JP2723944B2 - 半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイ - Google Patents
半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイInfo
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/20—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
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
高密度記録に好適な短波長光源に関する。
波構造については、例えばエレクトロニクスレター21
(1985年)第931頁から第932頁(Electron.Lett.21(19
85)pp931−932)及びアプライトフィジクスレター48
(1986年)第207頁から第208頁(Appl.Phys.Lett.48(1
986)pp207−208)において論じられている。
されておらず、無効電流が大きいためにレーザ発振閾値
電流が高いという問題があった。また、レーザ発振して
も電流広がりが大きく電流注入量を大きくしてくと横モ
ードが不安定となる問題が生じた。
に、十分な電流狭窄効果を図り従来より低閾値電流でレ
ーザ発振しかつ高電流注入時でも横モードが安定に制御
された素子を得ることにある。
該層とは導電型の異なるAlGaAs層を電流狭窄層として形
成することにより達成できる。具体的には、次の項目に
記載の半導体レーザ素子構成により達成できる。
活性層と該活性層をバンドギャップの大きなAlyGa1-yIn
P光導波層(y>x)ではさんだ異種接続半導体層を形
成し、その上に該活性層上部AlyGa1-yInP光導波層とは
材料系が異なり少なくとも該活性層よりもバンドギャッ
プが大きいAlGaAs層を第2光導波層として設けその一部
が活性層上部光導波層とは導電型の異なるAlGaAs層で電
流狭窄されることを特徴とする半導体レーザ素子。
1−αAs4層のバンドギャップはAlxGa1-xInP活性層のバ
ンドギャップより大きく、かつAl組成αは0.35≦α≦1
の範囲で調整されることを特徴とする半導体レーザ素
子。
いて、AlαGa1−αAs電流狭窄層で上記AlβGa1−βAs
第2光導波層のAl組成α,βを0.45α,β1の範囲
とし、それぞれ間接遷移の層となることを特徴とする半
導体レーザ素子。
1−αAs電流狭窄層のバンドギャップを上記AlxGa1-xIn
P活性層のバンドギャップより小さくし、かつAl組成α
を0α0.35の範囲として光吸収層を兼ねるように
し、活性層横方向の実効的な屈折率差を8×10-4〜5×
10-3の範囲に制御することを特徴とする半導体レーザ素
子。
ーザ素子において、上記活性層上部AlyGa1-yInP光導波
層の膜厚を0.1〜0.5μmの範囲とすることを特徴とする
半導体レーザ素子。
半導体レーザ素子において、上記AlxGa1-xInP活性層膜
厚を0.04〜0.08μmの範囲とすることを特徴とする半導
体レーザ素子。
項記載の半導体レーザ素子において、上記活性層が単一
量子井戸或は多重量子井戸構造により形成されることを
特徴とする半導体レーザ素子。
たは第7項記載の半導体レーザ素子において、上記電流
狭窄層が下部AlGaAs層と上部GaAs層の2層から成ること
を特徴とする半導体レーザ素子。
第7項または第8項記載の半導体レーザ素子において、
上記電流狭窄層の膜厚を0.5〜1.2μmの範囲とすること
を特徴とする半導体レーザ素子。
項,第7項,第8項または第9項記載の半導体レーザ素
子において、上記活性層上部AlyGa1-yInP光導波層にお
ける上層部をAlγGa1−γInP層とし、Al組成γと上記
活性層のAl組成比Xの関係が0γXとなるように設
けたことを特徴とする半導体レーザ素子。
項,第7項,第8項,第9項または第10項記載の半導体
レーザ素子において、上記AlγGa1−γInP層の膜厚を
0.002〜0.1μmの範囲とすることを特徴とする半導体レ
ーザ素子。
項,第7項,第8項,第9項,第10項または第11項記載
の半導体レーザ素子において、上記半導体基板の両方位
は(001)あるいは1n5の範囲の(n11)であるこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。
し、温度特性が改善された利得導波構造のAlGaInP半導
体レーザ素子が得られることを以下に説明する。
上部のp−AlGaInP光導波層の膜厚を1μm前後に厚く
しその上部にn−GaAs電流狭窄層を設けている。このた
め、電流狭窄幅10μm程度としても活性層における電流
広がりは大きく20〜30μm程度に広がってしまう。ま
た、横方向への無効電流のため、レーザ発振させるのに
必要な閾値電流は増大してしまっている。さらに、注入
電流量が大きくなると、電流広がりが大きいことによる
横モードの不安定性によってキンクが生じやすい。
−AlGaInP光導波層を0.1〜0.5μmの範囲と薄くし、そ
の上部にn−AlGaAs層を電流狭窄層として用いている。
このとき、n−AlGaAs電流狭窄層のバンドギャップを活
性層であるAlGaInP層のバンドギャップよりも大きくな
るように、或いはn−AlGaAs層が間接遷移であるように
Al組成を調整することにより、光吸収が小さく利得分布
による導波構造が形成される。この利得導波構造によ
り、横方向の無効電流を従来より低減できるので、低閾
値電流でレーザ発振が可能となる。さらに、n−AlGaAs
電流狭窄層のストライプ幅を3〜6μmの範囲で最適化
することにより、活性層横方向への電流広がりを小さく
でき、横モードの安定性を改善できる。このため、従来
より高出力までキンクフリーで利得導波に基づく縦多モ
ード発振が期待できる。
InP活性層バンドギャップより小さくして弱い吸収層と
して用いる場合、n−AlGaAs電流狭窄層の上部にn−Ga
As光吸収兼電流狭窄層を設けて、活性層横方向の実効的
屈折率差を8×104〜5×10-3の範囲に制御することに
より、自励発振するレーザ素子を得ることができる。
GaInP光導波層の膜厚を厚くすることなく、第2図に示
すようにストライプを不純物ドーピング濃度を制御しや
すく低抵抗の結晶を得ることのできるp−AlGaAs層によ
り埋め込むことにより、素子抵抗を低減してレーザ発振
の温度特性を改善できる。
おいて、まずn−GaAs(001)基板1上にn−GaAsバッ
ファ層2(d=0.5μm,nD=1×1018cm-3),n−(AlyGa
1-y)0.51In0.49Pクラッド層3(0.4y0.7,d=0.8
〜1.0μm,nD=6〜8×1017cm-3),アンドープ(AlxGa
1-x)0.51In0.49P活性層4(0X0.2,d=0.04〜0.
08μm),p−(AlyGa1-y)0.51In0.49Pクラッド層5
(0.4y0.7,d=0.2〜0.4μm,nA=3〜6×1017c
m-3),n−AlαGa1−αAs電流狭窄層6(0.45α0.6
5,d=0.2〜0.8μm,nD=2〜5×1018cm-3),n−GaAs電
流狭窄層7(d=0.2〜0.8μm,nD=2〜5×1018cm-3)
を順次有機金属気相成長(MOCVD)法或は分子線エピタ
キシー(MBE)法によってエピタキシャル生長させる。
この後、レジスト或はSiO2等の絶縁膜マスクを形成し
て、リン酸溶液或は硫酸溶液によってエッチング加工す
ることによりストライプを形成する。次に、絶縁膜マス
クを除去した後、p−(AlzGa1-z)0.51In0.49P埋込み
層8(d=0.3〜0.6μm,nA=3〜6×1017cm-3),0.5
z0.8)p−Ga0.51In0.49P層9(d=0.05〜0.2,nA
=1〜2×1018cm-3),p−GaAsキャップ層10(d=1〜
3μm,nA=5×1018〜5×1019cm-3)を埋込み成長す
る。さらに、P電極11,n電極12を蒸着し、へき開スクラ
イブして素子の形に切り出す。本発明本実施例による
と、無効電流を低減することができるので、閾値電流を
30〜60mAに低減することが可能となった。また、電流広
がりが大きくなり過ぎないように、ストライプ幅を3〜
6μmに最適化することにより、電流注入量を大きくし
ても横モードの不安定が生じず、光出力40〜50mWまでキ
ンクフリーであった。この光出力まで、利得導波構造に
基づく縦多モード発振が持続した。また、活性層横方向
の実効的屈折率差を8×10-4〜5×10-3の範囲に制御で
きるように、p−(AlyGa1-y)0.51In0.49Pクラッド層
及びn−AlαGa1−αAs,n−GaAs電流狭窄層の膜厚を上
記範囲内で最適値に設定することにより、自励発振を生
じさせることが可能であった。この自励発振による低可
干渉性により、光ディスクメモリ読みとり光源として適
切な雑音の低い(相対雑音強度<1×10-13Hz-1)レー
ザ素子を得ることができた。
1と同様に素子を作製する。まず、第2図において、n
−GaAs(001)基板1上に、n−GaAsバッファ層2(d
=0.5μm,nD=1×1018cm-3),n−(AlyGa1-y)0.51In
0.49Pクラッド層3(d=0.8〜1.0μm,nD=6〜8×10
17cm-8),0.4y0.7),アンドープ(AlxGa1-x)
0.51In0.49P活性層4(d=0.04〜0.08μm,0x0.
2),p−(AlyGa1-y)0.51In0.49Pクラッド層5(0.4
y0.7,d=0.2〜0.4μm,nA=3〜6×1017cm-3),p− AlγGa1−γ)0.51In0.49P層13(d=0.002〜0.1μm,
nA=7〜9×1017cm-3),n−AlαGa1−αAs電流狭窄層
6(0.45α0.65,d=0.2〜0.8μm,nD=2〜5×1018
cm-3),n−GaAs電流狭窄層7(d=0.2〜0.8μm,nD=2
〜5×1018cm-3)を順次エピタキシャル成長させる。実
施例1と同様、ストライプを形成した後、p−AlβGa
1−βAs埋込層14(d=0.3〜0.6μm,nA=7×1017〜1
×1018cm-3,0.5β0.7),p−GaAsキャップ層10(d
=1〜3μm,nA=5×1018〜5×1019cm-3)を埋込み成
長し、素子の形に切り出す。
をより高いレベルまでドープしてドーピング濃度を調整
できるAlGaAs層で埋め込んでいるので、素子抵抗を実施
例1の場合より低減することが可能となった。このた
め、実施例1で得られた素子特性の上をさらに、最高レ
ーザ発振温度を100℃とすることができ、温度特性を向
上させることができた。素子の寿命試験では、温度50℃
で10mWの定光出力動作において2000時間以上経過しても
劣化が見られなかった。
2と全く同様にして素子を作製する。このとき、ストラ
イプ幅は50〜100μmとした。本実施例によると、基本
横モードに制御されてはいないが、室温直流動作におい
て最高3Wまで光出力が得られた。発振波長は650〜680nm
の範囲であり、発振閾値電流は200〜500mAの範囲であっ
た。
する。実施例2と全く同様にして素子を作製する。スト
ライプを第4図のように例えば5個並べフェーズアレー
レーザを形成させる。ストライプ間隔は5〜10μmとし
た。本実施例によると、発振閾値電流が100〜200mAの範
囲で室温直流動作において最高光出力500mWまで得られ
た。
けるn−GaAs7層をエッチング除去してストライプが形
成された素子では、発光部分の実効的屈折率差をその両
側の非発光部分より小さくできる屈折率分布をもたせる
ことが可能となり基本横モードで発振するレーザアレイ
が得られる。本実施例では光出力300mWまで基本横モー
ドであった。
体レーザにおいて、光吸収の小さい電流狭窄層を活性層
に従来より近づけて設けることにより電流の広がりを抑
えて低閾値電流でレーザ発振させることができる効果が
ある。本発明によれば、閾値電流が30〜60mAの素子を得
ることができた。さらに、電流狭窄層のストライプ幅を
3〜6μmの範囲にすることにより、従来より高電流注
入量まで基本横モードで安定であった。光出力40〜50mW
までキンクフリーの縦多モード発振の素子が得られた。
また、活性層横方向の実効的屈折率差が8×10-4〜5×
10-3の範囲にすることにより自励発振の素子が得られ
た。さらに、AlGaAs層でストライプを埋め込むことによ
り、素子抵抗を低減することができ、最高100℃までレ
ーザ発振させることが可能であった。素子の寿命試験で
は、温度50℃,10mWの定光出力動作において2000時間以
上経過しても劣化が見られなかった。
面図、第4図および第5図は本発明の実施例4の断面図
である。 1……n−GaAs(001)基板、 2……n−GaAsバッファ層、 3……n−(AlyGa1-y)0.51In0.49Pクラッド層、 4……アンドープ(AlxGa1-x)0.51In0.49P活性層、 5……n−(AlyGa1-y)0.51In0.49Pクラッド層、6…
…n−AlαGa1−αAs電流狭窄層、 7……n−GaAs電流狭窄層、 8……p−(AlzGa1-z)0.51In0.49P埋込層、 9……Ga0.51In0.49P層、10……p−GaAsキャップ層、
11……p電極、12……n電極、 13……p−(AlγGa1−γ)0.51In0.49P層、 14……p−AlβGa1−βAs埋込層。
Claims (3)
- 【請求項1】GaAs基板と、 上記GaAs基板上部に形成された(AlxGa1-x)InP活性層
(0≦x≦0.2)と、 上記AlGaInP活性層に形成され且つ該AlGaInP活性層の反
対側に共振器軸方向に延伸したストライプ状の突出部を
有する該AlGaInP活性層よりバンドギャップの大きい第
1導電型の(AlyGa1-y)InP光導波層(0.4≦y≦0.7)
と、 上記AlGaInP光導波路層の突出部の両側に接し且つ該AlG
aInP光導波層のリッジ両側の領域上に形成された該第1
導電型とは逆の第2導電型のAlαGa1−αAs層(0.45≦
α≦0.65)と、 上記AlGaInP光導波路層の突出部の両側に接し且つ上記A
lGaAs層上に形成された第2導電型のGaAs層とを有する ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項2】GaAs基板と、 上記GaAs基板上部に形成された(AlxGa1-x)InP活性層
(0≦x≦0.2)と、 上記AlGaInP活性層に形成され且つ該AlGaInP活性層より
バンドギャップの大きい第1導電型の(AlyGa1-y)InP
光導波層(0.4≦y≦0.7)と、 上記AlGaInP光導波層上にストライプ状に共振器軸方向
に延伸して形成される第1導電型のAlβGa1−βAs光導
波層(0.5≦β≦0.7)と、 上記AlβGa1−βAs光導波路層の両側面に接し且つ該Al
GaInP光導波層上に形成された該第1導電型とは逆の第
2導電型のAlαGa1−αAs層(0.45≦α≦0.65)と、 上記AlβGa1−βAs光導波路層の両側面に接し且つ上記
AlαGa1−αAs層上に形成された第2導電型のGaAs層と
を有し、 上記AlβGa1−βAs光導波路層は上記AlGaInP光導波層
より高い濃度の不純物がドープされている ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
半導体レーザ素子を複数個含み、上記半導体レーザ素子
は上記ストライプの光導波層が並ぶように配置されてい
ることを特徴とする半導体レーザアレイ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP64000301A JP2723944B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP64000301A JP2723944B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02181486A JPH02181486A (ja) | 1990-07-16 |
JP2723944B2 true JP2723944B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=11470080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP64000301A Expired - Lifetime JP2723944B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザアレイ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2723944B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2001284732A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多波長レーザ発光装置、当該装置に用いられる半導体レーザアレイ素子及び当該半導体レーザアレイ素子の製造方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS618985A (ja) * | 1984-06-23 | 1986-01-16 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子の製造方法 |
JPS6151889A (ja) * | 1984-08-21 | 1986-03-14 | Sony Corp | 半導体レ−ザ− |
JPS63197394A (ja) * | 1987-02-10 | 1988-08-16 | Nec Corp | 半導体レ−ザアレイ素子 |
-
1989
- 1989-01-06 JP JP64000301A patent/JP2723944B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH02181486A (ja) | 1990-07-16 |
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