JP2001257431A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- semiconductor laser
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
- H01S5/0651—Mode control
- H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
- H01S5/0655—Single transverse or lateral mode emission
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基本横モード半導体レーザにおいて、高出力
時まで安定な基本モード発振を維持する。 【解決手段】 屈折率導波構造および電流狭窄構造を備
えた基本横モード発振する半導体レーザにおいて、量子
井戸層６の上下に光ガイド層５，７を備え、上部光ガイ
ド層７の厚みを下部光ガイド層５の厚みより薄くする。
さらに、光ガイド層５，７の合計厚みを0.5μｍ以上と
し、電流狭窄層８のストライプ溝底面である電流狭窄構
造の底部から量子井戸層６の上面までの距離を0.25μｍ
未満とする。
時まで安定な基本モード発振を維持する。 【解決手段】 屈折率導波構造および電流狭窄構造を備
えた基本横モード発振する半導体レーザにおいて、量子
井戸層６の上下に光ガイド層５，７を備え、上部光ガイ
ド層７の厚みを下部光ガイド層５の厚みより薄くする。
さらに、光ガイド層５，７の合計厚みを0.5μｍ以上と
し、電流狭窄層８のストライプ溝底面である電流狭窄構
造の底部から量子井戸層６の上面までの距離を0.25μｍ
未満とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に、基本横モードで発振する半導体レーザに関す
るものである。
し、特に、基本横モードで発振する半導体レーザに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】高品位の基本横モードにて発振する狭ス
トライプ幅の半導体レーザの実用的な光出力は年々増加
している。基本横モード半導体レーザの高出力化は著し
く、特に0.98μｍ帯のErドープ光ファイバ増幅器の励起
用では、実用的な光出力が250ｍＷ以上になってきてい
る。また、光ディスク用途においても、0.78μｍ帯が記
録可能なCD用に、0.65μｍが記録可能なCD用に高出力化
が進んでいる。また、各種画像記録応用においても高出
力化は重要であり、比較的感度の低いデジタルドライプ
リンタ対応の感材に対しては、例えばレーザサーマルプ
リンタなどにおいて、更に高出力の半導体レーザが必要
とされている。
トライプ幅の半導体レーザの実用的な光出力は年々増加
している。基本横モード半導体レーザの高出力化は著し
く、特に0.98μｍ帯のErドープ光ファイバ増幅器の励起
用では、実用的な光出力が250ｍＷ以上になってきてい
る。また、光ディスク用途においても、0.78μｍ帯が記
録可能なCD用に、0.65μｍが記録可能なCD用に高出力化
が進んでいる。また、各種画像記録応用においても高出
力化は重要であり、比較的感度の低いデジタルドライプ
リンタ対応の感材に対しては、例えばレーザサーマルプ
リンタなどにおいて、更に高出力の半導体レーザが必要
とされている。
【０００３】これらの応用においては高出力・高信頼性
とともにレーザビームが安定な基本横モードであること
が必須である。しかしながら、光出力の上限は大きく２
つの要因によって制限されている。
とともにレーザビームが安定な基本横モードであること
が必須である。しかしながら、光出力の上限は大きく２
つの要因によって制限されている。
【０００４】第一に光出射端面における高光密度による
端面劣化起因による信頼性の低下である。この端面劣化
については、高品位の端面コーティング（参考文献：IE
EE J. Selected Topics in Quantum Electronics, vol.
5, p.832 (1999).）やレーザ光を吸収しない端面窓構造
の適用（参考文献：IEEE J. Quantum Electron. Vol.QE
-15, p.775 (1979); IEEE J. Selected Topics in Quan
tum Electronics, vol.5, p.817 (1999); Jpn. J. App
l. Phys. Vol.30, p.L904 (1991); Electron.Lett. Vo
l.34, p.1663 (1998)）により大きな改善が実現されて
きている。
端面劣化起因による信頼性の低下である。この端面劣化
については、高品位の端面コーティング（参考文献：IE
EE J. Selected Topics in Quantum Electronics, vol.
5, p.832 (1999).）やレーザ光を吸収しない端面窓構造
の適用（参考文献：IEEE J. Quantum Electron. Vol.QE
-15, p.775 (1979); IEEE J. Selected Topics in Quan
tum Electronics, vol.5, p.817 (1999); Jpn. J. App
l. Phys. Vol.30, p.L904 (1991); Electron.Lett. Vo
l.34, p.1663 (1998)）により大きな改善が実現されて
きている。
【０００５】第二の要素は基本モードの安定性である。
200ｍＷを越える高出力の半導体レーザにおいては、屈
折率導波構造の設計の段階で、高次横モードがカットオ
フとなるように、活性層と平行方向の等価屈折率段差Δ
ｎとストライプ幅Ｗの条件を設定している。一例とし
て、発振波長1060ｎｍの場合の１次モードカットオフ条
件を図５に示す。図５に示す曲線より下の斜線領域が基
本モード発振を行う条件を満たす領域であり、例えば、
ストライプ幅Ｗ＝2.5μｍ、等価屈折率段差Δｎ=4 x 10
-3とすれば安定な基本横モードが得られる。しかしなが
ら、実際のデバイスでは出力を上げていくと数百ｍＷに
おいて光出力-電流特性が直線からはずれ、放射パタン
が歪む現象が見られる。これが安定な基本横モードの上
限である。半導体レーザにおいては活性層のキャリア密
度が1018cm-3程度であるため、プラズマ効果により屈折
率が2 x 10-3程度低下するのに加えて、光出力増加に起
因したキャリア濃度の空間的なホールバーニングが生じ
るため、活性層に平行方向の屈折率分布が複雑に変化す
る。このため、高次モードにはならないが、水平方向に
ビームがシフトし、いわゆるビームステアリングを生じ
て横モードが不安定となる。
200ｍＷを越える高出力の半導体レーザにおいては、屈
折率導波構造の設計の段階で、高次横モードがカットオ
フとなるように、活性層と平行方向の等価屈折率段差Δ
ｎとストライプ幅Ｗの条件を設定している。一例とし
て、発振波長1060ｎｍの場合の１次モードカットオフ条
件を図５に示す。図５に示す曲線より下の斜線領域が基
本モード発振を行う条件を満たす領域であり、例えば、
ストライプ幅Ｗ＝2.5μｍ、等価屈折率段差Δｎ=4 x 10
-3とすれば安定な基本横モードが得られる。しかしなが
ら、実際のデバイスでは出力を上げていくと数百ｍＷに
おいて光出力-電流特性が直線からはずれ、放射パタン
が歪む現象が見られる。これが安定な基本横モードの上
限である。半導体レーザにおいては活性層のキャリア密
度が1018cm-3程度であるため、プラズマ効果により屈折
率が2 x 10-3程度低下するのに加えて、光出力増加に起
因したキャリア濃度の空間的なホールバーニングが生じ
るため、活性層に平行方向の屈折率分布が複雑に変化す
る。このため、高次モードにはならないが、水平方向に
ビームがシフトし、いわゆるビームステアリングを生じ
て横モードが不安定となる。
【０００６】一方、高出力レーザは基本的に量子井戸を
有するSCH（Separate ConfinementHeterostructure）構
造を採用しており、この構造における光ガイド層の厚み
を増加させることにより光出射端面における光密度を低
減して高出力時の信頼性が向上することが知られている
（参考文献：Appl. Phys. Lett. Vol.75, p.1839 (199
9)）。しかしながら、光ガイド層を厚くするとクラッド
層への光の浸みだしが少なくなり活性層との屈折率差を
とることが容易でなくなるという問題があり、さらに、
本発明者らは、光ガイド層が厚い場合には活性層がガイ
ド層の厚みの分だけ電流狭窄領域から離れるため、活性
層に平行方向へのキャリアの広がりが大きくなって横モ
ード不安定を示すことを見出した。
有するSCH（Separate ConfinementHeterostructure）構
造を採用しており、この構造における光ガイド層の厚み
を増加させることにより光出射端面における光密度を低
減して高出力時の信頼性が向上することが知られている
（参考文献：Appl. Phys. Lett. Vol.75, p.1839 (199
9)）。しかしながら、光ガイド層を厚くするとクラッド
層への光の浸みだしが少なくなり活性層との屈折率差を
とることが容易でなくなるという問題があり、さらに、
本発明者らは、光ガイド層が厚い場合には活性層がガイ
ド層の厚みの分だけ電流狭窄領域から離れるため、活性
層に平行方向へのキャリアの広がりが大きくなって横モ
ード不安定を示すことを見出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされたものであって、横モードの不安定さが
低減された、より高出力まで安定な基本横モード発振を
可能とした半導体レーザを提供することを目的とするも
のである。
に鑑みてなされたものであって、横モードの不安定さが
低減された、より高出力まで安定な基本横モード発振を
可能とした半導体レーザを提供することを目的とするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、下部クラッド層、下部光ガイド層、量子井戸層、上
部光ガイド層および上部クラッド層がこの順に積層され
てなる、屈折率導波構造を備えた基本モード発振する半
導体レーザであって、前記上部光ガイド層の上方に電流
狭窄構造を備え、前記上部光ガイド層が下部光ガイド層
よりも薄いことを特徴とするものである。
は、下部クラッド層、下部光ガイド層、量子井戸層、上
部光ガイド層および上部クラッド層がこの順に積層され
てなる、屈折率導波構造を備えた基本モード発振する半
導体レーザであって、前記上部光ガイド層の上方に電流
狭窄構造を備え、前記上部光ガイド層が下部光ガイド層
よりも薄いことを特徴とするものである。
【０００９】すなわち、本発明の半導体レーザは、量子
井戸層と該井戸層を挟む光ガイド層とからなるＳＣＨ構
造を備え、該ＳＣＨ構造内において、量子井戸層が、上
下の光ガイド層の中心に位置するのではなく、非対称な
位置、電流狭窄構造に近い側（上部光ガイド層側）寄り
に配されていることを特徴とするものである。
井戸層と該井戸層を挟む光ガイド層とからなるＳＣＨ構
造を備え、該ＳＣＨ構造内において、量子井戸層が、上
下の光ガイド層の中心に位置するのではなく、非対称な
位置、電流狭窄構造に近い側（上部光ガイド層側）寄り
に配されていることを特徴とするものである。
【００１０】なお、前記各層の間には他の半導体層が積
層されていてもよく、例えば、量子井戸層と光ガイド層
との間には障壁層が設けられていても良い。
層されていてもよく、例えば、量子井戸層と光ガイド層
との間には障壁層が設けられていても良い。
【００１１】なお、前記上部および下部光ガイド層の合
計の厚みは0.5μｍ以上であることが望ましい。
計の厚みは0.5μｍ以上であることが望ましい。
【００１２】また、前記電流狭窄構造の前記積層の方向
における底部から前記量子井戸層の上面までの距離が0.
25μｍよりも小さいことが望ましい。
における底部から前記量子井戸層の上面までの距離が0.
25μｍよりも小さいことが望ましい。
【００１３】ここで、「電流狭窄構造の底部」とは、一
般に電流狭窄構造のストライプ幅を規定する部分と同等
であり、リッジ型の場合はリッジ部の底面をいい、内部
ストライプ型の場合は電流狭窄層のストライプ状溝の底
面をいう。
般に電流狭窄構造のストライプ幅を規定する部分と同等
であり、リッジ型の場合はリッジ部の底面をいい、内部
ストライプ型の場合は電流狭窄層のストライプ状溝の底
面をいう。
【００１４】なお、電流狭窄構造は上部クラッド層の一
部に形成されるのが一般的であり、本発明の半導体レー
ザにおいても電流狭窄構造の底部と上部光ガイド層との
間に上部クラッド層の一部が積層されていてもよいが、
前記底部を前記上部光ガイド層の上面に配するように形
成されていることがより望ましい。すなわち、電流狭窄
構造の底部と上部光ガイド層との間には他の層が設けら
れていないことがより望ましい。
部に形成されるのが一般的であり、本発明の半導体レー
ザにおいても電流狭窄構造の底部と上部光ガイド層との
間に上部クラッド層の一部が積層されていてもよいが、
前記底部を前記上部光ガイド層の上面に配するように形
成されていることがより望ましい。すなわち、電流狭窄
構造の底部と上部光ガイド層との間には他の層が設けら
れていないことがより望ましい。
【００１５】前記量子井戸層、前記上部および下部光ガ
イド層がＡｌを含まない半導体組成であることが望まし
い。さらに、このとき前記上部および下部クラッド層の
うち少なくともいずれか一方がＡｌを含む半導体組成で
あることが望ましい。
イド層がＡｌを含まない半導体組成であることが望まし
い。さらに、このとき前記上部および下部クラッド層の
うち少なくともいずれか一方がＡｌを含む半導体組成で
あることが望ましい。
【００１６】前記屈折率導波構造は、内部ストライプ型
であってもよいし、リッジ導波路型であってもよい。
であってもよいし、リッジ導波路型であってもよい。
【００１７】前記屈折率導波構造のストライプ幅が４μ
ｍ以下であることが望ましい。
ｍ以下であることが望ましい。
【００１８】なお、本発明の半導体レーザは、「基本モ
ード発振する」ものであり、等価屈折率段差とストライ
プ幅は、各発振波長帯において高次横モードがカットオ
フとなる、基本横モードを発振させる条件を満たす値を
選択して採用する。例えば、1060nmの発振波長であれ
ば、図５に示すストライプ幅と屈折率段差とのグラフに
おいて曲線下の斜線部が基本モード発振する値であり、
特に、ストライプ幅2.5μｍ、等価屈折率段差４×10-3
近傍が一般によく利用されている。ここで、「等価屈折
率段差」とは、内部ストライプ型の場合には、電流狭窄
層の電流注入窓となる部分が除去されてクラッド層が形
成された領域での積層方向の伝搬モードの等価屈折率と
電流狭窄層が存在する領域での積層方向の伝搬モードの
等価屈折率との差を示し、リッジ型の場合には、活性層
の上部にリッジ部が形成された領域での積層方向の伝搬
モードの等価屈折率と活性層の上部にリッジ部が形成さ
れていない領域での積層方向の伝搬モードの等価屈折率
との差を示す。
ード発振する」ものであり、等価屈折率段差とストライ
プ幅は、各発振波長帯において高次横モードがカットオ
フとなる、基本横モードを発振させる条件を満たす値を
選択して採用する。例えば、1060nmの発振波長であれ
ば、図５に示すストライプ幅と屈折率段差とのグラフに
おいて曲線下の斜線部が基本モード発振する値であり、
特に、ストライプ幅2.5μｍ、等価屈折率段差４×10-3
近傍が一般によく利用されている。ここで、「等価屈折
率段差」とは、内部ストライプ型の場合には、電流狭窄
層の電流注入窓となる部分が除去されてクラッド層が形
成された領域での積層方向の伝搬モードの等価屈折率と
電流狭窄層が存在する領域での積層方向の伝搬モードの
等価屈折率との差を示し、リッジ型の場合には、活性層
の上部にリッジ部が形成された領域での積層方向の伝搬
モードの等価屈折率と活性層の上部にリッジ部が形成さ
れていない領域での積層方向の伝搬モードの等価屈折率
との差を示す。
【００１９】
【発明の効果】本発明の半導体レーザは、量子井戸層と
該井戸層を挟む光ガイド層とからなるＳＣＨ構造を備
え、該ＳＣＨ構造内において、量子井戸層が、上下の光
ガイド層の中心に位置するのではなく、非対称な位置、
電流狭窄構造に近い側（上部光ガイド層側）寄りに配さ
れていることにより、電流注入時の電流の広がりを小さ
く抑え、高出力時まで安定な基本モード発振を維持する
ことができる。
該井戸層を挟む光ガイド層とからなるＳＣＨ構造を備
え、該ＳＣＨ構造内において、量子井戸層が、上下の光
ガイド層の中心に位置するのではなく、非対称な位置、
電流狭窄構造に近い側（上部光ガイド層側）寄りに配さ
れていることにより、電流注入時の電流の広がりを小さ
く抑え、高出力時まで安定な基本モード発振を維持する
ことができる。
【００２０】前記上部および下部光ガイド層の合計の厚
みは0.5μｍ以上とすることにより、より高出力な発振
が可能となる。
みは0.5μｍ以上とすることにより、より高出力な発振
が可能となる。
【００２１】前記電流狭窄構造の前記積層の方向におけ
る底部から前記量子井戸層の上面までの距離を0.25μｍ
よりも小さくすると、さらに電流注入時の電流の広がり
を小さく抑えて安定な基本モード発振を行う最大基本横
モード光出力を向上させることができる。
る底部から前記量子井戸層の上面までの距離を0.25μｍ
よりも小さくすると、さらに電流注入時の電流の広がり
を小さく抑えて安定な基本モード発振を行う最大基本横
モード光出力を向上させることができる。
【００２２】また、前記量子井戸層、前記上部および下
部光ガイド層がＡｌを含まない半導体組成とすることに
より素子作製時において各層が酸化されにくく、素子の
信頼性が向上する。
部光ガイド層がＡｌを含まない半導体組成とすることに
より素子作製時において各層が酸化されにくく、素子の
信頼性が向上する。
【００２３】さらに、前記上部および下部クラッド層の
うち少なくともいずれか一方をＡｌを含む半導体組成と
することにより、クラッド層のエネルギーギャップが高
くなり電子がもれなくなるため、温度特性を向上させる
ことができる。
うち少なくともいずれか一方をＡｌを含む半導体組成と
することにより、クラッド層のエネルギーギャップが高
くなり電子がもれなくなるため、温度特性を向上させる
ことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の具体
的な実施の形態について説明する。
的な実施の形態について説明する。
【００２５】本発明の第一の実施形態に係る半導体レー
ザについて断面構造を図１に模式的に示し、作製方法と
併せて説明する。
ザについて断面構造を図１に模式的に示し、作製方法と
併せて説明する。
【００２６】先ず、減圧MOCVD（Metal Organic Chemica
l Vapor Deposition）法によりn-GaAs基板１(Si=2x1018
cm-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層２(Si=5x1017 cm-3
ドープ、0.5μｍ) 、n-AlxGa1-xAsグレーデッドバッフ
ァ層３(Si=5x1017 cm-3ドープ、x=0.1から0.55まで徐々
に増加、0.2μｍ)、n-Al0.55Ga0.45As下部クラッド層４
(Si=5x1017 cm-3ドープ、1μｍ)、In0.48Ga0.52P下部光
ガイド層５（アンドープ、0.55μm）、In0.13Ga0.87As
0.75P0.25量子井戸層６(アンドープ、10 nm)、In0.48Ga
0.52P上部光ガイド層７（アンドープ、0.15μm）、n-Al
0.7Ga0.3As電流狭窄層８（Si=1x1018 cm-3ドープ、0.8
μｍ）、n-In0.48Ga0.52P層９（Si=1x101 8 cm-3ドープ1
0nm）を順次成長する。
l Vapor Deposition）法によりn-GaAs基板１(Si=2x1018
cm-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層２(Si=5x1017 cm-3
ドープ、0.5μｍ) 、n-AlxGa1-xAsグレーデッドバッフ
ァ層３(Si=5x1017 cm-3ドープ、x=0.1から0.55まで徐々
に増加、0.2μｍ)、n-Al0.55Ga0.45As下部クラッド層４
(Si=5x1017 cm-3ドープ、1μｍ)、In0.48Ga0.52P下部光
ガイド層５（アンドープ、0.55μm）、In0.13Ga0.87As
0.75P0.25量子井戸層６(アンドープ、10 nm)、In0.48Ga
0.52P上部光ガイド層７（アンドープ、0.15μm）、n-Al
0.7Ga0.3As電流狭窄層８（Si=1x1018 cm-3ドープ、0.8
μｍ）、n-In0.48Ga0.52P層９（Si=1x101 8 cm-3ドープ1
0nm）を順次成長する。
【００２７】次にフォトリソグラフィ工程とHClを用い
て、幅約３μmのストライプ状にn-In 0.48Ga0.52P層９を
除去、続いて酒石酸系エッチャントにより幅Ｗ1 ＝2.5
μmのストライプ状溝をn-Al0.7Ga0.3As電流狭窄層８に
形成する。このエッチングは選択的にIn0.48Ga0.52P上
部光ガイド層７上で停止する。次に２回目のMOCVD成長
により、p-In0.48Ga0.52P層10（Zn=7x1017 cm-3ドー
プ、15nm）、p-Al0.55Ga0.45As上部クラッド層11(Zn=7x
1017 cm-3ドープ、1μｍ)、p-GaAsキャップ層12(Zn=2x1
019 cm-3ドープ、0.1 μｍ)を順次積層する。
て、幅約３μmのストライプ状にn-In 0.48Ga0.52P層９を
除去、続いて酒石酸系エッチャントにより幅Ｗ1 ＝2.5
μmのストライプ状溝をn-Al0.7Ga0.3As電流狭窄層８に
形成する。このエッチングは選択的にIn0.48Ga0.52P上
部光ガイド層７上で停止する。次に２回目のMOCVD成長
により、p-In0.48Ga0.52P層10（Zn=7x1017 cm-3ドー
プ、15nm）、p-Al0.55Ga0.45As上部クラッド層11(Zn=7x
1017 cm-3ドープ、1μｍ)、p-GaAsキャップ層12(Zn=2x1
019 cm-3ドープ、0.1 μｍ)を順次積層する。
【００２８】なお、上記層構造により、下部および上部
光ガイド層５，７の合計厚みは0.7μｍ、電流狭窄層８
のストライプ状溝底面である電流狭窄構造の底部から量
子井戸層上面までの距離は、上部光ガイド層７の厚み分
0.15μｍである。 次に、n-GaAs基板１の底面を研磨し
て、全体の厚みが100μｍ程度になるまで薄くして、p側
電極13（Ti/Pt/Ti/Pt/Au）を蒸着および熱処理により形
成し、n側電極14（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理に
より形成する。このウエハから、共振器長0.75mm長さ約
1cmのレーザバーをダイアモンド針によるスクライブと
劈開により切り出し、光出射面は5％、裏面は95％以上
となるように光学膜をコーティングする。最後にダイア
モンド針によるスクライブと劈開により幅約500μｍの
レーザチップ15を切り出す。このチップ15を図示しない
銅ヒートシンク上にInはんだ (厚み4-5μｍ)を用いてｐ
側電極13側を接着した。
光ガイド層５，７の合計厚みは0.7μｍ、電流狭窄層８
のストライプ状溝底面である電流狭窄構造の底部から量
子井戸層上面までの距離は、上部光ガイド層７の厚み分
0.15μｍである。 次に、n-GaAs基板１の底面を研磨し
て、全体の厚みが100μｍ程度になるまで薄くして、p側
電極13（Ti/Pt/Ti/Pt/Au）を蒸着および熱処理により形
成し、n側電極14（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理に
より形成する。このウエハから、共振器長0.75mm長さ約
1cmのレーザバーをダイアモンド針によるスクライブと
劈開により切り出し、光出射面は5％、裏面は95％以上
となるように光学膜をコーティングする。最後にダイア
モンド針によるスクライブと劈開により幅約500μｍの
レーザチップ15を切り出す。このチップ15を図示しない
銅ヒートシンク上にInはんだ (厚み4-5μｍ)を用いてｐ
側電極13側を接着した。
【００２９】この半導体レーザ15は室温において波長約
809ｎｍで閾値電流約20ｍＡにて基本横モード発振し、
光出力-電流特性にはキンクがなく、0.5Ｗの高出力まで
単峰の放射パタンを維持した基本横モード動作が可能で
ある。
809ｎｍで閾値電流約20ｍＡにて基本横モード発振し、
光出力-電流特性にはキンクがなく、0.5Ｗの高出力まで
単峰の放射パタンを維持した基本横モード動作が可能で
ある。
【００３０】図２に最大基本横モード光出力と光ガイド
層の厚みとの関係に関する具体的な実験の結果を示す。
上記第一の実施形態の半導体レーザと同様の構造で、In
0.48Ga0.52P光ガイド層５とIn0.48Ga0.52P光ガイド層７
との厚みの合計を0.7μｍに保ちつつ、上部In0.48Ga
0.52P光ガイド層７の厚みtuを変化させて複数素子を作
製し、基本横モードが維持される最大光出力を測定し
た。図２は基本横モードの最大光出力範囲を上部光ガイ
ド層７の厚みtuの関数として示したものである。図２に
示されるように、上部光ガイド層７の厚みtuが0.25μｍ
より小さいとき、400ｍＷ以上の高出力まで基本横モー
ドを維持することができた。すなわち、電流狭窄構造の
底部から量子井戸層までの距離を0.25μｍ未満としたと
き安定に高出力が得られることが明らかである。
層の厚みとの関係に関する具体的な実験の結果を示す。
上記第一の実施形態の半導体レーザと同様の構造で、In
0.48Ga0.52P光ガイド層５とIn0.48Ga0.52P光ガイド層７
との厚みの合計を0.7μｍに保ちつつ、上部In0.48Ga
0.52P光ガイド層７の厚みtuを変化させて複数素子を作
製し、基本横モードが維持される最大光出力を測定し
た。図２は基本横モードの最大光出力範囲を上部光ガイ
ド層７の厚みtuの関数として示したものである。図２に
示されるように、上部光ガイド層７の厚みtuが0.25μｍ
より小さいとき、400ｍＷ以上の高出力まで基本横モー
ドを維持することができた。すなわち、電流狭窄構造の
底部から量子井戸層までの距離を0.25μｍ未満としたと
き安定に高出力が得られることが明らかである。
【００３１】本発明の第二の実施形態に係る半導体レー
ザについて断面構造を図３に模式的に示し、作製方法と
併せて説明する。まず、減圧MOCVD成長により、n-GaAs基
板21(Si=2x1018 cm-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層22(S
i=5x1017 cm-3ドープ、0.5μｍ)、n-In0.48Ga0.52Pクラ
ッド層23(Si=5x1017 cm-3ドープ、1.5μｍ)、In0.13Ga
0.87As0.75P0.25下部光ガイド層24（該下部光ガイド層2
4内において下部0.4μmはSi=8x1017 cm-3ドープ、上部
0.05μmはアンドープ、計0.45μm）、In0.16Ga0.84As圧
縮歪量子井戸層25(アンドープ、7 nm)、In0.13Ga0.87As
0.75P0.25上部光ガイド層26（アンドープ、0.1μm）、n
-In0.48(Ga0.1Al0.9)0.52P電流狭窄層27（Si=2x1018 cm
-3ドープ、0.8μｍ）、n-In0.48Ga0.52P層28（Si=2x10
18 cm-3ドープ、10nm）を順次積層する。
ザについて断面構造を図３に模式的に示し、作製方法と
併せて説明する。まず、減圧MOCVD成長により、n-GaAs基
板21(Si=2x1018 cm-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層22(S
i=5x1017 cm-3ドープ、0.5μｍ)、n-In0.48Ga0.52Pクラ
ッド層23(Si=5x1017 cm-3ドープ、1.5μｍ)、In0.13Ga
0.87As0.75P0.25下部光ガイド層24（該下部光ガイド層2
4内において下部0.4μmはSi=8x1017 cm-3ドープ、上部
0.05μmはアンドープ、計0.45μm）、In0.16Ga0.84As圧
縮歪量子井戸層25(アンドープ、7 nm)、In0.13Ga0.87As
0.75P0.25上部光ガイド層26（アンドープ、0.1μm）、n
-In0.48(Ga0.1Al0.9)0.52P電流狭窄層27（Si=2x1018 cm
-3ドープ、0.8μｍ）、n-In0.48Ga0.52P層28（Si=2x10
18 cm-3ドープ、10nm）を順次積層する。
【００３２】次にフォトリソグラフィ工程とHClを用い
て、幅Ｗ2 ＝2.5μｍのストライプ状溝をn-In0.48Ga
0.52P層28、n-In0.48(Ga0.7Al0.3)0.52P電流狭窄層27に
形成する。このエッチングは選択的にIn0.13Ga0.87As
0.75P0.25光ガイド層26上で停止する。
て、幅Ｗ2 ＝2.5μｍのストライプ状溝をn-In0.48Ga
0.52P層28、n-In0.48(Ga0.7Al0.3)0.52P電流狭窄層27に
形成する。このエッチングは選択的にIn0.13Ga0.87As
0.75P0.25光ガイド層26上で停止する。
【００３３】次に２回目のMOCVD成長により、p-In0.48G
a0.52Pクラッド層29（Zn=7x1017 cm -3ドープ、1μ
ｍ）、p-GaAsキャップ層30(Zn=2x1019 cm-3ドープ、0.1
μｍ)を順次積層する。
a0.52Pクラッド層29（Zn=7x1017 cm -3ドープ、1μ
ｍ）、p-GaAsキャップ層30(Zn=2x1019 cm-3ドープ、0.1
μｍ)を順次積層する。
【００３４】なお、上記層構造により、下部および上部
光ガイド層24，26の合計厚みは0.55μｍ、電流狭窄層27
のストライプ状溝底面である電流狭窄構造の底部から量
子井戸層上面までの距離は、上部光ガイド層26の厚み分
0.1μｍである。
光ガイド層24，26の合計厚みは0.55μｍ、電流狭窄層27
のストライプ状溝底面である電流狭窄構造の底部から量
子井戸層上面までの距離は、上部光ガイド層26の厚み分
0.1μｍである。
【００３５】次に、n-GaAs基板21底面を研磨して、全体
の厚みが100μｍ程度になるまで薄くして、p側電極31
（Ti/Pt/Au）、n側電極32（AuGe/Ni/Au）を蒸着および
熱処理により形成する。後は、上述の第一の実施形態と
同様のプロセスにより、バー切り出し、端面コーティン
グ、チップ切り出しによりレーザチップ35を完成する。
なお、本半導体レーザ素子（レーザチップ）35は980nm
にて発振するものである。
の厚みが100μｍ程度になるまで薄くして、p側電極31
（Ti/Pt/Au）、n側電極32（AuGe/Ni/Au）を蒸着および
熱処理により形成する。後は、上述の第一の実施形態と
同様のプロセスにより、バー切り出し、端面コーティン
グ、チップ切り出しによりレーザチップ35を完成する。
なお、本半導体レーザ素子（レーザチップ）35は980nm
にて発振するものである。
【００３６】本発明の第三の実施形態に係る半導体レー
ザについて断面構造を図４に模式的に示し、作製方法と
併せて説明する。まず、減圧MOCVD成長により、n-GaAs基
板41(Si=2x1018 cm-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層42(S
i=1x1018 cm-3ドープ、0.5μｍ)、n-In0.48Ga0.52P下部
クラッド層43(Si=1x1018 cm-3ドープ、1.2μｍ)、In0.1
Ga0.9As0.8P0.2下部光ガイド層44(該下部光ガイド層内
において下部0.8μmはSi=8x1017 cm-3ドープ、上部0.1
μmはアンドープ、計0.9μm)、GaAs0.8P0.2引っ張り歪
障壁層45(アンドープ、10nm)、In0.28Ga0.72As圧縮歪量
子井戸層46(アンドープ、7 nm)、GaAs0.8P0.2引張歪障
壁層47(アンドープ、10nm)、In0.1Ga0.9As0.8P0.2上部
光ガイド層48(アンドープ、0.15μｍ)、p-In0.48Ga0.52
Pクラッド層49(Zn=7x1017 cm-3ドープ、1μｍ）、p-GaA
sキャップ層50(Zn=2x1019 cm-3ドープ、0.1 μｍ)を順
次積層する。
ザについて断面構造を図４に模式的に示し、作製方法と
併せて説明する。まず、減圧MOCVD成長により、n-GaAs基
板41(Si=2x1018 cm-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層42(S
i=1x1018 cm-3ドープ、0.5μｍ)、n-In0.48Ga0.52P下部
クラッド層43(Si=1x1018 cm-3ドープ、1.2μｍ)、In0.1
Ga0.9As0.8P0.2下部光ガイド層44(該下部光ガイド層内
において下部0.8μmはSi=8x1017 cm-3ドープ、上部0.1
μmはアンドープ、計0.9μm)、GaAs0.8P0.2引っ張り歪
障壁層45(アンドープ、10nm)、In0.28Ga0.72As圧縮歪量
子井戸層46(アンドープ、7 nm)、GaAs0.8P0.2引張歪障
壁層47(アンドープ、10nm)、In0.1Ga0.9As0.8P0.2上部
光ガイド層48(アンドープ、0.15μｍ)、p-In0.48Ga0.52
Pクラッド層49(Zn=7x1017 cm-3ドープ、1μｍ）、p-GaA
sキャップ層50(Zn=2x1019 cm-3ドープ、0.1 μｍ)を順
次積層する。
【００３７】次に、フォトリソグラフィとHClを用いた
化学エッチングにより、幅10μｍのストライプ状溝のペ
アを形成して、溝間に底の幅Ｗ3 が2.5μｍ幅のリッジ
ストライプ構造を形成する。この時、エッチングは選択
的にIn0.13Ga0.87As0.75P0.2 5光ガイド層48上で停止す
る。その後、プラズマCVDによりSiO2を絶縁膜51として
形成し、フォトリソグラフィとドライエッチング用いて
メサの上SiO2をストライプ状にエッチング除去する。
化学エッチングにより、幅10μｍのストライプ状溝のペ
アを形成して、溝間に底の幅Ｗ3 が2.5μｍ幅のリッジ
ストライプ構造を形成する。この時、エッチングは選択
的にIn0.13Ga0.87As0.75P0.2 5光ガイド層48上で停止す
る。その後、プラズマCVDによりSiO2を絶縁膜51として
形成し、フォトリソグラフィとドライエッチング用いて
メサの上SiO2をストライプ状にエッチング除去する。
【００３８】なお、上記層構造により、下部および上部
光ガイド層44，48の合計厚みは１μｍ、リッジ部の底面
である電流狭窄構造の底部から量子井戸層上面までの距
離は、上部光ガイド層48の厚み分0.15μｍである。
光ガイド層44，48の合計厚みは１μｍ、リッジ部の底面
である電流狭窄構造の底部から量子井戸層上面までの距
離は、上部光ガイド層48の厚み分0.15μｍである。
【００３９】次に、p側電極52（Ti/Pt/Ti/Pt/Au）を蒸
着および熱処理により形成し、n-GaAs基板41底面を研磨
して、全体の厚みが100μｍ程度になるまで薄くする。
最後に、n側電極53（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理
により形成する。その後、上述の第一の実施形態と同様
のプロセスにより、バー切り出し、端面コーティング、
チップ切り出しによりレーザチップ55を完成する。
着および熱処理により形成し、n-GaAs基板41底面を研磨
して、全体の厚みが100μｍ程度になるまで薄くする。
最後に、n側電極53（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理
により形成する。その後、上述の第一の実施形態と同様
のプロセスにより、バー切り出し、端面コーティング、
チップ切り出しによりレーザチップ55を完成する。
【００４０】なお、本半導体レーザ素子（レーザチッ
プ）55は1060nmにて発振するものである。
プ）55は1060nmにて発振するものである。
【００４１】なお、上記各実施形態に示したストライプ
幅2.5 μｍの各レーザ素子においては、基本横モード制
御を行うため、等価屈折率段差を５×10-3以下とするこ
とが望ましく、上記各レーザ素子の等価屈折率段差は２
〜４×10-3の範囲の値をとるものである。
幅2.5 μｍの各レーザ素子においては、基本横モード制
御を行うため、等価屈折率段差を５×10-3以下とするこ
とが望ましく、上記各レーザ素子の等価屈折率段差は２
〜４×10-3の範囲の値をとるものである。
【００４２】上記各実施形態においては、上部光ガイド
層と電流狭窄構造の底部との間にクラッド層が存在しな
い例についてのみ示したが、上部クラッド層への漏れ電
流防止や結晶成長上の都合等から、上部光ガイド層と上
記底部との間に薄いクラッド層を挿入することも可能で
ある。しかしながら、この場合についても上記底部から
量子井戸層の上面までの距離は0.25μｍより小さく設定
することが望ましい。
層と電流狭窄構造の底部との間にクラッド層が存在しな
い例についてのみ示したが、上部クラッド層への漏れ電
流防止や結晶成長上の都合等から、上部光ガイド層と上
記底部との間に薄いクラッド層を挿入することも可能で
ある。しかしながら、この場合についても上記底部から
量子井戸層の上面までの距離は0.25μｍより小さく設定
することが望ましい。
【００４３】上記実施形態においては、GaAs基板上の発
振波長809-1060ｎｍの半導体レーザについて記したが、
GaAs基板上のその他の波長帯やInP基板上の発振波長1.3
-1.7μｍを主体とする半導体レーザにも適用することが
できる。更には、短波長域のInGaAlN系レーザにも適用
することができる。また、活性層としては単一量子井戸
の場合についてのみ示したが、複数の量子井戸を有する
多重量子井戸構造を採用してもよい。
振波長809-1060ｎｍの半導体レーザについて記したが、
GaAs基板上のその他の波長帯やInP基板上の発振波長1.3
-1.7μｍを主体とする半導体レーザにも適用することが
できる。更には、短波長域のInGaAlN系レーザにも適用
することができる。また、活性層としては単一量子井戸
の場合についてのみ示したが、複数の量子井戸を有する
多重量子井戸構造を採用してもよい。
【図１】本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザ素
子の断面模式図
子の断面模式図
【図２】本発明の半導体レーザ素子の効果を説明する図
【図３】本発明の第二の実施形態に係る半導体レーザ素
子の断面模式図
子の断面模式図
【図４】本発明の第三の実施形態に係る半導体レーザ素
子の断面模式図
子の断面模式図
【図５】基本モードのカットオフ条件を示す説明図
１ n-GaAS基板 ２ n-GaAsバッファ層 ３ n-AlGaAsグレーデッドバッファ層 ４ n-AlGaAsクラッド層 ５ InGaP光ガイド層 ６ InGaAsP活性層 ７ InGaP光ガイド層 ８ n-AlGaAs電流狭窄層 ９ n-InGaP層 10 p-InGaP層 11 p-AlGaAsクラッド層 12 p-GaAsキャップ層
Claims (8)
- 【請求項１】 下部クラッド層、下部光ガイド層、量子
井戸層、上部光ガイド層および上部クラッド層がこの順
に積層されてなる、屈折率導波構造を備えた基本モード
発振する半導体レーザであって、 前記上部光ガイド層の上方に電流狭窄構造を備え、 前記上部光ガイド層が下部光ガイド層よりも薄いことを
特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記上部および下部光ガイド層の合計の
厚みが0.5μｍ以上であることを特徴とする請求項１記
載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記電流狭窄構造の前記積層の方向にお
ける底部から前記量子井戸層の上面までの距離が0.25μ
ｍよりも小さいことを特徴とする請求項１または２いず
れか記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記電流狭窄構造が、前記底部を前記上
部光ガイド層の上面に配するように形成されていること
を特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記量子井戸層、前記上部および下部光
ガイド層がＡｌを含まない半導体組成であることを特徴
とする請求項１から４いずれか記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記上部および下部クラッド層のうち少
なくともいずれか一方がＡｌを含む半導体組成であるこ
とを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 内部ストライプ型あるいはリッジ導波路
型であることを特徴とする請求項１から６いずれか記載
の半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記屈折率導波構造のストライプ幅が４
μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７いずれ
か記載の半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000064658A JP2001257431A (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 半導体レーザ |
| US09/801,695 US6778573B2 (en) | 2000-03-09 | 2001-03-09 | Fundamental-transverse-mode index-guided semiconductor laser device having upper optical waveguide layer thinner than lower optical waveguide layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000064658A JP2001257431A (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001257431A true JP2001257431A (ja) | 2001-09-21 |
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ID=18584328
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000064658A Pending JP2001257431A (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 半導体レーザ |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6778573B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001257431A (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005159204A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Sharp Corp | 化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法、光伝送システム、および、光ディスク装置 |
| JP2006080305A (ja) * | 2004-09-09 | 2006-03-23 | Sharp Corp | 化合物半導体素子エピタキシャル成長基板、半導体素子およびそれらの製造方法 |
| JP2007194334A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置、半導体レーザ装置の製造方法および空間光伝送システム |
| JP2011159805A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2014116337A (ja) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Anritsu Corp | 半導体発光素子、半導体発光素子モジュール、及び光パルス試験器 |
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|---|---|---|---|---|
| JP5002391B2 (ja) * | 2007-09-26 | 2012-08-15 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US7723139B2 (en) * | 2007-10-01 | 2010-05-25 | Corning Incorporated | Quantum well intermixing |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5386429A (en) * | 1992-03-31 | 1995-01-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Low operating current and low noise semiconductor laser device for optical disk memories |
| JPH07254756A (ja) * | 1994-03-15 | 1995-10-03 | Sony Corp | 光デバイス |
| JP3859839B2 (ja) * | 1997-09-30 | 2006-12-20 | 富士フイルムホールディングス株式会社 | 屈折率導波型半導体レーザ装置 |
| JP4147602B2 (ja) * | 1998-02-02 | 2008-09-10 | ソニー株式会社 | 自励発振型半導体レーザ |
| JP3317335B2 (ja) * | 1998-02-10 | 2002-08-26 | 富士写真フイルム株式会社 | 半導体レーザ装置 |
-
2000
- 2000-03-09 JP JP2000064658A patent/JP2001257431A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-09 US US09/801,695 patent/US6778573B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005159204A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Sharp Corp | 化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法、光伝送システム、および、光ディスク装置 |
| JP4619647B2 (ja) * | 2003-11-28 | 2011-01-26 | シャープ株式会社 | 化合物半導体装置の製造方法 |
| JP2006080305A (ja) * | 2004-09-09 | 2006-03-23 | Sharp Corp | 化合物半導体素子エピタキシャル成長基板、半導体素子およびそれらの製造方法 |
| US7635638B2 (en) | 2004-09-09 | 2009-12-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor device epitaxial growth substrate, semiconductor device, and manufacturing method thereof |
| JP4518886B2 (ja) * | 2004-09-09 | 2010-08-04 | シャープ株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| JP2007194334A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置、半導体レーザ装置の製造方法および空間光伝送システム |
| JP2011159805A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2014116337A (ja) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Anritsu Corp | 半導体発光素子、半導体発光素子モジュール、及び光パルス試験器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010021212A1 (en) | 2001-09-13 |
| US6778573B2 (en) | 2004-08-17 |
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