JPH03795B2 - - Google Patents
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- JPH03795B2 JPH03795B2 JP4318182A JP4318182A JPH03795B2 JP H03795 B2 JPH03795 B2 JP H03795B2 JP 4318182 A JP4318182 A JP 4318182A JP 4318182 A JP4318182 A JP 4318182A JP H03795 B2 JPH03795 B2 JP H03795B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
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- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の述術分野〕
本発明は、端面埋め込み型半導体レーザ装置の
改良に関する。
改良に関する。
半導体レーザは、光通信用光源や光デイスク用
光源等への広い応用が期待されている。しかし、
半導体レーザは一般に過電流に対して極めて弱
く、例えそれがパルス的なものであつても素子の
破壊につながることが知られている。この性質は
半導体レーザの光出力の電流依存性に起因してお
り、避け難いものである。すなわち、半導体レー
ザでは第１図に示す如く発振しきい値電流Ithよ
り大きな電流領域、つまり発振状態において、僅
かな駆動電流増加に対し光出力が大きく増加す
る。半導体レーザの発振しきい値電流Ithは通常
数10〔ｍＡ〕であるが、その数倍程度の過電流に
よつて発生する光出力は半導体レーザの活性領域
端面に回復不可能な損傷を与えるのに十分であ
り、これによつて素子の破壊を招くのである。こ
の現象は、特にGaAlAs系の半導体レーザにおい
て顕著であり、活性領域端面における光出力密度
が106〔Ｗ／cm2〕程度になると素子の破壊が起こる
ことが知られている。
光源等への広い応用が期待されている。しかし、
半導体レーザは一般に過電流に対して極めて弱
く、例えそれがパルス的なものであつても素子の
破壊につながることが知られている。この性質は
半導体レーザの光出力の電流依存性に起因してお
り、避け難いものである。すなわち、半導体レー
ザでは第１図に示す如く発振しきい値電流Ithよ
り大きな電流領域、つまり発振状態において、僅
かな駆動電流増加に対し光出力が大きく増加す
る。半導体レーザの発振しきい値電流Ithは通常
数10〔ｍＡ〕であるが、その数倍程度の過電流に
よつて発生する光出力は半導体レーザの活性領域
端面に回復不可能な損傷を与えるのに十分であ
り、これによつて素子の破壊を招くのである。こ
の現象は、特にGaAlAs系の半導体レーザにおい
て顕著であり、活性領域端面における光出力密度
が106〔Ｗ／cm2〕程度になると素子の破壊が起こる
ことが知られている。
このような、過電流によつて破壊され易いと言
う半導体レーザの特性は、半導体レーザを取り扱
う上で極めて不便であり、半導体レーザの実用化
に際して大きな問題となつていた。
う半導体レーザの特性は、半導体レーザを取り扱
う上で極めて不便であり、半導体レーザの実用化
に際して大きな問題となつていた。
本発明の目的は、過電流に対して壊れ難い半導
体レーザ装置を提供することである。
体レーザ装置を提供することである。
半導体レーザにおける前述した問題を解決する
ものとして、活性領域端面を埋め込み層にて埋め
込んだ端面埋め込み型レーザが開発されている。
しかし、半導体レーザの光出力が注入電流の増加
に対して極めて急峻に増加するため、単にレーザ
共振器端面が光損傷を受ける光出力の大きさを大
きくしても、半導体レーザが破壊に至る電流値の
値の増加は小さく、その効果は薄い。十分な効果
を得るためには、活性領域端面を埋め込み型にす
ると共に、光損傷出力よりも小さな光出力レベル
において、注入電流に対して光出力が飽和するよ
うな特性を持たせればよい。
ものとして、活性領域端面を埋め込み層にて埋め
込んだ端面埋め込み型レーザが開発されている。
しかし、半導体レーザの光出力が注入電流の増加
に対して極めて急峻に増加するため、単にレーザ
共振器端面が光損傷を受ける光出力の大きさを大
きくしても、半導体レーザが破壊に至る電流値の
値の増加は小さく、その効果は薄い。十分な効果
を得るためには、活性領域端面を埋め込み型にす
ると共に、光損傷出力よりも小さな光出力レベル
において、注入電流に対して光出力が飽和するよ
うな特性を持たせればよい。
本発明はこのような点に着目し、半導体基板上
に活性層をクラツド層で挾んだダブルヘテロ接合
構造を設けた半導体レーザ装置において、上記活
性層を含む活性領域端面を該活性層より禁制帯幅
の大きな埋め込み層によつてレーザ共振器端面よ
り奥に埋め込み、かつ上記活性層より大きく上記
主クラツドより小さい禁制帯幅を有する補助クラ
ツド層を上記活性層とクラツド層との間の少なく
とも一方に形成するようにしたものである。
に活性層をクラツド層で挾んだダブルヘテロ接合
構造を設けた半導体レーザ装置において、上記活
性層を含む活性領域端面を該活性層より禁制帯幅
の大きな埋め込み層によつてレーザ共振器端面よ
り奥に埋め込み、かつ上記活性層より大きく上記
主クラツドより小さい禁制帯幅を有する補助クラ
ツド層を上記活性層とクラツド層との間の少なく
とも一方に形成するようにしたものである。
半導体レーザ端面の光損傷は、レーザ光が活性
領域端面で再吸収され、それによつて発熱や、雰
囲気中に存在する酸素或いは水分との化学反応等
が促進されることが主要な原因である。したがつ
て、本発明のように端面埋め込み構造とすること
は、共振器端面においてレーザ光の吸収がないこ
と、および活性領域が雰囲気中の酸素や水分等の
影響を全く受けないことから、光損傷出力を大き
くする上で極めて有利である。実際、端面埋め込
み構造とすることによつて、光損傷出力を約一桁
程度増大させることが可能である。
領域端面で再吸収され、それによつて発熱や、雰
囲気中に存在する酸素或いは水分との化学反応等
が促進されることが主要な原因である。したがつ
て、本発明のように端面埋め込み構造とすること
は、共振器端面においてレーザ光の吸収がないこ
と、および活性領域が雰囲気中の酸素や水分等の
影響を全く受けないことから、光損傷出力を大き
くする上で極めて有利である。実際、端面埋め込
み構造とすることによつて、光損傷出力を約一桁
程度増大させることが可能である。
また、通常のダブルヘテロ接合レーザでは、活
性層とこれを挾む主クラツド層との禁制帯幅の差
Egは0.4〔eV〕程度であり、これによつて生ずる
ヘテロ接合界面のポテンシヤル障壁により注入さ
れたキヤリアは活性層中に略完全に閉じ込められ
る。本発明では、活性層と主クラツド層との間に
補助クラツド層を形成し、活性層と補助クラツド
層との禁制帯幅の差Eg′を小さくしているので、
補助クラツド層への注入キヤリアのオーバフロー
によつて、高注入レベルにおいて光出力を飽和さ
せることができる。すなわち、禁制帯幅の差
Eg′を小さくした状態で注入電流を増していく
と、活性層に注入されたキヤリアの一部はポテン
シヤル障壁を越えて活性層の外側にオーバフロー
するようになり、注入電流の増加が発光出力に寄
与しなくなる。このため、注入電流に対する光出
力の関係は、第２図に示す如く飽和特性を示すよ
うになる。この飽和特性が現われる光出力の大き
さは、活性層と補助クラツド層との禁制帯幅の差
Eg′の大きさおよび半導体レーザの構造により決
まるレーザとしての損失の大きさに依存する。
性層とこれを挾む主クラツド層との禁制帯幅の差
Egは0.4〔eV〕程度であり、これによつて生ずる
ヘテロ接合界面のポテンシヤル障壁により注入さ
れたキヤリアは活性層中に略完全に閉じ込められ
る。本発明では、活性層と主クラツド層との間に
補助クラツド層を形成し、活性層と補助クラツド
層との禁制帯幅の差Eg′を小さくしているので、
補助クラツド層への注入キヤリアのオーバフロー
によつて、高注入レベルにおいて光出力を飽和さ
せることができる。すなわち、禁制帯幅の差
Eg′を小さくした状態で注入電流を増していく
と、活性層に注入されたキヤリアの一部はポテン
シヤル障壁を越えて活性層の外側にオーバフロー
するようになり、注入電流の増加が発光出力に寄
与しなくなる。このため、注入電流に対する光出
力の関係は、第２図に示す如く飽和特性を示すよ
うになる。この飽和特性が現われる光出力の大き
さは、活性層と補助クラツド層との禁制帯幅の差
Eg′の大きさおよび半導体レーザの構造により決
まるレーザとしての損失の大きさに依存する。
ここで、飽和した光出力の大きさを半導体レー
ザの光損傷出力より小さくしておけば、過電流に
よる半導体レーザの破壊限界を該レーザが抵抗成
分による発熱によつて破壊する限界まで引き上げ
ることができる。端面埋め込み構造の場合、通常
の半導体レーザに比較して光損傷が生じる光出力
レベルが約１桁大きいため、上記飽和出力の大き
さは、光デイスク書き込み等の高出力の要求に対
しても十分な値とすることができる。
ザの光損傷出力より小さくしておけば、過電流に
よる半導体レーザの破壊限界を該レーザが抵抗成
分による発熱によつて破壊する限界まで引き上げ
ることができる。端面埋め込み構造の場合、通常
の半導体レーザに比較して光損傷が生じる光出力
レベルが約１桁大きいため、上記飽和出力の大き
さは、光デイスク書き込み等の高出力の要求に対
しても十分な値とすることができる。
本発明によれば、過電流による半導体レーザの
破壊限界を、光損傷による破壊限界から熱的な破
壊限界まで引き上げることが可能となる。このた
め、半導体レーザ装置の過電流に対する耐性を大
幅に向上させることができる。また、破壊限界が
熱的なものであるため、実用上最も多く発生する
パルス的な過電流に対して極めて壊れ難い等の効
果を奏する。
破壊限界を、光損傷による破壊限界から熱的な破
壊限界まで引き上げることが可能となる。このた
め、半導体レーザ装置の過電流に対する耐性を大
幅に向上させることができる。また、破壊限界が
熱的なものであるため、実用上最も多く発生する
パルス的な過電流に対して極めて壊れ難い等の効
果を奏する。
第３図ａは本発明の一実施例に係わる端面埋め
込み半導体レーザ装置の概略構造を示す斜視図で
あり、第３図ｂは同図ａの矢視Ａ−Ａ断面図であ
る。図中１はＮ−GaAs基板（半導体基板）であ
り、この基板１上にはＮ−Ga0.65Al0.35As層（主
クラツド層）２、Ｎ−Ga0.75Al0.25As層（補助ク
ラツド層）３、Ｐ−GaAs層（活性層）４、Ｐ−
Ga0.75Al0.25As層（補助クラツド層）５、Ｐ−
Ga0.65Al0.35As層（主クラツド層）６、Ｐ−GaAs
層（オーミツクコンタクト層）７を上記順に積層
してなるメサストライプ部が設けられている。そ
して、メサストライプ部の側面および端面は、
Ga0.65Al0.35As層（埋め込み層８によつて埋め込
まれている。なお、第３図中９は電流狭窄のため
のSi3N4絶縁膜、１０，１１は電極をそれぞれ示
している。
込み半導体レーザ装置の概略構造を示す斜視図で
あり、第３図ｂは同図ａの矢視Ａ−Ａ断面図であ
る。図中１はＮ−GaAs基板（半導体基板）であ
り、この基板１上にはＮ−Ga0.65Al0.35As層（主
クラツド層）２、Ｎ−Ga0.75Al0.25As層（補助ク
ラツド層）３、Ｐ−GaAs層（活性層）４、Ｐ−
Ga0.75Al0.25As層（補助クラツド層）５、Ｐ−
Ga0.65Al0.35As層（主クラツド層）６、Ｐ−GaAs
層（オーミツクコンタクト層）７を上記順に積層
してなるメサストライプ部が設けられている。そ
して、メサストライプ部の側面および端面は、
Ga0.65Al0.35As層（埋め込み層８によつて埋め込
まれている。なお、第３図中９は電流狭窄のため
のSi3N4絶縁膜、１０，１１は電極をそれぞれ示
している。
次に、上記実施例装置の製造方法について説明
する。まず、第４図ａに示す如く前記基板１に主
クラツド層２、補助クラツド層３、活性層４、補
助クラツド層５、主クラツド層６およびオーミツ
クコンタクト層７を上記の順にエピタキシヤル成
長する。次いで、第４図ｂに示す如くオーミツク
コンタクト層７上にストライプ状のSi3N4（マス
ク）１２を被着し、H3PO4：H2O：CH3OH＝
１：１：３のエツチング液を用い、上記Si3N4膜
１２をマスクとして前記各層２，〜，７を基板１
に至る深さまでメサエツチングする。その後、上
記Si3N4膜１２を再びマスクとして用い、第４図
ｃに示す如くLEP法によりメサ領域を埋め込み
層８によつて埋め込む。次いで、Si3N4膜１２を
除去したのち、埋め込み層８上のみに前記絶縁膜
９を形成し、その後金属電極１０，１１を蒸着形
成することによつて第３図ａ，ｂに示す構造の半
導体レーザ装置が得られる。
する。まず、第４図ａに示す如く前記基板１に主
クラツド層２、補助クラツド層３、活性層４、補
助クラツド層５、主クラツド層６およびオーミツ
クコンタクト層７を上記の順にエピタキシヤル成
長する。次いで、第４図ｂに示す如くオーミツク
コンタクト層７上にストライプ状のSi3N4（マス
ク）１２を被着し、H3PO4：H2O：CH3OH＝
１：１：３のエツチング液を用い、上記Si3N4膜
１２をマスクとして前記各層２，〜，７を基板１
に至る深さまでメサエツチングする。その後、上
記Si3N4膜１２を再びマスクとして用い、第４図
ｃに示す如くLEP法によりメサ領域を埋め込み
層８によつて埋め込む。次いで、Si3N4膜１２を
除去したのち、埋め込み層８上のみに前記絶縁膜
９を形成し、その後金属電極１０，１１を蒸着形
成することによつて第３図ａ，ｂに示す構造の半
導体レーザ装置が得られる。
かくして得られた半導体レーザ装置は、前記補
助クラツド層３，５を形成しない従来のダブルヘ
テロ接合半導体レーザ装置に比して、過電流に対
する耐性が遥かに大きいものであつた。
助クラツド層３，５を形成しない従来のダブルヘ
テロ接合半導体レーザ装置に比して、過電流に対
する耐性が遥かに大きいものであつた。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。例えば、前記補
助クラツド層は必ずしも活性層の両側にある必要
はなく、活性層の片側に設けるようにしてもよ
い。さらに、補助クラツド層の禁制帯幅は、活性
層のそれより大きく主クラツド層のそれより小さ
い範囲で、所望する飽和出力等に応じて適宜定め
ればよい。また、実施例では活性領域側面も埋め
込み層により埋め込まれた構造であるが、活性領
域側面は必ずしも埋め込まれてなくともよい。さ
らに、用いる半導体材料はGaAlAs−GaAs系に
限るものではなく、InGaAsP−InP系、その他各
種の半導体を用いることが可能である。
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。例えば、前記補
助クラツド層は必ずしも活性層の両側にある必要
はなく、活性層の片側に設けるようにしてもよ
い。さらに、補助クラツド層の禁制帯幅は、活性
層のそれより大きく主クラツド層のそれより小さ
い範囲で、所望する飽和出力等に応じて適宜定め
ればよい。また、実施例では活性領域側面も埋め
込み層により埋め込まれた構造であるが、活性領
域側面は必ずしも埋め込まれてなくともよい。さ
らに、用いる半導体材料はGaAlAs−GaAs系に
限るものではなく、InGaAsP−InP系、その他各
種の半導体を用いることが可能である。
第１図は従来装置における駆動電流と光出力と
の関係を示す特性図、第２図は本発明装置におけ
る駆動電流と光出力との関係を示す特性図、第３
図ａは本発明の一実施例に係わる端面埋め込み型
半導体装置の概略構成を示す斜視図、第３図ｂは
同図ａの矢視Ａ−Ａ断面図、第４図ａ〜ｃは上記
実施例装置の製造工程を示す断面図である。 １……Na−GAs基板（半導体基板）、２……Ｎ
−Ga0.65Al0.35As層（主クラツド層）、３……Ｎ−
Ga0.75Al0.25As層（補助クラツド層）、４……Ｐ−
GaAs層（活性層）、５……Ｐ−Ga0.75Al0.25As層
（補助クラツド層）、６……Ｐ−Ga0.65Al0.35As層
（主クラツド層）、７……Ｐ−GaAs層（オーミツ
クコンタクト層）、８……Ga0.65Al0.35As層（埋め
込み層）、９……Si3N4膜（絶縁膜）、１０，１１
……電極、１２……Si3N4膜（マスク）。
の関係を示す特性図、第２図は本発明装置におけ
る駆動電流と光出力との関係を示す特性図、第３
図ａは本発明の一実施例に係わる端面埋め込み型
半導体装置の概略構成を示す斜視図、第３図ｂは
同図ａの矢視Ａ−Ａ断面図、第４図ａ〜ｃは上記
実施例装置の製造工程を示す断面図である。 １……Na−GAs基板（半導体基板）、２……Ｎ
