(57)【要約】【課題】  非対称ウェーブガイドレーザーダイオードを提供する。【解決手段】  アクティブレイヤの第１面に設けられるｎ−クラッドレイヤ５０の屈折率に比べてアクティブレイヤの第２面に設けられるｐ−クラッドレイヤの屈折率が小さな構造を有するレーザーダイオード。このような非対称的ウェーブガイド構造によれば、ｐ−クラッドレイヤに対するフィールド拡張を抑制することによってｐ−クラッドレイヤでの自由電荷吸収を減少させる。【選択図】            図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および第２面を持つアクティブレイヤと、
前記アクティブレイヤの第１面に設けられるｎ−クラッドレイヤと、
前記アクティブレイヤの第２面に設けられるｐ−クラッドレイヤと、
前記アクティブレイヤおよび前記クラッドレイヤを含む積層物を支持する基板と、を具備し、
前記ｐ−クラッドレイヤの屈折率が前記ｎ−クラッドレイヤの屈折率に比べて低いことを特徴とするレーザーダイオード。
【請求項２】
前記アクティブレイヤはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子ウェルを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項３】
前記アクティブレイヤはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ量子ウェルを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項４】
前記ｐ−クラッドレイヤの部分的ドーピング濃度が異なり、部分的ドーピング濃度が前記アクティブレイヤ側へ近づくほど高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザーダイオード。
【請求項５】
前記ｐ−クラッドレイヤが前記ｎ−クラッドレイヤに比べてさらに厚いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザーダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長波長レーザーダイオードに係り、詳細には非対称ウェーブガイドＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１はＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードについて開示する。ＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードは長波長レーザー素子であって図１に図示されたような構造を有する。
【０００３】
図１を参照すれば、従来のＧａＩｎＡｓレーザーダイオードはＧａＡｓ基板６、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ下部クラッドレイヤ５、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙアクティブレイヤ４およびｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ上部クラッドレイヤ３を備える。そして、上部クラッドレイヤ３上にはコンタクトレイヤ２およびｐ−電極層１が設けられている。そして前記基板６の底面にはｎ−電極７が設けられている。
【０００４】
このような従来のレーザーダイオードは、高い屈折率ｎ１を持つアクティブレイヤ４を中心にその上下に対称的に形成された相対的に低い屈折率ｎ２を持つ上下クラッドレイヤ３、５により対称的ウェーブガイド構造を有する。したがって、図１および図２に図示されたようにフィールド（ＦＩＥＬＤ）はｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッドレイヤ３およびｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッドレイヤ５に対して均等に分布され、フィールドの相当部分が上下部クラッドレイヤ３、５に拡張されている。
【０００５】
このような対称的ウェーブガイド構造は、ＧａＡｓ基板を使用する長波長ＧａＩｎＮＡｓ量子ウェルにそのまま適用する場合にｐ−クラッドレイヤでフィールドが多く分布するようになり、したがって素子動作時に自由電荷吸収が大きく作用する。図３は波長帯域別自由電荷吸収を示すグラフである。図示されたように波長が長いほど自由電荷吸収率が高まり、特にｐ−クラッドレイヤでの吸収が非常に急激に増加することが分かる。このようなｐ−クラッドレイヤでの自由電荷吸収による光学的損失はＧａＩｎＮＡｓ長波長レーザーダイオードの臨界電流値を高め、電流の増加による出力の変化、すなわち、スロープ効率が低下して素子性能を低下させる。
【特許文献１】米国特許第５，９０４，５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ｐ−クラッドレイヤでの自由電荷吸収による光学的損失を減らし、これを通じて発光効率を高めながら動作電流を低められるレーザーダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるレーザーダイオードは、第１面および第２面を持つアクティブレイヤと、前記アクティブレイヤの第１面に設けられるｎ−クラッドレイヤと、前記アクティブレイヤの第２面に設けられるｐ−クラッドレイヤと、前記アクティブレイヤおよび前記クラッドレイヤを含む積層物を支持する基板と、を具備し、前記ｐ−クラッドレイヤの屈折率が前記ｎ−クラッドレイヤの屈折率に比べて低いことを特徴とするレーザーダイオードが提供される。
【０００８】
前記本発明のレーザーダイオードにおいて、前記アクティブレイヤはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ量子ウェルを具備することが望ましい。
【０００９】
本発明の一実施例によれば、前記ｐ−クラッドレイヤの部分的ドーピング濃度が異なり、部分的ドーピング濃度が前記アクティブレイヤ側へ近づくほど高く設定される。
【００１０】
また、本発明の他の実施例によれば、前記ｐ−クラッドレイヤが前記ｎ−クラッドレイヤに比べてさらに厚い。
【００１１】
本発明はウェーブガイド構造を有する長波長半導体レーザーダイオード、特にＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードに利用される対称形ウェーブガイド構造を非対称形ウェーブガイド構造に変化させて自由電荷吸収を減少させた。
【００１２】
非対称形量子ウェルでは、フィールド強度の中心がウェーブガイド構造のアクティブレイヤの中心にないため、中心から外れた部分に設置される必要がある。自由電荷吸収はｐ−クラッドレイヤとフィールドとの相互作用時にひどく現れるのでｐ−クラッドレイヤの屈折率をｎ−クラッドレイヤの屈折率に比べて低く非対称的に調整する。このような非対称的ウェーブガイド構造はフィールドのｐ−クラッドレイヤへの拡張を減少させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ウェーブガイド構造を有する長波長レーザーダイオードの光損失が減少し、これを通じて長波長レイヤダイオードの臨界電流密度が低くなってスロープ効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明によるレーザーダイオードの実施例を詳細に説明する。
【００１５】
なお、図中、半導体レーザーダイオードを構成する各層の幅および高さは、説明のために誇張されて図示されたことに留意する必要がある。
【００１６】
図４を参照すれば、本発明による半導体レーザーダイオードはＧａＡｓ基板６０、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部クラッドレイヤ５０、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙ（ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ）アクティブレイヤ４０、およびｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部クラッドレイヤ３０を具備する。そして、上部クラッドレイヤ３０上にはコンタクトレイヤ２０およびｐ−電極層１０が設けられている。そして前記基板６の底面にはｎ−電極７０が設けられている。ここで前記アクティブレイヤ４０の第１面は基板の方を向き、第２面はその反対方向に向く。したがって、アクティブレイヤ４０の第１面に下部ｎ−クラッドレイヤ５０が位置し、第２面には上部ｐ−クラッドレイヤ３０が位置する。
【００１７】
ここで、本発明の特徴によるアクティブレイヤ３０は単一量子ウェルまたは多重量子ウェルの構造を有するものであって、前記上下クラッドレイヤに比べて高い第１屈折率ｎ１を持つ。その下部のｎ−クラッドレイヤ５０は第１屈折率ｎ１に比べて低い第２屈折率ｎ２を持ち、前記アクティブレイヤ４０の上部のｐ−クラッドレイヤ３０は第２屈折率ｎ２に比べて低い第３屈折率ｎ３を持つ。
【００１８】
前記本発明のレーザーダイオードにおいて、前記アクティブレイヤはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ量子ウェルを含む。
【００１９】
また、前記ｐ−クラッドレイヤの部分的ドーピング濃度が異なる。すなわち、ｐ−クラッドレイヤの部分的ドーピング濃度が前記アクティブレイヤ側に近づくほど高く設定されることによって、ｐ−クラッドレイヤへのフィールド拡張をさらに抑制できる。
【００２０】
ｐ−クラッドレイヤへのフィールド拡張をさらに抑制するためには、前記ｐ−クラッドレイヤが前記ｎ−クラッドレイヤに比べてさらに厚いことが望ましい。
【００２１】
したがって、前記アクティブレイヤ４０を中心にその上下に非対称的な屈折率を持つ上下クラッドレイヤ３０、５０により非対称的ウェーブガイド構造を有する。したがって、図４および図５に図示されたように、フィールドはｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッドレイヤ３０およびｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッドレイヤ５０に対して非対称的に分布され、この時にｐ−クラッドレイヤ側のフィールドがｎ−クラッドレイヤのフィールドに比べて縮退されている。このためにｐ−クラッドレイヤのＡｌ成分含有量比がｎ−クラッドレイヤのＡｌ成分含有量比に比べて大きい。
【００２２】
一般的に従来のレーザーダイオードに利用されるウェーブガイド構造は前述したように対称的構造を有する。既存のＩｎＰ基板で利用される長波長レーザーダイオードの場合にこのような対称的ウェーブガイド構造をそのまま利用してきた。しかし、ＧａＡｓ基板で長波長光源として利用されるＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードは屈折率を変化させやすいＡｌＧａＡｓをクラッドレイヤとして使用できるので、対称的ウェーブガイド構造の長波長対称形ウェーブガイドレーザーダイオードが持つ短所を補完できる。
【００２３】
前述された図３を参照すれば、長波長（１０００ｎｍ以上の波長）で自由電荷吸収により光損失が大きく生じる。このような光損失は結論的にレーザー動作時にフィールドとｐ−クラッドレイヤとの相互作用により生じる。ｐ−クラッドレイヤは電気的性質向上のためにはドーピングを多く施すことが有利であるが、その分、光学的損失をさらに引き起こすため構造の最適化が必要である。
【００２４】
本発明では図４と共に説明されたようにｐ−クラッドレイヤの屈折率ｎ３をｎ−クラッドレイヤの屈折率より低める。これを通じて相対的にアクティブレイヤおよびｎ−クラッドレイヤにフィールドを多く分布させた。従来の構造のレーザーダイオードと本発明によるレーザーダイオードとのシミュレーション結果を示す図２および図５を比較すれば分かるように、本発明によればｐ−クラッドレイヤでのフィールド分布が従来に比べて半分以下に減少した。このような非対称的フィールド分布によってｐ−クラッドレイヤにドーピングを多く施しても光学的損失を最小に維持でき、したがって、レーザーダイオードの性能、特に臨界電流値およびスロープ効率が大きく向上する。ここでＧａＩｎＮＡｓアクティブレイヤとフィールドのピーク部分とが一致するようにアクティブレイヤの量子ウェルをアクティブレイヤの中央から外れた位置に位置させれば光学利得を最大限高めうる。かつ、このような非対称ウェーブガイドを利用したＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードの効率を大きく高めうる。
【００２５】
前記のようなレーザーダイオードは一般的な長波長レーザーダイオードにおいて、クラッドレイヤの屈折率変化が可能ないかなる長波長レーザーダイオードにも適用できる。
【００２６】
一方、一般的な積層構造はｎ−半導体物質層が基板側に位置し、ｐ−半導体物質層が上方に位置する構造である。しかし、一般的に知られたようにｎ−半導体物質層とｐ−半導体物質層とが相互反転され、このような積層構造の変形は本発明を制限しない。
【００２７】
また、前述した積層構造に多様な機能を持つ積層が追加されうる。このような追加的な積層も本発明を制限しない。
【００２８】
以上説明した内容を通じて当業者ならば本発明の技術思想を離脱しない範囲で多様な変更および修正が可能であることが分かる。したがって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく特許請求の範囲により定められるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明はレーザーダイオード、特にＧａＩｎＮＡｓレーザーダイオードに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の長波長レーザーダイオードの一例を示す概略的断面図である。
【図２】従来の長波長レーザーダイオードの対称的フィールド分布を示すグラフである。
【図３】ｎ−およびｐ−半導体物質層での波長−自由電荷吸収変化を示すグラフである。
【図４】本発明による非対称ウェーブガイド長波長レーザーダイオードの一実施例を示す概略的断面図である。
【図５】本発明によるレーザーダイオードの非対称的フィールド分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ｐ−電極層、
２０  コンタクトレイヤ、
３０  ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部クラッドレイヤ、
４０  Ｇａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙ（ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ）アクティブレイヤ、
５０  ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部クラッドレイヤ、
６０  ＧａＡｓ基板、
７０  ｎ−電極、
ｎ１ないしｎ３  第１ないし第３屈折率。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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