KR20010021336A - 반도체 레이저장치 - Google Patents

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KR20010021336A
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Abstract

클레드층과 활성층과의 경계면에서 생기는 밴드갭 불연속을 감소시켜, 동작전압, 동작전류의 향상을 도모한 반도체 레이저장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 있어서의 반도체 레이저장치는, 결정기판과, 결정기판 상에 설치되는 제1 파장의 레이저광을 방출하는 제1 레이저소자부 및, 결정기판 상에 설치되는 제1 파장과는 다른 제2 파장의 레이저광을 방출하는 제2 레이저소자부를 갖춘 반도체 레이저장치에 있어서, 제1 레이저소자부는 막 두께가 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하인 벌크구조의 활성층을 갖추고, 제2 레이저소자부는 양자정호층과 장벽층과의 적층구조로 이루어진 활성층을 갖춘 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 레이저장치{A SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
본 발명은 반도체 레이저, 특히 다른 파장의 레이저광을 하나의 칩으로부터 출력하는 다파장 반도체 레이저장치에 관한 것이다.
광디스크·시스템은, 소형으로 대용량의 데이터를 기록할 수 있기 때문에, 널리 실용화 되고 있다. 특히, DVD(Digital Versatile Disk) 시스템은, 차세대의 무비, ROM, RAM 등의 주류 시스템으로서, 그 실용화가 급속히 진행되고 있다. 한편, 광디스크로서는, 종래의 CD(Compact Disk) 시스템 또는 CD-R(Compact Disk-Recordable) 시스템이 널리 보급되고 있으며, DVD 시스템은 CD 시스템과의 호환성을 갖는 것이 요구되고 있다. 즉, DVD 시스템은 CD나 CD-R의 디스크에 대해서도 데이터의 판독이나 기록을 실시할 수 있도록 할 필요가 있다. 이들의 광디스크·시스템에 있어서는, 디스크 상에 기록된 정보의 독출·기록을 행하기 위해, 반도체 레이저를 이용한 광픽업이 이용된다.
도 9는 종래의 DVD 시스템의 광픽업으로서 제안되고 있는 대략 전형적인 구성을 나타낸 설명도이다. 즉, 동 도면의 광픽업은, CD의 디스크에 대해 호환성을 갖는 것이고, DVD용의 광집적유닛(1)과, CD 및 CD-R용의 광집적유닛(2)을 갖춘다. DVD용의 광집적유닛(1)으로부터 출사되는 파장 650nm의 레이저광은 다이클록·프리즘(3)을 통과하여, 집광렌즈(4), 상승미러(5), 파장선택성 조리개(6), 대물렌즈(7)를 경유하여 광디스크(9)에 도달한다. 한편, CD용의 광집적유닛(2)으로부터 출사되는 파장 780nm의 레이저광은 프리즘(3)에 의해 반사된 후, DVD용의 파장 650nm 레이저광과 거의 동일한 광로를 거쳐, CD 또는 CD-R 디스크(8)에 도달한다. 한편, 디스크로부터의 되돌림 광은 상기 기술한 것과는 반대의 경로를 거쳐, 각각 DVD용 또는 CD용의 집적유닛(1,2)에 도달한다.
그러나, 이와 같은 종래의 광픽업은, 파장 650nm의 레이저광 및 파장 780nm의 레이저광을 얻기 위해 2개의 다른 광집적유닛이 이용되고 있기 때문에, 구성이 복잡하고, 소형경량화가 곤란하다는 문제를 갖고 있다. 또한, 각각의 광원에 대한 미묘한 위치조정을 그때마다 행하는 번잡한 공정이 반드시 필요하여 많은 시간을 필요로 했다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 건 출원인은 650nm 및 780nm의 2개의 다른 파장의 레이저광을 1칩으로부터 독립적으로 출력하는 것이 가능한 2파장 레이저라 부르는 반도체 레이저장치를 발명하여, 특원평10-181068호로서 출원했다.
특원평10-181068호에 개시된 반도체 레이저장치의 일예를 도 10에 나타냈다. 도 10의 반도체 레이저장치에서는, 2개의 파장이 다른 레이저광을 출력하기 위해, 광축 방향에 2개의 활성영역을 병렬로 배치하고 있다.
또한, 레이저구조로서, p형 InGaAlP클레드층을 릿지형으로 형성하고, 릿지의 양측을 클레드층의 V족 원소 P와 다른 V족 원소 As를 함유하는 n형 GaAs층으로 매립하고, 이 n형 GaAs층이 전류저지영역으로 되어 활성층에 흐르는 전류를 협착(狹窄)함과 동시에, 활성층보다 밴드갭이 좁은 GaAs층에 의해 릿지의 양측 하부의 활성층중을 도파하는 광을 흡수하여, 횡모드를 단일화 한다는 SBR(Selectively Buried Ridge)이라 불리는 구조를 이용하고 있다.
상세하게는, 어느 쪽의 레이저소자부 100, 101에 있어서도, 기판(124) 상에 n형 버퍼층 102, 112, n형 InGaAlP클레드층 103, 113, InGaAlP광가이드층 104, 114, 다중양자정호 활성층 105, 115, InGaAlP광가이드층 106, 116, 제1 p형 InGaAlP클레드층 107, 117, p형 InGaP에칭스톱층 108, 118, 제2 p형 InGaAlP클레드층 109, 119, p형 InGaP통전용이층 110, 120, n형 전류저지층 123, p형 GaAs콘택트층 122가 이 순서로 적층되어 있다.
여기서, 파장 780nm의 레이저소자부(100)에 있어서는, 활성층(105)은 Ga0.9Al0.1As정호층과 Ga0.65Al0.35As장벽층과의 다중양자정호 구조를 갖는다. 파장 650nm의 레이저소자부(101)에 있어서는, 활성층(115)은 In0.5Ga0.5As정호층과 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P장벽층과의 다중양자정호 구조를 갖는다.
즉, 파장 780nm의 활성층(105)과 클레드층(103, 107, 109)에서는 서로 다른 V족 원소, 즉 P와 As를 함유하고, 또 파장 650nm의 활성층(115)과 클레드층(113, 117, 119)에서는 서로 공통의 V족 원소 P를 함유하고 있다. 이 구조에 의해, 소자 100과 101의 클레드층 103, 107, 109와 113, 117, 119의 조성과 막 두께, 통전용이층 110, 120의 조성과 막 두께 및, 전류저지층(123)의 조성과 막 두께, 콘택트층(122)의 조성과 막 두께를 모두 공통화 하는 것이 가능해져, 제작공정이 상당히 용이하면서 제어 정밀도가 높은 것으로 할 수 있도록 되었다.
그러나, 여기에도 문제가 발생하고 있다. 이 문제에 대해 도 11에 의해 설명한다. 도 11은 각 반도체층의 조성, 도핑농도, 층 두께를 고려하여, 전극에 순방향의 전압 2.5V를 인가한 경우의 에너지 밴드 다이어그램, 페르미 레벨 다이어그램 및, 전자전류밀도의 분포를 시뮬레이션 하고, n형 클레드층(103)부터 p형 제3 클레드층(109)까지 적층방향에 따라 플롯한 것이다. n형 클레드층은 In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P로서 Al 조성을 0.7로 하고, 도핑농도는 2 ×1017cm-3, 층 두께는 1㎛이다. 가이드층, 장벽층의 조성은 비도프의 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P로 했다. 활성층은 2중양자정호(DQW: Double Quantum Well)로, 각각 층 두께 10nm로 비도프의 Al0.1Ga0.9As 구성되는 것으로 했다. p형 클레드층은 에칭스톱층을 끼워 2개인데, 어느 쪽도 조성은 n형 클레드층과 동일하고, 도핑농도는 1 ×1018cm-3로 하고, 총 층 두께가 n형 클레드층과 동일하게 되도록 설정하고 있다. 공진기 길이는 600㎛로 했다.
도면중의 전도대 에너지 레벨은, n형 클레드층(103)과 접하는 InGaAlP가이드층(104)과 AlGaAs정호층과의 경계면에서, 정호의 깊이에 비하여 45%에 도달하는 것과 같은 큰 돌기가 생기고 있다. 이는 에너지 밴드갭이 크게 다른 반도체가 접하고 있는 경우에 생기는 밴드갭 불연속(Band gap discontinuity)이라 불리는 현상이다. 도 11의 경우, InGaAlP의 에너지 밴드갭(2eV정도)과 AlGaAs의 밴드갭(1.6eV정도)이 크게 다르게 되어 있는 것에 의한다. 또한, 동일한 이유에 의해, 2개의 AlGaAs정호층 저부의 에너지 레벨이 정호층의 깊이에 비하여 40%정도로 현저하게 높이가 다르게 되어 있다. 이 때문에, 활성층에 주입된 전자전류가 2개의 정호층에 대해 균일하게 주입되지 않고, 소위 불균일 주입이라 불리는 상태로 되고 있다. 이들 밴드갭 불연속과 불균일 주입에 의해, 전자전류의 주입효율은 상당히 낮아진다. 상기의 경우에는 활성층에 있어서의 전자전류밀도는 280A/cm2로 되고, 레이저 발진에 필요한 밀도로 되는 수백~수kA/cm2에 만족하지 않는다. 통상의 780nm대 또는 650nm의 레이저에서는 2.5V정도의 인가전압이면, 수mW정도의 레이저광출력이 얻어지고 있어, 주입효율의 낮음을 이해할 수 있다. 실제로 상기 구조에서 공진기 길이가 400㎛의 레이저를 시험제작한 결과에 의하면, 레이저 발진이 일어나는 전압은 2.7V 이상으로 된다. 또한, 5mW의 광출력이 얻어지는 전압은 2.8V 이상으로 되어, 시뮬레이션 결과의 경향과 일치했다. 이와 같이 높은 전압으로 레이저를 동작시키면, 레이저의 구동회로의 소비전력이 증가함으로써 각 회로소자의 규격이 엄격해져 높은 비용을 초래하고, 또 소비전력의 증가에 의해, 발열에 대한 대책을 행하지 않으면 안되는 등, 회로설계상의 큰 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 클레드층과 활성층과의 경계면에서 생기는 밴드갭 불연속의 높이를 감소시켜, 동작전압, 동작전류의 향상을 도모한 반도체 레이저를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 반도체 레이저장치에 있어서의 릿지 스트라이프에 대해 수직인 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예의 반도체 레이저장치에 대해, 밴드 다이어그램과 전자전류밀도분포를 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 설명도,
도 3은 본 발명의 제1실시예의 반도체 레이저장치에 있어서의 각 특성을 나타낸 설명도,
도 4는 본 발명의 제2실시예의 반도체 레이저장치에 있어서의 릿지 스트라이프에 대해 수직인 단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예의 반도체 레이저장치에 대해, 밴드 다이어그램과 전자전류밀도분포를 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 설명도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 레이저장치의 단면도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 레이저장치의 상면도,
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 레이저장치의 단면도,
도 9는 종래의 DVD시스템의 광픽업으로서 제안되고 있는 대략 전형적인 구성을 나타낸 설명도,
도 10은 관련기술에 의한 2파장 반도체 레이저장치의 릿지 스트라이프에 대해 수직인 단면도,
도 11은 관련기술에 의한 2파장 반도체 레이저장치에 대해, 밴드 다이어그램과 전자전류밀도분포를 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 설명도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 --- n형 GaAs기판, 11 --- n형 버퍼층,
12 --- n형 클레드층, 14 --- 활성층,
16 --- 제1 p형 클레드층, 17 --- p형 에칭스톱층,
18 --- 제2 p형 클레드층, 19 --- p형 통전용이층,
21 --- n형 버퍼층, 22 --- n형 클레드층,
23 --- 광가이드층, 24 --- 활성층,
25 --- 광가이드층, 26 --- 제1 p형 클레드층,
27 --- p형 에칭스톱층, 28 --- 제2 p형 클레드층,
29 --- p형 통전용이층, 31 --- n형 전류저지층,
32 --- p형 콘택트층, 40 --- 파장 780nm의 레이저소자,
41 --- 파장 650nm의 레이저소자.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 레이저장치는, 결정기판과, 상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장의 레이저광을 방출하는 제1 레이저소자부 및, 상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장과는 다른 제2 파장의 레이저광을 방출하는 제2 레이저소자부를 갖춘 반도체 레이저장치에 있어서,
상기 제1 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 막 두께가 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하인 벌크구조의 활성층, 레이저의 공진방향에 따른 릿지상 스트라이프형상의 제2 도전형의 클레드층 및, 이 제2 도전형의 클레드층의 측면부분을 덮도록 활성층 상에 형성된 전류저지층에 의해 전류저지영역으로 하고, 상기 제2 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 양자정호층과 장벽층과의 적층구조로 이루어진 활성층, 레이저의 공진방향에 따른 릿지상 스트라이프형상의 제2 도전형의 클레드층을 갖추고, 이 제2 도전형의 클레드층의 측면부분을 덮도록 활성층 상에 형성된 전류저지층에 의해 전류저지영역으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 레이저소자에 있어서, 상기 제1 도전형의 클레드층과 활성층간에 설치되고, 상기 제1 도전형의 클레드층 보다도 밴드갭이 작고, 활성층보다 갭이 큰 화합물 반도체에 의한 제1 완화층과,
상기 제2 도전형의 클레드층과 활성층간에 설치되고, 상기 제2 도전형의 클레드층 보다도 밴드갭이 작고, 활성층보다 갭이 큰 화합물 반도체에 의한 제2 완화층을 더 갖춘 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부에 있어서, 상기 제2 도전형의 클레드층은 공히 구성하는 원소가 공통이고, 또 상기 전류저지층은 공히 구성하는 원소가 공통인 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 레이저장치.
더욱이, 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부에 있어서의 상기 제2 도전형의 클레드층은 공히 Iny(Ga1-xAlx)1-yP(0 ＜ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1)로 이루어지고, 상기 전류저지층은 공히 GaAs로 이루어진 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제1 레이저소자부에 있어서의 활성층은 AlzGa1-zAs(0.1 ≤ z ≤ 1)로 이루어지고, 상기 제2 레이저소자부에 있어서의 활성층은 InGaP의 양자정호층과 In0.5(Ga1-qAlq)0.5P(0 ＜ q ＜ 1)의 장벽층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제1 파장과 상기 제2 파장과의 중간의 파장에 대해, 광학막 두께가 λ/4 또는 그 기수배, λ/2 또는 그 정수배로 되는 어느 쪽의 막 두께를 갖는 막을 적어도 1층 포함하는 코팅막을 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부의 단면(端面)에 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 레이저장치는, 결정기판과, 상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장의 레이저광을 방출하는 제1 레이저소자부 및, 상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장과는 다른 제2 파장의 레이저광을 방출하는 제2 레이저소자부를 갖춘 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 제1 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 막 두께가 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하인 벌크구조의 활성층 및, 이 활성층 상에 설치된 제2 도전형의 클레드층을 갖추고, 상기 제2 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 양자정호층과 장벽층과의 적층구조로 이루어진 활성층 및, 이 활성층 상에 설치된 제2 도전형의 클레드층을 갖춘 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 관한 발진파장 780nm와 650nm의 2파장 반도체 레이저소자의 구조를 나타낸 릿지 스트라이프에 대해 수직인 단면도이다.
도면중 40이 파장 780nm의 레이저소자, 41이 650nm의 레이저소자로, 동일한 n형 GaAs결정기판(10) 상에 형성되어 있다. 양 레이저소자 40, 41 각각, 공히 제2 p형 클레드층 18, 28이 릿지라 불리는 철상(凸狀) 스트라이프로 가공되고, 양측이 GaAs전류저지층(31)으로 매립되어 있다. 이 구조에 의해 활성층에 유입되는 전류가 협착되어 활성층 내에 스트라이프형상의 이득분포가 발생한다. 또한, 활성층(14)보다 밴드갭이 작은 GaAs층(31)에 의해, 릿지 양측 아래의 활성층중을 도파하는 광중 제1 p형 클레드층(16, 26)으로 스며든 부분이 흡수됨으로써, 릿지 양측 아래의 활성층(14, 24)에 부분적인 광손실이 생겨, 횡모드가 단일로 되는 의사적인 굴절률 도파구조로 된다. 전류협착과 횡모드의 단일성에 의해 활성층 방향의 퍼짐 각 θ⊥와 수평방향의 퍼짐 각 θ//의 비인 애스팩트비가 4 이하로 작게 억제되고, 또한 실온에서 수mW의 광출력이 얻어지는 전류가 수십mA로 작아져, 의사적인 굴절률 도파구조에 의해 레이저광의 비점수차(非点收差)가 10㎛정도로 작아져, CD-ROM, DVD-ROM용 광픽업 광원에 적합한 레이저가 얻어진다.
상세하게는, 파장 780nm의 레이저소자(40)는 n형 GaAs기판(10) 상에 n형 버퍼층(11), n형 InGaAlP클레드층(12), AlGaAs활성층(14), 제1 p형 InGaAlP클레드층(16), p형 InGaP에칭스톱층(17), 제2 p형 InGaAlP클레드층(18), p형 InGaP통전용이층(19), n형 전류저지층(31), p형 GaAs콘택트층(32)이 이 순서로 적층되어 구성된다.
n형 클레드층(12)은 조성을 In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P로 하고, 층 두께는 약 1㎛, 실리콘을 도펀트로서 도핑농도가 1 ×1017cm-3이상으로 되도록 하고 있다. 도펀트로서 세렌(Se)을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 제1 p형 클레드층(16) 및 제2 p형 클레드층(18)은 In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P의 조성으로 하고, 총 층 두께를 n형 클레드층(12)과 거의 동일하게 하고, 출력되는 레이저광의 상하방향의 광강도 분포가 축대칭으로 되고, 광축이 활성층면과 평행하게 되도록 하고 있다. 도펀트는 아연이 이용되고, 도핑농도는 약 1 ×1017cm-3이상으로 되도록 했다. 또한, 마그네슘이나 카본도 도펀트로서 이용할 수 있다.
활성층(14)은 층 두께 0.01㎛ 이상 0.1㎛ 이하의 AlGaAs의 비도프층으로 하고 있으며, 소위 벌크구조라 불리는 활성층으로 한 것이 특징으로 되어 있다.
다음에, 이 구조에 의한 전류주입효율의 개선을 도 2 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 2는 상기 제1실시예에 의한 각 반도체층의 조성, 도핑농도, 층 두께를 고려하여, 전극에 순방향의 전압 2.5V를 인가한 경우의 에너지 밴드 다이어그램, 페르미 레벨 다이어그램 및, 전자전류밀도의 분포를 시뮬레이션 하고, n형 클레드층(12)부터 p형 클레드층(18)까지 적층방향에 따라 플롯한 것이다. n형 클레드층은, In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P로서 Al 조성을 0.7로 하고, 도핑농도는 2 ×1017cm-3, 층 두께는 약 1㎛로 했다. 활성층(14)은 층 두께 0.04㎛, 조성 Al0.15Ga0.85As의 비도프층으로 했다. p형 클레드층은 에칭스톱층(17)을 끼워 2개인데, 어느 쪽도 조성은 n형 클레드층(12)과 동일하고, 도핑농도는 1 ×1018cm-3으로 하고, 총 층 두께를 n형 클레드층과 동일하게 설정하고 있다. 공진기 길이는 600㎛로 했다.
도 2에 나타낸 n형 클레드층(12)과 AlGaAs활성층(14)간에 생기는 밴드갭 불연속의 스파이크 높이는 활성층의 에너지 깊이에 비해 25%이고, 도 4에 나타낸 밴드갭 불연속의 스파이크 높이가 정호(井戶)의 에너지 깊이에 비해 45%인 것에 비해 대폭 낮게 되어 있다. 또한, AlGaAs활성층(14) 내의 저부 밴드레벨은 극히 평탄하여, 도 4에 나탄내 바와 같은 불균일 주입의 문제는 없다. 이들 개선에 의해 활성층에 주입되는 전자전류밀도는 1.2kA/cm2으로 되어 도 4의 4.4배까지 증가하고, 레이저 발진이 일어날 수 있는 값으로 되어 있다. 실제로 공진기 길이 400㎛의 소자의 시험제작한 결과에 의하면, 발진에 필요한 인가전압이 2.4V정도, 5mW의 광출력을 얻기 위한 전압이 2.5V정도로 인가전압이 대폭 감소하여, 현저한 개선효과가 확인되었다.
이 벌크활성층은 양자정호 효과가 나타나는 0.01㎛(10nm) 이하의 두께로 되면, 종래예와 같이 제1 p형 클레드층과의 경계에서 큰 밴드갭 불연속이 발생하여, 주입효율이 저하한다. 또한, 반대로 0.1㎛보다 두껍게 되면 활성층중에서의 광 가둠계수가 커질수록 단면에서의 신뢰성상에 허용될 수 있는 광파워 밀도를 초과하여, 장기적인 구동에 있어서의 단면 열화가 발생해 신뢰성상의 문제가 있는 것이 확인되었다. 활성층 두께는 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하로 함으로써, 양호한 전류주입이 행해지고, 또 고신뢰성을 갖는 2파장 레이저를 실현할 수 있다.
광디스크 용도의 반도체 레이저로서 고려할 경우, 발광파장도 중요하다. 본 실시예의 구조에 있어서, CD-ROM의 판독용 광원으로서 780nm대의 파장을 얻는데는, AlxGa1-xAs로 표시되는 활성층의 Al 조성이 0.1 이상, 0.2 이하일 필요가 있다. 또한, 이 때 활성층의 층 두께가 0.05㎛를 초과하면, 애스팩트비(θ⊥/θ//)가 4 이상으로 되어, CD-ROM 판독의 광픽업의 광원으로서 부적당하다. 이 때문에, 활성층 두께는 0.05㎛ 이하(0.01㎛에서 0.05㎛의 범위)인 것이 바람직하다. 결국, 애스팩트비가 클수록 광학계와의 결합효율이 저하하여, 광파워의 마진이 없어진다. 본 실시예에 있어서의 레이저에서는, θ//는 대략 10도 이하로 되어 있기 때문에, θ⊥는 40도 이하가 바람직하다. θ⊥의 대소는 활성층에서의 광 가둠계수의 대소에 대응하여, 활성층의 막 두께가 1㎛ 이하의 영역에서는 활성층의 막 두께가 두꺼운 쪽이 광 가둠계수가 커지기 때문에, 애스팩트비를 일정 이하로 하기 위해서는 활성층 막 두께가 일정 이하인 것이 바람직하고, 막 두께는 0.05㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다.
다음에, 레이저소자(41)의 구조에 대해 설명한다. 파장 650nm의 레이저소자(41)는 n형 GaAs기판(10) 상에 n형 버퍼층(21), n형 InGaAlP클레드층(22), InGaAlP광가이드층(23), 다중양자정호 활성층(24), InGaAlP광가이드층(25), 제1 p형 InGaAlP클레드층(26), p형 InGaP에칭스톱층(27), 제2 p형 InGaAlP클레드층(28), p형 InGaP통전용이층(29), n형 전류저지층(31), p형 GaAs콘택트층(32)이 이 순서로 적층되어 구성된다.
활성층은 비도프로 조성이 개략 In0.5Ga0.5P로 되는 정호층과 비도프의 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P의 장벽층으로 구성되는 다중양자정호 활성층(24)으로 하고, 그 상하에 장벽층과 동일한 조성의 비도프의 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P 광가이드층 23, 25를 설치하고, 분리형 가둠(SCH: Separate Confinement Hetero-structure)구조로 했다. 다중양자정호 구조에 의해, 2차원 전자상태를 만들어 내고, 650nm대의 레이저동작을 가능하게 하고 있다. SCH구조에 의해 활성층중을 도파하는 광의 파워밀도를 감소시켜 단면 열화에 의한 소자 고장을 방지한다. 더욱이, 정호층은 In의 조성을 0.5에서 약간 작게 함으로써, GaAs기판에 대해 격자정수를 크게 하여, 정호층에 압축왜곡을 인가한다. 이에 의해, 활성층의 에너지갭과 클레드층의 에너지갭의 차를 보다 넓게 함으로써, 전자전류, 홀전류가 활성층을 초과하여 클레드층으로 유입하는 소위 캐리어 오버플로우를 감소시킴과 더불어, 왜곡의 인가에 의해 레이저의 미분이득을 향상시켜, 발진 임계치를 감소시키고, 또한 슬로프 효율을 향상시켜 광디스크 용도의 반도체 레이저에 요구되는 70℃ 이상의 고온동작에 견디는 레이저로 할 수 있다.
양 소자는 분리홈(36)에 의해 전기적으로 절연되고, p형 전극(33, 34)에 인가되는 전압에 의해 각각 독립적으로 구동할 수 있도록 되어 있다. n측 전극(35)은 기판으로부터 공통으로 취할 수 있다.
이상의 구조를 갖는 웨이퍼는, 특원평10-181068호에 의해 개시된 MOCVD 기술, 포토리소그래피 기술, 에칭 기술을 이용하여 작성할 수 있다. 더욱이, 분리홈의 형성에 대해 특원평10-181068호에서는 반응성 이온에칭(RIE)을 이용하고 있지만, 분리홈의 폭이 수십㎛ 이상의 비교적 넓은 것이면, 통상의 웨트에칭 기술을 이용할 수도 있다.
소자가 형성된 웨이퍼는 소요의 공진기 길이를 폭으로 하는 바(bar)로서 쪼개짐에 의해 잘려지고, 일괄 코팅을 행한다. 650nm의 소자와 780nm의 소자 각각에 대한 코팅을 별도 공정으로 하지 않음으로써, 생산성이 우수한 코팅방법이 된다. 코팅에는 양산성이 풍부한 ECR 스퍼터를 이용하는 것이 바람직하다.
바 쪼개짐 단면중 레이저광을 외부에 출사하는 전단면측의 코팅은 Al2O3를 막 재료로 하고, 파장 650nm와 780nm의 거의 중간으로 되는 파장인 λ=715nm에 대해 광학막 두께가 λ/2 또는 그 정수배로 되도록 설정한다. 이에 의해, 반사율이 약 30%로 된다. 이 때, 파장 650nm의 소자, 파장 780nm의 소자와 함께 반사율이 28% 이상으로 된다. 이에 의해, 양호한 페시베이션막으로서 동작함과 더불어, 임계치, 슬로프 효율이 적정한 값으로 되어, 양호한 고온동작이 얻어진다. 또한, 파장 650nm의 소자와 파장 780nm의 소자의 임계치, 슬로프 효율 등의 특성이 대체로 일치할 수 있기 때문에, 광픽업을 제조할 경우에 각각의 구동회로의 규격, 구성을 동일한 것으로 하는 것이 가능해져, 현저한 비용절감 효과가 있다.
후단면의 코팅은, 파장 650nm의 소자가 광디스크 용도로 요구되는 70℃의 고온동작을 실현하기 위해, 이 파장대에서 반사율이 60% 이상으로 될 필요가 있다. 또한, 전단면의 반사막과 마찬가지로 780nm의 소자와 650nm대의 소자의 특성을 가까운 것으로 하기 위해, 파장 650nm와 780nm의 거의 중간으로 되는 파장 715nm에서 반사율이 63% 이상으로 되도록 설계한다. 막의 구조로서는, Al2O3저굴절률막과 Si 고굴절률막을 조합시킨 다층구조, 또는 단면에 접하는 Al2O3저굴절률막 및 그 위에 반복하여 적층된 SiO2저굴절률막, SiN 고굴절률막을 조합시킨 다층구조, 또는 TiO2고굴절률막과 Al2O3저굴절률막을 조합시킨 다층구조 등으로 실현할 수 있다. 또한, 각 막의 광학적인 막 두께는, 파장 650nm와 780nm의 거의 중간으로 되는 파장 λ=715nm에 대해 λ/4 또는 그 기수배로 되도록 막 두께를 적어도 1층 이상에 대해 설정함으로써, 재현성이 좋은 성막을 행할 수 있다. 이들 코팅에 의해 케이스 온도 70℃ 이상으로 파장 650nm, 파장 780nm 각각에 있어서 5mW 이상의 광출력이 얻어지는 2파장 레이저를 재현성 좋게 제작할 수 있다.
이상의 구조와 기술에 의해 공진기 길이 600㎛로서 제작한 2파장 레이저의 특성을 도 3에 나타낸다. 임계치 Ith, 5mW 출력시의 동작전류 Iop, 동작전압 Vop, 모니터 전류 Im, 활성층에 수직인 방향의 퍼짐 각 θ⊥, 수평방향의 퍼짐 각 θ//, 파장 λp 등, 광디스크 용도로서 적합한 특성이 얻어지고 있다. 또한, 이들 소자에 대해 케이스 온도 70℃, 광출력 5mW의 조건으로 장기의 고온동작 시험을 행해, 수천시간 이상의 추정수명을 갖고, 신뢰성상 문제가 없는 것이 확인 가능했다.
다음에, 도 4, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 관한 발진파장 780nm와 650nm의 2파장 반도체 레이저소자의 구조를 나타내고, 릿지 스트라이프에 대해 수직인 단면도이다. 50이 파장 780nm의 레이저소자, 51이 파장 650nm의 레이저소자이고, 동일한 n형 GaAs반도체기판(10) 상에 형성되어 있다. 레이저소자 50, 51 각각, 공히 제1 p형 클레드층 59, 28이 릿지라 불리는 凸형상 스트라이프로 가공되고, 양측을 GaAs전류저지층(31)으로 매립되어 있다. 이 구조에 의해 활성층에 흘러 들어가는 전류가 협착되어 활성층 내에 스트라이프형상의 이득분포가 발생한다. 또한, 활성층(55)보다 밴드갭이 작은 GaAs층(31)에 의해, 릿지 양측 아래의 활성층중을 도파하는 광중 제1 p형 클레드층(57, 26)으로 스며든 부분이 흡수됨으로써, 릿지 양측 아래의 활성층(55, 24)에 부분적인 광손실이 생겨, 횡모드가 단일로 되는 의사적인 굴절률 도파구조로 된다. 전류협착과 횡모드의 단일성에 의해 활성층 방향의 퍼짐 각 θ⊥와 수평방향의 퍼짐 각 θ//의 비인 애스팩트비가 4 이하로 작게 억제되고, 또한 실온에서 수mW의 광출력이 얻어지는 전류가 수십mA로 작아져, 의사적인 굴절률 도파구조에 의해 레이저광의 비점수차가 10㎛정도로 작아져, CD-ROM, DVD-ROM용 광픽업 광원에 적합한 레이저가 얻어진다.
상세하게는, 파장 780nm의 레이저소자(50)는 n형 GaAs기판(10) 상에 n형 버퍼층(52), n형 InGaAlP클레드층(53), 밴드갭 불연속 완화층(54), AlGaAs활성층(55), 밴드갭 불연속 완화층(56), 제1 p형 InGaAlP클레드층(57), p형 InGaP에칭스톱층(58), 제2 p형 InGaAlP클레드층(59), p형 InGaP통전용이층(60), n형 전류저지층(31), p형 GaAs콘택트층(32)이 이 순서로 적층되어 구성된다.
n형 클레드층(53)은 조성을 In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P로 하고, 층 두께는 약 1㎛, 실리콘을 도펀트로서 도핑농도가 1 ×1017cm-3이상으로 되도록 하고 있다. 또한, 제1 p형 클레드층(57) 및 제2 p형 클레드층(59)은 In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P의 조성으로 하고, 총 층 두께를 n형 클레드층(53)과 거의 동일하게 하고, 출력되는 레이저광의 상하방향의 광강도 분포가 축대칭으로 되고, 광축이 활성층면과 평행하게 되도록 하고 있다. 도펀트는 아연이 이용되고, 도핑농도는 약 1 ×1017cm-3이상으로 되도록 했다. 또한, 마그네슘이나 카본도 도펀트로서 이용할 수 있다.
활성층(55)은 층 두께 0.01㎛ 이상 0.1㎛ 이하의 AlGaAs의 비도프층으로 하고, 소위 벌크구조라 불리는 활성층으로 하며, 더욱이 이 활성층의 상하 양측에 클레드층보다 밴드갭이 작으면서, 활성층보다 밴드갭이 큰 InGaAlP 또는 InGaP로 이루어진 밴드갭 불연속 완화층을 설치한 것이 특징으로 되어 있다.
이 구조에 의한 전류주입효율의 개선을 도 5에 따라 설명한다. 도 5는 상술한 본 발명의 제2실시예에 의한 각 반도체층의 조성, 도핑농도, 층 두께를 고려하여, 전극에 순방향의 전압 2.5V를 인가한 경우의 에너지 밴드 다이어그램, 페르미 레벨 다이어그램 및, 전자전류밀도의 분포를 시뮬레이션 하고, n형 클레드층(53)부터 p형 제2 클레드층(59)까지 적층방향에 따라 플롯한 것이다. n형 클레드층은, In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P로서 Al 조성을 0.7로 하고, 도핑농도는 2 ×1017cm-3, 층 두께는 약 1㎛, 활성층(55)은 층 두께 0.04㎛, 조성 Al0.15Ga0.85As의 비도프층으로 했다. 활성층의 상하 양측에 설치한 밴드갭 불연속 완화층(54, 56)은 각각 층 두께 5nm, 조성 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P의 비도프층으로 한다. p형 클레드층(57, 59)은 에칭스톱층(58)을 끼워 2개인데, 어느 쪽도 조성은 n형 클레드층(72)과 동일하고, 도핑농도는 1 ×1018cm-3으로 하고, 총 층 두께가 n형 클레드층과 동일하게 되도록 설정하고 있다. 공진기 길이는 600㎛로 했다.
도 5에 나타낸 n형 클레드층(53)과 AlGaAs활성층(55)간에 생기는 밴드갭 불연속의 스파이크 높이는 활성층의 깊이에 비해 17%이고, 도 2에 나타낸 스파이크의 높이는 활성층의 깊이에 비해 25%이고 30%정도 상대적으로 높이가 낮게 되어 있다. 이 개선에 의해 활성층에 주입되는 전자전류밀도는 1.6kA/cm2으로 되어 도 2의 경우에 비해 40% 증가하고, 보다 주입효율이 높아짐으로써, 더 한층 동작전류와 동작전압의 감소가 도모된다.
이 밴드갭 불연속 완화층을 삽입하면, 활성층 근방의 광 가둠이 증가하기 때문에, 출력되는 레이저광에 있어서의 활성층 수직방향의 퍼짐 각 θ⊥가 증가한다. 예컨대, 상기의 경우의 퍼짐 각의 증가는 0.6도이고, 문제는 없다. 그러나, 앞서 기술한 바와 같이 θ⊥가 커질수록 애스팩트비가 커지면, 광디스크 용도의 광원으로서는 부적당하게 되기 때문에, 완화층의 두께는 10nm 이하인 것이 바람직하다. 한편, 이 막 두께가 1nm 이하로 되면, 재현성이 좋은 밴드갭 불연속 감소가 바람직하지 않게 된다. 이 때문에, 완화층의 두께는 1nm 이상, 10nm 이하인 것이 바람직하다. 이 완화층은 클레드층, 활성층의 어느 쪽도 조성이 다르게 되어 있어, MOCVD 결정성장장치에 따라서는 배관계의 제약 때문에 제작이 어려운 경우도 있지만, 특성의 개선정도와 장치관리의 재현성의 감안에 따라 채용의 가부가 결정된다.
활성층에 대해서는 제1실시예와 동일하다. 즉, 양자정호 효과가 나타나는 0.01㎛(10nm) 이하의 두께로 되면, 종래예와 같이 제1 p형 클레드층과의 경계에서 큰 밴드갭 불연속이 발생하여, 주입효율이 저하한다. 또한, 반대로 0.1㎛보다 두껍게 되면 활성층중에서의 광 가둠계수가 커질수록 단면에서의 신뢰성상에 허용될 수 있는 광파워 밀도를 초과하여, 장기적인 구동에 있어서의 단면 열화가 발생해 신뢰성상의 문제가 있는 것이 확인되었다. 활성층 두께는 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하로 함으로써, 양호한 전류주입이 행해지고, 또 고신뢰성을 갖는 2파장 레이저를 실현할 수 있다.
광디스크 용도의 반도체 레이저로서 고려할 경우, 발광파장도 중요하다. CD-ROM의 판독용 광원으로서 780nm대의 파장을 얻는데는, AlxGa1-xAs로 표시되는 활성층의 Al 조성이 0.1 이상, 0.2 이하일 필요가 있다. 또한, 이 때 활성층의 층 두께가 0.05㎛를 초과하면, 활성층에 수직인 방향의 퍼짐 각 θ⊥는 40도를 초과해 버려, 활성층의 수평방향의 퍼짐 각 θ//와의 비인 애스팩트비가 4를 초과하여, CD-ROM 등 광디스크 판독용의 광픽업의 광원으로서 부적당하게 된다. 이 때문에, 활성층 두께는 0.05㎛ 이하인 것이 바람직하다.
다음에, 레이저소자(51)의 구조에 대해 설명한다. 파장 650nm의 레이저소자(51)는 상술한 제1실시예와 마찬가지의 구조이고, n형 GaAs기판(10) 상에 n형 버퍼층(21), n형 InGaAlP클레드층(22), InGaAlP광가이드층(23), 다중양자정호 활성층(24), InGaAlP광가이드층(25), 제1 p형 InGaAlP클레드층(26), p형 InGaP에칭스톱층(27), 제2 p형 InGaAlP클레드층(28), p형 InGaP통전용이층(29), n형 전류저지층(31), p형 GaAs콘택트층(32)이 이 순서로 적층되어 구성된다.
활성층은 비도프로 조성이 대략 In0.5Ga0.5P로 되는 정호층과 비도프의 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P의 장벽층으로 구성되는 다중양자정호 활성층(24)으로 하고, 그 상하에 장벽층과 동일한 조성의 비도프의 In0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P광가이드층 23, 25를 설치하고, 분리형 가둠구조로 했다.
양 소자는 분리홈(36)에 의해 전기적으로 절연되고, p형 전극(33, 34)에 인가되는 전압에 의해 각각 독립적으로 구동할 수 있도록 되어 있다. n측 전극(35)은 기판으로부터 공통으로 취할 수 있다.
이상의 구조를 갖는 웨이퍼는, 특원평10-181068호에 의해 개시된 MOCVD 기술, 포토리소그래피 기술, 에칭 기술을 이용하여 제작할 수 있다. 더욱이, 분리홈의 형성에 대해서는 반응성 이온에칭(RIE)을 이용하고 있지만, 분리홈의 폭이 수십㎛ 이상의 비교적 넓은 것이면, 통상의 웨트에칭 기술을 이용할 수도 있다.
레이저소자가 형성된 웨이퍼는 소요의 공진기 길이를 폭으로 하는 바로서 쪼개짐에 의해 잘려지고, 일괄 코팅을 행한다. 단면의 코팅에 관해서는, 제1실시예에서 기재한 것과 동일한 구조를 적용할 수 있다. 즉, 레이저광을 외부에 출사하는 전단면측의 코팅은 Al2O3를 막 재료로 하고, 파장 650nm와 780nm의 거의 중간으로 되는 파장인 λ=715nm에 대해 광학 막 두께가 λ/2 또는 그 정수배로 되도록 설정한다. 이에 의해, 반사율이 약 30%로 된다. 후단면의 코팅은, 파장 650nm와 780nm의 거의 중간으로 되는 파장 715nm로 반사율이 63% 이상으로 되도록 설계한다. 막의 구조로서는, Al2O3저굴절률막과 Si 고굴절률막을 조합시킨 다층구조, 또는 단면에 접하는 Al2O3저굴절률막 및 그 위에 반복하여 적층된 SiO2저굴절률막, SiN 고굴절률막을 조합시킨 다층구조, 그 외에 TiO2고굴절률막과 Al2O3저굴절률막을 조합시킨 다층구조 등으로 실현할 수 있다. 각 막의 광학적인 막 두께는, 파장 650nm와 780nm의 거의 중간으로 되는 파장 λ=715nm에 대해 λ/4 또는 그 기수배로 되도록 막 두께를 적어도 1층 이상에 대해 설정함으로써, 재현성이 좋은 성막을 행할 수 있다. 이들 코팅에 의해 케이스 온도 70℃ 이상으로 파장 650nm, 파장 780nm 각각에 있어서 5mW 이상의 광출력이 얻어지는 2파장 레이저를 재현성 좋게 제작할 수 있었다.
도 6, 도 7은 본 발명의 제3실시예를 나타낸 것으로, 본원을 TAPS(TAPered Stripe)라 불리는 이득도파형 구조에 본원을 적용한 것이고, 도 6은 반도체 레이저장치 칩의 단면도, 도 7은 반도체 레이저장치 칩의 상면도를 나타낸 것이다. n-GaAs결정기판(224) 상에 파장 780nm의 레이저소자 200, 파장 650nm의 레이저소자 201이 형성되어 있다.
결정기판(224) 상에는, 레이저소자 200, 201에 대응하여 n형 버퍼층 211, 221이 형성되고, 그들 상에는 서로 동일한 조성을 갖는 n형 InGaAlP클레드층 212, 222가 형성되어 있다. n형 InGaAlP클레드층(212, 222) 상에는 각각 층 두께 0.01~0.1㎛의 AlGaAs벌크활성층(214), 가이드층 223과 225 사이에 끼워진 650nm의 MQW활성층(224)이 형성되어 있다. 이들 층 상에 서로 공통의 원소로 구성되는 p형 InGaAlP클레드층(216, 226), p형 GaAs콘택트층(232)이 형성되어 있다.
이와 같은 구조로 함으로써, 상술한 제1실시예와 마찬가지로 동작전압 및 동작전류도 작으면서, 생산성이 우수한 다파장의 레이저광을 출력하는 반도체 레이저장치를 실현할 수 있다. 더욱이, 파장 780nm 레이저소자에 있어서의 활성층의 층 두께를 0.01~0.1㎛로 함으로써, 양호한 전류주입이 행해지고, 또 높은 신뢰성을 갖는 2파장 레이저를 실현할 수 있다.
본 실시예의 구조에 있어서, CD-ROM의 판독용 광원으로서 780nm대의 파장을 얻는데는, AlxGa1-xAs로 표시되는 활성층의 Al 조성이 0.1 이상, 0.2 이하일 필요가 있다. 또한, 이 때 활성층의 층 두께가 0.05㎛를 초과하면, 애스팩트비(θ⊥/θ//)가 4 이상으로 된다. 이 때문에, 활성층 두께는 0.05㎛ 이하(0.01㎛에서 0.05㎛의 범위)인 것이 바람직하다.
또한, n형 클레드층 212와 n형 클레드층 222를 공통의 원소로 구성하고, p형 클레드층 216과 p형 클레드층 226을 공통의 원소로 구성함으로써, MOCVD방법으로 결정성장을 행할 경우, 공통의 프로세스 가스 조성, 성장조건을 사용하는 것이 가능해진다. 그리고, 각각 별도의 원소로 구성되는 클레드층, 예컨대 파장 780nm 레이저소자의 클레드층을 AlGaAs로, 파장 680nm 소자의 클레드층을 InGaAlP로 구성한 경우에 비하면 조건의 재현성이 현격하게 높아, 양산에 적합한 구조로 된다. 결정기판(224)의 이면에는 n측 전극(225)이 형성되어 있다.
또한, p형 콘택트층(232) 상에는 p측 오믹전극(235)이 형성되어 있다. 더욱이, 각각에 대해 스트라이프형상의 금속마스크(236, 237)를 형성하고 있다. 이 금속마스크는, 도 7에 나타낸 바와 같이 칩 중앙에서의 스트라이프 폭 w2, w4에 비해 칩 단면에서의 폭 w1, w3이 좁은 테이퍼형상의 형상으로 되어 있다. 이 금속마스크를 사용하여 이온주입을 행해, 스트라이프 바깥을 활성층(214, 224)의 바로 위까지 반절연화 한다. 이에 의해, 전류저지영역(232)이 형성된다. 이 전류저지영역에 의해, 칩에 전압을 인가한 경우의 주입전류의 전류 유선(流線)은 칩 중앙부에서 폭이 넓어지고, 단면 근방에서 폭이 좁아진다. 칩 중앙에서 폭이 넓어짐으로써, 이득도파형 레이저에 특유한 현상인 광의 등위상면(等位相面)의 구부러짐이 어느정도 완화되고, 단봉성(單峰性)의 횡모드가 얻어진다. 또한, 단면 근방에서 폭을 좁게 함으로써, θ//를 넓혀 애스팩트비를 통상의 이득도파형 레이저보다 개선할 수 있다.
이와 같은 TAPS구조는 종다모드(縱多mode) 발진이기 때문에, 고주파 중첩을 행하지 않고도, 광디스크로부터의 되돌림 광이 존재해도, 어느 일정 레벨의 잡음레벨을 유지할 수 있다. 이 잡음레벨은 SBR구조 레이저에 있어서 고주파 중첩을 가한 경우에 비하면 떨어지지만, 일반적인 DVD-ROM정도 잡음특성의 규격이 엄격하지 않은 특수 용도의 광디스크에서는 문제없다. 또한, 비점수차가 20~30㎛로 SBR구조의 레이저 보다도 떨어지지만, 글래스 캡을 경사지게 함으로써, 어느정도는 해결 가능하다. 이와 같이, TAPS구조는 몇가지의 결점은 있지만, 구조가 단순하고 비교적 저렴하게 제조할 수 있기 때문에, 저가격성을 최우선 한 2파장 광디스크 시스템에는 적합한 구조라 한다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 레이저장치의 단면도이다. 본 실시예에 있어서의 반도체 레이저장치는 도 6에 나타낸 제3실시예의 구조와 거의 동일한 구조이다.
결정기판(224) 상에는 레이저소자 300, 301에 대응하여 n형 버퍼층 311, 321이 형성되고, 그들 상에는 서로 동일한 조성을 갖는 n형 InGaAlP클레드층 312, 322이 형성되어 있다. n형 InGaAlP클레드층(312, 322) 상에는 각각 층 두께 0.01~0.1㎛의 AlGaAs벌크활성층(314), 가이드층 323과 325 사이에 끼워진 650nm의 MQW활성층(324)이 형성되어 있다. 이들 층 상에 서로 공통의 원소로 구성되는 p형 InGaAlP클레드층(316, 326), p형 GaAs콘택트층(332)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 더욱이 파장 780nm의 레이저소자(300)에 있어서의 활성층(314)의 상하 양측에 InGaAlP의 밴드갭 불연속 완화층(313, 315)을 삽입함으로써, 보다 낮은 동작전압이 얻어지는 구조이다.
상기 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 단일 횡모드로, 비점수차가 작아, 동작전압 및 동작전류도 작으면서, 생산성이 우수한 다파장의 레이저광을 출력하는 반도체 레이저장치를 실현할 수 있다. 또한, CD-ROM과 DVD-ROM 등 다른 파장을 사용하는 광디스크 드라이브용 광원으로서 적합한 반도체 레이저장치를 실현할 수 있다.

Claims (12)

  1. 결정기판과,
    상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장의 레이저광을 방출하는 제1 레이저소자부 및,
    상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장과는 다른 제2 파장의 레이저광을 방출하는 제2 레이저소자부를 갖춘 반도체 레이저장치에 있어서,
    상기 제1 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 막 두께가 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하인 벌크구조의 활성층, 레이저의 공진방향에 따른 릿지상 스트라이프형상의 제2 도전형의 클레드층 및, 이 제2 도전형의 클레드층의 측면부분을 덮도록 활성층 상에 형성된 전류저지층을 갖추고,
    상기 제2 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 양자정호층과 장벽층과의 적층구조로 이루어진 활성층, 레이저의 공진방향에 따른 릿지상 스트라이프형상의 제2 도전형의 클레드층 및, 이 제2 도전형의 클레드층의 측면부분을 덮도록 활성층 상에 형성된 전류저지층을 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 레이저소자에서, 상기 제1 도전형의 클레드층과 활성층간에 설치되고, 상기 제1 도전형의 클레드층 보다도 밴드갭이 작고, 활성층보다 갭이 큰 화합물 반도체에 의한 제1 완화층과,
    상기 제2 도전형의 클레드층과 활성층간에 설치되고, 상기 제2 도전형의 클레드층 보다도 밴드갭이 작고, 활성층보다 갭이 큰 화합물 반도체에 의한 제2 완화층을 더 갖춘 것을 특징으로 반도체 레이저장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부에서, 상기 제2 도전형의 클레드층은 공히 구성하는 원소가 공통이고, 또 상기 전류저지층은 공히 구성하는 원소가 공통인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부에 있어서의 상기 제2 도전형의 클레드층은 공히 Iny(Ga1-xAlx)1-yP(0 ＜ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1)로 이루어지고, 상기 전류저지층은 공히 GaAs로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 레이저소자부에 있어서의 활성층은 AlzGa1-zAs(0.1 ≤ z ≤ 1)로 이루어지고, 상기 제2 레이저소자부에 있어서의 활성층은 InGaP의 양자정호층과 In0.5(Ga1-qAlq)0.5P(0 ＜ q ＜ 1)의 장벽층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 파장과 상기 제2 파장과의 중간의 파장에 대해, 광학막 두께가 λ/4 또는 그 기수배, λ/2 또는 그 정수배로 되는 어느 쪽의 막 두께를 갖는 막을 적어도 1층 포함하는 코팅막을 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부의 단면에 형성한 것을 특징으로 반도체 레이저장치.
  7. 결정기판과,
    상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장의 레이저광을 방출하는 제1 레이저소자부 및,
    상기 결정기판 상에 설치되어 제1 파장과는 다른 제2 파장의 레이저광을 방출하는 제2 레이저소자부를 갖춘 반도체 레이저장치에 있어서,
    상기 제1 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 막 두께가 0.01㎛ 이상, 0.1㎛ 이하인 벌크구조의 활성층 및, 이 활성층 상에 설치된 제2 도전형의 클레드층을 갖추고,
    상기 제2 레이저소자부는 제1 도전형의 클레드층과, 이 제1 도전형의 클레드층 상에 설치되고, 양자정호층과 장벽층과의 적층구조로 이루어진 활성층 및, 이 활성층 상에 설치된 제2 도전형의 클레드층을 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 레이저소자에서, 상기 제1 도전형의 클레드층과 활성층간에 설치되고, 상기 제1 도전형의 클레드층 보다도 밴드갭이 작고, 활성층보다 갭이 큰 화합물 반도체에 의한 제1 완화층과,
    상기 제2 도전형의 클레드층과 활성층간에 설치되고, 상기 제2 도전형의 클레드층 보다도 밴드갭이 작고, 활성층보다 갭이 큰 화합물 반도체에 의한 제2 완화층을 더 갖춘 것을 특징으로 반도체 레이저장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부에서, 상기 제2 도전형의 클레드층은 공히 구성하는 원소가 공통인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부에 있어서의 상기 제2 도전형의 클레드층은 공히 Iny(Ga1-xAlx)1-yP(0 ＜ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  11. 제7에 있어서, 상기 제1 레이저소자부에 있어서의 활성층은 AlzGa1-zAs(0.1 ≤ z ≤ 1)로 이루어지고, 상기 제2 레이저소자부에 있어서의 활성층은 InGaP의 양자정호층과 In0.5(Ga1-qAlq)0.5P(0 ＜ q ＜ 1)의 장벽층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제1 파장과 상기 제2 파장과의 중간의 파장에 대해, 광학막 두께가 λ/4 또는 그 기수배, λ/2 또는 그 정수배로 되는 어느 쪽의 막 두께를 갖는 막을 적어도 1층 포함하는 코팅막을 상기 제1 레이저소자부 및 상기 제2 레이저소자부의 단면에 형성한 것을 특징으로 반도체 레이저장치.
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