JP2558768B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、GaAlAs系の半導体レーザ装置に関し、特に
量子井戸構造を利用したものの改良に関する。
量子井戸構造を利用したものの改良に関する。
〈従来の技術〉 近年、分子線エピタキシャル法（以下、MBE法）ある
いは有機金属気相成長法（以下、MOCVD法）等の薄膜単
結晶成長技術の進歩が著しく、これらの成長技術を用い
ることにより10Å程度の極めて薄いエピタキシャル成長
層を得ることが可能となってきている。これらの成長技
術の進歩は、半導体レーザ装置の分野においても、従来
用いられてきた結晶エピタキシャル法（LPE法）では製
作が困難であった極めて薄い層を有する素子構造に基づ
く新しい効果を利用したレーザ素子の製作を可能とし
た。代表的なものとして、量子井戸（Quantam Well;略
して以下QW）レーザがある。
いは有機金属気相成長法（以下、MOCVD法）等の薄膜単
結晶成長技術の進歩が著しく、これらの成長技術を用い
ることにより10Å程度の極めて薄いエピタキシャル成長
層を得ることが可能となってきている。これらの成長技
術の進歩は、半導体レーザ装置の分野においても、従来
用いられてきた結晶エピタキシャル法（LPE法）では製
作が困難であった極めて薄い層を有する素子構造に基づ
く新しい効果を利用したレーザ素子の製作を可能とし
た。代表的なものとして、量子井戸（Quantam Well;略
して以下QW）レーザがある。
QWレーザは、従来の二重ヘテロ接合（以下、DH）レー
ザにおいて数百Åあった活性層の厚さを100Å程度ある
いはそれ以下とすることにより、活性層中に量子井戸が
形成されることを利用しているものである。この構造で
は、従来のDHレーザに比べて、閾値電流が低下するこ
と、並びに過渡特性に優れていること等の種々の利点が
得られる。QWレーザについての公知技術は、下記の文献
に開示されている。
ザにおいて数百Åあった活性層の厚さを100Å程度ある
いはそれ以下とすることにより、活性層中に量子井戸が
形成されることを利用しているものである。この構造で
は、従来のDHレーザに比べて、閾値電流が低下するこ
と、並びに過渡特性に優れていること等の種々の利点が
得られる。QWレーザについての公知技術は、下記の文献
に開示されている。
（ａ）W.T.Tsfng,Applied Physics Lettqrs,vol.39,No.
10,pp.786 （1981）． （ｂ）H.Iwamura,T.Saku,T.Ishibashi,K.Ohtsuka,Y.Hor
ikoshi,Electronics Letters,vol.19,No.5,pp.180 （1
983）． 上記したように、MBE法やMOCVD法などの薄膜単結晶成
長技術を用いることにより、高性能半導体レーザの実用
化への道が開けてきている。
10,pp.786 （1981）． （ｂ）H.Iwamura,T.Saku,T.Ishibashi,K.Ohtsuka,Y.Hor
ikoshi,Electronics Letters,vol.19,No.5,pp.180 （1
983）． 上記したように、MBE法やMOCVD法などの薄膜単結晶成
長技術を用いることにより、高性能半導体レーザの実用
化への道が開けてきている。
第６図は、GRIN（Graded−Index）−SCH（Separate C
onfinement Heterrostructure）型GaAlAs単一量子井戸
構造を有する後述の半導体レーザの一例の発振領域近傍
におけるAl混晶比分布を示す。なお、第６図において、
厚さ方向を示す横軸に沿って付された参照符号44〜48
は、それぞれ、この半導体レーザの各層に対応する領域
を示す。すなわち、この構造では、厚さ方向に、クラッ
ド層44、GRIN光ガイド層45、量子井戸活性層46、GRIN光
ガイド層47およびクラッド層48が配置されている。
onfinement Heterrostructure）型GaAlAs単一量子井戸
構造を有する後述の半導体レーザの一例の発振領域近傍
におけるAl混晶比分布を示す。なお、第６図において、
厚さ方向を示す横軸に沿って付された参照符号44〜48
は、それぞれ、この半導体レーザの各層に対応する領域
を示す。すなわち、この構造では、厚さ方向に、クラッ
ド層44、GRIN光ガイド層45、量子井戸活性層46、GRIN光
ガイド層47およびクラッド層48が配置されている。
量子井戸構造は、その量子効果により高発光効率を示
すが、量子井戸活性層の厚さが100Å程度以下の光の波
長に比べて一桁以上小さいためレーザ光を閉じ込める働
きがない。他方、半導体レーザ装置のように誘導放出を
必要とする場合には、その利得は量子井戸内の光子密度
に比例する。従って、GRIN−SCH構造では、量子井戸活
性層46の両側に設けられた傾斜組成を有するGRIN光ガイ
ド層45、47によりレーザ光を導波し、量子井戸内のキャ
リアとレーザ光の相互作用の効率を高めている。
すが、量子井戸活性層の厚さが100Å程度以下の光の波
長に比べて一桁以上小さいためレーザ光を閉じ込める働
きがない。他方、半導体レーザ装置のように誘導放出を
必要とする場合には、その利得は量子井戸内の光子密度
に比例する。従って、GRIN−SCH構造では、量子井戸活
性層46の両側に設けられた傾斜組成を有するGRIN光ガイ
ド層45、47によりレーザ光を導波し、量子井戸内のキャ
リアとレーザ光の相互作用の効率を高めている。
しかしながら、GRIN−SCH型単一量子井戸レーザではG
RIN光ガイド層45、47の厚さが1500〜2000Å程度である
のに対して、量子井戸活性層46の厚さは100Å程度以下
と極めて薄い。よって、通常のDHレーザでは20〜30％以
上のレーザ光が活性層内に閉じ込められているのに対
し、GRIN−SCH型単一量子井戸レーザではレーザ光の量
子井戸活性層内への閉じ込め係数Γは10〜５％以下とDH
レーザに比べて極めて小さい。
RIN光ガイド層45、47の厚さが1500〜2000Å程度である
のに対して、量子井戸活性層46の厚さは100Å程度以下
と極めて薄い。よって、通常のDHレーザでは20〜30％以
上のレーザ光が活性層内に閉じ込められているのに対
し、GRIN−SCH型単一量子井戸レーザではレーザ光の量
子井戸活性層内への閉じ込め係数Γは10〜５％以下とDH
レーザに比べて極めて小さい。
上記のように、GRIN−SCH、型単一量子井戸レーザで
は、閉じ込め係数Γが小さいにもかかわらず、量子効果
により利得が高められており、従来DHレーザでは500A/c
m2以上であった閾値電流密度を200A/cm2以下にまで低め
ることが可能である。このような閾値電流密度の低下
は、一定のAl混晶比の光ガイド層を用いたSCH型の量子
井戸レーザにおいても同様に果たすことができる。
は、閉じ込め係数Γが小さいにもかかわらず、量子効果
により利得が高められており、従来DHレーザでは500A/c
m2以上であった閾値電流密度を200A/cm2以下にまで低め
ることが可能である。このような閾値電流密度の低下
は、一定のAl混晶比の光ガイド層を用いたSCH型の量子
井戸レーザにおいても同様に果たすことができる。
他方、DHレーザでは、高出力化を図るために、その活
性層の厚さを薄くすることが一般的に行われている。活
性層の厚さを薄くすることにより出力を高めることにつ
いては、例えはK.Hamada他、IEEE Journal of Quantam
Electronics,vol.QE-21,pp. 623（1985）;T.Murakami
他、IEEE Journal of Quantam Electronics,vol.QE−2
3,pp.712（1987） に開示されている。
性層の厚さを薄くすることが一般的に行われている。活
性層の厚さを薄くすることにより出力を高めることにつ
いては、例えはK.Hamada他、IEEE Journal of Quantam
Electronics,vol.QE-21,pp. 623（1985）;T.Murakami
他、IEEE Journal of Quantam Electronics,vol.QE−2
3,pp.712（1987） に開示されている。
しかしながら、約1000Å以下に活性層の厚さを薄くす
ると、レーザ光のクラッド層へのしみ出し量が増加し、
閉じ込め係数Γが低下する。このため、厚さが約500Å
以下では、活性層が薄くなるほど再結合領域の割合が減
るので閾値電流が上昇してしまうが、活性層中の光子密
度が低下するので端面破壊に至る最高光出力を高めるこ
とができる。このような考え方に基づく延長上に、更に
閉じ込め係数Γが低下し、かつ閾値電流を増加させなく
てもよい構造として、GRIN−SCH型またはSCH型の量子井
戸レーザが位置付けられ、超高出力用レーザとして用い
られる（例えは、D.R.Scifres他、Applied Physics Let
trs,vol.41,pp.1030（1982）;D.R.Scifres他、Electron
ics Letters,vol.19,pp.169（1983）を参照された
い）。
ると、レーザ光のクラッド層へのしみ出し量が増加し、
閉じ込め係数Γが低下する。このため、厚さが約500Å
以下では、活性層が薄くなるほど再結合領域の割合が減
るので閾値電流が上昇してしまうが、活性層中の光子密
度が低下するので端面破壊に至る最高光出力を高めるこ
とができる。このような考え方に基づく延長上に、更に
閉じ込め係数Γが低下し、かつ閾値電流を増加させなく
てもよい構造として、GRIN−SCH型またはSCH型の量子井
戸レーザが位置付けられ、超高出力用レーザとして用い
られる（例えは、D.R.Scifres他、Applied Physics Let
trs,vol.41,pp.1030（1982）;D.R.Scifres他、Electron
ics Letters,vol.19,pp.169（1983）を参照された
い）。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、本発明者らが検討したところ、以下に
述べるように、量子井戸レーザでは光出力上限は閉じ込
め係数Γにより決定されていないことがわかった。
述べるように、量子井戸レーザでは光出力上限は閉じ込
め係数Γにより決定されていないことがわかった。
第７図に示すストライプ構造のGRIN−SCH単一量子井
戸レーザを次のように作製した。（100）面方位を有す
るｎ−GaAs基板41（Si＝２×1018cm-3）上にｎ−GaAsバ
ッファ層42（厚さ0.5μｍ、Si＝１×1018cm-3）、ｎ−G
a1-vAlvAsグレーデッドバッファ層43（厚さは0.2μｍ、
Si＝１×1018cm-3）、ｎ−Ga0.3Al0.7Asクラッド層44
（厚さ1.4μｍ、Si＝１×1018cm-3）、アンドープGaAlA
sGRIN層45（厚さは0.15μｍ）、アンドープGaAs量子井
戸活性層46、アンドープGaAlAsGRIN層47（厚さは0.15μ
ｍ）、ｐ−Ga0.3Al0.7Asクラッド層48（厚さは１μｍ、
Be＝５×1017cm-3）、ｐ−GaAsキャップ層49（厚さは0.
2μｍ、Be＝２×1018cm-3）、ｎ−Ga0.5Al0.5As電流阻
止層50（厚さは0.6μｍ、Si＝１×1018cm-3）、および
ｎ−GaAsコンタクト層51（厚さは0.2μｍ、Si＝１×10
18cm-3）を連続的にMBE法により成長させた。成長中の
基板温度は720℃、V/III族フラックス比は約2.5であっ
た。
戸レーザを次のように作製した。（100）面方位を有す
るｎ−GaAs基板41（Si＝２×1018cm-3）上にｎ−GaAsバ
ッファ層42（厚さ0.5μｍ、Si＝１×1018cm-3）、ｎ−G
a1-vAlvAsグレーデッドバッファ層43（厚さは0.2μｍ、
Si＝１×1018cm-3）、ｎ−Ga0.3Al0.7Asクラッド層44
（厚さ1.4μｍ、Si＝１×1018cm-3）、アンドープGaAlA
sGRIN層45（厚さは0.15μｍ）、アンドープGaAs量子井
戸活性層46、アンドープGaAlAsGRIN層47（厚さは0.15μ
ｍ）、ｐ−Ga0.3Al0.7Asクラッド層48（厚さは１μｍ、
Be＝５×1017cm-3）、ｐ−GaAsキャップ層49（厚さは0.
2μｍ、Be＝２×1018cm-3）、ｎ−Ga0.5Al0.5As電流阻
止層50（厚さは0.6μｍ、Si＝１×1018cm-3）、および
ｎ−GaAsコンタクト層51（厚さは0.2μｍ、Si＝１×10
18cm-3）を連続的にMBE法により成長させた。成長中の
基板温度は720℃、V/III族フラックス比は約2.5であっ
た。
成長後、硫酸系のエッチャントと弗化水素酸系のエッ
チャントとを用いてコンタクト層51及び電流阻止層50
を、100μｍ幅のストライプ状に選択的にエッチング除
去し、しかる後ｎ側電極52およびｐ側電極53を、それぞ
れ、AuGe/Ni/AuおよびAuZn/Auの蒸着アロイにより形成
した。
チャントとを用いてコンタクト層51及び電流阻止層50
を、100μｍ幅のストライプ状に選択的にエッチング除
去し、しかる後ｎ側電極52およびｐ側電極53を、それぞ
れ、AuGe/Ni/AuおよびAuZn/Auの蒸着アロイにより形成
した。
なお、ｎ−Ga1-vAlvAsグレーデッドバッファ層43のAl
混晶比ｖについては、0.1→0.7まで線形に変化させ、ま
たアンドープGaAlAsGRIN層45のAl混晶比については0.7
から0.2まで放物線状に変化させ、さらにアンドープGaA
lAsGRIN層47についてもAl混晶比を0.2から、0.7まで放
物線状に変化させた。
混晶比ｖについては、0.1→0.7まで線形に変化させ、ま
たアンドープGaAlAsGRIN層45のAl混晶比については0.7
から0.2まで放物線状に変化させ、さらにアンドープGaA
lAsGRIN層47についてもAl混晶比を0.2から、0.7まで放
物線状に変化させた。
量子井戸活性層46については、その厚さLzが40〜300
Åの範囲内で異なる種々のものを作成した。
Åの範囲内で異なる種々のものを作成した。
得られた素子を、共振器長が375μｍとなるように劈
開し、両端面の反射率が約５％および90％となるよう
に、それぞれ、Al2O3およびAl2O3とSiよりなる多層膜を
電子ビーム蒸着により形成してコーティングを施した。
これらの素子を個々のチップに分割した後、銅ヒートシ
ンク上にInろう材を用いてマウントした。
開し、両端面の反射率が約５％および90％となるよう
に、それぞれ、Al2O3およびAl2O3とSiよりなる多層膜を
電子ビーム蒸着により形成してコーティングを施した。
これらの素子を個々のチップに分割した後、銅ヒートシ
ンク上にInろう材を用いてマウントした。
得られた各素子の発振閾値電流は直流駆動時に150〜3
00mAであった。この直流駆動に際し、５％反射率の前端
面側からの光出力をモニタしたところ、活性層46の厚さ
Lzが40〜200Åの範囲では、破壊出力は1.2W±0.1Wでほ
ぼ一定であり、厚さLz＝300Åでは1W以下とやや低下し
た。
00mAであった。この直流駆動に際し、５％反射率の前端
面側からの光出力をモニタしたところ、活性層46の厚さ
Lzが40〜200Åの範囲では、破壊出力は1.2W±0.1Wでほ
ぼ一定であり、厚さLz＝300Åでは1W以下とやや低下し
た。
これらのレーザの量子井戸内へのレーザ光の閉じ込め
係数Γは、おおよそ（Lz/3000）×100％（ただし、Lzは
Å単位）で与えられる。従って、端面破壊の限界出力が
ほぼ一定となったLz＝40〜200Åの範囲においても、閉
じ込め係数Γは1.3〜７％の範囲で大幅に変化してい
る。このように、GRIN−SCH型の量子井戸レーザでは、
従来のDHレーザよりも閉じ込め係数Γが大きく減少して
いるため、もはや光出力の上限値は閉じ込め係数Γによ
っては決定されていないことがわかった。これは、閉じ
込め係数Γが10％となるSCH型の量子井戸レーザにおい
てもまったく同様である。
係数Γは、おおよそ（Lz/3000）×100％（ただし、Lzは
Å単位）で与えられる。従って、端面破壊の限界出力が