−Ga0.65Al0.35As層（主クラツド層）、３……Ｎ−
Ga0.75Al0.25As層（補助クラツド層）、４……Ｐ−
GaAs層（活性層）、５……Ｐ−Ga0.75Al0.25As層
（補助クラツド層）、６……Ｐ−Ga0.65Al0.35As層
（主クラツド層）、７……Ｐ−GaAs層（オーミツ
クコンタクト層）、８……Ga0.65Al0.35As層（埋め
込み層）、９……Si3N4膜（絶縁膜）、１０，１１
……電極、１２……Si3N4膜（マスク）。
Claims (1)
- １ 半導体基板上に活性層を主クラツド層で挾ん
だダブルヘテロ接合構造を設けた半導体レーザ装
置において、上記活性層を含む活性領域端面を該
活性層より禁制帯幅の大きな埋め込み層によつて
レザー共振器端面より奥に埋め込み、かつ上記活
性層より大きく上記主クラツド層より小さい禁制
帯幅を有する補助クラツド層を上記活性層と主ク
ラツド層との間の少なくとも一方に形成してなる
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4318182A JPS58159388A (ja) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4318182A JPS58159388A (ja) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58159388A JPS58159388A (ja) | 1983-09-21 |
| JPH03795B2 true JPH03795B2 (ja) | 1991-01-08 |
Family
ID=12656720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4318182A Granted JPS58159388A (ja) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58159388A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9755402B2 (en) | 2010-06-28 | 2017-09-05 | Iulian Basarab Petrescu-Prahova | Edge emitter semiconductor laser type of device with end segments for mirrors protection |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0831652B2 (ja) * | 1987-04-22 | 1996-03-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体レ−ザ |
| JP3183683B2 (ja) * | 1991-09-06 | 2001-07-09 | シャープ株式会社 | 窓型半導体レーザ素子 |
| KR100493639B1 (ko) * | 2002-10-25 | 2005-06-03 | 엘지전자 주식회사 | 화합물 반도체 레이저 다이오드 |
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-
1982
- 1982-03-18 JP JP4318182A patent/JPS58159388A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9755402B2 (en) | 2010-06-28 | 2017-09-05 | Iulian Basarab Petrescu-Prahova | Edge emitter semiconductor laser type of device with end segments for mirrors protection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58159388A (ja) | 1983-09-21 |
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