JP2550711B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- semiconductor laser
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
-
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- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
-
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光・電子集積回路の光源等に適した低しき
い値、プレーナ構造の半導体レーザに関するものであ
る。
い値、プレーナ構造の半導体レーザに関するものであ
る。
従来のプレーナ型半導体レーザの断面図を第３図に示
す。この半導体レーザは半絶縁性GaAs基板（１）の上
に、ｐ−AlGaAsクラッド層（２）、活性領域となる多重
量子井戸層（Multi Quantum Well、MQW）層（23）、
ｎ−AlGaAsクラッド層（４）、GaAsコンタクト層（５）
を順次成長した後、ストライプ状の領域を残して片側に
Siを、もう一方の側にZnを選択的に拡散し、さらにコン
タクト層（５）中のpn接合部分をエッチングにより除去
し、Si拡散領域の表面にｎ電極（８）を、Zn拡散領域の
表面にｐ電極（９）を形成したものである。MQW活性層
（23）のZn拡散領域（27）およびSi拡散領域（26）中に
含まれる部分は量子井戸構造が無秩序化され、平均的な
組成のAlGaAs層になる。したがって、ストライプ状のMQ
W活性領域がAlGaAs中に埋込まれた構造となっている。
す。この半導体レーザは半絶縁性GaAs基板（１）の上
に、ｐ−AlGaAsクラッド層（２）、活性領域となる多重
量子井戸層（Multi Quantum Well、MQW）層（23）、
ｎ−AlGaAsクラッド層（４）、GaAsコンタクト層（５）
を順次成長した後、ストライプ状の領域を残して片側に
Siを、もう一方の側にZnを選択的に拡散し、さらにコン
タクト層（５）中のpn接合部分をエッチングにより除去
し、Si拡散領域の表面にｎ電極（８）を、Zn拡散領域の
表面にｐ電極（９）を形成したものである。MQW活性層
（23）のZn拡散領域（27）およびSi拡散領域（26）中に
含まれる部分は量子井戸構造が無秩序化され、平均的な
組成のAlGaAs層になる。したがって、ストライプ状のMQ
W活性領域がAlGaAs中に埋込まれた構造となっている。
次に動作について説明する。この半導体レーザにおい
ては、pn接合はAlGaAs層中に拡散により形成されたpn接
合およびMQW活性層（23）の無秩序化されずに残された
部分に沿ったPn接合から成っている。この半導体レーザ
に順方向電圧を印加した場合、前者のpn接合は後者のPn
接合よりも、ポテンシャル障壁が高いために、電流はMQ
W活性層に沿ったpn接合を通して活性層に注入されレー
ザ発振を生じる。また、MQW層が無秩序化された部分の
屈折率はMQW層の屈折率よりも小さくなるので、活性領
域は屈折率導波型導波路となり、安定した基本横モード
発振が得られる。この半導体レーザはｐおよびｎ電極が
同一面上にあるいわゆるプレーナ構造であり、電子デバ
イス等との集積化に適している。
ては、pn接合はAlGaAs層中に拡散により形成されたpn接
合およびMQW活性層（23）の無秩序化されずに残された
部分に沿ったPn接合から成っている。この半導体レーザ
に順方向電圧を印加した場合、前者のpn接合は後者のPn
接合よりも、ポテンシャル障壁が高いために、電流はMQ
W活性層に沿ったpn接合を通して活性層に注入されレー
ザ発振を生じる。また、MQW層が無秩序化された部分の
屈折率はMQW層の屈折率よりも小さくなるので、活性領
域は屈折率導波型導波路となり、安定した基本横モード
発振が得られる。この半導体レーザはｐおよびｎ電極が
同一面上にあるいわゆるプレーナ構造であり、電子デバ
イス等との集積化に適している。
この半導体レーザでは作製プロセスにおいて、MQW層
を無秩序化して導波路を形成するために、SiおよびZnを
３×1018cm-3程度以上の高濃度に拡散する必要がある。
ところが高濃度不純物が存在すると自由キャリア吸収が
大きくなるため、導波路を伝搬する光に対して伝搬損失
が大きくなる。レーザ発振は利得が伝搬損失に等しくな
るまで増大した時点で起こるので、損失が大きくなれば
発振に必要な電流すなわち、しきい値電流も大きくなっ
てしまう。特に、量子井戸レーザでは電流を増しても利
得が飽和する傾向が大きいので、しきい値電流は損失に
大きく依存し、低しきい値を得るためには損失を小さく
することが絶対に必要である。
を無秩序化して導波路を形成するために、SiおよびZnを
３×1018cm-3程度以上の高濃度に拡散する必要がある。
ところが高濃度不純物が存在すると自由キャリア吸収が
大きくなるため、導波路を伝搬する光に対して伝搬損失
が大きくなる。レーザ発振は利得が伝搬損失に等しくな
るまで増大した時点で起こるので、損失が大きくなれば
発振に必要な電流すなわち、しきい値電流も大きくなっ
てしまう。特に、量子井戸レーザでは電流を増しても利
得が飽和する傾向が大きいので、しきい値電流は損失に
大きく依存し、低しきい値を得るためには損失を小さく
することが絶対に必要である。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、不純物による吸収損失が低減され、低しき
い値発振が可能な半導体レーザを得ることを目的とす
る。
れたもので、不純物による吸収損失が低減され、低しき
い値発振が可能な半導体レーザを得ることを目的とす
る。
この発明の特許請求の範囲（１）に係る半導体レーザ
は、第１の導伝型層上にストライプ状に形成された活性
層と、第１導電型層上に上記活性層を覆うように形成さ
れた第２導電型層と、活性層の片方側に活性層と離れ、
且つ、両導電型層を跨ぐよう拡散またはイオン注入によ
り形成された第１導電型領域と、活性層の他方側に活性
層と離れ、且つ、両導電型層を跨ぐよう拡散またはイオ
ン注入により形成された第２導電型領域と、各導電型領
域上の表面のいずれか一方に形成された陽電極および他
方に形成された陰電極とを備えたものである。又、この
発明の特許請求の範囲（２）に係る半導体レーザは、第
１の導電型層上にストライプ状に形成された活性層と、
第１導電型層上に活性層を覆うように形成された第２導
電型層と、活性層を挟んで両側に活性層と離れ、且つ、
両導電型層を跨ぐよう、且つ、第１導電型層と同一導電
型にて拡散またはイオン注入により形成された一対の第
１導電型領域と、両第１導電型領域上の表面にそれぞれ
形成された陽電極あるいは陰電極と、両第１導電型領域
にて挟持された第２の導電型層上の表面に、両第１導電
型領域上に形成された電極と異なる側の陽電極あるいは
陰電極とを備えたものである 〔作 用〕 この発明における半導体レーザでは拡散領域を活性領
域から離して形成したので、活性領域およびその周囲の
不純物濃度が大幅に低減され、その結果吸収損失が小さ
くなる。そのため、しきい値電流の低減が可能となり、
特に量子井戸レーザにおいては極低しきい値が実現でき
る。
は、第１の導伝型層上にストライプ状に形成された活性
層と、第１導電型層上に上記活性層を覆うように形成さ
れた第２導電型層と、活性層の片方側に活性層と離れ、
且つ、両導電型層を跨ぐよう拡散またはイオン注入によ
り形成された第１導電型領域と、活性層の他方側に活性
層と離れ、且つ、両導電型層を跨ぐよう拡散またはイオ
ン注入により形成された第２導電型領域と、各導電型領
域上の表面のいずれか一方に形成された陽電極および他
方に形成された陰電極とを備えたものである。又、この
発明の特許請求の範囲（２）に係る半導体レーザは、第
１の導電型層上にストライプ状に形成された活性層と、
第１導電型層上に活性層を覆うように形成された第２導
電型層と、活性層を挟んで両側に活性層と離れ、且つ、
両導電型層を跨ぐよう、且つ、第１導電型層と同一導電
型にて拡散またはイオン注入により形成された一対の第
１導電型領域と、両第１導電型領域上の表面にそれぞれ
形成された陽電極あるいは陰電極と、両第１導電型領域
にて挟持された第２の導電型層上の表面に、両第１導電
型領域上に形成された電極と異なる側の陽電極あるいは
陰電極とを備えたものである 〔作 用〕 この発明における半導体レーザでは拡散領域を活性領
域から離して形成したので、活性領域およびその周囲の
不純物濃度が大幅に低減され、その結果吸収損失が小さ
くなる。そのため、しきい値電流の低減が可能となり、
特に量子井戸レーザにおいては極低しきい値が実現でき
る。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例である半導体レーザを示す断
面図である。この半導体レーザでは半絶縁性GaAs基板
（１）上にｐ−AlGaAsクラッド層（２）、MQW活性層
（３）を順次成長した後、写真製版、エッチングにより
活性層（３）を幅２μｍ程度のストライプ状に形成す
る。続いて、２回目の結晶成長でｎ−AlGaAsクラッド層
（４）、GaAsコンタクト層（５）を成長する。次に、活
性層の片側にSiを選択的に拡散し、ｎ形領域（６）を活
性層（３）から１〜２μｍ程度離して形成し、さらにも
う一方の側にZnを選択的に拡散しｐ形領域（７）を同様
に活性層（３）から１〜２μｍ程度離して形成する。次
に、GaAsコンタクト層中のpn接合部分をエッチングによ
り除去し、ｎおよびｐ領域上にそれぞれ電極（８）およ
び（９）を形成してこの半導体レーザが完成する。
１図はこの発明の一実施例である半導体レーザを示す断
面図である。この半導体レーザでは半絶縁性GaAs基板
（１）上にｐ−AlGaAsクラッド層（２）、MQW活性層
（３）を順次成長した後、写真製版、エッチングにより
活性層（３）を幅２μｍ程度のストライプ状に形成す
る。続いて、２回目の結晶成長でｎ−AlGaAsクラッド層
（４）、GaAsコンタクト層（５）を成長する。次に、活
性層の片側にSiを選択的に拡散し、ｎ形領域（６）を活
性層（３）から１〜２μｍ程度離して形成し、さらにも
う一方の側にZnを選択的に拡散しｐ形領域（７）を同様
に活性層（３）から１〜２μｍ程度離して形成する。次
に、GaAsコンタクト層中のpn接合部分をエッチングによ
り除去し、ｎおよびｐ領域上にそれぞれ電極（８）およ
び（９）を形成してこの半導体レーザが完成する。
次に動作について説明する。活性層（３）はｐ形また
はｎ形のいずれでもよいが、ここではｐ形であるものと
して説明する。この半導体レーザではpn接合は次の４つ
の部分からなっている。すなわち、ｎ−AlGaAsクラッ
ド層（４）中のZn拡散領域端、ｎ−AlGaAsクラッド層
（４）とｐ−AlGaAsクラッド層（２）との境界のうち、
拡散領域に含まれない活性層（３）の両脇の部分、ｎ
−AlGaAsクラッド層（４）と活性層（３）の境界、ｐ
−AlGaAsクラッド層（２）中のSi拡散領域端である。こ
の半導体レーザに順方向電圧を印加した場合、上記のpn
接合のいち、，，はポテンシャル障壁が高いため
に電流はほとど流れず、ポテンシャル障壁の低いのpn
接合を流れ活性層（３）にキャリアを注入する。
はｎ形のいずれでもよいが、ここではｐ形であるものと
して説明する。この半導体レーザではpn接合は次の４つ
の部分からなっている。すなわち、ｎ−AlGaAsクラッ
ド層（４）中のZn拡散領域端、ｎ−AlGaAsクラッド層
（４）とｐ−AlGaAsクラッド層（２）との境界のうち、
拡散領域に含まれない活性層（３）の両脇の部分、ｎ
−AlGaAsクラッド層（４）と活性層（３）の境界、ｐ
−AlGaAsクラッド層（２）中のSi拡散領域端である。こ
の半導体レーザに順方向電圧を印加した場合、上記のpn
接合のいち、，，はポテンシャル障壁が高いため
に電流はほとど流れず、ポテンシャル障壁の低いのpn
接合を流れ活性層（３）にキャリアを注入する。
この半導体レーザでは拡散領域が活性層（３）から離
れて形成されているので活性層および活性層周囲の不純
物濃度を低減することができ、その結果、自由キャリア
吸収による吸収損失が小さくなり、低しきい値での発振
が可能になる。ZnやSiの拡散では拡散フロントでの濃度
変化は急峻であり、また、活性層から横方向への光の滲
み出しは１μｍ程度であるので、拡散領域は活性層から
それぞれ１μｍ程度離せば十分である。
れて形成されているので活性層および活性層周囲の不純
物濃度を低減することができ、その結果、自由キャリア
吸収による吸収損失が小さくなり、低しきい値での発振
が可能になる。ZnやSiの拡散では拡散フロントでの濃度
変化は急峻であり、また、活性層から横方向への光の滲
み出しは１μｍ程度であるので、拡散領域は活性層から
それぞれ１μｍ程度離せば十分である。
なお、上記実施例では活性層（３）が多重量子井戸構
造である場合について説明したが、単一量子井戸であっ
てもよく、また、量子井戸でない通常の厚さの活性層で
あってもよい。また、活性層（３）のみをストライプ状
に形成するのではなく、SCH（Sepurate Confinement
Heterostructure）構造あるいはGRIN（Graded Index）
−SCH構造の閉じ込め層も含めてストライプ状に形成し
てもよい。また、上記実施例では活性層（３）の両側で
異なる導電型の不純物を拡散した半導体レーザについて
述べたが、第２図のように下側のクラッド層（２）と同
一道電型の不純物を活性層（３）の両側に拡散し拡散領
域の表面、および拡散していない領域の表面にそれぞれ
電極（８）（９）を設けてもよい。
造である場合について説明したが、単一量子井戸であっ
てもよく、また、量子井戸でない通常の厚さの活性層で
あってもよい。また、活性層（３）のみをストライプ状
に形成するのではなく、SCH（Sepurate Confinement
Heterostructure）構造あるいはGRIN（Graded Index）
−SCH構造の閉じ込め層も含めてストライプ状に形成し
てもよい。また、上記実施例では活性層（３）の両側で
異なる導電型の不純物を拡散した半導体レーザについて
述べたが、第２図のように下側のクラッド層（２）と同
一道電型の不純物を活性層（３）の両側に拡散し拡散領
域の表面、および拡散していない領域の表面にそれぞれ
電極（８）（９）を設けてもよい。
また、この発明はAlGaAs系の材料を用いた半導体レー
ザのみならず、InP系の材料を用いた半導体レーザにも
適用できる。
ザのみならず、InP系の材料を用いた半導体レーザにも
適用できる。
以上のようにこの発明によれば、拡散領域を活性層か
ら離して形成したので、不純物による吸収損失を低減で
き、低しきい値のプレーナ構造の半導体レーザが得られ
る。
ら離して形成したので、不純物による吸収損失を低減で
き、低しきい値のプレーナ構造の半導体レーザが得られ
る。
第１図はこの発明の一実施例である半導体レーザを示す
断面図、第２図はこの発明の他の実施例である半導体レ
ーザを示す断面図、第３図は従来のプレーナ構造の半導
体レーザを示す断面図である。図において、（１）は半
絶縁性GaAs基板、（２）はｐ−AlGaAsクラッド層、
（３）はMQW活性層、（４）はｎ−AlGaAsクラッド層、
（５）はGaAsコンタクト層、（６）はSi拡散領域、
（７）（17）はZn拡散領域、（８）（18）はｎ電極、
（９）（19）はｐ電極を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
断面図、第２図はこの発明の他の実施例である半導体レ
ーザを示す断面図、第３図は従来のプレーナ構造の半導
体レーザを示す断面図である。図において、（１）は半
絶縁性GaAs基板、（２）はｐ−AlGaAsクラッド層、
（３）はMQW活性層、（４）はｎ−AlGaAsクラッド層、
（５）はGaAsコンタクト層、（６）はSi拡散領域、
（７）（17）はZn拡散領域、（８）（18）はｎ電極、
（９）（19）はｐ電極を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】第１の導電型層上にストライプ状に形成さ
れた活性層と、上記第１導電型層上に上記活性層を覆う
ように形成された第２導電型層と、上記活性層の片方側
に上記活性層と離れ、且つ、上記両導電型層を跨ぐよう
拡散またはイオン注入により形成された第１導電型領域
と、上記活性層の他方側に上記活性層と離れ、且つ、上
記両導電型層を跨ぐよう拡散またはイオン注入により形
成された第２導電型領域と、上記各導電型領域上の表面
のいずれか一方に形成された陽電極および他方に形成さ
れた陰電極とを備えたことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】第１の導電型層上にストライプ状に形成さ
れた活性層と、上記第１導電型層上に上記活性層を覆う
ように形成された第２導電型層と、上記活性層を挟んで
両側に上記活性層と離れ、且つ、上記両導電型層を跨ぐ
よう、且つ、上記第１導電型層と同一導電型にて拡散ま
たはイオン注入により形成された一対の第１導電型領域
と、上記両第１導電型領域上の表面にそれぞれ形成され
た陽電極あるいは陰電極と上記両第１導電型領域にて挟
持された上記第２導電型層上の表面に、上記両第１導電
型領域上に形成された電極と異なる側の陽電極あるいは
陰電極とを備えたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1164714A JP2550711B2 (ja) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1164714A JP2550711B2 (ja) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330384A JPH0330384A (ja) | 1991-02-08 |
| JP2550711B2 true JP2550711B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=15798492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1164714A Expired - Lifetime JP2550711B2 (ja) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2550711B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56104488A (en) * | 1980-01-23 | 1981-08-20 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser element |
| JPS61271886A (ja) * | 1985-05-27 | 1986-12-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS63169086A (ja) * | 1987-01-06 | 1988-07-13 | Fujikura Ltd | 埋込型半導体レ−ザの製造方法 |
-
1989
- 1989-06-27 JP JP1164714A patent/JP2550711B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0330384A (ja) | 1991-02-08 |
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