JP2993397B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置、特
に活性層の水平方向での閉じ込めが良好であり且つ閾値
電流(Ith)が比較的小さい半導体レーザ装置に関連す
る。
に活性層の水平方向での閉じ込めが良好であり且つ閾値
電流(Ith)が比較的小さい半導体レーザ装置に関連す
る。
【0002】
【従来の技術】活性層の垂直方向で光の閉じ込めを行う
と共に、活性層の水平方向の実効屈折率を変えて水平方
向にも光の閉じ込めを可能とした屈折率導波機構を有す
る半導体レーザ装置は公知である。この種の半導体レー
ザ装置では、図2に示すように、n型GaAs基板
(1)の上面にn型GaAsバッファ層(2)、n型Al
GaInPクラッド層(3)、ノンドープ又は低不純物
濃度のGaInP活性層(4)及びp型AlGaInP
クラッド層(5)が順次積層形成される。更に、p型ク
ラッド層(5)には、部分的に突出する尾根状クラッド
層(7)が形成される。p型クラッド層(5)上にのみA
l0.5In0.5P電流ブロック層(6)が形成される。尾
根状クラッド層(7)の上面はp型GaInPコンタク
ト層(8)及びp型GaAsコンタクト層(9)を介して
電極(10)に接続され、GaAs基板(1)の下面には
電極(11)が形成される。
と共に、活性層の水平方向の実効屈折率を変えて水平方
向にも光の閉じ込めを可能とした屈折率導波機構を有す
る半導体レーザ装置は公知である。この種の半導体レー
ザ装置では、図2に示すように、n型GaAs基板
(1)の上面にn型GaAsバッファ層(2)、n型Al
GaInPクラッド層(3)、ノンドープ又は低不純物
濃度のGaInP活性層(4)及びp型AlGaInP
クラッド層(5)が順次積層形成される。更に、p型ク
ラッド層(5)には、部分的に突出する尾根状クラッド
層(7)が形成される。p型クラッド層(5)上にのみA
l0.5In0.5P電流ブロック層(6)が形成される。尾
根状クラッド層(7)の上面はp型GaInPコンタク
ト層(8)及びp型GaAsコンタクト層(9)を介して
電極(10)に接続され、GaAs基板(1)の下面には
電極(11)が形成される。
【0003】活性層(4)のうち尾根状クラッド層(7)
の下方に位置する領域Aは光学的にn型クラッド層
(3)とp型クラッド層(5)及び尾根状クラッド層
(7)とで挟まれている。また、活性層(4)のうち電流
ブロック層(6)の下方に位置する領域Bは光学的にn
型クラッド層(3)とp型クラッド層(5)及び電流ブロ
ック層(6)とで挟まれている。電流ブロック層(6)の
屈折率は、p型クラッド層(5)及び尾根状クラッド層
(7)の屈折率よりも小さいため、活性層(4)のうち尾
根状クラッド層(7)の下方に位置する領域Aの実効屈
折率nAは活性層(4)のうち電流ブロック層(6)の下
方に位置する領域Bの実効屈折率nBよりも大きくなり
(nA>nB)、領域Aでの光伝播が領域Bでの光伝播に
比べて支配的となり、活性層(4)の水平方向における
光閉じ込めが可能となる。また、電流ブロック層(6)
の禁制帯幅Eg1は活性層(4)の禁制帯幅Eg2より広い
から、電流ブロック層(6)による光吸収が生じないの
で、吸収損失が小さく、よって半導体レーザ装置の閾値
電流Ithは小さい。
の下方に位置する領域Aは光学的にn型クラッド層
(3)とp型クラッド層(5)及び尾根状クラッド層
(7)とで挟まれている。また、活性層(4)のうち電流
ブロック層(6)の下方に位置する領域Bは光学的にn
型クラッド層(3)とp型クラッド層(5)及び電流ブロ
ック層(6)とで挟まれている。電流ブロック層(6)の
屈折率は、p型クラッド層(5)及び尾根状クラッド層
(7)の屈折率よりも小さいため、活性層(4)のうち尾
根状クラッド層(7)の下方に位置する領域Aの実効屈
折率nAは活性層(4)のうち電流ブロック層(6)の下
方に位置する領域Bの実効屈折率nBよりも大きくなり
(nA>nB)、領域Aでの光伝播が領域Bでの光伝播に
比べて支配的となり、活性層(4)の水平方向における
光閉じ込めが可能となる。また、電流ブロック層(6)
の禁制帯幅Eg1は活性層(4)の禁制帯幅Eg2より広い
から、電流ブロック層(6)による光吸収が生じないの
で、吸収損失が小さく、よって半導体レーザ装置の閾値
電流Ithは小さい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この構造の
半導体レーザ装置では、電流ブロック層(6)を形成し
ているAl0.5In0.5Pは熱抵抗率Rthが1.6×10~
3℃/W・cm2と大きく、放熱特性が悪いという欠点が
あった。この問題を解決するために、屈折率及び禁制帯
幅がAl0.5In0.5Pの値に近く、Al0.5In0.5Pよ
りも熱抵抗率が0.25×10~3℃/W・cm2と小さい
AlAsで電流ブロック層を形成することが考えられる
が、AlAsは酸素と非常に反応し易いため、ウエハを
分割してチップ化した後に、AlAs電流ブロック層の
側面露出部分が空気中の酸素と反応し、その酸化反応が
電流ブロック層の内部にまで進行して半導体レーザ装置
の動作特性の低下を招く恐れがある。
半導体レーザ装置では、電流ブロック層(6)を形成し
ているAl0.5In0.5Pは熱抵抗率Rthが1.6×10~
3℃/W・cm2と大きく、放熱特性が悪いという欠点が
あった。この問題を解決するために、屈折率及び禁制帯
幅がAl0.5In0.5Pの値に近く、Al0.5In0.5Pよ
りも熱抵抗率が0.25×10~3℃/W・cm2と小さい
AlAsで電流ブロック層を形成することが考えられる
が、AlAsは酸素と非常に反応し易いため、ウエハを
分割してチップ化した後に、AlAs電流ブロック層の
側面露出部分が空気中の酸素と反応し、その酸化反応が
電流ブロック層の内部にまで進行して半導体レーザ装置
の動作特性の低下を招く恐れがある。
【0005】そこで、本発明は、前記問題点を解決でき
る新規な構造の半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。
る新規な構造の半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ装置では、GaAs基板(21)上にAlGaInPよ
り成る第1のクラッド層(23)と、GaInPより成る
活性層(24)と、AlGaInPより成る第2のクラッ
ド層(25)とを順次積層している。該第2のクラッド層
(25)に部分的に突出して尾根状クラッド層(27)を形
成し、前記第2のクラッド層(25)上にのみ電流ブロッ
ク層(26)を形成する。前記電流ブロック層(26)は、
厚さが0.003〜0.01μmのAl0.5In0.5Pより
成る薄層と厚さが0.003〜0.01μmのAlAsよ
り成る薄層とが交互に積層され且つ前記第2のクラッド
層(25)に隣接する第1の電流ブロック層(26a)と、
GaAsから成り且つ前記第1の電流ブロック層(26
a)を介して前記第2のクラッド層(25)に隣接する第
2の電流ブロック層(26b)とを有する。前記第1の電
流ブロック層(26a)の屈折率は前記活性層(24)、前
記第2のクラッド層(25)及び前記尾根状クラッド層
(27)のいずれの屈折率よりも小さく、前記第1の電流
ブロック層(26a)の禁制帯幅は前記活性層(24)の禁
制帯幅よりも広い。前記第1の電流ブロック層(26a)
の層厚は、前記第2のクラッド層(25)の層厚よりも大
きく且つ前記第2のクラッド層(25)の層厚の3倍以下
である。尾根状クラッド層(27)は左右から電流ブロッ
ク層(26)によって挟まれる。
ザ装置では、GaAs基板(21)上にAlGaInPよ
り成る第1のクラッド層(23)と、GaInPより成る
活性層(24)と、AlGaInPより成る第2のクラッ
ド層(25)とを順次積層している。該第2のクラッド層
(25)に部分的に突出して尾根状クラッド層(27)を形
成し、前記第2のクラッド層(25)上にのみ電流ブロッ
ク層(26)を形成する。前記電流ブロック層(26)は、
厚さが0.003〜0.01μmのAl0.5In0.5Pより
成る薄層と厚さが0.003〜0.01μmのAlAsよ
り成る薄層とが交互に積層され且つ前記第2のクラッド
層(25)に隣接する第1の電流ブロック層(26a)と、
GaAsから成り且つ前記第1の電流ブロック層(26
a)を介して前記第2のクラッド層(25)に隣接する第
2の電流ブロック層(26b)とを有する。前記第1の電
流ブロック層(26a)の屈折率は前記活性層(24)、前
記第2のクラッド層(25)及び前記尾根状クラッド層
(27)のいずれの屈折率よりも小さく、前記第1の電流
ブロック層(26a)の禁制帯幅は前記活性層(24)の禁
制帯幅よりも広い。前記第1の電流ブロック層(26a)
の層厚は、前記第2のクラッド層(25)の層厚よりも大
きく且つ前記第2のクラッド層(25)の層厚の3倍以下
である。尾根状クラッド層(27)は左右から電流ブロッ
ク層(26)によって挟まれる。
【0007】
【作用】本発明の半導体レーザ装置では、第1の電流ブ
ロック層(26a)は相対的に熱抵抗率の大きいAlAs
から成る薄層とAlAsよりも酸化し難いAl0.5In
0. 5Pから成る薄層とが交互に積層されて形成される。
このため、各薄層の特性が発揮され、第1の電流ブロッ
ク層(26a)をAl0.5In0.5P単独で形成した場合に
比べて放熱特性が良好となり、AlAs層単独で形成し
た場合に比べて酸化反応が抑制され安定した動作特性が
得られる。従って、放熱特性と動作特性の両方が良好に
達成される。尚、各薄層の厚さは、Al0.5In0.5P及
びAlAsの各々の物性が現われるために0.003μ
m以上が好ましく、AlAsが酸素と接触する面積を制
限するために0.01μm以下が好ましい。また、電流
ブロック層(26)の上層を構成する第2の電流ブロック
層(26b)はGaAsから成りAlを含有しないので、
結晶成長工程において第1の電流ブロック層(26a)表
面の酸化反応を防止する。
ロック層(26a)は相対的に熱抵抗率の大きいAlAs
から成る薄層とAlAsよりも酸化し難いAl0.5In
0. 5Pから成る薄層とが交互に積層されて形成される。
このため、各薄層の特性が発揮され、第1の電流ブロッ
ク層(26a)をAl0.5In0.5P単独で形成した場合に
比べて放熱特性が良好となり、AlAs層単独で形成し
た場合に比べて酸化反応が抑制され安定した動作特性が
得られる。従って、放熱特性と動作特性の両方が良好に
達成される。尚、各薄層の厚さは、Al0.5In0.5P及
びAlAsの各々の物性が現われるために0.003μ
m以上が好ましく、AlAsが酸素と接触する面積を制
限するために0.01μm以下が好ましい。また、電流
ブロック層(26)の上層を構成する第2の電流ブロック
層(26b)はGaAsから成りAlを含有しないので、
結晶成長工程において第1の電流ブロック層(26a)表
面の酸化反応を防止する。
【0008】更に本発明では、第1の電流ブロック層
(26a)の屈折率は活性層(24)、第2のクラッド層(2
5)及び尾根状クラッド層(27)のいずれの屈折率より
も小さいため、活性層(24)の領域Aと領域Bの実効屈
折率nAとnBはnA>nBの関係となり、従来例と同様に
活性層(24)の水平方向の光の閉じ込めが可能となる。
また、第1の電流ブロック層(26a)の禁制帯幅は活性
層(24)の禁制帯幅よりも広いために電流ブロック層
(26)による光吸収が生じないので、閾値電流Ithは小
さい。また、請求項2に記載の発明のように、第1の電
流ブロック層(26a)の層厚を第2のクラッド層(25)
の層厚よりも大きく且つ第2のクラッド層(25)の層厚
の3倍以下とすれば、nA>nBの関係が良好に得られ
る。
(26a)の屈折率は活性層(24)、第2のクラッド層(2
5)及び尾根状クラッド層(27)のいずれの屈折率より
も小さいため、活性層(24)の領域Aと領域Bの実効屈
折率nAとnBはnA>nBの関係となり、従来例と同様に
活性層(24)の水平方向の光の閉じ込めが可能となる。
また、第1の電流ブロック層(26a)の禁制帯幅は活性
層(24)の禁制帯幅よりも広いために電流ブロック層
(26)による光吸収が生じないので、閾値電流Ithは小
さい。また、請求項2に記載の発明のように、第1の電
流ブロック層(26a)の層厚を第2のクラッド層(25)
の層厚よりも大きく且つ第2のクラッド層(25)の層厚
の3倍以下とすれば、nA>nBの関係が良好に得られ
る。
【0009】
【実施例】次に、本発明による半導体レーザ装置の実施
例を図1について説明する。図1に示す実施例の半導体
レーザ装置は、300μm層厚のn型GaAs基板(2
1)の上面に、0.5μm層厚のn型GaAsより成るバ
ッファ層(22)、1μm層厚のn型(Al0.7Ga0.3)
0.5In0.5Pより成る第1のクラッド層(23)、0.0
8μm層厚のノンドープ又は低不純物濃度のGa0.5I
n0.5Pより成る活性層(24)及び0.1μm層厚のp型
(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pより成る第2のクラッ
ド層(25)を順次積層している。また、第2のクラッド
層(25)に部分的に突出して、層厚0.9μmの(Al
0.7Ga0.3)0.3In0.5Pより成る尾根状クラッド層
(27)を形成し、第2のクラッド層(25)上にのみ電流
ブロック層(26)を形成する。尾根状クラッド層(27)
の上面は0.1μm層厚のp型Ga0.5In0.5Pコンタ
クト層(28)及び2μm層厚のp型GaAsコンタクト
層(29)を介して電極(30)に接続される。GaAs基
板(21)を下面から研摩して約100μmの厚みにした
後電極(31)に接続する。
例を図1について説明する。図1に示す実施例の半導体
レーザ装置は、300μm層厚のn型GaAs基板(2
1)の上面に、0.5μm層厚のn型GaAsより成るバ
ッファ層(22)、1μm層厚のn型(Al0.7Ga0.3)
0.5In0.5Pより成る第1のクラッド層(23)、0.0
8μm層厚のノンドープ又は低不純物濃度のGa0.5I
n0.5Pより成る活性層(24)及び0.1μm層厚のp型
(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pより成る第2のクラッ
ド層(25)を順次積層している。また、第2のクラッド
層(25)に部分的に突出して、層厚0.9μmの(Al
0.7Ga0.3)0.3In0.5Pより成る尾根状クラッド層
(27)を形成し、第2のクラッド層(25)上にのみ電流
ブロック層(26)を形成する。尾根状クラッド層(27)
の上面は0.1μm層厚のp型Ga0.5In0.5Pコンタ
クト層(28)及び2μm層厚のp型GaAsコンタクト
層(29)を介して電極(30)に接続される。GaAs基
板(21)を下面から研摩して約100μmの厚みにした
後電極(31)に接続する。
【0010】図1に示す半導体レーザ装置は、厚さ0.
005μmのAl0.5In0.5Pより成る薄層と厚さ0.
005μmのAlAsより成る薄層とが交互に40回積
層された第1の電流ブロック層(26a)と、n型GaA
sから成る第2の電流ブロック層(26b)とで電流ブロ
ック層(26)を構成した点で図2に示す従来の半導体レ
ーザ装置と異なる。層厚0.4μmの第1の電流ブロッ
ク層(26a)は第2のクラッド層(25)に隣接し、層厚
0.6μmの第2の電流ブロック層(26b)は第1の電流
ブロック層(26a)を介して第2のクラッド層(25)に
隣接する。第1の電流ブロック層(26a)において、A
lAsよりも熱抵抗率の大きいAl0.5In0.5Pから成
る薄層の合計の厚さは0.2μmで、従来の半導体レー
ザ装置の1μm層厚のAl0.5In0.5P単独で形成した
電流ブロック層よりも小さいため、良好な放熱特性が得
られる。また、Al0.5In0.5Pよりも酸化しやすいA
lAsから成る薄層の合計の厚さも0.2μmで、1μ
m層厚のAlAs単独で形成した電流ブロック層よりも
小さいため、酸化反応が抑制され安定した動作特性が得
られる。
005μmのAl0.5In0.5Pより成る薄層と厚さ0.
005μmのAlAsより成る薄層とが交互に40回積
層された第1の電流ブロック層(26a)と、n型GaA
sから成る第2の電流ブロック層(26b)とで電流ブロ
ック層(26)を構成した点で図2に示す従来の半導体レ
ーザ装置と異なる。層厚0.4μmの第1の電流ブロッ
ク層(26a)は第2のクラッド層(25)に隣接し、層厚
0.6μmの第2の電流ブロック層(26b)は第1の電流
ブロック層(26a)を介して第2のクラッド層(25)に
隣接する。第1の電流ブロック層(26a)において、A
lAsよりも熱抵抗率の大きいAl0.5In0.5Pから成
る薄層の合計の厚さは0.2μmで、従来の半導体レー
ザ装置の1μm層厚のAl0.5In0.5P単独で形成した
電流ブロック層よりも小さいため、良好な放熱特性が得
られる。また、Al0.5In0.5Pよりも酸化しやすいA
lAsから成る薄層の合計の厚さも0.2μmで、1μ
m層厚のAlAs単独で形成した電流ブロック層よりも
小さいため、酸化反応が抑制され安定した動作特性が得
られる。
【0011】第1の電流ブロック層(26a)の屈折率は
n1は約3.07であり、活性層(24)の屈折率n2約3.
55並びに第2のクラッド層(25)及び尾根状クラッド
層(27)の屈折率n3約3.17よりも小さいため、活性
層(24)の領域Aと領域Bの実効屈折率nAとnBはnA
>nBの関係となり、活性層(24)の水平方向の光の閉
じ込めが可能となる。また、第1の電流ブロック層(26
a)の禁制帯幅Eg1は約2.23eVであり、活性層(2
4)の禁制帯幅Eg2の約1.92eVよりも広いために電
流ブロック層(26)による光吸収が生じないので、閾値
電流Ithは小さい。
n1は約3.07であり、活性層(24)の屈折率n2約3.
55並びに第2のクラッド層(25)及び尾根状クラッド
層(27)の屈折率n3約3.17よりも小さいため、活性
層(24)の領域Aと領域Bの実効屈折率nAとnBはnA
>nBの関係となり、活性層(24)の水平方向の光の閉
じ込めが可能となる。また、第1の電流ブロック層(26
a)の禁制帯幅Eg1は約2.23eVであり、活性層(2
4)の禁制帯幅Eg2の約1.92eVよりも広いために電
流ブロック層(26)による光吸収が生じないので、閾値
電流Ithは小さい。
【0012】本発明の実施態様は前記の実施例に限定さ
れず、変更が可能である。例えば、第1の電流ブロック
層(26a)の薄層を構成しているAlAsの代わりにA
lxGa(1-x)Asを使用してもよい。この場合、第1の
電流ブロック層(26a)の屈折率が活性層(24)及び第
2のクラッド層(25)及び尾根状クラッド層(27)の屈
折率よりも小さくなり、且つ第1の電流ブロック層(26
a)の禁制帯幅が活性層(24)の禁制帯幅より広くなる
ようにxを0.9≦x≦1に設定する。
れず、変更が可能である。例えば、第1の電流ブロック
層(26a)の薄層を構成しているAlAsの代わりにA
lxGa(1-x)Asを使用してもよい。この場合、第1の
電流ブロック層(26a)の屈折率が活性層(24)及び第
2のクラッド層(25)及び尾根状クラッド層(27)の屈
折率よりも小さくなり、且つ第1の電流ブロック層(26
a)の禁制帯幅が活性層(24)の禁制帯幅より広くなる
ようにxを0.9≦x≦1に設定する。
【0013】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体レーザ装
置では、放熱特性と動作特性の両方が良好に得られる。
置では、放熱特性と動作特性の両方が良好に得られる。
【図1】 本発明による半導体レーザ装置の断面図
【図2】 従来の半導体レーザ装置の断面図
(21)・・・GaAs基板、(23)・・・第1のクラッ
ド層、(24)・・・活性層、(25)・・・第2のクラッ
ド層、(26)・・・電流ブロック層、(26a)・・・第
1の電流ブロック層、(26b)・・・第2の電流ブロッ
ク層、(27)・・・尾根状クラッド層
ド層、(24)・・・活性層、(25)・・・第2のクラッ
ド層、(26)・・・電流ブロック層、(26a)・・・第
1の電流ブロック層、(26b)・・・第2の電流ブロッ
ク層、(27)・・・尾根状クラッド層
Claims (3)
- 【請求項1】 GaAs基板(21)上にAlGaInP
より成る第1のクラッド層(23)と、GaInPより成
る活性層(24)と、AlGaInPより成る第2のクラ
ッド層(25)とを順次積層し、該第2のクラッド層(2
5)を部分的に突出させて尾根状クラッド層(27)を形
成し、前記第2のクラッド層(25)上にのみ電流ブロッ
ク層(26)を形成した半導体レーザ装置において、 前記電流ブロック層(26)は前記第2のクラッド層(2
5)に隣接する第1の電流ブロック層(26a)と、GaA
sから成り且つ前記第1の電流ブロック層(26a)を介
して前記第2のクラッド層(25)に隣接する第2の電流
ブロック層(26b)とを有し、 前記第1の電流ブロック層(26a)は厚さ0.003〜
0.01μmのAl0.5In0.5Pより成る薄層と厚さ0.
003〜0.01μmのAlAsより成る薄層とが交互
に積層されて成り、 前記第1の電流ブロック層(26a)の屈折率は前記活性
層(24)、前記第2のクラッド層(26b)及び前記尾根
状クラッド層(27)のいずれの屈折率よりも小さく、 前記第1の電流ブロック層(26a)の禁制帯幅は前記活
性層(24)の禁制帯幅よりも広いことを特徴とする半導
体レーザ装置。 - 【請求項2】 前記第1の電流ブロック層(26a)の層
厚は、前記第2のクラッド層(25)の層厚よりも大きく
且つ前記第2のクラッド層(25)の層厚の3倍以下であ
る請求項1に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項3】 尾根状クラッド層(27)は左右から電流
ブロック層(26)によって挟まれる請求項1又は請求項
2のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7129910A JP2993397B2 (ja) | 1994-08-30 | 1995-05-29 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20558394 | 1994-08-30 | ||
JP6-205583 | 1994-08-30 | ||
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