JP2000101196A

JP2000101196A - 自励発振型半導体レーザ

Info

Publication number: JP2000101196A
Application number: JP10268106A
Authority: JP
Inventors: Shoji Hirata; 照二平田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高温動作時や高出力動作時においても安定に自
励発振する自励発振型半導体レーザを提供する。【解決手段】活性層１０３の構造を、ｐ型クラッド層１
０４側にウェル厚がウェル厚が相対的に薄くエネルギー
準位ＥＬ１の相対的に高い２つの発光ウェルＬＷＬ１，
ＬＷＬ２が形成され、ｎ型クラッド層１０２側にウェル
厚が相対的に厚くエネルギー準位ＥＬ２が発光ウェルの
エネルギー準位より低い光吸収効果を有する光吸収効果
ウェルＡＷＬが形成され、光吸収効果ウェルＡＷＬの厚
さは、発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ２の厚さより大きく
設定され、さらに発光ウェルＬＷＬ１とＬＷＬ２間には
第１バリア層ＢＡＲ１が形成され、発光ウェルＬＷＬ２
と光吸収効果ウェルＡＷＬとの間には、通常のバリア層
ＢＡＲ１より厚い第２バリア層ＢＡＲ２が形成されたＭ
ＱＷ構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自励発振させるこ
とでマルチモード化を実現する自励発振型半導体レーザ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、光ディスク装置等の光
源として用いられるが、この際、戻り光ノイズをいかに
抑制するかが重要である。この戻り光ノイズを抑制する
ための対策を施した半導体レーザの一つに、半導体レー
ザを自励発振させることでマルチモード化を図った、い
わゆる自励発振型半導体レーザが知られている。

【０００３】この自励発振型半導体レーザとしては、た
とえばいわゆるリッジ(Ridge) 構造を有し、可飽和吸収
体(SAR;Saturable Absorbing Reagion) を活性層内の光
導波路両脇に設けて自励発振を行わせるものが知られて
いる。この自励発振型半導体レーザでは、電流広がりに
よって生じる活性層内ゲイン領域（その幅をＧとする）
をできるだけ狭くし、逆に光導波スポットサイズ（その
幅をＰとする）を比較的大きめに設定して、Ｐ＞Ｇなる
関係を満たした場合、この差分が可飽和吸収体として機
能し、自励発振を生じさせている。このために具体的に
は導波の屈折率差Δｎを０．００５〜０．００１程度の
インデックスガイド(Index Guide) とゲインガイド(Gai
n Guide)の中間的なガイドとしてこの関係を満足させて
いる。

【０００４】この場合、十分な可飽和吸収効果を発現さ
せることが安定なパルセーション(Pulsation) の発生維
持に重要である。可飽和吸収体の効果は、活性層中央の
発光ゲイン域の微分ゲイン（∂ｇ／∂ｎ；ここで、ｇは
ゲイン係数、ｎは注入キャリア密度）が小さく（飽和
し）、可飽和吸収体の微分ゲインが大きい、両者の差が
大きいことが有効であり、パルセーションの発生条件
は、微分ゲインとその領域のディメンション（大きさ）
の積が可飽和吸収体でより大きいことが重要である。

【０００５】そして、自励発振型半導体レーザの活性層
の構造としては、多重量子井戸（ＭＱＷ:Multiple Quan
tum Well）構造が採用される場合がある。

【０００６】図９は、活性層の従来の多重量子井戸構造
（ＭＱＷ構造）を示す図である。図９に示すように、従
来の多重量子井戸構造は、複数の発光ウェルＬＷＬを有
し、各ウェルＬＷＬ間のバリア層ＢＲＡの厚さは均一に
設定されている。また、図９において、ＥＬはエネルギ
ー準位を示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した安
定なパルセーションを維持するための条件を、多重量子
井戸構造（ＭＱＷ構造）で実現することは容易ではな
く、「パルセーションを生じる歩留りが悪い」、「パル
セーションが高温動作時に抑制される」、「高出力動作
時に抑制される」等の不安定性が見られた。その理由つ
いて、以下に考察する。

【０００８】図１０は、一般的なゲイン係数ｇと注入キ
ャリア密度ｎとの関係を示す図である。安定なパルセー
ションを容易に発生させるためには、図１０に示すよう
に、「微分ゲイン関数を、飽和しやすい特性にし、活性域
と可飽和吸収域での微分ゲインの差を大きくすること」「可飽和吸収域の光吸収効果を大きくすること」が重
要である。

