JP2522281B2 - 埋込み構造半導体レ−ザ - Google Patents
埋込み構造半導体レ−ザInfo
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- JP2522281B2 JP2522281B2 JP62010812A JP1081287A JP2522281B2 JP 2522281 B2 JP2522281 B2 JP 2522281B2 JP 62010812 A JP62010812 A JP 62010812A JP 1081287 A JP1081287 A JP 1081287A JP 2522281 B2 JP2522281 B2 JP 2522281B2
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- Japan
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- semiconductor laser
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- doped
- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速変調動作に適する埋込み構造半導体レ
ーザに関する。
ーザに関する。
（従来の技術） 半導体レーザは光ファイバ通信の光源として実用化が
始まっている。この用途に用いられる半導体レーザは、
高速変調が可能でかつ高い効率で発振することが望まし
い。特に、光ファイバの低損失化の進展にともない、10
0kmを越える無中継伝送が可能となりつつあるので、こ
のような要請はより強くなっている。
始まっている。この用途に用いられる半導体レーザは、
高速変調が可能でかつ高い効率で発振することが望まし
い。特に、光ファイバの低損失化の進展にともない、10
0kmを越える無中継伝送が可能となりつつあるので、こ
のような要請はより強くなっている。
従来の半導体レーザの構造を第３図に示した（アプラ
イド・フィジックス・レターズ（Appl.Phys.Lett.）48
巻,1986年,1572〜1573頁）。この素子では、半導体基板
35の上にｎバッファ層33,活性領域31,pクラッド層32,p
キャップ層38が順次積層されており、活性領域31の両側
には、Feがドープされた高抵抗層34が配置されている。
イド・フィジックス・レターズ（Appl.Phys.Lett.）48
巻,1986年,1572〜1573頁）。この素子では、半導体基板
35の上にｎバッファ層33,活性領域31,pクラッド層32,p
キャップ層38が順次積層されており、活性領域31の両側
には、Feがドープされた高抵抗層34が配置されている。
この半導体レーザのｐ側電極36とｎ側電極37に通電す
ると、高抵抗層34の抵抗率が非常に高いから電流は活性
領域31に集中して流れる。この構造では、pn接合は、活
性領域31を上下からはさんだ幅約１μｍの領域にしか形
成されない。そこで、この半導体レーザの静電容量は約
1pFと非常に小さくなり、pn逆接合を電流ブロック層に
用いた半導体レーザの静電容量に比べると約1/10に低減
できる。従って、時定数は非常に短くなり1GHz以上の高
速変調が可能となる。この半導体レーザでは2GHz程度の
高速変調動作が得られた。
ると、高抵抗層34の抵抗率が非常に高いから電流は活性
領域31に集中して流れる。この構造では、pn接合は、活
性領域31を上下からはさんだ幅約１μｍの領域にしか形
成されない。そこで、この半導体レーザの静電容量は約
1pFと非常に小さくなり、pn逆接合を電流ブロック層に
用いた半導体レーザの静電容量に比べると約1/10に低減
できる。従って、時定数は非常に短くなり1GHz以上の高
速変調が可能となる。この半導体レーザでは2GHz程度の
高速変調動作が得られた。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の高抵抗層を用いた第３図の半導体レーザでは、
室温（30℃）における外部微分量子効率ηｄは片面で0.
2mW/mAであり、最高光出力Lmは10〜20mW程度であった。
pn逆接合を電流ブロック層とする半導体レーザのηｄお
よびLmがそれぞれ0.3mW/mA,70mWであるから、第３図の
構造のηｄおよびLmは小さな値であった。このように、
従来の半導体レーザでは、高い量子効率，光出力が得ら
れない問題があった。
室温（30℃）における外部微分量子効率ηｄは片面で0.
2mW/mAであり、最高光出力Lmは10〜20mW程度であった。
pn逆接合を電流ブロック層とする半導体レーザのηｄお
よびLmがそれぞれ0.3mW/mA,70mWであるから、第３図の
構造のηｄおよびLmは小さな値であった。このように、
従来の半導体レーザでは、高い量子効率，光出力が得ら
れない問題があった。
本発明の目的は、高効率，高出力が得られ、かつ高速
変調動作が可能な埋込み構造半導体レーザを提供するこ
とにある。
変調動作が可能な埋込み構造半導体レーザを提供するこ
とにある。
（問題点を解決するため手段） 本発明は提供する手段は、活性領域を該活性領域の屈
折率より低い屈折率を有しかつ該活性領域を禁制帯幅よ
り大きい禁制帯幅を有する半導体で囲んで埋込み構造半
導体レーザであって、前記活性領域の上側および下側の
層のうち一方がｎ型で他方がｐ型であり、前記活性領域
を該活性領域の長手軸の左右両側から埋込む領域はチタ
ニウムがドーピングされた高抵抗電流ブロック層で形成
されていることを特徴とする。
折率より低い屈折率を有しかつ該活性領域を禁制帯幅よ
り大きい禁制帯幅を有する半導体で囲んで埋込み構造半
導体レーザであって、前記活性領域の上側および下側の
層のうち一方がｎ型で他方がｐ型であり、前記活性領域
を該活性領域の長手軸の左右両側から埋込む領域はチタ
ニウムがドーピングされた高抵抗電流ブロック層で形成
されていることを特徴とする。
（作用） TiがドーピングされたIII−Ｖ族化合物半導体は、鉄
（Fe）がドーピングされたときと同様に半導体の伝導帯
下の深い位置（例えばInPに対しては0.63eV）に不純物
準位が形成される。この不純物準位が半導体のキャリア
を捕獲して、キャリア濃度が激減し、半導体が高抵抗化
する。
（Fe）がドーピングされたときと同様に半導体の伝導帯
下の深い位置（例えばInPに対しては0.63eV）に不純物
準位が形成される。この不純物準位が半導体のキャリア
を捕獲して、キャリア濃度が激減し、半導体が高抵抗化
する。
半導体の深い不純物準位は、キャリアの非発光再結合
中心として働く。従って、拡散係数の大きな不純物を用
いると埋め込み成長中にその不純物が活性領域中に入り
込み半導体レーザの発光効率を減少させることになる。
よって、高効率高出力動作する半導体レーザを得るに
は、拡散係数の小さな不純物を埋め込み層に用いる必要
がある。
中心として働く。従って、拡散係数の大きな不純物を用
いると埋め込み成長中にその不純物が活性領域中に入り
込み半導体レーザの発光効率を減少させることになる。
よって、高効率高出力動作する半導体レーザを得るに
は、拡散係数の小さな不純物を埋め込み層に用いる必要
がある。
Feは拡散し易いことが知られている。例えば、InP系
のFeドープ成長では成長中にFeが他の成長層へ拡散し、
その拡散距離が数μｍに達することが知られている（エ
レクトロニクス・レターズ（Electron.Lett.）14巻,197
8年,715〜716頁）。それに対し、TiドープInPについて
本願発明者が行った実験ではTiの拡散は極く小さいもの
であった。従って、本発明の半導体レーザでは、Tiがド
ーピングされた半導体の埋め込み成長中に活性領域への
Tiの拡散は極めて少ない。その結果高効率，高出力の発
振が得られる。
のFeドープ成長では成長中にFeが他の成長層へ拡散し、
その拡散距離が数μｍに達することが知られている（エ
レクトロニクス・レターズ（Electron.Lett.）14巻,197
8年,715〜716頁）。それに対し、TiドープInPについて
本願発明者が行った実験ではTiの拡散は極く小さいもの
であった。従って、本発明の半導体レーザでは、Tiがド
ーピングされた半導体の埋め込み成長中に活性領域への
Tiの拡散は極めて少ない。その結果高効率，高出力の発
振が得られる。
（実施例） 以下本発明について図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の第１の実施例の半導体レーザを示す
断面図である。活性領域11はノンドープInGaAsP（エネ
ルギーギャップEg＝0.95eV）、ｐクラッド層12は亜鉛
（Zn）を１×1018cm-3ドープしたInP、ｐキャップ層18
は亜鉛を８×1018cm-3ドープしたInGaAsP（Eg＝1.13e
V）層、ｎバッファ層13は硫黄（Ｓ）を１×1018cm-3ド
ープしたInP層、高抵抗電流ブロック層14はチタニウム
（Ti）を１×1016cm-3ドープしたInP層から構成されて
いる。そして半導体基板15にはＳドープInP基板が用い
られている。
断面図である。活性領域11はノンドープInGaAsP（エネ
ルギーギャップEg＝0.95eV）、ｐクラッド層12は亜鉛
（Zn）を１×1018cm-3ドープしたInP、ｐキャップ層18
は亜鉛を８×1018cm-3ドープしたInGaAsP（Eg＝1.13e
V）層、ｎバッファ層13は硫黄（Ｓ）を１×1018cm-3ド
ープしたInP層、高抵抗電流ブロック層14はチタニウム
（Ti）を１×1016cm-3ドープしたInP層から構成されて
いる。そして半導体基板15にはＳドープInP基板が用い
られている。
この半導体レーザは以下に述べる方法で製作された。
初めに、通常の方法で得られたダブルヘテロ（DH）結晶
を第１図に示されるようにストライプ状にケミカルエッ
チングで活性領域を横幅約１ミクロンのメサ状にする。
その後、ハイドライド気相成長法によって、TiドープIn
Pからなる高抵抗電流ブロック層14を形成した。ハイド
ライド気相成長法によってTiドープInP層を形成する場
合、In原料としてInメタルとHClガスを高温で反応させ
て得られるInClガスを用い、Ｐ原料としてPH3ガスを用
い、Ti原料としてTiCl4を用いた。
初めに、通常の方法で得られたダブルヘテロ（DH）結晶
を第１図に示されるようにストライプ状にケミカルエッ
チングで活性領域を横幅約１ミクロンのメサ状にする。
その後、ハイドライド気相成長法によって、TiドープIn
Pからなる高抵抗電流ブロック層14を形成した。ハイド
ライド気相成長法によってTiドープInP層を形成する場
合、In原料としてInメタルとHClガスを高温で反応させ
て得られるInClガスを用い、Ｐ原料としてPH3ガスを用
い、Ti原料としてTiCl4を用いた。
この半導体レーザの室温における閾電流は18mAと低
く、かつ外部微分量子効率ηｄは0.27mW/mA,最高光出力
Lmは55mWであり、高効率，高出力が得られた。また、変
調特性では6GHz以上の高速変調動作が得られた。
く、かつ外部微分量子効率ηｄは0.27mW/mA,最高光出力
Lmは55mWであり、高効率，高出力が得られた。また、変
調特性では6GHz以上の高速変調動作が得られた。
第２図は本発明の第２の実施例の半導体レーザを示す
断面図である。第１図に示した第１の実施例と異なる点
は、活性領域21の横幅を１μｍ程度に制御するためにIn
GaAsPを選択エッチングさせてくびれさせた点である。
このようなくびれ部29を有するメサに第１の実施例と同
じ方法でTiドープInP層をハイドライド気相成長法で埋
め込むと、くびれ部29に高抵抗電流ブロック層24が形成
される。この実施例では、第１の実施例に比べて、溝形
状によらず活性層幅を任意の幅に制御することが可能で
ある。
断面図である。第１図に示した第１の実施例と異なる点
は、活性領域21の横幅を１μｍ程度に制御するためにIn
GaAsPを選択エッチングさせてくびれさせた点である。
このようなくびれ部29を有するメサに第１の実施例と同
じ方法でTiドープInP層をハイドライド気相成長法で埋
め込むと、くびれ部29に高抵抗電流ブロック層24が形成
される。この実施例では、第１の実施例に比べて、溝形
状によらず活性層幅を任意の幅に制御することが可能で
ある。
この半導体レーザは第１の実施例と同様に高速動作が
得られた。室温におけるηｄは0.27mW/mA,Lmは60mWであ
り、やはり高効率，高出力が得られた。
得られた。室温におけるηｄは0.27mW/mA,Lmは60mWであ
り、やはり高効率，高出力が得られた。
上記第1,第２の実施例では、活性領域に波長1.3ミク
ロンで発振する組成のInGaAsPを用いたが、この組成に
限定されないのは明らかである。
ロンで発振する組成のInGaAsPを用いたが、この組成に
限定されないのは明らかである。
上記第1,第２の実施例では、高抵抗電流ブロック層に
InPが用いられたが、InGaAsPでも良い。
InPが用いられたが、InGaAsPでも良い。
上記第1,第２の実施例では、InGaAsP/InP半導体材料
が用いられたが、GaAlAs/GaAs,InGaAlAs/InP等の他のII
I−Ｖ族半導体材料からなる半導体レーザにも本発明は
同様に適用可能である。
が用いられたが、GaAlAs/GaAs,InGaAlAs/InP等の他のII
I−Ｖ族半導体材料からなる半導体レーザにも本発明は
同様に適用可能である。
上記第1,第２の実施例では、活性領域の下側をｎ型，
上側をｐ型としたが、本発明では下側をｐ型，上側をｎ
型としても良い。
上側をｐ型としたが、本発明では下側をｐ型，上側をｎ
型としても良い。
（発明の効果） 本発明による半導体レーザは、高抵抗電流ブロック層
にドープされた不純物が拡散定数の小さいTiであるから
活性領域の発光効率が低下せず、この半導体レーザは高
効率，高出力で発振する。さらに、電流ブロック層が高
抵抗であるから、静電容量が非常に小さく高速の変調が
可能である。
にドープされた不純物が拡散定数の小さいTiであるから
活性領域の発光効率が低下せず、この半導体レーザは高
効率，高出力で発振する。さらに、電流ブロック層が高
抵抗であるから、静電容量が非常に小さく高速の変調が
可能である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例の半導体レーザを示す断
面図であり、第２図は本発明の第２の実施例の半導体レ
ーザを示す断面図であり、第３図は従来の半導体レーザ
を示す断面図である。 11,21,31……活性領域、12,22,32……ｐクラッド層、1
3,23,33……ｎバッファ層、14,24……高抵抗電流ブロッ
ク層、15,25,35……半導体基板、16,26,36……ｐ側電
極、17,27,37……ｎ側電極、18,28,38……ｐキャップ
層、29……くびれ部、34……Feがドープされた高抵抗
層。
面図であり、第２図は本発明の第２の実施例の半導体レ
ーザを示す断面図であり、第３図は従来の半導体レーザ
を示す断面図である。 11,21,31……活性領域、12,22,32……ｐクラッド層、1
3,23,33……ｎバッファ層、14,24……高抵抗電流ブロッ
ク層、15,25,35……半導体基板、16,26,36……ｐ側電
極、17,27,37……ｎ側電極、18,28,38……ｐキャップ
層、29……くびれ部、34……Feがドープされた高抵抗
層。
Claims (1)
- 【請求項１】活性領域を該活性領域の屈折率より低い屈
折率を有しかつ該活性領域の禁制帯幅より大きい禁制帯
幅を有する半導体で囲んだ埋込み構造半導体レーザにお
いて、前記活性領域の上側および下側の層のうち一方が
ｎ型で他方がｐ型であり、前記活性領域を該活性領域の
長手軸の左右両側から埋込む領域はチタニウムがドーピ
ングされた高抵抗電流ブロック層で形成されていること
を特徴とする埋込み構造半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62010812A JP2522281B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 埋込み構造半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62010812A JP2522281B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 埋込み構造半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63178576A JPS63178576A (ja) | 1988-07-22 |
| JP2522281B2 true JP2522281B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=11760757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62010812A Expired - Fee Related JP2522281B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 埋込み構造半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2522281B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6167072A (en) * | 1997-06-06 | 2000-12-26 | University Of Florida | Modulated cap thin p-clad semiconductor laser |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP62010812A patent/JP2522281B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63178576A (ja) | 1988-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |