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JP2001015857A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

Info

Publication number
JP2001015857A
JP2001015857A JP18282199A JP18282199A JP2001015857A JP 2001015857 A JP2001015857 A JP 2001015857A JP 18282199 A JP18282199 A JP 18282199A JP 18282199 A JP18282199 A JP 18282199A JP 2001015857 A JP2001015857 A JP 2001015857A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor laser
conductivity type
current
laser according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP18282199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyoshi Horie
秀善 堀江
Nobuhiro Arai
信広 新居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP18282199A priority Critical patent/JP2001015857A/en
Publication of JP2001015857A publication Critical patent/JP2001015857A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キンクレベルが高くて、駆動電流値が低い半
導体レーザを提供すること。 【解決手段】 GaAs基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてIn、GaおよびAsを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロック層お
よび第二導電型第二クラッド層を有し、前記電流ブロッ
ク層および前記第二導電型第二クラッド層が幅1.5〜
2.5μmの電流注入領域を形成し、横方向の実効屈折
率差Δneffが発光波長において2.5×10-3〜4.
5×10-3である半導体レーザであって、前記活性層が
圧縮性の歪みを内在する量子井戸構造を有し、かつ、共
振器長が800μm以上であることを特徴とする半導体
レーザ。
(57) [Problem] To provide a semiconductor laser having a high kink level and a low drive current value. SOLUTION: On a GaAs substrate, at least a first conductivity type clad layer, an active layer containing In, Ga and As as elements, a second conductivity type first clad layer, a current blocking layer and a second conductivity type second clad layer. Wherein the current blocking layer and the second conductive type second cladding layer have a width of 1.5 to
A 2.5 μm current injection region is formed, and the effective refractive index difference Δn eff in the lateral direction is 2.5 × 10 −3 to 4.
5. A semiconductor laser having a size of 5 × 10 −3 , wherein the active layer has a quantum well structure in which compressive strain is inherent, and a cavity length is 800 μm or more.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関す
るものである。本発明の半導体レーザは、特に光ファイ
バー増幅器用の励起光源等の高出力で長寿命であること
を要求される場合に好適に用いられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser. The semiconductor laser of the present invention is suitably used particularly when high output and long life are required such as an excitation light source for an optical fiber amplifier.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における光情報処理技術、光通信技
術の進展は目覚ましい。例えば、光磁気ディスクによる
高密度記録、光ファイバーネットワークによる双方向通
信と枚挙に暇がない。特に通信分野においては、今後の
マルチメディア時代に本格的に対応する大容量の光ファ
イバー伝送路とともに、その伝送方式に対する柔軟性を
持つ信号増幅用のアンプとして、Er3+等の希土類をド
ープした光ファイバー増幅器(EDFA)の研究が各方
面で盛んに行われている。そして、EDFAのコンポー
ネントとして不可欠な要素である高出力で長寿命の半導
体レーザの開発が待たれている。
2. Description of the Related Art The progress of optical information processing technology and optical communication technology in recent years has been remarkable. For example, there is no shortage of high-density recording using a magneto-optical disk and two-way communication using an optical fiber network. In the telecommunications field in particular, along with a large-capacity optical fiber transmission line that is fully compatible with the future of the multimedia era, an optical fiber doped with a rare earth element such as Er 3+ is used as an amplifier for signal amplification with flexibility for the transmission system. Research on amplifiers (EDFA) has been actively conducted in various fields. The development of a high-power, long-life semiconductor laser, which is an indispensable component of an EDFA, has been awaited.

【0003】EDFA応用に供することのできる半導体
レーザの発光波長は、原理的に800nm、980n
m、1480nmの3種類である。このうち増幅器その
ものの側から見れば980nmでの励起が、利得やノイ
ズ等を考慮すると最も望ましいことが知られている。こ
の980nmの発信波長を有するレーザは光ファイバー
と結合させて利用するため、出射されるレーザ光は、そ
の横モードが注入電流、温度、ファイバー端面からの戻
り光等によらずに安定していることが望まれ、さらに、
励起光源であることから、高出力で長寿命であることが
求められる。さらこの近傍の波長ではSHG光源として
の要求もあり、その他種々の応用面においても高性能の
レーザの開発が待たれている。
The emission wavelength of a semiconductor laser that can be used for EDFA applications is 800 nm, 980 nm in principle.
m and 1480 nm. From the viewpoint of the amplifier itself, it is known that pumping at 980 nm is most desirable in consideration of gain, noise and the like. Since the laser having the transmission wavelength of 980 nm is used in combination with an optical fiber, the emitted laser light must have a stable transverse mode regardless of injection current, temperature, return light from the fiber end face, and the like. Is desired, and
Since it is an excitation light source, it is required to have high output and long life. Further, there is a demand for an SHG light source at a wavelength in the vicinity of this, and the development of a high-performance laser in various other application fields is awaited.

【0004】しかしながら、従来報告されている980
nm近傍の波長を有する半導体レーザ、特に光学系との
結合を前提とした屈折率導波構造を有する素子には以下
のような問題が存在する。すなわち、高出力、例えば1
50〜200mW程度の光出力領域において、キンクと
呼ばれる電流・光出力特性における非線形な挙動が観測
されている。これは、種々の原因による横モードの不安
定性によるものであり、ファイバーとの安定した結合を
妨げるものである。さらにこのキンクは、同様の層構成
を有するレーザにおいても、層の組成や厚さがわずかに
異なるだけで、比較的低い光出力の領域から観測され、
温度を上昇させた際には、特に低い光出力の領域から観
測されてしまう。
[0004] However, the previously reported 980
A semiconductor laser having a wavelength in the vicinity of nm, particularly an element having a refractive index waveguide structure on the premise of coupling with an optical system, has the following problems. That is, high output, for example, 1
In a light output region of about 50 to 200 mW, a non-linear behavior in current / light output characteristics called kink has been observed. This is due to instability of the transverse mode due to various causes, which hinders stable coupling with the fiber. Further, this kink is observed even in a laser having a similar layer configuration from a region having a relatively low light output, with only a slight difference in the layer composition and thickness.
When the temperature is increased, it is observed from a region having a particularly low light output.

【0005】この問題に対処するために、特開平10−
200201号公報には、実効屈折率差Δneffを発光
波長において2.5×10-3〜5.0×10-3とするこ
とが記載されている。実効屈折率差をこのような範囲に
設定すれば、確かにキンクレベルを200〜260mW
程度に高めることができるが、次世代のレーザではなお
高いキンクレベルを達成することが求められている。と
くに駆動電流値を低く抑えたまま、高いキンクレベルを
達成しうる半導体レーザが求められている。
To cope with this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
JP200201 describes that the effective refractive index difference Δn eff is 2.5 × 10 −3 to 5.0 × 10 −3 at the emission wavelength. If the effective refractive index difference is set in such a range, the kink level is surely set to 200 to 260 mW.
Although it can be increased to a degree, next generation lasers are still required to achieve high kink levels. In particular, there is a demand for a semiconductor laser capable of achieving a high kink level while keeping the drive current value low.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの要
望に応え、従来技術の問題点を解決することを課題とし
た。すなわち本発明は、キンクレベルが高くて、駆動電
流値が低い半導体レーザを提供することを解決すべき課
題とした。特に、常温近傍で400mW以上のキンクレ
ベルを持つ、発光波長が980nm近傍の半導体レーザ
を提供することを解決すべき課題とした。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to meet these needs and to solve the problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a high kink level and a low drive current value. In particular, it has been a problem to be solved to provide a semiconductor laser having a kink level of 400 mW or more near room temperature and having an emission wavelength of around 980 nm.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記の課題を
解決するために鋭意検討を行った結果、屈折率導波機構
を有するInGaAs系半導体レーザにおいて、活性層
に圧縮性の歪みを内在する量子井戸構造を形成し、さら
に共振器長を特定の範囲にすることによって所期の効果
を奏する優れた半導体レーザを提供しうることを見出し
て、本発明を提供するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, in an InGaAs-based semiconductor laser having a refractive index waveguide mechanism, an active layer has an intrinsic compressive strain. The present inventors have found that an excellent semiconductor laser exhibiting a desired effect can be provided by forming a quantum well structure as described above and further setting the cavity length in a specific range, and have provided the present invention.

