JPH0480984A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0480984A
JPH0480984A JP19556490A JP19556490A JPH0480984A JP H0480984 A JPH0480984 A JP H0480984A JP 19556490 A JP19556490 A JP 19556490A JP 19556490 A JP19556490 A JP 19556490A JP H0480984 A JPH0480984 A JP H0480984A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は長寿命な半導体レーザに関するものである。
(従来の技術) 従来例として次の構造が挙げられる。すなわち、量子井
戸活性層上のクラッド部に形成されたメサストライプと
、該ストライプ側面に電宛ブロック層を有する自己整合
型量子井戸半導体レーザが報告されている。例えば、1
989年石月・らにより春季応用物理学会予稿集4a−
ZC−6で報告された[高出力高信頼セルファライン型
量子井戸レーザ]の概略構造を第6図に示す。このレー
ザ構造は、n型GaAs基板上1に、MOVPE技術に
より、n型GaAsキャップ層5を順次形成した後、活
性層より上の領域をメサストライプ部を残してエツチン
グし、選択成長により電流ブロック層6で埋め込み、さ
らに上面と低面に電極7,8を形成してなる。この構造
によりメサ部直下の量子井戸活性層に電流が注入され、
レーザ発振が得られる。
(発明が解決しようとする課題) 半導体レーザの長寿命動作を歩留まり良く可能にするた
めには、結晶成長時にすでに導入された発光領域近傍の
結晶欠陥を起点とする転位網が運動し、それが発光領域
に到達することによって発生する劣化を抑制することが
重要である。
ところが、実際、従来例で示した構造のレーザにおいて
は、基板から延びた貫通転位がメサ状の電流狭窄部の近
傍の活性層を通過している場合、電流注入によって貫通
転位から転位網が成長し発光領域に達することにより、
見かけ上安定動作が続いた後に突発的に故障するものが
少なくない。
また活性層上のクラッド層と電流ブロック層の間の埋め
込み界面は、結晶欠陥の密度が高く、動作中に埋め込み
界面の欠陥から発生した転位がクラッド層内を徐々に運
動し、活性層に到達することにより発生する故障で寿命
が制限されるという不都合が生じるため、長寿命化は困
難である。
本発明の目的は、転位の発生源である貫通転位や埋め込
み界面の結晶欠陥から発生する転位の運動が抑制された
、動作寿命の長いレーザを得ることにある。
(課題を解決するための手段) 本発明の半導体レーザは、基板に第1導電型クラッド層
、量子井戸活性層、第2導電型クラッド層が順次形成さ
れてなるダブルヘテロ構造を内包する多層積層構造をも
つGaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レーザにお
いて、前記量子井戸活性層が、単一または多重の量子井
戸層と、アルミニウム組成が量子井戸層のアルミニウム
組成よりも大きい光ガイド層からなり、その量子井戸層
と光ガイド層がInを含有していることを特徴としてい
る。
また、本発明の半導体レーザは、基板に第1導電型クラ
ッド層、量子井戸活性層、第2導電型クラッド層が順次
形成されてなるダブルヘテロ構造を内包する多層積層構
造をもつGaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レー
ザにおいて、前記量子井戸活性層が、単一または多重の
量子井戸層と、量子井戸層のアルミニウム組成よりも大
きいアルミニウム組成をもつ光ガイド層からなり、その
光ガイド層のみがInを含有していることを特徴として
いる。
また、基板に第1導電型クラッド層、量子井戸活性層、
第2導電型クラッド層が順次形成されてなるダブルヘテ
ロ構造を内包する多層積層構造をもつGaAs/AlG
aAs系量子井戸半導体レーザにおいて、前記第2導電
型クラッド層の一部が前記活性層まで達しない深さに除
去されており、前記除去された部分が第1導電型電流ブ
ロック層で埋め込まれ、前記活性層と電流ブロック層の
間の第2導電型クラッド層にInを含有した層が挿入さ
れてなることを特徴としている。
また、基板に第1導電型クラッド層、量子井戸活性層、
第2導電型クラッド層が順次形成されてなるダブルヘテ
ロ構造を内包する多層積層構造をもつGaAs/AlG
aAs系量子井戸半導体レーザにおいて、前記第2導電
型クラッド層の一部が前記活性層まで達しない深さに除
去され、前記除去された部分がInを含有する層と第1
導電型電流ブロック層で順次埋め込まれてなることを特
徴としている。
(作用) 半導体レーザ内部に導入されている欠陥を起点とする転
位は、通電により成長する。第5図は、GaAs層をウ
ェルとする2重量子井戸活性層を有するレーザとInG
aAs層(In組成18%)をウェルとする2重量子井
戸活性層を有するレーザについて、活性層内での転位の
成長速度(□m/m1n)の電流密度J(kA/cm2
)依存性を示したものである。InGaAs量子井戸で
の転位成長速度は、GaAs量子井戸でのそれの30分
の1以下に低下する。この効果に従って、以下に本発明
の詳細な説明する。
本発明によれば、Inを含有する層内で転位の成長速度
が低くなる効果により、発光領域外の活性層を通過する
貫通転位から延びる転位が発光領域まで到達するのにか
かる時間を大幅に長くシ、て長寿命化することができる
また、このことを利用した本発明によれば、量子井戸層
はInを含まず、量子井戸層を挾む光ガイド層のみがI
nを含んでいることにより、発振波長を変化させること
なく、活性層面内での転位の成長速度が低くなる効果に
より長寿命化することができる。
また、本発明によれば、第2導電型クラッド層と第1導
電型電流狭搾層の間の埋め込み界面に分布する結晶欠陥
から発生した転位が前記第2導電型クラッド層内を成長
する際、前記クラッド層内に挿入されたInを含有した
層で成長速度が低下する効果により、転位が活性層に到
達するのにかかる時間を長くして長寿命化することがで
きる。
また、本発明によれば、第2導電型クラッド層と埋め込
み層の間の結晶欠陥が埋め込み層側のInを含有された
層と接触していることによって前記結晶欠陥から発生す
る転位が活性層側に成長するのを抑制する効果により、
長寿命化することができる。
(実施例) 以下に第1図、第2図(a)を参照して、本発明の第1
の実施例を説明する。本実施例の半導体レーザの構造は
、第1図に示すようにn型GaAs基板上に、n型A1
o、、asGao、55Asクラッド層2を1.um、
量子井戸活性層3を有し、さらにp型A1o、45Ga
o、5sASクラッド層↓を1.5.4重m、 p+G
aAsキャップ層5を0.5pmを有し、メサストライ
プ部以外は活性層の上部にp型クラッド層4を0.2〜
0.3.umをのこしてn型GaAs電流ブロック層6
で埋め込まれており、これらの層構造の両側に電極7,
8を設けた構造を持ち、かつ量子井戸活性層3が第2図
(a)に示すように、(A1o2Gao8As5oAI
Ino1A1o、3Gao6As50A)6周期の光ガ
イド層11(厚さ600A)、InxGa1−xAs量
子井戸層12 (x=0.03〜0.3)(70人)、
Alo2Gao8Asバリア層13 (50人)、In
xGa1−xAs量子井戸層14 (x=0.03〜0
.3) (70A)、(AIo2Gao8As50A/
Ino 1A1o 3Gao 6As 50A) 6周
期の光ガイド層15(600A)からなる構造を持つ。
本実施例によれば、Inを含有する層内で転位の成長速
度が低下し、長寿命の半導体レーザが得られる。
また、第1図と第2図(b)を参照して本発明の第2の
実施例を説明する。本実施例の半導体レーザは、第1図
の構造を持ち、かつ量子井戸活性層3が第2図(b)に
示すように、(Alo、3Gao、7As 50A/ 
Alo、asIno、xGao、55As 50人)3
周期の光ガイド層21、Alo、3Gao、7As光ガ
イド層22(300人)、GaAs量子井戸層23(7
0人)、Alo3Gao7Asバリア層24(50人)
、GaAs量子井戸層25(70人)、A1o3Gao
7As光ガイ ド層26(300人)、(Alo、3.
InolGao、5.As50人1Alo3Gao7A
s50人)層3周期の光ガイド層27からなる構造を持
つ。本実施例によれば、量子井戸層はInを含まず、量
子井戸層を挟む光ガイド層のみがInを含んでいること
により、発振波長を変化させることなく、活性層面内で
の転位の成長速度が低くなる効果が得られる。
また、第3図を参照して、本発明の第3の実施例を説明
する。本実施例の半導体レーザは、第3図に示すように
、n型GaAs基板1上に、n型A1o、45Gao、
s、Asクラッド層2を1.zm、量子井戸活性層3を
有し、さらにp型Alo45Gao5.Asクラッド層
4を0.2pm 、p型(A1o5■no1Gao4A
s5o人/ Alo4.Gao5.AS50人)層3周
期の転位ストップ層9、p型A1o、、i、Gao5s
Asクラッド層4を1.2μm、 p+GaAsキャッ
プ層5を0.5□mを有し、メサストライプ以外は、転
位ストップ層9上のp型クラッド層4を0.111mを
のこして、n型GaAs電流ブロック層6で埋め込まれ
ており、これらの層構造の両側に電極7,8を設けた構
造を持つ。ここで量子井戸活性層は従来例のような GaAs/AlGaAs量子井戸でも良いし第1.第2
の実施例のものでもよい。本実施例によれば、p型クラ
ッド層とn型電流ブロック層の間の埋め込み界面に分布
する結晶欠陥から発生した転位が前記n型クラッド層内
を成長する際、前記pクラッド層内に挿入されたInを
含有した層で成長速度が低下する効果が得られる。
また、第4図を参照して本発明の第4の実施例を説明す
る。本実施例の半導体レーザは、第4図に示すように、
n型GaAs基板1上に、n型A1o、45Gao55
ASクラッド層2を1.zm、量子井戸活性層3を有し
、さらにp型A1o、45Gao 5.ASSフラノド
層4を1.5.am 。
p ” GaAsキャップ層5を0.5μmを有し、メ
サストライプ部以外は活性層の上部にp型クラッド層4
を0.2〜0.3μm残してn型(Ino1Gao9A
s50人/GaAs50人)層3周期の転位閉じ込め層
10、n型GaAs電流ブロック層6で順次埋め込まれ
ており、これらの層構造の両側に電極7,8を設けた構
造を持つ。量子井戸活性層3は従来例のような構造でも
、本発明の構造でもよい。本実施例によれば、p型クラ
ッド層と埋め込み層の間の結晶欠陥が埋め込み層側のI
nを含有された層と接触していることによって前記結晶
欠陥から発生する転位が活性層側に成長するのを抑制す
る効果が得られる。
(発明の効果) 本発明によれば転位の運動を抑制し長寿命の半導体レー
ザが得られる。特に高出力高信頼な半導体レーザを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1および第2の実施例の構造概略
図であり、第2図(a)は本発明の第1の実施例の構造
説明図、第2図(b)は第2の実施例の構造説明図、第
3図は、第3の実施例の構造概略図、第4図は第4の実
施例の構造概略図、第5図は本発明の詳細な説明する図
である。第6図は、従来例の半導体レーザの構造概略図
である。 1−n型GaAs基板、 2−n型Alo4.Gao、55Asクラッド層、3・
・・量子井戸活性層、 4・p型A1o、45Gao、5sASクラッド層、5
・・・p+型GaAsキャップ層、 6−n型Alo、5Gao 7As電流ブロック層、7
・・・p電極、8・・・n電極、 9−p型(AI。、5In、□Gao4As50A/A
Io4.Gao5.As50人)3周期の転位ストップ
層、 10−n型(InolGao、、As50人/GaAs
50人)3周期の転位閉じ込め層、 11、15−(AI、2Ga、8As50人/In。、
1Alo3Gao6As50人)6周期光ガイド層、 12、14−InxGa1−xAs量子井戸層(x=0
.03〜0.3)、13・・・A1o2Gao8Asバ
リア層、21・・・(A1o3Gao7As50AIA
I。、3.InolGao5.As50,03周期の光
ガイド層、 22+ 26・・・A1o3Gao 7As光ガイド層
、23、25・GaAs量子井戸層、 24−Alo3Gao、7Asバリア層、27・・・(
AIo3.In。、1Gao5.As50A/A1o3
Gao7As50.入〕3周期の光ガイド層、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板に第1導電型クラッド層、量子井戸活性層、
    第2導電型クラッド層が順次形成されてなるダブルヘテ
    ロ構造を内包する多層積層構造をもつ GaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レーザにおい
    て、前記量子井戸活性層が、単一または多重の量子井戸
    層と、アルミニウム組成が量子井戸層のアルミニウム組
    成よりも大きい光ガイド層からなり、前記量子井戸層と
    光ガイド層がInを含有していることを特徴とする半導
    体レーザ。
  2. (2)基板に第1導電型クラッド層、量子井戸活性層、
    第2導電型クラッド層が順次形成されてなるダブルヘテ
    ロ構造を内包する多層積層構造をもつ GaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レーザにおい
    て、前記量子井戸活性層が、単一または多重の量子井戸
    層と、量子井戸層のアルミニウム組成よりも大きいアル
    ミニウム組成をもつ光ガイド層からなり、該光ガイド層
    のみがInを含有していることを特徴とする半導体レー
    ザ。
  3. (3)基板に第1導電型クラッド層、量子井戸活性層、
    第2導電型クラッド層が順次形成されてなるダブルヘテ
    ロ構造を内包する多層積層構造をもつ GaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レーザにおい
    て、前記第2導電型クラッド層の一部が前記活性層まで
    達しない深さに除去されており、前記除去された部分が
    第1導電型電流ブロック層で埋め込まれ、前記活性層と
    電流ブロック層の間の第2導電型クラッド層にInを含
    有した層が挿入されてなることを特徴とする半導体レー
    ザ。
  4. (4)基板に第1導電型クラッド層、量子井戸活性層、
    第2導電型クラッド層が順次形成されてなるダブルヘテ
    ロ構造を内包する多層積層構造をもつ GaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レーザにおい
    て、前記第2導電型クラッド層の一部が前記活性層まで
    達しない深さに除去され、前記除去された部分がInを
    含有する層と第1導電型電流ブロック層で順次埋め込ま
    れてなることを特徴とする半導体レーザ。
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