JP2003031903A - 半導体レーザ装置および短波長レーザ光源 - Google Patents
半導体レーザ装置および短波長レーザ光源Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 逆バイアスpn接合を持つ電流狭窄部を備え
た半導体レーザ装置の高周波特性を向上させる。 【解決手段】 基板10上に積層された活性層12と、この
活性層12の所定のストライプ状領域のみに電流注入する
ための開口を有して該活性層12の上に形成された電流阻
止層31を含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭
窄部とを備えてなる半導体レーザ装置において、少なく
とも上記電流阻止層31および、この電流阻止層31の上に
形成されて該電流阻止層31とpn接合を構成する半導体
層23を、左右方向幅が100μm以下のリッジ状に形成す
る。
た半導体レーザ装置の高周波特性を向上させる。 【解決手段】 基板10上に積層された活性層12と、この
活性層12の所定のストライプ状領域のみに電流注入する
ための開口を有して該活性層12の上に形成された電流阻
止層31を含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭
窄部とを備えてなる半導体レーザ装置において、少なく
とも上記電流阻止層31および、この電流阻止層31の上に
形成されて該電流阻止層31とpn接合を構成する半導体
層23を、左右方向幅が100μm以下のリッジ状に形成す
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、特に詳細には、電流狭窄用の電流阻止層を有する
タイプの半導体レーザ装置に関するものである。
関し、特に詳細には、電流狭窄用の電流阻止層を有する
タイプの半導体レーザ装置に関するものである。
【0002】また本発明は、上述のような半導体レーザ
装置から発せられたレーザビームを第2高調波に変換し
て出力する短波長レーザ光源に関するものである。
装置から発せられたレーザビームを第2高調波に変換し
て出力する短波長レーザ光源に関するものである。
【0003】
【従来の技術】一般に、情報処理や印刷機器等の光源と
して用いられる半導体レーザは、低電流で効率良く動作
することが求められる。このため従来より、例えば特許
第2746131号公報に示されているように、逆バイ
アスpn接合を持つ電流狭窄部によって、活性層の微小
領域のみに電流注入するようにした半導体レーザ装置が
提案されている。この半導体レーザ装置は、基本的に、
基板上に積層された活性層と、この活性層の所定のスト
ライプ状領域のみに電流注入するための開口を有して該
活性層の上に形成された電流阻止層を含む、p型および
n型の多層膜からなる電流狭窄部とを備えてなるもので
ある。
して用いられる半導体レーザは、低電流で効率良く動作
することが求められる。このため従来より、例えば特許
第2746131号公報に示されているように、逆バイ
アスpn接合を持つ電流狭窄部によって、活性層の微小
領域のみに電流注入するようにした半導体レーザ装置が
提案されている。この半導体レーザ装置は、基本的に、
基板上に積層された活性層と、この活性層の所定のスト
ライプ状領域のみに電流注入するための開口を有して該
活性層の上に形成された電流阻止層を含む、p型および
n型の多層膜からなる電流狭窄部とを備えてなるもので
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
逆バイアスpn接合を持つ電流狭窄部を設けると、この
pn接合部分に大きな寄生容量が発生することになる。
そこで、この半導体レーザを高速変調する際には、高周
波成分がこの容量を通して流れてしまうため、変調がか
からないという問題が生じる。また半導体レーザは、そ
こから発せられたレーザビームを第2高調波に変換する
光波長変換素子と組み合わせて、短波長レーザ光源を構
成するように用いられることもあるが、その際に上述の
ような問題が生じると、短波長化された青色や緑色の短
波長レーザビームを画像記録等に適用することが難しく
なってしまう。
逆バイアスpn接合を持つ電流狭窄部を設けると、この
pn接合部分に大きな寄生容量が発生することになる。
そこで、この半導体レーザを高速変調する際には、高周
波成分がこの容量を通して流れてしまうため、変調がか
からないという問題が生じる。また半導体レーザは、そ
こから発せられたレーザビームを第2高調波に変換する
光波長変換素子と組み合わせて、短波長レーザ光源を構
成するように用いられることもあるが、その際に上述の
ような問題が生じると、短波長化された青色や緑色の短
波長レーザビームを画像記録等に適用することが難しく
なってしまう。
【0005】また、光ディスク等の読取りに用いられる
半導体レーザにおいては、ノイズを低減する目的で高周
波重畳駆動されることもあるが、その場合も、高周波成
分が電流阻止層を抜けてしまい、活性層に効率良く電流
が注入されなくなるという問題が生じる。
半導体レーザにおいては、ノイズを低減する目的で高周
波重畳駆動されることもあるが、その場合も、高周波成
分が電流阻止層を抜けてしまい、活性層に効率良く電流
が注入されなくなるという問題が生じる。
【0006】このように高周波特性が損なわれる最大の
原因は、電流阻止層のpn接合部における空乏層の広が
りによって生じる寄生容量にある。具体的に、このpn
接合部における寄生容量が大きくて、100MHzを超
えるような高周波による変調を行なった場合には、注入
電流が効率良く活性層部に注入されないという不具合が
生じていた。
原因は、電流阻止層のpn接合部における空乏層の広が
りによって生じる寄生容量にある。具体的に、このpn
接合部における寄生容量が大きくて、100MHzを超
えるような高周波による変調を行なった場合には、注入
電流が効率良く活性層部に注入されないという不具合が
生じていた。
【0007】上記特許第2746131号公報には、こ
のような問題を解決するために、電流阻止層および、こ
の電流阻止層の上に形成されて該電流阻止層とpn接合
を構成する半導体層に、そのpn接合面を貫通し、かつ
前記開口を挟んで前記ストライプ状領域に沿って延びる
1対の溝を形成した構造が示されている。
のような問題を解決するために、電流阻止層および、こ
の電流阻止層の上に形成されて該電流阻止層とpn接合
を構成する半導体層に、そのpn接合面を貫通し、かつ
前記開口を挟んで前記ストライプ状領域に沿って延びる
1対の溝を形成した構造が示されている。
【0008】しかし、このような従来の構造を適用して
も、逆バイアスpn接合を持つ電流狭窄部を備えた半導
体レーザ装置の高周波特性を十分に高めることは不可能
であった。
も、逆バイアスpn接合を持つ電流狭窄部を備えた半導
体レーザ装置の高周波特性を十分に高めることは不可能
であった。
【0009】本発明は上記の事情に鑑み、逆バイアスp
n接合を持つ電流狭窄部を備え、そして高周波特性が十
分に高い半導体レーザ装置を提供することを目的とす
る。
n接合を持つ電流狭窄部を備え、そして高周波特性が十
分に高い半導体レーザ装置を提供することを目的とす
る。
【0010】また本発明は、波長変換されたレーザビー
ムを高速変調することができる短波長レーザ光源を提供
することを目的とする。
ムを高速変調することができる短波長レーザ光源を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の半導
体レーザ装置は、基板上に積層された活性層と、この活
性層の所定のストライプ状領域のみに電流注入するため
の開口を有して該活性層の上に形成された電流阻止層を
含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭窄部とを
備えてなる半導体レーザ装置において、少なくとも前記
電流阻止層および、この電流阻止層の上に形成されて該
電流阻止層とpn接合を構成する半導体層が、左右方向
幅が100μm以下のリッジ構造をなしていることを特徴
とするものである。
体レーザ装置は、基板上に積層された活性層と、この活
性層の所定のストライプ状領域のみに電流注入するため
の開口を有して該活性層の上に形成された電流阻止層を
含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭窄部とを
備えてなる半導体レーザ装置において、少なくとも前記
電流阻止層および、この電流阻止層の上に形成されて該
電流阻止層とpn接合を構成する半導体層が、左右方向
幅が100μm以下のリッジ構造をなしていることを特徴
とするものである。
【0012】また本発明による第2の半導体レーザ装置
は、基板上に積層された活性層と、この活性層の所定の
ストライプ状領域のみに電流注入するための開口を有し
て該活性層の上に形成された電流阻止層を含む、p型お
よびn型の多層膜からなる電流狭窄部とを備えてなる半
導体レーザ装置において、前記電流阻止層および、この
電流阻止層の上に形成されて該電流阻止層とpn接合を
構成する半導体層に、そのpn接合面を貫通し、かつ前
記開口を挟んで前記ストライプ状領域に沿って延びる1
対の溝が形成され、これらの溝と溝との間の距離が100
μm以下とされていることを特徴とするものである。
は、基板上に積層された活性層と、この活性層の所定の
ストライプ状領域のみに電流注入するための開口を有し
て該活性層の上に形成された電流阻止層を含む、p型お
よびn型の多層膜からなる電流狭窄部とを備えてなる半
導体レーザ装置において、前記電流阻止層および、この
電流阻止層の上に形成されて該電流阻止層とpn接合を
構成する半導体層に、そのpn接合面を貫通し、かつ前
記開口を挟んで前記ストライプ状領域に沿って延びる1
対の溝が形成され、これらの溝と溝との間の距離が100
μm以下とされていることを特徴とするものである。
【0013】また本発明による第3の半導体レーザ装置
は、基板上に積層された活性層と、この活性層の所定の
ストライプ状領域のみに電流注入するための開口を有し
て該活性層の上に形成された電流阻止層を含む、p型お
よびn型の多層膜からなる電流狭窄部とを備えてなる半
導体レーザ装置において、前記電流阻止層の、その下の
半導体層と接してpn接合を構成する部分に、層厚が0.
3μm以下でキャリア濃度が1×1017cmー3以下
である低濃度層が形成され、この低濃度層以外の部分に
おいて前記電流阻止層のキャリア濃度が1×101 8c
mー3以上とされていることを特徴とするものである。
は、基板上に積層された活性層と、この活性層の所定の
ストライプ状領域のみに電流注入するための開口を有し
て該活性層の上に形成された電流阻止層を含む、p型お
よびn型の多層膜からなる電流狭窄部とを備えてなる半
導体レーザ装置において、前記電流阻止層の、その下の
半導体層と接してpn接合を構成する部分に、層厚が0.
3μm以下でキャリア濃度が1×1017cmー3以下
である低濃度層が形成され、この低濃度層以外の部分に
おいて前記電流阻止層のキャリア濃度が1×101 8c
mー3以上とされていることを特徴とするものである。
【0014】なお以上述べた本発明による各半導体レー
ザ装置において、素子上面は、前記ストライプ状所定領
域の直上部分を含む一部領域を除いて誘電体絶縁膜で覆
われ、そして、この誘電体絶縁膜が除かれた領域に電極
が形成されていることが望ましい。
ザ装置において、素子上面は、前記ストライプ状所定領
域の直上部分を含む一部領域を除いて誘電体絶縁膜で覆
われ、そして、この誘電体絶縁膜が除かれた領域に電極
が形成されていることが望ましい。
【0015】一方、本発明による短波長レーザ光源は、
上に説明した本発明による半導体レーザ装置のいずれか
と、この半導体レーザ装置から発せられたレーザビーム
を第2高調波に変換する光波長変換素子とから構成され
たことを特徴とするものである。
上に説明した本発明による半導体レーザ装置のいずれか
と、この半導体レーザ装置から発せられたレーザビーム
を第2高調波に変換する光波長変換素子とから構成され
たことを特徴とするものである。
【0016】
【発明の効果】本発明による第1の半導体レーザ装置に
おいては、電流阻止層および、この電流阻止層の上に形
成されて該電流阻止層とpn接合を構成する半導体層
が、左右方向幅が100μm以下のリッジ構造をなしてい
るので、pn接合面を小さくして寄生容量を低減し、そ
れにより高周波特性を大幅に向上させることができる。
おいては、電流阻止層および、この電流阻止層の上に形
成されて該電流阻止層とpn接合を構成する半導体層
が、左右方向幅が100μm以下のリッジ構造をなしてい
るので、pn接合面を小さくして寄生容量を低減し、そ
れにより高周波特性を大幅に向上させることができる。
【0017】また本発明による第2の半導体レーザ装置
においては、電流阻止層および、この電流阻止層の上に
形成されて該電流阻止層とpn接合を構成する半導体層
に、そのpn接合面を貫通し、かつ前記開口を挟んで前
記ストライプ状領域に沿って延びる1対の溝が形成され
て、そしてこれらの溝と溝との間の距離が100μm以下
とされているので、溝の外側部分は内側部分から電気的
に隔絶した上で、溝の内側部分のpn接合面を小さくし
て寄生容量を低減し、それにより高周波特性を大幅に向
上させることができる。
においては、電流阻止層および、この電流阻止層の上に
形成されて該電流阻止層とpn接合を構成する半導体層
に、そのpn接合面を貫通し、かつ前記開口を挟んで前
記ストライプ状領域に沿って延びる1対の溝が形成され
て、そしてこれらの溝と溝との間の距離が100μm以下
とされているので、溝の外側部分は内側部分から電気的
に隔絶した上で、溝の内側部分のpn接合面を小さくし
て寄生容量を低減し、それにより高周波特性を大幅に向
上させることができる。
【0018】なお、上記第1および第2の半導体レーザ
装置における100μmという数値の意義については、後
に実施の形態に沿って詳しく説明する。
装置における100μmという数値の意義については、後
に実施の形態に沿って詳しく説明する。
【0019】また本発明による第3の半導体レーザ装置
においては、電流阻止層の、その下の半導体層と接して
pn接合を構成する部分に、層厚が0.3μm以下でキャ
リア濃度が1×1017cmー3以下である低濃度層が
形成されたことにより、このpn接合面に生じる寄生容
量を低減し、それにより高周波特性を大幅に向上させる
ことができる。
においては、電流阻止層の、その下の半導体層と接して
pn接合を構成する部分に、層厚が0.3μm以下でキャ
リア濃度が1×1017cmー3以下である低濃度層が
形成されたことにより、このpn接合面に生じる寄生容
量を低減し、それにより高周波特性を大幅に向上させる
ことができる。
【0020】なお以上述べた本発明による各半導体レー
ザ装置において、素子上面が、前記ストライプ状所定領
域の直上部分を含む一部領域を除いて誘電体絶縁膜で覆
われ、そして、この誘電体絶縁膜が除かれた領域に電極
が形成される場合は、ワイヤボンディングができる程度
の最小限の大きさに電極を形成して、さらに寄生容量を
低減することができる。
ザ装置において、素子上面が、前記ストライプ状所定領
域の直上部分を含む一部領域を除いて誘電体絶縁膜で覆
われ、そして、この誘電体絶縁膜が除かれた領域に電極
が形成される場合は、ワイヤボンディングができる程度
の最小限の大きさに電極を形成して、さらに寄生容量を
低減することができる。
【0021】一方、本発明による短波長レーザ光源は、
上述のように高周波特性が大幅に向上した本発明の半導
体レーザ装置が基本波光源として用いられているので、
高速変調された短波長の第2高調波を得ることができ
る。
上述のように高周波特性が大幅に向上した本発明の半導
体レーザ装置が基本波光源として用いられているので、
高速変調された短波長の第2高調波を得ることができ
る。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【0023】図1は、本発明の第1の実施の形態による
半導体レーザ装置1の立断面形状を示すものである。図
示されるようにこの第1の実施の形態の半導体レーザ装
置1は、n型GaAs基板10と、その上に順次積層されたn
型InGaP下部クラッド層11と、i-InGaAsP障壁層、i-InGa
As量子井戸活性層およびi-InGaAsP障壁層からなる多層
半導体部(活性層)12と、p型InGaP上部第1クラッド
層13と、p型AlGaAs上部第2クラッド層23と、p型AlGa
As上部第3クラッド層24と、p型GaAsコンタクト層14と
を有している。
半導体レーザ装置1の立断面形状を示すものである。図
示されるようにこの第1の実施の形態の半導体レーザ装
置1は、n型GaAs基板10と、その上に順次積層されたn
型InGaP下部クラッド層11と、i-InGaAsP障壁層、i-InGa
As量子井戸活性層およびi-InGaAsP障壁層からなる多層
半導体部(活性層)12と、p型InGaP上部第1クラッド
層13と、p型AlGaAs上部第2クラッド層23と、p型AlGa
As上部第3クラッド層24と、p型GaAsコンタクト層14と
を有している。
【0024】そして上記p型AlGaAs上部第2クラッド層
23の左右両側にはそれぞれn型InGaP電流阻止層31が形
成され、このn型InGaP電流阻止層31および上記p型InG
aP上部第1クラッド層13によって電流狭窄部が構成され
ている。すなわち、n型InGaP電流阻止層31はp型AlGaA
s上部第2クラッド層23の部分が開口した形となってお
り、この開口の両側のn型InGaP電流阻止層31およびp
型InGaP上部第1クラッド層13が構成するpn接合部に
おいて、後述の逆バイアス状態が作られる。
23の左右両側にはそれぞれn型InGaP電流阻止層31が形
成され、このn型InGaP電流阻止層31および上記p型InG
aP上部第1クラッド層13によって電流狭窄部が構成され
ている。すなわち、n型InGaP電流阻止層31はp型AlGaA
s上部第2クラッド層23の部分が開口した形となってお
り、この開口の両側のn型InGaP電流阻止層31およびp
型InGaP上部第1クラッド層13が構成するpn接合部に
おいて、後述の逆バイアス状態が作られる。
【0025】なお上記n型InGaP電流阻止層31、その上
のp型AlGaAs上部第3クラッド層24および、その上のp
型GaAsコンタクト層14は、左右側外方の部分がエッチン
グにより除去されて、幅100μmのリッジ状に形成され
ている。
のp型AlGaAs上部第3クラッド層24および、その上のp
型GaAsコンタクト層14は、左右側外方の部分がエッチン
グにより除去されて、幅100μmのリッジ状に形成され
ている。
【0026】また、上記p型GaAsコンタクト層14の上
面、並びに上記エッチングで露出した部分の表面を覆
う、例えばSiO2やSi3N4等からなる誘電体絶縁
膜15が設けられている。この誘電体絶縁膜15は、p型Ga
Asコンタクト層14の上面部分では、レーザ光が導波する
方向(図の紙面に垂直な方向)に沿って延びる矩形の電
極コンタクト孔を有するものとされている。そしてこの
電極コンタクト孔から露出したp型GaAsコンタクト層14
に接するp型電極16が形成されるとともに、n型GaAs基
板10の下面にはn型電極17が形成されている。
面、並びに上記エッチングで露出した部分の表面を覆
う、例えばSiO2やSi3N4等からなる誘電体絶縁
膜15が設けられている。この誘電体絶縁膜15は、p型Ga
Asコンタクト層14の上面部分では、レーザ光が導波する
方向(図の紙面に垂直な方向)に沿って延びる矩形の電
極コンタクト孔を有するものとされている。そしてこの
電極コンタクト孔から露出したp型GaAsコンタクト層14
に接するp型電極16が形成されるとともに、n型GaAs基
板10の下面にはn型電極17が形成されている。
【0027】なお本実施の形態における共振器長は900
μmであるが、一般には500μm以上2000μm以下の範
囲で、要求される光出力や用途に応じて共振器長を変え
ることができる。
μmであるが、一般には500μm以上2000μm以下の範
囲で、要求される光出力や用途に応じて共振器長を変え
ることができる。
【0028】以下、本実施の形態の半導体レーザ装置1
の動作を説明する。n型電極17とp型電極16との間に順
方向のバイアス電圧をかけると、p型InGaP上部第1ク
ラッド層13から活性層12を抜けてn型InGaP下部クラッ
ド層11へと順方向電流が通過しようとする。しかしこの
とき、電流狭窄部のn型InGaP電流阻止層31とp型InGaP
上部第1クラッド層13とのpn接合部は逆バイアス状態
となるため、駆動電流はn型InGaP電流阻止層31の開口
部分の直下のストライプ状の活性領域にのみ集中して流
れ、低電流での動作が可能となる。
の動作を説明する。n型電極17とp型電極16との間に順
方向のバイアス電圧をかけると、p型InGaP上部第1ク
ラッド層13から活性層12を抜けてn型InGaP下部クラッ
ド層11へと順方向電流が通過しようとする。しかしこの
とき、電流狭窄部のn型InGaP電流阻止層31とp型InGaP
上部第1クラッド層13とのpn接合部は逆バイアス状態
となるため、駆動電流はn型InGaP電流阻止層31の開口
部分の直下のストライプ状の活性領域にのみ集中して流
れ、低電流での動作が可能となる。
【0029】またこのとき、駆動電流に300MHzの高
周波信号を重畳すると、従来の半導体レーザではこの逆
バイアス状態のpn接合部が大きな寄生容量となってそ
こを高周波成分が通過してしまうことから、活性領域の
みに有効に電流を流すのが困難になっていたのに対し
て、本実施の形態では電流阻止層31の部分を幅100μm
の狭いリッジ構造として、このpn接合部の面積を低減
しているために寄生容量が小さく、活性領域に有効に電
流注入することが可能になっている。
周波信号を重畳すると、従来の半導体レーザではこの逆
バイアス状態のpn接合部が大きな寄生容量となってそ
こを高周波成分が通過してしまうことから、活性領域の
みに有効に電流を流すのが困難になっていたのに対し
て、本実施の形態では電流阻止層31の部分を幅100μm
の狭いリッジ構造として、このpn接合部の面積を低減
しているために寄生容量が小さく、活性領域に有効に電
流注入することが可能になっている。
【0030】なお、p型AlGaAs上部第3クラッド層24と
n型InGaP電流阻止層31とのpn接合部にも寄生容量が
発生するが、本実施の形態では上記リッジ構造を採用し
たことによりこのpn接合部の面積も低減されているの
で、ここで大きな寄生容量が発生することも防止可能と
なっている。
n型InGaP電流阻止層31とのpn接合部にも寄生容量が
発生するが、本実施の形態では上記リッジ構造を採用し
たことによりこのpn接合部の面積も低減されているの
で、ここで大きな寄生容量が発生することも防止可能と
なっている。
【0031】図2は、基本構成は上記実施の形態と同様
にして上記リッジ構造の幅を種々に変えた場合の、半導
体レーザ装置の遮断周波数特性を示したものである。こ
こに示される通り、リッジ構造の幅を狭くするに従って
遮断周波数は大きくなり、特にリッジ幅が100μm以下
であれば遮断周波数は急激に高くなるので、より高い周
波数成分も良好に遮断できるようになる。
にして上記リッジ構造の幅を種々に変えた場合の、半導
体レーザ装置の遮断周波数特性を示したものである。こ
こに示される通り、リッジ構造の幅を狭くするに従って
遮断周波数は大きくなり、特にリッジ幅が100μm以下
であれば遮断周波数は急激に高くなるので、より高い周
波数成分も良好に遮断できるようになる。
【0032】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図3および図4はそれぞれ、本発明の第2の
実施の形態による半導体レーザ装置2の立断面形状、平
面形状を示すものである。なおこれらの図において、図
1中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらにつ
いての説明は特に必要のない限り省略する(以下、同
様)。
説明する。図3および図4はそれぞれ、本発明の第2の
実施の形態による半導体レーザ装置2の立断面形状、平
面形状を示すものである。なおこれらの図において、図
1中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらにつ
いての説明は特に必要のない限り省略する(以下、同
様)。
【0033】図示されるようにこの第2の実施の形態の
半導体レーザ装置2において、n型InGaP電流阻止層3
1、p型AlGaAs上部第3クラッド層24および、p型GaAs
コンタクト層14はリッジ状には形成されていないが、そ
の代わりに、それらを貫通する2本の開放溝51、51が形
成されている。これらの開放溝51、51は、n型InGaP電
流阻止層31の開口を挟んで、電流注入されるストライプ
状領域に沿って延びるように形成され、深さは、p型Al
GaAs上部第3クラッド層24とn型InGaP電流阻止層31と
のpn接合面を貫通し、p型InGaP上部第1クラッド層1
3の上表面まで達する(つまりn型InGaP電流阻止層31の
全厚に亘る)深さとされている。本例でこれらの開放溝
51、51の間の距離は、30μmとされている。
半導体レーザ装置2において、n型InGaP電流阻止層3
1、p型AlGaAs上部第3クラッド層24および、p型GaAs
コンタクト層14はリッジ状には形成されていないが、そ
の代わりに、それらを貫通する2本の開放溝51、51が形
成されている。これらの開放溝51、51は、n型InGaP電
流阻止層31の開口を挟んで、電流注入されるストライプ
状領域に沿って延びるように形成され、深さは、p型Al
GaAs上部第3クラッド層24とn型InGaP電流阻止層31と
のpn接合面を貫通し、p型InGaP上部第1クラッド層1
3の上表面まで達する(つまりn型InGaP電流阻止層31の
全厚に亘る)深さとされている。本例でこれらの開放溝
51、51の間の距離は、30μmとされている。
【0034】また、上記p型GaAsコンタクト層14の上
面、並びに上記開放溝51、51の表面部分を覆う、例えば
SiO2やSi3N4等からなる誘電体絶縁膜15が設け
られている。この誘電体絶縁膜15は、p型GaAsコンタク
ト層14の上面部分では、レーザ光が導波する方向(図4
の上下方向)に沿って矩形の電極コンタクト孔を有する
ものとされている。そしてこの電極コンタクト孔から露
出したp型GaAsコンタクト層14に接するp型電極16が形
成されるとともに、n型GaAs基板10の下面にはn型電極
17が形成されている。
面、並びに上記開放溝51、51の表面部分を覆う、例えば
SiO2やSi3N4等からなる誘電体絶縁膜15が設け
られている。この誘電体絶縁膜15は、p型GaAsコンタク
ト層14の上面部分では、レーザ光が導波する方向(図4
の上下方向)に沿って矩形の電極コンタクト孔を有する
ものとされている。そしてこの電極コンタクト孔から露
出したp型GaAsコンタクト層14に接するp型電極16が形
成されるとともに、n型GaAs基板10の下面にはn型電極
17が形成されている。
【0035】この第2の実施の形態においては、開放溝
51、51の外側部分が内側部分から電気的に隔絶されるの
で、この場合も電流注入に関わる開放溝51、51の内側部
分のpn接合面を小さくして寄生容量を低減し、それに
より高周波特性を大幅に向上させることができる。
51、51の外側部分が内側部分から電気的に隔絶されるの
で、この場合も電流注入に関わる開放溝51、51の内側部
分のpn接合面を小さくして寄生容量を低減し、それに
より高周波特性を大幅に向上させることができる。
【0036】なお本実施の形態では特にp型電極16に、
開放溝51、51より外側に部分的に突出したパッド部16a
が形成され、これらのパッド部16aが外部結線用電極
(ワイヤボンディング用電極パッド)として用いられ
る。これにより、開放溝51、51の内側のp型電極16の幅
が、可能な限り狭小化されている。
開放溝51、51より外側に部分的に突出したパッド部16a
が形成され、これらのパッド部16aが外部結線用電極
(ワイヤボンディング用電極パッド)として用いられ
る。これにより、開放溝51、51の内側のp型電極16の幅
が、可能な限り狭小化されている。
【0037】ただし、開放溝51、51の外側部分でp型電
極16の面積を広く取り過ぎると、p型電極16と誘電体絶
縁膜15とp型GaAsコンタクト層14とでコンデンサが形成
され、寄生容量が発生する。特にこのコンデンサは、p
型電極16と電気的には並列に存在するため、p型電極16
とp型GaAsコンタクト層14との界面に生ずるオーミック
抵抗が大きい場合には、無視できない寄生容量が発生す
る。そこで本実施の形態においては、図4に示すように
p型電極16を、開放溝51、51より外側ではほぼパッド部
16aのみが存在する形状にして小面積化を図り、寄生容
量の低減を実現している。
極16の面積を広く取り過ぎると、p型電極16と誘電体絶
縁膜15とp型GaAsコンタクト層14とでコンデンサが形成
され、寄生容量が発生する。特にこのコンデンサは、p
型電極16と電気的には並列に存在するため、p型電極16
とp型GaAsコンタクト層14との界面に生ずるオーミック
抵抗が大きい場合には、無視できない寄生容量が発生す
る。そこで本実施の形態においては、図4に示すように
p型電極16を、開放溝51、51より外側ではほぼパッド部
16aのみが存在する形状にして小面積化を図り、寄生容
量の低減を実現している。
【0038】図5は、この第2の実施の形態の半導体レ
ーザ装置2の遮断周波数特性を示すものである。ここに
示される通り、開放溝51、51の間隔を30μmにし、かつ
p型電極16に上述の形状を採用したことにより、応答が
0(ゼロ)dBを下回るのはほぼ10GHz以上という良
好な高周波特性が得られている。
ーザ装置2の遮断周波数特性を示すものである。ここに
示される通り、開放溝51、51の間隔を30μmにし、かつ
p型電極16に上述の形状を採用したことにより、応答が
0(ゼロ)dBを下回るのはほぼ10GHz以上という良
好な高周波特性が得られている。
【0039】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図6は、本発明の第3の実施の形態による半
導体レーザ装置3の立断面形状を示すものである。この
半導体レーザ装置3において、p型InGaP上部第1クラ
ッド層13と接してpn接合を構成するn型InGaP電流阻
止層31の部分には、キャリア濃度が該n型InGaP電流阻
止層31のその他の部分よりも低い低濃度層31aが形成さ
れている。本例においてこの低濃度層31aのキャリア濃
度は5×1016cmー3、層厚は0.1μmとされてい
る。それに対して、該低濃度層31a以外の部分における
n型InGaP電流阻止層31のキャリア濃度は2×1018
cmー3、層厚は0.4μmである。
説明する。図6は、本発明の第3の実施の形態による半
導体レーザ装置3の立断面形状を示すものである。この
半導体レーザ装置3において、p型InGaP上部第1クラ
ッド層13と接してpn接合を構成するn型InGaP電流阻
止層31の部分には、キャリア濃度が該n型InGaP電流阻
止層31のその他の部分よりも低い低濃度層31aが形成さ
れている。本例においてこの低濃度層31aのキャリア濃
度は5×1016cmー3、層厚は0.1μmとされてい
る。それに対して、該低濃度層31a以外の部分における
n型InGaP電流阻止層31のキャリア濃度は2×1018
cmー3、層厚は0.4μmである。
【0040】他方、n型InGaP下部クラッド層11のキャ
リア濃度は7×1017cmー3、層厚は2μmであ
り、上記低濃度層31aに接するp型InGaP上部第1クラ
ッド層13のキャリア濃度は7×1017cmー3、層厚
は0.2μmである。また、このp型InGaP上部第1クラッ
ド層13の上に形成されたp型AlGaAs上部第2クラッド層
23、およびその上に形成されたp型AlGaAs上部第3クラ
ッド層24のキャリア濃度はともに7×1017c
mー3、層厚はともに2μmである。さらに、p型GaAs
コンタクト層14のキャリア濃度は5×1019c
mー3、層厚は0.2μmである。
リア濃度は7×1017cmー3、層厚は2μmであ
り、上記低濃度層31aに接するp型InGaP上部第1クラ
ッド層13のキャリア濃度は7×1017cmー3、層厚
は0.2μmである。また、このp型InGaP上部第1クラッ
ド層13の上に形成されたp型AlGaAs上部第2クラッド層
23、およびその上に形成されたp型AlGaAs上部第3クラ
ッド層24のキャリア濃度はともに7×1017c
mー3、層厚はともに2μmである。さらに、p型GaAs
コンタクト層14のキャリア濃度は5×1019c
mー3、層厚は0.2μmである。
【0041】なお本実施の形態における共振器長は500
μm、素子横幅は300μmであるが、一般には500μm以
上2000μm以下の範囲で、要求される光出力や用途に応
じて共振器長を変えることができる。
μm、素子横幅は300μmであるが、一般には500μm以
上2000μm以下の範囲で、要求される光出力や用途に応
じて共振器長を変えることができる。
【0042】この第3の実施の形態の半導体レーザ装置
3においては、n型InGaP電流阻止層31とその下のp型I
nGaP上部第1クラッド層13のpn接合面に生じる寄生容
量が、低濃度層31aを設けたことによって低減するの
で、高周波特性を大幅に向上させることができる。
3においては、n型InGaP電流阻止層31とその下のp型I
nGaP上部第1クラッド層13のpn接合面に生じる寄生容
量が、低濃度層31aを設けたことによって低減するの
で、高周波特性を大幅に向上させることができる。
【0043】上述の効果を確認するために、この半導体
レーザ装置3を用いて、図7に示すような短波長レーザ
光源を作製した。この短波長レーザ光源は半導体レーザ
装置3と、該半導体レーザ装置3から発せられたレーザ
ビームを第2高調波5に変換する光波長変換素子70と、
半導体レーザ装置3の発振波長を選択してロックする波
長ロック光学系80とから構成されたものである。
レーザ装置3を用いて、図7に示すような短波長レーザ
光源を作製した。この短波長レーザ光源は半導体レーザ
装置3と、該半導体レーザ装置3から発せられたレーザ
ビームを第2高調波5に変換する光波長変換素子70と、
半導体レーザ装置3の発振波長を選択してロックする波
長ロック光学系80とから構成されたものである。
【0044】光波長変換素子70は、非線形光学効果を有
する強誘電体である例えばLiNbO3にMgOがドープされた
もの(MgO−LiNbO3)の結晶からなる基板71に、その自
発分極を周期的に反転させてなる周期分極反転構造72が
形成され、そしてこの周期分極反転構造72に沿ってチャ
ンネル光導波路73が設けられてなるものである。半導体
レーザ装置3はこの光波長変換素子70のチャンネル光導
波路73に直接結合され、そこから発せられたレーザビー
ムはこのチャンネル光導波路73に入射して導波する際
に、周期分極反転構造72によって位相整合(いわゆる疑
似位相整合)が取られつつ、波長が1/2の第2高調波
5に変換される。
する強誘電体である例えばLiNbO3にMgOがドープされた
もの(MgO−LiNbO3)の結晶からなる基板71に、その自
発分極を周期的に反転させてなる周期分極反転構造72が
形成され、そしてこの周期分極反転構造72に沿ってチャ
ンネル光導波路73が設けられてなるものである。半導体
レーザ装置3はこの光波長変換素子70のチャンネル光導
波路73に直接結合され、そこから発せられたレーザビー
ムはこのチャンネル光導波路73に入射して導波する際
に、周期分極反転構造72によって位相整合(いわゆる疑
似位相整合)が取られつつ、波長が1/2の第2高調波
5に変換される。
【0045】一方波長ロック光学系80は、半導体レーザ
装置3の後方端面から発散光状態で出射するレーザビー
ム(後方出射光)4を平行光化するコリメーターレンズ
81と、平行光となったレーザビーム4を収束させる集光
レンズ82と、これらのレンズ81および82の間に配置され
た狭帯域バンドパスフィルタからなる波長選択フィルタ
83と、レーザビーム4の収束位置に配された反射鏡84と
から構成されている。
装置3の後方端面から発散光状態で出射するレーザビー
ム(後方出射光)4を平行光化するコリメーターレンズ
81と、平行光となったレーザビーム4を収束させる集光
レンズ82と、これらのレンズ81および82の間に配置され
た狭帯域バンドパスフィルタからなる波長選択フィルタ
83と、レーザビーム4の収束位置に配された反射鏡84と
から構成されている。
【0046】レーザビーム4は上記反射鏡84で反射して
半導体レーザ装置3にフィードバックされるが、そのと
き波長選択フィルタ83によって該レーザビーム4の波長
が選択され、半導体レーザ装置3の発振波長がこの選択
された波長にロックされる。なお波長選択フィルタ83に
よる選択波長は、この波長選択フィルタ83を図中の矢印
R方向に回転させることによって調整可能である。
半導体レーザ装置3にフィードバックされるが、そのと
き波長選択フィルタ83によって該レーザビーム4の波長
が選択され、半導体レーザ装置3の発振波長がこの選択
された波長にロックされる。なお波長選択フィルタ83に
よる選択波長は、この波長選択フィルタ83を図中の矢印
R方向に回転させることによって調整可能である。
【0047】この短波長レーザ光源において半導体レー
ザ装置3を、その駆動電流に400MHzの高周波を重畳
して駆動したところ、効率良く高周波重畳がなされ、該
半導体レーザ装置3は所望の波長で発振した。それによ
り、光波長変換素子70から、出力および波長が安定した
第2高調波5を取り出すことができた。
ザ装置3を、その駆動電流に400MHzの高周波を重畳
して駆動したところ、効率良く高周波重畳がなされ、該
半導体レーザ装置3は所望の波長で発振した。それによ
り、光波長変換素子70から、出力および波長が安定した
第2高調波5を取り出すことができた。
【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置を示す立断面図
装置を示す立断面図
【図2】図1の半導体レーザ装置におけるリッジ幅と遮
断周波数特性の関係を示すグラフ
断周波数特性の関係を示すグラフ
【図3】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
装置を示す立断面図
装置を示す立断面図
【図4】図3の半導体レーザ装置の平面図
【図5】図3の半導体レーザ装置の周波数特性を示すグ
ラフ
ラフ
【図6】本発明の第3の実施の形態による半導体レーザ
装置を示す立断面図
装置を示す立断面図
【図7】図6の半導体レーザ装置を用いた短波長レーザ
光源を示す側面図
光源を示す側面図
1,2,3 半導体レーザ装置
10 n型GaAs基板
11 n型InGaP下部クラッド層
12 多層半導体部(活性層)
13 p型InGaP上部第1クラッド層
14 p型GaAsコンタクト層
15 誘電体絶縁膜
16 p型電極
16a p型電極のパッド部
17 n型電極
23 p型AlGaAs上部第2クラッド層
24 p型AlGaAs上部第3クラッド層
31 n型InGaP電流阻止層
31a n型InGaP低濃度電流阻止層
51 開放溝
70 光波長変換素子
80 波長ロック光学系
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上に積層された活性層と、 この活性層の所定のストライプ状領域のみに電流注入す
るための開口を有して該活性層の上に形成された電流阻
止層を含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭窄
部とを備えてなる半導体レーザ装置において、 少なくとも前記電流阻止層および、この電流阻止層の上
に形成されて該電流阻止層とpn接合を構成する半導体
層が、左右方向幅が100μm以下のリッジ構造をなして
いることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項2】 基板上に積層された活性層と、 この活性層の所定のストライプ状領域のみに電流注入す
るための開口を有して該活性層の上に形成された電流阻
止層を含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭窄
部とを備えてなる半導体レーザ装置において、 前記電流阻止層および、この電流阻止層の上に形成され
て該電流阻止層とpn接合を構成する半導体層に、その
pn接合面を貫通し、かつ前記開口を挟んで前記ストラ
イプ状領域に沿って延びる1対の溝が形成され、 これらの溝と溝との間の距離が100μm以下とされてい
ることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項3】 基板上に積層された活性層と、 この活性層の所定のストライプ状領域のみに電流注入す
るための開口を有して該活性層の上に形成された電流阻
止層を含む、p型およびn型の多層膜からなる電流狭窄
部とを備えてなる半導体レーザ装置において、 前記電流阻止層の、その下の半導体層と接してpn接合
を構成する部分に、層厚が0.3μm以下でキャリア濃度
が1×1017cmー3以下である低濃度層が形成さ
れ、 この低濃度層以外の部分において前記電流阻止層のキャ
リア濃度が1×101 8cmー3以上とされていること
を特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項4】 素子上面が、前記ストライプ状所定領域
の直上部分を含む一部領域を除いて誘電体絶縁膜で覆わ
れ、 この誘電体絶縁膜が除かれた領域に電極が形成されてい
ることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項5】 請求項1から4いずれか1項記載の半導
体レーザ装置と、 この半導体レーザ装置から発せられたレーザビームを第
2高調波に変換する光波長変換素子とからなる短波長レ
ーザ光源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001215061A JP2003031903A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 半導体レーザ装置および短波長レーザ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001215061A JP2003031903A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 半導体レーザ装置および短波長レーザ光源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003031903A true JP2003031903A (ja) | 2003-01-31 |
Family
ID=19049769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001215061A Withdrawn JP2003031903A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 半導体レーザ装置および短波長レーザ光源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003031903A (ja) |
-
2001
- 2001-07-16 JP JP2001215061A patent/JP2003031903A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081007 |