JP2000114654A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP2000114654A
JP2000114654A JP10277741A JP27774198A JP2000114654A JP 2000114654 A JP2000114654 A JP 2000114654A JP 10277741 A JP10277741 A JP 10277741A JP 27774198 A JP27774198 A JP 27774198A JP 2000114654 A JP2000114654 A JP 2000114654A
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laser device
optical waveguide
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Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 COMD現象を抑制した、高出力かつ高信頼
動作の半導体レーザ装置を実現する。 【解決の手段】 GaAs基板1上に、基板に格子整合
するか引っ張り歪を有するInx1Ga1-x1As1-y1y1
(0<x1≦0.3、0<y1≦0.5)活性層と、活
性層よりバンドギャップが大きく、基板に格子整合する
In0.48Ga0.52P自然超格子光導波層3および5と、
基板に格子整合するGa1-z1Alz1As(0.55≦z
1≦0.8)クラッド層2,6,および7を設け、さら
に光共振器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11を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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 Let
ters)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。
【0004】COMD現象の抑制を意図した半導体レー
ザ装置として、例えば端面に不純物を拡散して無秩序化
した窓構造部を有する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。
【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。
【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。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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0013】本発明の目的は、活性層及び光導波層をA
lを組成に含まないIII−V族化合物半導体層とするこ
とで光共振器端面におけるダークライン欠陥の運動によ
る性能劣化を防止し、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が大きな領域を容
易に形成でき、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0.8μm帯の半導体レ
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、GaAs基板上に、少なくともクラッド層、
光導波層、活性層、光導波層、およびクラッド層をこの
順に積層した光共振器を構成してなる半導体レーザ装置
において、前記各クラッド層が前記GaAs基板に格子
整合するGa1-z1Alz1As(0.55≦z1≦0.
8)またはInx3(Alz3Ga1-z3)1-x3As1-y3
y3(0.3<x3<0.5,0.6<y3≦1,0<z
3≦1)であり、 前記各光導波層が前記活性層よりバ
ンドギャップが大きく、 前記GaAs基板に格子整合
し、自然超格子を形成するInx2Ga1-x2Pであり、前
記活性層が前記GaAs基板に格子整合するか、あるい
は引っ張り歪を生じるInx1Ga1-x1As1-y1y1(0
<x1≦0.3, 0<y1≦0.5)であって、前記
活性層の前記光共振器端面及び該端面近傍が前記光共振
器内部よりバンドギャップの大きい窓構造部を有するこ
とを特徴とするものである。
【0015】前記活性層の歪と厚さの積が、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】また、前記窓構造部がBまたはNのイオン
注入と、その後の加熱工程により形成されたものである
ことが望ましい。
【0017】
【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。
【0018】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。す
なわちバンドギャップの小さい半導体Aとバンドギャッ
プの大きな半導体Bで混晶を作ると、混晶のバンドギャ
ップは半導体Aのバンドギャップより大きい。
【0019】自然超格子結晶は混晶化が容易であり、し
たがって自然超格子結晶にはさまれる結晶層の混晶化も
容易である。
【0020】半導体の結晶格子に歪が存在すると、バン
ドギャップの大きさが変わる。引っ張り歪を有する活性
層では、引っ張り歪が解放される端面でバンドギャップ
が内部より大きくなる。
【0021】活性層の引っ張り歪Δは、 Δ=|(a−aGaAs)/aGaAs| で与えられる。ここでaは活性層の半導体結晶の格子定
数であり、aGaAsは基板のGaAs結晶の格子定数であ
る。応力による結晶欠陥等が活性層に誘起されないため
には、活性層の厚みをdとして 0≦Δd≦0.15(nm) であることが望ましい。
【0022】上記の条件を満足し、活性層及び光導波層
がAlを含まず、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が大きい無秩序化され
た領域を容易に形成できる半導体結晶の組合せが、2つ
のクラッド層をGaAs基板に格子整合するGa1-z1
z1As(0.55≦z1≦0.8)またはInx3(A
z3Ga1-z3)1-x3As 1-y3y3(0.3<x3<0.
5,0.6<y3≦1,0<z3≦1)とし、2つの光
導波層を活性層よりバンドギャップが大きく、 GaA
s基板に格子整合し、自然超格子を形成するInx2Ga
1-x2Pとし、活性層をGaAs基板に格子整合するか、
あるいは引っ張り歪を生じる Inx1Ga1-x1As1-y1
y1(0<x1≦0.3, 0<y1≦0.5)とする
ことである。
【0023】さらに、III族のBまたはV族のNのイオ
ンが注入されたInGaAsP、InGaP及びAlG
aAsは絶縁性を有する。
【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
面電極型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−Ga1-z1
z1As下部クラッド層2,n−In 0.48Ga0.52
自然超格子下部光導波層3,Inx1Ga1-x1As1-y1
y1量子井戸活性層4,p−In0.48Ga0.52P自然超格
子上部光導波層5, p−Ga1-z1Alz1As第1上部
クラッド層6,p−Ga1-z1Alz1As第2上部クラッ
ド層7, p−GaAsコンタクト層8が順次積層して
設けられている。またn−GaAs基板1の表面にはn
側電極10が、p−GaAsコンタクト層8の表面には
p側電極9が設けられている。さらにn−GaAs基板
1を所定の光共振器長の間隔でへき開して得られる端面
には窓構造部11が設けられ、前記端面の一方には高反
射率膜12が、また他方には低反射率膜13が設けられ
ている。
【0026】窓構造部11は、例えば次のようにして形
成する。 p−Ga1-z1Alz1As第1上部クラッド層
6の形成後p−GaAsキャップ層を積層し、該p−G
aAsキャップ層の表面をSiO2膜で被覆する。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、N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膜及び前記 p−GaAsキャップ層を除去
し、p−Ga1-z1Alz1As第2上部クラッド層7及び
p−GaAsコンタクト層8を順次積層する。n−Ga
As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が現れる。
【0027】なお前記SiO2膜除去と前記アニールの
順序を逆にすることもできる。
【0028】前記Nイオン注入の注入エネルギーとドー
ズ量は、無秩序化される(すなわち混晶が作られる)領
域が少なくとも下部光導波層3まで及ぶように、前記S
iO2膜、第1上部クラッド層6、及び上部光導波層5
の厚さにより定められる。前記p−GaAsキャップ層
の厚さは通常10nm程度が選ばれるので、考慮されな
い。また結晶欠陥を誘起させないように前記Nイオン注
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6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、さ
らに第2上部クラッド層7が設けられている。
【0029】本実施の形態によれば、Inx1Ga1-x1
1-y1y1量子井戸活性層をIn0.48Ga0.52P自然超
格子光導波層ではさんでいるため、光導波層が通常の結
晶格子層である場合に比べ、穏やかな条件で原子量の小
さなNイオンの注入を行っても、活性層を十分混晶化で
き、従って活性層に結晶欠陥等を誘起することなく、光
共振器端面に無秩序化された領域、すなわち窓構造部を
形成することができる。また活性層に引っ張り歪をもた
せることができるので、光共振器端面で歪が解放される
ことにより活性層端面及び端面近傍のバンドギャップが
内部より大きくなるという効果も得られる。
【0030】すなわち本実施の形態によれば、活性層及
び光導波層が組成にAlを含まないInGaAsP及び
InGaPであるため、ダークライン欠陥の運動による
性能劣化の恐れが小さい。また原子量の小さいV族のN
の穏やかな条件で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に混晶化でき、従って活性層内部
に対してΔEgが大きい領域を容易に形成できることか
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。さらにNがイオン注入
されたInGaAsP、InGaP及びAlGaAs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強
められる。
【0031】なお本実施の形態では、窓構造部11の無
秩序化はN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III族のB
としても良く、またアニールを省略して前記SiO2
及び前記 p−GaAsキャップ層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。
【0032】さらに下部光導波層3にn−In0.48Ga
0.52P自然超格子を、また上部光導波層7にp−In
0.48Ga0.52P自然超格子を用いたが、いずれもi(真
性)型を用いても良い。
【0033】クラッド層にはAlGaAs系を用いてい
るが、n−GaAs基板1に格子整合するものであれ
ば、InGaAlP系またはInGaAlAsP系から
選んでも良い。
【0034】また本第1の実施の形態では単一量子井戸
型としたが、第1InGaP自然超格子障壁層、第1引
っ張り歪量子井戸活性層(歪Δ、厚さd)、第2InG
aP自然超格子障壁層、第2引っ張り歪量子井戸活性層
(歪Δ、厚さd)、・・・、第NInGaP自然超格子
障壁層、第N引っ張り歪量子井戸活性層(歪Δ、厚さ
d)、第N+1InGaP自然超格子障壁層という繰り
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、 0≦NΔd≦0.15(nm) であれば、内部応力により各引っ張り歪量子井戸活性層
に結晶欠陥等が誘起されることはない。
【0035】上記第1の実施の形態は単純な全面電極型
半導体レーザ装置について記述しているが、本構成にさ
らに絶縁膜ストライプを付加した利得導波型ストライプ
レーザ装置を構成すること、あるいは通常の半導体プロ
セスを用いて屈折率導波機構付半導体レーザ装置、回折
格子付半導体レーザ装置、さらには光集積回路を得るこ
とも可能である。
【0036】次に本発明の第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の実施の形態の
リッジストライプ型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。
【0037】n−GaAs基板1上に、n−Ga1-z1
z1As下部クラッド層2,n−In0.48Ga0.52P自
然超格子下部光導波層3,Inx1Ga1-x1As1-y1y1
量子井戸活性層4,p−In0.48Ga0.52P自然超格子
上部光導波層5,p−Ga1-z1Alz1As第1上部クラ
ッド層6,p−Ga1-z1Alz1As第2上部クラッド層
7,p−In0.48Ga0.52Pエッチング阻止層22が順
次積層して設けられている。p−In0.48Ga0.52Pエ
ッチング阻止層22上には上部の幅が約3μmの、 p
−Ga1-z1Alz1As第3上部クラッド層21及びp−
GaAsコンタクト層8の積層構造を有するリッジスト
ライプが設けられている。該リッジストライプの側面及
びp−In0.48Ga0.52Pエッチング阻止層22の表面
は絶縁膜23によって被覆されている。さらにp−Ga
Asコンタクト層8の表面及び絶縁膜23の表面は、p
側電極9により覆われ、またn−GaAs基板1の表面
にはn側電極10が設けられている。さらにn−GaA
s基板1を所定の光共振器長の間隔でへき開して得られ
る端面には窓構造部11が設けられ、前記端面の一方に
は高反射率膜12が、また他方には低反射率膜13が設
けられている。上部光導波層5、第1上部クラッド層
6、及び第2上部クラッド層7の厚さは、光共振器中央
部のリッジ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維持できる厚さである。
【0038】本第2の実施の形態では窓構造の形成は第
1の実施の形態と同じく、 p−Ga1-z1Alz1As第
1上部クラッド層6の形成後に行われる。
【0039】本第2の実施の形態の構造により、単一横
モードが保たれた高出力レーザ光を得ることができる
が、さらにストライプ幅を広げたマルチモード発振半導
体レーザ装置についてもについても適用可能である。
【0040】なお、下部光導波層3にn−In0.48Ga
0.52P自然超格子を、また上部光導波層7にp−In
0.48Ga0.52P自然超格子を用いたが、いずれもi(真
性)型を用いても良く、またクラッド層にはAlGaA
s系を用いているが、n−GaAs基板1に格子整合す
るものであれば、InGaAlP系またはInGaAl
AsP系から選んでも良い。さらに単一量子井戸型活性
層を多重量子井戸型活性層で置き換えることも可能であ
る。
【0041】次に本発明の第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。
【0042】n−GaAs基板1上に、n−Ga1-z1
z1As下部クラッド層2,n−In0.48Ga0.52P自
然超格子下部光導波層3,Inx1Ga1-x1As1-y1y1
量子井戸活性層4,p−In0.48Ga0.52P自然超格子
上部光導波層5,p−Inx3(Ga1-z3Alz31-x3
0.20.8第1上部クラッド層31,p−Inx3(Ga
1-z3Alz31-x3As0.20.8第2上部クラッド層3
2,p−In0.48Ga0.52Pエッチング阻止層22が順
次積層して設けられている。p−In0.48Ga0.52Pエ
ッチング阻止層22上には上部の幅が約3μmの、p−
Inx3(Ga1-z3Alz31-x3As0.20.8第3上部ク
ラッド層33及びp−GaAsコンタクト層8の積層構
造を有する埋込ストライプが設けられている。p−In
0.48Ga0.52Pエッチング阻止層22の表面には選択成
長によるn−Inx5(Ga1-z5Alz51-x5P電流狭窄
層35が設けられ、順方向電流を埋込ストライプ内部に
制限する。さらにp−GaAsコンタクト層8の表面及
びn−Inx5 (Ga1-z5Alz51-x5P 電流狭窄層3
5表面は第2のp−GaAsコンタクト層34で被覆さ
れ、p−GaAsコンタクト層34表面にはp側電極9
が設けられている。n−GaAs基板1の表面にはn側
電極10が設けられている。さらにn−GaAs基板1
を所定の光共振器長の間隔でへき開して得られる端面に
は窓構造部11が設けられ、前記端面の一方には高反射
率膜12が、また他方には低反射率膜13が設けられて
いる。上部光導波層5、第1上部クラッド層31、及び
第2上部クラッド層32の厚さは、光共振器中央部の埋
込幅の導波路で単一基本モードによる屈折率導波が高出
力まで維持できる厚さである。
【0043】本第3の実施の形態では窓構造の形成はp
−Inx3(Ga1-z3Alz31-x3As0.20.8 第1上
部クラッド層31の形成後に行われる。
【0044】本第3の実施の形態の構造により、単一横
モードが保たれた高出力レーザ光を得ることができる
が、さらにストライプ幅を広げたマルチモード発振半導
体レーザ装置についてもについても適用可能である。
【0045】なお、下部光導波層3にn−In0.48Ga
0.52P自然超格子を、また上部光導波層5にp−In
0.48Ga0.52P自然超格子を用いたが、いずれもi(真
性)型を用いても良く、また下部クラッド層にはAlG
aAs系を用いているが、n−GaAs基板1に格子整
合するものであれば、InGaAlP系またはInGa
AlAsP系から選んでも良い。さらに単一量子井戸型
活性層を多重量子井戸型活性層で置き換えることも可能
である。
【0046】次に本発明の第4の実施の形態を、図4を
用いて説明する。図4は、本発明の第4の実施の形態の
リッジストライプ型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。
【0047】n−GaAs基板1上に、n−Ga1-z1
z1As下部クラッド層2,n−In0.48Ga0.52P自
然超格子下部光導波層3,Inx1Ga1-x1As1-y1y1
量子井戸活性層4,p−In0.48Ga0.52P自然超格子
第1上部光導波層41が順次積層して設けられている。
p−In0.48Ga0.52P自然超格子第1上部光導波層4
1上には上部の幅が約3μmの、p−Alz2Ga1-z2
s第2上部光導波層42、p−Ga1-z1Alz1As上部
クラッド層43及びp−GaAsコンタクト層8の積層
構造を有するリッジストライプが設けられている。該リ
ッジストライプの側面及びp−In0.48Ga0.52P自然
超格子第1上部光導波層41の表面は絶縁膜23によっ
て被覆されている。さらにp−GaAsコンタクト層8
の表面及び絶縁膜23の表面は、p側電極9により覆わ
れ、またn−GaAs基板1の表面にはn側電極10が
設けられている。さらにn−GaAs基板1を所定の光
共振器長の間隔でへき開して得られる端面には窓構造部
11が設けられ、前記端面の一方には高反射率膜12
が、また他方には低反射率膜13が設けられている。p
−Alz2Ga1-z2As第2上部光導波層42の組成は、
前記リッジストライプとp−In0.48Ga0.52P第1上
部光導波層41との界面で不要な反射が起こらないよう
に、レーザ発振波長での屈折率が p−In0.48Ga
0.52P第1上部光導波層41と0.2%以内で一致する
ものを選ぶ。第1上部光導波層41の厚さは、光共振器
中央部のリッジ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維持できる厚さである。
【0048】本第4の実施の形態では窓構造の形成はp
−Ga1-z2Alz2As第2上部光導波層42の全面成長
後に行われる。
【0049】本第4の実施の形態の構造により、光導波
路の有効断面積を広くとることができ、従って光密度を
低減できることから、COMD現象の抑制効果をさらに
強めることができる。
【0050】また本実施の形態の構造により、単一横モ
ードが保たれた高出力レーザ光を得ることができるが、
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
ーザ装置についてもについても適用可能である。
【0051】なお、本第4の実施の形態では下部光導波
層3にn−In0.48Ga0.52P自然超格子を、また第1
上部光導波層41にp−In0.48Ga0.52P自然超格子
を、さらに第2上部光導波層42にp−Ga1-z2Alz2
Asを用いたが、いずれもi(真性)型を用いても良
く、またクラッド層にはAlGaAs系を用いている
が、n−GaAs基板1に格子整合するものであれば、
InGaAlP系またはInGaAlAsP系から選ん
でも良い。さらに単一量子井戸型活性層を多重量子井戸
型活性層で置き換えることも可能である。
【0052】さらに、上記第1,第2,第3,及び第4
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
全ての導電型を、n型はp型に、p型はn型に入れ換え
れば良く、i型はそのままで良い。
【0053】さらにまた、上記各実施の形態において組
成が特定されていないIII−V族化合物半導体は、結晶
の格子整合条件または発生する内部応力の大きさ、バン
ドギャップの大きさ、及びレーザ発振波長における屈折
率の大きさにより定まる組成が選ばれる。とくにクラッ
ド層2,6,7,21及び43のAlz1Ga1-z1Asは
0.55≦z1≦0.8であり、また活性層4のInx1
Ga1-x1As1-y1y1は格子整合ないし引っ張り歪形成
条件から0<x1≦0.3,0<y1≦0.5である。
【0054】本発明の半導体レーザ装置は、活性層及び
光導波層をAlを組成に含まないInGaAsP及びI
nGaPで構成しているため、光共振器端面におけるダ
ークライン欠陥の運動による性能劣化が生じにくい。ま
た活性層の端面及び端面近傍に、活性層内部に対するΔ
Eg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。また活性層は引っ張り歪を
有しているため、へき開によって歪が解放された端面に
おいては内部よりバンドギャップが大きくなることか
ら、ΔEgを引っ張り歪のない場合に比べて大きくとる
ことができる。また活性層をはさむ2つの光導波層を、
無秩序化が容易な自然超格子層としているため、原子量
の小さなNまたはBの条件が穏やかなイオン注入により
十分な無秩序化が達成でき、従って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がイオン注入され無秩序化された領域は
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強
められる。
【0055】発振波長帯に関しては、InxGa1-xAs
1-yyからなる組成の活性層より 750<λ<850(nm) の範囲までの制御が可能である。
【0056】
【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、活性層及び光導波層がAlを組成に含
まないInGaAsP及びInGaPで構成されている
ため、光共振器端面におけるダークライン欠陥の運動に
よる性能劣化が生じにくい。また光共振器端面と活性層
内部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
た活性層は引っ張り歪を有しているため、へき開によっ
て歪が解放された端面においては内部よりバンドギャッ
プが大きくなることから、ΔEgを引っ張り歪のない場
合に比べて大きくとることができる。また活性層をはさ
む2つの光導波層を、無秩序化が容易な自然超格子層と
しているため原子量の小さなNまたはBの条件が穏やか
なイオン注入により十分な無秩序化が達成でき、従って
イオン注入による結晶欠陥等の発生もない。さらに窓構
造部にはIII族またはV族以外の元素を含まないため自
由キャリアの吸収がなく、閾値電流の増大を抑制でき
る。さらにまた、窓構造部は絶縁性を有するので、レー
ザ発振の初期状態で端面に電流が流れずCOMD現象の
抑制効果はさらに向上する。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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の全面電極型半導体
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2】本発明の第2の実施の形態のリッジストライプ
型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
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4】本発明の第4の実施の形態のリッジストライプ
型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
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 n−Ga1-z1Alz1As下部クラッド層 3 n−In0.48Ga0.52P自然超格子下部光導波層 4 Inx1Ga1-x1As1-y1y1量子井戸活性層 5 p−In0.48Ga0.52P自然超格子下部光導波層 6 p−Alz1Ga1-z1As第1上部クラッド層 7 p−Alz1Ga1-z1As第2上部クラッド層 8,34 p−GaAsコンタクト層 9 p側電極 10 n側電極 11 窓構造部 12 高反射率膜 13 低反射率膜 21 p−Ga1-z1Alz1As第3上部クラッド層 22 p−In0.48Ga0.52Pエッチング阻止層 23 絶縁膜 31 p−Inx3(Ga1-z3Alz31-x3As0.2
0.8第1上部クラッド層 32 p−Inx3(Ga1-z3Alz31-x3As0.2
0.8第2上部クラッド層 33 p−Inx3(Ga1-z3Alz31-x3As0.2
0.8第3上部クラッド層 35 n−Inx5(Ga1-z5Alz51-x5P電流狭窄
層 41 p−In0.48Ga0.52P自然超格子第1上部光
導波層 42 p−Ga1-z1Alz1As第2上部光導波層 43 p−Ga1-z1Alz1As上部クラッド層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAs基板上に、少なくともクラッド
    層、光導波層、活性層、光導波層、およびクラッド層を
    この順に積層した光共振器を構成してなる半導体レーザ
    装置において、前記各クラッド層が前記GaAs基板に
    格子整合するGa1-z1Alz1As(0.55≦z1≦
    0.8)とInx3(Alz3Ga1-z3)1-x3As1-y3
    y3(0.3<x3<0.5,0.6<y3≦1,0<z
    3≦1)のいずれか一方であり、前記各光導波層が前記
    活性層よりバンドギャップが大きく、前記GaAs基板
    に格子整合し、自然超格子を形成するInx2Ga1-x2
    であり、前記活性層が前記GaAs基板に格子整合する
    か、あるいは引っ張り歪を生じるInx1Ga1-x1As
    1-y1y1(0<x1≦0.3, 0<y1≦0.5)で
    あって、前記活性層の前記光共振器端面及び該端面近傍
    に前記活性層内部よりバンドギャップの大きい窓構造部
    を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記活性層の引っ張り歪と厚さの積が、
    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。
  3. 【請求項3】 前記窓構造部が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
    されてい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。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185077A (ja) * 2000-12-14 2002-06-28 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP2003086902A (ja) * 2001-09-13 2003-03-20 Sharp Corp 半導体レーザ装置および光ディスク記録再生装置
US7113532B2 (en) 2002-04-30 2006-09-26 Sony Corporation Semiconductor laser device
JP2010153564A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ素子及びその製造方法
US7852898B2 (en) 2007-09-28 2010-12-14 Panasonic Corporation Semiconductor laser device and method for manufacturing the same
JP2013110366A (ja) * 2011-11-24 2013-06-06 Fujitsu Ltd 光半導体装置の製造方法
JP2013190492A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Fujitsu Ltd 半導体光変調素子及び半導体光変調素子の製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185077A (ja) * 2000-12-14 2002-06-28 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP2003086902A (ja) * 2001-09-13 2003-03-20 Sharp Corp 半導体レーザ装置および光ディスク記録再生装置
JP4627132B2 (ja) * 2001-09-13 2011-02-09 シャープ株式会社 半導体レーザ装置および光ディスク記録再生装置
US7113532B2 (en) 2002-04-30 2006-09-26 Sony Corporation Semiconductor laser device
US7852898B2 (en) 2007-09-28 2010-12-14 Panasonic Corporation Semiconductor laser device and method for manufacturing the same
JP2010153564A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP2013110366A (ja) * 2011-11-24 2013-06-06 Fujitsu Ltd 光半導体装置の製造方法
JP2013190492A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Fujitsu Ltd 半導体光変調素子及び半導体光変調素子の製造方法

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