JP3194616B2 - 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、レーザ光を用いた各種
の情報処理や通信、計測のための光源として用いること
のできる低閾値の半導体レーザ装置に関する。
の情報処理や通信、計測のための光源として用いること
のできる低閾値の半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ装置の低閾値化、高効率化
は消費電力の低減、発熱量の低下およびこれによる信頼
性の向上を実現する上で重要であり、各種の構造が研
究、開発され実用化されている。通常半導体レーザ装置
は活性層の片側で電流狭窄を行うが、活性層の両側で電
流狭窄を行う二重閉じ込め構造はキャリアの横方向の閉
じ込めをより効果的に行うことができ、低閾値化、高効
率化に適した構造である。
は消費電力の低減、発熱量の低下およびこれによる信頼
性の向上を実現する上で重要であり、各種の構造が研
究、開発され実用化されている。通常半導体レーザ装置
は活性層の片側で電流狭窄を行うが、活性層の両側で電
流狭窄を行う二重閉じ込め構造はキャリアの横方向の閉
じ込めをより効果的に行うことができ、低閾値化、高効
率化に適した構造である。
【０００３】以下、図面を参照しながら二重閉じ込め構
造の半導体レーザ装置について説明する。
造の半導体レーザ装置について説明する。
【０００４】図８はＡｌＧａＡｓ混晶系における従来の
二重閉じ込め構造の半導体レーザ装置の断面図である。
ｎ−ＧａＡｓ基板１３上にストライプ状の窓を有するｐ
−ＧａＡｓからなる第１の電流狭窄層１４があり、その
上に順次形成されたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１５、
ＡｌＧａＡｓ活性層１６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１７、ｐ−ＧａＡｓ保護層１８があり、さらにクラッド
層１７および保護層１８をリッジ状に加工した後形成さ
れたｎ−ＧａＡｓ第２電流狭窄層１９およびｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層２０がある。
二重閉じ込め構造の半導体レーザ装置の断面図である。
ｎ−ＧａＡｓ基板１３上にストライプ状の窓を有するｐ
−ＧａＡｓからなる第１の電流狭窄層１４があり、その
上に順次形成されたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１５、
ＡｌＧａＡｓ活性層１６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１７、ｐ−ＧａＡｓ保護層１８があり、さらにクラッド
層１７および保護層１８をリッジ状に加工した後形成さ
れたｎ−ＧａＡｓ第２電流狭窄層１９およびｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層２０がある。
【０００５】この構成によれば、光はＧａＡｓ電流狭窄
層の光吸収により、ストライプ内に閉じ込められ、単一
モードのレーザ発振が得られる。また、基板側から活性
層に供給されるキャリア（電子）とコンタクト層側から
活性層に供給されるキャリア（ホール）の両方が横方向
に強く閉じ込められるため無効電流が著しく低減され
る。その結果、注入電流が効果的にレーザ発振に寄与で
き、低閾値、高効率を実現することができる。
層の光吸収により、ストライプ内に閉じ込められ、単一
モードのレーザ発振が得られる。また、基板側から活性
層に供給されるキャリア（電子）とコンタクト層側から
活性層に供給されるキャリア（ホール）の両方が横方向
に強く閉じ込められるため無効電流が著しく低減され
る。その結果、注入電流が効果的にレーザ発振に寄与で
き、低閾値、高効率を実現することができる。
【０００６】
【解決しようとする課題】上記の構成の半導体レーザ装
置において、さらに無効電流を低減するためには、第１
または第２の電流狭窄層を活性層に近づければよい。し
かしながら、活性層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯層の
ＧａＡｓからなる電流狭窄層を発光領域である活性層に
近づけると、光の吸収が著しく増大する結果、閾値を増
大させ、効率を低下させるという問題があった。
置において、さらに無効電流を低減するためには、第１
または第２の電流狭窄層を活性層に近づければよい。し
かしながら、活性層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯層の
ＧａＡｓからなる電流狭窄層を発光領域である活性層に
近づけると、光の吸収が著しく増大する結果、閾値を増
大させ、効率を低下させるという問題があった。
【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、電流狭窄を活性層に近づけても光の吸収を増大させ
ず、低閾値、高効率を実現できる半導体レーザ装置を提
供することを目的とする。
で、電流狭窄を活性層に近づけても光の吸収を増大させ
ず、低閾値、高効率を実現できる半導体レーザ装置を提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体レーザ装置は、活性層となる第１のＧ
ａ1-XＡｌXＡｓ層の上側に形成されかつリッジ部を有す
る一導電型の第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層と、前記第１
のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層の下側の前記第２のＧａ1-Y1Ａｌ
Y1Ａｓ層とは逆の導電型でリッジ部を有する第３のＧａ
1-Y2ＡｌY2Ａｓ層と、前記第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層
のリッジ部側面の長手方向に沿ってその第２のＧａ1-Y1
ＡｌY1Ａｓ層とは逆の導電型の第４のＧａ1-Z1ＡｌZ1Ａ
ｓ層と、前記第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層のリッジ部側
面の長手方向に沿ってその第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層
とは逆の導電型の第５のＧａ 1-Z2 Ａｌ Z2 Ａｓ層とを備え
るとともに、ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ
１およびＺ２の間に、Ｚ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条
件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件が成立し、
前記第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層のリッジ部以外の部分
の残し厚みを、前記第３のＧａ 1-Y2 Ａｌ Y2 Ａｓ層のリッ
ジ部以外の部分の残し厚みよりも小さくした構成よりな
る。また、本発明の半導体レーザ装置は、請求項１記載
の半導体レーザ装置において、第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａ
ｓ層のリッジ部以外の部分の残し厚みを０．４μｍ未満
とした構成よりなる。 また、本発明の半導体レーザ装置
は、請求項１記載の半導体レーザ装置において、第２の
Ｇａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層と第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層と
の間に前記第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層と同じ導電型で
膜厚が０．１μｍ以下の第６のＧａ 1-B1 Ａｌ B1 Ａｓ層が
形成され、ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１
およびＺ２に加えてＢ１との間にＺ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０な
る第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件
のうち少なくとも一つの条件が成立し、かつＢ１＞Ｘな
る第３の条件が成立する構成よりなる。 また、本発明の
半導体レーザ装置は、請求項１記載の半導体レーザ装置
において、第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層上にその第４の
Ｇａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層よりもＡｌＡｓ混晶比が低く、少
なくとも一層からなるＧａＡｌＡｓ層またはＧａＡｓ層
が形成されている構成よりなる。 また、本発明の半導体
レーザ装置は、請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、第１のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層と第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1
Ａｓ層との間および第１のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層と第３の
Ｇａ 1-Y2 Ａｌ Y2 Ａｓ層との間のうち少なくとも一方の間
にＧａ 1-C Ａｌ C Ａｓ層が形成され、ＡｌＡｓ混晶比であ
るＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２に加えてＣとの間に
Ｚ１＞Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ
２＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第２の条件のうち少なくとも一方の
条件が成立する構成よりなる。
に本発明の半導体レーザ装置は、活性層となる第１のＧ
ａ1-XＡｌXＡｓ層の上側に形成されかつリッジ部を有す
る一導電型の第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層と、前記第１
のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層の下側の前記第２のＧａ1-Y1Ａｌ
Y1Ａｓ層とは逆の導電型でリッジ部を有する第３のＧａ
1-Y2ＡｌY2Ａｓ層と、前記第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層
のリッジ部側面の長手方向に沿ってその第２のＧａ1-Y1
ＡｌY1Ａｓ層とは逆の導電型の第４のＧａ1-Z1ＡｌZ1Ａ
ｓ層と、前記第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層のリッジ部側
面の長手方向に沿ってその第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層
とは逆の導電型の第５のＧａ 1-Z2 Ａｌ Z2 Ａｓ層とを備え
るとともに、ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ
１およびＺ２の間に、Ｚ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条
件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件が成立し、
前記第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層のリッジ部以外の部分
の残し厚みを、前記第３のＧａ 1-Y2 Ａｌ Y2 Ａｓ層のリッ
ジ部以外の部分の残し厚みよりも小さくした構成よりな
る。また、本発明の半導体レーザ装置は、請求項１記載
の半導体レーザ装置において、第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａ
ｓ層のリッジ部以外の部分の残し厚みを０．４μｍ未満
とした構成よりなる。 また、本発明の半導体レーザ装置
は、請求項１記載の半導体レーザ装置において、第２の
Ｇａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層と第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層と
の間に前記第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層と同じ導電型で
膜厚が０．１μｍ以下の第６のＧａ 1-B1 Ａｌ B1 Ａｓ層が
形成され、ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１
およびＺ２に加えてＢ１との間にＺ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０な
る第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件
のうち少なくとも一つの条件が成立し、かつＢ１＞Ｘな
る第３の条件が成立する構成よりなる。 また、本発明の
半導体レーザ装置は、請求項１記載の半導体レーザ装置
において、第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層上にその第４の
Ｇａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層よりもＡｌＡｓ混晶比が低く、少
なくとも一層からなるＧａＡｌＡｓ層またはＧａＡｓ層
が形成されている構成よりなる。 また、本発明の半導体
レーザ装置は、請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、第１のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層と第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1
Ａｓ層との間および第１のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層と第３の
Ｇａ 1-Y2 Ａｌ Y2 Ａｓ層との間のうち少なくとも一方の間
にＧａ 1-C Ａｌ C Ａｓ層が形成され、ＡｌＡｓ混晶比であ
るＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２に加えてＣとの間に
Ｚ１＞Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ
２＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第２の条件のうち少なくとも一方の
条件が成立する構成よりなる。
【０００９】
【作用】この構成によれば、電流狭窄層の禁制帯幅が活
性層の禁制帯幅よりも大きいので、光はこの電流狭窄層
によって吸収されない。また、少なくとも片方の電流狭
窄層の屈折率が、接しているクラッド層の屈折率よりも
小さいので、単一モードのレーザ発振が得られる。
性層の禁制帯幅よりも大きいので、光はこの電流狭窄層
によって吸収されない。また、少なくとも片方の電流狭
窄層の屈折率が、接しているクラッド層の屈折率よりも
小さいので、単一モードのレーザ発振が得られる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１１】図１は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、
ストライプ状の溝を有するｐ型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ
（一般的にＧａ1-Z2ＡｌZ2Ａｓで表わす）電流狭窄層２
があり、その上にｎ型Ａｌ0. 5 Ｇａ0.5 Ａｓ（一般的に
Ｇａ1-Y2ＡｌY2Ａｓで表わす）クラッド層３、Ａｌ0. 15
Ｇａ0.85Ａｓ（一般的にＧａ1-X ＡｌX Ａｓで表わす）
活性層４、ｐ型Ａｌ0. 5 Ｇａ0.5 Ａｓ（Ｇａ1-Y1ＡｌY1
Ａｓ）クラッド層５、ｐ型ＧａＡｓ保護層６がある。さ
らにリッジ状に加工したクラッド層５および保護層６の
リッジ以外の部分に形成されたｎ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａ
ｓ（Ｇａ1-Z1ＡｌZ1Ａｓ）電流狭窄層７がある。８はｐ
型ＧａＡｓからなるコンタクト層である。すなわち上記
構成により電流狭窄の禁制帯幅が活性層の禁制帯幅より
大きくなっている。これが本発明の特徴となっている。
ーザ装置の断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、
ストライプ状の溝を有するｐ型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ
（一般的にＧａ1-Z2ＡｌZ2Ａｓで表わす）電流狭窄層２
があり、その上にｎ型Ａｌ0. 5 Ｇａ0.5 Ａｓ（一般的に
Ｇａ1-Y2ＡｌY2Ａｓで表わす）クラッド層３、Ａｌ0. 15
Ｇａ0.85Ａｓ（一般的にＧａ1-X ＡｌX Ａｓで表わす）
活性層４、ｐ型Ａｌ0. 5 Ｇａ0.5 Ａｓ（Ｇａ1-Y1ＡｌY1
Ａｓ）クラッド層５、ｐ型ＧａＡｓ保護層６がある。さ
らにリッジ状に加工したクラッド層５および保護層６の
リッジ以外の部分に形成されたｎ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａ
ｓ（Ｇａ1-Z1ＡｌZ1Ａｓ）電流狭窄層７がある。８はｐ
型ＧａＡｓからなるコンタクト層である。すなわち上記
構成により電流狭窄の禁制帯幅が活性層の禁制帯幅より
大きくなっている。これが本発明の特徴となっている。
【００１２】この構造によると、ｐ型クラッド層５のリ
ッジ以外の領域の膜厚（ｄｐ）を小さくするほど横方向
の漏れ電流に起因する無効電流が低減され、しかも電流
狭窄層７による光の吸収がないため閾値を大幅に低減で
きる。
ッジ以外の領域の膜厚（ｄｐ）を小さくするほど横方向
の漏れ電流に起因する無効電流が低減され、しかも電流
狭窄層７による光の吸収がないため閾値を大幅に低減で
きる。
【００１３】図２は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の製造工程図である。図２（ａ）に示すよう
に、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に第１の結晶成長工程によ
りｐ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層２（膜厚１μｍ）、ｐ型
のＧａＡｓメルトバック層２ａを順次成長したのち、図
２（ｂ）に示すようにこの電流狭窄層２を基板１に達す
る深さまでストライプ状に溝を形成する。次に、図２
（ｃ）に示すように、第２の結晶成長工程（液相成長
法）により、ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド相３
（溝部分以外の領域での膜厚１μｍ）、Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ａｓ活性層４（膜厚０.0５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ａｓクラッド層５（膜厚１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ
保護層６（膜厚０.2μｍ）を順次形成する。なお、溝以
外の部分に残されたメルトバック層２ａは、この第２回
目の液相成長において、メルトバックにより除去され
る。さらに、図２（ｄ）に示すように、ストライプ状に
形成した窒化膜等の誘電体膜９をマスクとして化学エッ
チングによりリッジ５ａを形成する。この場合リッジ以
外の領域のクラッド層５の膜厚をｄｐとする。次に、図
２（ｅ）に示すように、第３の結晶成長工程（減圧ＭＯ
ＣＶＤ法）によりｎ型Ａｌ0. 6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流狭窄層
７を選択的に形成する。最後に図２（ｆ）に示すよう
に、誘電体膜９を除去した後、第４の結晶成長工程によ
りｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を形成する。
ーザ装置の製造工程図である。図２（ａ）に示すよう
に、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に第１の結晶成長工程によ
りｐ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層２（膜厚１μｍ）、ｐ型
のＧａＡｓメルトバック層２ａを順次成長したのち、図
２（ｂ）に示すようにこの電流狭窄層２を基板１に達す
る深さまでストライプ状に溝を形成する。次に、図２
（ｃ）に示すように、第２の結晶成長工程（液相成長
法）により、ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド相３
（溝部分以外の領域での膜厚１μｍ）、Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ａｓ活性層４（膜厚０.0５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ａｓクラッド層５（膜厚１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ
保護層６（膜厚０.2μｍ）を順次形成する。なお、溝以
外の部分に残されたメルトバック層２ａは、この第２回
目の液相成長において、メルトバックにより除去され
る。さらに、図２（ｄ）に示すように、ストライプ状に
形成した窒化膜等の誘電体膜９をマスクとして化学エッ
チングによりリッジ５ａを形成する。この場合リッジ以
外の領域のクラッド層５の膜厚をｄｐとする。次に、図
２（ｅ）に示すように、第３の結晶成長工程（減圧ＭＯ
ＣＶＤ法）によりｎ型Ａｌ0. 6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流狭窄層
７を選択的に形成する。最後に図２（ｆ）に示すよう
に、誘電体膜９を除去した後、第４の結晶成長工程によ
りｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を形成する。
【００１４】図３は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の閾値電流のｄｐ依存性を、図４は微分効率の
ｄｐ依存性をそれぞれ示すものである。比較のために、
電流狭窄層７がｎ型ＧａＡｓにより形成された従来の二
重閉じ込め構造半導体レーザ装置の特性もあわせて示し
た。本発明の半導体レーザ装置では、電流狭窄層による
光の吸収がないため、ｄｐを小さくすればするほど閾値
電流が低減され、微分効率が向上している。具体的に
は、ｄｐを０.0５μｍまで低減することにより、閾値電
流は１５ｍＡ、微分効率は０.6Ｗ／Ａという値を実現す
ることができた。
ーザ装置の閾値電流のｄｐ依存性を、図４は微分効率の
ｄｐ依存性をそれぞれ示すものである。比較のために、
電流狭窄層７がｎ型ＧａＡｓにより形成された従来の二
重閉じ込め構造半導体レーザ装置の特性もあわせて示し
た。本発明の半導体レーザ装置では、電流狭窄層による
光の吸収がないため、ｄｐを小さくすればするほど閾値
電流が低減され、微分効率が向上している。具体的に
は、ｄｐを０.0５μｍまで低減することにより、閾値電
流は１５ｍＡ、微分効率は０.6Ｗ／Ａという値を実現す
ることができた。
【００１５】なお、上記実施例において、３回目の結晶
成長の際に、ｐ型クラッド層５の上に直接ｎ型の電流狭
窄層７を成長すると、再成長界面がｐ−ｎ接合となり、
深い界面順位を形成するため、レーザの電流対光出力特
性の温度依存性に悪影響を及ぼすことがある。すなわ
ち、特性温度が低くなる問題が生じることがある。これ
を防ぐためには、３回目の結晶成長の際に、最小にｐ型
の薄い層を形成した後に、ｎ型の電流狭窄層を形成する
のが有効である。この場合、再成長界面はｐ−ｎ接合で
なくなくるので、深い界面準位の形成もなくなる。
成長の際に、ｐ型クラッド層５の上に直接ｎ型の電流狭
窄層７を成長すると、再成長界面がｐ−ｎ接合となり、
深い界面順位を形成するため、レーザの電流対光出力特
性の温度依存性に悪影響を及ぼすことがある。すなわ
ち、特性温度が低くなる問題が生じることがある。これ
を防ぐためには、３回目の結晶成長の際に、最小にｐ型
の薄い層を形成した後に、ｎ型の電流狭窄層を形成する
のが有効である。この場合、再成長界面はｐ−ｎ接合で
なくなくるので、深い界面準位の形成もなくなる。
【００１６】なお一般的には上記の化学式におけるＡｌ
Ａｓ混晶比Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２の間に、Ｚ
１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ
≧０なる第２の条件のうち少なくとも一つの条件が成立
すればよい。
Ａｓ混晶比Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２の間に、Ｚ
１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ
≧０なる第２の条件のうち少なくとも一つの条件が成立
すればよい。
【００１７】図５にｐ型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ（一般
的にＧａ1-B1ＡｌB1Ａｓで表わす）層１０を３回目成長
時に形成したときの一実施例における構造断面図を示
す。このｐ型の層のＡｌＡｓ混晶比は、レーザ光に対し
て透明である必要があるので、活性層のＡｌＡｓ混晶比
より大きく、また横方向への漏れ電流を小さくするため
に、０.1μｍ以下である必要がある。図５では、ｐ型の
層がない場合と屈折率を同じにするため、電流狭窄層７
のＡｌＡｓ混晶比と同じにしている。膜厚は、０.0１μ
ｍであり、電流分布にもほとんど影響を与えない膜厚に
している。図５の構成により、低閾値電流で、かつ温度
特性の優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
的にＧａ1-B1ＡｌB1Ａｓで表わす）層１０を３回目成長
時に形成したときの一実施例における構造断面図を示
す。このｐ型の層のＡｌＡｓ混晶比は、レーザ光に対し
て透明である必要があるので、活性層のＡｌＡｓ混晶比
より大きく、また横方向への漏れ電流を小さくするため
に、０.1μｍ以下である必要がある。図５では、ｐ型の
層がない場合と屈折率を同じにするため、電流狭窄層７
のＡｌＡｓ混晶比と同じにしている。膜厚は、０.0１μ
ｍであり、電流分布にもほとんど影響を与えない膜厚に
している。図５の構成により、低閾値電流で、かつ温度
特性の優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
【００１８】この場合一般的にＡｌＡｓ混晶比Ｘ、Ｙ
１、Ｙ２、Ｚ１、Ｚ２およびＢ１との間にＺ１＞Ｙ１＞
Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第
２の条件のうち少なくとも一つの条件が成立し、かつＢ
１＞Ｘなる第３の条件が成立すればよいことになる。
１、Ｙ２、Ｚ１、Ｚ２およびＢ１との間にＺ１＞Ｙ１＞
Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第
２の条件のうち少なくとも一つの条件が成立し、かつＢ
１＞Ｘなる第３の条件が成立すればよいことになる。
【００１９】また、上記実施例において、誘電体膜９が
例えば、窒化シリコン膜のとき、これを除去する際にＨ
Ｆ系のエッチャントを用いると、３回目成長で形成した
ｎ型の電流狭窄層７も同時にエッチングされる可能性が
ある。これを防ぐために、３回目成長時に、ｎ型の電流
狭窄層７上に、電流狭窄層７よりもエッチングされない
程度にＡｌＡｓ混晶比の低い層を導入すると有効であ
る。この層は、ＡｌＡｓ混晶比の高い電流狭窄層７を表
面酸化から守る効果も有する。図６にｎ型のＧａＡｓ層
１１を０.5μｍ導入した場合の構造断面図を示す。この
場合ＧａＡｓ層の代わりにＧａＡｌＡｓ層を用いてもよ
い。電流狭窄層７の厚さは表面の平坦性を保つために、
０.5μｍと図１よりも薄くしている。この導入した層の
導電型は、電流のブロックという点で、ｎ型であること
が望ましいが、電流狭窄層７が０.4μｍ以上ある時は、
電流はブロックされているので、ｐ型であっても、もち
ろん高抵抗層であってもかまわない。また、２層以上の
多層であってもかまわない。図６の構成により、プロセ
スの点からも安定した素子の制作が図れ、低閾値電流
で、かつ、量産性の優れた半導体レーザ装置を得ること
ができる。
例えば、窒化シリコン膜のとき、これを除去する際にＨ
Ｆ系のエッチャントを用いると、３回目成長で形成した
ｎ型の電流狭窄層７も同時にエッチングされる可能性が
ある。これを防ぐために、３回目成長時に、ｎ型の電流
狭窄層７上に、電流狭窄層７よりもエッチングされない
程度にＡｌＡｓ混晶比の低い層を導入すると有効であ
る。この層は、ＡｌＡｓ混晶比の高い電流狭窄層７を表
面酸化から守る効果も有する。図６にｎ型のＧａＡｓ層
１１を０.5μｍ導入した場合の構造断面図を示す。この
場合ＧａＡｓ層の代わりにＧａＡｌＡｓ層を用いてもよ
い。電流狭窄層７の厚さは表面の平坦性を保つために、
０.5μｍと図１よりも薄くしている。この導入した層の
導電型は、電流のブロックという点で、ｎ型であること
が望ましいが、電流狭窄層７が０.4μｍ以上ある時は、
電流はブロックされているので、ｐ型であっても、もち
ろん高抵抗層であってもかまわない。また、２層以上の
多層であってもかまわない。図６の構成により、プロセ
スの点からも安定した素子の制作が図れ、低閾値電流
で、かつ、量産性の優れた半導体レーザ装置を得ること
ができる。
【００２０】また、本発明の構造は、動作電流値が小さ
いので、半導体レーザの高出力化にも有効である。さら
に、図７に示すように、光ガイド層のあるＬＯＣ構造に
し、端面の光による破壊レベルを向上させれば、一段と
高出力化が図れる。光ガイド層のＡｌＡｓ混晶比は活性
層のＡｌＡｓ混晶比よりも高ければ良いが、温度特性を
考えると活性層より禁制帯幅が０.3ｅＶ以上大きいこと
が望ましく、図７では光ガイド層（一般的にＧａ1-c Ａ
ｌC Ａｓ層で表わす）１２のＡｌＡｓ混晶比は０.4とし
た。膜厚は横方向への漏れ電流を小さくするために、
０.1μｍと薄くしている。この光ガイド層は図７のよう
に活性層の上部でなくとも、下部にあっても、もちろん
両側にあってもよい。図７の構成により、低動作電流
で、かつ、高出力の半導体レーザ装置が得られる。
いので、半導体レーザの高出力化にも有効である。さら
に、図７に示すように、光ガイド層のあるＬＯＣ構造に
し、端面の光による破壊レベルを向上させれば、一段と
高出力化が図れる。光ガイド層のＡｌＡｓ混晶比は活性
層のＡｌＡｓ混晶比よりも高ければ良いが、温度特性を
考えると活性層より禁制帯幅が０.3ｅＶ以上大きいこと
が望ましく、図７では光ガイド層（一般的にＧａ1-c Ａ
ｌC Ａｓ層で表わす）１２のＡｌＡｓ混晶比は０.4とし
た。膜厚は横方向への漏れ電流を小さくするために、
０.1μｍと薄くしている。この光ガイド層は図７のよう
に活性層の上部でなくとも、下部にあっても、もちろん
両側にあってもよい。図７の構成により、低動作電流
で、かつ、高出力の半導体レーザ装置が得られる。
【００２１】なおこの場合、一般的にはＡｌＡｓ混晶比
Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１、Ｚ２およびＣとの間にＺ１＞Ｙ
１＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞ＸＣ
＞≧０なる第２の条件のうち少なくとも一方の条件が成
立すればよいことになる。
Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１、Ｚ２およびＣとの間にＺ１＞Ｙ
１＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞ＸＣ
＞≧０なる第２の条件のうち少なくとも一方の条件が成
立すればよいことになる。
【００２２】また、図５、図６、図７の構造による効果
はそれぞれ独立のものであるから、組み合わせることに
より、それぞれの効果を兼ね備えた優れた半導体レーザ
装置を得ることができる。
はそれぞれ独立のものであるから、組み合わせることに
より、それぞれの効果を兼ね備えた優れた半導体レーザ
装置を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、本発明による半導体レー
ザ装置は、活性層となる第１のＧａ1- X ＡｌX Ａｓ層を
はさんで、リッジ部を有する一導電型の第２のＧａ1-Y1
ＡｌY1Ａｓ層およびその第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層と
は逆の導電型でリッジ部を有する第３のＧａ1-Y2ＡｌY2
Ａｓ層を備えるとともに、第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層
のリッジ部側面の長手方向に沿ってその第２のＧａ1-Y1
ＡｌY1Ａｓ層とは逆の導電型の第４のＧａ1-Z1ＡｌZ1Ａ
ｓ層と、第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層のリッジ部側面の
長手方向に沿ってその第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層とは
逆の導電型の第５のＧａ1-Z2ＡｌZ2Ａｓ層とを少なくと
も備えており、ＡｌＡｓ混晶比Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１お
よびＺ２の間に、Ｚ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条件お
よびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件のうち少なくと
も一つの条件が成立する構成によるので、閾値電流が小
さくなり、電流狭窄層のうち少なくとも、一方の屈折率
が、接するクラッド層の屈折率よりも小さいことによ
り、単一モードのレーザ発振が得られ、電流狭窄層の禁
制帯幅は活性層の禁制帯幅よりもかなり大きいので、電
流狭窄層による光吸収を生じることなく活性層と電流狭
窄層を近づけることができ、横方向無効電流が低減で
き、低閾値かつ高効率の半導体レーザ装置が提供でき
る。
ザ装置は、活性層となる第１のＧａ1- X ＡｌX Ａｓ層を
はさんで、リッジ部を有する一導電型の第２のＧａ1-Y1
ＡｌY1Ａｓ層およびその第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層と
は逆の導電型でリッジ部を有する第３のＧａ1-Y2ＡｌY2
Ａｓ層を備えるとともに、第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層
のリッジ部側面の長手方向に沿ってその第２のＧａ1-Y1
ＡｌY1Ａｓ層とは逆の導電型の第４のＧａ1-Z1ＡｌZ1Ａ
ｓ層と、第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層のリッジ部側面の
長手方向に沿ってその第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層とは
逆の導電型の第５のＧａ1-Z2ＡｌZ2Ａｓ層とを少なくと
も備えており、ＡｌＡｓ混晶比Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１お
よびＺ２の間に、Ｚ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条件お
よびＺ２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件のうち少なくと
も一つの条件が成立する構成によるので、閾値電流が小
さくなり、電流狭窄層のうち少なくとも、一方の屈折率
が、接するクラッド層の屈折率よりも小さいことによ
り、単一モードのレーザ発振が得られ、電流狭窄層の禁
制帯幅は活性層の禁制帯幅よりもかなり大きいので、電
流狭窄層による光吸収を生じることなく活性層と電流狭
窄層を近づけることができ、横方向無効電流が低減で
き、低閾値かつ高効率の半導体レーザ装置が提供でき
る。
【図１】本発明の第１の実施例における半導体レーザ装
置の断面図
置の断面図
【図２】図１の半導体レーザ装置の製造工程図
【図３】図１の半導体レーザ装置の閾値電流とｐクラッ
ド層残厚（ｄｐ）との関係を示す図
ド層残厚（ｄｐ）との関係を示す図
【図４】図１の半導体レーザ装置の微分効率とｐクラッ
ド層残厚（ｄｐ）との関係を示す図
ド層残厚（ｄｐ）との関係を示す図
【図５】本発明の第２の実施例における半導体レーザ装
置の断面図
置の断面図
【図６】本発明の第３の実施例における半導体レーザ装
置の断面図
置の断面図
【図７】本発明の第４の実施例における半導体レーザ装
置の断面図
置の断面図
【図８】従来のダブルコンファインメント型半導体レー
ザ装置の断面図
ザ装置の断面図
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｐ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流狭窄層（第５のＧａ
1-Z2ＡｌZ2Ａｓ層） ３ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層（第３のＧａ
1-Y2ＡｌY2Ａｓ層） ４ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層（第１のＧａ1-X Ａｌ
X Ａｓ層） ５ ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層（第２のＧａ
1-Y1ＡｌY1Ａｓ層） ５ａ リッジ ６ ｐ型ＧａＡｓ保護層 ７ ｎ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流狭窄層（第４のＧａ
1-Z1ＡｌZ1Ａｓ層） ８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
1-Z2ＡｌZ2Ａｓ層） ３ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層（第３のＧａ
1-Y2ＡｌY2Ａｓ層） ４ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層（第１のＧａ1-X Ａｌ
X Ａｓ層） ５ ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層（第２のＧａ
1-Y1ＡｌY1Ａｓ層） ５ａ リッジ ６ ｐ型ＧａＡｓ保護層 ７ ｎ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ電流狭窄層（第４のＧａ
1-Z1ＡｌZ1Ａｓ層） ８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−31487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−189693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−269595（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−111081（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−70191（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層となる第１のＧａ1-XＡｌXＡｓ層
の上側に形成されかつリッジ部を有する一導電型の第２
のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層と、前記第１のＧａ 1-X Ａｌ X Ａ
ｓ層の下側の前記第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層とは逆の
導電型でリッジ部を有する第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層
と、前記第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層のリッジ部側面の
長手方向に沿ってその第２のＧａ1-Y1ＡｌY1Ａｓ層とは
逆の導電型の第４のＧａ1-Z1ＡｌZ1Ａｓ層と、前記第３
のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層のリッジ部側面の長手方向に沿
ってその第３のＧａ1-Y2ＡｌY2Ａｓ層とは逆の導電型の
第５のＧａ 1-Z2 Ａｌ Z2 Ａｓ層とを備えるとともに、Ａｌ
Ａｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２の間
に、Ｚ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ２＞Ｙ
２＞Ｘ≧０なる第２の条件が成立し、前記第２のＧａ
1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層のリッジ部以外の部分の残し厚みを、
前記第３のＧａ 1-Y2 Ａｌ Y2 Ａｓ層のリッジ部以外の部分
の残し厚みよりも小さくしたことを特徴とする半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項２】 前記第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層のリッ
ジ部以外の部分の残し厚みを０．４μｍ未満としたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記第２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層と前記
第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層との間に前記第２のＧａ
1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層と同じ導電型で膜厚が０．１μｍ以下
の第６のＧａ 1-B1 Ａｌ B1 Ａｓ層が形成され、ＡｌＡｓ混
晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１およびＺ２に加えてＢ
１との間にＺ１＞Ｙ１＞Ｘ≧０なる第１の条件およびＺ
２＞Ｙ２＞Ｘ≧０なる第２の条件のうち少なくとも一つ
の条件が成立し、かつＢ１＞Ｘなる第３の条件が成立す
ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層上にそ
の第４のＧａ 1-Z1 Ａｌ Z1 Ａｓ層よりもＡｌＡｓ混晶比が
低く、少なくとも一層からなるＧａＡｌＡｓ層またはＧ
ａＡｓ層が形成されていることを特徴とする請求項１記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記第１のＧａ 1-X Ａｌ X Ａｓ層と前記第
２のＧａ 1-Y1 Ａｌ Y1 Ａｓ層との間および前記第１のＧａ
1-X Ａｌ X Ａｓ層と前記第３のＧａ 1-Y2 Ａｌ Y2 Ａ ｓ層との
間のうち少なくとも一方の間にＧａ 1-C Ａｌ C Ａｓ層が形
成され、ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１お
よびＺ２に加えてＣとの間にＺ１＞Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ≧０な
る第１の条件およびＺ２＞Ｙ２＞Ｃ＞Ｘ≧０なる第２の
条件のうち少なくとも一方の条件が成立することを特徴
とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07670792A JP3194616B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07670792A JP3194616B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283792A JPH05283792A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3194616B2 true JP3194616B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=13613002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07670792A Expired - Fee Related JP3194616B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194616B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013041874A (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-28 | Denso Corp | 半導体レーザ構造 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP07670792A patent/JP3194616B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05283792A (ja) | 1993-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |