JPH06260716A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH06260716A JPH06260716A JP5041492A JP4149293A JPH06260716A JP H06260716 A JPH06260716 A JP H06260716A JP 5041492 A JP5041492 A JP 5041492A JP 4149293 A JP4149293 A JP 4149293A JP H06260716 A JPH06260716 A JP H06260716A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- saturable absorption
- absorption layer
- quantum well
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
- H01S5/0658—Self-pulsating
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低雑音特性を有する自励発振型の半導体レー
ザを提供する。 【構成】 基板１上にバッファ層２及びクラッド層３が
形成してある。クラッド層３の内部に歪量子井戸可飽和
吸収層６が挿入してあり、この歪量子井戸可飽和吸収層
６は、歪＋ 0.5〜 1.0％，膜厚 100ÅのＧａＩｎＰから
なる井戸層6bと、膜厚50ÅのＡｌＧａＩｎＰからなるバ
リア層6aとを交互に形成してなる。クラッド層３の上に
は歪ＭＱＷ活性層４が形成してあり、その上には前述と
同様の歪量子井戸可飽和吸収層６を備えるクラッド層５
が形成してある。クラッド層５上にはコンタクト層７が
形成してあり、リッジ状のクラッド層５上部及びコンタ
クト層７の両側はブロック層８，８にて埋め込んであ
る。ブロック層８，８及びコンタクト層７の上側にはキ
ャップ層９が形成してある。キャップ層９の上面にはｐ
電極10が、基板１の下面にはｎ電極11が夫々形成してあ
る。
ザを提供する。 【構成】 基板１上にバッファ層２及びクラッド層３が
形成してある。クラッド層３の内部に歪量子井戸可飽和
吸収層６が挿入してあり、この歪量子井戸可飽和吸収層
６は、歪＋ 0.5〜 1.0％，膜厚 100ÅのＧａＩｎＰから
なる井戸層6bと、膜厚50ÅのＡｌＧａＩｎＰからなるバ
リア層6aとを交互に形成してなる。クラッド層３の上に
は歪ＭＱＷ活性層４が形成してあり、その上には前述と
同様の歪量子井戸可飽和吸収層６を備えるクラッド層５
が形成してある。クラッド層５上にはコンタクト層７が
形成してあり、リッジ状のクラッド層５上部及びコンタ
クト層７の両側はブロック層８，８にて埋め込んであ
る。ブロック層８，８及びコンタクト層７の上側にはキ
ャップ層９が形成してある。キャップ層９の上面にはｐ
電極10が、基板１の下面にはｎ電極11が夫々形成してあ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低雑音を実現する自励
発振型の半導体レーザに関する。
発振型の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、小型軽量，高効率，高
応答速度，広い波長選択性等の優れた特性を有している
ことから、光ディスク，光通信，レーザプリンタ等の分
野への導入が盛んに進められている。中でも光ディスク
に使用される半導体レーザは、情報を読み取る際の戻り
光によって光出力が変動して誘起される雑音が大きな問
題であり、低雑音特性に対する要求が高い。半導体レー
ザとしては、シングル縦モードレーザ及びマルチ縦モー
ドレーザがある。シングル縦モードレーザは、定常動作
時の雑音は小さいが、戻り光によって出力が大きく変動
する。一方、マルチ縦モードレーザは、戻り光のような
外的要因の変動による雑音は発生しにくいが、発光点に
非点隔差があり、収束スポット径を小さくすることが困
難でありピックアップには不適切である。また消費電力
が大きいという問題がある。
応答速度，広い波長選択性等の優れた特性を有している
ことから、光ディスク，光通信，レーザプリンタ等の分
野への導入が盛んに進められている。中でも光ディスク
に使用される半導体レーザは、情報を読み取る際の戻り
光によって光出力が変動して誘起される雑音が大きな問
題であり、低雑音特性に対する要求が高い。半導体レー
ザとしては、シングル縦モードレーザ及びマルチ縦モー
ドレーザがある。シングル縦モードレーザは、定常動作
時の雑音は小さいが、戻り光によって出力が大きく変動
する。一方、マルチ縦モードレーザは、戻り光のような
外的要因の変動による雑音は発生しにくいが、発光点に
非点隔差があり、収束スポット径を小さくすることが困
難でありピックアップには不適切である。また消費電力
が大きいという問題がある。
【０００３】そこで戻り光による雑音特性を改善するた
めの方法として、半導体レーザ素子の可干渉性を低下さ
せ、戻り光が入射しても戻り光の位相に反応せず、影響
を受けにくくする方法があり、自励発振現象を利用した
自励発振型の半導体レーザの報告が種々なされている。
従来は、活性層の厚み又はクラッド層の厚み等の構造パ
ラメータを変えることにより、自励発振型の半導体レー
ザを得ていたが、この方法では雑音の低減に限界があ
る。そこで光吸収が大きい可飽和吸収層を挿入する方法
が提案されている。
めの方法として、半導体レーザ素子の可干渉性を低下さ
せ、戻り光が入射しても戻り光の位相に反応せず、影響
を受けにくくする方法があり、自励発振現象を利用した
自励発振型の半導体レーザの報告が種々なされている。
従来は、活性層の厚み又はクラッド層の厚み等の構造パ
ラメータを変えることにより、自励発振型の半導体レー
ザを得ていたが、この方法では雑音の低減に限界があ
る。そこで光吸収が大きい可飽和吸収層を挿入する方法
が提案されている。
【０００４】図８は、特開昭63−202083号公報に開示さ
れている従来の自励発振型の半導体レーザを示す模式的
断面図である。この半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板
21上にｎ−Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 Ａｓクラッド層22，アンド
ープＧａ0.86Ａｌ0.14Ａｓ活性層23，ｐ−Ｇａ0.5 Ａｌ
0.5 Ａｓクラッド層24，ｐ−Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ａｓモー
ド分離層25，ｐ−Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 Ａｓ選択エッチング
層26，ｐ−ＧａＡｓキャップ層27がこの順で積層してあ
る。ここでｐ−Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 Ａｓクラッド層24の上
部，ｐ−Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ａｓ層モード分離層25及びｐ
−Ｇａ0.5 Ａｌ 0.5 Ａｓ選択エッチング層26の両側はｎ
−ＧａＡｓ層28，28にて埋め込まれている。そして上
面，下面に電極29, 30を夫々形成して作成されている。
ここでｎ−ＧａＡｓ層28とアンドープＧａ0.86Ａｌ0.14
Ａｓ活性層23との間隔が 0.1〜 0.5μm であることによ
り良好な横基本モードを得ている。
れている従来の自励発振型の半導体レーザを示す模式的
断面図である。この半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板
21上にｎ−Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 Ａｓクラッド層22，アンド
ープＧａ0.86Ａｌ0.14Ａｓ活性層23，ｐ−Ｇａ0.5 Ａｌ
0.5 Ａｓクラッド層24，ｐ−Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ａｓモー
ド分離層25，ｐ−Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 Ａｓ選択エッチング
層26，ｐ−ＧａＡｓキャップ層27がこの順で積層してあ
る。ここでｐ−Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 Ａｓクラッド層24の上
部，ｐ−Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ａｓ層モード分離層25及びｐ
−Ｇａ0.5 Ａｌ 0.5 Ａｓ選択エッチング層26の両側はｎ
−ＧａＡｓ層28，28にて埋め込まれている。そして上
面，下面に電極29, 30を夫々形成して作成されている。
ここでｎ−ＧａＡｓ層28とアンドープＧａ0.86Ａｌ0.14
Ａｓ活性層23との間隔が 0.1〜 0.5μm であることによ
り良好な横基本モードを得ている。
【０００５】この半導体レーザでは、クラッド層の表面
（又は内部でもよい）にクラッド層よりも屈折率が大き
いか、又は光吸収が大きい層（図８におけるｐ−Ｇａ
0.8 Ａｌ0.2 Ａｓ層モード分離層25）を設けることによ
り、レーザの発振状態が複数のモードを取り得るように
なしてあり、これら２つのレーザスペクトル間のモード
の振動により自励発振が起こりやすくなり、戻り光雑音
に強いという特性が得られる。
（又は内部でもよい）にクラッド層よりも屈折率が大き
いか、又は光吸収が大きい層（図８におけるｐ−Ｇａ
0.8 Ａｌ0.2 Ａｓ層モード分離層25）を設けることによ
り、レーザの発振状態が複数のモードを取り得るように
なしてあり、これら２つのレーザスペクトル間のモード
の振動により自励発振が起こりやすくなり、戻り光雑音
に強いという特性が得られる。
【０００６】また活性層をＭＱＷ（Ｍulti Ｑuantum
Ｗell;多重量子井戸）構造とした自励型の半導体レーザ
が提案されている（電子情報通信学会技術研究報告，信
学技報，vol.88,No.4,ＯＱＥ８８−５, pp33〜38）。こ
の半導体レーザは、光導波路である活性層をＭＱＷ構造
とすることにより、自励発振周波数を制御している。こ
の半導体レーザでは、注入キャリアに対する屈折率変化
が小さいため最大光出力を通常のものの２倍以上にする
ことができる。また、量子効果により低閾電流密度動作
が可能となり低消費電力につながる。さらに温度依存性
の改善が可能であり、高信頼性が得られる。以上より低
雑音高出力特性を有する半導体レーザの実現が可能であ
る。
Ｗell;多重量子井戸）構造とした自励型の半導体レーザ
が提案されている（電子情報通信学会技術研究報告，信
学技報，vol.88,No.4,ＯＱＥ８８−５, pp33〜38）。こ
の半導体レーザは、光導波路である活性層をＭＱＷ構造
とすることにより、自励発振周波数を制御している。こ
の半導体レーザでは、注入キャリアに対する屈折率変化
が小さいため最大光出力を通常のものの２倍以上にする
ことができる。また、量子効果により低閾電流密度動作
が可能となり低消費電力につながる。さらに温度依存性
の改善が可能であり、高信頼性が得られる。以上より低
雑音高出力特性を有する半導体レーザの実現が可能であ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが可飽和吸収層
を形成した自励発振型の半導体レーザでは、本願発明者
の実験結果によると、可飽和吸収層のバンドギャップが
活性層のバンドギャップよりかなり小さい場合には閾値
電流が大きくなり、また可飽和吸収層のバンドギャップ
が活性層のバンドギャップよりかなり大きい場合には可
飽和吸収層が発振光に対して透明状態となって光吸収が
不十分となり、自励発振が起こらない虞があった。これ
を解決するためには、可飽和吸収層のバンドギャップエ
ネルギを活性層のバンドギャップエネルギ、即ち発振波
長エネルギに略等しくすることが不可欠であることが判
った。
を形成した自励発振型の半導体レーザでは、本願発明者
の実験結果によると、可飽和吸収層のバンドギャップが
活性層のバンドギャップよりかなり小さい場合には閾値
電流が大きくなり、また可飽和吸収層のバンドギャップ
が活性層のバンドギャップよりかなり大きい場合には可
飽和吸収層が発振光に対して透明状態となって光吸収が
不十分となり、自励発振が起こらない虞があった。これ
を解決するためには、可飽和吸収層のバンドギャップエ
ネルギを活性層のバンドギャップエネルギ、即ち発振波
長エネルギに略等しくすることが不可欠であることが判
った。
【０００８】しかしながら、可飽和吸収層がバルク構造
（層厚が量子効果を生じない数百Å以上）である場合に
は、可飽和吸収層の組成比を変えてそのバンドギャップ
の大きさを調整することにより、可飽和吸収層のバンド
ギャップエネルギを発振波長エネルギに略等しくするこ
とになる。しかし、このように可飽和吸収層の組成比を
変化させる場合には、特にＡｌＧａＩｎＰ系又はＧａＩ
ｎＡｓＰ系半導体レーザ素子等においては、可飽和吸収
層の結晶中に結晶欠陥が生じ、高閾値電流になる等の半
導体レーザ素子の特性劣化が生じるという問題があっ
た。特に発振波長が短波長（例えば活性層がＭＱＷ構造
とする場合）である場合、バルク構造の可飽和吸収層で
は発振波長エネルギにほぼ等しくすることが困難であっ
た。即ち、組成比だけで可飽和吸収層のバンドギャップ
エネルギを制御することは困難であった。
（層厚が量子効果を生じない数百Å以上）である場合に
は、可飽和吸収層の組成比を変えてそのバンドギャップ
の大きさを調整することにより、可飽和吸収層のバンド
ギャップエネルギを発振波長エネルギに略等しくするこ
とになる。しかし、このように可飽和吸収層の組成比を
変化させる場合には、特にＡｌＧａＩｎＰ系又はＧａＩ
ｎＡｓＰ系半導体レーザ素子等においては、可飽和吸収
層の結晶中に結晶欠陥が生じ、高閾値電流になる等の半
導体レーザ素子の特性劣化が生じるという問題があっ
た。特に発振波長が短波長（例えば活性層がＭＱＷ構造
とする場合）である場合、バルク構造の可飽和吸収層で
は発振波長エネルギにほぼ等しくすることが困難であっ
た。即ち、組成比だけで可飽和吸収層のバンドギャップ
エネルギを制御することは困難であった。
【０００９】また活性層をＭＱＷ構造とした自励発振型
の半導体レーザでは非点隔差が大きくなったり、低光出
力にてキンク（光出力−電流特性の非直線性）が生じる
という問題があった。本発明は、斯かる事情に鑑みてな
されたものであり、可飽和吸収層を量子井戸構造又は歪
量子井戸構造とすることにより、可飽和吸収層と活性層
のバンドギャップエネルギを合わせることが容易に行
え、低光出力にてキンクが生じにくく、低非点隔差であ
り、さらに従来と同程度の閾値電流が得られる自励型の
半導体レーザを提供することを目的とする。
の半導体レーザでは非点隔差が大きくなったり、低光出
力にてキンク（光出力−電流特性の非直線性）が生じる
という問題があった。本発明は、斯かる事情に鑑みてな
されたものであり、可飽和吸収層を量子井戸構造又は歪
量子井戸構造とすることにより、可飽和吸収層と活性層
のバンドギャップエネルギを合わせることが容易に行
え、低光出力にてキンクが生じにくく、低非点隔差であ
り、さらに従来と同程度の閾値電流が得られる自励型の
半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る半導体レ
ーザは、基板上に、一導電型クラッド層と、活性層と、
他導電型クラッド層とをこの順に備え、前記一導電型ク
ラッド層及び／又は前記他導電型クラッド層の上，下面
又は内部に可飽和吸収層を形成してなる自励発振型の半
導体レーザにおいて、前記可飽和吸収層として量子井戸
可飽和吸収層を形成してあることを特徴とする。
ーザは、基板上に、一導電型クラッド層と、活性層と、
他導電型クラッド層とをこの順に備え、前記一導電型ク
ラッド層及び／又は前記他導電型クラッド層の上，下面
又は内部に可飽和吸収層を形成してなる自励発振型の半
導体レーザにおいて、前記可飽和吸収層として量子井戸
可飽和吸収層を形成してあることを特徴とする。
【００１１】第２発明に係る半導体レーザは、基板上
に、一導電型クラッド層と、活性層と、他導電型クラッ
ド層とをこの順に備え、前記一導電型クラッド層及び／
又は前記他導電型クラッド層の上，下面又は内部に可飽
和吸収層を形成してなる自励発振型の半導体レーザにお
いて、前記可飽和吸収層として歪量子井戸可飽和吸収層
を形成してあることを特徴とする。
に、一導電型クラッド層と、活性層と、他導電型クラッ
ド層とをこの順に備え、前記一導電型クラッド層及び／
又は前記他導電型クラッド層の上，下面又は内部に可飽
和吸収層を形成してなる自励発振型の半導体レーザにお
いて、前記可飽和吸収層として歪量子井戸可飽和吸収層
を形成してあることを特徴とする。
【００１２】第３発明に係る半導体レーザは、第１，第
２発明において、前記活性層が量子井戸構造又は歪量子
井戸構造を有することを特徴とする。
２発明において、前記活性層が量子井戸構造又は歪量子
井戸構造を有することを特徴とする。
【００１３】
【作用】第１発明にあっては、可飽和吸収層を厚みが約
200Å以下である量子井戸構造とすることにより、この
範囲内で井戸層の厚み（以下井戸幅という）を制御すれ
ば、結晶欠陥等の問題が発生することなく可飽和吸収層
と活性層とのバンドギャップエネルギを容易に合わせる
ことが可能となる。例えば井戸幅を短くするとバンドギ
ャップエネルギは大きくなり、逆に井戸幅を長くすると
バンドギャップエネルギは長くなる。井戸層の数は、使
用材料及び井戸幅により決定されるものであり、単数又
は複数とすることが可能である。
200Å以下である量子井戸構造とすることにより、この
範囲内で井戸層の厚み（以下井戸幅という）を制御すれ
ば、結晶欠陥等の問題が発生することなく可飽和吸収層
と活性層とのバンドギャップエネルギを容易に合わせる
ことが可能となる。例えば井戸幅を短くするとバンドギ
ャップエネルギは大きくなり、逆に井戸幅を長くすると
バンドギャップエネルギは長くなる。井戸層の数は、使
用材料及び井戸幅により決定されるものであり、単数又
は複数とすることが可能である。
【００１４】第２発明にあっては、可飽和吸収層を歪量
子井戸構造とすることにより、井戸層に使用する化合物
半導体の構成比を変えて格子歪みを導入する方法と、前
述の井戸幅を制御する方法とにより可飽和吸収層と活性
層とのバンドギャップエネルギを容易に合わせることを
より精度良く行うことができる。また第１発明と同様、
井戸層の数は、使用材料及び井戸幅により決定されるも
のであり、単数又は複数とすることが可能である。
子井戸構造とすることにより、井戸層に使用する化合物
半導体の構成比を変えて格子歪みを導入する方法と、前
述の井戸幅を制御する方法とにより可飽和吸収層と活性
層とのバンドギャップエネルギを容易に合わせることを
より精度良く行うことができる。また第１発明と同様、
井戸層の数は、使用材料及び井戸幅により決定されるも
のであり、単数又は複数とすることが可能である。
【００１５】図９は、ＧａＡｓ基板上に形成したＧａx
Ｉｎ1-x ＰにおけるＧａ含有率ｘと歪量との関係を示す
グラフである。歪量が正の値である場合は圧縮歪みを示
しており、負の値である場合は引張歪みを示している。
この場合、圧縮歪みの量を増加させる、即ちＧａの含有
率を減少させると、発振波長は長くなり、逆に引張歪み
の量を増加させる、即ちＧａの含有率を増加させると、
発振波長は短くなる。図９に示す如くＧａ含有率と歪量
とは直線的な関係を有しているためＧａ含有率を変える
ことにより、容易に所要の歪量を得て、可飽和吸収層の
バンドギャップエネルギを制御することができる。また
井戸幅を所望の歪量の臨界膜厚（結晶欠陥が発生し始め
る膜厚）以下にしておけば結晶欠陥の問題は発生しな
い。
Ｉｎ1-x ＰにおけるＧａ含有率ｘと歪量との関係を示す
グラフである。歪量が正の値である場合は圧縮歪みを示
しており、負の値である場合は引張歪みを示している。
この場合、圧縮歪みの量を増加させる、即ちＧａの含有
率を減少させると、発振波長は長くなり、逆に引張歪み
の量を増加させる、即ちＧａの含有率を増加させると、
発振波長は短くなる。図９に示す如くＧａ含有率と歪量
とは直線的な関係を有しているためＧａ含有率を変える
ことにより、容易に所要の歪量を得て、可飽和吸収層の
バンドギャップエネルギを制御することができる。また
井戸幅を所望の歪量の臨界膜厚（結晶欠陥が発生し始め
る膜厚）以下にしておけば結晶欠陥の問題は発生しな
い。
【００１６】第３発明にあっては、第１，第２発明にお
ける効果に加えて、活性層を量子井戸構造又は歪量子井
戸構造とすることにより、自励発振周波数を制御して、
低雑音の半導体レーザを得ることができる。ここで井戸
層の数を少なくすると動作電流を低減することが可能で
あるが利得が減少するので、井戸層の数は井戸幅と組み
合わせて決定する。
ける効果に加えて、活性層を量子井戸構造又は歪量子井
戸構造とすることにより、自励発振周波数を制御して、
低雑音の半導体レーザを得ることができる。ここで井戸
層の数を少なくすると動作電流を低減することが可能で
あるが利得が減少するので、井戸層の数は井戸幅と組み
合わせて決定する。
【００１７】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は、本発明に係る半導体レー
ザを示す模式的断面図であり、赤色半導体レーザの場合
を示す。図中１は、ｎ−ＧａＡｓからなる基板であり、
この基板１の上に、ｎ−ＧａＩｎＰからなるバッファ層
２，ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる
クラッド層３，歪ＭＱＷ活性層４が順次形成されてい
る。ここでクラッド層３中には歪量子井戸可飽和吸収層
６が成されている。歪ＭＱＷ活性層４上にはｐ−（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッド層５及
び歪量子井戸可飽和吸収層６が形成されており、この上
の中央部には、リッジ状のクラッド層５と、ｐ−ＧａＩ
ｎＰからなるコンタクト層７とが形成されている。これ
らクラッド層５及びコンタクト層７の両側はｎ−ＧａＡ
ｓからなるブロック層８，８にて埋め込まれている。さ
らにコンタクト層７及びブロック層８の上にはｐ−Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層９が形成されており、キャップ
層９の上面にはｐ電極10が、基板１の下面にはｎ電極11
が夫々形成されている。
き具体的に説明する。図１は、本発明に係る半導体レー
ザを示す模式的断面図であり、赤色半導体レーザの場合
を示す。図中１は、ｎ−ＧａＡｓからなる基板であり、
この基板１の上に、ｎ−ＧａＩｎＰからなるバッファ層
２，ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる
クラッド層３，歪ＭＱＷ活性層４が順次形成されてい
る。ここでクラッド層３中には歪量子井戸可飽和吸収層
６が成されている。歪ＭＱＷ活性層４上にはｐ−（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッド層５及
び歪量子井戸可飽和吸収層６が形成されており、この上
の中央部には、リッジ状のクラッド層５と、ｐ−ＧａＩ
ｎＰからなるコンタクト層７とが形成されている。これ
らクラッド層５及びコンタクト層７の両側はｎ−ＧａＡ
ｓからなるブロック層８，８にて埋め込まれている。さ
らにコンタクト層７及びブロック層８の上にはｐ−Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層９が形成されており、キャップ
層９の上面にはｐ電極10が、基板１の下面にはｎ電極11
が夫々形成されている。
【００１８】図２，３は、図１に示す半導体レーザの製
造方法を示す説明図である。基板１上に、ＭＯＣＶＤ法
（有機金属気相成長法）により、バッファ層２（膜厚
0.3μm ），クラッド層３（膜厚 0.8μm ）を形成する
が、クラッド層３の形成途中において歪量子井戸可飽和
吸収層６を形成する。この歪量子井戸可飽和吸収層６
は、図４にそのエネルギバンド図を示しており、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0. 5 Ｐからなるバリア層6a（膜
厚50Å）と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐからなる井戸層6b（膜厚
100Å，歪＋ 0.5〜 1.0％）とを交互に積層してあり、
本実施例では井戸層6bを３層形成してある。
造方法を示す説明図である。基板１上に、ＭＯＣＶＤ法
（有機金属気相成長法）により、バッファ層２（膜厚
0.3μm ），クラッド層３（膜厚 0.8μm ）を形成する
が、クラッド層３の形成途中において歪量子井戸可飽和
吸収層６を形成する。この歪量子井戸可飽和吸収層６
は、図４にそのエネルギバンド図を示しており、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0. 5 Ｐからなるバリア層6a（膜
厚50Å）と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐからなる井戸層6b（膜厚
100Å，歪＋ 0.5〜 1.0％）とを交互に積層してあり、
本実施例では井戸層6bを３層形成してある。
【００１９】クラッド層３上には歪ＭＱＷ活性層４を同
じくＭＯＣＶＤ法により形成する。歪ＭＱＷ活性層４
は、図５にそのエネルギバンド図を示しており、（Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるガイド層4a（膜
厚 500Å）上に、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
からなるバリア層4b（膜厚50Å）とＧａＩｎＰからなる
井戸層4c（膜厚 100Å，歪＋ 0.5％）とを交互に積層
し、さらにその上に（Ａｌ 0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐからなるガイド層4a（膜厚 500Å）を形成してなる。
本実施例においては井戸層4cの数が５〜８であると良好
な特性が得られ、図５では５層の井戸層4cを設けてい
る。ここでガイド層4aは光を閉じ込めガイドして発光効
率を高める目的で形成してある。歪ＭＱＷ活性層４の上
には、前述と同様の歪量子井戸可飽和吸収層６を含みｐ
−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッ
ド層５（ 1.1μm ）及びコンタクト層７をＭＯＣＶＤ法
により形成する（図２(a))。
じくＭＯＣＶＤ法により形成する。歪ＭＱＷ活性層４
は、図５にそのエネルギバンド図を示しており、（Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるガイド層4a（膜
厚 500Å）上に、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
からなるバリア層4b（膜厚50Å）とＧａＩｎＰからなる
井戸層4c（膜厚 100Å，歪＋ 0.5％）とを交互に積層
し、さらにその上に（Ａｌ 0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐからなるガイド層4a（膜厚 500Å）を形成してなる。
本実施例においては井戸層4cの数が５〜８であると良好
な特性が得られ、図５では５層の井戸層4cを設けてい
る。ここでガイド層4aは光を閉じ込めガイドして発光効
率を高める目的で形成してある。歪ＭＱＷ活性層４の上
には、前述と同様の歪量子井戸可飽和吸収層６を含みｐ
−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるクラッ
ド層５（ 1.1μm ）及びコンタクト層７をＭＯＣＶＤ法
により形成する（図２(a))。
【００２０】次に、コンタクト層７上に電子ビーム蒸着
法又はＣＶＤ法にてＳｉＯ2 膜を形成し、フォトリソグ
ラフィー法により幅約５μm のストライプ状にパターニ
ングを行い、マスク12とする（図２(b))。そしてマスク
12にて覆われていない部分のコンタクト層７及びクラッ
ド層５の上部 0.8μm を、臭化水素酸を使用したエッチ
ング（30℃，30秒間）により除去してリッジ状とする
（図２(c))。
法又はＣＶＤ法にてＳｉＯ2 膜を形成し、フォトリソグ
ラフィー法により幅約５μm のストライプ状にパターニ
ングを行い、マスク12とする（図２(b))。そしてマスク
12にて覆われていない部分のコンタクト層７及びクラッ
ド層５の上部 0.8μm を、臭化水素酸を使用したエッチ
ング（30℃，30秒間）により除去してリッジ状とする
（図２(c))。
【００２１】その後、選択成長によりｎ−ＧａＡｓを成
長させてブロック層８，８（１μm）とする（図３
(d))。そして緩衝フッ酸液によりマスク12を除去した
後、ｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層９をＭＯＣＶＤ法
により形成し（図３(e))、キャップ層９の上面にｐ電極
10を、基板１の下面にｎ電極11を夫々形成する（図３
(f))。
長させてブロック層８，８（１μm）とする（図３
(d))。そして緩衝フッ酸液によりマスク12を除去した
後、ｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層９をＭＯＣＶＤ法
により形成し（図３(e))、キャップ層９の上面にｐ電極
10を、基板１の下面にｎ電極11を夫々形成する（図３
(f))。
【００２２】図６は、活性層又はクラッド層の厚み等を
適宜選択してなる従来の自励発振型半導体レーザ及び本
発明に係る半導体レーザにおける光出力−電流特性を示
すグラフであり、図６(a) が従来の半導体レーザの場合
を示し、図６(b) が本発明に係る半導体レーザの場合を
示す。本発明に係る半導体レーザとして、歪 0.5％の井
戸層4cを５層有する歪ＭＱＷ活性層４と、歪 0.6％の井
戸層6bを１層有する歪量子井戸可飽和吸収層６とを備
え、ブロック層８下側のクラッド層５の膜厚は0.25μm
であるものを使用した。従来の半導体レーザとしては、
歪 0.5％の井戸層（ 100Å) を７層とバリア層 (50Å)
６層とを有する歪ＭＱＷ活性層を備え、ブロック層下側
のクラッド層の膜厚は0.35μm であるものを使用した。
図６より本発明においては、光出力−電流特性の非直線
性が大幅に改善されていることがわかる。また、これら
の半導体レーザにおける閾値電流，非点隔差，キンクの
有無を表１に示す。表１より明らかな如く、本発明にお
いては非点隔差を縮小する効果も得られている。
適宜選択してなる従来の自励発振型半導体レーザ及び本
発明に係る半導体レーザにおける光出力−電流特性を示
すグラフであり、図６(a) が従来の半導体レーザの場合
を示し、図６(b) が本発明に係る半導体レーザの場合を
示す。本発明に係る半導体レーザとして、歪 0.5％の井
戸層4cを５層有する歪ＭＱＷ活性層４と、歪 0.6％の井
戸層6bを１層有する歪量子井戸可飽和吸収層６とを備
え、ブロック層８下側のクラッド層５の膜厚は0.25μm
であるものを使用した。従来の半導体レーザとしては、
歪 0.5％の井戸層（ 100Å) を７層とバリア層 (50Å)
６層とを有する歪ＭＱＷ活性層を備え、ブロック層下側
のクラッド層の膜厚は0.35μm であるものを使用した。
図６より本発明においては、光出力−電流特性の非直線
性が大幅に改善されていることがわかる。また、これら
の半導体レーザにおける閾値電流，非点隔差，キンクの
有無を表１に示す。表１より明らかな如く、本発明にお
いては非点隔差を縮小する効果も得られている。
【００２３】
【表１】
【００２４】図７は、本発明における歪量子井戸可飽和
吸収層６の井戸層6bの数に対する閾値電流と光干渉性を
示すγ値とを示すグラフである。γ値が 1.0であるとシ
ングルモードとして作動し、γ値が小さくなる程、自励
発振性が強くなり、 0.7以下であると自励発振型として
良好に作動する。ここで使用した半導体レーザは、井戸
層6bの膜厚が 100Å, 歪 0.6％であり、井戸層4cの膜厚
が 100Å, バリア層4bの膜厚が50Å, 歪 0.5％、ブロッ
ク層８の下側のクラッド層５は0.25μm のものである。
光干渉性を低くするために井戸層6bの数を増加させると
閾値電流が高くなる。従って本実施例では歪量子井戸可
飽和吸収層６に形成する井戸層6bの数は１〜３とするこ
とが望ましい。
吸収層６の井戸層6bの数に対する閾値電流と光干渉性を
示すγ値とを示すグラフである。γ値が 1.0であるとシ
ングルモードとして作動し、γ値が小さくなる程、自励
発振性が強くなり、 0.7以下であると自励発振型として
良好に作動する。ここで使用した半導体レーザは、井戸
層6bの膜厚が 100Å, 歪 0.6％であり、井戸層4cの膜厚
が 100Å, バリア層4bの膜厚が50Å, 歪 0.5％、ブロッ
ク層８の下側のクラッド層５は0.25μm のものである。
光干渉性を低くするために井戸層6bの数を増加させると
閾値電流が高くなる。従って本実施例では歪量子井戸可
飽和吸収層６に形成する井戸層6bの数は１〜３とするこ
とが望ましい。
【００２５】本実施例では、歪量子井戸可飽和吸収層６
をクラッド層３及びクラッド層５の両方に備える構成と
しているが、どちらか一方でも良好な効果が得られる。
またその形成位置は必要な光吸収量によって決定され、
クラッド層（３又は５）の内部に限定されるものではな
い。さらに本実施例では、歪量子井戸構造を有する歪量
子井戸可飽和吸収層としているが、量子井戸構造を有す
る量子井戸可飽和吸収層とすることも可能である。可飽
和吸収層を構成する量子井戸構造の井戸層における価電
子帯及び伝導体の量子化準位間と、発振波長エネルギが
略等しいことが望ましい。また歪ＭＱＷ構造のみならず
ＭＱＷ構造，ＳＱＷ（Ｓingle Ｑuantum Ｗell;単量子
井戸) 構造又はバルク構造の活性層を備える半導体レー
ザにも本発明は適用可能である。本実施例は、ＧａＩｎ
Ｐ及びＡｌＧａＩｎＰを使用した赤色半導体レーザの場
合について説明したが、他の化合物半導体を使用したあ
らゆる自励発振型の半導体レーザに適用することが可能
であることはいうまでもない。
をクラッド層３及びクラッド層５の両方に備える構成と
しているが、どちらか一方でも良好な効果が得られる。
またその形成位置は必要な光吸収量によって決定され、
クラッド層（３又は５）の内部に限定されるものではな
い。さらに本実施例では、歪量子井戸構造を有する歪量
子井戸可飽和吸収層としているが、量子井戸構造を有す
る量子井戸可飽和吸収層とすることも可能である。可飽
和吸収層を構成する量子井戸構造の井戸層における価電
子帯及び伝導体の量子化準位間と、発振波長エネルギが
略等しいことが望ましい。また歪ＭＱＷ構造のみならず
ＭＱＷ構造，ＳＱＷ（Ｓingle Ｑuantum Ｗell;単量子
井戸) 構造又はバルク構造の活性層を備える半導体レー
ザにも本発明は適用可能である。本実施例は、ＧａＩｎ
Ｐ及びＡｌＧａＩｎＰを使用した赤色半導体レーザの場
合について説明したが、他の化合物半導体を使用したあ
らゆる自励発振型の半導体レーザに適用することが可能
であることはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体レーザ
は、可飽和吸収層を量子井戸構造とすることにより、可
飽和吸収層と活性層とのバンドギャップエネルギを合わ
せることが容易に行え、さらに可飽和吸収層を歪量子井
戸構造とすることにより、バンドギャップエネルギの制
御がより精度良く容易に行い得、低雑音高出力特性を有
する良好な半導体レーザが実現する等、本発明は優れた
効果を奏する。
は、可飽和吸収層を量子井戸構造とすることにより、可
飽和吸収層と活性層とのバンドギャップエネルギを合わ
せることが容易に行え、さらに可飽和吸収層を歪量子井
戸構造とすることにより、バンドギャップエネルギの制
御がより精度良く容易に行い得、低雑音高出力特性を有
する良好な半導体レーザが実現する等、本発明は優れた
効果を奏する。
【図１】本発明に係る半導体レーザを示す模式的断面図
である。
である。
【図２】図１に示す半導体レーザの製造方法を示す説明
図である。
図である。
【図３】図１に示す半導体レーザの製造方法を示す説明
図である。
図である。
【図４】図１に示す半導体レーザにおける歪量子井戸可
飽和吸収層のエネルギバンド図である。
飽和吸収層のエネルギバンド図である。
【図５】図１に示す半導体レーザにおける歪ＭＱＷ活性
層のエネルギバンド図である。
層のエネルギバンド図である。
【図６】光出力−電流特性を示すグラフである。
【図７】歪量子井戸可飽和吸収層の井戸層の数に対する
閾値電流及びγ値を示すグラフである。
閾値電流及びγ値を示すグラフである。
【図８】従来の半導体レーザを示す模式的断面図であ
る。
る。
【図９】ＧａＩｎＰにおける歪量とＧａ組成との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ クラッド層 ４ 歪ＭＱＷ活性層 ５ クラッド層 ６ 歪量子井戸可飽和吸収層 ７ コンタクト層 ８ ブロック層 ９ キャップ層 10 ｐ電極 11 ｎ電極 12 マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 正治 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に、一導電型クラッド層と、活性
層と、他導電型クラッド層とをこの順に備え、前記一導
電型クラッド層及び／又は前記他導電型クラッド層の
上，下面又は内部に可飽和吸収層を形成してなる自励発
振型の半導体レーザにおいて、前記可飽和吸収層として
量子井戸可飽和吸収層を形成してあることを特徴とする
半導体レーザ。 - 【請求項２】 基板上に、一導電型クラッド層と、活性
層と、他導電型クラッド層とをこの順に備え、前記一導
電型クラッド層及び／又は前記他導電型クラッド層の
上，下面又は内部に可飽和吸収層を形成してなる自励発
振型の半導体レーザにおいて、前記可飽和吸収層として
歪量子井戸可飽和吸収層を形成してあることを特徴とす
る半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記活性層が量子井戸構造又は歪量子井
戸構造を有することを特徴とする請求項１又は請求項２
記載の半導体レーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04149293A JP3281666B2 (ja) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | 半導体レーザ |
| US08/147,779 US5416790A (en) | 1992-11-06 | 1993-11-04 | Semiconductor laser with a self-sustained pulsation |
| US08/365,176 US5506170A (en) | 1992-11-06 | 1994-12-28 | Method of making a semiconductor laser with a self-sustained pulsation |
| US08/536,370 US5610096A (en) | 1992-11-06 | 1995-09-29 | Semiconductor laser with a self sustained pulsation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04149293A JP3281666B2 (ja) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | 半導体レーザ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001065804A Division JP3403180B2 (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260716A true JPH06260716A (ja) | 1994-09-16 |
| JP3281666B2 JP3281666B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=12609854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04149293A Expired - Fee Related JP3281666B2 (ja) | 1992-11-06 | 1993-03-02 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3281666B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08204282A (ja) * | 1995-01-19 | 1996-08-09 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| WO1996030977A1 (en) * | 1995-03-31 | 1996-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical disk apparatus using the same |
| WO1996034439A1 (fr) * | 1995-04-28 | 1996-10-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser a semiconducteur et appareil a disque optique utilisant ce laser |
| WO1996037024A1 (fr) * | 1995-05-17 | 1996-11-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser a semi-conducteur et dispositif de disque optique |
| US5581570A (en) * | 1994-03-25 | 1996-12-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaishi | Semiconductor laser device |
| US5608752A (en) * | 1994-04-28 | 1997-03-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and method of designing the same |
| WO1997033351A1 (fr) * | 1996-03-04 | 1997-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser a semi-conducteur |
| US6002701A (en) * | 1995-12-26 | 1999-12-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Self-pulsation type semiconductor laser device |
| US6118800A (en) * | 1996-03-01 | 2000-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and cleaving method |
| US6195374B1 (en) | 1995-09-29 | 2001-02-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and optical disk device using the laser |
| JP2005050993A (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Sharp Corp | 酸化物半導体レーザ素子 |
-
1993
- 1993-03-02 JP JP04149293A patent/JP3281666B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5581570A (en) * | 1994-03-25 | 1996-12-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaishi | Semiconductor laser device |
| GB2287828B (en) * | 1994-03-25 | 1998-04-01 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device and fabricating method therefor |
| US5608752A (en) * | 1994-04-28 | 1997-03-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and method of designing the same |
| JPH08204282A (ja) * | 1995-01-19 | 1996-08-09 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| US6141364A (en) * | 1995-03-31 | 2000-10-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Semiconductor laser device and optical disk apparatus using the same |
| US6072817A (en) * | 1995-03-31 | 2000-06-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical disk apparatus using the same |
| US6081541A (en) * | 1995-03-31 | 2000-06-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical disk apparatus using the same |
| WO1996030977A1 (en) * | 1995-03-31 | 1996-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical disk apparatus using the same |
| WO1996034439A1 (fr) * | 1995-04-28 | 1996-10-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser a semiconducteur et appareil a disque optique utilisant ce laser |
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| US6195374B1 (en) | 1995-09-29 | 2001-02-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and optical disk device using the laser |
| US6444485B1 (en) | 1995-09-29 | 2002-09-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and optical disk device using the laser |
| US6373874B1 (en) | 1995-09-29 | 2002-04-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and optical disk device using the laser |
| US6002701A (en) * | 1995-12-26 | 1999-12-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Self-pulsation type semiconductor laser device |
| US6118800A (en) * | 1996-03-01 | 2000-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser and cleaving method |
| US6151348A (en) * | 1996-03-04 | 2000-11-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| WO1997033351A1 (fr) * | 1996-03-04 | 1997-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser a semi-conducteur |
| KR100329310B1 (ko) * | 1996-03-04 | 2002-10-19 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 |
| JP2005050993A (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Sharp Corp | 酸化物半導体レーザ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3281666B2 (ja) | 2002-05-13 |
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