JP2009081249A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】n型クラッド層3、n型クラッド層側ガイド層4、活性層5、p型クラッド層側ガイド層6、および、p型クラッド層7を有し、n型クラッド層側ガイド層4およびp型クラッド層側ガイド層6を介して、活性層5に対し垂直方向に電子およびホールが注入される半導体レーザ装置であって、p型クラッド層側ガイド層6の層厚を、n型クラッド層側ガイド層4の層厚よりも薄く設定して、活性層5の位置をp型クラッド層7に近づけるとともに、p型クラッド層側ガイド層6の屈折率を、n型クラッド層側ガイド層4の屈折率よりも高い値に設定した。
【選択図】図1
Description
また、この種の半導体レーザ装置において、p側ガイド層内のキャリア分布の傾きは、n側ガイド層内キャリア分布の傾きのμn/μpとなる(たとえば、非特許文献2参照)。
図1はこの発明の実施の形態1を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
図1において、半導体レーザ装置は、下層から順に、n電極1と、n型GaAs基板2と、n型AlxGa1−xAsクラッド層(n型クラッド層)3と、n側AlyGa1−yAsガイド層(n型クラッド層側ガイド層)4と、AlzGa1−zAs活性層(活性層)5と、p側AlsGa1−sAsガイド層(p型クラッド層側ガイド層)6と、p型AltGa1−tAsクラッド層7(p型クラッド層)と、p型GaAsコンタクト層8と、p電極9とを備えている。
また、p型AltGa1−tAsクラッド層7およびp型GaAsコンタクト層8の側部には、Z軸(レーザ光出射方向)に延長されたプロトン注入領域10が形成されている。
n側ガイド層4およびp側ガイド層6は、結晶成長およびウエハプロセスにおいて不純物のドーピングが意識的に行われることがないので、アンドープか、またはアンドープに近いドーピング状態となっている。
まず、p電極9およびn電極1に順方向のバイアス(p電極9に正電圧、n電極1に正電圧以下の電圧たとえば負電圧)を印加する。
これにより、AlzGa1−zAs活性層5からZ軸方向(正負2方向)にレーザ光が出射される。
すなわち、各ガイド層4、6内の任意位置(y)で、電子およびホールの存在数は常に同数であり、n(y)=p(y)の関係が成り立つ。
また、図2のように、活性層5の中心をY軸方向の原点とすると、キャリア密度(太実線参照)は、活性層5に接する場所で最も小さくなり、各クラッド層3、7に向かうにつれて直線的に増加する。
また、図2において、光強度分布(1点鎖線参照)は、活性層5およびp側ガイド層6(屈折率が高い値に設定されている)に引き寄せられた状態で非対称形となる。
図3においては、n側AlyGa1−yAsガイド層4と、p側AlsGa1−sAsガイド層6とが、それぞれ等しいAl組成比y、sおよび層厚を有する場合(Al組成比y=s=0.30、層厚=500nm)のキャリア分布および光強度分布を示している。
これにより、各ガイド層4、6内のキャリアによる光吸収を低減することができ、ひいてはスロープ効率(単位駆動電流当たりの光出力増加分の傾き)を向上させることができる。
これにより、しきい値電流の増加を招くことなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層3〜7の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態1(図1)では、活性層としてAlzGa1−zAs活性層5を用い、p側ガイド層としてp側AlsGa1−sAsガイド層6を用いたが、図4のように、InzGa1−zAs活性層13およびp側GaAsガイド層(Al組成比=0)14を用いてもよい。
図4はこの発明の実施の形態2を示す斜視図であり、たとえば発振波長980nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10に加えて、前述の各層3〜7とは異なる組成の層として、n型AlxGa1−xAsクラッド層11と、n側AlyGa1−yAsガイド層12と、InzGa1−zAs活性層13と、p側GaAsガイド層14と、p型AltGa1−tAsクラッド層15とを備えている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少して、スロープ効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層11〜15の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態2(図4)では、p側ガイド層としてp側GaAsガイド層14を用いたが、図5のように、p側AlsGa1−sAsガイド層19を用いてもよい。
図5はこの発明の実施の形態3を示す斜視図であり、たとえば発振波長940nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10に加えて、前述の各層11〜15とは異なる組成の層として、n型AlxGa1−xAsクラッド層16と、n側AlyGa1−yAsガイド層17と、InzGa1−zAs活性層18と、p側AlsGa1−sAsガイド層19と、p型AltGa1−tAsクラッド層20とを備えている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少して、スロープ効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層16〜20の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態3(図5)では、各クラッド層としてn型AlxGa1−xAsクラッド層16およびp型AltGa1−tAsクラッド層20を用い、各ガイド層としてn側AlyGa1−yAsガイド層17およびp側AlsGa1−sAsガイド層19を用いたが、図6のように、n型In0.49Ga0.51Pクラッド層21およびp型In0.49Ga0.51Pクラッド層25と、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層22およびp側In1−xGaxAsyP1−yガイド層24とを用いてもよい。
図6はこの発明の実施の形態4を示す斜視図であり、たとえば発振波長940nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10に加えて、前述の各層16〜20とは異なる組成の層として、n型In0.49Ga0.51Pクラッド層21と、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層22と、InzGa1−zAs活性層23と、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層24と、p型In0.49Ga0.51Pクラッド層25とを備えている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少してスロープ効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。なお、各ガイド層(InGaAsP)22、24のAs組成比およびGa組成比は、GaAsとほぼ格子定数が一致するように設定されている。
また、上記各層21〜25の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態4(図6)では、各クラッド層としてn型In0.49Ga0.51Pクラッド層21およびp型In0.49Ga0.51Pクラッド層25を用い、活性層としてInzGa1−zAs活性層23を用いたが、図7のように、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層26およびp型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層30と、GaAs1−zPz活性層28とを用いてもよい。
図7はこの発明の実施の形態5を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10に加えて、前述の各層21〜25とは異なる組成の層として、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層26と、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層27と、GaAs1−zPz活性層28と、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層29と、p型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層30とを備えている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少して、スロープ効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層26〜30の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態5(図7)では、各ガイド層としてn側In1−xGaxAsyP1−yガイド層27およびp側In1−xGaxAsyP1−yガイド層29を用い、活性層としてGaAs1−zPz活性層28を用いたが、図8のように、n側AlxGa0.51−xIn0.49Pガイド層32およびp側AlxGa0.51−xIn0.49P34と、In1−zGazP活性層33とを用いてもよい。
図8はこの発明の実施の形態6を示す斜視図であり、たとえば発振波長670nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10に加えて、前述の各層26〜30とは異なる組成の層として、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層31と、n側AlxGa0.51−xIn0.49Pガイド層32と、In1−zGazP活性層33と、p側AlxGa0.51−xIn0.49Pガイド層34と、p型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層35とを備えている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少して、スロープ効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層31〜35の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態1〜6(図1、図4〜図8)では、各電極1、9に隣接する層としてn型GaAs基板2、p型GaAsコンタクト層8およびプロトン注入領域10を用いたが、図9のように、n型InP基板36、p型InPコンタクト層42およびSiN膜43を用いてもよい。
図9はこの発明の実施の形態7を示す斜視図であり、たとえば発振波長1300nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述のn電極1とp電極9との間に、下層から順に、n型InP基板36と、n型In1−xGaxAsyP1−yクラッド層37と、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層38と、量子井戸活性層39と、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層40と、p型In1−xGaxAsyP1−yクラッド層41と、p型InPコンタクト層42と、SiN膜43とを備えている。
量子井戸活性層39において、各In1−xGaxAsyP1−y活性層(×5)は、Ga組成比x=0.443、As組成比y=0.95、層厚=10nmであり、各In1−xGaxAsyP1−yバリア層(×4)は、Ga組成比x=0.183、As組成比y=0.40、層厚=10nmである。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少してスロープ効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層37〜41の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態1〜7(図1、図4〜図9)では、n型クラッド層の屈折率について特に考慮しなかったが、図10のように、n型クラッド層としてn型AlxGa1−xAsクラッド層(Al組成比x=0.50、層厚=2.0μm)44を用い、n型クラッド層44の屈折率を、p型AltGa1−tAsクラッド層7の屈折率よりも高い値に設定してもよい。
図10はこの発明の実施の形態8を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1〜10のうち、n型クラッド層3に代えて、n型AlxGa1−xAsクラッド層(Al組成比x=0.50、層厚=2.0μm)44を備えている。
図11において、破線は伝導帯(各クラッド層44、7、各ガイド層4、6、および、活性層5)のバンド構造を、太実線は電子およびホールのキャリア濃度を、1点鎖線は光強度分布を示している。
また、光強度分布(1点鎖線)に関しては、p側AlsGa1−sAsガイド層(Al組成比s=0.30)6の屈折率が、n側AlyGa1−yAsガイド層(Al組成比y=0.35)4の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層6に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層44の屈折率をp型クラッド層7の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層7内の光吸収も低減することができるので、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層44、4〜7の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態8(図10)では、前述の実施の形態1(図1)の構成にn型クラッド層44を適用した場合を示したが、図12に示すように、前述の実施の形態2(図4)の構成にn型AlxGa1−xAsクラッド層(Al組成比x=0.25、層厚=2.0μm)45を適用してもよい。
図12はこの発明の実施の形態9を示す斜視図であり、たとえば発振波長980nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜15のうち、n型クラッド層11に代えて、n型AlxGa1−xAsクラッド層(Al組成比x=0.25、層厚=2.0μm)45を備えている。
また、光強度分布に関しては、p側GaAsガイド層14の屈折率が、n側AlyGa1−yAsガイド層(Al組成比y=0.05)12の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層12に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
また、キャリア濃度の低いn型クラッド層45に多くの光が分布するので、クラッド層でのキャリア吸収が低減される。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層45の屈折率をp型クラッド層15の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層15内の光吸収も低減することができるので、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層45、12〜15の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態9(図12)では、前述の実施の形態2(図4)の構成にn型クラッド層45を適用した場合を示したが、図13に示すように、前述の実施の形態3(図5)の構成にn型AlxGa1−xAsクラッド層(Al組成比x=0.35、層厚=2.0μm)46を適用してもよい。
図13はこの発明の実施の形態10を示す斜視図であり、たとえば発振波長940nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10、16〜20のうち、n型クラッド層16に代えて、n型AlxGa1−xAsクラッド層(Al組成比x=0.35、層厚=2.0μm)46を備えている。
また、光強度分布に関しては、p側AlsGa1−sAsガイド層(s=0.05)19の屈折率が、n側AlyGa1−yAsガイド層(y=0.10)17の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層19に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
また、キャリア濃度の低いn型クラッド層46に多くの光が分布するので、クラッド層でのキャリア吸収が低減される。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層46の屈折率をp型クラッド層20の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層20内の光吸収も低減することができ、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層46、17〜20の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態10(図13)では、前述の実施の形態3(図5)の構成にn型クラッド層46を適用した場合を示したが、図14に示すように、前述の実施の形態4(図6)の構成にn型In1−xGaxAsyP1−yクラッド層(Ga組成比x=0.56、As組成比y=0.10、層厚=2.0μm)47を適用してもよい。
図14はこの発明の実施の形態11を示す斜視図であり、たとえば発振波長940nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10、21〜25のうち、n型クラッド層21に代えて、n型In1−xGaxAsyP1−yクラッド層(Ga組成比x=0.56、As組成比y=0.10、層厚=2.0μm)47を備えている。
また、光強度分布に関しては、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層(x=0.85、y=0.70)24の屈折率が、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層(x=0.80、y=0.60)22の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層24に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
また、キャリア濃度の低いn型クラッド層47に多くの光が分布するので、クラッド層でのキャリア吸収が低減される。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層47の屈折率をp型クラッド層25の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層25内の光吸収も低減することができ、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層47、22〜25の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態11(図14)では、前述の実施の形態4(図6)の構成にn型クラッド層47を適用した場合を示したが、図15に示すように、前述の実施の形態5(図7)の構成にn型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層(Al組成比x=0.10、層厚=2.0μm)48を適用してもよい。
図15はこの発明の実施の形態12を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10、26〜30のうち、n型クラッド層26に代えて、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層(As組成比x=0.10、層厚=2.0μm)48を備えている。
また、光強度分布に関しては、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層(x=0.61、y=0.20)29の屈折率が、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層(x=0.56、y=0.10)27の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層29に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
また、キャリア濃度の低いn型クラッド層48に多くの光が分布するので、クラッド層でのキャリア吸収が低減される。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層48の屈折率をp型クラッド層30の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層30内の光吸収も低減することができ、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層48、27〜30の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態12(図15)では、前述の実施の形態5(図7)の構成にn型クラッド層48を適用した場合を示したが、図16に示すように、前述の実施の形態6(図8)の構成にn型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層(Al組成比x=0.30、層厚=2.0μm)49を適用してもよい。
図16はこの発明の実施の形態13を示す斜視図であり、たとえば発振波長670nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10、31〜35のうち、n型クラッド層31に代えて、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層(Al組成比x=0.30、層厚=2.0μm)49を備えている。
また、光強度分布に関しては、p側AlxGa0.51−xIn0.49Pガイド層(x=0.20)34の屈折率が、n側AlxGa0.51−xIn0.49Pガイド層(x=0.23)32の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層34に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
