JP2003037331A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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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
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- 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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- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
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- H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 抵抗値が低く、高温で信頼性が得られる自励
発振レーザ、およびリアルガイド高出力レーザの提供。 【解決手段】 ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にか
けての電流通路が、バンドギャップが異なる少なくとも
３層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジ
を有し、ｐ型クラッド層の頂上の幅が２.５μｍ以下で
あり、動作電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下で
あることを特徴とする半導体レーザ装置。
発振レーザ、およびリアルガイド高出力レーザの提供。 【解決手段】 ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にか
けての電流通路が、バンドギャップが異なる少なくとも
３層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジ
を有し、ｐ型クラッド層の頂上の幅が２.５μｍ以下で
あり、動作電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下で
あることを特徴とする半導体レーザ装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
光ディスク等の記録再生光源に適した半導体レーザ装置
に関する。
光ディスク等の記録再生光源に適した半導体レーザ装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＶＤ読み取り用光源として用いられる
赤色半導体レーザの従来例を図面を参照しながら説明す
る。図６の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板６１
と、その上に成長した半導体積層構造とを備えている。
この半導体積層構造は、基板側から順番に、ｎ型バッフ
ァ層６２、ｎ型第１クラッド層６３、活性層６４および
ｐ型第２クラッド層６５を含んでいる。第２クラッド層
６５は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、その
リッジ部分の両側は第２クラッド層６５がリッジ部分よ
り薄くなっている。第２クラッド層６５のリッジ部分の
上には、ｐ型中間層６６を介して、ｐ型キャップ層６７
が形成されている。ストライプ状リッジの両側にはｎ型
のＧａＡｓ埋込み層６８が形成されている。光の水平方
向に関する閉じ込めは、リッジのある部分とない部分と
の間に形成される屈折率差によってなされている。半導
体積層構造の上部にはｐ側電極６９が設けられており、
基板の裏面にはｎ側電極６１０が設けられている。電流
は、逆バイアスとなる埋め込み層およびその下部には流
れず、ストライプ状のリッジ部を流れる。半導体レーザ
を高温で動作させ、高い信頼性を得るためには、素子自
体の発熱を抑える必要がある。半導体層の直列抵抗、ヘ
テロ接合の界面抵抗などにより動作電圧が高くなると電
流×電圧で決まる発熱量が大きくなる。従って、極力、
これら抵抗値を小さくする必要がある。
赤色半導体レーザの従来例を図面を参照しながら説明す
る。図６の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板６１
と、その上に成長した半導体積層構造とを備えている。
この半導体積層構造は、基板側から順番に、ｎ型バッフ
ァ層６２、ｎ型第１クラッド層６３、活性層６４および
ｐ型第２クラッド層６５を含んでいる。第２クラッド層
６５は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、その
リッジ部分の両側は第２クラッド層６５がリッジ部分よ
り薄くなっている。第２クラッド層６５のリッジ部分の
上には、ｐ型中間層６６を介して、ｐ型キャップ層６７
が形成されている。ストライプ状リッジの両側にはｎ型
のＧａＡｓ埋込み層６８が形成されている。光の水平方
向に関する閉じ込めは、リッジのある部分とない部分と
の間に形成される屈折率差によってなされている。半導
体積層構造の上部にはｐ側電極６９が設けられており、
基板の裏面にはｎ側電極６１０が設けられている。電流
は、逆バイアスとなる埋め込み層およびその下部には流
れず、ストライプ状のリッジ部を流れる。半導体レーザ
を高温で動作させ、高い信頼性を得るためには、素子自
体の発熱を抑える必要がある。半導体層の直列抵抗、ヘ
テロ接合の界面抵抗などにより動作電圧が高くなると電
流×電圧で決まる発熱量が大きくなる。従って、極力、
これら抵抗値を小さくする必要がある。
【０００３】図６の赤色半導体レーザのｐ側領域におい
て、電流は、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６７／ｐ−ＧａＩ
ｎＰ中間層６６／ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５の
３層積層構造を通過して流れる。ｐ−ＧａＡｓキャップ
層６７とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５とを直接接
合すると、バンドギャップ差が大きいために、ｐ側領域
でのキャリアであるホールに対して大きな障壁が接合界
面近傍にでき（図７a）、ホールの流れを妨げて電流が
流れにくくなる、すなわち、素子抵抗が大きくなる。こ
れを防ぐために、ｐ−ＧａＡｓキャップ層とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層との間にバンドギャップが両者の中
間になるｐ−ＧａＩｎＰ中間層６６を挟み、接合界面に
できる障壁を低くしてホールを流れやすくしている。こ
の接合界面においては、ホールは図７ｂに示すように界
面近傍にできる障壁領域をトンネリングにより通過して
流れる。ホールのトンネリングが容易に起こり得るため
には、障壁領域の幅は１０ｎｍ以下程度に狭い必要があ
る。障壁領域の幅は、ホールが流れ込む側の領域のｐ濃
度に依存し、これが大きい程、狭くなる。従来のＤＶＤ
読み取り用シングルモード赤色レーザにおいては、ｐ−
ＧａＩｎＰ中間層６６のｐ濃度は１.０×１０１９ｃｍ
−３、ｐ−ＧａＩｎＰクラッド層のｐ濃度は１.３×１
０１８ｃｍ−３とし、動作電流（約４５ｍＡ）時の電圧
は２.３Ｖ〜２.５Ｖ、微分抵抗値は５Ω〜７Ωであっ
た。本従来例の半導体レーザは、７０℃７ｍＷの条件下
で、１００００時間以上安定に走行し、十分な信頼性が
得られた。
て、電流は、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６７／ｐ−ＧａＩ
ｎＰ中間層６６／ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５の
３層積層構造を通過して流れる。ｐ−ＧａＡｓキャップ
