JP4920344B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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Description
(1)高信頼化実現のため、InP基板上にBeを含む格子整合系II−VI半導体を用いて半導体レーザの基本構造を構成する。
(2)活性層へのキャリアの注入効率を高めるため、タイプI型のバンドラインナップを有するダブルヘテロ構造で活性層、光ガイド層、クラッド層を構成する。具体的には、活性層とクラッド層の伝導体、可電子帯のバンド不連続値はそれぞれΔEc>300meV,ΔEv>100meVとする。
(3)活性層への光の閉じ込めを増強することができる活性層、光ガイド層、クラッド層を構成する。具体的には、活性層とクラッド層の屈折率差Δn>0.1として、光ガイド層の屈折率は両者の間に設定する。
(4)クラッド層をバルク結晶で構成する。
(A)活性層をBeCdSeとするとともに、BeCdSe活性層に対するInP基板上のBeMgCdSeクラッド層をこれまで報告されていない新たな材料系で構成することを提案する。あるいは、
(B)活性層をZnSeTeとするとともに、ZnSeTeに対するInP基板上のBeMgZnTeクラッド層、BeCdSTeクラッド層、BeCdSeTeクラッド層、BeZnSTeクラッド層、あるいは、BeZnSeTeクラッド層をこれまで報告されていない新たな材料系で構成することを提案する。
ことにより、室温連続発振を実現する緑、黄色半導体レーザを提案する。
InP基板上に形成したII−VI族半導体から構成される半導体レーザにおいて、本発明の基本的な構成は活性層をBeCdSeを主成分とする層を有するものとし、かつ、クラッド層にBeMgCdSeを主成分とする層を有するものとするものである。この構成は上記指針(1)を満足する。この場合の特徴は、クラッドのみならず、活性層にも結晶欠陥、転移の増殖を抑制する効果を持つベリリウムを有すること、および関係するVI族元素が1種類であり結晶成長が制御しやすいことである。
InP基板上に形成したII−VI族半導体から構成される半導体レーザにおいて、本発明の他の基本的な構成は活性層をZnSeTeを主成分とする層を有するものとし、かつ、クラッド層をBeMgZnTeを主成分とする層を有するものとするものである。この構成も、また、上記指針(1)を満足する。この場合の特徴は、クラッド層に結晶欠陥、転移の増殖を抑制する効果を持つベリリウムを有すること、および関係するVI族元素が1種類であり結晶成長が制御しやすいことである。
最後に、上述した本発明の他の基本的な構成によるInP基板上に形成したII−VI族半導体から構成される半導体レーザのクラッド層を、BeZnSeTeを主成分とする層、BeCdSeTeを主成分とする層、BeZnSTeを主成分とする層、BeCdSTeを主成分とする層の内の少なくても1層を有するものとした半導体レーザを提案する。この構成も、また、上記指針(1)を満足する。この場合の特徴は、クラッド層に結晶欠陥、転移の増殖を抑制する効果を持つベリリウムを有すること、および関係するVI族元素が1種類であり結晶成長が制御しやすいことである。本材料系は、II族元素2種類、VI族元素2種類より構成されるIIXII1−XVIyVI1−y型4元混晶であり、組成に関する2つの自由度X,Yを持つ。ここでは、InP基板への格子整合を条件の1つに加えているため、X(Be組成)を与えれば、Y(Mg組成)及び1−X−Y(Cd組成)が必然的に決定される。
図7に本発明の実施例1のリッジ型緑色半導体レーザの構造図を示す。実施例1では先にケース1で示した材料構成を適用する。71はn型InP基板、72はn型InGaAsバッファ層(膜厚0.5μm)、73はn型Be0.10Mg0.56Cd0.34Seクラッド層(膜厚1μm)、74は多重量子井戸構造を含むアンドープ活性層、75はp型Be0.10Mg0.56Cd0.34Seクラッド層(膜厚1μm)、78はp型BeZnTe/ZnTe組成変調超格子コンタクト層である。活性層74は、Be0.17Cd0.83Se井戸層(膜厚5nm)、Be0.14Mg0.28Cd0.58Se障壁層(膜厚5nm)3周期より構成される多重量子井戸の両側をBe0.14Mg0.28Cd0.58Se光ガイド層(膜厚20nm)74’、74’’で挟んだ構造に構成する。70,79はそれぞれAuGeNi/Pt/Au層のn電極、Ni/Ti/Pt/Au層のp電極であり、76,77はそれぞれ上面平坦化のためのポリイミド、SiN保護膜である。
図8に本発明の実施例2のリッジ型緑色半導体レーザの構造図を示す。実施例2では、先にケース2で示した材料構成を適用する(n型クラッドにはケース3で示した材料構成を適用する)。81はn型InP基板、82はn型InGaAsバッファ層(膜厚0.5μm)、83はn型Be0.24Zn0.76Se0.27Te0.73クラッド層(膜厚1μm)、84は多重量子井戸構造を含むアンドープ活性層、85はp型Be0.62Mg0.38Teクラッド層(膜厚1μm)、88はp型BeZnTe/ZnTe組成変調超格子コンタクト層である。活性層84は、ZnSe0.2Te0.8井戸層(膜厚5nm)、Be0.12Zn0.88Se0.23Te0.77障壁層(膜厚5nm)3周期より構成される多重量子井戸の両側をBe0.12Zn0.88Se0.23Te0.77光ガイド層(膜厚20nm)84’、84’’で挟んだ構造より構成する。80,89はそれぞれAuGeNi/Pt/Au層のn電極、Ni/Ti/Pt/Au層のp電極であり、86はSiN保護膜、88はp型BeZnTe/ZnTe組成変調超格子コンタクト層である。素子作成方法は、ポリイミド平坦化工程を除き、基本的に実施例1と同等である。
図9に本発明の実施例3の絶縁膜ストライプ型緑色半導体レーザの構造図を示す。実施例3では、先にケース3で示した材料構成を適用する。91はn型InP基板、92はn型InGaAsバッファ層(膜厚d=0.5μm)、93はn型クラッド層(膜厚1μm)、94はZnSe0.2Te0.8アンドープ活性層(バルク単層)、95はp型クラッド層(膜厚1μm)、96はp型BeZnTe/ZnTe組成変調超格子コンタクト層である。90,99はそれぞれAuGeNi/Pt/Au層のn電極、Ni/Ti/Pt/Au層のp電極であり、98は電流狭さくのためSiN絶縁膜である。素子作成方法は、基本的に実施例1と同等である。実施例3では、n型クラッド層93、p型クラッド層95を、表5に示すように組成比を変えたA,B,C,D4種類の素子として作製する。
Claims (1)
- InP基板上に形成した活性層、p型クラッド層、n型クラッド層を有する半導体レーザにおいて、
前記活性層と前記p型および前記n型クラッドとの価電子帯バンド端のエネルギーの差が100meV以上であり、伝導帯バンド端のエネルギーの差が300meV以上であるダブルヘテロ構造型のバンドラインナップを有すること、
前記活性層がZnSe 0.2 Te 0.8 なる成分比を有する各元素で構成された量子井戸構造を有すること、および
前記クラッド層がBe 0.62 Mg 0.38 Teなる成分比を有する各元素で構成されていること
を特徴とする半導体レーザ。
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