【0008】すなわち本発明は、GaAs基板上に、少
なくとも第一導電型クラッド層、元素としてIn、Ga
およびAsを含む活性層、第二導電型第一クラッド層、
電流ブロック層および第二導電型第二クラッド層を有
し、前記電流ブロック層および前記第二導電型第二クラ
ッド層が幅1.5〜2.5μmの電流注入領域を形成
し、横方向の実効屈折率差Δneffが発光波長において
2.5×10-3〜4.5×10-3である半導体レーザで
あって、前記活性層が圧縮性の歪みを内在する量子井戸
構造を有し、かつ、共振器長が800μm以上であるこ
とを特徴とする半導体レーザを提供するものである。
That is, according to the present invention, at least a first conductivity type cladding layer and In and Ga
And an active layer containing As, a second conductive type first clad layer,
A current blocking layer and a second conductivity type second cladding layer, wherein the current blocking layer and the second conductivity type second cladding layer form a current injection region having a width of 1.5 to 2.5 μm; A semiconductor laser having an effective refractive index difference Δn eff of 2.5 × 10 −3 to 4.5 × 10 −3 at an emission wavelength, wherein the active layer has a quantum well structure in which compressive strain is intrinsic. And a semiconductor laser having a cavity length of 800 μm or more.

【0009】本発明の半導体レーザの好ましい態様とし
て、共振器長が2000μm以下である態様;共振器長
が1000〜1500μmである態様;電流ブロック層
および第二導電型第二クラッド層がAl、GaおよびA
sを含む態様;電流ブロック層がAlzGa1-zAs(0
≦z≦1)からなり、第二導電型第二クラッド層がAl
yGa1-yAs(0<y≦1)からなる態様;発光波長が
900〜1200nmである態様;発光波長が900〜
1100nmである態様;光ファイバー増幅器の励起光
源用である態様;InqGa1-qAs(0<q<1)層お
よびAlxGa1 -xAs(0≦x≦1)光ガイド層からな
る歪み量子井戸構造を有する活性層、AlyGa1-yAs
(0<y≦1)第二導電型第二クラッド層、およびAl
zGa1-zAs(0≦z≦1)電流ブロック層から構成さ
れるリッジ型またはグルーブ型の電流注入領域を有し、
各層の混晶比がx<y≦zなる関係を有する態様;第二
導電型第一クラッド層と電流ブロック層の間にAla
1-aAs(0≦a≦1)第二エッチング阻止層とInb
GabP(0≦b≦1)第一エッチング阻止層を有する
態様を挙げることができる。なお、本明細書において
「〜」はその前後に記載される数値を包含する範囲を示
す。
As a preferred embodiment of the semiconductor laser of the present invention, an embodiment in which the cavity length is 2000 μm or less; an embodiment in which the cavity length is 1000 to 1500 μm; And A
s; the current blocking layer is formed of Al z Ga 1-z As (0
≦ z ≦ 1), and the second cladding layer of the second conductivity type is Al
Embodiment composed of y Ga 1-y As (0 <y ≦ 1); Embodiment having an emission wavelength of 900 to 1200 nm;
Embodiment is 1100 nm; aspect a pumping light source of the optical fiber amplifier; In q Ga 1-q As (0 <q <1) layer and Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦ 1) and an optical guide layer Active layer having strained quantum well structure, Al y Ga 1-y As
(0 <y ≦ 1) Second conductivity type second cladding layer and Al
a ridge-type or groove-type current injection region composed of a zGa 1-z As (0 ≦ z ≦ 1) current block layer;
Embodiment in which the mixed crystal ratio of each layer has a relationship of x <y ≦ z; Al a G between the first cladding layer of the second conductivity type and the current blocking layer.
a 1-a As (0 ≦ a ≦ 1) Second etching stop layer and In b
An embodiment having a Ga b P (0 ≦ b ≦ 1) first etching stop layer can be given. In this specification, “to” indicates a range including the numerical values described before and after that.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下において、本発明の半導体レ
ーザについて詳細に説明する。本発明の半導体レーザ
は、横方向の実効屈折率差Δneffが発光波長において
2.5×10-3〜4.5×10-3であリ、電流注入領域
の幅Wが1.5〜2.5μmであり、活性層が圧縮性の
歪み内在する量子井戸構造を有し、かつ、共振器長が8
00μm以上であるという条件を満たすものである。な
お、電流注入領域の幅Wとは、電流注入領域の底部、即
ち、電流注入領域内の第二導電型第二クラッド層の基板
に最も近い部分の幅である。これらの条件のうち、まず
横方向の実効屈折率差Δneffについて詳細に述べる。
図1は本発明において使用する実効屈折率差Δneff
説明するための素子の断面模式図を示している。図1に
使用されている素子構造は、屈折率導波構造と呼ばれる
屈折率差によりレーザ光の平行横モードを閉じ込める構
造である。電流注入領域と称するストライプが形成され
ており、電流注入領域の両側面に配置された屈折率の低
い電流ブロック層(9)により、活性層に平行な方向に
電流注入領域とその外部とで屈折率段差がつくられてい
るという特徴を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor laser according to the present invention will be described in detail. In the semiconductor laser of the present invention, the effective refractive index difference Δn eff in the lateral direction is 2.5 × 10 −3 to 4.5 × 10 −3 at the emission wavelength, and the width W of the current injection region is 1.5 to 10 × 10 −3. 2.5 μm, the active layer has a quantum well structure with compressive strain, and the resonator length is 8 μm.
It satisfies the condition that it is not less than 00 μm. Note that the width W of the current injection region is the width of the bottom of the current injection region, that is, the portion of the second conductive type second cladding layer closest to the substrate in the current injection region. Of these conditions, the lateral effective refractive index difference Δn eff will first be described in detail.
FIG. 1 is a schematic sectional view of an element for explaining the effective refractive index difference Δn eff used in the present invention. The element structure used in FIG. 1 is a structure that confine the parallel transverse mode of laser light by a refractive index difference called a refractive index waveguide structure. A stripe called a current injection region is formed, and the current blocking region (9) having a low refractive index disposed on both side surfaces of the current injection region refracts in the direction parallel to the active layer between the current injection region and the outside thereof. It has the characteristic that a rate step is created.

【0011】この場合、実効屈折率差Δneffは、近似
的には各層の組成および厚さならびに発光波長の関数と
なり、その理論および算出法は”Heterostructure Lase
rs;H.C. Casey, Jr., M.B. Panish; Academic Press (1
978)”のPart A, p20-p109およびpart B, p156-276なら
びに「半導体レーザ基礎と応用」(第5刷;伊藤良一、
中村道治共編;培風館;平成7年3月30日出版)の3
章および5章等に記載されているが、本発明の層構成に
おける具体的算出方法は、以下の通りとする。
In this case, the effective refractive index difference Δn eff is approximately a function of the composition and thickness of each layer and the emission wavelength, and its theory and calculation method are described in “Heterostructure Lase”.
rs; HC Casey, Jr., MB Panish; Academic Press (1
978) "Part A, p20-p109 and part B, p156-276" and "Semiconductor Laser Fundamentals and Applications" (5th print; Ryoichi Ito,
Edited by Michiharu Nakamura; Baifukan; published on March 30, 1995)
Although described in Chapters 5 and 5, etc., a specific calculation method in the layer configuration of the present invention is as follows.

【0012】実効屈折率差Δneffを求めるために、ま
ず電流注入領域の内部(図1でAA*断面)で第一導電
型クラッド層(3)、活性層(4)、第二導電型第一ク
ラッド層(5)、第二導電型第二クラッド層(8)から
構成される多層膜をスラブ導波路とみなし、これを伝搬
するレーザ光の導波モードをTEモードについて計算
し、発光波長における基本モードの実効屈折率を求め
る。導波モードを計算するに際して、第一導電型クラッ
ド層(3)および第二導電型第二クラッド層(8)の厚
さを無限大とする近似を行う。また活性層が歪量子井戸
と光ガイド層から構成される場合には、計算に使用する
歪量子井戸の屈折率を光ガイド層の屈折率でおきかえる
近似を行う。こうして得られた基本モードに対する実効
屈折率をneff(AA*)とする。次に同様に電流注入領
域の外部(図1でBB*断面)で第一導電型クラッド層
(3)、活性層(4)、第二導電型第一クラッド層
(5)、電流ブロック層(9)および第二導電型第二ク
ラッド層(8)から構成される多層膜をスラブ導波路と
みなし、導波モードの基本モードの実効屈折率を求め、
これをneff(BB*)とする。実際の素子の構造では図
1で示した層の他に素子を形成するためのエッチング阻
止層などの層を挿入する場合が多いが、その場合は断面
AA*および断面BB*において第一導電型クラッド層
(3)と第二導電型第二クラッド層(8)の間に含まれ
るすべての層から構成される多層膜についてそれぞれn
eff(AA*)およびneff(BB*)を求める。また実際
の素子の構造では電流注入領域の形状は図1に示したよ
うな矩形ではなく、逆台形状である場合が多いが、その
場合は電流注入領域の最も狭い部分の内部でneff(A
*)を求め、電流注入領域の最も広い部分の外部でn
eff(BB*)を求める。このようにして求めたn
eff(AA*)およびneff(BB*)から実効屈折率差を
Δneff=neff(AA*)−neff(BB*)と定義す
る。
[0012] To determine the effective refractive index difference [Delta] n eff, internal current injection region first first-conductivity-type cladding layer with (in Fig. 1 AA * cross-section) (3), the active layer (4), the second conductivity type A multilayer film composed of one clad layer (5) and second conductive type second clad layer (8) is regarded as a slab waveguide, and a waveguide mode of a laser beam propagating through the multilayer film is calculated for a TE mode, and an emission wavelength is calculated. Find the effective refractive index of the fundamental mode at. When calculating the waveguide mode, an approximation to make the thicknesses of the first conductive type clad layer (3) and the second conductive type second clad layer (8) infinite is performed. When the active layer is composed of a strained quantum well and a light guide layer, an approximation is performed in which the refractive index of the strained quantum well used for calculation is replaced with the refractive index of the light guide layer. The effective refractive index for the fundamental mode obtained in this manner is defined as n eff (AA * ). Next, similarly, outside the current injection region (BB * section in FIG. 1), the first conductivity type clad layer (3), the active layer (4), the second conductivity type first clad layer (5), and the current blocking layer ( 9) and the second conductive type second cladding layer (8) is regarded as a slab waveguide, and the effective refractive index of the fundamental mode of the waveguide mode is obtained.
This is defined as n eff (BB * ). In an actual device structure, a layer such as an etching stop layer for forming the device is often inserted in addition to the layer shown in FIG. 1. In this case, the first conductivity type is used in the cross section AA * and the cross section BB * . Each of the multilayer films composed of all layers included between the cladding layer (3) and the second conductivity type second cladding layer (8) has n
eff (AA * ) and n eff (BB * ). In an actual device structure, the shape of the current injection region is not a rectangle as shown in FIG. 1 but an inverted trapezoidal shape in many cases. In this case, n eff ( A
A * ) to determine n outside the widest part of the current injection region.
Find eff (BB * ). N obtained in this way
eff (AA *) and from n eff (BB *) the effective refractive index difference is defined as Δn eff = n eff (AA * ) -n eff (BB *).

【0013】本発明では、この横方向の実効屈折率差Δ
effが下記式(I)を満足する。これによって、キン
クレベルの安定と高温安定性の両立が可能となる。 2.5×10-3≦Δneff≦4.5×10-3 ・・・・・ (I) なお、横方向とは、各層の積層方向と光の出射方向に対
してともに直交する方向のことである。
According to the present invention, the effective refractive index difference Δ
n eff satisfies the following equation (I). This makes it possible to achieve both the stability of the kink level and the stability at high temperatures. 2.5 × 10 −3 ≦ Δn eff ≦ 4.5 × 10 −3 (I) The lateral direction is a direction perpendicular to both the laminating direction of each layer and the light emitting direction. That is.

【0014】また、最適な実効屈折率差Δneffは、発
光波長および応用分野から求められる半導体レーザの特
性によって異なる。本発明の半導体レーザは、In、G
aおよびAsを含む活性層を有することを特徴としてお
り、上記式(I)は、この様な活性層からの900〜1
200nm程度、好ましくは900〜1100nm程度
の発光波長における実効屈折率差Δneffの最適範囲を
特定したものである。
Further, the optimum effective refractive index difference Δn eff differs depending on the emission wavelength and the characteristics of the semiconductor laser required from the application field. The semiconductor laser according to the present invention has In, G
having an active layer containing a and As. The above formula (I) is characterized in that 900-1
The optimum range of the effective refractive index difference Δn eff at an emission wavelength of about 200 nm, preferably about 900 to 1100 nm is specified.

【0015】本発明の半導体レーザは、屈折率導波機構
を有し、GaAs基板上に少なくとも第一導電型クラッ
ド層、活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロッ
ク層および第二導電型第二クラッド層をこの順に有する
層構成をとる。この様な層構成を全て半導体材料で構成
することによりプレナー型のレーザとすることができ、
放熱性、高温安定性に優れたものとすることができる。
The semiconductor laser of the present invention has a refractive index guiding mechanism, and has at least a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, a current blocking layer and a second conductivity type cladding layer on a GaAs substrate. A layer configuration having the mold second cladding layer in this order is adopted. A planar laser can be obtained by constructing such a layer configuration entirely from a semiconductor material.
Excellent heat dissipation and high-temperature stability can be obtained.

【0016】本発明の半導体レーザの共振器長は800
μm以上である。好ましくは800〜2000μmであ
り、より好ましくは1000〜1500μmである。共
振器長を800μm以上にすることによって、上記式
(I)の範囲内の実効屈折率差Δneffを有する半導体
レーザにおいて活性層に注入される電流密度を特に効果
的に下げることができる。共振器長が800μm未満で
ある場合は、キャリア注入量による屈折率段差の変動が
大きくなるために好ましくない。特に、本発明の半導体
レーザのように、高次モードを完全なカットオフとする
ためにマージンを見込んで弱く屈折率導波している場合
には、屈折率段差の変動が通常よりも大きな影響を及ぼ
すため共振器長の制御は重要である。
The resonator length of the semiconductor laser of the present invention is 800
μm or more. Preferably it is 800-2000 micrometers, More preferably, it is 1000-1500 micrometers. By setting the cavity length to 800 μm or more, the current density injected into the active layer in the semiconductor laser having the effective refractive index difference Δn eff within the range of the above formula (I) can be particularly effectively reduced. If the cavity length is less than 800 μm, the variation in the refractive index step due to the amount of injected carriers increases, which is not preferable. In particular, in the case of a semiconductor laser according to the present invention, when a high-order mode is weakly guided with a refractive index in consideration of a margin in order to completely cut off a higher-order mode, the fluctuation of the refractive index step has a larger effect than usual. It is important to control the cavity length to effect

【0017】図2は、本発明の半導体レーザにおけるエ
ピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レー
ザを構成した模式的一例である。本発明の半導体素子に
おいて、基板としては、格子整合性の点からGaAs単
結晶基板が使用される。かかるGaAs単結晶基板
(1)は、通常、バルク結晶から切り出して得られる。
FIG. 2 is a schematic example in which a groove type semiconductor laser is formed as an example of the epitaxial structure in the semiconductor laser of the present invention. In the semiconductor device of the present invention, a GaAs single crystal substrate is used as the substrate from the viewpoint of lattice matching. Such a GaAs single crystal substrate (1) is usually obtained by cutting out a bulk crystal.

【0018】バッファ層(2)は、基板バルク結晶の不
完全性を緩和し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄
膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。バ
ッファ層(2)は、基板(1)と同一の化合物で構成す
るのが好ましく、通常、GaAsが使用される。第一導
電型クラッド層(3)は、通常、活性層(4)の屈折率
より小さな屈折率を有する材料で構成され、バッファ層
(2)としてGaAsを使用した場合は、通常、AlG
aAs系材料(AlVGa1-VAs)が使用され、その混
晶比は、屈折率が上記の条件を満足する様に適宜選択さ
れる。
The buffer layer (2) is preferably provided to alleviate incompleteness of the substrate bulk crystal and facilitate the formation of an epitaxial thin film having the same crystal axis. The buffer layer (2) is preferably made of the same compound as the substrate (1), and usually GaAs is used. The first conductivity type cladding layer (3) is usually made of a material having a refractive index smaller than that of the active layer (4), and when GaAs is used as the buffer layer (2), it is usually made of AlG.
An aAs-based material (Al V Ga 1 -V As) is used, and its mixed crystal ratio is appropriately selected so that the refractive index satisfies the above condition.

【0019】活性層(4)の材料および構造は、目的と
する発光波長や出力などによって適宜選択されるが、圧
縮性の歪みを内在する量子井戸構造を有するものでなけ
ればならない。活性層(4)は、少なくともIn、Ga
およびAsを含む材料、通常InqGa1-qAs(0<q
<1)によって構成され、その構造としては薄膜から成
る各種の量子井戸構造(SQW、MQW)等を採用する
ことができる。そして、量子井戸構造には、通常、光ガ
イド層が併用される。光ガイド層の構造としては、活性
層の両側に光ガイド層を設けた構造(SCH構造)、光
ガイド層の組成を徐々に変化させることにより屈折率を
連続的に変化させた構造(GRIN−SCH構造)等を
採用することができる。光ガイド層の組成としては、A
xGa1 -xAs(0≦x≦1)が好ましい。本発明の半
導体レーザは活性層(4)が圧縮性の歪みを内在する量
子井戸構造を有しているために、共振器長を長くしても
駆動電流値が極端に上昇することはない。これは、活性
層が圧縮性の歪みを内在する量子井戸構造を有している
ために低い電流密度でもゲインがあり、無歪の活性層を
有する半導体レーザに比べて大きな電流上昇が生じない
ためである。
The material and structure of the active layer (4) are appropriately selected depending on the intended emission wavelength, output, and the like, but must have a quantum well structure with intrinsic compressive strain. The active layer (4) includes at least In, Ga
And a material containing As, usually In q Ga 1-q As (0 <q
<1), and various quantum well structures (SQW, MQW) composed of a thin film and the like can be adopted as the structure. Then, an optical guide layer is usually used in combination with the quantum well structure. As a structure of the light guide layer, a structure in which light guide layers are provided on both sides of the active layer (SCH structure), and a structure in which the refractive index is continuously changed by gradually changing the composition of the light guide layer (GRIN- (SCH structure) or the like. The composition of the light guide layer is A
l x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦ 1) is preferable. In the semiconductor laser of the present invention, since the active layer (4) has a quantum well structure in which compressive strain is inherent, the drive current value does not increase extremely even if the resonator length is increased. This is because the active layer has a quantum well structure in which compressive strain is inherent, and therefore has a gain even at a low current density, and does not cause a large current rise as compared with a semiconductor laser having an unstrained active layer. It is.

【0020】第二導電型第一クラッド層(5)は、活性
層(4)より小さな屈折率を有する材料で構成される。
そして、第二導電型第一クラッド層(5)の屈折率と、
第一導電型クラッド層(3)の屈折率とは通常同一とさ
れる。従って、第二導電型第一クラッド層(5)の材料
としては、第一導電型クラッド層(3)と同様に、通
常、AlGaAs系材料が使用され、その混晶比は、第
一導電型クラッド層(3)と通常同一とされる。この構
造では、第二導電型第一クラッド層(5)が、AlW
1-WAsからなる層に相当する。
The second conductive type first cladding layer (5) is made of a material having a smaller refractive index than the active layer (4).
And a refractive index of the second conductivity type first cladding layer (5);
The refractive index of the first conductivity type cladding layer (3) is usually the same. Therefore, as the material of the second conductive type first cladding layer (5), similarly to the first conductive type clad layer (3), an AlGaAs-based material is usually used, and the mixed crystal ratio thereof is the first conductive type. Usually the same as the cladding layer (3). In this structure, the first cladding layer (5) of the second conductivity type is made of Al W G
This corresponds to a layer made of a 1-W As.

【0021】図2には、二種類のエッチング阻止層およ
びキャップ層が記載されているが、これらの層は、本発
明の好ましい態様において採用され、電流注入領域の作
り込みを精密かつ容易に行うのに有効である。第二エッ
チング阻止層(6)は、Al aGa1-aAs(0≦a≦
1)材料にて構成されるが通常はGaAsが好適に使用
される。これはMOCVD法等で第二導電型第二クラッ
ド層等を、特に、AlGaAs系で再成長させる際に結
晶性よく積層することができるためである。第二エッチ
ング阻止層(6)の厚さは通常2nm以上が好ましい。
FIG. 2 shows two types of etching stopper layers and
And cap layers are described, but these layers
In a preferred embodiment, the current injection region
This is effective for performing the insertion precisely and easily. Second edge
The tinning prevention layer (6) is made of Al aGa1-aAs (0 ≦ a ≦
1) Made of material, but GaAs is usually preferred
Is done. This is the second conductivity type second crack by MOCVD or the like.
Layer, etc., especially when regrown with an AlGaAs system.
This is because the layers can be stacked with good crystallinity. 2nd etch
Usually, the thickness of the blocking layer (6) is preferably 2 nm or more.

【0022】第一エッチング阻止層(7)は、Inb
1-bP(0≦b≦1)で表される層が好適であり、本
発明のようにGaAsを基板として使用した際は、通常
歪みのない系でb=0.5が用いられる。第一エッチン
グ阻止層の厚さは通常5nm以上であり、好ましくは1
0nm以上である。また、In0.5Ga0.5PはAlGa
Asと比べて放熱性に劣るので、100nm以下が好ま
しい。5nm未満であると、膜厚の乱れ等により、エッ
チングを阻止することができなくなってしまう可能性が
ある。一方膜厚によっては歪み系を用いることもでき、
b=0、b=1等を用いることも可能である。歪み系を
用いる場合、膜厚は1分子層から15nm、好ましくは
10nm以下である。その様に膜厚が薄ければ、格子整
合がとれなくても、内在する歪みが緩和されるので問題
ない。
The first etching stop layer (7) is made of In b G
A layer represented by a 1-b P (0 ≦ b ≦ 1) is preferable, and when GaAs is used as the substrate as in the present invention, b = 0.5 is usually used in a strain-free system. . The thickness of the first etching stop layer is usually 5 nm or more, preferably 1 nm.
0 nm or more. In 0.5 Ga 0.5 P is AlGa
Since the heat dissipation is inferior to As, it is preferably 100 nm or less. If the thickness is less than 5 nm, etching may not be able to be stopped due to a disorder of the film thickness or the like. On the other hand, depending on the film thickness, a strain system can be used,
It is also possible to use b = 0, b = 1, and the like. When a strain system is used, the thickness is from one molecular layer to 15 nm, preferably 10 nm or less. If the film thickness is thin in such a manner, there is no problem even if lattice matching cannot be attained because the intrinsic strain is alleviated.

【0023】キャップ層(10)は、第1回目成長にお
いて電流ブロック層(9)の保護層として用いられると
同時に第二導電型第二クラッド層(8)の成長を容易に
するために用いられ、素子構造を得る前に、一部または
全て除去される。電流ブロック層(9)としては、文字
通り電流をブロックして実質的に流さないことが必要で
あるので、その導電型は第一導電型クラッド層と同一か
あるいはアンドープとすることが好ましく、また、通常
AlyGa1-yAs(0<y≦1)からなる第二導電型第
二クラッド層(8)より屈折率が小さいことが好まし
い。通常、電流ブロック層もAlzGa1-zAs(0≦z
≦1)からなることが好ましく、したがって混晶比とし
てはz≧yになることが好ましい。また、上述の光ガイ
ド層との関係では、x<y≦zとすることが好ましい。
The cap layer (10) is used as a protective layer for the current blocking layer (9) in the first growth and at the same time to facilitate the growth of the second conductive type second clad layer (8). Before the device structure is obtained, some or all of them are removed. Since it is necessary for the current blocking layer (9) to literally block a current and not substantially flow, the conductivity type is preferably the same as that of the first conductivity type cladding layer or undoped. Usually, it is preferable that the refractive index is smaller than that of the second conductive type second clad layer (8) made of Al y Ga 1-y As (0 <y ≦ 1). Normally, the current blocking layer is also made of Al z Ga 1 -z As (0 ≦ z
≦ 1), and therefore it is preferable that the mixed crystal ratio satisfy z ≧ y. Further, in relation to the above-described light guide layer, it is preferable that x <y ≦ z.

【0024】また、電流ブロック層はIn0.5Ga0.5
で構成することもできる。その場合、AlaGa1-aAs
(0≦a≦1)第二エッチング阻止層(6)のみでIn
0.5Ga0.5P電流ブロック層のエッチングを停止させる
ことができ、かつその後のAlyGa1-yAs(0<y≦
1)第二導電型第二クラッド層(8)の再成長も容易に
行うことができるので、上記のInbGa1-bP(0≦b
≦1)からなる第一エッチング阻止層(7)は不要であ
る。
The current blocking layer is made of In 0.5 Ga 0.5 P
Can also be configured. In that case, Al a Ga 1-a As
(0 ≦ a ≦ 1) In only the second etching stopper layer (6)
The etching of the 0.5 Ga 0.5 P current blocking layer can be stopped, and the subsequent Al y Ga 1-y As (0 <y ≦
1) it can be performed second conductive type second clad layer (8) Re-growth easily in the above In b Ga 1-b P ( 0 ≦ b
The first etching stop layer (7) consisting of ≦ 1) is unnecessary.

【0025】さらに長寿命の半導体レーザ実現のために
は、第一導電型第一クラッド層(3)、第二導電型第一
クラッド層(5)、第二導電型第二クラッド層(8)等
には、Al混晶比のあまり高くない材料を用いるのが好
ましい。具体的には、各層のAl混晶比v、wおよびy
は、それぞれ0.4以下であることがことが望ましい。
より好ましくは、レーザ温度特性との関係から0.3≦
v、w、y≦0.4が適当である。
In order to realize a semiconductor laser having a longer life, the first conductive type first clad layer (3), the second conductive type first clad layer (5), and the second conductive type second clad layer (8). For example, it is preferable to use a material whose Al mixed crystal ratio is not so high. Specifically, the Al mixed crystal ratios v, w, and y of each layer
Is preferably 0.4 or less.
More preferably, from the relationship with the laser temperature characteristics, 0.3 ≦
v, w, y ≦ 0.4 are appropriate.

【0026】ここで、電流ブロック層(9)を含む部分
と、これを含まない部分との実効屈折率差Δneffが上
記のごとく式(I)を満たす様に形成される。たとえ
ば、AlGaAs系を用いて第二導電型第二クラッド層
と電流ブロック層を形成する際には、上記(I)を満た
すようにAl混晶比を正確に制御しなければならない。
この結果、電流ブロック層のAl混晶比zは、0.5以
下程度が好ましい。より好ましくは、0.3≦z≦0.
5である。
Here, the effective refractive index difference Δn eff between the portion including the current blocking layer (9) and the portion not including the current blocking layer (9) satisfies the expression (I) as described above. For example, when forming the second conductivity type second cladding layer and the current blocking layer using an AlGaAs-based material, the Al mixed crystal ratio must be accurately controlled so as to satisfy the above (I).
As a result, the Al mixed crystal ratio z of the current block layer is preferably about 0.5 or less. More preferably, 0.3 ≦ z ≦ 0.
5

【0027】また、実効屈折率差Δneffが上記式
(I)を満足する範囲の場合に高いキンクレベルを得る
には、電流ブロック層と第二導電型第二クラッド層で構
成される電流注入領域の幅Wは2.5μm以下でなけれ
ばならない。ただし、Wがあまり小さくなると、レーザ
端面での光密度が高くなるため、十分な光出力に達する
前にレーザが破壊される恐れがあるので、Wの下限は
1.5μm以上とする。
In order to obtain a high kink level when the effective refractive index difference Δn eff satisfies the above formula (I), it is necessary to use a current injection layer composed of a current blocking layer and a second conductive type second cladding layer. The width W of the region must be 2.5 μm or less. However, if W is too small, the light density at the laser end face becomes high, and the laser may be broken before a sufficient light output is reached. Therefore, the lower limit of W is set to 1.5 μm or more.

【0028】第二導電型第二クラッド層(8)の屈折率
は、通常、活性層(4)の屈折率以下とされる。又、第
二導電型第二クラッド層(8)は通常第一導電型クラッ
ド層(3)及び第二導電型第一クラッド層(5)と同一
とされる。また、本発明の好ましい態様のひとつとし
て、第二導電型第一クラッド層、第二導電型第二クラッ
ド層および電流ブロック層の全てを同一組成の材料で構
成することが挙げられる。その場合、第一エッチング阻
止層によって実効屈折率差が形成され、また、キャップ
層を完全には除去しない場合においては、第一エッチン
グ層に加えてキャップ層によっても実効屈折率差が形成
される。この様な層構成を採ることにより、第二導電型
第一クラッド層、第二導電型第二クラッド層および電流
ブロック層のそれぞれの界面における組成の不一致に起
因する諸問題を回避することができ、非常に好ましい。
The refractive index of the second-conductivity-type second cladding layer (8) is usually lower than that of the active layer (4). The second conductive type second clad layer (8) is usually the same as the first conductive type clad layer (3) and the second conductive type first clad layer (5). Further, as one of preferred embodiments of the present invention, all of the first cladding layer of the second conductivity type, the second cladding layer of the second conductivity type, and the current blocking layer are formed of the same composition material. In that case, an effective refractive index difference is formed by the first etching stop layer, and when the cap layer is not completely removed, an effective refractive index difference is formed by the cap layer in addition to the first etching layer. . By adopting such a layer configuration, it is possible to avoid various problems caused by the inconsistency of the composition at the respective interfaces of the first cladding layer of the second conductivity type, the second cladding layer of the second conductivity type, and the current blocking layer. , Very preferred.

【0029】第二導電型第二クラッド層(8)上には電
極の接触抵抗率を下げるため等の目的でコンタクト層
(11)を設ける。コンタクト層(11)は、通常、G
aAs材料にて構成される。この層は通常電極との接触
抵抗率を低くするためにキャリア濃度を他の層より高く
する。通常、バッファ層(2)の厚さは0.1〜1μ
m、好ましくは0.5〜1μm、第一導電型クラッド層
(3)の厚さは0.5〜5μm、好ましくは1〜3μ
m、活性層(4)の厚さは1層当たり0.0005〜
0.02μm、好ましくは0.003〜0.2μm、第
二導電型第一クラッド層(5)の厚さは0.05〜0.
3μm、好ましくは0.05〜0.2μm、第二導電型
第二クラッド層(8)の厚さは0.5〜5μm、好まし
くは1〜3μm、電流ブロック層(9)の厚さは0.3
〜2μm、好ましくは0.3〜1μm、キャップ層(1
0)の厚さは0.005〜0.5μm、好ましくは0.
005〜0.3μmの範囲から選択される。
A contact layer (11) is provided on the second conductive type second clad layer (8) for the purpose of lowering the contact resistivity of the electrode. The contact layer (11) is usually G
It is composed of aAs material. This layer usually has a higher carrier concentration than the other layers in order to lower the contact resistivity with the electrode. Usually, the thickness of the buffer layer (2) is 0.1 to 1 μm.
m, preferably 0.5 to 1 μm, and the thickness of the first conductivity type cladding layer (3) is 0.5 to 5 μm, preferably 1 to 3 μm.
m, the thickness of the active layer (4) is 0.0005 to 5 per layer.
0.02 μm, preferably 0.003 to 0.2 μm, and the thickness of the second conductivity type first cladding layer (5) is 0.05 to 0.1 μm.
3 μm, preferably 0.05 to 0.2 μm, the second conductive type second cladding layer (8) has a thickness of 0.5 to 5 μm, preferably 1 to 3 μm, and the current blocking layer (9) has a thickness of 0 μm. .3
To 2 μm, preferably 0.3 to 1 μm, for the cap layer (1
0) has a thickness of 0.005 to 0.5 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm.
It is selected from the range of 005 to 0.3 μm.

【0030】コンタクト層(11)の上には、電極(1
2)を形成する。このとき、電極(12)は図2に示す
ようにコンタクト層(11)の上面全部に接するように
形成してもよいし、電極(12)の底面の一部がコンタ
クト層(11)の上面に接するようにし、電極下部が第
二の電流ブロック層とともに電流狭窄構造を形成するよ
うにしてもよい。後者の電流狭窄構造の例として、スト
ライプ状の電流狭窄構造を形成することが好ましい。第
二の電流ブロック層は、誘電体膜によって形成されてい
ることが好ましい。そのような誘電体膜としてはSiN
x、SiOxまたはAlOxを例示することができ、特
にSiNxが好ましい。このような誘電体膜の厚さは5
00nm以下であることが好ましく、250nm以下で
あることがより好ましく、150nm以下であることが
特に好ましい。
The electrode (1) is formed on the contact layer (11).
2) is formed. At this time, the electrode (12) may be formed so as to be in contact with the entire upper surface of the contact layer (11) as shown in FIG. 2, or a part of the bottom surface of the electrode (12) may be formed on the upper surface of the contact layer (11). , And the lower portion of the electrode may form a current confinement structure together with the second current blocking layer. As an example of the latter current constriction structure, it is preferable to form a stripe-shaped current confinement structure. The second current blocking layer is preferably formed by a dielectric film. SiN is used as such a dielectric film.
x, SiOx or AlOx can be exemplified, and SiNx is particularly preferable. The thickness of such a dielectric film is 5
It is preferably not more than 00 nm, more preferably not more than 250 nm, and particularly preferably not more than 150 nm.

【0031】電流狭窄構造は、コンタクト層と電極の接
触部分の面積が、コンタクト層の面積の1〜20%にな
るようにするのが好ましく、2〜10%になるようにす
るのがより好ましく、3〜8%になるようにするのが特
に好ましい。また、第二の電流ブロック層により形成さ
れる電流狭窄構造は、少なくとも一方の端面、好ましく
は両方の端面で電流を注入しないように形成されている
ことが好ましい。電流狭窄構造は、端面から好ましくは
10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらによ
り好ましくは30μm以上の領域に電流が注入されない
ように構成するのが好ましい。場合によっては100μ
m以上の領域に電流が注入されないように構成すること
も可能である。
In the current confinement structure, the area of the contact portion between the contact layer and the electrode is preferably 1 to 20% of the area of the contact layer, more preferably 2 to 10%. It is particularly preferred that the content be 3 to 8%. The current confinement structure formed by the second current block layer is preferably formed so that current is not injected into at least one end face, preferably both end faces. The current confinement structure is preferably configured so that current is not injected into a region of preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and still more preferably 30 μm or more from the end face. 100μ in some cases
It is also possible to configure so that current is not injected into the region of m or more.

【0032】電流狭窄構造は、電流ブロック層及び第二
導電型第二クラッド層が形成する電流注入領域の直上に
形成することが好ましい。このような態様を採用するこ
とによって、効果的な電流狭窄を行うことができる。こ
のような電流狭窄構造は、例えば第二の電流ブロック層
をコンタクト層(11)上の全面に形成し、電流狭窄構
造を形成する領域のみフォトリソグラフィー法などによ
って除去し、その上から電極(12)を形成するなどの
方法により容易に形成することができる。
The current confinement structure is preferably formed immediately above the current injection region formed by the current blocking layer and the second conductivity type second cladding layer. By employing such an embodiment, effective current confinement can be performed. In such a current confinement structure, for example, a second current block layer is formed on the entire surface of the contact layer (11), only the region where the current confinement structure is formed is removed by photolithography or the like, and the electrode (12) ) Can be easily formed.

【0033】電極(12)は、p型の場合、例えばTi
/Pt/Auを順次に蒸着した後、アロイ処理すること
によって形成される。一方、基板(1)側にも電極(1
3)を構成する。n型電極の場合は、基板(1)表面に
例えばAuGe/Ni/Auを順次に蒸着した後、アロ
イ処理することによって電極(13)が形成される。
The electrode (12) is made of, for example, Ti
/ Pt / Au is formed by sequentially depositing and then alloying. On the other hand, the electrode (1) is also provided on the substrate (1) side.
Construct 3). In the case of an n-type electrode, for example, AuGe / Ni / Au is sequentially vapor-deposited on the surface of the substrate (1), followed by alloying to form the electrode (13).

【0034】その上に、電極を形成して完成されたウエ
ハは、まず、レーザバーに劈開される。レーザバーの端
面は、通常、前端面反射率が約2.5%、後端面反射率
が約93%となる様にSi、Al23、SiNx等で非
対称コーティングし、次いで、チップ単位に分割し、レ
ーザーダイオード(LD)として利用する。以上の説明
は、グルーブ型の半導体レーザについて行ったが、本発
明は、実効屈折率差が特許請求の範囲に記載された範囲
内である限り、リッジ型の半導体レーザにも同様に適用
できる。
The wafer completed by forming electrodes thereon is first cleaved by a laser bar. The end face of the laser bar is usually asymmetrically coated with Si, Al 2 O 3 , SiN x or the like so that the front end face reflectivity is about 2.5% and the rear end face reflectivity is about 93%. It is divided and used as a laser diode (LD). Although the above description has been made with respect to a groove type semiconductor laser, the present invention can be similarly applied to a ridge type semiconductor laser as long as the effective refractive index difference is within the range described in the claims.

【0035】[0035]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、濃度、厚さ、操
作手順等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更
することができる。したがって、本発明の範囲は以下の
実施例に示す具体例に制限されるものではない。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. Materials, concentrations, thicknesses, operation procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown in the following examples.

【0036】(実施例1)図2に示すグルーブ型のレー
ザ素子を以下の手順にしたがって製造した。キャリア濃
度1×1018cm-3のn型GaAs基板(1)上に、M
BE法にて、バッファ層(2)として厚さ1μmでキャ
リア濃度1×1018cm-3のn型GaAs層、第一導電
型クラッド層(3)として厚さ2.5μmでキャリア濃
度1×1018cm-3のn型Al0.35Ga0.65As層、次
いで厚さ35nmのアンドープGaAs光ガイド層2層
に挟まれた厚さ6nmのアンドープIn0.16Ga0.84
sの単一量子井戸(SQW)構造を有する活性層
(4)、第二導電型第一クラッド層(5)として厚さ
0.1μmでキャリア濃度1×1018cm-3のp型Al
0.35Ga0.65As層、第2エッチング阻止層(6)とし
て厚さ10nmでキャリア濃度1×1018cm-3のp型
GaAs層、第1エッチング阻止層(7)として厚さ2
0nmでキャリア濃度5×1017cm-3のn型In0.49
Ga0.51P層、電流ブロック層(9)として厚さ0.5
μmでキャリア濃度5×1017cm-3のn型Al0.39
0.61As層、キャップ層(10)として厚さ10nm
でキャリア濃度1×1018cm-3のn型GaAs層、を
順次積層した。
(Embodiment 1) A groove type groove shown in FIG.
The device was manufactured according to the following procedure. Career concentration
Degree 1 × 1018cm-3On an n-type GaAs substrate (1)
According to the BE method, a buffer layer (2) having a thickness of 1 μm
Rear concentration 1 × 1018cm-3N-type GaAs layer, first conductive
2.5 μm thick carrier concentration as mold cladding layer (3)
Degree 1 × 1018cm-3N-type Al0.35Ga0.65As layer, next
Two 35-nm-thick undoped GaAs light guide layers
6 nm thick undoped In sandwiched between0.16Ga0.84A
active layer having a single quantum well (SQW) structure
(4) Thickness as the second conductivity type first cladding layer (5)
Carrier concentration 1 × 10 at 0.1 μm18cm-3P-type Al
0.35Ga0.65As layer and second etching stop layer (6)
And a carrier concentration of 1 × 10 with a thickness of 10 nm18cm-3P-type
GaAs layer, thickness 2 as first etching stop layer (7)
Carrier concentration 5 × 10 at 0 nm17cm-3N-type In0.49
Ga0.51P layer, thickness 0.5 as current block layer (9)
5 × 10 carrier concentration at μm17cm-3N-type Al0.39G
a0.6110 nm thick as As layer and cap layer (10)
And carrier concentration 1 × 1018cm-3N-type GaAs layer
They were sequentially laminated.

【0037】次に、最上層の電流注入領域部分を除く部
分に窒化シリコンのマスクを設けた。この場合に、窒化
シリコンマスクの開口部の幅は1.5μmとした。第1
エッチング阻止層をエッチングストップ層としてエッチ
ングを行い、電流注入領域部分のキャップ層(10)と
電流ブロック層(9)を除去した。この時用いたエッチ
ング液は、硫酸(98wt%)、過酸化水素(30wt
%水溶液)及び水を体積比で1:1:5で混合したもの
であり、エッチングは25℃で30秒間行った。
Next, a mask of silicon nitride was provided in a portion other than the current injection region in the uppermost layer. In this case, the width of the opening of the silicon nitride mask was 1.5 μm. First
Etching was performed using the etching stopper layer as an etching stop layer, and the cap layer (10) and the current block layer (9) in the current injection region were removed. The etching solution used at this time was sulfuric acid (98 wt%), hydrogen peroxide (30 wt%).
% Aqueous solution) and water at a volume ratio of 1: 1: 5, and etching was performed at 25 ° C. for 30 seconds.

【0038】次いでHF(49%)とNH4F(40
%)を1:6で混合したエッチング液に2分30秒間浸
漬して窒化シリコン層を除去し、更に第2エッチング阻
止層をエッチングストップ層として、電流注入領域部分
の第1エッチング阻止層をエッチング除去した。この時
用いたエッチング液は、塩酸(35wt%)と水を2:
1に混合したものであり、エッチングは25℃で2分間
行った。
Next, HF (49%) and NH 4 F (40
%) In an etching solution mixed at a ratio of 1: 6 to remove the silicon nitride layer for 2 minutes and 30 seconds, and further etch the first etching stop layer in the current injection region using the second etch stop layer as an etch stop layer. Removed. The etching solution used at this time was hydrochloric acid (35 wt%) and water:
1 and etching was performed at 25 ° C. for 2 minutes.

【0039】この後、MOCVD法にて第二導電型第二
クラッド層(8)としてキャリア濃度1×1018cm-3
のp型Al0.35Ga0.65As層を埋め込み部分(電流注
入領域部分)で2.5μmの厚さになるよう成長させ、
最後に電極との良好な接触を保つためのコンタクト層
(11)として、厚さ3μm、キャリア濃度1×1019
cm-3のp型GaAs層をやはりMOCVD法にて成長
させレーザ素子用ウエハを形成した。得られたレーザ素
子用ウエハは、電極形成後、共振器長1200μmのレ
ーザバーに劈開した。ついで、常法に従い、前端面反射
率2.5%、後端面反射率93%となる様に端面に非対
称コーティングを施した後、チップに分割してレーザ素
子とした。このレーザ素子の電流注入領域の幅W、即
ち、第二導電型第二クラッド層の、第二エッチングスト
ップ層との界面における幅は、2.2μmであった。計
算の結果、このレーザ素子の横方向の実効屈折率差Δn
effは3.6×10- 3であった。
Thereafter, a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 is formed as a second conductive type second clad layer (8) by MOCVD.
The p-type Al 0.35 Ga 0.65 As layer is grown to a thickness of 2.5 μm in the buried portion (current injection region).
Finally, as a contact layer (11) for maintaining good contact with the electrode, a thickness of 3 μm and a carrier concentration of 1 × 10 19
A p-type GaAs layer of cm -3 was also grown by MOCVD to form a laser element wafer. After the electrodes were formed, the obtained laser device wafer was cleaved into laser bars having a cavity length of 1200 μm. Then, according to a conventional method, the end face was subjected to asymmetrical coating so that the front end face reflectivity was 2.5% and the rear end face reflectivity was 93%, and then divided into chips to obtain laser devices. The width W of the current injection region of this laser element, that is, the width of the second conductive type second cladding layer at the interface with the second etching stop layer was 2.2 μm. As a result of the calculation, the lateral effective refractive index difference Δn of this laser element
eff is 3.6 × 10 - it was 3.

【0040】このレーザ素子の25℃における電流光出
力特性を調べた。その結果、25℃では閾値電流が3
4.5mAであり、690mA、475mWでキンクが
観測された。スロープ効率は0.76W/Aであり、最
大光出力は585mWであった。
The current light output characteristics of this laser device at 25 ° C. were examined. As a result, at 25 ° C., the threshold current was 3
It was 4.5 mA, and kink was observed at 690 mA and 475 mW. The slope efficiency was 0.76 W / A and the maximum light output was 585 mW.

【0041】(実施例2)共振器長を900μmとした
以外は実施例1と同様にレーザ素子を作製し、25℃の
電流光出力特性を調べた。25℃では閾値電流が26.
2mAであり、515mA、405mWでキンクが観測
された。スロープ効率は0.87W/Aであり、最大光
出力は550mWであった。
Example 2 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the cavity length was set to 900 μm, and the current light output characteristics at 25 ° C. were examined. At 25 ° C., the threshold current is 26.
2 mA, and kink was observed at 515 mA and 405 mW. The slope efficiency was 0.87 W / A and the maximum light output was 550 mW.

【0042】(実施例3)共振器長を1700μmとし
た以外は実施例1と同様にレーザ素子を作製し、25℃
の電流光出力特性を調べた。25℃では閾値電流が4
9.0mAであり、987mA、489mWでキンクが
観測された。スロープ効率は0.58W/Aであり、最
大光出力は630mWであった。
Example 3 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the cavity length was changed to 1700 μm.
The current light output characteristics were examined. At 25 ° C, the threshold current is 4
It was 9.0 mA, and kink was observed at 987 mA and 489 mW. The slope efficiency was 0.58 W / A and the maximum light output was 630 mW.

【0043】(比較例1)共振器長を700μmとした
以外は実施例1と同様にレーザ素子を作製し、25℃の
電流光出力特性を調べた。25℃では閾値電流が21m
Aであり、410mA、340mWでキンクが観測され
た。スロープ効率は0.89W/Aであり、最大光出力
は520mWであった。
Comparative Example 1 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the length of the resonator was 700 μm, and the current-light output characteristics at 25 ° C. were examined. At 25 ° C, threshold current is 21m
A, and kink was observed at 410 mA and 340 mW. The slope efficiency was 0.89 W / A and the maximum light output was 520 mW.

【0044】(比較例2)電流ブロック層の組成をAl
0.60Ga0.40Asとし、共振器長を1200μmとした
以外は実施例1と同様にレーザ素子を作製し、25℃の
電流光出力特性を調べた。この場合の実効屈折率差Δn
effは1.17×10-2であった。25℃では閾値電流
が28.2mAであり、375mA、250mWでキン
クが観測された。スロープ効率は0.79W/Aであ
り、最大光出力は400mWであった。
(Comparative Example 2) The composition of the current block layer was changed to Al
A laser device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the laser length was set to 0.60 Ga 0.40 As and the cavity length was set to 1200 μm, and current light output characteristics at 25 ° C. were examined. The effective refractive index difference Δn in this case
eff was 1.17 × 10 -2 . At 25 ° C., the threshold current was 28.2 mA, and kink was observed at 375 mA and 250 mW. The slope efficiency was 0.79 W / A and the maximum light output was 400 mW.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の半導体レーザは、活性層に圧縮
性の歪みを内在する量子井戸構造を形成して共振器長を
800μm以上にすることによって、駆動電流を低く抑
えたまま高いキンクレベルを実現するものであり、多大
な工業的利益を提供するものである。
The semiconductor laser of the present invention has a high kink level while keeping the drive current low by forming a quantum well structure having an intrinsic compressive strain in the active layer and making the cavity length 800 μm or more. And provide great industrial benefits.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の半導体レーザの実効屈折率差Δn
effを説明する図である。
FIG. 1 shows an effective refractive index difference Δn of a semiconductor laser of the present invention.
It is a figure explaining eff .

【図2】 本発明の半導体レーザのエピタキシャル構造
の一態様を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of the epitaxial structure of the semiconductor laser of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1: GaAs基板 2: バッファ層 3: 第一導電型クラッド層 4: 活性層 5: 第二導電型第一クラッド層 6: 第二エッチング阻止層 7: 第一エッチング阻止層 8: 第二導電型第二クラッド層 9: 電流ブロック層 10: キャップ層 11: コンタクト層 12: エピタキシャル層側電極 13: 基板側電極 1: GaAs substrate 2: buffer layer 3: first conductivity type cladding layer 4: active layer 5: second conductivity type first cladding layer 6: second etching stop layer 7: first etching stop layer 8: second conductivity type Second cladding layer 9: current blocking layer 10: cap layer 11: contact layer 12: epitaxial layer side electrode 13: substrate side electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 GaAs基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてIn、GaおよびAsを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロック層お
よび第二導電型第二クラッド層を有し、前記電流ブロッ
ク層および前記第二導電型第二クラッド層が幅1.5〜
2.5μmの電流注入領域を形成し、横方向の実効屈折
率差Δneffが発光波長において2.5×10-3〜4.
5×10-3である半導体レーザであって、 前記活性層が圧縮性の歪みを内在する量子井戸構造を有
し、かつ、共振器長が800μm以上であることを特徴
とする半導体レーザ。
1. A GaAs substrate comprising at least a first conductivity type clad layer, an active layer containing In, Ga, and As as elements, a second conductivity type first clad layer, a current blocking layer, and a second conductivity type second clad. A current blocking layer and the second conductivity type second cladding layer have a width of 1.5 to
A 2.5 μm current injection region is formed, and the effective refractive index difference Δn eff in the lateral direction is 2.5 × 10 −3 to 4.
A semiconductor laser having a size of 5 × 10 −3 , wherein the active layer has a quantum well structure in which compressive strain is inherent, and has a resonator length of 800 μm or more.
【請求項2】 共振器長が2000μm以下であること
を特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the cavity length is 2000 μm or less.
【請求項3】 共振器長が1000〜1500μmであ
ることを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ。
3. The semiconductor laser according to claim 2, wherein the cavity length is 1000 to 1500 μm.
【請求項4】 電流ブロック層および第二導電型第二ク
ラッド層がAl、GaおよびAsを含むことを特徴とす
る請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ。
4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the current blocking layer and the second conductivity type second cladding layer include Al, Ga, and As.
【請求項5】 電流ブロック層がAlzGa1-zAs(0
≦z≦1)からなり、第二導電型第二クラッド層がAl
yGa1-yAs(0<y≦1)からなることを特徴とする
請求項4記載の半導体レーザ。
5. The method according to claim 1, wherein the current blocking layer is formed of Al z Ga 1 -z As (0
≦ z ≦ 1), and the second cladding layer of the second conductivity type is Al
y Ga 1-y As semiconductor laser according to claim 4, characterized in that it consists of (0 <y ≦ 1).
【請求項6】 発光波長が900〜1200nmである
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導
体レーザ。
6. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the emission wavelength is 900 to 1200 nm.
【請求項7】 発光波長が900〜1100nmである
ことを特徴とする請求項6記載の半導体レーザ。
7. The semiconductor laser according to claim 6, wherein the emission wavelength is 900 to 1100 nm.
【請求項8】 光ファイバー増幅器の励起光源用である
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の半導
体レーザ。
8. The semiconductor laser according to claim 1, which is used for an excitation light source of an optical fiber amplifier.
【請求項9】 InqGa1-qAs(0<q<1)層およ
びAlxGa1-xAs(0≦x≦1)光ガイド層からなる
歪み量子井戸構造を有する活性層、AlyGa1-yAs
(0<y≦1)第二導電型第二クラッド層、およびAl
zGa1-zAs(0≦z≦1)電流ブロック層から構成さ
れるリッジ型またはグルーブ型の電流注入領域を有し、
各層の混晶比がx<y≦zなる関係を有することを特徴
とする請求項1〜8のいずれかに記載の半導体レーザ。
9. An active layer having a strained quantum well structure comprising an In q Ga 1-q As (0 <q <1) layer and an Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) optical guide layer, y Ga 1-y As
(0 <y ≦ 1) Second conductivity type second cladding layer and Al
a ridge-type or groove-type current injection region composed of a zGa 1-z As (0 ≦ z ≦ 1) current block layer;
9. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the mixed crystal ratio of each layer has a relationship of x <y ≦ z.
【請求項10】 第二導電型第一クラッド層と電流ブロ
ック層の間にAlaGa1 -aAs(0≦a≦1)第二エッ
チング阻止層とInbGabP(0≦b≦1)第一エッチ
ング阻止層を有することを特徴とする請求項1〜9のい
ずれかに記載の半導体レーザ。
10. A second conductivity type between the first cladding layer and the current blocking layer Al a Ga 1 -a As (0 ≦ a ≦ 1) second etching stop layer and the In b Ga b P (0 ≦ b ≦ 1) The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 9, further comprising a first etching stop layer.
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