JP3341425B2 - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ特に自励
発振型半導体レーザいわゆるパルセーションレーザに係
わる。
【0002】
【従来の技術】従来、自励発振型低ノイズレーザを設計
する場合は、一般に活性層のストライプ状共振器部の外
側においてその活性層の一部を過飽和吸収体としてい
る。図4は、この種の従来の半導体レーザの概略的断面
図で、この場合例えばn型のGaAs基板による基体1
上にn型のAlGaAsによる第1のクラッド層2、G
aAsによる活性層3、p型のAlGaAsによる第2
のクラッド層4、p型のGaAsによるキャップ層5が
形成され、ストライプ状の共振器構成部上の電流通路を
挟んでその両側に電流ブロック層6が形成されて成る。
【0003】この構成において、活性層3の両側に斜線
を付して示すように、過飽和吸収体領域Kが形成される
ようになされている。この場合、過飽和吸収体領域Kま
で光を広げて、故意に光を吸収させないと自励発振が生
じない。したがって、そのストライプ部の内外の屈折率
差Δnをできるだけ小さく例えばΔn<3×10-3にす
る必要があり、このためインデックス性が弱まり、非点
隔差が大となる。
【0004】一方、例えば光磁気記録の記録用光源とし
て半導体レーザを用いる場合、例えば30〜40mWと
いう高出力の半導体レーザが必要とされているが、この
ように高出力領域で動作させる場合、低出力の場合に比
し、光子数の増え方がかなり速いために過飽和吸収体領
域Kはすぐに飽和してしまい、一度は吸収損失が減りし
きいキャリア密度は下がるが、光子数が余り多いと定常
的に過飽和吸収体領域Kが過飽和状態を保持してしまう
ために、再び吸収損失が増えることがなくなって発振が
停止せずパルセーションが起こりにくくなるという問題
が生じる。
【0005】このように、通常一般の自励発振型の半導
体レーザでは、高出力化および低非点隔差化が困難であ
るという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、自励発振型
半導体レーザすなわちいわゆるパルセーション型半導体
レーザにおいて、高出力化と低非点隔差化の問題の解決
をはかるものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、II−VI
族、III−V族系半導体レーザにおいて、第1導電型
の第1のクラッド層と、活性層と、第2導電型の第2の
クラッド層とを順次エピタキシーして、第2のクラッド
層の電流通路部を挟んでその両側に凹部を形成して、こ
の凹部内の第2のクラッド層表面に活性層と同組成の過
飽和吸収体層をエピタキシーして、この過飽和吸収体層
を介して電流ブロック層をエピタキシーして、電流ブロ
ック層の屈折率を第2のクラッド層の屈折率に比し小に
選定し、過飽和吸収体層と活性層との距離を10nm以
上200nm以下として構成する。
【0008】また本発明は、Al(アルミニウム)を含
むIII−V族系半導体レーザにおいて、第1導電型の
第1のクラッド層と、活性層と、第2導電型の第2のク
ラッド層とを順次エピタキシーして、第2のクラッド層
の電流通路部を挟んでその両側に凹部を形成して、この
凹部内の第2のクラッド層表面に活性層と同組成の過飽
和吸収体層をエピタキシーして、過飽和吸収体層を介し
て電流ブロック層をエピタキシーして、電流ブロック層
の屈折率を第2のクラッド層の屈折率に比し小に選定し
て、過飽和吸収体層と活性層との距離を10nm以上2
00nm以下として構成する。また更に本発明は、上述
の半導体レーザにおいて、過飽和吸収体層をノンドープ
として構成する。
【0009】また本発明は、Alを含むIII−V族4
元系半導体レーザにおいて、第1導電型の第1のクラッ
ド層と、活性層と、第2導電型の第2のクラッド層とを
順次エピタキシーして、第2のクラッド層の電流通路部
を挟んでその両側に凹部を形成して、この凹部内の第2
のクラッド層表面に活性層と同組成の過飽和吸収体層を
エピタキシーして、過飽和吸収体層を介して電流ブロッ
ク層をエピタキシーして、電流ブロック層のAlの含有
量を第2のクラッド層のAlの含有量に比し大に選定し
て、過飽和吸収体層と活性層との距離を10nm以上2
00nm以下として構成する。また更に本発明は、上述
の半導体レーザにおいて、過飽和吸収体層をノンドープ
として構成する。
【0010】
【作用】上述の本発明によれば、凹部25内にすなわち
活性層23に極く近接してこの活性層23と同組成の過
飽和吸収体層26を設けたので、実質的に過飽和吸収体
領域を増加させた効果が生じることにより、高出力化に
おいても自励発振が可能となる。
【0011】また、上述の本発明構成によれば、電流ブ
ロック層27によって過飽和吸収体層26へのキャリア
の注入が阻止されることにより、この過飽和吸収体層2
6におけるキャリア注入による光の吸収の低下を回避で
きる。
【0012】すなわち、図2にキャリア密度と利得の関
係を示したように、過飽和吸収体において、キャリアが
注入されてこれがいわゆるしきいキャリア密度Nth以上
に注入された状態では、過飽和吸収体において光の吸
収、放出によるキャリア密度の増減(横軸に示す変化
a)は、単に利得の増減(縦軸に示す変化a)として表
れるに過ぎず、レーザ発振停止というパルセーションに
不可欠な要素と関係のない領域となる。一方、しきいキ
ャリア密度Nth以下であってもキャリア密度が比較的高
い領域では、図2に変化bで示すように損失の増減が余
り生じないことからレーザ発振の停止および自励発振に
は余り有効ではない。したがって有効にパルセーション
が生じるようにするには、図2に変化cで示すように、
でるだけキャリア密度の低い領域で変化させることが必
要である。
【0013】これに対し、本発明構成では、過飽和吸収
体層26上に電流ブロック層27が形成されていること
により、この過飽和吸収体層26へのキャリアの注入が
阻止されていることから、キャリア密度が低い状態で光
の吸収、放出によるキャリア密度の増減が生じることか
ら、確実なパルセーション動作を行わせることができ
る。
【0014】更に、本発明構成では、活性層23に対向
してその面方向に両側に第2のクラッド層24に比して
Al量を大にした電流ブロック層27が配置された構成
とされるので、作りつけの屈折率差が生じることにより
非点隔差の改善がはかられる。
【0015】
【実施例】本発明による半導体レーザは、II−VI
族、III−V族等の化合物半導体構成による。図1を
参照して本発明による半導体レーザの一実施例を説明す
るが、その理解を容易にするために、Alを含むIII
−V族半導体の例を図3の工程図を参照してその製造方
法の一例とともに説明する。
【0016】図3Aに示すように、第1導電型の例えば
n型のGaAs化合物半導体基板よりなる半導体基体2
0上に、それぞれこれと同導電型のAlGaAsよりな
るバッファ層21と、第1のAlGaAsよりなるクラ
ッド層22をエピタキシーし、続いてこれの上にノンド
ープあるいは低不純物濃度の例えばGaAsもしくはク
ラッド層22に比してAlの含有量が小さいAlGaA
sによる活性層23と、更にこれの上に第2導電型の例
えばp型のAlGaAsによる第2のクラッド層24を
順次エピタキシーする。
【0017】図3Bに示すように、第2のクラッド層2
4上に例えば図3Bの紙面と直交する方向に延びるスト
ライプ状の例えばSiN、SiO2 等よりなるマスク層
30フォトリソグラフィによって形成し、化学的エッチ
ングあるいはRIE(反応性イオンエッチング)等のド
ライエッチングを第2のクラッド層24の表面側から行
ってストライプ状にリッジ31を残してその両側に凹部
25を形成する。
【0018】そして、凹部25内に活性層23と同組成
で低不純物濃度もしくはノンドープのGaAsもしくは
AlGaAsよりなる両側面に過飽和吸収体層26と、
これの上に第1導電型のn型の電流ブロック層すなわち
電流阻止層27をエピタキシーする。
【0019】その後、マスク層30を除去し、全面的に
第2導電型のp型の例えばGaAsよりなるキャップ層
をエピタキシーする。
【0020】この構成において、第1および第2のクラ
ッド層は、AlY Ga1-Y Asによって構成し、電流ブ
ロック層27は、AlX Ga1-X Asとし、x>yとす
る。つまり、電流ブロック層27のAl量を大とする。
y値は、0.3≦y≦0.6の例えばy=0.5とし、
x値は0.4≦x≦1.0の例えばx=0.7に選定す
る。
【0021】活性層23の厚さは、例えば30nmに選
定され、活性層23とこれと対向する過飽和吸収体層2
6との間隔dは、d<200nm好ましくは10nm〜
300nm例えばd=50nmに選定する。また、過飽
和吸収体層26の厚さは例えば30nmに選定される。
【0022】この構成による半導体レーザによれば、活
性層23のストライプ状の共振器を構成する部分すなわ
ち電流ブロック層27が存在しないストライプ状の主た
る電流供給部の外側に小なる間隔dをもって対向する過
飽和吸収体層26が存在し、しかもこの過飽和吸収体層
26上には電流ブロック層27が形成されていることか
らこの過飽和吸収体層26へのキャリアの注入が抑制さ
れ、図2で説明したキャリア密度の低い領域でのキャリ
アの増減がなされることから高出力化においても自励発
振が確実に行われる。
【0023】また、この構成による場合、電流ブロック
層27のAlの含有量を、第2のクラッド層24のそれ
より大にしたことから、ストライプ部の内外の屈折率差
は大となり実屈折率差を作り付けで設定することがで
き、低非点隔差を実現できる。
【0024】上述した例では、AlGaAs系の半導体
レーザを構成した場合であるが、AlGaInP4元系
可視光半導体レーザを構成することもできる。この場合
においては、半導体基体としてGaAs基板を用い、第
1および第2のクラッド層22および24がそれぞれ第
1導電型および第2導電型のAlY Ga1-Y InPによ
って構成し、電流ブロック層27は、AlX Ga1-X
nPとし、x>yとする。この場合、y値は0.3≦y
≦0.8の例えばy=0.6に選定し、x値は0.4≦
x≦1.0の例えばx=0.7に選定する。そして、活
性層23と過飽和吸収体層26は同組成の例えばGaI
nPによって構成するが、この4元系においては、不純
物ドーピングによってそのバンドギャップが大となり光
吸収体として動作しなくなるおそれがあることから過飽
和吸収体層26においてもノンドープとする。
【0025】また、本発明による半導体レーザは上述し
た構成に限られるものではなく、例えばSCH(Separa
te Confinement Heterostructure) MQW(Multi-Quan
tum Well) 構造の半導体レーザを構成する場合は、その
活性層をこれに対応したSCHMQW構成とし、これを
挟んでガイド層を設ける構造とし、過飽和吸収体層26
においても同様のSCHMQW構成とする。
【0026】尚、上述した例では、第1導電型がn型
で、第2導電型がp型とした場合であるが、互いに逆導
電型とすることもできる。
【0027】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、大出
力化においても確実に自励発振動作が行われ、また非点
隔差の増大を回避できる。したがって、本発明による半
導体レーザを光記録媒体の高パワーによる記録用光源と
して用いて、確実にその記録を行うことができ、非点隔
差の小さいしたがってスポット歪の小さい光スポットを
得ることができることから高密度記録に好適であるなど
多くの利益をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体レーザの一例の概略的断面
図である。
【図2】本発明の説明に供する利得のキャリア密度依存
性を示す図である。
【図3】本発明による半導体レーザの一例の一製造方法
を示す工程図である。Aはその一工程図である。Bはそ
の一工程図である。
【図4】従来の半導体レーザの断面図である。
【符号の説明】
20 半導体基体 21 バッファ層 22 第1のクラッド層 23 活性層 24 第2のクラッド層 25 凹部 26 過飽和吸収体層 27 電流ブロック層 28 キャップ層

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザにおいて、 第1導電型の第1のクラッド層と、活性層と、第2導電
    型の第2のクラッド層とが順次エピタキシーされ、 上記第2のクラッド層の電流通路部を挟んでその両側に
    凹部が形成され、 該凹部内の上記第2のクラッド層表面に上記活性層と同
    組成の過飽和吸収体層がエピタキシーされ、 該過飽和吸収体層を介して電流ブロック層がエピタキシ
    ーされ、 上記電流ブロック層の屈折率が上記第2のクラッド層の
    屈折率に比し小に選定され、 上記過飽和吸収体層と上記活性層との距離が10nm以
    上200nm以下とされたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  2. 【請求項2】 Alを含むIII−V族系半導体レーザ
    において、 第1導電型の第1のクラッド層と、活性層と、第2導電
    型の第2のクラッド層とが順次エピタキシーされ、 上記第2のクラッド層の電流通路部を挟んでその両側に
    凹部が形成され、 該凹部内の上記第2のクラッド層表面に上記活性層と同
    組成の過飽和吸収体層がエピタキシーされ、 該過飽和吸収体層を介して電流ブロック層がエピタキシ
    ーされ、 上記電流ブロック層の屈折率が上記第2のクラッド層の
    屈折率に比し小に選定され、 上記過飽和吸収体層と上記活性層との距離が10nm以
    上200nm以下とされたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項3】 上記過飽和吸収体層がノンドープとされ
    たことを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 Alを含むIII−V族4元系半導体レ
    ーザにおいて、 第1導電型の第1のクラッド層と、活性層と、第2導電
    型の第2のクラッド層とが順次エピタキシーされ、 上記第2のクラッド層の電流通路部を挟んでその両側に
    凹部が形成され、 該凹部内の上記第2のクラッド層表面に上記活性層と同
    組成の過飽和吸収体層がエピタキシーされ、 該過飽和吸収体層を介して電流ブロック層がエピタキシ
    ーされ、 上記電流ブロック層のAlの含有量が上記第2のクラッ
    ド層のAlの含有量に比し大に選定され、 上記過飽和吸収体層と上記活性層との距離が10nm以
    上200nm以下とされたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  5. 【請求項5】 上記過飽和吸収体層がノンドープとされ
    たことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ。
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