JPH06112588A - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
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- JPH06112588A JPH06112588A JP25480492A JP25480492A JPH06112588A JP H06112588 A JPH06112588 A JP H06112588A JP 25480492 A JP25480492 A JP 25480492A JP 25480492 A JP25480492 A JP 25480492A JP H06112588 A JPH06112588 A JP H06112588A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、結合損失を小さくでき、反射を抑
制でき、大出力化しえることを主要な目的とする。 【構成】基板(31)上に、第１クラッド層(32)，光導波路
層(33)及び量子井戸活性層(34)を順次介してメサ状第２
クラッド層(35)を設け、この第２クラッド層(35)を電流
ブロック層(40)で埋め込んでなる光半導体素子におい
て、少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活性
領域の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前記
活性層(34)の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の
境界でテーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の
活性層(34)には該活性層(34)のバンドギャップよりも広
いテーパ状の半導体層（出力導波路層）(37)が結合さ
れ、かつ前記半導体層(37)の外側寄りの端面もテーパ状
であることを特徴とする光半導体素子。
制でき、大出力化しえることを主要な目的とする。 【構成】基板(31)上に、第１クラッド層(32)，光導波路
層(33)及び量子井戸活性層(34)を順次介してメサ状第２
クラッド層(35)を設け、この第２クラッド層(35)を電流
ブロック層(40)で埋め込んでなる光半導体素子におい
て、少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活性
領域の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前記
活性層(34)の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の
境界でテーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の
活性層(34)には該活性層(34)のバンドギャップよりも広
いテーパ状の半導体層（出力導波路層）(37)が結合さ
れ、かつ前記半導体層(37)の外側寄りの端面もテーパ状
であることを特徴とする光半導体素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光半導体素子に関し、
特に固体レーザ励起高出力半導体レーザや計測・診断用
高出力スーパールミネッセントダイオードに関する。
特に固体レーザ励起高出力半導体レーザや計測・診断用
高出力スーパールミネッセントダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、スーパールミネッセントダイオー
ド（以下、ＳＬＤと呼ぶ）は、通常の利得導波型半導体
レーザの両端面に低反射コーティングを設ける方法、あ
るいはストライプ幅を通常の５μｍに対して３０〜４０
μｍと広くし、そのストライプの角度を共振器端面に対
して５度傾け、端面反射率を１０-5以下にして高出力化
する方法がある。
ド（以下、ＳＬＤと呼ぶ）は、通常の利得導波型半導体
レーザの両端面に低反射コーティングを設ける方法、あ
るいはストライプ幅を通常の５μｍに対して３０〜４０
μｍと広くし、そのストライプの角度を共振器端面に対
して５度傾け、端面反射率を１０-5以下にして高出力化
する方法がある。
【０００３】例えば、1988年ゲラードらによる米国電気
電子学会量子電子部会誌の12巻頁2454〜2457に掲載され
た「高出力スーパールミネッセントダイオード」の構造
概略を図５に示す（Ａ．Ｇerard ，et al : “Ｈigh-Ｐ
ower Ｓuperluminescent Ｄiodes ”ＩＥＥＥ，Ｊ，Ｑ
uantum．Ｅlectronics，vol24 ，Ｎo.12，pp2454-2457
(1988) ）。
電子学会量子電子部会誌の12巻頁2454〜2457に掲載され
た「高出力スーパールミネッセントダイオード」の構造
概略を図５に示す（Ａ．Ｇerard ，et al : “Ｈigh-Ｐ
ower Ｓuperluminescent Ｄiodes ”ＩＥＥＥ，Ｊ，Ｑ
uantum．Ｅlectronics，vol24 ，Ｎo.12，pp2454-2457
(1988) ）。
【０００４】図中の１は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。
この基板１上には、ｎ型のＡｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓクラッ
ド層２，Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ａｓ活性層３，ｐ型のＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層４，ｎ型のＧａＡｓ電流ブ
ロック層５，ＳｉＯ2 からなる絶縁膜６が順次形成され
ている。前記絶縁膜６には、基板１の長手方向に対して
傾斜角（θ）傾いた凹部（ストライプ）６ａが形成され
ている。前記絶縁膜６上には、前記凹部６ａを介して前
記電流ブロック層５に接続するｐ側電極７が形成されて
いる。前記基板１の裏面にはｎ側電極８が形成されてい
る。なお、図中の９（斜線部分）は、ストライプ直下の
前記電流ブロック層５及びクラッド層４に形成されたＺ
ｎ拡散領域である。
この基板１上には、ｎ型のＡｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓクラッ
ド層２，Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ａｓ活性層３，ｐ型のＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層４，ｎ型のＧａＡｓ電流ブ
ロック層５，ＳｉＯ2 からなる絶縁膜６が順次形成され
ている。前記絶縁膜６には、基板１の長手方向に対して
傾斜角（θ）傾いた凹部（ストライプ）６ａが形成され
ている。前記絶縁膜６上には、前記凹部６ａを介して前
記電流ブロック層５に接続するｐ側電極７が形成されて
いる。前記基板１の裏面にはｎ側電極８が形成されてい
る。なお、図中の９（斜線部分）は、ストライプ直下の
前記電流ブロック層５及びクラッド層４に形成されたＺ
ｎ拡散領域である。
【０００５】こうした構成のダイオードにおいて、ｎ1
をストライプ直下の活性層周辺の光の伝播定数を屈折率
に変換したときの等価屈折率、ｎ2 をストライプ以外の
活性層部分の屈折率としたとき、傾いたストライプ６ａ
内でファブリ−ペロモードが存在する臨界角θc は、次
式で表わされる。 ｓｉｎθc ＝｛１−（ｎ2 ／ｎ1 ）2 ｝0.5
をストライプ直下の活性層周辺の光の伝播定数を屈折率
に変換したときの等価屈折率、ｎ2 をストライプ以外の
活性層部分の屈折率としたとき、傾いたストライプ６ａ
内でファブリ−ペロモードが存在する臨界角θc は、次
式で表わされる。 ｓｉｎθc ＝｛１−（ｎ2 ／ｎ1 ）2 ｝0.5
【０００６】ゲラードらの試作した利得導波型レーザの
場合には、屈折率差が５×１０-3程度であることより、
θc は３．１３度となる。設計上、両端面が無反射コー
ティングした場合、ストライプの傾斜角θがθc に一致
した時、ストライプ方向の反射率ρ（θ）は６×１０-5
と著しく小さくなるが、ファブリーペロモードを完全に
抑制できない。この臨界角θc より大きい角度では、ρ
（θ）は零となる。彼等の試作では、θ＝５度、共振器
長＝４００μｍ、ストライプ幅５μｍ（実効的な幅はキ
ャリアの拡散より３０μｍ程度となる）で、最大出力２
８ｍＷを実現している。
場合には、屈折率差が５×１０-3程度であることより、
θc は３．１３度となる。設計上、両端面が無反射コー
ティングした場合、ストライプの傾斜角θがθc に一致
した時、ストライプ方向の反射率ρ（θ）は６×１０-5
と著しく小さくなるが、ファブリーペロモードを完全に
抑制できない。この臨界角θc より大きい角度では、ρ
（θ）は零となる。彼等の試作では、θ＝５度、共振器
長＝４００μｍ、ストライプ幅５μｍ（実効的な幅はキ
ャリアの拡散より３０μｍ程度となる）で、最大出力２
８ｍＷを実現している。
【０００７】一方、高出力半導体レーザでは、発光端面
部に発振波長に対して透明な窓領域を設けて端面での発
振光の吸収を防ぐ方法がある。図６は、1982年ブロウベ
ルトらがアプライド・フィジックス・レター巻40，1029
頁で提案した長共振器ＡｌＧａＡｓ埋込みヘテロ構造ウ
ィンドウレーザの共振器方向の断面図を示す（Ｈ．Ｂla
uvelt ，et al ；“Ｌarge optical cavity ＡｌＧａＡ
ｓ buried heterostructure window Ｌasers ”Ａppl
．phys．Ｌett ，vol40 ．p.1029）。
部に発振波長に対して透明な窓領域を設けて端面での発
振光の吸収を防ぐ方法がある。図６は、1982年ブロウベ
ルトらがアプライド・フィジックス・レター巻40，1029
頁で提案した長共振器ＡｌＧａＡｓ埋込みヘテロ構造ウ
ィンドウレーザの共振器方向の断面図を示す（Ｈ．Ｂla
uvelt ，et al ；“Ｌarge optical cavity ＡｌＧａＡ
ｓ buried heterostructure window Ｌasers ”Ａppl
．phys．Ｌett ，vol40 ．p.1029）。
【０００８】図中の11は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。
この基板11上には、端面近傍が除去されたｎ型のＡｌx1
Ｇａ1-x1Ａｓクラッド層12，活性層13が形成されてい
る。これら両層12，13の両端部の前記基板11上には、ｐ
型のＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層14，ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ層15が、該Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15が前記活性層13と
同一面となるように形成されている。前記活性層13及び
Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15上には、ｐ型のＡｌy Ｇａ1-y
Ａｓ（ｙ＜ｚ）光ガイド層16，ｐ型のＡｌx2Ｇａ1-x2
Ａｓ（x2＞x1）クラッド層17が順次形成されている。前
記クラッド層17上には、一部が開口された絶縁膜19が形
成されている。この開口には、ｐ側電極20が形成されて
いる。前記基板11の裏面には、ｎ側電極21が形成されて
いる。なお、図中の22は、前記クラッド層17及び光ガイ
ド層16の一部に形成されたＺｎ拡散領域である。
この基板11上には、端面近傍が除去されたｎ型のＡｌx1
Ｇａ1-x1Ａｓクラッド層12，活性層13が形成されてい
る。これら両層12，13の両端部の前記基板11上には、ｐ
型のＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層14，ｎ型のＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ層15が、該Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15が前記活性層13と
同一面となるように形成されている。前記活性層13及び
Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15上には、ｐ型のＡｌy Ｇａ1-y
Ａｓ（ｙ＜ｚ）光ガイド層16，ｐ型のＡｌx2Ｇａ1-x2
Ａｓ（x2＞x1）クラッド層17が順次形成されている。前
記クラッド層17上には、一部が開口された絶縁膜19が形
成されている。この開口には、ｐ側電極20が形成されて
いる。前記基板11の裏面には、ｎ側電極21が形成されて
いる。なお、図中の22は、前記クラッド層17及び光ガイ
ド層16の一部に形成されたＺｎ拡散領域である。
【０００９】ところで、こうした構成のレーザにおい
て、活性層13はクラッド層12よりもＡｌ混晶比が小さ
く、光ガイド層16よりもＡｌ混晶比が大きな高抵抗なウ
ィンドウ領域のｐ型のＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層14及びｎ型
のＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15により埋め込まれている。従
って、中央部分の高注入キャリアの再結合で発生し、導
波された最大利得波長に対して、共振器端面近傍が吸収
が無いうえに、光ガイド層16が連続であり、モード変換
されることなくウィンドウ領域より外へ光出力を増大さ
せることが可能である。しかるに、この構成のレーザに
おいては、端面破壊レベルが数十ｍＷより、１５０ｍＷ
以上に向上した。
て、活性層13はクラッド層12よりもＡｌ混晶比が小さ
く、光ガイド層16よりもＡｌ混晶比が大きな高抵抗なウ
ィンドウ領域のｐ型のＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層14及びｎ型
のＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15により埋め込まれている。従
って、中央部分の高注入キャリアの再結合で発生し、導
波された最大利得波長に対して、共振器端面近傍が吸収
が無いうえに、光ガイド層16が連続であり、モード変換
されることなくウィンドウ領域より外へ光出力を増大さ
せることが可能である。しかるに、この構成のレーザに
おいては、端面破壊レベルが数十ｍＷより、１５０ｍＷ
以上に向上した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有する。
術によれば、以下に述べる問題点を有する。
【００１１】従来の通常の半導体レーザの両端面に無反
射コーティングを設けた場合のＳＬＤの出力は、最大５
ｍＷ程度である。また、ストライプ方向を共振器方向に
対して５度傾けたゲラードらの提案したＳＬＤは、最大
出力では２８ｍＷと高出力であるが、ストライプ方向を
傾けているために、遠視野像のパターンが、中心から、
水平と垂直で１５度も離れている。更に、５度傾けた場
合には、理論的には、ファブリーペロモード（レーザ発
振モード）は完全に抑制されるが、実際にはキャリアの
接合面に対しての横方向への拡散効果、及び無反射コー
トがスペクトル広がりがＬＤに比べて著しく広いため、
全波長をカバーできず、端面反射が生じ、レーザモード
が存在し、ＦＦＰのサイドモードが存在する。反射光を
利用したシステムでは、戻った光が光素子内でモード変
換して、時間位相情報や強度情報を利用できない。
射コーティングを設けた場合のＳＬＤの出力は、最大５
ｍＷ程度である。また、ストライプ方向を共振器方向に
対して５度傾けたゲラードらの提案したＳＬＤは、最大
出力では２８ｍＷと高出力であるが、ストライプ方向を
傾けているために、遠視野像のパターンが、中心から、
水平と垂直で１５度も離れている。更に、５度傾けた場
合には、理論的には、ファブリーペロモード（レーザ発
振モード）は完全に抑制されるが、実際にはキャリアの
接合面に対しての横方向への拡散効果、及び無反射コー
トがスペクトル広がりがＬＤに比べて著しく広いため、
全波長をカバーできず、端面反射が生じ、レーザモード
が存在し、ＦＦＰのサイドモードが存在する。反射光を
利用したシステムでは、戻った光が光素子内でモード変
換して、時間位相情報や強度情報を利用できない。
【００１２】図６のウィンドウレーザについては、ウィ
ンドウ領域のｐ型のＡｌz Ｇａ1-zＡｓ層14及びｎ型の
Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15の層厚の制御性が要求され、活
性層位置と一致させなければ、結合部での結合損失が増
大し、しきい値電流が増大し、大出力は得難い。特に、
ブロウベルトらが提案した構造は、ＡｌＧａＡｓ上の再
成長が著しく遅く、ＧａＡｓ基板が露出しているウィン
ドウ領域のみが再成長する性質を利用した液相成長技術
独特のもので、層厚制御が困難なこの成長技術での制作
は難しい。
ンドウ領域のｐ型のＡｌz Ｇａ1-zＡｓ層14及びｎ型の
Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層15の層厚の制御性が要求され、活
性層位置と一致させなければ、結合部での結合損失が増
大し、しきい値電流が増大し、大出力は得難い。特に、
ブロウベルトらが提案した構造は、ＡｌＧａＡｓ上の再
成長が著しく遅く、ＧａＡｓ基板が露出しているウィン
ドウ領域のみが再成長する性質を利用した液相成長技術
独特のもので、層厚制御が困難なこの成長技術での制作
は難しい。
【００１３】また、ウィンドウ領域を設ける場合におい
て、活性層を量子井戸構造を導入して、利得係数を著し
く増大させ、低しきい値高効率動作を図るべきである。
しかし、この構造では、層厚制御性より困難であり、量
産性の点でも気相成長技術に適した構造ではない。
て、活性層を量子井戸構造を導入して、利得係数を著し
く増大させ、低しきい値高効率動作を図るべきである。
しかし、この構造では、層厚制御性より困難であり、量
産性の点でも気相成長技術に適した構造ではない。
【００１４】半導体レーザでは、出射端面とは逆方向で
モニター出力光を受光素子でモニターして出力の安定を
図る必要があり、またレーザを２つ連結させ、一方のレ
ーザ素子をモニター受光素子として使用した場合両端面
で複合共振器を形成して、レーザ素子本体の出力を変動
させため、モニター側は全て無反射コートする必要が生
じる。
モニター出力光を受光素子でモニターして出力の安定を
図る必要があり、またレーザを２つ連結させ、一方のレ
ーザ素子をモニター受光素子として使用した場合両端面
で複合共振器を形成して、レーザ素子本体の出力を変動
させため、モニター側は全て無反射コートする必要が生
じる。
【００１５】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、活性領域とウィンドウ領域をテーパ状に結合
することにより結合損失を小さくでき、ウィンドウ領域
のエッチングの形状をテーパ状にしすることにより反射
を抑制でき、大出力化を可能にしえる光半導体素子を提
供することを目的とする。
たもので、活性領域とウィンドウ領域をテーパ状に結合
することにより結合損失を小さくでき、ウィンドウ領域
のエッチングの形状をテーパ状にしすることにより反射
を抑制でき、大出力化を可能にしえる光半導体素子を提
供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に、
第１クラッド層，光導波路層及び量子井戸活性層を順次
介してメサ状第２クラッド層を設け、この第２クラッド
層を電流ブロック層で埋め込んでなる光半導体素子にお
いて、少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活
性領域の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前
記活性層の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の境
界でテーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の活
性層には該活性層のバンドギャップよりも広いテーパ状
の半導体層が結合され、かつ前記半導体層の外側寄りの
端面もテーパ状であることを特徴とする光半導体素子で
ある。
第１クラッド層，光導波路層及び量子井戸活性層を順次
介してメサ状第２クラッド層を設け、この第２クラッド
層を電流ブロック層で埋め込んでなる光半導体素子にお
いて、少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活
性領域の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前
記活性層の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の境
界でテーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の活
性層には該活性層のバンドギャップよりも広いテーパ状
の半導体層が結合され、かつ前記半導体層の外側寄りの
端面もテーパ状であることを特徴とする光半導体素子で
ある。
【００１７】この発明において、ウィンドウ領域を形成
する手段としては、活性層の上下に超格子構造で、活性
層よりもバンドギャップが広く、クラッド層のバンドギ
ャップよりも狭い光導波路層を設けて、ウィンドウ領域
は量子井戸構造の無秩序化を表面から選択的にプロトン
を注入，不純物注入で形成することが挙げられる。
する手段としては、活性層の上下に超格子構造で、活性
層よりもバンドギャップが広く、クラッド層のバンドギ
ャップよりも狭い光導波路層を設けて、ウィンドウ領域
は量子井戸構造の無秩序化を表面から選択的にプロトン
を注入，不純物注入で形成することが挙げられる。
【００１８】この発明において、高出力ウィンドウ型半
導体レーザの手段としては、片端面を劈開し、高反射コ
ーティングする方法，特にＧａＡｓ基板を用いた場合、
活性層の下にＡｌ混晶比を０．３以下，厚さ０．２μｍ
以下の光導波路層を導入し、ウィンドウ領域では第１ク
ラッド層（下部クラッド層）に前記光導波路層が少なく
とも残るようにすることが挙げられる。
導体レーザの手段としては、片端面を劈開し、高反射コ
ーティングする方法，特にＧａＡｓ基板を用いた場合、
活性層の下にＡｌ混晶比を０．３以下，厚さ０．２μｍ
以下の光導波路層を導入し、ウィンドウ領域では第１ク
ラッド層（下部クラッド層）に前記光導波路層が少なく
とも残るようにすることが挙げられる。
【００１９】この発明において、ウィンドウ型レーザの
応用として、活性層が単量子井戸構造で出射側はストラ
イプがテーパ状に２分され、分離された一方のストライ
プの活性層は無秩序化された光分離素子と直接結合され
ていることが挙げられる。
応用として、活性層が単量子井戸構造で出射側はストラ
イプがテーパ状に２分され、分離された一方のストライ
プの活性層は無秩序化された光分離素子と直接結合され
ていることが挙げられる。
【００２０】
【作用】この発明において、ウィンドウ領域と活性領域
との結合部分をテーパ状にして結合させることにより、
結合部分でのモード変換や反射を抑制できる。また、活
性層の下に光導波路を設け、この層はウィンドウ領域で
も残っている場合には、活性領域からウィンドウ領域へ
の光のフィルド分布の変換がスムーズに生じる。更に、
ＧａＡｓ系では、光導波路のＡｌ混晶比を０．３以下、
厚さを０．２μｍ以下とすることにより、クラッド層の
高いＡｌ混晶比による酸化を抑制する役割を果たすこと
ができる。
との結合部分をテーパ状にして結合させることにより、
結合部分でのモード変換や反射を抑制できる。また、活
性層の下に光導波路を設け、この層はウィンドウ領域で
も残っている場合には、活性領域からウィンドウ領域へ
の光のフィルド分布の変換がスムーズに生じる。更に、
ＧａＡｓ系では、光導波路のＡｌ混晶比を０．３以下、
厚さを０．２μｍ以下とすることにより、クラッド層の
高いＡｌ混晶比による酸化を抑制する役割を果たすこと
ができる。
【００２１】ところで、ＳＬＤでは、半導体レーザの端
面反射率を低く押さえることが重要となる。その方法と
してテーパ状にして反射率を抑制する。他の方法とし
て、ウィンドウ領域の片端面を劈開し、劈開した端面に
無反射コーティングすることにより、ファブリーペロモ
ードを抑制できる。
面反射率を低く押さえることが重要となる。その方法と
してテーパ状にして反射率を抑制する。他の方法とし
て、ウィンドウ領域の片端面を劈開し、劈開した端面に
無反射コーティングすることにより、ファブリーペロモ
ードを抑制できる。
【００２２】
【実施例】以下、この発明における実施例を図面を参照
して説明する。 （実施例１）図１を参照する。
して説明する。 （実施例１）図１を参照する。
【００２３】図中の31は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。
この基板31上に、ｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド
層（第１クラッド層）32、ｎ型のＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
光導波路層33、量子井戸活性層34、ｐ型のＡｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓクラッド層（第２クラッド層）35、ｐ型のＧａ
Ａｓキャップ層36が順次形成されている。ここで、前記
活性層34は、ＧａＡｓ量子井戸幅１０nm、量子バリアＡ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ幅５nmの二重量子井戸構造より形成
されている。前記活性層34で再結合により発生した自然
放出光は、量子井戸効果により高効率でスペクトルの広
がりはバルク活性層に比べて狭い。
この基板31上に、ｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド
層（第１クラッド層）32、ｎ型のＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
光導波路層33、量子井戸活性層34、ｐ型のＡｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓクラッド層（第２クラッド層）35、ｐ型のＧａ
Ａｓキャップ層36が順次形成されている。ここで、前記
活性層34は、ＧａＡｓ量子井戸幅１０nm、量子バリアＡ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ幅５nmの二重量子井戸構造より形成
されている。前記活性層34で再結合により発生した自然
放出光は、量子井戸効果により高効率でスペクトルの広
がりはバルク活性層に比べて狭い。
【００２４】前記活性層34の光の伝播方向（矢印Ｘ）に
沿う両端面は、テーパ状に除去されている。前記活性層
34の両端には、厚み０．１μｍのノンドープＡｌ0.4 Ｇ
ａ0.6 Ａｓ出力導波路層37が形成されている。前記出力
導波路層37上には、ｎ型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流ブ
ロック層38、ｎ型のＧａＡｓ層39が形成されている。前
記出力導波路層37は、活性層34と接する部分でテーパ状
になっており、また他端側でもテーパ状になっている。
前記第２クラッド層35は、ｎ型のＧａＡｓ電流ブロック
層40により埋め込まれている。この埋込みは、活性領域
を形成し、エッチングにより活性層34の両端部を除去し
た後、前記出力導波路層37，電流ブロック層38及び前記
ＧａＡｓ層39を再成長後、水平横方向の光の広がりを抑
制するためのものである。なお、活性層を除去してウィ
ンドウ領域を形成する工程において、活性層上に１０nm
以下の厚さで活性層よりもバンドキャップが０．５ｅＶ
以上広い薄膜を設け、活性層上に０．２〜０．３μｍ残
すエッチング工程と連続して、活性層を除去する著しく
遅いエッチングで、前記活性層上の薄膜を目安とするこ
とにより、活性層の除去の有無を判定できる。
沿う両端面は、テーパ状に除去されている。前記活性層
34の両端には、厚み０．１μｍのノンドープＡｌ0.4 Ｇ
ａ0.6 Ａｓ出力導波路層37が形成されている。前記出力
導波路層37上には、ｎ型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流ブ
ロック層38、ｎ型のＧａＡｓ層39が形成されている。前
記出力導波路層37は、活性層34と接する部分でテーパ状
になっており、また他端側でもテーパ状になっている。
前記第２クラッド層35は、ｎ型のＧａＡｓ電流ブロック
層40により埋め込まれている。この埋込みは、活性領域
を形成し、エッチングにより活性層34の両端部を除去し
た後、前記出力導波路層37，電流ブロック層38及び前記
ＧａＡｓ層39を再成長後、水平横方向の光の広がりを抑
制するためのものである。なお、活性層を除去してウィ
ンドウ領域を形成する工程において、活性層上に１０nm
以下の厚さで活性層よりもバンドキャップが０．５ｅＶ
以上広い薄膜を設け、活性層上に０．２〜０．３μｍ残
すエッチング工程と連続して、活性層を除去する著しく
遅いエッチングで、前記活性層上の薄膜を目安とするこ
とにより、活性層の除去の有無を判定できる。
【００２５】前記基板31の裏面にはｎ型側電極41が形成
されている。前記キャップ層36及び電流ブロック層40上
部には、ｐ側電極42が形成されている。前記電流ブロッ
ク層38，40、ＧａＡｓ層39上には、絶縁膜43が形成され
ている。なお、高出力化するためには、活性領域の長さ
を通常の３００μｍ共振器長の半導体レーザに比べ、長
共振器にして出力を上昇させるとともに，電流注入を活
性領域に効率良く注入する必要がある。また、端面近傍
に電流を注入すると、ダングリングボンドや非発光過程
を生じる転位，空位が存在し、素子温度を上昇させしき
い値電流が上昇し、光出力が低下する。従って、端面近
傍の温度上昇を抑制するために電流非注入領域とする。
されている。前記キャップ層36及び電流ブロック層40上
部には、ｐ側電極42が形成されている。前記電流ブロッ
ク層38，40、ＧａＡｓ層39上には、絶縁膜43が形成され
ている。なお、高出力化するためには、活性領域の長さ
を通常の３００μｍ共振器長の半導体レーザに比べ、長
共振器にして出力を上昇させるとともに，電流注入を活
性領域に効率良く注入する必要がある。また、端面近傍
に電流を注入すると、ダングリングボンドや非発光過程
を生じる転位，空位が存在し、素子温度を上昇させしき
い値電流が上昇し、光出力が低下する。従って、端面近
傍の温度上昇を抑制するために電流非注入領域とする。
【００２６】上記実施例１によれば、活性層34の両端面
と出力導波路層37が活性領域とウィンドウ領域の境界で
互いにテーパ状に結合され、活性層34下の光導波路層33
が連続してつながった構成になっているため、光のフィ
ルド分布は出力導波路層37，光導波路層33及び電流ブロ
ック層38により主に光導波路層33を中心としたものとな
る。また、ウィンドウ領域のエッチングの形状をテーパ
状にするだけで反射を抑制できる。 （実施例２）
と出力導波路層37が活性領域とウィンドウ領域の境界で
互いにテーパ状に結合され、活性層34下の光導波路層33
が連続してつながった構成になっているため、光のフィ
ルド分布は出力導波路層37，光導波路層33及び電流ブロ
ック層38により主に光導波路層33を中心としたものとな
る。また、ウィンドウ領域のエッチングの形状をテーパ
状にするだけで反射を抑制できる。 （実施例２）
【００２７】図２を参照する。この実施例２に係るウィ
ンドウ型半導体レーザは、ウィンドウ領域の片端面を劈
開し、ＳｉＯ2 とアモルファスＳｉの誘電体多層膜によ
る高反射膜51を設けたことを特徴とする。
ンドウ型半導体レーザは、ウィンドウ領域の片端面を劈
開し、ＳｉＯ2 とアモルファスＳｉの誘電体多層膜によ
る高反射膜51を設けたことを特徴とする。
【００２８】これにより、一方の端面がテーパ状の低反
射でかつ他方の端面が高反射（９０％以上）で、高出力
レーザが対応できる。特に、高出力半導体レーザでは、
高反射ミラー近傍に光のエネルギー分布が急激に上昇す
るため、光の伝播方向に対して光吸収領域が存在すれ
ば、熱に変換され、温度上昇に伴なうバンドギャップの
狭窄化で、導波路内の光吸収係数が増大するとともに、
利得係数が著しく低下するため発振に必要な注入キャリ
ア量が増大する。この実施例２では、ウィンドウ領域で
活性層と直接結合されたＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層とのバ
ンドギャップが３００ｍｅＶ以上であり、ウィンドウ領
域で伝播光が吸収されない。 （実施例３）
射でかつ他方の端面が高反射（９０％以上）で、高出力
レーザが対応できる。特に、高出力半導体レーザでは、
高反射ミラー近傍に光のエネルギー分布が急激に上昇す
るため、光の伝播方向に対して光吸収領域が存在すれ
