JP2007103783A - Semiconductor laser - Google Patents

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康夫 菅
Tetsuya Fujitani
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser capable of restraining variations such as the gradual increase of light intensity in a pulse light output. <P>SOLUTION: A p-type (Al<SB>0.70</SB>Ga<SB>0.30</SB>)InP second cladding layer 5, an undoped GaInP etching stop layer 6, a third p-type (Al<SB>0.70</SB>Ga<SB>0.30</SB>)InP cladding layer 7, a p-type GaInP intermediate layer 8, and a p-type GaAs contact layer 9 are formed successively on an SCH (separated and entrapped hetero structure)-MQW (multiple quantum well structure) comprising undoped GaInP/AlGaInP. The third p-type (Al<SB>0.70</SB>Ga<SB>0.30</SB>)InP cladding layer 7, a p-type GaInP intermediate layer 8, and a p-type GaAs contact layer 9 compose a ridge 13 that becomes one part of a current passage. The angle of the horizontal radiation of laser beams emitted by an active layer 4 is 8.7°, and a differential resistance value is 6.0 Ω in an operating current. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばレーザビームプリンタ用光源装置等に用いられる半導体レーザに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser used for a light source device for a laser beam printer, for example.

近年、DVD(デジタル万能ディスク)ディスク用書き込み、読み出し光源としての用途に加えて、高速レーザプリンタの光源として赤色半導体レーザが用いられている。   In recent years, red semiconductor lasers have been used as light sources for high-speed laser printers, in addition to their use as write and read light sources for DVD (Digital Universal Disc) disks.

レーザプリンタに半導体レーザを用いる場合、半導体レーザはパルス電流によって断続的に駆動されるが、その際、パルス状の光出力において、光強度の変動があると、印字のにじみ、印刷の色むらが発生するという問題が生じる。   When a semiconductor laser is used in a laser printer, the semiconductor laser is intermittently driven by a pulse current. At this time, if the light intensity varies in the pulsed light output, the printing blurs and the printing color unevenness occurs. The problem arises.

上記光強度の変動は、図4Aに示すように、パルス立ち上がり時の光強度P1と、パルス最終時の光出力P2より、(P1−P2)/P1で定義されるドループで評価される。   As shown in FIG. 4A, the fluctuation of the light intensity is evaluated by a droop defined by (P1-P2) / P1 from the light intensity P1 at the time of the pulse rise and the light output P2 at the end of the pulse.

図4Aに示すような光強度の変動は、半導体レーザの通電時の発熱によって生じる。より詳しくは、半導体レーザに通電すると、ジュール熱による発熱が生じ、この発熱の影響で活性層の温度が上昇する結果、光強度が低下する。   The fluctuation in light intensity as shown in FIG. 4A is caused by heat generation when the semiconductor laser is energized. More specifically, when the semiconductor laser is energized, heat is generated due to Joule heat, and the temperature of the active layer rises due to the effect of this heat generation, resulting in a decrease in light intensity.

上述したような発熱要因によるドループを小さくする方法としては、動作電流を下げる、動作電圧を下げる、パッケージの放熱を改善するといった、発熱をおさえる方法と、レーザ特性のスロープ効率を下げて、発熱によりしきい値電流Ithが上昇しても光強度の低下が起こり難くする方法とがある。これらの方法等を用いて、しきい値電流Ithの低減や、前面反射率の高反射率化などの対策が半導体レーザに講じられている。   As a method of reducing the droop due to the heat generation factor as described above, a method of suppressing heat generation such as lowering the operating current, lowering the operating voltage, improving heat dissipation of the package, and reducing the slope efficiency of the laser characteristics, There is a method for making it difficult for the light intensity to decrease even when the threshold current Ith increases. Measures such as reduction of the threshold current Ith and higher reflectance of the front surface reflectance are taken for the semiconductor laser using these methods.

ところが、半導体レーザには、上記発熱要因によるパルス光出力変動とは別に、図4Bに示すように、光強度が徐々に増加するような特性がある。この特性がある半導体レーザをレーザプリンタに用いると、短いパルス印加時に十分な光強度が得られず、印刷劣化の問題が起こってしまう。   However, the semiconductor laser has a characteristic that the light intensity gradually increases as shown in FIG. 4B, in addition to the fluctuation of the pulsed light output due to the heat generation factor. When a semiconductor laser having this characteristic is used in a laser printer, sufficient light intensity cannot be obtained when a short pulse is applied, resulting in a problem of printing deterioration.

特に、ナノ秒オーダのパルス駆動を用いる高速レーザプリンタにおいては、上記問題が顕著となる。   In particular, the above problem becomes significant in a high-speed laser printer using nanosecond order pulse drive.

上述したような光強度が徐々に増加する変動は、利得ガイドレーザのような光スペクトルがマルチモードのレーザにおいて顕著に現れることが知られている。
特開2000−299526号公報 特開2002−374040号公報 特開平1−205588号公報 特開平5−37085号公報
It is known that the fluctuation in which the light intensity gradually increases as described above appears remarkably in a multimode laser such as a gain guide laser.
JP 2000-299526 A JP 2002-374040 A JP-A-1-205588 JP-A-5-37085

そこで、本発明の課題は、パルス光出力において光強度が徐々に増加するような変動を抑えることができる半導体レーザを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of suppressing fluctuations in which the light intensity gradually increases in pulsed light output.

本発明者らは、半導体レーザの一例である赤色半導体レーザのパルス光出力について、パルス立ち上がり後に光強度が徐々に増加する変動を抑えるための検討を行った結果、半導体レーザにおける抵抗値とリッジ幅との双方が光出力の増加変動に関係があることを見出し、その抵抗値とリッジ幅とを共に限られた範囲に設定することで、光強度の変動が抑えられることを見出した。   The inventors of the present invention have studied the pulsed light output of a red semiconductor laser, which is an example of a semiconductor laser, to suppress fluctuations in light intensity that gradually increase after the rise of the pulse. And both have a relationship with increasing fluctuations in light output, and by setting both the resistance value and the ridge width within a limited range, it has been found that fluctuations in light intensity can be suppressed.

本発明においてパルス光出力の変化率を表すために、図5に示すように、連続駆動での光強度を基準としたときのパルス電流によるパルス光出力の光強度の比率として、発光率を定義する。パルス立ち上がり後にゆっくりとした光強度の増加があると、短いパルス駆動の時に十分なパルス光強度が得られず、発光率が小さく、パルス駆動で想定した光強度が得られないために、印刷不良などの問題が生じる。   In order to express the change rate of the pulsed light output in the present invention, as shown in FIG. 5, the light emission rate is defined as the ratio of the light intensity of the pulsed light output by the pulse current when the light intensity in continuous driving is used as a reference. To do. If there is a slow increase in light intensity after the rise of the pulse, sufficient pulse light intensity cannot be obtained during short pulse drive, the light emission rate is small, and the light intensity expected by pulse drive cannot be obtained, resulting in poor printing. Problems arise.

図6に、構造が異なる種々の赤色半導体レーザで、発光率の直列抵抗依存性を調べた結果を示す。また、図7に、構造が異なる種々の赤色半導体レーザで、水平放射角依存性を調べた結果を示す。   FIG. 6 shows the results of investigating the serial resistance dependence of the light emission rate with various red semiconductor lasers having different structures. FIG. 7 shows the results of examining the horizontal radiation angle dependence of various red semiconductor lasers having different structures.

図6,図7から判るように、発光率は水平放射角が小さいと低下し、同様に、直列抵抗が大きいと低下する。水平放射角は、半導体レーザのリッジ幅により決まり、リッジ幅が広いと水平放射角は狭くなる一方、直列抵抗は、リッジ幅が広くなると小さくなる。このことから、水平放射角と直列抵抗は、それぞれが独立に発光率に依存性を持っている。レーザプリンタにおいて印刷の品質の問題を無くすには、発光率を90%〜110%の範囲内とする必要がある。そのためには、直列抵抗を6.5Ω以下、水平放射角を8.5度以上とすることで達成できる。   As can be seen from FIGS. 6 and 7, the light emission rate decreases when the horizontal radiation angle is small, and similarly decreases when the series resistance is large. The horizontal radiation angle is determined by the ridge width of the semiconductor laser. When the ridge width is wide, the horizontal radiation angle becomes narrow, while the series resistance becomes small when the ridge width becomes wide. For this reason, the horizontal radiation angle and the series resistance are each independently dependent on the light emission rate. In order to eliminate the problem of printing quality in the laser printer, it is necessary to set the light emission rate within the range of 90% to 110%. This can be achieved by setting the series resistance to 6.5 Ω or less and the horizontal radiation angle to 8.5 degrees or more.

パルス立ち上がり後における光強度の増加は、活性層内でのキャリアの分布が、定常的な発振状態での分布に安定するまで横方向に拡散する時間で決まると考えられる。活性層内でのキャリア分布の変化は、電流注入量が低下する領域、すなわち活性層内でのキャリアが少ない領域にレーザ光の導波路を広げないことで抑えることができる。水平放射角が広い方がレーザの発光幅はリッジ幅より小さくなり、また、直列抵抗が小さいほど、注入電流はリッジ内で、特にリッジ側面の活性層側の領域まで均一に流れ込む。その結果として、水平放射角が大きいほど、また直列抵抗が小さいほど、活性層内でのキャリア分布の変化が小さく、パルス立ち上がり後の光強度変化が抑えられる。   The increase in light intensity after the rise of the pulse is considered to be determined by the time required for lateral diffusion until the carrier distribution in the active layer stabilizes in the steady oscillation state. Changes in the carrier distribution in the active layer can be suppressed by not spreading the waveguide of the laser light into a region where the amount of current injection is reduced, that is, a region where there are few carriers in the active layer. The wider the horizontal emission angle, the laser emission width becomes smaller than the ridge width, and the smaller the series resistance, the more uniformly the injected current flows into the ridge, particularly to the active layer side region on the side of the ridge. As a result, the larger the horizontal radiation angle and the smaller the series resistance, the smaller the change in carrier distribution in the active layer, and the less the change in light intensity after the pulse rises.

一方、水平放射角を狭くするためにリッジ幅を狭くしすぎると、電流通路も幅が狭くなるため直列抵抗が高くなり、発光率の低下の他に動作電流の増加といった不具合が生じる。また、直列抵抗が4Ω以下、水平放射角が10度以上ではパルス応答での緩和振動の影響で、発光率が110%を越えて不具合となる。   On the other hand, if the ridge width is too narrow in order to narrow the horizontal radiation angle, the current path is also narrowed and the series resistance becomes high, causing problems such as an increase in operating current in addition to a decrease in light emission rate. On the other hand, if the series resistance is 4Ω or less and the horizontal radiation angle is 10 ° or more, the luminous efficiency exceeds 110% due to the influence of relaxation oscillation in the pulse response.

以上のことを鑑み、上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、
活性層と、
上記活性層上に直接または間接に形成されたp型クラッド層と、
上記p型クラッド層の上に半導体層を介して形成されたp型キャップ層と
を備え、
上記p型キャップ層から上記p型クラッド層にかけての電流通路が、バンドギャップが互いに異なる少なくとも3層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジを有し、
水平方向の放射角が8.5度以上であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が6.5Ω以下であって、
赤色レーザ光を出射すると共に、AlGaInP系であることを特徴としている。
In view of the above, in order to solve the above problems, the semiconductor laser of the present invention is
An active layer,
A p-type cladding layer formed directly or indirectly on the active layer;
A p-type cap layer formed on the p-type cladding layer via a semiconductor layer,
A current path from the p-type cap layer to the p-type cladding layer has a striped ridge formed of at least three semiconductor layers having different band gaps;
The horizontal radiation angle is 8.5 degrees or more, and the differential resistance value at the operating current is 6.5 Ω or less,
It emits red laser light and is characterized by being an AlGaInP system.

上記構成の半導体レーザによれば、上記水平方向の放射角(遠視野像の半値全幅)が8.5度以上であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が6.5Ω以下であることによって、連続駆動での光出力強度を基準としたときのパルス電流によるパルス光出力強度の比率(図5の発光率)がナノ秒オーダで90%〜110%の範囲内となり、パルス光出力において光強度が徐々に増加するような変動を抑えることができる。   According to the semiconductor laser having the above configuration, the horizontal radiation angle (full width at half maximum of the far-field image) is 8.5 degrees or more and the differential resistance value in the operating current is 6.5 Ω or less. The ratio of the pulsed light output intensity due to the pulse current (light emission rate in FIG. 5) in the range of 90% to 110% in the order of nanoseconds when the light output intensity in the continuous drive is used as a reference. The fluctuation that gradually increases can be suppressed.

また、上記半導体レーザは、上記発光率がナノ秒オーダで90%〜110%の範囲内であるから、例えばレーザビームプリンタに用いたときに発光パルス強度が所望の強度になり、色むらなどの印刷劣化の発生を防ぐことができる。   In addition, since the above-mentioned semiconductor laser has the above-mentioned emission rate in the range of 90% to 110% in the order of nanoseconds, for example, when used in a laser beam printer, the emission pulse intensity becomes a desired intensity, and color unevenness and the like. Occurrence of printing deterioration can be prevented.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記放射角が9.0度以上であり、かつ、上記微分抵抗値が5.0Ω以上である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The radiation angle is 9.0 degrees or more, and the differential resistance value is 5.0Ω or more.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記p型クラッド層の上記活性層側の端の幅が3.5μm以上4.5μm以下である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The width of the end on the active layer side of the p-type cladding layer is 3.5 μm or more and 4.5 μm or less.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記リッジは上記p型クラッド層を含み、
上記p型クラッド層の厚さは0.6μm以上0.8μm以下である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The ridge includes the p-type cladding layer;
The p-type cladding layer has a thickness of 0.6 μm or more and 0.8 μm or less.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記放射角が9.5度以下であり、かつ、上記微分抵抗値が6.0Ω以下である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The radiation angle is 9.5 degrees or less, and the differential resistance value is 6.0 Ω or less.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記放射角が9.0度以上9.5度以下であり、かつ、上記微分抵抗値が5.0Ω以上6.0Ω以下である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The radiation angle is 9.0 degrees or more and 9.5 degrees or less, and the differential resistance value is 5.0Ω or more and 6.0Ω or less.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記放射角が9.0度以上9.5度以下であり、かつ、上記微分抵抗値が5.0Ω以上6.0Ω以下であるから、連続駆動での光出力強度を基準としたときのパルス電流によるパルス光出力強度の比率(図5の発光率)をナノ秒オーダで95%〜105%の範囲内とすることができる。   According to the semiconductor laser of the above embodiment, the radiation angle is 9.0 degrees or more and 9.5 degrees or less, and the differential resistance value is 5.0Ω or more and 6.0Ω or less. The ratio of the pulsed light output intensity based on the pulsed current based on the light output intensity (the light emission rate in FIG. 5) can be in the range of 95% to 105% in nanosecond order.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記レーザ光は、発振しきい値から、0.5mW〜10mWの常用光出力までシングルモードレーザ光である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The laser beam is a single mode laser beam from an oscillation threshold value to a normal light output of 0.5 mW to 10 mW.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記電流通路はp型GaAs、p型GaInPおよびp型AlGaInPで構成されている。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The current path is composed of p-type GaAs, p-type GaInP, and p-type AlGaInP.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記p型GaInPのp型不純物濃度が5.0×1018cm−3以上1.5×1019cm−3以下であり、
上記p型AlGaInPのp型不純物濃度が2.0×1018cm−3以上2.5×1018cm−3以下である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The p-type impurity concentration of the p-type GaInP is 5.0 × 10 18 cm −3 or more and 1.5 × 10 19 cm −3 or less,
The p-type AlGaInP has a p-type impurity concentration of 2.0 × 10 18 cm −3 or more and 2.5 × 10 18 cm −3 or less.

一実施形態の半導体レーザでは、
700℃以上800℃以下で、1分以上30分以下の熱処理が加えられて作製されている。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The heat treatment is performed at 700 ° C. to 800 ° C. for 1 minute to 30 minutes.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記活性層と上記p型クラッド層との間に形成され、上記p型クラッド層のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有するp型クラッド層を備える。
In the semiconductor laser of one embodiment,
A p-type cladding layer formed between the active layer and the p-type cladding layer and having a carrier concentration lower than that of the p-type cladding layer is provided.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記低いキャリア濃度を有するp型クラッド層のp型不純物濃度が1.5×1018cm−3以上2.0×1018cm−3以下である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The p-type cladding layer having the low carrier concentration has a p-type impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or more and 2.0 × 10 18 cm −3 or less.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記リッジの両側方に形成され、空乏層幅がレーザ動作時において0.30μm以上である電流阻止層を備える。
In the semiconductor laser of one embodiment,
A current blocking layer is formed on both sides of the ridge and has a depletion layer width of 0.30 μm or more during laser operation.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記電流阻止層内においてキャリア濃度が2×1017cm−3以下の領域の厚さが0.30μm以上である。
In the semiconductor laser of one embodiment,
The thickness of the region having a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 or less in the current blocking layer is 0.30 μm or more.

本発明の半導体レーザによれば、水平方向の放射角が8.5度以上であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が6.5Ω以下であることによって、連続駆動での光出力強度を基準としたときのパルス電流によるパルス光出力強度の比率がナノ秒オーダで90%〜110%の範囲内となり、パルス光出力において光強度が徐々に増加するような変動を抑えることができる。   According to the semiconductor laser of the present invention, since the horizontal radiation angle is 8.5 degrees or more and the differential resistance value at the operating current is 6.5 Ω or less, the light output intensity in continuous driving is used as a reference. The ratio of the pulsed light output intensity due to the pulse current is in the range of 90% to 110% in the order of nanoseconds, and fluctuations in which the light intensity gradually increases in the pulsed light output can be suppressed.

また、上記半導体レーザは、上記発光率がナノ秒オーダで90%〜110%の範囲内であるから、例えばレーザビームプリンタに用いたときに発光パルス強度が所望の強度になり、色むらなどの印刷劣化の発生を防ぐことができる。   In addition, since the above-mentioned semiconductor laser has the above-mentioned emission rate in the range of 90% to 110% in the order of nanoseconds, for example, when used in a laser beam printer, the emission pulse intensity becomes a desired intensity, and color unevenness and the like. Occurrence of printing deterioration can be prevented.

以下、本発明の半導体レーザを図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the semiconductor laser of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態のレーザプリンタ用赤色半導体レーザの模式的断面図を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic sectional view of a red semiconductor laser for a laser printer according to a first embodiment of the present invention.

上記赤色半導体レーザでは、n型GaAs基板1上に、n型GaInPバッファ層2(Si:1×1018cm−3ドープ、厚さ0.5μm)と、n型(Al0.70Ga0.30)InP第1クラッド層3(Si:1×1018cm−3ドープ、厚さ1.0μm)と、アンドープGaInP/AlGaInPから成るSCH(分離閉じ込めヘテロ構造)−MQW(多重量子井戸構造)活性層4と、p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層5(Be:2.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.18μm)と、アンドープGaInPエッチングストップ層6(厚さ8nm)、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7(Be:2.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.8μm)と、p型GaInP中間層8(Be:7.0×1018cm−3ドープ、厚さ50nm)と、p型キャップ層の一例としてのp型GaAsコンタクト層9(Be:5.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.5μm)とが順次形成されている。 In the red semiconductor laser, an n-type GaInP buffer layer 2 (Si: 1 × 10 18 cm −3 doped, thickness: 0.5 μm) and an n-type (Al 0.70 Ga 0. 30 ) SCH (separate confinement heterostructure) -MQW (multiple quantum well structure) activity comprising InP first cladding layer 3 (Si: 1 × 10 18 cm −3 doped, thickness: 1.0 μm) and undoped GaInP / AlGaInP Layer 4, p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP second cladding layer 5 (Be: 2.0 × 10 18 cm −3 doped, thickness 0.18 μm), undoped GaInP etching stop layer 6 (Thickness 8 nm), p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7 (Be: 2.0 × 10 18 cm −3 doped, thickness 0.8 μm), p-type GaI An nP intermediate layer 8 (Be: 7.0 × 10 18 cm −3 doped, thickness 50 nm) and a p-type GaAs contact layer 9 (Be: 5.0 × 10 18 cm −3 ) as an example of a p-type cap layer. Dope, thickness of 0.5 μm) is formed sequentially.

SCH−MQW活性層4は、GaInP量子井戸層(4層、厚さ6nm)と(Al0.50Ga0.50)InPバリア層(3層、厚さ5nm)とから成るMQWを、(Al0.50Ga0.50)InPガイド層(厚さ50nm)で挟みこんだ構造となっている。 The SCH-MQW active layer 4 is an MQW composed of a GaInP quantum well layer (4 layers, thickness 6 nm) and an (Al 0.50 Ga 0.50 ) InP barrier layer (3 layers, thickness 5 nm), (Al 0.50 Ga 0.50 ) InP guide layer (thickness 50 nm).

p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7、p型GaInP中間層8およびp型GaAsコンタクト層9はリッジ13を構成しており、このリッジ13は半導体レーザの電流通路の一部となる。 p-type (Al 0.70 Ga 0.30) InP third clad layer 7, p-type GaInP intermediate layer 8 and the p-type GaAs contact layer 9 constitute a ridge 13, the current path of the ridge 13 is a semiconductor laser Part of

リッジ13の両側の平坦部はエッチングストップ層6で形成され、このエッチングストップ層6はp型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7よりも薄くなっている。上記平坦部上にはn型GaAs電流阻止層12が形成されている。 Flat portions on both sides of the ridge 13 are formed by an etching stop layer 6, which is thinner than the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7. An n-type GaAs current blocking layer 12 is formed on the flat portion.

n型GaAs電流阻止層12とp型GaAsコンタクト層9との上には、Au/Mo/AuZnから成るp側電極10が形成されている。一方、n型GaAs基板1の裏面(SCH−MQW活性層4側の面とは反対側の面)には、Au/Mo/Au/Ni/AuGeから成るn側電極11が形成されている。   A p-side electrode 10 made of Au / Mo / AuZn is formed on the n-type GaAs current blocking layer 12 and the p-type GaAs contact layer 9. On the other hand, an n-side electrode 11 made of Au / Mo / Au / Ni / AuGe is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1 (the surface opposite to the surface on the SCH-MQW active layer 4 side).

上記構成の赤色半導体レーザの製造方法では、まず、公知のMBE(分子線エピタキシャル成長)法を用いて、n型GaAs基板上に、n型GaInPバッファ層、n型(Al0.70Ga0.30)InP第1クラッド層、SCH−MQW活性層、p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層、アンドープGaInPエッチングストップ層、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層、p型GaInP中間層およびp型GaAsコンタクト層を順次成長させる。 In the method for manufacturing a red semiconductor laser having the above configuration, first, an n-type GaInP buffer layer, an n-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) is formed on an n-type GaAs substrate by using a known MBE (molecular beam epitaxial growth) method. ) InP first cladding layer, SCH-MQW active layer, p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP second cladding layer, undoped GaInP etching stop layer, p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP A third cladding layer, a p-type GaInP intermediate layer, and a p-type GaAs contact layer are sequentially grown.

次に、公知のフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層、p型GaInP中間層およびp型GaAsコンタクト層から、リッジ13となる領域以外の部分を選択的に除去する。このフォトリソグラフィで用いるエッチングマスクの幅によって、リッジ13の幅が決定する。ここでは、上記エッチングマスクの幅を、リッジ13のSCH−MQW活性層4側の幅が4.5μmとなるように設定する。 Next, a region that becomes the ridge 13 is formed from the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer, the p-type GaInP intermediate layer, and the p-type GaAs contact layer by using known photolithography and etching techniques. The part other than is selectively removed. The width of the ridge 13 is determined by the width of the etching mask used in this photolithography. Here, the width of the etching mask is set so that the width of the ridge 13 on the SCH-MQW active layer 4 side is 4.5 μm.

次に、MBE法によって、n型GaAs電流阻止層を成長(再成長)させる。   Next, an n-type GaAs current blocking layer is grown (regrown) by the MBE method.

次に、リッジ13となる領域上に成長した不要層を選択的にエッチングで除去した後、p側電極およびn側電極を形成することによって、レーザ構造を含むウェハが完成する。   Next, an unnecessary layer grown on the region to be the ridge 13 is selectively removed by etching, and then a p-side electrode and an n-side electrode are formed, thereby completing a wafer including a laser structure.

次に、上記ウエハから共振器長350μmのバーを切り出した後、バーの前端面および後ろ端面にAl膜をコートする。このAl膜は、上記バーの前端面および後端面の反射率が35%となるように形成される。 Next, after a bar having a resonator length of 350 μm is cut out from the wafer, an Al 2 O 3 film is coated on the front end face and the rear end face of the bar. This Al 2 O 3 film is formed so that the reflectance of the front end face and the rear end face of the bar is 35%.

最後に、上記Al膜によって前端面および後端面がコートされたバーをチップ分割すると、複数の赤色半導体レーザが得られる。 Finally, when a bar whose front end face and rear end face are coated with the Al 2 O 3 film is divided into chips, a plurality of red semiconductor lasers are obtained.

上記赤色半導体レーザをSiCサブマウントにジャンクションダウンで張り付け、このSiCサブマウントを5,6φステムに張り付けてレーザ装置を完成させた。   The red semiconductor laser was attached to the SiC submount at a junction down, and the SiC submount was attached to the 5,6φ stem to complete the laser device.

上記レーザ装置は、室温でしきい値電流Ith=30mA発振し、70℃7mWの最大定格で動作した。また、発振波長は654nmで、最大定格までシングルモードで動作した。   The laser device oscillated with a threshold current Ith = 30 mA at room temperature and operated at a maximum rating of 70 ° C. and 7 mW. The oscillation wavelength was 654 nm, and the single mode was operated up to the maximum rating.

また、上記レーザ装置を用いて赤色半導体レーザの微分抵抗値および水平放射角を調べたところ、微分抵抗値が6.0Ω、水平放射角が8.7度であった。   Further, when the differential resistance value and horizontal emission angle of the red semiconductor laser were examined using the above laser apparatus, the differential resistance value was 6.0Ω and the horizontal emission angle was 8.7 degrees.

上記赤色半導体レーザを、パルスオフ時のバイアスなし、パルス出力3mWで動作させたときの、パルス幅40nsでの発光率は98%となって良好であった。   When the red semiconductor laser was operated with no bias at the time of pulse-off and with a pulse output of 3 mW, the light emission rate at a pulse width of 40 ns was good at 98%.

(第2実施形態)
図2に、本発明の第2実施形態のレーザプリンタ用赤色半導体レーザの模式的断面図を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a red semiconductor laser for a laser printer according to a second embodiment of the present invention.

上記赤色半導体レーザでは、n型GaAs基板1上に、n型GaInPバッファ層2(Si:1×1018cm−3ドープ、厚さ0.5μm)と、n型(Al0.70Ga0.30)InP第1クラッド層3(Si:1×1018cm−3ドープ、厚さ1.0μm)と、アンドープGaInP/AlGaInPから成るSCH−MQW活性層4と、p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層5(Be:2.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.18μm)と、アンドープGaInPエッチングストップ層6(厚さ8nm)と、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7(Be:2.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.8μm)と、p型GaInP中間層8(Be:7.0×1018cm−3ドープ、厚さ50nm)と、p型キャップ層の一例としてのp型GaAsコンタクト層9(Be:5.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.5μm)とが順次形成されている。 In the red semiconductor laser, an n-type GaInP buffer layer 2 (Si: 1 × 10 18 cm −3 doped, thickness: 0.5 μm) and an n-type (Al 0.70 Ga 0. 30 ) InP first cladding layer 3 (Si: 1 × 10 18 cm −3 doped, thickness: 1.0 μm), SCH-MQW active layer 4 made of undoped GaInP / AlGaInP, and p-type (Al 0.70 Ga) 0.30 ) InP second cladding layer 5 (Be: 2.0 × 10 18 cm −3 doped, thickness 0.18 μm), undoped GaInP etching stop layer 6 (thickness 8 nm), p-type (Al 0 .70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7 (Be: 2.0 × 10 18 cm −3 doped, thickness 0.8 μm) and p-type GaInP intermediate layer 8 (Be: 7.0 × 10 18) cm - Doped, the thickness 50 nm), a p-type GaAs contact layer 9 as an example of a p-type cap layer (Be: 5.0 × 10 18 cm -3 doping, 0.5 [mu] m thickness) and are sequentially formed.

SCH−MQW活性層4は、GaInP量子井戸層(4層、厚さ6nm)と(Al0.50Ga0.50)InPバリア層(3層、厚さ5nm)とから成るMQWを、(Al0.50Ga0.50)InPガイド層(厚さ50nm)で挟みこんだ構造となっている。 The SCH-MQW active layer 4 is an MQW composed of a GaInP quantum well layer (4 layers, thickness 6 nm) and an (Al 0.50 Ga 0.50 ) InP barrier layer (3 layers, thickness 5 nm), (Al 0.50 Ga 0.50 ) InP guide layer (thickness 50 nm).

p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7、p型GaInP中間層8およびp型GaAsコンタクト層9はリッジ13を構成しており、このリッジ13は半導体レーザの一部となる。 The p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7, the p-type GaInP intermediate layer 8 and the p-type GaAs contact layer 9 constitute a ridge 13, which is a part of the semiconductor laser. It becomes.

リッジ13の両側の平坦部はエッチングストップ層6で形成され、このエッチングストップ層6はp型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7よりも薄くなっている。上記平坦部上には電流阻止層124が形成されている。 Flat portions on both sides of the ridge 13 is formed by the etching stop layer 6 is thinner than the etching stop layer 6 is p-type (Al 0.70 Ga 0.30) InP third clad layer 7. A current blocking layer 124 is formed on the flat portion.

電流阻止層124は、p型GaAs層121(Be:1.0×1017cm−3ドープ、厚さ0.15μm)と、このp型GaAs層121に形成されたn型GaAs層122(Si:1.0×1017cm−3ドープ、厚さ0.15μm)と、このn型GaAs層122上に形成されたn型GaAs層123(Si:1.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.50μm)とから成っている。 The current blocking layer 124 includes a p-type GaAs layer 121 (Be: 1.0 × 10 17 cm −3 doped, thickness 0.15 μm) and an n-type GaAs layer 122 (Si) formed on the p-type GaAs layer 121. : 1.0 × 10 17 cm -3 doping, and thickness 0.15 [mu] m), the n-type GaAs layer 122 n-type GaAs layer formed on 123 (Si: 1.0 × 10 18 cm -3 doping, And a thickness of 0.50 μm).

電流阻止層124とp型GaAsコンタクト層9との上には、Au/Mo/AuZnから成るp側電極10が形成されている。一方、n型GaAs基板1の裏面(SCH−MQW活性層4側の面とは反対側の面)には、Au/Mo/Au/Ni/AuGeから成るn側電極11が形成されている。   A p-side electrode 10 made of Au / Mo / AuZn is formed on the current blocking layer 124 and the p-type GaAs contact layer 9. On the other hand, an n-side electrode 11 made of Au / Mo / Au / Ni / AuGe is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1 (the surface opposite to the surface on the SCH-MQW active layer 4 side).

リッジ13の幅は、上記第1実施形態と同様にフォトリソグラフィでのエッチングマスク幅で制御されている。より詳しくは、リッジ13のSCH−MQW活性層4側の幅が4.5μmとなっている。   The width of the ridge 13 is controlled by the etching mask width in photolithography as in the first embodiment. More specifically, the width of the ridge 13 on the SCH-MQW active layer 4 side is 4.5 μm.

上記構成の赤色半導体レーザは、所定のレーザ構造が形成されたウェハから共振器長350μmのバーを切り出した後、バーの前端面および後ろ端面にAl膜をコートしたものをチップ分割して得ている。ここでは、上記Al膜は、上記バーの前端面および後端面の反射率が35%となるように形成される。 The red semiconductor laser having the above configuration is obtained by cutting a bar having a cavity length of 350 μm from a wafer on which a predetermined laser structure is formed, and then chip-dividing the front end face and rear end face of the bar with an Al 2 O 3 film. Have gained. Here, the Al 2 O 3 film is formed so that the reflectance of the front end face and the rear end face of the bar is 35%.

上記赤色半導体レーザをSiCサブマウントにジャンクションダウンで張り付け、このSiCサブマウントを5,6φステムに張り付けてレーザ装置を完成させた。   The red semiconductor laser was attached to the SiC submount at a junction down, and the SiC submount was attached to the 5,6φ stem to complete the laser device.

上記レーザ装置を用いて赤色半導体レーザの微分抵抗値および水平放射角を調べたところ、微分抵抗値が6.0Ω、水平放射角が8.7度であった。   When the differential resistance value and horizontal emission angle of the red semiconductor laser were examined using the above laser device, the differential resistance value was 6.0Ω and the horizontal emission angle was 8.7 degrees.

上記第2実施形態では、電流阻止層124を、p/n型/n接合の構造としてあり、レーザ動作ときにこの領域で0.30μmの厚さ以上に空乏層をひろげることができる。その結果、レーザ素子の並列容量が小さくなり、素子の抵抗値との容量の積で決まるパルス応答の時定数を短くできる。 In the second embodiment, the current blocking layer 124 has a p / n type / n + junction structure, and the depletion layer can be expanded to a thickness of 0.30 μm or more in this region during laser operation. As a result, the parallel capacitance of the laser element is reduced, and the time constant of the pulse response determined by the product of the capacitance and the resistance value of the element can be shortened.

第2実施形態の赤色半導体レーザを、パルスオフ時のバイアスなし、パルス出力3mWで動作させたときの、パルス幅20nsでの発光率は98%となって良好であった。   When the red semiconductor laser of the second embodiment was operated with no pulse-off bias and a pulse output of 3 mW, the light emission rate at a pulse width of 20 ns was good at 98%.

(第3実施形態)
図3に、本発明の第3実施形態のレーザプリンタ用赤色半導体レーザの模式的断面図を示す。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a red semiconductor laser for a laser printer according to a third embodiment of the present invention.

上記赤色半導体レーザでは、n型GaAs基板1上に、n型GaInPバッファ層2(Si:1×1018cm−3ドープ、厚さ0.5μm)と、n型(Al0.70Ga0.30)InP第1クラッド層3(Si:1×1018cm−3ドープ、厚さ1.0μm)と、アンドープGaInP/AlGaInPからなるSCH−MQW活性層4と、p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層5(Be:1.5×1018cm−3ドープ、厚さ0.18μm)と、アンドープGaInPエッチングストップ層6(厚さ8nm)と、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7(Be:2.3×1018cm−3ドープ、厚さ0.7μm)と、p型GaInP中間層8(Be:7.0×1018cm−3ドープ、厚さ50nm)と、p型キャップ層の一例としてのp型GaAsコンタクト層9(Be:5.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.5μm)とが順次形成されている。 In the red semiconductor laser, an n-type GaInP buffer layer 2 (Si: 1 × 10 18 cm −3 doped, thickness: 0.5 μm) and an n-type (Al 0.70 Ga 0. 30 ) InP first cladding layer 3 (Si: 1 × 10 18 cm −3 doped, thickness: 1.0 μm), SCH-MQW active layer 4 made of undoped GaInP / AlGaInP, and p-type (Al 0.70 Ga) 0.30 ) InP second cladding layer 5 (Be: 1.5 × 10 18 cm −3 doped, thickness 0.18 μm), undoped GaInP etching stop layer 6 (thickness 8 nm), p-type (Al 0 .70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7 (Be: 2.3 × 10 18 cm −3 doped, thickness 0.7 μm) and p-type GaInP intermediate layer 8 (Be: 7.0 × 10 18) cm - Doped, the thickness 50 nm), a p-type GaAs contact layer 9 as an example of a p-type cap layer (Be: 5.0 × 10 18 cm -3 doping, 0.5 [mu] m thickness) and are sequentially formed.

SCH−MQW活性層4は、GaInP量子井戸層(4層、厚さ6nm)と(Al0.50Ga0.50)InPバリア層(3層、厚さ5nm)から成るMQWを、(Al0.50Ga0.50)InPガイド層(厚さ50nm)で挟みこんだ構造となっている。 The SCH-MQW active layer 4 is an MQW composed of a GaInP quantum well layer (4 layers, thickness 6 nm) and an (Al 0.50 Ga 0.50 ) InP barrier layer (3 layers, thickness 5 nm), (Al 0 .50 Ga 0.50 ) InP guide layer (thickness 50 nm).

p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7、p型GaInP中間層8およびp型GaAsコンタクト層9はリッジ13を構成しており、このリッジ13は半導体レーザの電流通路の一部となる。 The p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7, the p-type GaInP intermediate layer 8, and the p-type GaAs contact layer 9 constitute a ridge 13, which is the current path of the semiconductor laser. Part of

リッジ13の両側の平坦部はGaInPエッチングストップ層6で形成され、このGaInPエッチングストップ層6はp型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7よりも薄くなっている。上記平坦部は電流阻止層124が形成されている。 Flat portions on both sides of the ridge 13 are formed by a GaInP etching stop layer 6, and the GaInP etching stop layer 6 is thinner than the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7. A current blocking layer 124 is formed on the flat portion.

電流阻止層124は、p型GaAs層121(Be:1.0×1017cm−3ドープ、厚さ0.15μm)と、このp型GaAs層121に形成されたn型GaAs層122(Si:1.0×1017cm−3ドープ、厚さ0.15μm)と、このn型GaAs層122上に形成されたn型GaAs層123(Si:1.0×1018cm−3ドープ、厚さ0.50μm)とから成っている。 The current blocking layer 124 includes a p-type GaAs layer 121 (Be: 1.0 × 10 17 cm −3 doped, thickness 0.15 μm) and an n-type GaAs layer 122 (Si) formed on the p-type GaAs layer 121. : 1.0 × 10 17 cm −3 doped, thickness 0.15 μm) and an n-type GaAs layer 123 formed on the n-type GaAs layer 122 (Si: 1.0 × 10 18 cm −3 doped) And a thickness of 0.50 μm).

電流阻止層124とp型GaAsコンタクト層9との上には、Au/Mo/AuZnから成るp側電極10が形成されている。一方、n型GaAs基板1の裏面(SCH−MQW活性層4側の面とは反対側の面)には、Au/Mo/Au/Ni/AuGeから成るn側電極11が形成されている。   A p-side electrode 10 made of Au / Mo / AuZn is formed on the current blocking layer 124 and the p-type GaAs contact layer 9. On the other hand, an n-side electrode 11 made of Au / Mo / Au / Ni / AuGe is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1 (the surface opposite to the surface on the SCH-MQW active layer 4 side).

上記構成の赤色半導体レーザの製造方法では、まず、公知のMBE法を用いて、n型GaAs基板上に、n型GaInPバッファ層、n型(Al0.70Ga0.30)InP第1クラッド層、SCH−MQW活性層4、p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層、アンドープGaInPエッチングストップ層、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層、p型GaInP中間層およびp型GaAsコンタクト層を順次成長させる。 In the method of manufacturing a red semiconductor laser having the above configuration, first, an n-type GaInP buffer layer, an n-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP first clad are formed on an n-type GaAs substrate using a known MBE method. layer, SCH-MQW active layer 4, p-type (Al 0.70 Ga 0.30) InP second cladding layer, an undoped GaInP etching stop layer, p-type (Al 0.70 Ga 0.30) InP third clad layer Then, a p-type GaInP intermediate layer and a p-type GaAs contact layer are sequentially grown.

次に、公知のフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層、p型GaInP中間層およびp型GaAsコンタクト層から、リッジ13となる領域以外の部分を選択的に除去する。このフォトリソグラフィで用いるエッチングマスクの幅によって、リッジ13の幅が決定する。ここでは、上記エッチングマスクの幅を、リッジ13のSCH−MQW活性層4側の幅が4.0μmとなるように設定する。 Next, a region that becomes the ridge 13 is formed from the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer, the p-type GaInP intermediate layer, and the p-type GaAs contact layer by using known photolithography and etching techniques. The part other than is selectively removed. The width of the ridge 13 is determined by the width of the etching mask used in this photolithography. Here, the width of the etching mask is set so that the width of the ridge 13 on the SCH-MQW active layer 4 side is 4.0 μm.

次に、MBE法によって、電流阻止層124を形成するための複数の材料層を成長(再成長)させた後、ドーパントの活性化率改善のために、740℃30分の熱処理を行う。   Next, after a plurality of material layers for forming the current blocking layer 124 are grown (regrown) by MBE, heat treatment is performed at 740 ° C. for 30 minutes in order to improve the dopant activation rate.

次に、リッジ13となる領域上に成長した不要層を選択的にエッチングで除去した後、p側電極およびn側電極を形成することによって、レーザ構造が形成されたウェハが完成する。   Next, an unnecessary layer grown on the region to be the ridge 13 is selectively removed by etching, and then a p-side electrode and an n-side electrode are formed, thereby completing a wafer on which a laser structure is formed.

次に、上記ウエハから共振器長350μmのバーを切り出した後、バーの前端面および後ろ端面にAl膜をコートする。このAl膜は、上記バーの前端面および後端面の反射率が35%となるように形成される。 Next, after a bar having a resonator length of 350 μm is cut out from the wafer, an Al 2 O 3 film is coated on the front end face and the rear end face of the bar. This Al 2 O 3 film is formed so that the reflectance of the front end face and the rear end face of the bar is 35%.

最後に、上記Al膜によって前端面および後端面がコートされたバーをチップ分割すると、複数の赤色半導体レーザが得られる。 Finally, when a bar whose front end face and rear end face are coated with the Al 2 O 3 film is divided into chips, a plurality of red semiconductor lasers are obtained.

上記赤色半導体レーザをSiCサブマウントにジャンクションダウンで張り付け、このSiCサブマウントを5,6φステムに張り付けてレーザ装置を完成させた。   The red semiconductor laser was attached to the SiC submount at a junction down, and the SiC submount was attached to the 5,6φ stem to complete the laser device.

上記レーザ装置を用いて赤色半導体レーザの微分抵抗値および水平放射角を調べたところ、微分抵抗値が5.7Ω、水平放射角が9.2度であった。   When the differential resistance value and horizontal emission angle of the red semiconductor laser were examined using the above laser apparatus, the differential resistance value was 5.7Ω and the horizontal emission angle was 9.2 degrees.

上記赤色半導体レーザを、パルスオフ時のバイアスなし、パルス出力3mWで動作させたときの、パルス幅30nsでの発光率は102%となって良好であった。   When the red semiconductor laser was operated with no pulse-off bias and a pulse output of 3 mW, the light emission rate at a pulse width of 30 ns was 102%, which was favorable.

上記赤色半導体レーザでは、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7のドーピング濃度よりも、p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層5のドーピング濃度を下げて、SCH−MQW活性層4へのドーパントの拡散低減を図った結果、しきい値電流Ithを25mAまで低減できた。 In the red semiconductor laser, the doping of the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP second cladding layer 5 is higher than the doping concentration of the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7. As a result of lowering the concentration and reducing the diffusion of the dopant into the SCH-MQW active layer 4, the threshold current Ith could be reduced to 25 mA.

上記第1〜3実施形態の赤色半導体レーザにおいて、水平方向の放射角が8.5度以上であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が6.5Ω以下となるようにしてもよい。   In the red semiconductor lasers of the first to third embodiments, the horizontal radiation angle may be 8.5 degrees or more, and the differential resistance value in the operating current may be 6.5 Ω or less.

上記第1〜第3実施形態において、バンドギャップが異なる4層以上の半導体層でリッジを構成してもよい。   In the first to third embodiments, the ridge may be formed by four or more semiconductor layers having different band gaps.

上記第1〜第3実施形態において、リッジが含むp型クラッド層の活性層側の端の幅を3.5μm以上4.5μm以下としてもよい。   In the first to third embodiments, the width of the end on the active layer side of the p-type cladding layer included in the ridge may be 3.5 μm or more and 4.5 μm or less.

上記第1〜第3実施形態において、リッジが含むクラッド層の厚さを0.6μm以上0.8μm以下にしてもよい。   In the first to third embodiments, the thickness of the cladding layer included in the ridge may be 0.6 μm or more and 0.8 μm or less.

上記第1〜第3実施形態の赤色半導体レーザにおいて、水平方向の放射角が8.5度以上9.5度以下であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が6.0Ω以下となるようにしてもよい。   In the red semiconductor lasers of the first to third embodiments, the horizontal radiation angle is 8.5 degrees or more and 9.5 degrees or less, and the differential resistance value in the operating current is 6.0 Ω or less. May be.

上記第3実施形態の赤色半導体レーザにおいて、水平方向の放射角が9.0度以上9.5度以下であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が5.0Ω以上6.0Ω以下となるようにしてもよい。   In the red semiconductor laser of the third embodiment, the horizontal radiation angle is 9.0 degrees or more and 9.5 degrees or less, and the differential resistance value in the operating current is 5.0Ω or more and 6.0Ω or less. It may be.

上記第1〜第3実施形態において、活性層から出射するレーザ光が、発振しきい値から、0.5mW〜10mWの常用光出力までシングルモードレーザ光となるようにしてもよい。   In the first to third embodiments, the laser beam emitted from the active layer may be a single mode laser beam from the oscillation threshold value to the normal light output of 0.5 mW to 10 mW.

上記第1〜第3実施形態では、p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層7の代わりに、他のAl組成比のp型AlGaInPからなるクラッド層を用いてもよい。 In the first to third embodiments, instead of the p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 7, a cladding layer made of p-type AlGaInP having another Al composition ratio may be used. .

上記第1〜第3実施形態において、リッジが含むp型GaInPのp型不純物濃度を5.0×1018cm−3以上1.5×1019cm−3以下とすると共に、リッジが含むp型AlGaInPのp型不純物濃度を2.0×1018cm−3以上2.5×1018cm−3以下としてもよい。 In the first to third embodiments, the p-type impurity concentration of the p-type GaInP included in the ridge is set to 5.0 × 10 18 cm −3 or more and 1.5 × 10 19 cm −3 or less, and the p included in the ridge is included. The p-type impurity concentration of the type AlGaInP may be 2.0 × 10 18 cm −3 or more and 2.5 × 10 18 cm −3 or less.

上記第1〜第3実施形態において、電流阻止層形成後に、700℃以上800℃以下で、1分以上30分以下の熱処理を加えてもよい。   In the first to third embodiments, after the current blocking layer is formed, heat treatment may be performed at 700 ° C. to 800 ° C. for 1 minute to 30 minutes.

上記第1,第2実施形態において、エッチングストップ層上のクラッド層のキャリア濃度よりも、エッチングストップ層下のクラッド層のキャリア濃度を低くしてもよい。   In the first and second embodiments, the carrier concentration of the cladding layer below the etching stop layer may be lower than the carrier concentration of the cladding layer on the etching stop layer.

上記第1〜第3実施形態において、p型不純物濃度が1.5×1018cm−3以上2.0×1018cm−3以下であるp型クラッド層をエッチングストップ層と活性層との間に形成してもよい。 In the first to third embodiments, a p-type cladding layer having a p-type impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or more and 2.0 × 10 18 cm −3 or less is formed of an etching stop layer and an active layer. You may form in between.

上記第1〜第3実施形態において、空乏層幅がレーザ動作時に0.30μm以上となる電流阻止層をリッジの両側方に形成してもよい。   In the first to third embodiments, a current blocking layer having a depletion layer width of 0.30 μm or more during laser operation may be formed on both sides of the ridge.

上記第1〜第3実施形態において、リッジの両側方に形成された電流阻止層内においてキャリア濃度が2×1017cm−3以下の領域の厚さが0.30μm以上となるようにしてもよい。 In the first to third embodiments, even as the thickness of the carrier concentration of 2 × 10 17 cm -3 or less in the region is equal to or greater than 0.30μm at a current blocking layer formed on both sides of the ridge Good.

上記第1〜第3実施形態では、活性層上に2つのp型クラッド層を形成していたが、活性層上に1つのp型クラッド層を形成するようにしてもよい。この場合、上記活性層上に形成された1つのp型クラッド層の一部がリッジに含まれる。   In the first to third embodiments, two p-type cladding layers are formed on the active layer. However, one p-type cladding layer may be formed on the active layer. In this case, a part of one p-type cladding layer formed on the active layer is included in the ridge.

また、本発明の半導体レーザをレーザプリンタ以外の装置に用いることができるのは言うまでもない。   It goes without saying that the semiconductor laser of the present invention can be used in apparatuses other than laser printers.

図1は本発明の第1実施形態のレーザプリンタ用赤色半導体レーザの模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a red semiconductor laser for a laser printer according to a first embodiment of the present invention. 図2は本発明の第2実施形態のレーザプリンタ用赤色半導体レーザの模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a red semiconductor laser for a laser printer according to a second embodiment of the present invention. 図3は本発明の第3実施形態のレーザプリンタ用赤色半導体レーザの模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a red semiconductor laser for a laser printer according to a third embodiment of the present invention. 図4Aはパルス光出力の変動例を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing a variation example of the pulsed light output. 図4Bはパルス光出力の他の変動例を示す図である。FIG. 4B is a diagram illustrating another variation example of the pulsed light output. 図5は発光率の定義を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the definition of the light emission rate. 図6は発光率の抵抗値依存性を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the dependency of the light emission rate on the resistance value. 図7は発光率の水平放射角依存性を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the dependency of the light emission rate on the horizontal radiation angle.

符号の説明Explanation of symbols

1 n型GaAs基板
2 n型GaInPバッファ層
3 n型(Al0.70Ga0.30)InP第1クラッド層
4 SCH−MQW活性層4
5 p型(Al0.70Ga0.30)InP第2クラッド層
6 GaInPエッチングストップ層
7 p型(Al0.70Ga0.30)InP第3クラッド層
8 p型GaInP中間層
9 p型GaAsコンタクト層
10 p側電極
11 n側電極
12 n型GaAs電流阻止層
13 リッジ
121 p型GaAs層
122,123 n型GaAs層
124 電流阻止層
1 n-type GaAs substrate 2 n-type GaInP buffer layer 3 n-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP first cladding layer 4 SCH-MQW active layer 4
5 p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP second cladding layer 6 GaInP etching stop layer 7 p-type (Al 0.70 Ga 0.30 ) InP third cladding layer 8 p-type GaInP intermediate layer 9 p-type GaAs contact layer 10 p-side electrode 11 n-side electrode 12 n-type GaAs current blocking layer 13 ridge 121 p-type GaAs layers 122 and 123 n-type GaAs layer 124 current blocking layer

Claims (14)

活性層と、
上記活性層上に直接または間接に形成されたp型クラッド層と、
上記p型クラッド層の上に半導体層を介して形成されたp型キャップ層と
を備え、
上記p型キャップ層から上記p型クラッド層にかけての電流通路が、バンドギャップが互いに異なる少なくとも3層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジを有し、
水平方向の放射角が8.5度以上であり、かつ、動作電流における微分抵抗値が6.5Ω以下であって、
赤色レーザ光を出射すると共に、AlGaInP系であることを特徴とする半導体レーザ。
An active layer,
A p-type cladding layer formed directly or indirectly on the active layer;
A p-type cap layer formed on the p-type cladding layer via a semiconductor layer,
A current path from the p-type cap layer to the p-type cladding layer has a striped ridge formed of at least three semiconductor layers having different band gaps;
The horizontal radiation angle is 8.5 degrees or more, and the differential resistance value at the operating current is 6.5 Ω or less,
A semiconductor laser that emits red laser light and is AlGaInP-based.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記放射角が9.0度以上であり、かつ、上記微分抵抗値が5.0Ω以上であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser characterized in that the radiation angle is 9.0 degrees or more and the differential resistance value is 5.0Ω or more.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記p型クラッド層の上記活性層側の端の幅が3.5μm以上4.5μm以下であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser, wherein a width of an end of the p-type cladding layer on the active layer side is 3.5 μm or more and 4.5 μm or less.
請求項3に記載の半導体レーザにおいて、
上記リッジは上記p型クラッド層を含み、
上記p型クラッド層の厚さは0.6μm以上0.8μm以下であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 3, wherein
The ridge includes the p-type cladding layer;
The p-type cladding layer has a thickness of 0.6 μm or more and 0.8 μm or less.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記放射角が9.5度以下であり、かつ、上記微分抵抗値が6.0Ω以下であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser, wherein the radiation angle is 9.5 degrees or less and the differential resistance value is 6.0 Ω or less.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記放射角が9.0度以上9.5度以下であり、かつ、上記微分抵抗値が5.0Ω以上6.0Ω以下であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser, wherein the radiation angle is 9.0 degrees or more and 9.5 degrees or less, and the differential resistance value is 5.0 Ω or more and 6.0 Ω or less.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記レーザ光は、発振しきい値から、0.5mW〜10mWの常用光出力までシングルモードレーザ光であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the laser beam is a single mode laser beam from an oscillation threshold value to a normal light output of 0.5 mW to 10 mW.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記電流通路はp型GaAs、p型GaInPおよびp型AlGaInPで構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser characterized in that the current path is composed of p-type GaAs, p-type GaInP, and p-type AlGaInP.
請求項8に記載の半導体レーザにおいて、
上記p型GaInPのp型不純物濃度が5.0×1018cm−3以上1.5×1019cm−3以下であり、
上記p型AlGaInPのp型不純物濃度が2.0×1018cm−3以上2.5×1018cm−3以下であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 8, wherein
The p-type impurity concentration of the p-type GaInP is 5.0 × 10 18 cm −3 or more and 1.5 × 10 19 cm −3 or less,
A semiconductor laser, wherein the p-type impurity concentration of the p-type AlGaInP is 2.0 × 10 18 cm −3 or more and 2.5 × 10 18 cm −3 or less.
請求項9に記載の半導体レーザにおいて、
700℃以上800℃以下で、1分以上30分以下の熱処理が加えられて作製されていることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 9, wherein
A semiconductor laser manufactured by performing heat treatment at 700 ° C. to 800 ° C. for 1 minute to 30 minutes.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記活性層と上記p型クラッド層との間に形成され、上記p型クラッド層のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有するp型クラッド層を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser comprising a p-type cladding layer formed between the active layer and the p-type cladding layer and having a carrier concentration lower than that of the p-type cladding layer.
請求項11に記載の半導体レーザにおいて、
上記低いキャリア濃度を有するp型クラッド層のp型不純物濃度が1.5×1018cm−3以上2.0×1018cm−3以下であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 11, wherein
A semiconductor laser, wherein the p-type cladding layer having a low carrier concentration has a p-type impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or more and 2.0 × 10 18 cm −3 or less.
請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
上記リッジの両側方に形成され、空乏層幅がレーザ動作時において0.30μm以上である電流阻止層を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser comprising a current blocking layer formed on both sides of the ridge and having a depletion layer width of 0.30 μm or more during laser operation.
請求項13に記載の半導体レーザにおいて、
上記電流阻止層内においてキャリア濃度が2×1017cm−3以下の領域の厚さが0.30μm以上であることを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 13, wherein
A semiconductor laser, wherein a thickness of a region having a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 or less in the current blocking layer is 0.30 μm or more.
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