JPH05315695A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH05315695A
JPH05315695A JP4113284A JP11328492A JPH05315695A JP H05315695 A JPH05315695 A JP H05315695A JP 4113284 A JP4113284 A JP 4113284A JP 11328492 A JP11328492 A JP 11328492A JP H05315695 A JPH05315695 A JP H05315695A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来型の半導体レーザでは得られなかった優
れた耐環境性能を実現し、光実装性も兼ね備えた半導体
レーザを実現する。 【構成】 ２つの光出射端面を有する半導体レーザ２１
において、どちらか一方の光出射端面側に基板表面から
溝２２を形成し、この溝によって一方の光出射端面を形
成する。溝と反対側の光出射端面に７０％以上の反射率
を有するコーティング２４を施している。そして、２つ
の光出射端面の間隔を１５０μｍ以下にしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信用の半導体レーザ
に関し、特に優れた耐環境性能が求められる光加入者用
の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】光加入者用の１．３μｍ帯半導体レーザ
には優れた耐環境性能が求められ、システム側からは、
８５℃、３０ｍＡ駆動時において８ｍＷ以上の光出力が
求められている。しかしながら従来のバルク活性層を有
するレーザでは、裏面に７０％の反射率のコーティング
を施したものでは８５℃、３０ｍＡでの発振動作は望め
なかった。一方、亀井らは１９９１年のオプティカル・
ファイバー・コミュニケーション・コンファレンス（Ｏ
ＦＣ’９１）の講演論文集のＷＭ１１に、多重量子井戸
活性層を有するレーザの裏面に９０％のコーティングを
施したものを試作し報告しているが、８５℃、３０ｍＡ
駆動時の光出力は３ｍＷ程度であり、光加入者用として
はまだ十分ではない。尚、これらは共に３００μｍの共
振器長を有するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこの様
な従来の１．３μｍ帯半導体レーザの温度特性を大幅に
改善し、８５℃の高温においても３０ｍＡ程度の駆動電
流で８ｍＷ以上の光出力が得られ、光加入者用として十
分使用できる長波長帯あるいは短波長帯半導体レーザを
実現することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、２つの光出射
端面を有する半導体レーザにおいて、どちらか一方の光
出射端面側に基板表面から形成されている溝を有し、前
記の溝によって一方の光出射端面が形成されていること
を特徴とする。
【０００５】また本発明によれば、上記の構成において
溝と反対側の光出射端面に７０％以上の反射率を有する
コーティングが施されている。
【０００６】さらに本発明によれば、上記の構成におい
て２つの光出射端面の間隔が１５０μｍ以下となるよう
にするのが好適である。
【０００７】また本発明は、活性層がＩｎＧａＡｓある
いはＩｎＧａＡｓＰの多層構造からなる長波長多重量子
井戸半導体レーザにおいて、共振器長が１５０μｍ以下
であり、かつ一方の端面に９０％以上の反射率を有する
コーティングを施すことを特徴とする。長波長帯とは１
μｍ帯のことで特に１．３〜１．５μｍ帯をさしてい
る。
【０００８】また本発明によれば、上記の多重量子井戸
活性層がＩｎＰと格子整合する１．３５〜１．４５μｍ
バンドギャップ組成のＩｎＧａＡｓＰウエルと１．０５
〜１．２μｍバンドギャップ組成のＩｎＧａＡｓＰバリ
ヤからなることを特徴としている。
【０００９】さらに本発明によれば、上記の多重量子井
戸活性層のウエル数が７層からなるようにするのが好適
である。
【００１０】
【作用】以下に本発明の原理について説明する。まず、
半導体レーザにおいて、共振器長を１５０μｍ以下と短
くし、片端面に９０％以上のコーティングを施すことに
よって何故温度特性が改善されるかについて簡単に説明
する。
【００１１】半導体レーザから最も効率良く光出力を取
り出すためには、内部の利得に見合う大きさの適度の共
振器損失を与えるような最適な動作点にしきい値を設定
する必要がある。共振器損失が内部利得に比べて小さ過
ぎても大き過ぎても光出力は効率良く得られない。共振
器損失は内部損失と共振器長および端面反射率によって
決まるので、内部損失が分かっていれば、半導体レーザ
の利得の大きさに対応して共振器長および端面反射率を
適切に選んでやれば、最適な動作条件が得られるはずで
ある。そのためにはまず半導体レーザの基本的なデバイ
スパラメータである内部損失、内部量子効率、利得定
数、利得が生じ始める電流密度等の値を求めなければな
らない。半導体レーザの電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性
は、これらのデバイスパラメータが分かれば計算でき
る。そこで多重量子井戸レーザを例にとって説明する。
まず最初に我々は、１．３μｍ帯の各種のＭＱＷレーザ
を試作し、しきい値電流および微分量子効率の共振器長
依存性を測定し、これらデバイスパラメータの値を求め
ることから始めた。
【００１２】表１には試作した１．３μｍ帯ＭＱＷレー
ザの一つについて、２５℃と８５℃において求めたこれ
らデバイスパラメータを示す。高温での最適設計を行う
には、その温度における値を知る必要がある。
【００１３】
【表１】
【００１４】図３にはこれらのパラメータを用いて計算
した１．３μｍ帯ＭＱＷレーザの８５℃におけるＩ−Ｌ
特性を示す。図に示す様に、１５０μｍと短共振器にし
て、裏面に９９％の高反射率のコーティングを施すこと
により特性を大幅に改善できることが分かる。元々ＭＱ
Ｗレーザはバルクのレーザに比べて大きな利得を有する
ので、短共振器にしても十分な利得が得られるためにし
きい値が下がり、駆動電流が低減できるのである。尚、
ウエル組成は１．３５μｍ組成のものと１．４０μｍ組
成のレーザ試作して、これらデバイスパラメータを評価
し、Ｉ−Ｌ特性を計算してみたが、１．３５μｍよりは
１．４０μｍの方が８５℃での特性は良くなることが分
かった。また、ウエル数に関しても７層、１０層、１８
層、２２層のものを試作して評価したが、７層のものが
最も駆動電流は小さくなった。
【００１５】これらの実験結果を基に、ＭＱＷレーザで
１５０μｍ以下の短共振器長と９０％以上の端面コーテ
ィングを組み合わせることにより、温度特性を大幅に改
善できることが分かる。尚バルク活性層のレーザにおい
ても同様の理由で温度特性が改善される。
【００１６】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【００１７】図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第
一の実施例であるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レー
ザ１１の外観図および実装方法を示す図である。この素
子の作製に当たっては、まずＭＯＶＰＥ成長によりレー
ザ用のＤＨウエハを作製し、ＬＰＥ成長によりＣＤ−Ｐ
ＢＨ構造に埋め込む。次にｐ側電極を蒸着し、この上に
レジストマスクを形成する。さらに電極をエッチング除
去した後、ウエットエッチングによってレーザの片端面
側に図のような溝１２を形成する。この場合、溝の形成
によって、レーザの一方の光出射端面の形成も同時に行
っている。１３は活性層である。そして基板を約１５０
μｍの厚さまで研磨した後ｎ側にも電極を形成する。最
後に共振器長が約１５０μｍとなるようにへき開し、こ
のへき開面にλ／４ＳｉＯ2 ／Ｓｉ全７層からなる７０
％以上の反射率を有する高反射コーティング１４を形成
した後、チップに切り出した。
【００１８】以上のような工程に従って作製した素子を
図１（ｂ）のようにシリコンのヒートシンク１５の上に
マウントし、溝の部分に沿って光ファイバー１６と結合
させ、特性を評価した。切り出した素子の内で約８割が
発振し、良好な歩留りが得られていることが確認され
た。８５℃、４０ｍＡの駆動電流において、ファイバー
内光出力は３ｍＷが得られており、この素子が良好な温
度特性を有することが伺える。
【００１９】図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第
二の実施例であるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レー
ザ２１の外観図および実装方法を示す図である。この素
子の作製に当たっては第一の実施例と同様に、まずレー
ザ用のウエハを作製し、ｐ側電極を蒸着した後この上に
レジストマスクを形成する。さらに電極をエッチング除
去した後、ドライエッチングによってレーザの片端面側
に図のような溝２２を形成する。この場合、溝の形成に
よって、レーザの一方の光出射端面の形成も同時に行っ
ている。２３は活性層である。そして基板を約１５０μ
ｍの厚さまで研磨した後ｎ側にも電極を形成する。最後
に共振器長が約１５０μｍとなるようにへき開し、この
へき開面にλ／４Ｓｉ2 ／Ｓｉ全７層からなる７０％以
上の反射率を有する高反射コーティング２４を形成した
後、チップに切り出した。
【００２０】以上のような工程に従って作製した素子
を、図２（ｂ）に示すようにシリコン基板２５の上に形
成された石英光導波路２６と溝の部分に沿って結合さ
せ、特性を評価した。切り出した素子の中で約７割が発
振し、良好な歩留りが得られていることが確認された。
８５℃、４０ｍＡの駆動電流において、導波路内光出力
は２ｍＷが得られており、この素子が良好な温度特性を
有することが伺える。
【００２１】本発明の半導体レーザは、優れた耐環境性
能が求められるホスタイル仕様のレーザとしてばかりで
はなく、光実装が容易なことから、光加入者小型パッケ
ージ用の半導体レーザとしても有用である。また同様の
構造はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系あるいはＡｌＧａＩｎ
Ｐ／ＧａＡｓ系の短波長帯レーザにも適用できる。
【００２２】本発明の第三の実施例を図４を用いて説明
する。
【００２３】この素子の作製に当っては、まず減圧ＭＯ
ＶＰＥ成長によりＭＱＷウエハを作製する。図４にＭＱ
Ｗ活性層のバンドダイヤグラムを示すが、ウエルは５７
オングストローム厚の１．４０μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ
３２、バリヤは１００オングストローム厚の１．１３μ
ｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ３３からなり、７層ＭＱＷの両側
は６００オングストローム厚の１．１３μｍ組成ＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層で挟まれている。このウエハは引き続
きＬＰＥ成長によりＤＣ−ＰＢＨ構造に埋め込み、ｐ側
にメサ電極を形成した後、ウエハを約１５０μｍの厚さ
まで研磨し、ｎ側にも電極を蒸着した。最後に共振器長
が約１５０μｍとなるようにへき開し、片端面にλ／４
ＳｉＯ2 ／Ｓｉ全７層からなる高反射膜を形成した後、
チップに切り出した。
【００２４】以上のような工程に従って作製した素子を
評価した。図５には試作した素子のパルスのＩ−Ｌ特性
を示すが、８５℃、３０ｍＡの駆動電流において光出力
は８ｍＷ以上が得られており、この素子が良好な温度特
性を有することが伺える。
【００２５】本発明の半導体レーザは、１．３μｍ帯の
光加入者用の半導体レーザとしてだけでなく、優れた耐
環境性能が求められる１．５μｍ帯のレーザにも適用で
きる。また活性層にはＩｎＧａＡｓを求めてもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば温度特性に優れた半導体
レーザが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の半導体レーザを説明す
るための図である。
【図２】本発明の第二の実施例の半導体レーザを説明す
るための図である。
【図３】本発明の原理を説明するためのＩ−Ｌ特性の計
算結果の図である。
【図４】本発明の第三の実施例の半導体レーザを説明す
るための、活性層のバンドタイヤグラムの図である。
【図５】本発明の第三の実施例を説明するための、パル
スＩ−Ｌ特性の図である。
【符号の説明】
１１、２１ 半導体レーザ １２、２２ 溝 １３、２３ 活性層 １４、２４ 高反射コーティング １５ ヒートシンク １６ 光ファイバ ２５ シリコン基板 ２６ 石英光導波路 ３１ ＩｎＰ ３２ ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．４０μｍ） ３３ ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．１３μｍ）

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの光出射端面を有する半導体レーザ
    において、どちらか一方の光出射端面側に基板表面から
    形成されている溝を有し、前記の溝によって一方の光出
    射端面が形成されていることを特徴とする半導体レーザ
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、
    溝と反対側の光出射端面に７０％以上の反射率を有する
    コーティングが施されたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体レーザにおいて、
    ２つの光出射端面の間隔が１５０μｍ以下であることを
    特徴とする半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 活性層がＩｎＧａＡｓあるいはＩｎＧａ
    ＡｓＰの多層構造からなる長波長帯多重量子井戸半導体
    レーザにおいて、共振器長が１５０μｍ以下であり、か
    つ一方の端面に９０％以上の反射率を有するコーティン
    グを施すことを特徴とする半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体レーザにおいて、
    多重量子井戸活性層がＩｎＰと格子整合する１．３５〜
    １．４５μｍバンドギャップ組成のＩｎＧａＡｓＰウエ
    ルと１．０５〜１．２μｍバンドギャップ組成のＩｎＧ
    ａＡｓＰバリヤからなることを特徴とする半導体レー
    ザ。
  6. 【請求項６】 請求項４記載の半導体レーザにおいて、
    ウエル数が７層からなることを特徴とする半導体レー
    ザ。
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