JPS60186082A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPS60186082A
JPS60186082A JP1423985A JP1423985A JPS60186082A JP S60186082 A JPS60186082 A JP S60186082A JP 1423985 A JP1423985 A JP 1423985A JP 1423985 A JP1423985 A JP 1423985A JP S60186082 A JPS60186082 A JP S60186082A
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JP
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laser
layer
light
substrate
active
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JP1423985A
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Junichi Umeda
梅田 淳一
Hisao Nakajima
尚男 中島
Takaro Kuroda
崇郎 黒田
Takashi Kajimura
梶村 俊
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体レーザに関し、さらに詳述すれば、大出
力レーザ光を得ることが出来る多点発光型半導体レーザ
に関するものである。
〔発明の背景〕
従来の多点発光タイプの半導体レーザは、複数のストラ
イプ電極を並置して装置全体の光出力を増大させる提案
がなされている。(たとえば、Appl、Phys、L
ett、34(4)15Fe1.1979pp、 25
9−261 、 Appl、 Phys、 Lett、
34(2)。
15Jan 1979 pp、162−165)I、か
じ、現実には各ストライプ毎にレーザ光のモード、波長
、位相がまちまちになり、通信や光デイスクメモ】ハレ
ーザプリンタなどに使用し得るような高品質のレーザ光
を得るに至っていない。
また、これに関連し、ストライプ電極相互間の間隔を狭
くすると、共振レーザ光(結晶両鏡面間を発振往復して
いるレーザ光)の光分布幅よりも ゛電流波がり幅の方
が広くなるため、光分布が一様になる前に電流分布が一
様となり、ストライプ電極が結局せ枚の電極板のように
な、2てしまう。この様な場合には、共振レーザ光はス
トライプ配置とは無関係にフィラメント状発振を生じ、
ランダムにスポット状に発光してレーザ光の品質を著し
く低下させてしまうなどの欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記欠点のない、各ストライプ毎のレ
ーザ光の位相が揃った、従って全出力として大出力とな
る半導体レーザを提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するための本発明の構成は、複数の活性
層を互いに異なる面上にあって、且つ、周期的に配置せ
しめて設けることにある。
本発明は上述のように、多点発光領域が空間的に配置さ
れているものなので、活性層を、電流方向及びレーザ発
振方向と直角方向について準周期的に折り曲げたり、段
差構造としたり、厚さ変化をつけるなどの構成にするこ
とにより、相互に隣接する屈折率差導波路構造を形成し
て多点発光レーザとし夫々レーザ発振モードを規定する
と共に隣接レーザ発光間の光結合を生ぜしめる。
レーザの動作時、活性層中で発光が起り共振レーザ光と
なる。この光は、光分布を有しており、活性層以外の半
導体層にも一部上記分布が拡がって掛る。しかし、他の
半導体層との間に屈折率差が存するので光は実質上閉じ
込められたまま鏡面(普通、臂開面)相互間を共振する
。一般に活性層の屈折率は隣接する半導体層よりも大き
い値のものが採られる。屈折率の大きさ、及び差は目的
に応じ適宜選択される。一方、活性層は異なる面に形成
された活性層とそれぞれ隣接するか極めて接近して配置
されているので、上記発光による光分布は一部他の活性
層の光分布とも重畳して光結合が起なわれる。この様に
この光の重畳部分で非線型相互作用(可飽和利得、又は
吸収の存在)が存在することによって各ストライプ毎の
レーザ発振が相互に同一波長でかつ位相が一定の関係に
保たれる。以下、実施例を用いて詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第1図は、本発明の一実施例としての半導体レーザの概
略断面図である。
図において、1はn−GaAs基板(Si−ドープ、n
−1X 1017cm−3)、2はn −G ax−、
A 41 、 A Sクラッド層(Y=0.5±0.2
、Te又はSn又は〕 Seドープ、n 〜3 X 10’、’ Cm−3)、
水はGa1−.1A1xAS活性層(x=0.15±0
.15、アンドープ。又はTe、’Se、Sn、Ge、
Zn。
Mgなどがドープされていても良い。)。4はp−Ga
1−、Aj、Asクラッド層(z=0.5±0.2、Z
n又はGe又はMgドープ、p〜3 X 10 cm 
である。
活性層3(厚さ0.1±0.05μm)は、図の如く、
レーザ発振方向(紙面に垂直)と直角方向(横方向)に
沿って、折れ曲がりをもつ構造となっており、各折れ曲
り面(3a、3b、3c)の巾は1.5±0.5μmで
ある。3a面を例にとれば両端が折れ曲っているため、
巾1.5±0.5μmの屈折率差光導波路を形成してお
り、この面での発振横モードはTEooに規定される。
3b面、3c面等についても同様である。3a面と3b
面とは隣接しておりその接点で両面での発光分布が重畳
して光結合がおこる。この様な構造は、適切な並行溝を
設けたGaAs基板1の上に厚さ1±0.5μm程度の
G a 、−アAJ、 As クラッド層2、活性層3
、Ga、、AI、As クラッド層4を連続して逐次、
LPK法、IVIOCVD 法、又はMBE法により成
長させることにより得られる。この製法については後述
する。次いで公知の金属蒸着技術により、上記クラッド
層4上および基板1の裏面に一面もしくは所定のパター
ンの電極層5および6を形成してレーザを構成する0 この構造で共振器長300μm1巾600μm(100
周期、発光点数400)の多点発光レーザにおける発振
特性は下記の通りであった。発振波長ニア60nm、l
、きい電流値:4A1光出カニ電流10Aにおいて1.
2W1光の放射波がり角:接合面内方向は約1°以下、
垂直方向35°で位相の揃った、大出力の高品質レーザ
光が得られた。次にこの半導体レーザの製法について述
べる。
n導電型のGaAs基板1に断面が逆台形状のストライ
プ溝(このストライブ状は、同時にストライブ状のメサ
でもあるので、以下溝”で統一する。)が形成されてい
る。上記基板1の表面は、ストライプ溝に平行な方向か
ら±5°以内、該ストライプ溝に垂直な方向から±00
5°以内ずれた(100)面であって、かつ該ストライ
ブ状は<110>方向に形成されている。上記溝は、上
記基板1面上に所定のパターンを有した絶縁膜マスフを
介して硫酸系又はハロゲン混入のアルコール溶液などで
エツチングされる。結晶面により蝕刻速度が異なるいわ
ゆる反応律速エッチ液を用いると、(111)面がとり
残され1図示した様な逆台形状に形成される。図で溝の
側壁面が(iii)面を呈してほぼ45°傾斜している
。勿論、結晶の種類、組成比、あるいはエツチング液等
を適宜選択することにより、所望の断面形状の溝が容易
に得られることは云うまでもない。上記溝の大きさは、
前述の様に、広い処での幅W。は1〜10μm1溝深さ
は1〜3μmである。
次いで、上記溝を有した基板1上に、厚さが1〜3μm
のn−Ga1−!AξAsからなるクラッド層2を液相
成長法により形成する。上記液相成長長の溶液は、例え
ば、Gaが4g、AJが4〜10mg%GaAsが20
0mg、そしてTeがO,OF。
〜0.20mgである。この場合、A JAsモル比X
は0.2≦X≦0.7が得られ目的に応じ適宜調整され
る。上記クラッド層2は図示した様に、上記溝に対応し
た形状で形相され、該溝上部で表面が屈曲して形成され
る。次いで、上記クラッド層2上に、膜厚が0.03〜
0.2μmのGa、、Ajl、 Asからなる活性層3
を上記液相成長法により形成する。容液は、例えば、G
aが4g、Ajが0〜10mg5 GaAsが200m
gのアンドープ(不純物非添加)である。この場合、A
jlAsモル比yは、O≦y<0.35で所望の波長光
により適宜調整される。上記活性層3は、上記クラッド
層2の表面の形状に沿って、はぼ均一の厚さで形成され
る。
溝の底面および溝外部に対応する場所では平坦かつ水平
に形成される。また此上記溝の側壁面および溝肩部に対
応する場所では勾配又は屈曲状の活性層を呈する。次い
で、上記活性M3上に、膜厚が2〜5μmのp−G a
l−、lAj、 Asからなるクラッド層4を上記液相
成長法により形成する。溶液は、例えば、Gaが4g、
Ajが4〜10mg。
GaAsが200mg、そして、Znが5〜10mgで
ある。この場合、AjAsモル比Xは0.2 < x 
<0.7が得られ目的に応じ適宜調整される。次いで、
必要に応じ、上記クラッド層4上に、膜厚が約1μmの
n−GaAsからなるキャップ層(図示せず)を上記液
相成長法により形成する。溶液は、例えば、Teが0.
(15〜0.20 mg%Gaが4gsそして、GaA
sが200mgである。 次いで、必要ならば上記キャ
ップ層上(キャップ層が無い場合はクラッド層上)に、
上記溝に対応した位置に電極窓を有する酸化膜を形成す
る。酸化膜は通常のCVD法によるものでよく、被膜形
成後、公知の写真蝕刻技術により上記窓が形成される。
酸化膜に限らず、窒化膜など他の絶縁膜であってもよい
ことは勿論である。次いで上記電極窓あるいは直接半導
体層を覆って、Cr’、Auの2層からなるp導電型電
極・5を形相する。次いで、上記基板1の裏面にA u
 −G e@−金からなるn導電型電極6を形成して半
導体レーザを構成する。
以上の実施例では、LPE(液相成長法)により形成し
た半導体レーザに付き述べてきたが、MODVD法(M
etalorganic Chemical Vapo
r−deposition ;有機金属を用いた熱分解
反応による化合物半導体の結晶成長法)あるいは、10
−’Torr以下の超高真空中での真空蒸着により化合
物半導体などの形成されるMBE法(分子線エピタキシ
ー法)によっても全く同様に形成される。
以下、化合物半導体層、絶縁層および金属層は同様に差
異なく形成さ力、るので省略する。
第2図は本発明の他の実施例としての半導体レーザの概
略断面図である。図において、13a113b面の巾は
、1.5±0.5μm1各層の構成作製法は、前記実施
例に同じである。祈り曲げ角は1層以上あれば充分であ
る。発振特性例は、共振器長300μm、巾60(l1
m(200周期、発光点数400)の多点発光レーザに
おける発振特性例は、前記実施例と同じである。なお、
11は基板、12および14はクラッド層、13は活性
層である。
第3図は本発明のさらに他の実施例としての半導体レー
ザの概略断面図である。図において、活性層23に周期
的に段差を設ける。段差の大きさは0.2〜1μmであ
る。各活性層(23a、23bなど)の巾は1.5±0
.5μmである。この様な構造は、GaAs 基板21
の上に、まず、層22、層23a1層24を、LPEま
たはMOCVDまたはMBE法で多層成長し、次に、格
子縞状のマスク(レジスト膜など)を通じて選択的に、
トライ、エツチングをM22まで行い、その上に、I、
PEMOCVD又はMBE法によって、層22、層23
b1層24を多層成長し、最後に研摩又はエツチングに
よって、平滑な平面25を形成することにより得られる
この構造で、共振器長300μm1巾600μm(40
0周期、発光点数400)の多点発光レー導体レーザの
概略断面図である。図において、31は平行溝を設けた
n−GaAs基板、32はn−Ga1 、Aj、As 
クラッド層、33は波形のGa1−、Ajl、 As活
性層、34はp−’Ga1−、AJ、 Asクラッド層
である。活性層33を除き、構成は前記実施例と同じで
ある。この様な構造は、平行溝を設けた基板31の上に
、適切な条件で、多層LPEを行うことにより実現出来
る。
活性層33の厚さは、溝の中央、及び溝と溝Q〕中間部
で最大005〜0.2μmとなり、夫々、し溝の深さが
0.5〜2μm1層32の溝間中央部の厚さが1.5±
0.5μmに構成する。
共振器長300μms 巾600μm(100周期、発
光点数200)の多点発光レーザにおける発振特性は、
前記実施例と同じである。
以上、。−〇 a A s基板を用いた例を記したが1
p −G a A s基板を用いた場合には、上記の導
電型をすべて反対の構成にすれば良いことは云うまでも
ない。
また、材料系は、GaAs −GaAs基板系に限られ
ることはなく、例えば、第1図〜第4図におG1て、基
板およびクラッド層(nlはH−InP、活性層はIn
GaAsP混晶、クラッド層(piはp−InPで構成
しても良い。その他、GaAs−InGaAsPa系、
Ga5b−GaAJAsSb 系などの材料系で構成す
ることができ、要は、多点発光の安定化と相互光結合を
もたらす構造にある。
〔発明の効果〕
本発明によって高品質の大出力半導体レーザを実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明の一実施例としての半導体レー
ザの概略断面図である。 1・・・基板、2・・・「l−クラッド層、3・・・活
性層、4・・・p−クラッド層、5および6・・・電極
層。 篤 ) 図 ¥J z 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 所定の半導体基板上部に活性層とクラッド層を有する光
    閉じ込めのための積層領域を、前記半導体基板および前
    記積層領域上部に設けられた電極き、レーザ光の進行方
    向に沿って設けられた複数のストライプ状導電領域を有
    した半導体レーザにおいて、上記活性層は互いに異なる
    面上に在って且つ周期的に配されてなることを特徴とす
    る半導体レーザ。
JP1423985A 1985-01-30 1985-01-30 半導体レーザ Pending JPS60186082A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01239980A (ja) * 1988-03-22 1989-09-25 Canon Inc 半導体レーザ装置
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