JPS63271992A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS63271992A
JPS63271992A JP62105612A JP10561287A JPS63271992A JP S63271992 A JPS63271992 A JP S63271992A JP 62105612 A JP62105612 A JP 62105612A JP 10561287 A JP10561287 A JP 10561287A JP S63271992 A JPS63271992 A JP S63271992A
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layers
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JP62105612A
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Naohiro Suyama
尚宏 須山
Kousei Takahashi
向星 高橋
Masafumi Kondo
雅文 近藤
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
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    • H01S5/34Structure 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体レーザ素子に関し、特例活性層とクラッ
ド層の間に屈折率が漸次変化する光ガイド層を挿設した
超格子構造のGRIN−5CH(GradedInde
x −5CH)型半導体レーザ素子に関するものである
〈従来の技術とその問題点〉 近年結晶成長技術の発達にともなって極めて薄い結晶を
成長形成することが可能となり、これに基いて超格子構
造を有する量子井戸半導体レーザと称されるレーザ素子
が開発されている0この量子井戸半導体レーザはそれ以
前の一般的なダブルへテロ(DI)接合型半導体レーザ
に比べて大幅な低閾値電流化が可能であるという利点を
有するが、その反面、活性層として100久以下の極め
て薄い層を用いなければならず、従来の液相成長法では
その作製は困難であり、主に分子線エピタキシー(MB
E)法や有機金属熱分解(MOCVD)法といった薄層
成長の制御性に優れた方法によって開発が進められてい
る。しかし、このMBE法やMOCVD法では良質の結
晶層を得るためには成長速度をむやみに速くすることは
好ましくない。
たとえばMBE法では典型的には!μm/時間(h)程
度の成長速度が用いられる。通常半導体レーザ特にGa
Asを基板とするAtGaAs系の材料で作製された半
導体レーザでは、発振する光に対して基板やキャップ層
はその光を吸収する損失領域となり得るため、一般的に
は活性層からクラッド層へしみ出した光がGaAs基板
あるいはキャップ層のところで充分に弱い即ちこれらの
領域での吸収損失が充分に小さくなるようにクラッド層
の厚さを充分に厚く設定しなければならない。このため
、従来のクラッド層厚はp側、n側とも1.5μm程度
少なくとも1μm以上の厚さに層設されていたODH型
の半導体レーザではこのクラッド層以外に活性層(〜O
,OI pm )、GaAsキャップ層(0,5〜1μ
m)が必要であり、さらにMBE法などを用いた場合に
は結晶品質の向上を図るために0.5μm乃至それ以上
の厚さのGaAsバッファ一層を挿入することが多い0
従って、これをMBE法などで成長する場合、例えばク
ラッド層のAtAs組成を0.45.活性層AtAs組
成をO,+ 5 、 GaAsの成長レートをO−7μ
m/h l Ato、4sG ao、ssA sの成長
レートを1.56μm/hとすると少なくとも3.5時
間程度の成長時間を必要とし、生産性が非常に悪い。ま
た、MBE法においては、成長層厚の増加は表面欠陥密
度を増大させ、特性の劣化や歩留りの低下につながる。
〈発明の概要〉 本発明は上述の問題点に鑑み、半導体レーザの活性層近
傍の構造を活性層からクラッド層への光のしみ出しが非
常に小さい構造とすることによりレーザの特性の劣化を
招くことなくクラッド層の厚さを薄<(<O,Sμm)
し、生産性の向上と歩留りの向上を図ったことを特徴と
している。即ち、本発明は活性層とクラッド層の間に屈
折率が連続的に変化する光ガイド層を設けている。従来
のDH構造の場合には、低い閾値電流と良好な光学的特
性を確保するためには活性層の厚さはO,Iμm程度(
最適値は〜0.07μm)に薄くしなければならない。
このようなりH構造では、屈折率変化は活性層とクラッ
ド層との界面のみに存在する上に活性層が薄いため、光
は活性層内ではほとんど減衰せず大部分はクラッド層内
で減衰することとなる。従って特性の劣化を招くことの
ないようにするためには前述した如くクラッド層は約1
.5μmの厚さとなるように設けなければならない。ま
た、光ガイド層を設けた場合でも、この光ガイド層の屈
折率分布が平坦化(屈折率が光ガイド層内で一定)され
ている場合には、屈折率の変化は活性層と光ガイド層と
の界面、光ガイド層とクラッド層との界面にあるのみで
あり、クラッド層への光のしみ出しは光のDH構造に較
べれば多少弱くなるもののまだ相当の光がクラッド層内
に分布しておりクラッド層を薄くすることは特性の劣化
につながることとなる。特に、低閾値電流特性を目指し
て活性層を極めて薄くした量子井戸レーザ素子では光分
布に対する量子井戸層の影響は非常に小さく、光分布は
(光ガイド層)+(活性層)+(光ガイド)の厚さに相
当する活性層厚を有するDHレーザの光分布とほとんど
同じであり、活性層の光のしみ出しは相当に大きい。一
方、本発明で採用している屈折率が層厚方向に沿って連
続的に変化する(傾斜屈折率分布)光ガイド層を有する
構造では、この屈折率が連続的に変化していることより
、共振器内を進行する光は光ガイド層内で屈折率の大き
い方から小さい方へ進む光が屈折の法則に従い屈折し徐
々に共振器の方向と平行に近くなり最後には全反射を生
じるため光の大部分が光ガイド層内へ閉じ込められクラ
ッド層への光のしみ出しは非常に小さくなる。またこの
効果は光ガイド層内での屈折率変化が大きいほど大きく
なるので、クラッド層の屈折率は極力小さく、即ちクラ
ッド層にA tX G a I −X A sを用いる
場合にはそのAtAs組成を可及的に大きくすることが
望ましい。
特にAtAs組成をx=0.45以上とすることにより
良好な光閉じ込め効果が得られる。
傾斜屈折率分布型の光ガイド層によりクラッド層への光
のしみ出しは非常に小さくなるのでクラッド層厚を薄く
しても基板やキャップ層による吸収損失は非常に小さく
、その厚さを0.5μm乃至それ以下とした場合でも特
性の劣化は生じない。
〈実施例〉 第1図は本発明の1実施例を示す傾斜屈折率分布を有す
るクラッド層で活性層を挟設した半導体レーザ素子の模
式断面図である。第2図は活性層近傍の光強度分布を示
す説明図であり、第2図(A)は第1図に示す半導体レ
ーザ、第2図(B)は第1図の半導体レーザにおける光
ガイド層を除いた場合の各光強度分布特性を表わす。
第1図の半導体レーザ素子はMBE法を利用して成長さ
せておりGaAsで0.45 μm/h、A/47Ga
q3Lsで1.51tm/hの成長レートに設定してい
る。n−GaAs基板1上にn−GaAsバッファ層2
を0.45/Z m 、 n−At007Ga□、3A
s@ +クラッド層3を0.45p m 、 n−Aち
Ga1−yAs (yは0.7から0へ向かって漸次低
減)傾斜屈折率(組成)光ガイド層4を02μm、活性
層(量子井戸層)5としてGaAsを漸 0、01 p m 、 p−At2Gal−2As (
zは上記yと逆に禁火変化)傾斜屈折率光ガイド層6を
0.2μm、p−Ato、7 G a O,3A s第
2クラッド層7を0.45μm。
p−GaAsキffツブ層8を0.45μm、順次成長
している。この場合、合計の成長時間として約3時間を
要するが、成長時間は第1.第2クラッド層を通常の1
.51tmの厚さにした場合の2/3に短縮される。ま
た、成長層厚が大幅に小さくなるので欠陥密度も低減さ
れ寿命特性や歩留りの向上にもなお、本実施例では傾斜
型の屈折率分布を放物線分布で示しているが、その分布
形状に関してはこれに限定されるものではない。また屈
折率変化は完全に連続的でなくても、階段状に変化して
いてもよい。クラッド層のAtAs組成は0.7と大き
く設定しているため、成長レートは若干抑制されている
が、AtAs組成を小さくして成長レートを通常のDH
構造と同様の値迄上げた場合には、成長時間は約2.5
時間程度に短縮される。但し特性的にはAtAs組成を
0.7とした方が良い。
上記工程を介して得られた半導体レーザ素子の活性層5
.光ガイド層4,6及びクラッド層3゜7付近の光強度
分布を示すと第2図(A)の如くとなる。即ち、活性層
5内をピークとして光ガイド層4.6の活性層5側界面
からクラッド層3,7側界面へ移行するに従って光強度
は急激に低下し、クラッド層3,7では相当に小さくな
っている。
尚、光ガイド層4,6を除いて通常の活性層5をクラッ
ド層3,7で直接挟設したDH構造とした場合、その光
強度分布は第2図(B)の如くとなり、クラッド層3,
7へ大量の光がしみ出す裾拡がりの分布形状を呈する。
〈発明の効果〉 本発明によれば、半導体レーザ素子の特性の劣化を招く
ことなく生産性の向上が得られ、同時に欠陥密度の低減
にともなう特性の向上も期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子の模
式断面図である。第2図(A)(B)は第1図に示す半
導体レーザ素子と一般的なりH構造半導体レーザ素子の
活性層近傍の光分右図である。 1・・・GaAs層 2・・・バッファ層 3.7・・
・クラッド層 4,6・・・光ガイド層 5・・・活性
層代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)111図 第2図    CB) 手続補正書 昭和68年5 月13鷹へ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、活性層とクラッド層の間に混晶比が前記活性層とク
    ラッド層の間の範囲で漸次変化しながら双方と接合する
    光ガイド層を介挿し前記クラッド層の厚さを0.5μm
    以下に設定したことを特徴とする半導体レーザ素子。 2、活性層が0.1μm以下の厚さで量子井戸構造を有
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ素子。 3、クラッド層がAl_xGa_1_−_xAsから成
    り、混晶比xが0.45以上である特許請求の範囲第1
    項記載の半導体レーザ素子。
JP62105612A 1987-04-28 1987-04-28 半導体レ−ザ素子 Pending JPS63271992A (ja)

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