JPH0394490A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH0394490A JPH0394490A JP139289A JP139289A JPH0394490A JP H0394490 A JPH0394490 A JP H0394490A JP 139289 A JP139289 A JP 139289A JP 139289 A JP139289 A JP 139289A JP H0394490 A JPH0394490 A JP H0394490A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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-
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- H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
- H01S5/2219—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties absorbing
-
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- H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
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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，半導体レーザ素子に係り、特に、書き込み消
去可能な光ディスク用光源として利用するのに有効な高
出力・低雑音特性を有する半導体レーザ素子に関する。
去可能な光ディスク用光源として利用するのに有効な高
出力・低雑音特性を有する半導体レーザ素子に関する。
従来，通例のダブルへテロ構造の活性層および多重量子
井戸構造の活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素
子およびその特性については、例えば、本発明者等によ
る電子情報通信学会の技術研究報告ＯＱＥ８８−５ （
１９８８年）３３〜３８頁「リッジ導波路ストライプ構
造を持つ自励発振型半導体レーザ』に述べられている。
井戸構造の活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素
子およびその特性については、例えば、本発明者等によ
る電子情報通信学会の技術研究報告ＯＱＥ８８−５ （
１９８８年）３３〜３８頁「リッジ導波路ストライプ構
造を持つ自励発振型半導体レーザ』に述べられている。
上記従来技術は、半導体レーザ素子の活性層や光導波層
およびストライプ構造について具体的な寸法等の素子構
造が述べられておらず、高出力・低雑音特性を得るため
の明確な構造設計は記載されていない． 本発明の目的は、自励発振型半導体レーザの素子構造に
ついて具体的に構造パラメータを最適化することによっ
て、高出力・低雑音特性を有する半導体レーザ素子を実
現し、特に、書き込み消去可能な光ディスク用光源に適
用するのに有効な半導体レーザ素子を提供することにあ
る。
およびストライプ構造について具体的な寸法等の素子構
造が述べられておらず、高出力・低雑音特性を得るため
の明確な構造設計は記載されていない． 本発明の目的は、自励発振型半導体レーザの素子構造に
ついて具体的に構造パラメータを最適化することによっ
て、高出力・低雑音特性を有する半導体レーザ素子を実
現し、特に、書き込み消去可能な光ディスク用光源に適
用するのに有効な半導体レーザ素子を提供することにあ
る。
上記目的は、自励発振型半導体レーザにおいて、活性層
，光導波層およびストライプ構造における各構造パラメ
ータを最適化することにより達威される． すなわち、活性層の構造としては、従来のダブルへテロ
構造ではなく，量子サイズ効果を発現する単一あるいは
多重量子井戸構造を導入する。さらに，ストライプ構造
としては、その断面形状が上底が下底より小さい台形で
あるリッジ導波路ストライプ構造を導入する。すなわち
、光吸収層を兼ねる電流狭窄層でリッジ導波路ストライ
プを埋め込み、電流狭窄［（リッジ導波路ストライプの
断面形状の台形の上底）が光導波Ｉｌｌ（台形の下底）
より小さくなるようし、かつリツジ導波路ストライプの
高さを調節することにより活性層横方向の実効的屈折率
差を制御することによって実現される． すなわち，本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板上
に、下部光導波層、その上に活性層，その上に上部光導
波層が設けられ、上記上部および下部光導波層のエネル
ギーバンドギャップは、上記活性層のエネルギーバンド
ギャップより大きく、上記活性層は、電子ド・ブロイ波
長あるいはそれ以下の１０〜３０ｎｍの膜厚の少なくと
