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JPH07118559B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

Info

Publication number
JPH07118559B2
JPH07118559B2 JP60132253A JP13225385A JPH07118559B2 JP H07118559 B2 JPH07118559 B2 JP H07118559B2 JP 60132253 A JP60132253 A JP 60132253A JP 13225385 A JP13225385 A JP 13225385A JP H07118559 B2 JPH07118559 B2 JP H07118559B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
groove
active layer
semiconductor
semiconductor laser
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60132253A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61289687A (en
Inventor
眞澄 竹島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP60132253A priority Critical patent/JPH07118559B2/en
Publication of JPS61289687A publication Critical patent/JPS61289687A/en
Publication of JPH07118559B2 publication Critical patent/JPH07118559B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は情報の光通信あるいは光消去・記録・再生など
に用いることのできる半導体レーザ装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device which can be used for optical communication of information or optical erasing / recording / reproducing.

従来の技術 近年、半導体レーザ装置は、横モードの単一性やビーム
特性の良好性を得るために、活性層の近傍に光吸収層を
設けた、いわゆる、屈折率導波型構造を中心として発展
してきた。例えばアプライド フィジックス レター
第40巻372頁1982年ヤマモト,ハヤシ,ヤノ,サクラ
イ,ヒジカタ(Appl.Phys.Lett.Vol.40,p372,1982 S.Ya
mamoto.H.Hayashi.S.Yano,T.Sakurai,T.Hijikata) 以下、図面を参照しながら、上述したような従来の半導
体レーザについて説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor laser devices mainly use a so-called refractive index waveguide type structure in which a light absorption layer is provided in the vicinity of an active layer in order to obtain unity of transverse mode and good beam characteristics. It has developed. For example, Applied Physics Letter
Volume 40, p. 372 1982 Yamamoto, Hayashi, Yano, Sakurai, Hijikata (Appl.Phys.Lett.Vol.40, p372,1982 S.Ya
mamoto.H.Hayashi.S.Yano, T.Sakurai, T.Hijikata) Hereinafter, a conventional semiconductor laser as described above will be described with reference to the drawings.

第2図は従来の半導体レーザ装置の構造を示すものであ
る。第2図において、9はn型GaAa基板、10はn型のG
a1-xAlxAsクラッド層、11は、無添加のGaAs活性層、12
はp型のGa1-xAlxAaクラッド層、13はn型のGaAsキャッ
プ層、14はZn拡散層、15はn型アロイ電極である。ここ
で、n−GaAs基板には予めリッジが形成されている。
FIG. 2 shows the structure of a conventional semiconductor laser device. In FIG. 2, 9 is an n-type GaAa substrate and 10 is an n-type GAa substrate.
a1-x Al x As clad layer, 11 is an undoped GaAs active layer, 12
Is a p-type Ga 1-x Al x Aa cladding layer, 13 is an n-type GaAs cap layer, 14 is a Zn diffusion layer, and 15 is an n-type alloy electrode. Here, a ridge is formed in advance on the n-GaAs substrate.

