JPH07263811A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH07263811A JPH07263811A JP6055420A JP5542094A JPH07263811A JP H07263811 A JPH07263811 A JP H07263811A JP 6055420 A JP6055420 A JP 6055420A JP 5542094 A JP5542094 A JP 5542094A JP H07263811 A JPH07263811 A JP H07263811A
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- laser device
- semiconductor laser
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
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- H01S5/168—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising current blocking layers
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
-
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- H01S5/3213—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気的サージに起因する急速劣化の起こらな
い半導体レーザを提供することを目的とする。 【構成】 ｎ−ＧａＡｓ基板３上にＧａＡｓバッファ層
４、ＧａＡｓ基板に格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッ
ド層５、歪量子井戸活性層６、ＧａＡｓ基板に格子整合
したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ光導波
路層８、ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッ
ド層９、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０により形成される
リッジがｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層１１により埋込まれ
ることにより構成され、また、素子ストライプは素子内
部の電流注入領域１及び端面近傍部の電流非注入領域２
から構成されている。 【効果】 本発明により、光通信システムに用いる希土
類添加光ファイバ増幅器励起用光源として十万時間以上
の長時間にわたって安定に動作する半導体レーザを実現
することができる。
い半導体レーザを提供することを目的とする。 【構成】 ｎ−ＧａＡｓ基板３上にＧａＡｓバッファ層
４、ＧａＡｓ基板に格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッ
ド層５、歪量子井戸活性層６、ＧａＡｓ基板に格子整合
したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ光導波
路層８、ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッ
ド層９、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０により形成される
リッジがｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層１１により埋込まれ
ることにより構成され、また、素子ストライプは素子内
部の電流注入領域１及び端面近傍部の電流非注入領域２
から構成されている。 【効果】 本発明により、光通信システムに用いる希土
類添加光ファイバ増幅器励起用光源として十万時間以上
の長時間にわたって安定に動作する半導体レーザを実現
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に係
り、特に、光通信システムにおける希土類添加光ファイ
バ増幅器の励起光源に好適な半導体レーザ装置に関す
る。
り、特に、光通信システムにおける希土類添加光ファイ
バ増幅器の励起光源に好適な半導体レーザ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、希土類添加光ファイバ増幅器励起
用光源としてＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層を有する高
出力０．９８μm帯半導体レーザが盛んに研究されてい
る。たとえば、Ｙ．Ｓ．Ｓｉｎらは０．９８μm帯の半
導体レーザで３０２ｍＷの光出力を得ている。（ＥＬＥ
ＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．２８ １
２３４頁）
用光源としてＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層を有する高
出力０．９８μm帯半導体レーザが盛んに研究されてい
る。たとえば、Ｙ．Ｓ．Ｓｉｎらは０．９８μm帯の半
導体レーザで３０２ｍＷの光出力を得ている。（ＥＬＥ
ＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．２８ １
２３４頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光通信システムに用い
る希土類添加光ファイバ増幅器励起用光源としては十万
時間以上の長時間にわたって安定に動作する半導体レー
ザが要求される。即ち暫時劣化による寿命が十万時間以
上であると共に電気的なサージによって起こる急速劣化
に対しても耐性が要求される。この電気的なサージは突
然前触れもなく起こるため、実際のシステムに適用する
際に致命的な欠陥となる。この電気的なサージによる急
速劣化防ぐためにはＣＯＤ（Catastrophic Optical Dam
age）破壊の起こらない素子を実現すればよい。ところ
が、上述の報告例ではＣＯＤが発生し、サージに対して
耐性がなく電気的サージに起因する急速劣化を防止する
ことができなかった。
る希土類添加光ファイバ増幅器励起用光源としては十万
時間以上の長時間にわたって安定に動作する半導体レー
ザが要求される。即ち暫時劣化による寿命が十万時間以
上であると共に電気的なサージによって起こる急速劣化
に対しても耐性が要求される。この電気的なサージは突
然前触れもなく起こるため、実際のシステムに適用する
際に致命的な欠陥となる。この電気的なサージによる急
速劣化防ぐためにはＣＯＤ（Catastrophic Optical Dam
age）破壊の起こらない素子を実現すればよい。ところ
が、上述の報告例ではＣＯＤが発生し、サージに対して
耐性がなく電気的サージに起因する急速劣化を防止する
ことができなかった。
【０００４】本発明の目的は、希土類添加光ファイバ増
幅器励起用光源として高信頼性を有し、特に電気的サー
ジに起因する急速劣化の起こらない即ちＣＯＤの起こら
ない半導体レーザ装置を提供することにある。
幅器励起用光源として高信頼性を有し、特に電気的サー
ジに起因する急速劣化の起こらない即ちＣＯＤの起こら
ない半導体レーザ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的はＩｎＧａＡｓ
活性層とクラッド層を有する半導体レーザ装置におい
て、ストライプ部分の端面に隣接する領域に電流を注入
しない領域を設けることにより達成される。このとき、
この電流を注入しない領域の長さは１０〜５０μmとす
るとよい。また、上記活性層を構成するＩｎＧａＡｓ層
が１層もしくは２層のときに特に達成される。また、ク
ラッド層を構成する層の少なくとも１層がＩｎＧａＡｓ
ＰもしくはＩｎＧａＰにより構成されている時に達成さ
れる。また、活性層とクラッド層との間に活性層よりも
屈折率が低く且つクラッド層よりも屈折率の高い光ガイ
ド層を設けるとよい。また、上記目的は、基板と反対側
のクラッド層をストライプ領域の外側部分のみ活性層に
達しないようにエッチングすることによりリッジを形成
し、前記リッジ部に再成長によりＩｎＧａＰ層を有する
層を成長させることにより導波路を構成し、上記ＧａＡ
ｓ基板と反対側の半導体クラッド層中にストライプ領域
内のみに少なくとも１層のＩｎＧａＡｓＰもしくはＧａ
Ａｓからなる上記クラッド層よりも屈折率の高い高屈折
率半導体層を有し且つストライプ領域外部では前記高屈
折率半導体層が完全に除去されている構造を有する素子
でその効果が著しい。
活性層とクラッド層を有する半導体レーザ装置におい
て、ストライプ部分の端面に隣接する領域に電流を注入
しない領域を設けることにより達成される。このとき、
この電流を注入しない領域の長さは１０〜５０μmとす
るとよい。また、上記活性層を構成するＩｎＧａＡｓ層
が１層もしくは２層のときに特に達成される。また、ク
ラッド層を構成する層の少なくとも１層がＩｎＧａＡｓ
ＰもしくはＩｎＧａＰにより構成されている時に達成さ
れる。また、活性層とクラッド層との間に活性層よりも
屈折率が低く且つクラッド層よりも屈折率の高い光ガイ
ド層を設けるとよい。また、上記目的は、基板と反対側
のクラッド層をストライプ領域の外側部分のみ活性層に
達しないようにエッチングすることによりリッジを形成
し、前記リッジ部に再成長によりＩｎＧａＰ層を有する
層を成長させることにより導波路を構成し、上記ＧａＡ
ｓ基板と反対側の半導体クラッド層中にストライプ領域
内のみに少なくとも１層のＩｎＧａＡｓＰもしくはＧａ
Ａｓからなる上記クラッド層よりも屈折率の高い高屈折
率半導体層を有し且つストライプ領域外部では前記高屈
折率半導体層が完全に除去されている構造を有する素子
でその効果が著しい。
【０００６】
【作用】以下、本発明の作用について説明する。まず、
電気的なサージによる劣化機構について述べる。電気的
なサージが起こると素子に瞬時に過電流が流れる。この
時、この電流注入により素子は一時的に大きな光出力を
発生する。ところが、従来構造による素子においてこの
現象が発生すると、自身から発生するレーザ光により素
子の端面が溶融するいわゆるＣＯＤ（Catastrophic Opt
ical Damage）破壊が起こり、素子破壊が起こる。この
ようなことを防ぐためにはＣＯＤが起こらない素子を実
現すればよい。本発明はＣＯＤの起こらない素子を実現
することにある。次に、図３及び図４を用いて本発明の
作用について説明する。図３は従来構造について説明し
た図で、（ａ）は素子上面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−
Ａ’断面における温度分布を示している。通常、電流は
ストライプ内全領域にわたって注入される。したがっ
て、ストライプ内部のキャリア分布は内部においてほぼ
一定となる。ところが、ストライプ内部の温度分布は
（ｂ）で示したように素子中央部ではほぼ一定となる
が、素子端面部では温度が上昇する。これは、素子端面
部においてはバンドギャップ内の準位を通して非発光再
結合電流が流れ、発熱するためである。また、発熱によ
りバンドギャップが小さくなるため、レーザ光に対する
吸収係数が上昇し、さらに温度が高くなる。駆動電流を
上げていくとついには結晶の融点にまで達し、結晶が溶
融し、素子が破壊してしまう。図４は本発明による構造
について示した図で、（ａ）は素子上面図、（ｂ）は図
（ａ）のＡ−Ａ’断面における温度分布を示している。
本構造では電流は２０で示した素子内部のストライプ部
分のみに注入され、２１で示した端面領域には注入され
ていない。したがって、ストライプ内部のキャリア分布
は、内部ではほぼ一定となるが、素子端面部においては
電流が注入されないため、キャリア密度が小さくなる。
したがって、上述したような非発光再結合による温度上
昇がない。このため、ストライプ部の温度は（ｂ）で示
したように素子端面においてもほとんど上昇しない。し
たがって、素子端面でのレーザ光の吸収は無く、自己の
光を吸収することによる端面での結晶の溶融による素子
劣化は無くなる。このようにしてＣＯＤの起こらない素
子を実現することができる。
電気的なサージによる劣化機構について述べる。電気的
なサージが起こると素子に瞬時に過電流が流れる。この
時、この電流注入により素子は一時的に大きな光出力を
発生する。ところが、従来構造による素子においてこの
現象が発生すると、自身から発生するレーザ光により素
子の端面が溶融するいわゆるＣＯＤ（Catastrophic Opt
ical Damage）破壊が起こり、素子破壊が起こる。この
ようなことを防ぐためにはＣＯＤが起こらない素子を実
現すればよい。本発明はＣＯＤの起こらない素子を実現
することにある。次に、図３及び図４を用いて本発明の
作用について説明する。図３は従来構造について説明し
た図で、（ａ）は素子上面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−
Ａ’断面における温度分布を示している。通常、電流は
ストライプ内全領域にわたって注入される。したがっ
て、ストライプ内部のキャリア分布は内部においてほぼ
一定となる。ところが、ストライプ内部の温度分布は
（ｂ）で示したように素子中央部ではほぼ一定となる
が、素子端面部では温度が上昇する。これは、素子端面
部においてはバンドギャップ内の準位を通して非発光再
結合電流が流れ、発熱するためである。また、発熱によ
りバンドギャップが小さくなるため、レーザ光に対する
吸収係数が上昇し、さらに温度が高くなる。駆動電流を
上げていくとついには結晶の融点にまで達し、結晶が溶
融し、素子が破壊してしまう。図４は本発明による構造
について示した図で、（ａ）は素子上面図、（ｂ）は図
（ａ）のＡ−Ａ’断面における温度分布を示している。
本構造では電流は２０で示した素子内部のストライプ部
分のみに注入され、２１で示した端面領域には注入され
ていない。したがって、ストライプ内部のキャリア分布
は、内部ではほぼ一定となるが、素子端面部においては
電流が注入されないため、キャリア密度が小さくなる。
したがって、上述したような非発光再結合による温度上
昇がない。このため、ストライプ部の温度は（ｂ）で示
したように素子端面においてもほとんど上昇しない。し
たがって、素子端面でのレーザ光の吸収は無く、自己の
光を吸収することによる端面での結晶の溶融による素子
劣化は無くなる。このようにしてＣＯＤの起こらない素
子を実現することができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜２, ５〜９を
用いて説明する。
用いて説明する。
【０００８】（実施例１）本発明の第１の実施例を図
１、２を用いて説明する。図１は素子の上面を示してい
る。図１で示したようにストライプは素子内部の電流注
入領域１及び端面近傍部の電流非注入領域２から構成さ
れている。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１におけ
るＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面構造を、図２（ｃ）は活性
層の拡大図を示している。端面近傍部の電流非注入領域
では、酸化膜１３により電流が注入されない構造になっ
ている。このときの、電流非注入領域の長さは１０〜５
０μmとする。次に、素子の作製方法について述べる。
ｎ−ＧａＡｓ基板３上にＧａＡｓバッファ層４、ＧａＡ
ｓ基板に格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層５、Ｇ
ａＡｓ障壁層１６及び１８とＩｎ（ｚ）Ｇａ（１−ｚ）
Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層厚７ｎｍ）１
７から構成される歪量子井戸活性層６、ＧａＡｓ基板に
格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７、ｐ−ＧａＡ
ｓ光導波路層８、ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａ
Ｐクラッド層９、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０をＭＯＣ
ＶＤ法、またはガスソースＭＢＥ法により順次形成す
る。次に、酸化膜をマスクにホトエッチング工程によ
り、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなリッジを形成す
る。このときのエッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩＢ
Ｅ、イオンミリング等、方法を問わない。エッチングは
ｐ−ＧａＡｓ光導波路層８を完全に除去し、且つ歪量子
井戸活性層６に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラッド
層７の途中で止まるようにする。このときのリッジ幅は
１〜１５μmとする。次に、エッチングマスクとして用
いた酸化膜を選択成長のマスクとして、図２に示すよう
にｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層１１をＭＯＣＶＤ法により
選択成長する。その後成長炉からウエファを取りだし、
エッチングにより選択成長マスクとして用いた酸化膜を
除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２をＭ
ＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法により形成する。
その後、酸化膜をＣＶＤ法により形成し、ホトエッチン
グ工程により端面近傍の電流非注入領域のみに酸化膜が
存在するようにパターニングする。ｐ側電極１４、ｎ側
電極１５を形成した後、劈開法により共振器長約９００
μmのレーザ素子を得た。この後、素子の前面にλ／４
(λ：発振波長）の厚みのＳｉＯ2による低反射膜を、素
子の後面にＳｉＯ2とａ−Ｓｉからなる４層膜による高
反射膜を形成した。その後、素子を接合面を下にして、
ヒートシンク上にボンディングした。試作した素子はリ
ッジ幅３μmの素子で、しきい値電流約１０ｍＡで室温
連続発振し、その発振波長は約９８０ｎｍであった。ま
た、素子は４００ｍＷまで安定に横単一モード発振し
た。注入電流をさらに増加したところ、素子は７００ｍ
Ｗを最高光出力として熱飽和した。また、３０素子につ
いて環境温度６０℃の条件下で１００ｍＷ定光出力連続
駆動させたところ、突然劣化は起こらず、全ての素子で
１０万時間以上安定に動作した。
１、２を用いて説明する。図１は素子の上面を示してい
る。図１で示したようにストライプは素子内部の電流注
入領域１及び端面近傍部の電流非注入領域２から構成さ
れている。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１におけ
るＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面構造を、図２（ｃ）は活性
層の拡大図を示している。端面近傍部の電流非注入領域
では、酸化膜１３により電流が注入されない構造になっ
ている。このときの、電流非注入領域の長さは１０〜５
０μmとする。次に、素子の作製方法について述べる。
ｎ−ＧａＡｓ基板３上にＧａＡｓバッファ層４、ＧａＡ
ｓ基板に格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層５、Ｇ
ａＡｓ障壁層１６及び１８とＩｎ（ｚ）Ｇａ（１−ｚ）
Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層厚７ｎｍ）１
７から構成される歪量子井戸活性層６、ＧａＡｓ基板に
格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７、ｐ−ＧａＡ
ｓ光導波路層８、ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａ
Ｐクラッド層９、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０をＭＯＣ
ＶＤ法、またはガスソースＭＢＥ法により順次形成す
る。次に、酸化膜をマスクにホトエッチング工程によ
り、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなリッジを形成す
る。このときのエッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩＢ
Ｅ、イオンミリング等、方法を問わない。エッチングは
ｐ−ＧａＡｓ光導波路層８を完全に除去し、且つ歪量子
井戸活性層６に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラッド
層７の途中で止まるようにする。このときのリッジ幅は
１〜１５μmとする。次に、エッチングマスクとして用
いた酸化膜を選択成長のマスクとして、図２に示すよう
にｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層１１をＭＯＣＶＤ法により
選択成長する。その後成長炉からウエファを取りだし、
エッチングにより選択成長マスクとして用いた酸化膜を
除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２をＭ
ＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法により形成する。
その後、酸化膜をＣＶＤ法により形成し、ホトエッチン
グ工程により端面近傍の電流非注入領域のみに酸化膜が
存在するようにパターニングする。ｐ側電極１４、ｎ側
電極１５を形成した後、劈開法により共振器長約９００
μmのレーザ素子を得た。この後、素子の前面にλ／４
(λ：発振波長）の厚みのＳｉＯ2による低反射膜を、素
子の後面にＳｉＯ2とａ−Ｓｉからなる４層膜による高
反射膜を形成した。その後、素子を接合面を下にして、
ヒートシンク上にボンディングした。試作した素子はリ
ッジ幅３μmの素子で、しきい値電流約１０ｍＡで室温
連続発振し、その発振波長は約９８０ｎｍであった。ま
た、素子は４００ｍＷまで安定に横単一モード発振し
た。注入電流をさらに増加したところ、素子は７００ｍ
Ｗを最高光出力として熱飽和した。また、３０素子につ
いて環境温度６０℃の条件下で１００ｍＷ定光出力連続
駆動させたところ、突然劣化は起こらず、全ての素子で
１０万時間以上安定に動作した。
【０００９】（実施例２）本発明の第２の実施例を図５
〜７を用いて説明する。図５は素子の上面を示してい
る。図５で示したようにストライプは素子内部の電流注
入領域２２及び端面近傍部の電流非注入領域２３から構
成されている。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５に
おけるＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面構造を、図６（ｃ）は
活性層の拡大図を示している。端面近傍部の電流非注入
領域では、酸化膜３２により電流が注入されない構造に
なっている。このときの、電流非注入領域の長さは１０
〜５０μmとする。また、図７は図５におけるＣ−Ｃ’
断面構造を示している。次に、素子作製方法について述
べる。ｎ−ＧａＡｓ基板２４上にＧａＡｓバッファ層２
５、ｎ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層（ｘ
＝０．４）２６、Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ ＳＣ
Ｈ（Ｓｅｐａｒａｔｅ ＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔＨｅｔ
ｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層（ｙ＝０．２）３６、４
２、ＧａＡｓ障壁層３７、３９及び４１とＩｎ（ｚ）Ｇ
ａ（１−ｚ）Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層
厚７ｎｍ）３８及び４０から構成される歪量子井戸活性
層２７、ｐ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層
（ｘ＝０．４）２８を、ＭＯＣＶＤ法、またはＣＢＥ
法、またはＭＢＥ法により順次形成する。その後、２光
速干渉露光法により、図７で示したように２次の回折格
子３５を作製する。このとき、回折格子のピッチは約３
００ｎｍとする。次に、ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２９、
ｐ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層３０（ｘ
＝０．４）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１をＭＯＣＶ
Ｄ法、またはＣＢＥ法またはＭＢＥ法により順次形成す
る。次に、酸化膜をマスクにホトエッチング工程によ
り、図６に示すようなリッジを形成する。このときのエ
ッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリン
グ等、方法を問わない。このときのリッジ幅は１〜１５
μmとする。次に、エッチングマスクとして用いた酸化
膜を除去した後に、電流狭窄のための酸化膜３２を形成
する。この時、素子内部の電流注入領域では図６（ａ）
で示したようにストライプ上部には電極コンタクトのた
めの窓を開ける。また、端面近傍の電流非注入領域にお
いては、図６（ｂ）で示したように、酸化膜を素子の全
面に形成する。その後、ｐ側電極３３、ｎ側電極３４を
形成した後、劈開法により共振器長約９００μmのレー
ザ素子を得た。この後、素子の前面にλ／４（λ：発振
波長）の厚みのＡｌ2Ｏ3による低反射膜を、素子の後面
にＳｉＯ2とａ−Ｓｉからなる４層膜による高反射膜を
形成した。その後、素子を接合面を上にして、ヒートシ
ンク上にボンディングした。試作した素子はリッジ幅３
μmの素子で、しきい値電流約１０ｍＡでＤＦＢモード
で室温連続発振し、その発振波長は約９８０ｎｍであっ
た。また、発振波長の温度依存性として０．５Å／Ｋの
特性を得た。また、素子は４００ｍＷまで安定に横単一
モード発振した。注入電流をさらに増加したところ、素
子は７００ｍＷを最高光出力として熱飽和した。また、
３０素子について環境温度６０℃の条件下で１００ｍＷ
定光出力連続駆動させたところ、突然劣化は起こらず、
全ての素子で１０万時間以上安定に動作した。なお、２
光束干渉露光法による２次の回折格子のかわりに、電子
線直接描画法等によるピッチ１５０ｎｍの１次回折格子
を用いてもよい。
〜７を用いて説明する。図５は素子の上面を示してい
る。図５で示したようにストライプは素子内部の電流注
入領域２２及び端面近傍部の電流非注入領域２３から構
成されている。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５に
おけるＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面構造を、図６（ｃ）は
活性層の拡大図を示している。端面近傍部の電流非注入
領域では、酸化膜３２により電流が注入されない構造に
なっている。このときの、電流非注入領域の長さは１０
〜５０μmとする。また、図７は図５におけるＣ−Ｃ’
断面構造を示している。次に、素子作製方法について述
べる。ｎ−ＧａＡｓ基板２４上にＧａＡｓバッファ層２
５、ｎ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層（ｘ
＝０．４）２６、Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ ＳＣ
Ｈ（Ｓｅｐａｒａｔｅ ＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔＨｅｔ
ｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層（ｙ＝０．２）３６、４
２、ＧａＡｓ障壁層３７、３９及び４１とＩｎ（ｚ）Ｇ
ａ（１−ｚ）Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層
厚７ｎｍ）３８及び４０から構成される歪量子井戸活性
層２７、ｐ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層
（ｘ＝０．４）２８を、ＭＯＣＶＤ法、またはＣＢＥ
法、またはＭＢＥ法により順次形成する。その後、２光
速干渉露光法により、図７で示したように２次の回折格
子３５を作製する。このとき、回折格子のピッチは約３
００ｎｍとする。次に、ｐ−ＧａＡｓ光導波路層２９、
ｐ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓクラッド層３０（ｘ
＝０．４）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１をＭＯＣＶ
Ｄ法、またはＣＢＥ法またはＭＢＥ法により順次形成す
る。次に、酸化膜をマスクにホトエッチング工程によ
り、図６に示すようなリッジを形成する。このときのエ
ッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イオンミリン
グ等、方法を問わない。このときのリッジ幅は１〜１５
μmとする。次に、エッチングマスクとして用いた酸化
膜を除去した後に、電流狭窄のための酸化膜３２を形成
する。この時、素子内部の電流注入領域では図６（ａ）
で示したようにストライプ上部には電極コンタクトのた
めの窓を開ける。また、端面近傍の電流非注入領域にお
いては、図６（ｂ）で示したように、酸化膜を素子の全
面に形成する。その後、ｐ側電極３３、ｎ側電極３４を
形成した後、劈開法により共振器長約９００μmのレー
ザ素子を得た。この後、素子の前面にλ／４（λ：発振
波長）の厚みのＡｌ2Ｏ3による低反射膜を、素子の後面
にＳｉＯ2とａ−Ｓｉからなる４層膜による高反射膜を
形成した。その後、素子を接合面を上にして、ヒートシ
ンク上にボンディングした。試作した素子はリッジ幅３
μmの素子で、しきい値電流約１０ｍＡでＤＦＢモード
で室温連続発振し、その発振波長は約９８０ｎｍであっ
た。また、発振波長の温度依存性として０．５Å／Ｋの
特性を得た。また、素子は４００ｍＷまで安定に横単一
モード発振した。注入電流をさらに増加したところ、素
子は７００ｍＷを最高光出力として熱飽和した。また、
３０素子について環境温度６０℃の条件下で１００ｍＷ
定光出力連続駆動させたところ、突然劣化は起こらず、
全ての素子で１０万時間以上安定に動作した。なお、２
光束干渉露光法による２次の回折格子のかわりに、電子
線直接描画法等によるピッチ１５０ｎｍの１次回折格子
を用いてもよい。
【００１０】（実施例３）本発明の第３の実施例を図
８、９を用いて説明する。図８は素子の上面を示してい
る。図８で示したようにストライプは素子内部の電流注
入領域４３及び端面近傍部の電流非注入領域４４から構
成されている。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図８に
おけるＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面構造を、図９（ｃ）は
活性層の拡大図を示している。端面近傍部の電流非注入
領域では、ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄低屈折率層５１によ
り電流が注入されない構造になっている。このときの、
電流非注入領域の長さは１０〜５０μmとする。次に、
素子の作製方法について述べる。ｎ−ＧａＡｓ基板４５
上にＧａＡｓバッファ層４６、ＧａＡｓ基板に格子整合
したｎ−Ｉｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−
ｙ）クラッド層（ｘ＝０．７２、ｙ＝０．４３）４７、
ＧａＡｓ基板に格子整合したＩｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）
Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ） ＳＣＨ層（ｘ＝０．８９、ｙ
＝０．７８）５５、５９及びＧａＡｓ障壁層５６、５８
及びＩｎ（ｚ）Ｇａ（１−ｚ）Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝
０．１６、井戸層厚７ｎｍ）５７から構成される歪量子
井戸活性層４８、ＧａＡｓ基板に格子整合したｐ−Ｉｎ
（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）クラッド
層（ｘ＝０．７２、ｙ＝０．４３）４９、ｐ−ＧａＡｓ
キャップ層５０をＭＯＣＶＤ法、またはガスソースＭＢ
Ｅ法により順次形成する。次に、酸化膜をマスクにホト
エッチング工程に寄り、図９に示すようなリッジを形成
する。このときのエッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩ
ＢＥ、イオンミリング等、方法を問わない。このときの
リッジ幅は１〜１５μmとする。次に、エッチングマス
クとして用いた酸化膜を電流非注入領域４４の部分をホ
トエッチング法により除去する。この後、この酸化膜を
選択成長のマスクとして、図９に示すようにｎ−ＩｎＧ
ａＰ電流狭窄低屈折率層５１をＭＯＣＶＤ法により選択
成長する。このとき、電流非注入領域４４の酸化膜を除
去してあるため、電流狭窄層５１は電流非注入領域４４
のリッジ上に成長する。したがって、この部分には電流
が流れない。その後、成長炉からウエファを取りだし、
エッチングにより選択成長マスクとして用いた酸化膜を
除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５２をＭ
ＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法により形成する。
その後、ｐ側電極５３、ｎ側電極５４を形成した後、劈
開法により共振器長約９００μmのレーザ素子を得た。
この後、素子の前面にλ／４（λ：発振波長）の厚みの
ＳｉＯ2による低反射膜を、素子の後面にＳｉＯ2とａ−
Ｓｉからなる４層膜による高反射膜を形成した。その
後、素子を接合面を下にして、ヒートシンク上にボンデ
ィングした。試作した素子はリッジ幅３μmの素子で、
しきい値電流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波
長は約９８０ｎｍであった。また、素子は４００ｍＷま
で安定に横単一モード発振した。注入電流をさらに増加
したところ、素子は７００ｍＷを最高光出力として熱飽
和した。また、３０素子について環境温度６０℃の条件
下で１００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、突然劣
化は起こらず、全ての素子で１０万時間以上安定に動作
した。
８、９を用いて説明する。図８は素子の上面を示してい
る。図８で示したようにストライプは素子内部の電流注
入領域４３及び端面近傍部の電流非注入領域４４から構
成されている。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図８に
おけるＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面構造を、図９（ｃ）は
活性層の拡大図を示している。端面近傍部の電流非注入
領域では、ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄低屈折率層５１によ
り電流が注入されない構造になっている。このときの、
電流非注入領域の長さは１０〜５０μmとする。次に、
素子の作製方法について述べる。ｎ−ＧａＡｓ基板４５
上にＧａＡｓバッファ層４６、ＧａＡｓ基板に格子整合
したｎ−Ｉｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−
ｙ）クラッド層（ｘ＝０．７２、ｙ＝０．４３）４７、
ＧａＡｓ基板に格子整合したＩｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）
Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ） ＳＣＨ層（ｘ＝０．８９、ｙ
＝０．７８）５５、５９及びＧａＡｓ障壁層５６、５８
及びＩｎ（ｚ）Ｇａ（１−ｚ）Ａｓ歪量子井戸層（ｚ＝
０．１６、井戸層厚７ｎｍ）５７から構成される歪量子
井戸活性層４８、ＧａＡｓ基板に格子整合したｐ−Ｉｎ
（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）クラッド
層（ｘ＝０．７２、ｙ＝０．４３）４９、ｐ−ＧａＡｓ
キャップ層５０をＭＯＣＶＤ法、またはガスソースＭＢ
Ｅ法により順次形成する。次に、酸化膜をマスクにホト
エッチング工程に寄り、図９に示すようなリッジを形成
する。このときのエッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩ
ＢＥ、イオンミリング等、方法を問わない。このときの
リッジ幅は１〜１５μmとする。次に、エッチングマス
クとして用いた酸化膜を電流非注入領域４４の部分をホ
トエッチング法により除去する。この後、この酸化膜を
選択成長のマスクとして、図９に示すようにｎ−ＩｎＧ
ａＰ電流狭窄低屈折率層５１をＭＯＣＶＤ法により選択
成長する。このとき、電流非注入領域４４の酸化膜を除
去してあるため、電流狭窄層５１は電流非注入領域４４
のリッジ上に成長する。したがって、この部分には電流
が流れない。その後、成長炉からウエファを取りだし、
エッチングにより選択成長マスクとして用いた酸化膜を
除去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５２をＭ
ＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法により形成する。
その後、ｐ側電極５３、ｎ側電極５４を形成した後、劈
開法により共振器長約９００μmのレーザ素子を得た。
この後、素子の前面にλ／４（λ：発振波長）の厚みの
ＳｉＯ2による低反射膜を、素子の後面にＳｉＯ2とａ−
Ｓｉからなる４層膜による高反射膜を形成した。その
後、素子を接合面を下にして、ヒートシンク上にボンデ
ィングした。試作した素子はリッジ幅３μmの素子で、
しきい値電流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波
長は約９８０ｎｍであった。また、素子は４００ｍＷま
で安定に横単一モード発振した。注入電流をさらに増加
したところ、素子は７００ｍＷを最高光出力として熱飽
和した。また、３０素子について環境温度６０℃の条件
下で１００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、突然劣
化は起こらず、全ての素子で１０万時間以上安定に動作
した。
【００１１】なお、上述した実施例の活性層をＳＣＨ層
の組成を段階的に変化させたＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Ｇｒａ
ｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｕｔｒｅ）活性層
としてもよい。
の組成を段階的に変化させたＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Ｇｒａ
ｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｕｔｒｅ）活性層
としてもよい。
【００１２】
【発明の効果】本発明により、光通信システムに用いる
希土類添加光ファイバ増幅器励起用光源として十万時間
以上の長時間にわたって安定に動作する半導体レーザを
実現することができた。即ち、ＣＯＤの無い素子を実現
したために、暫時劣化による寿命が十万時間以上である
と共に、電気的サージに起因する急速劣化の起こらない
半導体レーザを実現した。
希土類添加光ファイバ増幅器励起用光源として十万時間
以上の長時間にわたって安定に動作する半導体レーザを
実現することができた。即ち、ＣＯＤの無い素子を実現
したために、暫時劣化による寿命が十万時間以上である
と共に、電気的サージに起因する急速劣化の起こらない
半導体レーザを実現した。
【図１】本発明による第１の実施例の上面を示した図。
【図２】（ａ）図１におけるＡ−Ａ’断面を示した図。
（ｂ）図１におけるＢ−Ｂ’断面を示した図。（ｃ）図
２（ａ）及び（ｂ）の活性層部Ｃの拡大図。
（ｂ）図１におけるＢ−Ｂ’断面を示した図。（ｃ）図
２（ａ）及び（ｂ）の活性層部Ｃの拡大図。
【図３】（ａ）従来構造による素子上面図。（ｂ）図３
（ａ）のＡ−Ａ’断面における温度分布を示した図。
（ａ）のＡ−Ａ’断面における温度分布を示した図。
【図４】（ａ）本発明による素子上面図。（ｂ）図４
（ａ）のＡ−Ａ’断面における温度分布を示した図。
（ａ）のＡ−Ａ’断面における温度分布を示した図。
【図５】本発明による第２の実施例の上面を示した図。
【図６】（ａ）図５におけるＡ−Ａ’断面を示した図。
（ｂ）図５におけるＢ−Ｂ’断面を示した図。（ｃ）図
５（ａ）及び（ｂ）の活性層部Ｃの拡大図。
（ｂ）図５におけるＢ−Ｂ’断面を示した図。（ｃ）図
５（ａ）及び（ｂ）の活性層部Ｃの拡大図。
【図７】図５におけるＣ−Ｃ’断面を示した図。
【図８】本発明による第３の実施例の上面を示した図。
【図９】（ａ）図８におけるＡ−Ａ’断面を示した図。
（ｂ）図８におけるＢ−Ｂ’断面を示した図。（ｃ）図
９（ａ）及び（ｂ）の活性層部Ｃの拡大図。
（ｂ）図８におけるＢ−Ｂ’断面を示した図。（ｃ）図
９（ａ）及び（ｂ）の活性層部Ｃの拡大図。
１…ストライプ電流注入領域、２…ストライプ電流非注
入領域、３…ｎ−ＧａＡｓ基板、５…ｎ−ＩｎＧａＰク
ラッド層、６…歪量子井戸活性層、７…ｐ−ＩｎＧａＰ
クラッド層、８…ｐ−ＧａＡｓ光導波路層、９…ｐ−Ｉ
ｎＧａＰクラッド層、１３…酸化膜、１９…ストライ
プ、２０…ストライプ電流注入領域、２１…ストライプ
電流非注入領域、２２…ストライプ電流注入領域、２３
…ストライプ電流非注入領域、２４…ｎ−ＧａＡｓ基
板、２６…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２７…歪量子
井戸活性層、２８…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２９
…ｐ−ＡｌＧａＡｓ光導波路層、３０…ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、３２…酸化膜 ３５ 回折格子、４３…ストライプ電流注入領域、４４
…ストライプ電流非注入領域、４５…ｎ−ＧａＡｓ基
板、４７…ｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、４８…歪量
子井戸活性層、４９…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、
５１…Ｐ−ＩｎＧａＰ電流狭窄低屈折率層。
入領域、３…ｎ−ＧａＡｓ基板、５…ｎ−ＩｎＧａＰク
ラッド層、６…歪量子井戸活性層、７…ｐ−ＩｎＧａＰ
クラッド層、８…ｐ−ＧａＡｓ光導波路層、９…ｐ−Ｉ
ｎＧａＰクラッド層、１３…酸化膜、１９…ストライ
プ、２０…ストライプ電流注入領域、２１…ストライプ
電流非注入領域、２２…ストライプ電流注入領域、２３
…ストライプ電流非注入領域、２４…ｎ−ＧａＡｓ基
板、２６…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２７…歪量子
井戸活性層、２８…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２９
…ｐ−ＡｌＧａＡｓ光導波路層、３０…ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、３２…酸化膜 ３５ 回折格子、４３…ストライプ電流注入領域、４４
…ストライプ電流非注入領域、４５…ｎ−ＧａＡｓ基
板、４７…ｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、４８…歪量
子井戸活性層、４９…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、
５１…Ｐ−ＩｎＧａＰ電流狭窄低屈折率層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊中 隆司 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推進本部内 (72)発明者 篠田 和典 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 (7)
- 【請求項１】ＧａＡｓ基板上に少なくとも１層のＩｎＧ
ａＡｓ層により構成された光を発生する活性層と光を閉
じ込める半導体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と共振器方向に沿ってストライプ
状に他の部分よりも実効屈折率の高い領域を有し、レー
ザ光の波長が０．９μm〜１．１μmの範囲である半導体
レーザ装置において、上記実効屈折率の高い領域の端面
に隣接する部分に電流を注入しない領域を有することを
特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体レーザ装置におい
て、上記ＩｎＧａＡｓ層が２層であることを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項３】請求項１または２のいずれかに記載の半導
体レーザ装置において、前記半導体クラッド層を構成す
る層の少なくとも１層が前記ＧａＡｓ基板に格子整合し
たＩｎＧａＡｓＰもしくはＩｎＧａＰにより構成されて
いることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項４】請求項２または３のいずれかに記載の半導
体レーザ装置において、前記半導体活性層及び前記基板
側または基板と反対側の前記半導体クラッド層との間に
少なくとも１層の前記活性層よりも屈折率が小さく且つ
前記クラッド層よりも屈折率の大きいＧａＡｓ基板に格
子整合したＩｎＧａＡｓＰから構成される半導体層を有
することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項５】請求項２乃至４のいずれかに記載の半導体
レーザ装置において、前記ＧａＡｓ基板と反対側のクラ
ッド層をストライプ領域の外側部分のみ活性層に達しな
いようにエッチングすることによりリッジを形成し、前
記リッジ部に再成長によりＩｎＧａＰ層を有する層を成
長させることにより導波路を構成し、上記ＧａＡｓ基板
と反対側の半導体クラッド層中にストライプ領域内のみ
に少なくとも１層のＩｎＧａＡｓＰもしくはＧａＡｓか
らなる上記クラッド層よりも屈折率の高い高屈折率半導
体層を有し且つストライプ領域外部では前記高屈折率半
導体層が完全に除去されていることを特徴とする半導体
レーザ装置。 - 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体
レーザ装置において、上記ストライプ部分の端面に隣接
する領域に電流を注入しない領域の長さが１０〜５０μ
mであることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項７】請求項１乃至６いずれかに記載の半導体レ
ーザ装置において、上記活性層に沿って伝播する光の電
界の及ぶ範囲内に回折格子が形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6055420A JPH07263811A (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 半導体レーザ装置 |
| EP95104244A EP0674368A3 (en) | 1994-03-25 | 1995-03-22 | Semiconductor laser device. |
| US08/903,881 US5844931A (en) | 1994-03-25 | 1997-07-31 | Semiconductor laser devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6055420A JPH07263811A (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263811A true JPH07263811A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12998092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6055420A Pending JPH07263811A (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5844931A (ja) |
| EP (1) | EP0674368A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07263811A (ja) |
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| JP2014029941A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 |
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| JP2003078205A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
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| KR100856281B1 (ko) * | 2004-11-24 | 2008-09-03 | 삼성전기주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
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