JPS622720B2 - - Google Patents
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- JPS622720B2 JPS622720B2 JP20878981A JP20878981A JPS622720B2 JP S622720 B2 JPS622720 B2 JP S622720B2 JP 20878981 A JP20878981 A JP 20878981A JP 20878981 A JP20878981 A JP 20878981A JP S622720 B2 JPS622720 B2 JP S622720B2
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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
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- 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
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
- H01S5/2277—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高性能で歩留まりの高い埋め込み形
半導体レーザに関する。
半導体レーザに関する。
埋め込み形半導体レーザは低い発振閾値電流、
安定した単一基本横モード発振、高温連続
(CW)動作等の優れた特性を有する。筆者等は
特願昭56―166666に記した新構造の埋め込み形半
導体レーザを発明し、InP基板とInGaAsP系材料
を用いて、発振閾値が20mA、最高CW動作温度
が110℃程度という結果を得た。また注入電流―
光出力特性の微分量子効率が最大78%、パルス注
入電流で最大100mW以上の片側光出力を得た。
しかしながら上記した様な高い微分量子効率、高
光出力を有する素子を再現性良くしかもウエハの
全面にわたつて製作するためには構造及び製造法
の効善が必要であつた。
安定した単一基本横モード発振、高温連続
(CW)動作等の優れた特性を有する。筆者等は
特願昭56―166666に記した新構造の埋め込み形半
導体レーザを発明し、InP基板とInGaAsP系材料
を用いて、発振閾値が20mA、最高CW動作温度
が110℃程度という結果を得た。また注入電流―
光出力特性の微分量子効率が最大78%、パルス注
入電流で最大100mW以上の片側光出力を得た。
しかしながら上記した様な高い微分量子効率、高
光出力を有する素子を再現性良くしかもウエハの
全面にわたつて製作するためには構造及び製造法
の効善が必要であつた。
本発明の目的は、上記構造の埋め込み形半導体
レーザを改良し高い微分量子効率と高光出力を有
する素子が良好な歩留まりで得られる埋め込み形
半導体レーザを提供することにある。
レーザを改良し高い微分量子効率と高光出力を有
する素子が良好な歩留まりで得られる埋め込み形
半導体レーザを提供することにある。
本発明によれば、第1導電形半導体基板上に活
性層を含む半導体多層膜が形成された多層膜半導
体基板の表面に、少なくとも活性層を突き抜ける
深さの互いに平行な2本の溝が形成された多層膜
半導体メサ基板の上に、全面に亘つてほぼ均一な
膜厚で積層される第2導電形の電流ブロツク層、
次に2本の溝に狭まれて形成されたメサ領域の上
の部分のみを除いて積層される第1導電形の電流
閉じ込め層、更に全面を覆つて積層される第2導
電形の埋め込み層の少くとも3層が形成され、メ
サ領域内の活性層が発光再結合を行うレーザ共振
器体であることを特徴とする埋め込み形半導体レ
ーザが得られる。
性層を含む半導体多層膜が形成された多層膜半導
体基板の表面に、少なくとも活性層を突き抜ける
深さの互いに平行な2本の溝が形成された多層膜
半導体メサ基板の上に、全面に亘つてほぼ均一な
膜厚で積層される第2導電形の電流ブロツク層、
次に2本の溝に狭まれて形成されたメサ領域の上
の部分のみを除いて積層される第1導電形の電流
閉じ込め層、更に全面を覆つて積層される第2導
電形の埋め込み層の少くとも3層が形成され、メ
サ領域内の活性層が発光再結合を行うレーザ共振
器体であることを特徴とする埋め込み形半導体レ
ーザが得られる。
次に図面を用いて従来例と比較しながら本発明
の実施例及びその特徴を説明する。
の実施例及びその特徴を説明する。
第1図は筆者等の発明による特願昭56―166666
に記した埋め込み形の半導体レーザ構造の断面図
である。n形InP基板1の上にn形InPバツフア
層2、InGaAsP活性層3、p形InPクラツド層4
を積層し通常の二重ヘテロ構造の多層膜ウエハを
形成したのち、中央の幅約2μmのメサストライ
プ10を狭むように幅約5μmの平行な溝30,
31をエツチングにより形成し次にp形InP電流
ブロツク層5、n形InP電流閉じ込め層6を、メ
サストライプ10の上には積層しないように形成
し、次のp形InP埋め込み層7で全体を埋め込み
最後にp形InGaAsPキヤツプ層を形成した構造
である。Au―Znを用いたP側電極20を正、Au
―Snを用いたn側電極21を負とするバイアス
電圧を印加すると、メサストライプ10の領域で
はpn接合に順方向バイアスが印加されて、メサ
ストライプ内の活性層光導波路3mで発光再結合
が生じる。メサストライプ以外の領域はpnpn接
合であるため電流が流れない。従つて効率良く活
性層光導波路3mに電流が集中し、10〜20nA程
度の低い発振閾値が得られる。しかしながらこの
構造ではp形InPクラツド層4のキヤリア濃度の
設定が難しい。即ちこの層のキヤリア濃度を下げ
ることにより活性層光導波路3m内を伝搬する光
の電界がp形InP層メサ部4mにしみ出した部分
のフリーキヤリアによる吸収損失を低減し微分量
子効率を高くできるが反面p形InPクラツド層4
におけるフエルミ準位が価電子端より遠くなるた
めInGaAsP活性層3とp形InPクラツド層4との
間のヘテロ障壁が小さくなり、ヘテロ障壁を越え
るキヤリアの漏れが増大し、n形InP電流閉じ込
め層6に到達して漏洩電流となつてInGaAsP半
導体レーザの悪い温度特性を助長する結果にな
る。またp形InPクラツド層4のキヤリア濃度を
増大させるとヘテロ障壁は増大するが、フリーキ
ヤリアによる吸収損失が増大し、微分量子効率を
高くすることができない。
に記した埋め込み形の半導体レーザ構造の断面図
である。n形InP基板1の上にn形InPバツフア
層2、InGaAsP活性層3、p形InPクラツド層4
を積層し通常の二重ヘテロ構造の多層膜ウエハを
形成したのち、中央の幅約2μmのメサストライ
プ10を狭むように幅約5μmの平行な溝30,
31をエツチングにより形成し次にp形InP電流
ブロツク層5、n形InP電流閉じ込め層6を、メ
サストライプ10の上には積層しないように形成
し、次のp形InP埋め込み層7で全体を埋め込み
最後にp形InGaAsPキヤツプ層を形成した構造
である。Au―Znを用いたP側電極20を正、Au
―Snを用いたn側電極21を負とするバイアス
電圧を印加すると、メサストライプ10の領域で
はpn接合に順方向バイアスが印加されて、メサ
ストライプ内の活性層光導波路3mで発光再結合
が生じる。メサストライプ以外の領域はpnpn接
合であるため電流が流れない。従つて効率良く活
性層光導波路3mに電流が集中し、10〜20nA程
度の低い発振閾値が得られる。しかしながらこの
構造ではp形InPクラツド層4のキヤリア濃度の
設定が難しい。即ちこの層のキヤリア濃度を下げ
ることにより活性層光導波路3m内を伝搬する光
の電界がp形InP層メサ部4mにしみ出した部分
のフリーキヤリアによる吸収損失を低減し微分量
子効率を高くできるが反面p形InPクラツド層4
におけるフエルミ準位が価電子端より遠くなるた
めInGaAsP活性層3とp形InPクラツド層4との
間のヘテロ障壁が小さくなり、ヘテロ障壁を越え
るキヤリアの漏れが増大し、n形InP電流閉じ込
め層6に到達して漏洩電流となつてInGaAsP半
導体レーザの悪い温度特性を助長する結果にな
る。またp形InPクラツド層4のキヤリア濃度を
増大させるとヘテロ障壁は増大するが、フリーキ
ヤリアによる吸収損失が増大し、微分量子効率を
高くすることができない。
以上の従来構造の欠点は、p形InPクラツド層
4のキヤリア濃度は低く抑え、p形InP層クラツ
ド層4とn形InP閉じ込め層5との間にキヤリア
濃度の高いp形InP層を介在させ、ヘテロ障壁を
越えて漏れたキヤリアをp形InPクラツド層メサ
部4m内に閉じ込めることにより改善できる。
4のキヤリア濃度は低く抑え、p形InP層クラツ
ド層4とn形InP閉じ込め層5との間にキヤリア
濃度の高いp形InP層を介在させ、ヘテロ障壁を
越えて漏れたキヤリアをp形InPクラツド層メサ
部4m内に閉じ込めることにより改善できる。
第2図は本発明の実施例を示す埋め込み形半導
体レーザの断面図である。第1図に示した従来構
造と異なる点は、p形InP電流ブロツク層5を全
面に亘つてほぼ一様な厚さで形成していることで
ある。まず製造過程を示すと、(001)面のn形
InP基板(Snドープ)に通常のLPE成長法により
n形InPバツフア層2(Snドープ、1×1018cm
-3)InGaAsP活性層3(ノンドープ、膜厚0.1μ
m)、p形InPクラツド層4(Znドープ、3×1017
cm-3、膜厚0.5μm)の3層を積層させた多層膜
ウエハを作製する。次に通常のフオトリングラフ
イの手法により、<110>方向に平行な2本の溝3
0,31をBr―メタノールのエツチング液を用
いて形成する。この時の溝の幅は5μm、2本の
溝に狭まれたメサストライプ10の上部幅は約2
μmになる様にする。埋め込みLPE成長では、最
初過飽和度を約15゜と高くしてp形InPブロツク
層5(Znドープ)を全面に亘つて1μmのほぼ
均一な厚さで積層させる。キヤリア濃度は3×
1018cm-3と高くする。次にn形InP閉じ込め層
(Teドープ、5×1018cm-3)を過飽和度の低い2相
溶液を用いて成長することにより、メサストライ
プ10の上部のみを除いて積層させる。更にp形
InP埋め込み層7(Znドープ、2×1018cm-3平担
部膜厚2μm)およびp形InGaAsPキヤツプ層
8(発光波長にして1.2μm組成、Znドープ、5
×1018cm-3)を平担部での厚さ約0.5μmで積層さ
せると表面はほぼ平担に埋まる。通常のプロセス
によりp側にAu―Znを用いたp側電極20、n
側にAu―Snを用いたn側電極21を形成した後
劈開により素子を作製する。p側電極20を正、
n側電極21を負とするバイアス電圧を印加する
と、第1図に示した従来例の埋め込み型半導体レ
ーザと同様にpnpn層構造が注入電流をメサスト
ライプ10の中の活性層光導波路3mに有効に閉
じ込めるため20mA程度の低い注入電流で発振す
る。また活性層厚が0.1μmと薄いため共振器内
を伝搬する光の電界が、内部吸収損失の大きな活
性層へ閉じ込められる割合が15パーセント程度と
小さく、又活性層以外にしみ出した電界は主にp
形InPクラツド層メサ部4m中のフリーキヤリア
による吸収損失を受けるが、p形InPクラツド層
メサ部4mのキヤリア濃度が3×1017cm-3と低い
ためその吸収損失量は小さい。従つて、注入電流
―光出力特性における微分量子効率が80%と高い
値を示した。p形InPクラツド層4のキヤリア濃
度を低くしたことによりInGaAsp活性層3とp
形InPクラツド層のヘテロ障壁は小さくなるが、
p形InPクラツド層メサ部4mの上にキヤリア濃
度の高いp形InPブロツク層5mを積層させるこ
とによりヘテロ障壁を越えて漏洩したキヤリアを
p形InPクラツド層メサ部4m内だけにとどめる
ことができる。従つてp形InPクラツド層4のキ
ヤリア濃度を低くして微分量子効率を高くしても
温度特性は悪くならず、経験的にexp(T/To)で変 化するとされる発振閾値電流の温度依存性を示す
パラメータToは75K程度であり最高CW温度は
130℃であつた。微分量子効率が高いため200mA
と低い注入電流で片側光出力50mWが得られ又最
大200mWのパルス片側光出力を得た。埋め込み
成長において、最初過飽和度の高い溶液でp形
InPブロツク層5を全面に亘つて積層するため、
エピタキシヤル成長の“濡れ”が良く、成長断面
形状はウエハ内での均一性が良く、その結果素子
特性のばらつきが少なく高い歩留まりが得られ
た。
体レーザの断面図である。第1図に示した従来構
造と異なる点は、p形InP電流ブロツク層5を全
面に亘つてほぼ一様な厚さで形成していることで
ある。まず製造過程を示すと、(001)面のn形
InP基板(Snドープ)に通常のLPE成長法により
n形InPバツフア層2(Snドープ、1×1018cm
-3)InGaAsP活性層3(ノンドープ、膜厚0.1μ
m)、p形InPクラツド層4(Znドープ、3×1017
cm-3、膜厚0.5μm)の3層を積層させた多層膜
ウエハを作製する。次に通常のフオトリングラフ
イの手法により、<110>方向に平行な2本の溝3
0,31をBr―メタノールのエツチング液を用
いて形成する。この時の溝の幅は5μm、2本の
溝に狭まれたメサストライプ10の上部幅は約2
μmになる様にする。埋め込みLPE成長では、最
初過飽和度を約15゜と高くしてp形InPブロツク
層5(Znドープ)を全面に亘つて1μmのほぼ
均一な厚さで積層させる。キヤリア濃度は3×
1018cm-3と高くする。次にn形InP閉じ込め層
(Teドープ、5×1018cm-3)を過飽和度の低い2相
溶液を用いて成長することにより、メサストライ
プ10の上部のみを除いて積層させる。更にp形
InP埋め込み層7(Znドープ、2×1018cm-3平担
部膜厚2μm)およびp形InGaAsPキヤツプ層
8(発光波長にして1.2μm組成、Znドープ、5
×1018cm-3)を平担部での厚さ約0.5μmで積層さ
せると表面はほぼ平担に埋まる。通常のプロセス
によりp側にAu―Znを用いたp側電極20、n
側にAu―Snを用いたn側電極21を形成した後
劈開により素子を作製する。p側電極20を正、
n側電極21を負とするバイアス電圧を印加する
と、第1図に示した従来例の埋め込み型半導体レ
ーザと同様にpnpn層構造が注入電流をメサスト
ライプ10の中の活性層光導波路3mに有効に閉
じ込めるため20mA程度の低い注入電流で発振す
る。また活性層厚が0.1μmと薄いため共振器内
を伝搬する光の電界が、内部吸収損失の大きな活
性層へ閉じ込められる割合が15パーセント程度と
小さく、又活性層以外にしみ出した電界は主にp
形InPクラツド層メサ部4m中のフリーキヤリア
による吸収損失を受けるが、p形InPクラツド層
メサ部4mのキヤリア濃度が3×1017cm-3と低い
ためその吸収損失量は小さい。従つて、注入電流
―光出力特性における微分量子効率が80%と高い
値を示した。p形InPクラツド層4のキヤリア濃
度を低くしたことによりInGaAsp活性層3とp
形InPクラツド層のヘテロ障壁は小さくなるが、
p形InPクラツド層メサ部4mの上にキヤリア濃
度の高いp形InPブロツク層5mを積層させるこ
とによりヘテロ障壁を越えて漏洩したキヤリアを
p形InPクラツド層メサ部4m内だけにとどめる
ことができる。従つてp形InPクラツド層4のキ
ヤリア濃度を低くして微分量子効率を高くしても
温度特性は悪くならず、経験的にexp(T/To)で変 化するとされる発振閾値電流の温度依存性を示す
パラメータToは75K程度であり最高CW温度は
130℃であつた。微分量子効率が高いため200mA
と低い注入電流で片側光出力50mWが得られ又最
大200mWのパルス片側光出力を得た。埋め込み
成長において、最初過飽和度の高い溶液でp形
InPブロツク層5を全面に亘つて積層するため、
エピタキシヤル成長の“濡れ”が良く、成長断面
形状はウエハ内での均一性が良く、その結果素子
特性のばらつきが少なく高い歩留まりが得られ
た。
本発明の実施例ではInPを基板とするInGaAsP
系材料を用いたが、GaAsを基板とするAlGaAsP
系材料を用いても本発明の埋め込み形半導体レー
ザを形成できる。
系材料を用いたが、GaAsを基板とするAlGaAsP
系材料を用いても本発明の埋め込み形半導体レー
ザを形成できる。
最後に本発明の特徴をまとめると、外部微分量
子効率が80%と高いこと、片側200mW程度の光
出力が得られること、素子歩留まりが高いこと等
である。
子効率が80%と高いこと、片側200mW程度の光
出力が得られること、素子歩留まりが高いこと等
である。
第1図は従来の埋め込み形半導体レーザを示す
断面図、第2図は本発明の埋め込み形半導体レー
ザの実施例を示す断面図である。 図中1……n形InP基板、2……n形InPバツ
フア層、3……InGaAsP活性層、4……p形InP
クラツド層、5……p形InPブロツク層、6……
n形InP閉じ込め層、7……p形InP埋め込み
層、8……p形InGaAsPキヤツプ、10……メ
サストライプ、30および31……互いに平行な
溝、3m……メサストライプ10中の活性層光導
波路、4m……p形InPクラツド層メサ部、20
……p側電極、21……n側電極である。
断面図、第2図は本発明の埋め込み形半導体レー
ザの実施例を示す断面図である。 図中1……n形InP基板、2……n形InPバツ
フア層、3……InGaAsP活性層、4……p形InP
クラツド層、5……p形InPブロツク層、6……
n形InP閉じ込め層、7……p形InP埋め込み
層、8……p形InGaAsPキヤツプ、10……メ
サストライプ、30および31……互いに平行な
溝、3m……メサストライプ10中の活性層光導
波路、4m……p形InPクラツド層メサ部、20
……p側電極、21……n側電極である。
Claims (1)
- 1 第1導電形半導体基板上に活性層を含む半導
体多層膜が形成された多層膜半導体基板の表面
に、少なくとも前記活性層を突き抜ける深さの互
いに平行な2本の溝が形成された多層膜半導体メ
サ基板上に、全面に亘つてほぼ均一な膜厚で積層
される第2導電形の電流ブロツク層、次に前記2
本の溝に狭まれて形成されたメサ領域の上の部分
のみを除いて積層される第1導電形の電流閉じ込
め層、更に全面を覆つて積層される第2導電形の
埋め込み層の少なくとも3層が形成され、前記メ
サ領域内の活性層が発光再結合を行うレーザ共振
器体であることを特徴とする埋め込み形半導体レ
ーザ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20878981A JPS58110085A (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 埋め込み形半導体レ−ザ |
US06/434,990 US4525841A (en) | 1981-10-19 | 1982-10-18 | Double channel planar buried heterostructure laser |
EP82109619A EP0083697B1 (en) | 1981-10-19 | 1982-10-18 | Double channel planar buried heterostructure laser |
DE8282109619T DE3277278D1 (en) | 1981-10-19 | 1982-10-18 | Double channel planar buried heterostructure laser |
CA000413780A CA1196077A (en) | 1981-10-19 | 1982-10-19 | Double channel planar buried heterostructure laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20878981A JPS58110085A (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 埋め込み形半導体レ−ザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58110085A JPS58110085A (ja) | 1983-06-30 |
JPS622720B2 true JPS622720B2 (ja) | 1987-01-21 |
Family
ID=16562131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20878981A Granted JPS58110085A (ja) | 1981-10-19 | 1981-12-23 | 埋め込み形半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58110085A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6037793A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-27 | Nec Corp | 単一軸モ−ド半導体レ−ザ |
FR2679388B1 (fr) * | 1991-07-19 | 1995-02-10 | Cit Alcatel | Laser semi-conducteur a double canal et son procede de realisation. |
-
1981
- 1981-12-23 JP JP20878981A patent/JPS58110085A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58110085A (ja) | 1983-06-30 |
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