JPS5984577A - 半導体レ−ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の分野〉 この発明は半導体レーザに関するものであり、特にミラ
ー切子面に隣接して非吸収性領域を有するレーザに関す
るものである。

〈発明の背景〉 代表的な半導体レーザは、一般にｌ−ｖ族化合物、この
ような化合物の合金等、反対導電形式の層間（Ｃ薄い活
性層を持った材料の本体力・ら成る。

米国特許第４，３４７，４８６号明細書に記載さ）した
レーザや、アプライド　フィジックス　レターズ（Ａｐ
ｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）の］
９９８２８８月１５日発行ＶＯｌ、　４１、Ｎ　Ｏ，，
４の第３１０頁乃至３１２頁のコノリ氏（Ｃ０ｎｎ０］
、ＩＭ　）他によって発表された制限された２重へ’　
７　”！ＩＮ　ａ　Ｌ／−サｉｊ　、　単一のトランス
バース（レーザの面に垂直の方向）およびラテラル（光
の伝播方向）モードの高出力レーザビームを発生ザ することができる。これらのレー△は活性層に隣接して
案内層を有するので、活性層中で発生された光は大部分
隣接する案内層中を伝播し、それによって光が発生する
ことのできるよシ大きな切子面領域を作り出している。

このようなレーザのミラー切子面（ｍ１ｒｒｏｒ　ｆａ
ｃｅｔ）からの光放射はなお小部分のみから行なわれ、
一般には装置のミラー切子面の数平方ミクロンにすぎな
い。そのため局部出力密度は非常に高く、放射ミラー・
レーザ切子面に損傷を与え、それがゆつくシとした長い
期間にわたる切子面の腐食あるいは酸化を生じさせる可
能性があり、あるいは実際に装置を破壊してしまう可能
性がある。いずれの形式の損傷が生ずるのも防止するた
めに、切子面におけるレーザ出力の密度をこのような損
傷が生ずる閾値以下に維持する必要がある。上記の損傷
が生ずる閾値を高くするために、例えば米国特許第４１
７８５６４号に示されているような透明被膜をさらに放
射切子面上に形成してもよい。このような方法の組合せ
によってレーザ切子面が損傷を受けるのを少なくするこ
とができるが、レーザの固有出力パワーを充分に利用す
るには程遠いものであった。

ミラー切子面の破壊は、レーザ光の吸収によって材料の
融解温度に近い温度にまで上記ミラー切子面が局部加熱
されることによって生ずるということが解明された。こ
の影響を小さくするために、製電の光吸収活性層が切子
面にまで延びるととがないように半導体レーザを構成し
たー活性層と切子面の端部間の領域は光透過性材料で作
られ、それによって切子面での光吸収の問題を低減、し
ている、このような装置は、長期間の破壊的な損傷が生
ずる閾値パワーが５倍乃至１０倍に増大することが判っ
た。

しかしながら、このような装置は、％にミラー切子面に
隣接する透明領域においてラテラル・モードの制御１１
１１を行なうことができない。従って、出力光ビームの
ラテラル・モード特性は、切子面を形成するために使用
される襞間処理が不正確であるために、装置毎に異なる
透明領域の長さに依存することになる。従って、非吸収
切子面にまで延びるラテラル・モード制御を具えた半導
体レーザを提供することが望ましい。

〈発明の概要〉 この発明は、１対の平行なミラー切子面を有し、表面に
実質的に平行なチャンネルを持った基体を含む本体から
なる半導体レーザに関するものである。第１の制限層は
基体とチャンネルの表面上にあり、厚みがラテラル方向
にテーパ状になった案内層は第１の制限層上にある。活
性層は案内層の一部分上に乗っており、光が放射される
切子面に向って伸びているが、しかしこの切子面には接
触していない。第２の制限層は活性層上にあり、制限領
域は活性層が存在しない案内層上にある。この装置は切
子面に伸びるラテラル・モード制限およびトランスバー
ス・モード制限の両方を持っている。放射切子面におけ
るモードの形を変えるために、案内層の形状はラテラル
方向およびトランス／＜−ス方向の双方で変えることが
できる。

〈実施例の説明〉 以下、図を参照しつ＼この発明の詳細な説明する○ 第１図の半導体レーザ１０は平行六面体の形の単結晶半
導体材料の本体］２からなっている。本体１２は光反射
性の間隔をおいた平行なミラー切子面１４ａ、１４ｂを
有し、切子面の少なくとも一方は部分的に透明で、そこ
から光が放射される。本体１２はｔた切子面１４ａ、と
１４ｂとの間で、これらと垂直の間隔をおいた平行な側
面１６を持っている。

半導体本体１２は基体］８を有し、この基体］８は各各
切子面１４ａと１４ｂとの間、および側壁ｌ◇の間にこ
れらと垂直に伸びる平行な第１および第２の表面２０お
よび２２を持っている。基体１８の主表面２ｏ内には間
隔をおいて実質的に平行な１対のチャンネル２４が形成
されており、これらのチャンネルは切子面１．４ａと１
４ｂとの間で延びている。チャンネル２４間の主表面２
０の部分はメサ（台地状部分）２０ａを構成している。

緩衝層２６は主表面２０およびメサ２Ｏａ上にあり、且
つ部分的にチャンネル２４を満たしている。第１の制限
層２８が緩衝層ｇ６上に形成され、案内層３０が第１の
制限層２８上に形成されている。活性層３２が案内層３
０の表面の一部分上に形成されておシ、側面１６間に延
在し、切子面１４ａと１４ｂに向けて伸延しているが、
これらの切子面とは接触していない。第２の制限層３４
は活性層３２上にあシ、キャツピング層３６は第２の制
限層３４上にアル。

制限領域３８は案内層３０上にあシ、案内層３０のこの
領域は活性層３２によって覆われていない。キャツピン
グ層３６および制限領域３８を覆って電気絶縁層４０が
形成されており、この電気絶縁層４０には貫通孔４１が
穿設されている。第１の電気的接触４２が電気絶縁層４
０および孔４］内のキャツピング層３６上に形成されて
いる。第２の電気的接触４４が基体１８の表面２２上に
形成されている。電気的接触４２および４４は本体１２
ｖＣ対する電気的接触手段となっている。

第２図乃至第５図において、これらの各図の素子に共通
の参照番号は第１図の素子と同じ番号が付されている。

第２図には第１図の２−２線に沿うレーザ１０の断面が
示されている。活性層３２、第２の制限層３４およびキ
ャツピング層３６は両側面１６間に伸びているように示
されている。

基体１８、緩衝層２６、第１の制限層２８および案内層
３０は一方の導電形式となっている。第２の制限層３４
とキャツピング層４０は反対導電形式である。

活性層３２はいずれの導電形式でもよく、一般には軽く
導電性とされているにすぎない。制限領域３８はいずれ
の導電形式でもよく、通常ｎ導電形とされている。制限
領域３８の高抵抗は活性層３２の周囲に電流が流れるの
を阻止するように働く。他の例として、制限層３８はｐ
−ｎ接合を有し、それらの間で電流が流れるのを阻止す
る反対導電形式、０２つの層からなるものでもよい。

活性層３２のレーザ波長における屈折率は案内層３０の
屈折率よシも大きく、案内層３０のノ１６折率は制限層
２８．３４および制限領域３８の屈折率よりも犬である
。

゛　第３図は、レーザ光が放射される切子面１４ａ上を
覆う光透過性被膜６２を含むレーザ１０の側面図を示す
。このような被膜は米国特許第４，１７８，５６４号明
細書中に示されている０光反射器６４は反対側の切子面
Ｌ４ｂ上に形成されている。有効な光反射器は米国特許
第３，７０１，０４７号明細書に示されているような金
属および米国特許第４．ＣＬ９２，６５９号明細書に示
されているような誘電体積層反射器とを含んでいる。

米国特許第４，２１５，３１９号、米国特許第３，７５
３，８０１号の各明細書に示されているようような周知
の液晶エピタクシの方法を使って各種の層が基本１８上
に順次被着される。液相エビタクシでは、層の局部成長
率は、それが成長する表面の局部湾曲と共に変化する。

表面の局部正湾曲の量が大きくなればなる程・重畳層の
方向から見たとき、局部成長率は高くなる。例えば第１
の制限層２８は、案内層３０が被着される上記制限層２
８の表面がメサ２Ｏａ上に局部的な凹部が形成されるよ
うな厚みに成長される。そのため、最大の正湾曲、すな
わちくぼみの凸状部を有する第１の制限層２８の部分上
で案内層３０は最大の局部成長率を持つ。案内層３０の
上面はメサ２Ｏａ上に中心のある凸状の形状を持ってい
る。案内層上の活性層３２の成長率は、チャンネル２４
上よシもメサ２Ｏａ上でより高くなシ、その結果、メサ
２Ｏａ上で最大の厚みを持ち、ラテラル方向に厚みが減
少してテーパ状の活性層３２が形成される。

全体として、案内層３０はその層のメサ２Ｏａ上の部分
からラテラル方向に厚みが段々と増大するテーパ状にな
り、一方活性層２８（ｌ−ｊニラチラル方向に厚みが段
々と減少するテーパ状になっている。７基体１８は好ま
しく　ＦｉＧａＡｓからなる２元ｌ−ｖ族化合物からな
ｐ、（１ｏｏ）結晶面と平行か１．あるいは好ましくは
その結晶面からずれた方位をもった主表面２０を有し、
且つ（１１０）結晶学ね軸と平行に配列されたチャンネ
ル軸を持っている。結晶学軸の（１］、Ｑ）群のものを
使用することは、半導体本体１２のミラー切子面１４ａ
および１４ｂが襞間面となるので好寸しい。方位（オリ
エンテーション）ずれはチャンネルの軸に沿っているか
、あるいはその軸とある角度をなしている。好ましくは
（ｏｏｌ）面に対する基体表面の方位ずれは約５°と４
５°との間の角度にあり、約３５°が最適である。主表
面２０からの（００１，）面の傾斜角は約０．２°から
１．５°の間にあり、好ましくは約１０である○これに
ついては「製産歩留りの高い半導体レーザ（Ｓｅｍ１ｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒＬａＳｅｒ　ｈａｖｉｎｇＨｉｇｈ　
ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＹｉｅｌ、ｄ）Ｊという名
称の米国特許出願明細書中に示きれている。

別の実施例として、米国特許出願第：５６７．２１２号
明細書に示されているように、方位ずノＬの角度はチャ
ンネルの軸に対して約９００である。この後者の方位ず
れを採用すると、案内層は台」１ハ状の表面を持ち、活
性層はその台地状の表面上の部分から厚みがテーパ状−
になる構造となる。

チャンネル２４は第１図に示すようにありつぎ状の形態
を有し、そのためチャンネル軸は（１１，０，）結晶学
方向と平行になる。チャンネル２４としては別の結晶学
軸あるいは別の化学腐食剤（エッチャント）を使用する
場合は、例えばＵ形、Ｖ形あるいは矩形状のものを使用
することができる。チャンネル２４は一般には表面２０
で約４乃至ｐ、ｏミクロン、好ましくは１０ミクロンの
幅で、深さが約４ミクロンである。溝と溝の中心間距離
は一般には約２０乃至４５ミクロンで、好寸しくけ約３
２ミクロンである。

溝は米国特許第４，２１５，３１９号明細書に示されて
いるように、通常の写真石版およびエツチング法を使っ
て形成される。

メサ２０ａの表面の高さは、米国特許出願第３３３　、
７６７号明細書に示されているように、チャンネル２４
の底の上の主表面２０の高さと異っている。

この高さの差によって、メサとその周囲が同じ高さの場
合よシもそこに形成される層の湾曲がより犬きくなる。

この高さの差は通常的（１５乃至３ミクロンで、好まし
くｔｒｉ、１乃至２ミクロンの間である０ 緩衝層２６は通常基体１８と同じ月別で作られており、
一般にはメサ２Ｏａ上に約１乃至；５ミクロンの厚みに
形成される。この層の厚みは下にある溝上の一様でない
成長率によってラテラル方向に変化し、基体表面がチャ
ンネルの軸と不平行な方向にある（　１００　）面から
の方位ずれがある場合は非対称になる。

第１の制限層２８は一般にばＡ〜Ｇａニー、Ａｌ　　に
よって構成され、ｌの濃度を示す」けＷは約０．２５乃
至約０．４の間にあり、一般には約０．３５である。こ
の層の厚みはメサ２０ａの上で約１乃至３ミクロンで、
その厚みはラテラル方向に非対称に変化する。

案内層３０は一般ＫＡｌｘＧａニーｘＶｃよって構成さ
れ、ｌの量Ｘは第１の制限層２８のそれよりも小さく活
性層３２のそれよりも犬で、一般には約０．１乃至約０
．３で、好ましくは約０．２である。案内層３ｏはメサ
２０ａの上にある部分から厚みが段々と増大するテーパ
状をなし、メサ２０ａの上で約０．５乃至約０．３ミク
ロンの厚みを持っている。

活性層３２は一般にはＡｌｙＧａ１−７　によって構成
され、ｌのｙは案内層３０のそれよりも小さく、一般に
は約Ｏ乃至約０．０７の間にある。この層はメサ２Ｏａ
上で通常的０．０５乃至０．２ミクロンの厚みを有し、
ラテラル方向に厚みが段々と減少するテーパ状をなして
いる。活性層３２は一般にはミラー切子面１４ａト１４
ｂとの間で約１００乃至２００ミクロンの距離にわたっ
て伸延しており、ミラー切子面の約１０乃至１００ミク
ロン、通常は約５０ミクロン内側にまで伸びている。

