JPS5943839B2 - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS5943839B2 JPS5943839B2 JP14213281A JP14213281A JPS5943839B2 JP S5943839 B2 JPS5943839 B2 JP S5943839B2 JP 14213281 A JP14213281 A JP 14213281A JP 14213281 A JP14213281 A JP 14213281A JP S5943839 B2 JPS5943839 B2 JP S5943839B2
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- semiconductor
- refractive index
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- semiconductor layer
- layer
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- 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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- H01S5/22—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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- Geometry (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、もれ姿態で動作する埋め込み半導体レーザに
関するものである。
関するものである。
従来の構造の半導体レーザでは、ビーム発散角すなわち
レーザ光放射のピーク値の半値幅が小さいものでも２０
以上、大部分は５０以上と大きく、又注入電流を増加さ
せるとレーザ光の放射方向が変化したり、発振モードが
不安定となるので、例えば半導体レーザと光ファイバの
結合に際して不利であるという難点を有している。
レーザ光放射のピーク値の半値幅が小さいものでも２０
以上、大部分は５０以上と大きく、又注入電流を増加さ
せるとレーザ光の放射方向が変化したり、発振モードが
不安定となるので、例えば半導体レーザと光ファイバの
結合に際して不利であるという難点を有している。
本発明は、上記従来の半導体レーザでの難点を解決し、
ビーム発散角が小さく平行性の極めて優れたレーザ光束
の放射が可能で、且つ端面損傷に基づく劣化のない埋め
込み形の半導体レーザを提供することを目的とするもの
である。
ビーム発散角が小さく平行性の極めて優れたレーザ光束
の放射が可能で、且つ端面損傷に基づく劣化のない埋め
込み形の半導体レーザを提供することを目的とするもの
である。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体レーザは
、極めて薄い厚みの活性層を活性層よりも屈折率の小さ
な半導体層で挾み、活性層よりも禁制帯幅が大きく且つ
活性層を挟む半導体層よりも屈折率の大きい半導体で埋
め込んだ構成とし、しかも、上記活性層の実効屈折率が
上記埋め込み半導体層の屈折率より小さくなるようにし
、更に活性層の厚みと各半導体層の屈折率の関係を特定
の関係とするものである。
、極めて薄い厚みの活性層を活性層よりも屈折率の小さ
な半導体層で挾み、活性層よりも禁制帯幅が大きく且つ
活性層を挟む半導体層よりも屈折率の大きい半導体で埋
め込んだ構成とし、しかも、上記活性層の実効屈折率が
上記埋め込み半導体層の屈折率より小さくなるようにし
、更に活性層の厚みと各半導体層の屈折率の関係を特定
