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JP3281666B2 - Semiconductor laser - Google Patents
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JP3281666B2 - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JP3281666B2
JP3281666B2 JP04149293A JP4149293A JP3281666B2 JP 3281666 B2 JP3281666 B2 JP 3281666B2 JP 04149293 A JP04149293 A JP 04149293A JP 4149293 A JP4149293 A JP 4149293A JP 3281666 B2 JP3281666 B2 JP 3281666B2
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靖之 別所
隆俊 池上
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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
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0658Self-pulsating

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、低雑音を実現する自励
発振型の半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-pulsation type semiconductor laser which realizes low noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザは、小型軽量,高効率,高
応答速度,広い波長選択性等の優れた特性を有している
ことから、光ディスク,光通信,レーザプリンタ等の分
野への導入が盛んに進められている。中でも光ディスク
に使用される半導体レーザは、情報を読み取る際の戻り
光によって光出力が変動して誘起される雑音が大きな問
題であり、低雑音特性に対する要求が高い。半導体レー
ザとしては、シングル縦モードレーザ及びマルチ縦モー
ドレーザがある。シングル縦モードレーザは、定常動作
時の雑音は小さいが、戻り光によって出力が大きく変動
する。一方、マルチ縦モードレーザは、戻り光のような
外的要因の変動による雑音は発生しにくいが、発光点に
非点隔差があり、収束スポット径を小さくすることが困
難でありピックアップには不適切である。また消費電力
が大きいという問題がある。
2. Description of the Related Art Since semiconductor lasers have excellent characteristics such as small size, light weight, high efficiency, high response speed, and wide wavelength selectivity, they have been introduced into fields such as optical disks, optical communication, and laser printers. It is being actively promoted. Above all, a semiconductor laser used for an optical disk has a large problem of noise induced by a change in optical output due to return light at the time of reading information, and there is a high demand for low noise characteristics. As a semiconductor laser, there are a single longitudinal mode laser and a multi longitudinal mode laser. The single longitudinal mode laser has low noise during steady operation, but its output greatly fluctuates due to return light. On the other hand, a multi-longitudinal mode laser is unlikely to generate noise due to fluctuations in external factors such as return light, but has an astigmatic difference in light emitting points, making it difficult to reduce the convergent spot diameter, and is not suitable for pickup. Is appropriate. There is also a problem that power consumption is large.

【0003】そこで戻り光による雑音特性を改善するた
めの方法として、半導体レーザ素子の可干渉性を低下さ
せ、戻り光が入射しても戻り光の位相に反応せず、影響
を受けにくくする方法があり、自励発振現象を利用した
自励発振型の半導体レーザの報告が種々なされている。
従来は、活性層の厚み又はクラッド層の厚み等の構造パ
ラメータを変えることにより、自励発振型の半導体レー
ザを得ていたが、この方法では雑音の低減に限界があ
る。そこで光吸収が大きい可飽和吸収層を挿入する方法
が提案されている。
[0003] As a method for improving the noise characteristics due to the return light, a method of reducing the coherence of the semiconductor laser element so that the return light does not react to the phase of the return light even if the return light is incident and is hardly affected by the return light. There have been various reports of self-pulsation type semiconductor lasers utilizing the self-pulsation phenomenon.
Conventionally, a self-pulsation type semiconductor laser has been obtained by changing structural parameters such as the thickness of the active layer or the thickness of the cladding layer. However, this method has a limit in reducing noise. Therefore, a method of inserting a saturable absorbing layer having large light absorption has been proposed.

【0004】図8は、特開昭63−202083号公報に開示さ
れている従来の自励発振型の半導体レーザを示す模式的
断面図である。この半導体レーザは、n−GaAs基板
21上にn−Ga0.5 Al0.5 Asクラッド層22,アンド
ープGa0.86Al0.14As活性層23,p−Ga0.5 Al
0.5 Asクラッド層24,p−Ga0.8 Al0.2 Asモー
ド分離層25,p−Ga0.5 Al0.5 As選択エッチング
層26,p−GaAsキャップ層27がこの順で積層してあ
る。ここでp−Ga0.5 Al0.5 Asクラッド層24の上
部,p−Ga0.8 Al0.2 As層モード分離層25及びp
−Ga0.5 Al 0.5 As選択エッチング層26の両側はn
−GaAs層28,28にて埋め込まれている。そして上
面,下面に電極29, 30を夫々形成して作成されている。
ここでn−GaAs層28とアンドープGa0.86Al0.14
As活性層23との間隔が 0.1〜 0.5μm であることによ
り良好な横基本モードを得ている。
FIG. 8 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-202083.
Schematic diagram showing a conventional self-sustained pulsation type semiconductor laser
It is sectional drawing. This semiconductor laser is an n-GaAs substrate
N-Ga on 210.5Al0.5As clad layer 22, and
Ga0.86Al0.14As active layer 23, p-Ga0.5Al
0.5As cladding layer 24, p-Ga0.8Al0.2Asmo
Isolation layer 25, p-Ga0.5Al0.5As selective etching
The layer 26 and the p-GaAs cap layer 27 are laminated in this order.
You. Where p-Ga0.5Al0.5On the As cladding layer 24
Part, p-Ga0.8Al0.2As layer mode separation layer 25 and p
-Ga0.5Al 0.5Both sides of the As selective etching layer 26 are n
Embedded in the GaAs layers 28; And above
The electrodes 29 and 30 are formed on the surface and the lower surface, respectively.
Here, the n-GaAs layer 28 and the undoped Ga0.86Al0.14
The distance from the As active layer 23 is 0.1 to 0.5 μm.
A good horizontal basic mode has been obtained.

【0005】この半導体レーザでは、クラッド層の表面
(又は内部でもよい)にクラッド層よりも屈折率が大き
いか、又は光吸収が大きい層(図8におけるp−Ga
0.8 Al0.2 As層モード分離層25)を設けることによ
り、レーザの発振状態が複数のモードを取り得るように
なしてあり、これら2つのレーザスペクトル間のモード
の振動により自励発振が起こりやすくなり、戻り光雑音
に強いという特性が得られる。
In this semiconductor laser, a layer having a larger refractive index or a larger light absorption than the cladding layer (p-Ga in FIG. 8) is provided on the surface (or inside) of the cladding layer.
By providing the 0.8 Al 0.2 As layer mode separation layer 25), the oscillation state of the laser can take a plurality of modes, and self-sustained pulsation easily occurs due to the oscillation of the mode between these two laser spectra. , Which is resistant to return light noise.

【0006】また活性層をMQW(ulti uantum
ell;多重量子井戸)構造とした自励型の半導体レーザ
が提案されている(電子情報通信学会技術研究報告,信
学技報,vol.88,No.4,OQE88−5, pp33〜38)。こ
の半導体レーザは、光導波路である活性層をMQW構造
とすることにより、自励発振周波数を制御している。こ
の半導体レーザでは、注入キャリアに対する屈折率変化
が小さいため最大光出力を通常のものの2倍以上にする
ことができる。また、量子効果により低閾電流密度動作
が可能となり低消費電力につながる。さらに温度依存性
の改善が可能であり、高信頼性が得られる。以上より低
雑音高出力特性を有する半導体レーザの実現が可能であ
る。
[0006] In the active layer MQW (M ulti Q uantum
W ell; multiple quantum well) semiconductor laser of the self-excited with a structure has been proposed (IEICE technical report, IEICE Technical Report, vol.88, No.4, OQE88-5, pp33~38 ). In this semiconductor laser, the active layer, which is an optical waveguide, has an MQW structure to control the self-excited oscillation frequency. In this semiconductor laser, since the change in the refractive index with respect to the injected carrier is small, the maximum light output can be made twice or more that of a normal laser. In addition, the quantum effect enables low threshold current density operation, which leads to low power consumption. Further, the temperature dependency can be improved, and high reliability can be obtained. As described above, a semiconductor laser having low noise and high output characteristics can be realized.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが可飽和吸収層
を形成した自励発振型の半導体レーザでは、本願発明者
の実験結果によると、可飽和吸収層のバンドギャップが
活性層のバンドギャップよりかなり小さい場合には閾値
電流が大きくなり、また可飽和吸収層のバンドギャップ
が活性層のバンドギャップよりかなり大きい場合には可
飽和吸収層が発振光に対して透明状態となって光吸収が
不十分となり、自励発振が起こらない虞があった。これ
を解決するためには、可飽和吸収層のバンドギャップエ
ネルギを活性層のバンドギャップエネルギ、即ち発振波
長エネルギに略等しくすることが不可欠であることが判
った。
However, in the self-pulsation type semiconductor laser having the saturable absorption layer, according to the experimental results of the present inventors, the band gap of the saturable absorption layer is considerably larger than the band gap of the active layer. If the band gap of the saturable absorbing layer is much larger than the band gap of the active layer, the saturable absorbing layer becomes transparent to the oscillating light, resulting in insufficient light absorption. And self-excited oscillation may not occur. In order to solve this, it has been found that it is essential to make the bandgap energy of the saturable absorption layer substantially equal to the bandgap energy of the active layer, that is, the oscillation wavelength energy.

