JPH09275237A - 半導体レーザー装置 - Google Patents
半導体レーザー装置Info
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- JPH09275237A JPH09275237A JP8082755A JP8275596A JPH09275237A JP H09275237 A JPH09275237 A JP H09275237A JP 8082755 A JP8082755 A JP 8082755A JP 8275596 A JP8275596 A JP 8275596A JP H09275237 A JPH09275237 A JP H09275237A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活性層に平行方向に出射するレーザー光の広
がり角を補正する。 【解決手段】 n型GaAs基板1の上にn型GaAl
Asクラッド層2、GaAlAs活性層3、p型GaA
lAsクラッド層4を順に積層し、さらにp型GaAl
Asクラッド層4の上にストライプ状の開口部12を有
するn型GaAlAsブロック層5を積層し、n型Ga
AlAsブロック層5の開口部12の上にp型GaAl
Asクラッド層7を積層し、n型GaAlAsブロック
層5の上の開口部12以外の領域に電極9を形成し、電
極9に電圧を印加してp型GaAlAsクラッド層4の
屈折率を変化させる。
がり角を補正する。 【解決手段】 n型GaAs基板1の上にn型GaAl
Asクラッド層2、GaAlAs活性層3、p型GaA
lAsクラッド層4を順に積層し、さらにp型GaAl
Asクラッド層4の上にストライプ状の開口部12を有
するn型GaAlAsブロック層5を積層し、n型Ga
AlAsブロック層5の開口部12の上にp型GaAl
Asクラッド層7を積層し、n型GaAlAsブロック
層5の上の開口部12以外の領域に電極9を形成し、電
極9に電圧を印加してp型GaAlAsクラッド層4の
屈折率を変化させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理装置や
光通信装置に用いられる半導体レーザー装置に関するも
のである。
光通信装置に用いられる半導体レーザー装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザー装置は、光ディスクの読
み書き光源や、光ファイバー通信の光源に必要不可欠の
ものである。これらの用途に半導体レーザー装置を用い
る場合、開口数の大きいレンズを用いてレーザー光を微
小スポットに絞ることがなされる。半導体レーザー装置
の中でレーザー光が閉じ込められている領域は1μm程
度(具体的には、例えば0.5μm×1.5μm程度の
楕円形)と非常に小さな領域であるので、半導体レーザ
ー装置から出射するレーザー光の広がり角は数十度と大
きなものになる。この大きな広がりのレーザー光を開口
数の大きいレンズで絞る場合、レーザー光の広がり角で
レンズに結合する光の割合(結合効率)が大きく変わ
る。また、一般に半導体レーザー装置から出射するレー
ザー光の広がり角は活性層に平行な方向と垂直な方向で
大きく異なるので、広がり角の精密な制御が必要にな
る。
み書き光源や、光ファイバー通信の光源に必要不可欠の
ものである。これらの用途に半導体レーザー装置を用い
る場合、開口数の大きいレンズを用いてレーザー光を微
小スポットに絞ることがなされる。半導体レーザー装置
の中でレーザー光が閉じ込められている領域は1μm程
度(具体的には、例えば0.5μm×1.5μm程度の
楕円形)と非常に小さな領域であるので、半導体レーザ
ー装置から出射するレーザー光の広がり角は数十度と大
きなものになる。この大きな広がりのレーザー光を開口
数の大きいレンズで絞る場合、レーザー光の広がり角で
レンズに結合する光の割合(結合効率)が大きく変わ
る。また、一般に半導体レーザー装置から出射するレー
ザー光の広がり角は活性層に平行な方向と垂直な方向で
大きく異なるので、広がり角の精密な制御が必要にな
る。
【0003】図3に従来の半導体レーザー装置の斜視図
を示す(IEEE Journalof Quantu
m Electronics,Vol.29,No.
6,p1889,1993)。図3において、1はn型
GaAs基板、2はn型GaAlAsクラッド層、3は
GaAlAs活性層、4はp型GaAlAsクラッド
層、5はn型GaAlAsブロック層、7はp型GaA
lAsクラッド層、8はp型GaAsコンタクト層、1
0,11は電極、12はn型GaAlAsブロック層5
に設けたストライプ状の開口部である。
を示す(IEEE Journalof Quantu
m Electronics,Vol.29,No.