また、キャリア濃度の低いn型クラッド層49に多くの光が分布するので、クラッド層でのキャリア吸収が低減される。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層49の屈折率をp型クラッド層35の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層35内の光吸収も低減することができ、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層49、32〜35の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態13(図16)では、前述の実施の形態6(図8)の構成にn型クラッド層49を適用した場合を示したが、図17に示すように、前述の実施の形態7(図9)の構成にn型In1−xGaxAsyP1−yクラッド層(Ga組成比x=0.230、As組成比y=0.50、層厚=1.5μm)50を適用してもよい。
図17はこの発明の実施の形態14を示す斜視図であり、たとえば発振波長1300nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、9、36〜43のうち、n型クラッド層37に代えて、n型In1−xGaxAsyP1−yクラッド層(x=0.230、y=0.50、層厚=1.5μm)50を備えている。
また、光強度分布に関しては、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層(x=0.348、y=0.750)40の屈折率が、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層(x=0.262、y=0.568)38の屈折率よりも高い値に設定されているので、光強度分布がp側ガイド層40に偏った非対称形となり、光閉じ込め率の低下を招くことはなく、しきい値電流の増加を防止することができる。
また、キャリア濃度の低いn型クラッド層50に多くの光が分布するので、クラッド層でのキャリア吸収が低減される。
これにより、スロープ効率の向上が実現して、しきい値電流の増加がなく、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、n型クラッド層50の屈折率をp型クラッド層41の屈折率よりも高い値に設定したので、p型クラッド層41内の光吸収も低減することができ、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層50、37〜41の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態1〜14では、n型クラッド層側ガイド層およびp型クラッド層側ガイド層を各1層で構成したが、図15のように、それぞれ、As組成比の異なる複数層(2層以上)のInGaAsPガイド層52、53、55、56により構成してもよい。
図18はこの発明の実施の形態15を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述のn型GaAs基板2とプロトン注入領域10との間に、下層から順に、n型In0.49Ga0.51Pクラッド層51と、n側In1−xGaxAsyP1−y外側ガイド層(n側外側ガイド層)52と、n側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層(n側内側ガイド層)53と、GaAs1−zPz活性層54と、p側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層(p側内側ガイド層)55と、p側In1−xGaxAsyP1−y外側ガイド層(p側外側ガイド層)56と、p型In0.49Ga0.51Pクラッド層57とを備えている。
なお、n型クラッド層51およびp型クラッド層57は、InGaPにより構成されているが、前述のようにAlGaInPにより構成されてもよい。
入力電力は、動作電流と動作電圧との積で表されるので、動作電流および動作電圧の少なくとも一方を低減させると、電気変換効率が向上する。ここでは、動作電圧を低減させる場合を例にとって説明する。
したがって、各ガイド層を1層構造から2層構造とすることにより、動作電圧が低減することが分かる。
これにより、さらに動作電圧を低減させることができる。
また、上記各層51〜57の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態15(図18)では、n側ガイド層52、53およびp側ガイド層55、56を、それぞれ同一の層厚で構成したが、図19のように、n側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層60の層厚(450nm)よりも、p側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層61の層厚(150nm)を薄く設定してもよい。
図19はこの発明の実施の形態16を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層53、55に代えて、それぞれ層厚の異なるn側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層60およびp側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層61を備えている。
n側内側ガイド層60は、Ga組成比x=0.61、As組成比y=0.20、層厚=450nmであり、p側内側ガイド層61は、Ga組成比x=0.61、As組成比y=0.20、層厚=150nmである。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少して効率が向上する。
また、上記各層51、52、54、56、57、60、61の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態15、16(図18、図19)では、各クラッド層として、n型In0.49Ga0.51Pクラッド層51およびp型In0.49Ga0.51Pクラッド層57を用いたが、図20のように、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層62およびp型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層67を用いてもよい。
図20はこの発明の実施の形態17を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述(図18)の各層51〜53、55〜57に代えて、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層62と、n側In1−xGaxAsyP1−y外側ガイド層63と、n側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層64と、p側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層65と、p側In1−xGaxAsyP1−y外側ガイド層66と、p型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層67とを備えている。
図20のように、n側およびp側の各ガイド層をそれぞれ2層構造とすることにより、前述の実施の形態15、16と同様に、動作電圧の低減を実現することができる。
これにより、さらに動作電圧の低減を実現することができる。
