JPS6255986A

JPS6255986A - 半導体レ−ザ装置

Info

Publication number: JPS6255986A
Application number: JP19701685A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kawada; 誠治河田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1987-03-11

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、利得導波路構造及び屈折率導波路構造の双方
を備えた半導体レーザ装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

近年、八　〇、Ａ、系等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材
料を用いた半導体レーザは、光情報処理機器へ多く実用
されるようになってきた。この内光ディスク用の半導体
レーザにおいては、レーザ光のビームを小さく絞り込む
必要があり、光学系を簡単にするという点から、基本横
モード発振で非点収差が小さいことが要求される。また
、光ディスク・ファイル等においては、ディスクに当て
た光の反射光の強度を検出して情報を読み出すという機
構上１反射光の一部が半導体レーザに戻ってくるのは避
けられない。この場合半導体レーザは、レーザの両端面
が作る共振器と、レーザ端面とディスク面が作る共振器
の２重共振をもつようになる。

そして、ディスク面が回転中に振動すると、後者の共振
器長が変化することになり、スペクトルや光出力等に変
動が生じ、戻り光雑音が発生する。

次に、半導体レーザの導波路構造をみると、一般に利得
導波路構造と屈折率導波路構造との２つに大別される。

この内圧折率導波路構造は、非点収差が５μｍ以下と小
さく横モードが安定しているために縦モードも単一モー
ドで発振するが、スペクトル線幅が狭いために戻り光雑
音による出力変動量は１０％以上と大きい、一方、利得
導波路構造は、縦モードが多モード化しスペクトル線幅
が広いために戻り光雑音による出力変動量は１％以下と
なるが、非点収差は２０μｍ以上と大量くなる。したが
って、非点収差が小さく、戻り光雑音に強いレーザを得
るためには、上記の２つの導波路構造の特性を兼ね備え
たものでなけれはならない。

さらに、半導体レーザが光デイスク用レーザとして大量
生産時代を迎えた今日、その製造方法は、大面積の基板
に均一性よく結晶成長できるＭＯ−ＣＶＤ法が注目され
ている。

ＭＯＣＶＤ法の特徴を生かし、利得導波路構造及び屈折
率導波路構造を同時に実現した半導体レーザに第３図に
示す構造のものがある。（アゲ’ｙ４ド、フイジクス。

レター（Ａｐｐｌ、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ）第３７巻、３
号、２６２頁、１９１１０年）。第３図の３１はｎ型用
電極、３２はｎ型Ｇ、Ａ。

基板、３３はｎ型ＡＪ！　０−４５ＧａＯ，５５Ａｓク
ラッド層、３４はＡ、ｅｎ−１５ＧａＯ６８５Ａｓ活性
層、３５はｐ型、ｌ、ｏ。

４５ＧａＯ０５５Ａｓクラッド層、３６はｎ型Ｇ、Ａ、
電流狭窄層、３７はｐ型ＡＪ！０．４５ＧａＯ１５５Ａ
ｓキャップ層、３８はｐ型Ｇ、Ａ、コンタクト層、３９
はｐ型用電極、３０はストライプ状の開口部である。こ
の構造では、ストライプ状の開口部３０が形成された電
流狭窄層３６によって活性層３４への電流注入がストラ
イプ状に限定されると共に、開口部３０と他の部分での
実効屈折率の差により、ストライプ直下部分に導波され
たモードが形成される。このなめ、利得導波路構造およ
び屈折率導波路構造が同時に実現される。しかしながら
、この構造では、ストライプ状の開口部３０の幅で利得
分布および屈折率分布の幅が一義的に決ってしまい、各
分布幅は等しくなる。この場合屈折率分布差が十分大き
くついてしまい、利得導波路の特徴はでてこない。した
がって、光デイスク用レーザとしては、モード制御効果
は十分であるが、戻り光雑音に関しては十分な特性を得
ることはできなかった。

これに対し、近年第４図に示すような構造のレーザが提
案されている（特開　昭６Ｏ−３１８１）。第４図にお
いて、４１はｎ型用電極、４２はｎ型Ｇ、Ａ、基板、４
３はｎ型Ａｊ！１１．４５ＧａＱ４５Ａｍクラッド層、
４４はＡＺ　Ｏ９Ｉ’５ＧａＧ−８５Ａｓ活性層、４５
はｐ型Ａ１　ｏ、４５Ｇａｏ−ｓ５Ａｓ５Ａｓクラツド
６はｎ型Ａ、ｉ’０．４５０ｍ０．５５ｋｍ電流狭窄層
、４７はｎ型Ｇ、Ａ、光導導波層、４８はｐ型ＡＺ　Ｏ
９４５Ｇｍ０．５５人、キャップ層、４９はｐ型Ｇ、Ａ
、コンタクト層、５０はｐ型用電極、５１はストライプ
状の開口部である。この構造はストライプ状の開口部（
幅Ｗ２）を有するｎ型Ｇ。

Ａ３光反導波層４７とｐ型クラッド層４５との間に開口
幅Ｗ１がＷ２よりも狭いストライプ状の開口部を有する
ｎ型Ａ１０−４５ＧａＯ−５５Ａｓ電流狭窄相４６具備
している。これにより、利得導波路幅がｗｌどなるのに
対し、屈折率導波路幅はそれより広いＷ２とすることが
でき、利得導波路構造と屈折率導波路構造の特徴が達成
される。このため非点収差と戻り光雑音の双方の特性に
優れたレーザを得ることができる。しかしながら、ｎ型
Ｇ、Ａｓ光光導導波層４７開口部に光を導波するなめに
は、Ｇ、Ａ、活性層４４とｎ型Ｇ、Ａ、光導導波層４７
の距離を近くして、開口部とその他の部分の実効屈折率
差を確保する必要があるため、第４図に示す構造では、
ｎ型Ａｆ　０−４５Ｇ１１０．５５＾、電流狭窄層４６
を薄くする必要が生じる。このため、電流を十分に阻止
できずに、電流高注入時には、利得導波路幅と屈折率導
波路幅が等しくなって戻り光雑音に対する特性が悪くな
る。従来技術には、以上説明したような欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、基本横モード発振で非点収差が小さく、かつ電流高注
入時でも戻り音雑音に上る悪影響を十分小さくすること
ができる半導体レーザを提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の半導体レーザ装置は、活性層とそれを挟むクラ
ッド層よりなる半導体ダブルへテロ構造を有し、一方の
クラッド層表面の一部のストライプ状に形成され、この
ストライプ方向にほぼ平行なストライプ状の開口部を有
する上記活性層より屈折率の小さい半導体よりなる光導
波層と、開口部を除く上記光導波層および前記クラッド
層上に形成され、かつ前記クラッド層とは逆伝導型で前
記クラッド層より屈折率の大きい半導体よりなる電流狭
窄・光導導波層と、前記開口部を含み、電流狭窄・光導
導波層上に成長形成された前記クラッド層と同伝導型で
前記活性層より屈折率の小さな半導体よりなるキャップ
層とを有していることを特徴とする。

〔構成の詳細な説明〕

本発明は、上述の構成をとることにより、従来技術の問
題点を解決したものである。第１図は、本発明の構成を
Ａ１７Ｇ、Ａ、／　Ｇ、Ａ、系材料で実施した例である
。第１図を用いて本発明の構成と作用・原理を詳しく述
べる。

第１図において、１１はｎ型用電極、１２はｎ型Ｇ３＾
、基板、１３はｎ型人１０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラ
ツド、層、１４は＾、ｃ　０−１５Ｇａｏ−８５人、活
性層、１５はｐ型Ａノ０・４５（ＩａＯ−５５人Ｂクラ
・ソド層、１６はｎ聖人）０．４５ＧａＯ−５５＾３光
導波層、１７はｎ型ＧａＡ、電流狭窄・光導導波層、１
８はｐ型Ａノ。、４５Ｇ＆０．５５人、キャップ層、１
つはｐ型Ｇ、Ａ、コンタクト層、２０はｌ・型用電極を
示している。第１図に示す構造では、ｎ型ＧＡＡ、電流
狭窄・光導導波層１７による光吸収により、この光導導
波層１７がｐ型クラッド層１５と接している部分とそれ
以外の部分に実効的な屈折率差がつき、屈折率分布導波
路幅がＷ２の横モード制御機構となる。また、電流狭窄
層１７は、光導波層１６の内部に光導波路幅ＸＮ２より
も狭いストライプ状の開口部を有しており、これにより
活性層１４への電流注入が、ストライプ状に限定され、
利得導波路幅Ｗ、の利得導波路構造となる。

そしてこの場合、ｎ型ＧａＡ、電流狭窄・光導導波層１
７のストライプ状開口部による利得導波路幅Ｗ１がｎ型
人　ｊ！、　ｏ　−４５Ｇ　ａ　ｏ　−５ｓ＾３光導波
層１６により屈折率分布導波路幅Ｗ２よりも狭くなって
いる。このため、利得導波路構造及び屈折率分布導波路
構造の特徴が同時に達成されることになり、基本横モー
ドで非点収差が小さく、戻り光雑音による悪？３’ｌｌ
を十分小さくすることができる、さらにｎ型電流狭窄　
光導導波層１７は、電流高注入時でも電流を狭窄するの
に十分な厚さを制約なしに確保することができ、Ｗ２〉
Ｗ、の関係が維持される。

このため、電流高注入時でも戻り光雑音による悪影響を
十分小さくすることができる。なお、第１図では光導波
層１６がｎ型人Ｊｊ　０．４５Ｇｌ１０．５５人、であ
るので、光導波層１６のストライプ状開口幅が利得導波
路幅となるが、本発明においては、この光導波層１６の
伝導型はｐ型、ｎ型を問わない。従って、実質的な導波
路幅は電流狭窄・光導導波層１７のストライプ状開口幅
Ｗ１となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例に係わる半導体レーザ装置
の概略構造を示す断面図であり、第２図（ａ）〜（ｅ）
は第１図に示した実施例の製造工程を示す断面図である
。

まず第２図（ａ）に示すごとく、ｎ型Ｇ、Ａ、基板１２
（Ｓ＋：ドープ、　ｎ＝２Ｘ　１０１８ｃｍ−３）上に
０型＾１−　ｏ−４５０ｈａ−５５人、クラッド層１３
（ｎ＝ＩＸ１０１　、厚み２μｍ）、アンドープ入ノ（
１−１５Ｇｇ。、１．＾３活性層１４（厚み０．１μｍ
）、ｐ聖人ノｎ−４５Ｇａ人、クラ・ンド層１５　（ｎ
＝ＩＸ１０１８ｃｍ−’。

厚ミ０．２　μｍ　）　、　ｎ型人　ｊ！　ａ　、　４
５　Ｇ　ｇ　ｏ　、　５５　Ａ　ｍ光導波層１６　（ｎ
＝　Ｉ　Ｘ　１０１８ｃｍ−３，厚み１μｍ＞ｅ順次成
長した。成長には有機金属熱分解気相エピタキシャル法
（ＭＯ−ＶＰＥ法と略す）を用いた。成長にいた原料は
、トリメチルガリウム（ＴＭＧ：（ＣＨ３）　３　Ｇ−
）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ　：　（ＣＨ３）
　３Ａノ）、アルシン（＾３Ｈ３）で、ｐ型ドーパント
としてジメチル亜ｊｆａ　（ＤＭＺ：（（ＣＴｏ）ｚＺ
ｎ）を、ｎ型１く−パントとしてセレン化水素（Ｈ２Ｓ
ａ）を用いた。成長条件は、成長温度が７００℃、圧力
１００　Ｔｏｒｒ、全流量４　　、Ｖ／ｌ−３０としな
。

次に第２図（ｂ）に示すごとく光導波層１６上にフォト
レジスＩ・２１を塗布し、このレジスト２１を幅８μｍ
、ピッチ３００μｍのストライプ状に残し、レジストマ
スクを形成した。続いてレジスト２１をマスクとして光
導波層１６をリン酸系エッチャントでテラス状にエツチ
ングした。

次に、レジスト２１を除去し、有機洗浄及び表面酸化物
を除くためのＨｃｌ処理を行ったのち、直ちに試料を成
長炉内に入れ、上述第１回目の成長で用いたＭＯ−ＶＰ
Ｅ法で第２回目の成長を行った。すなわち、第２図（Ｃ
）に示すごとく全面にｎ型Ｇ３Ａ３電流狭窄・光導導波
層１７　（ｎ＝５Ｘ１０ｃｍ　　、厚み１．５μｍ）を
成長した。

次に第２図（ｄ）に示すごとく電流狭窄・光導導波層１
７上にフォト・レジスト２２を塗布し、このレジスト２
２を幅４μｍ、ピッチ３００μｍのストライプ状に抜き
、レジストマスクを形成しな。続いてレジスト２２をマ
スクとして、電流狭窄・光導導波層１７及び光導波層１
６をリン酸系エッチャントでストライプ状にエツチング
した。

次に、レジスト２２を除去し有機洗浄及び表面の酸化物
を除くためにＨＣ処理を行ったのち、直ちに試料を成長
炉内に入れ、上述第１回、第２回目の成長で用いたＭＯ
−ＶＰＥ法で第３回目の成長を行った。すなわち、第２
図（ｅ）に示すごとく、全面にｐ型Ａｆ’　０．４５Ｇ
ａＯ−５５Ａｓキャップ層１８＜ｐ＝Ｉ　Ｘ　１０１８
ｃ＋ｓ−’、厚み２μｍ）、ｐ型Ｇ、Ａ、コンタクト層
１９　（Ｐ＝ＩＸ１０１９ｃｍ−３，厚み５μｍ）を順
次成長形成した。

以上のようにして得られたレーザ・ウェハを基板を研磨
して厚み１００μｍとし、基板側にｎ型用電極１１、基
板と反対側にｎ型用電極２０を形成した。ｎ型用電極１
１には人。−Ｇｅ、　Ｐ型用電極２０にはＡ、−Ｇ、−
Ｎｌを用いた。このレーザウェハをへき開によって共振
器長２５０μｍ１幅３００μｍのチップにして半導体レ
ーザを完成したく第１図）。

かくして作成されたレーザの特性を測定したところ、次
のような結果が得られた。すなわち発振しきい値は５０
ｍＡ以下、非点収差は３μｍ以下で基本横モード発振し
、電流注入レベルの高い２０ｍＷまで縦多モード発振で
戻り光雑音による出力変動量は０．８％以下であった。

本実施例で用いた材料１組成に限らず、他の材料系や、
他の組成比の材料に対しても本発明の効果が得られる。

また、結晶の成長方法も用いる材料系に適する方法を用
いることができる。さらに上記実施例でｎ型であった光
導波層１６の伝導型は、ｐ、ｎ、アンドープのいずれで
もよい。またｐ型基板を用い、各層の伝導型を逆にする
こともできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、基本横モード発振で
非点収差が小さく、かつ電流高流入時でも戻り光雑音に
よる悪影響を十分小さくすることができる半導体レーザ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す断面図、第２図（ａ）
〜（ｅ）は第１図の実施例の製造工程を示す断面図、第
３図及び第４図は従来の半導体レーザ装置の例を示す断
面図である。１２．３２．４２・　ｎ型Ｇ、Ａ、基板、１Ｂ、３３゜
３４−ｎ型Ａ、ｌ？　ｏ、４５Ｇ＊ｏ、５５人、クラッ
ド層、１４゜３４．４４・　Ａノ０．１５Ｇ１１０．８
５Ａｌｌ活性層、１５，３５．４５・　ｐ型入１　ｏ、
４．、Ｇａｏ、５５Ａｓクラッド層、１６　・−ｎ型Ａ
、ｇ　０．４５Ｇ１１０．５５ＡＩｌ光導波層、１７−
ｎ型Ｇ　ａＡ　、電流狭窄・光導導波層、１８．３７．
４８−・・ｐ型Ａノ０−４５ＧａＯ−５５Ａｓキャップ
層、１９，３８゜４９・・・ｐ型Ｇ、Ａ、コンタクト層
、１１．３１．４１・・・ｎ型用電極、２０．３９．５
０・・・ｐ型用電極、２１．２２・・・フォトレジスト
、３６・・・ｎ型ＧａＡ、電流狭窄層、４６−・ｎ型人
ノＯ０−４５ＧａＯ−５９ｋ電流狭窄層、４７・・・ｎ
型ＧａＡ、光導導波層、３０．５１・・・ストライプ状
開口部。 −−Ｗ２−−−＝（ｄ）第２図第３図栗４図

Claims

【特許請求の範囲】

活性層と、それを挟むクラッド層よりなる半導体ダブル
・ヘテロ構造を有し、一方のクラッド層表面の一部にス
トライプ状に形成され、このストライプ方向にほぼ平行
なストライプ状の開口部を有する上記活性層より屈折率
の小さい半導体よりなる光導波層と、前記開口部を除く
上記光導波層および前記クラッド層上に形成され、かつ
前記クラッド層とは逆伝導型で前記クラッド層より屈折
率の大きい半導体よりなる電流狭窄・光反導波層と、前
記開口部を含み電流狭窄・光反導波層上に形成された前
記クラッド層と同伝導型で前記活性層より屈折率の小さ
な半導体よりなるキャップ層とを有することを特徴とす
る半導体レーザ装置。