JP3317335B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ装置に
関し、詳しくは半導体レーザ装置を構成する半導体層の
組成に関するものである。
関し、詳しくは半導体レーザ装置を構成する半導体層の
組成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、オールAlフリーとなる1060nm帯の
半導体レーザとして、Applied Physics Letters 69 (1
996) pp.248に示されるようにn-GaAs基板上に、n-InGaA
sPクラッド層、アンドープInGaAsP光導波層、0.7%の引
張り歪のInGaAsPバリア層、2.1%の圧縮歪のInGaAs 量子
井戸活性層、0.7%の引張り歪のInGaAsPバリア層、アン
ドープInGaAsP光導波層、P-InGaAsPクラッド層、p-GaAs
キャップ層からなる歪完全補償構造の半導体レーザが報
告されている。しかし、このAlフリーの半導体レーザは
250mWクラス程度の信頼性しか得られておらず、そのク
ラス以上の高出力半導体レーザとしては実用上耐えない
ものである。
半導体レーザとして、Applied Physics Letters 69 (1
996) pp.248に示されるようにn-GaAs基板上に、n-InGaA
sPクラッド層、アンドープInGaAsP光導波層、0.7%の引
張り歪のInGaAsPバリア層、2.1%の圧縮歪のInGaAs 量子
井戸活性層、0.7%の引張り歪のInGaAsPバリア層、アン
ドープInGaAsP光導波層、P-InGaAsPクラッド層、p-GaAs
キャップ層からなる歪完全補償構造の半導体レーザが報
告されている。しかし、このAlフリーの半導体レーザは
250mWクラス程度の信頼性しか得られておらず、そのク
ラス以上の高出力半導体レーザとしては実用上耐えない
ものである。
【０００３】一方、活性層がAlフリーとなる680nm帯の
半導体レーザとして、IEEE Journalof Selected Topics
in Quantum Electronics,Vol.3,NO.2 (1997) pp.180に
示されているような活性層にGaInP の圧縮歪をもたせ、
サイドバリア層に活性層の歪をキャンセルする以上の引
張り歪のAlGaInP 層を形成し、レーザ素子の出射端面近
傍で結晶構造緩和により端面のバンドギャップを大きく
し、レーザ発振時の光の吸収を小さくし、端面での光吸
収による劣化を低減する半導体レーザが報告されてい
る。しかし、1000nm帯の半導体レーザに上記引っ張り歪
サイドバリアを用いた方法では、Inの組成比が大きいIn
GaAsの活性層を用いなければならず、膜厚を小さくする
必要があるため臨界膜厚に近くなり結晶として不安定に
なるという欠点を有しており、またInの表面拡散等によ
り良質な結晶を得るのが困難であり、信頼性の高い半導
体レーザを得るのが難しい。
半導体レーザとして、IEEE Journalof Selected Topics
in Quantum Electronics,Vol.3,NO.2 (1997) pp.180に
示されているような活性層にGaInP の圧縮歪をもたせ、
サイドバリア層に活性層の歪をキャンセルする以上の引
張り歪のAlGaInP 層を形成し、レーザ素子の出射端面近
傍で結晶構造緩和により端面のバンドギャップを大きく
し、レーザ発振時の光の吸収を小さくし、端面での光吸
収による劣化を低減する半導体レーザが報告されてい
る。しかし、1000nm帯の半導体レーザに上記引っ張り歪
サイドバリアを用いた方法では、Inの組成比が大きいIn
GaAsの活性層を用いなければならず、膜厚を小さくする
必要があるため臨界膜厚に近くなり結晶として不安定に
なるという欠点を有しており、またInの表面拡散等によ
り良質な結晶を得るのが困難であり、信頼性の高い半導
体レーザを得るのが難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであって、耐久性があり、かつ高出
力発振下においても信頼性の高い1.0μm帯の半導体レー
ザを提供することを目的とするものである。
鑑みてなされたものであって、耐久性があり、かつ高出
力発振下においても信頼性の高い1.0μm帯の半導体レー
ザを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、GaAs基板上に、p型またはn型の一方の導電性を有
する第一クラッド層、第一光導波層、GaAs1-y2Py2 第一
バリア層、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 量子井戸活性層、GaAs
1-y2Py2第二バリア層、第二光導波層、p型またはｎ型の
他方の導電性を有する第二クラッド層がこの順に積層さ
れてなる半導体レーザ装置であって、前記第一および第
二クラッド層が前記GaAs基板に格子整合する組成からな
り、前記第一および第二光導波層が前記GaAs基板に格子
整合するInGaAsP 系組成からなり、前記第一および第二
バリア層が、それぞれ前記GaAs基板に対して引張り歪を
有する、層厚10〜30nm の層であって、その引張り歪の
歪量×層厚＝5〜20％nmを満たす組成からなり、前記In
x3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層が、層厚6〜10nmの層
であって、前記GaAs 基板に対して1.0％ 以上の圧縮歪
を有する組成からなるものであり、前記第一バリア層の
歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪量と層厚との
積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と層厚との積よ
り大であることを特徴とするものである。
置は、GaAs基板上に、p型またはn型の一方の導電性を有
する第一クラッド層、第一光導波層、GaAs1-y2Py2 第一
バリア層、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 量子井戸活性層、GaAs
1-y2Py2第二バリア層、第二光導波層、p型またはｎ型の
他方の導電性を有する第二クラッド層がこの順に積層さ
れてなる半導体レーザ装置であって、前記第一および第
二クラッド層が前記GaAs基板に格子整合する組成からな
り、前記第一および第二光導波層が前記GaAs基板に格子
整合するInGaAsP 系組成からなり、前記第一および第二
バリア層が、それぞれ前記GaAs基板に対して引張り歪を
有する、層厚10〜30nm の層であって、その引張り歪の
歪量×層厚＝5〜20％nmを満たす組成からなり、前記In
x3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層が、層厚6〜10nmの層
であって、前記GaAs 基板に対して1.0％ 以上の圧縮歪
を有する組成からなるものであり、前記第一バリア層の
歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪量と層厚との
積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と層厚との積よ
り大であることを特徴とするものである。
【０００６】前記半導体レーザ装置においては、前記第
一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪
量と層厚との積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と
層厚との積よりも３％nm以上大であることが望ましい。
なお、一般には、前記第一バリア層の組成比、歪量、層
厚と前記第二バリア層との組成比、歪量、層厚は等しい
ため、前記第一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二
バリア層の歪量と層厚との積は等しいものとなる。ここ
で前記第一および第二バリア層の前記GaAs基板に対する
引張り歪の歪量とは、該歪量を△1とし、GaAs基板の格
子定数をaGaAsとし、バリア層の格子定数をa1とした場
合△1＝｜aGaAs-a1｜/ aGaAs×100（％）で表されるも
のである。
一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二バリア層の歪
量と層厚との積との和が、前記量子井戸活性層の歪量と
層厚との積よりも３％nm以上大であることが望ましい。
なお、一般には、前記第一バリア層の組成比、歪量、層
厚と前記第二バリア層との組成比、歪量、層厚は等しい
ため、前記第一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二
バリア層の歪量と層厚との積は等しいものとなる。ここ
で前記第一および第二バリア層の前記GaAs基板に対する
引張り歪の歪量とは、該歪量を△1とし、GaAs基板の格
子定数をaGaAsとし、バリア層の格子定数をa1とした場
合△1＝｜aGaAs-a1｜/ aGaAs×100（％）で表されるも
のである。
【０００７】同様に、前記量子井戸活性層の前記GaAs基
板に対する圧縮歪の歪量とは、該歪量を△2とし、活性
層の格子定数をa2とした場合 △2＝｜aGaAs-a2｜/ a
GaAs×100(％)で表されるものである。
板に対する圧縮歪の歪量とは、該歪量を△2とし、活性
層の格子定数をa2とした場合 △2＝｜aGaAs-a2｜/ a
GaAs×100(％)で表されるものである。
【０００８】
【発明の効果】本発明の半導体レーザは、活性層がAlを
含まない組成で構成されているため、活性層にAlを含む
従来の1.0μm帯半導体レーザと比較して耐久性の面で信
頼性が高い。また、GaAsP 引張り歪バリア層を設けたこ
とによる活性層近傍における格子緩和によりバンドギャ
ップを大きくすることができ、素子の光出射端面におけ
る光の吸収を低減することができる。さらに結晶層成長
中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活性層に対し、第
一、第二バリア層に引張り歪を付与して前記活性層の歪
の一部を補償する事により、高品質な活性層を形成する
ことができ、且つGaAsP 層の存在により成長中に生じる
Inの表面拡散を抑制することができ、高品質な結晶を得
ることができる。また、GaAsP 引張り歪バリア層によっ
て活性層とバリア層との障壁高さを大きくすることによ
り、活性層から光導波層への電子および正孔の漏れを低
減することができる。これにより、駆動電流を低減する
ことができ、素子端面における発熱を低減することがで
きるので、高出力発振時における素子の信頼性を向上す
ることができる。
含まない組成で構成されているため、活性層にAlを含む
従来の1.0μm帯半導体レーザと比較して耐久性の面で信
頼性が高い。また、GaAsP 引張り歪バリア層を設けたこ
とによる活性層近傍における格子緩和によりバンドギャ
ップを大きくすることができ、素子の光出射端面におけ
る光の吸収を低減することができる。さらに結晶層成長
中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活性層に対し、第
一、第二バリア層に引張り歪を付与して前記活性層の歪
の一部を補償する事により、高品質な活性層を形成する
ことができ、且つGaAsP 層の存在により成長中に生じる
Inの表面拡散を抑制することができ、高品質な結晶を得
ることができる。また、GaAsP 引張り歪バリア層によっ
て活性層とバリア層との障壁高さを大きくすることによ
り、活性層から光導波層への電子および正孔の漏れを低
減することができる。これにより、駆動電流を低減する
ことができ、素子端面における発熱を低減することがで
きるので、高出力発振時における素子の信頼性を向上す
ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１０】図１は、本発明の第一の実施形態に係る半
導体レーザの断面図である。 以下に、本半導体レーザ
の構成を作成方法と併せて説明する。
導体レーザの断面図である。 以下に、本半導体レーザ
の構成を作成方法と併せて説明する。
【００１１】有機金属成長法によりｎ-GaAs基板１上
に、n-In0.48Ga0.52P クラッド層２、nまたはi-Inx1Ga
1-x1As1-y1Py1光導波層３、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリ
ア層４、圧縮歪Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層
５、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層６、pまたはi-Inx1
Ga1-x1As1-y1Py1光導波層７、p-In0.48Ga0.52Pクラッド
層８、p-GaAs コンタクト層９を形成する。その後コン
タクト層９上に、p側電極１０を形成する。次に基板１
の研磨を行いn側電極１１を形成して完成する（図
１）。
に、n-In0.48Ga0.52P クラッド層２、nまたはi-Inx1Ga
1-x1As1-y1Py1光導波層３、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリ
ア層４、圧縮歪Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層
５、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層６、pまたはi-Inx1
Ga1-x1As1-y1Py1光導波層７、p-In0.48Ga0.52Pクラッド
層８、p-GaAs コンタクト層９を形成する。その後コン
タクト層９上に、p側電極１０を形成する。次に基板１
の研磨を行いn側電極１１を形成して完成する（図
１）。
【００１２】なお、各クラッド層２、８および各光導波
層３、７はそれぞれGaAs基板１に格子整合する組成比と
する。また、本実施形態においては、量子井戸活性層５
は基板１に対して 1.5％の圧縮歪を有する組成としその
層厚を 6nmとし、また、引張り歪バリア層４、６は基板
１に対する歪量が0.7％となる組成としてその層厚を10n
mとした。なお、各層の歪、および層厚は必ずしも上記
値に限るものではなく、量子井戸活性層５の層厚が6〜1
0nm の範囲の所定の厚さで、基板１に対して1.0％以上
3.0％以下、より好ましくは1.0％以上2.5％以下の圧縮
歪を有する組成であり、引張り歪バリア層４、６が、層
厚10〜30nmの範囲の所定の厚さで、歪量×層厚＝5〜20
％nm となる組成であり、引張り歪バリア層４の歪量と
層厚との積と引張り歪バリア層６の歪量と層厚との積と
の和が、量子井戸活性層５の歪量と層厚との積より大き
くなる、より好ましくは３％nm以上大きくなる歪量、層
厚であればよい。
層３、７はそれぞれGaAs基板１に格子整合する組成比と
する。また、本実施形態においては、量子井戸活性層５
は基板１に対して 1.5％の圧縮歪を有する組成としその
層厚を 6nmとし、また、引張り歪バリア層４、６は基板
１に対する歪量が0.7％となる組成としてその層厚を10n
mとした。なお、各層の歪、および層厚は必ずしも上記
値に限るものではなく、量子井戸活性層５の層厚が6〜1
0nm の範囲の所定の厚さで、基板１に対して1.0％以上
3.0％以下、より好ましくは1.0％以上2.5％以下の圧縮
歪を有する組成であり、引張り歪バリア層４、６が、層
厚10〜30nmの範囲の所定の厚さで、歪量×層厚＝5〜20
％nm となる組成であり、引張り歪バリア層４の歪量と
層厚との積と引張り歪バリア層６の歪量と層厚との積と
の和が、量子井戸活性層５の歪量と層厚との積より大き
くなる、より好ましくは３％nm以上大きくなる歪量、層
厚であればよい。
【００１３】本半導体レーザは、活性層５にAlを含まな
いため耐久性が高く、また、GaAsP引張り歪バリア層
４、６を備えたことによる活性層近傍における格子緩和
によりバンドギャップを大きくすることができ、素子の
光出射端面における光の吸収を低減することができる。
さらに結晶層成長中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活
性層５に対し、引張り歪バリア層４、６に引張り歪を付
与して、前記活性層５の歪の一部を補償する事により、
高品質な活性層５を形成することができる。また、GaAs
P 引張り歪バリア層４、６により活性層とバリア層との
障壁高さを大きくすることにより、活性層から光導波層
への電子および正孔の漏れを低減することができる。以
上の効果により、駆動電流を低減することができ、素子
端面における発熱を低減することができるので、高出力
発振時においても信頼性の高い1.0μm帯の半導体レーザ
を実現することができる。
いため耐久性が高く、また、GaAsP引張り歪バリア層
４、６を備えたことによる活性層近傍における格子緩和
によりバンドギャップを大きくすることができ、素子の
光出射端面における光の吸収を低減することができる。
さらに結晶層成長中の臨界膜厚に近い圧縮歪を有する活
性層５に対し、引張り歪バリア層４、６に引張り歪を付
与して、前記活性層５の歪の一部を補償する事により、
高品質な活性層５を形成することができる。また、GaAs
P 引張り歪バリア層４、６により活性層とバリア層との
障壁高さを大きくすることにより、活性層から光導波層
への電子および正孔の漏れを低減することができる。以
上の効果により、駆動電流を低減することができ、素子
端面における発熱を低減することができるので、高出力
発振時においても信頼性の高い1.0μm帯の半導体レーザ
を実現することができる。
【００１４】また、上記実施の形態では、GaAs基板１は
ｎ型の導電性のものを用いているが、ｐ型の導電性の基
板を用い、ｐ型半導体層から成長させて半導体レーザを
構成してもよい。
ｎ型の導電性のものを用いているが、ｐ型の導電性の基
板を用い、ｐ型半導体層から成長させて半導体レーザを
構成してもよい。
【００１５】さらに、上記実施の形態では、単純な全面
電極形成型の半導体レーザについて説明したが、コンタ
クト層上にストライプ状の電流注入窓を有する絶縁膜を
形成した利得導波ストライプレーザとしてもよい。ま
た、本実施形態の半導体レーザの半導体層構成を、通常
のフォトリソグラフィーやドライエッチングを用いて作
成される屈折率導波機構付き半導体レーザ、回折格子付
きの半導体レーザ、もしくは光集積回路等に適用するこ
ともできる。
電極形成型の半導体レーザについて説明したが、コンタ
クト層上にストライプ状の電流注入窓を有する絶縁膜を
形成した利得導波ストライプレーザとしてもよい。ま
た、本実施形態の半導体レーザの半導体層構成を、通常
のフォトリソグラフィーやドライエッチングを用いて作
成される屈折率導波機構付き半導体レーザ、回折格子付
きの半導体レーザ、もしくは光集積回路等に適用するこ
ともできる。
【００１６】本発明の第二の実施形態に係る半導体レー
ザの断面図を作成工程とともに図２に示す。以下に、本
半導体レーザの層構成を作成方法と併せて説明する。
ザの断面図を作成工程とともに図２に示す。以下に、本
半導体レーザの層構成を作成方法と併せて説明する。
【００１７】有機金属成長法によりｎ-GaAs基板２１上
に、n-Inx4Ga1-x4As1-y4Py4クラッド層２２、nまたはi-
Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層２３、i-GaAs1-y2Py2 引
張り歪バリア層２４、圧縮歪Inx3Ga1-x3As量子井戸活性
層２５、i-GaAs1-y2Py2 引張り歪バリア層２６、pある
いはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層２７、p-In0.48Ga
0.52P第一上部クラッド層２８、p-GaAsエッチング阻止
層２９、p-In0.48Ga0.52P第二上部クラッド層３０を積
層し、このクラッド層３０上にSiO2等の絶縁膜３１を形
成する（図２(a))。この後、通常のリソグラフィーによ
り、絶縁膜３１の、幅３μm程度のストライプ状部分３
１aを残して、そのストライプ状部分以外の絶縁膜３１
を除去し（同図(b)）、この残されたストライプ状の絶
縁膜３１aをマスクとしてウエットエッチングによりp-G
aAsエッチング阻止層２９上面までのエピタキシャル層
を除去してリッジストライプを形成する（同図(c))。こ
のとき、エッチング液として塩酸系を用いると、エッチ
ングがp-GaAsエッチング阻止層２９で自動的に停止す
る。p-In0.48Ga0.52P 第一上部クラッド層２８の厚み
は、上述のようにして形成されたリッジストライプ導波
路において単一基本モードによる屈折率導波が高出力ま
で達成できるような厚みとする。次に、エピタキシャル
層がエッチングにより除去された領域（リッジ部両脇）
に選択的にn-In0.48(Ga1-z5Alz5)0.52P電流狭窄層３２
を形成する（同図(d)）。次いで、絶縁膜３１a を除去
し（同図(e)）、露出されたp-In0.48Ga0.52P第二上部ク
ラッド層３０およびn-In0.48(Ga1-z5Alz5)0.52P 電流狭
窄層３２の上面にp-GaAsコンタクト層３３を成長させ、
さらにp-GaAs コンタクト層の上面にp側電極３４を形成
し、その後、基板２１の研磨を行いｎ側電極３５を形成
する（同図(f)）。
に、n-Inx4Ga1-x4As1-y4Py4クラッド層２２、nまたはi-
Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層２３、i-GaAs1-y2Py2 引
張り歪バリア層２４、圧縮歪Inx3Ga1-x3As量子井戸活性
層２５、i-GaAs1-y2Py2 引張り歪バリア層２６、pある
いはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層２７、p-In0.48Ga
0.52P第一上部クラッド層２８、p-GaAsエッチング阻止
層２９、p-In0.48Ga0.52P第二上部クラッド層３０を積
層し、このクラッド層３０上にSiO2等の絶縁膜３１を形
成する（図２(a))。この後、通常のリソグラフィーによ
り、絶縁膜３１の、幅３μm程度のストライプ状部分３
１aを残して、そのストライプ状部分以外の絶縁膜３１
を除去し（同図(b)）、この残されたストライプ状の絶
縁膜３１aをマスクとしてウエットエッチングによりp-G
aAsエッチング阻止層２９上面までのエピタキシャル層
を除去してリッジストライプを形成する（同図(c))。こ
のとき、エッチング液として塩酸系を用いると、エッチ
ングがp-GaAsエッチング阻止層２９で自動的に停止す
る。p-In0.48Ga0.52P 第一上部クラッド層２８の厚み
は、上述のようにして形成されたリッジストライプ導波
路において単一基本モードによる屈折率導波が高出力ま
で達成できるような厚みとする。次に、エピタキシャル
層がエッチングにより除去された領域（リッジ部両脇）
に選択的にn-In0.48(Ga1-z5Alz5)0.52P電流狭窄層３２
を形成する（同図(d)）。次いで、絶縁膜３１a を除去
し（同図(e)）、露出されたp-In0.48Ga0.52P第二上部ク
ラッド層３０およびn-In0.48(Ga1-z5Alz5)0.52P 電流狭
窄層３２の上面にp-GaAsコンタクト層３３を成長させ、
さらにp-GaAs コンタクト層の上面にp側電極３４を形成
し、その後、基板２１の研磨を行いｎ側電極３５を形成
する（同図(f)）。
【００１８】その後、試料を劈開して形成した共振器面
の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行
い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成す
る。上記構造により、単一横モードを保ったまま、高い
レベルの光出力のレーザ光を発生させることができる。
の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行
い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成す
る。上記構造により、単一横モードを保ったまま、高い
レベルの光出力のレーザ光を発生させることができる。
【００１９】本実施形態に係る第一バリア層の歪量と層
厚との積と第二バリア層の歪量と層厚との積との和が、
活性層の歪量と層厚との積より５％nm大きい、即ち、活
性層の歪を５％nm引張り歪側に補償した構造の素子と、
歪を完全に補償した構造の素子とについて評価を行った
結果を図３に示す。図３は本発明の半導体レーザ素子
（○）と歪を完全に補償した構造の素子（●）の閾値電
流の温度依存性を示したものである。図３から、引張り
歪側に補償した本発明の半導体レーザ素子は歪を完全に
補償した構造の素子に比べて、閾値電流の温度依存性が
小さいという結果が得られた。
厚との積と第二バリア層の歪量と層厚との積との和が、
活性層の歪量と層厚との積より５％nm大きい、即ち、活
性層の歪を５％nm引張り歪側に補償した構造の素子と、
歪を完全に補償した構造の素子とについて評価を行った
結果を図３に示す。図３は本発明の半導体レーザ素子
（○）と歪を完全に補償した構造の素子（●）の閾値電
流の温度依存性を示したものである。図３から、引張り
歪側に補償した本発明の半導体レーザ素子は歪を完全に
補償した構造の素子に比べて、閾値電流の温度依存性が
小さいという結果が得られた。
【００２０】一般に、閾値電流Ithの温度依存性は、Ith
(T)=I0e(T/To)で表される。ここで、Ｔo は特性温度で
あり、この特性温度が高いほど素子の閾値電流の温度依
存性は小さく、高出力発振時において安定性が向上した
素子であるといえる。活性層の歪を合計５％nm引張り歪
側に補償した構造の素子では20℃から50℃の範囲ではＴ
o＝1467Kであり、歪を完全に補償した構造の素子より97
3K程度特性温度が上昇した。また、50℃から80℃の高温
領域においても本発明の半導体レーザ素子の特性温度は
261Kであり、歪を完全に補償した構造の素子より107K程
度特性温度が上昇した。
(T)=I0e(T/To)で表される。ここで、Ｔo は特性温度で
あり、この特性温度が高いほど素子の閾値電流の温度依
存性は小さく、高出力発振時において安定性が向上した
素子であるといえる。活性層の歪を合計５％nm引張り歪
側に補償した構造の素子では20℃から50℃の範囲ではＴ
o＝1467Kであり、歪を完全に補償した構造の素子より97
3K程度特性温度が上昇した。また、50℃から80℃の高温
領域においても本発明の半導体レーザ素子の特性温度は
261Kであり、歪を完全に補償した構造の素子より107K程
度特性温度が上昇した。
【００２１】このように、本発明の半導体レーザにおい
ては、閾値電流の温度依存性が歪完全補償型の従来の半
導体レーザと比較して大きく低減されており、上述の温
度範囲では温度調節器を用いることなく半導体レーザを
使用することができる。従って、非常に安価な半導体レ
ーザ駆動システムを形成できる。
ては、閾値電流の温度依存性が歪完全補償型の従来の半
導体レーザと比較して大きく低減されており、上述の温
度範囲では温度調節器を用いることなく半導体レーザを
使用することができる。従って、非常に安価な半導体レ
ーザ駆動システムを形成できる。
【００２２】本発明の第三の実施形態に係わる半導体レ
ーザの断面図をその作成工程と共に図４に示す。以下
に、本半導体レーザの層構成を作成方法と併せて説明す
る。
ーザの断面図をその作成工程と共に図４に示す。以下
に、本半導体レーザの層構成を作成方法と併せて説明す
る。
【００２３】有機金属成長法によりｎ-GaAs基板４１上
に、n-In0.48Ga0.52Pクラッド層４２、nまたはi-Inx1Ga
1-x1As1-y1Py1 光導波層４３、i-GaAs1-y2Py2引張り歪
バリア層４４、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層４
５、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層４６、pまたはi-In
x1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層４７、p-Inx4Ga1-x4As1-y4P
y4 第一上部クラッド層４８、p-In0.48Ga0.52P 第二上
部クラッド層４９、P-GaAsコンタクト層５０を積層し、
このコンタクト層５０上にSiO2等の絶縁膜５２を形成す
る（図４(a)）。
に、n-In0.48Ga0.52Pクラッド層４２、nまたはi-Inx1Ga
1-x1As1-y1Py1 光導波層４３、i-GaAs1-y2Py2引張り歪
バリア層４４、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層４
５、i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層４６、pまたはi-In
x1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層４７、p-Inx4Ga1-x4As1-y4P
y4 第一上部クラッド層４８、p-In0.48Ga0.52P 第二上
部クラッド層４９、P-GaAsコンタクト層５０を積層し、
このコンタクト層５０上にSiO2等の絶縁膜５２を形成す
る（図４(a)）。
【００２４】この後、通常のリソグラフィーにより、絶
縁膜５２の、幅3μm程度のストライプ状部分５２a を残
して、そのストライプ状部分以外の絶縁膜５２を除去し
（同図（b)）、この残されたストライプ状の絶縁膜５２
a をマスクとしてウエットエッチングによりp-Inx4Ga
1-x4As1-y4Py4 第一上部クラッド層４８上面までのエピ
タキシャル層を除去してリッジストライプを形成する
（同図(c))。このとき、エッチング液としてp-GaAsコン
タクト層５０を除去するために硫酸と過酸化水素水系を
用い、p-In0.48Ga0.52P 第二上部クラッド層４９を除去
するために塩酸系を用いるとエッチングがp-Inx4Ga1-x4
As1-y4Py4 第一上部クラッド層４８で自動的に停止す
る。p-Inx4Ga1-x4As1-y4Py4 第一上部クラッド層４８の
厚みは、上述のようにして形成されたリッジストライプ
導波路において単一基本モードによる屈折率導波が高出
力まで達成できるような厚みとする。次に、リッジ部の
上面と左右側面および露出している第一上部クラッド層
４８の上面に絶縁膜５３を形成する（同図(d)）。
縁膜５２の、幅3μm程度のストライプ状部分５２a を残
して、そのストライプ状部分以外の絶縁膜５２を除去し
（同図（b)）、この残されたストライプ状の絶縁膜５２
a をマスクとしてウエットエッチングによりp-Inx4Ga
1-x4As1-y4Py4 第一上部クラッド層４８上面までのエピ
タキシャル層を除去してリッジストライプを形成する
（同図(c))。このとき、エッチング液としてp-GaAsコン
タクト層５０を除去するために硫酸と過酸化水素水系を
用い、p-In0.48Ga0.52P 第二上部クラッド層４９を除去
するために塩酸系を用いるとエッチングがp-Inx4Ga1-x4
As1-y4Py4 第一上部クラッド層４８で自動的に停止す
る。p-Inx4Ga1-x4As1-y4Py4 第一上部クラッド層４８の
厚みは、上述のようにして形成されたリッジストライプ
導波路において単一基本モードによる屈折率導波が高出
力まで達成できるような厚みとする。次に、リッジ部の
上面と左右側面および露出している第一上部クラッド層
４８の上面に絶縁膜５３を形成する（同図(d)）。
【００２５】次いで、通常のリソグラフィーにより、絶
縁膜５３のリッジストライプ上面に形成された部分を除
去し（同図(e))、露出されたコンタクト層５０を覆うよ
うにしてｐ側電極５４を形成し、その後、基板４１の研
磨を行いｎ側電極５５を形成する（同図(f)）。
縁膜５３のリッジストライプ上面に形成された部分を除
去し（同図(e))、露出されたコンタクト層５０を覆うよ
うにしてｐ側電極５４を形成し、その後、基板４１の研
磨を行いｎ側電極５５を形成する（同図(f)）。
【００２６】その後、試料を劈開して形成した共振器面
の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行
い、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。上記構
造により、単一横モードを保ったまま、高いレベルの光
出力のレーザを発生させることができる。
の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行
い、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。上記構
造により、単一横モードを保ったまま、高いレベルの光
出力のレーザを発生させることができる。
【００２７】さらにまた、上記と同様のエッチング停止
機構を用いて、３回の成長工程を繰り返すことにより埋
め込み構造の屈折率導波レーザを作成することも可能で
ある。
機構を用いて、３回の成長工程を繰り返すことにより埋
め込み構造の屈折率導波レーザを作成することも可能で
ある。
【００２８】また、前記Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層の
組成比等を制御することにより、発振波長は、950nm＜
λ＜1100nmの範囲で制御が可能である。
組成比等を制御することにより、発振波長は、950nm＜
λ＜1100nmの範囲で制御が可能である。
【００２９】また、半導体層の成長法としては上述の有
機金属気相成長法の他、固体あるいはガスを原料とする
分子線エピタキシャル成長法を用いてもよい。
機金属気相成長法の他、固体あるいはガスを原料とする
分子線エピタキシャル成長法を用いてもよい。
【００３０】なお、本発明の半導体レーザは高速な情報
・画像処理および通信、計測、医療、印刷等の分野での
光源としても応用可能である。
・画像処理および通信、計測、医療、印刷等の分野での
光源としても応用可能である。
【図１】本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザを
示す断面図
示す断面図
【図２】本発明の第二の実施形態に係る半導体レーザお
よびその作成工程を示す断面図
よびその作成工程を示す断面図
【図３】本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザと
比較例との閾値電流の温度依存性を示すグラフ
比較例との閾値電流の温度依存性を示すグラフ
【図４】本発明の第三の実施形態に係る半導体レーザお
よびその作成工程を示す断面図
よびその作成工程を示す断面図
１ n-GaAs基板 ２ n-In0.48Ga0.52Pクラッド層 ３ nまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層 ４ i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層 ５ 圧縮歪Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層 ６ i-GaAs1-y2Py2引張り歪バリア層 ７ pまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1光導波層 ８ p-In0.48Ga0.52Pクラッド層 ９ p-GaAsコンタクト層 １０ p側電極 １１ ｎ側電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−219557（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−111366（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 (2)
- 【請求項１】 GaAs基板上に、p型またはn型の一方の導
電性を有する第一クラッド層、第一光導波層、GaAs1-y2
Py2第一バリア層、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性
層、GaAs1-y2Py2 第二バリア層、第二光導波層、p型ま
たはn型の他方の導電性を有する第二クラッド層がこの
順に積層されてなる半導体レーザ装置であって、 前記第一および第二クラッド層が前記GaAs基板に格子整
合する組成からなり、 前記第一および第二光導波層が前記GaAs基板に格子整合
するInGaAsP 系組成からなり、 前記第一および第二バリア層が、それぞれ前記GaAs基板
に対して引張り歪を有する、層厚10〜30nm の層であっ
て、その引張り歪の歪量×層厚＝5〜20％nmを満たす組
成からなり、 前記Inx3Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層が、層厚6〜10
nmの層であって、前記GaAs基板に対して1.0％以上の圧
縮歪を有する組成からなるものであり、 前記第一バリア層の歪量と層厚との積と前記第二バリア
層の歪量と層厚との積との和が、前記量子井戸活性層の
歪量と層厚との積より大であることを特徴とする半導体
レーザ装置。 - 【請求項２】 前記第一バリア層の歪量と層厚との積と
前記第二バリア層の歪量と層厚との積との和が、前記量
子井戸活性層の歪量と層厚との積よりも３％nm以上大で
あ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 (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08523098A JP3317335B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-03-31 | 半導体レーザ装置 |
| US09/246,946 US6285695B1 (en) | 1998-02-10 | 1999-02-09 | Semiconductor laser |
| EP99102540A EP0936709B1 (en) | 1998-02-10 | 1999-02-10 | Semiconductor laser |
| DE69922427T DE69922427T2 (de) | 1998-02-10 | 1999-02-10 | Halbleiterlaser |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2823898 | 1998-02-10 | ||
| JP10-28238 | 1998-02-10 | ||
| JP08523098A JP3317335B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-03-31 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298086A JPH11298086A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3317335B2 true JP3317335B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=26366289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08523098A Expired - Fee Related JP3317335B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-03-31 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0936709B1 (ja) |
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| JP2001257431A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ |
| US6888866B2 (en) * | 2000-10-12 | 2005-05-03 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| JP2002141610A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2002204032A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-07-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2002374042A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-12-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| US6912237B2 (en) * | 2001-02-06 | 2005-06-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module and semiconductor laser device having light feedback function |
| JP2002305352A (ja) | 2001-04-05 | 2002-10-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| KR100817487B1 (ko) * | 2001-04-30 | 2008-03-27 | 후지필름 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 장치 |
| KR100453963B1 (ko) * | 2001-12-19 | 2004-10-20 | 엘지전자 주식회사 | 광통신 소자와 제조 방법 및 그의 모듈 |
| EP1866955A4 (en) | 2005-03-25 | 2011-02-02 | Trumpf Photonics Inc | PASSIVATION OF LASER FACETS |
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| CN109075533A (zh) * | 2016-05-05 | 2018-12-21 | 镁可微波技术有限公司 | 包含具有低铝含量的电子势垒的半导体激光器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-03-31 JP JP08523098A patent/JP3317335B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-02-09 US US09/246,946 patent/US6285695B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-02-10 DE DE69922427T patent/DE69922427T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-02-10 EP EP99102540A patent/EP0936709B1/en not_active Expired - Lifetime
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