JPH0337875B2 - - Google Patents

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JPH0337875B2
JPH0337875B2 JP60065715A JP6571585A JPH0337875B2 JP H0337875 B2 JPH0337875 B2 JP H0337875B2 JP 60065715 A JP60065715 A JP 60065715A JP 6571585 A JP6571585 A JP 6571585A JP H0337875 B2 JPH0337875 B2 JP H0337875B2
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JP
Japan
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light
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JP60065715A
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JPS61222191A (ja
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Yoshito Ikuwa
Saburo Takamya
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光の閉じ込め効率を改善した半導体
レーザダイオードに関するものである。
〔従来の技術〕
第2図は従来の半導体レーザダイオードを示す
断面図で紙面に垂直方向にこのダイオードの端か
ら端まで同一形状を呈し、図において、1はp形
のガリウム砒素(以下GaAsと略記)基板、2は
n形GaAsエピタキシヤル層、3はn形GaAs層
2に設けられた開口領域、4はp形のガリウムア
ルミニウム砒素(以下Ga0.6Al0.4Asと略記。但
し砒素1原子に対しガリウム、アルミニウムがそ
れぞれ0.6、0.4原子の組成比であるの意)エピタ
キシヤルクラツド層、5はp形のGa0.9Al0.1As
エピタキシヤル活性層、6はn形の
Ga0.6Al0.4Asエピタキシヤルクラツド層、7は
n形のGaAsエピタキシヤル表面層、8は正の電
位が加えられるP電極、9は負の電位が与えられ
るN電極、10は電子・正孔結合による発光領域
である。
従来の半導体レーザダイオードは上記のように
構成されP電極8からN電極9へ外部から電流を
流すと、第2図において、紙面に上下方向の電
子・正孔エネルギバンドモデル図は第3図の如く
になり、活性層5に電子と正孔が同時に存在しこ
の部分で電子・正孔の結合が盛に行われて、フオ
トンを放出する。活性層5に電子と正孔が蓄積さ
れるのはp、n両クラツド層4,6との組成の違
いによりバンドキヤツプが小さく選ばれているた
めである。
一方、第2図の活性層5における上記の如きフ
オトンを放出する横方向の広がりは、注入電流が
n形GaAs層2とp形Ga0.6Al0.4Asクラツド層4
の間で逆方向であるため、開口領域3に絞られる
ため、この領域の投影部分に限定される。
このように局所的に発生した光はこの部分の屈
折率が、第2図の紙面縦方向、両隣りのクラツド
層4,6より前記の如き組成比の違いにより大で
あり、横方向についても比較的注入電流が小なる
場合には、以下説明するように活性層5の残りの
部分より大となり、完璧に閉じこめることが出来
て、従来の半導体レーザダイオードでも効率の良
いレーザ発振が可能であつた。
同じ材質内で横方向に屈折率の違いが生ずる要
因が2つある。1つは活性層5内の注入電流によ
りもたらされる自由電荷密度に関係し、屈折率は
これに逆比例する。もう1つはバンドギヤツプが
活性層5より狭いn形GaAs層2は上記の光を良
く吸収するが、このようなn形GaAs層2が、薄
いクラツド層4でへだてられて近くにある活性層
5の部分の屈折率をそうでない部分より実効的に
小にする。
以上のことをふまえて、第2図の活性層5の開
口領域3に対応する部分の左側の部分の屈折率が
どう変化するかを第4図により説明する。右側に
ついては、方向が逆になるだけでまつたく同様に
説明できる。
第4図において、図aは第2図のダイオードの
今述べた部分の拡大図であり、その各部は前出の
符号で示した通りである。図bは後出の実施例の
同様の拡大図であり、その細部は後述する。図c
は自由電荷密度を、図d,eはそれぞれ前記2つ
の要因に基づく屈折率成分を、図fはその合成屈
折率をいずれもその横軸に図aまたはbの活性層
5の横方向の位置をとつて表わしたものである。
第4図c,d,e,fにおいて、比較的小なる
注入電流の場合第2図のダイオードの各特性は一
点鎖線で示される。但し、図eでは後述の実施例
に対応する実線と完全に重なつている。すなわち
図cの曲線Aで示す如く注入電流が小であるか
ら、自由電荷密度に基づく屈折率部分は図dの曲
線Aで示す如く、全体に大で分布もほぼ一様であ
る。n形GaAs層2による屈折率成分は、開口領
域3との境界に対応する位置を境に左側で小右側
で大で図eの如くになる。従つて、合成した屈折
率は図fの曲線Aで示す如く上記の位置を境に発
光領域側で大、残りの部分が小という関係になつ
ていることがわかる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来の半導体レーザダイオードで
