JPS59202677A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS59202677A
JPS59202677A JP7757383A JP7757383A JPS59202677A JP S59202677 A JPS59202677 A JP S59202677A JP 7757383 A JP7757383 A JP 7757383A JP 7757383 A JP7757383 A JP 7757383A JP S59202677 A JPS59202677 A JP S59202677A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser device
impurity diffusion
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JP7757383A
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JPH0159753B2 (ja
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Tsunao Yuasa
湯浅 図南雄
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は量子井戸型構造を活性層とした半導体レーザ
装置に関するものである。
半導体レーザ装置は活性層の上下より活性層よりも禁制
帯幅が大きく、屈折率の小さい半鐘体層で挟んだ二重へ
テロ接合型が基本的な素子構造として知られているが、
近年、分子線エピタキシャル性成るいは有機金属熱分解
気相成長法の発達により薄膜の膜厚を1のオーダーで制
御が可能になるに及んで、活性層を半導体の単一層では
なく、超薄膜半導体の上下を超薄膜半導体よりも禁制帯
幅の大きな超薄膜半導体で挟んで、超薄膜半導体中の電
子が離散的なエネルギーを持つようにした量子井戸型構
造とする半導体レーザ装置が提案された。この量子井戸
型構造を活性層とする半導体レーザ装置は活性層を構成
する超薄膜半導体の厚さを変えることによって、発振す
るレーザ光の波長を変えることができ、また発振閾値電
流密度の温度変化が少ないというI!#徴を有している
。しかし、この量子井戸が一つのみでは注入キャリアの
閉じ込め効果が充分ではない。このため、二種の超薄膜
半導体を交互に多数積み重ねた多重量子井戸型構造を活
性層として、注入キャリアの閉じ込め効果の向上を図っ
た。この半導体レーザ装置を第1図により説明すると、
GaAjなどの導電性基板結晶/上に下部クラッド層と
してAtGaA3へテロ接合#ユが形成している。この
下部クラッド層コの上にはGαA8薄膜6とGa1uA
s薄膜7が交互に三層以上積み重ねて多重量子井戸型構
造とし、活性層3を構成する。この−Gaps膜乙の厚
さは50〜100 A %  GaAtAs膜の厚さは
20〜Zoo X程度であり、構成する膜の層数は10
〜20程度である。第1図の半導体レーザ装置のエネル
ギーバンド構造の概略は第2図の如くである。活性層3
の上部には上部クラッド層としてhtaa八8へへロ接
合層ヶが形成し、その上にオーミック電極を設は易くす
るためにG(ZAII 層’;を形成する。
上述の如き構成の半導体レーザ装置において、活性層3
に注入された電子及び正孔はGaAg膜6が極めて薄い
ために離散的なエネルギーを持ってGaAs膜のポテン
シャルの井戸の中に存在する。ポテンシャルが上述の如
く井戸型であるため伝導帯の電子の状態密度は従来の構
造よりも大きくなり、注入キャリアによる利得が太きく
なる。また活性層3の上下にはGαAgJl!tlより
も禁制帯幅の大きいAtGaAs クラッド層2.ダが
設けられているためキャリアの閉じ込めが良い。このた
めこのような量子井戸型構造を活性層とする半導体レー
ザ装置は従来の単一半導体を活性層とする二重へテロ接
合型半導体レーザ装置に較べて低い発振閾値電流密度を
持ち、例えば、200 X 380μmの大きさの多重
量子井戸型構造を活性層とした半導体レーザ装置におい
て、25OA/crAという非常に低い閾値電流密度が
報告されている。
上述のように量子井戸型構造を活性層とした半導体レー
ザ装置は大きな利点を持っているが、半導体レーザ装置
を光通信、情報処理、その信実用に供する場合、発振閾
値電流密度が低いことのみならず、発振モードが非常に
重要であり、横モード、縦モード共に単一であることが
望ましい。活性層に垂直な方向の垂直横モードは活性層
が薄いため単一であるが、活性層に平行な方向の水平横
モードは第1図に示すような活性層の構成では横方向に
光の閉じ込めを行っていないため、制限することができ
ず、水平横モードを単一にするためには活性層の横方向
に実効的に屈折率差を設けて、発振光を高屈折領域に閉
じ込める必要がある。
この発明の目的は活性層を量子井戸型構造とした特徴を
備え、且つ、水平横モードが単一で安定に発振する半導
体レーザ装置を提供することにある。
このため、この発明による半導体レーザ装置は量子井戸
型活性層の発振領域の両側には不純物拡散領域を構成し
、上記発振領域と不純物波・散領域の間には低不純物濃
度領域を介在させるようにする。このため発振領域は禁
制帯幅の大きい、屈折率の低い半導体で囲まれたことと
