JPH0797689B2 - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPH0797689B2
JPH0797689B2 JP62118905A JP11890587A JPH0797689B2 JP H0797689 B2 JPH0797689 B2 JP H0797689B2 JP 62118905 A JP62118905 A JP 62118905A JP 11890587 A JP11890587 A JP 11890587A JP H0797689 B2 JPH0797689 B2 JP H0797689B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、半導体レーザの高出力化のための構造に関
する。
（従来の技術） （AlGa）As等を材料とした半導体レーザの最大光出力
は、ファブリペロー共振器端面近傍の活性層がレーザ光
を吸収して発熱し、遂に損傷に至る光出力レベル（Cata
strophic optival Damage Level、略してCODレベル
と称する）以下に制限される。従って、共振器端面から
出射される光パワーに対する端面近傍活性層で吸収され
る光パワーの割り合いを減じることによって、半導体レ
ーザの大出力化を達成できる。
半導体基板面上にストライプ状の溝を設けて横モードを
制御する方式の半導体レーザ素子においては、次の構造
により大出力化が実現される。即ち、共振器端面近傍に
おいて活性層を薄くすることによって、これに導波され
る光の断面積を大きくして光パワー密度を減じた構造、
或いは共振器端面近傍の活性層のバンドギャップエネル
ギーをレーザ光の１光子エネルギーよりも大きくするこ
とによって、端面近傍の活性層による光吸収を減じた構
造とすることで、大出力化が実現される。
このような構造の半導体レーザ素子は、例えばApplied
Physics Letter、Vol.42 No.5、406頁（1983年）お
よび特開昭57−211791号公報等に記載されている。これ
によれば第６図に示すように，共振器端面近傍（１）で
ストライプ幅が狭く，共振器内部（２）でストライプ幅
が広くなる形状のストライプ状溝（３）を有する基板面
上にレーザ動作用結晶層を液相結晶成長法により堆積す
ることによって所望の構造が得られる。
即ち、溝（３）の幅が液層結晶成長に及ぼす影響によっ
て、共振器内部（２）では活性層（４）の断面形状は基
板に向かって出っ張る。従って、共振器内部（２）では
活性層（４）の厚さは共振器端面近傍（１）においてよ
りも厚くなる。またこれに伴なって、液相結晶成長時の
熱力学的な効果によって、活性層の（AlGa）AsのAlの濃
度、従って活性層のバンドギャプエネルギーは共振器端
面近傍においては共振器内部よりも高くなる。こうし
て、CODが70mW以上のレーザ素子が得られている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述の半導体レーザ素子においては、第７
図にみられるように、電流−光出力のグラフには折れ曲
がり（キンク）がみられる。また第８図に示すように、
この素子の遠視野像（Farfield Patterns）は非対称で
肩がある。これらのことは、この素子の横モードが安定
していないことを示す。これがこの構造の半導体レーザ
素子の実用化を妨げている原因である。また、この横モ
ードの不安定性は、この構造に本質的に起因している。
以下、これにつきに説明する。
横モードの安定化は、１次以上の高次横モードを抑制す
ることによっておこなわれる。上述のようなストライプ
溝を有する基板を用いた半導体レーザ素子では、高次横
モード制御はストライプ状溝の幅を略４μｍ以下にする
ことによって実現される。しかしながら上述の例におい
ては、溝（３）の幅を共振器端面近傍（１）においてよ
りも共振器内部（２）において相対的に大きくする都合
上、共振器内部（２）における溝（３）の幅Ｗは４μｍ
よりも大きくなる。実際、前述の文献の例においてはこ
の幅は７μｍである。
上述の従来技術によれば、CODの増大は達成されるもの
の横モードが不安定で実用的なレーザ素子を実現でき難
い。
本発明の目的は、CODの増大と横モードの安定化を同時
に満たすレーザ構造を提供することにある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明では、共振器内部においてストライプ状溝の深さ
を共振器端面においてよりも相対的に深くし、かつその
ストライプ状溝の幅を一定とすることによって、その目
的を達成する。
