KR101579988B1 - 반도체 레이저 - Google Patents

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Abstract

동작 전류가 낮고, 고온 출력시에 있어서도 안정하게 발진하는 반도체 레이저를 제공한다. 기판(10)과, 기판(10) 상에 마련된 n형 클래드층(12)과, n형 클래드층(12) 상에 마련된 활성층(13)과, 활성층(13) 상에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, 전류 통로로 되는 스트라이프 형상의 리지 구조를 갖는 p형 클래드층(14)과, 리지 구조의 상면을 제외한 p형 클래드층(14)의 표면에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, Al의 조성비가 p형 클래드층(14)의 Al의 조성비 이하인 전류 블럭층(16)과, 전류 블럭층(16) 상에 마련되고, 레이저 발진 파장에 대해 광을 흡수하는 광흡수층(17)을 구비한다.

Description

반도체 레이저{SEMICONDUCTOR LASER}
본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로, 특히 전류를 가두는 층과 광을 가두는 층이 각각 독립되어 있는 반도체 레이저에 관한 것이다.
광 정보 처리 기기의 광원으로서 이용되는 반도체 레이저는, 장수명이고, 온도에 따른 임계값 전류의 변화가 작으며, 또한 저잡음의 것이 요구된다. 광 정보 처리 기기에 이용되는 반도체 레이저로서는, 발진 파장이 적색 대역이고, 2층 구조의 전류 블럭층을 구비한 리지(ridge)형 반도체 레이저 등을 채용할 수 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
광 정보 처리 기기에 싱글 모드 반도체 레이저를 이용한 경우, 광 디스크 등에 의해서 반사된 레이저광이 반도체 레이저에 입사하면 광 간섭으로 인해 발진 상태가 불안정하게 변화하여, 잡음의 원인으로 된다. 이와 같이 회귀광에 의한 잡음은 반도체 레이저가 광 디스크 등의 재생 기록용 광원 등으로 사용되는 경우에 큰 지장으로 된다.
이 회귀광에 의한 잡음을 저감하기 위해서, 반도체 레이저의 출력을 고주파 중첩 회로에 의해서 변조하여 레이저광의 간섭성을 저하시키는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 고주파 전류를 생성하기 위한 고주파 중첩 회로가 별도로 필요해지기 때문에, 반도체 레이저를 내장하는 광 정보 처리 기기의 소형화에 적합하지 않다. 그래서, 최근에는, 외부에 고주파 중첩 회로를 마련하지 않고 반도체 레이저의 출력을 주기적으로 변동시키는 소위 자려 발진(self pulsation) 레이저가 저비용이고 소형화에 적합하므로 관심을 모으고 있다.
그러나, 자려 발진 레이저는, 고온 출력시에서는 싱글 모드화하게 된다고 하는 문제가 있다. 즉, 종래의 자려 발진 레이저에 있어서, 싱글 모드 레이저에 고주파 전류를 중첩시켰 때와 동일한 효과는 저온 출력시밖에 보증되지 않는다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-124736호 공보
상기 문제점을 감안하여, 본 발명은, 동작 전류가 낮고, 고온 출력시에 있어서도 안정하게 발진하는 반도체 레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명의 일 형태에 따르면, 기판과, 기판 상에 마련된 제 1 도전형 클래드층과, 제 1 도전형 클래드층 상에 마련된 활성층과, 활성층 상에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, 전류 통로로 되는 스트라이프 형상의 리지 구조를 갖는 제 2 도전형 클래드층과, 리지 구조의 상면을 제외한 제 2 도전형 클래드층의 표면에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, Al의 조성비가 제 2 도전형 클래드층의 Al의 조성비 이하인 전류 블럭층과, 전류 블럭층 상에 마련되고, 레이저 발진 파장에 대해 광을 흡수하는 광흡수층을 구비하는 반도체 레이저인 것을 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 동작 전류가 낮고, 고온 출력시에 있어서도 안정하게 발진하는 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도,
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 가간섭성(可干涉性) 및 온도 변화의 QW수(數) 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 동작 전류 및 온도 변화의 QW수 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 동작 전류 및 온도 변화의 공진기 길이 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 발진 임계값 및 p형 클래드층의 Al 조성비 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 가간섭성 및 동작 전류의 리지 보텀 폭 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 25℃에 있어서의 가간섭성과 제 1 p형 클래드층 두께 및 전류 블럭층의 층 두께 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 70℃에 있어서의 가간섭성과 제 1 p형 클래드층 두께 및 전류 블럭층의 층 두께 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 25℃에 있어서의 동작 전류와 제 1 p형 클래드층 두께 및 전류 블럭층의 층 두께 의존성에 대해 나타내는 그래프,
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 70℃에 있어서의 동작 전류와 제 1 p형 클래드층 두께 및 전류 블럭층의 층 두께 의존성에 대해 나타내는 그래프이다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호로 나타내고 있다. 단, 도면은 모식적인 것으로, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 상이하다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명에 비추어 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
(실시 형태)
본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(10)과, 기판(10) 상에 마련된 n형(제 1 도전형) 클래드층(12)과, n형 클래드층(12) 상에 마련된 활성층(13)과, 활성층(13) 상에 마련된 알루미늄(Al)을 함유하는 화합물이고, 전류 통로로 되는 스트라이프 형상의 리지 구조를 갖는 p형(제 2 도전형) 클래드층(14)과, 리지 구조의 상면(上面)을 제외한 p형 클래드층(14)의 표면에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, Al의 조성비가 p형 클래드층(14)의 Al의 조성비 이하인 전류 블럭층(16)과, 전류 블럭층(16) 상에 마련되고, 레이저 발진 파장에 대해 광을 흡수하는 광흡수층(17)을 구비한다.
기판(10)은, 예컨대, n형의 도펀트로서 실리콘(Si)이 도핑된 도전성의 n형(제 1 도전형)의 갈륨비소(GaAs)로 이루어지는 반도체 기판이다.
n형 클래드층(12)은, 예컨대, n형의 도펀트로서 농도가 약 7.0×1017㎝-3의 Si가 도핑된 InGaAlP로 이루어진다. n형 클래드층(12) 상에는, n형의 도펀트로서 농도가 약 2.3×1017㎝-3의 Si가 도핑된 InGaAlP로 이루어지고, 활성층(13) 내의 광 밀도를 조정하는 역할을 갖는 n형 광 가이드층(도시 생략)을 마련하는 것이 바람직하다.
활성층(13)은 n형 클래드층(12)으로부터 공급되는 전자와 p형 클래드층(14)으로부터 공급되는 정공이 재결합하여 광을 발생한다. 활성층(13)은, 예컨대, 우물층(웰층)을 우물층보다 밴드 갭이 큰 배리어층(층장벽층)으로 샌드위치 형상으로 끼운 양자 우물(QW) 구조로 할 수 있다. 또, 이 양자 우물 구조는, 우물층이 하나가 아니라 다중화하여도 좋고, 활성층(13)을 다중 양자 우물 구조(MQW)로 하는 것도 가능하다. MQW인 활성층(13)은 InGaAlP와 인듐·갈륨·인(InGaP)이 교대로 5~8페어 적층된 구조로 할 수 있다. 활성층(13)의 두께는 15~90㎚ 정도이다. 활성층(13) 상에는, 예컨대 p형의 도펀트로서 농도가 약 3.5×1017㎝-3의 마그네슘(Mg)이 도핑된 InGaAlP로 이루어지고, 활성층(13) 내의 광 밀도를 조정하는 역할을 갖는 p형 광 가이드층(도시 생략)을 마련하는 것이 바람직하다.
p형 클래드층(14)은 제 1 p형 클래드층(14a)과 제 2 p형 클래드층(14b)에 의해 구성되고, 제 1 p형 클래드층(14a)과 제 2 p형 클래드층(14b)의 경계에는 에칭 저지층(15)이 마련되어 있다. 제 1 p형 클래드층(14a)은 층 두께 t1(리지 구조가 없는 개소의 p형 클래드층(14)의 두께)이 200~500㎚인 평탄한 층이다. 제 2 p형 클래드층(14b)은, 리지 상부(탑(top)) 폭 d1이 1.0~3.5㎛, 리지 하부(보텀) 폭 d2가 1.5~4.0㎛, 스트라이프 방향의 길이(공진기 길이) L이 250~500㎛인 스트라이프 형상의 리지 구조이다. 제 1 p형 클래드층(14a)과 제 2 p형 클래드층(14b)은, 예컨대, p형의 도펀트로서 농도가 약 7.0×1017㎝-3인 Mg가 도핑된 InGaAlP로 이루어진다.
전류 블럭층(16)은 투명하고 활성층(13)에서 생긴 레이저광을 가두지 않고(흡수하지 않고), 전류만을 가두는 기능을 갖는다. 전류 블럭층(16)은 전류를 가두는 기능에 의해, 활성층(13)에 주입되는 전류를 협착(狹窄)하여, 활성층(13)에서의 전류 밀도를 상승시킬 수 있다. 전류 블럭층(16)에 이용하는 재료로서는, 활성층(13)에서 생긴 레이저광을 흡수하지 않는 재료, 또한, 주입되는 전류를 가둘 수 있는 재료인 것이 필요하다. 우선, 활성층(13)에서 생긴 레이저광을 흡수하지 않는 재료인 조건을 만족시키는 전류 블럭층(16)에 이용하는 재료로서는, 활성층(13)과 동일한 재료, 또는 활성층(13)의 밴드 갭보다 큰 재료를 이용할 수 있다. 또한, 주입되는 전류를 가둘 수 있는 재료인 것의 조건을 만족시키는 전류 블럭층(16)에 이용하는 재료로서는, p형 클래드층(14)의 밴드 갭보다 큰 재료가 아니면 않되며, 예컨대, 전류 블럭층(16) 내에서의 Al의 조성비가 p형 클래드층(14)의 Al의 조성비 이하로 설정되면 되고, 또한, p형 클래드층(14)과의 Al의 조성비의 차가 5% 이내로 설정되는 것이 바람직하다. 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2는, 전류 소자 효과를 충분히 얻기 위해서, 100~400㎚인 것이 바람직하다. 전류 블럭층(16)은, 예컨대, n형의 도펀트로서 농도가 약 1.1×1018㎝-3인 Si가 도핑된 InGaAlP로 이루어진다.
광흡수층(17)은, 활성층(13)에서 생긴 레이저광을 흡수할 수 있어, 반도파(反導波) 작용에 의해 레이저광을 가둘 수 있다. 광흡수층(17)은, p형 클래드층(14)의 밴드 갭보다 큰 재료로 구성되어 있는 경우는 주입되는 전류를 가두는 전류 블럭층으로서의 기능도 겸한다. 광흡수층(17)은, 예컨대, n형의 도펀트로서 농도가 약 1.1×1018㎝-3인 Si가 도핑된 GaAs로 이루어진다. 광흡수층(17)은, 활성층(13)의 밴드 갭보다 작으면 되고, 도핑에 관해서는 p형, n형, 및 넌도핑 중 어느 것이더라도 무방하다.
밴드 불연속 완화(BDR)층(18)은 제 2 p형 클래드층(14b)인 리지 구조의 상면에 마련되어 있다. BDR층(18)은, 예컨대 p형의 도펀트로서 농도가 약 4.0×1018㎝-3인 Mg가 도핑된 InGaP로 이루어진다.
콘택트층(19)은 전류 블럭층(16), 광흡수층(17) 및 BDR층(18) 상에 마련되어 있다. 콘택트층(19)은, p측 전극(21)을 형성하는 층이기 때문에, 결정성이 좋고, 캐리어 농도가 큰 층을 형성하면 전극 재료와 오믹이 얻어지기 쉬워진다. 콘택트층(19)은, 예컨대, p형의 도펀트로서 농도가 약 1.5×1019㎝-3인 아연(Zn)이 도핑된 GaAs로 이루어진다.
n측 전극(20)은 기판(10)의 n형 클래드층(12)이 마련되어 있는 면의 반대면측에 마련되고, 기판(10)과 오믹 접속되어 있다. n측 전극(20)으로서는, AuGe/Ni/Au 전극이나 Au/Sn/Cr 전극 등을 이용할 수 있다.
p측 전극(21)은, 콘택트층(19) 상면에 마련되고, 콘택트층(19)과 오믹 접속되어 있다. p측 전극(21)으로서는, Ti/Pt/Au 전극이나 Au/Cr 전극 등을 이용할 수 있다.
이하에, 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 제조 방법에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다.
우선, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, n형의 GaAs 기판(10) 상에, n형 클래드층(12), 활성층(13), 제 1 p형 클래드층(14a), 에칭 저지층(15), 제 2 p형 클래드층(14b), BDR층(18)을 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)에 의해 순차적으로 에피택셜 성장시킨다.
다음으로, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, BDR층(18) 상에 리지 구조를 형성하기 위한 마스크(30)를 형성한다. 그리고, 마스크(30)를 사이에 둔 상태에서 BDR층(18) 및 제 2 p형 클래드층(14b)를 에칭한다. 이 에칭에서는, 에칭 저지층(15)보다 깊게 에칭이 진행되지 않도록 한다. 이와 같이 에칭 저지층(15)까지 에칭을 행하는 것에 의해, 리지 구조의 바닥부로부터 활성층(13)까지의 거리 t1을 일정한 거리로 유지할 수 있어, 레이저 특성을 안정화시키는 것이 가능해진다. 그리고, 리지 구조의 바닥부 이외에 잔존하고 있는 에칭 저지층(15)을 제거한다.
다음으로, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 마스크(30)를 사이에 둔 상태에서 제 1 p형 클래드층(14a) 및 제 2 p형 클래드층(14b)의 리지 구조 측면에 전류 블럭층(16), 광흡수층(17)을 MOCVD법에 의해 순차적으로 에피택셜 성장시킨다. 에피택셜 성장이 종료한 후에, 마스크(30)를 제거한다.
다음으로, 전류 블럭층(16), 광흡수층(17) 및 BDR층(18) 상에 콘택트층(19)을 MOCVD 법에 의해 에피택셜 성장시킨다. 에피택셜 성장이 종료한 후에, 기판(10)측에 n측 전극(20), 콘택트층(19)측에 p측 전극(21)을 형성하는 것에 의해, 도 1 및 도 2에 나타낸 반도체 레이저가 제조된다.
이하에, 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 동작에 대하여 설명한다.
n측 전극(20) 및 p측 전극(21) 사이에, 레이저광 생성에 필요한 캐리어를 활성층(13)에 주입하기 위한 전압이 인가된다.
p형의 반도체층과 n형의 전류 블럭층(16) 사이의 pn 접합에는 역바이어스가 인가되기 때문에, 전류는 전류 블럭층(16)을 흐르지 않고, 스트라이프 형상의 리지 구조 부분에 협착된다. 그 결과, 전류는 활성층(13) 중 선택된 영역(스트라이프 형상의 리지 구조의 바로 아래에 위치하는 영역)을 흐른다. 활성층(13) 중, 소정의 레벨을 초과하는 크기의 전류가 흐르는 영역은 레이저광에 대해 「이득 영역」으로서 기능하지만, 그 이외의 영역은 「가포화 흡수 영역 R」로서 기능한다.
가포화 흡수 영역 R은, 레이저광에 대한 이득 영역으로서가 아니라, 흡수 영역으로서 기능하지만, 그 흡수하는 정도(광흡수량)은 가포화 흡수 영역 R 중에 존재하는 광 여기 캐리어의 밀도에 의존한다. 여기서, 「광 여기 캐리어」란, 레이저광을 흡수하는 것에 의해 가전자대로부터 전도대로 여기된 전자 및 정공을 의미한다.
광흡수량은, 광 여기 캐리어 밀도가 높아질수록 저하되고, 광 여기 캐리어 밀도가 낮아질수록 증가한다. 가포화 흡수 영역 R의 광흡수량이 주기적으로 변동하면, 반도체 레이저 장치의 내부 손실도 주기적으로 변동하기 때문에, 레이저 발진에 필요한 임계값 전류 밀도도 주기적으로 변동한다. 그 결과, 구동 전류가 일정하게 유지되고 있더라도 실질적으로 구동 전류를 변화시킨 효과와 동일한 효과가 나타나, 자려 발진이 생긴다.
자려 발진을 안정하여 생성시키기 위해서는, 전류는 활성층(13)의 가로 방향으로 넓어지지 않도록 하고, 광 스폿 S는 세로 방향으로 넓어지게 하도록 하여, 가포화 흡수 영역 R을 넓게 확보하는 것이 중요하다.
이하에, 실시 형태에 따른 반도체 레이저에 있어서, 자려 발진을 안정하게 생기게 하기 위한 구체적인 조건에 대해 도 4~도 12의 그래프를 이용하여 검증한다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 가간섭성(코히런시) 및 온도 변화에 대한 활성층(13)의 QW수 의존성에 대해 도 4의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 활성층(13)의 QW수로 3~9페어의 반도체 레이저를 이용하고, 그 외는 동일한 조건에서 반도체 레이저의 사용하는 온도를 변화시킨다. 검증 결과, 활성층(13)의 QW수가 3,4페어일 때는, 가포화 흡수 영역 R을 넓게 확보할 수 없을 것이므로, 저온에서도 가간섭성이 높아져 단일 모드화하게 된다. 또한, 활성층(13)의 QW수를 증가시킨 9페어일 때는, QW수가 증가하는 것에 의해 활성층(13) 자체의 부피가 증가하게 되어 가포화 흡수 영역 R을 넓게 확보할 수 있게 되므로 가간섭성이 낮아지지만, QW수가 증가하면 발진 임계값이 높아져, 고온에서는 그 자기 발열로부터 동작 전류가 상승해서 열 폭주하게 된다. 따라서, 도 4의 그래프로부터, QW수는 5~8페어가 발진(pulsation) 동작을 행하는데 바람직하고, 또한 QW수가 6 또는 7페어일 때가 최적이다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 동작 전류 및 온도 변화에 대한 활성층(13)의 QW수 의존성에 대해 도 5의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 활성층(13)의 QW수로 3~9페어의 반도체 레이저를 이용하고, 그 외는 동일한 조건에서 반도체 레이저의 사용 온도를 변화시킨다. 검증 결과, 활성층(13)의 QW수를 증가시킨 9페어일 때는, QW수가 증가하면 발진 임계값이 상승하여, 고온에서는 열 폭주하게 된다. 또한, 열 폭주하지 않더라도, 동작 전류의 증대로부터 단일 모드화하게 되는 경우가 있다. 단일 모드화하게 된 경우, 단일 모드 LD는 동작 전류가 낮기 때문에, 상정(想定)한 것보다 동작 전류가 상승하지 않게 된다. 도 5의 그래프로부터, 발진(pulsation) 동작을 행하는데 바람직한 QW수는 8페어 이하라는 것을 알 수 있다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 동작 전류 및 온도 변화에 대한 공진기 길이 의존성에 대해 도 6의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 공진기 길이 L이 200㎛, 300㎛, 400㎛, 500㎛인 반도체 레이저를 이용하고, 그 외는 동일한 조건에서 반도체 레이저의 사용하는 온도를 변화시킨다. 공진기 길이 L이 짧으면, 발진 임계값이 내려가기 때문에 동작 전류는 낮아지지만, 방열성이 열화되므로, 온도에 따른 변화가 크다. 공진기 길이 L이 길면 , 발진 임계값이 높아지기 때문에 동작 전류는 높아지게 된다. 사용 출력·동작 전류에 따라 다르지만, 도 6의 그래프로부터는, 공진기 길이 L이 250~500㎛ 정도이면 자려 발진(self pulsation)을 안정하게 생기게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 발진 임계값 및 p형 클래드층(14)의 Al 조성비 의존성에 대해 도 7의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 전류 블럭층(16)의 Al 조성비가 0.4, 공진기 길이 L이 500㎛, 활성층(13)의 QW수가 4페어라는 조건에서, p형 클래드층(14)의 Al 조성비를 변화시킨 반도체 레이저를 이용한다. 전류 블럭층(16)의 Al 조성비는 일반적으로 0.4~0.6 정도이며, 전류 블럭층(16)은 p형 클래드층(14)보다 밴드 갭을 크게 하기 때문에, p형 클래드층(14)의 Al 조성비는 전류 블럭층(16)보다 높아진다. Al 조성비가 높을수록 광도 캐리어도 가두기가 강하게 되어 동작 전류가 내려가지만, p형 불순물의 도핑이 곤란하게 된다. 산화도 되기 쉬워지므로 프로세스 상에도 난점이 있다. 그리고, 검증 결과, 도 7의 그래프에서 나타낸 바와 같이, p형 클래드층(14)의 Al 조성비가 0.6~0.8 정도일 때에 반도체 레이저의 발진 임계값이 낮아져 있어, p형 클래드층(14)의 Al 조성비는 0.6~0.8 정도에서 최적값이 존재한다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 가간섭성 및 동작 전류의 리지 보텀 폭 d2 의존성에 대해 도 8의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 리지 보텀 폭 d2만을 변화시키고 그 외는 동일한 조건의 반도체 레이저를 이용한다. 이 검증에서 가간섭성과 리지 보텀 폭 d2 의존성에 대해서는, 리지 보텀 폭 d2가 소정의 일정값보다 넓어지면 가간섭성이 높아져 단일 모드화하게 된다. 또한, 동작 전류와 리지 보텀 폭 d2 의존성에 대해서는, 리지 보텀 폭 d2가 좁아지면 가포화 흡수 영역 R이 커지지만, 직렬 저항이 올라가기 때문에 동작 전류가 높아져 악화된다. 리지 보텀 폭 d2가 넓어지면 직렬 저항이 내려가기 때문에 동작 전류가 내려가지만, 킹크(kink)가 발생하기 쉬워지므로 리지 보텀 폭 d2를 매우 넓게 하더라도 동작 전류가 높아져 악화된다. 이들 결과로부터, 리지 보텀 폭 d2는 1.5~4.0㎛이 바람직하고 또한 바람직하게는 2.0~3.5㎛이다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 25℃, 70℃에서의 가간섭성과 제 1 p형 클래드층 두께 t1 및 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2 의존성에 대해 도 9 및 도 10의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 0㎚, 100㎚, 200㎚, 300㎚의 반도체 레이저를 이용하고, 그 외는 동일한 조건에서 제 1 p형 클래드층 두께 t1을 변화시킨다. 도 9의 그래프는 온도가 25℃일 때를 나타내고 있고, 도 10은 온도가 70℃일 때를 나타내고 있다. 검증 결과, 온도가 25℃일 때는, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 0㎚(전류 블럭층(16) 아님)에서는, 제 1 p형 클래드층 두께 t1이 300㎚ 이상에서 가간섭성이 낮아 발진(pulsation) 동작 가능하고, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 100㎚, 200㎚, 300㎚에서는, 제 1 p형 클래드층 두께 t1이 200㎚ 이상에서 발진 동작 가능하다. 온도가 70℃일 때는, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 200㎚, 300㎚에서, 제 1 p형 클래드층 두께 t1이 300㎚ 이상에서 가간섭성이 낮아 발진 동작 가능하다. 따라서, 안정한 발진 동작 가능해지는 것은, 제 1 p형 클래드층 두께 t1이 200~500㎚이고, 또한, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 100~400㎚인 것이 바람직하고, 또한 제 2 도전형 클래드층 두께(제 1 p형 클래드층 두께 t1)와 전류 블럭층의 층 두께 t2를 합친 두께는 400~800㎚인 것이 바람직하다.
실시 형태에 따른 반도체 레이저의 25℃, 70℃에서의 동작 전류와 제 1 p형 클래드층 두께 t1 및 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2 의존성에 대해 도 11 및 도 12의 그래프를 이용하여 검증한다. 이 검증에서는, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 0㎚, 100㎚, 200㎚, 300㎚인 반도체 레이저를 이용하고, 그 외는 동일한 조건에서 제 1 p형 클래드층 두께 t1을 변화시킨다. 도 11의 그래프는 온도가 25℃일 때를 나타내고 있고, 도 12는 온도가 70℃일 때를 나타내고 있다. 검증 결과, 온도가 25℃일 때는, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 0㎚(전류 블럭층(16) 아님)에서는, 제 1 p형 클래드층 두께 t1이 200㎚ 이상에서 동작 전류가 높아져 악화되는 경향을 볼 수 있다. 그 외의 조건에서는, 동작 전류가 그다지 높아지지 않아 안정되어 있다. 온도가 70℃일 때는, 전체적으로 동작 전류가 높아져 있지만, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 200㎚, 300㎚인 경우 등에서는, 전류 블럭층(16)의 층 두께 t2가 0㎚(전류 블럭층(16) 아님)에 비하여 약 30㎃의 동작 전류의 감소를 확인할 수 있다. 따라서, 전류 블럭층(16)이 있음으로써, 동작 전류를 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저에 의하면, 활성층(13)에서 생긴 레이저광을 투과하여, 전류만을 억제하는 기능을 갖는 전류 블럭층(16)을, 광을 가두는 광흡수층(17)의 안쪽에 구비하는 것에 의해서, 광의 넓이인 광 스폿 S를 작게 하는 일없이, 전류의 확대 억제를 강화할 수 있다. 광 스폿 S를 넓힌 채로, 전류의 확대를 억제함으로써, 가포화 흡수 영역 R을 넓게 확보할 수 있기 때문에, 자려 발진(self pulsation)을 안정하게 발생시킬 수 있다.
또한, 실시 형태에 따른 반도체 레이저에 의하면, 동작 전류의 상승에 기여하는 활성층(13)의 부피를 늘리고(QW수를 늘리고), 및 제 1 p형 클래드층 두께 t1을 두껍게 하는 일없이, 전류 블럭층(16) 및 광흡수층(17)을 독립적으로 마련함으로써 가포화 흡수 영역 R을 넓게 확보하기 때문에, 동작 전류의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 실시 형태에 따른 반도체 레이저에 의하면, 동작 전류가 낮게 발진할 수 있기 때문에, 고온에서도 열 폭주하는 일없이, 고온 출력시에 있어서도 자려 발진(self pulsation)을 안정하게 발생시킬 수 있다.
(그 외의 실시 형태)
상기한 바와 같이, 본 발명은 실시 형태에 의해서 기재했지만, 본 개시의 일부를 이루는 기술(記述) 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 본 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 밝혀질 것이다.
예컨대, 실시 형태에 있어서는, 1파장의 반도체 레이저에 대해 기재했지만, DVD 읽기용 650㎚의 레이저광과, CD(CD-R) 읽기용 780㎚의 레이저광의 2파장의 반도체 레이저를 동일 기판에 탑재하는 모노리틱(monolithic)형 및 멀티 칩형에 실시 형태에 따른 반도체 레이저를 채용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재하고 있지 않는 다양한 실시 형태 등을 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 본 개시로부터 타당한 특허청구범위의 발명 특정 사항에 의해서만 한정되는 것이다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 동작 전류가 낮고, 고온 출력시에 있어서도 안정하게 발진하는 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
10: 기판
12: n형 클래드층
13: 활성층
14: p형 클래드층
14a: 제 1 p형 클래드층
14b: 제 2 p형 클래드층
15: 에칭 저지층
16: 전류 블럭층
17: 광흡수층
18: BDR층
19: 콘택트층
20: n측 전극
21: p측 전극
30: 마스크

Claims (9)

  1. 기판과,
    상기 기판 상에 마련된 제 1 도전형 클래드층과,
    상기 제 1 도전형 클래드층 상에 마련된 활성층과,
    상기 활성층 상에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, 전류 통로로 되는 스트라이프 형상의 리지 구조(stripe-shaped ridge structure)를 갖는 제 2 도전형 클래드층과,
    상기 리지 구조의 상면(上面)을 제외한 상기 제 2 도전형 클래드층의 표면에 마련된 Al을 함유하는 화합물이고, Al의 조성비가 상기 제 2 도전형 클래드층의 Al의 조성비 이하임과 아울러, 상기 제 2 도전형 클래드층과의 Al의 조성비의 차가 5% 이내인 전류 블럭층과,
    상기 전류 블럭층의 표면 상에 직접 접하도록 마련되고, 레이저 발진 파장에 대해 광을 흡수하는 광흡수층으로서, 상기 광흡수층은 상기 제 2 도전형 클래드층의 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 갖는 재료로 형성되고, 주입되는 전류를 가두는 전류 블럭층으로서의 기능도 겸하는 광흡수층과,
    상기 전류 블럭층, 밴드 불연속 완화층, 및 상기 광흡수층의 각각의 상면으로서 상기 리지 구조의 상면보다 높은 위치에만 형성된 콘택트층
    을 구비하되,
    상기 리지 구조의 측면측이고 또한 상기 콘택트층 바로 아래의 스페이스 전체는 상기 전류 블럭층과의 사이에 상기 광흡수층이 채워지고,
    상기 활성층 내이고 또한 상기 전류 블럭층 아래에 형성된 가포화 흡수 영역이 상기 활성층에서 생긴 레이저광의 흡수 및 방출을 행하여 자려 발진(self pulsation)하고,
    상기 가포화 흡수 영역은 상기 광흡수층과는 상이한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 5~8페어의 우물층이 적층된 다중 양자 우물 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 구조가 없는 개소의 상기 제 2 도전형 클래드층의 두께는 200~500㎚이고, 또한, 상기 전류 블럭층의 두께는 100~400㎚인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 구조가 없는 개소의 상기 제 2 도전형 클래드층과 상기 전류 블럭층을 합친 두께는 400~800㎚인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 구조의 바닥부의 폭은 1.5~4.0㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층의 두께는 15~90㎚인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리지 구조의 스트라이프 방향의 길이는 250~500㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  9. 삭제
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