JPS60239083A - 光双安定半導体レ−ザ - Google Patents

光双安定半導体レ−ザ

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JPS60239083A
JPS60239083A JP9400684A JP9400684A JPS60239083A JP S60239083 A JPS60239083 A JP S60239083A JP 9400684 A JP9400684 A JP 9400684A JP 9400684 A JP9400684 A JP 9400684A JP S60239083 A JPS60239083 A JP S60239083A
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layer
groove
inp
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electrodes
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JP9400684A
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Yuichi Odagiri
小田切 雄一
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • 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
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光交換・光情報処理に用いる光機能素子と
して最も重要な構成要素の一つである双安定動作を示す
光双安定半導体レーザに関する。
(従来技術とその問題点) 光機能素子の中でも光論理、光スィッチ、光記憶、光信
号波形、整形増幅等幅広い応用範囲を有する光双安定半
導体レーザは、光の本質的な特長を活かした素子として
期待されており、その基礎検討が進められている。光双
安定半導体レーザの開発に関しては、20年前にラッシ
ャ氏(G、J。
LASHER)によるソリッド・ステイト・エレクトロ
ニクス(5OLID 5TATE ELECTRO−N
1.C8)誌の1964年第7巻707頁に記載された
論文が最初であり、後年室温状態で発振閾値が低く実用
レベルに近いものがロー氏(K、Y、LAU)等によシ
アブライド・フィジクス・レターズ(APPLIED 
PHYSIC8LETTER8)誌の1982年第40
巻369頁に記載された論文でタンデム電極埋め込みへ
テロ構造の形で報告されている。この半導体レーザでは
、活性層に近い側の電極が溝によシ2分されておシ、活
性層での利得が損失を上相る光増幅領域と、電流注入さ
れないために損失が利得を上相る可飽和吸収領域とに分
かれている。この場合の溝は単に2つの領域を電気的に
遮断するため?も、のであり・溝直下の活性層には光増
幅領域からの拡散電流によって電流注入されている。こ
のためこの半導体レーザでは2分された電極を共通にす
ると、通常の半導体レーザと同様の光出力−電流特性(
以後L−I特性とする)を示し光双安定動作は生じない
。光双安定動作を行なうには、可飽和吸収領域への注入
電流を減少させて一100μA程度にする必要がある(
この場合の光増幅領域への注入電流は+30mA程度)
。ところが可飽和吸収領域への注入電流が数μA変動す
るだけで、L−I特性でのヒステリシス形状、光双安定
動作を示す電流幅が大幅に変わってしまうという結果が
ロー氏等の論文で報告されている。このため安定な動作
の要求される光機能素子としては、この注入電流の制御
性を高めることが重要であった。この対策としては、本
願の発明者等によシ発明された光双安定半導体レーザ(
特願昭58−142922 )がある。これは、活性層
の一部に、電流注入を遮断するような半導体層を積層さ
せて、その直上に溝を形成する構造の半導体レーザであ
る。この半導体層の採用により可飽和吸収領域が溝直下
の活性層部分に形成され、2分された電極への注入電流
はいづれも数十mA程度なる。この場合には、外部要因
その他で数百μA注入電流変動したとしても光双安定動
作のL−■特性が変化することは殆んど無視できた。と
ころが溝を活性層近くまでエツチングしない場合には、
2分された電極間の抵抗が例えば溝幅30μmの場合で
61Ω程度にしかならず、したがって2分された電極間
の電位差によって注入電流の一部がその間ヲミリアンペ
アのオーダで流れることとなり、静特性では特性が安定
でも動特性では多少不安定になるなど注入電流自体の独
立性が保たれないという問題があった。溝部エツチング
する方法は、結晶成長後の半導体層厚が場所によってば
らつくことがあり、単にエツチング時間だけで溝の深さ
を決める方法は余り望ましいとは言えず、信頼性の面に
多少問題があった。そこで鹸者等后は溝のエツチングの
深さを決める方法とじて活性層の上方にエツチングを止
めるような半導体層の形成を提案し[双安定半導体レー
ザ」という名称で特許出願した(特願昭58−1677
98)。この発明の場合には、2分された電極間の抵抗
をIKOにまで高めることができ、また特性の均一化と
いう点でも従来にくらべて向上できた。
しかしながら溝の深さだけを再現よく形成させる方法だ
けでは、溝直下が可飽和吸収領域として機らの拡散電流
によって溝直下の活性層にも注入電流がまわりこむため
である。その丸めより光双安定動作を均一に実現できる
ような構造の光双安定半導体レーザが望まれていた。
(発明の目的) この発明の目的は光双安定動作の歩留りを一層向上させ
て均一な特性を有する光双安定半導体レーザを提供する
ことにある。
5− (発明の構成) この発明は、溝により電極が鉄損軸方向に複数に分割さ
れた半導体レーザにおいて、活性層上方溝部を除く第1
の半導体層の上部に第1の半導体層とは異なる導電形で
且つ異なる材料組成の半導体層を有することに特徴があ
る。
(構成の詳細な説明) この発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問
題点を解決した。まず、活性層の一部で可飽和吸収領域
が形成されるように電流注入が遮断されるような第1の
半導体層を結晶成長させ、さらにその上に材料組成の異
なる第2の半導体層を結晶成長させる、そのあとで例え
ば化学エツチングで溝を形成する場合、第1の半導体層
と第2の半導体層の材料組成が異なるためにエッチャン
トの違いによるエツチング速度の差を利用することによ
り、溝の深さを電極から第1の半導体層が残6− るところまでに抑える。このようにして共振器軸方向に
分割された2つ以上の電極の間の抵抗はIKΩ以上にす
ることができる。通常の半導体レーザ自身の抵抗が5〜
7Ω程度であるから、分割された電極間の電流は数十μ
A以下に抑えられる。
なく独立性を保持することができる。またL−I特性に
関しては溝直下が可飽和吸収領域となるため均一な特性
の光双安定動作を実現できる。以上のようにして光双安
定動作の歩留りを一層向上させて均一な特性を有する光
双安定半導体レーザが実現できる。
(実施例) させない場合での活性層の形状を示す平面断面図、第2
図(a)は第1図のA−A’ 断面図、(blFiB−
B’断面図、第3図は本実施例の斜視図を各々示す。
する2本の溝のメサストライプとは反対側の側面が部分
的に狭くなった形状で電極を2分する溝が所望の深さに
なるようにしたものである。ブレーナ・ストライフ−形
の埋め込みへテロ構造の半導体レーザは、活性層を含む
メサストライプをP及びnの形半導体層で埋め込んだも
ので、これについては北村氏等により特許出願中の発明
[特願昭56−166666Jに詳しい。
この実施例は以下のように製作される。先づ液相 ゛も
しくは気相成長法により、n−InP基板1o上に、n
−InPバ、77層11、ノンドープのInQaAsP
活性層は、P−InPクラッド層]3を積層させたDH
基板に、フォトレジストを塗布して通常のフォトリング
ラフイーとエツチングにより第1図に示した形状のウェ
ハを製作する。次に、このウェハを液相成長法により、
P−InPの第1の電流ブロック層14、n−InPの
第2の電流ブロック層15、P−InGaAsPのエツ
チング層16、P−InPの埋め込み層17、P−In
GaAsPキ’ryプ層18を順次層成8せる。第1図
で示したように、活性層12を含むメサストライプ20
を形成するための2本の第2、第3の溝22.23はメ
サストライプ20の側で直線、メサストライプ20から
離れた側では一部に幅の広い部分24と狭い部分25を
有している。2回目の結晶成長において、メサストライ
プ20を形成する第2、第3の溝22.23の幅の広い
部分24では第2図で示したように、第1、第2の電流
ブロック層14、】5はメサストライプ20上には成長
しない。他方第2、第3の溝22.23の幅の狭い部分
25では第2、第3の溝22.23内を第1の電流ブロ
ック層】4が埋めてしまうために、第2の電流ブロック
層15を成プ旦 長する直前のメサストライプ付近の形状が千声となる。
そのため第2の電流ブロック層15はメサストライプ2
0の上部で途切れることなく全体を覆ってしまう。同様
にしてエツチング層16も全体を覆ってしまう。結晶成
長後はP側のオーミツlニ クコンタクトをとるためキャップ層18 g Au Z
n9− を蒸着する。さらにフォトレジス//を塗布して通常の
フォトリソグラフィーとエツチングにより第2、第3の
溝22.23の幅い狭い部分25直上のAuZn、キャ
ップ層18、埋め込み層17、エツチング層16を順次
抜いて共振器軸3o方向にP側電極が2つに分割される
ように第1の溝21を形成させる。AuZnのエツチン
グについてはKI+I2の混合液を、InGaAsP 
のキャラツ一層18、エツチング層16のエツチングに
ついてはH2SO4十H2O2の混合液を、工nP の
埋め込み層17のエツチングについてはHe I 十H
20の希釈液を用いた。H2SO4+H20z−?HC
1+H20が他の材料ヲ殆Znをアロイする。次にn−
InP基板1oを研磨して100〜150μmの範囲内
の厚さとしたのち、n側のオーミックコンタクト用にA
LAGeNi ft蒸着してアロイし、ウェハ製作を終
了する。このウェハを通常のヘキ開法により、第1の溝
21 によって第1、第2のP側電極26.27が分割
される10− ようにメサストライプ20に直角に共振器面を形成し、
素子が製作される。この素子の第1、第2のIゝ側電極
26.27を正、n側電極28を負にバイアスすると、
この素子←L−I特性や光入出力特性において安定な双
安定動作を示すことができる。第1のP側電極26と第
2のP側電極27とはP−InPクラッド層13が電気
的な橋渡しをするが、活性層に隣接しているので、注入
電流の殆んどが活性層へ流れる。そのため第1の溝21
の幅が25μmの場合にP側の電極間抵抗はIKQを越
えることができた。この程度の抵抗があるために、第1
、第2のP側電極26.27への注入電流は互いに影響
しあうことなく20〜40mAの範囲で均一な光双安定
動作を歩留りよく実現することができた。この実施例の
光双安定半導体レーザの大きさは、メサストライプ20
の幅が1.5μm、溝幅の広い部分24の幅が7μm狭
い部分25の幅が3μmや溝幅の狭い部分25の長さが
20μm1 第1のP側電極26の長さが100μm、
第2のP側電極27の長さが150μmである。結晶成
長の様子は、成長方法や成長条件等により大幅に変わる
ので、それらとともに適切な寸法を採用すべきことは言
うまでもない。また第1のP側電極26と第2のP側電
極27の共撮器軸30方向の長さの比も限定されるもの
ではない、 なお上記実施例においては、第1の溝21直下での第2
の電流ブロック層15がメサストライプ20の上部を含
めて全体にわたって形成させる方法として、第2、第3
の溝22.23がメサストライプ20の側で直線。メサ
ストライプ20から離れた側で幅の広い部分24と狭い
部分25を有するようにしたが、メサストライプ20か
ら離れた側で直線、メサストライプの側で幅の広い部分
24と狭い部分25を有するようにしてもよい。この場
合にも第1の溝2】直下が幅の狭い部分25に対応して
おれば上記実施例と同じ結晶成長が可能であり、特性面
の差はない。実施例ではP側電極をAuZnの全面電極
構造としたが、オキサイドストライプ構造にしたりある
いはP−InGaAsPキャッ1鳩18の代りにn−I
nGaAsPキャップ層としてメサストライプ20上面
付近にのみ例えばZn拡散することによりP層に変換さ
せてもよい。
以上の実施例ではInP/InGaAsP系の半導体材
料を用いたが、GaA I As /GaA、s系等他
の半導体材料を用いてもよい。
また、実施例とでは埋め込み型のストライプ構造を採用
していたが他のストライプ構造でもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の平面断面図、第2図(a
)、(b)は第1図の部分断面図、第3図はこの発明の
一実施例の斜視図である。 図において、 10・・・・・・n−InP 基板、11・・・・・・
n−InPバッファ層、12・・・・・・InGaAs
P活性層、13・・・・・・P−InPクラッド層、1
4・・・・・・P−InPの第1の電流ブロック層、1
5・・・・・・n−In、Pの第2の電流ブロック層、
16・・・・・・P−InGaAsP−[−ッチング層
、17−−−−−− P−I n Pの埋め込み層、]
8・・・・・・P−InGaA、sPキャップ層、20
・・・・・ メサストライプ、21・・・・・・第1の
溝、22・・・・・・第13− 2の溝、23・・・・・・第3の溝、24・・・・・・
幅の広い部分、25・・・・・・幅の狭い部分、26・
・・・・・第1のP側電極、27・−・・・・第2のP
側電極、28・・・・・・n側電極、30・・・・・・
共撮器軸をそれぞれ示す。 14−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 溝によシミ極が共振器軸方向に複数に分割されている半
    導体レーザにおいて、活性層上方に、当該活性層の前記
    溝直下の領域への電流注入を遮断する第1の半導体層を
    備え、さらに、少なくとも前記溝部を除く前記第1の半
    導体層の上部に当該第1の半導体層とは異なる導電形で
    、かつ、異なる材料組成の第2の半導体層を備えている
    ことを特徴とする光双安定半導体レーザ。
JP59094006A 1984-05-11 1984-05-11 光双安定半導体レ−ザ Expired - Lifetime JPH0632324B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62296573A (ja) * 1986-06-17 1987-12-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体レ−ザ装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5967680A (ja) * 1982-10-12 1984-04-17 Nec Corp 光双安定素子

Patent Citations (1)

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