JP2921053B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
Semiconductor light emitting deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は通信、演算あるいは計測装置等に用いられる
半導体発光装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor light emitting device used for a communication, arithmetic or measuring device.
近年、InGaAsP系半導体レーザの高出力に関してはめ
ざましい進展がみられた。これは、広い電流領域に亘っ
て漏れ電流が少ない埋め込み技術が確立されたためであ
り、最近では室温・パルス駆動において200mWを越える
高出力動作も実現されている。このような技術の進展に
伴い、光ファイバーの障害点探査(OTDP:Optical Time
Domain Reflectometer)用光源としての応用や、宇宙空
間における衛星間通信、エルビウムドープファイバ(ED
F:Er Doped Fiber)アンプの励起用光源として期待され
ている。In recent years, remarkable progress has been made regarding the high power of InGaAsP semiconductor lasers. This is because an embedding technique with a small leakage current has been established over a wide current range, and recently, a high output operation exceeding 200 mW has been realized at room temperature and pulse driving. With the advancement of such technology, fault detection of optical fiber (OTDP: Optical Time
Application as a light source for Domain Reflectometer, intersatellite communication in outer space, erbium-doped fiber (ED
It is expected as a light source for excitation of F: Er Doped Fiber) amplifier.
このような高出力半導体レーザとしては、例えばサカ
キバラ(Y.Sakakibara)等がジャーナル・オブ・ライト
ウェーブ・テクノロジー誌LT−3巻978−983頁(J.Ligh
twave Technology,vol.LT−3,pp 978−983(1985))に
報告しているように、p系半導体基板上に逆接合電流ブ
ロック層を成長した半導体層にV字形状の溝を形成後、
液相成長(LPE)法により三日月形の活性層を形成し
た、いわゆるベリド・クレセント(Buried Cresent(B
C))構造半導体レーザがある。p形基板を用いた半導
体レーザの方が高出力の点で有利であるのは、逆接合電
流ブロック層の耐圧がn形基板の場合より高く、また接
合上のn形半導体の電気抵抗が小さいためと考えられて
いる。As such a high-power semiconductor laser, for example, Y. Sakakibara et al., Journal of Lightwave Technology, LT-3, pp. 978-983 (J. Ligh
As reported in twave Technology, vol. LT-3, pp 978-983 (1985)), after forming a V-shaped groove in a semiconductor layer having a reverse junction current blocking layer grown on a p-type semiconductor substrate. ,
A so-called buried crescent (B) in which a crescent-shaped active layer is formed by a liquid phase epitaxy (LPE) method
C)) There are structural semiconductor lasers. The advantage of the semiconductor laser using the p-type substrate in terms of high output is that the withstand voltage of the reverse junction current block layer is higher than that of the n-type substrate, and the electrical resistance of the n-type semiconductor on the junction is smaller. It is thought to be.
しかしながら、BC構造半導体レーザでは、溝形成や埋
め込みの制御性が難しく、また分布帰還型(DFB:Distri
buted Feedback)構造の作製が困難である等の欠点を有
していた。また例えば、DC−PBH(Double Channel−Pla
nar Buried Heterostructure)構造などの埋め込み構造
(BH:Buried Heterostructure)半導体レーザにおいて
p形基板を用いた場合では、n形電流ブロック生が低抵
抗であるため漏れ電流が極めて大きく、良好なBHレーザ
を作製するのは困難であった。However, in a BC semiconductor laser, it is difficult to control the formation and filling of grooves, and a distributed feedback (DFB:
buted Feedback) structure. Also, for example, DC-PBH (Double Channel-Pla
When a p-type substrate is used in a buried structure (BH: Buried Heterostructure) semiconductor laser such as a nar Buried Heterostructure structure, the leakage current is extremely large due to the low resistance of the n-type current block, and a good BH laser is manufactured. It was difficult to do.
