JPS5988889A - 半導体発光装置 - Google Patents

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】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明は半導体発光装置、特に活性層の厚さの変化によ
る屈折率光ガイドと光吸収層により高調波にｆ↓択的に
損失を与えることにより、安定した基板横モード発振が
得られる半導体レーザに関する。

（ｂ）　　技術の背景 光フアイバ通信及び種々の産業、民生分野における光を
情報信号媒体として用いる技術において、矛 半導体レーザは最もＭ要で基Ｗ的な構成要素である。こ
れらの種々の分野に半導体レーザを用いるにあたって、
半導体レーザの電流−光出力特性の直線性、出力光の指
向性、出力の増大及び軸モードと横モードの安定性など
多くの点での進歩が重ねられている。

例えば光ファイバ通１河用元諒としては、伝送中の波形
を保持するために、また光源とファイバと事 の結合効率の点からも＆体積モードが要求され、半導体
レーザについて安定した基本横モードの実現が重すな課
題となっている。

（Ｃ）　　従来技術と問題点 半導体レーザの発振横モードを安定化するために、ｐｎ
接合に平行な方向にも等制約な屈折率分布を与えた、い
わゆる屈折率導波機構をレーザの活竹魯６域に形成する
ことが有効である。

この様な屈折率導波機構を形成する一方法として、レー
ザの活性層の厚さを、共振器幅方向の中ノシで１′−試
く、中すから離孝１．るに従って４９くすること、すな
わち発ガニ副−がレンズ状とされた１古ＩＪＩ　、１曽
４・歯ス青が既に知られている。

、４５１図（ａ）はその従来例のレンズ活性層ｉ弗分を
示す１所面図、、ｇ、５１図（ｂ）は等価屈彷率の分布
世］全イ１，１図（ａ）に対し］・６、して示す図表で
ある。

り１１図（ａ）において、１はｎ型又はｐ；！！ｉ！！
　Ｇａ＋　−ｘＡＭ前記活柑二層１の中央部Ａにおける
ノ４さが１２０ｃｒ１ｍ）端部Ｈにおける厚でか５０（
ｎｍ）であるとする。

前ｄ已従米例の発振光の波長λ＝７ｓｏ（ｎｍｌに対す
る屈折率は、活性層１全構成するＧａ＋−ｘＡＰ、ｘＡ
ｓはｎｘ＝＝３．５９２；クラッドＪ＠　２及び３ケ構
成するＧａ＋−ｙＡＱｙＡｓはｎｙ＝３．ａｓｓである
が、活性層ｌの等側屈折率は第１図（ｂ）の図表に示す
如く厚さ艇最太である中火部Ａにおいて最大で、厚さと
と端Ｂ！　ＨにおいてｎＢ＝３゜３７０となる。

この様に等価ノ…折率が分布することによって力１折率
導波機構が成立するが、本従来ｊ′Ｊｌｌ　９ζおいて
基本横モードのみを発振させるためには、活性Ｊｆｆｔ
　１のレンズ状部分の幅Ｗを１〔μｍ″１程度もしく（
σＬそれ以下とすることが必要となり、工業的に実現す
ることは極めて困難である。

この困鈴を回避して基本桶モード発掘を実現する手段と
して以下に祝明する光吸収層を設けた半導体発光装置が
既に知られている。果２図（ａ）は光吸収層を設けた半
導体レーザの主安部分を示す断面図、と４３２図（ｂ）
は発振光の電界強度分布を示す図表、第２］シ］（Ｃ）
は活性層の等側屈折率の分布を示す図表、第２図（ｄ）
は光吸収層による損失の分布を示す図表であって、第２
図（ｂ）万全（ｄ）の図表の横軸は第２図（ａ）の断■
図に対応する。

第２図（ａ）において、１１は禁制帯幅Ｅ＋、Ｍｉ折率
ｎ１なる活性層、１２は禁制帯幅ＪｊＥ２＋屈折率ｎ２
なる第１のクラッド層、１３は禁制帯幅Ｅ３　＋ノ１）
（折率ｎ３なる第２のクラッド層、１４は糸制帯ｉＭＥ
４　、屈折率ｎ４なる光吸収層である。以上の３− 谷牛尋体層１１乃〃１４の禁制帝１隅Ｅ、乃１にＥ４及
び屈折率ｎ、乃至ｎ４は次式に示す関係全満足する。

ＰＪ２　＋　ＥＢ　＞　１！：１　＞　Ｉ’Ｅ４ｎ＋　
＞　ｎｔ　＞　ｎ２＊　ｎｓ 第２図（ａ）に示す叩く、活性層１１は共振器幅方向、
すなわち不断面図の左右方向のｌ’ｉ　０Ｍ中央におい
てその厚さが最大であり、中央から離れるに従って厚さ
が次第に小となるレンズ状の断面を有しでいる。この形
状によって、活性層１１０等価屈折率１４第２図（Ｃ）
に示す如く甲央で最大で左右の端梁２図（ｂ）に実線Ｉ
で示す基本モード、鼓動１■で示す一次モードの如く導
波される。すなわち先に第１１！Ｘ１（ａ）及び（ｂ）
を参照して説明した４魚モードが単一の基本モードとな
る共振器幅Ｗよりも広い共振器幅が設定される。

