JP3147399B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP3147399B2 JP3147399B2 JP08216791A JP8216791A JP3147399B2 JP 3147399 B2 JP3147399 B2 JP 3147399B2 JP 08216791 A JP08216791 A JP 08216791A JP 8216791 A JP8216791 A JP 8216791A JP 3147399 B2 JP3147399 B2 JP 3147399B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、寿命の長い半導体レー
ザに関する。
ザに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＡｓ短波長レーザやＡｌＧａＩ
ｎＰ可視光レーザは、光ディスク装置やレーザビームプ
リンターなどの各種光情報機器の光源として広く用いら
れている。これらの半導体レーザの多くは、活性層が共
振器反射面に露出した構造をしており、反射面劣化と呼
ばれる劣化が発生し易い。反射面劣化は、反射面に露出
した活性層が通電中に雰囲気中の酸素や水分と反応して
酸化し、閾値の増大や発光効率の低下を招く劣化現象で
ある。これを防止するため、従来の半導体レーザには、
ＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3 等の誘電体薄膜で反射面を被覆す
る対策が講じらてている。
ｎＰ可視光レーザは、光ディスク装置やレーザビームプ
リンターなどの各種光情報機器の光源として広く用いら
れている。これらの半導体レーザの多くは、活性層が共
振器反射面に露出した構造をしており、反射面劣化と呼
ばれる劣化が発生し易い。反射面劣化は、反射面に露出
した活性層が通電中に雰囲気中の酸素や水分と反応して
酸化し、閾値の増大や発光効率の低下を招く劣化現象で
ある。これを防止するため、従来の半導体レーザには、
ＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3 等の誘電体薄膜で反射面を被覆す
る対策が講じらてている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】保護膜の形成によっ
て、雰囲気中の酸素などによる活性層の酸化は防止でき
るものの、高出力動作や数万時間を越える長時間動作で
は、同様に反射面の活性層で劣化が生じ、これが素子の
寿命を制限する主要な要因となっている。この劣化は、
動作中に反射面の活性層の温度が局所的に高くなってい
て、そこで結晶欠陥を生じやすいために発生する。反射
面の活性層には、表面準位が高密度に存在するため活性
層に注入されたキャリアの多くが非発光に再結合して発
熱する。また、注入キャリアの再結合速度が速いため、
動作時の活性層内のキャリア密度が反射面とその近傍で
低下しており、発振光の吸収率が高くなっている。この
ため光出力の一部が反射面の活性層で吸収されて発熱す
る。これら２つの過程による発熱が加わって、局所的に
大きな温度上昇を生じている。
て、雰囲気中の酸素などによる活性層の酸化は防止でき
るものの、高出力動作や数万時間を越える長時間動作で
は、同様に反射面の活性層で劣化が生じ、これが素子の
寿命を制限する主要な要因となっている。この劣化は、
動作中に反射面の活性層の温度が局所的に高くなってい
て、そこで結晶欠陥を生じやすいために発生する。反射
面の活性層には、表面準位が高密度に存在するため活性
層に注入されたキャリアの多くが非発光に再結合して発
熱する。また、注入キャリアの再結合速度が速いため、
動作時の活性層内のキャリア密度が反射面とその近傍で
低下しており、発振光の吸収率が高くなっている。この
ため光出力の一部が反射面の活性層で吸収されて発熱す
る。これら２つの過程による発熱が加わって、局所的に
大きな温度上昇を生じている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、共振器反射面に発光領域の活性層が露出した構造
で、少なくとも該発光領域の活性層を含む反射面が発振
光に対して透明な薄膜で被覆され、該薄膜によって少な
くとも該発光領域の活性層が圧縮応力を受けていること
を特徴としている。上記薄膜には窒化ケイ素化合物から
成る誘電体薄膜を用いることができる。
は、共振器反射面に発光領域の活性層が露出した構造
で、少なくとも該発光領域の活性層を含む反射面が発振
光に対して透明な薄膜で被覆され、該薄膜によって少な
くとも該発光領域の活性層が圧縮応力を受けていること
を特徴としている。上記薄膜には窒化ケイ素化合物から
成る誘電体薄膜を用いることができる。
【０００５】
【作用】ＡｌＧａＡｓ短波長レーザやＡｌＧａＩｎＰ可
視光レーザの活性層に用いられているＡｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓや（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの半導体層に
は、圧縮応力を受けると禁制幅が拡大する性質がある。
反射面に圧縮応力性の薄膜を形成した本発明の半導体レ
ーザでは、反射面とその近傍に応力が加わって、そこに
形成されている活性層の禁制帯幅が残りの大部分を占め
る活性層に比較して大きくなっている。このため、注入
キャリア密度が低いから表面準位による非発光な再結合
が少ない。また発振光に対する吸収率も低い。これは発
振波長が大部分を占める反射面近傍以外の領域の活性層
の禁制帯幅で決まるためである。したがって、反射面と
その近傍の活性層での局所的な発熱と温度上昇とが抑制
される結果、寿命の長い半導体レーザが実現できる。