また、上記各層54、62〜67の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態17(図20)では、各2層構造からなるn側およびp側の各ガイド層63〜66を、すべて同一の層厚(300nm)で構成したが、図21のように、n側ガイド層69、70の層厚(400nm、450nm)よりも、p側ガイド層71、72の層厚(150nm、200nm)を薄く設定してもよい。
図21はこの発明の実施の形態18を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層62〜66に代えて、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層68と、n側In1−xGaxAsyP1−y外側ガイド層69と、n側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層70と、p側In1−xGaxAsyP1−y内側ガイド層71と、p側In1−xGaxAsyP1−y外側ガイド層72とを備えている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少してスロープ効率が向上する。
これにより、活性層54の光閉じ込め率を変えることなく、光強度分布をn型クラッド層68に拡大することができ、スロープ効率を向上させるとともに、動作電圧の低い半導体レーザを実現することができる。
さらに、各ガイド層69〜72を、それぞれAs組成比の異なる複数層のInGaAsPにより構成し、各クラッド層67、68をAlGaInP(または、InGaP)により構成したので、ジャンクション電圧を低減し、ひいては動作電圧を低減することができるので、半導体レーザ装置の電気変換効率をさらに高めることができる。
また、上記各層54、67〜72の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記各実施の形態では、各クラッド層のAl組成比を0.1以上に設定したが、図22のように、各ガイド層74、76をInGaAsPにより構成し、各クラッド層(AlGaInP)73、77のAl組成比を0.1未満に設定してもよい。
図22はこの発明の実施の形態19を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層1、2、8〜10、54に加えて、n型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層73と、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層74と、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層76と、p型AlxGa0.51−xIn0.49Pクラッド層77とを備えている。
また、上記各層54、73、74、76、77の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
上記実施の形態19(図22)では、各ガイド層74、76を同一層厚(600nm)に設定したが、図23のように、p側ガイド層79の層厚(300nm)をn側ガイド層78の層厚(900nm)よりも薄く設定してもよい。
図23はこの発明の実施の形態20を示す斜視図であり、たとえば発振波長810nm帯の半導体レーザ装置を示している。
この場合、半導体レーザ装置は、前述の各層74、76に代えて、n側In1−xGaxAsyP1−yガイド層78と、p側In1−xGaxAsyP1−yガイド層79とを備えている。
また、p側ガイド層79の屈折率は、n側ガイド層78の屈折率よりも高い値に設定されている。
これにより、レーザ光のキャリアによる吸収が減少して効率が向上する。
これにより、しきい値電流の増加がなく、スロープ効率の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
また、上記各層54、43、77〜79の層厚および組成は一例であり、これに限定されることはない。
Claims (7)
- n型クラッド層、n型クラッド層側ガイド層、活性層、p型クラッド層側ガイド層、および、p型クラッド層を有し、
前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層を介して、前記活性層に対し垂直方向に電子およびホールが注入される半導体レーザ装置であって、
前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層は、結晶成長およびウエハプロセスにおいて不純物がドーピングされることはなく、
前記p型クラッド層側ガイド層の層厚は、前記n型クラッド層側ガイド層の層厚よりも薄く設定され、
前記p型クラッド層側ガイド層の屈折率は、前記n型クラッド層側ガイド層の屈折率よりも高い値に設定されたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記n型クラッド層の屈折率は、前記p型クラッド層の屈折率よりも高い値に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
- 前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層は、それぞれAs組成比の異なる複数層のInGaAsPにより構成され、
前記n型クラッド層および前記p型クラッド層は、InGaPまたはAlGaInPにより構成されたこと特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ装置。 - n型クラッド層、n型クラッド層側ガイド層、活性層、p型クラッド層側ガイド層、および、p型クラッド層を有し、
前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層を介して、前記活性層に対し垂直方向に電子およびホールが注入される半導体レーザ装置であって、
前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層は、それぞれAs組成比の異なる複数層のInGaAsPにより構成され、
前記n型クラッド層および前記p型クラッド層は、InGaPまたはAlGaInPにより構成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 複数層からなる前記n型クラッド層側ガイド層のうち、外側のn型クラッド層側ガイド層はn型にドーピングされ、
複数層からなる前記p型クラッド層側ガイド層のうち、外側のp型クラッド層側ガイド層はp型にドーピングされたことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ装置。 - n型クラッド層、n型クラッド層側ガイド層、活性層、p型クラッド層側ガイド層、および、p型クラッド層を有し、
前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層を介して、前記活性層に対し垂直方向に電子およびホールが注入される半導体レーザ装置であって、
前記n型クラッド層側ガイド層および前記p型クラッド層側ガイド層は、InGaAsPにより構成され、
前記n型クラッド層およびp型クラッド層は、Al組成比が0.1未満のAlGaInPにより構成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記p型クラッド層側ガイド層の層厚は、前記n型クラッド層側ガイド層の層厚よりも薄く設定され、
前記p型クラッド層側ガイド層の屈折率は、前記n型クラッド層側ガイド層の屈折率よりも高い値に設定されたことを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ装置。
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