JPS6262578A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPS6262578A JPS6262578A JP20154385A JP20154385A JPS6262578A JP S6262578 A JPS6262578 A JP S6262578A JP 20154385 A JP20154385 A JP 20154385A JP 20154385 A JP20154385 A JP 20154385A JP S6262578 A JPS6262578 A JP S6262578A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- quantum well
- semiconductor laser
- active layer
- Prior art date
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- Pending
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- 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】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体レーザに係り、特に高速変調、あるいは
低しきい電流の特徴を有する半導体レーザの構造に関す
る。
低しきい電流の特徴を有する半導体レーザの構造に関す
る。
従来の半導体レーザにおいて、そのp形活性層の不純物
濃度を大きくすると半導体レーザの変調可能周波数が増
大することが、シー・ビー・スー等によって第9回レー
ザコンファレンス予稿第162〜3頁に開示されている
。これは、不純物ドーピングにより、注入キャリアの増
加に対する利得係数の増分が大きくなることに起因して
いる。
濃度を大きくすると半導体レーザの変調可能周波数が増
大することが、シー・ビー・スー等によって第9回レー
ザコンファレンス予稿第162〜3頁に開示されている
。これは、不純物ドーピングにより、注入キャリアの増
加に対する利得係数の増分が大きくなることに起因して
いる。
しかし、この方法では、活性層のキャリアのライフタイ
ムが短くなり、しきい電流が上昇する、さらには、発光
効率が低下するという問題点があった。
ムが短くなり、しきい電流が上昇する、さらには、発光
効率が低下するという問題点があった。
本発明の目的は従来の欠点を除く目的でなされたもので
あり、低しきい電流、高発光効率でかつ高速変調の可能
な半導体レーザを提供することにある。
あり、低しきい電流、高発光効率でかつ高速変調の可能
な半導体レーザを提供することにある。
半導体レーザのしきい電流を低減する方法の一つとして
その活性層を多重量子井戸構造にする方法がある。これ
は、キャリアの二次元性に起因した階段状の状態密度に
より、利得に寄与するキャリアの割合が増すことによる
。さらに多重量子井戸構造では、注入キャリアの増加に
対する利得の増分が従来のダブルへテロ構造に比べて大
きくなることが一般的に知られている。この多重量子井
戸半導体レーザの多重量子井戸活性層をp形あるいはn
形にドーピングすることにより、高速変調特性が大幅に
改善されることが期待できる。しがし、そのドーピング
を多重量子井戸構造てに行うと、キャリアが局在してい
るウェル層にバンド、ティリングが生じ、キャリアの2
次元性が失われることが懸念される。そこで、本発明者
は、キャリアの存在するウェル層には、ドーピングを行
わず、バリヤ層のみに選択的にドーピングを行えばキャ
リアの二次元性も失われず、高速変調特性を改善できる
ことを見出した(第1図)。しかし、多重量子井戸構造
においては、電子、正孔の波動関数は、バリヤ層までし
みだしているので、バリヤ層のうちウェル層に接する数
原子層はアンドープにし、バリヤ層の中央領域は、p形
あるいはn形である構造を発明した(第2図)。さらに
は。
その活性層を多重量子井戸構造にする方法がある。これ
は、キャリアの二次元性に起因した階段状の状態密度に
より、利得に寄与するキャリアの割合が増すことによる
。さらに多重量子井戸構造では、注入キャリアの増加に
対する利得の増分が従来のダブルへテロ構造に比べて大
きくなることが一般的に知られている。この多重量子井
戸半導体レーザの多重量子井戸活性層をp形あるいはn
形にドーピングすることにより、高速変調特性が大幅に
改善されることが期待できる。しがし、そのドーピング
を多重量子井戸構造てに行うと、キャリアが局在してい
るウェル層にバンド、ティリングが生じ、キャリアの2
次元性が失われることが懸念される。そこで、本発明者
は、キャリアの存在するウェル層には、ドーピングを行
わず、バリヤ層のみに選択的にドーピングを行えばキャ
リアの二次元性も失われず、高速変調特性を改善できる
ことを見出した(第1図)。しかし、多重量子井戸構造
においては、電子、正孔の波動関数は、バリヤ層までし
みだしているので、バリヤ層のうちウェル層に接する数
原子層はアンドープにし、バリヤ層の中央領域は、p形
あるいはn形である構造を発明した(第2図)。さらに
は。
バリヤ層の中央領域に選択ドーピングを行うとき、第3
図に示すようにp形クラッド層側をn形に、n形クラッ
ド層側をp形にすることを見出した。
図に示すようにp形クラッド層側をn形に、n形クラッ
ド層側をp形にすることを見出した。
これにより、活性層は、Pan両方にドーピングされた
わけで、注入キャリアに対する利得の増分が大幅に上昇
し、高速変調の大きな改善が期待できる。
わけで、注入キャリアに対する利得の増分が大幅に上昇
し、高速変調の大きな改善が期待できる。
以下、本発明の実施例について第4図、第5図。
第6図および第7図を用いて詳細に説明する。
n型GaAs基板結晶8の上にn型G a A sバラ
フッ層9.n型G a 1−XA Q XA Sクラッ
ド層3(x=0.45)、厚さ70人はアンドープGa
Asウェル層1を5層、10人のアンドープG a 0
.7A 12 o、aA s層5ではさんだ厚さ20人
の2 X 10 ” (cm−’) (7) M gド
ープを行ッp、 P −G a O,7A Q o、s
−A s層6で形成したバリヤ層4層を交至に形成した
多重量子井戸活性層10.p型G a t−xA Qx
A sクラッド層4.n型G a A s光吸収層11
をMOCVD法により順次形成する。
フッ層9.n型G a 1−XA Q XA Sクラッ
ド層3(x=0.45)、厚さ70人はアンドープGa
Asウェル層1を5層、10人のアンドープG a 0
.7A 12 o、aA s層5ではさんだ厚さ20人
の2 X 10 ” (cm−’) (7) M gド
ープを行ッp、 P −G a O,7A Q o、s
−A s層6で形成したバリヤ層4層を交至に形成した
多重量子井戸活性層10.p型G a t−xA Qx
A sクラッド層4.n型G a A s光吸収層11
をMOCVD法により順次形成する。
ホトエッチ工程によりn型G a A s層11を完全
に除去し、p形Gaz−AΩxAsクラッド層4の表面
を露出する幅1〜15μmの溝ストライプを形成する。
に除去し、p形Gaz−AΩxAsクラッド層4の表面
を露出する幅1〜15μmの溝ストライプを形成する。
次にMOCVD法によりp型Gat−xAQxAsクラ
ッド[12(x=0.45)、p型G a A sキャ
ップJPj13を形成する。この後、p側電極14、n
(ILIJ電極15を形成した後、へき開法により、
共振器長約300μmのレーザ索子を得た。この時、p
形G a O,55A Q O,41IA 3層4の厚
さは、0.1〜0.5μmのとき、導波構造は屈折率導
波型となり高速変調時の横モードを安定にできる。
ッド[12(x=0.45)、p型G a A sキャ
ップJPj13を形成する。この後、p側電極14、n
(ILIJ電極15を形成した後、へき開法により、
共振器長約300μmのレーザ索子を得た。この時、p
形G a O,55A Q O,41IA 3層4の厚
さは、0.1〜0.5μmのとき、導波構造は屈折率導
波型となり高速変調時の横モードを安定にできる。
試作した素子は波長830nmにおいてしきい電流1o
〜25 m Aで室温連続発振し、発振スペクトルは縦
単一モードを示し、光出力は70mWまでキングがない
安定した横モード発振が得られた。光出力60mWにバ
イアスして小信号直接変調を行ったところ、その変調周
波数は15GHz(3dBダウン)まで達する良好な特
性が得られた。また70℃において光出力60mW定光
出力動作時の寿命も2000時間経過後も顕著な劣化も
見られず、信頼性も高いことが明らかになった。さらに
多重量子井戸構造としては、上記以外にG a 1−w
A Q w A sウェル層のAQのモル比はWは0
−0.2、厚さは30〜150人、数は2〜10、G
a z−aA Q aA sバリヤ層のAQのモル比B
は0.2−0.5 (ただしB>W)、両けしのアンド
ープバリヤ層の厚さは2.8〜30人、中央部のP形バ
リヤ層の厚さは5〜50人の全ての組み合わせにおいて
ほぼ同様の変速変調特性が得られた。
〜25 m Aで室温連続発振し、発振スペクトルは縦
単一モードを示し、光出力は70mWまでキングがない
安定した横モード発振が得られた。光出力60mWにバ
イアスして小信号直接変調を行ったところ、その変調周
波数は15GHz(3dBダウン)まで達する良好な特
性が得られた。また70℃において光出力60mW定光
出力動作時の寿命も2000時間経過後も顕著な劣化も
見られず、信頼性も高いことが明らかになった。さらに
多重量子井戸構造としては、上記以外にG a 1−w
A Q w A sウェル層のAQのモル比はWは0
−0.2、厚さは30〜150人、数は2〜10、G
a z−aA Q aA sバリヤ層のAQのモル比B
は0.2−0.5 (ただしB>W)、両けしのアンド
ープバリヤ層の厚さは2.8〜30人、中央部のP形バ
リヤ層の厚さは5〜50人の全ての組み合わせにおいて
ほぼ同様の変速変調特性が得られた。
本発明の別の実施例を第5図を用いて説明する。
n型G a A s基板8上にn型G a A Q A
sクララド層3.n型G a A Q A s光がイ
ド層12.n形図の実施例と同じ多重量子井戸活性RI
IIO,p型G a A Q A sクララド層14、
p型G a A sキャップ層13を順次MOCVD法
により形成する。
sクララド層3.n型G a A Q A s光がイ
ド層12.n形図の実施例と同じ多重量子井戸活性RI
IIO,p型G a A Q A sクララド層14、
p型G a A sキャップ層13を順次MOCVD法
により形成する。
ホトエツチング工程により幅1〜15μmのストライプ
を残すようにp型GaAsキャップ層を除去し、そのス
トライプ状のP型G a A sキャップ層13以外の
領域に活性層10をつきぬけるまでSiをイオン注入す
る。その後ストライプ状のP型GaAsキャップ層以外
にS j Ozi 8 を被着し、その後、p側電極
14、n側電極15を形成した後、へきかい法により、
共振器長約300μmのレーザ素子を得た。本実施例に
おいても、第4図の実施例と同様の特性が得られ、さら
に活性層構造に関しても第4図の実施例で示した範囲は
すべで適用可能で同様の特性が得られた。
を残すようにp型GaAsキャップ層を除去し、そのス
トライプ状のP型G a A sキャップ層13以外の
領域に活性層10をつきぬけるまでSiをイオン注入す
る。その後ストライプ状のP型GaAsキャップ層以外
にS j Ozi 8 を被着し、その後、p側電極
14、n側電極15を形成した後、へきかい法により、
共振器長約300μmのレーザ素子を得た。本実施例に
おいても、第4図の実施例と同様の特性が得られ、さら
に活性層構造に関しても第4図の実施例で示した範囲は
すべで適用可能で同様の特性が得られた。
本発明の別の実施例を第6図を用いて説明する。
n型GaAs基板8上にn K2Oa A Q A s
クララド層3、第4図の実施例と同じ多重量子井戸活性
層10.p形G a A Q A sクララト層4を成
長後、ホトエツチングにより、幅1〜5μmのストライ
プ状に残るようにn形G a A s基板8まで達する
エツチングを行い、その後p形G a A Q A s
層12、n形GaAQAs層19を成長し、Zn拡散領
域20を設ける。この後p(lIII電極14、n側電
極15を形成した後、へき開法により、共振器長約30
0μmのレーザ素子を得た。本実施例においても良好な
高速変調特性を示し、活性層の周囲が全てG a A
Q A sで囲まれているのでキャリアの横方向拡散が
なく一層の高速特性に秀れ、20 G Hzまでの変調
ができた。さらに活性層構造に関しても第4図の実施例
で示した範囲は、すべて適用可能で同様の特性が得られ
た。
クララド層3、第4図の実施例と同じ多重量子井戸活性
層10.p形G a A Q A sクララト層4を成
長後、ホトエツチングにより、幅1〜5μmのストライ
プ状に残るようにn形G a A s基板8まで達する
エツチングを行い、その後p形G a A Q A s
層12、n形GaAQAs層19を成長し、Zn拡散領
域20を設ける。この後p(lIII電極14、n側電
極15を形成した後、へき開法により、共振器長約30
0μmのレーザ素子を得た。本実施例においても良好な
高速変調特性を示し、活性層の周囲が全てG a A
Q A sで囲まれているのでキャリアの横方向拡散が
なく一層の高速特性に秀れ、20 G Hzまでの変調
ができた。さらに活性層構造に関しても第4図の実施例
で示した範囲は、すべて適用可能で同様の特性が得られ
た。
本発明の別の実施例を第7図を用いて説明する。
絶縁性G a A s基板21上にアンドープGaAQ
As層22、厚さ70人のアンドープC)a A sウ
ェル層1を3層、厚さ10人のアンド−’Gao、7A
Q o、aA s層5ではさんだ厚さ20人2 X
101g(=xa −” )のSsドープを行ったn
Gao、・rへ〇0.3As層7で形成したバリヤ層
2層を交互にjp成、さらに厚さ70人のアンドープG
a A sウェル層を2層、厚さ10人のアンドープ
G a 0.7A Q o、aAs層5ではさんだ厚さ
20人の2 X 10fδ(ロー3)のMgドープを行
ったp Gao、7AI2o、sAs層5で形成した
バリヤ層2層を交互に形成した多重量子井戸活性層1o
、アンドープG a A Q A s層22を形成する
。その後、幅1〜5μmのストライプ状に成長層を残し
、P形GaAQAs埋めこみ層12.n形G a A
Q A s埋めこみ層19を形成後、p側電極14、n
(Itll電極15を形成後、へき開法により共振器
長約300μmのレーザ素子を得た。このレーザ素子は
活性層に対し、キャリアを横注入する構造となっている
。さらに多重量子井戸活性層は、そのバリヤ層にρn両
方の不純物を導入してぃので、注入キャリアに対する利
得の増分はさらに大きくなり、20 G Hzまでの直
接変調を可能ならしめた。このp、r1両方の不純物を
バリヤ層に有する多重量子井戸活性層を第4図、第5図
、第6図に示した実施例に適用したところ同様の高速変
調特性が↑:)られた。また、上記各実施例においてp
形不純物としてIle、n形不純物としてSiを適用し
ても同様の効果が得られた。
As層22、厚さ70人のアンドープC)a A sウ
ェル層1を3層、厚さ10人のアンド−’Gao、7A
Q o、aA s層5ではさんだ厚さ20人2 X
101g(=xa −” )のSsドープを行ったn
Gao、・rへ〇0.3As層7で形成したバリヤ層
2層を交互にjp成、さらに厚さ70人のアンドープG
a A sウェル層を2層、厚さ10人のアンドープ
G a 0.7A Q o、aAs層5ではさんだ厚さ
20人の2 X 10fδ(ロー3)のMgドープを行
ったp Gao、7AI2o、sAs層5で形成した
バリヤ層2層を交互に形成した多重量子井戸活性層1o
、アンドープG a A Q A s層22を形成する
。その後、幅1〜5μmのストライプ状に成長層を残し
、P形GaAQAs埋めこみ層12.n形G a A
Q A s埋めこみ層19を形成後、p側電極14、n
(Itll電極15を形成後、へき開法により共振器
長約300μmのレーザ素子を得た。このレーザ素子は
活性層に対し、キャリアを横注入する構造となっている
。さらに多重量子井戸活性層は、そのバリヤ層にρn両
方の不純物を導入してぃので、注入キャリアに対する利
得の増分はさらに大きくなり、20 G Hzまでの直
接変調を可能ならしめた。このp、r1両方の不純物を
バリヤ層に有する多重量子井戸活性層を第4図、第5図
、第6図に示した実施例に適用したところ同様の高速変
調特性が↑:)られた。また、上記各実施例においてp
形不純物としてIle、n形不純物としてSiを適用し
ても同様の効果が得られた。
本発明によれば、20 G Hz以上の高速変調ができ
半導体レーザを製作できるので、光演算回路、超高速光
通信用の光源としての効果がある。
半導体レーザを製作できるので、光演算回路、超高速光
通信用の光源としての効果がある。
第1図〜第3図は、本発明を示す多11f、量子井戸構
造の断面図、第4〜第7図は本発明の実施例を示す半導
体レーザの断面図である。 1・・・アンドープG a A sウェル層、2・・・
p −G h 0.7A Q o、sA sバリヤ層、
3− n −G a O,!IFIA Q O,15A
sクラッド層、4− p −G a O,33ΔQo
、4sAsクラッド層、5・・・アンドープG a O
,7AQo、aAsバリヤ層、6− p −G a 0
.7A Q o、8Asバリヤ層、 7− n G
ao、vA Qo、3A sバリヤ層、8− n −G
a A s基板、9− n −G a A sバラフ
ッ層、10・・・多重量子井戸活性層、11・・・n−
G a A s光吸収層、1 :1l−p−G ao、
a5A Q O,4!IA S埋めこみクラッド層、1
3 ・−P −GaAsキャップ層、14・・・p−電
極、15・・・n−電極、16 ・・・n −G a
o、BI!A Q 0.35A S光ガイド層、17・
・・量子井戸を無秩序化した層、18・・・5iO1z
膜、19− n −G a O,[)+lA Q o、
4IIA s埋めこみクラッド層、20・・・Zn拡散
領域、21・・・絶縁性G a A s基板、22−・
・アンドープGao、agt 1 図 冨 2 図 γ 3 図 冨 4 図 罫 5 図 T 乙 図 d−zθ
造の断面図、第4〜第7図は本発明の実施例を示す半導
体レーザの断面図である。 1・・・アンドープG a A sウェル層、2・・・
p −G h 0.7A Q o、sA sバリヤ層、
3− n −G a O,!IFIA Q O,15A
sクラッド層、4− p −G a O,33ΔQo
、4sAsクラッド層、5・・・アンドープG a O
,7AQo、aAsバリヤ層、6− p −G a 0
.7A Q o、8Asバリヤ層、 7− n G
ao、vA Qo、3A sバリヤ層、8− n −G
a A s基板、9− n −G a A sバラフ
ッ層、10・・・多重量子井戸活性層、11・・・n−
G a A s光吸収層、1 :1l−p−G ao、
a5A Q O,4!IA S埋めこみクラッド層、1
3 ・−P −GaAsキャップ層、14・・・p−電
極、15・・・n−電極、16 ・・・n −G a
o、BI!A Q 0.35A S光ガイド層、17・
・・量子井戸を無秩序化した層、18・・・5iO1z
膜、19− n −G a O,[)+lA Q o、
4IIA s埋めこみクラッド層、20・・・Zn拡散
領域、21・・・絶縁性G a A s基板、22−・
・アンドープGao、agt 1 図 冨 2 図 γ 3 図 冨 4 図 罫 5 図 T 乙 図 d−zθ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、電子のドウ・ブローイ波長以下の厚さを有するウェ
ル層と、該ウェル層よりも禁制帯幅の大きいバリヤ層を
交互に重ね合わせた多重量子井戸活性層と該多重量子井
戸活性層をはさむように形成された上記ウェル層よりも
禁制帯幅の大きいP形およびn形クラッド層を有する半
導体レーザにおいて、その多重量子井戸活性層の積層方
向に関して多重量子井戸活性層の半導形が空間的に異な
ることを特徴とする半導体レーザ装置。 2、上記多重量子井戸活性層のうち、上記p形クラッド
層から隣接して連続する少なくとも1組のウェル層とバ
リヤ層の導電形がn形であり、該領域以外の多重量子井
戸活性層の導電形がp形であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。 3、上記多重量子井戸活性層のうち上記p形クラッド層
から隣接して連続する少なくとも1層のバリヤ層の導電
形がn形であり、該領域以外の多重量子井戸活性層のバ
リヤ層の導電形がp形であり全ウェル層はアンドープで
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
体レーザ装置。 4、上記多重量子井戸活性層のうち上記p形クラッド層
から隣接して連続する少なくとも一層のバリヤ層の導電
形がn形であるがウェル層と接する界面から少なくとも
1原子層がアンドープであり、該領域以外の多重量子井
戸活性層のバリヤ層の導電形がp形であるがウェル層と
接する界面から少なくとも1原子層がアンドープであり
、全ウェル層はアンドープであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。 5、上記のバリヤ層の導電形がウェル層と接する界面か
ら少なくとも1原子層がアンドープであり、該領域以外
のバリヤ層がp形であり、ウェル層はアンドープである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レ
ーザ装置。 6、上記p形不純物がBe、Mg、n形不純物がBe、
Siであり、その不純物濃度が5× 10^1^7(cm^−^3)以上であることを特徴と
する特許請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の半導
体レーザ装置。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20154385A JPS6262578A (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 半導体レ−ザ装置 |
CA000514074A CA1279394C (en) | 1985-07-26 | 1986-07-17 | Multiple quantum well type semiconductor laser |
US06/888,073 US4881238A (en) | 1985-07-26 | 1986-07-22 | Semiconductor laser having quantum well active region doped with impurities |
EP86110329A EP0210616B1 (en) | 1985-07-26 | 1986-07-24 | Semiconductor laser |
DE8686110329T DE3674959D1 (de) | 1985-07-26 | 1986-07-24 | Halbleiterlaser. |
CN86105580A CN1006835B (zh) | 1985-07-26 | 1986-07-25 | 半导体激光器 |
US07/041,410 US4881235A (en) | 1985-07-26 | 1987-04-23 | Semiconductor laser having a multiple quantum well structure doped with impurities |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20154385A JPS6262578A (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6262578A true JPS6262578A (ja) | 1987-03-19 |
Family
ID=16442789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20154385A Pending JPS6262578A (ja) | 1985-07-26 | 1985-09-13 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6262578A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6179281A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-22 | Nec Corp | 半導体レ−ザの製造方法 |
JPS61224482A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-06 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
-
1985
- 1985-09-13 JP JP20154385A patent/JPS6262578A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6179281A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-22 | Nec Corp | 半導体レ−ザの製造方法 |
JPS61224482A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-06 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
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