JPH11354896A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上に半導体量子井戸層を形成して
いる光半導体装置において、ＴＭモードがＴＥモードと
ほゞ等しいかそれよりも大きな利得係数を有するように
する。 【解決手段】 半導体量子井戸層を構成している井戸層
としての半導体層が半導体基板を構成している半導体と
等しい格子定数を有する半導体を用いて形成され、半導
体量子井戸層を構成しているバリア層としての半導体層
が半導体基板を構成している半導体に比し小さな格子定
数を有する半導体を用いて形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に、
バリア層としての第１の半導体層と井戸層としての第２
の半導体層とが積層されている構造を有する半導体量子
井戸層が、エピタキシャル成長法によって形成されてい
る構造を有する、半導体レ―ザ、半導体光増幅器などの
光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板上に、バリア層として
の第１の半導体層と井戸層としての第２の半導体層とが
積層されている構造を有する半導体量子井戸層が、エピ
タキシャル成長法によって形成されている構造を有し、
そして、半導体量子井戸層を構成しているバリア層とし
ての第１の半導体層が、半導体基板を構成している半導
体と等しい格子定数を有する半導体を用いてエピタキシ
ャル成長法によって形成されていて、半導体基板と格子
整合しているとともに、井戸層としての第２の半導体層
が、半導体基板を構成している半導体と等しい格子定数
を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法によって
形成されていて、半導体基板と格子整合していることに
よって、井戸層としての第２の半導体層についても、ま
たバリア層としての第１の半導体層についても、ともに
面方向の引張り応力を実効的に受けていない、という光
半導体装置（以下、簡単のため、従来の光半導体装置の
第１の実施例と称する）が種々提案されている。

【０００３】また、従来、上述した従来の光半導体装置
の第１の実施例の場合と同様に半導体基板上に、バリア
層としての第１の半導体層と井戸層としての第２の半導
体層とが積層されている構造を有する半導体量子井戸層
が、エピタキシャル成長法によって形成されている構造
を有するが、半導体量子井戸層を構成しているバリア層
としての第１の半導体層が、半導体基板を構成している
半導体と等しい格子定数を有する半導体を用いてエピタ
キシャル成長法によって形成されていて、半導体基板と
格子整合しているが、井戸層としての第２の半導体層
が、半導体基板を構成している半導体に比し小さな格子
定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法によ
って形成されていて、半導体基板と格子整合しているこ
とによって、バリア層としての第１の半導体層について
は、面方向の引張り応力を実効的に受けていないが、井
戸層としての第２の半導体層については、面方向の引張
り応力を実効的に受けている、という光半導体装置（以
下、簡単のため、従来の光半導体装置の第２の実施例と
称する）が試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光半導
体装置の第１の実施例の場合、井戸層としての第２の半
導体層についても、またバリア層としての第１の半導体
層についても、ともに面方向の引張り応力を実効的に受
けていないので、半導体量子井戸層が、ＴＭモ―ド（電
界が膜面と垂直なモ―ド）の利得係数とＴＥモ―ド（電
界が膜面と平行なモ―ド）の利得係数との間にＴＭモ―
ドの利得係数がＴＥモ―ドの利得係数に比し小さい関係
で利得係数差を有する、という利得係数を有している。

【０００５】このため、上述した従来の光半導体装置の
第１の実施例によれば、半導体レ―ザを構成している場
合、その半導体レ―ザが、ＴＭモ―ドで発振することが
望まれても、ＴＥモ―ドでしか発振せず、また、半導体
光増幅器を構成している場合、ＴＭモ―ドの増幅利得が
ＴＥモ―ドの増幅利得とほぼ等しいか、またはＴＥモ―
ドの増幅利得に比し大きい、という増幅利得を呈するこ
とが望まれても、ＴＭモ―ドの増幅利得がＴＥモ―ドの
増幅利得に比し小さい、という増幅利得しか呈しなかっ
た。

【０００６】また、上述した従来の光半導体装置の第２
の実施例の場合、バリア層としての第１の半導体層につ
いては、面方向の引張り応力を実効的に受けていない
が、井戸層としての第２の半導体層については、面方向
の引張り応力を実効的に受けているので、半導体量子井
戸層が、ＴＭモ―ドの利得係数に関し、上述した従来の
光半導体装置の第１の実施例の場合に比し大きな値を有
している、という利得係数を有している。

【０００７】しかしながら、上述した従来の光半導体装
置の第２の実施例の場合、半導体量子井戸層がＴＭモ―
ドの利得係数とＴＥモ―ドの利得係数との間に利得係数
差を有していない、という利得係数を有しているものと
することは、実際上、きわめて困難であったとともに、
ＴＭモ―ドがＴＥモ―ドに比し大きな利得係数を有す
る、という利得係数を有している場合においても、ＴＭ
モ―ドの利得係数がある値以上に大きい、という利得係
数を有しているものとすることも、実際上、きわめて困
難であった。

【０００８】従って、上述した従来の光半導体装置の第
２の実施例の場合、半導体レ―ザを構成している場合、
その半導体レ―ザが、ＴＭモ―ドで発振することが望ま
れても、実際上、ＴＥモ―ドでしか発振しないか、発振
するとしてもきわめて低い強度でしか発振せず、また、
半導体光増幅器を構成している場合、ＴＭモ―ドの増幅
利得がＴＥモ―ドの増幅利得とほぼ等しい、という増幅
利得が望まれても、実際上、それができず、またＴＭモ
―ドの増幅利得がＴＥモ―ドの増幅利得に比し大きい、
という増幅利得を呈することができるとしても、実際
上、ＴＭモ―ドの増幅利得がＴＥモ―ドの増幅利得に比
しある値以上に大きい、という増幅利得を呈しなかっ
た。

【０００９】よって、本発明は、半導体レ―ザを構成し
ている場合、その半導体レ―ザが、上述した従来の光半
導体装置の第１及び第２の実施例の場合と同様にＴＥモ
―ドで発振し、または上述した従来の光半導体装置の第
２の実施例の場合においてＴＭモ―ドで発振する場合に
比し格段的に高い強度で、ＴＭモ―ドで発振し、また半
導体光増幅器を構成している場合、ＴＭモ―ドの増幅利
得がＴＥモ―ドの増幅利得とほぼ等しいか、またはＴＥ
モ―ドの増幅利得に比し上述した従来の光半導体装置の
第２の実施例の場合でとり得るある値以上に大きい、と
いう増幅利得を呈する、新規な光半導体装置を提案せん
とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光半導体装
置は、従来提案されている光半導体装置と同様に、半導
体基板上に、バリア層としての第１の半導体層と井戸層
としての第２の半導体層とが積層されている構造を有す
る半導体量子井戸層が、エピタキシャル成長法によって
形成されている構造を有する。

【００１１】しかしながら、本発明による光半導体装置
は、このような構成を有する光半導体装置において、上
記半導体井戸層を構成している井戸層としての第２の半
導体層が、上記半導体基板を構成している半導体と等し
い格子定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成長
法によって形成されていて、上記半導体基板と格子整合
しているが、上記バリア層としての第１の半導体層が、
上記半導体基板を構成している半導体に比し小さな格子
定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法によ
って形成されていて、上記半導体基板と格子整合してい
ることによって、上記井戸層としての第２の半導体層に
ついては、面方向の引張り応力を実効的に受けていない
が、上記バリア層としての第１の半導体層については、
面方向の引張り応力を実効的に受けている。

【００１２】

【作用・効果】本発明による光半導体装置による場合、
半導体量子井戸層において、その井戸層としての第２の
半導体層については、従来の光半導体装置の第１の実施
例の場合と同様に、面方向の引張り応力を実効的に受け
ていないとしても、バリア層としての第１の半導体層に
ついては、面方向の引張り応力を実効的に受けているの
で、半導体量子井戸層が、上述した従来の光半導体装置
の第２の実施例の場合と同様に、ＴＭモ―ドの利得係数
に関し、上述した従来の光半導体装置の第１の実施例の
場合に比し大きな値を有している。

【００１３】しかしながら、本発明による光半導体装置
の場合、上述した従来の光半導体装置の第２の実施例の
ように井戸層としての第２の半導体層について面方向の
引張り応力を実効的に受けている、という構成をとって
いるのではなく、バリア層としての第１の半導体層につ
いて、面方向の引張り応力を実効的に受けている構成を
とっているので、半導体量子井戸層が、ＴＭモ―ドの利
得係数とＴＥモ―ドの利得係数との間に利得係数差を有
していない、という利得係数を有しているものとするこ
とが、実際上、上述した従来の光半導体装置の第２の実
施例の場合に比し容易であるとともに、ＴＭモ―ドがＴ
Ｅモ―ドに比し大きな利得係数を有する、という利得係
数を有している場合において、ＴＭモ―ドの利得係数が
上述した従来の光半導体装置の第２の実施例の場合にと
り得る値以上に大きい、という利得係数を有しているも
のとすることも、実際上、容易である。

【００１４】このため、本発明による光半導体装置の場
合、半導体レ―ザを構成している場合、その半導体レ―
ザが、上述した従来の光半導体装置の第１及び第２の実
施例の場合と同様に、ＴＥモ―ドで発振し、または上述
した従来の光半導体装置の第２の実施例の場合において
ＴＭモ―ドで発振する場合に比し格段的に高い強度で、
ＴＭモ―ドで発振し、また、半導体光増幅器を構成して
いる場合、ＴＭモ―ドの増幅利得が、ＴＥモ―ドの増幅
利得とほぼ等しいか、またはＴＥモ―ドの増幅利得に比
し上述した従来の光半導体装置の第２の実施例の場合で
とり得るある値以上に大きい、という増幅利得を呈す
る。

【００１５】

【実施例１】次に、図１を伴って、半導体レ―ザを構成
している本発明による光半導体装置の実施例を述べよ
う。

【００１６】図１に示す半導体レ―ザを構成している本
発明による光半導体装置は、見掛上、半導体レ―ザを構
成している従来の光半導体装置の場合と同様の次に述べ
る構成を有する。

【００１７】すなわち、ｎ型を有し且つＩｎＰでなる半
導体基板１上に、活性層としての半導体量子井戸層２
と、ＧａＩｎＡｓＰ系でなるガイド層としての半導体層
３と、ｐ型を有し且つＩｎＰでなる光閉込用クラッド層
としての半導体層４とが、それらの順に積層され、そし
て、その積層体がメサ型に形成され、そのメサの側面上
に接して、ｐ型を有し且つＩｎＰでなる電流阻止用層と
しての半導体層７と、ｎ型を有し且つＩｎＰでなる電流
阻止用層としての半導体層８とが積層されている。

【００１８】また、半導体層４及び８上に連続延長し
て、ｐ型を有し且つＩｎＰでなる光閉込用クラッド層と
しての半導体層５と、ｐ⁺ 型を有し且つＧａＩｎＡｓＰ
系でなる電極付層としての半導体層６とが、それらの順
に積層されている。

【００１９】また、半導体基板１の半導体量子井戸層２
側とは反対側の面上に、電極１０がオ―ミックに付され
ている。

【００２０】また半導体層６上に、窓１２を有する絶縁
層１１が形成され、そして、半導体層６に、窓１２を通
じて電極１３がオ―ミックに付されている。

【００２１】以上が、半導体レ―ザを構成している従来
の光半導体装置の場合と見掛上同様の構成を有する、半
導体レ―ザを構成している本発明による光半導体装置の
実施例の構成であるが、図１に示す、半導体レ―ザを構
成している本発明による光半導体装置の実施例において
は、活性層としての半導体量子井戸層２において、それ
を構成しているバリア層としての第１の半導体層と井戸
層としての第２の半導体層とが、井戸層としての第２の
半導体層が１０枚有するように、交互順次に積層されて
いる構成を有し、そして、井戸層としての第２の半導体
層が、半導体基板１を構成しているＩｎＰの格子定数
５．８７Åと等しい格子定数５．８７Åを有するＧａ_x
Ｉｎ_(1-x) Ａｓ_y Ｐ_(1-y) （ただし、ｘ＝０．４７、ｙ
＝１）を用いて、エピタキシャル成長法によって、５０
Åの厚さに形成されていて、半導体基板１と格子整合し
ているが、バリア層としての第１の半導体層が、半導体
基板１を構成しているＩｎＰの格子定数５．８７Åに比
し小さな格子定数５．７７Åを有するＧａ_x Ｉｎ_(1-x)
Ａｓ_y Ｐ_(1-y) （ただし、ｘ＝０．７２、ｙ＝１）を用
いてエピタキシャル成長法によって、５０Åの厚さに形
成されていて、半導体基板１と格子整合していることに
よって、井戸層としての第２の半導体層については、面
方向の引張り応力を実効的に受けていないが、バリア層
としての第１の半導体層については、面方向の引張り応
力を実効的に受けている。

【００２２】以上が、半導体レ―ザを構成している本発
明による光半導体装置の実施例の構成である。

【００２３】このような構成を有する本発明による光半
導体装置によれば、半導体量子井戸層２において、その
井戸層としての第２の半導体層については、面方向の引
張り応力を実効的に受けていないが、バリア層としての
第１の半導体層については、面方向の引張り応力を実効
的に受けている、ということを除いて半導体レ―ザを構
成している従来の光半導体装置の場合と同様の構成を有
するので、詳細説明は省略するが、半導体レ―ザを構成
している従来の光半導体装置の場合と同様に、活性層と
しての半導体量子井戸層２に、電極１０及び１３を介し
て、レ―ザ発振閾値以上の駆動電流を通じることによっ
て、レ―ザ発振が得られ、そして、それにもとずくレ―
ザ光が相対向する端面（紙面と平行）の一方から外部に
出射する、という半導体レ―ザとしての機能が得られ
る。

【００２４】しかしながら、図１に示す本発明による光
半導体装置の場合、半導体量子井戸層２において、井戸
層としての第２の半導体層については、面方向の引張り
応力を実効的に受けていないが、バリア層としての第１
の半導体層については、面方向の引張り応力を実効的に
受けているので、［作用・効果］の項で述べたように、
ＴＥモ―ドで発振し、またはＴＭモ―ドで発振する。

【００２５】ちなみに、半導体量子井戸層２が、上述し
た具体的数値例を有している場合、室温において、１．
５３μｍの波長でのレ―ザ発振が、１０ｍＷ以上の強度
で、ＴＭモ―ドで得られた。

【００２６】

【実施例２】次に、半導体光増幅器を構成している本発
明による光半導体装置の実施例を述べよう。

【００２７】半導体光増幅器を構成している本発明によ
る光半導体装置の実施例は、図１で上述した半導体レ―
ザを構成している本発明による光半導体装置の実施例の
構成において、その相対向する端面（紙面と平行）中の
一方を光入射端面とし、他方を光出射面とし、そして、
それら光入射端面及び光出射端面上に反射防止膜がそれ
ぞれ形成されていることを除いて、図１で上述した半導
体レ―ザを構成している本発明による光半導体装置の実
施例と同様の構成を有し、且つ見掛上、半導体光増幅器
を構成している従来の光半導体装置と同様の構成を有す
る。

【００２８】このような構成を有する半導体光増幅器を
構成している本発明による光半導体装置の実施例によれ
ば、見掛上、半導体光増幅器を構成している従来の光半
導体装置と同様の構成を有するので、詳細説明は省略す
るが、半導体光増幅器を構成している従来の光半導体装
置の場合と同様に、活性層としての半導体量子井戸層２
に、電極１０及び１３を介して、［実施例１］において
上述したレ―ザ発振閾値未満の駆動電流を通じている状
態で、光入射端面側から反射防止膜を介して、増幅され
るべき光を半導体量子井戸層２に入射させることによっ
て、その半導体量子井戸層２の光出射端面側から、光入
射端面側から入射された光の増幅された光が、反射防止
膜を介して、外部に出射させることができる。

【００２９】しかしながら、半導体光増幅器を構成して
いる本発明による光半導体装置の実施例の場合、活性層
としての半導体量子井戸層２において、［実施例１］の
場合と同様に、井戸層としての第２の半導体層について
は面方向の引張り応力を実効的に受けていないが、バリ
ア層としての第１の半導体層については面方向の引張り
応力を実効的に受けているので、［作用・効果］の項で
述べたように、ＴＭモ―ドの増幅利得が、ＴＥモ―ドの
増幅利得とほぼ等しいか、またはＴＥモ―ドの増幅利得
に比し大きい、という増幅利得を呈する。

【００３０】ちなみに、半導体量子井戸層２が、［実施
例１］で上述した具体的数値例を有し、そして、光入射
端面から入射する光が、１．４９５μｍの波長を有し且
つ−１８．５ｄｂｍの電力を有している場合、図２に示
すように、半導体量子井戸層２に通じる駆動電流が７０
ｍＡであるとき、ＴＭモ―ドの増幅利得とＴＥモ―ドの
増幅利得との間に増幅利得差がほとんどない、という増
幅利得を呈して得られた。

【００３１】なお、上述においては、本発明を、半導体
レ―ザを構成している従来の光半導体装置の１つの例、
及び半導体光増幅器を構成している従来の光半導体装置
の１つの例に適用した場合につき述べたが、半導体レ―
ザを構成している従来の種々の光半導体装置、及び半導
体光増幅器を構成している従来の種々の光半導体装置に
適用することもでき、その他、本発明の精神を脱するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体レ―ザを構成している本発明による光半
導体装置の実施例を示す略線的断面図である。

【図２】半導体光増幅器を構成している本発明による光
半導体装置の実施例の、駆動電流に対するＴＭモ―ド及
びＴＥモ―ドの増幅利得の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 半導体量子井戸層 ３ ガイド層としての半導体層 ４、５ 光閉込用クラッド層として の半導体層 ６ 電極付層としての半導体層 ７、８ 電流阻止用層としての半導 体層 １０ 電極 １１ 絶縁層 １２ 窓 １３ 電極

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 光半導体装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に、
バリア層としての第１の半導体層と井戸層としての第２
の半導体層とが積層されている構造を有する半導体量子
井戸層が、エピタキシャル成長法によって形成されてい
る構造を有する、半導体レーザ、半導体光増幅器などの
光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板上に、バリア層として
の第１の半導体層と井戸層としての第２の半導体層とが
積層されている構造を有する半導体量子井戸層が、エピ
タキシャル成長法によって形成されている構造を有し、
そして、半導体量子井戸層を構成しているバリア層とし
ての第１の半導体層が、半導体基板を構成している半導
体と等しい格子定数を有する半導体を用いてエピタキシ
ャル成長法によって形成されていて、半導体基板と格子
整合しているとともに、井戸層としての第２の半導体層
が、半導体基板を構成している半導体と等しい格子定数
を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法によって
形成されていて、半導体基板と格子整合していることに
よって、井戸層としての第２の半導体層についても、ま
たバリア層としての第１の半導体層についても、ともに
面方向の引張り応力を実効的に受けていない、という光
半導体装置（以下、簡単のため、従来の光半導体装置の
第１の実施例と称する）が種々提案されている。

【０００３】また、従来、上述した従来の光半導体装置
の第１の実施例の場合と同様に半導体基板上に、バリア
層としての第１の半導体層と井戸層としての第２の半導
体層とが積層されている構造を有する半導体量子井戸層
が、エピタキシャル成長法によって形成されている構造
を有するが、半導体量子井戸層を構成しているバリア層
としての第１の半導体層が、半導体基板を構成している
半導体と等しい格子定数を有する半導体を用いてエピタ
キシャル成長法によって形成されていて、半導体基板と
格子整合しているが、井戸層としての第２の半導体層
が、半導体基板を構成している半導体に比し小さな格子
定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法によ
って形成されていて、半導体基板と格子整合しているこ
とによって、バリア層としての第１の半導体層について
は、面方向の引張り応力を実効的に受けていないが、井
戸層としての第２の半導体層については、面方向の引張
り応力を実効的に受けている、という光半導体装置（以
下、簡単のため、従来の光半導体装置の第２の実施例と
称する）が試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光半導
体装置の第１の実施例の場合、井戸層としての第２の半
導体層についても、またバリア層としての第１の半導体
層についても、ともに面方向の引張り応力を実効的に受
けていないので、半導体量子井戸層が、ＴＭモード（電
界が膜面と垂直なモード）の利得係数とＴＥモード（電
界が膜面と平行なモード）の利得係数との間にＴＭモー
ドの利得係数がＴＥモードの利得係数に比し小さい関係
で利得係数差を有する、という利得係数を有している。

【０００５】このため、上述した従来の光半導体装置の
第１の実施例によれば、半導体レーザを構成している場
合、その半導体レーザが、ＴＭモードで発振することが
望まれても、ＴＥモードでしか発振せず、また、半導体
光増幅器を構成している場合、ＴＭモードの増幅利得が
ＴＥモードの増幅利得とほぼ等しいか、またはＴＥモー
ドの増幅利得に比し大きい、という増幅利得を呈するこ
とが望まれても、ＴＭモードの増幅利得がＴＥモードの
増幅利得に比し小さい、という増幅利得しか呈しなかっ
た。

【０００６】また、上述した従来の光半導体装置の第２
の実施例の場合、バリア層としての第１の半導体層につ
いては、面方向の引張り応力を実効的に受けていない
が、井戸層としての第２の半導体層については、面方向
の引張り応力を実効的に受けているので、半導体量子井
戸層が、ＴＭモードの利得係数に関し、上述した従来の
光半導体装置の第１の実施例の場合に比し大きな値を有
している、という利得係数を有している。

【０００７】しかしながら、上述した従来の光半導体装
置の第２の実施例の場合、半導体量子井戸層がＴＭモー
ドの利得係数とＴＥモードの利得係数との間に利得係数
差を有していない、という利得係数を有しているものと
することは、実際上、きわめて困難であったとともに、
ＴＭモードがＴＥモードに比し大きな利得係数を有す
る、という利得係数を有している場合においても、ＴＭ
モードの利得係数がある値以上に大きい、という利得係
数を有しているものとすることも、実際上、きわめて困
難であった。

【０００８】従って、上述した従来の光半導体装置の第
２の実施例の場合、半導体レーザを構成している場合、
その半導体レーザが、ＴＭモードで発振することが望ま
れても、実際上、ＴＥモードでしか発振しないか、発振
するとしてもきわめて低い強度でしか発振できず、ま
た、半導体光増幅器を構成している場合、ＴＭモードの
増幅利得がＴＥモードの増幅利得とほぼ等しい、という
増幅利得が望まれても、実際上、それができず、またＴ
Ｍモードの増幅利得がＴＥモードの増幅利得に比し大き
い、という増幅利得を呈することができるとしても、実
際上、ＴＭモードの増幅利得がＴＥモードの増幅利得に
比しある値以上に大きい、という増幅利得を呈しなかっ
た。

【０００９】よって、本発明は、半導体レーザを構成し
ている場合、その半導体レーザが、上述した従来の光半
導体装置の第１及び第２の実施例の場合と同様にＴＥモ
ードで発振でき、または上述した従来の光半導体装置の
第２の実施例の場合においてＴＭモードで発振する場合
に比し格段的に高い強度で、ＴＭモードで発振でき、ま
た半導体光増幅器を構成している場合、ＴＭモードの増
幅利得がＴＥモードの増幅利得とほぼ等しいか、または
ＴＥモードの増幅利得に比し上述した従来の光半導体装
置の第２の実施例の場合でとり得るある値以上に大き
い、という増幅利得を呈し得る、新規な光半導体装置を
提案せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光半導体装
置は、従来提案されている光半導体装置と同様に、半導
体基板上に、バリア層としての第１の半導体層と井戸層
としての第２の半導体層とが積層されている構造を有す
る半導体量子井戸層が、エピタキシャル成長法によって
形成されている構造を有する。

【００１１】しかしながら、本発明による光半導体装置
は、このような構成を有する光半導体装置において、上
記半導体量子井戸層を構成している井戸層としての第２
の半導体層が、上記半導体基板を構成している半導体と
等しい格子定数を有する半導体を用いてエピタキシャル
成長法によって形成されていて、上記半導体基板と格子
整合しているが、上記バリア層としての第１の半導体層
が、上記半導体基板を構成している半導体に比し小さな
格子定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法
によって形成されていて、上記半導体基板と格子整合し
ていることによって、上記井戸層としての第２の半導体
層については、面方向の引張り応力を実効的に受けてい
ないが、上記バリア層としての第１の半導体層について
は、面方向の引張り応力を実効的に受けており、それに
よって、上記半導体量子井戸層が、ＴＥモードの利得係
数とほぼ等しいかまたはＴＥモードの利得係数よりも大
きなＴＭモードの利得係数を有している。

【００１２】

【作用・効果】本発明による光半導体装置による場合、
半導体量子井戸層において、その井戸層としての第２の
半導体層については、従来の光半導体装置の第１の実施
例の場合と同様に、面方向の引張り応力を実効的に受け
ていないとしても、バリア層としての第１の半導体層に
ついては、面方向の引張り応力を実効的に受けているこ
とによって、半導体量子井戸層が、ＴＥモードの利得係
数とほぼ等しいかまたはＴＥモードの利得係数よりも大
きなＴＭモードの利得係数を有しているので、半導体量
子井戸層が、上述した従来の光半導体装置の第２の実施
例の場合と同様に、ＴＭモードの利得係数に関し、上述
した従来の光半導体装置の第１の実施例の場合に比し大
きな値を有している。

【００１３】しかしながら、本発明による光半導体装置
の場合、上述した従来の光半導体装置の第２の実施例の
ように井戸層としての第２の半導体層について面方向の
引張り応力を実効的に受けている、という構成をとって
いるのではなく、バリア層としての第１の半導体層につ
いて、面方向の引張り応力を実効的に受けている構成を
とっているので、半導体量子井戸層が、ＴＭモードの利
得係数とＴＥモードの利得係数との間に利得係数差を有
していない、という利得係数を有しているものとするこ
とが、実際上、上述した従来の光半導体装置の第２の実
施例の場合に比し容易であるとともに、ＴＭモードがＴ
Ｅモードに比し大きな利得係数を有する、という利得係
数を有している場合において、ＴＭモードの利得係数が
上述した従来の光半導体装置の第２の実施例の場合にと
り得る値以上に大きい、という利得係数を有しているも
のとすることも、実際上、容易であることによって、半
導体量子井戸層が、ＴＥモードの利得係数とほぼ等しい
かまたはＴＥモードの利得係数よりも大きなＴＭモード
の利得係数を有している。

【００１４】このため、本発明による光半導体装置の場
合、半導体レーザを構成している場合、その半導体レー
ザが、上述した従来の光半導体装置の第１及び第２の実
施例の場合と同様に、ＴＥモードで発振でき、または上
述した従来の光半導体装置の第２の実施例の場合におい
てＴＭモードで発振する場合に比し格段的に高い強度
で、ＴＭモードで発振でき、また、半導体光増幅器を構
成している場合、ＴＭモードの増幅利得が、ＴＥモード
の増幅利得とほぼ等しいか、またはＴＥモードの増幅利
得に比し上述した従来の光半導体装置の第２の実施例の
場合でとり得るある値以上に大きい、という増幅利得を
呈し得る。

【００１５】

【実施例１】次に、図１を伴って、半導体レーザを構成
している本発明による光半導体装置の実施例を述べよ
う。

【００１６】図１に示す半導体レーザを構成している本
発明による光半導体装置は、見掛上、半導体レーザを構
成している従来の光半導体装置の場合と同様の次に述べ
る構成を有する。

【００１７】すなわち、ｎ型を有し且つＩｎＰでなる半
導体基板１上に、活性層としての半導体量子井戸層２
と、ＧａＩｎＡｓＰ系でなるガイド層としての半導体層
３と、ｐ型を有し且つＩｎＰでなる光閉込用クラッド層
としての半導体層４とが、それらの順に積層され、そし
て、その積層体がメサ型に形成され、そのメサの側面上
に接して、ｐ型を有し且つＩｎＰでなる電流阻止用層と
しての半導体層７と、ｎ型を有し且つＩｎＰでなる電流
阻止用層としての半導体層８とが積層されている。

【００１８】また、半導体層４及び８上に連続延長し
て、ｐ型を有し且つＩｎＰでなる光閉込用クラッド層と
しての半導体層５と、ｐ⁺ 型を有し且つＧａＩｎＡｓＰ
系でなる電極付層としての半導体層６とが、それらの順
に積層されている。

【００１９】さらに、半導体基板１の半導体量子井戸層
２側とは反対側の面上に、電極１０がオーミックに付さ
れている。

【００２０】また半導体層６上に、窓１２を有する絶縁
層１１が形成され、そして、半導体層６に、窓１２を通
じて電極１３がオーミックに付されている。

【００２１】以上が、半導体レーザを構成している従来
の光半導体装置の場合と見掛上同様の構成を有する、半
導体レーザを構成している本発明による光半導体装置の
実施例の構成であるが、図１に示す、半導体レーザを構
成している本発明による光半導体装置の実施例において
は、活性層としての半導体量子井戸層２において、それ
を構成しているバリア層としての第１の半導体層と井戸
層としての第２の半導体層とが、井戸層としての第２の
半導体層が１０枚有するように、交互順次に積層されて
いる構成を有し、そして、井戸層としての第２の半導体
層が、半導体基板１を構成しているＩｎＰの格子定数
５．８７Ａと等しい格子定数５．８７Ａを有するＧａ_x
Ｉｎ_(1-x) Ａｓ_y Ｐ_(1-y) （ただし、ｘ＝０．４７、ｙ
＝１）を用いて、エピタキシャル成長法によって、５０
Ａの厚さに形成されていて、半導体基板１と格子整合し
ているが、バリア層としての第１の半導体層が、半導体
基板１を構成しているＩｎＰの格子定数５．８７Ａに比
し小さな格子定数５．７７Ａを有するＧａ_x Ｉｎ_(1-x)
Ａｓ_y Ｐ_(1-y) （ただし、ｘ＝０．７２、ｙ＝１）を用
いてエピタキシャル成長法によって、５０Ａの厚さに形
成されていて、半導体基板１と格子整合していることに
よって、井戸層としての第２の半導体層については、面
方向の引張り応力を実効的に受けていないが、バリア層
としての第１の半導体層については、面方向の引張り応
力を実効的に受けており、それによって、半導体量子井
戸層が、ＴＥモードの利得係数とほぼ等しいかまたはＴ
Ｅモードの利得係数よりも大きなＴＭモードの利得係数
を有している

【００２２】以上が、半導体レーザを構成している本発
明による光半導体装置の実施例の構成である。

【００２３】このような構成を有する本発明による光半
導体装置によれば、半導体量子井戸層２において、その
井戸層としての第２の半導体層については、面方向の引
張り応力を実効的に受けていないが、バリア層としての
第１の半導体層については、面方向の引張り応力を実効
的に受けていることによって、半導体量子井戸層が、Ｔ
Ｅモードの利得係数とほぼ等しいかまたはＴＥモードの
利得係数よりも大きなＴＭモードの利得係数を有してい
る、ということを除いて半導体レーザを構成している従
来の光半導体装置の場合と同様の構成を有するので、詳
細説明は省略するが、半導体レーザを構成している従来
の光半導体装置の場合と同様に、活性層としての半導体
量子井戸層２に、電極１０及び１３を介して、レーザ発
振閾値以上の駆動電流を通じることによって、レーザ発
振が得られ、そして、それにもとずくレーザ光が相対向
する端面（紙面と平行）の一方から外部に出射する、と
いう半導体レーザとしての機能が得られる。

【００２４】しかしながら、図１に示す本発明による光
半導体装置の場合、半導体量子井戸層２において、井戸
層としての第２の半導体層については、面方向の引張り
応力を実効的に受けていないが、バリア層としての第１
の半導体層については、面方向の引張り応力を実効的に
受けていることによって、半導体量子井戸層が、ＴＥモ
ードの利得係数とほぼ等しいかまたはＴＥモードの利得
係数よりも大きなＴＭモードの利得係数を有しているの
で、［作用・効果］の項で述べたように、ＴＥモードで
発振し、またはＴＭモードで発振できる。

【００２５】ちなみに、半導体量子井戸層２が、上述し
た具体的数値例を有している場合、室温において、１．
５３μｍの波長でのレーザ発振が、１０ｍＷ以上の強度
で、ＴＭモードで得られた。

【００２６】

【実施例２】次に、半導体光増幅器を構成している本発
明による光半導体装置の実施例を述べよう。

【００２７】半導体光増幅器を構成している本発明によ
る光半導体装置の実施例は、図１で上述した半導体レー
ザを構成している本発明による光半導体装置の実施例の
構成において、その相対向する端面（紙面と平行）中の
一方を光入射端面とし、他方を光出射面とし、そして、
それら光入射端面及び光出射端面上に反射防止膜がそれ
ぞれ形成されていることを除いて、図１で上述した半導
体レーザを構成している本発明による光半導体装置の実
施例と同様の構成を有し、且つ見掛上、半導体光増幅器
を構成している従来の光半導体装置と同様の構成を有す
る。

【００２８】このような構成を有する半導体光増幅器を
構成している本発明による光半導体装置の実施例によれ
ば、見掛上、半導体光増幅器を構成している従来の光半
導体装置と同様の構成を有するので、詳細説明は省略す
るが、半導体光増幅器を構成している従来の光半導体装
置の場合と同様に、活性層としての半導体量子井戸層２
に、電極１０及び１３を介して、［実施例１］において
上述したレーザ発振閾値未満の駆動電流を通じている状
態で、光入射端面側から反射防止膜を介して、増幅され
るべき光を半導体量子井戸層２に入射させることによっ
て、その半導体量子井戸層２の光出射端面側から、光入
射端面側から入射された光の増幅された光が、反射防止
膜を介して、外部に出射させることができる。

【００２９】しかしながら、半導体光増幅器を構成して
いる本発明による光半導体装置の実施例の場合、活性層
としての半導体量子井戸層２において、［実施例１］の
場合と同様に、井戸層としての第２の半導体層について
は面方向の引張り応力を実効的に受けていないが、バリ
ア層としての第１の半導体層については面方向の引張り
応力を実効的に受けていることによって、半導体量子井
戸層が、ＴＥモードの利得係数とほぼ等しいかまたはＴ
Ｅモードの利得係数よりも大きなＴＭモードの利得係数
を有しているので、［作用・効果］の項で述べたよう
に、ＴＭモードの増幅利得が、ＴＥモードの増幅利得と
ほぼ等しいか、またはＴＥモードの増幅利得に比し大き
い、という増幅利得を呈する。

【００３０】ちなみに、半導体量子井戸層２が、［実施
例１］で上述した具体的数値例を有し、そして、光入射
端面から入射する光が、１．４９５μｍの波長を有し且
つ−１８．５ｄｂｍの電力を有している場合、図２に示
すように、半導体量子井戸層２に通じる駆動電流が７０
ｍＡであるとき、ＴＭモードの増幅利得とＴＥモードの
増幅利得との間に増幅利得差がほとんどない、という増
幅利得を呈して得られた。

【００３１】なお、上述においては、本発明を、半導体
レーザを構成している従来の光半導体装置の１つの例、
及び半導体光増幅器を構成している従来の光半導体装置
の１つの例に適用した場合につき述べたが、半導体レー
ザを構成している従来の種々の光半導体装置、及び半導
体光増幅器を構成している従来の種々の光半導体装置に
適用することもでき、その他、本発明の精神を脱するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体レーザを構成している本発明による光半
導体装置の実施例を示す略線的断面図である。

【図２】半導体光増幅器を構成している本発明による光
半導体装置の実施例の、駆動電流に対するＴＭモード及
びＴＥモードの増幅利得の関係を示す図である。

【符号の説明】 １ 半導体基板 ２ 半導体量子井戸層 ３ ガイド層としての半導体層 ４、５ 光閉込用クラッド層としての半導体層 ６ 電極付層としての半導体層 ７、８ 電流阻止用層としての半導体層 １０ 電極 １１ 絶縁層 １２ 窓 １３ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板屋 義夫 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 尾江 邦重 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 曲 克明 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 三上 修 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に、バリア層としての第１の
   半導体層と井戸層としての第２の半導体層とが積層され
   ている構造を有する半導体量子井戸層が、エピタキシャ
   ル成長法によって形成されている構造を有する光半導体
   装置において、 上記半導体井戸層を構成している井戸層としての第２の
   半導体層が、上記半導体基板を構成している半導体と等
   しい格子定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成
   長法によって形成されていて、上記半導体基板と格子整
   合しているが、上記バリア層としての第１の半導体層
   が、上記半導体基板を構成している半導体に比し小さな
   格子定数を有する半導体を用いてエピタキシャル成長法
   によって形成されていて、上記半導体基板と格子整合し
   ていることによって、上記井戸層としての第２の半導体
   層については、面方向の引張り応力を実効的に受けてい
   ないが、上記バリア層としての第１の半導体層について
   は、面方向の引張り応力を実効的に受けていることを特
   徴とする光半導体装置。