JP3859839B2 - 屈折率導波型半導体レーザ装置 - Google Patents
屈折率導波型半導体レーザ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3859839B2 JP3859839B2 JP26656697A JP26656697A JP3859839B2 JP 3859839 B2 JP3859839 B2 JP 3859839B2 JP 26656697 A JP26656697 A JP 26656697A JP 26656697 A JP26656697 A JP 26656697A JP 3859839 B2 JP3859839 B2 JP 3859839B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- optical waveguide
- semiconductor laser
- refractive index
- waveguide layer
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/204—Strongly index guided structures
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
- H01S5/222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties having a refractive index lower than that of the cladding layers or outer guiding layers
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
- 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
- H01S5/323—Structure 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
- H01S5/32308—Structure 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
-
- 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
- H01S5/323—Structure 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
- H01S5/32308—Structure 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
- H01S5/32333—Structure 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 based on InGaAsP
-
- 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
- H01S5/323—Structure 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
- H01S5/3235—Structure 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 longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
-
- 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
- H01S5/323—Structure 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
- H01S5/3235—Structure 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 longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
- H01S5/32391—Structure 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 longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers based on In(Ga)(As)P
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置に関し、詳しくは屈折率導波型の半導体レーザ装置を構成する半導体層の組成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは光通信、光ディスクやレーザビームプリンタ等に広く用いられるようになっている。現在では、１Ｗ以上の高光出力の半導体レーザも実現され、高密度の熱源としてのレーザスポットを利用して、染料の昇華、レーザアブレーションを用いた画像形成、材料の加工あるいははんだ付け等に用いられるようになった。
【０００３】
現在、半導体レーザのさらなる安定化、高出力化が図られており、例えば、980nm 帯半導体レーザとして、Applied Physics Letters Vol.69(1996)pp.1532-1534に示されるようにn-GaAs基板上に、n-InGaP クラッド層、InGaAsP 光導波層、InGaAs歪２重量子井戸活性層、InGaAsP 光導波層、p-InGaP クラッド層、p-GaAsキャップ層からなる半導体レーザが提案されている。この半導体レーザでは、光導波層の厚みを厚くし、内部損失を低減し、かつ活性層での光密度の低減を図って、100 μｍのストライプ幅で８Ｗの光出力を得ている。
【０００４】
また、同様に光導波層の厚みを厚くして高出力化を図った半導体レーザとして、SPIE Proc.,Vol.3001(1997)pp.7-12には、InGaAsP 活性層を備え、光導波層及びクラッド層がInGaAlP 系からなる半導体レーザ、および、InGaAsP 活性層、InGaP 光導波層 、n-In0.5Ga0.25Al0.25Pクラッド層、p-In0.5Ga0.25Al0.25P 第一上部クラッド層、p-In0.5Ga0.45Al0.05P第二上部クラッド層を備え、さらに第一上部クラッド層と第二上部クラッド層との境界領域にp-AlGaAsキャリアブロッキング層をいれた810nm 帯の半導体レーザの報告もある。
【０００５】
通常、半導体レーザにおいては、横基本モードを制御して出力させるためにリッジ構造等の屈折率導波機構を形成する。この屈折率導波機構はリッジストライプの両側のエピタキシャル層を上部クラッド層もしくはその下の光導波層の途中までエッチングして形成するが、この際、クラッド層もしくは光導波層の残し厚みにより発振モードが決定するため、この残し厚みの制御が非常に重要となる。しかしながら、上述のような高出力半導体レーザにおいて、この屈折率導波機構を形成しようとする場合、上述の半導体層構成では、エッチングを所望の位置でストップさせることが非常に困難であり、残し厚みの制御が困難である。従って、制御された横モードで発振する高出力半導体レーザを再現性よく作製することが困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、再現性良く作製される、制御された横モードで発振する高出力の屈折率導波型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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板上に下部クラッド層、下部光導波層、活性層、上部光導波層および上部クラッド層の各半導体層がこの順に積層されてなる屈折率導波型半導体レーザ装置であって、前記下部および上部クラッド層、前記下部および上部光導波層がそれぞれ前記ＧａＡｓ基板に格子整合する組成からなり、前記上部光導波層がＩｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）光導波層と、該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の上面に形成されたＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層とを備え、前記Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層と前記Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層との、発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内であることを特徴とするものである。
【０００８】
前記「前記Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 光導波層と前記Ga1-z1Alz1As光導波層との、前記発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内である」とは、両光導波層の、前記発振波長の光に対する屈折率が略等しいものであることを意味し、完全に一致する場合も含む。
【０００９】
なお、前記両光導波層の、発振波長の光に対する屈折率の差は、両屈折率のうち大きい方の屈折率の１％以内であることが望ましい。
【００１３】
上記第一の半導体レーザ装置において、前記「各半導体層」は単層であってもよいし、多層であってもよい。前記下部および上部クラッド層、前記下部および上部光導波層が多層である場合には各層が前記ＧａＡｓ基板に格子整合する組成からなるものとする。
【００１４】
また、特に範囲を指定していない組成比ｘn、ymはいずれも０≦xn≦１、０≦ym≦１の範囲で、GaAs基板に格子整合する任意の値を取り得る。
【００１５】
上記各半導体レーザ装置においては、前記活性層がInx3Ga1-x3Aｓ1-y3Py3からなるものであり、前記下部クラッド層がｎ型クラッド層であり、前記上部クラッド層がｐ型クラッド層であることが望ましい。
【００１６】
またさらに、前記下部および上部光導波層の層厚が、合計で０．６μｍ〜１．６μｍの範囲の厚さであることが望ましい。
【００１７】
また、前記下部および上部光導波層の層厚は略同じ厚さであることが望ましい。
【００１８】
また、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との、前記発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内、好ましくは１％以内であることが望ましい。なお、前記「両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内、好ましくは１％以内である」には、両屈折率が等しい場合も含む。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置は、前記上部光導波層が、Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）光導波層と、該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の上面に形成された、発振波長の光に対して該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の発振波長の光に対する屈折率と略等しい屈折率を有するＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層を備えたことにより、光導波層をある程度厚く形成することができ、かつ、両層の化学エッチングの選択性により、光導波層の残し厚みの調整が容易となる。上述の「両層の化学エッチングの選択性により」とは、すなわち、Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）とＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓとの所定のエッチング溶液に対するエッチング速度の差を利用することによりの意であり、これにより残し厚みの制御を容易に行うことができる。具体的には、硫酸と過酸化水素水系のエッチング溶液を用い、ＧａＡｌＡｓ側からエッチングを行い、Ｉｎ（ＡｌＧａ）ＡｓＰでエッチングをストップさせることができる。
【００２０】
光導波層を厚く形成することにより高出力化が図られ、また、光導波層の残し厚みの調整が容易になったことにより、リッジ構造や埋め込み構造等の屈折率導波機構を再現性良く作製することができる。すなわち、本半導体レーザにおける光導波層の層構成により横モードを制御した高出力半導体レーザを再現性良く作製することができる。
【００２１】
また、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 からなる活性層に対してｐ型クラッド層側にGa1-z1Alz1Asからなる光導波層を備えることにより、伝導帯のバンドオフセットを大きくすることができ、且つ価電子帯とのバンドオフセットを小さくすることができるので、光導波層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローを低減でき、且つ正孔のｐ型クラッド層から活性層への注入効率を高めることができ、駆動電流の低減により素子の発熱を低減する効果と活性層の光密度を低減する効果により、高出力発振下におけ信頼性を向上することができる。
【００２２】
なお、下部光導波層と上部光導波層との厚みを略同じ厚みとすることによって、発光強度を活性層近傍で対称とすることができる。
【００２３】
また、活性層はAlを含まない組成であるため、活性層にAlを含む従来の半導体レーザと比較して耐久性の面でも信頼性が高い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２５】
図１に、本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザの断面図をその作製工程を共に示す。
【００２６】
以下、本半導体レーザの層構成を作製方法と併せて説明する。
【００２７】
有機金属気相成長法によりn-GaAs 基板１上に、n-Ga1-z5Alz5Asクラッド層２、n-Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2下部光導波層（１≧y2≧0.8 ）３、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層４、p-Inx2（Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 第一光導波層（１≧y2≧0.8 ）５とp-Ga1-z1Alz1As第二光導波層（Z1＜Z5）６からなる上部光導波層７、p-Ga1-z5Alz5Asクラッド層８、p-GaAsコンタクト層９をこの順に積層し、この上にSiO2等の絶縁膜１０を形成する（図１（ａ））。上部光導波層７において、Ga1-z1Alz1As第二光導波層６の発振波長の光に対する屈折率は、Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 第一光導波層５の発振波長の光に対する屈折率±１％以内となる組成とする。なお、各クラッド層２，８及び上下光導波層３，７は、それぞれGaAs基板１に格子整合する組成とする。
【００２８】
この後、通常のリソグラフィーにより、絶縁膜10の、幅３μｍ程度のストライプ状部分10a を残して、その両サイドの幅６μｍ程度のストライプ状部分10b を除去し（同図（ｂ））、この残されたストライプ状の絶縁膜10a をマスクとしてウエットエッチングによりコンタクト層９から第一光導波層５の上面までのエピタキシャル層を除去してリッジストライプ11を形成する（同図（ｃ））。このとき、エッチング液として、硫酸と過酸化水素水系を用いることにより、エッチングを第一光導波層５の上面で自動的に停止させることができる。これは、第一光導波層５と第二光導波層６との硫酸と過酸化水素水系エッチング液に対するエッチング速度の違いを利用したものであり、これにより、上部光導波層７の残し厚みの調整が容易にでき、高精度に再現性よくリッジストライプを形成することができる。なお、第一光導波層５の厚みは、上述のようにして形成されたリッジストライプ導波路において単一基本モードによる屈折率導波が高出力まで達成できる厚みとしてある。また、下部光導波層３、上部光導波層７の合計厚みは0.6 〜1.6 μｍ程度とし、下部光導波層３の厚みと上部光導波層７との厚みは略同じとして発光強度が活性層近傍で対称となるようにする。光導波層の厚みをこの程度に厚くして光の導波領域を広げ、活性層における光密度を低減することにより、全体として最高光出力を上げることができる。
