JPH01111394A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光フアイバ通信システムの光源として用いて
好適な信頼性の高い半導体レーザに関する。

（従来の技術） 光フアイバ通信システムは、光源である半導体レーザの
高信頼、高性能化に伴って、急速に実用化が進んだ、現
在ではＮＴＴの日本縦貫４００Ｍ　ｂ／Ｓ光ファイバ通
信システムが実用化されたのを初め、太平洋、太西洋横
断の光フアイバ通信システムも実用化されつつある。光
フアイバ通信に用いられる半導体レーザは、一般に波長
が１１１ｗ以上のＩ　ｎＧａＡｓＰ／Ｉ　ｎＰ系の半導
体から成り、発振特性の優れた埋め込みへテロ構造のも
のがほとんどである。その代表的なものに二重チャンネ
ル埋め込みへテロ構造半導体レーザ（以下、ＤＣ−ＰＢ
Ｈレーザと略記する）がある。

第３図にＤＣ−ＰＢＨレーザの断面構造を示す。

ｎ−１ｎＰ基板１のよにｎ−１ｎＰバッファ層２、ノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層
４からなるダブルへテロ構造（Ｄ　Ｈ＄３造）半導体に
２本の平行な溝１１によって挾まれたメサストライプ１
２を有しており、このメサストライプ１２の上部を除い
てｐ−１ｎＰブロック層５及びｎ−ＩｎＰブロック層６
が形成され、全面にｐ−ＩｎＰ埋め込み層７及びｐ”−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８が形成されている。電極
９及び１０はそれぞれコンタクト層８及び基板１の表面
に形成されている。ＤＣ−ＰＢＨレーザではメサストラ
イプ１２の両側のｐ−ｎ−ｐ−ｎ電流ブロック構造によ
り、電流が効果的にメサストライプ１２内の活性ＮＪ３
に注入されるから、効率が高く、閾値電流が低い、また
、雰囲気温度５０℃、７０℃といった条件の厳しい信頼
性試験においても劣化は小さく、寿命時間は数１０万時
間と推測されている（Ｍ、５ＥＫＩ他、　１９８３年の
テクニカルダイジェスト、コンファレンス、オン、レー
ザーズ。

アンド、エレクトロオブティクス（ＣＬＥＯ’　８３）
　。

ＷＯ２）。

（発明が解決しようとする問題点） ところで光海底中継システムなどでは、その施設工事等
に莫大な費用を要するから、−世施設した装置等は故障
することなく半永久的に動作することが望ましい。その
ためには、数１０万時間という半導体レーザの寿命は必
ずも十分とは言えない。

光中継装置の中には、半導体レーザの他にも、受光器や
周辺電子部品が納められているが、その中でも半導体レ
ーザの寿命は未だ一番厘いものとなっている。半導体レ
ーザの寿命を一層長くすることは重要な問題である。

本発明の目的は、信頼性が高く寿命の長い半導体レーザ
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するなめに本発明が提供する手段は
、第１導伝型半導体基板上に活性層と第２導伝型クラッ
ド層とが積層されてなる多層半導体を有し、前記活性層
よりも深い２本の溝とこれら湧によって挾まれたメサス
トライプとが前記多層半導体に設けてあり、前記溝部に
電流ブロック。

用の第２導伝型または半絶縁性のブロック層が形成され
ている半導体レーザであって、前記溝部の前記ブロック
層と前記半導体基板との間に第１導伝型のバッファ層が
設けてあることを特徴とする。

（作用） 発明者らの実験によれば、第３図の構造のＰＣ−ＰＢＨ
レーザの劣化の主要因は溝部１１のｐ　−ｒｎＰ埋め込
み１５とｎ−ＩｎＰ基板１との界面を流れるリーク電流
！、の増加であることが判った。この様なリーク電流の
増加は、素子製作の過程に原因がある。即ち、ＤＣ−Ｐ
ＢＨレーザはｎ−１ｎＰ基板１．ｎ−ＩｎＰバッファ層
２、活性層３、ｐ−１ｎＰクラッド層４からなるＤＨ結
晶を第１回目の結晶成長で形成した後、溝部１１をエツ
チングにより形成する。この時、溝部１１の表面は一担
空気にさらされ汚れ等が付着する可能性がある。更に溝
１１を形成したＤＨ結晶上に第２回目の結晶成長により
上部の半導体層を形成する際、溝部１１の表面は熱的ダ
メージを受ける。この様に溝部１１では汚れが付着し、
又は熱的ダメージを受けた界面において、ｐ”−ｎ接合
が形成されることになる。この様なｐ−ｎ接合面では界
面単位等ができ易く、長時間の通電により電流が漏れ易
くなる。

これを解決するためには、ｐ−ｎ接合面を熱ダメージを
受けた面からずらすことが有効である。

即ち、第２回目の結晶成長において、溝部１１の表面上
に基板１と同じ導伝型の半導体層、即ちｎ型の半導体層
をまず最初に形成し、引き続きＰ−ＩｎＰブロック層５
を形成するようにすればよい。

そうすることによりｐ−ｎ接合面は熱ダメージを受けた
面よりもｎ型半導体層の厚さの分だけ上方にシフトする
ことになる。

（実施例１） 以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示す半導体レーザの断
面図である。前述の従来例と同様の波長１．３冑帯のＤ
Ｃ−ＰＢＨレーザである。第１回目の結晶に成長により
、ｎ−ＩｎＰ基板１の上に厚さ３１Ｊｗのｎ−ＩｎＰｎ
ソバ１フフ Ｉ　ｎＧａＡｓＰ　（波長組成１　、　３　ｕｗ　）活
性層３、厚さｌｕｗのｐ−１ｎＰクラッド層４を順次形
成した後、活性層３よりも深い２本の平行な消１１とそ
れによって挾まれるメサストライプ１２を形成する。

メサストライプ１２め幅は１．５＆１１ｖ、溝１１の幅
は１０１Ｊｖ／である。第２回目の結晶成長では、溝部
１１に露出したｎ−ＩｎＰ基板１及びｎ−１ｎＰバッフ
ァ層２の側面を覆い、しかもｐ−ＩｎＰクラッド層４の
側面になるべくかからないようにｎ−ＩｎＰ第２バッフ
ァ層２１を形成し、更に、ｐ−ＩｎＰブロック層５及び
ｎ−ＩｎＰブロック層６をメサストライプ１２の上部を
除く部分に形成し、ｐ−１ｎＰ埋め込み層７及びｐ＋−
１ｎＧａＡｓＰコンタクト層８を全面に、いずれもＬＰ
Ｅ成長により形成する。ｎ−ＩｎＰ第２バッファ層２１
を形成する際、結晶成長用メルトの可飽和度を少く認定
することで、ｎ−ＩｎＰ第２バッファ層２１の結晶はメ
サストライプ部１２及び溝１１の端部のｐ−１ｎＰクラ
ッド層４の側面にかかることなく成長される。最後に電
極９及び１０をｐ”−Ｉ　ｎＧａＡｓＰコンタクト層８
の上及びｎ−ＩｎＰ基板１の下に形成する。

こうして得られた半導体レーザは第２回目の結晶成長の
際、熱的ダメージを受けた溝部１１の表面と、ｐ−ｎ接
合面が一致していないから良好な発振特性、高信頼性が
得られている０発振閾値電流は１５ｎ＾、微分効率は０
．２７Ｗ／八と良好であり、また第４図の駆動電流の時
間変化特性図に示したように、７０℃−１０１の定出力
動作での長期寿命試験においても、本発明の素子は従来
構造のＤＣ−ＰＢＨレーザより低い駆動電流で長時間に
わたって安定に発振を続けることが確められた。駆動電
流の劣化率は従来素子がγ−１ｘ　１０−’Ｈ、−’で
あったのに対し、本発明による半導体レーザではγ＝　
５　ｘ　１０’−’Ｈ、−’であった。従って、推定寿
命時間は従来素子の約２倍に改善された。

（実施例２） 本発明はｐ−ｎ−ｐ−ｎ電流ブロック構造を有する半導
体レーザだけならず、高抵抗層による電流ブロック構造
を有する半導体レーザにおいても有効である。第２図に
本発明の第２の実施例である半導体レーザの断面図を示
す、ｎ−１ｎＰ基板１の上に厚さ３四のｎ　−Ｉ　ｎＰ
バッファ層２、厚さ０．１ｕｍのノンドープＩ　ｎＧａ
ＡｓＰ　（波長組成１．３１Ｊ＋ｎ）活性Ｍ３．厚さ２
　μｍのｐ−ＩｎＰクラッド層４及び厚さＩＩＪＩＩの
ｐ”−Ｉ　ｎＧａＡｓＰコンタクト層８の各結晶を順に
成長した後、２本の平行な溝１１とそれによって挾まれ
るメサストライプ１２を形成する。消１１の幅は２０−
、メサストライプ１２の形状は逆メサ形状とし、メサス
トライプ１２の幅はトップで５μｍである。その後、溝
部１１のｎ　−ＩｎＰ基板１及びｎ−１ｎＰバッファ層
２の露出した面を覆うようにｎ−ＩｎＰ第２バッファ層
２１を形成し、溝部１１全体を埋めるＦｅドープ高抵抗
ＩｎＰ層３１をいずれも気相成長法によって形成する。

ｐ側半導体表面には、メサストライプ１２の上部に窓を
有するＳｉＯ□絶縁膜３２を形成した後に電＠９を形成
し、ｎ−１ｎＰ基板１の下に電極１０を形成する。こう
して得られた高抵抗層埋め込み型半導体レーザでは、第
２回目の気相成長は、熱的ダメージを受けた溝部１１の
表面と、ｎ型半導体と高抵抗半導体との界面とが一致し
ていないように行っているから、長期通電によっても、
ｎ型半導体−高抵抗半導体界面を通じて流れる漏れ電流
が非常に少く、高信頼性が得られている。５０℃１０ｎ
Ｈの定出力動作での寿命試験では、動作電流の劣化率と
してγ＝　Ｂ　ｘ　１０−’Ｈｒ−”が得られた。また
、第２のバッファ層２１を設けなかった従来の高抵抗埋
め込み型半導体レーザよりも漏れが少い分、発振閾値電
流が低（（２０ｎ＾）、また微分効率は高かった（０．
２５１４／Ａ）　。

尚、本実施例では波長１，３−帯のＩ　ｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系の半導体レーザの例を示したが、本発明は他の
波長帯、または他の半導体材料からなる半導体レーザに
おいても有効である。

（発明の効果） 本発明による半導体レーザは、信頼性に優れ長寿命であ
り、しかも従来素子に比べ漏れ電流が少いから、発振特
性にも優れており、光フアイバ通信用の光源としてＩｆ
Ｌ１！ｉである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１及び第２の実雄側をそ
れぞれ示す断面図、第３図は従来の半導体レーザの一例
を示す断面図、第４図は本発明の半導体レーザと従来の
半導体レーザとを比較して示す駆動電流時間変化特性図
である。 図において、１はｎ−１ｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバッ
ファ層、３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−ＩｎＰク
ラッド層、５はｐ−ＩｎＰブロック層、６はｎ−ＩｎＰ
ブロック層、７はｐ−１ｎＰ埋め込み層、８はｐ”−１
ｎＧａＡｓＰコンタクト層、９．１０は電極、１１は清
、１２はメサストライプ、２１はｎ−１ｎＰ第２のバッ
ファ層、３１は高抵抗層、３２は５ｔｏ２１１Ａである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導伝型半導体基板上に活性層と第２導伝型クラッド
   層とが積層されてなる多層半導体を有し、前記活性層よ
   りも深い２本の溝とこれら溝によって挾まれたメサスト
   ライプとが前記多層半導体に設けてあり、前記溝部に電
   流ブロック用の第２導伝型または半絶縁性のブロック層
   が形成されている半導体レーザにおいて、前記溝部の前
   記ブッロク層と前記半導体基板との間に第１導伝型のバ
   ッファ層が設けてあることを特徴とする半導体レーザ。