JPS6342869B2 - - Google Patents

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JPS6342869B2
JPS6342869B2 JP55111269A JP11126980A JPS6342869B2 JP S6342869 B2 JPS6342869 B2 JP S6342869B2 JP 55111269 A JP55111269 A JP 55111269A JP 11126980 A JP11126980 A JP 11126980A JP S6342869 B2 JPS6342869 B2 JP S6342869B2
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JP
Japan
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active layer
refractive index
layer
guide
convex
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JP55111269A
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JPS5736885A (ja
Inventor
Shinsuke Ueno
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6342869B2 publication Critical patent/JPS6342869B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はストライプ型ダブルヘテロ接合レーザ
素子に関するものである。
Inp/InGaAsp等の長波長半導体レーザは光フ
アイバの伝送損失の低い光源として注目され、そ
の実用化が進められている。実用化に際しては、
広い動作電流にわたつて安定した単一横モード発
振をし、更に緩和振動の抑圧されたすぐれた動特
性を示すレーザ素子が必要となる。これらの要求
を満たすために各種のストライプ構造が提案され
試作されている。
中でも本発明者が提案したPCWレーザ(特願
昭54−4961)は、比較的安定な基本横モード発振
をし、かつ再現性の点でも比類なくすぐれてい
る。PCW構造は、活性層の片側に隣接して活性
層よりも屈折率が低くクラツド層よりも屈折率の
高い屈折率を有するガイド層を設けた層構造を更
にクラツド層ではさんだものである。
核構造では、ガイド層への光のしみ出しの大小
に対応して活性層に沿つて実効的な屈折率差が生
じ光のガイド機構を有するものである。
特にInp/InGaAsP長波長PCWレーザはInP基
板をクラツド層として利用できる為、InP基板に
ストライプ状の溝をほりその上にガイド層、活性
層、クラツド層を順次成長して形成する事ができ
る。しかし該PCWレーザは活性層垂直方向にお
いて活性層に約40%光が閉じこもつているため
に、活性層垂直方向の放射角(θ⊥)は50度〜55
度になり光フアイバとの接合において大きなカツ
プリング損失を有していた。これを改善する為に
活性層をうすくすると光のしみ出しが大きくな
り、活性層内の利得が小さくなり閾値電流の上昇
をきたす。一方逆に活性層を厚くすると、ガイド
層への光のしみ出しが小さくなり、実効的な屈折
率差が小さくなり光のガイド機構が作用しなくな
り安定な基本横モード発振をしなくなるばかりで
なく、活性層垂直方向に一次モード発振をするお
それがある。
本発明の目的は、上記欠点を克服してθ⊥の広
がり角を小さくし、等心円的な光源にしフアイバ
ーとのガツプリング損失を小さくするばかりでな
く閾値電流値の低く、かつ安定な基本横モード発
振をするストライプ型ダブルヘテロ接合レーザ素
子を提供することにある。
本発明のストライプ型ダブルヘテロ接合レーザ
素子は、平坦で一様な活性層の両側を、活性層の
組成よりも屈折率の小さくかつ凸部領域のある2
つのガイド層ではさむ構造とし、各ガイド層の層
厚の厚い凸部領域の少くとも一部が互いに対向
し、該二つのガイド層に隣接して該ガイド層より
も屈折率の小さいクラツド層を設けた構造となつ
ている。
本発明の原理はガイド層へ光がしみ出す事によ
つて活性層に生じる実効的な屈折率を用いたもの
である。活生層に注入されたキヤリアの発光再結
合によつて生じた光はガイド層へしみ出す。
ガイド層は層厚に変化がある為ガイド層凸部へ
しみ出した光の量は凸部以外の部分に対して大き
く、従つて凸部に沿つた活性層に正の実効的な屈
折率差が生じる。本発明の構造は活性層の両側に
ガイド層がある為、両方のガイド層凸部に光はし
み出し活性層には正の実効的な屈折率差が生じ
る。
特に活性層をはさんだ二つのガイド層の凸部が
一致した領域には実効的な屈折率の相乗効果によ
り特に大きな屈折率を有する。
従つて活性層に沿つて生じた正の実効的な屈折
率差の内部に更に屈折率の高い凸部領域をもつ事
になる。(第1図b300、第2図b301)こ
れはモード制御の上できわめて有益である。
すなわち活性領域で発生した光量子は屈折率の
ガイド機構によつてモード制御をうけるが注入キ
ヤリアの増大と共に変化するキヤリア分布の影響
をうけやすくなる。しかし本発明の如く正の実効
的な屈折率差の中に更に屈折率の高い凸部領域が
ある場合には光はこの凸部領域に集光するが、こ
の領域はキヤリア分布に対し狭い為キヤリア分布
の影響はうけず安定な基本横モード発振を維持す
る事ができる。
又、二つのガイド層の凸部の一致した領域では
活性層垂直方向への光のしみ出しが大きく、θ
⊥′の広がり角は小さくなる。これに対し水平横
モードは上記した様に凸部の一致した狭い領域に
集光する為、逆に活性層水平横方向の放射角θ〃
は比較的広くなる。従つてθ⊥′θ〃とする事
ができ等心円的な点光源を得ることができる。
本発明の構造においては、活性層上部に形成し
た第二のガイド層の凸部領域のみを通してキヤリ
ア注入をする事ができる。これは電流狭窄となり
有効に活性層に利得分布を形成する事ができ閾値
電流値を下げる事ができる。
すなわち本発明は次の如き効果を有する。
活性層垂直方向の広がり角を小さくし、水平
横方向の広がり角に近くする事ができる為、等
心円に近い光源にできフアイバーとの結合効率
を上昇させる事ができる。
活性層水平横方向に生じる正の実効的な屈折
率差の中に更に屈折率の高い領域を有する事に
よつて安定な基本横モード発振を維持する事が
できる。
電流狭窄をする事ができ閾値電流値を下げる
事ができる。さらに、各ガイド層の凸部領域の
幅を必ずしも等しくする必要はなく、また凸部
領域が全完に重なるように配置する必要もない
ため製作も容易に行なえる効果も有する。
次に図面を用いて本発明の実施例の一例につき
説明する。
第1の実施例(第1図a)としてはn形InP基
板10上に劈開面に垂直にストライプ状の溝10
0を形成する。溝100の幅は約2μm程度深さ
約0.2μmにする。次に液相成長で基板10上にガ
イド層n−InGaAsP(λ=1.05μm)11を成長
する。このとき溝外部の厚さを約0.3μmにすれば
溝はうまり平担な成長面が得られる。次に約0.2μ
m厚の活性層n−InGaAsP(λ=1.3μm)12、
約0.5μm厚のガイド層P−InGaAsP(λ=1.05μ
m)13、約1μm厚のクラツド層P−InP14を
順次液相成長させる。次にフオトレジスト法及び
エツチング法より幅4μmでストライプ状にP−
InP14をエツチオフしガイド層P−InGaAsP
(λ=1.05μm)13は深さ0.2μmまでエツチング
して凸部領域を形成する。(凸部領域200)こ
のとき幅4μmは基板に設けた溝100を含むよ
うにする。次に再び液相成長でストライプ外部を
n−InP15でうめる。
次にSiO2膜16をCVD法でつけた後フオトレ
ジスト技術でP−InP14表面を含んで幅8μmの
ストライプ状の窓をあけてCdを約0.5μm拡散す
る(Cd拡散領域17)。
その後P形オーミツクコンタクト18、n形オ
ーミツクコンタクト19を形成する。
このときの活性層に沿つて生じる実効的な屈折
率差を第1回bに示す。又上記構造において溝1
00の位置は必ずしも凸部領域200の中心にく
る必要はなく内部に位置するようになつていれば
よい。
第1図bにおいて実効的な屈折率差△nは〜8
×10-3で、特に中心の高い部分300は〜1.6×
10-2になつている。
第2の実施例(第2図a)としてはn形InP基
板10上に劈開面に垂直にストライプ状の溝10
1を形成する。溝101の幅は約3μm深さ約0.2μ
mにする。次に液相成長で基板10上にガイド層
n−InGaAsP(π=1.05μm)11を成長する。
このとき溝外部の厚さを約0.3μmにすれは溝はう
まり平担な成長面が得られる。次に約0.2μm厚の
活性層n−InGaAsP(π=1.3μm)12約0.5μm
厚のガイド層P−InGaAsP(π=1.05μm)13、
約1μm厚のクラツド層P−InP14を順次液相成
長させる。次にフオトレジスト法及びエツチング
法により幅4μmでストライプ状にP−InP14を
エツチオフしガイド層P−InGaAsP(π=1.05μ
m)13は深さ0.2μmまでエツチングして凸部領
域を形成する(凸部領域201)。このとき凸部
領域201は下の溝101の一部を含む様にす
る。
このとき下の溝101において凸部領域201
に含まれない部分の幅をキヤリア拡散長以下にす
れば利得分布内部に実効的な屈折率分布が生じる
事になり損失の少ない状態で発振可能になり、よ
り効果的になる。次にSiO2膜16をCVD法でつ
けた後フオトレジスト技術でP−InP14表面を
含んであけた幅8μmのストライプ状の窓を通し
てCdを約0.5μm拡散する(Cd拡散領域17)。そ
の後P型−オーミツクコンタクト18、n形−オ
ーミツクコンタクト19を形成する。
この構造において活性層に沿つて生じる実効的
な屈折率差を第2図bに示す。第2図bにおいて
実効的な屈折率差△nは〜8×10-3特に中心の高
い部分301は〜1.6×10-2になつている。
第3の実施例は第3図aに示した如く、基板の
溝102と凸部領域202との幅及び位置が一致
した場合である。このとき両者の幅は2〜3μm
程度が望ましい。
この構造では第3図bに示したように実効的な
屈折率差は幅の部分が平担で高いだけで幅全体に
わたつてモードは一様にガイドされる。しかし凸
部領域202を通つて活性層に注入されたキヤリ
アは水平横方向に拡散していき利得分布を形成す
るが凸部領域下の活性層の利得は一番大きくその
外部に対して利得差をもちゲインガイデイング機
構の作用も働くためにモードは安定する。
第3図bにこの実施例の場合の実効的な屈折率
を示す。
尚、上記実施例の場合はInP基板がクラツド層
の機能を有していたため、基板に溝を形成し、こ
の上にガイド層を直接設けた。しかしGaAs−
AlGaAs系の場合のように基板がクラツド層とな
らない場合には、基板上クラツド層を設けた後、
ガイド層を形成すればよい。
また、拡散材料、溝幅、凸部の幅は上記に限ら
ないことは言うまでもなく、更に上記各実施例は
InP−InGaAsダブルヘテロ接合結晶材料につい
て説明したが他の材料、例えばGaAsSb−
AlGaAsSb GaAs−AlGaAs等数多くの結晶材料
に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは本発明の第1の実施例で一方のガイ
ド層の凸部が他方のガイド層の凸部を含む構造の
ストライプ型ダブルヘテロ接合レーザ素子の断面
図、第1図bは第1図aのストライプ型ダブルヘ
テロ接合レーザ素子に生じた実効的な屈折率差、
第2図aは本発明の第2の実施例で一方のガイド
層の凸部と他方のガイド層の凸部とが一部重なる
構造のストライプ型ダブルヘテロ接合レーザ素子
の断面図、第2図bは第2図aのストライプ型ダ
ブルヘテロ接合レーザ素子に生じた実効的な屈折
率差、第3図aは本発明の第3の実施例で両方の
ガイド層の凸部が一致した構造のストライプ型ダ
ブルヘテロ接合レーザ素子の断面図、第3図bは
第3図aのストライプ型ダブルヘテロ接合レーザ
素子に生じた実効的な屈折率差 図において、10……n形InP基板、11……
n形InGaAsP(λ=1.05μm)ガイド層、12…
…n形InGaAsP(λ=1.3μm)活性層、13……
P形InGaAsP(λ=1.05μm)ガイド層、14…
…P形InPクラツド層、15……n形InPクラツ
ド層、16……SiO2膜、17……Cd拡散領域、
18……P形オーミツクコンタクト、19……n
形オーミツクコンタクト、100〜102……n
形InGaAsP(λ=1.05μm)ガイド層の凸部、2
00〜202……P形InGaAsP(λ=1.05μm)
ガイド層の凸部、300,301……実効的な屈
折率差に生じる凸部をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 活性層と、当該活性層よりも屈折率が小さ
    く、かつ層厚の厚いストライプ状の凸部領域を有
    して当該凸部領域の無い側の面を平坦で一様な活
    性層に接して前記活性層を挟むようにして形成し
    た2つのガイド層と、当該ガイド層よりも屈折率
    が小さく、各ガイド層の凸部領域の有る方にそれ
    ぞれ形成したクラツド層とから成る多層ヘテロ接
    合を有し、さらに前記凸部領域は互いに同一方向
    に延在し、かつ各凸部領域の少なくとも一部が互
    いに重なり合うように対向して配置されているこ
    とを特徴とするストライプ型ダブルヘテロ接合レ
    ーザ素子。
JP11126980A 1980-08-13 1980-08-13 Sutoraipugatadaburuheterosetsugoreezasoshi Granted JPS5736885A (ja)

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JPS5736885A JPS5736885A (ja) 1982-02-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APPLIED PHYSICS LETTERS=1979 *

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JPS5736885A (ja) 1982-02-27

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