KR100789309B1 - 반도체 레이저 - Google Patents

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KR100789309B1
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쓰토무 야마구치
타케히로 니시다
하루미 니시구치
히토시 타다
야스아키 요시다
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 또한 형상이 안정된 레이저광을 출사하는 반도체 레이저를 제공한다. 리지(6)중앙부의 전계의 크기 E1와, 홈부(15)의 단에 있어서의 전계의 크기 E2의 비율 E1/E2이, 0.0001보다 크고, 0.01보다 작아지도록, 홈부(15)의 폭을 설정한다. 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에서는, 홈부(15)의 외측에 홈부(15)의 등가 굴절율보다 큰 등가 굴절율을 갖는 층이 존재한다. 그 때문에 홈부(15)보다 외측에 분포하는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않으며, 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
리지, 전계, 레이저광, 발진파장

Description

반도체 레이저{SEMICONDUCTOR LASER}
도 1은 실시예 1에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도,
도 2는 실시예 1에 따른 반도체 레이저의 A-A선 단면도,
도 3은 실시예 1에 따른 반도체 레이저의 단면에 있어서의 전계분포를 도시한 도면,
도 4는 실시예 1에 따른 반도체 레이저의 다른 구조파라미터의 쌍에 대한 리지 중앙부의 전계의 크기와, 홈부의 단에 있어서의 전계의 크기가 소정의 비율이 되는 거리를 도시한 도면,
도 5는 실시예 1에 따른 반도체 레이저에 있어서, 수평방향의 원시야상의 계산 결과를 도시한 도면,
도 6은 실시예 1에 따른 반도체 레이저에 있어서, 수평방향의 원시야상의 실측치를 도시한 도면,
도 7은 종래기술의 반도체 레이저에 있어서, 수평방향의 원시야상의 실측치를 도시한 도면,
도 8은 실시예 2에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도,
도 9는 실시예 3에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도,
도 10은 실시예 4에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도,
도 11은 실시예 8에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도,
도 12는 실시예 9에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도,
도 13은 실시예 10에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 사시도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1 : n-GaAs기판 2 : n-AlGaInP하부 클래드층
3 : 활성층 4 : p-AlGaInP 제 1상부 클래드층
5 : 에칭 스토퍼층 6 : 리지
7 : p-AlGaInP 제 2상부 클래드층 9 : 절연막
10 : p전극 11 : 창영역
12 : n전극 13 : 반도체 레이저
14 : 레이저광 15 : 홈부
본 발명은 광디스크 시스템 또는 광통신 등에 이용되는 반도체 레이저에 관한 것으로, 특히, 리지 구조형의 디스크리트(discrete) 및 모노리틱(monolithic) 반도체 레이저에 관한 것이다.
더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저는, 리지를 등가 굴절율이 작은 채널(홈)부에 끼우고, 또한 채널부를 등가 굴절율이 큰 층에 끼운 구성을 구비하고 있다.
그리고, 종래의 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저는 리지옆의 홈부를 10㎛폭으로 구성하고, 그 홈부는 드라이에칭 및 습식 에칭에 의해 반도체막을 제거함으로써 형성되고 있다.
이상의 구성을 구비하는 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광의 원시야상(파필드·패턴)은 타원형으로, 활성층에 수직방향의 원시야상의 퍼짐이 크고, 활성층에 수평방향의 원시야상의 퍼짐이 작다.
종래의 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에서는, 수평방향의 원시야상의 강도중심 및 형상이 광출력의 변화에 따라 변동하여, 안정된 수율을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명의 목적은, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 형상이 안정된 레이저광을 출사하는 반도체 레이저를 제공하는 것이다.
청구항 1에 기재한 발명은, 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널 부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼움으로써 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에 있어서,
상기 채널부의 폭은,
E=Acos(ux) (x≤T/2)‥·(1）
E=Acos(uT/2)exp(-w(|xl-T/2)) (x≥T/2) ···(2)
Figure 112005064933015-pat00001
Figure 112005064933015-pat00002
단, E는 전계,
A는 소정의 계수,
u는 파라미터,
w는 파라미터,
x는 상기 리지의 중심으로부터의 거리,
T는 상기 리지의 폭,
n1은 상기 리지의 등가 굴절율,
n2는 상기 채널부의 등가 굴절율
λ는 상기 반도체 레이저의 발진 파장,
Wc는 상기 채널부의 폭
으로 한 경우에,
식(1)부터 (4)에 의해 산출되는 x=0에 있어서의 전계 E1와, x=T/2+Wc에 있어서의 전계 E2의 비인 E2/E1가,
0.0001 ≤ E2/E1 ≤0.01‥·(5)
을 만족시키도록 결정되는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재한 발명은, 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼워서 구성하는 리지 구조형의 반도체 레이저이며, 상기 리지의 양옆에, 상기 리지 단으로부터 소정 간격을 사이에 두고, 레이저광을 흡수하는 레이저광 흡수영역을 배치한 것을 특징으로 한다.
청구항 14에 기재한 발명은, 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼움으로써 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저이며, 상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 상기 더블 채널형 리지 구조의 채널부의 폭은, 5㎛보다 넓고, 10㎛보다 좁은 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 15에 기재한 발명은, 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼움으로써 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저이며, 상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 701nm이상, 900nm이하의 범위에 있고, 상기 더블 채널형 리지 구조의 채널부의 폭은, 5㎛보다 넓고, 10/㎛보다 좁은 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 16에 기재한 발명은, 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼움으로써 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저이며, 상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 330nm이상, 600nm이하의 범위에 있고, 상기 더블 채널형 리지 구조의 채널부의 폭은, 0.7㎛이상, 5.0㎛이하의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
[실시예 1]
도 1은, 본 실시예에 따른 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저(13)의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 2는, 도 1의 A-A선 단면도이다.
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 2개의 홈(채널)부(15)에 리지(6)를 끼워서 형성하는 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저이다.
도 1에 있어서, n형(n-)GaAs기판(1)의 위쪽에, n-AlGaInP하부 클래드층(2)이 형성되어 있다. n-AlGaInP하부 클래드층(2)위에는, GaInP를 정호(井戶)층, AlGaInP를 장벽층으로 하는 다중량자 정호구조의 활성층(3)(이하, MQW활성층이라고 부른다)이 형성된다.
활성층(3)위에는 p형(p-)AlGaInP 제 1상부 클래드층(4), 에칭 스토퍼층(5)이 순차적으로 형성되어 있다. 에칭 스토퍼층(5)위에는 선모양으로 리지(6)가 형성되어 있다. 그리고, 리지(6)의 양옆에 형성된 2개의 홈부(15)를 사이를 두고 p-AlGaInP 제 2상부 클래드층(7)이 리지(6)를 따라 선모양으로 형성되어 있다.
그리고, 리지(6) 및 p-AlGaInP 제 2상부 클래드층(7)의 윗면에는 p-GaAs콘택층(8)이 형성되고, 그 상부에는 절연막(9)이 형성되어 있다. 절연막(9)위에 금속박막과 도금으로 이루어지는 p전극(10)이 형성되어 있다. 그리고 리지(6)상의 절연막(9)은 개구되고, p 전극(10)과 p-GaAs콘택층(8)은 전기적으로 접속되어 있다.
반도체 레이저(13)의 단면 근방에는, 창 영역(11)이 마련된다. 그리고, n-GaAs기판(1)의 이면에는 n전극(12)이 형성되어 있다. 또한 부호 14는 레이저광을 도시하고 있다.
상기의 예에 있어서, AlGaInP의 조성은, 정확하게는, (AlxGa1-x) 0.5InO.5P에 의해 나타낸다. 그리고, n-AlGaInP 하부 클래드층(2)의 조성비x는 0.5∼0.7, p-AlGaInP 제 1상부 클래드층(4)의 조성비x는 0 5∼0.7, p-AlGaInP 제 2상부 클래드층(7)의 조성비x는 0.5∼0.7이다.
각 층의 두께는, n-AlGaInP 하부 클래드층(2)이 1.5∼4㎛, p-AlGaInP 제 1상부 클래드층(4)이 0.1∼1㎛, p-AlGaInP 제 2상부 클래드층(7)이 0.5∼2㎛이다. 그리고, 각 층의 캐리어 농도는, n-AlGaInP 하부 클래층(2)이 0.3∼2.0 ×1018cm-3, p-AlGaInP 제 1상부 클래드층(4)이 0.3∼2.0 ×1018cm-3, p-AlGaInP 제 2상부 클래드층(7)이 0.3∼2.0 ×1018cm-3이다.
