JP2001274503A - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents
自励発振型半導体レーザInfo
- Publication number
- JP2001274503A JP2001274503A JP2000089410A JP2000089410A JP2001274503A JP 2001274503 A JP2001274503 A JP 2001274503A JP 2000089410 A JP2000089410 A JP 2000089410A JP 2000089410 A JP2000089410 A JP 2000089410A JP 2001274503 A JP2001274503 A JP 2001274503A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- self
- layer
- semiconductor laser
- cladding layer
- type semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
- H01S5/0658—Self-pulsating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2206—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
- H01S5/2219—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties absorbing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
- H01S5/2226—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties semiconductors with a specific doping
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温まで安定した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】 活性層の電流非注入領域が可飽和吸収領
域として機能する自励発振型半導体レーザにおいて、M
QW活性層のウェル層数を5層以上10層以下、かつp
クラッド層平坦部の層厚を300nm以上500nm以
下、かつpクラッド層平坦部のキャリア濃度を1×10
17cm-3以上5×1017cm-3以下とする。本発明によ
れば、しきい値などのレーザ特性を極端に悪化させるこ
となく、水平方向の光分布に比べて電流分布を十分小さ
くできるため、従来不可能であった高温まで安定した自
励発振動作が可能となる。
自励発振型半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層の電流非注入領域が可飽和吸収領
域として機能する自励発振型半導体レーザにおいて、M
QW活性層のウェル層数を5層以上10層以下、かつp
クラッド層平坦部の層厚を300nm以上500nm以
下、かつpクラッド層平坦部のキャリア濃度を1×10
17cm-3以上5×1017cm-3以下とする。本発明によ
れば、しきい値などのレーザ特性を極端に悪化させるこ
となく、水平方向の光分布に比べて電流分布を十分小さ
くできるため、従来不可能であった高温まで安定した自
励発振動作が可能となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自励発振型の半導体
レーザに関し、特にデジタルバーサタイルディスク(D
VD)等の光ディスク用光源として用いられるAlGa
InP系赤色半導体レーザ、光ディスクからの戻り光誘
起雑音を生じにくい自励発振型の半導体レーザに関す
る。
レーザに関し、特にデジタルバーサタイルディスク(D
VD)等の光ディスク用光源として用いられるAlGa
InP系赤色半導体レーザ、光ディスクからの戻り光誘
起雑音を生じにくい自励発振型の半導体レーザに関す
る。
【0002】
【従来の技術】光ディスクからの戻り光誘起雑音に強い
低雑音半導体レーザとして、特開平10−144992
号公報等、種々の自励発振型半導体レーザが報告されて
いる。図3に従来の自励発振型半導体レーザの一例を示
す。この種の自励発振型半導体レーザは、活性層におい
て、電流が注入されず且つ光が導波する領域が可飽和吸
収領域として機能することで自励発振動作が起こる。
低雑音半導体レーザとして、特開平10−144992
号公報等、種々の自励発振型半導体レーザが報告されて
いる。図3に従来の自励発振型半導体レーザの一例を示
す。この種の自励発振型半導体レーザは、活性層におい
て、電流が注入されず且つ光が導波する領域が可飽和吸
収領域として機能することで自励発振動作が起こる。
【0003】従来の自励発振型半導体レーザは、多重量
子井戸(MQW)活性層のウェル層数を4層以下、p−
AlGaInPクラッド層平坦部の層厚を300nm未
満、p−AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃
度を5×1017cm-3より高くする、という条件のう
ち、少なくともいずれか一つの条件に該当するのが一般
的であった。その理由は、MQW活性層のウェル層数を
少なくするのはしきい値キャリア密度低減のためであ
り、p−AlGaInPクラッド層平坦部の層厚を薄く
するのは横漏れ電流低減(しきい値、動作電流低減)の
ため、キャリア濃度を高くするのは活性層からクラッド
層へのキャリアオーバーフロー低減(高温動作電流低
減)のためである。
子井戸(MQW)活性層のウェル層数を4層以下、p−
AlGaInPクラッド層平坦部の層厚を300nm未
満、p−AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃
度を5×1017cm-3より高くする、という条件のう
ち、少なくともいずれか一つの条件に該当するのが一般
的であった。その理由は、MQW活性層のウェル層数を
少なくするのはしきい値キャリア密度低減のためであ
り、p−AlGaInPクラッド層平坦部の層厚を薄く
するのは横漏れ電流低減(しきい値、動作電流低減)の
ため、キャリア濃度を高くするのは活性層からクラッド
層へのキャリアオーバーフロー低減(高温動作電流低
減)のためである。
【0004】従来は、全ての条件を組み合わせると、特
性が悪くなってしまっていた。
性が悪くなってしまっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、以下
に示す理由により、高温・高出力において自励発振動作
しないという問題があった。
に示す理由により、高温・高出力において自励発振動作
しないという問題があった。
【0006】この種の自励発振型半導体レーザの自励発
振動作は、MQW活性層において電流が注入されず光が
分布する領域が可飽和吸収領域として機能することで起
こる。従って自励発振動作を強くするには、水平方向の
光分布を広げ、かつ、電流の水平広がりを抑制すること
が重要となる。水平方向の光分布を広げるには、ストラ
イプ内外の屈折率差(Δn)を小さくすることが有効で
あるが、従来の構造、すなわちMQW活性層数のウェル
層数が4層以下、あるいはp−AlGaInPクラッド
層平坦部の層厚が300nm未満のいずれかを満たす構
造では、十分小さなΔnが得られないため、強い自励発
振動作がなかった。
振動作は、MQW活性層において電流が注入されず光が
分布する領域が可飽和吸収領域として機能することで起
こる。従って自励発振動作を強くするには、水平方向の
光分布を広げ、かつ、電流の水平広がりを抑制すること
が重要となる。水平方向の光分布を広げるには、ストラ
イプ内外の屈折率差(Δn)を小さくすることが有効で
あるが、従来の構造、すなわちMQW活性層数のウェル
層数が4層以下、あるいはp−AlGaInPクラッド
層平坦部の層厚が300nm未満のいずれかを満たす構
造では、十分小さなΔnが得られないため、強い自励発
振動作がなかった。
【0007】また、高温動作時あるいは高出力動作時な
ど、電流注入量が多くなると、p−AlGaInPクラ
ッド層平坦部において電流の水平広がりが顕著となる。
そのため水平方向の光分布に対して電流分布が大きくな
り、可飽和吸収領域の効果が小さくなるので、自励発振
動作動作の維持が困難となる。従来の構造、すなわちp
−AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃度が5
×1017cm-3より高い構造では、クラッド層の抵抗
が低く電流が容易に水平方向に広がるため、高温・高出
力において十分な自励発振動作ができなかった。
ど、電流注入量が多くなると、p−AlGaInPクラ
ッド層平坦部において電流の水平広がりが顕著となる。
そのため水平方向の光分布に対して電流分布が大きくな
り、可飽和吸収領域の効果が小さくなるので、自励発振
動作動作の維持が困難となる。従来の構造、すなわちp
−AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃度が5
×1017cm-3より高い構造では、クラッド層の抵抗
が低く電流が容易に水平方向に広がるため、高温・高出
力において十分な自励発振動作ができなかった。
【0008】本発明の目的は、高温まで安定して自励発
振動作が可能な半導体レーザの構造を提供することにあ
る。
振動作が可能な半導体レーザの構造を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
第1導電型半導体基板上に、少なくとも第1導電型クラ
ッド層、多重量子井戸からなる活性層、第2導電型クラ
ッド層を含むダブルへテロ構造を有する半導体レーザに
おいて、量子井戸層数が5層以上10層以下であり、か
つ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部の層
厚が300nm以上500nm以下であり、かつ、電流
狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部のキャリア濃
度が1×1017cm-3以上5×1017cm-3以下である
自励発振型半導体レーザを要旨とする。
第1導電型半導体基板上に、少なくとも第1導電型クラ
ッド層、多重量子井戸からなる活性層、第2導電型クラ
ッド層を含むダブルへテロ構造を有する半導体レーザに
おいて、量子井戸層数が5層以上10層以下であり、か
つ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部の層
厚が300nm以上500nm以下であり、かつ、電流
狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部のキャリア濃
度が1×1017cm-3以上5×1017cm-3以下である
自励発振型半導体レーザを要旨とする。
【0010】請求項2に係る発明は、第1導電型半導体
基板上に、少なくとも第1導電型クラッド層、多重量子
井戸からなる活性層、第2導電型クラッド層を含むダブ
ルへテロ構造を有する半導体レーザにおいて、水平横方
向の実効屈折率差が7×10 -4以上3×10-3以下であ
り、かつ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦
部のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1017c
m-3以下であることを特徴とする自励発振型半導体レー
ザを要旨とする。
基板上に、少なくとも第1導電型クラッド層、多重量子
井戸からなる活性層、第2導電型クラッド層を含むダブ
ルへテロ構造を有する半導体レーザにおいて、水平横方
向の実効屈折率差が7×10 -4以上3×10-3以下であ
り、かつ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦
部のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1017c
m-3以下であることを特徴とする自励発振型半導体レー
ザを要旨とする。
【0011】請求項3に係る発明は、クラッド層がAl
GaInPを含む半導体で構成され、活性層がGaIn
PまたはAlGaInPを含む半導体で構成されること
を特徴とする請求項1から2に記載の自励発振型半導体
レーザを要旨とする。
GaInPを含む半導体で構成され、活性層がGaIn
PまたはAlGaInPを含む半導体で構成されること
を特徴とする請求項1から2に記載の自励発振型半導体
レーザを要旨とする。
【0012】請求項4に係る発明は、前記半導体基板は
(001)面が[110]方向に5度以上傾斜した基板
であり、前記多重量子井戸活性層は圧縮歪を有する量子
井戸層からなることを特徴とする請求項1から3に記載
の自励発振型半導体レーザを要旨とする。
(001)面が[110]方向に5度以上傾斜した基板
であり、前記多重量子井戸活性層は圧縮歪を有する量子
井戸層からなることを特徴とする請求項1から3に記載
の自励発振型半導体レーザを要旨とする。
【0013】(作用)本発明のAlGaInP系自励発
振型半導体レーザの構造を図1に示す。図1の半導体レ
ーザは3回の有機金属気層成長法(MOVPE法)によ
り作製される。1回目の結晶成長工程で、n−GaAs
基板101上に、n−GaAsバッファ層102、n−
AlGaInPクラッド層103、MQW活性層10
4、p−AlGaInPクラッド層平坦部105、p−
AlGaInPエッチング停止層106、p−AlGa
InPクラッド層メサ部107、p−GaInP中間層
108、p−GaAsキャップ層109を順次成長す
る。
振型半導体レーザの構造を図1に示す。図1の半導体レ
ーザは3回の有機金属気層成長法(MOVPE法)によ
り作製される。1回目の結晶成長工程で、n−GaAs
基板101上に、n−GaAsバッファ層102、n−
AlGaInPクラッド層103、MQW活性層10
4、p−AlGaInPクラッド層平坦部105、p−
AlGaInPエッチング停止層106、p−AlGa
InPクラッド層メサ部107、p−GaInP中間層
108、p−GaAsキャップ層109を順次成長す
る。
【0014】次に誘電体マスク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。その後、
前記誘電体マスクを用いた選択成長法(2回目の結晶成
長工程)により、メサストライプ外のクラッド層上にn
−GaAs電流阻止層110を形成する。次いで、前記
誘電体マスクを除去し、3回目の結晶成長工程で全面に
p−GaAsコンタクト層111を成長する。その後、
裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を作製する。
状のリッジ構造をエッチングにより形成する。その後、
前記誘電体マスクを用いた選択成長法(2回目の結晶成
長工程)により、メサストライプ外のクラッド層上にn
−GaAs電流阻止層110を形成する。次いで、前記
誘電体マスクを除去し、3回目の結晶成長工程で全面に
p−GaAsコンタクト層111を成長する。その後、
裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を作製する。
【0015】本発明の半導体レーザの特徴は、MQW
活性層のウェル層数が5層以上10層以下、p−Al
GaInPクラッド層平坦部の層厚が300nm以上5
00nm以下、p−AlGaInPクラッド層平坦部
のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1017cm
-3以下、という条件をすべて満たした点である。MQW
活性層のウェル層数を5層以上、かつp−AlGaIn
Pクラッド層平坦部の層厚を300nm以上とすること
により、Δnを十分小さくして水平方向の光分布を十分
に広げることが可能となる。この時、p−AlGaIn
Pクラッド層平坦部のキャリア濃度を5×1017cm-3
以下にすることで、電流広がりを抑え、光分布に比べて
電流分布を十分小さくすることができるため、強い自励
発振動作が可能となり、高温においても安定した自励発
振動作を維持できる。一方、MQW活性層のウェル層数
を10層より多く、あるいはp−AlGaInPクラッ
ド層平坦部の層厚を500nmより厚く、あるいはp−
AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃度を1×
1017cm-3より低くすると、しきい値キャリア密度や
電流の横広がりの増大、活性層からクラッド層へのキャ
リアオーバーフローの増大などに伴い、しきい値電流や
動作電流が増大し、通常のレーザとしての高温動作すら
困難となるため、高温での自励発振動作を維持できなく
なる。このように本発明に示した範囲の構造であれば、
従来の構造に比べて十分強い自励発振動作が起こり、従
来不可能であった高温動作時にも安定した自励発振動作
が可能となる(図2)。従って本発明の自励発振型半導
体レーザは、高温で使用される光ディスク用途、例えば
カーナビ用DVDやノートPC用DVD−ROM等の用
途に適した性能を実現できる。
活性層のウェル層数が5層以上10層以下、p−Al
GaInPクラッド層平坦部の層厚が300nm以上5
00nm以下、p−AlGaInPクラッド層平坦部
のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1017cm
-3以下、という条件をすべて満たした点である。MQW
活性層のウェル層数を5層以上、かつp−AlGaIn
Pクラッド層平坦部の層厚を300nm以上とすること
により、Δnを十分小さくして水平方向の光分布を十分
に広げることが可能となる。この時、p−AlGaIn
Pクラッド層平坦部のキャリア濃度を5×1017cm-3
以下にすることで、電流広がりを抑え、光分布に比べて
電流分布を十分小さくすることができるため、強い自励
発振動作が可能となり、高温においても安定した自励発
振動作を維持できる。一方、MQW活性層のウェル層数
を10層より多く、あるいはp−AlGaInPクラッ
ド層平坦部の層厚を500nmより厚く、あるいはp−
AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃度を1×
1017cm-3より低くすると、しきい値キャリア密度や
電流の横広がりの増大、活性層からクラッド層へのキャ
リアオーバーフローの増大などに伴い、しきい値電流や
動作電流が増大し、通常のレーザとしての高温動作すら
困難となるため、高温での自励発振動作を維持できなく
なる。このように本発明に示した範囲の構造であれば、
従来の構造に比べて十分強い自励発振動作が起こり、従
来不可能であった高温動作時にも安定した自励発振動作
が可能となる(図2)。従って本発明の自励発振型半導
体レーザは、高温で使用される光ディスク用途、例えば
カーナビ用DVDやノートPC用DVD−ROM等の用
途に適した性能を実現できる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して詳細に説明する。本発明のAlGaInP系
自励発振型半導体レーザの構造を図1に示す。図1の半
導体レーザは3回のMOVPE法による結晶成長で作製
される。1回目の結晶成長工程で、(115)A方位、
つまり(001)から[110]方向へ15.8度傾斜
したn−GaAs基板101上に、0.3μm厚のn−
GaAsバッファ層102、1μm厚のn−AlGaI
nPクラッド層103、MQW活性層104、0.4μ
m厚のp−AlGaInPクラッド層平坦部105、1
0nm厚のp−AlGaInPエッチング停止層10
6、0.6μm厚のp−AlGaInPクラッド層メサ
部107、10nm厚のp−GaInP中間層108、
0.3μm厚のp−GaAsキャップ層109をこの順
に成長する。ここでMQW活性層104は、例えば5n
m厚、+0.3%圧縮歪のGaInPウェル層と5nm
厚のAlGaInPバリア層で構成し、ウェル層数を5
層以上10層以下、例えば7層とする。MQW活性層の
上下に例えば50nm厚のAlGaInP光ガイド層を
含む構造としても良い。また、p−AlGaInPクラ
ッド層平坦部105の層厚を300nm以上500nm
以下、例えば400nm(0.4μm)とする。さらに
p−AlGaInPクラッド層平坦部105のキャリア
濃度を1×1017cm -3以上5×1017cm-3以
下、例えば3×1017cm-3以下とする。次に誘電体マ
スクを用い、p−GaAsキャップ層109、p−Ga
InP中間層108、p−AlGaInPクラッド層メ
サ部107をエッチングすることにより、5μm幅のメ
サストライプ状のリッジ構造を形成する。その後、前記
誘電体マスクを用いた選択成長法(2回目の結晶成長工
程)によりメサストライプ外のクラッド層上に1μm厚
のn−GaAs電流阻止層110を形成する。次いで、
前記誘電体マスクを除去し、3回目の結晶成長工程で全
面に3μm厚のp−GaAsコンタクト層111を形成
する。その後、裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を
作製する。この実施例の構造においてはΔnは1×10
-3程度となり、レーザ特性を極端に悪化させることのな
い範囲で、従来の構造(7×10-3程度)に比べて十分
小さい値を実現できる。
を参照して詳細に説明する。本発明のAlGaInP系
自励発振型半導体レーザの構造を図1に示す。図1の半
導体レーザは3回のMOVPE法による結晶成長で作製
される。1回目の結晶成長工程で、(115)A方位、
つまり(001)から[110]方向へ15.8度傾斜
したn−GaAs基板101上に、0.3μm厚のn−
GaAsバッファ層102、1μm厚のn−AlGaI
nPクラッド層103、MQW活性層104、0.4μ
m厚のp−AlGaInPクラッド層平坦部105、1
0nm厚のp−AlGaInPエッチング停止層10
6、0.6μm厚のp−AlGaInPクラッド層メサ
部107、10nm厚のp−GaInP中間層108、
0.3μm厚のp−GaAsキャップ層109をこの順
に成長する。ここでMQW活性層104は、例えば5n
m厚、+0.3%圧縮歪のGaInPウェル層と5nm
厚のAlGaInPバリア層で構成し、ウェル層数を5
層以上10層以下、例えば7層とする。MQW活性層の
上下に例えば50nm厚のAlGaInP光ガイド層を
含む構造としても良い。また、p−AlGaInPクラ
ッド層平坦部105の層厚を300nm以上500nm
以下、例えば400nm(0.4μm)とする。さらに
p−AlGaInPクラッド層平坦部105のキャリア
濃度を1×1017cm -3以上5×1017cm-3以
下、例えば3×1017cm-3以下とする。次に誘電体マ
スクを用い、p−GaAsキャップ層109、p−Ga
InP中間層108、p−AlGaInPクラッド層メ
サ部107をエッチングすることにより、5μm幅のメ
サストライプ状のリッジ構造を形成する。その後、前記
誘電体マスクを用いた選択成長法(2回目の結晶成長工
程)によりメサストライプ外のクラッド層上に1μm厚
のn−GaAs電流阻止層110を形成する。次いで、
前記誘電体マスクを除去し、3回目の結晶成長工程で全
面に3μm厚のp−GaAsコンタクト層111を形成
する。その後、裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を
作製する。この実施例の構造においてはΔnは1×10
-3程度となり、レーザ特性を極端に悪化させることのな
い範囲で、従来の構造(7×10-3程度)に比べて十分
小さい値を実現できる。
【0017】以上の工程で作製した自励発振型半導体レ
ーザは、MQW活性層のウェル層数が5層以上10層以
下、p−AlGaInPクラッド層平坦部の層厚が30
0nm以上500nm以下、p−AlGaInPクラッ
ド層平坦部のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×
1017cm-3以下、という条件を全て満たしている。こ
こでMQW活性層のウェル層数を5層以上、かつp−A
lGaInPクラッド層平坦部の層厚を300nm以上
としてΔnを小さくすることで、水平方向の光分布を十
分に広げることができる。この時、p−AlGaInP
クラッド層平坦部のキャリア濃度が5×1017cm-3以
下であれば、水平方向の光分布に対して電流分布を小さ
くすることができるため、十分に強い自励発振動作が可
能となり、従来困難であった高温においても安定した自
励発振動作を実現できた。一方、MQW活性層のウェル
層厚を10層より多くするとしきい値キャリア密度が極
端に増大し、p−AlGaInPクラッド層平坦部の層
厚を500nmより厚くすると電流広がりが顕著とな
り、p−AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃
度を1×1017cm-3より低くすると活性層からクラッ
ド層へのキャリアオーバーフローが増大するため、しき
い値電流や動作電流が悪化して通常のレーザとしての高
温動作が困難となり、高温での自励発振動作の維持が困
難となった。このように、本発明に示した範囲の構造に
おいてのみ、実用的なレーザ特性を実現しつつ、従来不
可能であった高温での自励発振動作が可能となった(図
2)。実際にデバイスを作製し評価を行った結果、95
℃−4mWという高温においても強い自励発振動作が観
測された。動作電流は70℃−5mWにおいて100m
A、最高発振温度は120℃であり、自励発振動作以外
のレーザ特性を悪化させることなく、高温まで安定した
自励発振動作が可能となった。
ーザは、MQW活性層のウェル層数が5層以上10層以
下、p−AlGaInPクラッド層平坦部の層厚が30
0nm以上500nm以下、p−AlGaInPクラッ
ド層平坦部のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×
1017cm-3以下、という条件を全て満たしている。こ
こでMQW活性層のウェル層数を5層以上、かつp−A
lGaInPクラッド層平坦部の層厚を300nm以上
としてΔnを小さくすることで、水平方向の光分布を十
分に広げることができる。この時、p−AlGaInP
クラッド層平坦部のキャリア濃度が5×1017cm-3以
下であれば、水平方向の光分布に対して電流分布を小さ
くすることができるため、十分に強い自励発振動作が可
能となり、従来困難であった高温においても安定した自
励発振動作を実現できた。一方、MQW活性層のウェル
層厚を10層より多くするとしきい値キャリア密度が極
端に増大し、p−AlGaInPクラッド層平坦部の層
厚を500nmより厚くすると電流広がりが顕著とな
り、p−AlGaInPクラッド層平坦部のキャリア濃
度を1×1017cm-3より低くすると活性層からクラッ
ド層へのキャリアオーバーフローが増大するため、しき
い値電流や動作電流が悪化して通常のレーザとしての高
温動作が困難となり、高温での自励発振動作の維持が困
難となった。このように、本発明に示した範囲の構造に
おいてのみ、実用的なレーザ特性を実現しつつ、従来不
可能であった高温での自励発振動作が可能となった(図
2)。実際にデバイスを作製し評価を行った結果、95
℃−4mWという高温においても強い自励発振動作が観
測された。動作電流は70℃−5mWにおいて100m
A、最高発振温度は120℃であり、自励発振動作以外
のレーザ特性を悪化させることなく、高温まで安定した
自励発振動作が可能となった。
【0018】なお、上記実施例ではMQW活性層を圧縮
歪ウェル層で構成した例を示したが、引張歪ウェル層や
無歪ウェル層でも良く、歪補償型MQW活性層でも良
い。また、上記実施例では15.8度傾斜した基板を用
いたが、その傾斜角度は如何様でも同様の効果が得られ
る。
歪ウェル層で構成した例を示したが、引張歪ウェル層や
無歪ウェル層でも良く、歪補償型MQW活性層でも良
い。また、上記実施例では15.8度傾斜した基板を用
いたが、その傾斜角度は如何様でも同様の効果が得られ
る。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、従来動作が困難であっ
た高温においても安定した自励発振動作を実現できる。
その理由は、レーザ特性を悪化させることなく水平方向
の光分布を十分広げて電流分布を十分小さくできるため
である。
た高温においても安定した自励発振動作を実現できる。
その理由は、レーザ特性を悪化させることなく水平方向
の光分布を十分広げて電流分布を十分小さくできるため
である。
【0020】また、従来と比べて、層数、層厚、キャリ
ア濃度などを適切に設定するだけで本発明の構造を実現
できるため、製造工程が従来と比べて煩雑になることは
なく、高性能の自励発振型半導体レーザを容易に作製可
能である。
ア濃度などを適切に設定するだけで本発明の構造を実現
できるため、製造工程が従来と比べて煩雑になることは
なく、高性能の自励発振型半導体レーザを容易に作製可
能である。
【図1】本発明の実施の形態の構造図
【図2】本発明の実施の形態の作用・動作の説明図
【図3】従来の構造図
101・・n−GaAs基板、102・・n−GaAs
バッファ層、 103・・n−AlGaInPクラッド層、104・・
MQW活性層、 105・・p−AlGaInPクラッド層平坦部、 106・・p−AlGaInPエッチング停止層、 107・・p−AlGaInPクラッド層メサ部、10
8・・p−GaInP中間層、 109・・p−GaAsキャップ層、110・・n−G
aAs電流阻止層、 111・・p−GaAsコンタクト層、 112・・p側電極、 113・・n側電極、 301・・n−GaAs基板、302・・n−GaAs
バッファ層、 303・・n−AlGaInPクラッド層、304・・
MQW活性層、 305・・p−AlGaInPクラッド層平坦部、 306・・p−AlGaInPエッチング停止層、 307・・p−AlGaInPクラッド層メサ部、30
8・・p−GaInP中間層、 309・・p−GaAsキャップ層、310・・n−G
aAs電流阻止層、 311・・p−GaAsコンタクト層、 312・・p側電極、313・・n側電極
バッファ層、 103・・n−AlGaInPクラッド層、104・・
MQW活性層、 105・・p−AlGaInPクラッド層平坦部、 106・・p−AlGaInPエッチング停止層、 107・・p−AlGaInPクラッド層メサ部、10
8・・p−GaInP中間層、 109・・p−GaAsキャップ層、110・・n−G
aAs電流阻止層、 111・・p−GaAsコンタクト層、 112・・p側電極、 113・・n側電極、 301・・n−GaAs基板、302・・n−GaAs
バッファ層、 303・・n−AlGaInPクラッド層、304・・
MQW活性層、 305・・p−AlGaInPクラッド層平坦部、 306・・p−AlGaInPエッチング停止層、 307・・p−AlGaInPクラッド層メサ部、30
8・・p−GaInP中間層、 309・・p−GaAsキャップ層、310・・n−G
aAs電流阻止層、 311・・p−GaAsコンタクト層、 312・・p側電極、313・・n側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 健司 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA13 AA74 BA05 CA14 CB02 DA05 DA22 EA15
Claims (4)
- 【請求項1】 第1導電型半導体基板上に、少なくとも
第1導電型クラッド層、多重量子井戸からなる活性層、
第2導電型クラッド層を含むダブルへテロ構造を有する
半導体レーザにおいて、量子井戸層数が5層以上10層
以下であり、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平
坦部の層厚が300nm以上500nm以下であり、か
つ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部のキ
ャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1017cm-3以
下であることを特徴とする自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項2】 第1導電型半導体基板上に、少なくとも
第1導電型クラッド層、多重量子井戸からなる活性層、
第2導電型クラッド層を含むダブルへテロ構造を有する
半導体レーザにおいて、水平横方向の実効屈折率差が7
×10-4以上3×10-3以下であり、かつ、電流狭窄構
造を有する側のクラッド層の平坦部のキャリア濃度が1
×1017cm-3以上5×1017cm-3以下であることを
特徴とする自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項3】 クラッド層がAlGaInPを含む半導
体で構成され、活性層がGaInPまたはAlGaIn
Pを含む半導体で構成されることを特徴とする請求項1
から2に記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項4】 前記半導体基板は(001)面が[11
0]方向に5度以上傾斜した基板であり、前記多重量子
井戸活性層は圧縮歪を有する量子井戸層からなることを
特徴とする請求項1から3に記載の自励発振型半導体レ
ーザ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000089410A JP2001274503A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 自励発振型半導体レーザ |
US09/819,969 US6847666B2 (en) | 2000-03-28 | 2001-03-28 | Self-sustained pulsating laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000089410A JP2001274503A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 自励発振型半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001274503A true JP2001274503A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18605177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000089410A Pending JP2001274503A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 自励発振型半導体レーザ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6847666B2 (ja) |
JP (1) | JP2001274503A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007067122A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
JP2007157838A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
JP2011181974A (ja) * | 2011-06-22 | 2011-09-15 | Panasonic Corp | 半導体レーザ素子 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004186259A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Toshiba Corp | 半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置 |
JP2015122419A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4961197A (en) * | 1988-09-07 | 1990-10-02 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser device |
JP3322928B2 (ja) | 1993-02-05 | 2002-09-09 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置 |
JPH0722696A (ja) * | 1993-07-01 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
JPH11354895A (ja) | 1995-03-31 | 1999-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ―ザ装置及びそれを用いた光ディスク装置 |
US6031858A (en) * | 1996-09-09 | 2000-02-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method of fabricating same |
JP3493920B2 (ja) | 1996-11-13 | 2004-02-03 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
JPH1187831A (ja) * | 1997-09-02 | 1999-03-30 | Sony Corp | 半導体発光素子、光ピックアップ装置ならびに光記録および/または再生装置 |
JP4147602B2 (ja) | 1998-02-02 | 2008-09-10 | ソニー株式会社 | 自励発振型半導体レーザ |
JP3698402B2 (ja) * | 1998-11-30 | 2005-09-21 | シャープ株式会社 | 発光ダイオード |
-
2000
- 2000-03-28 JP JP2000089410A patent/JP2001274503A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-28 US US09/819,969 patent/US6847666B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007067122A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
JP2007157838A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
JP2011181974A (ja) * | 2011-06-22 | 2011-09-15 | Panasonic Corp | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20010043632A1 (en) | 2001-11-22 |
US6847666B2 (en) | 2005-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6888870B2 (en) | Semiconductor laser and method for manufacturing the same | |
JP2929990B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JP2001274503A (ja) | 自励発振型半導体レーザ | |
JPH10335742A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JPH02116187A (ja) | 半導体レーザ | |
JP3472739B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
JP3239821B2 (ja) | 歪み半導体結晶の製造方法 | |
JP2005236024A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2504372B2 (ja) | 超格子構造体 | |
JP2757578B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
JP2000261098A (ja) | 自励発振型半導体レーザ | |
JP3467435B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JPH08316564A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2000323780A (ja) | 自励発振型半導体レーザ | |
JP2565210B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JPH10209571A (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH0575204A (ja) | 半導体発光装置及びその製造方法 | |
JPH0766992B2 (ja) | AlGaInP系半導体レーザとその製造方法 | |
JPH11284276A (ja) | 半導体レーザ装置及びその製造方法 | |
JPS6083388A (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
JP2001077475A (ja) | 半導体レーザ | |
JP2000228564A (ja) | 自励発振型半導体レーザ | |
JPH08204277A (ja) | 半導体レーザ | |
JPH06112580A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2001148535A (ja) | 自励発振型半導体レーザ及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040615 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040802 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050308 |