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JP2973794B2 - 半導体レーザー - Google Patents

半導体レーザー

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Publication number
JP2973794B2
JP2973794B2 JP5238261A JP23826193A JP2973794B2 JP 2973794 B2 JP2973794 B2 JP 2973794B2 JP 5238261 A JP5238261 A JP 5238261A JP 23826193 A JP23826193 A JP 23826193A JP 2973794 B2 JP2973794 B2 JP 2973794B2
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JP
Japan
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cladding layer
layer
thickness
semiconductor laser
conductivity type
Prior art date
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JP5238261A
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English (en)
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JPH0794826A (ja
Inventor
章憲 関
豊和 大西
次郎 中野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to US08/309,502 priority patent/US5452316A/en
Priority to DE69407374T priority patent/DE69407374T2/de
Priority to EP94115035A priority patent/EP0645859B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4043Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32316Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm comprising only (Al)GaAs

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザーに関
し、特に、複数段積層され、かつ動作電圧が低い半導体
レーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来からレーザーダイオードが使用され
ている。特開平2−260682号公報はこの従来例を
開示している。また、レーザーダイオードを高出力化す
るためには、このレーザーダイオード構造を積層するこ
とが考えられる。図5は、レーザーダイオード構造を2
層積層した断面構造を示す。図5において、n−GaA
s基板(厚さが約100μm、キャリア濃度が1〜3×
1018cm-3である。)61、n−Al0.5 Ga0.5
s第1クラッド層(厚さが1.0〜1.5μm、キャリ
ア濃度が0.5〜1×1018cm-3である。)62、ア
ンドープドGaAs第1活性層(厚さが0.01〜0.
1μmである。)63、p−Al0.5 Ga0.5 As第2
クラッド層(厚さが1.0〜1.5μm、キャリア濃度
が0.5〜1×1018cm-3である。)64、n−Al
0.5 Ga0.5 As第3クラッド層(厚さが1.0〜1.
5μm、キャリア濃度が0.5〜1×1018cm-3であ
る。)65、アンドープドGaAs第2活性層(厚さが
0.01〜0.1μmである。)66、p−Al0.5
0.5 As第4クラッド層(厚さが1.0〜1.5μ
m、キャリア濃度が0.5〜1×1018cm-3であ
る。)67及びp+ GaAsコンタクト層(厚さが0.
3〜1.0μm、キャリア濃度が1〜10×1018cm
-3である。)68が順次積層形成されている。更に、N
用電極71がn−GaAs基板61の表面(図示下面)
に固定され、P用電極72がp+ GaAsコンタクト層
68の表面(図示上面)に固定されている。以上の構成
によって、1つの半導体レーザーが第1活性層63及び
第2活性層66を有するので、1つの半導体レーザーか
ら2つのレーザー光ビームを発生することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来例におい
て、P用電極72とN用電極71との間に、P用電極7
2がN用電極71よりも高い電位になるように電圧を印
加すると、p型第2クラッド層64とn型第3クラッド
層65との境界に形成されるPN接合が逆バイアスされ
る。このため、このPN接合の降伏電圧が10V以上に
なるので、半導体レーザー中の電力消費が極めて大きく
なるため、この場合の半導体レーザーは実用的ではなか
った。したがって、本発明の課題は、上述の従来例の欠
点をなくし、消費電力が小さくて実用的な高出力半導体
レーザーを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の構成は、一導電型第1クラッド層、第1活
性層、他導電型第2クラッド層、一導電型第3クラッド
層、第2活性層、他導電型第4クラッド層を順次積層し
た半導体レーザーにおいて、前記他導電型第2クラッド
層又は前記一導電型第3クラッド層のいずれか一方の層
厚を、前記他導電型第2クラッド層と前記一導電型第3
クラッド層との境界に形成されるPN接合の空乏層の動
作時の厚さよりも小さくしたことである。
【0005】
【作用】上記構成によって、半導体レーザーの動作時に
おいて、他導電型第2クラッド層又は一導電型第3クラ
ッド層の内いずれか一方の空乏層の層厚よりも薄い層が
パンチスルーするので、前記他導電型第2クラッド層と
一導電型第3クラッド層との境界のPN接合の逆方向バ
イアス電圧が小さくなる。このため、半導体レーザーの
動作時電圧降下を小さくすることができる。
【0006】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の第1実施例の断面構造を示す。図
1において、n−GaAs基板(厚さが約100μm、
キャリア濃度が1〜3×1018cm-3である。)11、
n−Al0.5 Ga0.5 As第1クラッド層(厚さが1.
0〜1.5μm、キャリア濃度が0.5〜1×1018
-3である。)12、アンドープドGaAs第1活性層
(厚さが0.01〜0.1μmである。)13、p−A
0.5 Ga0.5As第2クラッド層(厚さが1.0〜
1.5μm、キャリア濃度が0.5〜1×1018cm-3
である。)14、n−Al0.5 Ga0.5 As第3クラッ
ド層(厚さが0.036μm未満、キャリア濃度が1×
1018cm-3である。)15a、アンドープドGaAs
第2活性層(厚さが0.01〜0.1μmである。)1
6、p−Al0.5 Ga0.5 As第4クラッド層(厚さが
1.0〜1.5μm、キャリア濃度が0.5〜1×10
18cm-3である。)17及びp+ GaAsコンタクト層
(厚さが0.3〜1.0μm、キャリア濃度が1〜10
×1018cm-3である。)18が順次積層形成されてい
る。更に、N用電極51がn−GaAs基板11の表面
(図示下面)に固定され、P用電極52がp+ GaAs
コンタクト層18の表面(図示上面)に固定されてい
る。
【0007】以上の構成によって、半導体レーザーの動
作時においては、P用電極52とN用電極51との間
に、P用電極52がN用電極51よりも高い電位になる
ように電圧が印加される。このとき、p型第2クラッド
層14とn型第3クラッド層15aとの境界に形成され
るPN接合が逆バイアスされる。しかしながら、動作時
において、上述のように薄い層厚のn型第3クラッド層
15aがパンチスルーするので、前記p型第2クラッド
層14とn型第3クラッド層15aとの境界に形成され
るPN接合の逆方向バイアス電圧が小さくなる。このた
め、半導体レーザーの動作時電圧降下を小さくすること
ができる。この場合の具体的数値は、次のようになる。
n型第3クラッド層15aの逆バイアス時のパンチスル
ー電圧VP を1Vとすると、階段形PN接合の空乏層厚
Wは (1/2)W=(2εVP /qN)2/1 ただし、εは誘電率、qは素電荷、Nはキャリア濃度で
ある。上式により計算すると、Wは約0.036μmと
なる。このため、上述のように第3クラッド層15aの
層厚を0.036未満とすると、動作時において1Vの
パンチスルー電圧でパンチスルーすることになる。
【0008】図2は、本発明の第2実施例の断面構造を
示す。図2において、14aは、p−Al0.5 Ga0.5
As第2クラッド層(厚さが0.036μm未満、キャ
リア濃度が1×1018cm-3である。)である。また、
15は、n−Al0.5 Ga0. 5 As第3クラッド層(厚
さが1.0〜1.5μm、キャリア濃度が0.5〜1×
1018cm-3である。)である。上記第2クラッド層1
4a及び第3クラッド層15以外の部分は、上述の第1
実施例と同じである。以上の構成によって、動作時にお
いて、第2クラッド層14aがパンチスルーするので、
前記第2クラッド層14aと第3クラッド層15との境
界に形成されるPN接合の逆方向バイアス電圧が小さく
なる。このため、半導体レーザーの動作時電圧降下を小
さくすることができる。
【0009】図3は、本発明の第3実施例の断面構造を
示す。第3実施例では、前記第1実施例と同様のものが
N個積層されている。図3において、n−GaAs基板
11、n−Al0.5 Ga0.5 As第1クラッド層12、
アンドープドGaAs第1活性層13、──、n−Al
0.5 Ga0.5As第2N−3クラッド層(厚さが0.0
36μm未満、キャリア濃度が1×1018cm-3であ
る。)35a、アンドープドGaAs第N−1活性層
(厚さが0.01〜0.1μmである。)36、p−A
0.5 Ga0.5 As第2N−2クラッド層(厚さが1.
0〜1.5μm、キャリア濃度が0.5〜1×1018
-3である。)37、n−Al0.5 Ga0.5 As第2N
−1クラッド層(厚さが0.036μm未満、キャリア
濃度が1×1018cm-3である。)45a、アンドープ
ドGaAs第N活性層(厚さが0.01〜0.1μmで
ある。)46、p−Al0.5 Ga0.5 As第2Nクラッ
ド層(厚さが1.0〜1.5μm、キャリア濃度が0.
5〜1×1018cm-3である。)47及びp+ GaAs
コンタクト層18が順次積層されている。他の部分は、
上述の第1実施例と同様である。以上の構成によって、
第1実施例と同様に動作時において、p型第2N−2ク
ラッド層37とn型第2N−1クラッド層45aとの間
のPN接合等がパンチスルーするので、半導体レーザー
の電圧降下を小さくすることができる。
【0010】図4は、上述の第1実施例の実際の断面構
造を示す。図4において、電流狭窄用絶縁膜53がP用
電極52aとp+ GaAsコンタクト層18との間に形
成されている。その他は、上述の第1実施例と同様であ
る。このため、動作電流の流れる領域が電流狭窄用絶縁
膜53で制限されるので、発光パターンの形状を設定で
き、更に発光効率を高くすることができる。なお、上述
の実施例において、各Alx Ga1-X Asクラッド層の
組成比xを0.5としたが、これに限定されず、xは1
〜0の値をとり得る。また、n型とp型とを逆にしても
よい。更に、上述の各実施例において、活性層としてG
aAs層の代わりにAlx Ga1-X As層を使用するこ
とができる。更に、活性層の構造として、LOC(La
rge optical cavity)又はSCH
(Separate confinement het
erostructure laser)を使用するこ
とができる。
【0011】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体レーザーによれば、複数段レーザーダイオード構造
を積層した半導体レーザーの動作時電圧降下を実用的な
値まで小さくすることができる。このため、前記半導体
レーザーの動作時電力損失を小さくすることができると
ともに、前記半導体レーザーの高寿命化を図ることがで
きる。また、前記半導体レーザーの動作電圧を低減する
ことにより、レーザー駆動用電源の最大印加電圧を低減
することができるため、レーザー駆動用電源を安価なも
のにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の断面図である。
【図2】本発明の第2実施例の断面図である。
【図3】本発明の第3実施例の断面図である。
【図4】前記第1実施例の実際の構造の断面図である。
【図5】従来例の断面図である。
【符号の説明】
12 第1クラッド層 13 第1活性層 14、14a 第2クラッド層 15、15a 第3クラッド層 16 第2活性層 17 第4クラッド層 35a 第2N−3クラッド層 45a 第2N−1クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−167083(JP,A) 特開 平4−23378(JP,A) 特開 昭64−86586(JP,A) 特開 平1−302887(JP,A) 特開 昭62−115795(JP,A) 特開 昭63−318793(JP,A) 特開 平2−305487(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型第1クラッド層、第1活性層、
    他導電型第2クラッド層、一導電型第3クラッド層、第
    2活性層、他導電型第4クラッド層を順次積層した半導
    体レーザーにおいて、 前記他導電型第2クラッド層又は前記一導電型第3クラ
    ッド層のいずれか一方の層厚を、前記他導電型第2クラ
    ッド層と前記一導電型第3クラッド層との境界に形成さ
    れるPN接合に、該半導体レーザー動作時に形成される
    空乏層の厚さよりも小さくしたことを特徴とする半導体
    レーザー。
JP5238261A 1993-09-24 1993-09-24 半導体レーザー Expired - Lifetime JP2973794B2 (ja)

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US08/309,502 US5452316A (en) 1993-09-24 1994-09-23 Semiconductor laser having stacked active layers with reduced drive voltage
DE69407374T DE69407374T2 (de) 1993-09-24 1994-09-23 Halbleiterlaser
EP94115035A EP0645859B1 (en) 1993-09-24 1994-09-23 Semiconductor laser

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