JP3481458B2 - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

Info

Publication number
JP3481458B2
JP3481458B2 JP13180098A JP13180098A JP3481458B2 JP 3481458 B2 JP3481458 B2 JP 3481458B2 JP 13180098 A JP13180098 A JP 13180098A JP 13180098 A JP13180098 A JP 13180098A JP 3481458 B2 JP3481458 B2 JP 3481458B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
layer
concentration
active layer
semiconductor laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP13180098A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11330605A (ja
Inventor
浩 森
靖明 長島
康宏 金谷
知之 菊川
好典 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=15066414&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3481458(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
Priority to JP13180098A priority Critical patent/JP3481458B2/ja
Priority to US09/307,438 priority patent/US6351479B1/en
Priority to EP99109559A priority patent/EP0959540B1/en
Priority to DE69902421T priority patent/DE69902421T2/de
Publication of JPH11330605A publication Critical patent/JPH11330605A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3481458B2 publication Critical patent/JP3481458B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/305Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table characterised by the doping materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体レーザ、更
に詳しくは活性層に対するキャリアブロックの部分に特
徴のある半導体レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは光通信や各種光計測、光
記録など幅広い分野で利用される発光デバイスである。
要求される特性は用途によって多少の差異があるが、そ
の中で高出力化はあらゆる分野に共通する課題である。
【0003】図5は光ファイバ通信の分野で用いられる
エルビウムドープファイバアンプ励起用1.48μm半
導体レーザの構造例を示す図である。この半導体レーザ
においては、n型InP基板51上にメサ構造が形成さ
れ、メサ中にはInGaAsP光分離閉込め(SCH)
層52、InGaAsP活性層53、InGaAsP
SCH層54、p型InPクラッド層55が順次積層さ
れている。
【0004】InGaAsP SCH層52,54は活
性層53とInP層51,55の中間のバンドギャップ
を持ち、一様な構造を持つ場合と、内部に屈折率分布を
持つ場合( GRIN構造と呼ぶ) とがある。また、In
GaAsP活性層53は、バルク型よりも量子井戸層と
障壁層を積層した多重量子井戸構造(MQW)を有する
ことが多い。以下本明細書においては、活性層と表記し
た場合はバルク構造またはMQW構造を問わず、またS
CH層も屈折率が一様であるものとGRIN構造を有す
るものとを問わない。
【0005】メサの両側はp型InP埋込層56及びn
型InP埋込層57によって埋込まれ、電流経路の狭窄
化及びストライプ型光導波路を形成している。p型In
Pクラッド層55の上にはp型InGaAsコンタクト
層58を形成することが広く行われており、こうして作
製された半導体結晶の両面に金属電極を形成して半導体
レーザが完成する。
【0006】レーザの高出力化を左右する因子は多数あ
るが、なかでも活性層へ注入されたキャリア( 電子と正
孔) を高い確率で発光再結合させることが重要である。
そのためにはクラッド層のp型ドーパントにより活性層
からあふれるキャリアをブロッキングし、活性層へのキ
ャリア閉じ込めを強くすることが望ましい。
【0007】このような半導体レーザにおいては、結晶
成長には量産性に優れる有機金属気相成長法(MOVP
E法)が用いられ、p型ドーパントとしてZn、n型ド
ーパントとしてSiが用いられることが多い。これらド
ーパントのドーピング量によって半導体中のキャリア濃
度が制御される。キャリア濃度は高い方が電気特性には
良いものの、特に正孔は光を吸収しやすいために、p型
クラッド層のキャリア濃度には注意する必要がある。つ
まり、上記した活性層キャリアブロッキングの効果のみ
ならず、正孔による光吸収の効果にも留意する必要があ
る。
【0008】さらにp型ドーパントにZnを用いた場合
には、熱工程による拡散の問題をも考慮しなければなら
ない。すなわち活性層に近い部分のクラッド層p型ドー
パントの濃度が高い場合には、Znは結晶中で拡散しや
すいために、本来アンドープであるべき活性層(MQW
構造の場合には井戸層)にまでZnが入り込み、非発光
再結合の元となってレーザ特性を劣化させてしまうこと
が知られている。
【0009】活性層へのZn拡散を防ぐためのp型クラ
ッド層のドーピング濃度分布として、例えば特開平7−
193321に、活性層に近い部分のドーピング濃度を
低くし、活性層から離れるに従ってドーピング濃度を高
くするという技術が開示されている。
【0010】また、活性層電子のブロッキングを行いつ
つ必要以上の光の吸収を抑えるため、特開平9−459
89では、活性層近傍の薄い層のみを高ドープとし、そ
の上の層は低ドープにするという方法を採用している。
ただしドーパントとしては拡散しやすいZnでなく、C
かMgを用いる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平7
−193321に示された方法では、クラッド層のドー
パント濃度が活性層から徐々に大きくなるため、活性層
からあふれる電子をその活性層近傍において十分にブロ
ックするのが困難である。したがって、活性層から電子
があふれやすく、活性層への注入電流を有効に発光再結
合させることができないため、高出力化には不向きであ
る。
【0012】また特開平9−45989に示された方法
では、活性層へのドーパントの拡散を抑えるためCかM
gを用いる必要がある。しかしこれらの材料は、Znに
比べて純度が低くまた価格が高いという問題点があり、
p型ドーパントとして用いるには一般的なものではな
い。
【0013】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、p型ドーパントとしてたとえZnを用いた
場合であっても、十分なキャリアブロッキングを行いつ
つp型ドーパントの活性層への拡散を防止し、かつp型
クラッド層での光吸収を最小限に抑えて高発光効率、高
出力を得ることができる半導体レーザを提供することを
目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に対応する発明は、InP材料からなる
型半導体基板上に、InGaAsPを含む材料で形成さ
れた活性層及びp型InPからなるp型クラッド層を有
する半導体レーザにおいて、p型クラッド層は、活性層
側から順番に配列された、低不純物濃度を有する低濃度
p型クラッド層、高不純物濃度を有する高濃度p型クラ
ッド層、及びp型クラッド層内での正孔による光の吸収
を抑えるための中不純物濃度を有する中濃度p型クラッ
ド層からなる。さらに、活性層よりp型クラッド層側の
p型不純物の濃度分布が、活性層の端から50乃至25
0nm離れた位置に極大値を有する。
【0015】 本発明はこのような手段を設けたので、
p型不純物濃度の極大値の部分によって活性層に対する
キャリアブロッキングを行うことができる。また、この
極大値位置から活性層端まで少なくとも50nmあるた
め、p型不純物の活性層への拡散を防止できるととも
に、極大値位置以降は少なくとも一旦p型不純物濃度が
低下するので、p型クラッド層での光吸収を最小限に抑
えることができる。したがって高発光効率、高出力な半
導体レーザを実現することができる。また、半導体の材
料系をInP/InGaAsPとしたので、長距離ファ
イバ通信に使用される半導体レーザに広く適用でき、特
に高出力が必要なファイバアンプ励起用に使用可能な半
導体レーザを得ることができる。
【0016】次に、請求項2に対応する発明は、請求項
1に対応する発明において、p型不純物を亜鉛としたも
のである。本発明はこのような手段を設けたので、活性
層と極大値間に低濃度不純物領域が設けられることとな
り、p型不純物が拡散しやすい亜鉛であってもこれが活
性層へ入り込むことがない。したがって、請求項1に対
応する発明と同様な作用効果が得られる他、混入亜鉛に
よる非発光再結合の増加でレーザ特性が劣化するのを防
止できるとともに、安価であり、また純度が高くかつ適
用実績も十分にあって信頼性の高い材料をドーパントと
して使用することができる。
【0017】
【0018】 次に、請求項に対応する発明は、請求
1又は2に対応する発明において、p型不純物濃度の
極大値を1×1018/cm以上としたものである。
本発明はこのような手段を設けたので、請求項1又は2
に対応する発明と同様な作用効果が得られる他、十分な
キャリアブロッキングを行うことができる。
【0019】 次に、請求項に対応する発明は、請求
1〜3に対応する発明において、活性層の端から極大
値間におけるP型不純物濃度の最小値を3×1017
cm以下以下としたものである。
【0020】 本発明はこのような手段を設けたので、
請求項1〜3に対応する発明と同様な作用効果が得られ
る他、p型不純物の活性層への混入をより一層有効に防
止することができる。
【0021】 次に、請求項に対応する発明は、請求
1〜4に対応する発明において、活性層とp型クラッ
ド層の間に光分離閉じ込め層を有するものである。本発
明はこのような手段を設けたので、光閉じ込め層を設け
た場合でも請求項1〜4に対応する発明と同様な作用効
果を得ることができる。なお、本発明の場合では、不純
物濃度の極大値が光閉じ込め層内に位置する場合もあり
得る。
【0022】
【0023】 次に、請求項に対応する発明は、In
P材料からなるn型半導体基板上に、InGaAsPを
含む材料で形成された活性層及びp型不純物として亜鉛
を用いるp型InPからなるp型クラッド層を有する半
導体レーザにおいて、p型クラッド層は、活性層側から
順番に配列された、低不純物濃度を有する低濃度p型ク
ラッド層、高不純物濃度を有する高濃度p型クラッド
層、及びp型クラッド層内での正孔による光の吸収を抑
えるための中不純物濃度を有する中濃度p型クラッド層
(7)からなる。そして、活性層よりp型クラッド層側
の前記p型不純物の濃度分布が、活性層の端からアンド
ープ領域若しくは低濃度領域を挟んで少なくとも一つの
極大値を有する。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は本発明の実施の形態に係る半導体レ
ーザの構成例を示す図である。この半導体レーザは、p
型クラッド層の濃度分布を除けば従来技術で説明した半
導体レーザと同様に構成されている。すなわちn型In
P基板1上にメサ構造が形成され、メサ中にはInGa
AsP光分離閉込め(SCH)層2、InGaAsP活
性層3、InGaAsP SCH層4、p型InPクラ
ッド層5,6,7が順次積層されている。
【0025】ここでp型クラッド層は3層からなり、活
性層3に近い側から低濃度p型クラッド層5、高濃度p
型クラッド層6及び中濃度p型クラッド層7から構成さ
れる。
【0026】中濃度p型クラッド層7にはさらにp型コ
ンタクト層8が積層されている。またメサの両側はp型
InP埋込層9及びn型InP埋込層10によって埋込
まれ、電流経路の狭窄化及びストライプ型光導波路を形
成している。
【0027】さらにn型InP基板1及びp型コンタク
ト層8にn電極11及びp電極12が設けられて半導体
レーザが構成されている。また、p型クラッド層5,
6,7に用いられるドーパントは亜鉛Znであり、各層
5,6,7のキャリア濃度とその層方向分布が重要であ
る。
【0028】図2は本実施形態の半導体レーザにおける
p型クラッド層のキャリア濃度分布の一例を示す図であ
る。同図に示すキャリア濃度分布では、活性層3の端部
から最初の50nmは低濃度にドープされ(低濃度p型
クラッド層5)、続いて100nmは高濃度にドープさ
れている(高濃度p型クラッド層6)。そして以降は中
濃度にドープされている(中濃度p型クラッド層7)。
また、同図においては実線はクラッド層積層時のキャリ
ア(Zn)濃度分布であり、一点鎖線は最終的に得られ
る半導体レーザにおけるキャリア(Zn)濃度分布であ
る。つまり、半導体レーザ製造過程において熱工程等に
よりZnが拡散するために、当初分布(実線)から最終
的な分布(一点鎖線)へと変化するものである。
【0029】また図2ではSCH層4の図示は省略され
ている。すなわち上記では活性層3の端部から最初の5
0nmは低濃度ドープとしたが、この50nmの距離は
SCH層4の厚さも含むものである。また、続く高濃度
ドープ部分もクラッド層内に必ずしも位置する必要はな
く、SCH層4内に高濃度ドープ部分が位置してもよ
い。つまり、本明細書で低濃度p型クラッド層5、高濃
度p型クラッド層6並びに中濃度p型クラッド層7を順
次設けるという言い方をするのは、亜鉛Znの低濃度ド
ープ層、高濃度ドープ層並びに中濃度ドープ層を活性層
上端から順次設けるという意味であり、各ドープ濃度部
分が実際にはSCH層4に位置するかクラッド層に位置
するかを問うものではない。この関係は以下同様であ
る。
【0030】次に、このキャリア濃度分布形状の意味す
るところを説明する。高濃度p型クラッド層6は、活性
層3からあふれる電子をブロックするキャリアブロック
としての役割を果たしている。この層6が活性層3の近
傍に設けられていることで有効なキャリアブロックが行
われ、高効率高出力の半導体レーザが実現される。有機
金属気相成長法による結晶成長では、1×1018/cm
3 程度のドーピングは容易に実現でき、これが電子をブ
ロックして活性層へ閉じ込める。
【0031】また、単に高濃度p型クラッド層6を活性
層3近くに設けたというだけでなく、上記高濃度p型ク
ラッド層6と活性層3と間に低濃度p型クラッド層5を
挟んで設けた点が重要である。これは亜鉛Znの拡散し
やすさを考慮したものである。
【0032】すなわち図2からもわかるように、高濃度
p型クラッド層6と活性層3と間に低濃度p型クラッド
層5が挟まれている場合には、高濃度p型クラッド層6
からのZnの拡散があっても、そのZn拡散は低濃度p
型クラッド層5内で止まり活性層3まで達することがな
い。こうして効果的なキャリアブロッキングが行われつ
つ、p型ドーパントが活性層内に混入され発光効率が低
下するという弊害が防止される。したがって、低濃度p
型クラッド層5はアンドープあるいは3×1017/cm
3 程度以下の低濃度であることが望ましい。
【0033】さらに、高濃度p型クラッド層6に続く部
分を中キャリア濃度の中濃度p型クラッド層7としたこ
とも発光の高効率化高出力化に貢献している。すなわち
キャリアブロックするには高Znドープ濃度部分が必要
だが、本来正孔は光を吸収しやすいため、クラッド層内
に必要以上な高濃度部分を設けるべきではない。この点
を考慮して、キャリアブロック層たる高濃度p型クラッ
ド層6以降は中Znドープ濃度領域(中濃度p型クラッ
ド層7)としたのである。こうしてクラッド層全体で正
孔の濃度を高すぎないようにし、正孔による光の吸収を
抑えるようにしている。なお、導電率などとの兼ね合い
から、クラッド層の大部分を占める中濃度p型クラッド
層7は、全体的にはキャリア濃度5×1017/cm3
度が好ましい。
【0034】このように低濃度高濃度中濃度のp型クラ
ッド層5,6,7を順次設けることで、キャリア濃度分
布は図2の一点鎖線で示すような濃度ピーク(極大値)
を有する分布となる。すなわちこの極大値位置より活性
層3から離れる方向には少なくとも一度濃度が減少する
分布となる。
【0035】本実施形態の半導体レーザでは、このp型
不純物濃度ピークが活性層3の端から50〜250nm
離れた位置となるように各層5,6,7の濃度を調整し
ている。またこの極大値点が活性層3から50〜250
nm程度離れている場合には、Znの拡散が生じても活
性層3までは到達しない。
【0036】以上のように構成された本実施形態におけ
る半導体レーザでは、電子が活性層内に十分に閉じ込め
られ、正孔による光損失も少ない高い発光効率が得ら
れ、高出力となる。
【0037】図3は本実施形態の半導体レーザの出力特
性を示す図である。同図からわかるように、本実施形態
の半導体レーザは従来品と比べれば2割以上の高出力を
実現している。なお、同図に示した半導体レーザの具体
的な製造手順は後述する。
【0038】なお、上記極大値はクラッド層内のキャリ
ア濃度最大値である必要はないと考えられる。例えば上
記極大値位置よりさらに活性層3から離れた位置にキャ
リア高濃度点(最大値)があっても上記高い発光効率は
得られるものと予想される。
【0039】次に、上記極大値位置を活性層3の上端部
からどのくらい離れた位置とした場合が最も有効である
かについて検討する。図4はp型クラッド層におけるキ
ャリア濃度極大値の活性層上端から距離と光出力との関
係を示す図である。
【0040】同図は、そのキャリア濃度極大値が図中の
各点の位置となるように、図1及び図2のキャリア濃度
分布形状を有する半導体レーザを作成し、注入電流50
0mAでの光出力を測定したものである。なお、各半導
体レーザは、低濃度p型クラッド層5がアンドープであ
り、低反射、高反射コーティングを施していないもので
ある。なお、図3のものは低反射、高反射コーティング
を施した後、低反射側からの出力光を測定しているた
め、図4に比べ、見かけ上光出力が大きくなっている。
【0041】図4からわかるように、高出力の半導体レ
ーザを得るためには、活性層上端から極大濃度位置まで
の距離を100nm前後とするのが最適である。また、
上記距離の範囲が50〜250nm程度あれば高効率発
光、高出力な半導体レーザが得られ、より好ましくは、
極大位置までの距離範囲が50〜150nm程度であれ
ば相当の大きな高出力化効果が得られる。
【0042】なお、図4の各半導体レーザは、低濃度p
型クラッド層5をアンドープとした場合である。これに
対し、クラッド層5を低濃度ドープした場合には、活性
層上端から極大濃度位置が遠くになったときでも、図4
に示す場合よりは光出力が低下しない旨の知見が得られ
ている。
【0043】上述したように、本発明の実施の形態に係
る半導体レーザは、p型クラッド層内で活性層3から低
濃度p型クラッド層5を挟んで高濃度p型クラッド層6
を設けるようにしたので、p型ドーパントとしてZnを
用いた場合であっても、p型ドーパントの活性層3への
拡散もなく、かつ高濃度層6によるブロッキングで電子
が活性層内に十分に閉じ込められて高発光効率及び高出
力を得ることができる。
【0044】また、本実施形態の半導体レーザは、高濃
度p型クラッド層6に続いて中濃度p型クラッド層7を
設けて、最終的なキャリア濃度分布が高濃度p型クラッ
ド層6で極大値をとるようにし、かつその極大位置を活
性層上端から所定範囲に入るようにしたので、上記効果
の他、p型クラッド層内での正孔による光の吸収も最小
限に抑えることができ、より一層高出力なものとするこ
とができる。
【0045】
【実施例】上記実施形態に係る半導体レーザを製造する
場合の具体的な実施例について説明する。本実施例で
は、光ファイバ通信の分野で用いられるエルビウムドー
プファイバアンプ励起用1.48μm半導体レーザの製
造工程を示すものであり、その構造は図1に示すものと
同じである。
【0046】まず、キャリア濃度1×1018/cm3
n型InP基板1 上に、MOVPE法によりバンドギャ
ップ波長1.15μm組成、同1.08μm組成、同
0.99μm組成のInGaAsPをそれぞれ30nm
づつの厚さで積層し、SCH層2を形成する。
【0047】次いで無歪み時にバンドギャップ波長1.
25μmとなる組成に−0.5%の引張り歪みを導入し
たInGaAsP層を障壁層、同じく1.55μmとな
る組成に+1%の圧縮歪みを導入したInGaAsP層
を井戸層として、井戸層数4の多重量子井戸構造の活性
層3を成長する。
【0048】その上にバンドギャップ波長0.99μm
組成、同1.08μm組成、同1.15μm組成のIn
GaAsPをそれぞれ30nmずつの厚さで積層し、S
CH層4を形成する。
【0049】次いで、アンドープのInP50nmを低
濃度p型クラッド層5として、キャリア濃度1×1018
/cm3 のp型InP100nmを高濃度p型クラッド
層6として、同じく5×1017/cm3 のp型InP3
00nmを中濃度p型クラッド層7として順次積層す
る。ここでドーパントはZnであり、また、低濃度p型
クラッド層5はキャリア濃度3×1017/cm3 程度で
あってもよい。
【0050】この後、プラズマCVD法等によりSiO
2 膜を数十nm程度堆積し、これをフォトリソグラフィ
工程で幅2μm程度のストライプに成形したものをエッ
チングマスクとして、硫酸、臭酸、塩酸などからなるエ
ッチング溶液に浸し、メサ形状を形成する。
【0051】続いて前記SiO2 膜を成長阻害マスクに
してMOVPE法によりp型InP埋込層9、続いてn
型InP埋込層10を積層してメサを埋め込んだあとS
iO2 膜を除去し、全面にキャリア濃度5×1017/c
3 のp型InPクラッド層7を2μm、さらにキャリ
ア濃度5×1018/cm3 のp型InGaAsコンタク
ト層8を0.5μm成長する。
【0052】最後にn型InP基板を厚さ100μm程
度に研磨し、成長面側にはAu及びZnを含むp電極1
2を、基板面側にはAu及びGeを含むn電極11を蒸
着して、最後にAuメッキを行う。
【0053】さらに、へき開後の端面に誘電体膜による
低反射コーティングまたは高反射コーティングを蒸着等
の方法により施す。実施形態で示した図3における本発
明の注入電流−光出力特性は、以上のようにして作成さ
れた半導体レーザの特性である。なお、図3における従
来技術は、比較のためにp型クラッドのキャリア濃度を
全て5×1017/cm3 一定にして作製した素子の特性
である。
【0054】図3からわかるように、本発明の実施によ
り光出力は注入電流500A時で2割以上向上した。な
お、本発明は、上記実施形態又は実施例に限定されるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形する
ことが可能である。
【0055】例えば実施例では、3層構造のGRIN
SCH層と井戸層数4の歪MQW構造の活性層を有する
場合を示したが、本発明はこれらの構造に限定されるも
のではなく、種々の構造の半導体レーザに適用可能であ
る。
【0056】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、活
性層から低不純物濃度領域を挟んで高不純物濃度領域を
設けるようにしたので、p型ドーパントとしてたとえZ
nを用いた場合であっても、十分なキャリアブロッキン
グを行いつつp型ドーパントの活性層への拡散を防止
し、かつp型クラッド層での光吸収を最小限に抑えて高
発光効率、高出力を得ることができる半導体レーザを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体レーザの構成
例を示す図。
【図2】同実施形態の半導体レーザにおけるp型クラッ
ド層のキャリア濃度分布の一例を示す図。
【図3】同実施形態の半導体レーザの出力特性を示す
図。
【図4】p型クラッド層におけるキャリア濃度極大値の
活性層上端から距離と光出力との関係を示す図。
【図5】光ファイバ通信の分野で用いられるエルビウム
ドープファイバアンプ励起用1.48μm半導体レーザ
の構造例を示す図。
【符号の説明】
1…n型InP基板 2…SCH層 3…活性層 4…SCH層 5…低濃度p型クラッド層 6…高濃度p型クラッド層 7…中濃度p型クラッド層 8…p型コンタクト層 9…p型InP埋込層 10…n型InP埋込層 11…n電極 12…p電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊川 知之 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (72)発明者 中野 好典 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−37405(JP,A) 特開 平8−340145(JP,A) 特開 平11−54828(JP,A) 特開 平7−245447(JP,A) 特開 平7−249575(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 InP材料からなるn型半導体基板
    (1)上に、InGaAsPを含む材料で形成された
    性層(3)及びp型InPからなるp型クラッド層
    (5,6,7)を有する半導体レーザにおいて、 前記p型クラッド層は、前記活性層側から順番に配列さ
    れた、低不純物濃度を有する低濃度p型クラッド層
    (5)、高不純物濃度を有する高濃度p型クラッド層
    (6)、及び前記p型クラッド層内での正孔による光の
    吸収を抑えるための中不純物濃度を有する中濃度p型ク
    ラッド層(7)からなり、 前記活性層より前記p型クラッド層側のp型不純物の濃
    度分布が、前記活性層の端から50乃至250nm離れ
    た位置に極大値を有することを特徴とする半導体レー
    ザ。
  2. 【請求項2】 前記p型不純物が亜鉛である請求項1に
    記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 前記p型不純物濃度の極大値が1×10
    18/cm以上である請求項1又は2に記載の半導体
    レーザ。
  4. 【請求項4】 前記活性層の端から前記極大値間におけ
    るp型不純物濃度の最小値が3×1017/cm以下
    となる請求項1乃至のうち何れか1項に記載の半導体
    レーザ。
  5. 【請求項5】 前記活性層と前記p型クラッド層の間に
    光分離閉じ込め層(4)を有する請求項1乃至のうち
    何れか1項に記載の半導体レーザ。
  6. 【請求項6】 InP材料からなる形成されたn型半導
    体基板(1)上に、InGaAsPを含む材料で形成さ
    れた活性層(3)及びp型不純物として亜鉛を用いるp
    型InPからなるp型クラッド層(5,6,7)を有す
    る半導体レーザにおいて、 前記p型クラッド層は、前記活性層側から順番に配列さ
    れた、低不純物濃度を有する低濃度p型クラッド層
    (5)、高不純物濃度を有する高濃度p型クラッド層
    (6)、及び前記p型クラッド層内での正孔による光の
    吸収を抑えるための中不純物濃度を有する中濃度p型ク
    ラッド層(7)からなり、 前記活性層より前記p型クラッド層側の前記p型不純物
    の濃度分布が、前記活性層の端からアンドープ領域若し
    くは低濃度領域を挟んで少なくとも一つの極大値を有す
    ることを特徴とする半導体レーザ。
JP13180098A 1998-05-14 1998-05-14 半導体レーザ Expired - Lifetime JP3481458B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13180098A JP3481458B2 (ja) 1998-05-14 1998-05-14 半導体レーザ
US09/307,438 US6351479B1 (en) 1998-05-14 1999-05-10 Semiconductor laser having effective output increasing function
EP99109559A EP0959540B1 (en) 1998-05-14 1999-05-12 Semiconductor laser having effective output increasing function
DE69902421T DE69902421T2 (de) 1998-05-14 1999-05-12 Halbleiterlaser mit erhöhter Ausgangsleistung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13180098A JP3481458B2 (ja) 1998-05-14 1998-05-14 半導体レーザ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11330605A JPH11330605A (ja) 1999-11-30
JP3481458B2 true JP3481458B2 (ja) 2003-12-22

Family

ID=15066414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13180098A Expired - Lifetime JP3481458B2 (ja) 1998-05-14 1998-05-14 半導体レーザ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6351479B1 (ja)
EP (1) EP0959540B1 (ja)
JP (1) JP3481458B2 (ja)
DE (1) DE69902421T2 (ja)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6240114B1 (en) * 1998-08-07 2001-05-29 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp. Multi-quantum well lasers with selectively doped barriers
CA2351014A1 (en) * 2000-06-20 2001-12-20 The Furukawa Electric Co., Ltd Semiconductor laser device
RU2176842C1 (ru) * 2000-08-30 2001-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Способ регулирования диапазона рабочих частот лазерной модуляции
RU2176841C1 (ru) * 2000-08-30 2001-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Способ изготовления инжекционного лазера
RU2168249C1 (ru) * 2000-08-30 2001-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Инжекционный лазер
FR2820891B1 (fr) * 2001-02-13 2004-08-27 Cit Alcatel Laser semi conducteur a ruban enterre et procede de fabrication
DE60126677T2 (de) * 2001-03-19 2007-10-31 Trumpf Photonics, Inc. Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des wirkungsgrads in optoelektronischen strahlungsquelleneinrichtungen
US7084444B2 (en) 2001-03-19 2006-08-01 Trumpf Photonics, Inc. Method and apparatus for improving efficiency in opto-electronic radiation source devices
JP2002299762A (ja) * 2001-03-30 2002-10-11 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
KR100602973B1 (ko) * 2003-10-30 2006-07-20 한국과학기술연구원 스트레인 보상 다층양자우물을 이용하는 단일모드형 레이저 다이오드 및 그 제조 방법
WO2005074047A1 (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Anritsu Corporation 光半導体素子およびその製造方法
JP2005229011A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Anritsu Corp 波長可変半導体レーザ及びガス検知装置
JP2006128151A (ja) * 2004-10-26 2006-05-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置およびその製造方法
JP2006253212A (ja) * 2005-03-08 2006-09-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ
KR20070084973A (ko) * 2006-02-22 2007-08-27 삼성전기주식회사 고출력 반도체 레이저소자
JP4341702B2 (ja) * 2007-06-21 2009-10-07 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物系半導体発光素子
JP4834690B2 (ja) * 2008-04-24 2011-12-14 アンリツ株式会社 ガス検知装置用波長可変型半導体レーザ及びガス検知装置
JP2010169625A (ja) * 2009-01-26 2010-08-05 Anritsu Corp ガス検知装置
JP2010192528A (ja) * 2009-02-16 2010-09-02 Anritsu Corp 半導体光素子とそれを用いた波長掃引光源
JP6291849B2 (ja) 2014-01-10 2018-03-14 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法、半導体装置
JP6519921B2 (ja) * 2014-07-07 2019-05-29 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体素子及び光半導体素子の製造方法
US10971652B2 (en) 2017-01-26 2021-04-06 Epistar Corporation Semiconductor device comprising electron blocking layers
US11056434B2 (en) 2017-01-26 2021-07-06 Epistar Corporation Semiconductor device having specified p-type dopant concentration profile
US10084282B1 (en) 2017-08-14 2018-09-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Fundamental mode operation in broad area quantum cascade lasers
JP6414306B2 (ja) * 2017-09-27 2018-10-31 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法、半導体装置
US11031753B1 (en) 2017-11-13 2021-06-08 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Extracting the fundamental mode in broad area quantum cascade lasers
US10833480B2 (en) * 2018-07-03 2020-11-10 Skorpios Technologies, Inc. Diffusion blocking layer for a compound semiconductor structure
CN112398003B (zh) * 2019-08-19 2023-01-06 朗美通日本株式会社 调制掺杂半导体激光器及其制造方法
WO2021152686A1 (ja) * 2020-01-28 2021-08-05 三菱電機株式会社 光半導体装置とその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0259026B1 (en) 1986-08-08 1994-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Double-heterostructure semiconductor laser with mesa stripe waveguide
EP0403293B1 (en) 1989-06-16 1995-12-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing III-V group compound semiconductor device
EP0571021B1 (en) 1992-05-18 1997-08-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optoelectronic semiconductor device
JPH06222406A (ja) 1993-01-26 1994-08-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体光デバイス
JP2699848B2 (ja) 1993-12-27 1998-01-19 日本電気株式会社 半導体レーザの製造方法
JP2778454B2 (ja) * 1994-03-07 1998-07-23 日本電気株式会社 半導体レーザ
JPH07249575A (ja) * 1994-03-09 1995-09-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体光素子の製造方法
CA2208999C (en) 1994-12-28 2001-02-13 Tsuyoshi Fujimoto Semiconductor laser device
JP3645320B2 (ja) 1995-07-31 2005-05-11 三井化学株式会社 半導体レーザ素子
JP3652072B2 (ja) * 1997-07-30 2005-05-25 シャープ株式会社 半導体レーザ素子

Also Published As

Publication number Publication date
EP0959540A2 (en) 1999-11-24
EP0959540B1 (en) 2002-08-07
JPH11330605A (ja) 1999-11-30
DE69902421T2 (de) 2003-04-24
EP0959540A3 (en) 2000-02-02
DE69902421D1 (de) 2002-09-12
US6351479B1 (en) 2002-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3481458B2 (ja) 半導体レーザ
US20040179569A1 (en) Wavelength tunable DBR laser diode
JP2004179274A (ja) 光半導体装置
JPH05275798A (ja) レーザダイオード
JPH0656906B2 (ja) 半導体レ−ザ装置
US5311534A (en) Semiconductor laser devices
JP2002134842A (ja) 半導体レーザ装置
JP2914093B2 (ja) 半導体レーザ
JP2555955B2 (ja) 半導体光増幅器およびその製造方法
JPH07226566A (ja) 量子井戸半導体レーザおよびその製造方法
JP2882335B2 (ja) 光半導体装置およびその製造方法
JP4599700B2 (ja) 分布帰還型半導体レーザ
JP3987138B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP3658048B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP2003234541A (ja) 分布帰還型半導体レーザ素子
JP4345673B2 (ja) 半導体レーザ
JP3645320B2 (ja) 半導体レーザ素子
JPH077232A (ja) 光半導体装置
JP4983791B2 (ja) 光半導体素子
US20020136253A1 (en) Semiconductor laser device and method for fabricating same
JP2004103679A (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子モジュール
JPH11233874A (ja) 半導体レーザ装置およびその製造方法
JP2005294510A (ja) 半導体装置
JPH09232666A (ja) 半導体レーザ及び並列伝送用光送信モジュール
US7551658B2 (en) Buried ridge waveguide laser diode

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071010

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081010

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091010

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101010

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010

Year of fee payment: 10

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term