
導さねる空乏領域ろ３および６４は、第１クラツディン
グ層３５内へ広がり、かつ（所望により）レーザースト
ライプチャンネル２２の幅全体に及ぶが、より高度にド
ープされた第２クラツディング層６６によって能動層２
８に達するのは阻止される。ＭＡｓ　部分Ｗとｙを等し
くすることができ、レーザーストライプチャンネルの外
側にある第１　ｎ−ＡＩＷＧａｌ−ＷＡｓ　クラツディ
ング層３５と第２　ｎ−ＡｌｙＧａ１．ｙＡｓクラツデ
ィング層６６を合わせた厚さを、このデバイスがチャン
ネル付き基板型プレーナーレーザーと同一の横方向導波
をもたらし、横方向の基本モードで作動するのに十分な
ほど小さくすることができる。

第８図は多くの点において第１図に示したものと類似す
るが、第５および６図に開示されたものに従うより大き
な横方向の出力レーザー光線スポット走査を与えるべく
改良され℃いる。このために、当初の基板２１に、基板
２１の上面ならびにバリヤー層２６および２４に形成さ
れた２個以上の近接レーザニスドライブ２２およびろ７
が設けられる。従って加工中に中間バリヤー層アイラン
ドろ８が形成され、これはバリヤー層２３および２４と
同Ｃｐ”−ＧａＡｓからなる。これらのレーザーストラ
イプチャンネルは第１（下部）クラツディング領域２５
のものと同一の半導体組成物で充填され、従ってレーザ
ーストライプ２２およびろ７を通る電流、伝導路の狭小
化は第２〜４図に関して述べたものと全く等しい。ゲー
ト接点２６および２７に与えられるバイアス電圧位を適
宜変化させることにより、第５および６図に示した方法
、ならびに第２〜４図に関連して述べたものに従うより
広い走査角が達成される。

第９図は本発明に従って構成されたダイオードレーザ−
デバイスのさらに他の形態を示す。第９図において、レ
ーザーストライプチャンネル２２０両側の２個のバリヤ
ー層４６および４４は。

ｎ−ＧａＡｓ基板２１の上面にエピタキシャル成長した
ｐ”−ＡｌｕＧａｌ−ｕＡｓの単一層からなり、オーム
接点２６および２７がバリヤー層４３および４４のそれ
ぞれ外側へ伸びた露出ショルダー上に形成される。ｎ−
ＧａＡｓ　１４５および４６は、それぞわバリヤー層４
３および４４とｎ−ＡｌｗＧａ１−ｙＡｓ第１（下部）
クラツディング層２５０間に導入される。

他の点では、第９図のデバイスはｎ−ＡｌｗＧａ１−ｙ
Ａｓのクラツディング層２５がｎ−ＧａＡｓの２個の上
層４５と４６の間を架橋し、バリヤー層４３と４４の間
のレーザーストライプチャンネル２２内へ下降１−１こ
れを充填している点において第１図に類似する。バリヤ
ー層４６および４４はｐ”ＡＩ、１ｌｓｌ、Ａｓからな
り、その際ＡｌＡｓ部分Ｕは能動層２８のＡＡ！ＡｓＡ
ｌＡｓ部分Ｘい。この特色のため、このレーザーデバイ
スの能動層２８において発生した光はバリヤー層におい
°〔吸収さＪｔず、またデバイスの操作を撹乱しない。

バリヤー層４３および４４と下部クラツディング層２５
の間に導入されたｎ−ＧａＡｓ層４５および４−６は、
両バリヤー層４３および４４から広がる空乏領域がｎ−
ＧａＡｓ層４５および４６全体を貫通して上方へ、およ
び下部クラツディング層２５内へ広がる前に、第４図に
示す様式でレーザーストライプチャンネル２２を貫通す
る垂直電流チャンネルを容易にピンチオフするのに十分
なほど高度にドープされている。

この特色によって能動層２８をｎ−Ｇａ、Ａｓ層４５お
よび４６に近接させることができ、これＫよって通常の
チャンネル付き基板型プレーナー構造において達成され
るように、操作に際して改良されたモード安定性が提供
される。

