JP2000228564A - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents

自励発振型半導体レーザ

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JP2000228564A
JP2000228564A JP11027337A JP2733799A JP2000228564A JP 2000228564 A JP2000228564 A JP 2000228564A JP 11027337 A JP11027337 A JP 11027337A JP 2733799 A JP2733799 A JP 2733799A JP 2000228564 A JP2000228564 A JP 2000228564A
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mesa
self
semiconductor laser
layer
type semiconductor
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JP11027337A
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English (en)
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Hiroaki Fujii
宏明 藤井
Kenji Endo
健司 遠藤
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非点収差が小さく、高温まで自励発振動作を
維持できる自励発振型半導体レーザを提供する。 【解決手段】 メサストライプを有する自励発振型半導
体レーザにおいて、共振器中央部10で、上段メサの幅
が下段メサの幅よりも狭い2段メサ構造とすることで安
定な自励発振動作を実現すると共に、共振器端面部11
で、狭メサ幅の1段メサ構造とすることで、共振器中央
部10の下段メサ部で生じた波面の遅れによる非点収差
を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルバーサタ
イルディスク(DVD)・光磁気(MO)ディスク等の
光ディスク用光源として使用する可視光半導体レーザに
係り、特に光ディスクからの戻り光に強い自励発振型半
導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、戻り光による雑音に強い低雑音半
導体レーザとして、リッジ導波路のメサ脇クラッド層厚
を厚くし横モード制御を弱めることにより、水平方向の
光分布を拡げメサ脇の活性層を可飽和吸収領域とする自
励発振型半導体レーザが多く作製され、室温近傍での自
励発振動作が可能となっている(例えば、H. Adachi et
al. “Proc. On Conf. Indium Phosphide and Related
Materials, Sapporo, Japan 1995, pp. 468-471)。さ
らに、高温動作と高い製造歩留りの自励発振型半導体レ
ーザを得るために、メサ脇の活性層を可飽和吸収領域と
して充分機能させるようにクラッド層の形状を制御する
技術は、たとえば特開平7−263798号公報や特開
平10−150240号公報に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自励発振型半導体レーザでは、通常の横モード制御され
たレーザに比べ、メサ脇での波面の遅れが大きく、その
結果、非点収差が大きいという課題がある。具体的に
は、通常のレーザでは非点収差が2〜3μmであるのに
対して、従来の自励発振型半導体レーザでは非点収差は
10μm以上と大きい。
【0004】また、高温ではクラッド層の電気抵抗が低
下するため、メサ脇に電流が広がりやすくなり、メサ脇
の活性層が可飽和吸収領域として機能しにくくなる。そ
の結果、高温まで自励発振動作を維持するのが難しくな
る課題がある。これらの課題が自励発振型半導体レーザ
の実用化の障壁となっている。
【0005】本発明の目的は、非点収差が小さく、且つ
高温まで自励発振動作が得られる自励発振型半導体レー
ザ構造を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による自励発振型
半導体レーザは、活性層に対し基板と反対側のクラッド
層がメサストライプ形状を有する半導体レーザであっ
て、メサストライプ形状のクラッド層が共振器中央部で
上段メサの幅が下段メサの幅よりも狭い2段メサ構造を
有し、共振器端面部で前記共振器中央部の上段メサと同
じメサ幅の1段メサ構造を有することを特徴とする。
【0007】このような共振器中央部の2段メサ構造に
より、メサ脇活性層を安定に可飽和吸収領域として機能
させることが可能となり、高温まで自励発振を維持で
き、また、共振器端面部の狭メサ幅の1段メサ構造によ
り、低非点収差の自励発振型半導体レーザを実現でき
る。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施形態によ
るAlGaInP系自励発振型半導体レーザの構造を示す一部
破断の斜視図である。本実施形態は、以下説明するよう
に、MOVPE法(有機金属気相成長法)による3回の
結晶成長で作製される。
【0009】先ず、第1回目のMOVPE法による結晶成長
工程で、(115)A方位((001)から[110]
方向へ15.8度オフ)のn-GaAs基板1上に、0.3μ
m厚のn-GaAsバッファ層2、1.2μm厚のn-AlGaInPク
ラッド層3、多重量子井戸(MQW)活性層4(例えば、
5nm厚、+0.5%圧縮歪みのGaInPウェルと4nm厚のAl
GaInPバリアで構成される)、0.25μm厚のp-AlGaIn
Pクラッド層5、5nm厚のp-GaInPエッチングストッパ層
6、0.95μm厚のp-AlGaInPクラッド層7、10nm厚
のp-GaInPヘテロバッファ層8、0.3μm厚のp-GaAsキ
ャップ層9をこの順に積層する。
【0010】次に、誘電体マスク(例えば、SiO2マス
ク)、及びフォトレジスト(例えば、AZ系のポジレジス
ト)を用いてメサストライプ状のリッジ構造をエッチン
グにより形成する。この際、まず、共振器中央部10の
上段メサ幅に相当する狭幅(例えば、3μm幅)のスト
ライプ状のSiO2パターンを形成する。このSiO2パターン
を用いて、共振器全域にわたり、p-GaAsキャップ層9、
p-GaInPヘテロバッファ層8と、p-AlGaInPクラッド層7
の上部の一部(例えば、〜0.1μm分)をエッチング
し、浅いメサストライプを形成する。
【0011】次に、共振器中央部10に2段メサ構造を
形成するため、共振器中央部10のみに、SiO2パターン
と重なりSiO2パターンより幅広(例えば、5μm幅)の
レジストマスクを形成する。共振器中央部10ではこの
レジストパターン、及び共振器端面部11ではSiO2パタ
ーンをマスクとして、p-AlGaInPクラッド層7の残り
を、p-GaInPエッチングストッパ層6に到達するまで、
選択エッチングにより除去する。これにより、共振器中
央部10で上段メサ幅が下段メサ幅よりも狭い2段メサ
構造、かつ共振器端面部11で狭メサ幅の1段メサ構造
を形成することができる。
【0012】図3に示すように、共振器中央部10の下
段メサ部と共振器端面部11のメサが連続的につながる
ように、レジストパターンをテーパ状に作製する。例え
ば、全共振器長を500μmとし、そのうち、共振器中
央部10の長さを300μm、共振器端面部11の長さ
を各々50μmとし、その間のレジストパターンをテー
パ状にする遷移領域の長さを各々50μmとする。
【0013】その後、レジストマスクを除去し、第2回
目のMOVPE法による結晶成長工程で、前記誘電体マスク
を用いた選択成長法により、メサストライプ側面及びメ
サストライプ外に1.0μm厚のn-GaAs電流ブロック層
12を形成する。
【0014】そして最後に、前記誘電体マスクを除去
し、第3回目のMOVPE法による結晶成長工程で、全面に
3.0μm厚のp-GaAsコンタクト層13を形成し成長を
終える。その後、裏面研磨し、n電極14およびp電極
15を形成する電極工程を経てレーザを作製する。な
お、レーザ構造は、第3回目の結晶成長工程を省いた2
回成長型、或いは、誘電体をマスクにしたリッジ構造で
も良い。
【0015】以上の工程で作製したAlGaInP系自励発振
型半導体レーザでは、共振器中央部10で、上段メサ幅
が下段メサ幅よりも狭い2段メサ構造となる。ここで、
p-AlGaInPクラッド層の比抵抗は0.5〜1.0Ωcmと
比較的高抵抗であるため、p-AlGaInPクラッド層での電
流の横広がりは小さく、上段メサの幅がほぼ電流注入幅
となる。このため、下段メサ幅で決まる光導波路幅より
も充分小さい電流注入幅が実現できる。その結果、メサ
脇の活性層を安定的に可飽和吸収領域として用いること
ができ、従来の自励発振型半導体レーザに比べ、自励発
振の動作可能な範囲を大幅に拡大することができ、作製
の余裕度も高まる。従って、高温まで自励発振動作を維
持することが可能となる。具体的には、発振波長650
nm帯にて90℃まで自励発振を維持することが可能とな
った。
【0016】また、共振器端面部11では、そのメサ幅
が共振器中央部10の上段メサとほぼ同じ狭メサ幅の1
段メサ構造であるため、共振器中央部10の下段メサ部
で生じた波面の遅れ成分を共振器端面部11で除去する
ことができる。この結果、共振器中央部10の下段メサ
部で生じた波面の遅れによる非点収差を抑えることがで
き、非点収差の小さい自励発振型半導体レーザを実現で
きる。具体的には、非点収差が2〜3μmの自励発振型
半導体レーザが実現できる。
【0017】図2は、本発明の第2実施形態によるAlGa
InP系自励発振型半導体レーザの構造を示す一部破断の
斜視図である。第2実施形態の自励発振型半導体レーザ
は、第1実施形態と同じダブルヘテロ構造であるが、電
流ブロック層の構成が異なっている。第2実施形態で
は、図1のn-GaAs電流ブロック層12が0.3μm厚のA
lInP層16と0.7μm厚のn-GaAs層12の組み合わせ
に変更され、p-AlGaInPクラッド層7の側面がAlInP層1
6によって覆われている。
【0018】図1の第1実施形態に使用するn-GaAs電流
ブロック層12は、発振光を吸収するため損失が大き
い。これに対し、第2実施形態に使用する電流ブロック
層のAlInP16は発振光に対し透明であるため、レーザ
発振におけるモード損失を小さくすることができる。な
お、電流ブロック層は二酸化シリコン等の誘電体で形成
しても良い。
【0019】自励発振を得るには、可飽和吸収層の損失
に対するモード損失の割合を小さくすることが効果的で
あり、AlInP透明導波路を使用すると、さらに自励発振
を得やすくなる。その結果、この構造を採用すると第1
実施形態の自励発振型半導体レーザより広い動作範囲で
自励発振を実現することが可能となった。なお、上記に
おいて、電流ブロック層は成長後の表面酸化等の影響を
避けるため、AlInP電流ブロック層16の層厚はレーザ
発振光のしみ出し分程度の厚さに抑え、その上に保護層
としてn-GaAs電流ブロック層12を重ねる構成である。
【0020】なお、p-AlGaInPクラッド層7の形状は、
第1実施形態と同様に、図3に示すようなストライプ形
状であり、共振気中央部10と共振器端面部11との間
にテーパ状の遷移領域を有している。また、上記の第1
及び第2の実施形態はAlGaInP系について説明したが、
他の化合物半導体材料、例えば、AlGaAs系、AlGaInN系
等でも同様な効果は期待できる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自励発振型半導体レーザでは、共振器中央部で、上段メ
サ幅が下段メサ幅よりも狭い2段メサ構造を用いること
で、メサ脇活性層を安定に可飽和吸収領域として機能さ
せることが可能となり、高温まで自励発振を維持できる
自励発振型半導体レーザを容易に実現することができ
る。しかも、共振器端面部で、狭メサ幅の1段メサ構造
とすることで、低非点収差の自励発振型半導体レーザを
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による自励発振型半導体
レーザの構造を示す一部破断の斜視図である。
【図2】本発明の第2実施形態による自励発振型半導体
レーザの構造を示す一部破断の斜視図である。
【図3】本発明による自励発振型半導体レーザにおける
メサストライプ状クラッド層の形状の一例を示す概略的
斜視図である。
【符号の説明】
1 n-GaAs基板 2 n-GaAsバッファ層 3 n-AlGaInPクラッド層 4 MQW活性層 5 p-AlGaInPクラッド層 6 p-GaInPエッチングストッパ層 7 p-AlGaInPクラッド層 8 p-GaInPヘテロバッファ層 9 p-GaAsキャップ層 10 共振器中央部 11 共振器端面部 12 n-GaAs電流ブロック層 13 p-GaAsコンタクト層 14 n電極 15 p電極 16 AlInP電流ブロック層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層に対し基板と反対側のクラッド層
    がメサストライプ形状を有する半導体レーザにおいて、 前記メサストライプ形状のクラッド層は、共振器中央部
    で上段メサの幅が下段メサの幅よりも狭い2段メサ構造
    を有し、共振器端面部で前記共振器中央部の上段メサと
    同じメサ幅の1段メサ構造を有することを特徴とする自
    励発振型半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 前記共振器中央部の下段メサ部と前記共
    振器端面部のメサ部とがメサ側壁でテーパ状に連続的な
    遷移領域を形成することを特徴とする請求項1記載の自
    励発振型半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 前記メサストライプ形状のクラッド層の
    両側が電流ブロック層で挟まれていることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の自励発振型半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 前記メサストライプ上及び前記電流ブロ
    ック層上の全面をコンタクト層で被覆することを特徴と
    する請求項3記載の自励発振型半導体レーザ。
  5. 【請求項5】 前記メサストライプ形状のクラッド層の
    両側が誘電体層で挟まれていることを特徴とする請求項
    1又は2記載の自励発振型半導体レーザ。
  6. 【請求項6】 前記電流ブロック層は、発振光に対し透
    明な半導体材料からなることを特徴とする請求項3記載
    の自励発振型半導体レーザ。
  7. 【請求項7】 前記透明な半導体材料は、AlGaInP及びA
    lInPから選択された材料であることを特徴とする請求項
    6記載の自励発振型半導体レーザ。
  8. 【請求項8】 前記電流ブロック層は保護層により被覆
    されていることを特徴とする請求項6又は7記載の自励
    発振型半導体レーザ。
  9. 【請求項9】 前記基板はn型GaAsからなり、当該基板
    上に、n型AlGaInPからなる第1クラッド層、多重量子
    井戸の活性層、p型AlGaInPからなるメサストライプ形
    状の第2クラッド層、p型GaInPからなるヘテロバッフ
    ァ層、及びp型GaAsからなるキャップ層が、この順に形
    成されたダブルヘテロ構造を有し、前記することを特徴
    とする請求項1ないし8のいずれかに記載の自励発振型
    半導体レーザ。
  10. 【請求項10】 前記第2クラッド層の両側が電流ブロ
    ック層により挟まれていることを特徴とする請求項9記
    載の自励発振型半導体レーザ。
  11. 【請求項11】 前記電流ブロック層は、発振光に対し
    透明な半導体材料からなることを特徴とする請求項10
    記載の自励発振型半導体レーザ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203589A (ja) * 2004-01-16 2005-07-28 Sharp Corp 半導体レーザおよびその製造方法
KR100657904B1 (ko) * 2004-10-27 2006-12-14 삼성전자주식회사 굴절률이 조절된 클래드 층을 지닌 반도체 레이저 다이오드

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Effective date: 20020402