第２の制限層３４は一般にＡｌＧａ　　　ｖＣよって構
ｌ−ｚ 成されている。ｌの量２は約０．３乃至０．５で、好ま
しくは約０．４である。第２の制限層３４にメサ２Ｏａ
上で約１乃至３ミクロンの厚みである。キャツピング層
３６は通常的０．］乃至０．５　ミクロンの厚みで、Ｇ
ａＡｓによって構成されている。

制限領域３８は一般にＡうＧａ１．、−ｍ゛によって構
成さノ］７、Ａｌの量■１は約０．２乃至０．４の間に
あシ、゛通常は約０．３である。制限領域３８の厚みは
、活性層３２、第２の制限層３４およびキラピング層３
６０合計の厚みにはソ等しいことが望ましく、これらの
層と領域３８とかはソ平面をなすようにされている。

この発明のレーザを構成するに当って、活性層温２の制
限層およびキラピング層は液相エビタクシを使って案内
層の全表面−上に順次被着される。

次いで切子面の一方または双方に隣接するキラピング層
、第２の制限層、および活性層の一部は一連の化学的エ
ツチング工程によって除去される。

層がチャンネルの形成された基体によって非平面である
ことから選択的エツチングは好ましい。キャツピング層
３６はＧａＡｓで構成されている場合は、例えばｌ　Ｈ
２ＳＯ４：　８　Ｈ２Ｏ２：　８．　Ｈ２，Ｏあるいは
２ｏＨ２ｏ２：　Ｉ　ＮＨ４ＯＨの腐食剤を使用して２
０’Ｃで約１５分間で除去される。第２の制限層３４は
、Ｐ型のＡＪＧａＡ、。

で構成されている場合は、　　ＩＨＦ’　：　Ｉ　Ｈ２
ＯあるいはＬ　ＨＣＩ）：、　Ｉ　Ｈ２Ｏのいずれかの
腐食剤を使用して除去される。活性層３２は、ＧａＡｓ
％あるいはＡＩ　　Ｇａ（１１−（１ （こ＼でｑは約０．０７よりも小さな値）で構成されて
いる場合は、２０Ｈ３Ｏ：　Ｉ　ＮＨ４ＯＨの腐食剤を
使用して除去される。これらの化学式の相対的濃度は体
積濃度である。活性層中のＡＡ’の濃度ｑが約０．０７
よりも小さな値である場合は、この層を除去するために
使用される腐食剤は、たとえ下に案内層３０があっても
、これを殆んど除去しない。活性層を溶解エツチングに
よって取除いてもよい。

エツチング処理が終ると、キラピング層３６上にマスク
が形成され、標準の液相エピタクシを使用して制限領域
３８が成長される。制限層３８を気相エビタクシあるい
は分子線エピタクシによって被着してもよい。被着処理
の終了後、キャツピング層３６上のマスク層が除去され
、キャンピング層３６および制限層３８上に電気的絶縁
層４ｏが形成される。

電気的絶縁層４０は２酸化シリコンからなることが望ま
しく、酸素あるいは水蒸気中でシランのようなシリコン
含有ガスを熱分解することによってキャツピング層３６
および第３の制限領域３８上に被着される。

標準的な写真石版技法およびエツチング処理を使用して
、電気絶縁層４ｏを貫通し−Ｃチャン？、ル間のメサ２
Ｏａ上のキャツピング層３６に通ずる開孔４１が形成さ
れる０開孔４１はキラピング層３６にまで伸びることか
必要である。

チタン、白金および金からなることが好ましい電気的接
触４２が、電気的絶縁層４０およびキラピング層３６土
に一連の真空蒸着によって被着される。

基体１８の第２の主表面２２上の電気的接触４４は、す
ずおよび金の真空蒸着およびシランによって形成される
。

別の例として、キャツピング層３６と電気的絶縁層４０
とを、第２の制限層３４．の導電形式と反対の導電形式
のＧａＡＳのような半導体材料のＩＸ！１止層に綜合す
ることができる。活性層の最も厚い部分上の一般には縞
状形式の阻止層の一部は、その縞状部分の導電形式を第
２の制限層の導電形式に変える過大な濃度の導電形式変
換体を含んでいる。電気的接触相互間に印加される順バ
イアス電圧によって阻止層と第２の制限層との間の接合
を逆バイアスし、それによって縞の領域を除いて阻止電
流が層を通って流れる。

各別の層の厚みと配置によって生ずる実効的なトランス
バース屈折率の変化によって装置のラテラル方向にレー
ザ・ビームが伝播するのを制限することができる。この
発明のレーザでは、その構造の違い（でよって考慮しな
ければならない２つの別々の領域、すなわち第４図およ
び第５図で活性層が案内層と第２の領域上にあるＩと示
された第１の領域と、同じく第４図および第５図で、活
性層が案内層上に存在しないｎと示された第２の領域と
が存在する。屈折率のこの変化に寄与する２つのもの、
すなわち別々の層の個々の体積屈折率と、個々の層の厚
みの違いによる実効屈折率の変化がある。第４図［Ｆｉ
第１および第２の領域のトランスバース方向の空間パワ
ー変化が概略的に示されている。第１の領域Ｉでは、ビ
ームは活性層３２あるいはその近くに集中しており、一
方第２の領域■では、ビームは案内層３０に集中してい
る。

第１の領域Ｉから第２の領域Ｉへ結合されるパワーの量
を最大にするために、２つの領域における実効トランス
バース方向伝播定数が出来るだけ接近して整合している
ことが望ましい。第２の領域■のトランスバース方向実
効屈折率が第１の領域■のそれとは゛ぐ等しくなるよう
に、制限領域３８におけるＡｌの濃度を選択し、トラン
スバース方向屈折率が、光ビームの伝播する層の各作用
の組合せとなるようにすることによって上記の整合が得
られる。この点については、アイ・イー・イー・イー・
　ジャーナル　オブ　クオンタム　エレクトロ二ツクス
（’ＩＥＥ：Ｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＱｕａｎｔｕ７
ＦＬ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｎｉｃＳ）Ｑ−１’７．７８　
（１９８１’）のボテツ（ＢＯｔｅＺ　）氏の論文に示
されている。

この発明のレーザの出力ビームは、第２の領域の案内層
の形状およびテーパｆ変えることによって、放射切子面
の橢円形状からはソ円形あるい（ｄ他の所望の形状に変
えることができる。これは例えば第１と第２の領域間の
メサの高さを変えることによって行なわれる。第５図は
、第１の領域のチャンネルの底の上のメサの高さが第２
の領域のメサの高さよりも高いときの第１および第２の
領域のレーザ構造の横断面を概略的に示している。

案内層３０の形状は、第１の領域で厚みが増大するテー
パから第２の領域で厚みが減少するテーパに変更される
。これによって第２の領域で案内されるビームは第１の
領域におけるよりもより円形に近くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体レーザの斜視図、第２図は第
１図のレーザの２−２線に沿う断面図、第３図は切子面
被覆をもった第１図の半導体レーザの側面図、第４図は
この発明による半導体レーザにおけるレーザ・ビーム強
度分布を示す概略図、第５図は層の異ったテーパを示す
第１および第２の領域におけるレーザ構造の断面図およ
び対応するレーザ・ビーム形態を示す図である。 １．０・−・半導体レーザ、１２・・・本体、１４ａ　
、　　１４ｂ・・・ミラー切子面、１８・・・基体、２
０ａ・・・メサ、２４・・・チャンネル、２８・・・第
１の制限層、３０・・・案内層、３２・・・活性層、３
４・・・第２の制限層、３８・・・第２の制限層、４２
．４４・・・電気的接触。 ％許出願人　　　　アールシーニー　コーポレーション
化　即　人　　清　水　　　哲　ほか２名才ｔＷ 第２図 ０ ′Ｘ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光反射性の１対の対向するミラー切子面を有し、
   少なくとも一方のミラー切子面は部分的に光透過性とさ
   れている材料の本体からなシ；該本体は） 第１および第２の対向する表面を有し、その第１の表面
   に上記切子面間に延在する１対の実質的に平行なチャン
   ネルと、そのチャンネル間のメサとを有する基体と、 上記基体の主表面と上記チャンネルおよびメサの表面上
   に形成された第１の制限層と、上記第１の制限層上に形
   成され、厚みがラテラル方向にテーパ状になっている案
   内層と、上記案内層の一部と重畳し、上記ミラー切子面
   の少なくとも一方に向って伸延しているがこれと接触し
   ないように形成されている活性層であって、この活性層
   が上記案内層と重畳する本体内の第１の領域と、活性層
   が上記案内層と重畳しない第２の領域とを形成する上記
   活性層と、 上記活性層」二に重畳して形成された第２の制限層と、 上記第２の領域内の案内層上に形成された制限領域と、 上記第２の制限層上に形成された第１の電気的接触およ
   び上記基体の第２の表面上に形成された第２の電気的接
   触とからなシ、 上記活性層は上記案内層よりも大きな屈折率を有し、上
   記案内層は上記第１および第２の制限層および制限領域
   よシも大きな屈折率を有する、半導体レーザ。