JP3540508B2

JP3540508B2 - Ridge waveguide type semiconductor laser diode

Info

Publication number: JP3540508B2
Application number: JP14352496A
Authority: JP
Inventors: 典雄大久保; 秋彦粕川; 嘉一池上; 武行谷
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH09307184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザダイオードに関し、更に詳細には、高出力で、かつ良好なレーザ特性を有するリッジ導波路型半導体レーザダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層を用いるＧａＡｓ系量子井戸レーザダイオードは、実用化に向けて活発に研究開発されている。実用化するには、先ず、レーザダイオードの光出力を増大させることが必要であって、例えば、１．５μｍ帯の光ファイバアンプとして使用するエルビウムドープ・ファイバの励起光源としてレーザダイオードを０．９８μｍの発振波長で使用する場合、また、１．３μｍ帯のファイバアンプであるプラセオジムドープ・ファイバの励起光源として、レーザダイオードを１．０２μｍの発振波長で使用する場合、レーザダイオードには、２００ｍＷ程度の極めて高い光出力が要求される。
【０００３】
ここで、図１を参照しながら、従来のＧa Ａs 系量子井戸レーザダイオードについて例を挙げて説明する。従来のリッジ導波路型Ｇa Ａs 系レーザダイオードの層構造１０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、順次、Ｇa Ａs 系又はＡｌＧa Ａｓ系の化合物半導体層からなるバッファ層１４、下部クラッド層１６、第１光閉じこめ層１８、第２光閉じこめ層２０、第一歪み量子井戸層２２、障壁層２４、第二歪み量子井戸層２６、第３光閉じこめ層２８、第４光閉じこめ層３０、上部第一クラッド層３２、エッチング停止層３４、上部第二クラッド層３６、キャップ層３８の積層構造を有し、エッチング停止層３４上の上部第二クラッド層３６及びキャップ層３８はメサ構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｇa Ａs 系量子井戸レーザダイオードの光出力の増大を制約する一番の要因は、レーザダイオードの光出射面が瞬時に破壊される瞬時端面破壊（ＣＯＤ）である。光出力が増加して、ある値に達すると、ＧａＡｓ系レーザダイオードに特徴的な瞬時端面破壊（ＣＯＤ）が発生し、その時点で、レーザダイオードの機能が停止する。
そこで、ＣＯＤの発生を防止するために、従来、幅広の、例えば４μm 位のメサ構造を採用して、活性層での光密度を低減させているが、しかし、ワイドメサ構造の場合、レーザダイオードの光学利得が活性層に対して平行方向で不均一になる、いわゆる空間ホールバーニングが生じ、このためにビームステアリング現象が生じ易くなる。
ビームステアリング現象とは、光ビームが活性層と平行方向に行ったり来たりする現象であって、これにより、半導体レーザダイオードの光出力／注入電流特性が非線形になる、いわゆるキンクを生じ、レーザ特性が著しく損なわれる。非線形とは、外部微分量子効率η（＝ｄＬ／ｄ（Ｉ−Ｉ_TH）、ここで、Ｌは光出力、Ｉは光出力Ｌの時の注入電流値、Ｉ_THはしきい値電流の値である）が一定にならないことを言い、極端な場合には、ηが０近くになることもある。従って、注入電流による信号変換ができなくなり、レーザ特性が著しく損なわれる。この現象は、特に、レーザダイオードをファイバに結合する場合に著しい。
【０００５】
光出力を増大させても、ビームステアリング現象が発生しないようにするには、活性層の導波モード制御を始めとして、複雑に絡み合う様々な効果を考慮しなければならず、そのために、従来のＧa Ａs 系量子井戸レーザダイオードでは、この問題が解決されていない。
そこで、本発明の目的は、非常に高い光出力まで、光出力／注入電流特性が線形関係を維持するリッジ導波路型半導体レーザダイオードを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、活性層の光密度が、縦方向のスポットサイズと横方向のスポットサイズとの積に反比例すること、及び、活性層上全面に積層されたクラッド層の残り厚さＤ、例えば図１の層構造１０では第３、第４光閉じ込め層２８、３０、上部第１クラッド層３２、及びエッチング停止層３４の各層の層厚の和の厚簿により横方向の光閉じ込め、すなわち横方向のスポットサイズの大きさを制御できることに着目した。
そして、更に、本発明者は、光密度を低減するためにワイドメサ構造を採用したリッジ導波路型半導体レーザダイオードの場合、縦方向のスポットサイズの幅Ｗとクラッド層の残り厚さＤとの間で一定の関係が成立しているときには、高い光出力でもビームステアリング現象が生じない、即ち外部量子効率ηが一定の状態を維持できるのではないかと考えた。
そこで、本発明者は、次に説明する実験を多数回行った結果、キンク発生出力とＷとＤとの間にある関係を見い出した。なお、本明細書でキンク発生出力とは、外部量子効率ηが一定でなくなる注入電流時の光出力、例えばηの変化率が２０％になる注入電流時の光出力を言う。
【０００７】
実験例
ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、順次、以下の組成の各化合物半導体層を有機気相成長法によりエピタキシャル成長させ、図１に示すＧa Ａs 系半導体レーザダイオードの層構造１０を作製した。
バッファ層１４：ｎ−ＧａＡｓ層
下部クラッド層１６：ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層
第１光閉じこめ層１８：Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層
第２光閉じこめ層２０：ＧａＡｓ_0.94Ｐ_0.06層
第一歪み量子井戸層２２：Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層
障壁層２４：ＧａＡｓ_0.94Ｐ_0.06層
第二歪み量子井戸層２６：Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層
第３光閉じこめ層２８：ＧａＡｓ_0.94Ｐ_0.06層
第４光閉じこめ層３０：Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層
上部第一クラッド層３２：ｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層
エッチング停止層３４：ｐ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ層
上部第二クラッド層３６：ｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層
キャップ層３８：ｐ−ＧａＡｓ層
【０００８】
次に、キャップ層３８上にＳｉＮ膜を成膜し、それをマスクとしてクエン酸系のウエットエッチングにより層構造１０の上部第二クラッド層３６をエッチングしてエッチング停止層３４で停止させ、第二クラッド層３６を幅４μｍのメサ構造に形成した。
次いで、メサ構造を備えた層構造１０の全面に再びＳｉＮ膜を成膜した。その後、キャップ層３８上からＳｉＮ膜を除去して、キャップ層３８を露出させ、露出したキャップ層３８上にｐ−電極を、及び、基板１２の下側にｎ−電極をそれぞれ形成した。
更に、レーザ構造の低反射側端面には反射率１０％の誘電体膜、高反射端面には反射率９５％の誘電体膜をコーティングして、本実験に供する試料半導体レーザダイオードを作製した。
【０００９】
試料半導体レーザダイオードを作製するに当たっては、第１光閉じ込め層１８、第２光閉じ込め層２０、第３光閉じ込め層２８、第４光閉じ込め層３０及び上部第一クラッド層３２の膜厚を後述するように変化させ、それ以外の各層の膜厚を以下のように固定した。
バッファ層１４：０．５μｍ
下部クラッド層１６：２．０μｍ
エッチング停止層３４：３ｎｍ
上部第二クラッド層３６：２．０μｍ
キャップ層３８：０．５μｍ
【００１０】
一方、第１光閉じ込め層１８と第４光閉じ込め層３０の厚さを同じとし、その厚さをｄ１、第２光閉じ込め層２０と第３光閉じ込め層２８の厚さを同じとし、その厚さをｄ２として、表１に示すように、英小文字ａからｉの組み合わせ毎にｄ１及びｄ２の値を異なる値に設定した。
ｄ１とｄ２の値を様々に変化させて組み合わせることにより、第１、第２光閉じ込め層１８、２０、第一歪み量子井戸層２２、障壁層２４及び第二歪み量子井戸層２６、第３、第４光閉じ込め層２８、３０からなる活性層の近視野像のスポットサイズ幅Ｗを変えることができる。
【表１】

