JPS6024087A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

Info

Publication number
JPS6024087A
JPS6024087A JP7849584A JP7849584A JPS6024087A JP S6024087 A JPS6024087 A JP S6024087A JP 7849584 A JP7849584 A JP 7849584A JP 7849584 A JP7849584 A JP 7849584A JP S6024087 A JPS6024087 A JP S6024087A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
semiconductor
region
thickness
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.)
Pending
Application number
JP7849584A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunio Aiki
相木 国男
Michiharu Nakamura
中村 道治
Junichi Umeda
梅田 淳一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7849584A priority Critical patent/JPS6024087A/ja
Publication of JPS6024087A publication Critical patent/JPS6024087A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/1057Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying composition along the optical axis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 本発明は1発振姿態を安定化した半導体レーザの構造に
関するものである。更に詳しくは、いわゆる活性領域を
有する第1の半導体層の両側にこれより禁制幅の大きな
第2.第3の半導体層を接合してなる。いわゆるダブル
へテロ構造を採る半導体レーザに関するものである。
半導体レーザは近年、光通信システムにおける光信号源
として不可欠な素子となっている。この場合、常温で効
率よく動作し得ることもあり上記のダブルへテロ構造の
ものが多く採用されている。
現在開発の最も進んでいる(JB As −GaAj!
Asダブルへテロレーザの代表的な構造を第3図および
第4図によって説明する。第3図はレーザ光に垂直な素
子の断面図、第4図は平行な断面図である。このような
素子は通常、n−GaAs基板31に連続液相成長法に
より、第2の半導体に当るn−Ga1−xAJxAs 
(x″r0.3)層32.第1の半導体に当るp−Ga
As層33.第3の半導体に当るp−Ga1−xAjx
As (x#0.3 )層34゜および正電極36との
電気的接続を容易ならしめるp −Ga As層35を
成長した後、電極を形成し。
結晶をへき開して反射面38を形成して作製される。3
7は負電極である。この半導体レーザは室温で2.2 
V、 100mA (2kA/cm2)で駆動すること
)こより波長〜8900人、〜10mAの連続出力が得
られる。上記構造は作製が容易で、比較的作製歩留りが
高く、また素子の寿命等に有利な点が多い。しかし、発
振姿態が不安定となる欠点があった。すなわち、この構
造では正電極36の下に位置する第1の半導体層33で
レーザ発振がおこるが、この層はX方向に意図的に屈折
率変化をもたせてないので、通電により生ずるわずかな
屈折率分布をよび利得分布によりX方向の発振姿態が決
る。このような屈折率分布や利得分布は励起電流や温度
の変化により著しく変化し、電極36のX方向の幅や層
の厚さなどの素子の形状等によっても異なるので、通常
発振姿態は非常に不規則な変動を示し再現性がない。こ
のような横姿態の不安定性は、励起電流とレーザ出力の
値線性を悪化させ、パルス状電流により変調を行なった
場合、レーザ出力に不安定な変動を生じ信号対雑音比を
劣化させる。また、出力光の指向性を不安定にするので
、レーザ出力を光ファイバ等の他の光学系に効率よく安
定に導くことを困難とするなど、実用上の多くの障害が
あった。
本発明の目的は、上記のダブルへテロ構造の持つ欠点を
なくシ、製作が容易であり、且横発振姿態の安定化され
た信頼性の高い半導体レーザの構造を提供するものであ
る。
本発明は、以下に述べるような半導体レーザの構造によ
って解決される。本発明の半導体レーザの構造の骨子は
次の通りである。第1の半導体層の両側に、これより禁
制帯幅の大きく且屈折率の小さな第2.第3の半導体層
を接合する。この第2の半導体層に次の様な形状を持た
せる。即ち。
発光領域とそれ以外の領域に対応する部分の少なくとも
境界に半導体層の厚みに段差を持たせ、且この半導体層
の厚さの薄い領域の外部に第4の材料領域を設置しレー
ザ光の進行方向と垂直な方向に沿ってレーザ光に対して
実質的に屈折率を不連続的に変化せしめるものである。
第1図を参照しながら本発明の基本原理を説明する。第
1図は本発明の半導体レーザの代表例で、レーザ光に垂
直な素子の主要部断面図を示すものである。10は帯状
の凹溝を形成した結晶基体で。
この上に以下の層が順次成長される。11は第2の半導
体層で本例では凸部有している、12は第1の半導体層
、13は第3の半導体層であり、レーザ発振の生ずる第
1の半導体層の両側をこれより禁制帯幅が大きく、屈折
率の小さな第2.第3の半導体層でサンドインチし、キ
ャリアと光子を第1の半導体層に高密度で閉じ込めるい
わゆるダブルへテロ構造となっている。
GaAs 、GaAJAsを半導体層として用いる場合
について具体例を述べる。基板は通常GaAs。
もしくはGa 、、AjzAs 、第1の半導体層はG
 a 1− yA j yAs第2、第3の半導体層は
Ga1−。
Aj!xAsである。一般にO<z < Y < x 
< 1なる関係にある。ここで第2の半導体層11の厚
さは薄い部分(この厚みをtoと記す)では第1の半導
体層に沿った道波光の一部基体10にしみ出す程度に小
さい。また厚い部分(この厚みヲt2と記す)ではこれ
より十分大きくしである。
この様な構造を取ると一般的tこは導波層のX方向に屈
折率変化または光の利得損失変化またはその両者の変化
をつけた導波路と等価な働きをする。
第2図に第1図と等価な導波路のモデル図を示す。
前述のごとく半導体層11.13の材料そのものによっ
てX方向に、屈折率の変化を持たせていると共に、X方
向にも12′という屈折率を異にする領域を実質的に設
定出来る。12′は半導体層12のうちで結晶基体10
への光のしみ出し効果により実効的に屈折率が半導体層
12のものから変化した領域を示す。
実際の装置ζこおいては、基板と第3の半導体層13側
に適当な電極が設けられる。この構造で導波光は第1の
半導体層12を中心に分耶し1紙面に垂直方向に伝播す
ることとなる。半導体層11らy方向への導波光の°し
み出し距離″(光強度が1 / eに減良するまでの距
離)をrとすると。
これは近似的に と表わせる。
2 (n:2nで1)2 λ λ:自由空間波長−’1llnl□、n□3:各々半導
体層11,12.13の屈折率。
d:半導体層12の厚さ である。なお、”しみ出し距離″の近似法tこついては
、たとえばBe1l 8yst、 Tech、 J、 
vol。
148、pp2071〜2102(1969)掲載のg
、A、J 。
Marchati目の論文等に説明がなされている。
この様な表わし方を用いる時、導波光は3ri越える距
離で実質的fこしみ出しがないと考えられる0 先に具体例を述べたGa As 、 Ga Aj As
 f半導体層として用いる場合を例にとるとdは0.0
5〜0、2μm程度が実用]こ供さnている。この場合
t1は大略0.3〜0.7μm、t2は“しみ出し距離
”以上十分深けわば良いので大略0.9μm以上を多く
用いている0また。基板に凹溝を形成する例の場合、こ
の溝の幅(W)は実用上1〜30μm程度(光出力の関
係もあるが3〜7μmないし10μm8度が用い易い。
)を用いる。なお溝がこれ以上広いと製法上第2の半導
体層の凸部の上面を平面として形成しづらく余り有利で
はない。なお。
ここに例示した如き基板結晶に凹溝を形成して作製され
た構造の半導体レーザは次のような利点がある。
(1)活性層を含む光とじ込め領域の形成が一回の連続
液相成長ですむので製法上有利である。
(2)製造工程中、半導体層11,12.13の形成l
こメサエッチを用いる必要がない。
以上の事から量産時の再現性に優れたものとなる0 (3)プレーナ構造となるので信頼性、熱放散特性に優
れる。
本発明(才、こむまでの発明の詳細説明かな如く,構成
材料の種類によるものではない。
Ga −Ajl−As系, Ga −Aj −As−8
b系はもとよりGa−AI−As−P系, Ga −A
s−P系、In−Ga −As − P系をはじめとす
る■一■族化合物半導体やH−V族化合物半導体系など
半導体レーザ用として知られた広範囲な材料系に勿論適
用しうるものである。
実施例1 第1図を参照して本発明を説明する。(100)面をも
つn−GaAs基版(Te添加,濃度〜IX10cm)
上にn−Ga,−、AJ,As層(1=0、5)%3μ
m成長させ成長用基体を準備し,次に通常のホトレジス
ト工程により幅10μmの窓を持ったホトレジスト膜を
形成する。この窓を通して基板表面をたとえばりん酸:
過酸化水素:エチレングリコール=1:1+3’)用い
て化学エツチングすることにより2方向に凹状の溝を持
った基体10を形成する。溝の幅(W)は6μm,深さ
くd)は1μmとした。次にこの上に連続液相成長法に
より第2の半導体層としてn − Ga 、xAJx層
( x=0.3 ) 1 1.第1の半導体層としてG
a,−、AJ,As層(Y=0.05)12、第3の半
導体層としてP − Ga, 、AJ,As層(x=0
.3)13、およびこの上部にn − Ga As 1
@を成長させる0 層11の薄い部分の厚さt□は0.3μm,厚い層は1
.3μmとした。層12,層11,およびこの上部のn
 − Ga As層の厚さはそれぞれ0. 1μm。
2μITI,1μmである。添加不純物として,n形層
には8nを、p形層にはGeを用いた。次に先の場合と
同様のホトレジスト工程を経て形成された。
At203の窓を通してZnを拡散し、電流の通路とな
る領域にp形拡散領域を形成した。その後、正電極およ
び負電極としてAuとOrおよびAu −Ge−Ni合
金を蒸着し、最後に結晶を相対する平行な面が傅らnる
ように(110面)でへき関し反射器を形成しレーザ装
置を構成した。レーザ長は300μmである。
上記半導体レーザは室温で〜2 kA / cm2のし
きい電流密度で発振が得られた。発振波長は〜8900
人、外部量子効率は約40係であった。
発振時の横姿態はレーザの実用を流範囲であるしきい電
流値の2倍以上才で安定で、従来構造でみられる励起強
度と発光出力の非直線特性やパルス変調時における信号
対雑音比の低下は観測されなかった。
実施例2 実施例1に述べた構成に対し、13および11をそれぞ
れp−およびn G a s −xA j xAs層(
X=0.33 ) %12 f n −Ga1−、AJ
yAs層(y−〜0.05)とし1層11の薄い部分の
厚さを0.45μm9層12の厚さ%0.1μmとする
。他の部分の構成および作成プロセスは実施例1と同様
である。この実施例における室温での発振しきい電流密
度は2 kA / cm2、発振波長は8300人、外
部微分量子効率は40%である。発振横姿態は、しきい
電流値の1.3倍まで横基本モードのみである。
また、しきい電流値以上における電流−発振出力特性は
、上記電流範囲で直線的であり、パルス変調時における
信号対雑音比の低下も観測されない。
実施例3 実施例2における、層12の厚さに0.05μm。
層11の薄い部分の厚さヲ1.0μmとする。他の部分
の構成および作成プロセスは、実施例2.に記したと同
様である。この実施例におけるレーザ発振特性は、実施
例2.の場合と同様であった。
実施例4 実施例2における1層12の厚さを0.25μm。
111の薄い部分の厚さヲ0.2μmとする゛。他の部
分の構成および作成プロセスは、実施例2.に記したと
同様である。この実施例においても、実施例2の場合と
同様のレーザ発振特性が得られた。
この様な効果を得るには、層11と基体10の光学的性
質に差異がありさえすれば良いことは云うまでもなく、
その構成材料が何であるかを問わぬことも明らかであろ
う。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的構成を説明する図、第2図は本
発明と等価な導波路のモデル図、第3図、第4図は従来
の半導体レーザの断面を示す図である。、− 図面の符号 】0:基体、12:活性層、11,13:クラッド層 418 茗 1 阿

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも第1の半導体層、および第1の半導体層
    より禁制帯幅が大きく乱屈折率の小さな第2、および第
    3の半導体層を前記第1の半導体層をはさんで設けた構
    造を有する半導体レーザであって、少なくとも前記第2
    の半導体層の実質的に発光領域に対応する部分を帯状の
    凸部となすことにより段差を設け、且前記その厚みに段
    差を有する半導体層の厚さの薄い領域に接して第4の材
    料に変化せしめ且前記第4の材料領域は半導体基板上に
    設けられた半導体層なることを特徴とする半導体レーザ
    。 2、帯状の凹表面を有する結晶基体と、その−面を前記
    結晶基体と接合し他面を実質的に平面とした第2の半導
    体層と、前記第2の半導体層に接する第1の半導体層と
    、前記第1の半導体層の上部に第3の半導体層を有し、
    前記第2および第3の半導体層は前記第1の半導体層よ
    り禁制帯幅が大きく乱屈折率が小なることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ。
JP7849584A 1984-04-20 1984-04-20 半導体レ−ザ Pending JPS6024087A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7849584A JPS6024087A (ja) 1984-04-20 1984-04-20 半導体レ−ザ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7849584A JPS6024087A (ja) 1984-04-20 1984-04-20 半導体レ−ザ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6024087A true JPS6024087A (ja) 1985-02-06

Family

ID=13663546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7849584A Pending JPS6024087A (ja) 1984-04-20 1984-04-20 半導体レ−ザ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6024087A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1131785C (zh) * 1999-02-10 2003-12-24 广州市海天长信科技有限公司 彩色喷墨打印机喷墨头串行通讯电路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1131785C (zh) * 1999-02-10 2003-12-24 广州市海天长信科技有限公司 彩色喷墨打印机喷墨头串行通讯电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR940005764B1 (ko) 레이저 다이오드 어레이 및 그 제조방법
JP2558744B2 (ja) 半導体レーザ素子及びその製造方法
GB2046983A (en) Semiconductor lasers
US4883771A (en) Method of making and separating semiconductor lasers
JPS6343908B2 (ja)
JPH01164077A (ja) 発光ダイオードおよびその製造方法
US4377865A (en) Semiconductor laser
JPS6024087A (ja) 半導体レ−ザ
JPH0376287A (ja) ブロードエリアレーザ
JPS6362292A (ja) 半導体レ−ザ装置およびその製造方法
JP2679974B2 (ja) 半導体レーザ装置
JPH0156547B2 (ja)
JPH0671121B2 (ja) 半導体レーザ装置
JPH0278290A (ja) 半導体レーザ素子
JPH0478036B2 (ja)
JPS59127892A (ja) 半導体レ−ザとその製造方法
JPH0437598B2 (ja)
JPS5826833B2 (ja) 半導体レ−ザ
JPH0373584A (ja) 半導体レーザ装置
JPS6116593A (ja) 半導体レ−ザ
JP2875440B2 (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JPH05160509A (ja) 量子井戸構造埋め込み半導体レーザ
JPS609187A (ja) 半導体発光装置
JPS62281384A (ja) 半導体レ−ザ素子およびその製造方法
JPS5923585A (ja) 半導体レ−ザ素子