JPH02178987A - 半導体レーザ素子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高出力まで安定に発振する半導体レーザ素子及
び低雑音特性を有する半導体レーザ素子に関する。

（従来の技術） 半導体レーザばコンパクトディスクプレーヤや光デイス
クメモリー等の種々の光情報処理機器の光源として、実
用化が進められている。これらの分野に於いてその性情
を最大限に発揮させるには半導体レーザが安定な基本横
モート′て発振するごとが重要である。そのため、これ
らの機器に用いられる半導体レーザ素子には１通常何ら
かの屈折率導波機構を有するものが用いられている。

屈折率導波機構を有する半導体レーザ素子として、第６
図に示ずＶ　Ｓ　Ｔ　Ｓ　（Ｖ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄ　
５ｕｂｓｔｒａｔｅＩｎｎｅｒ　５ｔｒｉｐｅ）レーザ
がよく知られている。ｐＧａＡｓ基板１０１上に液相成
長法によってｎＧａＡｓ電流阻止層１０２が形成され、
その表面から基板１０１に達するＶ字溝１０３が形成さ
れている。再度、液相成長法によって連続的にｐＡＩＧ
ａＡｓクラッド層１０４．Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ活性層１０
５．ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０６及びｎ−ＧａＡ
ｓキャップ層１０７が形成されている。液相成長法の特
性により、クラッド層１０４はＶ字溝１０３を埋めて成
長し、成長後のクラッド層１．０４の表面は平坦面とな
る。さらにｎ側電極１０８とＰ側電極１０９が形成され
ている。

このｖｓｒｓ半導体レーザは、Ｖ字溝１０３の両側の電
流阻止層１０２が、レーザ光の高次横モードを選択的に
吸収するので、きわめて安定な基本横モード発振が、Ｖ
字溝１０３の上方の活性層１０５で生ずる。

（発明が解決しようとする課題） 二の半導体レーザ素子は、低出力から高出力まで極めて
安定な基本横モード発振するが、屈折率導波路が光吸収
によって形成されているので、光導波領域を導波される
レーザ光の波面は曲がっている。そのため、ビームウェ
ストはレーザ素子の端面からずれ、非点隔差が生しるこ
とになる。しかもこの非点隔差ば、光出力によって変化
するので、光出力を変化させて使用する場合はさらに大
きな問題となる。書き換え可能な光デイスクシステムに
於いては、１つの半導体レーザ素子で書き込み用高出力
動作と、読み出し用低出力動作との両方を行うことが望
ましい。このような場合には半導体レーザ素子とディス
ク間に設けられる光学系は一種類なので、レーザ光の出
力によって非点隔差が変化しないことが必要である。

第６図の半導体レーザ素子は１通常単一樅モードで発振
する。単一縦モードで発振する半導体レーザ素子をビデ
オディスクシステムに使用した場合２デイスクからの反
射光によって戻り光雑音と呼ばれる非常に大きな雑音が
発生ずることが知られている。戻り雑音を低減するため
、自動発振を利用した半導体レーザ素子がしばしば用い
られる。

自動発振レーザ素子は、第６回のＶＳＩＳレーザ素子に
於いて、その構造パラメータを適切な値に設定して得ら
れる。すなわち、Ｖ字溝１０３の光導波領域と、その両
性側の領域との間の等偏屈折率差を適度に小さく設定す
ることにより得られる。

このように設定ずれば２発振スベクＩ−ルがマルチ縦モ
ード化し、各縦モードのスペクトル幅が広くなって低雑
音特性が得られる。

しかしながら、この自動発振を生じさせるには。

発振領域のキャリヤと光の分布が時間的空間的に変動す
る不安定な状態を作り出すことが必要である。このＶＳ
ＩＳ自励発振レーザでは、Ｖ字溝１０３によってキャリ
ヤの注入幅と光の分布が決定されるので、これらを独立
して変化させることができない。そのため、必ずしも自
励発振に適したキャリヤの注入幅と光の分布の大きさが
得られるとは限らず、自動発振を生ずる素子の歩留まり
は極めて低くなる。

本発明は上述のような問題点を解決するために為された
ものであり９本発明の目的は基本横モードで発振し、非
点隔差が小さく、レーザ光の出力によって非点隔差が変
化しない半導体レーザ素子を提供することである。また
１本発明の他の目的は自励発振を生ずる素子を高い歩留
まりで得られる構造を有する自動発振半導体レーザ素子
を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の半導体レーザ素子は、光吸収層と第１のクラッ
ド層と活性層と第２のクラッド層とを有する積層構造を
備え１幅Ｗ、のストライプ状の溝の外側の該光吸収層と
、該第１のクラッド層が該溝内に突出した該第１のクラ
ッド層の層厚の大きい領域とによって第１の導波機構が
形成され２幅Ｗ２のストライプ状領域に於ける該第２の
クラッド層の厚さが該領域以外の領域に於ける該第２の
クラッド層の厚さより大きくされて第２の導波機構が形
成され、、該幅Ｗ１が、該幅Ｗ２より大きくなっており
、そのことにより上記目的が達成される。

また２本発明の半導体レーザ素子は、光吸収層と第１の
クラッド層と活性層と第２のクラッド層とを有する積層
構造を備え２幅Ｗ、のストライプ状の溝の外側の該光吸
収層と、該第１のクラッド層が該溝内に突出した該第１
のクラッド層の層厚の大きい領域とによって導波機構が
形成され、該第２のクラッド層に幅Ｗ３のキャリヤ注入
路が形成され、、該幅Ｗ１が、該幅Ｗ３より大きく、そ
のことにより」二記目的が達成される。

（作用） 本発明の半導体レーザ素子は２つの導波機構を有してい
る。活性層に生した光は１幅の狭い（Ｗ２）第２の導波
機構によって導波される。基本横モードは大部分がＷ２
の領域内に導波されるが２高次横モードは接合面の方向
へのしみ出しが大きいので第１の導波機構を形成する溝
の外側の光吸収層によって吸収される。高次横モードの
吸収によって基本横モードのみが選択的に導波される。

そして基本横モードは屈折率差に基づく第２の導波機構
によって導波されるので、非点隔差を小さくすることか
できる。また出力の変動によっても非点隔差は変動しな
い。

また本発明の半導体レーザ素子では、ギヤリヤ注入路と
導波機構とを分離しているので、光の分布とキャリヤ注
入路の幅とを独立して変化させることかできる。そのた
め、自動発振に適した光の分布の大きさと、キャリヤ注
入路の幅を設定することができる。

（実施例） 本発明の実施例について以下に説明する。

第１回は２本発明の半導体レーザ素子の一実施例を表す
断面図である。以下製造工程に従って説明する。ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１」二に液相成長法によってｎ−ＧａＡｓ電
流阻止層２（厚さ約１μｍ）を成長する。この電流阻止
層２は光吸収層として作用する。次にこの電流阻止層２
の表面から、基板１に至る幅Ｗ、＝７１１ｍのストライ
プ状の溝１０を形成した。再び液相成長法によりｐ＝Ａ
ＩＧａＡｓ第１クラッド層３（厚さ１．　２μｍ　）、
ＡｌＧａＡｓ活性層４　（厚さ４μｍ　）、ｎ−ＡＩＣ
；ａＡｓ第２クラッド層５（厚さ１．．２μｍ）、及び
ｎ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．５μｍ）を連続的
に形成した。次にフォトリソグラフィ法とドライエツチ
ング法とを用いて、キャップ層６の表面から第２クラッ
ド層５に達する軸釣１０μｍの２木の側溝１１および１
２を形成した。この２本の側溝１１及び１２の形成によ
って幅Ｗ２−４μＭのリッジ部１３を形成した。側溝１
１および１２は第２クラッド層５の残厚ｄｃが０．２〜
０゜３μ「となるように形成される。次にプラズマＣＶ
Ｄ法によりＳ　ｉＮｘ絶縁膜７を形成し、再びフォトリ
ソグラフィ法等を用いてリッジ部分１３の上部平坦面の
ＳｉＮｘ絶縁膜を除去した。次に基板１を研磨して約１
００μｍの厚さとし、ｎ側電極８及びｐ側電極９を形成
した。

本実施例に於いては幅Ｗ１−７μｍの溝１０の内側の第
２クラッド層５および溝１０の外側の電流阻止層２によ
って、光吸収に基づく第１の導波路が形成されている。

また幅Ｗ２−４μｍのリッジ部１３と、リッジ部１３の
外側の２つの側溝１１及び１２によって、第２クラッド
層５の層厚の異なる２つの領域が形成されている。この
２つの領域の間に生ずる等偏屈折率差に基づく第２の導
波路が形成されている。

活性層４に発生した光はまず４幅の小さい第２の導波路
によって導波される。基本横モードは幅Ｗ２のリッジ部
１３の存在する領域に導波される。

高次横モードは基本横モードに比べて半導体レーザ素子
の接合面の方向へのしみ出しが大きいのでリッジ部１３
の存在する領域から外側へしみ出し第１の導波路を構成
している電流阻止層２によって吸収される。そして第２
の導波路では屈折率導波機構が作用するので出射される
レーザ光の非点隔差は低減され、出力変動によっても変
化しない。

本実施例に於いては非点隔差は５μｍ以下であった。ま
た低出力から高出力まで非点隔差ば殆ど変動しなかった
。

第２図は本発明の第２の実施例を表わす断面図である。

ｎ−ＧａＡｓ基板２１上にス）・ライブ状の溝３０（幅
Ｗ、＝７μｍ）が形成され　さらにｎ−Ａ］ＧａＡｓ第
１クラッド層２２．ＡｌＧａＡｓ活性層２３．　　ｐ−
Ａ、］ＧａＡｓ第２クラッド層２４．及びｐ　−Ｇ　ａ
　Ａ　Ｓキャップ層２５を連続的に積層した。次に幅Ｗ
２−４μｍのリッジ部３３を形成するため、第２クラッ
ド層２４に達する２つの側溝３１及び３２を形成した。

これらの側溝は１第２クラッド層の残厚が０．２〜０．
３μｍとなるように形成される。さらにリッジ部３３を
除く部分にＳｉＮｘ絶縁膜２６を形成した。リッジ部３
２の上、及び基板２１にそれぞれｎ側電極２７及びｎ側
電極２８を形成した。

本実施例では、溝３０の両外側の光吸収層は基板２１に
よって形成されている。そして基板２１は第１図の実施
例とは逆のｎ型半導体である。電子と正札の半導体内で
の拡散速度は電子の方が大きいので９本実施例では活性
層の利得が得られる領域の幅はリッジ部２７によって制
限される。

本実施例に於いても、非点隔差は約５μｍと小さかった
。出力変動により非点隔差の変化も小さかった。

第３図に本発明の第３の実施例を示ず。ｎ−ＧａＡｓ基
板４１にストライプ状の溝５０（幅Ｗ−７μｍ）を形成
し、さらに液相成長法によってｎ−ＡＩＧａＡ、ｓ第１
クラッド層４２．ＡＩ、Ｇａ１．、ｙＡＳ活性層４３．
ｐ−ＡＩＸ　Ｇａ１−、ｌＡｓ第２クラッド層４４．ｎ
　　Ａ　ｌｚ　Ｇａ＋−ｚ　Ａｓ電流阻止層４５　（ｚ
＞ｘ）、及びｎ−ＧａＡｓ表面保護層４６を成長した。

次にフォトリソグラフィ法とエツチングにより幅Ｗ２＝
４ｇｍのストライプ状の」二部溝５４を形成した。本実
施例では第２クラッド層４４と電流阻止層４５に於げる
Ａｌ混晶比を変えることにより１選択的に電流阻止層４
５をエツチングできる。次にＭＯＣＶＤ法によってｐ−
Ａｌｕ　Ｇａ＋−ｕ　Ａｓクラッド層４７（ＩＪ＜ｚ）
、ｐ−ＧａＡｓキャン１層４８を成長した。

次に１００μｍ程度までウェハの基板４２側を研磨し、
ｎ側電極５１及びｎ側電極５２を形成した。

本実施例でも溝５０の外側の光吸収層は基板４１によっ
て形成されている。

本実施例の半導体レーザ素子は発振領域が完全に結晶層
によって埋込まれているので放熱特性か良くなっている
。

本実施例の半導体レーザ素子の、非点隔差は約５μｍで
あった。出力変動による非点隔差の変化も小さかった。

第１１１１に本発明の第４の実施例を示す。ｎ−ＧａＡ
ｓ基板４１にストライプ状の溝５０（幅Ｗ−７μｍ）を
形成し、さらに液相成長法によってｎ−Ａ、］ＧａＡｓ
第１クラ・ンド層４２．ＡｌＧａＡｓ活性層４３．ｐ−
ＡｌＧａＡｓ第２クラツド層４４．及びｐ−ＧａＡｓ再
成長補助層６０を形成した後１幅Ｗ２−４μｍのメサ部
５５をフォトリソグラフィ法とエツチングにより形成し
た。次にＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＣａＡｓ埋込層６１及
びｐ−ＧａＡｓキャン１層６２を形成した。さらに、ｎ
側電極５１及びｎ側電極５２を形成した。

本実施例の半導体レーザ素子の非点隔差ば約５μｍであ
った。出力変動による非点隔差の変化も小さかった。

第５閏に本発明の第５の実施例を示す。本実施例の半導
体レーザ素子は、第２図のそれと同様の積層構造を有し
ている。第２図の実施例とは異なり２本実施例では側溝
３１及び３２によって形成されるリッジ部３３の幅Ｗ２
は２〜３μｍであり小さくなっている。そして側溝３１
及び３２の深さも小さく、側溝３１及び３２の下の第２
クラッド゛層２４の厚さｄｃは０．４〜０．５．！／Ｉ
Ｉ＋であり厚くなっている。

本実施例では、リッジ部３３及び側溝３１，３２の部分
の第２クラッド層２４の厚さが大きいので、この部分に
よる屈折率導波機構は弱くなっている。そのため、光は
溝３０内の第１クラッド層２２及び溝３０の両外側の基
板２１による導波路によって導波される。溝３０の幅Ｗ
、はキャリヤ注入路となるリッジ部３３の幅Ｗ２より大
きいので、光の分布は、キャリヤ注入路よりも大きくな
って自動発振状態となる。このように本実施例の構成に
よれば、キャリヤ注入路の幅と光の分布の大きさを独立
して設定することができる。

本実施例の半導体レーザ素子の雑音レベル（Ｓ／Ｎ比）
は、光出力３〜５　ｍ　Ｗの場合約９５６．　Ｂであっ
た。そして自助発振を生ずる素子の歩留りは約８０％で
あった。

（発明の効果） 本発明の半導体レーザ素子はこのように非点隔差が小さ
く、広い出力範囲で非点隔差の変動が小さいので、書替
え可能な光デイスクシステムに於いても使用できる。

また１本発明の半導体レーザ素子は自動発振による低雑
音特性を有し、自動発振の生ずる素子を高い歩留りで製
造することができる。

〜１−旧１１プ前１ノ０を肌 第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図。

第２図は本発明の第２の実施例を示す断面図、第３図は
本発明の第３の実施例を示す断面図、第４図は本発明の
第４の実施例を示す断面図、第５図は本発明の第５の実
施例を示す自動発振半導体レザ素子の断面図、第６図は
従来の光吸収に基づく導波機構を有する半導体レーザ素
子の一例を示す断面図である。

１−ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、　　２−　ｎ−Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ電流阻止層、３・・・Ｐ−△ｌ　ＣａＡｓ第１
クラッド層４　・Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層、　　
５−ｎ−ＡＩＧａＡＳ第２クラッド層、１０，３０．５
０・・・溝、■１１２．３１．．３２・・・側溝、１３
・・・リッジ部、２１４１−ｎ−ＧａＡｓ基板、２２．
４２−ｎ−ＡＧａＡｓ第１クラッド層、２３．４３−Ａ
ＩＧａＡｓ活性層、２４．４４・＝ｐ−ＡＩＧａＡｓ第
２クラッド層、４５・・・ｎ−Ａ］ＧａＡｓ電流阻止層
５４・・・上部溝、５５・・・メサ部。

以　　」二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光吸収層と第１のクラッド層と活性層と第２のクラ
   ッド層とを有する積層構造を備え、幅Ｗ＿１のストライ
   プ状の溝の外側の該光吸収層と、該第１のクラッド層が
   該溝内に突出した該第１のクラッド層の層厚の大きい領
   域とによって第１の導波機構が形成され、 幅Ｗ＿２のストライプ状領域に於ける該第２のクラッド
   層の厚さが該領域以外の領域に於ける該第２のクラッド
   層の厚さより大きくされて第２の導波機構が形成され、 該幅Ｗ＿１が該幅Ｗ＿２より大きい半導体レーザ素子。 ２、光吸収層と第１のクラッド層と活性層と第２のクラ
   ッド層とを有する積層構造を備え、幅Ｗ＿１のストライ
   プ状の溝の外側の該光吸収層と、該第１のクラッド層が
   該溝内に突出した該第１のクラッド層の層厚の大きい領
   域とによって導波機構が形成され、 該第２のクラッド層に幅Ｗ＿３のキャリヤ注入路が形成
   され、 該幅Ｗ＿１が該幅Ｗ＿３より大きい半導体レーザ素子。