JPH0395985A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0395985A JPH0395985A JP23367989A JP23367989A JPH0395985A JP H0395985 A JPH0395985 A JP H0395985A JP 23367989 A JP23367989 A JP 23367989A JP 23367989 A JP23367989 A JP 23367989A JP H0395985 A JPH0395985 A JP H0395985A
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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〕
この発明は光通信システムの主構成要素となる半導体レ
ーザに関する。
ーザに関する。
光通信技術の進歩にともない、その適用分野は基幹伝送
系から加入者系、ＬＡＮ・データリンク等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような光システムの高速化
に対応するためには、光素子のより高性能化が不可欠で
ある。これまでに、低損失光ファイバ通信用光源として
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰダブルへテロ構造の半導体レー
ザが実用化されている。
系から加入者系、ＬＡＮ・データリンク等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような光システムの高速化
に対応するためには、光素子のより高性能化が不可欠で
ある。これまでに、低損失光ファイバ通信用光源として
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰダブルへテロ構造の半導体レー
ザが実用化されている。
しかしながら、波長１μｍ帯のｐ − Ｌｒ＋’／ｐ〜
ＩｎＧａＡｓＰ／ｎ − ｉｎＰダブルへテロ構造を有
する通常の半導体レーザに関しては、例えば、米津によ
る半導体素子工学一発光・受光素子一工学図書株式会社
刊２２７頁から２４３頁に詳しい記載があるように、波
長０．８μｍ帯のＧａＡｌ＾ｓ／Ｇａ八ｓ系の半導体レ
ーザと比べて、発光効率が低い、光出力が低出力で飽和
する、発振しきい値の特性温度Ｔｏが小さく高温動作が
困難等の問題が生じていた． 発光効率の低下、光出力の飽和および高温動作が困難な
原因のひとつは、クラッド層へのキャリア漏れ過程・オ
ージェ再結合過程等によって発光層に注入された電子・
正孔が発光に寄与することなく再結合してしまうことに
ある。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系においては、伝導帯の
バンド不連続ΔＥＣと価電子帯のバンド不運続△ＥＶの
比（いわゆるバンドオフセット比）がΔＥｏ ：ΔＥ
ｖ ＝ ０．２２：０．３８と小さい為、ＩｎＧａ人ｓ
Ｐ発光層に注入された電子はへテロ障壁を越えてｐ形の
ＩｎＰクラッド層に漏れやすい。特に、オージェ再結合
過程（ＣＨＣＣ過程）によってＩｏＧａＡｓＰ発光層中
に運動エネルギーの高い電子が生成されるため、電子の
ｐ形１ｎＰクラッド層への漏れが促進する。又、高温動
作時においても、発光層中に高いエネルギーの電子が生
成されるので、電子の漏れはさらに促進する。
ＩｎＧａＡｓＰ／ｎ − ｉｎＰダブルへテロ構造を有
する通常の半導体レーザに関しては、例えば、米津によ
る半導体素子工学一発光・受光素子一工学図書株式会社
刊２２７頁から２４３頁に詳しい記載があるように、波
長０．８μｍ帯のＧａＡｌ＾ｓ／Ｇａ八ｓ系の半導体レ
ーザと比べて、発光効率が低い、光出力が低出力で飽和
する、発振しきい値の特性温度Ｔｏが小さく高温動作が
困難等の問題が生じていた． 発光効率の低下、光出力の飽和および高温動作が困難な
原因のひとつは、クラッド層へのキャリア漏れ過程・オ
ージェ再結合過程等によって発光層に注入された電子・
正孔が発光に寄与することなく再結合してしまうことに
ある。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系においては、伝導帯の
バンド不連続ΔＥＣと価電子帯のバンド不運続△ＥＶの
比（いわゆるバンドオフセット比）がΔＥｏ ：ΔＥ
ｖ ＝ ０．２２：０．３８と小さい為、ＩｎＧａ人ｓ
Ｐ発光層に注入された電子はへテロ障壁を越えてｐ形の
ＩｎＰクラッド層に漏れやすい。特に、オージェ再結合
過程（ＣＨＣＣ過程）によってＩｏＧａＡｓＰ発光層中
に運動エネルギーの高い電子が生成されるため、電子の
ｐ形１ｎＰクラッド層への漏れが促進する。又、高温動
作時においても、発光層中に高いエネルギーの電子が生
成されるので、電子の漏れはさらに促進する。
ｒ発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上記の原因を除去し発光効率が高く高
出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａ八ｓ
を発光層とする半導体レーザを提供することにある。
出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａ八ｓ
を発光層とする半導体レーザを提供することにある。
前述の問題点を解決し上記目的を達成するために、本発
明が提供する半導体レーザは、ＩｎＰとほぼ格子定数が
等しいＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓが発光層とな
る半導体レーザに於で、前記発光層がｎ形のＩｎＰから
なる第１のクラッド層とｐ形のＩｎＡｌＡｓからなる第
２のクラッド層で挟まれた構造を有することを特徴とし
ている。
明が提供する半導体レーザは、ＩｎＰとほぼ格子定数が
等しいＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓが発光層とな
る半導体レーザに於で、前記発光層がｎ形のＩｎＰから
なる第１のクラッド層とｐ形のＩｎＡｌＡｓからなる第
２のクラッド層で挟まれた構造を有することを特徴とし
ている。
Ｉｎ＾１八ｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系は、バンドオフセット
比がΔＥｏ：ΔＥ Ｖ ＝ ０．５０：０．２２であり
、伝導帯に大きなバンド不連続を有する材料系である。
比がΔＥｏ：ΔＥ Ｖ ＝ ０．５０：０．２２であり
、伝導帯に大きなバンド不連続を有する材料系である。
本発明ではＩｎＰとほぼ格子定数が等しいｒｎＧａＡｓ
Ｐ又はＩｎＧａＡｓからなる発光層をｎ形のＩｎＰから
なる第１のクラッド層とｐ形のＩｎＡｌＡｓがらなる第
２のクラッド層ではさむことによって、第３図に示すよ
うに電流注入時において、発光層１２と第２のクラッド
層間の伝導帯のへテロ障壁を大きくずることが可能とな
る。この大きな伝導帯のへテロ障壁によって、発光層に
注入された電子が第２のクラッド層１３へ漏れにくくな
る。特に、オージエ過程または高温動作時に生じた高い
エネルギーの電子に対して、この効果は著しい。更に、
発光層１２をストライプ状にして、その周囲を発光層よ
りもエネルギーギャップが大きく且つ屈折率の小さな半
導体層で埋め込むことによって、半導体レーザの動作電
流を低減できる。発光層近傍での発熱が抑えられるため
、より高温動作が可能となる。
Ｐ又はＩｎＧａＡｓからなる発光層をｎ形のＩｎＰから
なる第１のクラッド層とｐ形のＩｎＡｌＡｓがらなる第
２のクラッド層ではさむことによって、第３図に示すよ
うに電流注入時において、発光層１２と第２のクラッド
層間の伝導帯のへテロ障壁を大きくずることが可能とな
る。この大きな伝導帯のへテロ障壁によって、発光層に
注入された電子が第２のクラッド層１３へ漏れにくくな
る。特に、オージエ過程または高温動作時に生じた高い
エネルギーの電子に対して、この効果は著しい。更に、
発光層１２をストライプ状にして、その周囲を発光層よ
りもエネルギーギャップが大きく且つ屈折率の小さな半
導体層で埋め込むことによって、半導体レーザの動作電
流を低減できる。発光層近傍での発熱が抑えられるため
、より高温動作が可能となる。
従って、本発明の採用により、発光層に注入された電子
が第２のクラッド層へ漏れることなく正孔と発光再結合
し、レーザ動作電流が低減できるため、発光効率が高く
高出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡ
ｓを発光層とする半導体レーザが得られる。
が第２のクラッド層へ漏れることなく正孔と発光再結合
し、レーザ動作電流が低減できるため、発光効率が高く
高出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡ
ｓを発光層とする半導体レーザが得られる。
次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。
第１図は第１の実施例である電極ストライプ構造の半導
体レーザの構造図であり、第３図は実施例の発光動作時
におけるバンド構造図である。先ず、厚さ３５０μｍの
ｎ − ＩｎＰ基板１０上に気相成長法又は分子線成長
法により、ｎ − １ｎＰよりなる第１のクラッド層１
１（厚さ２μｍ、キヤリア濃度５ Ｘ １ ０ １７ｃ
ｍ−’） 、ｐ − １ｎＧａＡｓＰよりなる発光Ｎ１
２（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度１×１ ０ １８ｃ
ｍ−’） 、ｐ − ＩｎＧａＡｓよりなる第２のクラ
ッド層１３（厚さ２μｍ、キャリア濃度１×１０ｃｍ−
３） 、ｐ − ＩｎＧａＡｓＰよりなるキャップ層１
４（厚さ０．５μｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ １
８ｃｍ−’）を成長する。次に誘電体をマスク１５とし
たＺｎの選択不純物拡散法により高いｐ形不純物濃度を
有するコンタクト領域１６を幅５μｍのストライプ状に
形戒した後、ＡｕＺｎがらなるｐ電極１７を形或する。
体レーザの構造図であり、第３図は実施例の発光動作時
におけるバンド構造図である。先ず、厚さ３５０μｍの
ｎ − ＩｎＰ基板１０上に気相成長法又は分子線成長
法により、ｎ − １ｎＰよりなる第１のクラッド層１
１（厚さ２μｍ、キヤリア濃度５ Ｘ １ ０ １７ｃ
ｍ−’） 、ｐ − １ｎＧａＡｓＰよりなる発光Ｎ１
２（厚さ０．１μｍ、キャリア濃度１×１ ０ １８ｃ
ｍ−’） 、ｐ − ＩｎＧａＡｓよりなる第２のクラ
ッド層１３（厚さ２μｍ、キャリア濃度１×１０ｃｍ−
３） 、ｐ − ＩｎＧａＡｓＰよりなるキャップ層１
４（厚さ０．５μｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ １
８ｃｍ−’）を成長する。次に誘電体をマスク１５とし
たＺｎの選択不純物拡散法により高いｐ形不純物濃度を
有するコンタクト領域１６を幅５μｍのストライプ状に
形戒した後、ＡｕＺｎがらなるｐ電極１７を形或する。
ｎ − ＴｎＰ基板１０の裏面を１００μｍ程度の厚さ
になるまで研磨した後、裏面側にＡｕＧｅＮｉよりなる
ｎ電極１８を形成し、第ｌの実施例の電極ストライプ構
造の半導体レーザが完或する。
になるまで研磨した後、裏面側にＡｕＧｅＮｉよりなる
ｎ電極１８を形成し、第ｌの実施例の電極ストライプ構
造の半導体レーザが完或する。
第２図は、第２の実施例である埋め込み構造の半導体レ
ーザの構造図である。先ず、厚さ３５０μｍのｎ−１ｎ
Ｐ基板１０上に気相戊長法又は分子線成長法により、ｎ
− ＴｎＰよりなる第１のクラッド層１１（厚さ２μ
ｍ、キャリア濃度５×１０”ｃｍ−３） 、ｐ − Ｉ
ｊＧａＡｓＰよりなる発光層１２（厚さ０．１μｍ、キ
ャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ １８ｃｍ−’）ｐ − １
ｎＡｌ＾Ｓよりなる第２のクラッド層１３（厚さ２μｍ
、キャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ １８ｃｍ−３） 、ｐ
−ＩｎＧａＡｓよりなるキャップ層１４（厚さ０．５μ
ｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ ”ｃｍ−’）を成長
する。
ーザの構造図である。先ず、厚さ３５０μｍのｎ−１ｎ
Ｐ基板１０上に気相戊長法又は分子線成長法により、ｎ
− ＴｎＰよりなる第１のクラッド層１１（厚さ２μ
ｍ、キャリア濃度５×１０”ｃｍ−３） 、ｐ − Ｉ
ｊＧａＡｓＰよりなる発光層１２（厚さ０．１μｍ、キ
ャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ １８ｃｍ−’）ｐ − １
ｎＡｌ＾Ｓよりなる第２のクラッド層１３（厚さ２μｍ
、キャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ １８ｃｍ−３） 、ｐ
−ＩｎＧａＡｓよりなるキャップ層１４（厚さ０．５μ
ｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １ ０ ”ｃｍ−’）を成長
する。
次にＳｉ０２をマスクとして用い、臭素とメチルアルコ
ールの混合液によりメサエッチングし、幅１．５μｍ、
高さ３μｍのストライブ状の活性領域１９を形成した後
、このＳｉ０２をマスクとして用い、Ｆｅを添加した高
抵抗１ｎＰからなる埋め込み層２０をストライプの両側
に選択戒長ずる。活性領域１つ上部のキャップＮｌ４上
にＡｕＸｎからなるｐ電極１７を形成ずる。ｎ − Ｉ
ｎＰ基板１０の裏面を１００Ｊ．Ｌｍ程度の厚さになる
まで研磨した後、裏面側にＡｕＧｅＮｉよりなるｎ電極
１８を形或し、第２の実施例の埋め込み構造の半導体レ
ーザが完成する。
ールの混合液によりメサエッチングし、幅１．５μｍ、
高さ３μｍのストライブ状の活性領域１９を形成した後
、このＳｉ０２をマスクとして用い、Ｆｅを添加した高
抵抗１ｎＰからなる埋め込み層２０をストライプの両側
に選択戒長ずる。活性領域１つ上部のキャップＮｌ４上
にＡｕＸｎからなるｐ電極１７を形成ずる。ｎ − Ｉ
ｎＰ基板１０の裏面を１００Ｊ．Ｌｍ程度の厚さになる
まで研磨した後、裏面側にＡｕＧｅＮｉよりなるｎ電極
１８を形或し、第２の実施例の埋め込み構造の半導体レ
ーザが完成する。
ＩｎＰとほぼ格子定数が等しいＩｎＧａＡｓＰ又はｒｎ
ＧａＡｓからなる発光層をｎ − １ｎＰからなる第１
のクラッド層とｆ） ｒｎＡＩＡｓからなる第２のク
ラッド層で挟んだ構造を採用することによって、電流注
入時において、発光層と第２のクラッド層間の伝導帯の
へテロ障壁を大きくすることが可能となる。
ＧａＡｓからなる発光層をｎ − １ｎＰからなる第１
のクラッド層とｆ） ｒｎＡＩＡｓからなる第２のク
ラッド層で挟んだ構造を採用することによって、電流注
入時において、発光層と第２のクラッド層間の伝導帯の
へテロ障壁を大きくすることが可能となる。
この大きな伝導帯のへテロ障壁によって、発光層から第
２のクラッド層への電子の漏れを抑制することが出来る
。更に、発光層をストライプ状にして、その周囲を発光
層よりもエネルギーギャップが大きく且つ屈折率の小さ
な半導体層で埋め込むことによって、半導体レーザの動
作電流を低減できる。発光層近傍での発熱が抑えられる
ため、より高温動作が可能となる。従って、発光効率が
高く高出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧ
ａＡｓを発光層とする半導体レーザが得られる。
２のクラッド層への電子の漏れを抑制することが出来る
。更に、発光層をストライプ状にして、その周囲を発光
層よりもエネルギーギャップが大きく且つ屈折率の小さ
な半導体層で埋め込むことによって、半導体レーザの動
作電流を低減できる。発光層近傍での発熱が抑えられる
ため、より高温動作が可能となる。従って、発光効率が
高く高出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧ
ａＡｓを発光層とする半導体レーザが得られる。
尚、上記の実施例に於いては寸法例も示したが、結晶成
長の様子は或長法・条件等で大幅に変化するからそれら
と共に適切な寸法を採用すべきことはゆうまでもない。
長の様子は或長法・条件等で大幅に変化するからそれら
と共に適切な寸法を採用すべきことはゆうまでもない。
又、電極金属・誘電体の秤類に関して制限はない。埋め
込み層に関しては、電流ブロック効果がある構造であれ
ば制限はなく、例えば、ｐ ｒｌ接きを用いた埋め込み
構造でも良い。発光層に関しては、ＩｎＰにほぼ格子整
合するＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓであれば制限は
なく、更に量子井戸構造でもよいことは改めて詳細に説
明するまでもなく明らかなことである。
込み層に関しては、電流ブロック効果がある構造であれ
ば制限はなく、例えば、ｐ ｒｌ接きを用いた埋め込み
構造でも良い。発光層に関しては、ＩｎＰにほぼ格子整
合するＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓであれば制限は
なく、更に量子井戸構造でもよいことは改めて詳細に説
明するまでもなく明らかなことである。
以上詳述したように、本発明によれば、ＩｎＰとほぼ格
子定数が等しいＩｎＧａＡＳＰ又はＩａＧａＡＳからな
る発光層をｎ − １ｎＰからなる第１のクラッド層と
ｐ − ｆＡＩＡｓからなる第２のクラッド層で挟んだ
構造を採用することによって、電流注入時において、発
光層と第２のクラッド層間の伝導帯のへテロ障壁を大き
くすることが可能となるから、発光層から第２のクラッ
ド層への電子の漏れを抑制することが出来る。
子定数が等しいＩｎＧａＡＳＰ又はＩａＧａＡＳからな
る発光層をｎ − １ｎＰからなる第１のクラッド層と
ｐ − ｆＡＩＡｓからなる第２のクラッド層で挟んだ
構造を採用することによって、電流注入時において、発
光層と第２のクラッド層間の伝導帯のへテロ障壁を大き
くすることが可能となるから、発光層から第２のクラッ
ド層への電子の漏れを抑制することが出来る。
更、発光層をストライプ状にして、その周囲を発光層よ
りもエネルギーギャップか大きく且つ屈折率の小さな半
導体層で埋め込むことによって、半導体レーザの動作電
流を低減できる。発光層近傍での発熱が抑えられるため
、より高温動作が可能となる。従って、発光効率か高く
高出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓを発光層とする半導体レーザが得られる。
りもエネルギーギャップか大きく且つ屈折率の小さな半
導体層で埋め込むことによって、半導体レーザの動作電
流を低減できる。発光層近傍での発熱が抑えられるため
、より高温動作が可能となる。従って、発光効率か高く
高出力で高温動作するＩｎＧａＡｓＰまたはＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓを発光層とする半導体レーザが得られる。
第１図は本発明の第１の実施例である電，極ス１・ライ
ブ構造の半導体レーザの構造図、第２図は第２の実施例
である埋め込み構造の半導体レーザの構造図、第３図は
実施例の発光動作時におけるバンド構造図である。 １０・・−ｎ−１ｎＰ基板、１１−・ｎ−ＩｎＰからな
る第１のクラッド層、１２・・・発光層、１３・・・ｐ
ＩｎＡｌＡｓからなる第２のクラ・ンド層、１４・・・
キヤ・ン ０プ層、１５・・・マスク、１６・・・コン
タクト領域、１７・・・ｐ電極、１８・・ｎ電極、１９
・・・活性領域、２ Ｏ ・・埋め込み層。
ブ構造の半導体レーザの構造図、第２図は第２の実施例
である埋め込み構造の半導体レーザの構造図、第３図は
実施例の発光動作時におけるバンド構造図である。 １０・・−ｎ−１ｎＰ基板、１１−・ｎ−ＩｎＰからな
る第１のクラッド層、１２・・・発光層、１３・・・ｐ
ＩｎＡｌＡｓからなる第２のクラ・ンド層、１４・・・
キヤ・ン ０プ層、１５・・・マスク、１６・・・コン
タクト領域、１７・・・ｐ電極、１８・・ｎ電極、１９
・・・活性領域、２ Ｏ ・・埋め込み層。
Claims (1)
- ＩｎＰとほぼ格子定数が等しいＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎ
ＧａＡｓが発光層となる半導体レーザに於て、前記発光
層がｎ形のＩｎＰからなる第１のクラッド層とｐ形のＩ
ｎＡｌＡｓからなる第２のクラッド層で挟まれた構造を
有することを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23367989A JPH0395985A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23367989A JPH0395985A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0395985A true JPH0395985A (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=16958841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23367989A Pending JPH0395985A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0395985A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009059916A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光半導体デバイス |
| JP2019004112A (ja) * | 2017-06-19 | 2019-01-10 | Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 | 半導体レーザ |
-
1989
- 1989-09-07 JP JP23367989A patent/JPH0395985A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009059916A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光半導体デバイス |
| JP2019004112A (ja) * | 2017-06-19 | 2019-01-10 | Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 | 半導体レーザ |
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