JP2001332816A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
-
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- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
-
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- H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子において、素子抵抗を低減
し高出力下における信頼性を向上する。 【解決手段】 n-GaAs基板１（Eg＝1.42eV）上に、n-In
GaAsP（Eg＝1.50、1.60、1.80eV）抵抗抑制層２、n-InG
aP下部クラッド層３（Eg＝1.91eV），nあるいはi-InGaA
sP光導波層４（Eg＝1.60eV）、InGaAs量子井戸活性層５
（Eg＝1.27eV）、pあるいはi-InGaAsP光導波層６（Eg＝
1.60eV）、p-InGaP上部クラッド層７（Eg＝1.9eV）、p-
InGaAsP（Eg＝1.50、1.60、1.80eV）抵抗抑制層８、p-G
aAsコンタクト層９を積層する。さらに、コンタクト層
９側にｐ側電極層１０を形成し、その後基板１の研磨を
行い該基板１側にｎ側電極層１１を形成する。抵抗抑制
層２，８により、基板１と下部クラッド層３、コンタク
ト層９と上部クラッド層７の各層間のエネルギーギャッ
プを段階的に変化させる。
し高出力下における信頼性を向上する。 【解決手段】 n-GaAs基板１（Eg＝1.42eV）上に、n-In
GaAsP（Eg＝1.50、1.60、1.80eV）抵抗抑制層２、n-InG
aP下部クラッド層３（Eg＝1.91eV），nあるいはi-InGaA
sP光導波層４（Eg＝1.60eV）、InGaAs量子井戸活性層５
（Eg＝1.27eV）、pあるいはi-InGaAsP光導波層６（Eg＝
1.60eV）、p-InGaP上部クラッド層７（Eg＝1.9eV）、p-
InGaAsP（Eg＝1.50、1.60、1.80eV）抵抗抑制層８、p-G
aAsコンタクト層９を積層する。さらに、コンタクト層
９側にｐ側電極層１０を形成し、その後基板１の研磨を
行い該基板１側にｎ側電極層１１を形成する。抵抗抑制
層２，８により、基板１と下部クラッド層３、コンタク
ト層９と上部クラッド層７の各層間のエネルギーギャッ
プを段階的に変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば画像処理、
印刷および医療用光源に用いられる半導体レーザ素子に
関するものである。
印刷および医療用光源に用いられる半導体レーザ素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、画像処理、印刷および医療用光源
に高出力の半導体レーザ素子が使用されており、この用
途の半導体レーザは１W以上の高出力状態においても高
い信頼性を有していることが要求されており、さらに、
従来のもの以上の高出力が要望されている。
に高出力の半導体レーザ素子が使用されており、この用
途の半導体レーザは１W以上の高出力状態においても高
い信頼性を有していることが要求されており、さらに、
従来のもの以上の高出力が要望されている。
【０００３】半導体レーザ素子においては、ある光出力
以上の高出力で駆動させると端面において非発光性結合
が生じ、このエネルギーが格子の熱振動に消費され発熱
する。端面温度の上昇はエネルギーギャップを小さくす
るため、さらに光を吸収し、さらに端面の温度上昇を促
進する。この一連の流れが繰り返されることにより端面
が破壊されるＣＯＭＤ（Catastrophic Optical Mirror
Damage）現象が生じ、高出力下における信頼性を阻害す
る要因となっている。
以上の高出力で駆動させると端面において非発光性結合
が生じ、このエネルギーが格子の熱振動に消費され発熱
する。端面温度の上昇はエネルギーギャップを小さくす
るため、さらに光を吸収し、さらに端面の温度上昇を促
進する。この一連の流れが繰り返されることにより端面
が破壊されるＣＯＭＤ（Catastrophic Optical Mirror
Damage）現象が生じ、高出力下における信頼性を阻害す
る要因となっている。
【０００４】特に、AlGaAs系半導体レーザの場合、Alを
含むために表面再結合センターが発生しやすく、容易に
ＣＯＭＤ現象が生じるため、高出力状態での高い信頼性
が得られなかった。
含むために表面再結合センターが発生しやすく、容易に
ＣＯＭＤ現象が生じるため、高出力状態での高い信頼性
が得られなかった。
【０００５】一方、InGaP-InGaAsP系半導体レーザの場
合には表面再結合センターができにくいため、臨界光出
力を大きくすることができる。しかし、GaAs/InGaPヘテ
ロ界面での素子抵抗が大きく、特性や信頼性が低いとい
う問題がある。
合には表面再結合センターができにくいため、臨界光出
力を大きくすることができる。しかし、GaAs/InGaPヘテ
ロ界面での素子抵抗が大きく、特性や信頼性が低いとい
う問題がある。
【０００６】上記問題を解決するため、特開平6-302910
号では、InGaP-InGaAs系半導体レーザにおいて、グレー
デッドインデックス型の光−キャリア分離閉じこめ構造
を用い、且つ光導波層を非対称とすることにより、素子
抵抗の低減を図った素子が提案されている。
号では、InGaP-InGaAs系半導体レーザにおいて、グレー
デッドインデックス型の光−キャリア分離閉じこめ構造
を用い、且つ光導波層を非対称とすることにより、素子
