JP2954358B2 - Semiconductor laser and cleavage method - Google Patents

Semiconductor laser and cleavage method

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JP2954358B2
JP2954358B2 JP9530813A JP53081397A JP2954358B2 JP 2954358 B2 JP2954358 B2 JP 2954358B2 JP 9530813 A JP9530813 A JP 9530813A JP 53081397 A JP53081397 A JP 53081397A JP 2954358 B2 JP2954358 B2 JP 2954358B2
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JP
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layer
semiconductor laser
saturable absorption
saturable
type cladding
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勲 木戸口
秀人 足立
康仁 熊渕
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光ディスクシステムの光源などに用いられ
る低雑音の半導体レーザに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low-noise semiconductor laser used for a light source of an optical disk system or the like.

背景技術 近年、光通信、レーザプリンタ、光ディスクなどの分
野で半導体レーザの需要が高まり、GaAs系及びInP系を
中心として、活発に研究開発が進められている。このう
ち光情報処理分野においては、特に波長が約780nmのAlG
aAs系半導体レーザ光により情報の記録・再生を行う方
式が実用化され、コンパクトディスク等で広く普及する
に至っている。
BACKGROUND ART In recent years, demand for semiconductor lasers has been increasing in the fields of optical communication, laser printers, optical disks, and the like, and research and development have been actively promoted, mainly for GaAs and InP systems. Of these, in the optical information processing field, in particular, AlG with a wavelength of about 780 nm
A method of recording / reproducing information using an aAs-based semiconductor laser beam has been put to practical use, and has become widespread in compact discs and the like.

ところで、半導体レーザを光源とする光ディスクの再
生時には、ディスク面からの反射光の帰還や温度の変化
により、強度雑音が発生する。このような強度雑音は、
信号の読取エラーを誘発する。従って、光ディスクの光
源用としては、強度雑音の少ない半導体レーザが不可欠
となる。
During reproduction of an optical disk using a semiconductor laser as a light source, intensity noise occurs due to feedback of reflected light from the disk surface and changes in temperature. Such intensity noise is
Induces a signal reading error. Therefore, a semiconductor laser with low intensity noise is indispensable as a light source for an optical disk.

従来、再生専用光ディスクのための光源として使用さ
れる低出力のAlGaAs系半導体レーザでは、雑音を低減す
るために、リッジストライプの両側に意図的に可飽和吸
収体が形成されるような構造を採用することによって、
低雑音化が図られてきている。このような構成にする
と、縦モードのマルチ化が達成される。半導体レーザが
単一縦モードで発振しているときに、光の帰還や温度変
化などによる外乱が入ると、利得ピークの微少な変化に
よって、近接する縦モードが発振を開始する。このよう
にして発振を開始したモードは、元の発振モードとの間
で競合を起こし、これが雑音の原因となる。これに対し
て、上記のような手法によって縦モードをマルチ化する
と、各モードの強度変化が平均化されるとともに外乱に
よる強度変化が生じなくなるので、安定した低雑音特性
を得ることが可能になる。
Conventionally, low-power AlGaAs-based semiconductor lasers used as light sources for read-only optical disks have adopted a structure in which saturable absorbers are intentionally formed on both sides of the ridge stripe to reduce noise. By,
Low noise has been achieved. With such a configuration, multiplication of the vertical mode is achieved. When a semiconductor laser oscillates in a single longitudinal mode and there is disturbance due to feedback of light or a change in temperature, a nearby longitudinal mode starts to oscillate due to a slight change in a gain peak. The mode in which the oscillation is started in this way causes a conflict with the original oscillation mode, which causes noise. On the other hand, when the longitudinal mode is multiplied by the above-described method, the intensity change of each mode is averaged and the intensity change due to disturbance does not occur, so that it is possible to obtain a stable low noise characteristic. .

また、別の方法として、さらに安定な自励発振特性を
得ようとする試みが、特開昭63−202083号公報に示され
ている。具体的には、出力光を吸収できる層を設けるこ
とで、自励発振型半導体レーザを実現している。
As another method, an attempt to obtain more stable self-sustained pulsation characteristics is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-202083. Specifically, a self-pulsation type semiconductor laser is realized by providing a layer capable of absorbing output light.

さらに、特開平6−260716号公報では、活性層のバン
ドギャップと吸収層のバンドギャップとをほぼ等しくす
ることによって、半導体レーザの動作特性を改善したと
の報告がなされている。上記公報では、その実施例とし
て特に赤色半導体レーザに言及している。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260716 reports that the operating characteristics of a semiconductor laser are improved by making the band gap of the active layer substantially equal to the band gap of the absorbing layer. In the above-mentioned publication, a red semiconductor laser is particularly mentioned as an example.

図16は、上記の特開平6−260716号公報に開示されて
いる自励発振型半導体レーザの構成を模式的に示す断面
図である。
FIG. 16 is a sectional view schematically showing the configuration of the self-pulsation type semiconductor laser disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260716.

具体的には、n型GaAs基板1301の上に、n型GaInPバ
ッファ層1302を及びn型AlGaInPクラッド層1303が形成
され、クラッド層1303の中に、GaInP歪量子井戸(MQW)
活性層1304が形成されている。クラッド層1303の中に
は、さらに歪量子井戸可飽和吸収層1305が形成されてい
る。クラッド層1303の上部には、クラッド層1306及びp
型GaInPコンタクト層1307がリッジ状に形成されてい
る。クラッド層1306及びコンタクト層1307からなるリッ
ジの両側は、n型GsAs電流ブロック層1308によって埋め
込まれている。さらに、コンタクト層1307及び電流ブロ
ック層1308の上にはp型GsAsキャップ層1309が形成され
ており、キャップ層1309の上にはp電極1310が形成さ
れ、一方、基板1301の裏面にはn電極1311が形成されて
いる。
Specifically, an n-type GaInP buffer layer 1302 and an n-type AlGaInP cladding layer 1303 are formed on an n-type GaAs substrate 1301, and a GaInP strained quantum well (MQW) is formed in the cladding layer 1303.
An active layer 1304 is formed. In the cladding layer 1303, a strained quantum well saturable absorption layer 1305 is further formed. On top of cladding layer 1303, cladding layer 1306 and p
A GaInP contact layer 1307 is formed in a ridge shape. Both sides of the ridge composed of the cladding layer 1306 and the contact layer 1307 are buried with an n-type GsAs current blocking layer 1308. Further, a p-type GsAs cap layer 1309 is formed on the contact layer 1307 and the current blocking layer 1308, and a p-electrode 1310 is formed on the cap layer 1309, while an n-electrode is formed on the back surface of the substrate 1301. 1311 is formed.

上記の特開平6−260716号公報は、以上のような構成
によって良好な自励発振特性を得ようとしている。
The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260716 attempts to obtain good self-sustained pulsation characteristics with the above configuration.

発明の開示 本発明のある局面によれば、半導体レーザが、活性層
と該活性層を挟むクラッド構造とを備え、該クラッド構
造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層がInxG
a1-xAsyP1-y(0<x<1、0≦y≦1)からなる。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, a semiconductor laser includes an active layer and a clad structure sandwiching the active layer, the clad structure including a saturable absorbing layer, wherein the saturable absorbing layer is formed of In. x G
a 1-x As y P 1-y (0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 1)

好ましくは、前記可飽和吸収層と前記活性層との間の
間隔が約200オングストローム以上である。
Preferably, the distance between the saturable absorbing layer and the active layer is about 200 Å or more.

ある実施形態では、前記クラッド構造はさらに光ガイ
ド層を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層に隣接し
ている。或いは、前記クラッド構造はさらに光ガイド層
を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置
されている。
In one embodiment, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorber layer is adjacent to the light guide layer. Alternatively, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorption layer is disposed near the light guide layer.

ある実施形態では、前記可飽和吸収層は歪量子井戸構
造を有しており、該可飽和吸収層の基底準位間のエネル
ギーギャップは、前記活性層のエネルギーギャップより
も約30meVから約200meVだけ小さい。
In one embodiment, the saturable absorption layer has a strained quantum well structure, and an energy gap between ground levels of the saturable absorption layer is about 30 meV to about 200 meV higher than an energy gap of the active layer. small.

好ましくは、前記活性層と前記可飽和吸収層を除く前
記クラッド構造とが(AlxGa1-xyIn1-yPからなる。
Preferably, the cladding structure excluding the active layer and the saturable absorbing layer is made of (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P.

本発明の他の局面によれば、半導体レーザが、活性層
と該活性層を挟むクラッド構造とを備え、該クラッド構
造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層がInGa
AsPからなっていて、該可飽和吸収層が歪量子井戸構造
を有している。
According to another aspect of the present invention, a semiconductor laser includes an active layer and a clad structure sandwiching the active layer, wherein the clad structure includes a saturable absorbing layer, and the saturable absorbing layer is formed of InGa
The saturable absorption layer is made of AsP and has a strained quantum well structure.

好ましくは、前記可飽和吸収層と前記活性層との間の
間隔が約200オングストローム以上である。
Preferably, the distance between the saturable absorbing layer and the active layer is about 200 Å or more.

ある実施形態では、前記クラッド構造はさらに光ガイ
ド層を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層に隣接し
ている。或いは、前記クラッド構造はさらに光ガイド層
を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置
されている。
In one embodiment, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorber layer is adjacent to the light guide layer. Alternatively, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorption layer is disposed near the light guide layer.

ある実施形態では、前記可飽和吸収層の基底準位間の
エネルギーギャップは、前記活性層のエネルギーギャッ
よりも約30meVから約200meVだけ小さい。
In one embodiment, an energy gap between ground levels of the saturable absorbing layer is smaller than an energy gap of the active layer by about 30 meV to about 200 meV.

好ましくは、前記活性層と前記可飽和吸収層を除く前
記クラッド構造とが(AlxGa1-xyIn1-yPからなる。
Preferably, the cladding structure excluding the active layer and the saturable absorbing layer is made of (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P.

本発明のさらに他の局面によれば、半導体レーザが、
活性層と該活性層を挟むクラッド構造とを備え、該クラ
ッド構造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層
がInGaAsからなる。
According to yet another aspect of the present invention, a semiconductor laser comprises:
An active layer and a clad structure sandwiching the active layer are provided. The clad structure includes a saturable absorbing layer, and the saturable absorbing layer is made of InGaAs.

好ましくは、前記可飽和吸収層と前記活性層との間の
間隔が約200オングストローム以上である。
Preferably, the distance between the saturable absorbing layer and the active layer is about 200 Å or more.

ある実施形態では、前記クラッド構造はさらに光ガイ
ド層を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層に隣接し
ている。或いは、前記クラッド構造はさらに光ガイド層
を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置
されている。
In one embodiment, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorber layer is adjacent to the light guide layer. Alternatively, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorption layer is disposed near the light guide layer.

ある実施形態では、前記可飽和吸収層の基底準位間の
エネルギーギャップは、前記活性層のエネルギーギャッ
プよりも約30meVから約200meVだけ小さい。
In one embodiment, an energy gap between ground levels of the saturable absorption layer is smaller than an energy gap of the active layer by about 30 meV to about 200 meV.

