JP2006229008A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体レーザの下側クラッド層に光を寄せ、かつ偏光方向を安定化させるために、複数の、クラッド層と組成の異なる屈折率の高い層をスポットサイズより広い範囲に分散させて導入する。光分布に関しては電界強度を活性層から離れるに従って単調減少させる。
【選択図】 図1
Description
(1)発明に直接関わるクラッド層がInP、In1-xGaxAsyP1-yのいずれかで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がIn1-z-wGazAlwAs(0≦z≦0.47かつ0≦w≦0.48)又は前記In1-xGaxAsyP1-yと組成の異なるIn1-x'Gax'Asy'P1-y'(0<x<x'≦0.47かつ0<y<y'≦1)である半導体レーザ素子。
(2)発明に直接関わるクラッド層がInP、In1-z-wGazAlwAsのいずれかで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がIn1-xGaxAsyP1-y(0≦x≦0.47かつ0≦y≦1)または前記In1-z-wGazAlwAsと組成の異なるIn1-z'-w'Gaz'Alw'As(0≦z<z'≦0.47かつ0≦w'<w≦0.48)である半導体レーザ素子。
(3)発明に直接関わるクラッド層がAlxGa1-xAs(0<x≦1)で、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がGaAsである半導体レーザ素子。
(4)発明に直接関わるクラッド層がGa0.52In0.48Pで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がAlxGa1-xAs(0≦x<0.4)である半導体レーザ素子。
(5)発明に直接関わるクラッド層がAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦0.53かつ0≦y≦0.52)で、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がGa0.52In0.48P、AlzGa1-zAs(0≦z≦1)のいずれかである半導体レーザ素子。
(6)発明に直接関わるクラッド層の平均組成がAlxGa1-xNで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がAlx'Ga1-x'N(0≦x'<x≦1)である半導体レーザ素子。
図1は本発明の第一の実施に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。断面は光の進行方向と交差する面でのものである。(100)面方位から10°オフしたn型GaAs傾角基板1上に、膜厚0.5μmのn型GaAsバッファ層2、第1のクラッド層としてn型クラッド層6、多重量子井戸構造活性層7、膜厚0.2μmのp型AlGaInPクラッド層8、膜厚5nmのp型GaInPエッチング停止層9、膜厚1.3μmのp型AlGaInPクラッド層10、膜厚0.05μmのp型GaInPコンタクト層11を順次有機金属気相成長(MOVPE)法によりエピタキシャル成長させる。
図2は本発明の第二の実施に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。本例は、光閉じ込めに関する構造が相違するが、半導体レーザに関わる半導体積層構造に関しては、前述の実施例1と同様である。
図3は本発明の第三の実施に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。本例は、材料の変更を行い、半導体積層の構造はこれまでと同等である。
図4は本発明の第四の実施に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。断面は光の進行方向と交差する面でのものである。n型InP基板29上に、膜厚0.5μmのn型InPバッファ層30、n型クラッド層33、膜厚100nmのInGaAsP光分離閉じ込め層34、合計膜厚50nmのアンドープ歪補償InGaAsP量子井戸活性層35と膜厚100nmのInGaAsP光分離閉じ込め層36、膜厚1.5μmのp型InPクラッド層37、膜厚0.05μmのp型InGaAsコンタクト層38を順次MOVPE法によりエピタキシャル成長させる。
次に、第五の実施例を説明する。基本的構造は前述の実施例1と同様であるが、その変更点はn型クラッド層の構造を次のようになすことである。
(1)第1導電型の半導体基板と、前記基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、前記クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、を備えた半導体レーザ素子の発振波長において、前記第1導電型のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち前記第1導電型クラッド層とは異なる材料からなる層が、前記第1導電型のクラッド層の中に、垂直方向のスポットサイズに対して四分の一未満の間隔で、前記垂直方向のスポットサイズより大きい範囲にわたって複数個入っている事を特徴とした半導体レーザ素子。
(2)第1導電型の半導体基板と、前記基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、前記クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、を備えた半導体レーザ素子の発振波長において、前記第1導電型のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち前記第1導電型クラッド層とは異なる材料からなる層が、前記第1導電型のクラッド層の中に、前記垂直方向のスポットサイズより大きい範囲にわたって複数個入り、光分布が活性層から離れるに従って単調減少するように層間隔を配置する事を特徴とした半導体レーザ素子。
(3)前記クラッド層とは異なる材料からなる層を含む前記第1導電型のクラッド層の平均屈折率が前記第2導電型のクラッド層の平均屈折率より大きい前項1または2記載の半導体レーザ素子。
(4)前記クラッド層とは異なる材料からなる層を含まない前記第1導電型のクラッド層と前記第2導電型のクラッド層との平均屈折率が略等しい前項3記載の半導体レーザ素子。
(5)前記クラッド層とは異なる材料からなる層の屈折率は前記活性層を構成する最も屈折率の大きい層の屈折率以下である前項1−4記載の半導体レーザ素子。
(6)前記クラッド層とは異なる材料からなる層の膜厚は前記活性層を構成する最も屈折率の大きい層の膜厚以下である前項1−4記載の半導体レーザ素子。
(7)前記第2導電型のクラッド層はリッジ形状を有し、前記活性層の上に第2導電型の下側クラッド層と、前記リッジ形状をなす第2導電型の上側クラッド層から構成され、前記第2導電型の上側クラッド層を前記リッジ形状に加工するためのエッチング停止層を前記第2導電型の下側クラッド層の直上に設けた前項1−6記載の半導体レーザ素子。
(8)前記クラッド層とは異なる材料からなる層の屈折率はエッチング停止層を構成する最も屈折率の大きい層の屈折率と略等しい前項7記載の半導体レーザ素子。
(9)前記クラッド層とは異なる材料からなる層の膜厚はエッチング停止層を構成する最も屈折率の大きい層の膜厚と略等しい前項7記載の半導体レーザ素子。
(10)半導体基板と活性層との間に挟まれた第1と第2のクラッド層の間に、前記第1と第2のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち前記第1と第2のクラッド層とは異なる材料からなる数十原子層程度以下の膜厚を持つ層と前記第1または第2のクラッド層と略等しい屈折率を持つ層とが、交互に積層された構造が、前記第1と第2のクラッド層の膜厚の合計以上の膜厚をもって入っている事を特徴とした半導体レーザ素子。
(11)前記クラッド層とは異なる材料からなる層が4個より多い前項10記載の半導体レーザ素子。
(12)前記クラッド層がInP、In1-xGaxAsyP1-yのいずれかで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がIn1-z-wGazAlwAs(0≦z≦0.47かつ0≦w≦0.48)または前記In1-xGaxAsyP1-yと組成の異なるIn1-x'Gax'Asy'P1-y'(0<x<x'≦0.47かつ0<y<y'≦1)である前項1−11記載の半導体レーザ素子。
(13)前記クラッド層がInP、In1-z-wGazAlwAsのいずれかで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がIn1-xGaxAsyP1-y(0≦x≦0.47かつ0≦y≦1)または前記In1-z-wGazAlwAsと組成の異なるIn1-z'-w'Gaz'Alw'As(0≦z<z'≦0.47かつ0≦w'<w≦0.48)である前項1−11記載の半導体レーザ素子。
(14)前記クラッド層がAlxGa1-xAs(0<x≦1)で、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がGaAsである前項1−11記載の半導体レーザ素子。
(15)前記クラッド層がGa0.52In0.48Pで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がAlxGa1-xAs(0≦x<0.4)である前項1−11記載の半導体レーザ素子。
(16)前記クラッド層がAlxGayIn1-x-yP(0≦x≦0.53かつ0≦y≦0.52)で、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がGa0.52In0.48P、AlzGa1-zAs(0≦z≦1)のいずれかである前項1−11記載の半導体レーザ素子。
(17)前記クラッド層の平均組成がAlxGa1-xNで、前記クラッド層とは異なる材料からなる層がAlx'Ga1-x'N(0≦x'<x≦1)である前項1−11記載の半導体レーザ素子。
Claims (16)
- 第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、前記第1導電型のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、を有し、
当該半導体レーザ素子の発振波長において、前記第1導電型のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち且つ前記第1導電型クラッド層とは異なる材料からなる層が、前記第1導電型のクラッド層の中に、当該半導体レーザ素子発光の、前記半導体基板に対して垂直方向のスポットサイズに対して四分の一未満の間隔で、前記垂直方向のスポットサイズより大きい範囲にわたって複数層入っている事を特徴とした半導体レーザ素子。 - 第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、前記第1導電型のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、を有し、
当該半導体レーザ素子の発振波長において、前記第1導電型のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち且つ前記第1導電型クラッド層とは異なる材料からなる層が、複数層挿入され、且つそれらの間隔が、前記第1導電型のクラッド層の中に、当該半導体レーザ素子の近視野の光出力の変化が連続的になるようになされている事を特徴とした半導体レーザ素子。 - 当該半導体レーザ素子の発振波長において、前記第1導電型のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち且つ前記第1導電型クラッド層とは異なる材料からなる層が、前記第1導電型のクラッド層の中に、当該半導体レーザ素子発光の、前記半導体基板に対して垂直方向のスポットサイズより大きい範囲にわたって複数層入り、光分布が活性層から離れるに従って単調減少するように層間隔を配置する事を特徴とした請求項2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層を含む前記第1導電型のクラッド層の平均屈折率が、前記第2導電型のクラッド層の平均屈折率より大きい事を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層を含む前記第1導電型のクラッド層の平均屈折率が、前記第2導電型のクラッド層の平均屈折率より大きい事を特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層を含まない前記第1導電型のクラッド層と前記第2導電型のクラッド層との平均屈折率が略等しい事を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層を含まない前記第1導電型のクラッド層と前記第2導電型のクラッド層との平均屈折率が略等しい事を特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層の屈折率は、前記活性層を構成する最も屈折率の大きい層の屈折率以下である事を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層の屈折率は、前記活性層を構成する最も屈折率の大きい層の屈折率以下である事を特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層の膜厚は、前記活性層を構成する最も屈折率の大きい層の膜厚以下である事を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層の膜厚は、前記活性層を構成する最も屈折率の大きい層の膜厚以下である事を特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記第2導電型のクラッド層はリッジ形状を有し、前記活性層の上に第2導電型の下側クラッド層と、前記リッジ形状をなす第2導電型の上側クラッド層から構成され、前記第2導電型の上側クラッド層を前記リッジ形状に加工するためのエッチング停止層を前記第2導電型の下側クラッド層の直上に設けた事を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層の屈折率は、エッチング停止層を構成する最も屈折率の大きい層の屈折率と略等しい事を特徴とする請求項12に記載の半導体レーザ素子。
- 前記クラッド層とは異なる材料からなる層の膜厚は、エッチング停止層を構成する最も屈折率の大きい層の膜厚と略等しい事を特徴とする請求項12に記載の半導体レーザ素子。
- 半導体基板と活性層との間に挟まれたクラッド層が、第1のクラッド層と、第2のクラッド層と、前記第1と第2のクラッド層の間に、挿入された積層体とを有し、且つ
前記積層体が、前記第1と第2のクラッド層の屈折率より大きい屈折率を持ち且つ前記第1と第2のクラッド層とは異なる材料からなる電子のド・ブロイ波長以下の膜厚を持つ層と、前記第1または第2のクラッド層と略等しい屈折率を持つ層とが、交互に積層された積層体が、前記第1と第2のクラッド層の膜厚の合計以上の膜厚をもって挿入された構造であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記積層体の前記第1と第2のクラッド層とは異なる材料からなる層が4個より多い事を特徴とする請求項15に記載の半導体レーザ素子。
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