JPS61134094A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS61134094A
JPS61134094A JP25666484A JP25666484A JPS61134094A JP S61134094 A JPS61134094 A JP S61134094A JP 25666484 A JP25666484 A JP 25666484A JP 25666484 A JP25666484 A JP 25666484A JP S61134094 A JPS61134094 A JP S61134094A
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JP
Japan
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light
multilayer film
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tio2
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Pending
Application number
JP25666484A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Ishikawa
信 石川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS61134094A publication Critical patent/JPS61134094A/ja
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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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • 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】 (産業上の分野) 本発明は半導体レーザに関し、特に大出力半導体レーザ
Vc関するものである。
(従来の技術) AJGaAs/GaAs  等の結晶材料を用いた可視
光半導体レーザは、小型で低消費電力で高効率の室温連
続発掘を行をう事ができるので、光方式のディジタル・
オーディオ・ディスク(DAD)用光源として最適であ
り、実用化されつつある。この可視光半導体レーザは、
光プリンタ等の光書きこみ用光源としての需要も高まり
、この要求をみ九丁念め大光出力発掘に耐えりる可視光
半導体レーザの研究開発が迫められている。
現在、A I G a A s 系半導体レーザの高出
方化を制限している最大の原因は、高出方時に反射端面
が、光学損傷を受けることにある。この光学損傷レベル
は、1MW/cm2程度であり、発振領域の大きさが2
μmXQ、5μmの通常のストライプレーザであれば、
CW臨界光出力は10mWという小さな値になる。
この光学損傷を克服して高出力動作を行なう几めに、中
発光スポットサイズを大きくする。 (li)反射端面
を発振光に対して透明としたウィンドウ構造とする等の
工夫が行なわれてきた。前者の発光スポットサイズの増
□大を図るfC,うには、垂直方向の有効スポットサイ
ズが、活性層厚α、活性層の光閉じ込め係数rとした時
、α/γで与えられることから活性層を薄膜化すること
で試みられてきtoしかし、活性層の薄膜化を実施して
100mW以上の高出力全得るtめに鉱、活性層厚を0
.05μm程度に制御しなければならず、現在結晶成長
法として広く利用されている液相法では、再現性の点で
多くの問題全残している。さらに、活性層を薄膜化し几
場合、活性層内への光の閉じ込め係数rが小さくなり、
発振に必要なしきい楓利得の増加し、発振しきい直キャ
リア密度の増加をも之ら丁。
その結果、1子及びホールのへテロバリヤからのリーク
が発生し、温度特性の悪化等の間泗全もtらしている。
一方、後者のウィンドウ構造全採用した場合、原理的に
は光学損傷1cよる制限を除去することが可能であるが
、反射端面近傍に特殊な工夫を必要としfc複雑な構造
となるため、生産性の点で問題を残している。
(発明の目的) 本発明の目的は、これらの欠点を除去し、安定な基本債
モード発振にLる大光出発振が可能であり、等心円的な
光源となり、LPEPE結晶波長技術較的容易に製作で
き、再現性及び信頼性の上ですぐれた半導体レーザ金提
供することにある。
(発明の構成) 本発明半導体レーザの構成は、層厚が比較的厚い活性層
をこの活性層エリもバンドギャップの大きいn形及びp
形クラッド層で挾み込んだダブルヘテロ構造金、前記活
性層厚と同程度の幅を有するメサ状にエツチングして前
記クラッド層と同じバンドギャップ金有する半導体層で
埋め込んだ埋込構造と;この埋込構造の両端をへき開し
た両端面に屈折率の異なる2種の誘電体層を媒質波長の
数倍程度の厚さで交互に積層し、基本横モードに対する
反射率を高くした誘電体多層膜とを有することを特徴と
する。
(実施例) 以下図面音用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図は第1図の
側面図、第3図は第1図の断面図である。
この実施例の製造方法H,(100)面を平面とするn
型GaAs基板1上に液相成長法を用いて、n形AJ 
  Ga O,360,64As クラッド層3 t−1,0μm
p形AlO,15Ga O,85As活性層4 t’ 
1.57μm。
2形”0.36 GaO,64Asクラッド層5 t−
1,0層m。
p形GaAsキャップ層6を0.5μm 順に成長を行
なう。この成長層の上に8i02膜をつけ、フォトレジ
スト法にエリ、幅2μm程度の幅を残して8i02膜を
除去し、これをマスクとして活性層厚と同程度の幅でメ
サ状にエツチングする。さらに電流を狭窄する之め、n
形Al □、36 Ga O,64As埋め込み層2で
埋め込み成長を行なう。次に、メサ上部をおおうように
亜鉛を拡散し、拡散フロントが、p形クラッド層5にと
どくように拡散を行い、拡散領域12t−形成する。こ
の成長基板上に5iOz膜を形成し友後、フォトレジス
ト法でメサの上部に一致するように5iOz膜7に幅2
μm程度の窓をあける。その侵底長表面側に、p形オー
ミックコンタクト8を、基板側にn形オーミックコンタ
クト9t−それぞれ蒸着法にエフ形成する。
さらに、共振器長300μm程度のバーに切り出し、両
端面に、誘電体多層膜10,11vi″形成する。この
多層膜1oは、層厚658o^の5iOzと層厚380
0AのTi0z  とを交互に3層ずつ積層し念もので
あり、第1層が5iozv i終の第6層がTiO2と
している。これら5i02とTiO2との屈折率く、そ
れぞれ1.5とz6であるから、この多層膜は波長0.
79μm の光が垂直入射し九時、光の位相が各層で5
/2π変化する工すに設定されている。一方、多層膜1
1は、層厚5oλのアモルファスSiと、層厚6o^の
Ti0z  2交互に4層ずつ積層しtものであf)、
第1層がアモルファスシリコン(Si)、最終の第8層
がTi0zとなっている。アモルファス Stの屈Fl
f13.5であるので、この多層膜に、波長0.77μ
mの光が入射角16 で入射した時、光の位相が各層で
π4変化するように設定されている。これら誘を木多層
膜10,11をスパッタ法、又は電子ビーム蒸着法VC
2ヶ、両端面に形成して本実施例の半導体レーザを得る
ことができる。
(発明の作用、効果〕 本発明の構造に2いて、ストライプ領域から注入されf
c[fiU、p形クラッド層5を経てp形活性層4に注
入される。この時p形クラッド層5から、n形埋め込み
層2へのリーク電流が考えられるが1′ゞンドギヤノプ
の広いAA’ o、36 G a o、s 4Asのホ
モ接合であるため、拡散電位が大きく、このリーク電R
は十分小さいと考えられる。従って効率的に活性層4に
キャリアが注入され、この注入キャリアが発振しきい値
キャリア密度に達するとレーザ発振を開始する。この時
活性層厚が1.57μmと比較的厚い几め、高次モード
がカットオフにならず、基本モードとともに、高次モー
ドも発振の可能性があることになる。本実施例の構造で
は、活性層4の屈折率が3.486.p形及びn形クラ
ッド層3,5の屈折率が3.346であるので、活性層
厚が1.57μmの時は、3次モードまで許容される。
光線理論の立場では、活性層内を伝播する各導波モード
は、角度の異なっ之ジグザグに進む光線と考えられる。
従って、反射端面に光が入射する際、その入射角度が各
モードに工って異なることになる0本実施例のように、
反射端面に誘電体多層膜を採用すると、反射率が入射角
度に二って異なる定め、各導波モードの間で反射率に差
をも九せて基本モードを優先的に発振させることが可能
となる。実施例の構造では、反射端面への入射角度が基
本モード、1次モード、2次モード、3次モードに対し
てそれぞれ約4°、8’、12’、16@となる。
誘電体多層膜10は、波長0.77μmの光が入射角4
° で入射しt時、各層内で光がZ57×π位相変化す
るLうに設定されているので、活性層4での発振光0.
77μmの光に対して、0次モード、1次モード、2次
モード、3次モードの各反射率はそれぞれ87.7チ、
4.5チ、26.5チ、9&2%となる。一方、誘電体
多層膜11は、波長0.77μmの光が3次モードの入
射角16°で入射しt時、各層でπ4位相が変化するよ
うに設定されているので、各モードの反射率は基本モー
ドから原に373%。
34.1%、25.4チ、0.6%となる。すなわち、
この多層膜11は3次モードの発振光に対して、から順
T/C57,2L I Z4チ、25.9%、7.8%
となり、基本モードが優先的にかつ安定して発振するこ
とができる。
この際、0.77μmの利得のピーク波長の近傍に反射
率の高いモードが存在すると、多少利得が低くても他の
波長の高次モードで発振する危険性がある。しかし、本
実施例の構造では、利得のピーク波長近傍のα76〜0
.78μmの波長a囲では3次モードまで含めて、0.
77μmの基本モード反射率Lv高い導波モードは存在
しないので、波長0.77μmの安定し念基本棲モード
発振が得られる。
さらに水平方向の棲モードに関しても、水平垂直方向の
高次モードが端面の多層膜で制御されtのと全く同様の
原理で水平方向においても安定な基本横モード発振が得
られる。
本実施例の構造では、水平垂直方向のスポットサイズが
ともに1.57μmと大きいために、発光面積が大きく
なり、高出力動作を得ることが可能となる。
まt1本発明の構造では、水平、垂直方向のスポットサ
イズがともに同じである友め、ビーム広がり角が水平垂
直ともに全く同一になり、等心円的な光ビームを得るこ
とができる。これに光ディスク等の応用に際して外部の
光学系とのカップリング効率を著しく上昇させることが
できる。
また、本発明のように活性層を厚くすると、しきい値電
流が大幅に上昇すると考えられるが、本実施例の場合に
は、活性層への光閉じ込め係数γが約LOである九め、
共振器長t−300μmとした場合、発振しきい値電流
が約40mAと予想され、実用上問題ないと考えられる
。さらに、本発明の工すに光閉じ込め係数γが大きい場
合には、発振に必要なしきい値利得の低下をもtらす。
活性層厚が0.05μm程度では係数rが約0.1とな
るため、本発明の構造では通常の薄膜活性層レーザと比
べて、しきい値利得fr:IO分の1に低減させること
ができる。この結果、活性層への注入キャリア濃度が減
少し、ペテロ障壁を越えて流れるリーク電流の低下をも
たらし、素子効率の向上、温度特性の改善を図ることが
出来る。さらに、生産性の面でも、比較的厚い活性層を
形成丁れば工く、従来の液相成長技術で十分に再現性、
信頼性のすぐれtレーザ素子を製作することが可能とな
る。
(本発明の効果) 以上説明し危機に、本発明の構造は、従来のLうに活性
層を薄膜化することなく、大出力レーザ発振を得ること
が出来、かつ、誘電体多層膜の反射率の入射角度依存性
を用いて、水平、装置ともに、安定し九基本横モード発
振金得ることが出来る。さらに、水平、垂直方向のスポ
ットサイズも全く同一であることから、等心円的な光ビ
ーム金得ることができ、また温度特性にもすぐれtレー
ザ素子を作ることができる。さらに、生産性の面でも、
従来の液相成長技術金剛いて、再現性、信頼性のすぐれ
たレーザ素子を得ることが可能である。
なお、本実施例は、AlGaAs/GaAs  ダブル
ヘテロ接合結晶材料について説明しtが、他の結晶材料
、例えばInGaAsP/InGaP、InGaP/A
JInP、InGaAsP/Ink、AJGaAsSb
/GaAsSb等数多くの結晶材例に適用する事ができ
る。又、誘電体についても、実施例でflsrOz、T
i0z。
a−8it−用いているが、発根波長に応じて他の数多
くの材料全適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図は第1図の
側面図、w、3図は第1図の断面図である。 図において、 1・・・・・・n形G a A s基板、2・・・・・
・n形”0.36−Gao、64AS埋め込み層、3−
・−−−−n形” 0.36GaO,64Asクラッド
層、4 、、、、、− P形AA’o、15Gao、5
sA3活性層、5−−−−−p形A lo、a s G
 a o、64 A S  クラッド層、6・・・・・
・p形G a A sキヤツプ層、7・・・・・・Si
OzMl、8−=・p 形オーミックコンタクト、9・
・・・・・n形オーミックコンタクト、10・・・・・
・誘電体多層膜(Si02/’I’10z)、11・・
・・・・誘電体多層膜(アモルファス81/T t O
2)% 12・・・・・・亜鉛拡散領域、である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 層厚が比較的厚い活性層をこの活性層よりもバンドギャ
    ップの大きいn形及びp形クラッド層で挾み込んだダブ
    ルヘテロ構造を、前記活性層厚と同程度の幅を有するメ
    サ状にエッチングして前記クラッド層と同じバンドギャ
    ップを有する半導体層で埋め込んだ埋込構造と、この埋
    込構造の両端をへき開した両端面に屈折率の異なる二種
    の誘電体層を交互に積層し、基本横モードに対する反射
    率を高くした誘電体多層膜とを有することを特徴とする
    半導体レーザ。
JP25666484A 1984-12-05 1984-12-05 半導体レ−ザ Pending JPS61134094A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01318270A (ja) * 1988-06-17 1989-12-22 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ
JPH0246789A (ja) * 1988-07-01 1990-02-16 Philips Gloeilampenfab:Nv DFB/DBRレーザーダイオードのφコーティング
WO1998033249A1 (en) * 1997-01-27 1998-07-30 International Business Machines Corporation Laser device
EP0949731A3 (en) * 1998-04-06 2000-01-26 Matsushita Electronics Corporation Nitride semiconductor laser device
JP2009111229A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Sony Corp 半導体レーザ装置

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