以上のように構成された半導体レーザ装置について、以
下その動作を説明する。まず、Zn拡散層14側をn型電極
15に対して正にバイアスすると活性層11に向って両極か
ら正孔又は電子が注入される。その際、キャップ層13の
存在のために、14から注入される正孔電流(接合方向に
沿った)の横方向への広がりは、Zn拡散層のストライプ
直下附近にのみ限定され、従って、電流はその程度の横
巾広がりで活性層11を通過し、終りには、n−GaAs基板
9のリッジ間にある横溝部分に流入する。活性層11をは
さむクラッド層10,12は(接合方向に対して)垂直方向
にも電流を活性層11に閉じ込める働きをする。即ち、電
流は横溝上の活性層11内に集中し、その部分でのみレー
ザ利得が生じてレーザ発振が生ずる。一方、クラッド層
10,12のもう1つの役割は、垂直方向に沿って活性層11
内に光を閉じ込めることである。垂直方向へのこの光と
電流の閉じ込めが、レーザ動作のしきい値を低くする働
きを有する。
The operation of the semiconductor laser device configured as described above will be described below. First, the Zn diffusion layer 14 side is an n-type electrode
When positively biased with respect to 15, holes or electrons are injected from both electrodes toward the active layer 11. At this time, due to the presence of the cap layer 13, the lateral spread of the hole current (along the junction direction) injected from 14 is limited only to the area immediately below the stripe of the Zn diffusion layer, and thus the current Passes through the active layer 11 with such a lateral spread, and finally flows into the lateral groove portion between the ridges of the n-GaAs substrate 9. The clad layers 10 and 12 sandwiching the active layer 11 also serve to confine current in the active layer 11 in the vertical direction (with respect to the junction direction). That is, the current is concentrated in the active layer 11 on the lateral groove, the laser gain is generated only in that portion, and the laser oscillation is generated. On the other hand, the clad layer
The other role of 10, 12 is to activate the active layer 11 along the vertical direction.
It is to confine the light inside. This confinement of light and current in the vertical direction serves to lower the threshold of laser operation.

さて、n−GaAs基板9に設けられたリッジの役割は次の
通りである。即ちこの基板9は活性層11とほぼ同じ禁制
帯巾を持つ材料なので、その光の基礎吸収帯の中にレー
ザ光の波長域が入る。
The role of the ridge provided on the n-GaAs substrate 9 is as follows. That is, since the substrate 9 is a material having almost the same forbidden band width as the active layer 11, the wavelength range of the laser beam falls within the basic absorption band of the light.

一方、活性層11内で生じた光は、かなり層外にも洩れ
る。洩れた光は、活性層11と基板9との距離の小さいリ
ッジ部で特に吸収される。このことは、光が活性層11で
感ずる有効な屈折率は吸収に由来する虚数部分を有し、
主としてその虚数部分が溝部分を中心として対称な横方
向分布をなすことを意味する。この分布により、レーザ
光は横方向に対して閉じ込められ、良好な光ビーム特性
を与える。更に、高次モードは基本モードに比してより
横方向に広がるので、リッジ部分での洩れ光の吸収は高
次モードに対してより強くなり、従って高次モードの発
振が強く抑制される。これが、リッジに代表される光吸
収層を活性層に近接して設ける理由である。光閉じ込め
や、高次モードの抑制を更に有効にするためには、リッ
ジ部分の材料の禁制帯巾を活性層材料にそれよりも小さ
くして吸収を大きくする手段もとられる。
On the other hand, the light generated in the active layer 11 leaks considerably outside the layer. The leaked light is particularly absorbed by the ridge portion where the distance between the active layer 11 and the substrate 9 is small. This means that the effective refractive index that light senses in the active layer 11 has an imaginary part derived from absorption,
It mainly means that the imaginary part has a lateral distribution symmetrical about the groove part. Due to this distribution, the laser light is confined in the lateral direction and gives good light beam characteristics. Furthermore, since the higher-order modes spread more laterally than the fundamental modes, the absorption of leaked light at the ridge portion is stronger than that of the higher-order modes, so that the oscillation of the higher-order modes is strongly suppressed. This is the reason why the light absorption layer represented by the ridge is provided close to the active layer. In order to further effectively confine light and suppress higher-order modes, a means of increasing absorption by making the forbidden band width of the material of the ridge portion smaller than that of the active layer material is used.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、吸収の効果は基
本モードに対しても決して無視し得ず、従って、光閉じ
込めや高次モードの抑制を強力にしようとすることは必
然的に基本モードに対する光損失の増加に連なり、光損
失の増加はレーザ動作のしきい値電流の増大と微分量子
効率の低下が不可避であるという問題点を有していた。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention However, in the above configuration, the effect of absorption can never be ignored even for the fundamental mode, and therefore, it is attempted to strongly suppress light confinement and higher modes. Inevitably results in an increase in optical loss with respect to the fundamental mode, and an increase in optical loss has a problem that an increase in threshold current of laser operation and a decrease in differential quantum efficiency are unavoidable.

本発明は上記欠点に鑑み、光吸収層を用いないで横方向
への光の閉じ込めと横多モード単一化を得ることのでき
る半導体レーザ装置を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of confining light laterally and achieving lateral multimode unification without using a light absorption layer.

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装置
は、一導電型の半導体基板の平坦な面上に形成された貫
通溝を有する逆導電型の半導体層と、前記貫通溝を埋め
かつ前記半導体層上に平坦な表面を有するように形成さ
れた一導電型の第一のクラッド層と、前記第一のクラッ
ド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され
た逆導電型の第2のクラッド層とを有し、前記半導体層
が前記第一のクラッド層よりも、屈折率が小さい材料で
構成されているとともに、前記貫通溝の幅が前記半導体
基板表面から離れるにつれて大きくなり、かつ、前記半
導体基板表面に接する部分の前記貫通溝の幅が2μmで
あるものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a semiconductor laser device of the present invention includes a semiconductor layer of an opposite conductivity type having a through groove formed on a flat surface of a semiconductor substrate of one conductivity type. A first conductivity type clad layer formed to fill the through groove and have a flat surface on the semiconductor layer; an active layer formed on the first clad layer; A second cladding layer of opposite conductivity type formed on the layer, the semiconductor layer being made of a material having a smaller refractive index than the first cladding layer, and the width of the through groove. Is larger with increasing distance from the surface of the semiconductor substrate, and the width of the through groove in the portion in contact with the surface of the semiconductor substrate is 2 μm.

作用 この構成によって、屈折率のより小さい層と第一クラッ
ド層との境界での光に全反射によって光は横方向に閉じ
込められ、さらに、第一クラッド層が半導体基板に接す
る部分の貫通溝の幅を2μmとすることにより高次モー
ドの発生も抑制することができる。
Action With this configuration, the light is laterally confined by the total reflection to the light at the boundary between the layer having a smaller refractive index and the first clad layer, and further, the first groove of the through groove of the part in contact with the semiconductor substrate is formed. By setting the width to 2 μm, the generation of higher-order modes can be suppressed.

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
Embodiment One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
構造を示すものである。第1図において、1は濃度1×
1019cm-3のp型GaAs基板、2は濃度5×1017cm-3,厚さ
1μmで中央に横溝をもつn型のGa0.5Al0.5As層、3は
濃度5×1017cm-3のp型Ga0.6Al0.4Asクラッド層、4は
不純物無添加で厚さ0.1μmのGaAsの活性層、5は濃度
5×1017cm-3で厚さ1μmのn型Ga0.6Al0.4Asクラッド
層、6は濃度5×1018cm-3で厚さ1μmのn型GaAs、7
はTi/Pt/Auアロイ電極、8はAu/Ge/Niアロイ電極であ
る。ここで、Ga0.5Al0.5As層2の横溝の台形の上底の長
さWは5μm、下底の長さW1は2μm、そして溝部での
クラッド層3の厚さは1μm、リッジ部での厚さは0.1
μmである。
FIG. 1 shows the structure of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is density 1 ×
P-type GaAs substrate of 10 19 cm -3, 2 concentration 5 × 10 17 cm -3, n-type Ga 0.5 Al 0.5 As layer having a lateral groove in the center in a thickness of 1 [mu] m, 3 concentration 5 × 10 17 cm - 3 p-type Ga 0.6 Al 0.4 As clad layer, 4 is a 0.1 μm thick GaAs active layer with no impurities added, and 5 is 1 μm thick n-type Ga 0.6 Al 0.4 As with a concentration of 5 × 10 17 cm -3. Clad layer, 6 is n-type GaAs with a concentration of 5 × 10 18 cm -3 and a thickness of 1 μm, 7
Is a Ti / Pt / Au alloy electrode, and 8 is an Au / Ge / Ni alloy electrode. Here, the length W of the trapezoidal upper base of the lateral groove of the Ga 0.5 Al 0.5 As layer 2 is 5 μm, the length W 1 of the lower base is 2 μm, and the thickness of the clad layer 3 in the groove is 1 μm, and in the ridge portion. Has a thickness of 0.1
μm.