第１０図はここに記載した改良されたレーザーダイオー
ドデバイスの好ましい形態を示す。この場合も第９図の
本発明の形態と同様に、ｐ”−ＡｌｔＩＧａｌ−、Ａｓ
の２個のｐ＋型バリヤー層４３および４４があり、これ
らは第９図に関連して述べたと同様な様式で機能する。

しかし第１０図にでいては、ｐ＋−Ａｌｌ、Ｃａ１−、
Ａｓバリヤー層４６および４４上にそれぞれエピタキシ
ャル成長したｐ−ＧａＡｓ層４７および４８として、Ｇ
ａＡｓ層がバリヤー領域に導入される。オーム接点２６
および２７がそれぞね上部バリヤー層４７および４８上
に形成され、かつｎ−ＡｌｗＧａ　１−ｗＡｓの軽度に
ドープされた半導体組成物４９がレーザーストライプチ
ャンネル２２を充填し、基板２１と第１（下部）クラツ
ディング層２５の下表ならびに下部および上部バリヤー
層４ろ、４４および４７．４８の双方の側縁との間に広
がり、これらとかみ合うべく用いられる。ストライプ組
成物４９のＡＡ！Ａ８ＡｌＡｓ部分Ｗデイング層２５お
よび２９に用いた同じ部分ｙと等しくてもよい。ストラ
イプを充填すべく用いられる材料４９は軽度にドープさ
れているので、チャンネルを第４図に関連して述べた様
式で容易てピンチオフすることができ、これにより、オ
ーム接点２６および２７に与えられるごく低い電力水準
の制御バイアス信号を用いて、ダイオードレーザ−の迅
速変調ならびにターンオンおよびターンオフ操作を高め
ることができる。この構造においてｎクラツディング層
２５および２９、特に２５をより高度にドープし、従っ
て各バリヤー層により発生する空乏領域が能動層２８に
接触−するまで全体に広がらないようＫすることができ
る。

以上に述べた特色を備えたダイオードレーザ−の製造に
採用できる他の技術的方法は多数ある。

所望により、ｎ型材料をすべてｐ型材料に変え、かつそ
の逆を行うことにより、ダイオードレーザ−構造を完全
に逆転させることができる。さらＬτ、以上の記載は、
構造内にＡ　ｌ　ｚＧａ　１−　ＸＡＳ半導半導体材全
系用することのみについて述べたが、これらの構造はダ
イオードレーザ−に用いるのに適切であることが知られ
ている他の材料系からも製造することができる。第１１
図は異なる半導体材料系、すなわちＩ　ｎＧａＡｓ　Ｐ
から製造された本発明の形態の縦方向垂直断面図である
。第１１図に示すデバイスは上面にレーザーストライプ
５２が形成されたｎ−ＩｎＰ基板５１上に作成される。

レーザーストライプ５２の両側において基板５１上に形
成されたそれぞれの下部バリヤー層５３Ｌおよび５４Ｌ
よりなるバリヤー領域には、第１１図に示すようにレー
ザーストライプ５２のそれぞれの側の基板５１の露出面
上に順次エピタキシャル成長した第２（上部）バリヤー
層５３Ｕおよび５４Ｕが積層されている。下部バリヤー
層５３Ｌおよび５４Ｌはｐ＋−ＩｎＰからなり、上部バ
リヤー層５３Ｕおよび５４Ｕはｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、λ
ｇ＝１．３５ｕｍ　カラｔ、ｃ６゜第１（下部）クラツ
ディング領域５５が上部バリヤー層５３Ｕおよび５４Ｕ
の内ｉ１１近接上面に形成され、これらを架橋する。ｎ
”−ＩｎＰの軽度にドブされた充填組成物５２がレーザ
ーストライプ５２を充填し、バリヤー層５３Ｕ、５３Ｌ
、５４Ｕおよび５４Ｌの近接内縁、ならびにｎ−ＩｎＰ
第１クラツディング層５５の下面と接触する。ＩｎＧａ
ＡｓＰ。

λｇ＝　１．３　＋！ｍからなる能動層５８が第１（下
部）クラツディング層５５上にエピタキシャル成長して
いる。ｐ−ＩｎＰの第２（上部）クラツディング層５９
が能動層上に形成され、接点領域６０がｐ”−ＩｎＧａ
ＡｓＰ、λｇ：　１．３　ｕｍにより形成される。オー
ム接点２６および２７は上部バリヤー層５３Ｕおよび５
４Ｕの露出した上面側繰上に形成される。

