JP2819160B2 - 多波長半導体レーザダイオード - Google Patents

多波長半導体レーザダイオード

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JP2819160B2 JP1202237A JP20223789A JP2819160B2 JP 2819160 B2 JP2819160 B2 JP 2819160B2 JP 1202237 A JP1202237 A JP 1202237A JP 20223789 A JP20223789 A JP 20223789A JP 2819160 B2 JP2819160 B2 JP 2819160B2
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    • H01S5/3413Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers comprising partially disordered wells or barriers
    • H01S5/3414Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers comprising partially disordered wells or barriers by vacancy induced interdiffusion

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光多重通信において、互いに異なる波長をそ
れぞれ有する複数の光による多重光を形成するのに好適
な多波長半導体レーザダイオードに関する。
〔従来の技術〕
従来、量子井戸を用いた多波長半導体レーザダイオー
ドが提案されている。
第4図は従来の多波長半導体レーザダイオードの説明
図であり、第5図は従来の多波長半導体レーザダイオー
ドの模式的構造図を示す。
この多波長半導体レーザダイオードは、量子井戸レー
ザダイオードの電子と正孔の第一量子準位間の遷移1及
び電子と正孔の第二量子準位間の遷移2を用いる。第4
図は、多波長半導体レーザダイオードの発光原理を示し
たものである。通常の量子井戸レーザダイオードは、電
子と正孔の第一量子準位間の遷移1でレーザ発振する
が、レーザダイオードの共振器損失が大きくなると、利
得の小さな、電子と正孔の第一量子準位間の遷移1で
は、レーザ発振せず、大きな利得を持つ、電子と正孔の
第二量子準位間の遷移2で発振する。
Tokuda等は、この原理にもとづく2波長レーダダイオ
ードを、19thConference on solid state Devices
and Materials(Extended Abstracts pp.516−52
0)で発表している。
第5図は、この従来の多波長半導体レーザダイオード
の模式的断面構造図である。第5図において、エミッタ
3及びエミッタ4は、量子井戸5を混晶化することによ
って、横方向の光閉じ込めを行った屈折率導波型ストラ
イプレーザダイオードに相当する。エミッタ4は、活性
層6の幅が、3μmと細いため、量子井戸の活性層6と
混晶化領域7の境界での光散乱が大きく、共振器損失が
大きい。このため、利得の大きな、電子と正孔の第二量
子準位間の遷移2で発振する。これに対して、エミッタ
3は、量子井戸の活性層6の幅が6μmと広いので、共
振器損失は増大せず、電子と正孔の第一量子準位間の遷
移1で発振する。
従来のこの型の多波長半導体レーザダイオードの欠点
は、共振器損失が大きいため、レーザダイオードのしき
い値が大きいことである。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、この様なしきい値電流の増大を伴わ
ずかつ簡単な製造方法で製造可能な多波長半導体レーザ
ダイオードを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の構成は以下に示す通りである。即ち、光発光
層となる量子井戸構造の第一の半導体層(12)と、 前記第一の半導体層(12)を上下より挟み、前記第一
の半導体層(12)よりエネルギーギャップの広い第二の
半導体層(13)及び第三の半導体層(11)を有し、 前記第一の半導体層(12)は、前記第一の半導体層
(12)の面に平行な面方向に非混晶化領域及び混晶化量
子井戸領域(16)からなり、 前記非混晶化領域及び混晶化量子井戸領域(16)それ
ぞれの領域に前記第一の半導体層(12)を活性層、前記
第二の半導体層(13)及び第三の半導体層(11)を縦方
向のキャリアの閉じ込め層とする第1及び第2のレーザ
ダイオード(22,21)が形成され、 前記混晶化量子井戸領域(16)に形成された前記第2
のレーザダイオード(21)をレーザ光の放射側に、前記
非混晶化領域に形成された前記第1のレーザダイオード
(22)を前記第2のレーザダイオード(21)の後方に配
置したことを特徴とする多波長半導体レーザダイオード
としての構成を有する。
〔作 用〕
本発明では光発光層となる第一の半導体層(12)と、
この第一の半導体層(12)を上下より挟み、第一の半導
体層(12)よりエネルギーギャップの広い第二及び第三
の半導体層(11,13)を有し、上記第一の半導体層(1
2)が、この半導体層(12)面に平行な面方向で非混晶
化及び混晶化量子井戸領域(16)からなる領域に分か
れ、それぞれの領域に第一の半導体層(12)を活性層、
第二及び第三の半導体層(11,13)を縦方向のキャリア
の閉じ込め層とするレーザダイオード(21,22)が形成
されている構造を備えている。
また混晶化とは、異なった組成の半導体を交互に積層
することによって形成される量子井戸(12)に、人為的
な操作を加え、各々の半導体層の構成元素を相互に他の
一方の半導体層に拡散させることをいう。この操作によ
って、第一の半導体層(12)中の電子の伝導帯から価電
子帯への遷移エネルギーを変化させることができる。本
発明はこの特徴を利用したものである。
遷移エネルギーの変化は、構成元素の拡散の程度によ
って変えることができるので、これを制御することによ
って、遷移エネルギーの異なる領域を3つ以上同一基板
上に形成できる。従って、それぞれの領域にレーザダイ
オードを形成することによって、3波長以上の多波長レ
ーザダイオードを形成することもできる。
この構造では、従来型とは異なりレーザダイオードの
共振器損失を増大させる必要がないので、しきい値は大
きくならない。また、混晶化は簡単なプロセスなので、
素子の製作も容易である。
〔実施例〕
第1図は、本発明の比較例としての並列型多波長半導
体レーザダイオードの模式的構造図であって、発振波長
の異なる2つのレーザダイオード8,9を並列に配置した
構成を有する。
第2図(a)〜(d)は本発明の比較列としての並列
型多波長半導体レーザダイオードの製造工程図を示す。
先ず、第2図(a)に示すような量子井戸レーザ構造
を分子線エピタキシヤル成長法によって成長する。この
量子井戸レーザ構造は、GaAs基板10上に1μmのn型Si
ドープAl0.4Ga0.6Asクラッド層11、5層のGaAs/Al0.2Ga
0.8As量子井戸12、0.8μmのp型BeドープAl0.4Ga0.6As
クラッド層13、0.1μmのp型BeドープGaAsキャップ層1
4、p型BeドープAl0.4Ga0.6As熱処理保護層15からなっ
ている。5層のGaAs/Al0.2Ga0.8As量子井戸12中のGaAs
及びAl0.2Ga0.8Asの厚さは、それぞれ10nm及び3nmであ
る。
この試料上に、プラズマCVD法によって0.1μmの厚さ
の窒化ケイ素膜17を堆積し、第2図(b)のように、混
晶化する領域16に窒化ケイ素膜17を残して、非混晶化領
域とする部分の窒化ケイ素膜を、フォトリソグラフィー
技術と反応性イオンエッチングによって除去する。
その後、成長表面をGaAs基板に重ね熱処理炉中で100
℃/sの昇温速度で950℃まで急加熱し、950℃に到達後、
直ちに冷却する。この操作を繰り返すことによって、窒
化ケイ素膜17で覆われた混晶化する領域16の5層のGaAs
/Al0.2Ga0.8As量子井戸12は混晶化され、電子の遷移エ
ネルギーは増大する。
この後、窒化ケイ素膜17とp型BeドープAl0.4Ga0.6As
熱処理保護層15を反応性イオンエッチングによって除去
する。続いて、第2図(c)のようにGaAsキャップ層14
を10μm幅のストライプが残るようにエッチングする。
次に、0.1μmの窒化ケイ素膜18をプラズマCVD法によっ
て堆積し、10μmの幅の窓をあける。
その後、第2図(d)のようにn型オーミック電極19
及びp型オーミック電極29を形成し、劈開によって端面
を形成して、多波長レーザダイオードとする。
以上の説明で明らかなように、混晶化する領域16から
形成されたレーザダイオードは、非混晶化領域から形成
されたレーザダイオードより、遷移エネルギーの大きな
発光、即ち、短波長の光を放射する。
尚、3波長で発振するレーザダイオードを製作するた
めには、急加熱処理を必要な回数繰り返した後に、窒化
ケイ素膜17の半分だけ除去し、更に急加熱処理を施しそ
の後、上述の製造工程と同様の製造工程を行うことによ
って製作できる。
同様に、3波長以上の多波長レーザダイオードの製作
も可能である。
また、各レーザの特性を向上させるためにn型Siドー
プAl0.4Ga0.6Asクラッド層11及び0.8μmのp型Beドー
プAl0.4Ga0.6Asクラッド層13を、各々エネルギーギャッ
プが5層のGaAs/Al0.2Ga0.8As量子井戸12からなる活性
層より大きなn型GaAs/AlGaAs超格子及びp型GaAs/AlGa
As超格子に置き換えてもよい。
窒化ケイ素膜(Si3N4膜)等の薄膜を堆積し、繰り返
し急加熱する方法がInGaAs/InAlAs量子井戸やInGaAs/In
P量子井戸等の他の化合物半導体量子井戸の混晶化にも
有効であることは、宮澤らがJapanese Journal of A
pplied Physics Part 2,Vol.28,L730−733(1989)
やJapanese Journal of Applied Physics Part2
(掲載予定)に報告している。従って、GaAs−AlGaAs材
料系以外の材料系でも本発明が、実施可能である。
第3図は本発明の実施例としての直列型多波長半導体
レーザダイオードの模式的断面構造図を示す。発振波長
の異なる2つのレーザダイオードを直列に配置すること
も可能な直列型2波長レーザダイオードの例であり、2
つのレーザダイオード21,22を集積化した構成例を示
す。
この直列型多波長半導体レーザダイオードの構造で
は、レーザ光の放射端面に近いレーザダイオード21が、
波長の短い光で発振するようにし、放射端面に遠いレー
ザダイオード22から放射された光が、手前のレーザダイ
オード21の活性層23で吸収されないようにする。
製造工程の詳細は省略する比較例で示した混晶化法と
従来のレーザダイオードの製造工程を組み合わせること
によって、製作できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の多波長半導体レーザダ
イオードの構造では、従来型と異なりレーザダイオード
の共振器損失を増大させる必要がないので、しきい値は
大きくならない。また、混晶化は簡単な製造工程なの
で、素子の製作も容易である。
本発明の多波長半導体レーザダイオードにより、しき
い値電流が低い多波長レーザダイオードを簡単に製作で
きる。これによって、光多重通信システムを簡略なもの
にでき、経済性及び信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の比較例としての並列型多波長半導体レ
ーザダイオードの模式的構造図、 第2図(a)〜(d)は本発明の比較例としての並列型
多波長半導体レーザダイオードの製作工程図、 第3図は本発明の実施例としての直列型多波長半導体レ
ーザダイオードの模式的構造図、 第4図は従来の多波長半導体レーザダイオードの説明
図、 第5図は従来の多波長半導体レーザダイオードの模式的
構造図である。 1……電子と正孔の第一量子準位間の遷移 2……電子と正孔の第二量子準位間の遷移 3,4……エミッタ 5……量子井戸 6……活性量 7……混晶化領域 8,9……レーザダイオード 10……GaAs基板 11……SiドープAl0.4Ga0.6Asクラッド層 12……5層のGaAs/Al0.2Ga0.8As量子井戸 13……0.8μmのp型BeドープAl0.4Ga0.6Asクラッド層 14……0.1μmのp型BeドープGaAsキャップ層 15……p型BeドープAl0.4Ga0.6As熱処理保護層 16……混晶化する領域 17,18……窒化ケイ素膜 19……n型オーミック電極 20……p型オーミック電極 21,22……レーザダイオード 23……レーザダイオード21の活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−125487(JP,A) 特開 昭61−191089(JP,A) 特開 昭64−59978(JP,A) Applied Physics L etters Vol.49,No.9, pp.510−512 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光発光層となる量子井戸構造の第一の半導
    体層と、 前記第一の半導体層を上下より挟み、前記第一の半導体
    層よりエネルギーギャップの広い第二の半導体層及び第
    三の半導体層を有し、 前記第一の半導体層は、前記第一の半導体層の面に平行
    な面方向に非混晶化領域及び混晶化量子井戸領域からな
    り、 前記非混晶化領域及び混晶化量子井戸領域それぞれの領
    域に前記第一の半導体層を活性層、前記第二の半導体層
    及び第三の半導体層を縦方向のキャリアの閉じ込め層と
    する第1及び第2のレーザダイオードが形成され、 前記混晶化量子井戸領域に形成された前記第2のレーザ
    ダイオードをレーザ光の放射側に、前記非混晶化領域に
    形成された前記第1のレーザダイオードを前記第2のレ
    ーザダイオードの後方に配置したことを特徴とする多波
    長半導体レーザダイオード。
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JP5761853B2 (ja) * 2011-08-05 2015-08-12 日本電信電話株式会社 半導体素子、多波長半導体レーザ、多波長半導体レーザモジュール、ガスセンシングシステム及び半導体素子の製造方法

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