層６７とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５とを直接接
合すると、バンドギャップ差が大きいために、ｐ側領域
でのキャリアであるホールに対して大きな障壁が接合界
面近傍にでき（図７a）、ホールの流れを妨げて電流が
流れにくくなる、すなわち、素子抵抗が大きくなる。こ
れを防ぐために、ｐ−ＧａＡｓキャップ層とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層との間にバンドギャップが両者の中
間になるｐ−ＧａＩｎＰ中間層６６を挟み、接合界面に
できる障壁を低くしてホールを流れやすくしている。こ
の接合界面においては、ホールは図７ｂに示すように界
面近傍にできる障壁領域をトンネリングにより通過して
流れる。ホールのトンネリングが容易に起こり得るため
には、障壁領域の幅は１０ｎｍ以下程度に狭い必要があ
る。障壁領域の幅は、ホールが流れ込む側の領域のｐ濃
度に依存し、これが大きい程、狭くなる。従来のＤＶＤ
読み取り用シングルモード赤色レーザにおいては、ｐ−
ＧａＩｎＰ中間層６６のｐ濃度は１.０×１０１９ｃｍ
−３、ｐ−ＧａＩｎＰクラッド層のｐ濃度は１.３×１
０１８ｃｍ−３とし、動作電流（約４５ｍＡ）時の電圧
は２.３Ｖ〜２.５Ｖ、微分抵抗値は５Ω〜７Ωであっ
た。本従来例の半導体レーザは、７０℃７ｍＷの条件下
で、１００００時間以上安定に走行し、十分な信頼性が
得られた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、赤色自
励発振または、赤色リアルガイドレーザにおいては、以
下に説明する問題が生じていた。前記従来例のシングル
モードレーザにおいては、信号読み取り時の戻り光雑音
低減のために高周波重畳回路を用いる。この外部回路を
必要としない、低雑音の自励発振型レーザを例として、
課題を説明する。自励発振型レーザは、基本構造は図６
のシングルモードレーザと類似するが、リッジの外側に
位置する活性層を可飽和吸収領域として利用するため
に、その領域に導波光を拡げて光の自励振動を起こす必
要がある。そのため、一つは、従来のシングルモードレ
―ザよりもリッジストライプの幅を狭く設定する。例え
ば、従来のシングルモードレーザではリッジの底面幅は
４.５μｍとし、一方、自励発振レーザでは３.５μｍと
する。この設定をした自励発振レーザでは、素子の動作
電流での微分抵抗値が大きくなり、７０℃以上の高温で
は動作しないという問題が生じていた。本発明は、上記
の課題を解決し、抵抗値が低く、高温で信頼性が得られ
る自励発振レーザ、およびリアルガイド高出力レーザを
提供することをその目的とする。
励発振または、赤色リアルガイドレーザにおいては、以
下に説明する問題が生じていた。前記従来例のシングル
モードレーザにおいては、信号読み取り時の戻り光雑音
低減のために高周波重畳回路を用いる。この外部回路を
必要としない、低雑音の自励発振型レーザを例として、
課題を説明する。自励発振型レーザは、基本構造は図６
のシングルモードレーザと類似するが、リッジの外側に
位置する活性層を可飽和吸収領域として利用するため
に、その領域に導波光を拡げて光の自励振動を起こす必
要がある。そのため、一つは、従来のシングルモードレ
―ザよりもリッジストライプの幅を狭く設定する。例え
ば、従来のシングルモードレーザではリッジの底面幅は
４.５μｍとし、一方、自励発振レーザでは３.５μｍと
する。この設定をした自励発振レーザでは、素子の動作
電流での微分抵抗値が大きくなり、７０℃以上の高温で
は動作しないという問題が生じていた。本発明は、上記
の課題を解決し、抵抗値が低く、高温で信頼性が得られ
る自励発振レーザ、およびリアルガイド高出力レーザを
提供することをその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】リッジの底面幅を狭くす
ると、リッジ上部の幅も狭くなる。ｐクラッド層の上部
の幅は、従来のシングルモードレーザで３.０μｍであ
ったのに対して、自励発振レーザでは２.０μｍであっ
た。この部分の幅が狭くなることで、電流の通路となる
ｐ−ＧａＡｓキャップ層／ｐ−ＧａＩｎＰ中間層/ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の３層積層界面領域の断面積
が狭くなり、この部分の抵抗値が増大して素子の抵抗が
大きくなったと考えられる。
ると、リッジ上部の幅も狭くなる。ｐクラッド層の上部
の幅は、従来のシングルモードレーザで３.０μｍであ
ったのに対して、自励発振レーザでは２.０μｍであっ
た。この部分の幅が狭くなることで、電流の通路となる
ｐ−ＧａＡｓキャップ層／ｐ−ＧａＩｎＰ中間層/ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の３層積層界面領域の断面積
が狭くなり、この部分の抵抗値が増大して素子の抵抗が
大きくなったと考えられる。
【０００６】図８に、赤色自励発振レーザの素子構造
で、リッジ幅と微分抵抗の関係を、ｐクラッド層ドーピ
ング濃度を変えて調べた結果を示す。ｐクラッド層のド
ーピング濃度が１.３×１０１８ｃｍ−３より小さくな
ると、微分抵抗は増大した。これは、図に示すように、
ｐクラッド層のドーピング濃度が低いと、ｐ−ＧａＩｎ
Ｐ層からｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層へ流れ込むホー
ルに対して、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層にできる障
壁が抵抗となると説明できる。微分抵抗が８Ω以上の素
子においては、７０℃７ｍＷでの安定動作が得られなか
った。また、図９に示すように、クラッド層上部の幅が
２.５μｍ以上では、７０℃７ｍＷで自励発振が得られ
ず、可干渉性（γ）が大きくなった。従って、７０℃
で、自励発振が得られ、かつ安定に動作するためには、
クラッド層上部の幅を２.５μｍ以下にし、素子抵抗を
８Ω以下にする必要がある。また、そのためには、ｐク
ラッド層のドーピング量を１.３×１０１８ｃｍ−３よ
り大きくすればよい。
で、リッジ幅と微分抵抗の関係を、ｐクラッド層ドーピ
ング濃度を変えて調べた結果を示す。ｐクラッド層のド
ーピング濃度が１.３×１０１８ｃｍ−３より小さくな
ると、微分抵抗は増大した。これは、図に示すように、
ｐクラッド層のドーピング濃度が低いと、ｐ−ＧａＩｎ
Ｐ層からｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層へ流れ込むホー
ルに対して、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層にできる障
壁が抵抗となると説明できる。微分抵抗が８Ω以上の素
子においては、７０℃７ｍＷでの安定動作が得られなか
った。また、図９に示すように、クラッド層上部の幅が
２.５μｍ以上では、７０℃７ｍＷで自励発振が得られ
ず、可干渉性（γ）が大きくなった。従って、７０℃
で、自励発振が得られ、かつ安定に動作するためには、
クラッド層上部の幅を２.５μｍ以下にし、素子抵抗を
８Ω以下にする必要がある。また、そのためには、ｐク
ラッド層のドーピング量を１.３×１０１８ｃｍ−３よ
り大きくすればよい。
【０００７】かくして、本発明は、第１の態様におい
て、ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にかけての電流
通路が、バンドギャップが異なる少なくとも３層の半導
体層で構成されているストライプ状のリッジを有し、ｐ
型クラッド層の頂上の幅が２.５μｍ以下であり、動作
電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下であることを
特徴とする半導体レーザ装置を提供する。
て、ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にかけての電流
通路が、バンドギャップが異なる少なくとも３層の半導
体層で構成されているストライプ状のリッジを有し、ｐ
型クラッド層の頂上の幅が２.５μｍ以下であり、動作
電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下であることを
特徴とする半導体レーザ装置を提供する。
【０００８】また、本発明は、第２の態様において、ｐ
型キャップ層からｐ型クラッド層にかけての電流通路
が、バンドギャップが異なる少なくとも３層の半導体層
で構成されているストライプ状のリッジを有し、水平方
向の放射角（遠視野像の半値全幅）が８度以上で、動作
電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下であることを
特徴とする自励発振型半導体レーザ装置を提供する。
型キャップ層からｐ型クラッド層にかけての電流通路
が、バンドギャップが異なる少なくとも３層の半導体層
で構成されているストライプ状のリッジを有し、水平方
向の放射角（遠視野像の半値全幅）が８度以上で、動作
電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下であることを
特徴とする自励発振型半導体レーザ装置を提供する。
【０００９】また、本発明は、第３の態様において、ｐ
型キャップ層からｐ型クラッド層にかけての電流通路
が、バンドギャップが異なる少なくとも３層の半導体層
で構成されているストライプ状のリッジを有し、水平方
向の放射角（遠視野像の半値全幅）が６度以上で、動作
電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下であることを
特徴とする実屈折率導波型半導体レーザ装置を提供す
る。本発明によれば、抵抗値が低く、高温で信頼性が得
られる自励発振レーザまたはリアルガイド高出力レーザ
を提供できる。
型キャップ層からｐ型クラッド層にかけての電流通路
が、バンドギャップが異なる少なくとも３層の半導体層
で構成されているストライプ状のリッジを有し、水平方
向の放射角（遠視野像の半値全幅）が６度以上で、動作
電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下であることを
特徴とする実屈折率導波型半導体レーザ装置を提供す
る。本発明によれば、抵抗値が低く、高温で信頼性が得
られる自励発振レーザまたはリアルガイド高出力レーザ
を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】第１の具体例において、ｐ型キャ
ップ層からｐ型クラッド層にかけての電流通路を形成す
る半導体層はバンドギャップが異なる３層よりなる。か
かる３層の例としては、ｐ型キャップ層より、ｐ−Ｇａ
Ａｓ層、ｐ−ＧａＩｎＰ層およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層
が挙げられる。もう１つの具体例において、ｐ−ＧａＩ
ｎＰ層のｐ濃度は１.０×１０１９ｃｍ−３以上であっ
て、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｐ濃度は１.３×１０１８
ｃｍ− ３である。このようなｐ濃度とすることにより、
素子の抵抗値を小さくでき、高温で動作する赤色半導体
レーザを提供できる。
ップ層からｐ型クラッド層にかけての電流通路を形成す
る半導体層はバンドギャップが異なる３層よりなる。か
かる３層の例としては、ｐ型キャップ層より、ｐ−Ｇａ
Ａｓ層、ｐ−ＧａＩｎＰ層およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層
が挙げられる。もう１つの具体例において、ｐ−ＧａＩ
ｎＰ層のｐ濃度は１.０×１０１９ｃｍ−３以上であっ
て、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｐ濃度は１.３×１０１８
ｃｍ− ３である。このようなｐ濃度とすることにより、
素子の抵抗値を小さくでき、高温で動作する赤色半導体
レーザを提供できる。
【００１１】もう１つの具体例において、ｐ型クラッド
層のｐ濃度は一様ではなく、ｐ型キャップ層に近い側の
クラッド層頂上部近傍のｐ濃度を高くする。例えば、ｐ
濃度を高くした領域の深さを、境界面から５０ｎｍ以下
とし、ｐ濃度は１.３×１０ １８ｃｍ−３以上とする。
このようなｐ濃度分布を設けることにより、素子化プロ
セスにおいてＰ不純物の活性層への拡散が少なく、信頼
性の高い赤色半導体レーザを提供できる。
層のｐ濃度は一様ではなく、ｐ型キャップ層に近い側の
クラッド層頂上部近傍のｐ濃度を高くする。例えば、ｐ
濃度を高くした領域の深さを、境界面から５０ｎｍ以下
とし、ｐ濃度は１.３×１０ １８ｃｍ−３以上とする。
このようなｐ濃度分布を設けることにより、素子化プロ
セスにおいてＰ不純物の活性層への拡散が少なく、信頼
性の高い赤色半導体レーザを提供できる。
【００１２】また、本発明の第１および第２の態様にお
いては、リッジストライプ側面をＧａＡｓで埋め込むこ
とができる。これにより、横モードを安定化した赤色半
導体レーザを提供できる。
いては、リッジストライプ側面をＧａＡｓで埋め込むこ
とができる。これにより、横モードを安定化した赤色半
導体レーザを提供できる。
【００１３】また、本発明の第１および第３の態様にお
いては、リッジストライプ側面をＡｌＧａＡｓまたはＡ
ｌＩｎＰで埋め込むことができる。これにより、導波路
の損失を減らし、低電流動作の赤色半導体レーザを提供
できる。
いては、リッジストライプ側面をＡｌＧａＡｓまたはＡ
ｌＩｎＰで埋め込むことができる。これにより、導波路
の損失を減らし、低電流動作の赤色半導体レーザを提供
できる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を、以下に説明する。
実施例１
まず、本発明をＡｌＧａＩｎＰ系の赤色自励発振レーザ
に適用した実施例を図１を参照にしながら説明する。図
１の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１と、そ
の上にエピタキシャル成長した複数の半導体層を含む半
導体積層構造とを備えている。半導体積層構造は、基板
１１の側から順番に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層（ｎ型
不純物：Ｓｉ、不純物濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚
さ：２００ｎｍ）１２、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層（ｎ型不
純物：Ｓｉ、不純物濃度：１.３×１０１８ｃｍ−３、
厚さ：１２００ｎｍ）１３、ＧａＩｎＰ活性層１４、お
よび、ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ
０．５Ｐ第２クラッド層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃
度：１.３×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１２００ｎｍ）
１５を含んでいる。
に適用した実施例を図１を参照にしながら説明する。図
１の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１と、そ
の上にエピタキシャル成長した複数の半導体層を含む半
導体積層構造とを備えている。半導体積層構造は、基板
１１の側から順番に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層（ｎ型
不純物：Ｓｉ、不純物濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚
さ：２００ｎｍ）１２、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層（ｎ型不
純物：Ｓｉ、不純物濃度：１.３×１０１８ｃｍ−３、
厚さ：１２００ｎｍ）１３、ＧａＩｎＰ活性層１４、お
よび、ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ
０．５Ｐ第２クラッド層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃
度：１.３×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１２００ｎｍ）
１５を含んでいる。
【００１５】第２クラッド層１５は、この実施例では、
底面幅が３.０から４.０μｍのストライプ状リッジ部分
を有しており、そのリッジ部分の両側の第２クラッド層
は、リッジ部分より薄くなっている。可飽和吸収領域と
なる、リッジ部分の両側ヘ光を拡げるために、この領域
での第２クラッド層厚さは、０.２５μｍ〜０.３０μｍ
とした。第２クラッド層１５のリッジ部分の上には、ｐ
型ＧａＩｎＰ中間層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：
１.０×１０１９ｃｍ−３、厚さ：５０ｎｍ）１６を介
して、ｐ型ＧａＡｓキャップ層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不
純物濃度：１.０×１０ １９ｃｍ−３、厚さ：５００ｎ
ｍ）１７が形成されている。また、リッジ部分の両側
は、ｎ型ＧａＡｓ層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：
1×１０１８ｃｍ− ３）１８で埋め込まれている。第２
クラッド層１５のリッジ部分、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１
６および、ｐ型キャップ層１７によってストライプ状リ
ッジ構造が形成され、電流の狭窄経路となっている。
底面幅が３.０から４.０μｍのストライプ状リッジ部分
を有しており、そのリッジ部分の両側の第２クラッド層
は、リッジ部分より薄くなっている。可飽和吸収領域と
なる、リッジ部分の両側ヘ光を拡げるために、この領域
での第２クラッド層厚さは、０.２５μｍ〜０.３０μｍ
とした。第２クラッド層１５のリッジ部分の上には、ｐ
型ＧａＩｎＰ中間層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：
１.０×１０１９ｃｍ−３、厚さ：５０ｎｍ）１６を介
して、ｐ型ＧａＡｓキャップ層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不
純物濃度：１.０×１０ １９ｃｍ−３、厚さ：５００ｎ
ｍ）１７が形成されている。また、リッジ部分の両側
は、ｎ型ＧａＡｓ層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：
1×１０１８ｃｍ− ３）１８で埋め込まれている。第２
クラッド層１５のリッジ部分、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１
６および、ｐ型キャップ層１７によってストライプ状リ
ッジ構造が形成され、電流の狭窄経路となっている。
【００１６】ｎ型のＧａＡｓ埋込み層１８とｐ型キャッ
プ層１７の上には、ｐ型電極（厚さ：１００ｎｍ）１９
が設けられており、基板の裏面にはｎ型電極（厚さ：１
００ｎｍ）１１０が設けられている。本実施例では、半
導体積層構造の結晶成長は、分子線エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）装置によって行った。また、リッジストライプの形
成は、公知のフォトリソグラフ技術により行った。
プ層１７の上には、ｐ型電極（厚さ：１００ｎｍ）１９
が設けられており、基板の裏面にはｎ型電極（厚さ：１
００ｎｍ）１１０が設けられている。本実施例では、半
導体積層構造の結晶成長は、分子線エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）装置によって行った。また、リッジストライプの形
成は、公知のフォトリソグラフ技術により行った。
【００１７】リッジの底面幅を３.０〜４.０μｍとし
た、本実施例の半導体レーザ装置では、リッジ上部の幅
は、１.５〜２.５μｍとなった。この時、水平方向の放
射角は８.５度から１０度の間に分布し、いずれも７０
℃７ｍＷまで自励発振が得られた。室温の動作電流は、
約７０ｍＡであり、この電流における微分抵抗は、５.
０Ω〜８.０Ωに分布した。いずれの素子も７０℃７ｍ
Ｗで５０００時間以上安定に動作した。比較のために、
同じ成長ウエハより、リッジ底面幅が５.０μｍの素子
を作製した。この素子では、水平方向の放射角は７.５
度以下となったが、いずれも７０℃７ｍＷでの自励発振
動作は得られなかった。また、同様に、ｐ型第２クラッ
ド層の不純物濃度を、1×１０１８ｃｍ−３とした素子
を比較のために作製した。前記実施例と同じ、リッジの
底面幅が３.０〜４.０μｍ（リッジ上部の幅：１.５〜
２.５μｍ）の素子で、水平方向の放射角は８.５度から
１０度の間に分布し、いずれも７０℃７ｍＷまで自励発
振は得られたが、室温での動作電流での微分抵抗値が９
Ω以上となり、７０℃７ｍＷでの素子寿命は５００時間
以下であった。
た、本実施例の半導体レーザ装置では、リッジ上部の幅
は、１.５〜２.５μｍとなった。この時、水平方向の放
射角は８.５度から１０度の間に分布し、いずれも７０
℃７ｍＷまで自励発振が得られた。室温の動作電流は、
約７０ｍＡであり、この電流における微分抵抗は、５.
０Ω〜８.０Ωに分布した。いずれの素子も７０℃７ｍ
Ｗで５０００時間以上安定に動作した。比較のために、
同じ成長ウエハより、リッジ底面幅が５.０μｍの素子
を作製した。この素子では、水平方向の放射角は７.５
度以下となったが、いずれも７０℃７ｍＷでの自励発振
動作は得られなかった。また、同様に、ｐ型第２クラッ
ド層の不純物濃度を、1×１０１８ｃｍ−３とした素子
を比較のために作製した。前記実施例と同じ、リッジの
底面幅が３.０〜４.０μｍ（リッジ上部の幅：１.５〜
２.５μｍ）の素子で、水平方向の放射角は８.５度から
１０度の間に分布し、いずれも７０℃７ｍＷまで自励発
振は得られたが、室温での動作電流での微分抵抗値が９
Ω以上となり、７０℃７ｍＷでの素子寿命は５００時間
以下であった。
【００１８】実施例２
本発明をＡｌＧａＩｎＰ系の赤色自励発振レーザに適用
した第２の実施例を図２を参照にしながら説明する。図
２の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板２１と、そ
の上にエピタキシャル成長した複数の半導体層を含む半
導体積層構造とを備えている。半導体積層構造は、基板
２１の側から順番に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層（ｎ型
不純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ−３、厚
さ：２００ｎｍ）２２、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層（ｎ型不
純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ−３、厚
さ：１２００ｎｍ）２３、ＭＱＷ活性層２４、および、
ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第
２クラッド層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：1.０×
１０１８ｃｍ−３、厚さ：２５０ｎｍ）２５、ＧａＩｎ
Ｐエッチングストップ層（ノンドープ、厚さ８ｎｍ）２
６、p型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５
Ｐ第３クラッド層（ｐ型不純物:Ｂｅ、不純物濃度: １.
３×１０１８ｃｍ−３、厚さ：ｌ０００ｎｍ）２７を含
んでいる。 ＭＱＷ活性層２４は、４層のＧａＩｎＰ井
戸層（厚さ１０ｎｍ）と３層の（Ａｌ０．５Ｇ
ａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層からなるＭＱＷ
を、両側から（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ
０．５Ｐガイド層（厚さ５０ｎｍ）で挟み込んだ構造と
した。
した第２の実施例を図２を参照にしながら説明する。図
２の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板２１と、そ
の上にエピタキシャル成長した複数の半導体層を含む半
導体積層構造とを備えている。半導体積層構造は、基板
２１の側から順番に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層（ｎ型
不純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ−３、厚
さ：２００ｎｍ）２２、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層（ｎ型不
純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ−３、厚
さ：１２００ｎｍ）２３、ＭＱＷ活性層２４、および、
ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第
２クラッド層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：1.０×
１０１８ｃｍ−３、厚さ：２５０ｎｍ）２５、ＧａＩｎ
Ｐエッチングストップ層（ノンドープ、厚さ８ｎｍ）２
６、p型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５
Ｐ第３クラッド層（ｐ型不純物:Ｂｅ、不純物濃度: １.
３×１０１８ｃｍ−３、厚さ：ｌ０００ｎｍ）２７を含
んでいる。 ＭＱＷ活性層２４は、４層のＧａＩｎＰ井
戸層（厚さ１０ｎｍ）と３層の（Ａｌ０．５Ｇ
ａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層からなるＭＱＷ
を、両側から（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ
０．５Ｐガイド層（厚さ５０ｎｍ）で挟み込んだ構造と
した。
【００１９】第３クラッド層２７のリッジ部分の上に
は、実施例ｌと同様に、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層（ｐ型不
純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９ｃｍ−３、
厚さ：５０ｎｍ）２８を介して、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９
ｃｍ−３、厚さ：５００ｎｍ）２９が形成されている。
また、リッジ部分の両側は、同様に、ｎ型ＧａＡｓ層
（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ
−３）２１０で埋め込まれている。本実施例では、フォ
トリソグラフ技術によりリッジストライプを形成し、埋
め込み成長を行った後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ
型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１ ９ｃｍ
−３、厚さ：５００ｎｍ）２１１をさらに成長させた。
第３クラッド層２７のリッジ部分、ｐ型ＧａＩｎＰ中間
層２８および、ｐ型キャップ層２９によってストライプ
状リッジ構造が形成され、電流の狭窄経路となってい
る。
は、実施例ｌと同様に、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層（ｐ型不
純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９ｃｍ−３、
厚さ：５０ｎｍ）２８を介して、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９
ｃｍ−３、厚さ：５００ｎｍ）２９が形成されている。
また、リッジ部分の両側は、同様に、ｎ型ＧａＡｓ層
（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ
−３）２１０で埋め込まれている。本実施例では、フォ
トリソグラフ技術によりリッジストライプを形成し、埋
め込み成長を行った後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ
型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１ ９ｃｍ
−３、厚さ：５００ｎｍ）２１１をさらに成長させた。
第３クラッド層２７のリッジ部分、ｐ型ＧａＩｎＰ中間
層２８および、ｐ型キャップ層２９によってストライプ
状リッジ構造が形成され、電流の狭窄経路となってい
る。
【００２０】本実施例では、エッチングストップ層によ
り、リッジエッチングが自動的に停止し、制御性よくリ
ッジを形成できる。第３クラッド層２７の底面幅は３.
０から４.５μｍとした。ｐ型コンタクト層２１１の上
には、ｐ型電極（厚さ：１００ｎｍ）２１２が設けられ
ており、基板の裏面にはｎ型電極（厚さ：１００ｎｍ）
２１３が設けられている。
り、リッジエッチングが自動的に停止し、制御性よくリ
ッジを形成できる。第３クラッド層２７の底面幅は３.
０から４.５μｍとした。ｐ型コンタクト層２１１の上
には、ｐ型電極（厚さ：１００ｎｍ）２１２が設けられ
ており、基板の裏面にはｎ型電極（厚さ：１００ｎｍ）
２１３が設けられている。
【００２１】本実施例では、第２クラッド層２５の不純
物濃度を第１の実施例よりも小さくした。第２クラッド
層の不純物濃度を高くすると、リッジの両側への電流拡
がりが大きくなり、可飽和吸収領域がリッジの外側へと
移動することになり、その領域に光が十分拡がらず自励
発振が起こりにくくなる。従って、自励発振を安定に起
こすためには、第２クラッド層の不純物濃度は高くしな
いことが望ましい。本実施例において、リッジ底面幅を
４.５ｍとした素子では、水平方向の放射角は８.０度と
なり、７０℃７ｍＷまで自励発振が得られた。室温の動
作電流は、約６０ｍＡであり、この電流における微分抵
抗は、約４Ωであった。リッジ底面幅を３.０〜４.５μ
ｍとしたいずれの素子においても、微分抵抗は８Ω以下
となり、７０℃７ｍＷで５０００時間以上安定に動作し
た。
物濃度を第１の実施例よりも小さくした。第２クラッド
層の不純物濃度を高くすると、リッジの両側への電流拡
がりが大きくなり、可飽和吸収領域がリッジの外側へと
移動することになり、その領域に光が十分拡がらず自励
発振が起こりにくくなる。従って、自励発振を安定に起
こすためには、第２クラッド層の不純物濃度は高くしな
いことが望ましい。本実施例において、リッジ底面幅を
４.５ｍとした素子では、水平方向の放射角は８.０度と
なり、７０℃７ｍＷまで自励発振が得られた。室温の動
作電流は、約６０ｍＡであり、この電流における微分抵
抗は、約４Ωであった。リッジ底面幅を３.０〜４.５μ
ｍとしたいずれの素子においても、微分抵抗は８Ω以下
となり、７０℃７ｍＷで５０００時間以上安定に動作し
た。
【００２２】実施例３
本発明をＡｌＧａＩｎＰ系の赤色自励発振レーザに適用
した第３の実施例を図３を参照しながら説明する。第２
の実施例（図２）との相違は、第３クラッド層３７の不
純物濃度をｐ型ＧａＩｎＰ中間層３８との境界から３０
ｎｍの厚さ領域のみ１.３×１０１８ｃｍ −３とし、そ
れ以外の領域を１.０×１０１８ｃｍ−３と小さくして
あることである。Ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くす
ると、不純物のＢｅが拡散しやすくなり、これが活性層
に拡散すると、閾値の増加、効率の低下といった、素子
特性の悪化をもたらす。従って、クラッド層内のＢｅ濃
度が高い領域は極力、活性層から遠ざけることが望まし
い。
した第３の実施例を図３を参照しながら説明する。第２
の実施例（図２）との相違は、第３クラッド層３７の不
純物濃度をｐ型ＧａＩｎＰ中間層３８との境界から３０
ｎｍの厚さ領域のみ１.３×１０１８ｃｍ −３とし、そ
れ以外の領域を１.０×１０１８ｃｍ−３と小さくして
あることである。Ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くす
ると、不純物のＢｅが拡散しやすくなり、これが活性層
に拡散すると、閾値の増加、効率の低下といった、素子
特性の悪化をもたらす。従って、クラッド層内のＢｅ濃
度が高い領域は極力、活性層から遠ざけることが望まし
い。
【００２３】本実施例においても、リッジ底面幅を３.
０〜４.５μｍとした素子において、微分抵抗は８Ω以
下となり、７０℃７ｍＷで自励発振が得られ、５０００
時間以上安定に動作した。また、水平方向の放射角は
８．０〜９．５度であった。
０〜４.５μｍとした素子において、微分抵抗は８Ω以
下となり、７０℃７ｍＷで自励発振が得られ、５０００
時間以上安定に動作した。また、水平方向の放射角は
８．０〜９．５度であった。
【００２４】実施例４
本発明をＡｌＧａＩｎＰ系の赤色リアルガイド高出力レ
ーザに適用した第４の実施例を図４を参照しながら説明
する。図４の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板４
１と、その上にエピタキシャル成長した複数の半導体層
を含む半導体積層構造とを備えている。
ーザに適用した第４の実施例を図４を参照しながら説明
する。図４の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板４
１と、その上にエピタキシャル成長した複数の半導体層
を含む半導体積層構造とを備えている。
【００２５】半導体積層構造は、基板４１の側から順番
に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不
純物濃度：1×１０１８ｃｍ−３、厚さ：２００ｎｍ）
４２、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ
０．５Ｐ第１クラッド層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃
度：1×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１３００ｎｍ）４
３、ＭＱＷ活性層４４、および、ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層（ｐ型不
純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１８ｃｍ−３、
厚さ：２００ｎｍ）４５、ＧａＩｎＰエッチングストッ
プ層（ノンドープ、厚さ８ｎｍ）４６、ｐ型の（Ａｌ
０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第３クラッド層
（ｐ型不純物:Ｂｅ、不純物濃度:１.３×１０１８ｃｍ
−３、厚さ：１１００ｎｍ）４７を含んでいる。 ＭＱ
Ｗ活性層４４は、２層のＧａＩｎＰ井戸層（厚さ５ｍ）
と（Ａｌ０．５Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア
層からなるＭＱＷを、両側から（Ａｌ０．５Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐガイド層（厚さ５０ｎ
ｍ）で挟み込んだ構造とした。
に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不
純物濃度：1×１０１８ｃｍ−３、厚さ：２００ｎｍ）
４２、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ
０．５Ｐ第１クラッド層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃
度：1×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１３００ｎｍ）４
３、ＭＱＷ活性層４４、および、ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層（ｐ型不
純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１８ｃｍ−３、
厚さ：２００ｎｍ）４５、ＧａＩｎＰエッチングストッ
プ層（ノンドープ、厚さ８ｎｍ）４６、ｐ型の（Ａｌ
０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第３クラッド層
（ｐ型不純物:Ｂｅ、不純物濃度:１.３×１０１８ｃｍ
−３、厚さ：１１００ｎｍ）４７を含んでいる。 ＭＱ
Ｗ活性層４４は、２層のＧａＩｎＰ井戸層（厚さ５ｍ）
と（Ａｌ０．５Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア
層からなるＭＱＷを、両側から（Ａｌ０．５Ｇ
ａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐガイド層（厚さ５０ｎ
ｍ）で挟み込んだ構造とした。
【００２６】第３クラッド層４７のリッジ部分の上に
は、実施例１と同様に、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層（ｐ型不
純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９ｃｍ−３、
厚さ：５０ｎｍ）４８を介して、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９
ｃｍ−３、厚さ：５００ｎｍ）４９が形成されている。
リッジ部分の両側は、本実施例では、ｎ型ＡｌＩｎＰ層
（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ
−３）４１０で埋め込まれている。フォトリソグラフ技
術によりリッジストライプを形成し、埋め込み成長を行
った後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ型不純物：Ｂ
ｅ、不純物濃度：１.０×１０１９ｃｍ−３、厚さ：４
０００ｎｍ）４１１をさらに成長させた。第３クラッド
層４７のリッジ部分、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層４８およ
び、ｐ型キャップ層４９によってストライプ状リッジ構
造が形成され、電流の狭窄経路となっている。
は、実施例１と同様に、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層（ｐ型不
純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９ｃｍ−３、
厚さ：５０ｎｍ）４８を介して、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層（ｐ型不純物：Ｂｅ、不純物濃度：１.０×１０１９
ｃｍ−３、厚さ：５００ｎｍ）４９が形成されている。
リッジ部分の両側は、本実施例では、ｎ型ＡｌＩｎＰ層
（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：1×１０１８ｃｍ
−３）４１０で埋め込まれている。フォトリソグラフ技
術によりリッジストライプを形成し、埋め込み成長を行
った後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ型不純物：Ｂ
ｅ、不純物濃度：１.０×１０１９ｃｍ−３、厚さ：４
０００ｎｍ）４１１をさらに成長させた。第３クラッド
層４７のリッジ部分、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層４８およ
び、ｐ型キャップ層４９によってストライプ状リッジ構
造が形成され、電流の狭窄経路となっている。
【００２７】本実施例のように、埋込み層を、レーザ発
光を吸収しない物質で形成すると、レーザ光はリッジ内
外の屈折率の差だけで閉じ込められ導波する。この構造
を実屈折率導波（リアルガイド）構造と呼び、公知であ
る。これに対して、実施例１から３までのように、埋込
み層がレーザ光を吸収する場合をロスガイド構造と呼
ぶ。ロスガイド構造では、リッジ内外の屈折率差と、リ
ッジ外部のロスによってレーザ光はリッジ内に閉じ込め
られて導波するが、吸収のためにレーザ共振器の損失が
大きくなり、閾値電流が下げられない。一方、リアルガ
イド構造では、埋込み層の吸収がないために共振器の損
失が小さく、閾値が低減され、効率が高い半導体レーザ
が得られる。
光を吸収しない物質で形成すると、レーザ光はリッジ内
外の屈折率の差だけで閉じ込められ導波する。この構造
を実屈折率導波（リアルガイド）構造と呼び、公知であ
る。これに対して、実施例１から３までのように、埋込
み層がレーザ光を吸収する場合をロスガイド構造と呼
ぶ。ロスガイド構造では、リッジ内外の屈折率差と、リ
ッジ外部のロスによってレーザ光はリッジ内に閉じ込め
られて導波するが、吸収のためにレーザ共振器の損失が
大きくなり、閾値電流が下げられない。一方、リアルガ
イド構造では、埋込み層の吸収がないために共振器の損
失が小さく、閾値が低減され、効率が高い半導体レーザ
が得られる。
【００２８】リアルガイドレーザの構造設計で注意を要
するのは、リッジ内外の屈折率差だけで導波させる構造
であるため、リッジの幅が広いと、高次のモードが発振
し、電流−光出力特性に折れ曲がり（キンク）が発生す
る。リッジの底面幅を変えて実験を行った結果、底面幅
が４.０μｍ以上となるとキンクが発生しやすいことが
分かった。リッジ底面幅が４.０μｍの時、水平方向の
放射角は、６度であった。また、この時、リッジ上部の
幅は２.５μｍであった。
するのは、リッジ内外の屈折率差だけで導波させる構造
であるため、リッジの幅が広いと、高次のモードが発振
し、電流−光出力特性に折れ曲がり（キンク）が発生す
る。リッジの底面幅を変えて実験を行った結果、底面幅
が４.０μｍ以上となるとキンクが発生しやすいことが
分かった。リッジ底面幅が４.０μｍの時、水平方向の
放射角は、６度であった。また、この時、リッジ上部の
幅は２.５μｍであった。
【００２９】リッジ底面幅を３.０μｍ〜４.０μｍと設
定した素子では水平方向の放射角は６度〜９度に分布
し、５０ｍＷまで電流−光出力特性にキンクは現れなか
った。また、いずれの素子においても動作電流において
微分抵抗は８Ω以下であり、６５℃５０ｍＷで安定に走
行した。本実施例のリアルガイド構造においても、比較
のために、第３クラッド層の不純物濃度を１×１０１８
ｃｍ−３に下げた素子を作製した。この場合、前記実施
例と同様にリッジ底面幅を３.０μｍ〜４.０μｍと設定
した素子で、微分抵抗は８Ω以上となり、６５℃５０ｍ
Ｗでの走行歩留りが低下した。
定した素子では水平方向の放射角は６度〜９度に分布
し、５０ｍＷまで電流−光出力特性にキンクは現れなか
った。また、いずれの素子においても動作電流において
微分抵抗は８Ω以下であり、６５℃５０ｍＷで安定に走
行した。本実施例のリアルガイド構造においても、比較
のために、第３クラッド層の不純物濃度を１×１０１８
ｃｍ−３に下げた素子を作製した。この場合、前記実施
例と同様にリッジ底面幅を３.０μｍ〜４.０μｍと設定
した素子で、微分抵抗は８Ω以上となり、６５℃５０ｍ
Ｗでの走行歩留りが低下した。
【００３０】実施例５
本発明をＡｌＧａＩｎＰ系の赤色リアルガイド高出力レ
ーザに適用した第５の実施例を図５を参照しながら説明
する。第４の実施例（図４）との相違は、リッジ部分の
両側が、本実施例では、ｎ型Ａｌ０．７ Ｇａ０．３Ａ
ｓ層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：１×１０１８ｃ
ｍ−３）５１０で埋め込まれている。また、第３クラッ
ド層５７の不純物濃度をｐ型ＧａＩｎＰ中間層５８との
境界から３０ｎｍの厚さ領域のみ１.５×１０ １８ｃｍ
−３とさらに高くし、それ以外の領域は１.０×１０
１８ｃｍ−３としたことである。リッジ底面幅を３.０
μｍ〜４.０μｍと設定した素子では、水平方向の放射
角は６度〜９度に分布し、５０ｍＷまで電流−光出力特
性にキンクは現れなかった。また、いずれの素子におい
ても動作電流において微分抵抗は７Ω以下であり、６５
℃５０ｍＷで安定に走行した。
ーザに適用した第５の実施例を図５を参照しながら説明
する。第４の実施例（図４）との相違は、リッジ部分の
両側が、本実施例では、ｎ型Ａｌ０．７ Ｇａ０．３Ａ
ｓ層（ｎ型不純物：Ｓｉ、不純物濃度：１×１０１８ｃ
ｍ−３）５１０で埋め込まれている。また、第３クラッ
ド層５７の不純物濃度をｐ型ＧａＩｎＰ中間層５８との
境界から３０ｎｍの厚さ領域のみ１.５×１０ １８ｃｍ
−３とさらに高くし、それ以外の領域は１.０×１０
１８ｃｍ−３としたことである。リッジ底面幅を３.０
μｍ〜４.０μｍと設定した素子では、水平方向の放射
角は６度〜９度に分布し、５０ｍＷまで電流−光出力特
性にキンクは現れなかった。また、いずれの素子におい
ても動作電流において微分抵抗は７Ω以下であり、６５
℃５０ｍＷで安定に走行した。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体発
光素子では、ｐクラッド層のドーピング濃度を１.３×
１０１８ｃｍ−３以上とし、微分抵抗を８Ω以下とす
る。これにより、高温で信頼性が得られる自励発振レー
ザ、またはリアルガイド高出カレーザを提供できる。
光素子では、ｐクラッド層のドーピング濃度を１.３×
１０１８ｃｍ−３以上とし、微分抵抗を８Ω以下とす
る。これにより、高温で信頼性が得られる自励発振レー
ザ、またはリアルガイド高出カレーザを提供できる。
【図１】 本発明による赤色自励発振型半導体レーザ装
置の第１の実施例を示す断面図である。
置の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】 本発明による赤色自励発振型半導体レーザ装
置の第２の実施例を示す断面図である。
置の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】 本発明による赤色自励発振型半導体レーザ装
置の第３の実施例を示す断面図である。
置の第３の実施例を示す断面図である。
【図４】 本発明による赤色リアルガイド型高出力半導
体レーザ装置の第４の実施例を示す断面図である。
体レーザ装置の第４の実施例を示す断面図である。
【図５】 本発明による赤色リアルガイド型高出力半導
体レーザ装置の第５の実施例を示す断面図である。
体レーザ装置の第５の実施例を示す断面図である。
【図６】 従来の赤色シングルモード型半導体レーザ装
置を示す断面図である。
置を示す断面図である。
【図７】 ヘテロ接合界面でのホールの流れの説明図で
ある。
ある。
【図８】 微分抵抗のリッジ幅とｐクラッド層不鈍物濃
度依存性を示すグラフである。
度依存性を示すグラフである。
【図９】 微分抵抗と可干渉性のリッジ幅依存性を示す
グラフである。
グラフである。
１１、２１、３１、４１、５１、６１ ｎ型ＧａＡｓ基
板 １２、２２、３２、４２、５２、６２ ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層 １３、２３、３３、４３、５３、６３ ｎ型第１クラッ
ド層 １４、６４ ＧａＩｎＰ活性
層 １５、２５、３５、４５、５５、６５ ｐ型第２クラッ
ド層 １６、２８、３８、４８、５８、６６ ｐ型ＧａＩｎＰ
中間層 １７、２９、３９、４９、５９、６７ ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層 １８、２１０、３１０、６８ ｎ型ＧａＡｓ埋
込み層 １９、２１２、３１２、４１２、５１２、６９ ｐ
側電極 １１０、２１３、３１３、４１３、５１３、６１０ ｎ
側電極 ２４、３４、４４、５４ Ｍ
ＱＷ活性層 ２６、３６、４６、５６ エ
ッチングストップ層 ２７、３７、４７、５７ ｐ
型第３クラッド層 ２１１、３１１、４１１、５１１ ｐ
型ＧａＡｓコンタクト層 ４１０ ｎ
型ＡｌＩｎＰ埋込み層 ５１０ ｎ
型ＡｌＧａＡｓ埋込み層
板 １２、２２、３２、４２、５２、６２ ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層 １３、２３、３３、４３、５３、６３ ｎ型第１クラッ
ド層 １４、６４ ＧａＩｎＰ活性
層 １５、２５、３５、４５、５５、６５ ｐ型第２クラッ
ド層 １６、２８、３８、４８、５８、６６ ｐ型ＧａＩｎＰ
中間層 １７、２９、３９、４９、５９、６７ ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層 １８、２１０、３１０、６８ ｎ型ＧａＡｓ埋
込み層 １９、２１２、３１２、４１２、５１２、６９ ｐ
側電極 １１０、２１３、３１３、４１３、５１３、６１０ ｎ
側電極 ２４、３４、４４、５４ Ｍ
ＱＷ活性層 ２６、３６、４６、５６ エ
ッチングストップ層 ２７、３７、４７、５７ ｐ
型第３クラッド層 ２１１、３１１、４１１、５１１ ｐ
型ＧａＡｓコンタクト層 ４１０ ｎ
型ＡｌＩｎＰ埋込み層 ５１０ ｎ
型ＡｌＧａＡｓ埋込み層
Claims (10)
- 【請求項１】 ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にか
けての電流通路が、バンドギャップが異なる少なくとも
３層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジ
を有し、ｐ型クラッド層の頂上の幅が２.５μｍ以下で
あり、動作電流における素子の微分抵抗値が８Ω以下で
あることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にか
けての電流通路が、バンドギャップが異なる少なくとも
３層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジ
を有し、水平方向の放射角（遠視野像の半値全幅）が８
度以上で、動作電流における素子の微分抵抗値が８Ω以
下であることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装
置。 - 【請求項３】 ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にか
けての電流通路が、バンドギャップが異なる少なくとも
３層の半導体層で構成されているストライプ状のリッジ
を有し、水平方向の放射角（遠視野像の半値全幅）が６
度以上で、動作電流における素子の微分抵抗値が８Ω以
下であることを特徴とする実屈折率導波型半導体レーザ
装置。 - 【請求項４】 ｐ型キャップ層からｐ型クラッド層にか
けての電流通路がｐ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＩｎＰ、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰで構成されていることを特徴とする請求
項１ないし３いずれか１に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 ｐ−ＧａＩｎＰのｐ濃度が１.０×１０
１９ｃｍ−３以上であって、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰのｐ濃
度が１.３×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴と
する請求項１ないし４いずれか１に記載の半導体レーザ
装置。 - 【請求項６】 ｐ型クラッド層のｐ濃度が一様でなく、
ｐ型キャップ層に近い側のクラッド層頂上部近傍のｐ濃
度が高くなっていることを特徴とする請求項１ないし５
いずれか１に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 ｐ型キャップ層に近い側のクラッド層頂
上部で、ｐ濃度が高くなっている領域の深さが、境界面
から５０ｎｍ以下であって、ｐ濃度が１.３×１０１８
ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項６に記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項８】 リッジストライプ側面が、ＧａＡｓで埋
め込まれていることを特徴とする請求項１ないし２およ
び４ないし７いずれか１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系赤色
自励発振レーザ装置。 - 【請求項９】 リッジストライプ側面が、ＡｌＧａＡｓ
で埋め込まれていることを特徴とする請求項１および３
ないし７いずれか１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導
体レーザ装置。 - 【請求項１０】 リッジストライプ側面が、ＡｌＩｎＰ
で埋め込まれていることを特徴とする請求項１および３
ないし７いずれか１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導
体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001225883A JP2003037331A (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | 半導体レーザ装置 |
| US10/205,619 US20030021320A1 (en) | 2001-07-26 | 2002-07-26 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001225883A JP2003037331A (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003037331A true JP2003037331A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19058803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001225883A Pending JP2003037331A (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2003037331A (ja) |
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| JP2007165535A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Canon Inc | 発光素子アレイ及び画像形成装置 |
| WO2007116564A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
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| US8446927B2 (en) | 2011-01-27 | 2013-05-21 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| US8599895B2 (en) | 2011-01-27 | 2013-12-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
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| JP2004193330A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Sharp Corp | モノリシック多波長レーザ素子とその製法 |
| WO2006093134A1 (ja) * | 2005-03-01 | 2006-09-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ディスプレイ装置用光源装置、ディスプレイ装置、及びディスプレイ装置の画像調整方法 |
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| JP3116675B2 (ja) * | 1993-07-28 | 2000-12-11 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
| US5379312A (en) * | 1993-10-25 | 1995-01-03 | Xerox Corporation | Semiconductor laser with tensile-strained etch-stop layer |
| JP2814931B2 (ja) * | 1994-01-24 | 1998-10-27 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US5963572A (en) * | 1995-12-28 | 1999-10-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
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| WO1998031055A1 (en) * | 1997-01-09 | 1998-07-16 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| TW336358B (en) * | 1997-10-14 | 1998-07-11 | Ind Tech Res Inst | Laser diode for digital versatile disk (DVD) and process for producing the same |
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-
2001
- 2001-07-26 JP JP2001225883A patent/JP2003037331A/ja active Pending
-
2002
- 2002-07-26 US US10/205,619 patent/US20030021320A1/en not_active Abandoned
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| US7693202B2 (en) | 2006-03-31 | 2010-04-06 | Panasonic Corporation | Semiconductor laser device and method for fabricating the same |
| JP2012156397A (ja) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| US8446927B2 (en) | 2011-01-27 | 2013-05-21 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| US8599895B2 (en) | 2011-01-27 | 2013-12-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| US8611386B2 (en) | 2011-01-27 | 2013-12-17 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| US8923355B2 (en) | 2011-01-27 | 2014-12-30 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| US9197035B2 (en) | 2011-01-27 | 2015-11-24 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| US9564738B2 (en) | 2011-01-27 | 2017-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
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