DE102014204938B4 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents
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Abstract
Halbleiterlaservorrichtung, die Folgendes umfasst:
ein Halbleitersubstrat (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
eine Mantelschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf das Halbleitersubstrat laminiert ist;
eine erste Lichtleitschicht (6), die auf die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps laminiert ist;
eine aktive Schicht (7 , 8 , 9 , 10 , 11), die auf die erste Lichtleitschicht laminiert ist;
eine zweite Lichtleitschicht (12), die auf die aktive Schicht laminiert ist; und
eine Mantelschicht (13) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf die zweite Lichtleitschicht laminiert ist;
wobei eine Summe der Dicke der ersten Lichtleitschicht und der Dicke der zweiten Lichtleitschicht derart ist, dass Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung in der Kristallwachstumsrichtung auftreten können;
wobei die Dicke der ersten Lichtleitschicht größer ist als die Dicke der zweiten Lichtleitschicht;
wobei eine Schicht (17b) mit niedrigem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, zwischen der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der ersten Lichtleitschicht vorgesehen ist; und
wobei eine Schicht (19) mit hohem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der aktiven Schicht, aber höher als jener der zweiten Lichtleitschicht,
zwischen der zweiten Lichtleitschicht und der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist.
ein Halbleitersubstrat (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
eine Mantelschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf das Halbleitersubstrat laminiert ist;
eine erste Lichtleitschicht (6), die auf die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps laminiert ist;
eine aktive Schicht (7 , 8 , 9 , 10 , 11), die auf die erste Lichtleitschicht laminiert ist;
eine zweite Lichtleitschicht (12), die auf die aktive Schicht laminiert ist; und
eine Mantelschicht (13) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf die zweite Lichtleitschicht laminiert ist;
wobei eine Summe der Dicke der ersten Lichtleitschicht und der Dicke der zweiten Lichtleitschicht derart ist, dass Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung in der Kristallwachstumsrichtung auftreten können;
wobei die Dicke der ersten Lichtleitschicht größer ist als die Dicke der zweiten Lichtleitschicht;
wobei eine Schicht (17b) mit niedrigem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, zwischen der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der ersten Lichtleitschicht vorgesehen ist; und
wobei eine Schicht (19) mit hohem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der aktiven Schicht, aber höher als jener der zweiten Lichtleitschicht,
zwischen der zweiten Lichtleitschicht und der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung.
- Halbleiterlaservorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie ein relativ schmales Fernfeldmuster (FFP) aufweisen, waren bekannt, wie z. B. in JP H11-233882-A offenbart. Insbesondere offenbart diese Veröffentlichung einen Halbleiterlaser, in dem eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite (oder der Seite des ersten Leitfähigkeitstyps) zwischen einer Mantelschicht vom n-Typ und einer Lichtleitschicht der n-Seite vorgesehen ist, wobei die Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als die Mantelschicht vom n-Typ. Diese Konfiguration ermöglicht das Verbreitern der Verteilung der optischen Intensität in der Kristallwachstumsrichtung und dadurch das Verschmälern des Fernfeldmusters (FFP) des Halbleiterlasers.
- Der andere Stand der Technik umfasst
JP H11-233882-A JP 2000-151018 JP 2007 220692 JP H8-195529 JP H08-195529 A JP H11-233882 A DE 10 2009 041 934 A1 ,
DE 100 46 580 A1 ,US 2012/0112204 A1 DE 10 2010 040 767 A1 ,US 6 167 073 A undJP 2000 151 018 A - Der andere Stand der Technik umfasst eine Nicht-Patent-Veröffentlichung M. Alam und M. Lundstrom, „Simple Analysis of Carrier Transport and Buildup in Separate Confinement Heterostructure Quantum Well Lasers“, IEEE, Pnotonics Tecnol. Lett., Band 6, Nr. 12, S. 1418-1420, 1994. Der andere Stand der Technik umfasst auch eine Nicht-Patent-Veröffentlichung Iga, „Semiconductor Laser“, S. 35-38, 25. Oktober 1994, Ohmsha, Ltd.
- Die obige Halbleiterlaservorrichtung ist jedoch insofern nachteilig als die Breite des Nahfeldmusters (NFP) oder Nahfeldintensitätsprofils des Laserstrahls in der Kristallwachstumsrichtung gemessen relativ groß ist, da die Schicht mit niedrigem Brechungsindex mit einem niedrigeren Brechungsindex als die Mantelschicht vom n-Typ zwischen der Mantelschicht vom n-Typ und der Lichtleitschicht der n-Seite angeordnet ist. Dies verringert den optischen Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht, was zu einem erhöhten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung führt.
- In üblichen Halbleiterlaservorrichtungen kann die aktive Schicht von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur (die aus den Lichtleitschichten der n-Seite und der p-Seite gebildet ist, wobei die aktive Schicht dazwischen eingefügt ist) in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verlagert sein, um die Steilheitseffizienz zu verbessern. Diese Konfiguration führt jedoch zu einem erhöhten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung.
- Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die obigen Probleme zu lösen. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem niedrigen Schwellenstrom, einer hohen Steilheitseffizienz und einer hohen Leistungsumsetzungseffizienz zu schaffen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleiterlaservorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleiterlaservorrichtung Folgendes: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf das Halbleitersubstrat laminiert ist; eine erste Lichtleitschicht, die auf die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps laminiert ist; eine aktive Schicht, die auf die erste Lichtleitschicht laminiert ist; eine zweite Lichtleitschicht, die auf die aktive Schicht laminiert ist; und eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf die zweite Lichtleitschicht laminiert ist. Wobei eine Summe der Dicke der ersten Lichtleitschicht und der Dicke der zweiten Lichtleitschicht derart ist, dass Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung in der Kristallwachstumsrichtung auftreten können. Wobei die Dicke der ersten Lichtleitschicht größer ist als die Dicke der zweiten Lichtleitschicht. Wobei eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, zwischen der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der ersten Lichtleitschicht vorgesehen ist. Wobei eine Schicht mit hohem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der aktiven Schicht, aber höher als jener der zweiten Lichtleitschicht, zwischen der zweiten Lichtleitschicht und der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
-
1 ein Diagramm, das eine Schichtstruktur einer Halbleiterlaservorrichtung zeigt, und wird verwendet, um ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. -
2 eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem ersten praktischen Beispiel des ersten Beispiels. -
3 mit3A und3B , die vorteilhafte Eigenschaften der Halbleiterlaservorrichtung des ersten Beispiels zeigen. -
4 eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem zweiten praktischen Beispiel des ersten Beispiels. -
5 ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der Halbleiterlaservorrichtung des zweiten praktischen Beispiels von der Position der aktiven Schicht abhängt. -
6 eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem dritten praktischen Beispiel des ersten Beispiels. -
7A ein Diagramm, das einen optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der Halbleiterlaservorrichtung des dritten praktischen Beispiels zeigt, und7B ein Diagramm, das einen Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des Fernfeldmusters (FFP) der Halbleiterlaservorrichtung des dritten praktischen Beispiels zeigt. -
8 ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der Halbleiterlaservorrichtung des dritten praktischen Beispiels von der Position der aktiven Schicht abhängt. -
9 eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung. -
10 mit10A und10B , die vorteilhafte Eigenschaften der Halbleiterlaservorrichtung des zweiten Beispiels darstellen. -
11 ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der Halbleiterlaservorrichtung des zweiten Beispiels von der Position der aktiven Schicht abhängt. -
12 eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
13 ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der Halbleiterlaservorrichtung der Ausführungsform von der Position der aktiven Schicht abhängt. -
14 eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß eines dritten Beispiels der vorliegenden Erfindung. -
15 ein Diagramm, das eine Halbleiterlaservorrichtung zeigt, die als Vergleichsbeispiel für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. -
16A ein Diagramm, das einen optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht einer Vergleichs-Halbleiterlaservorrichtung zeigt,16B ein Diagramm, das einen Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des Fernfeldmusters (FFP) der Vergleichs-Halbleiterlaservorrichtung zeigt. -
17 ein Diagramm, das die Ladungsträgerverteilung und die Verteilung der optischen Intensität innerhalb der Lichtleitschichten einer Halbleiterlaservorrichtung zeigt. - Das erste Beispiel, das zweite Beispiel und das dritte Beispiel fallen nicht unter den Schutzbereich des Anspruchs 1 und werden nur zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben.
- Die folgende Beschreibung von Halbleiterlaservorrichtungen nimmt manchmal auf Querschnittsansichten Bezug und ein System von x-, y- und z-Koordinatenachsen ist in diesen Querschnittsansichten wegen der Bequemlichkeit der Orientierung gezeigt, wobei die y-Achse der Kristallwachstumsrichtung der Halbleiterschichten der Halbleiterlaservorrichtung entspricht, die z-Achse der Tiefenrichtung der Halbleiterlaservorrichtung, das heißt der Richtung der Länge des Resonators, der durch die vordere und hintere Facette der Halbleiterlaservorrichtung definiert ist, entspricht und die x-Achse der Breitenrichtung der Halbleiterlaservorrichtung entspricht.
- Erstes Beispiel
- [Erläuterung der Anzahl von möglichen Moden]
- Die Anzahl von Oszillationsmoden, die im Resonator einer Halbleiterlaservorrichtung in der Kristallwachstumsrichtung auftreten können, wird kurz mit Bezug auf
1 beschrieben.1 ist ein Diagramm, das eine Schichtstruktur einer Halbleiterlaservorrichtung zeigt, und wird verwendet, um ein erstes Beispiel zu beschreiben. Diese Schichtstruktur umfasst Schichten, die in der Kristallwachstumsrichtung der Halbleiterlaservorrichtung gestapelt sind. Insbesondere umfasst die in1 gezeigte Schichtstruktur eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (oder eine Mantelschicht vom n-Typ)1 mit einem Brechungsindexn2 , eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (oder eine Mantelschicht vom p-Typ)1a mit einem Brechungsindexn2 , und eine Schicht2 mit hohem Brechungsindex mit einem Brechungsindexn1 , die zwischen diese Schichten mit niedrigem Brechungsindex eingefügt ist und als Lichtleitschicht dient. - Die Struktur mit drei Schichten ist auf der rechten Seite von
1 schematisch gezeigt und die Brechungsindizes der drei Halbleiterschichten der Struktur sind auf der linken Seite von1 schematisch angegeben. Wie vorstehend beschrieben, weisen die Schichten1 und1a mit niedrigem Brechungsindex denselben Brechungsindex (n2 ) auf. Die Schicht2 mit hohem Brechungsindex weist einen Brechungsindexn1 auf, der größer ist als der Brechungsindexn2 . - Die Schicht
2 mit hohem Brechungsindex ist als typische Schicht mit hohem Brechungsindex konfiguriert und der Lichtbegrenzungsfaktor und die Anzahl von Oszillationsmoden in der Schicht2 mit hohem Brechungsindex sind durch die normierte Frequenz oder den v-Wert, der aus der später beschriebenen Gleichung (1) berechnet wird, bestimmt. In Gleichung (1) istλ die Wellenlänge von Licht in der Schicht2 mit hohem Brechungsindex undT ist eine Hälfte der Dicke der Schicht2 mit hohem Brechungsindex. Die Anzahl von Oszillationsmoden in der Schicht2 mit hohem Brechungsindex nimmt mit dem v-Wert zu. Insbesondere wenn der v-Wert π/2 oder mehr ist, können die Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung (zusätzlich zur Grundoszillationsmode) in der Schicht2 mit hohem Brechungsindex auftreten. - Es sollte beachtet werden, dass in den Halbleiterlaservorrichtungen dieses Beispiels und nachfolgender Beispiele oder Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, die Lichtleitschichten und andere Halbleiterschichten (die die Lichtleitschichtstruktur bilden) eine ausreichende kombinierte Dicke aufweisen, so dass die Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung im Resonator auftreten können. Das heißt, die Halbleiterlaservorrichtung von jeder dieser Beispiele oder Ausführungsformen ist so konfiguriert, dass der v-Wert π/2 oder mehr ist.
- Wie aus der folgenden Gleichung (1) zu sehen ist, ist, wenn der Brechungsindex der Schicht
2 mit hohem Brechungsindex nahe jenem der Schichten1 und1a mit niedrigem Brechungsindex liegt (das heißtn1 n2 ), der v-Wert zur Quadratwurzel vonΔn und zur DickeT der Schicht mit hohem Brechungsindex proportional, wobeiΔn die Differenz zwischen dem Brechungsindex der Schicht2 mit hohem Brechungsindex und jenem der Schichten1 und1a mit niedrigem Brechungsindex ist. - [Konfiguration und Operation der Vorrichtung des ersten Beispiels]
- (Erstes praktisches Beispiel des ersten Beispiels)
-
2 ist eine Querschnittsansicht einer HalbleiterlaservorrichtungLD1 gemäß einem ersten praktischen Beispiel des ersten Beispiels. Die HalbleiterlaservorrichtungLD1 ist vom sogenannten Fabry-Perot-Typ. Die in2 gezeigte Querschnittsstruktur erstreckt sich entlang der ganzen Länge der HalbleiterlaservorrichtungLD1 in der z-Achsen-Richtung (senkrecht zur Ebene des Papiers in2 ). - Die Halbleiterlaservorrichtung
LD1 weist eine gespaltene Facette an jedem der entgegengesetzten Enden davon auf, die in die z-Achsen-Richtung gewandt sind. Eine von diesen gespaltenen Facetten dient als vordere Facette zum Emittieren von Laserlicht, das in der HalbleiterlaservorrichtungLD1 erzeugt wird, und die andere gespaltene Facette dient als hintere Facette. An der vorderen und der hinteren Facette sind ein Antireflexfilm und ein Schutzfilm ausgebildet, die jeweils eine geeignete Dicke aufweisen. Die vordere und die hintere Facette definieren mit mehreren Halbleiterschichten einen Resonator mit einer Länge, die sich zwischen der vorderen und der hinteren Facette erstreckt. - Die Halbleiterlaservorrichtung
LD1 umfasst ein GaAs-Substrat4 vom n-Typ mit einer Elektrode3 vom n-Typ auf seiner unteren Oberfläche. Mehrere Halbleiterschichten sind in Kristallform auf dem GaAs-Substrat4 vom n-Typ gezüchtet. Diese Halbleiterschichten umfassen eine AlGaAs-Mantelschicht5 vom n-Typ, eine AlGaAs-Lichtleitschicht6 der n-Seite, eine AlGaAs-Sperrschicht7 der n-Seite, eine InGaAs-Quantentopfschicht8 , eine AlGaAs-Sperrschicht9 , eine InGaAs-Quantentopfschicht10 , eine AlGaAs-Sperrschicht11 der p-Seite, eine AlGaAs-Lichtleitschicht12 der p-Seite, eine AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ und eine GaAs-Kontaktschicht14 vom p-Typ. Es sollte beachtet werden, dass die Quantentopfschichten8 und10 und die Sperrschichten7 ,9 und11 eine aktive Schicht bilden, die zwischen die Lichtleitschichten6 und12 eingefügt ist, und dass die Lichtleitschichten6 und12 und die aktive Schicht eine Lichtleitschichtstruktur bilden. Die Dicke dieser Lichtleitschichtstruktur ist im Wesentlichen gleich der Summe der Dicken der Lichtleitschichten6 und12 . - Die AlGaAs-Mantelschicht
5 vom n-Typ weist einen Al-Molanteil von 0,250 und eine Dicke von 1,5 µm auf. Die AlGaAs-Lichtleitschicht6 der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,183 und eine Dicke von 465 nm auf. Die AlGaAs-Sperrschicht7 der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,100 und eine Dicke von 10 nm auf. Die InGaAs-Quantentopfschicht8 weist einen In-Molanteil von 0,138 und eine Dicke von 8 nm auf. - Die AlGaAs-Sperrschicht
9 weist einen Al-Molanteil von 0,100 und eine Dicke von 3 nm auf. Die InGaAs-Quantentopfschicht10 weist einen In-Molanteil von 0,138 und eine Dicke von 8 nm auf. - Die AlGaAs-Sperrschicht
11 der p-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,100 und eine Dicke von 10 nm auf. - Die AlGaAs-Lichtleitschicht
12 der p-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,183 und eine Dicke von 465 nm auf. Die AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ weist einen Al-Molanteil von 0,250 und eine Dicke von 1,5 µm auf. Die GaAs-Kontaktschicht14 vom p-Typ weist eine Dicke von 0,2 µm auf. - Ein SiN-Film
15 und eine Elektrode16 vom p-Typ sind auf der GaAs-Kontaktschicht14 vom p-Typ vorgesehen. Der SiN-Film15 weist eine Dicke von 0,2 µm auf. Der SiN-Film15 bedeckt einen longitudinalen mittleren Abschnitt der Oberfläche der GaAs-Kontaktschicht14 vom p-Typ nicht, wobei der Abschnitt eine Breite vonW aufweist. Die Elektrode16 vom p-Typ ist so ausgebildet, dass sie direkt diesen freigelegten Abschnitt bedeckt, wodurch eine Streifenstruktur (oder Stromeinengungsstruktur) mit derselben Breite (W ) wie dieser Abschnitt ausgebildet wird. - Eine AlGaAs-Schicht
17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite ist zwischen der AlGaAs-Mantelschicht5 vom n-Typ und der AlGaAs-Lichtleitschicht6 vom n-Typ vorgesehen. Die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,500 und eine Dicket1 auf. Das Laserlicht, das von den Quantentopfschichten8 und10 emittiert wird, die einen In-Molanteil von 0,138 und eine Dicke von 8 nm aufweisen, weist eine Wellenlänge von 980 nm auf. Bei dieser Wellenlänge weist eine AlGaAs-Schicht mit einem Al-Molanteil von 0,100 (wie z. B. die AlGaAs-Sperrschicht7 der n-Seite, die AlGaAs-Sperrschicht9 und die AlGaAs-Sperrschicht11 der p-Seite) einen Brechungsindex von 3,455246 auf, eine AlGaAs-Schicht mit einem Al-Molanteil von 0,500 (wie z. B. die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite) weist einen Brechungsindex von 3,217492 auf und eine InGaAs-Schicht mit einem In-Molanteil von 0,138 (wie z. B. die InGaAs-Quantentopfschichten8 und10 ) weist einen Brechungsindex von 3,543268 auf. - Der vorliegende Erfinder hat Halbleiterlaserstrukturen mit Lichtleitschichten untersucht, die eine ausreichende kombinierte Dicke aufweisen, so dass die Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung (zusätzlich zur Grundoszillationsmode) im Resonator auftreten können. Diese Untersuchung hat zu der Entdeckung geführt, dass das Einfügen einer Schicht mit niedrigem Brechungsindex zwischen die Mantelschicht vom n-Typ und die Lichtleitschicht der n-Seite, die einen niedrigeren Brechungsindex als die Mantelschicht vom n-Typ aufweist, die folgenden vier Effekte hat:
- Ein erster Effekt besteht darin, dass das Nahfeldmuster (NFP) oder Nahfeldintensitätsprofil verschmälert wird, was zu einem erhöhten optischen Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht führt.
- Ein zweiter Effekt besteht darin, dass das Fernfeldmuster (FFP) verbreitert wird.
- Ein dritter Effekt besteht darin, dass der Punkt maximaler Intensität in der Lichtleitschichtstruktur von der seitlichen oder longitudinalen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verschoben wird.
- Ein vierter Effekt besteht darin, dass die maximale Intensität in der Lichtleitschichtstruktur erhöht wird.
- In der Halbleiterlaservorrichtung
LD1 des ersten praktischen Beispiels des ersten Beispiels sind die Mantelschicht vom n-Typ und die Mantelschicht vom p-Typ aus AlGaAs mit einem Al-Molanteil von 0,250 ausgebildet und die Lichtleitschicht der n-Seite und die Lichtleitschicht der p-Seite sind aus AlGaAs mit einem Al-Molanteil von 0,183 ausgebildet. Wenn in solchen Halbleiterlaservorrichtungen die Summe der Dicken der Lichtleitschichten der n-Seite und der p-Seite 929,7 nm ist, ist der durch obige Gleichung (1) gegebene v-Wert π/2. Es sollte beachtet werden, dass, wenn der v-Wert π/2 ist, die Oszillationsmode erster Ordnung (zusätzlich zur Grundoszillationsmode) im Resonator auftreten kann. - In der Halbleiterlaservorrichtung
LD1 sind ferner InGaAs-Quantentopfschichten und AlGaAs-Sperrschichten mit einem Al-Molanteil von 0,100 zwischen den Lichtleitschichten der n-Seite und der p-Seite angeordnet. Diese Quantentopfschichten und Sperrschichten weisen einen höheren Brechungsindex auf als die Lichtleitschichten der n-Seite und der p-Seite. Dies bedeutet, dass die Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung auftreten können, wenn die Summe der Dicken der Lichtleitschichtender der n-Seite und der p-Seite mindestens 929,7 nm ist. - Die folgende Beschreibung wird auf Eigenschaften der Halbleiterlaservorrichtung
LD1 als Funktion der Dicket1 der AlGaAs-Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite gerichtet, wobei die Lichtleitschichten der n-Seite und der p-Seite eine Dicke von 465 nm aufweisen (wie vorstehend beschrieben).3 umfasst3A und3B , die vorteilhafte Eigenschaften der HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten Beispiels zeigen. -
3A ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten praktischen Beispiels von der Dicke der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite abhängt. Insbesondere zeigt3A den optischen BegrenzungsfaktorΓ der Grundmode in den InGaAs-Quantentopfschichten8 und10 als Funktion der Dicket1 der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. - Wie gezeigt, nimmt der optische Begrenzungsfaktor mit zunehmender Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex allmählich zu. Dieses Phänomen steht zu dem im Gegensatz, was im Stand der Technik festgestellt wurde, und ergibt sich aus dem verschmälerten NFP (oder Nahfeldintensitätsprofil) aufgrund der Anwesenheit der AlGaAs-Schicht
17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. -
3B ist ein Diagramm, das zeigt, wie ein Merkmal des Fernfeldmusters (FFP) der HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten praktischen Beispiels von der Dicke der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite abhängt. Insbesondere zeigt3B den Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des FFP in der Kristallwachstumsrichtung als Funktion der Dicke der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. Wie gezeigt, nimmt der Divergenzwinkelθy mit zunehmender Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex allmählich zu (d. h. das FFP verbreitert sich allmählich). Dies weist auch darauf hin, dass das Nahfeldmuster (NFP) oder Nahfeldintensitätsprofil aufgrund der Anwesenheit der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite verschmälert wird. - Diese NFP-Eigenschaft steht zu der Vergleichs-Halbleiterlaservorrichtung, die in
15 (später beschrieben) gezeigt ist, im Gegensatz, die so konfiguriert ist, dass nur die Grundoszillationsmode im Resonator auftreten kann. Das heißt, in Halbleiterlaservorrichtungen wie z. B. der HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten Beispiels, in der die Summe der Dicken der Lichtleitschichten groß genug ist, so dass die Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung auftreten können, kann der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht durch Einfügen einer Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite zwischen die Mantelschicht vom n-Typ und die Lichtleitschicht der n-Seite erhöht werden. Dies führt zu einem verringerten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung. - (Zweites praktisches Beispiel des ersten Beispiels)
-
4 ist eine Querschnittsansicht einer HalbleiterlaservorrichtungLD11 gemäß einem zweiten praktischen Beispiel des ersten Beispiels. Diese HalbleiterlaservorrichtungLD11 unterscheidet sich von der HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten praktischen Beispiels darin, dass sie eine AlGaAs-Lichtleitschicht6a der n-Seite und eine AlGaAs-Lichtleitschicht12a der p-Seite anstelle der AlGaAs-Lichtleitschicht 6 der n-Seite und der AlGaAs-Lichtleitschicht12 der p-Seite umfasst. Die Summe der Dicke tgn der AlGaAs-Lichtleitschicht6a der n-Seite und der Dicke tgp der AlGaAs-Lichtleitschicht12a der p-Seite ist 930 nm. - Das Verhältnis der Dicke tgn und der Dicke tgp kann jedoch verändert werden, um die Position der aktiven Schicht relativ zur seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur (die aus der Lichtleitschicht
6a der n-Seite und der Lichtleitschicht12 der p-Seite gebildet ist, wobei die aktive Schicht dazwischen eingefügt ist) zu verändern. Die mittlere Position der AlGaAs-Sperrschicht9 (die zwischen den InGaAs-Quantentopfschichten8 und10 angeordnet ist) relativ zur seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur wird hier als PositionP der aktiven Schicht bezeichnet. Die seitliche Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur ist in4 durch eine Strichpunktlinie angegeben und die PositionP der aktiven Schicht ist in dieser Ebene angeordnet, wenn tgn = tgp = 465 nm. - Das Ändern des Verhältnisses der Dicken tgn und tgp führt zur Verlagerung der Position
P der aktiven Schicht zur AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ hin oder von dieser weg (z, B. nach oben oder nach unten in4 ). Abgesehen von diesem Merkmal ist die HalbleiterlaservorrichtungLD11 zur HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten praktischen Beispiels, die in2 gezeigt ist, ähnlich; der Al-Molanteil oder In-Molanteil jeder Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD11 ist beispielsweise derselbe wie jener der entsprechenden Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD1 . -
5 ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD11 des zweiten praktischen Beispiels von der Position der aktiven Schicht abhängt. Insbesondere zeigt5 den optischen BegrenzungsfaktorΓ der Grundmode in der aktiven Schicht als Funktion der PositionP der aktiven Schicht für verschiedene Dickent1 der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. - In
5 stellt die einfache Strichlinie den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn t1 = 0 nm, das heißt, wenn die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite fehlt. In diesem Fall, wie in5 gezeigt, ist der optische Begrenzungsfaktor maximiert, wenn die PositionP der aktiven Schicht in der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur angeordnet ist (P = 0 nm). Der optische Begrenzungsfaktor nimmt vom Maximalwert in derselben Weise sowohl, wenn die aktive Schicht von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom n-Typ verschoben ist als auch wenn sie in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verschoben ist, ab. - Die Strichpunktlinie in
