JPH08255950A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JPH08255950A
JPH08255950A JP5608595A JP5608595A JPH08255950A JP H08255950 A JPH08255950 A JP H08255950A JP 5608595 A JP5608595 A JP 5608595A JP 5608595 A JP5608595 A JP 5608595A JP H08255950 A JPH08255950 A JP H08255950A
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inp
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ingaalas
inp layer
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Mitsuhiro Kushibe
光弘 櫛部
Keiji Takaoka
圭児 高岡
Masahisa Funamizu
将久 船水
Yoshihiro Kokubu
義弘 国分
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE: To prevent mutual diffusion of Fe in a semiinsulating InP layer and Zn in p-InP layer by a structure wherein a buried part comprises a semiinsulating InP layer and a specific diffusion preventive layer having a band gap higher than that of the InP layer provided between the InP layer and an emission region. CONSTITUTION: A buried part 111 comprises a semiinsulating InP layer 113, and an In1-x-y Gax Aly As diffusion layer 112 (0<=x<=1, 0<=y<=1) having a band gap higher than that of the InP layer 114 provided between the InP layer 113 and an emission region 102. After growing an InGaAsP/InGaAsP quantum well active layer 102 and p-InP clad layer 103 on an n-InP substrate 101, the n-InP layer 111, the InGaAlAs layer 112, the semiinsulating InP layer 113, and the InP layer 114 are formed, as a buried layer, on the side face of a mesa. Mutual diffusion of Zn and Fe can be prevented by setting the band gap of the InGaAlAs layer higher than that of the InP layer.

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、半導体レーザに係わ
り、特に発光領域の側面を高抵抗層で埋め込んだ埋め込
み型の半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a buried type semiconductor laser in which a side surface of a light emitting region is filled with a high resistance layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、波長1.3〜1.6μm帯で発振
する情報処理通信用の半導体レーザとして、発光領域を
なすメサの側面を高抵抗層、例えば半絶縁性InP(S
I−InP)層で埋め込んだ埋め込み型の半導体レーザ
が開発されている。この種の埋め込み型半導体レーザで
は、InP層を高抵抗層とするためにInPにFeを添
加することが多い。しかし、実際にInPをレーザの埋
め込み層に用いる場合には、SI−InP層とp−In
P層を接触させると、SI−InP層に添加したFeが
アクセプタ的であることに加え、ZnとFeが相互拡散
を起こすために、SI−InP層がp型の導電型化し、
2つの層の間で電流が流れ、埋め込み層の抵抗が下が
る。埋め込み層の抵抗が下がると、レーザ動作をさせた
ときに駆動電流が埋め込み層にリーク電流として流れ
て、電流光変換特性(I−L特性)が低下することにな
る。
2. Description of the Related Art In recent years, as a semiconductor laser for information processing communication which oscillates in a wavelength band of 1.3 to 1.6 .mu.m, a side surface of a mesa forming a light emitting region has a high resistance layer such as semi-insulating InP (S
An embedded semiconductor laser embedded with an (I-InP) layer has been developed. In this type of embedded semiconductor laser, Fe is often added to InP in order to make the InP layer a high resistance layer. However, when InP is actually used as the buried layer of the laser, the SI-InP layer and the p-In are used.
When the P layer is brought into contact, Fe added to the SI-InP layer is acceptor-like, and Zn and Fe cause mutual diffusion, so that the SI-InP layer becomes a p-type conductivity type,
A current flows between the two layers, reducing the resistance of the buried layer. When the resistance of the buried layer is lowered, a driving current flows as a leak current into the buried layer when the laser operation is performed, and the current-light conversion characteristic (IL characteristic) is deteriorated.

【0003】図5に、この現象を示しておく。p−In
P層とSI−InP層を直接接合すると、ZnとFeが
相互拡散し、SI−InP層の一部がp型の導電型とな
ってしまう。
This phenomenon is shown in FIG. p-In
When the P layer and the SI-InP layer are directly joined, Zn and Fe diffuse with each other, and a part of the SI-InP layer becomes a p-type conductivity type.

【0004】一方、SI−InP層からのキャリアオー
バーフローを防ぐために、SI−InP層の周囲或いは
少なくとも周囲の一部分にn−InPを形成することが
試みられている(特開平1−241886号公報)。ま
た、SI−InP層とp−InP層との界面にバンドギ
ャップの大きな層を形成して、キャリアがSI−InP
層に注入されることを防ぐことが試みられている(特開
昭63−133587号公報)。
On the other hand, in order to prevent carrier overflow from the SI-InP layer, it has been attempted to form n-InP around the SI-InP layer or at least a part of the periphery (JP-A-1-241886). . In addition, a layer having a large band gap is formed at the interface between the SI-InP layer and the p-InP layer so that the carriers are SI-InP.
Attempts have been made to prevent injection into layers (Japanese Patent Laid-Open No. 63-133587).

【0005】しかしながら、これらの方法にあっても、
FeとZnの相互拡散を防ぐことはできない。FeとZ
nの相互拡散は、SI−InP層とp−InP層間にn
−InP層やバンドギャップの大きな層が挟まれていて
も発生するので、SI−InP層の周囲或いは少なくと
も周囲の一部分にn−InPを形成したりSI−InP
層とp−InP層の界面にバンドギャップの大きな層を
形成しても、不純物の相互拡散によりSI−InP層の
抵抗が下がり、埋め込み層での電流リークを防ぐことは
難しかった。
However, even with these methods,
Mutual diffusion of Fe and Zn cannot be prevented. Fe and Z
The interdiffusion of n is n between the SI-InP layer and the p-InP layer.
-Since it occurs even if an InP layer or a layer having a large band gap is sandwiched, n-InP is formed around the SI-InP layer or at least a part of the periphery, or SI-InP is formed.
Even if a layer having a large bandgap is formed at the interface between the p-InP layer and the p-InP layer, the resistance of the SI-InP layer decreases due to the mutual diffusion of impurities, and it is difficult to prevent current leakage in the buried layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、埋め
込み型の半導体レーザにおいては、埋め込み層としてF
e添加の半絶縁性InPを形成した場合、Feとp−I
nP層に添加したZnが相互拡散を起こし、Fe添加の
埋め込み層のキャリア濃度が上がり、抵抗率が下がって
しまい、埋め込み層での電流リークを防ぐことは困難で
あった。
As described above, in the conventional buried type semiconductor laser, the F layer is used as the buried layer.
When e-doped semi-insulating InP is formed, Fe and p-I
Zn added to the nP layer causes mutual diffusion, the carrier concentration of the Fe-added burying layer increases, and the resistivity decreases, which makes it difficult to prevent current leakage in the burying layer.

【0007】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半絶縁性InP層内の
Feとp−InP層内のZnの相互拡散を防ぐことがで
き、半絶縁性InP層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が
小さく高出力まで動作可能な埋め込み型半導体レーザを
提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to prevent interdiffusion of Fe in a semi-insulating InP layer and Zn in a p-InP layer, It is an object of the present invention to provide an embedded semiconductor laser capable of maintaining a high resistivity of a semi-insulating InP layer, having a small leakage current and capable of operating up to a high output.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、基板上に形成された活性層を含む発光領域と、こ
の発光領域の側面を埋め込む埋め込み部とを具備した埋
め込み型半導体レーザにおいて、前記埋め込み部は、半
絶縁性のInP層と、該InP層と前記発光領域との間
に設けられたInPよりもバンドギャップの大きいIn
1-x-y Gax Al yAs拡散防止層(0≦x≦1,0≦
y≦1)とを含むものであることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations. That is, the present invention provides a buried type semiconductor laser including a light emitting region including an active layer formed on a substrate and a buried portion filling the side surface of the light emitting region, wherein the buried portion is a semi-insulating InP layer. In having a bandgap larger than that of InP provided between the InP layer and the light emitting region.
1-xy Ga x Al y As diffusion prevention layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦
and y ≦ 1) are included.

【0009】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 基板は、InPである。 (2) 発光領域は、ストライプ状のメサを形成している。 (3) 発光領域には、p−InP層が含まれている。 (4) InGaAlAs層と発光領域のメサ部との間に、
p−InP層が設けられている。 (5) 発光領域は活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテ
ロ構造であり、埋め込み部のInGaAlAs拡散防止
層はクラッド層よりもバンドギャップが大きい。 (6) InGaAlAs拡散防止層の組成は、発振波長の
2倍以上に相当するバンドギャップとなるものであるこ
と。 (7) InGaAlAs拡散防止層は、厚さが5nm以上
でInPとの格子不整合の関係が臨界膜厚以下であるこ
と。特に、埋め込み層に形成して格子整合条件の制御が
難しい場合には、(100)平坦部での成長膜厚が40
nm以下であること。 (8) 活性層は、量子井戸構造であること。
The following are preferred embodiments of the present invention. (1) The substrate is InP. (2) The light emitting region forms a stripe-shaped mesa. (3) The light emitting region includes the p-InP layer. (4) Between the InGaAlAs layer and the mesa portion of the light emitting region,
A p-InP layer is provided. (5) The light emitting region has a double hetero structure in which the active layer is sandwiched by the cladding layers, and the InGaAlAs diffusion prevention layer in the buried portion has a band gap larger than that of the cladding layer. (6) The composition of the InGaAlAs diffusion prevention layer should have a band gap corresponding to at least twice the oscillation wavelength. (7) The InGaAlAs diffusion prevention layer has a thickness of 5 nm or more and the lattice mismatch with InP is less than the critical film thickness. In particular, when it is difficult to control the lattice matching condition by forming it in the buried layer, the grown film thickness at the (100) flat portion is 40
be less than or equal to nm. (8) The active layer should have a quantum well structure.

【0010】[0010]

【作用】本発明の半導体レーザにおいては、p−InP
層と半絶縁性InP(SI−InP)層の間に、InG
aAlAs拡散防止層が設けられている。ここで、p−
InP層は発光領域に含まれるものであってもよいし、
埋め込み層中の層であってもよい。
In the semiconductor laser of the present invention, p-InP is used.
InG between the layer and the semi-insulating InP (SI-InP) layer.
An aAlAs diffusion prevention layer is provided. Where p-
The InP layer may be included in the light emitting region,
It may be a layer in the buried layer.

【0011】本発明者等の鋭意研究によれば、図4に示
すように、InGaAlAs層はp−InP層中のZn
に対してもSI−InP層中のFeに対しても拡散抑制
層として働く。このため、InP中で生じるZnとFe
との相互拡散を防ぐことができる。従って、Fe添加の
半絶縁性のはずのInP層がp型の導電型を示し抵抗が
下がったり、Feが所定外の層に広がったりすることを
防止することで、デバイスの光学特性が低下することを
防ぎ、レーザの特性向上が実現できる。
According to the earnest studies by the present inventors, as shown in FIG. 4, the InGaAlAs layer is Zn in the p-InP layer.
And also acts as a diffusion suppressing layer for Fe in the SI-InP layer. Therefore, Zn and Fe generated in InP
Mutual diffusion with and can be prevented. Therefore, the Fe-added semi-insulating InP layer exhibits a p-type conductivity type and reduces the resistance, and prevents Fe from spreading to a layer other than a predetermined value, thereby deteriorating the optical characteristics of the device. This can be prevented and the laser characteristics can be improved.

【0012】また、InGaAlAs層のバンドギャッ
プをInPよりも大きくすることでキャリアブロックの
効果が生じるので、ZnとFeの相互拡散を防ぎ半絶縁
性層の抵抗が高く保たれる効果がより有効に働くように
なる。さらに、InGaAlAs層のバンドギャップを
クラッドに用いるInGaAlAs層よりも大きくする
ことで、InGaAlAsクラッド層のキャリア閉じ込
めに伴いキャリアが埋め込み層にリークすることを防ぐ
ことができ、InGaAlAsクラッド層の埋め込み型
のレーザを実現できるようになる。特に、少なくともク
ラッド層の一部分のInGaAlAsのバンドギャップ
を発振波長のエネルギーの2倍以上とすることで、活性
層で発生するオージェ効果に伴う電流のオーバーフロー
に対しても電流ブロックの効果を生じさせることがで
き、レーザのI−L特性、温度特性を大幅に向上でき
る。
Further, since the bandgap of the InGaAlAs layer is made larger than that of InP, a carrier blocking effect is produced, so that the effect of preventing mutual diffusion of Zn and Fe and keeping the resistance of the semi-insulating layer high is more effective. Get to work. Further, by making the band gap of the InGaAlAs layer larger than that of the InGaAlAs layer used for the clad, it is possible to prevent carriers from leaking into the buried layer due to carrier confinement of the InGaAlAs clad layer, and the buried type laser of the InGaAlAs clad layer can be prevented. Will be realized. In particular, by making the band gap of InGaAlAs of at least a part of the clad layer at least twice the energy of the oscillation wavelength, the current blocking effect can be produced even for the overflow of the current due to the Auger effect generated in the active layer. Therefore, the IL characteristics and temperature characteristics of the laser can be greatly improved.

【0013】ここで、ZnとFeの拡散を防ぐために
は、InGaAlAs層の厚さを5nm以上とすると極
めて有効となる。また、(100)平坦部での成長膜厚
が40nm以下であると、メサ側面で埋め込みを行う場
合に、格子不整量の制御が難しい場合にも比較的容易に
InGaAlAsとInPとの格子不整の厚さを臨界膜
厚以下に保つことができる。
Here, in order to prevent the diffusion of Zn and Fe, it is extremely effective to set the thickness of the InGaAlAs layer to 5 nm or more. Further, when the growth film thickness in the (100) flat portion is 40 nm or less, it is relatively easy to control the lattice mismatch between InGaAlAs and InP even when it is difficult to control the amount of lattice mismatch when embedding on the side surface of the mesa. The thickness can be kept below the critical film thickness.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中101
は面方位が(100)のn−InP基板、102は波長
1.55μmで発振するInGaAsP/InGaAs
P量子井戸活性層、103はp−InP第1クラッド
層、104はp−InP第2クラッド層、105はp−
InGaAsコンタクト層である。また、111はp−
InP埋め込み層、112は拡散防止のためのInGa
AlAs埋め込み層、113はFe添加の半絶縁性In
P埋め込み層、114はn−InP埋込み層である。こ
こで、InGaAlAs層112のAl組成は0.6、
Ga組成は0、厚さは(100)面上で10nmとし
た。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. 101 in the figure
Is an n-InP substrate with a plane orientation of (100), and 102 is InGaAsP / InGaAs that oscillates at a wavelength of 1.55 μm.
P quantum well active layer, 103 p-InP first cladding layer, 104 p-InP second cladding layer, 105 p-
It is an InGaAs contact layer. Also, 111 is p-
InP buried layer, 112 is InGa for preventing diffusion
AlAs embedded layer, 113 is Fe-added semi-insulating In
The P buried layer 114 is an n-InP buried layer. Here, the Al composition of the InGaAlAs layer 112 is 0.6,
The Ga composition was 0, and the thickness was 10 nm on the (100) plane.

【0015】製造方法としては、n−InP基板101
上にInGaAsP/InGaAsP量子井戸活性層1
02及びp−InPクラッド層103を成長した後、ス
トライプ状のメサを残してエッチングし、次いでメサの
側面に埋め込め層としてのp−InP層111,InG
aAlAs層112,半絶縁性InP層113及びn−
InP層114を成長する。そして、p−InPクラッ
ド層104及びInGaAsコンタクト層105を成長
することによって、図1の構造が得られる。なお、電流
供給のための電極としては、基板101の下面にn側電
極を、コンタクト層105上にp側電極を形成すればよ
い。
As a manufacturing method, an n-InP substrate 101 is used.
InGaAsP / InGaAsP quantum well active layer 1 on top
02 and p-InP clad layer 103 are grown, etching is performed leaving a stripe-shaped mesa, and then p-InP layers 111 and InG as buried layers are formed on the side surfaces of the mesa.
aAlAs layer 112, semi-insulating InP layer 113 and n-
The InP layer 114 is grown. Then, the structure of FIG. 1 is obtained by growing the p-InP cladding layer 104 and the InGaAs contact layer 105. As an electrode for supplying a current, an n-side electrode may be formed on the lower surface of the substrate 101 and a p-side electrode may be formed on the contact layer 105.

【0016】本実施例のレーザの微分量子効率ηの温度
依存性を調べたところ、η(75℃)/η(25℃)〜
0.75であり、従来のη(75℃)/η(25℃)〜
0.65と比べて大きく改善されていた。これは、本実
施例の半導体レーザにおいて、半絶縁性InP層113
は、周囲をn−InP層114とInGaAlAs層1
12とで周囲を囲まれており、高抵抗を維持できたこと
と、InGaAlAs層112のバンドギャップが約
1.8eVであり、電子に対しても正孔に対してもキャ
リアブロックの効果があるので、半絶縁性InP層11
3をオーバーフローしたキャリアを抑制できたからであ
る。
When the temperature dependence of the differential quantum efficiency η of the laser of this example was investigated, it was found that η (75 ° C.) / Η (25 ° C.)
0.75, which is the conventional η (75 ° C) / η (25 ° C) ~
It was a great improvement compared with 0.65. This is the semi-insulating InP layer 113 in the semiconductor laser of this embodiment.
Surrounds the n-InP layer 114 and the InGaAlAs layer 1.
12, the high resistance can be maintained, and the band gap of the InGaAlAs layer 112 is about 1.8 eV, which has a carrier blocking effect on both electrons and holes. Therefore, the semi-insulating InP layer 11
This is because the carriers that overflowed 3 could be suppressed.

【0017】このように本実施例によれば、通信或いは
情報処理に用いる波長1.55μm帯の半導体レーザに
おいて、オージェ効果を含むキャリアのオーバーフロー
を抑制することができる。このため、温度依存性の小さ
な良好な特性の半導体レーザを実現することが可能にな
る。また、埋め込み層として、半絶縁性InP層113
よりもp−InP層111側に、バンドギャップが大き
くキャリアの移導度の小さいInGaAlAs層112
を用いているので、埋め込み部キャパシタンスを下げる
ことができ、高速動作が可能な半導体レーザを実現する
ことが可能になる。 (実施例2)図2は、本発明の第2の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中201
はp−InP基板、202は波長1.3μmのInGa
As/InGaAsP歪量子井戸活性層、203はn−
InP第1クラッド層、204はn−InP第2クラッ
ド層、205はInGaAsPコンタクト層である。ま
た、211はp−InP埋め込み層、212は拡散防止
のためのInGaAlAs埋め込み層、213は半絶縁
性InP埋め込み層、215は拡散防止のためのInG
aAlAs埋め込み層、214はn−InP埋め込み層
である。
As described above, according to this embodiment, carrier overflow including the Auger effect can be suppressed in the semiconductor laser of wavelength 1.55 μm band used for communication or information processing. Therefore, it becomes possible to realize a semiconductor laser having good characteristics with small temperature dependence. In addition, the semi-insulating InP layer 113 is used as a buried layer.
Closer to the p-InP layer 111 than the InGaAlAs layer 112 having a large band gap and a small carrier transfer rate.
Therefore, the embedded portion capacitance can be reduced, and a semiconductor laser capable of high-speed operation can be realized. (Embodiment 2) FIG. 2 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. 201 in the figure
Is a p-InP substrate and 202 is InGa with a wavelength of 1.3 μm.
As / InGaAsP strained quantum well active layer, 203 is n-
The InP first clad layer, 204 is an n-InP second clad layer, and 205 is an InGaAsP contact layer. Further, 211 is a p-InP buried layer, 212 is an InGaAlAs buried layer for preventing diffusion, 213 is a semi-insulating InP buried layer, and 215 is InG for preventing diffusion.
The aAlAs embedded layer and 214 are n-InP embedded layers.

【0018】製造方法は、第1の実施例と基本的に同じ
であり、基板201上に活性層202,クラッド層20
3を形成した後、エッチングによりメサを形成し、メサ
の側面に埋込み層としての各層211,212,21
3,215,214を成長し、さらにクラッド層20
4,コンタクト層205を成長することにより、図2に
示す構造が得られる。
The manufacturing method is basically the same as that of the first embodiment, and the active layer 202 and the cladding layer 20 are formed on the substrate 201.
3 is formed, then a mesa is formed by etching, and each layer 211, 212, 21 as a buried layer is formed on the side surface of the mesa.
3,215,214 are grown, and the cladding layer 20 is further grown.
4. By growing the contact layer 205, the structure shown in FIG. 2 is obtained.

【0019】本実施例の半導体レーザの高速変調特性を
調べたところ、20GHzまで動作が可能であった。こ
れは、埋め込み層となる電流阻止層を、p−InP層2
11,InGaAlAs層212,半絶縁性InP層2
13,InGaAlAs層215、n−InP層214
により形成しているので、pn接合の容量が小さく、活
性層周辺での寄生容量が極めて小さくできたためであ
る。
When the high-speed modulation characteristics of the semiconductor laser of this example were examined, it was possible to operate up to 20 GHz. This is because the current blocking layer serving as the buried layer is the p-InP layer 2
11, InGaAlAs layer 212, semi-insulating InP layer 2
13, InGaAlAs layer 215, n-InP layer 214
This is because the capacitance of the pn junction is small and the parasitic capacitance around the active layer can be made extremely small.

【0020】また、本実施例では2回目の成長でInG
aAlAs層215の表面をn−InP層214で覆っ
ているためにInGaAlAs層215の酸化が生じ
ず、安定にデバイスの作成を行うことができた。
Further, in this embodiment, InG is grown by the second growth.
Since the surface of the aAlAs layer 215 is covered with the n-InP layer 214, the InGaAlAs layer 215 was not oxidized and the device could be stably manufactured.

【0021】特に本実施例のようなメサ構造を形成する
際に(110)方向とした場合、埋め込み層のメサの側
面は(111)A面となり高濃度にZnの不純物の添加
ができる。p−InP層211に対しては、ドーピング
濃度が高いほどn−InPクラッド層203とのp/n
接合部での立ち上がり電圧が上がるので、活性層202
への電流注入効率が上がり高出力化が可能となる。但し
この場合、Znの拡散も大きくなるという問題があっ
た。このため、InGaAlAs層212を用いる本実
施例はより有効であった。 (実施例3)図3は、本発明の第3の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中301
はp−InP基板、306はInPに格子整合したp−
InAlAsクラッド層、306′はp−In0.4 Al
0.6 Asハイバンドギャップ層、302はInGaAs
/InGaAlAs量子井戸活性層、307′はn−I
0.4 Al0.6 Asハイバンドギャップ層、307はn
−InAlAsクラッド層、305はn−InGaAs
コンタクト層である。また、312は拡散防止のための
In0.35Al0.65As埋め込み層、313は半絶縁性I
nP埋め込み層、315は拡散防止のためのInGaA
lAs埋め込み層、316はp−InP埋め込み層(逆
バイアス層)である。
In particular, when the (110) direction is used when forming the mesa structure as in this embodiment, the side surface of the mesa of the buried layer becomes the (111) A plane, and the impurity of Zn can be added at a high concentration. For the p-InP layer 211, the higher the doping concentration is, the p / n with the n-InP clad layer 203 is increased.
Since the rising voltage at the junction increases, the active layer 202
The efficiency of current injection into the device is increased and higher output is possible. However, in this case, there was a problem that Zn diffusion also increased. Therefore, the present embodiment using the InGaAlAs layer 212 was more effective. (Embodiment 3) FIG. 3 is a sectional view showing the device structure of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention. 301 in the figure
Is a p-InP substrate and 306 is a p- lattice-matched to InP.
InAlAs clad layer, 306 'is p- In0.4Al
0.6 As high band gap layer, 302 is InGaAs
/ InGaAlAs quantum well active layer, 307 'is n-I
n 0.4 Al 0.6 As high band gap layer, 307 is n
-InAlAs cladding layer, 305 is n-InGaAs
It is a contact layer. Further, 312 is an In 0.35 Al 0.65 As embedded layer for preventing diffusion, and 313 is a semi-insulating layer I.
nP buried layer, 315 is InGaA for diffusion prevention
The 1As buried layer 316 is a p-InP buried layer (reverse bias layer).

【0022】製造方法としては、p型基板301上にp
型クラッド層306,p型ハイバンドギャップ層30
6′,活性層302,n型ハイバンドギャップ層30
7′,n型クラッド層307からなるダブルヘテロ構造
を成長し、さらにその上にコンタクト層305を成長し
た後、基板301に達するエッチングによりメサを形成
し、メサの側面に埋込み層としての各層312,31
3,315,316を成長することにより、図3に示す
構造が得られる。
As the manufacturing method, p
-Type cladding layer 306, p-type high band gap layer 30
6 ', active layer 302, n-type high band gap layer 30
After growing a double heterostructure consisting of 7 ', n-type cladding layer 307 and further growing a contact layer 305 thereon, mesas are formed by etching to reach the substrate 301, and each layer 312 as a buried layer is formed on the side surface of the mesa. , 31
By growing 3,315,316, the structure shown in FIG. 3 is obtained.

【0023】本実施例の半導体レーザの高速変調特性を
調べたところ、30GHzまで動作が可能であった。こ
れは、活性層302が高速動作可能なInGaAs/I
nGaAlAs量子井戸で形成されており、p−In
0.4 Al0.6 Asハイバンドギャップ層306′とn−
In0.4 Al0.6 Asハイバンドギャップ層307′に
よりオージェ励起によるクラッド層306,307への
キャリアのオーバーフローが防げ、さらにハイバンドギ
ャップ層306′,307′よりもバンドギャップが大
きいIn0.35Al0.65As層312により埋め込み層へ
のキャリアのリークを防げるので、電流の注入効率が高
く微分量子効率が大きいためである。
When the high-speed modulation characteristics of the semiconductor laser of this example were examined, it was possible to operate up to 30 GHz. This is because the active layer 302 can operate at high speed with InGaAs / I.
It is formed of nGaAlAs quantum wells and is p-In
0.4 Al 0.6 As high band gap layer 306 'and n-
The In 0.4 Al 0.6 As high band gap layer 307 ′ prevents carriers from overflowing into the cladding layers 306 and 307 due to Auger excitation, and has a larger band gap than the high band gap layers 306 ′ and 307 ′. In 0.35 Al 0.65 As layer This is because the leakage of carriers to the buried layer can be prevented by 312, so that the current injection efficiency is high and the differential quantum efficiency is high.

【0024】また、本実施例のレーザの微分量子効率η
の温度依存性を調べたところ、η(75℃)/η(25
℃)〜0.85であり、従来のInP系レーザのη(7
5℃)/η(25℃)〜0.65と比べて大きく改善さ
れていた。これも本実施例の半導体レーザにおいて、p
−In0.4 Al0.6 Asハイバンドギャップ層306′
とn−In0.4 Al0.6 Asハイバンドギャップ層30
7′によりオージェ励起によるクラッド層306,30
7へのキャリアのオーバーフローが防げ、さらにハイバ
ンドギャップ層306′,307′よりもバンドギャッ
プが大きいIn0.35Al0.65As層312により埋め込
み層へのキャリアのリークを防げるためである。
Further, the differential quantum efficiency η of the laser of this embodiment
The temperature dependence of η (75 ° C) / η (25
C.) to 0.85, and η (7 of the conventional InP-based laser
5 ° C./η (25 ° C.) to 0.65, which was a significant improvement. Also in the semiconductor laser of this embodiment, p
-In 0.4 Al 0.6 As the high bandgap layer 306 '
And n-In 0.4 Al 0.6 As high band gap layer 30
The cladding layers 306 and 30 by Auger excitation by 7 '
This is because the overflow of carriers into No. 7 can be prevented, and further, the leakage of carriers into the buried layer can be prevented by the In 0.35 Al 0.65 As layer 312 having a band gap larger than that of the high band gap layers 306 ′ and 307 ′.

【0025】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。拡散防止層としては実施例で説明し
た組成に限るものではなく、一般式In1-x-y Gax
yAs(0≦x≦1,0≦y≦1)で定義される組成
であればよい。また、実施例においては、高抵抗半絶縁
InP層にFeドープInPを用いたが、この他にC
r,V,Mn,Co,Ti或いはこれらの組み合わせを
高抵抗層への添加物として用いてもよい。また、p−I
nP層への不純物はZnを用いたが、p型不純物として
はZnの他にCdやMg或いはこれらの組み合わせを用
いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments. The composition of the diffusion prevention layer is not limited to the composition described in the embodiments, but may be represented by the general formula In 1-xy Ga x A
It may be a composition as defined in l y As (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1). Further, in the embodiment, Fe-doped InP is used for the high resistance semi-insulating InP layer.
r, V, Mn, Co, Ti or a combination thereof may be used as an additive to the high resistance layer. Also, p-I
Although Zn is used as the impurity for the nP layer, Cd, Mg, or a combination thereof may be used as the p-type impurity in addition to Zn.

【0026】本実施例では活性層として、InGaAs
P/InGaAsP,InGaAs/InGaAsP,
InGaAs/InGaAlAsP量子井戸構造を用い
たがこれらに限られるものではなく、これら以外の構造
の量子井戸構造でもよく、バルク活性層等でもよいこと
は勿論である。
In this embodiment, InGaAs is used as the active layer.
P / InGaAsP, InGaAs / InGaAsP,
Although the InGaAs / InGaAlAsP quantum well structure is used, the quantum well structure is not limited to these, and it is needless to say that a quantum well structure of a structure other than these may be used, a bulk active layer, or the like.

【0027】本実施例では、基板としてInPを用いた
が、基板としてGaAsを用いた場合にも同様な効果を
得ることができた。この他に基板として、GaPやIn
As等のIII-V族化合物半導体は勿論のこと、SiやS
iGeのようなIV族の半導体を用いてもよく、II-VI 族
化合物半導体を用いてもよい。また、実施例では活性層
を含む発光領域をメサ型に形成し、このメサ部の側面に
埋め込み層を形成したが、これに限らず、発光領域の少
なくとも一方に溝を掘り、この溝内に埋め込み層を形成
するような構造であってもよい。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
In this embodiment, InP was used as the substrate, but the same effect could be obtained when GaAs was used as the substrate. In addition to this, as a substrate, GaP or In
Not to mention III-V group compound semiconductors such as As, Si and S
A group IV semiconductor such as iGe or a group II-VI compound semiconductor may be used. Further, in the embodiment, the light emitting region including the active layer is formed in a mesa type, and the buried layer is formed on the side surface of the mesa portion. However, not limited to this, a groove is formed in at least one of the light emitting regions and The structure may be such that a buried layer is formed. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、発
光領域の側面を埋め込む埋め込み部として、半絶縁性の
InP層と、該InP層と発光領域との間に設けられた
InPよりもバンドギャップの大きいInGaAlAs
拡散防止層を用いているので、半絶縁性InP層内のF
eとp−InP層内のZnの相互拡散を防ぐことがで
き、半絶縁性InP層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が
小さく高出力まで動作可能な埋め込み型半導体レーザを
実現することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, a semi-insulating InP layer and an InP provided between the InP layer and the light emitting region are used as a buried portion for embedding the side surface of the light emitting region. Has a large band gap, InGaAlAs
Since the diffusion prevention layer is used, the F in the semi-insulating InP layer is
It is possible to prevent the interdiffusion of Zn in the e and p-InP layers, keep the resistivity of the semi-insulating InP layer high, and realize a buried semiconductor laser that has a small leakage current and can operate up to a high output. Becomes

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

【図1】第1の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a device structure of a semiconductor laser according to a first embodiment.

【図2】第2の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a device structure of a semiconductor laser according to a second embodiment.

【図3】第3の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a device structure of a semiconductor laser according to a third embodiment.

【図4】本発明におけるp−InP層と半絶縁性InP
層間の相互拡散を示す図。
FIG. 4 is a p-InP layer and semi-insulating InP according to the present invention.
The figure which shows the mutual diffusion between layers.

【図5】従来例におけるp−InP層と半絶縁性InP
層間の相互拡散を示す図。
FIG. 5 is a p-InP layer and a semi-insulating InP in the conventional example.
The figure which shows the mutual diffusion between layers.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201…n−InP基板 102…InGaAsP/InGaAsP量子井戸活性
層 103,203…p−InP第1クラッド層 104,204…p−InP第2クラッド層 105…p−InGaAsコンタクト層 111,211…p−InP埋め込み層 112,212,215,315…InGaAlAs埋
め込み層 113,213,313…Fe添加の半絶縁性InP埋
め込み層 114,214…n−InP埋め込み層 202…InGaAs/InGaAsP歪量子井戸活性
層 205…InGaAsPコンタクト層 301…p−InP基板 302…InGaAs/InGaAlAs量子井戸活性
層 305…n−InGaAsコンタクト層 306…p−InAlAsクラッド層 307…n−InAlAsクラッド層 306′…p−In0.4 Al0.6 Asハイバンドギャッ
プ層 307′…n−In0.4 Al0.6 Asハイバンドギャッ
プ層 312…In0.35Al0.65As埋め込み層 316…p−InP埋め込み層(逆バイアス層)
101, 201 ... n-InP substrate 102 ... InGaAsP / InGaAsP quantum well active layer 103, 203 ... p-InP first clad layer 104, 204 ... p-InP second clad layer 105 ... p-InGaAs contact layer 111, 211 ... p-InP buried layer 112,212,215,315 ... InGaAlAs buried layer 113,213,313 ... Fe-added semi-insulating InP buried layer 114,214 ... n-InP buried layer 202 ... InGaAs / InGaAsP strained quantum well active layer 205 ... InGaAsP contact layer 301 ... p-InP substrate 302 ... InGaAs / InGaAlAs quantum well active layer 305 ... n-InGaAs contact layer 306 ... p-InAlAs clad layer 307 ... n-InAlAs clad layer 306 '... p-In 0.4 Al 0.6 As the high bandgap layer 307' ... n-In 0.4 Al 0.6 As the high bandgap layer 312 ... In 0.35 Al 0.65 As buried layer 316 ... p-InP buried layer (reverse bias layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国分 義弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yoshihiro Kokubun No. 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Corporate Research & Development Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成された活性層を含む発光領域
と、この発光領域の側面を埋め込む埋め込み部とを具備
してなり、 前記埋め込み部は、半絶縁性のInP層と、該InP層
と前記発光領域との間に設けられたInPよりもバンド
ギャップの大きいIn1-x-y Gax Al yAs拡散防止
層(0≦x≦1,0≦y≦1)とを含むものであること
を特徴とする半導体レーザ。
1. A light emitting region including an active layer formed on a substrate, and a buried portion filling a side surface of the light emitting region. The buried portion includes a semi-insulating InP layer and the InP layer. An In 1-xy Ga x Al y As diffusion prevention layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) having a bandgap larger than that of InP provided between the layer and the light emitting region. Characteristic semiconductor laser.
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