JPH11177176A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH11177176A JPH11177176A JP33987497A JP33987497A JPH11177176A JP H11177176 A JPH11177176 A JP H11177176A JP 33987497 A JP33987497 A JP 33987497A JP 33987497 A JP33987497 A JP 33987497A JP H11177176 A JPH11177176 A JP H11177176A
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- Japan
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- cladding layer
- layer
- active layer
- semiconductor laser
- gainp
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Abstract
(57)【要約】
【課題】活性層中にキャリアおよび光を十分に閉じ込め
ることができ、さらに、活性層に隣接するクラッド層部
分での結晶欠陥による光の吸収を低減させることで、高
出力、低しきい値電流、長寿命が実現できる半導体レー
ザを提供することにある。 【解決手段】活性層４の両側に位置する下クラッド層３
および上クラッド層５の両方または一方を、上記活性層
４に隣接して配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング
濃度の第１クラッド層３ａ、５ａと、その第１クラッド
層に隣接して配置された低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング
濃度の第２クラッド層３ｂ、５ｂとで構成する。
ることができ、さらに、活性層に隣接するクラッド層部
分での結晶欠陥による光の吸収を低減させることで、高
出力、低しきい値電流、長寿命が実現できる半導体レー
ザを提供することにある。 【解決手段】活性層４の両側に位置する下クラッド層３
および上クラッド層５の両方または一方を、上記活性層
４に隣接して配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング
濃度の第１クラッド層３ａ、５ａと、その第１クラッド
層に隣接して配置された低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング
濃度の第２クラッド層３ｂ、５ｂとで構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特にリッジ埋め込み型のダブルへテロ構造を有し、
高周波重畳時でも良好な特性を持ち、高出力動作が必要
とされる光ディスク再録用光源として適した半導体レー
ザに関するものである。
し、特にリッジ埋め込み型のダブルへテロ構造を有し、
高周波重畳時でも良好な特性を持ち、高出力動作が必要
とされる光ディスク再録用光源として適した半導体レー
ザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザには様々な構造が報告され
ているが、一般には活性層をクラッド層ではさんだダブ
ルヘテロ（ＤＨ）構造を形成した後、少なくとも上側の
クラッド層をメサエッチングして、上に凸のストライプ
を形成し、その両側を電流阻止層で埋め込んだ埋め込み
型のダブルへテロ（ＢＨ）構造が多く採用されている。
ているが、一般には活性層をクラッド層ではさんだダブ
ルヘテロ（ＤＨ）構造を形成した後、少なくとも上側の
クラッド層をメサエッチングして、上に凸のストライプ
を形成し、その両側を電流阻止層で埋め込んだ埋め込み
型のダブルへテロ（ＢＨ）構造が多く採用されている。
【０００３】従来、リッジ埋め込み型のダブルへテロ構
造を有するＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の半
導体レーザは、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２
１上に、ｎ型ＧａＩｎＰまたはＧａＡｓバッファ層２
２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓクラッド層
２３、ＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系活性層２
４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓクラッド層
２５、ｐ型ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓコンタクト層
２６を形成した後、電流を集中的に注入できるようにス
トライプ状のリッジ構造を形成し、リッジ部以外のクラ
ッド層上にｎ型ＧａＡｓの電流阻止層２７を形成し、さ
らにこれらの層をｐ型ＧａＡｓキャップ層２８にて覆っ
ている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２１側には、Ｃｒ・Ｓ
ｎ／Ａｕカソード電極２９が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２８上には、Ｃｕ・Ａｕアノード電極３０が配置されて
いる。
造を有するＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の半
導体レーザは、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２
１上に、ｎ型ＧａＩｎＰまたはＧａＡｓバッファ層２
２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓクラッド層
２３、ＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系活性層２
４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓクラッド層
２５、ｐ型ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓコンタクト層
２６を形成した後、電流を集中的に注入できるようにス
トライプ状のリッジ構造を形成し、リッジ部以外のクラ
ッド層上にｎ型ＧａＡｓの電流阻止層２７を形成し、さ
らにこれらの層をｐ型ＧａＡｓキャップ層２８にて覆っ
ている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２１側には、Ｃｒ・Ｓ
ｎ／Ａｕカソード電極２９が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２８上には、Ｃｕ・Ａｕアノード電極３０が配置されて
いる。
【０００４】ここで、ｎ型およびｐ型のクラッド層２
３、２５は、Ａｌ混晶比を活性層２４のそれよりも高く
することで、活性層２４との間にエネルギー障壁および
屈折率差を設け、活性層２４中にキャリア（電子・正
孔）および光（誘導放出光）を閉じ込める効果を持たせ
