JPS60123082A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
- Publication number
- JPS60123082A JPS60123082A JP58231685A JP23168583A JPS60123082A JP S60123082 A JPS60123082 A JP S60123082A JP 58231685 A JP58231685 A JP 58231685A JP 23168583 A JP23168583 A JP 23168583A JP S60123082 A JPS60123082 A JP S60123082A
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- JP
- Japan
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- layer
- substrate
- current
- groove
- inhibiting layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
- H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
-
- 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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は利得導波機構と屈折率導波機構の中間の性質を
有する半導体レーザの素子構造及び製造方法に関するも
のである。
有する半導体レーザの素子構造及び製造方法に関するも
のである。
〈従来技術〉
従来の半導体レーザ素子を導波路構造より分類すると利
得導波路型と屈折率導波路型に区分される。前者の場合
は■縦マルチモードで発振しゃすい、■接合に平行方向
のビームウェストが共振器端面から内部へ20〜40μ
m程度奥まった位置に存在する、■横モードが注入電流
により不安定になり易い、■電流注入用のストライプを
4μm程度に狭くすると、いわゆるリーキーモードとな
り接合に平行方向の遠視野像が双峰パターンとなる、等
の性質を有する。一方、後者の場合は、■縦ラングルモ
ードで発振する、■接合に平行方向のビームウェストu
共振端面近傍に存在する、■横モードが安定である、■
遠視野像が単峰でピークシフトが少ない、等の性質があ
る。
得導波路型と屈折率導波路型に区分される。前者の場合
は■縦マルチモードで発振しゃすい、■接合に平行方向
のビームウェストが共振器端面から内部へ20〜40μ
m程度奥まった位置に存在する、■横モードが注入電流
により不安定になり易い、■電流注入用のストライプを
4μm程度に狭くすると、いわゆるリーキーモードとな
り接合に平行方向の遠視野像が双峰パターンとなる、等
の性質を有する。一方、後者の場合は、■縦ラングルモ
ードで発振する、■接合に平行方向のビームウェストu
共振端面近傍に存在する、■横モードが安定である、■
遠視野像が単峰でピークシフトが少ない、等の性質があ
る。
第1図(A)u利得導波路型ダブルへテロ接合半導体レ
ーザの一例として、酸化膜ストライプ形レーザ素子の断
面図を、同(B)、’(C)は接合に平行な方向の遠視
野像を示す。第1図[F])は電流注入用ストライプ構
造のストライプ幅Sが10μm程度に広い場合の遠視野
像、第1図(のけSが4μm程度に狭く設定された場合
の遠視野像である。また第1図(D)には縦モードの一
例を示す。第1図(3)に於いて、1は基板、2は第1
クラッド層、3は活性層、4は第2クラッド層、5はキ
ヤ・ノブ層、6.6’は電極、7は酸化膜、8は電流注
入用ストライプ即ち電流通路である。
ーザの一例として、酸化膜ストライプ形レーザ素子の断
面図を、同(B)、’(C)は接合に平行な方向の遠視
野像を示す。第1図[F])は電流注入用ストライプ構
造のストライプ幅Sが10μm程度に広い場合の遠視野
像、第1図(のけSが4μm程度に狭く設定された場合
の遠視野像である。また第1図(D)には縦モードの一
例を示す。第1図(3)に於いて、1は基板、2は第1
クラッド層、3は活性層、4は第2クラッド層、5はキ
ヤ・ノブ層、6.6’は電極、7は酸化膜、8は電流注
入用ストライプ即ち電流通路である。
第2図(3)は屈折率導波路型ダブルへテロ接合半導体
レーザの一例として、C5Pレーザ素子の断面図を、同
(B)は接合に平行な方向の遠視野像を、同(C) U
縦モードの一例を示す。図中第1図と同一符号は同一内
容を表わしている。また、91−j:キャップ層5と反
対導電形の不純物拡散によって形成した電流注入用スト
ライプ(幅S)、IOは基板Iに形成した溝(幅W)そ
ある。活性層3で発生した光を溝lOの外側で基板に到
達させることにより光のしみ出し効果に基いて活性層内
の実効屈折率を溝lOの外側部分で低下させ、屈折率導
波路を形成している。溝IOの外側では第1クラッド層
2の厚さが薄いため、活性層3で発生した光は基板1へ
しみ出すこととなる0 −ザ素子も以下の如き欠点を有している。即ち、レーザ
発光出力が変化した場合や素子温度が変化した場合ある
いは出力されたレーザ光が光学部品等で反射されてその
一部がわずかでも素子自体に帰還された場合には第2図
C)に示したシングルモードが、他の波長に転移し、こ
れが原因となって雑音が発生することである。これはい
わゆるモード競合雑音と呼ばれているものである。この
雑音は数MH2(メガヘルツ)から10MHzの比較的
低周波であり、SN比も70dB (デンベル)程度と
低下するのでビデオディスク等の光源上して利用する場
合に大きな障害となっている。このモード競合雑音はマ
ルチモードレーザの場合はほとんど発生しないことがわ
かっている。しかしながらマルチモードを有する利得導
波型半導体レーザは既に述べたように、横モードの不安
定性等の欠点があるので実用面で問題がある。
レーザの一例として、C5Pレーザ素子の断面図を、同
(B)は接合に平行な方向の遠視野像を、同(C) U
縦モードの一例を示す。図中第1図と同一符号は同一内
容を表わしている。また、91−j:キャップ層5と反
対導電形の不純物拡散によって形成した電流注入用スト
ライプ(幅S)、IOは基板Iに形成した溝(幅W)そ
ある。活性層3で発生した光を溝lOの外側で基板に到
達させることにより光のしみ出し効果に基いて活性層内
の実効屈折率を溝lOの外側部分で低下させ、屈折率導
波路を形成している。溝IOの外側では第1クラッド層
2の厚さが薄いため、活性層3で発生した光は基板1へ
しみ出すこととなる0 −ザ素子も以下の如き欠点を有している。即ち、レーザ
発光出力が変化した場合や素子温度が変化した場合ある
いは出力されたレーザ光が光学部品等で反射されてその
一部がわずかでも素子自体に帰還された場合には第2図
C)に示したシングルモードが、他の波長に転移し、こ
れが原因となって雑音が発生することである。これはい
わゆるモード競合雑音と呼ばれているものである。この
雑音は数MH2(メガヘルツ)から10MHzの比較的
低周波であり、SN比も70dB (デンベル)程度と
低下するのでビデオディスク等の光源上して利用する場
合に大きな障害となっている。このモード競合雑音はマ
ルチモードレーザの場合はほとんど発生しないことがわ
かっている。しかしながらマルチモードを有する利得導
波型半導体レーザは既に述べたように、横モードの不安
定性等の欠点があるので実用面で問題がある。
以上述べた如く、横モード特性の安定なレーザ〈発明の
目的〉 本発明は利得導波機構と屈折率導波機構の双方の構造と
性質を併せもつ即ち安定な基本横モード動作と縦マルチ
モード発振とを同時に行なうことのできる半導体レーザ
素子を提供することを目的とするものである。
目的〉 本発明は利得導波機構と屈折率導波機構の双方の構造と
性質を併せもつ即ち安定な基本横モード動作と縦マルチ
モード発振とを同時に行なうことのできる半導体レーザ
素子を提供することを目的とするものである。
〈構成及び効果の説明〉
本発明の半導体レーザ素子について第3図(6)の)(
C)’を参照しながら説明する。基板1上にストライプ
状の溝を平行に2本形成する。次にこの溝を含む基板I
上に基板1と逆導電型の(又は高抵抗値を有する層から
成る)電流阻止層11を堆積して基板に対する電流遮断
機能を付与した後、電流阻止層11表面より上記2本の
溝の間の山形部に対応する部分をエツチングして幅Wの
溝13を加工しこの山形部表面を露呈させる。基板10
山形部に対応する部分が電流阻止層11の除去された電
流通路即ち電流注入用内部ストライプ(ストライプ幅5
)12となる。電流阻止層11に溝13’に加工成形す
ることによりこの上に積層される第1クランド層2に層
厚分布が付与され、第1クラッド層2に重畳される活性
層3の実効屈折率がこの層厚分布に対応して変化し光導
波路が形成される。
C)’を参照しながら説明する。基板1上にストライプ
状の溝を平行に2本形成する。次にこの溝を含む基板I
上に基板1と逆導電型の(又は高抵抗値を有する層から
成る)電流阻止層11を堆積して基板に対する電流遮断
機能を付与した後、電流阻止層11表面より上記2本の
溝の間の山形部に対応する部分をエツチングして幅Wの
溝13を加工しこの山形部表面を露呈させる。基板10
山形部に対応する部分が電流阻止層11の除去された電
流通路即ち電流注入用内部ストライプ(ストライプ幅5
)12となる。電流阻止層11に溝13’に加工成形す
ることによりこの上に積層される第1クランド層2に層
厚分布が付与され、第1クラッド層2に重畳される活性
層3の実効屈折率がこの層厚分布に対応して変化し光導
波路が形成される。
活性層3には第2のクラッド層4、キャップ層5が重畳
される。基板1及びキャップ層5上には電極6,6′が
形成され、半導体レーザ素子の基本構造が得られる。内
部ストライプ構造12のストライプ幅幅Sはエツチング
加工時のサイドエッチ効果を利用することにより相当に
小さくすることができる。いま、溝13の幅WをSよシ
も充分広く設定した場合、溝13による屈折率導波の効
果は小さくなり、屈折率分布はストライプ12から注入
されて活性層3に蓄積される少数キャリアによる屈折率
変化(キャリアが多くなると屈折率は小さくなる)によ
って支配される。即ち、第1図に示した利得導波形レー
ザとなる。WをSと同程度かあるいは狭くした場合には
屈折率分布はストライプI2から注入されて活性層3に
蓄積される少数キャリアによる屈折率変化の影響をほと
んど受けず、溝13によって完全な屈折率導波路が形成
される。即ち、第2図に示した屈折率導波形レーザとな
る。W)2Sの範囲でw4広くしていくと、次第に第2
図(B)(C)の特性から第1図(C)(Dの特性へと
変化していく。この場合の接合に平行な方向の遠視野像
と縦モードをそれぞれ第3図(B)(C)に示す。
される。基板1及びキャップ層5上には電極6,6′が
形成され、半導体レーザ素子の基本構造が得られる。内
部ストライプ構造12のストライプ幅幅Sはエツチング
加工時のサイドエッチ効果を利用することにより相当に
小さくすることができる。いま、溝13の幅WをSよシ
も充分広く設定した場合、溝13による屈折率導波の効
果は小さくなり、屈折率分布はストライプ12から注入
されて活性層3に蓄積される少数キャリアによる屈折率
変化(キャリアが多くなると屈折率は小さくなる)によ
って支配される。即ち、第1図に示した利得導波形レー
ザとなる。WをSと同程度かあるいは狭くした場合には
屈折率分布はストライプI2から注入されて活性層3に
蓄積される少数キャリアによる屈折率変化の影響をほと
んど受けず、溝13によって完全な屈折率導波路が形成
される。即ち、第2図に示した屈折率導波形レーザとな
る。W)2Sの範囲でw4広くしていくと、次第に第2
図(B)(C)の特性から第1図(C)(Dの特性へと
変化していく。この場合の接合に平行な方向の遠視野像
と縦モードをそれぞれ第3図(B)(C)に示す。
また、WをS、l:り広くしていくに従って、接合に平
行な方向のビームウェストも端面から次第に内部の方へ
移動していく。W)5Sとすると、利得導波形の性質で
るる横モードの不安定性が起こるので、2S<Wく5S
が望ましい。また、高次モードを抑制するにはWは3μ
m以下で狭くする方が良い。
行な方向のビームウェストも端面から次第に内部の方へ
移動していく。W)5Sとすると、利得導波形の性質で
るる横モードの不安定性が起こるので、2S<Wく5S
が望ましい。また、高次モードを抑制するにはWは3μ
m以下で狭くする方が良い。
このようにして、安定な基本横モードと同時に縦マルチ
モードで発振する半導体レーザが実現される0 〈実施例〉 GaAs−A/:GaAs系の化合物半導体を用いて本
発明の半導体レーザ素子の1実施例を製作する場合につ
いて説明する。
モードで発振する半導体レーザが実現される0 〈実施例〉 GaAs−A/:GaAs系の化合物半導体を用いて本
発明の半導体レーザ素子の1実施例を製作する場合につ
いて説明する。
第4図(5)に示すように、P形GaAs基板14の(
100)面上にホトリングラフィ技術とメサエッチング
によって、平行な2本のストライプ溝15゜15′金形
成する。両方とも溝幅4μ瓜深さ0.8μmでその間隔
(即ち後述する電流通路と々るストライプ) 16fd
:2μmとした。このGaAs基板14上に第4図(B
)に示す如く液相エピタキシャル成長法によりax 1
018cm−3のキャリア濃度のn形GaAsから成る
電流阻止層17を溝外側の厚さで08μmの厚さに形成
する。次に第4図(C)に示すように、幅W=8μmの
ストライプ溝18をストライプ16の部分が中央になる
ようにエツチング形成し、電流阻止層17を除去してス
トライプ16の表面を露呈させる。その後、再び液相エ
ピタキシャル成長法により、第3図(5)に示すような
ダブルへテロ接合を有する多層結晶構造を形成しレーザ
発振用動作ftf5.−構成する0多層結晶構造の各層
の組成及び厚さは第1クラッド層2 (P−A4,4゜
Gao、55A8+ 0.15μm)、活性層3 (P
−440,+5GaO0B5AS、 0.08μrn)
、第2クラッド層4(n−A t o 、 45 G
a o、55A B + 1 、OIt m )及びキ
ャップ層5(n−GaAs、a、oμm)とした。キャ
ップ層5表面にばn側電極6としてAu−Ge−Niを
、基板裏面にはP側電極6′としてAu−Znfそれぞ
れ蒸着し、450℃で合金化することによシミ原注入用
電極層を形成する。
100)面上にホトリングラフィ技術とメサエッチング
によって、平行な2本のストライプ溝15゜15′金形
成する。両方とも溝幅4μ瓜深さ0.8μmでその間隔
(即ち後述する電流通路と々るストライプ) 16fd
:2μmとした。このGaAs基板14上に第4図(B
)に示す如く液相エピタキシャル成長法によりax 1
018cm−3のキャリア濃度のn形GaAsから成る
電流阻止層17を溝外側の厚さで08μmの厚さに形成
する。次に第4図(C)に示すように、幅W=8μmの
ストライプ溝18をストライプ16の部分が中央になる
ようにエツチング形成し、電流阻止層17を除去してス
トライプ16の表面を露呈させる。その後、再び液相エ
ピタキシャル成長法により、第3図(5)に示すような
ダブルへテロ接合を有する多層結晶構造を形成しレーザ
発振用動作ftf5.−構成する0多層結晶構造の各層
の組成及び厚さは第1クラッド層2 (P−A4,4゜
Gao、55A8+ 0.15μm)、活性層3 (P
−440,+5GaO0B5AS、 0.08μrn)
、第2クラッド層4(n−A t o 、 45 G
a o、55A B + 1 、OIt m )及びキ
ャップ層5(n−GaAs、a、oμm)とした。キャ
ップ層5表面にばn側電極6としてAu−Ge−Niを
、基板裏面にはP側電極6′としてAu−Znfそれぞ
れ蒸着し、450℃で合金化することによシミ原注入用
電極層を形成する。
以上によシ、光導波路幅W=8μ瓜電流注入用内部スト
ライプ幅S=2μm’fr有する半導体レーザが作製さ
れる。
ライプ幅S=2μm’fr有する半導体レーザが作製さ
れる。
上記実施例のレーザはしきい値電流60mA、波長78
0nmで発振し、発光出力20mWまで安定な基本横モ
ードで動作した。また1 5mWまで縦マルチモードで
あった。この半導体レーザ素子全ビデオディスク用の信
号光源として用いたところ、モード競合雑音や戻り光雑
音等が発生せず、良好な画像が得られた。
0nmで発振し、発光出力20mWまで安定な基本横モ
ードで動作した。また1 5mWまで縦マルチモードで
あった。この半導体レーザ素子全ビデオディスク用の信
号光源として用いたところ、モード競合雑音や戻り光雑
音等が発生せず、良好な画像が得られた。
尚、本発明の半導体レーザ素子は上述したGaAs−A
、aGaAs系に限定されるものではなく、InP−I
nGaAsP系やその他のへテロ接合レーザ半導体レー
ザ素子の構成図及び特性説明図である。
、aGaAs系に限定されるものではなく、InP−I
nGaAsP系やその他のへテロ接合レーザ半導体レー
ザ素子の構成図及び特性説明図である。
第2図(A)(a (C)は従来のC8Pレーザ素子の
構成図及び特性説明図である。
構成図及び特性説明図である。
第3図(5)Q3)(C)は本発明の説明に供する半導
体レーザ素子の構成図及び特性説明図である。
体レーザ素子の構成図及び特性説明図である。
第4図(5)[F])(0は本発明の1実施例を説明す
る半導体レーザ素子の内部ストライプ構造の工程図であ
る。
る半導体レーザ素子の内部ストライプ構造の工程図であ
る。
1・・・基板 2・・・第2クラッド層 3・活性層4
・・・第2クラッド層 5・・・キャップ層 6,6′
・・電極 15・・・ストライプ溝 I6・・・内部ス
トライプ 17・・・電流阻止層
・・・第2クラッド層 5・・・キャップ層 6,6′
・・電極 15・・・ストライプ溝 I6・・・内部ス
トライプ 17・・・電流阻止層
Claims (1)
- 1.2本の平行なストライプ溝が形成された基板上に電
流を遮断する電流阻止層を積層するとともに該電流阻止
層に凹状溝を加工して前記ストライプ溝間の前記基板面
より前記電流阻止層を除去しかつこの上に積層される多
層結晶に層厚分布を付与して利得導波機構と前記凹状溝
に対応する屈折率導波機構を形成したことを特徴とする
半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58231685A JPS60123082A (ja) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | 半導体レ−ザ素子 |
| EP84114366A EP0143460B1 (en) | 1983-11-30 | 1984-11-28 | Semiconductor laser device and production method thereof |
| DE8484114366T DE3484266D1 (de) | 1983-11-30 | 1984-11-28 | Halbleiterlaser-vorrichtung und verfahren zu deren herstellung. |
| US06/675,849 US4937836A (en) | 1983-11-30 | 1984-11-28 | Semiconductor laser device and production method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58231685A JPS60123082A (ja) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60123082A true JPS60123082A (ja) | 1985-07-01 |
| JPH0550158B2 JPH0550158B2 (ja) | 1993-07-28 |
Family
ID=16927383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58231685A Granted JPS60123082A (ja) | 1983-11-30 | 1983-12-06 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60123082A (ja) |
-
1983
- 1983-12-06 JP JP58231685A patent/JPS60123082A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0550158B2 (ja) | 1993-07-28 |
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