JP2002134842A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広い温度範囲にわたり高速変調性能を備える
ような半導体レーザ装置を実現する。 【解決手段】 本発明の代表的な形態は、半導体レーザ
の活性層領域をＩｎＧａＡｌＡｓ材料あるいはＩｎＧａ
Ａｓ系の多重量子井戸構造とし、障壁層の組成波長を９
５０ｎｍ未満とする。更に別な形態は、同材料系の多重
量子井戸を活性層とそれに接する光ガイド層をもつ構造
において、障壁層の組成波長を１２００ｎｍ未満とし、
光ガイド層の組成波長を障壁層と実質的に同じまたは短
いものとする。
ような半導体レーザ装置を実現する。 【解決手段】 本発明の代表的な形態は、半導体レーザ
の活性層領域をＩｎＧａＡｌＡｓ材料あるいはＩｎＧａ
Ａｓ系の多重量子井戸構造とし、障壁層の組成波長を９
５０ｎｍ未満とする。更に別な形態は、同材料系の多重
量子井戸を活性層とそれに接する光ガイド層をもつ構造
において、障壁層の組成波長を１２００ｎｍ未満とし、
光ガイド層の組成波長を障壁層と実質的に同じまたは短
いものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、多重量子井戸構
造を備えた、発振波長が主に１．３μｍより１．５５μ
ｍ帯の半導体レーザ装置に関するものである。
造を備えた、発振波長が主に１．３μｍより１．５５μ
ｍ帯の半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信網の急速な普及にともない、光通
信用半導体レーザには非常に高い性能が要求されてい
る。特に、大容量かつ中程度の伝送距離が必要となるメ
トロや１０ギガビット・イーサネット（登録商標）に用
いられる光モジュールは、低コスト化が必須であり、更
に、そこに用いられる半導体レーザには広い温度範囲に
わたる良好な特性と、直接変調方式による１０Ｇｂｐｓ
以上の超高速変調性能が要求される。
信用半導体レーザには非常に高い性能が要求されてい
る。特に、大容量かつ中程度の伝送距離が必要となるメ
トロや１０ギガビット・イーサネット（登録商標）に用
いられる光モジュールは、低コスト化が必須であり、更
に、そこに用いられる半導体レーザには広い温度範囲に
わたる良好な特性と、直接変調方式による１０Ｇｂｐｓ
以上の超高速変調性能が要求される。
【０００３】高速変調や長距離伝送が必要な光通信用光
源としては、発振波長１．２５μｍ〜１．６μｍの長波
長帯半導体レーザが適している。この長波長帯半導体レ
ーザとして現在主流なのが、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡ
ｓＰ材料による半導体レーザ（以下、ＩｎＧａＡｓＰレ
ーザと略称する）である。
源としては、発振波長１．２５μｍ〜１．６μｍの長波
長帯半導体レーザが適している。この長波長帯半導体レ
ーザとして現在主流なのが、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡ
ｓＰ材料による半導体レーザ（以下、ＩｎＧａＡｓＰレ
ーザと略称する）である。
【０００４】このＩｎＧａＡｓＰレーザにおいて高速変
調の為の技術は、下記のようなものが提案されている。
その代表的な方法は、緩和振動周波数を高くし、レーザ
の高速変調を行おうとするものである。緩和振動周波数
を高くする方策は、（１）活性層を多重量子井戸（以
下、ＭＱＷと略記する）構造とし、井戸層数を大きくす
る方法、（２）ＭＱＷの井戸層に歪を導入する方法、
（３）ＭＱＷの障壁層にｐ型変調ドーピングを行う方法
などがある。しかし、現実には物理的な理論には表れて
いない要因などが複雑に絡み合うため、絶対的な方法と
いうものは定まっておらず、８５℃といった高温で緩和
振動周波数が１０ＧＨｚを越えるようなＩｎＧａＡｓＰ
レーザを作製するのは困難になっている。
調の為の技術は、下記のようなものが提案されている。
その代表的な方法は、緩和振動周波数を高くし、レーザ
の高速変調を行おうとするものである。緩和振動周波数
を高くする方策は、（１）活性層を多重量子井戸（以
下、ＭＱＷと略記する）構造とし、井戸層数を大きくす
る方法、（２）ＭＱＷの井戸層に歪を導入する方法、
（３）ＭＱＷの障壁層にｐ型変調ドーピングを行う方法
などがある。しかし、現実には物理的な理論には表れて
いない要因などが複雑に絡み合うため、絶対的な方法と
いうものは定まっておらず、８５℃といった高温で緩和
振動周波数が１０ＧＨｚを越えるようなＩｎＧａＡｓＰ
レーザを作製するのは困難になっている。
【０００５】一方、高温で優れた温度特性を持つ光通信
用長波長帯半導体レーザとして近年注目されているもの
の１つにＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓ材料による半
導体レーザ（以下、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザと略称す
る）がある。しかし、電子に対するエネルギー障壁が低
く、逆に正孔に対するエネルギー障壁が高い。従って、
有効質量の小さい電子は高温において井戸層から漏れや
すくなるため、しきい電流や効率などのレーザ諸特性の
劣化が大きい。
用長波長帯半導体レーザとして近年注目されているもの
の１つにＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓ材料による半
導体レーザ（以下、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザと略称す
る）がある。しかし、電子に対するエネルギー障壁が低
く、逆に正孔に対するエネルギー障壁が高い。従って、
有効質量の小さい電子は高温において井戸層から漏れや
すくなるため、しきい電流や効率などのレーザ諸特性の
劣化が大きい。
【０００６】一方、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸レー
ザの場合、電子に対するエネルギー障壁が高いため、高
温においても井戸層からの電子の漏れが抑制され、優れ
た高温特性のレーザが得られる。正孔に対するエネルギ
ー障壁が低いが、正孔は有効質量が十分大きいため高温
の漏れにはつながらない。
ザの場合、電子に対するエネルギー障壁が高いため、高
温においても井戸層からの電子の漏れが抑制され、優れ
た高温特性のレーザが得られる。正孔に対するエネルギ
ー障壁が低いが、正孔は有効質量が十分大きいため高温
の漏れにはつながらない。
【０００７】ＩｎＧａＡｌＡｓレーザの緩和振動周波数
について報告した例に次のようなものがある。 （１）１０回インジウム燐及びこれに関連する材料に関
するインターナショナル・コンフェレンス(１９９８
年)：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｓ、ｐ．７２９−ｐ．７３２。 （２）第６１回応用物理学会学術講演会（２０００年９
月）講演予稿集ｐ９９７、６ｐ−R−１５。 （３）日本国、公開公報、特開平８−１７２２４１号。
について報告した例に次のようなものがある。 （１）１０回インジウム燐及びこれに関連する材料に関
するインターナショナル・コンフェレンス(１９９８
年)：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｓ、ｐ．７２９−ｐ．７３２。 （２）第６１回応用物理学会学術講演会（２０００年９
月）講演予稿集ｐ９９７、６ｐ−R−１５。 （３）日本国、公開公報、特開平８−１７２２４１号。
【０００８】これまでの研究は、ＩｎＧａＡｓＰレーザ
の技術にならって１．０μｍ−１．０５μｍを中心に検
討しているにすぎない。これまで、ＩｎＧａＡｓＰレー
ザで上記組成波長が用いられるのは、これを越えて短波
長の組成を用いると、価電子帯のエネルギー障壁が大き
すぎるために各井戸層への正孔の不均一注入とこれによ
る効率低下が起こり、却って変調速度が低下するからで
あると推測される。このように、ＩｎＧａＡｌＡｓレー
ザにおいても、ＩｎＧａＡｓＰレーザにならった組成波
長の範囲の障壁層が用いられてきたのが、これまでの状
況である。ＩｎＧａＡｌＡｓレーザにおいて障壁層組成
依存性、特にその短波長化の観点から緩和振動周波数の
向上を研究した例は見出していない。
の技術にならって１．０μｍ−１．０５μｍを中心に検
討しているにすぎない。これまで、ＩｎＧａＡｓＰレー
ザで上記組成波長が用いられるのは、これを越えて短波
長の組成を用いると、価電子帯のエネルギー障壁が大き
すぎるために各井戸層への正孔の不均一注入とこれによ
る効率低下が起こり、却って変調速度が低下するからで
あると推測される。このように、ＩｎＧａＡｌＡｓレー
ザにおいても、ＩｎＧａＡｓＰレーザにならった組成波
長の範囲の障壁層が用いられてきたのが、これまでの状
況である。ＩｎＧａＡｌＡｓレーザにおいて障壁層組成
依存性、特にその短波長化の観点から緩和振動周波数の
向上を研究した例は見出していない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本願発明の課題は、高
温雰囲気にても高速動作を確保することが出来る化合物
半導体レーザ装置を提供するものである。本願発明は、
ＩｎＧａＡｌＡｓレーザ装置の変調特性に優れる理由を
ふまえて、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザ装置の高速変調特性
をさらに引き出し、高温・高速の通信用光源として十分
な性能を備えた半導体レーザの構造を提供する。
温雰囲気にても高速動作を確保することが出来る化合物
半導体レーザ装置を提供するものである。本願発明は、
ＩｎＧａＡｌＡｓレーザ装置の変調特性に優れる理由を
ふまえて、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザ装置の高速変調特性
をさらに引き出し、高温・高速の通信用光源として十分
な性能を備えた半導体レーザの構造を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願発明の半導体レーザ
装置の代表的な第１の形態は、ＩｎＰ基板上に形成され
た、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓを井戸層とし
ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＡｌＡｓを障壁層とする多
重量子井戸活性層を備え、当該障壁層の２５℃における
組成波長が９５０ｎｍ未満であることを特徴とする。な
お、これ以降、組成波長はすべて２５℃における値を指
すものとする。
装置の代表的な第１の形態は、ＩｎＰ基板上に形成され
た、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓを井戸層とし
ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＡｌＡｓを障壁層とする多
重量子井戸活性層を備え、当該障壁層の２５℃における
組成波長が９５０ｎｍ未満であることを特徴とする。な
お、これ以降、組成波長はすべて２５℃における値を指
すものとする。
【００１１】本願発明の半導体レーザ装置の代表的な第
２の形態は、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓま
たはＩｎＧａＡｌＡｓを井戸層としＩｎＧａＡｌＡｓま
たはＩｎＡｌＡｓを障壁層とする多重量子井戸活性層を
備え、当該多重量子井戸活性層に該ＩｎＰ基板側および
その反対側で接する単一組成または傾斜組成の第１の光
ガイド層および第２の光ガイド層を有する半導体レーザ
装置において、当該障壁層の組成波長が１０００ｎｍ未
満であり、当該第１の光ガイド層ならびに当該第２のガ
イド層の組成波長が当該障壁層と実質的に同じまたはそ
れ未満であることを特徴とするものである。
２の形態は、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓま
たはＩｎＧａＡｌＡｓを井戸層としＩｎＧａＡｌＡｓま
たはＩｎＡｌＡｓを障壁層とする多重量子井戸活性層を
備え、当該多重量子井戸活性層に該ＩｎＰ基板側および
その反対側で接する単一組成または傾斜組成の第１の光
ガイド層および第２の光ガイド層を有する半導体レーザ
装置において、当該障壁層の組成波長が１０００ｎｍ未
満であり、当該第１の光ガイド層ならびに当該第２のガ
イド層の組成波長が当該障壁層と実質的に同じまたはそ
れ未満であることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】上記の本願発明の趣旨に従って、
本願発明の主な形態を列挙すれば、以下の通りである。
本願発明の主な形態を列挙すれば、以下の通りである。
【００１３】本願発明の第１の形態は、ＩｎＧａＡｓ及
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
発振波長が１．２μｍ以上であり、且つ前記障壁層の２
５℃における組成波長が９５０ｎｍ未満であることを特
徴とする半導体レーザ装置である。
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
発振波長が１．２μｍ以上であり、且つ前記障壁層の２
５℃における組成波長が９５０ｎｍ未満であることを特
徴とする半導体レーザ装置である。
【００１４】ここでＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｌＡ
ｓ、ならびにＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの具体
的な組成は、当該半導体レーザ装置に要請されている発
振波長に応じて定められるが、本願発明は、わけても発
振波長が主に１．３μｍ帯より１．５５μｍ帯の半導体
レーザ装置に有用である。従って、本願発明は、光通信
用光源として極めて有用である。以下、本願発明に係わ
る諸半導体層についても同様である。尚、現在、一般的
に１．３μｍ帯の光通信は、１．３１±０．０２μｍ、
又、１．５５μｍ帯の光通信は、１．５５±０．０２μ
ｍ程度の波長範囲で用いられている。
ｓ、ならびにＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの具体
的な組成は、当該半導体レーザ装置に要請されている発
振波長に応じて定められるが、本願発明は、わけても発
振波長が主に１．３μｍ帯より１．５５μｍ帯の半導体
レーザ装置に有用である。従って、本願発明は、光通信
用光源として極めて有用である。以下、本願発明に係わ
る諸半導体層についても同様である。尚、現在、一般的
に１．３μｍ帯の光通信は、１．３１±０．０２μｍ、
又、１．５５μｍ帯の光通信は、１．５５±０．０２μ
ｍ程度の波長範囲で用いられている。
【００１５】前記多重量子井戸構造を活性層領域を搭載
する半導体基板は、ＩｎＰ基板あるいはＩｎＧａＡｓ基
板などを用いることが出来る。しかし、実用的には２元
系の化合物半導体材料のＩｎＰ基板が極めて有用であ
る。３元系の化合物半導体材料はその組成制御など実用
上の難点が大きい。
する半導体基板は、ＩｎＰ基板あるいはＩｎＧａＡｓ基
板などを用いることが出来る。しかし、実用的には２元
系の化合物半導体材料のＩｎＰ基板が極めて有用であ
る。３元系の化合物半導体材料はその組成制御など実用
上の難点が大きい。
【００１６】又、前記多重量子井戸構造は、歪多重量子
井戸構造、歪補償多重量子井戸構造など、一般にこれま
で用いられている各種多重量子井戸構造を用いることが
出来る。量子井戸の周期は、勿論、要請される特性にも
依存するが、一般に５周期から１０周期が多用されてい
る。
井戸構造、歪補償多重量子井戸構造など、一般にこれま
で用いられている各種多重量子井戸構造を用いることが
出来る。量子井戸の周期は、勿論、要請される特性にも
依存するが、一般に５周期から１０周期が多用されてい
る。
【００１７】本願発明の第２の形態は、ＩｎＧａＡｓ及
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
発振波長が１．２μｍ以上であり、且つ前記障壁層の２
５℃における組成波長が９５０ｎｍ未満であり、前記障
壁層の組成波長が短くなるにつれて緩和振動周波数が増
加する特性を利用したことを特徴とする半導体レーザ装
置である。
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
発振波長が１．２μｍ以上であり、且つ前記障壁層の２
５℃における組成波長が９５０ｎｍ未満であり、前記障
壁層の組成波長が短くなるにつれて緩和振動周波数が増
加する特性を利用したことを特徴とする半導体レーザ装
置である。
【００１８】本願発明の第３の形態は、ＩｎＧａＡｓ及
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
前記活性層領域をその積層方向の上下から挟むｐ側光ガ
イド層およびｎ側光ガイド層を有し、発振波長が１．２
μｍ以上であり、且つ前記障壁層の２５℃における組成
波長が１０００ｎｍ未満であり、前記ｐ側光ガイド層お
よび前記ｎ側光ガイド層がいずれもＩｎＧａＡｌＡｓ及
びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を有し
てなり且つその前記２５℃における組成波長が前記障壁
層の組成波長と実質的に同じあるいはより短いことを特
徴とする半導体レーザ装置である。
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
前記活性層領域をその積層方向の上下から挟むｐ側光ガ
イド層およびｎ側光ガイド層を有し、発振波長が１．２
μｍ以上であり、且つ前記障壁層の２５℃における組成
波長が１０００ｎｍ未満であり、前記ｐ側光ガイド層お
よび前記ｎ側光ガイド層がいずれもＩｎＧａＡｌＡｓ及
びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を有し
てなり且つその前記２５℃における組成波長が前記障壁
層の組成波長と実質的に同じあるいはより短いことを特
徴とする半導体レーザ装置である。
【００１９】しきい電流密度低減のために、活性層領域
に接する両側の光ガイド層を障壁層と同じ、もしくはよ
り短波長の組成として活性層へのキャリア閉じ込め効果
を大きくすることによってなすことが出来る。
に接する両側の光ガイド層を障壁層と同じ、もしくはよ
り短波長の組成として活性層へのキャリア閉じ込め効果
を大きくすることによってなすことが出来る。
【００２０】本願発明の第４の形態は、ＩｎＧａＡｓ及
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
前記活性層領域をその積層方向の上下から挟むｐ側光ガ
イド層およびｎ側光ガイド層を有し、発振波長が１．２
μｍ以上であり、前記障壁層の２５℃における組成波長
が１０００ｎｍ未満であり、前記障壁層の組成波長が短
くなるにつれて緩和振動周波数が増加する特性を利用
し、且つ前記ｐ側ガイド層および前記ｎ側ガイド層がい
ずれもＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ば
れた少なくとも１者を有してなり且つその前記２５℃に
おける組成波長が前記障壁層の組成波長と実質的に同じ
あるいはより短いことを特徴とする半導体レーザ装置で
ある。
びＩｎＧａＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を
有してなる井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓ
の群から選ばれた少なくとも１者を有してなる障壁層に
よって構成された多重量子井戸構造を活性層領域とし、
前記活性層領域をその積層方向の上下から挟むｐ側光ガ
イド層およびｎ側光ガイド層を有し、発振波長が１．２
μｍ以上であり、前記障壁層の２５℃における組成波長
が１０００ｎｍ未満であり、前記障壁層の組成波長が短
くなるにつれて緩和振動周波数が増加する特性を利用
し、且つ前記ｐ側ガイド層および前記ｎ側ガイド層がい
ずれもＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ば
れた少なくとも１者を有してなり且つその前記２５℃に
おける組成波長が前記障壁層の組成波長と実質的に同じ
あるいはより短いことを特徴とする半導体レーザ装置で
ある。
【００２１】本願発明の第５の形態は、前記ｎ側ガイド
層がＩｎＰまたは２５℃において前記障壁層に対し正孔
に対する価電子帯エネルギーが高くなるような組成波長
を持つＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする請求項
第３項又は第４項に記載の半導体レーザ装置である。多
くは、前記ｎ側ガイド層がＩｎＰまたは２５℃において
１２５０ｎｍ未満の組成波長を有する。
層がＩｎＰまたは２５℃において前記障壁層に対し正孔
に対する価電子帯エネルギーが高くなるような組成波長
を持つＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする請求項
第３項又は第４項に記載の半導体レーザ装置である。多
くは、前記ｎ側ガイド層がＩｎＰまたは２５℃において
１２５０ｎｍ未満の組成波長を有する。
【００２２】光帰還機能は、ファブリーペロー共振器、
前記活性層領域で発生する光電界の及ぶ範囲に回折格子
構造を備える形態、例えばＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ）レーザ、あるいはＤＢＲ（Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆlｅｃｔｏ
ｒ）レーザなど、半導体レーザの分野で用いられる光帰
還機能を用いることが出来る。
前記活性層領域で発生する光電界の及ぶ範囲に回折格子
構造を備える形態、例えばＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ）レーザ、あるいはＤＢＲ（Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆlｅｃｔｏ
ｒ）レーザなど、半導体レーザの分野で用いられる光帰
還機能を用いることが出来る。
【００２３】又、当該活性層領域の横方向の光の閉じ込
めの為、リッジ導波路型、埋め込みヘテロ型のストライ
プ構造など、これまで知られたいずれの構造を用いるこ
とが可能である。更に、本願発明の実施に当って、結晶
性改善の為のバッファ層、あるいは発光端面の保護膜な
ど、通例の半導体レーザ装置に用いる技術を採用するこ
とが可能なことは当然である。
めの為、リッジ導波路型、埋め込みヘテロ型のストライ
プ構造など、これまで知られたいずれの構造を用いるこ
とが可能である。更に、本願発明の実施に当って、結晶
性改善の為のバッファ層、あるいは発光端面の保護膜な
ど、通例の半導体レーザ装置に用いる技術を採用するこ
とが可能なことは当然である。
【００２４】本願発明の具体的な実施の諸形態を説明す
るに先立って、本願発明に係わる半導体レーザ装置の一
般的説明及びその作用について詳細に説明する。
るに先立って、本願発明に係わる半導体レーザ装置の一
般的説明及びその作用について詳細に説明する。
【００２５】まず、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザとＩｎＧａ
ＡｓＰレーザとを比較し、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザが高
温特性に優れるだけでなく、高い緩和振動周波数を達成
するのに適した材料である旨について説明する。
ＡｓＰレーザとを比較し、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザが高
温特性に優れるだけでなく、高い緩和振動周波数を達成
するのに適した材料である旨について説明する。
【００２６】電子は有効質量が小さく、エネルギー分布
が広がりやすい。そこで量子井戸構造における量子効果
の大きさ、すなわちサブバンド間のエネルギー差は、井
戸内の電子のエネルギー分布や基底準位への電子の注入
効率に大きく影響する。即ち、量子井戸構造におけるエ
ネルギー障壁ΔＥｃが大きいほど量子効果が強く現れて
微分利得が増大し、基底準位への効率的な電子注入によ
り高速変調時の応答特性も向上する。この効果はエネル
ギー障壁の増大とともに飽和する。しかし、有効質量の
小さい電子に対して、８５℃のような高温においても、
エネルギー分布の広がりによる高速変調特性の劣化を抑
えるには、１００ｍｅＶ程度のΔＥｃでは不十分であ
り、３００ｍｅＶ以上まで大きくできることが望まし
い。
が広がりやすい。そこで量子井戸構造における量子効果
の大きさ、すなわちサブバンド間のエネルギー差は、井
戸内の電子のエネルギー分布や基底準位への電子の注入
効率に大きく影響する。即ち、量子井戸構造におけるエ
ネルギー障壁ΔＥｃが大きいほど量子効果が強く現れて
微分利得が増大し、基底準位への効率的な電子注入によ
り高速変調時の応答特性も向上する。この効果はエネル
ギー障壁の増大とともに飽和する。しかし、有効質量の
小さい電子に対して、８５℃のような高温においても、
エネルギー分布の広がりによる高速変調特性の劣化を抑
えるには、１００ｍｅＶ程度のΔＥｃでは不十分であ
り、３００ｍｅＶ以上まで大きくできることが望まし
い。
【００２７】ところが、ＩｎＧａＡｓＰレーザでは、価
電子帯障壁ΔＥνが大きすぎると、正孔の不均一注入が
起こり性能が低下するため、障壁層の組成波長は?１．
０５μｍより短くできなかった。このときのΔＥｃは約
９０ｍｅＶであり、十分な高速変調特性を実現するには
不足である。
電子帯障壁ΔＥνが大きすぎると、正孔の不均一注入が
起こり性能が低下するため、障壁層の組成波長は?１．
０５μｍより短くできなかった。このときのΔＥｃは約
９０ｍｅＶであり、十分な高速変調特性を実現するには
不足である。
【００２８】これに対しＩｎＧａＡｌＡｓレーザのＭＱ
Ｗは、大きな伝導帯エネルギー障壁と小さい価電子帯エ
ネルギー障壁を持つ。したがって、量子効果を大きくし
て緩和振動周波数を増大させるためにエネルギー障壁を
大きくしても、ＩｎＧａＡｓＰレーザの場合のように正
孔がボトルネックとなって緩和振動周波数が低下すると
いうことが起こりにくい。図６は、ＩｎＧａＡｌＡｓ多
重量子井戸構造（図６の（ａ））とＩｎＧａＡｓＰ多重
量子井戸構造のバンド構造（図６の（ｂ））を比較して
示したものである。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸構造
は、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造に比較して価電子
帯障壁ΔＥνが小さいので、正孔閉じ込めの高さが大き
くなりすぎない利点を有する。
Ｗは、大きな伝導帯エネルギー障壁と小さい価電子帯エ
ネルギー障壁を持つ。したがって、量子効果を大きくし
て緩和振動周波数を増大させるためにエネルギー障壁を
大きくしても、ＩｎＧａＡｓＰレーザの場合のように正
孔がボトルネックとなって緩和振動周波数が低下すると
いうことが起こりにくい。図６は、ＩｎＧａＡｌＡｓ多
重量子井戸構造（図６の（ａ））とＩｎＧａＡｓＰ多重
量子井戸構造のバンド構造（図６の（ｂ））を比較して
示したものである。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸構造
は、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造に比較して価電子
帯障壁ΔＥνが小さいので、正孔閉じ込めの高さが大き
くなりすぎない利点を有する。
【００２９】尚、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザのＭＱＷにお
ける、井戸層と障壁層との間のバンドギャップ差ΔＥ
ｇ、伝導帯エネルギー障壁ΔＥｃ、価電子帯障壁ΔＥν
の相互の関係を定量的に示せば次の通りである。 ΔＥｃ＝０．７２ΔＥｇ、ΔＥν＝０．２８ΔＥｇ これに対し、ＩｎＧａＡｓＰレーザのＭＱＷでは、次の
関係が成り立つ。 ΔＥｃ＝０．４ΔＥｇ、ΔＥν＝０．６ΔＥｇ 尚、この関係は、例えば、アイ・イー・イー・イー ジ
ャーナル オブ クアンタム エレクトロニクス、第３
０巻、１９９４年、第５１１頁（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ
Ａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ、Ｖｏｌ．３０、１９９４、ｐ．５１１）に報告され
ている。
ける、井戸層と障壁層との間のバンドギャップ差ΔＥ
ｇ、伝導帯エネルギー障壁ΔＥｃ、価電子帯障壁ΔＥν
の相互の関係を定量的に示せば次の通りである。 ΔＥｃ＝０．７２ΔＥｇ、ΔＥν＝０．２８ΔＥｇ これに対し、ＩｎＧａＡｓＰレーザのＭＱＷでは、次の
関係が成り立つ。 ΔＥｃ＝０．４ΔＥｇ、ΔＥν＝０．６ΔＥｇ 尚、この関係は、例えば、アイ・イー・イー・イー ジ
ャーナル オブ クアンタム エレクトロニクス、第３
０巻、１９９４年、第５１１頁（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ
Ａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ、Ｖｏｌ．３０、１９９４、ｐ．５１１）に報告され
ている。
【００３０】そこで本発明者は、ＩｎＧａＡｌＡｓレー
ザの従来の研究では調べられていなかった領域にまで障
壁層組成を短波長化することによって緩和振動周波数の
向上が図れるのではないかと考え、障壁層組成波長とレ
ーザ特性の相関を調べることにした。
ザの従来の研究では調べられていなかった領域にまで障
壁層組成を短波長化することによって緩和振動周波数の
向上が図れるのではないかと考え、障壁層組成波長とレ
ーザ特性の相関を調べることにした。
【００３１】図１に示すのは、１．３μｍ帯ＩｎＧａＡ
ｌＡｓレーザにおいて、ＭＱＷ活性層の障壁層組成波長
に対して緩和振動周波数を実験的に調べた結果である。
横軸は障壁層の組成を組成波長で表わしたもの、縦軸は
緩和振動周波数である。井戸層の組成は、現実には各障
壁層に応じ、レーザ発振波長が１．３μｍ帯の波長にな
るような組成となす。レーザの共振器長は２００μｍ、
前端面及び後端面の反射率はそれぞれ７０%、９０%の例
