JPH05160502A - 面発光型半導体レーザ装置 - Google Patents

面発光型半導体レーザ装置

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JPH05160502A
JPH05160502A JP32041591A JP32041591A JPH05160502A JP H05160502 A JPH05160502 A JP H05160502A JP 32041591 A JP32041591 A JP 32041591A JP 32041591 A JP32041591 A JP 32041591A JP H05160502 A JPH05160502 A JP H05160502A
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JP
Japan
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layer
laser device
semiconductor laser
type
substrate
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JP32041591A
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English (en)
Inventor
Masayuki Hata
雅幸 畑
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は単一の直線偏光のレーザ光を安定に
発振する量子井戸構造の面発光型半導体レーザ装置を提
供することが目的である。 【構成】 量子井戸構造の活性層4を構成する井戸層4
aは、せん亜鉛鉱型結晶構造またはダイヤモンド型結晶
構造の材料から形成され、且つその上面及び下面を(1
10)面とした構成で、引っ張り歪みを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、量子井戸構造の面発光
型半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】量子井戸構造の活性層をもつ半導体レー
ザ装置は、バルク構造の活性層をもつ半導体レーザ装置
に比較して閾値電流が低減できると考えられており、活
発に研究が行われている。
【0003】従来、(001)基板面上にIII−V族半
導体からなる量子井戸構造の活性層を有する面発光型半
導体レーザ装置が主に研究されてきたが、近年、(11
1)または(110)基板面上に前記活性層を有する半
導体レーザ装置も良好な特性をもつことが報告されてい
る。例えば、Japanese Journal of Applied PhysicsVol
30,P1944〜P1945において、(110)基板面上に歪み
のない量子井戸構造の活性層をもつ面発光型半導体レー
ザ装置について記載されている。
【0004】斯る半導体レーザ装置は、その活性層が例
えばGaAsからなる井戸層とAl 0.3Ga0.7Asから
なる障壁層とから構成される多重量子井戸構造の場合、
活性層がGaAsバルクの場合に比べて、閾値電流が低
減できると共に[1−10]、及び[001]軸方向の
直線偏光に対する振動子強度がそれぞれ1.63倍、
1.38倍となり、光出力特性も改善されるものであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯る半
導体レーザ装置は、[1−10]軸方向の直線偏光の振
動子強度と、[001]軸方向の直線偏光に対する振動
子強度とは、振動子強度の比が1.16倍である上記例
でも示すように、これら振動子強度の差が小さい。この
ため、レーザ光出力閾値付近でレーザ装置を駆動する
際、[1−10]または[001]軸方向の直線偏光の
光(偏波モード)のどちらか一方に固定されて出力され
ず、偏波モード間を揺らぐため偏波モードが不安定とな
る。又、高速変調時における駆動電流の変化によって偏
波モードが不安定になるといった問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の基板上面に井戸
層と障壁層からなる量子井戸構造の活性層を含む半導体
層を有する半導体レーザ装置は、該活性層はせん亜鉛鉱
型結晶構造またはダイヤモンド型結晶構造の材料からな
り、且つ該井戸層の上面及び下面が(110)面であ
り、且つ該井戸層は引っ張り歪みを有することを特徴と
し、特に、前記基板がせん亜鉛鉱型結晶構造またはダイ
ヤモンド型結晶構造の材料からなり、該基板上面が(1
10)面であることを特徴とする。
【0007】
【作用】せん亜鉛鉱型結晶構造またはダイヤモンド型結
晶構造の材料からなり、引っ張り歪をもつ井戸層の上面
及び下面を(110)面とすると、[1−10]軸方向
の直線偏光の振動子強度と、[001]軸方向の直線偏
光の振動子強度との差が大きくなる。
【0008】特に、基板がせん亜鉛鉱型結晶構造または
ダイヤモンド型結晶構造の材料からなり、該基板上面が
(110)面であると、上面及び下面が(110)面で
あり、且つ引っ張り歪みをもつ井戸層を容易に形成でき
る。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例について図面を参照しつつ
説明する。図1は本実施例の面発光型半導体レーザ装置
を示す断面図である。
【0010】1はn型InPからなる基板である。この
基板1の(110)面上には、n型Al0.48In0.52
s膜とInP膜との25ペアからなる3μm厚の反射層
2、0.5μm厚のn型Al0.48In0.52Asクラッド
層3がこの順次に形成されている。この反射層2、及び
n型クラッド層3を構成するn型、及びp型AlUIn
1-UAsは基板1との格子定数が一致するように組成比
Uが0.48に設定されている。従って、前記基板1、
反射層2、及びn型クラッド層3を構成する材料の格子
定数は一致しているのである。
【0011】図2に示すように前記n型クラッド層3上
には、GaXIn1-XAsからなる上面及び下面が(11
0)面であり、且つ引っ張り歪みをもつ6.5nm厚の
井戸層4aとAl0.48IIn0.52Asからなる10nm
厚の上面及び下面が(110)面である障壁層4bが交
互に積層されて井戸層4aが障壁層4b間に構成される
多重井戸構造をもつ全厚1μm厚の活性層4が形成され
ている。ここで、障壁層4bの格子定数も前記基板1等
と一致している。
【0012】前記活性層4上には、中心部に突出部を有
するp型Al0.48In0.52Asからなるクラッド層5が
形成されており、該突出部は例えば0.7μm厚であ
り、突出部以外の部分は例えば0.2μm厚である。前
記p型クラッド層5の突出部上には、p型InPからな
る0.5μmのキャップ層6が形成されている。
【0013】前記p型クラッド層5の突出部及びキャッ
プ層6を囲む態様で、該p型クラッド層5上にn型In
Pからなる電流狭窄層7、p型InPからなる電流狭窄
層8がこの順に形成されている。
【0014】尚、本実施例では、基板1、又n型クラッ
ド層3、p型クラッド層5、活性層4、・・・電流狭窄
層8の半導体層の材料はせん亜鉛鉱型結晶構造である。
【0015】前記GaXIn1-XAsは、その組成比Xを
X>0.47とする場合に、その格子定数がAl0.48
0.52Asの格子定数より小さくなる。このGaXIn
1-XAs(X>0.47)からなる井戸層とAl0.48
0.52Asからなる障壁層を上述のように交互に格子整
合させて活性層を形成すると、GaXIn1-XAs(X>
0.47)からなる井戸層に引っ張り歪みが発生して、
図3に示すように井戸層4a中の振動子強度が偏光方向
に関して異なるようになるのである。尚、この図で示さ
れる振動子強度は活性層がバルクである場合で規格化さ
れている。
【0016】この図3から、特にX=0.75の場合、
[001]軸方向に直線偏光した光に対する光学遷移の
振動子強度は[1−10]軸方向に直線偏光した光に対
する光学遷移の振動子強度の約4倍となり、X=0.7
7の場合、約500倍となることが判る。
【0017】この現象は、せん亜鉛鉱型結晶構造の材料
からなり、上面及び下面が(110)面となる井戸層に
引っ張り歪みが発生することにより、重い正孔バンドエ
ネルギー準位と軽い正孔バンドエネルギー準位の混合、
即ちJZ=3/2の準位とJZ=−1/2の準位の混合、
及びJZ=−3/2の準位とJZ=1/2の準位の混合が
大きくなることに起因する。更に詳しく述べると、この
系のハミルトニアンに対する対角項の大きさを前記引っ
張り歪み量を変化させて小さくすることに対応するので
ある。
【0018】斯る半導体レーザ装置は、井戸層4aを構
成するGaXIn1-XAsの組成比XをX>0.71程度
にすることにより、活性層が引っ張り歪みのない量子井
戸構造である場合に比べて、[001]軸方向に直線偏
光した光に対する光学遷移の振動子強度を[1−10]
軸方向に直線偏光した光に対する光学遷移の振動子強度
よりも大きくできるので、偏波モードが安定する。特
に、X≧0.75、望ましくはX=0.77近傍の場合
に偏波モードが安定し、[001]軸方向に直線偏光し
た光のみが安定して発振する。尚、X>0.75程度の
場合も偏波モードが安定するが、0.71<X≦0.7
7程度の場合には振動子強度が大きく、レーザ光出力も
大きくなるので望ましい。
【0019】又、上記井戸層の厚みを小さくすると、上
記より大きなXの値で偏波モードが安定するので、井戸
層の厚み等によってXの値を設定する必要がある。
【0020】次に、斯る半導体レーザ装置の製造方法に
ついて説明する。
【0021】最初に、有機金属気相エピタキシー法また
は有機金属分子線エピタキシー法により、n型InPか
らなる基板1上にn型Al0.48In0.52As層とInP
層を交互に積層して25ペアからなる3μm厚の反射層
2、0.5μm厚のn型Al 0.48In0.52Asクラッド
層3、10nm厚のAl0.48In0.52As障壁層4bと
6.5nm厚のGaXIn1-XAs井戸層(0.71<
X)4aを交互に積層してなる1μm厚の量子井戸構造
の活性層4、0.7μm厚のp型Al0.48In0. 52As
クラッド層5、及び0.5μm厚のp型InPキャップ
層6をこの順に形成する。
【0022】次に、前記p型キャップ層6上に直径7μ
mのSiO2マスクをスパッタリング法、電子ビーム蒸
着法、又は熱CVD法とエッチング技術を用いて形成し
た後、このマスクを施した状態で反応性エッチングによ
りp型キャップ層6、及び活性層4が露出しない程度
に、例えば0.5μmだけpクラッド層5をエッチング
して、p型クラッド層5に突出部を形成する。
【0023】続いて、前記突出部を囲むように0.7μ
mのn型InP電流ブロック層7、0.3μmのp型I
nP電流ブロック層8を選択成長する。
【0024】本製造方法では、(110)基板上に半導
体材料からなる層(半導体層)をエピタキシー成長する
ので、クラッド層、障壁層、・・・等を基板と同じ格子
定数をもつ結晶構造及びそれらの層の上面及び下面を
(110)面にでき、この結果、井戸層の上面及び下面
を(110)面に容易にすることができる。更に前記井
戸層に引っ張り歪みを容易に発生させることがきる。
【0025】本発明の半導体レーザ装置に係る半導体材
料に上記実施例に限定されず、例えばGaAs基板(1
10)面上にGaInPからなる井戸層とAlGaIn
Pからなる障壁層の多重量子井戸構造の活性層を含むる
半導体層を構成するようにしてもよく、またGaInA
sP系を用いてもよく、更には井戸層がせん亜鉛鉱型結
晶構造またはダイヤモンド型結晶構造の半導体材料から
なり、その上面及び下面が(110)面であれば、前記
井戸層材料の組成比を適宜選択して引っ張り歪みを発生
させることにより、[001]と[1−10]軸方向の
直線偏光方向に対する振動子強度の差を大きくできるの
で、偏波モードの安定化が図れる。尚、基板、井戸層以
外の半導体層、例えば障壁層が歪みを有していてもよ
く、またその上面及び下面が(110)面でなくともよ
く、適宜変更可能である。
【0026】本発明の面発光型半導体レーザ装置は、せ
ん亜鉛鉱型結晶構造、またはダイヤモンド型結晶構造か
らなり、引っ張り歪みを有する井戸層の上面及び下面を
(110)面と構成するので、偏波モードが安定する
【0027】
【発明の効果】本発明の面発光型半導体レーザ装置は、
せん亜鉛鉱型結晶構造、またはダイヤモンド型結晶構造
からなり、引っ張り歪みを有する井戸層の上面及び下面
を(110)面を構成するので、単一の直線偏光のレー
ザ光を安定に発振でき、偏波モードを安定化することが
できる。
【0028】また、基板がせん亜鉛鉱型結晶構造、また
はダイヤモンド型結晶構造からなり、その上面が(11
0)面であると、井戸層の上面及び下面を容易に(11
0)面とすることができ、また井戸層に引っ張り歪みを
容易に導入できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置の断
面図である。
【図2】上記半導体レーザ装置の活性層の断面図であ
る。
【図3】振動子強度とGaXIn1-XAsの組成比Xの関
係を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 4 活性層 4a 井戸層 4b 障壁層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上面に、井戸層と障壁層からなる量
    子井戸構造の活性層を含む半導体層を有する面発光型半
    導体レーザ装置において、該井戸層はせん亜鉛鉱型結晶
    構造またはダイヤモンド型結晶構造の材料からなり、且
    つ該井戸層の上面及び下面が(110)面であり、且つ
    該井戸層は引っ張り歪みを有することを特徴とする面発
    光型半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記基板がせん亜鉛鉱型結晶構造または
    ダイヤモンド型結晶構造の材料からなり、該基板上面が
    (110)面であることを特徴とする請求項1記載の面
    発光型半導体レーザ装置。
JP32041591A 1991-12-04 1991-12-04 面発光型半導体レーザ装置 Pending JPH05160502A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5778018A (en) * 1994-10-13 1998-07-07 Nec Corporation VCSELs (vertical-cavity surface emitting lasers) and VCSEL-based devices

Cited By (2)

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US5778018A (en) * 1994-10-13 1998-07-07 Nec Corporation VCSELs (vertical-cavity surface emitting lasers) and VCSEL-based devices
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