JPH04321290A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH04321290A JPH04321290A JP3792691A JP3792691A JPH04321290A JP H04321290 A JPH04321290 A JP H04321290A JP 3792691 A JP3792691 A JP 3792691A JP 3792691 A JP3792691 A JP 3792691A JP H04321290 A JPH04321290 A JP H04321290A
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- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 91
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２つのクラッド層で挟
まれた活性層を超格子構造とした高機能半導体レーザの
改良に関する。
まれた活性層を超格子構造とした高機能半導体レーザの
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】計測、通信、情報処理の分野で使用され
る高機能半導体レーザは、安定な基本横モードで発振し
、かつ情報量を高密度化するために短波長を出力するこ
とが必要とされている。そのため、近時に至ってはＡｌ
ＧａＩｎＰ系半導体を用いた半導体レーザが開発され６
００〜７００ｎｍの可視光の発振も可能となっているが
、活性層を超格子構造とした半導体レーザでは更に短波
長化が図られ、５５０ｎｍ程度の黄色可視光の発振も可
能となっている。
る高機能半導体レーザは、安定な基本横モードで発振し
、かつ情報量を高密度化するために短波長を出力するこ
とが必要とされている。そのため、近時に至ってはＡｌ
ＧａＩｎＰ系半導体を用いた半導体レーザが開発され６
００〜７００ｎｍの可視光の発振も可能となっているが
、活性層を超格子構造とした半導体レーザでは更に短波
長化が図られ、５５０ｎｍ程度の黄色可視光の発振も可
能となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を利用した高機能半導体レーザ
では、エネルギーバンドの伝導帯エネルギー差△Ｅｃが
最大の場合でも、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５ＰとＧａ０．５
Ｉｎ０．５Ｐで約０．２ｅＶという値であり、その値は
ＡｌＧａＡｓ系半導体に比べると半分以下となっている
。また、このような半導体レーザでは、ｐ型高濃度層が
得にくいことからキャリアのオーバーフロー、すなわち
活性層に注入した電子がクラッド層領域まであふれ出す
という問題があり、レーザ発振時の閾値電流を増加させ
る要因となっている。更に短波長発振のために活性層を
超格子構造とした半導体レーザでは、一般に量子準位と
障壁層伝導帯エネルギー差△Ｅｃがさらに小さくなるた
め電子は活性層内の井戸層に閉じこめられずに障壁層又
はクラッド層にあふれ出し、同様の問題を引き起こして
いる。
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を利用した高機能半導体レーザ
では、エネルギーバンドの伝導帯エネルギー差△Ｅｃが
最大の場合でも、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５ＰとＧａ０．５
Ｉｎ０．５Ｐで約０．２ｅＶという値であり、その値は
ＡｌＧａＡｓ系半導体に比べると半分以下となっている
。また、このような半導体レーザでは、ｐ型高濃度層が
得にくいことからキャリアのオーバーフロー、すなわち
活性層に注入した電子がクラッド層領域まであふれ出す
という問題があり、レーザ発振時の閾値電流を増加させ
る要因となっている。更に短波長発振のために活性層を
超格子構造とした半導体レーザでは、一般に量子準位と
障壁層伝導帯エネルギー差△Ｅｃがさらに小さくなるた
め電子は活性層内の井戸層に閉じこめられずに障壁層又
はクラッド層にあふれ出し、同様の問題を引き起こして
いる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザは
、このような事情に鑑みて開発されたもので、キャリア
のオーバーフローを防ぐためクラッド層を超格子構造に
するとともに、半導体積層基板の上面には、中央部で分
離された１組の電極を設け、この１組の電極の各々の下
方には、該半導体積層基板の上面より活性層に至る不純
物打ち込み層を対応して形成することによって、電流注
入を抵抗率の低い不純物打ち込み層を通して活性層の横
方向から行なう構成としている。
、このような事情に鑑みて開発されたもので、キャリア
のオーバーフローを防ぐためクラッド層を超格子構造に
するとともに、半導体積層基板の上面には、中央部で分
離された１組の電極を設け、この１組の電極の各々の下
方には、該半導体積層基板の上面より活性層に至る不純
物打ち込み層を対応して形成することによって、電流注
入を抵抗率の低い不純物打ち込み層を通して活性層の横
方向から行なう構成としている。
【０００５】
【作用】本発明の半導体レーザによれば、活性層は超格
子構造とされ、クラッド層は超格子構造となっているの
で、短波長発振が可能な上にクラッド層は量子効果によ
る電子の反射機構を構成する。そのため活性層内に注入
されたキャリアのクラッド層へのオーバーフローは効果
的に防止される。また、半導体積層基板の上面には、中
央部で分離された１組の電極を設け、この１組の電極の
各々の下方には、該半導体積層基板の上面より活性層に
至る不純物打ち込み層を対応して形成しているので、電
極からの注入電流は超格子構造になったクラッド層内を
直接通過せず、抵抗率の低い不純物打ち込み層を通じて
活性層の横方向から行なわれる。これらの結果、活性層
を超格子構造とした半導体レーザの短波長発振時に必要
な閾値電流を一層低下させることが出来る。
子構造とされ、クラッド層は超格子構造となっているの
で、短波長発振が可能な上にクラッド層は量子効果によ
る電子の反射機構を構成する。そのため活性層内に注入
されたキャリアのクラッド層へのオーバーフローは効果
的に防止される。また、半導体積層基板の上面には、中
央部で分離された１組の電極を設け、この１組の電極の
各々の下方には、該半導体積層基板の上面より活性層に
至る不純物打ち込み層を対応して形成しているので、電
極からの注入電流は超格子構造になったクラッド層内を
直接通過せず、抵抗率の低い不純物打ち込み層を通じて
活性層の横方向から行なわれる。これらの結果、活性層
を超格子構造とした半導体レーザの短波長発振時に必要
な閾値電流を一層低下させることが出来る。
【０００６】
【実施例】以下に、添付図を参照して本発明の実施例を
説明する。図１に見るように、この実施例では、半導体
積層基板１０は、ＧａＡｓ基板１の上に、ＧａＡｓバッ
ファ層２、ｐ系半導体のバッファ層３、多重量子井戸構
造のクラッド層４、単一量子井戸構造の活性層５、多重
量子井戸構造のクラッド層６、多重量子井戸構造のクラ
ッド層の保護層７及びＧａＡｓキャップ層８を積層した
構造となっており、ＧａＡｓキャップ層８上面には、中
央に適当なスペース９ｃを介し電流注入のための１組の
電極９ａ，９ｂを形成した構造となっている。ここに、
活性層５を挟み込んでいる上下の多重量子井戸クラッド
層４と６の層厚及び層数は活性層電子エネルギーを効率
よく反射するように設定されており、超格子活性層の量
子井戸となる部分は、両側の障壁層及びクラッド層の井
戸層と障壁層よりバンドギャップが小さくしている。こ
のため活性層の量子井戸Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの他は
、クラッド層の保護層７を含むすべての層にＡｌを含ま
せた（Ａｌが少ない方が電流が流れやすくなる）構造と
なっている。また、クラッド層の保護層７は、後述する
高抵抗層を作成する際に打ち込んだプロトンが多重量子
井戸構造のクラッド層６へ届かないようにする作用もあ
る。
説明する。図１に見るように、この実施例では、半導体
積層基板１０は、ＧａＡｓ基板１の上に、ＧａＡｓバッ
ファ層２、ｐ系半導体のバッファ層３、多重量子井戸構
造のクラッド層４、単一量子井戸構造の活性層５、多重
量子井戸構造のクラッド層６、多重量子井戸構造のクラ
ッド層の保護層７及びＧａＡｓキャップ層８を積層した
構造となっており、ＧａＡｓキャップ層８上面には、中
央に適当なスペース９ｃを介し電流注入のための１組の
電極９ａ，９ｂを形成した構造となっている。ここに、
活性層５を挟み込んでいる上下の多重量子井戸クラッド
層４と６の層厚及び層数は活性層電子エネルギーを効率
よく反射するように設定されており、超格子活性層の量
子井戸となる部分は、両側の障壁層及びクラッド層の井
戸層と障壁層よりバンドギャップが小さくしている。こ
のため活性層の量子井戸Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの他は
、クラッド層の保護層７を含むすべての層にＡｌを含ま
せた（Ａｌが少ない方が電流が流れやすくなる）構造と
なっている。また、クラッド層の保護層７は、後述する
高抵抗層を作成する際に打ち込んだプロトンが多重量子
井戸構造のクラッド層６へ届かないようにする作用もあ
る。
【０００７】このような半導体レーザの積層基板１０は
、ＧａＡｓ基板１上に、１０００Å程度の膜厚のＧａＡ
ｓバッファ層２、ｐ系半導体のバッファ層３として５０
０Å程度の膜厚のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を順次エピ
タキシャル成長によって成長させ、このバッファ層３の
上には更に［（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
／（ＡｌｙＧａ１−ｙ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ］より成る
多重量子井戸構造のクラッド層４、量子井戸の幅を１０
０Å以下とした［（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．
５Ｐ／Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ］より成る単一量子井戸
構造の活性層５、［（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０
．５Ｐ／（ＡｌｙＧａ１−ｙ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ］よ
り成る多重量子井戸構造のクラッド層６を更に成長させ
、その上に３００Å程度の膜厚の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐ層より成る多重量子井戸構造のクラ
ッド層の保護層７、最後に２００Å程度の膜厚のＧａＡ
ｓキャップ層８を成長させて製造し、このようにして形
成された積層基板１０の上面には、中央に適当なスペー
ス９ｃを隔てて、ｐ型ドーパントと、ｎ型ドーパントと
を、活性層５に至るまで打ち込んで不純物打ち込み層Ａ
，Ｂを形成する。図では、活性層５への不純物の打ち込
みを確実にするため、不純物打ち込み層Ａ，Ｂを活性層
５の下側のクラッド層４の一部に到達させている。つい
で、ＧａＡｓキャップ層８のｐ型ドーパントを打ち込ん
だ面にはｐ型電極ＡｕＺｎ／Ａｕ９ａを、一方のｎ型ド
ーパントを打ち込んだ面にはｎ型電極ＡｕＧｅ／Ａｕ９
ｂとを中央のスペース９ｃを隔てて互いに蒸着して形成
する。なお、積層基板１０の上面に形成した１組の電極
９ａ，９ｂからの注入電流を、図１に矢印で示したよう
に、活性層５の横方向、つまり膜厚方向から効果的に注
入させるため、半導体積層基板１０を構成する上記した
各半導層２〜８はいずれも不純物のドーピングを行なわ
ず、抵抗率を高くしている。
、ＧａＡｓ基板１上に、１０００Å程度の膜厚のＧａＡ
ｓバッファ層２、ｐ系半導体のバッファ層３として５０
０Å程度の膜厚のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を順次エピ
タキシャル成長によって成長させ、このバッファ層３の
上には更に［（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
／（ＡｌｙＧａ１−ｙ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ］より成る
多重量子井戸構造のクラッド層４、量子井戸の幅を１０
０Å以下とした［（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．
５Ｐ／Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ］より成る単一量子井戸
構造の活性層５、［（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０
．５Ｐ／（ＡｌｙＧａ１−ｙ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ］よ
り成る多重量子井戸構造のクラッド層６を更に成長させ
、その上に３００Å程度の膜厚の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐ層より成る多重量子井戸構造のクラ
ッド層の保護層７、最後に２００Å程度の膜厚のＧａＡ
ｓキャップ層８を成長させて製造し、このようにして形
成された積層基板１０の上面には、中央に適当なスペー
ス９ｃを隔てて、ｐ型ドーパントと、ｎ型ドーパントと
を、活性層５に至るまで打ち込んで不純物打ち込み層Ａ
，Ｂを形成する。図では、活性層５への不純物の打ち込
みを確実にするため、不純物打ち込み層Ａ，Ｂを活性層
５の下側のクラッド層４の一部に到達させている。つい
で、ＧａＡｓキャップ層８のｐ型ドーパントを打ち込ん
だ面にはｐ型電極ＡｕＺｎ／Ａｕ９ａを、一方のｎ型ド
ーパントを打ち込んだ面にはｎ型電極ＡｕＧｅ／Ａｕ９
ｂとを中央のスペース９ｃを隔てて互いに蒸着して形成
する。なお、積層基板１０の上面に形成した１組の電極
９ａ，９ｂからの注入電流を、図１に矢印で示したよう
に、活性層５の横方向、つまり膜厚方向から効果的に注
入させるため、半導体積層基板１０を構成する上記した
各半導層２〜８はいずれも不純物のドーピングを行なわ
ず、抵抗率を高くしている。
【０００８】また、このような本発明の半導体レーザで
は、単一量子井戸構造の活性層５内のＧａ０．５Ｉｎ０
．５Ｐより短波長のレーザ発振が行なわれ、活性層５の
中央部を除く両側の不純物の打ち込まれた部分は、量子
井戸構造が崩れ無秩序化された構造となっているので、
活性層５は中央部の活性領域５ａが両側の無秩序領域５
ｂ，５ｃで挟まれた構造となっている。このため、活性
層５の活性領域５ａと無秩序領域５ｂ，５ｃ間のバンド
ギャップ差Ｅｇと屈折率差ｎは、図２のような関係を呈
し、活性層５内の活性領域５ａに光が閉じこめられる屈
折率導波型構造となり、キャリアを効果的に活性領域内
に閉じ込めることができる。
は、単一量子井戸構造の活性層５内のＧａ０．５Ｉｎ０
．５Ｐより短波長のレーザ発振が行なわれ、活性層５の
中央部を除く両側の不純物の打ち込まれた部分は、量子
井戸構造が崩れ無秩序化された構造となっているので、
活性層５は中央部の活性領域５ａが両側の無秩序領域５
ｂ，５ｃで挟まれた構造となっている。このため、活性
層５の活性領域５ａと無秩序領域５ｂ，５ｃ間のバンド
ギャップ差Ｅｇと屈折率差ｎは、図２のような関係を呈
し、活性層５内の活性領域５ａに光が閉じこめられる屈
折率導波型構造となり、キャリアを効果的に活性領域内
に閉じ込めることができる。
【０００９】また、本発明の半導体レーザは以上のよう
な基本構造であるが、電極より電流を注入させたときに
、積層基板１０の電極の形成された上面のすぐ下方にあ
る抵抗率の小さいＧａＡｓキャップ層８にモレ電流が流
れるのを防ぐため、積層基板１０の上面中央部よりプロ
トンを打ち込むなどの方法で高抵抗層Ｃを形成してもよ
く、図３はその場合の実施例を示している。
な基本構造であるが、電極より電流を注入させたときに
、積層基板１０の電極の形成された上面のすぐ下方にあ
る抵抗率の小さいＧａＡｓキャップ層８にモレ電流が流
れるのを防ぐため、積層基板１０の上面中央部よりプロ
トンを打ち込むなどの方法で高抵抗層Ｃを形成してもよ
く、図３はその場合の実施例を示している。
【００１０】
【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、活性層
とこの活性層を上下から挟み込んだ２つのクラッド層を
超格子構造となし、半導体積層基板の上面には、中央部
で分離された１組の電極を設け、この１組の各々の電極
下方には、該半導体積層基板の上面より活性層に至る不
純物打ち込み層を形成した構造となっているので、活性
層に注入されたキャリアのクラッド層へのオーバーフロ
ーを効果的に防止でき、しかも電極からの注入電流は、
抵抗率の小さい不純物打ち込み層を通じて活性層の横方
向から行なわれる。したがって、このような構成のため
、超格子構造を用いた従来の半導体レーザに比べて、短
波長発振時に必要な閾値電流を一層低下させることが出
来る。
とこの活性層を上下から挟み込んだ２つのクラッド層を
超格子構造となし、半導体積層基板の上面には、中央部
で分離された１組の電極を設け、この１組の各々の電極
下方には、該半導体積層基板の上面より活性層に至る不
純物打ち込み層を形成した構造となっているので、活性
層に注入されたキャリアのクラッド層へのオーバーフロ
ーを効果的に防止でき、しかも電極からの注入電流は、
抵抗率の小さい不純物打ち込み層を通じて活性層の横方
向から行なわれる。したがって、このような構成のため
、超格子構造を用いた従来の半導体レーザに比べて、短
波長発振時に必要な閾値電流を一層低下させることが出
来る。
【図１】本発明の半導体レーザの一実施例を示した断面
構造図である。
構造図である。
【図２】本発明の半導体レーザに於ける活性層内の活性
領域と無秩序領域のバンドギャップ差と屈折率差を示し
た図である。
領域と無秩序領域のバンドギャップ差と屈折率差を示し
た図である。
【図３】本発明の半導体レーザの他の実施例を示した断
面構造図である。
面構造図である。
１０・・・半導体積層基板
５・・・超格子構造とされた活性層
５ａ・・・その活性領域
５ｂ，５ｃ・・・無秩序領域
４，６・・・超格子構造とされたクラッド層Ａ，Ｂ・・
・不純物の打ち込み層 Ｃ・・・高抵抗層 ９ａ，９ｂ・・・電極
・不純物の打ち込み層 Ｃ・・・高抵抗層 ９ａ，９ｂ・・・電極
Claims (1)
- 【請求項１】半導体積層基板内に形成された２つのクラ
ッド層によって挟まれた活性層を超格子構造とした半導
体レーザにおいて、上記２つのクラッド層を超格子構造
になすとともに、上記半導体積層基板の上面には、該半
導体積層基板上面の中央部で分離された１組の電極を設
け、上記半導体積層基板の上記１組の電極の各々の下方
には、該半導体積層基板の上面より上記活性層に至る不
純物打ち込み層を形成した構造とした半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3792691A JPH04321290A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3792691A JPH04321290A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04321290A true JPH04321290A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=12511159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3792691A Withdrawn JPH04321290A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04321290A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08213698A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-08-20 | Xerox Corp | レーザ |
| JP2004200375A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-02-06 JP JP3792691A patent/JPH04321290A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08213698A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-08-20 | Xerox Corp | レーザ |
| JP2004200375A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |