JPH02254778A - 分布帰還形半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
分布帰還形半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH02254778A JPH02254778A JP7518389A JP7518389A JPH02254778A JP H02254778 A JPH02254778 A JP H02254778A JP 7518389 A JP7518389 A JP 7518389A JP 7518389 A JP7518389 A JP 7518389A JP H02254778 A JPH02254778 A JP H02254778A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(!梁上の利用分野〕
この発明は、光メモリ等の情報処理装置、光コンピュー
タ、光計測などにおいて用いられる、特に低消費電力で
且つ集積化の可能な分布帰還形半導体レーザ及びその製
造方法に関する。
タ、光計測などにおいて用いられる、特に低消費電力で
且つ集積化の可能な分布帰還形半導体レーザ及びその製
造方法に関する。
[従来の技術〕
半導体レーザは、光通信、光メモリ、光計測等のキーデ
バイスとして多用されている。しかし未だ多くの!!1
題を抱えており、その一つは光通信などにおいて要求さ
れるレーザ光の質の良さ、すなわちコヒーレント性がよ
く、モード分離やモードホッピングのないようにするこ
とであり、また他の一つは将来の光コンピユータ用に低
消費電力化ができることなどである。
バイスとして多用されている。しかし未だ多くの!!1
題を抱えており、その一つは光通信などにおいて要求さ
れるレーザ光の質の良さ、すなわちコヒーレント性がよ
く、モード分離やモードホッピングのないようにするこ
とであり、また他の一つは将来の光コンピユータ用に低
消費電力化ができることなどである。
レーザ光の質の良さは、半導体レーザ内に同調器を作り
込むことによって改善がなされている。
込むことによって改善がなされている。
第6図^に示す半導体レーザは、その代表的な例である
分布帰還形(Distributed Feed Ba
ck : DFB)半導体レーザであり、活性層101
の下に沿って回折格子102を組み込んで構成したもの
である。なお103.104はクラッド層である。この
構成により単一波長で、モード分離のない半導体レーザ
が可能になっている。
分布帰還形(Distributed Feed Ba
ck : DFB)半導体レーザであり、活性層101
の下に沿って回折格子102を組み込んで構成したもの
である。なお103.104はクラッド層である。この
構成により単一波長で、モード分離のない半導体レーザ
が可能になっている。
低消費電力化については、活性層を可能な限り小さくし
て、闇値電流を下げることによって達成される。第6図
(B)は、その究極の例として提案されている量子井戸
細線(Quantum Well Wire :Q
WW)半導体レーザである。これは活性11111を帽
の狭い量子井戸構造(QW)で形成するものである。
Pa5ela L、 Derryらは、論文rU1tr
a low−thereshold graded−
index separate−confineme
ntsingle quantum well bu
ried heterostructure(AL
Ga)As 1asers with high
reflectivitycoatings」(A
ppl、 Phys、 Lett、 50(25L 2
2 June1987)において、100人のQWを用
いlpm幅で活性層を形成し、閾値電流を最低で0.9
5mAとしたものを試作した舌の発表を行っている。ま
たAmnonYarivは、論文rscalingla
ws and mir+imumt、hresho
ld currents for quantu
m−confinedsemicondutor 1
asers」(Appl、 PhyS、 Lett、
53(12)、 19 September 198
8)において、理論的にQWWを用いた半導体レーザで
閾値電流を2〜3μAまで低減することが可能である旨
の発表を行っている。
て、闇値電流を下げることによって達成される。第6図
(B)は、その究極の例として提案されている量子井戸
細線(Quantum Well Wire :Q
WW)半導体レーザである。これは活性11111を帽
の狭い量子井戸構造(QW)で形成するものである。
Pa5ela L、 Derryらは、論文rU1tr
a low−thereshold graded−
index separate−confineme
ntsingle quantum well bu
ried heterostructure(AL
Ga)As 1asers with high
reflectivitycoatings」(A
ppl、 Phys、 Lett、 50(25L 2
2 June1987)において、100人のQWを用
いlpm幅で活性層を形成し、閾値電流を最低で0.9
5mAとしたものを試作した舌の発表を行っている。ま
たAmnonYarivは、論文rscalingla
ws and mir+imumt、hresho
ld currents for quantu
m−confinedsemicondutor 1
asers」(Appl、 PhyS、 Lett、
53(12)、 19 September 198
8)において、理論的にQWWを用いた半導体レーザで
閾値電流を2〜3μAまで低減することが可能である旨
の発表を行っている。
従来、モード分離のない純粋なレーザ光を得ようとする
と、複雑な形成プロセスを用いて回折格子を怖り込む分
布帰還形半導体レーザ等を用いる必要がある。また一方
、低消費電力で低い闇値電流のものを得ようとすると、
活性層をできる限り小さくして量子的に閉じ込める必要
がある。更にまた、光コンピュータや光計測等において
は、半導体レーザ、ホトダイオード、光制御素子を同一
基板にモノリシックに集積化すると共に、低消費電力で
且つモード分離やモードホッピングのない光源が必要と
なる。しかしこのような条件を満足できる半導体レーザ
は未だ提案されていない。
と、複雑な形成プロセスを用いて回折格子を怖り込む分
布帰還形半導体レーザ等を用いる必要がある。また一方
、低消費電力で低い闇値電流のものを得ようとすると、
活性層をできる限り小さくして量子的に閉じ込める必要
がある。更にまた、光コンピュータや光計測等において
は、半導体レーザ、ホトダイオード、光制御素子を同一
基板にモノリシックに集積化すると共に、低消費電力で
且つモード分離やモードホッピングのない光源が必要と
なる。しかしこのような条件を満足できる半導体レーザ
は未だ提案されていない。
本発明は、従来の半導体レーザにおける上記問題点を解
決するためになされたもので、低消費電力でモード分離
やモードホッピングない良質のレーザ光が得られ、しか
も他のホトダイオードや光制御素子とも集積化の可能な
半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的と
する。
決するためになされたもので、低消費電力でモード分離
やモードホッピングない良質のレーザ光が得られ、しか
も他のホトダイオードや光制御素子とも集積化の可能な
半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段及び作用〕次に本発明の原
理を、第1図への概念図に基づいて説明する0図におい
て、1はクラッド層で、このクラッド層1に配置される
活性層として、化合物半導体の量子井戸構造(Quan
tu+w Well : QW)又は多重量子井戸構造
(Multiple Quantum Wel、1:M
QW)を用い、その幅をできるだけ小さく、すなわち究
極的には電子のドブロイ波長以下の幅とし量子細線とし
た微小幅の多数の細線化活性層2−1.2−2.・・・
・・を、所定の正確な間隔で並べて構成する。この細線
化活性層2−1.2−2.・・・・・・を並べる間隔、
すなわち空間周期へは、発振周波数λの1/2の整数倍
に比例する長さに設定する。これにより細線化活性層2
−1.2−2.・・・・・は活性層としての機能と、同
調器としての機能を合わせもち、活性層と同調器が同時
に形成されることになる。
理を、第1図への概念図に基づいて説明する0図におい
て、1はクラッド層で、このクラッド層1に配置される
活性層として、化合物半導体の量子井戸構造(Quan
tu+w Well : QW)又は多重量子井戸構造
(Multiple Quantum Wel、1:M
QW)を用い、その幅をできるだけ小さく、すなわち究
極的には電子のドブロイ波長以下の幅とし量子細線とし
た微小幅の多数の細線化活性層2−1.2−2.・・・
・・を、所定の正確な間隔で並べて構成する。この細線
化活性層2−1.2−2.・・・・・・を並べる間隔、
すなわち空間周期へは、発振周波数λの1/2の整数倍
に比例する長さに設定する。これにより細線化活性層2
−1.2−2.・・・・・は活性層としての機能と、同
調器としての機能を合わせもち、活性層と同調器が同時
に形成されることになる。
第1図田)、(C)は、第1図^におけるA−A’線及
びB−B’線に沿った屈折率分布を示す図で、n+はク
ラッド層1、n8は細線化活性層2−1.2−2゜・・
・・・・の屈折率を示している。
びB−B’線に沿った屈折率分布を示す図で、n+はク
ラッド層1、n8は細線化活性層2−1.2−2゜・・
・・・・の屈折率を示している。
このように構成することにより、各細線化活性層2−1
.2−2.・・・・・で構成される細線レーザからは第
1図の)に示すように、光が誘導放出されるが、これら
は互いにオーバーラツプすることにより、全体としての
系の光は第1図[F]に示すようなコヒーレントなレー
ザ光となり、第2図の基本構成図に示すように、レーザ
光出力は、細線化活性層2−1゜2−2.・・・・の並
び方向と平行な方向から放出される。
.2−2.・・・・・で構成される細線レーザからは第
1図の)に示すように、光が誘導放出されるが、これら
は互いにオーバーラツプすることにより、全体としての
系の光は第1図[F]に示すようなコヒーレントなレー
ザ光となり、第2図の基本構成図に示すように、レーザ
光出力は、細線化活性層2−1゜2−2.・・・・の並
び方向と平行な方向から放出される。
この場合、波長は、細線化活性層方向のモードは数μm
−数十μmと小さいので単一モードが可能であり、従来
の分布帰還形半導体レーザと同様に単一となり、しかも
モード分離やモードホッピングも生じない、また消費電
力及び闇値電流に関しては、各細線化活性層の一つ一つ
がファプリーペロー的な電流閉じ込め態様を示し、細線
化活性層内の電流密度が大きくなるため、小さくするこ
とができる。
−数十μmと小さいので単一モードが可能であり、従来
の分布帰還形半導体レーザと同様に単一となり、しかも
モード分離やモードホッピングも生じない、また消費電
力及び闇値電流に関しては、各細線化活性層の一つ一つ
がファプリーペロー的な電流閉じ込め態様を示し、細線
化活性層内の電流密度が大きくなるため、小さくするこ
とができる。
このように本発明は、多数の細線化活性層を所定間隔で
配置することにより同時に同調器も形成されるものであ
るので、多重細線自己分布帰還形半導体レーザと称し得
るものである。
配置することにより同時に同調器も形成されるものであ
るので、多重細線自己分布帰還形半導体レーザと称し得
るものである。
以下実施例について説明する。第3図^は、本発明の第
1実施例の概略斜視図で、第3図(3)は、そのx−x
’線に沿った断面図である。この実施例は、基板上に例
えばGaAs/GaAlAs等のQW又はMQWからな
る活性層を予め形成しておき、これに例えばGaや^1
等のイオン打込により組成を変化させるか、又はFoc
used Ion Bean(F I B)等で例えば
Ar、プロトン等の不活性物質を注入し、必要な細線化
活性層以外をディスオーダ(Disorder)するこ
とによって形成するものである。すなわち、まず111
1としてn型GaAsを用い、この上にMBE (Mo
lecular beam epitaxy)又は
MOCVD (Mlltal organic ch
emical vapor deposition
)等を用いて、n型GaAlAsからなるクラッド層1
2゜GaAlAsのQW又はMQWからなる活性層13
.p型GaAlAsからなるクラッド層14を順次形成
する。ここでQW又はMQWのウェル層の幅は50〜2
00人程度に選び、且つ井戸層とバリア屡の組成は必要
な波長(580〜870nm)により設定する。そして
必要に応じ周囲をメサエッチしたのち、必要な活性層を
残してプロトンやGa等をイオン注入して所定間隔へで
多数のディスオーダ層又は組成変換層15−1 。
1実施例の概略斜視図で、第3図(3)は、そのx−x
’線に沿った断面図である。この実施例は、基板上に例
えばGaAs/GaAlAs等のQW又はMQWからな
る活性層を予め形成しておき、これに例えばGaや^1
等のイオン打込により組成を変化させるか、又はFoc
used Ion Bean(F I B)等で例えば
Ar、プロトン等の不活性物質を注入し、必要な細線化
活性層以外をディスオーダ(Disorder)するこ
とによって形成するものである。すなわち、まず111
1としてn型GaAsを用い、この上にMBE (Mo
lecular beam epitaxy)又は
MOCVD (Mlltal organic ch
emical vapor deposition
)等を用いて、n型GaAlAsからなるクラッド層1
2゜GaAlAsのQW又はMQWからなる活性層13
.p型GaAlAsからなるクラッド層14を順次形成
する。ここでQW又はMQWのウェル層の幅は50〜2
00人程度に選び、且つ井戸層とバリア屡の組成は必要
な波長(580〜870nm)により設定する。そして
必要に応じ周囲をメサエッチしたのち、必要な活性層を
残してプロトンやGa等をイオン注入して所定間隔へで
多数のディスオーダ層又は組成変換層15−1 。
15−2.・・・・・を形成する。このディスオーダ層
又は組成変換層15−1.15−2.・・・・・は、マ
スクを用いたフォトリソグラフィとイオン注入法を用い
て形成してもよいし、またマスクレスのFIB等を使用
して形成してもよい、そしてこれにより所定間隔へで多
数の細線化活性層13−1.13−2.・・・・・が形
成される0次いでZnを拡散してp型Zn拡散層16を
形成して電橋とし、分布帰還形半導体レーザを構成する
。
又は組成変換層15−1.15−2.・・・・・は、マ
スクを用いたフォトリソグラフィとイオン注入法を用い
て形成してもよいし、またマスクレスのFIB等を使用
して形成してもよい、そしてこれにより所定間隔へで多
数の細線化活性層13−1.13−2.・・・・・が形
成される0次いでZnを拡散してp型Zn拡散層16を
形成して電橋とし、分布帰還形半導体レーザを構成する
。
この方式によれば、容易に且つ自由に細線化活性層を設
計し作成することができ、しかもブレーナプロセスによ
り形成しているため、他のフォトダイオードや光制御素
子等も同一基板上に同時に集積化することが可能である
。
計し作成することができ、しかもブレーナプロセスによ
り形成しているため、他のフォトダイオードや光制御素
子等も同一基板上に同時に集積化することが可能である
。
第4図は、本発明の第2実施例の概略斜視図である。こ
の実施例は、細線化活性層を予め形成しておき、その細
線化活性層上にクラッド層を形成して構成するものであ
る。すなわち、nyMGaAa基板2I上に、第1実施
例と同様にn型GaAlAsからなるクラッド層22と
、GaA l^3のQW又はMQWからなる活性層23
をエピタキシャル成長により形成する0次いでフォトリ
ソグラフィやレーザ光による光干渉等によりてマスクを
形成し、イオンエッチやRIE等でエツチングして所定
間隔へで多数の細線化活性層を形成する。この細線化活
性層は、FIBによるマスクレスでプロトン等を注入し
てアモルファス層又はダメージ層を形成し、化学的エツ
チングによって前記ダメージ層等を取り除いて形成して
もよい0次いで細線化活性層上から誘電体等でバッシベ
ーシッンしたり、よりエネルギーギャップの大きいGa
AlAsで電流閉じ込めクラッド層24を形成する0次
いで前記エツチング除去部分にGaAlAs層25を選
択的にエピタキシャル成長させたのち、Zn拡散層26
を拡散形成する。
の実施例は、細線化活性層を予め形成しておき、その細
線化活性層上にクラッド層を形成して構成するものであ
る。すなわち、nyMGaAa基板2I上に、第1実施
例と同様にn型GaAlAsからなるクラッド層22と
、GaA l^3のQW又はMQWからなる活性層23
をエピタキシャル成長により形成する0次いでフォトリ
ソグラフィやレーザ光による光干渉等によりてマスクを
形成し、イオンエッチやRIE等でエツチングして所定
間隔へで多数の細線化活性層を形成する。この細線化活
性層は、FIBによるマスクレスでプロトン等を注入し
てアモルファス層又はダメージ層を形成し、化学的エツ
チングによって前記ダメージ層等を取り除いて形成して
もよい0次いで細線化活性層上から誘電体等でバッシベ
ーシッンしたり、よりエネルギーギャップの大きいGa
AlAsで電流閉じ込めクラッド層24を形成する0次
いで前記エツチング除去部分にGaAlAs層25を選
択的にエピタキシャル成長させたのち、Zn拡散層26
を拡散形成する。
第5図は、本発明の第3実施例を示す概略断面図である
。この実施例は、ファセット細線化活性層を用いるよう
にしたものである。すなわち、まず第1実施例と同樺に
して、基板上にクラッド層31を形成し、次いで誘電体
等をパターニングして多数の微細な窓を形成し、この上
にMOCVp等で選択エピタキシャル成長を行って、所
定間隔でGaAlAsのQW又はMQWからなる多数の
ファセット活性層32を形成する。その上にクラッド層
33を形成し、更にp型Zn拡散層34を形成して電極
とするものである。
。この実施例は、ファセット細線化活性層を用いるよう
にしたものである。すなわち、まず第1実施例と同樺に
して、基板上にクラッド層31を形成し、次いで誘電体
等をパターニングして多数の微細な窓を形成し、この上
にMOCVp等で選択エピタキシャル成長を行って、所
定間隔でGaAlAsのQW又はMQWからなる多数の
ファセット活性層32を形成する。その上にクラッド層
33を形成し、更にp型Zn拡散層34を形成して電極
とするものである。
以上実施例に基づいて説明したように、本発明は、所定
間隔で配置した多数の細線化活性層で半導体レーザを構
成したので、電流を有効に閉じ込めることにより、閾値
電流を下げ低電力化を図ることができる。また細線化活
性層がその周りに配置されるクラッド層より屈折率が高
いので、多数の細線化活性層により分布帰還用の同調器
が同時に形成され、モード分離やモードホッピングのな
い良質の単一波長の半導体レーザを実現することができ
る。
間隔で配置した多数の細線化活性層で半導体レーザを構
成したので、電流を有効に閉じ込めることにより、閾値
電流を下げ低電力化を図ることができる。また細線化活
性層がその周りに配置されるクラッド層より屈折率が高
いので、多数の細線化活性層により分布帰還用の同調器
が同時に形成され、モード分離やモードホッピングのな
い良質の単一波長の半導体レーザを実現することができ
る。
第1図^は、本発明に係る多重量s自己分布帰還形半導
体レーザの原理を説明するための概念図、第1図3)、
(口は、第1図^のA−A’線及びB−B′線に沿った
屈折率分布図、第1図(rJ)は、細線化活性層から誘
導放出される発光状態を示す図、第1図■は、全体とし
て発生するレーザ光を示す図、第2図は、本発明の基本
構成を示す斜視図、第3図^は、本発明の第1実施例を
示す概略斜視図、第3図1)は、第3図^のx−x’線
に沿う断面図、第4図は、本発明の第2実施例を示す概
略斜視図、第5図は、本発明の第3実施例を示す概略断
面図、第6図^、 (El)は、従来の半導体レーザの
構成例を示す概略斜視図である。 図において、1は基板、2−1.2−2.・・・・・は
細線化活性層を示す。 特許出願人 オリンパス光学工業株式会社第1図 (B) (D) (E) 第2図 第3図 (B) 第4図 第5図 (B)
体レーザの原理を説明するための概念図、第1図3)、
(口は、第1図^のA−A’線及びB−B′線に沿った
屈折率分布図、第1図(rJ)は、細線化活性層から誘
導放出される発光状態を示す図、第1図■は、全体とし
て発生するレーザ光を示す図、第2図は、本発明の基本
構成を示す斜視図、第3図^は、本発明の第1実施例を
示す概略斜視図、第3図1)は、第3図^のx−x’線
に沿う断面図、第4図は、本発明の第2実施例を示す概
略斜視図、第5図は、本発明の第3実施例を示す概略断
面図、第6図^、 (El)は、従来の半導体レーザの
構成例を示す概略斜視図である。 図において、1は基板、2−1.2−2.・・・・・は
細線化活性層を示す。 特許出願人 オリンパス光学工業株式会社第1図 (B) (D) (E) 第2図 第3図 (B) 第4図 第5図 (B)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、複数の細線化した活性層を、該細線化活性層の垂直
方向に同一間隔で周期的に並べて多重細線化活性層を構
成し、該活性層に同調器機能をもたせたことを特徴とす
る分布帰還形半導体レーザ。 2、前記細線化活性層は、化合物半導体の量子井戸構造
又は多重量子井戸構造で構成されていることを特徴とす
る請求項1記載の分布帰還形半導体レーザ。 3、前記細線化活性層は、その幅を電子の閉じ込め可能
な0.1μm以下としたことを特徴とする請求項1又は
2記載の分布帰還形半導体レーザ。 4、活性層となる半導体領域に、一定の間隔で高濃度イ
オンインプランティションにより組成を変化させて多数
の平面的なクラッド層を形成し、該クラッド層間に残さ
れた半導体領域を細線化活性層とすることを特徴とする
請求項1〜3のいずれかに記載の分布帰還形半導体レー
ザの製造方法。 5、活性層となる半導体領域を、一定の間隔で不活性ガ
スのイオンインプランティション又はフォーカスドイオ
ンビームによりディスオーダ化して多数の平面的なクラ
ッド層を形成し、該クラッド層間に残された半導体領域
を細線化活性層とすることを特徴とする請求項1〜3の
いずれかに記載の分布帰還形半導体レーザの製造方法。 6、活性層となる半導体領域を一定の間隔でイオンエッ
チング又はRIEで部分的に除去し細線化活性層を形成
することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
分布帰還形半導体レーザの製造方法。 7、活性層となる半導体領域に、一定の間隔で不活性ガ
スのフォーカスドイオンビームにより多数のダメージ層
を形成し、該ダメージ層を除去することによって細線化
活性層を形成することを特徴とする請求項1〜3のいず
れかに記載の分布帰還形半導体レーザの製造方法。 8、クラッド層となる半導体領域に、一定間隔の多数の
窓を有するマスクを形成し、該マスクを介して活性層と
なる半導体を選択的にエピタキシャル成長させ、細線化
活性層を形成することを特徴とする請求項1〜3のいず
れかに記載の分布帰還形半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7518389A JPH02254778A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 分布帰還形半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7518389A JPH02254778A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 分布帰還形半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02254778A true JPH02254778A (ja) | 1990-10-15 |
Family
ID=13568835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7518389A Pending JPH02254778A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 分布帰還形半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02254778A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05183236A (ja) * | 1991-05-13 | 1993-07-23 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | 利得結合分布帰還型半導体レーザ |
JPH0690056A (ja) * | 1991-02-07 | 1994-03-29 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体レーザ |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP7518389A patent/JPH02254778A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0690056A (ja) * | 1991-02-07 | 1994-03-29 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体レーザ |
JPH05183236A (ja) * | 1991-05-13 | 1993-07-23 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | 利得結合分布帰還型半導体レーザ |
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