JPS60235491A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS60235491A
JPS60235491A JP9350584A JP9350584A JPS60235491A JP S60235491 A JPS60235491 A JP S60235491A JP 9350584 A JP9350584 A JP 9350584A JP 9350584 A JP9350584 A JP 9350584A JP S60235491 A JPS60235491 A JP S60235491A
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JP
Japan
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active layer
type
layer
injection region
semiconductor laser
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Application number
JP9350584A
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English (en)
Inventor
Atsushi Oota
淳 太田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • 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
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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  • Electromagnetism (AREA)
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体レーザ、とくに活性層とクラッド層の
境界面に平行な方向から電流を注入する半導体レーザの
構造に関するものである。
〔従来技術〕
従来この種の装置として第1図に示すものがあった。
第1図は従来の半導体レーザを示す断面図、第2図は従
来の半導体レーザを示す部分断面図であり、図において
、(1)はn側電極、(2)はn型基板、(3)はn型
クラッド層、(4)は活性層、tslはp型クラッド層
、(7)はp+型キャップ層、(7)と(8)は絶縁層
、(9)はp側電極である。ここで、活性層(4)は第
2図に示す多重量子井戸型ポテンシャル構造となってイ
ル。第2図ニオイテ、(1,0+ 、 (111、12
1、+131 ハポテンシャル井戸層で、04) 、 
+15) 、 f16+は障壁層である。各部の材料と
しては例えば、n型基板(2)としてGaAs、クラッ
ド層+31 、 +51として、A/xGa+ −xA
s (0<X<1)、ポテンシャル井戸層(1(1) 
、 fil) 、 (12) ’t 113)として、
GaAs、障壁層f141 、 +151 、 (16
1として、A/yGa + −yAs (0<y<1 
t y<x)が用いられる。
次に動作について説明する。電流注入によって、n型ク
ラッド層(3]から電子が、p型クラッド層(5)から
正孔が、活性層(4)に注入される。これらのキャリア
は、ドリフト又は拡散によって、各ポテンシャル井戸層
Uαm ”1) p 0Z t C種に達し、障壁層0
Φ。
115) 、 +16)のため、各井戸層内にその一部
が閉じ込められ、ポテンシャル井戸内で緩和し、発光再
結合をする。この時、各井戸層厚が電子のド・ブロイ波
長より薄く、かつ、電子が各井戸層内に有効に閉じ込め
られれば、量子効果により井戸層内の電子は二次元素電
子として振舞う。
この様に、活性層(4)のキャリアが、二次元系の状態
である半導体レーザ(量子井戸半導体レーザと称する。
)は、しきい値電流密度(レーザ発振が起こるために必
要な注入電流密度)の低減、しきい値電流密度の温度依
存性の低下等が期待される。この時、ポテンシャル井戸
層内へのキャリアの収率を高めるために、ポテンシャル
井戸層を2個以上設けた半導体レーザ(第2図の構造で
ある)を多重量子井戸(MQWと略記する。)半導体レ
ーザと称する。従来の多重量子井戸半導体レーザは以上
のように構成されているので、各井戸層にキャリアを有
効に注入し、かつ素子抵抗を上げないために、障壁層と
ポテンシャル井戸層とのポテンシャル差を余り大きくす
る事ができない。その結果、キャリアは各井戸層内に有
効に閉じ込められず、二次元系としての性質が弱まり、
上記の期待される現象り量子効果)が起こりにくくなる
欠点があった。
また、活性層(4)を第2図のように量子井戸型ポテン
シャル構造としない場合においても、従来の半導体レー
ザは電流を線方向(活性層とクラッド層との境界面に垂
直方向)に流すため、抵抗が高く、活性層への電子・正
孔の注入効率が上がらなかった。
〔発明の概要〕
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、クラッド層ではさんだ活性層に上
記クラッド層と上記活性層との境界面に平行な方向から
電子及び正孔を注入するように、活性層の一側端部にn
型電子注入領域を、上記活性層の他側端部にp型正孔注
入領域を形成することにより、素子の抵抗を下げ、活性
層にキャリアを効率よく注入しようとするものであり、
さらに活性層を量子井戸型ポテンシャル構造にすれば、
キャリアの注入効率を下げることなく、又素子抵抗を上
げることなく、量子効果が有効に利用できる半導体レー
ザを提供しようとするものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実′施例を図について説明する。
第3図はこの発明の一実施例による半導体レーザを示す
断面図であり、図において、Uηは半絶縁性の基板、(
181はこの半絶縁性基板Uηの上にエピタキシャル成
長させた高抵抗(不純物濃度が10′61−8以下又は
実質的に真性半導体のもの)の第1クラッド層、+41
はこの低抵抗の第1クラッド層止の上にエピタキシャル
成長させた多重量子井戸型ポテンシャル構造をもつ活性
層で第2図と同様の構成である。+191は活性層(4
)の上にエピタキシャル成長させた高抵抗の第2クラッ
ド層で、(淘と同一である。(20)は上記クラッド層
G団朋ではさんだ活性M(4)の−側端部に形成したn
型電子注入領域、21)は活性層(4)の他側端部に形
成したp型正孔注入領域、■は計型キャップ層であり、
上記活性層141内へ、活性層(4)とクラッド肩囲[
19)との境界面に平行な方向から電子及び正孔を注入
している。
なお、上記p型正孔注入領域(2)は例えば+18) 
、 +4+ 。
11g)と形成した後に拡散かイオン注入で形成する。
またn副電子注入領域■は、p型正孔注入領域(2)と
同じく拡散かイオン注入によって形成する。イオン注入
で形成すればイオン注入領域が限定でき、活性層(4)
の領域を所望の位置に設定できる。またn型寞子注入領
域■相当部分をエツチングによりエッチオフし、その後
n型材料を再成長させてn型電子注入領域(支))を形
成してもよい。このようにすれば、希望の特性を有する
活性層(4)が得られる。
即ち、この発明の半導体レーザは、上記のような構成の
ため活性層(4)自体に、不純物を拡散、ドーピングあ
るいはイオン注入しないで構成できるので、不純物の拡
散やイオン注入による活性層(4)の構造の変化、とく
に量子井戸型ポテンシャル構造の消滅を避けることがで
きる。次に動作について説明する。電流の流れは、pO
I電極(9)からp十型キャップ層(6)、p型正孔注
入領域(2)を経て活性層(4)に至り、更にn型電子
注入領域(20)を通り計則キャップ層□□□からn型
電極(1)となっている。このように、電流が活性層(
4)を横切る形で注入されるので、活性層(4)内の障
壁層−,卵、 06)のポテンシャルの大きさにかかわ
りなく、キャリアは全てポテンシャル井戸層(10) 
* (111、(12) 、 13) ニ注入される。
この時、活性層(4)の幅が電子の拡散長に比べ短かけ
れば、電子と正孔とは、ポテンシャル井戸層内で発光再
結合する。従って、障壁層を例えば、AlAs 、ポテ
ンシャル井戸層をGaAsとして、そのポテンシャル差
を充分に設けて、キャリアを有効に閉じ込め二次元系と
し、かつ効率良くキャリアを注入し、素子抵抗を上げな
いことが可能である。
なお、ポテンシャル井戸層は、クラッド層0秒。
(I91よりビルト・イン電圧が低いためと、クラッド
層(1B1 e lI9+自体が高抵抗であるために、
クラッド層[81、(19+を流れる電流は極めて小さ
い。また、例えば活性層(4)として井戸層にGaAs
、障壁層にA/xGa + −xAs (o<x<1)
第1及び第2クラッド層囮。
t19) ニA/yGa+ −yAs (0<y<1 
y>x) 、n梨型子注入領域■にSiをドナーとする
A/y’ Ga 1−y’ Asの<y’ <1 y’
 >x)、p型正孔注入領域シυにZn をアクセプタ
ーとするANY’ Ga + −y’ As (0<y
’ <1 p y’ >x)を用いてP−I−N型のも
のを形成することによりn梨型子注入領域■とp型正孔
注入領域シυとで横モード制御を行い品質の高い半導体
レーザが得られる。
なお、上記実施例では、活性層(4)を多重量子井戸構
造としたが、単一量子井戸構造でもよく、或いは、量子
井戸構造を設けなくてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、クラッド層ではさん
だ活性層に上記クラッド層と上記活性層との境界面に平
行な方向から電子及び正孔を注入するように、活性層の
一側端部にn型電子注入領域を、上記活性層の他側端部
にp型正孔注入領域を形成したので、素子の抵抗を下げ
、活性層に電子・正孔を効率よく注入できる。
さらに、活性層を量子井戸型ポテンシャル構造にして上
記構成すれば、量子効果が有効に利用でき、しきい値電
流密度の低減等に効果がある。
図は従来の半導体レーザを示す部分断面図、第3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であ
る。
(1)・・・n側電極、(4)・・・活性層、(9)・
・・p側電極、Uη・・・基板、叫・・・第1クラッド
層、Uω・・・第2クラッド層、■・・・n型電子注入
領域、(211・・・p型電子注入領域 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。・ 代理人 大岩増雄

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)クラッド層ではさんだ活性層に、上記クラッド層
    と上記活性層との境界面に平行な方向から電子及び正孔
    を注入するように、上記活性層の廿側端部にn型電子注
    入領域を、上記活性層の他側端部にp型正孔注入領域を
    形成した半導体レーザ。
  2. (2)活性層は量子井戸型ポテンシャル構造である特許
    請求の範囲第1項記載の半導体レーザ。
  3. (3)基板、この基板上に形成した第1クラッド層、こ
    のクラッド層上に形成した活性層の一側端部に形成した
    n型電子注入領域、上記活性層の他側端部に形成したp
    型正孔注入領域、及び上記周領域にそれぞれ形成した電
    極を備えた特許請求の範囲第1項又は第2項記載の半導
    体レーザ。
  4. (4)クラッド層は実質的に真性半導体である特許請求
    の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の半導体レ
    ーザ。
  5. (5)クラッド層は不純物濃度が1016cm ”以下
    である特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに
    記載の半導体レーザ。
  6. (6)n型電子注入領域とp型正孔注入領域とで横モー
    ド制御を行なう特許請求の範囲第1項ないし第5項のい
    ずれかに記載の半導体レーザ。
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