JP3044604B2 - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JP3044604B2
JP3044604B2 JP9020536A JP2053697A JP3044604B2 JP 3044604 B2 JP3044604 B2 JP 3044604B2 JP 9020536 A JP9020536 A JP 9020536A JP 2053697 A JP2053697 A JP 2053697A JP 3044604 B2 JP3044604 B2 JP 3044604B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
するものであり、特に1.3μm帯の高温における低し
きい値で、温度特性に優れた、冷却機構の必要ない半導
体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly, to a semiconductor laser having a low threshold value at a high temperature in a 1.3 μm band, excellent in temperature characteristics, and requiring no cooling mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】加入者系光通信用の1.3μm帯半導体
レーザには、高温度範囲で動作する性能が要求されてい
る。高温で半導体レーザの特性が劣化する一つの原因と
して、活性層に注入されたキャリア(特に電子)が熱に
より高エネルギー状態となって障壁層の高さを超え、活
性層からオーバーフローし、発光効率が低下することが
挙げられる。
2. Description of the Related Art A 1.3 .mu.m band semiconductor laser for subscriber optical communication is required to be capable of operating in a high temperature range. One of the causes of the deterioration of the characteristics of semiconductor lasers at high temperatures is that the carriers (especially electrons) injected into the active layer become high-energy states due to heat, exceed the height of the barrier layer, overflow the active layer, and emit light. Is reduced.

【0003】量子井戸層を有する半導体レーザにおいて
は、この電子の量子井戸層からのオーバーフローを抑制
するために、量子井戸層と障壁層との伝導帯のエネルギ
ー不連続値を大きくするような量子井戸構造が有効であ
ると考えられる。障壁層にAlを含む混晶を用いた量子
井戸構造は、この伝導帯バンド不連続値を大きくとれる
ため、高温度特性が期待される。ザー(Zah)らは、
「アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・カンタ
ム・エレクトロニクス(IEEE J.Quantum Electron.)」
第30巻第2号511−523頁(1994年)におい
て、AlGaInAsを障壁層として用いた半導体レー
ザにおいて良好な温度特性が得られたことを報告してい
る。
In a semiconductor laser having a quantum well layer, in order to suppress the overflow of electrons from the quantum well layer, a quantum well having a large energy discontinuity in the conduction band between the quantum well layer and the barrier layer is used. The structure is considered valid. A quantum well structure using a mixed crystal containing Al for the barrier layer can have a large conduction band discontinuity, so that high temperature characteristics are expected. Zah et al.
"IEJ Journal of Quantum Electronics (IEEE J. Quantum Electron.)"
Vol. 30, No. 2, pp. 511-523 (1994) reports that good temperature characteristics were obtained in a semiconductor laser using AlGaInAs as a barrier layer.

【0004】また、量子井戸層を歪量子井戸構造にする
ことで、価電子帯のバンド構造を変化させ、しきい値電
流密度を低減できることが報告されている。特に1.3
μm帯の半導体レーザでは、歪InAsP量子井戸層を
用いることによる低しきい値化が報告されている。大橋
らは、「エレクトロニクス レターズ(Electronicslet
ters)」第31巻第7号556頁(1995年)におい
て、InAsP歪量子井戸層とInGaAsP障壁層で
形成された歪量子井戸半導体レーザにおいて、低しきい
値、高効率特性を報告している。
Further, it has been reported that the threshold current density can be reduced by changing the valence band structure by forming the quantum well layer into a strained quantum well structure. Especially 1.3
It has been reported that in semiconductor lasers in the μm band, the threshold is lowered by using a strained InAsP quantum well layer. Ohashi et al., “Electronicsletters (Electronicslet
Vol. 31, No. 7, p. 556 (1995), reports a low threshold value and high efficiency characteristics of a strained quantum well semiconductor laser formed of an InAsP strained quantum well layer and an InGaAsP barrier layer. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ザーら
の報告した半導体レーザでは、量子井戸活性層にAlG
aInAs層を用いているため低しきい値化が困難であ
る。一般に、量子井戸層がAlを含んだ材料系で構成さ
れていると、量子井戸の非発光再結合寿命が短くなるた
め低しきい値化が困難となる。
However, in the semiconductor laser reported by Zar et al., An AlG
Since the aInAs layer is used, it is difficult to lower the threshold. In general, when the quantum well layer is made of a material containing Al, the non-radiative recombination lifetime of the quantum well becomes short, so that it is difficult to lower the threshold.

【0006】一方、大橋らによって報告された半導体レ
ーザでは、障壁層がInGaAsP層で構成されている
ため、高温時のキャリアオーバーフローが大きくその特
性温度は60〜70Kと小さい。
On the other hand, in the semiconductor laser reported by Ohashi et al., Since the barrier layer is composed of an InGaAsP layer, the carrier overflow at a high temperature is large and its characteristic temperature is as small as 60 to 70K.

【0007】そこで本発明の目的は、低しきい値でかつ
高特性温度を有する半導体レーザを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a low threshold value and a high characteristic temperature.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
Means for Solving the Problems The present inventor has made various studies in order to achieve the above object, and as a result, completed the present invention.

【0009】第1の発明は、InP基板上に積層され
た、第1の導電性を有する第1の光導波層と、第1の導
電性とは異なる導電性を有する第2の光導波層と、前記
2つの光導波層に挟まれた活性層領域を有する半導体レ
ーザにおいて、該活性層領域が少なくとも1つの圧縮性
歪を有するInAsPからなる量子井戸層を有して構成
され、該歪量子井戸層がInAlGaAsからなる障壁
層で挟まれ、該障壁層が、該歪量子井戸層との組み合わ
せにおいてタイプI型超格子を形成する組成を有する
とを特徴とする半導体レーザに関する。
According to a first aspect of the present invention, a first optical waveguide layer having a first conductivity and a second optical waveguide layer having a conductivity different from the first conductivity are stacked on an InP substrate. And a semiconductor laser having an active layer region sandwiched between the two optical waveguide layers, wherein the active layer region has at least one quantum well layer made of InAsP having compressive strain. The well layer is sandwiched between barrier layers made of InAlGaAs, and the barrier layer is combined with the strained quantum well layer.
A semiconductor laser having a composition for forming a type I superlattice .

【0010】第2の発明は、前記InAlGaAsから
なる障壁層の組成が、該障壁層がInPに格子整合する
組成である第1の発明の半導体レーザに関する。
A second invention relates to the semiconductor laser according to the first invention, wherein the composition of the barrier layer made of InAlGaAs is such that the barrier layer lattice-matches with InP.

【0011】第3の発明は、前記InAlGaAsから
なる障壁層の組成が、該障壁層がInP基板に対して引
張性の歪を有し、前記量子井戸層の圧縮性歪の少なくと
も一部を補償する組成である第1の発明の半導体レーザ
に関する。
According to a third aspect of the present invention, the composition of the barrier layer made of InAlGaAs is such that the barrier layer has a tensile strain with respect to the InP substrate and compensates for at least a part of the compressive strain of the quantum well layer. The present invention relates to a semiconductor laser according to a first aspect of the present invention having the following composition.

【0012】第4の発明は、前記量子井戸層と前記障壁
層との間にInPからなるスペーサ層を有し、該スペー
サ層厚が1〜10分子層である第1の発明の半導体レー
ザに関する。
A fourth invention relates to the semiconductor laser according to the first invention, wherein a spacer layer made of InP is provided between the quantum well layer and the barrier layer, and the thickness of the spacer layer is 1 to 10 molecular layers. .

【0013】第1の発明においては、InAsP歪量子
井戸層を用いることにより、重い正孔と軽い正孔をエネ
ルギー的に分離し、面内正孔の有効質量を軽くすること
で低しきい値化が実現されると同時に、障壁層にInA
lGaAsを用いることでInAsPとの伝導帯バンド
不連続値を大きくし、クラッド層への電子のオーバーフ
ローを低減している。
In the first invention, the use of an InAsP strained quantum well layer energetically separates heavy holes and light holes and reduces the effective mass of in-plane holes, thereby reducing the threshold voltage. At the same time, the barrier layer is made of InA.
By using lGaAs, the conduction band discontinuity with InAsP is increased, and the overflow of electrons to the cladding layer is reduced.

【0014】第2の発明においては、InAlGaAs
障壁層がInPに格子整合する組成を有するため、結晶
成長が容易であり、高品質な活性層領域を形成すること
が可能である。
In the second invention, InAlGaAs
Since the barrier layer has a composition lattice-matched to InP, crystal growth is easy, and a high-quality active layer region can be formed.

【0015】第3の発明においては、InAlGaAs
障壁層に引張性の歪をもたせることにより、歪量子井戸
層の圧縮性歪の少なくとも一部が補償され軽減されるた
め、歪量子井戸層の構造的安定性が増し、高温動作時の
信頼性を向上すると共に、活性層領域が多重量子井戸層
からなる場合の歪層の歪量、層厚等の設計パラメータの
自由度を増すことができる。
In a third aspect of the present invention, InAlGaAs
By imparting tensile strain to the barrier layer, at least part of the compressive strain of the strained quantum well layer is compensated and reduced, so that the structural stability of the strained quantum well layer is increased and reliability at high temperature operation is improved. And the degree of freedom of design parameters such as the amount of strain and the thickness of the strained layer when the active layer region is formed of a multiple quantum well layer.

【0016】第4の発明においては、歪量子井戸層と障
壁層の間に、1〜10分子層のInPからなるスペーサ
層を導入することにより、量子井戸層と障壁層との間隔
を確保し、これにより、Alを含む混晶中に含まれる格
子欠陥や不純物等の非発光再結合中心でキャリアが捕獲
されるのを抑制し、量子井戸層での発光効率の低下を防
ぐことが可能となる。また、このInPスペーサ層の層
厚が大きくなると、正孔のInAsP層への注入が困難
になるため、層厚は10分子層以下であることが望まし
い。
In the fourth aspect of the present invention, by introducing a spacer layer composed of 1 to 10 molecular layers of InP between the strained quantum well layer and the barrier layer, an interval between the quantum well layer and the barrier layer is ensured. Thereby, it is possible to suppress capture of carriers at non-radiative recombination centers such as lattice defects and impurities contained in the mixed crystal containing Al, and to prevent a decrease in luminous efficiency in the quantum well layer. Become. Further, when the thickness of the InP spacer layer is increased, it becomes difficult to inject holes into the InAsP layer. Therefore, the thickness is desirably 10 molecular layers or less.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の半導体レーザの
一実施形態の基本構造を示す断面図である。この半導体
レーザはリッジ導波路型のレーザであり、n型光導波層
11上に活性層領域12が積層され、その上にp型光導
波層13が積層されている。さらに高濃度p型ドープコ
ンタクト層14がp型光導波層13上に積層されてい
る。電流狭窄を実現するために、本半導体レーザは2つ
のトレンチ19を有し、これら2つのトレンチ19に挟
まれたリッジ部18以外には電流が流れないようにする
ために絶縁体膜15が形成されている。また外側にはp
型のコンタクト金属膜16とn型コンタクト金属膜17
がそれぞれ形成されている。この2つの金属膜間に電圧
電源10により電圧をかけるとリッジ部18にのみ電流
が流れ、活性層領域12において発光する。生じた光
は、上下の光導波層11、13によりリッジストライプ
方向に導波する。ストライプの終端は劈開面になってお
り、光の一部は反射し全体として光共振器を形成する。
このようにして、しきい値電流密度以上でレーザ発振が
得られる。
FIG. 1 is a sectional view showing a basic structure of an embodiment of a semiconductor laser according to the present invention. This semiconductor laser is a ridge waveguide type laser. An active layer region 12 is laminated on an n-type optical waveguide layer 11, and a p-type optical waveguide layer 13 is laminated thereon. Further, a high-concentration p-type doped contact layer 14 is laminated on the p-type optical waveguide layer 13. The present semiconductor laser has two trenches 19 for realizing current confinement, and an insulator film 15 is formed to prevent current from flowing except for the ridge portion 18 sandwiched between the two trenches 19. Have been. Also on the outside p
-Type contact metal film 16 and n-type contact metal film 17
Are formed respectively. When a voltage is applied between the two metal films by the voltage power supply 10, a current flows only in the ridge portion 18 and light is emitted in the active layer region 12. The generated light is guided in the ridge stripe direction by the upper and lower optical waveguide layers 11 and 13. The end of the stripe is a cleavage plane, and a part of the light is reflected to form an optical resonator as a whole.
In this way, laser oscillation can be obtained at a threshold current density or higher.

【0018】本発明の重要な部分は、上記の基本構造に
おける活性層領域12の構成であり、以下詳細な構造図
を用いて具体的に説明する。図2は、本発明の第1の実
施の形態の半導体レーザの層構造を示したものである。
先ず、n型InP基板20上に同じn型InP層21が
積層され、この二つは共にn型光導波層11の役割を果
たす。その上に下部InAlAs層22、InAlGa
As障壁層23及び歪InAsP量子井戸層24が交互
に積層され、その上に上部InAlAs層25が積層さ
れこれら全体で活性層領域12を形成している。下部I
nAlAs層22及び上部InAlAs層25は活性層
領域での光閉じ込めをよくするためのものである。In
AlGaAs障壁層23の組成は、歪InAsP量子井
戸層24との組み合わせにおいて電子と正孔が共に量子
井戸層に閉じ込められるタイプI型超格子になるように
選ぶことが必要である。
An important part of the present invention is the configuration of the active layer region 12 in the above basic structure, which will be specifically described below with reference to a detailed structural diagram. FIG. 2 shows a layer structure of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
First, the same n-type InP layer 21 is laminated on the n-type InP substrate 20, and these two serve as the n-type optical waveguide layer 11. A lower InAlAs layer 22 and InAlGa
As barrier layers 23 and strained InAsP quantum well layers 24 are alternately stacked, and an upper InAlAs layer 25 is stacked thereon, thereby forming the active layer region 12 as a whole. Lower I
The nAlAs layer 22 and the upper InAlAs layer 25 are for improving light confinement in the active layer region. In
The composition of the AlGaAs barrier layer 23 needs to be selected so that, in combination with the strained InAsP quantum well layer 24, a type I superlattice in which electrons and holes are both confined in the quantum well layer.

【0019】図4は、本発明の半導体レーザの活性層領
域12を形成する歪InAsP量子井戸層24とInA
lGaAs障壁層23のバンド構造の組成依存性を示し
たものである。図の右半分はInAsPのバンド構造
を、左半分はInPに格子整合するInAlGaAsの
バンド構造をそれぞれ示す。各バンド構造図の上側の線
は伝導帯を下側の線は価電子帯を表す。先ず量子井戸層
となる歪InAsP量子井戸層の組成としては、半導体
レーザの発振波長が1.3μm付近という要請からAs
組成として0.3以上が適当である。InAlGaAs
障壁層としては、例えば歪InAsP量子井戸層のAs
組成を0.45とすると、図4からAl組成が0.5以
上でタイプI型超格子を形成する。
FIG. 4 shows the strained InAsP quantum well layer 24 forming the active layer region 12 of the semiconductor laser of the present invention and InA.
This shows the composition dependence of the band structure of the lGaAs barrier layer 23. The right half of the figure shows the band structure of InAsP, and the left half shows the band structure of InAlGaAs lattice-matched to InP. The upper line in each band structure diagram represents the conduction band, and the lower line represents the valence band. First, the composition of the strained InAsP quantum well layer serving as the quantum well layer is determined to be As from the requirement that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is around 1.3 μm.
An appropriate composition is 0.3 or more. InAlGaAs
As the barrier layer, for example, As of a strained InAsP quantum well layer
Assuming that the composition is 0.45, a type I superlattice is formed with an Al composition of 0.5 or more from FIG.

【0020】上記の説明では、InAlGaAs障壁層
23がInPに格子整合している場合を説明したが、こ
のInAlGaAs障壁層23にも歪が入っていてもよ
い。特に、適当な大きさの引張性の歪がInAlGaA
s障壁層23に印可されていると、活性層領域12全体
として歪みがバランスするため構造的に安定化する。こ
の場合でも重要なことは、InAlGaAs障壁層23
の組成を、歪InAsP量子井戸層24との組み合わせ
において電子と正孔が共に量子井戸層に閉じ込められる
タイプI型超格子になるように選ぶことである。
In the above description, the case where the InAlGaAs barrier layer 23 is lattice-matched to InP has been described, but the InAlGaAs barrier layer 23 may also be strained. In particular, an appropriate amount of tensile strain is InAlGaAs.
When applied to the s-barrier layer 23, the strain is balanced as a whole in the active layer region 12, so that the active layer region 12 is structurally stabilized. Even in this case, what is important is that the InAlGaAs barrier layer 23
Is selected so that, in combination with the strained InAsP quantum well layer 24, a type I superlattice in which both electrons and holes are confined in the quantum well layer.

【0021】図3は、このようにして形成された本発明
の半導体レーザのバンド構造図である。先ずn型InP
層21上に積層した下部InAlAs層22は、伝導帯
バンド、価電子帯バンドを共に上側(真空準位側)に引
き上げる。続いて、InAlGaAs障壁層23と歪I
nAsP量子井戸層24の交互積層で量子井戸構造が形
成される。本発明の特徴は、図3に示すように、電子の
閉じ込めエネルギーが、正孔の閉じ込めエネルギーに比
べて大きいため量子井戸層からのオーバーフローを抑制
することができることにある。
FIG. 3 is a band structure diagram of the semiconductor laser of the present invention thus formed. First, n-type InP
The lower InAlAs layer 22 stacked on the layer 21 raises both the conduction band and the valence band upward (toward the vacuum level). Subsequently, the InAlGaAs barrier layer 23 and the strain I
A quantum well structure is formed by alternately stacking the nAsP quantum well layers 24. A feature of the present invention is that, as shown in FIG. 3, the confinement energy of electrons is larger than the confinement energy of holes, so that overflow from the quantum well layer can be suppressed.

【0022】第2の実施の形態 図5は、本発明の第2の実施の形態の半導体レーザの層
構造を示したものである。大部分は図2と同様である
が、歪InAsP量子井戸層24とInAlGaAs障
壁層23の間にInPスペーサ層51を挟んでいる点が
異なる。InPスペーサ層51を挿入することにより、
量子井戸層と障壁層との間隔を確保し、これにより、I
nAlGaAs障壁層23中に含まれる格子欠陥や不純
物等の非発光再結合中心でキャリアが捕獲されるのを抑
制し、量子井戸層での発光効率の低下を防ぐことが可能
となる。InPスペーサ層の層厚が大きくなりすぎる
と、正孔の歪InAsP量子井戸層24への注入が困難
になるため、層厚は10分子層以下が望ましい。
Second Embodiment FIG. 5 shows a layer structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. Most is the same as FIG. 2 except that an InP spacer layer 51 is interposed between the strained InAsP quantum well layer 24 and the InAlGaAs barrier layer 23. By inserting the InP spacer layer 51,
An interval between the quantum well layer and the barrier layer is ensured, thereby
It is possible to suppress trapping of carriers at non-radiative recombination centers such as lattice defects and impurities contained in the nAlGaAs barrier layer 23, and to prevent a reduction in luminous efficiency in the quantum well layer. If the layer thickness of the InP spacer layer is too large, it becomes difficult to inject holes into the strained InAsP quantum well layer 24. Therefore, the layer thickness is desirably 10 molecular layers or less.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。
EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0024】実施例1 図2に示す層構造を有する半導体レーザを、ガスソース
分子線エピタキシー法を用いて作製した。先ず、Snド
ープ(3×1018cm-3)InP基板20上に厚さ50
0nmのSiドープ(1×1018cm-3)InP層21
を積層した。次に、InPに格子整合した厚さ50nm
のアンドープIn0.53Al0.47As層22を積層し、続
いて厚さ11.8nmのIn0.53(Al0.6Ga0.4
0.47As障壁層23と厚さ6nmの歪InAs0.45
0.55量子井戸層24を4周期積層し、その上にInPに
格子整合した厚さ50nmのアンドープIn0.53Al
0.47As層25を積層して活性層領域12を形成した。
その上に厚さ2000nmのBeドープ(1×1018
-3)InP層を積層しp型光導波層13を形成した。
最後にp型コンタクト層としてBeドープ(1x1019
cm-3)InGaAsコンタクト層14を厚さ50nm
に積層した。
Example 1 A semiconductor laser having the layer structure shown in FIG. 2 was manufactured by using a gas source molecular beam epitaxy method. First, on the Sn-doped (3 × 10 18 cm −3 ) InP substrate 20,
0 nm Si-doped (1 × 10 18 cm −3 ) InP layer 21
Were laminated. Next, a thickness of 50 nm lattice-matched to InP
Undoped In 0.53 Al 0.47 As layer 22 is laminated, followed by 10.5 nm thick In 0.53 (Al 0.6 Ga 0.4 ).
0.47 As barrier layer 23 and 6 nm thick strained InAs 0.45 P
Four layers of 0.55 quantum well layers 24 are stacked, and undoped In 0.53 Al having a thickness of 50 nm lattice-matched to InP is stacked thereon.
The active layer region 12 was formed by laminating a 0.47 As layer 25.
A 2000 nm thick Be-doped layer (1 × 10 18 c
m- 3 ) An InP layer was laminated to form a p-type optical waveguide layer 13.
Finally, as a p-type contact layer, Be-doped (1 × 10 19)
cm -3 ) InGaAs contact layer 14 is 50 nm thick
Was laminated.

【0025】本実施例では、歪InAsP量子井戸層2
4とInAlGaAs障壁層23の伝導帯バンド不連続
値は200meVであり、大きな電子閉じ込め効果が期
待される。
In this embodiment, the strained InAsP quantum well layer 2
4 and the conduction band discontinuity of the InAlGaAs barrier layer 23 are 200 meV, and a large electron confinement effect is expected.

【0026】リッジストライプレーザ化には、先ず、リ
ソグラフィーと化学エッチングによりリッジストライプ
の両側にトレンチ19を図1に示すように形成した。リ
ッジストライプの上面以外の領域に200nm厚のSi
2絶縁体膜15を形成し、電流がリッジストライプ部
だけに注入できるようにした。その後、Ti/Auのp
型コンタクト金属膜16とTi/Auのn型コンタクト
金属膜17を形成し合金化した。この半導体レーザの室
温におけるしきい値電流密度は1.3KA/cm2であ
った。また、85℃までの特性温度は約100Kと良好
な特性が得られた。
For the ridge stripe laser, first, trenches 19 were formed on both sides of the ridge stripe by lithography and chemical etching as shown in FIG. A 200 nm thick Si is applied to the region other than the top surface of the ridge stripe.
An O 2 insulator film 15 was formed so that current could be injected only into the ridge stripe portion. Then, p of Ti / Au
A contact metal film 16 and an n-type contact metal film 17 of Ti / Au were formed and alloyed. The threshold current density of this semiconductor laser at room temperature was 1.3 KA / cm 2 . In addition, the characteristic temperature up to 85 ° C. was about 100 K, and good characteristics were obtained.

【0027】実施例2 本実施例は、InAlGaAs障壁層に引張性歪を入れ
た例である。層構造は上記実施例1に説明したものと活
性層領域以外の部分は同じであるが、上記InAlGa
As障壁層の組成および層厚が異なる。本実施例では、
InAlGaAs障壁層の組成をIn0.375(Al0.6
0.40.625Asとし、約1.08%の引張性歪を障壁
層に導入した。歪InAs0.450.55量子井戸層は約
1.43%圧縮歪、6nm厚であり、歪InAlGaA
s障壁層の層厚が8nmであると活性層領域の歪がほぼ
補償される。これにより歪超格子の構造安定化が可能と
なり、半導体レーザの高温動作時の信頼性を向上するこ
とができた。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which tensile strain is applied to the InAlGaAs barrier layer. The layer structure is the same as that described in the first embodiment except for the active layer region.
The composition and thickness of the As barrier layer are different. In this embodiment,
The composition of the InAlGaAs barrier layer was changed to In 0.375 (Al 0.6 G
a 0.4 ) 0.625 As, and a tensile strain of about 1.08% was introduced into the barrier layer. The strained InAs 0.45 P 0.55 quantum well layer has a compressive strain of about 1.43%, a thickness of 6 nm, and a strained InAlGaAs.
When the thickness of the s barrier layer is 8 nm, the strain in the active layer region is almost compensated. As a result, the structure of the strained superlattice can be stabilized, and the reliability of the semiconductor laser during high-temperature operation can be improved.

【0028】実施例3 図5に示すInPスペーサ層51を挿入した例を説明す
る。層構造は上記で説明した歪補償InAsP/InA
lGaAs量子井戸構造に5分子層のInPスペーサ層
51を各量子井戸層24と障壁層23との間に挿入し
た。これにより活性層領域からのフォトルミネッセンス
強度は約5倍増加し、光学特性が向上した。また、これ
により作製した半導体レーザの室温におけるしきい値電
流密度は1.1KA/cm2となり、また85℃までの
特性温度は約116Kと良好な特性が得られ、InPス
ペーサ層51挿入によるレーザ特性の改善が見られた。
Embodiment 3 An example in which the InP spacer layer 51 shown in FIG. 5 is inserted will be described. The layer structure is the strain compensation InAsP / InA described above.
Five molecular layers of an InP spacer layer 51 were inserted between each quantum well layer 24 and the barrier layer 23 in the 1GaAs quantum well structure. Thereby, the photoluminescence intensity from the active layer region was increased about 5 times, and the optical characteristics were improved. The threshold current density at room temperature of the semiconductor laser thus manufactured was 1.1 KA / cm 2 , and the characteristic temperature up to 85 ° C. was about 116 K. Improvements in properties were seen.

【0029】以上、本発明をリッジストライプ半導体レ
ーザにより説明したが、他のレーザ構造、例えば埋め込
み型半導体レーザであっても同様な効果が得られる。ま
た、成長方法もガスソース分子線エピタキシー法以外の
方法、例えば有機金属気相成長法等の気相成長法を用い
てもよい。さらに、活性層領域の光閉じ込め構造は、I
nAlGaAsの組成を変化させたGRIN−SCH構
造であっても構わない。また、p型コンタクト抵抗の低
減のために、p型InP層(p型光導波層)13とp型
InGaAsコンタクト層14との間にInGaAsP
等の層を挿入しても本発明の効果が得られる。同様に、
n型InP層21と下部InAlAs層22との間にも
InAlGaAs等の階段層を設けても構わない。
Although the present invention has been described with reference to the ridge stripe semiconductor laser, similar effects can be obtained with other laser structures such as a buried semiconductor laser. Further, as a growth method, a method other than the gas source molecular beam epitaxy method, for example, a vapor phase growth method such as a metalorganic vapor phase epitaxy method may be used. Further, the light confinement structure in the active layer region is I
A GRIN-SCH structure in which the composition of nAlGaAs is changed may be used. In order to reduce the p-type contact resistance, InGaAsP is provided between the p-type InP layer (p-type optical waveguide layer) 13 and the p-type InGaAs contact layer 14.
The effect of the present invention can be obtained even if such a layer is inserted. Similarly,
A stepped layer of InAlGaAs or the like may be provided between the n-type InP layer 21 and the lower InAlAs layer 22.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、85℃程度の高温においてもしきい値電流の小
さな高効率なレーザ特性を実現できる。その理由は、歪
InAsP層を量子井戸層に用いることで低しきい値
化、高効率化が可能となり、かつInAlGaAs層
を、歪InAsP層との組み合わせにおいてタイプI型
量子井戸構造になるようにAl組成を選ぶことにより電
子のオーバーフローが抑制され高温時での特性劣化が抑
制されるためである。
As is apparent from the above description, according to the present invention, high efficiency laser characteristics with a small threshold current can be realized even at a high temperature of about 85.degree. The reason is that the use of the strained InAsP layer as the quantum well layer enables the threshold value to be reduced and the efficiency to be improved, and the InAlGaAs layer has a type I quantum well structure in combination with the strained InAsP layer. This is because by selecting the Al composition, the overflow of electrons is suppressed, and the characteristic deterioration at high temperatures is suppressed.

【0031】また、引張性歪InAlGaAs層を用い
ることでレーザの信頼性が向上し、さらにInPスペー
サ層を挿入することは、レーザの低しきい値化に効果を
奏する。
The reliability of the laser is improved by using the tensile strained InAlGaAs layer, and the insertion of the InP spacer layer is effective in lowering the threshold value of the laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザの一実施形態の基本構造
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a basic structure of an embodiment of a semiconductor laser of the present invention.

【図2】本発明の半導体レーザの第1の実施の形態の層
構造図である。
FIG. 2 is a layer structure diagram of a first embodiment of the semiconductor laser of the present invention.

【図3】本発明の半導体レーザの第1の実施の形態のバ
ンド構造図である。。
FIG. 3 is a band structure diagram of the first embodiment of the semiconductor laser of the present invention. .

【図4】本発明の半導体レーザの活性層領域を形成する
歪InAsP量子井戸層とInAlGaAs障壁層のバ
ンド構造の組成依存性を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the composition dependence of the band structure of a strained InAsP quantum well layer and an InAlGaAs barrier layer forming an active layer region of the semiconductor laser of the present invention.

【図5】本発明の半導体レーザの第2の実施の形態の層
構造図である。
FIG. 5 is a layer structure diagram of a second embodiment of the semiconductor laser of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 電圧電源 11 n型光導波層 12 活性層領域 13 p型光導波層 14 高濃度p型ドープコンタクト層 15 絶縁体膜 16 p型コンタクト金属膜 17 n型コンタクト金属膜 18 リッジ部 19 トレンチ 20 n型InP基板 21 n型InP層 22 下部InAlAs層 23 InAlGaAs障壁層 24 歪InAsP量子井戸層 25 上部InAlAs層 51 InPスペーサ層 Reference Signs List 10 voltage power supply 11 n-type optical waveguide layer 12 active layer region 13 p-type optical waveguide layer 14 high-concentration p-type doped contact layer 15 insulator film 16 p-type contact metal film 17 n-type contact metal film 18 ridge portion 19 trench 20 n Type InP substrate 21 n-type InP layer 22 lower InAlAs layer 23 InAlGaAs barrier layer 24 strained InAsP quantum well layer 25 upper InAlAs layer 51 InP spacer layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−130988(JP,A) 特開 平7−135370(JP,A) 特開 平5−267773(JP,A) 特開 平5−7054(JP,A) IEEE.J.Quantum.El ectron 30[2](1994)p. 524−532 IEEE.J.Quantum.El ectron 30[2](1994)p. 511−523 Phys.Rev.B 53[4 ](1996)p.1990−1996 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-2-130988 (JP, A) JP-A-7-135370 (JP, A) JP-A-5-267773 (JP, A) JP-A-5-267773 7054 (JP, A) IEEE. J. Quantum. Electron 30 [2] (1994) p. 524-532 IEEE. J. Quantum. Electron 30 [2] (1994) p. 511-523 Phys. Rev .. B 53 [4] (1996) p. 1990-1996 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 InP基板上に積層された、第1の導電
性を有する第1の光導波層と、第1の導電性とは異なる
導電性を有する第2の光導波層と、前記2つの光導波層
に挟まれた活性層領域を有する半導体レーザにおいて、
該活性層領域が少なくとも1つの圧縮性歪を有するIn
AsPからなる量子井戸層を有して構成され、該歪量子
井戸層がInAlGaAsからなる障壁層で挟まれ、該
障壁層が、該歪量子井戸層との組み合わせにおいてタイ
プI型超格子を形成する組成を有することを特徴とする
半導体レーザ。
A first optical waveguide layer having a first conductivity, a second optical waveguide layer having a conductivity different from the first conductivity, laminated on the InP substrate; In a semiconductor laser having an active layer region sandwiched between two optical waveguide layers,
In wherein the active layer region has at least one compressive strain.
A strained quantum well layer sandwiched between barrier layers made of InAlGaAs ;
The barrier layer is tied in combination with the strained quantum well layer.
A semiconductor laser having a composition for forming a type I superlattice .
【請求項2】 前記InAlGaAsからなる障壁層の
組成が、該障壁層がInPに格子整合する組成である請
求項1記載の半導体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the composition of the barrier layer made of InAlGaAs is such that the barrier layer lattice-matches with InP.
【請求項3】 前記InAlGaAsからなる障壁層の
組成が、該障壁層がInP基板に対して引張性の歪を有
し、前記量子井戸層の圧縮性歪の少なくとも一部を補償
する組成である請求項1記載の半導体レーザ。
3. The composition of the barrier layer made of InAlGaAs is such that the barrier layer has a tensile strain with respect to the InP substrate and compensates for at least a part of the compressive strain of the quantum well layer. The semiconductor laser according to claim 1.
【請求項4】 前記量子井戸層と前記障壁層との間にI
nPからなるスペーサ層を有し、該スペーサ層厚が1〜
10分子層である請求項1記載の半導体レーザ。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein I is between said quantum well layer and said barrier layer.
a spacer layer made of nP, wherein the thickness of the spacer layer is 1 to
2. The semiconductor laser according to claim 1, which has 10 molecular layers.
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