JP2004200375A - Semiconductor laser device and method of manufacturing the same - Google Patents

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laser device
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JP2002366571A
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Inventor
Shinichi Takigawa
信一 瀧川
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a quantum cascade laser with the crystal growth controlled at least once in the atom level in a semiconductor laser device which can generate the laser beam of the intermediate infrared wavelength of 5 to 20 μm.
SOLUTION: An energy level formed within a potential well of the quantum cascade laser is modulated in the direction parallel to the crystal growth surface, and electrons or holes in the light emitting layer are moved in the direction parallel to the crystal growth surface. Accordingly, the quantum cascade structure which has been perpendicular to the crystal growth surface can then be formed in parallel to the crystal surface.
COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、波長5〜20μmの中赤外波長のレーザ光を発振することのできる半導体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device capable of oscillating a laser beam of an infrared wavelength in the wavelength 5 to 20 [mu] m.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
半導体レーザは光ディスクや光通信に多用されている。 Semiconductor lasers have been widely used in optical disks and optical communication. そこで用いられる半導体レーザの発振波長は、1.55/1.3μm(光ファイバー通信用)、0.98μm(ファイバーアンプ用)、0.78μm(コンパクトディスク(CD)/ミニディスク(MD)用)、0.65μm(DVD用)、0.41μm(高密度DVD用)などであり、これらに用いる半導体材料やレーザ構造は、量産的にほぼ確立されたものになっている。 Therefore the oscillation wavelength of the semiconductor laser used is, 1.55 / 1.3 .mu.m (for fiber optic communications), 0.98 .mu.m (for fiber amplifiers), 0.78 .mu.m (compact disc (CD) / mini disc (MD)), 0.65 .mu.m (for DVD), and the like 0.41 .mu.m (for high density DVD), a semiconductor material or a laser structure used for these is made to that the mass production is almost established. 一方、半導体レーザの発振可能な波長として、近年、3μm〜20μm近傍のいわゆる中赤外域が注目されてきた。 Meanwhile, as the oscillation wavelength capable of semiconductor lasers, in recent years, so-called in the infrared region of 3μm~20μm vicinity has been noted. この波長帯は、各種有機物の吸収波長を含んでいる。 This wavelength band includes the absorption wavelength of the various types of organic matter. この波長帯の半導体レーザの実現により、例えば、大気分析や医療などの分野にセットを含めた新市場が開けると予想される。 The realization of the semiconductor laser of this wavelength band, for example, is expected to open up new markets, including the set in areas such as atmospheric analysis and medical.
【0003】 [0003]
中赤外域の半導体レーザとしてこれまでバンドギャップの狭い材料を半導体レーザの活性層として用いるアプローチがなされていた。 Approach using hitherto narrow band gap material as a semiconductor laser of the middle infrared region as the active layer of the semiconductor laser has been made. 例えば、III−V族半導体(InGaAsSbなど)、IV−VI族半導体(PbTeSeなど)を用いた研究がなされている。 For example, (such as InGaAsSb) III-V group semiconductor, it has been studied using a group IV-VI semiconductor (such PbTeSe). しかしながら、III−V族半導体は物性的にオージェ再結合を有し、しかも、そのオージェ再結合はバンドギャップの狭化により著しく増加する。 However, III-V group semiconductor physical properties to have Auger recombination, moreover, the Auger recombination is significantly increased by the narrowing of the band gap. このため非発光再結合が増加、しきい値電流の急増が生じレーザ発振が困難となる。 Therefore non-radiative recombination increases, it becomes difficult lasing surge threshold current is generated. また、IV−VI族半導体はクラッド層に十分バンドギャップの大きな材料を持ってくることができず、伝導帯(価電子帯)ヘテロ界面におけるヘテロ障壁(ΔEc,ΔEv)を大きくとることができない。 Furthermore, IV-VI group semiconductor can not bring a material having a large enough band gap in the cladding layer, the conduction band (valence band) hetero barrier at the hetero interface (.DELTA.Ec, Delta] Ev) can not be made large. このため活性層からクラッド層へのキャリアリークが非常に多い。 Thus the carrier leak from the active layer to the cladding layer is very high. これら(狭バンドギャップ)III−V族/IV−VI族半導体は材料の有する欠点のため、温度が室温近くになるとレーザ発振が極めて困難になる。 Because of the drawbacks possessed by these (narrow bandgap) III-V group / IV-VI group semiconductor material, the laser oscillation becomes very difficult when the temperature is close to room temperature. このため、3〜20μm帯においての半導体レーザの発振は低温(およそ100〜200ケルビン)でしか得られず、一般的な産業応用に用いることが困難であった。 Therefore, the oscillation of the semiconductor lasers in 3~20μm band can not be obtained only at a low temperature (approximately 100 to 200 Kelvin), it is difficult to use in general industrial applications.
【0004】 [0004]
一方、これに対し、新しい半導体レーザの発光メカニズムとして、近年、量子カスケードレーザ(Quantum Cascade Laser:以下、QCレーザと略す)が実現された(Jerome Faist et al., "Quantum Cascade Laser", Science, vol.264, p.553, 1994)。 On the other hand, contrast, as a light emitting mechanism of a new semiconductor laser, in recent years, a quantum cascade laser. (Quantum Cascade Laser: hereinafter, abbreviated as QC laser) was realized (Jerome Faist et al, "Quantum Cascade Laser", Science, vol.264, p.553, 1994). 従来の半導体発光素子(半導体レーザ、発光ダイオードなど)は、活性層を構成する半導体材料のバンド間発光(伝導帯にある電子が、価電子帯にある正孔と再結合し、伝導体と価電子帯のエネルギー差を有する光子を放出)を用いている。 Conventional semiconductor light emitting element (semiconductor laser, such as a light emitting diode) is, electrons in the interband emission (the conduction band of the semiconductor material constituting the active layer, and recombine with holes in the valence band, conductor and valence are used release) photons having an energy difference between the valence band.
【0005】 [0005]
図15にQCレーザの代表的な構造を示す(例えば、非特許文献1参照)。 Figure 15 shows a typical structure of a QC laser (e.g., see Non-Patent Document 1).