抵抗の低減を図った素子が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平6-302910号記載のInGaP-InGaAs系半導体レーザの作
製においては、材料として用いられている半導体組成に
おけるミシビリティギャップ（miscibility gap）のた
め良質の結晶の作製が困難であり、結果として素子抵抗
低減の効果が少ないという問題がある。また、改善され
たのは活性層近傍の素子抵抗のみであり、GaAs基板とク
ラッド層との間およびコンタクト層とクラッド層との間
における素子抵抗が大きいままである。従って、素子全
体としての素子抵抗の低減は十分でなかった。
開平6-302910号記載のInGaP-InGaAs系半導体レーザの作
製においては、材料として用いられている半導体組成に
おけるミシビリティギャップ（miscibility gap）のた
め良質の結晶の作製が困難であり、結果として素子抵抗
低減の効果が少ないという問題がある。また、改善され
たのは活性層近傍の素子抵抗のみであり、GaAs基板とク
ラッド層との間およびコンタクト層とクラッド層との間
における素子抵抗が大きいままである。従って、素子全
体としての素子抵抗の低減は十分でなかった。
【０００８】本発明は上記事情に鑑み、素子抵抗が低
く、高光出力下における高信頼性を備えた半導体レーザ
装置を提供することを目的とするものである。
く、高光出力下における高信頼性を備えた半導体レーザ
装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、ＧａＡｓ基板上に、下部クラッド層、下部光導波
層、活性層、上部光導波層、上部クラッド層およびコン
タクト層を備えた半導体レーザ素子において、前記Ｇａ
Ａｓ基板と前記下部クラッド層との間に配された、前記
ＧａＡｓ基板より大きく前記下部クラッド層より小さい
エネルギーギャップを有する第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗
抑制層、および／または、前記コンタクト層と前記上部
クラッド層との間に配された、前記コンタクト層より大
きく前記上部クラッド層より小さいエネルギーギャップ
を有する第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層を備えたこと
を特徴とするものである。
子は、ＧａＡｓ基板上に、下部クラッド層、下部光導波
層、活性層、上部光導波層、上部クラッド層およびコン
タクト層を備えた半導体レーザ素子において、前記Ｇａ
Ａｓ基板と前記下部クラッド層との間に配された、前記
ＧａＡｓ基板より大きく前記下部クラッド層より小さい
エネルギーギャップを有する第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗
抑制層、および／または、前記コンタクト層と前記上部
クラッド層との間に配された、前記コンタクト層より大
きく前記上部クラッド層より小さいエネルギーギャップ
を有する第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層を備えたこと
を特徴とするものである。
【００１０】すなわち、本発明の半導体レーザ素子は、
ＧａＡｓ基板と下部クラッド層との間に、および／また
はコンタクト層と上部クラッド層との間に、それぞれ上
下層のエネルギーギャップの中間的な大きさのエネルギ
ーギャップを有する抵抗抑制層を設けることにより、隣
接層間のエネルギーギャップ差を小さくしたことを特徴
とするものである。
ＧａＡｓ基板と下部クラッド層との間に、および／また
はコンタクト層と上部クラッド層との間に、それぞれ上
下層のエネルギーギャップの中間的な大きさのエネルギ
ーギャップを有する抵抗抑制層を設けることにより、隣
接層間のエネルギーギャップ差を小さくしたことを特徴
とするものである。
【００１１】ここで、抵抗抑制層は、上下層のエネルギ
ーギャップの中間的な大きさのエネルギーギャップを少
なくとも一つ備えた層であり、上下層のエネルギーギャ
ップと階段状につながるようなエネルギーギャップを有
する１層もしくは複数層からなるものであってもよい
し、上下層のエネルギーギャップに連続的につながるよ
うにエネルギーギャップが徐々に変化するように形成さ
れた層からなるものであってもよい。
ーギャップの中間的な大きさのエネルギーギャップを少
なくとも一つ備えた層であり、上下層のエネルギーギャ
ップと階段状につながるようなエネルギーギャップを有
する１層もしくは複数層からなるものであってもよい
し、上下層のエネルギーギャップに連続的につながるよ
うにエネルギーギャップが徐々に変化するように形成さ
れた層からなるものであってもよい。
【００１２】なお、前記下部および上部クラッド層はＡ
ｌを含まない組成からなることが望ましい。
ｌを含まない組成からなることが望ましい。
【００１３】前記第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層のエ
ネルギーギャップは、前記下部光導波層のエネルギーギ
ャップより小さいことが望ましく、またさらに、前記第
２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層のエネルギーギャップ
は、前記上部光導波層のエネルギーギャップより小さい
ことが望ましい。
ネルギーギャップは、前記下部光導波層のエネルギーギ
ャップより小さいことが望ましく、またさらに、前記第
２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層のエネルギーギャップ
は、前記上部光導波層のエネルギーギャップより小さい
ことが望ましい。
【００１４】前記第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層のキ
ャリア濃度は前記下部クラッド層のキャリア濃度より大
きいことが望ましく、またさらに、前記第２のＩｎＧａ
ＡｓＰ抵抗抑制層のキャリア濃度が前記上部クラッド層
のキャリア濃度より大きいことが望ましい。
ャリア濃度は前記下部クラッド層のキャリア濃度より大
きいことが望ましく、またさらに、前記第２のＩｎＧａ
ＡｓＰ抵抗抑制層のキャリア濃度が前記上部クラッド層
のキャリア濃度より大きいことが望ましい。
【００１５】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、Ｇ
ａＡｓ基板と下部クラッド層との間、および／またはコ
ンタクト層と上部クラッド層との間に抵抗抑制層を備え
てエネルギーギャップを階段状にもしくは連続的に変化
させるようにしたので、抵抗抑制層を挟んでいる２つの
層間で生じるバンドオフセットによって生じる障壁高さ
を低減することができ、全体として半導体レーザ素子の
素子抵抗を低減することができる。また、素子抵抗の低
減により高出力駆動時における素子の温度上昇を抑制す
ることができる。温度上昇を抑制することができるので
端面における劣化も低減でき、結果として臨界光出力が
増加し、素子寿命も延びる。また、一般に素子の温度上
昇により共振波長が長波側にシフトするが、温度上昇を
低く抑えられるので波長のシフト幅も小さく抑えられ
る。従って、本発明の半導体レーザ素子によれば、高出
力下においても高信頼性が得られる。
ａＡｓ基板と下部クラッド層との間、および／またはコ
ンタクト層と上部クラッド層との間に抵抗抑制層を備え
てエネルギーギャップを階段状にもしくは連続的に変化
させるようにしたので、抵抗抑制層を挟んでいる２つの
層間で生じるバンドオフセットによって生じる障壁高さ
を低減することができ、全体として半導体レーザ素子の
素子抵抗を低減することができる。また、素子抵抗の低
減により高出力駆動時における素子の温度上昇を抑制す
ることができる。温度上昇を抑制することができるので
端面における劣化も低減でき、結果として臨界光出力が
増加し、素子寿命も延びる。また、一般に素子の温度上
昇により共振波長が長波側にシフトするが、温度上昇を
低く抑えられるので波長のシフト幅も小さく抑えられ
る。従って、本発明の半導体レーザ素子によれば、高出
力下においても高信頼性が得られる。
【００１６】前記下部および上部クラッド層をＡｌを含
まない組成とした場合には、端面における表面再結合セ
ンターの発生を抑えることができ、高出力状態での信頼
性を向上させることができる。
まない組成とした場合には、端面における表面再結合セ
ンターの発生を抑えることができ、高出力状態での信頼
性を向上させることができる。
【００１７】抵抗抑制層のエネルギーギャップを光導波
層のエネルギーギャップよりも小さくした場合、抵抗抑
制効果を向上させることができる。
層のエネルギーギャップよりも小さくした場合、抵抗抑
制効果を向上させることができる。
【００１８】抵抗抑制層のキャリア濃度をクラッド層の
キャリア濃度よりも大きくした場合、さらに抵抗抑制効
果を向上させることができる。
キャリア濃度よりも大きくした場合、さらに抵抗抑制効
果を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を示して説明する。
態について図面を示して説明する。
【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態の半導
体レーザ素子を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）
は各層のエネルギーギャップ（Ｅｇ）を示すバンドダイ
ヤグラムである。
体レーザ素子を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）
は各層のエネルギーギャップ（Ｅｇ）を示すバンドダイ
ヤグラムである。
【００２１】図１（ａ）に示すように、有機金属気相成
長法によりｎ−ＧａＡｓ基板１（Ｅｇ＝1.42eV）上に、
第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層であるｎ-ＩｎＧａＡ
ｓＰ抵抗抑制層２（Ｅｇ＝1.50、1.60、1.80eV）、ｎ−
ＩｎＧａＰ下部クラッド層３（Ｅｇ＝1.91eV）、ｎある
いはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層４（Ｅｇ＝1.60eV）、
ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層５（Ｅｇ＝1.27eV）、ｐあ
るいはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層６（Ｅｇ＝1.60e
V）、ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層７（Ｅｇ＝1.9e
V）、第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層であるｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ抵抗抑制層８（Ｅg＝1.80、1.60、1.50e
V）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を積層する。ここで
光導波層４，６および抵抗抑制層２，８はＧａＡｓ基板
１に格子整合する組成とする。
長法によりｎ−ＧａＡｓ基板１（Ｅｇ＝1.42eV）上に、
第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層であるｎ-ＩｎＧａＡ
ｓＰ抵抗抑制層２（Ｅｇ＝1.50、1.60、1.80eV）、ｎ−
ＩｎＧａＰ下部クラッド層３（Ｅｇ＝1.91eV）、ｎある
いはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層４（Ｅｇ＝1.60eV）、
ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層５（Ｅｇ＝1.27eV）、ｐあ
るいはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層６（Ｅｇ＝1.60e
V）、ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層７（Ｅｇ＝1.9e
V）、第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層であるｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ抵抗抑制層８（Ｅg＝1.80、1.60、1.50e
V）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を積層する。ここで
光導波層４，６および抵抗抑制層２，８はＧａＡｓ基板
１に格子整合する組成とする。
【００２２】さらに、コンタクト層９側にｐ側電極層１
０を形成し、その後基板１の研磨を行い該基板１側にｎ
側電極層１１を形成する。その後、試料をへき開して形
成した共振器面に高反射率コート、低反射率コートを行
い、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。なお、
ここで発光幅は約200μmとする。
０を形成し、その後基板１の研磨を行い該基板１側にｎ
側電極層１１を形成する。その後、試料をへき開して形
成した共振器面に高反射率コート、低反射率コートを行
い、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。なお、
ここで発光幅は約200μmとする。
【００２３】図１（ｂ）に示すように、抵抗抑制層２，
８により、基板１と下部クラッド層３、上部クラッド層
７とコンタクト層９の各層間のエネルギーギャップを段
階的に変化させている。各抵抗抑制層２，８はそれぞれ
異なるエネルギーギャップを有する三層（Ｅｇ＝1.50eV
の層、Ｅｇ＝1.60eVの層、Ｅｇ＝1.80eVの層）からな
り、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層２は基板１から下部
クラッド層３に向けて段階的にエネルギーギャップが大
きくなるように三層が配されており、ｐ-ＩｎＧａＡｓ
Ｐ抵抗抑制層８は上部クラッド層７からコンタクト層９
に向けて段階的にエネルギーギャップが小さくなるよう
に三層が配されている。
８により、基板１と下部クラッド層３、上部クラッド層
７とコンタクト層９の各層間のエネルギーギャップを段
階的に変化させている。各抵抗抑制層２，８はそれぞれ
異なるエネルギーギャップを有する三層（Ｅｇ＝1.50eV
の層、Ｅｇ＝1.60eVの層、Ｅｇ＝1.80eVの層）からな
り、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層２は基板１から下部
クラッド層３に向けて段階的にエネルギーギャップが大
きくなるように三層が配されており、ｐ-ＩｎＧａＡｓ
Ｐ抵抗抑制層８は上部クラッド層７からコンタクト層９
に向けて段階的にエネルギーギャップが小さくなるよう
に三層が配されている。
【００２４】図２は、本発明の第２の実施の形態の半導
体レーザ素子を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）
は各層のエネルギーギャップを示すバンドダイヤグラム
である。
体レーザ素子を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）
は各層のエネルギーギャップを示すバンドダイヤグラム
である。
【００２５】図２（ａ）に示すように、有機金属気相成
長法によりｎ−ＧａＡｓ基板２１（Ｅｇ＝1.42eV）上
に、第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層であるｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ抵抗抑制層２２（Ｅｇ＝1.50、1.60、1.80e
V）、ｎ−ＩｎＧａＰ下部クラッド層２３（Ｅｇ＝1.91e
V），ｎあるいはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２４（Ｅ
ｇ＝1.60eV）、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層２５（Ｅｇ
＝1.27eV）、ｐあるいはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２
６（Ｅｇ＝1.60eV）、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
２７（Ｅｇ＝1.8eV）、第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制
層であるｐ−ＡｌＧａＡｓ傾斜抵抗抑制層２８（Ｅｇ＝
1.80〜1.50eVに徐々に変化)、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層２９を形成する。ここで、光導波層２４，２６および
抵抗抑制層２２，２８はＧａＡｓ基板２１に格子整合す
る組成とする。
長法によりｎ−ＧａＡｓ基板２１（Ｅｇ＝1.42eV）上
に、第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層であるｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ抵抗抑制層２２（Ｅｇ＝1.50、1.60、1.80e
V）、ｎ−ＩｎＧａＰ下部クラッド層２３（Ｅｇ＝1.91e
V），ｎあるいはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２４（Ｅ
ｇ＝1.60eV）、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層２５（Ｅｇ
＝1.27eV）、ｐあるいはｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２
６（Ｅｇ＝1.60eV）、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
２７（Ｅｇ＝1.8eV）、第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制
層であるｐ−ＡｌＧａＡｓ傾斜抵抗抑制層２８（Ｅｇ＝
1.80〜1.50eVに徐々に変化)、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層２９を形成する。ここで、光導波層２４，２６および
抵抗抑制層２２，２８はＧａＡｓ基板２１に格子整合す
る組成とする。
【００２６】さらに、コンタクト層２９側にｐ側電極層
３０を形成し、その後基板２１の研磨を行いｎ側電極層
３１を形成する。その後、試料をへき開して形成した共
振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、チッ
プ化して半導体レーザ素子を形成する。なお、ここで発
光幅は約200μmとする。
３０を形成し、その後基板２１の研磨を行いｎ側電極層
３１を形成する。その後、試料をへき開して形成した共
振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、チッ
プ化して半導体レーザ素子を形成する。なお、ここで発
光幅は約200μmとする。
【００２７】図２（ｂ）に示すように、抵抗抑制層２
２，２８により、基板２１と下部クラッド層２３のエネ
ルギーギャップを階段状に、上部クラッド層２７とコン
タクト層２９のエネルギーギャップを連続的にそれぞれ
変化させている。各抵抗抑制層２２は異なるエネルギー
ギャップを有する三層（Ｅｇ＝1.50eVの層、Ｅｇ＝1.60
eVの層、Ｅｇ＝1.80eVの層）からなからなり、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ抵抗抑制層２２は基板２１から下部クラッド
層２３に向けて段階的にエネルギーギャップが大きくな
るように三層が配されており、ｐ-ＩｎＧａＡｓＰ抵抗
抑制層２８は上部クラッド層２７からコンタクト層２９
に向けて連続的にエネルギーギャップが小さくなる（Ｅ
ｇ＝1.80〜1.50eVに徐々に変化する）ように形成された
層である。
２，２８により、基板２１と下部クラッド層２３のエネ
ルギーギャップを階段状に、上部クラッド層２７とコン
タクト層２９のエネルギーギャップを連続的にそれぞれ
変化させている。各抵抗抑制層２２は異なるエネルギー
ギャップを有する三層（Ｅｇ＝1.50eVの層、Ｅｇ＝1.60
eVの層、Ｅｇ＝1.80eVの層）からなからなり、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ抵抗抑制層２２は基板２１から下部クラッド
層２３に向けて段階的にエネルギーギャップが大きくな
るように三層が配されており、ｐ-ＩｎＧａＡｓＰ抵抗
抑制層２８は上部クラッド層２７からコンタクト層２９
に向けて連続的にエネルギーギャップが小さくなる（Ｅ
ｇ＝1.80〜1.50eVに徐々に変化する）ように形成された
層である。
【００２８】図３、図４に第１および第２の実施の形態
の半導体レーザ素子の電流−光出力特性と電圧−電流特
性を抵抗抑制層のない従来の半導体レーザ素子のものと
比較して示す。なお、図３および図４に示すグラフ中
（ａ）破線が第１の実施の形態の半導体レーザ素子、
（ｂ）一点鎖線が第２の実施の形態の半導体レーザ素
子、（ｃ）実線が従来の半導体レーザ素子である。
の半導体レーザ素子の電流−光出力特性と電圧−電流特
性を抵抗抑制層のない従来の半導体レーザ素子のものと
比較して示す。なお、図３および図４に示すグラフ中
（ａ）破線が第１の実施の形態の半導体レーザ素子、
（ｂ）一点鎖線が第２の実施の形態の半導体レーザ素
子、（ｃ）実線が従来の半導体レーザ素子である。
【００２９】図３のグラフから、本実施の形態の半導体
レーザ素子はいずれも従来の素子と比較して最高光出力
が増加していることが明らかである。これは、端面によ
る劣化が従来のものより低減された結果であると考えら
れる。
レーザ素子はいずれも従来の素子と比較して最高光出力
が増加していることが明らかである。これは、端面によ
る劣化が従来のものより低減された結果であると考えら
れる。
【００３０】図４のグラフから、本実施の形態の半導体
レーザ素子はいずれも従来の素子と比較して電圧−電流
特性の立ち上がりが早く、従来の素子より低い電圧で同
じ電流値を得ることができる。これは、素子の抵抗が低
減された結果であると考えられる。
レーザ素子はいずれも従来の素子と比較して電圧−電流
特性の立ち上がりが早く、従来の素子より低い電圧で同
じ電流値を得ることができる。これは、素子の抵抗が低
減された結果であると考えられる。
【００３１】このように本実施の形態の半導体レーザ素
子は、従来の素子と比較して素子抵抗が低減され、高出
力、高信頼性において優れている。
子は、従来の素子と比較して素子抵抗が低減され、高出
力、高信頼性において優れている。
【００３２】なお、抵抗抑制層としては、上記実施の形
態においては、エネルギーギャップの異なる３層からな
るもの、あるいは、徐々にエネルギーギャップが変化す
る層からなるものを用いているが、抵抗抑制層を挟む上
下層のエネルギーギャップの間の値となるエネルギーギ
ャップを有する１層からなるものであってもよいし、さ
らに複数の層からなるものであってもよい。ただし、複
数の層からなる場合には、上下層のエネルギーギャップ
につながるようにエネルギーギャップが徐々に大きく
（もしくは小さく）なるように各層を配する。
態においては、エネルギーギャップの異なる３層からな
るもの、あるいは、徐々にエネルギーギャップが変化す
る層からなるものを用いているが、抵抗抑制層を挟む上
下層のエネルギーギャップの間の値となるエネルギーギ
ャップを有する１層からなるものであってもよいし、さ
らに複数の層からなるものであってもよい。ただし、複
数の層からなる場合には、上下層のエネルギーギャップ
につながるようにエネルギーギャップが徐々に大きく
（もしくは小さく）なるように各層を配する。
【００３３】上記各実施の形態ではｐ型層およびｎ型層
の両方に抵抗抑制層２，８（２２，２８）を設けている
が、いずれか一方にのみ抵抗抑制層を設けたものでもよ
く、片方でも十分効果が得られる。
の両方に抵抗抑制層２，８（２２，２８）を設けている
が、いずれか一方にのみ抵抗抑制層を設けたものでもよ
く、片方でも十分効果が得られる。
【００３４】上記実施の形態では、単純な全面電極形成
のみ記載しているが、利得導波型ストライプレーザや屈
折率導波型半導体レーザ、回折格子付きの半導体レーザ
としてもよい。さらには光集積回路上の半導体レーザに
おいて、本発明の半導体レーザを適用することもでき
る。
のみ記載しているが、利得導波型ストライプレーザや屈
折率導波型半導体レーザ、回折格子付きの半導体レーザ
としてもよい。さらには光集積回路上の半導体レーザに
おいて、本発明の半導体レーザを適用することもでき
る。
【００３５】また、上記実施の形態では、ＧａＡｓ基板
がｎ型の導電性であるとして記述しているが、ｐ型の導
電性の基板を用いてもよく、この場合上記すべての導電
性を反対にすれば良い。さらに、活性層は多重量子井戸
であってもよいし、圧縮歪の材料で構成してもよい。
がｎ型の導電性であるとして記述しているが、ｐ型の導
電性の基板を用いてもよく、この場合上記すべての導電
性を反対にすれば良い。さらに、活性層は多重量子井戸
であってもよいし、圧縮歪の材料で構成してもよい。
【図１】第１の実施の形態における半導体レーザ素子の
層構成を示す断面図およびバンドダイヤグラム
層構成を示す断面図およびバンドダイヤグラム
【図２】第２の実施の形態における半導体レーザ素子の
層構成を示す断面図およびバンドダイヤグラム
層構成を示す断面図およびバンドダイヤグラム
【図３】上記各実施の形態の半導体レーザ素子および従
来の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフ
来の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフ
【図４】上記各実施の形態の半導体レーザ素子および従
来の半導体レーザ素子の電圧−電流特性を示すグラフ
来の半導体レーザ素子の電圧−電流特性を示すグラフ
１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層 ３ ｎ−ＩｎＧａＰ下部クラッド層 ４ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ５ ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層 ６ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ７ ｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層 ８ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層 ９ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １０ ｐ側電極層 １１ ｎ側電極層
フロントページの続き (72)発明者 和田 貢 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA45 AA51 AA73 AA83 CA07 CB02 CB10 DA05 EA24 EA29
Claims (6)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、下部クラッド層、下
部光導波層、活性層、上部光導波層、上部クラッド層お
よびコンタクト層をこの順に備えた半導体レーザ素子に
おいて、 前記ＧａＡｓ基板と前記下部クラッド層との間に配され
た、前記ＧａＡｓ基板より大きく前記下部クラッド層よ
り小さいエネルギーギャップを有する第１のＩｎＧａＡ
ｓＰ抵抗抑制層、および／または、前記コンタクト層と
前記上部クラッド層との間に配された、前記コンタクト
層より大きく前記上部クラッド層より小さいエネルギー
ギャップを有する第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層を備
えたことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記下部および上部クラッド層がＡｌを
含まない組成からなることを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層の
エネルギーギャップが、前記下部光導波層のエネルギー
ギャップより小さいことを特徴とする請求項１または２
記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層の
エネルギーギャップが、前記上部光導波層のエネルギー
ギャップより小さいことを特徴とする請求項１から３い
ずれか１項記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記第１のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層の
キャリア濃度が前記下部クラッド層のキャリア濃度より
大きいことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記
載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記第２のＩｎＧａＡｓＰ抵抗抑制層の
キャリア濃度が前記上部クラッド層のキャリア濃度より
大きいことを特徴とする請求項１から５いずれか１項記
載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000148165A JP2001332816A (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 半導体レーザ素子 |
| US09/860,455 US6553046B2 (en) | 2000-05-19 | 2001-05-21 | High-power semiconductor laser device including resistance reduction layer which has intermediate energy gap |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000148165A JP2001332816A (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001332816A true JP2001332816A (ja) | 2001-11-30 |
Family
ID=18654239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000148165A Pending JP2001332816A (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6553046B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001332816A (ja) |
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| US20060023763A1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Nlight Photonics Corporation | Semiconductor lasers with hybrid materials systems |
| US20090168826A1 (en) * | 2004-07-28 | 2009-07-02 | Nlight Photonics Corporation | Semiconductor lasers utilizing optimized n-side and p-side junctions |
| WO2016195701A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Iulian Basarab Petrescu-Prahova | Emitter semiconductor laser type of device |
| US9871067B2 (en) * | 2015-11-17 | 2018-01-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Infrared image sensor component |
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| US5640409A (en) * | 1993-07-02 | 1997-06-17 | Sony Corporation | Semiconductor laser |
| JP3116675B2 (ja) * | 1993-07-28 | 2000-12-11 | ソニー株式会社 | 半導体レーザー |
| US6487225B2 (en) * | 1998-02-04 | 2002-11-26 | Mitsui Chemicals Inc. | Surface-emitting laser device |
| US6400743B1 (en) * | 1999-08-05 | 2002-06-04 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | High-power semiconductor laser device having current confinement structure and index-guided structure |
-
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- 2000-05-19 JP JP2000148165A patent/JP2001332816A/ja active Pending
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2001
- 2001-05-21 US US09/860,455 patent/US6553046B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6553046B2 (en) | 2003-04-22 |
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