JPH05114765A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 端面部における光吸収を抑制することがで
き、CODレベルが高く、且つ高出力特性に優れた端面
部電流非注入構造の半導体レーザ装置を提供すること。 【構成】 主面の結晶軸方位を[100]から[00
1]方向に5°傾けたn−GaAs基板11上に設けら
れた、InGaP活性層14をn−InGaAlPクラ
ッド層13及びp−InGaAlPクラッド層15,1
7で挟んでなるダブルヘテロ構造部と、このダブルヘテ
ロ構造部の一方の共振器方向端面部に設けられた電流非
注入領域とを備えた端面部電流非注入構造の半導体レー
ザ装置において、電流非注入領域とは反対側の共振器方
向端面に高反射コート23を設けたことを特徴とする。
き、CODレベルが高く、且つ高出力特性に優れた端面
部電流非注入構造の半導体レーザ装置を提供すること。 【構成】 主面の結晶軸方位を[100]から[00
1]方向に5°傾けたn−GaAs基板11上に設けら
れた、InGaP活性層14をn−InGaAlPクラ
ッド層13及びp−InGaAlPクラッド層15,1
7で挟んでなるダブルヘテロ構造部と、このダブルヘテ
ロ構造部の一方の共振器方向端面部に設けられた電流非
注入領域とを備えた端面部電流非注入構造の半導体レー
ザ装置において、電流非注入領域とは反対側の共振器方
向端面に高反射コート23を設けたことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体レーザ装置に係わり、特に共振器方向端面部
に電流非注入領域を設けた半導体レーザ装置に関する。
いた半導体レーザ装置に係わり、特に共振器方向端面部
に電流非注入領域を設けた半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高密度光ディスクシステムや高速
レーザプリンタ或いはバーコードリーダー等への応用を
目的として、短波長の半導体レーザの開発が進められて
いる。この中でも、0.6μm帯(赤色)に発振波長を
持つInGaAlP系レーザや0.8μm帯(赤外)に
発振波長を持つGaAlAs系レーザは、有望な短波長
の半導体レーザとして注目を集めている。また、光ディ
スク等の応用分野を中心として、30mW級の高出力レ
ーザも強く望まれるようになっている。
レーザプリンタ或いはバーコードリーダー等への応用を
目的として、短波長の半導体レーザの開発が進められて
いる。この中でも、0.6μm帯(赤色)に発振波長を
持つInGaAlP系レーザや0.8μm帯(赤外)に
発振波長を持つGaAlAs系レーザは、有望な短波長
の半導体レーザとして注目を集めている。また、光ディ
スク等の応用分野を中心として、30mW級の高出力レ
ーザも強く望まれるようになっている。
【0003】この種の要望に答えるため最近、端面部の
活性層のバンドギャップを大きくすることで発振波長に
対して端面部を透明とした窓構造のレーザや、端面部に
電流非注入領域を設けた端面部電流非注入構造のレーザ
が提案されている。
活性層のバンドギャップを大きくすることで発振波長に
対して端面部を透明とした窓構造のレーザや、端面部に
電流非注入領域を設けた端面部電流非注入構造のレーザ
が提案されている。
【0004】窓構造のレーザは、端面部が発振波長に対
して透明であることから、COD(Catastrophic Optic
al Damage )劣化を防ぐことができ、飛躍的な高出力化
が期待できる。このため、超30mW級、或いは高出力
化と短波長化を同時に実現するといった目的には重要な
技術と考えられる。しかし、このレーザを作成するには
複雑なプロセスを必要とする。
して透明であることから、COD(Catastrophic Optic
al Damage )劣化を防ぐことができ、飛躍的な高出力化
が期待できる。このため、超30mW級、或いは高出力
化と短波長化を同時に実現するといった目的には重要な
技術と考えられる。しかし、このレーザを作成するには
複雑なプロセスを必要とする。
【0005】一方、端面部電流非注入構造のレーザは、
比較的簡単なプロセスで作成でき、端面部の温度上昇を
抑制する、端面部でのキャリアの再結合を抑制する、等
の効果で高出力化が期待できる。しかし、端面部の電流
非注入領域では、注入領域に比較して励起されたキャリ
アが不足気味となり、端面部で実効的にバンドギャップ
が小さくなってしまう。このため、発振波長に対して端
面部で光吸収が生じ、CODレベルが低下するなど高出
力化がリミットされる大きな問題があった。
比較的簡単なプロセスで作成でき、端面部の温度上昇を
抑制する、端面部でのキャリアの再結合を抑制する、等
の効果で高出力化が期待できる。しかし、端面部の電流
非注入領域では、注入領域に比較して励起されたキャリ
アが不足気味となり、端面部で実効的にバンドギャップ
が小さくなってしまう。このため、発振波長に対して端
面部で光吸収が生じ、CODレベルが低下するなど高出
力化がリミットされる大きな問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、高出
力化に有望な端面部電流非注入構造の半導体レーザにお
いては、端面部での活性層のバンドギャップが実効的に
小さくなってしまい、これがCODレベルの低下を招
き、十分な高出力化を阻害する要因となっていた。本発
明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的と
するところは、端面部における光吸収を抑制することが
でき、CODレベルが高く、且つ高出力特性に優れた端
面部電流非注入構造の半導体レーザ装置を提供すること
にある。
力化に有望な端面部電流非注入構造の半導体レーザにお
いては、端面部での活性層のバンドギャップが実効的に
小さくなってしまい、これがCODレベルの低下を招
き、十分な高出力化を阻害する要因となっていた。本発
明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的と
するところは、端面部における光吸収を抑制することが
でき、CODレベルが高く、且つ高出力特性に優れた端
面部電流非注入構造の半導体レーザ装置を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、端面部
を電流非注入構造にした半導体レーザにおいて、端面部
での光吸収を抑制するために、利得のピーク波長(発振
波長)を長波長側にシフトさせたことにある。
を電流非注入構造にした半導体レーザにおいて、端面部
での光吸収を抑制するために、利得のピーク波長(発振
波長)を長波長側にシフトさせたことにある。
【0008】即ち本発明は、化合物半導体基板上に設け
られた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ
構造部と、このダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面部に設けられた電流非注入領域とを備え
た端面部電流非注入構造の半導体レーザ装置において、
ダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の共振器方向端面
に高反射コートを設けるようにしたものである。
られた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ
構造部と、このダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面部に設けられた電流非注入領域とを備え
た端面部電流非注入構造の半導体レーザ装置において、
ダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の共振器方向端面
に高反射コートを設けるようにしたものである。
【0009】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次の(1) 〜(3) が上げられる。 (1) 活性層の厚さを0.04〜0.1μmの範囲に設定
すること。 (2) 半導体基板として[100]方向から[001]方
向に2°以上傾斜させたGaAs基板を用い、ダブルヘ
テロ構造部をInGaAlP系材料から形成すること。 (3) 電流非注入領域を端面部の一方に設け、高反射コー
トを電流非注入領域とは反対側の端面に設けること。
は、次の(1) 〜(3) が上げられる。 (1) 活性層の厚さを0.04〜0.1μmの範囲に設定
すること。 (2) 半導体基板として[100]方向から[001]方
向に2°以上傾斜させたGaAs基板を用い、ダブルヘ
テロ構造部をInGaAlP系材料から形成すること。 (3) 電流非注入領域を端面部の一方に設け、高反射コー
トを電流非注入領域とは反対側の端面に設けること。
【0010】また本発明は、化合物半導体基板上に設け
られた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ
構造部と、このダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面部に設けられた電流非注入領域と、活性
層における発振波長を制御する回折格子等からなる波長
制御構造部とを備えた半導体レーザ装置において、波長
制御構造部により、活性層における発振波長を該活性層
のバンドギャップよりも35meV以上大きなバンドギ
ャップに相当する長波長側にシフトするようにしたもの
である。
られた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ
構造部と、このダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面部に設けられた電流非注入領域と、活性
層における発振波長を制御する回折格子等からなる波長
制御構造部とを備えた半導体レーザ装置において、波長
制御構造部により、活性層における発振波長を該活性層
のバンドギャップよりも35meV以上大きなバンドギ
ャップに相当する長波長側にシフトするようにしたもの
である。
【0011】
【作用】本発明によれば、共振器方向端面部に高反射コ
ートを設けることにより、発振波長が活性層のバンドギ
ャップに相当する波長よりも長くなる。このため、端面
部は実効的に発振波長に対して光吸収が極めて起こりに
くいものとなり、CODレベルが改善されると共に、信
頼性も向上させることができる。また、回折格子等の波
長制御構造部を用いて発振波長の長波長化をはかった場
合も、上記と同様にCODレベルが改善され、特に活性
層のバンドギャップよりも35meV以上大きなバンド
ギャップに相当する波長にすれば、CODレベルの改善
が著しいものとなる。
ートを設けることにより、発振波長が活性層のバンドギ
ャップに相当する波長よりも長くなる。このため、端面
部は実効的に発振波長に対して光吸収が極めて起こりに
くいものとなり、CODレベルが改善されると共に、信
頼性も向上させることができる。また、回折格子等の波
長制御構造部を用いて発振波長の長波長化をはかった場
合も、上記と同様にCODレベルが改善され、特に活性
層のバンドギャップよりも35meV以上大きなバンド
ギャップに相当する波長にすれば、CODレベルの改善
が著しいものとなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【0013】図1は、本発明の第1の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を一部切欠して示す斜視図であ
る。図中11は[100]から[001]方向に5°傾
けたn−GaAs基板であり、この基板11上にはn−
GaAsバッファ層12が形成されている。バッファ層
12上には、n−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 )0.5 P
クラッド層13(Siドープ,3〜5×1017c
m-3),In0.5 Ga0.5 P活性層14(アンドー
プ),p−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 )0.5 Pクラッ
ド層15(Znドープ,3〜5×1017cm-3),p−
In0.5 Ga0.5 Pエッチング停止層16(Znドー
プ,3〜5×1017cm-3),p−In0.5 (Ga0.3
Al0.7 )0.5 Pクラッド層17(Znドープ,3〜5
×1017cm-3)からなるダブルヘテロ接合構造部が形
成されている。クラッド層17はストライプ状のメサに
加工され、このクラッド層17上にはp−In0.5 Ga
0.5 Pキャップ層18(Znドープ,1×1018c
m-3)が形成されている。
導体レーザの概略構成を一部切欠して示す斜視図であ
る。図中11は[100]から[001]方向に5°傾
けたn−GaAs基板であり、この基板11上にはn−
GaAsバッファ層12が形成されている。バッファ層
12上には、n−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 )0.5 P
クラッド層13(Siドープ,3〜5×1017c
m-3),In0.5 Ga0.5 P活性層14(アンドー
プ),p−In0.5 (Ga0.3 Al0.7 )0.5 Pクラッ
ド層15(Znドープ,3〜5×1017cm-3),p−
In0.5 Ga0.5 Pエッチング停止層16(Znドー
プ,3〜5×1017cm-3),p−In0.5 (Ga0.3
Al0.7 )0.5 Pクラッド層17(Znドープ,3〜5
×1017cm-3)からなるダブルヘテロ接合構造部が形
成されている。クラッド層17はストライプ状のメサに
加工され、このクラッド層17上にはp−In0.5 Ga
0.5 Pキャップ層18(Znドープ,1×1018c
m-3)が形成されている。
【0014】ここで、ダブルヘテロ接合の各層13〜1
7及びキャップ層18の格子定数はGaAs基板11と
等しく、且つクラッド層13,15のバンドギャップエ
ネルギーは活性層14のそれより大きくなるように、I
n,Ga,Alの組成が決定されている。
7及びキャップ層18の格子定数はGaAs基板11と
等しく、且つクラッド層13,15のバンドギャップエ
ネルギーは活性層14のそれより大きくなるように、I
n,Ga,Alの組成が決定されている。
【0015】クラッド層17の側部には、n−GaAs
電流狭窄層19が形成され、この電流狭窄層19及びキ
ャップ層18上には、p−GaAsコンタクト層20
(Znドープ,5×1018cm-3)が形成されている。
ここで、電流狭窄層19は、図に示すように共振器方向
の一方(前面)の端面部上にも形成されており、この部
分は電流非注入領域となっている。電流非注入領域の長
さは25μmとした。そして、コンタクト層20の上面
にp側電極21が形成され、基板11の下面にn側電極
22が形成されている。さらに、共振器方向の他方(後
面)の端面には、高反射コート23が形成されている。
電流狭窄層19が形成され、この電流狭窄層19及びキ
ャップ層18上には、p−GaAsコンタクト層20
(Znドープ,5×1018cm-3)が形成されている。
ここで、電流狭窄層19は、図に示すように共振器方向
の一方(前面)の端面部上にも形成されており、この部
分は電流非注入領域となっている。電流非注入領域の長
さは25μmとした。そして、コンタクト層20の上面
にp側電極21が形成され、基板11の下面にn側電極
22が形成されている。さらに、共振器方向の他方(後
面)の端面には、高反射コート23が形成されている。
【0016】光導波は、ストライプ状のメサに形成され
たクラッド層15,17により行われる。クラッド層1
3の厚さは0.8μm、活性層14の厚さは0.05μ
m、クラッド層15,17の厚さはリッジ部で0.8μ
m、エッチング停止層16の厚さは0.02μm、メサ
底部の幅は5μmとした。なお、バッファ層12は、G
aAs上に形成するInGaAlP系結晶の品質向上の
ためであり、必ずしも必要ない。
たクラッド層15,17により行われる。クラッド層1
3の厚さは0.8μm、活性層14の厚さは0.05μ
m、クラッド層15,17の厚さはリッジ部で0.8μ
m、エッチング停止層16の厚さは0.02μm、メサ
底部の幅は5μmとした。なお、バッファ層12は、G
aAs上に形成するInGaAlP系結晶の品質向上の
ためであり、必ずしも必要ない。
【0017】基本的な構成は従来の端面部電流非注入構
造と同様であるが、これに加え本実施例では、前面(非
注入領域を有する側)に20%の低反射率、後面に95
%の高反射コート23を行ったこと、さらに基板11の
面方位及び活性層14の膜厚を最適化したことを特徴と
する。
造と同様であるが、これに加え本実施例では、前面(非
注入領域を有する側)に20%の低反射率、後面に95
%の高反射コート23を行ったこと、さらに基板11の
面方位及び活性層14の膜厚を最適化したことを特徴と
する。
【0018】なお、p−GaAsコンタクト層20の成
長後にn−GaAs電流狭窄層19の下のp−クラッド
層15中のZnを選択的に拡散させ、活性層14の自然
超格子を無秩序化させ電流非注入領域を同時に窓部とす
る構造も提案されているが、本実施例ではこのような拡
散は行わせず、電流非注入領域の活性層14のバンドギ
ャップは他のストライプ部分と同じである。自然超格子
を無秩序化させた窓構造レーザでは長期信頼性に関して
無秩序化が原因と考えられる劣化を示すものが生じた
が、本実施例の構造ではこの問題は回避されている。
長後にn−GaAs電流狭窄層19の下のp−クラッド
層15中のZnを選択的に拡散させ、活性層14の自然
超格子を無秩序化させ電流非注入領域を同時に窓部とす
る構造も提案されているが、本実施例ではこのような拡
散は行わせず、電流非注入領域の活性層14のバンドギ
ャップは他のストライプ部分と同じである。自然超格子
を無秩序化させた窓構造レーザでは長期信頼性に関して
無秩序化が原因と考えられる劣化を示すものが生じた
が、本実施例の構造ではこの問題は回避されている。
【0019】CODレベルを改善し、高出力動作におい
ても高い信頼性を確保したレーザを得るためには、端面
コートを含めた、半導体レーザの構造パラメータを所定
の範囲に設定する必要があり、上述した値はその一例で
ある。以下に、端面部電流非注入レーザにおける利得の
ピークを長波長方向にシフトさせることを中心とした構
造パラメータの最適化について説明する。
ても高い信頼性を確保したレーザを得るためには、端面
コートを含めた、半導体レーザの構造パラメータを所定
の範囲に設定する必要があり、上述した値はその一例で
ある。以下に、端面部電流非注入レーザにおける利得の
ピークを長波長方向にシフトさせることを中心とした構
造パラメータの最適化について説明する。
【0020】最初に、半導体レーザの端面における発振
光の吸収に関して説明する。一般に半導体のバンドギャ
ップは温度により変化を受け、また光吸収に関しては励
起されたキャリアの密度によっても実効的な影響を受け
る。入射光に対する光吸収係数はバンドギャップ付近で
は波長に大きく依存して変化していく。半導体レーザの
端面では、表面準位などの形成のために実効的なバンド
ギャップが小さくなる問題もある。
光の吸収に関して説明する。一般に半導体のバンドギャ
ップは温度により変化を受け、また光吸収に関しては励
起されたキャリアの密度によっても実効的な影響を受け
る。入射光に対する光吸収係数はバンドギャップ付近で
は波長に大きく依存して変化していく。半導体レーザの
端面では、表面準位などの形成のために実効的なバンド
ギャップが小さくなる問題もある。
【0021】端面部電流非注入レーザでは、端面部に電
流が注入されないために温度上昇が抑制される。この効
果は、InGaAlP,GaAs等の半導体層の熱伝導
率を考慮した計算によると20〜30℃になる。バンド
ギャップに換算すると、4〜6nmの短波長側へのシフ
トが得られる。一方、キャリアの注入も抑制されるた
め、非励起のキャリアが多数存在することになり、端面
部では光吸収を増大する方向に向かう。
流が注入されないために温度上昇が抑制される。この効
果は、InGaAlP,GaAs等の半導体層の熱伝導
率を考慮した計算によると20〜30℃になる。バンド
ギャップに換算すると、4〜6nmの短波長側へのシフ
トが得られる。一方、キャリアの注入も抑制されるた
め、非励起のキャリアが多数存在することになり、端面
部では光吸収を増大する方向に向かう。
【0022】しかしながら、半導体レーザの活性層に用
いられる直接遷移型の半導体は、入射光強度に対して吸
収係数が変化し、ある程度以上では透明となる過飽和吸
収の性質を有しており、ここで議論するCOD付近のレ
ベルではキャリアの非注入のための光吸収増大といった
問題は小さい。
いられる直接遷移型の半導体は、入射光強度に対して吸
収係数が変化し、ある程度以上では透明となる過飽和吸
収の性質を有しており、ここで議論するCOD付近のレ
ベルではキャリアの非注入のための光吸収増大といった
問題は小さい。
【0023】端面部電流非注入レーザの端面における発
振光の吸収に関して制御可能な因子として重要なのは、
発振波長すなわち利得のピークを極力、長波長方向にシ
フトさせることである。本実施例のような端面出射型レ
ーザでは、共振器方向にキャリアの損失を受けるため、
一般にバンド端より10nm程度長波長側に利得のピー
クが立つ。
振光の吸収に関して制御可能な因子として重要なのは、
発振波長すなわち利得のピークを極力、長波長方向にシ
フトさせることである。本実施例のような端面出射型レ
ーザでは、共振器方向にキャリアの損失を受けるため、
一般にバンド端より10nm程度長波長側に利得のピー
クが立つ。
【0024】端面部電流非注入レーザにおいてこれより
さらに利得のピークを長波長側にシフトさせることがで
きれば、前述した温度上昇が抑制されることによる端面
部のバンドギャップの短波長側へのシフト効果と重な
り、端面部の光吸収を激減させることができる。バンド
端と利得のピーク差が20nm程度になれば、疑似的に
窓構造と同等レベルまでCODレベルを改善できる。ピ
ーク差が20nm以下であっても、端面部の光吸収を減
らせるため、信頼性に関しては、格段の向上が得られ
る。
さらに利得のピークを長波長側にシフトさせることがで
きれば、前述した温度上昇が抑制されることによる端面
部のバンドギャップの短波長側へのシフト効果と重な
り、端面部の光吸収を激減させることができる。バンド
端と利得のピーク差が20nm程度になれば、疑似的に
窓構造と同等レベルまでCODレベルを改善できる。ピ
ーク差が20nm以下であっても、端面部の光吸収を減
らせるため、信頼性に関しては、格段の向上が得られ
る。
【0025】ここで、利得のピークを長波長側にシフト
する方法としては、 (1) 発振時の電流密度、キャリア密度を小さくする。 (2) 結晶成長条件を最適化する。 という方法が挙げられる。
する方法としては、 (1) 発振時の電流密度、キャリア密度を小さくする。 (2) 結晶成長条件を最適化する。 という方法が挙げられる。
【0026】(1) の方法は注入キャリア密度を減らすほ
ど利得のピークが長波長側にシフトするという利得の特
性を利用したものであり、具体的に本発明者らが効果を
見出したものとして、高反射コートの採用、活性層厚の
最適化、さらに片端面部のみに電流非注入領域を設ける
ことが挙げられる。高反射コートは反射損失を低減でき
るため、電流密度,キャリア密度の低減に効果がある。
自然へき開面よりも反射率が高ければ効果は得られる
が、十分な効果を得るためには80%以上の反射率が望
ましい。本実施例では片側95%とすることで、しきい
電流値は20%低減できた。光の出射側においては、し
きい電流値を大きく上げない範囲で、端面内部光密度を
低減する目的で反射率を下げることは問題ない。
ど利得のピークが長波長側にシフトするという利得の特
性を利用したものであり、具体的に本発明者らが効果を
見出したものとして、高反射コートの採用、活性層厚の
最適化、さらに片端面部のみに電流非注入領域を設ける
ことが挙げられる。高反射コートは反射損失を低減でき
るため、電流密度,キャリア密度の低減に効果がある。
自然へき開面よりも反射率が高ければ効果は得られる
が、十分な効果を得るためには80%以上の反射率が望
ましい。本実施例では片側95%とすることで、しきい
電流値は20%低減できた。光の出射側においては、し
きい電流値を大きく上げない範囲で、端面内部光密度を
低減する目的で反射率を下げることは問題ない。
【0027】図2に、活性層厚と発振波長との関係を示
す。活性層厚が0.04μm以下では発振波長の短波長
化が始まる。これは、光のしみ出しが大きくなり、しき
い電流密度が大きくなること、活性層の薄膜化によるキ
ャリア密度の増加に伴う本質的な利得のピークの振舞い
のためである。よって、活性層厚は0.04μm以上が
望ましい。一方、0.1μm以上となるとしきい電流密
度自身の上昇が急激になり、また活性層内部の光密度も
上昇するため、CODレベルは低下し、本実施例のよう
な端面部電流非注入レーザによる高出力化は困難にな
る。よって、活性層厚は0.1μm以下とするのが望ま
しい。
す。活性層厚が0.04μm以下では発振波長の短波長
化が始まる。これは、光のしみ出しが大きくなり、しき
い電流密度が大きくなること、活性層の薄膜化によるキ
ャリア密度の増加に伴う本質的な利得のピークの振舞い
のためである。よって、活性層厚は0.04μm以上が
望ましい。一方、0.1μm以上となるとしきい電流密
度自身の上昇が急激になり、また活性層内部の光密度も
上昇するため、CODレベルは低下し、本実施例のよう
な端面部電流非注入レーザによる高出力化は困難にな
る。よって、活性層厚は0.1μm以下とするのが望ま
しい。
【0028】上述した方法によれば、電流非注入領域で
も損失を小さくできるため、しきい値の上昇などは起き
にくいが、へき開の容易さなどを考慮すると、非注入領
域を片端面に設けるのが望ましい。
も損失を小さくできるため、しきい値の上昇などは起き
にくいが、へき開の容易さなどを考慮すると、非注入領
域を片端面に設けるのが望ましい。
【0029】(2) の方法に関して本発明者らは、主面の
軸方向が[100]から[001]方向に傾斜した基板
を用いることで顕著な効果を見出した。図3に、基板表
面の傾斜角度と、発振波長とPL波長(バンド端に相
当)の差との関係を示す。通常10nmのところが、2
°以上傾斜すると15nmと大きくなった。この理由は
明確には明らかではないが、自然超格子の無秩序化と関
与した現象であると考えられる。
軸方向が[100]から[001]方向に傾斜した基板
を用いることで顕著な効果を見出した。図3に、基板表
面の傾斜角度と、発振波長とPL波長(バンド端に相
当)の差との関係を示す。通常10nmのところが、2
°以上傾斜すると15nmと大きくなった。この理由は
明確には明らかではないが、自然超格子の無秩序化と関
与した現象であると考えられる。
【0030】このように構造パラメータの最適化を行っ
た図1の実施例レーザは、共振器長を400μmとした
場合でしきい値50mAで発振し、100mWまでCO
Dを起こさなかった。図4に、通常のレーザ,端面部電
流非注入構造レーザ,及び高反射コートした端面部電流
非注入構造レーザの信頼性を示す。50℃,20mWの
条件で通常のレーザは数百時間で劣化し、非注入レーザ
でも1000時間で劣化したのに対し、高反射コートし
た非注入レーザでは2000時間以上安定した動作を続
けている。
た図1の実施例レーザは、共振器長を400μmとした
場合でしきい値50mAで発振し、100mWまでCO
Dを起こさなかった。図4に、通常のレーザ,端面部電
流非注入構造レーザ,及び高反射コートした端面部電流
非注入構造レーザの信頼性を示す。50℃,20mWの
条件で通常のレーザは数百時間で劣化し、非注入レーザ
でも1000時間で劣化したのに対し、高反射コートし
た非注入レーザでは2000時間以上安定した動作を続
けている。
【0031】このように本実施例によれば、端面部電流
非注入の構造に加え、一方の端面に高反射コート23を
形成し、さらに基板11の面方位,活性層14の膜厚等
を最適化することにより、発振波長を長波長側にシフト
させることができる。このため、端面部での光吸収を抑
制してCODレベルの向上をはかり、高出力化と共に信
頼性の向上をはかることができる。
非注入の構造に加え、一方の端面に高反射コート23を
形成し、さらに基板11の面方位,活性層14の膜厚等
を最適化することにより、発振波長を長波長側にシフト
させることができる。このため、端面部での光吸収を抑
制してCODレベルの向上をはかり、高出力化と共に信
頼性の向上をはかることができる。
【0032】図5は、本発明の第2の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。この実施例
が先に説明した第1の実施例と異なる点は、回折格子を
用いた分布帰還型(DFB)構造として、波長をより積
極的に長波長側にシフトしたことにある。
導体レーザの概略構成を示す断面図である。この実施例
が先に説明した第1の実施例と異なる点は、回折格子を
用いた分布帰還型(DFB)構造として、波長をより積
極的に長波長側にシフトしたことにある。
【0033】図中51は[100]から[001]方向
に5°傾けたn−GaAs基板であり、この基板51上
にはn−GaAsバッファ層52が形成されている。バ
ッファ層52上には、n−InGaAlPクラッド層5
3,InGaP活性層54,p−In0.5 (Ga0.65A
l0.35)0.5 P第1光ガイド層55,p−In0.5 (G
a0.9 Al0.1 )0.5 P第2光ガイド層56,及びp−
InGaAlPクラッド層57からなるダブルヘテロ接
合構造部が形成されている。クラッド層57上にはp−
In0.5 Ga0.5 Pキャップ層58(Znドープ,1×
1018cm-3)が形成されている。
に5°傾けたn−GaAs基板であり、この基板51上
にはn−GaAsバッファ層52が形成されている。バ
ッファ層52上には、n−InGaAlPクラッド層5
3,InGaP活性層54,p−In0.5 (Ga0.65A
l0.35)0.5 P第1光ガイド層55,p−In0.5 (G
a0.9 Al0.1 )0.5 P第2光ガイド層56,及びp−
InGaAlPクラッド層57からなるダブルヘテロ接
合構造部が形成されている。クラッド層57上にはp−
In0.5 Ga0.5 Pキャップ層58(Znドープ,1×
1018cm-3)が形成されている。
【0034】ここで、光ガイド層55,56を除くダブ
ルヘテロ接合の各層及びキャップ層58における組成や
不純物ドーピング量等は先の第1の実施例と同様に設定
されている。活性層54のPL波長(バンド端に相当す
る)は660nmであるが、第2光ガイド層56に形成
された回折格子の周期は680nmに結合するように設
定されている。
ルヘテロ接合の各層及びキャップ層58における組成や
不純物ドーピング量等は先の第1の実施例と同様に設定
されている。活性層54のPL波長(バンド端に相当す
る)は660nmであるが、第2光ガイド層56に形成
された回折格子の周期は680nmに結合するように設
定されている。
【0035】ストライプ部を除いたダブルヘテロ構造部
上には、n−GaAs電流狭窄層59が形成され、この
電流狭窄層59及びキャップ層59上には、p−GaA
sコンタクト層60が形成されている。電流狭窄層59
は接合平面平行方向にストライプを形成している。ま
た、図のように、前面端面上にも形成されており、端面
部電流非注入構造となっている。電流非注入領域の長さ
は25μmとした。そして、コンタクト層60の上面に
p側電極61が形成され、基板51の下面にn側電極6
2が形成されている。さらに、後面には95%の高反射
コート63が形成されている。
上には、n−GaAs電流狭窄層59が形成され、この
電流狭窄層59及びキャップ層59上には、p−GaA
sコンタクト層60が形成されている。電流狭窄層59
は接合平面平行方向にストライプを形成している。ま
た、図のように、前面端面上にも形成されており、端面
部電流非注入構造となっている。電流非注入領域の長さ
は25μmとした。そして、コンタクト層60の上面に
p側電極61が形成され、基板51の下面にn側電極6
2が形成されている。さらに、後面には95%の高反射
コート63が形成されている。
【0036】本実施例では、利得のピークを長波長側に
シフトする方法として、DFB構造を積極的に採用し、
分布帰還を構成する回折格子の結合波長とバンド端との
ピーク差をエネルギー換算で50meVに設定してい
る。この構造によって、容易に端面部の光吸収を防止で
きる発振波長を設定することができる。図6に、回折格
子の結合波長とバンド端のピーク差と、CODレベルと
の関係を示す。ピーク差が35meV以下では15mW
程度にCODが存在するのに対して、35meV以上で
はCODは殆ど起こさなかった。
シフトする方法として、DFB構造を積極的に採用し、
分布帰還を構成する回折格子の結合波長とバンド端との
ピーク差をエネルギー換算で50meVに設定してい
る。この構造によって、容易に端面部の光吸収を防止で
きる発振波長を設定することができる。図6に、回折格
子の結合波長とバンド端のピーク差と、CODレベルと
の関係を示す。ピーク差が35meV以下では15mW
程度にCODが存在するのに対して、35meV以上で
はCODは殆ど起こさなかった。
【0037】利得のピークを長波長側にシフトさせる他
の方法としては、第1の実施例でも説明したように、発
振時の電流密度,キャリア密度を小さくする方法、さら
には結晶成長条件を最適化する方法が挙げられる。本実
施例でもこれらの方法を採用することにより、より一層
の長波長化を可能としている。
の方法としては、第1の実施例でも説明したように、発
振時の電流密度,キャリア密度を小さくする方法、さら
には結晶成長条件を最適化する方法が挙げられる。本実
施例でもこれらの方法を採用することにより、より一層
の長波長化を可能としている。
【0038】このように構造パラメータの最適化を行っ
た図5の実施例レーザは、共振器長を400μmとした
場合でしきい値55mAで発振し、120mWまでCO
Dを起こさなかった。
た図5の実施例レーザは、共振器長を400μmとした
場合でしきい値55mAで発振し、120mWまでCO
Dを起こさなかった。
【0039】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、活性層としてInGa
Pを用いたが、InGaAlPの四元混晶を用いてもよ
い。さらに、活性層及びクラッド層として、As,N,
Zn,Se,B等を含む他の材料を用いてもよい。ま
た、レーザ構造は、図1,図5に示す構造に限定される
ものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。ま
た、発振波長の制御に関しても、DFBに限らずレーザ
外部に波長制御構造を組み合わる構造であれば適用する
ことが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
れるものではない。実施例では、活性層としてInGa
Pを用いたが、InGaAlPの四元混晶を用いてもよ
い。さらに、活性層及びクラッド層として、As,N,
Zn,Se,B等を含む他の材料を用いてもよい。ま
た、レーザ構造は、図1,図5に示す構造に限定される
ものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。ま
た、発振波長の制御に関しても、DFBに限らずレーザ
外部に波長制御構造を組み合わる構造であれば適用する
ことが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、端
面部を電流非注入構造にした半導体レーザにおいて、利
得のピーク波長を長波長側にシフトさせ、端面部での光
吸収を抑制することにより、CODレベルが高く、且つ
高出力化特性にも十分に優れた半導体レーザ装置を実現
することが可能となる。
面部を電流非注入構造にした半導体レーザにおいて、利
得のピーク波長を長波長側にシフトさせ、端面部での光
吸収を抑制することにより、CODレベルが高く、且つ
高出力化特性にも十分に優れた半導体レーザ装置を実現
することが可能となる。
【図1】第1の実施例に係わる半導体レーザの概略構成
を一部切欠して示す斜視図、
を一部切欠して示す斜視図、
【図2】活性層厚と発振波長との関係を示す特性図、
【図3】傾斜角度と発振波長とPLの差の関係を示す特
性図、
性図、
【図4】実施例レーザの信頼性を従来レーザと比較して
示す特性図、
示す特性図、
【図5】第2の実施例に係わる半導体レーザの概略構成
を示す断面図、
を示す断面図、
【図6】回折格子の結合波長とバンド端とのピーク差
と、CODレベルとの関係を示す特性図。
と、CODレベルとの関係を示す特性図。
11,51…n−GaAs基板、 12,52…n−GaAsバッファ層、 13,53…n−InGaAlPクラッド層、 14,54…InGaP活性層、 15,17,57…p−InGaAlPクラッド層、 16…p−InGaPエッチング停止層、 18,58…p−InGaPキャップ層、 19,59…n−GaAs電流狭窄層、 20,60…p−GaAsコンタクト層、 21,22,61,62…電極、 23,63…高反射コート、 55,56…p−InGaAlP光ガイド層。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年1月31日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0001
【補正方法】変更
【補正内容】
【0001】本発明は、化合物半導体材料を用いた半導
体レーザ装置に係わり、特に共振器方向端面部に電流非
注入領域(阻止領域)を設けた半導体レーザ装置に関す
る。
体レーザ装置に係わり、特に共振器方向端面部に電流非
注入領域(阻止領域)を設けた半導体レーザ装置に関す
る。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】即ち本発明は、化合物半導体基板上に設け
られた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ
構造部と、このダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面部に設けられた電流阻止領域とを備えた
端面部電流非注入構造(電流阻止構造)の半導体レーザ
装置において、ダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面に高反射手段(例えば高反射コート)を
設けるようにしたものである。
られた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ
構造部と、このダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面部に設けられた電流阻止領域とを備えた
端面部電流非注入構造(電流阻止構造)の半導体レーザ
装置において、ダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の
共振器方向端面に高反射手段(例えば高反射コート)を
設けるようにしたものである。
Claims (4)
- 【請求項1】化合物半導体基板上に設けられた、活性層
をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ構造部と、この
ダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の共振器方向端面
部に設けられた電流非注入領域と、前記ダブルヘテロ構
造部の少なくとも一方の共振器方向端面に設けられた高
反射コートとを具備してなることを特徴とする半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項2】前記活性層の厚さは、0.04μm以上で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装
置。 - 【請求項3】前記半導体基板は[100]方向から[0
01]方向に2°以上傾斜させたGaAs基板であり、
前記ダブルヘテロ構造部はInGaAlP系材料からな
ることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項4】化合物半導体基板上に設けられた、活性層
をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ構造部と、この
ダブルヘテロ構造部の少なくとも一方の共振器方向端面
部に設けられた電流非注入領域と、前記活性層における
発振波長を該活性層のバンドギャップよりも35meV
以上小さいバンドギャップに相当する長波長側に制御す
る波長制御構造部とを具備してなることを特徴とする半
導体レーザ装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27291091A JP3242955B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 半導体レーザ装置 |
US07/962,725 US5343486A (en) | 1991-10-21 | 1992-10-19 | Semiconductor laser device |
EP92309577A EP0539162B1 (en) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | Semiconductor laser device |
DE69223737T DE69223737T2 (de) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | Halbleiterlaser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27291091A JP3242955B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05114765A true JPH05114765A (ja) | 1993-05-07 |
JP3242955B2 JP3242955B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=17520464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27291091A Expired - Fee Related JP3242955B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5343486A (ja) |
EP (1) | EP0539162B1 (ja) |
JP (1) | JP3242955B2 (ja) |
DE (1) | DE69223737T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07263811A (ja) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ装置 |
DE4412859C1 (de) * | 1994-04-14 | 1994-11-10 | Vdo Schindling | Zielführungsanzeige |
JPH09139550A (ja) * | 1995-11-16 | 1997-05-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置の製造方法、及び半導体レーザ装置 |
DE69723009T2 (de) * | 1996-09-06 | 2004-05-06 | Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi | Halbleiterlaservorrichtung |
AUPO797897A0 (en) * | 1997-07-15 | 1997-08-07 | Silverbrook Research Pty Ltd | Media device (ART18) |
GB2346735B (en) | 1999-02-13 | 2004-03-31 | Sharp Kk | A semiconductor laser device |
JP2001266389A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-09-28 | Tdk Corp | 近接場光を用いる光ヘッド |
JP2002076502A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
DE10061701A1 (de) * | 2000-12-12 | 2002-06-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser mit lateraler Stromführung und Verfahren zu dessen Herstellung |
JP2003133638A (ja) * | 2001-08-14 | 2003-05-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子及びレーザモジュール |
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