FR2709383A1 - Semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les lasers à semiconducteur et, plus particulièrement, un laser à semiconducteur qui émet de la lumière visible rouge dans la bande des 0,6,ut. The present invention relates to semiconductor lasers and, more particularly, to a semiconductor laser which emits visible red light in the 0.6, ut band.
Les lasers à semiconducteur sont couramment utilisés comme sources de lumière pour mémoires à disques optiques et pour imprimantes laser, par exemple. Semiconductor lasers are commonly used as light sources for optical disk memories and for laser printers, for example.
Il existe donc une demande pour la mise au point de lasers à semiconducteur ayant des caractéristiques de température améliorées et un courant de seuil réduit. There is therefore a demand for the development of semiconductor lasers having improved temperature characteristics and a reduced threshold current.
De façon générale, le laser à semiconducteur qui émet une lumière visible rouge est constitué d'un substrat de GaAs, et une couche de confinement de lumière, ou couche de gaine, en AlGaInP et une couche active en GaInP présentant une adaptation de réseau avec le substrat sont formées sur le substrat. In general, the semiconductor laser which emits red visible light consists of a GaAs substrate, and a light confinement layer, or cladding layer, of AlGaInP and an active layer of GaInP having a network adaptation with the substrate are formed on the substrate.
Toutefois, avec le laser à semiconducteur utilisant les matériaux cidessus indiqué, la discontinuité de bande existant à la partie inférieure de la bande de conduction entre la couche active et la couche de confinement est petite et n'est que de l'ordre de 190 meV environ. Pour cette raison, les caractéristiques laser de ce laser à semiconducteur sont médiocres en ce que les caractéristiques de température se détériorent, probablement du fait du débordement d'électrons. However, with the semiconductor laser using the materials indicated above, the band discontinuity existing at the lower part of the conduction band between the active layer and the confinement layer is small and is only of the order of 190 meV about. For this reason, the laser characteristics of this semiconductor laser are poor in that the temperature characteristics deteriorate, probably due to the overflow of electrons.
Divers lasers ont été proposés pour éliminer ce problème. Ces lasers comprennent un laser qui possède une couche active en Gains contrainte, à laquelle est appliquée une contrainte de compression ou une contrainte de traction, un laser à puits quantique contraint possédant une couche active contrainte d'une épaisseur inférieure ou égale à l'onde de Broglie du porteur à l'intérieur de la couche active, et un laser à puits quantique multiple qui possède plusieurs puits quantiques de ce laser à puits quantique contraint. Various lasers have been proposed to eliminate this problem. These lasers include a laser which has an active layer in constrained gains, to which a compression stress or a tensile stress is applied, a laser with constrained quantum well having an active layer constrained with a thickness less than or equal to the wave. de Broglie of the carrier inside the active layer, and a multiple quantum well laser which has several quantum wells of this constrained quantum well laser.
On va donner ci-après une description des raisons pour lesquelles les caractéristiques des lasers à semiconducteur ci-dessus indiqués sont améliorées. A description will be given below of the reasons why the characteristics of the above-mentioned semiconductor lasers are improved.
Par exemple, dans le cas du laser possédant une couche active en
GalnP à contrainte compressive, on fixe la teneur en In de GaInP à une grande valeur par comparaison avec la condition d'adaptation de réseau lors de l'application de la contrainte compressive à la couche active en GaInP. Grâce à ces deux mesures, la couche active en GaInP, qui possède une constante de réseau supérieure à celle de GaAs, reçoit la contrainte compressive.For example, in the case of the laser having an active layer in
GalnP with compressive stress, the In content of GaInP is fixed at a large value by comparison with the network adaptation condition when applying the compressive stress to the active layer in GaInP. Thanks to these two measurements, the active layer in GaInP, which has a lattice constant greater than that of GaAs, receives the compressive stress.
1) Dans ce cas, la dégénérescence de la bande des trous dans la couche en GaInP est libérée par la contrainte, et le maximum de la bande de valence au point r est alors donnée par les trous lourds. De plus, la masse effective des trous lourds devient faible par comparaison avec le cas où il n'y a pas de contrainte. Par conséquent, le gain optique relatif au cas où des porteurs en même densité existent dans la couche active augmente par comparaison avec le cas où il n'y a pas de contrainte. 1) In this case, the degeneration of the band of holes in the GaInP layer is released by the constraint, and the maximum of the valence band at point r is then given by the heavy holes. In addition, the effective mass of heavy holes becomes low compared to the case where there is no constraint. Consequently, the optical gain relative to the case where carriers of the same density exist in the active layer increases in comparison with the case where there is no constraint.
Ceci signifie que le seuil de densité de porteurs du laser à semiconducteur est diminué par la contrainte et qu'il est possible d'améliorer la caractéristique de température du courant de seuil grâce à une densité de porteurs de seuil réduite ou un débordement d'électrons réduit. This means that the carrier density threshold of the semiconductor laser is reduced by the constraint and that it is possible to improve the temperature characteristic of the threshold current thanks to a reduced threshold carrier density or an electron overflow. reduced.
2) D'autre part, par augmentation de la teneur en In de Gains, la bande interdite d'énergie initiale devient faible, et il est possible de donner une grande valeur à la discontinuité de bande dans la bande de conduction. 2) On the other hand, by increasing the content of In Gains, the band gap of initial energy becomes weak, and it is possible to give a large value to the band discontinuity in the conduction band.
En d'autres termes, dans le laser comportant une couche active en
GalnP contrainte à laquelle il a été appliqué une contrainte de compression, il est possible d'obtenir un courant de seuil réduit et des caractéristiques de température améliorées pour le courant de seuil, ceci s'accompagnant d'un phénomène dans lequel la longueur d'onde d'oscillation varie légèrement en direction des plus grandes longueurs d'onde.In other words, in the laser comprising an active layer in
GalnP stress to which a compression stress has been applied, it is possible to obtain a reduced threshold current and improved temperature characteristics for the threshold current, this being accompanied by a phenomenon in which the length of oscillation wave varies slightly towards the longer wavelengths.
Ensuite, dans le laser possédant une couche active en Gains contrainte à laquelle a été appliquée la contrainte de traction, on donne à la teneur en In de Gains une faible valeur par comparaison avec celle des conditions d'adaptation de réseau pour appliquer la contrainte de traction à la couche active de GaInP. De ce fait, la couche active en GaInP qui possède une constante de réseau plus petite que celle de GaAs reçoit la contrainte de tension. Then, in the laser having an active layer in constrained Gains to which the tensile stress has been applied, the In content of Gains is given a low value by comparison with that of the network adaptation conditions for applying the stress of traction to the active layer of GaInP. Therefore, the active layer in GaInP which has a smaller network constant than that of GaAs receives the voltage stress.
1) Dans ce cas, la bande interdite d'énergie initiale devient grande du fait de la réduction de la teneur en In de Gains. En d'autres termes, I'application d'une contrainte de traction à la couche active en GaInP est un moyen de rendre le laser à semiconducteur apte aux courtes longueurs d'onde. 1) In this case, the initial energy gap becomes large due to the reduction of the In content of the Gains. In other words, the application of a tensile stress to the active GaInP layer is a means of rendering the semiconductor laser suitable for short wavelengths.
2) La dégénérescence de la bande des trous dans GaInP est libérée par la contrainte, et le maximum de la bande de valence au point r est alors donnée par les trous légers. De plus, la masse efficace des trous légers devient petite par comparaison à celle des trous lourds dans le cas où il n'y a pas de contrainte. Par conséquent, le gain optique relatif au cas où des porteurs en même densité existent dans la couche active augmente par comparaison avec le cas où il n'y a pas de contrainte. 2) The degeneration of the band of holes in GaInP is released by the constraint, and the maximum of the band of valence at point r is then given by the light holes. In addition, the effective mass of light holes becomes small compared to that of heavy holes in the case where there is no constraint. Consequently, the optical gain relative to the case where carriers of the same density exist in the active layer increases in comparison with the case where there is no constraint.
Ceci signifie que le seuil de la densité de porteurs du laser à semiconducteur est diminué par la contrainte et qu'il est possible d'obtenir un courant de seuil réduit et des caractéristiques de température améliorées pour le courant de seuil par comparaison avec un laser à semiconducteur ayant la même longueur d'onde d'oscillation, mais auquel aucune contrainte n'a été appliquée, c'est-à-dire par comparaison avec le laser à semiconducteur qui utilise une couche active en AlGalnP dans laquelle la bande de valence est dégénérée. This means that the threshold of the carrier density of the semiconductor laser is reduced by the constraint and that it is possible to obtain a reduced threshold current and improved temperature characteristics for the threshold current by comparison with a laser with semiconductor having the same oscillation wavelength, but to which no constraint has been applied, i.e. by comparison with the semiconductor laser which uses an active AlGalnP layer in which the valence band is degenerate.
Avec le laser à puits quantique contraint ci-dessus décrit, dont la couche active contrainte possède une épaisseur inférieure ou égale à l'onde de de
Broglie du porteur à l'intérieur de la couche active, ou bien avec le laser à puits quantique multiple possédant plusieurs puits quantiques du laser à puits quantique contraint, il est possible d'obtenir des effets supplémentaires s'ajoutant aux effets de la contrainte décrits ci-dessus. Plus particulièrement, on peut rendre plus grande la densité d'états de la couche active en confinant les porteurs suivant deux dimensions, et il est possible d'améliorer encore les caractéristiques du courant de seuil, ou analogue.With the constrained quantum well laser described above, whose constrained active layer has a thickness less than or equal to the wave of
Branding of the carrier inside the active layer, or with the multiple quantum well laser having several quantum wells of the constrained quantum well laser, it is possible to obtain additional effects in addition to the effects of the stress described. above. More particularly, the density of states of the active layer can be made greater by confining the carriers in two dimensions, and it is possible to further improve the characteristics of the threshold current, or the like.
Avec le laser à semiconducteur qui émet de la lumière visible rouge dans la bande des 0,6 fi, le niveau de sortie d'oscillation maximal est limité par le dommage optique destructif (COD) de la facette. With the semiconductor laser that emits red visible light in the 0.6 fi band, the maximum oscillation output level is limited by the optical destructive damage (COD) of the facet.
Pour passer à travers cette limite, un moyen efficace consiste à affaiblir le confinement de la lumière dans la couche active et à réduire la densité de lumière à l'intérieur de la couche active. Dans ce but, il faut amincir la couche active. To pass through this limit, an effective means consists in weakening the confinement of the light in the active layer and in reducing the density of light inside the active layer. For this purpose, it is necessary to thin the active layer.
Toutefois, si on affaiblit le confinement de la lumière en amincissant la couche active, le gain de seuil par unité de volume de la couche active devient grand, et la densité de porteurs nécessaire pour l'oscillation augmente également. However, if the confinement of light is weakened by thinning the active layer, the threshold gain per unit volume of the active layer becomes large, and the carrier density required for oscillation also increases.
Pour cette raison, les diverses caractéristiques qui ont été améliorées par la couche active contrainte sont alors détériorées, et il apparaît des problèmes tels qu'un courant de seuil accru et des caractéristiques de température diminuées pour le courant de seuil.For this reason, the various characteristics which have been improved by the constrained active layer are then deteriorated, and problems such as an increased threshold current and decreased temperature characteristics for the threshold current appear.
Pour éliminer ces problèmes, il est concevable de prendre des mesures telles qu'une plus grande augmentation de la contrainte appliquée à la couche active. Toutefois, lorsque la contrainte devient plus grande, de nouveaux problèmes se posent. Ces nouveaux problèmes comprennent ceux de l'augmentation des défauts produits dans les cristaux formant la couche active et de la détérioration de la morphologie de surface. Il est donc impossible d'éliminer les problèmes par une simple augmentation de la contrainte appliquée à la couche active. To eliminate these problems, it is conceivable to take measures such as a further increase in the stress applied to the active layer. However, when the constraint becomes greater, new problems arise. These new problems include those of increased defects produced in the crystals forming the active layer and deterioration of the surface morphology. It is therefore impossible to eliminate the problems by a simple increase in the stress applied to the active layer.
C'est donc un but général de l'invention de produire un laser à semiconducteur nouveau et utile dans lequel les problèmes ci-dessus évoqués sont éliminés. It is therefore a general object of the invention to produce a new and useful semiconductor laser in which the problems mentioned above are eliminated.
Un autre but, plus particulier, de l'invention est de produire un laser à semiconducteur comprenant un substrat en semiconducteur composé, une première couche de confinement de lumière, ou couche de gaine, placée sur le substrat, une couche active placée sur la première couche de confinement et ayant reçu une contrainte, et une deuxième couche de confinement de lumière placée sur la couche active, où les première et deuxième couches de confinement ont toutes deux été fabriquées en un matériau choisi dans le groupe comprenant AlGalnP et AllnP, et la couche active est faite d'un matériau choisi dans le groupe constitué de GalnAsP et AlGa'nAsP. Avec le laser à semiconducteur selon l'invention, il est possible de supprimer la production de défauts cristallins ainsi que la détérioration de la morphologie de surface que provoque une contrainte excessivement grande sur la couche active, tandis que, dans le même temps, on obtient une réduction du courant de seuil et une amélioration des caractéristiques de température du courant de seuil. L'invention se révèle particulièrement efficace lorsqu'elle est appliquée à une couche de semiconducteur qui émet une lumière visible rouge dans la bande des 0,6ssm. En d'autres termes, une lumière possédant une longueur d'onde qui correspond à 1,85 eV + 0,15 eV peut être émise. Another, more particular, object of the invention is to produce a semiconductor laser comprising a compound semiconductor substrate, a first light confinement layer, or sheath layer, placed on the substrate, an active layer placed on the first confinement layer and having received a stress, and a second confinement layer of light placed on the active layer, where the first and second confinement layers were both made of a material chosen from the group comprising AlGalnP and AllnP, and the active layer is made of a material selected from the group consisting of GalnAsP and AlGa'nAsP. With the semiconductor laser according to the invention, it is possible to suppress the production of crystal defects as well as the deterioration of the surface morphology caused by an excessively large stress on the active layer, while, at the same time, a reduction of the threshold current and an improvement in the temperature characteristics of the threshold current. The invention proves to be particularly effective when it is applied to a semiconductor layer which emits visible red light in the 0.6 sm band. In other words, light having a wavelength which corresponds to 1.85 eV + 0.15 eV can be emitted.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:
- la figure 1 est une vue en section droite montrant une partie importante d'un premier mode de réalisation d'un laser à semiconducteur selon l'invention;
- la figure 2 est une vue en section droite montrant une partie importante d'un deuxième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention;
- la figure 3 st une vue en section droite montrant une partie importante d'un troisième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention;
- la figure 4 est une vue en section droite montrant une partie importante d'un quatrième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention;
- la figure 5 est une vue en section droite montrant une partie importante d'un cinquième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention ; et
- la figure 6 est une vue en section droite montrant une partie importante d'un sixième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention.The following description, intended to illustrate the invention, aims to give a better understanding of its characteristics and advantages; it is based on the appended drawings, among which:
- Figure 1 is a cross-sectional view showing an important part of a first embodiment of a semiconductor laser according to the invention;
- Figure 2 is a cross-sectional view showing an important part of a second embodiment of the semiconductor laser according to the invention;
- Figure 3 st a cross-sectional view showing an important part of a third embodiment of the semiconductor laser according to the invention;
- Figure 4 is a cross-sectional view showing an important part of a fourth embodiment of the semiconductor laser according to the invention;
- Figure 5 is a cross-sectional view showing an important part of a fifth embodiment of the semiconductor laser according to the invention; and
- Figure 6 is a cross-sectional view showing an important part of a sixth embodiment of the semiconductor laser according to the invention.
De façon générale, on connaît bien le moyen qui consiste à remplacer
GalnP par InGaAsP et à réduire la bande interdite d'énergie tout en maintenant l'adaptation de réseau avec GaAs.In general, we know the means of replacing
GalnP by InGaAsP and reduce the energy band gap while maintaining network adaptation with GaAs.
Toutefois, on considère que la réduction de la bande interdite d'énergie a pour effet principal, dans ce cas, de produire l'augmentation de la discontinuité de bande dans la bande de valence, et la réduction de la bande interdite d'énergie n amène pas l'augmentation de la discontinuité de bande dans la bande de conduction qui serait efficace pour améliorer la caractéristique de température du laser. However, it is considered that the reduction of the energy band gap has the main effect, in this case, of producing the increase in band discontinuity in the valence band, and the reduction of the energy band gap n not bring about the increase in band discontinuity in the conduction band which would be effective in improving the temperature characteristic of the laser.
Par conséquent, on admet actuellement que la discontinuité de bande dans la bande de conduction peut être plus facilement augmentée dans le cas du laser utilisant Gains comme couche active avec augmentation de la teneur en In. Consequently, it is currently accepted that the discontinuity of the band in the conduction band can be more easily increased in the case of the laser using Gains as an active layer with an increase in the In content.
Par conséquent, une recherche active a été menée sur de tels lasers, et divers types de semblables lasers ont été proposés.Therefore, active research has been conducted on such lasers, and various types of similar lasers have been proposed.
Par conséquent, on a effectué des expériences, pour un laser qui utilise
InGaAsP comme couche active, en modifiant la teneur en As et en appliquant la contrainte.Therefore, we performed experiments, for a laser that uses
InGaAsP as an active layer, modifying the As content and applying stress.
Dans le contexte de l'invention, des expériences ont été menées sur des lasers possédant une couche active en InGaAsP qui présente une grande teneur en
As et à laquelle une petite contrainte a été appliquée, et sur des lasers possédant une couche active en InGaAsP qui présente une faible teneur en As et qui a reçu une grande contrainte, et il a été découvert que les longueurs d'oscillation de ces lasers étaient approximativement les mêmes. En d'autres termes, des lasers ayant approximativement la même bande interdite d'énergie ont été réalisés, et on a comparé les caractéristiques de ces lasers en effectuant des expériences. Comme résultats, on a découvert que, même dans le cas d'un laser possédant une couche active en InGaAsP qui comporte une grande teneur en As et une petite contrainte, il n'y a sensiblement aucune détérioration des caractéristiques du laser. Ainsi, le problème de la discontinuité de bande réduite dans la bande de conduction et de la caractéristique de température détériorée n'apparaît virtuellement pas.In the context of the invention, experiments have been carried out on lasers having an active layer of InGaAsP which has a high content of
As and to which a small stress was applied, and on lasers having an active layer of InGaAsP which has a low As content and which has received a large stress, and it has been discovered that the oscillation lengths of these lasers were approximately the same. In other words, lasers having approximately the same energy gap band were made, and the characteristics of these lasers were compared by carrying out experiments. As a result, it has been discovered that, even in the case of a laser having an active layer of InGaAsP which has a high As content and a small stress, there is substantially no deterioration in the characteristics of the laser. Thus, the problem of reduced band discontinuity in the conduction band and of the deteriorated temperature characteristic does not appear virtually.
A partir des expériences ci-dessus indiquées, il a été découvert, selon l'invention, que, contrairement à ce qu'anonce l'hypothèse classique, il est possible de produire une discontinuité de bande suffisante dans la bande de conduction même lorsqu'on utilise InGaAsP contraint pour la couche active du laser. From the experiments indicated above, it has been discovered, according to the invention, that, contrary to what the classical hypothesis announces, it is possible to produce a sufficient band discontinuity in the conduction band even when constrained InGaAsP is used for the active layer of the laser.
De plus, les effets résultant de l'incorporation du As de AIGa'nAsP que l'on a ajouté avec une légère quantité de Al dans le InGaAsP contraint sont fondamentalement les mêmes que dans le cas ci-dessus décrit. En outre, le substrat ne se limite pas à GaAs, mais on peut employer InGaAs et GaAsP, qui possèdent des constantes de réseau légèrement différentes de celle de GaAs. Dans de tels cas, la couche de confinement faite de AlGalnP ou AllnP est soumise à une adaptation de réseau par rapport à la constante de réseau du substrat, et on obtient, dans cet état, des effets analogues à ceux ci-dessus indiqués en ajoutant As à la couche active de InGaP à laquelle a été appliquée une contrainte de compression ou de traction. In addition, the effects resulting from the incorporation of As from AIGa'nAsP which was added with a small amount of Al into the constrained InGaAsP are basically the same as in the case described above. In addition, the substrate is not limited to GaAs, but InGaAs and GaAsP can be used, which have lattice constants slightly different from that of GaAs. In such cases, the confinement layer made of AlGalnP or AllnP is subjected to a network adaptation with respect to the network constant of the substrate, and in this state, effects analogous to those indicated above are obtained by adding As to the active layer of InGaP to which a compression or tensile stress has been applied.
De plus, dans le cas d'une couche active faite d'une couche unique, le confinement de la lumière diminue lorsque la couche active devient mince. De ce fait, la densité de porteurs de seuil nécessaire à l'oscillation augmente, et le phénomène dit de débordement se produit, au cours duquel les porteurs passent de la couche active dans la couche de confinement. In addition, in the case of an active layer made of a single layer, the confinement of the light decreases when the active layer becomes thin. As a result, the density of threshold carriers required for oscillation increases, and the so-called overflow phenomenon occurs, during which the carriers pass from the active layer to the confinement layer.
Classiquement, pour empêcher ce phénomène de débordement, on a augmenté la teneur en In de la couche active constituée d'une couche unique de InGaP et on a introduit une contrainte de compression. De plus, on a augmenté la différence d'énergie entre la couche active et la couche de confinement. Toutefois, il est impossible d'augmenter sans limite la teneur en In. Expérimentalement, on considère que l'amélioration des caractéristiques rencontre sa limite au voisinage de 1 % pour la contrainte et de 15 nm pour l'épaisseur de la couche active. Conventionally, to prevent this overflow phenomenon, the In content of the active layer made up of a single layer of InGaP has been increased and a compression stress has been introduced. In addition, the energy difference between the active layer and the confinement layer has been increased. However, it is impossible to limitlessly increase the In content. Experimentally, it is considered that the improvement in the characteristics meets its limit in the vicinity of 1% for the stress and 15 nm for the thickness of the active layer.
Au contraire, selon l'invention, on utilise une couche active quaternaire. Il est donc possible de réduire encore l'épaisseur de la couche active tout en évitant les problèmes ci-dessus indiqués. On peut alors réaliser un laser qui présente une résistance améliorée vis-à-vis du dommage optique destructif (COD) en donnant à l'épaisseur de la couche active une valeur de 15 nm ou moins. On the contrary, according to the invention, a quaternary active layer is used. It is therefore possible to further reduce the thickness of the active layer while avoiding the problems indicated above. A laser can then be produced which has improved resistance to destructive optical damage (COD) by giving the thickness of the active layer a value of 15 nm or less.
Lorsque l'épaisseur de la couche active est de 15 nm ou moins, la caractéristique bidimensionnelle des porteurs devient notable, et, en plus des effets de la contrainte, il est possible d'attendre des caractéristiques améliorées dûes aux effets de la quantification (caractéristique bidimensionnelle). When the thickness of the active layer is 15 nm or less, the two-dimensional characteristic of the carriers becomes significant, and, in addition to the effects of stress, it is possible to expect improved characteristics due to the effects of quantification (characteristic two-dimensional).
D'un point de vue général, comme moyen permettant d'améliorer les caractéristiques à l'aide de la quantification tout en maintenant la résistance vis-àvis du COD, c'est-à-dire tout en maintenant constant le confinement de la lumière à la couche active, il existe le procédé consistant à utiliser le puits quantique multiple, c'est-à-dire le procédé consistant à réaliser la couche active sous forme de couche multiple tout en maintenant constante l'épaisseur totale de la couche active. From a general point of view, as a means of improving the characteristics using quantification while maintaining the resistance to the COD, that is to say while keeping the confinement of light constant at the active layer, there is the method consisting in using the multiple quantum well, that is to say the method consisting in producing the active layer in the form of a multiple layer while keeping constant the total thickness of the active layer.
Toutefois, puisque la quantification a pour fonction d'augmenter la bande d'énergie interdite apparente de la couche active, il existe un problème en ce que la différence d'énergie entre la couche active et la couche de confinement diminue. De plus, ce problème s'aggrave lorsque l'épaisseur de la couche active par élément de couche multiple devient plus faible. However, since the quantification has the function of increasing the apparent forbidden energy band of the active layer, there is a problem in that the energy difference between the active layer and the confinement layer decreases. In addition, this problem becomes worse when the thickness of the active layer per multiple layer element becomes smaller.
Toutefois, lorsqu'on utilise une couche active quaternaire comme dans l'invention, il est possible de compenser cette diminution de la différence d'énergie. However, when a quaternary active layer is used as in the invention, it is possible to compensate for this reduction in the energy difference.
On peut admettre, à partir des considérations ci-dessus exposées, que, de façon souhaitable, le laser à semiconducteur utilise, comme couche de confinement, AlGa'nP ou AllnP et, comme couche active, InGaAsP ou AlGa'nAsP comportant As, qu'une contrainte de compression ou de traction est appliquée à la couche active, que la bande d'énergie interdite de la couche active est fixée à environ 1,85 eV + 0,15 eV, et que l'épaisseur de la couche active par élément de la structure de couche multiple est fixée à 15 nm ou moins. It can be assumed, from the above considerations, that the semiconductor laser desirably uses AlGa'nP or AllnP as the confinement layer and, as the active layer, InGaAsP or AlGa'nAsP comprising As, qu 'a compressive or tensile stress is applied to the active layer, that the energy band prohibited from the active layer is fixed at approximately 1.85 eV + 0.15 eV, and that the thickness of the active layer by element of the multiple layer structure is set to 15 nm or less.
Par conséquent, il est possible d'éliminer la production de défauts cristallins et la détérioration de la morphologie de surface résultant de l'application à la couche active d'une contrainte excessivement importante, tout en réalisant, dans le même temps, une discontinuité de bande dans la bande de conduction et une bande d'énergie interdite qui sont analogues à celles du cas où la contrainte est supérieure ou égale à la valeur limite. De plus, il est possible d'améliorer les diverses caractéristiques du laser puisqu'il est possible de réaliser un laser ayant pour effet de ne pas dégénérer la bande de valence sur la base de la couche active contrainte. Consequently, it is possible to eliminate the production of crystal defects and the deterioration of the surface morphology resulting from the application to the active layer of an excessively high stress, while at the same time achieving a discontinuity of band in the conduction band and a band of prohibited energy which are analogous to those of the case where the stress is greater than or equal to the limit value. In addition, it is possible to improve the various characteristics of the laser since it is possible to produce a laser having the effect of not degenerating the valence band on the basis of the constrained active layer.
Par conséquent, le laser à semiconducteur selon l'invention peut avoir, à titre d'exemple, l'une quelconque des structures (1) à (6) suivantes. Consequently, the semiconductor laser according to the invention can have, by way of example, any one of the following structures (1) to (6).
(1) Un substrat est constitué par un semiconducteur composé tel que
GaAs de type n, et une couche active contrainte, qui est faite de GaInAsP ou de AlGaInAsP et a reçu une contrainte de compression, est prise en sandwich entre deux couches de confinement, ou de gaine, faites de AlGaInP ou AllnP et est placée au-dessus du substrat. Par exemple, une couche de revêtement est faite de (AI0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, et l'autre couche de confinement est faite de (A10,7Ga0,3)0,51n0,5P de type p.(1) A substrate is constituted by a compound semiconductor such as
GaAs of type n, and a constrained active layer, which is made of GaInAsP or AlGaInAsP and has received a compressive stress, is sandwiched between two confinement or sheath layers, made of AlGaInP or AllnP and is placed at the - above the substrate. For example, one coating layer is made of (AI0.7Ga0.3) 0.5In0.5P type n, and the other confinement layer is made of (A10.7Ga0.3) 0.51n0.5P type p.
(2) Un substrat est constitué par un semiconducteur composé tel que
GaAs de type n, et une couche active contrainte, qui est faite de GalnAsP ou de A1GalnAsP et a reçu une contrainte de traction, est prise en sandwich entre deux couches de confinement, ou de gaine, faites de AlGaInP ou AllnP et est placée audessus du substrat. Par exemple, une couche de confinement est faite de (AI0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, et l'autre couche de confinement est faite de (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p.(2) A substrate consists of a compound semiconductor such as
GaAs of type n, and a constrained active layer, which is made of GalnAsP or A1GalnAsP and received a tensile stress, is sandwiched between two confinement or sheath layers, made of AlGaInP or AllnP and is placed on top of the substrate. For example, one confinement layer is made of (AI0,7Ga0,3) 0,5In0,5P of type n, and the other confinement layer is made of (Al0,7Ga0,3) 0,5In0,5P of type p.
(3) Un substrat est constitué par un semiconducteur composé tel que
GaAs de type n, et une couche active à puits quantique contrainte, qui est faite de GalnAsP ou de AlGalnAsP et a reçu une contrainte de compression, est prise en sandwich entre deux couches de confinement faites de AlGalnP ou AllnP et est placée au-dessus du substrat. Par exemple, une couche de confinement est faite de (A10,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, et l'autre couche de confinement est faite de (Alo,7Ga0,3)0,sln0,sP de type p. De plus, la couche active à puits quantique contrainte possède une épaisseur de 15 nm ou moins.(3) A substrate consists of a compound semiconductor such as
GaAs of type n, and a constrained quantum well active layer, which is made of GalnAsP or AlGalnAsP and has received a compressive stress, is sandwiched between two confinement layers made of AlGalnP or AllnP and is placed on top of the substrate. For example, a confinement layer is made of (A10,7Ga0,3) 0,5In0,5P of type n, and the other confinement layer is made of (Alo, 7Ga0,3) 0, sln0, sP of type p. In addition, the constrained quantum well active layer has a thickness of 15 nm or less.
(4) Un substrat est constitué par un semiconducteur composé tel que
GaAs de type n, et une couche active à puits quantique contrainte, qui est faite de
GaInAsP ou de AlGaInAsP et a reçu une contrainte de traction, est prise en sandwich entre deux couches de confinement faites de AlGa'nP ou AlInP et est placée au-dessus du substrat. Par exemple, une couche de confinement est faite de (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, et l'autre couche de confinement est faite de (Al0,7G,3,5,5P de type p. De plus, la couche active à puits quantique contrainte possède une épaisseur de 15 nm ou moins.(4) A substrate is constituted by a compound semiconductor such as
GaAs of type n, and an active layer with constrained quantum well, which is made of
GaInAsP or AlGaInAsP and received a tensile stress, is sandwiched between two confinement layers made of AlGa'nP or AlInP and is placed on top of the substrate. For example, one containment layer is made of (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P n-type, and the other containment layer is made of (Al0.7G, 3.5.5P p-type. In addition, the constrained quantum well active layer has a thickness of 15 nm or less.
(5) Un substrat est constitué par un semiconducteur composé tel que
GaAs de type n, et une couche active à puits quantique multiple contrainte, qui est faite de GaInAsP ou de AlGaInAsP et a reçu une contrainte de compression, est prise en sandwich entre deux couches de confinement faites de A1GalnP ou AIInP et est placée au-dessus du substrat. Par exemple, une couche de confinement est faite de (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, et l'autre couche de confinement est faite de (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p. De plus, la couche active à puits quantique multiple contrainte possède une structure de couche multiple et a une épaisseur de 15 nm ou moins par élément de la structure de couche multiple.(5) A substrate consists of a compound semiconductor such as
GaAs of type n, and an active layer with constrained multiple quantum wells, which is made of GaInAsP or AlGaInAsP and has received a compressive stress, is sandwiched between two confinement layers made of A1GalnP or AIInP and is placed at- above the substrate. For example, a confinement layer is made of (Al0,7Ga0,3) 0,5In0,5P of type n, and the other confinement layer is made of (Al0,7Ga0,3) 0,5In0,5P of type p. In addition, the constrained multiple quantum well active layer has a multiple layer structure and has a thickness of 15 nm or less per element of the multiple layer structure.
(6) Un substrat est constitué par un semiconducteur composé tel que
GaAs de type n, et une couche active à puits quantique multiple contrainte, qui est faite de GaInAsP ou de AlGalnAsP et a reçu une contrainte de traction, est prise en sandwich entre deux couches de confinement faites de AlGaInP ou AlInP et est placée au-dessus du substrat. Par exemple, une couche de confinement est faite de (Al0,7Ga0,3)0,5ln0,5P de type n, et l'autre couche de confinement est faite de (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p. De plus, la couche active à puits quantique multiple contrainte possède une structure de couche multiple et a une épaisseur de 15 nm ou moins par élément de la structure de couche multiple.(6) A substrate consists of a compound semiconductor such as
GaAs of type n, and an active layer with constrained multiple quantum wells, which is made of GaInAsP or AlGalnAsP and has received a tensile stress, is sandwiched between two confinement layers made of AlGaInP or AlInP and is placed at- above the substrate. For example, one containment layer is made of (Al0,7Ga0,3) 0,5ln0,5P of type n, and the other containment layer is made of (Al0,7Ga0,3) 0,5In0,5P of type p. In addition, the constrained multiple quantum well active layer has a multiple layer structure and has a thickness of 15 nm or less per element of the multiple layer structure.
Pour chacun des lasers à semiconducteur (1) à (6) décrits ci-dessus, il est possible de supprimer la production de défauts cristallins et la détérioration de la morphologie de surface dues à l'application d'une contrainte excessivement grande sur la couche active, tout en réalisant en même temps une réduction du courant de seuil et une amélioration de la caractéristique du courant de seuil. For each of the semiconductor lasers (1) to (6) described above, it is possible to suppress the production of crystal defects and the deterioration of the surface morphology due to the application of an excessively large stress on the layer active, while at the same time achieving a reduction in the threshold current and an improvement in the characteristic of the threshold current.
L'invention se révèle particulièrement efficace lorsqu'on l'applique à un laser à semiconducteur qui émet de la lumière visible rouge dans la bande des 0,6 ,um. The invention is particularly effective when applied to a semiconductor laser which emits visible red light in the 0.6 µm band.
On va ensuite décrire un premier mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention, en se reportant à la figure 1. La figure 1 montre une section droite d'une partie importante du premier mode de réalisation observé depuis le côté avant. Next, a first embodiment of the semiconductor laser according to the invention will be described, with reference to FIG. 1. FIG. 1 shows a cross section of a large part of the first embodiment observed from the front side.
Le laser à semiconducteur représenté sur la figure 1 comporte un substrat 1 en GaAs de type n, une couche de confinement 2 en (Al0,7Ga0,3)o,51110,5P de type n, une couche active contrainte 3 en 'nGaAsP, une couche de confinement 4 en (AI0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p, une couche tampon 5 de barrière hétéro en Ino sGao 5P de type p, et une couche de capuchon 6 en
GaAs de type p.The semiconductor laser shown in FIG. 1 comprises a substrate 1 of n-type GaAs, a confinement layer 2 of (Al0.7Ga0.3) o, 51110.5P of n type, a constrained active layer 3 of 'nGaAsP, a confinement layer 4 in (AI0.7Ga0.3) 0.5In0.5P p-type, a buffer layer 5 of hetero barrier in Ino sGao 5P p-type, and a cap layer 6 in
P-type GaAs.
Dans ce premier mode de réalisation, les données se rapportant aux parties importantes du laser à semiconducteur sont énoncées ci-dessous:
[1] couche 2 de confinement de la lumière:
impureté : Se
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2 ssm
[2] couche active contrainte 3
contrainte : de compression
teneur en As : 0,1
ha/a: 1 %, où â désigne la constante de réseau
épaisseur: 20 nm
[3] couche de confinement 4:
impureté : Zn
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2 jan
[4] couche tampon 5 de barrière hétéro:
impureté : Zn
densité d'impureté: 1 x 1018 cm-3
épaisseur : 0,1 fi
[5] couche de capuchon 6:
impureté : Zn
densité d'impureté : 5 x 1018 cm-3 épaisseur: 1 ssm
Avec ce premier mode de réalisation, il est possible d'émettre une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 700nm et une température caractéristique de 120 K pour le courant de seuil.In this first embodiment, the data relating to the important parts of the semiconductor laser are set out below:
[1] light confinement layer 2:
impurity: Se
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2 ssm
[2] constrained active layer 3
constraint: compression
As content: 0.1
ha / a: 1%, where â denotes the network constant
thickness: 20 nm
[3] containment layer 4:
impurity: Zn
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: Jan 2
[4] buffer layer 5 of hetero barrier:
impurity: Zn
impurity density: 1 x 1018 cm-3
thickness: 0.1 fi
[5] cap layer 6:
impurity: Zn
impurity density: 5 x 1018 cm-3 thickness: 1 ssm
With this first embodiment, it is possible to emit light having a wavelength of around 700nm and a characteristic temperature of 120 K for the threshold current.
On va ensuite décrire un deuxième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention, en se reportant à la figure 2. La figure 2 montre une section droite d'une partie importante du deuxième mode de réalisation observé depuis le côté avant. Next, a second embodiment of the semiconductor laser according to the invention will be described, with reference to FIG. 2. FIG. 2 shows a cross section of a large part of the second embodiment observed from the front side.
Le laser à semiconducteur représenté sur la figure 2 comporte un substrat 11 en GaAs de type n, une couche de confinement 12 en (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, une couche active contrainte 13 en inGaAsP, une couche de confinement 14 en (Al0,7G,3),5I,5P de type p, une couche tampon 15 de barrière hétéro en In0,5Ga0,5P de type p, et une couche de capuchon 16 en GaAs de type p. The semiconductor laser shown in FIG. 2 comprises a substrate 11 made of n-type GaAs, a confinement layer 12 made of (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P type n, a constrained active layer 13 made of inGaAsP, a containment layer 14 in (Al0.7G, 3), 5I, 5P p-type, a buffer layer 15 of hetero barrier in In0.5Ga0.5P p-type, and a cap layer 16 in GaAs p-type.
Dans ce deuxième mode de réalisation, les données se rapportant aux parties importantes du laser à semiconducteur sont énoncées ci-dessous:
[1] couche 12 de confinement de la lumière:
impureté : Se
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3 épaisseur: 2 Fm
[2] couche active contrainte 13
contrainte : de traction
teneur en As : 0,1
ha/a: 1 %, où a désigne la constante de réseau
épaisseur : 20 nm
[3] couche de confinement 14:
impureté : Zn
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3 épaisseur: 2 Hm
[4] couche tampon 15 de barrière hétéro:
impureté : Zn
densité d'impureté 1 x 1018 cm-3
épaisseur: 0,1 hum
[5] couche de capuchon 16:
impureté : Zn
densité d'impureté : 5 x 1018 cm-3 épaisseur: 1 jtrn
Avec ce deuxième mode de réalisation, il est possible d'émettre une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 650nm et une température caractéristique de 80 K pour le courant de seuil.In this second embodiment, the data relating to the important parts of the semiconductor laser are set out below:
[1] layer 12 of light confinement:
impurity: Se
impurity density: 4 x 1017 cm-3 thickness: 2 Fm
[2] constrained active layer 13
stress: tensile
As content: 0.1
ha / a: 1%, where a denotes the network constant
thickness: 20 nm
[3] containment layer 14:
impurity: Zn
impurity density: 4 x 1017 cm-3 thickness: 2 Hm
[4] buffer layer 15 of hetero barrier:
impurity: Zn
impurity density 1 x 1018 cm-3
thickness: 0.1 hum
[5] cap layer 16:
impurity: Zn
impurity density: 5 x 1018 cm-3 thickness: 1 jtrn
With this second embodiment, it is possible to emit light having a wavelength of around 650 nm and a characteristic temperature of 80 K for the threshold current.
On va ensuite décrire un troisième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention, en se reportant à la figure 3. La figure 3 montre une section droite d'une partie importante du troisième mode de réalisation observé depuis le côté avant. Next, a third embodiment of the semiconductor laser according to the invention will be described, with reference to FIG. 3. FIG. 3 shows a cross section of a large part of the third embodiment observed from the front side.
Le laser à semiconducteur représenté sur la figure 3 comporte un substrat 21 en GaAs de type n, une couche de confinement 22 en (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, une couche active à puits quantique contrainte 23 en 'nGaAsP, une couche de confinement 24 en (AI0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p, une couche tampon 25 de barrière hétéro en Ing 5Ga0 gP de type p, et une couche de capuchon 26 en GaAs de type p. The semiconductor laser shown in FIG. 3 comprises a substrate 21 made of n-type GaAs, a confinement layer 22 made of (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P type n, an active layer with a constrained quantum well 23 made of 'nGaAsP, a confinement layer 24 in (AI0,7Ga0,3) 0,5In0,5P p-type, a buffer layer 25 of hetero barrier in Ing 5Ga0 gP p-type, and a cap layer 26 in GaAs p.
Dans ce troisième mode de réalisation, les données se rapportant aux parties importantes du laser à semiconducteur sont énoncées ci-dessous:
[1] couche 22 de confinement de la lumière:
impureté : Se
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2 Fm
[2] couche active à puits quantique contrainte 23
contrainte : de compression
teneur en As : 0,1
ha/a: 1 %, où a désigne la constante de réseau
épaisseur:12 nm
[3] couche de confinement 24:
impureté : Zn
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur : 2 m
[4] couche tampon 25 de barrière hétéro:
impureté : Zn
densité d'impureté 1 x 1018 cm-3
épaisseur: 0,1 jan
[5] couche de capuchon 26:
impureté : Zn
densité d'impureté : 5 x 1018 cm-3
épaisseur: 1 hum
Avec ce troisième mode de réalisation, il est possible d'émettre une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 695 nm et une température caractéristique de 120 K pour le courant de seuil. Par compression avec le premier mode de réalisation, la longueur d'onde est légèrement plus courte en raison de l'effet quantique et le courant de seuil est diminué d'environ 10 %.In this third embodiment, the data relating to the important parts of the semiconductor laser are set out below:
[1] light confinement layer 22:
impurity: Se
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2 Fm
[2] active layer with constrained quantum well 23
constraint: compression
As content: 0.1
ha / a: 1%, where a denotes the network constant
thickness: 12 nm
[3] containment layer 24:
impurity: Zn
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2 m
[4] buffer layer 25 of hetero barrier:
impurity: Zn
impurity density 1 x 1018 cm-3
thickness: 0.1 jan
[5] cap layer 26:
impurity: Zn
impurity density: 5 x 1018 cm-3
thickness: 1 hum
With this third embodiment, it is possible to emit light having a wavelength of approximately 695 nm and a characteristic temperature of 120 K for the threshold current. By compression with the first embodiment, the wavelength is slightly shorter due to the quantum effect and the threshold current is decreased by about 10%.
On va ensuite décrire un quatrième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention, en se reportant à la figure 4. La figure 4 montre une section droite d'une partie importante du quatrième mode de réalisation observé depuis le côté avant. Next, a fourth embodiment of the semiconductor laser according to the invention will be described, with reference to FIG. 4. FIG. 4 shows a cross section of a large part of the fourth embodiment observed from the front side.
Le laser à semiconducteur représenté sur la figure 4 comporte un substrat 31 en GaAs de type n, une couche de confinement 32 en (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, une couche active à puits quantique contrainte 33 en 'nGaAsP, une couche de confinement 34 en (Al0,7Ga,3)0,5In,5P de type p, une couche tampon 35 de barrière hétéro en In0,5Ga0,5P de type p, et une couche de capuchon 36
[2] couche active à puits quantique contrainte 33
contrainte : de traction
teneur en As : 0,1
ha/a: 1 %, où a désigne la constante de réseau
épaisseur:12 nm
[3] couche de confinement 34:
impureté : Zn
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2 ssm
[4] couche tampon 35 de barrière hétéro:
impureté : Zn
densité d'impureté 1 x 1018 cm-3
épaisseur: 0,1 Fm
[5] couche de capuchon 36:
impureté : Zn
densité d'impureté : 5 x 1018 cm-3 épaisseur: 1 ssm
Avec ce quatrième mode de réalisation, il est possible d'émettre une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 645 nm et une température caractéristique de 90 K pour le courant de seuil. Par comparaison avec le deuxième mode de réalisation, la longueur d'onde est légèrement plus courte en raison de l'effet quantique et le courant de seuil est diminué d'environ 10 %;
On va ensuite décrire un cinquième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention, en se reportant à la figure 5. La figure 5 montre une section droite d'une partie importante du cinquième mode de réalisation observé depuis le côté avant.The semiconductor laser shown in FIG. 4 comprises a substrate 31 in n-type GaAs, a confinement layer 32 in (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P n-type, an active layer with constrained quantum well 33 in 'nGaAsP, a confining layer 34 in (Al0,7Ga, 3) 0,5In, 5P p-type, a buffer layer 35 of hetero barrier in In0,5Ga0,5P p-type, and a cap layer 36
[2] active layer with constrained quantum well 33
stress: tensile
As content: 0.1
ha / a: 1%, where a denotes the network constant
thickness: 12 nm
[3] containment layer 34:
impurity: Zn
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2 ssm
[4] buffer layer 35 of hetero barrier:
impurity: Zn
impurity density 1 x 1018 cm-3
thickness: 0.1 Fm
[5] cap layer 36:
impurity: Zn
impurity density: 5 x 1018 cm-3 thickness: 1 ssm
With this fourth embodiment, it is possible to emit light having a wavelength of approximately 645 nm and a characteristic temperature of 90 K for the threshold current. Compared with the second embodiment, the wavelength is slightly shorter due to the quantum effect and the threshold current is decreased by about 10%;
Next, a fifth embodiment of the semiconductor laser according to the invention will be described, with reference to FIG. 5. FIG. 5 shows a cross section of a large part of the fifth embodiment observed from the front side.
Le laser à semiconducteur représenté sur la figure 5 comporte un substrat 41 en GaAs de type n, une couche de confinement 42 en (AIO 7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, une couche active à puits quantique multiple contrainte 43 en InGaAsP, une couche de confinement 44 en (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p, une couche tampon 45 de barrière hétéro en InO,SGaO,SP de type p, et une couche de capuchon 46 en GaAs de type p. The semiconductor laser shown in FIG. 5 comprises a substrate 41 made of n-type GaAs, a confinement layer 42 made of (AIO 7Ga0.3) 0.5 In0.5P type n, an active layer with a constrained multiple quantum well 43 made of InGaAsP, a confinement layer 44 in (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P p-type, a buffer layer 45 of hetero barrier in InO, SGaO, SP p-type, and a cap layer 46 in GaAs of type p.
Dans ce cinquième mode de réalisation, les données se rapportant aux parties importantes du laser à semiconducteur sont énoncées ci-dessous:
[1] couche 42 de confinement de la lumière
impureté : Se
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2m
[2] couche active à puits quantique multiple contrainte 43
contrainte : de compression
(2a) couche de InGaAsP
teneur en As : 0,1
ha/a: 1 %, où a désigne la constante de réseau
épaisseur: 6 nm
nombre de couches : 3
(2b) couche de (Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P
épaisseur: 5 nm
nombre de couches: 2
[3] couche de confinement 44:
impureté : Zn
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2 m
[4] couche tampon 45 de barrière hétéro:
impureté : Zn
densité d'impureté 1 x 1018 cm-3
épaisseur: 0,1 m
[5] couche de capuchon 46:
impureté : Zn
densité d'impureté : 5 x 1018 cm-3
épaisseur: 1 m
Avec ce cinquième mode de réalisation, il est possible d'émettre une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 688 nom et une température caractéristique de 135 K pour le courant de seuil. Par comparaison avec le troisième mode de réalisation, la longueur d'onde est légèrement réduite du fait de l'effet quantique, et le courant de seuil est diminué d'environ 20 %.In this fifth embodiment, the data relating to the important parts of the semiconductor laser are set out below:
[1] light confinement layer 42
impurity: Se
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2m
[2] constrained multiple quantum well active layer 43
constraint: compression
(2a) layer of InGaAsP
As content: 0.1
ha / a: 1%, where a denotes the network constant
thickness: 6 nm
number of layers: 3
(2b) layer of (Al0,4Ga0,6) 0,5In0,5P
thickness: 5 nm
number of layers: 2
[3] containment layer 44:
impurity: Zn
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2 m
[4] buffer layer 45 of hetero barrier:
impurity: Zn
impurity density 1 x 1018 cm-3
thickness: 0.1 m
[5] cap layer 46:
impurity: Zn
impurity density: 5 x 1018 cm-3
thickness: 1 m
With this fifth embodiment, it is possible to emit light having a wavelength of about 688 nom and a characteristic temperature of 135 K for the threshold current. Compared with the third embodiment, the wavelength is slightly reduced due to the quantum effect, and the threshold current is reduced by about 20%.
Dans le cas du laser à puits quantique multiple, il est possible d'augmenter la densité d'états en augmentant le nombre de couches du puits quantique et d'augmenter le gain. Pour cette raison, il est possible d'améliorer le courant de seuil du laser. In the case of the multiple quantum well laser, it is possible to increase the density of states by increasing the number of layers of the quantum well and to increase the gain. For this reason, it is possible to improve the threshold current of the laser.
Dans ce cas, lorsqu'on maintient constante l'épaisseur de couche par couche du puits et qu'on augmente le nombre de couches du puits quantique, le confinement de la lumière à l'intérieur de la couche active augmente et il apparaît un problème en ce que le niveau de sortie de COD se détériore. Toutefois lorsqu'on réduit l'épaisseur de couche par couche du puits et qu'on augmente le nombre de couches de puits tout en maintenant constante l'épaisseur de couche totale, il est possible de maintenir approximativement constant le confinement de la lumière à l'intérieur de la couche active et, pour cette raison, il est possible d'empêcher la détérioration du niveau de sortie de COD. In this case, when the layer thickness per layer of the well is kept constant and the number of layers of the quantum well is increased, the confinement of the light inside the active layer increases and a problem appears. in that the output level of COD deteriorates. However, when the layer thickness per layer of the well is reduced and the number of well layers is increased while keeping the total layer thickness constant, it is possible to keep the confinement of the light at approximately constant inside the active layer and, for this reason, it is possible to prevent deterioration of the COD output level.
Toutefois, lorsque le nombre de couches du puits quantique augmente et que l'épaisseur de couche par couche du puits devient petite, la largeur effective de la bande interdite d'énergie de la couche de puits augmente et la discontinuité de bande de la bande de conduction se détériore. Pour cette raison, l'effet de débordement des électrons devient plus prononcé en raison de l'augmentation de la densité d'états et amène le courant de seuil à augmenter et les caractéristiques de température du courant de seuil à devenir moins bonnes. However, as the number of quantum well layers increases and the layer thickness per well layer becomes small, the effective width of the energy gap of the well layer increases and the band discontinuity of the conduction deteriorates. For this reason, the electron spillover effect becomes more pronounced due to the increase in the density of states and causes the threshold current to increase and the temperature characteristics of the threshold current to become less good.
Avec le cinquième mode de réalisation, il est possible d'obtenir une grande discontinuité de bande puisque la contrainte est introduite par rapport à la couche active 43 et qu'on utilise InGaAsP pour la couche active 43. Pour cette raison, la fonction de suppression de l'effet de débordement des électrons est grande et se révèle particulièrement efficace dans le cas de l'application au laser dans lequel l'épaisseur de couche par couche du puits est diminuée et la couche active possède une structure à puits quantiques multiples ayant un grand nombre de couches. Ce cinquième mode de réalisation correspond à une meilleure forme de l'invention. With the fifth embodiment, it is possible to obtain a large band discontinuity since the stress is introduced relative to the active layer 43 and that InGaAsP is used for the active layer 43. For this reason, the suppression function of the electron spillover effect is large and is found to be particularly effective in the case of laser application in which the layer thickness per layer of the well is reduced and the active layer has a multiple quantum well structure having a large number of layers. This fifth embodiment corresponds to a better form of the invention.
On va ensuite décrire un sixième mode de réalisation du laser à semiconducteur selon l'invention, en se reportant à la figure 6. La figure 6 montre une section droite d'une partie importante du sixième mode de réalisation observé depuis le côté avant. Next, a sixth embodiment of the semiconductor laser according to the invention will be described, with reference to FIG. 6. FIG. 6 shows a cross section of a large part of the sixth embodiment observed from the front side.
Le laser à semiconducteur représenté sur la figure 6 comporte un substrat 51 en GaAs de type n, une couche de confinement 52 en (A10 7Ga0,3)0,5In0,5P de type n, une couche active à puits quantique multiple contrainte 53 en InGaAsP, une couche de confinement 54 en (A10,7Ga0,3)0,5In0,5P de type p, une couche tampon 55 de barrière hétéro en In0,5Ga0,5P de type p, et une couche de capuchon 56 en GaAs de type p. The semiconductor laser shown in FIG. 6 comprises a substrate 51 in n-type GaAs, a confinement layer 52 in (A10 7Ga0.3) 0.5 In0.5P n-type, an active layer with a constrained multiple quantum well 53 in InGaAsP, a confinement layer 54 in (A10.7Ga0.3) 0.5In0.5P p-type, a buffer layer 55 of hetero barrier in In0.5Ga0.5P p-type, and a cap layer 56 in GaAs of type p.
Dans ce sixième mode de réalisation, les données se rapportant aux parties importantes du laser à semiconducteur sont énoncées ci-dessous:
[1] couche 52 de confinement de la lumière:
impureté : Se
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3 épaisseur: 2 ,um
[2] couche active à puits quantique multiple contrainte 53:
contrainte : de traction
2(a) couche de InGaAsP
teneur en As : 0,1
bala : 1 %, où a désigne la constante de réseau
épaisseur: 6 nm
nombre de couches : 3
2(b) couche de (A10,qGa0,6)0,5I"0,5P
épaisseur: 5 nm
nombre de couches : 2
[3] couche de confinement 54:
impureté : Zn
densité d'impureté : 4 x 1017 cm-3
épaisseur: 2 ,um
[4] couche tampon 55 de barrière hétéro:
impureté : Zn
densité d'impureté 1 x 1018 cm-3
épaisseur: 0,1 m
[5] couche de capuchon 56:
impureté : Zn
densité d'impureté : 5 x 1018 cm-3 épaisseur: 1 ,um
Avec ce sixième mode de réalisation, il est possible d'émettre une lumière présentant une longueur d'onde d'environ 640nm et une température caractéristique de 100K pour le courant de seuil. Par comparaison avec le quatrième mode de réalisation, la longueur d'onde est encore réduite en raison de l'effet quantique et le courant de seuil est diminué d'environ 20 %.In this sixth embodiment, the data relating to the important parts of the semiconductor laser are set out below:
[1] layer 52 of light confinement:
impurity: Se
impurity density: 4 x 1017 cm-3 thickness: 2, um
[2] active layer with constrained multiple quantum well 53:
stress: tensile
2 (a) layer of InGaAsP
As content: 0.1
bala: 1%, where a denotes the lattice constant
thickness: 6 nm
number of layers: 3
2 (b) layer of (A10, qGa0,6) 0,5I "0,5P
thickness: 5 nm
number of layers: 2
[3] containment layer 54:
impurity: Zn
impurity density: 4 x 1017 cm-3
thickness: 2, um
[4] buffer layer 55 of hetero barrier:
impurity: Zn
impurity density 1 x 1018 cm-3
thickness: 0.1 m
[5] cap layer 56:
impurity: Zn
impurity density: 5 x 1018 cm-3 thickness: 1, um
With this sixth embodiment, it is possible to emit light having a wavelength of approximately 640 nm and a characteristic temperature of 100 K for the threshold current. Compared with the fourth embodiment, the wavelength is further reduced due to the quantum effect and the threshold current is decreased by about 20%.
Comme pour le cinquième mode de réalisation, ce sixième mode de réalisation se révèle particulièrement efficace lorsqu'on l'applique au laser dans lequel l'épaisseur de couche par couche du puits est diminuée et la couche active possède la structure à puits quantique multiple ayant un grand nombre de couches. As for the fifth embodiment, this sixth embodiment proves to be particularly effective when it is applied to the laser in which the layer thickness per layer of the well is reduced and the active layer has the multiple quantum well structure having a large number of layers.
Dans chacun des modes de réalisation ci-dessus décrits, on peut choisir de façon appropriée, pour s'adapter aux besoins du laser à semiconducteur, la teneur en As de la couche active, la contrainte appliquée à la couche active, et l'épaisseur de la couche active. In each of the embodiments described above, one can appropriately choose, to adapt to the needs of the semiconductor laser, the As content of the active layer, the stress applied to the active layer, and the thickness of the active layer.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du laser à semiconducteur dont la description vient d'être données à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the semiconductor laser, the description of which has just been given by way of illustration only and in no way limitative, various variants and modifications which do not go beyond the ambit of 'invention.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02281680A (en) * | 1989-04-21 | 1990-11-19 | Nec Corp | Semiconductor laser |
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Also Published As
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