5 stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite eine Dicke von 50 nm aufweist. Wie gezeigt, ist die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verschoben und ferner ist der Maximalwert des optischen Begrenzungsfaktors durch das Hinzufügen der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite erhöht. - Die durchgezogene Linie in
5 stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite eine Dicke von 100 nm aufweist. Wie gezeigt, ist die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, weiter in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verschoben und der Maximalwert des optischen Begrenzungsfaktors ist im Vergleich dazu, wenn die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite eine Dicke von 50 nm aufweist, weiter erhöht. - Die Steilheitseffizienz der Halbleiterlaservorrichtung kann durch Verlagern der aktiven Schicht von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verbessert werden. (Es sollte beachtet werden, dass die Lichtleitschichtstruktur aus den Lichtleitschichten
6a und12a der n-Seite und der p-Seite besteht, wobei die aktive Schicht dazwischen eingefügt ist.) - Im obigen Beispiel ist die aktive Schicht von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ (d. h. nach oben in
4 ) verlagert, wobei die seitliche Mittelebene durch eine Strichpunktlinie in4 dargestellt ist. Im Graphen von5 stellt die horizontale Achse die PositionP der aktiven Schicht relativ zur seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur dar, und größere Werte auf der horizontalen Achse geben kürzere Abstände von der Mantelschicht vom p-Typ an. - Wie vorstehend beschrieben, ist in dem ersten Beispiel eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex mit einem niedrigeren Brechungsindex als die Mantelschicht vom n-Typ zwischen der Lichtleitschicht der n-Seite und der Mantelschicht vom n-Typ vorgesehen und die aktive Schicht ist von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verlagert. (Es sollte beachtet werden, dass die seitliche Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur durch eine Strichpunktlinie in
4 angegeben ist.) Dies führt zu einem verbesserten optischen Begrenzungsfaktor (der Grundmode) in der aktiven Schicht und daher zu einem verringerten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung. Ferner macht es die Verlagerung der aktiven Schicht in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ möglich, die Steilheitseffizienz und daher die Leistungsumsetzungseffizienz der Halbleiterlaservorrichtung zu erhöhen. - Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die Verlagerung der aktiven Schicht in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ auch zu einer Erhöhung des optischen Begrenzungsfaktors der Moden erster und höherer Ordnung führt, dies nicht problematisch ist, da der erhöhte optische Begrenzungsfaktor dieser Moden typischerweise immer noch niedriger ist als der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode. Wenn der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode höher ist als jener der Moden erster und höherer Ordnung, treten Oszillationsmoden höherer Ordnung nicht auf, in welchem Fall es nur erforderlich ist, den optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode zu betrachten.
- (Drittes praktisches Beispiel des ersten Beispiels)
-
6 ist eine Querschnittsansicht einer HalbleiterlaservorrichtungLD12 gemäß einem dritten praktischen Beispiel des ersten Beispiels. Die in6 gezeigte HalbleiterlaservorrichtungLD12 unterscheidet sich von der HalbleiterlaservorrichtungLD1 des ersten praktischen Beispiels darin, dass sie eine AlGaAs-Lichtleitschicht6b der n-Seite, eine AlGaAs-Lichtleitschicht12b der p-Seite und eine AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite anstelle der AlGaAs-Lichtleitschicht6 der n-Seite, der AlGaAs-Lichtleitschicht12 der p-Seite und der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite umfasst. Der Brechungsindex der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite ist irgendein Wert, der geringer ist als der Brechungsindex der Mantelschicht vom n-Typ. Das heißt, die Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex kann einen anderen Al-Molanteil als 0,500 aufweisen. - Im dritten praktischen Beispiel sind die AlGaAs-Lichtleitschicht
6b der n-Seite und die AlGaAs-Lichtleitschicht12b der p-Seite so konfiguriert, dass die Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung (zusätzlich zur Grundoszillationsmode) im Resonator in der Kristallwachstumsrichtung auftreten können, und die Summe der Dicken dieser Lichtleitschichten 1000 nm ist. -
7A ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD12 des dritten praktischen Beispiels von der Dicke der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigen Brechungsindex der n-Seite abhängt.7B ist ein Diagramm, das zeigt, wie der Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des Fernfeldmusters (FFP) der Halbleiterlaservorrichtung des dritten praktischen Beispiels von der Dicke der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite abhängt. - Insbesondere zeigt
7A den optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht, wenn die aktive Schicht in der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur angeordnet ist, als Funktion der Dicke der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite für verschiedene Al-Molanteile der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. Wie gezeigt, nimmt der optische Begrenzungsfaktor mit zunehmender Dicke und zunehmendem Al-Molanteil der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite zu. -
7B zeigt den Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des FFP in der Kristallwachstumsrichtung als Funktion der Dicke der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. Wie gezeigt, nimmt der Divergenzwinkelθy mit zunehmender Dicke der Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex zu (d. h. das FFP verbreitert sich). Es sollte beachtet werden, dass der Brechungsindex einer AlGaAs-Schicht 3,303083 ist, wenn ihr Al-Molanteil 0,35 ist, und 3,24653 ist, wenn ihr Al-Molanteil 0,45 ist. -
8 ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD12 des dritten praktischen Beispiels von der Position der aktiven Schicht abhängt. Insbesondere zeigt8 den optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht als Funktion der Position der aktiven Schicht für verschiedene Al-Molanteile der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite. - In
8 stellt eine einfache Strichlinie den optischen Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht dar, wenn die AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite fehlt. Die Strichpunktlinie stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite einen Al-Molanteil von 0,35 und eine Dicke von 50 nm aufweist. Die durchgezogene Linie stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite einen Al-Molanteil von 0,45 und eine Dicke von 50 nm aufweist. - Wie aus
8 zu sehen ist, wird, wenn der Al-Molanteil der Schicht mit niedrigem Brechungsindex erhöht wird und daher der Brechungsindex der Schicht mit niedrigem Brechungsindex verringert wird, die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verlagert und ferner wird der Maximalwert des optischen Begrenzungsfaktors erhöht. - Diese Tendenz ist vorhanden, selbst wenn die AlGaAs-Schicht
17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite eine Dicke von 100 nm aufweist. - Wie vorstehend beschrieben, dient die Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite, die zwischen der Mantelschicht vom n-Typ und der Lichtleitschicht der n-Seite vorgesehen ist, zum Verlagern des Punkts maximaler Intensität des NFP oder Nahfeldintensitätsprofils von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ. Ferner weist diese Schicht mit niedrigem Brechungsindex den Effekt der Erhöhung der maximalen Intensität des NFP im Vergleich dazu auf, wenn die Schicht mit niedrigem Brechungsindex fehlt, wodurch die Steilheitseffizienz erhöht wird und der Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung verringert wird.
- [Vergleichsbeispiel für Ausführungsformen der Erfindung]
- (Konfiguration der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels)
-
15 ist ein Diagramm, das eine HalbleiterlaservorrichtungLD150 darstellt, die als Vergleichsbeispiel für beschriebene Beispiele und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die HalbleiterlaservorrichtungLD150 unterscheidet sich von den Halbleiterlaservorrichtungen des ersten Beispiels darin, dass nur die Grundoszillationsmode im Resonator auftreten kann. - Die Halbleiterlaservorrichtung
LD150 umfasst ein GaAs-Substrat102 vom n-Typ mit einer Elektrode101 vom n-Typ, die auf seiner unteren Oberfläche ausgebildet ist. Mehrere Halbleiterschichten sind in Kristallform auf dem GaAs-Substrat102 vom n-Typ gezüchtet. Diese Halbleiterschichten umfassen eine AlGaAs-Mantelschicht103 vom n-Typ, eine AlGaAs-Lichtleitschicht104 der n-Seite, eine AlGaAs-Sperrschicht105 der n-Seite, eine InGaAs-Quantentopfschicht106 , eine AlGaAs-Sperrschicht107 , eine InGaAs-Quantentopfschicht108 , eine AlGaAs-Sperrschicht109 der p-Seite, eine AlGaAs-Lichtleitschicht110 der p-Seite, eine AlGaAs-Mantelschicht111 vom p-Typ und eine GaAs-Kontaktschicht112 vom p-Typ. Es sollte beachtet werden, dass die Quantentopfschichten106 und108 und die Sperrschichten105 ,107 und109 eine aktive Schicht bilden, die zwischen die Lichtleitschichten104 und110 eingefügt ist, und dass die Lichtleitschichten104 und110 und die aktive Schicht eine Lichtleitschichtstruktur bilden. Die Dicke dieser Lichtleitschichtstruktur ist im Wesentlichen gleich der Summe der Dicken der Lichtleitschichten104 und110 . - Die AlGaAs-Mantelschicht
103 vom n-Typ weist einen Al-Molanteil von 0,250 und eine Dicke von 1,5 µm auf. Die AlGaAs-Lichtleitschicht104 der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,183 und eine Dicke von 50 nm auf. Die AlGaAs-Sperrschicht105 der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,100 und eine Dicke von 10 nm auf. - Die InGaAs-Quantentopfschicht
106 weist einen In-Molanteil von 0,138 und eine Dicke von 8 nm auf. Die AlGaAs-Sperrschicht107 weist einen Al-Molanteil von 0,100 und eine Dicke von 3 nm auf. Die InGaAs-Quantentopfschicht108 weist einen In-Molanteil von 0,138 und eine Dicke von 8 nm auf. Die AlGaAs-Sperrschicht109 der p-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,100 und eine Dicke von 10 nm auf. - Die AlGaAs-Lichtleitschicht
110 der p-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,183 und eine Dicke von 50 nm auf. Die AlGaAs-Mantelschicht111 vom p-Typ weist einen Al-Molanteil von 0,250 und eine Dicke von 1,5 µm auf. Die GaAs-Kontaktschicht112 vom p-Typ weist eine Dicke von 0,2 µm auf. Eine Elektrode113 vom p-Typ ist auf der Oberseite dieser Schichtstruktur vorgesehen. - Eine AlGaAs-Schicht
114 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite ist zwischen der AlGaAs-Mantelschicht103 vom n-Typ und der AlGaAs-Lichtleitschicht104 der n-Seite vorgesehen. Die AlGaAs-Schicht114 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,50 und eine Dicket1 auf, die als Parameter der in16 gezeigten Graphen (später beschrieben) verwendet wird. - (Anzahl von Moden in der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels)
- Der v-Wert der Vergleichs-Halbleiterlaservorrichtung
LD150 , die in15 gezeigt ist, wird nachstehend unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (1) berechnet. Die AlGaAs-Sperrschicht109 der p-Seite, die InGaAs-Quantentopfschicht108 , die AlGaAs-Sperrschicht107 , die InGaAs-Quantentopfschicht106 und die AlGaAs-Sperrschicht105 der n-Seite weisen einen Brechungsindex auf, der ungefähr gleich jenem der Lichtleitschichten ist, die einen Al-Molanteil von 0,183 aufweisen. Das heißt, alle dieser Quantentopfschichten, Sperrschichten und Lichtleitschichten sind Schichten mit hohem Brechungsindex und ihre kombinierte Dicke ist 139 nm. - Ein Verfahren zum Bestimmen des Brechungsindex einer Halbleiterschicht ist bekannt (siehe z. B. Iga et al. „Semiconductor Laser“, S. 35-38, 25. Okt. 1994, Ohmsha). Unter Verwendung dieses Verfahrens wird der Brechungsindex einer AlGaAs-Schicht mit einem Al-Molanteil von 0,183 (wie z. B. die Lichtleitschichten
104 und110 ) als 3,403186 bei einer Wellenlänge von 980 nm berechnet. Ferner wird der Brechungsindex einer AlGaAs-Schicht mit einem AI-Molanteil von 0,250 (wie z. B. die Mantelschichten103 und111 ) als 3,362125 bei einer Wellenlänge von 980 nm berechnet. Durch Einsetzen dieser Werte in obige Gleichung (1) ist der resultierende v-Wert 0,4697. Da der v-Wert der Vergleichs-Halbleiterlaservorrichtung geringer ist als π/2, kann folglich nur die Grundoszillationsmode in ihrem Resonator auftreten. - (Eigenschaften des Vergleichsbeispiels)
-
16A ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der Vergleichs-HalbleiterlaservorrichtungLD150 von der Dicke der AlGaAs-Schicht114 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite abhängt.16B ist ein Diagramm, das zeigt, wie der Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des Fernfeldmusters (FFP) der Vergleichs-HalbleiterlaservorrichtungLD150 von der Dicke der AlGaAs-Schicht114 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite abhängt. - Wie in
16A gezeigt, nimmt der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht mit zunehmender Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex allmählich ab. Wie in16B gezeigt, nimmt ferner der Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des Fernfeldmusters (FFP) in der Kristallwachstumsrichtung auch mit zunehmender Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex allmählich ab. Diese Eigenschaften weisen darauf hin, dass das Nahfeldmuster (NFP) oder Nahfeldintensitätsprofil in der Kristallwachstumsrichtung sich mit zunehmender Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex verbreitert. -
17 ist ein Diagramm, das die Ladungsträgerverteilung und die Verteilung der optischen Intensität innerhalb der Lichtleitschichten einer Halbleiterlaservorrichtung zeigt. Die in17 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung weist eine Struktur auf, die aus einer Mantelschicht120 vom n-Typ, einer Lichtleitschicht121 der n-Seite, einer aktiven Schicht122 , einer Lichtleitschicht123 der p-Seite und einer Mantelschicht124 vom p-Typ besteht. Es sollte beachtet werden, dass die Lichtleitschicht121 der n-Seite, die aktive Schicht122 und die Lichtleitschicht123 der p-Seite zusammen eine Lichtleitschichtstruktur bilden. - Der Gradient der Ladungsträgerverteilung in der Lichtleitschicht der p-Seite ist µn/µp Mal größer als der Gradient der Ladungsträgerverteilung in der Lichtleitschicht der n-Seite, wobei µn die Mobilität von Elektronen ist und µp die Mobilität von Löchern ist (siehe M. Alam und M. Lundstrom, „Simple Analysis of Carrier Transport and Buildup in Separate Confinement Heterostructure Quantum Well Lasers“, IEEE, Photonics Technol. Lett., Band 6, Nr, 12, S. 1418-1420, 1994).
- Die Ladungsträgerdichte ist am niedrigsten in den Lichtleitschichten nahe der aktiven Schicht. Wenn die aktive Schicht in Richtung der Mantelschicht der p-Seite verlagert ist, wie durch einen offenen Pfeil in
17 angegeben, dann ist daher die Anzahl von Ladungsträgern in der Lichtleitschichtstruktur verringert. Dies führt zu einer verringerten Ladungsträgerabsorption des Laserlichts, was es möglich macht, eine Verringerung der Steilheitseffizienz zu verhindern. Daher ist die Verlagerung der aktiven Schicht in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ besonders wirksam bei Halbleiterlaservorrichtungen mit dicken Lichtleitschichten, da viele Ladungsträger in solchen Lichtleitschichten während der Laseroszillation eingefangen werden. - Da jedoch der Punkt maximaler Intensität des NFP oder Nahfeldintensitätsprofils in der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur angeordnet ist, ist, wenn die aktive Schicht in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verlagert ist, der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht verringert, was zu einem erhöhten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung führt. Die Verlagerung der aktiven Schicht in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ ist jedoch vorteilhaft, wenn der Schwellenstrom im Vergleich zum Betriebsstrom nicht signifikant ist.
- [Variationen des ersten Beispiels]
- Obwohl das vorliegende Beispiel in Verbindung mit Halbleiterlaservorrichtungen beschrieben wurde, in denen die Sperrschichten, die Lichtleitschichten und die Mantelschichten aus AlGaAs bestehen, ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf dieses Halbleitermaterial begrenzt. Die Vorteile des vorstehend beschriebenen vorliegenden Beispiels ergeben sich aus einer speziellen Beziehung zwischen den Brechungsindizes von mehreren Halbleiterschichten. Daher kann eine Halbleiterlaservorrichtung, die aus einem anderen Material wie z. B. einem Material auf GaN-Basis, AlGaInP-Basis oder InP-Basis ausgebildet ist, so konfiguriert sein, dass die Brechungsindizes der Halbleiterschichten die obige spezielle Beziehung aufweisen, um die Vorteile des ersten Beispiels zu erreichen.
- Obwohl die Halbleiterlaservorrichtungen des ersten Beispiels eine aktive Schicht aus InGaAs umfassen und eine Laserwellenlänge von 980 nm aufweisen, ist die vorliegende Erfindung ferner selbstverständlich nicht auf diesen speziellen Typ von Halbleiterlaservorrichtung begrenzt. Das vorliegende Beispiel kann auf Halbleiterlaservorrichtungen mit einer aktiven Schicht aus einem anderen Halbleitermaterial und mit einer anderen Laserwellenlänge als 980 nm angewendet werden, während die vorstehend in Verbindung mit dem vorliegenden Beispiel beschriebenen Vorteile beibehalten werden.
- Zweites Beispiel
- [Konfiguration einer Vorrichtung des zweiten Beispiels]
-
9 ist eine Querschnittsansicht einer HalbleiterlaservorrichtungLD2 gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiterlaservorrichtung ist in der Konfiguration zur HalbleiterlaservorrichtungLD12 des dritten praktischen Beispiels des ersten Beispiels, die in6 gezeigt ist, ähnlich, außer dass sie eine AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite anstelle der AlGaAs-Schicht17a mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite umfasst und ferner eine AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite umfasst. Die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,500 und eine Dicke von 100 nm auf. Die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite weist einen Al-Molanteil xlp und eine Dicke tlp auf. - Die Halbleiterlaservorrichtung
LD2 des zweiten Beispiels, die in der vorstehend beschriebenen Weise konfiguriert ist, ist durch die folgenden zwei Merkmale gekennzeichnet: - Ein erstes Merkmal besteht darin, dass die AlGaAs-Schicht
18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite, die einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als die AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ, zwischen der AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ und der AlGaAs-Lichtleitschicht12b der p-Seite angeordnet ist. - Ein zweites Merkmal besteht darin, dass ein Bemessungswert v'n der n-Seite größer ist als ein Bemessungswert v'p der p-Seite, wobei: der Bemessungswert v'n der n-Seite das Produkt der Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und der Quadratwurzel der Differenz zwischen dem Quadrat des Brechungsindex der Mantelschicht vom n-Typ und dem Quadrat des Brechungsindex der Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite ist; und der Bemessungswert v'p der p-Seite das Produkt der Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite und der Quadratwurzel der Differenz zwischen dem Quadrat des Brechungsindex der Mantelschicht vom p-Typ und dem Quadrat des Brechungsindex der Schicht mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite ist.
- [Operation und Eigenschaften der Vorrichtung des zweiten Beispiels]
-
10 umfasst10A und10B , die vorteilhafte Eigenschaften der HalbleiterlaservorrichtungLD2 des zweiten Beispiels darstellen. -
10A ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD2 des zweiten Beispiels von der Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite abhängt. Insbesondere zeigt10A den optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht, wenn die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite einen Al-Molanteil xlp von 0,300 aufweist und die aktive Schicht in der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur angeordnet ist, als Funktion der Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite. Wie gezeigt, nimmt der optische Begrenzungsfaktor mit zunehmender Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite zu. - Es sollte beachtet werden, dass die AlGaAs-Schicht
17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite, die zwischen der Mantelschicht5 vom n-Typ und der AlGaAs-Lichtleitschicht6b der n-Seite vorgesehen ist, einen Al-Molanteil von 0,500 und eine Dicke von 100 nm aufweist. -
10B ist ein Diagramm, das zeigt, wie der Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des Fernfeldmusters (FFP) der HalbleiterlaservorrichtungLD2 des zweiten Beispiels von der Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite abhängt. Insbesondere zeigt10B den Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)θy des FFP in der Kristallwachstumsrichtung als Funktion der Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite. Wie gezeigt, nimmt der Divergenzwinkelθy mit zunehmender Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite zu (d. h. das FFP verbreitert sich). Es sollte beachtet werden, dass der Brechungsindex einer AlGaAs-Schicht mit einem Al-Molanteil von 0,300 (wie z. B. die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite) 3,332404 ist. -
11 ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD2 des zweiten Beispiels von der Position der aktiven Schicht abhängt. Insbesondere zeigt11 den optischen Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht als Funktion der Position der aktiven Schicht für verschiedene Dicken der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite. - In
11 stellt die einfache Strichlinie den optischen Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht dar, wenn die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite fehlt. Die Strichpunktlinie stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite einen Al-Molanteil xlp von 0,300 und eine Dicke tlp von 30 nm aufweist. Die durchgezogene Linie stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite einen Al-Molanteil xlp von 0,300 und eine Dicke tlp von 50 nm aufweist. - Wie in
11 gezeigt, nimmt der maximale Wert des optischen Begrenzungsfaktors mit zunehmender Dicke der Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex zu. Wenn die Dicke der Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex erhöht wird, wird ferner die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, geringfügig weiter in Richtung der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur verlagert, bleibt jedoch immer noch auf der Seite der Mantelschicht vom p-Typ der Lichtleitschichtstruktur. - Diese Eigenschaften weisen darauf hin, dass es möglich ist, den Schwellenstrom zu verringern und dadurch die Steilheitseffizienz der Halbleiterlaservorrichtung durch Anordnen der aktiven Schicht nahe der Stelle, wo der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, zu erhöhen. Es sollte beachtet werden, dass die Brechungsindexverteilung innerhalb der Lichtleitschichtstruktur symmetrischer wird, wenn die Dicke der Schicht
18 mit niedrigem Brechungsindex erhöht wird. Dies ist der Grund, dass die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, weiter in Richtung der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur verlagert wird, wenn die Dicke der Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex erhöht wird. - Das zweite Merkmal der Halbleiterlaservorrichtung
LD2 des zweiten Beispiels wird genauer beschrieben. Mit Rückbezug auf1 und Gleichung (1), die in Verbindung mit dem ersten Beispiel beschrieben wurde, wird der optische Begrenzungsfaktor in dem Bereich (oder der Schicht) 2 mit hohem Brechungsindex durch das Produkt der Dicke des Bereichs2 mit hohem Brechungsindex und des Werts von (n1 2 - n2 2)1/2 bestimmt, wobei n1 der Brechungsindex des Bereichs2 mit hohem Brechungsindex ist undn2 der Brechungsindex der Bereiche1 und1a mit niedrigem Brechungsindex ist (siehe1 ). Es sollte beachtet werden, dass der Bereich2 mit hohem Brechungsindex der Lichtleitschichtstruktur der Halbleiterlaservorrichtung LD2 dem zweiten Beispiel entspricht (einschließlich der Lichtleitschichten6b und12b der n-Seite und der p-Seite und der aktiven Schicht) und die Bereiche1 und1a mit niedrigem Brechungsindex den Mantelschichten5 bzw.13 vom n-Typ bzw. vom p-Typ entsprechen. - Ferner funktioniert in der Halbleiterlaservorrichtung
LD2 des zweiten Beispiels die Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite derart, dass die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, in Richtung der Mantelschicht13 vom p-Typ verlagert ist. Das Ausmaß der Verlagerung wird als vom Brechungsindex und von der Dicke der Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex abhängig festgestellt, wie es bei der Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der HalbleiterlaservorrichtungLD11 des ersten Beispiels, die vorstehend mit Bezug auf5 beschrieben wurde, der Fall ist. - Die Halbleiterlaservorrichtung
LD2 des zweiten Beispiels ist ferner mit der Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite versehen, von der in Betracht gezogen wird, dass sie derart funktioniert, dass die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, in Richtung der Mantelschicht5 vom n-Typ verlagert ist. Das Ausmaß dieser Verlagerung wird als vom Brechungsindex und von der Dicke der Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite abhängig betrachtet, wie es bei der Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite der Fall ist. - Da die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, auf der Seite der Mantelschicht
13 vom p-Typ (oder Oberseite) der Lichtleitschichtstruktur angeordnet sein muss, müssen die Brechungsindizes und die Dicken der Schichten17b und18 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und der p-Seite und die Brechungsindizes der Mantelschichten5 und13 vom n-Typ und vom p-Typ so ausgewählt werden, dass das Ausmaß der Verlagerung in Richtung der Mantelschicht13 vom p-Typ, die durch die Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite verursacht wird, größer ist als das Ausmaß der Verlagerung in Richtung der Mantelschicht5 vom n-Typ, die durch die Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite verursacht wird. Um dies zu erreichen, muss der Bemessungswert v'n der n-Seite größer sein als der Bemessungswert v'p der p-Seite, wie vorstehend beschrieben. - Der Bemessungswert v'n der n-Seite ist durch die nachstehende Gleichung (2) gegeben.
17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite ist und Tn die Dicke der AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite ist. - Der Bemessungswert v'p der p-Seite ist durch die nachstehende Gleichung (3) gegeben.
18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite ist und Tp die Dicke der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite ist. - Als Ergebnis des vorstehend beschriebenen zweiten Merkmals ist die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht
13 vom p-Typ verlagert. - Die vorstehend beschriebene Halbleiterlaservorrichtung
LD2 des zweiten Beispiels weist sowohl eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite, die zwischen die Mantelschicht vom n-Typ und die Lichtleitschicht der n-Seite eingefügt ist, als auch eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite, die zwischen die Mantelschicht vom p-Typ und die Lichtleitschicht der p-Seite eingefügt ist. auf. Ferner ist die HalbleiterlaservorrichtungLD2 so konfiguriert, dass sie das vorstehend beschriebene zweite Merkmal aufweist. - Die Schichten mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und der p-Seite sind so konfiguriert, dass der Punkt maximaler Intensität in der Lichtleitschichtstruktur von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verlagert ist, und so dass die maximale Intensität des NFP höher ist als es der Fall wäre, wenn diese Schichten mit niedrigem Brechungsindex fehlen würden. Dies führt zu einer erhöhten Steilheitseffizienz und einem verringerten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung
LD2 . - Ausführungsform
- [Konfiguration der Vorrichtung der Ausführungsform]
-
12 ist eine Querschnittsansicht einer HalbleiterlaservorrichtungLD3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die HalbleiterlaservorrichtungLD3 der Ausführungsform unterscheidet sich von der HalbleiterlaservorrichtungLD2 des zweiten Beispiels darin, dass die AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite durch eine AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der aktiven Schicht, aber höher als jener der AlGaAs-Lichtleitschicht12b der p-Seite, ersetzt ist. Das heißt, in der HalbleiterlaservorrichtungLD3 ist die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite zwischen der AlGaAs-Mantelschicht 5 vom n-Typ und der AlGaAs-Lichtleitschicht6b der n-Seite vorgesehen (wie in dem zweiten Beispiel) und die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite ist zwischen der AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ und der AlGaAs-Lichtleitschicht12 der p-Seite vorgesehen. - Die AlGaAs-Schicht
19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite weist einen Al-Molanteil von 0,120 und eine Dicke von 20 nm auf. Es sollte beachtet werden, dass eine AlGaAs-Schicht mit einem Al-Molanteil von 0,120 einen Brechungsindex von 3,442407 aufweist. Folglich weist die HalbleiterlaservorrichtungLD3 eine Schichtstruktur ähnlich zu jener der HalbleiterlaservorrichtungLD2 , die in9 gezeigt ist, auf, außer dass sie die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite anstelle der AlGaAs-Schicht18 mit niedrigem Brechungsindex der p-Seite aufweist. - [Operation und Eigenschaften der Vorrichtung der dritten Ausführungsform]
-
13 ist ein Diagramm, das zeigt, wie der optische Begrenzungsfaktor der Grundmode in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD3 der Ausführungsform von der Position der aktiven Schicht abhängt. - In
13 stellt eine einfache StrichlinienkurveCv2 , die nur für Referenzwecke gezeigt ist, den optischen Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht der HalbleiterlaservorrichtungLD3 dar, wenn die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlen. Die StrichpunktlinienkurveCv1 , die nur für Referenzzwecke gezeigt ist, stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite (mit einem AI-Molanteil von 0,500 und einer Dicke von 50 nm) vorhanden ist, aber die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlt. - Die Kurve
Cv0 der durchgezogenen Linie stellt den optischen Begrenzungsfaktor dar, wenn sowohl die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite (mit einem AI-Molanteil von 0,500 und einer Dicke von 50 nm) als auch die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite (mit einem Al-Molanteil von 0,120 und einer Dicke von 20 nm) vorhanden sind. Wenn sowohl die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite als auch die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite vorhanden sind, ist der Punkt maximaler Intensität in der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der AlGaAs-Mantelschicht 13 vom p-Typ weiter verlagert, als wenn die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite vorhanden ist, aber die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlt, obwohl der Wert der maximalen Intensität niedriger ist. - Wenn sowohl die AlGaAs-Schicht
17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite als auch die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite vorhanden sind, weist die HalbleiterlaservorrichtungLD3 eine höhere Steilheitseffizienz auf, als wenn die AlGaAs-Schicht17b mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite vorhanden ist, aber die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlt, da die Position der aktiven Schicht, in der der optische Begrenzungsfaktor in der aktiven Schicht maximiert ist, weiter in Richtung der AlGaAs-Mantelschicht13 vom p-Typ verlagert ist, obwohl die HalbleiterlaservorrichtungLD3 einen höheren Schwellenstrom aufweist. Wie aus13 zu sehen ist, weist ferner die HalbleiterlaservorrichtungLD3 einen niedrigeren Schwellenstrom und eine höhere Steilheitseffizienz auf, wenn die AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und die AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite vorhanden sind, als wenn beide von ihnen fehlen. - Wenn die aktive Schicht in der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur angeordnet ist, variiert der Divergenzwinkel (volle Breite bei halbem Maximum)
θy des FFP in der Kristallwachstumsrichtung gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit der AlGaAs-Schicht17 mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und der AlGaAs-Schicht19 mit hohem Brechungsindex der p-Seite wie folgt: wenn sowohl die Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite als auch die AlGaAs-Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlen, ist der Divergenzwinkelθy 27,8°; wenn die AlGaAs-Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite vorhanden ist, aber die AlGaAs-Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlt, istθy 28,6°; und wenn sowohl die Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite als auch die AlGaAs-Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite vorhanden sind, istθy 28,6°. Selbst wenn die AlGaAs-Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite (zusätzlich zur AlGaAs-Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite) vorhanden ist, ist der Divergenzwinkelθy folglich größer als (das heißt das FFP ist breiter als) wenn beide Schichten fehlen. - Die vorstehend beschriebene Halbleiterlaservorrichtung
LD3 der Ausführungsform weist sowohl eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite, die zwischen der Mantelschicht vom n-Typ und der Lichtleitschicht der n-Seite vorgesehen ist, als auch eine Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite, die zwischen der Mantelschicht vom p-Typ und der Lichtleitschicht der p-Seite vorgesehen ist, auf. - Die Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite und die Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite sind so konfiguriert, dass der Punkt mit maximaler Intensität in der Lichtleitschichtstruktur von der seitlichen Mittelebene der Lichtleitschichtstruktur in Richtung der Mantelschicht vom p-Typ verlagert ist, und so, dass die maximale Intensität des NFP höher ist, als es der Fall wäre, wenn sowohl die Schicht mit niedrigem Brechungsindex der n-Seite als auch die Schicht mit hohem Brechungsindex der p-Seite fehlen würden. Dies führt zur erhöhten Steilheitseffizienz und zu einem verringerten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung
LD3 . - Drittes Beispiel
-
14 ist eine Querschnittsansicht einer HalbleiterlaservorrichtungLD4 gemäß einem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die HalbleiterlaservorrichtungLD4 ist eine Rippenhalbleiterlaservorrichtung, die durch Wegätzen von Seitenkanten der GaAs-Kontaktschicht vom p-Typ und der AlGaAs-Mantelschicht vom p-Typ an der Oberseite einer Halbleiterlaserstruktur und dadurch Erzeugen einer Rippe, die aus den restlichen zentralen Abschnitten der Kontaktschicht und der Mantelschicht gebildet ist, ausgebildet wird. - Folglich sind die Kontaktschicht vom p-Typ und die Mantelschicht vom p-Typ in der Breite durch Ätzen verringert und bilden zusammen eine Rippe, die sich entlang der Länge des Resonators (d. h. in der z-Richtung in
14 ) erstreckt. Folglich wird der Strom, der durch die Kontaktschicht vom p-Typ und die Mantelschicht vom p-Typ zur aktiven Schicht fließt, bezüglich der Ausbreitung in der x-Richtung eingeschränkt. Dies führt zu einem verringerten Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtung. - Es sollte beachtet werden, dass, obwohl in dem vorliegenden Beispiel das obige Ätzen zum Ausbilden der Rippe gestoppt wird, wenn die Mantelschicht vom p-Typ durch ihre Dicke hindurch geätzt wurde, in anderen Beispielen oder Ausführungsformen das Ätzen selbstverständlich gestoppt werden kann, wenn eine Tiefe auf halbem Wege durch die Mantelschicht vom p-Typ oder auf halbem Wege durch die Lichtleitschicht
12a vom p-Typ erreicht wurde. Alternativ kann nur die Kontaktschicht geätzt werden. - Wie vorstehend beschrieben, weist die Halbleiterlaservorrichtung
LD4 des dritten Beispiels eine Rippenstruktur auf. Diese Rippenstruktur hat den Effekt der Einschränkung des Stroms, der durch diese fließt, bezüglich der Ausbreitung in einer Richtung senkrecht sowohl zur Kristallwachstumsrichtung als auch zur Resonatorlängenrichtung, wodurch der Schwellenstrom der HalbleiterlaservorrichtungLD4 verringert wird. - Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden. Die Halbleiterlaservorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind so konfiguriert, dass sie einen niedrigen Schwellenstrom, eine hohe Steilheitseffizienz und eine hohe Leistungsumsetzungseffizienz aufweisen.
- Offensichtlich sind viele Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung angesichts der obigen Lehren möglich. Daher kann selbstverständlich innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden.
- Die gesamte Offenbarung von
JP 2013-072302-A
Claims (2)
- Halbleiterlaservorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Mantelschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf das Halbleitersubstrat laminiert ist; eine erste Lichtleitschicht (6), die auf die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps laminiert ist; eine aktive Schicht (7 , 8 , 9 , 10 , 11), die auf die erste Lichtleitschicht laminiert ist; eine zweite Lichtleitschicht (12), die auf die aktive Schicht laminiert ist; und eine Mantelschicht (13) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf die zweite Lichtleitschicht laminiert ist; wobei eine Summe der Dicke der ersten Lichtleitschicht und der Dicke der zweiten Lichtleitschicht derart ist, dass Oszillationsmoden erster und höherer Ordnung in der Kristallwachstumsrichtung auftreten können; wobei die Dicke der ersten Lichtleitschicht größer ist als die Dicke der zweiten Lichtleitschicht; wobei eine Schicht (17b) mit niedrigem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, zwischen der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der ersten Lichtleitschicht vorgesehen ist; und wobei eine Schicht (19) mit hohem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als jener der aktiven Schicht, aber höher als jener der zweiten Lichtleitschicht, zwischen der zweiten Lichtleitschicht und der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist.
- Halbleiterlaservorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem Rippenabschnitt versehen ist.
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6447456B2 (ja) * | 2015-10-22 | 2019-01-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
EP3357096B1 (de) * | 2015-12-22 | 2022-07-27 | Apple Inc. | Bearbeitung von led-seitenwänden zur verringerung von nicht-strahlender rekombination |
CN109417274B (zh) * | 2016-06-30 | 2021-12-07 | 新唐科技日本株式会社 | 半导体激光装置、半导体激光模块及熔接用激光光源*** |
JP7046803B2 (ja) * | 2016-06-30 | 2022-04-04 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム |
WO2021161438A1 (ja) * | 2020-02-13 | 2021-08-19 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08195529A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザエピタキシャル結晶積層体および半導体レーザ |
JPH11233882A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP2000151018A (ja) * | 1998-11-13 | 2000-05-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ |
US6167073A (en) * | 1998-07-23 | 2000-12-26 | Wisconsin Alumni Research Foundation | High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement |
DE10046580A1 (de) * | 2000-09-20 | 2002-04-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiter-Laser |
JP2007220692A (ja) * | 2004-01-30 | 2007-08-30 | Nec Corp | 半導体レーザ |
JP2008034886A (ja) * | 1999-11-17 | 2008-02-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
DE102009041934A1 (de) * | 2009-09-17 | 2011-03-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser |
DE102010040767A1 (de) * | 2010-09-14 | 2012-03-15 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Laserdiode mit hoher Effizienz |
US20120112204A1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-05-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light emitting device and epitaxial substrate |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58195529A (ja) | 1982-05-11 | 1983-11-14 | 松下電器産業株式会社 | 電気掃除機 |
JP4387472B2 (ja) * | 1998-02-18 | 2009-12-16 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ |
JP2010135724A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-06-17 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP5326511B2 (ja) * | 2008-11-13 | 2013-10-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
JP5830772B2 (ja) | 2011-09-27 | 2015-12-09 | ダイハツ工業株式会社 | 車両用パワースライドドアの制御装置 |
-
2013
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-
2014
- 2014-03-17 DE DE102014204938.5A patent/DE102014204938B4/de active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08195529A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザエピタキシャル結晶積層体および半導体レーザ |
JPH11233882A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
US6167073A (en) * | 1998-07-23 | 2000-12-26 | Wisconsin Alumni Research Foundation | High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement |
JP2000151018A (ja) * | 1998-11-13 | 2000-05-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ |
JP2008034886A (ja) * | 1999-11-17 | 2008-02-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
DE10046580A1 (de) * | 2000-09-20 | 2002-04-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiter-Laser |
JP2007220692A (ja) * | 2004-01-30 | 2007-08-30 | Nec Corp | 半導体レーザ |
US20120112204A1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-05-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light emitting device and epitaxial substrate |
DE102009041934A1 (de) * | 2009-09-17 | 2011-03-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser |
DE102010040767A1 (de) * | 2010-09-14 | 2012-03-15 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Laserdiode mit hoher Effizienz |
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