JP2002009401A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- 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
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- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高光出力の半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 ｎ型半導体基板１の上に、ｎ型下部クラ
ッド層２、下部光閉じ込め層３、量子井戸構造の活性層
４、上部光閉じ込め層５、Ｚｎドープｐ型上部クラッド
層６Ａ，６Ｂ、およびキャップ層７がこの順序で形成さ
れている半導体レーザ素子において、上部光閉じ込め層
５と前記Ｚｎドープｐ型上部クラッド層６の間には、厚
さが１０〜１００nmであるノンドープの半導体層８、と
りわけノンドープＩｎＰ層が介装されている半導体レー
ザ素子。
ッド層２、下部光閉じ込め層３、量子井戸構造の活性層
４、上部光閉じ込め層５、Ｚｎドープｐ型上部クラッド
層６Ａ，６Ｂ、およびキャップ層７がこの順序で形成さ
れている半導体レーザ素子において、上部光閉じ込め層
５と前記Ｚｎドープｐ型上部クラッド層６の間には、厚
さが１０〜１００nmであるノンドープの半導体層８、と
りわけノンドープＩｎＰ層が介装されている半導体レー
ザ素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多重量子井戸構造の
活性層を有するタイプの半導体レーザ素子に関し、更に
詳しくは、従来の前記タイプの半導体レーザ素子に比べ
ると、光出力が大きい半導体レーザ素子に関する。
活性層を有するタイプの半導体レーザ素子に関し、更に
詳しくは、従来の前記タイプの半導体レーザ素子に比べ
ると、光出力が大きい半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子井戸構造を活性層（発光領域）とす
る半導体レーザ素子は、バルク活性層を有する半導体レ
ーザ素子に比べて低いしきい値電流で発振し、高出力動
作する構造であることが一般に知られている。このよう
なレーザ素子の１例を図４に示す。
る半導体レーザ素子は、バルク活性層を有する半導体レ
ーザ素子に比べて低いしきい値電流で発振し、高出力動
作する構造であることが一般に知られている。このよう
なレーザ素子の１例を図４に示す。
【０００３】このレーザ素子は、埋め込みヘテロ構造の
ものであって、ｎ型の半導体基板１の上に、例えばＭＯ
ＣＶＤ法のような結晶成長法によりｎ型の下部クラッド
層２、ノンドープの下部光閉じ込め層３、量子井戸構造
の活性層４、ノンドープの上部光閉じ込め層５、ｐ型の
上部クラッド層６Ａ，６Ｂ、およびｐ型基板１のキャッ
プ層７が順次積層された層構造を有している。そして、
基板１の裏面にはｎ型電極（図示しない）、キャップ層
７の上にｐ型電極（図示しない）がそれぞれ形成されて
いる。
ものであって、ｎ型の半導体基板１の上に、例えばＭＯ
ＣＶＤ法のような結晶成長法によりｎ型の下部クラッド
層２、ノンドープの下部光閉じ込め層３、量子井戸構造
の活性層４、ノンドープの上部光閉じ込め層５、ｐ型の
上部クラッド層６Ａ，６Ｂ、およびｐ型基板１のキャッ
プ層７が順次積層された層構造を有している。そして、
基板１の裏面にはｎ型電極（図示しない）、キャップ層
７の上にｐ型電極（図示しない）がそれぞれ形成されて
いる。
【０００４】ここで、用いる半導体材料がＩｎＰ基板上
に形成されるＧａＩｎＡｓＰ糸材料である場合、ｎ型下
部クラッド層２に用いられるｎ型ドーパントとしては、
ＳｅやＳなどが一般的であり、またｐ型上部クラッド層
６Ａ，６Ｂ用のｐ型ドーパントとしてはＺｎが一般的で
ある。また、下部光閉じ込め層３と上部光閉じ込め層５
は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造になっていて、レーザ光の閉
じ込め効果を高めるとともに、電極から注入された電流
が効率よく活性層４に注入される。このため、しきい値
電流が低減するとともに、レーザ素子の外部微分量子効
率が高くなり、高出力動作が実現される。
に形成されるＧａＩｎＡｓＰ糸材料である場合、ｎ型下
部クラッド層２に用いられるｎ型ドーパントとしては、
ＳｅやＳなどが一般的であり、またｐ型上部クラッド層
６Ａ，６Ｂ用のｐ型ドーパントとしてはＺｎが一般的で
ある。また、下部光閉じ込め層３と上部光閉じ込め層５
は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造になっていて、レーザ光の閉
じ込め効果を高めるとともに、電極から注入された電流
が効率よく活性層４に注入される。このため、しきい値
電流が低減するとともに、レーザ素子の外部微分量子効
率が高くなり、高出力動作が実現される。
【０００５】このような半導体レーザ素子は、ペルチェ
素子から成る冷却装置の上に配置された状態でパッケー
ジ内に収容されてレーザモジュールに組み立てられる。
このようにして作成されたレーザモジュールは光通信シ
ステムの信号光源やエルビウムドープファイバ増幅器
（ＥＤＦＡ）のような光ファイバ増幅器の励起光源とし
て使用される。
素子から成る冷却装置の上に配置された状態でパッケー
ジ内に収容されてレーザモジュールに組み立てられる。
このようにして作成されたレーザモジュールは光通信シ
ステムの信号光源やエルビウムドープファイバ増幅器
（ＥＤＦＡ）のような光ファイバ増幅器の励起光源とし
て使用される。
【０００６】ところで、近年、ＷＤＭシステム構築の急
速な進展に伴い、それに組み込まれる光ファイバ増幅器
の励起光源であるレーザモジュールに対しては、光接続
された光ファイバの出力端における高出力動作への要望
が強まっている。この光ファイバ出力端における高光出
力化を実現するためには、レーザモジュールに組み込ま
れるレーザ素子それ自体を高光出力化することが有効で
あるため、そのようなレーザ素子の開発が望まれてい
る。
速な進展に伴い、それに組み込まれる光ファイバ増幅器
の励起光源であるレーザモジュールに対しては、光接続
された光ファイバの出力端における高出力動作への要望
が強まっている。この光ファイバ出力端における高光出
力化を実現するためには、レーザモジュールに組み込ま
れるレーザ素子それ自体を高光出力化することが有効で
あるため、そのようなレーザ素子の開発が望まれてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４で示し
た従来構造のレーザ素子を用いたレーザモジュールの場
合、そのファイバ端光出力の上限は２００mW程度であ
り、前記した近年の高光出力化への要望を満たすことが
困難である。本発明は、図４で示した従来構造のレーザ
素子における上記した問題を解決し、従来に比べて高出
力動作が可能な新規な構造の半導体レーザ素子の提供を
目的とする。
た従来構造のレーザ素子を用いたレーザモジュールの場
合、そのファイバ端光出力の上限は２００mW程度であ
り、前記した近年の高光出力化への要望を満たすことが
困難である。本発明は、図４で示した従来構造のレーザ
素子における上記した問題を解決し、従来に比べて高出
力動作が可能な新規な構造の半導体レーザ素子の提供を
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ための研究を進める過程で、本発明者らは、図４で示し
た層構造のレーザ素子におけるｐ型上部クラッド層６Ａ
（６Ｂ）のｐ型ドーパントが光を吸収する性質を備えた
Ｚｎであることに着目し、次のような考察を行った。
ための研究を進める過程で、本発明者らは、図４で示し
た層構造のレーザ素子におけるｐ型上部クラッド層６Ａ
（６Ｂ）のｐ型ドーパントが光を吸収する性質を備えた
Ｚｎであることに着目し、次のような考察を行った。
【０００９】（１）まず、高出力動作を目的とした場合
の最も重要な方法としては、レーザ素子の駆動電流を大
きくすることが考えられる。このとき、電子のオーバフ
ロー、すなわち電子がｐ型上部光閉じ込め層とｐ型上部
クラッド層間のヘテロ障壁を越えて流れることを抑制す
ることが必要となる。そして、このことを満たすため、
ｐ型上部クラッド層のキャリア濃度を高くすることによ
り、実効的なヘテロ障壁の高さを高くすることが有効で
あることが知られている。
の最も重要な方法としては、レーザ素子の駆動電流を大
きくすることが考えられる。このとき、電子のオーバフ
ロー、すなわち電子がｐ型上部光閉じ込め層とｐ型上部
クラッド層間のヘテロ障壁を越えて流れることを抑制す
ることが必要となる。そして、このことを満たすため、
ｐ型上部クラッド層のキャリア濃度を高くすることによ
り、実効的なヘテロ障壁の高さを高くすることが有効で
あることが知られている。
【００１０】（２）一方、上述の現象とトレードオフの
関係にあるものとして、Ｚｎ自体は光を吸収する性質が
あり、このことによって、ｐ型上部クラッド層へのドー
ピング量は適宜選択されてしまう。とくに、埋め込みヘ
テロ構造のレーザ素子の場合に再成長のプロセスが行わ
れるため、このときの成長温度でのＺｎの熱拡散により
ｐ型上部クラッド層へＺｎが拡散する。
関係にあるものとして、Ｚｎ自体は光を吸収する性質が
あり、このことによって、ｐ型上部クラッド層へのドー
ピング量は適宜選択されてしまう。とくに、埋め込みヘ
テロ構造のレーザ素子の場合に再成長のプロセスが行わ
れるため、このときの成長温度でのＺｎの熱拡散により
ｐ型上部クラッド層へＺｎが拡散する。
【００１１】（３）その結果、ｐ型上部光閉じ込め層で
の光吸収が増大し、光出力が低下するとともに、ｐ型上
部クラッド層とｐ型上部光閉じ込め層間のヘテロ障壁が
低くなり、電子のオーバフローが増大することにより光
出力の低下が引き起こされる。 （４）したがって、このような事態の発生を抑制するこ
とができる手段を、ｐ型上部クラッド層６Ａと上部光閉
じ込め層５のヘテロ界面に介装せしめることにより、高
光出力化を実現することができるものと考えられる。
の光吸収が増大し、光出力が低下するとともに、ｐ型上
部クラッド層とｐ型上部光閉じ込め層間のヘテロ障壁が
低くなり、電子のオーバフローが増大することにより光
出力の低下が引き起こされる。 （４）したがって、このような事態の発生を抑制するこ
とができる手段を、ｐ型上部クラッド層６Ａと上部光閉
じ込め層５のヘテロ界面に介装せしめることにより、高
光出力化を実現することができるものと考えられる。
【００１２】本発明者らは、上記考察に基づいて鋭意研
究を重ねた結果、後述する新規な層構造の有効性を確認
し、本発明の半導体レーザ素子を開発するに至った。す
なわち、本発明の半導体レーザ素子は、ｎ型半導体基板
の上に、ｎ型下部クラッド層、下部光閉じ込め層、量子
井戸構造の活性層、上部光閉じ込め層、Ｚｎドープｐ型
上部クラッド層、およびキャップ層がこの順序で形成さ
れている半導体レーザ素子において、前記上部光閉じ込
め層と前記Ｚｎドープｐ型上部クラッド層の間には、ノ
ンドープの半導体層が介装されていることを特徴とす
る。
究を重ねた結果、後述する新規な層構造の有効性を確認
し、本発明の半導体レーザ素子を開発するに至った。す
なわち、本発明の半導体レーザ素子は、ｎ型半導体基板
の上に、ｎ型下部クラッド層、下部光閉じ込め層、量子
井戸構造の活性層、上部光閉じ込め層、Ｚｎドープｐ型
上部クラッド層、およびキャップ層がこの順序で形成さ
れている半導体レーザ素子において、前記上部光閉じ込
め層と前記Ｚｎドープｐ型上部クラッド層の間には、ノ
ンドープの半導体層が介装されていることを特徴とす
る。
【００１３】とくに、前記ノンドープ半導体層の厚みが
１０〜１００nmである半導体レーザ素子が提供される。
好ましくは、前記Ｚｎドープｐ型上部クラッド層がＺｎ
ドープｐ型ＩｎＰから成り、前記ノンドープ半導体層が
ノンドープＩｎＰから成る半導体レーザ素子が提供され
る。
１０〜１００nmである半導体レーザ素子が提供される。
好ましくは、前記Ｚｎドープｐ型上部クラッド層がＺｎ
ドープｐ型ＩｎＰから成り、前記ノンドープ半導体層が
ノンドープＩｎＰから成る半導体レーザ素子が提供され
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明のレーザ素子の基本的な層
構造を図１に示す。この層構造は、上部光閉じ込め層５
とＺｎドープｐ型上部クラッド層６Ａの間に、後述する
ノンドープ半導体層８がスペーサ層として介装されてい
ることを除いては、図４で示した従来構造と同じであ
る。
構造を図１に示す。この層構造は、上部光閉じ込め層５
とＺｎドープｐ型上部クラッド層６Ａの間に、後述する
ノンドープ半導体層８がスペーサ層として介装されてい
ることを除いては、図４で示した従来構造と同じであ
る。
【００１５】なお、これらの層は、いずれも、例えばＭ
ＯＣＶＤ法、ガスソースＭＢＥ法、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法
などの公知のエピタキシャル結晶成長法で形成される。
また、これらの層を構成する半導体材料の組み合わせ
は、格別限定されるものではなく、用いる基板材料との
関係で適宜に選択される。例えば、基板１がｎ型ＩｎＰ
から成る場合、ｎ型下部クラッド層２としてＳｅやＳド
ープのｎ型ＩｎＰ、下部光閉じ込め層３および上部光閉
じ込め層５としては活性層より短波長のバンドギャップ
組成波長を有するノンドープのＧａＩｎＡｓＰから成る
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造、活性層としてはノンドープのＧ
ａＩｎＡｓＰの量子井戸とノンドープのＧａＩｎＡｓＰ
の障壁層から成る井戸数１〜５個の量子井戸構造、ノン
ドープ半導体層としてはノンドープＩｎＰ、Ｚｎドープ
ｐ型上部クラッド層６ＡとしてはＺｎドープＩｎＰ、そ
してキャップ層７としてはＺｎドープのＧａＩｎＡｓＰ
であることが好ましい。その場合、量子井戸構造として
は０.８〜１.５％の圧縮歪み構造にすると更なる高出力
化が可能となり好適である。
ＯＣＶＤ法、ガスソースＭＢＥ法、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法
などの公知のエピタキシャル結晶成長法で形成される。
また、これらの層を構成する半導体材料の組み合わせ
は、格別限定されるものではなく、用いる基板材料との
関係で適宜に選択される。例えば、基板１がｎ型ＩｎＰ
から成る場合、ｎ型下部クラッド層２としてＳｅやＳド
ープのｎ型ＩｎＰ、下部光閉じ込め層３および上部光閉
じ込め層５としては活性層より短波長のバンドギャップ
組成波長を有するノンドープのＧａＩｎＡｓＰから成る
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造、活性層としてはノンドープのＧ
ａＩｎＡｓＰの量子井戸とノンドープのＧａＩｎＡｓＰ
の障壁層から成る井戸数１〜５個の量子井戸構造、ノン
ドープ半導体層としてはノンドープＩｎＰ、Ｚｎドープ
ｐ型上部クラッド層６ＡとしてはＺｎドープＩｎＰ、そ
してキャップ層７としてはＺｎドープのＧａＩｎＡｓＰ
であることが好ましい。その場合、量子井戸構造として
は０.８〜１.５％の圧縮歪み構造にすると更なる高出力
化が可能となり好適である。
【００１６】上記した層構造において、ノンドープ半導
体層８を介在させることにより、上部クラッド層６Ａに
ドーパントを高濃度にドープすることができ、高いヘテ
ロ障壁を実現することができるので電子のオーバフロー
を抑制することができる。また、このノンドープ半導体
層８は、埋め込み成長時の熱によるＺｎ拡散を抑制する
層として働くため、Ｚｎによる光吸収も抑制することが
できる。
体層８を介在させることにより、上部クラッド層６Ａに
ドーパントを高濃度にドープすることができ、高いヘテ
ロ障壁を実現することができるので電子のオーバフロー
を抑制することができる。また、このノンドープ半導体
層８は、埋め込み成長時の熱によるＺｎ拡散を抑制する
層として働くため、Ｚｎによる光吸収も抑制することが
できる。
【００１７】このようなノンドープ半導体層８として
は、前記したノンドープＩｎＰ層の外に、基板１がｎ型
ＩｎＰ基板である場合、次のような材料で構成すること
ができる。例えば、バンドギャップ組成波長（λｇ）が
０.９２〜１.１μｍの範囲内にあるノンドープＧａＩｎ
ＡｓＰ層である。また、このＧａＩｎＡｓＰ層は、単一
組成の層になっていても良いが、組成がｐ型上部光閉じ
込め層からｐ型上部クラッド層に向かって短波長組成に
なるように連続的または段階的に変化する複数の層（組
成傾斜層）を積層して形成されていてもよい。
は、前記したノンドープＩｎＰ層の外に、基板１がｎ型
ＩｎＰ基板である場合、次のような材料で構成すること
ができる。例えば、バンドギャップ組成波長（λｇ）が
０.９２〜１.１μｍの範囲内にあるノンドープＧａＩｎ
ＡｓＰ層である。また、このＧａＩｎＡｓＰ層は、単一
組成の層になっていても良いが、組成がｐ型上部光閉じ
込め層からｐ型上部クラッド層に向かって短波長組成に
なるように連続的または段階的に変化する複数の層（組
成傾斜層）を積層して形成されていてもよい。
【００１８】そして、その厚みは、光出力と、レーザ素
子の駆動時における当該レーザ素子の駆動性の指標であ
る光出力飽和電流値（Ｉsat）との関係から１０〜１０
０nmに設定されることが好ましい。この厚みが１０nmよ
り薄い場合は、光出力が飽和する電流値、すなわち飽和
出力電流値（Ｉsat）は高く、素子としての駆動性は良
好であるとはいえ、ノンドープ半導体層８の上記した機
能が減退し、Ｚｎの熱拡散により、Ｚｎドープｐ型上部
クラッド層６Ａと上部光閉じ込め層５の光吸収により光
出力が低下する。
子の駆動時における当該レーザ素子の駆動性の指標であ
る光出力飽和電流値（Ｉsat）との関係から１０〜１０
０nmに設定されることが好ましい。この厚みが１０nmよ
り薄い場合は、光出力が飽和する電流値、すなわち飽和
出力電流値（Ｉsat）は高く、素子としての駆動性は良
好であるとはいえ、ノンドープ半導体層８の上記した機
能が減退し、Ｚｎの熱拡散により、Ｚｎドープｐ型上部
クラッド層６Ａと上部光閉じ込め層５の光吸収により光
出力が低下する。
【００１９】また、この厚みを１００nmより厚くする
と、当該層はノンドープであるためノンドープ半導体層
８の電気抵抗が高くなる。そのため、レーザ素子の直列
抵抗成分が大きくなり、この発熱によって熱飽和が発生
し、その結果、光出力の低下が引き起こされる。また、
Ｉsat値も低下して、レーザ素子の駆動性が低下する。
このノンドープ半導体層８の好ましい厚みは１０〜１０
０nmである。
と、当該層はノンドープであるためノンドープ半導体層
８の電気抵抗が高くなる。そのため、レーザ素子の直列
抵抗成分が大きくなり、この発熱によって熱飽和が発生
し、その結果、光出力の低下が引き起こされる。また、
Ｉsat値も低下して、レーザ素子の駆動性が低下する。
このノンドープ半導体層８の好ましい厚みは１０〜１０
０nmである。
【００２０】
【実施例】１４８０nmの波長帯域で発振し、図１で示し
た層構造を有する半導体レーザ素子を次のようにして製
造した。ｎ型ＩｎＰから成る基板１の（１００）面に、
ＭＯＣＶＤ法で、Ｓｅドープｎ型ＩｎＰ（Ｓｅのドーピ
ング濃度１×１０18cm-3）から成る厚み１.０μｍのｎ
型下部クラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝１.０５μｍとλｇ＝１.１５μｍの２層）から成る厚
み４０nmの下部光閉じ込め層３を順次成膜し、更にその
上に後述する活性層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λ
ｇ＝１.０５μｍとλｇ＝１.１５μｍの２層）から成る
厚み４０μｍの上部光閉じ込め層５を順次成膜した。
た層構造を有する半導体レーザ素子を次のようにして製
造した。ｎ型ＩｎＰから成る基板１の（１００）面に、
ＭＯＣＶＤ法で、Ｓｅドープｎ型ＩｎＰ（Ｓｅのドーピ
ング濃度１×１０18cm-3）から成る厚み１.０μｍのｎ
型下部クラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝１.０５μｍとλｇ＝１.１５μｍの２層）から成る厚
み４０nmの下部光閉じ込め層３を順次成膜し、更にその
上に後述する活性層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λ
ｇ＝１.０５μｍとλｇ＝１.１５μｍの２層）から成る
厚み４０μｍの上部光閉じ込め層５を順次成膜した。
【００２１】ここで、活性層４は、歪み量１％の圧縮歪
みを有するＧａＩｎＡｓＰから成る厚み４nmの井戸層と
バンドギャップ組成波長λｇが１.１５μｍのＧａＩｎ
ＡｓＰから成る厚み１０nmの障壁層とで構成され、井戸
数は５個になっている。ついで、上記した上部光閉じ込
め層５の上に、ノンドープＩｎＰを用いた厚みが異なる
ノンドープＩｎＰ層８を成膜し、更に、ＺｎドープＩｎ
Ｐ（Ｚｎのドーピング濃度７×１０17cm-3）から成る厚
み０.５μｍのＺｎドープｐ型上部クラッド層６Ａを成
長した。ついで、得られた層構造に対し、フォトリソグ
ラフィとウェットエッチングを行い、メサ構造を形成し
たのち、その側部にｐ型ＩｎＰおよびｎ型ＩｎＰからな
る電流ブロッキング層をＭＯＣＶＤ法による再成長によ
って形成した。ついで、厚さ３μｍのｐ型ＩｎＰクラッ
ド層６Ｂ、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰから成る厚み０.５μｍ
のキャップ層７を順次成膜した。
みを有するＧａＩｎＡｓＰから成る厚み４nmの井戸層と
バンドギャップ組成波長λｇが１.１５μｍのＧａＩｎ
ＡｓＰから成る厚み１０nmの障壁層とで構成され、井戸
数は５個になっている。ついで、上記した上部光閉じ込
め層５の上に、ノンドープＩｎＰを用いた厚みが異なる
ノンドープＩｎＰ層８を成膜し、更に、ＺｎドープＩｎ
Ｐ（Ｚｎのドーピング濃度７×１０17cm-3）から成る厚
み０.５μｍのＺｎドープｐ型上部クラッド層６Ａを成
長した。ついで、得られた層構造に対し、フォトリソグ
ラフィとウェットエッチングを行い、メサ構造を形成し
たのち、その側部にｐ型ＩｎＰおよびｎ型ＩｎＰからな
る電流ブロッキング層をＭＯＣＶＤ法による再成長によ
って形成した。ついで、厚さ３μｍのｐ型ＩｎＰクラッ
ド層６Ｂ、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰから成る厚み０.５μｍ
のキャップ層７を順次成膜した。
【００２２】ついで、キャップ層７の上にＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕから成るｐ型電極を形成し、基板１の裏面を研磨し
て全体の厚みを１００μｍ程度にしたのち、その研磨面
にＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕから成るｎ型電極を形成し
た。その後、全体を劈開して共振器長を１０００μｍと
し、前端面に反射率５％の低反射膜を、後端面に反射率
９８％の高反射膜を成膜して各種レーザ素子を作成し
た。
Ａｕから成るｐ型電極を形成し、基板１の裏面を研磨し
て全体の厚みを１００μｍ程度にしたのち、その研磨面
にＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕから成るｎ型電極を形成し
た。その後、全体を劈開して共振器長を１０００μｍと
し、前端面に反射率５％の低反射膜を、後端面に反射率
９８％の高反射膜を成膜して各種レーザ素子を作成し
た。
【００２３】これらのレーザ素子の流入電流６００mAの
ときの光出力を測定した。その結果をノンドープ半導体
層の厚みと光出力との関係として図２に示す。また、各
レーザ素子のＩsat値とノンドープ半導体層の厚みとの
関係を図３に示した。なお、各特性値は、レーザ素子７
個の平均値である。図２、図３から次のことが明らかで
ある。
ときの光出力を測定した。その結果をノンドープ半導体
層の厚みと光出力との関係として図２に示す。また、各
レーザ素子のＩsat値とノンドープ半導体層の厚みとの
関係を図３に示した。なお、各特性値は、レーザ素子７
個の平均値である。図２、図３から次のことが明らかで
ある。
【００２４】（１）ノンドープ半導体層が上部光閉じ込
め層とＺｎドープｐ型ＩｎＰ層の間に存在していない従
来例の場合、その光出力は２００mW程度である。これに
反し、本発明のレーザ素子の場合、その光出力は最大で
２３３mWになっていて、従来例に比べると、１７％程度
の高光出力化が実現されている。すなわち、ノンドープ
半導体層を介装したことの有効性は歴然としている。
め層とＺｎドープｐ型ＩｎＰ層の間に存在していない従
来例の場合、その光出力は２００mW程度である。これに
反し、本発明のレーザ素子の場合、その光出力は最大で
２３３mWになっていて、従来例に比べると、１７％程度
の高光出力化が実現されている。すなわち、ノンドープ
半導体層を介装したことの有効性は歴然としている。
【００２５】（２）本発明のレーザ素子の場合、図２か
ら明白であるように、光出力とノンドープ半導体層の厚
みとの間には相関関係が存在する。すなわち、厚さが厚
くなるにつれてＺｎの光吸収が抑制されるため、光出力
は大きくなり、厚さが５０nmで最大となるが、これより
厚くなると熱飽和により光出力が漸減していき、厚さが
１６０nm程度のときに従来例の光出力と同等になってい
る。
ら明白であるように、光出力とノンドープ半導体層の厚
みとの間には相関関係が存在する。すなわち、厚さが厚
くなるにつれてＺｎの光吸収が抑制されるため、光出力
は大きくなり、厚さが５０nmで最大となるが、これより
厚くなると熱飽和により光出力が漸減していき、厚さが
１６０nm程度のときに従来例の光出力と同等になってい
る。
【００２６】（３）以上、光出力の点からノンドープ半
導体層の厚さを１０〜１００nmに設定することが好適で
ある。 （４）なお、飽和出力電流値Ｉsatはノンドープ半導体
層が厚くなるにつれて減少してレーザ素子の駆動性は低
下していく。しかしながら、実用性の点からいえば、Ｉ
sat値は大きいほどよい。ここで、本発明のレーザ素子
のノンドープ半導体層の厚さとＩsat値の関係を示した
図３を見ると、ノンドープ半導体層の厚さを１０〜１０
０nmとした場合においても、Ｉsat値は１０００mAであ
り、充分実用的であるといえる。
導体層の厚さを１０〜１００nmに設定することが好適で
ある。 （４）なお、飽和出力電流値Ｉsatはノンドープ半導体
層が厚くなるにつれて減少してレーザ素子の駆動性は低
下していく。しかしながら、実用性の点からいえば、Ｉ
sat値は大きいほどよい。ここで、本発明のレーザ素子
のノンドープ半導体層の厚さとＩsat値の関係を示した
図３を見ると、ノンドープ半導体層の厚さを１０〜１０
０nmとした場合においても、Ｉsat値は１０００mAであ
り、充分実用的であるといえる。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
半導体レーザ素子は、従来のレーザ素子と比べてその光
出力が１７％程度高くなっている。したがって、本発明
のレーザ素子は、光ファイバ増幅器用励起光源として有
用であり、また、ファイバブラッググレーティングと結
合したラマン増幅器のようにＷ級の励起光強度が要求さ
れるシステムの光源としてその工業的価値は大である。
半導体レーザ素子は、従来のレーザ素子と比べてその光
出力が１７％程度高くなっている。したがって、本発明
のレーザ素子は、光ファイバ増幅器用励起光源として有
用であり、また、ファイバブラッググレーティングと結
合したラマン増幅器のようにＷ級の励起光強度が要求さ
れるシステムの光源としてその工業的価値は大である。
【図１】本発明の半導体レーザ素子の基本的な層構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】光出力とノンドープ半導体層の厚みとの関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】光出力飽和電流値（Ｉsat）とノンドープ半導
体層の厚みとの関係を示すグラフである。
体層の厚みとの関係を示すグラフである。
【図４】従来の半導体レーザ素子の層構造を示す断面図
である。
である。
１ ｎ型半導体基板 ２ ｎ型下部クラッド層 ３ 下部光閉じ込め層 ４ 活性層 ５ 上部光閉じ込め層 ６Ａ，６Ｂ Ｚｎドープ上部クラッド層 ７ キャップ層 ８ ノンドープ半導体層
Claims (3)
- 【請求項１】 ｎ型半導体基板の上に、ｎ型下部クラッ
ド層、下部光閉じ込め層、量子井戸構造の活性層、上部
光閉じ込め層、Ｚｎドープｐ型上部クラッド層、および
キャップ層がこの順序で形成されている半導体レーザ素
子において、 前記上部光閉じ込め層と前記Ｚｎドープｐ型上部クラッ
ド層の間には、ノンドープの半導体層が介装されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記ノンドープ半導体層の厚さが１０〜
１００nmである請求項１の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記ノンドープ半導体層が、ノンドープ
ＩｎＰから成る単一層、バンドギャップ組成波長λｇが
０.９２≦λｇ≦１.１μｍであるノンドープＧａＩｎＡ
ｓＰから成る単一層、または、ノンドープＧａＩｎＡｓ
Ｐから成る組成傾斜層のいずれかである請求項１または
２の半導体レーザ素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000182167A JP2002009401A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 半導体レーザ素子 |
| CA002350311A CA2350311A1 (en) | 2000-06-16 | 2001-06-13 | Semiconductor laser device |
| US09/880,064 US6603785B2 (en) | 2000-06-16 | 2001-06-14 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000182167A JP2002009401A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002009401A true JP2002009401A (ja) | 2002-01-11 |
Family
ID=18682978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000182167A Pending JP2002009401A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6603785B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002009401A (ja) |
| CA (1) | CA2350311A1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005136371A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Korea Inst Of Science & Technology | ストレイン補償多重量子井戸を用いる単一モード型レーザダイオード及びその製造方法 |
| JP2007227930A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 高出力半導体レーザー素子 |
| JP2010212664A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-09-24 | Renesas Electronics Corp | 半導体レーザとその製造方法 |
| JP2015133381A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造システム |
| JP2018006590A (ja) * | 2016-07-04 | 2018-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体素子 |
| JP2018006770A (ja) * | 2017-09-27 | 2018-01-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10108079A1 (de) * | 2000-05-30 | 2002-09-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
| US7440180B2 (en) * | 2004-02-13 | 2008-10-21 | Tang Yin S | Integration of rare-earth doped amplifiers into semiconductor structures and uses of same |
| JP5660940B2 (ja) * | 2010-04-27 | 2015-01-28 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63208296A (ja) * | 1987-02-24 | 1988-08-29 | Sharp Corp | 半導体装置 |
| US5070510A (en) * | 1989-12-12 | 1991-12-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
| JP3461893B2 (ja) * | 1994-02-21 | 2003-10-27 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
-
2000
- 2000-06-16 JP JP2000182167A patent/JP2002009401A/ja active Pending
-
2001
- 2001-06-13 CA CA002350311A patent/CA2350311A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-14 US US09/880,064 patent/US6603785B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005136371A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Korea Inst Of Science & Technology | ストレイン補償多重量子井戸を用いる単一モード型レーザダイオード及びその製造方法 |
| JP2007227930A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 高出力半導体レーザー素子 |
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| JP2015133381A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造システム |
| JP2018006590A (ja) * | 2016-07-04 | 2018-01-11 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体素子 |
| JP2018006770A (ja) * | 2017-09-27 | 2018-01-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010053169A1 (en) | 2001-12-20 |
| CA2350311A1 (en) | 2001-12-16 |
| US6603785B2 (en) | 2003-08-05 |
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