JP2021034708A - 変調ドープ半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態に係る変調ドープ半導体レーザの平面図である。図2は、図1に示す変調ドープ半導体レーザのII−II線断面図である。
変調ドープ半導体レーザは、下クラッド層10(n型InP層)の上に、n型半導体層12(InGaAlAs層)を有する。n型半導体層12のドナー(n型ドーパント)は、Siである。Siは結晶成長中の拡散がほとんどないことで知られている。n型半導体層12は、分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)を構成するためにある。
変調ドープ半導体レーザは、多重量子井戸(Multiple-Quantum Well:MQW)14を有する。多重量子井戸14は、アクセプタ(p型ドーパント)及びドナー(n型ドーパント)を含有する。多重量子井戸14は、複数層からなり、最下層がn型半導体層12に接触している。
変調ドープ半導体レーザは、p型半導体層20(InGaAlAs層)を有する。p型半導体層20のアクセプタは、例えばZn及びMgの少なくとも一方(第1層16のアクセプタと同じ材料)であり、拡散の抑制が極めて困難である。p型半導体層20は、多重量子井戸14の最上層(第1層16)に接触している。p型半導体層20は、分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)を構成するためにある。p型半導体層20に上クラッド層22(p型InP層)が積層されている。またp型半導体層20の上部には回折格子28が形成されている。
図3A〜図3Cは、第1の実施形態において、多重量子井戸(MQW)付近のキャリア濃度を示す図である。ここでキャリア濃度とは添加された不純物の密度を示す。厳密には、ドーピングされた不純物全てがキャリアとして機能するわけではないが、ここでは説明の簡略化のためにすべての不純物がキャリアとして機能するとしている。また意図的に不純物を添加していない状態であっても、半導体には非常に微量の様々な不純物が含まれており、意図的に添加していない状態および実効的にキャリアとして機能しない量を1×1015cm−3又はそれ以下とする。
次に、本実施形態に係る変調ドープ半導体レーザの製造方法について説明する。図2に示す下クラッド層10の上に、n型半導体層12をInGaAlAsから形成する。その上に、第1層16(バリア層)及び第2層18(量子井戸層)をそれぞれInGaAlAsで構成した例えば5層の多重量子井戸14を形成する。その上に、InGaAlAsで構成されたp型半導体層20及び回折格子28を形成する。
図4A〜図4Cは、第2の実施形態において、多重量子井戸(MQW)付近のキャリア濃度を示す図である。本実施形態は、第1の実施形態とは逆に、量子井戸層(W1)が第1層であり、バリア層(B2)が第2層である。多重量子井戸(MQW)の最上層のバリア層(B2)は第2層であり、最下層のバリア層(B2)も第2層である。
Claims (12)
- 交互に積層された複数の第1層及び複数の第2層を含む複数層からなり、アクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するp型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するn型半導体層と、
を有し、
前記複数の第1層は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第2層は、前記p型キャリア濃度において、前記p型半導体層10%以上150%以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第2層は、前記ドナーをさらに含有し、
前記複数の第2層では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記複数の第2層の前記p型キャリア濃度の10%以下になっていることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記p型半導体層及び前記n型半導体層は、分離閉じ込めヘテロ構造を構成するためにあることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1又は2に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第1層のそれぞれ及び前記複数の第2層のそれぞれで、前記p型キャリア濃度は、1×1017cm−3以上であることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数の第1層の対応する1つであることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数の第2層の対応する1つであることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第1層のそれぞれは、バリア層であり、
前記複数の第2層のそれぞれは、量子井戸層であることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第1層のそれぞれは、量子井戸層であり、
前記複数の第2層のそれぞれは、バリア層であることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記ドナーは、Siであることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第2層は、前記p型キャリア濃度において、前記p型半導体層よりも低いことを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第2層は、前記n型キャリア濃度において、前記n型半導体層よりも低いことを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。 - n型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の第1層及び複数の第2層を含む複数層からなり、アクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記n型半導体に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、p型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記複数の第1層は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第2層は、前記p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第2層は、前記ドナーをさらに含有し、
前記複数の第2層では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記複数の第2層の前記p型キャリア濃度の10%以下になっていることを特徴とする変調ドープ半導体レーザの製造方法。 - 請求項11に記載された変調ドープ半導体レーザの製造方法であって、
前記多重量子井戸は、前記有機金属気相成長法によって形成されることを特徴とする変調ドープ半導体レーザの製造方法。
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