JPS6246585A - 高出力半導体レ−ザ - Google Patents
高出力半導体レ−ザInfo
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- JPS6246585A JPS6246585A JP60185813A JP18581385A JPS6246585A JP S6246585 A JPS6246585 A JP S6246585A JP 60185813 A JP60185813 A JP 60185813A JP 18581385 A JP18581385 A JP 18581385A JP S6246585 A JPS6246585 A JP S6246585A
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- Japan
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- active layer
- absorbed
- superlattice
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3413—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers comprising partially disordered wells or barriers
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- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
- H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザ加工などに用いる高出力半導体レーザ
に関するものである。
に関するものである。
従来の高出力化をめざした半導体レーザの構造として、
活性層内にｐ型不純物を高濃度にドープし、更に端面領
域にｎ型不純物を高濃度にドープして、発振光波長のエ
ネルギーに対して端面領域が透明になる事を意図したい
わゆるウィンドウ型ストライプレーザが知られている。
活性層内にｐ型不純物を高濃度にドープし、更に端面領
域にｎ型不純物を高濃度にドープして、発振光波長のエ
ネルギーに対して端面領域が透明になる事を意図したい
わゆるウィンドウ型ストライプレーザが知られている。
しかしながら、この半導体レーザは、活性層内へのｐ型
不純物拡散層の濃度、深さに対して非常に精細な制御が
要求され、歩留りの良い再現性が得られていない。
不純物拡散層の濃度、深さに対して非常に精細な制御が
要求され、歩留りの良い再現性が得られていない。
また、活性層に高濃度の不純物をドープするので、格子
欠陥を導入しやすく信頼性上の問題が指摘されている。
欠陥を導入しやすく信頼性上の問題が指摘されている。
本発明の目的は、歩留りよく製造でき、高い出力が得ら
れる半導体レーザを提供することにある。
れる半導体レーザを提供することにある。
本発明による高出力半導体レーザは、半導体薄膜で構成
される多層量子井戸構造を活性層とし、この活性層の電
流狭搾部が、レーザ加熱により、劈開端面と隔離して多
層量子井戸構造の混晶化された領域よりなる事を特徴と
する。
される多層量子井戸構造を活性層とし、この活性層の電
流狭搾部が、レーザ加熱により、劈開端面と隔離して多
層量子井戸構造の混晶化された領域よりなる事を特徴と
する。
本発明の上記構成を説明するにあたり、半導体レーザに
おける光学損傷の発生機構および超格子薄膜のバンド構
造について述べる。ΔβＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルへテ
ロ半導体レーザについて例をとると、通常、光出力は数
ｍＷの状態で動作させるが、微細レーザ加工等において
、１００ｍＷ程度の高出力が要求される場合がある。こ
の場合、光出力密度にして数Ｍ Ｗ ／ ａｎｔに達す
ると、ミラ一端面の表面準位での非発光再結合のため活
性層内のミラ一端面領域のキャリアが欠乏した状態にな
り、フェルミ準位が下り、実効的なバンドギャップが小
さくなる。レーザ発振遷移は帯間発光を利用しているか
ら、活性層内部結晶で増幅された発振光が端面部の実効
的バンドギャップの小さくなった領域に吸収され局所的
に温度が上昇する。通常、半導体結晶は温度が上昇する
とバンドギャップが小さくなるから、結晶の光吸収係数
が大きくなり、益々光エネルギーはミラ一端面領域へ吸
収されていく様になる。この様な正帰還がかかるから、
端面結晶の一部はレーザ発振の横モード分布において光
強度の大きい箇所で結晶融点以上に達し破壊される事が
実験的にも確認されている（ジャパニーズ・ジャーナル
・オブ・アプライド・フィジックス１７巻、４２５頁）
。破壊された端面結晶に発生した格子欠陥もまた光吸収
箇所となるから、局所的な溶融領域が結晶内部にも生ず
る。この溶融領域が冷却された箇所に格子欠陥が残され
、この様な非発光領域が大きくなるとレーザ発振に必要
な利得が得られなくなり、発振停止に到る。以上のミラ
一端面領域における光吸収の説明から明らかな様に、発
振光の光エネルギーを、端面領域を形成する結晶のバン
ドギャップ以下にする事が光学損傷を防ぐ決め手である
。この様な発振光を得る方法を以下に述べる。
おける光学損傷の発生機構および超格子薄膜のバンド構
造について述べる。ΔβＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルへテ
ロ半導体レーザについて例をとると、通常、光出力は数
ｍＷの状態で動作させるが、微細レーザ加工等において
、１００ｍＷ程度の高出力が要求される場合がある。こ
の場合、光出力密度にして数Ｍ Ｗ ／ ａｎｔに達す
ると、ミラ一端面の表面準位での非発光再結合のため活
性層内のミラ一端面領域のキャリアが欠乏した状態にな
り、フェルミ準位が下り、実効的なバンドギャップが小
さくなる。レーザ発振遷移は帯間発光を利用しているか
ら、活性層内部結晶で増幅された発振光が端面部の実効
的バンドギャップの小さくなった領域に吸収され局所的
に温度が上昇する。通常、半導体結晶は温度が上昇する
とバンドギャップが小さくなるから、結晶の光吸収係数
が大きくなり、益々光エネルギーはミラ一端面領域へ吸
収されていく様になる。この様な正帰還がかかるから、
端面結晶の一部はレーザ発振の横モード分布において光
強度の大きい箇所で結晶融点以上に達し破壊される事が
実験的にも確認されている（ジャパニーズ・ジャーナル
・オブ・アプライド・フィジックス１７巻、４２５頁）
。破壊された端面結晶に発生した格子欠陥もまた光吸収
箇所となるから、局所的な溶融領域が結晶内部にも生ず
る。この溶融領域が冷却された箇所に格子欠陥が残され
、この様な非発光領域が大きくなるとレーザ発振に必要
な利得が得られなくなり、発振停止に到る。以上のミラ
一端面領域における光吸収の説明から明らかな様に、発
振光の光エネルギーを、端面領域を形成する結晶のバン
ドギャップ以下にする事が光学損傷を防ぐ決め手である
。この様な発振光を得る方法を以下に述べる。
最近、極薄膜の成長がＭ Ｂ Ｅ （Ｍｏｌｅｃｕｌａ
ｒ ＢｅａｍＢｐｉｔａｘｙ ）法により可能になり、
極薄膜へテロ構造を繰り返し成長する事により超格子構
造が製作されている。良く知られている様に、電子のド
・ブロイ波長程度の層厚をもつ多層量子井戸構造は、量
子効果のため、ヘテロ構造を構成する２種半導体のバン
ドギャップＥｇ＋、Ｅｇｚの平均値よりも実効的に高い
バンドギャップを有する。従って、この事実を利用すれ
ば端面領域部を多層量子井戸構造とし、電流挟挿された
活性層部分をバンドギャップＥｇｇ、Ｅｇｇの平均値を
もつ組成の混晶半導体とする事が出来れば、光学損傷予
防の目的を達成する事が出来る。電子および正孔の系外
への拡散を防ぐためには活性層の両側を更にバンドギャ
ップの大きい半導体層（クラッド層）で挟む事が有効で
ある。
ｒ ＢｅａｍＢｐｉｔａｘｙ ）法により可能になり、
極薄膜へテロ構造を繰り返し成長する事により超格子構
造が製作されている。良く知られている様に、電子のド
・ブロイ波長程度の層厚をもつ多層量子井戸構造は、量
子効果のため、ヘテロ構造を構成する２種半導体のバン
ドギャップＥｇ＋、Ｅｇｚの平均値よりも実効的に高い
バンドギャップを有する。従って、この事実を利用すれ
ば端面領域部を多層量子井戸構造とし、電流挟挿された
活性層部分をバンドギャップＥｇｇ、Ｅｇｇの平均値を
もつ組成の混晶半導体とする事が出来れば、光学損傷予
防の目的を達成する事が出来る。電子および正孔の系外
への拡散を防ぐためには活性層の両側を更にバンドギャ
ップの大きい半導体層（クラッド層）で挟む事が有効で
ある。
次に本発明の、一実施例の構造を、その製造方法ととも
に図面に基づいて説明する。第１図は本実施例の高出力
半導体レーザの斜視図、第２図は平面図、第３図は第１
図のＡ−Ｂ線断面図である。
に図面に基づいて説明する。第１図は本実施例の高出力
半導体レーザの斜視図、第２図は平面図、第３図は第１
図のＡ−Ｂ線断面図である。
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ａ Ｉ！ｏ、３Ｇ ａｏ、
７Ａ Ｓクラッド層２を約３μｍ成長させた後、活性層
３を成長させる。活性層を構成する超格子の組み合、せ
はＧａＡＳ／Ａ１ｏ、＋Ｇａａ、ｓＡｓを用いた。超格
子構造は層ＩがＧａＡｓ（バンドギャップＥ ｇ ＋＝
１．４ｅＶ）、層■がＡｉｏ、＋Ｇａａ、ｓＡｓ （バ
ンドギャップＥｇ２＝１゜５ｅＶ）から成り、ＧａＡｓ
層を５０人、Ａｌｏ、＋Ｇａｏ、ｓＡＳ層を５０人の繰
り返しで１５周期、合計〜１５００人の活性層厚である
。なお活性層３のドーピングは行なわない。更にｐ型Ａ
β。、ａＧａｏ、ｔＡＳクラッド層４を約３μｍ成長さ
せた。更にｎ＋型Ａｌｏ、ｔＧａｏ、ｓＡｓキャップ層
５をオーミックコンタクト用に約０．５μｍ成長させた
。これらの結晶成長はいずれもＭＢＥ法によって行なっ
た。
７Ａ Ｓクラッド層２を約３μｍ成長させた後、活性層
３を成長させる。活性層を構成する超格子の組み合、せ
はＧａＡＳ／Ａ１ｏ、＋Ｇａａ、ｓＡｓを用いた。超格
子構造は層ＩがＧａＡｓ（バンドギャップＥ ｇ ＋＝
１．４ｅＶ）、層■がＡｉｏ、＋Ｇａａ、ｓＡｓ （バ
ンドギャップＥｇ２＝１゜５ｅＶ）から成り、ＧａＡｓ
層を５０人、Ａｌｏ、＋Ｇａｏ、ｓＡＳ層を５０人の繰
り返しで１５周期、合計〜１５００人の活性層厚である
。なお活性層３のドーピングは行なわない。更にｐ型Ａ
β。、ａＧａｏ、ｔＡＳクラッド層４を約３μｍ成長さ
せた。更にｎ＋型Ａｌｏ、ｔＧａｏ、ｓＡｓキャップ層
５をオーミックコンタクト用に約０．５μｍ成長させた
。これらの結晶成長はいずれもＭＢＥ法によって行なっ
た。
次に端面部よりバンドギャップの低い活性層を得る方法
について説明する。ｐ゛型Ａβｏ、Ｇａｏ、ｓＡｓキャ
ップ層５の上には電流挟挿用のストライプ状の窓をもっ
た３１０２膜６が設けられているが、その巾は１０μｍ
であり、特徴的な事は両鍔開端面から５μｍずつ分離さ
れている事である。この端面から分離された開口部７か
ら高出力色素レーザを用いてエネルギー１，４ｅＶの収
束されたレーザ光を照射する。ＧａＡｓ／Ａｉ’ＧａＡ
ｓ高出力半導体レーザを用いる事も可能である。開口部
７から入射されたレーザ光のエネルギーは、オーミック
コンタクト層５および第２クラッド層４のいずれのバン
ドギャップに対しても低いため吸収されず、活性層３の
超格子部で吸収される。吸収された熱エネルギーによっ
て超格子の層■と層■の間で相互拡散が起り、超格子構
造がくずれてくる。超格子構造がくずれると実効的なバ
ンドギャップが小さくなり、更に熱吸収は起きやすくな
り、相互拡散は進行する。この様にして最終的にはレー
ザ光照射部だけ活性層はＡ １ｏ、ｏｓＧ ａｏ、９ｓ
Ａ Ｓの均一な混晶８となる。混晶となった部分は、開
口部７に対応する部分、すなわち電流挟挿部（電流注入
部）を構成する。この場合、混晶化された活性層のバン
ドギャップは平均値のＥｇ”１．４５ｅＶとなる。これ
に対しレーザ光照射されていない活性層３の端面部、側
面部は超格子特有の量子効果でＥｇ〜１．４７ ｅ Ｖ
の実効的バンドギャップをもち、発振光に対しウィンド
ーの役目を果す。
について説明する。ｐ゛型Ａβｏ、Ｇａｏ、ｓＡｓキャ
ップ層５の上には電流挟挿用のストライプ状の窓をもっ
た３１０２膜６が設けられているが、その巾は１０μｍ
であり、特徴的な事は両鍔開端面から５μｍずつ分離さ
れている事である。この端面から分離された開口部７か
ら高出力色素レーザを用いてエネルギー１，４ｅＶの収
束されたレーザ光を照射する。ＧａＡｓ／Ａｉ’ＧａＡ
ｓ高出力半導体レーザを用いる事も可能である。開口部
７から入射されたレーザ光のエネルギーは、オーミック
コンタクト層５および第２クラッド層４のいずれのバン
ドギャップに対しても低いため吸収されず、活性層３の
超格子部で吸収される。吸収された熱エネルギーによっ
て超格子の層■と層■の間で相互拡散が起り、超格子構
造がくずれてくる。超格子構造がくずれると実効的なバ
ンドギャップが小さくなり、更に熱吸収は起きやすくな
り、相互拡散は進行する。この様にして最終的にはレー
ザ光照射部だけ活性層はＡ １ｏ、ｏｓＧ ａｏ、９ｓ
Ａ Ｓの均一な混晶８となる。混晶となった部分は、開
口部７に対応する部分、すなわち電流挟挿部（電流注入
部）を構成する。この場合、混晶化された活性層のバン
ドギャップは平均値のＥｇ”１．４５ｅＶとなる。これ
に対しレーザ光照射されていない活性層３の端面部、側
面部は超格子特有の量子効果でＥｇ〜１．４７ ｅ Ｖ
の実効的バンドギャップをもち、発振光に対しウィンド
ーの役目を果す。
この様な処理をした後、ｐ型オーミック電極としてはＡ
ｕ−Ｚｎを用い更に金電極９を設けた。
ｕ−Ｚｎを用い更に金電極９を設けた。
また基板１側のｎ型オーミック電極としてはＡｕ−Ｇｅ
を用い金電極１０を設けた。この様にして形成されたウ
ェハーから、襞間により結晶端面をミラー面とする半導
体レーザを製作した。この実施例の半導体レーザは光出
力が１００ ｍ Ｗ （光出力密度７ＭＷ／ａｍ）を超
えても光学損傷を起さないし、側面部がバリアの小さな
埋め込みダブルへテロ機能をもつため室温ＣＷ発振閾値
も１００ｍＡ以下のものが容易に得られる。
を用い金電極１０を設けた。この様にして形成されたウ
ェハーから、襞間により結晶端面をミラー面とする半導
体レーザを製作した。この実施例の半導体レーザは光出
力が１００ ｍ Ｗ （光出力密度７ＭＷ／ａｍ）を超
えても光学損傷を起さないし、側面部がバリアの小さな
埋め込みダブルへテロ機能をもつため室温ＣＷ発振閾値
も１００ｍＡ以下のものが容易に得られる。
以上、詳述したように本発明によれば、従来のウィンド
ウ型ストライプレーザとは異なり、製造に際し精細な制
御が要求されないので、歩留りよく製造できる高出力の
半導体レーザを提供する事ができる。
ウ型ストライプレーザとは異なり、製造に際し精細な制
御が要求されないので、歩留りよく製造できる高出力の
半導体レーザを提供する事ができる。
第１図は本発明の一実施例の斜視図、
第２図は第１図の半導体レーザの平面図、第３図は第１
図の半導体レーザの断面図である。 １・・・・・・・・・ｎ型ＧａＡｓ基板２・・・・・・
・・・ｎ型Ａ Ｉｌ、、Ｇ ａ、、、Ａ ｓクラッド層
３・”−・”Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｉｌａ、ＩＧ
ａｎ、ａＡ ｓ超格子 ４・・・・・・・・・ｐ型ΔＥｏ、３Ｇ ａｏ、ｔＡ
ｓクラッド層５・・・・・・・・・ｐ＋型Ａβ。、、Ｇ
ａｏ、、、Ａｓキャップ層 ６・・・・・・・・・端面分離型５１０２膜７・・・・
・・・・・開口部 訃・・・・・・・・八β。、。５Ｇａｏ、、ｓ混晶活性
層９・・・・・・・・・ｐ型金電極 １０・・・・・・・・・ｎ型金電極 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 １ ・−１１”Ｊ Ｇａ Ａｓ ＊ｊｆ反
６−−− ｓ； ０１Ｆｌｌ１２−−−ｙ
１％’／ＶＧａＡｓクラ９．ド層 ７−・間口部３
−・・；舌・シ生層 ９
−・・金を利シ４−１）型ＡｌＧａＡｓグラ・、ド層
ＩＱ−８電極５・−ｎ”型Ａｔ（ｘａＡｓキャーｔ
″′）ａ１第１図
図の半導体レーザの断面図である。 １・・・・・・・・・ｎ型ＧａＡｓ基板２・・・・・・
・・・ｎ型Ａ Ｉｌ、、Ｇ ａ、、、Ａ ｓクラッド層
３・”−・”Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｉｌａ、ＩＧ
ａｎ、ａＡ ｓ超格子 ４・・・・・・・・・ｐ型ΔＥｏ、３Ｇ ａｏ、ｔＡ
ｓクラッド層５・・・・・・・・・ｐ＋型Ａβ。、、Ｇ
ａｏ、、、Ａｓキャップ層 ６・・・・・・・・・端面分離型５１０２膜７・・・・
・・・・・開口部 訃・・・・・・・・八β。、。５Ｇａｏ、、ｓ混晶活性
層９・・・・・・・・・ｐ型金電極 １０・・・・・・・・・ｎ型金電極 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 １ ・−１１”Ｊ Ｇａ Ａｓ ＊ｊｆ反
６−−− ｓ； ０１Ｆｌｌ１２−−−ｙ
１％’／ＶＧａＡｓクラ９．ド層 ７−・間口部３
−・・；舌・シ生層 ９
−・・金を利シ４−１）型ＡｌＧａＡｓグラ・、ド層
ＩＱ−８電極５・−ｎ”型Ａｔ（ｘａＡｓキャーｔ
″′）ａ１第１図
Claims (1)
- （１）半導体薄膜で構成される多層量子井戸構造を活性
層とし、この活性層の電流狭搾部が、レーザ加熱により
、劈開端面と隔離して多層量子井戸構造の混晶化された
領域よりなる事を特徴とする高出力半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60185813A JPS6246585A (ja) | 1985-08-26 | 1985-08-26 | 高出力半導体レ−ザ |
| US06/901,067 US4759025A (en) | 1985-08-26 | 1986-08-26 | Window structure semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60185813A JPS6246585A (ja) | 1985-08-26 | 1985-08-26 | 高出力半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6246585A true JPS6246585A (ja) | 1987-02-28 |
Family
ID=16177337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60185813A Pending JPS6246585A (ja) | 1985-08-26 | 1985-08-26 | 高出力半導体レ−ザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4759025A (ja) |
| JP (1) | JPS6246585A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02222591A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-05 | Nec Corp | 半導体レーザ |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0327577A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-05 | イーストマン・コダックジャパン株式会社 | 発光ダイオ―ドアレイ |
| JPH03126283A (ja) * | 1989-10-11 | 1991-05-29 | Toshiba Corp | 窓構造半導体レーザ素子の製造方法 |
| EP0589727B1 (en) * | 1992-09-25 | 1997-03-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| JP2000022262A (ja) * | 1998-06-29 | 2000-01-21 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
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