JPS621277B2 - - Google Patents
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- JPS621277B2 JPS621277B2 JP11058679A JP11058679A JPS621277B2 JP S621277 B2 JPS621277 B2 JP S621277B2 JP 11058679 A JP11058679 A JP 11058679A JP 11058679 A JP11058679 A JP 11058679A JP S621277 B2 JPS621277 B2 JP S621277B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
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Classifications
-
- 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
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
- H01S5/164—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発振モードの制御に有効な構造を有す
る半導体レーザに関するものである。
る半導体レーザに関するものである。
半導体レーザの基本モード化は光フアイバー通
信に於ける広帯域、長距離伝送や低歪アナログ変
調等を実用化するために必要なことである。最初
発振モードの制御は、光の損失とむだな再結合を
最小にする特定領域に光エネルギー及び注入電流
を閉じ込める構造いわゆる電極ストライプレーザ
で実現された。その後、各種のストライプレーザ
が開発され現在に至つているがいずれもそれぞれ
の欠点を有し、特性上に不満足なものであつた。
信に於ける広帯域、長距離伝送や低歪アナログ変
調等を実用化するために必要なことである。最初
発振モードの制御は、光の損失とむだな再結合を
最小にする特定領域に光エネルギー及び注入電流
を閉じ込める構造いわゆる電極ストライプレーザ
で実現された。その後、各種のストライプレーザ
が開発され現在に至つているがいずれもそれぞれ
の欠点を有し、特性上に不満足なものであつた。
たとえば、電極ストライプレーザ等、単に電流
分布のみ横方向に閉じ込めた場合には、レーザ光
は主として利得分布によりストライプ方向に導び
かれるが、この利得による導波路作用は不安定で
あり、電流を増していくと容易に高次横モード発
振を起し、更には電流一光出力特性が歪む場合も
多い。これは、電極ストライプレーザが活性層の
横方向に対してキヤリア及び光を閉じ込める構造
となつていないためである。そこで、上記の欠点
を補うために導波路機構を構造的に半導体レーザ
の内部に作り込んだいわゆるリブガイド、ストラ
イプレーザが提案された。この構造は発光領域に
光ガイド、リブ構造の導波路を形成して安定な基
本モード発振を得ようとするものである。
分布のみ横方向に閉じ込めた場合には、レーザ光
は主として利得分布によりストライプ方向に導び
かれるが、この利得による導波路作用は不安定で
あり、電流を増していくと容易に高次横モード発
振を起し、更には電流一光出力特性が歪む場合も
多い。これは、電極ストライプレーザが活性層の
横方向に対してキヤリア及び光を閉じ込める構造
となつていないためである。そこで、上記の欠点
を補うために導波路機構を構造的に半導体レーザ
の内部に作り込んだいわゆるリブガイド、ストラ
イプレーザが提案された。この構造は発光領域に
光ガイド、リブ構造の導波路を形成して安定な基
本モード発振を得ようとするものである。
本発明の先行する従来技術としては、このリブ
ガイドストライプレーザを挙げるべきであり、ま
ずこの型式のGaAs−AlGaAs系半導体レーザに
ついてその構造、機構等を簡単に説明する。第１
図はその概略的斜視図である。１は帯状の凹溝１
０を形成したｎ型GaAs基体で、この上に以下の
層が積層されている。ｎ型Al0.3Ga0.7Asの光を閉
じ込める層２、ｎ型Al0.1Ga0.9Asで中央部が厚く
なつている光ガイド及びキヤリアを閉じ込める層
３（以下光ガイド層と略記する）、GaAsの活性層
４、ｐ型Al0.3Ga0.7As層の光及びキヤリアを閉じ
込める層５であり、光を閉じ込める層２の中央部
は半導体基体１内に形成された溝１０のためくぼ
んだわん状となつている。電極７，９が半導体基
体１及び電極容易化層のｐ型GaAs６の上に付け
たSiO2膜８を介してそれぞれ接触されている。
この様な構造を有すると、活性層４で発生した光
は一部分が光ガイド層３にしみ出す。光ガイド層
３は活性層４で発生した光に対して十分に透明な
ため、この層内で発振光が損失することはない。
そこで光はガイド層３と活性層４の間に拡がつて
伝播する。更にこれらの半導体３，４は屈折率の
低い各々光を閉じ込める層２と光及びキヤリアを
閉じ込める層５に挾まれることで縦方向に光はこ
の低い屈折率の層２，５にガイドされ層３，４領
域に閉じ込められる。又、横方向は光ガイド層２
が溝９領域に於いて、その中央部で層厚を最大と
して、溝１０の外側になるにしたがつて厚さを薄
くすることで、実効的屈折率の高くなつた光ガイ
ド層２の中央部に閉じ込められる。故に、この構
造は発光領域の横方向に屈折率分布による光導波
路機構を設けたと等価となるため、高光出力でも
安定した基本モード発振を得る特徴がある。しか
しこのリブガイドストライプレーザは横方向のキ
ヤリアの閉じ込めが不十分なことによる下記の様
な欠点を有する。
ガイドストライプレーザを挙げるべきであり、ま
ずこの型式のGaAs−AlGaAs系半導体レーザに
ついてその構造、機構等を簡単に説明する。第１
図はその概略的斜視図である。１は帯状の凹溝１
０を形成したｎ型GaAs基体で、この上に以下の
層が積層されている。ｎ型Al0.3Ga0.7Asの光を閉
じ込める層２、ｎ型Al0.1Ga0.9Asで中央部が厚く
なつている光ガイド及びキヤリアを閉じ込める層
３（以下光ガイド層と略記する）、GaAsの活性層
４、ｐ型Al0.3Ga0.7As層の光及びキヤリアを閉じ
込める層５であり、光を閉じ込める層２の中央部
は半導体基体１内に形成された溝１０のためくぼ
んだわん状となつている。電極７，９が半導体基
体１及び電極容易化層のｐ型GaAs６の上に付け
たSiO2膜８を介してそれぞれ接触されている。
この様な構造を有すると、活性層４で発生した光
は一部分が光ガイド層３にしみ出す。光ガイド層
３は活性層４で発生した光に対して十分に透明な
ため、この層内で発振光が損失することはない。
そこで光はガイド層３と活性層４の間に拡がつて
伝播する。更にこれらの半導体３，４は屈折率の
低い各々光を閉じ込める層２と光及びキヤリアを
閉じ込める層５に挾まれることで縦方向に光はこ
の低い屈折率の層２，５にガイドされ層３，４領
域に閉じ込められる。又、横方向は光ガイド層２
が溝９領域に於いて、その中央部で層厚を最大と
して、溝１０の外側になるにしたがつて厚さを薄
くすることで、実効的屈折率の高くなつた光ガイ
ド層２の中央部に閉じ込められる。故に、この構
造は発光領域の横方向に屈折率分布による光導波
路機構を設けたと等価となるため、高光出力でも
安定した基本モード発振を得る特徴がある。しか
しこのリブガイドストライプレーザは横方向のキ
ヤリアの閉じ込めが不十分なことによる下記の様
な欠点を有する。
すなわち、活性層４に注入されたキヤリアは拡
散効果により、活性層４の横方向に拡がり、実効
的発光領域は実際の電極幅に比較して、相当に広
くなる。たとえば４μｍ電極幅のストライプレー
ザに於いて、活性層の発光領域は電極の真下か
ら、横方向に指数函数的にその強度を減衰しなが
ら、片側約20〜30μ幅に広がつている。電極の真
下以外のキヤリアは直接発振に寄与しないため、
この横方向の電流成分が動作電流を高める原因と
なる。横方向広がり電流成分は電極幅が10μｍ以
下と挾ストライプレーザになるにしたがい実効発
振電流成分に比較して数倍も占めるため、設計上
このキヤリアの横方向閉じ込めが重要な課題とな
る。
散効果により、活性層４の横方向に拡がり、実効
的発光領域は実際の電極幅に比較して、相当に広
くなる。たとえば４μｍ電極幅のストライプレー
ザに於いて、活性層の発光領域は電極の真下か
ら、横方向に指数函数的にその強度を減衰しなが
ら、片側約20〜30μ幅に広がつている。電極の真
下以外のキヤリアは直接発振に寄与しないため、
この横方向の電流成分が動作電流を高める原因と
なる。横方向広がり電流成分は電極幅が10μｍ以
下と挾ストライプレーザになるにしたがい実効発
振電流成分に比較して数倍も占めるため、設計上
このキヤリアの横方向閉じ込めが重要な課題とな
る。
動作電流を高める他に活性層の温度上昇が大き
くなり微分量子効率が低下し高出力動作を不可能
とする。
くなり微分量子効率が低下し高出力動作を不可能
とする。
この発明の目的は従来の半導体レーザが有して
いる欠点を除去し、基本モード発振が容易で、発
振閾値電流が低く、微分量子効率も高く、高出力
化も可能な半導体レーザの構造を提供することで
ある。
いる欠点を除去し、基本モード発振が容易で、発
