JP3123433B2 - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents
自励発振型半導体レーザInfo
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- JP3123433B2 JP3123433B2 JP08167047A JP16704796A JP3123433B2 JP 3123433 B2 JP3123433 B2 JP 3123433B2 JP 08167047 A JP08167047 A JP 08167047A JP 16704796 A JP16704796 A JP 16704796A JP 3123433 B2 JP3123433 B2 JP 3123433B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自励発振型半導体
レーザに関し、特に情報記録／再生用に用いるのに適し
た低雑音の半導体レーザに関する。
レーザに関し、特に情報記録／再生用に用いるのに適し
た低雑音の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザを光ディスク等に用いる場
合、半導体レーザから出射した光が外部にある光学系に
よって反射され半導体レーザ自身へ戻り、この戻り光に
より雑音が発生する。この戻り光雑音を低減する方法と
して、自励発振により可干渉性を低下させる方法が知ら
れている。自励発振型の半導体レーザとしては、クラッ
ドのメサ脇残り厚と活性層厚を調整し、光を活性層のメ
サ脇に染みださせて、キャリアの注入されない活性層の
一部分を可飽和吸収体とする方法がある。しかしこの方
法では、非点隔差が１０μｍ〜３０μｍと大きくなり、
光ディスク等へ応用する場合には問題が生じる。
合、半導体レーザから出射した光が外部にある光学系に
よって反射され半導体レーザ自身へ戻り、この戻り光に
より雑音が発生する。この戻り光雑音を低減する方法と
して、自励発振により可干渉性を低下させる方法が知ら
れている。自励発振型の半導体レーザとしては、クラッ
ドのメサ脇残り厚と活性層厚を調整し、光を活性層のメ
サ脇に染みださせて、キャリアの注入されない活性層の
一部分を可飽和吸収体とする方法がある。しかしこの方
法では、非点隔差が１０μｍ〜３０μｍと大きくなり、
光ディスク等へ応用する場合には問題が生じる。
【０００３】他の構造の自励発振型半導体レーザとし
て、特開昭６１−８４８９１号公報、特開昭６３−２０
２０８３号公報、特開平６−１９６８１０号公報、特開
平６−２６０７１６号公報には、活性層の上部または下
部にあるいは双方に可飽和吸収層を設ける構造が開示さ
れている。この構造によれば、非点隔差を小さくするこ
とができる。上述の公報のうち、特開昭６１−８４８９
１号公報、特開平６−１９６８１０号公報、特開平６−
２６０７１６号公報では、活性層と可飽和吸収層の組成
またはバンドギャップを略等しくすることにより自励発
振を得ている。
て、特開昭６１−８４８９１号公報、特開昭６３−２０
２０８３号公報、特開平６−１９６８１０号公報、特開
平６−２６０７１６号公報には、活性層の上部または下
部にあるいは双方に可飽和吸収層を設ける構造が開示さ
れている。この構造によれば、非点隔差を小さくするこ
とができる。上述の公報のうち、特開昭６１−８４８９
１号公報、特開平６−１９６８１０号公報、特開平６−
２６０７１６号公報では、活性層と可飽和吸収層の組成
またはバンドギャップを略等しくすることにより自励発
振を得ている。
【０００４】また、自励発振を安定に発生させるには、
特開昭６１−１６０９８８号公報に開示されているよう
に、活性層に対し可飽和吸収層のキャリア寿命を短くす
る必要がある。特開昭６１−１６０９８８号公報はタン
デム型の自励発振型半導体レーザにおいて、可飽和吸収
領域にＺｎを拡散させることによりキャリア寿命を短く
している。活性層の上部または下部に可飽和吸収層を設
けた構造の自励発振型半導体レーザでは、可飽和吸収層
のキャリア濃度を高くすることによりキャリア寿命を短
くし、自励発振を発生させた例が第５６回応用物理学会
学術講演会講演予行集、２６ｐ−ＺＡ−５、２６ｐ−Ｚ
Ａ−６に報告されている。
特開昭６１−１６０９８８号公報に開示されているよう
に、活性層に対し可飽和吸収層のキャリア寿命を短くす
る必要がある。特開昭６１−１６０９８８号公報はタン
デム型の自励発振型半導体レーザにおいて、可飽和吸収
領域にＺｎを拡散させることによりキャリア寿命を短く
している。活性層の上部または下部に可飽和吸収層を設
けた構造の自励発振型半導体レーザでは、可飽和吸収層
のキャリア濃度を高くすることによりキャリア寿命を短
くし、自励発振を発生させた例が第５６回応用物理学会
学術講演会講演予行集、２６ｐ−ＺＡ−５、２６ｐ−Ｚ
Ａ−６に報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性層
の上部または下部に可飽和吸収層を設けた半導体レーザ
において、特開昭６３−２０２０８３号公報に開示され
ているような、可飽和吸収層のバンドギャップが発振波
長エネルギーよりもかなり小さい場合には閾値電流が上
昇し、また可飽和吸収層のバンドギャップが発振波長エ
ネルギーよりもかなり大きい場合には吸収が小さく自励
発振し難くなる。この問題を解決するものとして、特開
昭６１−８４８９１号公報には、活性層と可飽和吸収層
の組成を等しくすることにより、また特開平６−２６０
７１６号公報には、可飽和吸収層を歪量子井戸構造とす
ることにより、可飽和吸収層のバンドギャップエネルギ
ーを発振波長エネルギーに略等しくすることがそれぞれ
開示されており、これらにより閾値電流の上昇を抑え自
励発振させることができるとされている。
の上部または下部に可飽和吸収層を設けた半導体レーザ
において、特開昭６３−２０２０８３号公報に開示され
ているような、可飽和吸収層のバンドギャップが発振波
長エネルギーよりもかなり小さい場合には閾値電流が上
昇し、また可飽和吸収層のバンドギャップが発振波長エ
ネルギーよりもかなり大きい場合には吸収が小さく自励
発振し難くなる。この問題を解決するものとして、特開
昭６１−８４８９１号公報には、活性層と可飽和吸収層
の組成を等しくすることにより、また特開平６−２６０
７１６号公報には、可飽和吸収層を歪量子井戸構造とす
ることにより、可飽和吸収層のバンドギャップエネルギ
ーを発振波長エネルギーに略等しくすることがそれぞれ
開示されており、これらにより閾値電流の上昇を抑え自
励発振させることができるとされている。
【０００６】しかし、自励発振を安定して発生させるに
は、特開昭６１−１６０９８８号公報に開示されている
ように、可飽和吸収層のキャリア寿命を制御し活性層の
キャリア寿命に比べ短寿命化する必要がある。特開昭６
１−８４８９１号公報、特開平６−２６０７１６号公報
に記載された方法のように、単に可飽和吸収層のバンド
ギャップを発振波長エネルギーに略等しくするだけでは
安定に自励発振を発生させることはできない。キャリア
寿命を制御した例である第５６回応用物理学会学術講演
会講演予行集、２６Ｄ−ＺＡ−５、２６ｐ−ＺＡ−６に
記載された方法では、可飽和吸収層に不純物を高濃度に
ドーピングすることにより可飽和吸収層のキャリア寿命
を短くし、自励発振を発生させている。しかし、可飽和
吸収層への高濃度ドーピングを行うと、可飽和吸収層か
ら活性層への不純物の拡散が発生する恐れがある。活性
層への不純物の拡散は、活性層の発光効率の低下を招
き、半導体レーザの閾値電流を増大させ、また劣化率を
増大させ信頼性の低下を招く。可飽和吸収層がｐ型クラ
ッド層にある場合には、不純物としてＺｎが使われるこ
とが多く、特にＺｎは拡散係数が大きく拡散し易いた
め、活性層まで拡散する可能性があった。
は、特開昭６１−１６０９８８号公報に開示されている
ように、可飽和吸収層のキャリア寿命を制御し活性層の
キャリア寿命に比べ短寿命化する必要がある。特開昭６
１−８４８９１号公報、特開平６−２６０７１６号公報
に記載された方法のように、単に可飽和吸収層のバンド
ギャップを発振波長エネルギーに略等しくするだけでは
安定に自励発振を発生させることはできない。キャリア
寿命を制御した例である第５６回応用物理学会学術講演
会講演予行集、２６Ｄ−ＺＡ−５、２６ｐ−ＺＡ−６に
記載された方法では、可飽和吸収層に不純物を高濃度に
ドーピングすることにより可飽和吸収層のキャリア寿命
を短くし、自励発振を発生させている。しかし、可飽和
吸収層への高濃度ドーピングを行うと、可飽和吸収層か
ら活性層への不純物の拡散が発生する恐れがある。活性
層への不純物の拡散は、活性層の発光効率の低下を招
き、半導体レーザの閾値電流を増大させ、また劣化率を
増大させ信頼性の低下を招く。可飽和吸収層がｐ型クラ
ッド層にある場合には、不純物としてＺｎが使われるこ
とが多く、特にＺｎは拡散係数が大きく拡散し易いた
め、活性層まで拡散する可能性があった。
【０００７】また、特開平６−１９６８１０号公報で
は、活性層と可飽和吸収層の組成を等しくし、可飽和吸
収層を０．０１μｍまで薄くした例が実施例として記載
されている。本発明者等の実験によると、後述のように
可飽和吸収層厚を活性層厚よりも薄くすることによりキ
ャリア寿命を短くすることができるが、可飽和吸収層と
活性層の組成を等しくした場合には、可飽和吸収層を
０．０１μｍまで薄くすると量子効果によるバンドギャ
ップの増大から吸収が不十分になり、本発明者等が実験
したところ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系では自励発
振は得られなかった。また、量子効果によるバンドギャ
ップの増大の少ない層厚では吸収は十分となるが、層厚
を十分薄くできないためにキャリアの短寿命化の効果が
小さく、高濃度ドーピングを行わなければやはり自励発
振しないことが判った。
は、活性層と可飽和吸収層の組成を等しくし、可飽和吸
収層を０．０１μｍまで薄くした例が実施例として記載
されている。本発明者等の実験によると、後述のように
可飽和吸収層厚を活性層厚よりも薄くすることによりキ
ャリア寿命を短くすることができるが、可飽和吸収層と
活性層の組成を等しくした場合には、可飽和吸収層を
０．０１μｍまで薄くすると量子効果によるバンドギャ
ップの増大から吸収が不十分になり、本発明者等が実験
したところ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系では自励発
振は得られなかった。また、量子効果によるバンドギャ
ップの増大の少ない層厚では吸収は十分となるが、層厚
を十分薄くできないためにキャリアの短寿命化の効果が
小さく、高濃度ドーピングを行わなければやはり自励発
振しないことが判った。
【０００８】したがって、本発明の解決すべき課題は、
高濃度ドーピングすることなく可飽和吸収層のキャリア
寿命を短くすることができるようにして、不純物が活性
層に拡散することのないようにし、閾値電流が低くかつ
非点隔差が小さい、低雑音の自励発振型半導体レーザを
提供できるようにすることである。
高濃度ドーピングすることなく可飽和吸収層のキャリア
寿命を短くすることができるようにして、不純物が活性
層に拡散することのないようにし、閾値電流が低くかつ
非点隔差が小さい、低雑音の自励発振型半導体レーザを
提供できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による自励発振型
半導体レーザは、半導体基板上に、活性層と、前記活性
層を挟むクラッド層とが形成され、前記クラッド層の少
なくとも一方の層中に可飽和吸収層が形成されているも
のであって、前記可飽和吸収層が、その形成時のＶ／
III （Ｖ族原料供給量／III 族原料供給量）が前記活性
層形成時のＶ／III よりも低く設定されされて形成され
たものであるか、あるいは 量子井戸構造で前記活性層
よりも層厚が薄くなされたものであり、前記可飽和吸収
層は発振波長エネルギーに略等しいバンドギャップエネ
ルギーを有し、前記活性層と可飽和吸収層とにおけるキ
ャリア寿命τをτ１、τ２、それぞれの層の利得係数ｇ
をｇ１、ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係数ΓをΓ
ｌ、Γ２とし、前記可飽和吸収層の損失αを共振器損失
αc で規格化した損失をβ（＝α／αc ）とした時、τ
２がτｌ／τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−β）でかつ
τ１／τ２＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−β）／（−
β）・ｇ１／ｇ２＋１なる関係を有することを特徴とし
ている。
半導体レーザは、半導体基板上に、活性層と、前記活性
層を挟むクラッド層とが形成され、前記クラッド層の少
なくとも一方の層中に可飽和吸収層が形成されているも
のであって、前記可飽和吸収層が、その形成時のＶ／
III （Ｖ族原料供給量／III 族原料供給量）が前記活性
層形成時のＶ／III よりも低く設定されされて形成され
たものであるか、あるいは 量子井戸構造で前記活性層
よりも層厚が薄くなされたものであり、前記可飽和吸収
層は発振波長エネルギーに略等しいバンドギャップエネ
ルギーを有し、前記活性層と可飽和吸収層とにおけるキ
ャリア寿命τをτ１、τ２、それぞれの層の利得係数ｇ
をｇ１、ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係数ΓをΓ
ｌ、Γ２とし、前記可飽和吸収層の損失αを共振器損失
αc で規格化した損失をβ（＝α／αc ）とした時、τ
２がτｌ／τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−β）でかつ
τ１／τ２＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−β）／（−
β）・ｇ１／ｇ２＋１なる関係を有することを特徴とし
ている。
【００１０】そして、好ましくは、前記活性層が、（Ａ
ｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐを井戸層、（Ａｌz Ｇａ
1-z ）w Ｉｎ1-w Ｐを障壁層とする多重量子井戸構造を
有し、前記可飽和吸収層が（Ａｌu Ｇａ1-u ）v Ｉｎ
1-v Ｐを井戸層、（Ａｌs Ｇａ1- s ）t Ｉｎ1-t Ｐ（但
し、０≦ｘ，ｕ＜１、０＜ｙ，ｚ，ｗ，ｖ，ｓ，ｔ＜
１）を障壁層とする多重量子井戸構造を有するものであ
る。
ｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐを井戸層、（Ａｌz Ｇａ
1-z ）w Ｉｎ1-w Ｐを障壁層とする多重量子井戸構造を
有し、前記可飽和吸収層が（Ａｌu Ｇａ1-u ）v Ｉｎ
1-v Ｐを井戸層、（Ａｌs Ｇａ1- s ）t Ｉｎ1-t Ｐ（但
し、０≦ｘ，ｕ＜１、０＜ｙ，ｚ，ｗ，ｖ，ｓ，ｔ＜
１）を障壁層とする多重量子井戸構造を有するものであ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は、本発明による自励発振型
半導体レーザの例を示す断面図あり、ＡｌＧａＩｎＰ赤
色半導体レーザの場合を示す。図１に示されるように、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層２、活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、ｐ
型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層７、ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層８が順に形成されている。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層２内には、ｎ型可飽和吸収層３が形成され、ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５内には、ｐ型可飽和吸収層
６が形成されている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層８、ｐ型
ＧａＩｎＰヘテロバッファ層７およびｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層５はメサ状に加工され、メサの側面はｎ型
ＧａＡｓブロック層９により埋め込まれている。ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層８およびｎ型ＧａＡｓブロック層９上
にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が形成されており、
その上にはｐ側電極１１が形成される。また、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の下面にはｎ側電極１２が形成されている。
を参照して説明する。図１は、本発明による自励発振型
半導体レーザの例を示す断面図あり、ＡｌＧａＩｎＰ赤
色半導体レーザの場合を示す。図１に示されるように、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層２、活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、ｐ
型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層７、ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層８が順に形成されている。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層２内には、ｎ型可飽和吸収層３が形成され、ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５内には、ｐ型可飽和吸収層
６が形成されている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層８、ｐ型
ＧａＩｎＰヘテロバッファ層７およびｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層５はメサ状に加工され、メサの側面はｎ型
ＧａＡｓブロック層９により埋め込まれている。ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層８およびｎ型ＧａＡｓブロック層９上
にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が形成されており、
その上にはｐ側電極１１が形成される。また、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の下面にはｎ側電極１２が形成されている。
【００１２】活性層４は、例えば、１０ｎｍ厚のＧａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子
井戸構造に構成される。また、ｎ型およびｐ型可飽和吸
収層３、６は、例えば、１０ｎｍ厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造に構成
される。これらの層は、トリメチルアルミニウム〔Ａｌ
（ＣＨ3 ）3 〕、トリエチルガリウム〔Ｇａ（Ｃ2 Ｈ
5 ）3 〕、トリメチルインジウム〔Ｉｎ（ＣＨ3 ）
3 〕、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を
原料ガスとするＭＯＶＰＥ法により形成されるが、その
際に、可飽和吸収層でのキャリア寿命を短くするため
に、可飽和吸収層を成長させるときのＶ族原料供給量／
III 族原料供給量比（Ｖ／III ）は、活性層形成時のＶ
／III より低く設定される。
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子
井戸構造に構成される。また、ｎ型およびｐ型可飽和吸
収層３、６は、例えば、１０ｎｍ厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造に構成
される。これらの層は、トリメチルアルミニウム〔Ａｌ
（ＣＨ3 ）3 〕、トリエチルガリウム〔Ｇａ（Ｃ2 Ｈ
5 ）3 〕、トリメチルインジウム〔Ｉｎ（ＣＨ3 ）
3 〕、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を
原料ガスとするＭＯＶＰＥ法により形成されるが、その
際に、可飽和吸収層でのキャリア寿命を短くするため
に、可飽和吸収層を成長させるときのＶ族原料供給量／
III 族原料供給量比（Ｖ／III ）は、活性層形成時のＶ
／III より低く設定される。
【００１３】また、可飽和吸収層のＡｌ組成比を活性層
のそれよりも高くすることにより、キャリアの寿命を短
くする。例えば、活性層４は、１０ｎｍ厚のＧａ0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造に
構成され、ｎ型およびｐ型可飽和吸収層３、６は、例え
ば、１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.4 Ｉｎ0.6 Ｐ
井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造とする。可
飽和吸収層のＡｌ組成比が上昇されたことによりそのま
まではバンドギャップエネルギーが活性層より大きくな
るため、発振波長エネルギーに略等しくなるように、Ｉ
ｎ組成を高くし、圧縮歪を加える。
のそれよりも高くすることにより、キャリアの寿命を短
くする。例えば、活性層４は、１０ｎｍ厚のＧａ0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造に
構成され、ｎ型およびｐ型可飽和吸収層３、６は、例え
ば、１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.4 Ｉｎ0.6 Ｐ
井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造とする。可
飽和吸収層のＡｌ組成比が上昇されたことによりそのま
まではバンドギャップエネルギーが活性層より大きくな
るため、発振波長エネルギーに略等しくなるように、Ｉ
ｎ組成を高くし、圧縮歪を加える。
【００１４】また、可飽和吸収層の膜厚を活性層のそれ
よりも薄くすることにより（多重量子井戸構造を採る場
合には少なくとも井戸層の層厚を薄くすることによ
り）、可飽和吸収層のキャリア寿命を短くする。例え
ば、活性層４は、１０ｎｍ厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸
層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障
壁層を交互に積層した多重量子井戸構造により構成し、
ｎ型およびｐ型可飽和吸収層３、６は、例えば、３ｎｍ
厚のＧａ0.38Ｉｎ0.62Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重
量子井戸構造に形成する。可飽和吸収層の井戸層の層厚
を薄くすると量子準位が高くなり、バンドギャップエネ
ルギーが発振波長より大きくなってしまうため、発振波
長エネルギーに略等しくなるようにＩｎ組成を高くし、
圧縮歪を加える。
よりも薄くすることにより（多重量子井戸構造を採る場
合には少なくとも井戸層の層厚を薄くすることによ
り）、可飽和吸収層のキャリア寿命を短くする。例え
ば、活性層４は、１０ｎｍ厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸
層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障
壁層を交互に積層した多重量子井戸構造により構成し、
ｎ型およびｐ型可飽和吸収層３、６は、例えば、３ｎｍ
厚のＧａ0.38Ｉｎ0.62Ｐ井戸層と４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に積層した多重
量子井戸構造に形成する。可飽和吸収層の井戸層の層厚
を薄くすると量子準位が高くなり、バンドギャップエネ
ルギーが発振波長より大きくなってしまうため、発振波
長エネルギーに略等しくなるようにＩｎ組成を高くし、
圧縮歪を加える。
【００１５】［作用］ 本発明の自励発振型半導体レーザでは、活性層を挟むク
ラッド層の少なくとも一方の層中に可飽和吸収層が形成
され、この可飽和吸収層のバンドギャップは発振波長エ
ネルギーに略等しくなるようになされるとともに、キャ
リア寿命が短くなされる。その短寿命化の手法として、
可飽和吸収層の結晶成長時のＶ／III を低くする、可飽
和吸収層にＡｌを含む化合物を用いる（あるいはＡｌの
組成比を高くする）、可飽和吸収層の厚さを薄くする、
またはこれらの組み合わせを用いる。この時、可飽和吸
収層のバンドギャップを発振波長エネルギーに略等しく
するには、歪量子井戸構造の導入によりバンド構造を制
御する手法を用いることができる。
ラッド層の少なくとも一方の層中に可飽和吸収層が形成
され、この可飽和吸収層のバンドギャップは発振波長エ
ネルギーに略等しくなるようになされるとともに、キャ
リア寿命が短くなされる。その短寿命化の手法として、
可飽和吸収層の結晶成長時のＶ／III を低くする、可飽
和吸収層にＡｌを含む化合物を用いる（あるいはＡｌの
組成比を高くする）、可飽和吸収層の厚さを薄くする、
またはこれらの組み合わせを用いる。この時、可飽和吸
収層のバンドギャップを発振波長エネルギーに略等しく
するには、歪量子井戸構造の導入によりバンド構造を制
御する手法を用いることができる。
【００１６】図２は、ＧａＩｎＰバルクの非発光再結合
によるキャリア寿命のＭＯＶＰＥにおけるＶ／III 依存
性を示すグラフである。Ｖ／III が低下するに従い酸素
の取り込まれ率が高くなり、キャリア寿命は短くなる。
図３は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバルクの非
発光再結合によるキャリア寿命のＡｌ組成ｘ依存性を示
すグラフである。Ａｌは酸素と結合しやすいため、Ａｌ
組成を高くするに従い酸素の取り込まれが多くなり、キ
ャリア寿命は短くなる。図４は、ＡｌＧａＩｎＰ／Ｇａ
ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰダブルへテロ構造の非発光再結
合によるキャリア寿命のＧａＩｎＰ層厚依存性を示すグ
ラフである。ＧａＩｎＰの層厚が薄くなるに従い、界面
再結合によりキャリア寿命は短くなる。これらにより、
キャリア寿命の非発光再結合成分を短くすることがで
き、発光再結合成分を短寿命化するための高濃度ドーピ
ングを行うことなしに、キャリア寿命を短くできる。
によるキャリア寿命のＭＯＶＰＥにおけるＶ／III 依存
性を示すグラフである。Ｖ／III が低下するに従い酸素
の取り込まれ率が高くなり、キャリア寿命は短くなる。
図３は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバルクの非
発光再結合によるキャリア寿命のＡｌ組成ｘ依存性を示
すグラフである。Ａｌは酸素と結合しやすいため、Ａｌ
組成を高くするに従い酸素の取り込まれが多くなり、キ
ャリア寿命は短くなる。図４は、ＡｌＧａＩｎＰ／Ｇａ
ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰダブルへテロ構造の非発光再結
合によるキャリア寿命のＧａＩｎＰ層厚依存性を示すグ
ラフである。ＧａＩｎＰの層厚が薄くなるに従い、界面
再結合によりキャリア寿命は短くなる。これらにより、
キャリア寿命の非発光再結合成分を短くすることがで
き、発光再結合成分を短寿命化するための高濃度ドーピ
ングを行うことなしに、キャリア寿命を短くできる。
【００１７】この際に、特開昭６１−１６０９８８号公
報に記載のあるように、活性層と可飽和吸収層とにおけ
るキャリア寿命τをτ１、τ２、それぞれの層の利得係
数ｇをｇ１、ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係数Γを
Γｌ、Γ２とし、可飽和吸収層の損失αを共振器損失α
c で規格化した損失をβ（＝α／αc ）としたとき、τ
２が、τ１／τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−β）でか
つτ１／τ２＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−β）／（−
β）・ｇ１／ｇ２＋１なる関係を有するようにキャリア
寿命τ２を上述の方法によりを短寿命化することにより
自励発振が生じる。従って、可飽和吸収層へ高濃度のド
ーピングすることなく自励発振が生じるようキャリア寿
命を短くできるため、可飽和吸収層から活性層への不純
物拡散が起きず、活性層の発光効率を低減させることな
く、良好な特性の自励発振型半導体レーザを作製するこ
とができる。
報に記載のあるように、活性層と可飽和吸収層とにおけ
るキャリア寿命τをτ１、τ２、それぞれの層の利得係
数ｇをｇ１、ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係数Γを
Γｌ、Γ２とし、可飽和吸収層の損失αを共振器損失α
c で規格化した損失をβ（＝α／αc ）としたとき、τ
２が、τ１／τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−β）でか
つτ１／τ２＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−β）／（−
β）・ｇ１／ｇ２＋１なる関係を有するようにキャリア
寿命τ２を上述の方法によりを短寿命化することにより
自励発振が生じる。従って、可飽和吸収層へ高濃度のド
ーピングすることなく自励発振が生じるようキャリア寿
命を短くできるため、可飽和吸収層から活性層への不純
物拡散が起きず、活性層の発光効率を低減させることな
く、良好な特性の自励発振型半導体レーザを作製するこ
とができる。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
５は、本発明の実施例の製造過程を示す工程順の断面図
であって、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザの場合を
示す。まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板１上に０．９５μｍ厚のｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層２ａ、ｎ型可飽和吸収層３、
５０ｎｍ厚のｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
クラッド層２ｂ、アンドープの活性層４、５０ｎｍ厚の
ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層５
ａ、ｐ型可飽和吸収層６、０．９５μｍ厚のｐ型（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0. 5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層５ｂ、２０ｎ
ｍ厚のｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐへテロバッファ層７ａ、
０．３μｍ厚のｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長さ
せる。結晶成長は減圧ＭＯＶＰＥ法を用いた。成長条件
は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ／III ５００
（第１の実施例での可飽和吸収層の場合を除く）とし
た。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型ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、
ｐ型ドーパントとしてジエチルジンク〔Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 〕を用いた。
５は、本発明の実施例の製造過程を示す工程順の断面図
であって、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザの場合を
示す。まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板１上に０．９５μｍ厚のｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層２ａ、ｎ型可飽和吸収層３、
５０ｎｍ厚のｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
クラッド層２ｂ、アンドープの活性層４、５０ｎｍ厚の
ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層５
ａ、ｐ型可飽和吸収層６、０．９５μｍ厚のｐ型（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0. 5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層５ｂ、２０ｎ
ｍ厚のｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐへテロバッファ層７ａ、
０．３μｍ厚のｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長さ
せる。結晶成長は減圧ＭＯＶＰＥ法を用いた。成長条件
は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ／III ５００
（第１の実施例での可飽和吸収層の場合を除く）とし
た。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型ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、
ｐ型ドーパントとしてジエチルジンク〔Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 〕を用いた。
【００１９】次に、図５（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法
およびリソグラフィ法によりＳｉＯ2 ストライプマスク
１３を形成し、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐクラッド層５ｂを層厚０．２μｍ程度残してウェット
エッチングにより除去し、メサを形成する。次に、図５
（ｃ）に示すように、選択成長によりｎ型ＧａＡｓブロ
ック層９を形成した後、ＳｉＯ2 ストライプマスク１３
を除去し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０を形成した。
ｎ型ＧａＡｓブロック層９およびｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１０の成長には、減圧ＭＯＶＰＥ法を用い、成長条
件は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ／III ４５
とした。原料としては、トリメチルガリウム、アルシ
ン、ｎ型ドーパントとしてジシラン、ｐ型ドーパントと
してジエチルジンクを用いた。その後、エピタキシャル
層側にｐ側電極、基板側にｎ側電極を形成すれば、図１
に示す半導体レーザが得られる。
およびリソグラフィ法によりＳｉＯ2 ストライプマスク
１３を形成し、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐクラッド層５ｂを層厚０．２μｍ程度残してウェット
エッチングにより除去し、メサを形成する。次に、図５
（ｃ）に示すように、選択成長によりｎ型ＧａＡｓブロ
ック層９を形成した後、ＳｉＯ2 ストライプマスク１３
を除去し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０を形成した。
ｎ型ＧａＡｓブロック層９およびｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１０の成長には、減圧ＭＯＶＰＥ法を用い、成長条
件は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ／III ４５
とした。原料としては、トリメチルガリウム、アルシ
ン、ｎ型ドーパントとしてジシラン、ｐ型ドーパントと
してジエチルジンクを用いた。その後、エピタキシャル
層側にｐ側電極、基板側にｎ側電極を形成すれば、図１
に示す半導体レーザが得られる。
【００２０】図６に活性層４のエネルギーバンド図を示
す。同図に示されるように、活性層４は、１０ｎｍ厚の
Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層４ａと４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層４ｂが交互に積層され
た多重量子井戸構造であり、その両側に５０ｎｍ厚の
（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層４ｃが
設けられている。図７に可飽和吸収層３、６のエネルギ
ーバンド図を示す。同図に示されるように、可飽和吸収
層３、６は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ井戸層３
ａ、６ａと（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層
３ｂ、６ｂを交互に積層した多重量子井戸構造である。
