JPH0680859B2 - 半導体レーザー - Google Patents
半導体レーザーInfo
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- JPH0680859B2 JPH0680859B2 JP59281590A JP28159084A JPH0680859B2 JP H0680859 B2 JPH0680859 B2 JP H0680859B2 JP 59281590 A JP59281590 A JP 59281590A JP 28159084 A JP28159084 A JP 28159084A JP H0680859 B2 JPH0680859 B2 JP H0680859B2
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- semiconductor laser
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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- JNSGIVNNHKGGRU-JYRVWZFOSA-N diethoxyphosphinothioyl (2z)-2-(2-amino-1,3-thiazol-4-yl)-2-methoxyiminoacetate Chemical compound CCOP(=S)(OCC)OC(=O)C(=N/OC)\C1=CSC(N)=N1 JNSGIVNNHKGGRU-JYRVWZFOSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザー、特に高出力半導体レーザー
に係わる。
に係わる。
〔従来の技術〕 半導体レーザーの高出力化において、光放出端面におけ
る光学損失、いわゆるCOD（Catastrophic Optical Dama
ge）が問題となる。
る光学損失、いわゆるCOD（Catastrophic Optical Dama
ge）が問題となる。
このCODの改善をはかるためには、従来においても、種
々の工夫がなされているところである。
々の工夫がなされているところである。
すなわち、通常のダブルヘテロ接合型半導体レーザー
は、例えば第４図に示すように、例えばｎ型のGaAs基板
（１）上にこれと同導電型の例えばｎ型のAlGaAsより成
る第１のクラッド層（２）と、ｎ型またはｐ型、或いは
真性の例えばGaAsより成る活性層（３）と、第１のクラ
ッド層（２）と異なる導電型の例えばｐ型の第２のクラ
ッド層（４）と、これと同導電型のキャップ層（５）と
が順次エピタキシャル成長され、活性層（３）と第１及
び第２のクラッド層（２）及び（４）との間に夫々ヘテ
ロ接合が形成されるようになされている。第４図は電極
ストライプ型構成の例で、キャップ層（５）に被着形成
された絶縁層（６）に穿設されたストライプ状の電極窓
（6a）を通じて一方の電極（７）がキャップ層（５）に
オーミックに被着されている。（８）は基板（１）に設
けられた他方の電極を示す。
は、例えば第４図に示すように、例えばｎ型のGaAs基板
（１）上にこれと同導電型の例えばｎ型のAlGaAsより成
る第１のクラッド層（２）と、ｎ型またはｐ型、或いは
真性の例えばGaAsより成る活性層（３）と、第１のクラ
ッド層（２）と異なる導電型の例えばｐ型の第２のクラ
ッド層（４）と、これと同導電型のキャップ層（５）と
が順次エピタキシャル成長され、活性層（３）と第１及
び第２のクラッド層（２）及び（４）との間に夫々ヘテ
ロ接合が形成されるようになされている。第４図は電極
ストライプ型構成の例で、キャップ層（５）に被着形成
された絶縁層（６）に穿設されたストライプ状の電極窓
（6a）を通じて一方の電極（７）がキャップ層（５）に
オーミックに被着されている。（８）は基板（１）に設
けられた他方の電極を示す。
第５図は、この半導体レーザーの活性層近傍のエネルギ
ーバンドギャップEgの分布を示すもので、活性層（３）
を挾んで、この活性層（３）のエネルギーバンドギャッ
プEg1に比し、大なるエネルギーバンドギャップEg2を有
する第１及び第２のクラッド層（２）及び（４）が配さ
れていて活性層（３）と第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）との間に所要のギャップ差ΔEgが存在
するようにして活性層（３）にキャリアの閉じ込めを行
うと同時に、活性層（３）と第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）との屈折率の差によって光の閉じ込め
を行って光発振が生じるようにしている。
ーバンドギャップEgの分布を示すもので、活性層（３）
を挾んで、この活性層（３）のエネルギーバンドギャッ
プEg1に比し、大なるエネルギーバンドギャップEg2を有
する第１及び第２のクラッド層（２）及び（４）が配さ
れていて活性層（３）と第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）との間に所要のギャップ差ΔEgが存在
するようにして活性層（３）にキャリアの閉じ込めを行
うと同時に、活性層（３）と第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）との屈折率の差によって光の閉じ込め
を行って光発振が生じるようにしている。
このようなダブル接合型半導体レーザーにおいて、COD
を改善する代表的な例としては、光の閉じ込めキャリア
の閉じ込めとを別々に行って、光の閉じ込めは広く行っ
て活性層の光強度を弱めるようにしたいわゆるSCH（Sep
atate Confinment Heterostructure）がある。第６図は
このSCH型の半導体レーザーのエネルギーバンドギャッ
プの分布を示すものであり、この場合、活性層（３）と
第１及び第２のクラッド層（２）及び（４）との間に両
者のエネルギーバンドギャップの差ΔEgより小さい差Δ
Egsを有し、キャリアに対しては閉じ込め効果を有する
が光に関してはしみ出しが生じ得るようにした第１及び
第２の光のしみ出し層（９）及び（10）が設けられて成
るものである。
を改善する代表的な例としては、光の閉じ込めキャリア
の閉じ込めとを別々に行って、光の閉じ込めは広く行っ
て活性層の光強度を弱めるようにしたいわゆるSCH（Sep
atate Confinment Heterostructure）がある。第６図は
このSCH型の半導体レーザーのエネルギーバンドギャッ
プの分布を示すものであり、この場合、活性層（３）と
第１及び第２のクラッド層（２）及び（４）との間に両
者のエネルギーバンドギャップの差ΔEgより小さい差Δ
Egsを有し、キャリアに対しては閉じ込め効果を有する
が光に関してはしみ出しが生じ得るようにした第１及び
第２の光のしみ出し層（９）及び（10）が設けられて成
るものである。
また、他の例としては、第４図で説明した通常のダブル
接合型においてその活性層（３）の厚さを300〜500Å程
度に充分薄くして、実質的に活性層（３）から光のしみ
出しが生じるようにしたものがある。
接合型においてその活性層（３）の厚さを300〜500Å程
度に充分薄くして、実質的に活性層（３）から光のしみ
出しが生じるようにしたものがある。
更に、第７図にそのバンドギャップの分布を模式的に示
すように、活性層（３）の両側に250〜450Åという肉薄
の第１及び第２のバリア層（11）及び（12）を設けて、
実質的に光のつき抜けによるしみ出しが生じるようにな
したものも提案された（アプライド フィジックス レ
ター,Appl.phys.Lett.38（11）.1 June1981参照）。
すように、活性層（３）の両側に250〜450Åという肉薄
の第１及び第２のバリア層（11）及び（12）を設けて、
実質的に光のつき抜けによるしみ出しが生じるようにな
したものも提案された（アプライド フィジックス レ
ター,Appl.phys.Lett.38（11）.1 June1981参照）。
ところが、前述した第６図のSCH型の半導体レーザーに
おいては、キャリアが活性層に充分閉じ込められずに熱
によるしみ出しが生じ、しきい値電流Ithの温度依存性
が大きいという問題点がある。
おいては、キャリアが活性層に充分閉じ込められずに熱
によるしみ出しが生じ、しきい値電流Ithの温度依存性
が大きいという問題点がある。
また、前述した活性層を薄くするものや、第７図で説明
したエネルギーギャップの大きいバリア層を設けるもの
においては、夫々その薄いエピタキシャル成長層を形成
すること、特に後者のもののように、高いエネルギーギ
ャップを得るものにおいては、例えばAlGaAs系において
そのAl添加量を高める必要があることから結晶性の良い
層を得ることに技術的な問題がある。そして、これら薄
い層は、活性層自体、或いは活性層に隣接する層である
ことから、特性に及ぼす影響は大きく信頼性や、再現性
に問題がある。
したエネルギーギャップの大きいバリア層を設けるもの
においては、夫々その薄いエピタキシャル成長層を形成
すること、特に後者のもののように、高いエネルギーギ
ャップを得るものにおいては、例えばAlGaAs系において
そのAl添加量を高める必要があることから結晶性の良い
層を得ることに技術的な問題がある。そして、これら薄
い層は、活性層自体、或いは活性層に隣接する層である
ことから、特性に及ぼす影響は大きく信頼性や、再現性
に問題がある。
上述したようにいずれのものにおいても、CODのパワー
を高める上で問題があり、充分満足すべき高出力化され
た半導体レーザーが得られていない。
を高める上で問題があり、充分満足すべき高出力化され
た半導体レーザーが得られていない。
本発明は第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラッ
ド層とを順次設け、活性層と第１及び第２のクラッド層
とのエネルギーバンドギャップの差ΔEgを0.35≦ΔEg≦
0.45（eV）に選定し、第１及び第２のクラッド層の少な
くともいずれか一方に、光のしみ出し層を設ける。そし
てこの光のしみ出し層のエネルギーバンドギャップを、
活性層のエネルギバンドギャップに比し大に選定する。
ド層とを順次設け、活性層と第１及び第２のクラッド層
とのエネルギーバンドギャップの差ΔEgを0.35≦ΔEg≦
0.45（eV）に選定し、第１及び第２のクラッド層の少な
くともいずれか一方に、光のしみ出し層を設ける。そし
てこの光のしみ出し層のエネルギーバンドギャップを、
活性層のエネルギバンドギャップに比し大に選定する。
ここに活性層の厚さdaは、これのエピタキシャル成長に
当って通常のダブルヘテロ接合型の半導体レーザーにお
けると同程度の信頼性及び再現性が得られる程度の数百
〜1500Åに選定し、活性層と光のしみ出し層との間の間
隔ds1及びds2は、夫々同様に活性層と光のしみ出し層に
介在する各クラッド層の一部を構成する半導体層に信頼
性と再現性の得られる厚さであり、しかも活性層から光
のしみ出しをなし得る程度の厚さの500〜5000Åに選定
し得る。
当って通常のダブルヘテロ接合型の半導体レーザーにお
けると同程度の信頼性及び再現性が得られる程度の数百
〜1500Åに選定し、活性層と光のしみ出し層との間の間
隔ds1及びds2は、夫々同様に活性層と光のしみ出し層に
介在する各クラッド層の一部を構成する半導体層に信頼
性と再現性の得られる厚さであり、しかも活性層から光
のしみ出しをなし得る程度の厚さの500〜5000Åに選定
し得る。
また、光のしみ出し層の厚さは、同様にこれにそのエピ
タキシャル成長に当って信頼性及び再現性が得られる厚
さの数百Å、例えば500Åとし得る。
タキシャル成長に当って信頼性及び再現性が得られる厚
さの数百Å、例えば500Åとし得る。
上述の構成によれば、クラッド層内にこれよりエネルギ
ーギャップの小さい光のしみ出し層を設けたことによ
り、活性層からの光のしみ出しが生じ、これによって活
性層における光強度分布をそのピーク値を下げ且つその
分布を広げる作用をなさしめ得る。すなわち、CODは、
光強度のピークの値によって決まるので、この光強度の
ピークが下げられ且つ広げられることにより、CODが生
じにくくなり且つ高出力化をはかることができるのであ
る。そして、特に本発明においては、活性層（３）に接
してエネルギーバンドギャップ差ΔEgが0.35〜0.45eVの
第１及び第２のクラッド層（２）及び（４）によってそ
のキャリアの閉じ込めを行ったことによって熱的なキャ
リアのしみ出しを効果的に抑制できることが確められた
ものであり、しきい値電流Ithの熱による依存性を小さ
くすることができ、特性の安定化をはかることができ
た。
ーギャップの小さい光のしみ出し層を設けたことによ
り、活性層からの光のしみ出しが生じ、これによって活
性層における光強度分布をそのピーク値を下げ且つその
分布を広げる作用をなさしめ得る。すなわち、CODは、
光強度のピークの値によって決まるので、この光強度の
ピークが下げられ且つ広げられることにより、CODが生
じにくくなり且つ高出力化をはかることができるのであ
る。そして、特に本発明においては、活性層（３）に接
してエネルギーバンドギャップ差ΔEgが0.35〜0.45eVの
第１及び第２のクラッド層（２）及び（４）によってそ
のキャリアの閉じ込めを行ったことによって熱的なキャ
リアのしみ出しを効果的に抑制できることが確められた
ものであり、しきい値電流Ithの熱による依存性を小さ
くすることができ、特性の安定化をはかることができ
た。
第１図を参照して本発明の一例を説明するが、第１図に
おいて、第４図と対応する部分には同一符号を付す。こ
の例においても、例えばｎ型のGaAs基板（１）上に、こ
れを同導電型のAlxGa1-xAsより成る第１のクラッド層
（２）と、ｎ型またはｐ型或いは真性のAlyGa1-yAsの活
性層（３）と、第１のクラッド層（２）と異なる導電型
のｐ型のAlxGa1-xAsより成る第２のクラッド層（４）と
これと同導電型のGaAsより成るキャップ層（５）とを形
成するものであるが、特に第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）に、これらと夫々同導電型のAlzGa1-z
Asより成る第１及び第２の活性層（３）からの光のしみ
出し層（21）及び（22）を設ける。具体的には基板
（１）上に、第１のクラッド層（２）の一部となる下層
の第１のクラッド層（2A）をエピタキシャル成長し続い
てこれの上に第１の光のしみ出し層（21）をエピタキシ
ャル成長させ、これの上に第１のクラッド層（２）の一
部となる上層の第１のクラッド層（2B）をエピタキシャ
ル成長し、これの上に活性層（３）をエピタキシャル成
長させる。そして、これの上に、第２のクラッド層
（４）の一部となる下層の第２のクラッド層（4A）をエ
ピタキシャル成長し、これの上に第２の光のしみ出し層
（22）をエピタキシャル成長し、これの上に上層の第２
のクラッド層（4B）をエピタキシャル成長する。
おいて、第４図と対応する部分には同一符号を付す。こ
の例においても、例えばｎ型のGaAs基板（１）上に、こ
れを同導電型のAlxGa1-xAsより成る第１のクラッド層
（２）と、ｎ型またはｐ型或いは真性のAlyGa1-yAsの活
性層（３）と、第１のクラッド層（２）と異なる導電型
のｐ型のAlxGa1-xAsより成る第２のクラッド層（４）と
これと同導電型のGaAsより成るキャップ層（５）とを形
成するものであるが、特に第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）に、これらと夫々同導電型のAlzGa1-z
Asより成る第１及び第２の活性層（３）からの光のしみ
出し層（21）及び（22）を設ける。具体的には基板
（１）上に、第１のクラッド層（２）の一部となる下層
の第１のクラッド層（2A）をエピタキシャル成長し続い
てこれの上に第１の光のしみ出し層（21）をエピタキシ
ャル成長させ、これの上に第１のクラッド層（２）の一
部となる上層の第１のクラッド層（2B）をエピタキシャ
ル成長し、これの上に活性層（３）をエピタキシャル成
長させる。そして、これの上に、第２のクラッド層
（４）の一部となる下層の第２のクラッド層（4A）をエ
ピタキシャル成長し、これの上に第２の光のしみ出し層
（22）をエピタキシャル成長し、これの上に上層の第２
のクラッド層（4B）をエピタキシャル成長する。
キャップ層（５）上には絶縁層（６）が被着され、これ
に穿設された電極窓（6a）を通じて電極（７）がオーミ
ックに被着され、基板（１）に他方の電極（８）がオー
ミックに被着される。
に穿設された電極窓（6a）を通じて電極（７）がオーミ
ックに被着され、基板（１）に他方の電極（８）がオー
ミックに被着される。
ここに各層（2A）（21）（2B）（３）（4A）（22）（4
B）（５）は、連続的にMOCVD（Metalorganic Chemical
Vapour Deposition）によってその供給原料ガスを切換
えることによって形成し得る。活性層（３）の厚さdaは
例えば800Åとし、第１及び第２の光のしみ出し層（2
1）及び（22）は、夫々その厚さdc1及びdc2を500Åと
し、上層の第１のクラッド層（2B）と下層の第２のクラ
ッド層（4A）は夫々その厚さds1及びds2を500Åとす
る。また、各層の上記組成において、x,y及びｚはｙ＜
ｚ＜ｘとするものである。第２図はこの場合の各層にお
けるエネルギーバンドギャップEgを示し、活性層（３）
とクラッド層（２）及び（４）とのエネルギーバンドギ
ャップの差ΔEgは、前述したように0.35≦ΔEg≦0.45
（eV）とされ、活性層（３）と光のしみ出し層（21）及
び（22）とのエネルギーバンドギャップの差ΔEgsは、
ΔEgs＜ΔEgとする。
B）（５）は、連続的にMOCVD（Metalorganic Chemical
Vapour Deposition）によってその供給原料ガスを切換
えることによって形成し得る。活性層（３）の厚さdaは
例えば800Åとし、第１及び第２の光のしみ出し層（2
1）及び（22）は、夫々その厚さdc1及びdc2を500Åと
し、上層の第１のクラッド層（2B）と下層の第２のクラ
ッド層（4A）は夫々その厚さds1及びds2を500Åとす
る。また、各層の上記組成において、x,y及びｚはｙ＜
ｚ＜ｘとするものである。第２図はこの場合の各層にお
けるエネルギーバンドギャップEgを示し、活性層（３）
とクラッド層（２）及び（４）とのエネルギーバンドギ
ャップの差ΔEgは、前述したように0.35≦ΔEg≦0.45
（eV）とされ、活性層（３）と光のしみ出し層（21）及
び（22）とのエネルギーバンドギャップの差ΔEgsは、
ΔEgs＜ΔEgとする。
第３図中実線図示の曲線は、この場合の光強度分布を示
す。同図中破線曲線は、第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）内に、光のしみ出し層（21）及び（2
2）を設けない場合の第４図の構造による場合の光強度
分布を示すもので両曲線を比較して明らかなように、光
のしみ出し層を設けないものにあっては、光強度分布が
急峻であるに比し、本発明のそれは、光強度分布が広が
り、そのピーク値が下がっている。このように光強度が
弱められ、CODが生じにくくなり、積分量すなわち、全
体の光量、したがってパワーは充分得られている。
す。同図中破線曲線は、第１及び第２のクラッド層
（２）及び（４）内に、光のしみ出し層（21）及び（2
2）を設けない場合の第４図の構造による場合の光強度
分布を示すもので両曲線を比較して明らかなように、光
のしみ出し層を設けないものにあっては、光強度分布が
急峻であるに比し、本発明のそれは、光強度分布が広が
り、そのピーク値が下がっている。このように光強度が
弱められ、CODが生じにくくなり、積分量すなわち、全
体の光量、したがってパワーは充分得られている。
尚、上述した例においては、AlGaAs系の半導体レーザー
に本発明を適用した場合であるが、短波長発光をなすIn
GaAs P系、或いは長波長発光のInGaAs P系半導体レーザ
ー等に適用することもできる。
に本発明を適用した場合であるが、短波長発光をなすIn
GaAs P系、或いは長波長発光のInGaAs P系半導体レーザ
ー等に適用することもできる。
上述したように本発明によれば、活性層（３）に接して
クラッド層（２）及び（４）を設けて光とキャリアの閉
じ込めを行うものであるが、これら間のエネルギーバン
ドギャップ差ΔEgを0.35〜0.45eVに選定し、しかもこれ
らクラッド層内に光のしみ出し層（21）及び（22）を設
けたことによって、光強度分布を広げることができ、CO
Dの改善、したがって高出力化がはかられ、しかも活性
層に接してクラッド層が設けられてキャリアの閉じ込め
を確実になさしめたので、しきい値電流Ithの温度依存
性を小とすることができ、熱的に安定な特性を得ること
ができる。
クラッド層（２）及び（４）を設けて光とキャリアの閉
じ込めを行うものであるが、これら間のエネルギーバン
ドギャップ差ΔEgを0.35〜0.45eVに選定し、しかもこれ
らクラッド層内に光のしみ出し層（21）及び（22）を設
けたことによって、光強度分布を広げることができ、CO
Dの改善、したがって高出力化がはかられ、しかも活性
層に接してクラッド層が設けられてキャリアの閉じ込め
を確実になさしめたので、しきい値電流Ithの温度依存
性を小とすることができ、熱的に安定な特性を得ること
ができる。
また各半導体層の厚さ、特に活性層とこれに接する半導
体層の厚さは、さほど小さくする必要はないので、製造
技術上の問題から、結晶性を低下させたり再現性を低め
るような不都合も回避できるものである。
体層の厚さは、さほど小さくする必要はないので、製造
技術上の問題から、結晶性を低下させたり再現性を低め
るような不都合も回避できるものである。
第１図は本発明による半導体レーザーの一例の略線的断
面図、第２図及び第３図はその説明に供するエネルギー
バンドギャップの模式図及び光強度分布曲線図、第４図
は従来の半導体レーザーの略線的断面図、第５図乃至第
７図は夫々従来の半導体レーザーの各例の説明に供する
エネルギーバンドギャップの模式図である。 （１）は基板、（２）及び（４）は第１及び第２のクラ
ッド層、（３）は活性層、（21）及び（22）は第１及び
第２の光のしみ出し層、（５）はキャップ層、（７）及
び（８）は電極である。
面図、第２図及び第３図はその説明に供するエネルギー
バンドギャップの模式図及び光強度分布曲線図、第４図
は従来の半導体レーザーの略線的断面図、第５図乃至第
７図は夫々従来の半導体レーザーの各例の説明に供する
エネルギーバンドギャップの模式図である。 （１）は基板、（２）及び（４）は第１及び第２のクラ
ッド層、（３）は活性層、（21）及び（22）は第１及び
第２の光のしみ出し層、（５）はキャップ層、（７）及
び（８）は電極である。
Claims (1)
- 【請求項１】第１のクラッド層と、活性層と、第２のク
ラッド層とが順次設けられ、上記活性層と上記第１及び
第２のクラッド層とのエネルギーバンドギャップの差Δ
Egが0.35≦ΔEg≦0.45（eV）に選定され、上記第１及び
第２のクラッド層の少なくともいずれか一方に、光のし
み出し層が設けられて、該光のしみ出し層のエネルギー
バンドギャップは、上記活性層のエネルギーバンドギャ
ップに比し大に設定され、上記光しみ出し層の厚さが数
百Åとされたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59281590A JPH0680859B2 (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 半導体レーザー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59281590A JPH0680859B2 (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 半導体レーザー |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7186986A Division JP2823187B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61156788A JPS61156788A (ja) | 1986-07-16 |
| JPH0680859B2 true JPH0680859B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=17641266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59281590A Expired - Lifetime JPH0680859B2 (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 半導体レーザー |
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-
1984
- 1984-12-27 JP JP59281590A patent/JPH0680859B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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