ほぼ一定となったLz＝40〜200Åの範囲においても、閉
じ込め係数Γは1.3〜７％の範囲で大幅に変化してい
る。このように、GRIN−SCH型の量子井戸レーザでは、
従来のDHレーザよりも閉じ込め係数Γが大きく減少して
いるため、もはや光出力の上限値は閉じ込め係数Γによ
っては決定されていないことがわかった。これは、閉じ
込め係数Γが10％となるSCH型の量子井戸レーザにおい
てもまったく同様である。
本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、
その目的とするところは、GRIN−SCH型やSCH型の量子井
戸レーザの構成を改良することによって、最大光出力が
より高められた高出力型半導体レーザ装置を提供するこ
とにある。
その目的とするところは、GRIN−SCH型やSCH型の量子井
戸レーザの構成を改良することによって、最大光出力が
より高められた高出力型半導体レーザ装置を提供するこ
とにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明の半導体レーザ装置は、Ga1-zAlzAs第１クラッ
ド層、Ga1-yAlyAs第１光ガイド層、Ga1-xAlxAs量子井戸
活性層、Ga1-yAlyAs第２光ガイド層、及びGa1-zAlzAs第
２クラッド層が順次積層された積層構造を有し、該両光
ガイド層の少なくとも該量子井戸活性層と接する部分の
Al混晶比ｙが、式ｙ−ｘ≧0.3及び式ｚ−ｙ≦0.25の両
方を満足させるものであり、そのことにより上記目的が
達成される。
ド層、Ga1-yAlyAs第１光ガイド層、Ga1-xAlxAs量子井戸
活性層、Ga1-yAlyAs第２光ガイド層、及びGa1-zAlzAs第
２クラッド層が順次積層された積層構造を有し、該両光
ガイド層の少なくとも該量子井戸活性層と接する部分の
Al混晶比ｙが、式ｙ−ｘ≧0.3及び式ｚ−ｙ≦0.25の両
方を満足させるものであり、そのことにより上記目的が
達成される。
（作用） 本発明の半導体レーザ装置では、量子井戸活性層を挟
む光ガイド層と、さらにこの光ガイド層を挟むクラッド
層とのAl混晶比の差を小さくすることにより層厚方向へ
のレーザ光の閉じ込めを弱くすることにより、ピーク光
強度を低減し、かつそれによって生じる閾値電流の上昇
を抑制するために量子井戸と量子井戸と接する光ガイド
層との界面のAl混晶比の差を大きくとることにより、量
子井戸のヘテロ障壁の高さを大きくし、それによってよ
り大きな量子効果を得ることが可能とされている。従っ
て、閾値電流を大幅に上昇させることなく、より高出力
を取り出すことが可能とされている。
む光ガイド層と、さらにこの光ガイド層を挟むクラッド
層とのAl混晶比の差を小さくすることにより層厚方向へ
のレーザ光の閉じ込めを弱くすることにより、ピーク光
強度を低減し、かつそれによって生じる閾値電流の上昇
を抑制するために量子井戸と量子井戸と接する光ガイド
層との界面のAl混晶比の差を大きくとることにより、量
子井戸のヘテロ障壁の高さを大きくし、それによってよ
り大きな量子効果を得ることが可能とされている。従っ
て、閾値電流を大幅に上昇させることなく、より高出力
を取り出すことが可能とされている。
（実施例の説明） 以下に本発明の実施例について説明する。
CRIN−SCH型半導体レーザに適用した実施例を第２図
に示す。
に示す。
本実施例は、CRIN−SCH型の半導体レーザ装置であ
り、（100）面方位を有するｎ−GaAs基板11（Si＝２×1
018cm-3）上に、ｎ−GaAsバッファ層12（Si＝１×1018c
m-3、厚さ0.5μｍ）、ｎ−Ga1-wAlwAsグレーデッドバッ
ファ層13（Si＝１×1018cm-3、厚さ0.2μｍ）、ｎ−Alz
Ga1-zAsクラッド層14（Si＝1018cm-3、厚さは1.4μ
ｍ）、アンドープGa1-yAlyAsGRIN光ガイド層15（厚さは
0.15μｍ）、アンドープGa1-xAlxAs量子井戸活性層16
（厚さは60Å）、アンドープGa1-yAlyAsGRIN光ガイド層
17（厚さは0.15μｍ）、ｐ−Ga1-zAlzAsクラッド層18
（Be＝５×1017cm-3、厚さは１μｍ）、およびｐ−GaAs
キャップ層19（Be＝２×1018cm-3、厚さは0.2μｍ）を
連続的にMBE法により成長させた。次に、キャップ層19
上にプラズマCVD法によりSiNx膜20を2000Å厚に形成し
た後、フオトリソグラフィおよび化学エッチングにより
100μｍ幅のストライプ状にSiNx膜を除去した。
り、（100）面方位を有するｎ−GaAs基板11（Si＝２×1
018cm-3）上に、ｎ−GaAsバッファ層12（Si＝１×1018c
m-3、厚さ0.5μｍ）、ｎ−Ga1-wAlwAsグレーデッドバッ
ファ層13（Si＝１×1018cm-3、厚さ0.2μｍ）、ｎ−Alz
Ga1-zAsクラッド層14（Si＝1018cm-3、厚さは1.4μ
ｍ）、アンドープGa1-yAlyAsGRIN光ガイド層15（厚さは
0.15μｍ）、アンドープGa1-xAlxAs量子井戸活性層16
（厚さは60Å）、アンドープGa1-yAlyAsGRIN光ガイド層
17（厚さは0.15μｍ）、ｐ−Ga1-zAlzAsクラッド層18
（Be＝５×1017cm-3、厚さは１μｍ）、およびｐ−GaAs
キャップ層19（Be＝２×1018cm-3、厚さは0.2μｍ）を
連続的にMBE法により成長させた。次に、キャップ層19
上にプラズマCVD法によりSiNx膜20を2000Å厚に形成し
た後、フオトリソグラフィおよび化学エッチングにより
100μｍ幅のストライプ状にSiNx膜を除去した。
しかる後、ｎ側電極21およびｐ側電22を、それぞれ、
AuGe/Ni/AuおよびAuZn/Auを用いて形成した。
AuGe/Ni/AuおよびAuZn/Auを用いて形成した。
得られた素子を共振器長375μｍに劈開し、５％およ
び90％の反射率のコーティングを各端面に施し、個々の
チップに分割した後に銅ヒートシンク上にInろう材によ
りマウントした。
び90％の反射率のコーティングを各端面に施し、個々の
チップに分割した後に銅ヒートシンク上にInろう材によ
りマウントした。
なお、上記半導体レーザ装置の作成にあたり、各層の
Al混晶比ｘ、ｙおよびｚについては以下に述べるように
種々変化させ、それによって種々のAl混晶比の半導体レ
ーザ装置を作成した。
Al混晶比ｘ、ｙおよびｚについては以下に述べるように
種々変化させ、それによって種々のAl混晶比の半導体レ
ーザ装置を作成した。
まず、量子井戸活性層16とクラッド層14、18のAl混晶
比ｘ及びｚをそれぞれ、ｘ＝0.1およびｚ＝0.85に一定
にしておき、GRIN光ガイド層15、17のAl混晶比ｙの量子
井戸活性層16側界面での値（この値を第１図中で「Ｗ」
で示す）を0.25から0.75まで変化させて種々の素子を得
た。これらの素子の破壊に至る上限光出力のAl混晶比ｙ
への依存性を測定したところ、第３図に示すようにｙ≧
0.6で破壊光出力が2W以上の素子が得られた。
比ｘ及びｚをそれぞれ、ｘ＝0.1およびｚ＝0.85に一定
にしておき、GRIN光ガイド層15、17のAl混晶比ｙの量子
井戸活性層16側界面での値（この値を第１図中で「Ｗ」
で示す）を0.25から0.75まで変化させて種々の素子を得
た。これらの素子の破壊に至る上限光出力のAl混晶比ｙ
への依存性を測定したところ、第３図に示すようにｙ≧
0.6で破壊光出力が2W以上の素子が得られた。
従って、ｚ−ｙ≦0.25とすることにより、レーザ光の
閉じ込めを弱くし、ピーク光強度を低下させ得ることが
わかる。
閉じ込めを弱くし、ピーク光強度を低下させ得ることが
わかる。
次に、ｙ＝0.6およびｚ＝0.85と一定とし、量子井戸
活性層の16のAl混晶比ｘのみをｘ＝０とｘ＝0.15に変化
させたところ、最大光出力2W以上の素子が得られ、ｚ−
ｙ≦0.25として光の閉じ込めを弱くしピーク光強度を低
下させることにより、最大光出力は大幅に向上すること
ができた。
活性層の16のAl混晶比ｘのみをｘ＝０とｘ＝0.15に変化
させたところ、最大光出力2W以上の素子が得られ、ｚ−
ｙ≦0.25として光の閉じ込めを弱くしピーク光強度を低
下させることにより、最大光出力は大幅に向上すること
ができた。
他方、量子井戸活性層16のAl混晶比ｘを０とし、すな
わちGaAsにより量子井戸活性層16を構成し、GRIN光ガイ
ド層15、17の量子井戸活性層16側界面のAl混晶比ｙ（即
ち、Ｗ）を0.1から0.5まで変化させた。この場合、クラ
ッド層14、18のAl混晶比ｚは、前述した実験における最
大出力2W以上を得ることができた条件を満足し、かつ光
の分布に変化がないようにｚ＝ｙ＋0.25の関係を満足す
るように変化させた。その結果、第４図に示すように、
量子井戸を形成するAl混晶比差ｙ−ｘが0.3以下では閾
値電流が急激に上昇した。よって、ｙ−ｘ≧0.3を満足
することが必要である。ｙ−ｘ＜0.3において閾値電流
が上昇するのは、量子井戸活性層16のヘテロ障壁が小さ
くなり、量子効果が失われたためである。
わちGaAsにより量子井戸活性層16を構成し、GRIN光ガイ
ド層15、17の量子井戸活性層16側界面のAl混晶比ｙ（即
ち、Ｗ）を0.1から0.5まで変化させた。この場合、クラ
ッド層14、18のAl混晶比ｚは、前述した実験における最
大出力2W以上を得ることができた条件を満足し、かつ光
の分布に変化がないようにｚ＝ｙ＋0.25の関係を満足す
るように変化させた。その結果、第４図に示すように、
量子井戸を形成するAl混晶比差ｙ−ｘが0.3以下では閾
値電流が急激に上昇した。よって、ｙ−ｘ≧0.3を満足
することが必要である。ｙ−ｘ＜0.3において閾値電流
が上昇するのは、量子井戸活性層16のヘテロ障壁が小さ
くなり、量子効果が失われたためである。
上記実験から、ｚ−ｘ≦0.25およびｚ−ｘ≧0.3を満
足する本発明の実施例の場合には、破壊光出力が2W以上
であり、発振閾値電流が200mA程度の高出力半導体レー
ザが安定に得られることがわかる。
足する本発明の実施例の場合には、破壊光出力が2W以上
であり、発振閾値電流が200mA程度の高出力半導体レー
ザが安定に得られることがわかる。
第５図は、SCH型半導体レーザ装置に適用した本発明
の他の実施例における活性領域近傍のAl混晶比分布を示
す。ここでは、（111）Ｂ面から（100）面方向へ0.5゜
傾いた面方位を有するｎ−GaAs基板（Si＝２×1018c
m-3）上に、ｎ−GaAsバッファ層（Si＝２×1018cm-3、
厚さは0.5μｍ）、ｎ−Ga1-wAlwAsグレーデッドバッフ
ァ層（Si＝１×1018cm-3、厚さは0.2μｍ）、ｎ−Ga
0.15 -Al0.85Asクラッド層34（Si＝１×1018cm-3、厚さ
は1.4μｍ）、アンドープGa0.3Al0.7As光ガイド層35
（厚さは0.15μｍ）、アンドープGaAs量子井戸活性層36
（厚さは60Å）、アンドープGa0.3Al0.7As光ガイド層37
（厚さ0.15μｍ）、ｐ−Ga0.15Al0.85Asクラッド層38
（Be＝５×1017cm-3、厚さは１μｍ）、およびｐ−GaAs
キャップ層（Be＝２×1018cm-3、厚さは0.2μｍ）をMBE
法により連続的に成長させた。このようにして得られた
ウェハに、上述した実施例の場合と同様に、SiNx膜を用
いた100μｍ幅のストライプレーザを作成し、両端面に
５％および90％の反射率のコーティングを施した。
の他の実施例における活性領域近傍のAl混晶比分布を示
す。ここでは、（111）Ｂ面から（100）面方向へ0.5゜
傾いた面方位を有するｎ−GaAs基板（Si＝２×1018c
m-3）上に、ｎ−GaAsバッファ層（Si＝２×1018cm-3、
厚さは0.5μｍ）、ｎ−Ga1-wAlwAsグレーデッドバッフ
ァ層（Si＝１×1018cm-3、厚さは0.2μｍ）、ｎ−Ga
0.15 -Al0.85Asクラッド層34（Si＝１×1018cm-3、厚さ
は1.4μｍ）、アンドープGa0.3Al0.7As光ガイド層35
（厚さは0.15μｍ）、アンドープGaAs量子井戸活性層36
（厚さは60Å）、アンドープGa0.3Al0.7As光ガイド層37
（厚さ0.15μｍ）、ｐ−Ga0.15Al0.85Asクラッド層38
（Be＝５×1017cm-3、厚さは１μｍ）、およびｐ−GaAs
キャップ層（Be＝２×1018cm-3、厚さは0.2μｍ）をMBE
法により連続的に成長させた。このようにして得られた
ウェハに、上述した実施例の場合と同様に、SiNx膜を用
いた100μｍ幅のストライプレーザを作成し、両端面に
５％および90％の反射率のコーティングを施した。
上記SCH型半導体レーザの作製にあたっては、各層のA
l混晶比は前述した実施例と同様に変化させ、種々の混
晶比のものを得てヒートシンクにマウントして閾値電流
を測定したところ、Al混晶比ｘ、ｙ、ｚが本発明の関係
を満たす場合には、閾値電流が160〜200mAであり、破壊
光出力は2.2〜2.4Wであることが確かめられた。
l混晶比は前述した実施例と同様に変化させ、種々の混
晶比のものを得てヒートシンクにマウントして閾値電流
を測定したところ、Al混晶比ｘ、ｙ、ｚが本発明の関係
を満たす場合には、閾値電流が160〜200mAであり、破壊
光出力は2.2〜2.4Wであることが確かめられた。
なお、上述してきた実施例では、100μｍ幅のストラ
イプレーザについて説明したが、本発明は、成長層厚さ
方向の光の閉じ込めを弱くし、閾値電流密度を上昇させ
ることなく高出力動作を可能したものであり、従ってリ
ッジ導波型や埋め込み型を含むほぼ全てのストライプ構
造の半導体レーザに適用し得るものであることを指摘し
ておく。
イプレーザについて説明したが、本発明は、成長層厚さ
方向の光の閉じ込めを弱くし、閾値電流密度を上昇させ
ることなく高出力動作を可能したものであり、従ってリ
ッジ導波型や埋め込み型を含むほぼ全てのストライプ構
造の半導体レーザに適用し得るものであることを指摘し
ておく。
また、活性層の厚さは上記実施例に示した具体的な数
値のものに限らず、ドブロイ波長程度以下のものであれ
ば任意である。
値のものに限らず、ドブロイ波長程度以下のものであれ
ば任意である。
また、これらのストライプを集積してなる集積ストラ
イプ構造にも適用することができ、より一層の高出力化
を図ることができる。
イプ構造にも適用することができ、より一層の高出力化
を図ることができる。
さらに、レーザ装置の端面近傍にZn拡散やSi拡散等を
施して量子井戸を消失させた窓構造を適用すれば、より
一層高出力を図ることも可能である。
施して量子井戸を消失させた窓構造を適用すれば、より
一層高出力を図ることも可能である。
（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、量子井戸レーザとし
ての低閾値電流特性を損なうことなく、光の閉じ込めを
緩和することにより、ピーク光強度を低減することがで
き、従って高出力限界が大幅に改善された半導体レーザ
装置を得ることが可能となる。
ての低閾値電流特性を損なうことなく、光の閉じ込めを
緩和することにより、ピーク光強度を低減することがで
き、従って高出力限界が大幅に改善された半導体レーザ
装置を得ることが可能となる。
第１図は本発明の実施例の活性層近傍のAl混晶比分布を
示す図、第２図はその実施例の構造を説明するための断
面図、第３図はその実施例の光ガイド層の量子井戸活性
層界面のAl混晶比と破壊光出力との関係を示すグラフ、
第４図はそのAl混晶比と発振閾値電流との関係を示すグ
ラフ、第５図は本発明の他の実施例の活性層近傍のAl混
晶比を示す図、第６図は従来例の活性層近傍のAl混晶比
を示す図、第７図はその従来例の断面図である。 14、18……クラッド層、15、17……GRIN光ガイド層、16
……量子井戸活性層。
示す図、第２図はその実施例の構造を説明するための断
面図、第３図はその実施例の光ガイド層の量子井戸活性
層界面のAl混晶比と破壊光出力との関係を示すグラフ、
第４図はそのAl混晶比と発振閾値電流との関係を示すグ
ラフ、第５図は本発明の他の実施例の活性層近傍のAl混
晶比を示す図、第６図は従来例の活性層近傍のAl混晶比
を示す図、第７図はその従来例の断面図である。 14、18……クラッド層、15、17……GRIN光ガイド層、16
……量子井戸活性層。
Claims (1)
- 【請求項１】Ga1-zAlzAs第１クラッド層、Ga1-yAlyAs第
１光ガイド層、Ga1-xAlxAs量子井戸活性層、Ga1-yAlyAs
第２光ガイド層、及びGa1-zAlzAs第２クラッド層が順次
積層された積層構造を有し、該両光ガイド層の少なくと
も該量子井戸活性層と接する部分のAl混晶比ｙが、式ｙ
−ｘ≧0.3及び式ｚ−ｙ≦0.25の両方を満足させる半導
体レーザ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62332707A JP2558768B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 半導体レーザ装置 |
| US07/291,124 US4905246A (en) | 1987-12-29 | 1988-12-28 | Semiconductor laser device |
| EP88312400A EP0323251A3 (en) | 1987-12-29 | 1988-12-29 | A semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62332707A JP2558768B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01175285A JPH01175285A (ja) | 1989-07-11 |
| JP2558768B2 true JP2558768B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=18257969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62332707A Expired - Fee Related JP2558768B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 半導体レーザ装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0323251A3 (ja) |
| JP (1) | JP2558768B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0327578A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-05 | Eastman Kodatsuku Japan Kk | 発光ダイオ―ドアレイ |
| FR2649549B1 (fr) * | 1989-07-04 | 1991-09-20 | Thomson Csf | Laser semiconducteur a puits quantique |
| US4989213A (en) * | 1989-10-30 | 1991-01-29 | Polaroid Corporation | Narrow divergence, single quantum well, separate confinement, algaas laser |
| JP2827605B2 (ja) * | 1991-09-03 | 1998-11-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US5329134A (en) * | 1992-01-10 | 1994-07-12 | International Business Machines Corporation | Superluminescent diode having a quantum well and cavity length dependent threshold current |
| US5937274A (en) * | 1995-01-31 | 1999-08-10 | Hitachi, Ltd. | Fabrication method for AlGaIn NPAsSb based devices |
| CA2249053A1 (en) * | 1997-09-30 | 1999-03-30 | Mitsui Chemicals, Incorporated | Semiconductor laser device |
| JPH11243259A (ja) | 1997-12-25 | 1999-09-07 | Denso Corp | 半導体レーザおよび半導体レーザの駆動方法 |
| JP2000244069A (ja) * | 1999-02-18 | 2000-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体ヘテロ構造 |
| JP4099317B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2008-06-11 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
| US7649921B2 (en) * | 2002-05-08 | 2010-01-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Laser module |
| JP4922619B2 (ja) * | 2006-01-30 | 2012-04-25 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| US9042416B1 (en) | 2013-03-06 | 2015-05-26 | Corning Incorporated | High-power low-loss GRINSCH laser |
| GB201503498D0 (en) * | 2015-03-02 | 2015-04-15 | Univ Lancaster | Vertical-cavity surface-emitting laser |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4585491A (en) * | 1983-09-02 | 1986-04-29 | Xerox Corporation | Wavelength tuning of quantum well lasers by thermal annealing |
| JPS6110293A (ja) * | 1984-06-25 | 1986-01-17 | Sharp Corp | 光半導体装置 |
| JPS6218082A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-27 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS6247184A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS62188295A (ja) * | 1986-02-13 | 1987-08-17 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS62193192A (ja) * | 1986-02-19 | 1987-08-25 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
-
1987
- 1987-12-29 JP JP62332707A patent/JP2558768B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-12-28 US US07/291,124 patent/US4905246A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-29 EP EP88312400A patent/EP0323251A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01175285A (ja) | 1989-07-11 |
| EP0323251A3 (en) | 1989-10-18 |
| US4905246A (en) | 1990-02-27 |
| EP0323251A2 (en) | 1989-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |