JP3672272B2 - 光半導体デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信，光情報処理等に使用される光半導体デバイスに関し、特に、動作時における活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度を均一にするための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体レーザ，半導体光増幅器等の光半導体デバイスの活性層内部でのキャリアの消費速度は、下記式(1) のレート方程式で表される。
【０００３】
【数１】

【０００４】
但し、Ｎ：キャリア密度、ξ：閉込め係数、ＮＧ：透明キャリア密度、Ｖａ：活性層体積、ｔ：時間、Ｇ’：利得定数、τs ：キャリア寿命、ηi ：注入効率、ｑ：電荷、Ｓ：光子密度、Ｉ：電流
すなわち、活性層内部でのキャリアの消費速度は、活性層内の光子密度Ｓが低い部分で遅く、光子密度が高い部分で速くなる。このため、デバイスへ供給（注入）する電流が共振器長方向に均一であると、活性層内の光子密度が大きい部分ではキャリアが不足し、光子密度の小さい部分ではキャリアが過剰になる。そして、この活性層内のキャリア不足が半導体レーザでは光出力を飽和させる原因となり、半導体光増幅器では増幅率を飽和させる原因となっている。
【０００５】
このような活性層内のキャリア不足による光出力の飽和や、増幅率の飽和を解決する対策として、特公昭６２−３７９０９号公報では、光半導体デバイスの電極を複数に分割し、各電極への注入電流の比を、活性層内の光子密度の分布に応じて制御する、すなわち、活性層の光子密度の大きい部分上に配置されている電極へは大きな電流を注入し、光子密度の小さい部分上に配置されている電極へは小さな電流を注入する方法を提案している。
【０００６】
一方、図１１(a),(b) は、特開平１−２６６７８１号公報に提案された分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザと称す）の構成を示した図である。図１１(a) において、１０００はＤＦＢレーザであり、これは、ｎ−ＩｎＰ基板３０と、ｎ−ＩｎＰ基板３０上に配置され、ｎ−ＩｎＰ基板３０との境界に回折格子３７を形成するｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層３１と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層３１上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３上に配置されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３４と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３４の上面に配置された複数の微小電極３５ａと、ｎ−ＩｎＰ基板３０の下面に配置されたＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ電極３６とから構成されている。
【０００７】
また、図１１(b) において、２０００はＤＦＢレーザであり、これは、ｎ−ＩｎＰ基板３０と、ｎ−ＩｎＰ基板３０上に配置され、ｎ−ＩｎＰ基板３０との境界に回折光子３７を形成するｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層３１と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層３１上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３上に配置されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３４と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３４上に配置されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰ逆コンタクト層３８と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ逆コンタクト層３８内に形成されたｐ型微小拡散領域（ｐ型微小コンタクト層）３９と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ逆コンタクト層３８上に配置された、ｐ型拡散領域３９と接合する電極３５と、ｎ−ＩｎＰ基板３０の下面に配置されたＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ電極３６とから構成されている。
【０００８】
これらＤＦＢレーザ１０００，２０００は、スペクトル線幅を狭くするためにその共振器長が長く形成されたものにおいて、この共振器長の長大化に伴って生ずる，活性層内の共振器長方向中央部への光の偏りを解消して，活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一になるように構成されたものであり、ＤＦＢレーザ１０００は、複数の微小電極３５ａが、隣接する電極の間隔がデバイスの共振器長方向中央部で最も小さく、共振器端面に近づくにつれて大きくなるように配設され、各微小電極３５ａへ同じ値の電流を注入することにより、活性層３３へ供給される電流の電流密度が共振器長方向中央部で大きく、共振器端面で小さくなるようになっている。また、ＤＦＢレーザ２０００は、電極３５とｐ型のクラッド層３４間にｎ型の逆コンタクト層３８を設け、このｎ型の逆コンタクト層３８の中に、複数のｐ型の微小コンタクト層３９を、隣接するコンタクト層の間隔がデバイスの共振器長方向中心部で最も小さく、共振器端面に近づくにつれて大きくなるように配設し、電極３５に電流を注入すると、活性層３３へ供給する電流の電流密度が共振器長方向中央部で大きく、共振器端面で小さくなるようにしたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公昭６２−３７９０９号公報，及び特開平１−２６６７８１号公報に提案された光半導体デバイス（半導体レーザ）では、確かに、電流注入により活性層内の共振器長方向における不均一な光子密度が相殺されて、均一なキャリア密度を得ることができる。しかしながら、特公昭６２−３７９０９号公報に提案された光半導体デバイスでは、分割された複数の電極の各電極毎に、これに注入する電流の値を設定する必要があるので、デバイスとは別に，この各電極毎に電流値を設定するための電流値制御手段を設けなければならず、装置コストが高くなってしまうという問題点があった。また、特開平１−２６６７８１号公報に提案された半導体レーザでは、上記特公昭６２−３７９０９号公報に提案された光半導体デバイスのような問題点は生じないが、複数の微小電極，または複数の微小コンタクト層を、隣接する電極の間隔，または隣接するコンタクト層の間隔をデバイスの位置に応じて変えるようにして形成するという煩雑な作業を必要とするため、製造時間や製造工程数が増大化し、結果的に製造コストが高くなってしまうという問題点があった。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、デバイスとは別に電流値制御手段を設ける必要がなく，しかも，デバイスの構造そのものに特別な加工を施すことなく、電流注入により活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一になる光半導体デバイスを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明（請求項１）にかかる光半導体デバイスは、活性層と、上記活性層の上に配置された第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層の上面に接合された第１導電型用電極と、上記活性層の下に配置された第２導電型半導体層と、上記活性層，上記第１導電型半導体層，及び上記第２導電型半導体層にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面と、上記第２導電型半導体層の下面に接合された第２導電型用電極と、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤとを備え、上記ワイヤが、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する共振器方向の位置にボンディングされているものである。
【００１２】
更に、この発明（請求項２）は、上記光半導体デバイス（請求項１）において、該光半導体デバイスは、ファブリーペロー型半導体レーザであるものである。
【００１３】
更に、この発明（請求項３）は、上記光半導体デバイス（請求項２）において、上記前端面，及び上記後端面が同じ反射率を持つものであり、上記ワイヤが、上記第１導電型半導体層または上記第２導電型半導体層の，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングされているものである。
【００１４】
更に、この発明（請求項４）は、上記光半導体デバイス（請求項３）において、上記前端面，及び上記後端面の反射率は、３０％であるものである。
【００１５】
更に、この発明（請求項５）は、上記光半導体デバイス（請求項２）において、上記前端面が低い反射率を、上記後端面が高い反射率を持つものであり、上記ワイヤが、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記前端面の近傍に位置する領域にボンディングされているものである。
【００１６】
更に、この発明（請求項６）は、上記光半導体デバイス（請求項５）において、上記前端面の反射率が５％であり、上記後端面の反射率が、９５％であるものである。
【００１７】
更に、この発明（請求項７）は、上記光半導体デバイス（請求項１）において、該光半導体デバイスは、上記活性層の表面もしくは上記第１導電型半導体層または上記第２導電型半導体層の内部に形成されたλ／４位相シフト領域を持つλ／４回折格子を有する分布帰還型レーザであり、上記ワイヤが、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の共振器長方向における上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域と、上記λ／４回折格子のλ／４位相シフト点の上方または下方に位置する領域とにボンディングされているものである。
【００１８】
更に、この発明（請求項８）は、上記光半導体デバイス（請求項１）において、該光半導体デバイスは、光半導体増幅器であり、上記ワイヤが、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングされているものである。
【００１９】
更に、この発明（請求項９）は、上記光半導体デバイス（請求項８）において、上記前端面の反射率が１％であり、上記後端面の反射率が５％であるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
構成１．
この実施の形態1 における光半導体デバイスは、図１に示すように、活性層（８）と、上記活性層（８）の上に配置された第１導電型半導体層（７，３）と、上記第１導電型半導体層（７，３）の上面に接合された第１導電型用電極（２，１）と、上記活性層（８）の下に配置された第２導電型半導体層（９，６）と、上記第２導電型半導体層（９，６）の下面に接合された第２導電型用電極（１１）と、上記第１導電型用電極（２，１）または上記第２導電型用電極（１１）のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤ（１０）とを備え、上記活性層（８），上記第１導電型半導体層（７，３），及び上記第２導電型半導体層（９，６）にわたって形成された，反射鏡面となる前端面（１３），及び後端面（１４）を有し、その上記前端面（１３）が低い反射率を、上記後端面（１４）が高い反射率をそれぞれ有するファブリーペロー型半導体レーザにおいて、上記ワイヤ（１０）を、上記第１導電型用電極（２，１）または上記第２導電型用電極（１１）の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面（１３）の近傍に位置する領域のみにボンディングするようにしたものである。
【００２１】
図１(a) ，図１(b) はこの発明の実施の形態１によるファブリーペロー型半導体レーザの構成を示す斜視図，及び共振器長方向の側面図である。図において、６は厚み１００μｍのｎ−ＩｎＰ基板である。ｎ−ＩｎＰ基板６上に厚み１．３μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層９，厚み０．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層８及び厚み１．３μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層７がこの順に配置され、これらによりメサストライプ１２を構成している。メサストライプ１２の両脇には厚み１〜２μｍのｎ−ＩｎＰ電流ブロック層４，厚み１〜２μｍのｐ−ＩｎＰ電流ブロック層５が配置されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層７とｎ−ＩｎＰ電流ブロック層４の上面には厚み３μｍのｐ−ＩｎＰコンタクト層３が配置されている。ｐ−ＩｎＰコンタクト層３の上面には厚み０．５μｍのＣｒ／Ａｕ蒸着膜２が配置され、Ｃｒ／Ａｕ蒸着膜２の上面には厚み４μｍのＡｕメッキ電極１が配置されている。ｎ−ＩｎＰ基板６の下面には図示しないＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜が配置され、このＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜の下面にＡｕメッキ電極１１が配置されている。各半導体層３〜９の劈開により形成された前端面１３は低反射率の反射膜１５で被覆され、後端面１４は高反射率の反射膜１６で被覆されている。Ａｕメッキ電極１の上面における前端面１３の近傍領域にＡｕワイヤ１０がボンディングされている。１００は以上の構成からなる共振器長が６００μｍのファブリーペロー型半導体レーザ１００である。ここで、前端面１３を被覆する低反射率の反射膜１５は例えば発振波長（λ）の１／４の厚みのアルミナ膜からなり、１％の反射率を有している。また、後端面１４を被覆する高反射率の反射膜１６は例えば発振波長（λ）の１／４の厚みのシリコン膜と、発振波長（λ）の１／４の厚みのＳｉＯ₂ 膜を交互に繰り返し積層したものからなり、９５％以上の反射率を有している。また、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３上に配置されたＣｒ／Ａｕ蒸着膜２と、Ａｕワイヤ１０がボンディングされているＡｕメッキ電極１とよりなるｐ型用電極の導電率は４．５×１０⁵ Ωｃｍ^-1、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３のキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3で、導電率は５８Ωｃｍ^-1である。なお、図１(a) では半導体層の積層構造を説明するための便宜上，反射膜１５，１６を図示していない。また、結晶成長した表面をヒートシンクにボンディングするジャンクションダウンによりファブリーペロー型半導体レーザを製造する場合は、ｎ−ＩｎＰ基板６の下面に配置されたＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜とＡｕメッキ電極１１とよりなるｎ型用電極に電流注入用のＡｕワイヤがボンディングされる。
【００２２】
図３は、この図１に示す本実施の形態の，共振器の前端面が低反射率の反射膜で被覆され、後端面が高反射率の反射膜で被覆されたファブリーペロー型半導体レーザの，活性層内における共振器長方向の光子密度の分布を示した図である。図において、Ｌは共振器長、すなわち、前端面から後端面までの距離を示している。この図に示すように、この種のファブリーペロー型半導体レーザは、その活性層内における共振器長方向の光子密度の分布が、一般に、前端面で最大となり、前端面からの距離が大きくなるにつれて低下し、前端面から２Ｌ／３の距離を超えた所から後端面へ向かって若干増加するような分布をもつ。
【００２３】
以下、上記図１に示す本実施の形態のファブリーペロー型半導体レーザを動作させた時、活性層８内での共振器長方向における電流密度の分布が、活性層８内の共振器長方向の光子密度の分布に比例したものとなり、活性層８内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一になることについて説明する。
【００２４】
図２は一般的なファブリーペロー型半導体レーザの動作状態を示す等価回路図である。図において、σ1 はＣｒ／Ａｕ蒸着膜２とＡｕメッキ電極１とよりなる電流注入用電極（以下表電極と称す）の導電率、σ2 は表電極に接するコンタクト層の導電率、ｄ1 は表電極の厚み、ｄ2 はコンタクト層の厚み、ｘは表電極におけるワイヤのボンディング位置からの距離、Ｅ0 は活性層のレーザ発振時のヘテロ接合ダイオードの接合電圧、Ｗは活性層の幅、Ｒ１は表電極の共振器長方向の長さΔｘ分の抵抗、Ｒ２はコンタクト層の表電極から活性層までの抵抗、Ｉ（ｘ）は表電極における共振器長方向に流れる電流、ｊ（ｘ）はコンタクト層内の電流密度である。ここで、このコンタクト層の電流密度は活性層の電流密度に等しい。また、コンタクト層に流れ込む電流は、表電極を共振器長方向に流れる電流の位置ｘによる変化分であるので、ｊ（ｘ）Δx Ｗとして表される。また、表電極の電位はこれの導電率σ1 が比較的小さいために距離ｘの関数Ｖｆ（ｘ）として表される。
【００２５】
上記図２の等価回路より、下記の方程式(2) ，(3) が求められる。
【００２６】
【数２】

【００２７】
上記方程式(2) ，(3) において、Δx →０とし，Ｉ（ｘ）を消去すると、下記式(4) が得られる。
【００２８】
【数３】

【００２９】
境界条件をＶｆ（０）＝Ｖｆ0 ，Ｖｆ（∞）＝０と仮定すれば、上記式(4) は、下記式(5) となる。
【００３０】
【数４】

【００３１】
活性層の電流密度ｊ（ｘ）は下記式(6) であるが、前記式(3) より下記式(7) が得られるので、
【００３２】
【数５】

【００３３】
活性層の電流密度ｊ（ｘ）は、下記式(8) で表されることになる。
【００３４】
【数６】

【００３５】
従って、この式(8) から、活性層の電流密度ｊ（ｘ）は距離ｘに対して指数関数的に減少することが分かる。
【００３６】
一方、ファブリーペロー型レーザにおける光密度分布Ｓ (ｘ) は、一般に下記式(9) で表される。
【００３７】
【数７】

【００３８】
式中、Ｒf ：前端面反射率、Ｒr ：後端面反射率、Ｌ：共振器長、Ｃ2 ：比例定数、ｘ：前端面からの距離である。
ここで、前端面が低反射膜、後端面が高反射膜のファブリーペロー型レーザでは、上記光密度分布の式 (9)の右辺第１項は、右辺第２項に比べ無視できるほど小さい。
【００３９】
従って、下記式(10)の条件を満たすようにσ1 ，σ2 ，ｄ1 ，ｄ2 を設定し、ワイヤを表電極の前端面の近傍領域に接続すれば、式(8) と式(9) から、活性層内の共振器長方向の電流密度ｊ（ｘ）の分布は、活性層内の共振器長方向の光子密度の分布、すなわち、前端面の近傍で最大となり前端面から離れるに従って順次低下していく光子密度の分布にほぼ比例することがわかる。
【００４０】
【数８】

【００４１】
しかして、本実施の形態のファブリーペロー型レーザでは、上述したように、Ｃｒ／Ａｕ蒸着膜２の厚みが０．５μｍ、Ａｕメッキ電極１の厚みが４μｍ、即ちこのＣｒ／Ａｕ蒸着膜２とＡｕメッキ電極１とよりなる表電極の厚みが４．５μｍ、導電率が４．５×１０⁵ Ωｃｍ^-1であり、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３の厚みが３μｍ、導電率が５８Ωｃｍ^-1であるので、これらの値は上記式(10)を満足する範囲にあり、かつＡｕワイヤ１０をＡｕメッキ電極１の前端面の近傍領域にボンディングしているので、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の共振器長方向の電流密度の分布は、前端面の近傍で最大で、前端面から離れるに従って低下するＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の共振器長方向の光子密度の分布にほぼ比例したものとなる。従って、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の共振器長方向のキャリア密度がほぼ均一になり、高出力のレーザ光（光出力）を発振することになる。図４は、本実施の形態のファブリーペロー型レーザと、Ａｕメッキ電極１の厚みと導電率，ｐ−ＩｎＰコンタクト層３の厚みと導電率が上記式(10)を満足する値に設定されておらず、Ａｕワイヤ１０がＡｕメッキ電極１のほぼ中心にボンディングされた従来のファブリーペロー型レーザの光出力特性を示した図で、図中、実線が本実施の形態のレーザの特性線、点線が従来のレーザの特性線であり、この図から、本実施の形態のファブリーペロー型レーザは、従来のファブリーペロー型レーザに比して効率良く発振するものであり、光出力を向上できることが分かる。
なお、ジャンクションダウンによりこのようなファブリーペロー型レーザを形成する際は、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜とＡｕメッキ電極１１とよりなる電流注入用電極（表電極）の導電率σ1 、表電極に接するｎ−ＩｎＰ基板６の導電率σ2 、表電極の厚みｄ1 、ｎ−ＩｎＰ基板６の厚みｄ2 の各値が上記式(10)を満足する範囲にあり、かつＡｕワイヤ１０をＡｕメッキ電極１１の前端面の近傍領域にボンディングすることによりこれを実現できる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１における光半導体デバイスによれば、活性層と、上記活性層の上に配置された第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層の上面に接合された第１導電型用電極と、上記活性層の下に配置された第２導電型半導体層と、上記第２導電型半導体層の下面に接合された第２導電型用電極と、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤとを備え、上記活性層，上記第１導電型半導体層，及び上記第２導電型半導体層にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面を有し、その上記前端面が低い反射率を、上記後端面が高い反射率をそれぞれ有するファブリーペロー型半導体レーザにおいて、上記ワイヤを、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面の近傍に位置する領域のみにボンディングするようにしたので、上記活性層内での共振器長方向における電流密度の分布が、上記光子密度の分布に比例した，該光子密度の分布と同様の位置にその極大点を有するものとなって、該活性層内の共振器長方向における光子密度の分布に起因して生ずるキャリア密度の分布が相殺されることとなり、上記活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一化されることとなる。従って、従来に比して光出力を増大させることができる効果がある。
【００４３】
実施の形態２．
構成１．
この実施の形態２における光半導体デバイスは、図１及び図５に示すように、活性層（８）と、上記活性層（８）の上に配置された第１導電型半導体層（７，３）と、上記第１導電型半導体層（７，３）の上面に接合された第１導電型用電極（２，１）と、上記活性層（８）の下に配置された第２導電型半導体層（９，６）と、上記第２導電型半導体層（９，６）の下面に接合された第２導電型用電極（１１）と、上記第１導電型用電極（２，１）または上記第２導電型用電極（１１）のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤ（１０）とを備え、上記活性層（８），上記第１導電型半導体層（７，３），及び上記第２導電型半導体層（９，６）にわたって形成された，反射鏡面となる前端面（１３），及び後端面（１４）のそれぞれが同じ反射率を持つファブリーペロー型半導体レーザにおいて、上記ワイヤ（１０）を、上記第１導電型用電極（２，１）または上記第２導電型用電極（１１）の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面（１３），及び上記後端面（１４）の近傍に位置する領域にボンディングするようにしたものである。
【００４４】
上記実施の形態１では、前端面が低反射率で，後端面が高反射率のファブリーペロー型レーザについて説明したが、本実施の形態２では前端面と後端面の反射率が等しいファブリーペロー型レーザについて説明する。
【００４５】
図５は、本実施の形態のファブリーペロー型レーザの構成を示す共振器長方向の側面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示している。すなわち、本実施の形態のファブリーペロー型レーザは、上記実施の形態１のファブリーペロー型レーザと基本的なレーザ構造は同じにし、各半導体層３〜９の劈開により形成された前端面１３と後端面１４をそのまま共振器端面として用い、Ａｕワイヤ１０を、Ａｕメッキ電極１の前端面１３の近傍領域と後端面１４の近傍領域の両方にボンディングしたものである。ここで、前端面１３と後端面１４の反射率は３０％である。
【００４６】
図６は、この図５に示す本実施の形態のファブリーペロー型レーザのような，共振器の前端面と後端面とが等しい反射率を有するファブリーペロー型半導体レーザの活性層内における共振器長方向の光子密度の分布を示した図である。図において、図３と同一符号は同一または相当する部分を示している。この図に示すように、この種のファブリーペロー型半導体レーザの活性層内における共振器長方向の光子密度の分布は、一般に、前端面の近傍と後端面の近傍で最大になり、中央部に近づく程小さくなる分布となる。
【００４７】
しかして、この図５に示す本実施の形態のファブリーペロー型半導体レーザは、上記実施の形態１のファブリーペロー型半導体レーザと同様に、表電極の厚みが４．５μｍ、導電率が４．５×１０⁵ Ωｃｍ^-1、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３の厚みが３μｍ、導電率が５８Ωｃｍ^-1であり、これらが前述の式(10)を満足しているので、Ａｕメッキ電極１の前端面１３の近傍領域と後端面１４の近傍領域にボンディングされたＡｕワイヤ１０から電流が注入されると、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の共振器長方向の電流密度の分布は、上記光密度の分布にほぼ比例した，前端面の近傍と後端面の近傍で最大になり、中央部に近づく程小さくなる分布になる。従って、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の共振器長方向のキャリア密度がほぼ均一になり、従来のこの種のファブリーペロー型レーザに比して効率良く発振し、光出力を向上することができる。
【００４８】
なお、ジャンクションダウンによりこのようなファブリーペロー型半導体レーザを形成する際は、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜とＡｕメッキ電極１１とよりなる電流注入用電極（表電極）の導電率σ1 、表電極に接するｎ−ＩｎＰ基板６の導電率σ2 、表電極の厚みｄ1 、ｎ−ＩｎＰ基板６の厚みｄ2 の各値が上記式(10)を満足する範囲にあり、かつＡｕワイヤ１０をＡｕメッキ電極１１の前端面１３の近傍領域と後端面１４の近傍領域との両方にボンディングすることによりこれを実現できる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２における光半導体デバイスによれば、活性層と、上記活性層の上に配置された第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層の上面に接合された第１導電型用電極と、上記活性層の下に配置された第２導電型半導体層と、上記第２導電型半導体層の下面に接合された第２導電型用電極と、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤとを備え、上記活性層，上記第１導電型半導体層，及び上記第２導電型半導体層にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面のそれぞれが同じ反射率を持つファブリーペロー型半導体レーザにおいて、上記ワイヤを、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングするようにしたので、上記活性層内での共振器長方向における電流密度の分布が、上記光子密度の分布に比例した，該光子密度の分布と同様の位置にその極大点を有するものとなって、該活性層内の共振器長方向における光子密度の分布に起因して生ずるキャリア密度の分布が相殺されることとなり、上記活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一化されることとなる。従って、従来に比して光出力を増大させることができる効果がある。
【００５０】
実施の形態３．
構成１．
この実施の形態３における光半導体デバイスは、図７に示すように、活性層（２３）と、上記活性層（２３）の上に配置された第１導電型半導体層（２２，２１）と、上記第１導電型半導体層（２２，２１）の上面に接合された第１導電型用電極（１）と、上記活性層（２３）の下に配置された第２導電型半導体層（２４，２５）と、上記第２導電型半導体層（２４，２５）の下面に接合された第２導電型用電極（１１）と、上記第１導電型用電極（１）または上記第２導電型用電極（１１）のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤ（１０）とを備え、上記活性層（２３），上記第１導電型半導体層（２２，２１），及び上記第２導電型半導体層（２４，２５）にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面を有し、上記活性層の表面もしくは上記第１導電型半導体層または第２導電型半導体層の内部に形成されたλ／４位相シフト領域（Ａ）を持つλ／４回折格子（２６）を有する分布帰還型レーザにおいて、上記ワイヤ（１０）を、上記第１導電型用電極（１）または上記第２導電型用電極（１１）の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域と、上記λ／４回折格子のλ／４位相シフト点（Ａ）の上方または下方に位置する領域とにボンディングするようにしたものである。
【００５１】
図７は本発明の実施の形態３によるλ／４シフトＤＦＢレーザの構成を示す共振器長方向の断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示し、２５は厚み１００μｍのｎ−ＩｎＰ基板であり、ｎ−ＩｎＰ基板２５上に配置された厚み１．３μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下クラッド層２４が配置され、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下クラッド層２４上に厚み０．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層２３が配置され、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２３上に厚み１．３μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上クラッド層２２が配置され、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上クラッド層２２上に厚み３μｍのｐ−ＩｎＰコンタクト層２１が配置されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上クラッド層２２の内部にはλ／４位相シフト領域をもつ回折格子２６が形成されている。ｐ−ＩｎＰコンタクト層２１上には図示しない厚み０．５μｍのＣｒ／Ａｕ蒸着膜が配置され、このＣｒ／Ａｕ蒸着膜の上面に厚み４μｍのＡｕメッキ電極１が配置されている。ｎ−ＩｎＰ基板２５の下面には図示しないＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜が配置され、このＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜の下面にＡｕメッキ電極１１が配置されている。各半導体層２１〜２５の劈開により形成された前端面１３と後端面１４は、端面保護膜（反射率：０％）１５ａで被覆されている。Ａは回折格子のλ／４位相シフト点であり、Ａｕメッキ電極１における前端面１３と後端面１４のそれぞれの近傍領域と、共振器長方向の中央となる領域，即ち回折格子のλ／４位相シフト点Ａの上方に位置する領域とにＡｕワイヤ１０がボンディングされている。２００は以上の構成からなるλ／４シフトＤＦＢレーザである。ここで、ｐ−ＩｎＰコンタクト層２１上に配置されたＣｒ／Ａｕ蒸着膜と、Ａｕワイヤ１０がボンディングされているＡｕメッキ電極１とよりなるｐ型用電極の導電率は４．５×１０⁵ Ωｃｍ^-1、ｐ−ＩｎＰコンタクト層２１のキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3で、導電率は５８Ωｃｍ^-1である。
【００５２】
図８は、この図７に示す本実施の形態のＤＦＢレーザのような回折格子がλ／４シフト点を有するλ／４シフトＤＦＢレーザの活性層内における共振器長方向の光子密度の分布を示した図である。この図に示すように、この種のλ／４シフトＤＦＢレーザの活性層内の共振器長方向の光子密度の分布においては、光子密度は、前端面と後端面の近傍で大きく、前端面と共振器長方向の中央部との間，及び後端面と共振器長方向の中央部との間で一旦低下し、共振器長方向の中央部に極大点をもつものとなる。
【００５３】
本実施の形態のλ／４シフトＤＦＢレーザも、上記実施の形態１と同様に、活性層２３の電流密度がＡｕメッキ電極１のワイヤ１０のボンディング位置からの距離に対して指数関数的に減少することとなるよう、表電極とｐ−ＩｎＰコンタクト層２１のそれぞれの厚みと導電率が設定されており、Ａｕメッキ電極１における前端面１３と後端面１４のそれぞれの近傍領域と、共振器長方向の中央となる領域，即ち回折格子のλ／４位相シフト点Ａの上方に位置する領域とにＡｕワイヤ１０をボンディングしているので、活性層２３内での共振器長方向における電流密度の分布は、上記図７に示す活性層２３内の共振器長方向の光子密度の分布に比例したものとなる。従って、従来のワイヤを電極の中央部にボンディングしたλ／４シフトＤＦＢレーザに比して、動作時のしきい値利得差を大きくすることができ、レーザ発振時の単一モード化が促進されることとなる。
なお、ジャンクションダウンによりこのようなλ／４シフトＤＦＢレーザを形成する際は、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜とＡｕメッキ電極１１とよりなる電流注入用電極（表電極）の導電率σ1 、表電極に接するｎ−ＩｎＰ基板６の導電率σ2 、表電極の厚みｄ1 、ｎ−ＩｎＰ基板６の厚みｄ2 の各値が上記式(10)を満足する範囲にあり、かつＡｕワイヤ１０をＡｕメッキ電極１１における前端面１３と後端面１４のそれぞれの近傍領域と、共振器長方向の中央となる領域とにボンディングすることによりこれを実現できる。
【００５４】
以上のように、この実施の形態３における光半導体デバイスによれば、活性層と、上記活性層の上に配置された第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層の上面に接合された第１導電型用電極と、上記活性層の下に配置された第２導電型半導体層と、上記第２導電型半導体層の下面に接合された第２導電型用電極と、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤとを備え、上記活性層，上記第１導電型半導体層，及び上記第２導電型半導体層にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面を有し、かつ上記活性層の表面もしくは上記第１導電型半導体層または第２導電型半導体層の内部に形成されたλ／４位相シフト領域を持つλ／４回折格子を有する分布帰還型レーザにおいて、上記ワイヤを、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域と、上記λ／４回折格子のλ／４位相シフト点の上方または下方に位置する領域とにボンディングするようにしたので、上記活性層内での共振器長方向における電流密度の分布が、上記光子密度の分布に比例した，該光子密度の分布と同様の位置にその極大点を有するものとなって、該活性層内の共振器長方向における光子密度の分布に起因して生ずるキャリア密度の分布が相殺されることとなり、上記活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一化されることとなる。従って、従来に比して光出力を増大させることができる効果がある。
【００５５】
実施の形態４．
構成１．
この実施の形態４における光半導体デバイスは、図１，及び図９に示すように、活性層（８）と、上記活性層（８）の上に配置された第１導電型半導体層（７，３）と、上記第１導電型半導体層（７，３）の上面に接合された第１導電型用電極（２，１）と、上記活性層（８）の下に配置された第２導電型半導体層（９，６）と、上記第２導電型半導体層（９，６）の下面に接合された第２導電型用電極（１１）と、上記第１導電型用電極（２，１）または上記第２導電型用電極（１１）のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤ（１０）とを備え、上記活性層（８），上記第１導電型半導体層（７，３），及び上記第２導電型半導体層（９，６）にわたって形成された，反射鏡面となる前端面（１３），及び後端面（１４）を有する光半導体増幅器において、上記ワイヤ（１０）を、上記第１導電型用電極（２，１）または上記第２導電型用電極（１１）の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面（１３），及び上記後端面（１４）の近傍に位置する領域にボンディングするようにしたものである。
【００５６】
図９はこの発明の実施の形態４による半導体光増幅器の構成を示す共振器長方向の側面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示し、１５ｂは例えばアルミナにより形成された反射率が１％の反射膜、１５ｃは例えばアルミナにより形成された反射率が５％の反射膜である。すなわち、本実施の形態の半導体光増幅器は、実施の形態１のファブリーペロー型レーザと基本的なデバイス構造は同じにし、前端面と後端面をいずれも低反射率の反射膜１５ｂ，１５ｃで被覆し、Ａｕメッキ電極１における前端面１３と後端面１４のそれぞれの近傍領域にＡｕワイヤ１０をボンディングしたものである。
【００５７】
この半導体光増幅器は、上記反射膜１５ｂ，１５ｃのうちの高反射率の反射膜１５ｃ側から光を入射し、光増幅を行い、低反射率の反射膜１５ｂ側から光を出力する。
【００５８】
このような本実施の形態の半導体光増幅器においても、上記実施の形態１，２と同様に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８の電流密度がＡｕメッキ電極１のワイヤ１０のボンデイング位置からの距離に対して指数関数的に減少することとなるよう、Ａｕメッキ電極１とｐ−ＩｎＰコンタクト層３のそれぞれの厚みと導電率が設定されているので、上記実施の形態２のファブリーペロー型レーザと同様に、動作時のＩｎＧａＡｓＰ活性層８内での共振器長方向における電流密度の分布が、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の，前端面の近傍と後端面の近傍で最大となり、中央部に近づく程小さくなる光密度の分布に比例したものとなり、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８内の共振器長方向のキャリア密度がほぼ均一になる。
【００５９】
図１０は本実施の形態の半導体光増幅器と、従来の，表電極の厚みと導電率，ｐ−ＩｎＰコンタクト層３の厚みと導電率が前述の式(10)を満足する値に設定されておらずＡｕワイヤ１０がＡｕメッキ電極１のほぼ中心にボンディングされている半導体光増幅器との利得−電流特性を示した図で、図中、実線が本実施の形態の半導体光増幅器の特性線、点線が従来の半導体光増幅器の特性線であり、この図から分かるように、本実施の形態の半導体光増幅器は、従来の半導体光増幅器に比して大きな利得を得ることができる。
【００６０】
なお、ジャンクションダウンによりこのような半導体光増幅器を形成する際は、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着膜とＡｕメッキ電極１１とよりなる電流注入用電極（表電極）の導電率σ1 、表電極に接するｎ−ＩｎＰ基板６の導電率σ2 、表電極の厚みｄ1 、ｎ−ＩｎＰ基板６の厚みｄ2 の各値が上記式(10)を満足する範囲にあり、かつＡｕワイヤ１０をＡｕメッキ電極１１における前端面１３と後端面１４のそれぞれの近傍領域にボンディングすることによりこれを実現できる。
【００６１】
以上のように、この実施の形態４における光半導体デバイスによれば、活性層と、上記活性層の上に配置された第１導電型半導体層と、上記第１導電型半導体層の上面に接合された第１導電型用電極と、上記活性層の下に配置された第２導電型半導体層と、上記第２導電型半導体層の下面に接合された第２導電型用電極と、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極のいずれか一方の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤとを備え、上記活性層，上記第１導電型半導体層，及び上記第２導電型半導体層にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面を有する光半導体増幅器において、上記ワイヤを、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングするようにしたので、上記活性層内での共振器長方向における電流密度の分布が、上記光子密度の分布に比例した，該光子密度の分布と同様の位置にその極大点を有するものとなって、該活性層内の共振器長方向における光子密度の分布に起因して生ずるキャリア密度の分布が相殺されることとなり、上記活性層内の共振器長方向におけるキャリア密度が均一化されることとなる。従って、従来に比して増幅率を増大させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるファブリーペロー型レーザの構成を示す斜視図（(a) ），及び共振器長方向の側面図（(b) ）である。
【図２】 ファブリーペロー型半導体レーザの動作状態を示す等価回路図である。
【図３】 共振器の前端面が低反射率の反射膜で被覆され、後端面が高反射率の反射膜で被覆されたファブリーペロー型半導体レーザの活性層内における共振器長方向の光子密度の分布を示した図である。
【図４】 この発明の実施の形態１によるファブリーペロー型レーザと従来のファブリーペロー型レーザの光出力特性を示した図である。
【図５】 この発明の実施の形態２によるファブリーペロー型レーザの構成を示す共振器長方向の側面図である。
【図６】 共振器端面の前端面と後端面の反射率が等しいファブリーペロー型半導体レーザの活性層内における共振器長方向の光子密度の分布を示した図である。
【図７】 この発明の実施の形態３によるλ／４シフトＤＦＢレーザの構成を示す共振器長方向の断面図である。
【図８】 回折格子がλ／４シフト点を有するλ／４シフトＤＦＢレーザの活性層内における共振器長方向の光子密度の分布を示した図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による半導体光増幅器の構成を示す共振器長方向の断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による半導体光増幅器と、従来の半導体光増幅器の利得−電流特性を示した図である。
【図１１】 特開平１−２６６７８１号公報に提案された従来のＤＦＢレーザの構成を示す断面図（(a),(b) ）である。
【符号の説明】
１，１１ Ａｕメッキ電極、２ Ｃｒ／Ａｕ蒸着膜、３ ｐ−ＩｎＰコンタクト層、４ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層、５ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層、
６，３０ ｎ−ＩｎＰ基板、７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、８ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、９ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、１０ Ａｕワイヤ、１２ メサストライプ、１３ 前端面、１４ 後端面、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ 反射膜、３１ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、３３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層、３４ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、３６ Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ電極、３７ 回折光子、３８ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ逆コンタクト層、３９ ｐ型微小拡散領域（ｐ型微小コンタクト層）、１００ ファブリーペロー型半導体レーザ、２００ λ／４シフトＤＦＢレーザ、１０００，２０００ ＤＦＢレーザ。

Claims (9)

1. 光が伝搬する領域である活性層と、
   上記活性層の上面に配置された第１導電型半導体層と、
   上記第１導電型半導体層の上面に接合された第１導電型用電極と、
   上記活性層の下面に配置された第２導電型半導体層と、
   上記活性層，上記第１導電型半導体層，及び上記第２導電型半導体層にわたって形成された，反射鏡面となる前端面，及び後端面と、
   上記第２導電型半導体層の下面に接合された第２導電型用電極と、
   上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極のいずれか一方の電極の表面にボンディングされた，該電極に電流を導くためのワイヤとを備え、
   上記ワイヤは、上記一方の電極の，上記活性層内の光子密度分布における共振器長方向での極大点に対応する共振器長方向の位置にボンディングされていることを特徴とする光半導体デバイス。
2. 請求項１に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記光半導体デバイスは、ファブリーペロー型半導体レーザであることを特徴とする光半導体デバイス。
3. 請求項２に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記前端面，及び上記後端面が同じ反射率を持つものであり、
   上記ワイヤは、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングされたものが２つ設けられていることを特徴とする光半導体デバイス。
4. 請求項３に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記前端面，及び上記後端面の反射率は、３０％であることを特徴とする光半導体デバイス。
5. 請求項２に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記前端面が低い反射率を、上記後端面が高い反射率を持つものであり、
   上記ワイヤは、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記前端面の近傍に位置する領域にボンディングされたものが１つ設けられていることを特徴とする光半導体デバイス。
6. 請求項５に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記前端面の反射率は、５％であり、上記後端面の反射率が９５％であることを特徴とする光半導体デバイス。
7. 請求項１に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記光半導体デバイスは、上記活性層の表面もしくは上記第１導電型半導体層または上記第２導電型半導体層の内部に形成されたλ／４位相シフト領域を持つλ／４回折格子を有する分布帰還型半導体レーザであり、
   上記ワイヤは、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングされたものが２つと、上記λ／４回折格子のλ／４位相シフト点に位置する領域にボンディングされたものが１つ設けられていることを特徴とする光半導体デバイス。
8. 請求項１に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記光半導体デバイスは、光半導体増幅器であり、
   上記ワイヤは、上記第１導電型用電極または上記第２導電型用電極の，上記前端面，及び上記後端面の近傍に位置する領域にボンディングされたものが２つ設けられていることを特徴とする光半導体デバイス。
9. 請求項８に記載の光半導体デバイスにおいて、
   上記前端面の反射率が１％であり、上記後端面の反射率が５％であることを特徴とする光半導体デバイス。

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