JPH10303494A

JPH10303494A - 半導体光機能素子

Info

Publication number: JPH10303494A
Application number: JP10860697A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ishikawa; 卓哉石川; Akihiko Kasukawa; 秋彦粕川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体光増幅器素子にあっては利得の偏波依
存性が小さく、可視光又は赤外レーザにあっては活性層
からクラッド層への電子のオーバーフローを抑制して温
度特性の良好な半導体光機能素子を提供する。【解決手段】本半導体光増幅器１０は、ＩｎＰ基板上
に作成した素子長６００μm の半導体光増幅器であっ
て、圧縮歪量子井戸の活性層２０と伸張歪量子井戸の活
性層２４との間にクラッド層の導電型とは異なる導電型
のキャリア注入層２２を有する層構造を備える。中央電
極３４と上部電極３２との間でキャリア注入層２２、活
性層２４及び上部クラッド層２８を経由する電流通路を
形成し、また中央電極３４と下部電極３６との間でキャ
リア注入層２２、活性層２０及び下部クラッド層１６を
経由する電流経路を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光増幅器素
子及び半導体レーザなどの半導体光機能素子に関し、更
に詳細には、半導体光増幅器素子にあっては信号利得の
偏波依存性を抑制し、半導体レーザにあっては温度特性
の良好な半導体光機能素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本明細書で言う半導体光機能素子とは、
光検出機能を有する光素子を除く概念であって、主とし
て、半導体光増幅器素子及び半導体レーザ素子を意味す
る。

【０００３】従来の半導体光増幅器素子先ず、従来の半導体光増幅器素子について説明する。光
ファイバを光導波路とする光システム内で信号を忠実に
増幅するためには、光増幅器の光利得又は信号利得の偏
波依存性（又は偏波方向依存性）を抑制することが重要
である。信号利得の偏波依存性とは、特定の偏波方向の
光又は信号、例えばＴＥモードの信号に対する利得の方
が、他の偏波方向の光又は信号、例えばＴＭモードの信
号に対する利得よりも大きいことを言う。光増幅器の利
得を増大する有力な試みとして、半導体光増幅器素子に
量子井戸構造を導入するという試みが提案されている。

【０００４】しかし、障壁層・井戸層の双方とも基板に
格子整合した通常の量子井戸構造では、ＴＥモードに対
する利得の方が、ＴＭモードに対する利得よりも大き
く、利得の偏波依存性が大きいという問題があった。こ
れは、以下の理由に因ると推測される。即ち、正孔を重
い正孔と軽い正孔とに区別して、電子と正孔間の遷移現
象を考察すると、重い正孔が関与する遷移は、ＴＥモー
ドのみに対して入射光強度の３／２の利得を生じさせ、
一方、軽い正孔が関与する遷移はＴＥモードに対して入
射光強度の１／２の利得、ＴＭモードに対して入射光強
度の２の利得を生じさせる。一方、正孔は、その有効質
量の違いによって量子化エネルギーが異なり、正孔の量
子化エネルギーの大きさは、おおよそその有効質量の逆
数に比例するので、重い正孔に対する量子化エネルギー
の方が軽い正孔に対する量子化エネルギーより小さい。
従って、通常の量子井戸構造では、電子と重い正孔間で
生じる遷移現象が生じ易くなり、電子と重い正孔間の遷
移では、上述のように、ＴＥモードに対してのみ利得を
生じるため、通常構造の量子井戸では利得の偏波依存性
が大きくなるのである。

【０００５】そこで、例えば特開平４−２３３７８３号
公報に開示されているように、歪量子井戸構造を用い
て、利得の偏波依存性を解消する方法が試みられてい
る。歪量子井戸構造は、大きな伸張歪の導入された井戸
と大きな圧縮歪の導入された井戸とを組み合わせて配置
するものである。前掲公報に開示の技術によれば、大き
な伸張歪が導入された井戸では、軽い正孔がバンド端不
連続となり、電子−軽い正孔の遷移のみが生じる。一
方、大きな圧縮歪が導入された井戸では、重い正孔がバ
ンド端不連続になり、電子−重い正孔の遷移のみが生じ
る。そこで、圧縮歪量子井戸と伸張歪量子井戸との間で
この遷移のエネルギーを等しくすることによって、ＴＥ
モードに対する利得は、圧縮歪井戸による強度の３／２
利得と伸張歪井戸による強度の１／２利得との和（３／
２＋１／２＝２）に、ＴＭモードに対する利得は、伸張
歪井戸による強度の２利得になり、利得の偏波依存性が
解消されるというものである。

【０００６】従来の半導体レーザ次に、従来の半導体レーザ、特に可視光半導体レーザ及
び赤外半導体レーザについて説明する。大容量光ディス
ク、光計測機器等の各種レーザ応用機器の光学系の調整
を容易にするために、その光源として、６００ｎｍ帯で
発振する可視光半導体レーザを採用しようとする試みが
進展しており、レーザ光のビーム集光性及び視感度性を
向上させるために、より短い波長で発振する可視光レー
ザが望まれている。６００ｎｍ帯可視光レーザはＧａＡ
ｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系の混晶半導体積層構造を形
成したレーザにより実現されており、伸張歪を導入した
ＧａＩｎＰの活性層、或いはＡｌを添加したＡｌＧａＩ
ｎＰ活性層を用いたりしている。更には、活性層として
これらの物質の量子井戸構造を用いるなどして、発振波
長の短波長化が図られている。

【０００７】しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系の可視光半導体
レーザでは、発振波長の短波長化に伴い、活性層からｐ
型クラッド層への電子のオーバーフローによる温度特性
の悪化が問題となっている。電子のオーバーフローを抑
制するためには、活性層とｐクラッド層とのバンドギャ
ップ差を大きくするか、又はｐクラッド層の高濃度ドー
ピングによりクラッド層のバンド端をシフトさせるかの
対策を施すことが有効であると言われている。ところ
で、ＡｌＧａＩｎＰ系では、活性層とｐクラッド層との
バンドギャップ差を大きくするために、クラッド層とし
て用いられるＡｌＧａＩｎＰ混晶中のＡｌ組成比率を増
加させて、クラッド層のバンドギャップを大きくしよう
としても、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐが直接遷
移型半導体と間接遷移型半導体との境界になり、これ以
上にＡｌ組成比率を増加させても実質上は電子の閉じ込
め効果を増大させることができなくなる。従って、発振
波長が短波長化し、活性層のバンドギャップが大きくな
ればなるほど、活性層とクラッド層とのバンドギャップ
差が小さくなって、電子がｐクラッド層にオーバーフロ
ーする現象を無視できなくなる。

【０００８】そこで、電子に対する等価的な障壁の高さ
は、ｐクラッド層のドーパント濃度に依存し、ドーパン
ト濃度が高いほど等価的に電子に対する障壁が高くなる
という原理に基づいて、ｐクラッド層のドーピング濃度
を高くして、ｐクラッド層への電子のオーバーフロー現
象を抑制する試みが行われている。また、ｐクラッド層
のドーピングの高濃度化とは別の技術として、非常に薄
い多層膜を活性層とｐクラッド層の間に挿入し、その多
層膜での電子の干渉効果を利用してｐクラッド層に溢れ
出す電子を反射させ、活性層に効率よく電子を閉じ込め
て、等価的に障壁の高さを高くしようとする、いわゆる
多重量子障壁（ＭＱＢ）構造も試みられている。

【０００９】１３００ｎｍ帯で発振する赤外レーザにつ
いても、同様に、電子のオーバーフロー現象による温度
特性の悪化は、次の理由から問題になっている。即ち、
この波長帯のレーザは光加入者系で用いられるため、実
用化するためには低コストのモジュール化を図ることが
重要であるとの認識から、コスト削減の一つとして、モ
ジュールから温度調整機能を省くことが試みられている
が、温度調整機能を省いたときに、６００ｎｍ帯の可視
光レーザと同様に、活性層からｐ型クラッドへの電子の
オーバーフロー現象が発生し、しきい値電流増加の原因
となっている。そこで、この問題を解決するために種々
の試みがなされていて、その一例として、活性層を２分
割した活性層構造を有するＤＣＣ(Doulble Carrier Con
finement)レーザが提案されている。これは、活性層を
２分割して一層当たりのキャリア密度を小さくし、キャ
リアのオーバーフローを抑制することによって温度特性
を向上しようとするものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の技術により、（１）半導体光増幅器素子にあっては、
利得の偏波依存性を抑制し、（２）可視光レーザ及び赤
外レーザにあっては、電子のオーバーフロー現象を抑制
し、温度特性を向上させようとすると、以下に挙げるよ
うな問題があった。（１）先ず、特開平４−２３３７８３号公報に開示の技
術に基づいて半導体光増幅器素子の利得の偏波依存性を
抑制しようとする際、伸張歪井戸と圧縮歪井戸のそれぞ
れで生じる遷移のエネルギーの大きさを極めて高い精度
で合わせない限り、意図したように利得の偏波依存性を
解消することができない。しかし、遷移のエネルギーの
大きさを高い精度で合わせることは、実際には、技術的
に極めて難しく、実用化に当たって問題となっていた。（２）一方、ＡｌＧａＩｎＰ系の６００ｎｍ帯の可視レ
ーザでは、ＡｌＧａＩｎＰ混晶のｐクラッド層にｐ型ド
ーパントを高濃度にドープしようとしても、技術的に難
しく、せいぜい１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3程度の濃度が上限であ
る。しかし、この程度のドーパント濃度では、障壁の高
さを等価的に高くする作用には限界があって、電子のオ
ーバフロー現象を抑制する効果には乏しかった。また、
多重量子障壁は理論的には非常に大きな効果を奏するこ
とが期待されているものの、実際には設計通りの超薄膜
多層構造を形成することが難しいことなどの製作的な理
由により、理論通りの効果が得られていないのが現状で
ある。即ち、従来技術の範囲では、ＡｌＧａＩｎＰ系の
レーザ構造に特有の電子のオーバーフローという問題が
十分には解決されていなかった。また、１３００ｎｍ帯
のレーザについても、同様に、従来、提案されている方
法では電子のオーバーフロー問題を十分には解決するこ
とが難しかった。例えば、従来技術の一例として挙げた
ＤＣＣレーザにおいては、活性層を２分割したために、
キャリアの濃度が２分割された活性層同士で相互に不均
一となり、注入電流が小さいときは２分割した活性層の
一方は吸収媒質となってしまい、その結果、確かに温度
特性は向上するものの、閾値電流値が著しく大きくな
り、実用には適さないという問題があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、半導体光増幅器
素子にあっては利得の偏波依存性が小さく、可視光又は
赤外レーザにあっては活性層からクラッド層への電子の
オーバーフローを抑制して温度特性の良好な半導体光機
能素子を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、第一導電
型の上部及び下部クラッド層で挟まれた活性層中に第二
導電型のキャリア注入層を介在させて、活性層をそれぞ
れ独立の２個の活性層に分割し、かつ上部クラッド層及
び下部クラッド層のそれぞれにキャリア注入層から独立
にキャリアを注入できる構造の素子を着想し、研究を進
めて本発明を完成するに到った。

【００１３】上記目的を達成するために、本発明に係る
半導体光機能素子は、それぞれが第一導電型の下部クラ
ッド層及び上部クラッド層と、下部クラッド層と上部ク
ラッド層との間に挟まれ、クラッド層よりも禁制帯幅の
小さい活性層と、活性層中に中間層として介在する第二
導電型の膜厚の薄いキャリア注入層とを備え、活性層
が、キャリア注入層と下部クラッド層とに挟まれた下側
活性層と、キャリア注入層と上部クラッド層とに挟まれ
た上側活性層とにそれぞれキャリア注入層により分割さ
れ、キャリア注入層と上部クラッド層との間、及びキャ
リア注入層と下部クラッド層との間にそれぞれ電流経路
が形成されていることを特徴としている。

【００１４】本発明の半導体光機能素子を半導体光増幅
器素子に適用する実施態様では、下側活性層及び上側活
性層が、それぞれ、伸張歪量子井戸構造及び圧縮歪量子
井戸構造のうちの一方及び他方として構成され、キャリ
ア注入層と上部クラッド層との間の電流経路を流れる電
流及びキャリア注入層と下部クラッドとの間の電流経路
を流れる電流により、各量子井戸を駆動する。

【００１５】図１は、本発明に係る半導体光機能素子の
構成を半導体光増幅器素子に適用した際の層構造とその
機能を説明する模式図である。本発明に係る半導体光増
幅器素子では、図１に示すように、活性層は、中間層と
して存在するキャリア注入層により、上側活性層と下側
活性層との分割され、上側活性層が伸張歪量子井戸構造
として、下側活性層が圧縮歪量子井戸構造としてそれぞ
れ構成され、キャリア注入層と上部クラッド層との間の
電流経路を流れる電流及びキャリア注入層と下部クラッ
ドとの間の電流経路を流れる電流により、各量子井戸を
駆動するようになっている。以上の構成により、上側活
性層では主にＴＭモードに対する利得を実現し、下側活
性層では主にＴＥモードに対する利得を実現する活性層
構造となっている。更に、キャリア注入層と上部クラッ
ドとの間の電流１によりＴＭモード利得の大きさを制御
し、一方、キャリア注入層と下部クラッドとの間の電流
２により、ＴＭモード利得とは独立して、ＴＥモード利
得の大きさを独立に制御できる。従って、利得の偏波依
存性を完全に解消することができる。また、従来の半導
体光増幅器素子とは異なり、２種類の活性層の組成、膜
厚などに多少ばらつきがあったとしても、注入電流の強
度を調節することにより、ばらつきの効果を補償するこ
とができるので、半導体光増幅器の製作の際の品質管理
が容易になり、従って、歩留まりが飛躍的に向上する。

【００１６】本発明の半導体光機能素子を半導体レーザ
として適用する実施態様では、第一導電型がｎ型、第二
導電型がｐ型であって、キャリア注入層の厚さが１００
ｎｍ以下である。

【００１７】図２は、本発明に係る半導体光機能素子を
半導体レーザに適用した際の層構造とその機能を説明す
る模式図である。図２の半導体レーザは、上部クラッド
層及び下部クラッド層の双方ともその導電型はｎ型であ
り、キャリア注入層の導電型はｐ型である。また、キャ
リア注入層で隔てられた活性層の組成は、同じであっ
て、上部クラッド層と下部クラッド層とを電気的に短絡
して、キャリア注入層と上部・下部クラッドとの間の電
流を各々独立に制御することはしない。以上の構成によ
り、ｎ型の上部及び下部クラッドから注入された電子の
うち、大部分は活性層で再結合するが、注入レベルの高
いとき或いは温度の高いときには、前述のようにキャリ
ア注入層にオーバーフローする。しかし、キャリア注入
層は十分に薄いため、オーバーフローした電子は反対側
の活性層へ容易に到達し、その活性層で再結合に寄与す
る。従って、注入電流の無効分が激減し、温度特性の非
常に良好な半導体レーザが実現される。オーバーフロー
した電子がこのように反対側の活性層へ容易に到達する
ためには、キャリア注入層の厚さは１００ｎｍ以下が望
ましい。本発明の構造では、キャリアは、２つの活性層
どちらにも均一に注入され、活性層は初めから本来的に
利得媒質として働くため、ＤＣＣレーザに見られたよう
な閾値電流の増大もなく、しかも温度特性を向上させる
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
例を挙げて、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例１（半導体光増幅器素子の実施例）本実施例は、本発明に係る半導体光機能素子を半導体光
増幅器素子に適用した例であって、図３は本実施例の半
導体光増幅器の断面図である。本実施例の半導体光増幅
器１０（以下、簡単に光増幅器１０と言う）は、ＩｎＰ
基板上に作成した素子長６００μm の半導体光増幅器で
あって、図３に示すように、圧縮歪量子井戸の活性層２
０と伸張歪量子井戸の活性層２４との間にクラッド層の
導電型とは異なる導電型のキャリア注入層２２を有する
層構造を備え、中央電極３４と上部電極３２との間でキ
ャリア注入層２２、活性層２４及び上部クラッド層２８
を経由する電流通路を形成し、また中央電極３４と下部
電極３６との間でキャリア注入層２２、活性層２０及び
下部クラッド層１６を経由する電流経路を形成してい
る。

【００１９】以下に、更に詳しく、光増幅器１０の構造
を説明する。光増幅器１０は、図３に示すように、ｐ型
ＩｎＰ基板１２、ｐ型ＩｎＰ基板１２上にエピタキシャ
ル成長させ、次いでエッチングして中央にストライプ状
に開口したｎ−ＩｎＰ電流阻止層１４、その上に順次エ
ピタキシャル成長させたｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１
６、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層１８、圧縮歪が＋
１．０％で井戸４周期のｉ−ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井
戸（ＭＱＷ）活性層２０、ｎ−ＩｎＰキャリア注入層２
２、伸張歪が−１．２％で井戸３周期のｉ−ＧａＩｎＡ
ｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２４、ｉ−ＧａＩｎ
ＡｓＰ−ＳＣＨ層２６、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２
８、及び、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３０を有す
る。上部のコンタクト層３０、上部クラッド層２８、Ｓ
ＣＨ層２６及び活性層２４は、一部領域のキャリア注入
層２２を露出するようにエッチングされて、更に、コン
タクト層３０及び上部クラッド層２８はエッチングされ
てリッジ形状に形成されている。コンタクト層３０上に
は上部電極３２、露出したキャリア注入層２２上には中
央電極３４及び基板１２の下面には全面に下部電極３６
が設けてある。

【００２０】以下に、本実施例の光増幅器１０を製作す
る方法を簡単に説明する。先ず、基板１２上に、ＭＯＣ
ＶＤ法により電流阻止層１４を成長し、フォトリソグラ
フィ及び化学エッチングにより電流阻止層１４を除去し
て、中央に基板１２をストライプ状に露出させる。続い
て、２回目のＭＯＣＶＤ成長により、基板１２及び電流
阻止層１４上に、順次、下部クラッド層１６、ＳＣＨ層
１８、活性層２０、キャリア注入層２２、活性層２４、
ＳＣＨ層２６、上部クラッド層２８、及びコンタクト層
３０を成長させる。次いで、フォトリソグラフィ及び化
学エッチングによりコンタクト層３０、上部クラッド層
２８、ＳＣＨ層２６及び活性層２４の一部領域をキャリ
ア注入層２２まで除去して、キャリア注入層２２を露出
させる。更に、フォトリソグラフィ及び化学エッチング
をコンタクト層３０及び上部クラッド層２８に施して、
リッジを形成する。次いで、コンタクト層３０上に上部
電極３２、露出したキャリア注入層２２上に中央電極３
４、基板１２裏面に下部電極３６を形成し、更に、長さ
６００μmに劈開し、両端面にＳｉＮの低反射コーティ
ングを施して光増幅器１０を完成する。

【００２１】光増幅器１０の特性を評価するために、上
部電極３２と中央電極３４、中央電極３４と下部電極３
６との間で独立に電流注入し、伸張歪量子井戸構造の上
側活性層２４及び圧縮歪量子井戸構造の下側活性層２０
を独立に駆動する方式で、光増幅器１０の特性を測定し
た。波長１．３１μm では、上部電極側の電流が８５ｍ
Ａ、下部電極側の電流が７０ｍＡの時、利得は、ＴＥモ
ード及びＴＭモードの偏波に対して双方とも１５．３ｄ
Ｂとなり、完全に一致させることができた。また、上部
電極側の電流が１２０ｍＡ、下部電極側の電流が９５ｍ
Ａの時、利得はＴＥモード、ＴＭモード両方の偏波に対
して２１．０ｄＢに利得に一致させることができた。

【００２２】次いで、比較のために、上部電極３２と下
部電極３６を電気的に短絡し、中央電極３４との間に電
流を流して素子の特性を測定したところ、波長１．３１
μmでの利得は、注入電流１５０ｍＡのときはＴＥモー
ドに対して１５．５ｄＢ、ＴＭモードに対して１３．９
ｄＢであり、注入電流２００ｍＡの時はＴＥモードに対
して２０．７ｄＢ、ＴＭモードに対して１７．５ｄＢで
あった。この結果、キャリア注入層により活性層を圧縮
歪量子井戸と伸張歪量子井戸との分離した場合でも、別
個に独立に駆動しない限り、偏波依存性が残っているこ
とが判った。

【００２３】以上の評価試験から、本実施例の半導体光
増幅器素子１０は、光増幅器利得の偏波依存性を完全に
解消することができたと評価できる。

【００２４】実施例２（可視光半導体レーザの実施例）本実施例は、本発明に係る半導体光機能素子を６００ｎ
ｍ帯で発振する可視光半導体レーザに適用した例であっ
て、図４は本実施例の半導体レーザの断面図である。本
実施例の半導体レーザ４０は、ＧａＡｓ基板上に作成し
たＡｌＧａＩｎＰ系の素子長４００μm の半導体レーザ
であって、図３に示すように、活性層５０と活性層５４
との間にクラッド層の導電型とは異なる導電型のキャリ
ア注入層５２を有する層構造を備え、中央電極６４と上
部電極６２との間でキャリア注入層５２、活性層５４及
び上部クラッド層５８を経由する電流通路を形成し、ま
た中央電極６４と下部電極６６との間でキャリア注入層
５２、活性層５０及び下部クラッド層４６を経由する電
流経路を形成している。

【００２５】以下に、更に詳しく、半導体レーザ４０の
構造を説明する。半導体レーザ４０は、図４に示すよう
に、基板上部にストライプ状に基板領域を保持するよう
にしてその両側にｐ−ＧａＡｓ電流阻止層４４を有する
ｎ−ＧａＡｓ基板４２と、基板４２上に、順次、エピタ
キシャル成長により成膜されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下部
クラッド層４６、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰ−ＳＣＨ層４８、
ｉ−ＧａＩｎＰ活性層５０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰキャリ
ア注入層５２、ｉ−ＧａＩｎＰ活性層５４、ｉ−ＡｌＧ
ａＩｎＰ−ＳＣＨ層５６、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層５８及びｎ−ＧａＡｓコンタクト層６０を有す
る。上部のコンタクト層６０、上部クラッド層５８、Ｓ
ＣＨ層５６及び活性層５４は、一部領域のキャリア注入
層５２を露出するようにエッチングされて、更に、コン
タクト層６０及び上部クラッド層５８はエッチングされ
てリッジ形状に形成されている。コンタクト層６０上に
は上部電極６２、露出したキャリア注入層５２上には中
央電極６４及び基板４２の下面には全面に下部電極６６
が設けてある。

【００２６】以下に、半導体レーザ４０の製作方法を簡
単に説明する。先ず、基板４２上にスパッタ法によりＺ
ｎＯ、ＳｉＯ₂を堆積し、堆積したＺｎＯ、ＳｉＯ₂を
フォトリソグラフィ及び化学エッチングにより除去して
基板４２をストライプ状に露出させ、続いて熱処理を施
してＺｎを基板４２内に拡散して電流阻止層４４を形成
する。次いで、ＭＯＣＶＤ成長により、基板４２上に、
順次、下部クラッド層４６、ＳＣＨ層４８、活性層５
０、キャリア注入層５２、活性層５４、ＳＣＨ層５６、
上部クラッド層５８及びコンタクト層６０を成長させ
る。次いで、フォトリソグラフィ及び化学エッチングに
よりコンタクト層６０、上部クラッド層５８、ＳＣＨ層
５６及び活性層５４の一部領域をキャリア注入層５２ま
で除去して、キャリア注入層５２を露出させる。更に、
フォトリソグラフィ及び化学エッチングをコンタクト層
６０及び上部クラッド層５８に施して、リッジを形成す
る。次いで、コンタクト層６０上に上部電極６２、キャ
リア注入層５２上に中央電極６４、基板４２裏面に下部
電極６６を形成し、更に、長さ４００μm に劈開して半
導体レーザ４０を完成する。

【００２７】半導体レーザ４０を評価するために、上部
電極６２と下部電極６６を電気的に短絡し、中央電極６
４との間で電流を流して測定したところ、閾値電流は３
０ｍＡ、発振波長は６５０ｎｍであった。閾値電流の温
度依存性を評価するために、特性温度Ｔ0を求めたとこ
ろ、Ｔ0は２００Ｋとなり、通常構造の１３０Ｋと比較
して、大きな値となり、良好な温度特性を有すると評価
できる。このことから、本発明の素子構造を用いること
により、オーバーフローによる電子の無効成分が減少し
ていることが明らかである。

【００２８】実施例３（赤外半導体レーザの実施例）本実施例は、本発明に係る半導体光機能素子を１３００
ｎｍ帯で発振する赤外半導体レーザに適用した例であっ
て、図５は本実施例の半導体レーザの断面図である。本
実施例の半導体レーザ７０は、ＩｎＰ基板上に作成した
ＩｎＰ系の長さ３００μm の半導体レーザであって、図
５に示すように、双方とも圧縮歪量子井戸である活性層
８０と活性層８４との間にクラッド層の導電型とは異な
る導電型のキャリア注入層８２を有する層構造を備え、
中央電極９４と上部電極９２との間でキャリア注入層８
２、活性層８４及び上部クラッド層８８を経由する電流
通路を形成し、また中央電極９４と下部電極９６との間
でキャリア注入層８２、活性層８０及び下部クラッド層
７６を経由する電流経路を形成している。

【００２９】以下に、更に詳しく、半導体レーザ７０の
構造を説明する。半導体レーザ７０は、図５に示すよう
に、基板上部にストライプ状に基板領域を保持するよう
にして両側にｐ−Ｉｎｐ電流阻止層７４を有するｎ−Ｉ
ｎＰ基板７２と、基板７２上に、順次、ｎ−ＩｎＰ下部
クラッド層７６、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層７８、
圧縮歪が＋１．０％で井戸３周期のｉ−ＧａＩｎＡｓＰ
多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層８０、ｐ−ＩｎＰキャリ
ア注入層８２、圧縮歪が＋１．０％で井戸３周期のｉ−
ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層８４、ｉ
−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層８６、ｎ−ＩｎＰ上部クラ
ッド層８８、及びｎ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層９０を
有する。上部のコンタクト層９０、上部クラッド層８
８、ＳＣＨ層８６及び活性層８４は、一部の領域のキャ
リア注入層８２を露出するようにエッチングされて、更
に、コンタクト層９０及び上部クラッド層８８はエッチ
ングされてリッジ形状に形成されている。コンタクト層
９０上には上部電極９２、露出したキャリア注入層８２
上には中央電極９４及び基板８２の下面には全面に下部
電極９６が設けてある。

【００３０】以下に、半導体レーザ４０の製作方法を簡
単に説明する。先ず、基板７２上にスパッタ法によりＺ
ｎＯ、ＳｉＯ₂を堆積し、堆積したＺｎＯ、ＳｉＯ₂を
フォトリソグラフィ及び化学エッチングにより除去して
基板７２をストライプ状に露出させ、続いて熱処理を施
してＺｎを基板７２内に拡散して電流阻止層７４を形成
する。次いで、ＭＯＣＶＤ成長により、基板７２上に、
順次、下部クラッド層７６、ＳＣＨ層７８、活性層８
０、キャリア注入層８２、活性層８４、ＳＣＨ層８６、
上部クラッド層８８及びコンタクト層９０を成長させ
る。次いで、フォトリソグラフィ及び化学エッチングに
よりコンタクト層９０、上部クラッド層８８、ＳＣＨ層
８６及び活性層８４の一部領域をキャリア注入層８２ま
で除去し、キャリア注入層８２を露出させる。更に、フ
ォトリソグラフィ及び化学エッチングをコンタクト層９
０及び上部クラッド層８８に施して、リッジを形成す
る。次いで、コンタクト層９０上に上部電極９２、キャ
リア注入層８２上に中央電極９４、基板７２裏面に下部
電極９６を形成し、更に、長さ３００μm に劈開して半
導体レーザ７０を完成する。

【００３１】半導体レーザ７０を評価するために、上部
電極９２と下部電極９６を電気的に短絡し、中央電極９
４との間で電流を流して測定したところ、閾値電流は１
５ｍＡ、発振波長は１３１０ｎｍであった。閾値電流の
温度依存性を評価するために、特性温度Ｔ0を求めたと
ころ、Ｔ0は約１８０Ｋとなり、通常構造の１３００ｎ
ｍ帯のレーザでの８０Ｋと比較して大きな値となり、良
好な温度特性を有すると評価できる。このことから、本
発明の素子構造を用いることにより、オーバーフローに
よる電子の無効成分が減少していることが明らかとなっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明の構成によれば、半導体光増幅器
素子にあっては、キャリア注入層と下部クラッド層とに
挟まれた下側活性層と、キャリア注入層と上部クラッド
層とに挟まれた上側活性層とに活性層をキャリア注入層
により分割し、下側活性層及び上側活性層をそれぞれ伸
張歪量子井戸構造及び圧縮歪量子井戸構造のうちの一方
及び他方として構成することにより、利得の偏波依存性
を完全に解消することができる。また、キャリア注入層
と上部クラッド層との間の電流経路を流れる電流及びキ
ャリア注入層と下部クラッドとの間の電流経路を流れる
電流によって、各量子井戸を駆動することにより、２種
類の活性層の組成、膜厚などに多少ばらつきがあったと
しても、注入電流の強度を調節してばらつきの効果を補
償することができるので、素子歩留まりが飛躍的に向上
する。また、ＡｌＧａＩｎＰ系６００ｎｍ帯半導体レー
ザ又はＩｎＰ系１３００ｎｍ帯半導体レーザにあって
は、クラッド層の導電型をｎ型に、キャリア注入層の導
電型をｐ型にし、キャリア注入層の厚さが１００ｎｍ以
下にすることにより、オーバーフローによる注入電子の
無効分の発生を抑制し、温度特性の良好な半導体レーザ
素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体光機能素子を半導体光増幅
器に適用した際の層構造とその機能を説明する模式図で
ある。

【図２】本発明に係る半導体光機能素子を半導体レーザ
に適用した際の層構造とその機能を説明する模式図であ
る。

【図３】実施例１の半導体光増幅器の層構造を示す断面
図である。

【図４】実施例２の半導体レーザの層構造を示す断面図
である。

【図５】実施例３の半導体レーザの層構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１０実施例１の半導体光増幅器１２ｐ型ＩｎＰ基板１４ｎ−ＩｎＰ電流阻止層１６ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１８ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層１８２０圧縮歪＋１．０％井戸４周期のｉ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２２ｎ−ＩｎＰキャリア注入層２４伸張歪−１．２％井戸３周期のｉ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２６ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層２８ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３０ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３２上部電極３４中央電極３６下部電極４０実施例２の半導体レーザ４２ｎ−ＧａＡｓ基板４４ｐ−ＧａＡｓ電流阻止層４６ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層４８ｉ−ＡｌＧａＩｎＰ−ＳＣＨ層５０ｉ−ＧａＩｎＰ活性層５２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰキャリア注入層５４ｉ−ＧａＩｎＰ活性層５６ｉ−ＡｌＧａＩｎＰ−ＳＣＨ層５８ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層６０ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６２上部電極６４中央電極６６下部電極７０実施例３の半導体レーザ７２ｎ−ＩｎＰ基板７４ｐ−Ｉｎｐ電流阻止層７６ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層７８ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層８０圧縮歪＋１．０％井戸３周期のｉ−ＧａｉｎＡｓ
Ｐ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層８２ｐ−ＩｎＰキャリア注入層８４圧縮歪＋１．０％井戸３周期のｉ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層８６ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層８８ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層９０ｎ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層９２上部電極９４中央電極９６下部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが第一導電型の下部クラッド層
及び上部クラッド層と、下部クラッド層と上部クラッド層との間に挟まれ、クラ
ッド層よりも禁制帯幅の小さい活性層と、活性層中に中間層として介在する第二導電型の膜厚の薄
いキャリア注入層とを備え、活性層が、キャリア注入層と下部クラッド層とに挟まれ
た下側活性層と、キャリア注入層と上部クラッド層とに
挟まれた上側活性層とにそれぞれキャリア注入層により
分割され、キャリア注入層と上部クラッド層との間、及びキャリア
注入層と下部クラッド層との間にそれぞれ電流経路が形
成されていることを特徴とする半導体光機能素子。
【請求項２】下側活性層及び上側活性層が、それぞ
れ、伸張歪量子井戸構造及び圧縮歪量子井戸構造のうち
の一方及び他方として構成され、キャリア注入層と上部クラッド層との間の電流経路を流
れる電流及びキャリア注入層と下部クラッドとの間の電
流経路を流れる電流により、各量子井戸を駆動するよう
にしたことを特徴とする請求項１に記載した半導体光機
能素子。
【請求項３】第一導電型がｎ型、第二導電型がｐ型で
あって、キャリア注入層の厚さが１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載した半導体光機
能素子。