中央オーム接点３１が接点領域６０上に形成さハ、裏面
接点６２が基板５１の下面に形成される。操作に際して
は第１１図に示した本発明の形！舅）よ、上記第１０図
に関連して述べたものと同様に機能する。

第１２Ａ〜１２Ｄ図は、本発明に従って構成されたレー
ザーダイオードデバイスに紀込んで使用することができ
る種々の型の既知レーザー能動領域の種々の例な示す。

第１２Ａ〜１２Ｄに示すグラフは、下部のｎクラツディ
ング領域と上部ｐクランディング領域の間の能動領域に
おける垂直位置の関数としてプロットした、種々の能動
領域の組成物におけるＡＪＡｓ部分を描いたものである
。

第１２Ａ図は第１〜１１図に描かｈだ通常の能動層の様
式を示す。第１２Ｂ図は能動層どｎクランディング領域
の間に大型光学キャビティ（ＬＯＣ）を備えた通常の能
動層様式のパラメーターを示す。

ＬＯＧはここではなく能動層とｐクラツディング領域の
間に導入することもできる。所望により能動層を比較的
薄くし、ＬＯＣを能動層の両側に導入してこれをｎおよ
びｐクラツディング領域から分離して、いわゆるセパレ
ートコンファインメントヘテロ構造能動層？形成しても
よい。第１２Ｃ図は図示した例では５個の純ＧａＡｓ量
子ウェルを含む多重量子ウェル（ＭＱＷ　）型能動領域
を示−Ｆ。

第１２Ｄ図は中央量子ウェル内に少量のＡＪＡｓを含ｂ
　傾斜指数ｍセパレートコンファインメントヘテロ構造
（ＧＲＩＮ−８ＣＨ）能動領域様式を示す。

これら既知の能動領域様式そわぞれを、ダイオードレー
ザ−デバイスについての個々の意図する用途に応じて第
１〜１１図に示す改良されたレーザダイオードデバイス
それぞれに用いることができる。

（発明の効果） 本発明は、放出レーザー光線強度を低圧、低電流の変調
制御バイアス信号により電気的【変調しうる一群の半導
体ダイオードレーザ−を提供する。

ダイオードレーザ−デバイスを適切に設計し、与えられ
る変調制御バイアス信号の相対値を調整するための手段
を設けることにより、放出出力レーザー光線強度を変調
するほかにダイオードレーザ−を電気的にスイッチオン
およびオフすることができる。さらに、同じ電気的に操
作しうる制御手段により、比較的低い信号水準の制御バ
イアス電圧および電流を用いて、放出レーザー光線スポ
ットの物理的位置をレーザーファセントに沿って容易に
移動させて、レーザー光線を走査させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成さ４たチャンネル付き基板
型へテロ構造の結合半導体ダイオードレーザ−および接
合電界効果トランジスターデバイスの縦方向垂直断面図
である。 第２図は第１図と同様であるが、ただし基板に対比して
ゼロまたはほぼゼロのゲート制御バイアスが、バリヤー
層上に形成された露出したオームゲート接点に与えられ
た条件について、デバイスのバリヤー領域を取巻くｎ型
材料における空乏領域の限界を示す。 第３図はバリヤー層上のゲート接点が基板に対比して双
方とも負にバイアス化したバリヤー層からなるデバイス
に形成された空乏領域を示す。 第４図は第１図と同じであるが、バリヤー層上の露出し
たゲート接点双方に基板に対比して大幅に負のバイアス
が与えられた場合の状態を示す。 第５図は第１図と同じであるが、読者から見て左手のゲ
ート接点に基板に文・ｊ比して大幅に負のバイアスが与
えられ、一方右手の接点にはバイアスが施されていない
条件下でバリヤー領域上の露出ゲート接点に不均等なバ
イアス電位を与えた場合に起こる状態を示す。 第６図は第５図と同様であるが、ただし大幅に負のバイ
アスを与えるゲート接点が第５図に示した条件と逆転し
ている。 第７図は下部ｎ型クラツディング領域がデバイスのバリ
ヤー層の上面に相互に重ねてエピタキシャル成長した２
個の別個の層からなる、本発明の異なる形態の垂直断面
図である。 第８図はデバイスの走査能力を拡大するためにダイオー
ドレーザ−デバイスの平面基板の上面に多重ストライプ
チャンネルを形成した本発明の形態を示す。 第９図は下部ｎ型クラツディング領域が２個の分離した
エピタキシャル形成された層からなる、本発明のさらに
他の形態の垂直断面図である。 第１０図はデバイスのバリヤー領域が相互に重なった２
個の分離したエピタキシャル形成さハたバリヤー層から
なり、その際レーザーストライフチャンネルが下部クラ
ツディング領域のものと同じ導電型および半導体材料組
成物であるが、軽度にドープされている、軽度にドープ
した半導体組成物で充填されている、本発明の好ま（−
い形態を示゛ｔ２ 第１１図は以上に示した本発明の形態に用いたＡＩ！Ｇ
ａＡｓと異なるＩｎＧａＡｓＰ材料系から製造された本
発明の例である。 第１２４−１２Ｄ図は第１〜１１図に示した各種のへテ
ロ構造レーザーダイオードデバイスに組込むことができ
る種々の型のレーザー能動領域様式％式％ 記号の説明 ２１　　ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２　　基板２１に形成されたチャンネル２３　　ｐ”
−ＧａＡｓバリヤー層 ２４ｐ＋−ＧａＡｓバリヤー層 ２５　　ｎ−ＡＩｙＧａｌ−ｙＡｓの第１クラツディン
グ層２６　　オーム接点 ２７　　オーム接点 ２８　　ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ能動層 ２９　　ｐ−ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ第２クラツディング
層３０　１）＋−ＧａＡｓの接点層 ３１　　オーム接点 ３２　　裏面オーム接点 ３３　層２ろの内部および周りに形成された空乏領域３
４　　層２４の内部および周りに形成された空乏領域６
５　　チャンネルストライプ２２を充填するｎ−−ＡＩ
Ｊａｌ、Ａｓ第１下部クラツディング層 ６６　　ｎ−ＡｌｗＧａ１−ｙＡｓからなる、二部型下
部クララティング領域の上部クラツディング層 ６７　　第１チヤンネル２２に平行して基板２１に形成
された第２チヤンネル ３８　　チャンネル２２と６７を分離するｐ”−ＧａＡ
ｓのアイランド ４３　　ｐ　”　−Ａ　１１１　Ｇａ　１−　ｕＡ　ｓ
のバリヤー層４４　　ストライプ２２に対し４３０反対
（Ｉｎにあるｐ”−Ａ　１　ｕＧａ　１−　ｕＡｓのバ
リヤー層接点３１の下方にある部分の４３を覆うｎ−Ｇ
ａＡｓ層接点３１の下方にある部分の４４を覆うｎ−Ｇ
