JPH1168224A - 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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- JPH1168224A JPH1168224A JP22042997A JP22042997A JPH1168224A JP H1168224 A JPH1168224 A JP H1168224A JP 22042997 A JP22042997 A JP 22042997A JP 22042997 A JP22042997 A JP 22042997A JP H1168224 A JPH1168224 A JP H1168224A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長１．３μｍ帯、波長１．５μｍ帯と大き
な波長差の光を出射する集積型半導体レーザを提供す
る。 【解決手段】 バンドギャップ波長組成の異なる少なく
とも２種類の井戸層を有する多重量子井戸を活性層とす
る半導体レーザにおいて、前記多重量子井戸を構成する
各層のバンドギャップ波長組成及び膜厚が異なる少なく
とも２種類の多重量子井戸活性層を有する半導体レー
ザ。
な波長差の光を出射する集積型半導体レーザを提供す
る。 【解決手段】 バンドギャップ波長組成の異なる少なく
とも２種類の井戸層を有する多重量子井戸を活性層とす
る半導体レーザにおいて、前記多重量子井戸を構成する
各層のバンドギャップ波長組成及び膜厚が異なる少なく
とも２種類の多重量子井戸活性層を有する半導体レー
ザ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムの
光源に使用する半導体レーザ及びその製造方法に関す
る。特に集積型半導体レーザに関する。
光源に使用する半導体レーザ及びその製造方法に関す
る。特に集積型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザを利用した光通信シ
ステムがますます重要になってきている。特に加入者系
光通信システムにおいては、波長１．３μｍ帯を双方向
通信に、波長１．５μｍ帯を分配系に利用する方法が検
討されている。従来、このようなシステムに用いる１．
３μｍ帯半導体レーザと１．５μｍ帯半導体レーザはそ
れぞれ個別に作製されていたため、レーザ作製時や光軸
合わせなどのモジュール作製にかかる工数が多く、低コ
スト化が困難であった。このように複数のレーザを同時
に使用するような場合は、半導体レーザを集積化するこ
とが、レーザ作製時及びモジュール作製時の工数の削減
に重要になってくる。
ステムがますます重要になってきている。特に加入者系
光通信システムにおいては、波長１．３μｍ帯を双方向
通信に、波長１．５μｍ帯を分配系に利用する方法が検
討されている。従来、このようなシステムに用いる１．
３μｍ帯半導体レーザと１．５μｍ帯半導体レーザはそ
れぞれ個別に作製されていたため、レーザ作製時や光軸
合わせなどのモジュール作製にかかる工数が多く、低コ
スト化が困難であった。このように複数のレーザを同時
に使用するような場合は、半導体レーザを集積化するこ
とが、レーザ作製時及びモジュール作製時の工数の削減
に重要になってくる。
【０００３】このような問題に対して、例えば１９８４
年秋、第４５回応用物理学会学術講演会、講演予稿集、
講演番号１２ｐ−Ｒ−１４には、図９に示すような同一
基板上に周期の異なる回折格子３７、回折格子３８、回
折格子３９を形成した発振波長の異なる半導体レーザか
ら成る半導体レーザアレイが提案されている。この半導
体レーザアレイは、同一構造の活性層３４、３５、３６
により構成されている。
年秋、第４５回応用物理学会学術講演会、講演予稿集、
講演番号１２ｐ−Ｒ−１４には、図９に示すような同一
基板上に周期の異なる回折格子３７、回折格子３８、回
折格子３９を形成した発振波長の異なる半導体レーザか
ら成る半導体レーザアレイが提案されている。この半導
体レーザアレイは、同一構造の活性層３４、３５、３６
により構成されている。
【０００４】また、例えば１９９６年春応用物理学会学
術講演会、講演予稿集、講演番号２９ａ−ＺＣ−５に記
載された選択成長を用いることにより、同一基板に利得
ピーク波長の異なる多重量子井戸活性層を成長してい
た。
術講演会、講演予稿集、講演番号２９ａ−ＺＣ−５に記
載された選択成長を用いることにより、同一基板に利得
ピーク波長の異なる多重量子井戸活性層を成長してい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザで
は、単一組成の量子井戸からなる多重量子井戸構造を利
用していたため、波長１．３μｍ帯から波長１．５μｍ
帯までの波長差の大きな光を出射する半導体レーザを実
現することができなかった。そこで本発明では、波長
１．３μｍ帯、波長１．５μｍ帯と大きな波長差の光を
出射する集積型半導体レーザを作製することを目的とす
る。
は、単一組成の量子井戸からなる多重量子井戸構造を利
用していたため、波長１．３μｍ帯から波長１．５μｍ
帯までの波長差の大きな光を出射する半導体レーザを実
現することができなかった。そこで本発明では、波長
１．３μｍ帯、波長１．５μｍ帯と大きな波長差の光を
出射する集積型半導体レーザを作製することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、少なくともバンドギャップ波長組成の異なる少なく
とも２種類の井戸層を有する多重量子井戸構造を活性層
とし、前記多重量子井戸を構成する各層のバンドギャッ
プ波長組成及び膜厚の異なる少なくとも２種類の多重量
子井戸活性層を有することを特徴とする。また上記に記
載した少なくとも２種類の多重量子井戸活性層が、選択
成長を用いて同一基板上に同時に形成されたものである
ことを特徴とする。各多重量子井戸活性層の利得ピーク
波長付近にブラッグ波長を有する回折格子を有すること
を特徴とする。また、上記に記載した少なくとも２種類
の多重量子井戸活性層のうち、第１の多重量子井戸活性
層が１．３μｍ帯に利得ピークを有し、第２の活性層が
１．５μｍ帯に利得ピークを有することを特徴とする。
また、前記に説明した第１の多重量子井戸活性層におい
て、第１の井戸層のバンドギャップ波長組成が１．４０
μｍ 、膜厚が５６Åであり、第２の井戸層の組成は長
が１．５０μｍ、膜厚が２２Åであり、第２の多重量子
井戸活性層において、第１の井戸層のバンドギャップ波
長組成が１．５０μｍ、膜厚が１４５Åであり、第２の
井戸層のバンドギャップ波長組成が１．７０μｍ、膜厚
が５８Åであることが好適である。また、上記の組成の
異なる井戸層を交互に形成することを特徴とする。以上
により形成された各多重量子井戸活性層が並列に配置さ
れて、異なるレーザ射出部を有する、あるいは直列に接
続され、一つのレーザ射出部を有することを特徴とす
る。
は、少なくともバンドギャップ波長組成の異なる少なく
とも２種類の井戸層を有する多重量子井戸構造を活性層
とし、前記多重量子井戸を構成する各層のバンドギャッ
プ波長組成及び膜厚の異なる少なくとも２種類の多重量
子井戸活性層を有することを特徴とする。また上記に記
載した少なくとも２種類の多重量子井戸活性層が、選択
成長を用いて同一基板上に同時に形成されたものである
ことを特徴とする。各多重量子井戸活性層の利得ピーク
波長付近にブラッグ波長を有する回折格子を有すること
を特徴とする。また、上記に記載した少なくとも２種類
の多重量子井戸活性層のうち、第１の多重量子井戸活性
層が１．３μｍ帯に利得ピークを有し、第２の活性層が
１．５μｍ帯に利得ピークを有することを特徴とする。
また、前記に説明した第１の多重量子井戸活性層におい
て、第１の井戸層のバンドギャップ波長組成が１．４０
μｍ 、膜厚が５６Åであり、第２の井戸層の組成は長
が１．５０μｍ、膜厚が２２Åであり、第２の多重量子
井戸活性層において、第１の井戸層のバンドギャップ波
長組成が１．５０μｍ、膜厚が１４５Åであり、第２の
井戸層のバンドギャップ波長組成が１．７０μｍ、膜厚
が５８Åであることが好適である。また、上記の組成の
異なる井戸層を交互に形成することを特徴とする。以上
により形成された各多重量子井戸活性層が並列に配置さ
れて、異なるレーザ射出部を有する、あるいは直列に接
続され、一つのレーザ射出部を有することを特徴とす
る。
【０００７】また本発明は、これらの半導体レーザの製
造方法を提供するものであって、少なくとも、基板上に
幅の異なる少なくとも２対のマスクを所定間隔の空隙を
設けて形成する工程、該各マスク対の空隙領域に選択成
長により多重量子井戸活性層を同時に形成する工程とを
有する製造方法、あるいは、少なくとも、半導体基板上
にストライプ状の空隙を有する１対のマスクを少なくと
も２種類の幅の領域を有するように形成する工程と、該
マスク対の空隙領域に選択成長により多重量子井戸活性
層を形成する工程とを有する製造方法である。
造方法を提供するものであって、少なくとも、基板上に
幅の異なる少なくとも２対のマスクを所定間隔の空隙を
設けて形成する工程、該各マスク対の空隙領域に選択成
長により多重量子井戸活性層を同時に形成する工程とを
有する製造方法、あるいは、少なくとも、半導体基板上
にストライプ状の空隙を有する１対のマスクを少なくと
も２種類の幅の領域を有するように形成する工程と、該
マスク対の空隙領域に選択成長により多重量子井戸活性
層を形成する工程とを有する製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の活性
層を構成する多重量子井戸構造のバンド図である。本発
明ではバンドギャップ波長組成の異なる少なくとも２種
類の井戸層から構成される多重量子井戸構造を少なくと
も２種類用いる。図１では、第１の井戸層のバンドギャ
ップ波長組成は１．４０μｍ〜１．５０μｍ、第２の井
戸層のバンドギャップ波長組成は１．５０μｍ〜１．７
０μｍである。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の活性
層を構成する多重量子井戸構造のバンド図である。本発
明ではバンドギャップ波長組成の異なる少なくとも２種
類の井戸層から構成される多重量子井戸構造を少なくと
も２種類用いる。図１では、第１の井戸層のバンドギャ
ップ波長組成は１．４０μｍ〜１．５０μｍ、第２の井
戸層のバンドギャップ波長組成は１．５０μｍ〜１．７
０μｍである。
【０００９】図１（ａ）に示すように、１．３μｍ帯用
の多重量子井戸構造ではキャリアの大部分が第１の井戸
層１に閉じ込められ基底量子準位間遷移波長が１．３μ
ｍ帯になるよう形成される。一方図１（ｂ）に示すよう
に、１．５５μｍ帯用の多重量子井戸構造ではキャリア
の大部分が第２の井戸層６に閉じ込められ基底量子準位
間遷移波長が１．５５μｍ帯になるよう形成される。上
記の多重量子井戸構造は選択成長を用いて、それぞれの
活性層を成長するマスク幅を調整することにより同一基
板上に同時に形成する。
の多重量子井戸構造ではキャリアの大部分が第１の井戸
層１に閉じ込められ基底量子準位間遷移波長が１．３μ
ｍ帯になるよう形成される。一方図１（ｂ）に示すよう
に、１．５５μｍ帯用の多重量子井戸構造ではキャリア
の大部分が第２の井戸層６に閉じ込められ基底量子準位
間遷移波長が１．５５μｍ帯になるよう形成される。上
記の多重量子井戸構造は選択成長を用いて、それぞれの
活性層を成長するマスク幅を調整することにより同一基
板上に同時に形成する。
【００１０】図２は本発明おける、選択成長条件を説明
するための規格化成長速度のマスク幅依存性を示すグラ
フである。図２の縦軸はマスクが無い場合（マスク幅＝
０）を１としたときの相対比としての成長速度を示して
いる。同図を参照すると、１．３μｍ帯用の多重量子井
戸構造を形成するマスク幅を５μｍ、１．５μｍ帯用の
多重量子井戸構造を形成するマスク幅を３０μｍとした
場合、それぞれのマスク間の幅２μｍの領域に成長する
膜厚の比は２．６倍になる。この時、１．３μｍ帯用の
多重量子井戸構造おいて、第１の井戸層１は膜厚がキャ
リア閉じ込めが最適になる５０〜６０Åで基底量子準位
間遷移波長が１．３μｍ帯になるように設計する。１．
５μｍ帯用の多重量子井戸構造において、第２の井戸層
６は膜厚がキャリア閉じ込めの最適になる５０〜６０Å
で基底量子準位間遷移波長が１．５μｍ帯になるように
設計する。
するための規格化成長速度のマスク幅依存性を示すグラ
フである。図２の縦軸はマスクが無い場合（マスク幅＝
０）を１としたときの相対比としての成長速度を示して
いる。同図を参照すると、１．３μｍ帯用の多重量子井
戸構造を形成するマスク幅を５μｍ、１．５μｍ帯用の
多重量子井戸構造を形成するマスク幅を３０μｍとした
場合、それぞれのマスク間の幅２μｍの領域に成長する
膜厚の比は２．６倍になる。この時、１．３μｍ帯用の
多重量子井戸構造おいて、第１の井戸層１は膜厚がキャ
リア閉じ込めが最適になる５０〜６０Åで基底量子準位
間遷移波長が１．３μｍ帯になるように設計する。１．
５μｍ帯用の多重量子井戸構造において、第２の井戸層
６は膜厚がキャリア閉じ込めの最適になる５０〜６０Å
で基底量子準位間遷移波長が１．５μｍ帯になるように
設計する。
【００１１】このとき１．３μｍ帯用の多重量子井戸構
造の第２の井戸層３では、膜厚は薄く（１９〜２３Å）
なるため、井戸層３での基底量子準位間遷移波長が短波
側に移動し１．３μｍ帯になるが、膜厚が薄いためキャ
リアオーバーフローが生じ利得が低い。すなわち、１．
３μｍ帯用の多重量子井戸構造ではキャリアの大部分が
第１の井戸層１に閉じ込められ利得ピークが１．３１μ
ｍ付近となる。一方、１．５μｍ帯用の多重量子井戸構
造の第１の井戸層４では、膜厚が厚く（１３０〜１５６
Å）なるため基底量子準位間遷移波長は井戸層のバンド
ギャップ波長組成（１．４０〜１．５０μｍ）に近くな
る。すなわち、１．５μｍ帯用の多重量子井戸構造では
キャリアの大部分が基底量子準位間遷移波長のより長波
側の第２の井戸層６に閉じ込められ利得ピークが１．５
５μｍ付近となる。また、上記に説明した１．３μｍ帯
用の多重量子井戸構造、及び１．５μｍ帯の多重量子井
戸構造においてバンドギャップ組成波長の異なる第１の
井戸層、第２の井戸層を交互に形成することにより、
１．３μｍ帯の多重量子井戸構造では第１の井戸層１へ
のキャリア注入効率が増加し、１．５μｍ帯の多重量子
井戸構造では第２の井戸層６へのキャリア注入効率が増
加することにより、利得が増加する。
造の第２の井戸層３では、膜厚は薄く（１９〜２３Å）
なるため、井戸層３での基底量子準位間遷移波長が短波
側に移動し１．３μｍ帯になるが、膜厚が薄いためキャ
リアオーバーフローが生じ利得が低い。すなわち、１．
３μｍ帯用の多重量子井戸構造ではキャリアの大部分が
第１の井戸層１に閉じ込められ利得ピークが１．３１μ
ｍ付近となる。一方、１．５μｍ帯用の多重量子井戸構
造の第１の井戸層４では、膜厚が厚く（１３０〜１５６
Å）なるため基底量子準位間遷移波長は井戸層のバンド
ギャップ波長組成（１．４０〜１．５０μｍ）に近くな
る。すなわち、１．５μｍ帯用の多重量子井戸構造では
キャリアの大部分が基底量子準位間遷移波長のより長波
側の第２の井戸層６に閉じ込められ利得ピークが１．５
５μｍ付近となる。また、上記に説明した１．３μｍ帯
用の多重量子井戸構造、及び１．５μｍ帯の多重量子井
戸構造においてバンドギャップ組成波長の異なる第１の
井戸層、第２の井戸層を交互に形成することにより、
１．３μｍ帯の多重量子井戸構造では第１の井戸層１へ
のキャリア注入効率が増加し、１．５μｍ帯の多重量子
井戸構造では第２の井戸層６へのキャリア注入効率が増
加することにより、利得が増加する。
【００１２】図３は本発明の半導体レーザの一実施形態
を示す一部切り欠き概略斜視図である。同図では便宜
上、１．３μｍ帯用の多重量子井戸構造７と１．５μｍ
帯用の多重量子井戸構造８を並列に形成することによ
り、１．３μｍ帯と１．５μｍ帯の半導体レーザをアレ
イ化した構成を示している。
を示す一部切り欠き概略斜視図である。同図では便宜
上、１．３μｍ帯用の多重量子井戸構造７と１．５μｍ
帯用の多重量子井戸構造８を並列に形成することによ
り、１．３μｍ帯と１．５μｍ帯の半導体レーザをアレ
イ化した構成を示している。
【００１３】図４は、本発明の半導体レーザの他の実施
形態を示す模式的断面図で、同一ストライプより１．３
μｍ帯又は１．５μｍ帯の光を出射する半導体レーザの
構成を示している。同図では共振器長方向の前端面側半
分の領域２４には１．３μｍ帯用の多重量子井戸構造１
８及び波長１．３１μｍに対応した周期の回折格子２２
を形成する。後端面側半分の領域２５には１．５μｍ帯
用の多重量子井戸構造１９及び波長１．５５μｍに対応
した周期の回折格子２３を形成している。また前端面側
半分の領域２４の電極２６と後端面側半分の領域２５の
電極２７はそれぞれ分離する。このとき、レーザ前端面
側半分の領域２４にのみ電流を流した場合は波長１．３
１μｍで発振する。レーザ後端面側半分の領域２５にの
み電流を流した場合は１．５μｍ帯用の多重量子井戸構
造１９と波長１．５５μｍに対応した回折格子２３によ
り１．５５μｍで発振し、波長１．５５μｍの光は前端
面側半分の領域２４にある１．３μｍ帯用の多重量子井
戸構造１８では吸収されず、また波長１．３１μｍに対
応した回折格子２４とも結合しないため半導体レーザ前
端面２０より出射される。すなわち、同一ストライプよ
り、波長１．３１μｍと波長１．５５μｍの大きく波長
差の異なる光を出射することができる。
形態を示す模式的断面図で、同一ストライプより１．３
μｍ帯又は１．５μｍ帯の光を出射する半導体レーザの
構成を示している。同図では共振器長方向の前端面側半
分の領域２４には１．３μｍ帯用の多重量子井戸構造１
８及び波長１．３１μｍに対応した周期の回折格子２２
を形成する。後端面側半分の領域２５には１．５μｍ帯
用の多重量子井戸構造１９及び波長１．５５μｍに対応
した周期の回折格子２３を形成している。また前端面側
半分の領域２４の電極２６と後端面側半分の領域２５の
電極２７はそれぞれ分離する。このとき、レーザ前端面
側半分の領域２４にのみ電流を流した場合は波長１．３
１μｍで発振する。レーザ後端面側半分の領域２５にの
み電流を流した場合は１．５μｍ帯用の多重量子井戸構
造１９と波長１．５５μｍに対応した回折格子２３によ
り１．５５μｍで発振し、波長１．５５μｍの光は前端
面側半分の領域２４にある１．３μｍ帯用の多重量子井
戸構造１８では吸収されず、また波長１．３１μｍに対
応した回折格子２４とも結合しないため半導体レーザ前
端面２０より出射される。すなわち、同一ストライプよ
り、波長１．３１μｍと波長１．５５μｍの大きく波長
差の異なる光を出射することができる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限
定されるものではない。
て詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限
定されるものではない。
【００１５】実施例１ 図３は本発明の第１の実施例の全体図である。並列に異
なる２つの活性層７、活性層８が配置され、それぞれの
活性層は図１（ａ）、（ｂ）に示した１．３μｍ帯用の
多重量子井戸活性層、１．５μｍ帯用の多重量子井戸活
性層から構成されている。また、１．３１μｍにブラッ
グ波長を有する回折格子１６及び１．５５μｍにブラッ
グ波長を有する回折格子１７がそれぞれの多重量子井戸
活性層の下部に形成されている。
なる２つの活性層７、活性層８が配置され、それぞれの
活性層は図１（ａ）、（ｂ）に示した１．３μｍ帯用の
多重量子井戸活性層、１．５μｍ帯用の多重量子井戸活
性層から構成されている。また、１．３１μｍにブラッ
グ波長を有する回折格子１６及び１．５５μｍにブラッ
グ波長を有する回折格子１７がそれぞれの多重量子井戸
活性層の下部に形成されている。
【００１６】図５は本発明の作製方法を説明するための
図である。図５（ａ）に示すように回折格子を形成した
ＩｎＰ基板３１に幅５μｍ、間隔２μｍのマスクパター
ン２９と、幅３０μｍ、間隔２μｍのマスクパターン３
０を各々形成する。幅５μｍのマスクパターンで挟まれ
た領域には発振波長１．３１μｍに対応した周期２０
３．５ｎｍの回折格子を形成し、幅３０μｍのマスクパ
ターンに挟まれる領域には発振波長１．５５μｍに対応
した周期２４３．０ｎｍの回折格子が形成されている。
つまり、マスクパターン２９は１．３μｍ帯用の多重量
子井戸構造を選択成長するためのマスクであり、マスク
パターン３０は１．５５μｍ帯用の多重量子井戸構造を
選択成長するためのマスクである。マスクの材料は特に
限定されず、従来公知の多重量子井戸構造を形成する際
に使用できる、例えばＳｉＯ2膜などが使用できる。
図である。図５（ａ）に示すように回折格子を形成した
ＩｎＰ基板３１に幅５μｍ、間隔２μｍのマスクパター
ン２９と、幅３０μｍ、間隔２μｍのマスクパターン３
０を各々形成する。幅５μｍのマスクパターンで挟まれ
た領域には発振波長１．３１μｍに対応した周期２０
３．５ｎｍの回折格子を形成し、幅３０μｍのマスクパ
ターンに挟まれる領域には発振波長１．５５μｍに対応
した周期２４３．０ｎｍの回折格子が形成されている。
つまり、マスクパターン２９は１．３μｍ帯用の多重量
子井戸構造を選択成長するためのマスクであり、マスク
パターン３０は１．５５μｍ帯用の多重量子井戸構造を
選択成長するためのマスクである。マスクの材料は特に
限定されず、従来公知の多重量子井戸構造を形成する際
に使用できる、例えばＳｉＯ2膜などが使用できる。
【００１７】ここに、マスクが無い平坦部で第１の井戸
層の組成及び膜厚がＩｎ0.62Ｇａ0. 38Ａｓ0.76Ｐ0.24、
５６Å、第２の井戸層の組成及び膜厚がＩｎ0.55Ｇａ
0.45Ａｓ0.90Ｐ0.10、２２Å、障壁層の組成及び膜厚が
Ｉｎ0.77Ｇａ0.27Ａｓ0.45Ｐ0. 55、５０Åとなるような
多重量子井戸構造を成長する。
層の組成及び膜厚がＩｎ0.62Ｇａ0. 38Ａｓ0.76Ｐ0.24、
５６Å、第２の井戸層の組成及び膜厚がＩｎ0.55Ｇａ
0.45Ａｓ0.90Ｐ0.10、２２Å、障壁層の組成及び膜厚が
Ｉｎ0.77Ｇａ0.27Ａｓ0.45Ｐ0. 55、５０Åとなるような
多重量子井戸構造を成長する。
【００１８】図６、図７は、本発明の作製方法における
選択成長条件を説明するためのグラフである。図６は選
択成長でのＩｎＧａＡｓＰ成長のＩｎ組成及びＡｓ組成
のマスク幅依存性を示すグラフである。グラフを参照す
ると選択成長におけるＶ族のＡｓ組成はマスク幅に依存
せず一定であるが、III族のＩｎ組成はマスク幅の増加
に伴い増加する。図７はIII族組成変化量の組成依存性
を示すグラフである。グラフを参照するとマスク幅が広
く、Ｇａ又はＩｎの組成比が０．５に近いほどIII族組
成変化量が増加する。以上の図６、図７のグラフを参照
すると、マスク幅が５μｍ程度と狭い場合は、ほぼマス
クが無い平坦部と同じ組成及び膜厚で成長することがわ
かる。すなわち、幅５μｍのマスクで挟まれた領域には
１．３μｍ帯用の多重量子井戸構造として上記に示した
多重量子井戸構造が成長する。
選択成長条件を説明するためのグラフである。図６は選
択成長でのＩｎＧａＡｓＰ成長のＩｎ組成及びＡｓ組成
のマスク幅依存性を示すグラフである。グラフを参照す
ると選択成長におけるＶ族のＡｓ組成はマスク幅に依存
せず一定であるが、III族のＩｎ組成はマスク幅の増加
に伴い増加する。図７はIII族組成変化量の組成依存性
を示すグラフである。グラフを参照するとマスク幅が広
く、Ｇａ又はＩｎの組成比が０．５に近いほどIII族組
成変化量が増加する。以上の図６、図７のグラフを参照
すると、マスク幅が５μｍ程度と狭い場合は、ほぼマス
クが無い平坦部と同じ組成及び膜厚で成長することがわ
かる。すなわち、幅５μｍのマスクで挟まれた領域には
１．３μｍ帯用の多重量子井戸構造として上記に示した
多重量子井戸構造が成長する。
【００１９】図１（ａ）は１．３μｍ帯用の多重量子井
戸構造である。第１の井戸層１、第２の井戸層３とも基
底量子準位間遷移波長は１．３１μｍとなるが、第２の
井戸層３は膜厚が２２Åと薄くなるため、キャリアの大
部分は第１の井戸層１に閉じ込められ、利得ピークは
１．３μｍ帯になる。
戸構造である。第１の井戸層１、第２の井戸層３とも基
底量子準位間遷移波長は１．３１μｍとなるが、第２の
井戸層３は膜厚が２２Åと薄くなるため、キャリアの大
部分は第１の井戸層１に閉じ込められ、利得ピークは
１．３μｍ帯になる。
【００２０】また、図２、図６、図７を参照すると幅３
０μｍのマスクで挟まれた領域は、Ｇａの組成が高くな
り、膜厚の厚い多重量子井戸構造が形成される。図１
（ｂ）は幅３０μｍのマスクで挟まれた領域に形成され
る多重量子井戸構造を示す。第１の井戸層４の組成及び
膜厚はＩｎ0.70Ｇａ0.30Ａｓ0.76Ｐ0.24、１４５Å、第
２の井戸層６の組成及び膜厚はＩｎ0.66Ｇａ0.46Ａｓ
0.90Ｐ0.10、６８Å、障壁層５の組成はＩｎ0.80Ｇａ
0.20Ａｓ0.45Ｐ0.55となる。このとき、第１の井戸層４
の基底量子準位間遷移波長は、膜厚が厚いために井戸層
４の組成に近い１．５１μｍ、第２の井戸層６の基底量
子準位間遷移波長は１．５５μｍになる、この場合キャ
リアの大部分は基底量子準位間遷移波長のより長波側に
なる第２の井戸層６に閉じ込められ、利得ピークは１．
５５μｍになる。
０μｍのマスクで挟まれた領域は、Ｇａの組成が高くな
り、膜厚の厚い多重量子井戸構造が形成される。図１
（ｂ）は幅３０μｍのマスクで挟まれた領域に形成され
る多重量子井戸構造を示す。第１の井戸層４の組成及び
膜厚はＩｎ0.70Ｇａ0.30Ａｓ0.76Ｐ0.24、１４５Å、第
２の井戸層６の組成及び膜厚はＩｎ0.66Ｇａ0.46Ａｓ
0.90Ｐ0.10、６８Å、障壁層５の組成はＩｎ0.80Ｇａ
0.20Ａｓ0.45Ｐ0.55となる。このとき、第１の井戸層４
の基底量子準位間遷移波長は、膜厚が厚いために井戸層
４の組成に近い１．５１μｍ、第２の井戸層６の基底量
子準位間遷移波長は１．５５μｍになる、この場合キャ
リアの大部分は基底量子準位間遷移波長のより長波側に
なる第２の井戸層６に閉じ込められ、利得ピークは１．
５５μｍになる。
【００２１】図５（ｂ）は、上記のように１．３μｍ帯
用の多重量子井戸構造及び１．５μｍ帯用の多重量子井
戸構造を選択成長により同時に成長した模式的断面図で
ある。それぞれ、幅５μｍのマスク２９で挟まれた領域
には１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層７が、幅３０
μｍのマスク３０で挟まれた領域には１．５μｍ帯用の
多重量子井戸活性層８が形成される。
用の多重量子井戸構造及び１．５μｍ帯用の多重量子井
戸構造を選択成長により同時に成長した模式的断面図で
ある。それぞれ、幅５μｍのマスク２９で挟まれた領域
には１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層７が、幅３０
μｍのマスク３０で挟まれた領域には１．５μｍ帯用の
多重量子井戸活性層８が形成される。
【００２２】次に図５（ｃ）で示すようにマスク２９、
３０をＨＦ溶液を用いて除去した後、ＳｉＯ2膜３２そ
れぞれの多重量子井戸活性層７、８のメサ上にのみ形成
する。次にｎ−ＩｎＰ９、ｐ−ＩｎＰ１０、ｎ−ＩｎＰ
１１から成る電流ブロック層を形成する。次に図５
（ｄ）で示すようにそれぞれの多重量子井戸活性層７、
８のメサ上に形成したＳｉＯ2膜２１をＨＦ溶液を用い
て除去した後、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層１２を形成する。
つぎに活性層上部に電流コンタクト窓を形成したＳｉＯ
2膜１３を形成する。その電流コンタクト窓を覆うよう
に電極１４、１５を形成する。このようにして形成した
半導体レーザアレイはそれぞれ１．３１μｍ、１．５５
μｍの発振波長で発振した。
３０をＨＦ溶液を用いて除去した後、ＳｉＯ2膜３２そ
れぞれの多重量子井戸活性層７、８のメサ上にのみ形成
する。次にｎ−ＩｎＰ９、ｐ−ＩｎＰ１０、ｎ−ＩｎＰ
１１から成る電流ブロック層を形成する。次に図５
（ｄ）で示すようにそれぞれの多重量子井戸活性層７、
８のメサ上に形成したＳｉＯ2膜２１をＨＦ溶液を用い
て除去した後、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層１２を形成する。
つぎに活性層上部に電流コンタクト窓を形成したＳｉＯ
2膜１３を形成する。その電流コンタクト窓を覆うよう
に電極１４、１５を形成する。このようにして形成した
半導体レーザアレイはそれぞれ１．３１μｍ、１．５５
μｍの発振波長で発振した。
【００２３】実施例２ 次に本発明の第２の実施例について図面を参照して説明
する。図４は第２の実施例の全体図である。レーザ活性
層ストライプにおいて、レーザ前端面側半分の領域２４
には活性層１８として実施例１で説明した１．３μｍ帯
用の多重量子井戸活性層を有し、レーザ後端面側半分の
領域２５には活性層１９として実施例１で説明した１．
５μｍ帯用の多重量子井戸活性層を有する。また、領域
２４には１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層の利得ピ
ーク１．３１μｍに対応した周期２０３．５ｎｍの回折
格子２２を有し、領域２５には１．５μｍ帯用の多重量
子井戸活性層の利得ピーク１．５５μｍに対応した周期
２４３．０ｎｍの回折格子２３を有する。それぞれの領
域の電極２６、２７は電気的に分離してある。レーザ前
端面２０は波長１．３μｍ帯に対して無反射コーティン
グを施してあり、また後端面２１は波長１．５μｍ帯に
対して９５％の反射率のコーティングを施している。
する。図４は第２の実施例の全体図である。レーザ活性
層ストライプにおいて、レーザ前端面側半分の領域２４
には活性層１８として実施例１で説明した１．３μｍ帯
用の多重量子井戸活性層を有し、レーザ後端面側半分の
領域２５には活性層１９として実施例１で説明した１．
５μｍ帯用の多重量子井戸活性層を有する。また、領域
２４には１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層の利得ピ
ーク１．３１μｍに対応した周期２０３．５ｎｍの回折
格子２２を有し、領域２５には１．５μｍ帯用の多重量
子井戸活性層の利得ピーク１．５５μｍに対応した周期
２４３．０ｎｍの回折格子２３を有する。それぞれの領
域の電極２６、２７は電気的に分離してある。レーザ前
端面２０は波長１．３μｍ帯に対して無反射コーティン
グを施してあり、また後端面２１は波長１．５μｍ帯に
対して９５％の反射率のコーティングを施している。
【００２４】図８は本素子の活性層の作製方法を説明す
るための図である。まずＩｎＰ基板上に領域２４、領域
２５にはそれぞれ周期２０３．５ｎｍ、周期２４３．０
ｎｍの回折格子を電子ビーム露光を用いて形成する。次
に図８（ａ）に示すように領域２４では間隔２μｍで幅
５μｍであり、それに連続して領域２５では間隔２μｍ
で幅３０μｍになるマスク３３を形成する。また、マス
ク幅は領域の接している点を中心にした３０μｍの領域
で連続に変化する。次にこのマスク付きの基板上に実施
例１と同様に活性層を選択成長を用いて形成する。図８
（ｂ）、（ｃ）はこのマスク付きの基板上に活性層を成
長したときの、それぞれ領域２４のＡ−Ａ’、領域２５
のＢ−Ｂ’での断面図である。図で示すように領域２４
には１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層１８が、領域
２５には１．５μｍ帯用の多重量子井戸活性層１９が形
成される。このように同一ストライプに連続して１．３
μｍ帯用の多重量子井戸活性層１８及び１．５μｍ帯用
の多重量子井戸活性層１９を形成する。次に実施例１で
述べた方法と同様に電流ブロック層及び電極を形成す
る。
るための図である。まずＩｎＰ基板上に領域２４、領域
２５にはそれぞれ周期２０３．５ｎｍ、周期２４３．０
ｎｍの回折格子を電子ビーム露光を用いて形成する。次
に図８（ａ）に示すように領域２４では間隔２μｍで幅
５μｍであり、それに連続して領域２５では間隔２μｍ
で幅３０μｍになるマスク３３を形成する。また、マス
ク幅は領域の接している点を中心にした３０μｍの領域
で連続に変化する。次にこのマスク付きの基板上に実施
例１と同様に活性層を選択成長を用いて形成する。図８
（ｂ）、（ｃ）はこのマスク付きの基板上に活性層を成
長したときの、それぞれ領域２４のＡ−Ａ’、領域２５
のＢ−Ｂ’での断面図である。図で示すように領域２４
には１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層１８が、領域
２５には１．５μｍ帯用の多重量子井戸活性層１９が形
成される。このように同一ストライプに連続して１．３
μｍ帯用の多重量子井戸活性層１８及び１．５μｍ帯用
の多重量子井戸活性層１９を形成する。次に実施例１で
述べた方法と同様に電流ブロック層及び電極を形成す
る。
【００２５】以上により形成した半導体レーザは、レー
ザ前端面側半分の領域２４に電流を流した場合は、波長
１．３１μｍで発振し、レーザ前端面２０から出射され
た。レーザ後端面側半分の領域２５に電流を流した場合
は１．５μｍ帯用の多重量子井戸構造１９及び回折格子
２３により１．５５μｍで発振し、領域２４の１．３μ
ｍ帯用の多重量子井戸構造１８で吸収されることなく、
レーザ前端面２０より出射された。すなわち同一ストラ
イプより波長の大きく異なる光が出射された。
ザ前端面側半分の領域２４に電流を流した場合は、波長
１．３１μｍで発振し、レーザ前端面２０から出射され
た。レーザ後端面側半分の領域２５に電流を流した場合
は１．５μｍ帯用の多重量子井戸構造１９及び回折格子
２３により１．５５μｍで発振し、領域２４の１．３μ
ｍ帯用の多重量子井戸構造１８で吸収されることなく、
レーザ前端面２０より出射された。すなわち同一ストラ
イプより波長の大きく異なる光が出射された。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、異なる波長帯域の半導
体レーザを同一の基板上に同時に形成したことにより、
モジュール作製の工数が削減され、低コスト化が可能で
あり、特に波長１．３μｍ帯から波長１．５μｍ帯まで
の波長差の大きな光を出射する集積型半導体レーザを容
易に提供できるものである。
体レーザを同一の基板上に同時に形成したことにより、
モジュール作製の工数が削減され、低コスト化が可能で
あり、特に波長１．３μｍ帯から波長１．５μｍ帯まで
の波長差の大きな光を出射する集積型半導体レーザを容
易に提供できるものである。
【図１】本発明における１．３μｍ帯用の多重量子井戸
構造のエネルギーバンド図（ａ）及び１．５μｍ帯用の
多重量子井戸構造のエネルギーバンド図（ｂ）である。
構造のエネルギーバンド図（ａ）及び１．５μｍ帯用の
多重量子井戸構造のエネルギーバンド図（ｂ）である。
【図２】マスク幅と堆積膜の成長速度との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図３】本発明の一実施形態を示す一部切り欠き概略斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す模式的断面図であ
る。
る。
【図５】実施例１における製作工程を説明する図面であ
って、（ａ）は平面図、（ｂ）〜（ｄ）は断面図であ
る。
って、（ａ）は平面図、（ｂ）〜（ｄ）は断面図であ
る。
【図６】選択成長でのＩｎＧａＡｓＰ成長のＩｎ組成と
Ａｓ組成のマスク幅依存性を示すグラフである。
Ａｓ組成のマスク幅依存性を示すグラフである。
【図７】III族組成変化量の組成依存性を示すグラフで
ある。
ある。
【図８】実施例２における製作工程を説明する図面であ
って、（ａ）は平面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図であ
る。
って、（ａ）は平面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図であ
る。
【図９】従来の半導体レーザアレイの構成を示す一部切
り欠き概略斜視図である。
り欠き概略斜視図である。
１ 第１の井戸層 ２ 障壁層 ３ 第２の井戸層 ４ 第１の井戸層 ５ 障壁層 ６ 第２の井戸層 ７ １．３μｍ帯用の活性層 ８ １．５μｍ帯用の活性層 ９ ｎ−ＩｎＰ １０ ｐ−ＩｎＰ １１ ｎ−ＩｎＰ １２ ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 １３ ＳｉＯ2膜 １４ 電極 １５ 電極 １６ 回折格子 １７ 回折格子 １８ １．３μｍ帯用の活性層 １９ １．５μｍ帯用の活性層 ２０ 前端面 ２１ 後端面 ２２ 回折格子 ２３ 回折格子 ２４ 前端面半分の領域 ２５ 後端面半分の領域 ２６ 電極 ２７ 電極 ２８ 電極 ２９ マスク ３０ マスク ３１ ＳｉＯ2マスク ３２ ＳｉＯ2マスク ３３ マスク ３４ 活性層 ３５ 活性層 ３６ 活性層 ３７ 回折格子 ３８ 回折格子 ３９ 回折格子
Claims (13)
- 【請求項１】 バンドギャップ波長組成の異なる少なく
とも２種類の井戸層を有する多重量子井戸を活性層とす
る半導体レーザにおいて、前記多重量子井戸を構成する
各層のバンドギャップ波長組成及び膜厚が異なる少なく
とも２種類の多重量子井戸活性層を有する半導体レー
ザ。 - 【請求項２】 前記少なくとも２種類の多重量子井戸活
性層が、選択成長を用いて同一基板上に同時に形成され
たものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体
レーザ。 - 【請求項３】 前記各多重量子井戸活性層の利得ピーク
波長付近に、ブラッグ波長を有する回折格子をそれぞれ
有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記少なくとも２種類の多重量子井戸活
性層のうち、第１の多重量子井戸活性層の利得ピーク波
長が１．３μｍであり、第２の多重量子井戸活性層の利
得ピーク波長が１．５μｍであることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 第１の多重量子井戸活性層において、第
１の井戸層のバンドギャップ波長組成が１．４０μｍ、
膜厚が５６Åであり、第２の井戸層のバンドギャップ波
長組成が１．５０μｍ、膜厚が２２Åであり、第２の多
重量子井戸活性層において、第１の井戸層のバンドギャ
ップ波長組成が１．５０μｍ、膜厚が１４５Åであり、
第２の井戸層のバンドギャップ波長組成が１．７０μ
ｍ、膜厚が５８Åであることを特徴とする請求項４に記
載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記各多重量子井戸活性層が、組成の異
なる井戸層を交互に形成することを特徴とする請求項１
乃至５のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記各多重量子井戸活性層が、並列に配
置されて、異なるレーザ出射部を有することを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記各多重量子井戸活性層が、直列に接
続され、一つのレーザ出射部を有することを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 レーザ出射面の前端面側半分の領域に
１．３μｍ帯用の多重量子井戸活性層を有し、後端面側
半分の領域に１．５μｍ帯用の多重量子井戸活性層を有
することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ。 - 【請求項１０】 請求項７に記載の半導体レーザを製造
する方法であって、少なくとも、基板上に幅の異なる少
なくとも２対のマスクを所定間隔の空隙を設けて形成す
る工程、該各マスク対の空隙領域に選択成長により多重
量子井戸活性層を同時に形成する工程とを有することを
特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１１】 前記少なくとも２対のマスクが、幅５
μｍのマスク対と、幅３０μｍのマスク対であることを
特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザの製造方
法。 - 【請求項１２】 請求項８又は９に記載の半導体レーザ
を製造する方法であって、少なくとも、半導体基板上に
ストライプ状の空隙を有する１対のマスクを少なくとも
２種類の幅の領域を有するように形成する工程と、該マ
スク対の空隙領域に選択成長により多重量子井戸活性層
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体レー
ザの製造方法。 - 【請求項１３】前記マスクが、幅５μｍの領域と、幅３
０μｍの領域とを有すること特徴とする請求項１２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 |
|---|---|---|---|
| JP22042997A JP3189881B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP22042997A JP3189881B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168224A true JPH1168224A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3189881B2 JP3189881B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=16750982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22042997A Expired - Fee Related JP3189881B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3189881B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002344091A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-11-29 | National Taiwan Univ | 半導体光電素子の発光帯域幅の増幅方法 |
| WO2003105297A1 (en) * | 2002-06-10 | 2003-12-18 | Agilent Technologies, Inc. | Quantum dot gain chip |
| WO2016143579A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 古河電気工業株式会社 | 半導体光素子 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101722562B1 (ko) * | 2015-04-14 | 2017-04-03 | 김은영 | 숯불용 화로구이 장치 |
-
1997
- 1997-08-15 JP JP22042997A patent/JP3189881B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002344091A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-11-29 | National Taiwan Univ | 半導体光電素子の発光帯域幅の増幅方法 |
| WO2003105297A1 (en) * | 2002-06-10 | 2003-12-18 | Agilent Technologies, Inc. | Quantum dot gain chip |
| WO2016143579A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 古河電気工業株式会社 | 半導体光素子 |
| US9912122B2 (en) | 2015-03-06 | 2018-03-06 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor optical device |
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|---|---|
| JP3189881B2 (ja) | 2001-07-16 |
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