KR0153125B1 - 반도체 레이저소자 및 그것을 사용한 레이저장치 - Google Patents

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쓰요시 후지모또
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요시까즈 야마따
쇼오지 이시자까
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고다 시게노리
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Abstract

본 발명은 반도체 레이저에 관한 것이며 소자면에서 수직방향에 형성된 활성층의 단면 양쪽 외부에 상기 활성층의 광도파기능을 저감하는 장벽층과 상기 장벽층의 양쪽 외부에 설비된 밴드갭을 갖는 도파층과 상기 도파층을 사이에 끼우도록 설비된 클래드층으로 된 소자구조를 갖고 종래의 약도파 레이저, LOC 구조레이저가 갖고 있었던 도파모드의 제어의 장치 설계상의 문제를 극복하여 고출력화, 방사빔의 저분산화, 빔 프로파일의 개선등의 과제를 해결한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
반도체 레이저소자 및 그것을 사용한 레이저장치.
[기술분야]
본 발명은 통신 광디시크등의 광기록, 레이저프린터, 레이저의료, 레이저가공등, 고출력 반도체레이저를 사용하는 산업분야에 관한 것이다. 특히 고출력으로 저방사각 레이저빔을 필요로 하는 고체레이저 여기용 또는 고조파 변환소자 여기용 고출력반도체 레이저 및 그것을 사용한 레이저장치에 관한 것이다.
[배경기술]
각 방면에서 반도체 레이저의 고출력화가 요망되고 있다. 반도체 레이저의 단일 모드당의 고출력화를 방해하고 있는 요인으로써 치명적인 광학손상(COD)이라고 하는 레이저빔에 의한 출사단면융해가 있다. COD는 특히 AℓGaAs 레이저에 있어서 현저하다. 레이저 도파모드를 넓혀 레이저의 파워밀도를 저감시키는 것을 주안점으로 얇은 활성층의 약도파 레이저 또는 LOC(Large Optical Cavity)구조라고 하는 분리폐입형 레이저(Separate confinement type laser)가 검토되어 왔다.
그러나 이와같은 구조에서는 AℓGaAs를 비롯한 각종 레이저재료에는 각 혼합결정(mixed crystal)의 밴드갭과 굴절율간에는 강한 상관이 있기 때문에 캐리어폐입(carrier conf-inement)과 도파로로의 광폐입(Optical confin-ement)을 독립적으로 제어할 수는 없다.
특히 고출력화에 있어서 약도파레이저, LOC구조레이저중 어느것에 있어서도 도파모드를 넓히는 것은 얇은 활성층을 필요로 하고 또 넓혀진 도파모드에서의 발진을 위한 높은 이득을 얻으려면 넓은 활성층이 필요하다는 자기모순을 내장하고 있고 실제로는 이와같은 방법에 의한 에피텍셜방향(epitaxial direction)의 모드 확장은 최대로 1㎛정도가 한계이고 그 출력은 단일모드당 100㎽정도가 한계였다.
또 얇은 활성층의 약도파레이저에서는 적층 방향의 도파모드가 지수 함수적인 프로파일을 갖기 때문에 전체의 빔강도에 비해서 치명적인 광학손상이 일어나는 활성층에서의 복사밀도가 높아 고출력화에 불리할뿐만 아니라 도파모드가 클래드층에 깊게 꼬리를 끌기 때문에 도파모드가 넓어지는 율에 비해서는 상당히 두꺼운 클래드층의 성장이 필요하였다.
또 도파모드(near-field pattern), 빔 방사각(fat-field pattern) 모두 이상적인 가우스형 빔에서의 벗어남이 크고 많은 용도에 있어서 빔의 집광성에 문제가 있었다.
한편 COD가 일어나는 출사단면 부근을 레이저 출사빔에 대해서 투명으로 하는 소위 창구조, 캐리어 주입을 출사 단면 부근에 행하지 않는 구조의 레이저도 검토되었다. 그러나 이와같은 구조는 일반적으로 제조 프로세스가 복잡해지는 것외에도 비점수차(astigmatism)가 증대하는등의 문제가 있다.
또 다수의 반도체 레이저간의 광학적 피드백에 의해서 단일모드의 고출력레이저를 만드는 시도가 있으나 장치가 복잡화하는등의 문제가 있다.
본 발명의 목적은 최근의 MBE법, MOCVD법 등에 의해서 다층의 박막형성이 용이해짐에 비추어 종래의 약도파레이저, LOC 구조레이저가 갖고 있었던 도파모드제어의 장치 설계상의 문제를 극복하여 고출력화, 방사빔의 저분산화, 빔 프로파일의 개선등의 과제를 해결하려는데 있다.
[발명의 개시]
본 발명에서는 통상의 더블헤테로레이저(double hetero laser), 양자우물레이저(quantum well laser)의 활성층의 양측에 활성층의 도파특성을 상쇄하고 또 캐리어의 활성층으로의 폐입에 충분한 장벽높이와 폭을 갖는 캐리어 블록층(carrier block)(이하 블록층이라 한다)을 삽입한다. 이에 의해서 도파모드의 폐입과 발진에 필요한 활성층두께를 독립적으로 설계할 수 있다.
이때에 활성층영역의 두께와 블록층의 두께를 발진파장의 수분지 1이하로 함에 의해서 블록층과 활성층의 도파기능을 상쇄할 수 있다.
이와같은 조건에 있어서 도파층 그리고 도파층 양단에 광의 도파제어만을 목적으로 하는 저굴절율차의 클래드, 또는 직선, 2차 곡선등의 등급화된 인덱스 구조로 된 넓은 도파층을 형성한다. 이에 의해서 활성층 설계 파라미터와 완전히 독립적으로 도파모드의 설계가 가능해지기 때문에 고출력, 저분산각의 방사빔, 가우스형 빔에 가까운 안정된 모드를 얻는다.
출구 단면의 치명적인 광학손상을 회피하여 반도체레이저의 고출력화를 도모하기 때문에 또 빔 방사확장각을 저감하기 위해서는 소위 약도파로 하여 도파모드를 넓힐 필요가 있다. 그러나 활성층에 있어서의 광학이득에는 예를들면 양자 우물레이저의 이득포화에서 볼 수 있는 바와같이 일정한 한계가 있다. 이 때문에 확장된 도파모드에서의 발진을 유지하게 하기 위해서는 필연적으로 넓은 활성층 또는 양자우물의 다중 구조가 필요하고, 이것이 약도파 구조와 자기모순을 일으키기 때문에 고출력, 저방사빔각 레이저 다이오드설계상의 문제로 되었다.
상기 반도파기능을 갖는 블록층의 존재에 의해서 도파구조로부터 독립적으로 그 발진에 필요한 광학이득을 제공하는 활성층 두께, 양자우물수를 설정할 수 있다. 특히 활성층 영역의 도파기능을 블록층의 반도파기능에 의해서 상쇄하고 나서 별도로 도파층에 제1도(a), (b), (c)로 나타낸 것과 같은 스텝상, 직선상 또는 2차곡선상의 굴절율 분포등을 갖는 도파모드제어기구를 도입함으로써 활성층의 설계와 도파모드의 설계가 양립하기 때문에 고출력이고 분산각이 낮은 방사빔 즉 가우스형 빔에 가까운 안정된 도파모드를 얻을 수 있다.
본 발명은 MBE, MOCVD 또는 MOMBE등의 박막 반도체 제조장치를 사용함으로써 용이하게 실현가능하다. 또 본 발명의 효과는 AℓGaAs합금 반도체를 사용한 레이저 다이오드에서 현저하지만 Ga InAs계, AℓGaInAs계, Ga InAsP계 AℓGaInP계의 각종 III-V 족 반도체 재료 나아가서는 각종 II-VI족 반도체 레이저에서 거의 같은 효과를 기대할 수 있다.
제1도에 나타낸 것과 같이 종래의 더블 헤테로형 구조 또는 다중양자우물 구조의 레이저의 활성층 양측에 활성층의 도파특성을 상쇄하는 기능과 또 캐리어의 활성층으로의 폐입에 충분한 장벽높이를 갖는 도파층보다도 저굴절율이고 와이드갭 재료로된 반도파기능과 캐리어블록기능을 갖는 블록층을 삽입한다.
또 이층에도 블록층의 P측에는 P도우핑, N측에는 N도우핑을 1018/㎠ 정도 행함으로써 효율적인 블록층과 밴드불연속면에서의 쇼트키 배리어(Schottkey barrier)의 형성에 의한 저항을 저감시킬 수 있다(제2도 참조).
활성층영역과 그 반도파기능을 갖는 블록층의 도파기능의 상쇄는 양쪽 두께가 발진 파장의 수분지 1이하의 조건에서는 제1도에 보인 바와 같이 대체로 도파층의 굴절율을 N0, 활성층의 굴절율 및 두께를 각각 N1, d0, 블록층의 굴절율 및 두께를 각 N2, d1으로 할 때에
d0×(N1 2-N0 2)0.5=2×d1(N0 2-N2 2)0.5
의 조건이 성립할때에 실현된다. 활성층이 다중 양자우물구조와 같이 다층으로 구성된 경우에는 각층에 대해서 좌변에 해당되는 양을 계산하고 그것을 가산시킨 것을 좌변에 사용하면 된다. 구체적으로는 양자우물간의 블록층의 조성이 도파층의 조성과 동일한 m층의 두께(dw)의 양자우물로된 활성층의 경우에는
mㆍdwㆍ(N1 2-N0 2)0.5=2ㆍd1(N0 2-N2 2)0.5
일때에 활성층과 블록층의 도파기능의 상쇄가 실현된다.
활성층과 블록층의 도파기능을 상쇄했을때에 도파모드는 주위의 도파층, 클래드층에 의해서 독립적으로 제어가능하다. 제1도(a), (b), (c)중 어느 구조에 있어서도 단일모드발진을 위하여 고차모드에 대해서 도파로가 컷오프되는 상황이 바람직하다. 제1도(a)의 스텝인덱스형의 도파기구에 관해서 설명하면 이 도파모드는 규격화 주파수(V)에 의해서 기술할 수 있고 V는 다음식으로 정의된다.
V = (πd/λ)ㆍ(N0 2-N3 2)0.5
여기서 π는 원주율, λ는 발진파장(옹그스트롬), d는 활성층, 블록층을 포함하는 도파층의 두께(옹그스트롬)이다. 또 N0는 도파층의 굴절율, N3는 클래드층의 굴절율이다.
대칭 도파로에서는 규격화 주파수(V)가 π/2이하일때 단일모드도파이다. 또 도파모드는 도파코어층내에서는 정현함수적이고 클래드내에서는 지수함수적인 프로파일로 된다. V=π/2일때의 도파층으로의 모드폐입율(mode confinement rate)은 약 65%이고 종래의 약도파레이저의 거의 전역에 걸친 지수함수적인 프로파일과 달라서 가우스형에 가까운 도파모드가 실현된다(제2도 참조). 실시예 1, 2(각각 제2, 3도의 구조)가 이 상황하에서 설계된 것이다.
대칭에 가까운 도파구조에 있어서는 기수차의 모드가 여진되는 확률이 거의 없으므로 규격화 주파수(V)를 더 π의 레벨까지 올리고 또 모드를 가우스형에 근접하더라도 다횡모드(multiple trasverse mode)발진을 일으키지 않고 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 제4도의 구조의 실시예 3은 V가 π에 가까운 설계예이다.
더 효과적으로는 제1도(b), (c)에 나타낸 것과같은 등급화된 인덱스구조의 채용에 의해서 한층 발진모드를 가우스형에 근접시킬 수 있다.
상기한 것을 지침으로 하여 반복하여 반도체 레이저를 제작하여 블록층에 관해서 이하의 조건을 얻을 수 있었다. V0는
V0= π.d0/λㆍ(N1 2-N0 2)0.5
로 정의한다. 여기서 π는 원주율, d0는 활성층 두께, λ는 발진파장(옹그스트롬), N1은 활성층의 굴절율, N0은 도파층굴절율이다. 우물이 N개인 다중 양자우물로 구성된 경우에는 V0는,
V0= Nㆍπㆍdw/tㆍ(N1 2-N0 2)0.5
로 한다. 여기서 dw는 우물층 두께, N1은 우물층 굴절율, N0은 도파층 굴절율이다.
다음에 V1은
V1= πㆍd/tㆍ(N0 2-N2 2)0.5
로 정의한다. 여기서 π는 원주율, d1은 블록층두께, N2는 블록층 굴절율, N0는 도파층 굴절율, 다음에 V2는
V2= πㆍd2/λㆍ(N0 2-N3 2)0.5
로 정의한다. 여기서 π는 원주율, d2는 클래드층간 두께, N0는 도파층 굴절율, N3은 클래드층 굴절율이다.
상기식에서 명백한 바와같이 V0, V1, V2는 각각 활성층, 블록층, 도파층의 규격화주파수에 상당한다. 블록층의 반도파기능이 너무 크면 도파모드의 활성층 근방에 凹부가 생긴다. 그 결과 광폐입율이 감소하여 임계치 전류의 증대를 초래한다. 따라서 블록층이 도파모드에 주는 영향이 적지 않으면 안된다. 본 발명은 여러가지 반도체 레이저의 제작을 반복하여 하기 관계식이 성립되면
블록층이 전체의 도파모드에 영향을 주지 않음을 발견했다.
또 블록층이 활성층의 도파모드를 상쇄하기 위해서는 이하의 조건하에 특히 유효함을 여러가지 반도체 레이저의 제작을 반복하여 확인하였다.
또 블록층은 캐리어를 유효하게 활성층에 폐입하지 않으면 안된다. 블록층의 두께를 d1(옹그스트롬), 도파층과 블록층간의 에너지 갭차를 E(eV)로 하였을때에 E2.5ㆍ103/d1 2이면 캐리어를 충분히 유효하게 활성층으로 폐입할 수 있음을 발견하였다.
여기서 AℓXGa1-xA3(0≤X1)을 사용한 반도체 레이저에 있어서 도파층의 조성은 AℓxGa1-xA3(0≤X0.35 단 X는 원자비)로 하는 것이 좋고, 좀더 구체적으로 △x는 도파층과 블록층간의 차이고, △x와 블록층의 두께 d1(옹그스트롬)의 관계가 △x(2.2ㆍ×103/d1 2) 또 △x(5.0ㆍ104/d1 2)의 범위에 있으면 된다.
또 d0을 활성층의 두께로 할 경우 V0= πㆍd0/λㆍ(N1 2-N0 2)0.5단 활성층이 양자우물의 경우에는, d0는 양자우물층의 두께, N1은 양자우물층의 굴절율, N0는 도파층의 굴절율로 하고 또 양자우물의 개수를 N로 하였을때에는
V0= Nㆍπㆍd0/λㆍ(N1 2-N0 2)0.5
로 정의하고, 그들간의 관계는
V0/3 V1V0
가 되게하면 좋다.
활성층 양측의 밴드갭이 크고 굴절율이 낮은 반도파 기능을 갖는 블록층의 작용은 활성층이 갖는 도파기능을 저감 또는 상쇄하는 작용을 갖는다.
또 하나의 기능은 주입된 캐리어를 차단하여 전자 및 홀을 활성층내에 폐입하는 작용을 갖는다. 이 층에도 P 또는 N 도우핑을 행함으로써 저항의 저감 또는 캐리어 폐입 기능을 향상시킨다.
도파층과 클래드층의 도파모드제어구조는 발진모드의 확장, 프로파일을 안정되게 제어하는 작용을 갖는다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 반도체 레이저의 에피택시 방향으로의 개략 조성단면도.
제2도는 본 발명에 의한 실시예 1의 개략 조성단면도.
제3도는 본 발명에 의한 실시예 2의 개략 조성단면도.
제4도는 본 발명에 의한 실시예 3의 개략 조성단면도.
제5도는 본 발명에 의한 실시예 4의 개략 조성단면도.
제6도는 본 발명에 의한 실시예 5의 개략 조성단면도.
제7도는 본 발명에 의한 실시예 6의 개략 조성단면도.
제8도는 본 발명에 의한 실시예 7의 개략 조성단면도.
제9도는 본 발명에 의한 실시예 8의 개략 조성단면도.
제10도는 본 발명에 의한 실시예 9의 개략 조성단면도.
제11도는 본 발명에 의한 실시예 10의 개략 조성단면도.
제12도는 본 발명에 의한 실시예 11의 개략 조성단면도.
제13도는 본 발명에 의한 실시예 12의 개략 조성단면도.
제14도는 본 발명에 의한 실시예 13의 개략 조성단면도.
제15도는 본 발명에 의한 실시예 14의 개략 조성단면도.
제16도는 본 발명에 의한 실시예 15의 개략 조성단면도.
제17도는 본 발명에 의한 실시예 16의 개략 조성단면도.
제18도는 본 발명에 의한 실시예 17의 개략 조성단면도.
제19도는 본 발명에 의한 실시예 18의 개략 조성단면도.
제20도는 본 발명에 의한 비교예의 개략 조성단면도.
제21도는 실시예 1~3과 참고예의 도파모드 특성을 나타낸 도면.
제22도는 실시예 1~3과 참고예의 방사빔각의 특성을 나타낸 도면.
제23도는 실시예 4~7의 참고예의 도파모드 특성을 나타낸 도면.
제24도는 실시예 4~7의 참고예의 방사빔각의 특성을 나타낸 도면.
제25도는 실시예 1, 8~10의 참고예의 도파모드 특성을 나타낸 도면.
제26도는 실시예 1, 8~10의 방사빔각의 특성을 나타낸 도면.
제27도는 실시예 11~14의 도파모드 특성을 나타낸 도면.
제28도는 실시예 11~14의 방사빔각의 특성을 나타낸 도면.
제29도는 실시예 15~18의 도파모드 특성을 나타낸 도면.
제30도는 실시예 15~18의 방사빔각의 특성을 나타낸 도면.
제31도는 블록층의 유효범위를 표현하는 도면.
제32도는 본 발명의 레이저소자를 이용한 직접 결합형 반도체 레이저 여기 고체레이저 장치를 나타낸 도면.
제33도는 본 발명의 레이저소자를 이용한 파이버 결합형 반도체 레이저 여기 고체 레이저장치의 예를 나타낸 도면.
[발명의 상세한 설명]
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하에 본 발명을 도면에 의해서 설명하겠다.
MOCVD 성장에 의해서 제2도~제20도에 나타낸 것과 같은 프로파일의 에피택시 성장을 실행하였다. 제2도는 실시예1, 제3도는 실시예 2, 제4도는 실시예 3, 제5도는 실시예 4, 제6도는 실시예 5, 제7도는 실시예 6, 제8도는 실시예 7, 제9도는 실시예 8, 제10도는 실시예 9, 제11도는 실시예 10, 제12도는 실시예 11, 제13도는 실시예 12, 제14도는 실시예 13, 제15도는 실시예 14, 제16도는 실시예 15, 제17도는 실시예 16, 제18도는 실시예 17, 제19도는 실시예 18, 그리고 제20도는 비교예에 있어서의 레이저소자의 개략 조성평면도이다. 제21도는 실시예 1~3과 비교예의 도파모드, 제22도는 실시예 1~3과 비교예의 방사모드, 제23도는 실시예 4~7의 도파모드, 제24도는 실시예 4~7의 방사모드, 제25도는 실시예 1, 8~10의 도파모드, 제26도는 실시예 1, 8~10의 방사모드, 제27도는 실시예 11~14의 도파모드, 제28도는 실시예 11~14의 방사모드, 제29도는 실시예 15~18의 도파모드, 제30도는 실시예 15~18의 방사모드, 제31도는 블록층의 두께를 횡축, Aℓ조성차를 종축으로 하여 블록층의 유효범위를 표현한 도면이다.
제31도에서 우상의 곡선으로부터 위의 범위에서는 블록층의 반도파기능이 너무커서 도파모드에 큰 영향을 준다. 구체적으로는 활성층 근방의 도파모드에 凹부가 생겨 광폐입 요인을 감소시켜 임계치 전류가 증대된다. 또 도파모드가 가우스형에서 크게 벗어나 방사패턴에 수차가 생기게 된다. 좌하의 곡선으로부터 아래 범위에서는 캐리어의 폐입이 불충분하게 되어 임계치 전류의 온도 특성이 악화된다.
상기식이 성립하는 범위에서는 활성층의 도파기능을 블록층에 의해 최적으로 보정하여 최상의 양호한 도파모드를 나타낸다. 이 범위에 있는 실시예는 ◎표로 나타내었다. ①은 실시예 1을 나타낸다. ②는 실시예 2를 나타내고 이하 마찬가지로 동도면(제31도)에 있어서 원내의 수자로 표시된 것은 그 수자에 대응한 실시예를 나타내고 있다. 본 발명에 있어서 유효범위(효과가 있는 범위)는 2종류의 실선 사이이다.
각 실시예에 공통된 기술로써 도우판트(dopant)는 n형으로써는 Se, p형으로써는 Zn을 사용하여 1×1018/㎤의 도우핑을 행하였다. SiO2확산 마스크를 사용하여 표면으로부터 스트라이브상으로 아연확산을 행한후에 벽개(cleavage)하여 이득 도파구조의 다이오드칩을 제작하여 LD마운트에 다이본딩한후에 펄스모드로 발진 특성을 측정하였다. 대표적인 스트라이브폭 : 2.5㎛, 캐비티길이 : 300㎛의 칩의 특성을 표1에 나타냈다. 또 양단면에는 광학코오팅되어 있지 않다.
[실시예 1]
제2도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡(층11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에서 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 165옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 165옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제21도, 방사모드의 측정결과를 제22도에 나타냈다.
[실시예 2]
제3도에 나타낸 것과 같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 2.0㎛
조성 : Aℓ0.31Ga0.69As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.93㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.93㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 2.0㎛
조성 : Aℓ0.31Ga0.69As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어 층들(12)의 사이에서 8층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제21도, 방사모드의 측정결과를 제22도에 나타냈다.
[실시예 3]
제4도에 나타낸 것과같이 P형 클래드층(7)과 P형 광도파층(6)과의 사이에 n형 반전층(15)을 설비하였다. 이 n형 반전층의 배치에 의해서 횡방향으로의 전류의 좁혀짐을 활성층(4) 근방에서 행할 수 있다.
즉 n형 반전층(15)에 의해서 횡방향으로도 광의 폐입이 행해져 안정된 횡모드를 실현시킬 수 있다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 0.8㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 반전층(15) :
두께 : 0.2㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.93㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.93㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에 8층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제21도, 방사모드의 측정결과를 제22도에 나타냈다.
[실시예 4]
제5도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 100옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 100옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제23도, 방사모드의 측정결과를 제24도에 나타냈다.
[실시예 5]
제6도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 200옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 200옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제23도, 방사모드의 측정결과를 제24도에 나타냈다.
[실시예 6]
제7도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제23도, 방사모드의 측정결과를 제24도에 나타냈다.
[실시예 7]
제8도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 500옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 500옹그스트롬
조성 : Aℓ0.38Ga0.62As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제23도, 방사모드의 측정결과를 제24도에 나타냈다.
[실시예 8]
제9도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제25도, 방사모드의 측정결과를 제26도에 나타냈다.
[실시예 9]
제10도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제25도, 방사모드의 측정결과를 제26도에 나타냈다.
[실시예 10]
제11도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 500옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
n형 블록층(3) :
두께 : 500옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제25도, 방사모드의 측정결과를 제26도에 나타냈다.
[실시예 11]
제12도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제27도, 방사모드의 측정결과를 제28도에 나타냈다.
[실시예 12]
제13도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 135옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 135옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제27도, 방사모드의 측정결과를 제28도에 나타냈다.
[실시예 13]
제14도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 200옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 200옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제27도, 방사모드의 측정결과를 제28도에 나타냈다.
[실시예 14]
제15도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 330옹그스트롬
조성 : Aℓ0.50Ga0.50As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제27도, 방사모드의 측정결과를 제28도에 나타냈다.
[실시예 15]
제16도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제29도, 방사모드의 측정결과를 제30도에 나타냈다.
[실시예 16]
제17도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 100옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 100옹그스트롬
조성 : Aℓ0.55Ga0.35As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제29도, 방사모드의 측정결과를 제30도에 나타냈다.
[실시예 17]
제18도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층들(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 200옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 200옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제29도, 방사모드의 측정결과를 제30도에 나타냈다.
[실시예 18]
제19도에 나타낸 것과같이 GaAs로 된 n형 기판(8)위에 두께 0.5㎛의 n형 버퍼층(10)을 형성하고 그 상층에 n형 클래드층(1), n형 광도파층(2), n형 블록층(3), 활성층(4), P형 블록층(5), P형 광도파층(6), P형 클래드층(7)을 순차로 형성하여 최상층에 n형 캡층(11)을 형성했다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
P형 광도파층(6) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 광도파층(2) :
두께 : 0.46㎛
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.0㎛
조성 : Aℓ0.35Ga0.65As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 P형 블록층(5)과 n형 블록층(3)의 사이에 끼워진 영역에 있어서 각 블록층(5,3)의 내벽측에 설비된 사이드배리어층(12)의 사이에는 4층 구조의 양자우물층(13)이 각각 배리어층(14)에 의해서 사이띄어져 형성되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
P형 블록층(5) :
두께 : 280옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
사이드배리어층(12) :
두께 : 25옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
양자우물층(13) :
두께 : 55옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.25Ga0.75As
n형 블록층(3) :
두께 : 280옹그스트롬
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제29도, 방사모드의 측정결과를 제30도에 나타냈다.
[비교예]
제20도는 상기 실시예 1~18과의 비교를 위하여 작성한 종래구조의 양자우물형 레이저 소자의 개략 조성평면도이다.
각층의 구체적 구성은 하기와 같다.
n형 캡층(11) :
두께 : 0.3㎛
조성 : GaAs
P형 클래드층(7) :
두께 : 1.5㎛
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
n형 클래드층(1) :
두께 : 1.5㎛
조성 : Aℓ0.65Ga0.35As
n형 버퍼층(10) :
두께 : 0.5㎛
조성 : GaAs
n형 기판(8) :
조성 : (100) GaAs
활성층(4)은 재차 배리어층(12)사이에 끼워진 영역에 있어서 배리어층(14)에 의해서 사이띄워져 4층의 양자우물층(13)이 설비되어 있다. 이 활성층(4)의 구체적 구성은 하기와 같다.
사이드배리어층(12) :
두께 : 120옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
양자우물층(13) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : GaAs
배리어층(14) :
두께 : 50옹그스트롬
조성 : Aℓ0.30Ga0.70As
본 실시예에 나타낸 구조에 대한 에피택시층에 수직방향의 도파모드프로파일(니어필드 패턴)을 제21도, 방사모드의 측정결과를 제22도에 나타냈다.
제21도에서 명백한 바와같이 비교예의 약도파 반도체 레이저는 양측에 지수함수의 꼬리를 갖는 중심이 뽀족한 특성곡선으로 되어 있는데 대해서 실시예 1~실시예 18은 달아맨 종모양의 가우스형빔에 가까운 특성 형상으로 되어있다. 이 때문에 제21도에 보인 바와같이 본 실시예의 반도체레이저를 사용한 경우에는 종래 기술과 같은 정도의 모드확장으로도 광학손상이 생기는 활성층(4)(모드중심)에서의 빔강도가 감소되어 있고, 다음 표 1의 측정결과에 나타낸 것과같이 광학 손상 레벨을 대폭으로 인상시킬 수 있었다. 즉 본 실시예 1~3에서는 비교예에 비해서 방사각의 저감과 대폭적인 광학손상레벨의 개선이 명백해졌다. 또 표 1에 있어서 레이저의 발진파장(옹그스트롬)은 약 800㎜이다.
또 광학손상레벨, 슬로프효율은 어느것이나 1단면당의 광출력이다.
[산업상이용가능성]
본 발명에 의해서 통신, 광디스크등의 광기록, 레이저프린터, 레이저의료, 레이저가공등, 고출력 반도체 레이저를 사용하는 산업분야에 있어서 저방사빔각으로 빔프로파일이 양호한 고효율의 반도체레이저를 얻을 수 있다. 또 단순한 구조로 단면의 순시광학 손상을 회피하여 고출력의 반도체 레이저를 제작할 수 있다. 특히 Aℓx GA반도체 레이저에서는 도파층의 Aℓ조성을 내릴 수 있기 때문에 제작 프로세스도 용이해진다.
이 때문에 본 발명의 소자는 고효율반도체 레이저장치로써 이용가능하고 나아가서는 고체 레이저의 여기원으로서 반도체 레이저가 사용될 수 있다. 고체레이저로써는 Nd : YAG나 Nd : YLF등의 레이저매질을 사용할 수 있다. 반도체 레이저를 고체레이저의 여기원으로써 사용할 경우에 반도체 레이저와 레이저매질과의 결합방식이 문제로 된다. 통상, 반도체 레이저로부터의 여기광은 반도체레이저의 여기볼륨과 레이저발진기의 모드볼륨이 모드매칭되게 하는 렌즈로 효율좋게 집광된다. 본 발명에 의한 레이저소자에서는 이와같은 렌즈를 사용하여 집광해도 좋고, 제32도, 제33도와 같이 반도체 레이저소자(21)로부터의 여기광에 하등 광학적 가공을 행하지 않고 레이저매질(23)로 투입할 수도 있다.
또 표시번호 24는 출력미러이다. 또 제32도는 반도체레이저소자(21)의 레이저매질(23)을 직접 결합하는 직접 결합형 제33도는 반도체레이저 소자(21)와 레이저매질(23)을 광파이버(22)로 결합하는 파이버 결합형 반도체 레이저 여기 고체 레이저장치이다.

Claims (10)

  1. 소자면에서 수직방향으로 형성된 활성층의 단면의 양쪽 외부에 상기 활성층의 광도파기능을 저감하는 블록층과, 상기 블록층의 양쪽 외부에 설비된 밴드갭을 갖는 도파층과 상기 도파층을 사이에 끼워서 설비된 클래드층(1,7)을 구비하는 광도파기능을 갖는 활성층이 표면에 설비된 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 도파모드에서 규격화주파수(V)에 상관하여 규격화주파수들(V1,V2)을 하기와 같이
    (상기 식에서 π는 원주율, d1은 블록층의 두께, d2는 클래드층의 두께, λ는 발진파장, N0는 도파층의 굴절율(단 도파층의 굴절율이 연속적으로 변화할 경우에는 N0로써 최대치를 사용한다), N1은 활성층의 굴절율, N2는 블록층의 굴절율, N3는 클래드층의 굴절율)정의 했을때에
    의 관계가 성립되는 반도체 레이저 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블록층의 두께를 d(옹그스트롬), 도파층과 블록층의 에너지 갭차를 E(eV)라고 했을 때에
    E(2.5103/d1 2)
    인 반도체 레이저 소자.
  3. 제2항에 있어서, Aℓx Ga1-xAs(0≤X1)가 사용되며, 상기 도파층의 조성이
    인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도파층의 조성이 Aℓx Ga1-xAs(단 0≤X1)일때에 X와 블록층의 두께 d1(옹그스트롬)의 관계가
    X2.2103/d1)와
    X(5.0104/d1 2)
    의 범위에 있는 반도체 레이저 소자.
  5. 제2항에 있어서, d0를 활성층의 두께로 할 경우 V0는
    단, 활성층이 양자우물인 경우에는 dw는 양자우물층의 두께, N1은 양자우물층의 굴절율, N0는 도파층의 굴절율로 하고 또 양자우물의 개수를 N로 한 경우에는 V0= Nㆍπㆍdw/λㆍ(N1 2-N0 2)0.5로 정의했을때에 (V0/3) V1V0로 되는 반도체 레이저 소자.
  6. 제1항~제5항중 어느항 기재의 반도체 레이저 소자를 사용한 레이저장치.
  7. 제1항~제5항중 어느항 기재의 반도체 레이저 소자를 레이저 여기용 광원으로써 사용한 반도체 레이저 여기 고체 레이저 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 레이저소자에서 출력되는 여기광을 렌즈를 사용하지 않고 고체레이저로 투입하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 여기 고체 레이저장치.
  9. 제1항에 있어서,
    V2=πd2/λ(N0 2-N3 2)0.5
    π는 원주율, d2는 클래드간의 거리, N0와 N3는 각각 도파층과 클래드층의 굴절율로 정의되는 상기식 V2가 단일모드이고, 또한 도파모드가 가우스형이 되도록 최소치와 최대치가 결정되는 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 여기 고체 레이저장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 V2가 π/2로부터 π의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 여기 고체 레이저 장치.
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