更に、ｄ１とｄ２の設定値の組み合わせとは独立して、活性層全面に積層するクラッド層部分、即ち第３光閉じ込め層２８、第４光閉じ込め層３０、上部第１クラッド層３２およびエッチング停止層３４の各膜厚の和Ｄを表２に示す番号毎に異なる値に設定した。
【表２】

【００１１】
本実験例では、組み合わせａからｉ毎に設定したｄ１とｄ２のそれぞれの値と、番号１から１５毎に設定したクラッド層と同じ機能を有する層の膜厚の和Ｄの値を、表３に示すように、様々に組み合わせた。例えば、ｄ１とｄ２の設定値の組み合わせがａ、即ちｄ１＝１００ｎｍ、ｄ２＝１０ｎｍで、Ｄの設定値が番号６、即ちＤ＝０．７７μm のａ−６の組み合わせを作り、ｄ１、ｄ２及びＤの値がその値になるように試料半導体レーザダイオードａ−６を作製した。他の組み合わせ、ａ−１からｉ−６の試料半導体レーザダイオードについても同様である。
【００１２】
次いで、各試料半導体レーザダイオードを動作させ、スポットサイズ幅Ｗ及び光出力を増加してキンクが生じた時のキンク出力（ｍＷ）を測定し、表３から表６に示した。表３から表６には、更に、その組み合わせでのＤの設定値、Ｄ／Ｗの計算値を示した。
【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【００１３】
実用的なＧａＡｓ系量子井戸レーザダイオードとしては、キンク出力が少なくとも２００ｍＷを必要とするので、表３において、キンク出力が２００ｍＷ（本測定では、測定誤差および動作環境の変動等を考慮し、１９０ｍＷとする）以上の組み合わせにはＯＫ、逆に、キンク出力が２００ｍＷ（本測定では、測定誤差および動作環境の変動等を考慮し、１９０ｍＷとする）以下の組み合わせにはＮＧの評価を行った。以上の結果から、Ｄ／Ｗ≧０．５であれば、評価がＯＫになる。よって、Ｄ／Ｗ≧０．５にすることにより、出力の高い実用的なＧａＡｓ系量子井戸レーザダイオードを実現できることが確認できた。
【００１４】
上述の実験例の結果に基づいて、本発明に係るリッジ導波路型半導体レーザダイオードは、クラッド層のうちの所定厚さ部分をメサ構造とし、残りの厚さＤのクラッド層を活性層上全面に積層させてなるリッジ導波路型半導体レーザダイオードにおいて、
活性層に対して垂直方向の近視野像の強度が１／ｅ²であるスポットサイズの幅をＷとするとき、Ｄが、
Ｄ≧Ｗ×０．５
を満足するような残り厚さＤを活性層全面に積層されたクラッド層が有することを特徴としている。なお、上述のｅは自然対数の底である。
本発明で、クラッド層とは、上部クラッド層に限らず、活性層上全面に積層されたクラッド層と同じ機能を有する層、例えば光閉じ込め層もクラッド層に含むものとする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
実施例
先ず、活性層に対する垂直方向の近視野像のスポットサイズの幅Ｗについて所望の値を設定する。
スポットサイズ幅Ｗは、例えば、縦方向の遠視野像（ＦＦＰ）の半値全角をθとすると、Ｗ＝λ／（πtan （θ／（２ｌｎ２） ^0.5 ））で求めることができる。ここで、λは波長、ｌｎは自然対数である。
次いで、Ｄ≧Ｗ×０．５の相関関係から必要な上部クラッド層の残り厚さＤを求める。例えば、スポットサイズＷを１．３μｍとすると、必要なＤは、Ｄ≧１．３×０．５、即ち０．６５μm 以上の値であって、上部クラッド層の残り厚さＤが０．６５μm 以上になるように、図１に示す層構造１０を形成する。尚、図１でＤは、第二歪み量子井戸層２６とエッチング停止層３４との間の層、即ち第３光閉じこめ層２８、第４光閉じこめ層３０、上部第一クラッド層、及びエッチング停止層３４の各膜厚の和で定義される。
【００１６】
また、本実施例では、クラッド層の活性層からの残り厚さＤを制御するためにＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐからなるエッチング停止層を用いたが、他の材料を使用したエッチング停止層でも良く、また、エッチング停止層に代えて別の方法により、残り厚さＤを制御することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、クラッド層のうちの所定厚さ部分をメサ構造とし、残りの厚さＤのクラッド層を活性層上全面に積層させてなるリッジ導波路型半導体レーザダイオードにおいて、活性層に対して垂直方向の近視野像の強度が１／ｅ²であるスポットサイズの幅をＷとするとき、ＤとＷとの間で本発明で特定した関係を維持することにより、ビームステアリング現象に伴う光出力／注入電流特性のキンク現象を改善し、非常に高い光出力まで、光出力／注入電流特性が線形関係にあるリッジ導波路型半導体レーザダイオードを実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】リッジ導波路型半導体レーザダイオードの一例の層構造を示す層構造断面図である。
【符号の説明】
１０リッジ導波路型Ｇa Ａs 系レーザダイオードの層構造
１２基板
１４バッファ層
１６下部クラッド層
１８第１光閉じこめ層
２０第２光閉じこめ層
２２第一歪み量子井戸層
２４障壁層
２６第二歪み量子井戸層
２８第３光閉じこめ層
３０第４光閉じこめ層
３２上部第一クラッド層
３４エッチング停止層
３６上部第二クラッド層
３８キャップ層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser diode, and more particularly, to a ridge waveguide type semiconductor laser diode having high output and excellent laser characteristics.
[0002]
[Prior art]
A GaAs-based quantum well laser diode using an InGaAs strained quantum well active layer has been actively researched and developed for practical use. For practical use, it is first necessary to increase the light output of the laser diode. For example, a laser diode of 0.98 μm is used as an excitation light source of an erbium-doped fiber used as a 1.5 μm band optical fiber amplifier. When the laser diode is used at an oscillation wavelength of 1.02 μm as an excitation light source of a praseodymium-doped fiber which is a 1.3 μm-band fiber amplifier, the laser diode has a wavelength of about 200 mW. Extremely high light output is required.
[0003]
Here, a conventional GaAs quantum well laser diode will be described with reference to FIG. For example, a layer structure 10 of a conventional ridge waveguide type GaAs laser diode includes a buffer layer 14 made of a GaAs or AlGaAs compound semiconductor layer and a lower cladding layer 16 on an n-type GaAs substrate 12, for example. The first light confinement layer 18, the second light confinement layer 20, the first strain quantum well layer 22, the barrier layer 24, the second strain quantum well layer 26, the third light confinement layer 28, the fourth light confinement layer 30, It has a laminated structure of the first cladding layer 32, the etching stopper layer 34, the upper second cladding layer 36, and the cap layer 38, and the upper second cladding layer 36 and the cap layer 38 on the etching stopper layer 34 have a mesa structure. I have.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the most important factor that restricts the increase of the optical output of the GaAs quantum well laser diode is the instantaneous end face breakdown (COD) in which the light emitting surface of the laser diode is instantaneously destroyed. When the light output increases and reaches a certain value, instantaneous end face destruction (COD) characteristic of a GaAs-based laser diode occurs, at which point the function of the laser diode stops.
Therefore, in order to prevent the occurrence of COD, a wide mesa structure of, for example, about 4 μm is adopted to reduce the light density in the active layer. The so-called spatial hole burning in which the optical gain becomes non-uniform in the direction parallel to the active layer occurs, and therefore, the beam steering phenomenon easily occurs.
The beam steering phenomenon is a phenomenon in which a light beam moves back and forth in a direction parallel to an active layer. This causes a so-called kink, which is a phenomenon in which the light output / injection current characteristics of the semiconductor laser diode becomes nonlinear, and the laser characteristics are changed. Is significantly impaired. Non-linear means external differential quantum efficiency η (= dL / d (I−I _TH )), where L is optical output, I is injection current value at optical output L, and I _TH is threshold current value Is not constant. In an extreme case, η may be close to zero. Therefore, signal conversion by injection current cannot be performed, and the laser characteristics are significantly impaired. This phenomenon is particularly remarkable when a laser diode is coupled to a fiber.
[0005]
In order to prevent the beam steering phenomenon from occurring even when the optical output is increased, various effects involving complicated intertwining must be taken into consideration, including the waveguide mode control of the active layer. This problem has not been solved in the GaAs quantum well laser diode.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a ridge waveguide type semiconductor laser diode in which the light output / injection current characteristic maintains a linear relationship until a very high light output.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inventors have found that the light density of the active layer is inversely proportional to the product of the spot size in the vertical direction and the spot size in the horizontal direction, and that the remaining thickness D of the cladding layer laminated on the entire surface of the active layer, for example, In the layer structure 10 shown in FIG. 1, the light confinement in the horizontal direction, that is, the lateral light confinement, that is, the lateral light confinement, that is, the sum of the thicknesses of the third and fourth

light confinement layers

28 and 30, the upper first cladding layer 32 , and the etching stop layer 34 is obtained. We focused on the ability to control the size of the spot size in the direction.
Further, the present inventor has found that in the case of a ridge waveguide type semiconductor laser diode employing a wide mesa structure in order to reduce the light density, the width W of the vertical spot size and the remaining thickness D of the cladding layer are reduced. When a certain relationship is established, it is considered that the beam steering phenomenon does not occur even at a high light output, that is, the external quantum efficiency η can be maintained in a certain state.
Thus, the inventor has conducted a number of experiments described below, and as a result, has found a relationship between the kink generation output and W and D. In this specification, the kink generation output refers to an optical output at an injection current at which the external quantum efficiency η is not constant, for example, an optical output at an injection current at which the rate of change of η is 20%.
[0007]
Experimental Example Each compound semiconductor layer having the following composition was sequentially epitaxially grown on an n-type GaAs substrate 12 by an organic vapor phase epitaxy method to produce a layer structure 10 of a GaAs-based semiconductor laser diode shown in FIG.
Buffer layer 14: n-GaAs layer Lower cladding layer 16: n-Al _0.3 Ga _0.7 As layer First optical confinement layer 18: Al _0.2 Ga _0.8 As layer Second optical confinement layer 20: GaAs _0.94 P _0.06 layer first strain quantum Well layer 22: In _0.2 Ga _0.8 As layer barrier layer 24: GaAs _0.94 P _0.06 layer Second strain quantum well layer 26: In _0.2 Ga _0.8 As layer Third optical confinement layer 28: GaAs _0.94 P _0.06 layer Fourth optical confinement layer 30: Al _0.2 Ga _0.8 As layer upper first cladding layer 32: p-Al _0.3 Ga _0.7 As layer etching stop layer 34: p-In _0.5 Ga _0.5 P layer upper second cladding layer 36: p-Al _0.3 Ga _0.7 As Layer cap layer 38: p-GaAs layer
Next, a SiN film is formed on the cap layer 38, and the upper second clad layer 36 of the layer structure 10 is etched by citric acid-based wet etching using the SiN film as a mask, and stopped by the etching stop layer 34. The clad layer 36 was formed in a mesa structure having a width of 4 μm.
Next, a SiN film was formed again on the entire surface of the layer structure 10 having the mesa structure. After that, the SiN film was removed from the cap layer 38 to expose the cap layer 38, and a p-electrode was formed on the exposed cap layer 38 and an n-electrode was formed below the substrate 12, respectively.
Further, a dielectric film having a reflectance of 10% was coated on the low-reflection side end face of the laser structure, and a dielectric film having a reflectance of 95% was coated on the high-reflection end face, to prepare a sample semiconductor laser diode to be used in this experiment.
[0009]
In producing the sample semiconductor laser diode, the thicknesses of the first light confinement layer 18, the second light confinement layer 20, the third light confinement layer 28, the fourth light confinement layer 30, and the upper first cladding layer 32 will be described later. varied to, the thickness of each layer otherwise fixed as follows.
Buffer layer 14: 0.5 μm
Lower cladding layer 16: 2.0 μm
Etching stop layer 34: 3 nm
Upper second cladding layer 36: 2.0 μm
Cap layer 38: 0.5 μm
[0010]
On the other hand, the first light confinement layer 18 and the fourth light confinement layer 30 have the same thickness, the thickness is d1, and the second light confinement layer 20 and the third light confinement layer 28 have the same thickness. As shown in Table 1, the values of d1 and d2 were set to different values for each combination of lowercase letters a to i, assuming that d is d2.
By varying and combining the values of d1 and d2, the first and second

optical confinement layers

18 and 20, the first strained quantum well layer 22, the barrier layer 24 and the second strained quantum well layer 26, the third, The spot size width W of the near-field image of the active layer including the fourth

light confinement layers

28 and 30 can be changed.
[Table 1]

Further, independently of the combination of the set values of d1 and d2, the cladding layer portions laminated on the entire surface of the active layer, that is, the third optical confinement layer 28, the fourth optical confinement layer 30 , the upper first cladding layer 32, and the etching stop The sum D of each film thickness of the layer 34 was set to a different value for each number shown in Table 2.
[Table 2]

[0011]
In the present experimental example, the values of the sums D of the thicknesses of the layers having the same functions as the cladding layers set for each of the combinations 1 to 15 and the values of d1 and d2 set for each of the combinations a to i are shown in Table 3. Various combinations as shown in FIG. For example, the combination of the set values of d1 and d2 is a, that is, d1 = 100 nm, d2 = 10 nm, and the set value of D is number 6, that is, a combination of a-6 with D = 0.77 μm is made, and d1, d2 and The sample semiconductor laser diode a-6 was manufactured so that the value of D became the value. The same applies to other combinations of the sample semiconductor laser diodes a-1 to i-6.
[0012]
Next, each sample semiconductor laser diode was operated to increase the spot size width W and the optical output, and the kink output (mW) when kink occurred was measured. Tables 3 to 6 show the results. Tables 3 to 6 further show the set value of D and the calculated value of D / W in that combination.
[Table 3]

[Table 4]

[Table 5]

[Table 6]

[0013]
Since a practical GaAs quantum well laser diode requires a kink output of at least 200 mW, the kink output is 200 mW in Table 3 (In this measurement , the kink output is 190 mW in consideration of measurement errors and fluctuations in the operating environment, etc.). The above combination was evaluated as OK, and conversely, the kink output was evaluated as 200 mW (in this measurement, 190 mW in consideration of measurement errors and fluctuations in the operating environment, etc.) . From the above results, if D / W ≧ 0.5, the evaluation is OK. Therefore, it was confirmed that a practical GaAs quantum well laser diode with high output can be realized by setting D / W ≧ 0.5.
[0014]
Based on the results of the above-described experimental examples, the ridge waveguide type semiconductor laser diode according to the present invention has a mesa structure in a predetermined thickness portion of the cladding layer and a remaining thickness D of the cladding layer on the entire surface of the active layer. In a ridge waveguide type semiconductor laser diode laminated on
When the width of the spot size at which the intensity of the near-field image in the direction perpendicular to the active layer is 1 / e ² is W, D is
D ≧ W × 0.5
Is characterized in that the clad layer laminated on the entire surface of the active layer has a remaining thickness D satisfying the following. Note that e is the base of the natural logarithm.
In the present invention, the clad layer is not limited to the upper clad layer, and includes a layer having the same function as the clad layer laminated on the entire surface of the active layer, for example, a light confinement layer in the clad layer.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments with reference to the accompanying drawings.
First, a desired value is set for the width W of the spot size of the near-field image in the vertical direction with respect to the active layer.
The spot size width W is, for example, W = λ / (πtan (θ / (2ln2) ^0.5 ) , where θ is the full width at half maximum of the vertical far-field image (FFP). ) ). Here, λ is a wavelength, and ln is a natural logarithm.
Next, a required remaining thickness D of the upper cladding layer is obtained from the correlation of D ≧ W × 0.5. For example, if the spot size W is 1.3 μm, the required D is D ≧ 1.3 × 0.5, that is, a value of 0.65 μm or more, and the remaining thickness D of the upper cladding layer is 0.65 μm. As described above, the layer structure 10 shown in FIG. 1 is formed. In FIG. 1, D is a layer between the second strained quantum well layer 26 and the etching stop layer 34, that is, the third optical confinement layer 28, the fourth optical confinement layer 30, the upper first cladding layer, and the etching stop. It is defined by the sum of the thicknesses of the layers 34.
[0016]
Further, in the present embodiment, the etching stop layer made of In _0.5 Ga _0.5 P was used to control the remaining thickness D of the cladding layer from the active layer, but an etching stop layer using another material may be used. Further, the remaining thickness D can be controlled by another method instead of the etching stop layer.
[0017]
【The invention's effect】
According to the configuration of the present invention, in a ridge waveguide type semiconductor laser diode in which a predetermined thickness portion of a cladding layer has a mesa structure and a cladding layer having a remaining thickness D is laminated on the entire surface of the active layer, When the width of the spot size where the intensity of the near-field image in the direction perpendicular to the layer is 1 / e ² is W, by maintaining the relationship specified in the present invention between D and W, beam steering is performed. The kink phenomenon of the light output / injection current characteristic due to the phenomenon is improved, and a ridge waveguide type semiconductor laser diode having a light output / injection current characteristic linearly up to a very high light output is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a layer structure of an example of a ridge waveguide type semiconductor laser diode.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Layer structure of ridge waveguide type GaAs laser diode 12 Substrate 14 Buffer layer 16 Lower cladding layer 18 First optical confinement layer 20 Second optical confinement layer 22 First strain quantum well layer 24 Barrier layer 26 Second strain quantum well Layer 28 Third optical confinement layer 30 Fourth optical confinement layer 32 Upper first cladding layer 34 Etch stop layer 36 Upper second cladding layer 38 Cap layer

Claims

In a GaAs-based ridge waveguide type semiconductor laser diode in which a predetermined thickness portion of the cladding layer has a mesa structure and a remaining thickness D of the cladding layer is stacked on the entire surface of the active layer, When the width of the spot size at which the intensity of the near-field image in the direction is 1 / e ² is W, D is not less than 0.3 μm and not more than 1.12 μm, and satisfies D ≧ W × 0.5. The cladding layer laminated on the entire surface of the active layer has such a remaining thickness D, and a kink does not occur in the optical output / injection current characteristics of the ridge waveguide type semiconductor laser diode at an optical output of less than 200 mW. GaAs-based ridge waveguide type semiconductor laser diode.