JP2013120893A - Semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は製作性と歩留まりが良く、高出力の光を発する半導体レーザに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser that emits high output light with good manufacturability and yield.
光通信システムに用いられる光信号は、長距離にわたって敷設された光ファイバ内を伝送されるので、この光信号の光源として用いられる半導体発光素子である半導体レーザの特性としては、高出力、高安定度が要求される。 Since the optical signal used in the optical communication system is transmitted through an optical fiber laid over a long distance, the characteristics of the semiconductor laser, which is a semiconductor light emitting device used as the light source of this optical signal, are high output and high stability. Degree is required.
[第1の従来技術]
図7は、高出力特性が配慮された第1の従来技術の半導体レーザ10の斜視図であり、図8は、要部の断面模式図である。
[First prior art]
FIG. 7 is a perspective view of the
図7において、半導体レーザ10は、n型InP(インジウム・リン)からなる半導体基板11上に、n型InPからなるn型クラッド層12、InGaAsP(インジウム・ガリウム・砒素・リン)からなるSCH(Separate Confinement Heterostructure 光閉込構造)層13、InGaAsPからなる活性層14、InGaAsPからなるSCH層15が順番に積層されている。
In FIG. 7, a
なお、n型クラッド層12、SCH層13、活性層14、SCH層15はメサ型に形成されている。このメサ型の両側にp型InPからなる下部埋込層16およびn型InPからなる上部埋込層17が形成されている。
Note that the n-
また、SCH層15の上側および上部埋込層17の上面には、p型InPからなるp型クラッド層18が形成され、このp型クラッド層18の上面には、p型コンタクト層19が形成され、さらにこのp型コンタクト層19の上面には、p電極20が設けられている。また、半導体基板11の下面にはn電極21が設けられている。
A p-
なお、p型InPからなるp型クラッド層18の屈折率をnbとすると、n型InPからなるn型クラッド層12の屈折率は厳密には電子のプラズマ効果によりp型クラッド層18の屈折率をnbより小さいが、説明を簡単にするために、ここではn型クラッド層12の屈折率もnbとする。
The refractive the p-type and the refractive index of the p-
この第1の従来技術では、良好な発振特性を得るために、活性層14として、一つの均一物質で構成されたバルク構造の他に、図8に示しているように、複数の井戸層14aとこの各井戸層14aの両側に位置する複数の障壁層14bとを積層したMQW(Multiple Quantum Well 多量子井戸)構造が採用されている。
In the first prior art, in order to obtain good oscillation characteristics, the
なお、量子井戸を構成する井戸層14aやMQW構造を有さないバルク活性層の場合のように、実際に半導体レーザとしてのゲインを出す部分をアクティブ部と呼んでいる。 Note that, as in the case of the well layer 14a constituting the quantum well or the bulk active layer not having the MQW structure, a portion that actually gives a gain as a semiconductor laser is called an active portion.
さらに、このMQW構造を有した活性層14の下側に位置するSCH層13を複数の層13a、13b、13cからなる多層構造とし、同様に、活性層14の上側に位置するSCH層15を複数の層15a、15b、15cからなる多層構造としている。
Further, the
そして、n型クラッド層12、複数の層からなるSCH層13、MQW構造を有した活性層14、複数の層からなるSCH層15、p型クラッド層18の各層についての、活性層14で発光する光に対する屈折率nを、図9に示す屈折率特性となるように設定している。
The
即ち、中央の活性層14の屈折率が最も高く、両側の各クラッド層12、18の屈折率が等しく最も低くなるように設定し、SCH層13、15の複数の層も段階的に変化させて、活性層14を中心として上下対称の特性となるようにしている。
That is, the refractive index of the central
このような屈折率特性を有する半導体レーザ10のp電極20とn電極21との間に直流電圧を印加すると、活性層14で光Pが生起され、その生起された光Pが、図7に示す半導体レーザ10の端面22a、22bから外部へ出射される。
When a DC voltage is applied between the p-
なお、活性層14の屈折率が各クラッド層12、18の屈折率より高いことによって、活性層14で生起した光Pの散逸を防ぐ光導波路が形成され、また、活性層14と両側のクラッド層12、18との間にそれぞれ中間の屈折率を有するSCH層13、15を介在させたことにより、注入したキャリアを活性層14の近傍に集中させることができ、キャリアと光が同時に同一領域に集中するので、発光効率が高くなる。
In addition, when the refractive index of the
このような構造の半導体レーザ10を高出力化するために、SCH層13、15および活性層14への光閉じ込め係数の低減が有効である。
In order to increase the output of the
ところが、SCH層13、15および活性層14への光閉じ込め係数を低減した場合、両クラッド層12、18内を通過する光の成分が多くなり、別の問題が発生する。
However, when the optical confinement coefficient in the
即ち、両クラッド層12、18内を通過する光の成分が多くなることに対応して両クラッド層12、18の厚さを増す必要があるが、p型クラッド層18は比較的電気抵抗が高いため、このp型クラッド層18の厚さの増加によって素子全体の電気抵抗が増大して、高電流領域での素子の発熱量が大きくなって、光出力を低下させてしまう。
That is, it is necessary to increase the thickness of both
また、両クラッド層12、18のうち、p型クラッド層18内の光の分布が増加すると、価電子帯間光吸収による光損失量が増大してしまう。
Moreover, when the light distribution in the p-
この価電子帯間光吸収による光損失量は、p型クラッド層18のp型不純物濃度を小さくすることで低減することができるが、このようにp型不純物濃度を小さくすると、素子の電気抵抗がさらに増大してしまい、高出力が得られなくなってしまう。
The amount of light loss due to light absorption between the valence bands can be reduced by reducing the p-type impurity concentration of the p-
[第2の従来技術]
この価電子帯間吸収による光損失の問題を解決する構成が、特許文献1に第2の従来技術として開示されている。その要部の断面構造を図10に示す。ここでは、n型クラッド層12の内部に、そのn型クラッド層12より屈折率がかなり高く、活性層14の屈折率に近い光フィールド制御層23を設けて、光の分布をn型クラッド層12側にシフトさせ、p型クラッド層18内に分布する光の量を減らす技術が開示されている。光フィールド制御層23の等価的な屈折率が高いことは図10に示されている光フィールド制御層23に用いられている材料の屈折率分布からわかる。
[Second prior art]
A configuration for solving the problem of optical loss due to absorption between the valence bands is disclosed in
しかし、このようにn型クラッド層12内に活性層14に近い屈折率の光フィールド制御層23を設けることは、その構造が複雑化するだけでなく、新たな問題が発生する。
However, the provision of the optical
即ち、上記のような光フィールド制御層23は、活性層14と同様の構造であるから、SCH層13から遠い位置に設けた場合、別の光導波路が形成されて光の分布が双峰特性になってしまう。
That is, since the optical
従って、この光フィールド制御層23は、SCH層13の近くに設けなければならないが、このような屈折率が高い光フィールド制御層23をSCH層13の近くに設けると、導波路全体の等価屈折率が高くなり、シングルモードから横高次モードへ変移しやすくなってしまう。
Therefore, the optical
また、この横高次モードへの変移は、活性層14とSCH層13、15を含めた領域の幅を狭くすることで防止できるが、このように活性層14とSCH層13、15を含めた領域の幅を狭くすることは、素子の電気抵抗および熱抵抗の増加を招き、発光効率を却って低下させてしまう。
Further, the transition to the lateral higher-order mode can be prevented by narrowing the width of the region including the
[第3の従来技術]
以上の問題点を解決する構成が、特許文献2に第3の従来技術として開示されている。図11は、その第3の従来技術を適用した半導体レーザ30の全体の構成を示し、図12は要部の断面の構造を示している。なお、この半導体レーザ30の構成において、前記第1の従来技術として図7に示した半導体レーザ10と同一部分には、同一符号を付して説明する。
[Third prior art]
A configuration for solving the above problems is disclosed in
この半導体レーザ30では、n型InPからなる半導体基板11の上に、n型InGaAsPからなるn型クラッド層32、InGaAsPからなるSCH層13、InGaAsPからなる活性層14、InGaAsPからなるSCH層15が順番に積層されている。n型クラッド層32、SCH層13、活性層14、SCH層15はメサ型に形成されており、このメサ型の両側にp型InPからなる下部埋込層16およびn型InPからなる上部埋込層17が形成されている。
In this
また、SCH層15の上側および上部埋込層17の上面には、p型InPからなるp型クラッド層18が形成され、このp型クラッド層18の上面には、p型コンタクト層19が形成され、さらにこのp型コンタクト層19の上面には、p電極20が設けられている。また、半導体基板11の下面にはn電極21が設けられている。
A p-
図12に示すように、活性層14として、4層の井戸層14aとこの各井戸層14aの両側に位置する5層の障壁層14bとを積層した4層のMQW(多重量子井戸)構造が採用されている。この4層のMQW構造を有した活性層14の下側に位置するSCH層13を複数の層13a、13b、13cからなる多層構造とし、同様に、活性層14の上側に位置するSCH層15を複数の層15a、15b、15cからなる多層構造としている。
As shown in FIG. 12, the
図12に示しているように、活性層14における障壁層14bの屈折率をns、n型クラッド層32の屈折率をna、p型クラッド層18の屈折率をnbとする。
また、SCH層13を構成する各層13a、13b、13cの屈折率および厚さをそれぞれn1、n2、n3、t1、t2、t3とし、同様に、SCH層15を構成する各層15a、15b、15cの屈折率および厚さをそれぞれn1、n2、n3、t1、t2、t3とする。
As shown in FIG. 12, the refractive index of the barrier layer 14b in the active layer 14 n s, a refractive index n a of the n-
Further, the refractive indexes and thicknesses of the
そして、各屈折率の大小関係は、図13に示すように、活性層14から遠ざかる程小さくなるように設定され、且つ、InGaAsPからなるn型クラッド層32の屈折率naは、InPからなるp型クラッド層18の屈折率nbより高い。つまり、ns>n1>n2>n3>na>nbとする。さらに、この半導体レーザ30においては、図13に示すように、各SCH層13、15を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層14からクラッド層32、18へ向かう程小さくなるように設定されている。即ち、ns−n1>n1−n2>n2−n3>n3−nb>n3−naとなるように設定されている。また、SCH層13、15を構成する各層13a、13b、13c、15a、15b、15cの厚みt1、t2、t3は等しくても異なっていても良い。
Then, the magnitude of each refractive index, as shown in FIG. 13, is set to be smaller enough away from the
このように構成された半導体レーザ30では、p電極20とn電極21との間に直流電圧を印加すると、活性層14で光Pが生起され、その光Pが図11に示した半導体レーザ30の端面22a、22bから外部へ出射される。
In the
この場合、図13の屈折率特性に示したように、SCH層13、15を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層14から各クラッド層32、18へ向かう程小さくなるように設定されているので、SCH層13、15内における活性層14の近傍領域の屈折率の高い領域においては屈折率が急激に低下し、両クラッド層の近傍領域の屈折率低い領域においては、屈折率が緩慢に低下する。
In this case, as shown in the refractive index characteristics of FIG. 13, the refractive index difference between adjacent layers constituting the SCH layers 13 and 15 becomes smaller toward the cladding layers 32 and 18 from the
このため、光導波路内で光の集中度を緩和する、即ち、光閉じ込め係数を低くすることができ、内部損失が低下する。 For this reason, the concentration of light within the optical waveguide can be relaxed, that is, the optical confinement factor can be lowered, and the internal loss is reduced.
また、InGaAsPからなるn型クラッド層32の屈折率naは、InPからなるp型クラッド層18の屈折率nbより高いので、図14に示しているように、光の分布が、両クラッド層を同一屈折率にした第1の従来技術の場合における対称な特性A′に対して、特性Aのようにn型クラッド層32側に偏って分布する。
The refractive index n a of the n-
このため、活性層14およびSCH層13、15における光閉じ込め係数を低くしたことによるp型クラッド層18における価電子帯間光吸収による光損失の増加を抑制することができ、高出力なレーザ光を得ることができる。
For this reason, it is possible to suppress an increase in optical loss due to light absorption between the valence bands in the p-
また、活性層14とn型クラッド層32との屈折率差が従来のものより小さくなるので、横高次モードを抑圧できる最大の活性層幅も拡大することができ、レーザの高出力化にさらに有利となる。
Further, since the refractive index difference between the
また、前記したようにn型クラッド層内に屈折率の高い光フィールド層を設けたものより、構造が簡単で、活性層13の幅を拡大でき、それにより、素子抵抗値の増加による光出力の低下も防止できる。
Further, as described above, the structure is simpler than that in which the optical field layer having a high refractive index is provided in the n-type cladding layer, and the width of the
ところがこの第3の従来技術では、n型クラッド層32の屈折率がp−InPからなるp型クラッド層18の屈折率よりもかなり大きくなると、図10に示した第2の従来技術と同じくn型クラッド層32が光導波路となってしまい、双峰性の光が出射されてしまう。
However, in the third prior art, when the refractive index of the n-
つまり、この第3の従来技術ではn型クラッド層32の屈折率がp−InPからなるp型クラッド層18の屈折率よりもごく僅かだけ大きくする必要がある。特許文献2に記載されている具体的な構成としては、n型クラッド層32を構成するInGaAsPのバンドギャップ波長を0.97μm以下とし、そしてこのn型クラッド層32の厚みを数ミクロンと厚く結晶成長するようになっている。
In other words, in the third prior art, the refractive index of the n-
しかしながら、InPからなる半導体基板の上にInPに近い組成(つまりバンドギャップ波長)のInGaAsPを均質に数ミクロンも結晶成長することは、結晶欠陥の観点からかなり困難であって高度な技術を必要とし、通常の製造方法では高い確率で結晶表面の白濁が生じてしまう、あるいは活性層14の品質の劣化につながってしまう。そのため、製造に多くのノウハウを必要とするのみでなく、活性層の品質の観点から歩留まりが著しく劣化する危険性がある。
However, it is quite difficult to crystallize InGaAsP having a composition close to InP (that is, a band gap wavelength) on the semiconductor substrate made of InP uniformly by several microns from the viewpoint of crystal defects and requires advanced techniques. In the normal manufacturing method, the white turbidity of the crystal surface is generated with high probability, or the quality of the
以上のように、従来技術においては高出力の光を得ることができない、あるいは高出力の光を発することができても結晶成長が非常に難しいという問題を有していた。 As described above, the prior art has a problem that high-power light cannot be obtained, or even if high-power light can be emitted, crystal growth is very difficult.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、結晶成長が容易となる構成でかつ高出力の光を発することができる半導体レーザを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of emitting high-power light with a configuration that facilitates crystal growth.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の半導体レーザは、InPからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むn型クラッド層とp型クラッド層とを設けた半導体レーザにおいて、前記n型クラッド層は、少なくとも一部が、InPからなる層と、バンドギャップ波長が0.97μmから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも0.10μm短い波長までのInGaAsPからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該n型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記p型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a semiconductor laser according to
本発明の請求項2に記載の半導体レーザは、請求項1に記載の半導体レーザにおいて、前記n型クラッド層を構成するInGaAsPのバンドギャップ波長が、1.1〜1.35μmであることを特徴としている。
The semiconductor laser according to
本発明の請求項3に記載の半導体レーザは、InPからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むn型クラッド層とp型クラッド層とを設けた半導体レーザにおいて、 前記n型クラッド層は、少なくとも一部が、InPからなる層と、バンドギャップ波長が0.97μmから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも0.10μm短い波長までのInAlAsもしくはInGaAlAsからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該n型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記p型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor laser according to the third aspect, wherein an active layer, an n-type cladding layer sandwiching the active layer, and a p-type cladding layer are provided on a semiconductor substrate made of InP. The layer includes at least a layer made of InP and a layer made of InAlAs or InGaAlAs from a band gap wavelength of 0.97 μm to a wavelength shorter by 0.10 μm than the wavelength of the active part constituting the active layer. The n-type cladding layer is configured so that the equivalent refractive index of the n-type cladding layer as a whole is higher than the refractive index of the p-type cladding layer.
本発明の請求項4に記載の半導体レーザは、請求項3に記載の半導体レーザにおいて、前記n型クラッド層を構成するInAlAsもしくはInGaAlAsのバンドギャップ波長が、1.1〜1.35μmであることを特徴としている。
The semiconductor laser according to
本発明の請求項5に記載の半導体レーザは、請求項1または2に記載の半導体レーザにおいて、前記n型クラッド層を構成するInP層の厚みが、前記n型クラッド層を構成するInGaAsP層の厚みよりも厚いことを特徴としている。
The semiconductor laser according to claim 5 of the present invention is the semiconductor laser according to
本発明の請求項6に記載の半導体レーザは、請求項1乃至5に記載のいずれか一項の半導体レーザにおいて、前記活性層を挟んだ上下にSCH層が形成され、前記n型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記n型クラッド層に接する前記SCH層の屈折率よりも小さいことを特徴としている。 A semiconductor laser according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor laser according to any one of the first to fifth aspects, wherein an SCH layer is formed above and below the active layer, and the entire n-type cladding layer is formed. The equivalent refractive index of the SCH layer is smaller than the refractive index of the SCH layer in contact with the n-type cladding layer.
本発明によれば、半導体基板に近い側に位置するクラッド層として、製作性がよく且つ屈折率が活性層の上方にある他のクラッド層の屈折率より高い材料と、半導体基板と同じ材料のように製作性のよい半導体材料とを組み合わせて構成することにより、半導体基板に近い側のクラッド層全体としての等価的な屈折率を、活性層の上方にある他のクラッド層の屈折率よりもやや高くする構成としているので、半導体基板側に数ミクロンの厚みのクラッド層を容易に結晶成長することができる。さらに、活性層に結晶成長に起因する不要な結晶歪が入ることがなく、高出力の光を発する半導体レーザを実現することができる。 According to the present invention, as a clad layer located on the side close to the semiconductor substrate, a material having good manufacturability and a refractive index higher than that of other clad layers above the active layer, and the same material as the semiconductor substrate are used. By combining the semiconductor material with good manufacturability in this way, the equivalent refractive index of the entire cladding layer on the side close to the semiconductor substrate is made higher than the refractive index of the other cladding layers above the active layer. Since the structure is made slightly higher, a cladding layer having a thickness of several microns can be easily grown on the semiconductor substrate side. Further, it is possible to realize a semiconductor laser that emits high-output light without causing unnecessary crystal distortion due to crystal growth in the active layer.
以下、本発明の実施形態について説明するが、図7〜図14に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, since the same numbers as those of the conventional embodiments shown in FIGS. 7 to 14 correspond to the same function units, the description of the function units having the same numbers is omitted here. To do.
[実施形態]
図1に本発明の実施形態の要部について、その断面図を示す。n型クラッド層40以外の構造については、図11〜12に示した第3の従来技術と同様としている。MQW構造で構成され、井戸層14aを含む実際に半導体レーザとしてのゲインを出す部分が活性層のアクティブ部をなしている。本発明で重要な点は、n型クラッド40の構造であり、以下において考察する。
[Embodiment]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the main part of the embodiment of the present invention. The structure other than the n-
n型クラッド40は、所定厚さのInGaAsP層35と所定厚さのInP層36とが層厚方向に交互に積層されて構成されている。
The n-
InGaAsP層35は、InP上への結晶成長が容易な、バンドギャップ波長が0.97μm以上の例えば1.1μmあるいは1.15μmのn型InGaAsPを使用している。また、InP層36は、不図示のn型半導体基板11と同じ材料のInPを使用している。なお、n型InGaAsP層35のバンドギャップ波長を1.1〜1.3μmの範囲とすると本発明の効果を実現できるのに特に好適であることを確認している。 また、図2には本構成における屈折率分布を示している。ここで、n型クラッド層40の部分について、その屈折率分布の拡大図を図3に示す。ここで、ncはn型InGaAsP層35の屈折率である。また、Wci(i=1,2,,,,,n)はn型InGaAsP層35の厚み、Hci(i=1,2,,,,,n−1)はn型InP層36の厚みである。n型InGaAsP層35の厚みWci(i=1,2,,,,,n)は互いに同じであっても良いし、異なっていても良い。同様にn型InP層36の厚みHci(i=1,2,,,,,n−1)は互いに同じであっても良いし、異なっていても良い。
For the
ここで本発明の原理を説明するために、図4に、Wci(i=1,2,,,,,n)を全て同じと仮定し、Hci(i=1,2,,,,,n−1)も全て同じと仮定した場合に、Wc1/Hc1を変数とした場合におけるn型クラッド層40全体としての等価的な屈折率を示す。図中には、図12においてバンドギャップ波長を0.96μmとした場合のn型InGaAsPクラッド層32の屈折率を点線で示している。なお、本発明ではn型InGaAsP層35のバンドギャップ波長として1.15μmと設定した(値は一例である)。
In order to explain the principle of the present invention, it is assumed in FIG. 4 that W ci (i = 1, 2,..., N) are all the same, and H ci (i = 1, 2,. , N-1) are the same, and the equivalent refractive index of the n-
図4からわかるように、Wc1/Hc1の比を適切に設定することにより、バンドギャップ波長0.96μmあるいは0.95μmのように短く、かつその屈折率がInPより僅かに高いn型InGaAsPクラッド層と等価的な屈折率を有するn型クラッド層40を形成することができることがわかる。換言すると、屈折率が高いn型InGaAsP層35と屈折率が低いn型InP層36とを層厚方向に交互に組み合わせて構成することにより、第3の従来技術において用いられているn型InGaAsPクラッド層と等価的な屈折率を容易に実現することができたと言うことができる。
As can be seen from FIG. 4, by appropriately setting the ratio of W c1 / H c1, an n-type InGaAsP having a bandgap wavelength as short as 0.96 μm or 0.95 μm and a refractive index slightly higher than InP. It can be seen that the n-
バンドギャップ波長が1.15μmのn型InGaAsP層35は、第3の従来技術で使用されているバンドギャップ波長が0.96μmのn型InGaAsP層32よりもInP上に結晶成長し易いが、本構成ではさらにこの層厚が10nm〜500nmと薄いため、その結晶成長に関し全く問題がない。またn型半導体基板11と同じ組成であり、結晶成長が極めて容易であるとともに、結晶成長時に発生した結晶歪を除去する効果のあるn型InP層36を、n型InGaAsP層35とともに用いることにより、バンドギャップ波長0.96μmのn型InGaAsP層と等価的な屈折率を有するn型クラッド層40を数ミクロンの厚みに容易にかつ歩留まり良く成長することが可能となる。
The n-
一般に、n型InGaAsP層35とn型InP層36とを組み合わせたn型クラッド層40全体の等価的な屈折率としては、第3の従来技術で使用していたバンドギャップ波長が0.97μm以下のn型InGaAsPと同等の値とすることが好ましいので、Hci(i=1,2,,,,,n−1)>Wci(i=1,2,,,,,n)と構成するのが好適である。但し、Hci(i=1,2,,,,,n−1)<Wci(i=1,2,,,,,n)あるいはHci(i=1,2,,,,,n−1)=Wci(i=1,2,,,,,n)と構成しても本発明に属することは言うまでもない。
In general, as an equivalent refractive index of the entire n-
図5に、本実施形態における光の分布特性Gを示す。第3の従来技術で示した図14と同様に、光の分布が、両クラッド層を同一屈折率にした第1の従来技術の場合における対称な特性A′に対して、特性Gのようにn型クラッド層40側に偏って分布する。このため、活性層14およびSCH層13、15における光閉じ込め係数を低くしたことによるp型クラッド層18における価電子帯間光吸収による光損失の増加を抑制することができ、高出力なレーザ光を得ることができる。
FIG. 5 shows the light distribution characteristic G in the present embodiment. Similarly to FIG. 14 shown in the third prior art, the light distribution is like a characteristic G with respect to the symmetrical characteristic A ′ in the case of the first prior art in which both cladding layers have the same refractive index. Distribution is biased toward the n-
図6に、変数を注入電流とした場合における光の出力を示す。図からわかるように、第3の従来技術の光出力Fは第1の従来技術の光出力F´より改善されているが、本発明ではさらに改善された光出力Gを得ている。これはn型クラッド層を数ミクロン形成する際に発生する結晶歪について、本発明で使用するバンドギャップ波長が1.15μmのn型InGaAsP層と半導体基板11と同じ組成のn型InP層との組み合わせの方が、第3の従来技術で使用するバンドギャップ波長が0.96μmあるいは0.95μmのn型InGaAsP層よりも小さく抑えられているため、その後に形成する活性層14の結晶品質の品質が優れていることを意味している。
FIG. 6 shows the light output when the variable is the injection current. As can be seen from the figure, the light output F of the third prior art is improved over the light output F ′ of the first prior art, but the light output G is further improved in the present invention. This is because the crystal strain generated when the n-type cladding layer is formed by several microns is formed between an n-type InGaAsP layer having a band gap wavelength of 1.15 μm and an n-type InP layer having the same composition as that of the
なお、本構成を採用することにより結晶成長時に結晶の白濁などは生じず、極めて優れた歩留まりを実現できた。特にn型InGaAsP層35のバンドギャップ波長が0.97μmより長いほど適しており、結晶成長の制御性と歩留まりの観点から特に1.1〜1.35μmのバンドギャップ波長のInGaAsPが好適であった。
By adopting this configuration, crystal turbidity did not occur during crystal growth, and an extremely excellent yield could be realized. In particular, the longer the band gap wavelength of the n-
また、例えば活性層14のバンドギャップ波長(アクティブ部のバンドギャップ波長)が1.55μmの場合、n型InGaAsP層35のバンドギャップ波長は1.45μmより短くしないと光の吸収損失が増大し、閾値が高くなってしまうことを実験的に確認した。この活性層のバンドギャップ波長とn型クラッドのバンドギャップ波長に0.10μm以上の差がないと光の吸収損失が大きくなってしまうことは、活性層のバンドギャップ波長が1.55μm以外の例えば1.48μmや1.3μm、あるいは1.6μmなどその他の各種の波長においても成り立つことを実験的に確認している。
For example, when the band gap wavelength of the active layer 14 (the band gap wavelength of the active portion) is 1.55 μm, the light absorption loss increases unless the band gap wavelength of the n-
なお、以上の説明においては活性層14の上下にSCH層13、15を挟んだ構成で説明してきたが、SCH層13、15は本発明において必須の構成ではない。n型クラッド層40の屈折率nc>p型クラッド層18の屈折率nbの関係を満たしていればよい。
In the above description, the SCH layers 13 and 15 are sandwiched above and below the
また、n型InGaAsP層35とn型InP層36とをn型クラッド層40の全厚さに渡って交互に積層しなくてもよい。図5の特性Gに示したようなn型クラッド層側に偏った分布となる所定厚さ分だけ交互に積層すればよい。
Further, the n-
[各種実施形態]
以上においては、本発明におけるn型クラッド層40をn型InGaAsP層とn型InP層との組み合わせで構成したが、n型InAlAs層(またはInGaAlAs層)とn型InP層との組み合わせで構成してもよい。また、半導体基板がn型である場合について述べたが、p型の半導体基板でも適用可能である。そしてこの場合には、上の説明においてn型とp型が入れ替わることになる。さらにInP基板のみならずGaAs基板の場合にも適用可能である。
[Various embodiments]
In the above description, the n-
10、30……半導体レーザ
11……半導体基板
12、32、40……n型クラッド層
13、15……SCH層
14……活性層
16、17……埋込層
18……p型クラッド層
19……p型コンタクト層
20……p電極
35……n型InGaAsP層
36……n型InP層
21……n電極
22a、22b……端面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記n型クラッド層は、少なくとも一部が、InPからなる層と、バンドギャップ波長が0.97μmから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも0.10μm短い波長までのInGaAsPからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該n型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記p型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser in which an active layer, an n-type cladding layer and a p-type cladding layer sandwiching the active layer are provided on a semiconductor substrate made of InP,
The n-type cladding layer includes at least a layer made of InP and a layer made of InGaAsP having a band gap wavelength of 0.97 μm to a wavelength shorter by 0.10 μm than the wavelength of the active portion constituting the active layer. Are stacked alternately in the layer thickness direction, and the n-type cladding layer as a whole has an equivalent refractive index higher than the refractive index of the p-type cladding layer.
前記n型クラッド層は、少なくとも一部が、InPからなる層と、バンドギャップ波長が0.97μmから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも0.10μm短い波長までのInAlAsもしくはInGaAlAsからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該n型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記p型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser in which an active layer, an n-type cladding layer and a p-type cladding layer sandwiching the active layer are provided on a semiconductor substrate made of InP,
The n-type cladding layer is at least partially composed of InP, and is composed of InAlAs or InGaAlAs having a band gap wavelength of 0.97 μm to a wavelength shorter by 0.10 μm than the wavelength of the active portion constituting the active layer. The semiconductor is characterized in that the layers are alternately stacked in the layer thickness direction, and the equivalent refractive index of the n-type cladding layer as a whole is higher than the refractive index of the p-type cladding layer. laser.
SCH layers are formed above and below the active layer, and an equivalent refractive index of the entire n-type cladding layer is smaller than a refractive index of the SCH layer in contact with the n-type cladding layer. The semiconductor laser according to claim 1.
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