好ましくは、前記活性層と前記可飽和吸収層を除く前
記クラッド構造とがAlzGa1-zAsからなる。
Preferably, it said clad structure excluding the saturable absorbing layer and the active layer is made of Al z Ga 1-z As.

本発明のさらに他の局面によれば、半導体レーザが、
活性層と該活性層を挟むクラッド構造とを備え、該クラ
ッド構造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層
の厚さが約100オングストローム以下である。
According to yet another aspect of the present invention, a semiconductor laser comprises:
An active layer and a cladding structure sandwiching the active layer, the cladding structure including a saturable absorbing layer, wherein the thickness of the saturable absorbing layer is about 100 angstroms or less.

好ましくは、前記可飽和吸収層の厚さが約80オングス
トローム以下である。
Preferably, the thickness of the saturable absorber layer is less than about 80 Å.

ある実施形態では、前記クラッド構造はさらに光ガイ
ド層を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層に隣接し
ている。或いは、前記クラッド構造はさらに光ガイド層
を含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置
されている。
In one embodiment, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorber layer is adjacent to the light guide layer. Alternatively, the cladding structure further includes a light guide layer, and the saturable absorption layer is disposed near the light guide layer.

ある実施形態では、前記可飽和吸収層は歪量子井戸構
造を有しており、該可飽和吸収層の基底準位間のエネル
ギーギャップは、前記活性層のエネルギーギャップより
も約30meVから約200meVだけ小さい。
In one embodiment, the saturable absorption layer has a strained quantum well structure, and an energy gap between ground levels of the saturable absorption layer is about 30 meV to about 200 meV higher than an energy gap of the active layer. small.

本発明のさらに他の局面によれば、半導体レーザが、
活性層と、該活性層を挟むn型クラッド層及び第1のp
型クラッド層と、該第1のp型クラッド層の上に形成さ
れている、開口部を有する電流ブロック層と、該開口部
に形成されている第2のp型クラッド層と、を備え、該
第2の型クラッド層が可飽和吸収層を含んでいる。
According to yet another aspect of the present invention, a semiconductor laser comprises:
An active layer; an n-type cladding layer sandwiching the active layer;
A cladding layer, a current blocking layer having an opening formed on the first p-type cladding layer, and a second p-type cladding layer formed in the opening. The second mold cladding layer includes a saturable absorbing layer.

ある実施形態では、前記可飽和吸収層はInGaAsP或い
はInGaAsからなる。
In one embodiment, the saturable absorption layer is made of InGaAsP or InGaAs.

ある実施形態では、前記電流ブロック層の中にモード
制御層が形成されている。
In one embodiment, a mode control layer is formed in the current blocking layer.

好ましくは、前記第1のp型クラッド層が、前記n型
クラッド層のバンドギャップよりも大きいバンドギャッ
プを有する材料からなる。例えば、前記第1のp型クラ
ッド層がAlGaInPN層である。
Preferably, the first p-type cladding layer is made of a material having a band gap larger than that of the n-type cladding layer. For example, the first p-type cladding layer is an AlGaInPN layer.

本発明のさらに他の局面によれば、劈開方法が提供さ
れる。該劈開方法は、ジャスト面の面方位に対して所定
の方向に傾いた面方位を有する基板の劈開方法であっ
て、該基板の面方位の傾きの方向へ応力をかけて該基板
を劈開する。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a cleavage method. The cleavage method is a method for cleaving a substrate having a plane orientation inclined in a predetermined direction with respect to the plane orientation of the just plane, and cleaves the substrate by applying a stress in the direction of the plane orientation of the substrate. .

本発明のさらに他の劈開方法は、面方位が[100]方
向から[0−1−1]方向へ傾斜している結晶の劈開方
法であって、該[0−1−1]方向へ応力をかけて該結
晶を劈開する。
Still another cleavage method of the present invention is a method for cleaving a crystal whose plane orientation is inclined from the [100] direction to the [0-1-1] direction. To cleave the crystal.

これにより、本発明は、(1)半導体レーザに含まれ
る可飽和吸収層の構成材料として特定の材料を選択する
ことで、安定な自励発振特性を有し且つ信頼性の高い半
導体レーザを提供すること、及び(2)上記のような半
導体レーザの製造プロセスで使用し得る劈開方法を提供
すること、を目的とする。
Accordingly, the present invention provides (1) a semiconductor laser having stable self-pulsation characteristics and high reliability by selecting a specific material as a constituent material of the saturable absorption layer included in the semiconductor laser. And (2) to provide a cleavage method that can be used in the above-described semiconductor laser manufacturing process.

図面の簡単な説明 図1A及び図1Bは、本発明の第1の実施形態における半
導体レーザの構成を示す断面図及び斜視図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

図2は、図1A及び図1Bに示す半導体レーザの活性層及
びその近傍でのAl組成の変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing changes in the Al composition in the active layer of the semiconductor laser shown in FIGS. 1A and 1B and in the vicinity thereof.

図3は、GaInP及びInGaAsPの利得特性曲線を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing gain characteristic curves of GaInP and InGaAsP.

図4は、図1A及び図1Bに示す半導体レーザにおける光
出力及びキャリア密度の時間変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing changes over time in optical output and carrier density in the semiconductor lasers shown in FIGS. 1A and 1B.

図5は、図1A及び図1Bに示す半導体レーザにおける光
出力と電流との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the light output and the current in the semiconductor laser shown in FIGS. 1A and 1B.

図6は、図1A及び図1Bに示す半導体レーザにおける光
出力の時間変化の実測波形の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an actually measured waveform of a temporal change of the optical output in the semiconductor laser shown in FIGS. 1A and 1B.

図7は、基板の傾斜方位と好ましい劈開方向との間の
関係を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the tilt direction of the substrate and the preferred cleavage direction.

図8は、本発明の第2の実施形態における半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.

図9は、図8に示す半導体レーザの活性層及びその近
傍でのAl組成の変化を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in the Al composition in the active layer of the semiconductor laser shown in FIG. 8 and in the vicinity thereof.

図10は、図8に示す半導体レーザにおける光閉じ込め
率(光閉じ込め係数)と光ガイド層の厚さとの関係を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the light confinement ratio (light confinement coefficient) and the thickness of the light guide layer in the semiconductor laser shown in FIG.

図11は、本発明の第3の実施形態における半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention.

図12は、GsAs及びInGaAsの利得特性曲線を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing gain characteristic curves of GsAs and InGaAs.

図13は、本発明の第4の実施形態における半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention.

図14は、本発明の第5の実施形態における半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing the configuration of the semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

図15は、GsAs及びGaInPの利得特性曲線を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing gain characteristic curves of GsAs and GaInP.

図16は、従来技術による自励発振型半導体レーザの構
成の一例を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a self-pulsation type semiconductor laser according to the related art.

発明を実施するための最良の形態 本発明の具体的な実施形態の説明に先立って、以下で
はまず、本発明に至る過程で本願発明者らによって行わ
れた検討結果について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Prior to the description of a specific embodiment of the present invention, first, a result of a study performed by the inventors of the present application in a process leading to the present invention will be described.

先に述べたように、従来技術においては、半導体レー
ザにおける自励発振現象の利用に関する様々な報告が行
われている。しかし、本願発明者による検討によれば、
AlGaInP系半導体レーザでは、AlGaAs系に比べて材料の
利得特性曲線が大きく異なるために、自励発振特性を得
ることが困難であることが明らかとなった。この点を、
図15を参照して説明する。
As described above, in the related art, various reports have been made on the use of the self-excited oscillation phenomenon in a semiconductor laser. However, according to the study by the present inventors,
It has been found that it is difficult to obtain self-sustained pulsation characteristics in the AlGaInP semiconductor laser because the gain characteristic curve of the material is significantly different from that in the AlGaAs semiconductor laser. In this regard,
This will be described with reference to FIG.

図15は、GsAs及びGaInPの利得特性を示す図である。
これらの材料(GsAs及びGaInP)は、それぞれAlGsAs系
半導体レーザ及びAlGaInP系半導体レーザの活性層の構
成材料として主に用いられる。
FIG. 15 is a diagram illustrating gain characteristics of GsAs and GaInP.
These materials (GsAs and GaInP) are mainly used as constituent materials of the active layers of the AlGsAs-based semiconductor laser and the AlGaInP-based semiconductor laser, respectively.

本願発明者らによる検討によれば、キャリア密度に対
する利得特性曲線の傾きが大きいほど、自励発振特性が
容易に得られることが明らかになった。その理由は、自
励発振特性を得るためには可飽和吸収層の内部でキャリ
アの強い振動が要求されることに関連しており、キャリ
ア密度に対する利得特性曲線の傾きが大きいほど、少な
い光の吸収でキャリア密度を変化させることが可能とな
り、結果的にキャリアの振動が生じやすくなるためであ
る。
According to the study by the present inventors, it has become clear that the larger the slope of the gain characteristic curve with respect to the carrier density, the easier the self-sustained pulsation characteristics can be obtained. The reason is related to the fact that strong oscillation of carriers is required inside the saturable absorption layer in order to obtain self-sustained pulsation characteristics, and the smaller the slope of the gain characteristic curve with respect to the carrier density, the less light is emitted. This is because the carrier density can be changed by absorption, and as a result, carrier vibration is likely to occur.

ところが、GaInPの場合、GsAsに比べて利得特性曲線
の傾きが小さいために、相対的に自励発振特性を得るこ
とが困難であることが判明した。
However, in the case of GaInP, it has been found that it is relatively difficult to obtain self-excited oscillation characteristics because the slope of the gain characteristic curve is smaller than that of GsAs.

本願発明者らの実験結果によると、赤色半導体レーザ
の場合、従来技術で行われているように単に可飽和吸収
層を付加しただけでは、安定した自励発振特性を得るこ
とが困難であることが明らかになった。特に、高温で安
定した自励発振特性を得ることが、困難である。また、
従来技術のような構成では、可飽和吸収層における光の
消費量が大きく、その結果として閾値電流が増大する傾
向がある。そのため、高温、例えば約80℃での信頼性に
支障を来す恐れがある。
According to the experimental results of the present inventors, in the case of a red semiconductor laser, it is difficult to obtain a stable self-sustained pulsation characteristic by simply adding a saturable absorption layer as performed in the related art. Was revealed. In particular, it is difficult to obtain stable self-sustained pulsation characteristics at high temperatures. Also,
In a configuration like the related art, light consumption in the saturable absorption layer is large, and as a result, the threshold current tends to increase. Therefore, the reliability at high temperatures, for example, about 80 ° C. may be affected.

ここで、半導体レーザで自励発振を生じさせる際の他
のパラメータとして、可飽和吸収層の内部でのキャリア
密度がある。具体的には、可飽和吸収層の体積を十分に
小さくして、相対的にその内部でのキャリア密度を増加
させる方法が考えられる。この点を考慮すると、可飽和
吸収層の堆積(すなわちその長さ)にも最適値があっ
て、単に可飽和吸収層を付加しただけでは、安定な自励
発振特性を得にくいことになる。
Here, another parameter when causing self-sustained pulsation in the semiconductor laser is the carrier density inside the saturable absorption layer. Specifically, a method is conceivable in which the volume of the saturable absorbing layer is made sufficiently small to relatively increase the carrier density therein. Considering this point, there is an optimum value for the deposition of the saturable absorbing layer (that is, its length), and it is difficult to obtain a stable self-excited oscillation characteristic only by adding the saturable absorbing layer.

さらに、安定した自励発振現象を生じさせるために
は、可飽和吸収層への適切な光の閉じ込めを確保するこ
とが必要である。そのためには、単純には、活性層に可
飽和吸収層を近付ければよいと考え易いが、両者の距離
が接近し過ぎると、少数キャリアの活性層からのオーバ
ーフローによる動作特性への悪影響が発生する。従っ
て、活性層と可飽和吸収層との間の距離は、約200オン
グストローム以上、望ましくは約500オングストローム
以上を確保しなければならない。従って、活性層と可飽
和吸収層との間に十分な距離を確保した状態で光の閉じ
込めを確保することが必要であって、これらの条件を同
時に満足しなければ、結果として所望の自励発振特性を
有する半導体レーザを得ることが困難となる。
Further, in order to generate a stable self-excited oscillation phenomenon, it is necessary to secure appropriate light confinement in the saturable absorption layer. For this purpose, it is easy to simply think that the saturable absorbing layer should be close to the active layer, but if the distance between them is too close, the adverse effect on operating characteristics due to the overflow of minority carriers from the active layer occurs. I do. Therefore, the distance between the active layer and the saturable absorbing layer must be about 200 Å or more, preferably about 500 Å or more. Therefore, it is necessary to secure light confinement while securing a sufficient distance between the active layer and the saturable absorption layer. If these conditions are not satisfied at the same time, the desired self-excitation will result. It becomes difficult to obtain a semiconductor laser having oscillation characteristics.

以上に述べた検討結果は、主にAlGaInP系材料を用い
て構成される赤色半導体レーザに関するものであるが、
発振波長が赤外領域にあるAlGsAs系材料においても、閾
値電流が低い状態で安定な自励発振を確保することは、
従来技術では十分に実現できない。特に、高出力化が望
まれる状態では、この問題点が顕著になる。
The above-mentioned examination results are mainly related to red semiconductor lasers composed of AlGaInP-based materials.
Even for AlGsAs-based materials whose oscillation wavelength is in the infrared region, ensuring stable self-excited oscillation with a low threshold current is important.
The prior art cannot achieve this sufficiently. In particular, in a state where high output is desired, this problem becomes remarkable.

以下では、上記のような検討結果に基づいて達成され
た本発明の様々な実施形態のいくつかを、添付の図面を
参照しながら説明する。
Hereinafter, some of the various embodiments of the present invention achieved based on the above-described study results will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態) 図1A及び図1Bは、本発明の第1の実施形態における自
励発振特性を有する半導体レーザ100の構造を示す断面
図及び斜視図である。
First Embodiment FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a perspective view showing a structure of a semiconductor laser 100 having self-pulsation characteristics according to a first embodiment of the present invention.

半導体レーザ100において、n型GsAs基板101の上に、
半導体材料の積層構造が形成されている。具体的には、
この基板101は、(100)面から(0−1−1)方向へ、
約8度傾斜している。なお、本願明細書において、面方
位の表記に含まれる「−1」という記載は、数字の
「1」の上にバー を付けた「」と同じ内容を意味するものとする。例え
ば、上記の「(0−1−1)方向」という記載は、
「(0)方向」を意味する。
In the semiconductor laser 100, on the n-type GsAs substrate 101,
A layered structure of semiconductor material is formed. In particular,
The substrate 101 moves from the (100) plane in the (0-1-1) direction.
It is inclined about 8 degrees. In the specification of the present application, the notation “−1” included in the notation of the plane orientation is indicated by a bar above the number “1”. It means the same content as "" with. For example, the above description of the “(0-1-1) direction”
It means “(0) direction”.

基板101の上には、n型GsAsバッファァ層102、n型Al
GaInPクラッド層103、GaInP活性層104、AlGaInPからな
る第1のp型クラッド層105a、及びInGaAsP可飽和吸収
層106が、順次形成されている。可飽和吸収層106の上に
は、AlGaInPからなる第2のp型クラッド層105b、及び
p型GaInPコンタクト層110が形成されている。第2のp
型クラッド層105b及びp型コンタクト層110は、リッジ
状に形成されており、リッジの両側は、n型GsAs電流ブ
ロック層111が形成されている。さらに、p型コンタク
ト層110及びn型電流ブロック層111の上には、p型GsAs
キャップ層112が形成されている。そして、キャップ層1
12の上にはp電極113が形成され、一方、基板101の裏面
にはn電極114が形成されている。
On a substrate 101, an n-type GsAs buffer layer 102, an n-type Al
A GaInP cladding layer 103, a GaInP active layer 104, a first p-type cladding layer 105a made of AlGaInP, and an InGaAsP saturable absorption layer 106 are sequentially formed. On the saturable absorption layer 106, a second p-type cladding layer 105b made of AlGaInP and a p-type GaInP contact layer 110 are formed. The second p
The mold cladding layer 105b and the p-type contact layer 110 are formed in a ridge shape, and n-type GsAs current blocking layers 111 are formed on both sides of the ridge. Further, on the p-type contact layer 110 and the n-type current block layer 111, p-type GsAs
A cap layer 112 is formed. And cap layer 1
A p-electrode 113 is formed on 12, while an n-electrode 114 is formed on the back surface of the substrate 101.

上述した各層の典型的な厚さは、それぞれ以下の通り
である。
The typical thickness of each layer described above is as follows.

表 1 名 称 参照番号 厚さ キャップ層 112 3μm コンタクト層 110 500Å 第2のp型クラッド層 105b 0.9μm 可飽和吸収層 106 60Å 第1のp型クラッド層 105a 0.2μm 活性層 104 500Å n型クラッド層 103 1.0μm バッファ層 102 0.3μm 図2に、半導体レーザ100の活性層104及びその近傍に
おける(AlxGa1-x0.5In0.5PのAl組成xの変化を示
す。図示されているように、半導体レーザ100では、n
型クラッド層103、第1及び第2のp型クラッド層105a
及び105bにおけるAl組成xを0.7としている。
Table 1 Name Reference number Thickness Cap layer 112 3 μm Contact layer 110 500Å Second p-type cladding layer 105b 0.9 μm Saturable absorption layer 106 60Å First p-type cladding layer 105a 0.2 μm Active layer 104 500Å N-type cladding layer 103 1.0 μm Buffer layer 102 0.3 μm FIG. 2 shows a change in the Al composition x of (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P in the active layer 104 of the semiconductor laser 100 and its vicinity. As shown, in the semiconductor laser 100, n
Mold cladding layer 103, first and second p-type cladding layers 105a
And the Al composition x in the case 105b is set to 0.7.

また、先の表に示したように、半導体レーザ100で
は、可飽和吸収層106の厚さを約60オングストロームに
設定している。可飽和吸収層106が厚いと、その体積が
大きくなりすぎるために、キャリア密度が大きくなり難
くなる。そのため、可飽和吸収層106の内部におけるキ
ャリア密度の変化、すなわちキャリアの強い振動が生じ
難くなって、結果として自励発振特性が得られ難くな
る。このため、可飽和吸収層は薄い方が望ましい。
Further, as shown in the above table, in the semiconductor laser 100, the thickness of the saturable absorption layer 106 is set to about 60 Å. If the saturable absorption layer 106 is too thick, its volume becomes too large, so that it is difficult to increase the carrier density. Therefore, a change in the carrier density inside the saturable absorption layer 106, that is, strong vibration of the carrier is less likely to occur, and as a result, it is difficult to obtain the self-excited oscillation characteristics. For this reason, it is desirable that the saturable absorbing layer be thin.

InGaAsP可飽和吸収層106の組成は、例えば、In0.5Ga
0.5As0.10.9とする。この組成を有するInGaAsPの格子
定数は、基板101を構成するGsAsの格子定数よりも大き
く、結果として、可飽和吸収層106に圧縮応力が印加さ
れている。これより、半導体レーザ100における可飽和
吸収層106は、歪量子井戸構造を有していることにな
る。
The composition of the InGaAsP saturable absorption layer 106 is, for example, In 0.5 Ga
0.5 As 0.1 P 0.9 . The lattice constant of InGaAsP having this composition is larger than the lattice constant of GsAs forming the substrate 101, and as a result, a compressive stress is applied to the saturable absorption layer. Thus, the saturable absorption layer 106 in the semiconductor laser 100 has a strained quantum well structure.

図3に、GaInP及びInGaAsPの利得特性(キャリア密度
と利得との関係)を示す。これにより、InGaAsPの方が
利得特性曲線の傾きが大きいことがわかる。
FIG. 3 shows the gain characteristics (the relationship between carrier density and gain) of GaInP and InGaAsP. This shows that InGaAsP has a larger slope of the gain characteristic curve.

本願発明者らによる検討では、可飽和吸収層を有する
半導体レーザにおいては、可飽和吸収層に用いる材料の
利得特性の傾き(キャリア密度の変化に対する利得の変
化の割合)が大きいほど、自励発振特性が容易に得られ
やすいことが明らかになった。言い換えれば、利得特性
曲線の傾きが大きいほど、自励発振には有利である。こ
れは、以下のように説明される。自励発振特性を得るた
めには、可飽和吸収層の内部におけるキャリアの強い振
動が要求される。ここで、利得特性曲線の傾きが大きい
ほど、より少ない光の吸収でキャリア密度を変化させる
ことが可能となる。その結果、利得特性曲線の傾きが大
きいほど、キャリアの振動が生じやすくなり、自励発振
現象が生じ易くなる。
According to the study by the present inventors, in a semiconductor laser having a saturable absorption layer, the larger the slope of the gain characteristic of the material used for the saturable absorption layer (the ratio of the change in gain to the change in carrier density), the more the self-sustained pulsation. It became clear that characteristics were easily obtained. In other words, the greater the slope of the gain characteristic curve, the more advantageous for self-sustained pulsation. This is explained as follows. In order to obtain self-sustained pulsation characteristics, strong vibration of carriers inside the saturable absorption layer is required. Here, as the slope of the gain characteristic curve is larger, the carrier density can be changed with less light absorption. As a result, the larger the slope of the gain characteristic curve, the more easily the carrier is oscillated, and the more easily the self-excited oscillation phenomenon occurs.

なお、図3のデータは、基板に格子整合したInGaAsP
に関して得られたものである。InGaAsPに圧縮応力が加
わっている場合(例えば、GsAs基板の上に形成されたIn
0.5Ga0.5As0.10.9の場合)には、利得特性曲線の傾き
は図3に示す場合よりもさらに大きくなり、自励発振の
実現にさらに有効である。
The data in Fig. 3 is based on InGaAsP lattice-matched to the substrate.
Is obtained with respect to When compressive stress is applied to InGaAsP (for example, InGaAsP formed on a GsAs substrate)
In the case of 0.5 Ga 0.5 As 0.1 P 0.9 ), the slope of the gain characteristic curve becomes even larger than in the case shown in FIG. 3, which is more effective for realizing self-pulsation.

図4は、光出力が約5mWの場合における、光出力波形
の時間変化のシミュレーション結果である。あわせて、
活性層及び可飽和吸収層の中におけるキャリア密度の変
化も図示している。これより、光出力の振動現象が継続
することが明らかである。
FIG. 4 is a simulation result of a temporal change of an optical output waveform when the optical output is about 5 mW. In addition,
The change of carrier density in the active layer and the saturable absorption layer is also illustrated. From this, it is clear that the oscillation phenomenon of the light output continues.

図5は、本実施形態の自励発振型半導体レーザ100に
おける電流−光出力特性の測定例であり、この場合には
閾値電流が約60mAであることがわかる。図5にも現れて
いるように、自励発振型半導体レーザの電流−光出力特
性が通常の半導体レーザの特性と異なっている点は、閾
値電流の近傍で特性曲線の急激な立ち上がりが認められ
る点である。これは、自励発振型半導体レーザには可飽
和吸収層が存在するために、ある程度のキャリアの注入
量に達するまでは、光出力が外部へ放出されないことに
よる。キャリア注入量がある値を越えるとレーザ発振が
生じて、注入電流量に比例して光出力が増加する。
FIG. 5 is a measurement example of the current-light output characteristic of the self-pulsation type semiconductor laser 100 of the present embodiment. In this case, it can be seen that the threshold current is about 60 mA. As shown in FIG. 5, the point that the current-light output characteristic of the self-pulsation type semiconductor laser is different from that of a normal semiconductor laser is that a sharp rise of the characteristic curve is recognized near the threshold current. Is a point. This is because the saturable absorption layer is present in the self-pulsation type semiconductor laser, and the optical output is not emitted to the outside until a certain amount of carriers is injected. When the carrier injection amount exceeds a certain value, laser oscillation occurs, and the light output increases in proportion to the injection current amount.

図6は、本実施形態の自励発振型半導体レーザ100に
おける光出力波形の測定例である。図4に示したシミュ
レーション結果と同様に、時間の経過につれて光出力が
大きく振動しており、自励発振が生じていることが確認
できる。この半導体レーザにおいては、約20℃から約80
℃までの広い温度範囲で、約−135dB/Hz以下という安定
した相対強度雑音(RIN)特定が得られている。
FIG. 6 is a measurement example of an optical output waveform in the self-pulsation type semiconductor laser 100 of the present embodiment. Similar to the simulation result shown in FIG. 4, the light output greatly fluctuates as time passes, and it can be confirmed that self-excited oscillation occurs. In this semiconductor laser, about 20 ° C. to about 80 ° C.
A stable relative intensity noise (RIN) specification of about -135 dB / Hz or less has been obtained over a wide temperature range up to ° C.

先にも述べたように、本願発明者らが行った実験によ
れば、赤色半導体レーザの場合には、従来技術で一般に
行われているように可飽和吸収層を単に付加するだけで
は、安定した自励発振特性を得ることは困難である。例
えば、通常のドーピングレベルを有するGa0.5In0.5P層
を可飽和吸収層として用いても、安定した自励発振特性
を得ることは困難である。特に、高温での自励発振特性
を得ることが困難である。
As described above, according to the experiment performed by the inventors of the present application, in the case of a red semiconductor laser, stable addition of a saturable absorption layer as is generally performed in the related art is stable. It is difficult to obtain the self-excited oscillation characteristics described above. For example, even if a Ga 0.5 In 0.5 P layer having a normal doping level is used as a saturable absorbing layer, it is difficult to obtain a stable self-excited oscillation characteristic. In particular, it is difficult to obtain self-excited oscillation characteristics at high temperatures.

さらに、従来技術の構成では、可飽和吸収層での光の
消費が大きく、結果として閾値電流が増大する傾向があ
る。その結果、高温(例えば、80℃)での信頼性に支障
を来す恐れがある。
Further, in the configuration of the related art, light consumption in the saturable absorption layer is large, and as a result, the threshold current tends to increase. As a result, reliability at high temperatures (for example, 80 ° C.) may be affected.

これに対して、本発明の様に利得特性曲線の傾きが大
きい材料(例えばInGaAsP)を用いて可飽和吸収層を形
成すれば、約80℃という高温においても安定した動作特
性を奏する、閾値電流の小さな半導体レーザを得ること
が可能となる。
On the other hand, if a saturable absorption layer is formed using a material having a large slope of the gain characteristic curve (for example, InGaAsP) as in the present invention, a stable operating characteristic can be obtained even at a high temperature of about 80 ° C. It is possible to obtain a semiconductor laser having a small size.

InGaAsP層からなる可飽和吸収層106を使用すれば、半
導体レーザの作製上でのメリットも大きい。すなわち、
InGaAsP層は、図1の様な半導体レーザ100の構造では、
可飽和吸収層106としての機能の他に、リッジを形成す
るためのエッチングプロセスにおけるエッチング停止層
としての機能も有している。具体的には、AlGaInPから
なる第2のp型クラッド層105bを硫酸などのエッチング
液を用いてエッチングしてリッジ形状に加工する際に、
InGaAsP層でエッチングを停止させることが可能にな
る。
The use of the saturable absorption layer 106 made of an InGaAsP layer has a great advantage in manufacturing a semiconductor laser. That is,
The InGaAsP layer has a structure of the semiconductor laser 100 shown in FIG.
In addition to the function as the saturable absorption layer 106, it has a function as an etching stop layer in an etching process for forming a ridge. Specifically, when the second p-type cladding layer 105b made of AlGaInP is etched using an etching solution such as sulfuric acid to be processed into a ridge shape,
Etching can be stopped at the InGaAsP layer.

これに対して、エッチング停止層として通常構造のGa
InPを用いると、エッチング条件に依存するものの、第
2のp型クラッド層105bとGaInP層との間のエッチング
選択比として、約10という小さい値しか得られない。こ
のため、GaInP層でエッチングを確実に停止することが
できずにオーバーエッチングが生じて、レーザの動作特
性にばらつきが発生することがある。また、活性層近傍
までエッチングが進行してしまうと、信頼性が低下する
可能性がある。これに対して、エッチング停止層として
の機能と可飽和吸収層としての機能とを兼ね備えるInGa
AsP層を用いれば、第2のp型クラッド層とInGaAsPとの
間のエッチング選択比として、約20という大きな値を得
ることができる。これによって、半導体レーザの作製プ
ロセスが容易に行えるようになる。
On the other hand, Ga having a normal structure is used as an etching stop layer.
When InP is used, the etching selectivity between the second p-type cladding layer 105b and the GaInP layer can be as small as about 10, although it depends on the etching conditions. For this reason, etching cannot be reliably stopped at the GaInP layer, and over-etching occurs, which may cause variations in the operating characteristics of the laser. Further, if the etching proceeds to the vicinity of the active layer, the reliability may be reduced. On the other hand, InGa has both a function as an etching stop layer and a function as a saturable absorption layer.
When an AsP layer is used, a large value of about 20 can be obtained as an etching selectivity between the second p-type cladding layer and InGaAsP. Thereby, the manufacturing process of the semiconductor laser can be easily performed.

以上に述べた様に、可飽和吸収層としてInGaAsP層を
用いることは、半導体レーザの動作特性及び作製プロセ
スの双方の点で、大きな効果がもさらされる。
As described above, the use of the InGaAsP layer as the saturable absorption layer has a significant effect in terms of both the operating characteristics of the semiconductor laser and the manufacturing process.

ところで、半導体レーザの作成では、基板上に積層構
造を成長してレーザ構造を形成した後に、劈開により共
振器端面を形成する。このとき、本実施形態では、基板
として傾斜基板を用いているので、劈開工程での応力の
印加方向に注意する必要がある。この点を以下に説明す
る。
By the way, in producing a semiconductor laser, after forming a laser structure by growing a laminated structure on a substrate, a cavity end face is formed by cleavage. At this time, in the present embodiment, since the inclined substrate is used as the substrate, it is necessary to pay attention to the direction in which the stress is applied in the cleavage step. This will be described below.

図7は、半導体レーザの共振器端面、すなわちGsAs基
板の(0−1−1)面をみた結晶構造を模式的に表す図
である。図中で、「A−B」として示している点線で箇
所が基板の表面であり、この表面上に結晶が成長され
る。原始的にみると基板表面は階段状になっていて、こ
れは原子ステップに相当する。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a crystal structure of the cavity facet of the semiconductor laser, that is, the (0-1-1) plane of the GsAs substrate. In the figure, a dotted line indicated as “AB” is a surface of the substrate, and a crystal is grown on this surface. Primitively, the substrate surface has a step-like shape, which corresponds to an atomic step.

ここで、先にも述べたように、基板は、(100)面の
面方位から[0−1−1]方向に約8度傾斜している。
この点を考慮して、個々の半導体レーザ100のチップを
得るために結晶(基板)を劈開する際には、図7でBか
らAに向けて応力を印加する。これは、上記と逆方向に
(すなわち、AからBに向けて)応力をかけると、Aか
らBに向かって生じていくべき結晶の割れが、劈開工程
の途中から(100)面に沿った方向に進み、確実な劈開
が実現されない結果になるからである。そのような状況
は劈開による不良となり、製造歩留まりを低下させる。
従って、劈開は、図中でBからAに向って行う。
Here, as described above, the substrate is inclined by about 8 degrees in the [0-1-1] direction from the plane orientation of the (100) plane.
Taking this point into account, when cleaving the crystal (substrate) to obtain individual semiconductor laser 100 chips, stress is applied from B to A in FIG. This is because when a stress is applied in a direction opposite to the above (ie, from A to B), a crystal crack to be generated from A to B is formed along the (100) plane during the cleavage process. This is because a certain cleavage is not realized. Such a situation results in a defect due to cleavage and lowers the production yield.
Therefore, cleavage is performed from B to A in the figure.

このような劈開の方向性に関する特徴は、GsAs基板に
限られることではなく、傾斜基板であれば、その他の材
料から構成されている基板にもあてはまる。より一般的
に述べれば、ジャスト面(図7の例では(100)面)と
傾斜基板面とのなす角度としてより小さい角度が得られ
る方向(図7の例ではB)から、傾斜している方向に向
かって応力をかけることによって、基板を劈開する。
Such a feature relating to the directionality of cleavage is not limited to the GsAs substrate, but also applies to a substrate made of another material as long as it is an inclined substrate. More generally, the inclination is from a direction (B in the example of FIG. 7) in which a smaller angle can be obtained as an angle between the just surface (the (100) plane in the example of FIG. 7) and the inclined substrate surface. The substrate is cleaved by applying a stress in the direction.

基板の劈開によって端面を形成した後に、得られた端
面(共振器端面)にコーティング処理を施す。具体的に
は、例えば、端面に近い側から、SiO2膜及びSiN膜の対
を所定の対数だけECRスパッタリング法によって積層す
る。ここで、SiO2膜及びSiN膜の厚さは、それぞれλ/4
(但し、λは発振波長)に相当するように設定する。
After forming an end face by cleaving the substrate, the obtained end face (resonator end face) is subjected to a coating process. Specifically, for example, a predetermined number of pairs of the SiO 2 film and the SiN film are stacked from the side close to the end face by the ECR sputtering method. Here, the thicknesses of the SiO 2 film and the SiN film are respectively λ / 4
(Where λ is the oscillation wavelength).

(第2の実施形態) 図8は、本発明の第2の実施形態における自励発振特
性を有する半導体レーザ200の構造を示す断面図であ
る。
Second Embodiment FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor laser 200 having self-pulsation characteristics according to a second embodiment of the present invention.

半導体レーザ200においては、n型GsAs基板701の上
に、バッファ層702、n型AlGaInPクラッド層703、GaInP
井戸層を含む多重量子井戸活性層704、AlGaInPからなる
第1のp型クラッド層705a、p型光ガイド層707、AlGaI
nPからなる第2のp型クラッド層705b、及びInGaAsP量
子井戸可飽和吸収層706が、順次形成されている。可飽
和吸収層706の上には、AlGaInPからなる第3のp型クラ
ッド層705c及びp型GaInPコンタクト層710が形成されて
いる。第3のp型クラッド層705c及びp型コンタクト層
710はリッジ状に形成されていて、そのリッジの両側
は、n型GsAs電流ブロック層711で埋め込まれている。
さらに、p型コンタクト層710及びn型電流ブロック層7
11の上には、p型GsAsキャップ層712が形成されてい
る。そして、キャップ層712の上にはp電極713が形成さ
れ、一方、基板701の裏面にはn電極714が形成されてい
る。
In the semiconductor laser 200, a buffer layer 702, an n-type AlGaInP cladding layer 703, and a GaInP
Multiple quantum well active layer 704 including a well layer, first p-type cladding layer 705a made of AlGaInP, p-type light guide layer 707, AlGaI
A second p-type cladding layer 705b made of nP and an InGaAsP quantum well saturable absorption layer 706 are sequentially formed. On the saturable absorption layer 706, a third p-type cladding layer 705c made of AlGaInP and a p-type GaInP contact layer 710 are formed. Third p-type cladding layer 705c and p-type contact layer
710 is formed in a ridge shape, and both sides of the ridge are embedded with an n-type GsAs current blocking layer 711.
Further, the p-type contact layer 710 and the n-type current block layer 7
A p-type GsAs cap layer 712 is formed on 11. Then, a p-electrode 713 is formed on the cap layer 712, while an n-electrode 714 is formed on the back surface of the substrate 701.

図9に、半導体レーザ200の活性層704及びその近傍に
おける(AlxGa1-x0.5In0.5PのAl組成xの変化を示
す。図示されているように、半導体レーザ200では、n
型クラッド層703、第1、第2及び第3のp型クラッド
層105a、105b及び105cにおけるAl組成xを、0.7として
いる。
FIG. 9 shows a change in the Al composition x of (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P in the active layer 704 of the semiconductor laser 200 and the vicinity thereof. As shown, in the semiconductor laser 200, n
The Al composition x in the mold cladding layer 703 and the first, second, and third p-type cladding layers 105a, 105b, and 105c is set to 0.7.

本実施形態の半導体レーザ200では、活性層704として
多重量子井戸活性層704を使用していることに加えて、
可飽和吸収層706としても量子井戸層を使用している。
なお、可飽和吸収層706の構成材料は、InGaAsPである。
In the semiconductor laser 200 of the present embodiment, in addition to using the multiple quantum well active layer 704 as the active layer 704,
The quantum well layer is also used as the saturable absorption layer 706.
Note that the constituent material of the saturable absorption layer 706 is InGaAsP.

さらに、本実施形態の半導体レーザ200では、可飽和
吸収層706の近傍に光ガイド層707が設けられている。こ
こで、光ガイド層707が設けられる理由は、以下の通り
である。
Further, in the semiconductor laser 200 of the present embodiment, the light guide layer 707 is provided near the saturable absorption layer 706. Here, the reason for providing the light guide layer 707 is as follows.

可飽和吸収層706が量子井戸層である場合には、全体
的な層の厚さが減少するために、可飽和吸収層706への
光の閉じ込め率(光閉じ込め係数)が極端に減少する。
その結果、可飽和吸収層706で光が十分に吸収されず、
利得の飽和が十分に生じなくなる。このため、そのまま
では、自励発振が生じない。これに対して、上記のよう
な光ガイド層707を設ければ、可飽和吸収層706への光の
閉じ込め率(光閉じ込め係数)を増加させることができ
る。具体的には、光ガイド層707を設けることで、可飽
和吸収層706への光の閉じ込め率(光閉じ込め係数)を
少なくとも約1.2%程度以上の値に設定すれば、自励発
振を生じさせることが可能となる。
When the saturable absorption layer 706 is a quantum well layer, the overall thickness of the layer is reduced, so that the light confinement rate (light confinement coefficient) of the light into the saturable absorption layer 706 is extremely reduced.
As a result, light is not sufficiently absorbed by the saturable absorption layer 706,
Saturation of the gain does not occur sufficiently. Therefore, no self-excited oscillation occurs as it is. On the other hand, if the light guide layer 707 as described above is provided, the light confinement rate (light confinement coefficient) of the light in the saturable absorption layer 706 can be increased. Specifically, by providing the light guide layer 707, if the light confinement rate (light confinement coefficient) to the saturable absorption layer 706 is set to a value of at least about 1.2% or more, self-excited oscillation occurs. It becomes possible.

可飽和吸収層706が量子井戸層であると、その厚さが
薄くなる。そのため、可飽和吸収層706への光の閉じ込
め率(光閉じ込め係数)を、光ガイド層707を設けずに
可飽和吸収層706のみによって、自励発振に必要な大き
さに設定することができない。一方、光閉じ込め率(光
閉じ込め係数)を増加させる目的で可飽和吸収層706を
構成する量子井戸層の数を増加させると、可飽和吸収層
706の全体体積が実質的に増加して、キャリア密度が小
さくなり、自励発振が生じなくなる。
When the saturable absorption layer 706 is a quantum well layer, its thickness becomes thin. Therefore, the light confinement ratio (light confinement coefficient) of light in the saturable absorption layer 706 cannot be set to a size necessary for self-pulsation by the saturable absorption layer 706 alone without providing the light guide layer 707. . On the other hand, when the number of quantum well layers constituting the saturable absorption layer 706 is increased for the purpose of increasing the optical confinement ratio (optical confinement coefficient), the saturable absorption layer
The overall volume of 706 substantially increases, the carrier density decreases, and self-sustained pulsation no longer occurs.

本願発明者らが明らかにしたところでは、可飽和吸収
層706の層数を増やして可飽和吸収層706への光の閉じ込
め率(光閉じ込め係数)を増加させても、自励発振は得
られなかった。これに対して、本発明によれば、(1)
可飽和吸収層706の体積を増加させない、及び(2)光
ガイド層707を設ける、という2つの条件の組み合わせ
によって、自励発振を初めて実現することができた。
The inventors of the present application have revealed that self-excited oscillation can be obtained even if the number of layers of the saturable absorption layer 706 is increased to increase the light confinement ratio (light confinement coefficient) to the saturable absorption layer 706. Did not. On the other hand, according to the present invention, (1)
Self-sustained pulsation was realized for the first time by a combination of the two conditions of not increasing the volume of the saturable absorption layer 706 and (2) providing the light guide layer 707.

本実施形態の半導体レーザ200において、多重量子井
戸活性層704は、全体の厚さが約50オングストロームの
量子井戸構造を有しており、含まれる井戸層の数は3で
ある。また、量子井戸構造に含まれるバリア層として
は、Al組成x=0.5であるAlGaInPを用いている。
In the semiconductor laser 200 of the present embodiment, the multiple quantum well active layer 704 has a quantum well structure with a total thickness of about 50 Å, and includes three well layers. AlGaInP having an Al composition x = 0.5 is used as a barrier layer included in the quantum well structure.

一方、量子井戸可飽和吸収層706に関連する光ガイド
層707には、Al組成x=0.5であるAlGaInPを用いてお
り、その厚さは約1000オングストロームである。光ガイ
ド層707としての所期の目的を達成するためには、その
厚さは約200Å以上であればよい。
On the other hand, for the light guide layer 707 related to the quantum well saturable absorption layer 706, AlGaInP having an Al composition x = 0.5 is used, and its thickness is about 1000 Å. In order to achieve the intended purpose of the light guide layer 707, its thickness may be about 200 mm or more.

ここで、図10には、光ガイド層707の厚さと活性層704
及び可飽和吸収層706における光閉じ込め率(光閉じ込
め係数)との関係を示す。これより、光ガイド層707の
厚さが約300オングストローム以上であれば、可飽和吸
収層706への光の閉じ込め率(光閉じ込め係数)を約1.2
%以上とすることができる。これによって、先に説明し
たように、自励発振を確実に生じさせることが可能にな
る。一方、光ガイド層707が厚すぎると、活性層704への
光の閉じ込め率(光閉じ込め係数)が小さくなり、閾値
電流の増加を招く恐れがある。活性層704への光の閉じ
込め率(光閉じ込め係数)は、約5%以上であることが
望ましい。この点を考慮すれば、図10より、光ガイド層
707の厚さは約1200Å以下であることが望ましい。
Here, FIG. 10 shows the thickness of the light guide layer 707 and the active layer 704.
6 shows the relationship between the saturable absorption layer 706 and the light confinement ratio (light confinement coefficient). Thus, if the thickness of the light guide layer 707 is about 300 Å or more, the light confinement rate (light confinement coefficient) of the light into the saturable absorption layer 706 is about 1.2.
% Or more. This makes it possible to reliably generate self-excited oscillation as described above. On the other hand, if the light guide layer 707 is too thick, the light confinement ratio (light confinement coefficient) of the light into the active layer 704 becomes small, which may increase the threshold current. It is desirable that the light confinement rate (light confinement coefficient) in the active layer 704 is about 5% or more. Considering this point, FIG. 10 shows that the light guide layer
Preferably, the thickness of 707 is less than about 1200 °.

従って、光ガイド層707の厚さは、約300オングストロ
ーム以上且つ約1200オングストローム以下であることが
望ましい。
Therefore, it is desirable that the thickness of the light guide layer 707 is not less than about 300 Å and not more than about 1200 Å.

実際に製作した半導体レーザ200のサンプルでは、約1
0℃から約80℃までの広い温度範囲で自励発振が生じ
る。また、上記の温度範囲において、約−135dB/Hz以下
という安定した相対強度雑音(RIN)特性が得られてい
る。
In the actual sample of semiconductor laser 200, about 1
Self-excited oscillation occurs in a wide temperature range from 0 ° C to about 80 ° C. In the above temperature range, stable relative intensity noise (RIN) characteristics of about -135 dB / Hz or less are obtained.

以上のように本実施形態では、半導体レーザ200の活
性層704に量子井戸構造を導入することによって、最高
光出力が約2割程度増加している。さらに、閾値電流値
の低減や高出力化が実現されるとともに、高温での動作
が可能となる。これらは、以上に説明したように、可飽
和吸収層706の構成材料としてInGaAsPを用いるととも
に、光ガイド層707の設置という新規な構造を採用する
ことで、初めて実現されるものである。
As described above, in the present embodiment, the introduction of the quantum well structure into the active layer 704 of the semiconductor laser 200 increases the maximum optical output by about 20%. Further, a reduction in the threshold current value and an increase in output can be realized, and operation at a high temperature becomes possible. These are realized only by using InGaAsP as a constituent material of the saturable absorption layer 706 and adopting a novel structure in which the light guide layer 707 is provided as described above.

さらに、動作特性をより向上させる目的で活性層704
や可飽和吸収層706に歪量子井戸構造を用いる場合であ
っても、本発明に従えば自励発振特性を有する半導体レ
ーザを得ることができることは言うまでもない。
Further, the active layer 704 is used for further improving the operation characteristics.
Needless to say, even when a strained quantum well structure is used for the saturable absorption layer 706, a semiconductor laser having self-pulsation characteristics can be obtained according to the present invention.

(第3の実施形態) 図11は、本発明の第3の実施形態における自励発振特
性を有する半導体レーザ300の構造を示す断面図であ
る。
Third Embodiment FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor laser 300 having self-pulsation characteristics according to a third embodiment of the present invention.

半導体レーザ300においては、n型GsAs基板1001の上
に、n型AlGsAsクラッド層1002、GsAs井戸層を含む多重
量子井戸活性層1003、AlGaInPからなる第1のp型クラ
ッド層1004、及びInGaAs量子井戸可飽和吸収層1005が、
順次形成されている。可飽和吸収層1005の上には、スト
ライプ状の開口部を有するn型AlGsAs電流ブロック層10
06が形成されている。さらに、可飽和吸収層1005及び電
流ブロック層1006の上には、AlGsAsからなる第2のp型
クラッド層1007が形成され、さらにその上にはp型GsAs
キャップ層1008が形成されている。そして、キャップ層
1008の上にはp電極1009が形成され、一方、基板1001の
裏面にはn電極1010が形成されている。
In the semiconductor laser 300, on an n-type GsAs substrate 1001, an n-type AlGsAs cladding layer 1002, a multiple quantum well active layer 1003 including a GsAs well layer, a first p-type cladding layer 1004 made of AlGaInP, and an InGaAs quantum well Saturable absorption layer 1005,
They are formed sequentially. On the saturable absorption layer 1005, an n-type AlGsAs current blocking layer 10 having a stripe-shaped opening is provided.
06 is formed. Further, a second p-type cladding layer 1007 made of AlGsAs is formed on the saturable absorption layer 1005 and the current blocking layer 1006, and further a p-type GsAs
A cap layer 1008 is formed. And the cap layer
A p-electrode 1009 is formed on 1008, while an n-electrode 1010 is formed on the back surface of the substrate 1001.

上述した各層の典型的な厚さは、それぞれ以下の通り
である。
The typical thickness of each layer described above is as follows.

表 2 名 称 参照番号 厚さ キャップ層 1008 3μm 第2のp型クラッド層 1007 0.9μm 電流ブロック層 1006 0.6μm 可飽和吸収層 1005 50Å 第1のp型クラッド層 1004 0.15μm 多重量子井戸活性層 1003 300Å n型クラッド層 1002 1.0μm 上記において、多重量子井戸活性層1003については、
全体の厚さを示している。
Table 2 Name Reference number Thickness Cap layer 1008 3 μm Second p-type cladding layer 1007 0.9 μm Current blocking layer 1006 0.6 μm Saturable absorption layer 1005 50Å First p-type cladding layer 1004 0.15 μm Multiple quantum well active layer 1003 300Å n-type cladding layer 1002 1.0 μm In the above, for the multiple quantum well active layer 1003,
The total thickness is shown.

表2に示すように、半導体レーザ300では、可飽和吸
収層1005の厚さを約50Åに設定している。可飽和吸収層
1005が厚いと、その体積が大きくなりすぎるためにキャ
リア密度が大きくなり難くなる。そのため、可飽和吸収
層1005の内部におけるキャリア密度の変化、すなわちキ
ャリアの強い振動が生じ難くなって、結果として自励発
振特性が得られ難くなる。このため、可飽和吸収層1005
は薄い方が望ましい。
As shown in Table 2, in the semiconductor laser 300, the thickness of the saturable absorption layer 1005 is set to about 50 °. Saturable absorption layer
If 1005 is too thick, its volume becomes too large, so that it is difficult to increase the carrier density. For this reason, a change in the carrier density inside the saturable absorption layer 1005, that is, strong vibration of the carrier is unlikely to occur, and as a result, it is difficult to obtain self-excited oscillation characteristics. Therefore, the saturable absorption layer 1005
Should be thinner.

InGaAs可飽和吸収層1005の組成は、例えば、In0.2Ga
0.8Asとする。この組成を有するInGaAsの格子定数は、
基板1001を構成するGsAsの格子定数よりも大きく、結果
として、可飽和吸収層1005に圧縮応力が印加されてい
る。これより、半導体レーザ300における可飽和吸収層1
005は、歪量子井戸構造を有していることになる。
The composition of the InGaAs saturable absorption layer 1005 is, for example, In 0.2 Ga
0.8 As The lattice constant of InGaAs having this composition is
The lattice constant is larger than the lattice constant of GsAs forming the substrate 1001, and as a result, a compressive stress is applied to the saturable absorption layer 1005. Thus, the saturable absorption layer 1 in the semiconductor laser 300 is
005 has a strained quantum well structure.

図12に、GsAs及びInGaAsの利得特性(キャリア密度と
利得との関係)を示す。これより、InGaAsの方が利得特
性曲線の傾きが大きいことがわかる。
FIG. 12 shows gain characteristics (relationship between carrier density and gain) of GsAs and InGaAs. This shows that the slope of the gain characteristic curve is larger in InGaAs.

先にも述べたように、本願発明者らによる検討では、
可飽和吸収層を有する半導体レーザにおいては、可飽和
吸収層に用いる材料の利得特性の傾き(キャリア密度の
変化に対する利得の変化の割合)が大きいほど、自励発
振特性が容易に得られやすいことが明らかになった。言
い換えれば、利得特性曲線の傾きが大きいほど、自励発
振には有利である。これは、以下のように説明される。
自励発振特性を得るためには、可飽和吸収層の内部にお
けるキャリアの強い振動が要求される。ここで、利得特
性曲線の傾きが大きいほど、より少ない光の吸収でキャ
リア密度を変化させることが可能となる。その結果、利
得特性曲線の傾きが大きいほど、キャリアの振動が生じ
やすくなり、自励発振現象が生じ易くなる。
As mentioned earlier, in the study by the present inventors,
In a semiconductor laser having a saturable absorption layer, the larger the slope of the gain characteristic of the material used for the saturable absorption layer (the ratio of the change in gain to the change in carrier density), the easier it is to obtain self-pulsation characteristics. Was revealed. In other words, the greater the slope of the gain characteristic curve, the more advantageous for self-sustained pulsation. This is explained as follows.
In order to obtain self-sustained pulsation characteristics, strong vibration of carriers inside the saturable absorption layer is required. Here, as the slope of the gain characteristic curve is larger, the carrier density can be changed with less light absorption. As a result, the larger the slope of the gain characteristic curve, the more easily the carrier is oscillated, and the more easily the self-excited oscillation phenomenon occurs.

実際に製作した半導体レーザ300のサンプルでは、約1
0℃から約100℃までの広い温度範囲で自励発振が生じ
る。また、上記の温度範囲において、約−135dB/Hz以下
という安定した相対強度雑音(RIN)特性が得られてい
る。
In the sample of the actually manufactured semiconductor laser 300, about 1
Self-excited oscillation occurs in a wide temperature range from 0 ° C to about 100 ° C. In the above temperature range, stable relative intensity noise (RIN) characteristics of about -135 dB / Hz or less are obtained.

以上のように本実際形態では、可飽和吸収層1005の構
成材料としてInGaAsという新規な材料を用いることによ
って、例えばGsAsなどの他の材料によって可飽和吸収層
を構成する場合に比べて、閾値電流が低減されるととも
に高温での動作が可能になる。なお、以上ではInGaAsか
らなる可飽和吸収層を例として説明しているが、InGaAs
Pを用いて可飽和吸収層を構成しても、上記と同様の効
果を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, by using a new material called InGaAs as a constituent material of the saturable absorption layer 1005, compared with the case where the saturable absorption layer is formed of another material such as GsAs, the threshold current is increased. And operation at high temperatures becomes possible. In the above description, the saturable absorption layer made of InGaAs is described as an example.
Even when the saturable absorption layer is formed using P, the same effect as described above can be obtained.

(第4の実施形態) 図13は、本発明の第4の実施形態における自励発振特
性を有する半導体レーザ400の構造を示す断面図であ
る。
Fourth Embodiment FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor laser 400 having self-pulsation characteristics according to a fourth embodiment of the present invention.

半導体レーザ400の構造は、図11を参照して説明した
半導体レーザ300の構造に類似している。対応する構成
要素には同じ参照番号を付しており、それらに関する説
明はここでは省略する。
The structure of the semiconductor laser 400 is similar to the structure of the semiconductor laser 300 described with reference to FIG. Corresponding components have the same reference numbers allotted, and description thereof will not be repeated here.

半導体レーザ400の構成が半導体レーザ300の構成から
異なっているのは、可飽和吸収層1000が第2のp型クラ
ッド層1007の中に設けられている点、電流ブロック層10
06の中にモード制御層1012が設けられている点、及び、
電流ブロック層1006に開口部を形成するためのエッチン
グを制御する目的のエッチング停止層1011が設けられて
いる点である。
The configuration of the semiconductor laser 400 is different from the configuration of the semiconductor laser 300 in that the saturable absorption layer 1000 is provided in the second p-type cladding layer 1007,
06, a mode control layer 1012 is provided, and
The point is that an etching stop layer 1011 for controlling the etching for forming the opening in the current blocking layer 1006 is provided.

エッチング停止層1011は薄い層であり、この層1011に
よる光の吸収はほとんどない。従って、活性層1003で生
じた光は、エッチング停止層1011ではほとんど吸収され
ずに第2のp型クラッド層1007の中にも広がり、第2の
p型クラッド層1007の中に形成された可飽和吸収層1000
によって吸収される。この可飽和吸収層1000による光吸
収は飽和し、その後に利得をもつ。その結果、キャリア
の振動が生じて、自励発振特性をもつことになる。
The etching stop layer 1011 is a thin layer, and the layer 1011 hardly absorbs light. Accordingly, the light generated in the active layer 1003 is hardly absorbed by the etching stop layer 1011 and spreads into the second p-type cladding layer 1007, and the light generated in the second p-type cladding layer 1007 can be formed. Saturated absorption layer 1000
Is absorbed by The light absorption by the saturable absorption layer 1000 is saturated, and thereafter has a gain. As a result, the carrier vibrates to have self-excited oscillation characteristics.

上記のような半導体レーザ400の構造では、例えば、
電流ブロック層1006を構成するAlGsAsのAl組成を0.6と
し、第1のクラッド層1004及び第2クラッド層1007を構
成するAlGsAsのAl組成を0.4とすることによって、活性
層1003のうちで電流ブロック層1006の開口部直下の領域
における実効屈折率が、その両側の領域(すなわち、活
性層1003のうちで電流ブロック層1006によって覆われて
いる領域)における実効屈折率よりも高くなる。これよ
り、実屈折率導波型レーザ構造を得ることができて、高
出力且つ低閾値電流特性を有する半導体レーザを実現す
ることができる。
In the structure of the semiconductor laser 400 as described above, for example,
By setting the Al composition of AlGsAs constituting the current blocking layer 1006 to 0.6 and the Al composition of AlGsAs constituting the first cladding layer 1004 and the second cladding layer 1007 to 0.4, the current blocking layer in the active layer 1003 is formed. The effective refractive index in a region immediately below the opening of 1006 is higher than the effective refractive index in the region on both sides thereof (that is, the region of the active layer 1003 covered by the current blocking layer 1006). Thus, a real refractive index guided laser structure can be obtained, and a semiconductor laser having high output and low threshold current characteristics can be realized.

さらに、本実施形態の半導体レーザ400では、電流ブ
ロック層1006の中にモード制御層1012を設けている。こ
のモード制御層1012は、可飽和吸収層1000による光の吸
収が大きい場合に、光の電界が電流ブロック層1006の下
のみに存在して開口部の下に存在しなくなることを防ぐ
目的で、設けられている。モード制御層1012が設けられ
ていると、光はこの層1012でも吸収される。これによっ
て、光は電流ブロック層1006の開口部の下にも存在し得
て、結果的に横モード発振が実現されることになる。
Further, in the semiconductor laser 400 of the present embodiment, the mode control layer 1012 is provided in the current blocking layer 1006. This mode control layer 1012 is for the purpose of preventing the electric field of light from being present only under the current blocking layer 1006 and not under the opening when the light absorption by the saturable absorption layer 1000 is large. Is provided. When the mode control layer 1012 is provided, light is also absorbed in this layer 1012. As a result, light can also exist below the opening of the current blocking layer 1006, and consequently, transverse mode oscillation is realized.

以上のように、本実施形態では、実屈折率導波型レー
ザ構造をすることで、半導体レーザの閾値電流が低減さ
れる。さらに、低出力状態では自励発振特性を得なが
ら、高出力化も達成することができる。さらに、電流ブ
ロック層1006の中にモード制御層1012を設けることで、
電流ブロック層1006の開口部の直下で光のモードが分離
することを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the threshold current of the semiconductor laser is reduced by using the real refractive index guided laser structure. Further, in the low output state, high output can be achieved while obtaining self-excited oscillation characteristics. Further, by providing the mode control layer 1012 in the current block layer 1006,
Light modes can be prevented from being separated just below the opening of the current blocking layer 1006.

(第5の実施形態) 図14は、本発明の第5の実施形態として、AlGaInP系
赤色半導体レーザ500の構造を示す断面図である。
Fifth Embodiment FIG. 14 is a cross-sectional view showing a structure of an AlGaInP-based red semiconductor laser 500 as a fifth embodiment of the present invention.

半導体レーザ500の構造及び機能は、図13を参照して
説明した第4の実施形態の半導体レーザ400とほぼ同様
である。相違点は、本実施形態の半導体レーザ500で
は、構成材料としてAlGaInPを使用している点である。
半導体レーザ500(図14)の構成において、半導体レー
ザ400(図13)の構成に含まれる各構成要素(基板及び
層)に対応する構成要素には、半導体レーザ400(図1
3)の参照番号に「400」を加えた値を、参照番号として
付している。例えば、図14に示す半導体レーザ500に含
まれる基板1401は、図13に示す半導体レーザ400に含ま
れる基板1001に対応する。これより、半導体レーザ500
の構成に関する詳細な説明は省略する。
The structure and function of the semiconductor laser 500 are almost the same as those of the semiconductor laser 400 according to the fourth embodiment described with reference to FIG. The difference is that the semiconductor laser 500 of the present embodiment uses AlGaInP as a constituent material.
In the configuration of the semiconductor laser 500 (FIG. 14), components corresponding to each component (substrate and layer) included in the configuration of the semiconductor laser 400 (FIG. 13) include the semiconductor laser 400 (FIG. 1).
The value obtained by adding “400” to the reference number in 3) is given as the reference number. For example, a substrate 1401 included in the semiconductor laser 500 illustrated in FIG. 14 corresponds to the substrate 1001 included in the semiconductor laser 400 illustrated in FIG. From this, the semiconductor laser 500
A detailed description of the configuration is omitted.

半導体レーザ500の活性層1403の多重量子井戸構造に
おいて、井戸層の組成はGa0.5In0.5Pであり、障壁層の
組成は(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pである。また、n型ク
ラッド層1402、第1のp型クラッド層1404、及び第2の
p型クラッド層1407の組成は、それぞれ(Al0.7Ga0.3
0.5In0.5Pである。さらに、電流ブロック層1406、可飽
和吸収層1400、及びモード制御層1412の組成は、(Al
0.5Ga0.50.5In0.5Pである。但し、可飽和吸収層1400
及びモード制御層1412は、In0.2Ga0.8Asであってもよ
い。
In the multiple quantum well structure of the active layer 1403 of the semiconductor laser 500, the composition of the well layer is Ga 0.5 In 0.5 P, and the composition of the barrier layer is (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P. The compositions of the n-type cladding layer 1402, the first p-type cladding layer 1404, and the second p-type cladding layer 1407 are each (Al 0.7 Ga 0.3 )
0.5 In 0.5 P. Further, the compositions of the current blocking layer 1406, the saturable absorption layer 1400, and the mode control layer 1412 are (Al
0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P. However, saturable absorption layer 1400
The mode control layer 1412 may be made of In 0.2 Ga 0.8 As.

上記のような構成を有する本実施形態の半導体レーザ
500は、第4の実施形態における半導体レーザ400と同様
の効果を有する。なお、その発振波長は、約660nmの赤
色領域である。
Semiconductor laser of the present embodiment having the above configuration
500 has the same effect as the semiconductor laser 400 in the fourth embodiment. The oscillation wavelength is in a red region of about 660 nm.

以上の説明では、第1のp型クラッド層1404の組成を
(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pとしているが、高温動作にお
ける電子のオーバーフローの防止という観点からは、上
記(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層よりも大きいバンドギャ
ップを有する(AlGa)InPN層を用いてもよい。この(Al
Ga)InPN層は、約900℃程度の温度でNH3ガスを流すこと
で、成長させることができる。また、(AlGa)InPN層の
成長にあたっては、原子半径の小さいN(窒素)元素が
入る分だけ原子半径の大きいIn(インジウム)元素の量
を大きくすることで、GsAs基板の格子定数に一致した格
子定数を有する層として、成長させることができる。具
体的な組成は、例えば、(Al0.7Ga0.30.4In0.60.9
0.1とする。このように、(AlGa)InNP層を第1のp
型クラッド層1404とすれば、高温動作時であっても電子
のオーバーフローを防止することができて、半導体レー
ザの温度特性を向上することができる。
In the above description, the composition of the first p-type cladding layer 1404 is (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, but from the viewpoint of preventing electron overflow during high-temperature operation, the above (Al 0.7 Ga 0.3 ) An (AlGa) InPN layer having a band gap larger than the 0.5 In 0.5 P layer may be used. This (Al
The Ga) InPN layer can be grown by flowing NH 3 gas at a temperature of about 900 ° C. Also, in growing the (AlGa) InPN layer, the amount of the In (indium) element having a large atomic radius was increased by the amount of the N (nitrogen) element having a small atomic radius to match the lattice constant of the GsAs substrate. It can be grown as a layer having a lattice constant. The specific composition is, for example, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.4 In 0.6 P 0.9
N is assumed to be 0.1 . Thus, the (AlGa) InNP layer is formed by the first p
The mold cladding layer 1404 can prevent the overflow of electrons even during high-temperature operation, and can improve the temperature characteristics of the semiconductor laser.

さらに、(AlGa)InNP層を使用すると、AlGaInP層と
(AlGa)InNP層との間で選択エッチングを実現すること
が可能であるので、エッチング停止層を別に設ける必要
がなく、製造工程が簡略化される。
Furthermore, when the (AlGa) InNP layer is used, it is possible to realize selective etching between the AlGaInP layer and the (AlGa) InNP layer, so that there is no need to provide a separate etching stop layer, and the manufacturing process is simplified. Is done.

産業上の利用の可能性 以上に説明したように、本発明の半導体レーザでは、
InGaAsP(但し、その組成はInxGa1-xAsyP1-y(0<x<
1、0≦y≦1)と表すことができる)からなる可飽和
吸収層を設けることによって、GaInPからなる可飽和吸
収層が用いられる場合に比べて、利得特性曲線の傾き
(キャリア密度に対する利得の変化の割合)を大きくす
ることができる。これにより、少ない光の吸収でキャリ
ア密度を変化させることが可能となって、キャリアの振
動が生じやすくなる。さらに同時に、可飽和吸収層のエ
ネルギーギャップを活性層のエネルギーギャップよりも
約30meVから約200meVだけ小さくすることが可能にな
る。この結果、安定した自励発振特性を容易に得ること
が可能となるとともに、相対雑音を低減することができ
る。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, in the semiconductor laser of the present invention,
InGaAsP (however, its composition is In x Ga 1-x As y P 1-y (0 <x <
By providing a saturable absorbing layer made of 1, 0 ≦ y ≦ 1), the slope of the gain characteristic curve (gain with respect to carrier density) can be improved compared to the case where a saturable absorbing layer made of GaInP is used. Change rate) can be increased. This makes it possible to change the carrier density with a small amount of light absorption, and the carrier is likely to vibrate. At the same time, the energy gap of the saturable absorbing layer can be made smaller than the energy gap of the active layer by about 30 meV to about 200 meV. As a result, stable self-excited oscillation characteristics can be easily obtained, and relative noise can be reduced.

また、本発明の半導体レーザでは、可飽和吸収層の厚
さを約100オングストローム以下とすることで、光の吸
収によるキャリア密度の増加を容易に生じさせることが
可能となる。これより、キャリアの振動が生じやすくな
って、安定な自励発振特性を容易に得ることが可能にな
る。
Further, in the semiconductor laser of the present invention, by setting the thickness of the saturable absorption layer to about 100 angstroms or less, it is possible to easily increase the carrier density due to light absorption. As a result, carrier oscillation is likely to occur, and stable self-excited oscillation characteristics can be easily obtained.

また、本発明の半導体レーザにおいて、実屈折率導波
型のレーザ構造とした上で、電流ブロック層の開口部の
上に位置するクラッド層の中に可飽和吸収層を設けるこ
とで、低出力領域では自励発振特性を有しながら、同時
に高出力化も可能であるような半導体レーザを提供する
ことができる。さらに、電流ブロック層の中にモード制
御層を設けることで、電流ブロック層の開口部でのレー
ザ光のモード分離を防止することができる。
In addition, in the semiconductor laser of the present invention, a low-power output is achieved by providing a real refractive index waveguide type laser structure and providing a saturable absorption layer in the cladding layer located above the opening of the current blocking layer. In the region, it is possible to provide a semiconductor laser having a self-excited oscillation characteristic and capable of simultaneously increasing the output. Further, by providing a mode control layer in the current block layer, it is possible to prevent laser light mode separation at the opening of the current block layer.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−83064(JP,A) 特開 平9−214058(JP,A) 特開 平9−205253(JP,A) 特開 平8−18160(JP,A) IEEE Photon.Tech. Lett.7[12](1995)P.1406− 1408 Appl.Phys.Lett.67 [10](1995)P.1343−1345 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 Continuation of the front page (56) References JP-A-9-83064 (JP, A) JP-A-9-214058 (JP, A) JP-A-9-205253 (JP, A) JP-A-8-18160 (JP) , A) IEEE Photon. Tech. Lett. 7 [12] (1995) p. 1406-1408 Appl. Phys. Lett. 67 [10] (1995) p. 134-1345 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】活性層と、該活性層を挟むクラッド構造
と、を備えた半導体レーザであって、 該クラッド構造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和
吸収層がInxGa1-xAsyP1-y(0<x<1、0<y≦1)
からなる、半導体レーザ。
1. A semiconductor laser comprising an active layer and a clad structure sandwiching the active layer, wherein the clad structure includes a saturable absorption layer, and the saturable absorption layer is formed of In x Ga 1. -x As y P 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1)
Consisting of a semiconductor laser.
【請求項2】前記可飽和吸収層と前記活性層との間の間
隔が約200オングストローム以上である、請求項1に記
載の半導体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a distance between said saturable absorption layer and said active layer is about 200 Å or more.
【請求項3】前記クラッド構造はさらに光ガイド層を含
み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層に隣接している、
請求項1に記載の半導体レーザ。
3. The cladding structure further includes a light guide layer, wherein the saturable absorber layer is adjacent to the light guide layer.
The semiconductor laser according to claim 1.
【請求項4】前記クラッド構造はさらに光ガイド層を含
み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置され
ている、請求項1に記載の半導体レーザ。
4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said cladding structure further includes a light guide layer, and said saturable absorption layer is disposed near said light guide layer.
【請求項5】活性層と、該活性層を挟むクラッド構造と
を備えた半導体レーザであって、該クラッド構造は可飽
和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層がInxGa1-xAsyP
1-y(0<x<1、0<y≦1)からなる半導体レーザ
であって、前記可飽和吸収層は歪量子井戸構造を有して
おり、該可飽和吸収層の基底順位間のエネルギーギャッ
プは、前記活性層のエネルギーギャップよりも約30meV
から約200meVだけ小さい半導体レーザ。
5. A semiconductor laser having an active layer and a clad structure sandwiching the active layer, wherein the clad structure includes a saturable absorbing layer, and the saturable absorbing layer is formed of In x Ga 1−. x As y P
1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1), wherein the saturable absorption layer has a strained quantum well structure, and the saturable absorption layer is located between ground orders of the saturable absorption layer. The energy gap is about 30 meV more than the energy gap of the active layer.
Semiconductor laser smaller by about 200 meV
【請求項6】前記活性層と前記可飽和吸収層を除く前記
クラッド構造とが(AlxGa1-xyIn1-yPからなる、請求
項1に記載の半導体レーザ。
6. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said cladding structure excluding said active layer and said saturable absorption layer is made of (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P.
【請求項7】活性層と、該活性層を挟むクラッド構造
と、を備えた半導体レーザであって、 該クラッド構造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和
吸収層がInxGa1-xAsyP1-y(0<x<1、0<y≦1)
からなっていて、該可飽和吸収層が歪量子井戸構造を有
している、半導体レーザ。
7. A active layer, and a cladding structure sandwiching the active layer, a semiconductor laser with a said cladding structure includes a saturable absorbing layer, the saturable absorption layer is an In x Ga 1 -x As y P 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1)
And a saturable absorption layer having a strained quantum well structure.
【請求項8】前記可飽和吸収層と前記活性層との間の間
隔が約200オングストローム以上である、請求項7に記
載の半導体レーザ。
8. The semiconductor laser according to claim 7, wherein a distance between said saturable absorption layer and said active layer is about 200 Å or more.
【請求項9】前記クラッド構造はさらに光ガイド層を含
み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層に隣接している、
請求項7に記載の半導体レーザ。
9. The optical fiber according to claim 9, wherein the cladding structure further includes a light guide layer, wherein the saturable absorbing layer is adjacent to the light guide layer.
A semiconductor laser according to claim 7.
【請求項10】前記クラッド構造はさらに光ガイド層を
含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置さ
れている、請求項7に記載の半導体レーザ。
10. The semiconductor laser according to claim 7, wherein said cladding structure further includes a light guide layer, and said saturable absorption layer is disposed near said light guide layer.
【請求項11】前記可飽和吸収層の基底順位間のエネル
ギーギャップは、前記活性層のエネルギーギャップより
も約30meVから約200meVだけ小さい、請求項7に記載の
半導体レーザ。
11. The semiconductor laser according to claim 7, wherein an energy gap between ground orders of the saturable absorbing layer is smaller than an energy gap of the active layer by about 30 meV to about 200 meV.
【請求項12】前記活性層と前記可飽和吸収層を除く前
記クラッド構造とが(AlxGa1-xyIn1-yPからなる、請
求項7に記載の半導体レーザ。
12. The semiconductor laser according to claim 7, wherein said cladding structure excluding said active layer and said saturable absorbing layer is made of (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P.
【請求項13】前記活性層と前記可飽和吸収層を除く前
記クラッド構造とがAlzGa1-zAsからなる、請求項1に記
載の半導体レーザ。
13. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said cladding structure excluding said active layer and said saturable absorption layer is made of Al z Ga 1 -z As.
【請求項14】前記可飽和吸収層の厚さが約100オング
ストローム以下である、請求項1に記載の半導体レー
ザ。
14. The semiconductor laser according to claim 1, wherein said saturable absorption layer has a thickness of about 100 angstroms or less.
【請求項15】前記可飽和吸収層の厚さが約80オングス
トローム以下である、請求項14に記載の半導体レーザ。
15. The semiconductor laser according to claim 14, wherein said saturable absorption layer has a thickness of about 80 Å or less.
【請求項16】前記クラッド構造はさらに光ガイド層を
含み、前記可飽和吸収層が該光ガイド層に隣接してい
る、請求項14に記載の半導体レーザ。
16. The semiconductor laser according to claim 14, wherein said cladding structure further includes a light guide layer, and said saturable absorption layer is adjacent to said light guide layer.
【請求項17】前記クラッド構造はさらに光ガイド層を
含み、前記可飽和吸収層は該光ガイド層の近傍に配置さ
れている、請求項14に記載の半導体レーザ。
17. The semiconductor laser according to claim 14, wherein said cladding structure further includes a light guide layer, and said saturable absorption layer is disposed near said light guide layer.
【請求項18】前記可飽和吸収層は歪量子井戸構造を有
しており、該可飽和吸収層の基底順位間のエネルギーギ
ャップは、前記活性層のエネルギーギャップよりも約30
meVから約200meVだけ小さい、請求項14に記載の半導体
レーザ。
18. The saturable absorption layer has a strained quantum well structure, and the energy gap between ground orders of the saturable absorption layer is about 30 times smaller than the energy gap of the active layer.
15. The semiconductor laser of claim 14, wherein the semiconductor laser is about 200 meV less than meV.
【請求項19】活性層と、 該活性層を挟むn型クラッド層及び第1のp型クラッド
層と、 該第1のp型クラッド層の上に形成されている、開口部
を有する電流ブロック層と、 該開口部に形成されている第2のp型クラッド層と、 を備え、 該第2のp型クラッド層が可飽和吸収層を含んでいる、
半導体レーザであって、該可飽和吸収層がInxGa1-xAsyP
1-y(0<x<1、0<y≦1)からなる、半導体レー
ザ。
19. A current block having an active layer, an n-type cladding layer and a first p-type cladding layer sandwiching the active layer, and an opening formed on the first p-type cladding layer. And a second p-type cladding layer formed in the opening, wherein the second p-type cladding layer includes a saturable absorption layer.
A semiconductor laser, wherein the saturable absorber layer is In x Ga 1-x As y P
1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1), a semiconductor laser.
【請求項20】活性層と、 該活性層を挟むn型クラッド層及び第1のp型クラッド
層と、 該第1のp型クラッド層の上に形成されている、開口部
を有する電流ブロック層と、 該開口部に形成されている第2のp型クラッド層と、 を備え、 該第2のp型クラッド層が可飽和吸収層を含んでいる、
半導体レーザであって、前記電流ブロック層の中にモー
ド制御層が形成されている半導体レーザ。
20. An active layer, an n-type cladding layer sandwiching the active layer, a first p-type cladding layer, and a current block having an opening formed on the first p-type cladding layer. And a second p-type cladding layer formed in the opening, wherein the second p-type cladding layer includes a saturable absorption layer.
A semiconductor laser, wherein a mode control layer is formed in the current blocking layer.
【請求項21】活性層と、 該活性層を挟むn型クラッド層及び第1のp型クラッド
層と、 該第1のp型クラッド層の上に形成されている、開口部
を有する電流ブロック層と、 該開口部に形成されている第2のp型クラッド層と、 を備え、 該第2のp型クラッド層が可飽和吸収層を含んでいる、
半導体レーザであって、前記第1のp型クラッド層が、
前記n型クラッド層のバンドギャップよりも大きいバン
ドギャップを有する材料からなる半導体レーザ。
21. An active layer, an n-type cladding layer and a first p-type cladding layer sandwiching the active layer, and a current block having an opening formed on the first p-type cladding layer. And a second p-type cladding layer formed in the opening, wherein the second p-type cladding layer includes a saturable absorption layer.
A semiconductor laser, wherein the first p-type cladding layer comprises:
A semiconductor laser made of a material having a band gap larger than a band gap of the n-type cladding layer.
【請求項22】前記第1のP型クラッド層がAlGaInPN層
である、請求項21に記載の半導体レーザ。
22. The semiconductor laser according to claim 21, wherein said first P-type cladding layer is an AlGaInPN layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl.Phys.Lett.67[10](1995)P.1343−1345
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