JPH03797B2 - - Google Patents
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- JPH03797B2 JPH03797B2 JP58091828A JP9182883A JPH03797B2 JP H03797 B2 JPH03797 B2 JP H03797B2 JP 58091828 A JP58091828 A JP 58091828A JP 9182883 A JP9182883 A JP 9182883A JP H03797 B2 JPH03797 B2 JP H03797B2
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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
- H01S5/24—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 grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
-
- 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
- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光通信の分野において使用されるも
のである。
のである。
従来例の構成とその問題点
半導体レーザは光通信用光源としてすでに一部
では実用期に入つている。特に波長1.3μｍ付近に
おいては、シリカ系フアイバの損失が極めて小さ
くなることから、この波長のレーザ光を得ること
のできるInGaAsP／InP半導体レーザの開発が活
発化している。この波長帯での通信を考える場合
特に単一モードのフアイバの使用が有効である。
では実用期に入つている。特に波長1.3μｍ付近に
おいては、シリカ系フアイバの損失が極めて小さ
くなることから、この波長のレーザ光を得ること
のできるInGaAsP／InP半導体レーザの開発が活
発化している。この波長帯での通信を考える場合
特に単一モードのフアイバの使用が有効である。
一方単一モードフアイバに対する光源の特性と
して要求される事項としては 横単一モードでスポツト状発振であること ビームの広がりが小さいこと 動作電流が小さいこと などである。従来の、特に初期のストライプ型レ
ーザでは動作電流の増加に伴い多モード発振とな
り、また動作電流も極めて大きいものである。低
しきい値電流又モード安定性のために、埋め込み
型レーザが考案された。これは第１図に示すよう
にｎ−InP基板１上に第３の液相エピタキシヤル
成長により、ｎ−InP層２、ｎ−InGaAsP活性層
３、Ｐ−InP層４、Ｐ−InGaAsPキヤツプ層を順
次成長させこれをエツチングによつが逆メサ状に
加工し、しかるのち、第２の液相エピタキシヤル
成長によりＰ−InP層６、ｎ−InP層７よりなる
電流ブロツク層を成長させる。このような構造で
は、活性層の幅が約2μｍであり、かつ、これを
とりかこむ領域はすべて屈折率の小さいInPであ
ることから光と、電流が効率よくとじ込められ低
しきい値電流でかつ、横単一モードで発振する。
して要求される事項としては 横単一モードでスポツト状発振であること ビームの広がりが小さいこと 動作電流が小さいこと などである。従来の、特に初期のストライプ型レ
ーザでは動作電流の増加に伴い多モード発振とな
り、また動作電流も極めて大きいものである。低
しきい値電流又モード安定性のために、埋め込み
型レーザが考案された。これは第１図に示すよう
にｎ−InP基板１上に第３の液相エピタキシヤル
成長により、ｎ−InP層２、ｎ−InGaAsP活性層
３、Ｐ−InP層４、Ｐ−InGaAsPキヤツプ層を順
次成長させこれをエツチングによつが逆メサ状に
加工し、しかるのち、第２の液相エピタキシヤル
成長によりＰ−InP層６、ｎ−InP層７よりなる
電流ブロツク層を成長させる。このような構造で
は、活性層の幅が約2μｍであり、かつ、これを
とりかこむ領域はすべて屈折率の小さいInPであ
ることから光と、電流が効率よくとじ込められ低
しきい値電流でかつ、横単一モードで発振する。
一方このような構造においては、製造上の難点
として第１の成長後のエツチングにおいて活性層
幅を2μｍ程度にすることがあげられる。
として第１の成長後のエツチングにおいて活性層
幅を2μｍ程度にすることがあげられる。
すなわち、このように狭くエツチングすること
は、現状では、ウエツトエツチに頼らざるをえ
ず、きわめて制御性が悪くエツチングが若干早く
すすめば、活性層はおれてしまう。また最も大き
な問題点として活性層の厚みが約0.2μｍとした時
活性層幅を3μｍ以下としなければ、横単一モー
ドにならないことである。前記したように、単一
モードで発振するレーザが、単一モードフアイバ
の利点を生かしうる必須条件であることから、エ
ツチングの制御性は、この形のレーザの最も大き
な問題点といえる。
は、現状では、ウエツトエツチに頼らざるをえ
ず、きわめて制御性が悪くエツチングが若干早く
すすめば、活性層はおれてしまう。また最も大き
な問題点として活性層の厚みが約0.2μｍとした時
活性層幅を3μｍ以下としなければ、横単一モー
ドにならないことである。前記したように、単一
モードで発振するレーザが、単一モードフアイバ
の利点を生かしうる必須条件であることから、エ
ツチングの制御性は、この形のレーザの最も大き
な問題点といえる。
発明の目的
本発明の目的は、従来のレーザの製造上の問題
点を克服し、活性層に平行な方向のモード制御を
可能とし、さらに無効電流を極度に低減せしめた
低しきい値の半導体レーザを提案することであ
る。
点を克服し、活性層に平行な方向のモード制御を
可能とし、さらに無効電流を極度に低減せしめた
低しきい値の半導体レーザを提案することであ
る。
発明の構成
かかる目的を達成するためになされた第１の手
段は、活性層の形状を三日月状とし、二次関数で
近似できるような屈折率分布をもたせたこと、ま
た第２の手段として、上記形状の活物層の両側に
InPより屈折率が大きく活性層より屈折率の小さ
いInGaAsP層を配置したことである。このよう
な活性層の形状及び光とじ込め層の配置によつ
て、発振基本モードは、中心付近において立ちや
すく、活性層両サイドにおいては、ロスが大きく
なるため、たとえ活性層が拡くても単一横モード
で発振しうる。
段は、活性層の形状を三日月状とし、二次関数で
近似できるような屈折率分布をもたせたこと、ま
た第２の手段として、上記形状の活物層の両側に
InPより屈折率が大きく活性層より屈折率の小さ
いInGaAsP層を配置したことである。このよう
な活性層の形状及び光とじ込め層の配置によつ
て、発振基本モードは、中心付近において立ちや
すく、活性層両サイドにおいては、ロスが大きく
なるため、たとえ活性層が拡くても単一横モード
で発振しうる。
すなわち、第２図に示すように、第１図のよう
な埋め込み構造のレーザの活性層ｌと、埋め込み
層の屈折率関係は、ａのように、ステツプ型であ
り活性層の屈折率分布は一様でΔn1も大きい。一
方、本発明においては、活性層ｌの屈折率分布
は、ｂに示すように、中心付近で最も大きく、か
つ両側へ２次関数で近似できるような分布をもつ
と共に、とじ込め層の屈折率も従来の埋め込み型
に比して大きくし、発振モードが中心付近以外
で、発生する高次モードを積極的に、減衰せしめ
るものである。
な埋め込み構造のレーザの活性層ｌと、埋め込み
層の屈折率関係は、ａのように、ステツプ型であ
り活性層の屈折率分布は一様でΔn1も大きい。一
方、本発明においては、活性層ｌの屈折率分布
は、ｂに示すように、中心付近で最も大きく、か
つ両側へ２次関数で近似できるような分布をもつ
と共に、とじ込め層の屈折率も従来の埋め込み型
に比して大きくし、発振モードが中心付近以外
で、発生する高次モードを積極的に、減衰せしめ
るものである。
さらに第３の手段によつて、活性層両側には、
ｎ−InP、Ｐ−InPよりなる電流ブロツキング層
を設け、極めて低しきい値のレーザを得るように
した。
ｎ−InP、Ｐ−InPよりなる電流ブロツキング層
を設け、極めて低しきい値のレーザを得るように
した。
実施例の説明
第３図は本発明の半導体レーザ製造のための第
１のエピタキシヤル成長層の断面を示したもので
ある。ｎ−InP基板１８上に順次ｎ−InGaAsP層
（波長にして1.3μｍに相当する組成、以下Q1層と
略す）８、Ｐ−InP層９、ｎ−InP層１０、Ｐ−
lnP層１１、ｎ−InGaAsP層（波長にして1.0μｍ
に相当する組成、以下Q2層と略す）１２を成長
させる。次に、第４図に示すごとくSiO2膜１３
をとりつけたのちホトリソグラフイの手段によ
り、幅約2μｍのストライプ状に、SiO2を除去す
る。しかるのち、Q2層１２をH2SO4：H2O2：
H2O、３：１：１からなるエツチング液によつ
て除去したのち、HClによつてInP層９，１０，
１１をエツチングする。HClは、Q2層１２及び
Q1層８に対しては、腐食性をもたないため、エ
ツチングはQ1層８で停止する。
１のエピタキシヤル成長層の断面を示したもので
ある。ｎ−InP基板１８上に順次ｎ−InGaAsP層
（波長にして1.3μｍに相当する組成、以下Q1層と
略す）８、Ｐ−InP層９、ｎ−InP層１０、Ｐ−
lnP層１１、ｎ−InGaAsP層（波長にして1.0μｍ
に相当する組成、以下Q2層と略す）１２を成長
させる。次に、第４図に示すごとくSiO2膜１３
をとりつけたのちホトリソグラフイの手段によ
り、幅約2μｍのストライプ状に、SiO2を除去す
る。しかるのち、Q2層１２をH2SO4：H2O2：
H2O、３：１：１からなるエツチング液によつ
て除去したのち、HClによつてInP層９，１０，
１１をエツチングする。HClは、Q2層１２及び
Q1層８に対しては、腐食性をもたないため、エ
ツチングはQ1層８で停止する。
このようなエツチングによつて溝を形成した基
板に、第２の液相エピタキシヤル法によつて第５
図に示すようにｎ−InP層１４、InGaAsP層（波
長にして1.3μｍに相当する組成、以下Q3と略す）
１５、Ｐ−InP層１６、Ｐ−InGaAsP層（波長に
して1.05μｍに相当する組成、以下Q4と略す）１
７を順次成長させる。活性層であるQ3層１５は
図に示すごとく、三日月状を呈する。活性層厚は
0.2μｍである。またQ3層は、Q2層１２の中間付
近に位置するように成長を行う。尚最上層である
Q4層１７は電極のためのキヤツプ層である。
板に、第２の液相エピタキシヤル法によつて第５
図に示すようにｎ−InP層１４、InGaAsP層（波
長にして1.3μｍに相当する組成、以下Q3と略す）
１５、Ｐ−InP層１６、Ｐ−InGaAsP層（波長に
して1.05μｍに相当する組成、以下Q4と略す）１
７を順次成長させる。活性層であるQ3層１５は
図に示すごとく、三日月状を呈する。活性層厚は
0.2μｍである。またQ3層は、Q2層１２の中間付
近に位置するように成長を行う。尚最上層である
Q4層１７は電極のためのキヤツプ層である。
このような積層構造のウエーハに、Q4層１７
上にAu／Zn−Au、ｎ−InP基板１側にAu／Sn
−Auによつてオーミツク電極を形成し、ヘキ開
によつて、約300μｍの共振器長をもつレーザチ
ップを切り出し、前記チツプのしきい値電流と遠
視野像を調べたところ平均してしきい値電流は約
20ｍＡであつた。また、遠視野像の測定からジヤ
ンクシヨン面に垂直方向（以下θ⊥と略す）で、
約20°平行方向（以下θと略す）で約32°のもの
が得られた。
上にAu／Zn−Au、ｎ−InP基板１側にAu／Sn
−Auによつてオーミツク電極を形成し、ヘキ開
によつて、約300μｍの共振器長をもつレーザチ
ップを切り出し、前記チツプのしきい値電流と遠
視野像を調べたところ平均してしきい値電流は約
20ｍＡであつた。また、遠視野像の測定からジヤ
ンクシヨン面に垂直方向（以下θ⊥と略す）で、
約20°平行方向（以下θと略す）で約32°のもの
が得られた。
上記実施例と同一構造、製法において活性層中
心の厚みを0.2μｍと固定し、活性層の幅を、3μ
ｍ、3.5μｍ、4μｍ、5μｍ、6μｍと５種類に変え
て、その横モードについて調べてみたところ、活
性層幅が、5μｍのものまでは単一モードで発振
した。幅5μｍでの溝形成のためはエツチングは、
従来の埋め込み構造での3μｍ程度のエツチング
に比して極めて制御性よく、かつ高精度で行なえ
る幅である。尚5μｍの幅とした時の平均しきい
値電流は45ｍＡであつた。
心の厚みを0.2μｍと固定し、活性層の幅を、3μ
ｍ、3.5μｍ、4μｍ、5μｍ、6μｍと５種類に変え
て、その横モードについて調べてみたところ、活
性層幅が、5μｍのものまでは単一モードで発振
した。幅5μｍでの溝形成のためはエツチングは、
従来の埋め込み構造での3μｍ程度のエツチング
に比して極めて制御性よく、かつ高精度で行なえ
る幅である。尚5μｍの幅とした時の平均しきい
値電流は45ｍＡであつた。
同様の実施例として、活性層の位置をＰ−InP
１１の部分とした。活性層の厚みは0.2μｍと固定
し、幅を上記と同様に3μｍ、3.5μ、4μ、5μ、6μ
と変化させたところ、3.5μｍ以上の幅では高次モ
ードが観測された。
１１の部分とした。活性層の厚みは0.2μｍと固定
し、幅を上記と同様に3μｍ、3.5μ、4μ、5μ、6μ
と変化させたところ、3.5μｍ以上の幅では高次モ
ードが観測された。
第４図に示す構造において、活性層幅を4μｍ、
中心部の厚みを0.2μｍと固定しておき、該活性層
両側のQ2層の組成を変化させ、横モード及びし
きい値電流の変化を調べた。Q2層の組成変化に
よるバンドギヤツプの変化は、波長にして、
0.94μｍ、0.96μｍ、1.05μｍ、1.18μｍ、1.2μｍで
ある。その結果、Q2層組成0.96μｍ〜1.18μｍの組
成に対しては横単一モードであり、しきい値電流
についても平均30ｍＡ程度であつた。しかるに
0.94μｍに対しては、高次モードが観測された。
尚この場合しきい電流の変化はなかつた。一方、
1.2μｍでは横モードの単一性は得られたが、しき
い値電流は平均60ｍＡと高くなつた。これは両側
Q2層と活性層の屈折率差が小さくなつたために、
光がもれることによると考えられる。したがつて
少なくとも活性層幅を4μｍ以下、厚みを0.2μｍと
した時、しきい値電流を増大せしめず、かつ横単
一モードを得るための両側Q2層組成は、波長に
して、0.96μｍ〜1.18μｍの範囲である。
中心部の厚みを0.2μｍと固定しておき、該活性層
両側のQ2層の組成を変化させ、横モード及びし
きい値電流の変化を調べた。Q2層の組成変化に
よるバンドギヤツプの変化は、波長にして、
0.94μｍ、0.96μｍ、1.05μｍ、1.18μｍ、1.2μｍで
ある。その結果、Q2層組成0.96μｍ〜1.18μｍの組
成に対しては横単一モードであり、しきい値電流
についても平均30ｍＡ程度であつた。しかるに
0.94μｍに対しては、高次モードが観測された。
尚この場合しきい電流の変化はなかつた。一方、
1.2μｍでは横モードの単一性は得られたが、しき
い値電流は平均60ｍＡと高くなつた。これは両側
Q2層と活性層の屈折率差が小さくなつたために、
光がもれることによると考えられる。したがつて
少なくとも活性層幅を4μｍ以下、厚みを0.2μｍと
した時、しきい値電流を増大せしめず、かつ横単
一モードを得るための両側Q2層組成は、波長に
して、0.96μｍ〜1.18μｍの範囲である。
発明の効果
以上述べたように本発明によれば、従来横モー
ドの制御のため極めて困難であつた活性層幅の狭
窄の許容度をゆるめ、安定した低しきい値電流、
かつ横単一モードを有する半導体レーザーを得る
ことができる。
ドの制御のため極めて困難であつた活性層幅の狭
窄の許容度をゆるめ、安定した低しきい値電流、
かつ横単一モードを有する半導体レーザーを得る
ことができる。
第１図は従来の一実施例の半導体レーザの断面
図、第２図ａ，ｂはそれぞれ埋め込み型と本発明
の実施例における活性層と屈折率の関係を示す
図、第３図〜第５図は本発明の一実施例の半導体
レーザの製造プロセスを示図である。 ８……ｎ−InGaAsP層、９……Ｐ−InP層、１
０……ｎ−InP層、１１……Ｐ−InP層、１２…
…InGaAsP層、１３……SiO2絶縁膜、１４……
ｎ−InP層、１５……InGaAs−Ｐ活性層、１６
……Ｐ−InP層、１７……Ｐ−InGaAsPキヤツプ
層。
図、第２図ａ，ｂはそれぞれ埋め込み型と本発明
の実施例における活性層と屈折率の関係を示す
図、第３図〜第５図は本発明の一実施例の半導体
レーザの製造プロセスを示図である。 ８……ｎ−InGaAsP層、９……Ｐ−InP層、１
０……ｎ−InP層、１１……Ｐ−InP層、１２…
…InGaAsP層、１３……SiO2絶縁膜、１４……
ｎ−InP層、１５……InGaAs−Ｐ活性層、１６
……Ｐ−InP層、１７……Ｐ−InGaAsPキヤツプ
層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ｎ−InP基板上に第１のｎ−InGaAsP層、ｎ
−InP層、電流ブロツキング層であるＰ−InP層、
ｎ−InP層および第２のｎ−InGaAsP層を順次積
層した積層体に、前記第１のｎ−InGaAsP層に
届く溝を形成し、前記溝中にｎ−InP層、第３の
ｎ−InGaAsP活性層、Ｐ−InP層、第４のＰ−
InGaAsPを順次形成し、前記溝中における活性
層となる第３のｎ−InGaAsP層の位置を前記第
２のｎ−InGaAsP層によつてはさまれる位置に
おいたことを特徴とする半導体レーザ。 ２ 第２のｎ−InGaAsP層のバンドギヤツプは
波長にして、0.96μｍ〜1.18μｍであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レー
ザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58091828A JPS59215785A (ja) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | 半導体レ−ザ |
| US06/612,642 US4644552A (en) | 1983-05-24 | 1984-05-21 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58091828A JPS59215785A (ja) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59215785A JPS59215785A (ja) | 1984-12-05 |
| JPH03797B2 true JPH03797B2 (ja) | 1991-01-08 |
Family
ID=14037464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58091828A Granted JPS59215785A (ja) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | 半導体レ−ザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4644552A (ja) |
| JP (1) | JPS59215785A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4905057A (en) * | 1985-12-18 | 1990-02-27 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor devices |
| JPS62283686A (ja) * | 1986-05-31 | 1987-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザの製造方法 |
| JPH0716081B2 (ja) * | 1987-08-05 | 1995-02-22 | 三菱電機株式会社 | 半導体発光装置 |
| US5194399A (en) * | 1987-08-05 | 1993-03-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of producing a semiconductor light emitting device disposed in an insulating substrate |
| US5275968A (en) * | 1987-08-05 | 1994-01-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of producing a semiconductor light emitting device disposed in an insulating substrate |
| JPH0231488A (ja) * | 1988-07-20 | 1990-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| US5309465A (en) * | 1992-11-05 | 1994-05-03 | International Business Machines Corporation | Ridge waveguide semiconductor laser with thin active region |
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