JP2001210911A - 半導体レーザとその製造方法及び半導体レーザを用いた光モジュール及び光通信システム - Google Patents
半導体レーザとその製造方法及び半導体レーザを用いた光モジュール及び光通信システムInfo
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 再成長界面に析出し、結晶中に取り込まれ活
性化しているＳｉによりｎ反転している部分を高濃度の
Ｚｎによりｐ転させる。これによりｎ転したことによる
高抵抗層を除去し、良好な発振特性を有する半導体レー
ザと光モジュール及び光通信システムを提供する。 【解決手段】 ＩｎＰ上に選択ＭＯＶＰＥ成長用の酸化
膜によるマスクパターンを形成し、パターニング基板を
用いて選択ＭＯＶＰＥ成長を行い、活性層と光導波路層
を直接形成する。セルフアラインプロセスにより選択成
長されたメサトップにのみ酸化膜を形成し、電流ブロッ
ク層を成長する。続いて、酸化膜を除去の後、ｐクラッ
ド層を成長する。ただし、この場合ｐクラッド層と酸化
膜直下のｐクラッド層界面には高濃度のＳｉが析出し、
ｎ転しｐブロック層に流れ込んでいた正孔が有効に活性
層に注入され、良好な発振特性を有する半導体レーザを
実現できる。
性化しているＳｉによりｎ反転している部分を高濃度の
Ｚｎによりｐ転させる。これによりｎ転したことによる
高抵抗層を除去し、良好な発振特性を有する半導体レー
ザと光モジュール及び光通信システムを提供する。 【解決手段】 ＩｎＰ上に選択ＭＯＶＰＥ成長用の酸化
膜によるマスクパターンを形成し、パターニング基板を
用いて選択ＭＯＶＰＥ成長を行い、活性層と光導波路層
を直接形成する。セルフアラインプロセスにより選択成
長されたメサトップにのみ酸化膜を形成し、電流ブロッ
ク層を成長する。続いて、酸化膜を除去の後、ｐクラッ
ド層を成長する。ただし、この場合ｐクラッド層と酸化
膜直下のｐクラッド層界面には高濃度のＳｉが析出し、
ｎ転しｐブロック層に流れ込んでいた正孔が有効に活性
層に注入され、良好な発振特性を有する半導体レーザを
実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ、半導体
光集積素子、光モジュールおよび光通信システムに関す
る。
光集積素子、光モジュールおよび光通信システムに関す
る。
【０００２】
【従来技術】埋め込み型半導体レーザは単一モード光フ
ァイバとの高効率結合が可能なこと、並びに優れた発振
特性を有していることから、波長１.３〜１.５５μｍの
光通信用光源として広く使われている。特に、駆動電流
低減の観点から、半導体レーザに対しての高スロープ効
率動作の要求は強い。
ァイバとの高効率結合が可能なこと、並びに優れた発振
特性を有していることから、波長１.３〜１.５５μｍの
光通信用光源として広く使われている。特に、駆動電流
低減の観点から、半導体レーザに対しての高スロープ効
率動作の要求は強い。
【０００３】半導体レーザにおいて高スロープ効率動作
を実現するには、漏れ電流と吸収損失の低減が必要であ
る。前者に関しては、ｐｎｐｎサイリスタや高抵抗半導
体を電流ブロック層として採用し、良好な発振特性を実
現している。特に、ｐｎｐｎサイリスタによる電流狭窄
構造は、ドーパントの変更のみで比較的容易に電流狭窄
構造の形成が可能であり、加えてその高い耐圧特性から
広く用いられている。一方、後者に関しては、歪み量子
井戸構造の導入による低損失な導波路が実現されてい
る。これは、量子井戸構造のウェル層に面内圧縮歪みを
導入することで価電子帯のバンド構造が変化し、これに
より長波域での吸収を大きく低減できるものである。
を実現するには、漏れ電流と吸収損失の低減が必要であ
る。前者に関しては、ｐｎｐｎサイリスタや高抵抗半導
体を電流ブロック層として採用し、良好な発振特性を実
現している。特に、ｐｎｐｎサイリスタによる電流狭窄
構造は、ドーパントの変更のみで比較的容易に電流狭窄
構造の形成が可能であり、加えてその高い耐圧特性から
広く用いられている。一方、後者に関しては、歪み量子
井戸構造の導入による低損失な導波路が実現されてい
る。これは、量子井戸構造のウェル層に面内圧縮歪みを
導入することで価電子帯のバンド構造が変化し、これに
より長波域での吸収を大きく低減できるものである。
【０００４】これら半導体レーザを作製する際、これの
結晶成長には有機金属気相成長法（MOVPE; Metal Organ
ic Vapor Phase Epitaxy）が最も多く用いられている。
これは結晶品質の面内均一性、再現性が優れているこ
と、並びに高品質な多重量子井戸（ＭＱＷ）層が成長可
能なことによる。
結晶成長には有機金属気相成長法（MOVPE; Metal Organ
ic Vapor Phase Epitaxy）が最も多く用いられている。
これは結晶品質の面内均一性、再現性が優れているこ
と、並びに高品質な多重量子井戸（ＭＱＷ）層が成長可
能なことによる。
【０００５】これらの結晶成長技術、活性層への量子井
戸／歪量子井戸構造の導入、優れた電流狭窄構造を有す
る埋め込み構造により、半導体レーザの発振特性は大幅
に向上した。現在では閾値電流が数ｍＡといった高性能
な半導体レーザも実用化されている。
戸／歪量子井戸構造の導入、優れた電流狭窄構造を有す
る埋め込み構造により、半導体レーザの発振特性は大幅
に向上した。現在では閾値電流が数ｍＡといった高性能
な半導体レーザも実用化されている。
【０００６】しかしながら、半導体レーザの作製時にお
いては、複数回のＭＯＶＰＥ成長が必要であり、この場
合の再成長界面に析出される高濃度のＳｉが発振特性に
与える影響が懸念される。再成長界面での高濃度Ｓｉは
大気中に存在するものやエッチャントに混入したものが
半導体表面に析出し、これが再成長時に結晶中に取り込
まれると考えられる。再成長界面に高濃度のＳｉがドー
ピングされた場合の発振特性予測を図２により説明す
る。
いては、複数回のＭＯＶＰＥ成長が必要であり、この場
合の再成長界面に析出される高濃度のＳｉが発振特性に
与える影響が懸念される。再成長界面での高濃度Ｓｉは
大気中に存在するものやエッチャントに混入したものが
半導体表面に析出し、これが再成長時に結晶中に取り込
まれると考えられる。再成長界面に高濃度のＳｉがドー
ピングされた場合の発振特性予測を図２により説明す
る。
【０００７】通常の埋め込み型半導体レーザは、３回の
結晶成長工程により作製される。そのため二つの再成長
界面を有し、この部分のＳｉ濃度が上昇する。図２中の
再成長界面１並びに再成長界面２がその部分である。た
だし、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層やｎ−ＩｎＰ基板と接
している再成長界面は同じドナードーピングであるため
発振特性ならびに電気特性に与える影響は少ない。図中
太い実線で示した再成長界面１で、特に活性層直上部分
は、ｐ層中に高濃度のドナードーピング層が挿入され、
高抵抗化し、漏れ電流を著しく増加させる。漏れ電流
は、電流ブロック層のベース電流となり、ブロック層の
耐圧を低下させ、光出力の低下を招く。一方、再成長界
面２の部分では、ｎ−ＩｎＰ基板と接している部分は問
題ないものの、活性層側壁、並びにｐ−ＩｎＰ層と接し
ている再成長界面は、発振／電気特性に多大な影響を及
ぼす。これは側壁に沿って電気抵抗の低いＳｉパイルア
ップ層が存在すると、これに沿って漏れ電流が流れ、ス
ロープ効率が低下するためである。
結晶成長工程により作製される。そのため二つの再成長
界面を有し、この部分のＳｉ濃度が上昇する。図２中の
再成長界面１並びに再成長界面２がその部分である。た
だし、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層やｎ−ＩｎＰ基板と接
している再成長界面は同じドナードーピングであるため
発振特性ならびに電気特性に与える影響は少ない。図中
太い実線で示した再成長界面１で、特に活性層直上部分
は、ｐ層中に高濃度のドナードーピング層が挿入され、
高抵抗化し、漏れ電流を著しく増加させる。漏れ電流
は、電流ブロック層のベース電流となり、ブロック層の
耐圧を低下させ、光出力の低下を招く。一方、再成長界
面２の部分では、ｎ−ＩｎＰ基板と接している部分は問
題ないものの、活性層側壁、並びにｐ−ＩｎＰ層と接し
ている再成長界面は、発振／電気特性に多大な影響を及
ぼす。これは側壁に沿って電気抵抗の低いＳｉパイルア
ップ層が存在すると、これに沿って漏れ電流が流れ、ス
ロープ効率が低下するためである。
【０００８】このように、再成長界面のＳｉ濃度と半導
体レーザの発振特性は密接な関係にあり、発振特性を向
上させるには、何らかの方法によりｎ転している層をｐ
反転させ、高抵抗層や漏れ電流リークパスを除去する必
要がある。
体レーザの発振特性は密接な関係にあり、発振特性を向
上させるには、何らかの方法によりｎ転している層をｐ
反転させ、高抵抗層や漏れ電流リークパスを除去する必
要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、再成長界面のＳｉ
パイルアップによりｎ転した部分を再びｐ反転させるこ
とで、発振特性を向上させる新規な半導体レーザとその
製造方法を提供することにある。
した従来技術の欠点を改良し、特に、再成長界面のＳｉ
パイルアップによりｎ転した部分を再びｐ反転させるこ
とで、発振特性を向上させる新規な半導体レーザとその
製造方法を提供することにある。
【００１０】更には、同素子を用いて安価な光モジュー
ル、光通信システムを実現することにある。
ル、光通信システムを実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
【００１２】即ち、本発明に係わる半導体レーザの第１
態様は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体
よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少なくと
も１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体
層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しく
は絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を行うこ
とで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長
にてレーザ発振する半導体レーザにおいて、該エネルギ
ーギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、
該導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ
以下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５
倍以上５倍以下であることを特徴とするものであり、
叉、第２態様は、前記エネルギーギャップの小さな半導
体層両脇にｐｎｐｎサイリスタを有する電流狭窄構造を
有し、注入された電流を効果的に前記エネルギーギャッ
プの小さな半導体層に集中させることを特徴とするもの
であり、叉、第３態様は、前記エネルギーバンドギャッ
プの小さな半導体層が量子井戸もしくは多重量子井戸構
造となっていることを特徴とするものであり、叉、第４
態様は、選択成長により形成される光導波路の側壁が
（１１１）結晶面であることを特徴とするものであり、
叉、第５態様は、動作波長が０．３〜１．７μｍである
ことを特徴とするものであり、叉、第６態様は、光導波
路が埋め込み型であることを特徴とするものであり、
叉、第７態様は、前記半導体レーザが分布帰還型半導体
レーザ又は分布反射型半導体レーザであり、テーパ導波
路、光変調器、光検出器、光スイッチ、光導波路のう
ち、少なくとも一つが一体的に形成されていることを特
徴とするものである。
態様は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体
よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少なくと
も１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体
層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しく
は絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を行うこ
とで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長
にてレーザ発振する半導体レーザにおいて、該エネルギ
ーギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、
該導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ
以下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５
倍以上５倍以下であることを特徴とするものであり、
叉、第２態様は、前記エネルギーギャップの小さな半導
体層両脇にｐｎｐｎサイリスタを有する電流狭窄構造を
有し、注入された電流を効果的に前記エネルギーギャッ
プの小さな半導体層に集中させることを特徴とするもの
であり、叉、第３態様は、前記エネルギーバンドギャッ
プの小さな半導体層が量子井戸もしくは多重量子井戸構
造となっていることを特徴とするものであり、叉、第４
態様は、選択成長により形成される光導波路の側壁が
（１１１）結晶面であることを特徴とするものであり、
叉、第５態様は、動作波長が０．３〜１．７μｍである
ことを特徴とするものであり、叉、第６態様は、光導波
路が埋め込み型であることを特徴とするものであり、
叉、第７態様は、前記半導体レーザが分布帰還型半導体
レーザ又は分布反射型半導体レーザであり、テーパ導波
路、光変調器、光検出器、光スイッチ、光導波路のう
ち、少なくとも一つが一体的に形成されていることを特
徴とするものである。
【００１３】また、本発明に係わる半導体レーザの製造
方法の態様は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型
半導体よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少
なくとも１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな
半導体層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、
若しくは絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を
行うことで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷
移波長にてレーザ発振する半導体レーザにおいて、素子
作製の際の再成長界面近傍のドーピング濃度が、該導電
型半導体の他の部分よりも１.５倍以上５倍以下である
ことを特徴とするものである。
方法の態様は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型
半導体よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少
なくとも１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな
半導体層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、
若しくは絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を
行うことで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷
移波長にてレーザ発振する半導体レーザにおいて、素子
作製の際の再成長界面近傍のドーピング濃度が、該導電
型半導体の他の部分よりも１.５倍以上５倍以下である
ことを特徴とするものである。
【００１４】また、本発明に係わる光モジュールの態様
は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体より
もエネルギーギャップの小さな半導体層を少なくとも１
層以上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体層は
少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しくは絶
縁型半導体により囲まれており、電流注入を行うことで
前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長にて
レーザ発振する半導体レーザであって、該エネルギーギ
ャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、該導
電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ以下
の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５倍以
上５倍以下である半導体レーザを少なくとも一個用いて
形成したことを特徴とするものである。
は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体より
もエネルギーギャップの小さな半導体層を少なくとも１
層以上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体層は
少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しくは絶
縁型半導体により囲まれており、電流注入を行うことで
前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長にて
レーザ発振する半導体レーザであって、該エネルギーギ
ャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、該導
電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ以下
の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５倍以
上５倍以下である半導体レーザを少なくとも一個用いて
形成したことを特徴とするものである。
【００１５】また、本発明に係わる光通信システムの態
様は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体よ
りもエネルギーギャップの小さな半導体層を少なくとも
１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体層
は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しくは
絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を行うこと
で前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長に
てレーザ発振する半導体レーザであって、該エネルギー
ギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、該
導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ以
下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５倍
以上５倍以下である半導体レーザを少なくとも一個用い
て形成したことを特徴とするものである。
様は、二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体よ
りもエネルギーギャップの小さな半導体層を少なくとも
１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体層
は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しくは
絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を行うこと
で前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長に
てレーザ発振する半導体レーザであって、該エネルギー
ギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、該
導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ以
下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５倍
以上５倍以下である半導体レーザを少なくとも一個用い
て形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明に係わる半導体レーザは、
二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体よりもエ
ネルギーギャップの小さな半導体層を少なくとも１層以
上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体層は少な
くとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しくは絶縁型
半導体により囲まれており、電流注入を行うことで前記
エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長にてレー
ザ発振する半導体レーザにおいて、該エネルギーギャッ
プの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、該導電型
半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ以下の範
囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５倍以上５
倍以下であることを特徴とするものである。
二つの異なる導電型半導体間に該導電型半導体よりもエ
ネルギーギャップの小さな半導体層を少なくとも１層以
上有し、該エネルギーギャップの小さな半導体層は少な
くとも導電型半導体、半絶縁型半導体、若しくは絶縁型
半導体により囲まれており、電流注入を行うことで前記
エネルギーギャップの小さな半導体の遷移波長にてレー
ザ発振する半導体レーザにおいて、該エネルギーギャッ
プの小さな半導体層近傍１μｍ以内において、該導電型
半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.２μｍ以下の範
囲で、該導電型半導体の他の部分よりも１.５倍以上５
倍以下であることを特徴とするものである。
【００１７】本発明によれば、再成長界面に析出したＳ
ｉは再成長時に結晶中にドナードーパントとして取り込
まれる。ここでは先ず、再成長界面にドナードーパント
が存在する場合の発振特性に与える影響に関して定量的
に検討する。発振特性の解析には市販のＬＤシミュレー
タを用いた。これは、電流連続方程式、ポアソン方程
式、レート方程式をself-consistentに解くものであ
る。解析に用いたメッシュパターンを図３に示す。非線
形性の強い活性層やｐｎ接合周辺はメッシュ間隔を細か
くして解の精度が落ちないよう留意した。図４に内部微
分量子効率ηｉの再成長界面濃度依存性を示す。本解析
においては、図２中再成長界面１の活性層直上部分の濃
度をｐ型からｎ型まで変化させて、発振特性の解析を行
った。また、再成長界面にて濃度変化が生じている厚さ
は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy ;二
次イオン質量分析計）分析から０.１μｍ程度と判明し
ているので、本解析においてもこれを採用し、計算を行
った。図中、丸印は、スロープ効率の共振器長依存性か
ら求めた内部微分量子効率ηｉの測定結果を示し、実線
は、計算結果を示す。両者はよく一致し、再成長界面が
ｐ型であれば発振特性に与える影響は少ないが、一方ｎ
型であると内部微分量子効率が低下し、これに伴いスロ
ープ効率が減少する傾向を示す。ｐクラッド層中である
活性層の直上にｎ型の層が形成されると、その部分が高
抵抗化され、活性層への正孔の注入が阻害される。さら
に阻害された正孔は、ｐ電流ブロック層にベース電流と
して流れ込み、電流ブロック層を通過する漏れ電流を増
加させ、光出力飽和が顕著な発振特性となることが予測
される。
ｉは再成長時に結晶中にドナードーパントとして取り込
まれる。ここでは先ず、再成長界面にドナードーパント
が存在する場合の発振特性に与える影響に関して定量的
に検討する。発振特性の解析には市販のＬＤシミュレー
タを用いた。これは、電流連続方程式、ポアソン方程
式、レート方程式をself-consistentに解くものであ
る。解析に用いたメッシュパターンを図３に示す。非線
形性の強い活性層やｐｎ接合周辺はメッシュ間隔を細か
くして解の精度が落ちないよう留意した。図４に内部微
分量子効率ηｉの再成長界面濃度依存性を示す。本解析
においては、図２中再成長界面１の活性層直上部分の濃
度をｐ型からｎ型まで変化させて、発振特性の解析を行
った。また、再成長界面にて濃度変化が生じている厚さ
は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy ;二
次イオン質量分析計）分析から０.１μｍ程度と判明し
ているので、本解析においてもこれを採用し、計算を行
った。図中、丸印は、スロープ効率の共振器長依存性か
ら求めた内部微分量子効率ηｉの測定結果を示し、実線
は、計算結果を示す。両者はよく一致し、再成長界面が
ｐ型であれば発振特性に与える影響は少ないが、一方ｎ
型であると内部微分量子効率が低下し、これに伴いスロ
ープ効率が減少する傾向を示す。ｐクラッド層中である
活性層の直上にｎ型の層が形成されると、その部分が高
抵抗化され、活性層への正孔の注入が阻害される。さら
に阻害された正孔は、ｐ電流ブロック層にベース電流と
して流れ込み、電流ブロック層を通過する漏れ電流を増
加させ、光出力飽和が顕著な発振特性となることが予測
される。
【００１８】再成長界面でのＳｉ濃度を低減させる方法
として、ＧａＡｓ系ではＡｓＨ３を大流量流しての長時
間待機が広く行われている。これはＡｓＨ３に含まれて
いるＨ＋ラジカルが、表面に付着したＳｉを吸着し取り
去るとの説が有力である。しかし、同方法は、Ａｓを含
まないＩｎＰの再成長待機では結晶中のＩｎが抜け、さ
らに、再成長界面に短波長組成のＩｎＡｓＰが形成され
ることから望ましくない。ＩｎＰの成長待機にはＰＨ３
での高温／長時間待機により再成長界面でのＳｉ濃度を
低減できるとの報告もあるが（H. Ishikawa, et al., J
ournal of Applied Physics, Vol. 71, ｐ.3898,199
2）、待機温度が７００℃と高く、再成長界面での結晶
性低下が懸念される。
として、ＧａＡｓ系ではＡｓＨ３を大流量流しての長時
間待機が広く行われている。これはＡｓＨ３に含まれて
いるＨ＋ラジカルが、表面に付着したＳｉを吸着し取り
去るとの説が有力である。しかし、同方法は、Ａｓを含
まないＩｎＰの再成長待機では結晶中のＩｎが抜け、さ
らに、再成長界面に短波長組成のＩｎＡｓＰが形成され
ることから望ましくない。ＩｎＰの成長待機にはＰＨ３
での高温／長時間待機により再成長界面でのＳｉ濃度を
低減できるとの報告もあるが（H. Ishikawa, et al., J
ournal of Applied Physics, Vol. 71, ｐ.3898,199
2）、待機温度が７００℃と高く、再成長界面での結晶
性低下が懸念される。
【００１９】本発明では、これまで行われてきた再成長
時の特殊な成長前待機を行うことなく、再成長界面での
Ｓｉ濃度を実効的に低下させ、良好な発振特性を有する
半導体レーザを実現する。具体的には、再成長界面に付
着した高濃度のＳｉによりｎ型となった部分に高濃度の
Ｚｎをドーピングしてｐ型とする事を特徴とする。再成
長界面付近にてｎ反転する領域はＳＩＭＳ分析から０.
１μｍ以下であり、これよりも厚い０.２μｍの領域に
高濃度のＺｎをドーピングすることでｎ型となっている
高抵抗層をｐ型として活性層に有効に正孔が注入可能な
構造とする。これにより高スロープ効率にて発振する優
れた特性の半導体レーザを実現する。
時の特殊な成長前待機を行うことなく、再成長界面での
Ｓｉ濃度を実効的に低下させ、良好な発振特性を有する
半導体レーザを実現する。具体的には、再成長界面に付
着した高濃度のＳｉによりｎ型となった部分に高濃度の
Ｚｎをドーピングしてｐ型とする事を特徴とする。再成
長界面付近にてｎ反転する領域はＳＩＭＳ分析から０.
１μｍ以下であり、これよりも厚い０.２μｍの領域に
高濃度のＺｎをドーピングすることでｎ型となっている
高抵抗層をｐ型として活性層に有効に正孔が注入可能な
構造とする。これにより高スロープ効率にて発振する優
れた特性の半導体レーザを実現する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
説明する。
【００２１】（実施例１）本発明の第１の実施例の作製
方法を図５、図６に示した製造工程に沿って説明する。
方法を図５、図６に示した製造工程に沿って説明する。
【００２２】まず、ｎ−ＩｎＰ基板３の（００１）面上
に熱ＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜からな
る成長阻止膜２を堆積する。続いてフォトリソグラフィ
工程により、選択ＭＯＶＰＥに用いるレジストパターン
を形成する。希釈した弗酸により成長阻止膜２をエッチ
ングし、成長に用いる基板が完成する。ここで成長阻止
膜２の幅は５μｍとし、また対向する成長阻止膜間の間
隙部分４の幅は１.５μｍとした。選択ＭＯＶＰＥによ
りｎ−ＩｎＰクラッド層を１００ｎｍ、１.１μｍ波長
組成のＩｎＧａＡｓＰよりなる第一のＳＣＨ層を５０ｎ
ｍ、ＭＱＷ（多重量子井戸）層、１.１μｍ波長組成Ｉ
ｎＧａＡｓＰよりなる第二のＳＣＨ層を５０ｎｍ、ｐ−
ＩｎＰクラッド層を１００ｎｍを順次エピタキシャル成
長する。ＭＱＷ層１は、１.４μｍ波長組成ＩｎＧａＡ
ｓＰよりなる井戸層とその間に挟まれる１.１μｍ波長
組成ＩｎＧａＡｓＰよりなる障壁層から構成されたもの
で、周期は７、井戸層の厚さは７ｎｍ、障壁層の厚さは
１０ｎｍとし、発振波長が１.３μｍとなる様に設計し
た。それらの層の結晶は、成長阻止膜２上には成長せ
ず、この間隙部分４のｎ−ＩｎＰ基板３上に選択的に成
長する。ＭＱＷ層１を有する導波路を選択成長した後、
弗酸にてＳｉＯ２膜からなる成長阻止膜２を除去する。
これを図５（ｂ）に示す。再び全面にＳｉＯ２膜による
成長阻止膜を堆積させる。その後、セルフアラインプロ
セスにより、直接形成した導波路の頂上にのみ成長阻止
膜２が形成されるように、他の成長阻止膜は、弗酸によ
り除去する。これを図５（ｃ）に示す。この成長阻止膜
２をマスクにして、再びＭＯＶＰＥ成長を行い、ｐ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層６を０.７μｍとｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層５を０.７μｍ順次形成する。これを図６
（ａ）に示す。次に、成長阻止膜２を除去してから、ｐ
−ＩｎＰクラッド層８を形成する。ｐ−ＩｎＰクラッド
層８成長の際には、活性層直上に析出したＳｉによるｐ
−ＩｎＰクラッド層８中のｎ反転を防ぐため、再成長界
面から０.２μｍの厚さを２×１０１８ｃｍ−３のＺｎ
ドーピングとし、それ以降のｐ−ＩｎＰクラッド層８
は、１×１０１８ｃｍ−３として３μｍ成長する。再成
長界面付近のＺｎ濃度を高める程活性層へ有効に電流が
注入される。しかし、Ｚｎ濃度が高すぎる場合は、吸収
損失が増加し、発振特性の低下が懸念される。更に、再
成長界面近傍の活性層へのＺｎ拡散とこれによる発振特
性の低下も懸念されることから、これの上限としては、
実験の結果、他の部分の５倍程度が適当であった。一
方、１．５倍以下の場合、所定のスロープ効率が得られ
なかった。図１は、本発明のｐドーピングプロファイル
を示した断面構造図である。両面にＴｉＡｕからなるｐ
電極７とｎ電極９とを形成後、４３０℃での電極アロイ
を行い素子が完成する。これを図６（ｂ）に示す。
に熱ＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜からな
る成長阻止膜２を堆積する。続いてフォトリソグラフィ
工程により、選択ＭＯＶＰＥに用いるレジストパターン
を形成する。希釈した弗酸により成長阻止膜２をエッチ
ングし、成長に用いる基板が完成する。ここで成長阻止
膜２の幅は５μｍとし、また対向する成長阻止膜間の間
隙部分４の幅は１.５μｍとした。選択ＭＯＶＰＥによ
りｎ−ＩｎＰクラッド層を１００ｎｍ、１.１μｍ波長
組成のＩｎＧａＡｓＰよりなる第一のＳＣＨ層を５０ｎ
ｍ、ＭＱＷ（多重量子井戸）層、１.１μｍ波長組成Ｉ
ｎＧａＡｓＰよりなる第二のＳＣＨ層を５０ｎｍ、ｐ−
ＩｎＰクラッド層を１００ｎｍを順次エピタキシャル成
長する。ＭＱＷ層１は、１.４μｍ波長組成ＩｎＧａＡ
ｓＰよりなる井戸層とその間に挟まれる１.１μｍ波長
組成ＩｎＧａＡｓＰよりなる障壁層から構成されたもの
で、周期は７、井戸層の厚さは７ｎｍ、障壁層の厚さは
１０ｎｍとし、発振波長が１.３μｍとなる様に設計し
た。それらの層の結晶は、成長阻止膜２上には成長せ
ず、この間隙部分４のｎ−ＩｎＰ基板３上に選択的に成
長する。ＭＱＷ層１を有する導波路を選択成長した後、
弗酸にてＳｉＯ２膜からなる成長阻止膜２を除去する。
これを図５（ｂ）に示す。再び全面にＳｉＯ２膜による
成長阻止膜を堆積させる。その後、セルフアラインプロ
セスにより、直接形成した導波路の頂上にのみ成長阻止
膜２が形成されるように、他の成長阻止膜は、弗酸によ
り除去する。これを図５（ｃ）に示す。この成長阻止膜
２をマスクにして、再びＭＯＶＰＥ成長を行い、ｐ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層６を０.７μｍとｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層５を０.７μｍ順次形成する。これを図６
（ａ）に示す。次に、成長阻止膜２を除去してから、ｐ
−ＩｎＰクラッド層８を形成する。ｐ−ＩｎＰクラッド
層８成長の際には、活性層直上に析出したＳｉによるｐ
−ＩｎＰクラッド層８中のｎ反転を防ぐため、再成長界
面から０.２μｍの厚さを２×１０１８ｃｍ−３のＺｎ
ドーピングとし、それ以降のｐ−ＩｎＰクラッド層８
は、１×１０１８ｃｍ−３として３μｍ成長する。再成
長界面付近のＺｎ濃度を高める程活性層へ有効に電流が
注入される。しかし、Ｚｎ濃度が高すぎる場合は、吸収
損失が増加し、発振特性の低下が懸念される。更に、再
成長界面近傍の活性層へのＺｎ拡散とこれによる発振特
性の低下も懸念されることから、これの上限としては、
実験の結果、他の部分の５倍程度が適当であった。一
方、１．５倍以下の場合、所定のスロープ効率が得られ
なかった。図１は、本発明のｐドーピングプロファイル
を示した断面構造図である。両面にＴｉＡｕからなるｐ
電極７とｎ電極９とを形成後、４３０℃での電極アロイ
を行い素子が完成する。これを図６（ｂ）に示す。
【００２３】素子長を３００μｍとして切り出し、後端
面に９５％のコーティングを施し、発振特性を評価し
た。室温での閾値電流は２.５ｍＡ、スロープ効率は０.
５５Ｗ／Ａ、また、８５℃においても閾値電流は１０ｍ
Ａ、スロープ効率は０.４５Ｗ／Ａと良好な発振特性を
実現した。スロープ効率の共振器長依存性から評価した
内部微分量子効率は理論限界の１００％を実現し、ま
た、内部吸収損失は１０cｍ−１と比較的光閉じ込めが
強い構造であるにも関わらず、低い値を実現した。
面に９５％のコーティングを施し、発振特性を評価し
た。室温での閾値電流は２.５ｍＡ、スロープ効率は０.
５５Ｗ／Ａ、また、８５℃においても閾値電流は１０ｍ
Ａ、スロープ効率は０.４５Ｗ／Ａと良好な発振特性を
実現した。スロープ効率の共振器長依存性から評価した
内部微分量子効率は理論限界の１００％を実現し、ま
た、内部吸収損失は１０cｍ−１と比較的光閉じ込めが
強い構造であるにも関わらず、低い値を実現した。
【００２４】（実施例２）次に、同一共振器内に導波路
厚が変化したテーパ導波路を集積した素子（ＳＳＣ−Ｌ
Ｄ）を作製した場合の実施例について述べる。素子構造
を図７に示す。作製プロセスは実施例１とほぼ同じで、
異なる点は出射端に向かって導波路厚が薄くなっていく
テーパ導波路部と半導体レーザ部を一括形成する部分で
ある。ＭＱＷ活性層１とテーパ導波路層を酸化膜マスク
の間隙部分に選択ＭＯＶＰＥにより一括形成する。選択
成長に用いた成長阻止膜２のパターンを図８に示す。半
導体レーザ部の長さは３００μｍ、テーパ導波路部の長
さは２００μｍとした。半導体レーザ部での成長阻止膜
幅は５０μｍ、テーパ導波路部分での成長阻止膜幅は５
０μｍから出射端に向かって５μｍに狭くするパターン
とした。このように成長阻止膜幅２を出射端に向けて狭
くするパターンを採用することで、間隙部分の成長レー
トが減少し、導波路厚が出射端に向かって薄くなってい
くテーパ構造を作り込むことができる。またテーパ導波
路の側面は（１１１）結晶面となるため散乱損失の低い
導波路が得られる。活性層であるＭＱＷ層１とテーパ導
波路層を一括形成した後は実施例１と同じ素子作製プロ
セスにて、ＳＳＣ−ＬＤを作製することができる。な
お、ｐ電極７は、発光部分とテーパ導波路の一部まで形
成し、テーパ導波路の一部に電流注入を行う構造とし、
ここでの吸収損失の増加を防いだ。
厚が変化したテーパ導波路を集積した素子（ＳＳＣ−Ｌ
Ｄ）を作製した場合の実施例について述べる。素子構造
を図７に示す。作製プロセスは実施例１とほぼ同じで、
異なる点は出射端に向かって導波路厚が薄くなっていく
テーパ導波路部と半導体レーザ部を一括形成する部分で
ある。ＭＱＷ活性層１とテーパ導波路層を酸化膜マスク
の間隙部分に選択ＭＯＶＰＥにより一括形成する。選択
成長に用いた成長阻止膜２のパターンを図８に示す。半
導体レーザ部の長さは３００μｍ、テーパ導波路部の長
さは２００μｍとした。半導体レーザ部での成長阻止膜
幅は５０μｍ、テーパ導波路部分での成長阻止膜幅は５
０μｍから出射端に向かって５μｍに狭くするパターン
とした。このように成長阻止膜幅２を出射端に向けて狭
くするパターンを採用することで、間隙部分の成長レー
トが減少し、導波路厚が出射端に向かって薄くなってい
くテーパ構造を作り込むことができる。またテーパ導波
路の側面は（１１１）結晶面となるため散乱損失の低い
導波路が得られる。活性層であるＭＱＷ層１とテーパ導
波路層を一括形成した後は実施例１と同じ素子作製プロ
セスにて、ＳＳＣ−ＬＤを作製することができる。な
お、ｐ電極７は、発光部分とテーパ導波路の一部まで形
成し、テーパ導波路の一部に電流注入を行う構造とし、
ここでの吸収損失の増加を防いだ。
【００２５】２５℃、８５℃での閾値電流はそれぞれ４
ｍＡ、１２ｍＡと低い特性を実現した。８５℃−１０ｍ
Ｗの駆動電流は４０ｍＡと低く、温度制御の必要ない光
モジュール実現に目処をつけることできた。テーパ導波
路の集積により放射角は通常の半導体レーザの３３°、
３５°から１０°と狭く、スポットサイズの直径が１０
μｍのシングルモードファイバとの最小結合損失は１.
５ｄＢと良好な結合特性も同時に実現した。
ｍＡ、１２ｍＡと低い特性を実現した。８５℃−１０ｍ
Ｗの駆動電流は４０ｍＡと低く、温度制御の必要ない光
モジュール実現に目処をつけることできた。テーパ導波
路の集積により放射角は通常の半導体レーザの３３°、
３５°から１０°と狭く、スポットサイズの直径が１０
μｍのシングルモードファイバとの最小結合損失は１.
５ｄＢと良好な結合特性も同時に実現した。
【００２６】（実施例３）次に、回折格子を有する分布
帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器を集積した素子
（EML;Electroabsorption Modulator Integrated Lase
r）の作製方法について述べる。実施例１と大きく異な
る部分は、選択ＭＯＶＰＥに用いる成長阻止膜２のパタ
ーンである。図９に活性層１と吸収層を一括形成するの
に用いるマスクパターンを示す。分布帰還半導体レーザ
部の共振器長は３００μｍ、また変調器部の長さは２０
０μｍとした。成長阻止膜幅は回折格子１４基板上に形
成される分布帰還半導体レーザ部で５０μｍ、変調器部
で３０μｍ一定とした。活性層１と吸収層は幅１.５μ
ｍの間隙部に選択ＭＯＶＰＥにより一括形成する。成長
阻止膜幅の変化による波長シフトは７０ｎｍであり、電
界吸収型変調器として適した波長シフト量となるよう設
計した。選択ＭＯＶＰＥの後は、実施例１と同じ素子作
製プロセスにてＥＭＬを作製することができる。ただ
し、分布帰還半導体レーザ部と変調器部の両者間に電気
的に独立な電極を形成した。また、電流ブロック層に
は、ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層を用いた。
帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器を集積した素子
（EML;Electroabsorption Modulator Integrated Lase
r）の作製方法について述べる。実施例１と大きく異な
る部分は、選択ＭＯＶＰＥに用いる成長阻止膜２のパタ
ーンである。図９に活性層１と吸収層を一括形成するの
に用いるマスクパターンを示す。分布帰還半導体レーザ
部の共振器長は３００μｍ、また変調器部の長さは２０
０μｍとした。成長阻止膜幅は回折格子１４基板上に形
成される分布帰還半導体レーザ部で５０μｍ、変調器部
で３０μｍ一定とした。活性層１と吸収層は幅１.５μ
ｍの間隙部に選択ＭＯＶＰＥにより一括形成する。成長
阻止膜幅の変化による波長シフトは７０ｎｍであり、電
界吸収型変調器として適した波長シフト量となるよう設
計した。選択ＭＯＶＰＥの後は、実施例１と同じ素子作
製プロセスにてＥＭＬを作製することができる。ただ
し、分布帰還半導体レーザ部と変調器部の両者間に電気
的に独立な電極を形成した。また、電流ブロック層に
は、ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層を用いた。
【００２７】本実施例により作製したＥＭＬは，閾値電
流３ｍＡで発振した。吸収層に２Ｖ印加した場合の消光
比は２０ｄＢと良好であった。２.５Ｇｂ変調時も良好
なアイ開口が得られた。同集積素子を用いて６００ｋｍ
のノーマルファイバ伝送実験を行ったところ，パワーペ
ナルティとして０.５ｄＢの小さい値を得た。
流３ｍＡで発振した。吸収層に２Ｖ印加した場合の消光
比は２０ｄＢと良好であった。２.５Ｇｂ変調時も良好
なアイ開口が得られた。同集積素子を用いて６００ｋｍ
のノーマルファイバ伝送実験を行ったところ，パワーペ
ナルティとして０.５ｄＢの小さい値を得た。
【００２８】（実施例４）図１０は、実施例２によるＳ
ＳＣ−ＬＤ１７をＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメ
ント実装した光モジュールの構成図である。パッシブア
ライメント実装は、素子に付けられた電極パターンとＰ
ＬＣ基板のパターンとを画像認識により一致させること
で素子をＰＬＣ基板１５上に配置する技術で、従来行わ
れていた光軸調整をすることなく、素子と導波路とを結
合する方法であり、実装コストを大きく低減させるもの
として注目を集めている。ＰＬＣ基板１５にはＹ分岐導
波路１８が形成されており、このＹ分岐導波路１８の一
方にはＳＳＣ−ＬＤ１７が、もう一方には受光素子１９
が実装される構成になっている。ＰＬＣ基板１５の導波
路１６とＳＳＣ−ＬＤ１７との結合損失は４ｄＢであ
り、パッシブアライメント実装による過剰損失は僅か
１.３ｄＢに抑えることができた。本発明による半導体
レーザは発振特性が大幅に改善されおり、同時に高温動
作特性も優れていることから、従来半導体レーザで行わ
れていた温度制御が不要となっている。このため、光モ
ジュールを非常に安価に構成することが可能となった。
ＳＣ−ＬＤ１７をＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメ
ント実装した光モジュールの構成図である。パッシブア
ライメント実装は、素子に付けられた電極パターンとＰ
ＬＣ基板のパターンとを画像認識により一致させること
で素子をＰＬＣ基板１５上に配置する技術で、従来行わ
れていた光軸調整をすることなく、素子と導波路とを結
合する方法であり、実装コストを大きく低減させるもの
として注目を集めている。ＰＬＣ基板１５にはＹ分岐導
波路１８が形成されており、このＹ分岐導波路１８の一
方にはＳＳＣ−ＬＤ１７が、もう一方には受光素子１９
が実装される構成になっている。ＰＬＣ基板１５の導波
路１６とＳＳＣ−ＬＤ１７との結合損失は４ｄＢであ
り、パッシブアライメント実装による過剰損失は僅か
１.３ｄＢに抑えることができた。本発明による半導体
レーザは発振特性が大幅に改善されおり、同時に高温動
作特性も優れていることから、従来半導体レーザで行わ
れていた温度制御が不要となっている。このため、光モ
ジュールを非常に安価に構成することが可能となった。
【００２９】（実施例５）図１１は、実施例４にて示し
た本発明の素子を実装した光モジュール２０を光通信シ
ステムに適用した構成を示すものである。サーバとクラ
イアントとは８〜３２分岐のスターカップラ２１を通し
て１本の光ファイバ２２で接続されている。本発明によ
り、安価な光モジュール２０を実現することが可能とな
るため、ＬＡＮ等の通信システムを安価に実現すること
ができる。
た本発明の素子を実装した光モジュール２０を光通信シ
ステムに適用した構成を示すものである。サーバとクラ
イアントとは８〜３２分岐のスターカップラ２１を通し
て１本の光ファイバ２２で接続されている。本発明によ
り、安価な光モジュール２０を実現することが可能とな
るため、ＬＡＮ等の通信システムを安価に実現すること
ができる。
【００３０】（実施例６）実施例１では、ＭＱＷ層を選
択ＭＯＶＰＥ成長により形成した。本発明は、実施例１
に示した構造以外でも通常行われているＳｉＯ２をマス
クにしてウエットエッチング、またはドライエッチング
にて導波路を形成する構造においても有効である。この
場合は、最初にｎ−ＩｎＰ基板にＭＱＷ層、もしくはバ
ルク層からなる発光部分を結晶成長する。つづいて、導
波路を形成するために、幅１.５μｍのストライプをＳ
ｉＯ２により基板上に形成した後、エッチングにより導
波路を形成する。その後、再度ＳｉＯ２をマスクにし
て、ＭＯＶＰＥ成長によりｐ電流ブロック層とｎ電流ブ
ロック層を順次成長し、ＳｉＯ２を除去の後基板全面に
ｐ−ＩｎＰクラッド層を成長させ、通常の電極プロセス
を経て素子が完成する。また、電流ブロック層とｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層形成に際しては、ＭＯＶＰＥに限らず、
ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy ;液相エピタキシ）を用
いても素子作製ができる。実施例１と同様の共振器長並
びに端面構造として素子を評価したところ、ほぼ同等の
発振特性を実現できた。
択ＭＯＶＰＥ成長により形成した。本発明は、実施例１
に示した構造以外でも通常行われているＳｉＯ２をマス
クにしてウエットエッチング、またはドライエッチング
にて導波路を形成する構造においても有効である。この
場合は、最初にｎ−ＩｎＰ基板にＭＱＷ層、もしくはバ
ルク層からなる発光部分を結晶成長する。つづいて、導
波路を形成するために、幅１.５μｍのストライプをＳ
ｉＯ２により基板上に形成した後、エッチングにより導
波路を形成する。その後、再度ＳｉＯ２をマスクにし
て、ＭＯＶＰＥ成長によりｐ電流ブロック層とｎ電流ブ
ロック層を順次成長し、ＳｉＯ２を除去の後基板全面に
ｐ−ＩｎＰクラッド層を成長させ、通常の電極プロセス
を経て素子が完成する。また、電流ブロック層とｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層形成に際しては、ＭＯＶＰＥに限らず、
ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy ;液相エピタキシ）を用
いても素子作製ができる。実施例１と同様の共振器長並
びに端面構造として素子を評価したところ、ほぼ同等の
発振特性を実現できた。
【００３１】（その他の実施例）本発明では、半導体レ
ーザ部と回折格子が形成されたブラッグ導波路を集積し
たＤＢＲレーザ構造としても良い。半導体レーザ部に回
折格子を形成する分布帰還半導体レーザ構造としてもよ
い。さらに、上記した実施例では、ＭＱＷをＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系材料によって構成しているが、ＡｌＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ ／ＧａＩｎＰ
系材料、ＺｎＳｅ系、ＧａＮ系その他の化合物半導体材
料を使用したものであってもよい。
ーザ部と回折格子が形成されたブラッグ導波路を集積し
たＤＢＲレーザ構造としても良い。半導体レーザ部に回
折格子を形成する分布帰還半導体レーザ構造としてもよ
い。さらに、上記した実施例では、ＭＱＷをＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系材料によって構成しているが、ＡｌＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ ／ＧａＩｎＰ
系材料、ＺｎＳｅ系、ＧａＮ系その他の化合物半導体材
料を使用したものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、活性層直上の再成長界面に形
成されるｎ反転した層を高濃度のＺｎによりｐ型とする
ことで、活性層に正孔を有効に注入し、良好な発振特性
を実現するものである。これにより従来構造ではｐブロ
ック層に注入されて、ブロック層の耐圧を低下させてい
た漏れ電流が減少することから、良好な高出力特性も同
時に期待できる。さらに、本発明によるレーザ構造は、
ファブリ・ペロー型半導体レーザ、半導体レーザアンプ
や分布帰還型半導体レーザ等の単体素子に限らず、変調
器集積化光源、分布ブラッグ反射型半導体レーザといっ
た多くの構造に適用可能な利点を併せ持つ。
成されるｎ反転した層を高濃度のＺｎによりｐ型とする
ことで、活性層に正孔を有効に注入し、良好な発振特性
を実現するものである。これにより従来構造ではｐブロ
ック層に注入されて、ブロック層の耐圧を低下させてい
た漏れ電流が減少することから、良好な高出力特性も同
時に期待できる。さらに、本発明によるレーザ構造は、
ファブリ・ペロー型半導体レーザ、半導体レーザアンプ
や分布帰還型半導体レーザ等の単体素子に限らず、変調
器集積化光源、分布ブラッグ反射型半導体レーザといっ
た多くの構造に適用可能な利点を併せ持つ。
【図１】本発明の実施例を示す半導体レーザの構造図で
ある。
ある。
【図２】従来技術の半導体レーザの構造図である。
【図３】発振特性解析に用いたメッシュパターンであ
る。
る。
【図４】内部微分量子効率の計算結果である。
【図５】本発明による半導体レーザの作製工程を説明す
る図である。
る図である。
【図６】図５の続きの工程を示す図である。
【図７】ＳＳＣ−ＬＤの構造図である。
【図８】ＳＳＣ−ＬＤの成長阻止膜パターンである。
【図９】ＤＦＢ／ＭＯＤの成長阻止膜パターンである。
【図１０】本発明による光モジュールの構成を示す図で
ある。
ある。
【図１１】本発明による光通信システムの構成を示す図
である。
である。
１ ＭＱＷ層 ２ 成長阻止膜 ３ ｎ−ＩｎＰ基板 ４ 間隙部分 ５ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層 ６ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層 ７ ｐ電極 ８ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ９ ｎ電極 １０ 酸化膜 １１ ｐキャップ層 １２ 回折格子 １５ ＰＬＣ基板 １６ 導波路 １７ ＳＳＣ−ＬＤ １８ Ｙ分岐導波路 １９ 受光素子 ２０ 光モジュール ２１ スターカップラ ２２ 光ファイバ ２３ ＰＣ
Claims (10)
- 【請求項１】 二つの異なる導電型半導体間に該導電型
半導体よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少
なくとも１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな
半導体層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、
若しくは絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を
行うことで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷
移波長にてレーザ発振する半導体レーザにおいて、 該エネルギーギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内
において、該導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ
０.２μｍ以下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よ
りも１.５倍以上５倍以下であることを特徴とする半導
体レーザ。 - 【請求項２】 二つの異なる導電型半導体間に該導電型
半導体よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少
なくとも１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな
半導体層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、
若しくは絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を
行うことで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷
移波長にてレーザ発振する半導体レーザの製造方法にお
いて、 素子作製の際の再成長界面近傍のドーピング濃度が、該
導電型半導体の他の部分よりも１.５倍以上５倍以下で
あることを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項３】 前記エネルギーギャップの小さな半導体
層両脇にｐｎｐｎサイリスタを有する電流狭窄構造を有
し、注入された電流を効果的に前記エネルギーギャップ
の小さな半導体層に集中させることを特徴とする請求項
１記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記エネルギーバンドギャップの小さな
半導体層が量子井戸もしくは多重量子井戸構造となって
いることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 選択成長により形成される光導波路の側
壁が（１１１）結晶面であることを特徴とする請求項１
記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 動作波長が０．３〜１．７μｍであるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 光導波路が設けられ、この光導波路が埋
め込み型であることを特徴とする請求項１記載の半導体
レーザ。 - 【請求項８】 前記半導体レーザが分布帰還型半導体レ
ーザ又は分布反射型半導体レーザであり、テーパ導波
路、光変調器、光検出器、光スイッチ、光導波路のう
ち、少なくとも一つが一体的に形成されていることを特
徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 二つの異なる導電型半導体間に該導電型
半導体よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を少
なくとも１層以上有し、該エネルギーギャップの小さな
半導体層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導体、
若しくは絶縁型半導体により囲まれており、電流注入を
行うことで前記エネルギーギャップの小さな半導体の遷
移波長にてレーザ発振する半導体レーザであって、該エ
ネルギーギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内にお
いて、該導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ０.
２μｍ以下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よりも
１.５倍以上５倍以下である半導体レーザを少なくとも
一個用いて形成したことを特徴とする光モジュール。 - 【請求項１０】 二つの異なる導電型半導体間に該導電
型半導体よりもエネルギーギャップの小さな半導体層を
少なくとも１層以上有し、該エネルギーギャップの小さ
な半導体層は少なくとも導電型半導体、半絶縁型半導
体、若しくは絶縁型半導体により囲まれており、電流注
入を行うことで前記エネルギーギャップの小さな半導体
の遷移波長にてレーザ発振する半導体レーザであって、
該エネルギーギャップの小さな半導体層近傍１μｍ以内
において、該導電型半導体中のドーピング濃度が、厚さ
０.２μｍ以下の範囲で、該導電型半導体の他の部分よ
りも１.５倍以上５倍以下である半導体レーザを少なく
とも一個用いて形成したことを特徴とする光通信システ
ム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014707A JP3339486B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 半導体レーザとその製造方法及び半導体レーザを用いた光モジュール及び光通信システム |
| US09/770,115 US6574258B2 (en) | 2000-01-24 | 2001-01-23 | Semiconductor laser having an active layer provided between two different conduction types of semiconductor layers, and optical modules and communication systems formed therewith |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014707A JP3339486B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 半導体レーザとその製造方法及び半導体レーザを用いた光モジュール及び光通信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001210911A true JP2001210911A (ja) | 2001-08-03 |
| JP3339486B2 JP3339486B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000014707A Expired - Fee Related JP3339486B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 半導体レーザとその製造方法及び半導体レーザを用いた光モジュール及び光通信システム |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6574258B2 (ja) |
| JP (1) | JP3339486B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100416870C (zh) * | 2003-02-17 | 2008-09-03 | 株式会社东芝 | 半导体发光二极管 |
| JP2012186407A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-09-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体結晶、光半導体素子及びそれらの製造方法 |
| JP2013030505A (ja) * | 2011-07-26 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2014165292A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Hitachi Ltd | 発光素子及びその製造方法並びに光送受信器 |
| JP2015068918A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子、光モジュールおよび半導体光素子の製造方法 |
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| KR100630197B1 (ko) * | 2004-11-03 | 2006-09-29 | 삼성전자주식회사 | 플립 칩 본딩을 위한 반도체 광소자의 제작 방법 |
| JP2007287872A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Fujifilm Corp | 半導体素子及び半導体素子の製造方法 |
| WO2020255281A1 (ja) * | 2019-06-19 | 2020-12-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3267582B2 (ja) * | 1999-06-17 | 2002-03-18 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
-
2000
- 2000-01-24 JP JP2000014707A patent/JP3339486B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-01-23 US US09/770,115 patent/US6574258B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100416870C (zh) * | 2003-02-17 | 2008-09-03 | 株式会社东芝 | 半导体发光二极管 |
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| JP2014165292A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Hitachi Ltd | 発光素子及びその製造方法並びに光送受信器 |
| JP2015068918A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子、光モジュールおよび半導体光素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010012306A1 (en) | 2001-08-09 |
| US6574258B2 (en) | 2003-06-03 |
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