JPS6091691A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPS6091691A JPS6091691A JP20025683A JP20025683A JPS6091691A JP S6091691 A JPS6091691 A JP S6091691A JP 20025683 A JP20025683 A JP 20025683A JP 20025683 A JP20025683 A JP 20025683A JP S6091691 A JPS6091691 A JP S6091691A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gate
- semiconductor laser
- effect transistor
- laser device
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06203—Transistor-type lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は半導体レーザ装置に関し、特にレーザ素子部に
電界効果型トランジスタ機能を付与した新規有用な半導
体レーザ装置に関するものである。
電界効果型トランジスタ機能を付与した新規有用な半導
体レーザ装置に関するものである。
〈従来技術〉
半導体レーザ装置を高速変調して動作させる場合に、駆
動回路と半導体レーザ装置を効率良く結合させるという
ことは従来より非常に困難な課題であった。この要求に
応えるために、半導体レーザ素子と電界効果型トランジ
スタを同一基板上にモノリシックに形成した構造が提案
されているが、しかしながらこの構造は、半導体レーザ
素子を形成した後戒長層の一部を除去して電界効果型ト
ランジスタを作製するため、高度なフォトエツチング技
術を必要とし、また電流の流れが積層面に対して横方向
である電界効果型トランジスタと縦方向である半導体レ
ーザ素子とを電気的に接続するために新たな連結用金属
層を使用しなければならない。更に、高速動作を実現す
るためには再現性良く１８ｍ以下の短かいゲートをイオ
ン打ち込み等の技術を用いて形成しなければならず、作
業が繁雑で製造コストが高くなる。その他、素子構造が
２次元配列になっているため高集積化には限界がある等
の問題点を有し、実用化を達成するには困難な状況にあ
る。
動回路と半導体レーザ装置を効率良く結合させるという
ことは従来より非常に困難な課題であった。この要求に
応えるために、半導体レーザ素子と電界効果型トランジ
スタを同一基板上にモノリシックに形成した構造が提案
されているが、しかしながらこの構造は、半導体レーザ
素子を形成した後戒長層の一部を除去して電界効果型ト
ランジスタを作製するため、高度なフォトエツチング技
術を必要とし、また電流の流れが積層面に対して横方向
である電界効果型トランジスタと縦方向である半導体レ
ーザ素子とを電気的に接続するために新たな連結用金属
層を使用しなければならない。更に、高速動作を実現す
るためには再現性良く１８ｍ以下の短かいゲートをイオ
ン打ち込み等の技術を用いて形成しなければならず、作
業が繁雑で製造コストが高くなる。その他、素子構造が
２次元配列になっているため高集積化には限界がある等
の問題点を有し、実用化を達成するには困難な状況にあ
る。
一方、光通信技術や情報処理技術の発達に伴なってより
一層の高速変調が可能な信号光源の必要が増大し、半導
体レーザ装置の高速動作化が強く要求されるようになっ
てきた。従って、信号光源として正確に高速動作しかつ
信頼性の高い新たな半導体レーザ技術の開発が切望され
ている。
一層の高速変調が可能な信号光源の必要が増大し、半導
体レーザ装置の高速動作化が強く要求されるようになっ
てきた。従って、信号光源として正確に高速動作しかつ
信頼性の高い新たな半導体レーザ技術の開発が切望され
ている。
〈発明の目的〉
本発明は、半導体レーザ素子部に積層された電界効果型
トランジスタ機能部を具設することにより、高速動作可
能な信号光源を容易に製作することができかつ高集積化
も可能とした新規有用な半導体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。
トランジスタ機能部を具設することにより、高速動作可
能な信号光源を容易に製作することができかつ高集積化
も可能とした新規有用な半導体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。
〈構成及び効果の説明〉
本発明は、多層エピタキシャル成長技術を導入し、基板
上にレーザ動作用多層結晶層を形成するとともに該多層
結晶層に積層して電界効果型トランジスタのドレイン層
、ゲート層及びソース層を形成し、ソース層上にはソー
ス電極を、ゲート層端面にはゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を設けることにより電界効果型トランジスタ機能
部が直結されたレーザ動作部を有する半導体レーザ製置
を構成している。ソース電極と基板側に形成された電極
を介してレーザ動作部にキャリアが注入されるが、ゲー
ト電極の印加電圧によりソース層から注入されるキャリ
アが高速変調され、これに応じてレーザ発振動作が制御
されることとなる。即ち、レーザ動作部にソース層が連
結された電界効果型トランジスタ部で出力されたレーザ
光を外部信号に応答して高速変調することができる。
上にレーザ動作用多層結晶層を形成するとともに該多層
結晶層に積層して電界効果型トランジスタのドレイン層
、ゲート層及びソース層を形成し、ソース層上にはソー
ス電極を、ゲート層端面にはゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を設けることにより電界効果型トランジスタ機能
部が直結されたレーザ動作部を有する半導体レーザ製置
を構成している。ソース電極と基板側に形成された電極
を介してレーザ動作部にキャリアが注入されるが、ゲー
ト電極の印加電圧によりソース層から注入されるキャリ
アが高速変調され、これに応じてレーザ発振動作が制御
されることとなる。即ち、レーザ動作部にソース層が連
結された電界効果型トランジスタ部で出力されたレーザ
光を外部信号に応答して高速変調することができる。
本発明によれば、多層エピタキシャル成長技術を導入す
ることにより容易にかつ再現性良く電界効果型トランジ
スタ機能を有する半導体レーザ装置を作製することがで
き動作特性も安定したものとなる。また、レーザ動作部
と電界効果型トランジスタ部は基板に対して３次元的に
配列されるため、高集積化も可能である。
ることにより容易にかつ再現性良く電界効果型トランジ
スタ機能を有する半導体レーザ装置を作製することがで
き動作特性も安定したものとなる。また、レーザ動作部
と電界効果型トランジスタ部は基板に対して３次元的に
配列されるため、高集積化も可能である。
〈実施例〉
図面は本発明の１実施例を示す半導体レーザ装置の構成
図である。
図である。
ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２
、ｎ（又はｐ ）−ＧａＡＩＡｓ活性層３ 、ｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓクラッド層４ 、Ｉ） ＋−Ｇ ａ Ａ ｓ第
１キャップ層５を順次液相エピタキシャル成長法で積層
してレーザ動作用多層結晶層を形成する。活性層３はク
ラッド層との間でダブルへテロ接合により挟設されてい
る。尚、ＧａＡｓ基板１に電流狭窄用ストライプ構造を
形成して活性層３に流れる電流の通路を限定するように
しても良い。ストライプ構造はＧａＡｓ基板１上に電流
阻止層（ｐ−ＧａＡｓ）を堆積した後、溝状にこの電流
阻止層を除去することにより形成される。第１キャップ
層５は後述する電界効果型トランジスタ機能部に対して
ドレイン層となるものであり、レーザ動作部に対しては
キャリア注入層となる。第１キャップ層５上にはｎ−Ｇ
ａＡｓ層６ 、Ｉ） ” −Ｇ ａ、Ａ ｓ第２キャッ
プ層７を積層する。次に第２キャップ層７、ゲート層６
及び第１キャンプ層５を斜め方向にフォトエツチング法
等でエツチング加工することにより傾斜端面を形成し、
ゲート層６の傾斜端面を（＋＋＋）面にするとともにｐ
−クラッド層４に対して段差を有する積層部とする。傾
斜端面及びｐ−クラッド層４の露呈面には酸化膜あるい
は窒化膜を被覆してゲート絶縁膜８とする。ＧａＡｓ基
板！基板面にはｎ側電極９、第２キャップ層７上にはｐ
側電極１０．ゲート絶縁膜８上にはゲート電極１１を電
子ビーム蒸着法等で形成する。第１キャップ層５、ゲー
ト層６及び第２キャップ層７で電界効果型トランジスタ
機能部が構成され、第１キャップ層５はドレイン層、第
２キャップ層７はソース層となる。またｐ側電極１０は
電界効果型トランジスタ機能部に対してソース電極とし
て作用する。
、ｎ（又はｐ ）−ＧａＡＩＡｓ活性層３ 、ｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓクラッド層４ 、Ｉ） ＋−Ｇ ａ Ａ ｓ第
１キャップ層５を順次液相エピタキシャル成長法で積層
してレーザ動作用多層結晶層を形成する。活性層３はク
ラッド層との間でダブルへテロ接合により挟設されてい
る。尚、ＧａＡｓ基板１に電流狭窄用ストライプ構造を
形成して活性層３に流れる電流の通路を限定するように
しても良い。ストライプ構造はＧａＡｓ基板１上に電流
阻止層（ｐ−ＧａＡｓ）を堆積した後、溝状にこの電流
阻止層を除去することにより形成される。第１キャップ
層５は後述する電界効果型トランジスタ機能部に対して
ドレイン層となるものであり、レーザ動作部に対しては
キャリア注入層となる。第１キャップ層５上にはｎ−Ｇ
ａＡｓ層６ 、Ｉ） ” −Ｇ ａ、Ａ ｓ第２キャッ
プ層７を積層する。次に第２キャップ層７、ゲート層６
及び第１キャンプ層５を斜め方向にフォトエツチング法
等でエツチング加工することにより傾斜端面を形成し、
ゲート層６の傾斜端面を（＋＋＋）面にするとともにｐ
−クラッド層４に対して段差を有する積層部とする。傾
斜端面及びｐ−クラッド層４の露呈面には酸化膜あるい
は窒化膜を被覆してゲート絶縁膜８とする。ＧａＡｓ基
板！基板面にはｎ側電極９、第２キャップ層７上にはｐ
側電極１０．ゲート絶縁膜８上にはゲート電極１１を電
子ビーム蒸着法等で形成する。第１キャップ層５、ゲー
ト層６及び第２キャップ層７で電界効果型トランジスタ
機能部が構成され、第１キャップ層５はドレイン層、第
２キャップ層７はソース層となる。またｐ側電極１０は
電界効果型トランジスタ機能部に対してソース電極とし
て作用する。
多層結晶の成長法としては液相成長法以外に分子線エピ
タキシャル成長法、気相エピタキシャル成長法、有機金
属化学的気相析出法等を用いることができる。また、成
長する結晶材料としては、ＧａＡｓ−ＧａＡＩＡｓＪ以
外にＧ ａ Ｐ系、ＧａＡＩＰ系等種々の化合物半導体
材料を適宜選択することができる。更に、導電型を全て
逆に設定した構造であっても実施することは可能である
。
タキシャル成長法、気相エピタキシャル成長法、有機金
属化学的気相析出法等を用いることができる。また、成
長する結晶材料としては、ＧａＡｓ−ＧａＡＩＡｓＪ以
外にＧ ａ Ｐ系、ＧａＡＩＰ系等種々の化合物半導体
材料を適宜選択することができる。更に、導電型を全て
逆に設定した構造であっても実施することは可能である
。
次に上記構造を有する半導体レーザ装置の動作原理につ
いて説明する。ｐ側電極１０に正電圧ｎ側電極９に負電
圧を印加すると、この状態では活性層３とクラッド層２
，４間のｐ −ｎ接合は順方向バイアスに設定されるが
、第１キャップ層５とゲート層６間のｐ−ｎ接合が逆方
向バイアスとなり、電流は流れない。次にこの状態でゲ
ート電極ＩＩに制御電圧を印加すると、ゲート層６のゲ
ート絶縁膜８と接する部分にホールの通過するチャネル
が形成され、電流が流れる。この時の電流はゲート電極
ＩＩに印加するゲート電圧によって高速変調することが
可能であり、変調された電流が第１キャップ層５より活
性層３へ注入され、レーザ発振動作が行なわれる。従っ
て外部信号に応答したゲート電圧により、変調されたレ
ーザ光が活性層３から出力される。
いて説明する。ｐ側電極１０に正電圧ｎ側電極９に負電
圧を印加すると、この状態では活性層３とクラッド層２
，４間のｐ −ｎ接合は順方向バイアスに設定されるが
、第１キャップ層５とゲート層６間のｐ−ｎ接合が逆方
向バイアスとなり、電流は流れない。次にこの状態でゲ
ート電極ＩＩに制御電圧を印加すると、ゲート層６のゲ
ート絶縁膜８と接する部分にホールの通過するチャネル
が形成され、電流が流れる。この時の電流はゲート電極
ＩＩに印加するゲート電圧によって高速変調することが
可能であり、変調された電流が第１キャップ層５より活
性層３へ注入され、レーザ発振動作が行なわれる。従っ
て外部信号に応答したゲート電圧により、変調されたレ
ーザ光が活性層３から出力される。
上記構造は、半導体レーザ素子と電界効果型トランジス
タを成長方向に沿って縦に集積し、傾斜端面を利用して
ゲート電圧を印加するとともに半導体レーザ素子に対す
る駆動電流は縦方向に注入するため、半導体レーザ素子
と電界効果型トランジスタを直結することができ、両者
間を連結する金属層は不要となり、これによって高速変
調に制限を受けることもなくなる。また、素子化工程に
おいて微細加工のためのエツチングを要することもなく
作業性が簡素化されている。更に、動作速度を高速化す
るためにはゲート長を短かくする必要があるが、この点
において上記構造はゲ←ト層６の厚さの約１．８倍以下
をゲート長にすることができ、従って短かいゲート長の
素子を再現性良く作製することができる利点を有しかつ
素子間の特性の不均一性も解消されることが期待される
。
タを成長方向に沿って縦に集積し、傾斜端面を利用して
ゲート電圧を印加するとともに半導体レーザ素子に対す
る駆動電流は縦方向に注入するため、半導体レーザ素子
と電界効果型トランジスタを直結することができ、両者
間を連結する金属層は不要となり、これによって高速変
調に制限を受けることもなくなる。また、素子化工程に
おいて微細加工のためのエツチングを要することもなく
作業性が簡素化されている。更に、動作速度を高速化す
るためにはゲート長を短かくする必要があるが、この点
において上記構造はゲ←ト層６の厚さの約１．８倍以下
をゲート長にすることができ、従って短かいゲート長の
素子を再現性良く作製することができる利点を有しかつ
素子間の特性の不均一性も解消されることが期待される
。
集積化に際しては、ＧａＡｓ基板ｌ上にレーザ動作用多
層結晶層を横方向に複数個分割配設し、その各々に電界
効果型トランジスタ機能部を重畳しす構造とすることに
より高集積化を図ることができる。尚、結晶成長用基板
としてはＧａＡｓ基板以外に絶縁性基板を用い、この絶
縁性基板の成長面側に電極層を配列した後、レーザ動作
用多層結晶層をエピタキシャル成長させることにより、
クラッド層に直結された電極構造とすることもできる。
層結晶層を横方向に複数個分割配設し、その各々に電界
効果型トランジスタ機能部を重畳しす構造とすることに
より高集積化を図ることができる。尚、結晶成長用基板
としてはＧａＡｓ基板以外に絶縁性基板を用い、この絶
縁性基板の成長面側に電極層を配列した後、レーザ動作
用多層結晶層をエピタキシャル成長させることにより、
クラッド層に直結された電極構造とすることもできる。
以上詳説した如く、本実施例の半導体レーザ装置は、半
導体レーザ素子を構成するキャップ層側１キャップ層５
及び第２キャップ層７）の中間に逆導電型の層を介挿さ
せることによりこれを電界効果型トランジスタのゲート
層６として利用するとともにキャップ層を斜めにエツチ
ングして傾斜向を形成し、ゲート層６に対するゲート絶
縁膜及びゲート電極を（＝Ｊ加したものであり、接続部
での電気的損失が少なく高性能の通信用あるいは情報処
理用信号光源を得ることができる。
導体レーザ素子を構成するキャップ層側１キャップ層５
及び第２キャップ層７）の中間に逆導電型の層を介挿さ
せることによりこれを電界効果型トランジスタのゲート
層６として利用するとともにキャップ層を斜めにエツチ
ングして傾斜向を形成し、ゲート層６に対するゲート絶
縁膜及びゲート電極を（＝Ｊ加したものであり、接続部
での電気的損失が少なく高性能の通信用あるいは情報処
理用信号光源を得ることができる。
添附図面は本発明の１実施例を示す半導体レーザ装置の
構成図である。
構成図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上にレーザ動作用活性層を有する多層結晶を形
成し、該多層結晶中電極とのコンタクトをとるキャンプ
層内に電界効果型トランジスタ機能部をイ」加したこと
を特徴とする半導体レーザ装置。 ２ 電界効果型トランジスタ機能部はキャップ層内に介
挿された逆導電型のゲート層と該ゲート層の端面に被覆
されたゲート絶縁膜及びゲート電極より成る特許請求の
範囲第１項記載の半導体レーザ装置。 ３ キャップ層端面の一方は斜め方向にエツチング加工
された傾斜端面に成形され、該傾斜端面にゲート絶縁膜
とゲート電極が重畳して被覆されている特許請求の範囲
第２項記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20025683A JPS6091691A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20025683A JPS6091691A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091691A true JPS6091691A (ja) | 1985-05-23 |
Family
ID=16421343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20025683A Pending JPS6091691A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091691A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62114284A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-26 | Nec Corp | 発光半導体素子を含む集積装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126192A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
-
1983
- 1983-10-25 JP JP20025683A patent/JPS6091691A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126192A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62114284A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-26 | Nec Corp | 発光半導体素子を含む集積装置 |
| JPH0519997B2 (ja) * | 1985-11-13 | 1993-03-18 | Nippon Electric Co |
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