DE69635410T2 - Halbleiterlaser und dessen herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung und ein Fertigungsverfahren dafür und insbesondere eine Halbleiterlaservorrichtung, die als Lichtquelle für die optische Kommunikation geeignet ist, und ein Fertigungsverfahren dafür. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Kommunikationssystem mit einer solchen Halbleiterlaservorrichtung als Lichtquelle.
  • Eine Laservorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist im Dokument GB-A-2 195 822 beschrieben.
  • STAND DER TECHNIK
  • Probleme, die entstehen, wenn ein von einer Halbleiterlaservorrichtung emittiertes Licht in eine Lichtleitfaser eingekoppelt wird, sind der Kopplungswirkungsgrad und die Ausrichtungsgenauigkeit zwischen der Halbleiterlaservorrichtung und der Lichtleitfaser. Da die Strahldivergenz einer gewöhnlichen Halbleiterlaservorrichtung für die optische Kommunikation nicht schmäler als etwa 20° bis etwa 30° ist, kann nur ein sehr niedriger Kopplungswirkungsgrad von einigen Prozent realisiert werden, wenn das Laserlicht direkt in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird.
  • Wenn eine Linse zwischen die Halbleiterlaservorrichtung und die Lichtleitfaser eingefügt wird, kann ein hoher Kopplungswirkungsgrad erhalten werden. Die Ausrichtungsgenauigkeit ist jedoch dann etwa 1 μm, so dass es erforderlich wird, eine sehr genaue Ausrichtung durchzuführen, wodurch ein Kostensteigerungsfaktor präsentiert wird.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Verfahren ausgedacht, um Laserlicht direkt in eine Lichtleitfaser einzukoppeln, während die Strahldivergenz der Halbleiterlaservorrichtung auf etwa 10° verschmälert wird. 1(a) zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung, die eine solche schmale Strahldivergenz realisiert (H. Fukano et al., Electron. Lett., Band 31, S. 1439–1440, 1995).
  • Die Struktur umfasst einen Streifen 101 mit einer aktiven Lage (nachstehend auch als "aktive Streifenlage 101" bezeichnet) und eine InP-Vergrabungslage 102, die den Streifen umgibt. Die aktive Streifenlage 101 umfasst einen verjüngten Bereich 103 und einen parallelen Bereich 104. Laserlicht 105 wird von einer Stirnfläche des verjüngten Bereichs 103 emittiert.
  • Für Licht, das sich vom parallelen Bereich 104 zum verjüngten Bereich 103 der aktiven Streifenlage 101 fortpflanzt, nimmt der Lichteinschluss in der aktiven Lage 101 kontinuierlich ab, wenn sich das Licht durch den verjüngten Bereich 103 fortpflanzt. Folglich nimmt der Austritt des Lichts aus der aktiven Lage 101 in die Vergrabungslage 102 zu, wodurch die Punktgröße des Laserlichts 105 am Emissionsende bezüglich der Punktgröße im parallelen Bereich 104 vergrößert wird. Eine solche Vergrößerung der Punktgröße des Laserlichts 105 bedeutet eine Verschmälerung der Strahldivergenz.
  • In der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Struktur ist die aktive Streifenlage 101 in den parallelen Bereich 104 mit einer konstanten Breite und den verjüngten Bereich 103 mit einer kontinuierlich variierenden Breite unterteilt. Wenn die Länge des verjüngten Bereichs 103 in einer solchen Struktur relativ lang ist, wie in 1(b) gezeigt, ist die Veränderung der Streifenbreite sanft, wodurch eine Strahlungsmode weniger Einfluss auf ein emittiertes Lichtmuster hat. Für das Laserlicht 105, das vom parallelen Bereich 104 über den verjüngten Bereich 103 emittiert wird, kann folglich ein emittiertes Lichtmuster mit einer einzigen Spitze, wie in 1(c) gezeigt, erhalten werden. Da jedoch die Hohlraumgesamtlänge zunimmt, entstehen angesichts der Betriebseigenschaften des Halbleiterlasers Probleme, wie z. B. eine Zunahme des Schwellenstroms und eine Abnahme des Steigungswirkungsgrades. Überdies nimmt die Anzahl von aus einem Substrat mit der gleichen Größe zu erhaltenden Laserelementen ab, wodurch die Fertigungskosten pro Element erhöht werden.
  • Wenn andererseits der verjüngte Bereich 103 kurz ist, wie in 1(d) gezeigt, nimmt die Hohlraumgesamtlänge ab, aber der Einfluss der Strahlungsmode auf das emittierte Lichtmuster wird signifikanter, was zu einem emittierten Lichtmuster mit einer Vielzahl von Spitzen führt, wie in 1(e) gezeigt. Folglich nimmt der Kopplungswirkungsgrad zwischen dem Halbleiterlaser und der Lichtleitfaser ab.
  • Eine weitere Laservorrichtung ist aus dem Dokument "High power and narrow lateral far field divergence 1.5μm-eye-safe pulse laser diodes with flared waveguide" von T. Tamanuki, T. Sasaki und M. Kitamura, Siebte internationale Konferenz über Indiumphosphid und verwandte Materialien, 1995, Conference Proceedings, Veröffentlichungsdatum: 9.–13. Mai 1995, Seiten 725–728, bekannt. Dieses Dokument beschreibt augensichere gepulste Laser mit hoher Leistung und schmalem Fernfeldwinkel mit 1,5 μm mit einem Wellenleiter mit einer konisch erweiterten Kante. Ein Betrieb mit hoher Leistung (9,6 W) bei schmaler seitlicher Fernfelddivergenz (3–4°) wurde erhalten. Diese Vorrichtungen sind für optische Messsysteme im freien Raum als "augensichere" Lichtquellen anwendbar.
  • Angesichts der obigen Punkte ist es erforderlich, ein emittiertes Lichtmuster mit einer einzigen Spitze bei einer schmalen Strahldivergenz in einer Halbleiterlaservorrichtung ohne Verschlechterung der Betriebseigenschaften wie z. B. des Schwellenstroms und des Steigungswirkungsgrades zu verwirklichen.
  • Die vorliegende Erfindung, die angesichts solcher Probleme ausgeführt wurde, hat die folgenden Ziele: (1) Schaffung einer Halbleiterlaservorrichtung mit einem niedrigen Schwellenstrom, einer hohen Steigungswirkungsgradkennlinie und einer schmalen Strahldivergenz; (2) Schaffung eines Fertigungsverfahrens dafür; und (3) Schaffung eines optischen Kommunikationssystems mit einer solchen Halbleiterlaservorrichtung als Lichtquelle.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • Ein entsprechendes Fertigungsverfahren einer Laservorrichtung und ein Kommu nikationssystem mit einer solchen Laservorrichtung sind auch in den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der herkömmlichen Technologie darstellt, und 1(b) bis 1(e) sind Ansichten zum Darstellen der Beziehung zwischen der Länge und einer Eigenschaft des verjüngten Bereichs in der Struktur von 1(a).
  • 2(a) bis 2(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellen, wohingegen 2(d) eine Durchsichtansicht von oben gesehen ist, die eine modifizierte Struktur der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3(a) bis 3(c) sind Diagramme, die Rechenergebnisse der Streuung der Lichtintensitätsverteilung (Punktdurchmesser) für verschiedene Breiten der aktiven Lage in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 4 ist ein Diagramm, das Rechenergebnisse der Strahldivergenz in der vertikalen Richtung bezüglich der Breite der aktiven Lage in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Messergebnis der Kennlinie des Stroms zur optischen Ausgangsleistung in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6(a) und 6(b) sind Diagramme, die Beispiele von Messergebnissen des Fernfeldmusters in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 7 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Messergebnis des Schwellenstroms in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8(a) und 8(b) sind Diagramme, die weitere beispielhafte Messergebnisse des Fernfeldmusters in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 9(a) bis 9(d) sind Querschnittsansichten und Durchsichtansichten von oben gesehen, die ein Fertigungsverfahren für eine Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 10(a) bis 10(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 11(a) und 11(b) sind Diagrame, die die Fernfeldmusterkennlinien zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 2 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 12 ist ein weiteres Diagramm, das die Fernfeldmusterkennlinie zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13(a) bis 13(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 14(a) bis 14(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung darstellen, wohingegen 14(d) eine teilweise vergrößerte Ansicht davon ist.
  • 15(a) ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung als Vergleichsbeispiel darstellt, wohingegen 15(b) bis 15(d) Diagramme sind, die jeweils eine Schwingungsmodenkennlinie in der Struktur von 15(a) zeigen.
  • 16(a) ist ein Diagramm, das schematisch die Struktur der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung darstellt, wohingegen 16(b) ein Diagramm ist, das eine Schwingungsmodenkennlinie in der Struktur von 16(a) für die Darstellung der Wirkung des Beispiels 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 17(a) bis 17(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 5 darstellen, wohingegen 17(d) eine Durchsichtansicht von oben gesehen ist, die eine modifizierte Struktur der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 18(a) bis 18(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 19 ist ein Diagramm zum Darstellen der Wirkung gemäß dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung, welches eine Schwingungsmodenkennlinie in dessen Struktur zeigt.
  • 20(a) bis 20(c) sind Querschnittsansichten und eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 22(a) bis 22(c) sind Diagramme, die jeweils die Lichtintensitätsverteilung oder die Ladungsträgerkonzentrationsverteilung innerhalb eines Hohlraums zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 8 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 23 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 9 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 24 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 10 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 25(a) und 25(b) sind Diagramme, die jeweils die Lichtintensitätsverteilung innerhalb eines Hohlraums zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 10 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 26(a) und 26(b) sind eine Querschnitsansicht bzw. eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbieiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 27 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsverhältnis von As und der Bandlückenenergiewellenlänge in einer InAsP-Lage zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 11 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 28 ist ein Diagramm, das die Brechungsindexkennlinie bezüglich der Lichtwellenlänge zeigt, wobei das Zusammensetzungsverhältnis von As in der InAsP-Lage ein Parameter ist.
  • 29(a) ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Beugungsgitters (eine InAsP-Lage) innerhalb eines Hohlraums in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung darstellt, wohingegen 29(b) und 29(c) Diagramme sind, die die effektive Brechungsindexverteilung bzw. die Verstärkungsverteilung innerhalb des Hohlraums in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 11 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 30(a) und 30(b) sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 12 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 31(a) ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 12 der vorliegenden Erfindung darstellt, wohingegen
  • 31(b) bis 31(f) Diagramme sind, die jeweils den effektiven Brechungsindex innerhalb des Hohlraums, den Abstand des Beugungsgitters oder die Bragg-Wellenlängenverteilung zum Darstellen der Wirkung des Beispiels 12 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 32(a) und 32(b) sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 13 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 33(a) bis 33(b) sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 14 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 34(a) ist ein Diagramm, das schematisch ein optisches Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wohingegen 34(b) ein Diagramm ist, das schematisch ein optisches Kommunikationssystem gemäß der herkömmlichen Technologie darstellt.
  • 35(a) bis 35(e) sind perspektivische Ansichten, die ein Fertigungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 36(a) bis 36(c) sind Querschnittsansichten, die einige Schritte im Fertigungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung genauer darstellen.
  • 37 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Durchflussrate von Arsin (AsH3) und der Photolumineszenzwellenlänge im Fertigungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Wie nachstehend mit Bezug auf 2(a) bis 2(c) beschrieben, können die vorstehend beschriebenen Probleme in der herkömmlichen Technologie gelöst werden, indem die Breite der aktiven Streifenlage, die Laserlicht erzeugt, im Wesentlichen über den gesamten Hohlraum kontinuierlich verändert wird, um die Beziehung W2 > W1 zu erfüllen, wobei W1 die Breite der aktiven Lage an der vorderen Stirnfläche, von der Laserlicht entnommen wird, bedeutet und W2 die Breite der aktiven Lage an der hinteren Stirnfläche auf der anderen Seite bedeutet. Wenn die obige Beziehung erfüllt ist, ist die Breite der aktiven Lage an der vorderen Stirnfläche des Halbleiterlasers schmal, so dass Licht aus der aktiven Lage gestreut wird, wobei die Streuung der Lichtintensitätsverteilung groß ist. Andererseits ist an der hinteren Stirnfläche des Halbleiterlasers die Breite der aktiven Lage breit und Licht wird in der aktiven Lage eingeschlossen, wodurch die Streuung der Lichtintensitätsverteilung klein ist.
  • 3(a) bis 3(c) zeigen die Streuung der Lichtintensitätsverteilung bezüglich der Breite der aktiven Lage in der Struktur der Halbleiterlaservorrichtung von 2(a) bis 2(c).
  • In 3(a) bis 3(c) wird angenommen, dass die Dicke der aktiven Lage (des Lichtwellenleiterbereichs), in der Licht eingeschlossen wird, konstant auf 0,2 μm liegt, wobei die Breite der aktiven Lage (des Lichtwellenleiterbereichs) durch die horizontale Achse dargestellt ist. Obwohl der Lichtwellenleiterbereich gewöhnlich aus einer aktiven Lage und einer Lichteinschlusslage gebildet ist, bedeutet überdies n1 den mittleren Brechungsindex davon. Ferner wird angenommen, dass der Umgebungsbereich, der den Lichtwellenleiterbereich umgibt, einen gleichmäßigen Brechungsindex n2 (n1 > n2) aufweist.
  • 3(a) bis 3(c), in denen der Parameter der Wert von Δn = n1 – n2 ist, zeigen jeweils die Ergebnisse, wenn Δn = 0,20, 0,15 und 0,10. Überdies stellt die vertikale Achse den Punktdurchmesser dar, der die Streuung der Lichtintensität an einem Punkt darstellt, an dem die Lichtintensität 1/e2 des Maximalwerts ist (das Nahfeldmuster, e: natürliche Konstante). Ferner stellt die durchgezogene Linie in 3(a) bis 3(c) den Punktdurchmesser in der vertikalen Richtung dar, wohingegen die gestrichelte Linie den Punktdurchmesser in der horizontalen Richtung darstellt.
  • Selbst wenn in dem Fall, in dem Δn = 0,20, wie in 3(a) gezeigt, die Breite der aktiven Lage verschmälert ist, variiert der Punktdurchmesser weder in der vertikalen Richtung noch in der horizontalen Richtung. In dem Fall, in dem Δn = 0,15, wie in 3(b) gezeigt, und in dem Fall, in dem Δn = 0,10, wie in 3(c) gezeigt; und wenn die Breite der aktiven Lage verschmälert ist, wird der Punktdurchmesser andererseits sowohl in der vertikalen Richtung als auch in der horizontalen Richtung verbreitert. Dies liegt daran, dass der Lichteinschluss geschwächt wird, wenn Δn abnimmt, so dass das Licht aus der aktiven Lage sickert, wenn die Breite der aktiven Lage verschmälert ist, wodurch der Punktdurchmesser verbreitert wird.
  • 4 zeigt die Ergebnisse der Berechnung der Strahldivergenz in der vertikalen Richtung in Bezug auf die Breite der aktiven Lage, wobei Δn der Parameter ist. Insbesondere sind vier Fälle gezeigt, wobei Δn = 0,20, 0,15, 0,12 bzw. 0,10.
  • Dies gibt an, dass, wenn Δn = 0,20, die Veränderung der Strahldivergenz sehr geringfügig ist, wenn die Breite der aktiven Lage verschmälert wird, während, wenn Δn = 0,15, die Strahldivergenz abrupt verschmälert wird, wenn die Breite der aktiven Lage verschmälert wird, so dass sie 0,1 μm oder geringer ist.
  • Wie aus dem Obigen zu sehen ist, kann eine sehr schmale Strahldivergenz durch Festlegen der Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Lichtwellenleiterbereich und dem Umgebungsbereich auf weniger als 0,2 und der Breite W1 der aktiven Lage an der vorderen Stirnfläche des Halbleiterlasers auf etwa 1,0 μm oder weniger verwirklicht werden. Da jedoch das Licht nicht in den Lichtwellenleiterbereich eingeschlossen werden kann, wenn die Breite W1 zu schmal ist, ist es erforderlich, die Breite W1 auf einen Betrag zu setzen, so dass die Grundschwingungsmode des geführten Lichts existieren kann.
  • Andererseits wird die Breite W2 der aktiven Lage an der hinteren Stirnfläche des Halbleiterlasers so festgelegt, dass sie die Beziehung W2 > W1 erfüllt. Wenn W2 klein ist, wird jedoch aus dem obigen relativen Ausdruck W1 sehr klein und der Lichteinschluss oder die Verstärkung im gesamten Lichtwellenleiterbereich nimmt ab, wodurch der Schwellenstrom zunimmt. Im Halbleiterlaser der herkömmlichen Technologie, der eine konstante Breite über die gesamte Hohlraumlänge aufweist, ist die Breite der aktiven Lage auf einen Wert gesetzt, so dass sich nur die Grundschwingungsmode darin fortpflanzen kann, wohingegen in der vorliegenden Erfindung die Breite W2 vorzugsweise auf einen Wert gesetzt wird, so dass sich eine höhere Schwingungsmode fortpflanzen kann, so dass der Lichteinschluss oder die Verstärkung im gesamten Lichtwellenleiterbereich nicht abnimmt. In einem solchen Fall ist die Breite W1 der aktiven Lage in der Nähe der vorderen Stirnfläche des Halbleiterlasers immer noch schmal und nur die Grundschwingungsmode kann sich fortpflanzen, so dass keine Schwingung in höheren Schwingungsmoden auftritt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es bei der Struktur der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, die Breite W2 auf einen Wert zu setzen, so dass sich höhere Schwingungsmoden auch fortpflanzen können.
  • Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Fig. beschrieben.
  • (Beispiel 1)
  • 2(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung von der vorderen Stirnfläche derselben gesehen, wohingegen 2(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 100 von der hinteren Stirnfläche derselben gesehen ist. Überdies ist 2(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 100 von oben gesehen, wobei die interne Struktur zu sehen ist. Ferner ist 2(d) eine Durchsichtansicht einer modifizierten Struktur der Halbleiterlaservorrichtung 100 von oben gesehen. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 100 ist etwa 1,3 μm.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 100 sind eine InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ (etwa 150 nm dick, λg = etwa 1,05 μm), eine aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, eine InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ (etwa 30 nm dick, λg = etwa 1,05 μm) und eine InP-Mantellage 5 vom p-Typ (etwa 400 nm dick) auf einem InP-Substrat 1 vom n-Typ so ausgebildet, dass sie sich in einer Mesastruktur befinden, die sich in Streifen entlang der Hohlraumlängsrichtung erstreckt. Hierin ist der schraffierte Bereich in 2(c) und 2(d) ein Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ.
  • Überdies sind beide Seiten der Streifenmesa mit einer InP-Stromsperrlage 6 vom p-Typ und einer InP-Stromsperrlage 7 vom n-Typ, auf denen ferner eine InP-Vergrabungslage 8 vom p-Typ und eine InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ (λg = etwa 1,3 μm) ausgebildet sind, vergraben.
  • Eine Elektrode 10 auf der n-Seite aus einer Au/Sn-Legierung ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ ausgebildet. Andererseits ist eine SiO2-Isolationsschicht 11 mit einem Streifenfenster auf der InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ ausgebildet, auf der eine Elektrode 12 aus einer Au/Zn-Legierung ferner ausgebildet ist, die mit der InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ über das Streifenfenster der SiO2-Isolationsschicht 11 in Kontakt steht. Eine Elektrode 13 auf der p-Seite aus einer Ti/Au-Legierung ist auf der Elektrode 12 ausgebildet.
  • Ferner umfasst die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen fünf Paare einer Quellenlage und einer Sperrlage. Die Quellenlage ist eine InGaAsP-Quellenlage, die etwa 6 nm dick ist, in die eine Druckspannung innerhalb eines Bereichs von etwa 0,7 % eingeführt ist, wohingegen die Sperrlage eine InGaAsP-Sperrlage (λg = etwa 1,05 μm) ist, die etwa 10 nm dick ist, in die keine absichtliche Spannung eingeführt ist.
  • Die Länge des Laserhohlraums ist etwa 300 μm und die Breite des Streifens 14 mit der aktiven Lage 3 variiert entlang der Hohlraumlängsrichtung. Insbesondere ist die Streifenbreite W1 im Bereich A mit einer Länge von etwa 25 μm von der vorderen Stirnfläche des Halbleiterlasers etwa 0,6 μm, wohingegen die Streifenbreite W2 im Bereich C mit einer Länge von etwa 25 μm von der hinteren Stirnfläche des Halbleiterlasers in einem Bereich von etwa 1,6 μm bis etwa 2,6 μm festgelegt ist. Im restlichen Bereich B (nachstehend auch als "verjüngter Bereich" bezeichnet) variiert die Streifenbreite linear, um den Bereich A und den Bereich C zu verbinden.
  • 5 zeigt das Messergebnis der Kennlinie des Stroms zur optischen Ausgangs leistung in der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Beispiel in dem Fall, in dem die Streifenbreite W2 = etwa 1,6 μm im Bereich C ist. Die Laserstirnflächen, sowohl die vordere Stirnfläche als auch die hintere Stirnfläche, sind Spaltungsoberflächen. Aus 5 ist der Schwellenstrom etwa 20 mA, während der Steigungswirkungsgrad etwa 0,35 mW/mA ist, was auf ausgezeichnete Eigenschaften hindeutet.
  • 6(a) und 6(b) zeigen die Messergebnisse des Fernfeldmusters in der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Beispiel in dem Fall, in dem die Streifenbreite W2 = etwa 1,6 μm im Bereich C ist. Dies deutet darauf hin, dass eine sehr schmale Strahldivergenz von etwa 12° sowohl in der horizontalen Richtung (wie in 6(a)) als auch in der vertikalen Richtung (wie in 6(b)) in Bezug auf das Substrat 1 verwirklicht wird.
  • 7 zeigt jeweils die Messergebnisse des Schwellenstroms in drei Fällen, in denen die Streifenbreite W2 = etwa 1,6 μm, etwa 2,1 μm und etwa 2,6 μm im Bereich C ist. Die Laserstirnflächen, sowohl die vordere Stirnfläche als auch die hintere Stirnfläche, sind Spaltungsoberflächen. Dies deutet darauf hin, dass das Verringern des Schwellenstroms durch Verbreitern der Streifenbreite W2 im Bereich C verwirklicht wird.
  • 8(a) und 8(b) zeigen die Messergebnisse des Fernfeldmusters in der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Beispiel in dem Fall, in dem die Streifenbreite W2 = etwa 2,1 μm im Bereich C ist. Dies deutet darauf hin, dass eine sehr schmale Strahldivergenz von etwa 15° sowohl in der horizontalen Richtung (wie in 8(a)) als auch in der vertikalen Richtung (wie in 8(b)) in Bezug auf das Substrat 1 verwirklicht wird. Obwohl die Streifenbreite W2 einen Wert aufweist, der höhere Schwingungsmoden ermöglicht, ist überdies eine einzige Spitze verwirklicht. Dies liegt daran, dass, wie vorstehend beschrieben, die Streifenbreite W1 im Bereich A etwa 0,6 μm ist, wodurch keine höheren Schwingungsmoden zugelassen werden.
  • Im vorliegenden Beispiel sind die Streifenbreiten W1 und W2 im Bereich A und im Bereich C konstant, welche Abschnitte des Laserhohlraums an der vorderen Stirnfläche bzw. an der hinteren Stirnfläche sind. Da jedoch der Bereich A und der Be reich B im Vergleich zum gesamten Hohlraum sehr kurz sind, können ähnliche Effekte verwirklicht werden, wenn der Bereich A und der Bereich C beseitigt sind, so dass nur der Bereich B mit einer Trapezform mit einer Seite mit der Breite W1 und einer Seite mit der Breite W2 vorhanden ist, wie in 2(d) dargestellt. Überdies müssen die Konfigurationen des Bereichs A und des Bereichs C nicht notwendigerweise linear sein, sondern können auch gekrümmt sein. Ferner muss die jeweilige Länge des Bereichs A und des Bereichs C nicht notwendigerweise etwa 25 μm sein. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, dass ähnliche Effekte verwirklicht werden können, solange die Länge innerhalb eines Bereichs von 0 μm entsprechend dem vorstehend beschriebenen Fall, in dem die Bereitstellung des Bereichs A und des Bereichs C weggelassen ist, bis 10 % der Hohlraumgesamtlänge liegt.
  • Obwohl im vorliegenden Beispiel die Streifenbreite W1 im Bereich A so festgelegt ist, dass sie etwa 0,6 μm ist, können, solange sie geringer als etwa 1,0 μm ist, ähnliche Effekte durch korrekte Auswahl der Dicke oder der Zusammensetzung der InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, der aktiven Lage 3 mit mehreren Quantenquellen und der InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ verwirklicht werden.
  • Im vorliegenden Beispiel ist überdies der mittlere Brechungsindex des Lichtwellenleiterbereichs, der die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen und die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ umfasst, etwa 3,31 für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1,3 μm. Andererseits ist der gesamte periphere Bereich aus InP ausgebildet; das einen Brechungsindex von etwa 3,2 für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1,3 μm aufweist, wobei die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Lichtwellenleiterbereich und dem peripheren Bereich etwa 0,11 ist. Wenn die Brechungsindexdifferenz alternativ geringer ist als etwa 0,15, können ähnliche Effekte durch zweckmäßige Festlegung der Streifenbreite W1 im Bereich A auf einen Wert von weniger als etwa 1,0 μm verwirklicht werden, so dass die Grundschwingungsmode zugelassen wird.
  • Obwohl die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels im Band von 1,3 μm liegt, kann sie überdies auch im Band von 1,55 μm oder von anderen Schwingungswellenlängen liegen. Obwohl die Halbleiterlaservorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels eine Struktur vom Fabry-Perot-Typ aufweist, kann sie ferner auch eine Struktur eines Lasers vom Typ mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser) aufweisen, in dem ein Beugungsgitter in der Nähe der aktiven Lage ausgebildet ist (z. B. auf einem Substrat in der Nähe der aktiven Lage).
  • (Beispiel 2)
  • 10(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 200 gemäß dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung von der vorderen Stirnfläche derselben gesehen, wohingegen 10(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 200 von der hinteren Stirnfläche derselben gesehen ist. Überdies ist 10(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 200 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 10(c) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 200 ist ungefähr 1,3 μm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 200 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 200 des vorliegenden Beispiels ist im Bereich B (dem verjüngten Bereich), in dem sich die Streifenbreite linear verändert, der Veränderungsgradient, d. h. der Spreizwinkel (θ) 17 in der Streifenbreitenrichtung (siehe 10(c)) auf etwa 0,14° oder weniger in Bezug auf die Hohlraumlängsrichtung festgelegt. Nachstehend wird die Wirkung des vorliegenden Beispiels in Bezug auf 11(a) und 11(b) und 12 beschrieben.
  • 11(a) zeigt die Messergebnisse der Strahldivergenz (die volle Breite bei dem halbem Maximum des Fernfeldmusters) der Halbieiterlaservorrichtung 200, die so hergestellt ist, dass die Streifenbreite W1 im Bereich A etwa 0,6 μm ist, die Streifenbreite W2 im Bereich C etwa 1,6 μm, 2,1 μm oder 2,6 μm ist und die Länge Lb des Bereichs B entlang der Streifenrichtung etwa 250 µm (entsprechend den Diagrammgruppen a1, a2 und a3) oder etwa 350 µm (entsprechend den Diagrammgruppen b1, b2 und b3) ist.
  • Überdies zeigt 11(b) ein Kurvenbild, in dem die Ergebnisse von 11(a) so ausgedrückt sind, dass die horizontale Achse den Gradienten der Streifenbreitenveränderung θ = tan–1{(W2 – W1)/(2·Lb)} darstellt und die vertikale Achse die Strahldivergenz (die volle Breite bei dem halbem Maximum des Fernfeldmusters) darstellt. Mit einer solchen Koordinatenbeziehung sind die jeweiligen Diagrammgruppen a1, a2, a3, b1, b2 und b3 in 11(a) wie in 11(b) aufgetragen.
  • Aus 11(b) ist zu sehen, dass die Strahldivergenz durch Festlegen des Gradienten θ auf etwa 0,14° oder weniger beträchtlich verringert wird.
  • Andererseits zeigt 12 die Messergebnisse des Fernfeldmusters in der horizontalen Richtung bezüglich des Substrats in dem Fall, in dem der Gradient θ etwa 0,11 ° (wie in (a)) und etwa 0,23° (wie in (b)) ist. Obwohl eine einzige Spitze beim Gradienten θ = etwa 0,11° (a) vorhanden ist, sind eine Vielzahl von Spitzen beim Gradienten θ = etwa 0,23° (b) kombiniert, wodurch die Strahldivergenz aufgeweitet wird. Dies liegt daran, dass die Strahlungsmode leichter erzeugt wird, wenn der Gradient θ zunimmt, wodurch das emittierte Lichtmuster beeinflusst wird. Um diesen Einfluss zu vermeiden, wie aus 11(b) zu sehen, ist es erforderlich, dass der Gradient θ = etwa 0,14° oder weniger ist.
  • (Beispiel 3)
  • 13(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 300 gemäß dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung von deren vorderer Stirnfläche gesehen, wohingegen 13(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 300 von deren hinterer Stirnfläche gesehen ist. Überdies ist 13(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 300 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 13(c) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 300 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 300 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 300 des vorliegenden Beispiels ist der verjüngte Bereich, in dem sich die Streifenbreite linear verändert, aus zwei Bereichen B1 und B2 ausgebildet, wobei der Bereich B1 und der Bereich B2 Veränderungsgradienten aufweisen, die voneinander verschieden sind. Insbesondere besteht eine Beziehung von θ1 < θ2 zwischen dem Veränderungsgradienten (θ1) 18 im Bereich B1 und dem Veränderungsgradienten (θ2) 19 im Bereich B2, wobei θ1 etwa 0,14° oder geringer ist.
  • Aufgrund einer solchen Struktur ist es möglich, die Eigenschaft des niedrigen Schwellenstroms und die Eigenschaft der schmalen Strahldivergenz zu verwirklichen.
  • Strahlungsmodenlicht von einem Abschnitt des verjüngten Bereichs, der näher an der vorderen Stirnfläche liegt, hat einen größeren Einfluss auf das Emissionslichtmuster. Angesichts dessen ist der Gradient (θ1) 18 der Streifenbreitenveränderung im Bereich B1, der näher an der vorderen Stirnfläche liegt, im vorliegenden Beispiel auf etwa 0,14° oder weniger festgelegt, so dass die Eigenschaft der schmalen Strahldivergenz verwirklicht werden kann. Andererseits ist der Gradient (θ2) 19 der Streifenbreitenveränderung im Bereich B2, der von der vorderen Stirnfläche weiter entfernt ist, so festgelegt, dass er so groß ist, so dass der Lichteinschluss oder die Verstärkung über den gesamten Lichtwellenleiterbereich zunimmt, wodurch die Schwellenstromeigenschaft verwirklicht werden kann.
  • Im vorliegenden Beispiel ist der verjüngte Bereich, in dem sich die Streifenbreite linear verändert, aus zwei Bereichen B1 und B2 mit Veränderungsgradienten, die voneinander verschieden sind, ausgebildet, dieselben Wirkungen ergeben sich auch, wenn er aus drei oder mehr Bereichen ausgebildet ist.
  • (Beispiel 4)
  • 14(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 400 gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung von deren vorderer Stirnfläche gesehen, wohingegen 14(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 400 von deren hinterer Stirnfläche gesehen ist. Überdies ist 14(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 400 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Ferner ist 14(d) eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt der Struktur der Halbleiterlaservorrichtung 400 darstellt. Hierin ist der schraffierte Bereich in 14(c) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 400 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 400 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 400 des vorliegenden Beispiels weist jede von einer Grenze 20 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B und einer Grenze 21 zwischen dem Bereich B und dem Bereich C eine gleichmäßige Verbindung auf. Hierin besteht die Bedeutung von "gleichmäßig", wie mathematisch ausgedrückt, darin, dass der Differentialkoeffizient des Gradienten in einem Bereich jenem im anderen an der Grenze 20 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B und an der Grenze 21 zwischen dem Bereich B und dem Bereich C entspricht. Wie in einer vergrößerten Ansicht von 14(d) gezeigt, ist daher die Streifenbreite W1 im Bereich A von W1 in Richtung des Bereichs B allmählich verbreitert, so dass keine Unstetigkeit des Differentialkoeffizienten an der Grenze 20 auftritt. Ebenso nähert sich die Streifenbreite des Bereichs B in Richtung des Bereichs C allmählich W2, so dass keine Unstetigkeit des Differentialkoeffizienten an der Grenze 21 auftritt.
  • Aufgrund einer solchen Konfiguration wird die Änderung des Brechungsindex an den Grenzen 20 und 21 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B bzw. zwischen dem Bereich B und dem Bereich C sanft. Folglich wird die Reflexion von Licht an jeder der Grenzen 20 und 21 unterdrückt und die Erzeugung der Verbundhohlraummode wird unterdrückt, so dass das Laserrauschen nicht gesteigert wird.
  • Mit Bezug auf 15(a) bis 15(d) und 16(a) und 16(b) wird die Wirkung des vorliegenden Beispiels beschrieben.
  • Wie schematisch in 15(a) dargestellt, wenn sich die Streifenbreite an der Grenze 20 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B und an der Grenze 21 zwischen dem Bereich B und dem Bereich C abrupt ändert, ändert sich auch der Brechungsindex abrupt an den jeweiligen Grenzen 20 und 21. Folglich nimmt die Menge an Lichtreflexion an den jeweiligen Grenzen 20 und 21 zu, wodurch eine Lichtrückkopplung 22 innerhalb des Bereichs A oder innerhalb des Bereichs C auftritt. Folglich existieren lokale Schwingungsmoden in einem Intervall, das der Hohlraumlänge des Bereichs A oder der Hohlraumlänge des Bereichs C entspricht. Wenn eine solche lokale Schwingungsmode einer Schwingungsmode entsprechend der Hohlraumgesamtlänge (der Hauptschwingungsmode) in der Nähe der Spitze der Verstärkungskurve entspricht, ergibt sich das Schwingungsspektrum, wie in 15(b) gezeigt. Hierin bezeichnet das Bezugszeichen 24 eine Hauptschwingungsmode entsprechend der Hohlraumgesamtlänge und das Bezugszeichen 23 bezeichnet die Situation, in der die lokale Schwingungsmode im Intervall entsprechend der Hohlraumlänge im Bereich A oder der Hohlraumlänge des Bereichs C mit der Hauptschwingungsmode entsprechend der Hohlraumgesamtlänge überlappt. Eine solche Schwingungsmode mit zwei Schwingungsmodentypen wird Verbundhohlraummode genannt. Wenn sich die Menge an injiziertem Strom ändert, ändert sich überdies das Schwingungsspektrum, wie in 15(c) oder 15(d) gezeigt, wodurch Rauschen verursacht wird, wenn der Laser moduliert wird.
  • Andererseits ist 16(a) ein Diagramm, das schematisch eine Struktur der Halbleiterlaservorrichtung 400 des vorliegenden Beispiels darstellt. Durch die gleichmäßige Verbindung an jeder der Grenze 20 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B und der Grenze 21 zwischen dem Bereich B und dem Bereich C wird die Änderung des Brechungsindex an den Grenzen 20 und 21 sanft, wobei folglich eine Lichtreflexion an den Grenzen 20 und 21 unterdrückt wird. Wie in 16(b) gezeigt, erscheinen folglich keine Schwingungsmoden im Intervall entsprechend der Hohlraumlänge im Bereich A oder der Hohlraumlänge im Bereich C, so dass die Verbundhohlraummode unterdrückt wird, wodurch das Laserrauschen nicht gesteigert wird.
  • (Beispiel 5)
  • 17(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 500 gemäß dem Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung von deren vorderer Stirnfläche gesehen, wohingegen 17(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 500 von deren hinterer Stirnfläche gesehen ist. Überdies ist 17(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 500 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Ferner ist 17(d) eine Durchsichtansicht von oben gesehen, die eine modifizierte Struktur der Halbleiterlaservorrichtung 500 darstellt. Hierin ist der schraffierte Bereich in 17(c) und 17(d) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 500 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 500 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 500 des vorliegenden Beispiels sind im Bereich A und im Bereich C die Längen auf jeweiligen Seiten des Streifens auf der Seite, die an den Bereich B angrenzt, voneinander verschieden und jede von einer Grenze 25 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B und einer Grenze 26 zwischen dem Bereich C und dem Bereich B ist um 45° bezüglich der Hohlraumlängsrichtung geneigt.
  • Aufgrund einer solchen Struktur wird reflektiertes Licht 27, das an der Grenze 25 zwischen dem Bereich A und dem Bereich B und der Grenze 26 zwischen dem Bereich C und dem Bereich B erzeugt wird, aus dem Streifen gerichtet, wie in 17(c) gezeigt. Da der Bereich A und der Bereich C selbst nicht als Hohlräume wirken, wird folglich die Verbundhohlraummode unterdrückt, so dass das Laserrauschen nicht gesteigert wird.
  • Hierin muss der Neigungswinkel der Grenzen 25 und 26 nicht notwendigerweise 45° sein, sondern im Wesentlichen dieselben Wirkungen können verwirklicht werden, wenn er innerhalb den Bereich von etwa 15° bis etwa 75° festgelegt ist. Überdies müssen der Neigungswinkel der Grenze 25 und der Neigungswinkel der Grenze 26 nicht notwendigerweise auf denselben Wert gesetzt werden, sondern können auch auf voneinander verschiedene Werte gesetzt werden.
  • Obwohl die Grenze 25 und die Grenze 26 in der Struktur von 17(c) bezüglich der Hohlraumlängsrichtung in zueinander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, können sie ferner auch in derselben Richtung geneigt sein, so dass sie zueinander parallel sind, wie in 17(d) gezeigt.
  • (Beispiel 6)
  • 18(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 600 gemäß dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung von deren vorderer Stirnfläche gesehen, wohingegen 18(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 600 von deren hinterer Stirnfläche gesehen ist. Überdies ist 18(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 600 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 18(c) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenguellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 600 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 600 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 600 des vorliegenden Beispiels ist die jeweilige Länge des Bereichs A und des Bereichs C auf etwa 5 µm oder weniger festgelegt. Wie in 19 gezeigt, existiert folglich die lokale Hohlraummode 23 entsprechend der Hohlraumlänge des Bereichs A und der Hohlraumlänge des Bereichs C nicht, sondern nur eine Schwingungsmode 24 entsprechend der Hohlraumgesamtlänge existiert im erhaltenen Schwingungsspektrum in der Nähe von 1,3 µm, welches die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 600 ist. Folglich wird die Verbundhohlraummode unterdrückt, wodurch das Laserrauschen nicht gesteigert wird. Wenn andererseits die Länge des Bereichs A und des Bereichs C größer ist als der vorstehend beschriebene Wert, könnte das Intervall der lokalen Hohlraummode entsprechend der Hohlraumlänge des Bereichs A oder der Hohlraumlänge des Bereichs C kürzer werden, so dass die Hauptschwingungsmode entsprechend der Hohlraumgesamtlänge beeinflusst wird.
  • (Beispiel 7)
  • 20(a) ist eine Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 700 gemäß dem Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung von deren vorderer Stirnfläche gesehen, wohingegen 20(b) eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 700 von deren hinterer Stirnfläche gesehen ist. Überdies ist 20(c) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 700 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 20(c) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 700 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 700 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 700 des vorliegenden Beispiels ist eine hochreflektierende Schicht 28 mit einem Reflexionsvermögen von etwa 60 % oder höher, typischerweise etwa 80 %, auf der hinteren Stirnfläche ausgebildet, wobei die Länge des Bereichs A und die Länge des Bereichs C etwa 25 µm bzw. etwa 5 µm oder weniger sind. Wenn die hochreflektierende Schicht 28 auf der hinteren Stirnfläche ausgebildet ist, wird die Verbundhohlraummode im Bereich C, der sich auf der Seite der hinteren Stirnfläche befindet, leichter erzeugt; durch Verkürzen der Länge des Bereichs C, wie vorstehend beschrieben, wird jedoch die Erzeugung einer Hohlraummode im Bereich C unterdrückt, so dass das Laserrauschen nicht gesteigert wird. Da die Länge des Bereichs A etwa 25 µm ist, tritt das Verschwinden des Bereichs A überdies aufgrund einer Fehlausrichtung der Spaltung nicht auf.
  • (Beispiel 8)
  • 21 ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 800 gemäß dem Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 800 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 800 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die, nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 800 des vorliegenden Beispiels sind die Au/Zn-Elektrode 12 und die Ti/Au-Elektrode 13 auf der p-Seite durch fünf Trennnuten 29 bis 33 getrennt, die zu den Stirnflächen parallel sind. An den Trennnuten 29 bis 33 sind ferner die InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ und ein Abschnitt der InP-Mantellage 8 vom p-Typ direkt unter der Kontaktlage 9 entfernt.
  • Die Trennnuten 29 bis 33, die näher zur hinteren Stirnfläche entlang der Hohlraumlänge liegen, weisen eine breitere Breite auf. Das heißt, die Trennnut 30 ist breiter als die Trennnut 29, während die Trennnut 31 breiter ist als die Trennnut 30. Insbesondere ist die Breite der Trennnut 29, die am nächsten zur vorderen Stirnfläche liegt, typischerweise etwa 5 µm, während die Breiten der Trennnuten 30 bis 32 typischerweise etwa 10 µm, etwa 15 µm bzw. etwa 20 µm sind, wobei die Breite der Trennnut 32, die am nächsten zur hinteren Stirnfläche liegt, typischerweise etwa 25 µm ist.
  • Wenn die Elektroden 12 und 13 der p-Seite vollständig über der oberen Oberfläche des Laserelements ausgebildet sind, ohne Trennnuten wie z. B. diejenigen im vorliegenden Beispiel zu schaffen, nimmt die Menge an in den aktiven Bereich injiziertem Strom in einem Bereich, der näher am hinteren Endabschnitt vorgesehen ist und somit eine breitere Streifenbreite aufweist, wesentlich zu; daher gilt, je näher zum hinteren Endabschnitt, desto höher wird die Lichtintensität, wie in 22(a) gezeigt. In einem solchen Fall wird die Ladungsträgerkonzentration in einem Bereich, der näher zum hinteren Endabschnitt liegt, verringert und weist folglich eine höhere Lichtintensität auf, wodurch die Ladungsträgerkonzentration entlang der Hohlraumlängsrichtung variiert, wie in 22(b) gezeigt. Folglich wird die Halbwertsbreite des Verstärkungsspektrums verbreitert, so dass die Differentialverstärkung abnimmt, während der Schwellenstrom zunimmt.
  • Durch Versehen einer Struktur mit den Trennnuten 29 bis 33 wie im vorliegenden Beispiel wird im Gegenteil die Fläche der Elektroden 12 und 13 der p-Seite wesentlich mehr verringert, wenn sie näher an der hinteren Stirnfläche liegen, wo die Streifenbreite breiter ist, wodurch die Menge an injiziertem Strom folglich abnimmt. Daher wird die Steigerung der Lichtintensität aufgrund einer breiten Streifenbreite unterdrückt, so dass die Lichtintensitätsverteilung konstant wird, wie in 22(c) gezeigt.
  • Obwohl die Anzahl der Trennnuten 29 bis 33 im vorliegenden Beispiel auf fünf gesetzt ist, muss hierin die spezielle Anzahl der Trennnuten nicht notwendigerweise 5 sein, sondern ähnliche Wirkungen können verwirklicht werden, wenn sie 2 oder mehr ist.
  • (Beispiel 9)
  • 23 ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 900 gemäß dem Beispiel 9 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 900 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 900 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 900 des vorliegenden Beispiels sind die Au/Zn-Elektrode 12 und die Ti/Au-Elektrode 13 auf der p-Seite durch vier Trennnuten 34 getrennt, die zu den Stirnflächen parallel sind. An jeder Trennnut 34 sind ferner die InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ und ein Abschnitt der InP-Mantellage 8 vom p-Typ direkt unter der Kontaktlage 9 entfernt. Überdies liegt die Breite der Trennnut 34 konstant auf etwa 5 μm.
  • Der Hohlraum ist durch die Trennnuten 34 in fünf Bereiche A, B, C, D und E mit jeweils einer Länge von etwa 60 µm getrennt, während die Ströme IA, IB, IC, ID, IE, die in die jeweiligen Bereiche A bis E injiziert werden, die Beziehung IA > IB> IC > ID > IE erfüllen. Folglich ist die Menge an injiziertem Strom näher zur hinteren Stirnfläche, wo die Streifenbreite breiter ist, mehr verringert. Wie in Beispiel 8 wird daher die Erhöhung der Lichtintensität aufgrund einer breiten Streifenbreite unterdrückt, so dass die Lichtintensität entlang der Hohlraumlängsrichtung konstant wird.
  • Obwohl die Anzahl der Trennnuten 34 im vorliegenden Beispiel auf vier festgelegt ist, muss die spezielle Anzahl der Trennnuten 34 hierin nicht notwendigerweise 4 sein, sondern ähnliche Wirkungen können verwirklicht werden, wenn sie 2 oder mehr ist.
  • (Beispiel 10)
  • 24 ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 1000 gemäß dem Beispiel 10 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1000 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 1000 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 1000 des vorliegenden Beispiels ist ein Beugungsgitter 35 mit einem Abstand von etwa 200 nm zwischen dem InP-Substrat 1 vom n-Typ und der InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ ausgebildet. Das Beugungsgitter 35 ist über eine Ausdehnung von etwa einem Drittel der Hohlraumlänge von der vorderen Stirnfläche der Halbleiterlaservorrichtung 1000 ausgebildet, wobei deren Kopplungskoeffizient etwa 60 cm–1 ist. Überdies ist eine nichtreflektierende Schicht 36, deren Reflexionsvermögen typischerweise etwa 5 % ist, auf die vordere Stirnfläche der Halbleiterlaservorrichtung 1000 aufgetragen, während eine hochreflektierende Schicht 37, deren Reflexionsvermögen typischerweise etwa 80 % ist, auf die hintere Stirnfläche aufgetragen ist.
  • 25(a) und 25(b) zeigen schematisch eine Lichtintensitätsverteilung über eine Hohlraumlänge einer Halbleiterlaservorrichtung.
  • 25(a) zeigt als Vergleichsbeispiel das Ergebnis in dem Fall, in dem das Beugungsgitter über der gesamten Hohlraumlänge ausgebildet ist. In einem solchen Fall, wie durch die Kurve A gezeigt, nimmt die Lichtintensitätsverteilung innerhalb des Hohlraums allmählich von der vorderen Stirnfläche in Richtung der hinteren Stirnfläche mit einer beträchtlich erhöhten Lichtintensität in der Nähe der hinteren Stirnfläche zu. Dies ist ein Phänomen, das aufgrund von zwei zusammentreffenden Faktoren auftritt: Lokalisierung der Lichtintensität in der Nähe der hinteren Stirnfläche, die durch eine interne Lichtrückkopplung aufgrund der Anwesenheit des Beugungsgitters verursacht wird; und eine Erhöhung der Lichtintensität an der hinteren Stirnfläche aufgrund einer verbreiterten Streifenbreite in der Nähe der hinteren Stirnfläche. Wenn die Lichtintensität in der Nähe der hinteren Stirnfläche beträchtlich hoch wird wie in diesem Fall, wird die Lichtintensität, die von der vorderen Stirnfläche entnommen werden kann, verringert.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 1000 des vorliegenden Beispiels ist im Gegenteil das Beugungsgitter 35 nur in der Nähe der vorderen Stirnfläche ausgebildet, um die Lokalisierung der Lichtintensität in der Nähe der hinteren Stirnfläche aufgrund der Lichtrückkopplung zu verringern. Wie durch die Kurve B in 25(b) gezeigt, wird folglich eine im Wesentlichen gleichmäßige Lichtintensitätsverteilung über der gesamten Hohlraumlänge verwirklicht, wodurch die Lichtintensität erhöht wird, die aus der vorderen Stirnfläche entnommen werden kann.
  • Obwohl eine Struktur, in der das Beugungsgitter 35 zur Struktur der Halbleiterlaservorrichtung von Beispiel 1 hinzugefügt ist, in der obigen Beschreibung beschrieben wurde, können hierin ähnliche Wirkungen, wie vorstehend beschrieben, auch durch Kombinieren eines Beugungsgitters mit der Struktur der Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem der Beispiele 2 bis 9 verwirklicht werden.
  • (Beispiel 11)
  • 26(a) ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 1100 gemäß dem Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Überdies ist 26(b) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 1100 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 26(b) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Einschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1100 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 1100 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 1100 des vorliegenden Beispiels sind Rillen 107 mit einem im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt mit einem Abstand von etwa 200 nm auf dem InP-Substrat 1 vom n-Typ über der gesamten Hohlraumlänge ausgebildet. Eine InAsP-Lage 108 mit einer Dicke von etwa 30 nm bis etwa 50 nm ist nur in den konkaven Abschnitten der Rillen 107 ausgebildet. Überdies ist eine InP-Pufferlage 106 vom n-Typ mit einer Dicke von etwa 50 nm zwischen dem InP-Substrat 1 von n-Typ und der InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ ausgebildet, um die Rillen 107 und die InAsP-Lage 108 zu bedecken.
  • 27 zeigt die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsverhältnis y von As, wenn die Zusammensetzung der InAsP-Lage 108 als InAsyP1-y ausgedrückt wird, und der Bandlückenenergiewellenlänge der InAsP-Lage 108. Folglich ist es möglich, die Bandlückenenergiewellenlänge durch Verändern des Zusammensetzungsverhältnisses y von As in der InAsP-Lage 108 zu verändern.
  • Hierin wurde die Bandlückenenergiewellenlänge in 27 auf der Basis einer Berechnung erhalten, die unter einer Annahme durchgeführt wurde, dass eine InAsP-Lage kohärent auf einer InP-Lage gezüchtet ist, d. h. die InAsP-Lage so gezüchtet ist, dass sie hinsichtlich des Gitters auf die InP-Lage in der Ebenenrichtung abgestimmt ist.
  • Aus 27 wird unter der Annahme des Zusammensetzungsverhältnisses y von As in der InAsyP1-y-Lage 108 als etwa 0,35 oder weniger die Bandlückenenergiewellenlänge davon eine Wellenlänge, die kürzer ist als etwa 1,3 µm, welche die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1100 des vorliegenden Beispiels ist, wodurch die InAsyP1-y-Lage 108 Laserlicht, das von der aktiven Lage ausgestrahlt wird, nicht absorbiert. Wie in 28 gezeigt, weist jedoch die InAsyP1-y-Lage 108 einen größeren Brechungsindex im Vergleich zu InP (d. h. y = 0) für Licht mit derselben Wellenlänge auf. Für eine Anordnung der InAsyP1-y-Lage 108, wie in 29(a) gezeigt, verändert sich daher der effektive Brechungsindex periodisch entlang der Hohlraumlängsrichtung, wie in 29(b) gezeigt. Folglich wird ein Laser vom Typ mit verteilter Rückkopplung (DFB) eines mit dem Brechungsindex gekoppelten Typs verwirklicht, wobei folglich eine Schwingung mit einziger Wellenlänge ermöglicht wird.
  • Wenn das Zusammensetzungsverhältnis y von As in der InAsyP1-y-Lage 108 an dererseits auf etwa 0,35 oder größer festgelegt ist, wird die Bandlückenenergiewellenlänge zu einer Wellenlänge, die länger ist als etwa 1,3 µm, welches die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1100 des vorliegenden Beispiels ist, wodurch die InAsyP1-y-Lage 108 Laserlicht, das von der aktiven Lage ausgestrahlt wird, absorbiert. In einem solchen Fall verändert sich für die Anordnung der InAsyP1-y-Lage 108, wie in 29(a) gezeigt, die Verstärkung entlang der Hohlraumlängsrichtung, wie in 29(c) gezeigt. Folglich wird ein Laser vom Typ mit verteilter Rückkopplung (DFB) eines mit der Verstärkung gekoppelten Typs verwirklicht, wobei somit eine Schwingung mit einziger Wellenlänge ermöglicht wird.
  • Die Rillen 107 auf der Oberfläche des Substrats 1 und die InAsP-Lage 108 in der Struktur des vorliegenden Beispiels fungieren im Wesentlichen als Beugungsgitter. Wenn ein InAsyP1-y-Kristall als Bestandteilsmaterial für das Beugungsgitter verwendet wird, kann, wie vorstehend beschrieben, entweder der Laser vom Typ mit verteilter Rückkopplung vom mit dem Brechungsindex gekoppelten Typ oder der Laser vom Typ mit verteilter Rückkopplung vom mit der Verstärkung gekoppelten Typ durch Steuern des Zusammensetzungsverhältnisses y des As davon verwirklicht werden. Da im Fall der Verwirklichung des Lasers mit verteilter Rückkopplung vom mit dem Brechungsindex gekoppelten Typ der Brechungsindex der InAsP-Lage 108 durch Steuern des Zusammensetzungsverhältnisses y von As in der InAsP-Lage 108 verändert werden kann, ist es möglich, den Brechungsindex-Kopplungskoeffizienten genau zu steuern. Da andererseits im Fall der Verwirklichung des Lasers mit verteilter Rückkopplung vom mit der Verstärkung gekoppelten Typ der Absorptionskoeffizient der InAsP-Lage 108 durch Steuern des Zusammensetzungsverhältnisses y von As in der InAsP-Lage 108 verändert werden kann, ist es möglich, den Verstärkungskopplungskoeffizienten genau zu steuern.
  • Im Laser mit verteilter Rückkopplung vom mit der Verstärkung gekoppelten Typ ist überdies im Vergleich zu dem Laser mit verteilter Rückkopplung vom mit dem Brechungsindex gekoppelten Typ das Rauschen nur auf einen relativ kleinen Grad erhöht, selbst wenn reflektiertes Rückkehrlicht auf den Laser einfällt. In dem Fall, in dem Licht, das von einer Halbleiterlaservorrichtung emittiert wird, direkt in eine Lichtleitfaser optisch eingekoppelt wird, besteht folglich ein Vorteil, dass das Laserrauschen nicht leicht erhöht wird, selbst wenn Licht, das von der Stirnfläche der Lichtleitfaser reflektiert wird, zur Laseremissionsfläche zurückkehrt.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die InP-Pufferlage 106 vom n-Typ hierin zwischen dem Substrat 1 und der Lichteinschlusslage 2 vorgesehen. Die Pufferlage 106 ist vorgesehen, um den Einfluss der Spannung an der aktiven Lage 3, die weiter darauf ausgebildet werden soll, angesichts der Tatsache, dass eine große Druckspannung auf die InAsyP1-y-Lage 108 aufgebracht wird, wenn die As-Zusammensetzung y der InAsyP1-y-Lage 108 relativ groß ist, zu verringern. Wenn die As-Zusammensetzung y der InAsyP1-y-Lage 108 relativ klein ist, so dass sie etwa 0,35 oder geringer ist, kann die Bereitstellung der Pufferlage 106 weggelassen werden.
  • Die InAsP-Lage 108 kann überdies auch eine In1-xGaxAs-Lage oder eine In1- xGaXAsyP1-y-Lage sein. Ähnliche Wirkungen wie die in der InAsP-Lage 108 können durch zweckmäßiges Auswählen von Werten für das Zusammensetzungsverhältnis x und/oder y in diesen Zusammensetzungen verwirklicht werden.
  • (Beispiel 12)
  • 30(a) ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 1200 gemäß dem Beispiel 12 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Überdies ist 30(b) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 1200 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 30(b) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1200 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 1200 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 1100 gemäß dem Beispiel 11. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 1200 des vorliegenden Beispiels verändert sich der Abstand der Rillen 117, die auf der Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ ausgebildet sind, allmählich entlang der Hohlraumlängsrichtung. Folglich verändert sich der Abstand des Beugungsgitters der InAsP-Lage 108, die in den konkaven Abschnitten der Rillen 117 ausgebildet ist, allmählich entlang der Hohlraumlängsrichtung.
  • Die Merkmale der Halbleiterlaservorrichtung 1200 des vorliegenden Beispiels werden mit Bezug auf 31(a) bis 31(f) beschrieben.
  • 31(a) ist eine Ansicht der Streifenstruktur 14 der aktiven Lage in der Halbleiterlaservorrichtung 1200 von oben gesehen, wohingegen 31(b) eine Verteilung des effektiven Brechungsindex neff davon entlang der Hohlraumlängsrichtung zeigt. 31(d) zeigt eine Verteilung der Bragg-Wellenlänge λb entlang der Hohlraumlängsrichtung, wenn angenommen wird, dass der Beugungsgitterabstand Λg entlang der Hohlraumlängsrichtung konstant ist, wie in 31(c) gezeigt.
  • Wie in 31(a) gezeigt, liegt die Streifenbreite konstant auf etwa 0,6 µm im Bereich A auf der Seite der vorderen Stirnfläche (Emissionsobertläche), während die Streifenbreite im Bereich C auf der Seite der hinteren Stirnfläche konstant auf etwa 2,1 μm liegt. Die Streifenbreite verändert sich linear im Bereich B zwischen diesen Bereichen. Wie in 31(b) gezeigt, ist dann der effektive Brechungsindex neff etwa 3,20 im Bereich A und ist etwa 3,22 im Bereich C, während der effektive Brechungsindex neff linear von etwa 3,20 bis etwa 3,22 im Bereich B zwischen diesen Bereichen variiert. Die Bragg-Wellenlänge λb ist durch den Ausdruck λb = 2 × Λg × neff gegeben. Wenn der Beugungsgitterabstand Λg konstant auf Λg = etwa 203,0 nm entlang der Hohlraumlängsrichtung liegt, wie in 31(c) gezeigt, dann verändert sich daher die Bragg-Wellenlänge λb zwischen etwa 1,301 μm bis etwa 1,306 µm, wie in 31(d) gezeigt. Wenn sich die Bragg-Wellenlänge λb entlang der Hohlraumlängsrichtung innerhalb eines bestimmten Bereichs verändert, wird somit die Möglichkeit, dass eine Schwingung mit einer einzigen Wellenlänge stattfindet, verringert.
  • Durch Vorsehen einer Struktur, wie in 32(e) gezeigt, in der der Beugungsgit terabstand Λg = etwa 204,4 nm im Bereich A und Λg = etwa 203,7 nm im Bereich C ist, während er sich innerhalb des Bereichs von etwa 204,4 nm bis etwa 203,7 nm im Bereich B linear verändert, ist die Bragg-Wellenlänge λb im Gegenteil konstant bei λb = etwa 1,310 µm entlang der Hohlraumlängsrichtung, wie in 31(f) gezeigt. Wenn die Bragg-Wellenlänge λb entlang der Hohlraumlängsrichtung konstant ist, wird die Möglichkeit, dass eine Schwingung mit einer einzigen Wellenlänge stattfindet, nicht verringert.
  • (Beispiel 13)
  • 32(a) ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 1300 gemäß dem Beispiel 13 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Überdies ist 32(b) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 1300 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 32(b) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1300 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 1300 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 1100 gemäß dem Beispiel 11. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 1300 des vorliegenden Beispiels ist die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ direkt auf den Rillen 107 mit einem Abstand von etwa 200 nm ausgebildet, die auf dem InP-Substrat 1 vom n-Typ über die gesamte Hohlraumlänge ausgebildet ist. Aufgrund der Anwesenheit der Rillen 107, die auf dem InP-Substrat 1 vom n-Typ ausgebildet sind, verändert sich in einer solchen Struktur auch die Dicke der InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ periodisch entlang der Hohlraumlängsrichtung. Folglich wird die Halbleiterlaservorrichtung 1300 zu einem Laser vom Typ mit verteilter Rückkopplung von einem mit dem Brechungsindex gekoppelten Typ, wodurch eine Schwingung mit einziger Wellenlänge ermöglicht wird.
  • (Beispiel 14)
  • 33(a) ist eine Querschnittsansicht eines mittleren Abschnitts einer Halbleiterlaservorrichtung 1400 gemäß dem Beispiel 14 der vorliegenden Erfindung entlang der Hohlraumlängsrichtung. Überdies ist 33(b) eine Durchsichtansicht der Halbleiterlaservorrichtung 1400 von oben gesehen, in der die interne Struktur zu sehen ist. Hierin ist der schraffierte Bereich in 33(b) der Streifen 14. Der Streifen 14 umfasst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1400 ist etwa 1,3 µm.
  • Die Basisstruktur der Halbleiterlaservorrichtung 1400 ist dieselbe wie jene der Halbleiterlaservorrichtung 1200 gemäß dem Beispiel 12. Dieselben Bezugszeichen werden für dieselben Komponenten verwendet, die nachstehend nicht beschrieben werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung 1400 des vorliegenden Beispiels ist die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ direkt auf den Rillen 117 mit einem variablen Abstand ausgebildet, welche auf dem InP-Substrat 1 vom n-Typ ausgebildet sind. In einer solchen Struktur können auch ähnliche Wirkungen wie diejenigen in der Halbleiterlaservorrichtung 1200 des Beispiels 12 verwirklicht werden.
  • (Beispiel 15)
  • 34(a) ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Kommunikationssystems 1500 gemäß dem Beispiel 15 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Insbesondere wird in dem optischen Kommunikationssystem 1500 ein Halbleiterlaser 39 direkt durch ein elektrisches Signal von einem Generator 38 für elektrische Signale intensitätsmoduliert und Laserlicht, das von der vorderen Stirnfläche des Halbleiterlasers 39 ausgestrahlt wird, wird direkt an einer Lichtleitfaser 40 gesammelt. Dann wird das aus der Lichtleitfaser 40 ausgegebene Licht durch einen Photodetektor 41 in ein elektrisches Signal umgewandelt, wobei somit ein Audiosignal, ein Videosignal oder Daten übertragen werden. Als Halbleiterlaser 39 in dieser Konfiguration wird eine der Halbleiterlaservorrichtungen 100 bis 1400 der Beispiele 1 bis 14 verwendet.
  • Ein Merkmal der Konfiguration des vorstehend beschriebenen optischen Kommunikationssystems 1500 besteht darin, dass Strahlungslicht vom Halbleiterlaser 39 direkt an der Lichtleitfaser 40 gesammelt wird.
  • In einem optischen Kommunikationssystem 1550 gemäß der herkömmlichen Technologie ist eine Linse 44 zwischen einen Halbleiterlaser 42 und die Lichtleitfaser 40 eingefügt, wie in 34(b) gezeigt. Dies liegt daran, dass im optischen Kommunikationssystem 1550 gemäß der herkömmlichen Technologie der Halbleiterlaser 42 eine breite Strahldivergenz aufweist, so dass das Strahlungslicht 43 nicht direkt an der Lichtleitfaser 40 gesammelt werden kann.
  • In der Konfiguration des optischen Kommunikationssystems 1500 der vorliegenden Erfindung wird im Gegenteil eine der in den jeweiligen Beispielen beschriebenen Halbleiterlaservorrichtungen 100 bis 1400 als Halbleiterlaser 39 verwendet. Da jede der Halbleiterlaservorrichtungen 100 bis 1400 eine sehr schmale Strahldivergenz aufweist, ist es möglich, das Strahlungslicht des Halbleiterlasers 39 ohne Zwischenschaltung einer Linse direkt an der Lichtleitfaser 40 zu sammeln, wie in der in 34(a) dargestellten Konfiguration. Folglich können die Kosten, die zur Fertigung der Linse erforderlich sind, und die Kosten, die zum Ausrichten der Linse erforderlich sind, verringert werden. Somit ist es folglich möglich, die Kosten des ganzen Systems zu verringern.
  • (Beispiel 16)
  • Mit Bezug auf 9(a) bis 9(d) wird ein Fertigungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben. In jeder von 9(a) bis 9(d) ist eine Querschnittsansicht der Halbleiterlaservorrichtung entlang der zur Hohlraumlänge senkrechten Richtung auf der linken Seite der Fig. gezeigt, während eine Draufsicht auf die Halbleiterlaservorrichtung auf der rechten Seite der Fig. gezeigt ist.
  • Wie in 9(a) gezeigt, wird zuerst die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ (etwa 150 nm dick, λg = etwa 1,05 µm), die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ (etwa 30 nm dick, λg = etwa 1,05 μm), die InP-Mantellage 5 vom p-Typ (etwa 400 nm dick) und eine InGaAsP-Decklage 15 vom p-Typ (etwa 100 nm dick, λg = etwa 1,3 µm) auf der gesamten Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ beispielsweise durch das organometallische Dampfphasen-Züchtungsverfahren abgelagert.
  • Wie in 9(b) gezeigt, wird anschließend eine SiN-Streifenschicht 16 auf der Oberfläche der InGaAsP-Decklage 15 vom p-Typ ausgebildet. Wie in der Draufsicht von 9(b) gezeigt, wird die SiN-Streifenschicht 16 so ausgebildet, dass ein Bereich MC, ein Bereich MB, ein Bereich MA und ein Bereich MB nacheinander entlang der Streifenlängsrichtung (der Hohlraumlängsrichtung) vorliegen. Der Bereich MA ist ein Bereich mit einer konstanten Streifenbreite WM1, während der Bereich MC ein Bereich mit einer konstanten Streifenbreite WM2 ist (wobei WM1 < WM2). Überdies ist der Bereich MB ein Bereich, der den Bereich MA und den Bereich MC verbindet und eine Streifenbreite aufweist, die sich kontinuierlich zwischen WM1 und WM2 ändert. Die jeweilige Länge des Bereichs MA und des Bereichs MC entlang der Streifenlängsrichtung ist beispielsweise etwa 50 µm, während die Länge des Bereichs MB entlang der Streifenlängsrichtung beispielsweise etwa 250 µm ist.
  • Wie in 9(c) gezeigt, wird anschließend Trockenätzen oder Nassätzen durchgeführt, während die SiN-Streifenschicht 16 mit einer Breite, die in Abhängigkeit vom Ort variiert, als Maske verwendet wird, wobei folglich die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ, die InP-Mantellage 5 vom p-Typ und die InGaAsP-Decklage 15 vom p-Typ zu einem Streifenmuster verarbeitet werden. Anschließend wird die SiN-Schicht 16 entfernt. Folglich wird eine Streifenmesa mit der InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ, der aktiven Lage 3 mit mehreren Quantenquellen und der InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ ausgebildet. Die Streifenmesa wird derart ausgebildet, dass der Bereich C, der Bereich B, der Bereich A und der Bereich B nacheinander entlang der Streifenlängsrichtung (der Hohlraumlängsrichtung), wie in der Draufsicht von 9(c) dargestellt, entsprechend der Konfiguration der vorstehend beschriebenen SIN-Streifenschicht 16 vorliegen. Der Bereich A ist ein Bereich mit einer konstanten Streifenbreite W1, während der Bereich C ein Bereich mit einer konstanten Streifenbreite W2 ist (wobei W1 < W2). Überdies ist der Bereich B ein Bereich, der den Bereich A und den Bereich C verbindet und eine Streifenbreite aufweist, die sich kontinuierlich zwischen W1 und W2 verändert. Die Länge des Bereichs A und des Bereichs C entlang der Streifenlängsrichtung ist jeweils beispielsweise etwa 50 µm, während die Länge des Bereichs B entlang der Streifenlängsrichtung beispielsweise etwa 250 µm ist. Hierin ist die Streifenbreite W1 im Bereich A auf einen Wert gesetzt, der geringer als etwa 1,0 μm ist, und so dass er die Grundschwingungsmode ermöglicht.
  • Wie in 9(d) gezeigt, werden anschließend die InP-Stromsperrlage 6 vom p-Typ, die InP-Stromsperrlage 7 vom n-Typ, die InP-Vergrabungslage 8 vom p-Typ und die InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ (λg = etwa 1,3 µm) nacheinander durch das Flüssigphasen-Züchtungsverfahren abgelagert, um die Streifenmesa, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet wird, zu vergraben.
  • Im Flüssigphasen-Züchtungsschritt wird die Decklage 15 hierbei in ein verwendetes Lösungsmittel eluiert und geht verloren. Alternativ kann der vorstehend beschriebene Vergrabungsprozess durch das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren anstelle des Flüssigphasen-Züchtungsverfahrens durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Ausbildung der Decklage 15 am Beginn weggelassen.
  • Die SiO2-Isolationsschicht 11 wird überdies auf der hergestellten InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ abgelagert. Dann wird die SiO2-Isolationsschicht 11 mit einem Streifenfenster versehen und die Au/Zn-Elektrode 12 wird so abgelagert, dass sie mit der InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ durch dieses Fenster hindurch in Kontakt steht. Ferner wird die Ti/Au-Elektrode 13 auf der SiO2-Isolationsschicht 11 und der Au/Zn-Elektrode 12 abgelagert. Andererseits wird die Au/Sn-Elektrode 10 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ abgelagert.
  • Dann wird ein Spaltungsprozess entlang einer Vielzahl von Spaltungsoberflächen durchgeführt, wie in der Draufsicht von 9(d) gezeigt, wobei folglich die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird. Hierbei befinden sich die Vielzahl von Spaltungsoberflächen vorzugsweise im mittleren Abschnitt des Bereichs A und des Bereichs C, wie in der Draufsicht von 9(c) gezeigt.
  • In den vorstehend beschriebenen Fertigungsschritten wird die Länge des Bereichs A und des Bereichs C jeweils auf etwa 50 µm festgelegt und daher wird, selbst wenn der Ort der Spaltungsoberflächen, wie in 9(d) gezeigt, um bis zu 25 µm vom mittleren Abschnitt des Bereichs A und des Bereichs C verschoben ist, die Breite des Streifens, einschließlich der aktiven Lage, an der vorderen Stirnfläche und der hinteren Stirnfläche der hergestellten Halbleiterlaservorrichtung nicht durch die Verschiebung des Spaltungsorts beeinflusst.
  • Obwohl die Länge des Bereichs A und des Bereichs C in der obigen Beschreibung jeweils auf etwa 50 µm festgelegt ist, können ähnliche Eigenschaften wie vorstehend beschrieben erhalten werden, solange sie kürzer ist als etwa 15 % der Länge des Bereichs B.
  • Hierbei werden die verschiedenen Konfigurationen des in den obigen Beispielen beschriebenen Streifens 14 durch Ausbilden der SiN-Schicht 16, die als Ätzmaske fungiert, zu einem geeigneten Muster verwirklicht. Das Auftragen der hochreflektierenden Schicht und der nicht-reflektierenden Schicht auf die Stirnflächen kann überdies durch ein auf dem technischen Gebiet bekanntes Verfahren durchgeführt werden.
  • Überdies wird ein Verfahren zum Schaffen der Rillen 107 auf der Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ und zum Ausbilden der InAsP-Lage 108 in den konkaven Abschnitten der Rillen 107 in Beispiel 11 beschrieben. Insbesondere wird ein Fertigungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung (ein DFB-Laser) 1100, wie in 26(a) und 26(b) dargestellt, mit Bezug auf 35(a) bis 35(e) beschrieben.
  • Wie in 35(a) gezeigt, werden zuerst die Rillen (ein Beugungsgitter) 107 mit einem Abstand von etwa 203 nm und einer Tiefe von etwa 100 nm auf der Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ durch das Zwei-Strahl-Interferenz-Belichtungsverfahren ausgebildet.
  • Als Nächstes werden etwa 100 cm3/min von 100 % Phosphin (PH3) und etwa 10 cm3/min von 10 % Arsin (AsH3) in eine Wasserstoffatmosphäre eingeführt und das InP-Substrat 1 vom n-Typ wird in dieser Atmosphäre bei etwa 600 °C thermisch bearbeitet. Folglich wird die InAsP-Lage 108 mit einer Dicke von etwa 50 nm, wie in 35(b) gezeigt, in den konkaven Abschnitten der Rillen (ein Beugungsgitter) 107 ausgebildet. Wie in 35(c) gezeigt, werden dann die InP-Mantellage 106 vom n-Typ, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 2 vom n-Typ (etwa 50 nm dick, λg = etwa 1,05 μm), die aktive Lage 3 mit mehreren Quantenquellen, die InGaAsP-Lichteinschlusslage 4 vom p-Typ und die InP-Mantellage 5 vom p-Typ (etwa 400 nm dick) aufeinander folgend und nacheinander durch aufeinander folgende Verwendung des organometallischen Dampfphasen-Züchtungsverfahrens abgelagert.
  • Anschließend, wie in 35(d) gezeigt, wird die Streifenmesa durch Ätzen ausgebildet. Dann werden die InP-Stromsperrlage 6 vom p-Typ, die InP-Stromsperrlage 7 vom n-Typ, die InP-Vergrabungslage 8 vom p-Typ und die InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ (λg = etwa 1,3 µm) nacheinander durch das Flüssigphasen-Züchtungsverfahren abgelagert.
  • Die SiO2-Isolationsschicht 11 wird überdies auf der hergestellten InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ abgelagert. Dann wird die SiO2-Isolationsschicht 11 mit einem Streifenfenster versehen und die Au/Zn-Elektrode 12 wird so abgelagert, dass sie mit der InGaAsP-Kontaktlage 9 vom p-Typ durch dieses Fenster hindurch in Kontakt steht. Ferner wird die Ti/Au-Elektrode 13 auf der SiO2-Isolationsschicht 11 und der Au/Zn-Elektrode 12 abgelagert. Andererseits wird die Au/Sn-Elektrode 10 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des InP-Substrats 1 vom n-Typ abgelagert.
  • Dann wird eine Spaltung an einem geeigneten Ort durchgeführt, um eine DFB-Laservorrichtung herzustellen, wie in 35(e) gezeigt.
  • Wichtige Schritte in dem vorstehend beschriebenen Fertigungsverfahren werden im Einzelnen mit Bezug auf die 36(a) bis 36(c) beschrieben.
  • 36(a) stellt einen Querschnitt des InP-Substrats 1 vom n-Typ dar, auf dem die Rillen (ein Beugungsgitter) 107 durch Ätzen ausgebildet wurden. Wenn das InP-Substrat 1 vom n-Typ, auf dem die Rillen (ein Beugungsgitter) 107 ausgebildet wurden, in einer Atmosphäre, in der Phosphin (PH3) und Arsin (AsH3) vermischt werden, thermisch bearbeitet wird, wird die InAsP-Lage 108 in den konkaven Abschnitten der Rillen (ein Beugungsgitter) 107 aufgrund eines Massentransportphänomens während des thermischen Prozesses abgelagert, wie in 36(b) gezeigt. Durch anschließendes Züchten der InP-Mantellage 106 vom n-Typ ist es möglich, die InAsP-Lage 108 in umgekehrten Dreieckformen auszubilden, die periodisch in der InP-Mantellage 106 vom n-Typ angeordnet sind, wie in 36(c) gezeigt.
  • 37 zeigt die Veränderung der Photolumineszenzwellenlänge bezüglich der Durchflussrate von Arsin, wobei die Durchflussrate von 100 % Phosphin etwa 100 cm3/min ist und die Temperatur etwa 600 °C ist. Wenn sich die Durchflussrate von Arsin (AsH3) verändert, während die Durchflussrate von Phosphin (PH3) konstant ist, verändert sich die Photolumineszenzwellenlänge von der InAsP-Lage 108 kontinuierlich, wie in 37 gezeigt. Dies deutet darauf hin, dass es möglich ist, die Bandlückenenergie der InAsP-Lage 108 durch Verändern der Durchflussrate von Arsin (AsH3) zu verändern.
  • Wenn die Bandlückenenergie der InAsP-Lage 108 so festgelegt wird, dass sie größer ist als die Lichtenergie, die von der aktiven Lage 3 der hergestellten Halbleiterlaservorrichtung über eine verteilte Lichtrückkopplung emittiert wird, d. h. wenn die Photolumineszenzwellenlänge der InAsP-Lage 108 so festgelegt wird, dass sie auf der Seite der kürzeren Wellenlänge bezüglich der Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt, wird die InAsP-Lage 108 überdies für Licht, das von der aktiven Lage 3 emittiert wird, durchlässig. Folglich tritt eine periodische Veränderung des Brechungsindex aufgrund der Tatsache auf, dass der Brechungsindex der InAsP-Lage 108 höher ist als jener der umgebenden InP-Lage, so dass ein DFB-Laser vom mit dem Brechungsindex gekoppelten Typ hergestellt werden kann.
  • Wenn andererseits die Bandlückenenergie der InAsP-Lage 108 so festgelegt wird, dass sie geringer ist als die Lichtenergie, die von der aktiven Lage 3 der hergestellten Halbleiterlaservorrichtung über eine verteilte Lichtrückkopplung emittiert wird, d. h. wenn die Photolumineszenzwellenlänge der InAsP-Lage 108 so festgelegt wird, dass sie auf der Seite der längeren Wellenlänge bezüglich der Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt, fungiert die InAsP-Lage 108 als Absorptionslage, die Licht absorbiert, das von der aktiven Lage 3 emittiert wird. Somit tritt eine periodische Veränderung der Verstärkung auf, wodurch ein DFB-Laser vom mit der Verstärkung gekoppelten Typ hergestellt werden kann.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie vorstehend beschrieben, weist die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung eine sehr schmale Strahldivergenz auf und ist in der Lage, eine hohe optische Ausgangsleistung mit einem niedrigen Schwellenstrom trotz deren sehr einfacher Struktur zu erzeugen.
  • Unter Verwendung eines Fertigungsverfahrens für die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es überdies möglich, mit guter Steuerbarkeit die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen herzustellen.

Claims (30)

  1. Halbleiterlaservorrichtung (100), die ein Substrat und eine Mehrlagenstruktur (1), die auf dem Substrat ausgebildet ist, umfasst, wobei: die Mehrlagenstruktur einem Lichtwellenleiterbereich mit wenigstens einer aktiven Lage (3) und einer Vergrabungslage (8) zum Vergraben von Peripherien des Lichtwellenleiterbereichs enthält, wobei der Lichtwellenleiterbereich in Streifen (14) in Hohlraumlängsrichtung ausgebildet ist; eine Streifenbreite des Lichtwellenleiterbereichs derart ist, dass eine Breite W1 an einer vorderen Stirnfläche, die mit einer Lichtleitfaser zu koppeln ist, und eine Breite W2 an einer hinteren Stirnfläche die Beziehung W1 <W2 erfüllen; die Streifenbreite sich zwischen der Breite W1 und der Breite W2 in Hohlraumlängsrichtung kontinuierlich verändert, wodurch Laserlicht mit einer sehr schmalen Strahldivergenz erzeugt wird, und wobei der Lichtwellenleiterbereich umfasst: einen ersten Bereich (A) mit einer Breite W1 mit konstantem Wert; einen zweiten Bereich (C) mit der Breite W2 mit konstantem Wert; und einen dritten Bereich (B) mit einer Breite, die sich in der Hohlraumlängsrichtung zwischen der Breite W1 und der Breite W2 kontinuierlich verändert, der erste Bereich (A) sich auf Seiten der vorderen Stirnfläche befindet und sich zum dritten Bereich erstreckt, während sich der zweite Bereich (C) auf Seiten der hinteren Stirnfläche befindet und sich zum dritten Bereich erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des ersten Bereichs (A) und die Länge des zweiten Bereichs (C) jeweils kürzer als die Länge des dritten Bereichs (B) sind und die Breite W1 des Streifens des Lichtellenleiterbereichs auf einen Wert gesetzt ist, der kleiner als etwa 1,0 µm ist, derart, dass eine Lichtintensitätsverteilung in einer Richtung parallel zum Substrat (1) nur eine Grundschwingungsmode hat.
  2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Lichtwellenleiterbereich ferner eine Lichteinschlusslage (2, 4), die an die aktive Lage angrenzt, umfasst.
  3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Länge des ersten Bereichs (A) und die Länge des zweiten Bereichs (C) jeweils um etwa 15 % kürzer als die Länge des dritten Bereichs (B) sind.
  4. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Streifenbreite des Lichtwellenleiterbereichs sich in Hohlraumlängsrichtung linear mit einem Veränderungsgradienten von etwa 0,14° oder weniger in Bezug auf die Hohlraumlängsrichtung verändert.
  5. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Streifenbreite des Lichtwellenleiterbereichs sich linear in Hohlraumlängsrichtung verändert und der Lichtwellenleiterbereich wenigstens zwei Bereiche umfasst, deren Veränderungsgradienten voneinander verschieden sind, wobei der Gradient eines der beiden Bereiche, der sich am nächsten bei der vorderen Stirnfläche befindet, etwa 0,14° oder weniger in Bezug auf die Hohlraumlängsrichtung beträgt.
  6. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der ein durchschnittlicher Brechungsindex n1 des Lichtwellenleiterbereichs und ein Brechungsindex n2 der Vergrabungslage (8) die Beziehung (n1 – n2) < 0,2 erfüllen.
  7. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der ein durchschnittlicher Brechungsindex n1 des Lichtwellenleiterbereichs und ein Brechungsindex n2 der Vergrabungslage (8) die Beziehung (n1 – n2) < 0,15 erfüllen.
  8. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Breite W2 des Streifens des Lichtwellenleiters auf einen Wert gesetzt ist, derart, dass eine höhere Schwingungsmode in einer Lichtintensitätsverteilung in einer Richtung parallel zu dem Substrat (1) vorhanden sein kann.
  9. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Breite W2 des Streifens des Lichtwellenleiterbereichs etwa 2 µm oder mehr beträgt.
  10. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Bereich (A) und der dritte Bereich (B) bzw. der zweite Bereich (C) und der dritte Bereich (B) gleichmäßig miteinander verbunden sind.
  11. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Länge des ersten Bereichs (A) und eine Länge des zweiten Bereichs (C) jeweils etwa 5 µm oder weniger betragen.
  12. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Bereich (A) und/oder der zweite Bereich (C) auf einer an den dritten Bereich (B) angrenzenden Seite Längen besitzen, die auf entsprechenden Seiten der Streifenform voneinander verschieden sind.
  13. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Bereich (A) und/oder der zweite Bereich (C) auf einer an den dritten Bereich (B) angrenzenden Seite Längen besitzen, die auf entsprechenden Seiten der Streifenform voneinander verschieden sind, wobei eine Verbindungsfläche zu dem dritten Bereich (B) um im Wesentlichen etwa 45° in Bezug auf die Hohlraumlängsrichtung geneigt ist.
  14. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, bei der die hintere Stirnfläche mit einer hochreflektierenden Schicht beschichtet ist und die Länge des ersten Bereichs (A) größer als etwa 5 µm ist, während die Länge des zweiten Bereichs. (C) etwa 5 µm oder weniger beträgt.
  15. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, die ferner eine auf der Mehrlagenstruktur vorgesehene erste Elektrode (12) und eine auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats vorgesehene zweite Elektrode (10) umfasst, wobei die erste Elektrode (12) durch wenigstens zwei Trennnuten (29–32), die zur vorderen Stirnfläche und zur hinteren Stirnfläche parallel sind, in mehrere Bereiche getrennt ist; und die Breiten der Trennnuten (29–32) in Hohlraumlängsrichtung so festgelegt sind, dass sie bei Annäherung an die hintere Stirnfläche zunehmen.
  16. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, die ferner eine auf der Mehrlagenstruktur vorgesehene erste Elektrode (12) und eine auf einer entgegengesetzten Fläche des Substrats (1) vorgesehene zweite Elektrode (10) umfasst, wobei die erste Elektrode (12) durch wenigstens zwei Trennnuten (29–32), die zu der vorderen Stirnfläche und zu der hinteren Stirnfläche parallel sind, in mehrere Bereiche unterteilt ist und einer der mehreren Bereiche, der sich näher bei der hinteren Stirnfläche befindet, so konfiguriert ist, dass er weniger Strom als einer der mehreren Bereiche, die sich näher bei der vorderen Stirnfläche befinden, aufnimmt.
  17. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der das Substrat (1) und die Vergrabungslage (8) aus InP hergestellt sind und die aktive Lage (3) aus InGaAsP hergestellt ist.
  18. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der ein Beugungsgitter (35) zum periodischen Modulieren in Hohlraumlängsrichtung eines effektiven Brechungsindexes des Lichtwellenleiterbereichs so ausgebildet ist, dass es an den Lichtwellenleiterbereich angrenzt, wodurch eine Oszillation mit einer einzigen Wellenlänge erzielt wird.
  19. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der ein Beugungsgitter (35) zum periodischen Modulieren in Hohlraumlängsrichtung eines Verstärkungsfaktors des Lichtwellenleiterbereichs so ausgebildet ist, dass es an den Lichtwellenleiterbereich angrenzt, wodurch eine Oszillation mit einer einzigen Wellenlänge erzeugt wird.
  20. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der eine Periode des Beugungsgitters (35) in der Nähe der hinteren Stirnfläche kürzer als in der Nähe der vorderen Stirnfläche ist.
  21. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 20, bei der sich die Periode des Beugungsgitters (35) in Hohlraumlängsrichtung in der Weise verändert, dass eine Bragg-Wellenlänge in Hohlraumlängsrichtung konstant ist.
  22. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei der: das Halbleitersubstrat (1) aus InP gebildet ist; die aktive Lage (3) aus einer mehrlagigen Schicht aus einem InGaAsP-Mischkristall gebildet ist; und das Beugungsgitter eine Materiallage aus einer InAsP-Lage, einer InGaAsP-Lage oder einer InGaAs-Lage, die in der Nähe der aktiven Lage vergraben ist, ist.
  23. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 22, bei der eine Bandlückenenergie der Materiallage der InAsP-Lage oder der InGaAsP-Lage oder der InGaAs-Lage, die das Beugungsgitter bildet, auf einen Wert gesetzt ist, der kleiner als die Energie des von der aktiven Lage emittierten Laserlichts ist, und die Materiallage entweder der InAsP-Lage oder der InGaAsP-Lage oder der InGaAs-Lage als eine Absorptionslage für das Laserlicht dient.
  24. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Bandlückenenergie der Materiallage entweder der InAsP-Lage oder der InGaAsP-Lage oder der InGaAs-Lage, die das Beugungsgitter bildet, größer als die Energie des von der aktiven Lage emittierten Laserlichts gesetzt ist und die Materiallage entweder der InAsP-Lage oder der InGaAsP-Lage oder der InGaAs-Lage als eine Brechungsindexmodulationslage für das Laserlicht dient.
  25. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 18, bei der das Beugungsgitter nur in einem Abschnitt des Substrats auf Seiten der vorderen Stirnfläche ausgebildet ist.
  26. Optisches Kommunikationssystem (1500), das eine Lichtquelle (39) und einen Lichtwellenleiterbereich, in den von der Lichtwelle emittiertes Licht direkt gekoppelt wird, umfasst, wobei die Lichtquelle eine Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ist.
  27. Fertigungsverfahren für eine Halbleiterlaservorrichtung (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: auf dem Substrat (1) Ausbilden einer Mehrlagenstruktur, die wenigstens eine aktive Lage (3) und eine Lichteinschlusslage (2, 4) enthält; Verarbeiten der Mehrlagenstruktur in eine Streifenform (14), derart, dass eine Breite W1 bei einer vorderen Stirnfläche und eine Breite W2 bei einer hinteren Stirnfläche die Beziehung W1 < W2 erfüllen, wobei die Streifenform eine Streifenbreite besitzt, die sich zwischen den Breiten W1 und W2 kontinuierlich verändert; Bilden einer Vergrabungslage (8), um Peripherien der Streifenform zu vergraben; und Bilden einer Elektrode sowohl auf der Mehrlagenstruktur als auch auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats und wobei im Schritt des Verarbeitens der Mehrlagenstruktur die Mehrlagenstruktur in eine Streifenform verarbeitet wird, die enthält: einen ersten Bereich (A) mit der Breite W1 mit konstantem Wert; einen zweiten Bereich (C) mit der Breite W2 mit konstantem Wert; und einen dritten Bereich (B) mit einer Breite, die sich zwischen der Breite W1 und der Breite W2 in Hohlraumlängsrichtung kontinuierlich verändert, wobei die Länge des ersten Bereichs (A) und die Länge des zweiten Bereichs (C) jeweils kürzer als die Länge des dritten Bereichs (B) sind und wobei sich der erste Bereich von der vorderen Stirnfläche zum dritten Bereich erstreckt und der zweite Bereich sich von der hinteren Stirnfläche zum dritten Bereich erstreckt, wobei die Breite W1 des Streifens des Lichtwellenleiterbereichs auf einen Wert gesetzt ist, der kleiner als etwa 1,0 µm ist, derart, dass eine Lichtintensitätsverteilung in eine Richtung parallel zu dem Substrat (1) nur eine Grundschwingungsmode besitzt.
  28. Fertigungsverfahren für eine Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 27, bei dem das Substrat (1) und die Vergrabungslage (8) aus InP gebildet sind und die aktive Lage (3) sowie die Lichteinschlusslage (2, 4) aus InGaAsP gebildet sind.
  29. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28, bei der das Substrat (1) InP ist und der Schritt des Bildens der Mehrlagenstruktur umfasst: Bilden periodischer Rillen auf dem InP-Substrat; thermisches Verarbeiten des InP-Substrats in einer Atmosphäre, in der wenigstens Phosphin (PH3) und Arsin (AsH3) vermischt sind, um eine InAsP-Lage in konkaven Abschnitten der periodischen Rillen abzulagern; und Ablagern der Mehrlagenstruktur, um so die periodischen Rillen und die InAsP-Lage abzudecken.
  30. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28, bei der das Substrat (1) InP ist und der Schritt des Bildens der Mehrlagenstruktur umfasst: Ablagern eines Abschnitts der Mehrlagenstruktur auf dem InP-Substrat; Bilden eines Beugungsgitters (35) auf dem abgelagerten Abschnitt der Mehrlagenstruktur; thermisches Verarbeiten des abgelagerten Abschnitts der Mehrlagenstruktur in einer Atmosphäre, in der wenigstens Phosphin (PH3) und Arsin (AsH3) vermischt sind, um eine InAsP-Lage in konkaven Abschnitten des Beugungsgitters abzulagern; und Ablagern der restlichen Mehrlagenstruktur, um so die periodischen Rillen und die InAsP-Lage abzudecken.
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