JPH0330487A - 半導体レーザとその製造方法 - Google Patents
半導体レーザとその製造方法Info
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- JPH0330487A JPH0330487A JP16755089A JP16755089A JPH0330487A JP H0330487 A JPH0330487 A JP H0330487A JP 16755089 A JP16755089 A JP 16755089A JP 16755089 A JP16755089 A JP 16755089A JP H0330487 A JPH0330487 A JP H0330487A
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光通信や光情報処理に用いられる半導体レーザ
に関し、詳しくは内部損失が低く、発光効率の高い半導
体レーザに関する。
に関し、詳しくは内部損失が低く、発光効率の高い半導
体レーザに関する。
半導体レーザは光通信や光情報処理のキーとなる発光デ
バイスであり、素子に流す電流に対して素子から取り出
すことができる光出力が大きいことが要請されている。
バイスであり、素子に流す電流に対して素子から取り出
すことができる光出力が大きいことが要請されている。
このためには次の２点が重要である。その第１点として
は活性領域への電流狭搾構造を設け、活性領域を迂回す
る無効電流を低減することである。第２点は半導体レー
ザ共振器の内部損失を低減することである。
は活性領域への電流狭搾構造を設け、活性領域を迂回す
る無効電流を低減することである。第２点は半導体レー
ザ共振器の内部損失を低減することである。
第１点の電流狭搾構造を設けた半導体レーザとしては、
代表的なものとして、２重溝平面埋込み構造半導体レー
ザ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａｎａｒ Ｂ
ｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａ５
ｅｒ Ｄｉｏｄｅ、略称ＤＣ−ＰＢＨＬＤ）があり、ジ
ャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー、ＬＴ
−１巻、１９８３年１９５−２０２頁に詳述されている
。またこの従来の半導体レーザのｐｎ接合容量を低減し
高速変調可能な電流挟挿構造半導体レーザとして、半絶
縁性半導体埋込み構造半導体レーザがあ弘例えば、その
−例がエレクトロニクス・１／タ一ズ２２巻、１９８６
年１２１４−１２１５頁に記載されている。このように
電流挟挿構造の改善を通し発光効率を高める研究が盛ん
に行なわれている。
代表的なものとして、２重溝平面埋込み構造半導体レー
ザ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａｎａｒ Ｂ
ｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａ５
ｅｒ Ｄｉｏｄｅ、略称ＤＣ−ＰＢＨＬＤ）があり、ジ
ャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー、ＬＴ
−１巻、１９８３年１９５−２０２頁に詳述されている
。またこの従来の半導体レーザのｐｎ接合容量を低減し
高速変調可能な電流挟挿構造半導体レーザとして、半絶
縁性半導体埋込み構造半導体レーザがあ弘例えば、その
−例がエレクトロニクス・１／タ一ズ２２巻、１９８６
年１２１４−１２１５頁に記載されている。このように
電流挟挿構造の改善を通し発光効率を高める研究が盛ん
に行なわれている。
更に発光効率を高める第２のファクターは共振器の内部
損失を低減することである。しかし、従来の半導体レー
ザ中の内部損失の主要因であるｐ形半導体クラッド層（
以下ｐ形りラッド層と記す）の吸収損失を減少するため
ｐ形クラッド層の不純物濃度を低減したりすると、半導
体レーザのオーバーフロー無効電流が流れ、温度特性を
悪化するなど、共振器の内部損失低減が困難であるとい
う問題点が従来あった。
損失を低減することである。しかし、従来の半導体レー
ザ中の内部損失の主要因であるｐ形半導体クラッド層（
以下ｐ形りラッド層と記す）の吸収損失を減少するため
ｐ形クラッド層の不純物濃度を低減したりすると、半導
体レーザのオーバーフロー無効電流が流れ、温度特性を
悪化するなど、共振器の内部損失低減が困難であるとい
う問題点が従来あった。
本発明の目的は、上記の従来困難であった半導体レーザ
内部損失の低減を行ない、外部微分量子効率の高い半導
体レーザとその製作方法を提供することである。
内部損失の低減を行ない、外部微分量子効率の高い半導
体レーザとその製作方法を提供することである。
本発明の半導体レーザはｐ形クラッド層とｎ５２９９１
層により上下をはさまれ、かつ左右を電流狭搾用半導体
で囲まれた活性層を有する半導体レーザにおいて、前記
ｐ形クラッド層の光吸収係数よりも小さな光吸収係数を
有する低光吸収半導体層を前記ｐ形クラッド層に接しか
つ前記活性層から少なくとも波長程度の近傍に設けた構
造を持つことが特徴である。
層により上下をはさまれ、かつ左右を電流狭搾用半導体
で囲まれた活性層を有する半導体レーザにおいて、前記
ｐ形クラッド層の光吸収係数よりも小さな光吸収係数を
有する低光吸収半導体層を前記ｐ形クラッド層に接しか
つ前記活性層から少なくとも波長程度の近傍に設けた構
造を持つことが特徴である。
また、もう１つの発明である半導体レーザの製造方法は
、低光吸収半導体層を半導体基板の上に形成し、さらに
この上にｐ形クラッド層、活性層、ｎ５２９９１層を順
次成長し、前記ｎ５２９９１層と活性層とをストライプ
状にエツチングし、その両脇を低光吸収で半絶縁性の半
導体で埋め込み、最後に前記ｎ５２９９１層とｐ形クラ
ッド層とにそれぞれ電極を形成する工程を持つことが特
徴である。
、低光吸収半導体層を半導体基板の上に形成し、さらに
この上にｐ形クラッド層、活性層、ｎ５２９９１層を順
次成長し、前記ｎ５２９９１層と活性層とをストライプ
状にエツチングし、その両脇を低光吸収で半絶縁性の半
導体で埋め込み、最後に前記ｎ５２９９１層とｐ形クラ
ッド層とにそれぞれ電極を形成する工程を持つことが特
徴である。
本発明の作用・原理について図面を参照しながら説明す
る。
る。
本発明の半導体レーザは第１図に示したように、低光吸
収半導体層１１を有する半導体基板１０の上に、ｐ形ク
ラッド層１２．活性層１３．ｎ形りラッド層１４を設け
、活性層１３の両脇は低光吸収で半絶縁性の埋込層１５
で埋込んで、ｎ形りラッド層１４に負電極１６．ｐ形ク
ラッド層に正電極１７を設けた構造からなっている。
収半導体層１１を有する半導体基板１０の上に、ｐ形ク
ラッド層１２．活性層１３．ｎ形りラッド層１４を設け
、活性層１３の両脇は低光吸収で半絶縁性の埋込層１５
で埋込んで、ｎ形りラッド層１４に負電極１６．ｐ形ク
ラッド層に正電極１７を設けた構造からなっている。
一般に半導体レーザの注入電流に対する光の取り出し効
率を示す外部微分量子効率η、は、共振器のミラー損失
α９と、共振器の内部損失α、を用い、η、＝η１αＭ
／ （α２＋α１）と表わすことができる。ここでη、
は内部微分量子効率で注入キャリヤの光子への変換効率
であり、電流挟挿構造において無効電流を小さくするこ
とはこの係数を大きくすることに相当する。なお外部微
分量子効率はミラー損失α、の増加により高くすること
ができる。しかし、ミラー損失の増加は閾電流値も高く
するため、レーザ特性としては好ましくない。外部微分
量子効率を高くし、かつ、閾値電流を低くできるのは内
部損失α１の減少である。内部損失は、活性層中の損失
とクラッド層の損失からなるが、活性層膜厚が波長に比
べ小さく光分布がクラッド層中に活性層から波長程度の
範囲に広がっているため、クラッド層の損失の寄与が大
きい。特にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の場合、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層の吸収係数がｎ−ＩｎＰ層や半絶縁性ＩｎＰ層の吸
収係数に比べ極めて大きいことが知られている。このた
め、本発明ではｐ形クラッド層による光吸収損失を減少
させるため、ｐ形クラッド層の膜厚を薄くするとともに
、ｐ形クラッド層よりも低光吸収係数をもった半導体層
１１を活性層１３の近傍に配置した点が特徴である。す
なわちｐ形クラッド層の膜厚を薄くすることは、従来、
電子がｐ形りラッド層を乗り越えて正電極に達する無効
なオーバーフロー電流が流れる問題があった。しかし本
発明の構造では、ｐ形りラッド層の膜厚を薄くしても、
電子が電極に達するまでのｐ形りラッド層厚が十分大き
く保たれており、オーバーフロー電流は殆んど流れない
ようになっている。従って本発明の半導体レーザではオ
ーバーフロー電流増加による光出力温度特性の悪化等の
問題が従来に比べ改善され、高発光効率が実現される。
率を示す外部微分量子効率η、は、共振器のミラー損失
α９と、共振器の内部損失α、を用い、η、＝η１αＭ
／ （α２＋α１）と表わすことができる。ここでη、
は内部微分量子効率で注入キャリヤの光子への変換効率
であり、電流挟挿構造において無効電流を小さくするこ
とはこの係数を大きくすることに相当する。なお外部微
分量子効率はミラー損失α、の増加により高くすること
ができる。しかし、ミラー損失の増加は閾電流値も高く
するため、レーザ特性としては好ましくない。外部微分
量子効率を高くし、かつ、閾値電流を低くできるのは内
部損失α１の減少である。内部損失は、活性層中の損失
とクラッド層の損失からなるが、活性層膜厚が波長に比
べ小さく光分布がクラッド層中に活性層から波長程度の
範囲に広がっているため、クラッド層の損失の寄与が大
きい。特にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の場合、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層の吸収係数がｎ−ＩｎＰ層や半絶縁性ＩｎＰ層の吸
収係数に比べ極めて大きいことが知られている。このた
め、本発明ではｐ形クラッド層による光吸収損失を減少
させるため、ｐ形クラッド層の膜厚を薄くするとともに
、ｐ形クラッド層よりも低光吸収係数をもった半導体層
１１を活性層１３の近傍に配置した点が特徴である。す
なわちｐ形クラッド層の膜厚を薄くすることは、従来、
電子がｐ形りラッド層を乗り越えて正電極に達する無効
なオーバーフロー電流が流れる問題があった。しかし本
発明の構造では、ｐ形りラッド層の膜厚を薄くしても、
電子が電極に達するまでのｐ形りラッド層厚が十分大き
く保たれており、オーバーフロー電流は殆んど流れない
ようになっている。従って本発明の半導体レーザではオ
ーバーフロー電流増加による光出力温度特性の悪化等の
問題が従来に比べ改善され、高発光効率が実現される。
以下、本発明の実施例について更に詳しく説明する。
第１図は本発明の実施例を示す概略断面図である。第１
図に示した本発明の半導体レーザは、例えば第２図に示
した製造方法工程図に従って作製される。本実施例では
代表的な１．３μｍ波長ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体
レーザの作製例について述べる。
図に示した本発明の半導体レーザは、例えば第２図に示
した製造方法工程図に従って作製される。本実施例では
代表的な１．３μｍ波長ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体
レーザの作製例について述べる。
本実施例では、半導体基板１０として半絶縁性ＩｎＰ基
板を用いた。この基板の上に第２図（ａ）のように、低
光吸収半導体層１１．厚さ０．２μｍのｐ形ＩｎＰクラ
ッド層１２（以下、ｐ形りラッド層又はｐ−ＩｎＰ層と
記す）、厚さ０．１μｍの工ｎＧａＡｓＰ活性層１３．
厚さ１ ）、ｔ ｍのｎ彫工ｎＰクラッド層１４（以下
、ｎ形クラッド層又はｎ−ＩｎＰ層と記す）を成長する
。次いで、第２図（ｂ）のようにマスクパターン２１を
設け、エツチングを行って活性層１３とｎ形りラッド層
１４からなるストライプ状電流通電部２０を形成し、そ
の両脇に半絶縁性ＩｎＰ層１５を選択的に埋め込みを行
った。２２は選択成長用のマスクパターンであり、埋め
込み成長方法としては通常の気相成長法を用いた。この
後、マスクパターン２１．２２を除去し、第２図（ｃ）
のように、電極１６．１７をそれぞれ設は本実施例の半
導体レーザを作製した。
板を用いた。この基板の上に第２図（ａ）のように、低
光吸収半導体層１１．厚さ０．２μｍのｐ形ＩｎＰクラ
ッド層１２（以下、ｐ形りラッド層又はｐ−ＩｎＰ層と
記す）、厚さ０．１μｍの工ｎＧａＡｓＰ活性層１３．
厚さ１ ）、ｔ ｍのｎ彫工ｎＰクラッド層１４（以下
、ｎ形クラッド層又はｎ−ＩｎＰ層と記す）を成長する
。次いで、第２図（ｂ）のようにマスクパターン２１を
設け、エツチングを行って活性層１３とｎ形りラッド層
１４からなるストライプ状電流通電部２０を形成し、そ
の両脇に半絶縁性ＩｎＰ層１５を選択的に埋め込みを行
った。２２は選択成長用のマスクパターンであり、埋め
込み成長方法としては通常の気相成長法を用いた。この
後、マスクパターン２１．２２を除去し、第２図（ｃ）
のように、電極１６．１７をそれぞれ設は本実施例の半
導体レーザを作製した。
本発明のｐ−ＩｎＰ層１２．ｎ−ＩｎＰ層１４の光吸収
係数はそれぞれ６０ｃｍ−’ ５ｃｍ−’であり、こ
れに対し半絶縁ＩｎＰ層１０，１１．１５の光吸収係数
は１．５ｃｍ−’と十分小さくなっている。このため、
共振器の内部損失は従来値３０〜４０ｃｍ−’に比べ、
本発明では１０〜１５ｃｍ−’と大幅に減少した。すな
わち、本発明の半導体レーザでは、通常のミラー損失値
において外部微分量子効率が８０％程度のものが得られ
、５０％付近の従来値に比べ格段の改善が得られた。ま
たオーバーフロー電流による温度特性の劣化等の影、響
は認められなかった。
係数はそれぞれ６０ｃｍ−’ ５ｃｍ−’であり、こ
れに対し半絶縁ＩｎＰ層１０，１１．１５の光吸収係数
は１．５ｃｍ−’と十分小さくなっている。このため、
共振器の内部損失は従来値３０〜４０ｃｍ−’に比べ、
本発明では１０〜１５ｃｍ−’と大幅に減少した。すな
わち、本発明の半導体レーザでは、通常のミラー損失値
において外部微分量子効率が８０％程度のものが得られ
、５０％付近の従来値に比べ格段の改善が得られた。ま
たオーバーフロー電流による温度特性の劣化等の影、響
は認められなかった。
また本発明の半導体レーザは、半絶縁性電流阻止層を使
っている点と、同一半絶縁性基板の同一面上に電極形成
をし電極の極小化が図れる点から、低キャパシタンスの
高速駆動素子に適した構造を有している点も特徴である
。
っている点と、同一半絶縁性基板の同一面上に電極形成
をし電極の極小化が図れる点から、低キャパシタンスの
高速駆動素子に適した構造を有している点も特徴である
。
本実施例では１．３ μｍ波長ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
半導体レーザについて示したが、他の半導体レーザ例え
ば波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ Ｘ ｎ Ｐ
レーザや波長が０．６−０．９ μｍ帯のＧａＡｓ系レ
ーザについても同様に有効である。
半導体レーザについて示したが、他の半導体レーザ例え
ば波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ Ｘ ｎ Ｐ
レーザや波長が０．６−０．９ μｍ帯のＧａＡｓ系レ
ーザについても同様に有効である。
本発明の半導体レーザは、従来に比べ内部損失が低く、
従って発光効率が高く、更に低キャパシタンスで高速駆
動が可能な特性も有し、光通信や光情報処理用の光源素
子に適する。
従って発光効率が高く、更に低キャパシタンスで高速駆
動が可能な特性も有し、光通信や光情報処理用の光源素
子に適する。
第１図は本発明の半導体レーザの概略素子断面図、第２
図は本発明の半導体レーザ製造方法の概略工程図である
。 １０・・・・・・基板、１１・・・・・・低光吸収半導
体層、１２・・・・・・ｐ形りラッド層、１３・・・・
・・活性層、１４・・・・・・ｎ形クラッド層、１５・
・・・・・半絶縁性埋込層、１６・・・・・・電極、１
７・・・・・・電極、２ｏ・・印・ストライプ状電流通
電部、２１・・・・・・マスクパターン、２２・・・・
・・マスクパターン。
図は本発明の半導体レーザ製造方法の概略工程図である
。 １０・・・・・・基板、１１・・・・・・低光吸収半導
体層、１２・・・・・・ｐ形りラッド層、１３・・・・
・・活性層、１４・・・・・・ｎ形クラッド層、１５・
・・・・・半絶縁性埋込層、１６・・・・・・電極、１
７・・・・・・電極、２ｏ・・印・ストライプ状電流通
電部、２１・・・・・・マスクパターン、２２・・・・
・・マスクパターン。
Claims (2)
- （１）ｐ形半導体クラッド層とｎ形半導体クラッド層に
より上下をはさまれ、かつ左右を電流狭搾用半導体で囲
まれた活性層を有する半導体レーザにおいて、前記ｐ形
半導体クラッド層の光吸収係数よりも小さな光吸収係数
を有する低光吸収半導体層を前記ｐ形半導体クラッド層
に接し、かつ、前記活性層から少なくとも波長程度の近
傍に設けたことを特徴とする半導体レーザ。 - （２）半導体基板上に低光吸収半導体層を形成し、さら
に、この上にｐ形半導体クラッド層、活性層、ｎ形半導
体クラッド層を順次成長し、前記ｎ形半導体クラッド層
と活性層とをストライプ状にエッチングし、その両脇を
低光吸収で半絶縁性の半導体で埋め込み、最後に前記ｎ
形半導体クラッド層とｐ形半導体クラッド層とにそれぞ
れ電極を形成する工程からなることを特徴とする半導体
レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16755089A JPH0330487A (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体レーザとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16755089A JPH0330487A (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体レーザとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330487A true JPH0330487A (ja) | 1991-02-08 |
Family
ID=15851798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16755089A Pending JPH0330487A (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体レーザとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0330487A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009542033A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | インテル コーポレイション | 電気的にポンピングされる半導体エバネッセント・レーザー |
| WO2015015633A1 (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6490583A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-07 | Sumitomo Electric Industries | Semiconductor laser element |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP16755089A patent/JPH0330487A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6490583A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-07 | Sumitomo Electric Industries | Semiconductor laser element |
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| JP2009542033A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | インテル コーポレイション | 電気的にポンピングされる半導体エバネッセント・レーザー |
| US8767792B2 (en) | 2006-06-30 | 2014-07-01 | Intel Corporation | Method for electrically pumped semiconductor evanescent laser |
| WO2015015633A1 (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及びその製造方法 |
| US9819153B2 (en) | 2013-08-02 | 2017-11-14 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
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