JPH11112096A - 半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システム - Google Patents
半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システムInfo
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- JPH11112096A JPH11112096A JP10091219A JP9121998A JPH11112096A JP H11112096 A JPH11112096 A JP H11112096A JP 10091219 A JP10091219 A JP 10091219A JP 9121998 A JP9121998 A JP 9121998A JP H11112096 A JPH11112096 A JP H11112096A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広い温度範囲にわたって低しきい値電流およ
び高スロープ効率特性を有する半導体レーザ装置を提供
する。 【解決手段】 n型GaAs基板1上にn型GaAs
バッファ層2、n型In0.5Ga0.5Pクラッド層15、
n型GaAs光閉じこめ層4、活性層5、p型GaAs
光閉じこめ層6、p型 In0.5Ga0.5Pクラッド層1
6が積層されている。n型クラッド層3、n型光閉じ込
め層、活性層5、p型光閉じ込め層、p型クラッド層を
含む積層構造はエッチングにより共振器方向にストライ
プ状に伸びたメサ状に形成されている。活性層はGaA
s障壁層11とInNAsP井戸層12から形成されて
おり、発振波長が1.3μm近傍となるようにInNA
sP井戸層12の組成比並びに層厚が設定されている。
このような構成とすることにより、GaAs障壁層11
とInNAsP井戸層12の伝導帯側のバンドオフセッ
トを200meV以上とし、周囲温度の上昇に対して電
子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化しない。
び高スロープ効率特性を有する半導体レーザ装置を提供
する。 【解決手段】 n型GaAs基板1上にn型GaAs
バッファ層2、n型In0.5Ga0.5Pクラッド層15、
n型GaAs光閉じこめ層4、活性層5、p型GaAs
光閉じこめ層6、p型 In0.5Ga0.5Pクラッド層1
6が積層されている。n型クラッド層3、n型光閉じ込
め層、活性層5、p型光閉じ込め層、p型クラッド層を
含む積層構造はエッチングにより共振器方向にストライ
プ状に伸びたメサ状に形成されている。活性層はGaA
s障壁層11とInNAsP井戸層12から形成されて
おり、発振波長が1.3μm近傍となるようにInNA
sP井戸層12の組成比並びに層厚が設定されている。
このような構成とすることにより、GaAs障壁層11
とInNAsP井戸層12の伝導帯側のバンドオフセッ
トを200meV以上とし、周囲温度の上昇に対して電
子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化しない。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用光源に適
した半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システ
ムに関する。
した半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光通信用の光源に用いられてきた
半導体レーザ装置には、基板としてInP基板を採用
し、活性層の材料としてはInGaAsP混晶を用いて
きた。これは、InGaAsP混晶が光ファイバの低損
失帯である1.3μm帯並びに1.55μm帯にバンド
ギャップエネルギーを持つためである。
半導体レーザ装置には、基板としてInP基板を採用
し、活性層の材料としてはInGaAsP混晶を用いて
きた。これは、InGaAsP混晶が光ファイバの低損
失帯である1.3μm帯並びに1.55μm帯にバンド
ギャップエネルギーを持つためである。
【0003】光通信用半導体レーザ装置の従来例を図1
0に示す。
0に示す。
【0004】図10の半導体レーザ装置は、n型InP
基板101と、基板101上に設けられたメサ状積層構
造とを具備している。このメサ状積層構造は、n型In
GaAsP光閉じ込め層102、InGaAsP活性層
103およびp型InPクラッド層104を含んでい
る。メサ状積層構造の両側には、p型InP電流ブロッ
ク層105およびn型InP電流ブロック層106が埋
め込まれている。これらの電流ブロック層とメサ状積層
構造を覆うようにp型InP埋め込み層107およびp
型InGaAsPコンタクト層108が設けられてい
る。p型InGaAsPコンタクト層108の上には、
ストライプ状の開口部を持つ絶縁膜109が堆積されて
おり、その上にAn/Zn電極110およびTi/Au電
極111が設けられている。基板101の裏面にはAu
/Sn電極112が設けられている。
基板101と、基板101上に設けられたメサ状積層構
造とを具備している。このメサ状積層構造は、n型In
GaAsP光閉じ込め層102、InGaAsP活性層
103およびp型InPクラッド層104を含んでい
る。メサ状積層構造の両側には、p型InP電流ブロッ
ク層105およびn型InP電流ブロック層106が埋
め込まれている。これらの電流ブロック層とメサ状積層
構造を覆うようにp型InP埋め込み層107およびp
型InGaAsPコンタクト層108が設けられてい
る。p型InGaAsPコンタクト層108の上には、
ストライプ状の開口部を持つ絶縁膜109が堆積されて
おり、その上にAn/Zn電極110およびTi/Au電
極111が設けられている。基板101の裏面にはAu
/Sn電極112が設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図10に示すようなI
nGaAsP/InP系の半導体レーザ装置は、周囲温
度の変化に対してしきい値電流および発光効率が大きく
変化するという問題点を有していた。このため、ペルチ
ェ素子などによって半導体レーザ装置の温度を一定に保
つなどの対応措置が採られてきた。しかしながら、この
ことはレーザモジュールの価格を上げる要因の一つにな
っていた。
nGaAsP/InP系の半導体レーザ装置は、周囲温
度の変化に対してしきい値電流および発光効率が大きく
変化するという問題点を有していた。このため、ペルチ
ェ素子などによって半導体レーザ装置の温度を一定に保
つなどの対応措置が採られてきた。しかしながら、この
ことはレーザモジュールの価格を上げる要因の一つにな
っていた。
【0006】InGaAsP/InP系の半導体レーザ
装置の特性が周囲温度の変化に対して大きく変化する理
由には、伝導帯側のバンドオフセット(ΔEc)が非常
に小さいことが挙げられる。これを図11(a)から
(c)を用いて説明する。
装置の特性が周囲温度の変化に対して大きく変化する理
由には、伝導帯側のバンドオフセット(ΔEc)が非常
に小さいことが挙げられる。これを図11(a)から
(c)を用いて説明する。
【0007】図11(a)および(b)は活性層が障壁
層と井戸層からなる量子井戸構造を持つ場合を示してい
る。障壁層と井戸層のΔEcが約100meVと小さい
場合、低温では図11(a)に示すように、電子は発光
領域である井戸層内に十分に閉じ込められるが、周囲温
度が上昇すると、図11(b)に示すように、熱エネル
ギーによって電子が発光領域である井戸層から容易にオ
ーバーフローし、発光に寄与しなくなる。このため、図
11(c)に示すようにしきい値電流は増大し、スロー
プ効率が低下する。
層と井戸層からなる量子井戸構造を持つ場合を示してい
る。障壁層と井戸層のΔEcが約100meVと小さい
場合、低温では図11(a)に示すように、電子は発光
領域である井戸層内に十分に閉じ込められるが、周囲温
度が上昇すると、図11(b)に示すように、熱エネル
ギーによって電子が発光領域である井戸層から容易にオ
ーバーフローし、発光に寄与しなくなる。このため、図
11(c)に示すようにしきい値電流は増大し、スロー
プ効率が低下する。
【0008】InGaAsP/InP系の半導体レーザ
装置ではΔEcが約100meVであり、AlGaAs
/GaAs系の半導体レーザ装置ではΔEcが200〜
300meVあるのに対して非常に小さくなっている。
装置ではΔEcが約100meVであり、AlGaAs
/GaAs系の半導体レーザ装置ではΔEcが200〜
300meVあるのに対して非常に小さくなっている。
【0009】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
であって、その主な目的は、広い温度範囲にわたって低
しきい値電流および高スロープ効率特性を有する半導体
レーザ装置およびこれを含む光通信システムを提供する
ことにある。
であって、その主な目的は、広い温度範囲にわたって低
しきい値電流および高スロープ効率特性を有する半導体
レーザ装置およびこれを含む光通信システムを提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、GaAs基板、GaP基板またはS
i基板に格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<
1、0≦y<1)層を活性層に用い、それによって、光
通信用の波長帯域で発振し、かつ、ΔEcを200me
V以上とする構成を実現している。
めに、本発明では、GaAs基板、GaP基板またはS
i基板に格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<
1、0≦y<1)層を活性層に用い、それによって、光
通信用の波長帯域で発振し、かつ、ΔEcを200me
V以上とする構成を実現している。
【0011】本発明の第1の半導体レーザ装置は、請求
項1に記載されるように、GaAs基板と前記GaAs
基板上に形成された積層構造とを具備する半導体レーザ
装置であって、前記積層構造は発光のための活性層を含
んでおり、前記活性層は、前記GaAs基板に格子整合
するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層
を含んでいる。
項1に記載されるように、GaAs基板と前記GaAs
基板上に形成された積層構造とを具備する半導体レーザ
装置であって、前記積層構造は発光のための活性層を含
んでおり、前記活性層は、前記GaAs基板に格子整合
するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層
を含んでいる。
【0012】これにより、GaAs基板を用いた長距離
光通信用(バンドギャップエネルギーが1.1〜1.6
μm帯)の半導体レーザが実現できる。これは、GaA
s基板に格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<
1、0≦y<1)層のバンドギャップエネルギーがボー
イング効果によって減少し、1.1〜1.6μm帯のレ
ーザ発振に最適な値を示すためである。また、ボーイン
グ効果によるInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層の伝導帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下
よりも顕著なため、前記積層構造内において、ΔEcを
200meV以上に増加させることが可能となる。その
結果、環境温度や半導体レーザ装置自身の温度の上昇に
よってキャリアのエネルギーが増加しても、活性層から
あふれ出るキャリア数の上昇は抑制され、温度特性に優
れた性能を発揮する。
光通信用(バンドギャップエネルギーが1.1〜1.6
μm帯)の半導体レーザが実現できる。これは、GaA
s基板に格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<
1、0≦y<1)層のバンドギャップエネルギーがボー
イング効果によって減少し、1.1〜1.6μm帯のレ
ーザ発振に最適な値を示すためである。また、ボーイン
グ効果によるInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層の伝導帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下
よりも顕著なため、前記積層構造内において、ΔEcを
200meV以上に増加させることが可能となる。その
結果、環境温度や半導体レーザ装置自身の温度の上昇に
よってキャリアのエネルギーが増加しても、活性層から
あふれ出るキャリア数の上昇は抑制され、温度特性に優
れた性能を発揮する。
【0013】請求項2に記載されるように、請求項1に
おいて、前記活性層は、井戸層および障壁層で構成され
る量子井戸構造を有しており、前記井戸層が前記InN
xAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層から形成さ
れていることが好ましい。
おいて、前記活性層は、井戸層および障壁層で構成され
る量子井戸構造を有しており、前記井戸層が前記InN
xAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層から形成さ
れていることが好ましい。
【0014】これにより、井戸層内のキャリアは量子力
学的な波動として振る舞い、より少ない注入電流でレー
ザ発信を達成することができる。
学的な波動として振る舞い、より少ない注入電流でレー
ザ発信を達成することができる。
【0015】請求項3に記載されるように、請求項2に
おいて、前記障壁層は、AlGaInP、AlGaA
s、GaAs、InGaAsPおよびInGaPからな
る群から選択されたいずれかの材料から形成されてもよ
い。
おいて、前記障壁層は、AlGaInP、AlGaA
s、GaAs、InGaAsPおよびInGaPからな
る群から選択されたいずれかの材料から形成されてもよ
い。
【0016】請求項4に記載されるように、請求項1に
おいて、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置する
前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の上
方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層お
よびコンタクト層とを更に含んでおり、前記コンタクト
層の上には前記コンタクト層に対してストライプ状領域
において接触する電極が配置されてもよい。
おいて、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置する
前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の上
方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層お
よびコンタクト層とを更に含んでおり、前記コンタクト
層の上には前記コンタクト層に対してストライプ状領域
において接触する電極が配置されてもよい。
【0017】これにより、注入電流がストライプ状領域
に狭窄され、キャリアの横方向閉じこめが実現する。
に狭窄され、キャリアの横方向閉じこめが実現する。
【0018】請求項5に記載されるように、請求項4に
おいて、前記積層構造のうち、前記基板とは異なる伝導
型の前記クラッド層および前記コンタクト層を含む部分
はリッジ状に加工されていてもよい。
おいて、前記積層構造のうち、前記基板とは異なる伝導
型の前記クラッド層および前記コンタクト層を含む部分
はリッジ状に加工されていてもよい。
【0019】これにより、リッジ部分とその両側の部分
との間において、実効屈折率が横方向に変化し、光の横
方向閉じこめが実現する。
との間において、実効屈折率が横方向に変化し、光の横
方向閉じこめが実現する。
【0020】請求項6に記載されるように、請求項1に
おいて、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置する
前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の上
方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と
を更に含んでおり、前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層はリッジ状部分を有しており、前記リッジ状部分の
両側には、前記基板と同じ伝導型の電流ブロック層が配
置され、前記電流ブロック層の上には、前記基板とは異
なる伝導型の埋め込み層が配置されている。
おいて、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置する
前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の上
方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と
を更に含んでおり、前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層はリッジ状部分を有しており、前記リッジ状部分の
両側には、前記基板と同じ伝導型の電流ブロック層が配
置され、前記電流ブロック層の上には、前記基板とは異
なる伝導型の埋め込み層が配置されている。
【0021】これにより、キャリアおよび光の閉じこめ
が実現し、電流ブロック層の働きで無効電流が低減す
る。
が実現し、電流ブロック層の働きで無効電流が低減す
る。
【0022】請求項7に記載されるように、請求項4か
ら6において、前記クラッド層は、GaAs、AlGa
As、InGaPおよびInGaAsPからなる群から
選択されたいずれかの材料から形成されていてもよい。
ら6において、前記クラッド層は、GaAs、AlGa
As、InGaPおよびInGaAsPからなる群から
選択されたいずれかの材料から形成されていてもよい。
【0023】請求項8に記載されるように、請求項6に
おいて、前記クラッド層、電流ブロック層および前記埋
め込み層は、GaAs、AlGaAs、InGaP、I
nGaAsPからなる群から選択されたいずれかの材料
から形成されていてもよい。
おいて、前記クラッド層、電流ブロック層および前記埋
め込み層は、GaAs、AlGaAs、InGaP、I
nGaAsPからなる群から選択されたいずれかの材料
から形成されていてもよい。
【0024】請求項9に記載されるように、請求項1に
おいて、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置する
前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の上
方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と
を備えており、前記基板とは異なる伝導型のクラッド層
の上方に配置された、前記基板と同じ伝導型の電流ブロ
ック層と、前記電流ブロック層の上部に配置された前記
基板とは異なる伝導型の埋め込み層とを更に具備し、前
記埋め込み層の一部がストライプ状領域において前記基
板とは異なる伝導型のクラッド層と接触していてもよ
い。
おいて、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置する
前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の上
方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と
を備えており、前記基板とは異なる伝導型のクラッド層
の上方に配置された、前記基板と同じ伝導型の電流ブロ
ック層と、前記電流ブロック層の上部に配置された前記
基板とは異なる伝導型の埋め込み層とを更に具備し、前
記埋め込み層の一部がストライプ状領域において前記基
板とは異なる伝導型のクラッド層と接触していてもよ
い。
【0025】これにより、キャリアおよび光の閉じこめ
が実現し、電流ブロック層の働きで無効電流が低減す
る。
が実現し、電流ブロック層の働きで無効電流が低減す
る。
【0026】請求項10に記載されるように、請求項9
において、前記クラッド層、前記電流ブロック層および
前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、InGaP
およびInGaAsPからなる群から選択されたいずれ
かの材料から形成されていてもよい。
において、前記クラッド層、前記電流ブロック層および
前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、InGaP
およびInGaAsPからなる群から選択されたいずれ
かの材料から形成されていてもよい。
【0027】請求項11に記載されるように、請求項1
において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置す
る前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の
上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層
およびコンタクト層とを備えており、前記GaAs基板
の一部と、前記クラッド層および前記活性層とを含む部
分がメサに加工されており、前記メサの両側が前記基板
と異なる伝導型の第1電流ブロック層と前記基板と同じ
伝導型の第2電流ブロック層とで埋め込まれ、前記第2
電流ブロック層の上部に前記基板とは異なる伝導型の埋
め込み層が配置されていてもよい。
において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置す
る前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層の
上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド層
およびコンタクト層とを備えており、前記GaAs基板
の一部と、前記クラッド層および前記活性層とを含む部
分がメサに加工されており、前記メサの両側が前記基板
と異なる伝導型の第1電流ブロック層と前記基板と同じ
伝導型の第2電流ブロック層とで埋め込まれ、前記第2
電流ブロック層の上部に前記基板とは異なる伝導型の埋
め込み層が配置されていてもよい。
【0028】これにより、異なる伝導型の2層の電流ブ
ロック層がメサへ注入電流を狭窄し、キャリアおよび光
の閉じこめを効率よく実現し、無効電流が低減する。
ロック層がメサへ注入電流を狭窄し、キャリアおよび光
の閉じこめを効率よく実現し、無効電流が低減する。
【0029】請求項12に記載されるように、請求項1
1において、前記クラッド層、前記電流ブロック層およ
び前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、InGa
P、およびInGaAsPからなる群から選択されたい
ずれかの材料か形成されていてもよい。
1において、前記クラッド層、前記電流ブロック層およ
び前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、InGa
P、およびInGaAsPからなる群から選択されたい
ずれかの材料か形成されていてもよい。
【0030】請求項13に記載されるように、請求項1
において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置す
る前記基板と同じ伝導型の半導体多層膜鏡と、前記活性
層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型の半導体
多層膜鏡とを含んでおり、前記一対の半導体積層構造は
垂直共振器を構成しており、前記共振器内で生成された
レーザ光は前記基板に垂直な方向に取り出されてもよ
い。
において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置す
る前記基板と同じ伝導型の半導体多層膜鏡と、前記活性
層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型の半導体
多層膜鏡とを含んでおり、前記一対の半導体積層構造は
垂直共振器を構成しており、前記共振器内で生成された
レーザ光は前記基板に垂直な方向に取り出されてもよ
い。
【0031】これにより、光通信に適した波長帯のレー
ザ光を放射する面発光型の半導体レーザが実現する。
ザ光を放射する面発光型の半導体レーザが実現する。
【0032】請求項14に記載されるように、請求項1
3において、前記一対の半導体多層膜鏡の少なくとも一
方がAlAsとGaAsの積層構造を有していてもよ
い。
3において、前記一対の半導体多層膜鏡の少なくとも一
方がAlAsとGaAsの積層構造を有していてもよ
い。
【0033】これにより、高反射率多層膜ミラーをGa
As基板上に成長することが可能となり、高性能の面発
光レーザを提供することができる。
As基板上に成長することが可能となり、高性能の面発
光レーザを提供することができる。
【0034】請求項15に記載されるように、請求項1
3において、前記一対の半導体多層膜鏡の少なくとも一
方がAlGaAsとGaAsの積層構造を有していても
よい。
3において、前記一対の半導体多層膜鏡の少なくとも一
方がAlGaAsとGaAsの積層構造を有していても
よい。
【0035】本発明の他の半導体レーザ装置は、請求項
16に記載されるように、GaP基板と前記GaP基板
上に形成された積層構造とを具備する半導体レーザ装置
であって、前記積層構造は発光のための活性層を含んで
おり、前記活性層は、前記GaP基板に格子整合するI
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含ん
でいる。
16に記載されるように、GaP基板と前記GaP基板
上に形成された積層構造とを具備する半導体レーザ装置
であって、前記積層構造は発光のための活性層を含んで
おり、前記活性層は、前記GaP基板に格子整合するI
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含ん
でいる。
【0036】これにより、GaP基板を用いた長距離光
通信用(バンドギャップエネルギーが1.1〜1.6μ
m帯)の半導体レーザが実現する。これは、GaP基板
に格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦
y<1)層のバンドギャップエネルギーがボーイング効
果によって減少し、1.1〜1.6μm帯のレーザ発振
に最適な値を示すためである。また、ボーイング効果に
よるInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層
の伝導帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下よりも顕
著なため、前記積層構造内において、ΔEcを200m
eV以上に増加することができる。GaPの格子定数は
GaAsの格子定数よりも小さく、よりバンドギャップ
エネルギーの大きな材料を用いることを可能ならしめ
る。バンドギャップエネルギーの大きな材料でInNx
AsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)から形成されて
いる層を挟み込めば、更にΔEcを大きくすることがで
きる。
通信用(バンドギャップエネルギーが1.1〜1.6μ
m帯)の半導体レーザが実現する。これは、GaP基板
に格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦
y<1)層のバンドギャップエネルギーがボーイング効
果によって減少し、1.1〜1.6μm帯のレーザ発振
に最適な値を示すためである。また、ボーイング効果に
よるInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層
の伝導帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下よりも顕
著なため、前記積層構造内において、ΔEcを200m
eV以上に増加することができる。GaPの格子定数は
GaAsの格子定数よりも小さく、よりバンドギャップ
エネルギーの大きな材料を用いることを可能ならしめ
る。バンドギャップエネルギーの大きな材料でInNx
AsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)から形成されて
いる層を挟み込めば、更にΔEcを大きくすることがで
きる。
【0037】請求項17に記載されるように、請求項1
6において、前記活性層は、井戸層および障壁層で構成
される量子井戸構造を有しており、前記井戸層が前記I
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層から形
成されていることが好ましい。
6において、前記活性層は、井戸層および障壁層で構成
される量子井戸構造を有しており、前記井戸層が前記I
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層から形
成されていることが好ましい。
【0038】これにより、井戸層内のキャリアは量子力
学的な波動として振る舞い、より少ない注入電流でレー
ザ発信を達成することができる。
学的な波動として振る舞い、より少ない注入電流でレー
ザ発信を達成することができる。
【0039】請求項18に記載されるように、請求項1
7において、前記障壁層は、GaNx'Asy'P1-x'-y’
(0<x’<1、0≦y’<1)から形成されていてもよ
い。
7において、前記障壁層は、GaNx'Asy'P1-x'-y’
(0<x’<1、0≦y’<1)から形成されていてもよ
い。
【0040】請求項19に記載されるように、請求項1
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層およびコンタクト層とを更に含んでおり、前記コンタ
クト層の上には前記コンタクト層に対してストライプ状
領域において接触する電極が配置されていてもよい。
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層およびコンタクト層とを更に含んでおり、前記コンタ
クト層の上には前記コンタクト層に対してストライプ状
領域において接触する電極が配置されていてもよい。
【0041】これにより、注入電流がストライプ状領域
に狭窄され、キャリアの横方向閉じこめが実現する。
に狭窄され、キャリアの横方向閉じこめが実現する。
【0042】請求項20に記載されるように、請求項1
9において、前記積層構造のうち、前記基板とは異なる
伝導型の前記クラッド層および前記コンタクト層を含む
部分はリッジ状に加工されていてもよい。
9において、前記積層構造のうち、前記基板とは異なる
伝導型の前記クラッド層および前記コンタクト層を含む
部分はリッジ状に加工されていてもよい。
【0043】これにより、リッジ部分とその両側の部分
との間において、実効屈折率が横方向に変化し、光の横
方向閉じこめが実現する。
との間において、実効屈折率が横方向に変化し、光の横
方向閉じこめが実現する。
【0044】請求項21に記載されるように、請求項1
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層とを更に含んでおり、前記基板とは異なる伝導型のク
ラッド層はリッジ状部分を有しており、前記リッジ状部
分の両側には、前記基板と同じ伝導型の電流ブロック層
が配置され、前記電流ブロック層の上には、前記基板と
は異なる伝導型の埋め込み層が配置されていてもよい。
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層とを更に含んでおり、前記基板とは異なる伝導型のク
ラッド層はリッジ状部分を有しており、前記リッジ状部
分の両側には、前記基板と同じ伝導型の電流ブロック層
が配置され、前記電流ブロック層の上には、前記基板と
は異なる伝導型の埋め込み層が配置されていてもよい。
【0045】これにより、キャリアおよび光の閉じこめ
が実現し、電流ブロック層の働きで無効電流が低減す
る。
が実現し、電流ブロック層の働きで無効電流が低減す
る。
【0046】請求項22に記載されるように、請求項1
9から20において、前記クラッド層は、GaPから形
成されていもよい。
9から20において、前記クラッド層は、GaPから形
成されていもよい。
【0047】請求項23に記載されるように、請求項2
1において、前記クラッド層、電流ブロック層および前
記埋め込み層はGaPから形成されていもよい。
1において、前記クラッド層、電流ブロック層および前
記埋め込み層はGaPから形成されていもよい。
【0048】請求項24に記載されるように、請求項1
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層とを備えており、前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層の上方に配置されれた、前記基板と同じ伝導型の電
流ブロック層と、前記電流ブロック層の上部に配置され
た前記基板とは異なる伝導型の埋め込み層とを更に具備
し、前記埋め込み層の一部がストライプ状領域において
前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と接触していて
もよい。
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層とを備えており、前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層の上方に配置されれた、前記基板と同じ伝導型の電
流ブロック層と、前記電流ブロック層の上部に配置され
た前記基板とは異なる伝導型の埋め込み層とを更に具備
し、前記埋め込み層の一部がストライプ状領域において
前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と接触していて
もよい。
【0049】請求項25に記載されるように、請求項2
4において、前記クラッド層、前記電流ブロック層およ
び前記埋め込み層はGaPから形成されていてもよい。
4において、前記クラッド層、前記電流ブロック層およ
び前記埋め込み層はGaPから形成されていてもよい。
【0050】請求項26に記載されるように、請求項1
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層およびコンタクト層とを備えており、前記GaP基
板、前記クラッド層、前記活性層を含む積層構造がメサ
状に加工されており、前記メサの両側が前記基板と異な
る伝導型の第1電流ブロック層と前記基板と同じ伝導型
の第2電流ブロック層とで埋め込まれ、前記第2電流ブ
ロック層の上部に前記基板とは異なる伝導型の埋め込み
層が配置されていてもよい。
6において、前記積層構造は、前記活性層の下方に位置
する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性層
の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッド
層およびコンタクト層とを備えており、前記GaP基
板、前記クラッド層、前記活性層を含む積層構造がメサ
状に加工されており、前記メサの両側が前記基板と異な
る伝導型の第1電流ブロック層と前記基板と同じ伝導型
の第2電流ブロック層とで埋め込まれ、前記第2電流ブ
ロック層の上部に前記基板とは異なる伝導型の埋め込み
層が配置されていてもよい。
【0051】これにより、異なる伝導型の2層の電流ブ
ロック層がメサへ注入電流を狭窄し、キャリアおよび光
の閉じこめを効率よく実現し、無効電流が低減する。
ロック層がメサへ注入電流を狭窄し、キャリアおよび光
の閉じこめを効率よく実現し、無効電流が低減する。
【0052】請求項27に記載されるように、請求項2
6において、前記クラッド層、前記電流ブロック層およ
び前記埋め込み層がGaPから形成されていてもよい。
6において、前記クラッド層、前記電流ブロック層およ
び前記埋め込み層がGaPから形成されていてもよい。
【0053】本発明の更に他の半導体レーザ装置は、請
求項28に記載されているように、Si基板と前記Si
基板上に形成された積層構造とを具備する半導体レーザ
装置であって、前記積層構造は発光のための活性層を含
んでおり、前記活性層は、前記Si基板に格子整合する
InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含
んでいる。
求項28に記載されているように、Si基板と前記Si
基板上に形成された積層構造とを具備する半導体レーザ
装置であって、前記積層構造は発光のための活性層を含
んでおり、前記活性層は、前記Si基板に格子整合する
InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含
んでいる。
【0054】これにより、Si基板を用いた長距離光通
信用(バンドギャップエネルギーが1.1〜1.6μm
帯)の半導体レーザが実現できる。これは、Si基板に
格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層のバンドギャップエネルギーがボーイング効果
によって減少し、1.1〜1.6μm帯のレーザ発振に
最適な値を示すためである。また、ボーイング効果によ
るInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層の
伝導帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下よりも顕著
なため、前記積層構造内において、ΔEcを200me
V以上に増加させることが可能となる。その結果、環境
温度や半導体レーザ装置自身の温度の上昇によってキャ
リアのエネルギーが増加しても、活性層からあふれ出る
キャリア数の上昇は抑制され、温度特性に優れた性能を
発揮する。
信用(バンドギャップエネルギーが1.1〜1.6μm
帯)の半導体レーザが実現できる。これは、Si基板に
格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層のバンドギャップエネルギーがボーイング効果
によって減少し、1.1〜1.6μm帯のレーザ発振に
最適な値を示すためである。また、ボーイング効果によ
るInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層の
伝導帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下よりも顕著
なため、前記積層構造内において、ΔEcを200me
V以上に増加させることが可能となる。その結果、環境
温度や半導体レーザ装置自身の温度の上昇によってキャ
リアのエネルギーが増加しても、活性層からあふれ出る
キャリア数の上昇は抑制され、温度特性に優れた性能を
発揮する。
【0055】特に、Si基板を用いていることにより、
トランジスタ等の半導体集積回路要素とともに、単一の
基板上に半導体レーザ装置を集積することが可能とな
る。
トランジスタ等の半導体集積回路要素とともに、単一の
基板上に半導体レーザ装置を集積することが可能とな
る。
【0056】請求項29に記載されるように、請求項2
8において、前記活性層は、井戸層および障壁層で構成
される量子井戸構造を有しており、前記井戸層が前記I
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層である
ことが好ましい。これにより、井戸層内のキャリアは量
子力学的な波動として振る舞い、より少ない注入電流で
レーザ発信を達成することができる。
8において、前記活性層は、井戸層および障壁層で構成
される量子井戸構造を有しており、前記井戸層が前記I
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層である
ことが好ましい。これにより、井戸層内のキャリアは量
子力学的な波動として振る舞い、より少ない注入電流で
レーザ発信を達成することができる。
【0057】なお、障壁層のバンドギャップエネルギー
はクラッド層のそれよりも小さい必要がある。本発明の
光通信システムは、請求項1から29のいずれかに記載
される半導体レーザ装置を含む。
はクラッド層のそれよりも小さい必要がある。本発明の
光通信システムは、請求項1から29のいずれかに記載
される半導体レーザ装置を含む。
【0058】本発明の他の半導体レーザ装置は、GaA
s基板と前記GaAs基板上に形成された積層構造とを
具備する半導体レーザ装置であって、前記積層構造は、
発光のための活性層を含んでおり、前記活性層は、In
NxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んで
おり、前記活性層に電流を注入するためのトランジスタ
が前記GaAs基板上に集積されている。
s基板と前記GaAs基板上に形成された積層構造とを
具備する半導体レーザ装置であって、前記積層構造は、
発光のための活性層を含んでおり、前記活性層は、In
NxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んで
おり、前記活性層に電流を注入するためのトランジスタ
が前記GaAs基板上に集積されている。
【0059】本発明の他の半導体レーザ装置は、Si基
板と前記Si基板上に形成された積層構造とを具備する
半導体レーザ装置であって、前記積層構造は、発光のた
めの活性層を含んでおり、前記活性層は、InNxAsy
P1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでおり、前
記活性層に電流を注入するためのトランジスタが前記S
i基板上に集積されている。
板と前記Si基板上に形成された積層構造とを具備する
半導体レーザ装置であって、前記積層構造は、発光のた
めの活性層を含んでおり、前記活性層は、InNxAsy
P1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでおり、前
記活性層に電流を注入するためのトランジスタが前記S
i基板上に集積されている。
【0060】本発明の更に他の半導体レーザ装置は、S
i基板と前記Si基板上に形成された積層構造とを具備
する半導体レーザ装置であって、前記積層構造は、発光
のための活性層を含んでおり、前記活性層は、InNx
AsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでお
り、前記活性層から放射されたレーザ光を受け取る光フ
ァイバを支持するための凹部が前記Si基板上に設けら
れている。
i基板と前記Si基板上に形成された積層構造とを具備
する半導体レーザ装置であって、前記積層構造は、発光
のための活性層を含んでおり、前記活性層は、InNx
AsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでお
り、前記活性層から放射されたレーザ光を受け取る光フ
ァイバを支持するための凹部が前記Si基板上に設けら
れている。
【0061】前記Si基板の前記溝によって前記光ファ
イバの少なくとも一部が支持されていてもよい。
イバの少なくとも一部が支持されていてもよい。
【0062】前記活性層に電流を注入するためのトラン
ジスタが前記Si基板上に集積されていることが好まし
い。
ジスタが前記Si基板上に集積されていることが好まし
い。
【0063】本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、
InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含
む積層構造を半導体基板上に形成する工程と、前記積層
構造をパターニングして、レーザ共振器及び反射面を形
成する工程と、前記半導体基板にトランジスタを形成す
る工程と、を包含する。
InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含
む積層構造を半導体基板上に形成する工程と、前記積層
構造をパターニングして、レーザ共振器及び反射面を形
成する工程と、前記半導体基板にトランジスタを形成す
る工程と、を包含する。
【0064】前記活性層から放射されたレーザ光を受け
取る光ファイバを支持するための凹部を前記半導体基板
に形成する工程を更に包含してもよい。
取る光ファイバを支持するための凹部を前記半導体基板
に形成する工程を更に包含してもよい。
【0065】前記光ファイバの少なくとも一部を前記半
導体基板の前記凹部に配置する工程を更に包含してもよ
い。
導体基板の前記凹部に配置する工程を更に包含してもよ
い。
【0066】
【発明の実施の形態】III―V族化合物半導体のバンド
ギャップエネルギーと格子定数との関係を図9(a)に
示す。InPとInNの混晶であるInNxP1-x(0<
x<1)(以下、簡単に「InNP」と称することがあ
る)は、そこに含まれるN(窒素)とP(リン)の組成
比率を適切に選択することによって、InNPの格子定
数を、GaAs、GaPおよびSiの格子定数に一致さ
せることが可能である。
ギャップエネルギーと格子定数との関係を図9(a)に
示す。InPとInNの混晶であるInNxP1-x(0<
x<1)(以下、簡単に「InNP」と称することがあ
る)は、そこに含まれるN(窒素)とP(リン)の組成
比率を適切に選択することによって、InNPの格子定
数を、GaAs、GaPおよびSiの格子定数に一致さ
せることが可能である。
【0067】しかしながら、InPにNを加えてゆく
と、得られる三元混晶のバンドギャップエネルギーは、
InNのバンドギャップエネルギーに近づくように線形
的に増加すると予想されるため、光通信に適したバンド
ギャップエネルギー(発振波長:1.1〜1.6μm
帯)からは外れてゆくと考えられてきた。このため、I
nGaAsPまたはInPAsを半導体レーザの活性層
材料として用いる場合は、InP基板が使用され、あえ
てInPの格子定数よりも小さな格子定数を持つ材料か
らなる基板を採用することはなかった。
と、得られる三元混晶のバンドギャップエネルギーは、
InNのバンドギャップエネルギーに近づくように線形
的に増加すると予想されるため、光通信に適したバンド
ギャップエネルギー(発振波長:1.1〜1.6μm
帯)からは外れてゆくと考えられてきた。このため、I
nGaAsPまたはInPAsを半導体レーザの活性層
材料として用いる場合は、InP基板が使用され、あえ
てInPの格子定数よりも小さな格子定数を持つ材料か
らなる基板を採用することはなかった。
【0068】本発明者は、InPにNを加えてゆくか、
またはInNにPを加えてゆくと、図9(a)に示すよ
うに、バンドギャップエネルギーが減少すること(ボー
イング現象)を見いだした。このため、格子定数をGa
As、GaPおよびSiにを一致させるようにNを添加
した場合でも、バンドギャップエネルギーはInPおよ
びInNのそれよりも小さな値となり、光通信に用いら
れる1.1〜1.6μm帯となる。
またはInNにPを加えてゆくと、図9(a)に示すよ
うに、バンドギャップエネルギーが減少すること(ボー
イング現象)を見いだした。このため、格子定数をGa
As、GaPおよびSiにを一致させるようにNを添加
した場合でも、バンドギャップエネルギーはInPおよ
びInNのそれよりも小さな値となり、光通信に用いら
れる1.1〜1.6μm帯となる。
【0069】本発明者の見いだしたバンドギャップエネ
ルギーのボーイング効果は主に伝導帯で生じるため、2
00meV以上の非常に大きなΔEcが実現可能であ
る。このことを図9(b)を参照しながら説明する。図
9(b)は、InPとInNPのバンド構造を示してい
る。図9(b)に示すように、InPに70%以下のN
を加えてInNPにした場合、InPのバンドギャップ
エネルギー(Eg(InP))よりもInNPのバンド
ギャップエネルギー(Eg(InNP))の方が小さく
なる。更に、価電子帯側のエネルギー(Ev)はほとん
ど変化せずに、伝導帯側のエネルギー(Ec)がNの添
加により小さくなる。このようなInNP層をGaA
s、GaPまたはAlGaAs層で挟み込めば、200
meV以上の大きなΔEcを実現することが可能とな
る。特にGaAs基板を用いる場合、InP基板上には
結晶成長できないAlGaAs層を成長させることがで
き、これらの層をクラッド層や障壁層に使用することを
可能ならしめる。その結果、InP基板を用いた場合よ
りも、さらにキャリアの閉じこめに適した構成が実現で
きる。
ルギーのボーイング効果は主に伝導帯で生じるため、2
00meV以上の非常に大きなΔEcが実現可能であ
る。このことを図9(b)を参照しながら説明する。図
9(b)は、InPとInNPのバンド構造を示してい
る。図9(b)に示すように、InPに70%以下のN
を加えてInNPにした場合、InPのバンドギャップ
エネルギー(Eg(InP))よりもInNPのバンド
ギャップエネルギー(Eg(InNP))の方が小さく
なる。更に、価電子帯側のエネルギー(Ev)はほとん
ど変化せずに、伝導帯側のエネルギー(Ec)がNの添
加により小さくなる。このようなInNP層をGaA
s、GaPまたはAlGaAs層で挟み込めば、200
meV以上の大きなΔEcを実現することが可能とな
る。特にGaAs基板を用いる場合、InP基板上には
結晶成長できないAlGaAs層を成長させることがで
き、これらの層をクラッド層や障壁層に使用することを
可能ならしめる。その結果、InP基板を用いた場合よ
りも、さらにキャリアの閉じこめに適した構成が実現で
きる。
【0070】なお、InP、InNおよびInAsの混
晶であるInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0<y<
1)(以下、簡単に「InNAsP」と称する)も、I
nNPと同様に、GaAs、GaPおよびSiと格子定
数を一致させることが可能であり、バンドギャップエネ
ルギーについても1.1〜1.6μm帯の値を示すよう
にすることが可能である。InNAsPは、P、Nおよ
びAsの比率を適宜選択することにより、InNPの場
合よりも広い範囲で格子定数とバンドギャップエネルギ
ーの両方を制御することが可能である。
晶であるInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0<y<
1)(以下、簡単に「InNAsP」と称する)も、I
nNPと同様に、GaAs、GaPおよびSiと格子定
数を一致させることが可能であり、バンドギャップエネ
ルギーについても1.1〜1.6μm帯の値を示すよう
にすることが可能である。InNAsPは、P、Nおよ
びAsの比率を適宜選択することにより、InNPの場
合よりも広い範囲で格子定数とバンドギャップエネルギ
ーの両方を制御することが可能である。
【0071】なお、本願明細書では、「InNP」と
「InNAsP」とを併せて、InNxAsyP
1-x-y(0<x<1、0≦y<1)と表記する。以下に、
添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
「InNAsP」とを併せて、InNxAsyP
1-x-y(0<x<1、0≦y<1)と表記する。以下に、
添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【0072】(第1の実施形態)図1(a)は本発明の
第1の実施形態による半導体レーザ装置を前面から見た
図である。この半導体レーザ装置の発振波長は1.3μ
m近傍である。
第1の実施形態による半導体レーザ装置を前面から見た
図である。この半導体レーザ装置の発振波長は1.3μ
m近傍である。
【0073】この半導体レーザ装置は、n型GaAs基
板1と、n型GaAs基板1上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaAsバッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層(厚さ1.5μm)3、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型Al0.5Ga0.5As
クラッド層(中央部の厚さ2.0μm)7、p型GaA
sコンタクト層(厚さ1μm)8を、n型GaAs基板
1の側から、この順序で含んでいる。本実施形態では、
クラッド層7の一部がエッチングによって除去されるこ
とにより、レーザ光の横モードを調整するためのストラ
イプ状リッジ構造が形成されている。積層構造の上部、
より詳細にはp型クラッド層7の上にはSiO2絶縁膜4
9が堆積され、その上にp側電極9が配置されている。
p側電極9は、SiO2絶縁膜49に設けられたストライ
プ状開口部を介してコンタクト層8と接触している。n
型GaAs基板1の裏面にはn側電極10が形成されて
いる。
板1と、n型GaAs基板1上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaAsバッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層(厚さ1.5μm)3、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型Al0.5Ga0.5As
クラッド層(中央部の厚さ2.0μm)7、p型GaA
sコンタクト層(厚さ1μm)8を、n型GaAs基板
1の側から、この順序で含んでいる。本実施形態では、
クラッド層7の一部がエッチングによって除去されるこ
とにより、レーザ光の横モードを調整するためのストラ
イプ状リッジ構造が形成されている。積層構造の上部、
より詳細にはp型クラッド層7の上にはSiO2絶縁膜4
9が堆積され、その上にp側電極9が配置されている。
p側電極9は、SiO2絶縁膜49に設けられたストライ
プ状開口部を介してコンタクト層8と接触している。n
型GaAs基板1の裏面にはn側電極10が形成されて
いる。
【0074】活性層5の拡大図を図1(b)に示す。活
性層5は、一対のGaAs障壁層11がInNAsP井
戸層12を挟み込む量子井戸構造を有している。レーザ
の発振波長が1.3μm近傍となるように、InNAs
P井戸層12の組成比並びに層厚が設定されている。ま
た、InNAsP井戸層11にはGaAsに対して−
1.5%から+1.5%の格子歪が加えられている。
性層5は、一対のGaAs障壁層11がInNAsP井
戸層12を挟み込む量子井戸構造を有している。レーザ
の発振波長が1.3μm近傍となるように、InNAs
P井戸層12の組成比並びに層厚が設定されている。ま
た、InNAsP井戸層11にはGaAsに対して−
1.5%から+1.5%の格子歪が加えられている。
【0075】このような構成を採用することにより、G
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側の、バンドオフセット(ΔEv)を10
0meV以下とすることが可能である。そのため、周囲
温度の上昇に対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特
性が劣化しない。
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側の、バンドオフセット(ΔEv)を10
0meV以下とすることが可能である。そのため、周囲
温度の上昇に対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特
性が劣化しない。
【0076】本実施形態では井戸層12にInNAsP
を用いているが、これがInNPであっても同様な効果
を得ることできる。また、活性層5内の井戸数は一つで
あるが、二つ以上であってもよい(多重量子井戸の採
用)。
を用いているが、これがInNPであっても同様な効果
を得ることできる。また、活性層5内の井戸数は一つで
あるが、二つ以上であってもよい(多重量子井戸の採
用)。
【0077】障壁層11および光閉じ込め層4または6
の材料にはGaAsを用いているが、その代わりにIn
GaAsP、InGaP、AlGaAsおよびAlGa
InPのうちいずれかを用いてもよい。光閉じ込め層4
または6は一種類の材料から形成されているが、InG
aAsP、InGaP、AlGaAsおよびAlGaI
nPのうちからバンドギャップエネルギーの異なる2種
類以上の材料から形成されてもよい。クラッド層3まは
た7の材料にAlGaAsを用いているが、GaAsに
格子整合するInGaAsP、InGaPまたはAlG
aInPのうちいずれかを用いてもよい。
の材料にはGaAsを用いているが、その代わりにIn
GaAsP、InGaP、AlGaAsおよびAlGa
InPのうちいずれかを用いてもよい。光閉じ込め層4
または6は一種類の材料から形成されているが、InG
aAsP、InGaP、AlGaAsおよびAlGaI
nPのうちからバンドギャップエネルギーの異なる2種
類以上の材料から形成されてもよい。クラッド層3まは
た7の材料にAlGaAsを用いているが、GaAsに
格子整合するInGaAsP、InGaPまたはAlG
aInPのうちいずれかを用いてもよい。
【0078】更に、本実施形態の発振波長は1.3μm
帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても良
い。
帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても良
い。
【0079】本実施形態はファブリペロー型のレーザで
あるが、活性層近傍(例えば活性層近傍の基板)に回折
格子を形成した分布帰還型半導体レーザ装置(DFBレ
ーザ)に本発明を適用してもよい。
あるが、活性層近傍(例えば活性層近傍の基板)に回折
格子を形成した分布帰還型半導体レーザ装置(DFBレ
ーザ)に本発明を適用してもよい。
【0080】(第2の実施形態)図2(a)は本発明の
第2の実施形態によるの半導体レーザ装置を前面から見
た図である。この半導体レーザ装置の発振波長は1.3
μm近傍である。
第2の実施形態によるの半導体レーザ装置を前面から見
た図である。この半導体レーザ装置の発振波長は1.3
μm近傍である。
【0081】この半導体レーザ装置は、n型GaAs基
板1とn型GaAs基板1上に設けられた積層構造とを
具備している。この積層構造は、n型GaAs バッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層(厚さ1.5μm)3、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型Al0.5Ga0.5As
クラッド層(厚さ0.15μm)7を、基板1の側から
この順序で含んでいる。
板1とn型GaAs基板1上に設けられた積層構造とを
具備している。この積層構造は、n型GaAs バッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層(厚さ1.5μm)3、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型Al0.5Ga0.5As
クラッド層(厚さ0.15μm)7を、基板1の側から
この順序で含んでいる。
【0082】p型クラッド層7上にはn型Al0.6Ga
0.4As電流ブロック層13が積層されており、中央部
において電流ブロック層13の一部がエッチングにより
除去され、ストライプ状の開口部が形成されている。電
流ブロック層13の上部には、p型Al0.5Ga0.5As
埋め込み層(厚さ2.0μm)14とp型GaAsコン
タクト層(厚さ1μm)8が積層されている。埋め込み
層14とクラッド層7とは、中央部において共振器方向
に延びるストライプ状領域で接触しており、電流はこの
部分を通して縦方向に流れる。このストライプ状領域の
幅は2.5μmである。p側電極9はコンタクト層8と
接触しており、n型GaAs基板1の裏面にはn側電極
10が形成されている。
0.4As電流ブロック層13が積層されており、中央部
において電流ブロック層13の一部がエッチングにより
除去され、ストライプ状の開口部が形成されている。電
流ブロック層13の上部には、p型Al0.5Ga0.5As
埋め込み層(厚さ2.0μm)14とp型GaAsコン
タクト層(厚さ1μm)8が積層されている。埋め込み
層14とクラッド層7とは、中央部において共振器方向
に延びるストライプ状領域で接触しており、電流はこの
部分を通して縦方向に流れる。このストライプ状領域の
幅は2.5μmである。p側電極9はコンタクト層8と
接触しており、n型GaAs基板1の裏面にはn側電極
10が形成されている。
【0083】活性層5の拡大図を図2(b)に示す。活
性層5は一対のGaAs障壁層11とInNAsP井戸
層12から形成されている量子井戸構造を有しており、
発振波長が1.3μm近傍となるようにInNAsP井
戸層12の組成比並びに層厚が設定されている。InN
AsP井戸層11にはGaAsに対して−1.5%から
+1.5%の格子歪が加えられている。
性層5は一対のGaAs障壁層11とInNAsP井戸
層12から形成されている量子井戸構造を有しており、
発振波長が1.3μm近傍となるようにInNAsP井
戸層12の組成比並びに層厚が設定されている。InN
AsP井戸層11にはGaAsに対して−1.5%から
+1.5%の格子歪が加えられている。
【0084】このような構成を採用することにより、G
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側のバンドオフセット(ΔEv)を100
meV以下とすることが可能であり、周囲温度の上昇に
対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化しな
い。
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側のバンドオフセット(ΔEv)を100
meV以下とすることが可能であり、周囲温度の上昇に
対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化しな
い。
【0085】更に、実屈折導波構造となっており、安定
した単一横モード発振が実現可能である。また、本実施
形態では井戸層11の材料にInNAsPを用いている
が、これがInNPであっても同様な効果を得ることが
可能である。
した単一横モード発振が実現可能である。また、本実施
形態では井戸層11の材料にInNAsPを用いている
が、これがInNPであっても同様な効果を得ることが
可能である。
【0086】また、井戸数は一つであるが、二つ以上で
あってもよい。また、障壁層および光閉じ込め層の材料
にはGaAsを用いているが、InGaAsP、InG
aP、AlGaAsおよびAlGaInPのうちいずれ
を用いてもよい。
あってもよい。また、障壁層および光閉じ込め層の材料
にはGaAsを用いているが、InGaAsP、InG
aP、AlGaAsおよびAlGaInPのうちいずれ
を用いてもよい。
【0087】また、光閉じ込め層は一種類の材料から形
成されているが、InGaAsP、InGaP、AlG
aAsおよびAlGaInPのうちからバンドギャップ
エネルギーの異なる2種類以上の材料から形成されても
よい。また、クラッド層にはAlGaAsを用いている
が、GaAsに格子整合するInGaAsP、InGa
P、AlGaInPのうちいずれであってもよい。
成されているが、InGaAsP、InGaP、AlG
aAsおよびAlGaInPのうちからバンドギャップ
エネルギーの異なる2種類以上の材料から形成されても
よい。また、クラッド層にはAlGaAsを用いている
が、GaAsに格子整合するInGaAsP、InGa
P、AlGaInPのうちいずれであってもよい。
【0088】更に、本実施形態の発振波長は1.3μm
帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても良
い。
帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても良
い。
【0089】また、本実施形態では、ファブリペロー型
のレーザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成し
た(例えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ
装置(DFBレーザ)としてもよい。
のレーザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成し
た(例えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ
装置(DFBレーザ)としてもよい。
【0090】(第3の実施形態)図3(a)は本発明の
第3の実施形態による半導体レーザ装置を前面から見た
図である。この半導体レーザ装置の発振波長は1.3μ
m近傍である。
第3の実施形態による半導体レーザ装置を前面から見た
図である。この半導体レーザ装置の発振波長は1.3μ
m近傍である。
【0091】この半導体レーザ装置は、n型GaAs基
板1とn型GaAs基板1上に設けられた積層構造とを
具備している。この積層構造は、n型GaAsバッファ
層(不図示、厚さ1μm)、n型In0.5Ga0.5Pクラ
ッド層(1.5μm)15、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型 In0.5Ga0.5P
クラッド層(厚さ0.2μm)16を、n型GaAs基
板1の側からこの順序で含んでいる。n型クラッド層
3、n型光閉じ込め層4、活性層5、p型光閉じ込め層
6、p型クラッド層16を含む多層膜がエッチングされ
ることにより、共振器方向に沿ってストライプ状に伸び
るメサが形成されている。
板1とn型GaAs基板1上に設けられた積層構造とを
具備している。この積層構造は、n型GaAsバッファ
層(不図示、厚さ1μm)、n型In0.5Ga0.5Pクラ
ッド層(1.5μm)15、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型 In0.5Ga0.5P
クラッド層(厚さ0.2μm)16を、n型GaAs基
板1の側からこの順序で含んでいる。n型クラッド層
3、n型光閉じ込め層4、活性層5、p型光閉じ込め層
6、p型クラッド層16を含む多層膜がエッチングされ
ることにより、共振器方向に沿ってストライプ状に伸び
るメサが形成されている。
【0092】このメサの両側には、p型In0.5Ga0.5
P電流ブロック層17とn型In0.5Ga0.5P電流ブロ
ック層18が積層されている。電流ブロック層18およ
びp型クラッド層16上には、p型 In0.5Ga0.5P
埋め込み層(厚さ2.0μm)19、p型GaAsコン
タクト層(厚さ1μm)8が積層されている。電流はメ
サを通して縦方向に流れる。このメサの幅は1.5μm
である。p側電極9はコンタクト層8と接触しており、
n型GaAs基板1の裏面にはn側電極10が形成され
ている。
P電流ブロック層17とn型In0.5Ga0.5P電流ブロ
ック層18が積層されている。電流ブロック層18およ
びp型クラッド層16上には、p型 In0.5Ga0.5P
埋め込み層(厚さ2.0μm)19、p型GaAsコン
タクト層(厚さ1μm)8が積層されている。電流はメ
サを通して縦方向に流れる。このメサの幅は1.5μm
である。p側電極9はコンタクト層8と接触しており、
n型GaAs基板1の裏面にはn側電極10が形成され
ている。
【0093】活性層5の拡大図を図3(b)に示す。活
性層5は、GaAs障壁層11とInNAsP井戸層1
2から形成されており、発振波長が1.3μm近傍とな
るようにInNAsP井戸層12の組成比並びに層厚が
設定されている。また、InNAsP井戸層11にはG
aAsに対して−1.5%から+1.5%の格子歪が加
えられている。
性層5は、GaAs障壁層11とInNAsP井戸層1
2から形成されており、発振波長が1.3μm近傍とな
るようにInNAsP井戸層12の組成比並びに層厚が
設定されている。また、InNAsP井戸層11にはG
aAsに対して−1.5%から+1.5%の格子歪が加
えられている。
【0094】このような構成を採用することにより、G
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側の、バンドオフセット(ΔEv)を10
0meV以下とすることが可能であり、周囲温度の上昇
に対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化し
ない。更に、実屈折導波構造となっており、安定した単
一横モード発振が実現可能である。また、電流がメサ内
の活性層5のみに流れるため、発振に寄与しない電流成
分が大幅に低減でき、低しきい値電流特性が実現可能で
ある。
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側の、バンドオフセット(ΔEv)を10
0meV以下とすることが可能であり、周囲温度の上昇
に対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化し
ない。更に、実屈折導波構造となっており、安定した単
一横モード発振が実現可能である。また、電流がメサ内
の活性層5のみに流れるため、発振に寄与しない電流成
分が大幅に低減でき、低しきい値電流特性が実現可能で
ある。
【0095】本実施形態では、井戸層の材料にInNA
sPを用いているが、これがInNPであっても同様な
効果を得ることができる。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、障壁層および光閉
じ込め層の材料にはGaAsを用いているが、InGa
AsPから形成してもよい。光閉じ込め層は一種類の材
料から形成されているが、InGaAsPで組成比の異
なる2種類以上の材料から形成されてもよい。また、ク
ラッド層にはInGaPを用いているが、GaAsに格
子整合し、障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大
きなInGaAsPから形成してもよい。
sPを用いているが、これがInNPであっても同様な
効果を得ることができる。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、障壁層および光閉
じ込め層の材料にはGaAsを用いているが、InGa
AsPから形成してもよい。光閉じ込め層は一種類の材
料から形成されているが、InGaAsPで組成比の異
なる2種類以上の材料から形成されてもよい。また、ク
ラッド層にはInGaPを用いているが、GaAsに格
子整合し、障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大
きなInGaAsPから形成してもよい。
【0096】更に、本実施形態では発振波長は1.3μ
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成した(例
えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成した(例
えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
【0097】(第4の実施形態)図4(a)は本発明の
第4の実施形態による半導体レーザ装置(垂直共振器型
面発光レーザ)を上方から見た図であり、図4(b)は
中央部における断面図である。本発明の半導体レーザ装
置の発振波長は1.3μm近傍である。
第4の実施形態による半導体レーザ装置(垂直共振器型
面発光レーザ)を上方から見た図であり、図4(b)は
中央部における断面図である。本発明の半導体レーザ装
置の発振波長は1.3μm近傍である。
【0098】この半導体レーザ装置は、n型GaAs基
板1と、n型GaAs基板1上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaAsバッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型半導体多層膜反射鏡20、
n型GaAs光閉じこめ層(厚さ100nm)4、活性
層5、p型GaAs光閉じこめ層(厚さ100nm)
6、p型半導体多層膜反射鏡21、p型GaAsコンタ
クト層(厚さ1μm)8を、n型GaAs基板1の側か
らこの順序に含んでいる。
板1と、n型GaAs基板1上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaAsバッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型半導体多層膜反射鏡20、
n型GaAs光閉じこめ層(厚さ100nm)4、活性
層5、p型GaAs光閉じこめ層(厚さ100nm)
6、p型半導体多層膜反射鏡21、p型GaAsコンタ
クト層(厚さ1μm)8を、n型GaAs基板1の側か
らこの順序に含んでいる。
【0099】p型半導体多層膜反射鏡21およびp型G
aAsコンタクト層8は、エッチングにより円形メサに
なっており、メサの直径は50μmである。
aAsコンタクト層8は、エッチングにより円形メサに
なっており、メサの直径は50μmである。
【0100】p型GaAs光閉じこめ層6とp型半導体
多層膜反射鏡21の間には、AlAs領域22とAl酸
化膜領域23とで構成される電流狭窄構造が設けられて
いる。この電流狭窄層構造は、中央部の直径5μmのA
lAs領域22と、このAlAs領域22を取り囲む電
気絶縁性のAl酸化膜領域23とに分かれている。電流
はAlAs領域22のみを通って活性層5に注入され
る。Al酸化膜領域23は、AlAs層の周辺領域を選
択的に酸化することによって形成されている。
多層膜反射鏡21の間には、AlAs領域22とAl酸
化膜領域23とで構成される電流狭窄構造が設けられて
いる。この電流狭窄層構造は、中央部の直径5μmのA
lAs領域22と、このAlAs領域22を取り囲む電
気絶縁性のAl酸化膜領域23とに分かれている。電流
はAlAs領域22のみを通って活性層5に注入され
る。Al酸化膜領域23は、AlAs層の周辺領域を選
択的に酸化することによって形成されている。
【0101】n型半導体多層膜反射鏡20はAlAs層
とGaAs層とが交互にそれぞれ28層だけ積層された
構造を有している。p型半導体多層膜反射鏡21はAl
0.67Ga0.37AsとGaAsが交互にそれぞれ30層積
層された構造を有している。各層の厚さは1.3μm
で、全体の反射率がそれぞれ最大となるようになってい
る。
とGaAs層とが交互にそれぞれ28層だけ積層された
構造を有している。p型半導体多層膜反射鏡21はAl
0.67Ga0.37AsとGaAsが交互にそれぞれ30層積
層された構造を有している。各層の厚さは1.3μm
で、全体の反射率がそれぞれ最大となるようになってい
る。
【0102】p側電極9はコンタクト層8と接触してお
り、n型GaAs基板1の裏面にはn側電極10が形成
されている。円形のメサの下部に対応するn型GaAs
基板1の裏面にはn側電極10は形成されておらず、レ
ーザ光をn型GaAs基板1から取り出す構造となって
いる。
り、n型GaAs基板1の裏面にはn側電極10が形成
されている。円形のメサの下部に対応するn型GaAs
基板1の裏面にはn側電極10は形成されておらず、レ
ーザ光をn型GaAs基板1から取り出す構造となって
いる。
【0103】活性層5の拡大図を図4(c)に示す。活
性層5はGaAs障壁層11とInNAsP井戸層12
から形成されており、発振波長が1.3μm近傍となる
ようにInNAsP井戸層12の組成比並びに層厚が設
定されている。また、InNAsP井戸層11にはGa
Asに対して−1.5%から+1.5%の格子歪が加え
られている。
性層5はGaAs障壁層11とInNAsP井戸層12
から形成されており、発振波長が1.3μm近傍となる
ようにInNAsP井戸層12の組成比並びに層厚が設
定されている。また、InNAsP井戸層11にはGa
Asに対して−1.5%から+1.5%の格子歪が加え
られている。
【0104】このような構成を採用することにより、G
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側のバンドオフセット(ΔEv)を100
meV以下とすることが可能であり、周囲温度の上昇に
対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化しな
い。更に、半導体多層膜反射鏡として非常に高い反射率
が得られるAl(Ga)As/GaAs多層膜を用いるこ
とが可能であり、低しきい値特性が実現可能である。従
来のようにInP基板を用いる場合、Al(Ga)As/
GaAs多層膜はInP基板上に成長できないため、A
l(Ga)As/GaAs多層膜ミラーをInP基板に張
り付ける必要があった。しかし、本実施形態によれば、
GaAs基板を使用しているため、反射率の高い多層膜
ミラーを持った面発光半導体レーザ装置を低コストで提
供することができる。
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側のバンドオフセット(ΔEv)を100
meV以下とすることが可能であり、周囲温度の上昇に
対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性が劣化しな
い。更に、半導体多層膜反射鏡として非常に高い反射率
が得られるAl(Ga)As/GaAs多層膜を用いるこ
とが可能であり、低しきい値特性が実現可能である。従
来のようにInP基板を用いる場合、Al(Ga)As/
GaAs多層膜はInP基板上に成長できないため、A
l(Ga)As/GaAs多層膜ミラーをInP基板に張
り付ける必要があった。しかし、本実施形態によれば、
GaAs基板を使用しているため、反射率の高い多層膜
ミラーを持った面発光半導体レーザ装置を低コストで提
供することができる。
【0105】また、本実施形態では、井戸層5にInN
AsP層を用いているが、InNP層を用いても同様な
効果を得ることができる。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、障壁層および光閉
じ込め層の材料にGaAsを用いているが、InGaA
sP、InGaP、AlGaAsおよびAlGaInP
のうちいずれを用いてもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、InGaAsP、I
nGaP、AlGaAsおよびAlGaInPのうちか
らバンドギャップエネルギーの異なる2種類以上の材料
から形成されてもよい。
AsP層を用いているが、InNP層を用いても同様な
効果を得ることができる。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、障壁層および光閉
じ込め層の材料にGaAsを用いているが、InGaA
sP、InGaP、AlGaAsおよびAlGaInP
のうちいずれを用いてもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、InGaAsP、I
nGaP、AlGaAsおよびAlGaInPのうちか
らバンドギャップエネルギーの異なる2種類以上の材料
から形成されてもよい。
【0106】更に、本実施形態では発振波長は1.3μ
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。
【0107】(第5の実施形態)図5(a)は本発明の
第5の実施形態による半導体レーザ装置を前面から見た
図である。本発明の半導体レーザ装置はその発振波長が
1.3μm近傍である。
第5の実施形態による半導体レーザ装置を前面から見た
図である。本発明の半導体レーザ装置はその発振波長が
1.3μm近傍である。
【0108】この半導体レーザ装置は、n型GaP基板
25と、n型GaP基板25上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaPクラッド
層(厚さ1.5μm)26、n型GaNx'Asy'P
1-x'-y'(0<x’<1、0≦y’<1)(以下、簡単に
「GaNAsP」と称する)光閉じ込め層27、活性層
28、n型GaNAsP光閉じ込め層29、p型GaP
クラッド層(中央部の厚さ2.0μm)30、p型Ga
Pコンタクト層(厚さ1μm)31を、n型GaP基板
25の側からこの順序で含んでいる。
25と、n型GaP基板25上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaPクラッド
層(厚さ1.5μm)26、n型GaNx'Asy'P
1-x'-y'(0<x’<1、0≦y’<1)(以下、簡単に
「GaNAsP」と称する)光閉じ込め層27、活性層
28、n型GaNAsP光閉じ込め層29、p型GaP
クラッド層(中央部の厚さ2.0μm)30、p型Ga
Pコンタクト層(厚さ1μm)31を、n型GaP基板
25の側からこの順序で含んでいる。
【0109】本実施形態では、クラッド層30の一部が
エッチングによって除去されることにより、レーザ光の
横モードを調整するためのストライプ状リッジ構造が形
成されている。積層構造の上部、より詳細にはp型クラ
ッド層30の上にSiO2絶縁膜49が堆積され、その上
にp側電極9が配置されている。p側電極9は、SiO2
絶縁膜49に設けられたストライプ状開口部を介してコ
ンタクト層8と接触している。n型GaAs基板1の裏
面にはn側電極10が形成されている。
エッチングによって除去されることにより、レーザ光の
横モードを調整するためのストライプ状リッジ構造が形
成されている。積層構造の上部、より詳細にはp型クラ
ッド層30の上にSiO2絶縁膜49が堆積され、その上
にp側電極9が配置されている。p側電極9は、SiO2
絶縁膜49に設けられたストライプ状開口部を介してコ
ンタクト層8と接触している。n型GaAs基板1の裏
面にはn側電極10が形成されている。
【0110】活性層28の拡大図を図5(b)に示す。
活性層28はGaNAsP障壁層32とInNAsP井
戸層12から形成されており、発振波長が1.3μm近
傍となるようにInNAsP井戸層12の組成比並びに
層厚が設定されている。また、InNAsP井戸層11
にはGaPに対して−1.5%から+1.5%の格子歪
が加えられている。
活性層28はGaNAsP障壁層32とInNAsP井
戸層12から形成されており、発振波長が1.3μm近
傍となるようにInNAsP井戸層12の組成比並びに
層厚が設定されている。また、InNAsP井戸層11
にはGaPに対して−1.5%から+1.5%の格子歪
が加えられている。
【0111】このような構成を採用することにより、G
aNAsP障壁層32とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。
aNAsP障壁層32とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。
【0112】また、本実施形態では、井戸層12にIn
NAsP層を用いているが、これがInNP層であって
も同様な効果を得ることが可能である。また、井戸数は
一つであるが、二つ以上であってもよい。また、光閉じ
込め層は一種類の材料から形成されているが、GaNA
sPで組成比の異なる2種類以上の材料から形成されて
もよい。
NAsP層を用いているが、これがInNP層であって
も同様な効果を得ることが可能である。また、井戸数は
一つであるが、二つ以上であってもよい。また、光閉じ
込め層は一種類の材料から形成されているが、GaNA
sPで組成比の異なる2種類以上の材料から形成されて
もよい。
【0113】更に、本実施形態では発振波長は1.3μ
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態は、ファブリペロー型のレーザ
であるが、活性層近傍(例えば活性層近傍の基板)に回
折格子を形成した分布帰還型半導体レーザ装置(DFB
レーザ)としてもよい。
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態は、ファブリペロー型のレーザ
であるが、活性層近傍(例えば活性層近傍の基板)に回
折格子を形成した分布帰還型半導体レーザ装置(DFB
レーザ)としてもよい。
【0114】(第6実施形態)図6(a)は本発明にお
ける実施形態6の半導体レーザ装置を前面から見た図で
ある。本発明の半導体レーザ装置はその発振波長が1.
3μm近傍である。
ける実施形態6の半導体レーザ装置を前面から見た図で
ある。本発明の半導体レーザ装置はその発振波長が1.
3μm近傍である。
【0115】この半導体レーザ装置は、n型GaP基板
25と、n型GaP基板25上に形成された積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaPクラッド
層(厚さ1.5μm)26、n型GaNAsP光閉じ込
め層27、活性層28、n型GaNAsP光閉じ込め層
29、p型GaPクラッド層(厚さ0.15μm)30
を、基板の側からこの順序で含んでいる。p型クラッド
層30上には、n型GaP電流ブロック層33が積層さ
れており、中央部において電流ブロック層33の一部が
エッチングにより除去されている。更に電流ブロック層
33の上部にp型GaP埋め込み層(厚さ2.0μm)
34、p型 GaPコンタクト層(厚さ1μm)31が
積層されている。中央部において埋め込み層34とクラ
ッド層30は共振器方向に沿って延びるストライプ状領
域にて直接に接触しており、電流はこの部分を通して縦
方向に流れる。このストライプ領域の幅は2.5μmで
ある。p側電極9はコンタクト層29と接触しており、
n型GaP基板23の裏面にはn側電極10が形成され
ている。
25と、n型GaP基板25上に形成された積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaPクラッド
層(厚さ1.5μm)26、n型GaNAsP光閉じ込
め層27、活性層28、n型GaNAsP光閉じ込め層
29、p型GaPクラッド層(厚さ0.15μm)30
を、基板の側からこの順序で含んでいる。p型クラッド
層30上には、n型GaP電流ブロック層33が積層さ
れており、中央部において電流ブロック層33の一部が
エッチングにより除去されている。更に電流ブロック層
33の上部にp型GaP埋め込み層(厚さ2.0μm)
34、p型 GaPコンタクト層(厚さ1μm)31が
積層されている。中央部において埋め込み層34とクラ
ッド層30は共振器方向に沿って延びるストライプ状領
域にて直接に接触しており、電流はこの部分を通して縦
方向に流れる。このストライプ領域の幅は2.5μmで
ある。p側電極9はコンタクト層29と接触しており、
n型GaP基板23の裏面にはn側電極10が形成され
ている。
【0116】活性層28の拡大図を図6(b)に示す。
【0117】活性層28はGaNAsP障壁層32とI
nNAsP井戸層12から形成されており、発振波長が
1.3μm近傍となるようにInNAsP井戸層12の
組成比並びに層厚が設定されている。また、InNAs
P井戸層11にはGaPに対して−1.5%から+1.
5%の格子歪が加えられている。
nNAsP井戸層12から形成されており、発振波長が
1.3μm近傍となるようにInNAsP井戸層12の
組成比並びに層厚が設定されている。また、InNAs
P井戸層11にはGaPに対して−1.5%から+1.
5%の格子歪が加えられている。
【0118】このような構成を採用することにより、G
aNAsP障壁層32とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。更に、電流狭窄が
効果的に実現でき、低しきい値電流が可能である。
aNAsP障壁層32とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。更に、電流狭窄が
効果的に実現でき、低しきい値電流が可能である。
【0119】また、本実施形態では井戸層にInNAs
Pを用いているが、これがInNPであっても同様な効
果を得ることが可能である。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、GaNAsPで組成
比の異なる2種類以上の材料から形成されてもよい。
Pを用いているが、これがInNPであっても同様な効
果を得ることが可能である。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、GaNAsPで組成
比の異なる2種類以上の材料から形成されてもよい。
【0120】更に、本実施形態では発振波長は1.3μ
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成した(例
えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成した(例
えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
【0121】(第7の実施形態)図7(a)は本発明に
おける実施の形態7の半導体レーザ装置を前面から見た
図である。本発明の半導体レーザ装置の発振波長は1.
3μm近傍である。
おける実施の形態7の半導体レーザ装置を前面から見た
図である。本発明の半導体レーザ装置の発振波長は1.
3μm近傍である。
【0122】この半導体レーザ装置は、n型GaP基板
25と、n型GaP基板25上に形成された積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaPクラッド
層(厚さ1.5μm)26、n型GaNAsP光閉じ込
め層27、活性層28、p型GaNAsP光閉じ込め層
29、p型GaPクラッド層30を、基板25の側から
この順序で含んでいる。n型クラッド層26、n型光閉
じ込め層27、活性層28、p型光閉じ込め層29、お
よびp型クラッド層30を含む積層構造はエッチングに
より共振器方向にストライプ状に伸びたメサに加工され
ている。メサの両側にはp型GaP電流ブロック層35
とn型GaP電流ブロック層36が積層されている。電
流ブロック層35およびp型クラッド層26上にはp型
GaP埋め込み層(厚さ2.0μm)37、p型GaP
コンタクト層(厚さ1μm)31が積層されている。電
流はメサを通して縦方向に流れる。このメサの幅は1.
5μmである。p側電極9はコンタクト層29と接触し
ており、n型GaP基板25の裏面にはn側電極10が
形成されている。
25と、n型GaP基板25上に形成された積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaPクラッド
層(厚さ1.5μm)26、n型GaNAsP光閉じ込
め層27、活性層28、p型GaNAsP光閉じ込め層
29、p型GaPクラッド層30を、基板25の側から
この順序で含んでいる。n型クラッド層26、n型光閉
じ込め層27、活性層28、p型光閉じ込め層29、お
よびp型クラッド層30を含む積層構造はエッチングに
より共振器方向にストライプ状に伸びたメサに加工され
ている。メサの両側にはp型GaP電流ブロック層35
とn型GaP電流ブロック層36が積層されている。電
流ブロック層35およびp型クラッド層26上にはp型
GaP埋め込み層(厚さ2.0μm)37、p型GaP
コンタクト層(厚さ1μm)31が積層されている。電
流はメサを通して縦方向に流れる。このメサの幅は1.
5μmである。p側電極9はコンタクト層29と接触し
ており、n型GaP基板25の裏面にはn側電極10が
形成されている。
【0123】活性層28の拡大図を図7(b)に示す。
活性層28はGaNAsP障壁層32とInNAsP井
戸層12から形成されており、発振波長が1.3μm近
傍となるようにInNAsP井戸層12の組成比並びに
層厚が設定されている。また、InNAsP井戸層11
にはGaPに対して−1.5%から+1.5%の格子歪
が加えられている。
活性層28はGaNAsP障壁層32とInNAsP井
戸層12から形成されており、発振波長が1.3μm近
傍となるようにInNAsP井戸層12の組成比並びに
層厚が設定されている。また、InNAsP井戸層11
にはGaPに対して−1.5%から+1.5%の格子歪
が加えられている。
【0124】このような構成を採用することにより、G
aNAsP障壁層32とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。更に、実屈折導波
構造となっており、安定した単一横モード発振が実現可
能である。また、電流がメサ構造内の活性層28のみに
流れるため、発振に寄与しない電流成分が大幅に低減で
き、低しきい値電流特性が実現可能である。
aNAsP障壁層32とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。更に、実屈折導波
構造となっており、安定した単一横モード発振が実現可
能である。また、電流がメサ構造内の活性層28のみに
流れるため、発振に寄与しない電流成分が大幅に低減で
き、低しきい値電流特性が実現可能である。
【0125】また、本実施形態では井戸層にInNAs
Pを用いているが、これがInNPであっても同様な効
果を得ることが可能である。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、GaNAsPで組成
比の異なる2種類以上の材料から形成されてもよい。
Pを用いているが、これがInNPであっても同様な効
果を得ることが可能である。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、GaNAsPで組成
比の異なる2種類以上の材料から形成されてもよい。
【0126】更に、本実施形態では発振波長は1.3μ
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成した(例
えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍に回折格子を形成した(例
えば活性層近傍の基板)分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
【0127】(第8の実施形態)図8(a)は本発明に
おける実施の形態8の半導体レーザ装置を前面から見た
図である。本発明の半導体レーザ装置の発振波長は1.
3μm近傍である。
おける実施の形態8の半導体レーザ装置を前面から見た
図である。本発明の半導体レーザ装置の発振波長は1.
3μm近傍である。
【0128】この半導体レーザ装置は、n型Si基板3
8と、n型Si基板38上に形成された積層構造とを具
備している。この積層構造は、n型GaNPクラッド層
(厚さ1.5μm)39、n型InGaNP光閉じ込め
層40、活性層41、p型InGaNP光閉じ込め層4
2、p型GaNPクラッド層43を、基板の側からこの
順序で含んでいる。n型クラッド層39、n型光閉じ込
め層40、活性層41、p型光閉じ込め層42、p型ク
ラッド層43を含む積層構造はエッチングにより共振器
方向に沿ってストライプ状に伸びたメサに加工されてい
る。メサの両側にはp型GaNP電流ブロック層44と
n型GaNP電流ブロック層45が積層されている。更
に、電流ブロック層45およびp型クラッド層43上に
はp型GaNP埋め込み層(厚さ2.0μm)46、p
型GaPコンタクト層(厚さ0.3μm)31が積層さ
れている。電流はメサを通して縦方向に流れる。このメ
サの幅は1.5μmである。p側電極9はコンタクト層
31と接触しており、n型Si基板38の裏面にはn側
電極10が形成されている。
8と、n型Si基板38上に形成された積層構造とを具
備している。この積層構造は、n型GaNPクラッド層
(厚さ1.5μm)39、n型InGaNP光閉じ込め
層40、活性層41、p型InGaNP光閉じ込め層4
2、p型GaNPクラッド層43を、基板の側からこの
順序で含んでいる。n型クラッド層39、n型光閉じ込
め層40、活性層41、p型光閉じ込め層42、p型ク
ラッド層43を含む積層構造はエッチングにより共振器
方向に沿ってストライプ状に伸びたメサに加工されてい
る。メサの両側にはp型GaNP電流ブロック層44と
n型GaNP電流ブロック層45が積層されている。更
に、電流ブロック層45およびp型クラッド層43上に
はp型GaNP埋め込み層(厚さ2.0μm)46、p
型GaPコンタクト層(厚さ0.3μm)31が積層さ
れている。電流はメサを通して縦方向に流れる。このメ
サの幅は1.5μmである。p側電極9はコンタクト層
31と接触しており、n型Si基板38の裏面にはn側
電極10が形成されている。
【0129】活性層41の拡大図を図8(b)に示す。
活性層41はInGaNP障壁層47とInNAsP井
戸層12から形成されており、発振波長が1.3μm近
傍となるようにInNAsP井戸層12の組成比並びに
層厚が設定されている。また、InNAsP井戸層11
にはGaPに対して−1.5%から+1.5%の格子歪
が加えられている。
活性層41はInGaNP障壁層47とInNAsP井
戸層12から形成されており、発振波長が1.3μm近
傍となるようにInNAsP井戸層12の組成比並びに
層厚が設定されている。また、InNAsP井戸層11
にはGaPに対して−1.5%から+1.5%の格子歪
が加えられている。
【0130】このような構成を採用することにより、I
nGaNP障壁層47とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。更に、実屈折導波
構造となっており、安定した単一横モード発振が実現可
能である。また、電流がメサ構造内の活性層41のみに
流れるため、発振に寄与しない電流成分が大幅に低減で
き、低しきい値電流特性が実現可能である。更に、基板
にSiを用いているため、化合物半導体基板を用いた場
合と比較して、基板にかかるコストを大幅に削減可能で
ある。また、他の電子デバイスとの集積化も容易であ
る。
nGaNP障壁層47とInNAsP井戸層12の伝導
帯側のバンドオフセット(ΔEc)を500meV以上
とし、GaAs基板を用いた構造よりも大きくすること
が可能であり、周囲温度の上昇に対して電子の閉じ込め
が十分に行われ、特性が劣化しない。更に、実屈折導波
構造となっており、安定した単一横モード発振が実現可
能である。また、電流がメサ構造内の活性層41のみに
流れるため、発振に寄与しない電流成分が大幅に低減で
き、低しきい値電流特性が実現可能である。更に、基板
にSiを用いているため、化合物半導体基板を用いた場
合と比較して、基板にかかるコストを大幅に削減可能で
ある。また、他の電子デバイスとの集積化も容易であ
る。
【0131】また、本実施形態では井戸層にInNAs
Pを用いているが、これがInNPであっても同様な効
果を得ることが可能である。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、InGaNPで組成
比の異なる2種類以上の材料から形成されてもよい。
Pを用いているが、これがInNPであっても同様な効
果を得ることが可能である。また、井戸数は一つである
が、二つ以上であってもよい。また、光閉じ込め層は一
種類の材料から形成されているが、InGaNPで組成
比の異なる2種類以上の材料から形成されてもよい。
【0132】更に、本実施形態では発振波長は1.3μ
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍(例えば活性層近傍の基
板)に回折格子を形成した分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
m帯であるが、1.55μm帯およびそれ以外としても
良い。また、本実施形態では、ファブリペロー型のレー
ザとしているが、活性層近傍(例えば活性層近傍の基
板)に回折格子を形成した分布帰還型半導体レーザ装置
(DFBレーザ)としてもよい。
【0133】(第9の実施形態)図12(a)は本発明
の第9の実施形態による半導体レーザ装置の断面斜視図
である。本実施形態の半導体レーザ装置は、分布帰還型
半導体レーザ装置(DFBレーザ)であり、その発振波
長は1.3μm近傍である。
の第9の実施形態による半導体レーザ装置の断面斜視図
である。本実施形態の半導体レーザ装置は、分布帰還型
半導体レーザ装置(DFBレーザ)であり、その発振波
長は1.3μm近傍である。
【0134】この半導体レーザ装置は、n型GaAs基
板1と、n型GaAs基板1上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaAsバッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型In0.5Ga0.5Pクラッド
層(厚さ1.5μm)15、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型In0.5Ga0.5Pク
ラッド層(厚さ0.2μm)16を、n型GaAs基板
1の側から、この順序で含んでいる。n型In0.5Ga
0.5Pクラッド層15、n型GaAs光閉じこめ層4、
活性層5、p型GaAs光閉じこめ層6、p型In0.5
Ga0.5Pクラッド層16を含む多層構造部分は、共振
器方向にストライプ状に延びるメサを形成している。メ
サの両側には、p型In0.5Ga0.5P電流ブロック層1
7とn型In0.5Ga0.5P電流ブロック層18が積層さ
れている。電流ブロック層18およびp型クラッド層1
6上には、p型 In0.5Ga0.5P埋め込み層(厚さ
2.0μm)19、p型GaAsコンタクト層(厚さ1
μm)8が積層されている。電流はメサを通して縦方向
に流れる。このメサの幅は1.5μmである。p側電極
9はコンタクト層8と接触しており、n型GaAs基板
1の裏面にはn側電極10が形成されている。
板1と、n型GaAs基板1上に設けられた積層構造と
を具備している。この積層構造は、n型GaAsバッフ
ァ層(厚さ1μm)2、n型In0.5Ga0.5Pクラッド
層(厚さ1.5μm)15、n型GaAs光閉じこめ層
(厚さ100nm)4、活性層5、p型GaAs光閉じ
こめ層(厚さ100nm)6、p型In0.5Ga0.5Pク
ラッド層(厚さ0.2μm)16を、n型GaAs基板
1の側から、この順序で含んでいる。n型In0.5Ga
0.5Pクラッド層15、n型GaAs光閉じこめ層4、
活性層5、p型GaAs光閉じこめ層6、p型In0.5
Ga0.5Pクラッド層16を含む多層構造部分は、共振
器方向にストライプ状に延びるメサを形成している。メ
サの両側には、p型In0.5Ga0.5P電流ブロック層1
7とn型In0.5Ga0.5P電流ブロック層18が積層さ
れている。電流ブロック層18およびp型クラッド層1
6上には、p型 In0.5Ga0.5P埋め込み層(厚さ
2.0μm)19、p型GaAsコンタクト層(厚さ1
μm)8が積層されている。電流はメサを通して縦方向
に流れる。このメサの幅は1.5μmである。p側電極
9はコンタクト層8と接触しており、n型GaAs基板
1の裏面にはn側電極10が形成されている。
【0135】更に本実施形態では、n型In0.5Ga0.5
Pクラッド層15を堆積した後、n型GaAs光閉じこ
め層4を堆積する前に、回折格子49をエッチングによ
り形成している。この回折格子49は、レーザを単一軸
モードで安定的に発振させるように機能する。
Pクラッド層15を堆積した後、n型GaAs光閉じこ
め層4を堆積する前に、回折格子49をエッチングによ
り形成している。この回折格子49は、レーザを単一軸
モードで安定的に発振させるように機能する。
【0136】活性層5の拡大図を図12(b)に示す。
活性層5は、一対のGaAs障壁層11がInNAsP
井戸層12を挟み込むよう構成を有している。発振波長
が1.3μm近傍となるようにInNAsP井戸層12
の組成比並びに層厚が設定されている。また、InNA
sP井戸層11にはGaAsに対して−1.5%から+
1.5%の格子歪が加えられている。
活性層5は、一対のGaAs障壁層11がInNAsP
井戸層12を挟み込むよう構成を有している。発振波長
が1.3μm近傍となるようにInNAsP井戸層12
の組成比並びに層厚が設定されている。また、InNA
sP井戸層11にはGaAsに対して−1.5%から+
1.5%の格子歪が加えられている。
【0137】このような構成を採用することにより、G
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側のバンドオフセット(ΔEv)を100
meV以下とすることが可能である。そのため、周囲温
度の上昇に対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性
が劣化しない。
aAs障壁層11とInNAsP井戸層12の伝導帯側
のバンドオフセット(ΔEc)を200meV以上と
し、価電子帯側のバンドオフセット(ΔEv)を100
meV以下とすることが可能である。そのため、周囲温
度の上昇に対して電子の閉じ込めが十分に行われ、特性
が劣化しない。
【0138】本実施形態では井戸層12にInNAsP
を用いているが、これがInNPであっても同様な効果
を得ることできる。また、活性層5内の井戸数は一つで
あるが、二つ以上であってもよい。
を用いているが、これがInNPであっても同様な効果
を得ることできる。また、活性層5内の井戸数は一つで
あるが、二つ以上であってもよい。
【0139】障壁層11および光閉じ込め層4または6
の材料にはGaAsを用いているが、その代わりにIn
GaAsPであってもよい。光閉じ込め層4または6は
一種類の材料から形成されているが、InGaAsPで
組成比の異なる2種類以上の材料から形成されていても
よい。クラッド層3まはた7の材料にAlGaAsを用
いているが、GaAsに格子整合し、バンドギャップエ
ネルギーの大きなInGaAsPであってもよい。
の材料にはGaAsを用いているが、その代わりにIn
GaAsPであってもよい。光閉じ込め層4または6は
一種類の材料から形成されているが、InGaAsPで
組成比の異なる2種類以上の材料から形成されていても
よい。クラッド層3まはた7の材料にAlGaAsを用
いているが、GaAsに格子整合し、バンドギャップエ
ネルギーの大きなInGaAsPであってもよい。
【0140】本実施形態の発振波長は1.3μm帯であ
るが、1.55μm帯およびそれ以外としても良い。
るが、1.55μm帯およびそれ以外としても良い。
【0141】(第10の実施形態)図13は、上述の第
1の実施形態から第9の実施形態による半導体レーザ装
置を光源として用いた光通信システムの構成を示してい
る。
1の実施形態から第9の実施形態による半導体レーザ装
置を光源として用いた光通信システムの構成を示してい
る。
【0142】このシステムは、本発明による半導体レー
ザ装置51と、半導体レーザ装置51に電気信号を与
え、その強度変調を行う電気信号発生器54と、半導体
レーザ装置51から放射されるレーザ光(信号光)56
を伝搬する光ファイバ52と、半導体レーザ装置51か
ら放射されるレーザ光56を光ファイバ52に集光する
レンズ55と、光ファイバ52を伝搬してきた信号光を
検出し、電気信号に変換する光検出器53とを含んでい
る。このような構成により、音声信号、映像信号および
/またはデータを光ファイバを介して伝送することがで
きる。
ザ装置51と、半導体レーザ装置51に電気信号を与
え、その強度変調を行う電気信号発生器54と、半導体
レーザ装置51から放射されるレーザ光(信号光)56
を伝搬する光ファイバ52と、半導体レーザ装置51か
ら放射されるレーザ光56を光ファイバ52に集光する
レンズ55と、光ファイバ52を伝搬してきた信号光を
検出し、電気信号に変換する光検出器53とを含んでい
る。このような構成により、音声信号、映像信号および
/またはデータを光ファイバを介して伝送することがで
きる。
【0143】本実施形態によれば、信号光源として採用
する半導体レーザ装置が広い温度範囲に渡って低しきい
値電流、高スロープ効率特性を実現するため、環境温度
に影響されにくい高品質の信号伝送が実現する。
する半導体レーザ装置が広い温度範囲に渡って低しきい
値電流、高スロープ効率特性を実現するため、環境温度
に影響されにくい高品質の信号伝送が実現する。
【0144】なお、レンズは必ずしも不可欠の構成要素
ではない。
ではない。
【0145】(第11の実施形態)図14は、本発明の
第11の実施形態にかかる半導体レーザ装置を示してい
る。本実施形態の半導体レーザ装置は、同一半導体基板
上に集積されたレーザ部202とトランジスタ部203
とを備えている。
第11の実施形態にかかる半導体レーザ装置を示してい
る。本実施形態の半導体レーザ装置は、同一半導体基板
上に集積されたレーザ部202とトランジスタ部203
とを備えている。
【0146】レーザ部202は、半絶縁性のGaAs基
板201上に形成された積層構造を有しており、その積
層構造は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層を活性層として含む。具体的な構造としは、前
述した実施形態の半導体レーザ素子であれば何れの素子
の構造を採用しても良い。レーザの発振波長は1.1〜
1.6μm帯である。
板201上に形成された積層構造を有しており、その積
層構造は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層を活性層として含む。具体的な構造としは、前
述した実施形態の半導体レーザ素子であれば何れの素子
の構造を採用しても良い。レーザの発振波長は1.1〜
1.6μm帯である。
【0147】レーザ部202に注入する電流を制御する
ため、トランジスタ部203がGaAs基板201上の
レーザ部分202から離れた位置に形成されている。レ
ーザ部202およびトランジスタ部203は、いずれ
も、GaAs基板201上に成長した半導体層を構成要
素として含んでおり、レーザ部202およびトランジス
タ部203はGaAs基板201に対して原子レベルで
接合されている。
ため、トランジスタ部203がGaAs基板201上の
レーザ部分202から離れた位置に形成されている。レ
ーザ部202およびトランジスタ部203は、いずれ
も、GaAs基板201上に成長した半導体層を構成要
素として含んでおり、レーザ部202およびトランジス
タ部203はGaAs基板201に対して原子レベルで
接合されている。
【0148】図17は、トランジスタ部分203の断面
構成の一例を示している。トランジスタ部分203は、
図17からわかるように、基板501(図14における
基板201)上に形成された複数の半導体層と電極とを
備えている。より詳細には、n−GaAs層502およ
びi−GaAs層503が基板501上に形成されてお
り、i−GaAs層503のチャネル領域上にはAlゲ
ート電極505が形成されている。i−GaAs層50
3のソース/ドレイン領域上にはn+−GaAs層50
4を介して、Au/Ge/Ni−Au電極506および
Au電極507が形成されている。
構成の一例を示している。トランジスタ部分203は、
図17からわかるように、基板501(図14における
基板201)上に形成された複数の半導体層と電極とを
備えている。より詳細には、n−GaAs層502およ
びi−GaAs層503が基板501上に形成されてお
り、i−GaAs層503のチャネル領域上にはAlゲ
ート電極505が形成されている。i−GaAs層50
3のソース/ドレイン領域上にはn+−GaAs層50
4を介して、Au/Ge/Ni−Au電極506および
Au電極507が形成されている。
【0149】再び、図14を参照する。レーザ部202
の光とりだし面204は低反射膜がコートされている。
レーザ部202の他の面205には高反射膜がコートさ
れている。GaAs基板201上の面205に対向する
位置には、レーザ部202の面205から放射されたモ
ニター光を受光するモニター用ダイオード211が配置
されている。
の光とりだし面204は低反射膜がコートされている。
レーザ部202の他の面205には高反射膜がコートさ
れている。GaAs基板201上の面205に対向する
位置には、レーザ部202の面205から放射されたモ
ニター光を受光するモニター用ダイオード211が配置
されている。
【0150】GaAs基板201の上面には、レーザ部
202に接続された電極206と、トランジスタ部20
3に接続された電極207および208とが設けられて
いる。また、レーザ部202とトランジスタ部203と
は、キャパシタ209を介して、電極210によって相
互接続されている。
202に接続された電極206と、トランジスタ部20
3に接続された電極207および208とが設けられて
いる。また、レーザ部202とトランジスタ部203と
は、キャパシタ209を介して、電極210によって相
互接続されている。
【0151】動作時、電極206には直流電流が供給さ
れる。電極207からトランジスタ部203に供給され
る電流は、トランジスタ部203で変調される。変調さ
れた電流はキャパシタ209を介してレーザ部202に
供給される。トランジスタ部203による変調は、トラ
ンジスタ部203のゲート電極(図17のAl電極50
5)に接続された電極208に供給される交流電流によ
って実行される。
れる。電極207からトランジスタ部203に供給され
る電流は、トランジスタ部203で変調される。変調さ
れた電流はキャパシタ209を介してレーザ部202に
供給される。トランジスタ部203による変調は、トラ
ンジスタ部203のゲート電極(図17のAl電極50
5)に接続された電極208に供給される交流電流によ
って実行される。
【0152】従来は、トランジスタを形成したGaAs
基板上に、別途作製したレーザ部を半田等を用いて実装
していた。そのため、従来の装置では、トランジスタ部
とレーザ部とをAu線などのリード線を用いて接続する
必要があった。リード線の長さはばらつきやすく、その
リード線のわずかな長さのばらつきがレーザの高周波特
性を大きな変動させた。
基板上に、別途作製したレーザ部を半田等を用いて実装
していた。そのため、従来の装置では、トランジスタ部
とレーザ部とをAu線などのリード線を用いて接続する
必要があった。リード線の長さはばらつきやすく、その
リード線のわずかな長さのばらつきがレーザの高周波特
性を大きな変動させた。
【0153】本発明によれば、長波長帯レーザ光を出力
するためのレーザ部202を結晶成長によりGaAs基
板201上に形成することが可能である。このため、ト
ランジスタ部203とレーザ部202とを接続する電極
210を薄膜パターニングプロセスによって形成するこ
とが可能となる。そのため、電極の長さおよび幅のばら
つきを非常に小さくすることができ、前述の問題を解決
できる。
するためのレーザ部202を結晶成長によりGaAs基
板201上に形成することが可能である。このため、ト
ランジスタ部203とレーザ部202とを接続する電極
210を薄膜パターニングプロセスによって形成するこ
とが可能となる。そのため、電極の長さおよび幅のばら
つきを非常に小さくすることができ、前述の問題を解決
できる。
【0154】本実施形態では、基板材料としてGaAs
を用いたが、Siであってもよい。また、モニターダイ
オード211も基板201上に結晶成長法によって形成
してもよい。なお、レーザ部202に低反射膜または高
反射膜をコートする必要はない。
を用いたが、Siであってもよい。また、モニターダイ
オード211も基板201上に結晶成長法によって形成
してもよい。なお、レーザ部202に低反射膜または高
反射膜をコートする必要はない。
【0155】(第12の実施形態)図14は、本発明の
第12の実施形態にかかる半導体レーザ装置を示してい
る。本実施形態の半導体レーザ装置は、同一半導体基板
上に集積されたレーザ部302とトランジスタ部303
とを備えている。
第12の実施形態にかかる半導体レーザ装置を示してい
る。本実施形態の半導体レーザ装置は、同一半導体基板
上に集積されたレーザ部302とトランジスタ部303
とを備えている。
【0156】レーザ部302は、半絶縁性のGaAs基
板301上に形成された積層構造を有しており、その積
層構造は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層を活性層として含む。具体的な構造としは、前
述した実施形態の半導体レーザ素子であれば何れの素子
の構造を採用しても良い。レーザの発振波長は1.1〜
1.6μm帯である。
板301上に形成された積層構造を有しており、その積
層構造は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層を活性層として含む。具体的な構造としは、前
述した実施形態の半導体レーザ素子であれば何れの素子
の構造を採用しても良い。レーザの発振波長は1.1〜
1.6μm帯である。
【0157】レーザ部302に注入する電流を制御する
ため、トランジスタ部303がGaAs基板301上の
レーザ部分302から離れた位置に形成されている。レ
ーザ部202およびトランジスタ部303は、いずれ
も、GaAs基板301上に成長した半導体層を構成要
素として含んでおり、レーザ部302およびトランジス
タ部303はGaAs基板301に対して原子レベルで
接合されている。
ため、トランジスタ部303がGaAs基板301上の
レーザ部分302から離れた位置に形成されている。レ
ーザ部202およびトランジスタ部303は、いずれ
も、GaAs基板301上に成長した半導体層を構成要
素として含んでおり、レーザ部302およびトランジス
タ部303はGaAs基板301に対して原子レベルで
接合されている。
【0158】レーザ部302の光とりだし面304は低
反射膜がコートされている。レーザ部302の他の面3
05には高反射膜がコートされている。GaAs基板3
01上の面305に対向する位置には、レーザ部302
の面305から放射されたモニター光を受光するモニタ
ー用ダイオード211が配置されている。
反射膜がコートされている。レーザ部302の他の面3
05には高反射膜がコートされている。GaAs基板3
01上の面305に対向する位置には、レーザ部302
の面305から放射されたモニター光を受光するモニタ
ー用ダイオード211が配置されている。
【0159】GaAs基板301の上面には、レーザ部
302に接続された電極306と、トランジスタ部30
3に接続された電極307および308とが設けられて
いる。また、レーザ部302とトランジスタ部303と
は、キャパシタ309を介して、電極310によって相
互接続されている。
302に接続された電極306と、トランジスタ部30
3に接続された電極307および308とが設けられて
いる。また、レーザ部302とトランジスタ部303と
は、キャパシタ309を介して、電極310によって相
互接続されている。
【0160】動作時、電極306には直流電流が供給さ
れる。電極307からトランジスタ部303に供給され
る電流は、トランジスタ部303で変調される。変調さ
れた電流はキャパシタ309を介してレーザ部302に
供給される。トランジスタ部303による変調は、トラ
ンジスタ部303のゲート電極(図17のAl電極50
5)に接続された電極308に供給される交流電流によ
って実行される。
れる。電極307からトランジスタ部303に供給され
る電流は、トランジスタ部303で変調される。変調さ
れた電流はキャパシタ309を介してレーザ部302に
供給される。トランジスタ部303による変調は、トラ
ンジスタ部303のゲート電極(図17のAl電極50
5)に接続された電極308に供給される交流電流によ
って実行される。
【0161】レーザ部302の光とりだし面304に近
接してSi基板301表面にV形状の溝311が形成さ
れており、そのV形状の溝311は光ファイバ312支
持し固定している。レーザ部302から放射されたレー
ザ光は、直接、光ファイバ312に取り入れられる。
接してSi基板301表面にV形状の溝311が形成さ
れており、そのV形状の溝311は光ファイバ312支
持し固定している。レーザ部302から放射されたレー
ザ光は、直接、光ファイバ312に取り入れられる。
【0162】従来の構成では、Si基板上に長波長帯の
レーザ光を出力するレーザ部を結晶成長により形成する
ことが出来なかった。従来の構成では溝とレーザ部の位
置精度を1μm以下とすることが不可能であり、V形状
の溝に設置された光ファイバへレーザ光を取り入れる効
率が低かった。
レーザ光を出力するレーザ部を結晶成長により形成する
ことが出来なかった。従来の構成では溝とレーザ部の位
置精度を1μm以下とすることが不可能であり、V形状
の溝に設置された光ファイバへレーザ光を取り入れる効
率が低かった。
【0163】本発明によれば、レーザ部302を結晶成
長によりSi基板301上に形成することができるた
め、レーザ部302を形成した後、マスクパターンを用
いたプロセスによりV形状の溝311を形成できる。こ
のため、V形状の溝311とレーザ部302の位置合わ
せの精度を1μm以下とすることが可能となり、溝31
1に設置された光ファイバ312へレーザ光を取り入れ
る効率を大幅に向上可能である。
長によりSi基板301上に形成することができるた
め、レーザ部302を形成した後、マスクパターンを用
いたプロセスによりV形状の溝311を形成できる。こ
のため、V形状の溝311とレーザ部302の位置合わ
せの精度を1μm以下とすることが可能となり、溝31
1に設置された光ファイバ312へレーザ光を取り入れ
る効率を大幅に向上可能である。
【0164】なお、Si基板に代えてGaAs基板を用
いても良い。結晶成長によってモニターダイオードを基
板上に形成してもよい。
いても良い。結晶成長によってモニターダイオードを基
板上に形成してもよい。
【0165】(第13の実施形態)図16(a)から
(d)を参照しながら、半導体レーザ装置の製造方法を
説明する。
(d)を参照しながら、半導体レーザ装置の製造方法を
説明する。
【0166】まず、図16(a)に示すように、MOV
PE法によって、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、
0≦y<1)層を活性層として含む多層膜402を半絶
縁性GaAs基板401上に結晶成長させる。発振波長
が1.1〜1.6μm帯となるようにする。
PE法によって、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、
0≦y<1)層を活性層として含む多層膜402を半絶
縁性GaAs基板401上に結晶成長させる。発振波長
が1.1〜1.6μm帯となるようにする。
【0167】次に、公知のリソグラフィ技術およびエッ
チング技術を用いて、図16(b)に示すように、多層
膜402をパターニングし、それによって共振器構造を
有するレーザ部403を形成する。
チング技術を用いて、図16(b)に示すように、多層
膜402をパターニングし、それによって共振器構造を
有するレーザ部403を形成する。
【0168】次に、図16(c)に示すようにトランジ
スタ部404を形成する。トランジスタ部404の断面
の一例は、図17に示されている。図17のn−GaA
s層502、i−GaAs層503およびn+−GaA
s層504は、通常のMOVPE法またはMBE法によ
って形成される。これらのGaAs層は、基板401の
全面に堆積された後パターニングされてもよいし、ま
た、基板401の特定領域上に選択成長させられてもよ
い。
スタ部404を形成する。トランジスタ部404の断面
の一例は、図17に示されている。図17のn−GaA
s層502、i−GaAs層503およびn+−GaA
s層504は、通常のMOVPE法またはMBE法によ
って形成される。これらのGaAs層は、基板401の
全面に堆積された後パターニングされてもよいし、ま
た、基板401の特定領域上に選択成長させられてもよ
い。
【0169】次に、電気導電性を有する薄膜を堆積した
後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて電
極405、405、406および407ならびにキャパ
シタ409を形成する。電極406はトランジスタ部4
04に直流電流を供給する役割を果たし、電極407は
トランジスタ部404に交流電流を供給する役割を果た
す。電極408はトランジスタ部404からレーザ部4
03へ電流を運ぶ。
後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて電
極405、405、406および407ならびにキャパ
シタ409を形成する。電極406はトランジスタ部4
04に直流電流を供給する役割を果たし、電極407は
トランジスタ部404に交流電流を供給する役割を果た
す。電極408はトランジスタ部404からレーザ部4
03へ電流を運ぶ。
【0170】この製造方法によれば、比較的に高温で行
われる処理工程を必要とするレーザ部403の形成の後
に、イオン注入などの比較的に低温で行われる処理工程
を必要とするトランジスタ部404の形成を行う。この
ため、注入されたイオンの熱拡散が抑制され、トランジ
スタ部404の性能劣化が防止される。
われる処理工程を必要とするレーザ部403の形成の後
に、イオン注入などの比較的に低温で行われる処理工程
を必要とするトランジスタ部404の形成を行う。この
ため、注入されたイオンの熱拡散が抑制され、トランジ
スタ部404の性能劣化が防止される。
【0171】なお、MOVPE法によってInNxAsy
P1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を形成する際、
In、N、AsおよびPの原料ガスをキャリアガスとし
て機能する水素または窒素ととも反応管内にに供給す
る。In、N、AsおよびPの原料ガスとしては、それ
ぞれ、トリメチルインジウム、ジメチルヒドラジン、タ
ーシャルブチルアルシン、およびターシャルブチルホス
フィンを用いることができる。基板温度は例えば600
℃として基板上にInNxAsyP1-x-y結晶層を成長さ
せることができる。なお、As原料としてアルシンを用
いてもよいし、P原料としてホスフィンを用いてもよ
い。N原料としては、モノメチルヒドラジンあるいはタ
ーシャルブチルヒドラジンを用いてもよい。
P1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を形成する際、
In、N、AsおよびPの原料ガスをキャリアガスとし
て機能する水素または窒素ととも反応管内にに供給す
る。In、N、AsおよびPの原料ガスとしては、それ
ぞれ、トリメチルインジウム、ジメチルヒドラジン、タ
ーシャルブチルアルシン、およびターシャルブチルホス
フィンを用いることができる。基板温度は例えば600
℃として基板上にInNxAsyP1-x-y結晶層を成長さ
せることができる。なお、As原料としてアルシンを用
いてもよいし、P原料としてホスフィンを用いてもよ
い。N原料としては、モノメチルヒドラジンあるいはタ
ーシャルブチルヒドラジンを用いてもよい。
【0172】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1から15
の発明によれば、GaAs基板と前記GaAs基板上に
形成された積層構造とを具備する半導体レーザ装置にお
いて、積層構造に含まれる活性層内に、GaAs基板に
格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層を設けている。このInNxAsyP1-x-y(0
<x<1、0≦y<1)層のバンドギャップエネルギーは
ボーイング効果によって減少し、1.1〜1.6μm帯
のレーザ発振に最適な値を示す。このため、GaAs基
板を用いながら、光通信用光源に適した長波長帯の半導
体レーザが提供される。また、ボーイング効果によるI
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層の伝導
帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下よりも顕著なた
め、積層構造内において、ΔEcを200meV以上に
増加することができ、環境温度や半導体レーザ装置自身
の温度の上昇によってキャリアのエネルギーが増加して
も、活性層からあふれ出るキャリア数の上昇は抑制さ
れ、その結果、温度特性に優れた性能を発揮する半導体
レーザ装置が提供される。
の発明によれば、GaAs基板と前記GaAs基板上に
形成された積層構造とを具備する半導体レーザ装置にお
いて、積層構造に含まれる活性層内に、GaAs基板に
格子整合するInNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y
<1)層を設けている。このInNxAsyP1-x-y(0
<x<1、0≦y<1)層のバンドギャップエネルギーは
ボーイング効果によって減少し、1.1〜1.6μm帯
のレーザ発振に最適な値を示す。このため、GaAs基
板を用いながら、光通信用光源に適した長波長帯の半導
体レーザが提供される。また、ボーイング効果によるI
nNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層の伝導
帯レベルの低下が価電子帯レベルの低下よりも顕著なた
め、積層構造内において、ΔEcを200meV以上に
増加することができ、環境温度や半導体レーザ装置自身
の温度の上昇によってキャリアのエネルギーが増加して
も、活性層からあふれ出るキャリア数の上昇は抑制さ
れ、その結果、温度特性に優れた性能を発揮する半導体
レーザ装置が提供される。
【0173】また、請求項16から27の発明によれ
ば、GaP基板と前記GaP基板上に形成された積層構
造とを具備する半導体レーザ装置において、積層構造中
の活性層内に、GaP基板に格子整合するInNxAsy
P1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を設けている。そ
の結果、GaP基板を用いて温度特性に優れた性能を発
揮する半導体レーザ装置が提供される。
ば、GaP基板と前記GaP基板上に形成された積層構
造とを具備する半導体レーザ装置において、積層構造中
の活性層内に、GaP基板に格子整合するInNxAsy
P1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を設けている。そ
の結果、GaP基板を用いて温度特性に優れた性能を発
揮する半導体レーザ装置が提供される。
【0174】更に、請求項28および29の発明によれ
ば、Si基板と前記Si基板上に形成された積層構造と
を具備する半導体レーザ装置において、積層構造中の活
性層内に、Si基板に格子整合するInNxAsyP
1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を設けている。その
結果、Si基板を用いて温度特性に優れた性能を発揮す
る半導体レーザ装置が提供される。また、Si基板を用
いたことにより、トランジスタ等の半導体集積回路要素
とともに、単一の基板上に半導体レーザ装置とその駆動
回路等を集積することができる。
ば、Si基板と前記Si基板上に形成された積層構造と
を具備する半導体レーザ装置において、積層構造中の活
性層内に、Si基板に格子整合するInNxAsyP
1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を設けている。その
結果、Si基板を用いて温度特性に優れた性能を発揮す
る半導体レーザ装置が提供される。また、Si基板を用
いたことにより、トランジスタ等の半導体集積回路要素
とともに、単一の基板上に半導体レーザ装置とその駆動
回路等を集積することができる。
【0175】また、請求項30の発明によれば、温度特
性に優れた半導体レーザ装置を光源に用いているため、
環境温度の影響を受けにくい良質の信号を伝送すること
ができる。
性に優れた半導体レーザ装置を光源に用いているため、
環境温度の影響を受けにくい良質の信号を伝送すること
ができる。
【0176】以上説明したように、本発明による半導体
レーザ装置は広い温度範囲に渡って低しきい値電流、高
スロープ効率特性を実現可能であり、また、本発明によ
る光通信システムは優れた信号伝送を実現する。
レーザ装置は広い温度範囲に渡って低しきい値電流、高
スロープ効率特性を実現可能であり、また、本発明によ
る光通信システムは優れた信号伝送を実現する。
【図1】(a)は、本発明の第1の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図2】(a)は、本発明の第2の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図3】(a)は、本発明の第3の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図4】(a)は、本発明の第4の実施形態における半
導体レーザ装置(垂直共振器型面発光レーザ)を示す平
面図、(b)は、その断面図、(c)は、その活性層の
構成を示す図。
導体レーザ装置(垂直共振器型面発光レーザ)を示す平
面図、(b)は、その断面図、(c)は、その活性層の
構成を示す図。
【図5】(a)は、本発明の第5の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図6】(a)は、本発明の第6の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図7】(a)は、本発明の第7の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図8】(a)は、本発明の第8の実施形態における半
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
導体レーザ装置を示す図、(b)は、その活性層の構成
を示す図。
【図9】(a)は、本発明による半導体レーザ装置の活
性層に使用する半導体材料のバンドギャップエネルギー
と格子定数との関係を示す図、(b)は、InPおよび
InNPのバンド構造を示す図。
性層に使用する半導体材料のバンドギャップエネルギー
と格子定数との関係を示す図、(b)は、InPおよび
InNPのバンド構造を示す図。
【図10】従来の半導体レーザ装置を示す断面斜視図。
【図11】従来の半導体レーザ装置の課題を示す図であ
って、(a)は低温動作時のバンドギャップエネルギー
図、(b)は高温動作時のバンドギャップエネルギー
図、(c)は電流−光特性の温度依存性を示すグラフ。
って、(a)は低温動作時のバンドギャップエネルギー
図、(b)は高温動作時のバンドギャップエネルギー
図、(c)は電流−光特性の温度依存性を示すグラフ。
【図12】(a)は、本発明の第9の実施形態における
半導体レーザ装置(分布帰還型半導体レーザ)を示す
図、(b)は、その活性層の構成を示す図。
半導体レーザ装置(分布帰還型半導体レーザ)を示す
図、(b)は、その活性層の構成を示す図。
【図13】本発明による光通信システムの構成を示す図
である。
である。
【図14】本発明の第11の実施形態における半導体レ
ーザ装置を示す斜視図である。
ーザ装置を示す斜視図である。
【図15】本発明の第12の実施形態における半導体レ
ーザ装置を示す斜視図である。
ーザ装置を示す斜視図である。
【図16】(a)から(d)は、本発明の第13の実施
形態における半導体レーザ装置の製造方法を説明するた
めの斜視図である。
形態における半導体レーザ装置の製造方法を説明するた
めの斜視図である。
【図17】半導体レーザ装置内のトランジスタ部を示す
断面図である。
断面図である。
1 n型GaAs基板 2 n型GaAs バッファ層 3 n型Al0.5Ga0.5Asクラッド層 4 n型GaAs光閉じこめ層 5 活性層 6 p型GaAs光閉じこめ層 7 p型Al0.5Ga0.5Asクラッド層 8 p型GaAsコンタクト層 9 p側電極 10 n側電極 11 GaAs障壁層 12 InNAsP井戸層 13 n型Al0.6Ga0.4As電流ブロック層 14 p型Al0.5Ga0.5As埋め込み層 15 n型In0.5Ga0.5Pクラッド層 17 p型In0.5Ga0.5P電流ブロック層 18 n型In0.5Ga0.5P電流ブロック層 20 n型半導体多層膜反射鏡 21 p型半導体多層膜反射鏡 22 AlAs領域 23 Al酸化領域 25 n型GaP基板 26 n型GaPクラッド層 27 n型GaNAsP光閉じ込め層 28 活性層 29 n型GaNAsP光閉じ込め層 30 p型GaPクラッド層 31 p型GaPコンタクト層 32 GaNAsP障壁層 33 n型GaP電流ブロック層 34 p型GaP埋め込み層 35 p型GaP電流ブロック層 36 n型GaP電流ブロック層 37 n型GaP埋め込み層 38 n型Si基板 39 n型GaNPクラッド層 40 n型InGaNP光閉じ込め層 41 活性層 42 p型InGaNP光閉じ込め層 43 p型GaNPクラッド層 44 p型GaNP電流ブロック層 45 n型GaNP電流ブロック層 46 p型GaNP埋め込み層 47 InGaNP障壁層 48 SiO2絶縁膜 49 回折格子 51 半導体レーザ装置 52 光ファイバ 53 光検出器 54 電気信号発生器 55 レンズ 56 レーザ光 101 n型InP基板 102 n型InGaAsP光閉じ込め層 103 InGaAsP活性層 104 p型InPクラッド層 105 p型InP電流ブロック層 106 n型InP電流ブロック層 107 p型InP埋め込み層 108 p型InGaAsPコンタクト層 109 絶縁膜 110 AN/ZN電極 111 Ti/Au電極 112 Au/SN電極 201 GaAs基板 202 レーザ部 203 トランジスタ部 204 光とりだし面 205 モニター光を取り出す面 206 電極 207 電極 208 電極 209 キャパシタ 210 電極 211 モニターダイオード 301 Si基板 302 レーザ部 303 トランジスタ部 304 光とりだし面 305 モニター光を取り出す面 306 電極 307 電極 308 電極 309 キャパシタ 310 電極 311 V形状の溝 312 光ファイバ 313 モニターダイオード 401 GaAs基板 402 レーザ構造多層膜 403 レーザ部 404 トランジスタ部 405 電極 406 電極 407 電極 408 電極 409 キャパシタ
Claims (38)
- 【請求項1】 GaAs基板と前記GaAs基板上に形
成された積層構造とを具備する半導体レーザ装置であっ
て、 前記積層構造は、発光のための活性層を含んでおり、 前記活性層は、前記GaAs基板に格子整合するInN
xAsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでい
る半導体レーザ装置。 - 【請求項2】 前記活性層は、井戸層および障壁層で構
成される量子井戸構造を有しており、 前記井戸層が前記InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0
≦y<1)層から形成されている請求項1記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項3】 前記障壁層は、AlGaInP、AlG
aAs、GaAs、InGaAsPおよびInGaPか
らなる群から選択されたいずれかの材料から形成されて
いる請求項2記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項4】 前記積層構造は、前記活性層の下方に位
置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性
層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層およびコンタクト層とを更に含んでおり、 前記コンタクト層の上には前記コンタクト層に対してス
トライプ状領域において接触する電極が配置されてい
る、請求項1記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項5】 前記積層構造のうち、前記基板とは異な
る伝導型の前記クラッド層および前記コンタクト層を含
む部分はリッジ状に加工されている請求項4記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項6】 前記積層構造は、前記活性層の下方に位
置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性
層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層とを更に含んでおり、 前記基板とは異なる伝導型のクラッド層はリッジ状部分
を有しており、 前記リッジ状部分の両側には、前記基板と同じ伝導型の
電流ブロック層が配置され、 前記電流ブロック層の上には、前記基板とは異なる伝導
型の埋め込み層が配置されている請求項1記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項7】 前記クラッド層がGaAs、AlGaA
s、InGaPおよびInGaAsPからなる群から選
択されたいずれかの材料から形成された請求項4から6
に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項8】 前記クラッド層、電流ブロック層および
前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、InGaP
およびInGaAsPからなる群から選択されたいずれ
かの材料から形成されている請求項6記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項9】 前記積層構造は、前記活性層の下方に位
置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活性
層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラッ
ド層とを備えており、 前記基板とは異なる伝導型のクラッド層の上方に配置さ
れれた、前記基板と同じ伝導型の電流ブロック層と、 前記電流ブロック層の上部に配置された前記基板とは異
なる伝導型の埋め込み層と、を更に具備し、 前記埋め込み層の一部がストライプ状領域において前記
基板とは異なる伝導型のクラッド層と接触している請求
項1記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項10】 前記クラッド層、前記電流ブロック層
および前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、In
GaPおよびInGaAsPからなる群から選択された
いずれかの材料から形成されている請求項9記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項11】 前記積層構造は、前記活性層の下方に
位置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活
性層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラ
ッド層およびコンタクト層とを備えており、 前記GaAs基板の一部と、前記クラッド層および前記
活性層とを含む部分がメサに加工されており、 前記メサの両側が前記基板と異なる伝導型の第1電流ブ
ロック層と前記基板と同じ伝導型の第2電流ブロック層
で埋め込まれ、 前記第2電流ブロック層の上部に前記基板とは異なる伝
導型の埋め込み層が配置されている請求項1記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項12】 前記クラッド層、前記電流ブロック層
および前記埋め込み層がGaAs、AlGaAs、In
GaPおよびInGaAsPからなる群から選択された
いずれかの材料から形成されている請求項11記載の半
導体レーザ装置。 - 【請求項13】 前記積層構造は、前記活性層の下方に
位置する前記基板と同じ伝導型の半導体多層膜鏡と、前
記活性層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型の
半導体多層膜鏡とを含んでおり、 前記一対の半導体積層構造は垂直共振器を構成してお
り、前記共振器内で生成されたレーザ光は前記基板に垂
直な方向に取り出される請求項1記載の半導体レーザ装
置。 - 【請求項14】 前記一対の半導体多層膜鏡の少なくと
も一方がAlAsとGaAsの積層構造を有している請
求項13記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項15】 前記一対の半導体多層膜鏡の少なくと
も一方がAlGaAsとGaAsの積層構造を有してい
る請求項13記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項16】 GaP基板と前記GaP基板上に形成
された積層構造とを具備する半導体レーザ装置であっ
て、 前記積層構造は、発光のための活性層を含んでおり、 前記活性層は、前記GaP基板に格子整合するInNx
AsyP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでいる
半導体レーザ装置。 - 【請求項17】 前記活性層は、井戸層および障壁層で
構成される量子井戸構造を有しており、 前記井戸層が前記InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0
≦y<1)層から形成されている請求項16記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項18】 前記障壁層は、GaNx'Asy'P
1-x'-y’(0<x’<1、0≦y’<1)から形成されて
いる請求項17記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項19】 前記積層構造は、前記活性層の下方に
位置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活
性層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラ
ッド層およびコンタクト層とを更に含んでおり、 前記コンタクト層の上には前記コンタクト層に対してス
トライプ状領域において接触する電極が配置されている
請求項16記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項20】 前記積層構造のうち、前記基板とは異
なる伝導型の前記クラッド層および前記コンタクト層を
含む部分はリッジ状に加工されている請求項19記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項21】 前記積層構造は、前記活性層の下方に
位置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活
性層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラ
ッド層とを更に含んでおり、 前記基板とは異なる伝導型のクラッド層はリッジ状部分
を有しており、 前記リッジ状部分の両側には、前記基板と同じ伝導型の
電流ブロック層が配置され、 前記電流ブロック層の上には、前記基板とは異なる伝導
型の埋め込み層が配置されている請求項16記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項22】 前記クラッド層は、GaPから形成さ
れた請求項19から21のいずれかに記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項23】 前記クラッド層、電流ブロック層およ
び前記埋め込み層がGaPから形成された請求項21記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項24】 前記積層構造は、前記活性層の下方に
位置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活
性層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラ
ッド層とを更に含んでおり、 前記基板とは異なる伝導型のクラッド層の上方に配置さ
れれた、前記基板と同じ伝導型の電流ブロック層と、 前記電流ブロック層の上部に配置された前記基板とは異
なる伝導型の埋め込み層と、 を更に具備し、前記埋め込み層の一部がストライプ状領
域において前記基板とは異なる伝導型のクラッド層と接
触している請求項16記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項25】 前記クラッド層、前記電流ブロック層
および前記埋め込み層がGaPから形成されている請求
項24記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項26】 前記積層構造は、前記活性層の下方に
位置する前記基板と同じ伝導型のクラッド層と、前記活
性層の上方に位置する前記基板とは異なる伝導型のクラ
ッド層およびコンタクト層とを備えており、 前記GaP基板の一部と、前記クラッド層および前記活
性層とを含む部分がメサ状に加工されており、 前記メサの両側が前記基板と異なる伝導型の第1電流ブ
ロック層と前記基板と同じ伝導型の第2電流ブロック層
とで埋め込まれ、 前記第2電流ブロック層の上部に前記基板とは異なる伝
導型の埋め込み層が配置されている請求項16記載の半
導体レーザ装置。 - 【請求項27】 前記クラッド層、前記電流ブロック層
および前記埋め込み層がGaPから形成されている請求
項26記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項28】 Si基板と前記Si基板上に形成され
た積層構造とを具備する半導体レーザ装置であって、 前記積層構造は、発光のための活性層を含んでおり、 前記活性層は、前記Si基板に格子整合するInNxA
syP1-x-y(0<x<1、0≦y<1)層を含んでいる半
導体レーザ装置。 - 【請求項29】 前記活性層は、井戸層および障壁層で
構成される量子井戸構造を有しており、 前記井戸層が前記InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0
≦y<1)層から形成されている請求項28記載の半導
体レーザ装置。 - 【請求項30】 請求項1から29のいずれかに記載の
半導体レーザ装置を光源として含む光通信システム。 - 【請求項31】 GaAs基板と前記GaAs基板上に
形成された積層構造とを具備する半導体レーザ装置であ
って、 前記積層構造は、発光のための活性層を含んでおり、 前記活性層は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦
y<1)層を含んでおり、 前記活性層に電流を注入するためのトランジスタが前記
GaAs基板上に集積されていることを特徴とする半導
体レーザ装置。 - 【請求項32】 Si基板と前記Si基板上に形成され
た積層構造とを具備する半導体レーザ装置であって、 前記積層構造は、発光のための活性層を含んでおり、 前記活性層は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦
y<1)層を含んでおり、 前記活性層に電流を注入するためのトランジスタが前記
Si基板上に集積されていることを特徴とする半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項33】 Si基板と前記Si基板上に形成され
た積層構造とを具備する半導体レーザ装置であって、 前記積層構造は、発光のための活性層を含んでおり、 前記活性層は、InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0≦
y<1)層を含んでおり、 前記活性層から放射されたレーザ光を受け取る光ファイ
バを支持するための凹部が前記Si基板上に設けられて
いることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項34】 前記Si基板の前記溝によって前記光
ファイバの少なくとも一部が支持されていることを特徴
とする請求項33に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項35】 前記活性層に電流を注入するためのト
ランジスタが前記Si基板上に集積されていることを特
徴とする請求項34に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項36】 InNxAsyP1-x-y(0<x<1、0
≦y<1)層を含む積層構造を半導体基板上に形成する
工程と、 前記積層構造をパターニングして、レーザ共振器及び反
射面を形成する工程と、 前記半導体基板にトランジスタを形成する工程と、 を包含する半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項37】 前記活性層から放射されたレーザ光を
受け取る光ファイバを支持するための凹部を前記半導体
基板に形成する工程を更に包含する請求項36に記載の
半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項38】 前記光ファイバの少なくとも一部を前
記半導体基板の前記凹部に配置する工程を更に包含する
請求項37に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10091219A JPH11112096A (ja) | 1997-08-08 | 1998-04-03 | 半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システム |
DE69834780T DE69834780T2 (de) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Halbleiterlaservorrichtung , optisches Kommunikationssystem unter Verwendung desselben und Herstellungsverfahren |
EP98114940A EP0896406B1 (en) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Semiconductor laser device, optical communication system using the same, and method for producing compound semiconductor |
US09/130,311 US6256331B1 (en) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Semiconductor laser device, optical communication system using the same, and method for producing compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21448297 | 1997-08-08 | ||
JP9-214482 | 1997-08-08 | ||
JP10091219A JPH11112096A (ja) | 1997-08-08 | 1998-04-03 | 半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11112096A true JPH11112096A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=26432685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10091219A Pending JPH11112096A (ja) | 1997-08-08 | 1998-04-03 | 半導体レーザ装置およびこれを用いた光通信システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11112096A (ja) |
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