【0006】 [0006]
図15において、n型InP基板81上に、n-InP第1クラッド層82、InGaAs量子井戸層83、84、AlInAs量子障壁層85、n-InP第2クラッド層86、InGaAsコンタクト層87が形成されている。 15, on the n-type InP substrate 81, n-InP first cladding layer 82, InGaAs quantum well layers 83 and 84, AlInAs quantum barrier layer 85, n-InP second cladding layer 86, InGaAs contact layer 87 is formed It is. 発光部以外は、絶縁性InP埋込層88が形成されている。 Other than the light-emitting unit, insulating InP buried layer 88 is formed. そしてAuGe電極89、90が形成されている。 The AuGe electrode 89 and 90 are formed. 本QCレーザは、量子井戸層84の伝導帯内にできる複数の量子準位において、エネルギの高い準位(準位A)に存在する電子が、エネルギーの低い準位(準位B)に遷移する、所謂サブバンド遷移により発光するものである。 This QC laser transition at a plurality of quantum levels which can be in the conduction band of the quantum well layer 84, electrons present in high energy level (level A) is, the lower energy level (level B) to, light is emitted by a so-called sub-band transitions. このため、前述のようなオージェ再結合が生じることもなく、また、半導体超格子の材料を適当に選ぶことによりヘテロ障壁を大きくすることができ、従来の3〜20μm帯半導体レーザの課題を一挙に解決することができる。 Therefore, without that the Auger recombination as described above occur, also, it is possible to increase the hetero barrier by choosing the material of the semiconductor superlattice appropriate, once the problems of conventional 3~20μm band semiconductor laser it can be solved in. この発光する量子井戸のある領域を発光領域と呼ぶ。 A region of the quantum well of the light emission is referred to as a light emitting region. 一方、発光が完了した電子は量子井戸層83において、次段の発光領域に形成された準位Aに注入される。 Meanwhile, electrons emission is completed in the quantum well layer 83, it is injected into the level A, which is formed in the next stage of the light emitting region. この伝導帯の高い準位に電子を移動させる領域を注入領域と呼ぶ。 The area to transfer electrons to the high level of this conduction band is referred to as injection region.
【0007】 [0007]
【非特許文献1】 Non-Patent Document 1]
Mattias Beck et.al., "Continuous Wave Operation of a Mid-Infrared Semiconductor Laser at Room Temperature", Science vol.295, p.301 Mattias Beck et.al., "Continuous Wave Operation of a Mid-Infrared Semiconductor Laser at Room Temperature", Science vol.295, p.301
【0008】 [0008]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
図15においては注入領域、発光領域は量子井戸を1層として描いているが、実際のデバイスでは発光領域、注入領域ともに5〜10層の超格子(量子井戸と量子障壁)から構成される。 Implanted region 15, but the light emitting area is illustrated as one layer of the quantum well, in the actual device composed of a superlattice of the light emitting region, implanted region both in 5-10 layers (quantum wells and quantum barriers). また、QCレーザは発光が終了した電子が正孔との再結合で消失することなく、再び注入層に入れ高い準位に入れることにより再び発光に寄与することができるので、1個の電子が多数の光子を放出する。 Further, without QC lasers disappear electrons emission is completed in recombination of holes, it is possible to contribute to the re-emission by taking into reinfused layer put high level, is one electron a large number of photons emitted. 従って、注入領域と発光領域の対が多いほど、スロープ効率は向上する(例えば、F.Capasso et al., IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol.6, No.6, p.931 (2000)) 。 Therefore, the more pairs of implanted region and the light emitting region, the slope efficiency is improved (e.g., F.Capasso et al., IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol.6, No.6, p.931 (2000 )).
【0009】 [0009]
このため、QCレーザでは通常注入領域と発光領域の対としては20〜30対が用いられる。 Therefore, 20 to 30 pairs are used as a pair of normal injection region and the light emitting region in the QC laser. したがって層数としては、(注入層5〜10層+発光層5〜10層)x(20〜30ステージ)=200〜600層になる。 Thus as the number of layers becomes (injection layer 5-10 layer + light emitting layer 5 to 10 layers) x (20 to 30 stages) = 200 to 600 layers. このような層数を各層原子レベル(数〜十数nm)で作製することは、実験的に可能であっても、量産性よく各層設計通りに作製することは極めて困難である。 Be made in such number of layers each layer atomic level (several to several tens of nm), be capable experimentally, it is very difficult to made up to mass production well layers design. 各層のばらつきは量子準位のばらつきを起こし、光利得の低下、言い換えればしきい値電流の増加や、発振波長の不安定性を引き起こし、量産の面からは課題があった。 The variations in each layer cause variations in the quantum level, reduction in optical gain, growth and the threshold current in other words, cause instability of the oscillation wavelength, there is a problem from the viewpoint of mass production.
【0010】 [0010]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載の半導体レーザ装置は、ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、1つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、発光領域は、結晶成長面に平行な方向に複数のポテンシャル井戸を有し、前記ポテンシャル井戸内に形成されるエネルギー準位が前記結晶成長面に平行な方向で変調されており、発光層内の電子または正孔は、前記結晶成長面に平行な方向に移動することを特徴としたものである。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to a first aspect of the present invention, the inter-specific energy levels formed in the potential well emits photons by electrons or holes to energy transition, and, in the semiconductor laser in which the energy transition process for a single electron or hole is present a plurality of times, the light emitting region has a plurality of potential wells in a direction parallel to the crystal growth surface, formed in said potential well is modulated in the direction energy level parallel to the crystal growth surface to be electrons or holes in the light emitting layer is obtained by thus being moved in a direction parallel to the crystal growth surface.
【0011】 [0011]
これにより、従来結晶成長面に対して垂直に量子カスケード構造があったものを、結晶面に対して平行に量子カスケード構造を作製することができる。 Thus, what was the quantum cascade structure perpendicular to the conventional crystal growth surface can be made parallel to the quantum cascade structure with respect to the crystal plane. すなわち、少なくとも1回の原子レベルで制御された結晶成長があれば、QCレーザを作製することができ、従来のような、100層以上の原子レベル結晶成長を必要としない。 That is, if there is controlled crystal growth in at least one atomic level, it is possible to produce a QC laser, conventional such, does not require atomic level crystal growth of more than 100 layers.
【0012】 [0012]
特に、本発明の請求項2に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光領域のポテンシャル井戸として量子細線を用いていれば、ポテンシャル井戸内に、サブバンド間遷移に適した量子準位を形成することができる。 In particular, as shown in the semiconductor laser device according to claim 2 of the present invention, if using a quantum wire as a potential well of the light emitting region, in the potential well, a quantum level suitable for intersubband transition form can do.
【0013】 [0013]
更に、本発明の請求項3に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光領域のポテンシャル井戸として量子ドットを用いていれば、量子細線の最小線幅に比べて、より大きなサイズで量子準位を形成することが出来、作製が容易となる。 Furthermore, as shown in the semiconductor laser device according to claim 3 of the present invention, if using quantum dots as the potential well in the light-emitting region, as compared with the minimum line width of the quantum wire, a quantum level at a larger size can be formed, it is easy to prepare.
【0014】 [0014]
また、本発明の請求項4に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光層に隣接する半導体のうち、結晶面に平行に発光層を挟む領域は絶縁性半導体となっていることが望ましい。 Further, as shown in the semiconductor laser device according to claim 4 of the present invention, in the semiconductor adjacent to the light-emitting layer, areas which sandwich the parallel light-emitting layer on the crystal surface, it is desirable that a insulating semiconductor. これにより、結晶面に平行に電子(または正孔)を効率的に流すことができる。 Thus, it is possible to flow parallel to the electron in the crystal plane (or holes) efficiently.
【0015】 [0015]
更に、本発明の請求項5に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光層として二層以上から構成されており、前記各発光層において電子または正孔が結晶成長面に平行な方向に移動することが望ましい。 Further movement, as shown in the semiconductor laser device according to claim 5 of the present invention are composed of two or more layers as light emitting layers, wherein the direction electrons or holes parallel to the crystal growth surface in the light-emitting layer it is desirable to. これにより、同一電圧値において、層数にほぼ比例して光子をより多く放出させることができ、高出力化に適する。 Thus, the same voltage value, it is possible to more emit photons substantially in proportion to the number of layers suitable for high output.
【0016】 [0016]
次に、本発明の請求項6に記載の半導体レーザ装置に示すように、このようなQCレーザにおいて、同一表面にプラス電極とマイナス電極を有することができる。 Next, as shown in the semiconductor laser device according to claim 6 of the present invention, in such a QC laser can have a positive electrode and a negative electrode on the same surface. これにより、レーザ裏面からワイヤーボンド等で電極を取る必要がなく、実装工程を容易化する。 Thus, there is no need to take the electrode by wire bonding or the like from the laser back surface, to facilitate the mounting process.
【0017】 [0017]
さらに、本発明の請求項7に記載の半導体レーザ装置に示すように、絶縁性基板を用いることにより、寄生容量を取り除くことができ、高速動作が可能となる。 Furthermore, as shown in the semiconductor laser device according to claim 7 of the present invention, by using an insulating substrate can be removed parasitic capacitance, high-speed operation becomes possible.
【0018】 [0018]
次に、本発明の請求項8に記載の半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、第1の導電性クラッド層と第1の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第1の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第2の絶縁性クラッド層と第2の導電性クラッド層を形成する工程を有することを特徴とするものである。 A method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 8 of the present invention, on a substrate, forming a first conductive clad layer and the first insulating cladding layer, the first insulating forming an active layer having a superlattice cascade structure formed by a photolithography process on the sex cladding layer, forming a second insulating cladding layer and the second conductive cladding layer on the active layer it is characterized in that it has a. このようなQCレーザにおいては、半導体工程で頻繁に使用されるフォトリソグラフィを用いて量子細線や量子ドットの形状の変化、すなわち、ポテンシャル井戸に形成されるエネルギー準位の変調を決定することができる。 In such QC lasers, the change in shape of the quantum wires and quantum dots using photolithography that are frequently used in semiconductor processes, i.e., it is possible to determine the modulation of the energy level is formed in the potential well . したがって、そのエネルギー準位の変調がマスク1枚で決まり、QCレーザの作製が容易になる。 Thus, the modulation of the energy level is determined by one mask, making the QC laser is facilitated.
【0019】 [0019]
その場合、本発明の請求項9に記載の半導体レーザ装置の製造方法に示すように、フォトリソグラフィの光源としてX線を用いることが望ましい。 In that case, as shown in the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 9 of the present invention, it is desirable to use X-rays as photolithography light sources. X線は波長が0.1〜1nmであるので、極めて精密に量子細線・量子ドット形状を作製できる。 Since X-ray wavelength is in the 0.1 to 1 nm, it can be manufactured very precisely quantum wire, a quantum dot shape.
【0020】 [0020]
さらに、本発明の請求項10に記載の半導体装置レーザ装置の製造方法に示すように、前記超格子カスケード構造部は1回のフォトリソグラフィ工程で形成されることが望ましい。 Furthermore, as shown in the manufacturing method of the semiconductor device laser device according to claim 10 of the present invention, the superlattice cascade structure once the photo to be formed in a lithography process desired. この方法によれば、ポテンシャル井戸を形成する半導体の複数部分が一度に形成され、また前記ポテンシャル井戸を囲むポテンシャル障壁を形成する半導体の複数部分も一度に形成され、これにより、各ポテンシャル井戸間およびポテンシャル障壁間の半導体組成変動がなくなり、組成変動に起因した設計とのずれ(発振波長ばらつきなど)を抑制することができる。 According to this method, portions of the semiconductor forming the potential well is formed at the same time, also portions of the semiconductor which forms a potential barrier surrounding the potential well is also formed at a time, thereby, and between each potential well eliminating the semiconductor compositional variations between the potential barrier, it is possible to suppress the deviation (such as variations in the oscillation wavelength) of the design due to compositional variations.
【0021】 [0021]
次に、本発明の請求項11に記載の半導体装置レーザ装置の製造方法は、基板上に、第1の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第1の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第2の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第1の絶縁性クラッド層及び前記第2の絶縁性クラッド層の一部であって前記活性層の発光領域に電子または正孔を流し込む部分および流し出す部分を導電性に変える工程とを有することを特徴とするものである。 Next, a method of manufacturing a semiconductor device laser device according to claim 11 of the present invention, on a substrate, forming a first insulating cladding layer, photolithography on the first insulating cladding layer forming an active layer having a superlattice cascade structure formed in step, a step of forming a second insulating cladding layer on the active layer, the first insulating cladding layer and the second is characterized in that a step of changing a portion out portion and flow casting the electrons or holes in the light-emitting area of ​​a part of the active layer of insulating cladding layer conductive. この方法によれば、結晶成長の段階では発光層に接する層は絶縁性半導体とし、前記絶縁性半導体のうち、発光領域に電子または正孔を流し込む部分および流し出す部分を導電性に変えるので、効率よく、活性層に電子を注入し、また活性層から取り出すことができる。 According to this method, the layer in contact with the luminescent layer at the stage of crystal growth and insulating semiconductor, one of the insulative semiconductor, since changing portions and flush out portions pouring electrons or holes into the light-emitting region on a conductive, efficiently injecting electrons into the active layer, also it can be extracted from the active layer.
【0022】 [0022]
次に、本発明の請求項12に記載の半導体装置レーザ装置の製造方法は、前記導電性に変える手法として、熱拡散またはイオン注入を用いることが望ましい。 Next, a method of manufacturing a semiconductor device laser device according to claim 12 of the present invention, as a method of changing the conductivity, it is desirable to use a thermal diffusion or ion implantation. これらの手法は、広く用いられている半導体プロセスであり、特殊な製造装置を必要としない。 These techniques are semiconductor process widely used, does not require special manufacturing equipment.
【0023】 [0023]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, more detailed explanation of the present invention by way of exemplary embodiments.
【0024】 [0024]
図1(a)は本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図(共振器に垂直方向)である。 1 (a) is a sectional view of a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention (the direction perpendicular to the resonator). n-InP基板1上に絶縁性InP第1クラッド層2および導電性InP第1クラッド層3が形成されている。 On n-InP substrate 1 insulating InP first cladding layer 2 and the conductive InP first cladding layer 3 is formed. これらの第1クラッド層の上部には、InGaAs井戸部5(In組成60%)とAlInAs障壁部6(In組成40%)から構成される超格子カスケード構造部を含む活性層4が形成されている(活性層4で井戸部5、障壁部6以外はAlInAs(In組成40%))。 On top of these first cladding layer, are active layer 4 including the superlattice cascade structure portion comprised of InGaAs well portion 5 (an In composition 60%) and AlInAs barrier section 6 (an In composition 40%) is formed It is (active layer 4 in the well section 5, except the barrier section 6 AlInAs (an in composition 40%)). InGaAs井戸部5、AlInAs障壁部6の幅は場所によって異なり、注入領域12、発光領域13に最適な量子準位を形成するようになっている。 InGaAs well section 5, AlInAs width of the barrier unit 6 depends on the location, the injection region 12, so as to form an optimal quantum level in the light emission region 13. 活性層4上には絶縁性InP第2クラッド層7および導電性InP第2クラッド層8が形成されている。 The on the active layer 4 insulating InP second cladding layer 7 and the conductive InP second cladding layer 8 is formed. 第2クラッド層7、8上には導電性InGaAsコンタクト層9(In組成60%)およびAuGe電極10が形成されている。 The on the second cladding layer 7, 8 conductive InGaAs contact layer 9 (an In composition 60%) and AuGe electrode 10 is formed. また基板1の裏面にもAuGe電極11が形成されている。 The AuGe electrode 11 is formed on the back surface of the substrate 1.
【0025】 [0025]
本実施の形態においては電流は電極10、11間に流す。 In this embodiment current flows between the electrodes 10 and 11. 例えば電極11をマイナス、電極10をプラスにした時、電子は導電領域3から活性層4に注入され、注入領域12、発光領域13で構成される超格子カスケード構造部でサブバンド遷移を行い発光した後、活性層4から導電領域8に注入される。 For example when the electrode 11 negative, the electrode 10 to the positive, electrons are injected from the conductive region 3 in the active layer 4, the injection region 12, the light emitting performs sub-band transition constituted superlattice cascade structure in the light emitting region 13 after, it is injected from the active layer 4 in the conductive region 8. 本レーザの電流光出力特性を図1(b)に示す。 The current-light output characteristics of the laser shown in FIG. 1 (b). 測定は25℃、連続発振で行った。 Measurement is 25 ℃, was carried out in a continuous oscillation. しきい値電流は約0.2mAと極めて小さい。 The threshold current is extremely small with about 0.2mA. これは電流が流れる断面積が極めて小さいためである。 This is because a very small cross-sectional area which the current flows. 光出力は1mW以上得られ、スロープ効率は約0.2W/Aであった。 Light output is obtained than 1 mW, the slope efficiency was approximately 0.2 W / A. 発振スペクトルを図1(c)に示す。 The oscillation spectrum shown in Figure 1 (c). レーザ発振はサブバンド間遷移で生じており、発振波長は約9μmである。 Laser oscillation is caused by intersubband transitions, the oscillation wavelength is about 9 .mu.m.
【0026】 [0026]
図2〜図6は、本半導体レーザの作製方法を示す。 Figures 2-6 illustrate a method for manufacturing the semiconductor laser. n-InP基板1に有機金属気相成長法(MOCVD)を用いて、Feドープ絶縁性InP第1クラッド層2を厚み3μm結晶成長させる(図2(a))。 n-InP substrate metal organic chemical vapor deposition method 1 using (MOCVD), an Fe-doped insulating InP first cladding layer 2 is the thickness 3μm crystal growth (FIG. 2 (a)). その後、フォトリソグラフィを用いて絶縁性InPとして残す部分を覆った後、イオン注入法を用いて、Siをイオン注入し導電性InP第1クラッド層3を形成する(図2(b))。 Then, after covering the portion to be left as insulating InP using photolithography, by ion implantation, the Si to form an ion-implanted electroconductive InP first cladding layer 3 (Figure 2 (b)). 次にMOCVDを用いて、InGaAs5(In組成60%)を厚さ5nmだけ結晶成長させる(図3(c))。 Then using MOCVD, it is only grown thickness of 5nm to InGaAs5 (an In composition 60%) (Figure 3 (c)). その表面にSiO 2を形成した後、フォトリソグラフィを用いて、カスケード構造における井戸部分に相当する部分のみSiO 2ストライプ21を残す(図3(d))。 After forming the SiO 2 on the surface thereof, using photolithography, only the portion corresponding to the well portion in a cascade structure leaving SiO 2 stripe 21 (FIG. 3 (d)). この井戸部分を残すフォトリソグラフィの光源としては、電子の放射光を利用したX線(波長0.1nm)を用いた。 The photolithography light sources leave the well portion, using X-rays using an electron synchrotron radiation (wavelength 0.1 nm). 本図では簡単のため、InGaAsを残す部分として、SiO 2ストライプを5ライン形成しているが、実デバイスではSiO 2ストライプを以下のように残した。 For simplicity, in this figure, as a portion leaving InGaAs, although five line forming the SiO 2 stripe, the actual device left SiO 2 stripes as follows.
【0027】 [0027]
注入領域:(単位nm、()内は間隔) Implanted region :( units nm, () in the interval)
2.1+(1.2)+6.5+(1.2)+5.3+(2.3) 2.1+ (1.2) Tasu6.5Tasu (1.2) Tasu5.3Tasu (2.3)
発光領域:(単位nm、()内は間隔) Emitting region :( units nm, () in the interval)
4.0+(1.1)+3.6+(1.2)+3.0+(1.6) 4.0+ (1.1) Tasu3.6Tasu (1.2) Tasu3.0Tasu (1.6)
つまり、この注入領域/発光領域の一組あたり、6本のSiO 2ストライプ21が残る。 That is, one set per the implanted region / light emitting region, six of the SiO 2 stripe 21 remains. 今回30組の注入/発光領域が順次並ぶようにしたので、180本のSiO 2ストライプ21が残る。 Since 30 pairs of injection / emission region this time was sequentially aligned, SiO 2 stripe 21 remains of 180 lines. フォトリソグラフィを用いてこのカスケード構造の幅を決めているので、極めて容易かつ自由に形成できる。 Since determining the width of the cascade structure using photolithography, it can very easily and freely formed. つまり従来、QCレーザの電子が順次発光するカスケード方向は、結晶成長面に垂直であったため、QCレーザ構造は結晶成長で決まっていたものが、今回のQCレーザ構造はフォトリソグラフィで決めることができる。 That prior art, the cascade direction electrons QC laser sequentially emission because it was perpendicular to the crystal growth surface, QC laser structure which was determined by the crystal growth, the current QC laser structure can be determined by photolithography .
【0028】 [0028]
この後、クエン酸系のウエットエッチングを用いてSiO 2ストライプ21でマスクされていないInGaAsを選択除去した(図4(e))。 Thereafter, the InGaAs which is not masked by the SiO 2 stripe 21 using a wet etching citric acid was selectively removed (FIG. 4 (e)). 次に、MOCVDの選択成長を用いて、SiO 2ストライプ21がマスクしていない場所にのみ、活性層4(井戸部5を除く)およびAlInAs障壁部6を形成する(図4(f))。 Next, using the selective growth of MOCVD, only where SiO 2 stripe 21 is not masked, (except for the well portion 5) active layer 4 and to form the AlInAs barrier section 6 (FIG. 4 (f)).
【0029】 [0029]
これらのIn組成は、同一の結晶成長で行うので、活性層4(井戸部5を除く)および障壁部6ともにIn組成は40%である。 These In composition, it is performed in the same crystal growth (excluding the well portion 5) active layer 4 and the barrier section 6 both the In composition is 40%. しかる後にSiO 2ストライプ21を弗酸系エッチャントで除去する(図5(g))。 Thereafter the SiO 2 stripe 21 is removed by hydrofluoric acid etchant (Fig. 5 (g)). 次にMOCVDを用いて、絶縁性InP第2クラッド層7を形成する(図5(h))。 Then using MOCVD, to form an insulating InP second cladding layer 7 (FIG. 5 (h)). そして図3(c)同様、フォトリソグラフィとイオン注入を用いて、導電性InP第2クラッド層8を形成する(図6(i))(この導電性第2クラッド層を形成するのは、InGaAsコンタクト層9を形成した後でもよい)。 And Figure 3 (c) Similarly, using photolithography, ion implantation, to form a conductive InP second cladding layer 8 (FIG. 6 (i)) (to form the conductive second cladding layer, InGaAs or after the formation of the contact layer 9).
【0030】 [0030]
最後にMOCVDでInGaAsコンタクト層9(In組成60%)を形成した後、AuGe電極10、11を形成する。 Finally after forming the InGaAs contact layer 9 (an In composition 60%) in MOCVD, to form the AuGe electrode 10, 11. そしてウエハーをへき開し、レーザが完成する。 And cleaving the wafer, the laser is completed. 共振器長は1mm、幅300μmである。 Cavity length 1 mm, a width of 300 [mu] m.
【0031】 [0031]
図7は本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図(共振器に垂直方向)である。 Figure 7 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention (the direction perpendicular to the resonator). 絶縁性InP基板30上に絶縁性InP第1クラッド層2が形成されている。 Insulating InP first cladding layer 2 is formed on an insulating InP substrate 30. この第1クラッド層の上部には、InGaAs井戸部5(In組成60%)とAlInAs障壁部6(In組成40%)から構成される超格子カスケード構造を含む活性層4が形成されている。 This upper part of the first cladding layer, the active layer 4 is formed comprising a superlattice cascade structure composed of InGaAs well portion 5 (an In composition 60%) and AlInAs barrier section 6 (an In composition 40%).
【0032】 [0032]
InGaAs井戸部5、AlInAs障壁部6の幅は場所によって異なり、注入領域12、発光領域13に最適な量子準位を形成するようになっている。 InGaAs well section 5, AlInAs width of the barrier unit 6 depends on the location, the injection region 12, so as to form an optimal quantum level in the light emission region 13.
【0033】 [0033]
なお発光領域内の超格子カスケード構造部以外の材料は障壁部6同様にAlInAs(In組成40%)である。 Incidentally material other than the superlattice cascade structure portion of the light emitting region is a barrier section 6 similarly AlInAs (an In composition 40%). 活性層4上には絶縁性InP第2クラッド層7が形成されている。 The on the active layer 4 are formed insulating InP second cladding layer 7. 第2クラッド層7上には絶縁性InGaAsコンタクト層31(In組成60%)が形成されている。 The on the second cladding layer 7 insulating InGaAs contact layer 31 (an In composition 60%) is formed.
【0034】 [0034]
クラッド層、コンタクト層にはSiを熱拡散した導電領域35、36が、注入領域12/発光領域13の両側に形成されている。 Cladding layer, the conductive regions 35 and 36 that is thermally diffused Si in the contact layer is formed on both sides of the implanted region 12 / the light emitting region 13. 導電領域35、36の表面にはAuGe電極32、33が分離されて形成されている。 The surface of the conductive region 35, 36 AuGe electrode 32 and 33 are formed separately. なお基板1の裏面は電極は形成されていない。 Note the back surface of the substrate 1 are electrodes is not formed.
【0035】 [0035]
本実施の形態においては電流は電極32、33間に流す。 In this embodiment current flows between the electrodes 32 and 33. 例えば電極32をマイナス、電極33をプラスにした時、電子はSiイオンが熱拡散され導電性となった領域35から活性層4に注入され、カスケード部12、13でサブバンド遷移を行い発光した後、活性層4から導電領域36に注入される。 For example, when the electrode 32 negative, and the electrode 33 to the positive, electrons are injected from region 35 Si ions becomes conductive is thermally diffused into the active layer 4 and the light emitting performs sub-band transitions in a cascade portion 12 after it is injected from the active layer 4 in the conductive region 36.
【0036】 [0036]
本構造は、実施の形態1と異なり、同一面の電極32、33から電気的接続が取れるので実装が容易である。 This structure is different from the first embodiment, it is easy implementation because electrical connection can be taken from the electrodes 32 and 33 of the same surface.
【0037】 [0037]
本レーザのしきい値電流は0.2mA、最大出力は室温パルス動作で10mWであった。 Threshold current of the laser is 0.2 mA, the maximum output was 10mW at room temperature pulsed operation. なお、発振波長は約9μmである。 The oscillation wavelength is about 9 .mu.m. この第2の実施の形態の場合、電極は表面のみであるので、実装が容易である(ワイヤーボンドが不要)。 In this second embodiment, since the electrode is only the surface, it is easy to implement (no need wire bonding).
【0038】 [0038]
また、絶縁性基板30を用いたことで寄生容量が低減され、10GHz以上まで変調可能であった。 Further, the parasitic capacitance by using an insulating substrate 30 is reduced, was possible modulation to over 10 GHz.
【0039】 [0039]
図8〜図11は、本半導体レーザの作製方法を示す。 8 to 11 show the manufacturing method of the semiconductor laser. 絶縁性InP基板30に有機金属気相成長法(MOCVD)を用いて、絶縁性InP第1クラッド層2を厚み3μm、InGaAs5(In組成60%)を厚さ5nmだけ結晶成長させる(図8(a))。 By metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) on an insulating InP substrate 30, insulating InP first cladding layer 2 of thickness 3μm, InGaAs5 (In composition of 60%) and by the thickness of 5nm is grown (Fig. 8 ( a)).
【0040】 [0040]
その表面にSiO 2を形成した後、ホトリソグラフィを用いて、カスケード構造における井戸部分に相当する部分のみSiO 2ストライプ21を残す(図8(b))。 After forming the SiO 2 on the surface thereof, using a photolithography, only the portion corresponding to the well portion in a cascade structure leaving SiO 2 stripe 21 (Figure 8 (b)).
【0041】 [0041]
本図では簡単のため、InGaAsを残す部分として、SiO 2ストライプを5ライン形成しているが、実デバイスではSiO 2ストライプを以下のように残した。 For simplicity, in this figure, as a portion leaving InGaAs, although five line forming the SiO 2 stripe, the actual device left SiO 2 stripes as follows.
【0042】 [0042]
注入領域:(単位nm、()内は間隔) Implanted region :( units nm, () in the interval)
2.1+(1.2)+6.5+(1.2)+5.3+(2.3) 2.1+ (1.2) Tasu6.5Tasu (1.2) Tasu5.3Tasu (2.3)
発光領域:(単位nm、()内は間隔) Emitting region :( units nm, () in the interval)
4.0+(1.1)+3.6+(1.2)+3.0+(1.6) 4.0+ (1.1) Tasu3.6Tasu (1.2) Tasu3.0Tasu (1.6)
つまり、この注入領域/発光領域の一組あたり、6本のSiO 2ストライプ21が残る。 That is, one set per the implanted region / light emitting region, six of the SiO 2 stripe 21 remains. 今回30組の注入/発光領域が順次並ぶようにしたので、180本のSiO 2ストライプ21が残る。 Since 30 pairs of injection / emission region this time was sequentially aligned, SiO 2 stripe 21 remains of 180 lines. フォトリソグラフィを用いてこのカスケード構造の幅を決めているので、極めて容易かつ自由に形成できる。 Since determining the width of the cascade structure using photolithography, it can very easily and freely formed.
【0043】 [0043]
つまり従来、QCレーザの電子が順次発光するカスケード方向は、エピ面に垂直であったため、QCレーザ構造は結晶成長で決まっていたものが、今回のQCレーザ構造はフォトリソグラフィで決めることができる。 That prior art, the cascade direction electrons QC laser sequentially emission because it was perpendicular to the epi-surface, QC laser structure which was determined by the crystal growth, the current QC laser structure can be determined by photolithography.
【0044】 [0044]
この後、クエン酸系のウエットエッチングを用いてSiO 2ストライプ21でマスクされていないInGaAsを選択除去した(図9(c))。 Thereafter, the InGaAs which is not masked by the SiO 2 stripe 21 using a wet etching citric acid was selectively removed (FIG. 9 (c)).
【0045】 [0045]
次に、MOCVDの選択成長を用いて、SiO 2ストライプ21がマスクしていない場所にのみ、活性層4(井戸部5を除く)およびAlInAs障壁部6を形成する(図9(d))。 Next, using the selective growth of MOCVD, only where SiO 2 stripe 21 is not masked, (except for the well portion 5) active layer 4 and to form the AlInAs barrier section 6 (FIG. 9 (d)). これらのIn組成は、同一の結晶成長で行うので、ともにIn組成は40%である。 These In composition, it is performed in the same crystal growth, both the In composition is 40%.
【0046】 [0046]
しかる後にSiO 2ストライプ21を弗酸系エッチャントで除去する(図10(e))。 Thereafter the SiO 2 stripe 21 is removed by hydrofluoric acid etchant (FIG. 10 (e)).
【0047】 [0047]
次にMOCVDを用いて、絶縁性InP第2クラッド層7、 絶縁性InGaAsコンタクト層31(In組成60%)を形成する(図10(f))。 Then using MOCVD, insulating InP second cladding layer 7, to form an insulating InGaAs contact layer 31 (an In composition 60%) (FIG. 10 (f)).
【0048】 [0048]
次にフォトリソグラフィを用い、Siの熱拡散により、導電部35、36を形成する(図11(g))。 Then using photolithography, by thermal diffusion of Si, to form the conductive portions 35 and 36 (FIG. 11 (g)). さらにフォトリソグラフィを用いて、AuGe電極32、33を形成する(図11(h))。 Further using photolithography to form the AuGe electrode 32, 33 (FIG. 11 (h)). そしてウエハーをへき開し、レーザが完成する。 And cleaving the wafer, the laser is completed.
【0049】 [0049]
第2の実施の形態は第1の実施の形態に比べ、結晶成長の回数が少なくプロセスが容易であるという特徴を有する。 The second embodiment is compared with the first embodiment has the feature that the number of crystal growth is small process is easy.
【0050】 [0050]
図12は本発明の第3の実施の形態である。 Figure 12 is a third embodiment of the present invention. 基本的な構造(電流の流れる経路など)は図7と同じであるが、量子細線の代わりに量子ドット41を用いている(図では多数形成される量子ドットを簡略化して記載している)。 The basic structure is the (path such that current flow) is the same as FIG. 7, (describing a simplified quantum dots formed many in the figure) which are using quantum dots 41 in place of the quantum wire .
【0051】 [0051]
量子ドット41はへき開面に平行な方向(各ドット内の電流が流れる長さ方向)に長さが変わっている。 Quantum dots 41 are changed length in a direction parallel to the cleavage plane (length direction of current flow in each dot). 幅としては注入領域:(単位nm、()内は間隔) Implanted region :( in nm is the width, () in the interval)
4.1+(2.2)+8.5+(2.2)+7.3+(4.3) 4.1+ (2.2) Tasu8.5Tasu (2.2) Tasu7.3Tasu (4.3)
発光領域:(単位nm、()内は間隔) Emitting region :( units nm, () in the interval)
6.0+(3.1)+5.6+(3.2)+5.0+(3.6) 6.0+ (3.1) Tasu5.6Tasu (3.2) Tasu5.0Tasu (3.6)
を用いた。 It was used.
【0052】 [0052]
なおへき開面に垂直方向の量子ドットの幅(各ドット内の電流が流れ込む幅)は5nmとした。 Note cleavage plane in a direction perpendicular to the width of the quantum dots (width current flows in each dot) was 5 nm.
【0053】 [0053]
量子ドットにすることにより、同じ量子準位を形成するのに必要なサイズを量子細線より大きくすることができ(例えば、形状寸法の最小値は、量子細線が1.1nmに対し(第1、第2の実施の形態)、量子ドットでは2.2nmで同機能を達成する)、作製が容易になる。 By the quantum dots, the size required to form the same quantum level can be greater than the quantum wire (e.g., a minimum value of the shape size, quantum wires are to 1.1 nm (first, second embodiment), to achieve the same function with 2.2nm in quantum dots), prepared is facilitated.
【0054】 [0054]
この量子ドットの製法は、基本的に第2の実施の形態(図8〜図11)に示したものと同じであるが、井戸部のSiO 2マスク42のフォトリソグラフィパターンを角状にし、SiO 2ストライプを作製した図9(c)の代わりにSiO 2マスクパターンを図13(a)のようにドット状に変更する。 Fabrication of the quantum dots is the same as that shown in basically the second embodiment (FIGS. 8-11), a photolithographic pattern in the SiO 2 mask 42 of the well portion to angular, SiO the SiO 2 mask pattern instead of 9 was prepared 2 stripe (c) change in dots as shown in FIG. 13 (a).
【0055】 [0055]
この結果、障壁部を含む活性層43を埋め込みSiO 2を除去した後は、図13(b)のようになる。 As a result, after removing the SiO 2 burying an active layer 43 including a barrier portion, it is shown in FIG. 13 (b). この後は、図10(f)〜図11(h)と同工程になる。 After this, the FIG. 10 (f) ~ FIG 11 (h) the same process.
【0056】 [0056]
本発明の第4の実施の形態を図14に示す。 A fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 14. 絶縁性InP中間層51を介して、第2活性層52が形成されており、その内部には第2InGaAs井戸部53、第2AlInAs障壁部54が形成されている(ともに紙面に垂直方向の量子細線)。 Through the insulating InP intermediate layer 51 is formed with a second active layer 52, the 2InGaAs well portion 53 therein, the 2AlInAs barrier portion 54 is formed (both to the plane of the vertical quantum wire ). このようにカスケード構造を2層にすることにより、より多くの電子を発光に寄与させることができ、高出力化できる。 By this way a cascade structure in two layers, it is possible to contribute to emit more electrons can high output. 具体的には、本レーザ構造では、第1の実施の形態に比べて、同一印加電圧値に対して2倍の電流を流すことができ、約2倍の光出力が得られた。 Specifically, in this laser structure, as compared with the first embodiment, for the same applied voltage can flow twice the current, approximately twice the optical output is obtained. 本実施の形態ではカスケード構造は2層としたが、3層以上にしてもよい。 Cascade structure in the present embodiment was a two-layer, or may be three or more layers.
【0057】 [0057]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上の実施の形態1〜4における共通な特徴をまとめて述べる。 It described collectively common feature in the first to fourth embodiments of the above embodiments. 従来はエピ膜を堆積することでカスケード構造を作っていた。 Conventionally was making cascade structure by depositing an epitaxial layer. このため、結晶成長が非常な手間であるだけでなく、結晶成長中の各膜の組成が互いに僅かに異なり、発振波長のばらつきとなっていた。 Therefore, crystal growth not only very labor, composition of each film during crystal growth slightly different from each other, has been a variation in the oscillation wavelength.
【0058】 [0058]
本発明の構造では、井戸部/障壁部の各結晶組成が、各部内のどの二つをとっても同一である。 In the structure of the present invention, the crystal composition of the well portion / barrier portion, is very same which two in each unit. このため、カスケード動作における波長変動などを抑制することができ優れたレーザ特性を得ることができる。 Therefore, it is possible to obtain an excellent laser characteristic can be suppressed and wavelength variation in the cascade operation. 例えば従来のQCレーザでは、組成のばらつきのため、マルチ縦モード発振をすることが多かった。 For example, in conventional QC laser, due to variations in composition, it has often to a multi-longitudinal mode oscillation. 本発明の構造では、第1〜4の実施の形態ともに超格子内の組成変動がまったくないので、シングル縦モードを得ることができる等、多くの利点を有するものである。 In the structure of the present invention, since the compositional variation in the superlattice is no in both the form of the first to fourth embodiments, such as it can be obtained a single-longitudinal-mode, and has a number of advantages.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】(a)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図(b)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の電流光出力特性図(c)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の発振波長スペクトル図【図2】(a)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図(b)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図【図3】(c)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図(d)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図【図4】(e)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図(f)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図【図5】(g)本 1 (a) current optical output characteristic diagram of the semiconductor laser device according to a first embodiment of a semiconductor cross-sectional view of a laser device (b) the invention in the first embodiment of the present invention (c) the invention the oscillation wavelength spectrum of the semiconductor laser device according to the first embodiment of FIG. 2 (a) first of Figure 1 showing a manufacturing method of a semiconductor laser in the embodiment of (b) the invention of the present invention in the first embodiment of Figure 1 showing a manufacturing method of a semiconductor laser in the embodiment of (d) the invention of FIG. 1. FIG. 3 (c) the present invention showing a method of manufacturing a semiconductor laser in the embodiment manufacturing of the semiconductor laser in the first embodiment of FIG. (f) the present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment of FIG. 4 (e) the present invention illustrating a method for fabricating a semiconductor laser illustrates a method [5] (g) the 明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図(h)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図【図6】(i)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図(j)本発明の第1の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図【図7】本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図【図8】(a)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図(b)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図【図9】(c)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図(d)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図【図10】(e)本発明の第 Diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor laser according to the first embodiment of FIG. (H) The present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment of light 6 (i) first invention the semiconductor laser according to a second embodiment of FIG. 7 showing a method of manufacturing a semiconductor laser according to the first embodiment of FIG. (j) the present invention showing a method of manufacturing a semiconductor laser in the embodiment the present invention the method of manufacturing a semiconductor laser device in the second embodiment of FIG. (b) the present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser device in the second embodiment of the apparatus of the cross section 8 (a) the invention diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor laser device in the second embodiment of FIG. 9 (c) present diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor laser device in the second embodiment of the invention (d) the invention shown the in [10] (e) the present invention の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図(f)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図【図11】(g)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図(h)本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図【図12】本発明の第3の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図【図13】(a)本発明の第3の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図(b)本発明の第3の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図【図14】本発明の第4の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図【図15】従来の半導体レーザ装置の断面図【符号の説明】 Second embodiment of FIG. 11 showing a manufacturing method of a semiconductor laser device in the second embodiment of FIG. (F) The present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser device in the embodiment (g) invention the semiconductor laser according to the third embodiment of FIG. 12 shows the present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser device according to a second embodiment of FIG. (h) the present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser device in embodiment the method of manufacturing a semiconductor laser device in the third embodiment of FIG. (b) the present invention showing the method of manufacturing the semiconductor laser device in the third embodiment of a cross-sectional view 13 (a) the invention device Figure sectional view of a semiconductor laser device according to the fourth embodiment of FIG. 14 the present invention cross-sectional view of FIG. 15 prior art semiconductor laser device [description of Reference numerals] shown
1、81 n-InP基板2 絶縁性InP第1クラッド層3 導電性InP第1クラッド層4 AlInAs活性層(InGaAs井戸部5とAlInAs障壁部6を含む) 1, 81 n-InP substrate 2 insulating InP first cladding layer 3 conductive InP first cladding layer 4 AlInAs active layer (including the InGaAs well portion 5 and the AlInAs barrier section 6)
5 InGaAs井戸部6 AlInAs障壁部7 絶縁性InP第2クラッド層8 導電性InP第2クラッド層9 導電性InGaAsコンタクト層10、11、32、33、89、90 AuGe電極12 注入領域13 発光領域21、42 SiO 2マスク30 絶縁性InP基板31 絶縁性InGaAsコンタクト層35、36 Si熱拡散導電部41 量子ドット43 障壁部を含む活性層51 絶縁性InP中間層52 第2活性層53 第2InGaAs井戸部54 第2AlInAs障壁部82 n-InP第1クラッド層83、84 InGaAs量子井戸層85 AlInAs量子障壁層86 n-InP第2クラッド層87 n-InGaAsコンタクト層88 絶縁性InP埋込層 5 InGaAs well portion 6 AlInAs barrier portion 7 insulating InP second cladding layer 8 conductive InP second cladding layer 9 conductive InGaAs contact layer 10,11,32,33,89,90 AuGe electrode 12 implanted region 13 light emitting region 21 , 42 SiO 2 mask 30 insulating InP substrate 31 insulating InGaAs contact layer 35, 36 Si thermal diffusion conductive portion 41 an active layer comprising a quantum dot 43 barrier portion 51 insulating InP intermediate layer 52 second active layer 53 first 2InGaAs well section 54 the 2AlInAs barrier portion 82 n-InP first cladding layer 83 and 84 InGaAs quantum well layer 85 AlInAs quantum barrier layer 86 n-InP second cladding layer 87 n-InGaAs contact layer 88 insulating InP burying layer

Claims (12)

  1. ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、1つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、発光領域は、結晶成長面に平行な方向に複数のポテンシャル井戸を有し、前記ポテンシャル井戸内に形成されるエネルギー準位が前記結晶成長面に平行な方向で変調されており、発光層内の電子または正孔は、前記結晶成長面に平行な方向に移動することを特徴とした半導体レーザ装置。 Between specific energy levels formed in the potential well emits photons by electrons or holes to energy transitions, and semiconductors the energy transition process for a single electron or hole is present a plurality of times in the laser, the light emitting region has a plurality of potential wells in a direction parallel to the crystal growth surface, which is modulated in a direction parallel energy level formed in said potential well to the crystal growth surface, the light emitting electrons or holes in the layer, the semiconductor laser device is characterized in that to move in a direction parallel to the crystal growth surface.
  2. 前記ポテンシャル井戸として量子細線を用いていることを特徴とした請求項1記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device of that claim 1 was characterized by that by using a quantum wire as the potential well.
  3. 前記ポテンシャル井戸として量子ドットを用いていることを特徴とした請求項1記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device of that claim 1, wherein that said that using quantum dots as the potential well.
  4. 前記発光層に隣接する半導体のうち、結晶面に平行に発光層を挟む領域は絶縁性半導体となっていることを特徴とした請求項1記載の半導体レーザ装置。 Wherein in the semiconductor adjacent to the light-emitting layer, a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the areas which sandwich the parallel light-emitting layer is characterized by being a insulating semiconductor crystal surface.
  5. 前記発光層が二層以上から構成されていることを特徴とした請求項1記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein characterized in that the light-emitting layer is composed of two or more layers.
  6. ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、1つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、同一表面にプラス電極とマイナス電極を有することを特徴とした半導体レーザ装置。 Between specific energy levels formed in the potential well emits photons by electrons or holes to energy transitions, and semiconductors the energy transition process for a single electron or hole is present a plurality of times in the laser, the semiconductor laser device is characterized by having a positive electrode and a negative electrode on the same surface.
  7. ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、1つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、絶縁性基板を用いたことを特徴とする半導体レーザ装置。 Between specific energy levels formed in the potential well emits photons by electrons or holes to energy transitions, and semiconductors the energy transition process for a single electron or hole is present a plurality of times in the laser, a semiconductor laser device characterized by using an insulating substrate.
  8. 基板上に、第1の導電性クラッド層と第1の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第1の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第2の絶縁性クラッド層と第2の導電性クラッド層を形成する工程を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 On a substrate, an active layer having a step of forming a first conductive clad layer and the first insulating cladding layer, said superlattice cascade structure portion formed in a photolithography process in the first insulating cladding layer forming a method of manufacturing a semiconductor laser device characterized in that it comprises a step of forming a second insulating cladding layer and the second conductive cladding layer on the active layer.
  9. 前記フォトリソグラフィの光源としてX線を用いたことを特徴とする請求項8記載の半導体レーザ装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 8, characterized by using X-rays as a light source of the photo lithography.
  10. 前記超格子カスケード構造部は1回のフォトリソグラフィ工程で形成されていることを特徴とする半導体レーザの製造方法。 The superlattice cascade structure semiconductor laser manufacturing method, characterized by being formed in one photolithography step.
  11. 基板上に、第1の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第1の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第2の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第1の絶縁性クラッド層及び前記第2の絶縁性クラッド層の一部であって前記活性層の発光領域に電子または正孔を流し込む部分および流し出す部分を導電性に変える工程とを有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。 On a substrate, forming a step of forming a first insulating cladding layer, an active layer having a superlattice cascade structure formed by a photolithography process on the first insulating cladding layer, said active forming a second insulating cladding layer over the layer, electrons or holes into the light emitting region of the first insulating cladding layer and the active layer is a part of the second insulating cladding layer the method of manufacturing a semiconductor laser, characterized by a step of varying the portion and to flow out portion on the conductive pouring.
  12. 前記導電性に変える手法として、熱拡散またはイオン注入を用いていることを特徴とした請求項11記載の半導体レーザの製造方法。 Examples Method for changing the conductivity, the semiconductor laser manufacturing method according to claim 11 which is characterized in that by using a thermal diffusion or ion implantation.
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