다음에 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 제조 방법에 관하여 설명한다. 우선, MOCVD법 등의 결정성장법에 의해, n-GaAs기판(1)위에 n-AlGaInP 하부 클래드층(2), MQW활성층(3), p-AlGaInP 제 1상부 클래드층(4), 에칭 스토퍼층(5), p-AlGaInP 제2상부 클래드층(7), p-GaAs콘택층(8)을 순차적으로 형성한다.
다음에 단면 근방에 Zn확산 등에 의해 MQW활성층(3)을 무질서화 함으로써, 창 영역(11)을 형성한다. 계속해서, 레지스트 또는 절연막을 마스크로 하여, 드라이 에칭과, 유산 또는 염산계 에칭액을 이용하여, p-AlGaInP 제2상부 클래드층(7)을 선택적으로 에칭하는 것으로 리지(6)와 홈부(15)를 형성한다. 이때 유산 등의 적절한 에칭액을 이용함으로써, 에칭은 에칭 스토퍼층(5)에서 자동적으로 멈춘다.
다음에 질화막등의 절연막(9)을 전체 면에 형성하고, 포토리소그래피에 의해 리지(6)의 윗면에 개구부를 형성하고, 금속박막과 도금으로 이루어지는 p전극(10)을 형성한다.
도 3은, 도 2에 대응하는 구성의 대략도와, 그 구성에 있어서의 굴절율 분포 및 전계분포를 나타낸 것이다. 도 3의 상단의 도면은, 도 2에 도시한 구조의 대략도이다. 그리고 하단에 도시한 도면은, 상단의 대략도에 대응하는 굴절율 분포 및 전계분포를 나타내고 있다.
여기에서, 가로축x은 리지(6)의 중심으로부터의 거리이다. 그리고, n1은 리지(6)의 등가 굴절율이며, n2는 홈(15)의 등가 굴절율이다. 또한 T는 리지(6)의 폭이며, Wc는 홈부(15)의 폭이다.
도 3에 나타나 있는 굴절율 분포를 손실이 없는 3층 도파로로서 근사한 경우, 기본 모드의 전계분포(E)는, 일반적으로 하기의 식(1), (2)에서 부여된다(스에 마츠야스아키편저「반도체 레이저와 광집적회로」, 옴사, 3 .2장, p54-55참조).
E=Acos(ux) (x≤T/2)‥·(1）
E=Acos(uT/2)exp(-w(|xl-T/2)) (Ⅹ≥T/2) ···(2)
여기에서, u와 w는 이하의 식(3), (4)에서 정의되는 값이다.
Figure 112005064933015-pat00003
Figure 112005064933015-pat00004
또한 A는 소정의 계수, λ는 레이저광의 발진 파장이다.
본 실시예에 따른 반도체 레이저에서는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에 무손실의 3층 도파로 근사를 적용했을 경우에 얻어지는, 리지(6)중앙의 전계의 크기(E1)와 리지(6)의 중심에서 거리T/2+Wc 떨어진 홈부(15)의 단에 있어서의 전계의 크기(E2)가 하기 식 (5)를 만족하도록 구조 파라미터를 설정한다.
0.0001≤ E2/E1≤0.01‥·(5)
도 4는, 식(5)에 나타낸 범위의 전계 비율이 성립되는 리지(6)의 중앙으로부터의 거리x를 계산한 결과를 나타내고 있다. E2/E1이 식(5)를 만족할 경우에는, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 또한 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다. 또, 도 4안의 △n은, n1-n2의 값을 나타낸다.
또한 파장대별로 식(5)를 만족하는 홈부(15)의 폭Wc은, 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 반도체 레이저에서는, 5㎛ <We <10㎛이 적합하지만, 4.3㎛≤Wc≤ 9.0㎛의 범위이면 더욱 적합하고 4.7㎛≤Wc≤8.0㎛의 범위이면 더욱 적합하다. 발진 파장이 701nm이상, 900nm이하의 반도체 레이저에서는 5㎛ <Wc <10㎛가 적합하지만, 5.2㎛≤Wc≤9.8㎛이면 더욱 적합하다. 그리고, 발진 파장이 330nm이상, 600nm이하의 반도체 레이저에서는, 0.7㎛≤Wc≤5.0㎛이 적합하지만, 1.7㎛≤Wc≤5.0㎛이 더욱 적합하고, 2.2㎛≤Wc≤4.2/Jm의 범위가 있으면 더욱 더 적합하다.
발진 파장이 601nm이상, 700nm이하에서, 홈부(15)의 폭Wc을 7㎛로 한 반도체 레이저에 있어서, 수평방향의 원시야상(FFPx)의 시뮬레이션의 계산 결과를 도 5에 나타낸다. 그리고, 실제로 제작된 반도체 레이저의 수평방향의 원시야상의 예를 도 6에 나타낸다. 또한 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하에서, 홈부(15)의 폭Wc을 10㎛로 한 종래기술의 반도체 레이저의 원시야상의 예를 도 7에 나타낸다.
도 5에서 도 7에 의해, 홈부(15)의 폭을 본 실시예에 나타낸 범위내에서 설계하는 것으로 수평방향의 원시야상의 형상이 종래기술의 것보다 분명히 개선되며, 또한 원시야상의 중심이 매우 안정되는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 식(5)을 만족시키도록 홈부(15)의 폭이 설정되어 있다. 그리고 본 실시예에 따른 반도체 레이저와 같이 , 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에서는, 홈부(15)의 외측에 홈부(15)의 등가 굴절율보다 큰 등가 굴절율을 갖는 층이 존재한다.
그 때문에 식(5)이 성립하고 있는 상태에서, 홈부(15)보다 외측에 분포되는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않으며, 또한 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
또한 홈부(15)보다 외측에 분포되는 빛의 흡수량은 적기 때문에, 다른 레이저 특성이 나빠지는 경우는 없다.
또, 본 실시예에서는, 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 대해서 도시했지만, 다른 발진 파장의 반도체 레이저에 대해서도 광분포가 식(5)을 만족시키면 되고, 또한 리지(6) 및 홈부(15)의 형상은 한정되지 않으며, 수직형상또는 경사 형상의 어느 쪽이라도 상관없다.
이와 같은 경우라도, 홈부(15)보다 외측에 분포되는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 또한 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
[실시예 2]
도 8은, 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면 사시도이다. 본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 도 1에 도시한 반도체 레이저와 달리, 더블 채널을 갖지 않는 리지 구조의 반도체 레이저이다. 도 1∼도 2에 붙인 부호와 동일한 부호의 개소는, 동일 또는 그에 해당하는 부분이다. 또한 도 8에 있어서, p전극(10)등, 본 실시예의 설명과 관계가 적은 구성은 생략하고 있다.
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 레이저광 흡수영역(16)으로서 아모퍼스 실리콘층을 리지(6) 단으로부터 5㎛보다 길고 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고 배치하고 있다.
레이저광 흡수영역에 분포되는 빛을 아모퍼스 실리콘으로 흡수함으로써, 광 출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 소자를 제작할 수 있다.
[실시예 3]
도 9는, 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면 사시도이다. 본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 도 1에 나타낸 반도체 레이저와 달리, 더블 채널을 갖지 않는 리지 구조의 반도체 레이저이다.
리지(6)의 양옆에, 5㎛보다 길고 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고, 레이저광 흡수영역(16)으로서 프로톤(이온)주입 영역이 배치되고 있다. 프로톤 주입 영역은, 비이득영역이 되므로, 레이저광 흡수영역으로서 기능한다.
그 때문에 레이저광 흡수영역에 분포되는 빛을 흡수 시킴으로써, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동의 없는 소자를 제작할 수 있다.
[실시예 4]
도 10은, 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면의 사시도이다. 본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 도 1에 나타낸 반도체 레이저와 달리, 더블 채널을 갖지 않는 리지 구조의 반도체 레이저이다.
본 실시예에 따른 반도체 레이저에서는, 레이저광 흡수영역(16)으로서, Zn확 산에 의해 1 ×1018cm- 3이상의 고농도 불순물 영역을, 5㎛보다 길게 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고 리지(6)의 양옆에 배치하고 있다.
레이저광 흡수영역에 분포하는 빛을 고농도불순물영역의 프리 캐리어에 의해 흡수시키는 것으로 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 소자를 제작할 수 있다.
[실시예 5]
레이저광 흡수영역(16)을 이상과 같이 배치하는 것으로 발진 파장이 701nm이상, 900nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 있어서도, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 반도체 레이저를 얻을 수 있다.
[실시예 6]
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 실시예 2부터 4와 유사 구조를 구비한다, 발진 파장이 330nm이상, 600nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 있어서, 레이저광 흡수영역(16)을 리지(6)의 단보다 0.7㎛이상, 5.0㎛이하의 간격d을 사이에 두고 배치하고 있다.
또, 본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 기판(1)이 n형GaN, 하부 클래드층(2)이 n형 AlGaN, 활성층(3)이, InGaN다중량자 우물층, 제 1상부 클래드층이 p형AlxGa1-xN, 제 2상부 클래드층이 p형 AlYGa1-YN, 콘택층이 p형 GaN으로 각각 구성되어 있다.
레이저광 흡수영역을 이상과 같이 배치하는 것으로 발진 파장이 330nm이상, 600nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 있어서도, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 반도체 레이저를 얻을 수 있다.
[실시예 7]
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 실시예 2∼6의 각각의 반도체 레이저에 있어서, 레이저광 흡수영역(16)을 창 영역(11)(도 1참조)등의 칩 단면부에만 형성한다.
그 결과, 레이저광 흡수영역(16)을 형성하기 위한 원가를 삭감할 수 있다.
[실시예 8]
도 11은, 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면 사시도이다. 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 도 1과 같이 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저의 경우이다.
도 11에 있어서, 도 1∼도 2와 동일한 부호의 개소는, 동일 또는 그에 해당하는 부분이다. 홈부(15)의 폭Wc이 10㎛이상의 리지 구조의 반도체 레이저에 대하여, 레이저광 흡수영역(16)으로서 아모퍼스 실리콘층을 리지(6)의 양옆에 5㎛보다 길고 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고 배치하고 있다.
그 때문에 레이저광 흡수영역(16)에 분포되는 빛을 흡수시킴으로써, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하 여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 반도체 레이저를 제작할 수 있다.
[실시예 9]
도 12는, 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면 사시도이다. 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 도 1과 같이 더블 채널형 리지구조의 반도체 레이저의 경우이다.
레이저광 흡수영역(16)으로서, 프로톤 주입 영역이, 홈부(15)의 폭Wc이 10㎛이상의 리지 구조의 반도체 레이저에 대하여, 리지(6)의 양옆에 5㎛보다 길고 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고 형성된다. 프로톤 주입 영역은 비이득 영역이 되므로, 레이저광 흡수영역(16)으로서 기능한다.
그 때문에 레이저광 흡수영역(16)에 분포되는 빛을 흡수시킴으로써, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 소자를 제작할 수 있다.
[실시예 10]
도 13은, 본 실시예에 따른 반도체 레이저의 단면 사시도이다. 본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 발진 파장이 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고, 도 1과 같이 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저의 경우이다.
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 홈부(15)의 폭Wc이 10㎛이상의 리지 구조의 반도체 레이저에 대하여, 레이저광 흡수영역(16)로서, Zn확산에 의해 1 ×1018cm- 3이상의 고농도 불순물 영역을 리지(6)의 양옆에 5㎛보다 길고 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고 형성하고 있다.
그 결과, 레이저광 흡수영역(16)에 분포되는 빛을 Zn확산영역의 프리 캐리어에 의해 흡수시키는 것으로 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 반도체 레이저를 얻을 수 있다.
[실시예 11]
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 발진 파장이 701nm이상, 900nm이하의 범위에 있는, 실시예 8부터 10과 유사 구조의 반도체 레이저에 있어서, 리지(6) 단에서부터, 5㎛보다 길고, 10㎛보다 짧은 간격d을 사이에 두고 레이저광 흡수영역(16)을 배치하고 있다.
이상의 구성을 구비하고 있으므로, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 소자를 제작할 수 있다.
[실시예 12]
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 발진 파장이 330nm이상, 600nm이하의 범위에 있는, 실시예 8부터 10과 유사 구조의 반도체 레이저에 있어서, 레이저광 흡수영역(16)을 리지(6) 단에서부터 0.7㎛이상, 5.0㎛이하의 간격d을 사이에 두고 배치하고 있다.
그 결과, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 방사 빔 형상을 안정화시키고, 또한 광출력 변화에 대하여 수평방향의 빔 중심변동이 없는 반도체 레이저를 얻을 수 있다.
[실시예 13]
본 실시예에 따른 반도체 레이저는, 실시예 8에서 12에 따른 반도체 레이저에 있어서, 레이저광 흡수영역(16)을 창 영역(11)(도 1참조)등이 형성된 칩 단면부에만 형성한다.
그 결과 제조 원가를 절감할 수 있다.
청구항 1에 기재한 발명에 의하면, 식(5)이 성립하도록, 채널부의 폭이 결정된다. 그리고, 채널부의 외측에는 채널부의 등가 굴절율보다 큰 등가 굴절율을 갖는 층이 존재한다. 그 때문에 식(5)이 성립되고 있는 상태에서, 채널부에서 외측에 분포되는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않으며, 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
청구항 5에 기재한 발명에 의하면, 레이저광 흡수영역이 리지 단으로부터 소정 간격을 사이에 두고 배치되어 있다. 그 때문에 채널부에서 외측에 분포되는 빛의 레이저광 흡수영역에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
청구항 14에 기재한 발명에 의하면, 발진 파장이 601nm이상 700nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 대하여, 채널부에서 외측에 분포되는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하 지 않고, 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
청구항 15에 기재한 발명에 의하면, 발진 파장이 701nm이상 900nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 대하여, 채널부에서 외측에 분포되는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.
청구항 16에 기재한 발명에 의하면, 발진 파장이 330nm이상 600nm이하의 범위에 있는 반도체 레이저에 대하여, 채널부에서 외측에 분포되는 빛의 반도체에 의한 흡수에 의해, 광출력 변화에 따르는 수평방향의 원시야상의 강도중심이 변동하지 않고, 형상이 안정된 레이저광을 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼움으로써 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에 있어서,
    상기 채널부의 폭은,
    E=Acos(ux) (x≤T/2)‥·(1）
    E=Acos(uT/2)exp(-w(|xl-T/2)) (x≥T/2) ···(2)
    Figure 112007049125215-pat00005
    Figure 112007049125215-pat00006
    단, E는 전계,
    A는 소정의 계수,
    u는 파라미터,
    w는 파라미터,
    x는 상기 리지의 중심으로부터의 거리,
    T는 상기 리지의 폭,
    n1은 상기 리지의 등가 굴절율,
    n2는 상기 채널부의 등가 굴절율
    λ는 상기 반도체 레이저의 발진 파장,
    Wc는 상기 채널부의 폭
    으로 한 경우에,
    식(1)부터 (4)에 의해 산출되는 x=0에 있어서의 전계 E1와, x=T/2+Wc에 있어서의 전계 E2의 비인 E2/E1가,
    0.0001 ≤ E2/E1 ≤0.01‥·(5)
    을 만족시키도록 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발진 파장은, 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고,
    상기 채널부의 폭은, 5㎛보다 넓고, 10㎛보다 좁은 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발진 파장은, 701nm이상, 900nm이하의 범위에 있고,
    상기 채널부의 폭은, 5㎛보다 넓고, 10㎛보다 좁은 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발진 파장은, 330nm이상, 600nm이하의 범위에 있고,
    상기 채널부의 폭은, 0.7㎛이상, 5.0㎛이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  5. 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼워서 구성하는 리지 구조의 반도체 레이저에 있어서,
    상기 리지의 양옆에, 상기 리지 단으로부터 일정 간격을 사이에 두고, 레이저광을 흡수하는 레이저 광흡수 영역을 배치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고,
    상기 일정 간격은, 5㎛이상, 10㎛이하인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 701nm이상, 900nm이하의 범위에 있고,
    상기 일정 간격은, 5㎛이상, 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 330nm이상, 600nm이하의 범위에 있고,
    상기 일정 간격은, 0.7㎛이상, 5.0㎛이하인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼우는 것으로 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저이고,
    상기 채널부의 폭은, 10㎛이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저광 흡수영역을 칩 단면부에만 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저광 흡수영역은, 아모퍼스 실리콘층인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저광 흡수 영역은, 이온주입에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저광 흡수영역은, Zn확산에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  14. 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼우는 것으로 구성하는 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에 있어서,
    상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 601nm이상, 700nm이하의 범위에 있고,
    상기 더블 채널형 리지 구조의 채널부의 폭은, 5㎛보다 넓고, 10㎛보다 좁은 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  15. 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼우는 것으로 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에 있어서,
    상기 반도체 레이저의 발진 파장은, 701nm이상, 900nm이하의 범위에 있고,
    상기 더블 채널형 리지 구조의 채널부의 폭은, 5㎛보다 넓고, 10㎛보다 좁은 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  16. 리지를 상기 리지보다 등가 굴절율이 작은 채널부에 끼우고, 상기 채널부를 상기 채널부보다 등가 굴절율이 큰 층에 끼우는 것으로 구성하는, 더블 채널형 리지 구조의 반도체 레이저에 있어서,
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