【０００９】図１１は、上記の条件をわかりやすく説
明するするための図であって、（ａ）は飽和特性の強い
ゲイン特性を、（ｂ）は飽和の弱い（無い）ゲイン特性
を示している。図１１（ａ）に示すように、飽和しやす
い特性でパルセーションは発生しやすく、図１１（ｂ）
に示すように、飽和しにくい特性ではパルセーションは
発生しにくい。

【００１０】図１２は、ＭＱＷ構造におけるウェル数Ｎ
とゲイン特性との関係を示す図である。図１２からわか
るように、ＭＱＷ構造においてウェル数を増やすとだん
だん飽和しにくくなっている。これは、ウェル数を増や
していくとキャリア分布関数がだんだんバルク的な状態
密度に変化するためである。したがって、飽和特性を強
くするためにはウェル数が少ないほどよいことがわか
る。これは、バルク活性層では飽和特性の悪い条件を量
子井戸化することで飽和特性を強くすることができるこ
とを意味している。つまり、この意味でウェル厚はでき
るだけ薄くして量子井戸効果を大きくし、ウェル数を少
なくし飽和効果を強くすることがパルセーションのため
に有効であるということである。

【００１１】一方、量子井戸（ＱＷ）構造とバルク構造
の吸収係数を比較すると、図１３に示すように、発振波
長域での吸収係数はバルクの方がはるかに大きく、ＱＷ
構造では少ない。これは、ＱＷ構造を光導波路に用いた
場合、導波損失が少なく良好な導波特性が得られること
からも実証されている。

【００１２】ところが、この吸収の少なさは、上述した
条件の「可飽和吸収域の光吸収効果を大きくするこ
と」のために逆効果となり、安定なパルセーションの発
生には有効ではない。吸収を増やすためには、バルクを
用いるかＭＱＷ構造でウェル数を増やすことが有効とな
り、これでは、上述した条件の「微分ゲイン関数を、
飽和しやすい特性にし、活性域と可飽和吸収域での微分
ゲインの差を大きくすること」を適正化できない。この
ように、パルセーションのための条件およびを両立
することは難しく、両条件を満足す自励発振型半導体レ
ーザは実現されていないのが現状である。

【００１３】そして、上述した図９に示すＭＱＷ構造の
活性層を持つ従来の自励発振型半導体レーザにおいて、
可飽和吸収域の光吸収効果を大きくするために、量子井
戸（ＱＷ）数を多くしていくと、上述したようゲインの
飽和傾向がだんだん小さくなっていき、パルセーション
に不都合になっていく。しかも、高温時や高出力時には
より電流注入密度の高い条件下で使用するため、微分ゲ
インの差があまりとれなくなってくる。また、このゲイ
ン特性は材料によって決まり、ＡｌＧａＡｓ系材料に比
べ、赤色レーザで用いられているＡｌＧａＩｎＰ系材料
はこの微分ゲインの差があまりとれないことがわかって
いる。以上のように、ウェル数の多いＭＱＷ構造や、赤
色レーザ材料を高温、高出力で使うとパルセーションを
安定に発生させることが困難である。

【００１４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、活性層の構造がウェル数の少な
い量子井戸構造で、しかも材料にかかわりなく、製造歩
留りが高く、高温動作時や高出力動作時においても安定
に自励発振する自励発振型半導体レーザを提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、第１導電型の第１のクラッド層と、上記
第１のクラッド層上に形成された活性層と、上記活性層
上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有
し、レーザ共振器内部に可飽和吸収体が活性層の両脇に
形成された自励発振型半導体レーザであって、活性層構
造が複数の量子井戸構造を有し、かつ、上記第２のクラ
ッド層に接する側にウェル厚が相対的に薄くエネルギー
準位の相対的に高い発光ウェルが形成され、上記第１の
クラッド層に接する側にウェル厚が相対的に厚くエネル
ギー準位が上記発光ウェルのエネルギー準位より低い光
吸収効果を有する光吸収効果ウェルが形成されている。

【００１６】本発明では、上記第１導電型はｎ型であ
り、上記第２導電型はｐ型である。

【００１７】また、本発明では、上記発光ウェルと上記
光吸収効果ウェルとの間に、通常の第１バリア層に比
べ、相対的に厚い第２バリア層が形成されている。好適
には、上記相対的に厚い第２バリア層の厚さは１００オ
ングストローム以上に設定されている。

【００１８】また、本発明では、上記発光ウェルと上記
光吸収効果ウェルとの間に、通常の第１バリア層に比
べ、相対的に広いエネルギーバンドを有する第２バリア
層が形成されている。

【００１９】また、本発明では、上記発光ウェルと上記
光吸収効果ウェルとの間に、エネルギーバンドギャップ
が当該発光ウェルのエネルギーバンドギャップより広い
エネルギーバンドギャップを有するキャリアトラップウ
ェルが形成されている。

【００２０】また、本発明では、上記エネルギーバンド
ギャップの広狭が、ウェル層の組成比によって設定され
ている。

【００２１】また、好適には、上記発光ウェル数は、２
以上５以内である。

【００２２】本発明によれば、キャリア不均一注入によ
りエネルギーは高いが、たとえばｐ型の第２クラッド層
側近くの発光ウェルが発光し、ゲインを形成してレーザ
発振を生じさせる。一方、ホール数の少ないｎ型の第１
のクラッド層側のエネルギーの低い光吸収効果ウェルは
ゲインを持てなくなり、発光ウェルからの光を吸収する
役目を果たすことになる。また、バリア層厚が不均一化
されていることから、発光ウェルと光吸収効果ウェルの
結合が少なくなり、かつ、ホール注入の不均一性が大き
くなる。

【００２３】また、第２バリア層の厚さは約１００オン
グストローム以上に設定されることにより、、隣のウェ
ル同士の相互作用がかなり減少し、キャリアのトンネル
注入も小さくなる。これにより、光吸収効果ウェルは可
飽和吸収体としての効果を発揮できるようになる。

【００２４】また、発光ウェルは可飽和効果を大きく出
すためにウェル数２以上５以内に規定されていることか
ら、キャリア不均一注入が生じにくくなることがなく、
可飽和特性が良好に保持される。

【００２５】

【発明の実施の形態】第１実施形態図１は、本発明に係る自励発振型半導体レーザの一実施
形態を示す断面図である。なお、ここではＡｌＧａＡｓ
系の材料によりレーザ共振器内部に可飽和吸収体が活
性層の両脇に形成された自励発振型半導体レーザを構成
した場合を示す。

【００２６】図１に示すように、この自励発振型半導体
レーザ１００は、ｎ型（第１導電型）ＧａＡｓ基板１０
１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（第１のクラッド
層）１０２、ＡｌＧａＡｓ活性層１０３、ｐ型（第２導
電型）ＡｌＧａＡｓクラッド層（第２のクラッド層）１
０４、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０５が順次積層
されている。そして、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０
４の上層部、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０５は、
一方向に延びるメサ型のストライプ形状を有している。
すなわち、これらのｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０４
の上層部、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０５からストライ
プ部１０６が構成されている。このストライプ部１０６
の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１０７が埋め
込まれ、これにより電流狭窄構造が形成されている。

【００２７】ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０５およびｎ型
ＧａＡｓ電流狭窄層１７８の上には、たとえばＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕ電極のようなｐ側電極１０８が設けられてい
る。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、たとえ
ばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極のようなｎ側電極１０９が
設けられている。

【００２８】そして、自励発振型半導体レーザ１００に
おいては、パルセーションを安定に生じさせるために、
電流は活性層横方向に広がらず、光スポットは広がらせ
その差を大きくして、可飽和吸収領域を広く確保するよ
うに、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０４の電流狭窄層
１０７との間の厚さｄが、たとえばｄ≦４００ｎｍ、好
適にはｄ≦３５０ｎｍ程度に設定される。

【００２９】また、自励発振型半導体レーザ１００にお
いては、メサ形状底部のストライプ幅Ｗが、Ｗ≦４．０
μｍに設定されている。

【００３０】さらに、安定なパルセーションを容易に発
生させるために、本自励発振型半導体レーザ１００にお
けるＡｌＧａＡｓ活性層１０３の構造を、キャリア不均
一注入効果を用い、「微分ゲイン関数を、飽和しやすい特性にし、活性域
と可飽和吸収域での微分ゲインの差を大きくすること」「可飽和吸収域の光吸収効果を大きくすること」とい
う両条件を満足する、図２に示すようなＭＱＷ構造とな
っている。

【００３１】具体的には、図２に示すように、ｐ型（第
２導電型）ＡｌＧａＡｓクラッド層（第２のクラッド
層）１０４側にウェル厚がウェル厚が相対的に薄くエネ
ルギー準位ＥＬ１の相対的に高い２つの発光ウェルＬＷ
Ｌ１，ＬＷＬ２が形成され、ｎ型（第１導電型）ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層（第１のクラッド層）１０２側にウェ
ル厚が相対的に厚くエネルギー準位ＥＬ２が発光ウェル
のエネルギー準位より低い光吸収効果を有する光吸収効
果ウェルＡＷＬが形成されている。光吸収効果ウェルＡ
ＷＬの厚さは、発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ２の厚さよ
り大きく設定されている。そして、発光ウェルＬＷＬ１
とＬＷＬ２間には第１バリア層ＢＡＲ１が形成され、発
光ウェルＬＷＬ２と光吸収効果ウェルＡＷＬとの間に
は、通常のバリア層ＢＡＲ１より厚い第２バリア層ＢＡ
Ｒ２が形成されている。

【００３２】図１の自励発振型半導体レーザ１００にお
けるｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２、ＡｌＧａＡｓ
活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０４部分
の化合物の各組成比は、たとえば図３に示すように、ｎ
型クラッド層１０２およびｐ型クラッド層はＡｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ、活性層１０３はＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／Ａ
ｌ_0.1Ｇａ０_0.9Ａｓとなるように構成される。

【００３３】図３に、本ＭＱＷ構造におけるウェルおよ
びバリア層の厚さの例を示す。図３の示す本ＭＱＷ構造
では、発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ２の厚さは７ｎｍ、
光吸収効果ウェルＡＷＬの厚さはこれより大きい１２ｎ
ｍに設定されている。また、発光ウェルＬＷＬ１とＬＷ
Ｌ２間の第１バリア層ＢＡＲ１の厚さが５ｎｍに設定さ
れ、発光ウェルＬＷＬ２と光吸収効果ウェルＡＷＬとの
間の第２バリア層ＢＡＲ２は第１バリア層の厚さの倍の
１０ｎｍ（１００オングストローム）に設定されてい
る。さらに、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０４と発光
ウェルＬＷＬ１との間のガイド厚は５０ｎｍに設定され
ている。同様に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２と
光吸収効果ウェルＡＷＬとの間のガイド厚も５０ｎｍに
設定されている。

【００３４】このように構成された本ＭＱＷ構造では、
上述したようにキャリア不均一注入効果を用いてるが、
このキャリア不均一注入効果について、図４に関連つけ
て説明する。

【００３５】ＭＱＷ構造にキャリアを注入したとき、各
ウェルへキャリア、特にホールが均一に注入されにく
い。図４に示すように、有効質量の大きいホールはＭＱ
Ｗ構造中でうまくバリアを越えられず、ウェルに注入さ
れるホール数に大きな差が生じやすい。一方、電子の方
は、有効質量が軽いため、ＭＱＷをほぼ均一に満たす。
この結果として、ｐ側のウェルからの発光が強く、ｎ側
のウェルからの発光は弱くなる。これをキャリア不均一
注入効果といい、この効果は室温でも実現されることが
知られている。

【００３６】図２に示すＭＱＷ構造においては、キャリ
ア不均一注入によりエネルギーは高いが、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層１０４側近くの発光ウェルＬＷＬ１，Ｌ
ＷＬ２が発光し、ゲインを形成してレーザ発振を生じさ
せる。一方、ホール数の少ないｎ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層１０２側のエネルギーの低い光吸収効果ウェルＡＷ
Ｌはゲインを持てなくなり、発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷ
Ｌ２からの光を吸収する役目を果たすことになる。

【００３７】なお、発光ウェルは可飽和効果を大きく出
すためにウェル数を少なくすることが重要である。本実
施形態では、２としたが、１ウェルにしない理由は、１
だとキャリア不均一注入が生じにくくなるためである。
また、ウェル数が５を越えると可飽和特性が良好でなく
なるので、発光ウェル数として２〜５が適正とみなせ
る。

【００３８】また、バリア層厚が不均一化されているこ
とから、発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ２と光吸収効果ウ
ェルＡＷＬの結合が少なくなり、かつ、ホール注入の不
均一性が大きくなる。

【００３９】第２バリア層ＢＡＲ２の厚さは約１００オ
ングストローム以上に設定される（通常はキャリア不均
一注入効果を避けるため５０オングストローム程度に設
定される）。このように、第２バリア層ＢＡＲ２の厚さ
は約１００オングストローム以上に設定されることによ
り、、隣のウェル同士の相互作用がかなり減少し、キャ
リアのトンネル注入も小さくなる。このように構成する
ことで、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２側の光吸収
効果ウェルＡＷＬは可飽和吸収体としての効果を発揮で
きるようになる。

【００４０】以上のいわゆる変調構造ＭＱＷによって、
ウェル数の少ない可飽和効果の大きいゲイン特性発光層
と、大きい光吸収効果を両立させることができる。

【００４１】以上説明したように、本第１の実施形態に
よれば、活性層１０３の構造を、ｐ型（第２導電型）Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層（第２のクラッド層）１０４側に
ウェル厚がウェル厚が相対的に薄くエネルギー準位ＥＬ
１の相対的に高い２つの発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ２
が形成され、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（第１のクラ
ッド層）１０２側にウェル厚が相対的に厚くエネルギー
準位ＥＬ２が発光ウェルのエネルギー準位より低い光吸
収効果を有する光吸収効果ウェルＡＷＬが形成され、光
吸収効果ウェルＡＷＬの厚さは、発光ウェルＬＷＬ１，
ＬＷＬ２の厚さより大きく設定され、さらに発光ウェル
ＬＷＬ１とＬＷＬ２間には第１バリア層ＢＡＲ１が形成
され、発光ウェルＬＷＬ２と光吸収効果ウェルＡＷＬと
の間には、通常のバリア層ＢＡＲ１より厚い第２バリア
層ＢＡＲ２が形成されたＭＱＷ構造としてので、次のよ
うな効果が得られる。

【００４２】（１）飽和特性の弱いゲイン特性を持つ材
料であっても、比較的少数のＭＱＷ構造で発光させるた
め、飽和効果を強め、パルセーションが発生しやすくな
る。（２）ＱＷ構造は、通常吸収係数が少なく活性層無いの
両脇部で可飽和吸収領域を設ける手法ではパルセーショ
ンが発生しにくかったが、光吸収を主として持たせる光
吸収効果ウェルＡＷＬを、発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ
２と別に設けたことから、可飽和吸収領域の効果を大き
くすることができ、パルセーションを安定に発生させる
ことができる。（３）高温になると可飽和吸収効果が弱くなることでパ
ルセーションが抑制されていたが、安定で強い可飽和吸
収領域が設定されるため、高温でのパルセーションを安
定に確保できる。（４）高出力動作時にやはり電流広がりにより、パルセ
ーションが抑制されていたが、安定で強い可飽和吸収領
域が設定されるため、パルセーションの最大出力レベル
が向上する。（５）従来の可飽和吸収体は、屈折率差Δｎ＝０．００
３〜０．００４程度の弱い導波にすることで作られてい
たが、これが制御が困難で歩留りを低下させる要因であ
ってが、本ＭＱＷ構造では、活性層自身の中に可飽和吸
収効果を発現する構造が作りこまれていることから、屈
折率差Δｎの許容範囲が広くなり、歩留りの向上を図れ
る利点がある。

【００４３】第２実施形態図５は、本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第２の実施形態を示す図である。

【００４４】本第２の実施形態が上述した第１の実施形
態と異なる点は、キャリアトラップウェルＣＴＷＬを、
発光ウェルＬＷＬ１２と光吸収効果ウェルＡＷＬとの間
の第２バリア層ＢＡＲ２に設けたことにある。このキャ
リアトラップウェルＣＴＷＬは、それ自身が発光した
り、吸収したりすることを少なくするために、そのエネ
ルギー準位ＥＬは発光ウェルＬＷＬ１，ＬＷＬ２より十
分高く設定されている。

【００４５】本第２の実施形態によれば、上述した第１
の実施形態の効果に加えて、さらにキャリア不均一注入
効果を拡大でき、可飽和吸収体としての効果を大きくで
きるという利点がある。

【００４６】第３実施形態図６は、本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第３の実施形態を示す図である。

【００４７】本第３の実施形態が上述した第１の実施形
態と異なる点は、発光ウェルの数を２から３にし、光吸
収効果ウェルの数を１から２に増やしたことにある。

【００４８】発光ウェル数は共振器長等で適正なウェル
数があり、不適当なウェル数を用いるとしきい値電流Ｉ
ｔｈの上昇や信頼性の低下をもたらすことから、ゲイン
飽和特性を犠牲にしてもウェル数を増やす必要がある場
合もある。本第３の実施形態は、このような事情を考慮
してウェル数を増やしている。また、光吸収効果の増大
もウェル数を増やすことで可能である。

【００４９】上述した第１の実施形態の効果に加えて、
仕様に応じた信頼性の低下を防止でき、光吸収効果を向
上できる利点がある。

【００５０】第４実施形態図７は、本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第４の実施形態を示す図である。

【００５１】本第４の実施形態が上述した第１の実施形
態と異なる点は、発光ウェルＬＷＬ１２と光吸収効果ウ
ェルＡＷＬとの間の第２バリア層ＢＡＲ２のバリア機能
を増大させたことにある。

【００５２】本第４の実施形態によれば、上述した第１
の実施形態の効果に加えて、さらにキャリア不均一注入
効果を拡大でき、可飽和吸収体としての効果を大きくで
きるという利点がある。

【００５３】第５実施形態図８は、本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第５の実施形態を示す図である。

【００５４】本第５の実施形態が上述した第３の実施形
態と異なる点は、さらに光吸収効果を高めるために、光
吸収効果ウェル、たとえばＡＷＬ２にｎドーパントであ
るｓｉあるいはＳｅ等を比較的多め（５×１０Ｅ１７以
上）にドープしたことにある。

【００５５】通常は、発光層である活性層へのドープ
は、信頼性に問題を生じることが多いため行われない
が、本第５の実施形態では、ウェルの役割を光吸収効果
を主としていることから、ドープすることで信頼性の低
下には直接つながらない。一方、ウェルに高濃度ドープ
することは、そのウェルのキャリアライフタイムを低減
し、光吸収効果を高める働きがある。

【００５６】本第５の実施形態によれば、上述した第３
の実施形態の効果に加えて、さらに光吸収効果を高める
ことができる。

【００５７】なお、上述した第１〜第５の実施形態にお
いては、主としてウェルの膜厚を制御する構成を例に説
明したが、これに限定されるものではなく、ウェルの組
成比を制御してエネルギーバンドギャップを変化させる
方法や、ウェルに歪みを与え、歪み量子井戸とすること
でバンドギャップの制御を行う方法等、種々の形態が可
能であり、上述した効果と同様に効果を得ることができ
る。

【００５８】また、上述した第１〜第５の実施形態にお
いては、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の自励発振型半導体
レーザを例に説明したが、本発明がＡｌＧａＩｎＰ／Ｇ
ａＩｎＰ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＺｎＭｇＳＳｅ／
ＺｎＳ系等、種々のレーザに適用できることはいうまで
もない。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性層の構造がウェル数の少ない量子井戸構造で、しか
も材料にかかわりなく、製造歩留りが高く、高温動作時
や高出力動作時においても安定に自励発振する自励発振
型半導体レーザを実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自励発振型半導体レーザの一実施
形態を示す断面図である。

【図２】本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第１の実施形態を示す図である。

【図３】第１の実施形態に係るＭＱＷ構造におけるウェ
ルおよびバリア層の厚さの例を示す図である。

【図４】キャリア不均一注入効果を説明するための図で
ある。

【図５】本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第２の実施形態を示す図である。

【図６】本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第３の実施形態を示す図である。

【図７】本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第４の実施形態を示す図である。

【図８】本発明に係る自励発振型半導体レーザのＭＱＷ
構造の第５の実施形態を示す図である。

【図９】活性層の従来のＭＱＷ構造を示す図である。

【図１０】一般的なゲイン係数ｇと注入キャリア密度ｎ
との関係を示す図である。

【図１１】「微分ゲイン関数を、飽和しやすい特性に
し、活性域と可飽和吸収域での微分ゲインの差を大きく
する」という条件をわかりやすく説明するするための図
である。

【図１２】ＭＱＷ構造におけるウェル数Ｎとゲイン特性
との関係を示す図である。

【図１３】ＱＷ吸収とバルク吸収のスペクトル特性を示
す図である。

【符号の説明】

１００…自励発振型半導体レーザ、１０１…ｎ型ＧａＡ
ｓ基板、１０２…ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１０３
…ＡｌＧａＡｓ活性層、１０４…ｐ型ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層、１０５…ｐ型ＧａＡｓキャップ、１０６…スト
ライプ部、１０７…ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層、１０８…
ｐ側電極、１０９…ｎ側電極、ＬＷＬ１〜ＬＷＬ３…発
光ウェル、ＡＷＬ，ＡＷＬ１，ＡＷＬ２…光吸収効果ウ
ェル、ＢＡＲ１…第１バリア層、ＢＡＲ２…第２バリア
層、ＥＬ１，ＥＬ２…エネルギー準位。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の第１のクラッド層と、上記
第１のクラッド層上に形成された活性層と、上記活性層
上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有
し、レーザ共振器内部に可飽和吸収体が活性層の両脇に
形成された自励発振型半導体レーザであって、活性層構造が複数の量子井戸構造を有し、かつ、上記第２のクラッド層側にウェル厚が相対的に薄くエネ
ルギー準位の相対的に高い発光ウェルが形成され、上記第１のクラッド層側にウェル厚が相対的に厚くエネ
ルギー準位が上記発光ウェルのエネルギー準位より低い
光吸収効果を有する光吸収効果ウェルが形成されている
自励発振型半導体レーザ。
【請求項２】上記第１導電型はｎ型であり、上記第２
導電型はｐ型である請求項１記載の自励発振型半導体レ
ーザ。
【請求項３】上記発光ウェルと上記光吸収効果ウェル
との間に、通常の第１バリア層に比べ、相対的に厚い第
２バリア層が形成されている請求項１記載の自励発振型
半導体レーザ。
【請求項４】上記発光ウェルと上記光吸収効果ウェル
との間に、通常の第１バリア層に比べ、相対的に厚い第
２バリア層が形成されている請求項２記載の自励発振型
半導体レーザ。
【請求項５】上記相対的に厚い第２バリア層の厚さは
１００オングストローム以上に設定されている請求項３
記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項６】上記相対的に厚い第２バリア層の厚さは
１００オングストローム以上に設定されている請求項４
記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項７】上記発光ウェル数は、２以上５以内であ
る請求項１記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項８】上記発光ウェル数は、２以上５以内であ
る請求項２記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項９】上記発光ウェル数は、２以上５以内であ
る請求項３記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１０】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項４記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１１】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項５記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１２】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項６記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１３】上記発光ウェルと上記光吸収効果ウェ
ルとの間に、通常の第１バリア層に比べ、相対的に広い
エネルギーバンドを有するバリア層が形成されている請
求項１記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１４】上記発光ウェルと上記光吸収効果ウェ
ルとの間に、通常の第１バリア層に比べ、相対的に広い
エネルギーバンドを有する第２バリア層が形成されてい
る請求項２記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１５】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項１３記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１６】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項１４記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１７】上記発光ウェルと上記光吸収効果ウェ
ルとの間に、エネルギーバンドギャップが当該発光ウェ
ルのエネルギーバンドギャップより広いエネルギーバン
ドギャップを有するキャリアトラップウェルが形成され
ている請求項１記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１８】上記発光ウェルと上記光吸収効果ウェ
ルとの間に、エネルギーバンドギャップが当該発光ウェ
ルのエネルギーバンドギャップより広いエネルギーバン
ドギャップを有するキャリアトラップウェルが形成され
ている請求項２記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１９】上記エネルギーバンドギャップの広狭
が、ウェル層の組成比によって設定されている請求項１
７記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２０】上記エネルギーバンドギャップの広狭
が、ウェル層の組成比によって設定されている請求項１
８記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２１】上記エネルギーバンドギャップの広狭
が、ウェルの歪み両によって設定されている請求項１７
記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２２】上記エネルギーバンドギャップの広狭
が、ウェルの歪み両によって設定されている請求項１８
記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２３】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項１７記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２４】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項１８記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２５】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項１９記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２６】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項２０記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２７】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項２１記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項２８】上記発光ウェル数は、２以上５以内で
ある請求項２２記載の自励発振型半導体レーザ。