も１層の量子井戸層を有する単一あるいは多重量子井戸
構造になっており，上記上部光導波層の上面のほぼ中央
部には上底が下底より小さい台形の断面形状を有するリ
ッジ導波路ストライプが該上部光導波層と一体に設けら
れ、該リッジ導波路ストライプの両側でかつ上記上部光
導波路の上面上に電流狭窄層が埋め込まれ、かつ上記上
部光導波路の上記リッジ導波路ストライプが形成されて
ない部分の膜厚が制御されて上記活性層における上記リ
ッジ導波路ストライプ下の領域とそれ以外の領域との実
効的屈折率差が８Ｘ１０−４〜５×１０−３の範囲とな
っていることを特徴とする。
，光導波層およびストライプ構造における各構造パラメ
ータを最適化することにより達威される． すなわち、活性層の構造としては、従来のダブルへテロ
構造ではなく，量子サイズ効果を発現する単一あるいは
多重量子井戸構造を導入する。さらに，ストライプ構造
としては、その断面形状が上底が下底より小さい台形で
あるリッジ導波路ストライプ構造を導入する。すなわち
、光吸収層を兼ねる電流狭窄層でリッジ導波路ストライ
プを埋め込み、電流狭窄［（リッジ導波路ストライプの
断面形状の台形の上底）が光導波Ｉｌｌ（台形の下底）
より小さくなるようし、かつリツジ導波路ストライプの
高さを調節することにより活性層横方向の実効的屈折率
差を制御することによって実現される． すなわち，本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板上
に、下部光導波層、その上に活性層，その上に上部光導
波層が設けられ、上記上部および下部光導波層のエネル
ギーバンドギャップは、上記活性層のエネルギーバンド
ギャップより大きく、上記活性層は、電子ド・ブロイ波
長あるいはそれ以下の１０〜３０ｎｍの膜厚の少なくと
も１層の量子井戸層を有する単一あるいは多重量子井戸
構造になっており，上記上部光導波層の上面のほぼ中央
部には上底が下底より小さい台形の断面形状を有するリ
ッジ導波路ストライプが該上部光導波層と一体に設けら
れ、該リッジ導波路ストライプの両側でかつ上記上部光
導波路の上面上に電流狭窄層が埋め込まれ、かつ上記上
部光導波路の上記リッジ導波路ストライプが形成されて
ない部分の膜厚が制御されて上記活性層における上記リ
ッジ導波路ストライプ下の領域とそれ以外の領域との実
効的屈折率差が８Ｘ１０−４〜５×１０−３の範囲とな
っていることを特徴とする。
望ましい構造パラメータについて以下述べる。
活性層が単一量子井戸構造の場合は、上記量子井戸層の
上下に、多重量子井戸構造の場合は、上記量子井戸層と
周期的に交互に、量子障壁層あるいはグレーデッド層が
積層されて該活性層が構成され、上記量子井戸層および
上記量子障壁層あるいはグレーデッド層からなる該活性
層の全体の膜厚は０．０５〜０．０８μｍの範囲である
。
上下に、多重量子井戸構造の場合は、上記量子井戸層と
周期的に交互に、量子障壁層あるいはグレーデッド層が
積層されて該活性層が構成され、上記量子井戸層および
上記量子障壁層あるいはグレーデッド層からなる該活性
層の全体の膜厚は０．０５〜０．０８μｍの範囲である
。
上記台形の上底の長さ（電流狭窄＃ｉ）は２〜４μｍの
範囲であり、下底の長さ（先導波＠）は４〜７μｍの範
囲である。
範囲であり、下底の長さ（先導波＠）は４〜７μｍの範
囲である。
上記リッジ導波路ストライプの断面形状は左右対称の台
形をなし、該台形の片側の上底と下底との差は０．６〜
２．０μｍの範囲である。
形をなし、該台形の片側の上底と下底との差は０．６〜
２．０μｍの範囲である。
上記上部光導波路の上記リッジ導波路ストライプが形成
されてない部分の膜厚は０．２〜０．６μｍの範囲であ
る。
されてない部分の膜厚は０．２〜０．６μｍの範囲であ
る。
上記リッジ導波路ストライプが形成された部分の上記上
部光導波路の膜厚は１．０〜３．０μｍの範囲である。
部光導波路の膜厚は１．０〜３．０μｍの範囲である。
上記リッジ導波路ストライプは，上記上部光導波層およ
び該上部光導波層と同じ導電型で、該リッジ導波路スト
ライプの上面に形成された第２の層からなる。
び該上部光導波層と同じ導電型で、該リッジ導波路スト
ライプの上面に形成された第２の層からなる。
上記電流狭窄層の上面と、上記リッジ導波路ストライプ
の上面とは同一面内にある。
の上面とは同一面内にある。
上記リッジ導波路ストライプの両側の上記上部光導波路
の上面上に、上記電流狭窄層が選択成長法により埋め込
まれている。
の上面上に、上記電流狭窄層が選択成長法により埋め込
まれている。
上記活性層全体にはｐ型あるいはｎ型不純物の少なくと
も一方がドーピングされており、その不純物ドーピング
濃度は１×１０１８〜１×１０１８■−３の範囲である
。
も一方がドーピングされており、その不純物ドーピング
濃度は１×１０１８〜１×１０１８■−３の範囲である
。
あるいは，上記活性層において、上記量子障壁層のみに
ｎ型あるいはｐ型不純物の少なくとも一方がドーピング
されており、その不純物ドーピング濃度はＩ Ｘ １×
１０１０ 〜Ｉ Ｘ １×１０１０ ｃｍ−’の範囲で
ある．上記単一あるいは多重量子井戸構造はＡＱＧａＡ
ｓから構成され，上記量子井戸層のＡ Ｑ ｘＧ ａ
１−ｘＡ ｓのＡｌ組成Ｘは０≦Ｘ≦０．１５の範囲で
あり、かつ上記量子障壁層の Ａ Ｑ ｙＧ ａ ，−ｙＡ ｓのＡＱ組成ｙは０．２
０≦ｙ≦０．３５の範囲である。
ｎ型あるいはｐ型不純物の少なくとも一方がドーピング
されており、その不純物ドーピング濃度はＩ Ｘ １×
１０１０ 〜Ｉ Ｘ １×１０１０ ｃｍ−’の範囲で
ある．上記単一あるいは多重量子井戸構造はＡＱＧａＡ
ｓから構成され，上記量子井戸層のＡ Ｑ ｘＧ ａ
１−ｘＡ ｓのＡｌ組成Ｘは０≦Ｘ≦０．１５の範囲で
あり、かつ上記量子障壁層の Ａ Ｑ ｙＧ ａ ，−ｙＡ ｓのＡＱ組成ｙは０．２
０≦ｙ≦０．３５の範囲である。
半導体レーザ素子において上記構造および構造パラメー
タを導入することにより、再現性良く安定に光出力２〜
ｌＯｍＷの範囲で自励発振する半導体レーザ素子が得ら
れ、かつキング発生光出力を少なくとも９０〜１００ｍ
Ｗ以上に向上させることができる。このため、リッジ導
波路ストライプ構造を有する半導体レーザ素子において
、活性層全体の膜厚を０．０５〜０．０８μｍの範囲、
上部光導波層のリッジ導波路ストライプが形或されてな
い部分の膜厚を０．２〜０．６μｍの範囲として、活性
層における上記リッジ導波路ストライプ下の領域とそれ
以外の領域との実効的屈折率差を８Ｘ１０−４〜５×１
０−’の範囲に制御することにより自励発振が再現性良
く安定に得られるようになる。さらに、キャリャ注入に
よる屈折率変化の小さい量子井戸構造を活性層に導入す
る。これによって、高いキャリャ注入レベルまで、すな
わち従来より高い光出力が得られるまで、安定な基本横
モードの得られる最初の作り付け屈折率差が失われずに
レーザ光を導波することができる。
タを導入することにより、再現性良く安定に光出力２〜
ｌＯｍＷの範囲で自励発振する半導体レーザ素子が得ら
れ、かつキング発生光出力を少なくとも９０〜１００ｍ
Ｗ以上に向上させることができる。このため、リッジ導
波路ストライプ構造を有する半導体レーザ素子において
、活性層全体の膜厚を０．０５〜０．０８μｍの範囲、
上部光導波層のリッジ導波路ストライプが形或されてな
い部分の膜厚を０．２〜０．６μｍの範囲として、活性
層における上記リッジ導波路ストライプ下の領域とそれ
以外の領域との実効的屈折率差を８Ｘ１０−４〜５×１
０−’の範囲に制御することにより自励発振が再現性良
く安定に得られるようになる。さらに、キャリャ注入に
よる屈折率変化の小さい量子井戸構造を活性層に導入す
る。これによって、高いキャリャ注入レベルまで、すな
わち従来より高い光出力が得られるまで、安定な基本横
モードの得られる最初の作り付け屈折率差が失われずに
レーザ光を導波することができる。
さらに、自励発振の得られる光出力範囲を制御し、ホー
ルバーニングによるキンク発生光出力を向上させるには
素子構造をさらに最適化する必要があり、活性層の膜厚
を０．０５５〜０．０７０μｍの範囲？し、上記光導波
層の膜厚を０．３〜０．５μｍの範囲とし、リッジ導波
路ストライプの下部＠（台形の下底の長さ）を４〜６μ
ｍの範囲とすることが重要である。
ルバーニングによるキンク発生光出力を向上させるには
素子構造をさらに最適化する必要があり、活性層の膜厚
を０．０５５〜０．０７０μｍの範囲？し、上記光導波
層の膜厚を０．３〜０．５μｍの範囲とし、リッジ導波
路ストライプの下部＠（台形の下底の長さ）を４〜６μ
ｍの範囲とすることが重要である。
実施例 ｌ
第１図は、本発明の第１の実施例である半導体レーザ素
子の断面図，第２図は、該レーザ素子の活性層を構成す
る多重量子井戸構造の伝導帯エネルギー構造の概略を示
す図である。
子の断面図，第２図は、該レーザ素子の活性層を構成す
る多重量子井戸構造の伝導帯エネルギー構造の概略を示
す図である。
１はｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２はｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ
バッファ層、３はｎ型ＡｎｘＧａ■一ｘＡｓクラッド層
（千部光導波層）、４は多重量子井戸構造を有するＡｌ
ＧａＡｓ活性層、５はｐ型 ＡｌｘＧａ■−ｘＡｓクラッド層（上部光導波層）、５
′は該ｐ型Ａ ｎ ｘＧ ａ ｉ−ｘＡ ｓクラッド層
５の中央部に該層と一体に形或されたリッジ導波路スト
ライプ、６はリッジ導波路ストライプ５′上部に形或さ
れ、リッジ導波路ストライプ５′の酸化防止用のｐ型Ｇ
ａ Ａ ｓ層、７はｎ型Ｇ ａ Ａ ｓブロック層（
光吸収層兼電流狭窄層），８はｐ型ＧａＡｓ埋込み層、
９はｐ型電極、１０はｎ型電極である。
バッファ層、３はｎ型ＡｎｘＧａ■一ｘＡｓクラッド層
（千部光導波層）、４は多重量子井戸構造を有するＡｌ
ＧａＡｓ活性層、５はｐ型 ＡｌｘＧａ■−ｘＡｓクラッド層（上部光導波層）、５
′は該ｐ型Ａ ｎ ｘＧ ａ ｉ−ｘＡ ｓクラッド層
５の中央部に該層と一体に形或されたリッジ導波路スト
ライプ、６はリッジ導波路ストライプ５′上部に形或さ
れ、リッジ導波路ストライプ５′の酸化防止用のｐ型Ｇ
ａ Ａ ｓ層、７はｎ型Ｇ ａ Ａ ｓブロック層（
光吸収層兼電流狭窄層），８はｐ型ＧａＡｓ埋込み層、
９はｐ型電極、１０はｎ型電極である。
本素子を作製するには、まず、厚さ１００μｍのｎ型Ｇ
ａＡｓ （００１）基板■上に、厚さ０．３〜０．５μ
ｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２、厚さ１．０〜１．５μ
ｍのｎ型Ａ Ｑ ｘＧ ａ１−ｘＡ ｓクラッド層３（
ｘ＝０．４５〜０．５５）、多重量子井戸構造Ａ Ｑ
Ｇ ａ Ａ ｓ活性層４を形或する．すなわち、この多
重量子井戸構造活性層４は、厚さ（＠とも称す）が３〜
６μｍのＡＱｙＧａｌ−ｙＡｓ量子障壁漕（ｙ：０．２
０〜０．３０）を５Ｎ繰り返し，厚さが１０〜１５ｎｍ
のＡ １１ ｚＧ ａ １−ｚＡ ｓ量子井戸層（ｚ＝
Ｏ〜０．１０）を４層繰り返して構成する．活性層全体
の厚さは０．０５〜０．０８ μｍ ）、厚さ１．０
〜２．５μｍのｐ型ＡＩｌｌｘＧａ，−ｘＡｓクラッド
層５（ｘ＝０．４５〜０．５５）、厚さ０．２〜０．４
μｍのＰ型Ｇ ａ Ａ ｓ層６を有機金属気相成長（
ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エビタキシー（ＭＢＥ）法
等の気相成長法により順次エビタキシャル成長する。次
に，Ｓ ｘ ＯｘＩＩ＠？膜（図示せず）を形成し、ホ
トリソグラフィーにより該Ｓ ｉ Ｏ，絶縁膜にストラ
イプマスクパターンを作製する．この後、リン酸溶液に
よりＮ１６および層５を深さ０．５〜１．５μｍの範囲
でエッチング加工してリッジ導波路ストライプ構造を作
製する。次いで，上記Ｓｉｏ２Ｉ！１！Ｉ縁膜マスクを
残したまま、リッジ段差と同じ高さだけｎ型ＧａＡｓブ
ロック層７を選択的に上記の気相戊長法により選択的に
エビタキシャル或長し、リッジ段差を平坦に埋め込む。
ａＡｓ （００１）基板■上に、厚さ０．３〜０．５μ
ｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２、厚さ１．０〜１．５μ
ｍのｎ型Ａ Ｑ ｘＧ ａ１−ｘＡ ｓクラッド層３（
ｘ＝０．４５〜０．５５）、多重量子井戸構造Ａ Ｑ
Ｇ ａ Ａ ｓ活性層４を形或する．すなわち、この多
重量子井戸構造活性層４は、厚さ（＠とも称す）が３〜
６μｍのＡＱｙＧａｌ−ｙＡｓ量子障壁漕（ｙ：０．２
０〜０．３０）を５Ｎ繰り返し，厚さが１０〜１５ｎｍ
のＡ １１ ｚＧ ａ １−ｚＡ ｓ量子井戸層（ｚ＝
Ｏ〜０．１０）を４層繰り返して構成する．活性層全体
の厚さは０．０５〜０．０８ μｍ ）、厚さ１．０
〜２．５μｍのｐ型ＡＩｌｌｘＧａ，−ｘＡｓクラッド
層５（ｘ＝０．４５〜０．５５）、厚さ０．２〜０．４
μｍのＰ型Ｇ ａ Ａ ｓ層６を有機金属気相成長（
ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エビタキシー（ＭＢＥ）法
等の気相成長法により順次エビタキシャル成長する。次
に，Ｓ ｘ ＯｘＩＩ＠？膜（図示せず）を形成し、ホ
トリソグラフィーにより該Ｓ ｉ Ｏ，絶縁膜にストラ
イプマスクパターンを作製する．この後、リン酸溶液に
よりＮ１６および層５を深さ０．５〜１．５μｍの範囲
でエッチング加工してリッジ導波路ストライプ構造を作
製する。次いで，上記Ｓｉｏ２Ｉ！１！Ｉ縁膜マスクを
残したまま、リッジ段差と同じ高さだけｎ型ＧａＡｓブ
ロック層７を選択的に上記の気相戊長法により選択的に
エビタキシャル或長し、リッジ段差を平坦に埋め込む。
この後、上記Ｓｉｎ，絶縁膜マスクを弗酸溶液によりエ
ッチング除去し、ｐ型ＧａＡｓ埋込み層８（厚さ１．０
〜２．０μｍ）を或長ずる。次に，ｐ型電極９および
ｎ型電極１０を蒸着し、ウェハからへき開スクライブし
て各素子の形に切り出す。
ッチング除去し、ｐ型ＧａＡｓ埋込み層８（厚さ１．０
〜２．０μｍ）を或長ずる。次に，ｐ型電極９および
ｎ型電極１０を蒸着し、ウェハからへき開スクライブし
て各素子の形に切り出す。
素子構造の各パラメータのうち、リッジ上部幅Ｓ■は２
〜４μｍの範囲，リッジ底部幅Ｓ２は４〜７μｍの範囲
が特に望ましかった。また、活性層４の全体の厚さｄ＆
は０．０５〜０．０８μｍの範囲が望ましく，特に０．
０５５〜０．０６５μｍの範囲が適切であった。活性層
に、ｎ型あるいはｐ型不純物の一方、または両方を１×
１０１８〜Ｉ Ｘ １×１０１０ｃｏｄ−”の濃度にド
ーピングしてもよい。さらに、リッジ導波路ストライプ
の厚さ（高さ）を含むｐ型Ａ Ｉ２ｘＧ ａ １−ｘＡ
ｓクラッドＭ５の厚さａＣ（エッチング加工前の層５
の厚さ）は１．０〜３．０μｍの範囲が望ましく，特に
１．３〜１．８μｍが適切であり，リッジ導波路ストラ
イプが形成されてない部分の該リッジ両側のｐ型Ａ Ｑ
ｘＧ ａ Ｌ−ＸＡ Ｓクラツド層５の厚さｄ１（エ
ッチング加工後の層５のエッチングされた部分の厚さ）
は０．２〜０．６μｍの範囲が望ましく、特に０．３〜
０．５μｍの範囲が適切であった。本実施例では、端面
にコーティングしていない素子において、閾値電流２０
〜３０＋ｓＡでかつ光出力範囲２〜７ｍＷで自励発振が
得られ、かつ、キンク発生光出力が４０〜５０ｍＷの範
囲であった．さらに、端面に非対称コーティングした素
子では、光出力範囲２〜１２ｍ Ｗで自励発振が得られ
、かつ、キンク発生光出力が８０〜１００ｍＷの範囲の
ものが得られた。このように、本実施例の素子では、光
ディスクにおいてメモリ書き込み消去に必要な光出力４
０〜５０ｍＷ以上の得られる高出力特性と、光出力２〜
１０ｍＷ範囲でのメモリ読み取り時に必要な相対雑音強
度が戻り光を生じた場合でも１ｏ−１３〜１０〜”Ｈｚ
−”である低雑音特性を同時にｌつの素子で満足させる
ことができた。また、温度５０℃、光出力５０ｍＷのＡ
ＰＣ （オートパワーコントロール）動作条件の加速寿
命試験において、約２０００時間経過しても顕著な劣化
は見られず良好な信頼性を得た。本実施例の半導体レー
ザ素子は、書き込み消去可能な光ディスク用光源として
要求される高出力・低雑音特性を満足することができた
。
〜４μｍの範囲，リッジ底部幅Ｓ２は４〜７μｍの範囲
が特に望ましかった。また、活性層４の全体の厚さｄ＆
は０．０５〜０．０８μｍの範囲が望ましく，特に０．
０５５〜０．０６５μｍの範囲が適切であった。活性層
に、ｎ型あるいはｐ型不純物の一方、または両方を１×
１０１８〜Ｉ Ｘ １×１０１０ｃｏｄ−”の濃度にド
ーピングしてもよい。さらに、リッジ導波路ストライプ
の厚さ（高さ）を含むｐ型Ａ Ｉ２ｘＧ ａ １−ｘＡ
ｓクラッドＭ５の厚さａＣ（エッチング加工前の層５
の厚さ）は１．０〜３．０μｍの範囲が望ましく，特に
１．３〜１．８μｍが適切であり，リッジ導波路ストラ
イプが形成されてない部分の該リッジ両側のｐ型Ａ Ｑ
ｘＧ ａ Ｌ−ＸＡ Ｓクラツド層５の厚さｄ１（エ
ッチング加工後の層５のエッチングされた部分の厚さ）
は０．２〜０．６μｍの範囲が望ましく、特に０．３〜
０．５μｍの範囲が適切であった。本実施例では、端面
にコーティングしていない素子において、閾値電流２０
〜３０＋ｓＡでかつ光出力範囲２〜７ｍＷで自励発振が
得られ、かつ、キンク発生光出力が４０〜５０ｍＷの範
囲であった．さらに、端面に非対称コーティングした素
子では、光出力範囲２〜１２ｍ Ｗで自励発振が得られ
、かつ、キンク発生光出力が８０〜１００ｍＷの範囲の
ものが得られた。このように、本実施例の素子では、光
ディスクにおいてメモリ書き込み消去に必要な光出力４
０〜５０ｍＷ以上の得られる高出力特性と、光出力２〜
１０ｍＷ範囲でのメモリ読み取り時に必要な相対雑音強
度が戻り光を生じた場合でも１ｏ−１３〜１０〜”Ｈｚ
−”である低雑音特性を同時にｌつの素子で満足させる
ことができた。また、温度５０℃、光出力５０ｍＷのＡ
ＰＣ （オートパワーコントロール）動作条件の加速寿
命試験において、約２０００時間経過しても顕著な劣化
は見られず良好な信頼性を得た。本実施例の半導体レー
ザ素子は、書き込み消去可能な光ディスク用光源として
要求される高出力・低雑音特性を満足することができた
。
実施例 ２
第３図は、本発明の第２の実施例の半導体レーザ素子の
断面図、第４図は、該レーザ素子の活性層を構成する単
一量子井戸構造の伝導帯エネルギー構造の概略を示す図
である。
断面図、第４図は、該レーザ素子の活性層を構成する単
一量子井戸構造の伝導帯エネルギー構造の概略を示す図
である。
実施例１と違うところは活性層の構造だけであり、その
他の構成は同様である。すなわち、実施例１の活性層は
多重量子井戸構造としたのに対し．本実施例の活性層は
単一量子井戸構造と−した。素子作製プロセスも、活性
層を除いて実施例１と同様である。
他の構成は同様である。すなわち、実施例１の活性層は
多重量子井戸構造としたのに対し．本実施例の活性層は
単一量子井戸構造と−した。素子作製プロセスも、活性
層を除いて実施例１と同様である。
すなわち、本実施例の活性層は、
Ａ Ｑ６Ｇ ａ ｔ−ＡＡ ８単一量子井戸層１２（厚
さ１０〜３０ｎｍ．Ａｌ組成Ｏ≦α≦０．１５）の上下
に量子障壁層兼光導波層として働くｎ型ＡｎβＧ ａ
１−６Ａ ｓ層１ｌおよびｐ型Ａ ＱＢＧ ａｌ−Ｉ３
Ａ ｓ層１３（それぞれ厚さ１５〜４０ ｎ ｍ ．
Ａ Ｑ組或０．１５≦β≦０．３５）を設ける。この量
子井戸層１２の上下に設ける層１１および１３を、多重
量子井戸構造（例えば厚さ４〜１０ｎｍ）．超格子多重
量子井戸構造（例えば厚さ１〜４ｎｍ）、あるいはグレ
ーデッド層としても良く、ｎ型，ｐ型の一方、またはｎ
型とｐ型不純物を同時にあるいは別々に１×１０１８〜
Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−３の範囲でドーピングしても良い。
さ１０〜３０ｎｍ．Ａｌ組成Ｏ≦α≦０．１５）の上下
に量子障壁層兼光導波層として働くｎ型ＡｎβＧ ａ
１−６Ａ ｓ層１ｌおよびｐ型Ａ ＱＢＧ ａｌ−Ｉ３
Ａ ｓ層１３（それぞれ厚さ１５〜４０ ｎ ｍ ．
Ａ Ｑ組或０．１５≦β≦０．３５）を設ける。この量
子井戸層１２の上下に設ける層１１および１３を、多重
量子井戸構造（例えば厚さ４〜１０ｎｍ）．超格子多重
量子井戸構造（例えば厚さ１〜４ｎｍ）、あるいはグレ
ーデッド層としても良く、ｎ型，ｐ型の一方、またはｎ
型とｐ型不純物を同時にあるいは別々に１×１０１８〜
Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−３の範囲でドーピングしても良い。
本実施例の素子では、実施例１と同様な効果がある上に
、単一量子井戸構造を導入したため、低いキャリア密度
でレーザ発振が可能となり，閾値電流を１０〜２０ｍ
Ａに低減させることが可能となつた． 本発明の説明においては，材料をＡ Ｑ Ｇ ａ Ａ
ｓ系としたが、他の材料、例えばＡＩ２ＧａＩｎＰ／Ｇ
ａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ系の材料を用いても同様
の効果を得ることができる。
、単一量子井戸構造を導入したため、低いキャリア密度
でレーザ発振が可能となり，閾値電流を１０〜２０ｍ
Ａに低減させることが可能となつた． 本発明の説明においては，材料をＡ Ｑ Ｇ ａ Ａ
ｓ系としたが、他の材料、例えばＡＩ２ＧａＩｎＰ／Ｇ
ａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ系の材料を用いても同様
の効果を得ることができる。
以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子におい
ては、活性層横方向の実効的屈折率差を制御して少なく
とも自励発振を得ることができる上に、自励発振の得ら
れる光出力が制御でき、かつキング発生光出力を従来よ
り向上させることができるので、書き込み消去可能な光
ディスク用光源として使用できる効果がある．すなわち
，光ディスクにおいてメモリ書き込み消去に必要な光出
力４０〜５０ｍＷ以上の得られる高出力特性と、光出力
２〜１０ｍＷ範囲でのメモリ読み取り時に必要な相対雑
音強度が戻り光を生じた場合でも１０−１３〜ｉｏ−’
■１１である低雑音特性を同時に１つの素子で満足させ
ることができ、１つのレーザ素子で光ディスクメモリの
ワンビームオーバライト方式が可能となった。本素子の
信頼性は端面を非対称コーティングした素子において温
度５０℃，光出力５０ｍＷのＡＰＣ動作の加速寿命試験
で約２０００時間経過しても顕著な劣化は見られなかっ
た。
ては、活性層横方向の実効的屈折率差を制御して少なく
とも自励発振を得ることができる上に、自励発振の得ら
れる光出力が制御でき、かつキング発生光出力を従来よ
り向上させることができるので、書き込み消去可能な光
ディスク用光源として使用できる効果がある．すなわち
，光ディスクにおいてメモリ書き込み消去に必要な光出
力４０〜５０ｍＷ以上の得られる高出力特性と、光出力
２〜１０ｍＷ範囲でのメモリ読み取り時に必要な相対雑
音強度が戻り光を生じた場合でも１０−１３〜ｉｏ−’
■１１である低雑音特性を同時に１つの素子で満足させ
ることができ、１つのレーザ素子で光ディスクメモリの
ワンビームオーバライト方式が可能となった。本素子の
信頼性は端面を非対称コーティングした素子において温
度５０℃，光出力５０ｍＷのＡＰＣ動作の加速寿命試験
で約２０００時間経過しても顕著な劣化は見られなかっ
た。
第ｌ図は、本発明の第１の実施例である半導体レーザ素
子の断面図、第２図は、多重量子井戸構造の伝導帯エネ
ルギー構造の概略を示す図，第３図は、本発明の第２の
実施例の半導体レーザ素子の断面図，第４図は、単一量
子井戸構造の伝導帯エネルギー構造の概略を示す図であ
る。 ｌ・・・ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板 ２・・・ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓバッファ層３・・・ｎ型Ａ
ｌｘＧａエーｘＡｓクラッド層（下部光導波層） ４・・・多重量子井戸構造Ａ Ｑ Ｇ ａ Ａ ｓ活性
層５・・・ｐ型Ａ Ｑ ｘＧ ａ ，−ｘＡ ｓクラッ
ド層（上部光導波層） ５′・・・リッジ導波路ストライプ ？−ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ層 ７・・・ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓブロック層（光吸収層兼電
流狭窄層） ８・・・Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ埋込み層 ９′・・・ｐ型電極 １０・・・ｎ型電極 １１・・・ｎ型ＡＱＢＧａエーβＡｓ層（量子障壁層兼
光導波層） １３・・・ｐ型ＡＱＢＧａ■一βＡｓ層（量子障壁層兼
光導波層）
子の断面図、第２図は、多重量子井戸構造の伝導帯エネ
ルギー構造の概略を示す図，第３図は、本発明の第２の
実施例の半導体レーザ素子の断面図，第４図は、単一量
子井戸構造の伝導帯エネルギー構造の概略を示す図であ
る。 ｌ・・・ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板 ２・・・ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓバッファ層３・・・ｎ型Ａ
ｌｘＧａエーｘＡｓクラッド層（下部光導波層） ４・・・多重量子井戸構造Ａ Ｑ Ｇ ａ Ａ ｓ活性
層５・・・ｐ型Ａ Ｑ ｘＧ ａ ，−ｘＡ ｓクラッ
ド層（上部光導波層） ５′・・・リッジ導波路ストライプ ？−ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ層 ７・・・ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓブロック層（光吸収層兼電
流狭窄層） ８・・・Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ埋込み層 ９′・・・ｐ型電極 １０・・・ｎ型電極 １１・・・ｎ型ＡＱＢＧａエーβＡｓ層（量子障壁層兼
光導波層） １３・・・ｐ型ＡＱＢＧａ■一βＡｓ層（量子障壁層兼
光導波層）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に、下部光導波層、その上に活性層、
その上に上部光導波層が設けられ、上記上部および下部
光導波層のエネルギーバンドギャップは、上記活性層の
エネルギーバンドギャップより大きく、上記活性層は、
電子ド・ブロイ波長あるいはそれ以下の１０〜３０ｎｍ
の膜厚の少なくとも１層の量子井戸層を有する単一ある
いは多重量子井戸構造になっており、上記上部光導波層
の上面のほぼ中央部には上底が下底より小さい台形の断
面形状を有するリッジ導波路ストライプが該上部光導波
層と一体に設けられ、該リッジ導波路ストライプの両側
でかつ上記上部光導波路の上面上に電流狭窄層が埋め込
まれ、かつ上記上部光導波路の上記リッジ導波路ストラ
イプが形成されてない部分の膜厚が制御されて上記活性
層における上記リッジ導波路ストライプ下の領域とそれ
以外の領域との実効的屈折率差が８×１０＾−＾４〜５
×１０＾−＾３の範囲となっていることを特徴とする半
導体レーザ素子。 ２、請求項１記載の半導体レーザ素子において、活性層
が単一量子井戸構造の場合は、上記量子井戸層の上下に
、多重量子井戸構造の場合は、上記量子井戸層と周期的
に交互に、量子障壁層あるいはグレーデッド層が積層さ
れて該活性層が構成され、上記量子井戸層および上記量
子障壁層あるいはグレーデッド層からなる該活性層の全
体の膜厚が０．０５〜０．０８μｍの範囲であることを
特徴とする半導体レーザ素子。 ３、請求項１、２または３記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記台形の上底の長さが２〜４μｍの範囲であり
、下底の長さが４〜７μｍの範囲であることを特徴とす
る半導体レーザ素子。 ４、請求項１、２または３記載の半導体レーザ素子にお
いて、上記リッジ導波路ストライプの断面形状が左右対
称の台形をなし、該台形の片側の上底と下底との差が０
．６〜２．０μｍの範囲であることを特徴とする半導体
レーザ素子。 ５、請求項１、２、３、４または５記載の半導体レーザ
素子において、上記上部光導波路の上記リッジ導波路ス
トライプが形成されてない部分の膜厚が０．２〜０．６
μｍの範囲であることを特徴とする半導体レーザ素子。 ６、請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体レ
ーザ素子において、上記リッジ導波路ストライプが形成
された部分の上記上部光導波路の膜厚が１．０〜３．０
μｍの範囲であることを特徴とする半導体レーザ素子。 ７、請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体レ
ーザ素子において、上記リッジ導波路ストライプが、上
記上部光導波層および該上部光導波層と同じ導電型で、
該リッジ導波路ストライプの上面に形成された第２の層
からなることを特徴とする半導体レーザ素子。 ８、請求項１、２、３、４、５、６または７記載の半導
体レーザ素子において、上記電流狭窄層の上面と、上記
リッジ導波路ストライプの上面とが同一面内にあること
を特徴とする半導体レーザ素子。 ９、請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の
半導体レーザ素子において、上記リッジ導波路ストライ
プの両側でかつ上記上部光導波路の上面上に、上記電流
狭窄層が選択成長法により埋め込まれていることを特徴
とする半導体レーザ素子。 １０、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９
記載の半導体レーザ素子において、上記活性層全体にｐ
型あるいはｎ型不純物の少なくとも一方がドーピングさ
れており、その不純物ドーピング濃度が１×１０＾１＾
０〜１×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３の範囲であることを
特徴とする半導体レーザ素子。 １１、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９また
は１０記載の半導体レーザ素子の上記活性層において、
上記量子障壁層のみにｎ型あるいはｐ型不純物の少なく
とも一方がドーピングされており、その不純物ドーピン
グ濃度が１×１０＾１＾８〜１×１０＾１＾９ｃｍ＾−
＾３の範囲であることを特徴とする半導体レーザ素子。 １２、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１
０または１１記載の半導体レーザ素子において、上記単
一あるいは多重量子井戸構造が ＡｌＧａＡｓから構成され、上記量子井戸層のＡｌ＿ｘ
Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｓのＡｌ組成ｘが０≦ｘ≦０．１５
の範囲であり、かつ上記量子障壁層の Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓのＡｌ組成ｙが０．２０
≦ｙ≦０．３５の範囲であることを特徴とする半導体レ
ーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP139289A JPH0394490A (ja) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | 半導体レーザ素子 |
| US07/339,125 US4961197A (en) | 1988-09-07 | 1989-04-14 | Semiconductor laser device |
| EP89106800A EP0358842B1 (en) | 1988-09-07 | 1989-04-17 | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| DE68926986T DE68926986T2 (de) | 1988-09-07 | 1989-04-17 | Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung desselben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP139289A JPH0394490A (ja) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394490A true JPH0394490A (ja) | 1991-04-19 |
Family
ID=11500220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP139289A Pending JPH0394490A (ja) | 1988-09-07 | 1989-01-10 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0394490A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05259565A (ja) * | 1992-03-11 | 1993-10-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マルチビーム半導体レーザ |
| JPH07162094A (ja) * | 1993-10-06 | 1995-06-23 | Lg Electron Inc | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JPH10294531A (ja) * | 1997-02-21 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 窒化物化合物半導体発光素子 |
-
1989
- 1989-01-10 JP JP139289A patent/JPH0394490A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05259565A (ja) * | 1992-03-11 | 1993-10-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マルチビーム半導体レーザ |
| JPH07162094A (ja) * | 1993-10-06 | 1995-06-23 | Lg Electron Inc | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JPH10294531A (ja) * | 1997-02-21 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 窒化物化合物半導体発光素子 |
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