ており、ドーピング濃度を高くすることで高い自由キャ
リア濃度を実現し、活性層２４へのキャリアの供給を行
っている。
３、２５は、Ａｌ混晶比を活性層２４のそれよりも高く
することで、活性層２４との間にエネルギー障壁および
屈折率差を設け、活性層２４中にキャリア（電子・正
孔）および光（誘導放出光）を閉じ込める効果を持たせ
ており、ドーピング濃度を高くすることで高い自由キャ
リア濃度を実現し、活性層２４へのキャリアの供給を行
っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示した従来の構造の半導体レーザでは、活性層２４とク
ラッド層２３、２５の間のエネルギー障壁および屈折率
差が充分でないため、活性層２４中にキャリア（電子・
正孔）および光（誘導放出光）を十分に閉じ込めること
ができていない。また、活性層２４へのキャリアの供給
を十分に行うため、クラッド層２３、２５のドーピング
濃度を高くしているが、このことがクラッド層２３、２
５の結晶欠陥を増やし、活性層２４界面付近のクラッド
層における誘導放出光を少なからず吸収してしまってい
る。その結果、発振のしきい値電流の低減およびレーザ
光出力の増加が十分に実現されていない。
示した従来の構造の半導体レーザでは、活性層２４とク
ラッド層２３、２５の間のエネルギー障壁および屈折率
差が充分でないため、活性層２４中にキャリア（電子・
正孔）および光（誘導放出光）を十分に閉じ込めること
ができていない。また、活性層２４へのキャリアの供給
を十分に行うため、クラッド層２３、２５のドーピング
濃度を高くしているが、このことがクラッド層２３、２
５の結晶欠陥を増やし、活性層２４界面付近のクラッド
層における誘導放出光を少なからず吸収してしまってい
る。その結果、発振のしきい値電流の低減およびレーザ
光出力の増加が十分に実現されていない。
【０００６】これらの問題に対しては、単純にクラッド
層のＡｌ混晶比を高くしかつドーピング濃度を低くする
という解決策を取ることはできない。なぜなら、クラッ
ド層のドーピング濃度を低くすると活性層２４へのキャ
リア供給量が不足してしまうし、クラッド層のＡｌ混晶
比を高くすると、クラッド層中のドーパントの活性化率
（自由キャリア濃度／添加したドーパント濃度）が大幅
に減少してしまうため、やはり活性層２４へのキャリア
供給が不足してしまう。このキャリア供給量の不足は、
レーザ発振のしきい値電流の増加およびレーザ光出力の
低下をもたらしてしまう。
層のＡｌ混晶比を高くしかつドーピング濃度を低くする
という解決策を取ることはできない。なぜなら、クラッ
ド層のドーピング濃度を低くすると活性層２４へのキャ
リア供給量が不足してしまうし、クラッド層のＡｌ混晶
比を高くすると、クラッド層中のドーパントの活性化率
（自由キャリア濃度／添加したドーパント濃度）が大幅
に減少してしまうため、やはり活性層２４へのキャリア
供給が不足してしまう。このキャリア供給量の不足は、
レーザ発振のしきい値電流の増加およびレーザ光出力の
低下をもたらしてしまう。
【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、活性層中にキャリア（電子・正孔）および光（誘導
放出光）を十分に閉じ込めることができ、さらに、活性
層に隣接するクラッド層部分での結晶欠陥による光の吸
収を低減させることで、高出力、低しきい値電流、長寿
命が実現できる半導体レーザを提供することにある。
し、活性層中にキャリア（電子・正孔）および光（誘導
放出光）を十分に閉じ込めることができ、さらに、活性
層に隣接するクラッド層部分での結晶欠陥による光の吸
収を低減させることで、高出力、低しきい値電流、長寿
命が実現できる半導体レーザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次の２つの形態のいずれかで構成され
る。
め、本発明は、次の２つの形態のいずれかで構成され
る。
【０００９】第１は、請求項１記載の半導体レーザの形
態であり、第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順次
エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌＧ
ａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、ＡｌＧ
ａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧａ
ＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組み
合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電性
を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラッ
ド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッド
層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層お
よび下クラッド層の両方が、上記活性層に隣接して配置
された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度の第１クラッ
ド層と、その第１クラッド層に隣接して配置された低Ａ
ｌ混晶比かつ高ドーピング濃度の第２クラッド層とから
なる構成としたものである。
態であり、第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順次
エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌＧ
ａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、ＡｌＧ
ａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧａ
ＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組み
合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電性
を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラッ
ド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッド
層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層お
よび下クラッド層の両方が、上記活性層に隣接して配置
された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度の第１クラッ
ド層と、その第１クラッド層に隣接して配置された低Ａ
ｌ混晶比かつ高ドーピング濃度の第２クラッド層とから
なる構成としたものである。
【００１０】活性層に隣接する第１クラッド層は高Ａｌ
混晶比となっているため、活性層と第１クラッド層との
間に十分大きなエネルギー障壁ができ、活性層中にキャ
リアおよび光を十分に閉じ込めることができる。また、
活性層近傍の第１クラッド層はドーピング濃度が低くな
っているため、結晶欠陥が非常に少なくなり、活性層に
隣接するクラッド層部分での結晶欠陥による光の吸収を
低減させることができる。
混晶比となっているため、活性層と第１クラッド層との
間に十分大きなエネルギー障壁ができ、活性層中にキャ
リアおよび光を十分に閉じ込めることができる。また、
活性層近傍の第１クラッド層はドーピング濃度が低くな
っているため、結晶欠陥が非常に少なくなり、活性層に
隣接するクラッド層部分での結晶欠陥による光の吸収を
低減させることができる。
【００１１】他方、活性層近傍以外の第２クラッド層
は、低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度となっているた
め、十分な自由キャリアを供給でき、活性層近傍のキャ
リア濃度不足を十分に補えるため、活性層へのキャリア
供給量の不足は起こらない。
は、低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度となっているた
め、十分な自由キャリアを供給でき、活性層近傍のキャ
リア濃度不足を十分に補えるため、活性層へのキャリア
供給量の不足は起こらない。
【００１２】なお、活性層近傍のドーピング濃度が低い
ため、クラッド層のドーパントが活性層中に拡散して広
がり、活性層の結晶性が悪化することも抑制できる。
ため、クラッド層のドーパントが活性層中に拡散して広
がり、活性層の結晶性が悪化することも抑制できる。
【００１３】このように、本半導体レーザは、上クラッ
ド層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層
および下クラッド層の両方において、クラッド層を、電
子および光の閉じ込めの効果を有する第１クラッド層
と、活性層へのキャリア供給効果を有する第２クラッド
層に分割した構造を有するものである（請求項４）。
ド層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層
および下クラッド層の両方において、クラッド層を、電
子および光の閉じ込めの効果を有する第１クラッド層
と、活性層へのキャリア供給効果を有する第２クラッド
層に分割した構造を有するものである（請求項４）。
【００１４】この第１の形態においては、上記の第１ク
ラッド層のＡｌ混晶比が０．５以上でかつキャリア（ド
ーピング）濃度が１×１０17cm-3〜１×１０18cm-3であ
り、第２クラッド層のＡｌ混晶比が０．４以下でかつキ
ャリア（ドーピング）濃度が１×１０18cm-3以上である
ことが好ましい（請求項３）。
ラッド層のＡｌ混晶比が０．５以上でかつキャリア（ド
ーピング）濃度が１×１０17cm-3〜１×１０18cm-3であ
り、第２クラッド層のＡｌ混晶比が０．４以下でかつキ
ャリア（ドーピング）濃度が１×１０18cm-3以上である
ことが好ましい（請求項３）。
【００１５】第２は、請求項２記載の半導体レーザの形
態であり、第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順次
エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌＧ
ａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、ＡｌＧ
ａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧａ
ＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組み
合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電性
を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラッ
ド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッド
層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層お
よび下クラッド層の両方が、上記活性層に隣接した部分
から、活性層から遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比は減少
方向に、ドーピング濃度は増加方向に変化する構造を有
するものである。
態であり、第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順次
エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌＧ
ａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、ＡｌＧ
ａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧａ
ＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組み
合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電性
を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラッ
ド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッド
層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層お
よび下クラッド層の両方が、上記活性層に隣接した部分
から、活性層から遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比は減少
方向に、ドーピング濃度は増加方向に変化する構造を有
するものである。
【００１６】この第２の形態においても、活性層近傍は
Ａｌ組成が高く、活性層とクラッド層の間に十分大きな
エネルギー障壁ができるため、活性層中にキャリアおよ
び光を十分に閉じ込めることができる。また、活性層近
傍はドーピング濃度が低いため、結晶欠陥が非常に少な
くなり、活性層に隣接するクラッド層部分での結晶欠陥
による光の吸収を低減させることができる。また、活性
層近傍以外のクラッド層は、Ａｌ混晶比が低くかつドー
ピング濃度が高いため十分な自由キャリアを供給でき、
活性層近傍のキャリア濃度不足を十分に補えるため、活
性層へのキャリア供給量の不足は起こらない。なお、活
性層近傍のドーピング濃度が低いため、クラッド層のド
ーパントが活性層中に拡散して広がり、活性層の結晶性
が悪化することも抑制できる。
Ａｌ組成が高く、活性層とクラッド層の間に十分大きな
エネルギー障壁ができるため、活性層中にキャリアおよ
び光を十分に閉じ込めることができる。また、活性層近
傍はドーピング濃度が低いため、結晶欠陥が非常に少な
くなり、活性層に隣接するクラッド層部分での結晶欠陥
による光の吸収を低減させることができる。また、活性
層近傍以外のクラッド層は、Ａｌ混晶比が低くかつドー
ピング濃度が高いため十分な自由キャリアを供給でき、
活性層近傍のキャリア濃度不足を十分に補えるため、活
性層へのキャリア供給量の不足は起こらない。なお、活
性層近傍のドーピング濃度が低いため、クラッド層のド
ーパントが活性層中に拡散して広がり、活性層の結晶性
が悪化することも抑制できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１８】図１に示す半導体レーザは、リッジ埋め込
み型のダブルへテロ構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系また
はＡｌＧａＡｓ系の可視光半導体レーザであり、第１の
導電性としてｎ型にドープされたｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型ＧａＩｎＰまたはＧａＡｓバッファ層２、ｎ型
ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ下クラッド層３、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系活性層４、第１の
導電性としてｐ型にドープされたｐ型ＡｌＧａＩｎＰま
たはＡｌＧａＡｓ上クラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰまた
はＡｌＧａＡｓコンタクト層６を形成した後、電流を集
中的に注入できるようにストライプ状のリッジ構造を形
成し、リッジ部以外のクラッド層上にｎ型ＧａＡｓの電
流阻止層７を形成し、さらにこれらの層をｐ型ＧａＡｓ
キャップ層８にて覆っている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板
１側には、Ｃｒ・Ｓｎ／Ａｕカソード電極９が、ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層８上には、Ｃｕ・Ａｕアノード電極１
０が配置されている。活性層４には、ＡｌＧａＩｎＰも
しくはＧａＩｎＰから成るか、ＡｌＧａＡｓもしくはＧ
ａＡｓから成るか、またはこれらを組み合わせて成る量
子井戸構造が用いられる。
み型のダブルへテロ構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系また
はＡｌＧａＡｓ系の可視光半導体レーザであり、第１の
導電性としてｎ型にドープされたｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型ＧａＩｎＰまたはＧａＡｓバッファ層２、ｎ型
ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ下クラッド層３、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系活性層４、第１の
導電性としてｐ型にドープされたｐ型ＡｌＧａＩｎＰま
たはＡｌＧａＡｓ上クラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰまた
はＡｌＧａＡｓコンタクト層６を形成した後、電流を集
中的に注入できるようにストライプ状のリッジ構造を形
成し、リッジ部以外のクラッド層上にｎ型ＧａＡｓの電
流阻止層７を形成し、さらにこれらの層をｐ型ＧａＡｓ
キャップ層８にて覆っている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板
１側には、Ｃｒ・Ｓｎ／Ａｕカソード電極９が、ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層８上には、Ｃｕ・Ａｕアノード電極１
０が配置されている。活性層４には、ＡｌＧａＩｎＰも
しくはＧａＩｎＰから成るか、ＡｌＧａＡｓもしくはＧ
ａＡｓから成るか、またはこれらを組み合わせて成る量
子井戸構造が用いられる。
【００１９】この半導体レーザの下クラッド層３は、活
性層４に隣接して配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピ
ング濃度のｎ型第１クラッド層３ａと、その第１クラッ
ド層に隣接（カソード側）して配置された低Ａｌ混晶比
かつ高ドーピング濃度のｎ型第２クラッド層３ｂとから
なる。同様に、上クラッド層５も、活性層４に隣接して
配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度のｐ型第
１クラッド層５ａと、その第１クラッド層に隣接（アノ
ード側）して配置された低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング
濃度のｐ型第２クラッド層５ｂとからなる。
性層４に隣接して配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピ
ング濃度のｎ型第１クラッド層３ａと、その第１クラッ
ド層に隣接（カソード側）して配置された低Ａｌ混晶比
かつ高ドーピング濃度のｎ型第２クラッド層３ｂとから
なる。同様に、上クラッド層５も、活性層４に隣接して
配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度のｐ型第
１クラッド層５ａと、その第１クラッド層に隣接（アノ
ード側）して配置された低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング
濃度のｐ型第２クラッド層５ｂとからなる。
【００２０】換言すれば、上記クラッド層３、５を、電
子および光の閉じ込めの効果を有する第１クラッド層３
ａ、５ａと、活性層へのキャリア供給効果を有する第２
クラッド層３ｂ、５ｂとに分割した構造となっている。
子および光の閉じ込めの効果を有する第１クラッド層３
ａ、５ａと、活性層へのキャリア供給効果を有する第２
クラッド層３ｂ、５ｂとに分割した構造となっている。
【００２１】ここで第１クラッド層３ａ、５ａは、その
Ａｌ混晶比が０．５以上でかつキャリア（ドーピング）
濃度が１×１０17cm-3〜１×１０18cm-3であり、また第
２クラッド層３ｂ、５ｂは、そのＡｌ混晶比が０．４以
下でかつキャリア（ドーピング）濃度が１×１０18cm-3
以上となっている。
Ａｌ混晶比が０．５以上でかつキャリア（ドーピング）
濃度が１×１０17cm-3〜１×１０18cm-3であり、また第
２クラッド層３ｂ、５ｂは、そのＡｌ混晶比が０．４以
下でかつキャリア（ドーピング）濃度が１×１０18cm-3
以上となっている。
【００２２】図２（ａ）〜（ｃ）に、本発明に係る半導
体レーザと従来の半導体レーザの活性層付近のエネルギ
ーバンド分布と屈折率分布を示す。図２（ａ）（ｂ）及
び（ｃ）中、破線が本発明の半導体レーザのもの、実線
は従来の半導体レーザのものである。
体レーザと従来の半導体レーザの活性層付近のエネルギ
ーバンド分布と屈折率分布を示す。図２（ａ）（ｂ）及
び（ｃ）中、破線が本発明の半導体レーザのもの、実線
は従来の半導体レーザのものである。
【００２３】クラッド層３、５は、その活性層４近傍の
第１クラッド層３ａ、５ａのＡｌ混晶比を活性層４より
も十分に高く設定しているので、この第１クラッド層３
ａ、５ａのエネルギーギャップは活性層４のエネルギー
ギャップより十分に大きくなる。従って、図２（ｂ）中
に破線で示すように、活性層４近傍の第１クラッド層３
ａ、５ａのエネルギー障壁１１が、従来より大きくな
る。このため、活性層４にキャリア（電子・正孔）が十
分に閉じこめられる。
第１クラッド層３ａ、５ａのＡｌ混晶比を活性層４より
も十分に高く設定しているので、この第１クラッド層３
ａ、５ａのエネルギーギャップは活性層４のエネルギー
ギャップより十分に大きくなる。従って、図２（ｂ）中
に破線で示すように、活性層４近傍の第１クラッド層３
ａ、５ａのエネルギー障壁１１が、従来より大きくな
る。このため、活性層４にキャリア（電子・正孔）が十
分に閉じこめられる。
【００２４】また、図２（ｃ）中に破線で示すように、
活性層４と第１クラッド層３ａ、５ａとの間に従来より
大きな屈折率差１２がつくため、活性層４中に光（誘導
放出光）も十分に閉じ込められる。
活性層４と第１クラッド層３ａ、５ａとの間に従来より
大きな屈折率差１２がつくため、活性層４中に光（誘導
放出光）も十分に閉じ込められる。
【００２５】更に、活性層４近傍の第１クラッド層３
ａ、５ａではドーピング濃度が低いため、結晶欠陥が非
常に少なくなり、活性層４に隣接するクラッド層部分で
の結晶欠陥による光の吸収を低減させることができる。
ａ、５ａではドーピング濃度が低いため、結晶欠陥が非
常に少なくなり、活性層４に隣接するクラッド層部分で
の結晶欠陥による光の吸収を低減させることができる。
【００２６】また、活性層４近傍以外の第２クラッド層
３ｂ、５ｂでは、Ａｌ混晶比が低くかつドーピング濃度
が高いため十分な自由キャリアを供給でき、活性層４近
傍のキャリア濃度不足を十分に補えるため、活性層４へ
のキャリア供給量の不足は起こらない。
３ｂ、５ｂでは、Ａｌ混晶比が低くかつドーピング濃度
が高いため十分な自由キャリアを供給でき、活性層４近
傍のキャリア濃度不足を十分に補えるため、活性層４へ
のキャリア供給量の不足は起こらない。
【００２７】活性層４近傍のドーピング濃度が低いた
め、クラッド層のドーパントが活性層４中に拡散して広
がり、活性層４の結晶性が悪化することも抑制できる。
め、クラッド層のドーパントが活性層４中に拡散して広
がり、活性層４の結晶性が悪化することも抑制できる。
【００２８】上記実施形態では、下クラッド層３及び上
クラッド層５の双方を、それぞれ第１クラッド層３ａ、
５ａと第２クラッド層３ｂ、５ｂとで構成したが、下ク
ラッド層３及び上クラッド層５の一方だけをこのように
第１クラッド層３ａ又は５ａと第２クラッド層３ｂ又は
５ｂで構成してもよく、片側のクラッド層３又は５につ
いて上記と同じ作用効果を得ることができる。
クラッド層５の双方を、それぞれ第１クラッド層３ａ、
５ａと第２クラッド層３ｂ、５ｂとで構成したが、下ク
ラッド層３及び上クラッド層５の一方だけをこのように
第１クラッド層３ａ又は５ａと第２クラッド層３ｂ又は
５ｂで構成してもよく、片側のクラッド層３又は５につ
いて上記と同じ作用効果を得ることができる。
【００２９】また上クラッド層３及び下クラッド層５の
双方または一方が、活性層４に隣接した部分から、活性
層から遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比が減少方向に変化
し、ドーピング濃度が増加方向に変化する構造としても
よく、これによっても上記図１の構造の場合と同じ効果
を得ることができる。
双方または一方が、活性層４に隣接した部分から、活性
層から遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比が減少方向に変化
し、ドーピング濃度が増加方向に変化する構造としても
よく、これによっても上記図１の構造の場合と同じ効果
を得ることができる。
【００３０】
【実施例】次に、本発明をＡｌＧａＩｎＰ系の可視光半
導体レーザに適用した実施例について説明する。
導体レーザに適用した実施例について説明する。
【００３１】図１に示した構造で、ｎ型ＧａＡｓ基板１
の厚さが１００μｍ、ｎ型ＧａＩＰバッファ層２の厚さ
が０．３μｍ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３ｂ
の厚さが０．７μｍ、ドーピング濃度は１×１０18c
m-3、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３ａの厚さは
０．３μｍ、ドーピング濃度は２×１０17cm-3、ＧａＩ
ｎＰ活性層４の厚さは０．７μｍ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
第１クラッド層５ａの厚さは０．３μｍ、ドーピング濃
度は５×１０17cm-3、ｐ型ＡｌＧａＩｎ第２クラッド層
５ｂの厚さは中央部で０．５μｍ、両端部で０．２μｍ
であり、ドーピング濃度は４×１０18cm-3である半導体
レーザを作成した。
の厚さが１００μｍ、ｎ型ＧａＩＰバッファ層２の厚さ
が０．３μｍ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３ｂ
の厚さが０．７μｍ、ドーピング濃度は１×１０18c
m-3、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３ａの厚さは
０．３μｍ、ドーピング濃度は２×１０17cm-3、ＧａＩ
ｎＰ活性層４の厚さは０．７μｍ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
第１クラッド層５ａの厚さは０．３μｍ、ドーピング濃
度は５×１０17cm-3、ｐ型ＡｌＧａＩｎ第２クラッド層
５ｂの厚さは中央部で０．５μｍ、両端部で０．２μｍ
であり、ドーピング濃度は４×１０18cm-3である半導体
レーザを作成した。
【００３２】なお、これらの層のエピタキシャル成長
は、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧有機金属気相成長法）によ
る第１回目の成長と、エッチングによるリッジ構造形成
後のＬＰＥ法（液相エピタキシャル法）による第２回目
の成長とによって行った。ｎ型およびｐ型のドーパント
としては、ＳｅおよびＺｎを用いた。
は、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧有機金属気相成長法）によ
る第１回目の成長と、エッチングによるリッジ構造形成
後のＬＰＥ法（液相エピタキシャル法）による第２回目
の成長とによって行った。ｎ型およびｐ型のドーパント
としては、ＳｅおよびＺｎを用いた。
【００３３】図３は、上記本発明の半導体レーザと従来
の半導体レーザの駆動電流−光出力特性の比較を示して
いる。いずれの半導体レーザも５０ｍＷ以上の光出力が
得られているが、本発明の半導体レーザは、そのしきい
値電流が従来の半導体レーザよりも約２０ｍＡ低くなっ
ており、低電力動作が可能であることが分かる。
の半導体レーザの駆動電流−光出力特性の比較を示して
いる。いずれの半導体レーザも５０ｍＷ以上の光出力が
得られているが、本発明の半導体レーザは、そのしきい
値電流が従来の半導体レーザよりも約２０ｍＡ低くなっ
ており、低電力動作が可能であることが分かる。
【００３４】これは従来の半導体レーザに比べて、活性
層中へのキャリアおよび光の閉じ込め効率が上がり、活
性層近傍での光吸収が減少したためである。
層中へのキャリアおよび光の閉じ込め効率が上がり、活
性層近傍での光吸収が減少したためである。
【００３５】この結果、図１に示す半導体レーザによれ
ば、高出力動作での長寿命が実現されることになる。従
って、この半導体レーザは、高周波重畳時でも良好な特
性を持ち、高出力動作が必要な光ディスク再録用光源と
して適する。
ば、高出力動作での長寿命が実現されることになる。従
って、この半導体レーザは、高周波重畳時でも良好な特
性を持ち、高出力動作が必要な光ディスク再録用光源と
して適する。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。
のような優れた効果が得られる。
【００３７】（１）請求項１、３、４に記載の半導体レ
ーザによれば、活性層の上下に位置する上クラッド層及
び下クラッド層の両方又は一方を、上記活性層に隣接し
て配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度の第１
クラッド層と、その第１クラッド層に隣接して配置され
た低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度の第２クラッド層
とからなる構成としたものである。活性層に隣接する第
１クラッド層が高Ａｌ混晶比となっているため、活性層
と第１クラッド層との間に十分大きなエネルギー障壁が
でき、活性層中にキャリアおよび光を十分に閉じ込める
ことができる。また、活性層近傍の第１クラッド層はド
ーピング濃度が低くなっているため、結晶欠陥が非常に
少なくなり、活性層に隣接するクラッド層部分での結晶
欠陥による光の吸収を低減させることができる。
ーザによれば、活性層の上下に位置する上クラッド層及
び下クラッド層の両方又は一方を、上記活性層に隣接し
て配置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度の第１
クラッド層と、その第１クラッド層に隣接して配置され
た低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度の第２クラッド層
とからなる構成としたものである。活性層に隣接する第
１クラッド層が高Ａｌ混晶比となっているため、活性層
と第１クラッド層との間に十分大きなエネルギー障壁が
でき、活性層中にキャリアおよび光を十分に閉じ込める
ことができる。また、活性層近傍の第１クラッド層はド
ーピング濃度が低くなっているため、結晶欠陥が非常に
少なくなり、活性層に隣接するクラッド層部分での結晶
欠陥による光の吸収を低減させることができる。
【００３８】他方、活性層近傍以外の第２クラッド層
は、低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度となっているた
め、Ａｌ混晶比が低くかつドーピング濃度が高いため十
分な自由キャリアを供給でき、活性層近傍のキャリア濃
度不足を十分に補えるため、活性層へのキャリア供給量
の不足は起こらない。
は、低Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度となっているた
め、Ａｌ混晶比が低くかつドーピング濃度が高いため十
分な自由キャリアを供給でき、活性層近傍のキャリア濃
度不足を十分に補えるため、活性層へのキャリア供給量
の不足は起こらない。
【００３９】更に、活性層近傍のドーピング濃度が低い
ため、クラッド層のドーパントが活性層中に拡散して広
がり、活性層の結晶性が悪化することも抑制できる。
ため、クラッド層のドーパントが活性層中に拡散して広
がり、活性層の結晶性が悪化することも抑制できる。
【００４０】よって、活性層中にキャリア（電子・正
孔）および光（誘導放出光）を十分に閉じ込めることが
でき、さらに、活性層に隣接するクラッド層部分での結
晶欠陥による光の吸収を低減させることができる。よっ
て、高出力、低しきい値電流、長寿命の半導体レーザを
実現することができる。
孔）および光（誘導放出光）を十分に閉じ込めることが
でき、さらに、活性層に隣接するクラッド層部分での結
晶欠陥による光の吸収を低減させることができる。よっ
て、高出力、低しきい値電流、長寿命の半導体レーザを
実現することができる。
【００４１】（２）請求項２に記載の半導体レーザによ
れば、上記上クラッド層および下クラッド層の一方また
は両方が、上記活性層に隣接した部分から、活性層から
遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比は減少方向に、ドーピン
グ濃度は増加方向に変化する構造を有するため、この第
２の形態においても、活性層近傍にはＡｌ組成が高く、
活性層とクラッド層の間に十分大きなエネルギー障壁が
できる。このため、活性層中にキャリアおよび光を十分
に閉じ込めることができる。また、活性層近傍はドーピ
ング濃度が低いため、結晶欠陥が非常に少なくなり、活
性層に隣接するクラッド層部分での結晶欠陥による光の
吸収を低減させることができる。また、活性層近傍以外
のクラッド層は、Ａｌ混晶比が低くかつドーピング濃度
が高いため十分な自由キャリアを供給でき、活性層近傍
のキャリア濃度不足を十分に補えるため、活性層へのキ
ャリア供給量の不足は起こらない。なお、活性層近傍の
ドーピング濃度が低いため、クラッド層のドーパントが
活性層中に拡散して広がり、活性層の結晶性が悪化する
ことも抑制できる。
れば、上記上クラッド層および下クラッド層の一方また
は両方が、上記活性層に隣接した部分から、活性層から
遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比は減少方向に、ドーピン
グ濃度は増加方向に変化する構造を有するため、この第
２の形態においても、活性層近傍にはＡｌ組成が高く、
活性層とクラッド層の間に十分大きなエネルギー障壁が
できる。このため、活性層中にキャリアおよび光を十分
に閉じ込めることができる。また、活性層近傍はドーピ
ング濃度が低いため、結晶欠陥が非常に少なくなり、活
性層に隣接するクラッド層部分での結晶欠陥による光の
吸収を低減させることができる。また、活性層近傍以外
のクラッド層は、Ａｌ混晶比が低くかつドーピング濃度
が高いため十分な自由キャリアを供給でき、活性層近傍
のキャリア濃度不足を十分に補えるため、活性層へのキ
ャリア供給量の不足は起こらない。なお、活性層近傍の
ドーピング濃度が低いため、クラッド層のドーパントが
活性層中に拡散して広がり、活性層の結晶性が悪化する
ことも抑制できる。
【図１】本発明に係る半導体レーザの断面図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザと従来の半導体レー
ザの活性層付近のエネルギーバンド分布と屈折率分布を
示した図である。
ザの活性層付近のエネルギーバンド分布と屈折率分布を
示した図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザの駆動電流−光出力
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図４】従来の半導体レーザの断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ下クラッド
層 ３ａ 第１クラッド層 ３ｂ 第２クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ上クラッド
層 ５ａ 第１クラッド層 ５ｂ 第２クラッド層 ６ コンタクト層 ７ 電流阻止層 ８ キャップ層 １１ エネルギー障壁 １２ 屈折率差
層 ３ａ 第１クラッド層 ３ｂ 第２クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓ上クラッド
層 ５ａ 第１クラッド層 ５ｂ 第２クラッド層 ６ コンタクト層 ７ 電流阻止層 ８ キャップ層 １１ エネルギー障壁 １２ 屈折率差
Claims (4)
- 【請求項１】第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順
次エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌ
ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、Ａｌ
ＧａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧ
ａＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組
み合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電
性を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラ
ッド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッ
ド層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層
および下クラッド層の両方が、上記活性層に隣接して配
置された高Ａｌ混晶比かつ低ドーピング濃度の第１クラ
ッド層と、その第１クラッド層に隣接して配置された低
Ａｌ混晶比かつ高ドーピング濃度の第２クラッド層とか
らなることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順
次エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌ
ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、Ａｌ
ＧａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧ
ａＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組
み合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電
性を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラ
ッド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッ
ド層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層
および下クラッド層の両方が、上記活性層に隣接した部
分から、活性層から遠ざかるに従って、Ａｌ混晶比は減
少方向に、ドーピング濃度は増加方向に変化する構造を
有することを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】請求項１記載の半導体レーザにおいて、上
記の第１クラッド層のＡｌ混晶比が０．５以上でかつキ
ャリア濃度が１×１０17cm-3〜１×１０18cm-3であり、
第２クラッド層のＡｌ混晶比が０．４以下でかつキャリ
ア濃度が１×１０18cm-3以上であることを特徴とする半
導体レーザ。 - 【請求項４】第１の導電性を有するＧａＡｓ基板上に順
次エピタキシャル成長された第１の導電性を有するＡｌ
ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの下クラッド層と、Ａｌ
ＧａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰから成るかまたはＡｌＧ
ａＡｓもしくはＧａＡｓから成るか、またはこれらを組
み合わせた量子井戸構造を有する活性層と、第２の導電
性を有するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓの上クラ
ッド層とを備えた半導体レーザにおいて、上記上クラッ
ド層若しくは下クラッド層の一方、または上クラッド層
および下クラッド層の両方が、クラッド層を、電子およ
び光の閉じ込めの効果を有する第１クラッド層と、活性
層へのキャリア供給効果を有する第２クラッド層とに分
割した構造を有することを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33987497A JPH11177176A (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33987497A JPH11177176A (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11177176A true JPH11177176A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18331645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33987497A Pending JPH11177176A (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11177176A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100426607C (zh) * | 2005-04-21 | 2008-10-15 | 夏普株式会社 | 化合物半导体激光器件 |
| US7615721B2 (en) * | 2000-09-13 | 2009-11-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US8263479B2 (en) | 2002-12-03 | 2012-09-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for cutting semiconductor substrate |
| US8889525B2 (en) | 2002-03-12 | 2014-11-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US8969752B2 (en) | 2003-03-12 | 2015-03-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method |
| KR20200138135A (ko) * | 2019-03-18 | 2020-12-09 | (주)큐에스아이 | 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법 |
-
1997
- 1997-12-10 JP JP33987497A patent/JPH11177176A/ja active Pending
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8969761B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-03-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of cutting a wafer-like object and semiconductor chip |
| US8946589B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-02-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of cutting a substrate, method of cutting a wafer-like object, and method of manufacturing a semiconductor device |
| US10796959B2 (en) | 2000-09-13 | 2020-10-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US9837315B2 (en) | 2000-09-13 | 2017-12-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US7615721B2 (en) * | 2000-09-13 | 2009-11-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US8927900B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-01-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of cutting a substrate, method of processing a wafer-like object, and method of manufacturing a semiconductor device |
| US8933369B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-01-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of cutting a substrate and method of manufacturing a semiconductor device |
| US8937264B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-01-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US8946592B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-02-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US8946591B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-02-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of manufacturing a semiconductor device formed using a substrate cutting method |
| US9711405B2 (en) | 2002-03-12 | 2017-07-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US9287177B2 (en) | 2002-03-12 | 2016-03-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US11424162B2 (en) | 2002-03-12 | 2022-08-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US9142458B2 (en) | 2002-03-12 | 2015-09-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US10622255B2 (en) | 2002-03-12 | 2020-04-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US9543207B2 (en) | 2002-03-12 | 2017-01-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US9543256B2 (en) | 2002-03-12 | 2017-01-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US9548246B2 (en) | 2002-03-12 | 2017-01-17 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US9553023B2 (en) | 2002-03-12 | 2017-01-24 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US8889525B2 (en) | 2002-03-12 | 2014-11-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US10068801B2 (en) | 2002-03-12 | 2018-09-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
| US8865566B2 (en) | 2002-12-03 | 2014-10-21 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of cutting semiconductor substrate |
| US8263479B2 (en) | 2002-12-03 | 2012-09-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for cutting semiconductor substrate |
| US8969752B2 (en) | 2003-03-12 | 2015-03-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method |
| CN100426607C (zh) * | 2005-04-21 | 2008-10-15 | 夏普株式会社 | 化合物半导体激光器件 |
| KR20200138135A (ko) * | 2019-03-18 | 2020-12-09 | (주)큐에스아이 | 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법 |
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