ａＡｓ層バリヤー層４６を覆うｐ−ＧａＡｓ層 バリヤー層４４を覆うｐ−ＧａＡｓ層 ストライプ２２を充填−するｎ、−−ＡｌｗＧａ　１−
ＷＡｓの軽度にドープした組成物 ５１　　ｎ−ＩｎＰの基板 ５２　　軽度にドープしたｎ”’−ＩｎＰで充填した、
基板５１中のレーザーストライフ ５３Ｌ　ｐ＋−ＩｎＰの第１（下部）バリヤー層５４Ｌ
ストライプ５２に対し５３Ｌと反対側であるｐ”−Ｉｎ
Ｐの第１（下部）バリヤー層 ５３Ｕ５３Ｌを覆うｐ（ｎＧａＡｓＰ、λｇ＝１．３５
ｕｍの第２（上部）バリヤー層 ５４Ｕ５４Ｌを覆うｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、　２ｇ＝１．
３５ｕｍの第２（上部）バリヤー層 ５５　　ｎ−ＩｎＰの第１クラツディング層５８　　Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、　２ｇ＝１．３ｕｍの能動層５９５８を
覆うｐ−Ｉ　ｎＰの上部クラツディング層６０　　ｐ”
−ＩｎＧａＡｓＰ、　２ｇ”１．３ｕｍの接点層代理人
　弁理士湯浅恭三−，−： （外４名） ！三三！ＥＡ ｆｌ三＝２ ｒｍＪＥＣ −一一一ノ Ｒ７ＦＪＥＩ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と反対の導電型の第１および第２半導体バリヤ
   ー領域が下部クラッディング領域と基板との間において
   レーザーストライプチャンネルの相対する側に配置され
   、相互に電気的に断路されていること； 各バリヤー領域に独立したバイアス電位を与え、これに
   より中央伝導路を通る電流の大きさを制御することによ
   り能動領域に生じるレーザー光線の強度を変調するため
   の独立して制御される範囲の空乏領域をバリヤー領域に
   よってレーザーストライプチャンネル内に確立するため
   に、第１および第２露出接点が第１および第２バリヤー
   領域の上面に形成されていること； 中央ならびに第１および第２の露出接点に基板に与えら
   れたバイアス電位に対比して適宜な値および極性のバイ
   アス電位を与え、これにより中央伝導路を通る電流伝導
   をピンチオフおよび変調し、かつデバイスからのレーザ
   ー光線の放出を終止させるための手段；ならびに 適宜な極性および比較的小さな値のバイアス電位を第１
   および第２の露出接点に与え、これにより各バリヤー領
   域によって形成される空乏領域の相対的範囲を変動させ
   ることによりデバイスの中央電流伝導路を移動させ、か
   つ能動領域の接合平面内における放出光線ウェストの物
   理的位置を移動させ、その結果放出レーザー出力光線ス
   ポットをレーザーファセットに沿って目的方向に横方向
   移動させるための手段 を特徴とする、上面にある中央露出接点から、下部クラ
   ッディング領域と同一の導電型の半導体基板上に形成さ
   れた反対の導電型の上部および下部クラッディング領域
   間に配置された、中央に位置する半導体能動レーザー領
   域を通る、中央に位置する導電路を有し、かつ下部クラ
   ッディング領域と同一の導電型の半導体組成物で充填さ
   れ、垂直に配列されたクラッディング領域および能動領
   域ならびに下面の露出接点を支持する基板の上面に形成
   された、少なくとも１個のレーザーストライプチャンネ
   ルを有する、ヘテロ構造型の組合わせ半導体ダイオード
   レーザーおよび接合電界効果トランジスターデバイス。 ２、第１および第２半導体バリヤー領域がレーザースト
   ライプチャンネルのそれぞれの側において基板の上面に
   形成され、レーザーストライプチャンネルにより相互に
   断路され、これらのバリヤー領域が基板のものと反対の
   導電型であること；第１および第２オーム接点が第１お
   よび第２それぞれのバリヤー領域上に形成され、レーザ
   ーストライプチャンネルから間隔を置いていること；な
   らびに 第１クラッディング領域が各バリヤー領域の内側の近接
   表面上に形成され、レーザーストライプチャンネル内へ
   広がりこれを充填してはいるが第１および第２それぞれ
   のバリヤー領域上のオーム接点にまで広がるかまたはこ
   れと接触してはおらず、従ってこれらの接点から電気的
   に断路されていること を特徴とする、改良された変調手段、およびレーザー光
   線出力スポットの位置をレーザーファセットに沿って電
   気的に調整するための手段を備えた半導体ダイオードレ
   ーザーであって、上面に形成された少なくとも１個のレ
   ーザーストライプチャンネルを有する半導体基板、該基
   板と同一の導電型の第１クラッディング半導体領域、第
   １クラッディング領域上に形成された半導体能動レイジ
   ング領域、能動領域上に形成された、第１クラッディン
   グ領域のものと反対の導電型の第２半導体クラッディン
   グ領域、第２半導体クラッディング領域上に形成された
   、基板のものと反対の導電型の半導体接点領域、半導体
   接点領域上に形成された第３オーム接点、ならびに基板
   の下面において、少なくともレーザーストライプチャン
   ネルの下方に形成された第４裏面オーム接点からなる半
   導体ダイオードレーザー。 ３、バリヤー、クラッディングおよび能動領域が、この
   順序で基板上にエピタキシャル成長した単一半導体層か
   らなる、請求項１に記載の半導体ダイオードレーザー。 ４、基板がｎ−ＧａＡｓであり、バリヤー層がｐ＾＋−
   ＧａＡｓにより形成され、第１クラッディング層がｎ−
   Ａｌ＿ｙＣａ＿１＿−＿ｙＡｓからなり、能動層がＡｌ
   ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓからなり、接点領域がｐ＾＋
   −ＧａＡｓからなり、第２クラッディング層がｐ−Ａｌ
   ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓからなり、第１クラッディン
   グ層が軽度にドープされており、レーザーストライプチ
   ャンネルの幅ｄ＿１が比較的狭い、請求項１または２に
   記載の半導体ダイオードレーザー。 ５、レーザーストライプチャンネルの幅ｄ＿１が第１ク
   ラッディング層の厚さｄ＿２より実質的に大きく（ｄ２
   ≪ｄ＿１）、これにより基板に対比して十分なバイアス
   電位を第１および第２バリヤー層上の各接点に与えた際
   に第１および第２バリヤー層を取巻く空乏領域が能動層
   に達し、その結果レージング作用を停止させることが可
   能となる、請求項４に記載の半導体ダイオードレーザー
   。 ６、当初の基板の上面に複数の平行な間隔を置いたレー
   ザーストライプチャンネルが形成された、請求項５に記
   載の半導体ダイオードレーザー。 ７、バリヤー、クラッディングおよび能動領域がこの順
   序で基板上にエピタキシャル成長した単一半導体層から
   なり、基板がｎ−ＧａＡｓであり、バリヤー層がｐ＾＋
   −ＧａＡｓにより形成され、第１クラッディング層がｎ
   −Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓからなり、能動層がＡ
   ｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓからなり、接点領域がｐ＾
   ＋−ＧａＡｓからなり、第２クラッディング層がｐ−Ａ
   ｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓからなり、第１クラッディ
   ング層が軽度にドープされており、レーザーストライプ
   の幅ｄ＿１が比較的狭い、請求項６に記載の半導体ダイ
   オードレーザー。 ８、第１クラッディング領域がバリヤー領域および基板
   の上面にエピタキシャル成長した少なくとも２種の異な
   る半導体層により形成され、ダイオードレーザーの残り
   の領域が請求項２に示した順序でその上に形成される、
   請求項２に記載の半導体ダイオードレーザー。 ９、基板がｎ−ＧａＡｓであり、バリヤー層がｐ＾＋−
   ＧａＡｓから形成され、第１クラッディング領域を形成
   するクラッディング層が、第１および第２バリヤー領域
   の内側の近接表面に形成され、レーザストライプチャン
   ネル内へ広がってこれを充填した第１ｎ−Ａｌ＿ｗＧａ
   ＿１＿−＿ｗＡｓ層、ならびに第１ｎ−Ａｌ＿ｗＧａ＿
   １＿−＿ｗＡｓ層と能動層の間に配置された第２ｎ−Ａ
   ｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ層からなり、その際第１お
   よび第２それぞれのバリヤー領域上に形成された第１お
   よび第２オーム接点に変調バイアス電位を与えることに
   よりダイオードレーザーを変調させる際に垂直伝導路チ
   ャンネル狭小化機構が支配的となるのを保証するために
   、第１ｎ−Ａｌ＿ｗＧａ＿１＿−＿ｗＡｓ層が軽度にド
   ープされ、第２ｎ−Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓクラ
   ッディング層が第１クラッディング層に対比して高度に
   ドープされている、請求項８に記載の半導体ダイオード
   レーザー。 １０、基板がｎ−ＧａＡｓであり、第１および第２バリ
