JPS6174384A

JPS6174384A - 半導体レ−ザ−

Info

Publication number: JPS6174384A
Application number: JP19647284A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Oda; 小田　達治
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1986-04-16
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH0632333B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えは光学式ビデオディスク、デジタルオー
ディオディスク等の記録、再生装置において、その記録
、或いは読出しの光源として用いて好適な半導体レーザ
ーで、特に屈折率ガイド型構成と利得ガイド型構成との
混成による半導体し一ザーに係わる。

〔従来の技術〕

従来一般の半導体レーザーは、そのキャリア及び光の閉
じ込め機構によって屈折率ガイド（インデックスガイド
）型と利得ガイド（ゲインガイド）型に大別されるが、
両者の組合せにより、両者の利点を生かし両者の欠点を
相補うことのできるようにした半導体レーザーとして、
本出願人の出願に係る特開昭５９−６１９８２号公報に
開示された屈折率ガ・イド型と利得ガイド型の混成によ
る半導体レーザーが提供された。

すなわち、上記特開昭５９−６１９８２号公報にもその
説明がなされているように、従来の屈折率ガイド型の半
導体レーザーとしては、例えば第５図或いは第６図に、
夫々その拡大路線的断面を示すものがある。これは例え
ばＮ型のＧａＡｓ基板（１１が設けられ、その−主面に
一方向（第５図及び第６図において紙面と直交する方向
）に延びるストライプ状の凹部（２）、或いは凸部（３
）が予め設けられ、この凹部（２）、或いは凸部（３）
上を含んで基板（１）上に、例えばＮ型のＡｌＧａＡｓ
より成る第１のクラッド層（４）と、更にこれの上にＰ
型若しくはＮ型の例えばＧａＡｓより成る活性層（５）
と、更にこれの上にＰ型のＡｌＧａＡｓより成る第２の
クラッド層（６）と、更にこれの上に電極（図示せず）
をオーミックに被着するに供するＰ型のキャップ層（７
）が夫々連続エピタキシャルによって形成されて成る。

第１及び第２のクラッド層（４）及び（６）は、活性層
（５）よりその禁止帯幅が大に選定されることによって
活性層（５）と第１及び第２のクラッド層（４）及び（
６）間にはへテロ接合が形成され、且つ基板（１）の凹
部（２）或いは凸部（３）の存在によって一方向に相対
向して延びるストライプ状の発光領域（８）がその屈曲
部間に形成される。すなわちこの屈曲部によって屈折率
差による光の閉じ込めがなされる。

一方、利得ガイド型半導体レーザーは、例えば第７図に
その拡大路線的断面図を示すように平坦面を有する基板
（１）上に、前述したと同様の第１のクラッド層（４）
、活性層１５）、第２のクラッド層（６）、キャップ層
（７）を順次エピタキシャル成長し、ストライプ状の電
流通路αψを形成するためのＰＮ接合或いは高抵抗層よ
り成る電流阻止効果を有する電流狭搾領域（９）を電流
通路α〔を挾んでその両側に形成する。この電流狭搾領
域（９）は、例えばキャップ１ｉ　（７１の上方より不
純物イオン、プロトン等の打込を選択的に行って形成し
得る。このようにして電流集中を行わしめて活性層（５
）にストライプ状に限定的にキャリアの注入の大なる部
分を形成しキャリアの分布差による実効的屈折率差を生
ぜしめて、ストライプ状の共振領域を形成するものであ
る。

上述した屈折率ガイド型の半導体レーザーと利得ガイド
型半導体レーザーは、夫々利点を有する反面、夫々欠点
を有する。すなわち屈折率ガイド型によるものにおいて
は、その縦モードが単一モードで、これがため例えば光
学式ビデオディスク等においてその書込み、或いは読出
し用光源として用いた場合に戻り光によるノイズに弱い
という欠点がある。しかしながら反面いわゆるビームウ
ェスト位置（ｂｅａｍ　ｗａｉｓｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ
　）が発光領域の先端面近傍に存するために実際の使用
に当たってその焦点位置の設定がし易いという利点を有
する。更にまた接合に平行方向に関する断面における速
比＃１＠！いわゆるファーフィールドパターン（ｆａｒ
　ｆｉ’ｅｌｄ　ｐａｔｔｅｒｎ　）が左右対称的であ
って同様に例えば実際の使用における書込み光或いは読
出し光として歪の小さいスポット形状を得易いという利
点がある。これに比し利得ガイド型半導体レーザーにお
いてはビームウェスト位置が発光領域の光端面より内側
２０μｍ程度のところに存在してしまい、更にまたファ
ーフィールドパターンが左右非対称であるために非点収
差が大でスボ７ト歪が比較的大きくなるという欠点があ
る。しかしながらこの利得ガイド型半導体レーザーにお
いては、その縦モードがマルチモードであって前述した
戻り光によるノイズに強いという利点を有する。

上述した特開昭５９−６１９８２号公報に開示された半
導体レーザーは、これら屈折率型半導体レーザーと利得
ガイド型半導体レーザーとの混成によるもので両者の利
点を生かし両者の欠点を相補うようにして例えば光学的
ビデオディスク或いはデジタルオーディオディスク等の
書込み或いは読出し光源としてそのスポット形状に優れ
、光学的レンズ系の設計を容易にし更に優れたビームス
ポット形状を容易に得ることができるようにした半導体
レーザーである。この半導体レーザーは、活性層にスト
ライプ状の発光領域すなわち共振器が形成されるように
し、その一部においてこの発光領域の幅程度の範囲で活
性層の屈曲部が設けられ、他部においてその活性層の幅
が発光領域の幅よりも充分に広くされるようにする。す
なわち、この場合、発光領域の両端部の光取出し端面に
おいては屈折率ガイド型となし、これより内側の少なく
とも一部においては利得ガイド型構成とするものである
。

第８図ないし第１１図を参照してその一例を説明する。

第８図はその拡大平面図で、第９図及び第１０図は夫々
第８図のＡ−Ａ線上及びＢ−Ｂ線上の拡大断面図、第１
１図はその基板の拡大斜視図である。

この場合においても例えばＮ型のＧａＡｓ単結晶基板（
１１）を設け、これの上に基＆（１１）と同導電型の例
えばＮ型のＡｌＧａＡｓよりなるバッファ層を兼ねる第
１のクラッド層（１２）をエピタキシャル成長し、これ
の上にＮ型若しくはＰ型の例えばＧａＡｓよりなる活性
層（１３）をエピタキシャル成長し、更にこれの上に第
２の例えばＰ型のＡｌＧａＡｓよりなる第２のクラッド
ＪＮ（１４）をエピタキシャル成長し、更にこれの上に
Ｐ型の高濃度を有するＧａＡｓ等よりなるキャンプ層（
１５）をエピタキシャル成長する。

これら半導体層（１２）〜（１５）は夫々例えば分子線
エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）或いは金属酸化物の
熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）すなわち、例えばトリメチル
アルミニウム、トリメチルガリウム、アルシンの熱分解
による気相エピタキシャル成長法等によって一連の作業
によって連続的に形成し得る。そして例えば半導体層（
１５）の表面より選択的にプロトンの打込を行ってスト
ライブ状の電流通路部分（１６）を残して他部にプロト
ンが打込まれたことによって妬抵抗化された電流通路を
１ｕｌｌ限する電流狭搾領域（１７）を形成する。この
電流狭搾領域（１７）すなわちプロトンの打込の深さは
、第２のクラッドＭ（１４）に至るも活性層（１３）に
達することのない深さに選定される。このようにして一
方向に延長するストライブ構造を形成して第７図で説明
したいわゆる利得ガイド型構造によって活性層（１３）
に一方向に伸びるストライブ状の発光領域を形成するも
のであるが、特に第１１図に示すように、予め基板（１
１）に、例えばこのストライブ状の発光領域の両端、す
なわちその光取出し両端面部において幅狭とされ中央部
において幅広とされた四部（１８）を形成しておき、こ
の凹部（１８）内に前述したクラッド層（１２）、活性
層（１３）、クラッド層（１４）が順次形成されるよう
にして発光領域の光取出し両端面部においてはこの凹部
（１８）の存在によって活性！（１３）の発光領域を挾
んでその両側に屈曲部が存在するようにして、屈折率ガ
イド型構成が採られるようにする。

そして、図示しないがキャップ層（１５）上には例えば
絶縁化された電流狭搾領域（１７）上に跨って一方の電
極が被着され、基板（１１）の裏向に他方の電極が被着
される。

このような構成によれば、例えばプロトンの打込によっ
て高抵抗化された領域（１７）によって挾まれたストラ
イプ領域部に電流が集中されることによって活性Ｊｉ（
１３）にはストライブ状の発光領域が形成されるが、こ
の場合その光取出し面の両端においては両側に屈曲部が
形成されるようにしたことによって屈折率ガイド型構成
が採られ、これより内側の部分においてはこれら屈曲部
が存在しない平坦な活性層がストライブ状の発光領域よ
り幅広に形成されていわゆる電流集中によるキャリアの
濃度分布によってその電流及び光の閉じ込めを行うよう
にしたいわゆる利得ガイド型構成が採られた混成型の半
導体レーザーが構成される。