【0008】しかしながら、可飽和吸収層がバルク構造
(層厚が量子効果を生じない数百Å以上)である場合に
は、可飽和吸収層の組成比を変えてそのバンドギャップ
の大きさを調整することにより、可飽和吸収層のバンド
ギャップエネルギを発振波長エネルギに略等しくするこ
とになる。しかし、このように可飽和吸収層の組成比を
変化させる場合には、特にAlGaInP系又はGaI
nAsP系半導体レーザ素子等においては、可飽和吸収
層の結晶中に結晶欠陥が生じ、高閾値電流になる等の半
導体レーザ素子の特性劣化が生じるという問題があっ
た。特に発振波長が短波長(例えば活性層がMQW構造
とする場合)である場合、バルク構造の可飽和吸収層で
は発振波長エネルギにほぼ等しくすることが困難であっ
た。即ち、組成比だけで可飽和吸収層のバンドギャップ
エネルギを制御することは困難であった。
However, when the saturable absorbing layer has a bulk structure (the thickness of the layer is several hundred mm or more where no quantum effect occurs), the band gap is adjusted by changing the composition ratio of the saturable absorbing layer. By doing so, the bandgap energy of the saturable absorption layer is made substantially equal to the oscillation wavelength energy. However, when the composition ratio of the saturable absorbing layer is changed as described above, in particular, an AlGaInP-based or GaI
In an nAsP-based semiconductor laser device or the like, there is a problem that a crystal defect is generated in the crystal of the saturable absorption layer, and characteristics of the semiconductor laser device are deteriorated such as a high threshold current. In particular, when the oscillation wavelength is short (for example, when the active layer has an MQW structure), it is difficult to make the energy of the saturable absorption layer of the bulk structure substantially equal to the oscillation wavelength energy. That is, it was difficult to control the band gap energy of the saturable absorbing layer only by the composition ratio.

【0009】また活性層をMQW構造とした自励発振型
の半導体レーザでは非点隔差が大きくなったり、低光出
力にてキンク(光出力−電流特性の非直線性)が生じる
という問題があった。本発明は、斯かる事情に鑑みてな
されたものであり、可飽和吸収層を量子井戸構造又は歪
量子井戸構造とすることにより、可飽和吸収層と活性層
のバンドギャップエネルギを合わせることが容易に行
え、低光出力にてキンクが生じにくく、低非点隔差であ
り、さらに従来と同程度の閾値電流が得られる自励型の
半導体レーザを提供することを目的とする。
In addition, a self-excited oscillation type semiconductor laser having an MQW structure as an active layer has a problem that astigmatism is increased or kink (non-linearity of light output-current characteristics) occurs at low light output. Was. The present invention has been made in view of such circumstances, and the band gap energy of the saturable absorption layer and the band gap energy of the active layer can be easily adjusted by forming the saturable absorption layer into a quantum well structure or a strained quantum well structure. It is an object of the present invention to provide a self-excited type semiconductor laser which has a low optical output, does not easily cause a kink, has a low astigmatic difference, and can obtain a threshold current equivalent to that of a conventional semiconductor laser.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1発明に係る半導体レ
ーザは、基板上に、一導電型クラッド層と、活性層と、
他導電型クラッド層とをこの順に備え、前記一導電型ク
ラッド層及び/又は前記他導電型クラッド層の上,下面
又は内部に可飽和吸収層を形成してなる自励発振型の半
導体レーザにおいて、前記可飽和吸収層として歪量子井
戸可飽和吸収層を形成し、前記可飽和吸収層を構成する
量子井戸構造の井戸層における価電子帯及び伝導体の量
子化準位間を、発振波長エネルギに等しくしたことを特
徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser including a one-conductivity-type cladding layer, an active layer,
A self-excited oscillation type semiconductor laser comprising a cladding layer of another conductivity type and a saturable absorbing layer on, under, or inside the cladding layer of one conductivity type and / or the cladding layer of the other conductivity type. Forming a strained quantum well saturable absorption layer as the saturable absorption layer to constitute the saturable absorption layer.
Valence band and amount of conductor in well layers of quantum well structure
It is noted that the energy between the
Sign.

【0012】第2発明に係る半導体レーザは、第1発明
において、前記活性層が量子井戸構造又は歪量子井戸構
造を有することを特徴とする。
A semiconductor laser according to a second aspect of the present invention is the semiconductor laser according to the first aspect , wherein the active layer has a quantum well structure or a strained quantum well structure.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【作用】 第1 発明にあっては、可飽和吸収層を歪量子井
戸構造とすることにより、井戸層に使用する化合物半導
体の構成比を変えて格子歪みを導入する方法と、前述の
井戸幅を制御する方法とにより可飽和吸収層と活性層と
のバンドギャップエネルギを容易に合わせることをより
精度良く行うことができる。また第1発明と同様、井戸
層の数は、使用材料及び井戸幅により決定されるもので
あり、単数又は複数とすることが可能である。
According to the first aspect of the present invention, a method of introducing lattice strain by changing the composition ratio of the compound semiconductor used in the well layer by forming the saturable absorption layer into a strained quantum well structure, and the well width described above. , The band gap energy between the saturable absorbing layer and the active layer can be easily adjusted with higher accuracy. Also, as in the first invention, the number of well layers is determined by the material used and the well width, and can be singular or plural.

【0015】図9は、GaAs基板上に形成したGax
In1-x PにおけるGa含有率xと歪量との関係を示す
グラフである。歪量が正の値である場合は圧縮歪みを示
しており、負の値である場合は引張歪みを示している。
この場合、圧縮歪みの量を増加させる、即ちGaの含有
率を減少させると、発振波長は長くなり、逆に引張歪み
の量を増加させる、即ちGaの含有率を増加させると、
発振波長は短くなる。図9に示す如くGa含有率と歪量
とは直線的な関係を有しているためGa含有率を変える
ことにより、容易に所要の歪量を得て、可飽和吸収層の
バンドギャップエネルギを制御することができる。また
井戸幅を所望の歪量の臨界膜厚(結晶欠陥が発生し始め
る膜厚)以下にしておけば結晶欠陥の問題は発生しな
い。
FIG. 9 shows Ga x formed on a GaAs substrate.
Is a graph showing the relationship between the Ga content x and the strain amount in the In 1-x P. When the strain amount is a positive value, it indicates a compressive strain, and when the strain amount is a negative value, it indicates a tensile strain.
In this case, when the amount of compressive strain is increased, that is, when the content of Ga is reduced, the oscillation wavelength becomes longer, and conversely, when the amount of tensile strain is increased, that is, when the content of Ga is increased,
The oscillation wavelength becomes shorter. As shown in FIG. 9, since the Ga content and the strain amount have a linear relationship, the required strain amount can be easily obtained by changing the Ga content, and the band gap energy of the saturable absorption layer can be reduced. Can be controlled. If the well width is set to be equal to or less than the critical thickness (thickness at which crystal defects begin to be generated) of a desired strain amount, the problem of crystal defects does not occur.

【0016】第2発明にあっては、第1発明における効
果に加えて、活性層を量子井戸構造又は歪量子井戸構造
とすることにより、自励発振周波数を制御して、低雑音
の半導体レーザを得ることができる。ここで井戸層の数
を少なくすると動作電流を低減することが可能であるが
利得が減少するので、井戸層の数は井戸幅と組み合わせ
て決定する。
According to the second invention, in addition to the effect of the first invention, the active layer has a quantum well structure or a strained quantum well structure, so that the self-excited oscillation frequency is controlled and a low-noise semiconductor laser is provided. Can be obtained. If the number of well layers is reduced, the operating current can be reduced, but the gain is reduced. Therefore, the number of well layers is determined in combination with the well width.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は、本発明に係る半導体レー
ザを示す模式的断面図であり、赤色半導体レーザの場合
を示す。図中1は、n−GaAsからなる基板であり、
この基板1の上に、n−GaInPからなるバッファ層
2,n−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pからなる
クラッド層3,歪MQW活性層4が順次形成されてい
る。ここでクラッド層3中には歪量子井戸可飽和吸収層
6が成されている。歪MQW活性層4上にはp−(Al
0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pからなるクラッド層5及
び歪量子井戸可飽和吸収層6が形成されており、この上
の中央部には、リッジ状のクラッド層5と、p−GaI
nPからなるコンタクト層7とが形成されている。これ
らクラッド層5及びコンタクト層7の両側はn−GaA
sからなるブロック層8,8にて埋め込まれている。さ
らにコンタクト層7及びブロック層8の上にはp−Ga
Asからなるキャップ層9が形成されており、キャップ
層9の上面にはp電極10が、基板1の下面にはn電極11
が夫々形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor laser according to the present invention, showing a case of a red semiconductor laser. In the figure, 1 is a substrate made of n-GaAs,
On this substrate 1, a buffer layer 2 made of n-GaInP, a clad layer 3 made of n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, and a strained MQW active layer 4 are sequentially formed. Here, a strained quantum well saturable absorption layer 6 is formed in the cladding layer 3. On the strained MQW active layer 4, p- (Al
A cladding layer 5 made of 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P and a strained quantum well saturable absorption layer 6 are formed, and a ridge-shaped cladding layer 5 and a p-GaI
A contact layer 7 made of nP is formed. Both sides of the cladding layer 5 and the contact layer 7 are n-GaAs
It is embedded in the block layers 8 and 8 made of s. Further, p-Ga is formed on the contact layer 7 and the block layer 8.
A cap layer 9 made of As is formed. A p-electrode 10 is formed on the upper surface of the cap layer 9, and an n-electrode 11 is formed on the lower surface of the substrate 1.
Are formed respectively.

【0018】図2,3は、図1に示す半導体レーザの製
造方法を示す説明図である。基板1上に、MOCVD法
(有機金属気相成長法)により、バッファ層2(膜厚
0.3μm ),クラッド層3(膜厚 0.8μm )を形成する
が、クラッド層3の形成途中において歪量子井戸可飽和
吸収層6を形成する。この歪量子井戸可飽和吸収層6
は、図4にそのエネルギバンド図を示しており、(Al
0.7 Ga0.3 0.5 In0. 5 Pからなるバリア層6a(膜
厚50Å)と、Gax In1-x Pからなる井戸層6b(膜厚
100Å,歪+ 0.5〜 1.0%)とを交互に積層してあり、
本実施例では井戸層6bを3層形成してある。
FIGS. 2 and 3 are explanatory views showing a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. A buffer layer 2 (film thickness) is formed on a substrate 1 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
0.3 μm) and a clad layer 3 (0.8 μm thick) are formed, and a strained quantum well saturable absorption layer 6 is formed during the formation of the clad layer 3. This strained quantum well saturable absorption layer 6
FIG. 4 shows the energy band diagram of FIG.
0.7 Ga 0.3) 0.5 In a 0.5 consisting of P barrier layer 6a (thickness 50Å), Ga x In 1- x P consists well layer 6b (thickness
100Å, strain + 0.5 ~ 1.0%)
In this embodiment, three well layers 6b are formed.

【0019】クラッド層3上には歪MQW活性層4を同
じくMOCVD法により形成する。歪MQW活性層4
は、図5にそのエネルギバンド図を示しており、(Al
0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 Pからなるガイド層4a(膜
厚 500Å)上に、(Al0.5 Ga0.5 0.5 In0.5
からなるバリア層4b(膜厚50Å)とGaInPからなる
井戸層4c(膜厚 100Å,歪+ 0.5%)とを交互に積層
し、さらにその上に(Al 0.5 Ga0.5 0.5 In0.5
Pからなるガイド層4a(膜厚 500Å)を形成してなる。
本実施例においては井戸層4cの数が5〜8であると良好
な特性が得られ、図5では5層の井戸層4cを設けてい
る。ここでガイド層4aは光を閉じ込めガイドして発光効
率を高める目的で形成してある。歪MQW活性層4の上
には、前述と同様の歪量子井戸可飽和吸収層6を含みp
−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pからなるクラッ
ド層5( 1.1μm )及びコンタクト層7をMOCVD法
により形成する(図2(a))。
On the cladding layer 3, a strained MQW active layer 4 is provided.
It is formed by the MOCVD method soon. Strained MQW active layer 4
FIG. 5 shows the energy band diagram of FIG.
0.5Ga0.5)0.5In0.5Guide layer 4a made of P (film
(500mm thick)0.5Ga0.5)0.5In0.5P
Layer 4b (thickness: 50 °) made of GaInP
Well layers 4c (thickness 100 mm, strain + 0.5%) are alternately stacked
And (Al) 0.5Ga0.5)0.5In0.5
It is formed by forming a guide layer 4a (thickness 500 °) made of P.
In this embodiment, it is preferable that the number of the well layers 4c is 5 to 8.
In FIG. 5, five well layers 4c are provided.
You. Here, the guide layer 4a traps and guides light and emits light.
It is formed for the purpose of increasing the rate. On the strained MQW active layer 4
Includes the same strained quantum well saturable absorber layer 6 as described above,
− (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Crack consisting of P
Layer 5 (1.1 μm) and contact layer 7 are MOCVD
(FIG. 2A).

【0020】次に、コンタクト層7上に電子ビーム蒸着
法又はCVD法にてSiO2 膜を形成し、フォトリソグ
ラフィー法により幅約5μm のストライプ状にパターニ
ングを行い、マスク12とする(図2(b))。そしてマスク
12にて覆われていない部分のコンタクト層7及びクラッ
ド層5の上部 0.8μm を、臭化水素酸を使用したエッチ
ング(30℃,30秒間)により除去してリッジ状とする
(図2(c))。
Next, an SiO 2 film is formed on the contact layer 7 by an electron beam evaporation method or a CVD method, and is patterned into a stripe having a width of about 5 μm by a photolithography method to form a mask 12 (FIG. 2 ( b)). And mask
The upper part 0.8 μm of the contact layer 7 and the cladding layer 5 not covered with 12 is removed by etching (30 ° C., 30 seconds) using hydrobromic acid to form a ridge (FIG. 2 (c)). )).

【0021】その後、選択成長によりn−GaAsを成
長させてブロック層8,8(1μm)とする(図3
(d))。そして緩衝フッ酸液によりマスク12を除去した
後、p−GaAsからなるキャップ層9をMOCVD法
により形成し(図3(e))、キャップ層9の上面にp電極
10を、基板1の下面にn電極11を夫々形成する(図3
(f))。
Thereafter, n-GaAs is grown by selective growth to form block layers 8, 8 (1 μm) (FIG. 3).
(d)). Then, after removing the mask 12 with a buffered hydrofluoric acid solution, a cap layer 9 made of p-GaAs is formed by MOCVD (FIG. 3E), and a p-electrode is formed on the upper surface of the cap layer 9.
10 and an n-electrode 11 is formed on the lower surface of the substrate 1 (FIG. 3).
(f)).

【0022】図6は、活性層又はクラッド層の厚み等を
適宜選択してなる従来の自励発振型半導体レーザ及び本
発明に係る半導体レーザにおける光出力−電流特性を示
すグラフであり、図6(a) が従来の半導体レーザの場合
を示し、図6(b) が本発明に係る半導体レーザの場合を
示す。本発明に係る半導体レーザとして、歪 0.5%の井
戸層4cを5層有する歪MQW活性層4と、歪 0.6%の井
戸層6bを1層有する歪量子井戸可飽和吸収層6とを備
え、ブロック層8下側のクラッド層5の膜厚は0.25μm
であるものを使用した。従来の半導体レーザとしては、
歪 0.5%の井戸層( 100Å) を7層とバリア層 (50Å)
6層とを有する歪MQW活性層を備え、ブロック層下側
のクラッド層の膜厚は0.35μm であるものを使用した。
図6より本発明においては、光出力−電流特性の非直線
性が大幅に改善されていることがわかる。また、これら
の半導体レーザにおける閾値電流,非点隔差,キンクの
有無を表1に示す。表1より明らかな如く、本発明にお
いては非点隔差を縮小する効果も得られている。
FIG. 6 is a graph showing the light output-current characteristics of a conventional self-pulsation type semiconductor laser in which the thickness of the active layer or the cladding layer is appropriately selected and the semiconductor laser according to the present invention. FIG. 6A shows the case of a conventional semiconductor laser, and FIG. 6B shows the case of the semiconductor laser according to the present invention. The semiconductor laser according to the present invention includes a strained MQW active layer 4 having five 0.5% strained well layers 4c and a strained quantum well saturable absorption layer 6 having one 0.6% strained well layer 6b. The thickness of the cladding layer 5 below the layer 8 is 0.25 μm
Was used. As a conventional semiconductor laser,
Seven well layers (100Å) with 0.5% strain and barrier layer (50Å)
A clad layer under the block layer having a thickness of 0.35 μm was used.
FIG. 6 shows that in the present invention, the nonlinearity of the light output-current characteristic is greatly improved. Table 1 shows the threshold current, astigmatic difference, and the presence or absence of kink in these semiconductor lasers. As is clear from Table 1, the present invention also has the effect of reducing the astigmatic difference.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】図7は、本発明における歪量子井戸可飽和
吸収層6の井戸層6bの数に対する閾値電流と光干渉性を
示すγ値とを示すグラフである。γ値が 1.0であるとシ
ングルモードとして作動し、γ値が小さくなる程、自励
発振性が強くなり、 0.7以下であると自励発振型として
良好に作動する。ここで使用した半導体レーザは、井戸
層6bの膜厚が 100Å, 歪 0.6%であり、井戸層4cの膜厚
が 100Å, バリア層4bの膜厚が50Å, 歪 0.5%、ブロッ
ク層8の下側のクラッド層5は0.25μm のものである。
光干渉性を低くするために井戸層6bの数を増加させると
閾値電流が高くなる。従って本実施例では歪量子井戸可
飽和吸収層6に形成する井戸層6bの数は1〜3とするこ
とが望ましい。
FIG. 7 is a graph showing a threshold current and a γ value indicating optical coherence with respect to the number of well layers 6b of the strained quantum well saturable absorber layer 6 according to the present invention. When the γ value is 1.0, the device operates as a single mode. As the γ value decreases, the self-oscillation property increases. When the γ value is 0.7 or less, the device operates well as a self-oscillation type. In the semiconductor laser used here, the thickness of the well layer 6b is 100 mm, the strain is 0.6%, the thickness of the well layer 4c is 100 mm, the thickness of the barrier layer 4b is 50 mm, the strain is 0.5%, and The side cladding layer 5 is 0.25 μm.
When the number of the well layers 6b is increased to reduce the optical coherence, the threshold current increases. Therefore, in this embodiment, it is desirable that the number of the well layers 6b formed in the strained quantum well saturable absorption layer 6 is one to three.

【0025】本実施例では、歪量子井戸可飽和吸収層6
をクラッド層3及びクラッド層5の両方に備える構成と
しているが、どちらか一方でも良好な効果が得られる。
またその形成位置は必要な光吸収量によって決定され、
クラッド層(3又は5)の内部に限定されるものではな
い。さらに本実施例では、可飽和吸収層を構成する量子
井戸構造の井戸層における価電子帯及び伝導体の量子化
準位間と、発振波長エネルギが略等しいことが望まし
い。また歪MQW構造のみならずMQW構造,SQW
(Single Quantum Well;単量子井戸) 構造又はバル
ク構造の活性層を備える半導体レーザにも本発明は適用
可能である。本実施例は、GaInP及びAlGaIn
Pを使用した赤色半導体レーザの場合について説明した
が、他の化合物半導体を使用したあらゆる自励発振型の
半導体レーザに適用することが可能であることはいうま
でもない。
In this embodiment, the strained quantum well saturable absorbing layer 6
Is provided in both the cladding layer 3 and the cladding layer 5, but a good effect can be obtained in either one of them.
The formation position is determined by the required amount of light absorption,
It is not limited to the inside of the cladding layer (3 or 5). Further, in the present embodiment, it is desirable that the oscillation wavelength energy is substantially equal to the distance between the valence band and the quantized level of the conductor in the well layer of the quantum well structure constituting the saturable absorption layer . Also, not only the strained MQW structure but also the MQW structure, SQW
The present invention is also applicable to a semiconductor laser having an active layer having a (single quantum well) structure or a bulk structure. In this embodiment, GaInP and AlGaIn
Although the case of the red semiconductor laser using P has been described, it is needless to say that the present invention can be applied to any self-pulsation type semiconductor laser using another compound semiconductor.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体レーザ
は、可飽和吸収層を歪量子井戸可飽和吸収層とし、前記
可飽和吸収層を構成する量子井戸構造の井戸層における
価電子帯及び伝導体の量子化準位間を、発振波長エネル
ギに等しくすることにより、これにより、可飽和吸収層
のバンドギャップエネルギが活性層のバンドギャップエ
ネルギと等しくなり、低雑音高出力特性を有する良好な
半導体レーザが実現する等、本発明は優れた効果を奏す
る。
The semiconductor laser according to the present invention as described above, according to the present invention, the saturable absorbing layer and the strained quantum well saturable absorbing layer, wherein
In the well layer of the quantum well structure constituting the saturable absorption layer
Oscillation wavelength energy between the valence band and the quantized level of the conductor
By equalizing the saturable absorbing layer
Band gap energy of the active layer
The present invention has excellent effects, such as realizing a good semiconductor laser having low noise and high output characteristics, which is equal to energy .

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

【図1】本発明に係る半導体レーザを示す模式的断面図
である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor laser according to the present invention.

【図2】図1に示す半導体レーザの製造方法を示す説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG.

【図3】図1に示す半導体レーザの製造方法を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a method for manufacturing the semiconductor laser shown in FIG.

【図4】図1に示す半導体レーザにおける歪量子井戸可
飽和吸収層のエネルギバンド図である。
FIG. 4 is an energy band diagram of a strained quantum well saturable absorption layer in the semiconductor laser shown in FIG.

【図5】図1に示す半導体レーザにおける歪MQW活性
層のエネルギバンド図である。
5 is an energy band diagram of a strained MQW active layer in the semiconductor laser shown in FIG.

【図6】光出力−電流特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing light output-current characteristics.

【図7】歪量子井戸可飽和吸収層の井戸層の数に対する
閾値電流及びγ値を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a threshold current and a γ value with respect to the number of well layers in a strained quantum well saturable absorption layer.

【図8】従来の半導体レーザを示す模式的断面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a conventional semiconductor laser.

【図9】GaInPにおける歪量とGa組成との関係を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of strain and Ga composition in GaInP.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3 クラッド層 4 歪MQW活性層 5 クラッド層 6 歪量子井戸可飽和吸収層 7 コンタクト層 8 ブロック層 9 キャップ層 10 p電極 11 n電極 12 マスク Reference Signs List 1 substrate 2 buffer layer 3 cladding layer 4 strained MQW active layer 5 cladding layer 6 strained quantum well saturable absorption layer 7 contact layer 8 block layer 9 cap layer 10 p electrode 11 n electrode 12 mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 正治 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−202083(JP,A) 特開 平3−257887(JP,A) 特開 平5−3367(JP,A) 特開 平2−268417(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shoji Honda 2--18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-63-202083 (JP, A) JP-A JP-A-3-257887 (JP, A) JP-A-5-3367 (JP, A) JP-A-2-268417 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5 / 00-5/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に、一導電型クラッド層と、活性
層と、他導電型クラッド層とをこの順に備え、前記一導
電型クラッド層及び/又は前記他導電型クラッド層の
上,下面又は内部に可飽和吸収層を形成してなる自励発
振型の半導体レーザにおいて、前記可飽和吸収層として
歪量子井戸可飽和吸収層を形成し、前記可飽和吸収層を
構成する量子井戸構造の井戸層における価電子帯及び伝
導体の量子化準位間を、発振波長エネルギに等しくした
ことを特徴とする半導体レーザ。
1. A cladding layer of one conductivity type, an active layer, and a cladding layer of another conductivity type are provided on a substrate in this order, and upper and lower surfaces of the cladding layer of one conductivity type and / or the cladding layer of the other conductivity type are provided. Alternatively, in a self-pulsation type semiconductor laser having a saturable absorption layer formed therein , a strained quantum well saturable absorption layer is formed as the saturable absorption layer, and the saturable absorption layer is formed.
Valence band and conduction in the well layer of the constitutive quantum well structure
The distance between the quantized levels of the conductor is equal to the oscillation wavelength energy
A semiconductor laser, comprising:
【請求項2】 前記活性層が量子井戸構造又は歪量子井
戸構造を有することを特徴とする請求項1記載の半導体
レーザ。
2. The method according to claim 1, wherein the active layer has a quantum well structure or a strained quantum well structure.
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor has a door structure.
laser.
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