JPH0669110B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPH0669110B2 JPH0669110B2 JP4111585A JP4111585A JPH0669110B2 JP H0669110 B2 JPH0669110 B2 JP H0669110B2 JP 4111585 A JP4111585 A JP 4111585A JP 4111585 A JP4111585 A JP 4111585A JP H0669110 B2 JPH0669110 B2 JP H0669110B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- quantum well
- semiconductor
- semiconductor laser
- superlattice
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体レーザの新規構造に係わるものであ
る。特に超格子構造を持つ半導体レーザの活性層を、縦
方向だけでなく活性層平面内においても数格子層程度の
周期構造とすることにより半導体中の粒子を２次元的に
閉じ込める２次元量子井戸構造を実現出来る。
る。特に超格子構造を持つ半導体レーザの活性層を、縦
方向だけでなく活性層平面内においても数格子層程度の
周期構造とすることにより半導体中の粒子を２次元的に
閉じ込める２次元量子井戸構造を実現出来る。
従来の量子井戸構造半導体レーザは、第１図に示すよう
にｐ型（１）及びｎ型のクラツド層（２）にはさまれた
超格子層よりなるものである。第１図（ａ）はレーザ光
に直光する面での断面図，同図（ｂ）は同（１）図の〇
印部の拡大断面図である。この超格子層は、クラツド層
よりも禁制帯幅の狭い半導体よりなるウエル層（３）
と、ウエル層よりも広い禁制帯幅を持つバリヤ層（４）
の積層構造より成るもので、特にウエル層の厚みが電子
のドブロイ波長よりも薄く成つていることを特徴とす
る。このような構造においてはウエル層内の粒子が、バ
リヤ層のポテンシヤルによつて閉じ込められ、量子力学
でいう井戸型ポテンシヤル内の粒子と同様な振舞を示し
離散的な準位を形成する。その結果、価電子帯及び伝導
帯の底での準位密度が増大し、発光効率が向上ししきい
値電流が減少する。しかし、この構造では、粒子が量子
化されるのは積層構造の方向のみであり、他の方向には
準位密度の分布を持ちつずける。量子井戸構造を２次元
的に形成すれば、粒子の準位の量子化が２方向の軸にそ
つておこり一双の特性の向上が期待されるが、磁界によ
る価電粒子のとじこめを利用したものがあるのみで、実
用的な２次元量子井戸構造は知られていない。
にｐ型（１）及びｎ型のクラツド層（２）にはさまれた
超格子層よりなるものである。第１図（ａ）はレーザ光
に直光する面での断面図，同図（ｂ）は同（１）図の〇
印部の拡大断面図である。この超格子層は、クラツド層
よりも禁制帯幅の狭い半導体よりなるウエル層（３）
と、ウエル層よりも広い禁制帯幅を持つバリヤ層（４）
の積層構造より成るもので、特にウエル層の厚みが電子
のドブロイ波長よりも薄く成つていることを特徴とす
る。このような構造においてはウエル層内の粒子が、バ
リヤ層のポテンシヤルによつて閉じ込められ、量子力学
でいう井戸型ポテンシヤル内の粒子と同様な振舞を示し
離散的な準位を形成する。その結果、価電子帯及び伝導
帯の底での準位密度が増大し、発光効率が向上ししきい
値電流が減少する。しかし、この構造では、粒子が量子
化されるのは積層構造の方向のみであり、他の方向には
準位密度の分布を持ちつずける。量子井戸構造を２次元
的に形成すれば、粒子の準位の量子化が２方向の軸にそ
つておこり一双の特性の向上が期待されるが、磁界によ
る価電粒子のとじこめを利用したものがあるのみで、実
用的な２次元量子井戸構造は知られていない。
上述の例については次の文献に示されている。
（１）アプライド・フイジクス・レター （Appl.Phys.Lett.）26（８）463,1975 （２）アプライド・フイジクス・レター （Appl.Phys.Lett.）40（11）939,1982 〔発明の目的〕 本発明の目的は、半導体レーザの特性を大幅に向上させ
る得る２次元方向の価電粒子の閉じ込めを作り付けの構
造により実現し、実用性のある１次元量子井戸構造半導
体レーザを作製するための半導体レーザの構造とその作
製方法を与えることにある。
る得る２次元方向の価電粒子の閉じ込めを作り付けの構
造により実現し、実用性のある１次元量子井戸構造半導
体レーザを作製するための半導体レーザの構造とその作
製方法を与えることにある。
本発明は基板主面に対し傾斜を持つた基体面に周期的凹
凸を持たせ、この周期的凹凸面上にこの周期的凹凸面が
反映する如く電子のドブロイ波長より薄い薄膜より成る
量子井戸層と、この量子井戸層より広い禁止帯幅を持つ
障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を形成する。
前記の周期的凹凸は数格子層程度の周期構造とすること
により、積層の縦方向だけでなく、当該積層体の平面内
においても、半導体層中の粒子を２次元的に閉じ込める
２次元量子井戸構造となし得る。
凸を持たせ、この周期的凹凸面上にこの周期的凹凸面が
反映する如く電子のドブロイ波長より薄い薄膜より成る
量子井戸層と、この量子井戸層より広い禁止帯幅を持つ
障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を形成する。
前記の周期的凹凸は数格子層程度の周期構造とすること
により、積層の縦方向だけでなく、当該積層体の平面内
においても、半導体層中の粒子を２次元的に閉じ込める
２次元量子井戸構造となし得る。
通常、当該多重量子井戸構造の上下は当該量子井戸構造
を構成する半導体層より広い禁止帯幅の半導体層で挟む
如く構成する。
を構成する半導体層より広い禁止帯幅の半導体層で挟む
如く構成する。
こうした２次元量子井戸構造を半導体レーザの活性領域
を用いることにより、より高光出力まで安定に基本横モ
ードで動作させることが可能となる。
を用いることにより、より高光出力まで安定に基本横モ
ードで動作させることが可能となる。
なお、上述の量子井戸構造そのものに、これまで知られ
た量子井戸を用いれば良い。
た量子井戸を用いれば良い。
更に、具体的な例を持つて説明を加える。第２図（ａ）
はレーザ光の出力方向に直交する面での断面図である。
同図（ｂ）は第２図の〇部の拡大断面図である。
はレーザ光の出力方向に直交する面での断面図である。
同図（ｂ）は第２図の〇部の拡大断面図である。
少なくとも化合物半導体基板（１）上に設けた第一
（２）及び第三（８）の半導体層にはさまれた、電子の
ドブロイ波長より短い周期で組成が第四（４）及び第五
（５）の組成に周期的に変化する第二層（超格子構造）
を有する構造をもち、該構造の断面を基板表面に対し０
でない角度で露出させたうえで、第二の層の露出面（1
6）上に、第四（４）あるいは第五（５）の半導体層を
選択的にエツチングすることにより微細な周期構造を作
製し、該周期構造上に第四、第五の組成の半導体層より
狭い禁制帯幅で、電子のドブロイ波長より薄い超薄膜積
層構造よりなる量子井戸層（14）、該量子井戸層より広
い禁制帯幅の層（15）を設けたものである。
（２）及び第三（８）の半導体層にはさまれた、電子の
ドブロイ波長より短い周期で組成が第四（４）及び第五
（５）の組成に周期的に変化する第二層（超格子構造）
を有する構造をもち、該構造の断面を基板表面に対し０
でない角度で露出させたうえで、第二の層の露出面（1
6）上に、第四（４）あるいは第五（５）の半導体層を
選択的にエツチングすることにより微細な周期構造を作
製し、該周期構造上に第四、第五の組成の半導体層より
狭い禁制帯幅で、電子のドブロイ波長より薄い超薄膜積
層構造よりなる量子井戸層（14）、該量子井戸層より広
い禁制帯幅の層（15）を設けたものである。
前述の微細周期構造上への結晶成長に先立つ選択的エツ
チングは腐食性のガスによるエツチングを用いて行い、
しかるのち、同一の反応系内で結晶成長を行う事によ
り、所望の構造を得ることが出来る。
チングは腐食性のガスによるエツチングを用いて行い、
しかるのち、同一の反応系内で結晶成長を行う事によ
り、所望の構造を得ることが出来る。
上記目的を達成するため一回目の結晶成長により設けた
超格子構造の断面図を利用して数十Ａ原子層オーダの微
細な周期構造を得、この周期構造の上に第二回目の結晶
成長により数十原子層オーダの超格子積層構造を設ける
ことにより二次元方向から価電粒子を示じ込めることを
可能となる。
超格子構造の断面図を利用して数十Ａ原子層オーダの微
細な周期構造を得、この周期構造の上に第二回目の結晶
成長により数十原子層オーダの超格子積層構造を設ける
ことにより二次元方向から価電粒子を示じ込めることを
可能となる。
以下図面に従い本発明の実施例を説明する。
実施例１ 第二図（ａ）は、試作した一次元多重量子井戸構造半導
体レーザの断面構造を示した物である。まず、MOCVD法
による第一回目の結晶成長によりｐ−GaAs基板（１）上
にｐ−Ga0.55Al0.45As層（２）、ｐ型超格子（３）を設
けた。この超格子構造は第２図（ｂ）に示む様にGaAs層
（４）（100〜300A）とAlAs層（５）（100〜300A）を交
互に積み重ねた構造で、膜厚は、1.0μｍ〜3.0μｍとし
た。次に、通常のフオトレジスト工程により作製したSi
O2膜をマスクとして上記の超格子層の一部をGa0.55Al
0.45As層（２）まで取り除いた。次にHF系のエツチング
液を用いて超格子層の断面のAlAsの部分を選択的にエツ
チングする。次に、活性領域以外の部分を流れる電流を
少なくするためGa0.55Al0.45As層の露出している部分及
び超格子層の上部にプロトン打込みにより高抵抗層
（６）（７）を形成する。第二回目のMOCVD法による結
晶成長により、以上の構造の上にGaAs／（GaAl）As量子
井戸層（８）、ｎ−Ga0.55Al0.45Asクラツド層（９）、
及びｎ−GaAsキヤツプ層（10）を形成した。量子井戸層
（８）の構造は、GaAs層（14）20〜100A、Ga0.7Al0.3As
層（15）20〜100Aとした。この構造において、超格子層
（３）上に結晶成長した量子井戸層は、超格子の凹凸を
反映した段差をもち、一次元量子井戸層となる。キヤツ
プ層にCr／Au電極（12）を、基板の裏面にAuGeNi／Cr／
Au電極（13）を設けてレーザとした。レーザの進行方向
と直行する面で、通常のレーザ装置と同様に光共振器を
構成する。代表的にはへき開面を用いる。この構造では
（６）及び（７）の高抵抗層のために電流は超格子層の
断面上に形成された一次元量子井戸層のみを流れる。ま
た、活性層の折れまがりによる屈折率の変化により、こ
の構造のレーザは高光出力まで安定に基本横モードで動
作する。この結果、一次元量子井戸の特性をいかした高
効率の半導体レーザが実現される。
体レーザの断面構造を示した物である。まず、MOCVD法
による第一回目の結晶成長によりｐ−GaAs基板（１）上
にｐ−Ga0.55Al0.45As層（２）、ｐ型超格子（３）を設
けた。この超格子構造は第２図（ｂ）に示む様にGaAs層
（４）（100〜300A）とAlAs層（５）（100〜300A）を交
互に積み重ねた構造で、膜厚は、1.0μｍ〜3.0μｍとし
た。次に、通常のフオトレジスト工程により作製したSi
O2膜をマスクとして上記の超格子層の一部をGa0.55Al
0.45As層（２）まで取り除いた。次にHF系のエツチング
液を用いて超格子層の断面のAlAsの部分を選択的にエツ
チングする。次に、活性領域以外の部分を流れる電流を
少なくするためGa0.55Al0.45As層の露出している部分及
び超格子層の上部にプロトン打込みにより高抵抗層
（６）（７）を形成する。第二回目のMOCVD法による結
晶成長により、以上の構造の上にGaAs／（GaAl）As量子
井戸層（８）、ｎ−Ga0.55Al0.45Asクラツド層（９）、
及びｎ−GaAsキヤツプ層（10）を形成した。量子井戸層
（８）の構造は、GaAs層（14）20〜100A、Ga0.7Al0.3As
層（15）20〜100Aとした。この構造において、超格子層
（３）上に結晶成長した量子井戸層は、超格子の凹凸を
反映した段差をもち、一次元量子井戸層となる。キヤツ
プ層にCr／Au電極（12）を、基板の裏面にAuGeNi／Cr／
Au電極（13）を設けてレーザとした。レーザの進行方向
と直行する面で、通常のレーザ装置と同様に光共振器を
構成する。代表的にはへき開面を用いる。この構造では
（６）及び（７）の高抵抗層のために電流は超格子層の
断面上に形成された一次元量子井戸層のみを流れる。ま
た、活性層の折れまがりによる屈折率の変化により、こ
の構造のレーザは高光出力まで安定に基本横モードで動
作する。この結果、一次元量子井戸の特性をいかした高
効率の半導体レーザが実現される。
実施例２ 実施例一の構造を用いれば、縦横両方の次元に急峻な界
面を持つ一次元量子井戸ができるが、結晶成長長界面に
直接活性層を形成することや、鋭い構造を持つた基板上
に結晶成長を行うことにより欠陥が導入される恐がある
事など、半導体レーザの信頼性に不安が残る。そこで、
第二の実施例として二回目の結晶成長のまえに、MOCVD
結晶成長炉の中でHClガスによるエツチングを行つた第
三図（ａ）のような構造を試作した。第三図（ｂ）は第
三図（ａ）における〇印部の拡大断面図である。この構
造では、一旦外気に晒された結晶の表面がエツチングに
より取り除かれ、清浄な表面への結晶成長がてきる。ま
た、エツチングにより、結晶上の急峻な角が丸くなるた
め、結晶のエツヂ部分における結晶欠陥の発生を押える
ことができる。この構造では、横方向の価電粒子のとじ
こめは実施例一の場合ほど強くないが、活性層の微細な
うねりにより、十分な一次元量子井戸効果を得ることが
できる。更に、超格子層のAlAsの選択エツチングをHCl
のGaAsとAlAsのエツチレートの違いにより行うことも可
能である。なお、ここに説明した以外の構造については
実施例１と同様である。
面を持つ一次元量子井戸ができるが、結晶成長長界面に
直接活性層を形成することや、鋭い構造を持つた基板上
に結晶成長を行うことにより欠陥が導入される恐がある
事など、半導体レーザの信頼性に不安が残る。そこで、
第二の実施例として二回目の結晶成長のまえに、MOCVD
結晶成長炉の中でHClガスによるエツチングを行つた第
三図（ａ）のような構造を試作した。第三図（ｂ）は第
三図（ａ）における〇印部の拡大断面図である。この構
造では、一旦外気に晒された結晶の表面がエツチングに
より取り除かれ、清浄な表面への結晶成長がてきる。ま
た、エツチングにより、結晶上の急峻な角が丸くなるた
め、結晶のエツヂ部分における結晶欠陥の発生を押える
ことができる。この構造では、横方向の価電粒子のとじ
こめは実施例一の場合ほど強くないが、活性層の微細な
うねりにより、十分な一次元量子井戸効果を得ることが
できる。更に、超格子層のAlAsの選択エツチングをHCl
のGaAsとAlAsのエツチレートの違いにより行うことも可
能である。なお、ここに説明した以外の構造については
実施例１と同様である。
以上の実施例（GaAl）As系の材料について述べてきた
が、InGaAsP系などの他の材料系の半導体レーザでも同
様の構造が可能であることはいうまでもない。
が、InGaAsP系などの他の材料系の半導体レーザでも同
様の構造が可能であることはいうまでもない。
第一図は従来の量子井戸型半導体レーザの断面構造、第
二図は本発明による一次元量子井戸構造半導体レーザの
断面構造、第三図はガスエツチを行つた場合の一次元量
子井戸構造半導体レーザの断面構造をしめした図であ
る。 １……ｐ−GaAs基板、２……ｐ−Ga0.55Al0.45As層、３
……ｐ型超格子、４……GaAs層、５……AlAs層、６……
高抵抗Ga0.55Al0.45As層、７……高抵抗超格子層、８…
…GaAs（GaAl）As、９……ｎ−Ga0.55Al0.45As層、10…
…ｎ−GaAsキヤツプ層、11……一次元量子井戸層、12…
…Cr／Au電極、13……AuGeNi／Cr／Au電極。
二図は本発明による一次元量子井戸構造半導体レーザの
断面構造、第三図はガスエツチを行つた場合の一次元量
子井戸構造半導体レーザの断面構造をしめした図であ
る。 １……ｐ−GaAs基板、２……ｐ−Ga0.55Al0.45As層、３
……ｐ型超格子、４……GaAs層、５……AlAs層、６……
高抵抗Ga0.55Al0.45As層、７……高抵抗超格子層、８…
…GaAs（GaAl）As、９……ｎ−Ga0.55Al0.45As層、10…
…ｎ−GaAsキヤツプ層、11……一次元量子井戸層、12…
…Cr／Au電極、13……AuGeNi／Cr／Au電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶村 俊 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−58693（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】第１の半導体層の層面方向に傾斜を持た
せ、この傾斜した半導体表面に電子のドブロイ波長より
短かい周期で周期的に凹凸を有し、当該周期的凹凸上に
この周期的凹凸を持つ半導体層より禁制帯幅が狭まい半
導体層でもつて量子井戸層および障壁層を交互に積層
し、この多重量子井戸層を活性領域となしたことを特徴
とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】前記第１の半導体層は電子のドブロイ波長
より短かい周期で組成に変化を持つた半導体層なること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4111585A JPH0669110B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4111585A JPH0669110B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201492A JPS61201492A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH0669110B2 true JPH0669110B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=12599461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4111585A Expired - Lifetime JPH0669110B2 (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0669110B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61212083A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-20 | Nec Corp | 半導体レ−ザの製造方法 |
| JPS61212084A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-20 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPH0658956B2 (ja) * | 1986-09-13 | 1994-08-03 | 工業技術院長 | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0760897B2 (ja) * | 1986-09-13 | 1995-06-28 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2799372B2 (ja) * | 1991-03-28 | 1998-09-17 | 光技術研究開発株式会社 | 量子細線レーザ及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-03-04 JP JP4111585A patent/JPH0669110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61201492A (ja) | 1986-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4845724A (en) | Semiconductor laser device having optical guilding layers of unequal resistance | |
| JP2005101542A (ja) | 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法 | |
| US5153890A (en) | Semiconductor device comprising a layered structure grown on a structured substrate | |
| US4899349A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH0243351B2 (ja) | ||
| US4835783A (en) | Semiconductor laser | |
| US5271028A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH0669110B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| JPH06260716A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH0728104B2 (ja) | 半導体レーザ・ダイオード | |
| JPH05251813A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2771587B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
| JPH02228087A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH0665237B2 (ja) | 二次元量子化素子の製造方法 | |
| JPS59145590A (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| JPH0537078A (ja) | 量子井戸半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
| JP3129450B2 (ja) | 半導体発光装置及びその製造方法 | |
| JP2000294877A (ja) | 高出力半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JPH0576794B2 (ja) | ||
| JP3820826B2 (ja) | 半導体発光装置および半導体装置の製造方法 | |
| JP3777027B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2890888B2 (ja) | 擬似グレーデッド超格子とその製造方法 | |
| JPH10209571A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH0233972A (ja) | 半導体量子細線構造 | |
| JPH05121827A (ja) | 半導体発光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |