JPH065975A - 半導体レーザ - Google Patents
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- H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 放熱に優れ、高出力動作下でも基本モードが
維持され、漏洩電流が低減でき余分な発熱を抑えること
が出来、その結果、従来より遥かに高い光出力を安定し
て出射する半導体レーザを得る。 【構成】 活性層１０１と導波層１０２の界面或いは導
波層中にエッチングストップ層１０３があり、このエッ
チングストップ層より上の層はストライプ状のメサに加
工される。次いで、メサの側面と前記エッチングストッ
プ層１０３の表面に、相異なる導電型の薄膜層が交互に
積層されて成る電流阻止層１０７が形成される。エッチ
ングストップ層の厚みは、レーザ光の光強度分布を乱さ
ない程度に薄い。
維持され、漏洩電流が低減でき余分な発熱を抑えること
が出来、その結果、従来より遥かに高い光出力を安定し
て出射する半導体レーザを得る。 【構成】 活性層１０１と導波層１０２の界面或いは導
波層中にエッチングストップ層１０３があり、このエッ
チングストップ層より上の層はストライプ状のメサに加
工される。次いで、メサの側面と前記エッチングストッ
プ層１０３の表面に、相異なる導電型の薄膜層が交互に
積層されて成る電流阻止層１０７が形成される。エッチ
ングストップ層の厚みは、レーザ光の光強度分布を乱さ
ない程度に薄い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理等
に用いられる半導体レーザに関する。
に用いられる半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信や光情報処理では、アナログやデ
ジタルの光信号を光ファイバーケーブルで送る。ところ
が、長距離を伝送する場合、光信号が減衰するので、途
中で増幅する必要がある。光ファイバー増幅器は、その
様な目的で開発されたもので、波長１．５５μｍの光信
号を１０００倍に増幅できる。この増幅器の主な構成部
品は、エルビウムを添加した約５０ｍの光ファイバー
（以下、「エルビウム添加光ファイバー」と記す。）
と、波長１．４８μｍ叉は０．９８μｍで１５０ｍＷ以
上の光出力を出す半導体レーザ（以下、「励起用半導体
レーザ」と記す。）である。
ジタルの光信号を光ファイバーケーブルで送る。ところ
が、長距離を伝送する場合、光信号が減衰するので、途
中で増幅する必要がある。光ファイバー増幅器は、その
様な目的で開発されたもので、波長１．５５μｍの光信
号を１０００倍に増幅できる。この増幅器の主な構成部
品は、エルビウムを添加した約５０ｍの光ファイバー
（以下、「エルビウム添加光ファイバー」と記す。）
と、波長１．４８μｍ叉は０．９８μｍで１５０ｍＷ以
上の光出力を出す半導体レーザ（以下、「励起用半導体
レーザ」と記す。）である。
【０００３】この励起用半導体レーザの光を、エルビウ
ム添加光ファイバーに入れると、エルビウム原子内の電
子が励起されて、ある励起準位にたまる。よって、光信
号がエルビウム添加光ファイバーに入射すると、誘導放
出が起こり、光信号を増幅できる訳である。よって励起
用半導体レーザの光出力が強いほど励起される電子の数
が増え、増幅率が向上する。
ム添加光ファイバーに入れると、エルビウム原子内の電
子が励起されて、ある励起準位にたまる。よって、光信
号がエルビウム添加光ファイバーに入射すると、誘導放
出が起こり、光信号を増幅できる訳である。よって励起
用半導体レーザの光出力が強いほど励起される電子の数
が増え、増幅率が向上する。
【０００４】図８の断面図は、励起用半導体レーザの従
来例を示す（例えば、アドバンス・プログラム・オブ・
オプティカル・ファイバー・コミュニケーション・コン
ファレンス１９９２、４５頁、または、電子情報通信学
会技術研究報告ＯＱＥ９１−９７、５５頁）。８０１は
波長１．４８μｍのレーザ光を出射するＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸層である。この層は３層からなり、その中
央の層は、厚み２．４から６．８ｎｍの５層の歪入りＩ
ｎＧａＡｓＰ井戸層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層（厚み１５ｎｍ、組成波長１．２μｍ）か
ら成る活性層で、この層が光を発生する。組成波長と
は、禁制帯幅を対応する光子の波長に直したものであ
る。残りの２層は、厚み１５０ｎｍ、組成波長１．２μ
ｍの導波路層である。
来例を示す（例えば、アドバンス・プログラム・オブ・
オプティカル・ファイバー・コミュニケーション・コン
ファレンス１９９２、４５頁、または、電子情報通信学
会技術研究報告ＯＱＥ９１−９７、５５頁）。８０１は
波長１．４８μｍのレーザ光を出射するＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸層である。この層は３層からなり、その中
央の層は、厚み２．４から６．８ｎｍの５層の歪入りＩ
ｎＧａＡｓＰ井戸層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層（厚み１５ｎｍ、組成波長１．２μｍ）か
ら成る活性層で、この層が光を発生する。組成波長と
は、禁制帯幅を対応する光子の波長に直したものであ
る。残りの２層は、厚み１５０ｎｍ、組成波長１．２μ
ｍの導波路層である。
【０００５】８０２、８０３、８０４、８０５は、それ
ぞれｐ型ＩｎＰクラッド層、ｎ型ＩｎＰクラッド層、ｎ
型ＩｎＰ電流阻止層、ｐ型ＩｎＰ電流阻止層である。こ
れらの層は屈折率が多重量子井戸層８０１より低い。ｎ
型ＩｎＰクラッド層８０３の一部と多重量子井戸層８０
１は図のように凸部を形成しており（以下、この形を
「メサ」と記す。）、このメサは紙面に垂直方向に帯状
に延びている（以下、この帯状の形状のことを「ストラ
イプ」と記す。）。レーザ光の感じる屈折率の横方向の
分布を示したのが、図１０の下図である。図の横軸中の
０は活性層の中心を示している。メサの部分で、屈折率
が高くなっている。この時、同図の上に示したように、
光強度分布が単峰型の基本モードで、活性層の中心で強
度が最大になる。レーザ光はこの状態で多重量子井戸層
８０１に沿って素子内を伝搬していく。
ぞれｐ型ＩｎＰクラッド層、ｎ型ＩｎＰクラッド層、ｎ
型ＩｎＰ電流阻止層、ｐ型ＩｎＰ電流阻止層である。こ
れらの層は屈折率が多重量子井戸層８０１より低い。ｎ
型ＩｎＰクラッド層８０３の一部と多重量子井戸層８０
１は図のように凸部を形成しており（以下、この形を
「メサ」と記す。）、このメサは紙面に垂直方向に帯状
に延びている（以下、この帯状の形状のことを「ストラ
イプ」と記す。）。レーザ光の感じる屈折率の横方向の
分布を示したのが、図１０の下図である。図の横軸中の
０は活性層の中心を示している。メサの部分で、屈折率
が高くなっている。この時、同図の上に示したように、
光強度分布が単峰型の基本モードで、活性層の中心で強
度が最大になる。レーザ光はこの状態で多重量子井戸層
８０１に沿って素子内を伝搬していく。
【０００６】また、電流阻止層８０４、８０５は、電流
の流れに対しｐｎ接合が逆向きになるよう配置されてい
るため、接合面８１１を横切って流れる漏洩電流８１２
を大部分防ぎ、電流が多重量子井戸層８０１以外を通る
のを阻止する。漏洩電流には、矢印８１０で示したよう
な、ｐ型ＩｎＰ電流阻止層中８０５を流れるものもあ
る。
の流れに対しｐｎ接合が逆向きになるよう配置されてい
るため、接合面８１１を横切って流れる漏洩電流８１２
を大部分防ぎ、電流が多重量子井戸層８０１以外を通る
のを阻止する。漏洩電流には、矢印８１０で示したよう
な、ｐ型ＩｎＰ電流阻止層中８０５を流れるものもあ
る。
【０００７】８０６はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層で
ｐ型電極８０７との接触抵抗を低減するためのものであ
る。８０８はｎ型ＩｎＰ基板、８０９はｎ型電極であ
る。この素子の出射端面とその反対側の端面には、それ
ぞれ反射率３％の低反射率膜と、反射率８０％以上の高
反射率膜とが形成され、出射側にレーザ光がより多く出
てくる様にしている。共振器長は９００μｍである。
ｐ型電極８０７との接触抵抗を低減するためのものであ
る。８０８はｎ型ＩｎＰ基板、８０９はｎ型電極であ
る。この素子の出射端面とその反対側の端面には、それ
ぞれ反射率３％の低反射率膜と、反射率８０％以上の高
反射率膜とが形成され、出射側にレーザ光がより多く出
てくる様にしている。共振器長は９００μｍである。
【０００８】図９は、図８の素子の２５度での光出力対
電流特性を示す。１アンペアの電流で約２５０ｍＷの光
出力が得られている。
電流特性を示す。１アンペアの電流で約２５０ｍＷの光
出力が得られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】既に述べたが、光ファ
イバー増幅器の増幅率を向上するには、励起用半導体レ
ーザの光出力を上げる必要がある。ところが、光出力は
半導体レーザ自身の発熱によって飽和してしまう。よっ
て、効果的な放熱が出来る構造にする必要がある。この
ため、従来は共振器長を伸ばして、素子とヒートシンク
の接触面積を増やしてきた。上述した従来例も共振器長
を１．５ｍｍに伸ばすと、光出力は３１０ｍＷまで上が
る。しかし、共振器長を伸ばすと外部微分量子効率が落
ちてくる。従って、余り長くしすぎると、所望の光出力
を得るための注入電流量が大きくなりすぎて、発熱量が
増し、還って得られる光出力が落ちる。
イバー増幅器の増幅率を向上するには、励起用半導体レ
ーザの光出力を上げる必要がある。ところが、光出力は
半導体レーザ自身の発熱によって飽和してしまう。よっ
て、効果的な放熱が出来る構造にする必要がある。この
ため、従来は共振器長を伸ばして、素子とヒートシンク
の接触面積を増やしてきた。上述した従来例も共振器長
を１．５ｍｍに伸ばすと、光出力は３１０ｍＷまで上が
る。しかし、共振器長を伸ばすと外部微分量子効率が落
ちてくる。従って、余り長くしすぎると、所望の光出力
を得るための注入電流量が大きくなりすぎて、発熱量が
増し、還って得られる光出力が落ちる。
【００１０】よって、次に考えられる方法は、多重量子
井戸層の幅を広くすることである。これは、電流の流れ
る経路が太くなるため、ジュール熱の発生が抑えられる
ことと、発熱する部分の幅が広がるため、熱の逃げる経
路の幅も広がり、ヒートシンクへの放熱の効率が向上す
ることの二つの理由による。ところが、図８の構造で多
重量子井戸層８０１の幅を広くすると、図１１の下図中
の屈折率差が大きすぎ、高出力時に横モードが高次に移
ってしまう。例えば同図の上に示した様に、光強度分布
が双峰型の１次モードになってしまう。この状態では、
出射光が２本のビームに分かれてしまい、光ファイバー
に結合出来ない。
井戸層の幅を広くすることである。これは、電流の流れ
る経路が太くなるため、ジュール熱の発生が抑えられる
ことと、発熱する部分の幅が広がるため、熱の逃げる経
路の幅も広がり、ヒートシンクへの放熱の効率が向上す
ることの二つの理由による。ところが、図８の構造で多
重量子井戸層８０１の幅を広くすると、図１１の下図中
の屈折率差が大きすぎ、高出力時に横モードが高次に移
ってしまう。例えば同図の上に示した様に、光強度分布
が双峰型の１次モードになってしまう。この状態では、
出射光が２本のビームに分かれてしまい、光ファイバー
に結合出来ない。
【００１１】さらに他の課題として、上述の２種類の漏
洩電流を低減する必要がある。何故ならば、１アンペア
程度の大きな電流を供給するので、その一部にすぎない
漏洩電流で発生するジュール熱も無視できなくなってく
るからである。しかも、温度が上がると、ｐ型ＩｎＰ電
流阻止層中８０５とｎ型ＩｎＰクラッド層８０３、ｎ型
ＩｎＰ基板８０８との間の立ち上がり電圧が下がり、更
に沢山の漏洩電流８０１が流れるようになってしまう。
漏洩電流８１０が増えると、ｐ型ＩｎＰクラッド層８０
２、ｎ型ＩｎＰ電流阻止層８０４、ｐ型ＩｎＰ電流阻止
層８０５、ｎ型ＩｎＰクラッド層８０３、ｎ型ＩｎＰ基
板８０８で構成されるサイリスタに徐々に電流が流れる
ようになり、更に発熱が起こる。
洩電流を低減する必要がある。何故ならば、１アンペア
程度の大きな電流を供給するので、その一部にすぎない
漏洩電流で発生するジュール熱も無視できなくなってく
るからである。しかも、温度が上がると、ｐ型ＩｎＰ電
流阻止層中８０５とｎ型ＩｎＰクラッド層８０３、ｎ型
ＩｎＰ基板８０８との間の立ち上がり電圧が下がり、更
に沢山の漏洩電流８０１が流れるようになってしまう。
漏洩電流８１０が増えると、ｐ型ＩｎＰクラッド層８０
２、ｎ型ＩｎＰ電流阻止層８０４、ｐ型ＩｎＰ電流阻止
層８０５、ｎ型ＩｎＰクラッド層８０３、ｎ型ＩｎＰ基
板８０８で構成されるサイリスタに徐々に電流が流れる
ようになり、更に発熱が起こる。
【００１２】即ち、本発明が解決しようとする課題は、
二つである。一つは、高出力化のために、多重量子井戸
層を広くしても、単峰型の光強度分布が保たれる構造を
提供することである。他は、漏洩電流を低減する手段を
低減することである。
二つである。一つは、高出力化のために、多重量子井戸
層を広くしても、単峰型の光強度分布が保たれる構造を
提供することである。他は、漏洩電流を低減する手段を
低減することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段として、本発明は２つの構造を提供する。
段として、本発明は２つの構造を提供する。
【００１４】第１の構造では、活性層の上下にそれぞれ
クラッド層及び導波層があり、活性層と導波層の界面或
いは導波層中にエッチングストップ層があり、このエッ
チングストップ層より上の層はストライプ状のメサに加
工され、メサの側面と前記エッチングストップ層の表面
には、相異なる導電型の薄膜層が交互に積層されて成る
電流阻止層が形成されている。エッチングストップ層の
厚みは、導波するレーザ光の垂直方向の光強度分布を乱
さない程度に薄い。導波層の屈折率は、その下に有る半
導体基体と前記電流阻止層より高い。
クラッド層及び導波層があり、活性層と導波層の界面或
いは導波層中にエッチングストップ層があり、このエッ
チングストップ層より上の層はストライプ状のメサに加
工され、メサの側面と前記エッチングストップ層の表面
には、相異なる導電型の薄膜層が交互に積層されて成る
電流阻止層が形成されている。エッチングストップ層の
厚みは、導波するレーザ光の垂直方向の光強度分布を乱
さない程度に薄い。導波層の屈折率は、その下に有る半
導体基体と前記電流阻止層より高い。
【００１５】第２の構造では、半導体基体上に、活性層
とそれを上下から挟むクラッド層を有するストライプ状
のメサと、その側面に形成された電流阻止層がある。電
流阻止層は、互いに組成の異なる薄膜層が交互に積層さ
れた多層構造より成り、導電型が多層構造の途中で少な
くとも１回反転している。電流阻止層の等価屈折率はク
ラッド層と半導体基体より高く、且つ前記メサの等価屈
折率より低い。ここで、等価屈折率とは、複数の層が十
分に薄いときに光が感じる平均的な屈折率のことであ
る。
とそれを上下から挟むクラッド層を有するストライプ状
のメサと、その側面に形成された電流阻止層がある。電
流阻止層は、互いに組成の異なる薄膜層が交互に積層さ
れた多層構造より成り、導電型が多層構造の途中で少な
くとも１回反転している。電流阻止層の等価屈折率はク
ラッド層と半導体基体より高く、且つ前記メサの等価屈
折率より低い。ここで、等価屈折率とは、複数の層が十
分に薄いときに光が感じる平均的な屈折率のことであ
る。
【００１６】
【作用】まず、上記の二つの構造に共通した作用を以下
に記す。
に記す。
【００１７】一つ目は、高出力動作下でも基本モードが
維持され、従来より遥かに高い光出力が安定して得られ
ることである。何故ならば、第１の構造の導波層及び第
２の構造の電流阻止層は、メサ横に広く延在し、その上
下に有るクラッド層と半導体基体より屈折率が高い。よ
って、横方向の屈折率差が図１１より低くなるので、メ
サ幅を広げても、高次モードは放射モードになり活性層
を伝搬せず、基本モードのみが伝搬できるからである。
維持され、従来より遥かに高い光出力が安定して得られ
ることである。何故ならば、第１の構造の導波層及び第
２の構造の電流阻止層は、メサ横に広く延在し、その上
下に有るクラッド層と半導体基体より屈折率が高い。よ
って、横方向の屈折率差が図１１より低くなるので、メ
サ幅を広げても、高次モードは放射モードになり活性層
を伝搬せず、基本モードのみが伝搬できるからである。
【００１８】二つ目は、図８の矢印８１０で示したよう
な漏洩電流を一桁以上低減出来ることである。これは、
電流阻止層を構成する薄膜の厚みが従来より一桁以上薄
いため、この層の電気抵抗が一桁以上高くなるためであ
る。第１の構造では、導波層の禁制帯幅が半導体基体よ
り狭くなり、従来例よりも漏洩電流に対する立ち上がり
電圧が若干下ってしまうが、この高抵抗により、漏洩電
流はやはり一桁以上低減される。
な漏洩電流を一桁以上低減出来ることである。これは、
電流阻止層を構成する薄膜の厚みが従来より一桁以上薄
いため、この層の電気抵抗が一桁以上高くなるためであ
る。第１の構造では、導波層の禁制帯幅が半導体基体よ
り狭くなり、従来例よりも漏洩電流に対する立ち上がり
電圧が若干下ってしまうが、この高抵抗により、漏洩電
流はやはり一桁以上低減される。
【００１９】三つ目は、図８のサイリスタ動作で流れる
矢印８１２で示したような漏洩電流を抑えることが出来
ることである。これは、上述のしたように矢印８１０の
ような漏洩電流が減るため、サイリスタ動作をしないた
めである。さらに、第１の構造では、電流阻止層が多数
のｐｎ薄膜層で構成されているので、多数のｐｎ接合を
持つサイリスタのような構造になっており、矢印８１０
のような漏洩電流が流れるのは、メサに接した層のみ
で、その他の層には流れないので、サイリスタがオンす
ることは絶対に起こらない。
矢印８１２で示したような漏洩電流を抑えることが出来
ることである。これは、上述のしたように矢印８１０の
ような漏洩電流が減るため、サイリスタ動作をしないた
めである。さらに、第１の構造では、電流阻止層が多数
のｐｎ薄膜層で構成されているので、多数のｐｎ接合を
持つサイリスタのような構造になっており、矢印８１０
のような漏洩電流が流れるのは、メサに接した層のみ
で、その他の層には流れないので、サイリスタがオンす
ることは絶対に起こらない。
【００２０】次に、第１の構造のみの持つ作用を以下に
記す。一つ目は、エッチングストップ層を薄くしている
ので、光はこの層の屈折率を感じず、縦方向の光強度分
布が、容易に単峰型になることである。例えば、活性層
と導波層がＩｎＧａＡｓＰで、エッチングストップ層が
それよりも屈折率が低いＩｎＰなどの場合、エッチング
ストップ層の厚みが、素子中のレーザ光の波長の約４分
の１（１００ｎｍ程度）以上あると、縦方向の光強度分
布は、活性層と導波層のそれぞれに極大値を持つ双峰型
になってしまう。よって、エッチングストップ層の厚み
は波長の約４分の１以下にすべきであり、特に約２０分
の１（２０ｎｍ程度）以下であると極めて安定して、単
峰型の光強度分布が得られる。
記す。一つ目は、エッチングストップ層を薄くしている
ので、光はこの層の屈折率を感じず、縦方向の光強度分
布が、容易に単峰型になることである。例えば、活性層
と導波層がＩｎＧａＡｓＰで、エッチングストップ層が
それよりも屈折率が低いＩｎＰなどの場合、エッチング
ストップ層の厚みが、素子中のレーザ光の波長の約４分
の１（１００ｎｍ程度）以上あると、縦方向の光強度分
布は、活性層と導波層のそれぞれに極大値を持つ双峰型
になってしまう。よって、エッチングストップ層の厚み
は波長の約４分の１以下にすべきであり、特に約２０分
の１（２０ｎｍ程度）以下であると極めて安定して、単
峰型の光強度分布が得られる。
【００２１】二つ目は、延在する導波層の厚みのみで横
方向の屈折率差制御が出来ることである。即ち、メサ幅
を変えても導波層の厚みを調整するだけで最適設計が出
来る。さらに、パラメータがメサ幅と導波層の厚みだけ
なので、量産しても安定して高い歩留まりが得られる。
方向の屈折率差制御が出来ることである。即ち、メサ幅
を変えても導波層の厚みを調整するだけで最適設計が出
来る。さらに、パラメータがメサ幅と導波層の厚みだけ
なので、量産しても安定して高い歩留まりが得られる。
【００２２】最後に、第２の構造のみの持つ作用を以下
に記す。一つ目は、電流阻止層を構成する２種類の薄膜
層の組成が互いに異なるため各層の接合面に、伝導帯、
価電子帯中の不連続が出来、この接合面を横切る漏洩電
流を容易に阻止できる。
に記す。一つ目は、電流阻止層を構成する２種類の薄膜
層の組成が互いに異なるため各層の接合面に、伝導帯、
価電子帯中の不連続が出来、この接合面を横切る漏洩電
流を容易に阻止できる。
【００２３】二つ目は各層の厚みを変えることで、メサ
幅に応じた最適の光の閉じ込めが可能なことである。即
ち、隣合う層の膜厚比を変えることで容易に等価屈折率
を変えることが出来る。また、膜厚比を徐々に変えるこ
とで、等価屈折率を横方向に傾斜させることもでき、最
適な光の閉じこめ状態を設計することが出来る。薄膜層
の厚みが、素子中のレーザ光の波長の約４分の１（１０
０ｎｍ程度）以上あると、レーザ光は各層の屈折率を感
じるようになってしまうので、厚みはそれ以下にすべき
であり、特に約１０分の１（４０ｎｍ程度）以下である
と全く一様の材質のように感じる。
幅に応じた最適の光の閉じ込めが可能なことである。即
ち、隣合う層の膜厚比を変えることで容易に等価屈折率
を変えることが出来る。また、膜厚比を徐々に変えるこ
とで、等価屈折率を横方向に傾斜させることもでき、最
適な光の閉じこめ状態を設計することが出来る。薄膜層
の厚みが、素子中のレーザ光の波長の約４分の１（１０
０ｎｍ程度）以上あると、レーザ光は各層の屈折率を感
じるようになってしまうので、厚みはそれ以下にすべき
であり、特に約１０分の１（４０ｎｍ程度）以下である
と全く一様の材質のように感じる。
【００２４】
【実施例】図１は本発明の第１の構造の１実施例の構造
を、レーザ光の進行方向に垂直な断面で示した断面図で
ある。１０１は波長１．４８μｍのレーザ光を出射する
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から成る活性層である。こ
の層は、厚み３ｎｍの５層の歪入りＩｎＧａＡｓＰ井戸
層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡｓＰバリア層（厚
み１０ｎｍ、組成波長１．２μｍ）から成る。１０２
は、厚み１５０ｎｍ、組成波長１．２μｍのｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰから成る導波層である。１０３は厚み１０ｎｍ
のｎ型ＩｎＰから成るエッチングストップ層である。１
０４、１０５は、それぞれ厚み０．２μｍのｐ型ＩｎＰ
クラッド層、厚み１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層であ
る。
を、レーザ光の進行方向に垂直な断面で示した断面図で
ある。１０１は波長１．４８μｍのレーザ光を出射する
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から成る活性層である。こ
の層は、厚み３ｎｍの５層の歪入りＩｎＧａＡｓＰ井戸
層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡｓＰバリア層（厚
み１０ｎｍ、組成波長１．２μｍ）から成る。１０２
は、厚み１５０ｎｍ、組成波長１．２μｍのｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰから成る導波層である。１０３は厚み１０ｎｍ
のｎ型ＩｎＰから成るエッチングストップ層である。１
０４、１０５は、それぞれ厚み０．２μｍのｐ型ＩｎＰ
クラッド層、厚み１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層であ
る。
【００２５】これら１０１から１０５の層はｎ型ＩｎＰ
基板１０６の上に一様に有機金属気層成長法で形成され
る。その後、幅７μｍのＳｉＯ2ストライプを表面に形
成し、塩酸と水の混合液でｐ型ＩｎＰクラッド層１０４
を選択的にエッチングし、次に硫酸と過酸化水素水と水
の混合液或いは硝酸と水の混合液で、活性層１０１をエ
ッチングする。塩酸と水の混合液はＩｎＰのみを選択的
にエッチングし、ＩｎＧａＡｓＰをエッチングしない。
また、硫酸と過酸化水素水と水の混合液と硝酸と水の混
合液はＩｎＧａＡｓＰのみを選択的にエッチングし、Ｉ
ｎＰをエッチングしない。エッチングストップ層１０３
は、硫酸と過酸化水素水と水の混合液や硝酸と水の混合
液のエッチングを抑え、導波層１０２が侵されないよう
にすることが出来る。よって、図に示したようなｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層１０４と活性層１０１から成る幅５μｍ
のメサが容易に作成される。
基板１０６の上に一様に有機金属気層成長法で形成され
る。その後、幅７μｍのＳｉＯ2ストライプを表面に形
成し、塩酸と水の混合液でｐ型ＩｎＰクラッド層１０４
を選択的にエッチングし、次に硫酸と過酸化水素水と水
の混合液或いは硝酸と水の混合液で、活性層１０１をエ
ッチングする。塩酸と水の混合液はＩｎＰのみを選択的
にエッチングし、ＩｎＧａＡｓＰをエッチングしない。
また、硫酸と過酸化水素水と水の混合液と硝酸と水の混
合液はＩｎＧａＡｓＰのみを選択的にエッチングし、Ｉ
ｎＰをエッチングしない。エッチングストップ層１０３
は、硫酸と過酸化水素水と水の混合液や硝酸と水の混合
液のエッチングを抑え、導波層１０２が侵されないよう
にすることが出来る。よって、図に示したようなｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層１０４と活性層１０１から成る幅５μｍ
のメサが容易に作成される。
【００２６】ＳｉＯ2ストライプを残したまま、有機金
属気層成長法で、電流阻止層１０７を形成する。この層
は厚み７０ｎｍのＩｎＰ薄膜が下からｐｎｐｎの順で積
層されたものである。次に、ＳｉＯ2ストライプを除去
し、有機金属気層成長法で厚み３μｍのｐ型ＩｎＰ外部
クラッド層１０８と、厚み１μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層１０９を形成しする。コンタクト層１０９
は、ｐ型電極１１０との接触抵抗を低減するためのもの
である。次に、ｎ型ＩｎＰ基板１０６の裏面を研磨で削
り、厚みを１２０μｍまで薄くした後、ｎ型電極１１１
を形成してウエハプロセスが完了する。共振器長が．
０．９ｍｍになるようにへき開し、出射端面とその反対
側の端面には、それぞれ反射率３％の低反射率膜と、反
射率８０％以上の高反射率膜とを形成し、出射側にレー
ザ光がより多く出てくる様にする。最後に素子分離後、
ヒートシンク上に組み立てる。
属気層成長法で、電流阻止層１０７を形成する。この層
は厚み７０ｎｍのＩｎＰ薄膜が下からｐｎｐｎの順で積
層されたものである。次に、ＳｉＯ2ストライプを除去
し、有機金属気層成長法で厚み３μｍのｐ型ＩｎＰ外部
クラッド層１０８と、厚み１μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層１０９を形成しする。コンタクト層１０９
は、ｐ型電極１１０との接触抵抗を低減するためのもの
である。次に、ｎ型ＩｎＰ基板１０６の裏面を研磨で削
り、厚みを１２０μｍまで薄くした後、ｎ型電極１１１
を形成してウエハプロセスが完了する。共振器長が．
０．９ｍｍになるようにへき開し、出射端面とその反対
側の端面には、それぞれ反射率３％の低反射率膜と、反
射率８０％以上の高反射率膜とを形成し、出射側にレー
ザ光がより多く出てくる様にする。最後に素子分離後、
ヒートシンク上に組み立てる。
【００２７】図２の右図はメサの中央での縦方向の屈折
率分布である。０は活性層の中心を意味する。もし、エ
ッチングストップ層が厚く、素子中のレーザ光の波長の
約４分の１（１００ｎｍ程度）以上あると、レーザ光は
この層の存在を感じ、縦方向の光強度分布は、屈折率の
高い活性層と導波層のそれぞれに極大値を持つ双峰型に
なってしまう。この状態では、出射光が縦方向に２本の
ビームに分かれてしまい、光ファイバーに結合出来な
い。この実施例の場合、エッチングストップ層は１０ｎ
ｍで、素子中のレーザ光の波長の約４０分の１であるの
で、レーザ光はこの層の存在を感じず、縦方向の光強度
分布は、図２の左図の様に単峰型になる。約２０分の１
（２０ｎｍ程度）以下であると極めて安定して、単峰型
の光強度分布が得られる。
率分布である。０は活性層の中心を意味する。もし、エ
ッチングストップ層が厚く、素子中のレーザ光の波長の
約４分の１（１００ｎｍ程度）以上あると、レーザ光は
この層の存在を感じ、縦方向の光強度分布は、屈折率の
高い活性層と導波層のそれぞれに極大値を持つ双峰型に
なってしまう。この状態では、出射光が縦方向に２本の
ビームに分かれてしまい、光ファイバーに結合出来な
い。この実施例の場合、エッチングストップ層は１０ｎ
ｍで、素子中のレーザ光の波長の約４０分の１であるの
で、レーザ光はこの層の存在を感じず、縦方向の光強度
分布は、図２の左図の様に単峰型になる。約２０分の１
（２０ｎｍ程度）以下であると極めて安定して、単峰型
の光強度分布が得られる。
【００２８】図３の下図は、レーザ光の感じる屈折率の
横方向の分布を示している。図の横軸中の０は活性層の
中心を示している。メサの有る部分で、屈折率が高くな
っているのは図１１の従来例と同じであるが、その両脇
の屈折率は図１１より高くなっている。何故ならば、メ
サ横に広く延在する導波層１０３が、その上下の層より
屈折率が高い。よって、このメサ横の部分でも、図２の
左図に類似した光強度分布をしており、等価屈折率がＩ
ｎＰより高くなるからである。
横方向の分布を示している。図の横軸中の０は活性層の
中心を示している。メサの有る部分で、屈折率が高くな
っているのは図１１の従来例と同じであるが、その両脇
の屈折率は図１１より高くなっている。何故ならば、メ
サ横に広く延在する導波層１０３が、その上下の層より
屈折率が高い。よって、このメサ横の部分でも、図２の
左図に類似した光強度分布をしており、等価屈折率がＩ
ｎＰより高くなるからである。
【００２９】以上のことから、横方向の屈折率差は図１
１より低くなり、メサ幅を広げても、高次モードは放射
モードになり活性層を導波せず、図３の上図に示した単
峰型の光強度分布を持つ基本モードのみが活性層を導波
できる。よって、高出力動作下でも基本モードが維持さ
れ、従来より遥かに高い光出力が安定して得られる。
１より低くなり、メサ幅を広げても、高次モードは放射
モードになり活性層を導波せず、図３の上図に示した単
峰型の光強度分布を持つ基本モードのみが活性層を導波
できる。よって、高出力動作下でも基本モードが維持さ
れ、従来より遥かに高い光出力が安定して得られる。
【００３０】この様に、従来に比べ３倍以上の幅の活性
層幅が達成されると、電流注入による発熱はこの層内に
一様に分散して起こるので、温度上昇は少なく、且つｐ
型電極１１０側にあるヒートシンクへの放熱経路の幅も
３倍以上になるので、放熱の効率も格段に改善される。
従って、従来に比べ、最初の温度上昇が少なく且つ放熱
の効率が良いという２重の改善によって、この実施例の
活性層の温度上昇は極めて小さく抑えられる。
層幅が達成されると、電流注入による発熱はこの層内に
一様に分散して起こるので、温度上昇は少なく、且つｐ
型電極１１０側にあるヒートシンクへの放熱経路の幅も
３倍以上になるので、放熱の効率も格段に改善される。
従って、従来に比べ、最初の温度上昇が少なく且つ放熱
の効率が良いという２重の改善によって、この実施例の
活性層の温度上昇は極めて小さく抑えられる。
【００３１】更に、以下に示す理由により漏洩電流が大
幅に減り、これによる発熱も殆ど無くなる。
幅に減り、これによる発熱も殆ど無くなる。
【００３２】導波層１０２が、組成波長１．２μｍのｎ
型ＩｎＧａＡｓＰであり禁制帯幅が、従来例のＩｎＰ基
板より狭くなってしまい、従来例よりも漏洩電流に対す
る立ち上がり電圧が下ってしまう。しかし、前述のよう
に、電流阻止層１０７を構成するＩｎＰ薄膜の厚みは７
０ｎｍで、従来より一桁以上薄いので、この層の電気抵
抗は一桁以上高くなる。よって、矢印１１２で示した漏
洩電流は従来より一桁以上低減出来る。
型ＩｎＧａＡｓＰであり禁制帯幅が、従来例のＩｎＰ基
板より狭くなってしまい、従来例よりも漏洩電流に対す
る立ち上がり電圧が下ってしまう。しかし、前述のよう
に、電流阻止層１０７を構成するＩｎＰ薄膜の厚みは７
０ｎｍで、従来より一桁以上薄いので、この層の電気抵
抗は一桁以上高くなる。よって、矢印１１２で示した漏
洩電流は従来より一桁以上低減出来る。
【００３３】更に、電流阻止層１０７が２対の逆バイア
スされるＩｎＰのｐｎ接合で構成されているので、ｐ型
ＩｎＰ外部クラッド層１０８、電流阻止層１０７、導波
層１０２は２層のゲートを持つサイリスタのような構造
になっている。しかし、下側のゲートには上述のように
微弱な漏洩電流１１２が流れるのみで、オンするに至ら
ず、更に上側のゲートには電流が流れないので、オンす
ることはない。よって、従来例の矢印８１２のようなサ
イリスタ電流は流れない。
スされるＩｎＰのｐｎ接合で構成されているので、ｐ型
ＩｎＰ外部クラッド層１０８、電流阻止層１０７、導波
層１０２は２層のゲートを持つサイリスタのような構造
になっている。しかし、下側のゲートには上述のように
微弱な漏洩電流１１２が流れるのみで、オンするに至ら
ず、更に上側のゲートには電流が流れないので、オンす
ることはない。よって、従来例の矢印８１２のようなサ
イリスタ電流は流れない。
【００３４】図４は、この実施例の素子の光出力対電流
特性を示している。上記の理由により、５００ｍＷ以上
まで殆ど光出力の飽和は見られず、良く活性層の温度上
昇が抑えられていることが分かる。
特性を示している。上記の理由により、５００ｍＷ以上
まで殆ど光出力の飽和は見られず、良く活性層の温度上
昇が抑えられていることが分かる。
【００３５】さて、図３の屈折率差は、活性層１０１に
対する導波層１０２の厚みの比を変えることで自由に制
御できる。即ち、メサ幅を変えても導波層の厚みを調整
するだけで、光強度分布の最適な設計が出来る。また、
導波層の厚みを監視するだけで、量産時には安定して高
い歩留まりが得られる。
対する導波層１０２の厚みの比を変えることで自由に制
御できる。即ち、メサ幅を変えても導波層の厚みを調整
するだけで、光強度分布の最適な設計が出来る。また、
導波層の厚みを監視するだけで、量産時には安定して高
い歩留まりが得られる。
【００３６】図５は本発明の第１の構造の他の実施例の
構造を、レーザ光の進行方向に垂直な断面で示した断面
図である。５０１は波長１．４８μｍのレーザ光を出射
するＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から成る活性層であ
る。この層は、厚み２．５ｎｍの３層の歪入りＩｎＧａ
ＡｓＰ井戸層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡｓＰバ
リア層（厚み１２ｎｍ、組成波長１．２μｍ）から成
る。５０２は、厚み５０ｎｍ、組成波長１．２μｍのｎ
型ＩｎＧａＡｓＰから成る第２導波層である。５０３は
厚み２０ｎｍのｎ型ＩｎＰから成るエッチングストップ
層である。５０４は、厚み１５０ｎｍ、組成波長１．２
μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成る第１導波層である。
５０５、５０６は、それぞれ厚み０．５μｍのｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、厚み１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層であ
る。
構造を、レーザ光の進行方向に垂直な断面で示した断面
図である。５０１は波長１．４８μｍのレーザ光を出射
するＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から成る活性層であ
る。この層は、厚み２．５ｎｍの３層の歪入りＩｎＧａ
ＡｓＰ井戸層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡｓＰバ
リア層（厚み１２ｎｍ、組成波長１．２μｍ）から成
る。５０２は、厚み５０ｎｍ、組成波長１．２μｍのｎ
型ＩｎＧａＡｓＰから成る第２導波層である。５０３は
厚み２０ｎｍのｎ型ＩｎＰから成るエッチングストップ
層である。５０４は、厚み１５０ｎｍ、組成波長１．２
μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成る第１導波層である。
５０５、５０６は、それぞれ厚み０．５μｍのｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、厚み１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層であ
る。
【００３７】これら５０１から５０６の層はｎ型ＩｎＰ
基板５０７の上に一様に有機金属気層成長法で形成され
る。その後、幅１０μｍのＳｉＯ2ストライプを表面に
形成し、塩酸と水の混合液でｐ型ＩｎＰクラッド層５０
５を選択的にエッチングし、次に硫酸と過酸化水素水と
水の混合液或いは硝酸と水の混合液で活性層５０１と第
２導波層５０２をエッチングする。上述のように、塩酸
と水の混合液はＩｎＰのみを選択的にエッチングし、Ｉ
ｎＧａＡｓＰをエッチングしない。また、硫酸と過酸化
水素水と水の混合液と硝酸と水の混合液はＩｎＧａＡｓ
Ｐのみを選択的にエッチングし、ＩｎＰをエッチングし
ない。エッチングストップ層５０３は、硫酸と過酸化水
素水と水の混合液や硝酸と水の混合液のエッチングを抑
え、第１導波層５０４が侵されないようにすることが出
来る。図１の実施例に比べ、エッチングストップ層５０
３厚いのは、組成波長１．２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
のエッチング速度が、活性層より遅いため、エッチング
で完全に無くなるのに時間がかかることを考慮したため
である。よって、図に示したようなｐ型ＩｎＰクラッド
層５０５、活性層５０１、第２導波層５０２から成る幅
８μｍのメサが容易に作成される。
基板５０７の上に一様に有機金属気層成長法で形成され
る。その後、幅１０μｍのＳｉＯ2ストライプを表面に
形成し、塩酸と水の混合液でｐ型ＩｎＰクラッド層５０
５を選択的にエッチングし、次に硫酸と過酸化水素水と
水の混合液或いは硝酸と水の混合液で活性層５０１と第
２導波層５０２をエッチングする。上述のように、塩酸
と水の混合液はＩｎＰのみを選択的にエッチングし、Ｉ
ｎＧａＡｓＰをエッチングしない。また、硫酸と過酸化
水素水と水の混合液と硝酸と水の混合液はＩｎＧａＡｓ
Ｐのみを選択的にエッチングし、ＩｎＰをエッチングし
ない。エッチングストップ層５０３は、硫酸と過酸化水
素水と水の混合液や硝酸と水の混合液のエッチングを抑
え、第１導波層５０４が侵されないようにすることが出
来る。図１の実施例に比べ、エッチングストップ層５０
３厚いのは、組成波長１．２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
のエッチング速度が、活性層より遅いため、エッチング
で完全に無くなるのに時間がかかることを考慮したため
である。よって、図に示したようなｐ型ＩｎＰクラッド
層５０５、活性層５０１、第２導波層５０２から成る幅
８μｍのメサが容易に作成される。
【００３８】ＳｉＯ2ストライプを残したまま、再び有
機金属気層成長法で、電流阻止層５０８を形成する。こ
の層は厚み１００ｎｍで組成波長１．１μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ薄膜が下からｐｎｐｎの順で８層積層されたもの
である。この組成のＩｎＧａＡｓＰは、ＩｎＰより屈折
率が高く、活性層と導波層より屈折率が低い。従って、
第１の実施例における図３の屈折率差は更に容易に小さ
くできるので、高次モードを抑えるのに効果的である。
しかし、４つの元素を使うので、ＩｎＰより成長時の組
成の揺らぎに気を配る必要がある。
機金属気層成長法で、電流阻止層５０８を形成する。こ
の層は厚み１００ｎｍで組成波長１．１μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ薄膜が下からｐｎｐｎの順で８層積層されたもの
である。この組成のＩｎＧａＡｓＰは、ＩｎＰより屈折
率が高く、活性層と導波層より屈折率が低い。従って、
第１の実施例における図３の屈折率差は更に容易に小さ
くできるので、高次モードを抑えるのに効果的である。
しかし、４つの元素を使うので、ＩｎＰより成長時の組
成の揺らぎに気を配る必要がある。
【００３９】次に、ＳｉＯ2ストライプを除去し、有機
金属気層成長法で厚み３μｍのｐ型ＩｎＰ外部クラッド
層５０９と、厚み１μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト
層５１０を形成する。コンタクト層５１０は、ｐ型電極
５１１との接触抵抗を低減するためのものである。次
に、ｎ型ＩｎＰ基板５０７の裏面を研磨で削り、厚みを
１２０μｍまで薄くした後、ｎ型電極５１２を形成して
ウエハプロセスが完了する。共振器長が．０．９ｍｍに
なるようにへき開し、出射端面とその反対側の端面に
は、それぞれ反射率３％の低反射率膜と、反射率８０％
以上の高反射率膜とを形成し、出射側にレーザ光がより
多く出てくる様にする。最後に素子分離後、ヒートシン
ク上に組み立てる。
金属気層成長法で厚み３μｍのｐ型ＩｎＰ外部クラッド
層５０９と、厚み１μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト
層５１０を形成する。コンタクト層５１０は、ｐ型電極
５１１との接触抵抗を低減するためのものである。次
に、ｎ型ＩｎＰ基板５０７の裏面を研磨で削り、厚みを
１２０μｍまで薄くした後、ｎ型電極５１２を形成して
ウエハプロセスが完了する。共振器長が．０．９ｍｍに
なるようにへき開し、出射端面とその反対側の端面に
は、それぞれ反射率３％の低反射率膜と、反射率８０％
以上の高反射率膜とを形成し、出射側にレーザ光がより
多く出てくる様にする。最後に素子分離後、ヒートシン
ク上に組み立てる。
【００４０】図６の右図はメサの中央での縦方向の屈折
率分布である。０は活性層の中心を意味する。上述した
ように、エッチングストップ層は２０ｎｍで、素子中の
レーザ光の波長の約２０分の１であるので、レーザ光は
この層の存在を感じず、縦方向の光強度分布は、図２の
左図の様に単峰型になる。
率分布である。０は活性層の中心を意味する。上述した
ように、エッチングストップ層は２０ｎｍで、素子中の
レーザ光の波長の約２０分の１であるので、レーザ光は
この層の存在を感じず、縦方向の光強度分布は、図２の
左図の様に単峰型になる。
【００４１】図３の下図は、レーザ光の感じる屈折率の
横方向の分布と光強度分布は、図３と同様である。よっ
て、高出力動作下でも基本モードが維持され、従来より
遥かに高い光出力が安定して得られる。また、第１の実
施例と同様に、従来に比べ、最初の温度上昇が少なく且
つ放熱の効率が良いという２重の改善によって、この実
施例の活性層の温度上昇は極めて小さく抑えられる。
横方向の分布と光強度分布は、図３と同様である。よっ
て、高出力動作下でも基本モードが維持され、従来より
遥かに高い光出力が安定して得られる。また、第１の実
施例と同様に、従来に比べ、最初の温度上昇が少なく且
つ放熱の効率が良いという２重の改善によって、この実
施例の活性層の温度上昇は極めて小さく抑えられる。
【００４２】更に、以下に示す理由により漏洩電流が大
幅に減り、これによる発熱も殆ど無くなる。
幅に減り、これによる発熱も殆ど無くなる。
【００４３】導波層５０２が、組成波長１．２μｍのｎ
型ＩｎＧａＡｓＰで、且つ電流阻止層５０８が組成波長
１．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰであるので、禁制帯幅
が、従来例のＩｎＰ基板より狭くなってしまい、従来例
よりも漏洩電流に対する立ち上がり電圧が下ってしま
う。しかし、前述のように、電流阻止層５０８を構成す
るＩｎＰ薄膜の厚みは１００ｎｍで、従来より一桁以上
薄いので、この層の電気抵抗は一桁以上高くなる。よっ
て、矢印５１３で示した漏洩電流は従来より一桁以上低
減出来る。
型ＩｎＧａＡｓＰで、且つ電流阻止層５０８が組成波長
１．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰであるので、禁制帯幅
が、従来例のＩｎＰ基板より狭くなってしまい、従来例
よりも漏洩電流に対する立ち上がり電圧が下ってしま
う。しかし、前述のように、電流阻止層５０８を構成す
るＩｎＰ薄膜の厚みは１００ｎｍで、従来より一桁以上
薄いので、この層の電気抵抗は一桁以上高くなる。よっ
て、矢印５１３で示した漏洩電流は従来より一桁以上低
減出来る。
【００４４】更に、電流阻止層１０７が４対の逆バイア
スされるｐｎ接合で構成されているので、ｐ型ＩｎＰ外
部クラッド層５０９、電流阻止層５０８、第２導波層５
０３は４層のゲートを持つサイリスタのような構造にな
っている。最下部のゲートには上述のように微弱な漏洩
電流１１２が流れるのみで、オンするに至らず、更に上
側のゲートには電流が流れないので、オンすることはな
い。よって、従来例の矢印８１２のようなサイリスタ電
流は流れない。
スされるｐｎ接合で構成されているので、ｐ型ＩｎＰ外
部クラッド層５０９、電流阻止層５０８、第２導波層５
０３は４層のゲートを持つサイリスタのような構造にな
っている。最下部のゲートには上述のように微弱な漏洩
電流１１２が流れるのみで、オンするに至らず、更に上
側のゲートには電流が流れないので、オンすることはな
い。よって、従来例の矢印８１２のようなサイリスタ電
流は流れない。
【００４５】この実施例の素子の光出力対電流特性は、
図４に類似しており、５００ｍＷ以上でも殆ど光出力の
飽和は見られず、良く活性層の温度上昇が抑えられてい
ることを示す。
図４に類似しており、５００ｍＷ以上でも殆ど光出力の
飽和は見られず、良く活性層の温度上昇が抑えられてい
ることを示す。
【００４６】さて、横方向の屈折率差は、活性層５０１
に対する導波層５０２の厚みの比を変えても、電流阻止
層５０８の組成を変えても制御できる。さらに、縦方向
の光強度分布は、第２導波層５０４の屈折率を、第１導
波層５０２より下げて制御する事ができる。
に対する導波層５０２の厚みの比を変えても、電流阻止
層５０８の組成を変えても制御できる。さらに、縦方向
の光強度分布は、第２導波層５０４の屈折率を、第１導
波層５０２より下げて制御する事ができる。
【００４７】図７は本発明の第２の構造の実施例の構造
を、レーザ光の進行方向に垂直な断面で示した断面図で
ある。７０１は波長１．４８μｍのレーザ光を出射する
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から成る活性層である。こ
の層は、厚み３ｎｍの５層の歪入りＩｎＧａＡｓＰ井戸
層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡｓＰバリア層（厚
み１０ｎｍ、組成波長１．２μｍ）から成る。７０２、
７０３は、それぞれ厚み０．２μｍのｐ型ＩｎＰクラッ
ド層、厚み１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層である。
を、レーザ光の進行方向に垂直な断面で示した断面図で
ある。７０１は波長１．４８μｍのレーザ光を出射する
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から成る活性層である。こ
の層は、厚み３ｎｍの５層の歪入りＩｎＧａＡｓＰ井戸
層と、それらの間を仕切るＩｎＧａＡｓＰバリア層（厚
み１０ｎｍ、組成波長１．２μｍ）から成る。７０２、
７０３は、それぞれ厚み０．２μｍのｐ型ＩｎＰクラッ
ド層、厚み１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層である。
【００４８】これら７０１から７０３の層はｎ型ＩｎＰ
基板７０４の上に一様に有機金属気層成長法で形成され
る。その後、幅７μｍのＳｉＯ2ストライプを表面に形
成し、例えば、酢酸と塩酸と過酸化水素の混合液でエッ
チングすると、図に示したような幅５μｍのメサが容易
に作成される。
基板７０４の上に一様に有機金属気層成長法で形成され
る。その後、幅７μｍのＳｉＯ2ストライプを表面に形
成し、例えば、酢酸と塩酸と過酸化水素の混合液でエッ
チングすると、図に示したような幅５μｍのメサが容易
に作成される。
【００４９】ＳｉＯ2ストライプを残したまま、再び有
機金属気層成長法で、ｐ型電流阻止層７０５とｎ型電流
阻止層７０６を形成する。これらの２層は厚み５０ｎｍ
で組成波長１．２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰ薄
膜を交互に下から積層したものである。次に、ＳｉＯ2
ストライプを除去し、有機金属気層成長法で、厚み３μ
ｍのｐ型ＩｎＰクラッド層７０７と、厚み１μｍのｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層７０８を形成しする。コンタ
クト層７０８は、ｐ型電極７０９との接触抵抗を低減す
るためのものである。次に、ｎ型ＩｎＰ基板７０４の裏
面を研磨で削り、厚みを１２０μｍまで薄くした後、ｎ
型電極７１０を形成してウエハプロセスが完了する。共
振器長が．０．９ｍｍになるようにへき開し、出射端面
とその反対側の端面には、それぞれ反射率３％の低反射
率膜と、反射率８０％以上の高反射率膜とを形成し、出
射側にレーザ光がより多く出てくる様にする。最後に素
子分離後、ヒートシンク上に組み立てる。
機金属気層成長法で、ｐ型電流阻止層７０５とｎ型電流
阻止層７０６を形成する。これらの２層は厚み５０ｎｍ
で組成波長１．２μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰ薄
膜を交互に下から積層したものである。次に、ＳｉＯ2
ストライプを除去し、有機金属気層成長法で、厚み３μ
ｍのｐ型ＩｎＰクラッド層７０７と、厚み１μｍのｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層７０８を形成しする。コンタ
クト層７０８は、ｐ型電極７０９との接触抵抗を低減す
るためのものである。次に、ｎ型ＩｎＰ基板７０４の裏
面を研磨で削り、厚みを１２０μｍまで薄くした後、ｎ
型電極７１０を形成してウエハプロセスが完了する。共
振器長が．０．９ｍｍになるようにへき開し、出射端面
とその反対側の端面には、それぞれ反射率３％の低反射
率膜と、反射率８０％以上の高反射率膜とを形成し、出
射側にレーザ光がより多く出てくる様にする。最後に素
子分離後、ヒートシンク上に組み立てる。
【００５０】レーザ光の感じる屈折率の横方向の分布
は、図３の下図と同じになる。これは、各薄膜層が十分
に薄いので、光の感じる電流阻止層の屈折率は薄膜層の
屈折率の平均になるからである。薄膜層の厚みが、素子
中のレーザ光の波長の約４分の１（１００ｎｍ程度）以
上あると、レーザ光は各層の屈折率を感じるようになっ
てしまうので、厚みはそれ以下にすべきであり、特に約
１０分の１（４０ｎｍ程度）以下であると全く一様の材
質のように感じる。
は、図３の下図と同じになる。これは、各薄膜層が十分
に薄いので、光の感じる電流阻止層の屈折率は薄膜層の
屈折率の平均になるからである。薄膜層の厚みが、素子
中のレーザ光の波長の約４分の１（１００ｎｍ程度）以
上あると、レーザ光は各層の屈折率を感じるようになっ
てしまうので、厚みはそれ以下にすべきであり、特に約
１０分の１（４０ｎｍ程度）以下であると全く一様の材
質のように感じる。
【００５１】以上のことから、本実施例においても、横
方向の屈折率差は図１１より低くなり、メサ幅を広げて
も、高次モードは放射モードになり活性層を導波せず、
図３上図に類似した単峰型の光強度分布を持つ基本モー
ドのみが活性層を伝搬できる。よって、高出力動作下で
も基本モードが維持され、従来より遥かに高い光出力が
安定して得られる。
方向の屈折率差は図１１より低くなり、メサ幅を広げて
も、高次モードは放射モードになり活性層を導波せず、
図３上図に類似した単峰型の光強度分布を持つ基本モー
ドのみが活性層を伝搬できる。よって、高出力動作下で
も基本モードが維持され、従来より遥かに高い光出力が
安定して得られる。
【００５２】従来に比べ３倍以上の幅の活性層幅が達成
されれているので、先の実施例と同様、電流注入による
発熱はこの層内に一様に分散して起こるので、温度上昇
は少なく、且つｐ型電極７０９側にあるヒートシンクへ
の放熱経路の幅も３倍以上になるので、放熱の効率も格
段に改善される。従って、従来に比べ、最初の温度上昇
が少なく且つ放熱の効率が良いという２重の改善によっ
て、この実施例の活性層の温度上昇は極めて小さく抑え
られる。
されれているので、先の実施例と同様、電流注入による
発熱はこの層内に一様に分散して起こるので、温度上昇
は少なく、且つｐ型電極７０９側にあるヒートシンクへ
の放熱経路の幅も３倍以上になるので、放熱の効率も格
段に改善される。従って、従来に比べ、最初の温度上昇
が少なく且つ放熱の効率が良いという２重の改善によっ
て、この実施例の活性層の温度上昇は極めて小さく抑え
られる。
【００５３】更に、以下に示す理由により漏洩電流が大
幅に減り、これによる発熱も殆ど無くなる。
幅に減り、これによる発熱も殆ど無くなる。
【００５４】前述のように、ｐ型電流阻止層７０５は、
組成が互いに異なる２種類の薄膜が交互に積層されてい
るため、各層の接合面に、伝導帯、価電子帯中の不連続
が出来、電流は接合面を横切れない。従って、図８の矢
印８１０に相当する漏洩電流は矢印７１１の様にメサに
接するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ薄膜層にしか流れない。この
層の厚みは１００ｎｍで、従来より一桁以上薄いので、
この層の電気抵抗は一桁以上高くなる。よって、矢印７
１１で示した漏洩電流は従来より一桁以上低減出来る。
組成が互いに異なる２種類の薄膜が交互に積層されてい
るため、各層の接合面に、伝導帯、価電子帯中の不連続
が出来、電流は接合面を横切れない。従って、図８の矢
印８１０に相当する漏洩電流は矢印７１１の様にメサに
接するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ薄膜層にしか流れない。この
層の厚みは１００ｎｍで、従来より一桁以上薄いので、
この層の電気抵抗は一桁以上高くなる。よって、矢印７
１１で示した漏洩電流は従来より一桁以上低減出来る。
【００５５】更に、漏洩電流７１１が小さいので、ｐ型
ＩｎＰ外部クラッド層７０７、電流阻止層７０５、７０
６、ｎ型ＩｎＰクラッド層で構成されるサイリスタは、
オンするに至らず、従来例の矢印８１２のようなサイリ
スタ電流は殆ど流れない。この実施例ではｐ型電流阻止
層とｎ型電流阻止層が１層ずつしかないが、交互に２層
以上ある場合は、第１の構造で説明した理由と同じ理由
で、サイリスタ電流は全く流れない。
ＩｎＰ外部クラッド層７０７、電流阻止層７０５、７０
６、ｎ型ＩｎＰクラッド層で構成されるサイリスタは、
オンするに至らず、従来例の矢印８１２のようなサイリ
スタ電流は殆ど流れない。この実施例ではｐ型電流阻止
層とｎ型電流阻止層が１層ずつしかないが、交互に２層
以上ある場合は、第１の構造で説明した理由と同じ理由
で、サイリスタ電流は全く流れない。
【００５６】図４は、この実施例の素子の光出力対電流
特性は、図４と類似しており、上記の理由により、５０
０ｍＷ以上まで殆ど光出力の飽和は見られず、良く活性
層の温度上昇が抑えられていることが分かる。
特性は、図４と類似しており、上記の理由により、５０
０ｍＷ以上まで殆ど光出力の飽和は見られず、良く活性
層の温度上昇が抑えられていることが分かる。
【００５７】さて、この構造では、電流阻止層中の各薄
膜層の厚みを変えることで、メサ幅に応じた最適の光の
閉じ込めが可能である。即ち、メサ幅が狭いときは，活
性層への光の閉じ込め率を上げるため、ＩｎＧａＡｓＰ
層を薄く、ＩｎＰ層を厚くして等価屈折率を下げ、メサ
の部分とその両脇の部分の屈折率差を上げれば良い。逆
に、メサ幅を広げたいときは，活性層への光の閉じ込め
率を下げるため、ＩｎＧａＡｓＰ層を厚く、ＩｎＰ層を
薄くして等価屈折率を上げ、メサの部分とその両脇の部
分の屈折率差を下げれば良い。
膜層の厚みを変えることで、メサ幅に応じた最適の光の
閉じ込めが可能である。即ち、メサ幅が狭いときは，活
性層への光の閉じ込め率を上げるため、ＩｎＧａＡｓＰ
層を薄く、ＩｎＰ層を厚くして等価屈折率を下げ、メサ
の部分とその両脇の部分の屈折率差を上げれば良い。逆
に、メサ幅を広げたいときは，活性層への光の閉じ込め
率を下げるため、ＩｎＧａＡｓＰ層を厚く、ＩｎＰ層を
薄くして等価屈折率を上げ、メサの部分とその両脇の部
分の屈折率差を下げれば良い。
【００５８】また、膜厚比を徐々に変えることで、等価
屈折率を横方向に傾斜させることもでき、用途に応じて
最適な光の閉じこめ状態を設計することが出来る。
屈折率を横方向に傾斜させることもでき、用途に応じて
最適な光の閉じこめ状態を設計することが出来る。
【００５９】尚、上記の実施例は、すべて波長１．４８
μｍのＩｎＧａＡｓＰ系で記したが、本発明の効果は例
えば、その他の波長のＩｎＧａＡｓＰ系やＩｎＧａＡｓ
を井戸層に持つレーザばかりでなく、ＡｌＧａＡｓ系、
ＡｌＧａＩｎＰ系、さらにはＩＩＩ−Ｖ族以外の材料の
レーザ素子にも適用出来るのは言うまでもない。
μｍのＩｎＧａＡｓＰ系で記したが、本発明の効果は例
えば、その他の波長のＩｎＧａＡｓＰ系やＩｎＧａＡｓ
を井戸層に持つレーザばかりでなく、ＡｌＧａＡｓ系、
ＡｌＧａＩｎＰ系、さらにはＩＩＩ−Ｖ族以外の材料の
レーザ素子にも適用出来るのは言うまでもない。
【００６０】また、本発明の効果は、図１、図５のエッ
チングストップ層がメサの横でエッチングにより無くな
っていても同様に得られることはいうまでもない。
チングストップ層がメサの横でエッチングにより無くな
っていても同様に得られることはいうまでもない。
【００６１】尚、本実施例を構成する層の電気的特性を
反転させても、本発明の効果は同様に得られることはい
うまでもない。
反転させても、本発明の効果は同様に得られることはい
うまでもない。
【００６２】また、ここでは活性層に多層量子井戸構造
を用いたが、単層で構成される活性層を持つレーザに本
発明による構造を導入しても同様の効果が得られること
はいうまでもない。
を用いたが、単層で構成される活性層を持つレーザに本
発明による構造を導入しても同様の効果が得られること
はいうまでもない。
【００６３】尚、本発明で作製されるレーザの用途は光
ファイバー増幅器用に限定されるものではなく、光通
信、光ディスク、レーザプリンター等への光源としても
使えることはいうまでもない。
ファイバー増幅器用に限定されるものではなく、光通
信、光ディスク、レーザプリンター等への光源としても
使えることはいうまでもない。
【００６４】
【発明の効果】本発明によれば、放熱に優れて、高出力
動作下でも基本モードが維持されて、漏洩電流が低減で
き余分な発熱を抑えることが出来、その結果、従来より
遥かに高い光出力を安定して出射する半導体レーザが容
易に得られる。
動作下でも基本モードが維持されて、漏洩電流が低減で
き余分な発熱を抑えることが出来、その結果、従来より
遥かに高い光出力を安定して出射する半導体レーザが容
易に得られる。
【図１】本発明の第１の素子構造の１実施例を示した断
面図
面図
【図２】図１の素子構造で、メサの中央での縦方向の屈
折率分布と光強度分布を示す
折率分布と光強度分布を示す
【図３】図１の素子構造で、横方向に光が感じる屈折率
分布と光強度分布を示す
分布と光強度分布を示す
【図４】図１の素子の光出力対電流特性を示す
【図５】本発明の第１の素子構造の他の実施例を示した
断面図
断面図
【図６】図５の素子構造で、メサの中央での縦方向の屈
折率分布と光強度分布を示す
折率分布と光強度分布を示す
【図７】本発明の第２の素子構造の実施例を示した断面
図
図
【図８】従来の半導体レーザの構造を示した断面図
【図９】従来の素子の光出力対電流特性を示す
【図１０】従来の素子で、横方向に光が感じる屈折率分
布と光強度分布を示す
布と光強度分布を示す
【図１１】従来の素子のメサ幅を広げたときの、横方向
に光が感じる屈折率分布と光強度分布を示す
に光が感じる屈折率分布と光強度分布を示す
１０１ 活性層 ５０１ 活性層 ７０１ 活性層 １０２ 導波層 １０３ エッチングストップ層 ５０３ エッチングストップ層 １０４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ５０５ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７０２ ｐ型ＩｎＰクラッド層 １０５ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ５０６ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ７０３ ｎ型ＩｎＰクラッド層 １０６ ｎ型ＩｎＰ基板 ５０７ ｎ型ＩｎＰ基板 ７０４ ｎ型ＩｎＰ基板 １０７ 電流阻止層 ５０８ 電流阻止層 １０８ ｐ型ＩｎＰ外部クラッド層 ５０９ ｐ型ＩｎＰ外部クラッド層 ７０７ ｐ型ＩｎＰ外部クラッド層 １０９ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ５１０ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ７０８ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １１０ ｐ型電極 ５１１ ｐ型電極 ７０９ ｐ型電極 １１１ ｎ型電極 ５１２ ｎ型電極 ７１０ ｎ型電極 １１２ 漏洩電流 ５１３ 漏洩電流 ７１１ 漏洩電流 ５０２ 第２導波層 ５０４ 第１導波層 ７０５ ｐ型電流阻止層 ７０６ ｎ型電流阻止層 ８０１ 多重量子井戸層 ８０２ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ８０３ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ８０４ ｎ型ＩｎＰ電流阻止層 ８０５ ｐ型ＩｎＰ電流阻止層 ８０６ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ８０７ ｐ型電極 ８０８ ｎ型ＩｎＰ基板 ８０９ ｎ型電極 ８１０ 漏洩電流 ８１２ 漏洩電流 ８１１ 接合面
Claims (10)
- 【請求項１】半導体基体上の導波層の表面に形成された
エッチングストップ層の上に、活性層とその上のクラッ
ド層より成るストライプ状のメサが選択的に形成され、
前記メサの側面と前記エッチングストップ層の表面に、
相異なる導電型の薄膜層が交互に積層されて成る電流阻
止層が形成されており、前記エッチングストップ層の厚
みが、導波するレーザ光の垂直方向の光強度分布を乱さ
ない程度に薄く、前記導波層の屈折率が前記半導体基体
と前記電流阻止層より高いことを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項２】半導体基体上の第１の導波層の表面に形成
されたエッチングストップ層の上に、第２の導波層とそ
の上の活性層とさらにその上のクラッド層より成るスト
ライプ状のメサが選択的に形成され、前記メサの側面と
前記エッチングストップ層の表面に相異なる導電型の薄
膜層が交互に積層されて成る電流阻止層が形成されてお
り、前記エッチングストップ層の厚みが、導波するレー
ザ光の垂直方向の光強度分布を乱さない程度に薄く、前
記導波層の屈折率が前記半導体基体と前記電流阻止層よ
り高いことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】エッチングストップ層の厚みが、半導体レ
ーザ中でのレーザ光の波長の約２０分の１以下であるこ
とを特徴とする請求項１から２記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】活性層がＩｎＧａＡｓＰの単層或はＩｎＧ
ａＡｓ（Ｐ）を井戸層に持つ量子井戸構造より成り、導
波層が活性層より禁制帯幅が広いＩｎＧａＡｓＰより成
り、半導体基体とクラッド層とエッチングストップ層が
ＩｎＰより成ることを特徴とする請求項１から３記載の
半導体レーザ。 - 【請求項５】薄膜層がＩｎＰより成ることを特徴とする
請求項４記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】エッチングストップ層の厚みが、約２０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項４と５記載の半導
体レーザ。 - 【請求項７】活性層とその上下に位置する第１第２のク
ラッド層を少なくとも持つストライプ状のメサと、前記
メサの側面に形成された電流阻止層を少なくとも持つ構
成に於て、電流阻止層は第１と第２の互いに組成の異な
る薄膜層が交互に積層されて成り、且つ導電型が途中で
少なくとも１回反転しており、前記電流阻止層の等価屈
折率が前記クラッド層より高く、且つ前記メサの等価屈
折率より低いことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項８】第１と第２の薄膜層の厚みが、半導体レー
ザ中でのレーザ光の波長の約１０分の１以下であること
を特徴とする請求項７記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】活性層がＩｎＧａＡｓＰの単層或はＩｎＧ
ａＡｓ（Ｐ）を井戸層に持つ量子井戸構造より成り、ク
ラッド層がＩｎＰより成り、第１と第２の薄膜層がＩｎ
ＰとＩｎＧａＡｓＰより成ることを特徴とする請求項７
記載の半導体レーザ。 - 【請求項１０】第１と第２の薄膜層の厚みが、約４０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の半導体レ
ーザ。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP4162476A JPH065975A (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 半導体レーザ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4162476A JPH065975A (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 半導体レーザ |
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