なり、水平横モードが単一で安定して発振することとな
る。
本発明による半導体レーザ装置の第1の実施例を第3図
により説明すると、活性層/3は活性層よりも禁制帯幅
が大きく、屈折率の小さい上部クラッド層/lIと下部
クラッド層/2によシ挾まれておシ、上部クラッド層の
上にはオーミック電極を形成するためのGaps  層
/Sが設けらt、下部クラッド層の下面にはバッファ一
層/9を介してGak8  などの導電性結晶基板lが
設けらnている。GaAs  層/Sの中央にはストラ
イブ状の電流注入領域1gカF設けら扛ている。
活性層/3は厚さが20〜100Aの組成の異なる二種
の化合物半導体薄膜/4./7’i交互に三層以上積み
重ねた量子井戸型構造であってGGA、9  。
Ga、−、AJ−、A8. GCLAl、−、P、 、
 I7L、−、G(L、AS、P、−。
などの2元系、3元系成るいは4元系の禁制帯幅の異々
る二つの化合物半導体によシ構成さnる。
上述の活性層、上部、下部のクラッド層などは基板結晶
の上に分子線気相成長法、熱分解気相成長法などによ多
形成する。
活性層13の中央部分の発振領域Iの両側には亜鉛、カ
ドニウムなどの閉管法による拡散によ多形成した不純物
拡散領域2〕が61)、更に、発振領域20と不純物拡
散領域2/との間には領域コ/に較べて不純物濃度が低
い低不純物濃度領域22が介在している。この低不純物
濃度領域は例えば不純物拡散領域の押し込み拡散によっ
て形成することができる。
上述の如き半導体レーザ装置において、活性層/3は多
重量子井戸型層から成っているが、不純物拡散領域ユ/
では積層状態が消滅し、二つの半導体の平均組成となり
、屈折率が積層状態の発振領域2θよりも小さくなり、
光の横方向の閉じ込めを行うことになる。−例として、
上部クラッド層/4’はp型AL、、 Ga O,’F
 As 層(厚さ2 pm )、下部クラッド層/2は
n型At。、3 Ga。、7へ8層(厚さ2μm)によ
り構成され、活性層/3はGaps膜/4膜厚4150
 X )とALo、2 G(Z O,g All膜/7
(厚さ100X)を交互に積み重ねた015μm厚さの
多重薄膜積層とし、発振領域のストライブ幅を約2μm
1低不純物濃度領域の幅を05μmとすると、活性層の
不純物拡散領域においては多重超薄膜間の合金化が生じ
て、この領域の禁制帯幅はGaAsとAt0.、Ga0
,8 AB との間の値となる。従って発振領域〃はA
tGaA8で囲まれたのと同じことになる。この場合の
発振波長はほぼG(ZA5の禁制苗間隔であるから、結
局発振領域は周囲を禁制苗間隔の大きい屈折率の低い領
域で囲まれたことになる。従って、電流注入領域/gを
通って活性層に到達したキャリア及び発振光は共に発振
領域に閉じ込められ、水平横モードは制御されることと
なる。
しかし、不純物拡散領域2/においては格子欠陥、転位
などによる非輻射中心が多数存在し得るために不純物拡
散領域ツ/と発振領域20との境界においては注入キャ
リアは非輻射再結合することになり、発振閾値電流密度
は上昇し、微分効率は減少し、またレーザの動作寿命も
短かくなる。この欠点を除くため、本発明においては発
振領域と不純物拡散領域間に低不純物濃度領域22を設
ける。この低不純物濃度領域においても、多重薄膜積層
は不純物拡散領域と同様に合金化するためキャリア及び
発振光の閉じ込め効果は存在するが、この領域は不純物
の濃度が低いために転位、格子欠陥などの非輻射再結合
中心の発生が軽減される。このため発振領域と低不純物
拡散領域との間の境界においてキャリアは非輻射的に再
結合することが少い。−従って発振の閾値電流密度は低
く、また微分効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
また動作寿命についても通常の半導体レーザ装置と同様
の長さとなり、高い信頼性が得られる。
上述の如き低不純物濃度領域を発振領域と不純物拡散領
域の間に形成させる方法としては拡散の先端は不純物濃
度が低いので活性層を低濃度にしておき、拡散の先端が
丁度活性層と下部クラッド層/2との境界に接するよう
に拡散深さを制御すれば、不純物濃度の低い拡散領域が
発振領域との境界に形成することになる。しかし、活性
層が薄く拡散深さを正確に制御することが困難な場合は
活性層の左右に不純物拡散領域を先ず形成し、次いで押
し込み拡散などによって発振領域との境界に低不純物濃
度領域を設けるようにする。
第4図は本発明による半導体レーザ装置の第2実施例を
示し、層の構造については、第1の実施例と同じである
が、量子井戸型構成の活性層13へ不純物を拡散する際
に拡散の深さを活性層の途中で止まるように制御し、拡
散の先端が活性層/3、下部クラッド層/コの境界に達
するようにして、低不純物濃度領域22を発振領域20
との境界だけでなく、発振領域部分を除く活性層と下部
クラッド層の境界にも形成させる。このような構成にし
ても、水平横モードが単一で安定に発振させることがで
き、例えば、下部クラッド層まで不純物を拡散すること
が好ましくないような場合は上述の如き手法用いると良
い。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば活性層を
量子井戸型構造とした半導体レーザ装置において、活性
層の発振領域と発振領域の両側の不純物拡散領域との間
に低不純物濃度領域を介在させることにより、発振閾値
電流密度が低いなどの特徴を備えると共に水平横モード
が単一で安定に発振し、光通信、情報処理などに好適に
使用できる半導体レーザ装置を実現することになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の量子井戸型構造を活性層とした半導体レ
ーザ装置の概略断面図、第2図は第1図の半導体レーザ
装置のエネルギーφバンドを示す図、第3図は本発明に
よる半導体レーザ装置の第1の実施例を示す概略断面図
、第4図は本発明による半導体レーザ装置の第2の実施
例を示す概略断面図である。 /ハ・・基板結晶、/2・・・下部クラッド層、/3・
・・量子井戸型活性層、/lI・・・上部クラッド層、
2o・・・発振領域、コか・・不純物拡散領域、22・
・・低不純物濃度領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 禁制帯間隔の異なる二種の化合物半導体#膜を交互に三
    層以上積み重ねて構成した量子井戸型構造の活性層の上
    下を活性層を構成する化合物半導体よりも禁制帯間隔の
    大きい化合物半導体で構成した半導体レーザ装置におい
    て、該活性層の発振領域の両側には不純物拡散領域を枯
    成し、該発振領域と不純物拡散領域との間に低不純物濃
    度領域を介在させることを特徴とする半導体レーザ装置
JP7757383A 1983-05-04 1983-05-04 半導体レ−ザ装置 Granted JPS59202677A (ja)

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JP7757383A JPS59202677A (ja) 1983-05-04 1983-05-04 半導体レ−ザ装置

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JPH0159753B2 JPH0159753B2 (ja) 1989-12-19

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0213826A2 (en) * 1985-08-12 1987-03-11 Hitachi, Ltd. Semiconductor laser device and method of fabricating the same
EP0319207A2 (en) * 1987-11-28 1989-06-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha A method of producing a semi-conducteur device having a disordered superlattice
US4980313A (en) * 1989-01-24 1990-12-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of producing a semiconductor laser
US5031185A (en) * 1988-11-17 1991-07-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a disordered superlattice

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0213826A2 (en) * 1985-08-12 1987-03-11 Hitachi, Ltd. Semiconductor laser device and method of fabricating the same
EP0319207A2 (en) * 1987-11-28 1989-06-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha A method of producing a semi-conducteur device having a disordered superlattice
US5108948A (en) * 1987-11-28 1992-04-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of producing a semiconductor device having a disordered superlattice using an epitaxial solid diffusion source
US5031185A (en) * 1988-11-17 1991-07-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a disordered superlattice
US4980313A (en) * 1989-01-24 1990-12-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of producing a semiconductor laser

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