である。図１には、雰囲気温度が２５℃、８５℃の場合
の例が示されている。勿論、図に示すように、実験的な
ばらつきは存在するが、ＩｎＧａＡｓＰレーザの場合と
異なり、障壁層組成の短波長化による緩和振動周波数増
大効果に飽和傾向が見られず、組成波長１．０μｍ未満
の領域においても緩和振動周波数の増大が見られる。図
１に示した実験結果は、障壁層の組成波長を短くして
も、活性層の実効屈折率が低下して光閉じ込め係数が低
下する程度を上回って、緩和振動周波数が増加する効果
があることを意味する。
ｌＡｓレーザにおいて、ＭＱＷ活性層の障壁層組成波長
に対して緩和振動周波数を実験的に調べた結果である。
横軸は障壁層の組成を組成波長で表わしたもの、縦軸は
緩和振動周波数である。井戸層の組成は、現実には各障
壁層に応じ、レーザ発振波長が１．３μｍ帯の波長にな
るような組成となす。レーザの共振器長は２００μｍ、
前端面及び後端面の反射率はそれぞれ７０%、９０%の例
である。図１には、雰囲気温度が２５℃、８５℃の場合
の例が示されている。勿論、図に示すように、実験的な
ばらつきは存在するが、ＩｎＧａＡｓＰレーザの場合と
異なり、障壁層組成の短波長化による緩和振動周波数増
大効果に飽和傾向が見られず、組成波長１．０μｍ未満
の領域においても緩和振動周波数の増大が見られる。図
１に示した実験結果は、障壁層の組成波長を短くして
も、活性層の実効屈折率が低下して光閉じ込め係数が低
下する程度を上回って、緩和振動周波数が増加する効果
があることを意味する。
【００３２】これは上述したように、障壁層組成の短波
長化にともない量子井戸のエネルギー障壁ΔＥｃおよび
ΔＥνが大きくなり、微分利得が増加した効果である。
長化にともない量子井戸のエネルギー障壁ΔＥｃおよび
ΔＥνが大きくなり、微分利得が増加した効果である。
【００３３】半導体レーザにおける緩和振動周波数ｆｒ
は下記の式（１）で与えられる。
は下記の式（１）で与えられる。
【００３４】
【数１】
【００３５】ここで、Гは光閉じ込め係数、ｄｇ／ｄｎ
は微分利得、Ｓはフォトン密度、τｐはフォトンの寿命
を表わす。この式（１）によると、光閉じ込め係数や微
分利得を増加することで緩和振動周波数が高くなり、レ
ーザの高速変調性能が向上する。
は微分利得、Ｓはフォトン密度、τｐはフォトンの寿命
を表わす。この式（１）によると、光閉じ込め係数や微
分利得を増加することで緩和振動周波数が高くなり、レ
ーザの高速変調性能が向上する。
【００３６】ＩｎＧａＡｓＰレーザの場合は、ΔＥνが
大きすぎるのでｆｒは低下したが、１．３μｍ帯ＩｎＧ
ａＡｌＡｓレーザの場合、例えば障壁層組成波長９００
ｎｍのレーザにおいてΔＥｃが３２０ｍｅＶ、ΔＥνが
１３５ｍｅＶとなり、緩和振動周波数の低下が起こらな
いΔＥνの範囲内である。しかも、この場合、３００ｍ
ｅＶ以上のΔＥｃが実現できるため、微分利得増加の効
果による大きなｆｒの増加が実現できる。
大きすぎるのでｆｒは低下したが、１．３μｍ帯ＩｎＧ
ａＡｌＡｓレーザの場合、例えば障壁層組成波長９００
ｎｍのレーザにおいてΔＥｃが３２０ｍｅＶ、ΔＥνが
１３５ｍｅＶとなり、緩和振動周波数の低下が起こらな
いΔＥνの範囲内である。しかも、この場合、３００ｍ
ｅＶ以上のΔＥｃが実現できるため、微分利得増加の効
果による大きなｆｒの増加が実現できる。
【００３７】本願発明の効果と、これまでのＩｎＧａＡ
ｓＰレーザとの相違について補足する。
ｓＰレーザとの相違について補足する。
【００３８】ＩｎＧａＡｓＰレーザの緩和振動周波数と
障壁層組成の関係については以下の報告例がある。 （１）日本国、公開公報、特開平７−２２１３９５号公
報 （２）日本国、公開公報、特開平６−３４２９５９号公
報 （１）の公報では、井戸層における正孔の基底準位と障
壁層の価電子帯端とのエネルギー差が１６０ｍｅＶ以上
になると、正孔の不均一注入による効率の低下が起こる
と述べている。尚、このエネルギー差はほぼΔＥνに等
しい。また、（２）の公報では、１．３μｍ帯のＩｎＧ
ａＡｓＰレーザにおいて、障壁層組成波長が、１．０５
μｍにおいて緩和振動周波数が最大になり、１．００μ
ｍまで短波長化すると緩和振動周波数が著しく低下する
ことを述べている。尚、障壁層組成波長１．０５μｍで
のΔＥνを計算すると、やはり約１６０ｍｅＶとなる。
このように、ΔＥνが１６０ｍｅＶ以下の範囲では正孔
の不均一注入による緩和振動周波数の低下は起こらな
い。この関係は、一見ＩｎＧａＡｌＡｓレーザにも適用
されると考えられるが、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザではΔ
Ｅνが小さいため、障壁層組成波長を９５０ｎｍ未満と
してもΔＥνは１６０ｍｅＶ以下の適用範囲内になる。
障壁層組成の関係については以下の報告例がある。 （１）日本国、公開公報、特開平７−２２１３９５号公
報 （２）日本国、公開公報、特開平６−３４２９５９号公
報 （１）の公報では、井戸層における正孔の基底準位と障
壁層の価電子帯端とのエネルギー差が１６０ｍｅＶ以上
になると、正孔の不均一注入による効率の低下が起こる
と述べている。尚、このエネルギー差はほぼΔＥνに等
しい。また、（２）の公報では、１．３μｍ帯のＩｎＧ
ａＡｓＰレーザにおいて、障壁層組成波長が、１．０５
μｍにおいて緩和振動周波数が最大になり、１．００μ
ｍまで短波長化すると緩和振動周波数が著しく低下する
ことを述べている。尚、障壁層組成波長１．０５μｍで
のΔＥνを計算すると、やはり約１６０ｍｅＶとなる。
このように、ΔＥνが１６０ｍｅＶ以下の範囲では正孔
の不均一注入による緩和振動周波数の低下は起こらな
い。この関係は、一見ＩｎＧａＡｌＡｓレーザにも適用
されると考えられるが、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザではΔ
Ｅνが小さいため、障壁層組成波長を９５０ｎｍ未満と
してもΔＥνは１６０ｍｅＶ以下の適用範囲内になる。
【００３９】さらに、しきい電流密度低減の効果もｆｒ
増加に寄与する。図２は、図１に実験結果を示したレー
ザの２５℃におけるしきい電流の測定値である。横軸は
障壁層の組成に対応する組成波長、縦軸はしきい電流で
ある。しきい電流が障壁層組成短波長化とともに減少し
ていることがわかる。これは量子効果の増大によってキ
ャリアの閉じ込め効果が大きくなり、さらにキャリアが
基底準位を占有する割合が大きくなることによって、少
ない電流密度でレーザ発振が可能になるからであると考
えられる。しきい電流密度が下がると、レーザ発振に必
要な活性層中のキャリア密度、すなわちしきいキャリア
密度ｎｔｈが小さくなる。すると、レーザ発振時の微分
利得ｄｇ／ｄｎはキャリア密度ｎｔｈに反比例するので
結果として微分利得が増大し、緩和振動周波数ｆｒも増
大する。特に高温では障壁層短波長化によるしきい電流
密度低減の効果が大きいため、高温での高いｆγを実現
するために有効な手段となる。さらに望ましくは、しき
い電流密度低減のためには活性層に接する両側のガイド
層を障壁層と同じ、もしくはより短波長の組成として活
性層へのキャリア閉じ込め効果を大きくすればよい。
増加に寄与する。図２は、図１に実験結果を示したレー
ザの２５℃におけるしきい電流の測定値である。横軸は
障壁層の組成に対応する組成波長、縦軸はしきい電流で
ある。しきい電流が障壁層組成短波長化とともに減少し
ていることがわかる。これは量子効果の増大によってキ
ャリアの閉じ込め効果が大きくなり、さらにキャリアが
基底準位を占有する割合が大きくなることによって、少
ない電流密度でレーザ発振が可能になるからであると考
えられる。しきい電流密度が下がると、レーザ発振に必
要な活性層中のキャリア密度、すなわちしきいキャリア
密度ｎｔｈが小さくなる。すると、レーザ発振時の微分
利得ｄｇ／ｄｎはキャリア密度ｎｔｈに反比例するので
結果として微分利得が増大し、緩和振動周波数ｆｒも増
大する。特に高温では障壁層短波長化によるしきい電流
密度低減の効果が大きいため、高温での高いｆγを実現
するために有効な手段となる。さらに望ましくは、しき
い電流密度低減のためには活性層に接する両側のガイド
層を障壁層と同じ、もしくはより短波長の組成として活
性層へのキャリア閉じ込め効果を大きくすればよい。
【００４０】ｐ側のガイド層はＩｎＧａＡｌＡｓまたは
ＩｎＡｌＡｓの単一組成または傾斜組成のもので上記の
組成波長のものであれば、電子を活性層に強く閉じ込め
ることが出来る。ｎ側ガイド層も同じ材料系と組成波長
のものでいいが、 ＩｎＰでも正孔を活性層に閉じ込め
る効果が強く、また、適当な組成波長を持つＩｎＧａＡ
ｓＰでも同様に有効である。つまり、ｎ側ガイド層の価
電子帯エネルギーが、これに接するＭＱＷ活性層の障壁
層の価電子帯エネルギーに対して障壁となっていれば、
正孔を活性層へ閉じ込める効果があり、このようなｎ側
ガイド層を備えていればよい。ＩｎＰはＩｎＰ基板上に
作製可能なレベルの格子定数をもつあらゆる組成のＩｎ
ＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓに対して高い価電子帯
エネルギーを持つ。また、ＩｎＧａＡｓＰに関しては、
ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｌＡｓ−ＩｎＡｌＡｓ系材料
に、ΔＥｃ＝０．７２ΔＥｇ、ΔＥν＝０．２８ΔＥｇ
の関係を適用し、ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓＰ系材料
にΔＥｃ＝０．４ΔＥｇ、ΔＥν＝０．６ΔＥｇの関係
を適用すれば、障壁層ＩｎＧａＡｌＡｓに対して価電子
帯エネルギー障壁となるＩｎＧａＡｓＰ組成波長を計算
することができる。例えば組成波長１０００ｎｍ、９５
０ｎｍ、９００ｎｍのＩｎＧａＡｌＡｓに対してはそれ
ぞれ組成波長１２５０ｎｍ、１２１０ｎｍ、１１７０ｎ
ｍ以下のＩｎＧａＡｓＰがより高い価電子帯エネルギー
を有する。このように、障壁層ＩｎＧａＡｌＡｓの組成
に応じて適切な組成波長のＩｎＧａＡｓＰ層を選び、ｎ
側ガイド層としてもよい。
ＩｎＡｌＡｓの単一組成または傾斜組成のもので上記の
組成波長のものであれば、電子を活性層に強く閉じ込め
ることが出来る。ｎ側ガイド層も同じ材料系と組成波長
のものでいいが、 ＩｎＰでも正孔を活性層に閉じ込め
る効果が強く、また、適当な組成波長を持つＩｎＧａＡ
ｓＰでも同様に有効である。つまり、ｎ側ガイド層の価
電子帯エネルギーが、これに接するＭＱＷ活性層の障壁
層の価電子帯エネルギーに対して障壁となっていれば、
正孔を活性層へ閉じ込める効果があり、このようなｎ側
ガイド層を備えていればよい。ＩｎＰはＩｎＰ基板上に
作製可能なレベルの格子定数をもつあらゆる組成のＩｎ
ＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓに対して高い価電子帯
エネルギーを持つ。また、ＩｎＧａＡｓＰに関しては、
ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｌＡｓ−ＩｎＡｌＡｓ系材料
に、ΔＥｃ＝０．７２ΔＥｇ、ΔＥν＝０．２８ΔＥｇ
の関係を適用し、ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓＰ系材料
にΔＥｃ＝０．４ΔＥｇ、ΔＥν＝０．６ΔＥｇの関係
を適用すれば、障壁層ＩｎＧａＡｌＡｓに対して価電子
帯エネルギー障壁となるＩｎＧａＡｓＰ組成波長を計算
することができる。例えば組成波長１０００ｎｍ、９５
０ｎｍ、９００ｎｍのＩｎＧａＡｌＡｓに対してはそれ
ぞれ組成波長１２５０ｎｍ、１２１０ｎｍ、１１７０ｎ
ｍ以下のＩｎＧａＡｓＰがより高い価電子帯エネルギー
を有する。このように、障壁層ＩｎＧａＡｌＡｓの組成
に応じて適切な組成波長のＩｎＧａＡｓＰ層を選び、ｎ
側ガイド層としてもよい。
【００４１】以上説明してきたように、ＩｎＧａＡｌＡ
ｓになるＭＱＷ構造を有する半導体レーザにおいては、
障壁層組成波長が１０００ｎｍ未満の領域においても組
成波長短波長化とともに、単調に緩和振動周波数が増大
していくという特性を持つ。この特性を利用し、障壁層
組成波長を１０００ｎｍ未満、望ましくは９５０ｎｍ未
満のＭＱＷ活性層を備えたＩｎＧａＡｌＡｓレーザによ
って、優れた高温特性と高速変調特性を持つ光通信用光
源が提供することが出来る。あるいは、障壁層の組成波
長が１０００ｎｍ未満で、活性層に接する適当な材料の
ガイド層の組成波長を障壁層と同じ、またはより短い組
成波長のものを備えたＩｎＧａＡｌＡｓレーザによっ
て、優れた高温特性と高速変調特性を持つ光通信用光源
が提供される。
ｓになるＭＱＷ構造を有する半導体レーザにおいては、
障壁層組成波長が１０００ｎｍ未満の領域においても組
成波長短波長化とともに、単調に緩和振動周波数が増大
していくという特性を持つ。この特性を利用し、障壁層
組成波長を１０００ｎｍ未満、望ましくは９５０ｎｍ未
満のＭＱＷ活性層を備えたＩｎＧａＡｌＡｓレーザによ
って、優れた高温特性と高速変調特性を持つ光通信用光
源が提供することが出来る。あるいは、障壁層の組成波
長が１０００ｎｍ未満で、活性層に接する適当な材料の
ガイド層の組成波長を障壁層と同じ、またはより短い組
成波長のものを備えたＩｎＧａＡｌＡｓレーザによっ
て、優れた高温特性と高速変調特性を持つ光通信用光源
が提供される。
【００４２】更に、本願発明の係わる半導体レーザ装置
を搭載して、光モジュールを構成する場合、いわゆる光
素子の冷却を行う熱電冷却器を用いずとも、光通信用の
高速の半導体光モジュールを提供することが可能とな
る。それは、本願発明に係わる半導体レーザ装置が、こ
れまでの半導体レーザ装置が安定に動作している雰囲気
あるいはこれ以上の温度まで、冷却を行なわなくても安
定に高速動作が可能であるからである。例えば、概ね、
１０Ｇｂｐｓ程度の高速動作を維持することが出来る。
を搭載して、光モジュールを構成する場合、いわゆる光
素子の冷却を行う熱電冷却器を用いずとも、光通信用の
高速の半導体光モジュールを提供することが可能とな
る。それは、本願発明に係わる半導体レーザ装置が、こ
れまでの半導体レーザ装置が安定に動作している雰囲気
あるいはこれ以上の温度まで、冷却を行なわなくても安
定に高速動作が可能であるからである。例えば、概ね、
１０Ｇｂｐｓ程度の高速動作を維持することが出来る。
【００４３】次に、本願発明の具体的な実施例を説明す
る。図３は本発明の第１の実施例を示す断面図である。
図３の左側は光の進行方向と交差する面での断面図であ
る。図３の右側はその活性層付近の層構造を示すバンド
構造図である。
る。図３は本発明の第１の実施例を示す断面図である。
図３の左側は光の進行方向と交差する面での断面図であ
る。図３の右側はその活性層付近の層構造を示すバンド
構造図である。
【００４４】本例は、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓ
を用いた多重量子井戸リッジ型半導体レーザ装置であ
る。共振器はファブリ−ペロ（ＦＰ）型である。発振波
長は１．３μｍ帯である。
を用いた多重量子井戸リッジ型半導体レーザ装置であ
る。共振器はファブリ−ペロ（ＦＰ）型である。発振波
長は１．３μｍ帯である。
【００４５】レーザ構造はｎ型ＩｎＰ基板３０１上への
結晶成長により作製される。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子
井戸活性層３０５に接してＩｎ0.53Ｇａ0.09Ａｌ0.38Ａ
ｓなるｐ側ガイド層３０６およびＩｎ0.53Ｇａ0.09Ａｌ
0.38Ａｓなるｎ側ガイド層３０４が形成されており、さ
らにこれをＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓなるｐ側クラッド層３
０７およびＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓなるｎ側クラッド層３
０３が挟んでいる。ガイド層３０６とガイド層３０４の
厚さはいずれも７０ｎｍであり、クラッド層３０７とク
ラッド層３０３の厚さはいずれも５０ｎｍである。これ
らの厚さは活性層３０５の厚さとレーザ光広がりの設計
に応じて適当な厚さに設計される。ｎ−ＩｎＰ層３０２
は良好な結晶を成長するためのバッファ層であり、同時
にｎ側クラッド層として働く。
結晶成長により作製される。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子
井戸活性層３０５に接してＩｎ0.53Ｇａ0.09Ａｌ0.38Ａ
ｓなるｐ側ガイド層３０６およびＩｎ0.53Ｇａ0.09Ａｌ
0.38Ａｓなるｎ側ガイド層３０４が形成されており、さ
らにこれをＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓなるｐ側クラッド層３
０７およびＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓなるｎ側クラッド層３
０３が挟んでいる。ガイド層３０６とガイド層３０４の
厚さはいずれも７０ｎｍであり、クラッド層３０７とク
ラッド層３０３の厚さはいずれも５０ｎｍである。これ
らの厚さは活性層３０５の厚さとレーザ光広がりの設計
に応じて適当な厚さに設計される。ｎ−ＩｎＰ層３０２
は良好な結晶を成長するためのバッファ層であり、同時
にｎ側クラッド層として働く。
【００４６】ｐ−ＩｎＰクラッド層３０８はエッチング
によってリッジ型に加工され、レーザ光の導波路として
の役割を果たす。ｐ側コンタクト層３０９はｐ側電極３
１０に接しており、オーミックコンタクトによって電極
との接触抵抗を低減する。リッジ上面を除く表面は絶縁
膜３１２によって保護されている。また、基板裏面には
ｎ側電極３１１が形成されている。
によってリッジ型に加工され、レーザ光の導波路として
の役割を果たす。ｐ側コンタクト層３０９はｐ側電極３
１０に接しており、オーミックコンタクトによって電極
との接触抵抗を低減する。リッジ上面を除く表面は絶縁
膜３１２によって保護されている。また、基板裏面には
ｎ側電極３１１が形成されている。
【００４７】活性層３０５はＩｎ0.53Ｇａ0.09Ａｌ0.38
Ａｓ障壁層（厚さ１０ｎｍ）とＩｎ 0.70Ｇａ0.14Ａｌ
0.16Ａｓ井戸層（厚さ５ｎｍ）からなる多重量子井戸構
造で、井戸層数は８である。高速変調を行うため、井戸
層数は４〜１５の範囲で適当なものを選ぶ。
Ａｓ障壁層（厚さ１０ｎｍ）とＩｎ 0.70Ｇａ0.14Ａｌ
0.16Ａｓ井戸層（厚さ５ｎｍ）からなる多重量子井戸構
造で、井戸層数は８である。高速変調を行うため、井戸
層数は４〜１５の範囲で適当なものを選ぶ。
【００４８】ｐ−ＩｎＰ導波路層３０８、Ｉｎ0.52Ａｌ
0.48Ａｓなるｐ側クラッド層３０７、Ｉｎ0.53Ｇａ0.10
Ａｌ0.37Ａｓなるｐ側ガイド層３０６はいずれも１×１
０18ｃｍ-3の濃度でｐ型ドーピングされている。又、Ｉ
ｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓなるｎ側クラッド層３０３、Ｉｎ
0.53Ｇａ0.10Ａｌ0.37Ａｓなるｎ側ガイド層３０４はい
ずれも１×１０18ｃｍ-3の濃度でｎ型ドーピングされて
いる。これらのドーピング濃度は一例であり、設計に応
じて適当な値が選ばれる。また、ｐ側ガイド層３０６は
ｐ型ドーパントの拡散を考慮してアンドープにしたり、
低濃度ドーピングにすることもある。
0.48Ａｓなるｐ側クラッド層３０７、Ｉｎ0.53Ｇａ0.10
Ａｌ0.37Ａｓなるｐ側ガイド層３０６はいずれも１×１
０18ｃｍ-3の濃度でｐ型ドーピングされている。又、Ｉ
ｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓなるｎ側クラッド層３０３、Ｉｎ
0.53Ｇａ0.10Ａｌ0.37Ａｓなるｎ側ガイド層３０４はい
ずれも１×１０18ｃｍ-3の濃度でｎ型ドーピングされて
いる。これらのドーピング濃度は一例であり、設計に応
じて適当な値が選ばれる。また、ｐ側ガイド層３０６は
ｐ型ドーパントの拡散を考慮してアンドープにしたり、
低濃度ドーピングにすることもある。
【００４９】重要なのはｐ側、ｎ側のガイド層３０６と
３０４ならびに障壁層の組成の選択である。この例では
障壁層の組成波長は９４０ｎｍとなっており、ｐ側およ
びｎ側ガイド層３０６と３０４もこれに等しい組成とし
た。こうすることによって、高い緩和振動周波数が得ら
れ、従来の半導体レーザを上回る高速変調が可能にな
る。これは、熱電冷却器を用いない１０Ｇｂｐｓ直接変
調の光モジュール用の光源として用いることができる。
また、ここに示した例のみならず、本願発明の趣旨にの
っとった量子井戸構造を有する活性層及び光ガイド領域
ならば同様の効果を得ることが出来る。
３０４ならびに障壁層の組成の選択である。この例では
障壁層の組成波長は９４０ｎｍとなっており、ｐ側およ
びｎ側ガイド層３０６と３０４もこれに等しい組成とし
た。こうすることによって、高い緩和振動周波数が得ら
れ、従来の半導体レーザを上回る高速変調が可能にな
る。これは、熱電冷却器を用いない１０Ｇｂｐｓ直接変
調の光モジュール用の光源として用いることができる。
また、ここに示した例のみならず、本願発明の趣旨にの
っとった量子井戸構造を有する活性層及び光ガイド領域
ならば同様の効果を得ることが出来る。
【００５０】他に、活性層３０５にｎ側で接する層の構
造としては、例えばＩｎ0.53Ｇａ0. 09Ａｌ0.38Ａｓなる
ｎ側ガイド層３０４がなく直接ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓ層３０３が活性層３０５に接する構造でもよいし、さ
らに層３０３が、例えばＩｎＰや組成波長１２００ｎｍ
以下のＩｎＧａＡｓＰでも同様の効果が得られる。
造としては、例えばＩｎ0.53Ｇａ0. 09Ａｌ0.38Ａｓなる
ｎ側ガイド層３０４がなく直接ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓ層３０３が活性層３０５に接する構造でもよいし、さ
らに層３０３が、例えばＩｎＰや組成波長１２００ｎｍ
以下のＩｎＧａＡｓＰでも同様の効果が得られる。
【００５１】尚、井戸層の組成はＩｎ0.70Ｇａ0.14Ａｌ
0.16Ａｓとなっており、１．２％の圧縮歪みがかかって
いる。この歪み量は適当に変えてもよく、引張り歪にし
てもよい。また、ＩｎＰに格子整合する無歪みの井戸層
にすることもできる。
0.16Ａｓとなっており、１．２％の圧縮歪みがかかって
いる。この歪み量は適当に変えてもよく、引張り歪にし
てもよい。また、ＩｎＰに格子整合する無歪みの井戸層
にすることもできる。
【００５２】本実施例の横方向の光及び電流の閉じ込め
の構造は、リッジ型であるが、重要なのは活性層および
これを挟むガイド層の層構造である。従って、リッジ型
のみならず、埋め込みヘテロ型（ＢＨ）やその他のあら
ゆるストライプ構造の半導体レーザに適用しても同様の
効果を得ることができる。
の構造は、リッジ型であるが、重要なのは活性層および
これを挟むガイド層の層構造である。従って、リッジ型
のみならず、埋め込みヘテロ型（ＢＨ）やその他のあら
ゆるストライプ構造の半導体レーザに適用しても同様の
効果を得ることができる。
【００５３】更に、本願発明は、光の帰還方法について
は、通例の各種のものを用いることが出来る。従って、
本実施例に示したFＰレーザだけでなく、分布帰還型
（ＤＦＢ）レーザや分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レー
ザなどに、本願発明を適用することで、より長距離な伝
送用の光源とすることができる。
は、通例の各種のものを用いることが出来る。従って、
本実施例に示したFＰレーザだけでなく、分布帰還型
（ＤＦＢ）レーザや分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レー
ザなどに、本願発明を適用することで、より長距離な伝
送用の光源とすることができる。
【００５４】図４は本発明の第２の実施例を示す装置の
光の進行方向と交差する面での断面図である。この第２
の実施例は、ＩｎＰ基板上に作製されたＢＨ構造のＤＦ
Ｂレーザを示す図である。図５は活性層とその近傍の層
の光の進行方向と平行な面での断面図である。
光の進行方向と交差する面での断面図である。この第２
の実施例は、ＩｎＰ基板上に作製されたＢＨ構造のＤＦ
Ｂレーザを示す図である。図５は活性層とその近傍の層
の光の進行方向と平行な面での断面図である。
【００５５】表面に回折格子状パターンが形成されたｎ
−ＩｎＰ基板４０１上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長
１．２mm）回折格子層４０６、ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓガイド層４０７、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸活性
層４０８、ｐ−Ｉｎ0.52Ａｌ 0.48Ａｓガイド層４０９が
形成される。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸活性層４０
８は、Ｉｎ0.48Ｇａ0.12Ａｌ0.39Ａｓ障壁層およびＩｎ
0.62Ｇａ0.22Ａｌ0.16Ａｓ井戸層が積層された構造で、
井戸層数は５である。障壁層および井戸層の厚さはそれ
ぞれ８ｎｍ、６ｎｍであり、ｐ側およびｎ側ガイド層４
０９および４０７の厚さはともに１００ｎｍである。こ
れらの層は幅数μｍのストライプ状にエッチングされた
後、ｐ−ＩｎＰブロック層４０２、ｎ−ＩｎＰブロック
層４０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４０４によって、前記
ストライプ状領域の両側部が埋め込まれる。ｐ側表面は
絶縁膜保護層４１２で覆われ、活性層４０８の真上での
みｐ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層４０５を介し
てｐ側電極４１１と接する。また、基板４０１の裏面に
はｎ側電極４１０が蒸着される。当該半導体レーザ装置
の発光面に、保護膜４１２、４１２′が設けられる。保
護膜４１２、４１２′は、通例絶縁性で、又複数層で構
成される場合もある。尚、この保護膜自体は通例のもの
で十分である。このレーザの発振波長は室温において約
１．３μｍである。
−ＩｎＰ基板４０１上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長
１．２mm）回折格子層４０６、ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓガイド層４０７、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸活性
層４０８、ｐ−Ｉｎ0.52Ａｌ 0.48Ａｓガイド層４０９が
形成される。ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸活性層４０
８は、Ｉｎ0.48Ｇａ0.12Ａｌ0.39Ａｓ障壁層およびＩｎ
0.62Ｇａ0.22Ａｌ0.16Ａｓ井戸層が積層された構造で、
井戸層数は５である。障壁層および井戸層の厚さはそれ
ぞれ８ｎｍ、６ｎｍであり、ｐ側およびｎ側ガイド層４
０９および４０７の厚さはともに１００ｎｍである。こ
れらの層は幅数μｍのストライプ状にエッチングされた
後、ｐ−ＩｎＰブロック層４０２、ｎ−ＩｎＰブロック
層４０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４０４によって、前記
ストライプ状領域の両側部が埋め込まれる。ｐ側表面は
絶縁膜保護層４１２で覆われ、活性層４０８の真上での
みｐ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層４０５を介し
てｐ側電極４１１と接する。また、基板４０１の裏面に
はｎ側電極４１０が蒸着される。当該半導体レーザ装置
の発光面に、保護膜４１２、４１２′が設けられる。保
護膜４１２、４１２′は、通例絶縁性で、又複数層で構
成される場合もある。尚、この保護膜自体は通例のもの
で十分である。このレーザの発振波長は室温において約
１．３μｍである。
【００５６】ｐ側およびｎ側ガイド層４０９、４０７は
ＩｎＰ基板に格子整合しており、組成波長は８５０ｎｍ
である。障壁層は組成波長９００ｎｍで、０．３%の引
張り歪みがかかっている。井戸層には０．６％の圧縮歪
みがかかっていて、いわゆる歪補償多重量子井戸構造に
なっている。
ＩｎＰ基板に格子整合しており、組成波長は８５０ｎｍ
である。障壁層は組成波長９００ｎｍで、０．３%の引
張り歪みがかかっている。井戸層には０．６％の圧縮歪
みがかかっていて、いわゆる歪補償多重量子井戸構造に
なっている。
【００５７】本実施例においては、障壁層に歪みがかか
っているが、この場合も組成波長を９５０ｎｍ未満とす
ることによって高温でも高速動作特性に優れた半導体レ
ーザが実現できる。さらに活性層４０８を挟むガイド層
の組成波長を障壁層より短波長の８５０ｎｍとすること
で、この効果がより確実なものとなる。ガイド層のドー
ピング濃度は第１の実施例と同様に適当な濃度に設定す
れば良い。
っているが、この場合も組成波長を９５０ｎｍ未満とす
ることによって高温でも高速動作特性に優れた半導体レ
ーザが実現できる。さらに活性層４０８を挟むガイド層
の組成波長を障壁層より短波長の８５０ｎｍとすること
で、この効果がより確実なものとなる。ガイド層のドー
ピング濃度は第１の実施例と同様に適当な濃度に設定す
れば良い。
【００５８】また、第１の実施例のところで説明したよ
うに、この実施例の層構造はリッジ型レーザなど、あら
ゆるストライプ構造の半導体レーザに適用することがで
きる。また、回折格子の構造もここに示した例のみなら
ず、回折格子層４０６がＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｌＡ
ｓからなるものでもかまわないし、回折格子層が活性層
４０８のｐ側に配置されたものでも全く同様である。こ
のように、導波路構造や共振器構造にかかわらず本発明
の層構造を適用することで同様の効果が得られる。
うに、この実施例の層構造はリッジ型レーザなど、あら
ゆるストライプ構造の半導体レーザに適用することがで
きる。また、回折格子の構造もここに示した例のみなら
ず、回折格子層４０６がＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｌＡ
ｓからなるものでもかまわないし、回折格子層が活性層
４０８のｐ側に配置されたものでも全く同様である。こ
のように、導波路構造や共振器構造にかかわらず本発明
の層構造を適用することで同様の効果が得られる。
【００５９】図７は、本願発明の光モジュールの例を示
す斜視図である。光モジュールのケース１０に、本願発
明の係わる半導体レーザ装置２が収納される。半導体レ
ーザ装置２はサブマウント３に搭載され、このサブマウ
ント３は所定のレーザ搭載用基板１上に設置されてい
る。この例では、半導体レーザ装置２の一方の電極は、
パッド５よりワイヤ６を介してリード９に、他方の電極
は、ワイヤ７を介してレーザ搭載用基板１に接続されて
いる。リード９はケース１０の外部に引き出されてい
る。他方、レーザ搭載用基板１はリード８に接続され、
ケース１０の外部に引き出されている。この例に見られ
るように、本願発明に係わる半導体レーザ装置を用いる
ことによって、通例レーザ装置に配していた熱電冷却
器、例えばペルチエ素子を用いずとも、高温において、
光通信用の光変調が可能となる。こうして、本願発明
は、非冷却光源を実現することが出来、これによって、
例えば直接変調方式により１０Ｇｂｐｓ以上の変調を可
能とする。
す斜視図である。光モジュールのケース１０に、本願発
明の係わる半導体レーザ装置２が収納される。半導体レ
ーザ装置２はサブマウント３に搭載され、このサブマウ
ント３は所定のレーザ搭載用基板１上に設置されてい
る。この例では、半導体レーザ装置２の一方の電極は、
パッド５よりワイヤ６を介してリード９に、他方の電極
は、ワイヤ７を介してレーザ搭載用基板１に接続されて
いる。リード９はケース１０の外部に引き出されてい
る。他方、レーザ搭載用基板１はリード８に接続され、
ケース１０の外部に引き出されている。この例に見られ
るように、本願発明に係わる半導体レーザ装置を用いる
ことによって、通例レーザ装置に配していた熱電冷却
器、例えばペルチエ素子を用いずとも、高温において、
光通信用の光変調が可能となる。こうして、本願発明
は、非冷却光源を実現することが出来、これによって、
例えば直接変調方式により１０Ｇｂｐｓ以上の変調を可
能とする。
【００６０】以上、諸実施例をもって、説明したよう
に、良好な温度特性かつ超高速変調を実現した半導体レ
ーザを提供することが出来る。
に、良好な温度特性かつ超高速変調を実現した半導体レ
ーザを提供することが出来る。
【００６１】本願発明のＩｎＧａＡｌＡｓ材料系ＭＱＷ
半導体レーザは、井戸層への正孔の不均一注入を招くこ
となく伝導帯および価電子帯の障壁高さを十分高くする
ことができ、広い温度範囲にわたって大きな微分利得を
得ることができる。又、本願発明によれば、しきい電流
密度を下げることができ、しきいキャリア密度が減少す
る。これらの諸効果によって緩和振動周波数が増大す
る。つまり、従来のレーザでは緩和振動周波数が低下し
ていた９５０ｎｍないし１０００ｎｍ未満の組成波長を
持つ障壁層を用いることで、緩和振動周波数が、さらに
増大する現象を発明者らは見出した。この特性を利用す
ることで、広い温度範囲で高速変調を行うのに適した半
導体レーザを提供することが出来た。
半導体レーザは、井戸層への正孔の不均一注入を招くこ
となく伝導帯および価電子帯の障壁高さを十分高くする
ことができ、広い温度範囲にわたって大きな微分利得を
得ることができる。又、本願発明によれば、しきい電流
密度を下げることができ、しきいキャリア密度が減少す
る。これらの諸効果によって緩和振動周波数が増大す
る。つまり、従来のレーザでは緩和振動周波数が低下し
ていた９５０ｎｍないし１０００ｎｍ未満の組成波長を
持つ障壁層を用いることで、緩和振動周波数が、さらに
増大する現象を発明者らは見出した。この特性を利用す
ることで、広い温度範囲で高速変調を行うのに適した半
導体レーザを提供することが出来た。
【００６２】
【発明の効果】本願発明によれば、高温雰囲気において
も高速動作を確保することが出来る化合物半導体レーザ
装置を提供することが出来る。更には、本願発明は、
１．３μｍ帯より１．５５μｍ帯に発振波長を有する化
合物半導体レーザ装置にわけても有用である。
も高速動作を確保することが出来る化合物半導体レーザ
装置を提供することが出来る。更には、本願発明は、
１．３μｍ帯より１．５５μｍ帯に発振波長を有する化
合物半導体レーザ装置にわけても有用である。
【図１】図１は本発明のＩｎＧａＡｌＡｓレーザにおけ
る、障壁層組成波長と緩和振動周波数の関係を示す図で
ある。
る、障壁層組成波長と緩和振動周波数の関係を示す図で
ある。
【図２】図２は本発明のＩｎＧａＡｌＡｓレーザ装置に
おける、障壁層組成波長としきい電流の関係を示す図で
ある。
おける、障壁層組成波長としきい電流の関係を示す図で
ある。
【図３】図３は第１の実施例であるＦＰリッジ型レーザ
装置の光の進行方向と交差する面での断面図及び活性層
領域近傍の積層構造を示す図である。
装置の光の進行方向と交差する面での断面図及び活性層
領域近傍の積層構造を示す図である。
【図４】図４は第２の実施例であるＢＨ型レーザ装置の
光の進行方向と交差する面での断面図及び主要部のバン
ド構造を示す図である。
光の進行方向と交差する面での断面図及び主要部のバン
ド構造を示す図である。
【図５】図５は第２の実施例であるＢＨ型レーザ装置の
光の進行方向と交差する面での断面図である。
光の進行方向と交差する面での断面図である。
【図６】図６はＩｎＧａＡｓＡｓ多重量子井戸構造とＩ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造の比較を示す図である。
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造の比較を示す図である。
【図７】図７は光モジュールの例を示す斜視図である。
３０１…ｎ型ＩｎＰ基板、３０２…ｎ−ＩｎＰ層、３０
３…ｎ側クラッド層、３０４… ｎ側ガイド層、３０５
…多重量子井戸活性層、３０６… ｐ側ガイド層、３０
７… ｐ側クラッド層、３０８…ｐ−ＩｎＰクラッド
層、３０９…ｐ側コンタクト層、３１０…ｐ側電極、３
１１…ｎ側電極、３１２…絶縁膜、４０１…ｎ−ＩｎＰ
基板、４０２…ｐ−ＩｎＰブロック層、４０３…ｎ−Ｉ
ｎＰブロック層、４０４…ｐ−ＩｎＰクラッド層、４０
５…ｐ−コンタクト層、４０６…回折格子層、４０７…
ｎ側ガイド層、４０８…多重量子井戸活性層、４０９
… ｐ側ガイド層、４１０…ｎ電極、４１１…ｐ電極、
４１２…絶縁膜。
３…ｎ側クラッド層、３０４… ｎ側ガイド層、３０５
…多重量子井戸活性層、３０６… ｐ側ガイド層、３０
７… ｐ側クラッド層、３０８…ｐ−ＩｎＰクラッド
層、３０９…ｐ側コンタクト層、３１０…ｐ側電極、３
１１…ｎ側電極、３１２…絶縁膜、４０１…ｎ−ＩｎＰ
基板、４０２…ｐ−ＩｎＰブロック層、４０３…ｎ−Ｉ
ｎＰブロック層、４０４…ｐ−ＩｎＰクラッド層、４０
５…ｐ−コンタクト層、４０６…回折格子層、４０７…
ｎ側ガイド層、４０８…多重量子井戸活性層、４０９
… ｐ側ガイド層、４１０…ｎ電極、４１１…ｐ電極、
４１２…絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 朋信 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 中原 宏治 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F073 AA11 AA13 AA22 AA45 AA64 AA65 AA74 BA02 BA09 CA15 DA35 EA14 EA23
Claims (9)
- 【請求項１】 ＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｌＡｓの群
から選ばれた少なくとも１者を有してなる井戸層とＩｎ
ＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なく
とも１者を有してなる障壁層によって構成された多重量
子井戸構造を活性層領域とし、発振波長が１．２μｍ以
上であり、且つ前記障壁層の２５℃における組成波長が
９５０ｎｍ未満であることを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項２】 ＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｌＡｓの群
から選ばれた少なくとも１者を有してなる井戸層とＩｎ
ＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なく
とも１者を有してなる障壁層によって構成された多重量
子井戸構造を活性層領域とし、発振波長が１．２μｍ以
上であり、且つ前記障壁層の２５℃における組成波長が
９５０ｎｍ未満であり、前記障壁層の組成波長が短くな
るにつれて緩和振動周波数が増加する特性を利用したこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 ＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｌＡｓの群
から選ばれた少なくとも１者を有してなる井戸層とＩｎ
ＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なく
とも１者を有してなる障壁層によって構成された多重量
子井戸構造を活性層領域とし、前記活性層領域をその積
層方向の上下から挟むｐ側光ガイド層およびｎ側光ガイ
ド層を有し、発振波長が１．２μｍ以上であり、且つ前
記障壁層の２５℃における組成波長が１０００ｎｍ未満
であり、前記ｐ側ガイド層および前記ｎ側ガイド層がい
ずれもＩｎＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ば
れた少なくとも１者を有してなり且つその前記２５℃に
おける組成波長が前記障壁層の組成波長と実質的に同じ
あるいはより短いことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 ＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｌＡｓの群
から選ばれた少なくとも１者を有してなる井戸層とＩｎ
ＧａＡｌＡｓ及びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なく
とも１者を有してなる障壁層によって構成された多重量
子井戸構造を活性層領域とし、前記活性層領域をその積
層方向の上下から挟むｐ側光ガイド層およびｎ側光ガイ
ド層を有し、発振波長が１．２μｍ以上であり、前記障
壁層の２５℃における組成波長が１０００ｎｍ未満であ
り、前記障壁層の組成波長が短くなるにつれて緩和振動
周波数が増加する特性を利用し、且つ前記ｐ側ガイド層
および前記ｎ側ガイド層がいずれもＩｎＧａＡｌＡｓ及
びＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた少なくとも１者を有し
てなり且つその前記２５℃における組成波長が前記障壁
層の組成波長と実質的に同じあるいはより短いことを特
徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記ｎ側ガイド層がＩｎＰまたは２５℃
において前記障壁層に対し正孔に対する価電子帯エネル
ギーが高くなるような組成波長を持つＩｎＧａＡｓＰか
らなることを特徴とする請求項第３項又は第４項に記載
の半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 光帰還機能がファブリーペロー共振器に
なることを特徴とする請求項第１項より第５項のいずれ
かに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記活性層領域で発生する光電界の及ぶ
範囲に回折格子構造を備えることで光帰還機能を持つこ
とを特徴とする請求項第１項より第５項のいずれかに記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項８】 リッジ導波路型または埋め込みヘテロ型
のストライプ構造を有することを特徴とする請求項第１
項より第７項のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項９】 請求項第１項から請求項第８項のいずれ
かに記載の半導体レーザ装置を搭載し、熱電冷却器を備
えないことを特徴とする光モジュール。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004235417A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体装置および光伝送装置 |
| JP2006147797A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体光素子 |
| JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
| EP1708325A2 (en) | 2005-03-31 | 2006-10-04 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device and fabrication method thereof |
| US7223993B2 (en) | 2005-01-11 | 2007-05-29 | Hitachi, Ltd. | Optical semiconductor device |
| JP2007279406A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Opnext Japan Inc | 半導体光変調装置 |
| JP2009105458A (ja) * | 2009-02-12 | 2009-05-14 | Hitachi Ltd | 光半導体装置 |
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| JP2013157645A (ja) * | 2013-05-22 | 2013-08-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ及び電界吸収型変調器集積分布帰還型レーザ |
| JP2022525810A (ja) * | 2019-03-22 | 2022-05-19 | ロックリー フォトニクス リミテッド | 分散型フィードバックレーザ |
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Families Citing this family (9)
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|---|---|---|---|---|
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| JP4057802B2 (ja) * | 2001-09-05 | 2008-03-05 | 株式会社日立製作所 | 半導体光素子 |
| US20060243992A1 (en) * | 2003-12-26 | 2006-11-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
| GB2418110B (en) * | 2004-09-14 | 2006-09-06 | 3Com Corp | Method and apparatus for controlling traffic between different entities on a network |
| JP4664725B2 (ja) * | 2005-04-20 | 2011-04-06 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| JP4983791B2 (ja) * | 2006-03-22 | 2012-07-25 | 富士通株式会社 | 光半導体素子 |
| US20120236891A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Finisar Corporation | Lasers with quantum wells having high indium and low aluminum with barrier layers having high aluminum and low indium with reduced traps |
| JP5916414B2 (ja) * | 2012-02-09 | 2016-05-11 | 日本オクラロ株式会社 | 光半導体装置 |
| RU189724U1 (ru) * | 2018-12-21 | 2019-05-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Гетероструктура вертикально-излучающего лазера |
-
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004235417A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体装置および光伝送装置 |
| JP4526767B2 (ja) * | 2003-01-30 | 2010-08-18 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置および光伝送装置 |
| JP2006147797A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体光素子 |
| US7223993B2 (en) | 2005-01-11 | 2007-05-29 | Hitachi, Ltd. | Optical semiconductor device |
| JP2006203100A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザおよび光送信器モジュール |
| US7482617B2 (en) | 2005-03-31 | 2009-01-27 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device and fabrication method thereof |
| EP1708325A2 (en) | 2005-03-31 | 2006-10-04 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device and fabrication method thereof |
| JP2007279406A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Opnext Japan Inc | 半導体光変調装置 |
| JP2009105458A (ja) * | 2009-02-12 | 2009-05-14 | Hitachi Ltd | 光半導体装置 |
| JP2011129809A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ及び電界吸収型変調器集積分布帰還型レーザ |
| JP2013157645A (ja) * | 2013-05-22 | 2013-08-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ及び電界吸収型変調器集積分布帰還型レーザ |
| JP2022525810A (ja) * | 2019-03-22 | 2022-05-19 | ロックリー フォトニクス リミテッド | 分散型フィードバックレーザ |
| JP7387048B1 (ja) * | 2022-07-22 | 2023-11-27 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| WO2024019098A1 (ja) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
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