JPH11233881A - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents
自励発振型半導体レーザInfo
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- JPH11233881A JPH11233881A JP3508498A JP3508498A JPH11233881A JP H11233881 A JPH11233881 A JP H11233881A JP 3508498 A JP3508498 A JP 3508498A JP 3508498 A JP3508498 A JP 3508498A JP H11233881 A JPH11233881 A JP H11233881A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】活性層に悪影響を及ぼさず、キャリア寿命を短
くでき、広範囲で安定な自励発振を実現できる信頼性の
高い自励発振型半導体レーザを提供する。 【解決手段】ｐ型の第１のクラッド層１０２の中に可飽
和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３を設け、その
バンドギャップを、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１
０４の光を充分吸収できるように、活性層１０４と同じ
かそれ以下に設定し、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ａｓ）１０３横に隣接して第１の電流ブロック層（Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６を設け、そのバンドギャップ
を可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３のバン
ドギャップとほぼ同じかそれ以下のバンドキャップに設
定し、さらに活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４横
に第２の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０
７を、電流狭窄のためバンドギャップの大きく高濃度に
ドープされた層として設ける。
くでき、広範囲で安定な自励発振を実現できる信頼性の
高い自励発振型半導体レーザを提供する。 【解決手段】ｐ型の第１のクラッド層１０２の中に可飽
和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３を設け、その
バンドギャップを、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１
０４の光を充分吸収できるように、活性層１０４と同じ
かそれ以下に設定し、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ａｓ）１０３横に隣接して第１の電流ブロック層（Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６を設け、そのバンドギャップ
を可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３のバン
ドギャップとほぼ同じかそれ以下のバンドキャップに設
定し、さらに活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４横
に第２の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０
７を、電流狭窄のためバンドギャップの大きく高濃度に
ドープされた層として設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自励発振させるこ
とでマルチモード化を実現する自励発振型半導体レーザ
に関するものである。
とでマルチモード化を実現する自励発振型半導体レーザ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、光ディスク装置等の光
源として用いられるが、この際、戻り光ノイズをいかに
抑制するかが重要である。この戻り光ノイズを抑制する
ための対策を施した半導体レーザの一つに、半導体レー
ザを自励発振させることでマルチモード化を図った、い
わゆる自励発振型半導体レーザが知られている。
源として用いられるが、この際、戻り光ノイズをいかに
抑制するかが重要である。この戻り光ノイズを抑制する
ための対策を施した半導体レーザの一つに、半導体レー
ザを自励発振させることでマルチモード化を図った、い
わゆる自励発振型半導体レーザが知られている。
【０００３】図５は、従来の自励発振型半導体レーザの
構成例を示す断面図である。なお、ここでは、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系材料により自励発振型半導体レーザを構成した
場合を示す。
構成例を示す断面図である。なお、ここでは、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系材料により自励発振型半導体レーザを構成した
場合を示す。
【０００４】図５に示すように、この自励発振型半導体
レーザ１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１２、ＧａＩｎＰ活性層１３、ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１６が順次積層され
ている。そして、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４の
上層部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１５およびｐ型ＧａＡｓ
キャップ層１６は、一方向に延びるメサ型のストライプ
形状を有している。すなわち、これらのｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１４の上層部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１
５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１６からストライプ部
１７が構成されている。このストライプ部１７の両側の
部分には電流狭窄用のｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１８
が埋め込まれ、これにより電流狭窄構造が形成されてい
