JP3021761B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP3021761B2 JP3021761B2 JP3109312A JP10931291A JP3021761B2 JP 3021761 B2 JP3021761 B2 JP 3021761B2 JP 3109312 A JP3109312 A JP 3109312A JP 10931291 A JP10931291 A JP 10931291A JP 3021761 B2 JP3021761 B2 JP 3021761B2
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- Japan
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- light
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩｎＧａＡｓ系の半導
体レーザに関する。
体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】発光層がＩｎＧａＡｓで構成されるＩｎ
ＧａＡｓ系半導体レーザは、０．７〜０．９μｍ帯の波
長を持つＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザと１．
３μｍ帯の波長を持つＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザの
間の波長を埋める発光素子として研究されている。
ＧａＡｓ系半導体レーザは、０．７〜０．９μｍ帯の波
長を持つＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザと１．
３μｍ帯の波長を持つＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザの
間の波長を埋める発光素子として研究されている。
【０００３】また、斯るＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ
は、希土類元素のエルビウム(Ｅｒ)を添加した、光増幅
機能を有する光ファイバーが０．９８μｍの波長に最大
増幅効率を持つことから、斯る光ファイバーの励起用光
源として望まれている。さらに、青〜緑色のレーザ光を
出射する素子として現在注目されているＳＨＧ(第２高
調波発生)素子は、０．４μｍ以下の波長の光に対し、
素子内部での吸収が大きくなるため、ＧａＡｓ系半導体
レーザで得られる波長より長い０．９μｍから１．０μ
ｍの波長のレーザ光を光源として用いることが望まれて
いる。
は、希土類元素のエルビウム(Ｅｒ)を添加した、光増幅
機能を有する光ファイバーが０．９８μｍの波長に最大
増幅効率を持つことから、斯る光ファイバーの励起用光
源として望まれている。さらに、青〜緑色のレーザ光を
出射する素子として現在注目されているＳＨＧ(第２高
調波発生)素子は、０．４μｍ以下の波長の光に対し、
素子内部での吸収が大きくなるため、ＧａＡｓ系半導体
レーザで得られる波長より長い０．９μｍから１．０μ
ｍの波長のレーザ光を光源として用いることが望まれて
いる。
【０００４】このように、ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ
は、主として励起用光源として用いられるため、高出力
動作、即ち高電流動作が要求される。このため、斯るＩ
ｎＧａＡｓ系半導体レーザにおいては、素子の放熱性が
特に重要視される。
は、主として励起用光源として用いられるため、高出力
動作、即ち高電流動作が要求される。このため、斯るＩ
ｎＧａＡｓ系半導体レーザにおいては、素子の放熱性が
特に重要視される。
【０００５】ところで、ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザの
研究は、これまで結晶成長技術を主に行われてきてお
り、レーザの構造についてはあまり注意が払われないで
いた。即ち、先行技術としての、応用電子物性分科会研
究報告,No.435(1990),19〜24頁には、作製が簡単でレー
ザ特性の評価が早くできるリッジ導波路型の報告がある
程度である。
研究は、これまで結晶成長技術を主に行われてきてお
り、レーザの構造についてはあまり注意が払われないで
いた。即ち、先行技術としての、応用電子物性分科会研
究報告,No.435(1990),19〜24頁には、作製が簡単でレー
ザ特性の評価が早くできるリッジ導波路型の報告がある
程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記先行技
術のリッジ導波路型構造ではＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の熱
伝導率の低い絶縁膜を電流狭窄層としてリッジ側部に設
けているため、素子の放熱性が低い。
術のリッジ導波路型構造ではＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の熱
伝導率の低い絶縁膜を電流狭窄層としてリッジ側部に設
けているため、素子の放熱性が低い。
【０００７】そこで、斯るＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ
においても、活性層上に電流狭窄を兼ねた半導体からな
る光吸収層を配することによって光導波路を形成するセ
ルフアライン型半導体レーザの構造の適用が考えられ
る。この場合、光吸収層にはＩｎＧａＡｓ層が用いられ
ることとなる。
においても、活性層上に電流狭窄を兼ねた半導体からな
る光吸収層を配することによって光導波路を形成するセ
ルフアライン型半導体レーザの構造の適用が考えられ
る。この場合、光吸収層にはＩｎＧａＡｓ層が用いられ
ることとなる。
【０００８】しかし乍ら、ＩｎＧａＡｓはＧａＡｓと格
子定数が異なり、格子整合しないため、ＩｎＧａＡｓ層
をＧａＡｓ層上に厚く形成すると、ＩｎＧａＡｓ層内に
転位と呼ばれる格子不整合に起因する格子欠陥が生じ、
素子の特性が低下する。
子定数が異なり、格子整合しないため、ＩｎＧａＡｓ層
をＧａＡｓ層上に厚く形成すると、ＩｎＧａＡｓ層内に
転位と呼ばれる格子不整合に起因する格子欠陥が生じ、
素子の特性が低下する。
【０００９】従って、本発明は、素子の放熱性が良く、
高電流動作が可能なＩｎＧａＡｓ系半導体レーザを提供
するものである。
高電流動作が可能なＩｎＧａＡｓ系半導体レーザを提供
するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型の第１
クラッド層及び光吸収層が順に形成され、前記光吸収層
にはストライプ溝が形成され、前記光吸収層上及び前記
ストライプ溝上には第２導電型の第２クラッド層が形成
されたセルフアライン型の半導体レーザにおいて、上記
光吸収層が、上記活性層で生じた光の吸収を許容するＩ
ｎＧａＡｓを井戸層とし、ＧａＡｓを障壁層とする量子
井戸構造からなることを特徴とする。
に第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型の第１
クラッド層及び光吸収層が順に形成され、前記光吸収層
にはストライプ溝が形成され、前記光吸収層上及び前記
ストライプ溝上には第２導電型の第２クラッド層が形成
されたセルフアライン型の半導体レーザにおいて、上記
光吸収層が、上記活性層で生じた光の吸収を許容するＩ
ｎＧａＡｓを井戸層とし、ＧａＡｓを障壁層とする量子
井戸構造からなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓは格子整合しないが、
夫々を薄く積層すること、即ち量子井戸構造とすること
によって、転位の発生を防止できる。また、斯る量子井
戸構造において、井戸層となるＩｎＧａＡｓの層厚を活
性層の層厚より若干厚くするか、または斯るＩｎＧａＡ
ｓのＩｎ組成比を活性層のＩｎ組成比よりも若干大きく
することによって、この量子井戸構造のバンドギャップ
が活性層よりも小さくなるので、斯る量子井戸構造は、
活性層に対して光吸収層として機能する。
夫々を薄く積層すること、即ち量子井戸構造とすること
によって、転位の発生を防止できる。また、斯る量子井
戸構造において、井戸層となるＩｎＧａＡｓの層厚を活
性層の層厚より若干厚くするか、または斯るＩｎＧａＡ
ｓのＩｎ組成比を活性層のＩｎ組成比よりも若干大きく
することによって、この量子井戸構造のバンドギャップ
が活性層よりも小さくなるので、斯る量子井戸構造は、
活性層に対して光吸収層として機能する。
【００１２】
【実施例】図１に本発明装置の一実施例を示す。斯る実
施例装置の発振波長は９００〜９１０ｎｍである。
施例装置の発振波長は９００〜９１０ｎｍである。
【００１３】図において、(１)は(１００)面を主面に持
つｎ型ＧａＡｓからなる基板、(２)はｎ型ＧａＡｓから
なるバッファ層、(３)はｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからな
るｎ型クラッド層、(４)はｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓからな
るｎ型グレーデッド層、(５)はアンドープＩｎ0.12Ｇａ
0.88Ａｓからなる活性層、(６)はｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
からなるｐ型グレーデッド層、(７)はｐ型Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓからなるｐ型クラッド層、(８)はｐ型ＧａＡｓ
からなる保護層、(９)は井戸層となる厚さ８０Åのｎ型
Ｉｎ0.12Ｇａ0.88Ａｓ層と障壁層となる厚さ２２０Åの
ｎ型ＧａＡｓ層とを交互に１５層ずつ積層した光吸収
層、(10)はｎ型ＧａＡｓからなるブロック層である。
つｎ型ＧａＡｓからなる基板、(２)はｎ型ＧａＡｓから
なるバッファ層、(３)はｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからな
るｎ型クラッド層、(４)はｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓからな
るｎ型グレーデッド層、(５)はアンドープＩｎ0.12Ｇａ
0.88Ａｓからなる活性層、(６)はｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
からなるｐ型グレーデッド層、(７)はｐ型Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓからなるｐ型クラッド層、(８)はｐ型ＧａＡｓ
からなる保護層、(９)は井戸層となる厚さ８０Åのｎ型
Ｉｎ0.12Ｇａ0.88Ａｓ層と障壁層となる厚さ２２０Åの
ｎ型ＧａＡｓ層とを交互に１５層ずつ積層した光吸収
層、(10)はｎ型ＧａＡｓからなるブロック層である。
【００１４】これらの層は、基板(１)の主面上に周知の
ＭＢＥ法を用いて、成長速度を１．２μｍ／ｈ、基板温
度を６５０℃として順次積層されると共に、ｎ型グレー
デッド層(４)及びｐ型グレーデッド層(６)は夫々Ａｌ組
成比ｘを０．３から０．１及び０．１から０．３に漸次
変化させながら形成される。各層の層厚、キャリア濃度
及びドーパントは表１に示す通りである。
ＭＢＥ法を用いて、成長速度を１．２μｍ／ｈ、基板温
度を６５０℃として順次積層されると共に、ｎ型グレー
デッド層(４)及びｐ型グレーデッド層(６)は夫々Ａｌ組
成比ｘを０．３から０．１及び０．１から０．３に漸次
変化させながら形成される。各層の層厚、キャリア濃度
及びドーパントは表１に示す通りである。
【００１５】
【表１】
【００１６】(11)は<０１１>方向(図面垂直方向)に延在
する幅５μｍのストライプ溝で、ブロック層(10)表面か
ら保護層(８)の途中までエッチングして形成される。斯
るエッチングは、りん酸系エッチャント(Ｈ3ＰＯ4＋８
Ｈ2Ｏ2＋20Ｈ2Ｏ)を用い、３０℃で７０秒の条件で行わ
れる。
する幅５μｍのストライプ溝で、ブロック層(10)表面か
ら保護層(８)の途中までエッチングして形成される。斯
るエッチングは、りん酸系エッチャント(Ｈ3ＰＯ4＋８
Ｈ2Ｏ2＋20Ｈ2Ｏ)を用い、３０℃で７０秒の条件で行わ
れる。
【００１７】(12)はｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるｐ
型第２クラッド層、(13)はｐ型ＧａＡｓからなるキャッ
プ層で、ブロック層(10)上及び露出した保護層(８)上に
ＭＢＥ法で順次積層される。これらの層の成長条件は先
のＭＢＥ成長と同じで、各層厚、キャリア濃度及びドー
パントは表２に示す通りである。
型第２クラッド層、(13)はｐ型ＧａＡｓからなるキャッ
プ層で、ブロック層(10)上及び露出した保護層(８)上に
ＭＢＥ法で順次積層される。これらの層の成長条件は先
のＭＢＥ成長と同じで、各層厚、キャリア濃度及びドー
パントは表２に示す通りである。
【００１８】
【表２】
【００１９】(14)はキャップ層(13)上に形成されたｐ側
電極、(15)は基板(１)裏面に形成されたｎ側電極であ
る。
電極、(15)は基板(１)裏面に形成されたｎ側電極であ
る。
【００２０】本実施例装置では、活性層(５)と光吸収層
(９)中の井戸層とは同じ組成であるが、光吸収層(９)中
の井戸層の層厚を活性層(５)よりも厚くすることによっ
て、量子効果によるバンドギャップの大きさを活性層
(５)より小さくしている。また、光吸収層(９)中の井戸
層のバンドギャップを小さくするため、そのＩｎ組成比
を大きくしても良い。
(９)中の井戸層とは同じ組成であるが、光吸収層(９)中
の井戸層の層厚を活性層(５)よりも厚くすることによっ
て、量子効果によるバンドギャップの大きさを活性層
(５)より小さくしている。また、光吸収層(９)中の井戸
層のバンドギャップを小さくするため、そのＩｎ組成比
を大きくしても良い。
【００２１】また、本実施例装置では、光吸収層(９)及
びブロック層(10)で電流の狭窄を行っているが、光吸収
層(９)の厚さが十分とれ、光吸収層(９)のみで電流狭窄
が行えるならば、ブロック層(10)を省略しても良い。
びブロック層(10)で電流の狭窄を行っているが、光吸収
層(９)の厚さが十分とれ、光吸収層(９)のみで電流狭窄
が行えるならば、ブロック層(10)を省略しても良い。
【００２２】斯る本実施例装置において、共振器長を５
００μｍとし、共振器端面に夫々５％、８０％の反射率
を有する反射膜を形成し、その電流−光出力特性を調べ
た。その結果を図２に示す。
００μｍとし、共振器端面に夫々５％、８０％の反射率
を有する反射膜を形成し、その電流−光出力特性を調べ
た。その結果を図２に示す。
【００２３】次に、比較のため、図３に示すリッジ導波
路型半導体レーザを作製し、その電流−光出力特性を調
べた。その結果を図４に示す。図３に示す比較装置にお
いて、本実施例と対応する層には同番号を付している。
もちろん対応する層の層厚、キャリア濃度等の条件は本
実施例装置と同じである。また、比較装置では、リッジ
の幅を５μｍとし、電流狭窄層としてＳｉＯ2膜(16)を
リッジ側部に設けている。
路型半導体レーザを作製し、その電流−光出力特性を調
べた。その結果を図４に示す。図３に示す比較装置にお
いて、本実施例と対応する層には同番号を付している。
もちろん対応する層の層厚、キャリア濃度等の条件は本
実施例装置と同じである。また、比較装置では、リッジ
の幅を５μｍとし、電流狭窄層としてＳｉＯ2膜(16)を
リッジ側部に設けている。
【００２４】各装置の電流−光出力特性をみると、比較
装置では５０〜６０ｍＷ以上で光出力の飽和が生じてい
るのに対し、本実施例装置では８０〜９０ｍＷまで直線
性良く出力されていることが分かる。これは、電流狭窄
のために、比較装置では熱伝導性の悪いＳｉＯ2膜を用
いているのに対し、本実施例装置では逆導電型の半導体
層を用いていることによって、素子の放熱性が向上した
ためである。
装置では５０〜６０ｍＷ以上で光出力の飽和が生じてい
るのに対し、本実施例装置では８０〜９０ｍＷまで直線
性良く出力されていることが分かる。これは、電流狭窄
のために、比較装置では熱伝導性の悪いＳｉＯ2膜を用
いているのに対し、本実施例装置では逆導電型の半導体
層を用いていることによって、素子の放熱性が向上した
ためである。
【００２５】
【発明の効果】本発明装置によれば、ＩｎＧａＡｓを井
戸層、ＧａＡｓを障壁層とした量子井戸構造が光吸収層
として機能するため、熱伝導率の低い絶縁膜を用いる必
要がなくなり、その結果、素子の放熱性が向上し、高電
流動作が可能となる。
戸層、ＧａＡｓを障壁層とした量子井戸構造が光吸収層
として機能するため、熱伝導率の低い絶縁膜を用いる必
要がなくなり、その結果、素子の放熱性が向上し、高電
流動作が可能となる。
【図１】本発明装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本実施例装置の電流−光出力特性図である。
【図３】比較装置を示す断面図である。
【図４】比較装置の電流−光出力特性図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上に第１導電型のクラッド
層、活性層、第２導電型の第１クラッド層及び光吸収層
が順に形成され、前記光吸収層にはストライプ溝が形成
され、前記光吸収層上及び前記ストライプ溝上には第２
導電型の第２クラッド層が形成されたセルフアライン型
の半導体レーザにおいて、上記光吸収層が、上記活性層
で生じた光の吸収を許容するＩｎＧａＡｓを井戸層と
し、ＧａＡｓを障壁層とする量子井戸構造からなること
を特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109312A JP3021761B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109312A JP3021761B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337686A JPH04337686A (ja) | 1992-11-25 |
| JP3021761B2 true JP3021761B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=14507018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3109312A Expired - Fee Related JP3021761B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3021761B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3109312A patent/JP3021761B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04337686A (ja) | 1992-11-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |