JP2001274503A - 自励発振型半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温まで安定した自励発振動作を維持できる
自励発振型半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層の電流非注入領域が可飽和吸収領
域として機能する自励発振型半導体レーザにおいて、Ｍ
ＱＷ活性層のウェル層数を５層以上１０層以下、かつｐ
クラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ以上５００ｎｍ以
下、かつｐクラッド層平坦部のキャリア濃度を１×１０
17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下とする。本発明によ
れば、しきい値などのレーザ特性を極端に悪化させるこ
となく、水平方向の光分布に比べて電流分布を十分小さ
くできるため、従来不可能であった高温まで安定した自
励発振動作が可能となる。
自励発振型半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層の電流非注入領域が可飽和吸収領
域として機能する自励発振型半導体レーザにおいて、Ｍ
ＱＷ活性層のウェル層数を５層以上１０層以下、かつｐ
クラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ以上５００ｎｍ以
下、かつｐクラッド層平坦部のキャリア濃度を１×１０
17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下とする。本発明によ
れば、しきい値などのレーザ特性を極端に悪化させるこ
となく、水平方向の光分布に比べて電流分布を十分小さ
くできるため、従来不可能であった高温まで安定した自
励発振動作が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自励発振型の半導体
レーザに関し、特にデジタルバーサタイルディスク（Ｄ
ＶＤ）等の光ディスク用光源として用いられるＡｌＧａ
ＩｎＰ系赤色半導体レーザ、光ディスクからの戻り光誘
起雑音を生じにくい自励発振型の半導体レーザに関す
る。
レーザに関し、特にデジタルバーサタイルディスク（Ｄ
ＶＤ）等の光ディスク用光源として用いられるＡｌＧａ
ＩｎＰ系赤色半導体レーザ、光ディスクからの戻り光誘
起雑音を生じにくい自励発振型の半導体レーザに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクからの戻り光誘起雑音に強い
低雑音半導体レーザとして、特開平１０−１４４９９２
号公報等、種々の自励発振型半導体レーザが報告されて
いる。図３に従来の自励発振型半導体レーザの一例を示
す。この種の自励発振型半導体レーザは、活性層におい
て、電流が注入されず且つ光が導波する領域が可飽和吸
収領域として機能することで自励発振動作が起こる。
低雑音半導体レーザとして、特開平１０−１４４９９２
号公報等、種々の自励発振型半導体レーザが報告されて
いる。図３に従来の自励発振型半導体レーザの一例を示
す。この種の自励発振型半導体レーザは、活性層におい
て、電流が注入されず且つ光が導波する領域が可飽和吸
収領域として機能することで自励発振動作が起こる。
【０００３】従来の自励発振型半導体レーザは、多重量
子井戸（ＭＱＷ）活性層のウェル層数を４層以下、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ未
満、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃
度を５×１０17ｃｍ-3より高くする、という条件のう
ち、少なくともいずれか一つの条件に該当するのが一般
的であった。その理由は、ＭＱＷ活性層のウェル層数を
少なくするのはしきい値キャリア密度低減のためであ
り、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚を薄く
するのは横漏れ電流低減（しきい値、動作電流低減）の
ため、キャリア濃度を高くするのは活性層からクラッド
層へのキャリアオーバーフロー低減（高温動作電流低
減）のためである。
子井戸（ＭＱＷ）活性層のウェル層数を４層以下、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ未
満、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃
度を５×１０17ｃｍ-3より高くする、という条件のう
ち、少なくともいずれか一つの条件に該当するのが一般
的であった。その理由は、ＭＱＷ活性層のウェル層数を
少なくするのはしきい値キャリア密度低減のためであ
り、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚を薄く
するのは横漏れ電流低減（しきい値、動作電流低減）の
ため、キャリア濃度を高くするのは活性層からクラッド
層へのキャリアオーバーフロー低減（高温動作電流低
減）のためである。
【０００４】従来は、全ての条件を組み合わせると、特
性が悪くなってしまっていた。
性が悪くなってしまっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、以下
に示す理由により、高温・高出力において自励発振動作
しないという問題があった。
に示す理由により、高温・高出力において自励発振動作
しないという問題があった。
【０００６】この種の自励発振型半導体レーザの自励発
振動作は、ＭＱＷ活性層において電流が注入されず光が
分布する領域が可飽和吸収領域として機能することで起
こる。従って自励発振動作を強くするには、水平方向の
光分布を広げ、かつ、電流の水平広がりを抑制すること
が重要となる。水平方向の光分布を広げるには、ストラ
イプ内外の屈折率差（Δｎ）を小さくすることが有効で
あるが、従来の構造、すなわちＭＱＷ活性層数のウェル
層数が４層以下、あるいはｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層平坦部の層厚が３００ｎｍ未満のいずれかを満たす構
造では、十分小さなΔｎが得られないため、強い自励発
振動作がなかった。
振動作は、ＭＱＷ活性層において電流が注入されず光が
分布する領域が可飽和吸収領域として機能することで起
こる。従って自励発振動作を強くするには、水平方向の
光分布を広げ、かつ、電流の水平広がりを抑制すること
が重要となる。水平方向の光分布を広げるには、ストラ
イプ内外の屈折率差（Δｎ）を小さくすることが有効で
あるが、従来の構造、すなわちＭＱＷ活性層数のウェル
層数が４層以下、あるいはｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層平坦部の層厚が３００ｎｍ未満のいずれかを満たす構
造では、十分小さなΔｎが得られないため、強い自励発
振動作がなかった。
【０００７】また、高温動作時あるいは高出力動作時な
ど、電流注入量が多くなると、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層平坦部において電流の水平広がりが顕著となる。
そのため水平方向の光分布に対して電流分布が大きくな
り、可飽和吸収領域の効果が小さくなるので、自励発振
動作動作の維持が困難となる。従来の構造、すなわちｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃度が５
×１０１７ｃｍ-3より高い構造では、クラッド層の抵抗
が低く電流が容易に水平方向に広がるため、高温・高出
力において十分な自励発振動作ができなかった。
ど、電流注入量が多くなると、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層平坦部において電流の水平広がりが顕著となる。
そのため水平方向の光分布に対して電流分布が大きくな
り、可飽和吸収領域の効果が小さくなるので、自励発振
動作動作の維持が困難となる。従来の構造、すなわちｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃度が５
×１０１７ｃｍ-3より高い構造では、クラッド層の抵抗
が低く電流が容易に水平方向に広がるため、高温・高出
力において十分な自励発振動作ができなかった。
【０００８】本発明の目的は、高温まで安定して自励発
振動作が可能な半導体レーザの構造を提供することにあ
る。
振動作が可能な半導体レーザの構造を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
第１導電型半導体基板上に、少なくとも第１導電型クラ
ッド層、多重量子井戸からなる活性層、第２導電型クラ
ッド層を含むダブルへテロ構造を有する半導体レーザに
おいて、量子井戸層数が５層以上１０層以下であり、か
つ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部の層
厚が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ、電流
狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部のキャリア濃
度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下である
自励発振型半導体レーザを要旨とする。
第１導電型半導体基板上に、少なくとも第１導電型クラ
ッド層、多重量子井戸からなる活性層、第２導電型クラ
ッド層を含むダブルへテロ構造を有する半導体レーザに
おいて、量子井戸層数が５層以上１０層以下であり、か
つ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部の層
厚が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ、電流
狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部のキャリア濃
度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下である
自励発振型半導体レーザを要旨とする。
【００１０】請求項２に係る発明は、第１導電型半導体
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、多重量子
井戸からなる活性層、第２導電型クラッド層を含むダブ
ルへテロ構造を有する半導体レーザにおいて、水平横方
向の実効屈折率差が７×１０ -4以上３×１０-3以下であ
り、かつ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦
部のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃ
ｍ-3以下であることを特徴とする自励発振型半導体レー
ザを要旨とする。
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、多重量子
井戸からなる活性層、第２導電型クラッド層を含むダブ
ルへテロ構造を有する半導体レーザにおいて、水平横方
向の実効屈折率差が７×１０ -4以上３×１０-3以下であ
り、かつ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦
部のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃ
ｍ-3以下であることを特徴とする自励発振型半導体レー
ザを要旨とする。
【００１１】請求項３に係る発明は、クラッド層がＡｌ
ＧａＩｎＰを含む半導体で構成され、活性層がＧａＩｎ
ＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含む半導体で構成されること
を特徴とする請求項１から２に記載の自励発振型半導体
レーザを要旨とする。
ＧａＩｎＰを含む半導体で構成され、活性層がＧａＩｎ
ＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含む半導体で構成されること
を特徴とする請求項１から２に記載の自励発振型半導体
レーザを要旨とする。
【００１２】請求項４に係る発明は、前記半導体基板は
（００１）面が［１１０］方向に５度以上傾斜した基板
であり、前記多重量子井戸活性層は圧縮歪を有する量子
井戸層からなることを特徴とする請求項１から３に記載
の自励発振型半導体レーザを要旨とする。
（００１）面が［１１０］方向に５度以上傾斜した基板
であり、前記多重量子井戸活性層は圧縮歪を有する量子
井戸層からなることを特徴とする請求項１から３に記載
の自励発振型半導体レーザを要旨とする。
【００１３】（作用）本発明のＡｌＧａＩｎＰ系自励発
振型半導体レーザの構造を図１に示す。図１の半導体レ
ーザは３回の有機金属気層成長法（ＭＯＶＰＥ法）によ
り作製される。１回目の結晶成長工程で、ｎ−ＧａＡｓ
基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３、ＭＱＷ活性層１０
４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部１０５、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層１０６、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層メサ部１０７、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１０８、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９を順次成長す
