JP2003273464A - リッジ導波路型半導体レーザ装置 - Google Patents

リッジ導波路型半導体レーザ装置

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JP2003273464A JP2002076913A JP2002076913A JP2003273464A JP 2003273464 A JP2003273464 A JP 2003273464A JP 2002076913 A JP2002076913 A JP 2002076913A JP 2002076913 A JP2002076913 A JP 2002076913A JP 2003273464 A JP2003273464 A JP 2003273464A
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semiconductor laser
ridge waveguide
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豊 三橋
Toru Takiguchi
透 瀧口
Yoshihiko Hanamaki
吉彦 花巻
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 リーク電流が少なく、温度特性、高速動作特
性を改善したリッジ導波路型半導体レーザ装置を得る。 【解決手段】 ｐ型の半導体基板上に、ｐ型のクラッド
層、量子井戸活性層、ｎ型の薄い第１クラッド層、ｎ型
の厚い第２クラッドを順次形成した二重へテロ構造素子
を有し、第２クラッド層に形成した２つの溝の間にリッ
ジ導波路を形成するようにし、各溝のエッチングに対
し、第２クラッド層がエッチングストッパとして使用さ
れ、各溝が第１クラッド層の表面またはその近傍に達す
るようにしている。薄い第１クラッド層はリーク電流を
抑制し、温度特性、高速動作特性を改善する。各溝の直
下の第１クラッド層の部分には高抵抗領域が形成され、
リーク電流をさらに抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は光通信などに使用
されるリッジ導波路型半導体レーザ装置の改良に関する
もので、温度特性と高速動作特性を改善したリッジ導波
路型半導体レーザ装置を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信網の普及が急速に
進み、通信用半導体レーザ装置の用途は幹線系から加入
者系へと拡大している。また、インターネットの急速な
普及、コンピュータのネットワーク化の進展に伴い、光
ファイバを用いたＬＡＮ（Local Area Network）の高速
化へのニーズが高まり、そのキーデバイスであるデータ
通信（データコム）用半導体レーザ装置では、その温度
特性の向上、高速動作化への要求が高まっている。これ
らのレーザを用いた光通信機器の低価格化を進めるに
は、特別な冷却装置を付加することなく、高温で高速動
作の可能な半導体レーザ装置が不可欠である。
【０００３】この種の従来のリッジ導波路型半導体レー
ザ装置が、例えば、図６、図７に示される。図６は、従
来のｎ型の半導体基板を用いたリッジ導波路型半導体レ
ーザ装置を示す斜視図である。また、図７は、従来のｐ
型の半導体基板を用いたリッジ導波路型半導体レーザ装
置を示す斜視図である。
【０００４】図６に示す半導体レーザ装置は、ｎ型の半
導体基板を用いたリッジ導波路型半導体レーザ装置であ
る。この半導体レーザ装置は、ｎ型のＩｎＰなどの半導
体基板１ｎの上面に、ｎ型のＩｎＰクラッド層２ｎを形
成し、さらにその上面にＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸
活性層３を形成したものである。この活性層３の上面に
は、３つの突条を持ったｐ型のＩｎＰクラッド層５ｐが
形成され、このクラッド層５ｐの上面には、ｐ型のＩｎ
ＧａＡｓコンタクト層６ｐを介してｐ型の電極層７ｐが
形成されている。３つの突条のうち、中央の突条がリッ
ジ導波路９を形成しており、その下部の活性層３に活性
領域１０が形成される。なお、ｎ型の半導体基板１ｎの
下面には、ｎ型の電極層８ｎが形成されている。
【０００５】一般に半導体レーザ装置の温度特性を左右
する要素の１つが、直列抵抗Ｒｄである。この直列抵抗
Ｒｄが小さい程、発生するジュール熱が減少し、温度特
性が良好となる。また直列抵抗Ｒｄは、半導体レーザ装
置の高速動作特性を決める１つの要素でもある。直列抵
抗Ｒｄが小さい程、ＲＣ時定数が小さくなり、周波数応
答が良好となるので、高速動作特性を改善するために
も、直列抵抗Ｒｄはできるだけ小さいことが望ましい。
【０００６】図６の従来のリッジ導波路型半導体レーザ
装置は、ｎ型の半導体基板１ｎを用いて構成されている
ので、リッジ導波路９を構成するクラッド層５ｐは必然
的にｐ型半導体、例えば、ｐ型のＩｎＰまたはｐ型のＩ
ｎＧａＡｓを用いて形成される。しかし、このｐ型の半
導体は多数キャリアが正孔（ホール）であるために、ｎ
型の半導体に比べてその抵抗率は約一桁高くなる。この
ため、図６に示す従来半導体レーザ装置は、ｎ型の半導
体基板１ｎ上の活性領域１０に近いリッジ導波路９の直
列抵抗が大きくなり、直列抵抗Ｒｄが大きくなる。それ
故、発熱が大きく、またＲＣ時定数も大きくなるので、
温度特性および高速動作特性を向上するのに不利とな
る。
【０００７】この問題を改善する従来のリッジ導波路型
半導体レーザ装置が図７に示され、これは、ｐ型の半導
体基板１ｐを用いて構成される。この半導体レーザ装置
は、ｐ型のＩｎＰなどの半導体基板１ｐの上面に、ｐ型
のＩｎＰクラッド層２ｐを形成し、さらにその上面にＡ
ｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸活性層３を形成したもので
ある。この活性層３の上面には、３つの突条を持ったｎ
型のＩｎＰクラッド層５ｎが形成され、このクラッド層
５ｎの上面には、ｎ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層６ｎ
を介してｎ型の電極層７ｎが形成されている。３つの突
条のうち、中央の突条がリッジ導波路９を形成してお
り、その下部の活性層３に活性領域１０が形成される。
なお、ｐ型の半導体基板１ｐの下面には、ｐ型の電極層
８ｐが形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図７に示すｐ型の半導
体基板１ｐを用いたリッジ導波路型半導体レーザ装置で
は、リッジ導波路９が、ｎ型のＩｎＰクラッド層５ｎと
ｎ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層６ｎで構成されるた
め、リッジ導波路９を流れる電流に対する直列抵抗Ｒｄ
が下がり、温度特性および高速動作特性を改善できる。
しかし、実際には、リッジ導波路９と活性領域１０の間
に比較的厚いｎ型のＩｎＰクラッド層５ｎが残る。これ
は、ＩｎＰクラッド層５ｎに３つの突条を形成するため
のエッチング工程で、このエッチングをＩｎＰクラッド
層５ｎでストップさせる制御を確実に行うために、リッ
ジ導波路９と活性領域１０との間に比較的厚いクラッド
層５ｎを残すことに起因する。このリッジ導波路９と活
性領域１０との間に残された比較的厚いクラッド層５ｎ
は、その部分を通る大きなリーク電流をもたらし、この
大きなリーク電流のために、発振しきい値電流が大きく
なり、発熱が増加するので、かえって温度特性が悪くな
る不都合が生じる。
【０００９】この発明は、ｐ型の半導体基板を用い、温
度特性と高速動作特性の向上を図ることのできる改良さ
れたリッジ導波路型半導体レーザ装置を提案するもので
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明によるリッジ導
波路型半導体レーザ装置は、ｐ型の半導体基板上に、ｐ
型のクラッド層と量子井戸活性層を順次形成し、さらに
その上にｎ型の薄い第1クラッド層とｎ型の厚い第２ク
ラッド層を順次形成したリッジ導波路型半導体レーザ装
置であって、前記第1、第２クラッド層が互いに異なる
半導体材料で構成され、前記第２クラッド層に形成した
２つの溝の間にリッジ導波路が形成され、前記各溝が前
記第1クラッド層の表面またはその近傍に達しているこ
とを特徴とする。
【００１１】また、この発明によるリッジ導波路型半導
体レーザ装置は、ｐ型の半導体基板上に、ｐ型のクラッ
ド層と量子井戸活性層順次を形成し、さらにその上にｎ
型の薄い第1クラッド層とｎ型の厚い第２クラッド層を
順次形成した二重ヘテロ構造素子を有し、前記第２クラ
ッド層に形成した２つの溝の間にリッジ導波路が形成さ
れ、前記各溝が前記第２クラッド層をエッチングして形
成され、前記第1クラッド層がこのエッチングに対する
エッチングストッパとして使用されることを特徴とす
る。
【００１２】また、この発明によるリッジ導波路型半導
体レーザ装置は、前記各溝の直下の前記第1クラッド層
に高抵抗領域が形成されていることを特徴とする。ま
た、この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ装置
は、前記高抵抗領域が前記量子井戸活性層に達すること
なく、前記第1クラッド層内に形成されたことを特徴と
する。また、この発明によるリッジ導波路型半導体レー
ザ装置は、前記高抵抗領域が不活性元素のイオン注入に
より形成されたことを特徴とする。また、この発明によ
るリッジ導波路型半導体レーザ装置は、前記高抵抗領域
がフッ素元素の導入により形成されたことを特徴とす
る。また、この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ
装置は、前記高抵抗領域が前記第１クラッド層を酸化し
て形成されたことを特徴とする。
【００１３】また、この発明によるリッジ導波路型半導
体レーザ装置は、前記リッジ導波路内に回析格子が形成
されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明に
よるリッジ導波路型半導体レーザ装置の実施の形態１を
示すもので、図１（ａ）はその斜視図、図１（ｂ）はそ
の断面図である。
【００１５】この実施の形態１は、ｐ型の半導体基板を
用いたリッジ導波路型半導体レーザ装置１００である。
このリッジ導波路型半導体レーザ装置１００は、二重へ
テロ構造素子１０２を有し、この二重へテロ構造素子１
０２は互いに対向する一対の端面１０２ａ、１０２ｂを
有し、ｐ型の半導体基板１０４を用いて構成されてい
る。半導体基板１０４は、例えばｐ型のＩｎＰ基板であ
り、例えば方形基板であって、その厚さは２５０μｍ〜
３５０μｍである。この半導体基板１０４の上面の全面
には、ｐ型のＩｎＰクラッド層１０６が１μｍ〜２μｍ
の厚さで形成されている。
【００１６】クラッド層１０６の上面の全面には活性
層、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸活性層１０８
が形成されている。この活性層１０８の全体の厚さは６
０ｎｍ〜１１５ｎｍである。この活性層１０８は、例え
ば合計５層の各ウエル層を６層の各バリア層で挟んで構
成され、この場合、各ウエル層は例えば５ｎｍの厚さで
あり、各バリア層は１０ｎｍの厚さであって、活性層１
０８の全体の厚さは８５ｎｍである。さらにこの活性層
１０８の上面の全面には、厚さの薄いｎ型の第１クラッ
ド層１１０が形成されている。この第１クラッド層１１
０は、例えばＡｌＩｎＡｓ層であるが、Ａｌ組成の大き
いＡｌＧａＩｎＡｓを使用することもできる。この第１
クラッド層１１０の厚さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍの範
囲であるが、具体的には１００ｎｍの厚さのＡｌＩｎＡ
ｓが使用される。第１クラッド層１１０の上面には、厚
さの厚いｎ型の第２クラッド層１１２が形成されてい
る。この第２クラッド層１１２は、例えばｎ型のＩｎＰ
層である。この第２クラッド層１１２の厚さは１μｍ〜
２μｍである。
【００１７】この二重へテロ構造素子１０２は、二重へ
テロ接合を有する。活性層１０８と第1クラッド層１１
０との間には、第1ヘテロ接合１１４が形成されてい
る。また、第１クラッド層１１０と第２クラッド層１１
２との間には第２ヘテロ接合１１６が形成されている。
このように、活性層１０８、第１クラッド層１１０およ
び第２クラッド層１１２によって、二重ヘテロ構造が構
成されている。
【００１８】第２クラッド層１１２には、互いに平行な
３つの突条１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが形成されて
いる。これらの突条１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、
突条１１２ａを中央にして、その両側に突条１１２ｂ、
１１２ｃが配置されている。これらの突条１１２ａ、１
１２ｂ、１１２ｃは、それぞれ端面１０２ａから端面１
０２ｂに向かって互いに平行に延長されており、この延
長方向と直交する断面がそれぞれ矩形状断面である。隣
接する２つの突条１１２ａと突条１１２ｂの間には、ス
トライプ状溝１１８ａが、また隣接する２つの突条１１
２ａと突条１１２ｃの間には、ストライプ状溝１１８ｂ
がそれぞれ形成されている。これらの溝１１８ａ、１１
８ｂの底部には、第１クラッド層１１０が露出してい
る。中央の突条１１２ａがリッジ導波路１２０を構成す
る。
【００１９】３つの突条１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ
の各上面には、ｎ型のＩｎＧａＡｓコンタクト層１２２
が０．２μｍ〜０．５μｍの厚さで形成され、このコン
タクト層１２２を介して各突条１１２ａ、１１２ｂ、１
１２ｃにｎ型の電極層１２４がオーミックコンタクトし
ている。ｐ型の半導体基板１０４の下面の全面には、ｐ
型の電極層１２６が形成され、ｐ型の半導体基板１０４
にオーミックコンタクトしている。
【００２０】リッジ導波路１２０の下部の活性層１０３
には、活性領域１３０が形成される。この活性領域１３
０とリッジ導波路１２０との間には、第１クラッド層１
１０が存在しているが、その厚さが１００ｎｍと薄いの
で、リッジ導波路１２０から活性領域１３０の方向への
抵抗の増大は抑えられる。
【００２１】ｎ型の第２クラッド層１１２の３つの突条
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、次のようにして形成
される。最初に、第１クラッド層１１０の上面の全面
に、第２クラッド層１１２となるｎ型のＡｌＩｎＡｓ層
と、コンタクト層１２２となるｎ型のＩｎＧａＡｓ層を
形成した後に、このＡｌＩｎＡｓ層とＩｎＧａＡｓ層と
にストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂをエッチングによ
り形成することによって形成される。ストライプ状溝１
１８ａ、１１８ｂは第１クラッド層１１０に達するよう
に形成され、３つの突状１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ
が互いに分離して形成される。
【００２２】ストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂを形成
するためのエッチングは、前段の第１エッチング工程
と、後段の第２エッチング工程とを含む。第１エッチン
グ工程では、第２クラッド層１１２となるＡｌＩｎＡｓ
層とコンタクト層１２２となるＩｎＧａＡｓ層とをとも
にエッチングできる選択性のないＲＩＥ（Reactive Ion
Etching ）法などのドライエッチングが用いられる。こ
の第１エッチング工程では、第２クラッド層１１２がそ
の厚さの途中までエッチングされる。例えば第２クラッ
ド層１１２は、その厚さの７０％から８０％のところま
で、第１エッチング工程によりエッチングされる。
【００２３】第１エッチング工程の後、第２エッチング
工程によって、ストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂの残
りのエッチングが行われる。この第２エッチング工程で
は、第２クラッド層１１２を構成するＩｎＰに対するエ
ッチング速度に比べて、第１クラッド層１１０を構成す
るＡｌＩｎＡｓに対するエッチング速度が遅いエッチン
グ液を使用したウエットエッチングが利用される。この
エッチング液としては、例えば塩酸と燐酸の混合液が使
用される。このエッチング液は、ＡｌＩｎＡｓに対する
エッチング速度が、ＩｎＰに対するエッチング速度に比
べて一桁以上遅い。
【００２４】このため、エッチングが第１クラッド層１
１０に達した段階で急激にエッチング速度が低下するの
で、この段階で第２エッチング工程が停止される。第１
クラッド層１１０は、第２エッチング工程におけるエッ
チングストッパ層としての機能を果たす。第２エッチン
グ工程が第１クラッド層１１０をエッチングストッパと
して停止される結果、ストライプ状溝１１８ａ、１１８
ｂの底部には、第１クラッド層１１０が露出し、また、
このストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂの底部における
第１クラッド層１１０の厚さは、１００ｎｍ以下で制御
性よく制御することができる。だだし、第１クラッド層
１１０をエッチングストッパとする場合であっても、エ
ッチング時間の誤差などで、ストライプ状溝１１８ａ、
１１８ｂの底部の第１クラッド層１１０の上に、僅かに
ＩｎＰ層が残るような場合があるが、この場合も第１ク
ラッド層１１０の存在によって第２クラッド層１１２が
充分な厚さまでエッチングできる効果は基本的に変わら
ない。
【００２５】このように、この発明の実施の形態１によ
れば、ストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂの底部におけ
る第１クラッド層１１０の厚さを１００ｎｍ以下の薄さ
に制御することができる。この結果、リッジ導波路１２
０の下部で、活性領域１３０の外側から第１クラッド層
１１０を経て活性領域１３０の上部へ横方向に流れ込む
電流、すなわちレーザ発振に寄与しないリーク電流を効
果的に小さくすることができる。図１（ａ）（ｂ）に
は、便宜上、活性領域１３０の上部における電子の流れ
を矢印で示す。もちろん電流はこの電子の流れと逆方向
に流れる。
【００２６】実施の形態１の動作を説明する。動作電圧
は、ｐ電極層１２６でプラス、ｎ電極層１２４でマイナ
スとなるように、電極層１２６、１２４間に印加され
る。この動作電圧により、電子はリッジ導波路１２０を
経由して、リッジ導波路１２０の直下の活性領域１３０
に集中して流れ込み、またホールも同時にｐ型の半導体
基板１０４から活性領域１３０に流れ込む。電流を増加
させ、しきい値電流以上の電流になれば、活性領域１３
０においてレーザ発振が生じる。この動作は通常の半導
体レーザ装置と同じである。
【００２７】この実施の形態１では、活性領域１３０の
上部から外側へ向かって、第１クラッド層１１０を経由
して流れる電子の流れが、ストライプ状溝１１８ａ、１
１８ｂの底部において薄い第１クラッド層１１０により
抑制されて小さくなるので、活性領域１３０をバイパス
するリーク電流を小さく抑えることができる。活性領域
１３０の上部の第１クラッド層１１０は厚さが薄いの
で、直列抵抗の増大も僅かで済み、またレーザ光の吸収
も少ない。
【００２８】また、実施の形態１では、リッジ導波路１
２０がｎ型層、具体的にはｎ型の第１クラッド層１１０
とｎ型の第２クラッド層１１２で構成されるので、リッ
ジ導波路がｐ型層で構成される従来のｎ型の半導体基板
を用いたリッジ導波路型半導体レーザ装置に比べて、リ
ッジ導波路１２０の部分の抵抗率を約１／１０にするこ
とができる。したがって、リッジ導波路１２０の部分に
おける抵抗による発熱が大幅に小さくなり、半導体レー
ザ装置の温度特性が改善できる。また、半導体レーザ装
置全体の抵抗が小さくなるので、ＲＣ時定数が小さくな
り、周波数応答が速くなって、高速動作特性を改善で
き、高速変調が可能となる。さらに、実施の形態１で
は、活性層１０８としてＡｌＧａＩｎＡｓ系の量子井戸
を用いているため、従来のＩｎＧａＡｓＰ系の量子井戸
を用いた半導体レーザ装置に比べ、温度特性、高速動作
特性、高速変調特性を改善できる。
【００２９】実施の形態２．図２はこの発明によるリッ
ジ導波路型半導体レーザ装置の実施の形態２を示す断面
図である。この実施の形態２は、ストライプ状溝１１８
ａ、１１８ｂの底部に露出する第１クラッド層１１０の
部分に、格子欠陥による高抵抗領域１３２を形成したも
のである。その他は実施の形態１と同じに構成されてお
り、実施の形態１と同じ部分は同じ符号で示している。
【００３０】高抵抗領域１３２は、ストライプ状溝１１
８ａ、１１８ｂから、Ｈ（水素）、Ｈｅ（ヘリウム）、
Ａｒ（アルゴン）などの不活性元素イオンを、第１クラ
ッド層１１０に向かって注入することによって形成され
る。このイオン注入工程では、注入される元素およびこ
の元素の注入によって第１クラッド層１１０に導入され
る格子欠陥のピークが、量子井戸活性層１０８に到達し
ないように、イオンの加速エネルギーが設定され、結果
として高抵抗領域１３２は第１クラッド層１１０の厚さ
の範囲に限定して形成される。これは、イオン注入によ
って形成される格子欠陥が、半導体レーザ装置を長時間
動作させた場合に増殖して半導体レーザ装置の信頼性を
損なうおそれがあることに留意し、かかる信頼性の低下
が起こらないように、高抵抗領域１３２を第１クラッド
層１１０の厚さの範囲に限定するものである。高抵抗領
域１３２は、第１クラッド層１１０の厚さの全部に亘っ
て形成されるのが望ましいが、ストライプ状溝１１８
ａ、１１８ｂに露出する表面からその厚さの７０から８
０％の範囲に形成しても、ほぼ同様の効果が期待でき
る。
【００３１】高抵抗領域１３２に存在する格子欠陥は、
注入されたキャリア（電子）を捕獲するので、この領域
では有効なキャリア数が減少し、高抵抗となる。このた
め、第１クラッド層１１０を流れる電子が減少し、それ
に伴い、リーク電流がより抑制される。その結果、活性
領域１３０へより効果的にキャリアを集中させることが
できる。この実施の形態２によれば、リーク電流の抑制
により、しきい値電流をより低減することができ、より
高温での発振が可能となる。
【００３２】実施の形態３．図３はこの発明によるリッ
ジ導波路型半導体レーザ装置の実施の形態３を示す断面
図である。この実施の形態３は、ストライプ状溝１１８
ａ、１１８ｂの底部に露出する第１クラッド層１１０の
部分に、Ｆ（フッ素）の導入による高抵抗領域１３４を
形成したものである。その他は実施の形態１と同じに構
成されており、実施の形態１と同じ部分は同じ符号で示
している。
【００３３】第１クラッド層１１０を構成するｎ型Ａｌ
ＩｎＡｓ層に対してＦ（フッ素）が導入されると、その
導入された部分で、Ｆ（フッ素）がｎ型不純物であるＳ
ｉ（シリコン）元素またはＳ（硫黄）元素を不活性化
し、高抵抗化することが知られている。この実施の形態
３では、このＦ（フッ素）の導入により、ストライプ状
溝１１８ａ、１１８ｂの底部に露出する第１クラッド層
１１０の部分に、高抵抗領域１３４を形成している。こ
の高抵抗領域１３４は、ストライプ状溝１１８ａ、１１
８ｂにより第１クラッド層１１０を部分的に露出させた
状態において、この第１クラッド層１１０の露出表面に
Ｆ（フッ素）を接触させることによって形成される。高
抵抗領域１３４は、第１クラッド層１１０の厚さの全部
に亘って形成されるのが望ましいが、ストライプ状溝１
１８ａ、１１８ｂに露出する表面からその厚さの７０か
ら８０％の範囲に形成しても、ほぼ同様の効果が期待で
きる。
【００３４】このための第１の方法は、ＨＦ（フッ化水
素）またはＮＨ４Ｆ（フッ化アンモニウム）を含んだ水
溶液に、ストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂにより第１
クラッド層１１０を部分的に露出させた状態の二重へテ
ロ構造素子１０２を浸漬する方法である。また第２の方
法は、ＣＦ４などのフッ化化合物ガスを含んだ雰囲気中
でプラズマを発生させ、このプラズマにストライプ状溝
１１８ａ、１１８ｂにより第１クラッド層１１０を部分
的に露出させた状態の二重へテロ構造素子１０２を曝す
方法である。
【００３５】実施の形態３では、実施の形態２と同様
に、Ｆ（フッ素）を導入した高抵抗領域１３４により、
リーク電流をさらに減少させ、活性領域１３０に効率的
にキャリアを集中させることができ、しきい値電流を低
減し、温度特性を改善できる。
【００３６】実施の形態４．図４はこの発明によるリッ
ジ導波路型半導体レーザ装置の実施の形態３を示す断面
図である。この実施の形態４は、ストライプ状溝１１８
ａ、１１８ｂの底部に露出する第１クラッド層１１０の
部分を酸化した、酸化膜による高抵抗領域１３６を形成
したものである。その他は実施の形態１と同じに構成さ
れており、実施の形態１と同じ部分は同じ符号で示して
いる。
【００３７】酸化膜による高抵抗領域１３６は、ストラ
イプ状溝１１８ａ、１１８ｂの底部に露出する第１クラ
ッド層１１０の表面部分を水蒸気雰囲気中で高温熱処理
することにより形成される。この酸化膜による高抵抗領
域１３６は、第１クラッド層１１０の厚さの全部または
その表面から７０−８０％に至るほぼ全部に亘るように
形成され、その絶縁膜によりリッジ導波路１２０の周辺
に広がるリーク電流が殆ど皆無となるように抑制するこ
とができる。結果として、活性領域１３０に効率的にキ
ャリアを集中させることができ、しきい値電流を低減
し、温度特性を顕著に改善できる。
【００３８】実施の形態５．図５はこの発明による半導
体レーザ装置の実施の形態５を示す断面図である。この
実施の形態５は、ストライプ状溝１１８ａ、１１８ｂの
底部に露出する第１クラッド層１１０の部分に高抵抗領
域１３８を形成するとともに、リッジ導波路１２０に回
析格子１４０を形成したリッジ導波路型ＤＦＢレーザで
ある。高抵抗領域１３８と回析格子１４０以外は実施の
形態１と同じに構成され、実施の形態１と同じ符号で示
している。
【００３９】まず、高抵抗領域１３８は、実施の形態２
から４に示した高抵抗領域１３２、１３４、１３６のい
ずれかと同じに形成される。
【００４０】回析格子１４０は、リッジ導波路１２０中
に、端面１０２ａから端面１０２ｂに向かって所定の格
子ピッチで形成されており、活性領域１３０との間に所
定間隔の共振器を構成する。この回析格子１４０は、例
えばＩｎＧａＡｓＰから構成され、ｎ型ＩｎＰからなる
リッジ導波路１２０中に形成されている。この回析格子
１４０は、活性領域１３０で発生した光を反射し、活性
領域１３０との間に構成される共振器内で光を往復さ
せ、電流がしきい値電流以上になると、回析格子１４０
の格子ピッチで決まる単一波長で発振を起こさせるよう
に機能する。
【００４１】回析格子１４０は、格子ピッチが端面１０
２ａから端面１０２ｂまで一様な均一回析格子として構
成されるか、または一部のピッチがλ／４（λは媒質内
の光の波長）だけずれた位相シフト回析格子として構成
される。とくに位相シフト回析格子を採用すれば、単一
縦モード発振に安定性、再現性に優れ、かつ高温で安定
動作可能なＤＦＢレーザ装置を実現することができる。
【００４２】実施の形態５によれば、例えば８５℃以上
の高温まで安定に単一縦モードで動作するＤＦＢレーザ
装置を実現できる。また高抵抗領域１３８によって、よ
り高い温度まで、例えば１０Ｇｂｐｓクラスの高速変調
が可能なギガビットイーサネット（登録商標）などに適
用可能な信号伝送用半導体レーザ装置が実現できる。ま
た、ｎ型半導体で構成されたリッジ導波路１２０内に回
析格子１４０を形成するものであるので、回析格子１４
０を形成した後、ｎ型のＩｎＰ層の埋め込み成長を行う
際に、再成長界面にｎ型不純物であるＳｉが堆積して
も、同一導電型であるために、高抵抗層が形成されるこ
とがない。
【００４３】以上の実施の形態１から５は、ｐ型ＩｎＰ
基板１０１上に形成されたＡｌＧａＩｎＡｓ系量子井戸
活性層１０３を用いた半導体レーザ装置であるが、この
発明はｐ型ＩｎＰ基板１０１上にＩｎＧａＡｓ系量子井
戸活性層を形成した半導体レーザ装置、ｐ型ＧａＡｓ基
板上にＡｌＧａＡｓ系量子井戸活性層またはＩｎＧａＡ
ｓ系量子井戸活性層を形成した半導体レーザ装置など、
他の材料系の基板および量子井戸活性層を用いた半導体
レーザ装置にも適用できる。
【００４４】例えば基板１０４として、ｐ型のＧａＡｓ
基板を使用する場合、ｐ型クラッド層１０６としてはＡ
ｌＧａＡｓ層が、活性層１０８としてはＡｌＧａＡｓ系
量子井戸活性層が、ｎ型の第１クラッド層１１０として
は厚さ数ｎｍの極めて薄いＧａＡｓ層が、またｎ型の第
２クラッド層１１２としてはＡｌＧａＡｓ層がそれぞれ
使用される。
【００４５】
【発明の効果】以上のようにこの発明によるリッジ導波
路型半導体レーザは、ｐ型の半導体基板を用い、互いに
異なる半導体材料で構成されたｎ型の薄い第１クラッド
層とｎ型の厚い第２クラッド層を併用し、第２クラッド
層に形成した２つの溝の間にリッジ導波路を形成し、各
溝が第１クラッド層の表面またはその近傍に達するよう
にしたので、薄い第１クラッド層によりリーク電流を抑
制しながら、レーザ装置の温度特性、高速動作特性を改
善できる。
【００４６】また、この発明によるリッジ導波路型半導
体レーザは、ｐ型の半導体基板を用い、ｎ型の薄い第１
クラッド層とｎ型の厚い第２クラッド層を併用し、第２
クラッド層に形成した２つの溝の間にリッジ導波路を形
成し、各溝を形成するエッチングに対して第１クラッド
層がエッチングストッパとして使用されるようにしたの
で、薄い第１クラッド層によりリーク電流を抑制しなが
ら、レーザ装置の温度特性、高速動作特性を改善でき
る。
【００４７】また、各溝の直下の第１クラッド層に高抵
抗領域を形成したものでは、高抵抗領域によってリーク
電流をさらに抑制でき、また、この高抵抗領域を活性層
に達することなく、第１クラッド層内に形成したもので
は、さらに高抵抗領域による活性層への悪影響をなくす
ることができる。
【００４８】また、高抵抗領域を不活性元素のイオン注
入により形成したもの、フッ素元素の導入により形成し
たもの、第１クラッド層の酸化によって形成したもので
は、高抵抗領域を効果的形成し、リーク電流を抑制でき
る。
【００４９】また、リッジ導波路内に回析格子を形成し
たものでは、単一波長発振を図りながら、リーク電流を
抑え、レーザ装置の温度特性、高速動作特性の向上を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ
装置の実施の形態１を示すもので、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は断面図。
【図２】 この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ
装置の実施の形態２を示す断面図。
【図３】 この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ
装置の実施の形態３を示す断面図。
【図４】 この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ
装置の実施の形態４を示す断面図。
【図５】 この発明によるリッジ導波路型半導体レーザ
装置の実施の形態５を示す斜視図。
【図６】 従来のリッジ導波路型半導体レーザ装置を示
す斜視図。
【図７】 従来のリッジ導波路型半導体レーザ装置を示
す斜視図。
【符号の説明】
１０２ 二重へテロ構造素子、 １０４ ｐ型半導体
基板、 １０６ ｐ型クラッド層、 １０８ 量子
井戸活性層、 １１０ ｎ型の第１クラッド層、
１１２ ｎ型の第２クラッド層、 １１８ａ、１１８
ｂ 溝、 １２０ リッジ導波路、 １３０ 活性
領域、 １３２、１３４、１３６、１３８ 高抵抗領
域、 １４０ 回析格子。
フロントページの続き (72)発明者 花巻 吉彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA64 AA74 BA02 CA15 CB02 DA16 DA23 EA14

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｐ型の半導体基板上に、ｐ型のクラッド
    層と量子井戸活性層を順次形成し、さらにその上にｎ型
    の薄い第1クラッド層とｎ型の厚い第２クラッド層を順
    次形成したリッジ導波路型半導体レーザ装置であって、
    前記第1、第２クラッド層が互いに異なる半導体材料で
    構成され、前記第２クラッド層に形成した２つの溝の間
    にリッジ導波路が形成され、前記各溝が前記第1クラッ
    ド層の表面またはその近傍に達していることを特徴とす
    るリッジ導波路型半導体レーザ装置。
  2. 【請求項２】 ｐ型の半導体基板上に、ｐ型のクラッド
    層と量子井戸活性層順次を形成し、さらにその上にｎ型
    の薄い第1クラッド層とｎ型の厚い第２クラッド層を順
    次形成した二重ヘテロ構造素子を有し、前記第２クラッ
    ド層に形成した２つの溝の間にリッジ導波路が形成さ
    れ、前記各溝が前記第２クラッド層をエッチングして形
    成され、前記第1クラッド層がこのエッチングに対する
    エッチングストッパとして使用されることを特徴とする
    リッジ導波路型半導体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 前記各溝の直下の前記第1クラッド層に
    高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項１
    または２記載のリッジ導波路型半導体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 前記高抵抗領域が前記量子井戸活性層に
    達することなく、前記第1クラッド層内に形成されたこ
    とを特徴とする請求項３記載のリッジ導波路型半導体レ
    ーザ装置。
  5. 【請求項５】 前記高抵抗領域が不活性元素のイオン注
    入により形成されたことを特徴とする請求項３または４
    記載のリッジ導波路型半導体レーザ装置。
  6. 【請求項６】 前記高抵抗領域がフッ素元素の導入によ
    り形成されたことを特徴とする請求項３または４記載の
    リッジ導波路型半導体レーザ装置。
  7. 【請求項７】 前記高抵抗領域が前記第１クラッド層を
    酸化して形成されたことを特徴とする請求項３または４
    記載のリッジ導波路型半導体レーザ装置。
  8. 【請求項８】 前記リッジ導波路内に回析格子が形成さ
    れていることを特徴とする請求項３または４記載のリッ
    ジ導波路型半導体レーザ装置。
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