【００２９】
引き続き、リッジストライプ11および露出した第一光導波層５の全面に絶縁膜12を形成し（同図（ｄ））、通常のリソグラフィーにより、リッジストライプ11の上面に形成されている絶縁膜12を該リッジストライプ11に沿ってストライプ状に除去して電流注入窓13を形成し（同図（ｅ））、該電流注入窓13を覆うようにしてｐ側電極14を形成し、その後、基板１の下面の研磨を行い研磨面にｎ側電極15を形成する（同図（ｆ））。その後、試料を劈開して形成した共振器面の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。
【００３０】
本半導体レーザは、活性層４にAlを含まないため耐久性が高く、また、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 からなる活性層４に対してｐ型クラッド層８側にp-Ga1-z1Alz1As光導波層６を備えたことにより、電子のオーバーフローが少なくなり正孔の注入効率を高く維持することができる。従って、素子の発熱も低減することができ、基本横モードを保ったまま、高いレベルの光出力の0.8 μｍ帯のレーザ光を発生させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、単純なダブルヘテロ構造の構成について記載しているが、活性層は格子整合するInGaAsP 系材料のバルクもしくは量子井戸構造であってもよい。量子井戸構造とする場合には圧縮歪や引張歪を有する組成であってもよく、この際には、量子井戸層を挟んで歪を補償する障壁層を設けてもよい。さらに、量子井戸層は多重量子井戸構造であってもよい。
【００３２】
なお、第二の実施形態に係る半導体レーザとして、上述の第一の実施形態に係る半導体レーザにおいて、ｎ型クラッド層として、上記n-Ga1-z1Alz1Asクラッド層の代わりにn-Inx4(Ga1-z4Alz4)1-x4As1-y4Py4 クラッド層を用いた半導体レーザとしてもよい。n-Inx4(Ga1-z4Alz4)1-x4As1-y4Py4 クラッド層を用いる場合には、ｐ型クラッド層であるp-Ga1-z1Alz1Asクラッド層の、発振波長に対する屈折率と略同じとなる組成とする。
【００３３】
また、上部光導波層を、p-Ga1-z1Alz1As第一光導波層と該第一光導波層の上面に形成されたp-Inx6(Alz6Ga1-z6)1-x6P 第二光導波層からなるものとしてもよい。なおこの際には、塩酸系のエッチング溶液を用いて選択エッチングを行う。
【００３４】
本発明の第三実施形態に係る半導体レーザの断面図をその作製工程と共に図２に示す。
【００３５】
以下、本半導体レーザの層構成を作製方法と併せて説明する。
【００３６】
有機金属気相成長法により、n-GaAs基板41上に、n-Ga1-z5Alz5Asクラッド層42、n-In0.5(Alz2Ga1-z2)0.5P 下部光導波層43、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層44、p-In0.5(Alz2Ga1-z2)0.5P 第一光導波層45とp-Ga1-z1Alz1As第二光導波層（Z1＜Z5）46とp-In0.5(Alz2Ga1-z2)0.5P 第三光導波層47とからなる上部光導波層48、p-In0.5(Ga1-z3Alz3)Pクラッド層（Z3＞Z2）49、p-GaAsコンタクト層50をこの順に積層し、この上にSiO2等の絶縁膜51を形成する（図２（ａ））。上部光導波層48の第一から第三までの各光導波層は発振波長の光に対する屈折率が互いに略同じ（１％以内）となる組成とする。なお、本実施の形態において、第二上部光導波層46はキャリアブロッキング層としての機能を有するものである。なお、各クラッド層42，48、および上下光導波層43，48はそれぞれ基板41に格子整合する組成とする。
【００３７】
この後、通常のリソグラフィーにより、絶縁膜51の、幅３μｍ程度のストライプ上部分51a を残して、その両サイドの幅６μｍ程度のストライプ状部分51b を除去し（同図（ｂ））、この残されたストライプ状の絶縁膜51a をマスクとしてウエットエッチングによりコンタクト層50から第二光導波層46の上面までのエピタキシャル層を除去してリッジストライプ52を形成する（同図（ｃ））。エッチングの際には、まず、硫酸と過酸化水素水系のエッチング液を用いてp-GaAsコンタクト層50を除去し、その後、塩酸系のエッチング液を用いて第二光導波層46の上面までのエピタキシャル層を除去する。塩酸系のエッチング液を用いることにより、第二光導波層46上面で自動的にエッチングを停止させることができる。これは、第三光導波層47と第二光導波層46との塩酸系のエッチング液に対するエッチング速度の違いを利用したものであり、これにより、高精度に再現性よくリッジストライプを形成することができる。なお、第一光導波層45と第二光導波層46の合計の厚みは、上述のようにして形成されたリッジストライプ導波路において単一基本モードによる屈折率導波が高出力まで達成できるような厚みとしてある。また、下部光導波層43および上部光導波層48の合計厚みは0.6 〜1.6 μｍ程度とし、下部光導波層43の厚みと上部光導波層48との厚みは略同じとして発光強度が活性層近傍で対称となるようにする。光導波層の厚みをこの程度に厚くして光の導波領域を広げ、活性層における光密度を低減することにより、全体として最高光出力を上げることができる。
【００３８】
引き続き、リッジストライプ52および露出した第二光導波層46の全面に絶縁膜53を形成し（同図（ｄ））、その後、通常のリソグラフィーにより、リッジストライプ52の上面に形成されている絶縁膜53を該リッジストライプ52に沿ってストライプ状に除去して電流注入窓54を形成し（同図（ｅ））、該電流注入窓54を覆うようにしてｐ側電極55を形成し、その後、基板41の下面の研磨を行い研磨面にｎ側電極56を形成する（同図（ｆ））。その後、試料を劈開して形成した共振器面の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。
【００３９】
本半導体レーザは、第一の実施形態に係る半導体レーザと同様に、活性層44にAlを含まないため耐久性が高く、また、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 からなる活性層44に対してｐ型クラッド層49側にp-Ga1-z1Alz1As光導波層46を備えたことにより、電子のオーバーフローが少なくなり正孔の注入効率を高く維持することができる。従って、素子の発熱も低減することができ、基本横モードを保ったまま、高いレベルの光出力の0.8 μｍ帯のレーザ光を発生させることができる。
【００４０】
なお、本発明の第四の実施形態に係る半導体レーザとして、上記第三の実施形態の半導体レーザにおいて、ｎ型クラッド層としてGa1-z1Alz1As層の代わりにIn0.5(Ga1-z4Alz4)0.5P クラッド層を用いた半導体レーザとしてもよい。
【００４１】
本発明の第五の実施形態に係る半導体レーザの断面図をその作製工程と共に図３に示す。
【００４２】
本半導体レーザの層構成は上述の第一の実施形態に係る半導体レーザと略同じであるが、埋め込み型の屈折率導波構造である点で前述の半導体レーザと異なるものである。なお、第一の実施形態に係る半導体レーザと同等の層には同符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４３】
第一の実施形態と同様の手順および同様の層構成で、n-GaAs基板１上に各半導体層を積層し（図３（ａ））、半導体層の積層面上に形成された絶縁膜10をマスクとし（同図（ｂ））、上部光導波層７を構成する第一および第二の光導波層５，６のエッチング選択性を利用してリッジストライプを形成する（同図（ｃ））。
