JP3115006B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP3115006B2
JP3115006B2 JP03001082A JP108291A JP3115006B2 JP 3115006 B2 JP3115006 B2 JP 3115006B2 JP 03001082 A JP03001082 A JP 03001082A JP 108291 A JP108291 A JP 108291A JP 3115006 B2 JP3115006 B2 JP 3115006B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体レーザ装置に係わり、特に活性層にInGa
AlP系材料を用いた半導体レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device using a compound semiconductor material.
The present invention relates to a semiconductor laser device using an AlP-based material.

【0002】[0002]

【従来の技術】InGaAlP系材料は、窒化物を除く
III −V族化合物半導体混晶中で最大のバンドギャップ
を有し、 0.5〜0.6 μm帯の発光素子材料として注目を
集めている。特に、GaAsを基板とし、これに格子整
合するInGaAlPを活性層及びクラッド層とするダ
ブルヘテロ構造の半導体レーザは、室温で発振可能な
0.6μm帯可視光レーザとなり、赤外域の半導体レーザ
にない様々な応用が可能である。
2. Description of the Related Art InGaAlP-based materials exclude nitrides
It has the largest band gap among III-V compound semiconductor mixed crystals, and attracts attention as a light emitting device material in the 0.5 to 0.6 μm band. In particular, a semiconductor laser having a double heterostructure using GaAs as a substrate and InGaAlP lattice-matched to the substrate as an active layer and a cladding layer can oscillate at room temperature.
It becomes a visible light laser of 0.6 μm band, and various applications not available in semiconductor lasers in the infrared region are possible.

【0003】このような半導体レーザは、発振波長が短
いため小さなビームスポットが得られ、光ディスクの高
密度記録化を可能とする光源となり得る。但し、このた
めには、30mW以上の光出力で安定に動作することが
必要である。
Such a semiconductor laser can provide a small beam spot because of its short oscillation wavelength, and can be a light source that enables high-density recording of an optical disk. However, for this purpose, it is necessary to operate stably with an optical output of 30 mW or more.

【0004】半導体レーザの光出力を制限する要因とし
て、電流−光出力特性におけるキンク(電流−光出力特
性の直線性が損われ、折れ曲がりが生じること)の発生
があげられる。キンクが発生すると、横モードが変形し
てビーム特性の悪化が生じるため、光ディスク等の光源
として用いることは困難になる。従って、良好なビーム
特性を保持しつつ、高い光出力を得るには、キンクレベ
ルの高い半導体レーザが必要とされる。
A factor limiting the optical output of a semiconductor laser is the occurrence of a kink in the current-optical output characteristics (the linearity of the current-optical output characteristics is impaired and a bend occurs). When the kink occurs, the transverse mode is deformed and the beam characteristics are deteriorated, so that it is difficult to use the light source as a light source for an optical disk or the like. Therefore, a semiconductor laser with a high kink level is required to obtain a high optical output while maintaining good beam characteristics.

【0005】また、半導体レーザの光出力を制限する他
の要因として、いわゆる破壊的光学損傷(COD:Cata
strophic Optical Damage )がある。これは、発振した
レーザ光を活性層自身が吸収し、これによって発生した
電子−正孔対が非発光再結合する際に発熱し、温度上昇
を来たし、エネルギーギャップの低下により光吸収がさ
らに強くなるといった正帰還が起こることにより、光密
度の高いレーザ端面近傍で結晶の融解が起こってレーザ
が破壊するというものである。CODの発生は光密度に
依存し、活性層への光閉じ込め量の高い場合や横モード
幅の狭い場合ほど、低光出力でCOD光密度に達して破
壊が起こる。従って、高い光出力を得るには、CODレ
ベルの高い半導体レーザが必要とされる。
Another factor that limits the optical output of a semiconductor laser is so-called catastrophic optical damage (COD: Catalytic Damage).
strophic Optical Damage). This is because the active layer itself absorbs the oscillated laser light, and the generated electron-hole pairs generate heat when non-radiative recombination occurs, resulting in a rise in temperature, and further reduction in the energy gap further increases the light absorption. When the positive feedback occurs, the crystal is melted near the laser end face having a high light density and the laser is destroyed. The occurrence of COD depends on the light density, and the higher the light confinement amount in the active layer or the narrower the lateral mode width, the lower the light output, the higher the COD light density, and the more the COD light density is destroyed. Therefore, to obtain a high optical output, a semiconductor laser having a high COD level is required.

【0006】通常、CODレベルを上げるため、活性層
を薄くして活性層での光密度の低減をはかっている。し
かし、InGaAlP系を用いた半導体レーザにおい
て、活性層を薄くした場合、活性層の両側に位置し注入
キャリアを閉じ込める役割を持つクラッド層として、十
分大きなエネルギーギャップを有するものを使うことが
困難となる。即ち、活性層を薄くした場合、しきい値電
流密度が増加し、エネルギーの高いキャリアが発振に寄
与するため、等価的な活性層のバンドギャップ増加が起
こる。そのため、クラッド層とのエネルギーギャップ差
が小さくなり、注入キャリアを有効に閉じ込めることが
できなくなる。さらに、動作温度が上昇した場合には、
光出力低下が顕著となり、高出力動作が困難であった。
Usually, in order to increase the COD level, the active layer is made thinner to reduce the light density in the active layer. However, in the semiconductor laser using the InGaAlP system, when the active layer is thinned, it is difficult to use a clad layer having a sufficiently large energy gap as a clad layer located on both sides of the active layer and having a role of confining injected carriers. . That is, when the active layer is made thin, the threshold current density increases, and carriers having high energy contribute to oscillation, so that the equivalent band gap of the active layer increases. As a result, the energy gap difference between the cladding layer and the cladding layer becomes small, and the injected carriers cannot be effectively confined. Furthermore, if the operating temperature rises,
The decrease in light output became remarkable, and high output operation was difficult.

【0007】従来、その混晶組成によって格子定数が変
化するInGaAlP系材料を半導体レーザに用いる場
合、使用温度である室温から結晶を成長する温度の間
で、基板との格子定数の違いを小さく抑えることが必要
と考えられてきた。これは、格子定数の違いが大きくな
ると、ミスフィット転位が生じたり、ストレスの発生に
よる欠陥の伸長が促進され、特性の劣化が生じ易くなる
ためである。特に、注入電流密度や光密度の高い半導体
レーザでは、ミスフィット転位や欠陥の伸長により、特
性の劣化が顕著に現われる。
Conventionally, when an InGaAlP-based material whose lattice constant changes depending on its mixed crystal composition is used for a semiconductor laser, the difference in lattice constant between the substrate and the substrate between the use temperature of room temperature and the temperature at which the crystal is grown is reduced. It has been considered necessary. This is because, when the difference in lattice constants becomes large, misfit dislocations are generated, and the extension of defects due to the occurrence of stress is promoted, so that the characteristics are easily deteriorated. In particular, in a semiconductor laser having a high injection current density and a high optical density, characteristic degradation is remarkably caused by misfit dislocations and extension of defects.

【0008】通常の半導体レーザでは、基板と活性層と
の格子定数の違い(格子不整合度)Δa/aを Δa/a=(a−a0 )/a0 としたとき、格子不整合度を約 0.2%程度以下にするこ
とが前提とされていた。但し、上式でaはInGaAl
P層の格子定数,a0 は基板の格子定数を示している。
In a general semiconductor laser, the difference in lattice constant between the substrate and the active layer (the degree of lattice mismatch) Δa / a is defined as Δa / a = (a−a 0 ) / a 0 , Was assumed to be about 0.2% or less. Where a is InGaAl
Lattice constant of the P layer, a 0 represents the lattice constant of the substrate.

【0009】図12は、従来の横モード制御構造InG
aAlP半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
図中90はn−GaAs基板、91はn−GaAsバッ
ファ層、92はn−InGaAlPクラッド層、93は
InGaP活性層、94はp−InGaAlPクラッド
層、97はp−InGaPキャップ層、99はp−Ga
Asコンタクト層である。このレーザは、リッジ形状を
したpクラッド層94,リッジ上のにみに形成されたp
キャップ層97及び埋込み発光波長に対し光吸収層とし
て機能するpコンタクト層99により、電流狭窄及び横
モードを制御する機構をなしている(例えば、Applied
Physics Letters, Vol.56, No.18, 1990, p.p.1718-171
9 )。
FIG. 12 shows a conventional transverse mode control structure InG.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an aAlP semiconductor laser.
In the figure, 90 is an n-GaAs substrate, 91 is an n-GaAs buffer layer, 92 is an n-InGaAlP cladding layer, 93 is an InGaP active layer, 94 is a p-InGaAlP cladding layer, 97 is a p-InGaP cap layer, and 99 is p -Ga
This is an As contact layer. This laser has a p-cladding layer 94 having a ridge shape, and a p-cladding layer 94 formed only on the ridge.
The cap layer 97 and the p-contact layer 99 functioning as a light absorbing layer for the buried emission wavelength constitute a mechanism for controlling current confinement and a transverse mode (for example, Applied).
Physics Letters, Vol.56, No.18, 1990, pp1718-171
9).

【0010】図12の構造において、活性層93及びク
ラッド層92,94の混晶組成を上記格子不整合度の範
囲(0.2 %以下)に設定したとき、キンクレベルは40
mW程度であり、これが使用可能な最大光出力を制限し
ていた。
In the structure of FIG. 12, when the mixed crystal composition of the active layer 93 and the cladding layers 92 and 94 is set within the above range of lattice mismatch (less than 0.2%), the kink level becomes 40.
mW, which limited the maximum light output that could be used.

【0011】キンク発生のメカニズムの一つとして、ホ
ールバーニング効果が考えられる。これは、活性層中の
横モード、即ち光密度分布における光密度の高い部分に
おいて、電子と正孔の再結合による誘導放出が強く行わ
れ、電子と正孔の濃度が低下し活性層中の電子,正孔の
濃度分布が変形するため、利得分布の変形を来たして横
モードが変形するものである。このとき、電子,正孔の
濃度分布は、キャリアの拡散長が大きいほど変形を来た
し難いと考えられる。InGaAlP系材料の場合、特
に正孔の拡散長が小さく、これがキンクレベルの低い主
要な要因であると考えられる。
As one of the mechanisms of kink generation, a hole burning effect can be considered. This is because, in the transverse mode in the active layer, that is, in the portion where the light density is high in the light density distribution, stimulated emission due to recombination of electrons and holes is performed strongly, the concentration of electrons and holes is reduced, and the active layer in the active layer is reduced. Since the concentration distribution of electrons and holes is deformed, the gain distribution is deformed and the transverse mode is deformed. At this time, it is considered that the electron and hole concentration distributions are less likely to be deformed as the diffusion length of the carriers is larger. In the case of an InGaAlP-based material, the diffusion length of holes is particularly small, and this is considered to be the main cause of the low kink level.

【0012】また、図12の構造における電流−光出力
特性の温度依存性を図13に示す。活性層93を薄く
(例えば、0.04μmに)したことによって、光出力20
mWまでの動作が実現できている。COD光出力も51
mWと高い値が得られた。しかし、40℃以上の高温で
光出力の低下が著しく、動作温度範囲(50℃前後)を
考慮した実用的な光出力は10mW程度であり、これが
使用可能な最大光出力を制限していた。
FIG. 13 shows the temperature dependence of the current-light output characteristics in the structure of FIG. By making the active layer 93 thin (for example, to 0.04 μm), the light output 20
Operation up to mW has been realized. COD light output is also 51
A high value of mW was obtained. However, at a high temperature of 40 ° C. or higher, the optical output is significantly reduced, and a practical optical output considering the operating temperature range (around 50 ° C.) is about 10 mW, which limits the maximum optical output that can be used.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、In
GaAlP系材料からなる活性層を持つ半導体レーザに
おいては、ホールバーニング効果に起因してキンクレベ
ルが低くなり、これが使用可能な最大光出力を制限して
いるという問題があった。
As described above, the conventional In
In a semiconductor laser having an active layer made of a GaAlP-based material, there is a problem that a kink level is reduced due to a hole burning effect, which limits a maximum usable optical output.

【0014】また、活性層を薄くして、CODが発生す
る光出力を増加させると、しきい電流の上昇に伴う温度
特性の悪化に起因して、高温での最大光出力が低くな
り、これが使用可能な最大光出力を制限しているという
問題もあった。
Further, when the active layer is thinned to increase the optical output at which COD occurs, the maximum optical output at high temperatures decreases due to the deterioration of the temperature characteristics due to the increase in the threshold current. There was also the problem of limiting the maximum light output that could be used.

【0015】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、より高い温度まで動作
可能で、使用可能な最大光出力の向上をはかり得る半導
体レーザ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor laser device which can operate at a higher temperature and can improve the maximum usable optical output. It is in.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、活性層
の格子定数と基板の格子定数との違いを大きくすること
により、活性層のバンドギャップを狭くし、クラッド層
と活性層とのバンドギャップ差を大きくすることにあ
る。
The gist of the present invention is to reduce the band gap of the active layer by increasing the difference between the lattice constant of the active layer and the lattice constant of the substrate, thereby reducing the gap between the cladding layer and the active layer. The purpose is to increase the band gap difference.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】即ち本発明は、化合物半導体基板上に、I
1-y(Ga1-x Alx y P系材料(0≦x<1,0
≦y<1)からなる活性層をクラッド層で挟んだダブル
ヘテロ構造部を形成した半導体レーザ装置において、前
記活性層とクラッド層は直接接合されており、前記活性
層の厚さを、0.012μm〜0.04μmに設定し、前記活性
層の格子定数を、前記基板の格子定数よりも 0.5〜2%
の範囲で大きくしてなることを特徴としている。
That is, according to the present invention, the compound semiconductor substrate
n 1-y (Ga 1-x Al x ) y P-based material (0 ≦ x <1,0
≦ y <1) In a semiconductor laser device having a double heterostructure portion in which an active layer composed of ≦ y <1 is sandwiched between cladding layers, the active layer and the cladding layer are directly joined, and the thickness of the active layer is 0.012 μm.活性 0.04 μm, and the lattice constant of the active layer is 0.5% to 2% higher than the lattice constant of the substrate.
It is characterized in that it becomes larger within the range.

【0020】[0020]

【作用】本発明によれば、活性層の格子定数を基板の格
子定数に対して 0.3%以上大きくすることより、活性層
のバンドギャップの縮小をはかり、活性層とクラッド層
とのバンドギャップ差を大きくすることができる。この
ため、温度上昇に伴う注入キャリアのオーバーフローの
減少により、温度特性を改善でき、高温まで高い光出力
の動作が可能となる半導体レーザを実現することができ
る。
According to the present invention, by increasing the lattice constant of the active layer by 0.3% or more with respect to the lattice constant of the substrate, the band gap of the active layer is reduced, and the band gap difference between the active layer and the clad layer is reduced. Can be increased. For this reason, the temperature characteristics can be improved by reducing the overflow of the injected carriers due to the temperature rise, and a semiconductor laser capable of operating at a high optical output up to a high temperature can be realized.

【0021】また、活性層の格子定数を基板の格子定数
に対して 0.5%以上大きくすることによって、活性層に
あまり大きくない範囲で歪みが加わる。この歪みによ
り、活性層に用いたInGaAlPのバンド構造、特に
価電子帯の有効質量を活性層面内方向について小さくす
ることができる。これにより、活性層面内方向での正孔
の拡散長を大きくすることができ、キンク発生の一因で
あるホールバーニング効果を回避でき、高い光出力まで
キンクのない安定な横モードでの発振が可能となる。
Further, by increasing the lattice constant of the active layer by 0.5% or more with respect to the lattice constant of the substrate, strain is applied to the active layer within a range not so large. Due to this distortion, the band structure of InGaAlP used for the active layer, particularly the effective mass of the valence band, can be reduced in the in-plane direction of the active layer. As a result, the diffusion length of holes in the in-plane direction of the active layer can be increased, the hole burning effect which is a cause of kink generation can be avoided, and oscillation in a stable transverse mode without kink up to high light output can be achieved. It becomes possible.

【0022】また、活性層の厚さを0.02±0.008 μmに
し、活性層の格子定数を基板の格子定数よりも 0.5〜2
%の範囲で大きくすることにより、高温動作可能な高光
出力半導体レーザを歩留り良く実現することが可能とな
る。
Further, the thickness of the active layer is set to 0.02 ± 0.008 μm, and the lattice constant of the active layer is 0.5 to 2 times larger than that of the substrate.
%, It is possible to realize a high light output semiconductor laser capable of operating at a high temperature with a good yield.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0024】図1は本発明の第1の実施例に係わる半導
体レーザ装置における、ダブルヘテロ構造部の格子不整
合度を示す概念図である。図中10はGaAs基板、1
2,14はInGaAlPクラッド層、13はInGa
P又はInGaAlPの活性層である。活性層13のエ
ネルギーギャップは、クラッド層12,14のそれより
小さくなるように混晶組成が設定されており、光及びキ
ャリアを活性層13に閉じ込めるダブルヘテロ構造をな
している。また、2つのクラッド層12,14の導電型
は互いに異なり、活性層13へ電子及び正孔をそれぞれ
注入する。各層のGaAs基板10に対する格子不整合
度Δa/aは、2つのクラッド層12,14が基板10
に対して略等しく、活性層13は 0.3〜2.5 %大きく設
定されている。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the degree of lattice mismatch of a double heterostructure in a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a GaAs substrate, 1
2 and 14 are InGaAlP cladding layers, and 13 is InGa
An active layer of P or InGaAlP. The mixed crystal composition is set so that the energy gap of the active layer 13 is smaller than that of the cladding layers 12 and 14, and has a double hetero structure in which light and carriers are confined in the active layer 13. The conductivity types of the two cladding layers 12 and 14 are different from each other, and electrons and holes are injected into the active layer 13 respectively. The degree of lattice mismatch Δa / a of each layer with respect to the GaAs substrate 10 is such that the two cladding layers 12 and 14
And the active layer 13 is set to be 0.3 to 2.5% larger.

【0025】このように設定されたダブルヘテロ構造部
を、横モード制御構造のInGaAlP半導体レーザに
適用した例を図2に示す。図中 20はn−GaAs基板、 21はn−GaAsバッファ層、 22はn−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド層、 23は In0.550.45P活性層、 24はp−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド層、 25はp−In0.5 Ga0.5 Pエッチングストップ層、 26はp−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド層、 27はp−In0.5 Ga0.5 Pキャップ層、 28はn−GaAs電流狭窄層、 29はp−GaAsコンタクト層 である。
FIG. 2 shows an example in which the double heterostructure portion set as described above is applied to an InGaAlP semiconductor laser having a lateral mode control structure. In the figure, 20 is an n-GaAs substrate, 21 is an n-GaAs buffer layer, 22 is an n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer, 23 is an In 0.55 a 0.45 P active layer, and 24 is p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer, 25 is a p-In 0.5 Ga 0.5 P etching stop layer, 26 is a p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer, 27 is p-In 0.5 Ga 0.5 P A cap layer, 28 is an n-GaAs current confinement layer, and 29 is a p-GaAs contact layer.

【0026】このレーザは、活性層23の組成を変える
ことによって格子不整合度を大きくしている点が、従来
構造とは異なっている。即ち、従来のレーザでは活性層
として、GaAsと格子整合するようにIn0.5 Ga
0.5 Pが用いられていたが、本実施例ではIn0.55Ga
0.45Pを用いることにより、活性層23の格子定数を基
板20の格子定数よりも約 0.5%大きくしている。この
格子不整合度はフォトルミネッセンス波長,X線回折,
透過型電子顕微鏡等によって確認した。また、活性層2
3の格子不整合度は、In1-y (Ga1-x Alxy
の表記において、Al組成x=0とし、Ga組成yを変
えてy=0.45とすることで約 0.5%を達成した。
This laser differs from the conventional structure in that the degree of lattice mismatch is increased by changing the composition of the active layer 23. That is, in the conventional laser, In 0.5 Ga is used as an active layer so as to lattice-match with GaAs.
Although 0.5 P was used, in this embodiment, In 0.55 Ga
By using 0.45 P, the lattice constant of the active layer 23 is about 0.5% larger than the lattice constant of the substrate 20. This degree of lattice mismatch is determined by the photoluminescence wavelength, X-ray diffraction,
It was confirmed by a transmission electron microscope or the like. Also, the active layer 2
The lattice mismatch of No. 3 is In 1-y (Ga 1-x Al x ) y P
In the notation, about 0.5% was achieved by setting Al composition x = 0 and changing Ga composition y to y = 0.45.

【0027】このレーザ素子の電流−光出力特性を、図
3(a)に示す。このとき、活性層23の厚さは0.02μ
mとした。クラッド層22,24の組成はp,nともに
等しく、In1-y (Ga1-x Alx y Pの表記でx=
0.7 ,y=0.5 程度とした。また、各クラッド層の不純
物ドーピングは、p型はZnを不純物とし1×1018cm
-3程度、n型はSiを不純物とし1×1017cm-3程度の
濃度とした。
FIG. 3A shows the current-light output characteristics of this laser device. At this time, the thickness of the active layer 23 is 0.02 μm.
m. The compositions of the cladding layers 22 and 24 are the same for both p and n, and x = (In 1−y (Ga 1−x Al x ) y P)
0.7 and y = 0.5. The impurity doping of each cladding layer is 1 × 10 18 cm for the p-type with Zn as an impurity.
About -3, n-type was about 1 × 10 17 cm -3 in concentration of Si as an impurity.

【0028】図3(a)に示したように、60℃まで3
0mWの光出力が得られている。また、図3(b)に、
活性層23の格子定数を基板20の格子定数よりも約1
%大きくした、In0.62Ga0.38Pからなる活性層を用
いたレーザの特性を示す。この場合、80℃まで40m
Wの光出力が得られており、より高い光出力を実現でき
るのが分かる。
As shown in FIG. 3A, up to 60 ° C.
An optical output of 0 mW is obtained. Also, in FIG.
The lattice constant of the active layer 23 is set to about 1
5 shows the characteristics of a laser using an active layer made of In 0.62 Ga 0.38 P, which is increased by%. In this case, 40m up to 80 ° C
It can be seen that a light output of W is obtained, and a higher light output can be realized.

【0029】ここで、活性層23の膜厚、格子不整合度
による動作電流の変化を、図4に示す。この図は、50
℃,10mWの光出力が得られるときの動作電流を示し
ている。格子不整合度が 0.2%程度以内では動作電流は
大きく一定であり、格子不整合度がこれを越えると動作
電流は急激に低下する。そして、格子不整合度が 0.3%
以上では動作電流が十分小さいものとなる。格子不整合
度が余り大きくなると動作電流は再び大きくなるが、こ
の上限は膜厚に依存する。例えば、活性層23の膜厚が
0.02μmでは格子不整合度1%を越えると動作電流が大
きくなり、膜厚が 0.012μmでは格子不整合度が2%を
越えると動作電流が大きくなる。また、図には示さない
が、膜厚が0.01μmでは格子不整合度が 2.5%まで動作
電流が低くなるのを確認している。
FIG. 4 shows changes in the operating current due to the thickness of the active layer 23 and the degree of lattice mismatch. This figure shows 50
The operation current when an optical output of 10 ° C. and 10 mW is obtained is shown. When the degree of lattice mismatch is within about 0.2%, the operating current is large and constant, and when the degree of lattice mismatch exceeds this, the operating current drops sharply. And the degree of lattice mismatch is 0.3%
Above, the operating current is sufficiently small. If the degree of lattice mismatch becomes too large, the operating current becomes large again, but this upper limit depends on the film thickness. For example, when the thickness of the active layer 23 is
At 0.02 μm, the operating current increases when the lattice mismatch exceeds 1%, and when the film thickness is 0.012 μm, the operating current increases when the lattice mismatch exceeds 2%. Although not shown in the figure, it has been confirmed that the operating current decreases to a lattice mismatch of 2.5% when the film thickness is 0.01 μm.

【0030】即ち、活性層23の格子定数が基板20の
格子定数よりも 0.3〜2.5 %の範囲であれば、上記と同
じ効果が得られる。さらに、活性層23の膜厚が0.02μ
mでは 0.5〜1%が、0.015 μmでは0.75〜1.5 %の範
囲で、上述の効果が著しいことが分かった。活性層23
の格子不整合度の上限は、ミスフィット転位の発生によ
る素子の劣化で決まり、活性層23が薄いほど上限は大
きく、膜厚0.01μmで2.5 %が上限である。また、活性
層23の膜厚があまり大きいと上記の効果は得られず、
膜厚の上限は 0.1μm程度である。
That is, if the lattice constant of the active layer 23 is in the range of 0.3 to 2.5% of the lattice constant of the substrate 20, the same effect as described above can be obtained. Further, the thickness of the active layer 23 is 0.02 μm.
It was found that the above effect was remarkable in the range of 0.5 to 1% for m and 0.75 to 1.5% for 0.015 μm. Active layer 23
The upper limit of the lattice mismatch is determined by the deterioration of the device due to the occurrence of misfit dislocations. The thinner the active layer 23 is, the larger the upper limit is, and the upper limit is 2.5% at a film thickness of 0.01 μm. On the other hand, if the thickness of the active layer 23 is too large, the above effect cannot be obtained.
The upper limit of the film thickness is about 0.1 μm.

【0031】特に、活性層の膜厚をX軸、格子不整合度
をY軸として図示したとき、X=0.015μm,Y=0.3%、
X=0.04μm,Y=0.3%、X=0.04μm,Y=0.5%、X
=0.015μm,Y=1.5%、の各点を直線で結んで得られる
領域が動作電流を低くできる好ましいところであった。
In particular, when the thickness of the active layer is shown on the X axis and the degree of lattice mismatch is shown on the Y axis, X = 0.015 μm, Y = 0.3%,
X = 0.04 μm, Y = 0.3%, X = 0.04 μm, Y = 0.5%, X
= 0.015 μm, Y = 1.5%, and the area obtained by connecting each point with a straight line was a preferable place where the operating current can be reduced.

【0032】なお、バッファ層21がn−InGaP、
エッチングストップ層25がp−InGaAlP,p−
GaAlAs若しくはp−GaAs、キャップ層27が
p−InGaAlP,p−GaAlAs若しくはp−G
aAs、電流狭窄層28が半絶縁性のGaAs,n型若
しくは半絶縁性のGaAlAs、p型クラッド層24の
厚さが 0.1〜0.4 μmの構造でも上記と同様の効果が得
られる。また、活性層23が量子井戸層と障壁層からな
る量子井戸構造でも同様の効果が期待できる。
The buffer layer 21 is made of n-InGaP,
The etching stop layer 25 is made of p-InGaAlP, p-
GaAlAs or p-GaAs, and the cap layer 27 is made of p-InGaAlP, p-GaAlAs or p-G.
The same effects as described above can be obtained even when aAs is used, the current confinement layer 28 is semi-insulating GaAs, n-type or semi-insulating GaAlAs, and the p-type cladding layer 24 has a thickness of 0.1 to 0.4 μm. The same effect can be expected even when the active layer 23 has a quantum well structure including a quantum well layer and a barrier layer.

【0033】図5は本発明の第2の実施例に係わる半導
体レーザ装置における、ダブルヘテロ構造部の格子不整
合度を示す概念図である。各層のGaAs基板10に対
する格子不整合度Δa/aは、2つのクラッド層12,
14が基板10に対して略等しく、活性層13は約1%
大きく設定されている。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the degree of lattice mismatch of the double heterostructure in the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. The lattice mismatch Δa / a of each layer with respect to the GaAs substrate 10 is determined by the two cladding layers 12,
14 is substantially equal to the substrate 10, and the active layer 13 is about 1%
It is set large.

【0034】このように設定されたダブルヘテロ構造部
を、横モード制御構造InGaAlP半導体レーザに適
用した例を図6に示す。図中 20はn−GaAs基板、 21はn−GaAsバッファ層、 22はn−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド層、 23はIn0.62Ga0.38P活性層、 24はp−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド層、 25はp−In0.5 Ga0.5 Pキャップ層、 26はp−GaAsコンタクト層 である。
FIG. 6 shows an example in which the double heterostructure portion set as described above is applied to a lateral mode control structure InGaAlP semiconductor laser. In the figure, 20 is an n-GaAs substrate, 21 is an n-GaAs buffer layer, 22 is an n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer, 23 is an In 0.62 Ga 0.38 P active layer, and 24 is p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer, 25 is a p-In 0.5 Ga 0.5 P cap layer, and 26 is a p-GaAs contact layer.

【0035】このレーザは、基本的には図12に示した
従来構造とほぼ同様であるが、活性層23の組成を変え
ることによって、格子不整合度を大きくしている点が異
なっている。即ち、従来のレーザでは活性層として、G
aAsと格子整合するようにIn0.5 Ga0.5 Pが用い
られていたが、本実施例ではIn0.62Ga0.38Pを用い
ることにより、活性層23の格子定数を基板20の格子
定数よりも約1%大きくしている。
This laser is basically the same as the conventional structure shown in FIG. 12, except that the degree of lattice mismatch is increased by changing the composition of the active layer 23. That is, in the conventional laser, G
Although In 0.5 Ga 0.5 P is used so as to lattice-match with aAs, in this embodiment, by using In 0.62 Ga 0.38 P, the lattice constant of the active layer 23 is set to about 1% of the lattice constant of the substrate 20. I'm making it big.

【0036】このレーザ素子の電流−光出力特性は、前
記図3に示すものとほぼ同様であった。なお、活性層2
3の厚さは0.04μmとした。クラッド層の組成はp,n
共に等しく、In1-y (Ga1-x Alx y Pの表記で
x=0.7 ,y=0.5 程度とした。また、クラッド層2
2,24の不純物ドーピングは、p型はZnを不純物と
し1×1018cm-3程度、n型はSiを不純物とし1×1
17cm-3程度の濃度とした。
The current-light output characteristics of this laser device were almost the same as those shown in FIG. The active layer 2
The thickness of No. 3 was 0.04 μm. The composition of the cladding layer is p, n
In both cases, x = 0.7 and y = 0.5 in In 1-y (Ga 1-x Al x ) y P. In addition, the cladding layer 2
The impurity doping of 2, 24 is about 1 × 10 18 cm −3 with Zn as the impurity for the p-type and 1 × 1 with Si as the impurity for the n-type.
The concentration was about 0 17 cm -3 .

【0037】本実施例構造は従来構造に比べ、格子不整
合度を大きくしたことで、発振波長は20nm程度長波
長化し、690nmであった。従来構造が43mWでキ
ンクが生じたのに対し、本実施例の構造ではキンクレベ
ルは100mW以上まで向上した。また、本実施例の構
造では、従来構造に比べ発振しきい値電流の低減、微分
量子効率の向上も認められた。
In the structure of this embodiment, the oscillation wavelength is increased by about 20 nm to 690 nm by increasing the degree of lattice mismatch as compared with the conventional structure. While the kink was generated at 43 mW in the conventional structure, the kink level was improved to 100 mW or more in the structure of the present embodiment. Further, in the structure of this example, it was also recognized that the oscillation threshold current was reduced and the differential quantum efficiency was improved as compared with the conventional structure.

【0038】図7は活性層23の格子不整合度に対する
キンクレベルの依存性を示したものである。活性層23
の厚さdを0.04μmとした素子において、キンクレベル
向上の効果は、格子不整合度が 0.5%程度から現われ始
め、格子不整合度の増加と共に増加し、0.6 %程度で格
子不整合度が0の場合の約 1.5倍となった。また、格子
不整合度が2%を越えると、キンクレベルは急激に低下
した。これは、ミスフィット転位が発生することで素子
特性が劣化し、発振が困難になるためである。なお、図
7の特性は、活性層の厚さdによって変化する。厚さd
が大きくなるほど、キンクレベルが急激に低下する格子
不整合度が小さくなる。しかし、キンクレベルの急峻な
向上が認められる格子不整合度は、厚さdによらず常に
0.5%を越える付近であった。
FIG. 7 shows the dependency of the kink level on the degree of lattice mismatch of the active layer 23. Active layer 23
In a device having a thickness d of 0.04 μm, the effect of improving the kink level begins to appear at a lattice mismatch of about 0.5%, increases with an increase in the degree of lattice mismatch, and increases at about 0.6%. It was about 1.5 times that of 0. When the degree of lattice mismatch exceeded 2%, the kink level sharply decreased. This is because the occurrence of misfit dislocations deteriorates device characteristics and makes oscillation difficult. Note that the characteristics in FIG. 7 change depending on the thickness d of the active layer. Thickness d
Becomes larger, the degree of lattice mismatch at which the kink level sharply decreases becomes smaller. However, the degree of lattice mismatch at which the steep improvement of the kink level is recognized is always constant regardless of the thickness d.
It was around 0.5%.

【0039】図8はキンクレベル及び最高動作温度の活
性層厚依存性を示したものである。キンクレベルは活性
層厚を薄くすると向上するが、活性層厚を薄くすると動
作可能な最高温度が低下した。これに対し、格子不整合
度の高いものでは、同じ活性層厚でのキンクレベルが高
いため、最高動作温度の低下なしにキンクレベルの向上
が可能であった。最高動作温度は発振波長により変化
し、波長が長いと高い温度での動作が可能であったが、
同じ発振波長であれば活性層の格子不整合度の大きなも
ので、若干向上が見られるものの、低下することはなか
った。50℃で安定した動作が得られるために必要な最
高動作温度70℃が得られるのは、発振波長690nm
において活性層厚0.02μm以上であった。
FIG. 8 shows the dependence of the kink level and the maximum operating temperature on the active layer thickness. The kink level improved as the active layer thickness was reduced, but the maximum operable temperature was reduced as the active layer thickness was reduced. On the other hand, in those having a high degree of lattice mismatch, the kink level was high at the same active layer thickness, so that the kink level could be improved without lowering the maximum operating temperature. The maximum operating temperature varies with the oscillation wavelength, and operation at higher temperatures was possible with longer wavelengths.
At the same oscillation wavelength, the degree of lattice mismatch of the active layer is large, and although there is a slight improvement, there is no decrease. The maximum operating temperature of 70 ° C. required for stable operation at 50 ° C. is obtained only when the oscillation wavelength is 690 nm.
Of the active layer was 0.02 μm or more.

【0040】一方、活性層厚を増すと、ミスフィット転
位の発生により発振が困難になるため、キンクレベルの
急激な低下が起こるが、このレベルは格子不整合度の大
きいほど活性層厚の薄いところで発生した。従って、キ
ンクレベル向上に効果のある0.5 %以上では、最大活性
層厚さを 0.6%では 0.1μm以下、1%では0.07μm以
下、1.5 %では0.06μm以下にする必要がある。
On the other hand, if the thickness of the active layer is increased, the oscillation becomes difficult due to the generation of misfit dislocations, so that the kink level sharply decreases. However, this level becomes smaller as the degree of lattice mismatch increases. By the way. Therefore, when the kink level is improved to 0.5% or more, the maximum active layer thickness must be 0.1 μm or less at 0.6%, 0.07 μm or less at 1%, and 0.06 μm or less at 1.5%.

【0041】上述のように、活性層の格子不整合度を変
えると、それに伴ってエネルギーギャップが変化し、ひ
いては発振波長が変化する。しかし、InGaAlP系
材料では、格子不整合の他に、Al組成xや、結晶成長
条件により変化する原子の秩序配列性によっても発振波
長を制御することができ、結果的に同じ波長であればそ
の素子特性はキンクレベルと同様格子不整合度の大きな
もので若干改善される傾向が現われた。これは、発振し
きい値の低減,微分量子効率の向上等に顕著に現われ
た。これらの効果は、キンクレベルの向上と同様、格子
不整合による歪みにより、バンド構造が変化し、活性層
面内方向の正孔の有効質量が小さくなることに依存して
いると考えられる。
As described above, when the degree of lattice mismatch of the active layer is changed, the energy gap changes and the oscillation wavelength changes accordingly. However, in the InGaAlP-based material, in addition to the lattice mismatch, the oscillation wavelength can be controlled by the Al composition x and the order of atoms that changes depending on the crystal growth conditions. The device characteristics tended to be slightly improved with a large lattice mismatch like the kink level. This remarkably appeared in the reduction of the oscillation threshold value and the improvement of the differential quantum efficiency. It is considered that these effects depend on the fact that the band structure changes due to the strain due to lattice mismatch and the effective mass of holes in the in-plane direction of the active layer decreases as in the case of improving the kink level.

【0042】また、このような効果が 0.5%程度の格子
不整合度から現われる原因については、活性層面内方向
の正孔の有効質量の小さなバンドのバンド端と大きなバ
ンドのバンド端のエネルギー差が、注入キャリア密度や
動作温度に対して顕著な違いを生じるのに、この程度の
格子不整合度による歪みが必要になることによると考え
られる。さらに、格子不整合度を 0.6%以上にすれば、
上記効果が確実に得られた。
The reason why such an effect appears from the degree of lattice mismatch of about 0.5% is that the energy difference between the band edge of the band having a small effective mass of holes and the band edge of the band having a large effective mass in the in-plane direction of the active layer. This is considered to be due to the necessity of such a degree of distortion due to the degree of lattice mismatch to cause a significant difference in the injected carrier density and the operating temperature. Furthermore, if the lattice mismatch is set to 0.6% or more,
The above effects were obtained reliably.

【0043】このように本実施例によれば、InGaP
活性層23のGa組成をGaAs基板20と格子整合す
る 0.5よりも小さく、例えば0.38とすることにより、活
性層23の格子定数を基板20の格子定数よりも1%程
度大きくすることができる。そして、活性層23の基板
20に対する不整合度が大きくなると、活性層23に歪
みが加わり、この歪みにより活性層23のInGaPの
価電子帯の有効質量を活性層面内方向についてついて小
さくすることができる。
As described above, according to this embodiment, InGaP
By setting the Ga composition of the active layer 23 to be smaller than 0.5, which is lattice-matched with the GaAs substrate 20, for example, 0.38, the lattice constant of the active layer 23 can be made about 1% larger than the lattice constant of the substrate 20. When the degree of misalignment of the active layer 23 with the substrate 20 increases, strain is applied to the active layer 23, and this strain reduces the effective mass of the valence band of InGaP of the active layer 23 in the in-plane direction of the active layer. it can.

【0044】このため、活性層面内方向での正孔の拡散
長を大きくすることができ、ホールバーニング効果に起
因するキンク発生を低減することができる。従って、先
の第1の実施例と同様の効果が得られると共に、高い光
出力までキンクのない安定な横モードでの発振が可能と
なり、光ディスクの高密度記録化を可能とするレーザ光
源として用いることができる。
Therefore, the diffusion length of holes in the in-plane direction of the active layer can be increased, and the occurrence of kink caused by the hole burning effect can be reduced. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and oscillation in a stable transverse mode without kink can be achieved up to a high optical output, which is used as a laser light source that enables high-density recording of an optical disc. be able to.

【0045】図9〜図11は本発明の第3〜第5の実施
例の概略構成を示す断面図である。図9に示す第3の実
施例において、 31はn−GaAs基板、 32はn−GaAsバッファ層、 33はn−InGaAlP第1クラッド層、 34はInGaP活性層(Δa/a= 0.3〜2.5 %)、 35はp−InGaAlP第2クラッド層、 36はp−InGaPエッチングストップ層、 37はn−InGaAlP電流狭窄層、 38はp−InGaAlP光ガイド層、 39はp−InGaAlP第3クラッド層、 40はp−InGaP中間バンドギャップ層、 41はp−GaAsコンタクト層 である。
FIGS. 9 to 11 are sectional views showing the schematic arrangements of the third to fifth embodiments of the present invention. In the third embodiment shown in FIG. 9, 31 is an n-GaAs substrate, 32 is an n-GaAs buffer layer, 33 is an n-InGaAlP first cladding layer, 34 is an InGaP active layer (Δa / a = 0.3 to 2.5%). 35, p-InGaAlP second cladding layer, 36, p-InGaP etching stop layer, 37, n-InGaAlP current confinement layer, 38, p-InGaAlP light guide layer, 39, p-InGaAlP third cladding layer, 40 Is a p-InGaP intermediate band gap layer, and 41 is a p-GaAs contact layer.

【0046】このように構成されたレーザに電流を注入
すると、電流狭窄層37によるpn反転層のため、注入
電流は、電流狭窄部44に制限される。この電流狭窄部
44にほぼ沿った活性層34で発光が生じてレーザ発振
に至るが、電流狭窄層37までしみ出した光が、光ガイ
ド領域45と電流狭窄層37による作り付けの屈折率差
によって閉じ込められる。このような構造でも第1の実
施例と同様の効果が得られる。
When a current is injected into the laser configured as described above, the injected current is limited to the current confinement portion 44 because of the pn inversion layer formed by the current confinement layer 37. Light emission occurs in the active layer 34 substantially along the current confinement portion 44 and leads to laser oscillation. Light that has permeated to the current confinement layer 37 is caused by a built-in refractive index difference between the light guide region 45 and the current confinement layer 37. You are trapped. With such a structure, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0047】なお、図9の構成において、バッファ層3
2がn−InGaP、活性層34がInGaAlP、エ
ッチングストップ層36がp−GaAlAs、電流狭窄
層37がn型若しくは半絶縁性のGaAlAs又は半絶
縁性のInGaAlP、光ガイド層38がp−GaAl
As、中間バンドギャップ層40がp−GaAlAs若
しくはp−GaAsでもよい。
In the structure shown in FIG.
2, n-InGaP, active layer 34 is InGaAlP, etching stop layer 36 is p-GaAlAs, current confinement layer 37 is n-type or semi-insulating GaAlAs or semi-insulating InGaAlP, and light guide layer 38 is p-GaAl.
As, the intermediate band gap layer 40 may be p-GaAlAs or p-GaAs.

【0048】また、クラッド層33,35では、In
1-y (Ga1-x Alx y Pと表記したときのAl組成
xをx=0.7 としたが、このAl組成はクラッド層3
3,35のバンドギャップが活性層34よりも十分大き
くなる範囲で適宜定めればよい。さらに、光ガイド層3
8のAl組成はx=0.5 に限るものではなく、クラッド
層33,35より小さく、活性層34よりも大きいもの
であればよい。また、電流狭窄層37のAl組成はx=
0.7 に限るものではなく、活性層34より大きい範囲で
適宜変更可能である。
In the cladding layers 33 and 35, In
The Al composition x when expressed as 1-y (Ga 1-x Al x ) y P was set to x = 0.7.
What is necessary is just to determine suitably as long as the band gap of 3, 35 becomes sufficiently larger than the active layer 34. Further, the light guide layer 3
The Al composition of 8 is not limited to x = 0.5, but may be any smaller than the cladding layers 33 and 35 and larger than the active layer 34. The Al composition of the current confinement layer 37 is x =
It is not limited to 0.7, but can be changed as appropriate within a range larger than the active layer 34.

【0049】図10に示す第4の実施例が先に説明した
第3の実施例と異なる点は、図9のn−InGaAlP
電流狭窄層37を第4クラッド層51,キャップ層52
及び電流狭窄層53で構成したことにある。この場合、
電流狭窄層53で制限された電流狭窄部44の幅より光
ガイド領域45を狭くし、電流分布が一様である領域の
光を閉じ込めることが可能となり、非点格差が非常に小
さくなる。このような構造でも、第3の実施例と同様の
効果が得られる。
The fourth embodiment shown in FIG. 10 is different from the third embodiment described above in that the n-InGaAlP shown in FIG.
The current confinement layer 37 is formed by the fourth clad layer 51 and the cap layer 52.
And the current constriction layer 53. in this case,
The light guide region 45 is made narrower than the width of the current confinement portion 44 limited by the current confinement layer 53, so that light in a region where the current distribution is uniform can be confined, and the astigmatic difference becomes very small. With such a structure, the same effect as in the third embodiment can be obtained.

【0050】図11に示す第5の実施例において、61
はn−GaAs基板、 62はn−GaAs或いはn−InGaPバッファ層、 63はn−InGaAlP第1クラッド層、 64はn−InGaAlP第2クラッド層、 65はInGaP或いはInGaAlP活性層(Δa/
a= 0.3〜2.5 %) 66はp−InGaAlP第3クラッド層、 67はp−InGaP或いはp−GaAlAsエッチン
グストップ層、 68はp−InGaAlP第4クラッド層、 69はp−InGaP或いはp−GaAlAs中間バン
ドギャップ層、 70はn−GaAs或いはn−GaAlAs電流狭窄
層、 71…p−GaAsコンタクト層、 である。
In the fifth embodiment shown in FIG.
Is an n-GaAs substrate, 62 is an n-GaAs or n-InGaP buffer layer, 63 is an n-InGaAlP first cladding layer, 64 is an n-InGaAlP second cladding layer, 65 is an InGaP or InGaAlP active layer (Δa /
a = 0.3 to 2.5%) 66 is a p-InGaAlP third cladding layer, 67 is a p-InGaP or p-GaAlAs etching stop layer, 68 is a p-InGaAlP fourth cladding layer, 69 is p-InGaP or p-GaAlAs intermediate A band gap layer 70 is an n-GaAs or n-GaAlAs current confinement layer, and 71 is a p-GaAs contact layer.

【0051】このように構成されたレーザでは、第2ク
ラッド層64のバンドギャップを活性層65よりも大き
くし、第1クラッド層63より小さくすることにより、
活性層65での光密度を低減することができる。このよ
うな構造でも、上記と同様な効果が得られる。
In the laser configured as described above, the band gap of the second cladding layer 64 is made larger than that of the active layer 65 and smaller than that of the first cladding layer 63.
The light density in the active layer 65 can be reduced. Even with such a structure, the same effect as described above can be obtained.

【0052】また、In1-y (Ga1-x Alx y Pと
表記したときのAl組成xを第1,第3,第4クラッド
層では、x=0.7 ,y=0.5 としたが、このAl組成
は、第1,第3,第4クラッド層のバンドギャップが活
性層65よりも十分大きく、第2クラッド層64よりも
大きくなる範囲で適宜定めればよい。さらに、第2クラ
ッド層64のAl組成はx=0.6 に限るものではなく、
第1,第3,第4クラッド層より小さく、活性層65よ
りも大きいものであればよい。
The Al composition x when expressed as In 1-y (Ga 1-x Al x ) y P was set to x = 0.7 and y = 0.5 in the first, third and fourth cladding layers. The Al composition may be appropriately determined within a range where the band gaps of the first, third, and fourth cladding layers are sufficiently larger than the active layer 65 and larger than the second cladding layer 64. Further, the Al composition of the second cladding layer 64 is not limited to x = 0.6.
Any material may be used as long as it is smaller than the first, third, and fourth cladding layers and larger than the active layer 65.

【0053】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、横モード制御構造とし
て図2,図5,図9〜11に示すような構造について述
べたが、他の横モード制御構造であっても同様の効果が
得られる。また、これ以外の他の構造の半導体レーザ、
例えば利得導波型やワイドストライプ型の半導体レーザ
等にも本発明は適用可能である。さらに、基板は Ga
Asに限るものではなく、このGaAsの格子定数に比
較的近い格子定数を有するものであれば用いることが可
能である。
The present invention is not limited to the embodiments described above. In the embodiment, the structure as shown in FIGS. 2, 5, and 9 to 11 has been described as the transverse mode control structure. However, similar effects can be obtained with other transverse mode control structures. In addition, semiconductor lasers of other structures other than this,
For example, the present invention can be applied to a gain waveguide type or wide stripe type semiconductor laser. Further, the substrate is Ga
The material is not limited to As, and any material having a lattice constant relatively close to the lattice constant of GaAs can be used.

【0054】また、リッジストライプの方向が(10
0)基板上の〈01〉方向のストライプ、〈011〉
方向のストライプでもよく、(100)面から〈01
1〉方向へオフした基板、(100)面から〈01
方向へオフした基板を用いてもよい。ここで、は結晶
軸方向が負であることを意味する。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。
The direction of the ridge stripe is (10
0) Stripes on the substrate in <01 1 > direction, <011>
Direction may be used, and from the (100) plane, <01
Substrate turned off in the 1> direction, from the (100) plane to <01 1 >
A substrate turned off in the direction may be used. Here, 1 means that the crystal axis direction is negative. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、活
性層の格子定数を基板の格子定数よりも 0.3%以上大き
くしているので、高温まで動作可能で、使用可能な最大
光出力の向上をはかり得る半導体レーザ装置を実現する
ことができる。
As described in detail above, according to the present invention, since the lattice constant of the active layer is made 0.3% or more larger than the lattice constant of the substrate, it can be operated at high temperatures and the maximum usable optical output can be used. And a semiconductor laser device capable of improving the performance.

【0056】また、活性層の格子定数を基板の格子定数
よりも 0.6%以上大きくすれば、上記の効果に加えて、
ホールバーニング効果を抑制してキンクレベルを高める
ことができ、使用可能な最大光出力の向上をはかり得る
半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
When the lattice constant of the active layer is made 0.6% or more larger than the lattice constant of the substrate, in addition to the above effects,
The kink level can be increased by suppressing the hole burning effect, and a semiconductor laser device capable of improving the maximum usable optical output can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係わる半導体レーザ装
置における、ダブルヘテロ構造部の格子不整合度を示す
概念図。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the degree of lattice mismatch of a double heterostructure in a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の構造を適用した横モード制御構造InG
aAlP半導体レーザの概略構成を示す断面図。
2 is a lateral mode control structure InG to which the structure of FIG. 1 is applied.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an aAlP semiconductor laser.

【図3】図2のレーザ素子の電流と光出力との関係を示
す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between current and light output of the laser device of FIG.

【図4】活性層23の膜厚、格子不整合度による動作電
流の変化を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in operating current due to the thickness of the active layer 23 and the degree of lattice mismatch.

【図5】本発明の第2の実施例に係わる半導体レーザ装
置における、ダブルヘテロ構造部の格子不整合度を示す
概念図。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a degree of lattice mismatch of a double heterostructure in a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5の構造を適用した横モード制御構造InG
aAlP半導体レーザの概略構成を示す断面図。
6 is a lateral mode control structure InG to which the structure of FIG. 5 is applied.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an aAlP semiconductor laser.

【図7】格子不整合度とキンクレベルとの関係を示す特
性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a degree of lattice mismatch and a kink level.

【図8】活性層厚とキンクレベル及び最高動作温度との
関係を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between an active layer thickness, a kink level, and a maximum operating temperature.

【図9】本発明の第3の実施例の概略構成を示す断面
図。
FIG. 9 is a sectional view showing a schematic configuration of a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例の概略構成を示す断面
図。
FIG. 10 is a sectional view showing a schematic configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例の概略構成を示す断面
図。
FIG. 11 is a sectional view showing a schematic configuration of a fifth embodiment of the present invention.

【図12】従来の横モード制御構造のInGaAlP半
導体レーザの概略構成を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional InGaAlP semiconductor laser having a lateral mode control structure.

【図13】図12の構造における電流−光出力特性の温
度依存性を示す特性図。
13 is a characteristic diagram showing temperature dependence of current-light output characteristics in the structure of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…GaAs基板、12…InGaAlPクラッド
層、13…InGaP又はInGaAlP活性層、14
…InGaAlPクラッド層、20…n−GaAs基
板、21…n−GaAsバッファ層、22…n−InG
aAlPクラッド層、23…InGaP活性層、24…
p−InGaAlPクラッド層、25…p−InGaP
エッチングストップ層、26…p−In(GaAl)P
クラッド層、27…p−InGaPキャップ層、28…
n−GaAs電流狭窄層、29…p−GaAsコンタク
ト層。
10 GaAs substrate, 12 InGaAlP cladding layer, 13 InGaP or InGaAlP active layer, 14
... InGaAlP cladding layer, 20 ... n-GaAs substrate, 21 ... n-GaAs buffer layer, 22 ... n-InG
aAlP cladding layer, 23 ... InGaP active layer, 24 ...
p-InGaAlP cladding layer, 25 ... p-InGaP
Etching stop layer, 26 ... p-In (GaAl) P
Clad layer, 27 ... p-InGaP cap layer, 28 ...
n-GaAs current confinement layer, 29... p-GaAs contact layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岡島 正季 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 波多腰 玄一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平3−265182(JP,A) 特開 昭60−206081(JP,A) 特開 平3−270187(JP,A) 特開 平3−278492(JP,A) Appl.Phys.Lett Vo l.54 No.15(1989)p.1391− 1392 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hideto Sugawara 1st Toshiba Research Institute, Komukai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Masaki Okajima Toshiba Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture No. 1 in Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Genichi Hatoshige 1 in Komukai Toshiba, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture In-Toshiba Research Institute, Inc. (56) References JP-A-60-206081 (JP, A) JP-A-3-270187 (JP, A) JP-A-3-278492 (JP, A) Appl. Phys. Lett Vol. 54 No. 15 (1989) p. 1391− 1392 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】化合物半導体基板上に、In1-y(Ga
1-xAlx y P系材料(0≦x<1,0≦y<1)か
らなる活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部
を形成した半導体レーザ装置において、 前記活性層とクラッド層は直接接合されており、 前記活性層の厚さを、0.012μm〜0.04μmに設定し、 前記活性層の格子定数を、前記基板の格子定数よりも
0.5〜2%の範囲で大きくしてなることを特徴とする半
導体レーザ装置。
1. The method according to claim 1, wherein In 1-y (Ga
1-x Al x ) y In a semiconductor laser device having a double heterostructure portion in which an active layer made of a P-based material (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1) is sandwiched between cladding layers, The layers are directly bonded, the thickness of the active layer is set to 0.012 μm to 0.04 μm, and the lattice constant of the active layer is set to be smaller than the lattice constant of the substrate.
A semiconductor laser device which is increased in a range of 0.5 to 2%.
【請求項2】前記基板はGaAs、前記クラッド層はG
aAsに格子整合するIn0.5 (Ga1-x Alx 0.5
P、前記活性層はGaAsよりも格子定数が大きいIn
1-y Gay P(y<0.5 )であることを特徴とする請求
項1記載の半導体レーザ装置。
2. The method according to claim 1, wherein the substrate is GaAs, and the cladding layer is G.
In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 lattice-matched to aAs
P, the active layer is In having a larger lattice constant than GaAs.
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein 1-y Ga y P (y <0.5).
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