6,p1889,1993)。図3において、1はn型
GaAs基板、2はn型GaAlAsクラッド層、3は
GaAlAs活性層、4はp型GaAlAsクラッド
層、5はn型GaAlAsブロック層、7はp型GaA
lAsクラッド層、8はp型GaAsコンタクト層、1
0,11は電極、12はn型GaAlAsブロック層5
に設けたストライプ状の開口部である。
【0004】この半導体レーザー装置は、GaAlAs
活性層3に平行および垂直方向の広がり角は、レーザー
光を閉じ込めている屈折率の分布形状で決まり、GaA
lAs活性層3およびn型GaAlAsクラッド層2,
p型GaAlAsクラッド層4,p型GaAlAsクラ
ッド層7およびn型GaAlAsブロック層5の膜厚と
組成およびn型GaAlAsブロック層5の開口部12
の幅によって決まる。したがって、広がり角の精密な制
御のためには、これらの精密な制御が必要となる。
活性層3に平行および垂直方向の広がり角は、レーザー
光を閉じ込めている屈折率の分布形状で決まり、GaA
lAs活性層3およびn型GaAlAsクラッド層2,
p型GaAlAsクラッド層4,p型GaAlAsクラ
ッド層7およびn型GaAlAsブロック層5の膜厚と
組成およびn型GaAlAsブロック層5の開口部12
の幅によって決まる。したがって、広がり角の精密な制
御のためには、これらの精密な制御が必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザー装置の
広がり角は、上に述べたように膜厚と組成によって決ま
るのであるが、製造上十分精密に制御することは難し
く、ばらつきが大きい。特に、GaAlAs活性層3に
平行方向の広がり角のばらつきが大きく、現在の製造技
術では、一つのウエハ内で±1度、複数のウエハ間では
±2度程度のばらつきが出てしまう。この原因は膜厚お
よび組成の均一性と再現性が完全でないことと、エッチ
ングによるn型GaAlAsブロック層5の開口部12
の幅のばらつきが生じてしまうからである。これらのば
らつきのため、レンズと結合する時の仕様を満たさない
ものができて使えないものができてしまう。そこで、G
aAlAs活性層3に平行な方向の広がり角を補正する
ことができれば、製造上で大きな広がり角のばらつきが
出ても、レンズと結合する時の仕様を満たすことができ
ると考えられる。
広がり角は、上に述べたように膜厚と組成によって決ま
るのであるが、製造上十分精密に制御することは難し
く、ばらつきが大きい。特に、GaAlAs活性層3に
平行方向の広がり角のばらつきが大きく、現在の製造技
術では、一つのウエハ内で±1度、複数のウエハ間では
±2度程度のばらつきが出てしまう。この原因は膜厚お
よび組成の均一性と再現性が完全でないことと、エッチ
ングによるn型GaAlAsブロック層5の開口部12
の幅のばらつきが生じてしまうからである。これらのば
らつきのため、レンズと結合する時の仕様を満たさない
ものができて使えないものができてしまう。そこで、G
aAlAs活性層3に平行な方向の広がり角を補正する
ことができれば、製造上で大きな広がり角のばらつきが
出ても、レンズと結合する時の仕様を満たすことができ
ると考えられる。
【0006】したがって、この発明の目的は、活性層に
平行方向に出射するレーザー光の広がり角を補正するこ
とができる半導体レーザー装置を提供することである。
平行方向に出射するレーザー光の広がり角を補正するこ
とができる半導体レーザー装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体レーザ
ー装置は、一導電型の半導体基板の上に第1,第2およ
び第3の半導体層を順に積層し、さらに第3の半導体層
の上にストライプ状の開口部を有する第4の半導体層を
積層し、第4の半導体層の開口部の上に第5の半導体層
を積層し、第4の半導体層の上の開口部以外の領域に電
極を形成している。
ー装置は、一導電型の半導体基板の上に第1,第2およ
び第3の半導体層を順に積層し、さらに第3の半導体層
の上にストライプ状の開口部を有する第4の半導体層を
積層し、第4の半導体層の開口部の上に第5の半導体層
を積層し、第4の半導体層の上の開口部以外の領域に電
極を形成している。
【0008】この場合、第1の半導体層は半導体基板と
同一導電型で半導体基板より禁制帯幅が大きい。第2の
半導体層は第1の半導体層より禁制帯幅が小さい。第3
の半導体層は第1の半導体層と反対導電型で第2の半導
体層より禁制帯幅が大きい。第4の半導体層は第1の半
導体層と同一導電型で第3の半導体層より禁制帯幅が大
きい。第5の半導体層は第3の半導体層と同一導電型で
禁制帯幅が第4の半導体層より小さく第2の半導体層よ
り大きい。
同一導電型で半導体基板より禁制帯幅が大きい。第2の
半導体層は第1の半導体層より禁制帯幅が小さい。第3
の半導体層は第1の半導体層と反対導電型で第2の半導
体層より禁制帯幅が大きい。第4の半導体層は第1の半
導体層と同一導電型で第3の半導体層より禁制帯幅が大
きい。第5の半導体層は第3の半導体層と同一導電型で
禁制帯幅が第4の半導体層より小さく第2の半導体層よ
り大きい。
【0009】上記の半導体レーザー装置において、第4
の半導体層の第5の半導体層と接する側に、禁制帯幅が
第4の半導体層より小さい第6の半導体層を積層し、こ
の第6の半導体層の上に配線を形成してもよい。また、
第3の半導体層と第4の半導体層の間に、第3の半導体
層と同一導電型で開口部に臨む第7の半導体層を介在さ
せてもよい。さらに、第2の半導体層が禁制帯幅の異な
る複数の半導体層の多層構造からなっていてもよい。
の半導体層の第5の半導体層と接する側に、禁制帯幅が
第4の半導体層より小さい第6の半導体層を積層し、こ
の第6の半導体層の上に配線を形成してもよい。また、
第3の半導体層と第4の半導体層の間に、第3の半導体
層と同一導電型で開口部に臨む第7の半導体層を介在さ
せてもよい。さらに、第2の半導体層が禁制帯幅の異な
る複数の半導体層の多層構造からなっていてもよい。
【0010】半導体基板と第1から第7まで各半導体層
は、例えば以下のような組成からなる。第1は、半導体
基板が砒化ガリウムからなり、第1,第2,第3,第
4,第5,第6および第7の半導体層が砒化ガリウムと
砒化アルミニウムの混晶からなる。
は、例えば以下のような組成からなる。第1は、半導体
基板が砒化ガリウムからなり、第1,第2,第3,第
4,第5,第6および第7の半導体層が砒化ガリウムと
砒化アルミニウムの混晶からなる。
【0011】第2は、半導体基板が砒化ガリウムからな
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層が燐化ガリウムと燐化アルミニウムと燐化イン
ジウムの混晶からなる。第3は、半導体基板が燐化イン
ジウムからなり、第1,第2,第3,第4,第5,第6
および第7の半導体層が三族元素であるガリウムおよび
インジウムと五族元素である燐および砒素の混晶からな
る。
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層が燐化ガリウムと燐化アルミニウムと燐化イン
ジウムの混晶からなる。第3は、半導体基板が燐化イン
ジウムからなり、第1,第2,第3,第4,第5,第6
および第7の半導体層が三族元素であるガリウムおよび
インジウムと五族元素である燐および砒素の混晶からな
る。
【0012】第4は、半導体基板が砒化ガリウムからな
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層が二族元素であるマグネシウム,亜鉛およびカ
ドミウムと六族元素である硫黄,セレンおよびテルルの
混晶からなる。第5は、半導体基板がセレン化亜鉛から
なり、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7
の半導体層が二族元素であるマグネシウム,亜鉛および
カドミウムと六族元素である硫黄,セレンおよびテルル
の混晶からなる。
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層が二族元素であるマグネシウム,亜鉛およびカ
ドミウムと六族元素である硫黄,セレンおよびテルルの
混晶からなる。第5は、半導体基板がセレン化亜鉛から
なり、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7
の半導体層が二族元素であるマグネシウム,亜鉛および
カドミウムと六族元素である硫黄,セレンおよびテルル
の混晶からなる。
【0013】第6は、半導体基板が酸化アルミニウムか
らなり、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第
7の半導体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウ
ムの各窒化物の混晶からなる。第7は、半導体基板が炭
化シリコンからなり、第1,第2,第3,第4,第5,
第6および第7の半導体層がガリウム,アルミニウムお
よびインジウムの各窒化物の混晶からなる。
らなり、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第
7の半導体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウ
ムの各窒化物の混晶からなる。第7は、半導体基板が炭
化シリコンからなり、第1,第2,第3,第4,第5,
第6および第7の半導体層がガリウム,アルミニウムお
よびインジウムの各窒化物の混晶からなる。
【0014】第8は、半導体基板が窒化ガリウムからな
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウムの
各窒化物の混晶からなる。以上に述べた中で、本発明の
半導体レーザー装置は、第4の半導体層の上の開口部上
以外の領域に電極を設けた点を主要部とし、第4の半導
体層の第5の半導体層と接する側に第6の半導体層を積
層し、第6の半導体層の上に配線を形成した点と、第3
の半導体層と第4の半導体層の間に、第3の半導体層と
同一導電型の第7の半導体層を介在させ、この第7の半
導体層を第4の半導体層の開口部に臨ませる点と、第2
の半導体層が禁制帯幅の異なる複数の半導体層の多層構
造からなっている点とを付随的な構成としている。ここ
で、第1,第3および第5の半導体層はクラッド層と呼
ばれ、第2の半導体層は活性層と呼ばれ、第4の半導体
層はブロック層と呼ばれ、第6の半導体層はコンタクト
層と呼ばれている。
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウムの
各窒化物の混晶からなる。以上に述べた中で、本発明の
半導体レーザー装置は、第4の半導体層の上の開口部上
以外の領域に電極を設けた点を主要部とし、第4の半導
体層の第5の半導体層と接する側に第6の半導体層を積
層し、第6の半導体層の上に配線を形成した点と、第3
の半導体層と第4の半導体層の間に、第3の半導体層と
同一導電型の第7の半導体層を介在させ、この第7の半
導体層を第4の半導体層の開口部に臨ませる点と、第2
の半導体層が禁制帯幅の異なる複数の半導体層の多層構
造からなっている点とを付随的な構成としている。ここ
で、第1,第3および第5の半導体層はクラッド層と呼
ばれ、第2の半導体層は活性層と呼ばれ、第4の半導体
層はブロック層と呼ばれ、第6の半導体層はコンタクト
層と呼ばれている。
【0015】一般に、半導体レーザー装置においては、
広がり角は屈折率の分布形状で決まっているが、本発明
の半導体レーザー装置構造ではブロック層である第4の
半導体層の上に設けた電極に外部から電圧を加えて、各
第1,第2,第3および第4の半導体層に電界をかける
ことによって、クラッド層である第3の半導体層の屈折
率を変化させることができる。レーザー光は第4の半導
体層の開口部の直下の活性層である第2の半導体層を中
心にして閉じ込められているが、第4の半導体層に設け
た電極に印加する電圧によって第4の半導体層と接する
第3の半導体層の屈折率を変化させると、水平方向の屈
折率分布が変化し水平方向の広がり角を変化させること
ができる。このようにして出射するレーザー光の水平方
向の広がり角を補正制御して望みの値に設定することが
できるので、レンズとの結合を最適の状態にすることが
できる。
広がり角は屈折率の分布形状で決まっているが、本発明
の半導体レーザー装置構造ではブロック層である第4の
半導体層の上に設けた電極に外部から電圧を加えて、各
第1,第2,第3および第4の半導体層に電界をかける
ことによって、クラッド層である第3の半導体層の屈折
率を変化させることができる。レーザー光は第4の半導
体層の開口部の直下の活性層である第2の半導体層を中
心にして閉じ込められているが、第4の半導体層に設け
た電極に印加する電圧によって第4の半導体層と接する
第3の半導体層の屈折率を変化させると、水平方向の屈
折率分布が変化し水平方向の広がり角を変化させること
ができる。このようにして出射するレーザー光の水平方
向の広がり角を補正制御して望みの値に設定することが
できるので、レンズとの結合を最適の状態にすることが
できる。
【0016】また、第4の半導体層の第5の半導体層と
接する側に第6の半導体層を設けることにより、第5の
半導体層を開口部の上にのみ残すエッチングの際に第6
の半導体層をエッチングストッパとして作用させること
ができ、第4の半導体層のエッチングを防止することが
できる。また、第3の半導体層と第4の半導体層の間
に、第3の半導体層と同一導電型の第7の半導体層を介
在させることにより、第4の半導体層をエッチングして
ストライプ状の開口部を形成する際に、第7の半導体層
をエッチングストッパとして作用させることができ、第
3の半導体層のエッチングを防止できる。
接する側に第6の半導体層を設けることにより、第5の
半導体層を開口部の上にのみ残すエッチングの際に第6
の半導体層をエッチングストッパとして作用させること
ができ、第4の半導体層のエッチングを防止することが
できる。また、第3の半導体層と第4の半導体層の間
に、第3の半導体層と同一導電型の第7の半導体層を介
在させることにより、第4の半導体層をエッチングして
ストライプ状の開口部を形成する際に、第7の半導体層
をエッチングストッパとして作用させることができ、第
3の半導体層のエッチングを防止できる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1と図2を用いて説明する。図1に本発明の第1
の実施の形態における半導体レーザー装置の斜視図を示
す。この半導体レーザー装置は、図1に示すように、n
型砒化ガリウム(GaAs)からなるn型GaAs基板
1の上に、n型砒化ガリウムと砒化アルミニウム(Al
As)の混晶(GaAlAs)からなるn型GaAlA
sクラッド層2と、同じくGaAlAs活性層3と、p
型GaAlAsクラッド層4とを順に積層している。さ
らに、p型GaAlAsクラッド層4の上にストライプ
状の開口部12を有するn型GaAlAsブロック層5
とn型GaAsコンタクト層6とを順に積層している。
て、図1と図2を用いて説明する。図1に本発明の第1
の実施の形態における半導体レーザー装置の斜視図を示
す。この半導体レーザー装置は、図1に示すように、n
型砒化ガリウム(GaAs)からなるn型GaAs基板
1の上に、n型砒化ガリウムと砒化アルミニウム(Al
As)の混晶(GaAlAs)からなるn型GaAlA
sクラッド層2と、同じくGaAlAs活性層3と、p
型GaAlAsクラッド層4とを順に積層している。さ
らに、p型GaAlAsクラッド層4の上にストライプ
状の開口部12を有するn型GaAlAsブロック層5
とn型GaAsコンタクト層6とを順に積層している。
【0018】n型GaAlAsブロック層5とn型Ga
Asコンタクト層6に設けられたストライプ状の開口部
12の上およびその近傍には、p型GaAlAsクラッ
ド層7とp型GaAsコンタクト層8を順に積層してい
る。そして、n型GaAsコンタクト層6の上、p型G
aAsコンタクト層8の上、ならびにn型GaAs基板
1の裏面に電極9,10,11を形成している。
Asコンタクト層6に設けられたストライプ状の開口部
12の上およびその近傍には、p型GaAlAsクラッ
ド層7とp型GaAsコンタクト層8を順に積層してい
る。そして、n型GaAsコンタクト層6の上、p型G
aAsコンタクト層8の上、ならびにn型GaAs基板
1の裏面に電極9,10,11を形成している。
【0019】この場合において、n型GaAlAsクラ
ッド層2はn型GaAs基板1より禁制帯幅が大きく、
GaAlAs活性層3はn型GaAlAsクラッド層2
より禁制帯幅が小さく、p型GaAlAsクラッド層4
はn型GaAlAsクラッド層2と反対導電型でGaA
lAs活性層3より禁制帯幅が大きく、n型GaAlA
sブロック層5はn型GaAlAsクラッド層2と同一
導電型でp型GaAlAsクラッド層4より禁制帯幅が
大きく、p型GaAlAsクラッド層7は、p型GaA
lAsクラッド層4と同一導電型で禁制帯幅がn型Ga
AlAsブロック層5より小さくGaAlAs活性層3
より大きい。
ッド層2はn型GaAs基板1より禁制帯幅が大きく、
GaAlAs活性層3はn型GaAlAsクラッド層2
より禁制帯幅が小さく、p型GaAlAsクラッド層4
はn型GaAlAsクラッド層2と反対導電型でGaA
lAs活性層3より禁制帯幅が大きく、n型GaAlA
sブロック層5はn型GaAlAsクラッド層2と同一
導電型でp型GaAlAsクラッド層4より禁制帯幅が
大きく、p型GaAlAsクラッド層7は、p型GaA
lAsクラッド層4と同一導電型で禁制帯幅がn型Ga
AlAsブロック層5より小さくGaAlAs活性層3
より大きい。
【0020】また、上記の各層のGaAlAs混晶のA
lAsの割合,膜厚,禁制帯幅および屈折率をまとめて
記すと、以下のようになる。
lAsの割合,膜厚,禁制帯幅および屈折率をまとめて
記すと、以下のようになる。
【0021】
【表1】
【0022】また、ストライプ状の開口部12の幅はn
型GaAlAsブロック層5の下側で2.5μm、p型
GaAlAsクラッド層7の幅は下側で50μmであ
る。本発明の半導体レーザー装置の第2の実施の形態と
しては、図1において、n型GaAlAsブロック層5
の上のn型GaAsコンタクト層6がないものをあげる
ことができる。また、本発明の半導体レーザー装置の第
3の実施の形態としては、図3に示すように、p型Ga
AlAsクラッド層4とn型GaAlAsブロック層5
の間にp型GaAlAs層16を介在させたものをあげ
ることができる。このp型GaAlAs層16のAlA
sの割合は20%、膜厚は0.01μm、禁制帯幅は
1.67eV、屈折率は3.45である。
型GaAlAsブロック層5の下側で2.5μm、p型
GaAlAsクラッド層7の幅は下側で50μmであ
る。本発明の半導体レーザー装置の第2の実施の形態と
しては、図1において、n型GaAlAsブロック層5
の上のn型GaAsコンタクト層6がないものをあげる
ことができる。また、本発明の半導体レーザー装置の第
3の実施の形態としては、図3に示すように、p型Ga
AlAsクラッド層4とn型GaAlAsブロック層5
の間にp型GaAlAs層16を介在させたものをあげ
ることができる。このp型GaAlAs層16のAlA
sの割合は20%、膜厚は0.01μm、禁制帯幅は
1.67eV、屈折率は3.45である。
【0023】図4に本発明の半導体レーザの作製工程の
端面図を示し、以下図4に基づいて作成方法を説明す
る。まず、n型GaAs基板1上に有機金属気相成長法
(MOVPE法)によりn型GaAlAsクラッド層
2、GaAlAs活性層3、p型GaAlAsクラッド
層4、n型GaAlAsブロック層5およびn型GaA
sコンタクト層6を連続して結晶成長する(図4
(a))。
端面図を示し、以下図4に基づいて作成方法を説明す
る。まず、n型GaAs基板1上に有機金属気相成長法
(MOVPE法)によりn型GaAlAsクラッド層
2、GaAlAs活性層3、p型GaAlAsクラッド
層4、n型GaAlAsブロック層5およびn型GaA
sコンタクト層6を連続して結晶成長する(図4
(a))。
【0024】つぎに、ホトマスクを用いてエッチングに
より、n型GaAlAsブロック層5およびn型GaA
sコンタクト層6にストライプ状の開口部12を形成す
る(図4(b))。つぎに、MOVPE法により、p型
GaAlAsクラッド層7とp型GaAsコンタクト層
8とを結晶成長させる(図4(c))。
より、n型GaAlAsブロック層5およびn型GaA
sコンタクト層6にストライプ状の開口部12を形成す
る(図4(b))。つぎに、MOVPE法により、p型
GaAlAsクラッド層7とp型GaAsコンタクト層
8とを結晶成長させる(図4(c))。
【0025】つぎに、もう一度ホトマスクを用いて開口
部12上のp型GaAlAsクラッド層7とp型GaA
sコンタクト層8以外をエッチングで除去しn型GaA
sコンタクト層6を露出させる(図4(d))。最後
に、金電極9〜11を蒸着により、n型GaAsコンタ
クト層6とp型GaAsコンタクト層8とn型GaAs
基板1の裏面に形成する(図4(e))。
部12上のp型GaAlAsクラッド層7とp型GaA
sコンタクト層8以外をエッチングで除去しn型GaA
sコンタクト層6を露出させる(図4(d))。最後
に、金電極9〜11を蒸着により、n型GaAsコンタ
クト層6とp型GaAsコンタクト層8とn型GaAs
基板1の裏面に形成する(図4(e))。
【0026】ここで、予めp型GaAlAsクラッド層
4とn型GaAlAsブロック層5の間に、p型で膜厚
が0.05μm以下でAlAsが20%のGaAlAs
層16を入れておき、n型GaAlAsブロック層5お
よびn型GaAsコンタクト層6をエッチングして開口
部12を形成する時に、AlAsの割合によってエッチ
ング速度が大きく変わるエッチング液を用いることによ
り、GaAlAs層16がエッチングストッパとなり、
再現性の良い溝形成が可能になる。また、n型GaAl
Asブロック層5の上側にn型GaAsコンタクト層6
を設けておくことにより、エッチングをn型GaAsコ
ンタクト層6で停止させることができる。
4とn型GaAlAsブロック層5の間に、p型で膜厚
が0.05μm以下でAlAsが20%のGaAlAs
層16を入れておき、n型GaAlAsブロック層5お
よびn型GaAsコンタクト層6をエッチングして開口
部12を形成する時に、AlAsの割合によってエッチ
ング速度が大きく変わるエッチング液を用いることによ
り、GaAlAs層16がエッチングストッパとなり、
再現性の良い溝形成が可能になる。また、n型GaAl
Asブロック層5の上側にn型GaAsコンタクト層6
を設けておくことにより、エッチングをn型GaAsコ
ンタクト層6で停止させることができる。
【0027】つぎに、本発明の半導体レーザー装置の使
用方法を図5を参照しながら説明する。n型GaAs基
板1側の電極11とp型GaAsコンタクト層8側の電
極10との間にレーザーバイアス電源13からレーザー
のしきい値以上の直流バイアス電圧を印加すると、開口
部12の直下のGaAlAs活性層3でレーザー発振が
起こる。印加された電流はn型GaAlAsブロック層
5の開口部12に狭窄される。
用方法を図5を参照しながら説明する。n型GaAs基
板1側の電極11とp型GaAsコンタクト層8側の電
極10との間にレーザーバイアス電源13からレーザー
のしきい値以上の直流バイアス電圧を印加すると、開口
部12の直下のGaAlAs活性層3でレーザー発振が
起こる。印加された電流はn型GaAlAsブロック層
5の開口部12に狭窄される。
【0028】発生したレーザー光は、図5に示すよう
に、n型GaAlAsブロック層5と開口部12内のp
型GaAlAsクラッド層7とにより形成される屈折率
差(Δn)によって、開口部12直下に閉じ込められ
る。すなわち、GaAlAs混晶では、AlAsの割合
が増加するほど半導体の禁制帯幅が広がり、屈折率が減
少する。n型GaAlAsブロック層5の方がp型Ga
AlAsクラッド層7よりもAlAsの割合を大きくし
ているので、屈折率はp型GaAlAsクラッド層7の
方が大きくなり、GaAlAs活性層3内のレーザー光
は水平方向に開口部12直下に閉じ込められることにな
る。
に、n型GaAlAsブロック層5と開口部12内のp
型GaAlAsクラッド層7とにより形成される屈折率
差(Δn)によって、開口部12直下に閉じ込められ
る。すなわち、GaAlAs混晶では、AlAsの割合
が増加するほど半導体の禁制帯幅が広がり、屈折率が減
少する。n型GaAlAsブロック層5の方がp型Ga
AlAsクラッド層7よりもAlAsの割合を大きくし
ているので、屈折率はp型GaAlAsクラッド層7の
方が大きくなり、GaAlAs活性層3内のレーザー光
は水平方向に開口部12直下に閉じ込められることにな
る。
【0029】水平方向のレーザー光の広がり角度は、G
aAlAs活性層3内に閉じ込められたレーザー光の水
平方向のスポットサイズによって決り、スポットサイズ
が小さい程広がり角度が大きくなる。スポットサイズは
主にレーザー光の波長と開口部12の幅とn型GaAl
Asブロック層5とp型GaAlAsクラッド層7の屈
折率差(Δn)およびp型GaAlAsクラッド層4の
厚さで決まる。
aAlAs活性層3内に閉じ込められたレーザー光の水
平方向のスポットサイズによって決り、スポットサイズ
が小さい程広がり角度が大きくなる。スポットサイズは
主にレーザー光の波長と開口部12の幅とn型GaAl
Asブロック層5とp型GaAlAsクラッド層7の屈
折率差(Δn)およびp型GaAlAsクラッド層4の
厚さで決まる。
【0030】そこで、スポットサイズ、すなわち水平広
がり角を変化させるには、上記パラメータのうちどれか
を変化させればよいのであるが、このうち外部から制御
するために、n型GaAlAsブロック層5の屈折率を
変化させる方法をとる。これを行うために、電極9と電
極11の間に図5に示すように、広がり角制御用電源1
4から広がり角制御用電圧を印加する。
がり角を変化させるには、上記パラメータのうちどれか
を変化させればよいのであるが、このうち外部から制御
するために、n型GaAlAsブロック層5の屈折率を
変化させる方法をとる。これを行うために、電極9と電
極11の間に図5に示すように、広がり角制御用電源1
4から広がり角制御用電圧を印加する。
【0031】このように広がり角制御用電圧を印加する
と、n型GaAlAsブロック層5とp型GaAlAs
クラッド層4にはpn接合に対して逆方向にバイアスさ
れることになり、接合面に空乏層が形成されて屈折率が
変化する。この屈折率の変化によって水平方向の広がり
角が変化する。すなわち、電極9と電極11間に印加す
る広がり角制御用電圧を制御して空乏層の幅を変えるこ
とにより、広がり角を制御するのである。抵抗15が挿
入されているのは、電極10に印加された電流がn型G
aAsコンタクト層6を通って電極9の方へ流れ、リー
ク電流になることを少なくするためであり、100kΩ
程度にすれば、リーク電流はほとんど無視できる。
と、n型GaAlAsブロック層5とp型GaAlAs
クラッド層4にはpn接合に対して逆方向にバイアスさ
れることになり、接合面に空乏層が形成されて屈折率が
変化する。この屈折率の変化によって水平方向の広がり
角が変化する。すなわち、電極9と電極11間に印加す
る広がり角制御用電圧を制御して空乏層の幅を変えるこ
とにより、広がり角を制御するのである。抵抗15が挿
入されているのは、電極10に印加された電流がn型G
aAsコンタクト層6を通って電極9の方へ流れ、リー
ク電流になることを少なくするためであり、100kΩ
程度にすれば、リーク電流はほとんど無視できる。
【0032】図6に印加する広がり角制御用電圧に対す
る水平広がり角の変化を示す。印加する広がり角制御用
電圧を高くする程空乏層の幅が広くなり、屈折率が高く
なってn型GaAlAsブロック層5と開口部12の屈
折率差(Δn)が小さくなる。すると、レーザー光の水
平方向の閉じ込めが弱くなってスポットが広がり、放射
されるレーザー光の広がり角は狭くなる。図6では、1
0Vの電圧の変化で約±2度の広がり角の制御ができて
いることがわかる。
る水平広がり角の変化を示す。印加する広がり角制御用
電圧を高くする程空乏層の幅が広くなり、屈折率が高く
なってn型GaAlAsブロック層5と開口部12の屈
折率差(Δn)が小さくなる。すると、レーザー光の水
平方向の閉じ込めが弱くなってスポットが広がり、放射
されるレーザー光の広がり角は狭くなる。図6では、1
0Vの電圧の変化で約±2度の広がり角の制御ができて
いることがわかる。
【0033】図5に示した構成では、開口部12の両側
の電極9に広がり角制御用電圧を印加したが、片側の電
極9のみに電圧を印加することによって屈折率分布を開
口部12の両側で非対称にすることができる。このよう
にすると、レーザー光の放射ビームの光軸の方向を水平
方向に変化させることができる。この効果を積極的に利
用すると、すなわち両側の電極9,9に独立した電圧を
印加することによって、レーザー光の広がり角とその方
向を自由に制御することが可能になる。
の電極9に広がり角制御用電圧を印加したが、片側の電
極9のみに電圧を印加することによって屈折率分布を開
口部12の両側で非対称にすることができる。このよう
にすると、レーザー光の放射ビームの光軸の方向を水平
方向に変化させることができる。この効果を積極的に利
用すると、すなわち両側の電極9,9に独立した電圧を
印加することによって、レーザー光の広がり角とその方
向を自由に制御することが可能になる。
【0034】屈折率差(Δn)を制御できるもう一つの
利点は、屈折率差を非常に小さく(約100分の1以
下)し、適切な構造パラメータ(膜厚とAlAsの割
合)にすると、レーザー光に自励発振を起こさせること
ができる点である。自励発振とは、レーザー装置を定電
流で駆動させていても、光が1GHz程度の高周波でパ
ルス発振する現象であり、自励発振するとスペクトルは
多モード化し、レーザー光の干渉性が低下して戻り光に
よるレーザー光の雑音が低減できることから、CD等の
光ディスクの読み出しにはこの現象を利用している。構
造パラメータを最適化することによって、印加電圧によ
って自励発振を外部から制御することも可能となる。
利点は、屈折率差を非常に小さく(約100分の1以
下)し、適切な構造パラメータ(膜厚とAlAsの割
合)にすると、レーザー光に自励発振を起こさせること
ができる点である。自励発振とは、レーザー装置を定電
流で駆動させていても、光が1GHz程度の高周波でパ
ルス発振する現象であり、自励発振するとスペクトルは
多モード化し、レーザー光の干渉性が低下して戻り光に
よるレーザー光の雑音が低減できることから、CD等の
光ディスクの読み出しにはこの現象を利用している。構
造パラメータを最適化することによって、印加電圧によ
って自励発振を外部から制御することも可能となる。
【0035】ここまでで述べてきた実施の形態では、G
aAlAs活性層3はGaAlAsの単層を用いたが、
膜厚が5〜10nm程度の薄層を多数重ねた多重量子井
戸層を用いてもよい。また、この実施の形態では半導体
材料として、GaAs基板上に結晶成長させたGaAl
As混晶系を用いたが、以下のような組み合わせであっ
てもよい。例えば、GaAs基板上に結晶成長させた燐
化ガリウム(GaP)と燐化アルミニウム(AlP)と
燐化インジウム(InP)の混晶であるGaAlInP
混晶系を用いたもの、またはGaAs基板上に結晶成長
させたGaAlInP混晶系およびGaAlAs混晶系
の組み合わせを用いたものでもよい。また、半導体基板
がInPで混晶系が三族−五族系のGaInAsPであ
るものや、半導体基板がGaAsまたはセレン化亜鉛
(ZnSe)で混晶系が二族元素であるマグネシウム
(Ma),亜鉛(Zn),カドミウム(Cd)と六族元
素である硫黄(S),セレン(Se),テルル(Te)
からなるもの、半導体基板が酸化アルミニウム(アルミ
ナ),炭化シリコン(SiC)または窒化ガリウム(G
aN)で混晶系が窒化ガリウム(GaN)と窒化アルミ
ニウム(AlN)と窒化インジウム(InN)からなる
GaAlInNであるものであってもよい。
aAlAs活性層3はGaAlAsの単層を用いたが、
膜厚が5〜10nm程度の薄層を多数重ねた多重量子井
戸層を用いてもよい。また、この実施の形態では半導体
材料として、GaAs基板上に結晶成長させたGaAl
As混晶系を用いたが、以下のような組み合わせであっ
てもよい。例えば、GaAs基板上に結晶成長させた燐
化ガリウム(GaP)と燐化アルミニウム(AlP)と
燐化インジウム(InP)の混晶であるGaAlInP
混晶系を用いたもの、またはGaAs基板上に結晶成長
させたGaAlInP混晶系およびGaAlAs混晶系
の組み合わせを用いたものでもよい。また、半導体基板
がInPで混晶系が三族−五族系のGaInAsPであ
るものや、半導体基板がGaAsまたはセレン化亜鉛
(ZnSe)で混晶系が二族元素であるマグネシウム
(Ma),亜鉛(Zn),カドミウム(Cd)と六族元
素である硫黄(S),セレン(Se),テルル(Te)
からなるもの、半導体基板が酸化アルミニウム(アルミ
ナ),炭化シリコン(SiC)または窒化ガリウム(G
aN)で混晶系が窒化ガリウム(GaN)と窒化アルミ
ニウム(AlN)と窒化インジウム(InN)からなる
GaAlInNであるものであってもよい。
【0036】
【発明の効果】この発明の半導体レーザー装置によれ
ば、電極を介して第4の半導体層へ印加する電圧によっ
て第3の半導体層の屈折率を変化させることで、出射す
るレーザー光の水平方向の広がり角や光軸方向を制御す
ることができ、光ディスクや光通信の光源に応用する場
合にシステムに最適なビーム特性に設定することがで
き、応用上大なる効果を奏する。また、自励発振を制御
することも可能となり、従来にない新しい機能を実現す
る素子として用いることができる。
ば、電極を介して第4の半導体層へ印加する電圧によっ
て第3の半導体層の屈折率を変化させることで、出射す
るレーザー光の水平方向の広がり角や光軸方向を制御す
ることができ、光ディスクや光通信の光源に応用する場
合にシステムに最適なビーム特性に設定することがで
き、応用上大なる効果を奏する。また、自励発振を制御
することも可能となり、従来にない新しい機能を実現す
る素子として用いることができる。
【図1】本発明の第1の実施の形態における半導体レー
ザー装置の構造を示す斜視図である。
ザー装置の構造を示す斜視図である。
【図2】本発明の第3の実施の形態における半導体レー
ザー装置の構造を示す端面図である。
ザー装置の構造を示す端面図である。
【図3】従来の半導体レーザー装置の構造を示す斜視図
である。
である。
【図4】本発明の実施の形態における半導体レーザー装
置の作製工程を示す工程順の端面図である。
置の作製工程を示す工程順の端面図である。
【図5】本発明の実施の形態における半導体レーザー装
置の動作を説明するための概略図である。
置の動作を説明するための概略図である。
【図6】本発明の実施の形態における半導体レーザー装
置の広がり角制御用電圧に対する出射光の水平広がり角
を示す特性図である。
置の広がり角制御用電圧に対する出射光の水平広がり角
を示す特性図である。
1 n型GaAs基板 2 n型GaAlAsクラッド層 3 GaAlAs活性層 4 p型GaAlAsクラッド層 5 n型GaAlAsブロック層 6 n型GaAsコンタクト層 7 p型GaAlAsクラッド層 8 p型GaAsコンタクト層 9 電極 10 電極 11 電極 12 開口部 13 レーザーバイアス電源 14 広がり角制御用電源 15 抵抗 16 p型GaAlAs層
Claims (12)
- 【請求項1】 一導電型の半導体基板と、この半導体基
板の上に順に積層された第1,第2および第3の半導体
層と、この第3の半導体層の上に積層されてストライプ
状の開口部を有する第4の半導体層と、前記開口部の上
に積層された第5の半導体層と、前記第4の半導体層の
上の前記開口部以外の領域に形成された電極とを備え、 前記第1の半導体層は前記半導体基板と同一導電型で前
記半導体基板より禁制帯幅が大きく、前記第2の半導体
層は前記第1の半導体層より禁制帯幅が小さく、前記第
3の半導体層は前記第1の半導体層と反対導電型で前記
第2の半導体層より禁制帯幅が大きく、前記第4の半導
体層は前記第1の半導体層と同一導電型で前記第3の半
導体層より禁制帯幅が大きく、前記第5の半導体層は前
記第3の半導体層と同一導電型で禁制帯幅が前記第4の
半導体層より小さく前記第2の半導体層より大きいこと
を特徴とする半導体レーザー装置。 - 【請求項2】 第4の半導体層の第5の半導体層と接す
る側に、禁制帯幅が前記第4の半導体層より小さい第6
の半導体層を積層し、この第6の半導体層の上に配線を
形成していることを特徴とする請求項1記載の半導体レ
ーザー装置。 - 【請求項3】 第3の半導体層と第4の半導体層の間
に、前記第3の半導体層と同一導電型で開口部に臨む第
7の半導体層を介在させたことを特徴とする請求項1ま
たは請求項2記載の半導体レーザー装置。 - 【請求項4】 第2の半導体層が禁制帯幅の異なる複数
の半導体層の多層構造からなることを特徴とする請求項
1,請求項2または請求項3記載の半導体レーザー装
置。 - 【請求項5】 半導体基板が砒化ガリウムからなり、第
1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導体
層が砒化ガリウムと砒化アルミニウムの混晶からなるこ
とを特徴とする請求項1,2,3または4記載の半導体
レーザー装置。 - 【請求項6】 半導体基板が砒化ガリウムからなり、第
1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導体
層が燐化ガリウムと燐化アルミニウムと燐化インジウム
の混晶からなることを特徴とする請求項1,2,3また
は4記載の半導体レーザー装置。 - 【請求項7】 半導体基板が燐化インジウムからなり、
第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導
体層が三族元素であるガリウムおよびインジウムと五族
元素である燐および砒素の混晶からなることを特徴とす
る請求項1,2,3または4記載の半導体レーザー装
置。 - 【請求項8】 半導体基板が砒化ガリウムからなり、第
1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導体
層が二族元素であるマグネシウム,亜鉛およびカドミウ
ムと六族元素である硫黄,セレンおよびテルルの混晶か
らなることを特徴とする請求項1,2,3または4記載
の半導体レーザー装置。 - 【請求項9】 半導体基板がセレン化亜鉛からなり、第
1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導体
層が二族元素であるマグネシウム,亜鉛およびカドミウ
ムと六族元素である硫黄,セレンおよびテルルの混晶か
らなることを特徴とする請求項1,2,3または4記載
の半導体レーザー装置。 - 【請求項10】 半導体基板が酸化アルミニウムからな
り、第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の
半導体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウムの
各窒化物の混晶からなることを特徴とする請求項1,
2,3または4記載の半導体レーザー装置。 - 【請求項11】 半導体基板が炭化シリコンからなり、
第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導
体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウムの各窒
化物の混晶からなることを特徴とする請求項1,2,3
または4記載の半導体レーザー装置。 - 【請求項12】 半導体基板が窒化ガリウムからなり、
第1,第2,第3,第4,第5,第6および第7の半導
体層がガリウム,アルミニウムおよびインジウムの各窒
化物の混晶からなることを特徴とする請求項1,2,3
または4記載の半導体レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8082755A JPH09275237A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 半導体レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8082755A JPH09275237A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 半導体レーザー装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09275237A true JPH09275237A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13783263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8082755A Pending JPH09275237A (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | 半導体レーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09275237A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001144374A (ja) * | 1999-11-18 | 2001-05-25 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2015211171A (ja) * | 2014-04-28 | 2015-11-24 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
-
1996
- 1996-04-04 JP JP8082755A patent/JPH09275237A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001144374A (ja) * | 1999-11-18 | 2001-05-25 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2015211171A (ja) * | 2014-04-28 | 2015-11-24 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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