JP3762669B2 - Self-oscillation type semiconductor laser device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力レーザ光の戻り光に起因する戻り光雑音を低減した自励発振型半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体レーザ素子は、出力レーザ光の戻り光が半導体レーザ素子へ再入射する場合、この戻り光に起因した雑音(以下、戻り光雑音という)が出力レーザ光内に発生するといった問題があった。斯る戻り光雑音は、例えば半導体レーザ素子を光ディスク装置の光源として使用する場合に、ディスク面等からの反射による出力レーザ光の戻り光が半導体レーザ素子へ再入射することにより発生する。
【0003】
この半導体レーザ素子の戻り光雑音を低減する為に、自励発振現象を利用する方法が知られており、例えば特開昭63−202083号(H01S 3/18)公報に開示されている。
【0004】
斯る半導体レーザ素子では、AlGaAs活性層を挟むクラッド層のうち、一方のクラッド層に発振光のエネルギー(発振波長エネルギー:hν)よりかなり大きなバンドギャップエネルギーを持つ屈折率層もしくは該発振光のエネルギーよりかなり小さなバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層を用いることにより、自励発振させることが記載されている。
【0005】
しかしながら、本願出願人の実験結果によると、上記発振光のエネルギーよりかなり大きなバンドギャップエネルギーをもつ屈折率層の場合は、非点隔差が大きくなり、他方発振光のエネルギーよりかなり小さなバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層の場合は、動作電流値が大きくなるといったことが判った。
【0006】
この問題を解決するものとしては、特開昭61−84891号(H01S 3/18)公報には、活性層と組成が略同じであるレーザ光(発振光)に対して可飽和吸収特性を有する層(可飽和光吸収層)を備え、活性層と可飽和光吸収層が結合光導波路として働く程度に近接した半導体レーザ素子が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願出願人の実験から、可飽和光吸収層を備えたAlGaInP系半導体レーザ素子の場合、動作直後には自励発振するが、僅かな動作時間後には単一モードの発振となるといった問題があることが判った。
【0008】
このAlGaInP系半導体レーザ素子は、有機金属気相成長法(MOCVD法)や分子線エピタキシ成長法(MBE法)等のエピタキシャル成長法で形成される。斯る方法における通常の成長条件では、(Alz1Ga1-z1z2In1-z2P結晶(0≦z1≦1:以下AlGaInP系結晶という)が自然超格子構造又は自然超格子構造と無秩序化構造の間をとることが知られている。
【0009】
本願出願人は、僅かな動作時間後に単一モードの発振となる原因を見出した。
【0010】
即ち、この素子に電流が印加された直後は、可飽和光吸収層のバンドギャップと発振光のエネルギーは略等しく設定されているので、自励発振する。しかし、可飽和光吸収層は発振しきい値電流を小さくするために、層厚が小さく設定されているので、電流が印加され続けることにより、近接した層から可飽和光吸収層へ不純物が拡散して可飽和光吸収層がより無秩序化構造に変化する。
【0011】
上記無秩序化構造はより完全な無秩序化となる程、バンドギャップが大きくなるので、斯る可飽和光吸収層は発振光を透過するようになり、この結果、単一モード発振になるのである。
【0012】
また、このように自励発振が起こらなくなってしまうといった問題は、AlGaInP系半導体以外の自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽和光吸収層を備えた半導体レーザ素子においてもあった。
【0013】
本発明は斯る問題点を鑑みて成されたものであり、安定に自励発振する自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽和光吸収層を備えた自励発振型半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の自励発振型半導体レーザ素子は、第1導電型の半導体基板と、該基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、を備え、
前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、両面をアンドープの不純物拡散防止層で挟んだ、自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする。
【0015】
また、本発明の自励発振型半導体レーザ素子は、第1導電型のGaAs基板と、該基板上に形成された第1導電型の(AlxGa1-x0.5In0.5P(0<x≦1)クラッド層と、該クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型の(AlyGa1-y0.5In0.5P(0<y≦1)クラッド層と、を備え、
前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、両面をアンドープの不純物拡散防止層で挟んだ、自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする。
【0016】
また、本発明の自励発振型半導体レーザ素子は、第1導電型の半導体基板と、該基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成されたアンドープの第1の不純物拡散防止層と、該第1の不純物拡散防止層上に形成された自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる第2導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和光吸収層上に形成されたアンドープの第2の不純物拡散防止層と、該第2の不純物拡散防止層上に形成されたストライプ状リッジ形状からなる第2導電型のクラッド層と、を備えたことを特徴とする。
【0017】
特に、前記第2の不純物拡散防止層は、エッチング停止層であることを特徴とする。
【0018】
特に、前記第1導電型のクラッド層中に、両面を不純物拡散防止層で挟んだ第1導電型の可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする。
【0021】
特に、前記可飽和光吸収層は、(AltGa1-tuIn1-uP(0≦t<1)層であることを特徴とする。
【0022】
特に、前記可飽和光吸収層は、発振光と略等しいエネルギーのバンドギャップを有することを特徴とする。
【0023】
特に、前記不純物拡散防止層は、アンドープ層であることを特徴とする。
【0024】
特に、前記不純物拡散防止層は、発振光を吸収しないことを特徴とする。
【0025】
特に、前記不純物拡散防止層と隣接する前記クラッド層との間には、エネルギー障壁が構成されたことを特徴とする。
【0026】
更に、前記不純物拡散防止層は、前記可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にある部分の両面に設けられていることを特徴とする。
【0027】
本発明によれば、可飽和光吸収層の両面(両側)をアンドープ層等の不純物拡散防止層で挟んでいるので、可飽和光吸収層への不純物拡散が防止される。この結果、可飽和光吸収層はより一層の無秩序化等によりバンドギャップの大きさが変動するということはなく常に一定であるので、長時間安定に自励発振する。また、不純物拡散防止層が可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にある部分の両面にあれば、同様の効果がある。
【0028】
特に、可飽和光吸収層が発振光と略等しいエネルギーのバンドギャップを有する場合、より長時間安定に自励発振できると共に、非点隔差及び動作電流値が小さくできる。
【0029】
更に、活性層がその両面にアンドープ層を備えた場合、発振光の波長がより安定するので、更により長時間安定に自励発振できる。
【0030】
更に、第1の不純物拡散防止層と、該第1の不純物拡散防止層上に形成された可飽和光吸収層と、該可飽和光吸収層上に形成された第2の不純物拡散防止層と、該第2の不純物拡散防止層上の一部に形成されたストライプ状リッジ形状からなる第2導電型のクラッド層と、を備えた場合、前記可飽和光吸収層は、クラッド層とは、大きく異なる材料成分を有するので、前記ストライプ状リッジ形状からなるクラッド層を形成する際のエッチング停止層となる。特に、前記第2の不純物拡散防止層がエッチング停止層である場合には、可飽和光吸収層がエッチングされて、素子毎の該層の可飽和光吸収特性が変わる恐れがない。
【0031】
更に、不純物拡散防止層が発振光を吸収する場合には、該層に不純物が拡散されることにより、その光吸収量が変化して、自励発振状態に変化を及ぼす恐れがあるので、不純物拡散防止層は常に発振光を吸収しないことが望ましい。
【0032】
更に、不純物拡散防止層と隣接するクラッド層との間にエネルギー障壁が構成される場合には、不純物拡散防止層と隣接するクラッド層を構成する材料又は組成が異なるので、このエネルギー障壁で不純物が拡散するのが防止される。従って、不純物が可飽和光吸収層により拡散しにくくなる。この結果、不純物拡散防止層の層厚を小さくできるので、この層がアンドープ層である場合、素子の抵抗が小さくできる。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は本実施例の自励発振型のAlGaInP系半導体レーザ素子を示す断面図、図2はこの半導体レーザ素子の活性層近傍のバンド構造図である。
【0034】
図1中、1はn型GaAs半導体基板で、その一主面は(100)面から[011]結晶軸方向に5°傾斜した面である。前記傾斜した面上には、層厚0.3μmのn型Ga0.5In0.5Pバッファ層2及び層厚0.6μmのn型(Al0.7 Ga0.30.5In0.5P第1クラッド層3がこの順序で形成されている。
【0035】
このn型第1クラッド層3上には、層厚200Åのアンドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P不純物拡散防止層4が形成されている。
【0036】
図2に示すように、この不純物拡散防止層4上には、層厚100Åのn型Ga0.58In0.42P引張り歪み井戸層(歪量:−0.5%,全3層)5aと層厚40Åのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P障壁層(全2層)5bとが交互に積層されてなる引張り歪み多重量子井戸構造層(引張り歪みMQW層)からなり、発振光のエネルギーに略等しいバンドギャップを有する可飽和光吸収層5が形成されている。
【0037】
この可飽和光吸収層5上には、層厚200Åのアンドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P不純物拡散防止層6が形成されている。
【0038】
この不純物拡散防止層6上には、層厚0.25μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第2クラッド層7及び層厚500Åのアンドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層8がこの順序で形成されている。
【0039】
この光ガイド層8上には、層厚75ÅのGa0.58In0.42P引張り歪み井戸層(歪量:−0.5%,全6層)9aと層厚40Åの(Al0.5Ga0.50.5In0.5P障壁層(全5層)9bとが交互に積層されてなる引張り歪み多重量子井戸構造層(引張り歪みMQW層)からなるアンドープの活性層9が形成されている。
【0040】
この活性層9には、層厚500Åのアンドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層10が形成されている。
【0041】
尚、上記光ガイド層8、10は障壁層9bのバンドギャップ値以上(伝導帯下端が障壁層9bの伝導帯下端以上のエネルギー位置)且つクラッド層のバンドギャップ値より小さいバンドギャップ(伝導帯下端がクラッド層の伝導帯下端より小さいエネルギー位置)に設定されているので、光及び電子を閉じ込めができ、発振しきい値電流等の低減が図れる。また、この光ガイド層8、10はアンドープであるので、活性層9に不純物が拡散するのを防止できる。
【0042】
上記光ガイド層10上には、層厚250Åのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1クラッド層11が形成されている。このp型第1クラッド層11上には層厚11Åのp型Ga0.5In0.5P井戸層(全10層)12aと層厚17Åのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P障壁層(全9層)12bが交互に積層されてなる多重量子障壁層(MQB層)12が形成されている。このMQB層は電子が反射されるように井戸層12a及び障壁層12bの層厚及び周期が設定されているので、活性層9から電子が溢れるのを防止でき、発振しきい値電流等の低減が図れる。
【0043】
前記MQB層12上には、層厚0.25μmのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第2クラッド層13が形成されている。
【0044】
この第1クラッド層13上には、層厚200Åのアンドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P不純物拡散防止層14が形成されている。
【0045】
以下、図2に詳細を示すように、この不純物拡散防止層14上には、層厚100Åのp型Ga0.58In0.42P引張り歪み井戸層(歪量:−0.5%,全3層)15aと層厚40Åのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P障壁層(全2層)15bとが交互に積層されてなる引張り歪み多重量子井戸構造層(引張り歪みMQW層)からなる発振光のエネルギーに略等しいバンドギャップを有する可飽和光吸収層15が形成されている。
【0046】
この可飽和光吸収層15上の略中央には、共振器長方向(紙面垂直方向)に延在するストライプ状の層厚200Åのアンドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P不純物拡散防止層16が形成されている。
【0047】
この不純物拡散防止層16上には、共振器長方向(紙面垂直方向)に延在する高さ0.8μm、幅5μmのストライプ状のリッジ部形状をなすp型(Al0.7 Ga0.30.5In0.5P第3クラッド層17が形成されている。
【0048】
前記可飽和光吸収層15上には、前記不純物拡散防止層16側面及び前記リッジ部側面を覆うように層厚1μmのn型GaAs電流ブロック層18が形成されている。
【0049】
前記第3クラッド層17のリッジ部上面上には、層厚0.1μmのp型Ga0.5In0.5Pコンタクト層19が形成されている。前記電流ブロック層18及びコンタクト層19上には、このコンタクト層19上の層厚が2μmであるp型GaAsキャップ層20が形成されている。
【0050】
前記キャップ層20上面には、p型側オーミック電極21が形成され、前記n型GaAs基板1下面には、n型側オーミック電極22が形成されている。
【0051】
上述のように可飽和光吸収層5、15が量子井戸構造からなる場合、発振光のエネルギーと可飽和光吸収層のバンドギャップのエネルギーが略等しくなるとは、可飽和光吸収層の井戸層に構成される伝導帯と価電子帯の量子準位間のエネルギー差が発振光のエネルギーと略等しくなると定義する。
【0052】
尚、上記MQB層12の井戸層12aの層厚が小さく、伝導帯と価電子帯の量子準位間のエネルギー幅が大きいので、発振光が吸収されることはない。また、不純物拡散防止層4、6、8、10、14、16も、発振光を吸収することはない。
【0053】
次に、斯る半導体レーザ素子の製造方法について簡単に説明する。
【0054】
最初に、n型GaAs基板1上に、n型バッファ層2、n型第1クラッド層3、アンドープの不純物拡散防止層4、n型可飽和光吸収層5、アンドープの不純物拡散防止層6、n型第2クラッド層7、アンドープの光ガイド層8、アンドープの活性層9、アンドープの光ガイド層10、p型第1クラッド層11、p型MQB層12、p型第2クラッド層13、アンドープの不純物拡散防止層14、p型可飽和光吸収層15、アンドープの不純物拡散防止層16、p型第3クラッド層17、及びp型コンタクト層19をMOCVD法(有機金属気相成長法)により連続成長する。
【0055】
次に、前記p型コンタクト層19上にストライプ状のSiO2等からなるマス クを形成し、該マスクを介して前記p型コンタクト層19及びp型第3クラッド層17、不純物拡散防止層16を化学エッチングしてストライプ状のリッジ部形状にした後、n型電流ブロック層18をMOCVD法により形成する。
【0056】
続いて、前記マスクを除去して前記コンタクト層19を露出させた後、n型電流ブロック層18上及びコンタクト層19上にp型キャップ層20をMOCVD法により形成する。
【0057】
次に、前記キャップ層20上面にはp型側オーミック電極21を、前記n型GaAs基板1下面にはn型側オーミック電極22を蒸着法により形成した後、熱処理して作成する。
【0058】
尚、クラッド層は従来周知の如く発振光を閉じ込める必要があるので、発振光のエネルギーより大きなエネルギーのバンドギャップを有する。従って、可飽和光吸収層はクラッド層に比べてバンドギャップが小さい材料を含有するので、例えば上述のようにAlを含む半導体材料の場合には、可飽和光吸収層はクラッド層に比べてAl組成比が小さくなるので、クラッド層17及び該クラッド層と同組成の不純物拡散層16を可飽和光吸収層15に比べて選択的にエッチングできる。即ち、エッチングによりリッジ部を形成する際、可飽和光吸収層15がエッチング停止層となる。
【0059】
斯る半導体レーザ素子の動作実験を行った結果、安定して長時間自励発振することが確認できた。
【0060】
このように安定して長時間自励発振する理由を以下に示す。
【0061】
本実施例の素子は、可飽和光吸収層の両面にアンドープの不純物拡散防止層が設けられているので、動作時等に拡散移動する不純物は、このアンドープの不純物拡散防止層に取り込まれて可飽和光吸収層に不純物が達しない。従って、可飽和光吸収層がより無秩序化することがなく、可飽和光吸収層のバンドギャップの大きさが変動しないためである。
【0062】
尚、第3クラッド層16下のみ不純物拡散防止層16が設けられているのは、第3クラッド層16下にない可飽和光吸収層15の部分は、実質的な光閉じ込め領域ではないためである。
【0063】
また、本実施例では、発振光のエネルギーと可飽和光吸収層のバンドギャップのエネルギーが略等しく設定されているので、非点隔差及び動作電流値も小さかった。
【0064】
上記アンドープの不純物拡散層は、クラッド層と同じ組成(同じバンドギャップの大きさ)であるが、発振光を吸収しないならば、異なる組成を選択してもよい。以下にその例を示す。
【0065】
次に、第2実施例について図面を用いて説明する。尚、図3は本実施例の自励発振型半導体レーザ素子の断面構造図、図4は活性層近傍のバンド構造図であり、第1実施例と同一部分及び対応する部分には、同一符号を付してその説明を割愛する。
【0066】
本実施例が第1実施例と異なる点は、不純物拡散防止層と隣接するクラッド層のバンドギャップが異なり、該層間の界面にはエネルギー障壁が形成された点と、可飽和光吸収層15全面に不純物拡散防止層を設けられている点である。
【0067】
図3中、24、26、34は、層厚100Åのアンドープの(Al0.3Ga0.70.5In0.5P不純物拡散防止層である。
【0068】
36は、可飽和光吸収層15上全面に設けられた層厚100Åのアンドープの(Al0.3Ga0.70.5In0.5P不純物拡散防止層である。
【0069】
図4に示すように、 可飽和光吸収層と隣接するクラッド層の界面にエネルギ ー障壁が形成される場合には、この障壁が不純物拡散を防止する効果があるので、第1実施例に比べて不純物拡散防止層の層厚を小さくしてもよく、この場合、アンドープ層の厚みが小さくなるので、素子抵抗を小さくできる。
【0070】
また、不純物拡散防止層36は、第3クラッド層17とAl組成比が大きく異なるので、リッジ部を化学エッチングにより形成する際のエッチング停止層としても働く。但し、本実施例のように不純物拡散防止層36が薄い場合には、第1実施例と同じくエッチングされる場合もある。
【0071】
また、不純物拡散防止層24、26、34、36として、引張り歪を導入することにより、クラッド層よりバンドギャップが大きくした、例えばアンドープの(Al0.7Ga0.30.58In0.42P不純物拡散防止層としても同様の効果が得られる。
【0072】
上述では、活性層として、引張り歪量子井戸構造からなる活性層を用いたが、本発明に係る活性層は、圧縮歪量子井戸構造からなる活性層でもよく、無歪の量子井戸構造の活性層でもよく、又バルクの活性層でもよい。尚、活性層も不純物が拡散して無秩序化して波長が変化する恐れがあるので、上述のように活性層の両面にアンドープの光ガイド層等の不純物を拡散防止するためのアンドープ層を設けるのが望ましい。
【0073】
また、本発明に係る可飽和光吸収層は、発振光に応じて、引張り歪量子井戸構造、圧縮歪量子井戸構造、無歪の量子井戸構造、又バルクからなる可飽和光吸収層が適宜選択される。
【0074】
また、本発明に係る可飽和光吸収層は、n型、p型クラッド層の少なくともどちらか一方にあればよい。
【0075】
更に、本発明の自励発振型半導体レーザ素子は、上記リッジ部を有する構造以外の種々の構造でも勿論よい。
【0076】
尚、本発明でいうクラッド層中に可飽和光吸収層を有するとは、クラッド層と隣接して設けた場合も含む。
【0077】
また、本発明に係るクラッド層中には、上述したようにMQB層等の他の層が入ってもよく、またMQB層はなくともよい。更には、クラッド層はその層中で組成が異なってもよい。
【0078】
また、本発明は、GaInP又はAlGaInPからなる可飽和光吸収層を有するAlGaInP系半導体レーザ素子に限らず、他の自然超格子構造を取り得る可飽和光吸収層を備えた半導体レーザ素子に勿論適応できる。即ち、可飽和光吸収層を備えた自励発振型半導体レーザ素子において、前記可飽和光吸収層の両面に不純物拡散防止層を設ければよい。
【0079】
更に、前記GaAs半導体基板の結晶成長面としては、(100)面から[011]結晶軸方向に傾斜した面と等価な面である{100}面から<011>結晶軸方向に傾斜した面であってその傾斜角度が17°以下のもの、又は{100}面を使用してもよい。
【0080】
また、可飽和光吸収層が発振光と略等しいエネルギーのバンドギャップを有しない場合でも、可飽和光吸収層が発振光に対して透明になったり、光吸収量が変わって自励状態が変化する恐れがあるので、可飽和光吸収層の両面に不純物拡散防止層を設けるのが望ましい。しかし、このように略等しいエネルギーのバンドギャップを有しない場合には、上述したように非点隔格差及び動作電流値が大きくなる。
【0081】
また、上述したように、不純物拡散防止層が可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にある部分、即ち可飽和光吸収層が実質的に働く部分の両面にあれば効果がある。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、可飽和光吸収層の両面をブロッキング層又はアンドープ層等の不純物拡散防止層で挟んでいるので、可飽和光吸収層への不純物拡散が防止される。この結果、可飽和光吸収層は無秩序化等によりバンドギャップの大きさが変動することなく常に一定であるので、長時間安定に自励発振する。また、不純物拡散防止層が可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にある部分の両面にあれば、同様の効果がある。
【0083】
特に、可飽和光吸収層が発振光と略等しいエネルギーのバンドギャップを有する場合、より長時間安定に自励発振できると共に、非点隔差及び動作電流値が小さくできる。
【0084】
更に、活性層がその両面にアンドープ層を備えた場合、発振光の波長がより安定するので、更により長時間安定に自励発振できる。
【0085】
更に、第1の不純物拡散防止層と、該第1の不純物拡散防止層上に形成された可飽和光吸収層と、該可飽和光吸収層上に形成された第2の不純物拡散防止層と、該第2の不純物拡散防止層上の一部に形成されたストライプ状リッジ形状からなる第2導電型のクラッド層と、を備えた場合、前記可飽和光吸収層は、クラッド層とは、大きく異なる材料成分を有するので、前記ストライプ状リッジ形状からなるクラッド層を形成する際のエッチング停止層となる。特に、前記第2の不純物拡散防止層がエッチング停止層である場合には、可飽和光吸収層がエッチングされて、素子毎の該層の可飽和光吸収特性が変わる恐れがない。
【0086】
更に、不純物拡散防止層が発振光を吸収しない場合には、自励発振状態に変化を及ぼす恐れがない。
【0087】
更に、不純物拡散防止層と隣接するクラッド層との間にエネルギー障壁が構成される場合には、不純物拡散防止層と隣接するクラッド層を構成する材料又は組成が異なるので、このエネルギー障壁で不純物が拡散するのが防止される。従って、不純物が可飽和光吸収層により拡散しにくくなる。この結果、不純物拡散防止層の層厚を小さくできるので、この層がアンドープ層である場合、素子の抵抗が小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る半導体レーザ素子の模式断面構造図である。
【図2】上記実施例の活性層近傍の模式バンド構造図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る半導体レーザ素子の模式断面構造図である。
【図4】上記実施例の活性層近傍の模式バンド構造図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板(半導体基板)
3 n型第1クラッド層
4 不純物拡散防止層
5 n型可飽和光吸収層
6 不純物拡散防止層
7 n型第2クラッド層
8 光ガイド層
9 活性層
10 光ガイド層
11 p型第1クラッド層
13 p型第2クラッド層
14 不純物拡散防止層
15 p型可飽和光吸収層
16 不純物拡散防止層
17 p型第2クラッド層
18 n型電流ブロック層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-excited oscillation type semiconductor laser element in which return light noise caused by return light of output laser light is reduced.
[0002]
[Prior art]
The conventional semiconductor laser device has a problem that when the return light of the output laser light reenters the semiconductor laser device, noise (hereinafter referred to as return light noise) due to the return light is generated in the output laser light. It was. Such return light noise is generated when, for example, a semiconductor laser element is used as a light source of an optical disk device, the return light of the output laser light due to reflection from the disk surface or the like re-enters the semiconductor laser element.
[0003]
In order to reduce the return light noise of this semiconductor laser element, a method using a self-excited oscillation phenomenon is known, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-202083 (H01S 3/18).
[0004]
In such a semiconductor laser element, one of the clad layers sandwiching the AlGaAs active layer has a refractive index layer having a band gap energy much larger than the energy of oscillation light (oscillation wavelength energy: hν) or the energy of the oscillation light. It is described that self-oscillation is caused by using a light absorption layer having a considerably smaller band gap energy.
[0005]
However, according to the experiment results of the applicant of the present application, in the case of a refractive index layer having a band gap energy that is considerably larger than the energy of the oscillation light, the astigmatic difference becomes large, and on the other hand, a band gap energy that is considerably smaller than the energy of the oscillation light is obtained. In the case of the light absorption layer, it has been found that the operating current value increases.
[0006]
As a solution to this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-84891 (H01S 3/18) has a saturable absorption characteristic for laser light (oscillation light) having substantially the same composition as the active layer. A semiconductor laser device is disclosed that includes a layer (saturable light absorption layer) and is close enough to the active layer and the saturable light absorption layer to function as a coupled optical waveguide.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to experiments by the applicant of the present application, in the case of an AlGaInP semiconductor laser element having a saturable light absorption layer, self-excited oscillation occurs immediately after operation, but single mode oscillation occurs after a short operation time. It turns out that there is.
[0008]
This AlGaInP semiconductor laser element is formed by an epitaxial growth method such as a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) or a molecular beam epitaxy growth method (MBE method). Under normal growth conditions in such a method, an (Al z1 Ga 1 -z1) z2 In 1 -z2 P crystal (0 ≦ z1 ≦ 1: hereinafter referred to as an AlGaInP-based crystal) is disordered as a natural superlattice structure or a natural superlattice structure. It is known to take a gap between the structures.
[0009]
The applicant of the present application has found the cause of single mode oscillation after a short operating time.
[0010]
That is, immediately after a current is applied to this element, the band gap of the saturable light absorption layer and the energy of the oscillation light are set to be approximately equal, so that self-oscillation occurs. However, since the saturable light absorption layer is set to have a small thickness in order to reduce the oscillation threshold current, impurities are diffused from the adjacent layer to the saturable light absorption layer by continuing to apply the current. As a result, the saturable light absorption layer changes to a more disordered structure.
[0011]
As the disordered structure becomes more completely disordered, the band gap becomes larger, so that the saturable light absorbing layer transmits the oscillation light, and as a result, single mode oscillation occurs.
[0012]
In addition, the problem that self-excited oscillation does not occur in this way also exists in a semiconductor laser device including a saturable light absorption layer made of a semiconductor material that can take a natural superlattice structure other than an AlGaInP semiconductor.
[0013]
The present invention has been made in view of such a problem, and provides a self-pulsation type semiconductor laser device including a saturable light absorption layer made of a semiconductor material capable of taking a natural superlattice structure that stably oscillates. The purpose is to provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A self-oscillation type semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type cladding layer formed on the substrate, an active layer formed on the cladding layer, A second conductivity type cladding layer formed on the active layer,
A saturable light absorption layer made of a semiconductor material capable of forming a natural superlattice structure is provided in which at least one of the two cladding layers is sandwiched between undoped impurity diffusion prevention layers. .
[0015]
The self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type GaAs substrate and a first conductivity type (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (0 < x ≦ 1) a clad layer, an active layer formed on the clad layer, and a second conductivity type (Al y Ga 1-y ) 0.5 In 0.5 P (0 <y ≦) formed on the active layer 1) a cladding layer,
A saturable light absorption layer made of a semiconductor material capable of forming a natural superlattice structure is provided in which at least one of the two cladding layers is sandwiched between undoped impurity diffusion prevention layers. .
[0016]
The self-oscillation type semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type cladding layer formed on the substrate, an active layer formed on the cladding layer, And a second conductivity type cladding layer formed on the active layer, an undoped first impurity diffusion prevention layer formed on the cladding layer, and the first impurity diffusion prevention layer. A saturable light absorption layer of a second conductivity type made of a semiconductor material capable of taking a natural superlattice structure, an undoped second impurity diffusion prevention layer formed on the saturable light absorption layer, and the second impurity And a second conductivity type cladding layer having a striped ridge shape formed on the diffusion prevention layer.
[0017]
In particular, the second impurity diffusion preventing layer is an etching stop layer.
[0018]
In particular, a saturable light absorption layer of the first conductivity type having both surfaces sandwiched between impurity diffusion prevention layers is provided in the first conductivity type cladding layer.
[0021]
In particular, the saturable light absorbing layer is characterized by a (Al t Ga 1-t) u In 1-u P (0 ≦ t <1) layer.
[0022]
In particular, the saturable light absorbing layer has a band gap with energy substantially equal to that of oscillation light.
[0023]
In particular, the impurity diffusion preventing layer is an undoped layer.
[0024]
In particular, the impurity diffusion preventing layer does not absorb oscillation light.
[0025]
In particular, an energy barrier is formed between the impurity diffusion preventing layer and the adjacent cladding layer.
[0026]
Further, the impurity diffusion preventing layer is provided on both surfaces of the saturable light absorbing layer at least in a substantial light confinement region.
[0027]
According to the present invention, since both surfaces (both sides) of the saturable light absorption layer are sandwiched between impurity diffusion prevention layers such as undoped layers, impurity diffusion into the saturable light absorption layer is prevented. As a result, the saturable light absorption layer does not fluctuate in the band gap due to further disordering or the like, and is always constant, so that it oscillates stably for a long time. Further, if the impurity diffusion preventing layer is provided on both surfaces of the saturable light absorption layer at least in the substantial light confinement region, the same effect can be obtained.
[0028]
In particular, when the saturable light absorption layer has a band gap with substantially the same energy as the oscillation light, the self-excited oscillation can be stably performed for a longer time, and the astigmatic difference and the operating current value can be reduced.
[0029]
Furthermore, when the active layer has undoped layers on both sides thereof, the wavelength of the oscillation light is more stable, so that self-excited oscillation can be performed stably for a longer time.
[0030]
A first impurity diffusion prevention layer; a saturable light absorption layer formed on the first impurity diffusion prevention layer; a second impurity diffusion prevention layer formed on the saturable light absorption layer; A second conductivity type cladding layer having a striped ridge shape formed in a part on the second impurity diffusion preventing layer, the saturable light absorbing layer is a cladding layer. Since it has material components that differ greatly, it becomes an etching stop layer when the clad layer having the stripe ridge shape is formed. In particular, when the second impurity diffusion preventing layer is an etching stop layer, the saturable light absorption layer is not etched, and there is no possibility that the saturable light absorption characteristic of the layer for each element changes.
[0031]
Further, when the impurity diffusion preventing layer absorbs oscillation light, the impurity is diffused into the layer, so that the amount of light absorption may change and the self-excited oscillation state may be changed. It is desirable that the diffusion preventing layer does not always absorb oscillation light.
[0032]
Further, when an energy barrier is formed between the impurity diffusion prevention layer and the adjacent cladding layer, the material or composition of the impurity diffusion prevention layer and the adjacent cladding layer is different. It is prevented from spreading. Therefore, it becomes difficult for impurities to diffuse by the saturable light absorption layer. As a result, since the layer thickness of the impurity diffusion preventing layer can be reduced, the resistance of the element can be reduced when this layer is an undoped layer.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a self-excited oscillation type AlGaInP semiconductor laser element according to this embodiment, and FIG. 2 is a band structure diagram in the vicinity of an active layer of this semiconductor laser element.
[0034]
In FIG. 1, 1 is an n-type GaAs semiconductor substrate, and one principal surface thereof is a surface inclined by 5 ° in the [011] crystal axis direction from the (100) plane. An n-type Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 2 having a layer thickness of 0.3 μm and an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer 3 having a layer thickness of 0.6 μm are formed on the inclined surface. Formed in order.
[0035]
On the n-type first cladding layer 3, the layer thickness 200Å undoped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P impurity diffusion preventing layer 4 is formed.
[0036]
As shown in FIG. 2, an n-type Ga 0.58 In 0.42 P tensile strain well layer (strain amount: −0.5%, all three layers) 5a having a layer thickness of 100 mm is formed on the impurity diffusion prevention layer 4 and the layer thickness. It consists of a tensile strained multiple quantum well structure layer (tensile strain MQW layer) in which 40 n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers (all 2 layers) 5b are alternately stacked, and the energy of oscillation light A saturable light absorption layer 5 having a band gap substantially equal to is formed.
[0037]
On the saturable light absorbing layer 5, the layer thickness 200Å undoped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P impurity diffusion preventing layer 6 is formed.
[0038]
On this impurity diffusion preventing layer 6, an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 7 having a layer thickness of 0.25 μm and an undoped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer having a layer thickness of 500 mm. The light guide layer 8 is formed in this order.
[0039]
On this optical guide layer 8, a Ga 0.58 In 0.42 P tensile strain well layer (strain: −0.5%, total of 6 layers) 9 a having a layer thickness of 75 mm and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In having a layer thickness of 40 mm. An undoped active layer 9 composed of a tensile strained multiple quantum well structure layer (tensile strain MQW layer) in which 0.5 P barrier layers (5 layers in total) 9b are alternately stacked is formed.
[0040]
An undoped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light guide layer 10 having a thickness of 500 mm is formed on the active layer 9.
[0041]
The light guide layers 8 and 10 have a band gap (the lower end of the conduction band) that is greater than or equal to the band gap value of the barrier layer 9b (the energy position where the lower end of the conduction band is greater than or equal to the lower end of the conduction band of the barrier layer 9b). Is set at an energy position smaller than the lower end of the conduction band of the cladding layer), light and electrons can be confined, and the oscillation threshold current and the like can be reduced. Further, since the light guide layers 8 and 10 are undoped, it is possible to prevent impurities from diffusing into the active layer 9.
[0042]
A p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer 11 having a layer thickness of 250 mm is formed on the optical guide layer 10. On this p-type first cladding layer 11, a p-type Ga 0.5 In 0.5 P well layer (a total of 10 layers) 12a having a layer thickness of 11 mm and a p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer having a layer thickness of 17 mm ( A multiple quantum barrier layer (MQB layer) 12 is formed by alternately laminating a total of nine layers) 12b. In this MQB layer, since the thickness and period of the well layer 12a and the barrier layer 12b are set so that electrons are reflected, it is possible to prevent electrons from overflowing from the active layer 9 and to reduce the oscillation threshold current and the like. Can be planned.
[0043]
A p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 13 having a layer thickness of 0.25 μm is formed on the MQB layer 12.
[0044]
On this first cladding layer 13, the layer thickness 200Å undoped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P impurity diffusion preventing layer 14 is formed.
[0045]
Hereinafter, as shown in detail in FIG. 2, a p-type Ga 0.58 In 0.42 P tensile strain well layer (strain amount: −0.5%, all three layers) having a layer thickness of 100 mm is formed on the impurity diffusion preventing layer 14. 15a and p-type layer thickness 40Å (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 in 0.5 P barrier layers oscillation composed of (total 2-layer) 15b and are alternately laminated tensile strain multiple quantum well structure layer (tensile strain MQW layer) A saturable light absorption layer 15 having a band gap substantially equal to the energy of light is formed.
[0046]
This is approximately the center of the saturable light absorbing layer 15, the resonator length direction (direction perpendicular to the paper surface) in a stripe shape extending in the thickness 200Å undoped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P impurity diffusion preventing layer 16 is formed.
[0047]
On this impurity diffusion preventing layer 16, a p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In having a striped ridge shape with a height of 0.8 μm and a width of 5 μm extending in the resonator length direction (perpendicular to the paper surface). A 0.5 P third cladding layer 17 is formed.
[0048]
On the saturable light absorption layer 15, an n-type GaAs current blocking layer 18 having a thickness of 1 μm is formed so as to cover the side surface of the impurity diffusion preventing layer 16 and the side surface of the ridge portion.
[0049]
A p-type Ga 0.5 In 0.5 P contact layer 19 having a layer thickness of 0.1 μm is formed on the upper surface of the ridge portion of the third cladding layer 17. A p-type GaAs cap layer 20 having a thickness of 2 μm on the contact layer 19 is formed on the current blocking layer 18 and the contact layer 19.
[0050]
A p-type ohmic electrode 21 is formed on the upper surface of the cap layer 20, and an n-type ohmic electrode 22 is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 1.
[0051]
When the saturable light absorption layers 5 and 15 have a quantum well structure as described above, the energy of the oscillation light and the band gap energy of the saturable light absorption layer are substantially equal to each other in the well layer of the saturable light absorption layer. It is defined that the energy difference between the quantum levels of the conduction band and the valence band is approximately equal to the energy of the oscillation light.
[0052]
In addition, since the layer thickness of the well layer 12a of the MQB layer 12 is small and the energy width between the quantum levels of the conduction band and the valence band is large, the oscillation light is not absorbed. Further, the impurity diffusion preventing layers 4, 6, 8, 10, 14, and 16 do not absorb oscillation light.
[0053]
Next, a method for manufacturing such a semiconductor laser device will be briefly described.
[0054]
First, on an n-type GaAs substrate 1, an n-type buffer layer 2, an n-type first cladding layer 3, an undoped impurity diffusion prevention layer 4, an n-type saturable light absorption layer 5, an undoped impurity diffusion prevention layer 6, n-type second cladding layer 7, undoped light guide layer 8, undoped active layer 9, undoped light guide layer 10, p-type first cladding layer 11, p-type MQB layer 12, p-type second cladding layer 13, The undoped impurity diffusion preventing layer 14, the p-type saturable light absorbing layer 15, the undoped impurity diffusion preventing layer 16, the p-type third cladding layer 17 and the p-type contact layer 19 are formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Due to continuous growth.
[0055]
Next, a mask made of striped SiO 2 or the like is formed on the p-type contact layer 19, and the p-type contact layer 19, the p-type third cladding layer 17, and the impurity diffusion preventing layer 16 are interposed through the mask. Then, the n-type current blocking layer 18 is formed by MOCVD.
[0056]
Subsequently, after removing the mask and exposing the contact layer 19, a p-type cap layer 20 is formed on the n-type current blocking layer 18 and the contact layer 19 by MOCVD.
[0057]
Next, a p-type ohmic electrode 21 is formed on the upper surface of the cap layer 20, and an n-type ohmic electrode 22 is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 1 by vapor deposition.
[0058]
Since the clad layer needs to confine the oscillation light as is well known in the art, it has a band gap of energy larger than that of the oscillation light. Therefore, since the saturable light absorbing layer contains a material having a smaller band gap than the cladding layer, for example, in the case of a semiconductor material containing Al as described above, the saturable light absorbing layer is made of Al compared to the cladding layer. Since the composition ratio is small, the cladding layer 17 and the impurity diffusion layer 16 having the same composition as the cladding layer can be selectively etched as compared with the saturable light absorption layer 15. That is, when the ridge portion is formed by etching, the saturable light absorption layer 15 becomes an etching stop layer.
[0059]
As a result of conducting an operation experiment of such a semiconductor laser device, it was confirmed that the semiconductor laser device stably oscillates for a long time.
[0060]
The reason for such stable self-excited oscillation for a long time is as follows.
[0061]
In the device of this embodiment, the undoped impurity diffusion preventing layer is provided on both surfaces of the saturable light absorbing layer, so that impurities that diffuse and move during operation can be taken into the undoped impurity diffusion preventing layer. Impurities do not reach the saturated light absorption layer. Therefore, the saturable light absorption layer does not become more disordered, and the size of the band gap of the saturable light absorption layer does not vary.
[0062]
The impurity diffusion preventing layer 16 is provided only under the third cladding layer 16 because the portion of the saturable light absorption layer 15 that is not under the third cladding layer 16 is not a substantial light confinement region. is there.
[0063]
In this example, the energy of oscillation light and the energy of the band gap of the saturable light absorption layer are set to be approximately equal, so that the astigmatic difference and the operating current value are also small.
[0064]
The undoped impurity diffusion layer has the same composition (same band gap size) as the cladding layer, but a different composition may be selected as long as it does not absorb oscillation light. An example is shown below.
[0065]
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. 3 is a cross-sectional structure diagram of the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present embodiment, and FIG. 4 is a band structure diagram in the vicinity of the active layer. The explanation is omitted.
[0066]
This embodiment is different from the first embodiment in that the band gap of the cladding layer adjacent to the impurity diffusion preventing layer is different, an energy barrier is formed at the interface between the layers, and the entire surface of the saturable light absorbing layer 15. Is provided with an impurity diffusion preventing layer.
[0067]
In FIG. 3, 24, 26, and 34 are undoped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P impurity diffusion preventing layers having a layer thickness of 100 mm.
[0068]
Reference numeral 36 denotes an undoped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P impurity diffusion preventing layer having a layer thickness of 100 mm provided on the entire surface of the saturable light absorption layer 15.
[0069]
As shown in FIG. 4, when an energy barrier is formed at the interface between the saturable light absorbing layer and the adjacent clad layer, this barrier has an effect of preventing impurity diffusion, and therefore, compared with the first embodiment. Thus, the thickness of the impurity diffusion preventing layer may be reduced. In this case, the thickness of the undoped layer is reduced, so that the element resistance can be reduced.
[0070]
The impurity diffusion preventing layer 36 also functions as an etching stop layer when the ridge portion is formed by chemical etching because the Al composition ratio is greatly different from that of the third cladding layer 17. However, when the impurity diffusion preventing layer 36 is thin as in this embodiment, it may be etched in the same manner as in the first embodiment.
[0071]
Further, as the impurity diffusion preventing layers 24, 26, 34, and 36, by introducing tensile strain, for example, as an undoped (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.58 In 0.42 P impurity diffusion preventing layer having a larger band gap than the cladding layer. The same effect can be obtained.
[0072]
In the above description, an active layer having a tensile strain quantum well structure is used as the active layer. However, the active layer according to the present invention may be an active layer having a compressive strain quantum well structure or an active layer having an unstrained quantum well structure. Or a bulk active layer. Since the active layer may also be diffused and disordered to change the wavelength, an undoped layer for preventing the diffusion of impurities such as an undoped light guide layer is provided on both sides of the active layer as described above. Is desirable.
[0073]
The saturable light absorbing layer according to the present invention is appropriately selected from a tensile strained quantum well structure, a compressive strained quantum well structure, an unstrained quantum well structure, and a bulky saturable light absorbing layer depending on the oscillation light. Is done.
[0074]
The saturable light absorbing layer according to the present invention may be in at least one of the n-type and p-type cladding layers.
[0075]
Furthermore, the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention may of course have various structures other than the structure having the ridge portion.
[0076]
The term “having a saturable light absorbing layer in the clad layer” in the present invention includes the case where it is provided adjacent to the clad layer.
[0077]
In addition, as described above, other layers such as an MQB layer may be included in the cladding layer according to the present invention, and there may be no MQB layer. Furthermore, the composition of the cladding layer may be different in the layer.
[0078]
In addition, the present invention is not limited to an AlGaInP semiconductor laser element having a saturable light absorption layer made of GaInP or AlGaInP, and of course is applicable to a semiconductor laser element having a saturable light absorption layer capable of taking another natural superlattice structure. it can. That is, in the self-pulsation type semiconductor laser device provided with the saturable light absorption layer, an impurity diffusion preventing layer may be provided on both surfaces of the saturable light absorption layer.
[0079]
Further, the crystal growth surface of the GaAs semiconductor substrate is a surface inclined in the <011> crystal axis direction from the {100} plane which is equivalent to a surface inclined in the [011] crystal axis direction from the (100) plane. In addition, a tilt angle of 17 ° or less or a {100} plane may be used.
[0080]
Even if the saturable light absorption layer does not have a band gap with substantially the same energy as the oscillation light, the saturable light absorption layer becomes transparent to the oscillation light, or the self-excited state changes due to the change in the amount of light absorption. Therefore, it is desirable to provide an impurity diffusion prevention layer on both surfaces of the saturable light absorption layer. However, when there is no band gap having substantially the same energy as described above, the astigmatic difference and the operating current value increase as described above.
[0081]
Further, as described above, it is effective if the impurity diffusion preventing layer is on at least a portion of the saturable light absorbing layer that is substantially in the light confinement region, that is, on both sides of the portion where the saturable light absorbing layer substantially works. .
[0082]
【The invention's effect】
According to the present invention, since both surfaces of the saturable light absorbing layer are sandwiched between impurity diffusion preventing layers such as a blocking layer or an undoped layer, impurity diffusion into the saturable light absorbing layer is prevented. As a result, the saturable light absorption layer is always constant without fluctuation of the band gap due to disordering or the like, and therefore, the saturable light absorbing layer oscillates stably for a long time. Further, if the impurity diffusion preventing layer is provided on both surfaces of the saturable light absorption layer at least in the substantial light confinement region, the same effect can be obtained.
[0083]
In particular, when the saturable light absorption layer has a band gap with substantially the same energy as the oscillation light, the self-excited oscillation can be stably performed for a longer time, and the astigmatic difference and the operating current value can be reduced.
[0084]
Furthermore, when the active layer has undoped layers on both sides thereof, the wavelength of the oscillation light is more stable, so that self-excited oscillation can be performed stably for a longer time.
[0085]
A first impurity diffusion prevention layer; a saturable light absorption layer formed on the first impurity diffusion prevention layer; a second impurity diffusion prevention layer formed on the saturable light absorption layer; A second conductivity type cladding layer having a striped ridge shape formed in a part on the second impurity diffusion preventing layer, the saturable light absorbing layer is a cladding layer. Since it has material components that differ greatly, it becomes an etching stop layer when the clad layer having the stripe ridge shape is formed. In particular, when the second impurity diffusion preventing layer is an etching stop layer, the saturable light absorption layer is not etched, and there is no possibility that the saturable light absorption characteristic of the layer for each element changes.
[0086]
Furthermore, when the impurity diffusion preventing layer does not absorb oscillation light, there is no possibility of changing the self-excited oscillation state.
[0087]
Further, when an energy barrier is formed between the impurity diffusion prevention layer and the adjacent cladding layer, the material or composition of the impurity diffusion prevention layer and the adjacent cladding layer is different. It is prevented from spreading. Therefore, it becomes difficult for impurities to diffuse by the saturable light absorption layer. As a result, since the layer thickness of the impurity diffusion preventing layer can be reduced, the resistance of the element can be reduced when this layer is an undoped layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic band structure diagram in the vicinity of an active layer of the above example.
FIG. 3 is a schematic sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic band structure diagram in the vicinity of an active layer of the above example.
[Explanation of symbols]
1 n-type GaAs substrate (semiconductor substrate)
3 n-type first cladding layer 4 impurity diffusion preventing layer 5 n-type saturable light absorbing layer 6 impurity diffusion preventing layer 7 n-type second cladding layer 8 light guide layer 9 active layer 10 light guide layer 11 p-type first cladding layer 13 p-type second cladding layer 14 impurity diffusion preventing layer 15 p-type saturable light absorbing layer 16 impurity diffusion preventing layer 17 p-type second cladding layer 18 n-type current blocking layer

Claims (11)

第1導電型の半導体基板と、該基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、を備え、
前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、両面をアンドープの不純物拡散防止層で挟んだ、自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
A first conductivity type semiconductor substrate; a first conductivity type clad layer formed on the substrate; an active layer formed on the clad layer; and a second conductivity type clad layer formed on the active layer. A cladding layer,
A saturable light absorption layer made of a semiconductor material capable of forming a natural superlattice structure is provided in which at least one of the two cladding layers is sandwiched between undoped impurity diffusion prevention layers. Self-excited semiconductor laser device.
第1導電型のGaAs基板と、該基板上に形成された第1導電型の(AlxGa1-x0.5In0.5P(0<x≦1)クラッド層と、該クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型の(AlyGa1-y0.5In0.5P(0<y≦1)クラッド層と、を備え、
前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、両面をアンドープの不純物拡散防止層で挟んだ、自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
A first conductivity type GaAs substrate, a first conductivity type (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (0 <x ≦ 1) clad layer formed on the substrate, and formed on the clad layer And a second conductivity type (Al y Ga 1-y ) 0.5 In 0.5 P (0 <y ≦ 1) cladding layer formed on the active layer,
A saturable light absorption layer made of a semiconductor material capable of forming a natural superlattice structure is provided in which at least one of the two cladding layers is sandwiched between undoped impurity diffusion prevention layers. Self-excited semiconductor laser device.
第1導電型の半導体基板と、該基板上に形成された第1導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成されたアンドープの第1の不純物拡散防止層と、該第1の不純物拡散防止層上に形成された自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる第2導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和光吸収層上に形成されたアンドープの第2の不純物拡散防止層と、該第2の不純物拡散防止層上に形成されたストライプ状リッジ形状からなる第2導電型のクラッド層と、を備えたことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。A first conductivity type semiconductor substrate; a first conductivity type clad layer formed on the substrate; an active layer formed on the clad layer; and a second conductivity type clad layer formed on the active layer. A second conductive layer comprising a cladding layer, an undoped first impurity diffusion preventing layer formed on the cladding layer, and a semiconductor material capable of forming a natural superlattice structure formed on the first impurity diffusion preventing layer; Type saturable light absorption layer, an undoped second impurity diffusion prevention layer formed on the saturable light absorption layer, and a striped ridge shape formed on the second impurity diffusion prevention layer A self-pulsation type semiconductor laser device comprising: a second conductivity type cladding layer. 前記第2の不純物拡散防止層は、エッチング停止層であることを特徴とする請求項3記載の自励発振型半導体レーザ素子。  4. The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 3, wherein the second impurity diffusion preventing layer is an etching stop layer. 前記第1導電型のクラッド層中に、両面を不純物拡散防止層で挟んだ第1導電型の可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする請求項3又は4記載の自励発振型半導体レーザ素子。  5. The self-oscillation type semiconductor according to claim 3, wherein a first conductivity type saturable light absorption layer having both surfaces sandwiched between impurity diffusion prevention layers is provided in the first conductivity type cladding layer. Laser element. 前記活性層は、その両面をアンドープ層で挟まれたことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の自励発振型半導体レーザ素子。 6. The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein both sides of the active layer are sandwiched between undoped layers . 前記可飽和光吸収層は、(Al t Ga 1-t u In 1-u P(0≦t<1)層であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の自励発振型半導体レーザ素子。 The saturable light absorbing layer, (Al t Ga 1-t ) u In 1-u claim 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that P is a (0 ≦ t <1) layer The self-pulsation type semiconductor laser device described. 前記可飽和光吸収層は、発振光と略等しいエネルギーのバンドギャップを有することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の自励発振型半導体レーザ素子。 8. The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the saturable light absorption layer has a band gap with energy substantially equal to that of oscillation light . 前記不純物拡散防止層は、発振光を吸収しないことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の自励発振型半導体レーザ素子。 9. The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the impurity diffusion preventing layer does not absorb oscillation light . 前記不純物拡散防止層と隣接する前記クラッド層との間には、エネルギー障壁が構成されることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の自励発振型半導体レーザ素子。 10. The self barrier according to claim 1, wherein an energy barrier is formed between the impurity diffusion preventing layer and the adjacent cladding layer. Excited oscillation type semiconductor laser device. 前記不純物拡散防止層は、前記可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にある部分の両面に設けられていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の自励発振型半導体レーザ素子。 The said impurity diffusion prevention layer is provided in both surfaces of the part which exists in an at least substantial light confinement area | region among the said saturable light absorption layers, The 1, 2, 3, 4, 5, 6 characterized by the above-mentioned. , 7, 8, 9 or 10 A self-pulsation type semiconductor laser device.
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