JP4114223B2 - Operation method of self-oscillation type semiconductor laser - Google Patents

Operation method of self-oscillation type semiconductor laser Download PDF

Info

Publication number
JP4114223B2
JP4114223B2 JP33563797A JP33563797A JP4114223B2 JP 4114223 B2 JP4114223 B2 JP 4114223B2 JP 33563797 A JP33563797 A JP 33563797A JP 33563797 A JP33563797 A JP 33563797A JP 4114223 B2 JP4114223 B2 JP 4114223B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
current confinement
self
semiconductor laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP33563797A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11177180A (en
Inventor
公一 宮崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP33563797A priority Critical patent/JP4114223B2/en
Publication of JPH11177180A publication Critical patent/JPH11177180A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4114223B2 publication Critical patent/JP4114223B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は自励発振型半導体レーザおよびその動作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザを光ディスク記録/再生装置などの光源として応用する上で、戻り光ノイズをいかに抑制するかが重要である。この戻り光ノイズを抑制するための対策の一つに、従来より、半導体レーザを自励発振させることによってマルチモード化を図った、いわゆる自励発振型半導体レーザが知られている。
【0003】
従来、このような自励発振型半導体レーザにおいては、例えば、n型GaAs基板上にn型クラッド層、活性層およびp型クラッド層が順次積層して設けられ、p型クラッド層の上層部に設けられたストライプ部の両側の部分にn型電流狭窄層が埋め込まれた電流狭窄構造を有するとともに、ストライプ部に対応する部分とその両側の部分との屈折率差が、通常のインデックスガイド型半導体レーザより小さくされ、横方向の光閉じ込めが緩やかにされている。そして、動作時には、活性層中のストライプ部の両側に対応する部分を可飽和吸収体として作用させることにより、自励発振を実現していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自励発振型半導体レーザにおいては、動作条件が変化すると、具体的には、例えば、動作温度が70℃程度の高温まで上昇すると、n型電流狭窄層による電流の阻止率が室温動作時と比べて低下してキャリアがn型電流狭窄層を通り抜け、キャリアの横方向(共振器長方向と垂直、かつ、接合と平行な方向)への広がりが大きくなるため、活性層において、光分布とキャリア分布との適正状態が崩れ、これまで可飽和吸収体として作用していた部分がその役割を果たせなくなり、自励発振が停止するという問題がある。このように、従来の自励発振型半導体レーザでは、自励発振可能な動作条件が狭い範囲に限られている上に、動作条件の変化に対する自励発振の安定性および信頼性に欠ける面があった。
【0005】
ところで、動作温度の上昇などによる横方向への電流の広がりを抑える手法として、自励発振型半導体レーザを製造する際に、n型電流狭窄層の厚さや不純物濃度、あるいは、p型クラッド層の厚さ(特に、ストライプ部の両側の部分における厚さ)や不純物濃度を制御することが考えられるが、いずれも完全なものではなく、制限がついてくる。具体的には、例えば、横方向への電流の広がりを抑えるためには、ストライプ部の両側の部分におけるp型クラッド層の厚さを小さくすることが有効であるが、エピタキシャル成長やエッチングなどによってこの部分の厚さを厳密に制御することは困難であり、また、自励発振に対するマージンが低下したり、レーザの他のパラメータが変化するなどの不都合が生じるため、設計が困難となる。
【0006】
したがって、この発明の目的は、横方向への電流の広がりを簡便な手法で制御することによって、自励発振可能な動作条件の範囲を広くすることができ、しかも、動作条件の変化に対する安定性および信頼性の高い自励発振を実現することができる自励発振型半導体レーザおよびその動作方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第1の発明は、
第1導電型の第1のクラッド層と、
第1のクラッド層上の活性層と、
活性層上の第2導電型の第2のクラッド層とを有し、
第2のクラッド層の上層部に設けられたストライプ部の両側の部分に電流狭窄層が埋め込まれた電流狭窄構造を有する自励発振型半導体レーザにおいて、
電流狭窄層に、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されている
ことを特徴とするものである。
【0008】
この発明の第2の発明は、
第1導電型の第1のクラッド層と、
第1のクラッド層上の活性層と、
活性層上の第2導電型の第2のクラッド層と、
第2のクラッド層上のストライプ状の開口を有する電流狭窄層と、
電流狭窄層の開口の部分における第2のクラッド層上に設けられた第2導電型の第3のクラッド層とを有する自励発振型半導体レーザにおいて、
電流狭窄層に、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されている
ことを特徴とするものである。
【0009】
この発明の第3の発明は、
第1導電型の第1のクラッド層と、
第1のクラッド層上の活性層と、
活性層上の第2導電型の第2のクラッド層とを有し、
第2のクラッド層の上層部に設けられたストライプ部の両側の部分に電流狭窄層が埋め込まれた電流狭窄構造を有し、
電流狭窄層に、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されている自励発振型半導体レーザの動作方法であって、
外部からレーザ駆動用電極に対してレーザ駆動用電圧を印加するとともに、電流狭窄層に対して電極を通じてレーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加するようにした
ことを特徴とするものである。
【0010】
この発明の第4の発明は、
第1導電型の第1のクラッド層と、
第1のクラッド層上の活性層と、
活性層上の第2導電型の第2のクラッド層と、
第2のクラッド層上のストライプ状の開口を有する電流狭窄層と、
電流狭窄層の開口の部分における第2のクラッド層上に設けられた第2導電型の第3のクラッド層とを有し、
電流狭窄層に、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されている自励発振型半導体レーザの動作方法であって、
外部からレーザ駆動用電極に対してレーザ駆動用電圧を印加するとともに、電流狭窄層に対して電極を通じてレーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加するようにした
ことを特徴とするものである。
【0011】
この発明において、電流狭窄層は、典型的には第1導電型のものであるが、場合によっては、この電流狭窄層は絶縁性または半絶縁性のものであってもよい。
【0012】
この発明の第3の発明および第4の発明においては、電流狭窄層に対して印加する電圧を、例えば動作温度など、自励発振型半導体レーザの動作条件に応じて制御するようにしてもよい。
【0013】
この発明の第3の発明において、第2のクラッド層がp型クラッド層で電流狭窄層の導電型がn型である場合は、この電流狭窄層に対して正の電圧を印加し、第2のクラッド層がp型クラッド層で電流狭窄層が絶縁性または半絶縁性のものである場合は、この電流狭窄層に対して負の電圧を印加する。一方、この発明の第3の発明において、第2のクラッド層がn型クラッド層で電流狭窄層の導電型がp型である場合は、この電流狭窄層に対して負の電圧を印加し、第2のクラッド層がn型クラッド層で電流狭窄層が絶縁性または半絶縁性のものである場合は、この電流狭窄層に対して正の電圧を印加する。
【0014】
この発明の第4の発明において、第2のクラッド層および第3のクラッド層がp型クラッド層で電流狭窄層の導電型がn型である場合は、この電流狭窄層に対して正の電圧を印加し、第2のクラッド層および第3のクラッド層がp型クラッド層で電流狭窄層が絶縁性または半絶縁性のものである場合は、この電流狭窄層に対して負の電圧を印加する。一方、この発明の第4の発明において、第2のクラッド層および第3のクラッド層がn型クラッド層で電流狭窄層の導電型がp型である場合は、この電流狭窄層に対して負の電圧を印加し、第2のクラッド層および第3のクラッド層がn型クラッド層で電流狭窄層が絶縁性または半絶縁性のものである場合は、この電流狭窄層に対して正の電圧を印加する。
【0015】
上述のように構成されたこの発明によれば、電流狭窄層に対して、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されていることにより、動作時に、この電極を通じて電流狭窄層に対して外部からレーザ駆動用電圧と独立に所定の電圧を印加することが可能である。そして、このように、電流狭窄層に対して所定の電圧を印加することによって、この電流狭窄層中に固定電荷が発生し、さらに、この電流狭窄層中に発生した固定電荷による静電誘導効果によって、第2のクラッド層中または第2のクラッド層および第3のクラッド層の双方の中に、これと反対極性の固定電荷が発生するため、素子内を流れる電流は、ストライプ部の中央に集中するようになる。このため、動作条件が変化した場合であっても、活性層中に注入されるキャリアの横方向への広がりが抑制され、その結果、活性層中のストライプ部の両側に対応する部分に、可飽和吸収領域が安定に形成されるようになり、例えば動作温度が高い場合など、従来は自励発振が不可能であった厳しい動作条件のもとでの自励発振が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0017】
まず、この発明の第1の実施形態について説明する。図1は、この第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザを示す。このAlGaAs系自励発振型半導体レーザはSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造を有し、活性層は多重量子井戸(MQW)構造を有するものである。
【0018】
図1に示すように、この第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、例えば、n型GaAs基板1上にn型Alx2Ga1-x2Asバッファ層2を介して、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層3、n型Alx2Ga1-x2As光導波層4、ノンドープのAlx3Ga1-x3As層を量子井戸層とするMQW構造の活性層5、p型Alx2Ga1-x2As光導波層6、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、ノンドープのAlx2Ga1-x2As光導波層8およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9が順次積層されている。
【0019】
Alx2Ga1-x2As光導波層8およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9は、一方向に延びる所定幅のリッジストライプ形状を有する。このリッジストライプ部の両側の部分には、例えばn型Alx1Ga1-x1Asクラッド層10aと、この上のn型GaAs層10bとからなるn型電流狭窄層10が埋め込まれている。この場合、n型電流狭窄層10は、リッジストライプ部上の部分を含む全面に設けられており、リッジストライプ部上の所定部分にp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9に達する所定幅のストライプ状の開口10cを有する。ここで、n型電流狭窄層10のうち、上層のn型GaAs層10bは、この上に設けられる電極(後述する)とのコンタクトを良好にするための役割を有している。
【0020】
横方向の両端の一部を除くn型電流狭窄層10および開口10cの部分におけるp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9の上には、開口10cを埋めるようにしてp型GaAsキャップ層11が設けられている。
【0021】
ここで、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層3、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9およびn型Alx1Ga1-x1As層10aにおけるx1は、n型Alx2Ga1-x2Asバッファ層2、n型Alx2Ga1-x2As光導波層4、p型Alx2Ga1-x2As光導波層6およびAlx2Ga1-x2As光導波層8におけるx2より大きくされ、また、このx2は、活性層5の量子井戸層としてのAlx3Ga1-x3As層におけるx3より大きくされている。すなわち、x1>x2>x3である。これらについてそれぞれ一例を挙げると、x1=0.47、x2=0.3、x3=0.13である。
【0022】
このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7とp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9との間にAlx2Ga1-x2As光導波層8が挿入されていることによって、横方向にステップ状の屈折率分布が作りつけられており、これによって、横方向の光導波が行われているが、この場合、リッジストライプ部における高屈折率の部分とその両側における低屈折率の部分との屈折率差が、通常のインデックスガイド型半導体レーザの場合と比べて小さく、横方向への光の閉じ込めが緩やかにされている。
【0023】
また、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを構成する各半導体層の厚さの一例を挙げると、n型Alx2Ga1-x2Asバッファ層2の厚さは1μm、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層3の厚さは1.5μm、n型Alx2Ga1-x2As光導波層4、p型Alx2Ga1-x2As光導波層6およびAlx2Ga1-x2As光導波層8の厚さはそれぞれ70nm、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7の厚さは0.35μm、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9の厚さは1.3μm、n型電流狭窄層10のうち、n型Alx1Ga1-x1As層10aの厚さは0.8μm、n型GaAs層10bの厚さは0.5μm、p型GaAsキャップ層11の厚さは1.5μmである。
【0024】
p型GaAsキャップ層11上には、例えばTi/Pt/Au電極のようなp側電極12がオーミックコンタクトして設けられている。また、横方向の両端において、p型GaAsキャップ層11で覆われていないn型電流狭窄層10上の所定部分には、例えばAuGe/Ni電極のような電極13が、n型GaAs層10bとオーミックコンタクトして設けられている。一方、n型GaAs基板1の裏面には、例えばAuGe/Ni電極のようなn側電極14がオーミックコンタクトして設けられている。このように、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、n型電流狭窄層10上に、p側電極12およびn側電極14から分離された電極13が設けられていることによって、外部からこの電極13を通じてn型電流狭窄層10に対して、レーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加することが可能となっている。
【0025】
次に、上述のように構成されたこのAlGaAs系自励発振型半導体レーザの動作について説明する。
【0026】
すなわち、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを発振させる場合は、例えば、p側電極12に2〜3V程度の正の電圧を印加し、n側電極14を接地する。ここで、まず、動作温度が室温程度で、電極13に電圧を印加しない場合の動作について説明する。この場合、図2に示すように、活性層5中において、電流(ここでは、活性層5に対してn型Alx1Ga1-x1Asクラッド層3側から注入される電子e- を示す)は、ほぼリッジストライプ部に対応した部分に広がるのに対して、光は、横方向の閉じ込めが緩やかにされていることによって、リッジストライプ部に対応する部分を越えて広がり、その結果、活性層5中のリッジストライプ部の両側に対応する部分に可飽和吸収領域15が形成される。したがって、動作温度が室温程度の場合は、活性層5中に上述のように可飽和吸収領域15が形成されることによって、電極13に特に電圧を印加しなくても、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザは、自励発振する。
【0027】
これに対して、動作温度が室温から上昇し、例えば70℃程度の高温になった場合、電極13に電圧が印加されていないと、n型電流狭窄層10による電流の阻止率が室温動作時に比べて低下し、その結果、活性層5中において、横方向への電流の広がりが室温動作時に比べて大きくなり、室温動作時に可飽和吸収領域15が形成されていた部分にもキャリアが注入されるようになるため、自励発振が停止する。そこで、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、動作温度が上昇した場合は、電極13を通じてn型電流狭窄層10に対して、レーザ駆動用電圧とは独立に所定の正の電圧を印加し、動作温度の上昇による横方向への電流の広がりを抑制するようにしている。
【0028】
電極13を通じてn型電流狭窄層10に対して正の電圧を印加した場合、図3に示すように、このn型電流狭窄層10中においては、電子が電極13側に吸い寄せられ、n型不純物によるプラス(+)の固定電荷が残される。一方、n型電流狭窄層10との接合部の近傍におけるp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9およびp型GaAsキャップ層11中においては、n型電流狭窄層10に発生したプラス(+)の固定電荷による静電誘導効果によってホールが反発され、その結果、p型不純物によるマイナス(−)の固定電荷が発生する。このため、キャリアのうち、電子e- は、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9およびp型GaAsキャップ層11中に発生したマイナス(−)の固定電荷の影響によって反発され、リッジストライプ部の中央に集中するようになり、ホール(図示せず)は、n型電流狭窄層10中に発生したプラス(+)の固定電荷の影響によって反発され、電子e- の場合と同様にリッジストライプ部の中央に集中するようになる。
【0029】
このように、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、n型電流狭窄層10に対して所定の正の電圧を印加することによって、動作温度が上昇した場合であっても電流の広がりを抑制することができるため、活性層5中のリッジストライプ部の両側に対応する部分に、室温動作時におけると同様に可飽和吸収領域15が形成され、安定した自励発振が可能となる。なお、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザの場合、動作温度が70℃のとき、電極13に5〜10V程度の正の電圧を印加することによって、5mW程度の出力まで自励発振が可能となる。
【0030】
このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを、例えば、光ディスク記録/再生装置などの光源として用いた場合、自励発振動作が必要とされる再生時には、電極13を通じてn型電流狭窄層10に正の電圧を印加し、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを例えば5mWの出力で自励発振させる。このとき、こ例えば温度センサーおよびマイクロプロセッサなどを組み合わせて用い、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザの動作温度を常時モニターし、n型電流狭窄層10に印加する電圧を動作温度に応じて制御する(具体的には、動作温度が上昇するにつれて、n型電流狭窄層10に印加する電圧が大きくなるように制御する)ことによって、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを、動作温度の変化によらずほぼ一定の状態で自励発振させることも可能である。一方、記録時には、特に自励発振動作させる必要がないため、n型電流狭窄層10への電圧の印加を停止し、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを、例えば20〜30mWの出力で高出力動作させる。
【0031】
次に、上述のように構成された、この第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法について説明する。
【0032】
すなわち、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを製造するためには、まず、図4に示すように、n型GaAs基板1上にn型Alx2Ga1-x2Asバッファ層2、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層3、n型Alx2Ga1-x2As光導波層4、MQW構造の活性層5、p型Alx2Ga1-x2As光導波層6、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、Alx2Ga1-x2As光導波層8およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9を、例えばMOCVD法により順次成長させる。
【0033】
次に、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9の全面に例えばCVD法によりSiO2 膜やSiN膜を形成した後、これをエッチングによりパターニングして所定幅のストライプ形状のマスク(図示せず)を形成し、このマスクをエッチングマスクとして用いて、ウエットエッチング法により、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層6の表面が露出するまでエッチングする。これによって、図5に示すように、Alx2Ga1-x2As光導波層8およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9が、一方向に延びる所定幅のリッジストライプ形状にパターニングされる。この後、エッチングマスクとして用いたマスクを除去する。
【0034】
次に、図6に示すように、全面にn型電流狭窄層10としてのn型Alx1Ga1-x1As層10aおよびn型GaAs層10bを、例えばMOCVD法により順次成長させる。次に、リッジストライプ部上の所定部分におけるn型電流狭窄層10を選択的にエッチングすることにより、この部分に開口10cを形成する。次に、n型電流狭窄層10の開口10cの部分を埋めるようにして全面にp型GaAsキャップ層11を例えばMOCVD法により成長させる。
【0035】
次に、図7に示すように、p型GaAsキャップ層11の全面にp側電極12を形成する。
【0036】
次に、p側電極12の全面に例えばCVD法によりSiO2 膜やSiN膜を形成した後、これをエッチングによりパターニングして、リッジストライプ部の近傍に対応する部分を覆い、横方向の両端の一部に開口を有する所定形状のマスク(図示せず)を形成する。次に、このマスクをエッチングマスクとして、n型電流狭窄層10の表面が露出するまでエッチングすることにより、図8に示すように、p型GaAsキャップ層11およびp側電極12を所定形状にパターニングする。
【0037】
次に、横方向の両端において露出したn型電流狭窄層10上の所定部分を除いた部分をレジストパターン(図示せず)で覆い、全面にAuGe/Ni膜を形成した後、レジストパターンをその上のAuGe/Ni膜とともに除去(リフトオフ)することにより、図9に示すように、n型電流狭窄層10上の所定部分に電極13を形成する。
【0038】
次に、n型GaAs基板1をその裏面側からラッピングすることにより所定の厚さにする。この後、図1に示すように、このn型GaAs基板1の裏面にn側電極14を形成する。以上により、目的とするAlGaAs系自励発振型半導体レーザが製造される。
【0039】
以上のように、この第1の実施形態によれば、n型電流狭窄層10にp側電極12およびn側電極14から電気的に分離された電極13が接続され、動作時に、この電極13を通じてn型電流狭窄層10に対して、レーザ駆動用電圧とは独立に所定の正の電圧を印加するようにしていることによって、例えば動作温度が上昇した場合など、動作条件が変化した場合であっても、活性層5中に注入されるキャリアの横方向へ広がりを抑制することができる。このため、この第1の実施形態によれば、AlGaAs系自励発振型半導体レーザの自励発振可能な動作条件の範囲を、従来と比べて広くすることができ、また、n型電流狭窄層10に印加する電圧を動作条件に応じて制御することにより、動作条件が変化した場合であっても自励発振の状態を維持することができるため、動作条件の変化に対する自励発振の安定性および信頼性の向上を図ることができる。
【0040】
また、この第1の実施形態によれば、動作時にn型電流狭窄層10に対して正の電圧を印加するという簡便な手法で、自励発振動作を制御、維持するようにしていることにより、通常の自励発振型半導体レーザの構造と比較して、n型電流狭窄層10に電極13を接続するだけの変更で済むため、開発コストが低い上に、自励発振に対するマージンを大きくすることができるため、製造が容易であり、また、自励発振動作の制御は、素子内を流れる電流の横方向への広がりを抑制することのみによって実現されるため、他のレーザ特性の設計の自由度が増すという利点をも有する。
【0041】
次に、この発明の第2の実施形態について説明する。図10は、この第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの断面図である。このAlGaAs系自励発振型半導体レーザはSCH構造を有し、活性層はMQW構造を有するものである。
【0042】
図10に示すように、この第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、例えば、n型GaAs基板21上にn型Alx2Ga1-x2Asバッファ層22を介して、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層23、n型Alx2Ga1-x2As光導波層24、ノンドープのAlx3Ga1-x3As層を量子井戸層とするMQW構造の活性層25、p型Alx2Ga1-x2As光導波層26およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27が順次積層されている。
【0043】
p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27上には、例えばn型Alx1Ga1-x1Asクラッド層28aとこの上のn型GaAs層28bとからなり、一方向に延びる所定幅のストライプ状の開口28cを有するn型電流狭窄層28が積層されている。横方向の両端の一部を除くn型電流狭窄層28およびその開口28cの部分におけるp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27上には、ノンドープのAlx2Ga1-x2As光導波層29を介してp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30が積層されている。このp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30上には、p型GaAsキャップ層31が設けられている。
【0044】
ここで、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層23、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27、n型Alx1Ga1-x1As層28aおよびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30におけるx1は、n型Alx2Ga1-x2Asバッファ層22、n型Alx2Ga1-x2As光導波層24、p型Alx2Ga1-x2As光導波層26およびAlx2Ga1-x2As光導波層29におけるx2より大きくされ、また、このx2は、活性層25の量子井戸層としてのAlx3Ga1-x3As層におけるx3より大きくされている。すなわち、x1>x2>x3である。これらについてそれぞれ一例を挙げると、x1=0.47、x2=0.3、x3=0.13である。
【0045】
このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、開口28cにおけるp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27とp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30との間にAlx2Ga1-x2As光導波層29が挿入されていることによって、横方向にステップ状の屈折率分布が作りつけられており、これによって、横方向の光導波が行われている。なお、この場合、リッジストライプ部における高屈折率の部分とその両側における低屈折率の部分との屈折率差が、通常のインデックスガイド型半導体レーザの場合と比べて小さく、横方向への光の閉じ込めが緩やかにされている。
【0046】
また、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを構成する各半導体層の厚さの一例を挙げると、n型Alx2Ga1-x2Asバッファ層22の厚さは1μm、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層23の厚さは1.5μm、n型Alx2Ga1-x2As光導波層24、p型Alx2Ga1-x2As光導波層26およびAlx2Ga1-x2As光導波層29の厚さはそれぞれ70nm、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27の厚さは0.35μm、n型電流狭窄層28のうち、n型Alx1Ga1-x1As層28aの厚さは0.4μm、n型GaAs層28bの厚さは0.3μm、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30の厚さは1μm、p型GaAsキャップ層31の厚さは0.5μmである。
【0047】
p型GaAsキャップ層31上には、例えばTi/Pt/Au電極のようなp側電極32がオーミックコンタクトして設けられている。また、横方向の両端において、p型GaAsキャップ層31、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30およびAlx2Ga1-x2As光導波層29で覆われていないn型電流狭窄層28上の所定部分には、例えばAuGe/Ni電極のような電極33が、n型GaAs層28bとオーミックコンタクトして設けられている。一方、n型GaAs基板21の裏面には、例えばAuGe/Ni電極のようなn側電極34がオーミックコンタクトして設けられている。このように、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、n型電流狭窄層28上に、p側電極32およびn側電極34から分離された電極33が設けられていることによって、外部からこの電極33を通じてn型電流狭窄層28に対して、レーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加することが可能となっている。
【0048】
上述のように構成されたこの第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザは、第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザと同様の動作を行うことができる。
【0049】
次に、上述のように構成されたこの第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法について説明する。
【0050】
すなわち、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザを製造するためには、まず、図11に示すように、n型GaAs基板21上にn型Alx2Ga1-x2Asバッファ層22、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層23、n型Alx2Ga1-x2As光導波層24、活性層25、p型Alx2Ga1-x2As光導波層26、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27およびn型電流狭窄層28を構成するn型Alx1Ga1-x1As層28aとn型GaAs層28bとを、例えばMOCVD法により順次成長させる。
【0051】
次に、n型電流狭窄層28上に、SiO2 膜やSiN膜などからなる一方向に延びた所定幅のストライプ状の開口を有するマスク(図示せず)を形成する。次に、このマスクをエッチングマスクとして用いて、ウエットエッチング法により、n型電流狭窄層28を選択的にエッチングする。これによって、図12に示すように、n型電流狭窄層28に一方向に延びるストライプ状の開口28cが形成される。この後、エッチングに用いたマスクを除去する。
【0052】
次に、図13に示すように、n型電流狭窄層28の全面にその開口28cを埋め込むようにして、Alx2Ga1-x2As光導波層29およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30を例えばMOCVD法により順次成長させ、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30の全面にp型GaAsキャップ層31を例えばMOCVD法により成長させる。
【0053】
次に、図14に示すように、p型GaAsキャップ層31の全面にp側電極32を形成する。
【0054】
次に、p側電極32の全面に例えばCVD法によりSiO2 膜やSiN膜を形成した後、これをエッチングによりパターニングして、リッジストライプ部の近傍に対応する部分を覆い、横方向の両端の一部に開口を有する所定形状のマスク(図示せず)を形成する。次に、このマスクをエッチングマスクとして、n型電流狭窄層28の表面が露出するまでエッチングすることにより、図15に示すように、Alx2Ga1-x2As光導波層29、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30、p型GaAsキャップ層31およびp側電極32を所定形状にパターニングする。
【0055】
次に、横方向の両端において露出したn型電流狭窄層28上の所定部分を除いた部分をレジストパターン(図示せず)で覆い、全面にAuGe/Ni膜を形成した後、レジストパターンをその上のAuGe/Ni膜とともに除去(リフトオフ)することにより、図16に示すように、n型電流狭窄層28上の所定部分に電極33を形成する。
【0056】
次に、n型GaAs基板21をその裏面側からラッピングすることにより所定の厚さにする。この後、図10に示すように、このn型GaAs基板21の裏面にn側電極34を形成する。以上により、目的とするAlGaAs系自励発振型半導体レーザが製造される。
【0057】
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の利点を得ることができる。
【0058】
次に、この発明の第3の実施形態について説明する。図17は、この第3の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの断面図である。このAlGaAs系自励発振型半導体レーザは、垂直共振器構造を有する面発光型のものである。図17において、図10と同一または対応する部分には、同一の符号を付す。
【0059】
図17に示すように、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、n型GaAs基板21上に、n型Alx1Ga1-x1Asバッファ層22を介して、レーザ構造を構成する各半導体層が、第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザと同様に積層されている。ただし、この場合、n型電流狭窄層28は、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27上のn型GaAs層28dと、このn型GaAs層28d上のn型Alx2Ga1-x2As層28eとからなる。ここで、n型電流狭窄層28のうち、n型GaAs層28dの厚さは例えば0.1μmである。また、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、所定部分に反射鏡(図示せず)が設けられ、これによって、n型GaAs基板21の主面と垂直な方向に共振器構造が形成されており、n型GaAs基板21の裏面側の所定部分には、レーザ光を取り出すための溝21aが設けられている。
【0060】
また、このAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいては、n型GaAs基板21上にp型GaAsキャップ層31まで積層した後、n型GaAs基板21の裏面側からエッチングを行うことにより、横方向の両端の部分に、n型電流狭窄層28のn型GaAs層28dを露出させている。したがって、この場合、電極33は、n型電流狭窄層28のうち、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27と接する側に設けられたn型GaAs層28dとコンタクトしている。
【0061】
ここで、n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層23、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層27およびp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層30におけるx1は、n型Alx2Ga1-x2Asバッファ層22、n型Alx2Ga1-x2As光導波層24、p型Alx2Ga1-x2As光導波層26、n型Alx2Ga1-x2As層28eおよびAlx2Ga1-x2As光導波層29におけるx2より大きくされ、また、このx2は、活性層25の量子井戸層としてのAlx3Ga1-x3As層におけるx3より大きくされている。すなわち、x1>x2>x3である。これらについてそれぞれ一例を挙げると、x1=0.47、x2=0.3、x3=0.13である。
【0062】
このAlGaAs系自励発振型半導体レーザのその他の構成は、第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【0063】
このAlGaAs系自励発振型半導体レーザは、p側電極32およびn側電極34から電気的に分離された電極33を通じて、n型電流狭窄層28に対して所定の正の電圧を印加することによって、第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザと同様の動作を行うことができる。
【0064】
この第3の実施形態によれば、垂直共振器構造を有する面発光型のAlGaAs系自励発振型半導体レーザにおいて、第1の実施形態と同様の利点を得ることができる。
【0065】
以上この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、実施形態において挙げた数値、材料、構造などはあくまで例にすぎず、これらに限定されるものではない。
【0066】
具体的には、上述の第1〜第3の実施形態におけるn型電流狭窄層10、28は、n型Alx1Ga1-x1As層10a、28aとn型GaAs層10b、28bとの積層構造、または、n型GaAs層28dとn型Alx2Ga1-x2As層28eとの積層構造を有するものであるが、これらは、例えば、単層のn型AlGaAs層またはn型GaAs層であってもよい。
【0067】
また、第1〜第3の実施形態におけるn型電流狭窄層10、28に代えて、絶縁性または半絶縁性の電流狭窄層を用いてもよい。具体的には、例えば、電流狭窄層を半絶縁性とする場合には、CoまたはFeなどがドープされた半絶縁性のAlGaAs層やGaAs層を用いて電流狭窄層を構成する。なお、第1〜第3の実施形態において、電流狭窄層を絶縁性または半絶縁性とした場合、動作時には、この電流狭窄層に対して負の電圧を印加する。このときの動作原理は、第1の実施形態において説明した動作原理と同様である。具体的には、例えば、第1の実施形態において、n型電流狭窄層10の代わりに半絶縁性の電流狭窄層を用いた場合を例に説明すると、この半絶縁性の電流狭窄層に対して負の電圧を印加することによって、電流狭窄層中の電極と反対側の部分にプラス(+)の電荷が誘導され、一方、この電流狭窄層との接合部の近傍におけるp型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9およびp型GaAsキャップ層11中には、電流狭窄層に発生したプラス(+)の固定電荷による静電誘導効果によってホールが反発される結果、マイナス(−)の固定電荷が発生する。このため、キャリアのうち、電子e- は、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層7、p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層9およびp型GaAsキャップ層11中に発生したマイナス(−)の固定電荷の影響によって反発され、リッジストライプ部の中央に集中するようになり、ホール(図示せず)は、電流狭窄層中に発生したプラス(+)の固定電荷の影響によって反発され、電子e- の場合と同様にリッジストライプ部の中央に集中するようになる。
【0068】
また、例えば、上述の第1〜第3の実施形態において、基板や各半導体層の導電型を反対にしてもよい。この場合、電流狭窄層としては、導電型がp型のものを用いるか、あるいは、絶縁性または半絶縁性のものを用いる。なお、p型の電流狭窄層を用いた場合は、動作時には、このp型の電流狭窄層に対して負の電圧を印加し、絶縁性または半絶縁性の電流狭窄層を用いた場合は、動作時には、この絶縁性また半絶縁性の電流狭窄層に対して正の電圧を印加する。
【0069】
また、第1〜第3の実施形態においては、この発明をSCH構造のAlGaAs系自励発振型半導体レーザに適用した場合について説明したが、この発明は、DH(Double Heterostructure)構造のAlGaAs系自励発振型半導体レーザに適用することも可能である。また、活性層は、MQW構造以外の構造であってもよい。
【0070】
さらに、第1〜第3の実施形態においては、この発明をAlGaAs系自励発振型半導体レーザに適用した場合について説明したが、この発明は、AlGaAs系自励発振型半導体レーザ以外に、AlGaInP系自励発振型半導体レーザ、II−VI族化合物半導体を用いた自励発振型半導体レーザおよび窒化物系III−V族化合物半導体を用いた自励発振型半導体レーザに適用することも可能である。なお、通常、II−VI族化合物半導体を用いた自励発振型半導体レーザにあっては、電流狭窄層の材料としてAl2 3 が用いられ、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた自励発振型半導体レーザにあっては、電流狭窄層の材料としてSiO2 が用いられるが、電流狭窄層の材料としてこのような絶縁体を用いた場合であっても、上述の実施形態のおいて説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【0071】
なお、この発明と同様の技術思想は、自励発振型半導体レーザ以外の通常の半導体レーザに適用することも可能であり、この場合、半導体レーザの動作時に電流狭窄層に対して所定の電圧を印加することによって、通常の半導体レーザを自励発振動作させることも可能である。また、自励発振型半導体レーザのように、横方向の屈折率差Δnが小さく、光の閉じ込めが緩やかにされている場合は、横方向への光の広がりは、活性層へのキャリアの注入状態の影響をほとんど受けないが、インデックスガイド型半導体レーザのように、自励発振型半導体レーザと比較して横方向の屈折率差Δnが大きくされ、光の閉じ込めが強くされている場合は、電流狭窄層に電圧を印加して、活性層へのキャリアの注入状態を変化させることにより、ビーム形状を直接制御することが可能である。具体的には、この場合、電流狭窄層に対して電圧を印加することによって、電圧を印加しないときに比べて、活性層中におけるキャリアの横方向への広がりが小さくなるため(キャリアの注入領域が狭くなるため)、遠視野像(FFP)の水平方向におけるビーム広がり角θ//を大きくすることができる。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電流狭窄層にレーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されていることにより、動作時に、外部から電極を通じて電流狭窄層に対してレーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加するという簡便な手法で、自励発振を制御することができ、これによって、自励発振可能な動作条件の範囲が広く、しかも、動作条件の変化に対する自励発振の安定性および信頼性の高い自励発振型半導体レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの断面図である。
【図2】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの動作を説明するための断面図である。
【図3】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの動作を説明するための断面図である。
【図4】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図5】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図6】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図7】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図8】 この発明の第1の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図9】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの断面図である。
【図10】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図11】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図12】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図13】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図14】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図15】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図16】 この発明の第2の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図17】 この発明の第3の実施形態によるAlGaAs系自励発振型半導体レーザの断面図である。
【符号の説明】
1,21・・・n型GaAs基板、3,23・・・n型Alx1Ga1-x1Asクラッド層、4,24・・・n型Alx2Ga1-x2As光導波層、5,25・・・活性層、6,26・・・p型Alx2Ga1-x2As光導波層、7,9,27,30・・・p型Alx1Ga1-x1Asクラッド層、8,29・・・Alx2Ga1-x2As光導波層、10,28・・・n型電流狭窄層、10a,28a・・・n型Alx1Ga1-x1As層、10b,28b,28d・・・n型GaAs層、28e・・・n型Alx2Ga1-x2As層、11,31・・・p型GaAsキャップ層、12,32・・・p側電極、13,33・・・電極、14,34・・・n側電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-oscillation type semiconductor laser and a method for operating the same.
[0002]
[Prior art]
In applying a semiconductor laser as a light source for an optical disk recording / reproducing apparatus or the like, it is important how to suppress return light noise. As one of the countermeasures for suppressing the return light noise, a so-called self-pulsation type semiconductor laser that has been made multi-mode by self-excited oscillation of the semiconductor laser is conventionally known.
[0003]
Conventionally, in such a self-pulsation type semiconductor laser, for example, an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer are sequentially stacked on an n-type GaAs substrate, and the upper layer portion of the p-type cladding layer is provided. An index guide type semiconductor having a current confinement structure in which an n-type current confinement layer is embedded on both sides of the provided stripe portion, and a difference in refractive index between the portion corresponding to the stripe portion and the portions on both sides thereof It is smaller than the laser and the lateral light confinement is moderated. In operation, self-excited oscillation has been realized by causing the portions corresponding to both sides of the stripe portion in the active layer to act as a saturable absorber.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional self-pulsation type semiconductor laser, when the operating conditions change, specifically, for example, when the operating temperature rises to a high temperature of about 70 ° C., the blocking rate of current by the n-type current confinement layer becomes room temperature. Compared with the time of operation, the carrier passes through the n-type current confinement layer, and the spread of the carrier in the lateral direction (perpendicular to the resonator length direction and parallel to the junction) increases. There is a problem in that the proper state of the light distribution and the carrier distribution collapses, and the portion that has been acting as a saturable absorber so far cannot play its role, and self-excited oscillation stops. As described above, in the conventional self-pulsation type semiconductor laser, the operating conditions capable of self-oscillation are limited to a narrow range, and the stability and reliability of self-excited oscillation with respect to changes in the operating conditions are lacking. there were.
[0005]
By the way, as a technique for suppressing the spread of the current in the lateral direction due to an increase in operating temperature or the like, when manufacturing a self-excited oscillation type semiconductor laser, the thickness or impurity concentration of the n-type current confinement layer, or the p-type cladding layer Although it is conceivable to control the thickness (particularly, the thickness on both sides of the stripe portion) and the impurity concentration, none of them are perfect and are limited. Specifically, for example, in order to suppress the spread of current in the lateral direction, it is effective to reduce the thickness of the p-type cladding layer on both sides of the stripe portion. It is difficult to strictly control the thickness of the portion, and inconveniences such as a decrease in the margin for self-excited oscillation and changes in other parameters of the laser occur, making design difficult.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to control the spread of the current in the lateral direction by a simple method, so that the range of operating conditions capable of self-oscillation can be widened, and stability against changes in operating conditions is achieved. Another object of the present invention is to provide a self-pulsation type semiconductor laser capable of realizing highly reliable self-pulsation and an operation method thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first invention of the present invention provides:
A first cladding layer of a first conductivity type;
An active layer on the first cladding layer;
A second cladding layer of the second conductivity type on the active layer,
In a self-pulsation type semiconductor laser having a current confinement structure in which a current confinement layer is embedded in both sides of a stripe portion provided in an upper layer portion of a second cladding layer,
An electrode electrically isolated from the laser driving electrode is connected to the current confinement layer
It is characterized by this.
[0008]
The second invention of this invention is:
A first cladding layer of a first conductivity type;
An active layer on the first cladding layer;
A second cladding layer of the second conductivity type on the active layer;
A current confinement layer having a striped opening on the second cladding layer;
In a self-pulsation type semiconductor laser having a second conductivity type third clad layer provided on the second clad layer in the opening portion of the current confinement layer,
An electrode electrically isolated from the laser driving electrode is connected to the current confinement layer
It is characterized by this.
[0009]
The third invention of the present invention is:
A first cladding layer of a first conductivity type;
An active layer on the first cladding layer;
A second cladding layer of the second conductivity type on the active layer,
A current confinement structure in which a current confinement layer is embedded in both sides of the stripe portion provided in the upper layer portion of the second cladding layer;
An operation method of a self-pulsation type semiconductor laser in which an electrode electrically isolated from a laser driving electrode is connected to a current confinement layer,
A laser driving voltage is applied to the laser driving electrode from the outside, and a predetermined voltage is applied to the current confinement layer independently of the laser driving voltage through the electrode.
It is characterized by this.
[0010]
The fourth invention of the present invention is:
A first cladding layer of a first conductivity type;
An active layer on the first cladding layer;
A second cladding layer of the second conductivity type on the active layer;
A current confinement layer having a striped opening on the second cladding layer;
A third clad layer of the second conductivity type provided on the second clad layer in the opening portion of the current confinement layer,
An operation method of a self-pulsation type semiconductor laser in which an electrode electrically isolated from a laser driving electrode is connected to a current confinement layer,
A laser driving voltage is applied to the laser driving electrode from the outside, and a predetermined voltage is applied to the current confinement layer independently of the laser driving voltage through the electrode.
It is characterized by this.
[0011]
In the present invention, the current confinement layer is typically of the first conductivity type, but in some cases, this current confinement layer may be insulative or semi-insulating.
[0012]
In the third and fourth aspects of the invention, the voltage applied to the current confinement layer may be controlled according to the operating conditions of the self-pulsation type semiconductor laser, such as the operating temperature. .
[0013]
In the third aspect of the invention, when the second clad layer is a p-type clad layer and the conductivity type of the current confinement layer is n-type, a positive voltage is applied to the current confinement layer, When the current cladding layer is a p-type cladding layer and the current confinement layer is insulative or semi-insulating, a negative voltage is applied to the current confinement layer. On the other hand, in the third invention of the present invention, when the second cladding layer is an n-type cladding layer and the conductivity type of the current confinement layer is p-type, a negative voltage is applied to the current confinement layer, When the second cladding layer is an n-type cladding layer and the current confinement layer is insulative or semi-insulating, a positive voltage is applied to the current confinement layer.
[0014]
In the fourth invention of the present invention, when the second cladding layer and the third cladding layer are p-type cladding layers and the conductivity type of the current confinement layer is n-type, a positive voltage is applied to the current confinement layer. When the second cladding layer and the third cladding layer are p-type cladding layers and the current confinement layer is insulative or semi-insulating, a negative voltage is applied to the current confinement layer To do. On the other hand, in the fourth invention of the present invention, when the second cladding layer and the third cladding layer are n-type cladding layers and the conductivity type of the current confinement layer is p-type, the current confinement layer is negative. When the second and third cladding layers are n-type cladding layers and the current confinement layer is insulative or semi-insulating, a positive voltage is applied to the current confinement layer. Apply.
[0015]
According to the present invention configured as described above, since the electrode electrically isolated from the laser driving electrode is connected to the current confinement layer, during operation, the current confinement layer is passed through this electrode. On the other hand, a predetermined voltage can be applied from the outside independently of the laser driving voltage. In this way, by applying a predetermined voltage to the current confinement layer, a fixed charge is generated in the current confinement layer. Further, the electrostatic induction effect due to the fixed charge generated in the current confinement layer As a result, a fixed charge of the opposite polarity is generated in the second cladding layer or in both the second cladding layer and the third cladding layer, so that the current flowing in the element is at the center of the stripe portion. Become focused. For this reason, even if the operating conditions change, the lateral expansion of the carriers injected into the active layer is suppressed, and as a result, the portions corresponding to both sides of the stripe portion in the active layer are allowed. The saturated absorption region is formed stably, and for example, when the operating temperature is high, self-excited oscillation can be performed under severe operating conditions that were conventionally impossible.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the first embodiment. This AlGaAs self-oscillation semiconductor laser has an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure, and the active layer has a multiple quantum well (MQW) structure.
[0018]
As shown in FIG. 1, in the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment, for example, an n-type Al is formed on an n-type GaAs substrate 1. x2 Ga 1-x2 N-type Al through the As buffer layer 2 x1 Ga 1-x1 As cladding layer 3, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 4, non-doped Al x3 Ga 1-x3 MQW structure active layer 5 with As layer as quantum well layer, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 6, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, non-doped Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 8 and p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layers 9 are sequentially stacked.
[0019]
Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 8 and p-type Al x1 Ga 1-x1 The As cladding layer 9 has a ridge stripe shape with a predetermined width extending in one direction. For example, n-type Al is formed on both sides of the ridge stripe portion. x1 Ga 1-x1 An n-type current confinement layer 10 composed of an As cladding layer 10a and an n-type GaAs layer 10b thereon is buried. In this case, the n-type current confinement layer 10 is provided on the entire surface including the portion on the ridge stripe portion, and the p-type Al is formed on the predetermined portion on the ridge stripe portion. x1 Ga 1-x1 A stripe-shaped opening 10c having a predetermined width reaching the As cladding layer 9 is provided. Here, of the n-type current confinement layer 10, the upper n-type GaAs layer 10 b has a role for making good contact with an electrode (described later) provided thereon.
[0020]
P-type Al in the portion of the n-type current confinement layer 10 and the opening 10c excluding part of both ends in the lateral direction x1 Ga 1-x1 A p-type GaAs cap layer 11 is provided on the As cladding layer 9 so as to fill the opening 10c.
[0021]
Where n-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 3, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 9 and n-type Al x1 Ga 1-x1 X1 in the As layer 10a is n-type Al. x2 Ga 1-x2 As buffer layer 2, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 4, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 6 and Al x2 Ga 1-x2 It is made larger than x2 in the As optical waveguide layer 8, and this x2 is Al as the quantum well layer of the active layer 5. x3 Ga 1-x3 It is larger than x3 in the As layer. That is, x1>x2> x3. For example, x1 = 0.47, x2 = 0.3, and x3 = 0.13.
[0022]
In this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7 and p-type Al x1 Ga 1-x1 Al between the As cladding layer 9 x2 Ga 1-x2 Since the As optical waveguide layer 8 is inserted, a step-shaped refractive index distribution is created in the lateral direction, and thereby the optical waveguide in the lateral direction is performed. In this case, the ridge stripe portion The refractive index difference between the high-refractive index portion and the low-refractive index portions on both sides thereof is smaller than that of a normal index guide type semiconductor laser, and the lateral light confinement is moderated.
[0023]
An example of the thickness of each semiconductor layer constituting the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser is n-type Al. x2 Ga 1-x2 The thickness of the As buffer layer 2 is 1 μm, n-type Al x1 Ga 1-x1 The thickness of the As cladding layer 3 is 1.5 μm, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 4, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 6 and Al x2 Ga 1-x2 The As optical waveguide layer 8 has a thickness of 70 nm and p-type Al. x1 Ga 1-x1 The thickness of the As cladding layer 7 is 0.35 μm, p-type Al x1 Ga 1-x1 The thickness of the As cladding layer 9 is 1.3 μm, and the n-type Al of the n-type current confinement layer 10 is x1 Ga 1-x1 The thickness of the As layer 10a is 0.8 μm, the thickness of the n-type GaAs layer 10b is 0.5 μm, and the thickness of the p-type GaAs cap layer 11 is 1.5 μm.
[0024]
On the p-type GaAs cap layer 11, a p-side electrode 12 such as a Ti / Pt / Au electrode is provided in ohmic contact. In addition, an electrode 13 such as an AuGe / Ni electrode is connected to the n-type GaAs layer 10b at a predetermined portion on the n-type current confinement layer 10 that is not covered with the p-type GaAs cap layer 11 at both lateral ends. Provided in ohmic contact. On the other hand, an n-side electrode 14 such as an AuGe / Ni electrode is provided in ohmic contact with the back surface of the n-type GaAs substrate 1. As described above, in this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, the electrode 13 separated from the p-side electrode 12 and the n-side electrode 14 is provided on the n-type current confinement layer 10, so that it is externally provided. A predetermined voltage can be applied to the n-type current confinement layer 10 through the electrode 13 independently of the laser driving voltage.
[0025]
Next, the operation of the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser configured as described above will be described.
[0026]
That is, when this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser is oscillated, for example, a positive voltage of about 2 to 3 V is applied to the p-side electrode 12 and the n-side electrode 14 is grounded. Here, the operation when the operating temperature is about room temperature and no voltage is applied to the electrode 13 will be described. In this case, as shown in FIG. 2, in the active layer 5, a current (here, n-type Al with respect to the active layer 5) x1 Ga 1-x1 Electrons e injected from the As cladding layer 3 side - The light spreads almost over the portion corresponding to the ridge stripe portion, whereas the light spreads beyond the portion corresponding to the ridge stripe portion due to the gentle lateral confinement. Saturable absorption regions 15 are formed in portions corresponding to both sides of the ridge stripe portion in the active layer 5. Therefore, when the operating temperature is about room temperature, the saturable absorption region 15 is formed in the active layer 5 as described above, so that this AlGaAs self-oscillation is not required even if no voltage is applied to the electrode 13. Type semiconductor lasers self-oscillate.
[0027]
On the other hand, when the operating temperature rises from room temperature and reaches a high temperature of about 70 ° C., for example, if no voltage is applied to the electrode 13, the current blocking rate by the n-type current confinement layer 10 is at room temperature operation. As a result, the current spread in the lateral direction in the active layer 5 becomes larger than that at the time of room temperature operation, and carriers are injected also into the portion where the saturable absorption region 15 was formed at the time of room temperature operation. As a result, the self-excited oscillation stops. Therefore, in this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, when the operating temperature rises, a predetermined positive voltage is applied to the n-type current confinement layer 10 through the electrode 13 independently of the laser driving voltage. In addition, the spread of current in the lateral direction due to an increase in operating temperature is suppressed.
[0028]
When a positive voltage is applied to the n-type current confinement layer 10 through the electrode 13, electrons are attracted to the electrode 13 side in the n-type current confinement layer 10 as shown in FIG. A positive (+) fixed charge is left behind. On the other hand, p-type Al in the vicinity of the junction with the n-type current confinement layer 10 x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, p-type Al x1 Ga 1-x1 In the As cladding layer 9 and the p-type GaAs cap layer 11, holes are repelled by the electrostatic induction effect due to the positive (+) fixed charge generated in the n-type current confinement layer 10, and as a result, the negative is caused by the p-type impurity. A fixed charge (−) is generated. For this reason, of the carriers, e - Is p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, p-type Al x1 Ga 1-x1 It is repelled by the influence of negative (−) fixed charges generated in the As clad layer 9 and the p-type GaAs cap layer 11 and is concentrated in the center of the ridge stripe portion, and the hole (not shown) is an n-type. The electron e is repelled by the influence of positive (+) fixed charges generated in the current confinement layer 10. - In the same way as in the case of, it is concentrated at the center of the ridge stripe portion.
[0029]
As described above, in this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, by applying a predetermined positive voltage to the n-type current confinement layer 10, the current spread is increased even when the operating temperature rises. Since it can be suppressed, saturable absorption regions 15 are formed in portions corresponding to both sides of the ridge stripe portion in the active layer 5 as in the room temperature operation, and stable self-excited oscillation is possible. In the case of this AlGaAs self-oscillation type semiconductor laser, when the operating temperature is 70 ° C., a positive voltage of about 5 to 10 V is applied to the electrode 13 to enable self-oscillation to an output of about 5 mW. Become.
[0030]
When this AlGaAs self-oscillation type semiconductor laser is used as a light source for an optical disk recording / reproducing apparatus, for example, it is positively applied to the n-type current confinement layer 10 through the electrode 13 during reproduction in which self-excited oscillation operation is required. A voltage is applied, and the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser is self-oscillated with an output of 5 mW, for example. At this time, for example, a combination of a temperature sensor and a microprocessor is used to constantly monitor the operating temperature of the AlGaAs self-excited oscillation type semiconductor laser and control the voltage applied to the n-type current confinement layer 10 according to the operating temperature. (Specifically, by controlling the voltage applied to the n-type current confinement layer 10 to increase as the operating temperature rises), the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser is changed in operating temperature. Regardless of this, self-excited oscillation is possible in a substantially constant state. On the other hand, since it is not necessary to perform a self-oscillation operation during recording, the application of voltage to the n-type current confinement layer 10 is stopped, and this AlGaAs-based self-oscillation semiconductor laser is driven at a high output of 20 to 30 mW, for example. Operate the output.
[0031]
Next, a manufacturing method of the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the first embodiment configured as described above will be explained.
[0032]
That is, in order to manufacture this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, first, as shown in FIG. 4, an n-type Al is formed on an n-type GaAs substrate 1. x2 Ga 1-x2 As buffer layer 2, n-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 3, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 4, MQW structure active layer 5, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 6, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 8 and p-type Al x1 Ga 1-x1 The As cladding layer 9 is sequentially grown by, for example, the MOCVD method.
[0033]
Next, p-type Al x1 Ga 1-x1 For example, the CVD method is used on the entire surface of the As cladding layer 9 to form SiO. 2 After forming the film and the SiN film, they are patterned by etching to form a stripe-shaped mask (not shown) having a predetermined width, and using this mask as an etching mask, p-type Al is formed by wet etching. x1 Ga 1-x1 Etching is performed until the surface of the As cladding layer 6 is exposed. As a result, as shown in FIG. x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 8 and p-type Al x1 Ga 1-x1 The As cladding layer 9 is patterned into a ridge stripe shape having a predetermined width extending in one direction. Thereafter, the mask used as an etching mask is removed.
[0034]
Next, as shown in FIG. 6, n-type Al as the n-type current confinement layer 10 is formed on the entire surface. x1 Ga 1-x1 The As layer 10a and the n-type GaAs layer 10b are sequentially grown by, for example, the MOCVD method. Next, by selectively etching the n-type current confinement layer 10 in a predetermined portion on the ridge stripe portion, an opening 10c is formed in this portion. Next, the p-type GaAs cap layer 11 is grown on the entire surface by, for example, the MOCVD method so as to fill the opening 10c of the n-type current confinement layer 10.
[0035]
Next, as shown in FIG. 7, the p-side electrode 12 is formed on the entire surface of the p-type GaAs cap layer 11.
[0036]
Next, the entire surface of the p-side electrode 12 is made of SiO by, eg, CVD. 2 After forming a film or SiN film, this is patterned by etching to cover a portion corresponding to the vicinity of the ridge stripe portion, and a mask (not shown) having a predetermined shape having openings at both ends in the lateral direction. Form. Next, using this mask as an etching mask, etching is performed until the surface of the n-type current confinement layer 10 is exposed, whereby the p-type GaAs cap layer 11 and the p-side electrode 12 are patterned into a predetermined shape as shown in FIG. To do.
[0037]
Next, a portion excluding a predetermined portion on the n-type current confinement layer 10 exposed at both ends in the lateral direction is covered with a resist pattern (not shown), and an AuGe / Ni film is formed on the entire surface. By removing (lifting off) together with the upper AuGe / Ni film, an electrode 13 is formed at a predetermined portion on the n-type current confinement layer 10 as shown in FIG.
[0038]
Next, the n-type GaAs substrate 1 is lapped from its back surface side to have a predetermined thickness. Thereafter, as shown in FIG. 1, an n-side electrode 14 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1. Thus, the target AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser is manufactured.
[0039]
As described above, according to the first embodiment, the electrode 13 electrically isolated from the p-side electrode 12 and the n-side electrode 14 is connected to the n-type current confinement layer 10, and this electrode 13 is in operation. When a predetermined positive voltage is applied to the n-type current confinement layer 10 independently of the laser driving voltage, the operating condition changes, for example, when the operating temperature rises. Even if it exists, the spread to the horizontal direction of the carrier inject | poured in the active layer 5 can be suppressed. For this reason, according to the first embodiment, the range of operating conditions in which the AlGaAs self-oscillation semiconductor laser can perform self-oscillation can be widened compared to the conventional one, and the n-type current confinement layer By controlling the voltage applied to 10 according to the operating conditions, it is possible to maintain the self-excited oscillation state even when the operating conditions change. In addition, the reliability can be improved.
[0040]
Further, according to the first embodiment, the self-oscillation operation is controlled and maintained by a simple method of applying a positive voltage to the n-type current confinement layer 10 during operation. Compared to the structure of a normal self-oscillation type semiconductor laser, it is only necessary to change the electrode 13 to the n-type current confinement layer 10, so that the development cost is low and the margin for self-oscillation is increased. Therefore, it is easy to manufacture, and the control of the self-excited oscillation operation is realized only by suppressing the lateral spread of the current flowing in the element. It also has the advantage of increasing the degree of freedom.
[0041]
Next explained is the second embodiment of the invention. FIG. 10 is a cross-sectional view of an AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment. This AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser has an SCH structure, and the active layer has an MQW structure.
[0042]
As shown in FIG. 10, in the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the second embodiment, for example, an n-type Al is formed on an n-type GaAs substrate 21. x2 Ga 1-x2 N-type Al via the As buffer layer 22 x1 Ga 1-x1 As cladding layer 23, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 24, non-doped Al x3 Ga 1-x3 MQW structure active layer 25 with As layer as quantum well layer, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 26 and p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layers 27 are sequentially stacked.
[0043]
p-type Al x1 Ga 1-x1 On the As cladding layer 27, for example, n-type Al x1 Ga 1-x1 An n-type current confinement layer 28, which is composed of an As cladding layer 28a and an n-type GaAs layer 28b on the As cladding layer 28a and has a stripe-shaped opening 28c having a predetermined width extending in one direction, is laminated. The p-type Al in the n-type current confinement layer 28 and its opening 28c excluding part of both ends in the lateral direction. x1 Ga 1-x1 On the As cladding layer 27, non-doped Al x2 Ga 1-x2 P-type Al through the As optical waveguide layer 29 x1 Ga 1-x1 An As cladding layer 30 is laminated. This p-type Al x1 Ga 1-x1 A p-type GaAs cap layer 31 is provided on the As cladding layer 30.
[0044]
Where n-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 23, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 27, n-type Al x1 Ga 1-x1 As layer 28a and p-type Al x1 Ga 1-x1 X1 in the As cladding layer 30 is n-type Al. x2 Ga 1-x2 As buffer layer 22, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 24, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 26 and Al x2 Ga 1-x2 It is made larger than x2 in the As optical waveguide layer 29, and this x2 is Al as the quantum well layer of the active layer 25. x3 Ga 1-x3 It is larger than x3 in the As layer. That is, x1>x2> x3. For example, x1 = 0.47, x2 = 0.3, and x3 = 0.13.
[0045]
In this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, p-type Al in the opening 28c is used. x1 Ga 1-x1 As cladding layer 27 and p-type Al x1 Ga 1-x1 Al between the As cladding layer 30 x2 Ga 1-x2 By inserting the As optical waveguide layer 29, a step-shaped refractive index distribution is created in the lateral direction, and thereby the optical waveguide in the lateral direction is performed. In this case, the difference in refractive index between the high refractive index portion in the ridge stripe portion and the low refractive index portion on both sides thereof is smaller than in the case of a normal index guide type semiconductor laser, and the light in the lateral direction is reduced. Confinement is relaxed.
[0046]
An example of the thickness of each semiconductor layer constituting the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser is n-type Al. x2 Ga 1-x2 The thickness of the As buffer layer 22 is 1 μm, n-type Al x1 Ga 1-x1 The thickness of the As cladding layer 23 is 1.5 μm, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 24, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 26 and Al x2 Ga 1-x2 The As optical waveguide layer 29 has a thickness of 70 nm and p-type Al. x1 Ga 1-x1 The As cladding layer 27 has a thickness of 0.35 μm, and of the n-type current confinement layer 28, n-type Al x1 Ga 1-x1 The As layer 28a is 0.4 μm thick, the n-type GaAs layer 28b is 0.3 μm thick, p-type Al x1 Ga 1-x1 The As clad layer 30 has a thickness of 1 μm, and the p-type GaAs cap layer 31 has a thickness of 0.5 μm.
[0047]
On the p-type GaAs cap layer 31, a p-side electrode 32 such as a Ti / Pt / Au electrode is provided in ohmic contact. Further, at both lateral ends, the p-type GaAs cap layer 31, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 30 and Al x2 Ga 1-x2 An electrode 33 such as an AuGe / Ni electrode, for example, is provided in ohmic contact with the n-type GaAs layer 28b at a predetermined portion on the n-type current confinement layer 28 that is not covered with the As optical waveguide layer 29. On the other hand, an n-side electrode 34 such as an AuGe / Ni electrode is provided in ohmic contact with the back surface of the n-type GaAs substrate 21. As described above, in this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, the electrode 33 separated from the p-side electrode 32 and the n-side electrode 34 is provided on the n-type current confinement layer 28, so that it is externally provided. A predetermined voltage can be applied to the n-type current confinement layer 28 through the electrode 33 independently of the laser driving voltage.
[0048]
The AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the second embodiment configured as described above can perform the same operation as the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the first embodiment.
[0049]
Next explained is a method for manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment configured as described above.
[0050]
That is, in order to manufacture this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, first, as shown in FIG. 11, an n-type Al is formed on an n-type GaAs substrate 21. x2 Ga 1-x2 As buffer layer 22, n-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 23, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 24, active layer 25, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 26, p-type Al x1 Ga 1-x1 N-type Al constituting the As cladding layer 27 and the n-type current confinement layer 28 x1 Ga 1-x1 The As layer 28a and the n-type GaAs layer 28b are sequentially grown by, for example, the MOCVD method.
[0051]
Next, on the n-type current confinement layer 28, SiO 2 A mask (not shown) made of a film, a SiN film or the like and having a stripe-shaped opening with a predetermined width extending in one direction is formed. Next, the n-type current confinement layer 28 is selectively etched by wet etching using this mask as an etching mask. As a result, as shown in FIG. 12, a stripe-shaped opening 28 c extending in one direction is formed in the n-type current confinement layer 28. Thereafter, the mask used for etching is removed.
[0052]
Next, as shown in FIG. 13, the opening 28c is embedded in the entire surface of the n-type current confinement layer 28, and Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 29 and p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 30 is grown sequentially by MOCVD, for example, and p-type Al x1 Ga 1-x1 A p-type GaAs cap layer 31 is grown on the entire surface of the As cladding layer 30 by, for example, the MOCVD method.
[0053]
Next, as shown in FIG. 14, a p-side electrode 32 is formed on the entire surface of the p-type GaAs cap layer 31.
[0054]
Next, the entire surface of the p-side electrode 32 is made of SiO by, eg, CVD. 2 After forming a film or SiN film, this is patterned by etching to cover a portion corresponding to the vicinity of the ridge stripe portion, and a mask (not shown) having a predetermined shape having openings at both ends in the lateral direction. Form. Next, by using this mask as an etching mask, etching is performed until the surface of the n-type current confinement layer 28 is exposed, as shown in FIG. x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 29, p-type Al x1 Ga 1-x1 The As cladding layer 30, the p-type GaAs cap layer 31, and the p-side electrode 32 are patterned into a predetermined shape.
[0055]
Next, a portion excluding a predetermined portion on the n-type current confinement layer 28 exposed at both lateral ends is covered with a resist pattern (not shown), an AuGe / Ni film is formed on the entire surface, and then the resist pattern is applied to the resist pattern. By removing (lifting off) together with the upper AuGe / Ni film, an electrode 33 is formed at a predetermined portion on the n-type current confinement layer 28 as shown in FIG.
[0056]
Next, the n-type GaAs substrate 21 is lapped from the back surface side to have a predetermined thickness. Thereafter, as shown in FIG. 10, an n-side electrode 34 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 21. Thus, the target AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser is manufactured.
[0057]
According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
[0058]
Next explained is the third embodiment of the invention. FIG. 17 is a sectional view of an AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the third embodiment. This AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser is of a surface emitting type having a vertical resonator structure. 17, parts that are the same as or correspond to those in FIG. 10 are given the same reference numerals.
[0059]
As shown in FIG. 17, in this AlGaAs self-pulsation semiconductor laser, an n-type Al is formed on an n-type GaAs substrate 21. x1 Ga 1-x1 Each semiconductor layer constituting the laser structure is stacked via the As buffer layer 22 in the same manner as the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment. In this case, however, the n-type current confinement layer 28 is made of p-type Al. x1 Ga 1-x1 An n-type GaAs layer 28d on the As cladding layer 27 and an n-type Al layer on the n-type GaAs layer 28d x2 Ga 1-x2 As layer 28e. Here, in the n-type current confinement layer 28, the thickness of the n-type GaAs layer 28d is, for example, 0.1 μm. Further, in this AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, a reflecting mirror (not shown) is provided at a predetermined portion, whereby a resonator structure is formed in a direction perpendicular to the main surface of the n-type GaAs substrate 21. A groove 21a for extracting laser light is provided in a predetermined portion on the back side of the n-type GaAs substrate 21.
[0060]
In the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser, the p-type GaAs cap layer 31 is stacked on the n-type GaAs substrate 21 and then etched from the back side of the n-type GaAs substrate 21 to thereby obtain a lateral direction. The n-type GaAs layer 28d of the n-type current confinement layer 28 is exposed at both ends. Therefore, in this case, the electrode 33 is the p-type Al in the n-type current confinement layer 28. x1 Ga 1-x1 The n-type GaAs layer 28d provided on the side in contact with the As cladding layer 27 is in contact.
[0061]
Where n-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 23, p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 27 and p-type Al x1 Ga 1-x1 X1 in the As cladding layer 30 is n-type Al. x2 Ga 1-x2 As buffer layer 22, n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 24, p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer 26, n-type Al x2 Ga 1-x2 As layer 28e and Al x2 Ga 1-x2 It is made larger than x2 in the As optical waveguide layer 29, and this x2 is Al as the quantum well layer of the active layer 25. x3 Ga 1-x3 It is larger than x3 in the As layer. That is, x1>x2> x3. For example, x1 = 0.47, x2 = 0.3, and x3 = 0.13.
[0062]
Since the other configuration of the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser is the same as that of the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment, the description thereof is omitted.
[0063]
The AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser applies a predetermined positive voltage to the n-type current confinement layer 28 through the electrode 33 electrically separated from the p-side electrode 32 and the n-side electrode 34. The same operation as that of the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the first embodiment can be performed.
[0064]
According to the third embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained in the surface-emitting AlGaAs self-pulsation semiconductor laser having a vertical resonator structure.
[0065]
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the numerical values, materials, structures, and the like given in the embodiments are merely examples, and are not limited to these.
[0066]
Specifically, the n-type current confinement layers 10 and 28 in the first to third embodiments described above are formed of n-type Al. x1 Ga 1-x1 Laminated structure of As layers 10a, 28a and n-type GaAs layers 10b, 28b, or n-type GaAs layer 28d and n-type Al x2 Ga 1-x2 Although it has a laminated structure with the As layer 28e, these may be a single-layer n-type AlGaAs layer or n-type GaAs layer, for example.
[0067]
In place of the n-type current confinement layers 10 and 28 in the first to third embodiments, an insulating or semi-insulating current confinement layer may be used. Specifically, for example, when the current confinement layer is made semi-insulating, the current confinement layer is formed using a semi-insulating AlGaAs layer or GaAs layer doped with Co or Fe. In the first to third embodiments, when the current confinement layer is insulative or semi-insulating, a negative voltage is applied to the current confinement layer during operation. The operation principle at this time is the same as the operation principle described in the first embodiment. Specifically, for example, in the first embodiment, a case where a semi-insulating current confinement layer is used instead of the n-type current confinement layer 10 will be described as an example. By applying a negative voltage, a positive (+) charge is induced in the portion of the current confinement layer opposite to the electrode, while p-type Al in the vicinity of the junction with the current confinement layer. x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, p-type Al x1 Ga 1-x1 In the As cladding layer 9 and the p-type GaAs cap layer 11, holes are repelled by the electrostatic induction effect due to the positive (+) fixed charge generated in the current confinement layer, and as a result, a negative (−) fixed charge is generated. To do. For this reason, of the carriers, e - Is p-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer 7, p-type Al x1 Ga 1-x1 It is repelled by the influence of negative (−) fixed charges generated in the As clad layer 9 and the p-type GaAs cap layer 11, and is concentrated in the center of the ridge stripe portion. Repelled by the influence of positive (+) fixed charges generated in the layer, the electron e - In the same way as in the case of, it is concentrated at the center of the ridge stripe portion.
[0068]
Further, for example, in the first to third embodiments described above, the conductivity types of the substrate and each semiconductor layer may be reversed. In this case, as the current confinement layer, a p-type conductivity type or an insulating or semi-insulating layer is used. When a p-type current confinement layer is used, a negative voltage is applied to the p-type current confinement layer during operation, and when an insulating or semi-insulating current confinement layer is used, In operation, a positive voltage is applied to the insulating or semi-insulating current confinement layer.
[0069]
In the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to an AlGaAs self-pulsation semiconductor laser having an SCH structure has been described. However, the present invention is an AlGaAs self-oscillation having a DH (Double Heterostructure) structure. It is also possible to apply to an excitation oscillation type semiconductor laser. The active layer may have a structure other than the MQW structure.
[0070]
Furthermore, in the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to an AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser has been described. However, the present invention is not limited to an AlGaAs type self-pulsation type semiconductor laser, but includes an AlGaInP type. The present invention can also be applied to self-pulsation type semiconductor lasers, self-pulsation type semiconductor lasers using II-VI group compound semiconductors, and self-pulsation type semiconductor lasers using nitride III-V group compound semiconductors. In general, in a self-pulsation type semiconductor laser using a II-VI group compound semiconductor, Al is used as a material for the current confinement layer. 2 O Three In a self-pulsation type semiconductor laser using a nitride III-V compound semiconductor, SiO is used as a material for the current confinement layer. 2 However, even when such an insulator is used as the material of the current confinement layer, the same effects as those described in the above embodiment can be obtained.
[0071]
The technical idea similar to that of the present invention can also be applied to a normal semiconductor laser other than a self-excited oscillation type semiconductor laser. In this case, a predetermined voltage is applied to the current confinement layer during the operation of the semiconductor laser. By applying this, it is possible to cause a normal semiconductor laser to perform a self-oscillation operation. In addition, when the lateral refractive index difference Δn is small and light confinement is moderated as in a self-excited oscillation type semiconductor laser, the lateral light spread is caused by the injection of carriers into the active layer. Although it is hardly affected by the state, as in the case of an index guide type semiconductor laser, the lateral refractive index difference Δn is larger than that of a self-excited oscillation type semiconductor laser, and light confinement is strengthened. It is possible to directly control the beam shape by applying a voltage to the current confinement layer to change the state of carrier injection into the active layer. Specifically, in this case, by applying a voltage to the current confinement layer, the lateral spread of carriers in the active layer becomes smaller than when no voltage is applied (carrier injection region). Therefore, the beam divergence angle θ // in the horizontal direction of the far-field image (FFP) can be increased.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the electrode electrically isolated from the laser driving electrode is connected to the current confinement layer, the laser is applied to the current confinement layer from the outside through the electrode during operation. Self-excited oscillation can be controlled by a simple method of applying a predetermined voltage independent of the driving voltage. This allows a wide range of operating conditions in which self-excited oscillation is possible, and changes in operating conditions. Therefore, it is possible to realize a self-pulsation type semiconductor laser with high stability and reliability of self-pulsation against the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the operation of the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the operation of the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the first embodiment of the invention. FIG.
7 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment of the invention. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the first embodiment of the invention.
FIG. 9 is a sectional view of an AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to a second embodiment of the invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment of the invention.
11 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment of the invention. FIG.
12 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the second embodiment of the invention. FIG.
13 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the second embodiment of the invention. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to the second embodiment of the invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment of the invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the AlGaAs self-pulsation semiconductor laser according to the second embodiment of the invention.
FIG. 17 is a sectional view of an AlGaAs self-pulsation type semiconductor laser according to a third embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
1,21 ... n-type GaAs substrate, 3,23 ... n-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer, 4, 24 ... n-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer, 5, 25 ... active layer, 6, 26 ... p-type Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer, 7, 9, 27, 30... P-type Al x1 Ga 1-x1 As cladding layer, 8, 29 ... Al x2 Ga 1-x2 As optical waveguide layer, 10, 28... N-type current confinement layer, 10a, 28a... N-type Al x1 Ga 1-x1 As layer, 10b, 28b, 28d ... n-type GaAs layer, 28e ... n-type Al x2 Ga 1-x2 As layer, 11, 31 ... p-type GaAs cap layer, 12, 32 ... p-side electrode, 13, 33 ... electrode, 14, 34 ... n-side electrode

Claims (2)

第1導電型の第1のクラッド層と、
上記第1のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第2導電型の第2のクラッド層とを有し、
上記第2のクラッド層の上層部に設けられたストライプ部の両側の部分に電流狭窄層が埋め込まれた電流狭窄構造を有し、
上記電流狭窄層に、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されており、かつ、上記ストライプ部の下部に光導波層が挿入されている自励発振型半導体レーザの動作方法であって、
外部から上記レーザ駆動用電極に対してレーザ駆動用電圧を印加するとともに、上記電流狭窄層に対して上記電極を通じて上記レーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加し、この電圧を上記自励発振型半導体レーザの動作温度が上昇するにつれて大きくなるように制御するようにした
ことを特徴とする自励発振型半導体レーザの動作方法。
A first cladding layer of a first conductivity type;
An active layer on the first cladding layer;
A second cladding layer of the second conductivity type on the active layer,
A current confinement structure in which a current confinement layer is embedded in portions on both sides of the stripe portion provided in the upper layer portion of the second cladding layer;
An operation method of a self-excited oscillation type semiconductor laser in which an electrode electrically isolated from a laser driving electrode is connected to the current confinement layer, and an optical waveguide layer is inserted under the stripe portion There,
A laser driving voltage is applied to the laser driving electrode from the outside, and a predetermined voltage is applied to the current confinement layer independently of the laser driving voltage through the electrode. A method for operating a self-excited oscillation type semiconductor laser, characterized in that control is performed so that the operating temperature of the excitation type semiconductor laser increases as the operating temperature rises .
第1導電型の第1のクラッド層と、
上記第1のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第2導電型の第2のクラッド層と、
上記第2のクラッド層上のストライプ状の開口を有する電流狭窄層と、
上記電流狭窄層および上記電流狭窄層の上記開口の部分における上記第2のクラッド層上に設けられた第2導電型の第3のクラッド層とを有し、
上記電流狭窄層に、レーザ駆動用電極から電気的に分離された電極が接続されており、かつ、上記電流狭窄層および上記電流狭窄層の上記開口の部分における上記第2のクラッド層上に光導波層を介して上記第3のクラッド層が設けられている自励発振型半導体レーザの動作方法であって、
外部から上記レーザ駆動用電極に対してレーザ駆動用電圧を印加するとともに、上記電流狭窄層に対して上記電極を通じて上記レーザ駆動用電圧とは独立に所定の電圧を印加し、この電圧を上記自励発振型半導体レーザの動作温度が上昇するにつれて大きくなるように制御するようにした
ことを特徴とする自励発振型半導体レーザの動作方法。
A first cladding layer of a first conductivity type;
An active layer on the first cladding layer;
A second conductivity type second cladding layer on the active layer;
A current confinement layer having a stripe-shaped opening on the second cladding layer;
A third clad layer of a second conductivity type provided on the second clad layer in the opening portion of the current confinement layer and the current confinement layer;
An electrode electrically isolated from the laser driving electrode is connected to the current confinement layer, and light is applied to the current confinement layer and the second cladding layer in the opening portion of the current confinement layer. An operation method of a self-pulsation type semiconductor laser in which the third cladding layer is provided via a wave layer,
A laser driving voltage is applied to the laser driving electrode from the outside, and a predetermined voltage is applied to the current confinement layer independently of the laser driving voltage through the electrode. A method for operating a self-excited oscillation type semiconductor laser, characterized in that control is performed so that the operating temperature of the excitation type semiconductor laser increases as the operating temperature rises .
JP33563797A 1997-12-05 1997-12-05 Operation method of self-oscillation type semiconductor laser Expired - Fee Related JP4114223B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33563797A JP4114223B2 (en) 1997-12-05 1997-12-05 Operation method of self-oscillation type semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33563797A JP4114223B2 (en) 1997-12-05 1997-12-05 Operation method of self-oscillation type semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11177180A JPH11177180A (en) 1999-07-02
JP4114223B2 true JP4114223B2 (en) 2008-07-09

Family

ID=18290833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33563797A Expired - Fee Related JP4114223B2 (en) 1997-12-05 1997-12-05 Operation method of self-oscillation type semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4114223B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4497606B2 (en) * 1999-11-18 2010-07-07 富士通株式会社 Semiconductor laser device
JP6135559B2 (en) * 2014-03-10 2017-05-31 ソニー株式会社 Semiconductor light emitting device, method for manufacturing semiconductor light emitting device, and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11177180A (en) 1999-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH1075011A (en) Semiconductor laser
JP4295776B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP3558717B2 (en) Laser diode, manufacturing method thereof, and optical communication system using such laser diode
JP4114223B2 (en) Operation method of self-oscillation type semiconductor laser
US7095769B2 (en) Semiconductor laser diode with higher-order mode absorption layers
US6285699B1 (en) Semiconductor laser device
JP2004165383A (en) Semiconductor laser device, second harmonic generator, and optical pickup apparatus
JP3548986B2 (en) Optical semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2002111125A (en) Distributed feedback semiconductor laser
JP2006269988A (en) Semiconductor laser
JP3246148B2 (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same
JP5163355B2 (en) Semiconductor laser device
JP2723888B2 (en) Semiconductor laser device
JP3508423B2 (en) Semiconductor laser
JP3154417B2 (en) Oscillation wavelength control driving method of semiconductor laser
JP2723921B2 (en) Semiconductor laser device
JP3875799B2 (en) Semiconductor laser device
JPH0671121B2 (en) Semiconductor laser device
JPH11214792A (en) Semiconductor laser
JPH09246664A (en) Semiconductor laser
JPS621277B2 (en)
JPH08316566A (en) Semiconductor laser device
JP2526962B2 (en) Semiconductor laser
JP3761130B2 (en) Surface emitting laser device
JPH0671122B2 (en) Semiconductor laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040421

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050117

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20050120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070703

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070831

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071106

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071228

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080226

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080303

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080325

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080407

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120425

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees