JP2005223110A - Semiconductor laser device, application system, crystal growth method, and compound semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser wherein optical confinement in an active layer is sufficiently large. <P>SOLUTION: The semiconductor laser device 100 includes a first layer 107 consisting of a group III-V compound semiconductor layer which contains at least one kind of group-V element other than nitrogen and nitrogen as a group-V composition. A second layer 106 consisting of a group III-V compound semiconductor layer expressed by a composition formula GaAs<SB>1-h-k</SB>Sb<SB>h</SB>N<SB>k</SB>(0<k≤0.015, 0<h<1) is adjacent to the first layer 107, and a third layer 105 consisting of an alloy GaAs group III-V compound semiconductor layer is adjacent to the second layer 106. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は一般に半導体レーザ素子に関するものであり、より特定的には、活性層への光閉じ込めが十分に大きくなるように改良された半導体レーザ素子に関する。この発明はまたそのような半導体レーザ素子を用いた応用システムに関する。この発明はさらにそのような半導体レーザ素子が得られるように改良された結晶成長方法に関する。この発明はまた優れた特性が得られるように改良された化合物半導体素子に関する。   The present invention generally relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device improved so that light confinement in an active layer is sufficiently large. The present invention also relates to an application system using such a semiconductor laser element. The present invention further relates to a crystal growth method improved to obtain such a semiconductor laser device. The present invention also relates to a compound semiconductor device improved so as to obtain excellent characteristics.

近年の家庭におけるインターネットのブロードバンド化の拡がりは著しく、特に波長1.31μm帯の光を用いた光ファイバー通信は急速に普及しつつある。光ファイバー通信における光源として用いられる半導体レーザ素子(LD:Laser Diodes)は、現代の情報化社会を支えるキーデバイスであると言える。   In recent years, the spread of broadband Internet has been remarkable in homes, and in particular, optical fiber communication using light having a wavelength of 1.31 μm is rapidly spreading. Semiconductor laser elements (LDs) used as light sources in optical fiber communications can be said to be key devices that support the modern information society.

従来は、この波長域での半導体レーザはInP基板上のInGaAsPなる材料系によって構築されていた。   Conventionally, a semiconductor laser in this wavelength region has been constructed by a material system called InGaAsP on an InP substrate.

それに対し、図10に示すような半導体レーザが提案されている(例えば特許文献1参照)。図10を参照して、この素子の活性層領域4は、井戸層6にGa0.75In0.250.01As0.99を用い、光ガイド(障壁)層5をGa0.94In0.060.02As0.98とする単一量子井戸構造である。基板はn型のGaAs基板2である。GaAs基板2の上にN型GaAsによる下部クラッド層3が設けられ、その上に活性層領域4が設けられている。
活性層領域4は、ノンドープGa0.94In0.060.02As0.98光ガイド(障壁)層5を下部クラッド層3の上に成長させ、次にノンドープGa0.75In0.250.01As0.99井戸層6を形成し、続いて、ノンドープGa0.94In0.060.02As0.98光ガイド(障壁)層5を成長させ、さらに、p型GaAsによる上部クラッド層7、p型GaAsコンタクト層8の順に成長させ、活性層下部までメサエッチングを行うことにより形成される。そして、第1のp型GaAs埋め込み層11、第2のn型GaAs埋め込み層12を順に成長させ、SiOマスク10による電極パターン開孔を形成し、その上に、p型電極9を形成し、基板研磨工程後、裏面にn型電極1を形成し、さらに劈開工程を経るとBH(Buried Heterostructure)型レーザ素子が完成する。
On the other hand, a semiconductor laser as shown in FIG. 10 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Referring to FIG. 10, in the active layer region 4 of this device, Ga 0.75 In 0.25 N 0.01 As 0.99 is used for the well layer 6, and the light guide (barrier) layer 5 is formed with Ga 0.005 . It is a single quantum well structure having 94 In 0.06 N 0.02 As 0.98 . The substrate is an n-type GaAs substrate 2. A lower clad layer 3 made of N-type GaAs is provided on a GaAs substrate 2, and an active layer region 4 is provided thereon.
The active layer region 4 has a non-doped Ga 0.94 In 0.06 N 0.02 As 0.98 light guide (barrier) layer 5 grown on the lower cladding layer 3, and then non-doped Ga 0.75 In 0. Forming a .25 N 0.01 As 0.99 well layer 6, followed by growing a non-doped Ga 0.94 In 0.06 N 0.02 As 0.98 light guide (barrier) layer 5; The upper cladding layer 7 made of p-type GaAs and the p-type GaAs contact layer 8 are grown in this order, and mesa etching is performed to the lower part of the active layer. Then, the first p-type GaAs buried layer 11 and the second n-type GaAs buried layer 12 are grown in order to form an electrode pattern opening by the SiO 2 mask 10, and the p-type electrode 9 is formed thereon. After the substrate polishing step, the n-type electrode 1 is formed on the back surface, and further through a cleavage step, a BH (Buried Heterostructure) type laser device is completed.

このような活性層を用いた場合、活性層に電子・ホールといったキャリアを効率よく閉じこめることができるようになり、InP基板上のLDに対して環境温度の変化に強い半導体レーザが得られる。   When such an active layer is used, carriers such as electrons and holes can be efficiently confined in the active layer, and a semiconductor laser that is resistant to changes in environmental temperature relative to the LD on the InP substrate can be obtained.

上述のように、特許文献1には、GaAsを埋め込み層として用いた埋め込みヘテロ構造による半導体レーザの構成が開示され、その実施例として、上下クラッド層としてGaAsを用い、アルミニウム(Al)を含まない半導体材料で構成された半導体素子が開示されている。それにより、Alを含む半導体材料に生じる酸化の問題が回避されており、半導体レーザ素子の長寿命化に極めて有利な構成となっている。
特開2001−223437号公報
As described above, Patent Document 1 discloses a configuration of a semiconductor laser having a buried heterostructure using GaAs as a buried layer. As an example, GaAs is used as upper and lower cladding layers, and aluminum (Al) is not included. A semiconductor element composed of a semiconductor material is disclosed. Thereby, the problem of oxidation occurring in the semiconductor material containing Al is avoided, and the structure is extremely advantageous for extending the life of the semiconductor laser element.
JP 2001-223437 A

しかしながら、特許文献1に開示された半導体レーザは、GaAsによるクラッド層と埋め込み層とを用い、Alを含まない半導体材料によるBH構造を構成しているが、本願発明者の検討によると、この開示された技術だけでは必ずしも良好な特性の半導体レーザが得られないことがわかってきた。   However, the semiconductor laser disclosed in Patent Document 1 uses a cladding layer and a buried layer made of GaAs and constitutes a BH structure made of a semiconductor material that does not contain Al. It has been found that a semiconductor laser with good characteristics cannot always be obtained with the technology alone.

特許文献1に開示された半導体レーザにおいては、光ガイド層5としてGa0.9In0.1AsあるいはGa0.94In0.060.02As0.98を用いた単一量子井戸構造が記述されているが、本願発明者の検討によると、これらの材料は光ガイド層として用いることが出来ないことが判明した。 The semiconductor laser disclosed in Patent Document 1 describes a single quantum well structure using Ga 0.9 In 0.1 As or Ga 0.94 In 0.06 N 0.02 As 0.98 as the light guide layer 5. Studies have shown that these materials cannot be used as light guide layers.

光ガイド層5は、レーザ内部の光分布を活性層付近に集中させる役割がある為に、十分に大きな屈折率と適切な厚さが必要である。しかし、GaInAsはGaAsに対して格子不整合が大きくなる為にIn組成比をある程度までしか大きくすることが出来ず、その為にGaAsよりも十分に屈折率を大きくすることが出来ない。また、格子不整合がある為にある程度までしか層厚を厚くすることが出来ない。その為、光ガイド層として用いるのに適した屈折率と層厚を得ることが出来ないことが判明した。   The light guide layer 5 has a role of concentrating the light distribution inside the laser in the vicinity of the active layer, and therefore requires a sufficiently large refractive index and an appropriate thickness. However, since GaInAs has a large lattice mismatch with respect to GaAs, the In composition ratio can be increased only to a certain extent. Therefore, the refractive index cannot be sufficiently increased as compared with GaAs. Also, because of the lattice mismatch, the layer thickness can only be increased to a certain extent. For this reason, it has been found that a refractive index and a layer thickness suitable for use as a light guide layer cannot be obtained.

一方、光ガイド層としてGaInNAsを用いた場合には、更にNを混晶化している効果によってGaAsと格子整合させることが出来、かつGaAsよりも十分に大きな屈折率を得ることが出来る為に活性層への光閉じ込めが十分に行えることがわかったが、この混晶材料をGaAsに格子整合させるとGaAsとのヘテロ接合がType−IIとなり、ホールの注入効率が大幅に低下し、レーザの発振しきい値電流が大幅に上昇する欠点があることが判明した。   On the other hand, when GaInNAs is used as the light guide layer, it is active because it can be lattice-matched with GaAs due to the effect of mixed crystal of N, and a refractive index sufficiently higher than that of GaAs can be obtained. It was found that optical confinement in the layer can be sufficiently performed. However, when this mixed crystal material is lattice-matched with GaAs, the heterojunction with GaAs becomes Type-II, and the hole injection efficiency is greatly reduced, and the laser oscillation It has been found that there is a drawback that the threshold current increases significantly.

このように、GaInNAs井戸層に対する光ガイド層として最適な半導体材料に関する知見はこれまでに無かったと言える。また、特に、GaAsによるクラッド層と埋め込み層を用いてAlを含まない半導体材料によるBH構造を構成しようとした場合に、GaAsとの格子整合が可能で、GaAsとの屈折率差が十分に大きく、各層間でのヘテロ接合がタイプI型のヘテロ接合であることが必須となるが、そのような視点での材料の選択に関する検討は行われてこなかった。   Thus, it can be said that there has been no knowledge about a semiconductor material optimal as a light guide layer for a GaInNAs well layer. In particular, when an attempt is made to construct a BH structure made of a semiconductor material not containing Al using a cladding layer and a buried layer made of GaAs, lattice matching with GaAs is possible, and the refractive index difference from GaAs is sufficiently large. Although it is essential that the heterojunction between the layers be a type I heterojunction, no study has been made regarding the selection of materials from such a viewpoint.

本願発明は、このような状況を鑑み、GaAsをクラッド層に選んだ場合のGaInNAs井戸層に対する光ガイド層として最適な半導体材料を提供するものである。   In view of such circumstances, the present invention provides a semiconductor material that is optimal as a light guide layer for a GaInNAs well layer when GaAs is selected as a cladding layer.

それゆえに、この発明の目的は、光ガイド層として最適な半導体材料を選び、活性層への光閉じ込めが十分に大きくなるように改良された半導体レーザ素子を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an improved semiconductor laser device in which an optimum semiconductor material is selected as the light guide layer and the light confinement in the active layer is sufficiently increased.

この発明の他の目的は、そのような半導体レーザ素子を用いた応用システムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an application system using such a semiconductor laser device.

この発明のさらに他の目的は、そのような半導体レーザ素子が得られるように改良された結晶成長方法を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an improved crystal growth method so that such a semiconductor laser device can be obtained.

この発明のさらに他の目的は、優れた特性が得られるように改良された化合物半導体素子を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a compound semiconductor device improved so as to obtain excellent characteristics.

この発明の第1の局面に従う半導体レーザ素子は、少なくとも一種類以上の窒素以外のV族元素と窒素とをV族組成として含むIII−V族化合物半導体層から成る第一の層を有する。上記第一の層に、GaAs1-h-kSbhk(ここで、0<k≦0.015、0<h<1)を組成とするIII−V族化合物半導体層から成る第二の層が隣接している。上記第二の層に、GaAsを組成とするIII−V族化合物半導体層から成る第三の層が隣接している。
このように構成することにより、第一の層を量子井戸構造における井戸層として、第二の層を光ガイド層として、第三の層をクラッド層として機能させると、クラッド層と光ガイド層との屈折率差を十分に大きくすることが出来、かつガイド層をGaAsに格子整合させることが出来るので、活性層への光閉じ込めが十分に大きな半導体レーザの層構造を得ることが出来る。
The semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention has a first layer composed of a group III-V compound semiconductor layer containing at least one kind of group V element other than nitrogen and nitrogen as a group V composition. The first layer is a second layer composed of a III-V group compound semiconductor layer having a composition of GaAs 1-hk Sb h N k (where 0 <k ≦ 0.015, 0 <h <1). Are adjacent. Adjacent to the second layer is a third layer made of a III-V compound semiconductor layer composed of GaAs.
With this configuration, when the first layer functions as a well layer in the quantum well structure, the second layer functions as a light guide layer, and the third layer functions as a cladding layer, the cladding layer and the light guide layer Since the difference in refractive index can be made sufficiently large and the guide layer can be lattice-matched with GaAs, a layer structure of a semiconductor laser with sufficiently large light confinement in the active layer can be obtained.

上記第一の層には組成としてアンチモンが含まれるのが好ましい。   The first layer preferably contains antimony as a composition.

好ましくは、上記第一の層は、上記第二の層に上下から挟まれ、更に上記第三の層に上下から挟まれた構造を含む。   Preferably, the first layer includes a structure sandwiched from above and below by the second layer and further sandwiched from above and below by the third layer.

上記第二の層の組成比h,kは、h=2.6×kを概ね満たすことが好ましい。   It is preferable that the composition ratios h and k of the second layer substantially satisfy h = 2.6 × k.

また、上記第二の層のうち、上記第一の層に隣接する界面付近は引っ張り歪を有し、上記第三の層に隣接する界面付近はGaAsに格子整合しているのが好ましい。   Of the second layer, the vicinity of the interface adjacent to the first layer preferably has tensile strain, and the vicinity of the interface adjacent to the third layer is preferably lattice-matched to GaAs.

さらに、上記第三の層は、上記第一の層と第二の層を含む層を挟むように上下に設けられており、上記第一の層と第二の層には不純物がドーピングされておらず、上記上下に設けられた第三の層の何れか一方がp型に、他方がn型になるように不純物がドーピングされているように構成されてもよい。   Further, the third layer is provided vertically so as to sandwich the layer including the first layer and the second layer, and the first layer and the second layer are doped with impurities. Instead, it may be configured such that any one of the third layers provided above and below is doped with an impurity so that one of them is p-type and the other is n-type.

上記第一の層は量子井戸構造における井戸層として、第二の層は光ガイド層として、第三の層はクラッド層として機能させてもよい。   The first layer may function as a well layer in the quantum well structure, the second layer as a light guide layer, and the third layer as a cladding layer.

好ましくは、上記の第一の層と第二の層、及び第二の層と第三の層は、タイプI型へテロ接合で形成される。各層間のヘテロ接合のバンドラインナップを理想的なタイプI型とすることにより、キャリアの注入と閉じ込めを十分に行うことが出来、発振閾値電流が非常に小さな良好な半導体レーザ素子が得られるようになる。   Preferably, the first layer and the second layer, and the second layer and the third layer are formed by a type I heterojunction. By making the heterojunction band lineup between each layer an ideal type I type, carriers can be sufficiently injected and confined, and a good semiconductor laser device with a very small oscillation threshold current can be obtained. Become.

好ましくは、当該半導体レーザ素子はメサ構造を有し、光を発生する領域の、光の進行方向に交差する両側に設けられたGaAsからなる電流狭窄層を含む。   Preferably, the semiconductor laser element has a mesa structure and includes a current confinement layer made of GaAs provided on both sides of the light generating region intersecting the light traveling direction.

また、当該半導体レーザ素子は、埋め込みヘテロ型の構成であることが好ましい。埋め込みヘテロ構造とすることにより、デバイスの駆動電流の大幅な低下とレーザ発振時の効率の大幅な上昇を実現することが出来る。   The semiconductor laser element preferably has a buried hetero structure. By using a buried heterostructure, it is possible to achieve a significant reduction in device drive current and a significant increase in efficiency during laser oscillation.

好ましくは、上記第一の層は2層以上の複数層あり、その複数層の間はGaAsSbNを組成とするIII−V族化合物半導体からなる第四の層によって隔てられている構成を有する。この場合、上記複数の第一の層は圧縮歪を有し、それらを隔てる前記第四の層は引っ張り歪を有するのが好ましい。また、上記複数の第一の層は多重量子井戸構造における井戸層として、前記第四の層は障壁層として機能させてもよい。   Preferably, the first layer has a plurality of layers of two or more layers, and the plurality of layers are separated by a fourth layer made of a III-V group compound semiconductor composed of GaAsSbN. In this case, it is preferable that the plurality of first layers have compressive strain, and the fourth layer separating them has tensile strain. The plurality of first layers may function as well layers in a multiple quantum well structure, and the fourth layer may function as a barrier layer.

上記第一の層は、GaInNAs、GaInAsSb、GaInNAsSbの何れかであることが好ましい。   The first layer is preferably any one of GaInNAs, GaInAsSb, and GaInNAsSb.

この発明の第2の局面は、請求項1から14に記載の何れかの半導体レーザが用いられた応用システムにかかる。活性層への光閉じ込めが十分に大きく、発振閾値電流が非常に小さな良好な半導体レーザ素子を用いるので、システム全体の特性を向上させることが出来る。   A second aspect of the present invention relates to an application system in which any one of the semiconductor lasers according to claims 1 to 14 is used. Since a good semiconductor laser element having sufficiently large light confinement in the active layer and a very small oscillation threshold current is used, the characteristics of the entire system can be improved.

この発明の第3の局面は、少なくとも一種類以上の窒素以外のV族元素と窒素とをV族組成として含むIII−V族化合物半導体層から成る層Aを、GaAsSbNを組成とするIII−V族化合物半導体層から成る層Bの上に結晶成長することを特徴とする結晶成長方法にかかる。この結晶成長方法によると、GaInNAsやGaInNAsSbやGaInAsSbといった発光層の発光特性が格段に向上し、かつ平坦な結晶膜が得られるようになる。   According to a third aspect of the present invention, a layer A composed of a group III-V compound semiconductor layer containing at least one group V element other than nitrogen and nitrogen as a group V composition is used as a layer III-V composed of GaAsSbN. According to a crystal growth method, crystal growth is performed on a layer B made of a group compound semiconductor layer. According to this crystal growth method, the light emission characteristics of the light emitting layer such as GaInNAs, GaInNAsSb, and GaInAsSb are remarkably improved, and a flat crystal film can be obtained.

上記層Aには組成としてアンチモンが含まれるのが好ましい。   The layer A preferably contains antimony as a composition.

この発明の第4の局面に従う化合物半導体素子は、少なくとも一種類以上の窒素以外のV族元素と窒素とをV族組成として含むIII−V族化合物半導体層から成る層αを有し、上記第一の層に隣接してGaAs1-h-kSbhk(ここで、0<k≦0.015、0<h<1)を組成とするIII−V族化合物半導体層から成る層βを有する層構造を含む。このように構成することにより、GaInNAsやGaInNAsSbやGaInAsSbといった結晶層を有する素子の特性が格段に向上する。 The compound semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention has a layer α composed of a III-V group compound semiconductor layer containing at least one group V element other than nitrogen and nitrogen as a group V composition. Adjacent to one layer is a layer β made of a III-V group compound semiconductor layer having a composition of GaAs 1-hk Sb h N k (where 0 <k ≦ 0.015, 0 <h <1). Includes layer structure. With this configuration, the characteristics of an element having a crystal layer such as GaInNAs, GaInNAsSb, and GaInAsSb are remarkably improved.

上記層αには組成としてアンチモンが含まれるのが好ましい。   The layer α preferably contains antimony as a composition.

本願発明にかかる半導体レーザ素子によると、クラッド層と光ガイド層との屈折率差を十分に大きくすることが出来、かつガイド層をGaAsに格子整合させることが出来るので、活性層への光閉じ込めが十分に大きな半導体レーザの層構造を得ることが出来るようになる。また、各層間のヘテロ接合のバンドラインナップを理想的なタイプI型とすることが出来るので、キャリアの注入と閉じ込めを十分に行うことが出来、発振閾値電流が非常に小さな良好な半導体レーザ素子が得られるようになる。   According to the semiconductor laser device of the present invention, the difference in refractive index between the cladding layer and the light guide layer can be made sufficiently large, and the guide layer can be lattice-matched with GaAs, so that light confinement in the active layer can be achieved. However, a sufficiently large layer structure of a semiconductor laser can be obtained. Also, since the band lineup of heterojunctions between each layer can be an ideal type I type, carrier injection and confinement can be sufficiently performed, and a good semiconductor laser device with a very small oscillation threshold current can be obtained. It will be obtained.

また、光ガイド層については、量子井戸の設計からの要求によって歪みの入った結晶が必要な場合にも、引張り歪から圧縮歪に至るまで混晶組成を所定の値に設定することによって自由に設定することも可能となる。   The optical guide layer can be freely set by setting the mixed crystal composition to a predetermined value from the tensile strain to the compressive strain even when a strained crystal is required due to the demand from the quantum well design. It is also possible to set.

更に、Alを含まないGaAsをクラッド層に用いることが出来るようになる為、良好な埋め込みヘテロ構造を実現することが出来るようになり、デバイスの駆動電流の大幅な低減とレーザ発振時の効率の大幅な上昇を実現することが出来るようになる。   Furthermore, since GaAs containing no Al can be used for the cladding layer, a good buried heterostructure can be realized, and the drive current of the device can be greatly reduced and the efficiency at the time of laser oscillation can be improved. It will be possible to achieve a significant rise.

また、本願の半導体素子を応用システムに用いることにより、システム全体の特性を向上させることが出来る。   Further, by using the semiconductor element of the present application in an application system, the characteristics of the entire system can be improved.

また、本願の結晶成長方法によると、GaInNAsやGaInNAsSbやGaInAsSbといった発光層の発光特性が格段に向上し、かつ平坦な結晶膜が得られるようになる。   Further, according to the crystal growth method of the present application, the light emission characteristics of the light emitting layer such as GaInNAs, GaInNAsSb, and GaInAsSb are remarkably improved, and a flat crystal film can be obtained.

また、本願の化合物半導体素子により、GaInNAsやGaInNAsSbやGaInAsSbといった結晶層を有する素子の特性が格段に向上するものである。   In addition, the compound semiconductor element of the present application significantly improves the characteristics of an element having a crystal layer such as GaInNAs, GaInNAsSb, and GaInAsSb.

以下、この発明の実施例を図を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例1では、GaAsから成る基板の上に構築した、光ガイド層及び障壁層をGaAsSbN、井戸層をGaInNAsとした二重量子井戸構造を活性層として有する半導体レーザ素子の構造について示す。本実施例では、光ガイド層及び障壁層としてGaAsに概ね格子整合するGaAsSbNを用いた点に特徴がある。   In Example 1, a structure of a semiconductor laser element constructed on a substrate made of GaAs and having a double quantum well structure in which an optical guide layer and a barrier layer are GaAsSbN and a well layer is GaInNAs as an active layer will be described. The present embodiment is characterized in that GaAsSbN that substantially lattice matches with GaAs is used as the light guide layer and the barrier layer.

図1は、実施例1にかかる半導体レーザ素子100の構造の斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view of the structure of the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.

図1を参照して、半導体レーザ素子100は、n型GaAsからなる基板111を備える。基板111の上に、n型GaAsからなる1μm厚みの下クラッド層110と、i(真性)−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.12μm厚みの下光ガイド層109と、i−Ga0.64In0.360.006As0.994からなる7nm厚みの井戸層107と、i−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.05μm厚みの障壁層108と、i−Ga0.64In0.360.006As0.994からなる7nm厚みの井戸層107と、i−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.12μm厚みの上光ガイド層106と、p型GaAsからなる1μm厚みの上クラッド層105と、p+型GaAsからなる0.5μm厚みのコンタクト層104が積層されている。 Referring to FIG. 1, a semiconductor laser device 100 includes a substrate 111 made of n-type GaAs. A lower cladding layer 110 of 1 μm thickness made of n-type GaAs, a lower light guide layer 109 of 0.12 μm thickness made of i (intrinsic) -GaAs 0.978 Sb 0.016 N 0.006 , and i-Ga 0.64 In 7 nm thick well layer 107 made of 0.36 N 0.006 As 0.994, 0.05 μm thick barrier layer 108 made of i-GaAs 0.978 Sb 0.016 N 0.006, and 7 nm thick made of i-Ga 0.64 In 0.36 N 0.006 As 0.994 the well layer 107, the i-GaAs 0.978 Sb 0.016 N upper light guide layer 106 of 0.12μm thickness consisting of 0.006, an upper cladding layer 105 of 1μm thickness made of p-type GaAs, consists p + -type GaAs 0. A contact layer 104 having a thickness of 5 μm is laminated.

コンタクト層104、上クラッド層105、上光ガイド層106、井戸層107、障壁層108、下光ガイド層109、下クラッド層110および基板111は、基板111の表面に至るまでメサエッチングされている。そして、p型GaAsからなる第二電流狭窄層103、n型GaAsからなる第一電流狭窄層102を順に成長させている。コンタクト層104に接触するようにTi/Pt/Auからなるp型側電極金属101を形成し、基板111の裏面にAuGe/Niからなるn型側電極金属112を設けている。   The contact layer 104, the upper cladding layer 105, the upper light guide layer 106, the well layer 107, the barrier layer 108, the lower light guide layer 109, the lower cladding layer 110, and the substrate 111 are mesa-etched up to the surface of the substrate 111. . Then, a second current confinement layer 103 made of p-type GaAs and a first current confinement layer 102 made of n-type GaAs are grown in order. A p-type side electrode metal 101 made of Ti / Pt / Au is formed so as to be in contact with the contact layer 104, and an n-type side electrode metal 112 made of AuGe / Ni is provided on the back surface of the substrate 111.

共振器長1000μmにへき開し、上下の電極101,112を通して電流を流すと、量子井戸一つ当りの発振しきい値電流密度400[A/cm2/well]にて、波長1.31μmでレーザ発振を生じた。 When a resonator length of 1000 μm is cleaved and a current is passed through the upper and lower electrodes 101 and 112, a laser is emitted at a wavelength of 1.31 μm at an oscillation threshold current density of 400 [A / cm 2 / well] per quantum well. Oscillated.

特許文献1に開示された半導体レーザにおいて光ガイド(障壁)層として使用されているGa0.9In0.1Asの場合、この材料の臨界膜厚は高々0.033μm程度と薄く、また、クラッド層であるGaAsとの屈折率差が極めて小さい(n(GaInAs)−n(GaAs)=0.04)為、この材料では半導体レーザ内の光分布を井戸層付近に集中させる光ガイド構造を設計することが出来ない。 In the case of Ga 0.9 In 0.1 As used as a light guide (barrier) layer in the semiconductor laser disclosed in Patent Document 1, the critical film thickness of this material is as thin as about 0.033 μm and is a cladding layer. Since the difference in refractive index from GaAs is extremely small (n (GaInAs) -n (GaAs) = 0.04), it is possible to design a light guide structure that concentrates the light distribution in the semiconductor laser near the well layer. I can't.

ところで、GaAsやGaInAsにNを混晶化させた場合には、他の元素を混晶化させた場合よりも著しく屈折率が大きくなることがJapanese Journal of Applied Physics,vol.37,1998,No.3A,p.753に報告されている。このことから、光ガイド層にNを混晶化させることにより、クラッド層とガイド層との屈折率差を著しく大きくすることが出来、活性層への光閉じ込めを十分に大きくすることが出来る構造を作ることが出来ると予想される。つまり、Nを混晶化した材料は光ガイド層の材料として好ましい材料であると考えられる。背景技術として示した特許文献1に開示された半導体レーザにおいても、光ガイド(障壁)層としてGa0.94In0.060.02As0.98なる材料が開示されており、この場合、Nを混晶化している効果によってGaAsよりも十分に大きな屈折率を得ることが出来る設定となっていることがわかった。また、GaAsと概ね格子整合する組成である為に厚い膜を得ることが出来、活性層への光閉じ込めがより十分に行えるようになる。 By the way, when N is mixed into GaAs or GaInAs, the refractive index is remarkably higher than when other elements are mixed, Japan Journal of Applied Physics, vol. 37, 1998, No. .3A, p.753. Therefore, by mixing N in the light guide layer, the refractive index difference between the cladding layer and the guide layer can be remarkably increased, and the light confinement in the active layer can be sufficiently increased. It is expected to be able to make. That is, it is considered that a material in which N is mixed is a preferable material for the light guide layer. Also in the semiconductor laser disclosed in Patent Document 1 shown as the background art, a material of Ga 0.94 In 0.06 N 0.02 As 0.98 is disclosed as a light guide (barrier) layer, and in this case, N is mixed crystal It was found that the effect was such that a sufficiently higher refractive index than that of GaAs could be obtained. Further, since the composition is substantially lattice-matched with GaAs, a thick film can be obtained, and light confinement in the active layer can be performed more sufficiently.

反面、この混晶材料をガイド層とし、GaAsから成るクラッド層に格子整合させると、そのガイド層とクラッド層との間のヘテロ接合のバンドラインナップは、図2(a)に示すようなタイプII型ヘテロ接合となる。この場合、クラッド層がp型の場合にはクラッド層から光ガイド層へのホールの注入効率の低下が、クラッド層がn型の場合にはクラッド層へのホールのリークが生じる欠点があることが判明した。特に価電子帯におけるヘテロ障壁は、有効質量が大きくヘテロ障壁を乗り越えにくいホールに対しては注入効率を下げる大きな要因となっている。この、Nを混晶化することによってGaAsとのヘテロ接合におけるバンドラインナップがタイプII型となる問題は、Nの混晶化に伴う価電子帯のバンド端エネルギーレベルの低下に起因するものである。よって、光ガイド層としてGaAsN混晶を用いた場合も同様である。   On the other hand, when this mixed crystal material is used as a guide layer and lattice-matched with a cladding layer made of GaAs, the band lineup of the heterojunction between the guide layer and the cladding layer is type II as shown in FIG. Type heterojunction. In this case, when the clad layer is p-type, the hole injection efficiency from the clad layer to the light guide layer is reduced, and when the clad layer is n-type, holes leak to the clad layer. There was found. In particular, the heterobarrier in the valence band is a major factor that lowers the injection efficiency for holes that have a large effective mass and are difficult to overcome. The problem that the band lineup at the heterojunction with GaAs becomes the type II type due to the mixed crystallization of N is due to the decrease in the band edge energy level of the valence band accompanying the mixed crystallization of N. . Therefore, the same applies when a GaAsN mixed crystal is used as the light guide layer.

一方本願発明のGaAsSbNを用いた構成の場合、Nが混晶化されている為に屈折率が著しく大きくなる為、クラッド層と光ガイド層との屈折率差を著しく大きくすることが出来(n(GaAsSbN)−n(GaAs)=0.17)、活性層への光閉じ込めを十分に大きくすることが出来る構造を作ることが出来る点は上記の背景技術の後者の場合と同様であるが、その上、Sbを混晶化していることによって価電子帯のバンド端エネルギーレベルを上昇させることが出来る。この時、この材料をガイド層とし、GaAsをクラッド層とすると、ガイド層とクラッド層とのヘテロ接合は図2(b)に示す様なタイプI型のバンドラインナップが得られるようになることを見出した。   On the other hand, in the configuration using GaAsSbN of the present invention, since the refractive index is remarkably increased because N is mixed, the difference in refractive index between the cladding layer and the light guide layer can be remarkably increased (n (GaAsSbN) -n (GaAs) = 0.17), the point that a structure capable of sufficiently increasing the light confinement in the active layer can be made is the same as the latter case of the background art described above. In addition, the band edge energy level of the valence band can be increased by mixing Sb. At this time, if this material is used as a guide layer and GaAs is used as a clad layer, the heterojunction between the guide layer and the clad layer can obtain a type I band lineup as shown in FIG. I found it.

この点を図3を参照しながら説明する。図3は、本実施例にて光ガイド層として用いたGaAsSbN層において、Sb混晶比を変化させた場合のGaAsクラッド層と光ガイド層との間の価電子帯のバンド不連続(ΔEv)の変化の様子を図示したものである。Sbを混晶化しない場合にはΔEvが負の値、つまりタイプII型へテロ接合(図2(a))であったのに対し、Sbを混晶化することによって価電子帯のエネルギー端は上昇し、ΔEvが正の値、つまりタイプI型へテロ接合(図2(b))へと変化する。この場合、従来のGaInNAsを光ガイド層として用いた場合に比べて、p型クラッド層からのホールの注入効率が大きく向上するとともに、n型クラッド層へのホールのリークが大幅に低減する。特に本願の特徴であるGaAsSbN混晶の場合、価電子帯のエネルギー端はSb混晶比のみにより独立に制御することが出来る一方、伝導帯のエネルギー端はN混晶比のみにより独立に制御することが出来るといった、この混晶材料特有の性質により、バンドラインナップの設定の自由度と制御性が極めて高いという特徴を持つ。 This point will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a band discontinuity (ΔE v) between the GaAs cladding layer and the light guide layer when the Sb mixed crystal ratio is changed in the GaAsSbN layer used as the light guide layer in this example. ) Shows the state of change. When Sb is not mixed, ΔE v is a negative value, that is, a type II type heterojunction (FIG. 2A), whereas by mixing Sb, the energy of the valence band is obtained. The edge rises and ΔE v changes to a positive value, ie, a type I heterojunction (FIG. 2B). In this case, the hole injection efficiency from the p-type cladding layer is greatly improved and the leakage of holes to the n-type cladding layer is greatly reduced as compared with the case where conventional GaInNAs is used as the light guide layer. In particular, in the case of the GaAsSbN mixed crystal, which is a feature of the present application, the energy edge of the valence band can be controlled independently only by the Sb mixed crystal ratio, while the energy edge of the conduction band is controlled independently only by the N mixed crystal ratio. Due to the unique properties of this mixed crystal material, the flexibility of setting the band lineup and the controllability are extremely high.

また、Sbの混晶化によってNの混晶化に伴う格子定数の縮小化を補償することが出来る様になり、基板のGaAsに概ね格子整合させることが出来るようになった。   Further, the reduction of the lattice constant accompanying the mixed crystallization of N can be compensated for by the mixed crystallization of Sb, and the lattice matching with the GaAs of the substrate can be achieved.

この点を図4を参照しながら説明する。図4は、本実施例にて光ガイド層として用いたGaAsSbN層においてSb混晶比を変化させた場合の光ガイド層の格子定数の変化の様子を図示したものである。Sbを混晶化しない場合には格子定数がGaAsよりも小さく、格子が歪んだ状態であり、この場合、臨界膜厚250nm程度以上の厚さにすると格子緩和により結晶欠陥が生じるようになる。それに対し、本願のように光ガイド層にSbを混晶化することによって格子定数は大きくなり、GaAsに完全に一致させることが可能となる。GaAs1-h-kSbhk混晶の格子定数をGaAsに一致させる為には、Sbの混晶化による格子定数の拡大とNの混晶化による格子定数の縮小とをバランスさせれば良い。その為には、SbとNのそれぞれの原子半径を考慮すると、組成比h,kがh=2.6×kを概ね満たせば良いことがわかった。 This point will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a change in the lattice constant of the light guide layer when the Sb mixed crystal ratio is changed in the GaAsSbN layer used as the light guide layer in this example. When Sb is not mixed, the lattice constant is smaller than that of GaAs and the lattice is distorted. In this case, when the critical film thickness is about 250 nm or more, crystal defects are caused by lattice relaxation. On the other hand, when Sb is mixed into the light guide layer as in the present application, the lattice constant is increased and can be completely matched with GaAs. In order to make the lattice constant of the GaAs 1-hk Sb h N k mixed crystal coincide with that of GaAs, the expansion of the lattice constant due to the mixed crystallization of Sb and the reduction of the lattice constant due to the mixed crystallization of N may be balanced. . For this purpose, it has been found that the composition ratios h and k generally satisfy h = 2.6 × k in consideration of the respective atomic radii of Sb and N.

また、量子井戸の設計からの要求によって歪みの入った結晶が必要な場合にも、引張り歪から圧縮歪に渡るまで混晶組成を所定の値に設定することによって自由に設定することも可能である。   In addition, even when a strained crystal is required due to the demand from the design of the quantum well, it can be freely set by setting the mixed crystal composition to a predetermined value from the tensile strain to the compressive strain. is there.

以上のように、本願の構成においては、特にAlを含まないGaAsをクラッド層に用いた場合において理想的な屈折率分布と、格子定数と、バンドラインナップとを実現することが出来るようになる著しい効果を奏することが明らかになった。   As described above, in the configuration of the present application, particularly when GaAs containing no Al is used for the cladding layer, an ideal refractive index distribution, lattice constant, and band lineup can be realized. It became clear that there was an effect.

ここで、光ガイド層の屈折率がGaAsよりも十分に大きくなることから、クラッド層材料としてAlを含まないGaAsを用いることが出来るようになった利点について説明する。Alを混晶組成として含む層をクラッド層などに用い、メサ形状にエッチングした場合、エッチング側面が酸化されて非発光中心などを発生する悪影響が大きいが、本願のようにAlを組成として含まないGaAsをクラッド層に用いた場合にはその様な問題はなく、良好な埋め込みヘテロ構造を実現することが出来る。埋め込みヘテロ構造とすることにより、デバイスの駆動電流の大幅な低下とレーザ発振時の効率の大幅な上昇を実現することが出来るようになった。   Here, since the refractive index of the light guide layer is sufficiently larger than that of GaAs, an advantage that GaAs containing no Al can be used as the cladding layer material will be described. When a layer containing Al as a mixed crystal composition is used as a clad layer and etched into a mesa shape, the etching side surface is oxidized and a non-light-emitting center is generated. However, as in the present application, Al is not included as a composition. When GaAs is used for the cladding layer, there is no such problem, and a good buried heterostructure can be realized. By adopting a buried heterostructure, it has become possible to achieve a significant reduction in device drive current and a significant increase in laser oscillation efficiency.

更に、本願に示すようにGaAsSbNを光ガイド層・障壁層として用い、その上にGaInNAsからなる発光層(井戸層)を結晶成長させた場合、GaInAsやGaInNAsあるいはGaAsNなどの上に結晶成長させた場合よりも著しく発光特性に優れ、かつ平坦な結晶膜が得られることがわかった。これは、井戸層であるGaInNAs層とその下地となるGaAsSbN層の表面エネルギーとヘテロ界面の界面エネルギーの組み合わせにおいて、井戸層の成長モードが層状成長するモードとなっている為に井戸層の結晶成長がより平坦に進行し、界面の平坦性と結晶性が向上したものであると考えられる。 また、複数のGaInNAs井戸層の間にGaAsSbNからなる障壁層を挟んだ場合、下部のGaInNAs井戸層の上にGaAsSbNからなる障壁層を結晶成長している間に結晶成長中の最表面の平坦性が大きく回復することから、その上に更にGaInNAs井戸層を積層して多重量子井戸とする場合においても、井戸層間の結晶性の差が生じず、狭いスペクトル線幅での発光が生じるようになった。このように、GaInNAs井戸層に対する下地層あるいは複数の井戸層の間に設ける障壁層としてGaAsSbN結晶を用いることは結晶成長の観点からも効果的であることがわかった。   Furthermore, when GaAsSbN is used as a light guide layer / barrier layer and a light emitting layer (well layer) made of GaInNAs is grown on the crystal as shown in the present application, the crystal is grown on GaInAs, GaInNAs, GaAsN or the like. It was found that a flat crystal film having significantly excellent light emission characteristics than that of the case can be obtained. This is because the well layer growth mode is a layer-growth mode in the combination of the surface energy of the GaInNAs layer that is the well layer and the underlying GaAsSbN layer and the interfacial energy of the heterointerface. It is considered that this progresses more flatly and the flatness and crystallinity of the interface are improved. Further, when a barrier layer made of GaAsSbN is sandwiched between a plurality of GaInNAs well layers, the flatness of the outermost surface during crystal growth while the barrier layer made of GaAsSbN is grown on the lower GaInNAs well layer. Therefore, even when a GaInNAs well layer is further laminated thereon to form a multi-quantum well, there is no difference in crystallinity between the well layers, and light emission with a narrow spectral line width occurs. It was. Thus, it has been found that using a GaAsSbN crystal as a base layer for a GaInNAs well layer or a barrier layer provided between a plurality of well layers is effective from the viewpoint of crystal growth.

本願発明者の検討の結果、このように井戸層であるGaInNAsの結晶性が向上して発光特性が良好になるのは、下地層がSbを組成として含んでいる場合であることが判明した。なお、井戸層であるGaInNAsに少量のSbが含まれている場合も同様に下地層がSbを組成として含んでいる場合に特に発光特性に優れることがわかった。なお、下地層とするGaAs1-h-kSbhkにおいては、N混晶比kが0.015よりも大きい場合にはGaAs1-h-kSbhkの結晶性が大幅に悪化することがわかり、k≦0.015としなければ本願発明を実施することが出来なかった。 As a result of examination by the inventors of the present application, it has been found that the crystallinity of GaInNAs, which is a well layer, is improved and the light emission characteristics are improved when the underlayer contains Sb as a composition. It was also found that when GaInNAs, which is a well layer, contains a small amount of Sb, the light emitting characteristics are particularly excellent when the underlayer contains Sb as a composition. In the GaAs 1-hk Sb h N k used as the underlayer, the crystallinity of the GaAs 1-hk Sb h N k is greatly deteriorated when the N mixed crystal ratio k is larger than 0.015. As can be seen, the present invention could not be implemented unless k ≦ 0.015.

図1の半導体レーザは以下のように製造した。まずn型GaAs基板の上に下クラッド層110からコンタクト層104に至る各層を、窒素源としてN2プラズマを用い、他の原料には固体ソースを用いた分子線エピタキシャル成長(MBE)法にて結晶成長し、フォトリソグラフィーとウエットエッチング技術を用いて幅3μmのメサ状に加工し、そのメサの両側に第二電流狭窄層103と第一電流狭窄層102とを有機金属化学気相成長(MO−CVD)法にて再成長し、基板111を厚さ100μmにまで薄層化した後、上下に電極101,112を蒸着し、ヘキ開により所定のサイズに分割して素子を完成させた。 The semiconductor laser of FIG. 1 was manufactured as follows. First, each layer from the lower cladding layer 110 to the contact layer 104 on an n-type GaAs substrate is crystallized by molecular beam epitaxy (MBE) using N 2 plasma as the nitrogen source and a solid source as the other material. It is grown and processed into a mesa shape having a width of 3 μm using photolithography and wet etching technology, and the second current confinement layer 103 and the first current confinement layer 102 are formed on both sides of the mesa by metal organic chemical vapor deposition (MO−). After re-growth by the CVD method, the substrate 111 was thinned to a thickness of 100 μm, electrodes 101 and 112 were deposited on the upper and lower sides, and divided into a predetermined size by cleaving to complete the device.

実施例1の構成において、井戸層をGaInNAsSbに置き換え、井戸数を3つとした三重量子井戸構造を活性層として有する半導体レーザ素子の構造について示す。本実施例では、光ガイド層及び障壁層としてGaAsに概ね格子整合するGaAsSbNを用いた点に特徴がある。   The structure of the semiconductor laser device having the triple quantum well structure in which the well layer is replaced with GaInNAsSb and the number of wells is three as the active layer in the configuration of the first embodiment will be described. The present embodiment is characterized in that GaAsSbN that substantially lattice matches with GaAs is used as the light guide layer and the barrier layer.

図5は、実施例2の半導体レーザ素子200の構造を示す。   FIG. 5 shows the structure of the semiconductor laser device 200 of the second embodiment.

図5を参照して、半導体レーザ素子200は、n型GaAsからなる基板211を備える。基板211の上にn型GaAsからなる厚み1μmの下クラッド層210と、i(真性)−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.12μm厚みの下光ガイド層209とが順に設けられている。下光ガイド層209の上に、i−Ga0.72In0.280.004As0.926Sb0.07からなる7nm厚みの井戸層207とi−GaAs0.989Sb0.0050.0066からなる20nm厚みの障壁層208とが、井戸層207が3層になるように交互に形成されている。その上に、i(真性)−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.1μm厚みの上光ガイド層206と、1μm厚みのp型GaAsからなる上クラッド層205と、0.5μm厚みのp+型GaAsからなるコンタクト層204が積層されている。 Referring to FIG. 5, the semiconductor laser element 200 includes a substrate 211 made of n-type GaAs. A lower cladding layer 210 made of n-type GaAs and having a thickness of 0.12 μm made of i (intrinsic) -GaAs 0.978 Sb 0.016 N 0.006 are sequentially provided on the substrate 211. On the lower light guide layer 209, a 7 nm thick well layer 207 made of i-Ga 0.72 In 0.28 N 0.004 As 0.926 Sb 0.07 and a 20 nm thick barrier layer 208 made of i-GaAs 0.989 Sb 0.005 N 0.0066 are formed. The layers 207 are alternately formed so as to be three layers. Further, an upper light guide layer 206 made of i (intrinsic) -GaAs 0.978 Sb 0.016 N 0.006 and having a thickness of 0.1 μm, an upper cladding layer 205 made of p-type GaAs having a thickness of 1 μm, and p + having a thickness of 0.5 μm. A contact layer 204 made of type GaAs is laminated.

コンタクト層204、上クラッド層205、上光ガイド層206、井戸層207、障壁層208、下光ガイド層209、下クラッド層210および基板211は、基板111の表面に至るまでメサエッチングされている。そして、メサエッチングされた部分に、p型GaAsからなる第二電流狭窄層203、n型GaAsからなる第一電流狭窄層202を順に成長させている。コンタクト層104に接触するようにTi/Pt/Auからなるp型側電極金属201を形成し、基板211の裏面にAuGe/Niからなるn型側電極金属212を設けている。   The contact layer 204, the upper cladding layer 205, the upper light guide layer 206, the well layer 207, the barrier layer 208, the lower light guide layer 209, the lower cladding layer 210, and the substrate 211 are mesa-etched up to the surface of the substrate 111. . A second current confinement layer 203 made of p-type GaAs and a first current confinement layer 202 made of n-type GaAs are grown in this order on the mesa-etched portion. A p-type side electrode metal 201 made of Ti / Pt / Au is formed so as to be in contact with the contact layer 104, and an n-type side electrode metal 212 made of AuGe / Ni is provided on the back surface of the substrate 211.

共振器長500μmにへき開し、上下の電極201,212を通して電流を流すと、量子井戸一つ当りの300[A/cm2/well]の低い発振しきい値電流密度にて、波長1.31μmでレーザ発振を生じた。 When the resonator length is 500 μm and a current is passed through the upper and lower electrodes 201, 212, the wavelength is 1.31 μm at a low oscillation threshold current density of 300 [A / cm 2 / well] per quantum well. Caused laser oscillation.

この実施例では、実施例1とは井戸数、井戸層の組成及び組成比が異なるが、実施例1の場合と同様に各層間のヘテロ接合のバンドラインナップはタイプI型を実現している。またクラッド層にGaAsを用いつつ良好な特性の半導体レーザを得ることが出来ており、またAlを含まない材料から構成されている為にAlを含む層の酸化などの問題もなく半導体レーザを製造することが出来ている。また、井戸層であるGaInNAsSb混晶の結晶性についても、実施例1と同様に、GaAsSbN層の上に結晶成長することによって井戸層がより平坦に、かつ結晶性良く結晶成長出来るようになっており、半導体レーザの特性の向上につながっている。   In this example, the number of wells, the composition of the well layers, and the composition ratio are different from those of Example 1, but the heterojunction band lineup between the layers realizes the type I type as in Example 1. In addition, a semiconductor laser with good characteristics can be obtained while using GaAs for the cladding layer, and since it is made of a material that does not contain Al, it can be manufactured without problems such as oxidation of the layer containing Al. I can do it. As for the crystallinity of the GaInNAsSb mixed crystal, which is a well layer, the well layer can be grown more flat and with good crystallinity by crystal growth on the GaAsSbN layer, as in Example 1. As a result, the characteristics of the semiconductor laser are improved.

特にこの実施例では井戸層間の障壁層208には引っ張り歪組成となるGaAsSbN層を用いており、圧縮歪を有する井戸層の歪の影響を緩和することが出来ている。このように井戸層に隣接してGaAsSbN層を配した場合、その組成を圧縮歪・格子整合・引っ張り歪と任意に設定することが出来、制御の自由度が極めて高い点が特徴である。   In particular, in this embodiment, a GaAsSbN layer having a tensile strain composition is used for the barrier layer 208 between the well layers, and the influence of the strain of the well layer having a compressive strain can be reduced. Thus, when the GaAsSbN layer is arranged adjacent to the well layer, the composition thereof can be arbitrarily set as compression strain, lattice matching, and tensile strain, and the feature is that the degree of freedom of control is extremely high.

本実施例では、井戸層を、Sbを微量に含むGaInNAs(Sb)とし、井戸数を1つとした単一量子井戸構造を活性層として有する半導体レーザ素子の構造について示す。本実施例では、光ガイド層としてGaAsに概ね格子整合するGaAsSbNを用い、また井戸層に隣接する障壁層として引っ張り歪を有するGaAsSbNを用いた点に特徴がある。   In this example, the structure of a semiconductor laser device having a single quantum well structure in which the well layer is GaInNAs (Sb) containing a small amount of Sb and the number of wells is one is shown. This embodiment is characterized in that GaAsSbN, which is generally lattice-matched to GaAs, is used as the light guide layer, and GaAsSbN having tensile strain is used as the barrier layer adjacent to the well layer.

図6は、実施例3にかかる半導体レーザ素子300の構造の斜視図である。   FIG. 6 is a perspective view of the structure of the semiconductor laser device 300 according to the third embodiment.

n型GaAsからなる基板311の上に、p型GaAsからなる第二電流狭窄層303、n型GaAsからなる第一電流狭窄層302が設けられている。第一電流狭窄層302と第二電流狭窄層303は、基板311の表面に至るまで貫通する溝が形成されている。溝の中に、n型GaAsからなる1μm厚みの下クラッド層310、i−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.13μm厚みの下光ガイド層309、i−Ga0.64In0.360.006As0.989Sb0.005からなる6nm厚みの井戸層307、i−GaAs0.978Sb0.0160.006からなる0.13μm厚みの上光ガイド層306、p型GaAsからなる1μm厚みの上クラッド層305が設けられている。下光ガイド層309および上光ガイド層306のそれぞれの、井戸層307に隣接する部分にだけ、i−GaAs0.989Sb0.0050.006からなる220nm厚みの障壁層308が設けられている。上クラッド層305に接触するように、p+型GaAsからなる0.5μm厚みのコンタクト層304が設けられ、その上にTi/Pt/Auからなるp型電極金属301が設けられている。基板311の裏面には、AuGe/Niからなるn型側電極金属312が設けられている。 A second current confinement layer 303 made of p-type GaAs and a first current confinement layer 302 made of n-type GaAs are provided on a substrate 311 made of n-type GaAs. The first current confinement layer 302 and the second current confinement layer 303 have a groove penetrating to the surface of the substrate 311. In the groove, a lower cladding layer 310 made of n-type GaAs having a thickness of 1 μm, a lower light guide layer 309 made of i-GaAs 0.978 Sb 0.016 N 0.006 and having a thickness of 0.13 μm, i-Ga 0.64 In 0.36 N 0.006 As 0.989 Sb A well layer 307 having a thickness of 6 nm made of 0.005 , a light guide layer 306 having a thickness of 0.13 μm made of i-GaAs 0.978 Sb 0.016 N 0.006 and an upper cladding layer 305 having a thickness of 1 μm made of p-type GaAs are provided. A barrier layer 308 having a thickness of 220 nm made of i-GaAs 0.989 Sb 0.005 N 0.006 is provided only in a portion adjacent to the well layer 307 in each of the lower light guide layer 309 and the upper light guide layer 306. A contact layer 304 of 0.5 μm thickness made of p + -type GaAs is provided so as to contact the upper cladding layer 305, and a p-type electrode metal 301 made of Ti / Pt / Au is provided thereon. An n-type electrode metal 312 made of AuGe / Ni is provided on the back surface of the substrate 311.

共振器長250μmにへき開し、上下の電極301,312を通して電流を流すと、発振しきい値電流密度350[A/cm2/well]にて、波長1.29μmでレーザ発振を生じた。 When the resonator length was cleaved to 250 μm and current was passed through the upper and lower electrodes 301 and 312, laser oscillation was generated at a wavelength of 1.29 μm at an oscillation threshold current density of 350 [A / cm 2 / well].

この実施例では、実施例1,2とは井戸数、井戸層の組成及び組成比、埋め込みヘテロ構造の形状が異なるが、各層間ではタイプI型のヘテロ接合となっている。実施例1,2の場合と同様にクラッド層にGaAsを用いつつ良好な特性の半導体レーザを得ることが出来ており、またAlを含まない材料から構成されている為にAlを含む層の酸化などの問題もなく半導体レーザを製造することが出来ている。   In this example, the number of wells, the composition and composition ratio of the well layer, and the shape of the buried heterostructure are different from those of Examples 1 and 2, but each layer has a type I heterojunction. As in Examples 1 and 2, a semiconductor laser with good characteristics can be obtained while using GaAs for the cladding layer, and since it is made of a material not containing Al, the layer containing Al is oxidized. Semiconductor lasers can be manufactured without any problems.

また、この実施例においては、光ガイド層306,309には格子整合組成のGaAsSbNを用い、井戸層307に隣接する部分にだけ薄膜の引っ張り歪を有するGaAsSbN層308を配している。これにより、圧縮歪を有する井戸層307の歪が相殺され、内包される歪量の低減がなされている。   Further, in this embodiment, GaAsSbN having a lattice matching composition is used for the light guide layers 306 and 309, and a GaAsSbN layer 308 having a thin film tensile strain is disposed only in a portion adjacent to the well layer 307. Thereby, the strain of the well layer 307 having a compressive strain is offset, and the amount of strain contained is reduced.

図6の半導体レーザは以下のように製造される。まずn型GaAs基板311の上に第二電流狭窄層303と第一電流狭窄層302とを化学分子線エピタキシャル成長(CBE)法にて結晶成長し、フォトリソグラフィーとウエットエッチング技術を用いて幅2μmの溝を形成する。その溝の中に下クラッド層310から上クラッド層305に至る各層を二度目のCBE法にて再成長し、その上に全面にコンタクト層304を三度目のCBE法にて再成長し、基板311を厚さ100μmにまで薄層化した後、上下に電極301,312を蒸着し、ヘキ開により所定のサイズに分割して素子を完成させた。実施例3では、実施例1,2とは埋め込みヘテロ構造の製造工程や形状が異なるが、同様の効果が得られている。   The semiconductor laser of FIG. 6 is manufactured as follows. First, the second current confinement layer 303 and the first current confinement layer 302 are crystal-grown on the n-type GaAs substrate 311 by a chemical molecular beam epitaxial growth (CBE) method, and have a width of 2 μm using photolithography and wet etching techniques. Grooves are formed. Each layer from the lower cladding layer 310 to the upper cladding layer 305 is regrown in the groove by the second CBE method, and the contact layer 304 is regrown on the entire surface by the third CBE method, After thinning 311 to a thickness of 100 μm, electrodes 301 and 312 were deposited on the upper and lower sides, and divided into predetermined sizes by cleaving to complete the device. Example 3 differs from Examples 1 and 2 in the manufacturing process and shape of the buried heterostructure, but the same effect is obtained.

本実施例では、光ガイド層を、N組成及びSb組成が少しずつ変化させることによってGRIN−SCH(Graded Index-Separate Confinement Heterostructure)構造とした埋め込みヘテロ型半導体レーザ素子の構造について示す。本実施例では、光ガイド層として組成が徐々に変化するGaAsSbNを用いた点に特徴がある。   In this example, the structure of a buried hetero semiconductor laser element having a GRIN-SCH (Graded Index-Separate Confinement Heterostructure) structure by changing the N composition and the Sb composition little by little will be described. This embodiment is characterized in that GaAsSbN whose composition gradually changes is used as the light guide layer.

図7は、実施例4の半導体レーザ素子400の構造を示す。   FIG. 7 shows the structure of the semiconductor laser device 400 of the fourth embodiment.

図7を参照して、n型GaAsからなる基板411の上に、n型GaAsからなる1μm厚みの下クラッド層410、i−GaAsSbNからなる0.15μm厚みの下光ガイド層409、i−Ga0.72In0.28As0.93Sb0.07からなる8nm厚みの井戸層407、i−GaAsSbNからなる0.15μm厚みの上光ガイド層406、p型GaAsからなる1μm厚みの上クラッド層405、p+型GaAsからなる0.5μm厚みのコンタクト層404が設けられている。下クラッド層410、下光ガイド層409、井戸層407、上光ガイド層406、上クラッド層405およびコンタクト層404は、基板411の表面に至るまで、メサエッチングされている。メサエッチングされた部分に、n型GaAsからなる第一電流狭窄層402とp型GaAsからなる第二電流狭窄層403が設けられている。コンタクト層404に接触するように、Ti/Pt/Auからなるp型側電極金属401が設けられている。基板411の裏面に、AuGe/Niからなるn型側電極金属412が設けられている。 Referring to FIG. 7, a 1 μm-thick lower cladding layer 410 made of n-type GaAs, a 0.15 μm-thick lower light guide layer 409 made of i-GaAsSbN, and i-Ga on a substrate 411 made of n-type GaAs. 0.72 In 0.28 As 0.93 Sb 0.07 8 nm thick well layer 407, i-GaAsSbN 0.15 μm thick upper light guide layer 406, p-type GaAs 1 μm thick upper cladding layer 405, p + -type GaAs A contact layer 404 having a thickness of 0.5 μm is provided. The lower cladding layer 410, the lower light guide layer 409, the well layer 407, the upper light guide layer 406, the upper cladding layer 405, and the contact layer 404 are mesa-etched up to the surface of the substrate 411. A first current confinement layer 402 made of n-type GaAs and a second current confinement layer 403 made of p-type GaAs are provided in the mesa-etched portion. A p-type side electrode metal 401 made of Ti / Pt / Au is provided so as to be in contact with the contact layer 404. An n-type side electrode metal 412 made of AuGe / Ni is provided on the back surface of the substrate 411.

共振器長800μmにへき開し、上下の電極401,412を通して電流を流すと、発振しきい値電流密度250[A/cm2/well]にて、波長1.2μmでレーザ発振を生じた。 When the resonator length was cleaved to 800 μm and current was passed through the upper and lower electrodes 401 and 412, laser oscillation was generated at a wavelength of 1.2 μm at an oscillation threshold current density of 250 [A / cm 2 / well].

この実施例では、上下光ガイド層のN混晶比およびSb混晶比を調節し、図8(a)にバンドラインナップを示すようにクラッド層から井戸層の端部に至る光ガイド層の禁制帯幅が放物線状に徐々に変化するように、かつGaAs1-h-kSbhk混晶が常にGaAsに概ね格子整合するように組成比h,kがh=2.6×kを概ね満たすように設定した。このようにすることにより、井戸層への光閉じ込めがより効率的に行われるようになり、より低閾値電流でのレーザ発振が生じるようになった。特に材料の屈折率を大幅に変化させることが出来るN組成の設定によりこのような屈折率分布を作り込むことは、レーザ素子内部の光分布の制御の観点からは特に有利となる。なお、光ガイド層のバンドラインナップとしては必ずしもこの実施形態で示した放物線状でなくても良く、図8(b)に示した直線状、あるいは図8(c)に示した階段状であってもよい。 In this embodiment, the N mixed crystal ratio and the Sb mixed crystal ratio of the upper and lower light guide layers are adjusted, and the light guide layer from the cladding layer to the end of the well layer is forbidden as shown in FIG. 8A. The composition ratios h and k substantially satisfy h = 2.6 × k so that the band width gradually changes in a parabolic manner and the GaAs 1-hk Sb h N k mixed crystal always always lattice matches with GaAs. Was set as follows. By doing so, optical confinement in the well layer is more efficiently performed, and laser oscillation with a lower threshold current occurs. In particular, it is particularly advantageous from the viewpoint of controlling the light distribution inside the laser element to create such a refractive index distribution by setting an N composition that can change the refractive index of the material significantly. Note that the band lineup of the light guide layer does not necessarily have the parabolic shape shown in this embodiment, but the linear shape shown in FIG. 8 (b) or the step shape shown in FIG. 8 (c). Also good.

本実施例においても、他の実施例の場合と同様に各層間のヘテロ接合はタイプI型が実現されている。またクラッド層にGaAsを用いつつ良好な特性の半導体レーザを得ることが出来ており、またAlを含まない材料から構成されている為にAlを含む層の酸化などの問題もなく半導体レーザを製造することが出来ている。   Also in this embodiment, the type I type heterojunction between the layers is realized as in the other embodiments. In addition, a semiconductor laser with good characteristics can be obtained while using GaAs for the cladding layer, and since it is made of a material that does not contain Al, it can be manufactured without problems such as oxidation of the layer containing Al. I can do it.

また、GaAsSbN光ガイド層の上に井戸層であるGaInAsSb混晶を結晶成長しており、他の実施例と同様に、井戸層がより平坦に、かつ結晶性良く結晶成長出来るようになっており、半導体レーザの特性の向上につながっている。   Also, a GaInAsSb mixed crystal, which is a well layer, is grown on the GaAsSbN optical guide layer, and the well layer can be grown more flat and with good crystallinity as in the other embodiments. This has improved the characteristics of semiconductor lasers.

この実施例では、他の実施例よりも、より短波長でレーザ発振するレーザについて実例を示している。本願半導体レーザの構成は、ガイド層であるGaAsSbNで光吸収が生じない任意の波長(波長約900nm以上)に対して適用することが可能である。   In this embodiment, an example of a laser that oscillates at a shorter wavelength than other embodiments is shown. The configuration of the semiconductor laser of the present application can be applied to any wavelength (wavelength of about 900 nm or more) at which no light absorption occurs in GaAsSbN that is a guide layer.

図9は、本願半導体レーザ素子を用いた応用システムの一例であり、半導体レーザを送信光源として用いる光ファイバー通信システムにおける光送信用ユニット500を構成したものである。   FIG. 9 is an example of an application system using the semiconductor laser device of the present application, and constitutes an optical transmission unit 500 in an optical fiber communication system using a semiconductor laser as a transmission light source.

半導体レーザ501は、実施例1において詳細を説明した半導体レーザであり、入力電気信号に従って半導体レーザを制御する為の電気回路502によって駆動され、このシステムへの入力電気信号は光信号として半導体レーザ501から発せられる。半導体レーザ501からの光信号は集光用レンズ503を介して光ファイバー504に集光され、光ファイバーから光信号が出力される。半導体レーザ501は、放熱の為のサブマウント505に固定される。506は電気端子、507は基板である。   The semiconductor laser 501 is the semiconductor laser described in detail in the first embodiment, and is driven by an electric circuit 502 for controlling the semiconductor laser according to an input electric signal. The input electric signal to this system is an optical signal. It is emitted from. The optical signal from the semiconductor laser 501 is condensed on the optical fiber 504 through the condensing lens 503, and the optical signal is output from the optical fiber. The semiconductor laser 501 is fixed to a submount 505 for heat dissipation. Reference numeral 506 denotes an electric terminal, and 507 denotes a substrate.

半導体レーザ501として本願実施例1に示した、閾値電流が従来よりも低い素子を用いたことから、伝送速度として2.5Gb/sを得ることができ、優れた特性を示した。
このように本願発明の半導体レーザは半導体レーザ単独で用いる場合のみならず、この実施形態のようにシステムの一部として用いることにより、システム全体の特性を向上させることが出来るようになる。また半導体レーザは上記の光ファイバー通信システムのみならず、光の空間伝送システム、測距等のセンサーシステムなど、種々のシステムに用いることが出来ることは言うまでもない。
Since an element having a lower threshold current than that of the conventional example shown in Example 1 was used as the semiconductor laser 501, a transmission speed of 2.5 Gb / s was obtained, and excellent characteristics were exhibited.
As described above, the semiconductor laser of the present invention can be improved not only when the semiconductor laser is used alone but also as a part of the system as in this embodiment, so that the characteristics of the entire system can be improved. Needless to say, the semiconductor laser can be used not only in the above-described optical fiber communication system but also in various systems such as a spatial light transmission system and a sensor system such as distance measurement.

なお、半導体素子としては必ずしも半導体レーザに限定されるものではなく、類似の構造に作製された発光ダイオード、受光素子、光導波路素子、光増幅器、太陽電池などの任意の光デバイスへ適用することが可能であることは言うまでもなく、本願発明の実施例にて示した基本構成にて優れた特性のデバイスを作製することが出来るようになる。   The semiconductor element is not necessarily limited to a semiconductor laser, and can be applied to any optical device such as a light emitting diode, a light receiving element, an optical waveguide element, an optical amplifier, or a solar cell manufactured in a similar structure. Needless to say, a device having excellent characteristics can be manufactured with the basic structure shown in the embodiment of the present invention.

また、本願に示した各実施例における各層として使用されるIII−V族化合物半導体混晶については、実施形態において詳細を説明した以外のIII族元素(ボロン等)やV族元素(Bi)が適宜混晶化されていてもよいし、不純物元素(Zn,Be,Mg,Te,S,Se,Si等)が適宜含まれていてもよい。また、基板についても実施形態に示したものに限定されるものではなく、別の基板を用いても同様の効果が得られる。例えば、GaAsに格子定数が比較的近いZnSe基板などのII−VI族化合物半導体基板、Ge基板などのIV族半導体基板を用いることが出来る。また、ガラス・プラスチック・セラミックス等の任意の基板の上に作製した結晶を利用することもできる。   Moreover, about the III-V compound semiconductor mixed crystal used as each layer in each Example shown to this application, group III elements (boron etc.) and group V element (Bi) other than having demonstrated the details in embodiment are included. A mixed crystal may be appropriately formed, or an impurity element (Zn, Be, Mg, Te, S, Se, Si, or the like) may be appropriately included. Further, the substrate is not limited to that shown in the embodiment, and the same effect can be obtained even when another substrate is used. For example, a II-VI compound semiconductor substrate such as a ZnSe substrate having a lattice constant relatively close to that of GaAs, or a IV group semiconductor substrate such as a Ge substrate can be used. In addition, a crystal produced on an arbitrary substrate such as glass, plastic, or ceramic can be used.

また、結晶成長に用いる各構成元素の原料については、実施形態に記述した特定の原料、あるいはそれぞれの原料の特定の組み合わせに限定されるものではなく、任意の原料を任意の組み合わせで用いることができることは言うまでもない。
また、何れも量子井戸構造における井戸層に本願の混晶を適用した場合について示してきたが、その際における井戸数、歪量、井戸層厚に関して制限はない。また、バリア層にも圧縮または引っ張りの歪を導入してもよい。
In addition, the raw materials of the respective constituent elements used for crystal growth are not limited to the specific raw materials described in the embodiment or specific combinations of the respective raw materials, and any raw materials may be used in any combination. Needless to say, you can.
Moreover, although all have shown about the case where the mixed crystal of this application is applied to the well layer in a quantum well structure, there is no restriction | limiting regarding the number of wells, distortion amount, and well layer thickness in that case. Further, a compressive or tensile strain may be introduced into the barrier layer.

なお、これまでの記述の中で「上」と示された方向は基板から離れる方向を示しており、「下」は基板へ近づく方向を示している。結晶成長は「下」から「上」の方向へ向かって進行する。   In the description so far, the direction indicated as “up” indicates a direction away from the substrate, and “down” indicates a direction approaching the substrate. Crystal growth proceeds from “down” to “up”.

また、各実施例中に示したp型半導体部とn型半導体部は、pとnとが逆転していても良い。   In the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion shown in each embodiment, p and n may be reversed.

本発明にかかる半導体レーザ素子は、活性層への光閉じ込めが十分に大きいので、光通信システムに有効に利用することができる。   Since the semiconductor laser device according to the present invention has sufficiently large light confinement in the active layer, it can be effectively used in an optical communication system.

実施例1にかかる半導体レーザ装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor laser device according to Example 1. FIG. ヘテロ接合のバンドラインナップを示す図である。It is a figure which shows the band lineup of a heterojunction. GaAsSbN層とGaAsとの価電子帯バンド不連続のSb組成による変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change by Sb composition of the valence band discontinuity of a GaAsSbN layer and GaAs. GaAsSbN層の格子定数のSb組成による変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change by the Sb composition of the lattice constant of a GaAsSbN layer. 実施例2にかかる半導体レーザ装置の斜視図である。6 is a perspective view of a semiconductor laser device according to Example 2. FIG. 実施例3にかかる半導体レーザ装置の斜視図である。7 is a perspective view of a semiconductor laser device according to Example 3. FIG. 実施例4にかかる半導体レーザ装置の斜視図である。7 is a perspective view of a semiconductor laser device according to Example 4. FIG. ヘテロ接合のバンドラインナップを示す図である。It is a figure which shows the band lineup of a heterojunction. 半導体レーザ素子を用いた応用システムを示す図である。It is a figure which shows the application system using a semiconductor laser element. 従来の半導体素子の断面図である。It is sectional drawing of the conventional semiconductor element.

符号の説明Explanation of symbols

101 p型側電極金属
102 第一電流狭窄層
103 第二電流狭窄層
104 コンタクト層
105 上クラッド層
106 上光ガイド層
107 井戸層
108 障壁層
109 下光ガイド層
110 下クラッド層
111 基板
112 n型側電極金属
101 p-type side electrode metal 102 first current confinement layer 103 second current confinement layer 104 contact layer 105 upper clad layer 106 upper light guide layer 107 well layer 108 barrier layer 109 lower light guide layer 110 lower clad layer 111 substrate 112 n-type Side electrode metal

Claims (19)

少なくとも一種類以上の窒素以外のV族元素と窒素とをV族組成として含むIII−V族化合物半導体層から成る第一の層を有し、
前記第一の層に隣接する、GaAs1-h-kSbhk(ここで、0<k≦0.015、0<h<1)を組成とするIII−V族化合物半導体層から成る第二の層を有し、
前記第二の層に隣接する、GaAsを組成とするIII−V族化合物半導体層から成る第三の層を有する層構造を含む半導体レーザ素子。
A first layer comprising a group III-V compound semiconductor layer containing at least one group V element other than nitrogen and nitrogen as a group V composition;
A second layer composed of a III-V compound semiconductor layer having a composition of GaAs 1-hk Sb h N k (where 0 <k ≦ 0.015, 0 <h <1) is adjacent to the first layer. Having a layer of
A semiconductor laser device comprising a layer structure having a third layer made of a III-V compound semiconductor layer having a composition of GaAs adjacent to the second layer.
前記第一の層には組成としてアンチモンが含まれることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first layer contains antimony as a composition. 前記第一の層は、前記第二の層に上下から挟まれ、更に前記第三の層に上下から挟まれた構造を含む請求項1に記載の半導体レーザ素子。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first layer includes a structure sandwiched from above and below by the second layer and further sandwiched from above and below by the third layer. 前記第二の層の組成比h,kは、h=2.6×kを概ね満たすことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the composition ratios h and k of the second layer substantially satisfy h = 2.6 × k. 前記第二の層のうち、前記第一の層に隣接する界面付近は引っ張り歪を有し、前記第三の層に隣接する界面付近はGaAsに格子整合していることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   The vicinity of the interface adjacent to the first layer of the second layer has tensile strain, and the vicinity of the interface adjacent to the third layer is lattice-matched to GaAs. 2. The semiconductor laser device according to 1. 前記第三の層は、前記第一の層と第二の層を含む層を挟むように上下に設けられており、
前記第一の層と第二の層には不純物がドーピングされておらず、前記上下に設けられた第三の層の何れか一方がp型に、他方がn型になるように不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
The third layer is provided up and down so as to sandwich the layer including the first layer and the second layer,
Impurities are doped in the first layer and the second layer so that one of the third layers provided above and below is p-type and the other is n-type. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is formed.
前記第一の層は量子井戸構造における井戸層として、第二の層は光ガイド層として、第三の層はクラッド層として機能することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first layer functions as a well layer in the quantum well structure, the second layer functions as a light guide layer, and the third layer functions as a cladding layer. 上記の第一の層と第二の層、及び第二の層と第三の層は、タイプI型へテロ接合を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first layer and the second layer, and the second layer and the third layer form a type I heterojunction. 当該半導体レーザ素子はメサ構造を有し、光を発生する領域の、光の進行方向に交差する両側に設けられたGaAsからなる電流狭窄層を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor laser element has a mesa structure, and includes a current confinement layer made of GaAs provided on both sides of the light generating region intersecting the light traveling direction. Laser element. 当該半導体レーザ素子は、埋め込みヘテロ型の構成であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device has a buried hetero structure. 前記第一の層は2層以上の複数層あり、その複数層の間はGaAsSbNを組成とするIII−V族化合物半導体からなる第四の層によって隔てられている構成を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   The first layer has a plurality of layers of two or more layers, and the plurality of layers are separated by a fourth layer made of a III-V group compound semiconductor having a composition of GaAsSbN. The semiconductor laser device according to claim 1. 前記複数の第一の層は圧縮歪を有し、それらを隔てる前記第四の層は引っ張り歪を有することを特徴とする請求項11に記載の半導体レーザ素子。   12. The semiconductor laser device according to claim 11, wherein the plurality of first layers have compressive strain, and the fourth layer separating the first layers has tensile strain. 前記複数の第一の層は多重量子井戸構造における井戸層として、前記第四の層は障壁層として機能することを特徴とする請求項11に記載の半導体レーザ素子。   12. The semiconductor laser device according to claim 11, wherein the plurality of first layers function as well layers in a multiple quantum well structure, and the fourth layer functions as a barrier layer. 前記第一の層は、GaInNAs、GaInAsSb、GaInNAsSbの何れかであることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first layer is one of GaInNAs, GaInAsSb, and GaInNAsSb. 請求項1から14に記載の何れかの半導体レーザが用いられた応用システム。   An application system using the semiconductor laser according to claim 1. 少なくとも一種類以上の窒素以外のV族元素と窒素とをV族組成として含むIII−V族化合物半導体層から成る層Aを、
GaAsSbNを組成とするIII−V族化合物半導体層から成る層Bの上に結晶成長することを特徴とする結晶成長方法。
A layer A composed of a III-V group compound semiconductor layer containing at least one group V element other than nitrogen and nitrogen as a group V composition,
A crystal growth method comprising growing a crystal on a layer B made of a III-V compound semiconductor layer having a composition of GaAsSbN.
前記層Aには組成としてアンチモンが含まれることを特徴とする請求項16に記載の結晶成長方法。   The crystal growth method according to claim 16, wherein the layer A contains antimony as a composition. 少なくとも一種類以上の窒素以外のV族元素と窒素とをV族組成として含むIII−V族化合物半導体層から成る層αを有し、
前記第一の層に隣接してGaAs1-h-kSbhk(ここで、0<k≦0.015、0<h<1)を組成とするIII−V族化合物半導体層から成る層βを有する層構造を含む化合物半導体素子。
A layer α composed of a group III-V compound semiconductor layer containing at least one kind of group V element other than nitrogen and nitrogen as a group V composition;
A layer β made of a III-V group compound semiconductor layer having a composition of GaAs 1-hk Sb h N k (where 0 <k ≦ 0.015, 0 <h <1) adjacent to the first layer. The compound semiconductor element containing the layer structure which has this.
前記層αには組成としてアンチモンが含まれることを特徴とする請求項18に記載の化合物半導体素子。   The compound semiconductor device according to claim 18, wherein the layer α contains antimony as a composition.
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