ば、熱に変換され、温度上昇に伴なうバンドギャップの
狭窄化で、導波路内の光吸収係数が増大するとともに、
利得係数が著しく低下するため発振に必要な注入キャリ
ア量が増大する。この実施例２では、ウィンドウ領域で
活性層と直接結合されたＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層とのバ
ンドギャップが３００ｍｅＶ以上であり、ウィンドウ領
域で伝播光が吸収されない。 （実施例３）
【００２９】図３を参照する。この実施例３に係る半導
体レーザは、量子井戸活性層34の上に量子バリア層のみ
ｐ形で不純物濃度３×１０17cm-3ドーピングした変調ド
ープ量子井戸光出力導波路層61を０．１μｍ設け、ウィ
ンドウ領域は絶縁膜43の上部よりプロトン注入により少
なくとも前記活性層34まで無秩序化した構成になってい
る。ここで、量子井戸光出力導波路層61の構成として、
Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ量子井戸幅１０nm，量子バリアＡ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ１０nmの５周期構造で形成する。な
お、図中の62はプロトン注入領域を示す。
体レーザは、量子井戸活性層34の上に量子バリア層のみ
ｐ形で不純物濃度３×１０17cm-3ドーピングした変調ド
ープ量子井戸光出力導波路層61を０．１μｍ設け、ウィ
ンドウ領域は絶縁膜43の上部よりプロトン注入により少
なくとも前記活性層34まで無秩序化した構成になってい
る。ここで、量子井戸光出力導波路層61の構成として、
Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ量子井戸幅１０nm，量子バリアＡ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ１０nmの５周期構造で形成する。な
お、図中の62はプロトン注入領域を示す。
【００３０】実施例３においては、ウィンドウ領域を無
秩序化することにより、活性層の実効的な組成はＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓに一致し、量子井戸化出力導波路層61
の無秩序化後のそれは、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓの０．１
μｍ厚みのバルクと一致する。従って、ウィンドウ領域
と活性領域とのバンドギャップ差は、９０ｍｅＶが見積
れ、発振波長に対して、ウィンドウ領域が無吸収領域と
なる。プロトン注入を絶縁膜43の上部よりから行ない、
少なくとも活性層に達するまで深く行ない、注入後、ア
ニールを行なうので、無秩序化は熱拡散により結合部分
では、テーパ状に分布したバンドギャップの広がりを形
成する。 （実施例４）
秩序化することにより、活性層の実効的な組成はＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓに一致し、量子井戸化出力導波路層61
の無秩序化後のそれは、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓの０．１
μｍ厚みのバルクと一致する。従って、ウィンドウ領域
と活性領域とのバンドギャップ差は、９０ｍｅＶが見積
れ、発振波長に対して、ウィンドウ領域が無吸収領域と
なる。プロトン注入を絶縁膜43の上部よりから行ない、
少なくとも活性層に達するまで深く行ない、注入後、ア
ニールを行なうので、無秩序化は熱拡散により結合部分
では、テーパ状に分布したバンドギャップの広がりを形
成する。 （実施例４）
【００３１】図４を参照する。この実施例４に係る半導
体レーザは、ＳＬＤ又はＬＤ光のＴＥ波，ＴＭ波を分離
したものである。量子井戸活性層34をＹ字状分離導波路
で分離する。メサストライプ幅５μｍ，Ｙ字状分離部分
の広がり角度１度，量子井戸幅１０nmで、Ｙ字状分離ス
トライプの一方のストライプはＧａＡｓ基板31に至るま
で、プロトンを注入して活性層を無秩序化する。端面は
テーパ状エッチングで端面反射を抑制する。この実施例
４では、ＧａＡｓ電流ブロック層40で偏光分離領域のメ
サストライプを埋め込んであるが、この領域はエッチン
グでメサストライプ状態で残してリッジ導波路でも同様
の機能が可能である。
体レーザは、ＳＬＤ又はＬＤ光のＴＥ波，ＴＭ波を分離
したものである。量子井戸活性層34をＹ字状分離導波路
で分離する。メサストライプ幅５μｍ，Ｙ字状分離部分
の広がり角度１度，量子井戸幅１０nmで、Ｙ字状分離ス
トライプの一方のストライプはＧａＡｓ基板31に至るま
で、プロトンを注入して活性層を無秩序化する。端面は
テーパ状エッチングで端面反射を抑制する。この実施例
４では、ＧａＡｓ電流ブロック層40で偏光分離領域のメ
サストライプを埋め込んであるが、この領域はエッチン
グでメサストライプ状態で残してリッジ導波路でも同様
の機能が可能である。
【００３２】
【発明の効果】上述したように、この発明によれば、活
性領域とウィンドウ領域がテーパ状に結合することによ
り結合損失を小さくでき、ウィンドウ領域のエッチング
の形状をテーパ状にしすることにより反射を抑制でき、
片側のみ劈開して高反射膜を形成することによりく大出
力レーザが実現でき、水平横方向モード制御したもので
最大出力３００ｍＷ以上の出力が期待できる光半導体素
子を提供できる。
性領域とウィンドウ領域がテーパ状に結合することによ
り結合損失を小さくでき、ウィンドウ領域のエッチング
の形状をテーパ状にしすることにより反射を抑制でき、
片側のみ劈開して高反射膜を形成することによりく大出
力レーザが実現でき、水平横方向モード制御したもので
最大出力３００ｍＷ以上の出力が期待できる光半導体素
子を提供できる。
【図１】この発明の実施例１に係るＳＬＤの概略斜視
図。
図。
【図２】この発明の実施例２に係るＬＤの概略斜視図。
【図３】この発明の実施例３に係るＳＬＤの概略斜視
図。
図。
【図４】この発明の実施例４に係るＬＤの概略斜視図。
【図５】従来の高出力ＳＬＤの概略斜視図。
【図６】従来の長共振器ＡｌＧａＡｓ埋込みヘテロ構造
ウィンドウレーザの断面図。
ウィンドウレーザの断面図。
31…ＧａＡｓ基板、 32，35…クラッド層、 33…
光導波路層、34…量子井戸活性層、 36…キャップ
層、 37…出力導波路層、38，40…電流ブロック
層、39…ＧａＡｓ層、 41…ｎ側電極、42…ｐ側電
極、 43…絶縁膜、 51…高反射膜、
61…量子井戸光出力導波路層、 62…
プロトン注入領域。
光導波路層、34…量子井戸活性層、 36…キャップ
層、 37…出力導波路層、38，40…電流ブロック
層、39…ＧａＡｓ層、 41…ｎ側電極、42…ｐ側電
極、 43…絶縁膜、 51…高反射膜、
61…量子井戸光出力導波路層、 62…
プロトン注入領域。
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に、第１クラッド層，光導波路層
及び量子井戸活性層を順次介してメサ状第２クラッド層
を設け、この第２クラッド層を電流ブロック層で埋め込
んでなる光半導体素子において、 少なくとも活性領域と光の伝播方向に沿う前記活性領域
の両サイドのウィンドウ領域とに区分けされ、前記活性
層の両端面は前記活性領域とウィンドウ領域の境界でテ
ーパ状に除去され、この除去されたテーパ状の活性層に
は該活性層のバンドギャップよりも広いテーパ状の半導
体層が結合され、かつ前記半導体層の外側寄りの端面も
テーパ状であることを特徴とする光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25480492A JPH06112588A (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25480492A JPH06112588A (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 光半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112588A true JPH06112588A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17270125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25480492A Withdrawn JPH06112588A (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06112588A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6385225B1 (en) | 1999-05-11 | 2002-05-07 | Nec Corporation | Window type semiconductor laser light emitting device and a process of fabricating thereof |
| JP2002261387A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP2009238826A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Seiko Epson Corp | 発光装置 |
| JP2011065050A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
| JP2013168620A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザの製造方法 |
-
1992
- 1992-09-24 JP JP25480492A patent/JPH06112588A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6385225B1 (en) | 1999-05-11 | 2002-05-07 | Nec Corporation | Window type semiconductor laser light emitting device and a process of fabricating thereof |
| JP2002261387A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP2009238826A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Seiko Epson Corp | 発光装置 |
| JP2011065050A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
| JP2013168620A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991130 |