JPH10242565A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH10242565A JPH10242565A JP5415997A JP5415997A JPH10242565A JP H10242565 A JPH10242565 A JP H10242565A JP 5415997 A JP5415997 A JP 5415997A JP 5415997 A JP5415997 A JP 5415997A JP H10242565 A JPH10242565 A JP H10242565A
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- layer
- semiconductor laser
- refractive index
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光電変換効率の良い半導体レーザを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 半導体レーザにおいて、電極とクラッド
層の間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャップ層を
備えた半導体レーザにおいて、キャップ層内に少なくと
もキャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄層を設け
たことを特徴とする。
ことを目的とする。 【解決手段】 半導体レーザにおいて、電極とクラッド
層の間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャップ層を
備えた半導体レーザにおいて、キャップ層内に少なくと
もキャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄層を設け
たことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、光通信用や光記録再生
用等によく用いられており、特に最近の通信の大容量化
及び高速化の要求に対しより光電変換効率の良い半導体
レーザが要求されている。
用等によく用いられており、特に最近の通信の大容量化
及び高速化の要求に対しより光電変換効率の良い半導体
レーザが要求されている。
【０００３】図７は、従来から用いられているＭＱＷ−
ＳＣＨ（Multi-Quantum Well Separate Confinement H
eterostructure ）構造のＧａＮ系半導体レーザの構成
例を示す図である。この構造の半導体レーザは、キャリ
アと光を別々に閉じ込めることにより、より小さな注入
電流によって低いしきい電流で発振するように設計され
ている。同図において、半導体レーザ７００はサファイ
アからなる基板１０１上にｎ型のＧａＮ層１０２が積層
され、ＧａＮ層１０２の両側は同図に示すようにエッチ
ング等により一部を除去され、ｎ電極１０３がその両側
に形成され、図示しない外部駆動回路の負側に接続され
ている。さらに、ＧａＮ層１０２の中央部上にクラッド
層１０４が積層形成されている。
ＳＣＨ（Multi-Quantum Well Separate Confinement H
eterostructure ）構造のＧａＮ系半導体レーザの構成
例を示す図である。この構造の半導体レーザは、キャリ
アと光を別々に閉じ込めることにより、より小さな注入
電流によって低いしきい電流で発振するように設計され
ている。同図において、半導体レーザ７００はサファイ
アからなる基板１０１上にｎ型のＧａＮ層１０２が積層
され、ＧａＮ層１０２の両側は同図に示すようにエッチ
ング等により一部を除去され、ｎ電極１０３がその両側
に形成され、図示しない外部駆動回路の負側に接続され
ている。さらに、ＧａＮ層１０２の中央部上にクラッド
層１０４が積層形成されている。
【０００４】クラッド層１０４上にはガイド層１０５、
活性層１０６、ガイド層１０７、クラッド層１０８、キ
ャップ層７０９、絶縁層１１１、ｐ電極１１２が順次積
層されて形成され、ｐ電極１１２は図示しない外部駆動
回路の正側に接続されている。
活性層１０６、ガイド層１０７、クラッド層１０８、キ
ャップ層７０９、絶縁層１１１、ｐ電極１１２が順次積
層されて形成され、ｐ電極１１２は図示しない外部駆動
回路の正側に接続されている。
【０００５】上述したような半導体レーザ７００に図示
しない外部駆動回路から所定の電流がｐｎ接合となるダ
イオードに通電されると、図に示す矢印の方向に電流が
流れ活性層１０６では電子及び正孔の発光再結合がおこ
なわれ、紙面に垂直な方向にレーザ光が放射される。放
射された光の一部は紙面に垂直でない方向に進み、その
一部はガイド層１０５又は１０７の方向に進むため、ガ
イド層１０５，１０７を活性層１０６の屈折率より低い
屈折率で構成することによりガイド層１０５，１０７に
入射する光を全反射により活性層に閉じ込めるように作
用する。
しない外部駆動回路から所定の電流がｐｎ接合となるダ
イオードに通電されると、図に示す矢印の方向に電流が
流れ活性層１０６では電子及び正孔の発光再結合がおこ
なわれ、紙面に垂直な方向にレーザ光が放射される。放
射された光の一部は紙面に垂直でない方向に進み、その
一部はガイド層１０５又は１０７の方向に進むため、ガ
イド層１０５，１０７を活性層１０６の屈折率より低い
屈折率で構成することによりガイド層１０５，１０７に
入射する光を全反射により活性層に閉じ込めるように作
用する。
【０００６】すなわち、屈折率が高い物質から屈折率が
低い物質へ光が入射するとその屈折率の比が大きいほど
小さな光の入射角で境界面での全反射を生じる。また、
キャップ層７０９では低い抵抗の電極の接触抵抗を得る
ため、高濃度のｐ型不純物ドーピングが必要である。高
濃度ｐ型ドーピングには、ＧａＡｌＮよりバンドギャッ
プの小さいＧａＮの方が望ましい。従って、キャップ層
７０９はＧａＡｌＮで構成されるクラッド層１０８より
屈折率の高いＧａＮで構成されることになる。
低い物質へ光が入射するとその屈折率の比が大きいほど
小さな光の入射角で境界面での全反射を生じる。また、
キャップ層７０９では低い抵抗の電極の接触抵抗を得る
ため、高濃度のｐ型不純物ドーピングが必要である。高
濃度ｐ型ドーピングには、ＧａＡｌＮよりバンドギャッ
プの小さいＧａＮの方が望ましい。従って、キャップ層
７０９はＧａＡｌＮで構成されるクラッド層１０８より
屈折率の高いＧａＮで構成されることになる。
【０００７】ＧａＮ系のＭＱＷ−ＳＣＨ半導体レーザで
は、ガイド層、クラッド層、活性層にそれぞれＧａＮ／
ＧａＡｌＮ／ＧａＩｎＮを用いており、光は主にＧａＮ
／ＧａＡｌＮの屈折率の差によってガイド層と活性層内
に閉じ込められる。
は、ガイド層、クラッド層、活性層にそれぞれＧａＮ／
ＧａＡｌＮ／ＧａＩｎＮを用いており、光は主にＧａＮ
／ＧａＡｌＮの屈折率の差によってガイド層と活性層内
に閉じ込められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したような構成の
半導体レーザでは、クラッド層はガイド層よりも極端に
低屈折率の層として形成されて光の閉じ込めを行うが、
クラッド層の厚みが十分でないと光の漏れ出しがある
（図８の光強度分布参照）。この漏れた光が金属電極で
吸収されると光電変換効率が下がり、レーザ発振のため
のしきい電流が増加するという問題がある。よって、ク
ラッド層は十分な厚みを持っていることが望ましいが、
これによりコスト高を招くこととなる。
半導体レーザでは、クラッド層はガイド層よりも極端に
低屈折率の層として形成されて光の閉じ込めを行うが、
クラッド層の厚みが十分でないと光の漏れ出しがある
（図８の光強度分布参照）。この漏れた光が金属電極で
吸収されると光電変換効率が下がり、レーザ発振のため
のしきい電流が増加するという問題がある。よって、ク
ラッド層は十分な厚みを持っていることが望ましいが、
これによりコスト高を招くこととなる。
【０００９】現状では低屈折率のＧａＡｌＮ層を、光閉
じ込めのために十分な程厚く成膜することが困難であ
り、ｐ型層での光閉じ込めが不十分な場合、光がガイド
層を超えて、キャップ層や金属電極層まで漏れ込むよう
になる。このような光導波路では導波効率が低下し、レ
ーザ発振のためのしきい電流が増加する。
じ込めのために十分な程厚く成膜することが困難であ
り、ｐ型層での光閉じ込めが不十分な場合、光がガイド
層を超えて、キャップ層や金属電極層まで漏れ込むよう
になる。このような光導波路では導波効率が低下し、レ
ーザ発振のためのしきい電流が増加する。
【００１０】また、ＧａＮ系半導体レーザ、ＺｎＳｅ系
半導体レーザにおいてはｐ型クラッド層（ＧａＮ系の場
合ＧａＡｌＮ層）を厚く成膜すること自体が困難である
ため、しきい電流（発光に必要な電流）の増加は避け難
い問題となっている。
半導体レーザにおいてはｐ型クラッド層（ＧａＮ系の場
合ＧａＡｌＮ層）を厚く成膜すること自体が困難である
ため、しきい電流（発光に必要な電流）の増加は避け難
い問題となっている。
【００１１】なお、この問題点を示す図８の光強度分布
は、図９に示したモデル構造において後述する解析によ
り求めたデータである。本発明は、上記問題を解決しよ
うとするものであり、光電変換効率の良い半導体レーザ
を提供することを目的とする。
は、図９に示したモデル構造において後述する解析によ
り求めたデータである。本発明は、上記問題を解決しよ
うとするものであり、光電変換効率の良い半導体レーザ
を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載の半導体レーザは、電極と
クラッド層の間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャ
ップ層を備えた半導体レーザにおいて、キャップ層内に
少なくともキャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄
層を設けたことを特徴とする。
に、本発明の請求項１に記載の半導体レーザは、電極と
クラッド層の間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャ
ップ層を備えた半導体レーザにおいて、キャップ層内に
少なくともキャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄
層を設けたことを特徴とする。
【００１３】また、請求項２に記載の半導体レーザは、
ｐ電極とｐ型クラッド層の間に該ｐ型クラッド層よりも
屈折率の高いキャップ層を備えた半導体レーザにおい
て、キャップ層内に少なくともキャップ層よりも屈折率
の低い低屈折率の薄層を設けたことを特徴とする。ま
た、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の
半導体レーザであって、薄層はキャップ層の積層方向に
おけるほぼ中間位置に設けられることを特徴とする。
ｐ電極とｐ型クラッド層の間に該ｐ型クラッド層よりも
屈折率の高いキャップ層を備えた半導体レーザにおい
て、キャップ層内に少なくともキャップ層よりも屈折率
の低い低屈折率の薄層を設けたことを特徴とする。ま
た、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の
半導体レーザであって、薄層はキャップ層の積層方向に
おけるほぼ中間位置に設けられることを特徴とする。
【００１４】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
〜３に記載の半導体レーザであって、薄層はキャップ層
内に複数形成されることを特徴とする。また、請求項５
に記載の発明は、請求項１〜４に記載の半導体レーザで
あって、半導体レーザの積層構造はＳＣＨ構造であるこ
とを特徴とする。また、請求項６に記載の発明は、請求
項１〜５に記載の半導体レーザであって、ＧａＮ系の材
料から構成されることを特徴とする。
〜３に記載の半導体レーザであって、薄層はキャップ層
内に複数形成されることを特徴とする。また、請求項５
に記載の発明は、請求項１〜４に記載の半導体レーザで
あって、半導体レーザの積層構造はＳＣＨ構造であるこ
とを特徴とする。また、請求項６に記載の発明は、請求
項１〜５に記載の半導体レーザであって、ＧａＮ系の材
料から構成されることを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明は上述したように、電極とクラッド層の
間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャップ層を備え
た半導体レーザにおいて、キャップ層内に少なくともキ
ャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄層を設けるこ
とにより、光の閉じ込め効率を増加し、結果として光電
変換効率の低下を抑制することができる。
間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャップ層を備え
た半導体レーザにおいて、キャップ層内に少なくともキ
ャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄層を設けるこ
とにより、光の閉じ込め効率を増加し、結果として光電
変換効率の低下を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザは、キャッ
プ層の一部にキャップ層の屈折率よりも低い屈折率を有
する低屈折率層を設けたことを特徴としている。
プ層の一部にキャップ層の屈折率よりも低い屈折率を有
する低屈折率層を設けたことを特徴としている。
【００１７】図１は、このような構成の半導体レーザの
一実施の形態による構造を示す図である。図１におい
て、本発明による半導体レーザ１００は、サファイアか
らなる基板１０１上にｎ型のＧａＮからなるＧａＮ層１
０２が積層され、ＧａＮ層１０２の両側は同図に示すよ
うにエッチング等により一部を除去され、ｎ電極１０３
がその両側に形成され、図示しない外部駆動回路の負側
に接続されている。さらに、ＧａＮ層１０２の中央部上
にクラッド層１０４が積層形成されている。
一実施の形態による構造を示す図である。図１におい
て、本発明による半導体レーザ１００は、サファイアか
らなる基板１０１上にｎ型のＧａＮからなるＧａＮ層１
０２が積層され、ＧａＮ層１０２の両側は同図に示すよ
うにエッチング等により一部を除去され、ｎ電極１０３
がその両側に形成され、図示しない外部駆動回路の負側
に接続されている。さらに、ＧａＮ層１０２の中央部上
にクラッド層１０４が積層形成されている。
【００１８】クラッド層１０４上にはガイド層１０５、
活性層１０６、ガイド層１０７、クラッド層１０８が形
成されている。クラッド層１０８上にはキャップ層１０
９ａ、低屈折率層１１０、キャップ層１０９ｂ、絶縁層
１１１、ｐ電極１１２が順次積層されて形成され、ｐ電
極１１２は図示しない外部駆動回路の正側に接続されて
いる。
活性層１０６、ガイド層１０７、クラッド層１０８が形
成されている。クラッド層１０８上にはキャップ層１０
９ａ、低屈折率層１１０、キャップ層１０９ｂ、絶縁層
１１１、ｐ電極１１２が順次積層されて形成され、ｐ電
極１１２は図示しない外部駆動回路の正側に接続されて
いる。
【００１９】上述したような半導体レーザ１００に図示
しない外部駆動回路から所定の電流がｐｎ接合となるダ
イオードに通電されると、図に示す矢印の方向に電流が
流れ活性層１０６では電子及び正孔の発光再結合がおこ
なわれ、紙面に垂直な方向にレーザ光が放射される。放
射された光の一部は紙面に垂直でない方向に進み、その
一部はガイド層１０５又は１０７の方向に進むため、ガ
イド層１０５，１０７を活性層１０６の屈折率より低い
屈折率で構成することによりガイド層１０５，１０７に
入射する光を全反射により活性層に閉じ込めるように作
用する。これらの発光作用は従来の半導体レーザの作用
と同じである。
しない外部駆動回路から所定の電流がｐｎ接合となるダ
イオードに通電されると、図に示す矢印の方向に電流が
流れ活性層１０６では電子及び正孔の発光再結合がおこ
なわれ、紙面に垂直な方向にレーザ光が放射される。放
射された光の一部は紙面に垂直でない方向に進み、その
一部はガイド層１０５又は１０７の方向に進むため、ガ
イド層１０５，１０７を活性層１０６の屈折率より低い
屈折率で構成することによりガイド層１０５，１０７に
入射する光を全反射により活性層に閉じ込めるように作
用する。これらの発光作用は従来の半導体レーザの作用
と同じである。
【００２０】上記低屈折率層１１０の屈折率はキャップ
層１０９ａ，１０９ｂの屈折率よりも低く、本実施の形
態では、例えば低屈折率層１１０はＡｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ
で構成され、屈折率は２．４８４であり、キャップ層１
０９ａ，１０９ｂはＧａＮで構成され、屈折率は２．５
５４である。
層１０９ａ，１０９ｂの屈折率よりも低く、本実施の形
態では、例えば低屈折率層１１０はＡｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ
で構成され、屈折率は２．４８４であり、キャップ層１
０９ａ，１０９ｂはＧａＮで構成され、屈折率は２．５
５４である。
【００２１】前述したように活性層１０６で発光された
光は、活性層１０６とガイド層１０５，１０７の境界面
でも一部全反射されて活性層１０６内に閉じ込められる
が、それでも一部はガイド層１０７内に漏れ込み、さら
にガイド層１０７より屈折率が高いキャップ層１０９ａ
に侵入してくる。本実施の形態においては、ガイド層１
０５への漏れ込みは、電極を片側に配置したため、影響
が少なくガイド層１０７の方向への漏れ込みのみに配慮
すれば良い。
光は、活性層１０６とガイド層１０５，１０７の境界面
でも一部全反射されて活性層１０６内に閉じ込められる
が、それでも一部はガイド層１０７内に漏れ込み、さら
にガイド層１０７より屈折率が高いキャップ層１０９ａ
に侵入してくる。本実施の形態においては、ガイド層１
０５への漏れ込みは、電極を片側に配置したため、影響
が少なくガイド層１０７の方向への漏れ込みのみに配慮
すれば良い。
【００２２】キャップ層１０９ａに漏れ込んできた光は
低屈折率層１１０との境界において、少ない入射角で全
反射を生じ、キャップ層１０９ｂへ漏れ出す光を大幅に
低減できることになる。
低屈折率層１１０との境界において、少ない入射角で全
反射を生じ、キャップ層１０９ｂへ漏れ出す光を大幅に
低減できることになる。
【００２３】次に、半導体レーザで発生したレーザ光に
対し半導体レーザから放射されないレーザ光を表す有効
損失による解析についての解析モデル及び計算方法につ
いて、図２〜図６、図８及び図９を参照して説明する。
Ｊａｋｏｂｓ等の方法を用い、クラッド層厚みとキャッ
プ層厚みによる活性層内への光の閉じ込め率を表す閉じ
込め係数を考慮した有効損失を求める。Ｎ層の複素誘電
率を持つ光導波路のＴＥモードは、一般に図６に示す１
次元の波動方程式で表すことができる。
対し半導体レーザから放射されないレーザ光を表す有効
損失による解析についての解析モデル及び計算方法につ
いて、図２〜図６、図８及び図９を参照して説明する。
Ｊａｋｏｂｓ等の方法を用い、クラッド層厚みとキャッ
プ層厚みによる活性層内への光の閉じ込め率を表す閉じ
込め係数を考慮した有効損失を求める。Ｎ層の複素誘電
率を持つ光導波路のＴＥモードは、一般に図６に示す１
次元の波動方程式で表すことができる。
【００２４】ここで、ｋ0 は真空中の波数、ｘは膜積層
方向の座標、ｅは複素誘電率、βは伝搬定数を表す。Ｅ
ｙ（０）＝０，Ｅｙ（Ｌ）＝０として、最も外側の膜の
表面で振幅が０となるように境界条件を設定し、有限要
素法を用いて数値的に伝搬定数とＴＥモードの振幅を求
める。
方向の座標、ｅは複素誘電率、βは伝搬定数を表す。Ｅ
ｙ（０）＝０，Ｅｙ（Ｌ）＝０として、最も外側の膜の
表面で振幅が０となるように境界条件を設定し、有限要
素法を用いて数値的に伝搬定数とＴＥモードの振幅を求
める。
【００２５】αwgは金属電極層の導波損失で、レーザ共
振器の導波路の伝搬定数βを用いて、 αwg＝−２Ｉｍ（β） と表される。
振器の導波路の伝搬定数βを用いて、 αwg＝−２Ｉｍ（β） と表される。
【００２６】Γは活性層への閉じ込め係数、αm は共振
器ミラーによる損失、αi は吸収損失と金属層以外での
導波損失を表す。共振器ミラーの反射率を７０％、共振
器長を１ｍｍとするとミラーによる損失は３．６ｃｍ-1
となる。吸収とガイド層の界面部分での散乱による損失
αi は１０〜１００ｃｍ-1と予測される。
器ミラーによる損失、αi は吸収損失と金属層以外での
導波損失を表す。共振器ミラーの反射率を７０％、共振
器長を１ｍｍとするとミラーによる損失は３．６ｃｍ-1
となる。吸収とガイド層の界面部分での散乱による損失
αi は１０〜１００ｃｍ-1と予測される。
【００２７】図８は、半導体レーザ導波路内の膜積層方
向の光強度分布断面図と屈折率分布を示した図である。
図８の左側はＮｉの金属電極層で右側はｎ型ＧａＮ基板
層であり、サファイア基板は屈折率が小さいため、基板
層とサファイア基板の境界で光強度が０になるように境
界条件を設定してある。図８からわかるように、ほとん
どの光はガイド層とＭＱＷ活性層に閉じ込められている
が、キャップ層とｎ型基板層にもその一部分が漏れ込ん
でいる。
向の光強度分布断面図と屈折率分布を示した図である。
図８の左側はＮｉの金属電極層で右側はｎ型ＧａＮ基板
層であり、サファイア基板は屈折率が小さいため、基板
層とサファイア基板の境界で光強度が０になるように境
界条件を設定してある。図８からわかるように、ほとん
どの光はガイド層とＭＱＷ活性層に閉じ込められている
が、キャップ層とｎ型基板層にもその一部分が漏れ込ん
でいる。
【００２８】図２〜図４は、本発明による半導体レーザ
のキャップ層厚みとクラッド層厚みに対する有効損失の
変化を示す等高線図である。図５は従来の半導体レーザ
のキャップ層厚みとクラッド層厚みに対する有効損失の
変化を示す等高線図である。図２は低屈折率層をキャッ
プ層の厚みの１／４だけクラッド層に近い位置に配置し
た場合、図３はキャップ層の中心部に配置した場合、図
４はキャップ層の厚みの１／４だけ金属電極層に近い位
置に配置した場合のそれぞれの上記等高線図を示してい
る。低屈折率層は、０．０５μｍのＧａ0.88Ａｌ0.12Ｎ
で構成されている。
のキャップ層厚みとクラッド層厚みに対する有効損失の
変化を示す等高線図である。図５は従来の半導体レーザ
のキャップ層厚みとクラッド層厚みに対する有効損失の
変化を示す等高線図である。図２は低屈折率層をキャッ
プ層の厚みの１／４だけクラッド層に近い位置に配置し
た場合、図３はキャップ層の中心部に配置した場合、図
４はキャップ層の厚みの１／４だけ金属電極層に近い位
置に配置した場合のそれぞれの上記等高線図を示してい
る。低屈折率層は、０．０５μｍのＧａ0.88Ａｌ0.12Ｎ
で構成されている。
【００２９】図２〜図５のそれぞれの横軸は、クラッド
層の厚みをμｍで示し、縦軸はキャップ層の厚みを同じ
くμｍで示している。等高線図内に示した数値は、前述
した有効損失の内αm ＋αi を５０ｃｍ-1とした時の有
効損失ｇthをｃｍ-1で表している。
層の厚みをμｍで示し、縦軸はキャップ層の厚みを同じ
くμｍで示している。等高線図内に示した数値は、前述
した有効損失の内αm ＋αi を５０ｃｍ-1とした時の有
効損失ｇthをｃｍ-1で表している。
【００３０】これらの有効損失は、閉じ込め係教の低下
と金属電極での吸収によって生じ、キャップ層の厚みの
変化に伴って周期的に変化している。図２〜図５の各有
効損失の極大値付近では、２つの導波モードが競合する
ため光はガイド層から漏れ出し、キャップ層またはｎ型
基板層に大きな強度ピークを持つようになる。このため
活性層内の強度ピ一クは小さくなり、聞じ込め係数が低
下し、また、キャップ層内の光強度が大きくなると金属
電極層での吸収も大きくなる。
と金属電極での吸収によって生じ、キャップ層の厚みの
変化に伴って周期的に変化している。図２〜図５の各有
効損失の極大値付近では、２つの導波モードが競合する
ため光はガイド層から漏れ出し、キャップ層またはｎ型
基板層に大きな強度ピークを持つようになる。このため
活性層内の強度ピ一クは小さくなり、聞じ込め係数が低
下し、また、キャップ層内の光強度が大きくなると金属
電極層での吸収も大きくなる。
【００３１】図５の従来の半導体レーザのグラフでは、
同じ厚みのクラッド層を示す縦線上で見れば、キャップ
層の厚みがほぼ０．８μｍ及び１．６μｍ付近で極大と
なり、０．４μｍ及び１．３μｍ付近で極小となること
がわかる。一方、同じキャップ層の厚みを示す横線上で
見ると、クラッド層の厚みの変化に対しては有効損失は
ほぼ単調に減少している。
同じ厚みのクラッド層を示す縦線上で見れば、キャップ
層の厚みがほぼ０．８μｍ及び１．６μｍ付近で極大と
なり、０．４μｍ及び１．３μｍ付近で極小となること
がわかる。一方、同じキャップ層の厚みを示す横線上で
見ると、クラッド層の厚みの変化に対しては有効損失は
ほぼ単調に減少している。
【００３２】ＧａＡｌＮクラッド層を厚くする代わり
に、キャップ層中に薄い低屈折率層を入れることで、閉
じ込め効率をあげ導波モードの競合を制御することがで
きる。
に、キャップ層中に薄い低屈折率層を入れることで、閉
じ込め効率をあげ導波モードの競合を制御することがで
きる。
【００３３】図２〜図４の本発明の半導体レーザの場合
と、図５の従来の半導体レーザの場合を比較すると、キ
ャップ層の厚みが０．６μｍ以下の場合には従来よりも
有効損失が低下していることがわかる。また、各等高線
図が示すように半導体レーザの構成に適したクラッド層
とキャップ層の適切な厚みを求めることが可能である。
と、図５の従来の半導体レーザの場合を比較すると、キ
ャップ層の厚みが０．６μｍ以下の場合には従来よりも
有効損失が低下していることがわかる。また、各等高線
図が示すように半導体レーザの構成に適したクラッド層
とキャップ層の適切な厚みを求めることが可能である。
【００３４】上記説明では電極を片側に配置した半導体
レーザで説明したが、活性層を挟んで対向して電極を配
置した半導体レーザの場合も、片側又は両側のキャップ
層に低屈折率層を介在させることにより、上記したのと
同様な効果が得られる。なお、本発明は、上述したＭＱ
Ｗ−ＳＣＨ半導体レーザに限らず、ＳＱＷ（Single Qua
ntum Well ）−ＳＣＨ半導体レーザ、ダブルヘテロ構造
の半導体レーザ、ＧａＮ系半導体レーザ、ＺｎＳｅ系半
導体レーザ等にも適用でき、また低屈折率層を複数キャ
ップ層間に配置することもできる。
レーザで説明したが、活性層を挟んで対向して電極を配
置した半導体レーザの場合も、片側又は両側のキャップ
層に低屈折率層を介在させることにより、上記したのと
同様な効果が得られる。なお、本発明は、上述したＭＱ
Ｗ−ＳＣＨ半導体レーザに限らず、ＳＱＷ（Single Qua
ntum Well ）−ＳＣＨ半導体レーザ、ダブルヘテロ構造
の半導体レーザ、ＧａＮ系半導体レーザ、ＺｎＳｅ系半
導体レーザ等にも適用でき、また低屈折率層を複数キャ
ップ層間に配置することもできる。
【００３５】以上述べたように、キャップ層に低屈折率
層を介在させることによって、有効損失を低下させるこ
とができる。この方法を用いることにより、ＧａＡｌ
Ｎ，ＧａＩｎＮ層の屈折率と膜厚制御の精度を緩和し、
半導体レーザの有効損失とその変化を小さくするように
設計することが可能になる。
層を介在させることによって、有効損失を低下させるこ
とができる。この方法を用いることにより、ＧａＡｌ
Ｎ，ＧａＩｎＮ層の屈折率と膜厚制御の精度を緩和し、
半導体レーザの有効損失とその変化を小さくするように
設計することが可能になる。
【００３６】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、電極とク
ラッド層の間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャッ
プ層を備えた半導体レーザにおいて、キャップ層内に少
なくともキャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄層
を設けることにより、光の閉じ込め効率を増加し、結果
として半導体レーザ製造時におけるキャップ層及びクラ
ッド層の厚み及び屈折率の許容範囲を広げ、それらの制
御が容易となり、光電変換効率の低下を抑制することが
でき、しきい電流を低減した光電変換効率の良い半導体
レーザを提供することができる。
ラッド層の間に該クラッド層よりも屈折率の高いキャッ
プ層を備えた半導体レーザにおいて、キャップ層内に少
なくともキャップ層よりも屈折率の低い低屈折率の薄層
を設けることにより、光の閉じ込め効率を増加し、結果
として半導体レーザ製造時におけるキャップ層及びクラ
ッド層の厚み及び屈折率の許容範囲を広げ、それらの制
御が容易となり、光電変換効率の低下を抑制することが
でき、しきい電流を低減した光電変換効率の良い半導体
レーザを提供することができる。
【図１】本発明における半導体レーザの構造を示す図で
ある。
ある。
【図２】本発明における半導体レーザの特性を示すグラ
フである。
フである。
【図３】本発明における半導体レーザの特性を示すグラ
フである。
フである。
【図４】本発明における半導体レーザの特性を示すグラ
フである。
フである。
【図５】従来の半導体レーザの特性を示すグラフであ
る。
る。
【図６】半導体レーザ素子の解析に用いた一般式を示す
図である。
図である。
【図７】従来の半導体レーザの構造を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザにおける導波路内の光強度
分布と屈折率を示す図である。
分布と屈折率を示す図である。
【図９】従来の半導体レーザの構成を示す図である。
１００，７００ ・・・・ 半導体レーザ １０１ ・・・・ 基板 １０２ ・・・・ ＧａＮ層 １０３ ・・・・ ｎ電極 １０４，１０８ ・・・・ ｎ−ＧａＮクラッド層 １０５，１０７ ・・・・ ガイド層 １０６ ・・・・ 活性層 １０９ａ，１０９ｂ，７０９ ・・・・ キャップ層 １１０ ・・・・ 低屈折率層 １１１ ・・・・ 絶縁層 １１２ ・・・・ ｐ電極
Claims (6)
- 【請求項１】 電極とクラッド層の間に該クラッド層よ
りも屈折率の高いキャップ層を備えた半導体レーザにお
いて、 前記キャップ層内に少なくともキャップ層よりも屈折率
の低い低屈折率の薄層を設けたことを特徴とする半導体
レーザ。 - 【請求項２】 ｐ電極とｐ型クラッド層の間に該ｐ型ク
ラッド層よりも屈折率の高いキャップ層を備えた半導体
レーザにおいて、 前記キャップ層内に少なくともキャップ層よりも屈折率
の低い低屈折率の薄層を設けたことを特徴とする半導体
レーザ。 - 【請求項３】 前記薄層は前記キャップ層の積層方向に
おけるほぼ中間位置に設けられることを特徴とする請求
項１又は２に記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記薄層は前記キャップ層内に複数形成
されることを特徴とする請求項１〜は３のいずれかに記
載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記半導体レーザの積層構造はＳＣＨ
（Separate Confinement Heterostructure ）構造であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半
導体レーザ。 - 【請求項６】 ＧａＮ系の材料から構成されることを特
徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レー
ザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5415997A JPH10242565A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5415997A JPH10242565A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242565A true JPH10242565A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12962780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5415997A Pending JPH10242565A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242565A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000052796A1 (fr) * | 1999-03-04 | 2000-09-08 | Nichia Corporation | Element de laser semiconducteur au nitrure |
| WO2001022545A1 (fr) * | 1999-09-22 | 2001-03-29 | Mitsubishi Chemical Corporation | Element lumineux et module d'element lumineux |
| WO2002084831A1 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-24 | Nichia Corporation | Gallium nitride compound semiconductor element |
| US7119378B2 (en) | 2000-07-07 | 2006-10-10 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP5415997A patent/JPH10242565A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000052796A1 (fr) * | 1999-03-04 | 2000-09-08 | Nichia Corporation | Element de laser semiconducteur au nitrure |
| US7164157B2 (en) | 1999-09-22 | 2007-01-16 | Mitsubishi Chemical Corporation | Light emitting device and light emitting device module |
| WO2001022545A1 (fr) * | 1999-09-22 | 2001-03-29 | Mitsubishi Chemical Corporation | Element lumineux et module d'element lumineux |
| EP1146615A1 (en) * | 1999-09-22 | 2001-10-17 | Mitsubishi Chemical Corporation | Luminous element and luminous element module |
| EP1146615A4 (en) * | 1999-09-22 | 2005-10-19 | Mitsubishi Chem Corp | LUMINOUS ELEMENT AND LUMINOUS ELEMENT MODULE |
| US7102174B2 (en) | 1999-09-22 | 2006-09-05 | Mitsubishi Chemical Corporation | Light emitting device and light emitting device module |
| US7750337B2 (en) | 2000-07-07 | 2010-07-06 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7119378B2 (en) | 2000-07-07 | 2006-10-10 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7646009B2 (en) | 2000-07-07 | 2010-01-12 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US8309948B2 (en) | 2000-07-07 | 2012-11-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US8698126B2 (en) | 2000-07-07 | 2014-04-15 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US9130121B2 (en) | 2000-07-07 | 2015-09-08 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US9444011B2 (en) | 2000-07-07 | 2016-09-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7230263B2 (en) | 2001-04-12 | 2007-06-12 | Nichia Corporation | Gallium nitride compound semiconductor element |
| WO2002084831A1 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-24 | Nichia Corporation | Gallium nitride compound semiconductor element |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| US7667226B2 (en) | 2001-11-05 | 2010-02-23 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
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