JPH07170011A - 半導体レーザ素子およびその自励発振強度の調整方法 - Google Patents
半導体レーザ素子およびその自励発振強度の調整方法Info
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Abstract
に行うことができる素子構造を実現するとともに、駆動
電流,駆動電圧の低減により低消費電力を図り、しかも
出射レーザ光のだ円率を小さく抑える。 【構成】 第1クラッド層102,つまり基板側のクラ
ッド層の屈折率を、第2クラッド層105,つまり電流
光閉じ込め層側のクラッド層の屈折率より大きくし、し
かも上記第1クラッド層102と活性層104との間
に、第1クラッド層より屈折率の低い低屈折率層103
を介在させた。
Description
びその自励発振強度の調整方法に関し、特に光ディスク
等に用いられる低雑音特性を有する高出力及び低出力半
導体レーザ素子の電気的光学的特性改善に関する。
として幅広く使用されている。光ディスクに信号を記録
する場合には、光出力30mW以上の高出力半導体レー
ザが用いられる。この高出力レーザには、信号の再生用
としても用いられる。
ような性能が要求される。
その他の光学部品からの戻り光により誘起される雑音が
少ないことである。
な結合効率(以下、光結合効率という。)を高くするた
めに、レーザ素子からの出射光(出射レーザ光)のだ円
率が小さいことである。ここで、出射レーザ光のだ円率
とは、レーザ素子の共振器長方向に垂直な面内で活性層
と垂直な方向における出射レーザ光の広り角(放射角)
の半値幅θ⊥と、レーザ素子の活性層と平行な方向にお
ける出射レーザ光の広り角(放射角)の半値幅θ∠との
比率(θ⊥/θ∠)である。具体的にはだ円率(θ⊥/
θ∠)は2.5以下である。上記θ⊥はレーザ素子の活
性層の厚さ、及びクラッド層の組成比で決まり、20°
〜28°程度であるので、θ∠は11°以上であること
が要求される。
に、駆動電流、駆動電圧ができる限り小さいことであ
る。
従来の高出力レーザでは発振縦モードがシングルモード
であり、時間的なコヒーレンスが高いので、戻り光によ
り雑音が誘起され易い。これを防ぐため、信号再生時に
駆動電流に高周波を重畳し、レーザーの発振モードを縦
マルチモード化して時間的なコヒーレンスを低下させ、
戻り光の影響を少なくする高周波重畳法が用いられる。
が必要であり、駆動回路の小型化および装置の低消費電
力化には問題がある。そこで、高周波重畳回路を用いず
に低雑音化するため、半導体レーザの自励発振現象を利
用する研究が盛んに行われている(参考文献:信学技報
OQE(Optical and Quantum Electronics)88−5
田中他)。
駆動しているにもかかわらず、出射レーザ光の強度は一
定ではなく、これが1GHz以上の高い周波数で時間変
動している。このように出射レーザ光の強度が時間変動
すると、発振波長幅の増大、発振スペクトルのマルチモ
ード化が起こり、出射レーザ光のコヒーレンスが低下し
た状態になる。この結果、出射レーザ光とその戻り光の
干渉が抑制され、雑音が低減されることとなる。
た従来の高出力半導体レーザの素子構造について説明す
る。
の高出力レーザ素子(特開平3−296290号公報参
照)の断面構造を示す。図において、200は、従来の
自励発振型の高出力レーザ素子で、このレーザ素子20
0では、そのn−GaAs基板201上には、レーザ光
を発生させるための半導体積層構造200aが設けられ
ており、これは、活性層203を、これより屈折率の小
さい第1クラッド層202及び第2クラッド層204の
間に挟み込んで構成されている。
5μmのアンドープAl0.13Ga0.8 7As層から構成さ
れており、上記第1クラッド層202は層厚1.5μm
のn−Al0.5Ga0.5As層から、第2クラッド層20
4は層厚0.45μmのp−Al0.5Ga0.5As層から
構成されている。
01μmのp−GaAsエピタキシャル成長促進層20
5及び層厚0.02μmのp−Al0.6Ga0.4Asエッ
チストップ層206(以下、単にp−エッチストップ層
206という。)を介して電流光閉じ込め層207が設
けられている。この電流光閉じ込め層207は、層厚
1.0μmのn−Al0.1Ga0.9As層から構成されて
いる。また上記第2クラッド層204の中央部分上に
は、上記電流光閉じ込め層207,p−エッチストップ
層206,及びエピタキシャル成長促進層205を貫通
して上記第2クラッド層204に達する幅3.5μmの
ストライプ溝208が形成されている。
ストライプ溝208上には、層厚2.0μmのp−Al
0.5Ga0.5As層が形成されており、これが第3クラッ
ド層209となっている。
込まれたp−Al0.5Ga0.5As層からなるストライプ
状半導体層、及びその両側の電流光閉じ込め層207
は、レーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層203の、
該ストライプ溝208に対応する領域に閉じ込めるため
の電流光閉込め手段を構成している。
0μmのp−GaAsコンタクト層210が形成されて
おり、該コンタクト層210上にはp電極212が、上
記n−GaAs基板201の裏面側には、n電極211
が形成されている。
75μmとし、光出射端面にはその反射率が12%とな
るようAl2O3膜(図示せず)が形成され、光出射端面
とは反対側の端面には、その反射率が75%となるよう
Al2O3膜とSi膜の多層膜(図示せず)が形成されて
いる。
−GaAs基板201上に、第1クラッド層202とし
てのn−Al0.5Ga0.5As層,活性層203としての
アンドープAl0.13Ga0.87As層,及び第2クラッド
層204としてのp−Al0.5Ga0.5As層を順次所定
の厚さに成長する。これによりレーザ光を発生するため
の半導体積層構造200aを形成する。
p−GaAsエピタキシャル成長促進層205及びp−
エッチストップ層206を形成し、その上にn−Al
0.5Ga0.5As層を成長する。その後、該n−Al0.5
Ga0.5As層表面から上記p−GaAs層205に達
するストライプ溝208を所定領域に形成する。
を、該ストライプ溝208内に露出したp−GaAs層
205を除去しつつ成長して、表面が平坦な第3クラッ
ド層209を形成し、その上にp−GaAsコンタクト
層210を形成する。その後、上記基板201の裏面側
にn電極211を形成し、上記コンタクト層210上に
p電極212を形成する。
を形成した後、光出射端面にはAl2O3膜を、その反対
側の端面にはAl2O3膜とSi膜の多層膜を形成し、所
定の処理によりレーザチップに切り出す。このレーザチ
ップ(半導体レーザ素子)は、例えばハンダ材を用いて
パッケージにマウントして光デバイスを完成する。
200のストライプ溝208の内側部分における層厚方
向の屈折率分布と光強度分布を示している。
ラッド層204,202に比べて大きくなっており、光
強度はそれに対応して活性層203部分にピーク(最大
値)を有する分布となる。この素子200では、共振器
長方向に垂直な面内で活性層と垂直な方向における出射
レーザ光の放射角(以下垂直方向の放射角という。)の
半値幅θ⊥は25°となる。
分での層厚方向における等価屈折率(内側等価屈折率)
と、ストライプ溝208の外側部分での層厚方向におけ
る等価屈折率(外側等価屈折率)の差(等価屈折率差)
△nが、1×10-3〜5×10-3の場合によく起こるこ
とが林他により実証されている(参考文献:林他OQE
84−30)。
1×10-3〜3×10-3の範囲において自励発振がよく
起こることを示している(参考文献:田中他 OQE8
8−5)。
差△nが1×10-3〜4×10-3の範囲で自励発振がよ
く起こることを実験的に確認するとともに、ストライプ
溝の外側部分での層厚方向における活性層内への光の閉
じ込めの割合を示す係数(以下、この値をΓact.out と
呼ぶ)が、0.12〜0.30の範囲内の値である場合
にも自励発振がよく起こることを確認した。ここで、上
記係数Γact.out は、上記レーザ素子のストライプ溝外
側部分において層厚方向に分布する光の全体量に対す
る、活性層内のストライプ溝外側部分において層厚方向
に分布する光の量の割合を示している。
と等価屈折率差△nとの関係を示しており、図13に示
すレーザ素子200では、p−第2クラッド層204の
厚さが0.45μmであるため、等価屈折率差△nは図
15に示すように2.5×10-3となる。つまりこの素
子では、等価屈折率差△nは自励発振可能な範囲内の値
になっている。
と上記係数Γact.out の値との関係を示している。この
素子200では、p−第2クラッド層204の厚さが
0.45μmであるため、上記係数Γact.out の値は上
記図16より0.13であることが分かる。従って、本
レーザ素子200では、この係数Γact.out の値につい
ても、上記した自励発振可能な範囲内の値となってい
る。
子200では、等価屈折率差△n及び係数Γact.out に
よって示されるように自励発振可能な構造となってお
り、このレーザ素子では、自励発振が可能であるので、
戻り光に対する雑音は小さくなる。
と、活性層と平行な出射レーザ光の放射角(以下、水平
方向の放射角という。)の半値幅θ∠との関係を示して
いる。図13に示すレーザ素子200では、係数Γact.
out の値(=0.13)に対応する半値幅θ∠は、図1
7に示すように9.7゜である。上記等価屈折率差△n
が小さくなって、水平方向の光の閉じ込みが弱くなるの
で、半値幅θ∠は狭くなると考えられる。
構造を有する従来の半導体レーザ素子(特開平2−11
3586号公報参照)を説明するための断面図である。
図において、300は、従来の半導体レーザ素子で、こ
の素子は、基板側のn−第1クラッド層302の屈折率
が、光吸収層側のp−第2クラッド層304の屈折率よ
り高い非対称クラッド層構造を有している。この点が図
13に示す従来の半導体レーザ素子200と大きく異な
っている。なお、図中、この半導体レーザ素子300を
構成する各構成要素301〜312は、それぞれ図13
の半導体レーザ素子200における各構成要素201〜
212に対応している。
は、基板300としてn−GaAs基板を用いており、
第1クラッド層302は、層厚2.0μmのn−Al
0.5Ga0.5As層から、第2クラッド層層304は層厚
0.30μmのp−Al0.55Ga0.45As層から構成さ
れている。また、活性層303は、層厚0.055μm
のアンドープAl0.13Ga0.87As層から構成されてい
る。
及び活性層303により、レーザ光を発生するための半
導体積層構造300aが構成されており、その第2クラ
ッド層302上には、層厚0.01μmのp−GaAs
エピタキシャル成長促進層305,及び層厚0.02μ
mのp−Al0.6Ga0.4Asエッチストップ層306を
介して、層厚1.0μmのn−Al0.1Ga0.9As電流
光閉じ込め層307が形成されている。
の領域上には、n−電流光閉じ込め層307の表面から
該第2クラッド層304の表面に達する、幅3.5μm
のストライプ溝308が形成されており、このストライ
プ溝308とn−電流光閉じ込め層307上には、p−
Al0.55Ga0.45Asからなる層厚2.0μmの第3ク
ラッド層309が形成されている。この第3クラッド層
309上には、層厚5.0μmのp−GaAsコンタク
ト層310を介してp電極312が形成され、上記基板
301の裏面側にはn電極311が形成されている。
で、光出射端面の反射率が12%、光出射端面とは反対
側の端面の反射率が75%となるように各端面にAl2
O3膜とSi膜が形成されている。
は、図13に示すレーザ素子200と同一である。
308の内側部分における層厚方向の屈折率分布と光強
度分布を示している。この素子では、クラッド層の屈折
率については、光吸収層側のp−第2クラッド層304
よりも基板側のn−第1クラッド層302の方が大きい
ため、光はそれに対応して光吸収層側でしみだしが小さ
くなり、基板側でしみだしが大きくなるように分布す
る。
る光吸収がないよう、n−第1クラッド層302の層厚
を2.0μmに設定し、さらに垂直方向の放射角の半値
幅θ⊥が25゜となるように活性層303を、上記レー
ザ素子200(図13参照)における層厚0.05μm
よりも厚い0.055μmに設定してある。
p−第2クラッド層304の層厚を0.3μmに設定す
ることにより、図15に示すように、等価屈折率差△n
が2.5×10-3となり、また、図16により係数Γac
t.out が0.105となる。この構造では、等価屈折率
差△nは自励発振可能領域内の値であるが、係数Γact.
out が自励発振可能領域外の値となっているので、自励
発振はかなり起こりにくい。またこの時の、係数Γact.