そして、この構造による半導体レーザーによれば、例え
ば発光領域の両端に屈折率ガイド動作部が設けられ、こ
れより内側の少なくとも一部に利得ガイド動作部が設け
られたので、例えば発光領域の端面にビームウェスト位
置が得られて、更にファーフィールドパターンの対称性
に優れていることからスポット歪が少ない焦点の出し易
い光学的設計の容易な半導体レーザーを構成することが
でき、また戻り光のノイズが小さい半導体レーザーが得
られるので光学式ビデオディスク等の記録或いは続出し
光源として用いてその記録及び読出しを正確に行うこと
ができるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した混成型の半導体レーザーによる場合、予め基板
に凹部ないしは凸部を設けておき、これの上に第１のク
ラッド層、活性層等の各半導体層を例えばＭＯＣＶＤ、
　Ｍ　Ｂ　Ｅによってエピタキシャル成長させるもので
あるが凹部ないしは凸部が幅広の部分と幅狭な部分とで
はこれの上に成長させる第１のクラッド層の厚さが相違
する。すなわち、例えば第９図及び第１０図に示すよう
に、第８図のＡ−Ａ線における凹部（１８）の幅狭部分
を横切る断面におけるクラッド！（１２）の厚さｄｌは
、Ｂ−Ｂ線における凹部（１８）の幅広部分を横切る断
面におけるクラッド層（１２）の厚さｄ２より大となり
、このクラッド層（１２）の表面には、この厚さの相違
による段部が凹部（１８）の幅狭部分と幅広部分との境
界近傍に生ずる。したがって、この第２のクラッド層（
１２）上に形成される活性層（１３）には、発光領域の
ストライブ方向に関してこれを横切る屈曲が生じ、これ
が不必要な光の閉じ込めの効果を奏し特性の劣化を生ず
る。

本発明は、このような欠点を解消するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述したように半導体基板上に順次堆積され
た第１のクラッド層と活性層と第２のクラッド層とを有
して成り、屈折率ガイド型構造部と利得ガイド型構造部
との混成共振器を有する半導体レーザーにおいて、特に
本発明においては半導体基板の平坦な主面上に第１のク
ラッド層と活性層とを平坦に形成し、その屈折率ガイド
型構造部は光吸収領域の配設によって構成し、利得ガイ
ド型構造部は電流狭搾領域を設けることによって構成す
る。

（作用〕上述したように本発明においては、活性層を平坦に構成
して屈折率ガイド型構造部と利得ガイド型構造部の混成
によるストライブ状の共振器の、その長手方向に関する
全域において活性層が屈曲しないようにしたので、この
屈曲部の存在による前述した特性劣化を回避できるもの
である。

〔実施例〕

次に本発明による半導体レーザーの一例を説明するがそ
の理解を容易にするために、その製造方法の一例と共に
第１図ないし第４図を参照して説明する。

先ず、第１図に示すように、−の導電型例えばｎ型のＧ
ａＡｓより成り、１主面（２１ａ　）が平坦面に形成さ
れた単結晶基板（２１）を用意し、その上向（２１ａ）
上に順次ＭＯＣＶＤ或いはＭＢＥによって基板（２１）
と同導電型のＡＩ）＜Ｇａｔ−ｘ＾Ｓより成る第１のク
ラッド層の一部を構成する半導体層（２２）と、八１ｙ
Ｇａｌ−ｙＡｓより成る活性ｆｆｊｉ（２３）と、他の
導電型のｐ型のＡ１）＜Ｇａ１−×Ａｓより成り第２の
クラッド層のド層部を構成する半導体層（２４Ａ）と、
活性層（２３）に比し、エネルギーギャップ（禁止帯幅
）が小さい、すなわち活性層（２３）から発する光に対
し屈折率が大きくこの活性Ｉ！（２３）から１８み出た
光を吸収する効果を有するＡ１２Ｇａｔ−ｚ＾Ｓより成
るＰ又はｎ型の光吸収領域を構成する半導体層（２５）
とを順次連続エピタキシーする。

次に第２図に示すように、光吸収半導体層（２５）に対
し、選択的エツチングを行ってこの半導体層（２５）の
一部によって光吸収領域（３５）を形成する。この光吸
収領域（３５）は、活性層（２３）に最終的に形成しよ
うとする共振器の構成部分のストライブ部の長手方向の
両端部、すなわち、先端面（共振面）に臨む部分を挾ん
でその両側上に共振器幅に対応する間隔ｄをもって配置
する。

第３図に示すように、光吸収層（２５）を埋込むように
、この光吸収層（２５）が除去されている第２のクラッ
ド層の下層半導体層（２４Ａ　）に連接して同様にｐ型
の＾ｌＸＧａ１−ＸＡｓより成る第２のクラッド層の上
層半導体層（２４Ｂ）を形成し、両層（２４Ａ　）及び
（２４Ｂ　）によって第２のクラッド層（２４）を形成
し、続いてこれと同導電型のｒ１１ｉ濃度の例えばＧａ
Ａｓより成るキャップ層（２６）を夫々　台ｏｃｖｏ。

ＭＢＥ等によって連続エピタキシーする。

第４図に示すように、キャップ層（２６）から第２のク
ラッド層（２４）に至る深さに最終的に形成しようとす
る共振器の構成部分上を挾むように、その長手方向に沿
ってその両側部上にＢ、Ｈｅ、プロトン等のイオンの打
ち込みを行って高抵抗若しくは第２のクラッドｒ＝＜ｚ
４）及びキャップ層（２６）と異る導電型の電流狭搾領
域（２７）を形成する。

そして、第４図に鎖線図ボのように、キャップ層（２６
）及び基板（２５）の裏面に夫々電極（２８）及び（２
９）をオーミックに被着して本発明による半導体レーザ
ー（３０）を得る。

上述の構成において各層の組成は、ｘ＞ｙ＞ｚ≧０に選
ばれ、活性層（２３）と光吸収層（２４）との間の間隔
は、活性１４（２３）から発した光が到達することので
きる距離の例えば０．３μｍに選定される。また、第１
のクラッド層（２２）の厚さは例えば１μｍに、活性！
（２３）の厚さは例えば０．０５μｍに、光吸収層（２
５）の厚さは１μｍに選定し得る。

この構成において、電極（２８）及び（２９）間に順方
向に電圧を印加して通電をなすと、電流狭搾領域（２７
）が存在する部分では電流通路の形成が阻止されるので
、領域（２７）によって挾まれた部分に電流通路が制限
されて電流通路が狭搾されここに電流の集中が生じる。

したがって、活性層（２３）の電流狭搾領域（２７）に
よって挾まれた部分下のストライプ部に主としてキャリ
アの注入がなされて、光が発生する。この時、このスト
ライプ部の両端部の両側には、光吸収Ｎ（２５）が設け
られていることによってここに活性！（２３）から発振
して滲み出た光が、光吸収層（２５）によって吸収され
ることによって、このストライプ部の両端において、こ
の光吸収層（２５）と対向する部分と対向しない部分と
の間に実効的屈折率の差が生じ、この両端部においては
屈折率ガイド型構造部となる。しかしながらストライプ
部の中心部においては、その両側上に光吸収１ａが存在
しないので、電流狭搾領域（２７）による電流狭搾効果
のみが存在することによって利得ガイド型構造部となる
ものである。

このように、本発明による半導体レーザー（３０）によ
れば、屈折率ガイド型と利得ガイド型の混成共振器が構
成される。

尚、上述した例においては、共振器の両端部を屈折率ガ
イド型とし、中央部を利得ガイド型とした場合であるが
、これらを逆の配置関係となして中央部を屈折率ガイド
型、両端を利得ガイド型とするなど種々の配置構成を採
り得る。また各部の導電型も図示とは逆の同導電型に選
定することもできるなど種々の変更をなし得るものであ
る。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、屈折率ガイド型と利得
ガイド型との両構造部より成る混成型の半導体レーザー
を構成するので、前述したようにスポット歪が小さく、
戻り光によるノイズの小さいレーザーを得ることができ
るものであるが、特に本発明においては、活性層を平坦
な構造としたので、活性層が屈曲する場合に生ずる不要
な光の閉じ込めや反射による特性劣化を回避できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による半導体レーザーの一例を
得る一製造方法の各工程図における拡大斜視図、第５図
、第６図及び第７図は夫々従来の半導体レーザーの各別
の路線的拡大断面図、第８図は同様に従来の半導体レー
ザーの一例の拡大平面図、第９図及び第１０図は夫々第
８図のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線上の拡大路線的断面図、第
１１図は第８図の拡大斜視図である。（２１）は基板、（２２）は第１のクラッド層、（２３
）は活性層、（２４）は第２のクラ・ノド層、（３５）
は光吸収領域である。

Claims

【特許請求の範囲】

半導体基板上に、順次堆積された第１のクラッド層と活
性層と第２のクラッド層とを有して成り、利得ガイド型
構造部と屈折率ガイド型構造部との混成共振器を有する
半導体レーザーにおいて、上記半導体基板の一主面が平
坦な面とされ、該平坦な主面上に上記第１のクラッド層
と活性層とが夫々平坦に形成され、上記利得ガイド型構
造部を構成する電流狭搾領域と上記屈折率ガイド型構造
部を構成する光吸収領域とが設けられて成る半導体レー
ザー。