視光レーザの活性層に用いられているＡｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓや（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの半導体層に
は、圧縮応力を受けると禁制幅が拡大する性質がある。
反射面に圧縮応力性の薄膜を形成した本発明の半導体レ
ーザでは、反射面とその近傍に応力が加わって、そこに
形成されている活性層の禁制帯幅が残りの大部分を占め
る活性層に比較して大きくなっている。このため、注入
キャリア密度が低いから表面準位による非発光な再結合
が少ない。また発振光に対する吸収率も低い。これは発
振波長が大部分を占める反射面近傍以外の領域の活性層
の禁制帯幅で決まるためである。したがって、反射面と
その近傍の活性層での局所的な発熱と温度上昇とが抑制
される結果、寿命の長い半導体レーザが実現できる。
【０００６】
【実施例】第１の実施例の半導体レーザの構造を図１に
示す。本実施例の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板上
に、ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓグラッド層２，ＧａＡｓ
活性層３，ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層４が順
次設けられており、さらに電流狭窄のためのｎ型ＧａＡ
ｓ電流ブロック層５，オーミック電極形成のためのｐ型
ＧａＡｓ層６が設けられている。さらにｐ型ＧａＡｓ電
極形成層６とｎ型ＧａＡｓ基板１に電極７，８が形成さ
れている。共振器反射面９には多結晶Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐ
１０が形成されている。結晶成長は分子線エピタキシャ
ル法で行い、成長温度は４００℃であった。ここでＧａ
混晶比ｙは０．５以上とした。このときＧａy Ｉｎ1-y
Ｐ層の格子定数はＧａＡｓ活性層より小さく、反射面の
活性層には圧縮性の応力が加わる。応力の値はＧａ混晶
比ｙと膜厚によって設定でき、１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2
程度の値を実現できる。ＧａＡｓ活性層の禁制幅の印加
応力に帯する変化率は１０-5ｅＶ／Ｋｇ・ｃｍ-2である
から、〜数１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 の応力印加によって
〜数１０ｍｅＶの禁制帯幅の増加を実現できる。これは
注入キャリア密度の低減と、発振光の吸収率の低減に充
分な値であり、反射面の活性層の劣化の原因である局所
的な発熱を大幅に低減させることが出来、寿命の長い半
導体レーザを得ることが出来る。
示す。本実施例の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板上
に、ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓグラッド層２，ＧａＡｓ
活性層３，ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層４が順
次設けられており、さらに電流狭窄のためのｎ型ＧａＡ
ｓ電流ブロック層５，オーミック電極形成のためのｐ型
ＧａＡｓ層６が設けられている。さらにｐ型ＧａＡｓ電
極形成層６とｎ型ＧａＡｓ基板１に電極７，８が形成さ
れている。共振器反射面９には多結晶Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐ
１０が形成されている。結晶成長は分子線エピタキシャ
ル法で行い、成長温度は４００℃であった。ここでＧａ
混晶比ｙは０．５以上とした。このときＧａy Ｉｎ1-y
Ｐ層の格子定数はＧａＡｓ活性層より小さく、反射面の
活性層には圧縮性の応力が加わる。応力の値はＧａ混晶
比ｙと膜厚によって設定でき、１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2
程度の値を実現できる。ＧａＡｓ活性層の禁制幅の印加
応力に帯する変化率は１０-5ｅＶ／Ｋｇ・ｃｍ-2である
から、〜数１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 の応力印加によって
〜数１０ｍｅＶの禁制帯幅の増加を実現できる。これは
注入キャリア密度の低減と、発振光の吸収率の低減に充
分な値であり、反射面の活性層の劣化の原因である局所
的な発熱を大幅に低減させることが出来、寿命の長い半
導体レーザを得ることが出来る。
【０００７】第２の実施例の半導体レーザの構造を図２
（ａ）に示す。構造は第１の実施例の半導体レーザと同
一である。ただし反射面には窒化ケイ素化合物薄膜（Ｓ
ｉＮZ 膜）１１が形成されている。ＳｉＮZ 膜はＣＶＤ
法で形成した。図２（ｂ）に原料ガスの混合比と得られ
る圧縮応力の値の関係を示す。原料ガスの混合比を選ぶ
ことにより第１の実施例と同程度の応力を実現でき、半
導体レーザの信頼性向上の効果が得られる。また第２の
発明の用いたＳｉＮZ 膜は、〜２５０℃と低い温度で形
成出来るので、従来の歪みの無い誘電帯薄膜を形成する
場合と同様の簡便な作製工程を採用でき、寿命の長い半
導体レーザを安価に作製出来る利点がある。
（ａ）に示す。構造は第１の実施例の半導体レーザと同
一である。ただし反射面には窒化ケイ素化合物薄膜（Ｓ
ｉＮZ 膜）１１が形成されている。ＳｉＮZ 膜はＣＶＤ
法で形成した。図２（ｂ）に原料ガスの混合比と得られ
る圧縮応力の値の関係を示す。原料ガスの混合比を選ぶ
ことにより第１の実施例と同程度の応力を実現でき、半
導体レーザの信頼性向上の効果が得られる。また第２の
発明の用いたＳｉＮZ 膜は、〜２５０℃と低い温度で形
成出来るので、従来の歪みの無い誘電帯薄膜を形成する
