JP2775950B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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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、半導体レーザの高出力化に関するものであ
る。
る。
（従来の技術） 現在、光ディスクの高密度化のため、0.6μｍ帯に発
振波長を有するAlGaInP系可視光半導体レーザの開発が
盛んに行われている。このAlGaInP系可視光半導体レー
ザを光ディスク用光源、特に、書換え型光ディスク用光
源として用いる場合、高出力、低雑音等の特性が要求さ
れる。このうち特に高出力に着目すると、従来、AlGaIn
P系半導体レーザの高出力化には、以下の文献（１）に
示すように、非対称クラッド構造で、活性層厚を薄膜化
することによって行っていた［（１）K.Kobayashi at a
l.SPIE Vol.898Miniature Optics and Lasers 1988pp.8
4−88］。
振波長を有するAlGaInP系可視光半導体レーザの開発が
盛んに行われている。このAlGaInP系可視光半導体レー
ザを光ディスク用光源、特に、書換え型光ディスク用光
源として用いる場合、高出力、低雑音等の特性が要求さ
れる。このうち特に高出力に着目すると、従来、AlGaIn
P系半導体レーザの高出力化には、以下の文献（１）に
示すように、非対称クラッド構造で、活性層厚を薄膜化
することによって行っていた［（１）K.Kobayashi at a
l.SPIE Vol.898Miniature Optics and Lasers 1988pp.8
4−88］。
以下に、活性層薄膜化による高出力化の方法に付いて
概説する。
概説する。
まず、第５図に従来試作されている半導体レーザの構
造断面図を、第４図に従来試作されている半導体レーザ
の屈折率分布図と層構成を示す断面図を示す。右側の断
面図の各層の屈折率を左側の図に示している。第８図に
この半導体レーザの端面破壊で決まる光出力（以下、CO
Dパワーと呼ぶ。ここで、CODとは、CATASTROPHIC OPTIC
AL DAMAGEのことである。）の活性層厚依存性の計算結
果を、第９図に規格化しきい値電流密度（しきい値電流
密度を活性層厚で割った値、すなわちしきい値電流の体
積密度を意味する。）の活性層厚依存性の計算結果を示
す。
造断面図を、第４図に従来試作されている半導体レーザ
の屈折率分布図と層構成を示す断面図を示す。右側の断
面図の各層の屈折率を左側の図に示している。第８図に
この半導体レーザの端面破壊で決まる光出力（以下、CO
Dパワーと呼ぶ。ここで、CODとは、CATASTROPHIC OPTIC
AL DAMAGEのことである。）の活性層厚依存性の計算結
果を、第９図に規格化しきい値電流密度（しきい値電流
密度を活性層厚で割った値、すなわちしきい値電流の体
積密度を意味する。）の活性層厚依存性の計算結果を示
す。
一般に、半導体レーザにおいて、光電界分布は活性層
とクラッド層の屈折率差を小さくすると広がり、また、
活性層厚を小さくすると広がることが知られている。ま
た、光電界分布が広がることにより、光電界分布のピー
ク強度の全光出力に対する比率は小さくなり、CODパワ
ーが大きくなり、高出力化が図れることがわかってい
る。しかし同時に光電界分布が広がるとしきい値電流密
度も増大することも知られている。
とクラッド層の屈折率差を小さくすると広がり、また、
活性層厚を小さくすると広がることが知られている。ま
た、光電界分布が広がることにより、光電界分布のピー
ク強度の全光出力に対する比率は小さくなり、CODパワ
ーが大きくなり、高出力化が図れることがわかってい
る。しかし同時に光電界分布が広がるとしきい値電流密
度も増大することも知られている。
ところで、第４図屈折率分布を持つ従来の構造の半導
体レーザでは、２層のクラッド層の内、活性層に近い方
のクラッド層の厚さを非対称とすることにより、活性層
を薄膜化した時の光電界分布の広がりを層厚の厚い方の
クラッド層に広げ、しかも、光電界分布の広がりの大き
さを内側のクラッド層の層厚で制御できるように制御性
を高めた構造である。この構造によって、従来は、第８
図に示すように活性層厚を薄膜化することにより、制御
性を保ちつつ高出力化を行ってきた。
体レーザでは、２層のクラッド層の内、活性層に近い方
のクラッド層の厚さを非対称とすることにより、活性層
を薄膜化した時の光電界分布の広がりを層厚の厚い方の
クラッド層に広げ、しかも、光電界分布の広がりの大き
さを内側のクラッド層の層厚で制御できるように制御性
を高めた構造である。この構造によって、従来は、第８
図に示すように活性層厚を薄膜化することにより、制御
性を保ちつつ高出力化を行ってきた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第４図の屈折率分布を持つ従来構造の
半導体レーザ（第５図）にも以下に示す様な課題があ
る。すなわち、活性層厚を薄膜化していく場合、光電界
分布か広がり、それに伴いしきい値電流密度も増加して
行く。そしてこの時、規格化しきい値電流密度は、活性
層厚薄膜化の効果により相乗的に増大し、バンドフィリ
ング等の効果により、規格化しきい値電流密度の増大は
半導体レーザ素子の温度特性の悪化を招来してしまう。
ところで、半導体レーザの高出力化を行う場合、CODパ
ワーを増大させると同時に、半導体レーザ素子の熱飽和
が重要な要素となるため、温度特性の悪化は高出力化に
とって重大な問題となってくる。本発明の目的は、規格
化しきい値電流密度が低く、CODパワーが大きい、高出
力半導体レーザを提供することにある。
半導体レーザ（第５図）にも以下に示す様な課題があ
る。すなわち、活性層厚を薄膜化していく場合、光電界
分布か広がり、それに伴いしきい値電流密度も増加して
行く。そしてこの時、規格化しきい値電流密度は、活性
層厚薄膜化の効果により相乗的に増大し、バンドフィリ
ング等の効果により、規格化しきい値電流密度の増大は
半導体レーザ素子の温度特性の悪化を招来してしまう。
ところで、半導体レーザの高出力化を行う場合、CODパ
ワーを増大させると同時に、半導体レーザ素子の熱飽和
が重要な要素となるため、温度特性の悪化は高出力化に
とって重大な問題となってくる。本発明の目的は、規格
化しきい値電流密度が低く、CODパワーが大きい、高出
力半導体レーザを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の半導体レーザの構成は、半導体基板上に、活
性層を前記活性層よりも禁制帯幅の大きな半導体結晶で
成る第１のクラッド層で上下より挟み込んだダブルヘテ
ロ構造を有し、さらに前記ダブルヘテロ構造を第２のク
ラッド層および第３のクラッド層で順次上下より挟み込
んだ光導波路構造を有する半導体レーザにおいて、前記
活性層の屈折率n1と、前記第１のクラッド層の屈折率n
2、前記第２のクラッド層の屈折率n3、前記第３のクラ
ッド層の屈折率n4の関係がn1＞n3＞n2および、n3＞n4の
条件を満たし、さらに第２のクラッド層の下側クラッド
層層厚が、上側クラッド層層厚より厚いことを特徴とす
る。
性層を前記活性層よりも禁制帯幅の大きな半導体結晶で
成る第１のクラッド層で上下より挟み込んだダブルヘテ
ロ構造を有し、さらに前記ダブルヘテロ構造を第２のク
ラッド層および第３のクラッド層で順次上下より挟み込
んだ光導波路構造を有する半導体レーザにおいて、前記
活性層の屈折率n1と、前記第１のクラッド層の屈折率n
2、前記第２のクラッド層の屈折率n3、前記第３のクラ
ッド層の屈折率n4の関係がn1＞n3＞n2および、n3＞n4の
条件を満たし、さらに第２のクラッド層の下側クラッド
層層厚が、上側クラッド層層厚より厚いことを特徴とす
る。
さらにまた、本発明の半導体レーザのもう１つの構成
は、半導体基板上に、活性層を前記活性層よりも禁制帯
幅の大きな半導体結晶で成る第１のクラッド層で上下よ
り挟み込んだダブルヘテロ構造を有し、さらに前記ダブ
ルヘテロ構造を第２のクラッド層および第３のクラッド
層で順次上下より挟み込んだ光導波路構造を有する半導
体レーザにおいて、前記活性層の屈折率n1と、前記第１
のクラッド層の屈折率n2、前記第２のクラッド層の屈折
率n3、前記第３のクラッド層の屈折率n4の関係がn1＞n3
＞n2および、n3＞n4の条件を満たし、さらに第２のクラ
ッド層は下側クラッド層の屈折率が上側クラッド層の屈
折率よりも大きいことを特徴とする。
は、半導体基板上に、活性層を前記活性層よりも禁制帯
幅の大きな半導体結晶で成る第１のクラッド層で上下よ
り挟み込んだダブルヘテロ構造を有し、さらに前記ダブ
ルヘテロ構造を第２のクラッド層および第３のクラッド
層で順次上下より挟み込んだ光導波路構造を有する半導
体レーザにおいて、前記活性層の屈折率n1と、前記第１
のクラッド層の屈折率n2、前記第２のクラッド層の屈折
率n3、前記第３のクラッド層の屈折率n4の関係がn1＞n3
＞n2および、n3＞n4の条件を満たし、さらに第２のクラ
ッド層は下側クラッド層の屈折率が上側クラッド層の屈
折率よりも大きいことを特徴とする。
（作用） 本発明の請求項１による半導体レーザの層構成を示す
断面図および屈折率分布図をそれぞれ第１図の右側と左
側に示す。右側の断面図の各層に対応する屈折率の値を
左側の分布図に示している。請求項２による半導体レー
ザについて構造図と屈折率の分布図を同様に第２図に示
す。第１図の層構成を有する半導体レーザを屈折率導波
型構造に加工した場合の具体的構成例を第３図に示す。
また、第３図の構造の半導体レーザについて、CODパワ
ーの第１のクラッド層厚依存性を計算した結果を第６図
に、規格化しきい値電流密度の第１のクラッド層厚依存
性の計算結果を第７図に示す。ここで、第６図および第
７図の計算は、AlGaInP系可視光半導体レーザについて
行った。計算に考慮した層構成、および用いた層厚は以
下に示す。活性層はGaInP、クラッド層はすべてAlGaInP
とし、その組成は(AlxGa1-x)0.5In0.5Pと表記したとき
のAl組成Ｘで、第１のクラッド層が0.6、第２のクラッ
ド層が0.4、第３のクラッド層が0.6の値を用いた。ま
た、活性層厚を0.08μｍ、第１のクラッド層と第２のク
ラッド層の層厚の和を一定として、第１のクラッド層の
層厚は第６図、第７図の横軸に示すように可変とし、和
の層厚を活性層から見て基板に近い方のクラッド層が0.
7μｍ、活性層から見て基板から遠い方のクラッド層が
0.3μｍとした。また、第３のクラッド層中で光は十分
減衰するとして、第３のクラッド層厚は無限大で計算し
た。その他のパラメータとしては、発振波長0.67μｍ、
ストライプ幅５μｍ、共振器長300μｍで計算した。
断面図および屈折率分布図をそれぞれ第１図の右側と左
側に示す。右側の断面図の各層に対応する屈折率の値を
左側の分布図に示している。請求項２による半導体レー
ザについて構造図と屈折率の分布図を同様に第２図に示
す。第１図の層構成を有する半導体レーザを屈折率導波
型構造に加工した場合の具体的構成例を第３図に示す。
また、第３図の構造の半導体レーザについて、CODパワ
ーの第１のクラッド層厚依存性を計算した結果を第６図
に、規格化しきい値電流密度の第１のクラッド層厚依存
性の計算結果を第７図に示す。ここで、第６図および第
７図の計算は、AlGaInP系可視光半導体レーザについて
行った。計算に考慮した層構成、および用いた層厚は以
下に示す。活性層はGaInP、クラッド層はすべてAlGaInP
とし、その組成は(AlxGa1-x)0.5In0.5Pと表記したとき
のAl組成Ｘで、第１のクラッド層が0.6、第２のクラッ
ド層が0.4、第３のクラッド層が0.6の値を用いた。ま
た、活性層厚を0.08μｍ、第１のクラッド層と第２のク
ラッド層の層厚の和を一定として、第１のクラッド層の
層厚は第６図、第７図の横軸に示すように可変とし、和
の層厚を活性層から見て基板に近い方のクラッド層が0.
7μｍ、活性層から見て基板から遠い方のクラッド層が
0.3μｍとした。また、第３のクラッド層中で光は十分
減衰するとして、第３のクラッド層厚は無限大で計算し
た。その他のパラメータとしては、発振波長0.67μｍ、
ストライプ幅５μｍ、共振器長300μｍで計算した。
まず、第１図および第３図を用いて、本発明の半導体
レーザの作用および本発明の端面破壊で制限される光出
力の制御方法について説明する。第１図の構成は、活性
層100を第１のクラッド層110、115で上下から挟み込ん
でダブルヘテロ構造を形成し、さらに、上下から第２の
クラッド層120、125および第３のクラッド層130、135で
挟み込んで光導波路構造が形成される。この時、各層の
屈折率の関係は、第１図に示すように、活性層の屈折率
をn1、第１のクラッド層の屈折率をn2、第２のクラッド
層の屈折率をn3、第３のクラッド層の屈折率をn4とした
時、n1＞n3＞n2およびn3＞n4とする。このような屈折率
分布を持つ場合、光電界分布は屈折率の高い第２のクラ
ッド層により大きく広げられ、活性層厚が大きい場合に
も第２のクラッド層の層厚で決まる厚さ程度まで広が
り、結果として、端面破壊の起こるCODパワーを増大さ
せることが可能である。ここで、第３のクラッド層の役
割は、第２のクラッド層で引き出された光電界を減衰さ
せ、キャップ層あるいはバッファ層等による吸収を防ぐ
と同時に導波モードのカットオフを防止している。従っ
て、望ましくはn2≧n4の方がよい。また、第１のクラッ
ド層の役割は、活性層からの注入キャリアのオーバーフ
ローを抑制すると同時に、第６図に示すように光電界分
布を広げ、CODパワーを増大させる働きをする。後者の
働きについては、直感的につかみにくいが、我々の数値
解析および実験結果より確認されている。以上のよう
に、本発明の第１図の層構成を有する半導体レーザによ
れば、活性層厚を大きく保ち、活性層とそれに隣接する
クラッド層との禁制帯幅差を十分大きく確保した状態
で、第１のクラッド層の層厚を制御することにより、光
電界分布を制御し、CDOパワーを制御することが可能と
なる。従って、従来例に比べ、キャリアオーバフロー電
流が小さく、また、活性層厚が大きいので、規格化しき
い値電流密度が小さい、言い替えれば、温度特性の優れ
た高出力半導体レーザが得られる。
レーザの作用および本発明の端面破壊で制限される光出
力の制御方法について説明する。第１図の構成は、活性
層100を第１のクラッド層110、115で上下から挟み込ん
でダブルヘテロ構造を形成し、さらに、上下から第２の
クラッド層120、125および第３のクラッド層130、135で
挟み込んで光導波路構造が形成される。この時、各層の
屈折率の関係は、第１図に示すように、活性層の屈折率
をn1、第１のクラッド層の屈折率をn2、第２のクラッド
層の屈折率をn3、第３のクラッド層の屈折率をn4とした
時、n1＞n3＞n2およびn3＞n4とする。このような屈折率
分布を持つ場合、光電界分布は屈折率の高い第２のクラ
ッド層により大きく広げられ、活性層厚が大きい場合に
も第２のクラッド層の層厚で決まる厚さ程度まで広が
り、結果として、端面破壊の起こるCODパワーを増大さ
せることが可能である。ここで、第３のクラッド層の役
割は、第２のクラッド層で引き出された光電界を減衰さ
せ、キャップ層あるいはバッファ層等による吸収を防ぐ
と同時に導波モードのカットオフを防止している。従っ
て、望ましくはn2≧n4の方がよい。また、第１のクラッ
ド層の役割は、活性層からの注入キャリアのオーバーフ
ローを抑制すると同時に、第６図に示すように光電界分
布を広げ、CODパワーを増大させる働きをする。後者の
働きについては、直感的につかみにくいが、我々の数値
解析および実験結果より確認されている。以上のよう
に、本発明の第１図の層構成を有する半導体レーザによ
れば、活性層厚を大きく保ち、活性層とそれに隣接する
クラッド層との禁制帯幅差を十分大きく確保した状態
で、第１のクラッド層の層厚を制御することにより、光
電界分布を制御し、CDOパワーを制御することが可能と
なる。従って、従来例に比べ、キャリアオーバフロー電
流が小さく、また、活性層厚が大きいので、規格化しき
い値電流密度が小さい、言い替えれば、温度特性の優れ
た高出力半導体レーザが得られる。
ちなみに、従来の構造である第５図の構造の半導体レ
ーザと、本発明の第３図の半導体レーザについて、COD
パワーと規格化しきい値電流密度の関係について計算を
行った結果について第10図に示す。この計算に付いても
先ほどと同様にAlGaInP系可視光半導体レーザについて
行った。第10図より明らかにわかるように、本発明の構
造で第１のクラッド層の層厚を制御して高出力化を行う
方法の方が、従来の活性層厚を薄膜化して高出力を行う
方法に比べ、同一のCODパワーを得るための規格化しき
い値電流密度が数倍小さく、温度特性的に非常に有利で
あることがわかる。以上が第１図の層構成を有する本発
明の半導体レーザの作用である。
ーザと、本発明の第３図の半導体レーザについて、COD
パワーと規格化しきい値電流密度の関係について計算を
行った結果について第10図に示す。この計算に付いても
先ほどと同様にAlGaInP系可視光半導体レーザについて
行った。第10図より明らかにわかるように、本発明の構
造で第１のクラッド層の層厚を制御して高出力化を行う
方法の方が、従来の活性層厚を薄膜化して高出力を行う
方法に比べ、同一のCODパワーを得るための規格化しき
い値電流密度が数倍小さく、温度特性的に非常に有利で
あることがわかる。以上が第１図の層構成を有する本発
明の半導体レーザの作用である。
次に、第２図の構造の半導体レーザの作用に付いて簡
単に述べる。第２図の層構成は、第１図と同様に、活性
層100を第１のクラッド層110、115で挟み込んでダブル
ヘテロ構造を形成し、さらに、上下から第２のクラッド
層120、125および第３のクラッド層130、135で順次挟み
込んで光導波路構造を形成している。この構造に於ても
その屈折率分布の関係は、活性層の屈折率をn1、第１の
クラッド層の屈折率をn2、第２のクラッド層の屈折率を
n3、第３のクラッド層の屈折率をn4とした時に、n1＞n3
＞n2およびn3＞n4の条件を満たすように設定している。
第２図の構成で第１図と異なる点は、第２のクラッド層
120と125の屈折率を異なる値にして、非対称性を与えて
いる点である。この場合、第２のクラッド層120、125の
層厚は等しい値に設定してもよく、第１図に於て第２の
クラッド層の層厚を非対称にして一方に光電界分布を広
げたと同様の効果を、非対称な屈折率分布により実現す
ることが可能である。すなわち、第２図の構造では、第
１のクラッド層の層厚を制御することにより、光電界分
布を屈折率の高い方の第２のクラッド層へ多く広げ、端
面破壊密度を高めることが可能である。このとき、第１
図の構造と同様に、従来の構造に比べ、規格化しきい値
電流密度は小さい値に抑えられ、良好な温度特性が得ら
れる。また、上記の例では、第２のクラッド層120と125
の層厚は等しいと設定したが、導波路構造に非対称性を
与えるのに、層厚と屈折率の両方を併用してもよい。
単に述べる。第２図の層構成は、第１図と同様に、活性
層100を第１のクラッド層110、115で挟み込んでダブル
ヘテロ構造を形成し、さらに、上下から第２のクラッド
層120、125および第３のクラッド層130、135で順次挟み
込んで光導波路構造を形成している。この構造に於ても
その屈折率分布の関係は、活性層の屈折率をn1、第１の
クラッド層の屈折率をn2、第２のクラッド層の屈折率を
n3、第３のクラッド層の屈折率をn4とした時に、n1＞n3
＞n2およびn3＞n4の条件を満たすように設定している。
第２図の構成で第１図と異なる点は、第２のクラッド層
120と125の屈折率を異なる値にして、非対称性を与えて
いる点である。この場合、第２のクラッド層120、125の
層厚は等しい値に設定してもよく、第１図に於て第２の
クラッド層の層厚を非対称にして一方に光電界分布を広
げたと同様の効果を、非対称な屈折率分布により実現す
ることが可能である。すなわち、第２図の構造では、第
１のクラッド層の層厚を制御することにより、光電界分
布を屈折率の高い方の第２のクラッド層へ多く広げ、端
面破壊密度を高めることが可能である。このとき、第１
図の構造と同様に、従来の構造に比べ、規格化しきい値
電流密度は小さい値に抑えられ、良好な温度特性が得ら
れる。また、上記の例では、第２のクラッド層120と125
の層厚は等しいと設定したが、導波路構造に非対称性を
与えるのに、層厚と屈折率の両方を併用してもよい。
（実施例） 以下、本発明の請求項１の半導体レーザに付いて、具
体的数値例を用いて説明する。第３図が本発明の半導体
レーザの構造図である。以下、AlGaInP系可視光半導体
レーザを例として説明する。活性層100はGaInPでなり、
それを挟み込むクラッド層はすべてAlGaInPでなる。ク
ラッド層の組成は、(AlxGa1-x)0.5In0.5Pと表記したと
きのAl組成Ｘが、第１のクラッド層110、115は0.6、第
２のクラッド層120、125は0.4、第３のクラッド層130、
135は0.6である。また、各層の層厚は、本実施例では、
活性層厚0.08μｍ、第１のクラッド層110、115はともに
0.1μｍ、第２のクラッド層の層厚は、120が0.6μｍ、1
25が0.2μｍ、第３のクラッド層厚は130、135ともに0.8
μｍである。また、活性層100に対して基板200と反対側
の第２のクラッド層125と第３のクラッド層135の間には
エッチング停止層140として、厚さ5nmのGaInP薄膜を有
し、同様に第３のクラッド層135とキャップ層170の間に
は、抵抗低域層160として厚さ20nmのGaInP層を有する。
また、活性層100に対して基板200と反対側の第３のクラ
ッド層135はメサストライプ状に加工され、その他の部
分はGaAsでなる電流ブロック層150で埋め込まれ、屈折
率導波構造と成っている。以上の構造は、減圧の有機金
属熱分解気相成長法を用いた３回の結晶成長を含む工程
により作製されている。なお、本実施例では、基板200
はｎ型GaAs基板を用いて、レーザ構造形成後、基板を厚
さ80μｍ程度に研磨し、電極190、195を形成し、ペレッ
タイズとしてレーザ特性の評価を行った。電極190に
は、AuGeNiを用い、電極195には、TiPtAuを用いた。
体的数値例を用いて説明する。第３図が本発明の半導体
レーザの構造図である。以下、AlGaInP系可視光半導体
レーザを例として説明する。活性層100はGaInPでなり、
それを挟み込むクラッド層はすべてAlGaInPでなる。ク
ラッド層の組成は、(AlxGa1-x)0.5In0.5Pと表記したと
きのAl組成Ｘが、第１のクラッド層110、115は0.6、第
２のクラッド層120、125は0.4、第３のクラッド層130、
135は0.6である。また、各層の層厚は、本実施例では、
活性層厚0.08μｍ、第１のクラッド層110、115はともに
0.1μｍ、第２のクラッド層の層厚は、120が0.6μｍ、1
25が0.2μｍ、第３のクラッド層厚は130、135ともに0.8
μｍである。また、活性層100に対して基板200と反対側
の第２のクラッド層125と第３のクラッド層135の間には
エッチング停止層140として、厚さ5nmのGaInP薄膜を有
し、同様に第３のクラッド層135とキャップ層170の間に
は、抵抗低域層160として厚さ20nmのGaInP層を有する。
また、活性層100に対して基板200と反対側の第３のクラ
ッド層135はメサストライプ状に加工され、その他の部
分はGaAsでなる電流ブロック層150で埋め込まれ、屈折
率導波構造と成っている。以上の構造は、減圧の有機金
属熱分解気相成長法を用いた３回の結晶成長を含む工程
により作製されている。なお、本実施例では、基板200
はｎ型GaAs基板を用いて、レーザ構造形成後、基板を厚
さ80μｍ程度に研磨し、電極190、195を形成し、ペレッ
タイズとしてレーザ特性の評価を行った。電極190に
は、AuGeNiを用い、電極195には、TiPtAuを用いた。
以下、得られたレーザ特性の典型的な値を述べる。試
作したレーザは、ストライプ幅５μｍ、共振器長300μ
ｍの時、しきい値電流65mAで発振し、CODにより端面破
壊で劣化するまでキンクもなく、CODパワーの値とし
て、端面コーティング無しで5mWとほぼ設計値通りの値
が得られた。また、規格化しきい値電流密度の値とし
て、55kA/cm2μｍとこれもほぼ設計値通り値が得られ
た。これは、従来構造の半導体レーザから予想される15
0kA/cm2μｍの値に比べ非常に低減された値である。ま
た、実際には、従来構造では、端面コーティング無しで
は20mW以上の光出力に関しては熱飽和により得られてお
らず、この点からも本発明の半導体レーザの有効性が確
認できた。
作したレーザは、ストライプ幅５μｍ、共振器長300μ
ｍの時、しきい値電流65mAで発振し、CODにより端面破
壊で劣化するまでキンクもなく、CODパワーの値とし
て、端面コーティング無しで5mWとほぼ設計値通りの値
が得られた。また、規格化しきい値電流密度の値とし
て、55kA/cm2μｍとこれもほぼ設計値通り値が得られ
た。これは、従来構造の半導体レーザから予想される15
0kA/cm2μｍの値に比べ非常に低減された値である。ま
た、実際には、従来構造では、端面コーティング無しで
は20mW以上の光出力に関しては熱飽和により得られてお
