JPH0697573A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH0697573A JPH0697573A JP24450092A JP24450092A JPH0697573A JP H0697573 A JPH0697573 A JP H0697573A JP 24450092 A JP24450092 A JP 24450092A JP 24450092 A JP24450092 A JP 24450092A JP H0697573 A JPH0697573 A JP H0697573A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】従来よりも低閾値の半導体レーザを提供するこ
とにある。 【構成】ＩｎＧａＡｓＰ活性層１及び、ＩｎＧａＡｓＰ
光閉じ込め層２で構成される光導波路２０及び、該光導
波路２０に電流を集中させるために、この両側に設けら
れたｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７及びｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層８を有する半導体レーザにおいて、該ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層２は、該InGaAsP 活性層１の両側面
に接するように配置されていることが特徴である。 【効果】活性層幅Ｗaをサブミクロンとしても、光導波
路２０の幅Ｗaを１.５μｍ程度にすることにより、光閉
じ込め係数の低下及び、光導波路２０の近傍におけるリ
ーク電流の増加を防止できる。
とにある。 【構成】ＩｎＧａＡｓＰ活性層１及び、ＩｎＧａＡｓＰ
光閉じ込め層２で構成される光導波路２０及び、該光導
波路２０に電流を集中させるために、この両側に設けら
れたｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７及びｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層８を有する半導体レーザにおいて、該ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層２は、該InGaAsP 活性層１の両側面
に接するように配置されていることが特徴である。 【効果】活性層幅Ｗaをサブミクロンとしても、光導波
路２０の幅Ｗaを１.５μｍ程度にすることにより、光閉
じ込め係数の低下及び、光導波路２０の近傍におけるリ
ーク電流の増加を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】光ファイバ通信及び光インターコ
ネクトの光源に好適な半導体レーザ或いは、光電子集積
回路に関する。
ネクトの光源に好適な半導体レーザ或いは、光電子集積
回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータの情報処理機能の高
速化に対応して、装置間或いは、装置内配線を光ファイ
バを用いて並列光通信を行なうために、低閾値の半導体
レーザの開発が課題となっている。また、将来、シリコ
ンデバイスのように、光電子集積回路の高集積化が進む
と、各素子の消費電力の低減が極めて重要となる。この
ため、光電子集積回路の構成要素となる半導体レーザに
は、低閾値が要求される。ところで、閾値Ｉthは、（数
１)，(数２）に示すように、活性層幅Ｗa に比例して変
化する。従って、活性層の狭幅化により低閾値化が可能
である。ここで、Ｌは共振器長、Ｊthは閾電流密度、ｄ
は活性層幅、Γは光閉じ込め係数、αi は共振器内損
失、Ｒはミラーの反射率、β，Ｊ0 は規格化電流密度Ｊ
／ｄと最大利得係数ｇmax の関係を示す式（数３）にお
ける定数である。
速化に対応して、装置間或いは、装置内配線を光ファイ
バを用いて並列光通信を行なうために、低閾値の半導体
レーザの開発が課題となっている。また、将来、シリコ
ンデバイスのように、光電子集積回路の高集積化が進む
と、各素子の消費電力の低減が極めて重要となる。この
ため、光電子集積回路の構成要素となる半導体レーザに
は、低閾値が要求される。ところで、閾値Ｉthは、（数
１)，(数２）に示すように、活性層幅Ｗa に比例して変
化する。従って、活性層の狭幅化により低閾値化が可能
である。ここで、Ｌは共振器長、Ｊthは閾電流密度、ｄ
は活性層幅、Γは光閉じ込め係数、αi は共振器内損
失、Ｒはミラーの反射率、β，Ｊ0 は規格化電流密度Ｊ
／ｄと最大利得係数ｇmax の関係を示す式（数３）にお
ける定数である。
【０００３】
【数１】
【０００４】
【数２】
【０００５】
【数３】
【０００６】
【数４】
【０００７】しかし、従来のＩｎＰ系半導体レーザは、
活性層幅が１.３〜１.５μｍにおいて、閾値が最小とな
り、これより狭くすると逆に閾値が上昇するという問題
が有った。図３に従来のＩｎＰ系半導体レーザの断面構
造図を示す。光導波路は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１と、
このＩｎＧａＡｓＰ活性層１の上下に隣接したＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層２で構成されている。光導波路の両
側のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７と、ｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層８によって、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１に電流が
集中するような構造を有している。この半導体レーザの
閾値Ｉthの活性層幅Ｗa による依存性は、Ｗａ＝１.３
〜１.５μｍにおいて最小となり、Ｗa ＜１μｍではＩ
thが急激に上昇する。従来のＩｎＰ系半導体レーザがこ
のような傾向を示す原因は、第一に、光閉じ込め係数Γ
が、活性層の狭幅化に伴い著しく低下したためである。
Γは（数４）に示すように、接合面に垂直な方向の光閉
じ込め係数Γx と平行な方向の光閉じ込め係数Γy の積
として近似的に表されるが、Γの低下は、主にΓy の低
下による。第２の原因は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１の狭
幅化に伴いメサの直列抵抗が増大するが、メサの近傍で
は、電流ブロック効果が十分でないため、図３に示すよ
うなリーク電流ＩＬの増加を招いたためである。
活性層幅が１.３〜１.５μｍにおいて、閾値が最小とな
り、これより狭くすると逆に閾値が上昇するという問題
が有った。図３に従来のＩｎＰ系半導体レーザの断面構
造図を示す。光導波路は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１と、
このＩｎＧａＡｓＰ活性層１の上下に隣接したＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層２で構成されている。光導波路の両
側のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７と、ｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層８によって、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１に電流が
集中するような構造を有している。この半導体レーザの
閾値Ｉthの活性層幅Ｗa による依存性は、Ｗａ＝１.３
〜１.５μｍにおいて最小となり、Ｗa ＜１μｍではＩ
thが急激に上昇する。従来のＩｎＰ系半導体レーザがこ
のような傾向を示す原因は、第一に、光閉じ込め係数Γ
が、活性層の狭幅化に伴い著しく低下したためである。
Γは（数４）に示すように、接合面に垂直な方向の光閉
じ込め係数Γx と平行な方向の光閉じ込め係数Γy の積
として近似的に表されるが、Γの低下は、主にΓy の低
下による。第２の原因は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１の狭
幅化に伴いメサの直列抵抗が増大するが、メサの近傍で
は、電流ブロック効果が十分でないため、図３に示すよ
うなリーク電流ＩＬの増加を招いたためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
半導体レーザには、光閉じ込め係数の低下とリーク電流
の増加の問題により、活性層の狭幅化によって、閾値を
低減することが困難であった。従って、本発明の目的
は、活性層幅をサブミクロンとしても上記の問題が生じ
ない構造によって、従来より低閾値の半導体レーザを提
供することに有る。
半導体レーザには、光閉じ込め係数の低下とリーク電流
の増加の問題により、活性層の狭幅化によって、閾値を
低減することが困難であった。従って、本発明の目的
は、活性層幅をサブミクロンとしても上記の問題が生じ
ない構造によって、従来より低閾値の半導体レーザを提
供することに有る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、活性層の全周、或いは、活性層の少なくとも両側面
が光閉じ込め層と接するように光導波路を構成した。組
成に関しては、例えばＩｎＰ系半導体レーザにおいて
は、活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ或いは、InGaAsで構成さ
れ、光閉じ込め層は、屈折率及び、バンドギャップエネ
ルギーが、活性層より小さく、光導波路の周囲を取り囲
むＩｎＰより大きいＩｎＧａＡｓＰで構成される。
に、活性層の全周、或いは、活性層の少なくとも両側面
が光閉じ込め層と接するように光導波路を構成した。組
成に関しては、例えばＩｎＰ系半導体レーザにおいて
は、活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ或いは、InGaAsで構成さ
れ、光閉じ込め層は、屈折率及び、バンドギャップエネ
ルギーが、活性層より小さく、光導波路の周囲を取り囲
むＩｎＰより大きいＩｎＧａＡｓＰで構成される。
【００１０】
【作用】本発明によれば、幅が１μｍ以下の狭い活性層
であっても、活性層の両側に配置された光閉じ込め層に
よって、光導波路幅は、１μｍ以上にすることが出来
る。従って、幅が１μｍ以上の活性層を有する従来の半
導体レーザに比べて、光閉じ込め係数の低下は生じな
い。光導波路幅は１μｍ以上であるので、１μｍ以下の
光導波路に比べ、導波路の両側を流れるリーク電流の割
合は、必然的に小さくなる。また、初め、活性層の両側
の光閉じ込め層に注入されたキャリアは、大多数が、光
閉じ込め層で再結合する前に拡散によって活性層に移動
し、バンド内緩和して活性層のポテンシャル井戸内に落
ち込んだ後、発光再結合する。従って、光導波路内に注
入されたキャリアは、効率良くレーザ発振に寄与する。
であっても、活性層の両側に配置された光閉じ込め層に
よって、光導波路幅は、１μｍ以上にすることが出来
る。従って、幅が１μｍ以上の活性層を有する従来の半
導体レーザに比べて、光閉じ込め係数の低下は生じな
い。光導波路幅は１μｍ以上であるので、１μｍ以下の
光導波路に比べ、導波路の両側を流れるリーク電流の割
合は、必然的に小さくなる。また、初め、活性層の両側
の光閉じ込め層に注入されたキャリアは、大多数が、光
閉じ込め層で再結合する前に拡散によって活性層に移動
し、バンド内緩和して活性層のポテンシャル井戸内に落
ち込んだ後、発光再結合する。従って、光導波路内に注
入されたキャリアは、効率良くレーザ発振に寄与する。
【００１１】
【実施例】以下、ｐ基板を用いたＩｎＰ系半導体レーザ
に本発明を適用した実施例について述べる。図１に、本
発明の実施例１のレーザ出射方向に垂直な断面構造図を
示す。光導波路２０は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１（バン
ドギャップ波長λg ＝１.５５μｍ、屈折率ｎ＝３.５
４）とＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２（λg ＝１.３０
μｍ、屈折率ｎ＝３.５１）で構成され、且つ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層１は、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２に
よって周囲を囲まれている。ＩｎＧaＡsＰ活性層１の幅
Ｗa は０.５μｍ であり、光導波路２０の幅Ｗg は、
１.５μｍ である。光導波路２０は、ｐ−ＩｎＰ基板
９，ｎ−ＩｎＰ６及び、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７の
ＩｎＰ（λg ＝０.９２μｍ，屈折率ｎ＝３.４０）によ
って周囲を取り囲まれている。ｎ電極３とｐ電極１０の
間に順バイアスをかけることによってＩｎＧａＡｓＰ活
性層１にキャリアを注入し、注入電流が閾値以上で、レ
ーザ発振する。ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７及び、ｎ−
ＩｎＰ電流ブロック層８によって電流を狭窄し、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層１に集中させている。
に本発明を適用した実施例について述べる。図１に、本
発明の実施例１のレーザ出射方向に垂直な断面構造図を
示す。光導波路２０は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１（バン
ドギャップ波長λg ＝１.５５μｍ、屈折率ｎ＝３.５
４）とＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２（λg ＝１.３０
μｍ、屈折率ｎ＝３.５１）で構成され、且つ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層１は、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２に
よって周囲を囲まれている。ＩｎＧaＡsＰ活性層１の幅
Ｗa は０.５μｍ であり、光導波路２０の幅Ｗg は、
１.５μｍ である。光導波路２０は、ｐ−ＩｎＰ基板
９，ｎ−ＩｎＰ６及び、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７の
ＩｎＰ（λg ＝０.９２μｍ，屈折率ｎ＝３.４０）によ
って周囲を取り囲まれている。ｎ電極３とｐ電極１０の
間に順バイアスをかけることによってＩｎＧａＡｓＰ活
性層１にキャリアを注入し、注入電流が閾値以上で、レ
ーザ発振する。ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７及び、ｎ−
ＩｎＰ電流ブロック層８によって電流を狭窄し、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層１に集中させている。
【００１２】本発明の実施例１によれば、活性層幅が、
従来(Ｗa ＝１.５μｍ）に比べ狭くても、屈折率差が光
導波路２０の幅Ｗg ＝１.５μｍに渡って形成されるた
め、接合面に平行な方向の光閉じ込め係数Γy は減少し
ない。また、光導波路２０の両側を流れるリーク電流も
増加しないので、(数１)によってＷa に比例して閾値Ｉ
thが低減する。また、図２に示すようなＩｎＧａＡｓＰ
活性層１とｐ−ＩｎＰ基板９の間にＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層２が無い場合（本発明の実施例２）でも、本発
明の実施例１と全く同様の効果を得ることが出来る。
従来(Ｗa ＝１.５μｍ）に比べ狭くても、屈折率差が光
導波路２０の幅Ｗg ＝１.５μｍに渡って形成されるた
め、接合面に平行な方向の光閉じ込め係数Γy は減少し
ない。また、光導波路２０の両側を流れるリーク電流も
増加しないので、(数１)によってＷa に比例して閾値Ｉ
thが低減する。また、図２に示すようなＩｎＧａＡｓＰ
活性層１とｐ−ＩｎＰ基板９の間にＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層２が無い場合（本発明の実施例２）でも、本発
明の実施例１と全く同様の効果を得ることが出来る。
【００１３】次に、本発明の実施例１のストライプ部の
作製方法を図４乃至図６により説明する。
作製方法を図４乃至図６により説明する。
【００１４】（ａ）ｐ−ＩｎＰ基板９上に、ＩｎＧａＡ
ｓＰ光閉じ込め層２ａ及びInGaAsP 活性層１を結晶成長
する（図４(ａ)）。
ｓＰ光閉じ込め層２ａ及びInGaAsP 活性層１を結晶成長
する（図４(ａ)）。
【００１５】（ｂ）縮小投影露光法によりストライプ幅
０.５μｍ のレジストパターン１１を形成する（図４
(ｂ)）。
０.５μｍ のレジストパターン１１を形成する（図４
(ｂ)）。
【００１６】（ｃ）過酸化水素水を含む硫酸系のエッチ
ング液により、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２ａ及びＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１のみを選択エッチングして、スト
ライプを形成する（図４(ｃ)）。
ング液により、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２ａ及びＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１のみを選択エッチングして、スト
ライプを形成する（図４(ｃ)）。
【００１７】（ｄ）ＩｎＧａＡｓＰ光とじ込め層２ｂ及
びｎ−ＩｎＰクラッド層６ａを結晶成長する（図４
(ｄ)）。
びｎ−ＩｎＰクラッド層６ａを結晶成長する（図４
(ｄ)）。
【００１８】（ｅ）シリコン酸化膜１２を表面に形成
後、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１が中央になるように、縮小
投影露光法によりストライプ幅数μｍのレジストパター
ン１３を形成する（図４(ｅ)）。
後、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１が中央になるように、縮小
投影露光法によりストライプ幅数μｍのレジストパター
ン１３を形成する（図４(ｅ)）。
【００１９】（ｆ）レジストパターン１３をマスクとし
て、シリコン酸化膜１２をエッチングし、ストライプを
形成する（図５(ａ)）。
て、シリコン酸化膜１２をエッチングし、ストライプを
形成する（図５(ａ)）。
【００２０】（ｇ）シリコン酸化膜１２をマスクとし
て、ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰに対する非選択性エッチ
ング液を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２の幅が
１.５μｍになるように、メサ２１を形成する（図５
(ｂ)）。
て、ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰに対する非選択性エッチ
ング液を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２の幅が
１.５μｍになるように、メサ２１を形成する（図５
(ｂ)）。
【００２１】（ｈ）ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７ａ，ｎ
−ＩｎＰ電流ブロック層８及び、ｐ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層７ｂを順次結晶成長し、メサ２１を埋め込む(図５
(ｃ))。
−ＩｎＰ電流ブロック層８及び、ｐ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層７ｂを順次結晶成長し、メサ２１を埋め込む(図５
(ｃ))。
【００２２】（ｉ）ｎ−ＩｎＰ６ｂ及び、ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層５を結晶成長し、ストライプ部が形成
される（図６）。
ＡｓＰキャップ層５を結晶成長し、ストライプ部が形成
される（図６）。
【００２３】以上の工程により、本発明の実施例１を実
施することが可能となる。また、サブミクロン幅の活性
層を制御性良く形成できる。尚、図４（ａ）において、
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２ａを省略した場合、本発
明の実施例２が得られる。
施することが可能となる。また、サブミクロン幅の活性
層を制御性良く形成できる。尚、図４（ａ）において、
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２ａを省略した場合、本発
明の実施例２が得られる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、活性層幅をサブミクロ
ンとしても活性層の両側に設けられた光閉じ込め層によ
って光閉じ込め係数が低下することが無い。また、メサ
幅を狭くする必要が無いため、メサの外側を流れるリー
ク電流は増加しない。従って、従来より低閾値の半導体
レーザを作製することが可能となる。
ンとしても活性層の両側に設けられた光閉じ込め層によ
って光閉じ込め係数が低下することが無い。また、メサ
幅を狭くする必要が無いため、メサの外側を流れるリー
ク電流は増加しない。従って、従来より低閾値の半導体
レーザを作製することが可能となる。
【図１】本発明の実施例１のレーザ出射方向に垂直な断
面構造図。
面構造図。
【図２】本発明の実施例２のレーザ出射方向に垂直な断
面構造図。
面構造図。
【図３】従来の半導体レーザのレーザ出射方向に垂直な
断面構造図。
断面構造図。
【図４】本発明の実施例１のストライプ部の作製工程。
【図５】本発明の実施例１のストライプ部の作製工程。
【図６】本発明の実施例１のストライプ部の作製工程。
１…ＩｎＧａＡｓＰ活性層、２，２ａ，２ｂ…ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層、３…ｎ電極、４，１２…シリコン
酸化膜、５…ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６，６
ａ，６ｂ…ｎ−ＩｎＰ、７，７ａ，７ｂ…ｐ−ＩｎＰ電
流ブロック層、８…ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層、９…ｐ
−ＩｎＰ基板、１０…ｐ電極、１１，１３…レジストパ
ターン、１２…シリコン酸化膜、２０…光導波路、２１
…メサ。
ＡｓＰ光閉じ込め層、３…ｎ電極、４，１２…シリコン
酸化膜、５…ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６，６
ａ，６ｂ…ｎ−ＩｎＰ、７，７ａ，７ｂ…ｐ−ＩｎＰ電
流ブロック層、８…ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層、９…ｐ
−ＩｎＰ基板、１０…ｐ電極、１１，１３…レジストパ
ターン、１２…シリコン酸化膜、２０…光導波路、２１
…メサ。
フロントページの続き (72)発明者 小野 佑一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】活性層およびこれに隣接する光閉じ込め層
によって構成される光導波路及び、該光導波路の両側に
電流ブロック層を有する半導体レーザにおいて、該活性
層の少なくとも両側面が、該光閉じ込め層と接している
ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】活性層を選択エッチングしてパターン形成
する工程と、この工程の後に、光閉じ込め層及びクラッ
ド層の結晶成長を行う工程と、該光閉じ込め層及び該ク
ラッド層を非選択エッチングする工程を有する請求項１
に記載の半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24450092A JPH0697573A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP24450092A JPH0697573A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697573A true JPH0697573A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17119600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24450092A Pending JPH0697573A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697573A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6190578B1 (en) | 1996-02-08 | 2001-02-20 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Anisotropic conductive composition |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24450092A patent/JPH0697573A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6190578B1 (en) | 1996-02-08 | 2001-02-20 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Anisotropic conductive composition |
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