場合と同様の簡便な作製工程を採用でき、寿命の長い半
導体レーザを安価に作製出来る利点がある。
【０００８】上記２つの発明が、実施例のレーザ構造や
材料に限定されないのは勿論である。活性層に量子井戸
構造を採用した構造、電狭窄構造が逆メサ形状のものや
ブロードエリア型のものなど、従来知られている各種の
水平横モード制御構造や電狭窄構造の半導体レーザにも
本発明を適用でき、同様の効果を得ることができる。ま
たＧａＩｎＡｓＰやＩｎＰなどの他のＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体材料やＩＩ−ＩＶ族半導体材料を用いた半導体
レーザにも適用でき同様の効果を上げることが出来る。
さらに表面が（００１）の基板はもちろんのこと、（１
１３），（１１５）そして（１１１）の基板や、さらに
特定の結晶面からはずれたオフ基板を用いて作製した半
導体レーザにも適用でき同様の効果を上げることが出来
る。
材料に限定されないのは勿論である。活性層に量子井戸
構造を採用した構造、電狭窄構造が逆メサ形状のものや
ブロードエリア型のものなど、従来知られている各種の
水平横モード制御構造や電狭窄構造の半導体レーザにも
本発明を適用でき、同様の効果を得ることができる。ま
たＧａＩｎＡｓＰやＩｎＰなどの他のＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体材料やＩＩ−ＩＶ族半導体材料を用いた半導体
レーザにも適用でき同様の効果を上げることが出来る。
さらに表面が（００１）の基板はもちろんのこと、（１
１３），（１１５）そして（１１１）の基板や、さらに
特定の結晶面からはずれたオフ基板を用いて作製した半
導体レーザにも適用でき同様の効果を上げることが出来
る。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、寿命の長い半導体レー
ザが得られる。
ザが得られる。
【図１】本発明の半導体レーザの実施例を示す構造図で
ある。
ある。
【図２】（ａ）は、本発明の半導体レーザの実施例を示
す構造図であり、（ｂ）は、その半導体レーザに用いた
ＳｉＮ誘電体薄膜の原料ガスと、形成した膜によって半
導体結晶に導入される応力との関係を示す図である。
す構造図であり、（ｂ）は、その半導体レーザに用いた
ＳｉＮ誘電体薄膜の原料ガスと、形成した膜によって半
導体結晶に導入される応力との関係を示す図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層 ３ ＧａＡｓ活性層 ４ ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層 ５ ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層 ６ ｐ型ＧａＡｓ層 ７，８ 電極 ９ 共振器反射面 １０ 多結晶歪Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐ １１ 窒化ケイ素化合物薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (3)
- 【請求項１】 共振器反射面に発光領域の活性層が露出
した構造で、少なくとも該発光領域の活性層を含む反射
面が発振光に対して透明な薄膜で被覆され、該薄膜によ
って少なくとも該発光領域の活性層が数１０ 9 ｄｙｎ／
ｃｍ 2 の圧縮応力を受けていることを特徴とする半導体
レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記薄膜が窒化ケイ素化合物から成る誘電体薄膜である
ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 共振器反射面に発光領域の活性層が露出
した構造で、少なくとも該発光領域の活性層を含む反射
面が発振光に対して透明なＧａ y Ｉｎ 1-y Ｐ薄膜で被覆さ
れ、該Ｇａ y Ｉｎ 1-y Ｐ薄膜によって少なくとも該発光領
域の活性層がの圧縮応力を受けてい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 |
|---|---|---|---|
| JP08216791A JP3147399B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08216791A JP3147399B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315487A JPH04315487A (ja) | 1992-11-06 |
| JP3147399B2 true JP3147399B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=13766877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08216791A Expired - Fee Related JP3147399B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147399B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP08216791A patent/JP3147399B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04315487A (ja) | 1992-11-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001212 |
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