JPH0446477B2 - - Google Patents

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JPH0446477B2
JPH0446477B2 JP60285958A JP28595885A JPH0446477B2 JP H0446477 B2 JPH0446477 B2 JP H0446477B2 JP 60285958 A JP60285958 A JP 60285958A JP 28595885 A JP28595885 A JP 28595885A JP H0446477 B2 JPH0446477 B2 JP H0446477B2
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JP
Japan
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active layer
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diffraction grating
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JP60285958A
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English (en)
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JPS62144379A (ja
Inventor
Shinji Kaneiwa
Hiroaki Kudo
Kaneki Matsui
Haruhisa Takiguchi
Tomohiko Yoshida
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication of JPH0446477B2 publication Critical patent/JPH0446477B2/ja
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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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <技術分野> 本発明は、回折格子の形成された単一縦モード
でレーザ発振する発振波長660〜890nmの分布帰
還形または分布ブラツク反射形半導体レーザ素子
に関するものである。
<従来技術とその問題点> 光フアイバを利用した光情報システムあるいは
光計測システムにおける光源として半導体レーザ
装置を利用する場合には、半導体レーザ装置は単
一縦モードで発振する動作特性を有することが望
ましい。単一縦モードのレーザ発振特性を得るた
めのレーザ素子構造としては、活性領域もしくは
活性領域に近接して周期的な凹凸形状の回折格子
を形成した分布帰還形または分布ブラツグ反射形
のレーザ素子が知られている(日経エレクトロニ
クス1981,12,21,p66〜p70)。
従来、InP基板上に構成されたInGaPAs/InP
系材料により発振波長1.3μm〜1.55μmの回折格子
付半導体レーザが開発されてきた。一方、波長
890nm以下の発振光が得られるGaAs基板上に形
成されたGaAlAs活性層を有する半導体レーザに
おいては、回折格子を形成するGaAlAs光ガイド
層上に瞬時に酸化膜が生成するため、その上への
再成長が困難であるという製作上の欠点があり、
実用化されるには至つていない。この点について
は、光ガイド層材料として酸化し難いInGaPAs
を用いることにより有効に解決した半導体レーザ
素子が本出願人により特願昭59−223576号にて示
されている。第5図にこの分布帰還形半導体レー
ザの構造を示す。n型GaAs基板1上にn型
GaAlAsクラツド層2、ノンドープGaAs活性層
3、P型InGaPAs光ガイド層4、p型GaAlAsク
ラツド層5、p型GaAsキヤツプ層6の順に積層
され、基板1とキヤツプ層6にはそれぞれn側、
p側のオーミツク電極7,8が形成されている。
レーザ発振動作用の回折格子は光ガイド層4上に
形成されている。この構造では、光ガイド層4の
酸化の問題はなく、光ガイド層4上への2番目の
成長には何ら支障はない。しかし、活性層3に注
入された電子が一部光ガイド層4まで流れ込み、
無効電流となるため、発振閾値の増大を招き、特
に温度特性劣化の要因となる。
<発明の概要> 本発明は、Ga1-xAlxAs(0≦x≦0.4)から成
るレーザ発振用活性層と、In1-yGayP1-zAsz(0.51
≦y≦1,z≒2.04y−1.04)から成る回折格子
の形成された回折格子形成層と、該回折格子形成
層の回折格子面と前記活性層との間に光ガイド層
を設けて成る半導体レーザ素子において、前記活
性層及び前記光ガイド層より禁止帯幅の大きな
Ga1-xAlxAs(0.2≦x≦1)からなるバリア層を、
前記活性層と前記光ガイド層との間に挿入するこ
とにより、光ガイド層に流入する無効電流を低減
し、良好な素子特性を確立した新規な分布帰還形
あるいは分布ブラツグ反射形の半導体レーザ素子
を提供することを目的とする。
<実施例 1> 本発明の1実施例について第1図とともに説明
する。n型GaAs基板1上にn型GaAlAsクラツ
ド層2、ノンドープGaAs活性層3、p型
GaAlAsバリア層9、p型InGaPAs光ガイド層4
を液相エピタキシヤル成長法により連続的に成長
させる。次に、光ガイド層4上にホトレジスト膜
を塗布し、紫外線レーザを用いた干渉露光によ
り、周期2500Åでホトレジストの回折格子を形成
する。これをマスクとして化学エツチングによ
り、光ガイド層4上に溝を刻設し、ホトレジスト
膜を除去する。以上により光ガイド層4上に周期
2500Åの凹凸状回折格子が形成される。この表面
に回折格子を備えた光ガイド層4上に同様の液相
エピタキシヤル成長法によりp型GaAlAsクラツ
ド層5、p型GaAsキヤツプ層6を順次成長させ
た後、基板1上及びキヤツプ層6上にそれぞれ
Au/Ge/Ni,Au/Znから成るn側及びp側オ
ーミツク電極7,8を形成してダブルヘテロ接合
構造のレーザ発振動作用多層結晶構造とする。活
性層3の厚さは0.1μm、バリア層9の厚さは
0.05μm、光ガイド層4の厚さは0.3μm程度とす
る。
上記実施例において、活性層3はGaAsより成
つているため、Ga1-xAlxAsクラツド層2,5の
液晶比はx≧0.2の範囲で設定されており、発振
波長は約880nmである。また光ガイド層4は
In1-yGayP1-zAsz混晶より成り、0.68≦y≦1,
0.34≦Z≦1z=2.04y−1.04の範囲で選択され、禁
止帯幅及び屈折率が活性層3とクラツド層2,5
の中間の値となるように設定される。バリア層9
はGa1-xAlxAs層より成り、活性層3及び光ガイ
ド層4よりも禁制帯幅は大きく、屈折率は小さく
設定されており、混晶比xはクラツド層2,5の
xと同程度である。またバリア層9は0.05μmと
非常に薄いのでキヤリアの障壁としては十分であ
るが、光の障壁としては不十分であるため、光は
光ガイド層4中にも分布し、光ガイド層4に設け
られた回折格子によりレーザ光の反射器としての
作用が行なわれる。
第2図に上記レーザ発振動作用多層結晶構造の
禁制帯幅と屈折率の分布を表わす。次に発振波長
を赤外から可視光域まで変化させるために活性層
3をGa1-xAlxAsとしその混晶比を0≦x≦0.4の
範囲内で変化させるかあるいは活性層3へZn,
Si等の不純物をドーピングすることにより890〜
660nmの範囲でレーザ発振が得られる。この場
合、クラツド層2,5、に関してはそれぞれ禁制
帯幅と屈折率が第2図に示すような分布を有する
ように設定し、材料はGa1-xAlxAs,In1-yGay
P1-zAszのどちらでもよい。ただし光ガイド層4
はIn1-yGayP1-zAszに限定される。
本実施例においては活性層3と光ガイド層4と
の間にバリア層9を挿入しており、活性層3に注
入された電子はバリア層9により遮られて光ガイ
ド層4まで達することがなく、発振閾値の増大は
抑えられる。
n側及びp側電極7,8を介して電流を注入す
ると、活性層3でレーザ発振が開始される。レー
ザ発振の共振方向は図の左右方向に対応し、注入
された電流は周知の内部ストライブ構造により帯
状の電流通路に集束され、この電流通路に対応す
る活性層3の左右端面よりレーザ光が放射され
る。発振波長は回折格子の周期によつて定まり、
レーザ光の波長に対応して回折格子の周期を適宜
制御することにより単一縦モードの安定なレーザ
発振が得られる。従つて、長距離光通信や計測制
御用の光源等として利用する場合に精度が高く維
持され、非常に優れたレーザ光源となる。
尚、上記実施例は分布帰還形半導体レーザ素子
について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、分布ブラツグ反射形半導体レーザ
素子等他の素子にも適用可能である。
<実施例 2> 第3図は本発明の他の実施例を示す半導体レー
ザ素子の構成図である。n型GaAs基板11上に
n型InGaPクラツド層12を成長させ、この
InGaPクラツド層1上に実施例1と同様の手段に
より回折格子を形成した後、n型InGaPAs光ガ
イド層13、n型GaAlAsバリア層14、ノンド
ープGaAs活性層15、p型InGaPクラツド層1
6、p型GaAsキヤツプ層17を順次エピタキシ
ヤル成長させてダブルヘテロ接合構造のレーザ発
振動作用多層結晶を形成する。本実施例ではn型
InGaPクラツド層12に回折格子を形成している
点で実施例1と相違する。n型InGaPAs光ガイ
ド層13とGaAs活性層15との間にn型
GaAlAsバリア層14が挿入されているため活性
層15に注入された正孔は光ガイド層13まで達
することがなく、無効電流は微少である。本実施
例のレーザ発振用多層結晶構造の禁制帯幅と屈折
率の分布は第4図の如くとなる。キヤツプ層17
及び基板11上にそれぞれオーミツク電極18,
19を形成することにより本実施例の半導体レー
ザ素子が作製される。
尚、クラツド層16、光ガイド層13の組成は
上記に限定されることなく実施例1と同様に発振
波長(活性層組成)に応じてGa1-xAlxAs,In1-y
GayP1-zAszのいずれかから適当な組成を選択す
ればよい。但しn型クラツド層12はIn1-yGay
P1-zAsz(z=2.04y−1.04,0.51≦y≦0.8)に限
定されるため、得られる発振波長は890nm〜
770nmの範囲内となる。またバリア層14は実施
例1と同様にGa1-xAlxAs(0.2≦x≦1)より選
択すればよい。
本実施例においてもオーミツク電極18,19
を介してキヤリアを注入することにより発振波長
880nmの単一縦モードレーザ発振が得られる。レ
ーザ光は図中の左右方向の端面より放射される。
本実施例の構造を、分布ブラツグ反射形のレーザ
発振素子に適用することも当然に可能である。
<発明の効果> 以上詳述した如く、In1-yGayP1-zAszを回折格
子形成層とする発振波長890nm以下の単一縦モー
ドレーザ素子において活性層と光ガイド層との間
に双方より禁制帯幅の大きい半導体層をバリア層
として挿入することにより活性層から光ガイド層
へ流入する無効キヤリアが低減され、素子特性特
に温度特性に優れた分布帰還形または分布プラツ
グ反射形の半導体レーザ素子を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第3図は本発明の実施例を説明する
分布帰還形半導体レーザ素子の共振方向に平行な
方向で切断した断面図である。第2図及び第4図
はそれぞれ第1図、第3図の半導体レーザ素子に
おける多層結晶構造の禁制帯幅及び屈折率の分布
を表わす説明図である。第5図は従来の分布帰還
形半導体レーザの断面図である。 1,11…n型基板、2,12…n型クラツド
層、3,15…ノンドープ活性層、4…p型光ガ
イド層、5,16…p型クラツド層、6,17…
p型キヤツプ層、7,18…n側オーミツク電
極、8,19…p側オーミツク電極、9…p型バ
リア層、13…n型光ガイド層、14…n型バリ
ア層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Ga1-xAlxAs(0≦x≦0.4)から成るレーザ
    発振用活性層と、In1-yGayP1-zAsz(0.51≦y≦
    1,z≒2.04y−1.04)から成る回折格子の形成
    された回折格子形成層と、該回折格子形成層の回
    折格子面と前記活性層との間に光ガイド層を設け
    て成る半導体レーザ素子において、 前記活性層及び前記光ガイド層よりも禁制帯幅
    の大きなGa1-xAlxAs(0.2≦x≦1)からなるバ
    リア層を、前記活性層と前記光ガイド層との間に
    挿入したことを特徴とする半導体レーザ素子。
JP60285958A 1985-12-18 1985-12-18 半導体レ−ザ素子 Granted JPS62144379A (ja)

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JP2703784B2 (ja) * 1988-11-08 1998-01-26 シャープ株式会社 半導体レーザ素子
US6195381B1 (en) * 1998-04-27 2001-02-27 Wisconsin Alumni Research Foundation Narrow spectral width high-power distributed feedback semiconductor lasers

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JPS62144379A (ja) 1987-06-27

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