   ヤー領域がそれぞれレーザーストライプチャンネルのそ
   れぞれの側にエピタキシャル成長したｐ＾＋−Ａｌ＿ｕ
   Ｇａ＿１＿−＿ｕＡｓの各単一層からなり、第１クラッ
   ディング領域が、レーザーストライプチャンネルの相対
   する側にある第１および第２それぞれのｐ＾＋−Ａｌ＿
   ｕＧａ＿１＿−＿ｕＡｓバリヤー層の表面に形成されて
   いるが、レーザーストライプチャンネルを充填してはお
   らず、第１クラッディング領域の一部をなす第１クラッ
   ディング層を構成するエピタキシャル成長したｎ−Ｇａ
   Ａｓの近接層、ならびにこれらｎ−ＧａＡｓ層上に形成
   され、レーザーストライプチャンネルを充填して第１ク
   ラッディング領域を完成する第２ｎ−Ａｌ＿ｙＧａ＿１
   ＿−＿ｙＡｓ層からなり、能動領域がエピタキシャル成
   長した単一Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ層からなり、
   第２クラッディング領域が単一のエピタキシャル成長し
   たｐ−Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓクラッディング層
   からなり、接点領域がｐ＾＋−ＧａＡｓのエピタキシャ
   ル成長した単一層からなる、請求項８に記載の半導体ダ
   イオードレーザー。 １１、第１および第２バリヤー領域それぞれが、第１バ
   リヤー領域を構成する組合わせバリヤー層が第２バリヤ
   ー領域を構成する組合わせバリヤー層から電気的に断路
   された状態で、レーザーストライプチャンネルのそれぞ
   れの側において基板の上面にエピタキシャル成長した少
   なくとも第１および第２の異なる半導体バリヤー層によ
   り形成された、請求項２に記載の半導体ダイオードレー
   ザ１２、第１クラッディング領域が第１および第２バリ
   ヤー領域の最上第２バリヤー層上にダイオード構造を横
   切って横方向に広がっているが、基板のストライプチャ
   ンネル内へ下降してこれを充填してはおらず、基板およ
   び第１クラッディング領域と同一の導電型の軽度にドー
   プされた半導体組成物がレーザーストライプを充填して
   いる、請求項１１に記載の半導体ダイオードレーザー。 １３、第１および第２それぞれのバリヤー領域中の、基
   板上面に接触する第１バリヤー層が ｐ＾＋−Ａｌ＿ｕＧａ＿１＿−＿ｕＡｓからなり、第２
   バリヤー層がｐ−ＧａＡｓからなり、第１クラッディン
   グ領域がｎ−Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓからなり、
   レーザーストライプを充填する軽度にドープされた半導
   体組成物がｎ−Ａｌ＿ｗＧａ＿１＿−＿ｗＡｓからなり
   、レーザーストライプチャンネル内の半導体組成物のＡ
   ｌＡｓ部分が第１クラッディング領域のＡｌＡｓ部分と
   実質的に等しく、第１クラッディング領域は第１および
   第２バリヤー領域により生じる空乏領域が能動領域中へ
   広がるのを阻止するために高度にドープされている、請
   求項１２に記載の半導体ダイオードレーザー。 １４、第１クラッディング領域が第１および第２バリヤ
   ー領域の上面にダイオード構造を横切って横方向に広が
   っているが、基板のストライプチャンネル内へ広がって
   これを充填してはおらず、基板および第１クラッディン
   グ領域へ同一の導電型の軽度にドープされた半導体組成
   物がレーザーストライプを充填している、請求項２に記
   載の半導体レーザー。１５、第１および第２バリヤー領
   域それぞれにおいて基板上面と接触した第１バリヤー層
   がｐ＾＋−ＩｎＰからなり、第２バリヤー層がｐ−Ｉｎ
   ＧａＡｓＰ、λｇ＝１．３５ｕｍからなり、第１クラッ
   ディング領域がｎ−ＩｎＰからなり、能動領域がＩｎＧ
   ａＡｓＰ、λｇ＝１．３ｕｍであり、第２クラッディン
   グ領域がｐ−ＩｎＰであり、接点領域がｐ＾＋−ＩｎＧ
   ａＡｓＰ、λｇ＝１．３ｕｍであり、レーザーストライ
   プチャンネルを充填した軽度にドープした半導体組成物
   がｎ−ＩｎＰである、請求項１１に記載の半導体ダイオ
   ードレーザー。 １６、能動領域が本質的に、能動半導体レージング組成
   物の通常の平面単一層、内部に大型光学キャビティが形
   成された本質的に平面の、能動半導体レイジング組成物
   の層、多重量子ウェル型能動領域、または傾斜指数型の
   セパレートコンファインメントヘテロ構造能動領域のい
   ずれかよりなる、請求項２、４、７、９、１０、１３ま
   たは１５のいずれかに記載の半導体ダイオードレーザー
   。