の関係とするものである。
以下、本発明に係る半導体レーザを、その実施例に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
第１図は本発明に係る半導体レーザの実施例の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
図で、活性層となる第１の半導体層１は、活性層より屈
折率が小さく互に伝導性を異にする第２の半導体層２及
び２′に挟まれ、さらにこれらの半導体層のいずれにも
隣接するように第３の半導体層３が配設された構成とな
つている。
折率が小さく互に伝導性を異にする第２の半導体層２及
び２′に挟まれ、さらにこれらの半導体層のいずれにも
隣接するように第３の半導体層３が配設された構成とな
つている。
第３の半導体層３は、その屈折率Ｎ３が第２の半導体層
２及び２′の屈折率Ｎ２及びｎつより大なるように選択
され、その禁制帯幅Ｅｇ３は活性層の禁制帯幅Ｅｇｌよ
りも大なるように設定されている〇第１図に示す実施例
において、活性層となる第１の半導体層１の厚みｄが薄
くなると、第２の半導体層２及び２′に光がしみ出し、
活性層における光の伝播定数を与える活性層の実効的な
屈折率Ｎｌｅ，は、物質により定まる屈折率ｎ１よりも
充分小さくなる。
２及び２′の屈折率Ｎ２及びｎつより大なるように選択
され、その禁制帯幅Ｅｇ３は活性層の禁制帯幅Ｅｇｌよ
りも大なるように設定されている〇第１図に示す実施例
において、活性層となる第１の半導体層１の厚みｄが薄
くなると、第２の半導体層２及び２′に光がしみ出し、
活性層における光の伝播定数を与える活性層の実効的な
屈折率Ｎｌｅ，は、物質により定まる屈折率ｎ１よりも
充分小さくなる。
この場合、通常は活性層の厚みを電流注入により活性層
内に生ずるレーザ光の波長λ。
内に生ずるレーザ光の波長λ。
以下に設定する〇活性層の厚みが薄くなつて、活性層と
なる第１の半導体層１の実効屈折率Ｎｌｅ，が、第３の
半導体層３の屈折率Ｎ３より小さくなると、光はその伝
播方向とθの角度で第３の半導体層３へもれ出ることに
なる。
なる第１の半導体層１の実効屈折率Ｎｌｅ，が、第３の
半導体層３の屈折率Ｎ３より小さくなると、光はその伝
播方向とθの角度で第３の半導体層３へもれ出ることに
なる。
この場合のもれ角θは、次式で与えられる。
ここで、活性層となる第１の半導体層１の実効屈折率Ｎ
ｌｅ，は、導波路モデルに対するＭａｘｗｅｌｌの方程
式を用いて算出される。この一般的な近似法は、たとえ
ば６光エレクトロニクスの基礎１Ａｍｎ０ｎＹａｒｉｖ
著、丸善発行（１９７４）等に紹介されている。又、第
３の半導体層３の禁制帯幅は、活性層の禁制帯幅より大
きいので、もれ出た光は吸収損失を受けず、第１図に示
す実施例の装置はこのもれ姿態で容易にレーザ発振する
ことになる。
ｌｅ，は、導波路モデルに対するＭａｘｗｅｌｌの方程
式を用いて算出される。この一般的な近似法は、たとえ
ば６光エレクトロニクスの基礎１Ａｍｎ０ｎＹａｒｉｖ
著、丸善発行（１９７４）等に紹介されている。又、第
３の半導体層３の禁制帯幅は、活性層の禁制帯幅より大
きいので、もれ出た光は吸収損失を受けず、第１図に示
す実施例の装置はこのもれ姿態で容易にレーザ発振する
ことになる。
このように、本発明に係る半導体レーザは、ｄくλ。
，Ｎ２，ｎつくＮ３くｎ１、及びＥｇｌくＥ，３なる関
係に設定し、且つ活性層の実効屈折率Ｎｌｅ，を第３の
半導体層の屈折率Ｎ３より小さく設定して動作させるも
のである。ここでｄは活性層の厚さ、λｎは活性層で生
じた光の波長で、Ｎｌ，ｎ２，ｎ′２およびＮ３はそれ
ぞれ活性層、半導体層２，２′および３における屈折率
、ＥｇｌおよびＥ，３はそれぞれ活性層および半導体層
３の禁制帯幅である。
係に設定し、且つ活性層の実効屈折率Ｎｌｅ，を第３の
半導体層の屈折率Ｎ３より小さく設定して動作させるも
のである。ここでｄは活性層の厚さ、λｎは活性層で生
じた光の波長で、Ｎｌ，ｎ２，ｎ′２およびＮ３はそれ
ぞれ活性層、半導体層２，２′および３における屈折率
、ＥｇｌおよびＥ，３はそれぞれ活性層および半導体層
３の禁制帯幅である。
なお、第１の半導体層（活性層）を挟設保持する第２の
半導体の屈折率がＮ２，ｎつが非対称の場合も同様にも
れ姿態発振が当然可能である。これらの関係について、
Ａｆ？ＸｉＧａｌ−ＸｉＡｓ系の半導体レーザの場合を
例にとつて、さらに具体的な説明を進める。
半導体の屈折率がＮ２，ｎつが非対称の場合も同様にも
れ姿態発振が当然可能である。これらの関係について、
Ａｆ？ＸｉＧａｌ−ＸｉＡｓ系の半導体レーザの場合を
例にとつて、さらに具体的な説明を進める。
この場合、第１、第２及び第３の半導体層は、いずれも
ＡｌｘｉＧａ，−ＸｉＡｓ層を使用し、その混晶比を制
御することにする。
ＡｌｘｉＧａ，−ＸｉＡｓ層を使用し、その混晶比を制
御することにする。
この際、Ｘｌ，Ｘ２，Ｘ′２及びＸ３をそれぞれ活性層
、半導体層２，２′及び３のＡｌの混晶比とすると、前
記の関係はＸ１〈Ｘ３くＸ２，Ｘ？でかつｄ〈λ。
、半導体層２，２′及び３のＡｌの混晶比とすると、前
記の関係はＸ１〈Ｘ３くＸ２，Ｘ？でかつｄ〈λ。
なる関係に置きかえることができる。第４図は、土述の
各半導体層の屈折率と活性層の厚みの関係を示すもので
ある。
各半導体層の屈折率と活性層の厚みの関係を示すもので
ある。
図で縦軸はｎ１−Ｎ２を、横軸はｎ１−Ｎ３を示し、Ｎ
ｌｅ，＝Ｎ３なる関係曲線をｄをパラメータにして図示
してある。
ｌｅ，＝Ｎ３なる関係曲線をｄをパラメータにして図示
してある。
ｄ−０なる直線より右側の領域１では、Ｎ２〉Ｎ３が成
立するので、もれ姿態の発振状態とはならない。又、ｄ
＝λ（但しλは半導体レーザの発振波長）より左側の領
域では、ｄが厚過ぎるために閾値電流が増大して、実質
的にもれ姿態の発振が維持されない。
立するので、もれ姿態の発振状態とはならない。又、ｄ
＝λ（但しλは半導体レーザの発振波長）より左側の領
域では、ｄが厚過ぎるために閾値電流が増大して、実質
的にもれ姿態の発振が維持されない。
この場合、光の活性層内での波長をλ。
として、ｄの値がλ。より小さい方が閾値電流の面から
有利である。従つて、或る活性層に対してその厚みｄを
設定すると、第４図において設定されたｄに対する。
有利である。従つて、或る活性層に対してその厚みｄを
設定すると、第４図において設定されたｄに対する。
１ｅｑ＝。
３の関係曲線より左方領域において、Ｎ２くＮ３が成立
して、もれ発振が維持されることこの際、設定されるＮ
ｌｅ，とＮ３の関係により、（１）式からもれ角θが与
えられる。
して、もれ発振が維持されることこの際、設定されるＮ
ｌｅ，とＮ３の関係により、（１）式からもれ角θが与
えられる。
本発明は、このようなもれ姿態発振レーザにおいて、特
に閾値電流の点で有利な領域すなわち上記第４図のｄ＝
０とｄ−λ。
に閾値電流の点で有利な領域すなわち上記第４図のｄ＝
０とｄ−λ。
の曲線に挟まれた領域に活性層の厚みｄを設定し、この
ｄに対するＮｌｅ，＝Ｎ３の曲線より左側の領域にＮｌ
，ｎ２，ｎ３の関係が存するように各半導体層を設定す
る。なお現在の所、活性層の厚みは０．０２〜０．０３
μｍが使用限界であり、実用的には０．０５〜０．２μ
ｍの範囲が使用されている。また、第２の半導体層の厚
みは通常のダブルヘテロ構造を形成し得る程度でよく１
μｍないし５μｍ程度のものを用いる。活性層の幅も通
常の程度で十分で大略１μｍないし２０１ｔｍを用いる
。第２図に本発明に基づいて製作した埋め込み形レーザ
素子の一例を示す。
ｄに対するＮｌｅ，＝Ｎ３の曲線より左側の領域にＮｌ
，ｎ２，ｎ３の関係が存するように各半導体層を設定す
る。なお現在の所、活性層の厚みは０．０２〜０．０３
μｍが使用限界であり、実用的には０．０５〜０．２μ
ｍの範囲が使用されている。また、第２の半導体層の厚
みは通常のダブルヘテロ構造を形成し得る程度でよく１
μｍないし５μｍ程度のものを用いる。活性層の幅も通
常の程度で十分で大略１μｍないし２０１ｔｍを用いる
。第２図に本発明に基づいて製作した埋め込み形レーザ
素子の一例を示す。
（１００）面を鏡面仕上げしたｎ形ＧａＡｓ基板４上に
、第２の半導体層２′としてｎ形ＡＺｙＧａｌ−，Ａｓ
層（例えばｙ−０．４，Ｓｎドープ、ＮＡ−ＮＤ：５×
１０１７ｃｍ−３）を２μｍ１活性層となる第１の半導
体層１としてアンドープのＡｌ？ＸＧａｌ、Ａｓ層（例
えばｘ−０．１）を０．１４μｍ１第２の半導体層２と
してｐ形ＡＺｙＧａｌ−，Ａｓ層（例えばＧｅドープ、
ＮＡ−ＮＤ：５×１０１８（１７７１−３）を２μｍ周
知の液相エピタキシヤル法にて順次成長する。このエピ
タキシヤル成長を行なつたウエハの成長面上に化学蒸着
法によつてＳｌＯ２膜を３０００〜４０００人被着し、
〈１１０〉方向にレーザ発振に要する帯状のキヤビティ
を形成するためのストライプをホトエツチングによつて
作る。しかる後、２０℃に保持したリン酸、過酸化水素
およびメタノールをそれぞれ溶量比にて１：１：３に混
合した溶液にてストライプ状の動作領域となる部分以外
の成長層を選択的に除去する０この例では、活性層幅は
４μｍである。次いでＳｉＯ２膜を 化アンモニウム一
沸酸溶液にて除去する。以上の処理を施したウエハに再
び液相エピタキシヤル法によつて第３の半導体層３とな
る〜Ｇａｌ−２ＡＳ層（例えばｚ＝０．２５）を成長さ
せ、これまでの工程で形成されたメサ状の半導体層を埋
め込んだ状態にする。以上の方法で得た埋め込み構造の
エピタキシヤルウエハの表面に化学蒸着法にて膜厚１２
００人のＡｌ？２０３膜５と２０００λのケイリン酸ガ
ラス膜６を被着した後、動作領域上のＡｆ？２０３膜５
およびケイリン酸ガラス膜６をホトエツチ法にて除去し
、電極孔とする。しかる後、ｎ形ＧａＡｓ基板４のオー
ム性電極７としてＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金を、ｐ形ＡＺｙ
Ｇａｌ−，Ａｓ層（第２の半導体層２）のオーム性電極
８としてＣｒ−Ａｕを真空蒸着法にて被着する。以上の
処理を施したウエハをく１１０〉方向すなわちストライ
プ方向にストライプし、く１１０〉方向に臂開して幅５
００μｍ（〈１１０〉方向）、長さ３００Ｐ（〈１１０
〉方向）のレーザペレツトを作製する。以上の方法で作
成した、埋め込み形レーザ素子の遠視野像の一例を第３
図に示す。
、第２の半導体層２′としてｎ形ＡＺｙＧａｌ−，Ａｓ
層（例えばｙ−０．４，Ｓｎドープ、ＮＡ−ＮＤ：５×
１０１７ｃｍ−３）を２μｍ１活性層となる第１の半導
体層１としてアンドープのＡｌ？ＸＧａｌ、Ａｓ層（例
えばｘ−０．１）を０．１４μｍ１第２の半導体層２と
してｐ形ＡＺｙＧａｌ−，Ａｓ層（例えばＧｅドープ、
ＮＡ−ＮＤ：５×１０１８（１７７１−３）を２μｍ周
知の液相エピタキシヤル法にて順次成長する。このエピ
タキシヤル成長を行なつたウエハの成長面上に化学蒸着
法によつてＳｌＯ２膜を３０００〜４０００人被着し、
〈１１０〉方向にレーザ発振に要する帯状のキヤビティ
を形成するためのストライプをホトエツチングによつて
作る。しかる後、２０℃に保持したリン酸、過酸化水素
およびメタノールをそれぞれ溶量比にて１：１：３に混
合した溶液にてストライプ状の動作領域となる部分以外
の成長層を選択的に除去する０この例では、活性層幅は
４μｍである。次いでＳｉＯ２膜を 化アンモニウム一
沸酸溶液にて除去する。以上の処理を施したウエハに再
び液相エピタキシヤル法によつて第３の半導体層３とな
る〜Ｇａｌ−２ＡＳ層（例えばｚ＝０．２５）を成長さ
せ、これまでの工程で形成されたメサ状の半導体層を埋
め込んだ状態にする。以上の方法で得た埋め込み構造の
エピタキシヤルウエハの表面に化学蒸着法にて膜厚１２
００人のＡｌ？２０３膜５と２０００λのケイリン酸ガ
ラス膜６を被着した後、動作領域上のＡｆ？２０３膜５
およびケイリン酸ガラス膜６をホトエツチ法にて除去し
、電極孔とする。しかる後、ｎ形ＧａＡｓ基板４のオー
ム性電極７としてＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金を、ｐ形ＡＺｙ
Ｇａｌ−，Ａｓ層（第２の半導体層２）のオーム性電極
８としてＣｒ−Ａｕを真空蒸着法にて被着する。以上の
処理を施したウエハをく１１０〉方向すなわちストライ
プ方向にストライプし、く１１０〉方向に臂開して幅５
００μｍ（〈１１０〉方向）、長さ３００Ｐ（〈１１０
〉方向）のレーザペレツトを作製する。以上の方法で作
成した、埋め込み形レーザ素子の遠視野像の一例を第３
図に示す。
この図はレーザ端面に平行な面内での、活性層に平行な
方向におけるレーザ光の強度分布を表わす。この素子の
発振波長は８１００人、閾値電流は２３０ｍＡである。
レーザ光は約±２Ｃの２つの方向に分れて放射されてい
る。各レーザ光の強度が％となる角度は１゜以下で非常
に狭く平行性が良い。図に見られるように注入電流を増
加してもレーザ出射方向は変化せず、各レーザ光の半値
幅も変化しない。従来構造の半導体レーザではレーザ光
の半値幅は２゜以上あり、また注入電流を増加するとレ
ーザ光の放射方向が変化したり、発振モードが不安定と
なることが多い。これらの点はたとえば光フアイバとの
結合を考えると不利である。本発明のもれ姿態埋め込み
形半導体レーザでは上記のようにこれらの問題を解決し
た。また、Ｅｇｌ〜１．５５ｅＶ，Ｅ，３〜１．７６ｅ
Ｖでレーザ光は実質的に吸収損失を受けない。この実施
例においては、ｎ１＝３．５８，ｎ２，ｎつ３．３５，
ｎ３＝３．４９でＮｌｅ，＝３．４７であり、もれ角θ
は約６゜である。
方向におけるレーザ光の強度分布を表わす。この素子の
発振波長は８１００人、閾値電流は２３０ｍＡである。
レーザ光は約±２Ｃの２つの方向に分れて放射されてい
る。各レーザ光の強度が％となる角度は１゜以下で非常
に狭く平行性が良い。図に見られるように注入電流を増
加してもレーザ出射方向は変化せず、各レーザ光の半値
幅も変化しない。従来構造の半導体レーザではレーザ光
の半値幅は２゜以上あり、また注入電流を増加するとレ
ーザ光の放射方向が変化したり、発振モードが不安定と
なることが多い。これらの点はたとえば光フアイバとの
結合を考えると不利である。本発明のもれ姿態埋め込み
形半導体レーザでは上記のようにこれらの問題を解決し
た。また、Ｅｇｌ〜１．５５ｅＶ，Ｅ，３〜１．７６ｅ
Ｖでレーザ光は実質的に吸収損失を受けない。この実施
例においては、ｎ１＝３．５８，ｎ２，ｎつ３．３５，
ｎ３＝３．４９でＮｌｅ，＝３．４７であり、もれ角θ
は約６゜である。
第５図は、本発明に係る半導体レーザの実施例で、ΔＮ
ｌｅ，＝Ｎｌｅｑ−Ｎ３及びもれ角θの、埋め込み材料
に対する変化の様子を示したものである〇図で、横軸は
第３の半導体層の混晶比Ｚ１縦軸はΔ川Ｅｑ（実線）、
及びθ（点線）で各々の関係を活性層厚みｄをパラメー
タとして示したものである。
ｌｅ，＝Ｎｌｅｑ−Ｎ３及びもれ角θの、埋め込み材料
に対する変化の様子を示したものである〇図で、横軸は
第３の半導体層の混晶比Ｚ１縦軸はΔ川Ｅｑ（実線）、
及びθ（点線）で各々の関係を活性層厚みｄをパラメー
タとして示したものである。
実際には、レーザビームの広がり角を１゜以下とするた
めには、もれ角θを３゜以上、出来れば５゜以上に設定
することが必要である。
めには、もれ角θを３゜以上、出来れば５゜以上に設定
することが必要である。
もれ角θの上限は、半導体レーザの寸法に依存ＡｌＸｉ
Ｇａｌ−ＸｉＡＳ系の半導体レーザでは、実用土第４図
に示す発振状態に際しての因子の選択は、次のように行
なわれる。
Ｇａｌ−ＸｉＡＳ系の半導体レーザでは、実用土第４図
に示す発振状態に際しての因子の選択は、次のように行
なわれる。
先ず、人へＩＧａｌ−ＸｉＡＳ系材料においては、Ｘ１
＝０，Ｘ２−１の混晶比が理論的に実現し得る最大値で
あり、この時ｎ１−Ｎ２の値は０．５８６となる〇又、
Ｘ２＝０．７程度で第２の半導体層２の成長が困難とな
るので、Ｘ１＝０，Ｘ２＝０．７におけるｎ１−Ｎ２の
値０．４７６が、実際上実現可能な最大値となる。
＝０，Ｘ２−１の混晶比が理論的に実現し得る最大値で
あり、この時ｎ１−Ｎ２の値は０．５８６となる〇又、
Ｘ２＝０．７程度で第２の半導体層２の成長が困難とな
るので、Ｘ１＝０，Ｘ２＝０．７におけるｎ１−Ｎ２の
値０．４７６が、実際上実現可能な最大値となる。
一方、例えばＸ１−０，Ｘ２＝０．２５としてＮｌｎ２
の値が０．１６４以下になると閾値電流力伏きくなり過
ぎて実際的でなくなる。
の値が０．１６４以下になると閾値電流力伏きくなり過
ぎて実際的でなくなる。
一般に発振を維持させるに大略この程度以上の屈折率差
を要する。従つて、Ａｌ？ＸｉＧａｌ−ＸｉＡＳ系の半
導体レーザにおいて、混晶比の範囲は０くＸ１〈Ｘ３〈
Ｘ２〈０．７である。これらの条件から、第４図におい
てＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点で囲まれる範囲の中に活性層の
厚さｄ及び各半導体層の屈折率差がおさまるように設定
すれば、良好なもれ姿態での発振が実現可能である〇な
お、本発明においては特に室温連続発振が低閾値電流で
得られるＡ，Ｂ，Ｆ，Ｅの各点で囲まれる範囲の中に活
性層の厚さｄ及び各半導体層の屈折率差がおさまるよう
にする。
を要する。従つて、Ａｌ？ＸｉＧａｌ−ＸｉＡＳ系の半
導体レーザにおいて、混晶比の範囲は０くＸ１〈Ｘ３〈
Ｘ２〈０．７である。これらの条件から、第４図におい
てＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点で囲まれる範囲の中に活性層の
厚さｄ及び各半導体層の屈折率差がおさまるように設定
すれば、良好なもれ姿態での発振が実現可能である〇な
お、本発明においては特に室温連続発振が低閾値電流で
得られるＡ，Ｂ，Ｆ，Ｅの各点で囲まれる範囲の中に活
性層の厚さｄ及び各半導体層の屈折率差がおさまるよう
にする。
上述の設定条件に基づいた実際の設定例と、そこで得ら
れた特性を第１表に示す〇本発明に係る半導体レーザと
通常の半導体レーザを、活性層幅１μｍ当り１ｍＷの光
出力で約１０００時間連続動作させて、一定電流下での
光出力の変化を比較したところ次の結果が得られた。
れた特性を第１表に示す〇本発明に係る半導体レーザと
通常の半導体レーザを、活性層幅１μｍ当り１ｍＷの光
出力で約１０００時間連続動作させて、一定電流下での
光出力の変化を比較したところ次の結果が得られた。
通常の構造の半導体レーザでは光出力は初期値の約６０
％に低下したが、もれ姿態埋め込み形素子ではほとんど
変化が見られなかつた０干渉微分顕微鏡により素子端面
を観察したところ、通常のレーザでは活性層にかなりの
端面損傷が観察されたが、もれ姿態素子では認められず
、もれ姿態素子では端面損傷に基づく劣化が無くなり信
頼性も大幅に向土することが判明した。第６図に代表的
な経時変化の例を比較して示す。
％に低下したが、もれ姿態埋め込み形素子ではほとんど
変化が見られなかつた０干渉微分顕微鏡により素子端面
を観察したところ、通常のレーザでは活性層にかなりの
端面損傷が観察されたが、もれ姿態素子では認められず
、もれ姿態素子では端面損傷に基づく劣化が無くなり信
頼性も大幅に向土することが判明した。第６図に代表的
な経時変化の例を比較して示す。
図で横軸Ｔは時間表示の動作時間、縦軸１は相対値で示
した光出力を表わし曲線９は本発明の半導体レーザ、曲
線１０は、これまで良く知られたメサストライプ型の半
導体レーザの例を示すものである。このように本発明の
半導体レーザは信頼性においても優れた特性を持つもの
である〇なお、第１表に示した試料の半導体レーザは、
基板としてｎ−ＧａＡｓｌ第１の半導体層としてアンド
ープのＡｌｘｌＧａ，−ＸｌＡｓ層、第２の半導体層と
してＰ−ＡｆＸ２Ｇａｌ−０２ＡＳ層、第３の半導体層
として人Ｇ３Ｇａｌ−０３Ａｓ層を用い、第２の半導体
層は第１の半導体層を挾んで各々２μｍの厚みに構成し
た。
した光出力を表わし曲線９は本発明の半導体レーザ、曲
線１０は、これまで良く知られたメサストライプ型の半
導体レーザの例を示すものである。このように本発明の
半導体レーザは信頼性においても優れた特性を持つもの
である〇なお、第１表に示した試料の半導体レーザは、
基板としてｎ−ＧａＡｓｌ第１の半導体層としてアンド
ープのＡｌｘｌＧａ，−ＸｌＡｓ層、第２の半導体層と
してＰ−ＡｆＸ２Ｇａｌ−０２ＡＳ層、第３の半導体層
として人Ｇ３Ｇａｌ−０３Ａｓ層を用い、第２の半導体
層は第１の半導体層を挾んで各々２μｍの厚みに構成し
た。
本実施例に示した半導体レーザは、その１例に過ぎず、
前述の一般的関係を満足させるように構成した他の実施
例でも、もれ姿態の発振による平行性の良いレーザ光が
得られるのは言うまでもないＯ例えば、Ｇａ−Ａｌ−Ａ
ｓ系、Ｇａ−Ａｌ−Ａｓ一Ｓｂ系はもとより、Ｇａ−Ａ
′−Ａｓ−Ｐ系、Ｇａ−Ａｓ−Ｐ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｓ
−Ｐ系をはじめとする−Ｖ族化合物半導体や、−族化合
物半導体系など広範な材料系の半導体レーザにも当然用
いられる。
前述の一般的関係を満足させるように構成した他の実施
例でも、もれ姿態の発振による平行性の良いレーザ光が
得られるのは言うまでもないＯ例えば、Ｇａ−Ａｌ−Ａ
ｓ系、Ｇａ−Ａｌ−Ａｓ一Ｓｂ系はもとより、Ｇａ−Ａ
′−Ａｓ−Ｐ系、Ｇａ−Ａｓ−Ｐ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｓ
−Ｐ系をはじめとする−Ｖ族化合物半導体や、−族化合
物半導体系など広範な材料系の半導体レーザにも当然用
いられる。
以上詳細に説明したように、本発明によればビーム発散
角が小さく平行性の優れたレーザ光束を放射可能で且つ
、端面損傷に基づく劣化のない埋め込み形の半導体レー
ザを提供することが出来る。
角が小さく平行性の優れたレーザ光束を放射可能で且つ
、端面損傷に基づく劣化のない埋め込み形の半導体レー
ザを提供することが出来る。
第１図は、本発明に係る半導体レーザの実施例の主要部
の構成を示す断面図、第２図は、本発明に係る半導体レ
ーザの実施例の構造を示す斜視図、第３図は、本発明に
係る半導体レーザの実施例の遠視野像を示す図、第４図
は、各半導体層の屈折率と活性層の厚みの関係を示す図
、第５図は、本発明に係る半導体レーザの実施例のもれ
角と屈折率変化の特性図である。 第６図は、半導体レーザの発光出力の経時変化を示す図
である。符号の説明；１・・・・・・第１の半導体層（
活性層）、２，２′・・・・・・第２の半導体層、３・
・・・・・第３の半導体層、４・・・・・・基板、５・
・・・・・Ａｌ？２０３膜、６・・・・・・ケイ酸ガラ
ス膜、７，８・・・・・・電極。
の構成を示す断面図、第２図は、本発明に係る半導体レ
ーザの実施例の構造を示す斜視図、第３図は、本発明に
係る半導体レーザの実施例の遠視野像を示す図、第４図
は、各半導体層の屈折率と活性層の厚みの関係を示す図
、第５図は、本発明に係る半導体レーザの実施例のもれ
角と屈折率変化の特性図である。 第６図は、半導体レーザの発光出力の経時変化を示す図
である。符号の説明；１・・・・・・第１の半導体層（
活性層）、２，２′・・・・・・第２の半導体層、３・
・・・・・第３の半導体層、４・・・・・・基板、５・
・・・・・Ａｌ？２０３膜、６・・・・・・ケイ酸ガラ
ス膜、７，８・・・・・・電極。
Claims (1)
- １ 半導体基板上部に活性層となる厚さｄ、屈折率ｎ＿
１の第１の半導体層と、該第１の半導体層を挟設保持す
る屈折率ｎ＿２、ｎ＿２′の第２の半導体層と、上記第
１及び第２の半導体層よりなる帯状領域を両側から挾み
且つ上記各半導体層に接するように設けた屈折率ｎ＿３
の第３の半導体層とを有し、活性層内での光の波長λ＿
ｎなる発振を行なう半導体レーザにおいて、前記各半導
体層の屈折率がｎ＿２、ｎ＿２′＜ｎ＿３＜ｎ＿１とな
るようにし、さらに活性層となる第１の半導体層の実効
屈折率ｎ＿ｌ＿ｅ＿ｑ及び禁制帯幅Ｅ＿ｇ＿１がそれぞ
れ第３の半導体層の屈折率ｎ＿３及び禁制帯幅Ｅ＿ｇ＿
３より小さくなるように構成し、前記各半導体層の屈折
率差ｎ＿１−ｎ＿２を縦軸に、ｎ＿１−ｎ＿３を横軸に
とつた図面において、前記活性層の厚さｄをパラメータ
として該活性層の実効屈折率ｎ＿ｌ＿ｅ＿ｑが第３の半
導体層の屈折率ｎ＿３と等しくなる曲線を求め、上記ｄ
を波長λ＿ｎに等しくとつた時の曲線と当該図面におい
てｎ＿２＝ｎ＿３となる直線即ち４５°の線と縦軸ｎ＿
１−ｎ＿２が０．４７６及び０．１６４の値の線とで囲
まれた領域にｄ、ｎ＿１、ｎ＿２、ｎ＿２′およびｎ＿
３の関係を設定したことを特徴とするもれ姿態で動作す
る埋め込み形の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14213281A JPS5943839B2 (ja) | 1981-09-09 | 1981-09-09 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14213281A JPS5943839B2 (ja) | 1981-09-09 | 1981-09-09 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5778193A JPS5778193A (en) | 1982-05-15 |
| JPS5943839B2 true JPS5943839B2 (ja) | 1984-10-24 |
Family
ID=15308107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14213281A Expired JPS5943839B2 (ja) | 1981-09-09 | 1981-09-09 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943839B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4683574A (en) * | 1984-09-26 | 1987-07-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Semiconductor laser diode with buried hetero-structure |
| EP0742622A3 (en) * | 1995-03-27 | 1997-02-19 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Laser diode |
-
1981
- 1981-09-09 JP JP14213281A patent/JPS5943839B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5778193A (en) | 1982-05-15 |
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