（作用） 本発明によれば、ストライプ状溝の断面積は前述の従来
技術と同様に共振器内部において相対的に大きい。従っ
て、従来技術と同じく活性層の厚さは共振器内部におい
て相対的に厚く、共振器端面において相対的に薄くな
る。
ストライプ状溝の断面積の大きさを、上述の従来技術例
においては溝幅で制御しているのに対して、本発明にお
いては溝深さで制御している。このため、本発明の半導
体レーザ素子においては、共振器内部における溝の幅を
高次横モードを抑制するに十分な値に抑えることができ
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の半導体レーザ素子の斜視図、第２図は
本発明の半導体レーザ素子に用いられる基板の斜視図で
ある。第２図に示すように、ｐ−GaAsから成るバルク結
晶（10）の上にｐ−GaAsから成る電流阻止層（11）を設
け、ｐ−GaAs電流阻止層（11）をストライプ状に除去
し、ストライプ溝（12）を形成する。ストライプの幅は
約４μｍで共振器の方向で均一である。一方、溝（12）
の深さは共振器内部（13）で約2.5μｍ、共振器端面近
傍（14）で約1.2μｍである。
次にこれを基板（30）として、この上に液相結晶成長に
よって、レーザ動作用結晶層を堆積する。即ち、第１図
に示すように、ｐ−（AlGa）Asからなる第一クラッド層
（15）、ｐ−（GaAl）Asからなる活性層（16）、ｎ−
（AlGa）Asからなる第二クラッド層（17）、ｎ−GaAsか
ら成るオーム接触層（18）を順次堆積させる。各層の厚
さはそれぞれ次の通りである。第一クラッド層（15）は
0.2μｍ、活性層（16）は共振器端面において0.035μ
ｍ、共振器内部において0.08μｍ、第二クラッド層（1
7）は1.5μｍ、オーム接触層（18）は15μｍである。な
お、第１図中、（20）はｐ側電極、（21）はｎ側電極で
ある。
こうして得られた半導体レーザ素子の諸特性を第３図、
第４図、第５図に示す。第３図は電流−光出力特性を示
し、少なくとも50mWまではキンクがみられない。第４図
は遠視野像を示し、曲線ａは接合に垂直方向、曲線ｂは
接合に水平方向におけるものを示す。同図から明らかな
ように対称性が良い。これらは、横モードが最低次に安
定化されていることを示している。さらに第５図にCOD
試験の結果を示すように、本発明の半導体レーザ素子に
よれば、COD100mW以上である。
なお、第２図に示したストライプ状の溝（12）を掘るの
に、本実施例においてはリアクテブ・イオン・エッチン
グ（RIE）を用いた。ウエット・エッチングにおいては
サイド・エッチングが避け難いが、RIEはサイド・エッ
チングがなく、本実施例のように幅を変えず深さだけを
変えて溝を掘るには最適である。また、液相結晶成長の
ヒート・サイクルでの溝の変形を防ぐ目的で、特開昭59
−200483号公報に示された変形防止層を電流阻止層の中
に設けることは、本発明の目的を達成する上で効果的で
ある。
［発明の効果］ 本発明によれば、共振器内部における溝幅を横モードを
最低次に安定するに充分な値以下に保ちながら、溝断面
積を（共振器端面近傍よりも）相対的に大きくすること
により、共振器端面近傍の活性層厚さを相対的に薄くす
ることができる。これにより横モードが安定で、且つCO
Dが100mW以上の実用的な高出力半導体レーザ素子が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の半導体レーザ素子の構造を示
す斜視図、第２図は第１図の半導体レーザ素子の製作に
用いた基板の斜視図、第３図乃至第５図は第１図に示し
た実施例の半導体レーザ素子の諸特性を示す図、第６図
は従来技術の半導体レーザ素子の構造を示す斜視図、第
７図及び第８図は第６図の半導体レーザ素子の特性を示
す図である。 （12）……溝 （13）……共振器内部 （14）……共振器端面近傍 （16）……活性層 （30）……基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ストライプ状溝を有する半導体基板面上に
    活性層を含むレーザ動作用結晶層を堆積してなる半導体
    レーザ素子において、 前記ストライプ状溝の深さを共振器端面においてよりも
    共振器内部において深くし、かつ前記ストライプ状溝の
    幅を一定とし、このストライプ状溝上に堆積して形成さ
    れた活性層の厚さを共振器内部においてよりも共振器端
    面において薄くしたことを特徴とする半導体レーザ素
    子。
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