る。
振型半導体レーザの構造を図１に示す。図１の半導体レ
ーザは３回の有機金属気層成長法（ＭＯＶＰＥ法）によ
り作製される。１回目の結晶成長工程で、ｎ−ＧａＡｓ
基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３、ＭＱＷ活性層１０
４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部１０５、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層１０６、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層メサ部１０７、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１０８、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９を順次成長す
る。
【００１４】次に誘電体マスクを用いてメサストライプ
状のリッジ構造をエッチングにより形成する。その後、
前記誘電体マスクを用いた選択成長法（２回目の結晶成
長工程）により、メサストライプ外のクラッド層上にｎ
−ＧａＡｓ電流阻止層１１０を形成する。次いで、前記
誘電体マスクを除去し、３回目の結晶成長工程で全面に
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１を成長する。その後、
裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を作製する。
状のリッジ構造をエッチングにより形成する。その後、
前記誘電体マスクを用いた選択成長法（２回目の結晶成
長工程）により、メサストライプ外のクラッド層上にｎ
−ＧａＡｓ電流阻止層１１０を形成する。次いで、前記
誘電体マスクを除去し、３回目の結晶成長工程で全面に
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１を成長する。その後、
裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を作製する。
【００１５】本発明の半導体レーザの特徴は、ＭＱＷ
活性層のウェル層数が５層以上１０層以下、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚が３００ｎｍ以上５
００ｎｍ以下、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部
のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ
-3以下、という条件をすべて満たした点である。ＭＱＷ
活性層のウェル層数を５層以上、かつｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ以上とすること
により、Δｎを十分小さくして水平方向の光分布を十分
に広げることが可能となる。この時、ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層平坦部のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3
以下にすることで、電流広がりを抑え、光分布に比べて
電流分布を十分小さくすることができるため、強い自励
発振動作が可能となり、高温においても安定した自励発
振動作を維持できる。一方、ＭＱＷ活性層のウェル層数
を１０層より多く、あるいはｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層平坦部の層厚を５００ｎｍより厚く、あるいはｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃度を１×
１０17ｃｍ-3より低くすると、しきい値キャリア密度や
電流の横広がりの増大、活性層からクラッド層へのキャ
リアオーバーフローの増大などに伴い、しきい値電流や
動作電流が増大し、通常のレーザとしての高温動作すら
困難となるため、高温での自励発振動作を維持できなく
なる。このように本発明に示した範囲の構造であれば、
従来の構造に比べて十分強い自励発振動作が起こり、従
来不可能であった高温動作時にも安定した自励発振動作
が可能となる（図２）。従って本発明の自励発振型半導
体レーザは、高温で使用される光ディスク用途、例えば
カーナビ用ＤＶＤやノートＰＣ用ＤＶＤ−ＲＯＭ等の用
途に適した性能を実現できる。
活性層のウェル層数が５層以上１０層以下、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚が３００ｎｍ以上５
００ｎｍ以下、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部
のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ
-3以下、という条件をすべて満たした点である。ＭＱＷ
活性層のウェル層数を５層以上、かつｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ以上とすること
により、Δｎを十分小さくして水平方向の光分布を十分
に広げることが可能となる。この時、ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層平坦部のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3
以下にすることで、電流広がりを抑え、光分布に比べて
電流分布を十分小さくすることができるため、強い自励
発振動作が可能となり、高温においても安定した自励発
振動作を維持できる。一方、ＭＱＷ活性層のウェル層数
を１０層より多く、あるいはｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層平坦部の層厚を５００ｎｍより厚く、あるいはｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃度を１×
１０17ｃｍ-3より低くすると、しきい値キャリア密度や
電流の横広がりの増大、活性層からクラッド層へのキャ
リアオーバーフローの増大などに伴い、しきい値電流や
動作電流が増大し、通常のレーザとしての高温動作すら
困難となるため、高温での自励発振動作を維持できなく
なる。このように本発明に示した範囲の構造であれば、
従来の構造に比べて十分強い自励発振動作が起こり、従
来不可能であった高温動作時にも安定した自励発振動作
が可能となる（図２）。従って本発明の自励発振型半導
体レーザは、高温で使用される光ディスク用途、例えば
カーナビ用ＤＶＤやノートＰＣ用ＤＶＤ−ＲＯＭ等の用
途に適した性能を実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して詳細に説明する。本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
自励発振型半導体レーザの構造を図１に示す。図１の半
導体レーザは３回のＭＯＶＰＥ法による結晶成長で作製
される。１回目の結晶成長工程で、（１１５）Ａ方位、
つまり（００１）から［１１０］方向へ１５．８度傾斜
したｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、０．３μｍ厚のｎ−
ＧａＡｓバッファ層１０２、１μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１０３、ＭＱＷ活性層１０４、０．４μ
ｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部１０５、１
０ｎｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層１０
６、０．６μｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メサ
部１０７、１０ｎｍ厚のｐ−ＧａＩｎＰ中間層１０８、
０．３μｍ厚のｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９をこの順
に成長する。ここでＭＱＷ活性層１０４は、例えば５ｎ
ｍ厚、＋０．３％圧縮歪のＧａＩｎＰウェル層と５ｎｍ
厚のＡｌＧａＩｎＰバリア層で構成し、ウェル層数を５
層以上１０層以下、例えば７層とする。ＭＱＷ活性層の
上下に例えば５０ｎｍ厚のＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層を
含む構造としても良い。また、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層平坦部１０５の層厚を３００ｎｍ以上５００ｎｍ
以下、例えば４００ｎｍ（０．４μｍ）とする。さらに
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部１０５のキャリア
濃度を１×１０１７ｃｍ -3以上５×１０１７ｃｍ-3以
下、例えば３×１０17ｃｍ-3以下とする。次に誘電体マ
スクを用い、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰ中間層１０８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メ
サ部１０７をエッチングすることにより、５μｍ幅のメ
サストライプ状のリッジ構造を形成する。その後、前記
誘電体マスクを用いた選択成長法（２回目の結晶成長工
程）によりメサストライプ外のクラッド層上に１μｍ厚
のｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１０を形成する。次いで、
前記誘電体マスクを除去し、３回目の結晶成長工程で全
面に３μｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１を形成
する。その後、裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を
作製する。この実施例の構造においてはΔｎは１×１０
-3程度となり、レーザ特性を極端に悪化させることのな
い範囲で、従来の構造（７×１０-3程度）に比べて十分
小さい値を実現できる。
を参照して詳細に説明する。本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
自励発振型半導体レーザの構造を図１に示す。図１の半
導体レーザは３回のＭＯＶＰＥ法による結晶成長で作製
される。１回目の結晶成長工程で、（１１５）Ａ方位、
つまり（００１）から［１１０］方向へ１５．８度傾斜
したｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、０．３μｍ厚のｎ−
ＧａＡｓバッファ層１０２、１μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１０３、ＭＱＷ活性層１０４、０．４μ
ｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部１０５、１
０ｎｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層１０
６、０．６μｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メサ
部１０７、１０ｎｍ厚のｐ−ＧａＩｎＰ中間層１０８、
０．３μｍ厚のｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９をこの順
に成長する。ここでＭＱＷ活性層１０４は、例えば５ｎ
ｍ厚、＋０．３％圧縮歪のＧａＩｎＰウェル層と５ｎｍ
厚のＡｌＧａＩｎＰバリア層で構成し、ウェル層数を５
層以上１０層以下、例えば７層とする。ＭＱＷ活性層の
上下に例えば５０ｎｍ厚のＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層を
含む構造としても良い。また、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層平坦部１０５の層厚を３００ｎｍ以上５００ｎｍ
以下、例えば４００ｎｍ（０．４μｍ）とする。さらに
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部１０５のキャリア
濃度を１×１０１７ｃｍ -3以上５×１０１７ｃｍ-3以
下、例えば３×１０17ｃｍ-3以下とする。次に誘電体マ
スクを用い、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰ中間層１０８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メ
サ部１０７をエッチングすることにより、５μｍ幅のメ
サストライプ状のリッジ構造を形成する。その後、前記
誘電体マスクを用いた選択成長法（２回目の結晶成長工
程）によりメサストライプ外のクラッド層上に１μｍ厚
のｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１０を形成する。次いで、
前記誘電体マスクを除去し、３回目の結晶成長工程で全
面に３μｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１を形成
する。その後、裏面研磨、電極工程を経てレーザ素子を
作製する。この実施例の構造においてはΔｎは１×１０
