JPS61164287A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS61164287A
JPS61164287A JP543785A JP543785A JPS61164287A JP S61164287 A JPS61164287 A JP S61164287A JP 543785 A JP543785 A JP 543785A JP 543785 A JP543785 A JP 543785A JP S61164287 A JPS61164287 A JP S61164287A
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JP
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blocking layer
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JP543785A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Kitamura
北村 光弘
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明に埋め込みヘテロ構造の半導体レーザに関する。
(従来技術とその問題点) 埋め込みヘテロ構造半導体レーザ(BH−LD)に、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5元ファイ
バ通信用光源として実用化が進められている。−万、海
底中継光ファイバ通信は大陸間の長距離かつ大容量の通
信システムとして、その実用化が望まれているが、その
実用化に対しては従来1でない超高信頼の半導体レーザ
の開発が特に強く要請されるようになってきた。
従来、種々の構造のBH−LDが試作されてきたが、主
にn型のInP基板を用いたものが多かった。これにn
型InP上にInGaAsP活性層を成長し5発振波長
1.3μ町 ないし155μmで動作するものであるが
、この場合エピタキシャル成長層表面、特に電極層をp
型としなければならず、LDの信頼性に最も重要な影響
を与える電極の形成条件を厳しいものにしていた。すな
わち、通常オーミック抵抗を小さくするため、InGa
−AsP 層を電極層とし、不純物拡散ないし、結晶成
長時のドーピングによって1×10 crn 以上のp
型不純物濃度とし、AuZn 、 TiPt、  ある
いはCrAuとV’sッだ金属電極を形成していた。
この場合、いずれの電極材料に対しても400℃〜50
0℃程度の温度範囲で熱処理を加えていた。
このような熱処理工程において、電極金属材料の半導体
層中へのしみ込み、あるいはストレスの導入が生じ、そ
れが集子の信頼性を下げていたと考えられる。
これに対して電極形成が容易で高信頼なLDとして、最
近p型InP 基板上に結晶成長を行なって作製するB
H−LDがいくつか報告されるようになってきた。それ
らは主にV溝内に埋め込み活性層を形成するものであり
、分布帰還型(DFB)半導体レーザや分布ブラッグ反
射型(DBR)半導体レーザに適用することが困難であ
り、単一軸モード性による長距離・大容量伝送全実現す
ることができないものである。これ以外にも、従来p型
InP基板を用いたメサ埋め込み構造のBi(−LDが
試作きれたが、電流ブロック層構造が適切でないために
活性層以外への電#t:、もれが太きく、良好な特性が
得られていない。
(従来例) 第5図は従来のメサ構造BH−LDにp型基板を用いた
場合の断面図である。この場合、p−InP基板1上K
p−InPクラッド層2.  InGaAsP活性層3
.n−InPクラッド層4を順次積層した後、メサスト
ライプ10全エツチングによって形成し、さらに埋め込
み成長においてn−InP’E+Aブロック層5.p−
4nP電流ブロック層6をいずれもメサストライプ10
上面のみを除いて、さらに全面にわたってn−InP埋
め込み層7を成長させ、InGaAsP電極層8を形成
した。この活性層3の幅に、横モード制御の点から1.
5μm、厚さハ01μmとした。
このBH−LDのp側電極に正の電圧を印加すると、活
性層3に電流が流れ、キャリアの発光再結合によってし
きい値以上でレーザ発根することになる。この場合、活
性層3以外にも、もれ電流ILが、図の矢印のパスでの
ように電流ブロック層6に流れ得る。このようなもれ電
流ILは、第4図に示した電流ブロック層6の構造図の
ように、矢印で示したように、埋め込み層7に流れる。
これ1InPのnpnp  サイリスタ構造になってい
るのでゲート電流として作用し、ブレークダウン耐圧を
大幅に下げることになる。すなわち、第5図の従来例の
構造では、ある程度以上注入電流を増やすと、今度はも
れ電流ILばかりが増えるようになり、大きな光出力を
取り出すことができなくなってしまうという問題があっ
た。
第5図の例では、波長1.3μ常において発振しきい値
電流は20mA程度と低いものの、光出力の飽和傾向が
太きく、30mw 以上の光出力を得ることが困難であ
った。
(発明の目的) 本発明の目的は、このような問題点を解決し、特aが良
くかつ高信頼性の埋込みヘテロ構造の半導体レーザ全提
供することにある。
(発明の構成) 本発明の構成は、半導体基板上に少なくともp型および
n型の各クラッド層に挾まれた活性層金倉む半導体多層
膜を積層させた多層膜構造半導体ウェファの少なくとも
前記各クラッド層と前記活性層とにメサストライプを形
成し、このメサストライプを埋込み成長して構成される
埋込みヘテロ構造の半導体レーザにおいて、前記メサス
トライプ上面を除いてn型電流ブロック層および前記メ
サストライプの側面で前記p型クラッド層と接触するp
型電流ブロック層が形成され、かつ前記p型電流ブロッ
ク層上にこの電流ブロック層エリもバンドギャップの小
さな半導体層が形成されることを特徴とする。
(発明の原理) 本発明においては、このよりなnpnpサイリスク構造
がゲート電流に対してあまり影響を受けずに、ブレーク
ダウン耐圧が十分大きなようにしてやれば、もれ電流を
小さく抑えることができ、高出力まで安定して動作させ
ることができるわけである。そのために電流ブロック層
上にバンドギャップの小さな半導体層を導入してサイリ
スタを構成するnpnあるいはpnp トランジスタの
電流利得を小さくしている。
(実施例) 次に図面により本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の第1のW流側であるBH−LDの構造
断面図である。このBH−LDを得るには、まず従来例
と同様に、p−InP基板1上にp−1nPクラッド層
29発光波長1.3μ情 に相当するノンドープInO
,72GaO,2BAsO061po、39活性層3を
厚さ0、111m 、 n−InPクラッド層4f:厚
さ1μm  順次積層する。その後通常の化学エツチン
グ技術を用いてメサストライプ10を形成する。このメ
サストライプ10は深さが3μm活性層3が幅1.5μ
mとなるように形成した。その後メサストライプ10の
上面を除いてn−1nP電流ブロック層5を厚さ約0.
7μmt  pLnP電流ブロック層6を厚き約2μm
発光波長1.2μmに相当するノンドープのI n O
,78Ga0,22AS0.48P0.52層11を厚
さ約0.2t1m順次積層し、次いで全面にわたってn
−InP埋め込み層7、発光波長12μ常に相当するn
−In O,78Gao22A 80.48 Po、5
2電極層8を積層した。
この場合にも活性層3のわき上流れるもれ電流IL i
d、図中の矢印のパスで流れることになり、従来例と同
様1/J−pnpn構造サイリスタのゲート電流として
作用する。ところがこの場合、第3図に示すようにb 
 l”pnサイリスタを構成するnpn トランジスタ
に、バンドギャップの小さなInGaAsP層11が挿
入されているためトランジスタの電流利得が小ざくなり
、そのためサイリンスタのターンオン耐圧にゲート電流
にあ筐り影響されず、 したがってもれ電流9がある程
度流れてもターンオンすることがなく、注入電流は有効
に活性層3に流れることになる。
このような構造のBH−LDを長で300μmF切り出
したところ、室温CWVt−おける発振しきい値電流が
20 mA、微分1子効率60%、60mW以上まで横
基本モードで発振し、最高CW動作温度として120℃
程度のものが再現性工〈得られた。
この素子のn側にTiPtAu系の電極を形成し、25
0℃という低い温度で熱処理を行なったものの集子抵抗
は40程度の十分に低い値が得られた。
また、AuSn融剤を用いたダイヤモンドヒートシンク
にマウントして70℃5mW、 および70℃10mW
の定光出力駆動の信頼性試験を行なったところ、劣化率
はそれぞれ1〜2 X 10= H−1,4〜5X10
−’H−1と従来の素子と比べてほぼ10倍の信頼性改
善が認められた。さらに、この構造を活性層3に隣接し
て回折格子を有するガイド層を形成し、DFB−LDを
作製したところ、室温CW動作で最高68 mWの単一
軸モード発振を得、さらにファプリペローレーザと同等
の高信頼な結果を得た。
第2図は本発明の第2の実施例であるB H−L I)
の断面図を示す。この場合も同様にp−1nP基板1上
に活性層3全含む二重ヘテロ構造全形成し、メサエッチ
ングを行なった。ただし、この場合n −I n Pク
ラッド層4を厚さ2trm、  n−Ino、7aGa
o、2zASo、4sP0.52電極層11を厚さ05
μm形成し、逆メサ構造にエツチングを行い、このメサ
ストライプ1゜ば3.5/j?7L  程度の深ことし
た。p−InP電流ブロック層6げメサストライプ10
の側面でp−InPクラッド層2と接するようにした。
また、埋め込み成長の最終層はp−InP キャップ層
12とした。
この実施例においてC儂、エビ成長層表面がメサストラ
イプ10の部分のみn型となり、他げn型となっている
。例えば、TiPtAu の電極を形成するとp−In
P キャップ層12と電極との間にショットキーバリア
が形成されることになるので、この部分でキャパシタン
ス成分を十分に小さくすることができる。したがって全
面電極構造としてもIGb/s以上の高速@接変調が十
分可能となった。この場合、もれ電流ILげ、図の矢印
で示したパスで流れることになるが、この場合にもサイ
リスタ構造の中にバンドギャップの小さなInGaAs
P層11が形成されているため、ターンオンしにくく、
シたがって高い光出力レベルまで安定に動作するB H
−L D が得られた。同様に、レーザベレットに切り
出して特性を評価したところ、第1の実施例に示したも
のとほぼ同等の高性能、高信頼な結果が得られた。
なお、水災流側においては、  InP全基板、InG
a−AsP  fz活性層とする波長1μm帯の素子を
示したが、これに限るものでばなく、GaA7As /
GaAsInGaA、s/AjInAs  系等他の半
導体材料を用いて何ら差しつかえない。さらに、水災流
側においては、メサストライプ10以外の部分をすべて
エツチングして除去した構造を示したが、これに限るも
ので汀なく、例えばメサストライプ10の両側にエツチ
ング溝が形成され、その外側には活性層3等が残でれた
構造のものでもかまわない。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、メサスドライブ
を有するBH−LDにおいて、p型の基板を用い、p型
クラッド層とp2!11.l電流ブロック層とがメサス
トライプの倶1面で接し、かつp型電流、ブロック層の
上にバンドギャップの小さな半導体層を導入したことV
Cより、高い光出力が得られ、特性が向上するとともに
、集子信頼性の大幅に改善されたB1−1−Ll)が得
られた。
【図面の簡単な説明】
第1図、@2図ぼ本発明の第1および第2の実施例のB
I−]−LDの断面構造図、第3図、第4図は本発明お
よび従来例によるB H−L i)の電流ブロック構造
の模式図、第5図げ従来例によるBH−LDの断面構造
図を示す。図中、1ばp−InP基板、2ばp−InP
クラッド層、3は活性層、4はn−1nP  クラッド
層、5ぼn −I n P電流ブロック層。 61dp−1nP電流ブロック層、7ばn−InP埋込
み層、8ばInGaAsP電極層、10汀メサストライ
プ、11はInGaAsP層、12idp−InPキャ
ップ層をそれぞれ表わす。 代理人 弁理士  内 原   9′ −白・、・:

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上に少なくともp型およびn型の各クラッド
    層に挾まれた活性層を含む半導体多層膜を積層させた多
    層膜構造半導体ウェファの少なくとも前記各クラッド層
    と前記活性層とにメサストライプを形成し、このメサス
    トライプを埋込み成長して構成される埋込みヘテロ構造
    の半導体レーザにおいて、前記メサストライプ領域を除
    いてn型電流ブロック層および前記メサストライプの側
    面で前記p型クラッド層と接触するp型電流ブロック層
    が形成され、かつ前記p型電流ブロック層上にこの電流
    ブロック層よりもバンドキャップの小さな半導体層が形
    成されることを特徴とする半導体レーザ。
JP543785A 1985-01-16 1985-01-16 半導体レ−ザ Pending JPS61164287A (ja)

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