本発明では、半導体基板上部に活性層及び活性層上
に、第1の半導体層を備え、少なくとも半導体基板と活
性層の間に半導体基板と組成の異なる第2半導体層、お
よび第2の半導体層と活性層の間に第3の半導体層を備
え、発光領域の両脇に少なくとも第2の半導体層まで除
去した溝を備え、発光領域以外において、少なくとも第
3の半導体層まで除去し発光領域以外を発光領域よりも
低くし、溝を電流ブロック層で埋め込んだという構造を
有する。これにより、活性層上の第1の半導体層と、第
1の半導体層と同一の導電形の電流ブロック層との接触
面積を最小限に抑えることができ、上記半導体層を埋め
込んだ場合においても、漏れ電流の少ない良好なBHレー
ザを得ている。According to the present invention, an active layer is provided on a semiconductor substrate, and a first semiconductor layer is provided on the active layer, a second semiconductor layer having a different composition from the semiconductor substrate at least between the semiconductor substrate and the active layer, and a second semiconductor layer A third semiconductor layer is provided between the active layer and the active layer, and a groove removed to at least the second semiconductor layer is provided on both sides of the light emitting region. Is made lower than the light emitting region, and the trench is filled with the current blocking layer. Thereby, the contact area between the first semiconductor layer on the active layer and the current blocking layer of the same conductivity type as the first semiconductor layer can be minimized, and even when the semiconductor layer is embedded. A good BH laser with low leakage current has been obtained.
〔実施例1〕 本発明による半導体レーザの断面図を第1図に示す。
またその作製方の一例を第2図を参照して以下に詳細に
説明する。結晶成長法としてはLPE法を用いた。Example 1 FIG. 1 shows a sectional view of a semiconductor laser according to the present invention.
Further, an example of the manufacturing method will be described in detail below with reference to FIG. The LPE method was used as a crystal growth method.
p−InP基板10上に、p−InPバッファ層(キャリア濃
度p=1×1018cm-3)20、p−InGaAsP層(p=3×10
17cm-3;厚さ約0.2μm)30、p−InP層40(p=1×10
18cm-3;厚さ約1μm)、アンドープInGaAsP活性層50
(1.3μm組成;厚さ0.5μm)、n−InPクラッド層60
(n=1×1018cm-3)を順次成長(第2図(a))した
後、Br系エッチング液によりU字形状の溝を形成する
(第2図(b))。溝の幅は約5μm、深さは約3μm
である。その後、フォトリソグラフィー法によりフォト
レジスト5を形成後、選択エッチングにより溝部外側の
n−InP層60、InGaAsP50、p−InP層40を順次除去する
(第2図(c))。フォトレジスト5を除去した後、LP
E法により順次p−InPブロック層70(n=1×1018c
m-3)、p−InPブロック層80(p=1×1018cm-3)n−
InP埋め込み層90(n=1×1018cm-3)、n−InGaAsPコ
ンタクト層95を成長させた。本構造によれば、nブロッ
ク層70に流れるキャリアがp−InP20から注入されるキ
ャリアと、溝両側のInGaAsP層30において再結合するこ
とによって半導体層20,70,80,90からなる電流ブロック
領域のターンオンを抑制するため、従来のDC−PBH構造
と同様の長所を備えている。On a p-InP substrate 10, a p-InP buffer layer (carrier concentration p = 1 × 10 18 cm −3 ) 20 and a p-InGaAsP layer (p = 3 × 10
17 cm -3 ; thickness about 0.2 μm) 30, p-InP layer 40 (p = 1 × 10
18 cm -3 ; thickness about 1 μm), undoped InGaAsP active layer 50
(1.3 μm composition; thickness 0.5 μm), n-InP cladding layer 60
(N = 1 × 10 18 cm -3) the successively grown (Figure 2 (a)). Thereafter, the Br-based etching solution to form a groove U-shaped (FIG. 2 (b)). Groove width is about 5μm, depth is about 3μm
It is. Then, after forming the photoresist 5 by photolithography, the n-InP layer 60, InGaAsP50, and p-InP layer 40 outside the groove are sequentially removed by selective etching (FIG. 2 (c)). After removing the photoresist 5, the LP
The p-InP block layer 70 (n = 1 × 10 18 c
m -3 ), p-InP blocking layer 80 (p = 1 × 10 18 cm -3 ) n-
An InP buried layer 90 (n = 1 × 10 18 cm −3 ) and an n-InGaAsP contact layer 95 were grown. According to this structure, the carriers flowing into the n-block layer 70 are recombined with the carriers injected from the p-InP 20 in the InGaAsP layer 30 on both sides of the groove, so that the current blocking region including the semiconductor layers 20, 70, 80, and 90 is formed. In order to suppress turn-on of the DC-PBH structure, it has the same advantages as the conventional DC-PBH structure.
上記の方法により形成した半導体レーザウエハを500
μmの共振器長としてへき開し、前方および後方端面に
それぞれ反射率10%、90%のコーティングを施したのち
素子特性を評価したところ、室温において発振しきい値
は15〜20mAであった。これから漏れ電流は、従来のn形
基板を用いたBH構造の構造の場合と同程度の5〜10mAと
考えられる。従って、本発明によれば、p形基板を用い
たBH構造においても、nブロック層70からnクラッド層
60へ流れる漏れ電流を溝外側の半導体層40,50,60を除去
せずに埋め込んだ場合に比べ1/3程度以下に抑制でき
た。特性温度は室温付近において90K、高湿域(50〜90
℃)において60Kが得られた。25℃での最大光出力は、C
W動作において180mW、パルス動作(パルス幅4μs,デュ
ティー0.01)において230mWが得られた。500 semiconductor laser wafers formed by the above method
Cleavage was performed with a cavity length of μm, and the front and rear end faces were coated with a reflectance of 10% and 90%, respectively. After evaluating the device characteristics, the oscillation threshold value at room temperature was 15 to 20 mA. From this, it is considered that the leakage current is 5 to 10 mA, which is almost the same as that of the structure of the BH structure using the conventional n-type substrate. Therefore, according to the present invention, even in the BH structure using the p-type substrate, the n-cladding layer
The leakage current flowing to 60 could be suppressed to about 1/3 or less as compared with the case where the semiconductor layers 40, 50, 60 outside the trench were buried without being removed. Characteristic temperature is 90K near room temperature, high humidity area (50 ~ 90
60 ° C.). The maximum light output at 25 ° C is C
180 mW was obtained in W operation and 230 mW in pulse operation (pulse width 4 μs, duty 0.01).
〔実施例2〕 本発明による第2の実施例を第3図を参照して説明す
る。Embodiment 2 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例と第1の実施例との違いは、溝形成前の成
長、および埋め込み成長をともに気相成長法を用いて行
なったことである。The difference between this embodiment and the first embodiment is that both the growth before the formation of the groove and the burying growth are performed by using the vapor phase growth method.
p−InP基板10上に、p−InPバッファ層(キャリア濃
度p=1×1018cm-3)20、p−InGaAsP層125、p−InP
層40(p=1×1018cm-3)128、アンドープInGaAsP層13
0、p−InP層40(p=1×1018cm-3;厚さ約1μm)、
多重量子井戸構造活性層150(InGaAsウエル;厚さ75Å;
7層、1.2μm組成InGaAsPバリア;厚さ150Å)、n−In
Pクラッド層60(n=1×1018cm-3)を順次MODPE(有機
金属気相成長)法により成長した後、例えばSiO2等の絶
縁膜をマスクとして用い、HCl系エッチング液によりU
字形状の溝を形成する。溝の幅は約5μm、深さは約3
μmである。その後、フォトリソグラフィー法によりフ
ォトレジストを形成後、選択エッチングにより溝部外側
のn−InP層60、多重量子井戸構造活性層150、p−InP
層40を順次除去する。フォトレジストを除去し、溝をエ
ッチングする際に用いたSiO2を残すことにより、MOVPE
法により順次n−InPブロック層70(p=1×1018c
m-3)、p−InPブロック層80(n=1×1018cm-3)、n
−InP埋め込み層90(n=1×1018cm-3)、n−InGaAsP
コンタクト層95を成長させ、発光領域以外を埋め込み、
第3図に示す半導体レーザができる。on the p-InP substrate 10, p-InP buffer layer (carrier concentration p = 1 × 10 18 cm -3 ) 20, p-InGaAsP layer 125, p-InP
Layer 40 (p = 1 × 10 18 cm −3 ) 128, undoped InGaAsP layer 13
0, p-InP layer 40 (p = 1 × 10 18 cm −3 ; thickness about 1 μm),
Multiple quantum well structure active layer 150 (InGaAs well; thickness 75 mm;
7 layers, 1.2 μm composition InGaAsP barrier; thickness 150Å), n-In
After sequentially growing the P cladding layer 60 (n = 1 × 10 18 cm −3 ) by the MODPE (metal organic chemical vapor deposition) method, for example, using an insulating film such as SiO 2 as a mask, U
A U-shaped groove is formed. The width of the groove is about 5 μm and the depth is about 3
μm. Thereafter, after forming a photoresist by photolithography, the n-InP layer 60 outside the trench, the multiple quantum well structure active layer 150, and the p-InP
The layers 40 are sequentially removed. Removing the photoresist, by leaving the SiO 2 was used in etching the grooves, MOVPE
N-InP block layer 70 (p = 1 × 10 18 c
m −3 ), p-InP block layer 80 (n = 1 × 10 18 cm −3 ), n
-InP buried layer 90 (n = 1 × 10 18 cm −3 ), n-InGaAsP
Growing the contact layer 95, embedding the area other than the light emitting area,
The semiconductor laser shown in FIG. 3 is obtained.
気相成長法を用いたことにより、制御性・均一性の良
好な素子を得ることができ、また量子井戸構造を採用で
きることから、素子特性の向上にも大きな効果がある。By using the vapor deposition method, a device having good controllability and uniformity can be obtained, and a quantum well structure can be adopted, which has a great effect on improvement of device characteristics.
以上述べてきたように、本発明によれば電流ブロック
半導体埋め込み層に流れる漏れ電流を最小限に抑えるこ
とができ、半導体レーザの高出力・高効率動作を実現す
ることができる。As described above, according to the present invention, the leakage current flowing through the current block semiconductor buried layer can be minimized, and high output and high efficiency operation of the semiconductor laser can be realized.
第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、第2図は
第1の実施例の作製法の一例を示す工程図、第3図は本
発明の第2の実施例を示す断面図である。 5……フォトレジスト、10……p−InP基板、20……p
−InPバッファ層、30……p−InGaAsP層、40……p−In
P層、50……アンドープInGaAsP活性層、60……n−InP
クラッド層、70……n−InPブロック層、80……p−InP
ブロック層、90……n−InP埋め込み層、95……n−InG
aAsPコンタクト層、130……アンドープInGaAsP層。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process diagram showing an example of a manufacturing method of the first embodiment, and FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. It is sectional drawing. 5 ... photoresist, 10 ... p-InP substrate, 20 ... p
-InP buffer layer, 30 ... p-InGaAsP layer, 40 ... p-In
P layer, 50: undoped InGaAsP active layer, 60: n-InP
Cladding layer, 70: n-InP block layer, 80: p-InP
Block layer, 90 ... n-InP buried layer, 95 ... n-InG
aAsP contact layer, 130 ... undoped InGaAsP layer.
Claims (4)
の半導体層を順次積層し、発光領域となる両脇に溝を形
成し、この溝をさらに半導体層により埋め込んでなる半
導体発光装置において、少なくとも前記半導体基板と活
性層の間に半導体基板と組成の異なる第2半導体層、お
よび第2の半導体層と活性層の間に第3の半導体層を有
し、前記発光領域以外の領域において、少なくとも第3
の半導体層まで除去し、溝部では少なくとも第2の半導
体層まで除去したことを特徴する半導体発光装置。1. A semiconductor device comprising at least an active layer and a first
Semiconductor layers are sequentially laminated, grooves are formed on both sides to be light emitting regions, and the grooves are further filled with a semiconductor layer. In a semiconductor light emitting device, at least the semiconductor substrate and the active layer have a composition between the semiconductor substrate and the active layer. A third semiconductor layer between the second semiconductor layer and the active layer, and a third semiconductor layer between the active layer and the second semiconductor layer.
A semiconductor light emitting device, wherein the semiconductor layer is removed up to at least the second semiconductor layer in the trench.
Pであることを特徴とする請求項1記載の半導体発光装
置。2. A semiconductor substrate comprising InP and a second semiconductor layer comprising InGaAs.
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein P is P.
徴とする請求項1記載の半導体発光装置。3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the conductivity type of the semiconductor substrate is p-type.
記載の半導体発光装置。4. The active layer has a multiple quantum well structure.
14. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19174790A JP2921053B2 (en) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19174790A JP2921053B2 (en) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | Semiconductor light emitting device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0478185A JPH0478185A (en) | 1992-03-12 |
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---|---|---|---|
JP19174790A Expired - Lifetime JP2921053B2 (en) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | Semiconductor light emitting device |
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Country | Link |
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-
1990
- 1990-07-19 JP JP19174790A patent/JP2921053B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0478185A (en) | 1992-03-12 |
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