JP3075346B2

JP3075346B2 - 半導体レーザ

Info

Publication number: JP3075346B2
Application number: JP09269043A
Authority: JP
Inventors: 博之沢野; 等堀田; 健一小林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JPH11112083A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザの構造
に関し、特に低雑音動作が可能な半導体レーザの構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは光ディスク装置の光源お
よび光通信の光源等として、情報機器・システムに幅広
く使用されている。特に、近年、ＤＶＤ（デジタル・バ
ーサタイル・ディスク）、光磁気ディスクなどの、光デ
ィスク媒体が高密度記憶装置として脚光を浴びている。
この装置の光ピックアップに用いられる半導体レーザに
は、光ディスク盤面からの反射戻り光によって、雑音が
発生する。この雑音の発生を抑えることが半導体レーザ
には重要である。

【０００３】雑音の低減の一つの方法として、半導体レ
ーザを高周波で駆動する方法が知られている。すなわ
ち、高周波駆動することにより、発振スペクトルがマル
チモード化し戻り光の影響を低減できる。しかし、高周
波重畳モジュールが必要となるので、コストが高くな
り、さらに電磁波雑音を放射するという問題（ＥＭＣの
問題）がある。

【０００４】これに対し、自励発振レーザは同様に低雑
音特性を有しながら、かつ低コストで、電磁波雑音も発
生しないという優れた特徴がある。そこで、低しきい値
電流、低駆動電流で、長期信頼性を有する実用的に自励
発振するレーザの実現が望まれている。

【０００５】ところで、自励発振動作はレーザ共振器内
に可飽和吸収体を導入し、その可飽和吸収量を制御する
ことによって得ることができる。このような自励発振動
作、およびそのレーザ構造については、例えば１９８６
年に刊行された第１８回イクステンデット・アブストラ
クト・オブ・コンファレンス・オン・ソリッド・ステイ
ト・デバイス・アンド・マテリアル（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔｏｆ１８ｔｈＣｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅｏｎＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｅｖｉｃｅｓ
ａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓ）１５３ページ、論文番
号Ｄ−１−２や１９９４年に開催された第１１回半導体
レーザシンポジューム予稿集２１ページに報告されてい
る。これらのレーザは、メサストライプ脇の活性層を可
飽和吸収層としている。この半導体レーザはレーザ発光
部横での光吸収が大きいため非点収差が１０から５０μ
ｍと大きいという問題がある。

【０００６】そこで非点収差を小さくする方法として、
特開平６−１９６８１０号公報には図７に示すように活
性層に平行に、即ち、クラッド層の一部に可飽和吸収層
を導入した半導体レーザ素子が提案されている。図７の
半導体レーザは、ＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ―ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１０３、ｎ−第１可飽和吸収層１０
４、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０５、活性層１０
６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０７、およびｐ−第
２可飽和吸収層１０８が順に積層されている。その上に
はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０９がメサストライプ
状に形成され、このクラッド層とこの上に形成されたｐ
−ＧａＡｓキャップ層１１０の両側にはｎ−ＧａＡｓ電
流ブロック層１１２が形成されている。さらに、ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層１１０とｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
１１２の上にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１が形成さ
れており、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１の上にはｐ
−電極１１３が形成され、基板側にはｎ−電極１０１が
形成されている。ここで、ｎ−第１可飽和吸収層１０４
の組成ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓにおける組成比ｘと層厚
（０．０１乃至０．０４μｍ）、および第２可飽和吸収
層１０８の組成ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓの組成比ｘと層厚
（０．０１乃至０．０４μｍ）を適切に選ぶことによっ
て、自励発振による低戻り光雑音特性が得られ、また、
非点収差を小さくすることができるとしている。尚、第
２可飽和吸収層のキャリア濃度として４×１０¹⁷〜２×
１０¹⁸ｃｍ^-3の記載がある。

【０００７】さらに、１９９５年１２月に刊行されたア
イ・イー・イー・イー・フォトニクス・テクノロジー・
レターズ第７巻、第１２号、１４０６頁（ＩＥＥＥＰ
ｈｏｔｏｎｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌｅｔｔｅ
ｒｓ，ｖｏｌ７，Ｎｏ１２，ｐ１４０６，Ｄｅｃｅｍｂ
ｅｒ１９９５）にはｐ−クラッド層の一部に可飽和吸
収層を設け、かつ、この可飽和吸収層を２×１０¹⁸ｃｍ
^ー3という高いキャリア濃度でｐ型にドーピングすること
により、ＡｌＧａＩｎＰ赤色レーザで５０℃まで自励発
振が得られることが報告されている。

【０００８】また、第４３回応用物理学会関係連合講演
会講演予稿集１０２４頁２６ａ−Ｃ−１０には、可飽和
吸収層のバンドギャップを発振波長に比べて小さくする
ことによって、より高温での自励発振が得られることが
報告されている。

【０００９】さらに特開平９−１２９９６１号公報およ
び特開平９−１９９７９２号公報にも図７に類似の構造
が記載されており、特に特開平９−１９９７９２号公報
では、活性層および可飽和吸収層に歪を有する層を用い
ている。しかし、ここでの歪みは、活性層および可飽和
吸収層ともに圧縮歪みであり、特開平９−１２９９６１
号公報、特開平９−１９９７９２号公報の双方とも可飽
和吸収層のドーピングレベルとして、１×１０¹⁸ｃｍ^ー3
以上が必要であるとしている。

【００１０】さらに、特開平６−２６０７１６号公報に
も、図７に類似する構造の半導体レーザにおいて、活性
層および可飽和吸収層に歪量子井戸層を用いた例を示し
ている。しかし、ここでの歪みは活性層および可飽和吸
収層ともに圧縮歪みである。尚、特開平６−２６０７１
６号公報には可飽和吸収層のキャリア濃度の記載はな
い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような構造の従来
の半導体レーザでは、自励発振の発生のためには可飽和
吸収のキャリア寿命を低減する必要があるため、可飽和
吸収層を高い濃度でドーピングすることが避けられな
い。特開平６−１９６８１０号公報や特開平６−２６０
７１６号公報に記載の半導体レーザにおいても、自励発
振の発生のためには実際には２×１０¹⁸ｃｍ^ー ³程度の高
いキャリア濃度のドーピングが必要である。

【００１２】本発明者の実験によれば、可飽和吸収層が
このような高い濃度でドーピングされていると、高い濃
度のＺｎ等の不純物のために通電によりレーザ結晶が劣
化してしまう結果、半導体レーザの信頼性が低く、１０
００時間の通電によっても劣化してしまう問題があっ
た。

【００１３】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、長期に渡る駆動でも安定で信頼性の高
い性能の優れた自励発振レーザを提供することを目的と
する。さらに本発明は、注入電流、レーザの雰囲気温度
等の条件を変えることにより互いに波長の異なるＴＥ偏
光とＴＭ偏光を制御して出射することのできる半導体レ
ーザを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本出願の第１発明は、第
１導電型半導体基板の上に、第１導電型クラッド層、活
性層、第２導電型クラッド層を有する半導体レーザにお
いて、前記第１導電型クラッド層または第２導電型クラ
ッド層の一部に可飽和吸収層が設けられており、前記活
性層には基底準位がライトホールとなるような歪が加え
られており、前記可飽和吸収層には基底準位がヘビーホ
ールとなるような歪が加えられていることを特徴とする
半導体レーザに関する。

【００１５】また、本出願の第２の発明は、第１導電型
半導体基板の上に、第１導電型クラッド層、活性層、第
２導電型クラッド層を有する半導体レーザにおいて、前
記第１導電型クラッド層または第２導電型クラッド層の
ｐ型である方のクラッド層の一部に可飽和吸収層が設け
られており、前記活性層には基底準位がライトホールと
なるような歪が加えられており、前記可飽和吸収層には
基底準位がヘビーホールとなるような歪が加えられてお
り、レーザの雰囲気温度、およびレーザ注入電流を制御
することによって、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光を制御すること
が可能な半導体レーザに関する。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、第１の発明の半導体レーザ
の動作について図３を用いて説明する。本発明の半導体
レーザでは、活性層には基底準位がライトホールとなる
ような歪が加えられており、また、可飽和吸収層には基
底準位がヘビーホールとなるような歪が加えられてい
る。その結果、図３に示すように、本発明のレーザは
活性層でレーザ発振し、偏光はＴＭ偏光となる。次に
に示すようにＴＭ光を可飽和吸収層のライトホール準位
が吸収し、これが可飽和吸収体として機能する。さら
に、に示すように光吸収によって生じた可飽和吸収体
のライトホール準位上のホールは速やかにヘビーホール
準位に遷移するため、見かけ上の可飽和吸収体のキャリ
ア寿命は小さくなる。

【００１７】従って、この構造では可飽和吸収層のキャ
リア寿命を小さくするために、可飽和吸収層のキャリア
濃度を従来例のように大きくする必要はなく、たとえば
キャリア濃度として５×１０¹⁷ｃｍ^-3あればよい。この
ため、自励発振するレーザにて、長時間駆動しても劣化
がなく、良好な信頼性を得ることができる。

【００１８】さらに、自励発振をより低いしきい値電流
で得るためには、可飽和吸収量が最適になるように、活
性層におけるバンドギャップと可飽和吸収層におけるバ
ンドギャップの差を選ぶ。このとき、活性層の歪量はラ
イトホールが基底準位になるように選び、可飽和吸収層
の歪量はヘビーホールが基底準位となる範囲で選べば良
い。

【００１９】さらに、可飽和吸収層におけるライトホー
ルのキャリア寿命を最適にするために、可飽和吸収層の
ヘビーホールとライトホールの準位間隔を最適にすべ
く、ヘビーホールが基底準位となる範囲内で可飽和吸収
層の歪量を選ぶ。

【００２０】具体的には、活性層に、引っ張り歪みが加
わるように層を構成すると、ライトホールが基底準位に
なる。活性層は、多重量子井戸層で構成することが好ま
しく、この場合、量子井戸層に引っ張り歪みが加わるよ
うにする。引っ張り歪み量は、量子井戸層の層厚を勘案
して定めることができるが、一般的には量子井戸層の層
厚が薄い場合は歪み量を多くする。例えば、１２ｎｍ厚
であれば、引っ張り歪み量としては、歪み量の絶対値が
０．１％以上、好ましくは０．２％以上とする。また、
例えば５ｎｍ厚であれば、引っ張り歪み量としては、歪
み量の絶対値が０．３％以上、好ましくは０．４％以上
とする。また、通常は２．０％以下である。

【００２１】一方、可飽和吸収層に、圧縮歪みまたは絶
対値の小さいな引っ張り歪みが加わるように層を構成す
ると、ヘビーホールが基底準位となる。可飽和吸収層は
単層の量子井戸層または多重量子井戸層で構成されるこ
とが好ましく、この場合、量子井戸層に圧縮歪みが加わ
るようにする。圧縮歪み量としては、少なくとも０より
大きければよいが、絶対値の小さな引っ張り歪みが加わ
ってもよい。適当な歪み量は量子井戸層の層厚を勘案し
て決める。例えば４ｎｍ厚であれば、圧縮歪みまたは、
引っ張り歪みで歪み量の絶対値が０．３５％以下、好ま
しくは圧縮歪み、１０ｎｍ厚であれば、圧縮歪みまた
は、引っ張り歪みで歪み量の絶対値が０．１％以下、好
ましくは圧縮歪みとする。また、通常は圧縮歪みで歪み
量の絶対値は２．０％以下である。

【００２２】第１の発明において、半導体基板の導電型
はｎ型、ｐ型のどちらでも良い。また可飽和吸収層は、
第１導電型クラッド層または第２導電型クラッド層のど
ちらのクラッド層に設けてもよく、場合によっては両方
に設けても良い。可飽和吸収層の導電型は、可飽和吸収
層が設けられるクラッド層と同じ導電型である。半導体
基板としては、ＧａＡｓのような化合物半導体が用いら
れる。

【００２３】また、第１の発明において、活性層、クラ
ッド層および可飽和和吸収層を構成する材料として、Ａ
ｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮまたはＩ
Ｉ−ＶＩ族結晶を用いることができる。これらの材料を
用いたレーザは、光ディスク用途で自励発振を生じさせ
る目的に広く用いることができる。

【００２４】また、その他の材料でも例えば、モードロ
ックレーザ、双安定レーザなど、可飽和吸収層を活性層
に平行して、クラッド層中に挿入する場合には、同じ技
術を用いることができる。

【００２５】次に第２の発明について説明する。本出願
の第２の発明の半導体レーザは、使用環境温度によりＴ
ＭモードまたはＴＥモードのいずれか一方の光を出射し
たり、注入電流を変えることによりＴＭモードだけ、ま
たはＴＭモードとＴＥモードの同時発振を制御したりす
ることができる。

【００２６】第２の発明において、ＴＭモードのレーザ
発振は活性層でのレーザ発振であり、ＴＥモードの発振
は可飽和吸収層での発振である。従って、この発明で
は、可飽和吸収層においても発振が起こり得るように層
構造を形成する。即ち、電子が活性層から可飽和吸収層
にオーバーフローし得るような層構造、具体的には例え
ば活性層のウエル層数を少なくする、または、活性層の
引っ張り歪み量を大きくして、ｐ側のクラッド層とのバ
ンドギャップを小さくするような層構造とすることが好
ましい。あるいは、可飽和吸収層の層厚を厚くして可飽
和吸収層内のレーザ光の強度分布分布が大きくなるよう
にしてもよい。例えば、可飽和吸収層を多重量子井戸層
として、その層数を増やしてもよい。また、可飽和吸収
層の近くに低いアルミ組成の層を用いた低い屈折率の層
を挿入することで可飽和吸収層内のレーザ光の強度分布
分布が大きくなるようにする事も可能である。あるい
は、可飽和吸収層の圧縮歪みの歪み量を大きくして、可
飽和吸収層のバンドギャップを活性層のバンドギャップ
より十分小さくとることで、フェルミレベルから定まる
可飽和吸収層のキャリア濃度を大きくすることも可能で
ある。

【００２７】第２の発明において、活性層に加える歪
み、および可飽和吸収層に加える歪みはいずれも第１の
発明と同様に、活性層に基底準位がライトホールとなる
ように、また可飽和吸収層には基底準位がヘビーホール
となるようにする。

【００２８】なお、第２の発明において、「可飽和吸収
層」とは、クラッド層中に設けた井戸層であり、活性層
と区別するために便宜上このように表現したが、必ずし
も可飽和吸収体として機能することを意味するものでは
ない。即ち、厳密な意味での可飽和吸収とは、その吸収
体における光強度が高くなったとき光吸収係数が小さく
なる現象をいうが、第２の発明では、「可飽和吸収層」
は光吸収体として常に機能するわけではなく、特に、Ｔ
Ｅモードのレーザ光が出射しているときには可飽和吸収
層のキャリア濃度はレーザ発振可能なほど、キャリア濃
度が高く、”可飽和吸収体”は発光体として機能する。

【００２９】第２の発明において、半導体基板として
は、ＧａＡｓのような化合物半導体が用いられる。半導
体基板の導電型はｎ型、ｐ型のどちらでも良いが、可飽
和吸収層はｐ型クラッド層に設ける。即ち、基板の導電
型がｎ型であれば、活性層を挟んで基板と反対側のクラ
ッド層であるｐ型のクラッド層に設ける。基板の導電型
がｐ型であれば、活性層より基板側のクラッド層である
ｐ型のクラッド層に設ける。

【００３０】活性層、クラッド層および可飽和和吸収層
に用いられる材料としては、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩ
ｎＮレーザ、またはＩＩ−ＶＩ族結晶に加え、通信用レ
ーザとして広く用いられているＩｎＧａＡｓＰを用いる
こともできる。

【００３１】

【実施例】以下に実施例を示して本発明をさらに詳細に
説明する。

【００３２】［実施例１］まず、第１の発明の１例を図
１を用いて説明する。実施例１の半導体レーザは、Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層２０、活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層３１、およびｐ−可飽和吸収層３５が順に積
層されている。その上に一部メサストライプ状のｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層３２が形成され、このｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層３２の上部、この上に形成したＧ
ａＩｎＰヘテロバッファ層６、ｐ−ＧａＡｓキャップ層
７の両側にｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層９が形成されて
いる。さらに、ｐ−ＧａＡｓキャップ層７とｎ−ＧａＡ
ｓ電流ブロック層９の上に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層８
が形成されている。ｎ−電極１０は、ＧａＡｓ基板１の
裏側に形成され、ｐ−電極１１がｐ−ＧａＡｓキャップ
層８の上に形成されている。

【００３３】実施例１の半導体レーザは、次のようにし
て作製した。まず、減圧ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に、ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層２０、活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層３１、ｐ−可飽和吸収層３５、ｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層３２、ＧａＩｎＰヘテロバッファ層
６、ＧａＡｓキャップ層７を順次積層した。

【００３４】次に、ＳｉＯ₂マスク（図示せず）を用い
たフォトリソグラフィ、および、エッチングにより、Ｇ
ａＡｓキャップ層７、ＧａＩｎＰヘテロバッファ層６、
さらにｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２の一部までを
メサストライプ化した。その後、前記ＳｉＯ₂マスクを
選択マスクとして、減圧ＭＯＶＰＥ法を用いｎ−ＧａＡ
ｓ電流ブロック層９を選択形成し、さらに、ＳｉＯ₂マ
スクを除去した後にｐ−ＧａＡｓキャップ層８を減圧Ｍ
ＯＶＰＥ法によって形成した。

【００３５】最後に、ｎ電極１１を形成した後、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１を適当な厚さに研磨しｐ電極１０を形成
し、図１に示すレーザ構造とした。

【００３６】なお減圧ＭＯＶＰＥ法の原料としては、ト
リメチルアルミニウム、トリエチルガリウム、トリメチ
ルインジウム、ホスフィン、アルシン、ｎ型不純物とし
てジシラン、ｐ型不純物としてジエチルジンクを用い
た。また、成長温度は６６０度、成長圧力は７０Ｔｏｒ
ｒ、Ｖ族原料供給量／ＩＩＩ族原料供給量比は５００と
した。

【００３７】ここで、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
０よりｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２にいたる部分
のＡｌ組成のプロファイルを図２に示す。この図におい
て、活性層４は、引っ張り歪み−０．５％を有する一層
あたりの厚さが１２ｎｍのＧａＩｎＰ量子井戸層４０を
３層と、その間の一層あたりの厚さが４ｎｍ、Ａｌ組成
が０．５のＡｌＧａＩｎＰバリア層４１、および３層量
子井戸層の外側のｎ側、ｐ側それぞれに位置した一層あ
たりの厚さ５０ｎｍ、Ａｌ組成０．５のＡｌＧａＩｎＰ
ガイド層４２よりなる。

【００３８】ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０の層厚
は１．２μｍ、Ａｌ組成は０．７、キャリア濃度はｎ型
５×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層３１のキャリア濃度はｐ型５×１０¹⁷ｃｍ^-3、Ａｌ組
成は０．７、層厚は８０ｎｍであり、ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層３２のキャリア濃度はｐ型５×１０¹⁷ｃｍ
^-3、Ａｌ組成は０．７、層厚は１．１μｍである。ｐ−
可飽和吸収層３５は圧縮歪＋０．５％を有する厚さ６ｎ
ｍの層で、キャリア濃度はｐ型５×１０¹⁷ｃｍ ^-3であ
る。

【００３９】このようにして作製した半導体レーザは、
共振器長５００μｍのとき、最高１０ｍＷの光出力ま
で、自励発振が得られた。雰囲気温度２５℃にて、この
レーザの閾値電流は７０ｍＡ、波長は６４７ｎｍであっ
た。このレーザを６０℃の雰囲気温度にて５ｍＷの光出
力で通電したが、５０００時間の通電によっても大きな
劣化は見られなかった。

【００４０】［実施例２］次に、第２の発明の１例を実
施例２に示す。実施例２の半導体レーザの基本的な構造
は実施例１（図１）と同一である。ただし、活性層４お
よび可飽和吸収層３５の構造が異なる。ｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層２０からｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３２にいたる部分のＡｌ組成のプロファイルを図４に示
す。

【００４１】この図において、活性層４は、引っ張り歪
み−０．５％を有する一層あたりの厚さが１２ｎｍのＧ
ａＩｎＰ量子井戸層４０を２層と、その間の一層あたり
の厚さが４ｎｍ、Ａｌ組成が０．５のＡｌＧａＩｎＰバ
リア層４１、およびその２層量子井戸層の外側のｎ側、
ｐ側それぞれに位置した一層あたりの厚さ５０ｎｍ、Ａ
ｌ組成０．５のガイド層４２よりなる。

【００４２】可飽和吸収層３５は、圧縮歪み＋０．５％
を有する一層あたりの厚さが６ｎｍのＧａＩｎＰ可飽和
吸収量子井戸層５０を２層と、その間の厚さが４ｎｍ、
Ａｌ組成が０．７のＡｌＧａＩｎＰ可飽和吸収バリア層
５１よりなる。

【００４３】共振器長を５００μｍとしたこのレーザの
ＴＥ、ＴＭ偏光別の電流―電圧特性を図５に示す。この
図に示すように２５℃においては、ＴＥモードでレーザ
発振した。これは、面内圧縮歪を加えた可飽和吸収層で
レーザ発振していることを示している。

【００４４】一方、温度を１０℃に下げると、発振しき
い値電流６４ｍＡにてＴＭモードで発振した。これは、
面内引っ張り歪を加えた活性層で発振していることを示
している。しかし、電流を増加させると、発振しきい値
電流８８ｍＡにてＴＥモードでも発振した。これは、電
流を増加させると、活性層から電子がオーバーフローし
て可飽和吸収層に流入し、活性層および、可飽和吸収層
それぞれでのレーザ発振が可能となり得るためである。

【００４５】１０℃、１００ｍＡでの発振スペクトルを
図６に示す。この図に示すように、１０℃、１００ｍＡ
ではＴＥモード、ＴＭモードが同時に発振している。

【００４６】このように、第２の実施形態のレーザにお
いては、レーザの雰囲気温度、および注入電流を変える
ことによって、発振光の偏光を制御することができるこ
とがわかる。さらに条件によってはＴＥ偏光およびＴＭ
偏光を同一の導波路から同時に出射させることも可能で
ある。

【００４７】なお、この例では、活性層と可飽和吸収層
のバンドギャップ構造に基づき、ＴＥ偏光の波長がＴＭ
偏光の波長よりも長くなっている。

【００４８】また、第２の発明では、必ずしも自励発振
が得られるとは限らないが、発振光の偏光を制御するこ
とができので種々の用途に応用することができる。

【００４９】以上の実施例１および２において、ｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層３２の上部のみをメサストライ
プに加工したが、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２の
全部をメサストライプ状に加工し、ｎ−ＧａＡｓ電流ブ
ロック層９が可飽和吸収層３５に接触するようにしても
よい。

【００５０】また本発明の半導体レーザを構成する各半
導体層の厚さ、組成、活性層の歪み量、および可飽和吸
収層の歪み量は、上記の実施例に限定されるものではな
く、レーザ発振ができる範囲で適宜変更することができ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可飽和吸収層に高濃度でドーピングする必要がなく、可
飽和吸収層のキャリア寿命を小さくできるので、長期に
渡り良好な信頼性の自励発振レーザを提供することがで
きる。さらに、素子構造によっては、注入電流、レーザ
の雰囲気温度を変えることにより、互いに波長の異なる
ＴＥ偏光、ＴＭ偏光を制御して出射することができる半
導体レーザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための断面
図である。

【図２】本発明の第１の実施形態を説明するための組成
プロファイル図である。

【図３】本発明の半導体レーザの原理を説明するのバン
ドギャップバンド図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を説明するための組成
プロファイルの図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の注入電流とレーザ出
力の関係を温度別に示す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態で示した半導体レーザ
の発振スペクトルの一例を示す図である。

【図７】従来の自励発振半導体レーザの構造を説明する
ための断面図である。

【符号の説明】

１ＧａＡｓ基板２ＧａＡｓバッファ層４活性層６ＧａＩｎＰヘテロバッファ層７、８ＧａＡｓキャップ層９ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層１０ｎ−電極１１ｐ−電極２０ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３１、３２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３５ｐ−可飽和吸収層４０量子井戸層４１バリア層４２光ガイド層５０可飽和吸収量子井戸層５１可飽和吸収バリア層１０１ｎ−電極１０２ＧａＡｓ基板１０３ｎ―ＡｌＧａＡｓクラッド層１０４ｎ−第１可飽和吸収層１０５ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０６活性層１０７ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０８ｐ−第２可飽和吸収層１０９ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１１０ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１１ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１２ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層１１３ｐ−電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−297490（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／37024（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型半導体基板の上に、第１導電
型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層を有する
半導体レーザにおいて、前記第１導電型クラッド層または第２導電型クラッド層
の一部に可飽和吸収層が設けられており、前記活性層に
は基底準位がライトホールとなるような歪が加えられて
おり、前記可飽和吸収層には基底準位がヘビーホールと
なるような歪が加えられていることを特徴とする半導体
レーザ。
【請求項２】前記可飽和吸収層は、前記活性層からの
ＴＭ偏光の発振光を可飽和吸収層のライトホール準位が
吸収することにより可飽和吸収体として機能し、このラ
イトホール準位に生じたホールが速やかにヘビーホール
準位に遷移することで、自励発振動作を行うことを特徴
とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記活性層には引っ張り歪みが加えら
れ、前記可飽和吸収層には圧縮歪が加えられていること
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記活性層が、量子井戸層を含み、この
量子井戸層に引っ張り歪が加えられていることを特徴と
する請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】前記可飽和吸収層が、単層の量子井戸層
を含み、この量子井戸層に圧縮歪が加えられていること
を特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項６】前記可飽和吸収層が、複数の量子井戸層
を含み、この量子井戸層に圧縮歪が加えられていること
を特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項７】前記活性層、クラッド層および可飽和和
吸収層を構成する材料が、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＩｎＮ、およびＩＩ−ＶＩ族結晶からなる
群より選ばれる化合物半導体からなることを特徴とする
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項８】第１導電型半導体基板の上に、第１導電
型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層を有する
半導体レーザにおいて、前記第１導電型クラッド層または第２導電型クラッド層
のうちｐ型である方のクラッド層の一部に可飽和吸収層
が設けられており、前記活性層には基底準位がライトホ
ールとなるような歪が加えられており、前記可飽和吸収
層には基底準位がヘビーホールとなるような歪が加えら
れており、レーザの雰囲気温度、およびレーザ注入電流
を制御することによって、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光を制御す
ることが可能な半導体レーザ。
【請求項９】前記活性層が量子井戸層を含み、この量
子井戸層に引っ張り歪が加えられ、前記可飽和吸収層が
単数または複数の量子井戸層を含み、この量子井戸層に
圧縮歪が加えられていることを特徴とする請求項８記載
の半導体レーザ。
【請求項１０】前記活性層、クラッド層および可飽和
和吸収層を構成する材料が、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａ
Ａｓ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩＩ−ＶＩ族結晶、およびＩｎ
ＧａＡｓＰからなる群より選ばれる化合物半導体からな
ることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体レ
ーザ。