光吸収層１４は、活性層１１のｌｉ’ｉｌ　症中央の近
傍全除外し本断面図の左右の端の？ｉ１〜分に近接して
り４− ラソドＮ１１２’＜介して配設される。すなわち第２図
（ｂ）　Ｋ示す如く基本モードのエネルギーは中央近傍
にほぼ集中し、高次モードのエネルギーは中央近傍より
もその左右において密度が大となるから光吸収層１４に
例えば−次モードのピーク位置の間隔もしくはこれより
若干大きい間隔を設けて、第２図（ｄ）に示す如き損失
分布ケ与えることによって、高次モードを選択的に減衰
させることができる。なお、この損失を与える領域にお
いては、活性層１１と光吸収層１４との間に介在するク
ラッド層１２の厚さは活性層１１からの光のしみ出しの
幅以内とする。

以上のような構成によって高次モードの発振が抑制され
、基本横モード発掘が安定して行なわれるが、この光吸
収が効果的に行なわれる半導体レーザて工業的に裏層、
することは容易ではない。すなわち第２図（ａ）に示す
構成によれは、光吸収層１４をＧａＡａ、活性層１１．
第１クラッド層１２及び第２クラツド湘１３全それぞれ
選択された組成比をイ）するＧａＡＡＡｓとすることに
よって形成することができろか、先に４ＪＬ　％されて
いる如く、光吸収層１４がＧ　ａ　Ａ　ｓ　、４−枦も
しくはＧａＡｓノーでイ反に接して形ｊ）ｙ、されたＧ
ａＡｓエピタキシャル成長層であって、。

これに帯状に断１４Ｂがｖ′４−状をなす溝を異方性エ
ツチングによって形成し、■溝を含む全表［ｎｌに揉し
てクラッド層と斤るＧａＡＡＡＢ層全液相エピタキシす
る叫の届の部分の亥形を光吸収効果をＭ図する領域に限
定することは伶めで困難であって、溝の断面形状の変！
ｌ！７Ｉを生じてクラッド層及び宿性層の形状及び寸法
が変動する結果となり、この光吸収層が効果的に機能す
る半導体レーザの工業的製造が極めて困難となっている
。

（ｄ）　　発明の目的 本発明は、半２！す体基体に形成された帯状の節円に活
性層等が形成てれてなるＧ　ａ　Ａ　ｓ　／Ｃｒ　ａ　
ＡＩｔＡ　ａ光半導体レーザに、工業的に容易に尖施し
得る光吸収層を設けて単一の基本横モード発振が実現さ
れる半導体レーザＷ１が供すること全目的とする。

（ｅ）　　発明の構成 本発明の前記目的は、第１導′は型のＧａＡｓ基板上に
第２導電型のＧ　ａｔ　−ｚＡＡｚ　Ａ　ｓ電流［５１
１止ツタと、該Ｇａ＋−ｚＡＩｔｚＡｓ層に接するＧａ
Ａｓ光吸収層とが順次配設され、該ＧａＡｇ光吸収層上
面より前記ＧａＡｓ基板に達する帯状の吋が設けられ、
該溝面及び前記ＧａＡｓ光吸収層に接する第１導ｔ　Ｂ
９．のＧａ１−ｙ１’ＪＬｙＡｓクラッドｈ４を介して
、Ｇａ＋−ｘＭｘＡｓ（０≦Ｘ（ｙ、ｚ）活性層が設け
られてなる半導体発光装置により達成さυ７る。

（ｆ）　　発明の実施例 以下、本発明を実施例により第３図孕杉照して具体的に
簡明する。

図にｉｓいて、２１はｎｕ、ＧａＡｓ基板、２２はｐ型
Ｇａ　ｏ、ｙ　Ａ！ｏ、ｓＡｓ　４流阻止層、２３はｐ
又はｎａＧａＡｓ光吸収層、２４はｎ型Ｇａ　Ｏ，ａ　
ｓＭｏ、　ａ　ｓＡｓ第１クラッド層、２５はノンドー
プのＧａ０．９５”０．０５Ａ、ｓ活性層、２６はｐ型
Ｇａｏ、ａｓＡｇｏ３ｓＡｓ第２クラッド層、２７はｐ
型Ｑ　ａ　、Ａ　ｓキャップ虐、２８はｐ側電極、２９
はｎ側電極を示す。

７一 本実倫例の製、へ方法の概要を説明する。捷ず、ｎ型Ｇ
ａＡｓ結晶の（］００）面を基板２１の上面とし、該面
上に液相エピタキシャル成長法によってｐ型Ｇａｏ７Ａ
Ａｏ３Ａｓ　’電流阻止層２２を厚さ例えば０．５〔μ
痛〕程、用に、続いてｐ！８νＧａＡｓ元吸収層２３を
ｊψさ例えば０．５乃至１〔μｍ）ｅ４　ＩＮに形成す
る。

紗いて前記ＧａＡｓ光吸収層２３及びＱａＯ，７Ａ１ｏ
、ａＡｓ区流限流阻止層２２通して基板２１に達する。

■形閘１珀をもち結晶の＜０１１＞方向にタルひる鍔全
形成する。この溝の幅は、ＧａＡｓ光吸収層２３０′亀
例においては３〔μｍ）程度である。

次いで第２回目の液相エピタキシャル成長全実施して、
ｎ型ＧａＯ，６ｓ　Ａｌｌ　ｏ３ｓ　Ａｓ第１クラツド
Ｊ曽２４、Ｇａ　Ｏ，９５ＡＩ’、　ｏ、ｏ　ｓＡｓ活
性＆２５）Ｐ型Ｇ　ａ　ｏ、６５Ａｊ！ｏ、ｓ　ｓＡ　
ｓ第２クラッド）￥１２６及びｌ）型、ＧａＡｓ＃ヤノ
ブ層２７を）１次形成する。とのｎ型Ｇａｏ、ｓ　ｓ／
ｕｏ、５５Ａｓ　第１クラッド層２４の液相エピタキシ
ャル成長に除してはＧａＡｓ光吸収光吸収下２３下られ
たＧａＯ，７ＡＱｏ、ａＡｓバックを積極的に利用して
、Ｇａｏ、ａｓＡＩ！ｏ、ａｓＡｓ　第１クラッド層の
溝内部分とＧａＡｓ元吸収層２３上の部分とが連続し、
かつＧａＡｓ元吸収層２３の傾斜部分上においてその厚
さが０３〔μｍ）程度以下溝の形状は変化しない。

’！ｆｃ−，Ｇａｏ、ｅｓＡＡｏ、ｏｓＡｓ活性Ｉ＠２
５はＧａ　ｏ、ａ　ｓ　Ａｌ！ｏ、ａｓＡｓｖｇｌクラ
ッド層２４に接して、中央の厚さを例えば８０乃至１５
０　［ｎｍ）程近に液相エピタキシャル成長きれること
によってその断面がレンズ状となるが、七の幅はＧａＡ
ｓ元吸収Ｊ￥ｊ２３の前記類２７の成長は従来技術と同
様であり、電極形成及び襞間等の工程も従来技術によっ
て実施される。

以上説明した実施例はＶ字形断面をもつ溝内にクラッド
ｊ曽及で）−清＋Ｊ′、層を形成し２ている１ハ、（６
Ｔの形状はＵ字形、逆台形等の他の形状であっても同様
に本発明を実施することができる。

（ｇ）　　発明の効果 以上説１す］した如く本発明によれば、ＧａＡｓ／Ｇａ
ＭＡｓ系半轡体ンーサにおいて、梃来極めて困９１１Ｌ
であったクラッド層及び活（：′Ｆ、層の液相エピタキ
シャル成長が容易となり再現性及び生産性が向上して、
安定した基本横モード発振を与える半導体発元装置幌を
工業的に生産することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来技術による半導体レーザの主要部分
を示す断ｒｆｆ１図、弔１１匈（ｂ）はその等側屈折率
の分布例を示す図表、第２図（ａ）は元吸収層を有する
半導体レーザの主壁部分を示す断Ｉｆｊ図、第２１ン１
（ｂ）は発振光の′亀界誦晟分布を示す図表、第２図（
Ｃ）は等側屈折率の分布を示す図表、第２：、゛ス＋　
（ｄ）は損失の分布を示す１図表、第３１ン（は本発明
の央１ｉｉｔ１例ケ示す図表である。 １；り１において、２１けＧａＡｓＭ板、２２けＧａｏ
、７Ｍｏ、ｓ　Ａ　ｓ　′＋を流阻止層、２３はＧａＡ
ｓ光吸収層、２４はＧ　ａｏ、ａ　ｓ　Ａ１１）、ａ　
ｓＡ　ｓ　％＃１クラッド層、２５はＧａｏ、ｇ５ｕＯ
，ＯＦＩ　Ａ　ｓ活性層、２６はＧａｏ、ａｓＡＡｏ、
ａｓＡｓ第２クラッド層、２７はＧａＡｓキャップ層、
２８及び２９は電極を示す。 ｆ　１　　図 才　２　図 ／／／３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型のＧａＡｓ基板上に、第２．！４電型■ａ１
   −　ｚ　Ａｌ　ｚ　Ａ　ｓ　を流阻止層と該Ｇａ１−ｚ
   ＡＱｚＡｓ層に接するＧａＡｓ光吸収層とが順次配設さ
   れ、該ＧａＡｓ元吸収層上面より前記ＧａＡｓ基板に達
   する帯状の牌が設けられ、該溝面及び前記ＧａＡｓ光吸
   収層に接する第１４電型のＧａ＋−ｙＡｌ、ｙＡ８クラ
   ッド層を介してＧａ＋−ｘＡＡｘＡｓ（０≦Ｘ＜ｙ、ｚ
   ）活性層カ設けられてなることを特徴とする半導体発光
   装置。