【００４４】
その後、ストライプ状の絶縁膜10a をマスクとしてリッジストライプ11の両側の、該リッジストライプ形成時に露出された第一光導波層５上にn-In0.5(Ga1-z3Alz3)0.5P 電流狭窄層20およびp-GaAs層21をこの順に形成する（同図（ｄ））。電流狭窄層20は、発振波長の光に対する該電流狭窄層20の屈折率がｐ型クラッド層８の屈折率より小さくなる組成とする。その後、絶縁膜10a を除去する（同図（ｅ））。次いで、絶縁膜10a を除去して露出されたキャップ層９および該キャップ層９の両側に形成されたp-GaAs層21上にp-GaAsコンタクト層92を形成し、さらに該コンタクト層92上にｐ側電極93を形成後、基板81の下面の研磨を行い研磨面にｎ側電極94を形成する（同図（ｆ））。その後、試料を劈開して形成した共振器面の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。
【００４５】
以上のようにして、単一横モードを保ったまま、高いレベルの光出力のレーザ光を発生させることができる、埋め込み型の屈折率導波構造の半導体レーザが得られる。
【００４６】
なお、上記第五の実施形態に係る半導体レーザの作製方法と同様の方法で、第四の実施形態に係る半導体レーザと同様の層構成を有する埋め込み型の半導体レーザを作製することもできる。このとき、n-In0.5(Ga1-z3Alz3)0.5P 電流狭窄層20の組成はz3＞z4として、発振波長の光に対する該電流狭窄層20の屈折率がｐ型クラッド層８の屈折率より小さくなる組成を用い、埋め込み型の屈折率導波型半導体レーザとする。
【００４７】
なお、上述の各実施形態に係る半導体レーザについて、前記Inx1Ga1-x1As1-y1Py1 活性層の組成等を制御することにより、発振波長は750nm ＜λ＜1100nmの範囲で制御が可能である。
【００４８】
また、上記実施形態においては、基本横モード発振をする屈折率導波型半導体レーザについて記載したが、ストライプ幅の広いマルチモードの屈折率導波型半導体レーザの作製にも適用できる。
【００４９】
さらに、半導体層の成長法として、有機金属気相成長法の他に固体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を用いてもよい。
【００５０】
なお、本発明の半導体レーザは高速な情報・画像処理および通信、計測、医療、印刷等の分野での光源としても応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図
【図２】本発明の第三の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図
【図３】本発明の第五の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図
【符号の説明】
１ n-GaAs基板
２ n-Ga1-z1Alz1Asクラッド層
３ n-Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2下部光導波層
４ Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層
５ p-Inx2（Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 第一光導波層
６ p-Ga1-z1Alz1As第二光導波層
７ 上部光導波層
８ p-Ga1-z5Alz5Asクラッド層
９ p-GaAs コンタクト層
14 ｎ側電極
15 ｐ側電極
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置に関し、詳しくは屈折率導波型の半導体レーザ装置を構成する半導体層の組成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは光通信、光ディスクやレーザビームプリンタ等に広く用いられるようになっている。現在では、１Ｗ以上の高光出力の半導体レーザも実現され、高密度の熱源としてのレーザスポットを利用して、染料の昇華、レーザアブレーションを用いた画像形成、材料の加工あるいははんだ付け等に用いられるようになった。
【０００３】
現在、半導体レーザのさらなる安定化、高出力化が図られており、例えば、980nm 帯半導体レーザとして、Applied Physics Letters Vol.69(1996)pp.1532-1534に示されるようにn-GaAs基板上に、n-InGaP クラッド層、InGaAsP 光導波層、InGaAs歪２重量子井戸活性層、InGaAsP 光導波層、p-InGaP クラッド層、p-GaAsキャップ層からなる半導体レーザが提案されている。この半導体レーザでは、光導波層の厚みを厚くし、内部損失を低減し、かつ活性層での光密度の低減を図って、100 μｍのストライプ幅で８Ｗの光出力を得ている。
【０００４】
また、同様に光導波層の厚みを厚くして高出力化を図った半導体レーザとして、SPIE Proc.,Vol.3001(1997)pp.7-12には、InGaAsP 活性層を備え、光導波層及びクラッド層がInGaAlP 系からなる半導体レーザ、および、InGaAsP 活性層、InGaP 光導波層 、n-In0.5Ga0.25Al0.25Pクラッド層、p-In0.5Ga0.25Al0.25P 第一上部クラッド層、p-In0.5Ga0.45Al0.05P第二上部クラッド層を備え、さらに第一上部クラッド層と第二上部クラッド層との境界領域にp-AlGaAsキャリアブロッキング層をいれた810nm 帯の半導体レーザの報告もある。
【０００５】
通常、半導体レーザにおいては、横基本モードを制御して出力させるためにリッジ構造等の屈折率導波機構を形成する。この屈折率導波機構はリッジストライプの両側のエピタキシャル層を上部クラッド層もしくはその下の光導波層の途中までエッチングして形成するが、この際、クラッド層もしくは光導波層の残し厚みにより発振モードが決定するため、この残し厚みの制御が非常に重要となる。しかしながら、上述のような高出力半導体レーザにおいて、この屈折率導波機構を形成しようとする場合、上述の半導体層構成では、エッチングを所望の位置でストップさせることが非常に困難であり、残し厚みの制御が困難である。従って、制御された横モードで発振する高出力半導体レーザを再現性よく作製することが困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、再現性良く作製される、制御された横モードで発振する高出力の屈折率導波型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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板上に下部クラッド層、下部光導波層、活性層、上部光導波層および上部クラッド層の各半導体層がこの順に積層されてなる屈折率導波型半導体レーザ装置であって、前記下部および上部クラッド層、前記下部および上部光導波層がそれぞれ前記ＧａＡｓ基板に格子整合する組成からなり、前記上部光導波層がＩｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）光導波層と、該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の上面に形成されたＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層とを備え、前記Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層と前記Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層との、発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内であることを特徴とするものである。
【０００８】
前記「前記Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 光導波層と前記Ga1-z1Alz1As光導波層との、前記発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内である」とは、両光導波層の、前記発振波長の光に対する屈折率が略等しいものであることを意味し、完全に一致する場合も含む。
【０００９】
なお、前記両光導波層の、発振波長の光に対する屈折率の差は、両屈折率のうち大きい方の屈折率の１％以内であることが望ましい。
【００１３】
上記第一の半導体レーザ装置において、前記「各半導体層」は単層であってもよいし、多層であってもよい。前記下部および上部クラッド層、前記下部および上部光導波層が多層である場合には各層が前記ＧａＡｓ基板に格子整合する組成からなるものとする。
【００１４】
また、特に範囲を指定していない組成比ｘn、ymはいずれも０≦xn≦１、０≦ym≦１の範囲で、GaAs基板に格子整合する任意の値を取り得る。
【００１５】
上記各半導体レーザ装置においては、前記活性層がInx3Ga1-x3Aｓ1-y3Py3からなるものであり、前記下部クラッド層がｎ型クラッド層であり、前記上部クラッド層がｐ型クラッド層であることが望ましい。
【００１６】
またさらに、前記下部および上部光導波層の層厚が、合計で０．６μｍ〜１．６μｍの範囲の厚さであることが望ましい。
【００１７】
また、前記下部および上部光導波層の層厚は略同じ厚さであることが望ましい。
【００１８】
また、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との、前記発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内、好ましくは１％以内であることが望ましい。なお、前記「両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内、好ましくは１％以内である」には、両屈折率が等しい場合も含む。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置は、前記上部光導波層が、Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）光導波層と、該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の上面に形成された、発振波長の光に対して該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の発振波長の光に対する屈折率と略等しい屈折率を有するＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層を備えたことにより、光導波層をある程度厚く形成することができ、かつ、両層の化学エッチングの選択性により、光導波層の残し厚みの調整が容易となる。上述の「両層の化学エッチングの選択性により」とは、すなわち、Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）とＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓとの所定のエッチング溶液に対するエッチング速度の差を利用することによりの意であり、これにより残し厚みの制御を容易に行うことができる。具体的には、硫酸と過酸化水素水系のエッチング溶液を用い、ＧａＡｌＡｓ側からエッチングを行い、Ｉｎ（ＡｌＧａ）ＡｓＰでエッチングをストップさせることができる。
【００２０】
光導波層を厚く形成することにより高出力化が図られ、また、光導波層の残し厚みの調整が容易になったことにより、リッジ構造や埋め込み構造等の屈折率導波機構を再現性良く作製することができる。すなわち、本半導体レーザにおける光導波層の層構成により横モードを制御した高出力半導体レーザを再現性良く作製することができる。
【００２１】
また、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 からなる活性層に対してｐ型クラッド層側にGa1-z1Alz1Asからなる光導波層を備えることにより、伝導帯のバンドオフセットを大きくすることができ、且つ価電子帯とのバンドオフセットを小さくすることができるので、光導波層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローを低減でき、且つ正孔のｐ型クラッド層から活性層への注入効率を高めることができ、駆動電流の低減により素子の発熱を低減する効果と活性層の光密度を低減する効果により、高出力発振下におけ信頼性を向上することができる。
【００２２】
なお、下部光導波層と上部光導波層との厚みを略同じ厚みとすることによって、発光強度を活性層近傍で対称とすることができる。
【００２３】
また、活性層はAlを含まない組成であるため、活性層にAlを含む従来の半導体レーザと比較して耐久性の面でも信頼性が高い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２５】
図１に、本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザの断面図をその作製工程を共に示す。
【００２６】
以下、本半導体レーザの層構成を作製方法と併せて説明する。
【００２７】
有機金属気相成長法によりn-GaAs 基板１上に、n-Ga1-z5Alz5Asクラッド層２、n-Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2下部光導波層（１≧y2≧0.8 ）３、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層４、p-Inx2（Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 第一光導波層（１≧y2≧0.8 ）５とp-Ga1-z1Alz1As第二光導波層（Z1＜Z5）６からなる上部光導波層７、p-Ga1-z5Alz5Asクラッド層８、p-GaAsコンタクト層９をこの順に積層し、この上にSiO2等の絶縁膜１０を形成する（図１（ａ））。上部光導波層７において、Ga1-z1Alz1As第二光導波層６の発振波長の光に対する屈折率は、Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 第一光導波層５の発振波長の光に対する屈折率±１％以内となる組成とする。なお、各クラッド層２，８及び上下光導波層３，７は、それぞれGaAs基板１に格子整合する組成とする。
【００２８】
この後、通常のリソグラフィーにより、絶縁膜10の、幅３μｍ程度のストライプ状部分10a を残して、その両サイドの幅６μｍ程度のストライプ状部分10b を除去し（同図（ｂ））、この残されたストライプ状の絶縁膜10a をマスクとしてウエットエッチングによりコンタクト層９から第一光導波層５の上面までのエピタキシャル層を除去してリッジストライプ11を形成する（同図（ｃ））。このとき、エッチング液として、硫酸と過酸化水素水系を用いることにより、エッチングを第一光導波層５の上面で自動的に停止させることができる。これは、第一光導波層５と第二光導波層６との硫酸と過酸化水素水系エッチング液に対するエッチング速度の違いを利用したものであり、これにより、上部光導波層７の残し厚みの調整が容易にでき、高精度に再現性よくリッジストライプを形成することができる。なお、第一光導波層５の厚みは、上述のようにして形成されたリッジストライプ導波路において単一基本モードによる屈折率導波が高出力まで達成できる厚みとしてある。また、下部光導波層３、上部光導波層７の合計厚みは0.6 〜1.6 μｍ程度とし、下部光導波層３の厚みと上部光導波層７との厚みは略同じとして発光強度が活性層近傍で対称となるようにする。光導波層の厚みをこの程度に厚くして光の導波領域を広げ、活性層における光密度を低減することにより、全体として最高光出力を上げることができる。
【００２９】
引き続き、リッジストライプ11および露出した第一光導波層５の全面に絶縁膜12を形成し（同図（ｄ））、通常のリソグラフィーにより、リッジストライプ11の上面に形成されている絶縁膜12を該リッジストライプ11に沿ってストライプ状に除去して電流注入窓13を形成し（同図（ｅ））、該電流注入窓13を覆うようにしてｐ側電極14を形成し、その後、基板１の下面の研磨を行い研磨面にｎ側電極15を形成する（同図（ｆ））。その後、試料を劈開して形成した共振器面の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。
【００３０】
本半導体レーザは、活性層４にAlを含まないため耐久性が高く、また、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 からなる活性層４に対してｐ型クラッド層８側にp-Ga1-z1Alz1As光導波層６を備えたことにより、電子のオーバーフローが少なくなり正孔の注入効率を高く維持することができる。従って、素子の発熱も低減することができ、基本横モードを保ったまま、高いレベルの光出力の0.8 μｍ帯のレーザ光を発生させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、単純なダブルヘテロ構造の構成について記載しているが、活性層は格子整合するInGaAsP 系材料のバルクもしくは量子井戸構造であってもよい。量子井戸構造とする場合には圧縮歪や引張歪を有する組成であってもよく、この際には、量子井戸層を挟んで歪を補償する障壁層を設けてもよい。さらに、量子井戸層は多重量子井戸構造であってもよい。
【００３２】
なお、第二の実施形態に係る半導体レーザとして、上述の第一の実施形態に係る半導体レーザにおいて、ｎ型クラッド層として、上記n-Ga1-z1Alz1Asクラッド層の代わりにn-Inx4(Ga1-z4Alz4)1-x4As1-y4Py4 クラッド層を用いた半導体レーザとしてもよい。n-Inx4(Ga1-z4Alz4)1-x4As1-y4Py4 クラッド層を用いる場合には、ｐ型クラッド層であるp-Ga1-z1Alz1Asクラッド層の、発振波長に対する屈折率と略同じとなる組成とする。
【００３３】
また、上部光導波層を、p-Ga1-z1Alz1As第一光導波層と該第一光導波層の上面に形成されたp-Inx6(Alz6Ga1-z6)1-x6P 第二光導波層からなるものとしてもよい。なおこの際には、塩酸系のエッチング溶液を用いて選択エッチングを行う。
【００３４】
本発明の第三実施形態に係る半導体レーザの断面図をその作製工程と共に図２に示す。
【００３５】
以下、本半導体レーザの層構成を作製方法と併せて説明する。
【００３６】
有機金属気相成長法により、n-GaAs基板41上に、n-Ga1-z5Alz5Asクラッド層42、n-In0.5(Alz2Ga1-z2)0.5P 下部光導波層43、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層44、p-In0.5(Alz2Ga1-z2)0.5P 第一光導波層45とp-Ga1-z1Alz1As第二光導波層（Z1＜Z5）46とp-In0.5(Alz2Ga1-z2)0.5P 第三光導波層47とからなる上部光導波層48、p-In0.5(Ga1-z3Alz3)Pクラッド層（Z3＞Z2）49、p-GaAsコンタクト層50をこの順に積層し、この上にSiO2等の絶縁膜51を形成する（図２（ａ））。上部光導波層48の第一から第三までの各光導波層は発振波長の光に対する屈折率が互いに略同じ（１％以内）となる組成とする。なお、本実施の形態において、第二上部光導波層46はキャリアブロッキング層としての機能を有するものである。なお、各クラッド層42，48、および上下光導波層43，48はそれぞれ基板41に格子整合する組成とする。
【００３７】
この後、通常のリソグラフィーにより、絶縁膜51の、幅３μｍ程度のストライプ上部分51a を残して、その両サイドの幅６μｍ程度のストライプ状部分51b を除去し（同図（ｂ））、この残されたストライプ状の絶縁膜51a をマスクとしてウエットエッチングによりコンタクト層50から第二光導波層46の上面までのエピタキシャル層を除去してリッジストライプ52を形成する（同図（ｃ））。エッチングの際には、まず、硫酸と過酸化水素水系のエッチング液を用いてp-GaAsコンタクト層50を除去し、その後、塩酸系のエッチング液を用いて第二光導波層46の上面までのエピタキシャル層を除去する。塩酸系のエッチング液を用いることにより、第二光導波層46上面で自動的にエッチングを停止させることができる。これは、第三光導波層47と第二光導波層46との塩酸系のエッチング液に対するエッチング速度の違いを利用したものであり、これにより、高精度に再現性よくリッジストライプを形成することができる。なお、第一光導波層45と第二光導波層46の合計の厚みは、上述のようにして形成されたリッジストライプ導波路において単一基本モードによる屈折率導波が高出力まで達成できるような厚みとしてある。また、下部光導波層43および上部光導波層48の合計厚みは0.6 〜1.6 μｍ程度とし、下部光導波層43の厚みと上部光導波層48との厚みは略同じとして発光強度が活性層近傍で対称となるようにする。光導波層の厚みをこの程度に厚くして光の導波領域を広げ、活性層における光密度を低減することにより、全体として最高光出力を上げることができる。
【００３８】
引き続き、リッジストライプ52および露出した第二光導波層46の全面に絶縁膜53を形成し（同図（ｄ））、その後、通常のリソグラフィーにより、リッジストライプ52の上面に形成されている絶縁膜53を該リッジストライプ52に沿ってストライプ状に除去して電流注入窓54を形成し（同図（ｅ））、該電流注入窓54を覆うようにしてｐ側電極55を形成し、その後、基板41の下面の研磨を行い研磨面にｎ側電極56を形成する（同図（ｆ））。その後、試料を劈開して形成した共振器面の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。
【００３９】
本半導体レーザは、第一の実施形態に係る半導体レーザと同様に、活性層44にAlを含まないため耐久性が高く、また、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 からなる活性層44に対してｐ型クラッド層49側にp-Ga1-z1Alz1As光導波層46を備えたことにより、電子のオーバーフローが少なくなり正孔の注入効率を高く維持することができる。従って、素子の発熱も低減することができ、基本横モードを保ったまま、高いレベルの光出力の0.8 μｍ帯のレーザ光を発生させることができる。
【００４０】
なお、本発明の第四の実施形態に係る半導体レーザとして、上記第三の実施形態の半導体レーザにおいて、ｎ型クラッド層としてGa1-z1Alz1As層の代わりにIn0.5(Ga1-z4Alz4)0.5P クラッド層を用いた半導体レーザとしてもよい。
【００４１】
本発明の第五の実施形態に係る半導体レーザの断面図をその作製工程と共に図３に示す。
【００４２】
本半導体レーザの層構成は上述の第一の実施形態に係る半導体レーザと略同じであるが、埋め込み型の屈折率導波構造である点で前述の半導体レーザと異なるものである。なお、第一の実施形態に係る半導体レーザと同等の層には同符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４３】
第一の実施形態と同様の手順および同様の層構成で、n-GaAs基板１上に各半導体層を積層し（図３（ａ））、半導体層の積層面上に形成された絶縁膜10をマスクとし（同図（ｂ））、上部光導波層７を構成する第一および第二の光導波層５，６のエッチング選択性を利用してリッジストライプを形成する（同図（ｃ））。
【００４４】
その後、ストライプ状の絶縁膜10a をマスクとしてリッジストライプ11の両側の、該リッジストライプ形成時に露出された第一光導波層５上にn-In0.5(Ga1-z3Alz3)0.5P 電流狭窄層20およびp-GaAs層21をこの順に形成する（同図（ｄ））。電流狭窄層20は、発振波長の光に対する該電流狭窄層20の屈折率がｐ型クラッド層８の屈折率より小さくなる組成とする。その後、絶縁膜10a を除去する（同図（ｅ））。次いで、絶縁膜10a を除去して露出されたキャップ層９および該キャップ層９の両側に形成されたp-GaAs層21上にp-GaAsコンタクト層92を形成し、さらに該コンタクト層92上にｐ側電極93を形成後、基板81の下面の研磨を行い研磨面にｎ側電極94を形成する（同図（ｆ））。その後、試料を劈開して形成した共振器面の一面に高反射率コート、他面に低反射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成する。
【００４５】
以上のようにして、単一横モードを保ったまま、高いレベルの光出力のレーザ光を発生させることができる、埋め込み型の屈折率導波構造の半導体レーザが得られる。
【００４６】
なお、上記第五の実施形態に係る半導体レーザの作製方法と同様の方法で、第四の実施形態に係る半導体レーザと同様の層構成を有する埋め込み型の半導体レーザを作製することもできる。このとき、n-In0.5(Ga1-z3Alz3)0.5P 電流狭窄層20の組成はz3＞z4として、発振波長の光に対する該電流狭窄層20の屈折率がｐ型クラッド層８の屈折率より小さくなる組成を用い、埋め込み型の屈折率導波型半導体レーザとする。
【００４７】
なお、上述の各実施形態に係る半導体レーザについて、前記Inx1Ga1-x1As1-y1Py1 活性層の組成等を制御することにより、発振波長は750nm ＜λ＜1100nmの範囲で制御が可能である。
【００４８】
また、上記実施形態においては、基本横モード発振をする屈折率導波型半導体レーザについて記載したが、ストライプ幅の広いマルチモードの屈折率導波型半導体レーザの作製にも適用できる。
【００４９】
さらに、半導体層の成長法として、有機金属気相成長法の他に固体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を用いてもよい。
【００５０】
なお、本発明の半導体レーザは高速な情報・画像処理および通信、計測、医療、印刷等の分野での光源としても応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図
【図２】本発明の第三の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図
【図３】本発明の第五の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図
【符号の説明】
１ n-GaAs基板
２ n-Ga1-z1Alz1Asクラッド層
３ n-Inx2(Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2下部光導波層
４ Inx3Ga1-x3As1-y3Py3 活性層
５ p-Inx2（Alz2Ga1-z2)1-x2As1-y2Py2 第一光導波層
６ p-Ga1-z1Alz1As第二光導波層
７ 上部光導波層
８ p-Ga1-z5Alz5Asクラッド層
９ p-GaAs コンタクト層
14 ｎ側電極
15 ｐ側電極
Claims (6)
- ＧａＡｓ基板上に下部クラッド層、下部光導波層、活性層、上部光導波層および上部クラッド層の各半導体層がこの順に積層されてなる屈折率導波型半導体レーザ装置であって、
前記下部および上部クラッド層、前記下部および上部光導波層がそれぞれ前記ＧａＡｓ基板に格子整合する組成からなり、
前記上部光導波層がＩｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２（１＞ｙ２≧０．８）光導波層と、該Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層の上面に形成されたＧａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層とを備え、
前記Ｉｎｘ２（Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２）１−ｘ２Ａｓ１−ｙ２Ｐｙ２光導波層と前記Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ａｓ光導波層との、発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記活性層がＩｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ１−ｙ３Ｐｙ３からなるものであり、前記下部クラッド層がｎ型クラッド層であり、前記上部クラッド層がｐ型クラッド層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
- 前記下部および上部光導波層の層厚が、合計で０．６μｍ〜１．６μｍの範囲の厚さであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記下部および上部光導波層の層厚が略同じ厚さであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との、前記発振波長の光に対する屈折率の差が、両屈折率のうち大きい方の屈折率の２％以内であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- リッジストライプ構造または埋め込みストライプ構造であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26656697A JP3859839B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 屈折率導波型半導体レーザ装置 |
| US09/161,700 US6195373B1 (en) | 1997-09-30 | 1998-09-29 | Index optical waveguide semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26656697A JP3859839B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 屈折率導波型半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11112080A JPH11112080A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3859839B2 true JP3859839B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=17432616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26656697A Expired - Fee Related JP3859839B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 屈折率導波型半導体レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6195373B1 (ja) |
| JP (1) | JP3859839B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3434706B2 (ja) * | 1998-05-21 | 2003-08-11 | 富士写真フイルム株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2001257431A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ |
| US6432735B1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-08-13 | Agere Systems Guardian Corp. | High power single mode laser and method of fabrication |
| JP4786024B2 (ja) * | 2000-11-20 | 2011-10-05 | 三菱電機株式会社 | 分布帰還型レーザおよびその製造方法 |
| JP2004296637A (ja) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置および光ディスク装置 |
| US20060216696A1 (en) * | 2004-08-23 | 2006-09-28 | Goguen Jon D | Rapid plague detection system |
| JP4460473B2 (ja) | 2005-02-23 | 2010-05-12 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
| DE102008021674A1 (de) * | 2008-03-31 | 2009-10-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements |
| US9726818B1 (en) | 2013-05-30 | 2017-08-08 | Hrl Laboratories, Llc | Multi-wavelength band optical phase and amplitude controller |
| CN106340807A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-01-18 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种用于绿光标线仪的808nm半导体激光器结构 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3444610B2 (ja) * | 1992-09-29 | 2003-09-08 | 三菱化学株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JP3576560B2 (ja) * | 1994-10-18 | 2004-10-13 | 三井化学株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| CN1129218C (zh) * | 1996-03-01 | 2003-11-26 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器及劈开方法 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP26656697A patent/JP3859839B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-09-29 US US09/161,700 patent/US6195373B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6195373B1 (en) | 2001-02-27 |
| JPH11112080A (ja) | 1999-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3753216B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3859839B2 (ja) | 屈折率導波型半導体レーザ装置 | |
| JP3317335B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2001053384A (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
| EP1211766B1 (en) | InGaAsP semiconductor laser device | |
| JP3268958B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2003069148A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP3053139B2 (ja) | 歪量子井戸半導体レーザ | |
| JP3991409B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2001168458A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH11233874A (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
| JP2897734B2 (ja) | 高出力半導体レーザ素子 | |
| JP3606933B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2003152282A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2001223436A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2003347679A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2002204032A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2001308466A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2001230492A (ja) | 半導体発光装置 | |
| JP2001148541A (ja) | 半導体発光装置およびその半導体発光装置を励起光源に用いた固体レーザ装置 | |
| JPH1197794A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2003078205A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP3403180B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP3654315B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH11284275A (ja) | 半導体レーザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060324 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060516 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060718 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060919 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060920 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090929 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090929 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090929 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100929 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100929 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110929 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120929 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120929 Year of fee payment: 6 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120929 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130929 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |