JPH05198894A - Semiconductor laser and its manufacture - Google Patents

Semiconductor laser and its manufacture

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JPH05198894A
JPH05198894A JP4265964A JP26596492A JPH05198894A JP H05198894 A JPH05198894 A JP H05198894A JP 4265964 A JP4265964 A JP 4265964A JP 26596492 A JP26596492 A JP 26596492A JP H05198894 A JPH05198894 A JP H05198894A
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modulation
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semiconductor laser
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信之 大塚
Masahiro Kito
雅弘 鬼頭
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Abstract

PURPOSE:To restrain breakdown of modulation doping structure, increase differential gain, and realize a semiconductor laser with a low threshold value and high slope efficiency, by forming a dopant diffusion stopper layer, and constituting a modulation doping structure wherein diffusion of dopant is restrained. CONSTITUTION:The title semiconductor laser is constituted by laminating in order an N-InGaAsP waveguide layer 2, a modulation doping quantum well layer 7, a P-InGaAsP layer 8, and a P-InP clad layer 9, on an Sn-doped InP substrate 1, and arranging in order a PNP current blocking layer 10, a mesa type active layer lead 11, an N side electrode 12 composed of Au/Sn, and a P side electrode 13 composed of Au/Zn. The modulation doping quantum well layer 7 is formed by laminating in order barrier layers composed of an InGaAs well layer, an undoped InGaAsP layer, and a P-InGaAsP modulation doping layer. The diffusion of Zn from the P-InP clad layer 9 is restrained by the P-InGaAsP layer 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバー通信等に必
要な高性能の半導体レーザおよびその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high performance semiconductor laser required for optical fiber communication and the like and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体レーザの特性向上を実
現するために、半導体レーザの活性層を量子井戸構造と
した単一量子井戸(SQW)レーザや多重量子井戸(M
QW)レーザに関する研究がおこなわれている。この量
子井戸活性層を有する半導体レーザは量子サイズ効果に
より、通常のバルク型活性層にない良好な特性が期待で
きる。例えば微分ゲインの増大・TM発光の低減等によ
り低しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩和
振動周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応答
・低チャーピング化が得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve the characteristics of a semiconductor laser, a single quantum well (SQW) laser or a multiple quantum well (MQW) having an active layer of the semiconductor laser having a quantum well structure is used.
Research on QW) lasers is being conducted. Due to the quantum size effect, the semiconductor laser having this quantum well active layer can be expected to have good characteristics not found in a normal bulk type active layer. For example, by increasing the differential gain and reducing TM emission, it is possible to operate with high efficiency and high output at a low threshold value, and by increasing the relaxation oscillation frequency and decreasing the line width increase coefficient, fast response and low chirping can be obtained. ..

【0003】しかしながら、さらに微分ゲインを増大す
る場合には歪量子井戸の適用やバリア層の薄膜化に加
え、量子井戸のバリア層にドーピングを行う変調ドープ
MQW構造の適用が検討されている[ケイ.ウオミ、ティー.ミシ
マ、エヌ.チノネ、シ゛ャハ゜ン シ゛ャーナル アフ゜ライト゛ フィシ゛ックス 、51(199
0)88(K. Uomi, T. Mishima, N. Chinone, Jpn. J. App
l.Phys. , 51(1990)88)]。
However, in order to further increase the differential gain, in addition to application of a strained quantum well and thinning of the barrier layer, application of a modulation-doped MQW structure in which the barrier layer of the quantum well is doped is being studied. Umi, Tee Mishima, N Chinone, Japan Journal Affiliate Physics, 51 (199
0) 88 (K. Uomi, T. Mishima, N. Chinone, Jpn. J. App
L. Phys., 51 (1990) 88)].

【0004】図8に従来の半導体レーザの例を示す。3
1はn−GaAs基板、32はn−GaAsバッファ
層、33はn−In0.6Al0.4Asクラッド層、34は
アンドープAlGaAs光閉じこめ層、35はアンドー
プGaAs井戸層、36はアンドープGa0.8Al0.2
s層、37はBeドープGa0.8Al0.2As、38は変
調ドープ量子井 戸層、39はp−AlGaAsクラッ
ド層、40はn−GaAs電流狭搾層、41はSiO2
絶縁層、42はZn拡散領域、43はAu/Crよりな
るp側電極、 44はAuGeNiよりなるn側電極で
ある。
FIG. 8 shows an example of a conventional semiconductor laser. Three
1 n-GaAs substrate, 32 is n-GaAs buffer layer 33 is n-In 0.6 Al 0.4 As cladding layer, an undoped AlGaAs optical confinement layer 34, an undoped GaAs well layers 35, 36 an undoped Ga 0.8 Al 0.2 A
s layer, 37 is Be-doped Ga 0.8 Al 0.2 As, 38 is modulation-doped quantum Iodo layer, 39 is p-AlGaAs cladding layer, 40 is n-GaAs current narrowing layer, and 41 is SiO 2.
An insulating layer, a Zn diffusion region 42, a p-side electrode 43 made of Au / Cr, and an n-side electrode 44 made of AuGeNi.

【0005】図8の変調ドープ量子井戸層の構造は図9
(b)のように、アンドープのGaAs井戸層35と、ア
ンドープGaAlAsバリア層36と変調ドープ層37
からなるバリア層からなっている。
The structure of the modulation-doped quantum well layer of FIG. 8 is shown in FIG.
As shown in (b), the undoped GaAs well layer 35, the undoped GaAlAs barrier layer 36, and the modulation doped layer 37.
It consists of a barrier layer.

【0006】以上のように構成された従来の変調ドープ
量子井戸半導体レーザ装置において、電流をp側電極4
3から導入し、Zn拡散領域42で挟窄したのち、変調
ドープ量子井戸層38に注入する。微分ゲインの増大に
より増加する緩和振動周波数はドーピングしていない量
子井戸構造に対してこの図8に示した変調ドープ量子井
戸構造では増加が確認された。
In the conventional modulation-doped quantum well semiconductor laser device constructed as described above, a current is applied to the p-side electrode 4
After being introduced from No. 3 and confined by the Zn diffusion region 42, it is injected into the modulation-doped quantum well layer 38. It was confirmed that the relaxation oscillation frequency increased by the increase of the differential gain was increased in the modulation-doped quantum well structure shown in FIG. 8 with respect to the undoped quantum well structure.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図8に挙げた上記のよ
うな構成の変調ドープ量子井戸構造の半導体レーザの変
調ドープ量子井戸層38は上で説明したように、アンド
ープGaAs井戸層35と、アンドープAlGaAsバ
リア層36とBeドープAlGaAs変調ドープ層37
とからなるバリア層とからできている。
The modulation-doped quantum well layer 38 of the semiconductor laser of the modulation-doped quantum well structure having the above-described structure shown in FIG. 8 has the undoped GaAs well layer 35, as described above. Undoped AlGaAs barrier layer 36 and Be-doped AlGaAs modulation doped layer 37
And a barrier layer consisting of.

【0008】この半導体レーザと、図9(d)に示すよ
うな井戸層とバリア層に均一にドーピングした均一ドー
プ量子井戸構造の半導体レーザとの緩和振動周波数を比
較しても、ともにドーピングのない量子井戸の半導体レ
ーザに比べて緩和振動周波数は等しい増加しか確認され
なかった。これは、図9(b)または(c)に示す変調
ドーピング構造がその後の熱処理工程により、ドーピン
グ元素が拡散して変調ドーピング構造が消滅して、均一
ドーピング構造となってしまったと考えられる。それを
図9(a)に示した。同図(b)の構造をもつ変調ドー
ピング量子井戸構造は、熱処理前には、Beの濃度が変
調ドープ層だけ高くなっていたが、熱処理後は、Beが
変調ドープ層から拡散してしまい、均一になっている。
その結果、均一ドーピング構造と変調ドーピング構造の
レーザとの間に違いが無いものなると考えられる。これ
は、ドーピングに用いる元素が高温下に於て拡散してし
まうためである。
Comparison of the relaxation oscillation frequency between this semiconductor laser and a semiconductor laser having a uniformly-doped quantum well structure in which the well layer and the barrier layer are uniformly doped as shown in FIG. 9D shows no doping. Only an equal increase in relaxation oscillation frequency was observed compared to the quantum well semiconductor laser. It is considered that this is because the modulation doping structure shown in FIG. 9B or 9C became a uniform doping structure due to the diffusion of the doping element and the disappearance of the modulation doping structure in the subsequent heat treatment step. It is shown in FIG. 9 (a). In the modulation-doped quantum well structure having the structure shown in FIG. 6B, the Be concentration was high only in the modulation-doped layer before the heat treatment, but Be diffused from the modulation-doped layer after the heat treatment. It is uniform.
As a result, it is believed that there is no difference between lasers with uniform doping and modulation doping. This is because the element used for doping diffuses at high temperature.

【0009】本発明は上記問題点に鑑み、変調ドーピン
グして、変調ドーピング構造とした変調ドープ量子井戸
層のドーパント元素の拡散を抑制して変調ドーピング構
造の破壊を抑制するするとともに、クラッド層から変調
ドープ量子井戸層へのドーパントの拡散を抑制し、変調
ドープ量子井戸層の変調ドーピング構造の破壊を抑制す
る構造を有する半導体レーザを提供するものである。
In view of the above problems, the present invention suppresses the diffusion of the dopant element in the modulation-doped quantum well layer having the modulation-doping structure to prevent the modulation-doping structure from being destroyed and suppresses the destruction of the cladding layer. Provided is a semiconductor laser having a structure that suppresses the diffusion of a dopant into a modulation-doped quantum well layer and suppresses the destruction of the modulation-doping structure of the modulation-doped quantum well layer.

【0010】[0010]

【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、第1導伝型の化合物半導体
基板と、前記基板上に第1の導波路層と、井戸層とバリ
ア層が交互に積層され、前記バリア層に変調ドープされ
た変調ドープ量子井戸層と、ドーパントの拡散をストッ
プするストップ層と、第2導伝型のクラッド層とが順に
積層された構造であり、前記第1の導波路層は前記基板
よりエネルギーギャップが同じか小さく、前記井戸層は
前記第1の導波路層よりエネルギーギャップが小さく、
前記バリア層は前記第1の導波路層と前記井戸層の中間
のエネルギーギャップで、一部に前記基板と同じか異な
る導伝型を有する変調ドープ層を含み、前記ストップ層
は前記バリア層よりエネルギーギャップが同じか大き
く、かつドーパントがその固溶限以下に添加された結晶
である半導体レーザとする。
To achieve this object, a semiconductor laser according to the present invention comprises a first conductivity type compound semiconductor substrate, a first waveguide layer on the substrate, a well layer and a barrier. A layer in which layers are alternately laminated, a modulation-doped quantum well layer that is modulation-doped in the barrier layer, a stop layer that stops diffusion of a dopant, and a second conductive clad layer are sequentially laminated, The first waveguide layer has the same or smaller energy gap than the substrate, the well layer has a smaller energy gap than the first waveguide layer,
The barrier layer is an energy gap intermediate between the first waveguide layer and the well layer, and partially includes a modulation dope layer having a conductivity type that is the same as or different from that of the substrate, and the stop layer is formed from the barrier layer. The semiconductor laser is a crystal in which the energy gap is the same as or larger than that of the crystal, and the dopant is added below its solid solubility limit.

【0011】また、第1導伝型を有する化合物半導体基
板上に、前記基板よりエネルギーギャップが小さい第1
の導伝型を有する第1の導波路層を成長させる工程と、
前記第1の導波路層よりエネルギーギャップが小さい井
戸層と、前記井戸層の中間のエネルギーギャップでアン
ドープの第1のバリア層と、変調ドープ層と、アンドー
プの第2のバリア層とを交互に積層した変調ドープ量子
井戸層を成長させる工程と、前記バリア層よりエネルギ
ーギャップが大きくドーパントの拡散をストップするス
トップ層を成長させる工程と、前記ストップ層よりエネ
ルギーギャップが大きく前記第2の導伝型を有するクラ
ッド層を成長する工程と、前記基板までをストライプ状
にエッチングするエッチング工程と、前記ストライプの
側面を第2導伝型の結晶と第1導伝型の結晶と第2導伝
型の結晶を成長させて前記ストライプを埋め込む工程と
を有する半導体レーザの製造方法とする。
A first semiconductor having a first conductivity type and a first semiconductor having a smaller energy gap than the first semiconductor on the compound semiconductor substrate.
Growing a first waveguide layer having a conductivity type of
A well layer having an energy gap smaller than that of the first waveguide layer, an undoped first barrier layer, a modulation-doped layer, and an undoped second barrier layer are alternately arranged at an energy gap in the middle of the well layer. Growing a stacked modulation-doped quantum well layer; growing a stop layer having an energy gap larger than that of the barrier layer to stop diffusion of a dopant; and having an energy gap larger than that of the stop layer and the second conductive type. A step of growing a clad layer having a layer, an etching step of etching the substrate up to the stripe shape, and a side surface of the stripe of the second conductive type crystal, the first conductive type crystal, and the second conductive type crystal. A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising a step of growing a crystal to embed the stripe.

【0012】[0012]

【作用】変調ドープ構造を保存するためには、第1に変
調ドープ層に添加するドーパントの濃度を結晶の組成に
依存するドーパントの飽和濃度以下にする必要がある。
しかしながら変調ドープ層のドーパントの量が飽和濃度
以下の場合においても、変調ドープ構造が消失すること
がある。これは変調ドープ層近傍に飽和濃度以上のドー
パントが添加された層が存在するときに発生する。従っ
て、飽和濃度の低い層を変調ドープ層から離して設置す
るとともにドーパントの量を飽和濃度以下とする必要が
ある。本発明では、クラッド層内のZnの濃度をZnの
飽和濃度以下にすることや、クラッド層内に飽和濃度近
くのZnをドーピングした場合においても、クラッド層
と変調ドープ層間にアンドープ層を挿入することで拡散
を防止することが出来る。しかしながら、レーザ構造を
作製時には、導波路層内にドーピングする必要も生ずる
為に、ドーパントであるZn飽和濃度の低いInP等に
替えて、例えばInGaAsP等の層を挿入すること
で、変調ドープ構造の保存を実現している。
In order to preserve the modulation dope structure, first, the concentration of the dopant added to the modulation dope layer needs to be equal to or lower than the saturation concentration of the dopant depending on the composition of the crystal.
However, even when the amount of the dopant in the modulation dope layer is below the saturation concentration, the modulation dope structure may disappear. This occurs when there is a layer to which a dopant having a saturation concentration or higher is added near the modulation-doped layer. Therefore, it is necessary to dispose the layer having a low saturation concentration away from the modulation dope layer and set the amount of the dopant to be equal to or less than the saturation concentration. In the present invention, the undoped layer is inserted between the cladding layer and the modulation-doped layer even when the Zn concentration in the cladding layer is set to be equal to or lower than the Zn saturation concentration, or when the cladding layer is doped with Zn near the saturation concentration. Therefore, diffusion can be prevented. However, when the laser structure is produced, it is necessary to dope the inside of the waveguide layer. Therefore, for example, a layer of InGaAsP or the like is inserted in place of InP or the like having a low Zn saturation concentration, which is a dopant. Save is realized.

【0013】[0013]

【実施例】以下に示す実施例を実現するために次のよう
な予備実験を試みた。
EXAMPLES The following preliminary experiments were attempted in order to realize the examples shown below.

【0014】図14に示すように井戸層の厚みが5n
m、バリア層の厚みが10nmで中央の3nmの領域に
Znを1×1018cm-3ドーピングした10ペアーの変
調ドープMQW構造に於て、変調ドーピング構造を成長
した後に通常クラッド層としてp−InP層を300n
m成長する。成長温度は620度で、成長時間は90分
であった。成長後変調ドーピング構造をSIMSで測定
した結果、変調ドープ構造は保存されていることを確認
した。
As shown in FIG. 14, the well layer has a thickness of 5n.
In a 10-pair modulation-doped MQW structure in which the barrier layer has a thickness of 10 nm and the central region of 3 nm is doped with Zn at 1 × 10 18 cm −3 , a p-type cladding layer is usually formed after growth of the modulation-doping structure. InP layer 300n
grow. The growth temperature was 620 degrees and the growth time was 90 minutes. As a result of measuring the modulation doping structure after growth by SIMS, it was confirmed that the modulation doping structure was preserved.

【0015】しかしながら、PBH構造(レーザの埋め
込み構造)とするために液層成長法(Liquid Phase
Epitaxy)にてp−n−p−InP層で電流狭搾層を埋
め込み成長した後、変調ドープ構造を再びSIMSで測
定した結果変調ドープ構造は消滅していた。
However, in order to obtain a PBH structure (laser embedded structure), a liquid layer growth method (Liquid Phase) is used.
After the current confinement layer was embedded and grown by a p-n-p-InP layer by Epitaxy), the modulation doping structure was measured again by SIMS. As a result, the modulation doping structure disappeared.

【0016】一方、変調ドーピング構造を成長した後に
図10(a)に示すように、p−InP層にかえてアン
ドープ−InP層を300nm成長し、その後p−In
P層を成長して変調ドープ構造をSIMSにより測定し
た結果変調ドープ構造は保存されていることを確認し
た。
On the other hand, after the modulation doping structure is grown, as shown in FIG. 10A, an undoped-InP layer is grown to 300 nm instead of the p-InP layer, and then p-In is grown.
As a result of growing the P layer and measuring the modulation-doped structure by SIMS, it was confirmed that the modulation-doped structure was preserved.

【0017】図10の結果から、変調ドーピング構造を
成長した後に成長するInP層の濃度が0の場合(bの
場合)には、(a)の結果から変調ドープ構造が保存さ
れていることがわかるが、InPの濃度が1×1018
-3の場合(cの場合)には変調ドープ構造が消滅して
いる。従って、変調ドープ層に隣接してアンドープIn
Pは成長できても、ドーピングしたp−InP結晶を成
長できないことが分かる。
From the result of FIG. 10, when the concentration of the InP layer grown after growing the modulation doping structure is 0 (in the case of b), it is found that the modulation doping structure is preserved from the result of (a). As can be seen, the concentration of InP is 1 × 10 18 c
In the case of m -3 (case of c), the modulation dope structure disappears. Therefore, adjacent to the modulation doped layer, undoped In
It can be seen that although P can be grown, the doped p-InP crystal cannot be grown.

【0018】上記の実験結果より、変調ドーピング層近
傍にドーピングしたp−InP層がある場合には変調ド
ープ構造が消滅してしまうが、p−InP層にドーピン
グしていない場合は変調ドープ構造はまったく変化して
いない。変調ドープ構造の消滅はp−InP層にドーピ
ングしたZnが格子間原子Zniとして変調ドープ層内
に拡散しいき、変調ドープ構造を破壊するものと考え
る。従って、変調ドープ構造を保存するためには2つの
方法が考えられる。
From the above experimental results, the modulation doping structure disappears when there is a doped p-InP layer near the modulation doping layer, but the modulation doping structure disappears when the p-InP layer is not doped. It has not changed at all. The disappearance of the modulation-doped structure is considered to be that Zn doped into the p-InP layer diffuses into the modulation-doped layer as interstitial atoms Zni to destroy the modulation-doped structure. Therefore, there are two possible ways to preserve the modulation-doped structure.

【0019】1.図3(a)に示すように、ドーピング
したp−InP層9を変調ドープ量子井戸層7より離れ
た位置におき、p−InP層9から拡散してくるZnの
格子間原子Zniの数を低下させる。図3(a)に示す
ようにp−InPクラッド層9の下にZnの拡散をスト
ップするp−InGaAsP層8を設置した。この、p
−InGaAsP層8は第2の導波路としても作用す
る。InGaAsP層8はZnの固溶限が高いために、
たとえZnがクラッド層9から拡散してきてもこのIn
GaAsP層8でZnはストップする。したがって、I
nGaAsP層8は、Znの格子間原子Zniを発生す
ることなくp−InPクラッド層9と変調ドープ層7の
間で低抵抗層として作用する。
1. As shown in FIG. 3A, the doped p-InP layer 9 is placed away from the modulation-doped quantum well layer 7, and the number of interstitial atoms Zni of Zn diffused from the p-InP layer 9 is set. Lower. As shown in FIG. 3A, a p-InGaAsP layer 8 that stops the diffusion of Zn was provided under the p-InP cladding layer 9. This p
-The InGaAsP layer 8 also functions as the second waveguide. Since the InGaAsP layer 8 has a high solid solubility limit of Zn,
Even if Zn diffuses from the cladding layer 9, this In
Zn stops at the GaAsP layer 8. Therefore, I
The nGaAsP layer 8 acts as a low resistance layer between the p-InP cladding layer 9 and the modulation dope layer 7 without generating Zn interstitials Zni.

【0020】2.図3(b)に示すように、p−InP
層9のZn濃度を低下させる。p−InP層9内に固溶
可能なZnの量は結晶成長温度と結晶成長時のトータル
ガス量にも依存するが、だいたい1×1018cm-3と考
えられる。固溶限近傍の濃度を使用した場合、大量の格
子間原子Zniが発生する。従って、p−InPクラッ
ド層9は、格子間原子Zniが殆ど発生しない5×10
17cm-3程度のドーピングを行う必要がある。
2. As shown in FIG. 3B, p-InP
The Zn concentration of the layer 9 is reduced. The amount of Zn that can be solid-dissolved in the p-InP layer 9 depends on the crystal growth temperature and the total gas amount during crystal growth, but is considered to be approximately 1 × 10 18 cm −3 . When a concentration near the solid solubility limit is used, a large amount of interstitial atoms Zni are generated. Therefore, the p-InP clad layer 9 is 5 × 10 5 in which interstitials Zni are hardly generated.
It is necessary to dope to about 17 cm -3 .

【0021】上記2つの手段は、変調ドープ量子井戸層
に、この層の外部からZn元素が拡散してくるのを防止
するものであった。この手段だけだと、確かに変調ドー
プ層外部から変調ドープ層に拡散してくるドーピング元
素は防止できるが、変調ドープ層自身にドープした元素
が拡散して、変調ドープ層を破壊するのを防ぐことはで
きない。したがって、これらの手段に加えて、図4
(a)のように、変調ドープ層内のドーピング元素(Z
n)が拡散して、変調ドープ層から外部へ拡散するのを
防止する必要がある。これには次の3つの方法がある。
The above two means were to prevent the Zn element from diffusing into the modulation-doped quantum well layer from the outside of this layer. By this means alone, it is possible to prevent the doping element that diffuses into the modulation dope layer from outside the modulation dope layer, but to prevent the element doped in the modulation dope layer itself from diffusing and destroying the modulation dope layer. It is not possible. Therefore, in addition to these means, FIG.
As shown in (a), the doping element (Z
It is necessary to prevent n) from diffusing and diffusing out of the modulation doped layer. There are three ways to do this:

【0022】1.p−InGaAsP変調ドープ層5の
変調ドーピング濃度をInGaAsP結晶の固溶限以下
にする。これは先に説明したp−InPクラッド層9と
同様に、固溶限をこえるZnをドーピングした場合、変
調ドーピング層自体で発生する格子間原子Zniにより
変調ドープ層が消滅するためである。図11にp−In
GaAsP変調ドープ層のZnの濃度を1×1018cm
-3、2×1018cm-3、5×1018cmー3として変調ド
ープ構造の変化を示す。その結果、Zn濃度を2×10
18cm-3以下では変調ドープ構造が保存されており、Z
n濃度を2×1018cm-3以下にする必要があることが
分かった。
1. The modulation doping concentration of the p-InGaAsP modulation doping layer 5 is set to the solid solubility limit of the InGaAsP crystal or less. This is because, as with the p-InP clad layer 9 described above, when Zn exceeding the solid solubility limit is doped, the modulation dope layer disappears due to interstitials Zni generated in the modulation doping layer itself. In FIG. 11, p-In
The Zn concentration of the GaAsP modulation doped layer was set to 1 × 10 18 cm
-3, 2 × 10 18 cm -3 , showing a change of a modulation doped structure as 5 × 10 18 cm -3. As a result, the Zn concentration was set to 2 × 10.
Below 18 cm -3 , the modulation dope structure is preserved and Z
It was found that the n concentration needs to be 2 × 10 18 cm −3 or less.

【0023】2.p−InGaAsP変調ドープ層5は
変調ドープしているので、Znの濃度が大きいために、
Znはこの層から外部へ拡散しようとする。このZnの
拡散を防止するには、Znの拡散によりp−InGaA
sP変調ドープ層の結晶エネルギーが上昇して、不安定
な状態になるようにすればZnの拡散は抑制できるはず
である。
2. Since the p-InGaAsP modulation-doped layer 5 is modulation-doped, since the Zn concentration is high,
Zn tries to diffuse out of this layer. To prevent the diffusion of Zn, p-InGaA is formed by diffusion of Zn.
The diffusion of Zn should be suppressed by increasing the crystal energy of the sP modulation-doped layer to make it unstable.

【0024】例えば、変調ドープを行なう層の結晶(変
調ドープ層)の格子定数が隣接するバリア層の格子定数
より大きい場合、変調ドープを行なう層は圧縮歪を発生
し、不安定な状態となって結晶の内部エネルギーが上昇
するが、ドーピングするZnの濃度を大きくするに従
い、変調ドープ層の格子定数が小さくなるために、Zn
をドーピングすることで圧縮歪は低減されて結晶は安定
な状態となる。
For example, when the lattice constant of the crystal of the layer to be modulation-doped (modulation-doped layer) is larger than the lattice constant of the adjacent barrier layer, the layer to be modulation-doped causes compressive strain and becomes unstable. As a result, the internal energy of the crystal rises, but as the concentration of Zn to be doped increases, the lattice constant of the modulation-doped layer becomes smaller.
By compressing, the compressive strain is reduced and the crystal becomes stable.

【0025】すなわち、あらかじめ変調ドープ層に圧縮
歪を与えておく(変調ドープ層の格子定数を隣接するバ
リア層より大きくしておく)と、変調ドープ層からZn
の拡散によりZn濃度が低下することで結晶のエネルギ
ーの上昇が伴うために、Znの拡散は抑制される。従っ
て、変調ドープ層の格子定数を、隣接するバリア層の格
子定数より大きくすることで、アンドープ−InGaA
sP層へのZnの拡散を抑制できた。この場合、変調ド
ープ層に添加するZn濃度は5×1018cm-3まで増加
できた。
That is, when the compressive strain is applied to the modulation dope layer in advance (the lattice constant of the modulation dope layer is made larger than that of the adjacent barrier layer), Zn is removed from the modulation dope layer.
Zn diffusion is suppressed because the Zn concentration is lowered by the diffusion of Zn and the crystal energy is increased. Therefore, by making the lattice constant of the modulation-doped layer larger than that of the adjacent barrier layer, the undoped-InGaA
The diffusion of Zn into the sP layer could be suppressed. In this case, the Zn concentration added to the modulation dope layer could be increased to 5 × 10 18 cm −3 .

【0026】3.変調ドープ量子井戸層の井戸層とバリ
ア層のエネルギー状態を図4(b)に示す。バリア層を構
成するInGaAsP結晶は図4(c)に示したように、
エネルギーギャップが小さくなる結晶組成にした方がZ
nの飽和濃度が上昇する。しかしながら、バリア層の結
晶のエネルギーギャップを小さくした場合には井戸層と
バリア層のエネルギーギャップ差が減少して、レーザに
供給した電子が井戸層から溢れて発光効率が低減する問
題があった。そこで、バリア層のうち変調ドープ層5の
結晶のエネルギーギャップは小さくしないで、アンドー
プ−InGaAsP層4の組成のみをエネルギーギャッ
プが小さくして、そのかわりにZnの飽和濃度の大きい
結晶とすることができるために、変調ドープ層5から拡
散してくるZn原子をアンドープ−InGaAsP層4
でストップすることができる。すなわち、アンドープ−
InGaAsP層4の組成をバリア層の変調ドープ層5
の組成と井戸層3の組成との中間とすることで、アンド
ープ−InGaAsP層4のZnの固溶限が増大し、拡
散が抑制される。この場合、図13に示したように、変
調ドープ層に添加するZn濃度は8×1018cm-3まで
増加した。
3. The energy states of the well layer and the barrier layer of the modulation-doped quantum well layer are shown in FIG. 4 (b). As shown in FIG. 4 (c), the InGaAsP crystal forming the barrier layer is
Z has a crystal composition with a small energy gap.
The saturation concentration of n increases. However, when the energy gap of the crystal of the barrier layer is reduced, there is a problem that the energy gap difference between the well layer and the barrier layer is reduced, and the electrons supplied to the laser overflow from the well layer and the luminous efficiency is reduced. Therefore, the energy gap of the crystal of the modulation dope layer 5 in the barrier layer is not made small, but only the composition of the undoped-InGaAsP layer 4 has a small energy gap, and a crystal having a high Zn saturation concentration can be used instead. Therefore, Zn atoms diffused from the modulation doped layer 5 are not doped with the undoped-InGaAsP layer 4
You can stop at. That is, undoped-
The composition of the InGaAsP layer 4 is changed to the modulation dope layer 5 of the barrier layer.
By interposing the composition between the above composition and the composition of the well layer 3, the solid solubility limit of Zn in the undoped-InGaAsP layer 4 is increased and diffusion is suppressed. In this case, as shown in FIG. 13, the concentration of Zn added to the modulation dope layer increased to 8 × 10 18 cm −3 .

【0027】また、バリア層に於て、エネルギーギャッ
プの大きいアンドープ層をエネルギーギャップの小さい
変調ドープ層で挟む構造とすることでも井戸層とバリア
層のエネルギーギャップを大きくした構造でZnのドー
ピング濃度を大きくできた。
In the barrier layer, the undoped layer having a large energy gap is sandwiched by the modulation doped layers having a small energy gap, and the Zn doping concentration is increased in the structure in which the energy gap between the well layer and the barrier layer is increased. I made it big.

【0028】さらに、変調ドープ層のエネルギーギャッ
プを小さくして、アンドープ層のエネルギーギャップを
大きくすることでも井戸層とバリア層のエネルギーギャ
ップを大きくした構造でZnのドーピング濃度を大きく
できた。
Further, by making the energy gap of the modulation doped layer small and making the energy gap of the undoped layer large, the Zn doping concentration can be made large in the structure in which the energy gap of the well layer and the barrier layer is made large.

【0029】(実施例1)以下本発明の一実施例の半導
体レーザについて、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1) A semiconductor laser according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】図1は本発明の実施例における歪量子井戸
半導体レーザの構造図を示すものである。図1、図2に
おいて、1はSnドープInP基板、2はn−InGa
AsP導波路層、3は厚み5nmのInGaAs井戸
層、4は厚み3.5nmのアンドープ−InGaAsP
層、5は厚み3nmのp−InGaAsP変調ドープ
層、6は厚み3.5nmのアンドープ−InGaAsP
層、7は井戸数10の変調ドープ量子井戸層、8は厚み
90nmのp−InGaAsP層、9はp−InPクラ
ッド層(Zn=7×1017cm−3)、10はp−n−
p電流ブロック層、11はメサ形状の活性層領域、12
はAu/Snよりなるn側電極、13はAu/Znより
なるp側電極である。また図2に変調ドープ量子井戸層
の詳細図とそのエネルギー状態図を示している。この図
2のように、変調ドープ量子井戸層7はInGaAs井
戸層3と、アンドープInGaAsP層とp−InGa
AsP変調ドープ層とからなるバリア層からできてい
る。
FIG. 1 is a structural diagram of a strained quantum well semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, 1 is a Sn-doped InP substrate, 2 is n-InGa
AsP waveguide layer, 3 is a 5 nm thick InGaAs well layer, 4 is a 3.5 nm thick undoped-InGaAsP
Layer 5 is a p-InGaAsP modulation doped layer having a thickness of 3 nm, and 6 is undoped-InGaAsP having a thickness of 3.5 nm.
Layer, 7 is a modulation-doped quantum well layer having 10 wells, 8 is a p-InGaAsP layer having a thickness of 90 nm, 9 is a p-InP clad layer (Zn = 7 × 10 17 cm −3), and 10 is p-n-
p current blocking layer, 11 is a mesa-shaped active layer region, 12
Is an n-side electrode made of Au / Sn, and 13 is a p-side electrode made of Au / Zn. FIG. 2 shows a detailed view of the modulation-doped quantum well layer and its energy state diagram. As shown in FIG. 2, the modulation-doped quantum well layer 7 includes the InGaAs well layer 3, the undoped InGaAsP layer, and the p-InGa.
It is made of a barrier layer composed of an AsP modulation doped layer.

【0031】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造について、以下図1を用いてその動作を
説明する。p側電極13から導入された電流は、電流ブ
ロック層10で狭搾された後、変調ドープ量子井戸7に
注入される。
The operation of the structure of the semiconductor laser of this embodiment having the above structure will be described below with reference to FIG. The current introduced from the p-side electrode 13 is narrowed by the current blocking layer 10 and then injected into the modulation-doped quantum well 7.

【0032】変調ドープ層5にはZnが2×1018cm
-3ドーピングされている。図11に示したように、この
ドーピング量は変調ドープ層5は破壊されない濃度であ
る。
The modulation dope layer 5 contains 2 × 10 18 cm of Zn.
-3 is doped. As shown in FIG. 11, this doping amount is a concentration at which the modulation dope layer 5 is not destroyed.

【0033】井戸層の膜厚は井戸層の組成において1.
55μmの発光波長が得られるよう5nmに設定した。
この第1の実施例ではp−InPクラッド層9と変調ド
ープ量子井戸層7との間にp−InGaAsP層8を積
層して、p−InPクラッド層9からのZnの拡散を抑
制した結果、p−InGaAsP層8内で格子間原子Z
ni濃度が減衰して、変調ドープ量子井戸層7内の変調
ドープ層のZnのプロファイルは保存されていることを
確認した。
The thickness of the well layer depends on the composition of the well layer.
It was set to 5 nm to obtain an emission wavelength of 55 μm.
In the first embodiment, the p-InGaAsP layer 8 is laminated between the p-InP cladding layer 9 and the modulation-doped quantum well layer 7 to suppress the diffusion of Zn from the p-InP cladding layer 9, Interstitial atoms Z in the p-InGaAsP layer 8
It was confirmed that the Ni concentration was attenuated and the Zn profile of the modulation doped layer in the modulation doped quantum well layer 7 was preserved.

【0034】実際、本実施例に示したレーザを作製して
諸特性を評価した結果、緩和振動周波数は10GHz/
mWとなり同一構造で変調ドーピングしていない場合の
6GHz/mWに対して1.7倍に向上した。これは、
変調ドープ構造の適応により微分ゲインが増大しためと
考えられる。
Actually, as a result of manufacturing the laser shown in this example and evaluating various characteristics, the relaxation oscillation frequency was 10 GHz /
It was mW, which was 1.7 times as high as 6 GHz / mW in the case of the same structure but without modulation doping. this is,
It is considered that the differential gain increases due to the adaptation of the modulation-doped structure.

【0035】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0036】図5は本発明の第2の実施例の歪量子井戸
半導体レーザの構造図を示すものである。図1における
p−InGaAsP変調ドープ層5の組成を+0.5%
の圧縮歪が発生するようにIn0.76Ga0.24As0.61P
0.39歪変調ドープ層14とする。これによって歪変調ド
ープ層14は隣接するバリア層からさらに、変調ドーピ
ング濃度は5×1018cm-3とした。図11に示したよ
うに、このドーピング量では、変調ドープ層は破壊され
てしまうが、本実施例のように変調ドープ層に圧縮歪を
いれた歪変調ドープ層14とすることで、ドーピング濃
度を高めても変調ドープ層は破壊されなかった。
FIG. 5 is a structural diagram of the strained quantum well semiconductor laser of the second embodiment of the present invention. The composition of the p-InGaAsP modulation doped layer 5 in FIG.
In0.76Ga0.24As0.61P so that compressive strain of
The strain modulation doped layer 14 is 0.39. As a result, the strain modulation doped layer 14 was further adjusted to have a modulation doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 from the adjacent barrier layer. As shown in FIG. 11, with this doping amount, the modulation dope layer is destroyed, but by using the strain modulation dope layer 14 in which a compression strain is applied to the modulation dope layer as in this embodiment, the doping concentration is increased. The modulation dope layer was not destroyed even when the value was increased.

【0037】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造では、変調ドープ層内でのZnの拡散が
抑制されるためにZnを第1の実施例の2.5倍の濃度に
できる。その結果、緩和振動周波数frは13GHzと
さらに向上した。
In the structure of the semiconductor laser of this embodiment configured as described above, since the diffusion of Zn in the modulation dope layer is suppressed, the concentration of Zn can be 2.5 times that of the first embodiment. As a result, the relaxation oscillation frequency f r is further improved and 13 GHz.

【0038】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0039】図6本発明の第2の実施例の歪量子井戸半
導体レーザの構造図を示すものである。前記図5におけ
るp−InGaAsP歪変調ドープ層14に隣接するア
ンドープ−InGaAsP層4の組成を変調ドープ層の
組成と井戸層の組成との中間とする階段型バリア層15
にすることでアンドープ−InGaAsP層のZnの固
溶限が増大し、拡散が抑制される。変調ドーピング濃度
は8×1018cm-3とした。このドーピング量も図11
に示した変調ドープ層が破壊されない濃度よりも大きい
が、変調ドープ層5に隣接する層を階段型バリア層15
とすることで変調ドープ層にドープする量を大きくでき
た。
FIG. 6 is a structural diagram of a strained quantum well semiconductor laser of the second embodiment of the present invention. The stepped barrier layer 15 in which the composition of the undoped-InGaAsP layer 4 adjacent to the p-InGaAsP strain modulation doped layer 14 in FIG. 5 is set between the composition of the modulation doped layer and the composition of the well layer.
By this, the solid solubility limit of Zn in the undoped-InGaAsP layer is increased, and diffusion is suppressed. The modulation doping concentration was 8 × 10 18 cm −3 . This doping amount is also shown in FIG.
The concentration is higher than the concentration at which the modulation dope layer shown in FIG.
By doing so, the amount of doping in the modulation dope layer can be increased.

【0040】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造では、変調ドープ層内でのZnの拡散が
抑制されるためにZnを第1の実施例の4倍の濃度とで
きる。その結果、緩和振動周波数frは15GHzとさ
らに向上した。
In the structure of the semiconductor laser of this embodiment configured as described above, Zn can be made to have a concentration four times that of the first embodiment because the diffusion of Zn in the modulation doped layer is suppressed. As a result, the relaxation oscillation frequency f r is further improved and 15 GHz.

【0041】(実施例4)図4は本発明の実施例におけ
る半導体レーザの製造方法を示すものである。
(Embodiment 4) FIG. 4 shows a method for manufacturing a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【0042】SnドープInP基板1上にMOVPE法
を用いて膜厚60nmのn−InGaAsP導波路層2
を成長する。次に、膜厚5nmのInGaAs井戸層
3、膜厚3.5nmのアンドープ−InGaAsPバリ
ア層4、膜厚3nmのp−InGaAsP変調ドープ層
5、膜厚3.5nmのアンドープ−InGaAsPバリ
ア層6を1ペアとして、井戸層3と3層よりなるバリア
層4〜6を繰り返し成長し、ペア数10の変調ドープ量
子井戸層7とする。
An n-InGaAsP waveguide layer 2 having a thickness of 60 nm is formed on the Sn-doped InP substrate 1 by MOVPE method.
To grow. Next, an InGaAs well layer 3 having a film thickness of 5 nm, an undoped-InGaAsP barrier layer 4 having a film thickness of 3.5 nm, a p-InGaAsP modulation-doped layer 5 having a film thickness of 3 nm, and an undoped-InGaAsP barrier layer 6 having a film thickness of 3.5 nm are formed. As one pair, the well layer 3 and the barrier layers 4 to 6 composed of three layers are repeatedly grown to form a modulation-doped quantum well layer 7 having 10 pairs.

【0043】さらにZnストップ層としてp−InGa
AsP層8(Zn=5×1017cm -3)、p−InPク
ラッド層9(Zn=5×1017cm-3)を連続的に成長
して結晶成長工程(図7(a))とする。
Further, p-InGa is used as a Zn stop layer.
AsP layer 8 (Zn = 5 × 1017cm -3), P-InP
Rad layer 9 (Zn = 5 × 10)17cm-3) Grows continuously
Then, the crystal growth step (FIG. 7A) is performed.

【0044】つぎに、p−InPクラッド層9からn−
InGaAsP導波路層2をメサ状11にエッチングす
るメサエッチング工程(図7(b))。
Next, from the p-InP clad layer 9 to the n-
A mesa etching step of etching the InGaAsP waveguide layer 2 into a mesa 11 (FIG. 7B).

【0045】そしてp−InP,n−InP,p−In
P電流ブロ ック層10をLPE成長する埋め込み成長
工程(図7(c))。
Then, p-InP, n-InP, p-In
A buried growth step of LPE growing the P current block layer 10 (FIG. 7C).

【0046】最後に、n側電極 12とp側電極13を
蒸着により形成する電極蒸着工程(図7(d))を行いレ
ー ザ構造を得る。
Finally, an electrode vapor deposition step (FIG. 7D) for forming the n-side electrode 12 and the p-side electrode 13 by vapor deposition is performed to obtain a laser structure.

【0047】以上のように作製されたこの実施例の半導
体レーザの変調ドープ層5とp−InP層9のZn濃度
の決定を以下に説明する。
The determination of the Zn concentration of the modulation doped layer 5 and the p-InP layer 9 of the semiconductor laser of this embodiment manufactured as described above will be described below.

【0048】DMZn(ジメチルZn)の流量とホール濃
度の関係を求めた結果、図12の結果が得られた。ここ
で、InPでは、ホール濃度が9×1017cm-3で飽和
しており、InGaAsPでは5×1018cm-3で飽和
している。従って、InPにドーピングするZnの濃度
は、飽和濃度の1/2である5×1017cm-3、InG
aAsPにドーピングするZnの濃度は、3×1018
-3とした。全流量は5L/min、成長温度は640
℃である。
As a result of obtaining the relation between the flow rate of DMZn (dimethyl Zn) and the hole concentration, the result of FIG. 12 was obtained. Here, in InP, the hole concentration is saturated at 9 × 10 17 cm −3 , and in InGaAsP, it is saturated at 5 × 10 18 cm −3 . Therefore, the concentration of Zn doped into InP is ½ of the saturation concentration, 5 × 10 17 cm −3 , InG
The concentration of Zn doped into aAsP is 3 × 10 18 c
m -3 . Total flow rate is 5 L / min, growth temperature is 640
℃.

【0049】以上に示した半導体レーザの製造方法によ
り第1の実施例の半導体レーザが実現される。
The semiconductor laser of the first embodiment is realized by the method of manufacturing a semiconductor laser described above.

【0050】また、第2、第3の実施例に示した半導体
レーザの製造方法も、ほぼこの第1の実施例の製造方法
と同じである。異なる点は、第2の実施例では変調ドー
プ層とりて、InGaAsP歪変調ドープ層14を成長
させるところであり、第3の実施例では、アンドープバ
リア層をアンドープInGaAsP階段型バリア層とし
て成長させるところである。
The method of manufacturing the semiconductor laser shown in the second and third embodiments is also substantially the same as the method of manufacturing the first embodiment. The difference is that the InGaAsP strain modulation doped layer 14 is grown as a modulation doped layer in the second embodiment, and the undoped barrier layer is grown as an undoped InGaAsP step barrier layer in the third embodiment. ..

【0051】なお、以上の実施例において、InP系化
合物半導体の結晶を用いたがその他の結晶例えばSi
系、GaAS系、ZnSeS系、InAlAs系、Al
GaAs系InGaAlAsP系等の半導体材料でもよ
い。また、Znをドーパントとして使用しているが、B
e,Mg、Cd、Se,S、Te、Cでもよい。レーザ
構造をDHレーザとしたが、DFBレーザ、DBRレー
ザなど付加価値の高いレーザへの適応が可能である。ま
た、活性層の構造をPBHタイプとしたが、その他の構
造でもよい。さらに本実施例では変調ドープ構造をレー
ザに適応したが、導波路、受光素子等への適応が可能で
ある。また、Znストップ層としてp−InGaAsP
としたが、アンドープ−InP、アンドープ−InGa
AsPさらにはグレーティッドなアンドープ−InGa
AsPであってもよい。
In the above embodiments, the crystal of InP type compound semiconductor is used, but other crystal such as Si is used.
System, GaAs system, ZnSeS system, InAlAs system, Al
A semiconductor material such as GaAs-based InGaAlAsP-based may be used. Moreover, although Zn is used as a dopant,
It may be e, Mg, Cd, Se, S, Te or C. Although the laser structure is the DH laser, it can be applied to a high-value-added laser such as a DFB laser or a DBR laser. Further, although the structure of the active layer is the PBH type, other structures may be used. Further, although the modulation-doped structure is applied to the laser in this embodiment, it can be applied to the waveguide, the light receiving element, and the like. Further, p-InGaAsP is used as a Zn stop layer.
However, undoped-InP, undoped-InGa
AsP and more graded undoped-InGa
It may be AsP.

【0052】なお、本実施例ではデバイスはレーザとし
たが、ドーピングを用いるデバイスであれば電子デバイ
ス(例えば、HEMT,HFET,HBT等)であって
もよい。
Although the device is a laser in this embodiment, it may be an electronic device (for example, HEMT, HFET, HBT, etc.) as long as the device uses doping.

【0053】結晶成長方法はMOVPE法としたが、ガ
スソースMBE、MOMBE法のみならず、ハイドライ
ドVPE法など他の成長方法を用いてもよい。また、実
施例では半導体レーザの製造方法を示したが、同様な方
法で光導波路を作製することができる。
Although the crystal growth method is the MOVPE method, other growth methods such as the hydride VPE method may be used as well as the gas source MBE method and the MOMBE method. Further, although the method of manufacturing the semiconductor laser is shown in the embodiment, the optical waveguide can be manufactured by the same method.

【0054】さらに、結晶基板の伝導性としてn型基板
を使用したが、高光出力レーザ装置とする場合にはp側
電極の金属と半導体との接触抵抗を下げるためにp型基
板が用いられるが、この場合も添加元素はp型とすれば
よい。
Further, although the n-type substrate is used as the conductivity of the crystal substrate, the p-type substrate is used in order to reduce the contact resistance between the metal of the p-side electrode and the semiconductor in the case of a high light output laser device. Also in this case, the additional element may be p-type.

【0055】また、変調ドープ構造を実現するために添
加するドーパントとしてはp型を示したが、n型でもよ
い。
Further, although the p-type is shown as the dopant added to realize the modulation-doped structure, it may be the n-type.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように本発明は、井戸層よりエネ
ルギーギャップが大きくクラッド層よりドーパントの固
溶限の大きい結晶よりなるドーパント拡散ストップ層を
設けると共に、ドーパントの拡散が抑制される変調ドー
プ構造をとることにより、微分ゲインを増大して、低閾
値、高スロープ効率、高動作速度、低歪の半導体レーザ
を実現することができる。
As described above, according to the present invention, a dopant diffusion stop layer made of a crystal having an energy gap larger than that of the well layer and a solid solubility limit of the dopant larger than that of the cladding layer is provided, and the modulation doping in which the diffusion of the dopant is suppressed is suppressed. With the structure, the differential gain can be increased to realize a semiconductor laser having a low threshold value, a high slope efficiency, a high operating speed, and a low distortion.

【0057】さらに、導波路層が量子井戸層の両側に存
在するため、光出力が最大の部分が量子井戸層中心にき
て、光の閉じ込め係数Γが向上し、光出力が増大する。
Further, since the waveguide layers are present on both sides of the quantum well layer, the portion where the optical output is maximum comes to the center of the quantum well layer, the confinement coefficient Γ of light is improved, and the optical output is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの構造断面図
FIG. 1 is a modulation-doped MQ according to a first embodiment of the present invention.
Structural cross section of W laser

【図2】変調ドープ量子井戸層の構造と、エネルギー状
態を示す図
FIG. 2 is a diagram showing the structure and energy state of a modulation-doped quantum well layer.

【図3】クラッド層とZnストップ層におけるZnの振
舞いを示す図
FIG. 3 is a diagram showing the behavior of Zn in a cladding layer and a Zn stop layer.

【図4】(a)は変調ドープ層におけるZnの振舞いを示
す図 (b)は変調ドープ層のエネルギー状態図 (c)はエネルギーギャプとZn飽和濃度との関係を示す
FIG. 4A is a diagram showing Zn behavior in a modulation-doped layer, FIG. 4B is an energy state diagram of the modulation-doped layer, and FIG. 4C is a diagram showing a relationship between energy gap and Zn saturation concentration.

【図5】本発明の第2の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの構造断面図
FIG. 5 is a modulation-doped MQ according to the second embodiment of the present invention.
Structural cross section of W laser

【図6】本発明の第3の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの構造断面図
FIG. 6 is a modulation-doped MQ according to the third embodiment of the present invention.
Structural cross section of W laser

【図7】本発明の第4の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの製造工程断面を示す図
FIG. 7 is a modulation-doped MQ according to the fourth embodiment of the present invention.
The figure which shows the manufacturing process cross section of W laser

【図8】従来の変調ドープMQWレーザの概略図FIG. 8 is a schematic diagram of a conventional modulation-doped MQW laser.

【図9】(a)は従来の変調ドープ量子井戸のBe濃度分
布を示す図 (b)は従来の変調ドープ量子井戸構造図 (c)は従来の変調ドープ量子井戸構造図 (d)は従来の変調ドープ量子井戸を用いてレーザを作製
した場合の変調ドープ量子井戸構造図
9A is a diagram showing a Be concentration distribution of a conventional modulation-doped quantum well. FIG. 9B is a conventional modulation-doped quantum well structure diagram. FIG. 9C is a conventional modulation-doped quantum well structure diagram. Of the modulation-doped quantum well structure when a laser is manufactured using the above-mentioned modulation-doped quantum well

【図10】p−InP結晶の成長時における変調ドープ
構造の保存状況を示す図
FIG. 10 is a diagram showing a storage state of a modulation-doped structure during growth of a p-InP crystal.

【図11】変調ドーピング濃度と変調ドープ構造の保存
状況を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a modulation doping concentration and a storage state of a modulation doping structure.

【図12】InPとInGaAsPに対するDMZnの
流量とホール濃度の関係を示す図
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the flow rate of DMZn and the hole concentration for InP and InGaAsP.

【図13】変調ドーピング濃度と変調ドープ構造の保存
状況を示す図
FIG. 13 is a diagram showing the modulation doping concentration and the storage state of the modulation doping structure.

【図14】従来の変調ドープ量子井戸の断面構造とエネ
ルギー準位示す図
FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional structure and energy level of a conventional modulation-doped quantum well.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SnドープInP基板 2 n−InGaAsP導波路層 3 InGaAs井戸層 4 ノンドープ−InGaAsPバリア層 5 p−InGaAsP変調ドープ層 6 ノンドープ−InGaAsPバリア層 7 変調ドープ量子井戸 8 p−InGaAsPZnストップ層 9 p−InPクラッド層 10 p−n−p電流ブロック層 11 メサ形状領域 12 Au/Snよりなるn側電極 13 Au/Znよりなるp側電極 14 p−InGaAsP歪変調ドープ層 15 ノンドープ−InGaAsP階段型バリア層 16 ノンドープ−InGaAsP階段型バリア層 1 Sn-doped InP substrate 2 n-InGaAsP waveguide layer 3 InGaAs well layer 4 Non-doped-InGaAsP barrier layer 5 p-InGaAsP modulation-doped layer 6 Non-doped-InGaAsP barrier layer 7 Modulation-doped quantum well 8 p-InGaAsPZn stop layer 9 p-InP Cladding layer 10 pnp current blocking layer 11 Mesa-shaped region 12 Au / Sn n-side electrode 13 Au / Zn p-side electrode 14 p-InGaAsP strain modulation doped layer 15 Non-doped-InGaAsP step barrier layer 16 Non-doped-InGaAsP step type barrier layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasushi Matsui 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導伝型の化合物半導体基板と、前記基
板上に第1の導波路層と、井戸層とバリア層が交互に積
層され、前記バリア層に変調ドープされた変調ドープ量
子井戸層と、ドーパントの拡散をストップするストップ
層と、第2導伝型のクラッド層とが順に積層された構造
であり、前記第1の導波路層は前記基板よりエネルギー
ギャップが同じか小さく、前記井戸層は前記第1の導波
路層よりエネルギーギャップが小さく、前記バリア層は
前記第1の導波路層と前記井戸層の中間のエネルギーギ
ャップで、一部に前記基板と同じか異なる導伝型を有す
る変調ドープ層を含み、前記ストップ層は前記バリア層
よりエネルギーギャップが同じか大きく、かつドーパン
トがその固溶限以下に添加された結晶であることを特徴
とする半導体レーザ。
1. A modulation-doped quantum device in which a first conductivity type compound semiconductor substrate, a first waveguide layer, a well layer and a barrier layer are alternately laminated on the substrate, and the barrier layer is modulation-doped. A well layer, a stop layer for stopping the diffusion of a dopant, and a second conductive clad layer are sequentially stacked, and the first waveguide layer has the same or smaller energy gap than the substrate, The well layer has an energy gap smaller than that of the first waveguide layer, and the barrier layer is an energy gap intermediate between the first waveguide layer and the well layer, and has a conduction part which is the same as or different from that of the substrate. A semiconductor layer including a modulation-doped layer having a type, wherein the stop layer is a crystal having an energy gap equal to or larger than that of the barrier layer, and a dopant added below its solid solubility limit. .
【請求項2】クラッド層のドーパントの添加量を固溶限
以下とすることを特徴とする請求項1記載の半導体レー
ザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the amount of dopant added to the cladding layer is below the solid solubility limit.
【請求項3】バリア層のドーパントの添加量を固溶限以
下とすることを特徴とする請求項1または2記載の半導
体レーザ。
3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the amount of dopant added to the barrier layer is not more than the solid solubility limit.
【請求項4】変調ドープ層が格子不整合を有することを
特徴とする請求項1または2または3記載の半導体レー
ザ。
4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the modulation doped layer has a lattice mismatch.
【請求項5】変調ドープ層がバリア層と異なるエネルギ
ーギャップを有することを特徴とする請求項1または2
または3記載の半導体レーザ。
5. The modulation doping layer has an energy gap different from that of the barrier layer.
Alternatively, the semiconductor laser as described in 3 above.
【請求項6】化合物半導体基板の導伝型と、バリア層が
有する変調ドープ層の導伝型が共にp型であることを特
徴とする請求項1、2、3、4、5いずれか1項記載の
半導体レーザ。
6. The conductivity type of the compound semiconductor substrate and the conductivity type of the modulation dope layer included in the barrier layer are both p-type. A semiconductor laser according to item.
【請求項7】第1導伝型を有する化合物半導体基板上
に、前記基板よりエネルギーギャップが小さい第1の導
伝型を有する第1の導波路層を成長させる工程と、前記
第1の導波路層よりエネルギーギャップが小さい井戸層
と、前記井戸層の中間のエネルギーギャップでアンドー
プの第1のバリア層と、変調ドープ層と、アンドープの
第2のバリア層とを交互に積層した変調ドープ量子井戸
層を成長させる工程と、前記バリア層よりエネルギーギ
ャップが大きくドーパントの拡散をストップするストッ
プ層を成長させる工程と、前記ストップ層よりエネルギ
ーギャップが大きく前記第2の導伝型を有するクラッド
層を成長する工程と、前記基板までをストライプ状にエ
ッチングするエッチング工程と、前記ストライプの側面
を第2導伝型の結晶と第1導伝型の結晶と第2導伝型の
結晶を成長させて前記ストライプを埋め込む工程とを有
することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
7. A step of growing, on a compound semiconductor substrate having a first conductivity type, a first waveguide layer having a first conductivity type having an energy gap smaller than that of the substrate, and the first conductivity type. A modulation-doped quantum layer in which a well layer having an energy gap smaller than that of a waveguide layer, an undoped first barrier layer, a modulation-doped layer, and an undoped second barrier layer are alternately stacked with an energy gap in the middle of the well layer. A step of growing a well layer, a step of growing a stop layer having an energy gap larger than that of the barrier layer to stop diffusion of a dopant, and a step of forming a cladding layer having an energy gap larger than that of the stop layer and having the second conductivity type. Growing step, etching step of etching up to the substrate in a stripe shape, and a second conductive type crystal on the side surface of the stripe. Method for manufacturing a semiconductor laser, characterized by a step of first conductivity type of the crystal and the crystal of the second conductivity type grown bury the stripe.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6200826B1 (en) 1996-12-30 2001-03-13 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method of fabricating a reverse mesa ridge waveguide type laser diode
US7298769B2 (en) 2005-05-30 2007-11-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser
JP2008288284A (en) * 2007-05-15 2008-11-27 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor optical element and method of manufacturing the same
JP2018500762A (en) * 2015-01-05 2018-01-11 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Optoelectronic parts

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