JP2706166B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JP2706166B2 JP2706166B2 JP5890A JP5890A JP2706166B2 JP 2706166 B2 JP2706166 B2 JP 2706166B2 JP 5890 A JP5890 A JP 5890A JP 5890 A JP5890 A JP 5890A JP 2706166 B2 JP2706166 B2 JP 2706166B2
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- Japan
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- active layer
- thickness
- current threshold
- width
- semiconductor laser
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ発振電流閾値の小さい活性層を有す
る半導体レーザに関するものである。
る半導体レーザに関するものである。
（従来の技術） 半導体レーザは、その発振電流閾値が小さいほど実用
上有利である。電流閾値を定める主な構造パラメータ
は、活性層の断面の幅、厚さおよび共振器長である。従
来は光閉じ込め係数の計算には等価屈折法という近似的
解法が用いられ、レーザ構造の設計がなされていた。そ
の結果、活性層の断面形状としては、その厚さが0.1μ
ｍから0.2μｍの間にあり、その幅が0.5μｍ以上である
細長い矩形長い矩形状のものが作製されてきた。
上有利である。電流閾値を定める主な構造パラメータ
は、活性層の断面の幅、厚さおよび共振器長である。従
来は光閉じ込め係数の計算には等価屈折法という近似的
解法が用いられ、レーザ構造の設計がなされていた。そ
の結果、活性層の断面形状としては、その厚さが0.1μ
ｍから0.2μｍの間にあり、その幅が0.5μｍ以上である
細長い矩形長い矩形状のものが作製されてきた。
本発明者は光閉じ込め係数をより正確に計算できる有
限差分法を用いて、低電流閾値を目指した半導体レーザ
の構造設計をやり直した。その結果、活性層の厚さが従
来のように0.1μｍから0.2μｍの間にあり、幅が0.5μ
ｍ以上とした場合よりさらに小さい電流閾値を与える活
性層の厚さと幅を見いだした。本発明により見いだされ
た活性層の幅と厚さの組合せを、低電流閾値を与える構
造として提案した例は従来にはない。
限差分法を用いて、低電流閾値を目指した半導体レーザ
の構造設計をやり直した。その結果、活性層の厚さが従
来のように0.1μｍから0.2μｍの間にあり、幅が0.5μ
ｍ以上とした場合よりさらに小さい電流閾値を与える活
性層の厚さと幅を見いだした。本発明により見いだされ
た活性層の幅と厚さの組合せを、低電流閾値を与える構
造として提案した例は従来にはない。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、実用上有効な低電流閾値を与える半導体レ
ーザを提供することにある。
ーザを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、前述の課題を解決するため、最適な活性層
断面形状を検討した。活性層の厚さｄと幅Ｗを固定し、
レーザの共振器長や端面反射率等を出力や効率が実用上
使用に耐える範囲におさまるようにした中で種々変え、
電流閾値が最も低くなるような条件を求めた。この最も
低い電流閾値は活性層の厚さｄと活性層の幅Ｗの関数で
ある。
断面形状を検討した。活性層の厚さｄと幅Ｗを固定し、
レーザの共振器長や端面反射率等を出力や効率が実用上
使用に耐える範囲におさまるようにした中で種々変え、
電流閾値が最も低くなるような条件を求めた。この最も
低い電流閾値は活性層の厚さｄと活性層の幅Ｗの関数で
ある。
この電流閾値をIth（d,W）と書くことにする。次に活
性層の厚さｄと幅Ｗを次々に変え、Ith（d,W）がどの様
に変わるかを検討した。d,Wを変えたときの最小電流閾
値をIth（MIN.）と書くことにする。Ith（MIN.）はｄが
0.25μｍ、Ｗが0.3μｍの場合に得られる。ｄとＷを固
定した場合の最も低い電流閾値が、最小電流閾値の５％
増しよりも小さくなるｄとＷの範囲、言いかえると Ith（d.W）1.05×Ith（MIN.） となる活性層の厚さｄと幅Ｗの範囲を第１図に示す。こ
れは 0.2μm ｄ、かつ 0.25μｍＷ、かつ ｄ＋Ｗ0.7μｍ の範囲である。これが本発明の半導体レーザの活性層の
厚さと幅の範囲である。活性層の幅ｄと厚さＷがこの範
囲からはずれて行くと、Ith（d.W）が大きく増加してい
く。例えば、活性層の厚さがｄがこの範囲より0.2μｍ
減少すると、Ith（d.W）はさらに10％増加する。また、
活性層の幅Ｗがこの範囲より0.2μｍ減少すると、Ith
（d.W）は約20％増加する。ｄ＋Ｗがこの範囲より0.2μ
ｍ増加すると、Ith（d.W）は10％増加する。従って低い
電流閾値の半導体レーザを作製するうえで活性層の幅や
厚さを、上記の範囲外にすることは適切でない。
性層の厚さｄと幅Ｗを次々に変え、Ith（d,W）がどの様
に変わるかを検討した。d,Wを変えたときの最小電流閾
値をIth（MIN.）と書くことにする。Ith（MIN.）はｄが
0.25μｍ、Ｗが0.3μｍの場合に得られる。ｄとＷを固
定した場合の最も低い電流閾値が、最小電流閾値の５％
増しよりも小さくなるｄとＷの範囲、言いかえると Ith（d.W）1.05×Ith（MIN.） となる活性層の厚さｄと幅Ｗの範囲を第１図に示す。こ
れは 0.2μm ｄ、かつ 0.25μｍＷ、かつ ｄ＋Ｗ0.7μｍ の範囲である。これが本発明の半導体レーザの活性層の
厚さと幅の範囲である。活性層の幅ｄと厚さＷがこの範
囲からはずれて行くと、Ith（d.W）が大きく増加してい
く。例えば、活性層の厚さがｄがこの範囲より0.2μｍ
減少すると、Ith（d.W）はさらに10％増加する。また、
活性層の幅Ｗがこの範囲より0.2μｍ減少すると、Ith
（d.W）は約20％増加する。ｄ＋Ｗがこの範囲より0.2μ
ｍ増加すると、Ith（d.W）は10％増加する。従って低い
電流閾値の半導体レーザを作製するうえで活性層の幅や
厚さを、上記の範囲外にすることは適切でない。
本発明で指定する上記のｄとＷの範囲では、活性層の
断面形状は正方形、または従来つくられていた活性層の
断面形状に比べて正方形に近い矩形となる。
断面形状は正方形、または従来つくられていた活性層の
断面形状に比べて正方形に近い矩形となる。
本発明では活性層の形状が正方形またはそれに近い矩
形状に製作されているので、活性層への光の閉じ込めが
効率的に行われ、低い発振電流閾値を有する半導体レー
ザが作製できる。かつ光放出パターンが円形に近くなる
ので、伝送用光ファイバとのカップリングの良いレーザ
を提供することができる。
形状に製作されているので、活性層への光の閉じ込めが
効率的に行われ、低い発振電流閾値を有する半導体レー
ザが作製できる。かつ光放出パターンが円形に近くなる
ので、伝送用光ファイバとのカップリングの良いレーザ
を提供することができる。
（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明の半導体レーザの実施例を波長1.5μｍ帯で発
振するInGaAsP/InPレーザを例に取って述べる。まず、
設計条件としては、通信用光源として有用なように分布
帰還型（DFB）構造を採用することとし、高さ80nmの一
次の回折格子を用いることとする。また、回析格子形成
のための厚さ0.1μｍのガイド層を活性層に隣接して付
加するものとする。また、レーザ端面の一方には反射率
90％の高反射膜を形成するものとする。
振するInGaAsP/InPレーザを例に取って述べる。まず、
設計条件としては、通信用光源として有用なように分布
帰還型（DFB）構造を採用することとし、高さ80nmの一
次の回折格子を用いることとする。また、回析格子形成
のための厚さ0.1μｍのガイド層を活性層に隣接して付
加するものとする。また、レーザ端面の一方には反射率
90％の高反射膜を形成するものとする。
第２図は、この設計条件のものとで、活性層の幅Ｗを
0.3μｍとした場合の最小発振電流閾値の設計値を示し
たものである。横軸は活性層の厚さである。第２図は、
共振器長を種々変えて、発振閾値電流を最小化したとき
の発振電流閾値を示す。第２図より活性層の厚さを0.2
μｍから0.3μｍの間とした場合に発振電流閾値が最小
となり、その値は2.5mA以下であることがわかる。この
時の共振器長は100μｍである。
0.3μｍとした場合の最小発振電流閾値の設計値を示し
たものである。横軸は活性層の厚さである。第２図は、
共振器長を種々変えて、発振閾値電流を最小化したとき
の発振電流閾値を示す。第２図より活性層の厚さを0.2
μｍから0.3μｍの間とした場合に発振電流閾値が最小
となり、その値は2.5mA以下であることがわかる。この
時の共振器長は100μｍである。
第３図は活性層の厚さと幅を、ともに0.3μｍとし
て、Ｐ型InP基板上にこの素子を作製した本発明の一実
施例の斜視図であって、１はＰ側電極、２はInP基板、
３はＰ型InPクラッド層、４はInGaAsP活性層、５はInGa
AsPガイド層（波長1.3μｍ組成）、６はＮ型InPクラッ
ド層、７はＮ型InP再成長層、８はInGaAsPキャップ層、
９は誘電体膜、10はＮ側電極、11はマストランスポート
領域、12は半絶縁層InP埋込層である。InGaAsP活性層４
の幅と厚さはともに0.3μｍである。グレーティングはI
nGaAsPガイド層５とＮ型InPクラッド層６の境界に作製
する。作製した素子では発振電流閾値は4mAであり、設
計値には及ばないものの、本発明が半導体レーザの低閾
値化に有用であることを示している。またこのレーザは
活性層の断面形状が正方形であるので、円形のコアを有
する光ファイバとの結合効率が、長方形状のものと比べ
て１割ほど向上していることがわかった。
て、Ｐ型InP基板上にこの素子を作製した本発明の一実
施例の斜視図であって、１はＰ側電極、２はInP基板、
３はＰ型InPクラッド層、４はInGaAsP活性層、５はInGa
AsPガイド層（波長1.3μｍ組成）、６はＮ型InPクラッ
ド層、７はＮ型InP再成長層、８はInGaAsPキャップ層、
９は誘電体膜、10はＮ側電極、11はマストランスポート
領域、12は半絶縁層InP埋込層である。InGaAsP活性層４
の幅と厚さはともに0.3μｍである。グレーティングはI
nGaAsPガイド層５とＮ型InPクラッド層６の境界に作製
する。作製した素子では発振電流閾値は4mAであり、設
計値には及ばないものの、本発明が半導体レーザの低閾
値化に有用であることを示している。またこのレーザは
活性層の断面形状が正方形であるので、円形のコアを有
する光ファイバとの結合効率が、長方形状のものと比べ
て１割ほど向上していることがわかった。
以上、本発明をInGaAsP/InP−DFB型レーザを例に取っ
て説明したが、ファブリ・ペロー型レーザでも、またGa
As等の他の材料系からなる場合でも有効であるし、Ｐ型
およびＮ型の導電型が逆転した、いわゆるＮ基板型素子
でも有効である。
て説明したが、ファブリ・ペロー型レーザでも、またGa
As等の他の材料系からなる場合でも有効であるし、Ｐ型
およびＮ型の導電型が逆転した、いわゆるＮ基板型素子
でも有効である。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の半導体レーザは、レー
ザ発振電流閾値を最小とするように選択された活性層の
厚さと幅を有するので、発振電流閾値の小さい半導体レ
ーザを作製するうえで有用である。
ザ発振電流閾値を最小とするように選択された活性層の
厚さと幅を有するので、発振電流閾値の小さい半導体レ
ーザを作製するうえで有用である。
第１図は活性層の厚さｄ、活性層の幅Ｗを固定して最も
低い電流閾値を求めたとき、その値が最小電流閾値の５
％増しより小さくなるｄとＷの範囲を示す図、 第２図はInGaAsP/InP−DFBレーザの最小発振電流閾値
（設計値）を示す図、 第３図は本発明の半導体レーザの一実施例の斜視図であ
る。 １…Ｐ側電極、２…InP基板 ３…Ｐ型InPクラッド層 ４…InGaAsP活性層 ５…InGaAsPガイド層（波長1.3μｍ組成） ６…Ｎ型InPクラッド層、７…Ｎ型InP再成長層 ８…InGaApキャップ層、９…誘電体膜 10…Ｎ側電極 11…マストランスポート領域 12…半絶縁InP埋込層
低い電流閾値を求めたとき、その値が最小電流閾値の５
％増しより小さくなるｄとＷの範囲を示す図、 第２図はInGaAsP/InP−DFBレーザの最小発振電流閾値
（設計値）を示す図、 第３図は本発明の半導体レーザの一実施例の斜視図であ
る。 １…Ｐ側電極、２…InP基板 ３…Ｐ型InPクラッド層 ４…InGaAsP活性層 ５…InGaAsPガイド層（波長1.3μｍ組成） ６…Ｎ型InPクラッド層、７…Ｎ型InP再成長層 ８…InGaApキャップ層、９…誘電体膜 10…Ｎ側電極 11…マストランスポート領域 12…半絶縁InP埋込層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−52287（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−114588（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−307793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−101286（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】活性層の断面が矩形状であり、その厚さを
ｄ、幅をＷとし、 0.2μm ｄ、かつ 0.25μｍＷ、かつ ｄ＋Ｗ0.7μｍ であるように製作されていることを特徴とする半導体レ
ーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5890A JP2706166B2 (ja) | 1990-01-05 | 1990-01-05 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5890A JP2706166B2 (ja) | 1990-01-05 | 1990-01-05 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03204985A JPH03204985A (ja) | 1991-09-06 |
| JP2706166B2 true JP2706166B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=11463614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5890A Expired - Lifetime JP2706166B2 (ja) | 1990-01-05 | 1990-01-05 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2706166B2 (ja) |
-
1990
- 1990-01-05 JP JP5890A patent/JP2706166B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03204985A (ja) | 1991-09-06 |
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Legal Events
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071009 Year of fee payment: 10 |
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Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081009 |
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