JPH0832177A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屈折率導波機構を備えた半導体レーザ装置の
しきい値電流を低減する。 【構成】 本発明による半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ
基板（21）上にＡｌＧａＩｎＰより成る第１のクラッド
層（23）と、ＧａＩｎＰより成る活性層（24）と、Ａｌ
ＧａＩｎＰより成る第２のクラッド層（25）とを順次積
層し、第２のクラッド層（25）が部分的に突出して尾根
状のクラッド層（26）を形成し、尾根状のクラッド層
（26）を電流ブロック層（31）により包囲した構造を備
えている。電流ブロック層は活性層（24）及び第２のク
ラッド層（25）より屈折率が小さい。活性層（24）の尾
根状のクラッド層（26）の下方に位置する領域（Ａ）の
実効屈折率ｎ_Aと電流ブロック層（31）の下方に位置す
る領域（Ｂ）の実効屈折率ｎ_Bとはｎ_A＞ｎ_Bの関係であ
り、活性層（24）における水平方向の光閉じ込めが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置、特
に活性層の水平方向の光閉じ込めが良好で且つしきい値
電流を低減する半導体レーザ装置に関連する。

【０００２】

【従来の技術】活性層の垂直方向で光の閉じ込めを行う
と共に、活性層の水平方向の実効屈折率を変えて水平方
向にも光の閉じ込めを可能とした屈折率導波機構を有す
る半導体レーザ装置は公知である。この種の半導体レー
ザ装置では、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板
（1）の上面にｎ型ＧａＡｓバッファ層（2）、ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層（3）、ノンドープ又は低不純物
濃度のＧａＩｎＰ活性層（4）及びＰ型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層（5）が順次積層形成される。クラッド層
（5）が部分的に突出している尾根状クラッド層（7）
は、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層（6）によって包囲さ
れる（両側から挟まれる）。尾根状クラッド層（7）の
上面はＰ型ＧａＩｎＰコンタクト層（8）及びＰ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層（9）を介して電極（10）に接続さ
れ、ＧａＡｓ基板（1）の下面には電極（11）が形成さ
れる。屈折率導波機構を与えるため、ＧａＡｓから成る
電流ブロック層（6）のエネルギーギャップ（禁制帯
幅）Ｅg₁と、ＧａＩｎＰから成る活性層（4）のエネル
ギーギャップＥg₂と、ＡｌＧａＩｎＰから成るクラッド
層（3）（5）のエネルギーギャップＥg₃は、Ｅg₃＞Ｅg₂
＞Ｅg₁の関係を有する。このため、尾根状クラッド層
（7）の下方に位置する活性層（4）の領域Ａで発生した
光は実質的に吸収されないが、電流ブロック層（6）の
下方に位置する活性層（4）の領域Ｂで発生した光の一
部は電流ブロック層（6）で吸収され、領域Ａと領域Ｂ
との間に実効的な屈折率差が生じる。即ち、活性層
（4）の領域Ａにおける実効的な屈折率は、活性層（4）
の領域Ｂにおける実効的な屈折率よりも大きい。この結
果、領域Ｂでの光伝播に比べて領域Ａでの光伝播が支配
的となり、活性層（4）の水平方向での光の閉じ込めが
可能となる。水平方向で光を閉じ込めた半導体レーザ装
置は、非点隔差が小さいので、レーザ光をレンズで絞っ
たスポット形状の歪を抑制することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の半導
体レーザ装置では、電流ブロック層（6）での光吸収を
積極的に利用した屈折率導波機構を用いている。このた
め、電流ブロック層（6）での光吸収量を減少すると、
しきい値電流Ｉthが減少する反面、水平方向での光の閉
じ込めが良好に達成されず、レーザ光のスポット形状に
歪が生じる難点があった。

【０００４】そこで、本発明は、活性層の水平方向での
光の閉じ込めが良好に達成されると共に、しきい値電流
Ｉthを低減できる半導体レーザ装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ装置では、ＧａＡｓ基板（21）上にＡｌＧａＩｎＰよ
り成る第１のクラッド層（23）と、ＧａＩｎＰより成る
活性層（24）と、ＡｌＧａＩｎＰより成る第２のクラッ
ド層（25）とが順次積層される。第２のクラッド層（2
5）は部分的に突出して尾根状のクラッド層（26）を形
成し、尾根状のクラッド層（26）は電流ブロック層（3
1）により包囲される。電流ブロック層（31）は、Ａｌ
Ａｓ又はＡｌ_xＧａ_(1-x)Ａｓ（ｘは０.９≦ｘ≦１）か
ら成り、電流ブロック層（31）の屈折率は活性層（24）
及び第２のクラッド層（25）及び尾根状のクラッド層
（26）の屈折率よりも小さく、電流ブロック層（31）の
禁制帯幅は活性層（24）の禁制帯幅よりも広い。

【０００６】本発明の実施例では、電流ブロック層（3
1）の層厚は、第２のクラッド層（25）の層厚よりも大
きく且つ尾根状のクラッド層（26）の層厚よりも小さ
い。

【０００７】また、本発明の他の実施例では、電流ブロ
ック層（31）は、第２のクラッド層（25）に隣接する第
１の電流ブロック層（31a）とＧａＡｓから成り且つ第
１の電流ブロック層（31a）を介して第２のクラッド層
（25）に隣接する第２の電流ブロック層（31b）とを有
する。第１の電流ブロック層（31a）の屈折率は活性層
（24）、第２のクラッド層（25）及び尾根状のクラッド
層（26）の屈折率よりも小さく、第１の電流ブロック層
（31a）の禁制帯幅は活性層（24）の禁制帯幅よりも広
い。

【０００８】この場合において、本発明の別の実施例で
は、第１の電流ブロック層（31a）の層厚は、第２のク
ラッド層（25）の層厚よりも大きく且つ第２のクラッド
層（25）の層厚の３倍よりも小さい。

【０００９】

【作用】活性層（24）のうち尾根状のクラッド層（26）
の下方に位置する領域（Ａ）は第１のクラッド層（23）
と第２のクラッド層（25）及び尾根状のクラッド層（2
6）とで挟まれている。また、活性層（24）のうち電流
ブロック層（31）の下方に位置する領域（Ｂ）は第１の
クラッド層（23）と第２のクラッド層（25）及び電流ブ
ロック層（31）とで挟まれている。ここで、電流ブロッ
ク層（31）の屈折率は、第２のクラッド層（25）及び尾
根状のクラッド層（26）の屈折率よりも小さい。このた
め、活性層（24）のうち電流ブロック層（31）の下方に
位置する領域（Ｂ）の実効屈折率ｎ_Bは、屈折率の小さ
い電流ブロック層（31）の影響により活性層（24）のう
ち尾根状クラッド層（26）の下方に位置する領域（Ａ）
の実効屈折率ｎ_Aよりも小さくなる（ｎ_A＞ｎ_B）。結果
として、領域（Ａ）での光伝播が領域（Ｂ）での光伝播
に比べて支配的となり、活性層（24）の水平方向におけ
る光閉じ込めが可能となる。また、電流ブロック層（3
1）のエネルギーギャップＥg₁は活性層（24）のエネル
ギーギャップＥg₂より広いから、領域（Ｂ）での電流ブ
ロック層（31）による光吸収が生じない。このため吸収
損失が減少し、従来例と同等の活性層（24）の水平方向
における光閉じ込めが達成されると同時に、半導体レー
ザ装置のしきい値電流を従来より減少できる。更に、Ａ
ｌＡｓによる電流ブロック層（31）の熱抵抗率は、Ｇａ
Ａｓとほぼ同等であるから、従来の半導体レーザ装置と
同様な放熱特性が得られる。

【００１０】請求項２に記載の発明では、電流ブロック
層（31）の屈折率が領域（Ｂ）の実効屈折率に対して確
実に作用してｎ_A＞ｎ_Bの関係を得ることができる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、第１の電流ブ
ロック層（31a）が請求項１に記載の発明の電流ブロッ
ク層（31）と同様に作用して、活性層（24）の水平方向
の光閉じ込めが可能となる。また、電流ブロック層（3
1）の上層を構成する第２の電流ブロック層（31b）が酸
化反応が比較的生じ易いＡｌを含有しないので、電流ブ
ロック層の全てをＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓによって形
成した場合に比べて酸化反応を防止でき、信頼性の向上
を図ることができる。

【００１２】このとき、第１の電流ブロック層（31a）
の厚みを請求項４に記載の発明のように設定することに
より、ｎ_A＞ｎ_Bの関係が確実に達成される。

【００１３】

【実施例】次に、本発明による半導体レーザ装置の実施
例を図１及び図２について説明する。

【００１４】図１に示す半導体レーザ装置は、３００μ
ｍ層厚のｎ型ＧａＡｓ基板（21）の上面に、０.５μｍ
層厚のｎ型ＧａＡｓより成るバッファ層（22）、１μｍ
層厚のｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3)_0.5Ｉｎ_0.5Ｐより成る第
１のクラッド層（23）、０.０８μｍ層厚のノンドープ
又は低不純物濃度のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐより成る活性層
（24）及び０.１μｍ層厚のＰ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐより成る第２のクラッド層（25）が順次積層
されている。また、第２のクラッド層（25）が部分的に
突出して、層厚０.９μｍの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐより成る尾根状のクラッド層（26）が形成され、
尾根状のクラッド層（26）の上面は０.１μｍ層厚のＰ
型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐコンタクト層（27）及び２μｍ層厚
のＰ型ＧａＡｓコンタクト層（28）を介して電極（29）
に接続され、ＧａＡｓ基板（21）の下面は電極（30）に
接続される。図１に示す半導体レーザ装置は、尾根状の
クラッド層（26）を包囲する電流ブロック層（31）を
１.０μｍ層厚のｎ型又はノンドープのＡｌＡｓにより
構成した点で図３に示す従来の半導体レーザ装置と異な
る。

【００１５】本実施例の半導体レーザ装置では、第２の
クラッド層（25）が相対的に肉薄に形成されており、尾
根状のクラッド層（26）と電流ブロック層（31）が相対
的に肉厚に形成されている。このため、活性層（24）の
実効屈折率に対してこれら２つの肉厚層の屈折率が作用
して、活性層（24）の領域（Ａ）と領域（Ｂ）の実効屈
折率に差異が生じる。即ち、尾根状のクラッド層（26）
の下方に位置する活性層（24）の領域（Ａ）は、光学的
に第１のクラッド層（23）と第２のクラッド層（25）及
び尾根状クラッド層（26）とによって挟まれている。一
方、電流ブロック層（31）の下方に位置する活性層（2
4）の領域（Ｂ）は、光学的に第１のクラッド層（23）
と第２のクラッド層（25）及び電流ブロック層（31）と
によって挟まれている。

【００１６】ここで、ＡｌＡｓから成る電流ブロック層
（31）の屈折率ｎ₁は約３.０８であり、ＡｌＧａＩｎＰ
から成る第２のクラッド層（25）及び尾根状のクラッド
層（26）の屈折率ｎ₂≒３.１７よりも小さい。このため
電流ブロック層（31）の屈折率の影響を受ける活性層
（24）の領域（Ｂ）における実効屈折率は、尾根状クラ
ッド層（26）の屈折率の影響を受ける活性層（24）の領
域（Ａ）における実効屈折率よりも小さくなる（ｎ_A＞
ｎ_B）。この結果、領域（Ａ）での光伝播が領域（Ｂ）
での光伝播に比べて支配的となり、活性層（24）の水平
方向における光閉じ込めが可能となる。

【００１７】本実施例では、電流ブロック層（31）と尾
根状クラッド層（26）の屈折率の差異を活性層（24）の
実効屈折率に強く作用させてｎ_A＞ｎ_Bの関係を確実に且
つ良好に達成するために、電流ブロック層（31）の層厚
は第２のクラッド層（25）の層厚よりも大きく且つ尾根
状のクラッド層（26）の層厚よりも小さい。

【００１８】また、電流ブロック層（31）のエネルギー
ギャップＥg₁は約２.１６ｅＶであり、活性層（24）の
エネルギーギャップＥg₂の約１.９２ｅＶよりも広い。
したがって、電流ブロック層（31）による光吸収が生じ
ないため、吸収損失が減少し、従来より低いしきい値電
流Ｉthの半導体レーザ装置を実現できる。

【００１９】更に、電流ブロック層（31）を構成するＡ
ｌＡｓの熱抵抗率は、ＧａＡｓの熱抵抗率とほぼ同等で
あるから、図３に示す従来の半導体レーザ装置と同様な
放熱特性が得られる。

【００２０】図２は、本発明による半導体レーザ装置の
他の実施例を示す。図２では、図１に示す箇所と同一の
部分には同一の符号を付し、説明を省略する。この実施
例でも、第２のクラッド層（25）が相対的に肉薄に形成
され、尾根状クラッド層（26）と電流ブロック層（31）
の第１の層（31a）が相対的に肉厚に形成される。活性
層（24）の実効屈折率に対して尾根状クラッド層（26）
と電流ブロック層（31）の第１の層（31a）の屈折率差
が作用して、活性層（24）の領域（Ａ）と領域（Ｂ）の
実効屈折率に差異が生じる。

【００２１】尾根状クラッド層（26）の下方の活性層
（24）の領域（Ａ）は、光学的に第１のクラッド層（2
3）と第２のクラッド層（25）及び尾根状クラッド層（2
6）とによって挟まれる。また、電流ブロック層（31）
の下方の活性層（24）の領域（Ｂ）は、光学的に第１の
クラッド層（23）と第２のクラッド層（25）及び第１の
電流ブロック層（31a）とによって挟まれる。

【００２２】ＡｌＡｓから成る第１の層（31a）の屈折
率ｎ₁は前記と同様に約３.０８であり、ＡｌＧａＩｎＰ
から成る第２のクラッド層（25）及び尾根状のクラッド
層（26）の屈折率ｎ₂≒３.１７よりも小さいから、第１
の電流ブロック層（31a）の屈折率の影響を受ける活性
層（24）の領域（Ｂ）における実効屈折率は、尾根状の
クラッド層（26）の屈折率の影響を受ける活性層（24）
の領域（Ａ）における実効屈折率よりも小さい。この結
果、図１の実施例と同様に領域（Ａ）での光伝播が領域
（Ｂ）での光伝播に比べて支配的となり、活性層（24）
の水平方向における光閉じ込めが可能となる。

【００２３】更に、酸素と反応し易いＡｌを含有する電
流ブロック層（31）は、ウエハを分割してチップ化した
後に、ＡｌＡｓの側面露出部分が空気中の酸素と反応
し、その反応が内部にまで進行する可能性がある。この
ため、ＡｌＡｓから成る電流ブロック層（31）が肉厚で
あると、半導体レーザ装置の特性及び信頼性が低下する
おそれがある。

【００２４】本実施例では、第１の電流ブロック層（31
a）と尾根状のクラッド層（26）の屈折率差が活性層（2
4）の領域（Ａ）（Ｂ）間の実効屈折率に差異を生じさ
せ、確実にｎ_A＞ｎ_Bの関係を得るのに必要な範囲内で、
ＡｌＡｓから成る第１の電流ブロック層（31a）の層厚
を極力薄く形成している。このため、ＡｌＡｓと酸素と
の反応による特性低下を抑制できるので、図１に示す実
施例の場合より有利である。

【００２５】本発明の実施態様は前記の実施例に限定さ
れず、変更が可能である。例えば、電流ブロック層（3
1）又は第１の電流ブロック層（31a）にはｎ型ＡｌＡｓ
の代わりにＡｌ_xＧａ_(1-x)Ａｓを使用してもよい。この
場合、電流ブロック層（31）又は第１の電流ブロック層
（31a）の屈折率が活性層（24）、第２のクラッド層（2
5）及び尾根状のクラッド層（26）の屈折率よりも小さ
く且つ電流ブロック層（31）のエネルギギャップが活性
層（24）のエネルギギャップより広くなるようにｘを
０.９≦ｘ≦１に設定する。

【００２６】

【発明の効果】上述のように、本発明の半導体レーザ装
置では、電流ブロック層による光吸収が生じないので、
吸収損失が減少する。このため、電流ブロック層の光吸
収を利用して活性層の水平方向光閉じ込めを行う従来構
造に比して、これと同等の水平方向光閉じ込めを実現し
た場合においてしきい値電流の減少が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による半導体レーザ装置の断面図

【図２】 本発明による半導体レーザ装置の他の実施例
を示す断面図

【図３】 従来の半導体レーザ装置の断面図

【符号の説明】

（21）・・ＧａＡｓ基板、（23）・・第１のクラッド
層、（24）・・活性層、（25）・・第２のクラッド層、
（26）・・尾根状のクラッド層、（31）・・電流ブロッ
ク層、（31a）・・第１の電流ブロック層、（31b）・・
第２の電流ブロック層、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧａＡｓ基板（21）上にＡｌＧａＩｎＰ
   より成る第１のクラッド層（23）と、ＧａＩｎＰより成
   る活性層（24）と、ＡｌＧａＩｎＰより成る第２のクラ
   ッド層（25）とを順次積層し、該第２のクラッド層（2
   5）を部分的に突出させて尾根状のクラッド層（26）を
   形成し、該尾根状のクラッド層（26）を電流ブロック層
   （31）により包囲した半導体レーザ装置において、 前記電流ブロック層（31）は、ＡｌＡｓ又はＡｌ_xＧａ
   _(1-x)Ａｓ（ｘは０.９≦ｘ≦１）から成り、前記電流ブ
   ロック層（31）の屈折率は、前記活性層（24）、第２の
   クラッド層（25）及び尾根状のクラッド層（26）のいず
   れの屈折率よりも小さく、前記電流ブロック層（31）の
   禁制帯幅は前記活性層（24）の禁制帯幅よりも広いこと
   を特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記電流ブロック層（31）の層厚は、前
   記第２のクラッド層（25）の層厚よりも大きく且つ前記
   尾根状のクラッド層（26）の層厚よりも小さい請求項１
   に記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 ＧａＡｓ基板（21）上にＡｌＧａＩｎＰ
   より成る第１のクラッド層（23）と、ＧａＩｎＰより成
   る活性層（24）と、ＡｌＧａＩｎＰより成る第２のクラ
   ッド層（25）とを順次積層し、該第２のクラッド層（2
   5）が部分的に突出して尾根状のクラッド層（26）を形
   成し、該尾根状のクラッド層（26）を電流ブロック層
   （31）により包囲した半導体レーザ装置において、 前記電流ブロック層（31）は、ＡｌＡｓ又はＡｌ_xＧａ
   _(1-x)Ａｓ（ｘは０.９≦ｘ≦１）から成り且つ前記第２
   のクラッド層（25）に隣接する第１の電流ブロック層
   （31a）とＧａＡｓから成り且つ前記第１の電流ブロッ
   ク層（31a）を介して前記第２のクラッド層（25）に隣
   接する第２の電流ブロック層（31b）とを有し、前記第
   １の電流ブロック層（31a）の屈折率は前記活性層（2
   4）、第２のクラッド層（25）及び尾根状のクラッド層
   （26)の屈折率よりも小さく、前記第１の電流ブロック
   層（31a）の禁制帯幅は前記活性層（24）の禁制帯幅よ
   りも広いことを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記第１の電流ブロック層（31a）の層
   厚は、前記第２のクラッド層（25）の層厚よりも大きく
   且つ前記第２のクラッド層（25）の層厚の３倍よりも小
   さい請求項３に記載の半導体レーザ装置。