JPS61184894A - 半導体光素子 - Google Patents

半導体光素子

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JPS61184894A
JPS61184894A JP60025415A JP2541585A JPS61184894A JP S61184894 A JPS61184894 A JP S61184894A JP 60025415 A JP60025415 A JP 60025415A JP 2541585 A JP2541585 A JP 2541585A JP S61184894 A JPS61184894 A JP S61184894A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
diffraction grating
superlattice
grating function
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Pending
Application number
JP60025415A
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English (en)
Inventor
Yasuki Tokuda
徳田 安紀
Kenzo Fujiwara
藤原 賢三
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to US07/213,354 priority patent/US4843032A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • 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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1231Grating growth or overgrowth details
    • HELECTRICITY
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    • 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
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
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    • H01S5/3428Structure 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 layer orientation perpendicular to the substrate

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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体光素子の、特に性能の改善に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第5図は、従来の回折格子機能をもつ層を有する半導体
光素子を示すもので、例えばHeterostruc−
ture La5ers (Academic、 Ne
w York、 1978)に示されたGaAs/kl
 Ga As系分布帰還(DFB :Distribu
t−ed Feed −Back )型レーザの層構造
を示す断面図であり、図において、(1)は第1!極、
(2)はp型GaAsキャップ層、(3)はp型AlG
aAs第1クラッド層、(4)は回折格子機能を持つ層
であるGaAs 活性層、(5)はn型AlGaAs第
2クラッド層、(6)はn型GaAs基板、(7)は第
2電極、(8)は活性層(4)とクラッド層(3)の間
に溝を切ることにより形成した回折格子、(9)はレー
ザ光である。
次に動作について説明する。第1電極(1)と第2電極
(7)の間にしきい値以上の°鑞流を流すと、キャリア
IE子及び正孔)が活性)m (4)内にとじ込められ
再結合し発光する。その光も主に活性層(4)内にとじ
込められ伝播して、誘導放出し、レーザ発振する。
ここで第5図に示した半導体レーザー構造では、通常の
ファブリ・ペロー型レーザと異なり、レーザ光は活性層
(4)とクラッド層(3)のfEtlに溝を切ることに
より形成された周期的屈折率分布をもつ回折格子により
、回折格子の周期Aによって規定される特定の波長λの
丸のみが分布反射され発振するので、強い波長選択性の
ある反射器を構成でき、いわゆる分布帰還型の半導体1
ノーザー素子が構成できる。又は分布反射型(DBR:
 Distributed BragReflecti
on)型の半導体レーザーにおいても、溝をWることに
より回折格子を形成している。
なお発振波長^と回折、格子の周期Aとの間には次の関
係がある。但しnは光導波路の屈折率、lは次数である
2n、4 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の回折格子機能をもつ層を存する半導体光素子では
、例えばDFB a又はDBR型半導体レーザーで、以
上のように溝を切ることにより、回折格子を有する層を
作製していたので、周期的な溝を再現性、効率性よく切
ることは難かしく、又平坦でない溝の上に結晶の再成長
をしなければならず、その上部の結晶性が悪く、又結晶
成長が難しいなどの致命的な間ね点があった。
この発明は以上のような問題点を・解消するためになさ
れたもので、回折格子機能を持つ層を溝を切ることなし
に形成し、再現性がよく、かつ回折格子機能を苛つ1を
平坦にし、その上の結晶の再成長を容易にし、結晶性を
よくし、結果として、半導体光素子の特性を向上さぜよ
うとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明の半導体光素子は、第1.第2クラッド層間に
回折格子機能を持つ層を有するものにおいて、回折格子
機能を待つ層に半導体超格子を周期的に混晶化した層を
用いたものである。
〔作用〕
この発明の半導体光素子は、回折格子機能を持つ膚に半
導体超格子を周期的に混晶化した層を用いたので、溝を
切ることなしに達成でき、そのため再現性がよく、さら
に、半導体超格子を周期的に混晶化した層は、その表面
が平坦であるので、その上に成長させる結晶が容易に成
長でき、結晶性もよく、したがって半導体光素子の特性
が同上させることができる。
〔実施例〕
以下この発明の一実施例を図面と共に説明する。
第1図はこの発明の一実施例の半導体光素子であるDF
B型半導体レーザーを示す断面図で、第5図と同じ部分
(こは同一符号を付して説明を省略している。(4)は
Ga As活性層であるが、その表面には溝が切られて
いない。α1は活性層(4)上に形成された光ガイド1
−となる半導体超格子fWJ、aηはこの半導体光素子
層叫を周期的に混晶化させた部分である。第1図の場合
は、混晶化部分を有する半導体超格子層からなり、回折
格子機能を有する層すなわち光ガイド層を、クラッドm
(3)と活性層(4)間に付加したDFB型半導体レー
ザーを示すものである。
半導体超格子層を混晶化する方法には、例えば、干渉露
光法、li子ビーム露光法により周期的なマスクパター
ンを作り、マスクで被われていない部分に、例えばZn
などの不純物を拡散して混晶化する方法、イオン注入法
を用いて周期的にZnなどの不純物を折込みアニールし
て混晶化する方法、又はハイパワーの干渉露光によるレ
ーザーアニールの効果で直接混晶化する方法などがある
ここでは、Zn拡散を用いて、第1図のDFB型半導体
レーザーを製造する場合を製造順に示す第2図(a)〜
(e)を用いて説明する。
n型Ga As基板(6)上に例えば分子線エピタキシ
ャル法などでn型AlGaAsクラッド層(5)、Ga
As活性層(4)、AlxGa1−zAs  GaAs
 (0(x<: 1 )半導体超格子層αqまでを第1
回目成長で形成する(第2図(a))。
次にその上にマスク材料をつけ電子ビーム露光などでマ
スクパターンを形成する(第2図(b))。
それをZ n A s 2とともに封入して数ioo度
例えば600°Cでアニールし、Znを拡散させ半導体
超格子層を周期的に混晶化する(@2図(c))、次に
マスクを取り除き(第2図(d))、第2回目成長で第
1回目成長と同様にp型AlGaAsクラッド層(3)
、p型GaAsキャップ層(2)を形成し電極(1)・
(7)をつける(第2図(e))。
第3図は半導体超格子maOを詳しく示す断面図で、c
AはAJgzGa 1−z As )−で、X = O
,aとかx=1(すなわちAA!As)などで仁の実施
例ではX = O,aである。(財)はGa As層で
ある。A(lX G a 1−X A sl翰の厚さL
BとGaAs層(2)の厚さL2は10人程度〜100
0Å以下で、両厚さは等しくない場合のいずれでも実施
可能で、この実施例では両厚さをそれぞれは望100人
としている。(6)はZnを拡散した混晶化領域で、Z
nを拡散することにより超格子をくずした領域である。
またZnを拡散するかわりゐ、Be、 Sit Sn、
 Te、 Seなどを拡散して混晶化してもよい。
混晶化方法としては、マスクパターンを形成した後にイ
オン注入をZn等を打込みアニールして混晶化する方法
や所定の位置にイオン注入できる集束イオン注入法を用
いて混晶化するなどの方法もある。
また第4図のように活性層を半導体超格子層で形成した
多重量子井戸にし上記活性層を周期的に混晶1じし回折
格子機能を持たせてDFB型半導体レーザーを形成して
もよい。半導体レーザの発振動作は従来例と同じである
が、以上のように溝を切ることなどの幾何学的形状貧化
を用いないで平坦な面に周期的屈折率分布を形成できる
ため、回折格子上の結晶成長が容易になり、その結晶性
がよくなり種々のレーザ特性の向上につながる。
また、再現性、歩留りの制御が困難な半導体の化学エツ
チングが不用になる。
また屈折率の変化は5%以上かえることも可能である。
AlAs−GaAs超格子の場合は、混晶化すると一般
的に屈折率が下がる。さらに超格子が残った部分と混晶
化した部分とでのキャリアの流れる量が異なることから
も回折効果かえられる。
なお上記実施例ではGaAs/AAiGaAs系半導体
レーザーについて示したが、長波長用のレーザであるI
rap / I nGa As P系半導体レーザーに
ついてもInP−InGaAsP超格子あるいはInG
aAsPの組成が異なる超格子を用いて全く同様の効果
かえられる。さらにその他の材料系の半導体レーザーに
ついても同様の効果が期待できる。また、さらに 、D
BR型半導体レーザーについても同様の効果が期待でき
る。
〔発明の効果〕
この発明の半導体レーザは、回折格子機能を持つ層に半
導体超格子を周期的に混晶化した層を用いたので、溝を
切ることなしに達成でき、そのため再現性がよく、さら
に、半導体超格子を周期的に混晶化した層は、その表面
が平坦であるので、その上に成長させる結晶が容易に成
長でき、結晶性もよく、したがって半導体光素子の特性
が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の半導体光素子であるD
FB型半導体レーザーを示す断面図、第2図(a)〜(
e)は第1図のDFB型半導体レーザーの製造方法を製
造工程順に示す断面図、第3図は半導体超格子の構造を
示す断面図、第4図はこの発明の他の実施例の半導体光
素子を示す断面図、第5図は従来のDFB型半導体レー
ザーを示す断面図である。 図において、(3)は第1クラッド層、(4)は活性層
、(5)は第2クラッド層、α0は半導体超格子層、(
ロ)は混晶化部分である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1、第2クラツド層間に回折格子機能を持つ層
    を有するものにおいて、回折格子機能を持つ層に半導体
    超格子を周期的に混晶化した層を用いたことを特徴とす
    る半導体光素子。
  2. (2)第1、第2クラツド層間に活性層と、回折格子機
    能を持つ光ガイド層を有し、上記光ガイド層に半導体超
    格子を周期的に混晶化した層を用いたことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体光素子。
  3. (3)第1、第2クラツド層間に回折格子機能を持つ活
    性層を有し、上記活性層に半導体超格子層で形成した多
    重量子井戸構造を用い、かつ、上記活性層の半導体超格
    子を周期的に混晶化したことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の半導体光素子。
JP60025415A 1985-02-12 1985-02-12 半導体光素子 Pending JPS61184894A (ja)

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JP60025415A JPS61184894A (ja) 1985-02-12 1985-02-12 半導体光素子
US06/828,375 US4786951A (en) 1985-02-12 1986-02-11 Semiconductor optical element and a process for producing the same
US07/213,354 US4843032A (en) 1985-02-12 1988-06-30 Process for producing a DFB laser with a diffraction grating superlattice

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4941148A (en) * 1986-11-12 1990-07-10 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser element with a single longitudinal oscillation mode
US4980895A (en) * 1988-03-28 1990-12-25 Canon Kabushiki Kaisha Distributed feedback semiconductor laser having a laser-active layer serving as diffraction grating
US5031185A (en) * 1988-11-17 1991-07-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a disordered superlattice

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US4980895A (en) * 1988-03-28 1990-12-25 Canon Kabushiki Kaisha Distributed feedback semiconductor laser having a laser-active layer serving as diffraction grating
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