可飽和吸収層３、６は、自励発振が発生するようキャリ
ア寿命が短くなされ、かつバンドギャップエネルギーが
発振波長エネルギーに略等しくなるようになされてい
る。また、可飽和吸収層３、６のドーピング量は５×１
０17ｃｍ-3程度とした。
す。同図に示されるように、活性層４は、１０ｎｍ厚の
Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層４ａと４ｎｍ厚の（Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層４ｂが交互に積層され
た多重量子井戸構造であり、その両側に５０ｎｍ厚の
（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層４ｃが
設けられている。図７に可飽和吸収層３、６のエネルギ
ーバンド図を示す。同図に示されるように、可飽和吸収
層３、６は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ井戸層３
ａ、６ａと（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層
３ｂ、６ｂを交互に積層した多重量子井戸構造である。
可飽和吸収層３、６は、自励発振が発生するようキャリ
ア寿命が短くなされ、かつバンドギャップエネルギーが
発振波長エネルギーに略等しくなるようになされてい
る。また、可飽和吸収層３、６のドーピング量は５×１
０17ｃｍ-3程度とした。
【００２１】［第１の実施例］次に、各実施例における
可飽和吸収層３、６について説明する。第１の実施例に
おいては、可飽和吸収層３、６を１０ｎｍ厚のＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層３ａ、６ａと４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇ
ａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層３ｂ、６ｂを交互に積層
した多重量子井戸構造とし、井戸層３ａ、６ａの組成、
膜厚を活性層４のそれと同一にし、Ｖ／III のみを可飽
和吸収層３、６成長時に５０に変更した。このように、
可飽和吸収層３、６成長時のＶ／III を下げることによ
り、非発光再結合によるキャリア寿命を一桁以上下げる
ことができ、良好な自励発振を発生させることができ
た。
可飽和吸収層３、６について説明する。第１の実施例に
おいては、可飽和吸収層３、６を１０ｎｍ厚のＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層３ａ、６ａと４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇ
ａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層３ｂ、６ｂを交互に積層
した多重量子井戸構造とし、井戸層３ａ、６ａの組成、
膜厚を活性層４のそれと同一にし、Ｖ／III のみを可飽
和吸収層３、６成長時に５０に変更した。このように、
可飽和吸収層３、６成長時のＶ／III を下げることによ
り、非発光再結合によるキャリア寿命を一桁以上下げる
ことができ、良好な自励発振を発生させることができ
た。
【００２２】［第２の実施例］第２の実施例としては、
可飽和吸収層３、６を、１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 ）0.4 Ｉｎ0.6 Ｐ井戸層３ａ、６ａと４ｎｍ厚の
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5Ｉｎ0.5 ５Ｐ障壁層３ｂ、６
ｂを交互に積層した多重量子井戸構造とした。井戸層３
ａ、６ａのＡｌ組成を高くすると、バンドギャップエネ
ルギーが大きくなるため、発振波長エネルギーに略等し
くなるようにＩｎ組成を高くし、圧縮歪を加えた。この
ように、可飽和吸収層３、６のＡｌ組成を高くすること
により、非発光再結合によるキャリア寿命を約一桁下げ
ることができ、良好な自励発振を発生させることができ
た。
可飽和吸収層３、６を、１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 ）0.4 Ｉｎ0.6 Ｐ井戸層３ａ、６ａと４ｎｍ厚の
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5Ｉｎ0.5 ５Ｐ障壁層３ｂ、６
ｂを交互に積層した多重量子井戸構造とした。井戸層３
ａ、６ａのＡｌ組成を高くすると、バンドギャップエネ
ルギーが大きくなるため、発振波長エネルギーに略等し
くなるようにＩｎ組成を高くし、圧縮歪を加えた。この
ように、可飽和吸収層３、６のＡｌ組成を高くすること
により、非発光再結合によるキャリア寿命を約一桁下げ
ることができ、良好な自励発振を発生させることができ
た。
【００２３】［第３の実施例］第３の実施例として、可
飽和吸収層３、６を３ｎｍ厚のＧａ0.38Ｉｎ0.62Ｐ井戸
層３ａ、６ａと４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ障壁層３ｂ、６ｂを交互に積層した多重量子井
戸構造とした。井戸層３ａ、６ａの層厚を薄くすると量
子準位が高くなり、バンドギャップエネルギーが大きく
なるため、発振波長エネルギーに略等しくなるようにＩ
ｎ組成を高くし、圧縮歪を加えた。このように、可飽和
吸収層３、６の層厚を薄くすることにより、非発光再結
合によるキャリア寿命を約１／５に下げることができ、
良好な自励発振を発生させることができた。
飽和吸収層３、６を３ｎｍ厚のＧａ0.38Ｉｎ0.62Ｐ井戸
層３ａ、６ａと４ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ障壁層３ｂ、６ｂを交互に積層した多重量子井
戸構造とした。井戸層３ａ、６ａの層厚を薄くすると量
子準位が高くなり、バンドギャップエネルギーが大きく
なるため、発振波長エネルギーに略等しくなるようにＩ
ｎ組成を高くし、圧縮歪を加えた。このように、可飽和
吸収層３、６の層厚を薄くすることにより、非発光再結
合によるキャリア寿命を約１／５に下げることができ、
良好な自励発振を発生させることができた。
【００２４】上記各実施例により得られた半導体レーザ
は、６０℃において５ｍＷ以上まで自励発振し、相対雑
音強度（Relative Intensity Noise；ＲＩＮ）は戻り光
量１０％まで−１３５ｄＢ／Ｈｚ以下となり、良好な低
雑音特性を示した。また、可飽和吸収層３、６は高濃度
ドーピングしていないため活性層４へのドーパントの拡
散は見られず、室温における閾値電流は共振器長５００
μｍにおいて５０から６０ｍＡと良好な値が得られた。
さらに、非点隔差は５から１０μｍであった。上述の各
実施例では、可飽和吸収層でのＶ／III の低減、高Ａｌ
組成化、薄膜化を単独に用いたが、これらの組み合わせ
でもよい。また、可飽和吸収層をｐ型、ｎ型両クラッド
層中に設けたが、どちらか一方のクラッド層中に設けた
構造においても同様の効果が得られた。さらに、実施例
ではＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザについて述べたが、
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザについても同様の効果が得
られる。
は、６０℃において５ｍＷ以上まで自励発振し、相対雑
音強度（Relative Intensity Noise；ＲＩＮ）は戻り光
量１０％まで−１３５ｄＢ／Ｈｚ以下となり、良好な低
雑音特性を示した。また、可飽和吸収層３、６は高濃度
ドーピングしていないため活性層４へのドーパントの拡
散は見られず、室温における閾値電流は共振器長５００
μｍにおいて５０から６０ｍＡと良好な値が得られた。
さらに、非点隔差は５から１０μｍであった。上述の各
実施例では、可飽和吸収層でのＶ／III の低減、高Ａｌ
組成化、薄膜化を単独に用いたが、これらの組み合わせ
でもよい。また、可飽和吸収層をｐ型、ｎ型両クラッド
層中に設けたが、どちらか一方のクラッド層中に設けた
構造においても同様の効果が得られた。さらに、実施例
ではＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザについて述べたが、
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザについても同様の効果が得
られる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体レーザは、可飽和吸収層形成時のＶ／III を低減す
る、層厚を薄くすることにより、可飽和吸収層のキャリ
ア寿命を短くしたものであるので、可飽和吸収層への高
濃度ドーピングを行わずに済むようになり、可飽和吸収
層から活性層への不純物拡散を防止しつつ自励発振を発
生させることが可能になる。したがって、本発明によれ
ば、活性層の発光効率を低減させたり、信頼性の低下を
招いたりすることなく、特性がよく低雑音の自励発振型
半導体レーザを提供することが可能になる。
体レーザは、可飽和吸収層形成時のＶ／III を低減す
る、層厚を薄くすることにより、可飽和吸収層のキャリ
ア寿命を短くしたものであるので、可飽和吸収層への高
濃度ドーピングを行わずに済むようになり、可飽和吸収
層から活性層への不純物拡散を防止しつつ自励発振を発
生させることが可能になる。したがって、本発明によれ
ば、活性層の発光効率を低減させたり、信頼性の低下を
招いたりすることなく、特性がよく低雑音の自励発振型
半導体レーザを提供することが可能になる。
【図１】本発明の実施の形態を説明するための半導体レ
ーザの断面図。
ーザの断面図。
【図２】ＧａＩｎＰバルクの非発光再結合によるキャリ
ア寿命のＶ／III 依存性を示すグラフ。
ア寿命のＶ／III 依存性を示すグラフ。
【図３】（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバルクの非
発光再結合によるキャリア寿命のＡｌ組成ｘ依存性を示
すグラフ。
発光再結合によるキャリア寿命のＡｌ組成ｘ依存性を示
すグラフ。
【図４】ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ
ダブルへテロ構造の非発光再結合によるキャリア寿命の
ＧａＩｎＰ層厚依存性を示すグラフ。
ダブルへテロ構造の非発光再結合によるキャリア寿命の
ＧａＩｎＰ層厚依存性を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例の半導体レーザの製造方法を説
明するための工程順断面図。
明するための工程順断面図。
【図６】本発明の実施例の活性層４のエネルギーバンド
図。
図。
【図７】本発明の実施例の可飽和吸収層３、６のエネル
ギーバンド図。
ギーバンド図。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２ａ、２ｂ ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
クラッド層 ３ ｎ型可飽和吸収層 ３ａ （Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ井戸層 ３ｂ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ４ 活性層 ４ａ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層 ４ｂ （Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ４ｃ （Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層 ５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５ａ、５ｂ ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
クラッド層 ６ ｐ型可飽和吸収層 ６ａ （Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ井戸層 ６ｂ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ７ ｐ型ＧａＩｎＰへテロバッファ層 ７ａ ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐへテロバッファ層 ８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ９ ｎ型ＧａＡｓブロック層 １０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １１ ｐ側電極 １２ ｎ側電極 １３ ＳｉＯ2 ストライプマスク
クラッド層 ３ ｎ型可飽和吸収層 ３ａ （Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ井戸層 ３ｂ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ４ 活性層 ４ａ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層 ４ｂ （Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ４ｃ （Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層 ５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５ａ、５ｂ ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
クラッド層 ６ ｐ型可飽和吸収層 ６ａ （Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ井戸層 ６ｂ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ７ ｐ型ＧａＩｎＰへテロバッファ層 ７ａ ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐへテロバッファ層 ８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ９ ｎ型ＧａＡｓブロック層 １０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １１ ｐ側電極 １２ ｎ側電極 １３ ＳｉＯ2 ストライプマスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−196810（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−263794（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−321395（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ．Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ. Ｌｅｔｔ．７［12］（1995）ｐ．1406− 1408 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板上に、活性層と、前記活性層を
挟むクラッド層とが形成され、前記クラッド層の少なく
とも一方の層中に可飽和吸収層が形成されている半導体
レーザにおいて、前記可飽和吸収層および前記活性層
は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により形成さ
れ、前記可飽和吸収層形成時のＶ／III （Ｖ族原料供給
量／III 族原料供給量）が前記活性層形成時のＶ／III
よりも低く設定され、前記可飽和吸収層は前記活性層よ
り高濃度に酸素を含み、前記可飽和吸収層は発振波長エ
ネルギーに略等しいバンドギャップエネルギーを有し、
かつ、前記活性層と可飽和吸収層とにおけるキャリア寿
命τをτ１、τ２、それぞれの層の利得係数ｇをｇ１、
ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係数ΓをΓｌ、Γ２と
し、前記可飽和吸収層の損失αを共振器損失αc で規格
化した損失をβ（＝α／αc ）とした時、τ２がτｌ／
τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−β）でかつτ１／τ２
＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−β）／（−β）・ｇ１／
ｇ２＋１なる関係を有することを特徴とする自励発振型
半導体レーザ。 - 【請求項２】半導体基板上に、活性層と、前記活性層を
挟むクラッド層とが形成され、前記クラッド層の少なく
とも一方の層中に可飽和吸収層が形成されている半導体
レーザにおいて、前記可飽和吸収層は量子井戸構造をな
して前記活性層よりも層厚が薄く形成され、前記可飽和
吸収層は発振波長エネルギーに略等しいバンドギャップ
エネルギーを有し、かつ、前記活性層と可飽和吸収層と
におけるキャリア寿命τをτ１、τ２、それぞれの層の
利得係数ｇをｇ１、ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係
数ΓをΓｌ、Γ２とし、前記可飽和吸収層の損失αを共
振器損失αc で規格化した損失をβ（＝α／αc ）とし
た時、τ２がτｌ／τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−
β）でかつτ１／τ２＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−
β）／（−β）・ｇ１／ｇ２＋１なる関係を有すること
を特徴とする自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項３】半導体基板上に、活性層と、前記活性層を
挟むクラッド層とが形成され、前記クラッド層の少なく
とも一方の層中に可飽和吸収層が形成されている半導体
レーザにおいて、前記活性層よりも層厚が薄く形成さ
れ、かつ、前記可飽和吸収層は発振波長エネルギーに略
等しいバンドギャップエネルギーを有し、かつ、前記活
性層と可飽和吸収層とにおけるキャリア寿命τをτ１、
τ２、それぞれの層の利得係数ｇをｇ１、ｇ２、それぞ
れの層の光閉じこめ係数ΓをΓｌ、Γ２とし、前記可飽
和吸収層の損失αを共振器損失αc で規格化した損失を
β（＝α／αc ）とした時、τ２がτｌ／τ２・ｇ１／
ｇ２＞−β／（１−β）でかつτ１／τ２＞（１＋Γｌ
／Γ２）・（１−β）／（−β）・ｇ１／ｇ２＋１なる
関係を有し、かつ、前記可飽和吸収層および前記活性層
は、Ｉｎを含む化合物により多重量子井戸構造に形成さ
れ、前記可飽和吸収層の井戸層のＩｎ組成比は前記活性
層の井戸層のそれより高く設定され、かつ、前記可飽和
吸収層の井戸層には圧縮歪が導入されていることを特徴
とする自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項４】前記活性層と可飽和吸収層とにおけるキャ
リア寿命τをτ１、τ２、それぞれの層の利得係数ｇを
ｇ１、ｇ２、それぞれの層の光閉じこめ係数ΓをΓｌ、
Γ２とし、前記可飽和吸収層の損失αを共振器損失αc
で規格化した損失をβ（＝α／αc ）とした時、τ２が
τｌ／τ２・ｇ１／ｇ２＞−β／（１−β）でかつτ１
／τ２＞（１＋Γｌ／Γ２）・（１−β）／（−β）・
ｇ１／ｇ２＋１なる関係を有し、かつ、前記活性層が、
（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐを井戸層、（Ａｌz Ｇ
ａ1-z ）w Ｉｎ1-w Ｐを障壁層とする多重量子井戸構造
を有し、前記可飽和吸収層が（Ａｌu Ｇａ1-u ）v Ｉｎ
1-v Ｐを井戸層、（ＡｌsＧａ1-s ）t Ｉｎ1-t Ｐ（但
し、０≦ｘ，ｕ＜１、０＜ｙ，ｚ，ｗ，ｖ，ｓ，ｔ＜
１）を障壁層とする多重量子井戸構造を有していること
を特徴とする請求項１から３記載の自励発振型半導体レ
ーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08167047A JP3123433B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 自励発振型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08167047A JP3123433B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 自励発振型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012966A JPH1012966A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3123433B2 true JP3123433B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=15842415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08167047A Expired - Fee Related JP3123433B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 自励発振型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3123433B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4756784B2 (ja) * | 2001-07-16 | 2011-08-24 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法 |
-
1996
- 1996-06-27 JP JP08167047A patent/JP3123433B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ．Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．７［１２］（１９９５）ｐ．１４０６−１４０８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1012966A (ja) | 1998-01-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |