JPH0927653A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH0927653A
JPH0927653A JP17756295A JP17756295A JPH0927653A JP H0927653 A JPH0927653 A JP H0927653A JP 17756295 A JP17756295 A JP 17756295A JP 17756295 A JP17756295 A JP 17756295A JP H0927653 A JPH0927653 A JP H0927653A
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JP
Japan
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layer
quantum well
semiconductor laser
active layer
laser element
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Pending
Application number
JP17756295A
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English (en)
Inventor
Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低消費電力で動作し、かつ高信頼性のある半
導体レーザ素子を提供する。 【構成】 半導体基板21上に、一対の電流阻止層24
a、24bと、一対の電流阻止層24a、24bの間に
位置するストライプ状凹部を有し、該凹部内には活性層
27を含む半導体積層構造が形成されている半導体レー
ザ素子であって、活性層27は引っ張り歪単一量子井戸
構造からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低消費電力で動作し、
かつ高信頼性のある半導体レーザ素子に関し、光加入者
用あるいは光インターコネクション用に適した半導体レ
ーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】低しきい値電流で高温度までの安定動作
を実現する半導体レーザ素子として、埋め込みヘテロ
(BH)型レーザがある。この素子は、例えば、図4に
示す断面構造をしている。図中、符号1はn−InP基
板、符号2はn−InPクラッド層、符号3はノンドー
プGaInAsP(λg =1.1μm)光閉じ込め層、
符号4は歪量子井戸活性層、符号5はノンドープGaI
nAsP(λg =1.1μm)光閉じ込め層、符号6は
p−InPクラッド層、符号7はp−GaInAsコン
タクト層、符号8は電流阻止層である。この電流阻止層
8は、p−InP層8aとn−InP層からなる。ここ
で、歪量子井戸活性層4は1%圧縮歪を有するGaIn
AsP歪量子井戸層と、GaInAsP(λg =1.1
μm)障壁層を交互に多重に積層した多重量子井戸構造
からなる。このようなBH型半導体レーザ素子では、活
性層幅を1μm程度まで狭くすることができるので、低
しきい値電流動作が可能になる。また、活性層には歪量
子井戸層を用いることにより、1mA程度の低しきい値
が得られる。
【0003】また、図5は低しきい値電流を目的とした
他の半導体レーザ素子の断面図である。図中、符号11
は凹型のn−GaAs基板、符号12はn−GaAlA
sクラッド層、符号13はGaAlAs光閉じ込め層、
符号14は量子井戸活性層であり、GaAs量子井戸層
とGaAlAs障壁層から構成されている。また、符号
15はGaAlAs光閉じ込め層、符号16はp−Ga
AlAsクラッド層、符号17はp−GaAsコンタク
ト層である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
半導体レーザ素子には、以下のような問題があった。即
ち、 1)図4に示した半導体レーザ素子では、歪量子井戸活
性層4をメサエッチングした後、電流阻止層8を再成長
する際に、歪量子井戸活性層4の側面が高温に曝され
て、熱的ダメージを受け、素子の信頼性が低下する。 2)図5に示した半導体レーザ素子では、活性層14は
上述のような熱的ダメージを受けることはないが、活性
層14を基板11表面の凹状部分に積層するので、活性
層14を構成する多重の量子井戸層の膜厚に積層方向の
バラツキが生じ、多重量子井戸層が本来有する特性を発
揮することができない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した半導体レーザ素子を提供するもので、半導体基板
上に、一対の電流阻止層と、一対の電流阻止層の間に位
置するストライプ状凹部を有し、該凹部内には活性層を
含む半導体積層構造が形成されている半導体レーザ素子
であって、活性層は引っ張り歪単一量子井戸構造からな
ることを特徴とするものである。
【0006】
【作用】上述の半導体レーザ素子では、一対の電流阻止
層の間に位置するストライプ状凹部内に活性層が形成さ
れているので、活性層は形成時に熱的ダメージを受ける
ことがなく、また、凹部両側の電流阻止層で電流狭窄が
行われるので、低しきい値電流で作動する。また、本発
明の半導体レーザ素子の活性層は、引っ張り歪単一量子
井戸構造からなるので、量子井戸層の厚さのばらつきと
いう多重量子井戸構造に伴う問題が生じない。さらに、
圧縮歪み量子井戸では、一般に4〜6nmの厚さの井戸
層が用いられる。従って、2原子層レベルの層厚のばら
つきがあった場合、レーザのしきい値特性が大きく劣化
する。これに対して、引っ張り歪量子井戸では、10〜
20nmの厚さの井戸層が用いられており、同じレベル
で層厚のばらつきが生じた場合、レーザの特性にほとん
ど影響を及ぼさない。
【0007】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。 実施例1.図1は、本発明にかかる半導体レーザ素子の
一実施例の断面図である。図中、符号21はn−InP
基板、符号22はn−InPバッファ層、符号23はn
−GaInAsP(λg =1.1μm)エッチング停止
層、符号24aはp−InP電流阻止層、符号24bは
n−InP電流阻止層、符号25はn−InPクラッド
層、符号26はGaInAsP光閉じ込め層、符号27
は厚さ12nmのGa0.5 In0.5 As0.650.35引っ
張り歪み単一量子井戸層からなる活性層、符号28はG
aInAsP光閉じ込め層、符号29はp−InPクラ
ッド層、符号30はp−GaInAsコンタクト層であ
る。ここで、GaInAsP光閉じ込め層26は、n−
InPクラッド層25側から組成を4ステップで変え
て、厚さ30nm(λg =0.95μm)、厚さ30nm
(λg =1.0 μm)、厚30nm(λg =1.05μm)、
10nm(1.1 μm)とした。また、GaInAsP光
閉じ込め層28は、活性層27側から組成を4ステップ
で変えて、厚さ10nm(1.1 μm)、厚さ30nm
(λg =1.05μm)、厚さ30nm(λg =1.0 μ
m)、厚さ30nm(λg =0.95μm)とした。
【0008】本実施例の半導体レーザ素子は、以下のよ
うな工程で製作した。即ち 1)有機金属気相成長法により、基板21上に、バッフ
ァ層22、エッチング停止層23、電流阻止層24a、
電流阻止層24bを積層する。 2)マスクを形成して、中央部の電流阻止層24a、2
4bをエッチング停止層23までエッチングし、ストラ
イプ状の凹部を構成する溝を形成する。 3)次いで、クラッド層25、光閉じ込め層26、活性
層27、光閉じ込め層28a、クラッド層29、コンタ
クト層30を順次積層する。 4)次いで、共振器長を200μmとして、両共振器端
面に反射率70%、90%の高反射膜を施した。 このようにして形成した素子は、埋め込み構造の素子に
比較して製作が容易であり、しかもしきい値電流が1m
Aであった。
【0009】実施例2.実施例1において、溝の幅を発
振方向で変化させ、幅2μm(底部)の部分と、幅4μ
m(底部)の部分の溝を形成した。レーザ発振領域は溝
の幅2μmの部分とし、そこのエッチング停止層23に
周期200nmの回折格子を形成した。また、溝の幅4
μmの部分は外部変調器領域とした。
【0010】図2(a)〜(c)はそれぞれ、本実施例
の溝を形成したときの平面図、レーザ発振領域側の側面
図および図2(b)のA−A断面図である。本実施例の
製作工程は以下の通りである。即ち、 1)前記実施例1と同様に、基板21上に、バッファ層
22、エッチング停止層23、電流阻止層24a電流阻
止層24bを積層する。 2)マスクを形成して、中央部の電流阻止層24a、2
4bをエッチング停止層23までエッチングし、ストラ
イプ状の凹部を構成する溝41を形成する。この溝41
は、底部の幅が2μmの溝41aと底部の幅が4μmの
溝41bからなる(図2(a))。溝41aのエッチン
グ停止層23には、周期200nmの回折格子42を形
成する。 3)次いで、クラッド層25、光閉じ込め層26、活性
層27、光閉じ込め層28、クラッド層29、コンタク
ト層30を順次積層する(図2(b)、(c))。
【0011】この際、溝41は異なった幅の部分からな
るので、この溝41に積層成長すると、引っ張り歪み単
一井戸層27の厚さは、溝41bにおいて溝41aより
も薄くなるとともに、溝41bの引っ張り歪み単一量子
井戸層からなる活性層27bは、溝41aの引っ張り歪
み単一量子井戸層からなる活性層27aよりもバンドギ
ャップが大きくなり、レーザ光に対して透明になる。こ
こで、量子井戸面に電界を印加すると、バンドギャップ
が減少し、吸収ピークが長波長側にずれるという量子閉
じ込めシュタルク効果を、引っ張り歪み単一量子井戸層
からなる活性層27bに利用する。そうすると、逆バイ
アスを溝41bに印加することにより、溝41bが形成
された部分を外部変調器とすることができる。
【0012】本実施例の素子では、変調時にレーザ発振
領域はCWで動作させておくため、従来用いられてきた
直接変調で問題となっていたキャリア変調によるチャー
ピングを小さく抑えることができる。また、電圧による
変調で、キャリアを用いないため、高速での変調が可能
になる。また、レーザ発振領域と外部変調領域の境界部
分での光の反射もほとんどない。さらに、幅の異なるス
トライプ状の溝を平行に複数配置することにより、レー
ザ発振波長の異なるレーザアレイを製作することも可能
である。
【0013】なお、上記実施例1、2においては、基板
上に電流阻止層を形成した後、エッチングにより形成さ
れた溝に引っ張り歪み単一量子井戸層が形成されてい
る。しかしながら、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはない。例えば図3に示すように、ストライプ状凸部
51aを有する基板51上に、前記凸部51a上を除い
て凸部51aの両側に電流阻止層52、53を形成し、
実質的に凸部51a上面を底面にする溝54を形成し、
この溝54に引っ張り歪み単一量子井戸層からなる活性
層を有するDH構造を形成してもよい。また、本発明に
おいて、素子を構成する各層の組成、厚さ、幅などは上
記実施例に限定されることはない。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体レー
ザ素子は、半導体基板上に、一対の電流阻止層と、一対
の電流阻止層の間に位置するストライプ状凹部を有し、
該凹部内には活性層を含む半導体積層構造が形成されて
いる半導体レーザ素子であって、活性層は引っ張り歪単
一量子井戸構造からなるため、多重量子井戸構造で問題
となる量子井戸層の厚さのばらつきが生じることがな
く、また、電流狭窄が行われて低しきい値電流で作動す
るという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体レーザ素子の一実施例の断
面図である。
【図2】(a)〜(c)はそれぞれ、他の本実施例の溝
を形成したときの平面図、レーザ発振領域側の側面図お
よび図2(b)のA−A断面図である。
【図3】さらなる他の実施例の溝を形成した状態の断面
図である。
【図4】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【図5】従来の他の半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
21、51 基板 22 バッファ層 23 エッチング停止層 52、53 電流阻止層 24a p−InP電流阻止層 24b n−InP電流阻止層 25 n−InPクラッド層 26、28 光閉じ込め層 27、27a、27b 活性層 29 p−InPクラッド層 30 コンタクト層 41、41a、41b、54溝 42 回折格子 51a 凸部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、一対の電流阻止層と、
    一対の電流阻止層の間に位置するストライプ状凹部を有
    し、該凹部内には活性層を含む半導体積層構造が形成さ
    れている半導体レーザ素子であって、活性層は引っ張り
    歪単一量子井戸構造からなることを特徴とする半導体レ
    ーザ素子。
JP17756295A 1995-07-13 1995-07-13 半導体レーザ素子 Pending JPH0927653A (ja)

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JP17756295A JPH0927653A (ja) 1995-07-13 1995-07-13 半導体レーザ素子

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057400A (ja) * 2000-08-11 2002-02-22 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2011198859A (ja) * 2010-03-17 2011-10-06 Toshiba Corp 半導体発光素子、ウェーハ、半導体発光素子の製造方法及びウェーハの製造方法

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