以上のように構成された半導体レーザ装置について、以
下にその動作を説明する。まず、クラッド層の活性層に
対する役割は、第2図の従来例の場合と同様である。さ
て、電極7を電極8に対して正にバイアスすると、両極
から活性層4に向って正孔又は電子が注入される。特
に、電極7からの正孔電流は、Ga0.5Al0.5As層2によっ
て妨げられる結果、横溝部分から活性層4に流れ込み、
従って電流は横溝上部の活性層4に集中することにな
る。この電流の広がり巾は主として溝の下底の長さW1
よって決定される。一般に禁制帯巾が小さい材料程屈折
率は大きく、そしてGa1-xAlxAsのXが大きい程禁制帯巾
は大きい。従って、Ga0.5Al0.5As層2の屈折率はクラッ
ド層3の屈折率に比して0.06程小さい。この屈折率差
は、吸収層を用いた従来例の場合の有効屈折率差に匹敵
する。従って、第1図の構造において横方向に屈折率分
布が生じ、光は横方向に閉じ込められる。更に、上記W1
を適当に小さく選ぶことにより、光の広がりと電流の広
がりの比を適当に選ぶことができる。電流の小さい領域
は、利得が負即ち、吸収領域になる。従って、上記幅W1
をある程度小さくすることにより、高次モードは選択的
に吸収され、横モードの単一化が達成される。本実施例
では、幅W1の値を2μmとしたが、このときしきい値電
流は従来例の吸収層を用いた場合に比して50%低下し、
横モードは十分に単一化することが分った。
The operation of the semiconductor laser device configured as described above will be described below. First, the role of the clad layer for the active layer is the same as in the case of the conventional example shown in FIG. When the electrode 7 is positively biased with respect to the electrode 8, holes or electrons are injected from both electrodes toward the active layer 4. In particular, the hole current from the electrode 7 is blocked by the Ga 0.5 Al 0.5 As layer 2 and, as a result, flows into the active layer 4 from the lateral groove portion,
Therefore, the current concentrates on the active layer 4 above the lateral groove. The spread of this current is mainly determined by the length W 1 of the bottom of the groove. Generally, a material having a smaller forbidden band has a larger refractive index, and a larger X of Ga 1-x Al x As has a larger forbidden band. Therefore, the refractive index of the Ga 0.5 Al 0.5 As layer 2 is about 0.06 smaller than the refractive index of the cladding layer 3. This difference in refractive index is comparable to the difference in effective refractive index in the case of the conventional example using the absorbing layer. Therefore, in the structure of FIG. 1, a refractive index distribution is generated in the lateral direction, and light is confined in the lateral direction. Furthermore, the above W 1
By appropriately selecting, the ratio of the spread of light and the spread of current can be appropriately selected. The region where the current is small has a negative gain, that is, an absorption region. Therefore, the above width W 1
Higher-order modes are selectively absorbed and lateral mode unification is achieved by making ω to be small to some extent. In this embodiment, the width W 1 is set to 2 μm, but the threshold current at this time is 50% lower than that in the case of using the conventional absorption layer.
It was found that the transverse mode was sufficiently unified.

以上のように、本実施例によれば、低屈折率の層をクラ
ッド層に隣接して設けることにより、低しきい値電流で
単一モードのレーザ動作を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the low refractive index layer adjacent to the cladding layer, it is possible to obtain a single mode laser operation with a low threshold current.

なお、第1図の例ではクラッド層Ga0.6Al0.4As、活性層
をGaAs、低屈折率層をGa0.5Al0.5Asに選んだが、材料は
これ等に限定されることなく、Ga1-xAlxAs系を用いたダ
ブルヘトロ接合と低屈折率層の可能な任意の組み合わせ
でよく、更に、InGaAs、GaAlAsSbその他の様々な可能な
混晶系であってもよい。
In the example of FIG. 1, the cladding layer is Ga 0.6 Al 0.4 As, the active layer is GaAs, and the low refractive index layer is Ga 0.5 Al 0.5 As. However, the material is not limited to these, and Ga 1-x It may be any possible combination of double hetrojunction using Al x As system and low refractive index layer, and may also be InGaAs, GaAlAsSb and various other possible mixed crystal systems.

発明の効果 以上のように本発明は、クラッド層を介して活性層の近
傍に低屈折率の横溝をもつ層を設けることにより、吸収
損失のない屈折率導波型の半導体レーザ装置を得ること
ができ、その実用的効果は大なるものがある。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, a refractive index guided semiconductor laser device having no absorption loss is obtained by providing a layer having a lateral groove with a low refractive index in the vicinity of an active layer via a clad layer. Can be done, and its practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の半導体レーザ装置の断面
図、第2図は従来の半導体レーザの装置の断面図であ
る。 1……p−GaAs基板、2……n−Ga0.5Al0.5As低屈折率
層、3……p−Ga0.6Al0.4Asクラッド層、4……p−Ga
As活性層、5……n−Ga0.6Al0.4Asクラッド層、6……
n+−GaAs、7……Pt/Ti/Auアロイ電極、8……Au/Ge/Ni
アロイ電極、9……n−GaAs基板、10……n−Ga1-xAlx
Asクラッド層、11……p−GaAs活性層、12……p−Ga
1-xAlxAsクラッド層、13……n−GaAsキャップ層、14…
…Zn拡散層、15……n型アロイ電極。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device. 1 ... p-GaAs substrate, 2 ... n-Ga 0.5 Al 0.5 As low refractive index layer, 3 ... p-Ga 0.6 Al 0.4 As clad layer, 4 ... p-Ga
As active layer, 5 ... n-Ga 0.6 Al 0.4 As clad layer, 6 ...
n + -GaAs, 7 ... Pt / Ti / Au alloy electrode, 8 ... Au / Ge / Ni
Alloy electrode, 9 ... n-GaAs substrate, 10 ... n-Ga 1-x Al x
As clad layer, 11 ... p-GaAs active layer, 12 ... p-Ga
1-x Al x As clad layer, 13 ... n-GaAs cap layer, 14 ...
… Zn diffusion layer, 15 …… n-type alloy electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板の平坦な面上に形成
された貫通溝を有する逆導電型の半導体層と、前記貫通
溝を埋めかつ前記半導体層上に平坦な表面を有するよう
に形成された一導電型の第一のクラッド層と、前記第一
のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に
形成された逆導電型の第2のクラッド層とを有し、前記
半導体層が前記第一のクラッド層よりも、屈折率が小さ
い材料で構成されているとともに、 前記貫通溝の幅が前記半導体基板表面から離れるにつれ
て大きくなり、かつ、前記半導体基板表面に接する部分
の前記貫通溝の幅が2μmであることを特徴とする半導
体レーザ装置。
1. A semiconductor layer of an opposite conductivity type having a through groove formed on a flat surface of a semiconductor substrate of one conductivity type, and a semiconductor layer filling the through groove and having a flat surface on the semiconductor layer. A first conductivity type first clad layer formed, an active layer formed on the first clad layer, and a reverse conductivity type second clad layer formed on the active layer. The semiconductor layer is made of a material having a refractive index smaller than that of the first cladding layer, and the width of the through groove increases as the distance from the semiconductor substrate surface increases, and contacts the semiconductor substrate surface. A semiconductor laser device, wherein the width of the through groove of the portion is 2 μm.
JP60132253A 1985-06-18 1985-06-18 Semiconductor laser device Expired - Lifetime JPH07118559B2 (en)

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JPS61289687A JPS61289687A (en) 1986-12-19
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5640292A (en) * 1979-09-11 1981-04-16 Fujitsu Ltd Semiconductor laser
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JPS59189693A (en) * 1983-04-12 1984-10-27 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device

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JPS61289687A (en) 1986-12-19

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