JPH01175285A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH01175285A JPH01175285A JP62332707A JP33270787A JPH01175285A JP H01175285 A JPH01175285 A JP H01175285A JP 62332707 A JP62332707 A JP 62332707A JP 33270787 A JP33270787 A JP 33270787A JP H01175285 A JPH01175285 A JP H01175285A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザ装置に関し、
特に量子井戸構造を利用したものの改良に関する。
特に量子井戸構造を利用したものの改良に関する。
〈従来の技術〉
近年、分子線エピタキシャル法（以下、ＭＢＥ法）ある
いは有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法）等の薄
膜単結晶成長技術の進歩が著しく、これらの成長技術を
用いることにより１０人程度の極めて薄いエピタキシャ
ル成長層を得ることが可能となってきている。これらの
成長技術の進歩は、半導体レーザ装置の分野においても
、従来用いられてきた液晶エピタキシャル法（ＬＰ［！
法）では製作が困難であった極めて薄い層を有する素子
構造に基づく新しい効果を利用したレーザ素子の製作を
可能とした。代表的なものとして、量子井戸（Ｑｕａｎ
ＬａＩＩＷｅｌｌ；略して以下叶）レーザがある。
いは有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法）等の薄
膜単結晶成長技術の進歩が著しく、これらの成長技術を
用いることにより１０人程度の極めて薄いエピタキシャ
ル成長層を得ることが可能となってきている。これらの
成長技術の進歩は、半導体レーザ装置の分野においても
、従来用いられてきた液晶エピタキシャル法（ＬＰ［！
法）では製作が困難であった極めて薄い層を有する素子
構造に基づく新しい効果を利用したレーザ素子の製作を
可能とした。代表的なものとして、量子井戸（Ｑｕａｎ
ＬａＩＩＷｅｌｌ；略して以下叶）レーザがある。
Ｑ−レーザは、従来の二重へテロ接合（以下、ＤＩ＋）
レーザにおいて数百人あった活性層の厚さを１００人程
程度るいはそれ以下とすることにより、活性層中に量子
井戸が形成されることを利用しているものである。この
構造では、従来の叶レーザに比べて、闇値電流が低下す
ること、並びに過渡特性に優れていること等の種々の利
点が得られる。〇−レーザについての公知技術は、下記
の文献に開示されている。
レーザにおいて数百人あった活性層の厚さを１００人程
程度るいはそれ以下とすることにより、活性層中に量子
井戸が形成されることを利用しているものである。この
構造では、従来の叶レーザに比べて、闇値電流が低下す
ること、並びに過渡特性に優れていること等の種々の利
点が得られる。〇−レーザについての公知技術は、下記
の文献に開示されている。
（ａ ） Ｗ、 Ｔ、 Ｔｓａｎｇ、 Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ。
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ。
ｖｏｌ、 ３９． Ｎｏ、１０． ｐｐ、 ７８６
（１９８１） 。
（１９８１） 。
（ｂ） Ｉｌ、 Ｉｗａｍｕｒａ＋ Ｔ、 ５ａｋｕ
、 Ｔ、 ｌ５ｈｉｂａｓｈｉ。
、 Ｔ、 ｌ５ｈｉｂａｓｈｉ。
に、０ｈｔｓｕｋａ、Ｙ、Ｈｏｒｉｋｏｓｈｉ、Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ。
ｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ。
ｖｏｌ、 １９． Ｎｏ、５． ｐｐ、１８０
（１９８３） 。
（１９８３） 。
上記したように、ＭＢＥ法やＭＯＣＶ口法などの薄膜単
結晶成長技術を用いることにより、高性能半導体レーザ
の実用化への道が開けてきている。
結晶成長技術を用いることにより、高性能半導体レーザ
の実用化への道が開けてきている。
第６図は、ＧＲＩＮ （Ｇｒａｄｅｄ−１ｎｄｅｘ）−
３ＣＩＩ（ＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ
Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ）型ＧａＡｌＡ３単
一量子井戸構造を有する後述の半導体レーザの一例の発
振領域近傍における＾ｌ混晶比分布を示す。なお、第６
図において、厚さ方向を示す横軸に沿って付された参照
符号４４〜４Ｂは、それぞれ、この半導体レーザの各層
に対応する領域を示す。すなわち、この構造では、厚さ
方向に、クラッド層４４、ＧＲＩＮ光ガイド層４５、量
子井戸活性層４６、ＧＲＩＮ光ガイド層４７およびクラ
ッド層４８が配置されている。
３ＣＩＩ（ＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ
Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ）型ＧａＡｌＡ３単
一量子井戸構造を有する後述の半導体レーザの一例の発
振領域近傍における＾ｌ混晶比分布を示す。なお、第６
図において、厚さ方向を示す横軸に沿って付された参照
符号４４〜４Ｂは、それぞれ、この半導体レーザの各層
に対応する領域を示す。すなわち、この構造では、厚さ
方向に、クラッド層４４、ＧＲＩＮ光ガイド層４５、量
子井戸活性層４６、ＧＲＩＮ光ガイド層４７およびクラ
ッド層４８が配置されている。
量子井戸構造は、その量子効果により高発光効率を示す
が、量子井戸活性層の厚さがｌＯＯλ程度以下と光の波
長に比べて一桁以上小さいためレーザ光を閉じ込める働
きがない。他方、半導体レーザ装置のように誘導放出を
必要とする場合には、その利得は量子井戸内の光子密度
に比例する。従って、ＧＲＩＮ−Ｓ（：Ｈ構造では、量
子井戸活性層４６の両側に設けられた傾斜組成を有する
Ｇｌ？ＩＮ光ガイド層４５．４７によりレーザ光を導波
し、量子井戸内のキャリアとレーザ光の相互作用の効率
を高めている。
が、量子井戸活性層の厚さがｌＯＯλ程度以下と光の波
長に比べて一桁以上小さいためレーザ光を閉じ込める働
きがない。他方、半導体レーザ装置のように誘導放出を
必要とする場合には、その利得は量子井戸内の光子密度
に比例する。従って、ＧＲＩＮ−Ｓ（：Ｈ構造では、量
子井戸活性層４６の両側に設けられた傾斜組成を有する
Ｇｌ？ＩＮ光ガイド層４５．４７によりレーザ光を導波
し、量子井戸内のキャリアとレーザ光の相互作用の効率
を高めている。
しかしながら、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ型単一量子井戸レーザ
テハＧＲＩＮ光カイト層４５．４７）厚さが１５００〜
２０００人程度で程度のに対して、量子井戸活性層４６
の厚さは１００人程程度下と極めて薄い。よって、通常
のＤＩｌレーザでは２０〜３０％以上のレーザ光が活性
層内に閉じ込められているのに対し、ＧＲＩＮ−５ＣＩ
Ｉ型単一量子井戸レーザではレーザ光の量子井戸活性層
内への閉じ込め係数ｒは１０〜５％以下とＤ）Ｉレーザ
に比べて極めて小さい。
テハＧＲＩＮ光カイト層４５．４７）厚さが１５００〜
２０００人程度で程度のに対して、量子井戸活性層４６
の厚さは１００人程程度下と極めて薄い。よって、通常
のＤＩｌレーザでは２０〜３０％以上のレーザ光が活性
層内に閉じ込められているのに対し、ＧＲＩＮ−５ＣＩ
Ｉ型単一量子井戸レーザではレーザ光の量子井戸活性層
内への閉じ込め係数ｒは１０〜５％以下とＤ）Ｉレーザ
に比べて極めて小さい。
上記のように、ＧＲＩＮ−５ＣＨ型単一量子井戸レーザ
では、閉じ込め係数ｒが小さいにもかかわらず、量子効
果により利得が高められており、従来ＤＨレーザでは５
００ Ａ ／Ｃ１１１以上であった闇値電流密度を、２
００Ａ／ｃ＋ｆｌ以下にまで低めることが可能である。
では、閉じ込め係数ｒが小さいにもかかわらず、量子効
果により利得が高められており、従来ＤＨレーザでは５
００ Ａ ／Ｃ１１１以上であった闇値電流密度を、２
００Ａ／ｃ＋ｆｌ以下にまで低めることが可能である。
このような闇値電流密度の低下は、一定のＡｔ混晶比の
光ガイド層を用いたＳＣＨ型の量子井戸レーザにおいて
も同様に果たすことができる。
光ガイド層を用いたＳＣＨ型の量子井戸レーザにおいて
も同様に果たすことができる。
他方、ＤＩレーザでは、高出力化を図るために、その活
性層の厚さを薄くすることが一般的に行われている。活
性層の厚さを薄くすることにより出力を高めることにつ
いては、例えばに、 Ｈａｍａｄａ他、ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔａｍ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ、 ｖｏｌ。
性層の厚さを薄くすることが一般的に行われている。活
性層の厚さを薄くすることにより出力を高めることにつ
いては、例えばに、 Ｈａｍａｄａ他、ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔａｍ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ、 ｖｏｌ。
ＱＥ−２１，ｐｐ、 ６２３（１９８５） ； Ｔ、
Ｍｕｒａｋａｍｉ 他、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｑｕａｎｔａｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
、 ｖｏｌ、 ＱＥ−２３＋ｐｐ、 ７１２（１９
８７）に開示されている。
Ｍｕｒａｋａｍｉ 他、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｑｕａｎｔａｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
、 ｖｏｌ、 ＱＥ−２３＋ｐｐ、 ７１２（１９
８７）に開示されている。
しかしながら、約１０００Å以下に活性層の厚さを薄く
すると、レーザ光のクラッド層へのしみ出し量が増加し
、閉じ込め係数「が低下する。このため、厚さが約５０
０Å以下では、活性層が薄くなるほど再結合領域の割合
が減るので闇値電流が上昇してしまうが、活性層中の光
子密度が低下するので端面破壊に至る最高光出力を高め
ることができる。このような考え方に基づく延長上に、
更に閉じ込め係数「が低下し、かつ闇値電流を増加させ
なくてもよい構造として、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ型または５
ＣＩＩ型の量子井戸レーザが位置付けられ、超高出力用
レーザとして用いられている（例えば、Ｄ、 Ｒ。
すると、レーザ光のクラッド層へのしみ出し量が増加し
、閉じ込め係数「が低下する。このため、厚さが約５０
０Å以下では、活性層が薄くなるほど再結合領域の割合
が減るので闇値電流が上昇してしまうが、活性層中の光
子密度が低下するので端面破壊に至る最高光出力を高め
ることができる。このような考え方に基づく延長上に、
更に閉じ込め係数「が低下し、かつ闇値電流を増加させ
なくてもよい構造として、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ型または５
ＣＩＩ型の量子井戸レーザが位置付けられ、超高出力用
レーザとして用いられている（例えば、Ｄ、 Ｒ。
５ｃｉｆｒｅｓ 他、 八ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ｖｏｌ、 ４ＬｐＬ
１０３０ （１９８２）；Ｄ、 Ｒ，５ｃｉｆｒｅｓ
他、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ １ｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、 ｖｏ
ｌ、 １９． Ｐｐ、 １６９ （１９８３）を参照さ
れたい）。
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ｖｏｌ、 ４ＬｐＬ
１０３０ （１９８２）；Ｄ、 Ｒ，５ｃｉｆｒｅｓ
他、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ １ｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、 ｖｏ
ｌ、 １９． Ｐｐ、 １６９ （１９８３）を参照さ
れたい）。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、本発明者らが検討したところ、以下に述
べるように、量子井戸レーザでは光出力上限は閉じ込め
係数Ｆにより決定されていないことがわかった。
べるように、量子井戸レーザでは光出力上限は閉じ込め
係数Ｆにより決定されていないことがわかった。
第７図に示すストライプ構造のＧＲＩＮ−５ＣＨ単一量
子井戸レーザを次のように作製した。（１００）面方位
を有するｎ−ＧａＡｓ基板４１ （Ｓｉ＝ ２ ＸＩＯ
”ａｍ−３）上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４２（厚さ
０．５ ｐｍ 、 Ｓｉ＝ ｌＸｌ０”ｃｍ−”） 、
ｎ−Ｇａ＋−ｖＡ１ｖＡｓグレーデッドバッファ層４３
（厚さは０．２μｍ 、、Ｓｉ＝ Ｌ Ｘ１０１８ｃｍ
−’）、ｎ−Ｇａ６． ：１ＡＩ０．７ＡＳクラッド層
４４（厚さ１．４ ｐｍ 、 ５ｉ−１Ｘ１０箇ＩＩ
ｃｍ −３）、アンドープＧａＡ ＩＡｓＧＲＩＮ層４
５（厚さは０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ１子井
戸活性層４６、アンドープＧａＡＩＡｓＧＲＩＮ層４７
（厚さは０．１５ｐｍ）、ｐ−Ｇａ（１，Ｊｉｏ、 ７
ＡＳクラッド層４８（厚さは１１μｍ 、 Ｂｅ＝ ５
ＸＩＯ”ｃｍ−’） 、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４９
（厚さは０．２μｍ ＸＢｅ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−３
） 、ｎ−Ｇａｏ、ｓ＾１．、ＳＡｓ電流阻止層５０（
厚さは０．６μｍ 、 Ｓｉ＝ Ｉ Ｘ、１０”ｃｍ−
３）、およびｎ−ＧａＡｓコンタクト層５１（厚さは０
．２ ｐｍ、Ｓｉ＝ Ｉ Ｘ１０１８ｃｍ−３）を連続
的にＭＢＥ法により成長させた。成長中の基板温度は７
２０”Ｃ，Ｖ／Ｉ［［族フラックス比は約２．５であっ
た。
子井戸レーザを次のように作製した。（１００）面方位
を有するｎ−ＧａＡｓ基板４１ （Ｓｉ＝ ２ ＸＩＯ
”ａｍ−３）上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４２（厚さ
０．５ ｐｍ 、 Ｓｉ＝ ｌＸｌ０”ｃｍ−”） 、
ｎ−Ｇａ＋−ｖＡ１ｖＡｓグレーデッドバッファ層４３
（厚さは０．２μｍ 、、Ｓｉ＝ Ｌ Ｘ１０１８ｃｍ
−’）、ｎ−Ｇａ６． ：１ＡＩ０．７ＡＳクラッド層
４４（厚さ１．４ ｐｍ 、 ５ｉ−１Ｘ１０箇ＩＩ
ｃｍ −３）、アンドープＧａＡ ＩＡｓＧＲＩＮ層４
５（厚さは０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ１子井
戸活性層４６、アンドープＧａＡＩＡｓＧＲＩＮ層４７
（厚さは０．１５ｐｍ）、ｐ−Ｇａ（１，Ｊｉｏ、 ７
ＡＳクラッド層４８（厚さは１１μｍ 、 Ｂｅ＝ ５
ＸＩＯ”ｃｍ−’） 、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４９
（厚さは０．２μｍ ＸＢｅ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−３
） 、ｎ−Ｇａｏ、ｓ＾１．、ＳＡｓ電流阻止層５０（
厚さは０．６μｍ 、 Ｓｉ＝ Ｉ Ｘ、１０”ｃｍ−
３）、およびｎ−ＧａＡｓコンタクト層５１（厚さは０
．２ ｐｍ、Ｓｉ＝ Ｉ Ｘ１０１８ｃｍ−３）を連続
的にＭＢＥ法により成長させた。成長中の基板温度は７
２０”Ｃ，Ｖ／Ｉ［［族フラックス比は約２．５であっ
た。
成長後、硫酸系のエッチャントと弗化水素酸系のエッチ
ャントとを用いてコンタクト層５１及び電流阻止層５０
を、１００μｍ幅のストライプ状に選択的にエツチング
除去し、しかる後ｎ側電極５２およびｐ側電極５３を、
それぞれ、ＡｕＧｅ ／ Ｎｉ ／ ＡｕおよびＡｕＺ
ｎ／Ａｕの蒸着アロイにより形成した。
ャントとを用いてコンタクト層５１及び電流阻止層５０
を、１００μｍ幅のストライプ状に選択的にエツチング
除去し、しかる後ｎ側電極５２およびｐ側電極５３を、
それぞれ、ＡｕＧｅ ／ Ｎｉ ／ ＡｕおよびＡｕＺ
ｎ／Ａｕの蒸着アロイにより形成した。
なお、ｎ−Ｇａ＋−ｙＡｌｖＡｓＡｌ−デッドバッファ
Ｎ４３のＡｌ混晶比Ｖについては、０．１→０．７まで
線形に変化させ、またアンドープＧａＡ ＩＡｓＧＲＩ
Ｎ層４５のＡ１混晶比については０．７から０．２まで
放物線状に変化させ、さらにアンドープＧａＡＩＡｓＧ
ＲＩＮ層４７についてもＡｌ混晶比を０．２から、０．
７まで放物線状に変化させた。
Ｎ４３のＡｌ混晶比Ｖについては、０．１→０．７まで
線形に変化させ、またアンドープＧａＡ ＩＡｓＧＲＩ
Ｎ層４５のＡ１混晶比については０．７から０．２まで
放物線状に変化させ、さらにアンドープＧａＡＩＡｓＧ
ＲＩＮ層４７についてもＡｌ混晶比を０．２から、０．
７まで放物線状に変化させた。
量子井戸活性層４６については、その厚さＬｚが４０〜
３００人の範囲内で異なる種々のものを作成した。
３００人の範囲内で異なる種々のものを作成した。
得られた素子を、共振器長が３７５μｍとなるように臂
関し、両端面の反射率が約５％および９０％となるよう
に、それぞれ、Ａ１□０３およびＡ１□０．とＳｔより
なる多層膜を電子ビーム蒸着により形成してコーティン
グを施した。これらの素子を個々のチップに分割した後
、銅ヒートシンク上にＩｎろう材を用いてマウントした
。
関し、両端面の反射率が約５％および９０％となるよう
に、それぞれ、Ａ１□０３およびＡ１□０．とＳｔより
なる多層膜を電子ビーム蒸着により形成してコーティン
グを施した。これらの素子を個々のチップに分割した後
、銅ヒートシンク上にＩｎろう材を用いてマウントした
。
得られた各素子の発振闇値電流は直流駆動時に１５０〜
３００ｍＡであった。この直流駆動に際し、５％反射率
の前端面側からの光出力をモニタしたところ、活性Ｍ４
６の厚さＬｚが４０〜２００人の範囲では、破壊出力は
１．２−±０．１Ｗでほぼ一定であり、厚さＬｚ＝３０
０人では１ｗ以下とやや低下した。
３００ｍＡであった。この直流駆動に際し、５％反射率
の前端面側からの光出力をモニタしたところ、活性Ｍ４
６の厚さＬｚが４０〜２００人の範囲では、破壊出力は
１．２−±０．１Ｗでほぼ一定であり、厚さＬｚ＝３０
０人では１ｗ以下とやや低下した。
これらのレーザの量子井戸内へのレーザ光の閉じ込め係
数「は、おおよそ（Ｌｚ／３０００） Ｘ１００％（た
だし、Ｌｚは入単位）で与えられる。従って、端面破壊
の限界出力がほぼ一定となったＬｚ ＝ ４０〜２００
人の範囲においても、閉じ込め係数Ｆは１．３〜７％の
範囲で大幅に変化している。このように、ＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ型の量子井戸レーザでは、従来のＤＨレーザよりも
閉じ込め係数Ｆが大きく減少しているため、もはや光出
力の上限値は閉じ込め係数Ｆによっては決定されていな
いことがわかった。これは、閉じ込め係数Ｆが１０％と
なる５Ｃ）Ｉ型の量子井戸レーザにおいてもまったく同
様である。
数「は、おおよそ（Ｌｚ／３０００） Ｘ１００％（た
だし、Ｌｚは入単位）で与えられる。従って、端面破壊
の限界出力がほぼ一定となったＬｚ ＝ ４０〜２００
人の範囲においても、閉じ込め係数Ｆは１．３〜７％の
範囲で大幅に変化している。このように、ＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ型の量子井戸レーザでは、従来のＤＨレーザよりも
閉じ込め係数Ｆが大きく減少しているため、もはや光出
力の上限値は閉じ込め係数Ｆによっては決定されていな
いことがわかった。これは、閉じ込め係数Ｆが１０％と
なる５Ｃ）Ｉ型の量子井戸レーザにおいてもまったく同
様である。
本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、そ
の目的とするところは、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ型やＳＣＨ型
の量子井戸レーザの構成を改良することによって、最大
光出力がより高められた高出力型半導体レーザ装置を提
供することにある。
の目的とするところは、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ型やＳＣＨ型
の量子井戸レーザの構成を改良することによって、最大
光出力がより高められた高出力型半導体レーザ装置を提
供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の半導体レーザ装置は、Ｇａ＋−ｚＡ１ｚＡｓ第
１ｚラッド層、Ｇａ＋−ｙＡ１ｙＡｓ第１ｙガイド層、
Ｇａ 、 −ＸＡ Ｉ。
１ｚラッド層、Ｇａ＋−ｙＡ１ｙＡｓ第１ｙガイド層、
Ｇａ 、 −ＸＡ Ｉ。
Ａｓ量子井戸活性層、Ｇａ 、 −、Ａ １ｙＡｓ第２
光ガイド層、及びＧａ＋−ＪＩＪｓ第２クラッド層が順
次積層された積層構造を有し、該両光ガイド層の少なく
とも該量子井戸活性層と接する部分のＡ１混晶比ｙが、
式ｙ−ｘ≧０．３及び式ｚ−ｙ≦０．２５の両方を満足
させるものであり、そのことにより上記目的が達成され
る。
光ガイド層、及びＧａ＋−ＪＩＪｓ第２クラッド層が順
次積層された積層構造を有し、該両光ガイド層の少なく
とも該量子井戸活性層と接する部分のＡ１混晶比ｙが、
式ｙ−ｘ≧０．３及び式ｚ−ｙ≦０．２５の両方を満足
させるものであり、そのことにより上記目的が達成され
る。
（作用）
本発明の半導体レーザ装置では、量子井戸活性層を挟む
光ガイド層と、さらにこの光ガイド層を挟むクラッド層
とのＡｌ混晶比の差を小さくすることにより層厚方向へ
のレーザ光の閉じ込めを弱くすることにより、ピーク光
強度を低減し、かつそれによって生じる闇値電流の上昇
を抑制するために量子井戸と量子井戸と接する光ガイド
層との界面のＡｌ混晶比の差を大きくとることにより、
量子井戸のへテロ障壁の高さを大きくし、それによって
より大きな量子効果を得ることが可能とされている。従
って、闇値電流を大幅に上昇させることなく、より高出
力を取り出すことが可能とされている。
光ガイド層と、さらにこの光ガイド層を挟むクラッド層
とのＡｌ混晶比の差を小さくすることにより層厚方向へ
のレーザ光の閉じ込めを弱くすることにより、ピーク光
強度を低減し、かつそれによって生じる闇値電流の上昇
を抑制するために量子井戸と量子井戸と接する光ガイド
層との界面のＡｌ混晶比の差を大きくとることにより、
量子井戸のへテロ障壁の高さを大きくし、それによって
より大きな量子効果を得ることが可能とされている。従
って、闇値電流を大幅に上昇させることなく、より高出
力を取り出すことが可能とされている。
（実施例の説明）
以下に本発明の実施例について説明する。
ＧＲＩＮＪＣＨ型半導体レーザに適用した実施例を第２
図に示す。
図に示す。
本実施例は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ型の半導体レーザ装置で
あり、（１００）面方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板１１
（Ｓｉ＝２ Ｘｌ０１８ｃｍ−３）上に、ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層１２（Ｓｉ＝Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−３、厚さ
は０．５ ａ ｍ）、ｎ−Ｇａ＋−ｗＡ１ｗＡｓグレー
デッドバッファ層１３ （Ｓｉ＝ Ｉ Ｘｌ０Ｉｌｌｃ
＋＋＋−’、厚さは０．２μｍ）、ｎ−Ａ１．Ｇａ、−
、Ａｓクラッド層１４（Ｓｉ＝１（） ｒ ａ ｃｍ
−３、厚さは１．４μｍ）、アンドープＧａ１−、Ａ１
ｙＡｓＧＲＩＮ光ガイド層１５（厚さは０．１５μｍ）
、アンドープＧａ＋−ＸＡ１ｘ Ａｓ量子井戸活性層１
６（厚さは６０人）、アンドープＧａ＋−ｙＡ１ｙＡｓ
ＧＲＩＮ光ガイド層１７（厚さは０．１５μｍ）、ｐ−
Ｇａ＋−ＪＩＪｓクラッド層１８ （Ｂｅ＝ ５ Ｘ１
０”ｃｍ””、厚さは１μｍ）、およびｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層１９ （Ｂｅ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚さ
は０．２μｍ）を連続的にＭＢＥ法により成長させた。
あり、（１００）面方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板１１
（Ｓｉ＝２ Ｘｌ０１８ｃｍ−３）上に、ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層１２（Ｓｉ＝Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−３、厚さ
は０．５ ａ ｍ）、ｎ−Ｇａ＋−ｗＡ１ｗＡｓグレー
デッドバッファ層１３ （Ｓｉ＝ Ｉ Ｘｌ０Ｉｌｌｃ
＋＋＋−’、厚さは０．２μｍ）、ｎ−Ａ１．Ｇａ、−
、Ａｓクラッド層１４（Ｓｉ＝１（） ｒ ａ ｃｍ
−３、厚さは１．４μｍ）、アンドープＧａ１−、Ａ１
ｙＡｓＧＲＩＮ光ガイド層１５（厚さは０．１５μｍ）
、アンドープＧａ＋−ＸＡ１ｘ Ａｓ量子井戸活性層１
６（厚さは６０人）、アンドープＧａ＋−ｙＡ１ｙＡｓ
ＧＲＩＮ光ガイド層１７（厚さは０．１５μｍ）、ｐ−
Ｇａ＋−ＪＩＪｓクラッド層１８ （Ｂｅ＝ ５ Ｘ１
０”ｃｍ””、厚さは１μｍ）、およびｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層１９ （Ｂｅ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚さ
は０．２μｍ）を連続的にＭＢＥ法により成長させた。
次に、キャップ層１９上にプラグ？ ＣＶＤ法により５
ｉＮＸ膜２０を２０００人厚に形成した後、フォトリソ
グラフィおよび化学エツチングにより１００μｍ幅のス
トライプ状にＳｉＮ。
ｉＮＸ膜２０を２０００人厚に形成した後、フォトリソ
グラフィおよび化学エツチングにより１００μｍ幅のス
トライプ状にＳｉＮ。
膜を除去した。
しかる後、ｎ側電極２１およびｐ側電極２２を、それぞ
れ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／ＡｕおよびＡｕＺｎ／Ａｕを用い
て形成した。
れ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／ＡｕおよびＡｕＺｎ／Ａｕを用い
て形成した。
得られた素子を共振器長３７５μｍに襞間し、５％およ
び９０％の反射率のコーティングを各端面に施し、個々
のチップに分割した後に銅ヒートシンク上にＩｎろう材
によりマウントした。
び９０％の反射率のコーティングを各端面に施し、個々
のチップに分割した後に銅ヒートシンク上にＩｎろう材
によりマウントした。
なお、上記半導体レーザ装置の作成にあたり、各層のＡ
ｔ混晶比ｘ、ｙおよび２については以下に述べるように
種々変化させ、それによって種々のＡ１混晶比の半導体
レーザ装置を作成した。
ｔ混晶比ｘ、ｙおよび２については以下に述べるように
種々変化させ、それによって種々のＡ１混晶比の半導体
レーザ装置を作成した。
まず、量子井戸活性層１６とクラッド層１４．１８のＡ
ｌ混晶比Ｘ及び２をそれぞれ、ｘ＝０．１および２＝０
．８５に一定にしておき、ＧＲＩＮ光ガイ光層４１層１
５のＡｔ混晶比ｙの量子井戸活性層１６側界面での値（
この値を第１図中で「−」で示す）を０．２５から０．
７５まで変化させて種々の素子を得た。これらの素子の
破壊に至る上限光出力のＡｌ混混晶比への依存性を測定
したところ、第３図に示すようにｙ≧０．６で破壊光出
力が２−以上の素子が得られた。
ｌ混晶比Ｘ及び２をそれぞれ、ｘ＝０．１および２＝０
．８５に一定にしておき、ＧＲＩＮ光ガイ光層４１層１
５のＡｔ混晶比ｙの量子井戸活性層１６側界面での値（
この値を第１図中で「−」で示す）を０．２５から０．
７５まで変化させて種々の素子を得た。これらの素子の
破壊に至る上限光出力のＡｌ混混晶比への依存性を測定
したところ、第３図に示すようにｙ≧０．６で破壊光出
力が２−以上の素子が得られた。
従って、ｚ−ｙ≦０．２５とすることにより、レーザ光
の閉じ込めを弱くし、ピーク光強度を低下させ得ること
がわかる。
の閉じ込めを弱くし、ピーク光強度を低下させ得ること
がわかる。
次に、ｙ ＝０．６およびｚ ＝０．８５と一定とし、
量子井戸活性層１６のＡｔ混晶比Ｘのみをｘ＝０とＸ＝
０．１５に変化させたところ、最大光出力２−以上の素
子が得られ、ｚ−ｙ≦０．２５として光の閉じ込めを弱
くしピーク光強度を低下させることにより、最大光出力
は大幅に向上することができた。
量子井戸活性層１６のＡｔ混晶比Ｘのみをｘ＝０とＸ＝
０．１５に変化させたところ、最大光出力２−以上の素
子が得られ、ｚ−ｙ≦０．２５として光の閉じ込めを弱
くしピーク光強度を低下させることにより、最大光出力
は大幅に向上することができた。
他方、量子井戸活性層１６のＡｌ混晶比Ｘを０とし、す
なわちＧａＡｓにより量子井戸活性層１６を構成し、Ｇ
ＲＩＮ光ガイ光層４１層１５の量子井戸活性層１６側界
面のＡｌ混混晶比へ即ち、Ｗ）を０．１から０．５まで
変化させた。この場合、クラッド層１４．１８のＡｔ混
晶比Ｚは、前述した実験における最大出力２−以上を得
ることができた条件を満足し、かつ光の分布に変化がな
いようにｚ ＝ ｙ ＋０．２５の関係を満足するよう
に変化させた。その結果、第４図に示すように、量子井
戸を形成するＡｌ混晶比差ｙ−ｘが０．３以下では闇値
電流が急激に上昇した。よって、ｙ−Ｘ≧０．３を満足
することが必要である。ｙ−ｘ＜０．３において闇値電
流が上昇するのは、量子井戸活性層１６のへテロ障壁が
小さくなり、量子効果が失われたためである。
なわちＧａＡｓにより量子井戸活性層１６を構成し、Ｇ
ＲＩＮ光ガイ光層４１層１５の量子井戸活性層１６側界
面のＡｌ混混晶比へ即ち、Ｗ）を０．１から０．５まで
変化させた。この場合、クラッド層１４．１８のＡｔ混
晶比Ｚは、前述した実験における最大出力２−以上を得
ることができた条件を満足し、かつ光の分布に変化がな
いようにｚ ＝ ｙ ＋０．２５の関係を満足するよう
に変化させた。その結果、第４図に示すように、量子井
戸を形成するＡｌ混晶比差ｙ−ｘが０．３以下では闇値
電流が急激に上昇した。よって、ｙ−Ｘ≧０．３を満足
することが必要である。ｙ−ｘ＜０．３において闇値電
流が上昇するのは、量子井戸活性層１６のへテロ障壁が
小さくなり、量子効果が失われたためである。
上記実験から、ｚ−ｙ≦０．２５およびｙ−ｘ≧０．３
を満足する本発明の実施例の場合には、破壊光出力が２
Ｗ以上であり、発振闇値電流が２００ｍＡ程度の高出力
半導体レーザが安定に得られることがわかる。
を満足する本発明の実施例の場合には、破壊光出力が２
Ｗ以上であり、発振闇値電流が２００ｍＡ程度の高出力
半導体レーザが安定に得られることがわかる。
第５図は、ＳＣＨ型半導体レーザ装置に適用した本発明
の他の実施例における活性領域近傍のＡｌ混晶比分布を
示す。ここでは、（１１１）Ｂ面から（１００）面方向
へ０．５°傾いた面方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板（Ｓ
ｉ＝ ２ Ｘ１０１８ｃｍ−”）上に、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層（Ｓｉ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−″、厚さは０．
５ ａ ｍ）、ｎ−Ｇａ、−ｗＡ１ｗＡｓグレーデッド
バッファ層（Ｓｉ＝ Ｉ Ｘ１０１８ｃｍ−３、厚さは
０．２ ｔｔ ｍ）、ｎ−Ｇａｏ、＋ｓ八へ、、 ５ｓ
Ａｓクラッド層３４（Ｓｉ＝ ｌ ＸＩＯ”Ｃｌ１１−
’、厚さは１．４μｍ）） 、アンドープＧａｏ、 Ｊ
ｌａ、 Ｊｓ光ガイド層３５（厚さは０．１５ ｕ ｍ
）、アンドープＧａＡｓ１ｉ子井戸活性層３６（厚さは
６０人）、アンドープＧａｏ、、、Ａ１．．−ｘＡｌｘ
Ａｓ光ガイド層３７（厚さは０．１５ａｍ）、ｐ−Ｇａ
ｏ、 ＋ ５Ａ１ｏ、 ５５Ａｓクラッド層３８ （Ｂ
ｅ＝ ５ Ｘ１０”ｃｍ−３、厚さは１μｍ）、および
ｐ−ＧａＡｓキャップ層（Ｂｅ ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ
−３、厚さは０．２μｍ）をＭＢＥ法により連続的に成
長させた。このようにして得られたウェハに、上述した
実施例の場合と同様に、ＳｉＮ、膜を用いた１００μｍ
幅のストライプレーザを作成し、両端面に５％および９
０％の反射率のコーティングを施した。
の他の実施例における活性領域近傍のＡｌ混晶比分布を
示す。ここでは、（１１１）Ｂ面から（１００）面方向
へ０．５°傾いた面方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板（Ｓ
ｉ＝ ２ Ｘ１０１８ｃｍ−”）上に、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層（Ｓｉ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−″、厚さは０．
５ ａ ｍ）、ｎ−Ｇａ、−ｗＡ１ｗＡｓグレーデッド
バッファ層（Ｓｉ＝ Ｉ Ｘ１０１８ｃｍ−３、厚さは
０．２ ｔｔ ｍ）、ｎ−Ｇａｏ、＋ｓ八へ、、 ５ｓ
Ａｓクラッド層３４（Ｓｉ＝ ｌ ＸＩＯ”Ｃｌ１１−
’、厚さは１．４μｍ）） 、アンドープＧａｏ、 Ｊ
ｌａ、 Ｊｓ光ガイド層３５（厚さは０．１５ ｕ ｍ
）、アンドープＧａＡｓ１ｉ子井戸活性層３６（厚さは
６０人）、アンドープＧａｏ、、、Ａ１．．−ｘＡｌｘ
Ａｓ光ガイド層３７（厚さは０．１５ａｍ）、ｐ−Ｇａ
ｏ、 ＋ ５Ａ１ｏ、 ５５Ａｓクラッド層３８ （Ｂ
ｅ＝ ５ Ｘ１０”ｃｍ−３、厚さは１μｍ）、および
ｐ−ＧａＡｓキャップ層（Ｂｅ ＝ ２ ＸＩＯ”ｃｍ
−３、厚さは０．２μｍ）をＭＢＥ法により連続的に成
長させた。このようにして得られたウェハに、上述した
実施例の場合と同様に、ＳｉＮ、膜を用いた１００μｍ
幅のストライプレーザを作成し、両端面に５％および９
０％の反射率のコーティングを施した。
上記ＳＣＨ型半導体レーザの作製にあたっては、各層の
Ａｌ混晶比は前述した実施例と同様に変化させ、種々の
混晶比のものを得てヒートシンクにマウントして闇値電
流を測定したところ、Ａｌ混晶比ｘ、ｙ、ｚが本発明の
関係を満たす場合には、闇値電流が１６０〜２００ｍＡ
であり、破壊光出力は２．２〜２．４−であることが確
かめられた。
Ａｌ混晶比は前述した実施例と同様に変化させ、種々の
混晶比のものを得てヒートシンクにマウントして闇値電
流を測定したところ、Ａｌ混晶比ｘ、ｙ、ｚが本発明の
関係を満たす場合には、闇値電流が１６０〜２００ｍＡ
であり、破壊光出力は２．２〜２．４−であることが確
かめられた。
なお、上述してきた実施例では、１００μｍ幅のストラ
イプレーザについて説明したが、本発明は、成長層厚さ
方向の光の閉じ込めを弱くし、闇値電流密度を上昇させ
ることなく高出力動作を可能としたものであり、従って
リッジ導波型や埋め込み型を含むほぼ全てのストライプ
構造の半導体レーザに適用し得るものであることを指摘
しておく。
イプレーザについて説明したが、本発明は、成長層厚さ
方向の光の閉じ込めを弱くし、闇値電流密度を上昇させ
ることなく高出力動作を可能としたものであり、従って
リッジ導波型や埋め込み型を含むほぼ全てのストライプ
構造の半導体レーザに適用し得るものであることを指摘
しておく。
また、活性層の厚さは上記実施例に示した具体的な数値
のものに限らず、ドブロイ波長程度以下のものであれば
任意である。
のものに限らず、ドブロイ波長程度以下のものであれば
任意である。
また、これらのストライプを集積してなる集積ストライ
プ構造にも適用することができ、より一層の高出力化を
図ることができる。
プ構造にも適用することができ、より一層の高出力化を
図ることができる。
さらに、レーザ装置の端面近傍にＺｎ拡散やＳｉ拡散等
を施して量子井戸を消失させた窓構造を適用すれば、よ
り一層高出力化を図ることも可能である。
を施して量子井戸を消失させた窓構造を適用すれば、よ
り一層高出力化を図ることも可能である。
（発明の効果）
以上のように、本発明によれば、量子井戸レーザとして
の低閾値電流特性を損なうことなく、光の閉じ込めを緩
和することにより、ピーク光強度を低減することができ
、従って高出力限界が大幅に改善された半導体レーザ装
置を得ることが可能となる。
の低閾値電流特性を損なうことなく、光の閉じ込めを緩
和することにより、ピーク光強度を低減することができ
、従って高出力限界が大幅に改善された半導体レーザ装
置を得ることが可能となる。
４ ゛ の なｉ゛「
第１図は本発明の実施例の活性層近傍のＡｔ混晶比分布
を示す図、第２図はその実施例の構造を説明するための
断面図、第３図はその実施例の光ガイド層の量子井戸活
性層界面のＡｌ混晶比と破壊光出力との関係を示すグラ
フ、第４図はそのＡｌ混晶比と発振闇値電流との関係を
示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例の活性層近傍
のＡｔ混晶比を示す図、第６図は従来例の活性層近傍の
Ａｌ混晶比を示す図、第７図はその従来例の断面図であ
る。
を示す図、第２図はその実施例の構造を説明するための
断面図、第３図はその実施例の光ガイド層の量子井戸活
性層界面のＡｌ混晶比と破壊光出力との関係を示すグラ
フ、第４図はそのＡｌ混晶比と発振闇値電流との関係を
示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例の活性層近傍
のＡｔ混晶比を示す図、第６図は従来例の活性層近傍の
Ａｌ混晶比を示す図、第７図はその従来例の断面図であ
る。
Ｉ４．１日・・・クラッド層、工５．１７・・・ＧＲＩ
Ｎ光ガイド層、１６・・・量子井戸活性層。
Ｎ光ガイド層、１６・・・量子井戸活性層。
以上
Claims (1)
- １、Ｇａ＿１＿−＿ｚＡｌ＿ｚＡｓ第１クラッド層、Ｇ
ａ＿１＿−＿ｙＡｌ＿ｙＡｓ第１光ガイド層、Ｇａ＿１
＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ量子井戸活性層、Ｇａ＿１＿−＿
ｙＡｌ＿ｙＡｓ第２光ガイド層、及びＧａ＿１＿−＿ｚ
Ａｌ＿ｚＡｓ第２クラッド層が順次積層された積層構造
を有し、該両光ガイド層の少なくとも該量子井戸活性層
と接する部分のＡｌ混晶比ｙが、式ｙ−ｘ≧０．３及び
式ｚ−ｙ≦０．２５の両方を満足させる半導体レーザ装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62332707A JP2558768B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 半導体レーザ装置 |
| US07/291,124 US4905246A (en) | 1987-12-29 | 1988-12-28 | Semiconductor laser device |
| EP88312400A EP0323251A3 (en) | 1987-12-29 | 1988-12-29 | A semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62332707A JP2558768B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01175285A true JPH01175285A (ja) | 1989-07-11 |
| JP2558768B2 JP2558768B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=18257969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62332707A Expired - Fee Related JP2558768B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4905246A (ja) |
| EP (1) | EP0323251A3 (ja) |
| JP (1) | JP2558768B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0563297A (ja) * | 1991-09-03 | 1993-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| JP2000244069A (ja) * | 1999-02-18 | 2000-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体ヘテロ構造 |
| JP2002261387A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP2007201372A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子 |
| JP2018507564A (ja) * | 2015-03-02 | 2018-03-15 | ランカスター ユニバーシティ ビジネス エンタプライジズ リミテッドＬａｎｃａｓｔｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ Ｌｔｄ | 垂直共振器面発光レーザ |
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