out の値に対する水平方向の放射角の半値幅θ∠は図1
7に示すように8.8゜となる。
85号公報記載の半導体レーザ素子の断面構造を示す。
図において、400はこの半導体レーザ素子で、この素
子では、活性層404と第1クラッド層402の間、及
び活性層404と第2クラッド層406の間にそれぞ
れ、該両クラッド層よりも屈折率の小さい半導体層40
3,405が設けられている。この素子400は、特に
この点で図13に示す半導体レーザ素子200、図14
に示す半導体レーザ素子300と異なっている。
は、基板401としてn−GaAs基板を用いており、
第1クラッド層402は、層厚1.9μmのn−Al
0.5Ga0.5As層から、第2クラッド層406は層厚
0.45μmのp−Al0.5Ga0. 5As層から構成され
ている。また、活性層404は、層厚0.07μmのア
ンドープAl0.13Ga0.87As層から構成されている。
層402の間には、n−Al0.55Ga0.45Asからなる
層厚0.1μmの第1低屈折率層403が挿入され、活
性層404と第2クラッド層406の間には、p−Al
0.55Ga0.45Asからなる層厚0.1μmの第2低屈折
率層405が挿入されている。
2,406及び活性層404、並びに第1,第2低屈折
率層403,405により、レーザ光を発生するための
半導体積層構造400aが構成されており、その第2ク
ラッド層406上には、層厚0.01μmのp−GaA
sエピタキシャル成長促進層407,及び層厚0.02
μmのp−Al0.6Ga0.4Asエッチストップ層408
を介して、層厚1.0μmのn−Al0.1Ga0.9As電
流光閉じ込め層409が形成されている。
の領域上には、n−電流光閉じ込め層409の表面から
該第2クラッド層406の表面に達する、幅3.5μm
のストライプ溝410が形成されており、このストライ
プ溝410とn−電流光閉じ込め層409上には、p−
Al0.5Ga0.5Asからなる層厚2.0μmの第3クラ
ッド層411が形成されている。この第3クラッド層4
11上には、層厚5.0μmのp−GaAsコンタクト
層412を介してp電極414が形成され、上記基板4
01の裏面側にはn電極413が形成されている。
光出射端面の反射率が12%、光出射端面とは反対側の
端面の反射率が75%となるように各端面にAl2O
3膜,Si膜が形成されている。
は、上記半導体積層構造400aを形成する際、活性層
404の成長の前後に、第1,第2の低屈折率層の形成
を行う点で、上記各レーザ素子200,300とは異な
っている。
410の内側部分における層厚方向の屈折率分布と光強
度分布を示している。この素子400では、活性層40
4の両側にn−第1低屈折率層403とp−第2低屈折
率層405を配置しているため、その影響により、光は
活性層404内にこの部分で比較的急峻なピークを持つ
よう閉じ込められながらも、その上下のクラッド層40
6,402へ大きくしみだすような分布をとる。
01における光吸収がないようにn−第1クラッド層4
02の層厚を2.0μmに設定し、垂直方向の放射角の
半値幅θ⊥は25゜となるよう、活性層404の厚みは
図13の半導体レーザ素子200の活性層厚0.05μ
mよりも厚い0.07μmに設定してある。
クラッド層405の層厚を0.45μmに設定すること
により、図15および図16に示すように、等価屈折率
差△nは2.5×10-3、係数Γact.out は0.197
となり、△n、Γact.outとも、自励発振可能領域内の
値となるので、自励発振が起こる。この時の、係数Γac
t.out に対する、水平方向の放射角の半値幅θ∠は図1
7に示すように13.3゜となる。
いて説明する。ところで、波長帯域780nmの半導体
レーザは、CD(Compact Disk)、MD
(Mini Disk)及びMO(Magneto−O
ptical)ディスク装置の光源として幅広く用いら
れている。これらの半導体レーザについても、上記,
の項で述べたように、 信号再生時に、光ディスク
やその他の光学部品からの戻り光により誘起される雑音
が少ないこと、 駆動電流、駆動電圧をできる限り小
さくして、消費電力を小さく抑えること、がその性能と
して要求される。
は、上述したように半導体レーザの自励発振現象を利用
することが盛んに研究されている(参考文献:林他OQ
E84−30、田中他OQE88−5)。自励発振の状
態は、レーザを一定電流で駆動しているにもかかわら
ず、出射光の光強度が一定ではなく、1GHz程度の高
周波で時間変動している状態となっている。レーザ光の
強度が時間変動すると、発振波長幅の増大、発振スペク
トルのマルチモード化が起こり、レーザ光のコヒーレン
スが低下した状態になる。従って、出射光と戻り光の干
渉が少なくなるために、雑音が低減する。
出力半導体レーザ素子の構造を示している。図におい
て、750はこの半導体レーザ素子であり、この素子で
は、上述した先行特許出願(整理番号90−1068,
1069)の素子構造を採用している。なお、図中、こ
の半導体レーザ素子750を構成する各構成要素751
〜762は、それぞれ図13の半導体レーザ素子200
における各構成要素201〜212に対応している。
は、基板751としてn−GaAs基板を用いており、
第1クラッド層752は、層厚1.0μmのn−Al
0.5Ga0.5As層から、第2クラッド層754は層厚
0.35μmのp−Al0.5Ga0.5As層から構成され
ている。また、活性層753は、層厚0.08μmのア
ンドープAl0.14Ga0.86As層から構成されている。
及び活性層753により、レーザ光を発生するための半
導体積層構造750aが構成されており、その第2クラ
ッド層752上には、層厚0.01μmのp−GaAs
エピタキシャル成長促進層755,及び層厚0.02μ
mのp−Al0.6Ga0.4Asエッチストップ層756を
介して、層厚1.0μmのn−Al0.1Ga0.9As電流
光閉じ込め層757が形成されている。
の領域上には、n−電流光閉じ込め層757の表面から
該第2クラッド層754の表面に達する、幅3.5μm
のストライプ溝758が形成されており、このストライ
プ溝758とn−電流光閉じ込め層757上には、p−
Al0.5Ga0.5Asからなる層厚2.0μmの第3クラ
ッド層759が形成されている。この第3クラッド層7
59上には、層厚5.0μmのp−GaAsコンタクト
層760を介してp電極762が形成され、上記基板7
51の裏面側にはn電極761が形成されている。
200μmであり、光出射端面には、その反射率が30
%になるように、Al2O3膜が形成されている。
その駆動電流は50mA、駆動電圧は1.9Vである。
ストライプ溝758の内側部分における層厚方向の屈折
率分布を示す。光強度の分布は、活性層753内にこの
部分でピークを持つよう閉じ込められる分布となる。
△nが、1×10-3〜5×10-3によく起こることが林
他により実証されているが、本発明者は、レーザ素子の
自励発振について以下のことを実験的に見い出した。
-3の範囲であり、かつ、ストライプ外側部分での層厚方
向における活性層内への光の閉じ込めの割合を示す係数
Γact.out の値が、0.10〜0.40の範囲内の値で
ある場合に自励発振がよく起こる。さらに、自励発振の
強度は、Γact.out /△nの比で現される値に比例し、
自励発振強度が強い程、戻り光雑音を強く抑制できる。
特に、Γact.out /△nが50以上の場合に、自励発進
強度が強くなり、戻り光雑音を十分に抑制できる。
を表わし、自励発振範囲及びΓact.out /△nを示す。
この図から、雑音を十分低減するには、△nとΓac
t.outを自励発振範囲に設定し、さらにΓact.
out/△nを50以上のできる限り大きい値に設定す
ればよいことがわかる。
0における、p−第2クラッド層厚と等価屈折率差△n
との関係を示す。このレーザ素子750では、p−第2
クラッド層754の厚さが0.35μmであり、この場
合、図40に示すように、等価屈折率差△nが2.5×
10-3となる。また、この素子750のΓact.out は
0.26であるので、Γact.out /△nは100とな
る。従って、図41に示すように自励発振範囲に含ま
れ、Γact.out /△nが50以上の比較的大きな値であ
るので、この構造のレーザ素子750では、雑音を十分
低減できる。
高出力レーザ素子の構成について簡単に説明する。
ては、図36に示すレーザ素子レーザ0と同様である
が、各層の層厚が異なる。
2.0μm、活性層753の層厚を0.05μm、p−
第2クラッド層754の層厚を0.50μmとしてい
る。この素子の共振器長は375μmであり、光出射端
面の反射率が12%、光出射端面とは反対側の共振器端
面の反射率が75%となるように、各端面にAl2O
3膜,Si膜を形成している。
力30mWで駆動する場合、駆動電流は130mA、駆
動電圧は2.0Vである。
×10-3、係数Γact.out は0.13となり、これらの
値は、図41の自励発振可能領域内の値となっている。
さらにΓact.out /△nは65というように50以上の
比較的大きな値であるので、雑音を十分低減できる。
構造のレーザ素子200においては、自励発振を起こさ
せるため、等価屈折率差△nを2.5×10-3程度に小
さくすると、水平方向の放射角の半値幅θ∠は9.7゜
になる。この場合、垂直方向の放射角の半値幅θ⊥は2
5゜であるので、放射光のだ円率が2.5以上に大きく
なり、レンズとの光結合効率が低下する。つまり、で
述べた性能に対する要求を満たさなくなる。
ような問題もある。図22はp−第2クラッド層204
の層厚と、ストライプ外部,つまりストライプ溝208
の両側部分での無効電流との関係を示し、図23はp−
第2クラッド層204の層厚とp−第2クラッド層20
4内における抵抗との関係を示す。
値にするためには、p−第2クラッド層204の層厚を
0.45μmにまで厚くする必要がある。この場合、ス
トライプの外部への電流の広がりが増大するので、スト
ライプ外部への無効電流が増大する。また、p−第2ク
ラッド層204は電流通路となるので、層の厚さを厚く
すると、それに応じて素子抵抗も増大する。
ーザ素子では、p−第2クラッド層204の層厚が0.
25μm程度であるが、それを0.45μmに増すと、
図22に示すように無効電流が8mA増大する。また、
図23に示すように素子抵抗が2.9Ω増大する。
層厚を厚くすることにより、無効電流が増大するので、
大きな駆動電流が必要となるとともに、素子抵抗も増大
するので駆動電圧も大きくなる。このため上記で述べ
た特性上の要求を満たさなくなる。
00においては、自励発振を起こさせるのに、等価屈折
率差△nを2.5×10-3程度にした場合、p−第2ク
ラッド層304の層厚は従来例1のレーザ素子200に
比べて小さい。つまりこの素子400では、第2クラッ
ド層の厚さは0.3μmの厚みであり、この程度の厚み
では駆動電流や駆動電圧の増大の問題は生じなく、前記
で述べた性能上の要求を満たす。
外部の活性層の光閉じ込め係数Γact.out が低下するの
で、自励発振が起こりにくくなる。つまり前記の要求
を満たさない。さらに、水平方向の放射角θ∠が8.8
゜と狭く、光結合効率が小さい。前記の要求も満たさ
なくなる。
においては、図15に示すように、ストライプ外部の活
性層の光閉じ込め係数Γact.out が十分に大きいので、
自励発振は起こり易い。
放射角の改善が可能となる。水平方向の光閉じ込めは、
等価屈折率差△nとストライプ外部の光吸収によって決
まる。ストライプ外部の光吸収係数αoutは、電流光閉
じ込め層における導波光の光吸収係数αg.outとストラ
イプ外部の活性層の光吸収係数αact.outに分けられ、
次式のように表すことができる。
ライ プ外部では小さくなり、レーザ光に対して光吸収
が起こる時の光吸収を示す係数である。
の範囲1×10-3〜4×10-3は、通常のレーザの等価
屈折率差△n(=〜10-2)に比べるとかなり小さい。
等価屈折率差△nが自励発振が起こる程度に小さくなる
と、ストライプ外部への光のしみだしが増えるので、ス
トライプ外部の活性層の光吸収の影響が強くなり、それ
によって光の閉じ込めが決まる。
tが増大するので、水平方向の光の閉じ込めが強くなっ
て、水平方向の放射角は増加する。このように、自励発
振が起こる領域の等価屈折率差△nでは、図17に示す
ように、Γact.out が大きくなると水平方向の放射角の
半値幅θ∠は増大する。
定しているので、水平方向の半値幅θ∠としては、従来
例1や従来例2のレーザ素子に比べて大きい13.3゜
という値が得られる。
来例1と同様、p−第2クラッド層406の層厚を0.
