JP2000101198A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JP2000101198A JP2000101198A JP10265144A JP26514498A JP2000101198A JP 2000101198 A JP2000101198 A JP 2000101198A JP 10265144 A JP10265144 A JP 10265144A JP 26514498 A JP26514498 A JP 26514498A JP 2000101198 A JP2000101198 A JP 2000101198A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ装置において、ＣＯＭＤ現象を
抑制し、出力および信頼性を高める。 【解決の手段】 ＧａＡｓ基板１上に、ＩｎＧａＡｓＰ
系の圧縮歪を有する活性層５と、ＩｎＧａＡｓＰ系の２
つの光導波層３および７、および２つの光導波層よりバ
ンドギャップの大きいＧａＡｓＰ系の２つの引っ張り歪
を有する障壁層４および６を設け、圧縮歪と引っ張り歪
は互いに完全に補償されるかあるいはやや引っ張り歪が
大きい程度とする。さらに窓構造部の端面及びその近傍
にＢあるいはＮのイオン注入とその後の加熱により無秩
序化した窓構造部１６を設ける。
抑制し、出力および信頼性を高める。 【解決の手段】 ＧａＡｓ基板１上に、ＩｎＧａＡｓＰ
系の圧縮歪を有する活性層５と、ＩｎＧａＡｓＰ系の２
つの光導波層３および７、および２つの光導波層よりバ
ンドギャップの大きいＧａＡｓＰ系の２つの引っ張り歪
を有する障壁層４および６を設け、圧縮歪と引っ張り歪
は互いに完全に補償されるかあるいはやや引っ張り歪が
大きい程度とする。さらに窓構造部の端面及びその近傍
にＢあるいはＮのイオン注入とその後の加熱により無秩
序化した窓構造部１６を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ装置に
関し、特に半導体レーザ装置を構成する光共振器の構造
の改良に関するものである。
関し、特に半導体レーザ装置を構成する光共振器の構造
の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザ装置は情報機器、光
通信をはじめ、医療や印刷など用途が広がってきている
が、これらの用途のほとんどにおいて、半導体レーザ装
置には高出力動作および高信頼性動作の両立が要求され
ている。半導体レーザ装置の高出力動作については、例
えば、Ｊ．Ｋ．Ｗａｄｅ等（アプライド フィジックス
レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）誌第７２巻第１号４〜６頁（１９９８年））
は、順方向バイアスにより注入されたキャリアが発光再
結合を行う活性層がＩｎＧａＡｓＰであり、光の閉じ込
めを行うクラッド層がＩｎＡｌＧａＰであり、活性層の
光密度を低減させる光導波層がＩｎＧａＰである半導体
レーザ装置において、光導波層の厚みを大きくとったＬ
ＯＣ（Ｌａｒｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ）構
造を採用して、８０５ｎｍ帯で６．１Ｗの最高出力を得
たことを報告している。この半導体レーザ装置は、光が
閉じ込められる領域である活性層及び光導波層がいずれ
もＡｌを組成に含まないIII−Ｖ族半導体で形成されて
いるため、レーザ発振を行う光共振器端面でのダークラ
イン欠陥の運動による性能劣化を生じにくい。
通信をはじめ、医療や印刷など用途が広がってきている
が、これらの用途のほとんどにおいて、半導体レーザ装
置には高出力動作および高信頼性動作の両立が要求され
ている。半導体レーザ装置の高出力動作については、例
えば、Ｊ．Ｋ．Ｗａｄｅ等（アプライド フィジックス
レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）誌第７２巻第１号４〜６頁（１９９８年））
は、順方向バイアスにより注入されたキャリアが発光再
結合を行う活性層がＩｎＧａＡｓＰであり、光の閉じ込
めを行うクラッド層がＩｎＡｌＧａＰであり、活性層の
光密度を低減させる光導波層がＩｎＧａＰである半導体
レーザ装置において、光導波層の厚みを大きくとったＬ
ＯＣ（Ｌａｒｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ）構
造を採用して、８０５ｎｍ帯で６．１Ｗの最高出力を得
たことを報告している。この半導体レーザ装置は、光が
閉じ込められる領域である活性層及び光導波層がいずれ
もＡｌを組成に含まないIII−Ｖ族半導体で形成されて
いるため、レーザ発振を行う光共振器端面でのダークラ
イン欠陥の運動による性能劣化を生じにくい。
【０００３】ところで光共振器端面には表面準位が多
く、端面近傍の活性層に注入されたキャリアはこの表面
準位を介した非発光再結合により失われるので、活性層
の端面近傍のキャリア密度は内部に比べて小さくなる。
よって注入キャリア密度の高い活性層内部で発生するレ
ーザ光の波長に対して、活性層の端面近傍は光吸収領域
となる。高出力レーザのように注入キャリア密度が大き
くなると光密度が高くなり、レーザ光吸収による光吸収
領域の局所的発熱も大きくなるため、光吸収領域の温度
が上昇しバンドギャップは狭くなる。この結果活性層の
端面近傍のレーザ光波長に対する吸収係数は増大し、吸
収されるレーザ光量がさらに増加して、光吸収領域の温
度はさらに上昇する。これは正帰還過程であり、ついに
は端面が破壊される。これはＣＯＭＤ（Ｃａｔａｓｔｒ
ｏｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ ｄａｍａ
ｇｅ）現象と呼ばれ、前記Ｗａｄｅ等の報告した高出力
半導体レーザはこのＣＯＭＤ現象により発振が停止し
た。すなわち、高出力動作半導体レーザが同時に高信頼
性を獲得するにはこのＣＯＭＤ現象の抑制が必須であ
る。
く、端面近傍の活性層に注入されたキャリアはこの表面
準位を介した非発光再結合により失われるので、活性層
の端面近傍のキャリア密度は内部に比べて小さくなる。
よって注入キャリア密度の高い活性層内部で発生するレ
ーザ光の波長に対して、活性層の端面近傍は光吸収領域
となる。高出力レーザのように注入キャリア密度が大き
くなると光密度が高くなり、レーザ光吸収による光吸収
領域の局所的発熱も大きくなるため、光吸収領域の温度
が上昇しバンドギャップは狭くなる。この結果活性層の
端面近傍のレーザ光波長に対する吸収係数は増大し、吸
収されるレーザ光量がさらに増加して、光吸収領域の温
度はさらに上昇する。これは正帰還過程であり、ついに
は端面が破壊される。これはＣＯＭＤ（Ｃａｔａｓｔｒ
ｏｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ ｄａｍａ
ｇｅ）現象と呼ばれ、前記Ｗａｄｅ等の報告した高出力
半導体レーザはこのＣＯＭＤ現象により発振が停止し
た。すなわち、高出力動作半導体レーザが同時に高信頼
性を獲得するにはこのＣＯＭＤ現象の抑制が必須であ
る。
【０００４】ＣＯＭＤ現象の抑制を意図した半導体レー
ザ装置として、例えば光共振器端面に不純物を拡散し、
端面及び端面近傍を無秩序化して窓構造部を形成した半
導体レーザ装置が提案されている。
ザ装置として、例えば光共振器端面に不純物を拡散し、
端面及び端面近傍を無秩序化して窓構造部を形成した半
導体レーザ装置が提案されている。
【０００５】ここで無秩序化するとは、バンドギャップ
の小さい活性層と活性層をはさむバンドギャップの大き
い層の各々の層の組成元素を拡散させて活性層を混晶層
とすることである。
の小さい活性層と活性層をはさむバンドギャップの大き
い層の各々の層の組成元素を拡散させて活性層を混晶層
とすることである。
【０００６】本構造によれば、光共振器内でレーザ発振
した光は、不純物が拡散された光共振器端面、すなわち
窓からレーザ光として出射される。ここで窓構造部は無
秩序化されているため、活性層のバンドギャップが無秩
序化されていない（すなわち混晶化されていない）内部
より増大しており、光共振器端面におけるレーザ光の光
吸収が減少し、従ってＣＯＭＤ現象が抑制され、高信頼
性動作が可能となる。
した光は、不純物が拡散された光共振器端面、すなわち
窓からレーザ光として出射される。ここで窓構造部は無
秩序化されているため、活性層のバンドギャップが無秩
序化されていない（すなわち混晶化されていない）内部
より増大しており、光共振器端面におけるレーザ光の光
吸収が減少し、従ってＣＯＭＤ現象が抑制され、高信頼
性動作が可能となる。
【０００７】上記の様に、窓構造型半導体レーザ装置で
は不純物の拡散により端面の無秩序化を行っている。こ
こで活性層の不純物濃度が不十分な場合、窓構造部の無
秩序化が不完全なためバンドギャップが大きくならず、
光吸収の低減効果は小さい。
は不純物の拡散により端面の無秩序化を行っている。こ
こで活性層の不純物濃度が不十分な場合、窓構造部の無
秩序化が不完全なためバンドギャップが大きくならず、
光吸収の低減効果は小さい。
【０００８】ここで無秩序化が不完全とは、活性層とそ
れをはさむ２つの層との界面から活性層の厚さ方向に進
む混晶化が活性層の厚みを覆いつくすに至らず、混晶化
されない領域が残ることをいう。
れをはさむ２つの層との界面から活性層の厚さ方向に進
む混晶化が活性層の厚みを覆いつくすに至らず、混晶化
されない領域が残ることをいう。
【０００９】一方不純物濃度の増大に伴い窓構造部の無
秩序化は進むが、自由キャリア吸収の増加やバンドテー
ルの増大もおこるために、全体として光吸収は増大し、
閾値電流の増大、スロープ効率の低下が深刻となる。ま
たイオン注入による窓構造部への不純物の導入は、注入
不純物種の原子量が大きいほど、また注入する深さが深
いほど、高いエネルギーでの注入が必要となり、注入不
純物量の増加とともに窓構造部に誘起される結晶欠陥数
が増加し、結晶欠陥を起因とする半導体レーザ装置の劣
化が生じてしまう。すなわち、従来の窓構造型半導体レ
ーザ装置では端面の無秩序化を進めるほど、発振特性が
悪化する。
秩序化は進むが、自由キャリア吸収の増加やバンドテー
ルの増大もおこるために、全体として光吸収は増大し、
閾値電流の増大、スロープ効率の低下が深刻となる。ま
たイオン注入による窓構造部への不純物の導入は、注入
不純物種の原子量が大きいほど、また注入する深さが深
いほど、高いエネルギーでの注入が必要となり、注入不
純物量の増加とともに窓構造部に誘起される結晶欠陥数
が増加し、結晶欠陥を起因とする半導体レーザ装置の劣
化が生じてしまう。すなわち、従来の窓構造型半導体レ
ーザ装置では端面の無秩序化を進めるほど、発振特性が
悪化する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】III−Ｖ族化合物半導
体レーザ装置においては、窓構造部を形成するため端面
に注入するイオン種を活性層の構成元素と同じIII族ま
たはＶ族とすることにより、自由キャリア吸収による光
吸収を低減できることが知られている。
体レーザ装置においては、窓構造部を形成するため端面
に注入するイオン種を活性層の構成元素と同じIII族ま
たはＶ族とすることにより、自由キャリア吸収による光
吸収を低減できることが知られている。
【００１１】この事実を利用して上記従来の窓構造型半
導体レーザ装置の難点を克服しようとする試みが多くな
されている。たとえば生駒等（１９９７年秋応用物理学
会講演会（予稿集４ａ−ＺＣ−１１））は、ＩｎＧａＡ
ｓ量子井戸活性層を有する９８０ｎｍ帯半導体レーザ装
置の端面に、Ｖ族のＮ（化学的原子量：１４．０）イオ
ン注入とその後の拡散により窓構造部を形成した半導体
レーザ装置を報告しているが、活性層の端面と内部のバ
ンドギャップ・エネルギー差ΔＥｇは５０ｍｅＶと小さ
い。また沢野等（特許公開平７−２４９８２７号）は、
ＧａＡｓ基板上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法に
より形成したＧａＩｎＰ自然超格子量子井戸活性層を有
する赤色半導体レーザ装置の端面にＮまたはIII族のＢ
（化学的原子量：１０．８）イオン注入及びその後のア
ニールにより窓構造部を形成した半導体レーザ装置を開
示しているが、無秩序化が容易な自然超格子を用いた本
構造でさえΔＥｇは６０ｍｅＶと小さい。
導体レーザ装置の難点を克服しようとする試みが多くな
されている。たとえば生駒等（１９９７年秋応用物理学
会講演会（予稿集４ａ−ＺＣ−１１））は、ＩｎＧａＡ
ｓ量子井戸活性層を有する９８０ｎｍ帯半導体レーザ装
置の端面に、Ｖ族のＮ（化学的原子量：１４．０）イオ
ン注入とその後の拡散により窓構造部を形成した半導体
レーザ装置を報告しているが、活性層の端面と内部のバ
ンドギャップ・エネルギー差ΔＥｇは５０ｍｅＶと小さ
い。また沢野等（特許公開平７−２４９８２７号）は、
ＧａＡｓ基板上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法に
より形成したＧａＩｎＰ自然超格子量子井戸活性層を有
する赤色半導体レーザ装置の端面にＮまたはIII族のＢ
（化学的原子量：１０．８）イオン注入及びその後のア
ニールにより窓構造部を形成した半導体レーザ装置を開
示しているが、無秩序化が容易な自然超格子を用いた本
構造でさえΔＥｇは６０ｍｅＶと小さい。
【００１２】上記の２例から明らかなように、III族の
ＢまたはＶ族のＮのイオン注入及びその後のアニールま
たは拡散により作られる活性層の端面と内部のバンドギ
ャップエネルギー差ΔＥｇは、レーザ発振光の端面での
光吸収を十分に低減できる大きさになっていない。すな
わち、原子量が大きく、結晶欠陥を誘起しやすいが無秩
序化も実現しやすいＶ族のＰ（化学的原子量：３１．
０）またはＡｓ（化学的原子量：７４．９）に比べて、
原子量が小さく結晶欠陥を誘起しにくいIII族のＢまた
はＶ族のＮでは、窓構造部の十分な無秩序化を実現する
のは極めて困難であることが、上記の２例から示され
る。
ＢまたはＶ族のＮのイオン注入及びその後のアニールま
たは拡散により作られる活性層の端面と内部のバンドギ
ャップエネルギー差ΔＥｇは、レーザ発振光の端面での
光吸収を十分に低減できる大きさになっていない。すな
わち、原子量が大きく、結晶欠陥を誘起しやすいが無秩
序化も実現しやすいＶ族のＰ（化学的原子量：３１．
０）またはＡｓ（化学的原子量：７４．９）に比べて、
原子量が小さく結晶欠陥を誘起しにくいIII族のＢまた
はＶ族のＮでは、窓構造部の十分な無秩序化を実現する
のは極めて困難であることが、上記の２例から示され
る。
【００１３】本発明の目的は、原子量の小さいIII族の
ＢまたはＶ族のＮのイオン注入及びその後の加熱工程に
より、活性層端面に活性層内部に対してΔＥｇが十分大
きな領域を形成でき、従って端面における光吸収を最小
限にとどめ、よってＣＯＭＤ現象を抑制することによ
り、高出力かつ高信頼性の動作が可能な半導体レーザ装
置の構造を提供することにある。
ＢまたはＶ族のＮのイオン注入及びその後の加熱工程に
より、活性層端面に活性層内部に対してΔＥｇが十分大
きな領域を形成でき、従って端面における光吸収を最小
限にとどめ、よってＣＯＭＤ現象を抑制することによ
り、高出力かつ高信頼性の動作が可能な半導体レーザ装
置の構造を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ装置は、該半導体レーザ装置を構成する光共振器が、
III−Ｖ族化合物半導体の、圧縮歪を有する活性層と、
該活性層を間にはさむ引っ張り歪を有する２つの障壁層
と、前記活性層と前記２つの障壁層とを外側からはさむ
２つの光導波層を有し、前記２つの障壁層は前記２つの
光導波層よりバンドギャップが大きい半導体からなり、
前記活性層端面及び該端面近傍にＢとＮの少なくともい
ずれか一方のイオン注入とその後の加熱工程により形成
された、前記活性層内部よりバンドギャップの大きい領
域を有することを特徴とするものである。
ザ装置は、該半導体レーザ装置を構成する光共振器が、
III−Ｖ族化合物半導体の、圧縮歪を有する活性層と、
該活性層を間にはさむ引っ張り歪を有する２つの障壁層
と、前記活性層と前記２つの障壁層とを外側からはさむ
２つの光導波層を有し、前記２つの障壁層は前記２つの
光導波層よりバンドギャップが大きい半導体からなり、
前記活性層端面及び該端面近傍にＢとＮの少なくともい
ずれか一方のイオン注入とその後の加熱工程により形成
された、前記活性層内部よりバンドギャップの大きい領
域を有することを特徴とするものである。
【００１５】前記２つの障壁層の歪と厚さの積の和と活
性層の歪と厚さの積との差が、引っ張り歪側に０以上
０．１５ｎｍ以下であることが望ましい。
性層の歪と厚さの積との差が、引っ張り歪側に０以上
０．１５ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１６】前記活性層と前記２つの光導波層はＩｎＧ
ａＡｓＰ層、前記２つの障壁層はＧａＡｓＰ層であるこ
とが望ましい。
ａＡｓＰ層、前記２つの障壁層はＧａＡｓＰ層であるこ
とが望ましい。
【００１７】ここで前記２つの障壁層の歪と厚さの積の
和とは、前記２つの障壁層の内１つの障壁層の歪と厚さ
の積と、残る１つの障壁層の歪と厚さの積との和をい
う。
和とは、前記２つの障壁層の内１つの障壁層の歪と厚さ
の積と、残る１つの障壁層の歪と厚さの積との和をい
う。
【００１８】
【作用】２種の組成の異なる半導体層を積層した構造を
加熱すると、積層界面において層間の濃度差に従う組成
元素の拡散がおこり、界面に混晶が形成される。組成元
素の拡散は不純物の拡散の存在により促進され、不純物
量及び不純物質量が大きいほど促進される。
加熱すると、積層界面において層間の濃度差に従う組成
元素の拡散がおこり、界面に混晶が形成される。組成元
素の拡散は不純物の拡散の存在により促進され、不純物
量及び不純物質量が大きいほど促進される。
【００１９】組成の異なるバンドギャップの小さい半導
体とバンドギャップの大きい半導体からなる混晶半導体
のバンドギャップは、混晶比に従う中間の値となる。混
晶比が同じであっても、母体半導体間のバンドギャップ
差が大きくなるほど混晶のバンドギャップは大きくな
る。
体とバンドギャップの大きい半導体からなる混晶半導体
のバンドギャップは、混晶比に従う中間の値となる。混
晶比が同じであっても、母体半導体間のバンドギャップ
差が大きくなるほど混晶のバンドギャップは大きくな
る。
【００２０】従って活性層が端面で混晶化されたときの
ΔＥｇは、活性層をはさむ半導体層のバンドギャップを
大きくするほど、バンドギャップの大きい半導体の混晶
内の組成比は小さくとも、十分大きな値とすることがで
きる。すなわち混晶化を過剰に進めることなく、大きな
ΔＥｇを得ることができる。
ΔＥｇは、活性層をはさむ半導体層のバンドギャップを
大きくするほど、バンドギャップの大きい半導体の混晶
内の組成比は小さくとも、十分大きな値とすることがで
きる。すなわち混晶化を過剰に進めることなく、大きな
ΔＥｇを得ることができる。
【００２１】圧縮歪活性層をはさむ２つの引っ張り歪障
壁層の、それぞれの引っ張り歪Δt1及びΔt2は、 Δt1＝|(ａt1−ａs)/ａs| Δt2＝|(ａt2−ａs)/ａs| で表される。ここでａt1及びａt2はそれぞれ、２つの引
っ張り歪障壁層をなすそれぞれの半導体結晶の格子定数
であり、ａsは基板結晶の格子定数である。また圧縮歪
活性層の圧縮歪Δcは、 Δc＝|(ａc−ａs)/ａs| で表される。ここでａcは、圧縮歪活性層をなす半導体
結晶の格子定数である。歪が完全に補償されるのは、 Δt1ｄt1＋Δt2ｄt2＝Δcｄc が成立するときである。ここでｄt1及びｄt2はそれぞ
れ、２つの引っ張り歪障壁層のそれぞれの厚みであり、
ｄcは圧縮歪活性層の厚みである。２つの引っ張り歪障
壁層をなす半導体結晶が同一の組成を有する半導体であ
り、かつそれぞれの層の厚みが等しければ、それぞれの
引っ張り歪をΔt、厚さをｄtに置き換えて、 ２Δtｄt＝Δcｄc が、歪が完全に補償される条件である。本発明の構造で
は、内部応力により圧縮歪活性層に結晶欠陥等が誘起さ
れないための条件である ０≦(Δt1ｄt1＋Δt2ｄt2)−Δcｄc≦０．１５(ｎｍ) または ０≦２Δtｄt−Δcｄc≦０．１５(ｎｍ) であること、すなわち２つの障壁層の歪と厚さの積の和
と活性層の歪と厚さの積との差が、引っ張り歪側に０以
上０．１５ｎｍ以下であることが望ましい。
壁層の、それぞれの引っ張り歪Δt1及びΔt2は、 Δt1＝|(ａt1−ａs)/ａs| Δt2＝|(ａt2−ａs)/ａs| で表される。ここでａt1及びａt2はそれぞれ、２つの引
っ張り歪障壁層をなすそれぞれの半導体結晶の格子定数
であり、ａsは基板結晶の格子定数である。また圧縮歪
活性層の圧縮歪Δcは、 Δc＝|(ａc−ａs)/ａs| で表される。ここでａcは、圧縮歪活性層をなす半導体
結晶の格子定数である。歪が完全に補償されるのは、 Δt1ｄt1＋Δt2ｄt2＝Δcｄc が成立するときである。ここでｄt1及びｄt2はそれぞ
れ、２つの引っ張り歪障壁層のそれぞれの厚みであり、
ｄcは圧縮歪活性層の厚みである。２つの引っ張り歪障
壁層をなす半導体結晶が同一の組成を有する半導体であ
り、かつそれぞれの層の厚みが等しければ、それぞれの
引っ張り歪をΔt、厚さをｄtに置き換えて、 ２Δtｄt＝Δcｄc が、歪が完全に補償される条件である。本発明の構造で
は、内部応力により圧縮歪活性層に結晶欠陥等が誘起さ
れないための条件である ０≦(Δt1ｄt1＋Δt2ｄt2)−Δcｄc≦０．１５(ｎｍ) または ０≦２Δtｄt−Δcｄc≦０．１５(ｎｍ) であること、すなわち２つの障壁層の歪と厚さの積の和
と活性層の歪と厚さの積との差が、引っ張り歪側に０以
上０．１５ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２２】歪をもつ半導体結晶のバンドギャップは、
歪により結晶の格子定数が変化するため、歪のない場合
に対して異なる値をもつ。また歪は結晶の内部応力であ
るから、結晶表面では歪は解放されている。ここで引っ
張り歪が解放されると、歪のある場合に比べてバンドギ
ャップは大きくなる。
歪により結晶の格子定数が変化するため、歪のない場合
に対して異なる値をもつ。また歪は結晶の内部応力であ
るから、結晶表面では歪は解放されている。ここで引っ
張り歪が解放されると、歪のある場合に比べてバンドギ
ャップは大きくなる。
【００２３】上記の条件を満足し、Ａｌを含まない半導
体結晶の組合せの１つの例は、活性層および２つの光導
波層をＩｎＧａＡｓＰ層とし、２つの障壁層をＧａＡｓ
Ｐ層とすることである。
体結晶の組合せの１つの例は、活性層および２つの光導
波層をＩｎＧａＡｓＰ層とし、２つの障壁層をＧａＡｓ
Ｐ層とすることである。
【００２４】
【実施の形態】本発明の第１の実施の形態を、図１を用
いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の全
面電極半導体レーザ装置の積層構造を説明するための構
造断面図である。
いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の全
面電極半導体レーザ装置の積層構造を説明するための構
造断面図である。
【００２５】ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−Ｉｎ1-x1Ｇ
ａx1Ａｓ1-y1Ｐy1下部クラッド層２，ｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａ
x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層３，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3
下部引っ張り歪障壁層４，Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ1-y4Ｐy4
圧縮歪量子井戸活性層５，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3上部引
っ張り歪障壁層６，ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2上
部光導波層７，ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第１上
部クラッド層８，ｐ−ＧａＡｓキャップ層９，ｐ−Ｉｎ
1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第２上部クラッド層１０，ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１１が順次積層して設けられ、へ
き開で得られた端面には窓構造部１６が設けられてい
る。ｎ−ＧａＡｓ基板１の表面にはｎ側電極１３が、ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１１の表面にはｐ側電極１２が
設けられている。さらにｎ−ＧａＡｓ基板１を所定の間
隔でへき開して得られる端面の一方に高反射率膜１４
が、また他方には低反射率膜１５が設けられている。
ａx1Ａｓ1-y1Ｐy1下部クラッド層２，ｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａ
x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層３，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3
下部引っ張り歪障壁層４，Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ1-y4Ｐy4
圧縮歪量子井戸活性層５，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3上部引
っ張り歪障壁層６，ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2上
部光導波層７，ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第１上
部クラッド層８，ｐ−ＧａＡｓキャップ層９，ｐ−Ｉｎ
1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第２上部クラッド層１０，ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１１が順次積層して設けられ、へ
き開で得られた端面には窓構造部１６が設けられてい
る。ｎ−ＧａＡｓ基板１の表面にはｎ側電極１３が、ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１１の表面にはｐ側電極１２が
設けられている。さらにｎ−ＧａＡｓ基板１を所定の間
隔でへき開して得られる端面の一方に高反射率膜１４
が、また他方には低反射率膜１５が設けられている。
【００２６】窓構造部１６は例えば次のようにして形成
する。ｐ−ＧａＡｓキャップ層９成長後の表面をＳｉＯ
2膜で被覆し、さらに該ＳｉＯ2膜の表面をフォトレジス
ト膜で被覆した後、所定の光共振器長の間隔で４０μｍ
程度の幅のストライプ状に前記フォトレジスト膜を除去
し、Ｂイオンを注入する。次いで残りの前記フォトレジ
スト膜をすべて除去し、８５０℃、３０分程度のアニー
ルを施すことにより、無秩序化された領域を形成する。
アニール後、前記ＳｉＯ2膜を除去し、ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇ
ａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第２上部クラッド層１０及びｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１１を順次積層する。ｎ−ＧａＡｓ基
板１のへき開を、前記４０μｍ程度の幅のストライプの
中心線に沿って行えば、へき開面に無秩序化された領
域、すなわち窓構造部１１が表れる。
する。ｐ−ＧａＡｓキャップ層９成長後の表面をＳｉＯ
2膜で被覆し、さらに該ＳｉＯ2膜の表面をフォトレジス
ト膜で被覆した後、所定の光共振器長の間隔で４０μｍ
程度の幅のストライプ状に前記フォトレジスト膜を除去
し、Ｂイオンを注入する。次いで残りの前記フォトレジ
スト膜をすべて除去し、８５０℃、３０分程度のアニー
ルを施すことにより、無秩序化された領域を形成する。
アニール後、前記ＳｉＯ2膜を除去し、ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇ
ａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第２上部クラッド層１０及びｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１１を順次積層する。ｎ−ＧａＡｓ基
板１のへき開を、前記４０μｍ程度の幅のストライプの
中心線に沿って行えば、へき開面に無秩序化された領
域、すなわち窓構造部１１が表れる。
【００２７】Ｂイオン注入の注入エネルギー及びドーズ
量は、前記ＳｉＯ2膜、第１上部クラッド層８、および
上部光導波層７の厚さにより定める。ｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層９は、第１上部クラッド層８のｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａ
x1Ａｓ1-y1Ｐy1と前記ＳｉＯ2膜との直接接触を避ける
ために設けられた層で、厚さは通常１０ｎｍ程度が選ば
れるため考慮されない。また結晶欠陥を誘起させないよ
うに前記Ｂイオン注入の注入エネルギーを下げるという
観点から第１上部クラッド層８の厚さを薄くするが、そ
れでは半導体レーザ装置のクラッド層としての効果を得
るには不足するため、キャップ層９の上にさらに第２上
部クラッド層１０が設けられている。
量は、前記ＳｉＯ2膜、第１上部クラッド層８、および
上部光導波層７の厚さにより定める。ｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層９は、第１上部クラッド層８のｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａ
x1Ａｓ1-y1Ｐy1と前記ＳｉＯ2膜との直接接触を避ける
ために設けられた層で、厚さは通常１０ｎｍ程度が選ば
れるため考慮されない。また結晶欠陥を誘起させないよ
うに前記Ｂイオン注入の注入エネルギーを下げるという
観点から第１上部クラッド層８の厚さを薄くするが、そ
れでは半導体レーザ装置のクラッド層としての効果を得
るには不足するため、キャップ層９の上にさらに第２上
部クラッド層１０が設けられている。
【００２８】本実施の形態によれば、Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａ
ｓ1-y4Ｐy4圧縮歪量子井戸活性層をＩｎ 1-x2Ｇａx2Ａ
ｓ1-y2Ｐy2光導波層よりバンドギャップの大きなＧａＡ
ｓ1-y3Ｐy3引っ張り歪障壁層ではさんでいるため、不純
物のイオン注入及びその後の加熱工程における拡散によ
る活性層端面の無秩序化で得られるΔＥｇを、障壁層が
存在しない場合に比べて十分大きくすることができる。
すなわち障壁層が存在しない場合に比べて、大きなΔＥ
ｇを得るために原子量の大きな不純物のイオン注入、さ
らには高エネルギー注入または高ドーズ注入で無秩序化
を進める必要がなく、従って窓構造部に結晶欠陥等が誘
起されることはない。また圧縮歪量子井戸活性層とそれ
をはさむ２つの引っ張り歪障壁層からなる積層構造に全
体として引っ張り歪をもたせられるので、光共振器端面
で歪が解放されるため、活性層端面及び端面近傍のバン
ドギャップは活性層内部より大きくなるという効果も得
られる。
ｓ1-y4Ｐy4圧縮歪量子井戸活性層をＩｎ 1-x2Ｇａx2Ａ
ｓ1-y2Ｐy2光導波層よりバンドギャップの大きなＧａＡ
ｓ1-y3Ｐy3引っ張り歪障壁層ではさんでいるため、不純
物のイオン注入及びその後の加熱工程における拡散によ
る活性層端面の無秩序化で得られるΔＥｇを、障壁層が
存在しない場合に比べて十分大きくすることができる。
すなわち障壁層が存在しない場合に比べて、大きなΔＥ
ｇを得るために原子量の大きな不純物のイオン注入、さ
らには高エネルギー注入または高ドーズ注入で無秩序化
を進める必要がなく、従って窓構造部に結晶欠陥等が誘
起されることはない。また圧縮歪量子井戸活性層とそれ
をはさむ２つの引っ張り歪障壁層からなる積層構造に全
体として引っ張り歪をもたせられるので、光共振器端面
で歪が解放されるため、活性層端面及び端面近傍のバン
ドギャップは活性層内部より大きくなるという効果も得
られる。
【００２９】すなわち本実施の形態によれば、原子量の
小さいIII族のＢのイオン注入及びその後のアニールに
より活性層端面を十分無秩序化でき、従って活性層内部
に対してΔＥｇが十分大きい領域を形成できることか
ら、端面における光吸収を最小限にとどめ、よってＣＯ
ＭＤ現象を効果的に抑制できる。
小さいIII族のＢのイオン注入及びその後のアニールに
より活性層端面を十分無秩序化でき、従って活性層内部
に対してΔＥｇが十分大きい領域を形成できることか
ら、端面における光吸収を最小限にとどめ、よってＣＯ
ＭＤ現象を効果的に抑制できる。
【００３０】なお本実施の形態では、窓構造部１６の無
秩序化はＢイオン注入及びその後のアニールにより行わ
れるとしたが、注入イオンは原子量の小さいＶ族のＮと
しても良く、またアニールを省略して前記ＳｉＯ2膜除
去後の積層工程における加熱を利用しても同様な効果が
得られる。
秩序化はＢイオン注入及びその後のアニールにより行わ
れるとしたが、注入イオンは原子量の小さいＶ族のＮと
しても良く、またアニールを省略して前記ＳｉＯ2膜除
去後の積層工程における加熱を利用しても同様な効果が
得られる。
【００３１】また本実施の形態では単一量子井戸型とし
たが、第１引っ張り歪障壁層、第１圧縮歪量子井戸活性
層、第２引っ張り歪障壁層、第２圧縮歪量子井戸活性
層、・・・・・、第Ｎ引っ張り歪障壁層、第Ｎ圧縮歪量
子井戸活性層、第Ｎ＋１引っ張り歪障壁層という繰り返
し構造を有する多重量子井戸構造を用いることができ
る。この場合、Ｎ＋１層の引っ張り歪障壁層がすべて同
じ組成の半導体結晶からなりかつ等しい厚さを有し、ま
たＮ層の圧縮歪量子井戸活性層がすべて同じ組成の半導
体結晶からなりかつ等しい厚さを有するから、引っ張り
歪障壁層の歪をΔt、厚さをｄt、また圧縮歪量子井戸活
性層の歪をΔc、厚さをｄcとして０≦(Ｎ＋１)Δtｄt−
ＮΔcｄc≦０．１５(ｎｍ)であれば、内部応力により各
圧縮歪量子井戸活性層に結晶欠陥等が誘起されることは
ない。
たが、第１引っ張り歪障壁層、第１圧縮歪量子井戸活性
層、第２引っ張り歪障壁層、第２圧縮歪量子井戸活性
層、・・・・・、第Ｎ引っ張り歪障壁層、第Ｎ圧縮歪量
子井戸活性層、第Ｎ＋１引っ張り歪障壁層という繰り返
し構造を有する多重量子井戸構造を用いることができ
る。この場合、Ｎ＋１層の引っ張り歪障壁層がすべて同
じ組成の半導体結晶からなりかつ等しい厚さを有し、ま
たＮ層の圧縮歪量子井戸活性層がすべて同じ組成の半導
体結晶からなりかつ等しい厚さを有するから、引っ張り
歪障壁層の歪をΔt、厚さをｄt、また圧縮歪量子井戸活
性層の歪をΔc、厚さをｄcとして０≦(Ｎ＋１)Δtｄt−
ＮΔcｄc≦０．１５(ｎｍ)であれば、内部応力により各
圧縮歪量子井戸活性層に結晶欠陥等が誘起されることは
ない。
【００３２】さらに下部光導波層３にｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａ
x2Ａｓ1-y2Ｐy2を、また上部光導波層７にｐ−Ｉｎ1-x2
Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2を用いたが、いずれもｉ（真性）型
を用いても良い。
x2Ａｓ1-y2Ｐy2を、また上部光導波層７にｐ−Ｉｎ1-x2
Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2を用いたが、いずれもｉ（真性）型
を用いても良い。
【００３３】第１の実施の形態の全面電極型半導体レー
ザ装置に対し、電流の注入効率を高め、横モードの制御
が可能な構造として、メサストライプ型半導体レーザ装
置と埋込ストライプ型半導体レーザ装置が挙げられる。
ザ装置に対し、電流の注入効率を高め、横モードの制御
が可能な構造として、メサストライプ型半導体レーザ装
置と埋込ストライプ型半導体レーザ装置が挙げられる。
【００３４】本発明の第２の実施の形態を、図２を用い
て説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態におい
てメサエッチングされる層とエッチングのストッパー層
の組合せとしてｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓとｐ−Ｉｎ0.48
Ｇａ0.52Ｐを選んで構成されたメサストライプ型窓構造
付半導体レーザ装置の積層構造を説明するための斜視構
造断面図である。
て説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態におい
てメサエッチングされる層とエッチングのストッパー層
の組合せとしてｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓとｐ−Ｉｎ0.48
Ｇａ0.52Ｐを選んで構成されたメサストライプ型窓構造
付半導体レーザ装置の積層構造を説明するための斜視構
造断面図である。
【００３５】ｎ−ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ−Ａｌx1Ｇ
ａ1-x1Ａｓ下部クラッド層２２，ｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａ
ｓ1-y2Ｐy2下部光導波層２３，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3下
部引っ張り歪障壁層２４，Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ1-y4Ｐy4
圧縮歪量子井戸活性層２５，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3上部
引っ張り歪障壁層２６，ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐ
y2上部光導波層２７，ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第１上部
クラッド層２８、ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐキャップ層２
９が順次積層して設けられ、その上にｐ−Ａｌx1Ｇａ
1-x1Ａｓ第２上部クラッド層３０とｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層３１が積層されたメサストライプが設けられてい
る。前記メサストライプの側面及びｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ
0.52Ｐキャップ層２９表面は絶縁膜３２で覆われ、さら
にメサストライプ上面のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１
表面及び絶縁膜３２の表面はｐ側電極３３で覆われてい
る。へき開で得られた端面には窓構造部３７が設けられ
ている。ｎ−ＧａＡｓ基板２１の表面にはｎ側電極３４
が設けられる。さらに前記ｎ−ＧａＡｓ基板２１を所定
の光共振器長の間隔でへき開して得られる端面の一方に
高反射率膜３５が、また他方には低反射率膜３６が設け
られている。ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐキャップ層２９の
厚さは通常２０ｎｍ程度に選ばれるので、窓構造部形成
時のＢまたはＮイオン注入エネルギーの決定に際して考
慮されない。
ａ1-x1Ａｓ下部クラッド層２２，ｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａ
ｓ1-y2Ｐy2下部光導波層２３，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3下
部引っ張り歪障壁層２４，Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ1-y4Ｐy4
圧縮歪量子井戸活性層２５，ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3上部
引っ張り歪障壁層２６，ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐ
y2上部光導波層２７，ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第１上部
クラッド層２８、ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐキャップ層２
９が順次積層して設けられ、その上にｐ−Ａｌx1Ｇａ
1-x1Ａｓ第２上部クラッド層３０とｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層３１が積層されたメサストライプが設けられてい
る。前記メサストライプの側面及びｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ
0.52Ｐキャップ層２９表面は絶縁膜３２で覆われ、さら
にメサストライプ上面のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１
表面及び絶縁膜３２の表面はｐ側電極３３で覆われてい
る。へき開で得られた端面には窓構造部３７が設けられ
ている。ｎ−ＧａＡｓ基板２１の表面にはｎ側電極３４
が設けられる。さらに前記ｎ−ＧａＡｓ基板２１を所定
の光共振器長の間隔でへき開して得られる端面の一方に
高反射率膜３５が、また他方には低反射率膜３６が設け
られている。ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐキャップ層２９の
厚さは通常２０ｎｍ程度に選ばれるので、窓構造部形成
時のＢまたはＮイオン注入エネルギーの決定に際して考
慮されない。
【００３６】本実施の形態のメサストライプ構造では、
ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第１上部クラッド層２８が、光
共振器中央部のメサ構造幅の導波路で単一基本モードに
よる屈折率導波が高出力まで達成できる厚さであると
き、単一横モードを保ったまま高レベルレーザ出力が得
られるが、さらにストライプ幅を広げたマルチモード発
振半導体レーザ装置にも適用可能である。
ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第１上部クラッド層２８が、光
共振器中央部のメサ構造幅の導波路で単一基本モードに
よる屈折率導波が高出力まで達成できる厚さであると
き、単一横モードを保ったまま高レベルレーザ出力が得
られるが、さらにストライプ幅を広げたマルチモード発
振半導体レーザ装置にも適用可能である。
【００３７】本発明の第３の実施の形態を、図３を用い
て説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態の埋込
ストライプ型窓構造付半導体レーザ装置の積層構造を説
明するための斜視構造断面図である。
て説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態の埋込
ストライプ型窓構造付半導体レーザ装置の積層構造を説
明するための斜視構造断面図である。
【００３８】ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に、ｎ−Ｉｎ1-x1
Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1下部クラッド層４２，ｎ−Ｉｎ1-x2
Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層４３，ｉ−ＧａＡｓ
1-y3Ｐy3下部引っ張り歪障壁層４４，Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａ
ｓ1-y4Ｐy4圧縮歪量子井戸活性層４５，ｉ−ＧａＡｓ
1-y3Ｐy3上部引っ張り歪障壁層４６，ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａ
x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層４７，ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1
Ａｓ1-y1Ｐy1第１上部クラッド層４８、ｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層４９が順次積層して設けられ、その上にｐ−Ｉ
ｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ第２上部クラッド層５０とｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層５１が積層された埋込ストライプが設け
られている。前記埋込ストライプの側面及びｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層４９表面は選択成長により設けられたｎ−
Ｉｎ0.48（Ｇａ1-z5Ａｌz5）0.52Ｐ電流狭窄層５２で覆
われ、さらに埋込ストライプ上面のｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層５１表面及びｎ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐ電流
狭窄層５２の表面には新しいｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５３が設けられ、さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層５３
の表面はｐ側電極５４で覆われている。へき開で得られ
た端面には窓構造部５８が設けられている。ｎ−ＧａＡ
ｓ基板４１の表面にはｎ側電極５５が設けられている。
さらに前記ｎ−ＧａＡｓ基板４１を所定の光共振器長の
間隔でへき開して得られる端面の一方に高反射率膜５６
が、また他方には低反射率膜５７が設けられている。
Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1下部クラッド層４２，ｎ−Ｉｎ1-x2
Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層４３，ｉ−ＧａＡｓ
1-y3Ｐy3下部引っ張り歪障壁層４４，Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａ
ｓ1-y4Ｐy4圧縮歪量子井戸活性層４５，ｉ−ＧａＡｓ
1-y3Ｐy3上部引っ張り歪障壁層４６，ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａ
x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層４７，ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1
Ａｓ1-y1Ｐy1第１上部クラッド層４８、ｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層４９が順次積層して設けられ、その上にｐ−Ｉ
ｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ第２上部クラッド層５０とｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層５１が積層された埋込ストライプが設け
られている。前記埋込ストライプの側面及びｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層４９表面は選択成長により設けられたｎ−
Ｉｎ0.48（Ｇａ1-z5Ａｌz5）0.52Ｐ電流狭窄層５２で覆
われ、さらに埋込ストライプ上面のｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層５１表面及びｎ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐ電流
狭窄層５２の表面には新しいｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５３が設けられ、さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層５３
の表面はｐ側電極５４で覆われている。へき開で得られ
た端面には窓構造部５８が設けられている。ｎ−ＧａＡ
ｓ基板４１の表面にはｎ側電極５５が設けられている。
さらに前記ｎ−ＧａＡｓ基板４１を所定の光共振器長の
間隔でへき開して得られる端面の一方に高反射率膜５６
が、また他方には低反射率膜５７が設けられている。
【００３９】この埋込ストライプ構造では、ｐ−Ｉｎ
1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第１上部クラッド層４８が光共
振器中央部の埋込構造幅の導波路で単一基本モードによ
る屈折率導波が高出力まで達成できる厚さであるとき、
単一横モードを保ったまま高レベルレーザ出力が得られ
るが、さらにストライプを広げたマルチモード発振半導
体レーザ装置にも適用可能である。さらに、分布帰還型
または分布反射型半導体レーザ装置または回折格子を有
する半導体レーザ装置と光増幅器を集積した、能動レー
ザ光集積回路装置にも適用が可能である。
1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第１上部クラッド層４８が光共
振器中央部の埋込構造幅の導波路で単一基本モードによ
る屈折率導波が高出力まで達成できる厚さであるとき、
単一横モードを保ったまま高レベルレーザ出力が得られ
るが、さらにストライプを広げたマルチモード発振半導
体レーザ装置にも適用可能である。さらに、分布帰還型
または分布反射型半導体レーザ装置または回折格子を有
する半導体レーザ装置と光増幅器を集積した、能動レー
ザ光集積回路装置にも適用が可能である。
【００４０】なお、上記の第２及び第３の実施の形態に
おいて、単一量子井戸活性層の代わりに多重量子井戸活
性層を用いても良く、またｎ型下部光導波層３，２３，
４３およびｐ型下部光導波層７，２７，４７のそれぞれ
あるいは両方をｉ型としても良いことは、第１の実施の
形態と同じである。
おいて、単一量子井戸活性層の代わりに多重量子井戸活
性層を用いても良く、またｎ型下部光導波層３，２３，
４３およびｐ型下部光導波層７，２７，４７のそれぞれ
あるいは両方をｉ型としても良いことは、第１の実施の
形態と同じである。
【００４１】さらに、上記の第１、第２及び第３の実施
の形態ではＧａＡｓ基板がｎ型の場合について記述して
いるが、ｐ型基板を用いても良く、この場合上記全ての
層の導電型を、ｎ型はｐ型に、ｐ型はｎ型に入れ換えれ
ばよく、ｉ型はそのままで良い。
の形態ではＧａＡｓ基板がｎ型の場合について記述して
いるが、ｐ型基板を用いても良く、この場合上記全ての
層の導電型を、ｎ型はｐ型に、ｐ型はｎ型に入れ換えれ
ばよく、ｉ型はそのままで良い。
【００４２】本発明の半導体レーザ装置は、活性層端面
及び端面近傍にΔＥｇが十分大きい領域を有するため、
光共振器端面におけるレーザ光の吸収を十分に低減で
き、よってＣＯＭＤ現象を効果的に抑制できる。また引
っ張り歪障壁層に光導波層に比べてバンドギャップの大
きな半導体を利用していることから、ΔＥｇを大きくと
るために活性層端面及び端面近傍の無秩序化を過剰に進
める必要がなく、従って極端なイオン注入による結晶欠
陥等の発生もない。また窓構造部にIII族またはＶ族以
外の元素を含まないため自由キャリア吸収がなく、閾値
電流の増大、スロープ効率の減少を抑制できる。さらに
ＢまたはＮがイオン注入された領域は絶縁性を有するの
で、レーザ発振の初期状態において端面に電流が流れ
ず、ＣＯＭＤ現象の抑制効果がさらに向上する。
及び端面近傍にΔＥｇが十分大きい領域を有するため、
光共振器端面におけるレーザ光の吸収を十分に低減で
き、よってＣＯＭＤ現象を効果的に抑制できる。また引
っ張り歪障壁層に光導波層に比べてバンドギャップの大
きな半導体を利用していることから、ΔＥｇを大きくと
るために活性層端面及び端面近傍の無秩序化を過剰に進
める必要がなく、従って極端なイオン注入による結晶欠
陥等の発生もない。また窓構造部にIII族またはＶ族以
外の元素を含まないため自由キャリア吸収がなく、閾値
電流の増大、スロープ効率の減少を抑制できる。さらに
ＢまたはＮがイオン注入された領域は絶縁性を有するの
で、レーザ発振の初期状態において端面に電流が流れ
ず、ＣＯＭＤ現象の抑制効果がさらに向上する。
【００４３】さらにまた、上記の実施の形態ではＧａＡ
ｓ基板を用いたＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザ装置に
ついて記述したが、本発明はＩｎＰ基板を用いたＩｎＧ
ａＡｓＰ系の半導体レーザ装置にも適用できる。
ｓ基板を用いたＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザ装置に
ついて記述したが、本発明はＩｎＰ基板を用いたＩｎＧ
ａＡｓＰ系の半導体レーザ装置にも適用できる。
【００４４】発振波長帯に関しては、９００＜λ＜１８
００（ｎｍ）の範囲までの制御が可能である。
００（ｎｍ）の範囲までの制御が可能である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構造の半
導体レーザ装置は、活性層端面及び端面近傍と活性層内
部領域とのバンドギャップ差ΔＥｇを十分大きく形成で
きるため、光共振器端面におけるレーザ光の吸収を十分
に低減でき、よってＣＯＭＤ現象を効果的に抑制でき
る。また引っ張り歪障壁層に光導波層に比べてバンドギ
ャップの大きな半導体を利用していることから、ΔＥｇ
を大きくとるために活性層端面及び端面近傍の無秩序化
を過剰に進める必要がなく、従って極端なイオン注入に
よる結晶欠陥等の発生もない。さらに窓構造部にIII族
またはＶ族以外の元素を含まないため自由キャリア吸収
がなく、閾値電流の増大、スロープ効果の減少を抑制で
きる。さらにＢまたはＮがイオン注入されたIII−Ｖ族
化合物半導体は絶縁性を有するので、レーザ発振の初期
状態において端面に電流が流れず、ＣＯＭＤ現象の抑制
効果がさらに向上する。すなわち高出力かつ高信頼な半
導体レーザ装置の動作を実現できる。
導体レーザ装置は、活性層端面及び端面近傍と活性層内
部領域とのバンドギャップ差ΔＥｇを十分大きく形成で
きるため、光共振器端面におけるレーザ光の吸収を十分
に低減でき、よってＣＯＭＤ現象を効果的に抑制でき
る。また引っ張り歪障壁層に光導波層に比べてバンドギ
ャップの大きな半導体を利用していることから、ΔＥｇ
を大きくとるために活性層端面及び端面近傍の無秩序化
を過剰に進める必要がなく、従って極端なイオン注入に
よる結晶欠陥等の発生もない。さらに窓構造部にIII族
またはＶ族以外の元素を含まないため自由キャリア吸収
がなく、閾値電流の増大、スロープ効果の減少を抑制で
きる。さらにＢまたはＮがイオン注入されたIII−Ｖ族
化合物半導体は絶縁性を有するので、レーザ発振の初期
状態において端面に電流が流れず、ＣＯＭＤ現象の抑制
効果がさらに向上する。すなわち高出力かつ高信頼な半
導体レーザ装置の動作を実現できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の全面電極型窓構造
付半導体レーザ装置の構造を説明するための横方向から
見た断面図
付半導体レーザ装置の構造を説明するための横方向から
見た断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態のメサストライプ型
窓構造付半導体レーザ装置の構造を説明するための斜視
構造断面図
窓構造付半導体レーザ装置の構造を説明するための斜視
構造断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態の埋込ストライプ型
窓構造付半導体レーザ装置の構造を説明するための斜視
構造断面図
窓構造付半導体レーザ装置の構造を説明するための斜視
構造断面図
１，２１，４１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２，４２ ｎ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1下部クラ
ッド層 ３，２３，４３ ｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2下
部光導波層 ４，２４，４４ ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3下部引っ張り
歪障壁層 ５，２５，４５ Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ1-y4Ｐy4圧縮歪
量子井戸活性層 ６，２６，４６ ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3上部引っ張り
歪障壁層 ７，２７，４７ ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2上
部光導波層 ８，４８ ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第１上部
クラッド層 ９，４９ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １０ ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第２上部クラ
ッド層 １１，３１，５１，５３ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １２，３３，５４ ｐ側電極 １３，３４，５５ ｎ側電極 １４，３５，５６ 高反射率膜 １５，３６，５７ 低反射率膜 １６，３７，５８ 窓構造部 ２２ ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ下部クラッド層 ２８ ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第１上部クラッド層 ２９ ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐキャップ層 ３０ ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第２上部クラッド層 ３２ 絶縁膜 ５０ ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ第２上部クラッド層 ５２ ｎ−Ｉｎ0.48（Ｇａ1-z5Ａｌz5）0.52Ｐ電流狭
窄層
ッド層 ３，２３，４３ ｎ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2下
部光導波層 ４，２４，４４ ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3下部引っ張り
歪障壁層 ５，２５，４５ Ｉｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ1-y4Ｐy4圧縮歪
量子井戸活性層 ６，２６，４６ ｉ−ＧａＡｓ1-y3Ｐy3上部引っ張り
歪障壁層 ７，２７，４７ ｐ−Ｉｎ1-x2Ｇａx2Ａｓ1-y2Ｐy2上
部光導波層 ８，４８ ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第１上部
クラッド層 ９，４９ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １０ ｐ−Ｉｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1第２上部クラ
ッド層 １１，３１，５１，５３ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １２，３３，５４ ｐ側電極 １３，３４，５５ ｎ側電極 １４，３５，５６ 高反射率膜 １５，３６，５７ 低反射率膜 １６，３７，５８ 窓構造部 ２２ ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ下部クラッド層 ２８ ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第１上部クラッド層 ２９ ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐキャップ層 ３０ ｐ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第２上部クラッド層 ３２ 絶縁膜 ５０ ｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ第２上部クラッド層 ５２ ｎ−Ｉｎ0.48（Ｇａ1-z5Ａｌz5）0.52Ｐ電流狭
窄層
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザ装置を構成する光共振器
が、III−Ｖ族化合物半導体の、圧縮歪を有する活性層
と、該活性層を間にはさむ引っ張り歪を有する２つの障
壁層と、前記活性層と前記２つの障壁層とを外側からは
さむ２つの光導波層を有し、前記２つの障壁層は前記２
つの光導波層よりバンドギャップが大きい半導体からな
り、前記活性層端面及び該端面近傍に、ＢとＮの少なく
ともいずれか一方のイオン注入とその後の加熱工程によ
り形成された、前記活性層内部よりバンドギャップの大
きい領域を有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記２つの障壁層の引っ張り歪と厚さの
積の和と、前記活性層の圧縮歪と厚さの積との差が、引
っ張り歪側に０以上０．１５ｎｍ以下であることを特徴
とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記活性層及び前記光導波層がＩｎＧａ
ＡｓＰ層であり、前記障壁層がＧａＡｓＰ層であること
を特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10265144A JP2000101198A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10265144A JP2000101198A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101198A true JP2000101198A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17413254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10265144A Withdrawn JP2000101198A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000101198A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1198042A2 (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-17 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| US7113532B2 (en) | 2002-04-30 | 2006-09-26 | Sony Corporation | Semiconductor laser device |
| US7682857B2 (en) | 2007-04-16 | 2010-03-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor optical device |
-
1998
- 1998-09-18 JP JP10265144A patent/JP2000101198A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1198042A2 (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-17 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| EP1198042A3 (en) * | 2000-10-12 | 2004-04-28 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| EP1583187A1 (en) * | 2000-10-12 | 2005-10-05 | Fuji Photo Film Co., Ltd | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face |
| US7113532B2 (en) | 2002-04-30 | 2006-09-26 | Sony Corporation | Semiconductor laser device |
| US7682857B2 (en) | 2007-04-16 | 2010-03-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor optical device |
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