JPH07245448A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH07245448A
JPH07245448A JP3557294A JP3557294A JPH07245448A JP H07245448 A JPH07245448 A JP H07245448A JP 3557294 A JP3557294 A JP 3557294A JP 3557294 A JP3557294 A JP 3557294A JP H07245448 A JPH07245448 A JP H07245448A
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
quantum well
barrier layer
thickness
Prior art date
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Pending
Application number
JP3557294A
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English (en)
Inventor
Masaaki Komori
正明 古森
Tomonobu Tsuchiya
朋信 土屋
Satohiko Oka
聡彦 岡
Akio Oishi
昭夫 大石
Kazuhisa Uomi
和久 魚見
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、低しきい電流(特に1.5
mA以下)、かつ高いスロープ効率で発振する光インタ
コネクト用長波長帯半導体レーザアレイを提供すること
にある。 【構成】 半導体レーザの活性層3を歪量子井戸構造と
し、その障壁層歪量と障壁層膜厚を適切な値(歪量を−
0.2%から+0.2%、かつ障壁層膜厚が8nmから
12nm)に設定する。さらに活性層幅、歪量子井戸層
の井戸数、歪量子井戸層構造(歪量を+1.2から+
1.6%、かつ量子井戸層膜厚が5から7nm)を適切
に設定する。 【効果】 本発明によれば、加入者系光通信、光インタ
コネクト等のシステムに適用可能な低動作電流動作の長
波長帯半導体レーザを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低しきい電流、かつ高
いスロープ効率で発振する長波長帯半導体レ−ザ、及び
レーザアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】光インタコネクト用長波長帯半導体レー
ザアレイには、低しきい電流動作が要求されている。こ
の一つの例が“Low-Threshold(1.8mA) and High-Effici
ency(0.39W/A) 1.3-μm Strained Quantum Well 10-Ele
ment Laser Arrays for High-Throughput Optical Inte
rconnections", A.Oishi etal, 19th European Confere
nce on Optical Fiber Communication,Porceedings, Vo
l. 3,1993, ThC12.6に示されており、1.8mAの低し
きい電流動作が報告されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、し
きい電流は1.8mAに低減されているが、600Mb
i/s以上の大容量光インタコネクトシステムに応用す
るには、さらなる低しきい化が必要である。
【0004】本発明の目的は、さらなる低しきい電流
(特に1.5mA以下)、かつ高いスロープ効率で発振
する長波長帯半導体レーザアレイを提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、多重歪量
子井戸活性層構造と共振器構造を適切な値に設定する
と、1.5mA以下の低しきい電流で、かつ高いスロー
プ効率で発振する長波長帯半導体レーザを実現できるこ
とを、理論計算、及び実験的に見出した。すなわち、上
記目的は、長波長帯半導体レーザにおいて、活性層を多
重歪量子井戸構造で形成し、歪量子井戸層の歪量を+
1.2%〜+1.6%、歪量子井戸層の量子井戸数が4
から6、歪量子井戸層の膜厚を5nm〜7nm、障壁層
の歪量を−0.2%〜+0.2%、障壁層の組成波長を
1.10μm〜1.20μm、障壁層の膜厚を8〜12
nm、活性層の幅を0.8μm〜1.4μm、共振器長
を150μm〜220μm、前端面の反射率をRf、後
端面の反射率をRrとした時に、Rfを65%〜75
%、Rrを90%〜98%に設定すること、p型InP
基板上にメサストライプ状の活性層を形成し、これをp
/n/p型の電流ブロック層で埋め込むことにより、達
成される。
【0006】
【作用】以下、本発明の作用について図2及び図3を用
いて説明する。図2は、1.3μm帯多重歪量子井戸構
造のX線回折半値幅の障壁層歪量依存性の実験結果であ
る。ここで、多重歪量子井戸構造は、歪量は+1.4
%、膜厚6nmのInGaAsP歪量子井戸層と膜厚1
0nmのInGaAsP障壁層の20周期構成である。
図2の如く、結晶性を表すX線回折半値幅は、障壁層歪
量が0%で最小値となる。これまでは、多重歪量子井戸
構造において、障壁層に井戸層とは逆方向の歪を加え
て、障壁層内部での歪応力の伝搬を抑え、積層周期数増
大に伴う結晶劣化の抑制を図ることが行なわれてきた。
しかし、InGaAsP4元材料では、この効果を得る
ことはできないことが判明した。従って、InGaAs
P/InGaAsP系多重歪量子井戸構造を形成する場
合、良好な多重歪量子井戸構造形成を実現するためには
障壁層の歪量は−0.2から+0.2%の範囲内である
ことが分かる。
【0007】図3はフォトルミネッセンス(PL)強度
の障壁層膜厚依存性の測定結果である。ここで、歪量子
井戸層膜厚は6nmであり、歪量は+1.4%である。
また多重歪量子井戸構造は5周期構造である。これより
障壁層膜厚が7nm以下で、PL強度は急激に低下し
た。すなわち良好な結晶性を有する多重歪量子井戸構造
を得るためには、障壁層膜厚8nm以上を必要とする。
しかし障壁層膜厚12nm以上ではキャリアの注入効率
は低下する。従って、良好なレ−ザ特性を得るために
は、障壁層膜厚は8から12nmであることがわかる。
【0008】以上の障壁層の歪量及び膜厚の範囲設定に
より歪量子井戸層膜厚が5nmから7nmで、量子井戸
数が4から6において、量子井戸層歪量は1.2から
1.6%まで導入することが可能となった。本構造を活
性層とし、障壁層の組成波長を1.10μmから1.2
0μm、活性層の幅を0.8μmから1.4μm、共振
器長を170μmから220μm、前端面の反射率をR
f、後端面の反射率をRrとした時に、Rfを65%か
ら75%、Rrを90%から98%に設定すること、p
型InP基板上にメサストライプ状の活性層を形成し、
これをp/n/p型の電流ブロック層で埋め込むことに
より、1.5mA以下の低しきい電流で、かつ0.3W
/A以上の高いスロープ効率で発振する長波長帯半導体
レーザを実現できた。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を用いて説明
する。
【0010】(実施例1)第1図は本発明をp型基板上
1.3μm帯歪量子井戸半導体レーザに適用したもので
ある。有機金属気相成長法により、p−InP基板1上
にp-InPクラッド層2(キャリア濃度=1×1018
m-3、厚さ2μm)を成長した後、アンド-プ歪多重量子
井戸活性層3(波長1.3μm、井戸数2〜5)、n-In
Pクラッド層4(キャリア濃度=1.5×1018cm
-3、厚さ1μm)を成長する。この時歪多重量子井戸活
性層3は、歪量+1.2〜+1.6%、膜厚5〜7nm
のInGaAsP歪量子井戸層と歪量−0.2から+0.
2%で膜厚8〜12nmのInGaAsP障壁層で形成し
た。その後CVD法によりSiO2膜を被着しホトリソ工
程を経た後、SiO2膜をマスクとしてウェットエッチン
グにより図中に示されるような変曲点の無い滑らかな側
面を有するメサストライプを形成する。メサストライプ
はSiO2膜下部が側面からエッチングされSiO2膜がオ
−バ−ハング状になるようにする。また活性層幅は0.
8〜1.4μm、メサ深さは2.5〜3.5μmであ
る。次に、SiO2膜を被着したまま、有機金属気相成長
法により、メサストライプの側面をp-InP埋込層5
(キャリア濃度〜1×1018cm-3、厚さ0.5〜1μ
m)、n-InP埋込層6(キャリア濃度〜2×1018cm
-3、厚さ0.5〜1μm)、p-InP埋込層7(キャリア
濃度〜2×1018cm-3、厚さ1〜3μm)、n-InP
層8(キャリア濃度〜2×1018cm-3、厚さ〜0.5μ
m)で埋め込み、p/n/p型の電流ブロック層を形成
した。
【0011】次に、SiO2膜を除去した後、有機金属気
相成長法によりn-InP平坦化層9(キャリア濃度〜2
×1018cm-3、厚さ〜2μm)、n-InGaAs(P)
キャップ層10(キャリア濃度>5×1018cm-3、厚
さ〜0.3μm)で平坦に埋め込んだ。以上の有機金属
気相成長法において、n型不純物はSi、p型不純物は
Znを用いた。その後SiO2膜11で電流狭窄を行った
後n電極12を形成、更に基板側を研磨して基板膜厚1
00μm程度にした後p電極13を蒸着により形成し素
子化を行った。その後、共振器長170〜220μmに
劈開し、前端面はSiO2とTiO2の周期構造でコーテ
ィングすることにより反射率70%の高反射率膜を施
し、後端面はSiO2とアモルファスSiの周期構造で
コーティングすることにより反射率95%の高反射率膜
を施した。
【0012】本実施例による半導体レ−ザでは、発振波
長1.3μm、室温でのしきい電流値1.0〜1.5m
A、スロ−プ効率0.30〜0.40mW/mAの低しき
い値、高効率の長波長帯半導体レ−ザを実現できた。
【0013】本発明ではInGaAsP系長波長半導体
レ−ザについて説明したが、本材料に限らず、InGa
AlAs系の長波長帯半導体レ−ザにたいしても適用可
能である。さらに、本実施例では、光インタコネクト、
波長多重通信などに使用する半導体レーザアレイについ
て説明したが、単体の半導体レーザ素子への適用につい
ても適用可能であることはいうまでもない。
【0014】
【発明の効果】本発明では、障壁層膜厚と障壁層歪量を
適切な値に設定することにより、量子井戸層に1.2か
ら1.6%の圧縮歪を有する多重歪量子井戸活性層を形
成でき、1.5mA以下の低しきい電流で、かつ0.3
0W/A以上の高いスロープ効率で発振する長波長帯半
導体レーザを提供できる。従って、実際の加入者系光通
信、光インタコネクト等のシステムに適用可能な低動作
電流動作の長波長帯半導体レーザの実現に対して効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を表す構造図。
【図2】本発明の作用を示す図。
【図3】本発明の作用を示す図。
【符号の説明】
1…p-InP基板、2…p-InPクラッド層、3…歪量
子井戸活性層、4…n-InPクラッド層、5…p-InP
埋込層、6…n-InP埋込層、7…p-InP層、8…n
-InP層、9…n-InP平坦化層、10…n-InGaAs
Pキャップ層、11…SiO2膜、12…n電極、13…
p電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 昭夫 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所光技術開発進推本部内 (72)発明者 魚見 和久 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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、少なくとも光を発生する
    活性層と光を閉じ込めるクラッド層と、発生した光から
    レーザ光を得るための共振器構造を有する半導体レーザ
    において、上記活性層が少なくとも一層の歪量子井戸層
    と障壁層を有し、該歪量子井戸層の格子定数をaw、上
    記半導体基板の格子定数をasとし、上記歪量子井戸層
    の歪量Δaw/aを(aw−as)/asと定義したと
    きに、Δaw/aが+1.2%≦Δaw/a≦+1.6
    %、かつ上記障壁層の格子定数をabとし、上記障壁層
    の歪量Δab/aを(ab−as)/asと定義したと
    きに、Δab/aが−0.2%≦Δab/a≦+0.2
    %、かつ上記歪量子井戸層の膜厚が5nmから7nmで
    あることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体レーザにおいて、
    レーザ光の波長が1.25μm〜1.40μmの範囲で
    あり、かつ上記障壁層の組成波長が室温において1.1
    0μm〜1.20μmであり、かつ上記障壁層の膜厚が
    8から12nm、かつ上記歪量子井戸層の量子井戸数が
    4から6であることを特徴とする半導体レーザ。
  3. 【請求項3】請求項1〜2のいずれかに記載の半導体レ
    ーザにおいて、上記半導体基板がp型InP基板で、か
    つ上記活性層がメサストライプ状に形成され、該メサス
    トライプ状の活性領域の側面がp/n/p型の電流ブロ
    ック層で埋め込まれていることを特徴とする半導体レー
    ザ。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レ
    ーザにおいて、上記活性層の幅が0.8μm〜1.4μ
    mであることを特徴とする半導体レーザ。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の半導体レ
    ーザにおいて、上記共振器の長さが170μmから22
    0μm、前端面の反射率をRf、後端面の反射率をRr
    とした時に、Rfが65%≦Rf≦75%、Rrが90
    %≦Rr≦98%であるであることを特徴とする半導体
    レーザ。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の半導体レ
    ーザにおいて、上記半導体基板上にメサストライプ状の
    活性領域が複数個形成されたアレイ構造になっているこ
    とを特徴とする半導体レーザ。
JP3557294A 1994-03-07 1994-03-07 半導体レーザ Pending JPH07245448A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7356061B2 (en) 2003-12-24 2008-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd Multi-beam semiconductor laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7356061B2 (en) 2003-12-24 2008-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd Multi-beam semiconductor laser

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