JPH05299771A - Semiconductor laser diode - Google Patents

Semiconductor laser diode

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JPH05299771A
JPH05299771A JP12412792A JP12412792A JPH05299771A JP H05299771 A JPH05299771 A JP H05299771A JP 12412792 A JP12412792 A JP 12412792A JP 12412792 A JP12412792 A JP 12412792A JP H05299771 A JPH05299771 A JP H05299771A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
current block
laser diode
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP12412792A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Nakano
弘司 仲野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To reduce a leak current outside a light emitting region, and to enable the laser to stably operate at a high temperature and high output ranges by increasing a parasitic turn-on voltage of a thyristor that occurs in a current block section in a semiconductor laser having a buried structure. CONSTITUTION:An n-type buffer layer 2, an active layer 3, and a cladding layer 4 are grown on an n-type semiconductor substrate 1, and mesa stripes are formed by selective etching. A p-type current block layer and an n-type current block layer 7 are then formed. Thereafter, a p-type buried layer 8 and a cap layer 9 are formed, whereby a laser diode is manufactured. In such a laser diode, the p-type current block layer is formed into a double-layer structure that is made up of a low-carrier-concentration current block lower layer 5 and a high-carrier-concentration current block upper layer 6.

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、半導体レーザダイオー
ドに関し、特に埋め込み構造型の半導体レーザダイオー
ドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser diode, and more particularly to a buried structure type semiconductor laser diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2はこの種従来の埋め込み構造型のレ
ーザダイオードの一例を示す断面図である。このレーザ
ダイオードを作製するのに、まず、n型の半導体基板1
上にn型のバッファ層2、活性層3、p型のクラッド層
4を順次成長させてダフルヘテロエピタキシャルウェハ
(以下、DHウェハと記す)を形成する。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a sectional view showing an example of a conventional buried structure type laser diode of this type. To manufacture this laser diode, first, an n-type semiconductor substrate 1
An n-type buffer layer 2, an active layer 3, and a p-type cladding layer 4 are sequentially grown on top of this to form a duffel heteroepitaxial wafer (hereinafter referred to as a DH wafer).

【0003】このDHウェハに対して発光領域の両側部
分をエッチングして、発光領域をメサ形状に加工する。
続いて、p型の電流ブロック層10、n型の電流ブロッ
ク層7、p型の埋め込み層8およびキャップ層9を形成
する。
Both sides of the light emitting region of this DH wafer are etched to process the light emitting region into a mesa shape.
Subsequently, the p-type current block layer 10, the n-type current block layer 7, the p-type buried layer 8 and the cap layer 9 are formed.

【0004】以上の構造を持つ埋め込み構造型半導体レ
ーザダイオードでは、発光領域以外には、n型のバッフ
ァ層2、p型の電流ブロック層10、n型の電流ブロッ
ク層7、p型の埋め込み層8によりサイリスタ構造が形
成されており、このサイリスタがターンオンしない動作
条件下においては、電流は発光領域のみに集中的に流れ
る。
In the buried structure type semiconductor laser diode having the above structure, in addition to the light emitting region, the n type buffer layer 2, the p type current block layer 10, the n type current block layer 7, and the p type buried layer. 8 forms a thyristor structure, and under an operating condition in which the thyristor is not turned on, the current flows intensively only in the light emitting region.

【0005】ところが、高温雰囲気中で動作させた場合
や高出力動作時には、クラッド層4を通じてサイリスタ
のゲート領域に相当するp型の電流ブロック層10に注
入されるキャリアが増加して、サイリスタがターンオン
してしまう。高温動作時および高出力動作時にも安定し
て動作させるには、このサイリスタのターンオン電圧を
高くする必要があり、そのためには、サイリスタのゲー
トに相当するp型の電流ブロック層10にキャリアがで
きるだけ蓄積されない構造とすることが重要である。
However, when operating in a high temperature atmosphere or during high power operation, the carriers injected into the p-type current block layer 10 corresponding to the gate region of the thyristor through the cladding layer 4 increase, and the thyristor turns on. Resulting in. The turn-on voltage of this thyristor must be increased in order to operate stably even at high temperature operation and high output operation. For that purpose, carriers can be stored in the p-type current block layer 10 corresponding to the gate of the thyristor as much as possible. It is important to have a structure that does not accumulate.

【0006】図2に示された従来例では、クラッド層4
を介して電流ブロック層10に注入されたキャリアを、
発光領域の両側に形成された活性層3を介してバッファ
層2へ流出させることによりサイリスタのターンオン電
圧の高圧化を図っている。
In the conventional example shown in FIG. 2, the cladding layer 4
Carriers injected into the current blocking layer 10 via
The turn-on voltage of the thyristor is increased by flowing out to the buffer layer 2 through the active layer 3 formed on both sides of the light emitting region.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の埋め込
み構造型レーザダイオードは、クラッド層4を介して電
流ブロック層10に注入されたキャリアを、発光領域以
外の活性層3を介して基板へ流出させるものあるので、
サイリスタのターンオン電圧を高くするには、活性層へ
のキャリア流出を低抵抗で行わせる必要があり、そのた
めに、従来例では電流ブロック層10の不純物濃度を上
げていた。しかし、電流ブロック層10の不純物濃度を
上げると、クラッド層4から電流ブロック層10へ流入
する電流が増加するために、リーク電流の増大、発振し
きい値電流の増大という問題点が生じる。
In the conventional buried structure type laser diode described above, the carriers injected into the current blocking layer 10 through the cladding layer 4 flow out to the substrate through the active layer 3 other than the light emitting region. Because there is something to do
In order to increase the turn-on voltage of the thyristor, it is necessary to allow carriers to flow into the active layer with a low resistance. Therefore, in the conventional example, the impurity concentration of the current block layer 10 was increased. However, when the impurity concentration of the current blocking layer 10 is increased, the current flowing from the cladding layer 4 into the current blocking layer 10 increases, which causes problems such as an increase in leak current and an increase in oscillation threshold current.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザダ
イオードは、第1導電型半導体基板上に形成された、メ
サ構造の活性層およびクラッド層の両側が、第2導電型
の第1の電流ブロック層および第1導電型の第2の電流
ブロック層に囲まれており、前記クラッド層および前記
第2の電流ブロック層上が第2導電型半導体層に覆われ
ているものであって、前記第1の電流ブロック層は、前
記半導体基板寄りの部分が前記第2の電流ブロック層寄
りの部分よりキャリア濃度が低くなされていることを特
徴とするものである。
In the semiconductor laser diode of the present invention, the first current of the second conductivity type is formed on both sides of the active layer and the cladding layer of the mesa structure formed on the first conductivity type semiconductor substrate. The semiconductor device is surrounded by a block layer and a second current blocking layer of the first conductivity type, and the clad layer and the second current blocking layer are covered with a second conductivity type semiconductor layer, The first current blocking layer is characterized in that a portion near the semiconductor substrate has a lower carrier concentration than a portion near the second current blocking layer.

【0009】[0009]

【作用】上記の構成をとることにより、即ち、第1の電
流ブロック層の半導体基板寄りの部分のキャリア濃度を
十分低くすることにより、クラッド層を通じて電流ブロ
ック層へ流れ込む電流に対する抵抗を大きくすることが
でき、電流ブロック層に流れ込む電流を少なくすること
ができる。従って、これにより発振しきい値電流を低く
抑えることが可能となる。
With the above structure, that is, by sufficiently lowering the carrier concentration in the portion of the first current block layer near the semiconductor substrate, the resistance to the current flowing into the current block layer through the cladding layer is increased. Therefore, the current flowing into the current blocking layer can be reduced. Therefore, this makes it possible to keep the oscillation threshold current low.

【0010】また、一度第1の電流ブロック層に流れ込
んだ電流は、発光領域外の活性層を介して基板側へ流出
するが、第1の電流ブロック層は低キャリア濃度層が高
キャリア濃度層に裏打ちされた構造を有するので、全体
として層抵抗が低くなるため、流出電流に対する抵抗値
を低く抑えることができる。従って、これにより電流ブ
ロック機能を持つサイリスタのターンオン電圧を高くす
ることができ、高温、高出力等の条件においても安定し
て動作させることが可能となる。
The current that once flows into the first current blocking layer flows out to the substrate side through the active layer outside the light emitting region, but in the first current blocking layer, the low carrier concentration layer is the high carrier concentration layer. Since it has a structure backed by, the layer resistance is low as a whole, so that the resistance value to the outflow current can be suppressed low. Therefore, it is possible to increase the turn-on voltage of the thyristor having the current blocking function, and it is possible to operate the thyristor stably under high temperature and high output conditions.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例を示す断面図で
ある。本実施例のレーザダイオードを作製するには、ま
ず、n型InPからなる半導体基板1の(100)面上
に、n型のInPからなるバッファ層2、InGaAs
Pからなる層厚0.08μmの活性層3およびp型のI
nPからなるクラッド層4を、順次エピタキシャル成長
させてDHウェハを形成する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. In order to manufacture the laser diode of this embodiment, first, on the (100) plane of the semiconductor substrate 1 made of n-type InP, the buffer layer 2 made of n-type InP and InGaAs.
Active layer 3 made of P and having a thickness of 0.08 μm, and p-type I
The clad layer 4 made of nP is sequentially epitaxially grown to form a DH wafer.

【0012】このDHウェハに対して発光領域の両側に
幅7μm、深さ2μmの溝を形成して幅1.5μmのメ
サストライプを形成する。続いて、キャリア濃度1×1
16cm-3のp型InPからなる低キャリア濃度電流ブロ
ック層5およびキャリア濃度1×1018cm-3のp型In
Pからなる高キャリア濃度電流ブロック層6を成長さ
せ、さらにn型InPからなる電流ブロック層7を成長
させる。引き続き、p型のInP、p型のInGaAs
Pを成長させて、埋め込み層8、キャップ層9を形成す
る。
On this DH wafer, a groove having a width of 7 μm and a depth of 2 μm is formed on both sides of the light emitting region to form a mesa stripe having a width of 1.5 μm. Then, carrier concentration 1 × 1
0 16 cm -3 p-type InP low carrier concentration current blocking layer 5 and carrier concentration 1 × 10 18 cm -3 p-type In
A high carrier concentration current blocking layer 6 made of P is grown, and a current blocking layer 7 made of n-type InP is further grown. Next, p-type InP and p-type InGaAs
P is grown to form a buried layer 8 and a cap layer 9.

【0013】以上のように構成された半導体レーザダイ
オードでは、クラッド層4と接する電流ブロック層が、
低キャリア濃度電流ブロック層5であるため、クラッド
層から電流ブロック層へ流入する電流に対する抵抗値が
高くなり、電流の発光領域への集中度が高まり、その結
果、レーザ発振のしきい値電流を低減化させることがで
きる。実際、図2の従来例で電流ブロック層10のキャ
リア濃度を1×1018cm-3とした場合にしきい値電流値
が20mAであったが、本実施例によりこれを15mA
に迄低減化させることができた。
In the semiconductor laser diode configured as described above, the current blocking layer in contact with the cladding layer 4 is
Since it is the low carrier concentration current blocking layer 5, the resistance value with respect to the current flowing from the clad layer to the current blocking layer is high, and the concentration of the current in the light emitting region is increased. As a result, the threshold current of laser oscillation is increased. It can be reduced. In fact, in the conventional example of FIG. 2, the threshold current value was 20 mA when the carrier concentration of the current blocking layer 10 was 1 × 10 18 cm −3.
It was possible to reduce to

【0014】また、クラッド層4から低キャリア濃度電
流ブロック層5へ注入されたキャリアは、高キャリア濃
度電流ブロック層6が存在していることにより、低抵抗
で拡散することができ、発光領域外に広く拡がるクラッ
ド層4、活性層3を介して速やかに基板側へ流出する。
そのため、サイリスタ構造のゲート領域に対応するp型
の電流ブロック層5、6に蓄積するキャリア量を低く抑
えることが可能となり、このサイリスタのターンオン電
圧を上昇させることができる。上記実施例により、90
℃の高温雰囲気中で、15mW以上の光出力を得ること
ができ、また、25℃の雰囲気中では200mW以上の
光出力を得ることができた。
Further, the carriers injected from the clad layer 4 into the low carrier concentration current blocking layer 5 can be diffused with a low resistance due to the presence of the high carrier concentration current blocking layer 6, so that the carriers are outside the light emitting region. It quickly flows out to the substrate side through the clad layer 4 and the active layer 3 which are widely spread.
Therefore, the amount of carriers accumulated in the p-type current block layers 5 and 6 corresponding to the gate region of the thyristor structure can be suppressed to a low level, and the turn-on voltage of this thyristor can be increased. According to the above embodiment, 90
It was possible to obtain a light output of 15 mW or more in a high temperature atmosphere of 0 ° C., and to obtain a light output of 200 mW or more in an atmosphere of 25 ° C.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザダイオードは、基板と反対導電型の電流ブロック層
と、基板と同一導電型の電流ブロックとを有するものに
おいて、基板と反対導電型の電流ブロック層の基板寄り
の部分のキャリア濃度をその反対側の部分に比較して低
くしたものであるので、本発明によれば、クラッド層か
ら電流ブロック層へ流れ込む電流を低く抑えることがで
き、発振しきい値電流値を低減化させることができる。
そして、反対導電型の電流ブロック層に流入したキャリ
アは、高キャリア濃度層を介して速やかに拡がり、クラ
ッド層、活性層を通して基板側に低抵抗で流出するた
め、この電流ブロック層をゲート領域とするサイリスタ
のターンオン電圧を高く維持することが可能となる。よ
って、本発明により、低しきい値電流の、高温、高出力
状態で安定して動作できる埋め込み構造型のレーザダイ
オードを提供することができる。
As described above, the semiconductor laser diode of the present invention, which has the current blocking layer of the opposite conductivity type to the substrate and the current block of the same conductivity type as the substrate, has the conductivity type opposite to the substrate. Since the carrier concentration of the portion of the current blocking layer close to the substrate is made lower than that of the portion on the opposite side thereof, according to the present invention, the current flowing from the clad layer to the current blocking layer can be suppressed low, The oscillation threshold current value can be reduced.
The carriers flowing into the current block layer of the opposite conductivity type spread rapidly through the high carrier concentration layer and flow out to the substrate side through the clad layer and the active layer with low resistance. The turn-on voltage of the thyristor can be maintained high. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a buried structure type laser diode which has a low threshold current and can stably operate in a high temperature and high output state.

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

【図1】本発明の一実施例の断面図。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】従来の埋め込み構造型半導体レーザダイオード
の断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a conventional buried structure type semiconductor laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 バッファ層 3 活性層 4 クラッド層 5 p型の低キャリア濃度電流ブロック層 6 p型の高キャリア濃度電流ブロック層 7 n型の電流ブロック層 8 埋め込み層 9 キャップ層 10 p型の電流ブロック層 1 semiconductor substrate 2 buffer layer 3 active layer 4 clad layer 5 p-type low carrier concentration current blocking layer 6 p-type high carrier concentration current blocking layer 7 n-type current blocking layer 8 buried layer 9 cap layer 10 p-type current Block layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型半導体基板上に形成された、
メサ構造をなす活性層およびクラッド層の両側が、第2
導電型の第1の電流ブロック層および第1導電型の第2
の電流ブロック層に囲まれており、前記クラッド層およ
び前記第2の電流ブロック層上が第2導電型半導体層に
覆われている半導体レーザダイオードにおいて、 前記第1の電流ブロック層は、前記半導体基板寄りの部
分が前記第2の電流ブロック層寄りの部分よりキャリア
濃度が低くなされていることを特徴とする半導体レーザ
ダイオード。
1. A semiconductor substrate formed on a first conductivity type semiconductor substrate,
Both sides of the active layer and the cladding layer forming the mesa structure are second
A conductivity type first current blocking layer and a first conductivity type second
A semiconductor laser diode surrounded by a second conductivity type semiconductor layer on the cladding layer and the second current blocking layer, the first current blocking layer being a semiconductor laser diode. A semiconductor laser diode, wherein a portion near the substrate has a lower carrier concentration than a portion near the second current blocking layer.
JP12412792A 1992-04-17 1992-04-17 Semiconductor laser diode Pending JPH05299771A (en)

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JP12412792A JPH05299771A (en) 1992-04-17 1992-04-17 Semiconductor laser diode

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JPH05299771A true JPH05299771A (en) 1993-11-12

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07202333A (en) * 1993-12-28 1995-08-04 Nec Corp Manufacture of semiconductor optical waveguide element of buried structure
US6229836B1 (en) 1998-06-10 2001-05-08 Nec Corporation Semiconductor laser and a method of manufacturing therefor
US6589806B2 (en) 1998-06-16 2003-07-08 Nec Electronics Corporation Method of fabricating semiconductor laser for preventing turn-on of pnpn thyrister

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