らず、この点からも本発明の半導体レーザの有効性が確
認できた。
請求項２の発明の一実施例として、請求項一の実施例
において、第２のクラッド層120、125のAl組成Ｘをそれ
ぞれ0.45、0.55として屈折率を異なる値にすればよい。
層厚は同じでも違っていてもよく、導波路構造に非対称
性を与えればよい。この構造でも同様の作用と効果があ
る。
において、第２のクラッド層120、125のAl組成Ｘをそれ
ぞれ0.45、0.55として屈折率を異なる値にすればよい。
層厚は同じでも違っていてもよく、導波路構造に非対称
性を与えればよい。この構造でも同様の作用と効果があ
る。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明の半導体レーザおよび端面
破壊で制限される光出力の制御方法は、活性層厚を厚く
保ったまま、しかも隣接するクラッド層との禁制帯幅差
を大きく保ったまま、光電界分布を広げ高出力化か可能
であるため、キャリアオーバフローが小さく、温度特性
の良好な高出力半導体レーザを実現する方法として有効
である。
破壊で制限される光出力の制御方法は、活性層厚を厚く
保ったまま、しかも隣接するクラッド層との禁制帯幅差
を大きく保ったまま、光電界分布を広げ高出力化か可能
であるため、キャリアオーバフローが小さく、温度特性
の良好な高出力半導体レーザを実現する方法として有効
である。
第１図は本発明の請求項１による半導体レーザの層構成
及び屈折率分布を表わす図。第２図は本発明の請求項２
による半導体レーザの層構成及び屈折率分布を表わす
図。第３図は本発明の半導体レーザの構造断面図。第４
図は従来の半導体レーザの層構成及び屈折率分布を表わ
す図、第５図は従来の半導体レーザの構造断面図、第６
図は本発明の半導体レーザのCODパワーの第１のクラッ
ド層厚依存性を示す図。第７図は本発明の半導体レーザ
の規格化しきい値電流密度の第１のクラッド層厚依存性
を示す図。第８図は従来の半導体レーザのCODパワーの
活性層厚依存性を示す図。第９図は従来の半導体レーザ
の規格化しきい値電流密度の活性層厚依存性を示す図。
第10図は本発明の半導体レーザと従来の半導体レーザに
ついて、規格化しきい値電流密度とCODパワーの関係を
示す図である。 各図において 100…活性層、110,115…第１のクラッド層、120,125…
第２のクラッド層、130,135…第３のクラッド層、140…
エッチング停止層、150…電流ブロック層、160…抵抗低
減層、170…キャップ層、180…バッファ層、190,195…
電極、200…半導体基板。
及び屈折率分布を表わす図。第２図は本発明の請求項２
による半導体レーザの層構成及び屈折率分布を表わす
図。第３図は本発明の半導体レーザの構造断面図。第４
図は従来の半導体レーザの層構成及び屈折率分布を表わ
す図、第５図は従来の半導体レーザの構造断面図、第６
図は本発明の半導体レーザのCODパワーの第１のクラッ
ド層厚依存性を示す図。第７図は本発明の半導体レーザ
の規格化しきい値電流密度の第１のクラッド層厚依存性
を示す図。第８図は従来の半導体レーザのCODパワーの
活性層厚依存性を示す図。第９図は従来の半導体レーザ
の規格化しきい値電流密度の活性層厚依存性を示す図。
第10図は本発明の半導体レーザと従来の半導体レーザに
ついて、規格化しきい値電流密度とCODパワーの関係を
示す図である。 各図において 100…活性層、110,115…第１のクラッド層、120,125…
第２のクラッド層、130,135…第３のクラッド層、140…
エッチング停止層、150…電流ブロック層、160…抵抗低
減層、170…キャップ層、180…バッファ層、190,195…
電極、200…半導体基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板上に、活性層を前記活性層より
も禁制帯幅の大きな半導体結晶で成る第１のクラッド層
で上下に挟み込んだダブルヘテロ構造を有し、さらに前
記ダブルヘテロ構造を第２のクラッド層および第３のク
ラッド層で順次上下より挟み込んだ光導波路構造を有す
る半導体レーザにおいて、前記活性層の屈折率n1と、前
記第１のクラッド層の屈折率n2、前記第２のクラッド層
の屈折率n3、前記第３のクラッド層の屈折率n4の関係が
n1＞n3＞n2および、n3＞n4の条件を満たし、さらに第２
のクラッド層の下側クラッド層層厚が、上側クラッド層
層厚より厚いことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】半導体基板上に、活性層を前記活性層より
も禁制帯幅の大きな半導体結晶で成る第１のクラッド層
で上下に挟み込んだダブルヘテロ構造を有し、さらに前
記ダブルヘテロ構造を第２のクラッド層および第３のク
ラッド層で順次上下より挟み込んだ光導波路構造を有す
る半導体レーザにおいて、前記活性層の屈折率n1と、前
記第１のクラッド層の屈折率n2、前記第２のクラッド層
の屈折率n3、前記第３のクラッド層の屈折率n4の関係が
n1＞n3＞n2および、n3＞n4の条件を満たし、さらに第２
のクラッド層は下側クラッド層の屈折率が上側クラッド
層の屈折率よりも大きいことを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項３】前記第３のクラッド層の上側クラッド層が
メサ型であることを特徴とする請求項１又は２記載の半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005481A JP2775950B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005481A JP2775950B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 半導体レーザ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03209897A JPH03209897A (ja) | 1991-09-12 |
| JP2775950B2 true JP2775950B2 (ja) | 1998-07-16 |
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ID=11612438
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005481A Expired - Fee Related JP2775950B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 半導体レーザ |
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| JP3489878B2 (ja) * | 1993-10-22 | 2004-01-26 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子およびその自励発振強度の調整方法 |
| JP2980302B2 (ja) * | 1994-03-02 | 1999-11-22 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| US6650671B1 (en) * | 2000-01-20 | 2003-11-18 | Trumpf Photonics, Inc. | Semiconductor diode lasers with improved beam divergence |
| JP4295776B2 (ja) | 2006-08-11 | 2009-07-15 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2008085367A (ja) * | 2007-12-17 | 2008-04-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5248472B2 (ja) * | 1974-10-30 | 1977-12-09 | ||
| JPS603181A (ja) * | 1983-06-21 | 1985-01-09 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH0680859B2 (ja) * | 1984-12-27 | 1994-10-12 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
-
1990
- 1990-01-12 JP JP2005481A patent/JP2775950B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH03209897A (ja) | 1991-09-12 |
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