JPS6334293Y2 - - Google Patents
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- JPS6334293Y2 JPS6334293Y2 JP1982005841U JP584182U JPS6334293Y2 JP S6334293 Y2 JPS6334293 Y2 JP S6334293Y2 JP 1982005841 U JP1982005841 U JP 1982005841U JP 584182 U JP584182 U JP 584182U JP S6334293 Y2 JPS6334293 Y2 JP S6334293Y2
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- JP
- Japan
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- layer
- guide layer
- groove
- refractive index
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- 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.)
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Description
【考案の詳細な説明】
本考案は基本モード発振する半導体レーザの構
造に関するものである。横モード制御された基本
モード発振する半導体レーザはPCW（Plano−
Convex Waveguide）型半導体レーザと称する
構造で本考案者等によつて提案されている（特願
昭54−33742）。この構造は、活性層の下側に平凸
状の光ガイド層を設けて、接合の横方向に屈折率
分布を形成し、活性層に強い光導波作用を持たせ
たものである。以下まずこの型式の構造、機能等
について、その何処を本考案で解決すべきか、図
面を用いて簡単に説明する。第１図は、従来の
PCW型半導体レーザの概略図を示す断面図であ
る。
造に関するものである。横モード制御された基本
モード発振する半導体レーザはPCW（Plano−
Convex Waveguide）型半導体レーザと称する
構造で本考案者等によつて提案されている（特願
昭54−33742）。この構造は、活性層の下側に平凸
状の光ガイド層を設けて、接合の横方向に屈折率
分布を形成し、活性層に強い光導波作用を持たせ
たものである。以下まずこの型式の構造、機能等
について、その何処を本考案で解決すべきか、図
面を用いて簡単に説明する。第１図は、従来の
PCW型半導体レーザの概略図を示す断面図であ
る。
例えば、（100）面ｎ型InP基体１上に〈011〉
方向に平行なストライプ状に矩形状の溝部２を形
成する。このInP基体１の上に液相エピタキシヤ
ル成長工程によりｎ型InGaAsP光ガイド層３、
InGaAsP活性層４、Ｐ型InPクラツド層５を順次
成長せしめて、Ｐ型InPクラツド層５上にSiO2膜
６を付け、溝部２の真上の活性層領域に電流が流
れるようにSiO2窓を設け電極７，８を取り付け、
PCW型半導体レーザが製作される。この構造に
よれば光ガイド層３と活性層４の屈折率は相互に
近づけ、光ガイド層３のそれがわずかに小さくな
るように設計する。この様な構造に於いては活性
層厚が一定の場合、光ガイド層３側に活性層４か
らレーザ光がしみ出し、そのしみ出す程度は、光
ガイド層厚の相違により変わる。したがつて、光
ガイド層３の凸部領域とその両側部で光ガイド層
３へのレーザ光のしみ出し量が異なり、それがた
めに両領域部間で実効屈折率分布が生じる。この
実効屈折率分布がレーザ光を接合面に平行な横方
向に閉じ込める光導波作用をもたらし、レーザ発
振の横モード安定化がなされる。又、ガイド層３
の厚い凸部と、その外部との実効的な屈折率差△
ｎは基本横モードを高出力まで安定に維持するた
めには10-2代を形成する必要がある。△ｎの値が
大きくなると一般に高次横モード発振が容易とな
り、又逆に小さくなると安定した光導波作用が得
られなくなる。
方向に平行なストライプ状に矩形状の溝部２を形
成する。このInP基体１の上に液相エピタキシヤ
ル成長工程によりｎ型InGaAsP光ガイド層３、
InGaAsP活性層４、Ｐ型InPクラツド層５を順次
成長せしめて、Ｐ型InPクラツド層５上にSiO2膜
６を付け、溝部２の真上の活性層領域に電流が流
れるようにSiO2窓を設け電極７，８を取り付け、
PCW型半導体レーザが製作される。この構造に
よれば光ガイド層３と活性層４の屈折率は相互に
近づけ、光ガイド層３のそれがわずかに小さくな
るように設計する。この様な構造に於いては活性
層厚が一定の場合、光ガイド層３側に活性層４か
らレーザ光がしみ出し、そのしみ出す程度は、光
ガイド層厚の相違により変わる。したがつて、光
ガイド層３の凸部領域とその両側部で光ガイド層
３へのレーザ光のしみ出し量が異なり、それがた
めに両領域部間で実効屈折率分布が生じる。この
実効屈折率分布がレーザ光を接合面に平行な横方
向に閉じ込める光導波作用をもたらし、レーザ発
振の横モード安定化がなされる。又、ガイド層３
の厚い凸部と、その外部との実効的な屈折率差△
ｎは基本横モードを高出力まで安定に維持するた
めには10-2代を形成する必要がある。△ｎの値が
大きくなると一般に高次横モード発振が容易とな
り、又逆に小さくなると安定した光導波作用が得
られなくなる。
設計の際、この様な事を十分考慮して△ｎを設
定する必要がある。例えば、ガイド層３として波
長（λG）＝1.1μｍのものを用い、活性層４として
λA＝1.3μｍ、層厚ｄ＝0.2μｍとしたとき、ガイ
ド層３の凸部の厚さを0.5μｍ、外部を0.3μｍ（溝
の深さｔ＝0.2μｍ）とすることにより△ｎがほぼ
１×10-2にあり、基本横モード発振が発振しきい
値の２倍以上の電流値まで維持される。
定する必要がある。例えば、ガイド層３として波
長（λG）＝1.1μｍのものを用い、活性層４として
λA＝1.3μｍ、層厚ｄ＝0.2μｍとしたとき、ガイ
ド層３の凸部の厚さを0.5μｍ、外部を0.3μｍ（溝
の深さｔ＝0.2μｍ）とすることにより△ｎがほぼ
１×10-2にあり、基本横モード発振が発振しきい
値の２倍以上の電流値まで維持される。
しかしながら、従来のPCW型半導体レーザで
は、ガイド層３と活性層４の組成が近い場合、す
なわち、ガイド層３の屈折率が大きいほど光のガ
イド層へのしみ出しは増加し、△ｎがガイド層厚
の変化に敏感となり、例えば、ガイド層３として
λG＝1.03μｍのものを用い、活性層４としてλA
＝1.2μｍ、層厚ｄ＝0.2μｍとしたとき、ガイド層
３の凸部の厚さを0.5μｍ、外部を0.3μｍ（溝の深
さｔ＝0.2μｍ）とすると、△ｎが約８×10-3と小
さくなり安定した光導波作用が得られなくなり、
基本横モードを高出力まで安定に維持することが
困難となる。
は、ガイド層３と活性層４の組成が近い場合、す
なわち、ガイド層３の屈折率が大きいほど光のガ
イド層へのしみ出しは増加し、△ｎがガイド層厚
の変化に敏感となり、例えば、ガイド層３として
λG＝1.03μｍのものを用い、活性層４としてλA
＝1.2μｍ、層厚ｄ＝0.2μｍとしたとき、ガイド層
３の凸部の厚さを0.5μｍ、外部を0.3μｍ（溝の深
さｔ＝0.2μｍ）とすると、△ｎが約８×10-3と小
さくなり安定した光導波作用が得られなくなり、
基本横モードを高出力まで安定に維持することが
困難となる。
又、安定した光導波路を形成するには光ガイド
層の表面が平坦で、その上に一様な厚さの活性層
が成長する必要がある。しかしながら、従来の
PCW型半導体レーザで用いている溝部２は溝深
さｔに対して溝の外部に成長する層厚が大きくな
る様にしなければ溝が確実に埋まらない。前記し
たガイド層のλG＝1.03μｍ、活性層のλA＝1.2μｍ
において、10-2代の△ｎを形成するためには、溝
２の外部に成長する層厚が溝深さｔの値以下にす
る必要があり、従来のPCW型半導体レーザでは、
溝部２がガイド層３で十分埋まりきらず、活性層
４に凹凸が生じ、PCW型半導体レーザの本来の
特徴である安定な基本横モード発振が困難とな
り、又発振しきい値も高まる等の欠点を有する。
層の表面が平坦で、その上に一様な厚さの活性層
が成長する必要がある。しかしながら、従来の
PCW型半導体レーザで用いている溝部２は溝深
さｔに対して溝の外部に成長する層厚が大きくな
る様にしなければ溝が確実に埋まらない。前記し
たガイド層のλG＝1.03μｍ、活性層のλA＝1.2μｍ
において、10-2代の△ｎを形成するためには、溝
２の外部に成長する層厚が溝深さｔの値以下にす
る必要があり、従来のPCW型半導体レーザでは、
溝部２がガイド層３で十分埋まりきらず、活性層
４に凹凸が生じ、PCW型半導体レーザの本来の
特徴である安定な基本横モード発振が困難とな
り、又発振しきい値も高まる等の欠点を有する。
本考案の目的は、従来の半導体レーザが有して
いる上記の欠点を除去し、比較的大きい屈折率を
有し、且つ活性層の組成に近いガイド層を用いて
も、十分な屈折率差を有し、広い動作電流領域に
わたつて基本横モード発振を維持し、発振しきい
値が小さく、高出力化が可能で且つ製作が容易
で、歩留りの高い量産性に適した半導体レーザの
構造を提供することである。
いる上記の欠点を除去し、比較的大きい屈折率を
有し、且つ活性層の組成に近いガイド層を用いて
も、十分な屈折率差を有し、広い動作電流領域に
わたつて基本横モード発振を維持し、発振しきい
値が小さく、高出力化が可能で且つ製作が容易
で、歩留りの高い量産性に適した半導体レーザの
構造を提供することである。
本考案の半導体レーザは、（211）Ａ面を両側面
とする矩形状の断面の溝を有する半導体基体上に
少なくとも、該半導体基体よりも禁止帯幅が小さ
く且つ屈折率の小さな光ガイド層と、該光ガイド
層よりも禁止帯幅が小さく且つ屈折率の大きな活
性層と、該光ガイド層と該活性層の両方の禁止帯
幅よりも大きく、且つ両方の屈折率より小さい屈
折率を有するクラツド層とを順次形成し、該活性
層に所定の電流を注入して励起する構造を備えた
構成となつている。
とする矩形状の断面の溝を有する半導体基体上に
少なくとも、該半導体基体よりも禁止帯幅が小さ
く且つ屈折率の小さな光ガイド層と、該光ガイド
層よりも禁止帯幅が小さく且つ屈折率の大きな活
性層と、該光ガイド層と該活性層の両方の禁止帯
幅よりも大きく、且つ両方の屈折率より小さい屈
折率を有するクラツド層とを順次形成し、該活性
層に所定の電流を注入して励起する構造を備えた
構成となつている。
本考案者等の研究によれば、従来のPCW型半
導体レーザを構成する矩形状の溝部を両側面が
（211）Ａ面の結晶方位を有する溝にすることによ
り、溝の外部に成長する層厚が溝深さｔの値以下
にしても溝は確実に埋まりその表面も平面となる
ことを実験的に得た。第２図に溝深さｔ＝0.2μｍ
と一定にした溝幅Ｗと溝部を平坦に埋め込むため
に必要な溝の外部に成長するガイド層厚TGとの
関係を示す。実験に用いた溝部は、｛100｝面ｎ型
InP基体に〈011〉方向に平行なストライプ状の
矩形状の溝であり、図中、黒丸は、従来の溝部を
平坦に埋め込むために必要なガイド層厚TGが前
述した様な溝深さｔに対して大きくなる様にすれ
ば溝が確実に埋まることを示している。一方、白
丸は、（211）Ａ面を両側面とする断面が矩形状の
溝部を平坦に埋め込むために必要なガイド層厚
TGであり、溝深さｔの約1/2のガイド層厚TGで
溝部を確実に埋めることが出来る事を示してお
り、安定した光導波路を形成できる事が判つた。
導体レーザを構成する矩形状の溝部を両側面が
（211）Ａ面の結晶方位を有する溝にすることによ
り、溝の外部に成長する層厚が溝深さｔの値以下
にしても溝は確実に埋まりその表面も平面となる
ことを実験的に得た。第２図に溝深さｔ＝0.2μｍ
と一定にした溝幅Ｗと溝部を平坦に埋め込むため
に必要な溝の外部に成長するガイド層厚TGとの
関係を示す。実験に用いた溝部は、｛100｝面ｎ型
InP基体に〈011〉方向に平行なストライプ状の
矩形状の溝であり、図中、黒丸は、従来の溝部を
平坦に埋め込むために必要なガイド層厚TGが前
述した様な溝深さｔに対して大きくなる様にすれ
ば溝が確実に埋まることを示している。一方、白
丸は、（211）Ａ面を両側面とする断面が矩形状の
溝部を平坦に埋め込むために必要なガイド層厚
TGであり、溝深さｔの約1/2のガイド層厚TGで
溝部を確実に埋めることが出来る事を示してお
り、安定した光導波路を形成できる事が判つた。
以下、本考案の詳細を図面を参照して、InPと
InGaAsPを半導体層として用いる場合について、
その一実施例を述べる。
InGaAsPを半導体層として用いる場合について、
その一実施例を述べる。
第３図は、本考案を実施した場合の半導体レー
ザの代表例でレーザ光に垂直な主要断面図であ
る。
ザの代表例でレーザ光に垂直な主要断面図であ
る。
先ず、（100）面ｎ型InP基本９表面にフオトレ
ジスト膜をマスクにした、〈011〉方向に平行な幅
2.0μｍの細長いエツチング窓を形成する。続い
て、塩酸と燐酸の混合液で選択エツチングし、幅
2.3μｍ、深さ0.2μｍのストライプ状の矩形状の溝
１０を形成する。このとき、両側面が（211）Ａ
面を有する溝１０が形成される。残りのフオトレ
ジスト膜をInP基体９の表面から除去し、この
InP基体上に以下の各層を液相エピタキシヤル成
長法によつて連続して成長させる。先ず第１半導
体層のｎ型In0.92Ga0.08As0.19P0.81光ガイド層１１
を成長する。この成長は（211）Ａ面を両側面と
する矩形状の溝１０部分が完全に埋まり全上面が
平坦になるまで続ける。続いて第２半導体層の活
性層にあたるＰ型In0.81Ga0.19As0.43P0.57層１２、
第３半導体層のＰ型InP層１３が成長されて終了
する。
ジスト膜をマスクにした、〈011〉方向に平行な幅
2.0μｍの細長いエツチング窓を形成する。続い
て、塩酸と燐酸の混合液で選択エツチングし、幅
2.3μｍ、深さ0.2μｍのストライプ状の矩形状の溝
１０を形成する。このとき、両側面が（211）Ａ
面を有する溝１０が形成される。残りのフオトレ
ジスト膜をInP基体９の表面から除去し、この
InP基体上に以下の各層を液相エピタキシヤル成
長法によつて連続して成長させる。先ず第１半導
体層のｎ型In0.92Ga0.08As0.19P0.81光ガイド層１１
を成長する。この成長は（211）Ａ面を両側面と
する矩形状の溝１０部分が完全に埋まり全上面が
平坦になるまで続ける。続いて第２半導体層の活
性層にあたるＰ型In0.81Ga0.19As0.43P0.57層１２、
第３半導体層のＰ型InP層１３が成長されて終了
する。
典形的な各層厚は、溝１０の領域で各々光ガイ
ド層１１が0.3μｍ、活性層１２が0.2μｍ、キヤリ
ア閉じ込め層１３が2μｍである。
ド層１１が0.3μｍ、活性層１２が0.2μｍ、キヤリ
ア閉じ込め層１３が2μｍである。
最後にＰ型電極１４はSiO2膜１５を介して、
又ｎ型電極１６はInP基体９の裏側に各々形成し
て完了する。
又ｎ型電極１６はInP基体９の裏側に各々形成し
て完了する。
尚、ガイド層１１は波長λG＝1.03μｍであり、
活性層１２はλA＝1.2μｍであり、比較的ガイド
層１１の屈折率（ｎ≒3.35）が大きく、すなわち
光のガイド層１１へのしみ出しが大きくても、本
実施例に於いて、半導体レーザのＰ−Ｎ接合に平
行な方向の光放射角を測定して得られる実験的な
△ｎの値が、約２×10-2にあり、又、基本横モー
ド発振が発振しきい値の２倍以上の電流値まで維
持された。この事は、実施例に於いて溝１０の深
さｔ＝0.2μｍに対して溝１０の外部に成長する光
ガイド層１１厚が0.1μｍであり、且つ一様な厚さ
（0.2μｍ）の活性層１２が形成されているためで
ある。
活性層１２はλA＝1.2μｍであり、比較的ガイド
層１１の屈折率（ｎ≒3.35）が大きく、すなわち
光のガイド層１１へのしみ出しが大きくても、本
実施例に於いて、半導体レーザのＰ−Ｎ接合に平
行な方向の光放射角を測定して得られる実験的な
△ｎの値が、約２×10-2にあり、又、基本横モー
ド発振が発振しきい値の２倍以上の電流値まで維
持された。この事は、実施例に於いて溝１０の深
さｔ＝0.2μｍに対して溝１０の外部に成長する光
ガイド層１１厚が0.1μｍであり、且つ一様な厚さ
（0.2μｍ）の活性層１２が形成されているためで
ある。
更に、本考案によれば、製作上、溝１０部側面
である（211）Ａ面の化学エツチング速度が遅い
ために、溝幅の狭い光導波路を形成できることか
ら、基本横モードが安定し、且つ発振しきい値が
小さく、高出力化が可能である利点を有する。
尚、ガイド層としてλG＝1.1μｍのものを用い、
活性層としてλA＝1.3μｍとした場合についても、
本考案によれば、上記と同様な効果が得られる事
は言うまでもない。
である（211）Ａ面の化学エツチング速度が遅い
ために、溝幅の狭い光導波路を形成できることか
ら、基本横モードが安定し、且つ発振しきい値が
小さく、高出力化が可能である利点を有する。
尚、ガイド層としてλG＝1.1μｍのものを用い、
活性層としてλA＝1.3μｍとした場合についても、
本考案によれば、上記と同様な効果が得られる事
は言うまでもない。
なお、以上の実験例では結晶成長法として液相
エピタキシヤル成長法を適用した場合を述べたが
別な成長法たとえば気相エピタキシヤル成長法や
分子線エピタキシヤル成長法等を適用し、本発明
を実施しても全く同様な効果が得られる。
エピタキシヤル成長法を適用した場合を述べたが
別な成長法たとえば気相エピタキシヤル成長法や
分子線エピタキシヤル成長法等を適用し、本発明
を実施しても全く同様な効果が得られる。
第１図は従来のPCW型半導体レーザの概略を
示す断面図、第２図はPCW型半導体レーザを構
成する溝部を平坦に埋め込むために必要な溝の外
部に成長する光ガイド層の液相エピタキシヤル成
長条件を示す図面、第３図は本考案の一実施例に
おけるPCW型半導体レーザの概略を示す断面図
である。 図において、１，９……半導体基体、２……矩
形溝、３，１１……光ガイド層、４，１２……活
性層、５，１３……クラツド層、６，１５……
SiO2膜、７，１４……Ｐ型電極、８，１６……
ｎ型電極、１０……（211）Ａ面を両側面とする
矩形溝をそれぞれ示す。
示す断面図、第２図はPCW型半導体レーザを構
成する溝部を平坦に埋め込むために必要な溝の外
部に成長する光ガイド層の液相エピタキシヤル成
長条件を示す図面、第３図は本考案の一実施例に
おけるPCW型半導体レーザの概略を示す断面図
である。 図において、１，９……半導体基体、２……矩
形溝、３，１１……光ガイド層、４，１２……活
性層、５，１３……クラツド層、６，１５……
SiO2膜、７，１４……Ｐ型電極、８，１６……
ｎ型電極、１０……（211）Ａ面を両側面とする
矩形溝をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 断面が矩形状の溝を有する半導体基体上に少な
くとも、該半導体基体よりも禁止帯幅が小さく且
つ屈折率の小さい光ガイド層と、該光ガイド層よ
りも禁止帯幅が小さく且つ屈折率の大きな活性層
と、該光ガイド層と該活性層の両方の禁止帯幅よ
りも大きく、且つ両方の屈折率より小さい屈折率
を有するクラツド層とを順次形成し、該活性層に
所定の電流を注入して励起する構造を備えた半導
体レーザにおいて、前記断面が矩形状の両側面を
（211）Ａ面とし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 |
|---|---|---|---|
| JP584182U JPS58109271U (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP584182U JPS58109271U (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58109271U JPS58109271U (ja) | 1983-07-25 |
| JPS6334293Y2 true JPS6334293Y2 (ja) | 1988-09-12 |
Family
ID=30018635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP584182U Granted JPS58109271U (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58109271U (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5887370U (ja) * | 1981-12-08 | 1983-06-14 | 日本電気株式会社 | 半導体レ−ザ |
-
1982
- 1982-01-20 JP JP584182U patent/JPS58109271U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58109271U (ja) | 1983-07-25 |
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