は以上述べたように注入電流が比較的小なる場合
には効率のよいレーザ発振が可能であつたが、注
入電流が大なる場合には以下説明するように、光
の閉じ込めが不完全になり、レーザ発振が低下す
るといつた問題点があつた。
すなわち、第2図縦方向については注入電流が
小なる場合と条件は同じであるから、横方向につ
いて考えると、第4図c,d,fの点線で示す如
くになる。図cの如く注入電流に応じて、曲線B
の如く自由電荷密度は大となりこれに対応する屈
折率成分は図dの曲線Bで示す如く無視出来ない
違いを生じている。一方のn形GaAs層2の存在
による屈折率成分は注入電流小なる場合と同じで
図eの如くになるから合成した屈折率の分布は図
fの曲線Bの如くになる。曲線B上の点Q0に対
し、点Q1では屈折率比は大きいが、実線にかく
れた平担な部分の任意の点Q2ではその比が小さ
くなつている。点Q2から左に進む光にとつて点
Q1の屈折率は如何に大であつても影響がなく、
より反射され難くなつていることがわかる。この
ことは、日常窓ガラスがそれほど反射するわけで
ないことなど経験されることである。光の発生部
分が図cからわかるようにこの平担部分であるか
ら、光の閉じ込めが不完全であることがわかる。
この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので注入電流が大であつても光の閉じ込め
が完全になるようにして効率の良いレーザ発振が
可能な半導体レーザダイオードを得ることを目的
としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る半導体レーザダイオードは、光
の導波領域と注入電流領域を同時に制限する光電
制限層の上記の両領域近傍の少くとも側面に、前
記光電制限層の伝導形と逆の伝導形の光制限導電
部を設けたものである。
〔作用〕
この発明においては、光制限導電部は注入電流
の供給手段の一部となると共に光を吸収する手段
の一部ともなりここでは光が吸収されない領域を
注入電流領域の内側に来るようにする。屈折率は
注入電流密度に逆比例する成分と光の吸収がある
と小さくなる成分の合成になつており、前者の成
分の分布は、注入電流領域で上に凹、後者の成分
の分布は光が吸収されない領域で上に凸になる。
従つて、合成された屈折率の分布は、光が吸収さ
れない領域内とそのすぐ外側に注目すると、両成
分は互に打ち消し合うことがないので、外側に対
する内側の屈折率が充分大になり、この領域を光
の導波領域として、注入電流が大なる場合の光の
閉じ込め効率を向上させる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
り、1は半導体基板であつてこの実施例ではp形
GaAs基板、2は光電制限層であつてこの実施例
では厚さ約1.5μmのn形GaAsエピタキシヤル層、
3はn形GaAs層2と基板1の1部を異方性エツ
チングにより除去したU溝構造を呈する開口領
域、4は開口領域3を埋めて表面が平担になるよ
うに堆積され、GaAs層2上の膜厚が0.25μmのp
形Ga0.6Al0.4Asエピタキシヤルクラツド層、5
は膜厚0.08μmのp形Ga0.9Al0.1Asエピタキシヤ
ル活性層、6は膜厚1.5μmのn形Ga0.6Al0.4As
エピタキシヤルクラツド層、7はn形GaAsエピ
タキシヤル表面層、8は正の電位を与えられるP
電極、9は負の電位を与えられるN電極、10は
活性層5中の電子正孔結合による発光領域、10
Aは活性層5中の注入電流領域、10Bは活性層
5中の光の導波領域、11はn形GaAs層2の開
口領域3に接する側面から一部その表面にかけて
設けられたGaAs層2の伝導形の逆の伝導形の光
制限導電部であつて、この実施例ではp形GaAs
部分である。なお、禁制帯幅は、0<x<1なる
xに対して、GaxAl1−xAsについて、xを0に
近づけるほど大、1に近づけるほど小になる関係
がある。
この実施例のダイオードは、上記のように、従
来のもののV溝形からU溝形の開口領域3にした
ことと、新にp形のGaAs部分11を設けた点が
異なるのみで従来のものとほとんど同じであり、
その動作原理もほとんど同じである。まず、U溝
形にしたことは、注入電流の分布をより平準化す
る上で有利であるが、上記の問題点を解決するも
のではない。もう1つのp形のGaAs部分11を
新につけ加えたことがこの発明の主眼であつて、
この部分11は光を吸収する点では、n形GaAs
層2と同じ働きをしながら、p形であるため、開
口領域3のクラツド層4より、比抵抗を小さくと
ると活性層5における注入電流の分布の端部の低
下部分を補償することが出来る。尚、第1図でn
形GaAs層2の平担部分に回り込んでいるこの部
分11の一部は補償が行きすぎ、上記分布の端が
逆に高くなるのをこの部分の長さを適当にして平
担になるよう制御するためのものである。
以上のこの実施例と従来のものの違いを念頭
に、光の閉じ込め条件に関係する屈折率分布につ
いて考えると、第1図の縦方向について従来とま
つたく同じで考慮する必要がなく、活性層5中の
分布を考えればよいことがわかる。
以下第4図を用いて説明する。図bは第1図の
開口部分3の左の端の部分を拡大して示したもの
で、各部の符号は第1図について述べた通りであ
る。またp形GaAs部分11の肩は図aの従来の
もののn形GaAs層2の角の位置に一致させてあ
る。このような位置関係で活性層5内の自由電荷
密度および屈折率の分布を図c,d,e,fに実
線で示した。まず、注入電流が大なる場合の自由
電荷密度の分布は図cの曲線Cの如く部分11の
働きにより、従来のものより、平担部分が伸びか
つ、なだらかに減少する。このような自由電荷密
度分布に対する屈折率成分の分布は図dの曲線C
の如くになる。n形GaAs層2とp形GaAs部分
11の光の吸収による屈折率成分の分布は従来の
ものと同じ、図eに示す曲線で表わされる。従つ
て、合成した屈折率分布は図fの曲線Cの如くに
なる。点R0に対し、点R1の屈折率は充分大であ
り、横方向の光の閉じ込めが完全になつているこ
とがわかる。
以上説明したようにこの実施例では従来のもの
では問題となつていた注入電流が大なる時の光の
閉じ込めが不完全になるためレーザ発振の効率低
下を改善できる。
なお、上記実施例では光制限導電部11はn形
GaAs層2の側面以外にその上部平担部分上基板
1上にも形成する場合についてであつたが、その
比抵抗や厚さを適切にできるならば側面部分のみ
でもよい。
但し、上記の上部平担部分上の光制限導電部1
1の部分は注入電流の分布の制御を上記のように
容易にする新たな効果をもつ。
また、上記実施例では注入電流の通路がU溝形
の場合であつたが従来の第2図の如きV溝形で
も、逆にこの通路が先にできていて、光電制限層
2や光制限導電部11をあとから作るものであつ
てもよい。
また、第5図に示すように光制限導電部11を
最初光電制限層2上全体に形成したのちに、後者
の一部と共に前者の不要部分を除去したものであ
つても良い。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明した通り、光の導波領域と
注入電流の領域を同時に制限する光電制限層の側
面に光制限導電部を設けるといつた構造によつ
て、主要な発光部分に対する、光の導波領域のす
ぐ外の屈折率を小さくして、光のとじこめを充分
にするという効果をもつ。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第
2図は従来の半導体レーザダイオードを示す断面
図、第3図は従来の半導体レーザダイオードのエ
ネルギバンドモデル図、第4図は従来及びこの発
明の一実施例の屈折率の分布を検討するための拡
大断面図およびグラフ、第5図はこの発明の他の
実施例を示す断面図である。 図において、1は半導体基板、2は光電制限
層、4,5,6,7はいずれもエピタキシヤル
層、8,9はいずれも電極、10Aは注入電流領
域、10Bは光の導波領域、11は光制限導電部
である。なお、各図中、同一符号は同一または相
当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導基板上に形成された複数のエピタキシヤ
    ル成長層と、前記基板下面と前記成長層中の最上
    層上に注入電流を流すために設けられた1対の電
    極と、前記エピタキシヤル成長層中に設けられ、
    光の導波領域と注入電流領域を同時に制限する光
    電制限層と、この光電制限層の前記両領域近傍の
    少くとも側面に設けられ、前記光電制限層の伝導
    形と逆の伝導形の光制限導電部とを備えたことを
    特徴とする半導体レーザダイオード。
JP60065715A 1985-03-27 1985-03-27 半導体レ−ザダイオ−ド Granted JPS61222191A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60065715A JPS61222191A (ja) 1985-03-27 1985-03-27 半導体レ−ザダイオ−ド
US06/837,358 US4701926A (en) 1985-03-27 1986-03-06 Laser diode

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JP60065715A JPS61222191A (ja) 1985-03-27 1985-03-27 半導体レ−ザダイオ−ド

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JPS61222191A JPS61222191A (ja) 1986-10-02
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3604293A1 (de) * 1986-02-12 1987-08-13 Telefunken Electronic Gmbh Heterostruktur-halbleiterlaserdiode
US4839307A (en) * 1986-05-14 1989-06-13 Omron Tateisi Electronics Co. Method of manufacturing a stripe-shaped heterojunction laser with unique current confinement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326176A (en) * 1976-04-16 1982-04-20 Hitachi, Ltd. Semiconductor laser device

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JPS61222191A (ja) 1986-10-02
US4701926A (en) 1987-10-20

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