45μmと厚く設定しなければならないので、図22や
図23に示されるように、無効電流や素子抵抗が増大
し、それによって、駆動電流および駆動電圧が増大す
る。つまり前記で述べた性能上の要求を満たさないこ
とになる。
(従来例4)750では、自励発振を起こさせるために
p−第2クラッド層厚を0.26μm以上に厚くする必
要があり、従来例5のレーザ素子では、p−第2クラッ
ド層厚を0.35μm以上に厚くする必要がある。さら
に、自励発振の強度を強くするには、等価屈折率差△n
を低減する必要があるので、p−第2クラッド層厚は上
記の値以上のできる限り大きな値に設定する必要があ
る。
と、ストライプ外部への無効電流が増大し、かつ素子抵
抗が増大するために、レーザの消費電力が増大し、前記
で述べた性能上の要求を満たさなくなる。
くすることなく、等価屈折率差△nを低減することが要
求される。そのためには、電流光閉じ込め層757への
光のしみだしを抑制するのが効果的であり、この光のし
みだしの抑制は、従来例4及び5のp−第2クラッド層
の屈折率をn−第1クラッド層の屈折率よりも小さくす
ることより実現できる。
は、活性層への光閉じ込めの割合が減少することとな
り、このため、係数Γact.out ,つまりストライプ溝の
外側部分での活性層への光閉じ込めの割合が低下して、
Γact.out /△nの値が小さくなる。この結果、自励発
振の強度が低下し、雑音を十分に低減できないという問
題がある。
ためになされたもので、その第1の目的は、上述した光
ディスク等に用いられる高出力レーザ素子に要求される
性能、低雑音化のための自励発振が可能であること、
放射光のだ円率が小さく設定できること(θ⊥/θ∠
が2.5以下で、より具体的にはθ⊥が20゜〜28
゜、θ∠は11゜以上)、駆動電流および駆動電圧が
小さいこと、をすべて実現することができる高出力のレ
ーザ素子及びその自励発振強度の調整方法を提供するこ
とである。
ラッド層を十分小さい値に抑えつつ、等価屈折率差△n
を低減し、しかもその際、活性層の光閉じ込めの割合の
低下を抑制することができる自励発振強度の大きい半導
体レーザ素子、及びその自励発振強度の調整方法を得る
ことである。
導体レーザ素子は、活性層を、これより屈折率の小さい
第1導電型の第1クラッド層及び第2導電型の第2クラ
ッド層の間に挟み込んでなり、レーザ光を発生させるた
めの半導体積層構造と、該第2クラッド層の、該活性層
とは反対側の表面上に形成された第2導電型のストライ
プ状半導体層を有し、レーザ駆動電流及びレーザ光を該
活性層の、該ストライプ状半導体層に対応する領域に閉
じ込めるための電流光閉込め手段とを備え、該半導体積
層構造は、該第1クラッド層の屈折率が該第2クラッド
層の屈折率より大きく、かつ該第1クラッド層と該活性
層との間に、該第1クラッド層より屈折率の小さい第1
導電型の半導体層を少なくとも一層有する構造としてお
り、そのことにより上記目的が達成される。
は、活性層を、これより屈折率の小さい第1導電型の第
1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド層の間に挟
み込んでなり、レーザ光を発生させるための半導体積層
構造と、該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表
面上に形成された第2導電型のストライプ状半導体層を
有し、レーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ス
トライプ状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための
電流光閉込め手段とを備え、該半導体積層構造は、該第
1クラッド層の屈折率が該第2クラッド層の屈折率より
大きく、かつ該第2クラッド層と該活性層との間に、該
第2クラッド層より屈折率の大きい第2導電型の半導体
層を少なくとも一層有する構造としており、そのことに
より上記目的が達成される。
において、該ストライプ状半導体層内側での層厚方向の
等価屈折率と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方
向の等価屈折率との差を1×10-3から4×10-3の範
囲内の値とし、かつ、該ストライプ状半導体層外側での
層厚方向における光の活性層閉じ込めの割合を0.12
から0.3の範囲内の値としたものである。
自励発振強度の調整方法は、上記構造の半導体レーザ素
子において、前記ストライプ状半導体層内側での層厚方
向の等価屈折率と、該ストライプ状半導体層外側での層
厚方向の等価屈折率との差、及び該ストライプ状半導体
層外側での層厚方向における光の活性層閉じ込めの割合
をそれぞれ所定の範囲内の値に設定して、該自励発振強
度の調整を行うものであり、そのことにより上記目的が
達成される。
は、活性層を、これより屈折率の小さい第1導電型の第
1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド層の間に挟
み込んでなり、レーザ光を発生させるための半導体積層
構造と、該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表
面上に形成された第2導電型のストライプ状半導体層を
有し、レーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ス
トライプ状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための
電流光閉込め手段とを備え、該第1クラッド層は、その
一部の領域の屈折率が、該第1クラッド層のその他の領
域の屈折率よりも小さい構造としており、そのことによ
り上記目的が達成される。
は、活性層を、これより屈折率の小さい第1導電型の第
1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド層の間に挟
み込んでなり、レーザ光を発生させるための半導体積層
構造と、該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表
面上に形成された第2導電型のストライプ状半導体層を
有し、レーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ス
トライプ状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための
電流光閉込め手段とを備え、該第2クラッド層は、その
一部の領域の屈折率が、該第2クラッド層のその他の領
域の屈折率よりも大きい構造としており、そのことによ
り上記目的が達成される。
おいて、前記ストライプ状半導体層内側での層厚方向の
等価屈折率と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方
向の等価屈折率との差(△n)を、2×10-3から5×
10-3の範囲内の値とし、かつ、該ストライプ状半導体
層外側での層厚方向における活性層内への光の閉込め割
合(Γact.out)を0.1から0.4の範囲内の
値とし、Γact.out/△nを50以上の値にした
ものである。
自励発振強度の調整方法は、上記半導体レーザ素子にお
いて、前記ストライプ状半導体層内側での層厚方向の等
価屈折率と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方向
の等価屈折率との差(△n)、及び該ストライプ状半導
体層外側での層厚方向における光の活性層閉込め割合
(Γact.out)をそれぞれ所定の範囲内の値に設
定し、かつ、Γact.out/△nの値を所定値以上
の値に設定して、該自励発振強度を調整するようにして
おり、そのことにより上記目的が達成される。
基板側のクラッド層の屈折率を、第2クラッド層,つま
り電流光閉じ込め層側のクラッド層の屈折率より大きく
したから、電流光閉じ込め層への光のしみだしが抑制さ
れることとなり、第2クラッド層の層厚を増大させるこ
となく、ストライプ溝内外の等価屈折率差を、レーザ光
の自励発振可能な範囲の低い値に設定することができ
る。
間に、第1クラッド層より屈折率の低い低屈折率層を介
在させているため、層厚方向に分布する光のうち、活性
層内に分布する光の割合が、上記第1クラッド層の屈折
率を第2クラッド層の屈折率より大きくしたことにより
低下するのを抑制することができる。このためストライ
プ溝外側部分での活性層への光の閉じ込め割合Γact.ou
t を、自励発振可能な範囲であって、水平方向の放射角
の半値幅が11°以上となるような値にすることができ
る。
act.out が自励発振可能な範囲の値になるため、自励発
振を確実に行うことができる。
ているため、該クラッド層での無効電流や抵抗が小さ
く、駆動電流,駆動電圧の小さい低消費電力のレーザ素
子を実現できる。
°以上となって放射光のだ円率が2.5以下に抑えられ
るため、コリメータレンズなどとの光結合効率の低下を
防止できる。
まり基板側のクラッド層の屈折率を、第2クラッド層,
つまり電流光閉じ込め層側のクラッド層の屈折率より大
きくしたので、電流光閉じ込め層への光のしみだしが抑
制されることとなり、第2クラッド層の層厚を増大させ
ることなく、ストライプ溝内外の等価屈折率差を、レー
ザ光の自励発振可能な範囲の低い値に設定することがで
きる。しかも、上記第2クラッド層と活性層との間に、
第2クラッド層より屈折率の高い高屈折率層を介在させ
たので、第2クラッド層側の活性層近傍部分で光強度が
増加することとなる。この結果、上記高屈折率層が介在
しない場合に比べて、活性層内に分布する光の割合が増
大し、上記第1クラッド層の屈折率を第2クラッド層の
屈折率より大きくしたことによる活性層内への光閉じ込
め割合の低下を抑制することができる。
外側部分での活性層への光の閉じ込め割合Γact.out
を、自励発振可能な範囲であって、水平方向の放射角の
半値幅が11°以上となるような値にすることができ
る。
ーザ素子において、ストライプ溝内外の等価屈折率の差
Δn及びストライプ溝外側での活性層への光の閉じ込め
割合Γact.out をそれぞれ所定の範囲内の値に設定し
て、該自励発振強度の調整を行うようにしたので、自励
発振可能な素子構造を、第2クラッド層の層厚を増大さ
せることなく、しかも出射レーザ光のだ円率を小さく抑
えつつ、確実かつ簡単に実現することができる。
ラッド層,つまり基板側のクラッド層の少なくとも一部
の領域の屈折率を第1クラッド層のその他の領域の屈折
率よりも小さくしたので、活性層から基板側へ向かう光
の経路に、屈折率が小から大に変化する界面が形成され
ることとなり、活性層から基板側への光のしみだしが助
長されることとなる。これにより第1クラッド層への光
のしみだしを増大して、第2クラッド層側の電流光閉じ
込め層への光のしみだしを抑制できる。
層を活性層近傍に設けることにより、活性層の光閉じ込
めの割合の低下を効果的に抑制できる。
くすることなく、等価屈折率差△nを低減でき、そのと
き活性層の光閉じ込めの割合Γact.outの低下を
抑制できる。
効電流増大及び素子抵抗増大を防止できるとともに、自
励発振による低雑音化が可能となり、この結果、駆動電
流、駆動電圧低減による低消費電力の自励発振型の低雑
音レーザを実現できる。
ラッド層,つまり電流光閉じ込め層側のクラッド層の少
なくとも一部の領域の屈折率を、第2クラッド層のその
他の領域よりも大きくしたので、活性層から電流光閉じ
込め層側へ向かう光の経路に、屈折率が大から小に変化
する界面が形成されることとなり、活性層から電流光閉
じ込め層側への光のしみだしが抑制されることとなる。
の上記高屈折率層以外の低屈折率領域が存在するため
に、活性層の光閉じ込めの割合の低下を抑制できる。
層厚増大に伴う無効電流増大及び素子抵抗増大を防止で
き、自励発振による低雑音化が可能となり、駆動電流、
駆動電圧低減による低消費電力の自励発振型の低雑音レ
ーザを実現できる。
子において、ストライプ溝内外での等価屈折率との差
(△n)、及び活性層での光閉じ込めの割合Γact.out
をそれぞれ所定の範囲内の値に設定し、かつ、Γact.ou
t /Δnの値を所定値以上の値に設定して、該自励発振
強度を調整するようにしたので、高い強度の自励発振可
能な素子構造を、第2クラッド層の層厚を増大させるこ
となく確実かつ簡単に実現することができる。
発明は後述する各実施例によって限定されるものではな
い。
による半導体レーザー素子の断面を示す。図において、
100は、本実施例の自励発振型の高出力レーザ素子
で、このレーザ素子100では、そのn−GaAs基板
101上に、レーザ光を発生させるための半導体積層構
造100aが設けられている。これは、活性層104
を、これより屈折率の小さい第1クラッド層102及び
第2クラッド層105の間に挟み込み、かつ活性層10
4と第1クラッド層102の間に低屈折率層103を介
在させた構造となっている。
65μmのアンドープAl0.13Ga 0.87As層から構成
されている。上記第1クラッド層102は層厚1.9μ
mのn−Al0.5Ga0.5As層から、第2クラッド層1
05は層厚0.30μmのp−Al0.55Ga0.45As層
から構成されている。このため上記第1クラッド層10
2の屈折率は第2クラッド層105の屈折率より大き
い。また上記低屈折率層103は、層厚0.1μmのn
−Al0.55Ga0.45As層から構成されている。
003μmのp−GaAsエピタキシャル成長促進層1
06及び層厚0.02μmのp−Al0.6Ga0.4Asエ
ッチストップ層107を介して電流光閉じ込め層108
が設けられている。この電流光閉じ込め層108は、層
厚0.6μmのn−GaAs層から構成されている。ま
た上記第2クラッド層105の中央部分上には、上記電
流光閉じ込め層108,p−エッチストップ層107を
貫通してエピタキシャル成長促進層106に達する幅
3.5μmのストライプ溝109が形成されている。
ストライプ溝109上には、層厚2.0μmのp−Al
0.55Ga0.45As層が形成されており、これが第3クラ
ッド層110となっている。
込まれたp−Al0.55Ga0.45As層からなるストライ
プ状半導体層、及びその両側の電流光閉じ込め層108
は、レーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層104の、
該ストライプ溝109に対応する領域に閉じ込めるため
の電流光閉込め手段を構成している。
0μmのp−GaAsコンタクト層111が形成されて
おり、該コンタクト層111上にはp電極113が、上
記n−GaAs基板101の裏面側には、n電極112
が形成されている。
75μmとし、光出射端面にはその反射率が12%とな
るようAl2O3膜(図示せず)が形成され、光出射端面
とは反対側の端面には、その反射率が75%となるよう
Al2O3膜とSi膜の多層膜(図示せず)が形成され
ている。
−GaAs基板101上に、第1クラッド層102とし
てのn−Al0.5Ga0.5As層,低屈折率層103とし
てのn−Al0.55Ga0.45As層,活性層104として
のアンドープAl0.13Ga0.87As層,及び第2クラッ
ド層105としてのp−Al0.55Ga0.45As層を、有
機金属気相成長法(MOCVD法)により順次所定の厚
さに成長する。これによりレーザ光を発生するための半
導体積層構造100aを形成する。
p−GaAsエピタキシャル成長促進層106,p−エ
ッチストップ層107及びn−GaAs層108を順次
MOCVD法により成長する。その後、該n−GaAs
層108表面から上記p−GaAs層106に達するス
トライプ溝109を上記半導体積層構造100a上の所
定領域に形成する。
にp−Al0.55Ga0.45As層を成長して、表面が平坦
な第3クラッド層110を形成し、その上にLPE法に
よりp−GaAsコンタクト層111を形成する。その
後、上記基板101の裏面側にn電極112を形成し、
上記コンタクト層111上にp電極113を形成する。
を形成した後、光出射端面にはAl2 O3 膜を、その反
対側の端面にはAl2 O3 膜とSi膜の多層膜を形成
し、所定の処理によりレーザチップに切り出す。このレ
ーザチップ(半導体レーザ素子)を、例えばハンダ材を
用いてパッケージにマウントして光デバイスを完成す
る。
この実施例1の構造のレーザ素子のストライプ溝109
の内部における層厚方向の屈折率分布と光強度分布を示
す。光はn−第1クラッド層102側のn−低屈折率層
103の影響により活性層104に閉じ込められなが
ら、第1及び第2クラッド層の屈折率の違いによりn−
第1クラッド層102に大きくしみだすような分布をと
る。この場合、出射レーザ光の垂直方向の放射角の半値
幅θ⊥は25゜となる。
ド層105の層厚が0.3μmであり、先述の図15に
示すように、この層厚に対する等価屈折率差△nは2.
5×10-3である。また、図16より、この層厚に対す
る係数Γact.out は0.15となり、等価屈折率差△
n、係数Γact.outとも自励発振可能領域内に設定でき
る。
定できるので、図17に示すように水平方向の放射角の
半値幅θ∠も11.0゜程度に設定できる。その結果、
放射光(出射レーザ光)のだ円率(θ⊥/θ∠)を2.
5以下にすることが可能となる。
0.3μmであるので、図22、図23に示されるよう
に、無効電流やp−第2クラッド層105内の抵抗が小
さい。従って、駆動電流や駆動電圧が小さくてすむ。
するレーザ素子100においては、前記した高出力のレ
ーザ素子に要求される性能、、をすべて満足する
ことができる。
屈折率がp−第2クラッド層105と同じ場合について
示したが、それ以外にn−低屈折率層103の屈折率が
p−第2クラッド層105の屈折率よりも小さい場合、
さらにn−低屈折率層103の屈折率がp−第2クラッ
ド層105の屈折率よりも大きい場合においても同様の
効果が得られる。
による半導体レーザ素子の断面構造を示す。図におい
て、500は本実施例の半導体レーザ素子で、これは、
上記第1実施例の半導体レーザ素子の素子構造におい
て、活性層と低屈折率層との間に中間層を有する素子構
造を採用している。また本実施例の素子構造では、エピ
タキシャル成長促進層及びエッチストップ層は用いてい
ない。
は、基板501としてn−GaAs基板を用いており、
第1クラッド層502は層厚1.9μmのn−Al0.5
Ga0.5As層から、第2クラッド層506は、層厚0.
20μmのp−Al0.55Ga0.45As層から構成されて
いる。また活性層505は、層厚0.070μmのアン
ドープAl0.13Ga0.87As層から、低屈折率層503
は、層厚0.1μmのn−Al0.55Ga0.45As層か
ら、中間層504は層厚0.1μmのn−Al0.5Ga
0.5Asから構成されている。
6,活性層505,中間層504,低屈折率層503に
より、レーザ光を発生するための半導体積層構造500
aが構成されている。該第2クラッド層506上には、
層厚1.0μmのn−Al0.65Ga0.35As電流光閉じ
込め層507が形成されている。
の領域上には、n−電流光閉じ込め層507の表面から
該第2クラッド層506の表面に達する、幅3.5μm
のストライプ溝508が形成されており、このストライ
プ溝508とn−電流光閉じ込め層507上には、p−
Al0.55Ga0.45Asからなる層厚2.0μmの第3ク
ラッド層509が形成されている。この第3クラッド層
509上には、層厚5.0μmのp−GaAsコンタク
ト層510を介してp電極512が形成され、上記基板
501の裏面側にはn電極511が形成されている。
で、光出射端面の反射率が12%、光出射端面とは反対
側の端面の反射率が75%となるように各端面にAl2
O3膜,Si膜が形成されている。
の製造方法は、各半導体層をすべてMOCVD法により
形成する点、低屈折率層503上に中間層504を形成
した後活性層505を形成する点、エッチストップ層及
びエピタキシャル成長促進層を形成しない点で上記第1
実施例の半導体レーザ素子の製造方法と異なっている。
上記第2実施例の半導体レーザ素子のストライプ溝50
8内側部分における層厚方向の屈折率分布と光強度分布
を示す。光は、n−低屈折率層503の影響により活性
層505に閉じ込められながら、第1及び第2クラッド
層の屈折率に違いによりn−第1クラッド層502に大
きくしみだすような分布をとる。また垂直方向の放射角
の半値幅θ⊥は26゜となる。
ド層506の層厚が0.3μmであり、この層厚に対応
する等価屈折率差△nは、先述の図15に示すように
2.5×10-3である。また、この層厚に対応するΓac
t.outは、図16に示すように0.16となり、等価屈
折率差△n、係数Γact.out とも自励発振可能領域内に
設定できる。
く設定できるので、図17に示すように、水平方向の放
射角の半値幅θ∠も11.0゜程度(11.5゜)に設定
できる。その結果、放射光のだ円率θ⊥/θ∠を2.5
以下にすることが可能となる。
0.2μmであるので、図22、図23に示されるよう
に、無効電流やp−第2クラッド層506内の抵抗が小
さい。従って、駆動電流や駆動電圧が小さくてすむ。
するレーザ素子においても、前記した高出力のレーザ素
子に要求される性能、、をすべて満足することが
できる。
による半導体レーザ素子の断面構造を示す図である。図
において、600はリッジストライプ構造の本実施例の
半導体レーザ素子で、この素子は、活性層604とp−
第2クラッド層606の間に中間層605を有する素子
構造を採用する。
As基板を用いており、該基板601上には、レーザ光
を発生するための半導体積層構造600aが設けられて
いる。該半導体積層構造600aは、上記基板601上
に第1クラッド層602,低屈折率層603,量子井戸
型活性層604,中間層605,及び第2クラッド層6
06を順次積層してなる構造となっている。
厚1.9μmのn−Al0.5Ga0. 5As層からなり、低
屈折率層603は層厚0.15μmのn−Al0.55Ga
0. 45As層からなる。また量子井戸型活性層604は、
それぞれ層厚0.004μmの5つのアンドープAl
0.3Ga0.7Asガイド層と、それぞれ層厚0.01μm
の4つのアンドープAl0.1Ga0.9As量子井戸層とを
交互に積層して構成されている。さらに中間層605
は、層厚0.15μmのp−Al0.55Ga0. 45As層か
らなる。また上記第2クラッド層606は、p−Al
0.6Ga0.4As層からなり、リッジストライプ部607
では層厚1.5μm、それ以外の部分では層厚0.25
μmとなっている。ここでは、上記第1クラッド層60
2はその屈折率が第2クラッド層606より大きくなっ
ている。
イプ部607の両側には、層厚1.0μmのn−GaA
s層からなる電流光閉じ込め層608が形成されてお
り、該リッジストライプ部607とこの電流光閉じ込め
層608により、電流光閉じ込め手段が構成されてい
る。
電流光閉じ込め層608上には、層厚3μmのp−Ga
As層からなるコンタクト層609が形成されており、
その上にはp電極610が、また基板裏面側にはn電極
610が形成されている。
光出射端面の反射率が10%、光出射端面と反対側の端
面の反射率が75%となるように、それぞれの共振器端
面にはAl2O3膜,Si膜が形成されている。
GaAs基板601上に、MOCVD法により第1クラ
ッド層602,低屈折率層603,量子井戸型活性層6
04,中間層605,第2クラッド層606をそれぞれ
上記所定の厚さに順次形成する。上記量子井戸型活性層
604の形成は、低屈折率層603上に層厚0.004
μmのアンドープAl0.3Ga0 .7Asガイド層を形成し
た後、層厚0.01μmのアンドープAl0.1Ga0.9A
s量子井戸層と、層厚0.004μmのアンドープAl
0.3Ga0.7Asガイド層とを交互に4層づづ積層して行
う。
その上に幅3μmのストライプSiN膜を形成し、上記
第2クラッド層606を上記ストライプSiN膜をマス
クとして選択的に所定深さエッチングして、リッジスト
ライプ部607を形成する。その後上記ストライプ状S
iN膜をマスクとして、MOCVD法により上記リッジ
ストライプ部607の両側部分が埋め込まれるようn−
GaAs層を選択成長して、上記リッジストライプ部6
07の両側に電流光閉じ込め層608を形成する。
D法でn−GaAs電流光閉じ込め層608上全面にp
−GaAsコンタクト層609を形成し、その上にp電
極611を形成し、基板裏面側にn電極611を形成す
る。
を形成した後、光出射端面にはSiO2 膜を、その反対
側の端面にはAl2O3膜とSi膜の多層膜を形成し、所
定の処理によりレーザチップに切り出す。このレーザチ
ップ(半導体レーザ素子)は、例えばハンダ材を用いて
パッケージにマウントして光デバイスを完成する。
ストライプ607の内部における層厚方向の屈折率分布
と光強度分布を示す。光は、活性層604に隣接するn
−低屈折率層603層の影響により活性層604に閉じ
込められながら、第1,第2クラッド層602,607
の屈折率の違いにより、n−第1クラッド層602に大
きくしみだすような分布をとる。ここでは、垂直方向の
放射角の半値幅θ⊥は24゜となる。
ド層606の層厚が0.25μmの場合に等価屈折率差
△nは4.0×10-3が得られ、さらに係数Γact.out
は0.17となり、自励発振が起こる範囲に設定でき
る。さらに、係数Γact.out を比較的大きく設定できる
ので、図17に示すように、水平方向の放射角の半値幅
θ∠を12.0゜に設定できる。従って、放射光(出射
レーザ光)のだ円率θ⊥/θ∠を2.5以下にすること
ができる。
0.25μmと薄く設定できるので、無効電流やp−第
2クラッド層606内の抵抗が小さく、駆動電流や駆動
電圧も小さくてすむ。
するレーザ素子においても、前記した高出力レーザに要
求される性能、、をすべて満足することができ
る。
ド層602側のn−低屈折率層603の屈折率及びp−
第2クラッド層606側のp−中間層605の屈折率を
有する場合においても、本発明の請求範囲の構成を満足
する限り同様の効果が得られる。
による半導体レーザ素子の断面構造を示す。図におい
て、700はリッジストライプ構造の本実施例の半導体
レーザ素子で、この素子700では、上記第3の実施例
に素子構造において、低屈折率層703と活性層705
の間に中間層704を設けた素子構造を採用している。
またここでは、活性層は量子井戸型のものではなく、単
一のアンドープ半導体層により構成している。
てn−GaAs基板を用いており、第1クラッド層70
2は、層厚1.9μmのn−(Al0.5Ga0.5)0.5In
0.5P層から構成している。また低屈折率層703は、
層厚0.1μmのn−(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P
層からなる。上記第1中間層704は、層厚0.1μm
のn−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層からなる。活
性層705は、層厚0.07μmのアンドープGa0.5
In0.5P層からなる。第2中間 層706は層厚0.1
μmのp−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなる。
第2クラッド層707はp−(Al0.6Ga0.4)0.5I
n0.5Pからなり、そのリッジストライプ部708の層
厚は1.5μmであり、リッジストライプ部 以外の部分
の層厚は0.25μmである。
707、活性層705、低屈折率層703,及び中間層
704,706により、レーザ光を発生するための半導
体積層構造700aが構成されている。
イプ部708の両側には、n−GaAsからなる層厚
1.0μmの電流光閉じ込め層709が形成されてお
り、該電流光閉じ込め層709の上全面には、p−Ga
Asからなる層厚3μmのコンタクト層710が形成さ
れている。711は上記基板裏面側に形成されたn電
極、712は上記コンタクト層710上に形成されたp
電極である。
光出射端面の反射率が12%、光出射端面と反対側の端
面の反射率が75%となるように、各端面にSiO
2膜,Si膜が形成されている。
は、活性層として単一のアンドープGa0.5In0.5P層
を形成する点以外は、上記第3実施例の半導体レーザ素
子600の製造方法と同一である。
本実施例4のレーザ素子のリッジストライプ708内部
における層厚方向の屈折率分布と光強度分布を示す。光
は、n−低屈折率層703の影響により活性層705に
閉じ込められながら、第1,第2クラッド層の屈折率の
違いにより、n−第1クラッド層702に大きくしみだ
すような分布をとる。垂直方向の放射角の半値幅θ⊥は
25゜となる。
のp−第2クラッド層707の層厚が0.25μmの場
合、この層厚に対応する等価屈折率差△nの値として
4.0×10-3が得られ、さらに係数Γact.out は0.
15となり、自励発振が起こる範囲に設定できる。
く設定できるので、図17に示すように水平方向の放射
光の半値幅θ∠を11.0゜に設定でき、放射光(出射
レーザ光)のだ円率θ⊥/θ∠を2.5以下にできる。
層707の層厚を従来例2と同様に薄くできるので、駆
動電流、駆動電圧が小さくてすむ。
のレーザ素子においても、前記した高出力レーザ素子に
要求される性能、、をすべて満足することができ
る。
1クラッド層側の低屈折率層の屈折率、中間層の屈折
率、及びp−第2クラッド層側の中間層の屈折率を有す
る場合においても、本発明の請求範囲を満足する限り同
様の効果が得られる。
による半導体レーザ素子の断面構造を示す。
ーザ素子で、その基板としてp−GaAs基板801を
用い、光吸収層(電流光閉じ込め層)を活性層の基板側
に設けたものである。
aAsからなる層厚1.0μmの電流光閉じ込め層80
2が設けられており、該基板801の中央部分には、該
電流光閉じ込め層802の層厚より若干深いストライプ
溝803が形成されている。この電流光閉じ込め層80
2及びストライプ溝803上には、ストライプ溝の両側
での層厚が0.2μmになるようp−Al0.5Ga0.5A
s層が形成されており、これが第1クラッド層804と
なっている。
厚0.1μmのp−Al0.55Ga0. 45As中間層80
5、層厚0.07μmのp−Al0.13Ga0.87As活性
層806、及び層厚0.15μmのn−Al0.55Ga
0.45As低屈折率層807が順次積層されている。さら
に該低屈折率層807上には、層厚1.5μmのn−A
l0.45Ga0.55As第2クラッド層808及び層厚50
μmのn−GaAsコンタクト層809が形成されてい
る。ここでは第2クラッド層808の屈折率は第1クラ
ッド層804の屈折率より大きくなっている。
に形成されたp電極、812は上記n−GaAsコンタ
クト層809上に形成されたn電極811である。
801上にLPE法により電流光閉じ込め層802を形
成した後、その中央部分にストライプ溝803を形成
し、その後第1クラッド層804,中間層805,活性
層806,低屈折率層807,第2クラッド層808,
及びコンタクト層809をLPE法により順次形成す
る。その後p−GaAs基板801の裏面にp電極81
0を、コンタクト層809上にn電極811を形成す
る。そしてウエハの劈開等により共振器端面を形成し、
光出射側端面にその反射率が12%となるようAl2O3
膜を形成し、その反対側の端面にその反射率が90%と
なるようAl2O3膜とSi膜の多層膜を形成する。なお
該素子800の共振器長は375μmである。
は、本実施例5のレーザ素子のストライプ溝803の内
部における層厚方向の屈折率分布と光強度分布を示す。
光は、n−低屈折率層807及び中間層805の影響に
より活性層806に閉じ込められながら、第1,第2ク
ラッド層804,808の屈折率の違いにより、n−第
2クラッド層808に大きくしみだすような分布をと
る。垂直方向の放射角の半値幅はθ⊥は27゜となる。
は、p−第1クラッド層804の層厚が0.3μmの場
合、この層厚に対応する等価屈折率差△nの値として
2.5×10-3が得られ、係数Γact.out は0.16と
なり、自励発振可能領域の範囲に設定できる。
定できるので、図17に示すように水平方向の放射角の
半値幅θ∠を11.5゜に設定でき、放射光のだ円率θ
⊥/θ∠を2.5以下にできる。
を、ストライプ外部での層厚が0.2μmとなる程度に
薄くできるので、駆動電流、駆動電圧が小さくてすむ。
子においても、前記した高出力レーザ素子に要求される
性能、、をすべて満足することができる。
例による半導体レーザ素子の断面構造を示しており、図
において900は本実施例の半導体レーザ素子で、これ
は図13に示す従来の半導体レーザ素子の半導体積層構
造において、第1クラッド層の屈折率を第2クラッド層
の屈折率より高くし、活性層と第2クラッド層との間に
高屈折率層を介在させたものである。
は、その半導体積層構造900aは、n−GaAs基板
901上に順次積層された、第1クラッド層902,活
性層903,高屈折率層904,及び第2クラッド層9
05から構成されている。
厚2.0μmのn−Al0.5Ga0.5As層から構成さ
れ、第2クラッド層905は、層厚0.2μmのp−A
l0.55Ga0.45As層から構成されている。また活性層
903は、層厚0.065μ mのアンドープAl0.5G
a0.5As活性層903から、高屈折率層904は、層
厚0.1μmのp−Al0.5Ga0.5As層からなる。
層厚0.01μmのp−GaAsエピタキシャル成長促
進層906及び層厚0.02μmのp−Al0.6Ga0.4
Asエッチストップ層907を介して電流光閉じ込め層
910aが設けられている。上記第2クラッド層905
の中央部分には、上記電流光閉じ込め層910a、エッ
チングストップ層907及びエピタキシャル成長促進層
906を貫通して第2クラッド層表面に達するストライ
プ溝912が形成されている。
は、上記エッチングストップ層907上に順次積層され
た、層厚0.2μmのn−Al0.2Ga0.8As第1光透
過層908、層厚0.1μmのn−GaAs光吸収層9
09、層厚0.2μmのn−Al0.2Ga0.8As第2光
透過層910、および層厚0.05μmのn−Al0.5
Ga0.5Asエピサポート層911から構成されてい
る。
イプ溝912上には、層厚2.0μmのp−Al0.55G
a0.45As第3クラッド層913及び層厚5.0μmの
p−GaAsコンタクト層914が形成されている。
たn電極、916は上記コンタクト層上に形成されたp
電極である。またこの素子の共振器長は250μmであ
り、光出射側端面の反射率が7%、その反対側の端面の
反射率が90%となるように、それぞれの共振器端面に
Al2O3膜,Si膜が形成されている。
GaAs基板901上に、MBE法(分子線エピタキシ
ャル成長法)により、第1クラッド層902,活性層9
03,高屈折率層904,第2クラッド層905を順次
積層して、上記半導体積層構造900aを形成する。続
いて上記第2クラッド層905上に、MBE法によりエ
ピタキシャル成長促進層906,エッチングストップ層
907を形成し、さらに第1光透過層908,光吸収層
909,第2光透過層910,及びエピサポート層91
1を形成する。
−GaAsエピタキシャル成長促進層906に到達する
ストライプ溝を形成し、続いてLPE法によりp−Al
0.55Ga0.45As第3クラッド層913をそのストライ
プ溝外部での層厚が2.0μmとなるよう成長する。こ
の成長は、p−GaAsエピタキシャル成長促進層90
6を除去しながら、かつストライプ溝912を埋めるよ
うに行う。これによりストライプ溝912を有する電流
光閉じ込め層910aを形成する。
μmのコンタクト層914をLPE法で成長し、n−G
aAs基板901裏面側にn電極915、p−GaAs
コンタクト層914表面上にp電極916を形成する。
ける層厚方向の屈折率分布と光強度分布を示す。クラッ
ド層の屈折率は光吸収層側のp−第2クラッド層905
よりもn−GaAs基板901側のn−第1クラッド層
902の方が大きいため、光吸収層側への光のしみだし
が小さくなる。さらにp−第2クラッド層905と活性
層903の間に、屈折率の大きいp−高屈折率層904
が介在しているため、第2クラッド層側の活性層近傍で
光強度が増大することとなる。この場合、高屈折率層が
介在しない場合に比べて活性層内に分布する光の割合が
増大する。この結果、層厚方向における光強度の分布
は、活性層903に光が閉じ込められつつ、光吸収層側
での光のしみだしが少なく、n−GaAs基板901側
での光のしみだしが大きくなるような分布となる。また
垂直方向の放射角の半値幅θ⊥は25゜となる。
層905の層厚が0.3μmの場合、これに対応する等
価屈折率差△nの値として2.5×10-3が得られ、さ
らに係数Γact.out は0.15となり、自励発振可能領
域の範囲に設定できる。
定できるので、図17に示すように水平方向の放射角の
半値幅θ∠を11.0゜程度に設定でき、放射光(出射
レーザ光)のだ円率θ⊥/θ∠を2.5以下にできる。
薄くできるので、駆動電流や駆動電圧が小さくてすむ。
子においても、前記した高出力レーザ素子に要求される
性能、、をすべて満足することができる。
例による低出力半導体レーザ素子の断面構造を示す。図
において、150は本実施例の半導体レーザ素子で、こ
れは第2実施例の素子構造における半導体積層構造50
0aに代えて、第1クラッド層152上に低屈折率第1
クラッド層(以下、低屈折率層という。)153,活性
層154及び第2クラッド層155を積層してなる半導
体積層構造150aを採用している。
図24に示すように、n−GaAs基板151上に設け
られており、その第1クラッド層152は、層厚1.0
μmのn−Al0.53Ga0.47As層から構成され、低屈
折率層153は、層厚0.3μmのn−Al0.6Ga0.4
As層153から構成されている。また、上記活性層1
54は層厚0.08μmのアンドープAl0.14Ga0.86
As層からなり、第2クラッド層155は、層厚0.2
5μmのp−Al0.6Ga0.4As層からなる。上記第1
クラッド層152の屈折率は第2クラッド層155の屈
折率より大きい。
は、中央部に幅3.5μmのストライプ溝157を有す
る層厚0.6μmのn−GaAs電流光閉じ込め層15
6が形成されている。その上には、層厚2.0μmのp
−Al0.6Ga0.4As第3クラッド層158及び層厚
5.0μmのp−GaAsコンタクト層159が積層さ
れている。
に形成されたp電極、160は上記n−GaAs基板1
51の裏面側に形成されたn電極である。
射端面には、その反射率が30%となるようにAl2O3
膜が形成されている。
の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第2実施例の
半導体レーザ素子の製造方法と同様、各半導体層の成長
はすべてMOCVD法(有機金属気相成長法)により行
う。
に、第1クラッド層152,低屈折率層153,活性層
154,第2クラッド層155及び電流光閉じ込め層1
56をMOCVD法により順次上記所定の厚さに形成す
る。
ら第2クラッド層155に達するストライプ溝157を
形成し、その後、MOCVD法により、上記電流光閉じ
込め層156上に該ストライプ溝157を埋めるように
して第3クラッド層158を形成し、さらにその上にコ
ンタクト層159を形成する。
を行い、ウエハの劈開により形成された共振器端面の光
出射端面にその反射率が30%になるようAl2 O3 膜
を形成する。
は、この実施例7の構造の半導体レーザ素子150のス
トライプ溝157の内部における層厚方向の屈折率分布
を示す。活性層154のn−第1クラッド層152側
に、該クラッド層より屈折率の小さいn−低屈折率層1
53が配置されているため、活性層154を中心とする
光の閉じ込めの割合は大きくなる。また、第1クラッド
層152内に、部分的に屈折率が小さい部分が存在する
ので、活性層から基板側へ向かう光の経路に、屈折率が
小から大に変化する界面が形成されることとなり、活性
層から第1クラッド層への光のしみだしは、第1クラッ
ド層全体としてみた場合、増大することとなる。この結
果p−第2クラッド層へのしみだしは抑制される。
しみだしが少なくなるので、p−第2クラッド層を薄く
設定できる。さらに、活性層154に隣接して、低屈折
率層153を設けることにより、活性層への光の閉じ込
めの割合を増大できる。
厚に対する等価屈折率差△nの関係を示す。比較のため
に、従来例4の結果を同時に示す。本実施例では、同一
の等価屈折率差△nを得るためのp−第2クラッド層厚
を従来例4に比べて薄く設定できる。p−クラッド層厚
が0.25μmの場合、等価屈折率差△nは4.6×1
0-3となる。さらに、本実施例の係数Γact.out は0.
28となり、従来例4よりも増大させることができる。
そこで、Γact.out /△nの値は61となり、50以上
の値となるので、自励発振強度を強くでき、雑音を低減
できる。
設定できるので、無効電流低減、素子抵抗低減が可能と
なる。従って、駆動電流低減、駆動電圧低下が可能とな
る。本実施例では、駆動電流35mA、駆動電圧1.8
Vによる出力3mWでの駆動が可能となる。さらに、本
実施例では活性層の光閉じ込めを増大できるので、発振
しきい値電流の低減効果があり、駆動電流の低減に寄与
する。
折率とp−第2クラッド層155の屈折率が等しい場合
について述べたが、それ以外に層153の屈折率の方が
層155の屈折率よりも高い場合、あるいは逆の場合に
ついても同様の効果が得られる。
例による半導体レーザ素子の断面構造を説明するための
図であり、図において、250は、本実施例の高出力半
導体レーザ素子で、この素子250では、第1実施例の
半導体レーザ素子100の素子構造において、活性層と
第1クラッド層側の低屈折率層との間に中間層を設けた
素子構造を採用している。
は、基板251としてn−GaAs基板を用い、第1ク
ラッド層252は、層厚1.5μmのn−Al0.5Ga
0.5As層から構成し、低屈折率第1クラッド層(以
下、低屈折率層という。)253は、層厚0.2μmの
n−Al0.55Ga0.45As層から構成している。また中
間第1クラッド層(以下、中間層という。)254は、
層厚0.1μmのn−Al0.5Ga0.5As層から構成
し、活性層255は、層厚0.06μmのアンドープA
l0.14Ga0.86As層から構成している。さらに第2ク
ラッド層256は、層厚0.30μmのp−Al0.55G
a0.45As層からなり、上記第1クラッド層252,低
屈折率層253,中間層254,活性層255,及び第
2クラッド層256により、レーザ光を発生するための
半導体積層構造250aが構成されている。
層厚0.003μmのp−GaAsエピタキシャル成長
促進層257,及び層厚0.02μmのp−Al0.6G
a0.4Asエッチストップ層258を介して、層厚1.
0μmのn−GaAs電流光閉じ込め層259が形成さ
れている。
59からp−エッチストップ層258を貫いて、p−G
aAsのエピタキシャル成長促進層257に到達する幅
4.0μmのストライプ溝260が上記第2クラッド層
256の中央部分上に形成されている。
上には、ストライプ溝260を埋めるようにして、層厚
2.0μmのp−Al0.55Ga0.45As第3クラッド層
261が形成され、さらにその上には層厚5.0μmの
p−GaAsコンタクト層262が形成されている。
たn電極、264は上記コンタクト層262上に形成さ
れたp電極である。
射端面にはその反射率が12%となるようAl2O3膜が
形成されており、光出射端面とは反対側の端面にはその
反射率が75%となるようAl2O3膜とSi膜の多層膜
が形成されている。
例の半導体レーザ素子の製造方法は、第1実施例の半導
体レーザ素子の製造方法とほとんど同じであるが、第1
実施例では、MOCVD法及びLPE法を用いているの
に対し、本実施例では、MBE法(分子線エピタキシャ
ル成長法)及びLPE法を用いている。
に、第1クラッド層252,低屈折率層253,中間層
254,活性層255,第2クラッド層256,エピタ
キシャル成長促進層257,エッチストップ層258,
及び電流光閉じ込め層259を順次MBE法により積層
形成する。
らエピタキシャル成長促進層257に達するようストラ
イプ溝260を形成し、その後、LPE法により、上記
電流光閉じ込め層259上に該ストライプ溝260を埋
めるようにして第3クラッド層261を形成し、さらに
その上にコンタクト層262を形成する。
を行い、ウエハの劈開により形成された共振器端面の光
出射端面にその反射率が30%になるようAl2 O3 膜
を形成する。
は、この実施例8の構造のレーザ素子のストライプ幅2
60の内部における層厚方向の屈折率分布を示す。活性
層255のn−第1クラッド層252側に、n−低屈折
率層253、及び中間層254を配置した構成となって
いるため、光の活性層255を中心とする閉じ込め割合
は増大することとなる。また、活性層の第1クラッド層
に第1クラッド層より屈折率の小さい部分があるため、
上記第7の実施例と同様にして、n−第1クラッド層へ
の光のしみだしが大きくなる。この結果p−第2クラッ
ド層へのしみだしは抑制される。
しみだしが少なくなるので、p−第2クラッド層を薄く
設定できる。さらに、活性層255の近傍に低屈折率層
253を設けることにより、活性層への光の閉じ込めの
割合を増大できる。
等価屈折率差△nの関係を図39に示す。比較のため
に、従来例5の結果を同時に示す。本実施例では、同一
の等価屈折率差△nを得るためのp−第2クラッド層厚
を、従来例5に比べて薄く設定できる。p−クラッド層
厚が0.30μmの場合、等価屈折率差△nは2.7×
10-3となる。さらに、本実施例の係数Γact.out は
0.14となり、従来例5よりも増大することができ
る。
50以上の値となるので、自励発振強度を強くでき、雑
音を十分低減できる。
設定できるので、無効電流低減、素子抵抗低減が可能と
なる。従って、駆動電流低減、駆動電圧低下が可能とな
る。本実施例では、駆動電流100mA、駆動電圧1.
8Vにより出力30mWでの駆動が可能となる。
折率とp−第2クラッド層256の屈折率が等しい場合
について述べたが、それ以外に253の屈折率の方が2
56の屈折率よりも高い場合、あるいは逆の場合につい
ても同様の効果が得られる。
例による半導体レーザ素子の断面構造を示し、図におい
て、350は本実施例の半導体レーザ素子で、実施例7
で示した低屈折率層を活性層と第1クラッド層の間に有
し、活性層とp−第2クラッド層の間に高屈折率層を有
する素子構造を採用する。なお、この素子350は、各
半導体層の層厚が若干異なっている点以外は、第3の実
施例による半導体レーザ素子600と同一の素子構造を
有している。
は、第1クラッド層352,低屈折率第1クラッド層3
53,活性層354,高屈折率第2クラッド層355,
第2クラッド層356を順次積層してなる半導体積層構
造350aが設けられている。
μmのn−Al0.5Ga0.5As層からなり、上記低屈折
率第1クラッド層(以下、低屈折率層という。)353
は、層厚0.2μmのn−Al0.55Ga0.45As層から
なる。上記活性層354は、量子井戸型活性層で、それ
ぞれ層厚0.004μmの5つのアンドープAl0. 3G
a0.7Asガイド層と、それぞれ層厚0.01μmの4
つのアンドープAl0. 1Ga0.9As量子井戸層を交互に
積層して形成されている。
折率層という。)355は、層厚0.2μmのp−Al
0.55Ga0.45As層からなり、第2クラッド層356
は、中央にリッジストライプ部357を有する層厚1.
5μmのp−Al0.6Ga0.4As層からなる。
ライプ部357両側部分には、層厚1.0μmのn−G
aAs電流光閉じ込め層358が形成されており、その
上全面に層厚3.0μmのp−GaAsコンタクト層3
59が形成されている。
れたn電極、361は上記コンタクト層359上に形成
されたp電極である。
射端面にはその反射率が12%となるようSiO2膜が
形成され、光出射端面とは反対側の端面にはその反射率
が90%となるようAl2O3膜とSi膜の多層膜が形成
されている。
GaAs基板351上に、第1クラッド層352,低屈
折率層353,量子井戸型活性層354,高屈折率層3
55,第2クラッド層356をMOCVD法により順次
上記所定の厚さに形成する。
3μmのストライプ状SiN膜を形成し、これをマスク
としてp−第2クラッド層356をエッチングしてリッ
ジストライプ357を形成する。この時、上記第2クラ
ッド層356の、リッジストライプ部357以外の部分
では、高屈折率層355及び第2クラッド層356の層
厚は0.25μmとなっている。
クとして、MOCVD法によりリッジストライプ部35
7の両側を埋め込むようにして、n−GaAs電流光閉
じ込め層358を選択成長する。さらに、SiN膜を除
去した後、MOCVD法でn−GaAs電流光閉じ込め
層358上全面にp−GaAsコンタクト層359を形
成する。そして、n−GaAs基板351の裏面側、及
びp−GaAsコンタクト層359の表面上にそれぞれ
n電極360、p電極361を形成する。
るようウエハの劈開等を行い、共振器端面を形成する。
そして光出射端面にはその反射率が12%となるようS
iO2膜を形成し、光出射端面とは反対側の端面にはそ
の反射率が90%となるようAl2O3膜とSi膜の多層
膜を形成する。
は、この実施例9の構造のレーザ素子のリッジストライ
プ部357の内部における層厚方向の屈折率分布を示
す。活性層354のn−第1クラッド層352側に、該
クラッド層より屈折率の小さいn−低屈折率層353が
配置されているため、活性層354を中心とする光の閉
じ込めの割合は大きくなる。また、第1クラッド層35
2内に、部分的に屈折率が小さい部分が存在するので、
活性層から基板側へ向かう光の経路に、屈折率が小から
大に変化する界面が形成されることとなり、活性層から
第1クラッド層への光のしみだしは、第1クラッド層全
体としてみた場合、増大することとなる。この結果p−
第2クラッド層へのしみだしは抑制される。
しみだしが少なくなるので、p−第2クラッド層を薄く
設定できる。さらに、活性層354に隣接して、低屈折
率層353を設けることにより、活性層への光の閉じ込
めの割合を増大できる。
設定できるので、無効電流低減、素子抵抗低減が可能と
なる。従って、駆動電流低減、駆動電圧低下が可能とな
る。本実施例では、駆動電流90mA、駆動電圧1.8
Vによる出力30mWでの駆動が可能となる。
折率とp−高屈折率層355の屈折率が等しい場合につ
いて述べたが、それ以外に低屈折率層353の屈折率の
方が高屈折率層355の屈折率よりも高い場合、あるい
は逆の場合についても同様の効果が得られる。
実施例による高出力半導体レーザ素子の断面構造を示
す。図において、450は本実施例の高出力半導体レー
ザ素子で、これは、実施例8で示した低屈折率層と中間
層をn−第1クラッド層側に有し、かつ実施例9で示し
た高屈折率層をp−第2クラッド層側に有する素子構造
を採用する。
第1クラッド層452,低屈折率層453,中間第1ク
ラッド層(以下、中間層という。)454,歪活性層4
55,高屈折率第2クラッド層(以下、高屈折率層とい
う。)456,第2クラッド層457を順次積層してな
る半導体積層構造450aが設けられている。
μmのn−(Al0.55Ga0.45)0. 5In0.5P層からな
り、低屈折率層453は、層厚0.1μmのn−(Al
0.6Ga0.4)0.5In0.5P層からなる。また中間層45
4は、層厚0.1μmのn−(Al0.55Ga0.45)0.5
In0.5P層からなり、歪活性層455は、層厚0.0
2のアンドープGa0.5In0.5P層からなる。
μmのp−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、
第2クラッド層457は、層厚1.5μmのp−(Al
0.5 5Ga0.45)0.5In0.5P層からなる。
にリッジストライプ部458を有し、該リッジストライ
プ部458の両側には、層厚0.6μmのn−GaAs
電流光閉じ込め層459が形成されている。また電流光
閉じ込め層459及びリッジストライプ部458上に
は、層厚3.0μmのp−GaAsコンタクト層460
が形成されている。
電極、462は上記コンタクト層460の表面に形成さ
れたp電極である。
射端面にはその反射率が12%となるようAl2O3膜が
形成され、光出射端面とは反対側の端面にはその反射率
が90%となるようAl2O3膜とSi膜の多層膜が形成
されている。
−GaAs基板451上に、第1クラッド層452,低
屈折率層453,中間層454,歪活性層455,高屈
折率層456,第2クラッド層457をMOCVD法に
より順次所定厚さに形成する。
mのストライプ状SiN膜を形成し、該SiN膜をマス
クとして第2クラッド層457をエッチングして、リッ
ジストライプ部458を形成する。この時リッジストラ
イプ部外側での、高屈折率層456とp−第2クラッド
層457の層厚は0.25μmである。
して、MOCVD法によりリッジストライプ部458の
両側部分を埋め込むようにして、n−GaAs電流光閉
じ込め層459を選択成長する。その後、SiN膜を除
去し、MOCVD法でn−GaAs電流光閉じ込め層4
59上全面にp−GaAsコンタクト層460を形成す
る。
及びp−GaAsコンタクト層460の表面側にそれぞ
れn電極461、p電極462を形成する。
を形成した後、光出射端面にはその反射率が12%とな
るようAl2O3膜を形成し、光出射端面とは反対側の端
面にはその反射率が90%となるようAl2O3膜とSi
膜の多層膜を形成する。
は、この実施例10の構造のレーザ素子のリッジストラ
イプ458の内部における層厚方向の屈折率分布を示
す。この素子においても、活性層455のn−第1クラ
ッド層452側に、n−低屈折率層453を有する構造
となっているため、活性層455を中心とする光の閉じ
込めの割合は大きくなる。また、第1クラッド層452
側に、部分的に屈折率が小さい部分が存在するので、活
性層から基板側へ向かう光の経路に、屈折率が小から大
に変化する界面が形成されることとなり、活性層から第
1クラッド層への光のしみだしは、第1クラッド層全体
としてみた場合、増大することとなる。この結果p−第
2クラッド層へのしみだしは抑制される。
しみだしが少なくなるので、p−第2クラッド層を薄く
設定できる。さらに、活性層455に隣接して、低屈折
率層453を設けることにより、活性層への光の閉じ込
め割合を増大できる。
設定できるので、無効電流低減、素子抵抗低減が可能と
なる。従って、駆動電流低減、駆動電圧低下が可能とな
る。本実施例では、駆動電流90mA、駆動電圧2.0
Vによる出力30mWの駆動が可能となる。
とp−第2クラッド層457の屈折率が等しい場合につ
いて述べたが、それ以外に中間層454の屈折率の方が
第2クラッド層457の屈折率よりも高い場合、あるい
は逆の場合についても同様の効果が得られる。
実施例による低出力半導体レーザ素子の断面構造を示
す。図において、550は本実施例の低出力半導体レー
ザ素子で、この素子は、上記第6の実施例の半導体レー
ザ素子900と同一の素子構造を採用しており、該素子
構造を構成する各半導体層の層厚が若干異なっている。
本半導体レーザ素子を構成する各要素551〜562
は、上記第6の実施例の半導体レーザ素子900の構成
要素901〜912に対応している。
に示すように、n−GaAs基板551を用いており、
第1クラッド層552は、層厚1.0μmのn−Al
0.5Ga0.5As層からなり、活性層553は層厚0.0
8μmのアンドープAl0.14Ga0.86As層からなる。
折率層という。)554は、層厚0.2のp−Al0.5
Ga0.5As層からなり、第2クラッド層555は、層
厚0.25μmのp−Al0.55Ga0.45As層からな
る。
553,高屈折率層554,及び第2クラッド層555
から、レーザ光を発生するための半導体積層構造550
aが構成されている。
0.005μmのp−GaAsエピタキシャル成長促進
層556及び層厚0.02μmのp−Al0.6Ga0.4A
sエッチストップ層557を介して、電流光閉じ込め層
558aが形成されている。この電流光閉じ込め層55
8aは、上記エッチストップ層557上に、層厚0.2
μmのn−Al0.2Ga 0.8As第1光透過層558、
層厚0.1μmのn−GaAs光吸収層559、層厚
0.2μmのn−Al0.2Ga 0.8As第2光透過層5
60、及び層厚0.05μmのn−GaAsAsエピサ
ポート層561を順次積層してなる構造となっている。
め層558aの表面から第2クラッド層556に達する
ストライプ溝562が形成されている。
閉じ込め層558a上には、層厚2.0μmのp−Al
0.55Ga0.45As第3クラッド層563が形成され、さ
らにその上には、層厚5.0μmのn−GaAsコンタ
クト層564が形成されている。
たn電極、567は上記コンタクト層564上に形成さ
れたp電極である。また、この素子の共振器長は200
μmで、光出射端面にはその反射率が30%となるよう
にSiN膜が形成されている。
第1クラッド層552,活性層553,高屈折率層55
4,及び第2クラッド層555を、MOCVD法により
順次所定厚さに形成して、レーザ光を発生するための半
導体積層構造550aを形成する。続いて、MOCVD
法により、その上に、エピタキシャル成長促進層55
6、エッチストップ層557を形成し、さらに、電流光
閉じ込め層558aとして、上記エッチストップ層55
7上に、第1光透過層558、光吸収層559、第2光
透過層560、及びエピサポート層561を順次形成す
る。
エッチストップ層557を選択的にエッチングして、ス
トライプ溝562を形成する。その後、LPE法によ
り、エピタキシャル成長促進層556を除去しながら、
ストライプ溝562を埋めるように、第3クラッド層5
63を成長し、さらにコンタクト層564を形成する。
n電極565を形成し、コンタクト層564の表面にp
電極566を形成する。
を形成した後、光出射端面にその反射率が30%となる
ようにSiN膜を形成する。
素子のストライプ溝562の内部における層厚方向の屈
折率分布を示す。この素子では、活性層553のp−第
2クラッド層555側に、p−高屈折率層554が配置
されているため、第2クラッド層側の活性層近傍部分で
光強度が増加することとなる。この結果、上記高屈折率
層が存在しない場合に比べて、光は活性層553を中心
により多く閉じ込められる。また活性層から電流光閉じ
込め層へ向かう光の経路に、屈折率が大から小に変化す
る界面が形成されることとなり、これによりp−第2ク
ラッド層へのしみだしは抑制される。
0への光のしみだしが少なくなるので、p−第2クラッ
ド層を薄く設定できる。さらに、活性層553の近傍に
低屈折率のp−第2クラッド層555を設けることによ
り、活性層への光の閉じ込め割合を増大できる。
設定できるので、無効電流低減、素子抵抗低減が可能と
なる。従って、駆動電流低減、駆動電圧低下が可能とな
る。本実施例では、3mWの駆動電流25mA、駆動電
圧1.75Vが得られた。
折率とn−第1クラッド層552の屈折率が等しい場合
について述べたが、それ以外に554の屈折率の方が5
52の屈折率よりも高い場合、あるいは逆の場合につい
ても同様の効果が得られる。
の実施例による低出力半導体レーザ素子の断面構造を示
す。図において、650は本実施例の低出力半導体レー
ザ素子で、これは第5実施例の半導体レーザ素子と同
様、電流光閉じ込め層を基板側に有するものである。
うに、p−GaAs基板651を用いており、該基板上
には層厚1.0μmのn−GaAs電流光閉じ込め層6
52が設けられている。この電流光閉じ込め層652の
中央部分には、幅4μmのストライプ溝653が基板に
達するよう形成されている。このストライプ溝653及
び電流光閉じ込め層652上全面には第2クラッド層6
54,高屈折率第2クラッド655(以下、p−高屈折
率層655という。),中間第2クラッド層656(以
下、中間層656という。),活性層657,及び第1
クラッド層658が形成されている。
ライプ外側の層厚が0.2μmのp−Al0.55Ga0.45
As層からなり、高屈折率層655は、層厚0.1μm
のp−Al0.5Ga0.5As層からなる。また中間層65
6は、層厚0.1μmのp−Al0.55Ga0.45As層か
らなり、上記活性層657は層厚0.08μmのp−A
l0.14Ga0.86As層からなる。さらに上記第1クラッ
ド層層658は層厚1.5μmのn−Al0.5Ga0.5A
s層からなる。
厚5.0μmのn−GaAsコンタクト層659が形成
されている。661は該コンタクト層659上に形成さ
れたn電極、660は基板裏面側に形成されたp電極で
ある。
射端面にはその反射率が30%となるようにSiN膜が
形成されている。
GaAs基板651上にLPE法によりn−GaAs電
流光閉じ込め層652を成長し、該電流光閉じ込め層6
52の所定部分に基板に達するようストライプ溝653
を形成する。その後は、LPE法により、上記第2クラ
ッド層654を上記ストライプ溝653を埋め込むよう
上記電流光閉じ込め層652上に形成し、さらにその上
に、高屈折率層655,中間層656,活性層657,
第1クラッド層658,コンタクト層659を順次形成
する。
661を形成し、基板裏面側にp電極660を形成す
る。そしてウエハの劈開等により共振器端面を形成し、
光出射端面にはその反射率が30%となるようにSiN
膜を形成する。
素子のストライプ溝653の内部における層厚方向の屈
折率分布を示す。この素子では、活性層657のp−第
2クラッド層654側に、p−高屈折率層655を配置
した構成となっているため、第2クラッド層側の活性層
近傍部分で光強度が増加することとなり、光は活性層6
57を中心により多く閉じ込めらる。しかも活性層から
電流光閉じ込め層へ向かう光の経路に、屈折率が大から
小に変化する界面が形成されることとなり、p−第2ク
ラッド層654側へのしみだしは抑制される。
しみだしが少なくなるので、p−第2クラッド層を薄く
設定できる。さらに、活性層657の近傍に中間層65
6を設けることにより、活性層への光の閉じ込め割合を
増大できる。
設定できるので、無効電流低減、素子抵抗低減が可能と
なる。従って、駆動電流低減、駆動電圧低下が可能とな
る。本実施例では、駆動電流25mA、駆動電圧1.8
Vによる出力3mWの駆動が可能となる。
折率とn−第1クラッド層658の屈折率が等しい場合
について述べたが、それ以外に層655の屈折率の方が
層658の屈折率よりも高い場合、あるいは逆の場合に
ついても同様の効果が得られる。 なお、以上述べた各
実施例においては、低屈折率層、中間層、高屈折率層の
屈折率がステップ状に変化する場合について示したが、
屈折率が徐々に変化するような場合にも同様に適用可能
である。
されるものではなく、それ以外の層厚、混晶比の場合に
おいても、本発明の効果を有する限り適用可能である。
材料系についても、本発明の効果を有する限り適用可能
である。
BE法、LPE法について示したが、それ以外にもMO
MBE法、原子層エピタキシャル成長法(ALE法)
等、他の成長法も適用可能である。
ザ素子によれば、第1クラッド層,つまり基板側のクラ
ッド層の屈折率を、第2クラッド層,つまり電流光閉じ
込め層側のクラッド層の屈折率より大きくしたので、電
流光閉じ込め層への光のしみだしが抑制されることとな
り、第2クラッド層の層厚を増大させることなく、スト
ライプ溝内外の等価屈折率差を、レーザ光の自励発振可
能な範囲の低い値に設定することができる。
間に、第1クラッド層より屈折率の低い低屈折率層を介
在させているため、層厚方向に分布する光のうち、活性
層内に分布する光の割合が、上記第1クラッド層の屈折
率を第2クラッド層の屈折率より大きくしたことにより
低下するのを抑制することができる。このためストライ
プ溝外側部分での活性層への光の閉じ込め割合Γact.ou
t を、自励発振可能な範囲であって、水平方向の放射角
の半値幅が11°以上となるような値にすることができ
る。
act.out が自励発振可能な範囲の値になるため、自励発
振を確実に行うことができる。
ているため、該クラッド層での無効電流や抵抗が小さ
く、駆動電流,駆動電圧の小さい低消費電力のレーザ素
子を実現できる。
°以上となって放射光のだ円率が2.5以下に抑えられ
るため、コリメータレンズなどとの光結合効率の低下を
防止できる。
ば、第1クラッド層,つまり基板側のクラッド層の屈折
率を、第2クラッド層,つまり電流光閉じ込め層側のク
ラッド層の屈折率より大きくしたので、電流光閉じ込め
層への光のしみだしが抑制されることとなり、第2クラ
ッド層の層厚を増大させることなく、ストライプ溝内外
の等価屈折率差を、レーザ光の自励発振可能な範囲の低
い値に設定することができる。しかも、上記第2クラッ
ド層と活性層との間に、第2クラッド層より屈折率の高
い高屈折率層を介在させたので、第2クラッド層側の活
性層近傍部分で光強度が増加することとなる。この結
果、上記高屈折率層が介在しない場合に比べて、活性層
内に分布する光の割合が増大し、上記第1クラッド層の
屈折率を第2クラッド層の屈折率より大きくしたことに
よる活性層内への光閉じ込め割合の低下を抑制すること
ができる。
外側部分での活性層への光の閉じ込め割合Γact.out
を、自励発振可能な範囲であって、水平方向の放射角の
半値幅が11°以上となるような値にすることができ
る。
振強度の調整方法によれば、上記構造の半導体レーザ素
子において、ストライプ溝内外の等価屈折率の差Δn及
びストライプ溝外側での活性層への光の閉じ込め割合Γ
act.out をそれぞれ所定の範囲内の値に設定して、該自
励発振強度の調整を行うようにしたので、自励発振可能
な素子構造を、第2クラッド層の層厚を増大させること
なく、しかも出射レーザ光のだ円率を小さく抑えつつ、
確実かつ簡単に実現することができる。
ば、活性層近傍の第1クラッド層,つまり基板側のクラ
ッド層の少なくとも一部の領域の屈折率を第1クラッド
層のその他の領域の屈折率よりも小さくしたので、第1
クラッド層への光のしみだしを増大して、第2クラッド
層側の電流光閉じ込め層への光のしみだしを抑制でき
る。
層を活性層近傍に設けることにより、活性層の光閉じ込
めの割合の低下を効果的に抑制できる。
ることなく、等価屈折率差△nを低減でき、そのとき活
性層の光閉じ込めの割合の低下を抑制できる。
効電流増大及び素子抵抗増大を防止できるとともに、自
励発振による低雑音化が可能となり、この結果、駆動電
流、駆動電圧低減による低消費電力の自励発振型の低雑
音レーザを実現できる。
ば、活性層近傍の第2クラッド層,つまり電流光閉じ込
め層側のクラッド層の少なくとも一部の領域の屈折率
を、第2クラッド層のその他の領域よりも大きくしたの
で、第2クラッド層への光のしみだしを少なくして、電
流光閉じ込め層への光のしみだしを抑制できる。
の上記高屈折率層以外の低屈折率領域が存在するため
に、活性層の光閉じ込めの割合の低下を抑制できる。
層厚増大に伴う無効電流増大及び素子抵抗増大を防止で
き、自励発振による低雑音化が可能となり、駆動電流、
駆動電圧低減による低消費電力の自励発振型の低雑音レ
ーザを実現できる。
振強度の調整方法によれば、上記半導体レーザ素子にお
いて、ストライプ溝内外での等価屈折率との差(△
n)、及び活性層での光閉じ込めの割合Γact.out をそ
れぞれ所定の範囲内の値に設定し、かつ、Γact.out /
Δnの値を所定値以上の値に設定して、該自励発振強度
を調整するようにしたので、高い強度の自励発振可能な
素子構造を、第2クラッド層の層厚を増大させることな
く確実かつ簡単に実現することができる。
の断面構造を示す図である。
イプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図で
ある。
の断面構造を示す図である。
イプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図で
ある。
の断面構造を示す図である。
イプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図で
ある。
の断面構造を示す図である。
イプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図で
ある。
の断面構造を示す図である。
ライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図
である。
子の断面構造を示す図である。
ライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図
である。
1)を示す断面図である。
部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図である。
厚と横方向屈折率差との関係を示す図である。
厚とストライプ外部の活性層光閉じ込め係数Γact.out
との関係を示す図である。
光閉じ込め係数Γact.out と、水平方向の放射角の半値
幅との関係を示す図である。
例2)を示す断面図である。
部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図である。
例3)を示す断面図である。
部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図である。
厚とストライプ外部の無効電流との関係を示す図であ
る。
厚とp−第2クラッド層内の抵抗との関係を示す図であ
る。
子の断面構造を示す図である。
ライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図
である。
子の断面構造を示す図である。
ライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図
である。
子の断面構造を示す図である。
ライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図
である。
素子の断面構造を示す図である。
トライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す
図である。
素子の断面構造を示す図である。
トライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す
図である。
素子の断面構造を示す図である。
トライプ内部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す
図である。
例4)を示す断面図である。
部の層厚方向の屈折率と光強度の分布を示す図である。
差とp−第2クラッド層の関係を示す図である。
差とp−第2クラッド層の関係を示す図である。
−第2クラッド層の関係を示す図である。
閉じ込め係数の関係を示す図である。
50、600、650、700、800、900 半導
体レーザ素子 100a、150a、250a、350a、450a、
500a、550a、600a、650a、700a、
800a、900a 半導体積層構造 102、152、252、352、452、502、5
52、602、658、702、804、902 第1
クラッド層 103、153、253、353、453、503、6
03、703、807低屈折率層 104、154、255、354、455、504、5
53、604、657、705、806、903 活性
層 105、155、256、356、457、505、5
55、654、707、808、905 第2クラッド
層 108、156、259、358、459、507、6
08、652、709、802 電流光閉じ込め層 109、157、260、357、458、508、5
62、803、912ストライプ溝 254、355、454、456、605、656、7
04、706、805中間層 554、655、904 高屈折率層 607 リッジストライプ
Claims (8)
- 【請求項1】 活性層を、これより屈折率の小さい第1
導電型の第1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド
層の間に挟み込んでなり、レーザ光を発生させるための
半導体積層構造と、 該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表面上に形
成された第2導電型のストライプ状半導体層を有し、レ
ーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ストライプ
状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための電流光閉
込め手段とを備え、 該半導体積層構造は、該第1クラッド層の屈折率が該第
2クラッド層の屈折率より大きく、かつ該第1クラッド
層と該活性層との間に、該第1クラッド層より屈折率の
小さい第1導電型の半導体層を少なくとも一層有するも
のである半導体レーザ素子。 - 【請求項2】 活性層を、これより屈折率の小さい第1
導電型の第1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド
層の間に挟み込んでなり、レーザ光を発生させるための
半導体積層構造と、 該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表面上に形
成された第2導電型のストライプ状半導体層を有し、レ
ーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ストライプ
状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための電流光閉
込め手段とを備え、 該半導体積層構造は、該第1クラッド層の屈折率が該第
2クラッド層の屈折率より大きく、かつ該第2クラッド
層と該活性層との間に、該第2クラッド層より屈折率の
大きい第2導電型の半導体層を少なくとも一層有するも
のである半導体レーザ素子。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体レーザ
素子において、 該ストライプ状半導体層内側での層厚方向の等価屈折率
と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方向の等価屈
折率との差を1×10-3から4×10-3の範囲内の値と
し、かつ、 該ストライプ状半導体層外側での層厚方向における活性
層内への光の閉じ込めの割合を0.12から0.3の範
囲内の値とした半導体レーザ素子。 - 【請求項4】 請求項3に記載の半導体レーザ素子の自
励発振強度を調整する方法であって、 前記ストライプ状半導体層内側での層厚方向の等価屈折
率と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方向の等価
屈折率との差、及び該ストライプ状半導体層外側での層
厚方向における活性層内への光の閉じ込めの割合をそれ
ぞれ所定の範囲内の値に設定して、該自励発振強度の調
整を行う半導体レーザー素子の自励発振強度の調整方
法。 - 【請求項5】 活性層を、これより屈折率の小さい第1
導電型の第1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド
層の間に挟み込んでなり、レーザ光を発生させるための
半導体積層構造と、 該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表面上に形
成された第2導電型のストライプ状半導体層を有し、レ
ーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ストライプ
状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための電流光閉
込め手段とを備え、 該第1クラッド層は、その一部の領域の屈折率が、該第
1クラッド層のその他の領域の屈折率よりも小さいもの
である半導体レーザ素子。 - 【請求項6】 活性層を、これより屈折率の小さい第1
導電型の第1クラッド層及び第2導電型の第2クラッド
層の間に挟み込んでなり、レーザ光を発生させるための
半導体積層構造と、 該第2クラッド層の、該活性層とは反対側の表面上に形
成された第2導電型のストライプ状半導体層を有し、レ
ーザ駆動電流及びレーザ光を該活性層の、該ストライプ
状半導体層に対応する領域に閉じ込めるための電流光閉
込め手段とを備え、 該第2クラッド層は、その一部の領域の屈折率が、該第
2クラッド層のその他の領域の屈折率よりも大きいもの
である半導体レーザ素子。 - 【請求項7】 請求項1または2に記載の半導体レーザ
素子において、 前記ストライプ状半導体層内側での層厚方向の等価屈折
率と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方向の等価
屈折率との差(△n)を、2×10-3から5×10-3の
範囲内の値とし、かつ、 該ストライプ状半導体層外側での層厚方向における活性
層内への光の閉込め割合(Γact.out)を0.1
から0.4の範囲内の値とし、 Γact.out/△nを50以上の値にした半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項8】 請求項7に記載の半導体レーザ素子の自
励発振強度を調整する方法であって、 前記ストライプ状半導体層内側での層厚方向の等価屈折
率と、該ストライプ状半導体層外側での層厚方向の等価
屈折率との差(△n)、及び該ストライプ状半導体層外
側での層厚方向における活性層内への光の閉込め割合
(Γact.out)をそれぞれ所定の範囲内の値に設
定し、かつ、Γact.out/△nの値を所定値以上
の値に設定して、該自励発振強度を調整する半導体レー
ザ素子の自励発振強度の調整方法。
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Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11233883A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2004253776A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-09-09 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及び光学式情報記録装置 |
JP2005333129A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 半導体レーザーダイオード |
JP2006004990A (ja) * | 2004-06-15 | 2006-01-05 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体層の成長方法 |
US7183569B2 (en) | 1997-03-07 | 2007-02-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Gallium nitride semiconductor light emitting device having multi-quantum-well structure active layer, and semiconductor laser light source device |
JP2007095857A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ |
JP2008021705A (ja) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Nec Electronics Corp | 自励発振型半導体レーザとその製造方法 |
JP2008085367A (ja) * | 2007-12-17 | 2008-04-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2008113038A (ja) * | 2008-01-28 | 2008-05-15 | Sony Corp | 自励発振型半導体レーザ |
JP2008219050A (ja) * | 2008-06-13 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2008219051A (ja) * | 2008-06-13 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2010539522A (ja) * | 2007-09-10 | 2010-12-16 | ザ センター フォー インテグレーテッド フォトニクス リミテッド | 電界吸収型光変調器 |
JP2012186252A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Canon Inc | フォトニック結晶面発光レーザ |
WO2023074228A1 (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | ローム株式会社 | 半導体レーザ装置 |
WO2023188967A1 (ja) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | ローム株式会社 | 半導体レーザ装置 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5751752A (en) * | 1994-09-14 | 1998-05-12 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
JP2000031585A (ja) * | 1998-07-15 | 2000-01-28 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
JP2001210910A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2002374040A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
JP2003078208A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
JP7323786B2 (ja) * | 2019-01-17 | 2023-08-09 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6273687A (ja) * | 1985-09-26 | 1987-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
JPH0212885A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-17 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその出射ビームの垂直放射角の制御方法 |
JP2775950B2 (ja) * | 1990-01-12 | 1998-07-16 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
JP2547464B2 (ja) * | 1990-04-13 | 1996-10-23 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
JP2912717B2 (ja) * | 1991-02-21 | 1999-06-28 | 松下電子工業株式会社 | 半導体レーザ装置 |
GB2265755B (en) * | 1992-03-31 | 1995-11-08 | Matsushita Electronics Corp | Semiconductor laser device and its fabrication method |
JP3444610B2 (ja) * | 1992-09-29 | 2003-09-08 | 三菱化学株式会社 | 半導体レーザ装置 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP22067794A patent/JP3489878B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-10-21 US US08/327,452 patent/US5592502A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7183569B2 (en) | 1997-03-07 | 2007-02-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Gallium nitride semiconductor light emitting device having multi-quantum-well structure active layer, and semiconductor laser light source device |
JPH11233883A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2004253776A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-09-09 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及び光学式情報記録装置 |
JP2005333129A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 半導体レーザーダイオード |
JP4654611B2 (ja) * | 2004-06-15 | 2011-03-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体層の成長方法 |
JP2006004990A (ja) * | 2004-06-15 | 2006-01-05 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体層の成長方法 |
JP2007095857A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ |
JP2008021705A (ja) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Nec Electronics Corp | 自励発振型半導体レーザとその製造方法 |
JP2010539522A (ja) * | 2007-09-10 | 2010-12-16 | ザ センター フォー インテグレーテッド フォトニクス リミテッド | 電界吸収型光変調器 |
JP2008085367A (ja) * | 2007-12-17 | 2008-04-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2008113038A (ja) * | 2008-01-28 | 2008-05-15 | Sony Corp | 自励発振型半導体レーザ |
JP2008219050A (ja) * | 2008-06-13 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2008219051A (ja) * | 2008-06-13 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2012186252A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Canon Inc | フォトニック結晶面発光レーザ |
WO2023074228A1 (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | ローム株式会社 | 半導体レーザ装置 |
WO2023188967A1 (ja) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | ローム株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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Publication number | Publication date |
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