-3程度となり、レーザ特性を極端に悪化させることのな
い範囲で、従来の構造（７×１０-3程度）に比べて十分
小さい値を実現できる。
【００１７】以上の工程で作製した自励発振型半導体レ
ーザは、ＭＱＷ活性層のウェル層数が５層以上１０層以
下、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚が３０
０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層平坦部のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×
１０17ｃｍ-3以下、という条件を全て満たしている。こ
こでＭＱＷ活性層のウェル層数を５層以上、かつｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ以上
としてΔｎを小さくすることで、水平方向の光分布を十
分に広げることができる。この時、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層平坦部のキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以
下であれば、水平方向の光分布に対して電流分布を小さ
くすることができるため、十分に強い自励発振動作が可
能となり、従来困難であった高温においても安定した自
励発振動作を実現できた。一方、ＭＱＷ活性層のウェル
層厚を１０層より多くするとしきい値キャリア密度が極
端に増大し、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層
厚を５００ｎｍより厚くすると電流広がりが顕著とな
り、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃
度を１×１０17ｃｍ-3より低くすると活性層からクラッ
ド層へのキャリアオーバーフローが増大するため、しき
い値電流や動作電流が悪化して通常のレーザとしての高
温動作が困難となり、高温での自励発振動作の維持が困
難となった。このように、本発明に示した範囲の構造に
おいてのみ、実用的なレーザ特性を実現しつつ、従来不
可能であった高温での自励発振動作が可能となった（図
２）。実際にデバイスを作製し評価を行った結果、９５
℃−４ｍＷという高温においても強い自励発振動作が観
測された。動作電流は７０℃−５ｍＷにおいて１００ｍ
Ａ、最高発振温度は１２０℃であり、自励発振動作以外
のレーザ特性を悪化させることなく、高温まで安定した
自励発振動作が可能となった。
ーザは、ＭＱＷ活性層のウェル層数が５層以上１０層以
下、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚が３０
０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層平坦部のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×
１０17ｃｍ-3以下、という条件を全て満たしている。こ
こでＭＱＷ活性層のウェル層数を５層以上、かつｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層厚を３００ｎｍ以上
としてΔｎを小さくすることで、水平方向の光分布を十
分に広げることができる。この時、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層平坦部のキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以
下であれば、水平方向の光分布に対して電流分布を小さ
くすることができるため、十分に強い自励発振動作が可
能となり、従来困難であった高温においても安定した自
励発振動作を実現できた。一方、ＭＱＷ活性層のウェル
層厚を１０層より多くするとしきい値キャリア密度が極
端に増大し、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部の層
厚を５００ｎｍより厚くすると電流広がりが顕著とな
り、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部のキャリア濃
度を１×１０17ｃｍ-3より低くすると活性層からクラッ
ド層へのキャリアオーバーフローが増大するため、しき
い値電流や動作電流が悪化して通常のレーザとしての高
温動作が困難となり、高温での自励発振動作の維持が困
難となった。このように、本発明に示した範囲の構造に
おいてのみ、実用的なレーザ特性を実現しつつ、従来不
可能であった高温での自励発振動作が可能となった（図
２）。実際にデバイスを作製し評価を行った結果、９５
℃−４ｍＷという高温においても強い自励発振動作が観
測された。動作電流は７０℃−５ｍＷにおいて１００ｍ
Ａ、最高発振温度は１２０℃であり、自励発振動作以外
のレーザ特性を悪化させることなく、高温まで安定した
自励発振動作が可能となった。
【００１８】なお、上記実施例ではＭＱＷ活性層を圧縮
歪ウェル層で構成した例を示したが、引張歪ウェル層や
無歪ウェル層でも良く、歪補償型ＭＱＷ活性層でも良
い。また、上記実施例では１５．８度傾斜した基板を用
いたが、その傾斜角度は如何様でも同様の効果が得られ
る。
歪ウェル層で構成した例を示したが、引張歪ウェル層や
無歪ウェル層でも良く、歪補償型ＭＱＷ活性層でも良
い。また、上記実施例では１５．８度傾斜した基板を用
いたが、その傾斜角度は如何様でも同様の効果が得られ
る。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、従来動作が困難であっ
た高温においても安定した自励発振動作を実現できる。
その理由は、レーザ特性を悪化させることなく水平方向
の光分布を十分広げて電流分布を十分小さくできるため
である。
た高温においても安定した自励発振動作を実現できる。
その理由は、レーザ特性を悪化させることなく水平方向
の光分布を十分広げて電流分布を十分小さくできるため
である。
【００２０】また、従来と比べて、層数、層厚、キャリ
ア濃度などを適切に設定するだけで本発明の構造を実現
できるため、製造工程が従来と比べて煩雑になることは
なく、高性能の自励発振型半導体レーザを容易に作製可
能である。
ア濃度などを適切に設定するだけで本発明の構造を実現
できるため、製造工程が従来と比べて煩雑になることは
なく、高性能の自励発振型半導体レーザを容易に作製可
能である。
【図１】本発明の実施の形態の構造図
【図２】本発明の実施の形態の作用・動作の説明図
【図３】従来の構造図
１０１・・ｎ−ＧａＡｓ基板、１０２・・ｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、 １０３・・ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１０４・・
ＭＱＷ活性層、 １０５・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部、 １０６・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層、 １０７・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メサ部、１０
８・・ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、 １０９・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、１１０・・ｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、 １１１・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 １１２・・ｐ側電極、 １１３・・ｎ側電極、 ３０１・・ｎ−ＧａＡｓ基板、３０２・・ｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、 ３０３・・ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０４・・
ＭＱＷ活性層、 ３０５・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部、 ３０６・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層、 ３０７・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メサ部、３０
８・・ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、 ３０９・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、３１０・・ｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、 ３１１・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 ３１２・・ｐ側電極、３１３・・ｎ側電極
バッファ層、 １０３・・ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１０４・・
ＭＱＷ活性層、 １０５・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部、 １０６・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層、 １０７・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メサ部、１０
８・・ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、 １０９・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、１１０・・ｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、 １１１・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 １１２・・ｐ側電極、 １１３・・ｎ側電極、 ３０１・・ｎ−ＧａＡｓ基板、３０２・・ｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、 ３０３・・ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０４・・
ＭＱＷ活性層、 ３０５・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層平坦部、 ３０６・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチング停止層、 ３０７・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層メサ部、３０
８・・ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、 ３０９・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、３１０・・ｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、 ３１１・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 ３１２・・ｐ側電極、３１３・・ｎ側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 健司 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA74 BA05 CA14 CB02 DA05 DA22 EA15
Claims (4)
- 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、少なくとも
第１導電型クラッド層、多重量子井戸からなる活性層、
第２導電型クラッド層を含むダブルへテロ構造を有する
半導体レーザにおいて、量子井戸層数が５層以上１０層
以下であり、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平
坦部の層厚が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、か
つ、電流狭窄構造を有する側のクラッド層の平坦部のキ
ャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以
下であることを特徴とする自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項２】 第１導電型半導体基板上に、少なくとも
第１導電型クラッド層、多重量子井戸からなる活性層、
第２導電型クラッド層を含むダブルへテロ構造を有する
半導体レーザにおいて、水平横方向の実効屈折率差が７
×１０-4以上３×１０-3以下であり、かつ、電流狭窄構
造を有する側のクラッド層の平坦部のキャリア濃度が１
×１０17ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下であることを
特徴とする自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項３】 クラッド層がＡｌＧａＩｎＰを含む半導
体で構成され、活性層がＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎ
Ｐを含む半導体で構成されることを特徴とする請求項１
から２に記載の自励発振型半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記半導体基板は（００１）面が［１１
０］方向に５度以上傾斜した基板であり、前記多重量子
井戸活性層は圧縮歪を有する量子井戸層からなることを
特徴とする請求項１から３に記載の自励発振型半導体レ
ーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000089410A JP2001274503A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 自励発振型半導体レーザ |
| US09/819,969 US6847666B2 (en) | 2000-03-28 | 2001-03-28 | Self-sustained pulsating laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000089410A JP2001274503A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 自励発振型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274503A true JP2001274503A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18605177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000089410A Pending JP2001274503A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 自励発振型半導体レーザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6847666B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001274503A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007067122A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP2007157838A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2011181974A (ja) * | 2011-06-22 | 2011-09-15 | Panasonic Corp | 半導体レーザ素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004186259A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Toshiba Corp | 半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置 |
| JP2015122419A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4961197A (en) * | 1988-09-07 | 1990-10-02 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser device |
| JP3322928B2 (ja) | 1993-02-05 | 2002-09-09 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JPH0722696A (ja) * | 1993-07-01 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JPH11354895A (ja) | 1995-03-31 | 1999-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ―ザ装置及びそれを用いた光ディスク装置 |
| US6031858A (en) * | 1996-09-09 | 2000-02-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method of fabricating same |
| JP3493920B2 (ja) | 1996-11-13 | 2004-02-03 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
| JPH1187831A (ja) | 1997-09-02 | 1999-03-30 | Sony Corp | 半導体発光素子、光ピックアップ装置ならびに光記録および／または再生装置 |
| 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 |
| JP3698402B2 (ja) * | 1998-11-30 | 2005-09-21 | シャープ株式会社 | 発光ダイオード |
-
2000
- 2000-03-28 JP JP2000089410A patent/JP2001274503A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-28 US US09/819,969 patent/US6847666B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007067122A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP2007157838A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2011181974A (ja) * | 2011-06-22 | 2011-09-15 | Panasonic Corp | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010043632A1 (en) | 2001-11-22 |
| US6847666B2 (en) | 2005-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040615 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040802 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050308 |