振閾値電流が低く、微分量子効率も高く、高出力
化も可能な半導体レーザの構造を提供することで
ある。
本発明は以下に述べるような半導体レーザの構
造によつて解決される。
造によつて解決される。
本発明の半導体レーザの構造の骨子は次の通り
である。
である。
半導体基体上に光閉じ込め層、光ガイド及びキ
ヤリア閉じ込め層、（以下光ガイド層と略記す
る）、活性層、光及びキヤリア閉じ込め層が普通
のエピタキシアル成長法になつて連続的に成長
し、形成されている。光及びキヤリア閉じ込め層
は片面の中央部分がストライプ状にくぼんだわん
状で、光ガイド層で完全に埋め込まれるように形
成することで、光ガイド層にわん状ガイド領域を
備える。
ヤリア閉じ込め層、（以下光ガイド層と略記す
る）、活性層、光及びキヤリア閉じ込め層が普通
のエピタキシアル成長法になつて連続的に成長
し、形成されている。光及びキヤリア閉じ込め層
は片面の中央部分がストライプ状にくぼんだわん
状で、光ガイド層で完全に埋め込まれるように形
成することで、光ガイド層にわん状ガイド領域を
備える。
更に活性層はわん状ガイド領域上に形成された
部分でかつ光ガイド層端部より離れた中心部分以
外の部分をエツチングで除去し再度エピタキシア
ル成長によつて、その活性層の周囲を半導体層で
埋め込まれているものである。
部分でかつ光ガイド層端部より離れた中心部分以
外の部分をエツチングで除去し再度エピタキシア
ル成長によつて、その活性層の周囲を半導体層で
埋め込まれているものである。
第２図、第３図を参照しながら本発明の基本原
理を説明する。第２図は本発明をGaAs−
AlGaAs半導体に実施した場合の半導体レーザの
代表例でその概略的斜視図、第３図Ａ，Ｂ，Ｃは
主要な部分の概略断面を示すものである。
理を説明する。第２図は本発明をGaAs−
AlGaAs半導体に実施した場合の半導体レーザの
代表例でその概略的斜視図、第３図Ａ，Ｂ，Ｃは
主要な部分の概略断面を示すものである。
半導体基体１１はｎ型GaAs、光閉じ込め層１
２はｎ型Al0.3Ga0.7As層、光ガイド層１３もｎ型
Al0.1Ga0.9As層、で活性層１４はGaAs、光及び
キヤリア閉じ込め層１５はｐ型Al0.3Ga0.7As層、
埋め込み層１６はｎ型Al0.2Ga0.7As層である。
２はｎ型Al0.3Ga0.7As層、光ガイド層１３もｎ型
Al0.1Ga0.9As層、で活性層１４はGaAs、光及び
キヤリア閉じ込め層１５はｐ型Al0.3Ga0.7As層、
埋め込み層１６はｎ型Al0.2Ga0.7As層である。
更に半導体基体１１に設けた溝１９部分の光ガ
イド層１３は、半導体基体１１の方に内方に弓形
にされた光閉じ込め層１２に接し、中央部が凸で
表面が平坦な、すなわち平凸形状の断面を有す
る。活性層１４は平凸状ガイド領域の一部分のみ
に有りその周囲を、埋め込み層１６によつて埋め
込まれている。
イド層１３は、半導体基体１１の方に内方に弓形
にされた光閉じ込め層１２に接し、中央部が凸で
表面が平坦な、すなわち平凸形状の断面を有す
る。活性層１４は平凸状ガイド領域の一部分のみ
に有りその周囲を、埋め込み層１６によつて埋め
込まれている。
電極１７，１８のｎ型電極１７は半導体基体に
又ｐ型電極は、ｐ型Al0.3Ga0.7As層の表面にそれ
ぞれ接触するように設ける。
又ｐ型電極は、ｐ型Al0.3Ga0.7As層の表面にそれ
ぞれ接触するように設ける。
典形的な各層厚は溝１９の中央部でそれぞれ光
閉じ込め層１２が0.8μｍ、光ガイド層１３が0.4
μｍ活性層１４が0.1μｍ、光及びキヤリア閉じ
込め層１５が1.5μｍ、で埋め込み層１６は約1.6
μｍである。
閉じ込め層１２が0.8μｍ、光ガイド層１３が0.4
μｍ活性層１４が0.1μｍ、光及びキヤリア閉じ
込め層１５が1.5μｍ、で埋め込み層１６は約1.6
μｍである。
動作は電極１８に正、電極１７に負を印加し、
活性層１４にキヤリアを注入し、再結合により発
光を得る。活性層１４に注入されたキヤリアは縦
方向に対して、隣接する各半導体１３，１５と、
横方向には半導体層１６のそれぞれにより、その
活性層１４内に完全に閉じ込められる。十分な注
入電流によつて損失に利得がうち勝つた時、活性
層１４からレーザ光が生じる。この光は光ガイド
層１３にしみ出し、屈折率の低い光閉じ込め層１
２と光及びキヤリア閉じ込め層１５によつて導か
れる。光ガイド層１３の中央部の厚さは、その外
側とで異なる。従つて、光ガイド層１３の横方向
屈折率分布は中央部が外側に比らべて大きくな
る。すなわち光導波機構を発光領域に作り込んだ
ことになり、光の横方向閉じ込め作用により安定
した基本モード発振する。
活性層１４にキヤリアを注入し、再結合により発
光を得る。活性層１４に注入されたキヤリアは縦
方向に対して、隣接する各半導体１３，１５と、
横方向には半導体層１６のそれぞれにより、その
活性層１４内に完全に閉じ込められる。十分な注
入電流によつて損失に利得がうち勝つた時、活性
層１４からレーザ光が生じる。この光は光ガイド
層１３にしみ出し、屈折率の低い光閉じ込め層１
２と光及びキヤリア閉じ込め層１５によつて導か
れる。光ガイド層１３の中央部の厚さは、その外
側とで異なる。従つて、光ガイド層１３の横方向
屈折率分布は中央部が外側に比らべて大きくな
る。すなわち光導波機構を発光領域に作り込んだ
ことになり、光の横方向閉じ込め作用により安定
した基本モード発振する。
活性層厚が充分に薄いならばすなわち、1000Å
以下になると、光の活性層内に占める割合が15％
以下となりほとんどの光は光ガイド層内に存在す
る。そのためレーザ光は光ガイド層内を伝播し、
活性層のない被励起領域（−′断面部分）の
光ガイド層から出射される。又この領域の光ガイ
ド層は、縦、横方向とも屈折率変化の光導波機構
を有するため、レーザ光はその基本モードを変形
することなく伝播が可能である。
以下になると、光の活性層内に占める割合が15％
以下となりほとんどの光は光ガイド層内に存在す
る。そのためレーザ光は光ガイド層内を伝播し、
活性層のない被励起領域（−′断面部分）の
光ガイド層から出射される。又この領域の光ガイ
ド層は、縦、横方向とも屈折率変化の光導波機構
を有するため、レーザ光はその基本モードを変形
することなく伝播が可能である。
活性層の周囲が埋め込み層１６で埋め込まれて
いることで、キヤリアの拡散拡がりが完全に防止
され、注入されるキヤリアの多くが発振に寄与す
る。
いることで、キヤリアの拡散拡がりが完全に防止
され、注入されるキヤリアの多くが発振に寄与す
る。
故に余分の電流を流す必要がないことから動作
電流も小さくてすむ利点があり又、注入領域の面
積が一定なら半導体レーザの寸法（長さ）を大き
くしても、動作電流を高めることなく組立に適当
な大きさの半導体レーザに設計することが可能と
なる。キヤリアの注入効率の高まりにより、発光
効率も大きくなる利点もある。
電流も小さくてすむ利点があり又、注入領域の面
積が一定なら半導体レーザの寸法（長さ）を大き
くしても、動作電流を高めることなく組立に適当
な大きさの半導体レーザに設計することが可能と
なる。キヤリアの注入効率の高まりにより、発光
効率も大きくなる利点もある。
別な特徴は、活性層端面が露出していないこと
であり、活性層の端面劣化が完全に除去される。
この構造により信頼性が従来の半導体レーザに比
較して数倍も向上した。
であり、活性層の端面劣化が完全に除去される。
この構造により信頼性が従来の半導体レーザに比
較して数倍も向上した。
以上の実施例では、活性領域がGaAs、それを
かこむ領域がAlGaAsであるがたとえばInPを基
体として光ガイド層及び発光領域にInxGa1-xAsy
Ｐ1-y等の４元系結晶であつても良いことは言う
までもない。この場合、InP基体は発光領域の結
晶より、その禁止帯幅が大きく、かつ屈折率も小
さいため、InP基体がGaAs−AlGaAs系半導体レ
ーザの光閉じ込め層と同様な機能を有する。故に
InP基体を用いた半導体レーザではInP基体に溝
を形成し、その上に直接光ガイド層を設ける。す
なわち、本実施例の光閉じ込め層を除去した層構
造とし、埋め込み層にInPを用いたものでも、本
発明と同様の機能、効果を有する。
かこむ領域がAlGaAsであるがたとえばInPを基
体として光ガイド層及び発光領域にInxGa1-xAsy
Ｐ1-y等の４元系結晶であつても良いことは言う
までもない。この場合、InP基体は発光領域の結
晶より、その禁止帯幅が大きく、かつ屈折率も小
さいため、InP基体がGaAs−AlGaAs系半導体レ
ーザの光閉じ込め層と同様な機能を有する。故に
InP基体を用いた半導体レーザではInP基体に溝
を形成し、その上に直接光ガイド層を設ける。す
なわち、本実施例の光閉じ込め層を除去した層構
造とし、埋め込み層にInPを用いたものでも、本
発明と同様の機能、効果を有する。
第１図は従来の半導体レーザの概略的斜視図、
第２図は本発明の一実施例における半導体レーザ
の概略的斜視図、第３図はその主要部分の概略的
断面図をそれぞれ示す。 図において、１，１１……半導体基体、２，１
２……光閉じ込め層、３，１３……光ガイド層、
４，１４……活性層、５，１５……光及びキヤリ
ア閉じ込め層、８……SiO2膜、７，１７……ｎ
型電極、９，１８……ｐ型電極、１０，１９……
溝、１６……埋め込み層、をそれぞれ示す。
第２図は本発明の一実施例における半導体レーザ
の概略的斜視図、第３図はその主要部分の概略的
断面図をそれぞれ示す。 図において、１，１１……半導体基体、２，１
２……光閉じ込め層、３，１３……光ガイド層、
４，１４……活性層、５，１５……光及びキヤリ
ア閉じ込め層、８……SiO2膜、７，１７……ｎ
型電極、９，１８……ｐ型電極、１０，１９……
溝、１６……埋め込み層、をそれぞれ示す。
Claims (1)
- １ 片方の面には帯状でかつその長手方向の断面
の形状が中心部で最も肉厚でその両端部ほど薄く
なつている凸部を備え他方の面は平坦である光ガ
イド及びキヤリア閉じ込め層（以下光ガイド層と
略記）の平坦な方の面上でかつ前記凸部に相対す
る部分で光ガイド層の端部から離れた領域に前記
光ガイド層よりも屈折率が大きく禁止帯幅が狭い
活性層を設け、前記活性層上には前記活性層より
も屈折率の小さい光及びキヤリア閉じ込め層を前
記活性層からはみ出さないように設け、前記光ガ
イド層の平坦な面上で前記活性層を備えていない
領域に前記活性層よりも屈折率が小さく禁止帯幅
の広い埋め込み層を設けて前記活性層と光及びキ
ヤリア閉じ込め層からなる２層構造の周囲を埋め
込んだ構造とし、さらに前記光ガイド層の凸部を
有する面に接して前記活性層よりも屈折率の小さ
い光閉じ込め層を備えたことを特徴とする半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11058679A JPS5635484A (en) | 1979-08-29 | 1979-08-29 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11058679A JPS5635484A (en) | 1979-08-29 | 1979-08-29 | Semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5635484A JPS5635484A (en) | 1981-04-08 |
| JPS621277B2 true JPS621277B2 (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=14539597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11058679A Granted JPS5635484A (en) | 1979-08-29 | 1979-08-29 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5635484A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021006124A1 (ja) | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 住友金属鉱山株式会社 | リチウムイオン二次電池用正極活物質およびリチウムイオン二次電池 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5871684A (ja) * | 1981-10-23 | 1983-04-28 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JPS5873176A (ja) * | 1981-10-27 | 1983-05-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ |
| JPS6017977A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-01-29 | Nec Corp | 半導体レ−ザダイオ−ド |
-
1979
- 1979-08-29 JP JP11058679A patent/JPS5635484A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021006124A1 (ja) | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 住友金属鉱山株式会社 | リチウムイオン二次電池用正極活物質およびリチウムイオン二次電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5635484A (en) | 1981-04-08 |
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