JPH11204880A - 半導体レーザー - Google Patents

半導体レーザー

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JPH11204880A
JPH11204880A JP636898A JP636898A JPH11204880A JP H11204880 A JPH11204880 A JP H11204880A JP 636898 A JP636898 A JP 636898A JP 636898 A JP636898 A JP 636898A JP H11204880 A JPH11204880 A JP H11204880A
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
gan
active layer
optical waveguide
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JP636898A
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Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長450nm以上の青色領域や緑色領域の
レーザービームを、効率良く高出力で発生可能な半導体
レーザーを得る。 【解決手段】 半導体レーザーの活性層を、In1-Y
YZAs1-Zからなる量子井戸活性層15とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザーに関
し、特に詳細には、青、緑の波長領域の光が得られる半
導体レーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、青色に近い光を発する半導体レー
ザーとして、例えば電子情報通信学会技報,TECHNICAL
REPORT OF IEICE OPB 96-144,LQE96-142(1997-01)に示
されるように、InGaN活性層を有するものが知られ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体レー
ザーをカラー画像記録装置の書込み光源等として用いる
場合は、緑色領域の光や、波長450nm以上の青色領
域の光を発するものが必要となるが、上記のInGaN
活性層を有する半導体レーザーでは、現在のところ、こ
れらの波長領域よりも短波長側の光しか得ることができ
ない。
【0004】このInGaN活性層を有する半導体レー
ザーにおいて、Inの量を増やせば発振波長が長波長化
するが、そのようにすると活性層の結晶性が悪化して、
発振効率が低下してしまう。
【0005】またこのInGaN活性層を有する半導体
レーザーでは、ホールの有効質量が大きいため、しきい
値電流密度が大きくなり、そのために素子特性が悪化す
るという問題も認められている。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、波長450nm以上の青色領域や緑色領域のレ
ーザービームを、効率良く高出力で発生可能な半導体レ
ーザーを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による1つの半導
体レーザーは、In1-YGaYZAs1-Zからなる量子井
戸活性層を有することを特徴とするものである。
【0008】また本発明による別の半導体レーザーは、
In1-YGaYZAs1-Z/GaNからなる多重量子井戸
活性層を有することを特徴とするものである。
【0009】また本発明によるさらに別の半導体レーザ
ーは、In1-Y1GaY1Z1As1-Z1/In1-Y2GaY2
Z2As1-Z2からなる多重量子井戸活性層を有することを
特徴とするものである。
【0010】また本発明によるさらに別の半導体レーザ
ーは、In1-Y1GaY1ZAs1-Z/In1-Y2GaY2Nか
らなる多重量子井戸活性層を有することを特徴とするも
のである。
【0011】なお上記構成の各半導体レーザーにおい
て、基板としてGaN基板が用いられる場合、クラッド
層は、GaNに格子整合するAlGaN/InGaAl
N、AlGaN/InGaNまたはAlGaN/AlG
aNAs超格子クラッドとしたり、あるいはGaNに格
子整合するInGaAlNまたはAlGaNAs格子整
合クラッドとしたり、さらには、n−AlGaN/ノン
ドープInGaNの変調ドープ層クラッドとするのが好
ましい。
【0012】一方、上記構成の各半導体レーザーにおい
て、光導波層は、GaNに格子整合するAlGaN/I
nGaAlN、AlGaN/InGaNまたはAlGa
N/AlGaNAs超格子光導波層としたり、あるいは
GaNまたはInGaAlN光導波層とするのが望まし
い。
【0013】
【発明の効果】本発明による各半導体レーザーは、上に
述べた通りの活性層を有することにより、波長が450
nm以上の青色領域や緑色領域のレーザービームを、効
率良く高出力で発生できるものとなる。
【0014】すなわち本発明による各半導体レーザー
は、従来のInGaN活性層を有する半導体レーザーと
比べると、活性層にAsを僅かに含ませることにより、
いわゆるボーイング効果により発振波長が長波長化さ
れ、450nm以上の波長領域のレーザービームを発生
できるものとなる。
【0015】したがって本発明の各半導体レーザーによ
れば、カラー画像記録装置の書込み光として好適な波長
470nmの純粋な青色の光や、波長530nmの純粋
な緑色の光を得ることも可能となる。
【0016】また本発明による各半導体レーザーは、I
nGaN活性層を有する半導体レーザーと比べると、G
aN光導波層に対して格子不整合量を小さくすることが
できる。
【0017】さらに、本発明による各半導体レーザーは
活性層にAsを僅かに含ませることにより、価電子帯で
のスピン軌道相互作用を大きくすることができ、正孔
(ホール)の有効質量を低減させることが可能になる。
その結果、しきい値電流密度を低下させることができ、
素子特性が向上する。
【0018】また本発明の半導体レーザーにおいて、特
に基板としてGaN基板が用いられ、クラッド層が、G
aNに格子整合するAlGaN/InGaAlN、Al
GaN/InGaNまたはAlGaN/AlGaNAs
超格子クラッドとされたり、あるいはGaNに格子整合
するInGaAlNまたはAlGaNAs格子整合クラ
ッドとされる場合は、このクラッド層をより厚く形成可
能で、光の閉じ込めを改善でき、かつ活性層の結晶性も
向上する。
【0019】さらに、基板としてGaN基板が用いら
れ、クラッド層がn−AlGaN/ノンドープInGa
Nの変調ドープ層から形成される場合も、ドナーの活性
化率を高め、それにより上述と同様の効果を得ることが
できる。
【0020】一方、本発明の半導体レーザーにおいて、
光導波層がInGaAlNから形成された場合は、In
の導入によってクラッド層とのエネルギーギャップΔE
gを大きくすることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0022】<第1実施形態>図1は、本発明の第1実
施形態による半導体レーザーの側断面形状を示すもので
ある。この半導体レーザーは、サファィア基板10の上
に、GaNバッファー層11、n−GaNコンタクト層1
2、n−AlXGa1-XN(0.01<X<0.5)クラッド層1
3、n−GaN光導波層14、In1-YGaYZAs1-Z
重量子井戸活性層15、p−GaN光導波層16、p−Al
XGa1-XN(0.01<X<0.5)クラッド層17、およびp
−GaNコンタクト層18が順次積層されてなる。
【0023】また上記n−GaNコンタクト層12の上に
はn−電極20が、p−GaNコンタクト層18の上にはp
−電極21がそれぞれ形成されている。なおp−電極21と
p−GaNコンタクト層18との間の一部を遮断する状態
にして、電流注入領域を規定する絶縁膜22が形成されて
いる。
【0024】この半導体レーザーにおいては、活性層と
して、Asを含むIn1-YGaYZAs1-Z多重量子井戸
活性層15が適用されているので、前述した理由によりこ
の活性層15から、450nm以上の波長領域のレーザー
ビームを発生可能となる。そしてAsの組成量を適宜設
定することにより、カラー画像記録装置の書込み光等と
して好適な波長470nmの純粋な青色のレーザービー
ムや、波長530nmの純粋な緑色のレーザービームを
得ることができる。
【0025】なお、上記In1-YGaYZAs1-Z多重量
子井戸活性層15に代えて、In1-YGaYZAs1-Z/G
aN多重量子井戸活性層や、In1-Y1GaY1Z1As
1-Z1/In1-Y2GaY2Z2As1-Z2多重量子井戸活性層
や、さらにはIn1-Y1GaY1ZAs1-Z/In1-Y2Ga
Y2N多重量子井戸活性層を形成してもよく、それらの場
合でも同様の効果を得ることができる。
【0026】<第2実施形態>図2は、本発明の第2実
施形態による半導体レーザーの側断面形状を示すもので
ある。この半導体レーザーは、サファィア基板10の上
に、GaN/AlN交互バッファー層30、SiO2マス
ク31を含むn−GaNコンタクト層32、In0.1Ga0.9
Nクラック防止層33、n−AlXGa1-XN/GaN(0.
01<X<0.5)変調ドープ歪超格子クラッド層34、n−
GaN光導波層35、In1-YGaYZAs1-Z多重量子井
戸活性層36、p−GaN光導波層37、p−AlXGa1-X
N/GaN(0.01<X<0.5)変調ドープ歪超格子クラ
ッド層38、およびp−GaNコンタクト層39が順次積層
されてなる。
【0027】また上記コンタクト層32の上にはn−電極
20が、p−GaNコンタクト層39の上にはp−電極21が
それぞれ形成されている。なおp−電極21とp−GaN
コンタクト層39との間の一部を遮断する状態にして、電
流注入領域を規定する絶縁膜22が形成されている。
【0028】この半導体レーザーにおいても、活性層と
して、Asを含むIn1-YGaYZAs1-Z多重量子井戸
活性層36が適用されているので、450nm以上の波長
領域のレーザービームを発生可能となる。そしてAsの
組成量を適宜設定することにより、波長470nmの純
粋な青色のレーザービームや、波長530nmの純粋な
緑色のレーザービームを得ることができる。
【0029】また、これは前述の第1実施形態でも同じ
であるが、サファィア基板10に代えて、GaN基板やS
iC基板等を用いることも可能である。
【0030】<第3実施形態>図3は、本発明の第3実
施形態による半導体レーザーの側断面形状を示すもので
ある。この半導体レーザーは、図2の半導体レーザーに
おいて、サファィア基板10に代えてSiC基板40を用い
た形のものである。
【0031】この第3実施形態の半導体レーザーにおい
ては、導電性かつ高熱伝導性を有するSiC基板40を用
いたことにより、n−電極20をこのSiC基板40の裏側
に形成することが可能となっている。その結果、j-down
構造をとることができ、かつ熱伝導性も高いことから高
出力化することが可能となる。
【0032】<第4実施形態>図4は、本発明の第4実
施形態による半導体レーザーの平面形状を示すものであ
る。また図5は、この半導体レーザーを図4中のA−B
線に沿った部分で切断して示す側断面図である。
【0033】この半導体レーザーの層構成は、図1に示
したものと比べると、In1-YGaYZAs1-Z多重量子
井戸活性層15に代えてIn1-YGaYZAs1-Z/GaN
多重量子井戸活性層55が用いられている以外は、基本的
に同様である。
【0034】そして図4に示されている通り、素子の両
端面にはそれぞれAR(無反射)コート60、HR(高反
射)コート61が施され、また電流注入領域62はテーパ状
に形成されて、アンステーブル共振器構造が実現されて
いる。
【0035】なお、上記HRコート61の代わりにARコ
ートを施すことにより、光増幅器を構成することも可能
である。
【0036】<第5実施形態>図6は、本発明の第5実
施形態による半導体レーザーの平面形状を示すものであ
る。また図7は、この半導体レーザーを図6中のC−D
線に沿った部分で切断して示す側断面図である。
【0037】この半導体レーザーの層構成は、図1に示
したものと比べると、In1-YGaYZAs1-Z多重量子
井戸活性層15に代えてIn1-YGaYZAs1-Z/GaN
多重量子井戸活性層55が用いられている以外は、基本的
に同様である。
【0038】そして図6に示されている通り、素子の両
端面にはそれぞれAR(無反射)コート60、HR(高反
射)コート61が施され、また電流注入領域62はテーパ状
に形成されて、アンステーブル共振器構造が実現されて
いる。特にこの場合は、上記テーパ状の電流注入領域62
に連続させて、素子一端側に基本横モード制御領域63が
形成されている。
【0039】なおこの場合も、上記HRコート61の代わ
りにARコートを施すことにより、光増幅器を構成する
ことができる。
【0040】また図7中のdの厚みは、高次横モード発
振せずに、基本横モード発振のみが許容される値に設定
される。
【0041】また、nとpは反転してもよい。この点
は、既に説明したその他の実施形態においても同様であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による半導体レーザーを
示す側断面図
【図2】本発明の第2実施形態による半導体レーザーを
示す側断面図
【図3】本発明の第3実施形態による半導体レーザーを
示す側断面図
【図4】本発明の第4実施形態による半導体レーザーを
示す平面図
【図5】図4の半導体レーザーの側断面図
【図6】本発明の第5実施形態による半導体レーザーを
示す平面図
【図7】図6の半導体レーザーの側断面図
【符号の説明】
10 サファィア基板 11 GaNバッファー層 12 n−GaNコンタクト層 13 n−AlXGa1-XNクラッド層 14 n−GaN光導波層 15 In1-YGaYZAs1-Z多重量子井戸活性層 16 p−GaN光導波層 17 p−AlXGa1-XNクラッド層 18 p−GaNコンタクト層 20 n−電極 21 p−電極 22 絶縁膜 30 GaN/AlN交互バッファー層 31 SiO2マスク 32 n−GaNコンタクト層 33 In0.1Ga0.9Nクラック防止層 34 n−AlXGa1-XN/GaN変調ドープ歪超格子
クラッド層 35 n−GaN光導波層 36 In1-YGaYZAs1-Z多重量子井戸活性層 37 p−GaN光導波層 38 p−AlXGa1-XN/GaN変調ドープ歪超格子
クラッド層 39 p−GaNコンタクト層 40 SiC基板 60 AR(無反射)コート 61 HR(高反射)コート 62 電流注入領域 63 基本横モード制御領域

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 In1-YGaYZAs1-Zからなる量子井
    戸活性層を有することを特徴とする半導体レーザー。
  2. 【請求項2】 In1-YGaYZAs1-Z/GaNからな
    る多重量子井戸活性層を有することを特徴とする半導体
    レーザー。
  3. 【請求項3】 In1-Y1GaY1Z1As1-Z1/In1-Y2
    GaY2Z2As1-Z2からなる多重量子井戸活性層を有す
    ることを特徴とする半導体レーザー。
  4. 【請求項4】 In1-Y1GaY1ZAs1-Z/In1-Y2
    Y2Nからなる多重量子井戸活性層を有することを特徴
    とする半導体レーザー。
  5. 【請求項5】 発振波長が450nm以上であることを
    特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の半導体レ
    ーザー。
  6. 【請求項6】 基板としてGaN基板が用いられ、クラ
    ッド層が、GaNに格子整合するAlGaN/InGa
    AlN、AlGaN/InGaNまたはAlGaN/A
    lGaNAs超格子クラッドからなることを特徴とする
    請求項1から5いずれか1項記載の半導体レーザー。
  7. 【請求項7】 基板としてGaN基板が用いられ、クラ
    ッド層が、GaNに格子整合するInGaAlNまたは
    AlGaNAs格子整合クラッドからなることを特徴と
    する請求項1から5いずれか1項記載の半導体レーザ
    ー。
  8. 【請求項8】 基板としてGaN基板が用いられ、クラ
    ッド層が、n−AlGaN/ノンドープInGaNの変
    調ドープ層から形成されていることを特徴とする請求項
    1から5いずれか1項記載の半導体レーザー。
  9. 【請求項9】 光導波層が、GaNに格子整合するAl
    GaN/InGaAlN、AlGaN/InGaNまた
    はAlGaN/AlGaNAs超格子光導波層であるこ
    とを特徴とする請求項1から8いずれか1項記載の半導
    体レーザー。
  10. 【請求項10】 光導波層が、GaNまたはInGaA
    lN光導波層であることを特徴とする請求項1から8い
    ずれか1項記載の半導体レーザー。
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