JPS6353718B2 - - Google Patents
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- JPS6353718B2 JPS6353718B2 JP18486183A JP18486183A JPS6353718B2 JP S6353718 B2 JPS6353718 B2 JP S6353718B2 JP 18486183 A JP18486183 A JP 18486183A JP 18486183 A JP18486183 A JP 18486183A JP S6353718 B2 JPS6353718 B2 JP S6353718B2
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Classifications
-
- 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
- H01S5/20—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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- 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
-
- 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
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- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
-
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- 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
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- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
- H01S5/2277—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser
Landscapes
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は活性層の周囲を、活性層よりもエネル
ギーギヤツプが大きく、屈折率が小さな半導体材
料で埋め込んだ半導体レーザ、特に大出力特性の
改善された埋め込みヘテロ構造半導体レーザに関
する。
ギーギヤツプが大きく、屈折率が小さな半導体材
料で埋め込んだ半導体レーザ、特に大出力特性の
改善された埋め込みヘテロ構造半導体レーザに関
する。
埋め込みヘテロ構造半導体レーザ（BH−LD）
は低い発振しきい値電流、安定化された発振横モ
ード、高温動作可能などの優れた特性を有してい
るため、光フアイバ通信用光源として注目を集め
ている。本願の発明者らは特願昭56−166666に示
した様に２本のほぼ平行な溝にはさまれて形成さ
れた発光再結合する活性層を含むメサストライプ
の周囲で確実に電流ブロツク層が形成でき、した
がつて温度特性に優れ、種々の基本処理過程での
ダメージを受けることが少なく、製造歩留りの向
上したInGaAsP／InP BH−LDを発明した。こ
のBH−LDにおいて発振しきい値電流10〜
20mA、微分量子効率60％程度で、片面光出力
20mWまでＩ−Ｌ特性がほぼ直線的なレーザが再
現性よく得られている。ところでこのようなBH
−LDを100〜200mW程度の高光出力で長時間動
作させようとすると、時としてへき開によつて形
成した共振器面に劣化が生ずることが観測され、
それによつて所望の光出力を維持することが困難
になることがあつた。このようなレーザ共振器面
の端面破壊はGaAsを活性層とし、GaAlAsをク
ラツド層とするGaAlAs／GaAs系半導体レーザ
において特に顕著であり、InGaAsP／InP系半導
体レーザにおいてはあまり大きな劣化要因ではな
いとされていた。しかしながら、活性層端面が
0.1×2μm2程度のきわめて小さな面積をもつBH−
LDにおいては、これだけの小さな面積の領域に
100mW程度の光強度が集中することによつて、
直接外気と触れる共振器端面が損傷を受けやす
い。特に70℃程度の高温度雰囲気中で加速試験を
行なつた後、100mW以上の高光出力動作させる
と、このような共振器端面の劣化が促進されやす
い。高出力動作時の端面劣化を防ぐためにこれま
で例えば不純物拡散により、共振器端面付近のみ
を電流非注入領域とすることが行なわれている。
すなわち、エピタキシヤル成長の際の最終成長層
をｍ型としておき、レーザ共振器端面付近のみを
除いてＰ型不純物を拡散して電流注入領域を形成
する方法である。しかしながらこの場合には不純
物拡散を行なう拡散エツヂから転位が走りやすく
なり、それによつて素子の信頼性を下げていた。
は低い発振しきい値電流、安定化された発振横モ
ード、高温動作可能などの優れた特性を有してい
るため、光フアイバ通信用光源として注目を集め
ている。本願の発明者らは特願昭56−166666に示
した様に２本のほぼ平行な溝にはさまれて形成さ
れた発光再結合する活性層を含むメサストライプ
の周囲で確実に電流ブロツク層が形成でき、した
がつて温度特性に優れ、種々の基本処理過程での
ダメージを受けることが少なく、製造歩留りの向
上したInGaAsP／InP BH−LDを発明した。こ
のBH−LDにおいて発振しきい値電流10〜
20mA、微分量子効率60％程度で、片面光出力
20mWまでＩ−Ｌ特性がほぼ直線的なレーザが再
現性よく得られている。ところでこのようなBH
−LDを100〜200mW程度の高光出力で長時間動
作させようとすると、時としてへき開によつて形
成した共振器面に劣化が生ずることが観測され、
それによつて所望の光出力を維持することが困難
になることがあつた。このようなレーザ共振器面
の端面破壊はGaAsを活性層とし、GaAlAsをク
ラツド層とするGaAlAs／GaAs系半導体レーザ
において特に顕著であり、InGaAsP／InP系半導
体レーザにおいてはあまり大きな劣化要因ではな
いとされていた。しかしながら、活性層端面が
0.1×2μm2程度のきわめて小さな面積をもつBH−
LDにおいては、これだけの小さな面積の領域に
100mW程度の光強度が集中することによつて、
直接外気と触れる共振器端面が損傷を受けやす
い。特に70℃程度の高温度雰囲気中で加速試験を
行なつた後、100mW以上の高光出力動作させる
と、このような共振器端面の劣化が促進されやす
い。高出力動作時の端面劣化を防ぐためにこれま
で例えば不純物拡散により、共振器端面付近のみ
を電流非注入領域とすることが行なわれている。
すなわち、エピタキシヤル成長の際の最終成長層
をｍ型としておき、レーザ共振器端面付近のみを
除いてＰ型不純物を拡散して電流注入領域を形成
する方法である。しかしながらこの場合には不純
物拡散を行なう拡散エツヂから転位が走りやすく
なり、それによつて素子の信頼性を下げていた。
本発明の目的は上述の欠点を除去すべく、結晶
成長時に共振器端面付近に非注入領域を形成する
ことができ、製造歩留りが高く、特に高出力動作
時の信頼性が大幅に向上したBH−LDを提供す
ることにある。
成長時に共振器端面付近に非注入領域を形成する
ことができ、製造歩留りが高く、特に高出力動作
時の信頼性が大幅に向上したBH−LDを提供す
ることにある。
本発明による半導体レーザの構成は半導体基板
上に少くとも活性層を含む半導体多層膜を積層さ
せた多層膜構造半導体ウエフアに、前記活性層よ
りも深く形成された２本の平行な溝によつてはさ
まれたメサストライプを形成した後埋め込み成長
してなる埋め込みヘテロ構造半導体レーザにおい
て、前記溝が共振器端面付近で狭くなつた領域を
有し、前記溝の狭い幅の領域でのみ電流ブロツク
層が前記メサストライプをおおつて形成されてな
ることを特徴とする。
上に少くとも活性層を含む半導体多層膜を積層さ
せた多層膜構造半導体ウエフアに、前記活性層よ
りも深く形成された２本の平行な溝によつてはさ
まれたメサストライプを形成した後埋め込み成長
してなる埋め込みヘテロ構造半導体レーザにおい
て、前記溝が共振器端面付近で狭くなつた領域を
有し、前記溝の狭い幅の領域でのみ電流ブロツク
層が前記メサストライプをおおつて形成されてな
ることを特徴とする。
以下実施例を示す図面を参照しつつ本発明を説
明する。
明する。
第１図はメサストライプ、およびエツチング溝
形成後の多層膜構造半導体ウエフアの平面図であ
る。活性層を含む多層膜構造半導体ウエフア１０
１に、幅2μmのメサストライプ１０３および溝幅
の比較的広い部分で10μm、狭い部分で4μmの幅
をもつエツチング溝１０２が形成されている。後
に述べる様にこのエツチング溝１０２は活性層よ
りも深く形成されている。第２図ａは、そのよう
にしてエツチング溝およびメサストライプを形成
した半導体ウエフアに埋め込み成長を行なつて
BH−LDを作製した場合のエツチング溝の幅の
広い部分の断面図、すなわち第１図中Ａ−A′で
示した部分の埋め込み成長後の断面図である。ま
た第２図ｂはエツチング溝の幅が狭い部分、すな
わち、第１図中Ｂ−B′で示した部分の埋め込み
成長後の断面図である。このようなBH−LDを
得るには、まず（100）ｎ−1nP基板２０１上に
ｎ−InPバツフア層２０２、発光波長1.3μm相当
のIn0.72Ga0.28As0.61P0.39活性層２０３、Ｐ−InP
クラツド層２０４を順次積層させ、活性層を含む
多層膜構造半導体ウエフアを得る。次に〈011〉
方向に平行にメサストライプが形成される様に、
第１図に示した様なエツチングパターンを用いて
メサストライプ１０３およびエツチング溝１０２
を形成する。この際エツチング溝１０２は活性層
よりも深く形成する。このようにしてエツチング
溝１０２および発光再結合する活性層を含むメサ
ストライプ１０３が形成された多層膜構造半導体
ウエフア１０１に埋め込み成長を行なう。埋め込
み成長においては、まずＰ−InP電流ブロツク層
２０５、ｎ−InP電流ブロツク層２０６を積層さ
せる。この際エツチング溝１０２の幅の広い部
分、すなわち発光再結合する部分ではこれらの電
流ブロツク層がメサストライプ上面をおおわない
ようにし、また溝幅の狭い部分、すなわちレーザ
端面近傍では少なくともｎ−InP電流ブロツク層
２０６がメサストライプ上面をおおつていること
が必要である。このような結晶成長を行なわせる
ためには、例えばInメルト中にInP小片が浮かん
でいる２相溶液法を用いればよい。エツチング溝
１０２の幅の狭い部分では幅の広い部分よりもエ
ツチングされる深さが浅くなるので、このような
ことは容易であり、電流ブロツク層の成長時間を
適当に選んでやればよい。本発明の実施例に示し
たものでは溝幅の広い部分で幅10μm、深さ3μm
であり、溝幅の狭い部分では幅5μm、深さ1.8μm
であつた。続けてＰ−InP埋め込み層２０７、お
よび発光波長1.3μmに相当するＰ−In0.72Ga0.28
As0.61P0.39電極層２０８を全面にわたつて積層さ
せる。その後オーミツク電極の形成を行ない、所
望のBH−LDが得られる。このような端面保護
構造をもつたBH−LDにおいて室温でのCW発振
しきい値電流30mA、微分量子効率50％という素
子が再現性良く得られた。また、100mW以上の
高出力動作を長時間安定に得られ、また70℃の高
温度加速試験後も100mW以上の高出力動作が安
定に得られ、端面劣化に起因するLD出力の減少
はみられなかつた。
形成後の多層膜構造半導体ウエフアの平面図であ
る。活性層を含む多層膜構造半導体ウエフア１０
１に、幅2μmのメサストライプ１０３および溝幅
の比較的広い部分で10μm、狭い部分で4μmの幅
をもつエツチング溝１０２が形成されている。後
に述べる様にこのエツチング溝１０２は活性層よ
りも深く形成されている。第２図ａは、そのよう
にしてエツチング溝およびメサストライプを形成
した半導体ウエフアに埋め込み成長を行なつて
BH−LDを作製した場合のエツチング溝の幅の
広い部分の断面図、すなわち第１図中Ａ−A′で
示した部分の埋め込み成長後の断面図である。ま
た第２図ｂはエツチング溝の幅が狭い部分、すな
わち、第１図中Ｂ−B′で示した部分の埋め込み
成長後の断面図である。このようなBH−LDを
得るには、まず（100）ｎ−1nP基板２０１上に
ｎ−InPバツフア層２０２、発光波長1.3μm相当
のIn0.72Ga0.28As0.61P0.39活性層２０３、Ｐ−InP
クラツド層２０４を順次積層させ、活性層を含む
多層膜構造半導体ウエフアを得る。次に〈011〉
方向に平行にメサストライプが形成される様に、
第１図に示した様なエツチングパターンを用いて
メサストライプ１０３およびエツチング溝１０２
を形成する。この際エツチング溝１０２は活性層
よりも深く形成する。このようにしてエツチング
溝１０２および発光再結合する活性層を含むメサ
ストライプ１０３が形成された多層膜構造半導体
ウエフア１０１に埋め込み成長を行なう。埋め込
み成長においては、まずＰ−InP電流ブロツク層
２０５、ｎ−InP電流ブロツク層２０６を積層さ
せる。この際エツチング溝１０２の幅の広い部
分、すなわち発光再結合する部分ではこれらの電
流ブロツク層がメサストライプ上面をおおわない
ようにし、また溝幅の狭い部分、すなわちレーザ
端面近傍では少なくともｎ−InP電流ブロツク層
２０６がメサストライプ上面をおおつていること
が必要である。このような結晶成長を行なわせる
ためには、例えばInメルト中にInP小片が浮かん
でいる２相溶液法を用いればよい。エツチング溝
１０２の幅の狭い部分では幅の広い部分よりもエ
ツチングされる深さが浅くなるので、このような
ことは容易であり、電流ブロツク層の成長時間を
適当に選んでやればよい。本発明の実施例に示し
たものでは溝幅の広い部分で幅10μm、深さ3μm
であり、溝幅の狭い部分では幅5μm、深さ1.8μm
であつた。続けてＰ−InP埋め込み層２０７、お
よび発光波長1.3μmに相当するＰ−In0.72Ga0.28
As0.61P0.39電極層２０８を全面にわたつて積層さ
せる。その後オーミツク電極の形成を行ない、所
望のBH−LDが得られる。このような端面保護
構造をもつたBH−LDにおいて室温でのCW発振
しきい値電流30mA、微分量子効率50％という素
子が再現性良く得られた。また、100mW以上の
高出力動作を長時間安定に得られ、また70℃の高
温度加速試験後も100mW以上の高出力動作が安
定に得られ、端面劣化に起因するLD出力の減少
はみられなかつた。
本発明の実施例においてはメサストライプ１０
３をはさんでいる２本のエツチング溝１０２が端
面付近で幅が狭くなつており、その部分ではエツ
チング深さも浅くなるため、端面付近でのみ電流
ブロツク層がメサストライプ１０３をおおい、非
注入領域を結晶成長の段階で形成することができ
た。これによつて高出力動作時の端面劣化に起因
する出力減少を防止することができた。端面付近
の非注入領域が結晶成長によつて形成できるため
再現性、歩留りがきわめてよかつた。
３をはさんでいる２本のエツチング溝１０２が端
面付近で幅が狭くなつており、その部分ではエツ
チング深さも浅くなるため、端面付近でのみ電流
ブロツク層がメサストライプ１０３をおおい、非
注入領域を結晶成長の段階で形成することができ
た。これによつて高出力動作時の端面劣化に起因
する出力減少を防止することができた。端面付近
の非注入領域が結晶成長によつて形成できるため
再現性、歩留りがきわめてよかつた。
なお本発明の実施例においてはInGaAsPを活
性層とし、InPを基板とする波長1μm帯のBH−
LDを示したが、用いる材料系はこれに限ること
はない。特に波長の短い可視光領域のLD，
GaAlAs系やGaInP，GaAsを基板とし、それに
ほぼ格子整合した可視光領域のInGaAsP活性層
を有するもの等には特に有効である。また実施例
においてはｎ−InP基板を用いたが、Ｐ型基板を
用いてＰとｎとをすべて逆転させてもかまわな
い。電流ブロツク層もＰ型、ｎ型と２段階に積層
したが、あらかじめメサストライプ以外の部分に
電流ブロツク層を形成しておき、埋め込み成長に
おいては１層だけ電流ブロツク層を積層させても
よい。さらに実施例では全面電極型のLDを示し
たが、メサストライプ上部以外に絶縁膜を形成し
たり、あるいは最終成長層をｎ型（あるいはＰ
型）にし、不純物拡散によりメサストライプ上部
のみＰ型（あるいはｎ型）とする、いわゆるプレ
ーナストライプ構造としてもよい。
性層とし、InPを基板とする波長1μm帯のBH−
LDを示したが、用いる材料系はこれに限ること
はない。特に波長の短い可視光領域のLD，
GaAlAs系やGaInP，GaAsを基板とし、それに
ほぼ格子整合した可視光領域のInGaAsP活性層
を有するもの等には特に有効である。また実施例
においてはｎ−InP基板を用いたが、Ｐ型基板を
用いてＰとｎとをすべて逆転させてもかまわな
い。電流ブロツク層もＰ型、ｎ型と２段階に積層
したが、あらかじめメサストライプ以外の部分に
電流ブロツク層を形成しておき、埋め込み成長に
おいては１層だけ電流ブロツク層を積層させても
よい。さらに実施例では全面電極型のLDを示し
たが、メサストライプ上部以外に絶縁膜を形成し
たり、あるいは最終成長層をｎ型（あるいはＰ
型）にし、不純物拡散によりメサストライプ上部
のみＰ型（あるいはｎ型）とする、いわゆるプレ
ーナストライプ構造としてもよい。
本発明の特徴は、メサストライプをはさんでい
る２本のエツチング溝が端面付近で幅が狭くなつ
ており、その部分のみで電流ブロツク層がメサス
トライプをおおうように積層し、非注入領域を端
面付近で形成したことである。端面近傍の溝幅の
狭い部分ではエツチング深さも浅くなるためにこ
の部分でのみ電流ブロツク層をメサストライプ上
面に積層させることが容易にできる。このように
結晶成長の段階で非注入領域を形成することがで
き、BH−LDの高出力動作時の端面劣化に起因
する出力減少を防止することができる。従来例の
様な不純物拡散によつて非注入領域を形成する場
合と比べて、拡散エツヂから転位がのびるという
ようなことがなく、素子特性の再現性、素子の信
頼性が大幅に改善された。
る２本のエツチング溝が端面付近で幅が狭くなつ
ており、その部分のみで電流ブロツク層がメサス
トライプをおおうように積層し、非注入領域を端
面付近で形成したことである。端面近傍の溝幅の
狭い部分ではエツチング深さも浅くなるためにこ
の部分でのみ電流ブロツク層をメサストライプ上
面に積層させることが容易にできる。このように
結晶成長の段階で非注入領域を形成することがで
き、BH−LDの高出力動作時の端面劣化に起因
する出力減少を防止することができる。従来例の
様な不純物拡散によつて非注入領域を形成する場
合と比べて、拡散エツヂから転位がのびるという
ようなことがなく、素子特性の再現性、素子の信
頼性が大幅に改善された。
第１図はメサストライプ形成後の半導体ウエフ
ア平面図、第２図ａ，ｂは第１図で示した半導体
ウエフアに埋め込み成長を行なつた後のＡ−A′，
Ｂ−B′部分での断面図をそれぞれあらわす。図
中１０１は多層膜構造半導体ウエフア、１０２は
エツチング溝、１０３はメサストライプ、２０１
はｎ−InP基板、２０２はｎ−InPバツフア層、
２０３はIn0.72Ga0.28As0.61P0.39活性層、２０４は
Ｐ−InPクラツド層、２０５はＰ−InP電流ブロ
ツク層、２０６はｎ−InP電流ブロツク層、２０
７はＰ−InP埋め込み層、２０８はＰ−In0.72
Ga0.28As0.61P0.39電極層、をそれぞれあらわす。
ア平面図、第２図ａ，ｂは第１図で示した半導体
ウエフアに埋め込み成長を行なつた後のＡ−A′，
Ｂ−B′部分での断面図をそれぞれあらわす。図
中１０１は多層膜構造半導体ウエフア、１０２は
エツチング溝、１０３はメサストライプ、２０１
はｎ−InP基板、２０２はｎ−InPバツフア層、
２０３はIn0.72Ga0.28As0.61P0.39活性層、２０４は
Ｐ−InPクラツド層、２０５はＰ−InP電流ブロ
ツク層、２０６はｎ−InP電流ブロツク層、２０
７はＰ−InP埋め込み層、２０８はＰ−In0.72
Ga0.28As0.61P0.39電極層、をそれぞれあらわす。
Claims (1)
- １ 半導体基板上に少なくとも活性層を含む半導
体多層膜を積層させた多層膜構造半導体ウエフア
に、前記活性層よりも深く形成された２本の平行
な溝によつてはさまれたメサストライプを形成し
た後埋め込み成長してなる埋め込みヘテロ構造半
導体レーザにおいて、前記溝が共振器端面付近で
狭くなつた領域を有し、前記狭い幅の溝部で狭ま
れたストライプ領域でのみ電流ブロツク層が前記
メサストライプをおおつて形成されてなることを
特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18486183A JPS6076184A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18486183A JPS6076184A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6076184A JPS6076184A (ja) | 1985-04-30 |
| JPS6353718B2 true JPS6353718B2 (ja) | 1988-10-25 |
Family
ID=16160586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18486183A Granted JPS6076184A (ja) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6076184A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5111469A (en) * | 1989-08-15 | 1992-05-05 | Sony Corporation | Semiconductor laser |
| JP2793464B2 (ja) * | 1993-03-25 | 1998-09-03 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
-
1983
- 1983-10-03 JP JP18486183A patent/JPS6076184A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6076184A (ja) | 1985-04-30 |
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