JPH053362A - リツジ導波型半導体レーザ - Google Patents
リツジ導波型半導体レーザInfo
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- JPH053362A JPH053362A JP59791A JP59791A JPH053362A JP H053362 A JPH053362 A JP H053362A JP 59791 A JP59791 A JP 59791A JP 59791 A JP59791 A JP 59791A JP H053362 A JPH053362 A JP H053362A
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- Japan
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- layer
- optical waveguide
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- type semiconductor
- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】リッジ導波型半導体レーザにおいて、光導波層
での電柱の拡がりを抑制し、発振しきい値の低減を計
る。 【構成】光導波層に、深い準位を形成する不純物を添加
して光導波層を半絶縁化する。
での電柱の拡がりを抑制し、発振しきい値の低減を計
る。 【構成】光導波層に、深い準位を形成する不純物を添加
して光導波層を半絶縁化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信用、もしくは、
光情報処理用光源として用いられる高性能な半導体レー
ザに関する。
光情報処理用光源として用いられる高性能な半導体レー
ザに関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】近年、光通信システムは加入者系
線路にまで普及しはじめている。加入者系光通信システ
ムにおいては、光伝送装置の低価格化が重要であり、こ
のため、光源にも低価格で高性能な半導体レーザが要求
されている。
線路にまで普及しはじめている。加入者系光通信システ
ムにおいては、光伝送装置の低価格化が重要であり、こ
のため、光源にも低価格で高性能な半導体レーザが要求
されている。
【０００３】従来、光通信システムに用いられる半導体
レーザには、発光領域の活性層を、活性層よりも大きな
禁制帯幅を有する半導体層で埋め込んだ埋め込み型（Ｂ
Ｈ）半導体レーザが用いられていた。埋め込み型半導体
レーザの代表的な構造の素子断面図を図３（ａ），
（ｂ）に示す。（ａ）はエレクトロニクスレターズ，２
８ｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９８２，Ｖｏｌ．１８，Ｎ
ｏ．２２，ｐｐ９５３−９５４に記載の半導体レーザ、
（ｂ）は、ＩＥＥＥジャーナル オブ クォンタムエレ
クトロニクス，Ｖｏｌ，ＱＥ−２４，Ｎｏ．１，Ｊａｎ
ｕａｒｙ１９８８，ｐｐ２９−３５に記載の半導体レー
ザである。埋め込み型半導体レーザにおいては、発光領
域３０にある活性層１２は活性層よりも禁制帯幅の大き
い半導体層で四方を囲まれているため、キャリア（電
子，正孔）は活性層に有効に閉じ込められ、しきい値電
流の低い半導体レーザを実現できる。しかしながら、埋
め込み型半導体レーザは、その作製過程において、活性
層の一部分を除去し、別の半導体層で埋め込み成長する
という工程を有していたため、作製プロセスが複雑にな
り、工数がかかるという問題があった。また、埋め込み
成長の作製工程をふくんでいたため、結晶欠陥などの結
晶の不完全さが生じやすく、必ずしも高い歩留まりが得
られていなかった。
レーザには、発光領域の活性層を、活性層よりも大きな
禁制帯幅を有する半導体層で埋め込んだ埋め込み型（Ｂ
Ｈ）半導体レーザが用いられていた。埋め込み型半導体
レーザの代表的な構造の素子断面図を図３（ａ），
（ｂ）に示す。（ａ）はエレクトロニクスレターズ，２
８ｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９８２，Ｖｏｌ．１８，Ｎ
ｏ．２２，ｐｐ９５３−９５４に記載の半導体レーザ、
（ｂ）は、ＩＥＥＥジャーナル オブ クォンタムエレ
クトロニクス，Ｖｏｌ，ＱＥ−２４，Ｎｏ．１，Ｊａｎ
ｕａｒｙ１９８８，ｐｐ２９−３５に記載の半導体レー
ザである。埋め込み型半導体レーザにおいては、発光領
域３０にある活性層１２は活性層よりも禁制帯幅の大き
い半導体層で四方を囲まれているため、キャリア（電
子，正孔）は活性層に有効に閉じ込められ、しきい値電
流の低い半導体レーザを実現できる。しかしながら、埋
め込み型半導体レーザは、その作製過程において、活性
層の一部分を除去し、別の半導体層で埋め込み成長する
という工程を有していたため、作製プロセスが複雑にな
り、工数がかかるという問題があった。また、埋め込み
成長の作製工程をふくんでいたため、結晶欠陥などの結
晶の不完全さが生じやすく、必ずしも高い歩留まりが得
られていなかった。
【０００４】これに対して、リッジ導波型半導体レーザ
では、図２に示すように、活性層１２の一部を除去する
ことなく、かつ、埋め込み成長が不要であるため、作製
工程が単純であり、高歩留まり、高均一性が得られやす
い（ＡＺＩＺＭ．ＲＡＳＨＩＤら ジャーナル オブ
ライトウェーブ テクノロジー Ｖｏｌ６，Ｎｏ．１Ｊ
ａｎｕａｒｙ １９８８，ｐｐ２５−２９）。しかし、
リッジ導波型半導体レーザでは、活性層の層厚が薄い場
合、単一横モード動作を実現するために光導波層２３が
必要となる。従来、この光導波路層はＮ型半導体基板を
使った場合はＰ型、Ｐ型半導体基板を使った場合はＮ型
に形成され、その抵抗率はＩｎＰ系の材料の場合、その
抵抗率は、ρ＝０．１〜０．０１Ω・ｃｍと低くなり、
注入した電流２８が、光導波路層２３にて広がり、無効
電流が増加して、発振しきい値電流が高くなり、埋め込
み型半導体レーザと同程度の発振しきい値電流を有する
リッジ導波型半導体レーザを得ることが難しかった。
では、図２に示すように、活性層１２の一部を除去する
ことなく、かつ、埋め込み成長が不要であるため、作製
工程が単純であり、高歩留まり、高均一性が得られやす
い（ＡＺＩＺＭ．ＲＡＳＨＩＤら ジャーナル オブ
ライトウェーブ テクノロジー Ｖｏｌ６，Ｎｏ．１Ｊ
ａｎｕａｒｙ １９８８，ｐｐ２５−２９）。しかし、
リッジ導波型半導体レーザでは、活性層の層厚が薄い場
合、単一横モード動作を実現するために光導波層２３が
必要となる。従来、この光導波路層はＮ型半導体基板を
使った場合はＰ型、Ｐ型半導体基板を使った場合はＮ型
に形成され、その抵抗率はＩｎＰ系の材料の場合、その
抵抗率は、ρ＝０．１〜０．０１Ω・ｃｍと低くなり、
注入した電流２８が、光導波路層２３にて広がり、無効
電流が増加して、発振しきい値電流が高くなり、埋め込
み型半導体レーザと同程度の発振しきい値電流を有する
リッジ導波型半導体レーザを得ることが難しかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明では半絶縁性半導体層を有するリッジ導波
型半導体レーザとした。すなわち、本発明におけるリッ
ジ導波型半導体レーザは、図１に示す如く、第１導電型
半導体基板１０上、もしくは第１導電型半導体基板１０
上に活性層よりも禁制帯幅の広い第１導電型半導体層１
１の設けられた半導体基板上に、活性層１２，光導波層
１３，活性層よりも大きな禁制帯幅を有する第２導電型
半導体層１４よりなる２重ヘテロ構造を備え、光電播領
域２０の両側の一部と領域では、光導波層上に半導体層
を有しないリッジ導波構造を有し、該光導波層１３に、
第２導電型多数キャリアを捕獲するための深い準位を形
成する不純物が添加されており、該光導波層１３が半絶
縁性特性を有することを特徴とする構成である。
めに、本発明では半絶縁性半導体層を有するリッジ導波
型半導体レーザとした。すなわち、本発明におけるリッ
ジ導波型半導体レーザは、図１に示す如く、第１導電型
半導体基板１０上、もしくは第１導電型半導体基板１０
上に活性層よりも禁制帯幅の広い第１導電型半導体層１
１の設けられた半導体基板上に、活性層１２，光導波層
１３，活性層よりも大きな禁制帯幅を有する第２導電型
半導体層１４よりなる２重ヘテロ構造を備え、光電播領
域２０の両側の一部と領域では、光導波層上に半導体層
を有しないリッジ導波構造を有し、該光導波層１３に、
第２導電型多数キャリアを捕獲するための深い準位を形
成する不純物が添加されており、該光導波層１３が半絶
縁性特性を有することを特徴とする構成である。
【０００６】
【作用】次に本発明の作用を図面を参照にして説明す
る。まず、光導波層と単一横モード条件を満足するメサ
幅Ｗとの関係について説明する。図４に光導波層の層厚
と、その時単一横モード条件を満足する最大メサ幅の関
係を示す。光導波層の層厚を薄くすると、単一横モード
条件を満足するメサ幅は狭くなり、光導波層の組成によ
っては、発振する横モードが存在しないカットオフが生
じる。
る。まず、光導波層と単一横モード条件を満足するメサ
幅Ｗとの関係について説明する。図４に光導波層の層厚
と、その時単一横モード条件を満足する最大メサ幅の関
係を示す。光導波層の層厚を薄くすると、単一横モード
条件を満足するメサ幅は狭くなり、光導波層の組成によ
っては、発振する横モードが存在しないカットオフが生
じる。
【０００７】一般にメサ幅を狭くする程、電流密度が上
がるため発振しきい値電流は下がるが、フォトリソグラ
フィー，エッチング技術の精度により、メサ幅Ｗは２μ
ｍ程度は必要となる。したがって、図４により、光導波
層は０．２μｍ程度は必要となる。従来は、光導波層は
１０18ｃｍ-3程度のＰ型もしくはＮ型に不純物添加さ
れ、その抵抗率は０．１Ω・ｃｍ〜０．０１Ω・ｃｍで
あり、メサより注入されたキャリア（電子または正孔）
は、光導波層にて横方向に拡散して電流広がりが生ずる
ため、発振しきい値電流が上がるという問題があった。
しかし、本発明においては、光導波層にメサ領域の多数
キャリア（電子または正孔）を捕獲する深い準位を形成
する不純物を添加しているので、光導波層の抵抗率は１
０8 Ω・ｃｍ程度の高い抵抗率を容易に得ることができ
る。
がるため発振しきい値電流は下がるが、フォトリソグラ
フィー，エッチング技術の精度により、メサ幅Ｗは２μ
ｍ程度は必要となる。したがって、図４により、光導波
層は０．２μｍ程度は必要となる。従来は、光導波層は
１０18ｃｍ-3程度のＰ型もしくはＮ型に不純物添加さ
れ、その抵抗率は０．１Ω・ｃｍ〜０．０１Ω・ｃｍで
あり、メサより注入されたキャリア（電子または正孔）
は、光導波層にて横方向に拡散して電流広がりが生ずる
ため、発振しきい値電流が上がるという問題があった。
しかし、本発明においては、光導波層にメサ領域の多数
キャリア（電子または正孔）を捕獲する深い準位を形成
する不純物を添加しているので、光導波層の抵抗率は１
０8 Ω・ｃｍ程度の高い抵抗率を容易に得ることができ
る。
【０００８】一般に、深い準位が形成された半絶縁性半
導体層では臨界電圧Ｖｃｒ＝ｅ・Ｐｔ・Ｌ2 ／２ε
（ｅ；電子電荷，Ｐｔ；未捕獲トラップ濃度，Ｌ；層
厚，ε；誘電率）を越えると導電特性を示すようにな
る。これは、深い準位にもはやキャリアが捕獲されなく
なり、導電帯に注入キャリアが存在するようになるため
である。いま、層厚Ｌと臨界電圧Ｖｃｒの関係を計算し
た結果を図５に示す。層厚０．２μｍでは、臨界電圧Ｖ
ｃｒ＝０．３６ボルトと計算される。したがって、半絶
縁性特性を有する光導波層に対して、垂直方向に移動す
るキャリアに対しては、電流注入するとすぐに臨界電圧
を越え、注入キャリアは半絶縁性層に捕獲されることな
く活性層に注入される。一方、メサ領域から離れた領域
では、レーザ発振後も臨界電圧を越えることなく、高抵
抗特性が維持される。例えば、メサ領域から１μｍ離れ
た領域では、臨界電圧は、図５により９Ｖと計算され、
この領域では１０8 Ω・ｃｍ程度の高抵抗率が維持され
る。したがって、メサ領域より注入されたキャリアは光
導波層においてほとんと広がることなく、活性層に注入
される。したがって、活性層における電流密度は高くな
り、しきい値電流の低い半導体レーザを実現することが
できる。また、このとき、光導波層層厚の最適設計によ
り、単一横モード動作を容易に実現することができる。
導体層では臨界電圧Ｖｃｒ＝ｅ・Ｐｔ・Ｌ2 ／２ε
（ｅ；電子電荷，Ｐｔ；未捕獲トラップ濃度，Ｌ；層
厚，ε；誘電率）を越えると導電特性を示すようにな
る。これは、深い準位にもはやキャリアが捕獲されなく
なり、導電帯に注入キャリアが存在するようになるため
である。いま、層厚Ｌと臨界電圧Ｖｃｒの関係を計算し
た結果を図５に示す。層厚０．２μｍでは、臨界電圧Ｖ
ｃｒ＝０．３６ボルトと計算される。したがって、半絶
縁性特性を有する光導波層に対して、垂直方向に移動す
るキャリアに対しては、電流注入するとすぐに臨界電圧
を越え、注入キャリアは半絶縁性層に捕獲されることな
く活性層に注入される。一方、メサ領域から離れた領域
では、レーザ発振後も臨界電圧を越えることなく、高抵
抗特性が維持される。例えば、メサ領域から１μｍ離れ
た領域では、臨界電圧は、図５により９Ｖと計算され、
この領域では１０8 Ω・ｃｍ程度の高抵抗率が維持され
る。したがって、メサ領域より注入されたキャリアは光
導波層においてほとんと広がることなく、活性層に注入
される。したがって、活性層における電流密度は高くな
り、しきい値電流の低い半導体レーザを実現することが
できる。また、このとき、光導波層層厚の最適設計によ
り、単一横モード動作を容易に実現することができる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例について図１を参照にし
て説明する。図１は、本発明のリッジ導波型半導体レー
ザの実施例を示す断面図である。実施例においては、長
波長系材料であるＩｎＰ系材料を例に説明する。
て説明する。図１は、本発明のリッジ導波型半導体レー
ザの実施例を示す断面図である。実施例においては、長
波長系材料であるＩｎＰ系材料を例に説明する。
【００１０】（１００）面の出た亜鉛（Ｚｎ）ドープＰ
型ＩｎＰ基板１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）を用いて亜鉛（Ｚｎ）ドープＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層
１１を厚み２μｍ〔λｇ＝１．０μｍ，Ｐ＝１．０×１
０18ｃｍ-3〕，発光波長１．３μｍのバンドギャップを
有するノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１２を厚み０．
１５μｍ，鉄（Ｆｅ）ドープ半絶縁性ＩｎＧａＡｓＰ光
導波層１３〔λｇ＝１．０５μｍ，活性化Ｆｅ濃度；１
０16ｃｍ-3〕を厚さ０．２μｍ，硫黄（Ｓ）ドープＮ型
ＩｎＰ層１４〔Ｎ＝１×１０18ｃｍ-3〕を厚み２μｍ，
硫黄（Ｓ）ドーピングＮ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１
５〔Ｎ＝５×１０18ｃｍ-3〕ε厚み０．３μｍ、を順次
エピタキシャル成長する。次に、ＣＶＤ技術，及びフォ
トリソグラフィーの手法により、〈０１１〉方向に厚み
２００ｎｍ，幅２μｍの二酸化シリコンのストライプ状
マスクを３００μｍ間隔で形成する。次に、リアクティ
ブイオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ）により、前記
ストライプ状マスクをマスクパターンとして、深さ２μ
ｍのエッチングをする。さらに、塩酸（ＨＣｌ）水溶液
により、メサ両脇の溝部分における光導波層上のＩｎＰ
層１４を除去してメサストライプ２０を形成する。次に
ストライプ状マスクを化学エッチングにより除去した
後、二酸化シリコン絶縁膜１６をＣＶＤ法により再び形
成する。次に、メサ上部についた二酸化シリコンをフォ
トリソグラフィーとエッチング技術により除去し、電極
１７を蒸着する。次に、半導体基板１０を１２０μｍ程
度にまで研磨し、半導体基板側の電極１８を形成し、電
極アロイをして全製造プロセスを終了する。
型ＩｎＰ基板１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）を用いて亜鉛（Ｚｎ）ドープＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層
１１を厚み２μｍ〔λｇ＝１．０μｍ，Ｐ＝１．０×１
０18ｃｍ-3〕，発光波長１．３μｍのバンドギャップを
有するノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１２を厚み０．
１５μｍ，鉄（Ｆｅ）ドープ半絶縁性ＩｎＧａＡｓＰ光
導波層１３〔λｇ＝１．０５μｍ，活性化Ｆｅ濃度；１
０16ｃｍ-3〕を厚さ０．２μｍ，硫黄（Ｓ）ドープＮ型
ＩｎＰ層１４〔Ｎ＝１×１０18ｃｍ-3〕を厚み２μｍ，
硫黄（Ｓ）ドーピングＮ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１
５〔Ｎ＝５×１０18ｃｍ-3〕ε厚み０．３μｍ、を順次
エピタキシャル成長する。次に、ＣＶＤ技術，及びフォ
トリソグラフィーの手法により、〈０１１〉方向に厚み
２００ｎｍ，幅２μｍの二酸化シリコンのストライプ状
マスクを３００μｍ間隔で形成する。次に、リアクティ
ブイオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ）により、前記
ストライプ状マスクをマスクパターンとして、深さ２μ
ｍのエッチングをする。さらに、塩酸（ＨＣｌ）水溶液
により、メサ両脇の溝部分における光導波層上のＩｎＰ
層１４を除去してメサストライプ２０を形成する。次に
ストライプ状マスクを化学エッチングにより除去した
後、二酸化シリコン絶縁膜１６をＣＶＤ法により再び形
成する。次に、メサ上部についた二酸化シリコンをフォ
トリソグラフィーとエッチング技術により除去し、電極
１７を蒸着する。次に、半導体基板１０を１２０μｍ程
度にまで研磨し、半導体基板側の電極１８を形成し、電
極アロイをして全製造プロセスを終了する。
【００１１】以上説明した半絶縁性半導体層を有するリ
ッジ導波型半導体レーザでは、注入電流が有効に発光領
域に集中し、かつ、単一横モード条件が満足されるた
め、低しきい値電流で高性能の半導体レーザを得ること
ができる。
ッジ導波型半導体レーザでは、注入電流が有効に発光領
域に集中し、かつ、単一横モード条件が満足されるた
め、低しきい値電流で高性能の半導体レーザを得ること
ができる。
【００１２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のリッジ
導波型半導体レーザにおいては、その光導波層におい
て、電流広がりを生じることがないため、低しきい値電
流の半導体レーザを高歩留まりで得ることができる。
導波型半導体レーザにおいては、その光導波層におい
て、電流広がりを生じることがないため、低しきい値電
流の半導体レーザを高歩留まりで得ることができる。
【図１】本発明による半絶縁性半導体層を有するリッジ
導波型半導体レーザの実施例を示す素子断面図である。
導波型半導体レーザの実施例を示す素子断面図である。
【図２】従来のリッジ導波型半導体レーザの素子構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】埋め込み型半導体レーザの素子構造の例を示す
断面図である。図中（ａ）は２重チャンネルプレーナ埋
め込み半導体レーザ、（ｂ）は埋め込みクレセントレー
ザである。
断面図である。図中（ａ）は２重チャンネルプレーナ埋
め込み半導体レーザ、（ｂ）は埋め込みクレセントレー
ザである。
【図４】リッヂ導波型レーザにおいて単一横モード条件
を満足する最大メサ幅の計算結果を示す図である。
を満足する最大メサ幅の計算結果を示す図である。
【図５】半絶縁性半導体層における層厚と臨界電圧の関
係を示した図である。
係を示した図である。
１０ 第１導電型半導体基板 １１ 第１導電型半導体層 １２ 活性層 １３ 半絶縁性光導波層 １４ 第２導電型半導体層 １５ 第２導電型コンタクト層 １６ 誘電体絶縁膜 １７ 電極 １８ 電極 ２３ 光導波層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１導電型半導体基板上、もしくは第１
導電型半導体基板上に活性層よりも禁制帯幅の広い第１
導電型半導体層の設けられた半導体基板上に、活性層，
光導波層，活性層よりも大きな禁制帯幅を有する第２導
電型導体層よりなる２重ヘテロ構造を備え、光伝播領域
の両側の一部の領域では光導波層上に半導体層を有しな
い、リッジ導波型半導体レーザにおいて、該光導波層
に、第２導電型多数キャリアを捕獲するための深い準位
を形成する不純物が添加されており、該光導波層が半絶
縁性特性を有することを特徴としたリッジ導波型半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59791A JPH053362A (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | リツジ導波型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59791A JPH053362A (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | リツジ導波型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053362A true JPH053362A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=11478146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59791A Pending JPH053362A (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | リツジ導波型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053362A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7123639B2 (en) | 2003-07-04 | 2006-10-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device and method of making the same |
| JP2007165535A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Canon Inc | 発光素子アレイ及び画像形成装置 |
| WO2009133863A1 (ja) | 2008-04-28 | 2009-11-05 | 国立大学法人浜松医科大学 | Ｅｐ１アゴニストを含有してなる免疫増強剤 |
-
1991
- 1991-01-08 JP JP59791A patent/JPH053362A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7123639B2 (en) | 2003-07-04 | 2006-10-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device and method of making the same |
| JP2007165535A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Canon Inc | 発光素子アレイ及び画像形成装置 |
| US8164104B2 (en) | 2005-12-13 | 2012-04-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting element array and image forming apparatus |
| WO2009133863A1 (ja) | 2008-04-28 | 2009-11-05 | 国立大学法人浜松医科大学 | Ｅｐ１アゴニストを含有してなる免疫増強剤 |
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