る。
レーザ１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１２、ＧａＩｎＰ活性層１３、ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１６が順次積層され
ている。そして、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４の
上層部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１５およびｐ型ＧａＡｓ
キャップ層１６は、一方向に延びるメサ型のストライプ
形状を有している。すなわち、これらのｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１４の上層部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１
５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１６からストライプ部
１７が構成されている。このストライプ部１７の両側の
部分には電流狭窄用のｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１８
が埋め込まれ、これにより電流狭窄構造が形成されてい
る。
【０００５】ｐ型ＧａＡｓキャップ層１６およびｎ型Ｇ
ａＡｓ電流狭窄層１８の上には、たとえばＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕ電極のようなｐ側電極１９が設けられている。一
方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、たとえばＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極のようなｎ側電極２０が設けられて
いる。
ａＡｓ電流狭窄層１８の上には、たとえばＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕ電極のようなｐ側電極１９が設けられている。一
方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、たとえばＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極のようなｎ側電極２０が設けられて
いる。
【０００６】また、この自励発振型半導体レーザ１０に
おいては、図５に示すように、いわゆる縦構造に可飽和
吸収層２１を一層以上設けることによりパルセーション
を発生させるように構成されている。
おいては、図５に示すように、いわゆる縦構造に可飽和
吸収層２１を一層以上設けることによりパルセーション
を発生させるように構成されている。
【０００７】この自励発振可型半導体レーザ１０は、一
般的によく使われているリッジ構造を有する自励発振レ
ーザ構造であり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４中
に設けられた可飽和吸収層２１で時間的に周期的な光吸
収を起こすことでレーザ発振の周期的トリガをかけ自励
発振を生じさせている。
般的によく使われているリッジ構造を有する自励発振レ
ーザ構造であり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４中
に設けられた可飽和吸収層２１で時間的に周期的な光吸
収を起こすことでレーザ発振の周期的トリガをかけ自励
発振を生じさせている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ここで安定
な自励発振を起こすために重要な点は、可飽和吸収層２
１に高濃度ドーピングを行い、ここでのキャリア寿命を
短くすることである。これは実験的にも理論的にも確認
されており、図６の自励発振原理で説明すると、可飽和
吸収層２４で発生するマイノリテーキャリア（ｐ層の場
合は電子）が速く緩和して無くならないと、この層の吸
収効果を無くし（透明化させてしまい）自励発振が止ま
り通常の安定なＣＷ動作に移ってしまうためである。
な自励発振を起こすために重要な点は、可飽和吸収層２
１に高濃度ドーピングを行い、ここでのキャリア寿命を
短くすることである。これは実験的にも理論的にも確認
されており、図６の自励発振原理で説明すると、可飽和
吸収層２４で発生するマイノリテーキャリア（ｐ層の場
合は電子）が速く緩和して無くならないと、この層の吸
収効果を無くし（透明化させてしまい）自励発振が止ま
り通常の安定なＣＷ動作に移ってしまうためである。
【０００９】可飽和吸収層にマイノリテーキャリアを発
生させるのは、自励発振に本質的な活性層の発光光を吸
収することで生じる部分と活性層からのオーバーフロー
で生じる部分がある。前者は光強度が上がると増え、後
者は温度が上がると増える。したがって、可飽和吸収層
を持つタイプの自励発振型半導体レーザーは、図７に示
すように、高温、高出力側に危険領域を有し、高出力や
高温時に自励発振が止まるという問題があった。
生させるのは、自励発振に本質的な活性層の発光光を吸
収することで生じる部分と活性層からのオーバーフロー
で生じる部分がある。前者は光強度が上がると増え、後
者は温度が上がると増える。したがって、可飽和吸収層
を持つタイプの自励発振型半導体レーザーは、図７に示
すように、高温、高出力側に危険領域を有し、高出力や
高温時に自励発振が止まるという問題があった。
【００１０】この高温、高出力の問題を解決し広い出力
範囲で安定な自励発振を生じさせる効果的な方法は可飽
和吸収層への高濃度ドープであるが、これも課題があ
る。拡散しやすいＺｎ等のドーパントを活性層の１００
０〜２０００オングストローム程度の近傍でドープする
ことは、ドーパントが活性層に拡散しやすく、ここで非
発光センター等を形成するため、レーザーの信頼性に問
題が生じやすいためである。総じて、信頼性に影響を与
えることなく、広範囲で安定な自励発振型半導体レーザ
を作製することは困難を伴い、歩留まり上の課題があっ
た。
範囲で安定な自励発振を生じさせる効果的な方法は可飽
和吸収層への高濃度ドープであるが、これも課題があ
る。拡散しやすいＺｎ等のドーパントを活性層の１００
０〜２０００オングストローム程度の近傍でドープする
ことは、ドーパントが活性層に拡散しやすく、ここで非
発光センター等を形成するため、レーザーの信頼性に問
題が生じやすいためである。総じて、信頼性に影響を与
えることなく、広範囲で安定な自励発振型半導体レーザ
を作製することは困難を伴い、歩留まり上の課題があっ
た。
【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、活性層に悪影響を及ぼさず、キ
ャリア寿命を短くでき、広範囲で安定な自励発振を実現
できる信頼性の高い自励発振型半導体レーザを提供する
ことにある。
のであり、その目的は、活性層に悪影響を及ぼさず、キ
ャリア寿命を短くでき、広範囲で安定な自励発振を実現
できる信頼性の高い自励発振型半導体レーザを提供する
ことにある。
【００１２】
【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、結晶面の主面にストライプ状のメサ状突
起が形成された半導体基板上に、可飽和吸収層を含む第
１導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型
の第２のクラッド層とが順次にエピタキシャル成長され
たエピタキシャル成長層を有し、活性層の横方向に屈折
率差をつけ、かつ電流狭窄のための電流ブロック層が存
在するＳＤＨ構造を備えた自励発振型半導体レーザであ
って、上記可飽和吸収層は、上記第１のクラッド層の活
性層近傍に形成され、かつ、上記可飽和吸収層の横方向
に隣接した第１導電型の電流ブロック層を有し、当該電
流ブロック層のバンドギャップが上記可飽和吸収層のバ
ンドギャップ以下に設定されている。
め、本発明は、結晶面の主面にストライプ状のメサ状突
起が形成された半導体基板上に、可飽和吸収層を含む第
１導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型
の第２のクラッド層とが順次にエピタキシャル成長され
たエピタキシャル成長層を有し、活性層の横方向に屈折
率差をつけ、かつ電流狭窄のための電流ブロック層が存
在するＳＤＨ構造を備えた自励発振型半導体レーザであ
って、上記可飽和吸収層は、上記第１のクラッド層の活
性層近傍に形成され、かつ、上記可飽和吸収層の横方向
に隣接した第１導電型の電流ブロック層を有し、当該電
流ブロック層のバンドギャップが上記可飽和吸収層のバ
ンドギャップ以下に設定されている。
【００１３】また、本発明では、上記電流ブロック層上
に上記活性層と横方向に隣接した第１導電型の第２の電
流ブロック層を有する。
に上記活性層と横方向に隣接した第１導電型の第２の電
流ブロック層を有する。
【００１４】また、本発明は、結晶面の主面にストライ
プ状のメサ状突起が形成された半導体基板上に、第２導
電型の第１のクラッド層と、活性層と、可飽和吸収層を
含む第１導電型の第２のクラッド層とが順次にエピタキ
シャル成長されたエピタキシャル成長層を有し、活性層
の横方向に屈折率差をつけ、かつ電流狭窄のための電流
ブロック層が存在するＳＤＨ構造を備えた自励発振型半
導体レーザであって、上記可飽和吸収層は、上記第２の
クラッド層の活性層近傍に形成され、かつ、上記可飽和
吸収層の横方向に隣接した第２導電型の電流ブロック層
を有し、当該電流ブロック層のバンドギャップが上記可
飽和吸収層のバンドギャップ以下に設定されている。
プ状のメサ状突起が形成された半導体基板上に、第２導
電型の第１のクラッド層と、活性層と、可飽和吸収層を
含む第１導電型の第２のクラッド層とが順次にエピタキ
シャル成長されたエピタキシャル成長層を有し、活性層
の横方向に屈折率差をつけ、かつ電流狭窄のための電流
ブロック層が存在するＳＤＨ構造を備えた自励発振型半
導体レーザであって、上記可飽和吸収層は、上記第２の
クラッド層の活性層近傍に形成され、かつ、上記可飽和
吸収層の横方向に隣接した第２導電型の電流ブロック層
を有し、当該電流ブロック層のバンドギャップが上記可
飽和吸収層のバンドギャップ以下に設定されている。
【００１５】また、本発明では、上記電流ブロック層下
に上記活性層と横方向に隣接した第２導電型の第２の電
流ブロック層を有する。
に上記活性層と横方向に隣接した第２導電型の第２の電
流ブロック層を有する。
【００１６】本発明によれば、可飽和吸収層の横方向に
隣接する第１の電流ブロック層にキャリアが流し込ま
れ、この近傍で速い再結合が行われる。これにより、可
飽和吸収層に生じたマイノリテーキャリアができるだけ
速くこの層から無くなり、可飽和吸収層は透明化されな
い。すなわち、この再結合速度を早めると同時にキャリ
アを逃す下水溝の役割もはたさせることで、可飽和吸収
層に生じたキャリア寿命が短くなる。その結果、基本的
に活性層に悪影響を及ぼさず、信頼性と広範囲で安定に
自励発振する。
隣接する第１の電流ブロック層にキャリアが流し込ま
れ、この近傍で速い再結合が行われる。これにより、可
飽和吸収層に生じたマイノリテーキャリアができるだけ
速くこの層から無くなり、可飽和吸収層は透明化されな
い。すなわち、この再結合速度を早めると同時にキャリ
アを逃す下水溝の役割もはたさせることで、可飽和吸収
層に生じたキャリア寿命が短くなる。その結果、基本的
に活性層に悪影響を及ぼさず、信頼性と広範囲で安定に
自励発振する。
【００１７】
【発明の実施の形態】第１実施形態 図１は、本発明に係る自励発振型半導体レーザの第１の
実施形態を示す断面図でる。
実施形態を示す断面図でる。
【００１８】本自励発振型半導体レーザ１００は、逆メ
サ方向にストライプ状の凹凸形状を持つ化合物半導体基
板上に、クラッド層、ガイド層、活性層等からなる多層
膜半導体レーザ構造を有するものであって、１回のＭＯ
ＣＶＤ（有機金属気相成長法；Metal Organic Chemical
Vapour Deposition）結晶成長で活性層の横方向に屈折
率差をつけ、かつ電流狭窄のための電流ブロック層が存
在したＢＨ（Buried Hetero Structure ）構成の、いわ
ゆるＳＤＨ（Separated Double Heterostructure）構造
を有し、ｐ型基板を用いたものである。
サ方向にストライプ状の凹凸形状を持つ化合物半導体基
板上に、クラッド層、ガイド層、活性層等からなる多層
膜半導体レーザ構造を有するものであって、１回のＭＯ
ＣＶＤ（有機金属気相成長法；Metal Organic Chemical
Vapour Deposition）結晶成長で活性層の横方向に屈折
率差をつけ、かつ電流狭窄のための電流ブロック層が存
在したＢＨ（Buried Hetero Structure ）構成の、いわ
ゆるＳＤＨ（Separated Double Heterostructure）構造
を有し、ｐ型基板を用いたものである。
【００１９】具体的には、第１導電型、たとえばｐ型の
化合物半導体（ＧａＡｓ）基板１０１の一主面が（１０
０）結晶面を有し、この主面にストライプ状（本実施形
態では、紙面と直交する方向に延びるストライプ）にメ
サ状突起１０１ａが形成されている。このストライプ状
メサ突起１０１ａを有する半導体基板１０１の主面上
に、１回のＭＯＣＶＤ結晶成長によって連続的に、ｐ型
の第１のクラッド層（Ａｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓ）１０２、
ｐ型の可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３、
ｐ型の第１のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）１０
２、低不純物あるいはアンドープの活性層（Ａｌ0.12Ｇ
ａ0.88Ａｓ）１０４、および第２導電型（ｎ型）の第２
のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）１０５をエピタ
キシャル成長させた断面が三角形状のエピタキシャル成
長層が形成されている。
化合物半導体（ＧａＡｓ）基板１０１の一主面が（１０
０）結晶面を有し、この主面にストライプ状（本実施形
態では、紙面と直交する方向に延びるストライプ）にメ
サ状突起１０１ａが形成されている。このストライプ状
メサ突起１０１ａを有する半導体基板１０１の主面上
に、１回のＭＯＣＶＤ結晶成長によって連続的に、ｐ型
の第１のクラッド層（Ａｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓ）１０２、
ｐ型の可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３、
ｐ型の第１のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）１０
２、低不純物あるいはアンドープの活性層（Ａｌ0.12Ｇ
ａ0.88Ａｓ）１０４、および第２導電型（ｎ型）の第２
のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）１０５をエピタ
キシャル成長させた断面が三角形状のエピタキシャル成
長層が形成されている。
【００２０】このように、断面が三角形状のエピタキシ
ャル成長層が形成されるが、これは以下の理由による。
すなわち、ストライプ状メサ状突起１０１ａの形状、そ
の結晶方位との関係が所定の関係を持つように選定され
て、その上面の（１００）面に対して角度が約５５°の
（１１１）Ｂ結晶面による斜面の断層部が形成される。
これは、基体１０１上のメサ突起１０１ａ上に成長した
エピタキシャル層に（１１１）Ｂ面が一旦生じ始める
と、この（１１１）Ｂ面へのエピタキシャル成長速度
は、他のたとえば（１００）結晶面の成長速度に比し、
数十分の１以下程度にも低いことからその断層部が（１
１１）Ｂによる斜面に沿って生じる。したがって、メサ
突起１０１ａ上には断面三角形のエピタキシャル成長層
が断層部に挟まれて形成される。
ャル成長層が形成されるが、これは以下の理由による。
すなわち、ストライプ状メサ状突起１０１ａの形状、そ
の結晶方位との関係が所定の関係を持つように選定され
て、その上面の（１００）面に対して角度が約５５°の
（１１１）Ｂ結晶面による斜面の断層部が形成される。
これは、基体１０１上のメサ突起１０１ａ上に成長した
エピタキシャル層に（１１１）Ｂ面が一旦生じ始める
と、この（１１１）Ｂ面へのエピタキシャル成長速度
は、他のたとえば（１００）結晶面の成長速度に比し、
数十分の１以下程度にも低いことからその断層部が（１
１１）Ｂによる斜面に沿って生じる。したがって、メサ
突起１０１ａ上には断面三角形のエピタキシャル成長層
が断層部に挟まれて形成される。
【００２１】そして、ｐ型の第１の電流ブロック層（Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６が、メサ状突起１０１ａ上
に形成されたｐ型の可飽和吸収層１０３を含むエピタキ
シャル層の両側面に接して形成されている。さらに、こ
の第１の電流ブロック層１０６上に、ｐ型の第２の電流
ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７が、メサ状
突起１０１ａ上に形成された活性層１０４を含むエピタ
キシャル層の両側面に接して形成されている。
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６が、メサ状突起１０１ａ上
に形成されたｐ型の可飽和吸収層１０３を含むエピタキ
シャル層の両側面に接して形成されている。さらに、こ
の第１の電流ブロック層１０６上に、ｐ型の第２の電流
ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７が、メサ状
突起１０１ａ上に形成された活性層１０４を含むエピタ
キシャル層の両側面に接して形成されている。
【００２２】そして、第２の電流ブロック層１０７およ
びメサ状突起１０１ａ上に形成された第２のクラッド層
１０５上に、ｎ型のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ）１０８が形成され、このクラッド層１０８上にｎ型
のコンタクト層（ＧａＡｓ）１０９が形成されている。
びメサ状突起１０１ａ上に形成された第２のクラッド層
１０５上に、ｎ型のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ）１０８が形成され、このクラッド層１０８上にｎ型
のコンタクト層（ＧａＡｓ）１０９が形成されている。
【００２３】なお、可飽和吸収層１０３は活性層１０４
の下側（基板側）近傍（１０００〜〜５０００オングス
トローム程度の距離以内）に形成されている。また、可
飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３のバンドギ
ャップは、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４の光
を充分吸収できるように、活性層１０４と同じかそれ以
下に設定される。また、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ
0.88Ａｓ）１０３横に隣接した第１の電流ブロック層
（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６は、ＳＤＨ構造の作製
上の特徴として自由にその組成と極性を選ぶことができ
る。本実施形態では、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ａｓ）１０３のバンドギャップとほぼ同じかそれ以下の
バンドキャップに設定される。また、活性層（Ａｌ0.12
Ｇａ0.88Ａｓ）１０４横の第２の電流ブロック層（Ａｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７は、電流狭窄のため、バンド
ギャップの大きく高濃度にドープされた層として構成さ
れている。
の下側（基板側）近傍（１０００〜〜５０００オングス
トローム程度の距離以内）に形成されている。また、可
飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３のバンドギ
ャップは、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４の光
を充分吸収できるように、活性層１０４と同じかそれ以
下に設定される。また、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ
0.88Ａｓ）１０３横に隣接した第１の電流ブロック層
（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６は、ＳＤＨ構造の作製
上の特徴として自由にその組成と極性を選ぶことができ
る。本実施形態では、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ａｓ）１０３のバンドギャップとほぼ同じかそれ以下の
バンドキャップに設定される。また、活性層（Ａｌ0.12
Ｇａ0.88Ａｓ）１０４横の第２の電流ブロック層（Ａｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７は、電流狭窄のため、バンド
ギャップの大きく高濃度にドープされた層として構成さ
れている。
【００２４】なお、バンドギャップの大小は、各層に含
まれるＡｌの濃度の大小により調整される。具体的に
は、Ａｌの組成比が大きいほどバンドギャップは大き
い。
まれるＡｌの濃度の大小により調整される。具体的に
は、Ａｌの組成比が大きいほどバンドギャップは大き
い。
【００２５】このような構成を有する自励発振型半導体
レーザ１００においては、図２に示すように、可飽和吸
収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３に生じた電子はよ
りバンドギャップの低い第１電流ブロック層（Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６へ流れこむ。さらに、第１の電流
ブロック層（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６には、第２
の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７が高
濃度でかつバンドギャップが広いことからホールが流れ
込み、電子の再結合相手が準備される。さらに、再結合
ホールは基板側からの注入拡散によっても準備される。
もしさらに可飽和吸収層キャリアの再結合速度を速める
必要が有れば、第１の電流ブロック層を高濃度ドープす
れば良い。ここでのキャリアライフタイムが下がり可飽
和吸収層からの流れ込みキャリアが速く消費されること
になる。また、可飽和吸収層を高濃度ドープすること
は、活性層に与える信頼性への悪影響が懸念されるが、
ブロック層の高濃度ドープは活性層とは構造的には分離
されている（距離が遠い）ため、影響度はより小さいと
期待できる。
レーザ１００においては、図２に示すように、可飽和吸
収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３に生じた電子はよ
りバンドギャップの低い第１電流ブロック層（Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６へ流れこむ。さらに、第１の電流
ブロック層（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）１０６には、第２
の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７が高
濃度でかつバンドギャップが広いことからホールが流れ
込み、電子の再結合相手が準備される。さらに、再結合
ホールは基板側からの注入拡散によっても準備される。
もしさらに可飽和吸収層キャリアの再結合速度を速める
必要が有れば、第１の電流ブロック層を高濃度ドープす
れば良い。ここでのキャリアライフタイムが下がり可飽
和吸収層からの流れ込みキャリアが速く消費されること
になる。また、可飽和吸収層を高濃度ドープすること
は、活性層に与える信頼性への悪影響が懸念されるが、
ブロック層の高濃度ドープは活性層とは構造的には分離
されている（距離が遠い）ため、影響度はより小さいと
期待できる。
【００２６】以上説明したように、本第１の実施形態に
よれば、ｐ型の第１のクラッド層１０２中に可飽和吸収
層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３を設け、そのバンド
ギャップを、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４の
光を充分吸収できるように、活性層１０４と同じかそれ
以下に設定し、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）
１０３横に隣接して第１の電流ブロック層（Ａｌ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ａｓ）１０６を設け、そのバンドギャップを可飽
和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３のバンドギャ
ップとほぼ同じかそれ以下のバンドキャップに設定し、
さらに活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４横に第２
の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７を、
電流狭窄のためバンドギャップの大きく高濃度にドープ
された層として設けたので、可飽和吸収層１０３の横方
向に隣接する第１の電流ブロック層１０６にキャリアを
流し込むことができ、この近傍で速い再結合を行わせる
ことができる。その結果、基本的に活性層に悪影響を及
ぼさず、キャリア寿命を短くでき、信頼性と広範囲で安
定な自励発振を実現できる。また、ＳＤＨ構造を用いる
ため、複雑な構造が１回のＭＯＣＶＤ成長で作製可能で
ある。さらに、ＢＨ構造による自励発振のためしきい値
が低く、ＦＦＰが安定し、非点隔差も殆ど発生しないで
低いノイズが実現できる利点がある。
よれば、ｐ型の第１のクラッド層１０２中に可飽和吸収
層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３を設け、そのバンド
ギャップを、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４の
光を充分吸収できるように、活性層１０４と同じかそれ
以下に設定し、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）
１０３横に隣接して第１の電流ブロック層（Ａｌ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ａｓ）１０６を設け、そのバンドギャップを可飽
和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０３のバンドギャ
ップとほぼ同じかそれ以下のバンドキャップに設定し、
さらに活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）１０４横に第２
の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）１０７を、
電流狭窄のためバンドギャップの大きく高濃度にドープ
された層として設けたので、可飽和吸収層１０３の横方
向に隣接する第１の電流ブロック層１０６にキャリアを
流し込むことができ、この近傍で速い再結合を行わせる
ことができる。その結果、基本的に活性層に悪影響を及
ぼさず、キャリア寿命を短くでき、信頼性と広範囲で安
定な自励発振を実現できる。また、ＳＤＨ構造を用いる
ため、複雑な構造が１回のＭＯＣＶＤ成長で作製可能で
ある。さらに、ＢＨ構造による自励発振のためしきい値
が低く、ＦＦＰが安定し、非点隔差も殆ど発生しないで
低いノイズが実現できる利点がある。
【００２７】第２実施形態 図３は、本発明に係る自励発振型半導体レーザの第２の
実施形態を示す断面図である。本第２の実施形態が上述
した第１の実施形態と異なる点は、ｎ型の基板を用い、
可飽和吸収層が活性層の上層のｐ型の第２のクラッド層
に形成されている点にある。
実施形態を示す断面図である。本第２の実施形態が上述
した第１の実施形態と異なる点は、ｎ型の基板を用い、
可飽和吸収層が活性層の上層のｐ型の第２のクラッド層
に形成されている点にある。
【００２８】具体的には、ｎ型の化合物半導体（ＧａＡ
ｓ）基板２０１の一主面が（１００）結晶面を有し、こ
の主面にストライプ状（本実施形態では、紙面と直交す
る方向に延びるストライプ）にメサ状突起２０１ａが形
成されれいる。このストライプ状メサ突起２０１ａを有
する半導体基板２０１の主面上に、１回のＭＯＣＶＤ結
晶成長によって連続的に、ｎ型の第１のクラッド層（Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓ）２０２、低不純物あるいはアンド
ープの活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０３、ｐ型の
第２のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）２０４、ｐ
型の可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０５、お
よびｐ型の第２のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）
２０４をエピタキシャル成長させた断面が三角形状のエ
ピタキシャル成長層が形成されている。
ｓ）基板２０１の一主面が（１００）結晶面を有し、こ
の主面にストライプ状（本実施形態では、紙面と直交す
る方向に延びるストライプ）にメサ状突起２０１ａが形
成されれいる。このストライプ状メサ突起２０１ａを有
する半導体基板２０１の主面上に、１回のＭＯＣＶＤ結
晶成長によって連続的に、ｎ型の第１のクラッド層（Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓ）２０２、低不純物あるいはアンド
ープの活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０３、ｐ型の
第２のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）２０４、ｐ
型の可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０５、お
よびｐ型の第２のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ）
２０４をエピタキシャル成長させた断面が三角形状のエ
ピタキシャル成長層が形成されている。
【００２９】さらに、ｎ型の第２の電流ブロック層（Ａ
ｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）２０６が、メサ状突起２０１ａ上
に形成された活性層２０３を含むエピタキシャル層の両
側面に接して形成されている。そして、第２の電流ブロ
ック層２０６上に、ｎ型の第１の電流ブロック層（Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）２０７が、メサ状突起２０１ａ上に
形成されたｐ型の可飽和吸収層２０５を含むエピタキシ
ャル層の両側面に接して形成されている。
ｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）２０６が、メサ状突起２０１ａ上
に形成された活性層２０３を含むエピタキシャル層の両
側面に接して形成されている。そして、第２の電流ブロ
ック層２０６上に、ｎ型の第１の電流ブロック層（Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）２０７が、メサ状突起２０１ａ上に
形成されたｐ型の可飽和吸収層２０５を含むエピタキシ
ャル層の両側面に接して形成されている。
【００３０】そして、第１の電流ブロック層２０７およ
びメサ状突起２０１ａ上に形成された第２のクラッド層
２０４上に、ｐ型のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ）２０８が形成され、このクラッド層２０８上にｐ型
のコンタクト層（ＧａＡｓ）２０９形成されている。
びメサ状突起２０１ａ上に形成された第２のクラッド層
２０４上に、ｐ型のクラッド層（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ）２０８が形成され、このクラッド層２０８上にｐ型
のコンタクト層（ＧａＡｓ）２０９形成されている。
【００３１】なお、可飽和吸収層２０５は活性層２０３
の上側近傍（１０００〜５０００オングストローム程度
の距離以内）に形成されている。また、可飽和吸収層
（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０５のバンドギャップは、
活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０３の光を充分吸収
できるように、活性層２０３と同じかそれ以下に設定さ
れる。また、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２
０５横に隣接した第１の電流ブロック層（Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓ）２０７は、ＳＤＨ構造の作製上の特徴として
自由にその組成と極性を選ぶことができる。本実施形態
では、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０５の
バンドギャップとほぼ同じかそれ以下のバンドキャップ
に設定される。また、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）
２０３横の第２の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａ
ｓ）２０６は、電流狭窄のため、バンドギャップの大き
く高濃度にドープされた層として構成されている。
の上側近傍（１０００〜５０００オングストローム程度
の距離以内）に形成されている。また、可飽和吸収層
（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０５のバンドギャップは、
活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０３の光を充分吸収
できるように、活性層２０３と同じかそれ以下に設定さ
れる。また、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２
０５横に隣接した第１の電流ブロック層（Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓ）２０７は、ＳＤＨ構造の作製上の特徴として
自由にその組成と極性を選ぶことができる。本実施形態
では、可飽和吸収層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）２０５の
バンドギャップとほぼ同じかそれ以下のバンドキャップ
に設定される。また、活性層（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ）
２０３横の第２の電流ブロック層（Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａ
ｓ）２０６は、電流狭窄のため、バンドギャップの大き
く高濃度にドープされた層として構成されている。
【００３２】なお、本第２の実施形態および第１の実施
形態とも、可飽和吸収層がｐ型クラッド層側に形成され
ている。これは、文献（応用物理学会学術講演会９７年
春、３１ａ−ＮＧ−８）で報告されているように、ｎ側
クラッド層に作った場合に比べてバンドフィリング効果
が少なく、可飽和吸収の効果をだしやすいためである。
形態とも、可飽和吸収層がｐ型クラッド層側に形成され
ている。これは、文献（応用物理学会学術講演会９７年
春、３１ａ−ＮＧ−８）で報告されているように、ｎ側
クラッド層に作った場合に比べてバンドフィリング効果
が少なく、可飽和吸収の効果をだしやすいためである。
【００３３】このような構成を有する自励発振型半導体
レーザ２００においては、図４に示すように、キャリア
フローになり太陽電池のように可飽和吸収層２０５で生
じたキャリアはｎ型の第１の電流ブロック層２０７に流
れ込む。このキャリアは近くに存在する第１の電流ブロ
ック層の真上に隣接しているＰクラッド層２０８のホー
ルと再結合して消費される。
レーザ２００においては、図４に示すように、キャリア
フローになり太陽電池のように可飽和吸収層２０５で生
じたキャリアはｎ型の第１の電流ブロック層２０７に流
れ込む。このキャリアは近くに存在する第１の電流ブロ
ック層の真上に隣接しているＰクラッド層２０８のホー
ルと再結合して消費される。
【００３４】また、第１の電流ブロック層をｐ型で作る
ことも考えられる。この場合は図１の例に似たキャリア
のフローとなる。
ことも考えられる。この場合は図１の例に似たキャリア
のフローとなる。
【００３５】本第２の実施形態によれば、上述した第１
の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００３６】以上、ＳＤＨ構造により可飽和吸収層横方
向に隣接し、独立に制御できる電流ブロック層によって
可飽和吸収層で生じるキャリアライフタイムを短くする
ことにより自励発振の範囲を広くする手法を示したが、
この手法はＳＤＨ構造を形成できる他の材料にも適用は
可能である。
向に隣接し、独立に制御できる電流ブロック層によって
可飽和吸収層で生じるキャリアライフタイムを短くする
ことにより自励発振の範囲を広くする手法を示したが、
この手法はＳＤＨ構造を形成できる他の材料にも適用は
可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可飽和吸収層の横方向に隣接する第１の電流ブロック層
にキャリアを流し込むことができ、この近傍で速い再結
合を行わせことができる。その結果、基本的に活性層に
悪影響を及ぼさず、キャリア寿命を短くでき、信頼性と
広範囲で安定な自励発振を実現できる。また、ＳＤＨ構
造を用いるため、複雑な構造が１回のＭＯＣＶＤ成長で
作製可能である。さらに、ＢＨ構造による自励発振のた
めしきい値が低く、ＦＦＰが安定し、非点隔差も殆ど発
生しないで低いノイズが実現できる利点がある。
可飽和吸収層の横方向に隣接する第１の電流ブロック層
にキャリアを流し込むことができ、この近傍で速い再結
合を行わせことができる。その結果、基本的に活性層に
悪影響を及ぼさず、キャリア寿命を短くでき、信頼性と
広範囲で安定な自励発振を実現できる。また、ＳＤＨ構
造を用いるため、複雑な構造が１回のＭＯＣＶＤ成長で
作製可能である。さらに、ＢＨ構造による自励発振のた
めしきい値が低く、ＦＦＰが安定し、非点隔差も殆ど発
生しないで低いノイズが実現できる利点がある。
【図１】本発明に係る自励発振型半導体レーザの第１の
実施形態を示す断面図である。
実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の自励発振型半導体レーザにおける可飽和
吸収層に生じた電子の流れを示す図である。
吸収層に生じた電子の流れを示す図である。
【図３】本発明に係る自励発振型半導体レーザの第２の
実施形態を示す断面図である。
実施形態を示す断面図である。
【図４】図３の自励発振型半導体レーザにおける可飽和
吸収層に生じた電子の流れを示す図である。
吸収層に生じた電子の流れを示す図である。
【図５】従来の自励発振型半導体レーザの構成例を示す
断面図である。
断面図である。
【図６】可飽和吸収層を有する自励発振型半導体レーザ
の自励発振原理を説明するための図である。
の自励発振原理を説明するための図である。
【図７】可飽和吸収層を有するリッジ型の自励発振型半
導体レーザの自励発振が止まる危険領域を模式的に示す
図である。
導体レーザの自励発振が止まる危険領域を模式的に示す
図である。
１００…自励発振型半導体レーザ、１０１…ｐ型半導体
基板、１０１ａ…メサ状突起、１０２…ｐ型第１のクラ
ッド層、１０３…ｐ型可飽和吸収層、１０４…活性層、
１０５…ｎ型第２のクラッド層、１０６…ｐ型第１の電
流ブロック層、１０７…ｐ型第２の電流ブロック層、１
０８…ｎ型クラッド層、１０９…ｎ型コンタクト層、２
００…自励発振型半導体レーザ、２０１…ｎ型半導体基
板、２０１ａ…メサ状突起、２０２…ｎ型第１のクラッ
ド層、２０３…活性層、２０４…ｐ型第２のクラッド
層、２０５…ｐ型可飽和吸収層、２０６…ｎ型第２の電
流ブロック層、２０７…ｎ型第１の電流ブロック層、２
０８…ｐ型クラッド層、２０９…ｐ型コンタクト層。
基板、１０１ａ…メサ状突起、１０２…ｐ型第１のクラ
ッド層、１０３…ｐ型可飽和吸収層、１０４…活性層、
１０５…ｎ型第２のクラッド層、１０６…ｐ型第１の電
流ブロック層、１０７…ｐ型第２の電流ブロック層、１
０８…ｎ型クラッド層、１０９…ｎ型コンタクト層、２
００…自励発振型半導体レーザ、２０１…ｎ型半導体基
板、２０１ａ…メサ状突起、２０２…ｎ型第１のクラッ
ド層、２０３…活性層、２０４…ｐ型第２のクラッド
層、２０５…ｐ型可飽和吸収層、２０６…ｎ型第２の電
流ブロック層、２０７…ｎ型第１の電流ブロック層、２
０８…ｐ型クラッド層、２０９…ｐ型コンタクト層。
Claims (6)
- 【請求項１】 結晶面の主面にストライプ状のメサ状突
起が形成された半導体基板上に、 可飽和吸収層を含む第１導電型の第１のクラッド層と、
活性層と、第２導電型の第２のクラッド層とが順次にエ
ピタキシャル成長されたエピタキシャル成長層を有し、
活性層の横方向に屈折率差をつけ、かつ電流狭窄のため
の電流ブロック層が存在するＳＤＨ（Separated Double
Heterostructure）構造を備えた自励発振型半導体レー
ザであって、 上記可飽和吸収層は、上記第１のクラッド層の活性層近
傍に形成され、かつ、 上記可飽和吸収層の横方向に隣接した第１導電型の電流
ブロック層を有し、当該電流ブロック層のバンドギャッ
プが上記可飽和吸収層のバンドギャップ以下に設定され
ている自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項２】 上記電流ブロック層上に上記活性層と横
方向に隣接した第１導電型の第２の電流ブロック層を有
する請求項１記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項３】 上記可飽和吸収層のバンドギャップは、
活性層のバンドギャップ以下に設定されている請求項１
記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項４】 結晶面の主面にストライプ状のメサ状突
起が形成された半導体基板上に、 第２導電型の第１のクラッド層と、活性層と、可飽和吸
収層を含む第１導電型の第２のクラッド層とが順次にエ
ピタキシャル成長されたエピタキシャル成長層を有し、
活性層の横方向に屈折率差をつけ、かつ電流狭窄のため
の電流ブロック層が存在するＳＤＨ構造を備えた自励発
振型半導体レーザであって、 上記可飽和吸収層は、上記第２のクラッド層の活性層近
傍に形成され、かつ、 上記可飽和吸収層の横方向に隣接した第２導電型の電流
ブロック層を有し、当該電流ブロック層のバンドギャッ
プが上記可飽和吸収層のバンドギャップ以下に設定され
ている自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項５】 上記電流ブロック層下に上記活性層と横
方向に隣接した第２導電型の第２の電流ブロック層を有
する請求項４記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項６】 上記可飽和吸収層のバンドギャップは、
活性層のバンドギャップ以下に設定されている請求項４
記載の自励発振型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3508498A JPH11233881A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 自励発振型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3508498A JPH11233881A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 自励発振型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233881A true JPH11233881A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12432116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3508498A Pending JPH11233881A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 自励発振型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233881A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100094512A (ko) * | 2007-11-16 | 2010-08-26 | 로무 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 |
-
1998
- 1998-02-17 JP JP3508498A patent/JPH11233881A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100094512A (ko) * | 2007-11-16 | 2010-08-26 | 로무 가부시키가이샤 | 반도체 레이저 |
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