JPH0828553B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH0828553B2 JPH0828553B2 JP1058521A JP5852189A JPH0828553B2 JP H0828553 B2 JPH0828553 B2 JP H0828553B2 JP 1058521 A JP1058521 A JP 1058521A JP 5852189 A JP5852189 A JP 5852189A JP H0828553 B2 JPH0828553 B2 JP H0828553B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- algaas
- active layer
- gaas
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光通信等に用いられる半導体レーザに関す
るものである。
るものである。
光電子集積回路の光源となる半導体レーザは電子デバ
イスとの集積化が容易になるように、ｐ、ｎ電極が同一
面上にある構造であることが望ましい。この要請を満た
すプレーナ構造半導体レーザとして従来、第２図に断面
図を示すレーザ（応用物理学会 昭和63年秋 予稿集5p
-R-9）があつた。
イスとの集積化が容易になるように、ｐ、ｎ電極が同一
面上にある構造であることが望ましい。この要請を満た
すプレーナ構造半導体レーザとして従来、第２図に断面
図を示すレーザ（応用物理学会 昭和63年秋 予稿集5p
-R-9）があつた。
第２図において、（１）は半絶縁性GaAs基板、（12）
はアンドープAlGaAs第１のクラツド層、（13）はアンド
ープGaAs活性層、（14）はアンドープAlGaAs第２のクラ
ツド層、（15）はP-AlGaAs層、（16）はp+‐GaAs層、
（17）はn-AlGaAs層、（18）はn+‐GaAs層、（９）はｐ
電極、（10）はn-電極である。この半導体レーザは以下
の手順により作製される。まず、半絶縁性GaAs基板
（１）上に（12）〜（14）の各層をエピタキシヤル成長
する。次に、このエピタキシヤル基板の表面にSiN膜を
形成してストライプ状の窓を開け、第１のクラツド層
（12）の途中までエツチングを行なう。この後、減圧MO
CVD法により、ｐ形層（15），（16）あるいはｎ形層（1
7），（18）を選択的に埋込成長する。
はアンドープAlGaAs第１のクラツド層、（13）はアンド
ープGaAs活性層、（14）はアンドープAlGaAs第２のクラ
ツド層、（15）はP-AlGaAs層、（16）はp+‐GaAs層、
（17）はn-AlGaAs層、（18）はn+‐GaAs層、（９）はｐ
電極、（10）はn-電極である。この半導体レーザは以下
の手順により作製される。まず、半絶縁性GaAs基板
（１）上に（12）〜（14）の各層をエピタキシヤル成長
する。次に、このエピタキシヤル基板の表面にSiN膜を
形成してストライプ状の窓を開け、第１のクラツド層
（12）の途中までエツチングを行なう。この後、減圧MO
CVD法により、ｐ形層（15），（16）あるいはｎ形層（1
7），（18）を選択的に埋込成長する。
次に動作について説明する。この半導体レーザに正の
電圧を印加した場合、アンドープAlGaAs層（12）および
（14）は抵抗が高いために、電子はn-AlGaAs層（17）か
らアンドープGaAs活性層（13）に注入される。活性層
（13）は周囲をAlGaAs層に囲まれて屈折率導波路を形成
しており、活性領域幅を２μｍ程度にすることにより、
安定した基本横モード発振が得られる。この半導体レー
ザはｐ、ｎ電極が同一面上にあるプレーナ構造であるた
め、電子デバイス等との集積化に適している。
電圧を印加した場合、アンドープAlGaAs層（12）および
（14）は抵抗が高いために、電子はn-AlGaAs層（17）か
らアンドープGaAs活性層（13）に注入される。活性層
（13）は周囲をAlGaAs層に囲まれて屈折率導波路を形成
しており、活性領域幅を２μｍ程度にすることにより、
安定した基本横モード発振が得られる。この半導体レー
ザはｐ、ｎ電極が同一面上にあるプレーナ構造であるた
め、電子デバイス等との集積化に適している。
第３図は他の従来技術によるレーザの断面図である。
この半導体レーザは半絶縁性GaAs基板（１）上にp-AlGa
Asクラツド層（102）、量子井戸活性層（103）、n-AlGa
Asクラツド層（104）、アンドープGaAsコンタクト層（1
05）をエピタキシヤル成長した後、ZnおよびSiを選択的
に拡散して、ｐ型領域（106）およびｎ型領域（107）を
形成したものである。量子井戸活性層（103）の拡散領
域（106）（107）に含まれる部分は拡散によつて無秩序
化され、平均的組成のAlGaAs層になるため、埋込型の半
導体レーザと同様の構造となる。
この半導体レーザは半絶縁性GaAs基板（１）上にp-AlGa
Asクラツド層（102）、量子井戸活性層（103）、n-AlGa
Asクラツド層（104）、アンドープGaAsコンタクト層（1
05）をエピタキシヤル成長した後、ZnおよびSiを選択的
に拡散して、ｐ型領域（106）およびｎ型領域（107）を
形成したものである。量子井戸活性層（103）の拡散領
域（106）（107）に含まれる部分は拡散によつて無秩序
化され、平均的組成のAlGaAs層になるため、埋込型の半
導体レーザと同様の構造となる。
この半導体レーザではpn接合は無秩序化されずに残つ
た量子井戸活性層に接した部分に形成されたpn接合とAl
GaAsクラツド層中に形成されたpn接合から成つている
が、後者のpn接合はポテンシヤル障壁が前者に比べて大
きいために、キヤリアの大部分は量子井戸活性層に接し
たpn接合から活性層内に注入される。その結果、キヤリ
アは活性領域の幅に沿つて均一に効率よく注入される。
また、この半導体レーザもｐ、ｎ電極が同一面上にあり
集積化に適している。
た量子井戸活性層に接した部分に形成されたpn接合とAl
GaAsクラツド層中に形成されたpn接合から成つている
が、後者のpn接合はポテンシヤル障壁が前者に比べて大
きいために、キヤリアの大部分は量子井戸活性層に接し
たpn接合から活性層内に注入される。その結果、キヤリ
アは活性領域の幅に沿つて均一に効率よく注入される。
また、この半導体レーザもｐ、ｎ電極が同一面上にあり
集積化に適している。
第２図の構造では電流は横から活性領域に注入される
ため、キヤリアの分布が不均一になり効率のよい注入に
ならない。また、活性領域の厚さは0.1μｍ程度と極め
て薄いので抵抗が高くなり連続発振特性を制限する。
ため、キヤリアの分布が不均一になり効率のよい注入に
ならない。また、活性領域の厚さは0.1μｍ程度と極め
て薄いので抵抗が高くなり連続発振特性を制限する。
一方、第３図の構造は量子井戸構造の無秩序化を利用
して埋込導波路を形成するため、活性層が量子井戸層の
場合にのみ適用できる。また、ｎ型不純物の拡散には85
0℃程度の高温に保持することが必要であり、その際、
量子井戸構造の変形や基板の熱変成によるリーク電流の
増大が問題となる。また、高濃度の不純物による光吸収
損失の増大のため発振しきい値電流が高くなる。また、
この構造をInP系の長波長レーザに適用した場合、拡散
によるp-InPの抵抗が高いために、活性領域に到るまで
の電圧降下が大きくなつて、InP内のpn接合を流れるキ
ヤリアに対するポテンシヤル障壁の高さが相対的に小さ
くなる。その結果、InP内のpn接合を流れるリーク電流
が大きくなるため発振しきい値電流が高くなるなどの問
題点があつた。
して埋込導波路を形成するため、活性層が量子井戸層の
場合にのみ適用できる。また、ｎ型不純物の拡散には85
0℃程度の高温に保持することが必要であり、その際、
量子井戸構造の変形や基板の熱変成によるリーク電流の
増大が問題となる。また、高濃度の不純物による光吸収
損失の増大のため発振しきい値電流が高くなる。また、
この構造をInP系の長波長レーザに適用した場合、拡散
によるp-InPの抵抗が高いために、活性領域に到るまで
の電圧降下が大きくなつて、InP内のpn接合を流れるキ
ヤリアに対するポテンシヤル障壁の高さが相対的に小さ
くなる。その結果、InP内のpn接合を流れるリーク電流
が大きくなるため発振しきい値電流が高くなるなどの問
題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、集積化に適したプレーナ構造で、かつキヤ
リアの注入が均一に効率よく行なわれ、また、量子井戸
の変形、基板の熱変成、不純物による光吸収の増大の原
因となる拡散工程を必要とせず、また、InP系でも低し
きい値を実現できる半導体レーザを得ることを目的とす
る。
れたもので、集積化に適したプレーナ構造で、かつキヤ
リアの注入が均一に効率よく行なわれ、また、量子井戸
の変形、基板の熱変成、不純物による光吸収の増大の原
因となる拡散工程を必要とせず、また、InP系でも低し
きい値を実現できる半導体レーザを得ることを目的とす
る。
この発明に系る半導体レーザは活性層をｐまたはｎ形
のクラツド層で狭んだダブルヘテロ構造のメサの片側に
ｎ形層、他の片側にｐ形層をそれぞれ埋込成長し、それ
ぞれの埋込層の上に電極を形成したものである。
のクラツド層で狭んだダブルヘテロ構造のメサの片側に
ｎ形層、他の片側にｐ形層をそれぞれ埋込成長し、それ
ぞれの埋込層の上に電極を形成したものである。
この発明における半導体レーザは大部分のキヤリアは
メサ部分のクラツド層から活性層に注入されるため、横
方向からのみの注入に比べて均一で効率のよい注入にな
り、また抵抗が高くなるという問題も生じずまた、拡散
を行なわないので熱による量子井戸構造の変形や高濃度
不純物による光吸収損失の増大は起こらない。また、In
P系の半導体レーザに適用した場合にも、リーク電流を
少なくすることができ、低しきい値電流を実現できる。
メサ部分のクラツド層から活性層に注入されるため、横
方向からのみの注入に比べて均一で効率のよい注入にな
り、また抵抗が高くなるという問題も生じずまた、拡散
を行なわないので熱による量子井戸構造の変形や高濃度
不純物による光吸収損失の増大は起こらない。また、In
P系の半導体レーザに適用した場合にも、リーク電流を
少なくすることができ、低しきい値電流を実現できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（１）は半絶縁性GaAs基板、（２）はp-
AlGaAsクラツド層、（３）はGaAs活性層、（４）はn-Al
GaAsクラツド層、（５）はp-AlGaAs層、（６）はp+‐Ga
As層、（７）はn-AlGaAs層、（８）はn+‐GaAs層、
（９）はｐ電極、（10）はｎ電極である。
１図において、（１）は半絶縁性GaAs基板、（２）はp-
AlGaAsクラツド層、（３）はGaAs活性層、（４）はn-Al
GaAsクラツド層、（５）はp-AlGaAs層、（６）はp+‐Ga
As層、（７）はn-AlGaAs層、（８）はn+‐GaAs層、
（９）はｐ電極、（10）はｎ電極である。
この半導体レーザは以下の手順により作製される。ま
ず、半絶縁性GaAs基板（１）上に（２）〜（４）の各層
をエピタキシヤル成長をする。次に、エツチングにより
基板（１）にまで達するストライプ状の溝を形成する。
この後、減圧MOCVD法により、ｐ形層（５），（６）、
あるいはｎ形層（７），（８）を選択的に埋込成長をす
る。
ず、半絶縁性GaAs基板（１）上に（２）〜（４）の各層
をエピタキシヤル成長をする。次に、エツチングにより
基板（１）にまで達するストライプ状の溝を形成する。
この後、減圧MOCVD法により、ｐ形層（５），（６）、
あるいはｎ形層（７），（８）を選択的に埋込成長をす
る。
次に動作について説明する。活性層（３）はｐ形、ｎ
形のいずれでもよいが、ここではｐ形であるとすると、
pn接合は次の４つの部分で形成される。すなわち、:p
-AlGaAs層（５）とn-AlGaAsクラツド層（４）との境
界、：活性層（３）とn-AlGaAsクラツド層（４）の境
界、：活性層（３）とn-AlGaAs層（７）との境界、
:p-AlGaAsクラツド層（２）とn-AlGaAs層（７）との
境界である。上記のうちおよびはポテンシヤル障壁
の高いAlGaAs pn接合であるため電流はほとんど流れ
ず、キヤリアはおよびのpn接合を通して注入され
る。活性領域の幅は２μｍ程度、厚みは0.1μｍ程度で
ありに比べてのpn接合の面積がずつと大きいため
に、キヤリアの大部分は活性層（３）の幅に沿つたの
pn接合を通して注入される。したがつて、第２図に示し
た従来のレーザのように横方向のみから注入される構造
に比べてキヤリアの分布は均一になり効率のよい注入が
可能になる。
形のいずれでもよいが、ここではｐ形であるとすると、
pn接合は次の４つの部分で形成される。すなわち、:p
-AlGaAs層（５）とn-AlGaAsクラツド層（４）との境
界、：活性層（３）とn-AlGaAsクラツド層（４）の境
界、：活性層（３）とn-AlGaAs層（７）との境界、
:p-AlGaAsクラツド層（２）とn-AlGaAs層（７）との
境界である。上記のうちおよびはポテンシヤル障壁
の高いAlGaAs pn接合であるため電流はほとんど流れ
ず、キヤリアはおよびのpn接合を通して注入され
る。活性領域の幅は２μｍ程度、厚みは0.1μｍ程度で
ありに比べてのpn接合の面積がずつと大きいため
に、キヤリアの大部分は活性層（３）の幅に沿つたの
pn接合を通して注入される。したがつて、第２図に示し
た従来のレーザのように横方向のみから注入される構造
に比べてキヤリアの分布は均一になり効率のよい注入が
可能になる。
また、この半導体レーザでは拡散工程を必要としな
い。そのため、活性層（３）が量子井戸構造である場合
も熱による量子井戸の変形の問題は生じない。また、基
板の熱変成によるリーク電流や高濃度の不純物拡散によ
る光吸収損失の増大といつた問題も生じないので低しき
い値での発振が実現できる。
い。そのため、活性層（３）が量子井戸構造である場合
も熱による量子井戸の変形の問題は生じない。また、基
板の熱変成によるリーク電流や高濃度の不純物拡散によ
る光吸収損失の増大といつた問題も生じないので低しき
い値での発振が実現できる。
また、この構造をInP系の材料に適用した場合にも、
結晶成長により抵抗の低いInP埋込層を形成できるの
で、ポテンシヤル障壁の差により電流を活性領域に集中
して流すことができ、低しきい値レーザが実現できる。
結晶成長により抵抗の低いInP埋込層を形成できるの
で、ポテンシヤル障壁の差により電流を活性領域に集中
して流すことができ、低しきい値レーザが実現できる。
なお、上記実施例ではGaAs系の半導体レーザについて
説明したが、InP系の半導体レーザにおいても同様の効
果が得られる。
説明したが、InP系の半導体レーザにおいても同様の効
果が得られる。
また、上記実施例では活性層（３）の上下のクラツド
層（２）（４）の導電型が互いに異なる場合について述
べたが、同一導電型であつてもよく、その場合キヤリア
は上下両方のクラツド層（２）（４）から注入される。
層（２）（４）の導電型が互いに異なる場合について述
べたが、同一導電型であつてもよく、その場合キヤリア
は上下両方のクラツド層（２）（４）から注入される。
〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、活性層をｐまたはｎ
型のクラツド層で狭んだダブルヘテロ構造のメサの片側
にｎ形層、他の片側にｐ形層を埋込成長したので、キヤ
リアは活性層の幅に沿つてクラツド層から注入されるた
め、分布のない均一で効率の良い注入となり、また、拡
散を用いないため量子井戸の変形、基板の熱変成、光吸
収の増大等の問題が生じない。その結果、低しきい値電
流での発振が可能になり、また、InP系レーザに適用し
ても低しきい値が実現できる。
型のクラツド層で狭んだダブルヘテロ構造のメサの片側
にｎ形層、他の片側にｐ形層を埋込成長したので、キヤ
リアは活性層の幅に沿つてクラツド層から注入されるた
め、分布のない均一で効率の良い注入となり、また、拡
散を用いないため量子井戸の変形、基板の熱変成、光吸
収の増大等の問題が生じない。その結果、低しきい値電
流での発振が可能になり、また、InP系レーザに適用し
ても低しきい値が実現できる。
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザを示す
断面図、第２図は従来のプレーナ構造の半導体レーザを
示す断面図、第３図は他の従来のプレーナ構造の半導体
レーザを示す断面図である。 図において、（１）は半絶縁性GaAs基板、（２）はp-Al
GaAsクラツド層、（３）はGaAs活性層、（４）はn-AlGa
Asクラツド層、（５）はp-AlGaAs層、（７）はn-AlGaAs
層、（９）はｐ電極、（10）はｎ電極である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
断面図、第２図は従来のプレーナ構造の半導体レーザを
示す断面図、第３図は他の従来のプレーナ構造の半導体
レーザを示す断面図である。 図において、（１）は半絶縁性GaAs基板、（２）はp-Al
GaAsクラツド層、（３）はGaAs活性層、（４）はn-AlGa
Asクラツド層、（５）はp-AlGaAs層、（７）はn-AlGaAs
層、（９）はｐ電極、（10）はｎ電極である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】活性層を両側から第１の導電型のクラツド
層、および第１または第２の導電型のクラツド層で狭ん
だ３層構造を有するメサストライプが半絶縁性基板上に
形成され、このメサストライプの片側に第１の導電型の
埋込層が、他方の側に第２の導電型の埋込層がそれぞれ
選択的に埋込成長され、それぞれの埋込層の上に電極が
設けられていることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058521A JPH0828553B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058521A JPH0828553B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02237190A JPH02237190A (ja) | 1990-09-19 |
| JPH0828553B2 true JPH0828553B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=13086732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1058521A Expired - Lifetime JPH0828553B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828553B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6267584B2 (ja) * | 2014-05-16 | 2018-01-24 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
| JP2015220323A (ja) * | 2014-05-16 | 2015-12-07 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252480A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-02-22 | Mitsubishi Kasei Corp | 導波路を有する化合物半導体レーザー装置 |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1058521A patent/JPH0828553B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252480A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-02-22 | Mitsubishi Kasei Corp | 導波路を有する化合物半導体レーザー装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02237190A (ja) | 1990-09-19 |
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