JPH0233993A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0233993A JPH0233993A JP18434288A JP18434288A JPH0233993A JP H0233993 A JPH0233993 A JP H0233993A JP 18434288 A JP18434288 A JP 18434288A JP 18434288 A JP18434288 A JP 18434288A JP H0233993 A JPH0233993 A JP H0233993A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体レーザ、詳しくは、高出力化を実現する
ための半導体レーザの構造に関する。
ための半導体レーザの構造に関する。
従来の技術
半導体レーザは、光フアイバ通信やその他の光計測用光
源として、小型で信頼性が高く、また、高効率である点
から、非常に重要である。とくに、光計測用光源として
は、半導体レーザの高出力化が要望されており、活発な
研究開発が行なわれてきている。
源として、小型で信頼性が高く、また、高効率である点
から、非常に重要である。とくに、光計測用光源として
は、半導体レーザの高出力化が要望されており、活発な
研究開発が行なわれてきている。
一般に、半導体レーザにはダブルへテロ構造が用いられ
る。このダブルへテロ構造は、第３図に概要断面図で示
すように、Ｎ型１ｎＰ基板１．Ｎ型ＩｎＰクラッド層２
．ＩｎＧａＡｓＰ活性層３゜Ｐ型１ｎＰクラッド層およ
びＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層とを有し、要するに
、所望のレーザ発振波長に対応した禁制帯幅を有する活
性層３と、その両側に配置した、活性層３よりも禁制帯
幅が太き（、かつ、屈折率の小さなＰ型とＮ型のクラッ
ド層２，４との３層を基本構成としている。活性層３と
クラッド層２，４間の禁制帯幅差に起因するエネルギ障
壁により注入されたキャリアを有効に活性領域にとじ込
めることができ、さらに、活性層３とクラッド層２，４
との屈折率差のために形成される光導波路を低損失化で
きるため、低発振しきい値化と高効率化を容易に達成で
きる。また、実際の半導体レーザでは、さらに発振しき
い値を低下させるために、Ｐ型ＩｎＰブロック層６．Ｎ
型ＩｎＰブロック層７を設けて、活性層３の横幅方向で
電流注入を制限したストライブ構造が用いられる。なお
、第３図は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、
ヒ素（Ａｓ）。
る。このダブルへテロ構造は、第３図に概要断面図で示
すように、Ｎ型１ｎＰ基板１．Ｎ型ＩｎＰクラッド層２
．ＩｎＧａＡｓＰ活性層３゜Ｐ型１ｎＰクラッド層およ
びＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層とを有し、要するに
、所望のレーザ発振波長に対応した禁制帯幅を有する活
性層３と、その両側に配置した、活性層３よりも禁制帯
幅が太き（、かつ、屈折率の小さなＰ型とＮ型のクラッ
ド層２，４との３層を基本構成としている。活性層３と
クラッド層２，４間の禁制帯幅差に起因するエネルギ障
壁により注入されたキャリアを有効に活性領域にとじ込
めることができ、さらに、活性層３とクラッド層２，４
との屈折率差のために形成される光導波路を低損失化で
きるため、低発振しきい値化と高効率化を容易に達成で
きる。また、実際の半導体レーザでは、さらに発振しき
い値を低下させるために、Ｐ型ＩｎＰブロック層６．Ｎ
型ＩｎＰブロック層７を設けて、活性層３の横幅方向で
電流注入を制限したストライブ構造が用いられる。なお
、第３図は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、
ヒ素（Ａｓ）。
リン（Ｐ）を活性層、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）
をクラッド層の主構成元素とした、いわゆる、長波長帯
半導体レーザの従来構造を示しており、高効率、高出力
化のために、活性層厚さや、各層不純物濃度の最適化が
行なわれている。
をクラッド層の主構成元素とした、いわゆる、長波長帯
半導体レーザの従来構造を示しており、高効率、高出力
化のために、活性層厚さや、各層不純物濃度の最適化が
行なわれている。
発明が解決しようとする課題
半導体レーザの高出力化を行なうためには、活性層３と
クラッド層２，４とのエネルギ障壁を増大させ、高注入
時でもキャリアの閉じ込め効果が有効に作用し、漏れ電
流の少ないダブルへテロ構造が必要である。エネルギ障
壁の大きさは、禁制帯幅差だけでなく、クラッド層２，
４の不純物濃度でも変化し、不純物濃度が大なる程、活
性層−クラッド層間の障壁が増大する。このため、半導
体レーザの高出力特性はクラッド層内不純物濃度により
顕著に変化する。第４図は、Ｎ型１ｎＰクラッド層２の
不純物濃度をＮ＝ ２ Ｘ １０”ｃｍ−’で一定とし
、Ｐ型ＩｎＰクラッド層４の不純物濃度を変化させた場
合の出力変化の実験結果の一例であり、Ｐ ” ０．５
Ｘ １０１８ｃｍ−３からＰ＝２．５Ｘ１０１８ａｍ
’に不純物濃度を増加することで、光出力を１．５倍に
でき、前述の効果を確認した。しかしながら、発撮しき
い値電流以上での電流−光変換効率（以下、微分効率と
記す）は、大きく低下してしまう結果となった。これは
、Ｐ型クラッド層４内の不純物濃度の増大により、自由
ギヤリア吸収やその他の効果により、Ｐ型クラッド層４
内での吸収係数が増加し、光が活性層からクラッド層に
しみ出して存在するために、光の吸収損が非常に大きく
なっているためである。以上の理由により、微分効率が
低下している結果、最高先出力の改善効果を充分に発揮
できず、その効果は１．５倍程度にとどまっていた。
クラッド層２，４とのエネルギ障壁を増大させ、高注入
時でもキャリアの閉じ込め効果が有効に作用し、漏れ電
流の少ないダブルへテロ構造が必要である。エネルギ障
壁の大きさは、禁制帯幅差だけでなく、クラッド層２，
４の不純物濃度でも変化し、不純物濃度が大なる程、活
性層−クラッド層間の障壁が増大する。このため、半導
体レーザの高出力特性はクラッド層内不純物濃度により
顕著に変化する。第４図は、Ｎ型１ｎＰクラッド層２の
不純物濃度をＮ＝ ２ Ｘ １０”ｃｍ−’で一定とし
、Ｐ型ＩｎＰクラッド層４の不純物濃度を変化させた場
合の出力変化の実験結果の一例であり、Ｐ ” ０．５
Ｘ １０１８ｃｍ−３からＰ＝２．５Ｘ１０１８ａｍ
’に不純物濃度を増加することで、光出力を１．５倍に
でき、前述の効果を確認した。しかしながら、発撮しき
い値電流以上での電流−光変換効率（以下、微分効率と
記す）は、大きく低下してしまう結果となった。これは
、Ｐ型クラッド層４内の不純物濃度の増大により、自由
ギヤリア吸収やその他の効果により、Ｐ型クラッド層４
内での吸収係数が増加し、光が活性層からクラッド層に
しみ出して存在するために、光の吸収損が非常に大きく
なっているためである。以上の理由により、微分効率が
低下している結果、最高先出力の改善効果を充分に発揮
できず、その効果は１．５倍程度にとどまっていた。
本発明は上記従来の問題点を排除し、高出力で高効率な
半導体レーザを提供することを目的とする。
半導体レーザを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
この目的を達成するために、本発明の半導体レーザは、
Ｐ型およびＮ型クラッド層の両方もしくは少なくとも一
方に、結晶成長の成長厚さ方向に不純物濃度分布を設け
、その不純物濃度分布を、活性層との界面から所定厚さ
内で高濃度であり、その他領域では低濃度になるように
制御したものである。
Ｐ型およびＮ型クラッド層の両方もしくは少なくとも一
方に、結晶成長の成長厚さ方向に不純物濃度分布を設け
、その不純物濃度分布を、活性層との界面から所定厚さ
内で高濃度であり、その他領域では低濃度になるように
制御したものである。
作用
この構成によって、活性層との界面の高濃度領域により
、活性層とクラッド層とのエネルギ障壁を増大させ、か
つ、その他領域を低不純物濃度化することで、活性層か
らしみ出た光の吸収損を可能な限り少なく保つことによ
り、微分効率の低下を少なくし、この結果として、高出
力化を達成することができる。
、活性層とクラッド層とのエネルギ障壁を増大させ、か
つ、その他領域を低不純物濃度化することで、活性層か
らしみ出た光の吸収損を可能な限り少なく保つことによ
り、微分効率の低下を少なくし、この結果として、高出
力化を達成することができる。
実施例
本発明を、活性層をＩｎＧａＡｓＰとし、クラッド層を
ＩｎＰとした長波長帯半導体レーザの実施例により、図
面を参照しながら詳細に説明する。
ＩｎＰとした長波長帯半導体レーザの実施例により、図
面を参照しながら詳細に説明する。
第１図はその素子構造を示した要部断面図である。結晶
成長は通常の液相エピタキシャル成長法により行ない、
２回の結晶成長工程を用いて、埋込みへテロ構造のスト
ライブ構造とした。まず、Ｎ型（１００）ＩｎＰ基板１
上にテルル（Ｔｅ）を不純物としたＮ型１ｎＰクラッド
層２．アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３．亜鉛（Ｚｎ
）を不純物とした高濃度Ｐ型りラッド層８および、Ｐ型
りラッド層４、最後に、オーミックコンタクトを容易に
するためのＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層５の合計５層をエピタ
キシャル成長してダブルへテロ構造を作製した後、酸化
シリコン（ＳｉＯ２）をマスクとして＜０１１＞結晶方
向に沿ってストライプ状にエツチングし、活性層の幅を
約２μｍとした。その後、２回目のエピタキシャル成長
で、Ｐ型ＩｎＰブロック層６．Ｎ型ＩｎＰブロック層７
を順次成長させ、注入電流を活性層へ効率よく注入する
ための電流狭窄構造とした。各クラッド層の不純物濃度
は、Ｎ型ＩｎＰ層２ではＮ＝２×１０１８ｃｍ−３とし
、また、Ｐ型１ｎＰ層４ではＰ＝０、５ Ｘ １０１８
ｃｍ−３とし、Ｐ型ＩｎＰ高濃度層８の不純物濃度をＰ
＝０．５〜２．５Ｘ１０１８昨−３の範囲で変化させた
場合の光出力と微分効率を調べた。その結果が第２図で
ある。Ｐ型１ｎＰ高濃度層８の不純物濃度をＰ ＝２．
５Ｘ １０”ｃｍ−’まで増大しても、微分効率は約１
０％程度の減少に抑えられ、この結果、最高先出力は、
約２．２倍まで増大させることができた。この値を、従
来構造の場合と比較すると、約４５％の光出力の向上が
得られ、本発明により著しい高出力化が可能であること
が確認できた。
成長は通常の液相エピタキシャル成長法により行ない、
２回の結晶成長工程を用いて、埋込みへテロ構造のスト
ライブ構造とした。まず、Ｎ型（１００）ＩｎＰ基板１
上にテルル（Ｔｅ）を不純物としたＮ型１ｎＰクラッド
層２．アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３．亜鉛（Ｚｎ
）を不純物とした高濃度Ｐ型りラッド層８および、Ｐ型
りラッド層４、最後に、オーミックコンタクトを容易に
するためのＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層５の合計５層をエピタ
キシャル成長してダブルへテロ構造を作製した後、酸化
シリコン（ＳｉＯ２）をマスクとして＜０１１＞結晶方
向に沿ってストライプ状にエツチングし、活性層の幅を
約２μｍとした。その後、２回目のエピタキシャル成長
で、Ｐ型ＩｎＰブロック層６．Ｎ型ＩｎＰブロック層７
を順次成長させ、注入電流を活性層へ効率よく注入する
ための電流狭窄構造とした。各クラッド層の不純物濃度
は、Ｎ型ＩｎＰ層２ではＮ＝２×１０１８ｃｍ−３とし
、また、Ｐ型１ｎＰ層４ではＰ＝０、５ Ｘ １０１８
ｃｍ−３とし、Ｐ型ＩｎＰ高濃度層８の不純物濃度をＰ
＝０．５〜２．５Ｘ１０１８昨−３の範囲で変化させた
場合の光出力と微分効率を調べた。その結果が第２図で
ある。Ｐ型１ｎＰ高濃度層８の不純物濃度をＰ ＝２．
５Ｘ １０”ｃｍ−’まで増大しても、微分効率は約１
０％程度の減少に抑えられ、この結果、最高先出力は、
約２．２倍まで増大させることができた。この値を、従
来構造の場合と比較すると、約４５％の光出力の向上が
得られ、本発明により著しい高出力化が可能であること
が確認できた。
本発明における高不純物濃度層８は、エネルギ障壁を高
めるためにのみ必要であり、できるだけ薄い事が望まし
い。逆に、厚さが非常１こ厚い場合には、その効果が得
られず従来構造の場合とほとんど同じ結果となる。別の
実験によると、充分確認できる効果を得るためには、高
不純物濃度領域の厚さが０．５μｍ以内であることが必
要であった。
めるためにのみ必要であり、できるだけ薄い事が望まし
い。逆に、厚さが非常１こ厚い場合には、その効果が得
られず従来構造の場合とほとんど同じ結果となる。別の
実験によると、充分確認できる効果を得るためには、高
不純物濃度領域の厚さが０．５μｍ以内であることが必
要であった。
発明の効果
本発明によれば、クラッド層内に不純物濃度分布を設け
るという非常に簡単な方法により、高出力な半導体レー
ザを得ることができ、その工業的価値は大である。
るという非常に簡単な方法により、高出力な半導体レー
ザを得ることができ、その工業的価値は大である。
第１図は本発明の一実施例の構成を表わす要部断面図、
第２図は本発明による光出力改善効果を表わす実験結果
を示す特性図、第３図は従来の半導体レーザの構成を示
す要部断面図、第４図は従来方法による不純物濃度と光
出力との関係特性図である。 １・・・・・・Ｎ型１ｎＰ基板、２・・・・・・Ｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層、３・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ活性層
、４・・・・・・Ｐ型［ｎＰクラッド層、５・・・・・
・Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、８・・・・・・Ｐ
型ｒｎＰクラッド層内高不純物濃度層。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第４図 ｅ型７う１．Ｙ層Ｊ”ｍ’ａ５１ＬＪ ＜ｃｍ−３）
派 Ｃｑ 派 ＠をｐ１斤 ？ 條）頭板 壬 只 （忠−誓と）
第２図は本発明による光出力改善効果を表わす実験結果
を示す特性図、第３図は従来の半導体レーザの構成を示
す要部断面図、第４図は従来方法による不純物濃度と光
出力との関係特性図である。 １・・・・・・Ｎ型１ｎＰ基板、２・・・・・・Ｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層、３・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ活性層
、４・・・・・・Ｐ型［ｎＰクラッド層、５・・・・・
・Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、８・・・・・・Ｐ
型ｒｎＰクラッド層内高不純物濃度層。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第４図 ｅ型７う１．Ｙ層Ｊ”ｍ’ａ５１ＬＪ ＜ｃｍ−３）
派 Ｃｑ 派 ＠をｐ１斤 ？ 條）頭板 壬 只 （忠−誓と）
Claims (3)
- （１）活性層に隣接して形成された、Ｐ型およびＮ型ク
ラッド層の両方もしくは少なくとも一方が、結晶成長の
成長厚さ方向に不純物濃度分布を有しており、かつ、前
記クラッド層内不純物濃度分布が前記活性層に隣接する
側の所定厚さ領域で濃度が高く、その他の領域では低濃
度となる濃度分布をそなえた半導体レーザ。 - （２）クラッド層内の不純物高濃度領域の厚さが０．５
μｍ以内である請求項１記載の半導体レーザ。 - （３）活性層がインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）
、ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）より成り、かつ、クラ
ッド層がインジウム（Ｉｎ）およびリン（Ｐ）を主構成
元素としている請求項１または２記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18434288A JPH0233993A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18434288A JPH0233993A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233993A true JPH0233993A (ja) | 1990-02-05 |
Family
ID=16151611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18434288A Pending JPH0233993A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0233993A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000188423A (ja) * | 2000-01-01 | 2000-07-04 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子の形成方法 |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP18434288A patent/JPH0233993A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000188423A (ja) * | 2000-01-01 | 2000-07-04 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子の形成方法 |
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