JP2003318482A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 活性層に回折格子を形成しても、自然放出光
の波長やＰＬ波長のシフト量の少ない半導体レーザ装置
を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に、第１導電型の半導体材
料からなる下側クラッド層２が形成されている。下側ク
ラッド層の上に活性層６が形成されている。活性層は、
歪を有する歪井戸層と、該歪井戸層よりも大きなバンド
ギャップの障壁層とが交互に積層されて構成され、活性
層の厚さ方向の一部分または全厚さ部分が、半導体基板
の表面に平行な第１の方向に関して周期的に除去され、
回折格子を構成している。活性層の除去された部分に、
半導体材料からなる埋込部材８が埋め込まれている。歪
井戸層の歪と埋込部材の歪とが同符号である。活性層及
び埋込部材の上に、前記第１導電型とは反対の第２導電
型の半導体材料からなる上側クラッド層１０が形成され
ている。
の波長やＰＬ波長のシフト量の少ない半導体レーザ装置
を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に、第１導電型の半導体材
料からなる下側クラッド層２が形成されている。下側ク
ラッド層の上に活性層６が形成されている。活性層は、
歪を有する歪井戸層と、該歪井戸層よりも大きなバンド
ギャップの障壁層とが交互に積層されて構成され、活性
層の厚さ方向の一部分または全厚さ部分が、半導体基板
の表面に平行な第１の方向に関して周期的に除去され、
回折格子を構成している。活性層の除去された部分に、
半導体材料からなる埋込部材８が埋め込まれている。歪
井戸層の歪と埋込部材の歪とが同符号である。活性層及
び埋込部材の上に、前記第１導電型とは反対の第２導電
型の半導体材料からなる上側クラッド層１０が形成され
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関し、特に歪多重量子井戸構造に回折格子を形成した
利得結合分布帰還型の半導体レーザ装置に関する。
に関し、特に歪多重量子井戸構造に回折格子を形成した
利得結合分布帰還型の半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、インターネットの急速な普及と情
報処理技術の急速な進展によって情報通信量が急増し、
大容量化に適した波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光通信
網の構築が急務となっている。ＷＤＭ方式の光源に用い
られる分布帰還型（ＤＦＢ）レーザには、単一波長性と
高出力動作はいうまでもなく、高速化及び低コスト化が
要求されている。低コスト化を実現するためには、半導
体レーザ装置、変調器、光増幅器、及び合分波器等の光
部品をモノリシックに集積化することが好ましいが、こ
のような光部品がモノリシックに集積化された光装置に
使用される半導体レーザ装置には、反射戻り光に対して
強い耐性が要求される。
報処理技術の急速な進展によって情報通信量が急増し、
大容量化に適した波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光通信
網の構築が急務となっている。ＷＤＭ方式の光源に用い
られる分布帰還型（ＤＦＢ）レーザには、単一波長性と
高出力動作はいうまでもなく、高速化及び低コスト化が
要求されている。低コスト化を実現するためには、半導
体レーザ装置、変調器、光増幅器、及び合分波器等の光
部品をモノリシックに集積化することが好ましいが、こ
のような光部品がモノリシックに集積化された光装置に
使用される半導体レーザ装置には、反射戻り光に対して
強い耐性が要求される。
【０００３】単一波長性に優れた半導体レーザ装置とし
て、λ／４位相シフトＤＦＢレーザ装置が実用化されて
いる。このレーザ装置は、屈折率結合型で、基板または
活性層の近傍に形成した回折格子の位相を、途中でπ
（媒質内波長の１／４に相当）だけシフトさせた構造を
有する。光共振器の両端面に反射防止膜を設けることに
より、安定な単一波長発振を実現することができる。し
かしながら、両端面に反射防止膜が設けられるため、片
方の端面からの出力が低くなり、高出力化を図ることが
困難である。
て、λ／４位相シフトＤＦＢレーザ装置が実用化されて
いる。このレーザ装置は、屈折率結合型で、基板または
活性層の近傍に形成した回折格子の位相を、途中でπ
（媒質内波長の１／４に相当）だけシフトさせた構造を
有する。光共振器の両端面に反射防止膜を設けることに
より、安定な単一波長発振を実現することができる。し
かしながら、両端面に反射防止膜が設けられるため、片
方の端面からの出力が低くなり、高出力化を図ることが
困難である。
【０００４】一方、歪多重量子井戸構造を有する活性層
自体に回折格子を形成し、光の伝搬方向に関して利得を
周期的に変化させた利得結合分布帰還型レーザ装置（利
得結合ＤＦＢレーザ装置）が注目されている。このレー
ザ装置では、活性層の厚さ方向の一部分が、光の伝搬方
向に関して周期的に除去されており、残された凸部が周
期的に配列することによって回折格子が構成される。
自体に回折格子を形成し、光の伝搬方向に関して利得を
周期的に変化させた利得結合分布帰還型レーザ装置（利
得結合ＤＦＢレーザ装置）が注目されている。このレー
ザ装置では、活性層の厚さ方向の一部分が、光の伝搬方
向に関して周期的に除去されており、残された凸部が周
期的に配列することによって回折格子が構成される。
【０００５】このレーザ装置においては、利得の大きい
部分（活性層の凸部）に定在波の腹が位置するため、回
折格子を位相シフトさせなくても安定に単一波長で発振
させることができる。また、光共振器の片方の端面を高
反射コーティングしても単一波長で発振するため、高出
力化に適している。さらに、利得結合ＤＦＢレーザ装置
は、反射戻り光に対する特性の変化も小さいことが実験
的に確認されている。このように、利得結合ＤＦＢレー
ザ装置は、単一波長性、高出力動作、及び反射戻り光耐
性に優れたレーザ装置として期待されている。
部分（活性層の凸部）に定在波の腹が位置するため、回
折格子を位相シフトさせなくても安定に単一波長で発振
させることができる。また、光共振器の片方の端面を高
反射コーティングしても単一波長で発振するため、高出
力化に適している。さらに、利得結合ＤＦＢレーザ装置
は、反射戻り光に対する特性の変化も小さいことが実験
的に確認されている。このように、利得結合ＤＦＢレー
ザ装置は、単一波長性、高出力動作、及び反射戻り光耐
性に優れたレーザ装置として期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の利得結合ＤＦＢ
レーザ装置において、回折格子が形成された活性層の凸
部の自然放出光の波長またはフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）波長が、回折格子を形成する前の活性層のそれより
も数十ｍｅＶ程度短波長側へシフト（ブルーシフト）す
ることが報告されている。
レーザ装置において、回折格子が形成された活性層の凸
部の自然放出光の波長またはフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）波長が、回折格子を形成する前の活性層のそれより
も数十ｍｅＶ程度短波長側へシフト（ブルーシフト）す
ることが報告されている。
【０００７】本発明の目的は、活性層に回折格子を形成
しても、自然放出光の波長やＰＬ波長のシフト量の少な
い半導体レーザ装置を提供することである。
しても、自然放出光の波長やＰＬ波長のシフト量の少な
い半導体レーザ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、半導体基板上に形成された第１導電型の半導体材料
からなる下側クラッド層と、前記下側クラッド層の上に
形成された活性層であって、該活性層は、歪を有する歪
井戸層と、該歪井戸層よりも大きなバンドギャップの障
壁層とが交互に積層されて構成され、該活性層の厚さ方
向の一部分または全厚さ部分が、前記半導体基板の表面
に平行な第１の方向に関して周期的に除去され、回折格
子を構成している前記活性層と、前記活性層の除去され
た部分に埋め込まれた半導体材料からなる埋込部材であ
って、前記歪井戸層の歪と該埋込部材の歪とが同符号で
ある前記埋込部材と、前記活性層及び埋込部材の上に形
成され、前記第１導電型とは反対の第２導電型の半導体
材料からなる上側クラッド層とを有する半導体レーザ装
置が提供される。
と、半導体基板上に形成された第１導電型の半導体材料
からなる下側クラッド層と、前記下側クラッド層の上に
形成された活性層であって、該活性層は、歪を有する歪
井戸層と、該歪井戸層よりも大きなバンドギャップの障
壁層とが交互に積層されて構成され、該活性層の厚さ方
向の一部分または全厚さ部分が、前記半導体基板の表面
に平行な第１の方向に関して周期的に除去され、回折格
子を構成している前記活性層と、前記活性層の除去され
た部分に埋め込まれた半導体材料からなる埋込部材であ
って、前記歪井戸層の歪と該埋込部材の歪とが同符号で
ある前記埋込部材と、前記活性層及び埋込部材の上に形
成され、前記第１導電型とは反対の第２導電型の半導体
材料からなる上側クラッド層とを有する半導体レーザ装
置が提供される。
【０００９】埋込部材の材料として上述の材料を用いる
と、活性層に回折格子を形成したときの、自然放出光の
波長やＰＬ波長のシフト量を少なくすることができる。
と、活性層に回折格子を形成したときの、自然放出光の
波長やＰＬ波長のシフト量を少なくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本願発明の実施例を説明する前
に、従来の利得結合ＤＦＢレーザ装置において、回折格
子を形成することによってＰＬ波長がブルーシフトする
原因について説明する。
に、従来の利得結合ＤＦＢレーザ装置において、回折格
子を形成することによってＰＬ波長がブルーシフトする
原因について説明する。
【００１１】図４に、従来の利得結合ＤＦＢレーザ装置
の部分断面図を示す。導電型がｎ型のＩｎＰからなる半
導体基板１の上に、ｎ型ＩｎＰからなる厚さ３００ｎｍ
の下側クラッド層２が形成されている。半導体基板１の
上面（主面）の結晶面方位は（００１）である。ＸＹ面
を半導体基板１の上面に平行にし、厚さ方向をＺ軸とす
るＸＹＺ直交座標系を導入する。半導体基板１の〔１１
０〕方向をＸ軸の方向とし、〔−１１０〕方向をＹ軸方
向とする。このとき、Ｚ軸方向が〔００１〕方向にな
る。ここで、マイナス符号が付されたミラー指数は、当
該数字のオーババーであることを意味する。
の部分断面図を示す。導電型がｎ型のＩｎＰからなる半
導体基板１の上に、ｎ型ＩｎＰからなる厚さ３００ｎｍ
の下側クラッド層２が形成されている。半導体基板１の
上面（主面）の結晶面方位は（００１）である。ＸＹ面
を半導体基板１の上面に平行にし、厚さ方向をＺ軸とす
るＸＹＺ直交座標系を導入する。半導体基板１の〔１１
０〕方向をＸ軸の方向とし、〔−１１０〕方向をＹ軸方
向とする。このとき、Ｚ軸方向が〔００１〕方向にな
る。ここで、マイナス符号が付されたミラー指数は、当
該数字のオーババーであることを意味する。
【００１２】下側クラッド層２の上に、アンドープのＩ
ｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの下側光ガイド層３
が形成されている。下側光ガイド層３のＰＬ波長は１．
１５μｍである。下側光ガイド層３の上に、回折格子が
設けられた多重量子井戸構造を有する活性層６が形成さ
れている。
ｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの下側光ガイド層３
が形成されている。下側光ガイド層３のＰＬ波長は１．
１５μｍである。下側光ガイド層３の上に、回折格子が
設けられた多重量子井戸構造を有する活性層６が形成さ
れている。
【００１３】活性層６は、下側光ガイド層３側の活性層
平坦部４及びその上に配置された複数の活性層凸部５に
より構成されている。活性層凸部５は、Ｘ方向に周期的
に分布している。活性層凸部５の分布する周期は、発振
波長であるブラッグ波長と、光導波路の等価屈折率とか
ら求まる。
平坦部４及びその上に配置された複数の活性層凸部５に
より構成されている。活性層凸部５は、Ｘ方向に周期的
に分布している。活性層凸部５の分布する周期は、発振
波長であるブラッグ波長と、光導波路の等価屈折率とか
ら求まる。
【００１４】活性層平坦部４は、厚さ１０ｎｍの障壁層
６ａと厚さ６ｎｍの歪量子井戸層６ｂとが交互に積層さ
れた構造を有する。同様に、活性層凸部５も、厚さ１０
ｎｍの障壁層６ａと厚さ５ｎｍの歪量子井戸層６ｂとが
交互に積層された構造を有する。歪量子井戸層６ｂは、
波長１．５６μｍに相当するバンドギャップのＩｎＧａ
ＡｓＰで形成され、障壁層６ａは、波長１．３μｍに相
当するバンドギャップのＩｎＧａＡｓＰで形成されてい
る。活性層凸部５の上面の上に、アンドープのＩｎＰか
らなる厚さ２０ｎｍのカバー膜７が形成されている。
６ａと厚さ６ｎｍの歪量子井戸層６ｂとが交互に積層さ
れた構造を有する。同様に、活性層凸部５も、厚さ１０
ｎｍの障壁層６ａと厚さ５ｎｍの歪量子井戸層６ｂとが
交互に積層された構造を有する。歪量子井戸層６ｂは、
波長１．５６μｍに相当するバンドギャップのＩｎＧａ
ＡｓＰで形成され、障壁層６ａは、波長１．３μｍに相
当するバンドギャップのＩｎＧａＡｓＰで形成されてい
る。活性層凸部５の上面の上に、アンドープのＩｎＰか
らなる厚さ２０ｎｍのカバー膜７が形成されている。
【００１５】相互に隣り合う活性層凸部５の間に凹部が
画定される。この凹部内に、アンドープのＩｎＰからな
る埋込部材８が埋め込まれている。埋込部材８の上面
は、カバー膜７の上面とほぼ面一である。
画定される。この凹部内に、アンドープのＩｎＰからな
る埋込部材８が埋め込まれている。埋込部材８の上面
は、カバー膜７の上面とほぼ面一である。
【００１６】カバー膜７及び埋込部材８の上に、アンド
ープのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの上側光ガ
イド層９、ｐ型ＩｎＰからなる厚さ３μｍの上側クラッ
ド層１０、及びｐ型ＩｎＧａＡｓからなる厚さ５００ｎ
ｍのコンタクト層１１が順番に積層されている。少なく
とも活性層６及びそれよりも上の層は、Ｘ方向に長い直
線状メサ構造とされている。図４には現れていないが、
このメサ構造の両側（図４の紙面の手前と奥）に、電流
狭窄構造が形成されている。電流狭窄構造は、例えばｐ
型ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層、及びｐ型ＩｎＰ層がこの順
番に積層された構造、または鉄（Ｆｅ）がドープされた
高抵抗ＩｎＰ層で構成される。
ープのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの上側光ガ
イド層９、ｐ型ＩｎＰからなる厚さ３μｍの上側クラッ
ド層１０、及びｐ型ＩｎＧａＡｓからなる厚さ５００ｎ
ｍのコンタクト層１１が順番に積層されている。少なく
とも活性層６及びそれよりも上の層は、Ｘ方向に長い直
線状メサ構造とされている。図４には現れていないが、
このメサ構造の両側（図４の紙面の手前と奥）に、電流
狭窄構造が形成されている。電流狭窄構造は、例えばｐ
型ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層、及びｐ型ＩｎＰ層がこの順
番に積層された構造、または鉄（Ｆｅ）がドープされた
高抵抗ＩｎＰ層で構成される。
【００１７】コンタクト層１１の上に、ＡｕＺｎからな
る上側電極１２が形成され、半導体基板１の底面上に、
ＡｕＧｅからなる下側電極１３が形成されている。上側
電極１２と下側電極１３とに、上側電極１２が正電圧に
なる向きの電圧を印加すると、上側電極１２を通して活
性層６に正孔が注入され、下側電極１３を通して活性層
６に電子が注入される。
る上側電極１２が形成され、半導体基板１の底面上に、
ＡｕＧｅからなる下側電極１３が形成されている。上側
電極１２と下側電極１３とに、上側電極１２が正電圧に
なる向きの電圧を印加すると、上側電極１２を通して活
性層６に正孔が注入され、下側電極１３を通して活性層
６に電子が注入される。
【００１８】歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａは、下地
の半導体基板１にコヒーレント成長している。ここで、
コヒーレント成長とは、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６
ａのＸ方向及びＹ方向の格子定数が、下地表面の格子定
数に一致するような結晶成長を意味する。このため、歪
量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａは、そのＸ方向とＹ方向
の格子定数が半導体基板１の格子定数と等しくなるよう
に歪む。活性層平坦部４はＺ方向に関して応力を受けな
いため、Ｚ方向に関して、その材料のポアッソン比で決
定される格子変形が生ずる。
の半導体基板１にコヒーレント成長している。ここで、
コヒーレント成長とは、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６
ａのＸ方向及びＹ方向の格子定数が、下地表面の格子定
数に一致するような結晶成長を意味する。このため、歪
量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａは、そのＸ方向とＹ方向
の格子定数が半導体基板１の格子定数と等しくなるよう
に歪む。活性層平坦部４はＺ方向に関して応力を受けな
いため、Ｚ方向に関して、その材料のポアッソン比で決
定される格子変形が生ずる。
【００１９】例えば、歪量子井戸層６ｂのポアッソン比
をνW、無歪時の格子定数をａW、下地表面の格子定数を
ａSとすると、格子変形後のＺ方向の格子定数ａZWは、
をνW、無歪時の格子定数をａW、下地表面の格子定数を
ａSとすると、格子変形後のＺ方向の格子定数ａZWは、
【００２０】
【数１】ａZW＝ａW＋（ａW−ａS）νW
となる。
【００２１】歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａのバルク
状態（無歪状態）の格子定数が半導体基板１の格子定数
よりも大きい場合、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａ
は、Ｘ方向及びＹ方向に圧縮応力を受けて縮み、Ｚ方向
に伸びる。逆に、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａのバ
ルク状態の格子定数が半導体基板１の格子定数よりも小
さい場合、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａは、Ｘ方向
及びＹ方向に引っ張り応力を受けて伸び、Ｚ方向に縮
む。図４の例では、歪量子井戸層６ｂがＺ方向に伸びて
いる。
状態（無歪状態）の格子定数が半導体基板１の格子定数
よりも大きい場合、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａ
は、Ｘ方向及びＹ方向に圧縮応力を受けて縮み、Ｚ方向
に伸びる。逆に、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａのバ
ルク状態の格子定数が半導体基板１の格子定数よりも小
さい場合、歪量子井戸層６ｂ及び障壁層６ａは、Ｘ方向
及びＹ方向に引っ張り応力を受けて伸び、Ｚ方向に縮
む。図４の例では、歪量子井戸層６ｂがＺ方向に伸びて
いる。
【００２２】ところが、活性層凸部５は、そのＺ方向の
格子定数が埋込部材８のＺ方向の格子定数に一致するよ
うに、Ｚ方向の応力も受ける。上述の例では、埋込部材
８が下地表面に格子整合しているため、埋込部材８のＺ
方向の格子定数が、活性層凸部５のＺ方向の格子定数よ
りも小さい。このため、活性層凸部５が埋込部材８から
Ｚ方向の圧縮応力を受け、Ｚ方向に縮む。Ｚ方向の縮み
歪の影響を受けて、活性層凸部５のＸ方向の格子定数が
半導体基板１の格子定数より長くなるように歪む。すな
わち、活性層凸部５の歪が緩和される。
格子定数が埋込部材８のＺ方向の格子定数に一致するよ
うに、Ｚ方向の応力も受ける。上述の例では、埋込部材
８が下地表面に格子整合しているため、埋込部材８のＺ
方向の格子定数が、活性層凸部５のＺ方向の格子定数よ
りも小さい。このため、活性層凸部５が埋込部材８から
Ｚ方向の圧縮応力を受け、Ｚ方向に縮む。Ｚ方向の縮み
歪の影響を受けて、活性層凸部５のＸ方向の格子定数が
半導体基板１の格子定数より長くなるように歪む。すな
わち、活性層凸部５の歪が緩和される。
【００２３】活性層凸部５の歪が緩和されるため、活性
層凸部５のＰＬ波長が、歪緩和前のＰＬ波長からブルー
シフトするものと考えられる。このブルーシフト量は、
歪緩和量に依存する。また、歪緩和量は、回折格子の周
期及びデューティ（活性層凸部５のＸ方向の長さを回折
格子の周期で除した値）に依存すると考えられる。
層凸部５のＰＬ波長が、歪緩和前のＰＬ波長からブルー
シフトするものと考えられる。このブルーシフト量は、
歪緩和量に依存する。また、歪緩和量は、回折格子の周
期及びデューティ（活性層凸部５のＸ方向の長さを回折
格子の周期で除した値）に依存すると考えられる。
【００２４】この歪緩和現象により、種々の問題が生じ
うる。第１は、ディチューニング制御性が困難になると
いうことである。ＤＦＢレーザ装置では、発振波長と利
得のピーク波長との差で定義されるディチューニングを
制御することにより、広い温度範囲での動作特性が保証
される。しかしながら、歪多重量子井戸層の歪量、回折
格子の周期やデューティが製造工程時に高精度に制御さ
れていないと、埋込部材８を埋め込んだ後のＰＬ波長が
ばらつき、ディチューニング制御性が低下してしまう。
うる。第１は、ディチューニング制御性が困難になると
いうことである。ＤＦＢレーザ装置では、発振波長と利
得のピーク波長との差で定義されるディチューニングを
制御することにより、広い温度範囲での動作特性が保証
される。しかしながら、歪多重量子井戸層の歪量、回折
格子の周期やデューティが製造工程時に高精度に制御さ
れていないと、埋込部材８を埋め込んだ後のＰＬ波長が
ばらつき、ディチューニング制御性が低下してしまう。
【００２５】第２は、素子特性が低下してしまうという
ことである。元来、歪多重量子井戸構造や歪補償多重量
子井戸構造を有するレーザ装置においては、歪の効果を
利用して価電子帯の縮退を解いてバンド構造を変化さ
せ、低閾値電流や高効率を実現している。活性層凸部５
の歪が緩和されることによって、この効果が低減してし
まう。
ことである。元来、歪多重量子井戸構造や歪補償多重量
子井戸構造を有するレーザ装置においては、歪の効果を
利用して価電子帯の縮退を解いてバンド構造を変化さ
せ、低閾値電流や高効率を実現している。活性層凸部５
の歪が緩和されることによって、この効果が低減してし
まう。
【００２６】第３は、素子の信頼性が低下してしまうと
いうことである。活性層凸部５の歪緩和過程で転位が発
生しやすい。転位が発生すると、素子の信頼性が低下し
てしまう。
いうことである。活性層凸部５の歪緩和過程で転位が発
生しやすい。転位が発生すると、素子の信頼性が低下し
てしまう。
【００２７】次に、上記課題を解決することが可能な本
発明の実施例によるレーザ装置について説明する。図１
（Ａ）に、本発明の実施例による半導体レーザ装置の断
面図を示す。半導体基板１の上に、下側クラッド層２、
下側光ガイド層３、活性層６、上側光ガイド層９、上側
クラッド層１０、コンタクト層１１がこの順番に積層さ
れている。コンタクト層１１の上に上側電極１２が形成
され、半導体基板１の底面上に下側電極１３が形成され
ている。この積層構造については、後に図２を参照して
詳細に説明する。
発明の実施例によるレーザ装置について説明する。図１
（Ａ）に、本発明の実施例による半導体レーザ装置の断
面図を示す。半導体基板１の上に、下側クラッド層２、
下側光ガイド層３、活性層６、上側光ガイド層９、上側
クラッド層１０、コンタクト層１１がこの順番に積層さ
れている。コンタクト層１１の上に上側電極１２が形成
され、半導体基板１の底面上に下側電極１３が形成され
ている。この積層構造については、後に図２を参照して
詳細に説明する。
【００２８】半導体基板１の表面に平行な面をＸＹ面と
し、厚さ方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を導入す
る。ここで、〔１１０〕方向をＸ方向、〔−１１０〕方
向をＹ方向、〔００１〕方向をＺ方向とする。Ｘ方向が
光の伝搬方向に相当する。半導体基板１からコンタクト
層１１までの積層構造の、Ｘ方向の一方の端面に反射防
止膜２０が形成され、他方の端面に高反射膜２１が形成
されている。活性層６の発振波長域において、高反射膜
２１が形成された端面の反射率が、反射防止膜２０が形
成された端面の反射率よりも高い。
し、厚さ方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を導入す
る。ここで、〔１１０〕方向をＸ方向、〔−１１０〕方
向をＹ方向、〔００１〕方向をＺ方向とする。Ｘ方向が
光の伝搬方向に相当する。半導体基板１からコンタクト
層１１までの積層構造の、Ｘ方向の一方の端面に反射防
止膜２０が形成され、他方の端面に高反射膜２１が形成
されている。活性層６の発振波長域において、高反射膜
２１が形成された端面の反射率が、反射防止膜２０が形
成された端面の反射率よりも高い。
【００２９】図１（Ｂ）に、図１（Ａ）の一点鎖線Ｂ１
−Ｂ１における断面図を示す。図１（Ｂ）の一点鎖線Ａ
１−Ａ１における断面図が図１（Ａ）に相当する。半導
体基板１の表層部から上側クラッド層１０の一部までの
積層構造が、Ｘ方向に伸びる直線状のメサ構造とされて
いる。このメサ構造の両側に、電流狭窄構造体２８が配
置されている。
−Ｂ１における断面図を示す。図１（Ｂ）の一点鎖線Ａ
１−Ａ１における断面図が図１（Ａ）に相当する。半導
体基板１の表層部から上側クラッド層１０の一部までの
積層構造が、Ｘ方向に伸びる直線状のメサ構造とされて
いる。このメサ構造の両側に、電流狭窄構造体２８が配
置されている。
【００３０】電流狭窄構造体２８は、ｐ型ＩｎＰ層２
５、ｎ型ＩｎＰ層２６、及びｐ型ＩｎＰ層（上側クラッ
ド層）１０がこの順番に積層された積層構造を有する。
コンタクト層１１の上に、上側電極１２が形成されてい
る。
５、ｎ型ＩｎＰ層２６、及びｐ型ＩｎＰ層（上側クラッ
ド層）１０がこの順番に積層された積層構造を有する。
コンタクト層１１の上に、上側電極１２が形成されてい
る。
【００３１】図２に、図１（Ｂ）の一点鎖線Ａ１−Ａ１
における詳細な部分断面図を示す。ここでは、図４に示
した従来の利得結合ＤＦＢ型レーザ装置との相違点につ
いて説明する。
における詳細な部分断面図を示す。ここでは、図４に示
した従来の利得結合ＤＦＢ型レーザ装置との相違点につ
いて説明する。
【００３２】従来は、埋込部材８がＩｎＰで形成され、
ＩｎＰ半導体基板１に格子整合していた。これに対し、
実施例による利得結合ＤＦＢレーザ装置の埋込部材８
は、ＩｎＡｓ0.1Ｐ0.9で形成されている。また、埋込部
材８の上面の高さは、活性層凸部５とカバー膜７との界
面の高さに一致している。これにより、活性層凸部５の
歪緩和を効果的に抑制することができる。
ＩｎＰ半導体基板１に格子整合していた。これに対し、
実施例による利得結合ＤＦＢレーザ装置の埋込部材８
は、ＩｎＡｓ0.1Ｐ0.9で形成されている。また、埋込部
材８の上面の高さは、活性層凸部５とカバー膜７との界
面の高さに一致している。これにより、活性層凸部５の
歪緩和を効果的に抑制することができる。
【００３３】以下、図２を参照しながら、実施例による
利得結合ＤＦＢ型レーザ装置の製造方法について説明す
る。ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１の上面（主面）の
上に、ｎ型ＩｎＰからなる厚さ３００ｎｍの下側クラッ
ド層２を、有機金属気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰ
Ｅ）により形成する。なお、以下、特に断らない限り、
化合物半導体層はＭＯＶＰＥにより形成される。下側ク
ラッド層２の上に、アンドープのＩｎＧａＡｓＰからな
る下側光ガイド層３を形成する。下側光ガイド層３の厚
さは５０ｎｍであり、そのＰＬ波長は１．１５μｍであ
る。
利得結合ＤＦＢ型レーザ装置の製造方法について説明す
る。ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１の上面（主面）の
上に、ｎ型ＩｎＰからなる厚さ３００ｎｍの下側クラッ
ド層２を、有機金属気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰ
Ｅ）により形成する。なお、以下、特に断らない限り、
化合物半導体層はＭＯＶＰＥにより形成される。下側ク
ラッド層２の上に、アンドープのＩｎＧａＡｓＰからな
る下側光ガイド層３を形成する。下側光ガイド層３の厚
さは５０ｎｍであり、そのＰＬ波長は１．１５μｍであ
る。
【００３４】下側光ガイド層３の上に、アンドープのＩ
ｎＧａＡｓＰからなる障壁層６ａとアンドープのＩｎＧ
ａＡｓＰからなる歪量子井戸層６ｂとを交互にコヒーレ
ント成長させる。
ｎＧａＡｓＰからなる障壁層６ａとアンドープのＩｎＧ
ａＡｓＰからなる歪量子井戸層６ｂとを交互にコヒーレ
ント成長させる。
【００３５】障壁層６ａ及び歪量子井戸層６ｂの層数
は、それぞれ６層及び５層である。歪量子井戸層６ｂの
厚さは６ｎｍであり、障壁層６ａの厚さは１０ｎｍであ
る。歪量子井戸層６ｂの歪量εWは−０．８％である。
ここで、負の歪量は圧縮歪であることを意味する。逆
に、引っ張り歪を正とする。このとき、Ｚ方向に関して
は、ポアッソン比で決定される格子変形が生じ、歪量子
井戸層６ｂのＺ方向の格子定数が伸びる。また、障壁層
６ａは下地のＩｎＰに格子整合しており、その歪量εB
は０％である。
は、それぞれ６層及び５層である。歪量子井戸層６ｂの
厚さは６ｎｍであり、障壁層６ａの厚さは１０ｎｍであ
る。歪量子井戸層６ｂの歪量εWは−０．８％である。
ここで、負の歪量は圧縮歪であることを意味する。逆
に、引っ張り歪を正とする。このとき、Ｚ方向に関して
は、ポアッソン比で決定される格子変形が生じ、歪量子
井戸層６ｂのＺ方向の格子定数が伸びる。また、障壁層
６ａは下地のＩｎＰに格子整合しており、その歪量εB
は０％である。
【００３６】歪多重量子井戸構造の平均歪量εMを、
【００３７】
【数２】εM＝（ＬB×εB＋ＬW×εW）／（ＬB＋ＬW）
と定義する。ここで、ＬB及びＬWは、それぞれ障壁層６
ａの厚さ及び歪量子井戸層６ｂの厚さである。すなわ
ち、平均歪量εMは、障壁層６ａの歪量εBと歪量子井戸
層６ｂの歪量εWとを、障壁層６ａ及び歪量子井戸層６
ｂの厚さで重み付けして平均したものである。
ａの厚さ及び歪量子井戸層６ｂの厚さである。すなわ
ち、平均歪量εMは、障壁層６ａの歪量εBと歪量子井戸
層６ｂの歪量εWとを、障壁層６ａ及び歪量子井戸層６
ｂの厚さで重み付けして平均したものである。
【００３８】上記実施例の場合には、ＬB＝１０ｎｍ、
ＬW＝６ｎｍ、εB＝０％、εW＝−０．８％であるた
め、平均歪量εMは−０．３％になる。最も上の障壁層
６ａの上に、アンドープのＩｎＰからなる厚さ２０ｎｍ
のカバー層７を形成する。このカバー層７は、活性層６
の保護膜として機能する。カバー層７の上にフォトレジ
ストを塗布し、二光束干渉露光を用いたフォトリソグラ
フィにより、Ｘ方向に関して周期２４０ｎｍの回折格子
状レジストパターンを形成する。
ＬW＝６ｎｍ、εB＝０％、εW＝−０．８％であるた
め、平均歪量εMは−０．３％になる。最も上の障壁層
６ａの上に、アンドープのＩｎＰからなる厚さ２０ｎｍ
のカバー層７を形成する。このカバー層７は、活性層６
の保護膜として機能する。カバー層７の上にフォトレジ
ストを塗布し、二光束干渉露光を用いたフォトリソグラ
フィにより、Ｘ方向に関して周期２４０ｎｍの回折格子
状レジストパターンを形成する。
【００３９】このレジストパターンをマスクとし、ドラ
イエッチングとウェットエッチングを用いて、上から３
番目の歪量子井戸層６ｂまでをエッチングする。このエ
ッチングにより、活性層平坦部４及び活性層凸部５から
なる活性層６が形成される。活性層凸部５の高さ（回折
格子の深さ）は、約４８ｎｍになる。
イエッチングとウェットエッチングを用いて、上から３
番目の歪量子井戸層６ｂまでをエッチングする。このエ
ッチングにより、活性層平坦部４及び活性層凸部５から
なる活性層６が形成される。活性層凸部５の高さ（回折
格子の深さ）は、約４８ｎｍになる。
【００４０】レジストパターンを剥離した後、相互に隣
り合う活性層凸部５の間の凹部に、ＩｎＡｓ0.1Ｐ0.9か
らなる埋込部材８を、その上面が活性層５とカバー層７
との界面に達するまで成長させる。ＭＯＶＰＥの成膜条
件を制御すると、カバー層７の上にはほとんど成長せ
ず、凹部内に優先的にＩｎＡｓＰを成長させることがで
きる。埋込部材８が下地表面に対してコヒーレント成長
すると、その歪量は−０．３％になる。この歪量は、活
性層６の平均歪量と等しい。ＩｎＡｓＰはＶ族混晶のた
め、凹部に埋め込まれたＩｎＡｓＰは組成変調が小さ
く、結晶品質も良好である。
り合う活性層凸部５の間の凹部に、ＩｎＡｓ0.1Ｐ0.9か
らなる埋込部材８を、その上面が活性層５とカバー層７
との界面に達するまで成長させる。ＭＯＶＰＥの成膜条
件を制御すると、カバー層７の上にはほとんど成長せ
ず、凹部内に優先的にＩｎＡｓＰを成長させることがで
きる。埋込部材８が下地表面に対してコヒーレント成長
すると、その歪量は−０．３％になる。この歪量は、活
性層６の平均歪量と等しい。ＩｎＡｓＰはＶ族混晶のた
め、凹部に埋め込まれたＩｎＡｓＰは組成変調が小さ
く、結晶品質も良好である。
【００４１】カバー層７及び埋込部材８の上に、アンド
ープのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの上側光ガ
イド層９を形成する。なお、この光ガイド層の代わり
に、クラッド層の一部として機能するアンドープのＩｎ
Ｐ層を形成してもよい。上側光ガイド層９の上に、ｐ型
のＩｎＰからなる第１の上側クラッド層（厚さ０．５μ
ｍ）を形成する。
ープのＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ５０ｎｍの上側光ガ
イド層９を形成する。なお、この光ガイド層の代わり
に、クラッド層の一部として機能するアンドープのＩｎ
Ｐ層を形成してもよい。上側光ガイド層９の上に、ｐ型
のＩｎＰからなる第１の上側クラッド層（厚さ０．５μ
ｍ）を形成する。
【００４２】ＳｉＯ2パターンをマスクにして、第１の
上側クラッド層から半導体基板１の表層部までを部分的
にエッチングし、図１（Ｂ）に示した直線状のメサ構造
を形成する。このメサ構造の両側に、ｐ型ＩｎＰ層２
５、ｎ型ＩｎＰ層２６を埋め込む。ＳｉＯ2マスクを除
去した後に、ｐ型ＩｎＰからなる第２の上側クラッド層
（厚さ２．５μｍ）を追加成長させ（これにより上側ク
ラッド層１０の厚さが３μｍになる。）、その上にｐ型
ＩｎＧａＡｓからなる厚さ５００ｎｍのコンタクト層１
１を形成する。これにより、メサ構造の両側には、ｐｎ
ｐｎ型の電流狭窄構造体２８が形成される。コンタクト
層１１の表面にＡｕＺｎを蒸着して上側電極１２を形成
する。半導体基板１の底面にＡｕＧｅを蒸着して下側電
極１３を形成する。
上側クラッド層から半導体基板１の表層部までを部分的
にエッチングし、図１（Ｂ）に示した直線状のメサ構造
を形成する。このメサ構造の両側に、ｐ型ＩｎＰ層２
５、ｎ型ＩｎＰ層２６を埋め込む。ＳｉＯ2マスクを除
去した後に、ｐ型ＩｎＰからなる第２の上側クラッド層
（厚さ２．５μｍ）を追加成長させ（これにより上側ク
ラッド層１０の厚さが３μｍになる。）、その上にｐ型
ＩｎＧａＡｓからなる厚さ５００ｎｍのコンタクト層１
１を形成する。これにより、メサ構造の両側には、ｐｎ
ｐｎ型の電流狭窄構造体２８が形成される。コンタクト
層１１の表面にＡｕＺｎを蒸着して上側電極１２を形成
する。半導体基板１の底面にＡｕＧｅを蒸着して下側電
極１３を形成する。
【００４３】図１（Ｃ）に、電流狭窄構造体２８をＦｅ
ドープの高抵抗ＩｎＰで形成した半導体レーザ装置の断
面図を示す。以下、図１（Ｃ）に示した半導体レーザ装
置の製造方法について説明する。
ドープの高抵抗ＩｎＰで形成した半導体レーザ装置の断
面図を示す。以下、図１（Ｃ）に示した半導体レーザ装
置の製造方法について説明する。
【００４４】図２に示した上側光ガイド層９を形成する
までの工程は、図１（Ｂ）に示した半導体レーザ装置の
製造工程と同じである。上側光ガイド層９の上に、ｐ型
のＩｎＰからなる厚さ１．５μｍの上側クラッド層１０
を形成する。上側クラッド層１０の上に、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓからなる厚さ５００ｎｍのコンタクト層１１を形成
する。
までの工程は、図１（Ｂ）に示した半導体レーザ装置の
製造工程と同じである。上側光ガイド層９の上に、ｐ型
のＩｎＰからなる厚さ１．５μｍの上側クラッド層１０
を形成する。上側クラッド層１０の上に、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓからなる厚さ５００ｎｍのコンタクト層１１を形成
する。
【００４５】ＳｉＯ2パターンをマスクにして、コンタ
クト層１１から半導体基板１の表層部までを部分的にエ
ッチングし、図１（Ｃ）の紙面に垂直な方向に延在する
直線状のメサ構造を形成する。このメサ構造の両側に、
Ｆｅをドープした高抵抗のＩｎＰからなる電流狭窄構造
体２８を埋め込む。コンタクト層１１及び電流狭窄構造
体２８の表面に、ＡｕＺｎを蒸着して上側電極１２を形
成する。半導体基板１の底面にＡｕＧｅを蒸着して下側
電極１３を形成する。
クト層１１から半導体基板１の表層部までを部分的にエ
ッチングし、図１（Ｃ）の紙面に垂直な方向に延在する
直線状のメサ構造を形成する。このメサ構造の両側に、
Ｆｅをドープした高抵抗のＩｎＰからなる電流狭窄構造
体２８を埋め込む。コンタクト層１１及び電流狭窄構造
体２８の表面に、ＡｕＺｎを蒸着して上側電極１２を形
成する。半導体基板１の底面にＡｕＧｅを蒸着して下側
電極１３を形成する。
【００４６】ＦｅがドープされたＩｎＰからなる電流狭
窄構造体２８が高抵抗であるため、活性層６に優先的に
キャリアを注入することができる。次に、図３（Ａ）〜
（Ｃ）を参照して、図２に示した活性層凸部５の歪量に
ついて説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、活性層凸部５
のＸＺ面内における結晶格子の様子を模式的に示す。
窄構造体２８が高抵抗であるため、活性層６に優先的に
キャリアを注入することができる。次に、図３（Ａ）〜
（Ｃ）を参照して、図２に示した活性層凸部５の歪量に
ついて説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、活性層凸部５
のＸＺ面内における結晶格子の様子を模式的に示す。
【００４７】図３（Ａ）に示すように、活性層平坦部４
の上に活性層凸部５が配置されている。活性層平坦部４
及び活性層凸部５は、ＩｎＰ基板上にコヒーレント成長
しているため、これらのＸ方向及びＹ方向の格子定数
は、ＩｎＰ基板の格子定数ａSと等しい。障壁層６ａは
ＩｎＰ基板に格子整合しているため、そのＺ方向の格子
定数ａZBは、無歪時の格子定数に等しい。
の上に活性層凸部５が配置されている。活性層平坦部４
及び活性層凸部５は、ＩｎＰ基板上にコヒーレント成長
しているため、これらのＸ方向及びＹ方向の格子定数
は、ＩｎＰ基板の格子定数ａSと等しい。障壁層６ａは
ＩｎＰ基板に格子整合しているため、そのＺ方向の格子
定数ａZBは、無歪時の格子定数に等しい。
【００４８】歪量子井戸層６ｂの無歪時の格子定数は、
ＩｎＰ基板の格子定数よりも大きい。このため、コヒー
レント成長している歪量子井戸層６ｂはＸ方向及びＹ方
向に関して圧縮応力を受け、Ｘ方向及びＹ方向の格子定
数がＩｎＰ基板の格子定数ａ Sに等しくなるまで歪む。
この歪量は既に説明したように−０．８％である。これ
により、歪量子井戸層６ｂのＺ方向の格子定数が伸び、
Ｚ方向の格子定数ａZWが無歪時の格子定数よりも大きく
なる。
ＩｎＰ基板の格子定数よりも大きい。このため、コヒー
レント成長している歪量子井戸層６ｂはＸ方向及びＹ方
向に関して圧縮応力を受け、Ｘ方向及びＹ方向の格子定
数がＩｎＰ基板の格子定数ａ Sに等しくなるまで歪む。
この歪量は既に説明したように−０．８％である。これ
により、歪量子井戸層６ｂのＺ方向の格子定数が伸び、
Ｚ方向の格子定数ａZWが無歪時の格子定数よりも大きく
なる。
【００４９】図３（Ｂ）に、障壁層６ａと歪量子井戸層
６ｂとを、両者の歪量を厚さで重み付けして平均した平
均歪量を持つ１つの層と仮定したときの格子状態を示
す。この平均歪量は、既に説明したように−０．３％で
ある。このため、活性層凸部５は、Ｘ方向及びＹ方向の
歪量が−０．３％の均一な１つの層と仮定することがで
きる。活性層凸部５を１つの層と仮定した時のＺ方向の
平均格子定数ａZMは、図３（Ａ）に示したＺ方向の格子
定数ａZBとａZWを使用して、
６ｂとを、両者の歪量を厚さで重み付けして平均した平
均歪量を持つ１つの層と仮定したときの格子状態を示
す。この平均歪量は、既に説明したように−０．３％で
ある。このため、活性層凸部５は、Ｘ方向及びＹ方向の
歪量が−０．３％の均一な１つの層と仮定することがで
きる。活性層凸部５を１つの層と仮定した時のＺ方向の
平均格子定数ａZMは、図３（Ａ）に示したＺ方向の格子
定数ａZBとａZWを使用して、
【００５０】
【数３】ａZM＝（ＬBａZB＋ＬWａZW）／（ＬB＋ＬW）
となる。ここで、ＬB及びＬWは、それぞれ障壁層６ａ及
び歪量子井戸層６ｂの厚さである。
び歪量子井戸層６ｂの厚さである。
【００５１】図３（Ｃ）に示すように、活性層凸部５の
側面にＩｎＡｓ0.1Ｐ0.9の埋込部材８が接している。埋
込部材８の歪量も−０．３％であるため、埋込部材８の
Ｚ方向の格子定数は、図３（Ｂ）に示した活性層凸部５
のＺ方向の平均格子定数ａZMと等しくなる。活性層凸部
５内の障壁層６ａ及び歪量子井戸層６ｂの各々は、埋込
部材８からＺ方向の応力を受けるが、活性層凸部５のＺ
方向の平均格子定数ａ ZMが埋込部材８のＺ方向の格子定
数と等しいため、活性層凸部５全体で平均すると、活性
層凸部５のＺ方向に受ける応力はほぼ０になる。このた
め、活性層凸部５は、埋込部材８を形成したことによっ
て歪緩和がほとんど生じない。すなわち、活性層凸部５
は、活性層平坦部４とほぼ同一の歪状態に維持される。
従って、活性層自体に回折格子を形成することによるＰ
Ｌ波長のブルーシフトは、ほとんど生じない。
側面にＩｎＡｓ0.1Ｐ0.9の埋込部材８が接している。埋
込部材８の歪量も−０．３％であるため、埋込部材８の
Ｚ方向の格子定数は、図３（Ｂ）に示した活性層凸部５
のＺ方向の平均格子定数ａZMと等しくなる。活性層凸部
５内の障壁層６ａ及び歪量子井戸層６ｂの各々は、埋込
部材８からＺ方向の応力を受けるが、活性層凸部５のＺ
方向の平均格子定数ａ ZMが埋込部材８のＺ方向の格子定
数と等しいため、活性層凸部５全体で平均すると、活性
層凸部５のＺ方向に受ける応力はほぼ０になる。このた
め、活性層凸部５は、埋込部材８を形成したことによっ
て歪緩和がほとんど生じない。すなわち、活性層凸部５
は、活性層平坦部４とほぼ同一の歪状態に維持される。
従って、活性層自体に回折格子を形成することによるＰ
Ｌ波長のブルーシフトは、ほとんど生じない。
【００５２】上記実施例による利得結合ＤＦＢ型レーザ
装置を作製したところ、埋込部材８を埋め込んだ後のＰ
Ｌ波長及びＸ線回折パターンのピーク位置は、埋め込み
前とほとんど変わらなかった。このことから、埋込部材
８を埋め込んだ後も、活性層凸部５の歪状態が活性層平
坦部４の歪状態で保存されていることが確認された。ま
た、埋込部材８をＩｎＰで形成した従来のレーザ装置に
比べて、発振閾値電流や発光効率等の素子特性が向上し
た。さらに、通電劣化試験を行ったところ、動作中の劣
化はほとんど見られなかった。
装置を作製したところ、埋込部材８を埋め込んだ後のＰ
Ｌ波長及びＸ線回折パターンのピーク位置は、埋め込み
前とほとんど変わらなかった。このことから、埋込部材
８を埋め込んだ後も、活性層凸部５の歪状態が活性層平
坦部４の歪状態で保存されていることが確認された。ま
た、埋込部材８をＩｎＰで形成した従来のレーザ装置に
比べて、発振閾値電流や発光効率等の素子特性が向上し
た。さらに、通電劣化試験を行ったところ、動作中の劣
化はほとんど見られなかった。
【００５３】上記実施例では、活性層６の平均歪量と埋
込部材８の歪量とをほぼ一致させたが、必ずしも両者を
一致させる必要はない。両者の符合が同じであれば、活
性層凸部５の歪緩和量を低減させることができるであろ
う。また、埋込部材８の歪量が、活性層６の平均歪量の
０．８倍以上、かつ１．２倍以下になるようにすれば、
ひずみ緩和量をより低減させることができるであろう。
込部材８の歪量とをほぼ一致させたが、必ずしも両者を
一致させる必要はない。両者の符合が同じであれば、活
性層凸部５の歪緩和量を低減させることができるであろ
う。また、埋込部材８の歪量が、活性層６の平均歪量の
０．８倍以上、かつ１．２倍以下になるようにすれば、
ひずみ緩和量をより低減させることができるであろう。
【００５４】上記実施例では、図１（Ｂ）に示した直線
状メサの延在する方向、すなわち光の伝搬方向をＩｎＰ
半導体基板１の〔１１０〕方向としたが、これと直交す
る〔−１１０〕方向としてもよいし、これらの方向に対
して斜めの方向としてもよい。
状メサの延在する方向、すなわち光の伝搬方向をＩｎＰ
半導体基板１の〔１１０〕方向としたが、これと直交す
る〔−１１０〕方向としてもよいし、これらの方向に対
して斜めの方向としてもよい。
【００５５】また、上記実施例では、活性層６をＩｎＧ
ａＡｓＰで形成したが、他の化合物半導体を用いること
も可能である。基板材料がＩｎＰである場合、活性層６
の材料として、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ等を使
用することができる。このとき、埋込部材８の材料とし
て、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等を使用するこ
とができる。基板材料がＩｎＰであって、歪量子井戸層
の歪が圧縮歪である場合には、埋込部材の材料としてＩ
ｎＡｓＰを使用することができる。また、基板材料がＩ
ｎＰであって、歪量子井戸層の歪が引張り歪である場合
には、埋込部材の材料としてＩｎＧａＰを使用すること
ができる。
ａＡｓＰで形成したが、他の化合物半導体を用いること
も可能である。基板材料がＩｎＰである場合、活性層６
の材料として、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ等を使
用することができる。このとき、埋込部材８の材料とし
て、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等を使用するこ
とができる。基板材料がＩｎＰであって、歪量子井戸層
の歪が圧縮歪である場合には、埋込部材の材料としてＩ
ｎＡｓＰを使用することができる。また、基板材料がＩ
ｎＰであって、歪量子井戸層の歪が引張り歪である場合
には、埋込部材の材料としてＩｎＧａＰを使用すること
ができる。
【００５６】また、基板材料がＧａＡｓである場合、活
性層６の材料としてＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧ
ａＩｎＰ等を使用することができる。このとき、埋込部
材８の材料として、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、
ＩｎＧａＰ等を使用することができる。
性層６の材料としてＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧ
ａＩｎＰ等を使用することができる。このとき、埋込部
材８の材料として、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、
ＩｎＧａＰ等を使用することができる。
【００５７】また、上記実施例では、活性層６の上層部
のみに回折格子を形成したが、活性層６の全厚さ部分を
エッチングして、貫通型回折格子にしてもよい。この場
合には、図２に示した活性層平坦部４が存在せず、活性
層凸部５が下側光ガイド層３の表面上に直接配置される
ことになる。
のみに回折格子を形成したが、活性層６の全厚さ部分を
エッチングして、貫通型回折格子にしてもよい。この場
合には、図２に示した活性層平坦部４が存在せず、活性
層凸部５が下側光ガイド層３の表面上に直接配置される
ことになる。
【００５８】上記実施例では、一例として利得結合ＤＦ
Ｂ型レーザ装置について説明したが、上記実施例の活性
層６及び埋込部材８の構成は、回折格子周期を量子効果
が現れるまで程度まで短くした量子細線レーザ装置に適
用することも可能である。
Ｂ型レーザ装置について説明したが、上記実施例の活性
層６及び埋込部材８の構成は、回折格子周期を量子効果
が現れるまで程度まで短くした量子細線レーザ装置に適
用することも可能である。
【００５９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歪量子井戸層を含む活性層に回折格子を形成し、この回
折格子を埋め込む際の歪緩和を抑制することができる。
これにより、自然放出光やＰＬ光のブルーシフトを低減
させることができ、従来の利得結合ＤＦＢレーザ装置に
比べ、素子特性や信頼性の向上を図ることができる。
歪量子井戸層を含む活性層に回折格子を形成し、この回
折格子を埋め込む際の歪緩和を抑制することができる。
これにより、自然放出光やＰＬ光のブルーシフトを低減
させることができ、従来の利得結合ＤＦＢレーザ装置に
比べ、素子特性や信頼性の向上を図ることができる。
【図１】 （Ａ）は、本発明の実施例による半導体レー
ザ装置の光の伝搬方向に平行な断面図であり、（Ｂ）は
光の伝搬方向に垂直な断面図である。
ザ装置の光の伝搬方向に平行な断面図であり、（Ｂ）は
光の伝搬方向に垂直な断面図である。
【図２】 本発明の実施例による半導体レーザ装置の光
の伝搬方向に平行な部分断面図である。
の伝搬方向に平行な部分断面図である。
【図３】 本発明の実施例による半導体レーザ装置の活
性層凸部の格子変形状態を説明するために、格子を模式
的に表した図である。
性層凸部の格子変形状態を説明するために、格子を模式
的に表した図である。
【図４】 従来の利得結合ＤＦＢレーザ装置の光の伝搬
方向に平行な部分断面図である。
方向に平行な部分断面図である。
１ 半導体基板
２ 下側クラッド層
３ 下側光ガイド層
４ 活性層平坦部
５ 活性層凸部
６ 活性層
６ａ 障壁層
６ｂ 歪量子井戸層
７ カバー層
８ 埋込部材
９ 上側光ガイド層
１０ 上側クラッド層
１１ コンタクト層
１２ 上側電極
１３ 下側電極
２０ 反射防止膜
２１ 高反射膜
２８ 電流狭窄構造体
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された第１導電型の
半導体材料からなる下側クラッド層と、 前記下側クラッド層の上に形成された活性層であって、
該活性層は、歪を有する歪井戸層と、該歪井戸層よりも
大きなバンドギャップの障壁層とが交互に積層されて構
成され、該活性層の厚さ方向の一部分または全厚さ部分
が、前記半導体基板の表面に平行な第１の方向に関して
周期的に除去され、回折格子を構成している前記活性層
と、 前記活性層の除去された部分に埋め込まれた半導体材料
からなる埋込部材であって、前記歪井戸層の歪と該埋込
部材の歪とが同符号である前記埋込部材と、 前記活性層及び埋込部材の上に形成され、前記第１導電
型とは反対の第２導電型の半導体材料からなる上側クラ
ッド層とを有する半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記埋込部材の歪量が、前記活性層の歪
井戸層と障壁層との歪量を、該歪井戸層と該障壁層との
厚さで重み付けして平均した平均歪量とほぼ等しい請求
項１に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記半導体基板がＩｎＰで形成されてお
り、前記埋込部材がＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎ
Ａｓで形成されている請求項１または２に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項４】 前記半導体基板がＩｎＰで形成されてお
り、前記歪井戸層の歪が圧縮歪であり、前記埋込部材が
ＩｎＡｓＰで形成されている請求項１または２に記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記半導体基板がＩｎＰで形成されてお
り、前記歪井戸層の歪が引張り歪であり、前記埋込部材
がＩｎＧａＰで形成されている請求項１または２に記載
の半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記半導体基板がＧａＡｓで形成されて
おり、前記埋込部材がＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ、及びＩｎＧａＰからなる群より選択された１つの半
導体材料で形成されている請求項１または２に記載の半
導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記埋込部材の厚さが、前記活性層の除
去された部分の深さと等しい請求項１〜６のいずれかに
記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項８】 少なくとも前記活性層及び前記上側クラ
ッド層が、前記第１の方向に長いメサ構造とされてお
り、 さらに、該メサ構造の一方の第１の端面に形成された反
射防止膜と、 該メサ構造の他方の第２の端面に形成され、前記活性層
の発振波長域において、該第２の端面における反射率が
前記第１の端面における反射率よりも高くなるように構
成された高反射膜とを有する請求項１〜７のいずれかに
記載の半導体レーザ装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002120152A JP3863454B2 (ja) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | 半導体レーザ装置 |
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| EP03008036A EP1363368B1 (en) | 2002-04-23 | 2003-04-11 | Gain-coupled semiconductor laser device lowering blue shift |
| DE60306579T DE60306579T2 (de) | 2002-04-23 | 2003-04-11 | Verstärkungsgekoppelter Halbleiterlaser mit verminderter Blauverschiebung |
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|---|---|---|---|
| JP2002120152A JP3863454B2 (ja) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | 半導体レーザ装置 |
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- 2002-04-23 JP JP2002120152A patent/JP3863454B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2003-02-14 US US10/366,607 patent/US6853661B2/en not_active Expired - Lifetime
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- 2003-04-11 EP EP03008036A patent/EP1363368B1/en not_active Expired - Lifetime
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