JPS63116483A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS63116483A JPS63116483A JP26233686A JP26233686A JPS63116483A JP S63116483 A JPS63116483 A JP S63116483A JP 26233686 A JP26233686 A JP 26233686A JP 26233686 A JP26233686 A JP 26233686A JP S63116483 A JPS63116483 A JP S63116483A
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- Japan
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- semiconductor laser
- well
- type gaas
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 31
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure 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
- H01S5/343—Structure 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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34326—Structure 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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on InGa(Al)P, e.g. red laser
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、放熱特性に優れた半導体レーザの構造に関す
る。
る。
半導体レーザは光デイスク用あるいは光プリンタ用など
の光源として優れた特徴をもち幅広く普及している。現
在これらの光源【使用される半導体レーザの材料として
用いられているものは主としてAIGuAS系である。
の光源として優れた特徴をもち幅広く普及している。現
在これらの光源【使用される半導体レーザの材料として
用いられているものは主としてAIGuAS系である。
しかし、光エネルギー密度の増加や記録密度の増加のた
めによシ短波長化が望まれている今日では、半導体レー
ザの材料としてAIGuAs系にとどまらず、工n G
u A I P 5InGuAsP系などの四元以上
の多元系が注目されている。例えばInGuAIP系の
場合、活性層がInGuPのとき発振波長は670.、
程度で、活性層iE’InGuAIPになると5801
程度までのレーザ発振が可能となる。従来、InGuA
IP系やInGuA8P系などの材料を用いる半導体レ
ーザの構造において、クラッド層は、そのエネルギーギ
ャップが活性層のエネルギーギャップより大きな四元以
上の多元混晶が使用されていた。
めによシ短波長化が望まれている今日では、半導体レー
ザの材料としてAIGuAs系にとどまらず、工n G
u A I P 5InGuAsP系などの四元以上
の多元系が注目されている。例えばInGuAIP系の
場合、活性層がInGuPのとき発振波長は670.、
程度で、活性層iE’InGuAIPになると5801
程度までのレーザ発振が可能となる。従来、InGuA
IP系やInGuA8P系などの材料を用いる半導体レ
ーザの構造において、クラッド層は、そのエネルギーギ
ャップが活性層のエネルギーギャップより大きな四元以
上の多元混晶が使用されていた。
しかし、半導体混晶は、単結晶に比較して格子振動が不
規則になるため、混晶中の熱伝導性が悪くなる0%に四
元以上の混晶になるとさらに悪化し、熱伝導率は、単結
晶のものと比べると極端に低下してしまう。従来のクラ
ッド層に四元以上の多元混晶を使用する半導体レーザに
おいては、この熱伝導率の低さが問題である。すなわち
、通常活性層から発生する熱は、活性層上下のクラッド
層を伝導してヒートシンクに放出されるが、クラッド層
の熱伝導率が小さいと、熱の放出が悪くなり、活性層内
に熱がこもってしまう結果、半導体レーザのしきい値の
増大、光出力の低下、寿命・信頼性の悪化などの問題を
もたらす。今後、よシ短波長化に進むと、量子効率の低
下に伴なってこうした問題は増々顕著になると考えられ
る。
規則になるため、混晶中の熱伝導性が悪くなる0%に四
元以上の混晶になるとさらに悪化し、熱伝導率は、単結
晶のものと比べると極端に低下してしまう。従来のクラ
ッド層に四元以上の多元混晶を使用する半導体レーザに
おいては、この熱伝導率の低さが問題である。すなわち
、通常活性層から発生する熱は、活性層上下のクラッド
層を伝導してヒートシンクに放出されるが、クラッド層
の熱伝導率が小さいと、熱の放出が悪くなり、活性層内
に熱がこもってしまう結果、半導体レーザのしきい値の
増大、光出力の低下、寿命・信頼性の悪化などの問題を
もたらす。今後、よシ短波長化に進むと、量子効率の低
下に伴なってこうした問題は増々顕著になると考えられ
る。
そこで本発明の目的は、このような熱伝導性の悪いクラ
ッド層の構造を改善し、熱放出性に優れた半導体レーザ
を提供することにある。
ッド層の構造を改善し、熱放出性に優れた半導体レーザ
を提供することにある。
本発明による半導体レーザは、クラッド層に狭まれて積
層された活性層を有するダブルヘテロ接合型の半導体レ
ーザにおいて、該クラッド層の全部もしくは一部に、伝
導帯および価電子帯に形成される基底のミニバンド間の
エネルギー差が誤活性層のエネルギーギャップよりも大
である多重量子井戸構造を有する超格子層を用いること
を特徴としている。
層された活性層を有するダブルヘテロ接合型の半導体レ
ーザにおいて、該クラッド層の全部もしくは一部に、伝
導帯および価電子帯に形成される基底のミニバンド間の
エネルギー差が誤活性層のエネルギーギャップよりも大
である多重量子井戸構造を有する超格子層を用いること
を特徴としている。
例えばs InGuAlp系半導体レーザにおいて、そ
のクラッド層としてInGuAIP四元混晶の代りに、
クラッド層として充分なエネルギーギャップと屈折率と
電気伝導性を有するI nGuP−I nAIP三元混
晶よシなる多重量子井戸構造を有する超格子層を用いる
と、三元混晶は四元混晶に比べ著しく熱伝導性が良いた
め、熱放出性の良好な半導体レーザを得ることができる
。
のクラッド層としてInGuAIP四元混晶の代りに、
クラッド層として充分なエネルギーギャップと屈折率と
電気伝導性を有するI nGuP−I nAIP三元混
晶よシなる多重量子井戸構造を有する超格子層を用いる
と、三元混晶は四元混晶に比べ著しく熱伝導性が良いた
め、熱放出性の良好な半導体レーザを得ることができる
。
第1図は、本発明の一実施例全示すもので、クラッド層
全体に超格子層を用いたダブルヘテロ接合型の利得導波
型半導体レーザの断面図である。
全体に超格子層を用いたダブルヘテロ接合型の利得導波
型半導体レーザの断面図である。
薄膜の成長法として有機金属気相成長法(MOCVD法
と言う)を用いた。面方位が(100)で電子濃度が8
×10 α のn型GuAs単結晶基板101上に電子
濃度がlX10 cnL のn型QuAsバッファ層
102を形成した後、不純物をドーピングしない厚さが
35^のAlα5In(L5Pバリア層103とSi不
純物ft1.2X10 cmドーピングした厚さが5
5人のn型Quα5InCLsPウェル層104とを交
互に積層したn型超格子層から成るn型クラッド層10
5を形成し、次に不純物をドーピングしないGuαs
in rL5 P活性層106を800大形成し、次に
不純物をドーピングしない厚さが35^のAlαsIn
α5Pバリア層107とMg不純物を9×10 口 ド
ーピングした厚さ65久のP型GuusInusPウェ
ル層10Bとを交互に積層したP型超格子層から成るP
型クラッド層109を形成し、次に正孔濃度がlX10
19d5のP型GuAsキャップ層110を形成し、最
後に電子濃度が2×10 crrL のn型QuAsブ
ロック層111′f形成した。n型クラッド層およびP
型クラッド層はA l (L5 I n lls Pド
リフ層で始まシA l (L5 I n (L5 Pバ
リア層で終わってお、!l)、GullLsIncLs
Pウェル層はクラッド層光り290層存在する。n型G
uASブロック層111に化学エツチングによってスト
ライプ状に溝を掘りP型QuAsキャップ層110を露
出させ、Au/、Au7’Zn よシ成るP型オーミッ
ク電極112を形成した。n型QuAs単結晶基板10
1の裏面には全厚が1204m程度になるまで研磨した
後Au/Au−Ge/Niよシ成るn型オーミック電極
113を形成した。
と言う)を用いた。面方位が(100)で電子濃度が8
×10 α のn型GuAs単結晶基板101上に電子
濃度がlX10 cnL のn型QuAsバッファ層
102を形成した後、不純物をドーピングしない厚さが
35^のAlα5In(L5Pバリア層103とSi不
純物ft1.2X10 cmドーピングした厚さが5
5人のn型Quα5InCLsPウェル層104とを交
互に積層したn型超格子層から成るn型クラッド層10
5を形成し、次に不純物をドーピングしないGuαs
in rL5 P活性層106を800大形成し、次に
不純物をドーピングしない厚さが35^のAlαsIn
α5Pバリア層107とMg不純物を9×10 口 ド
ーピングした厚さ65久のP型GuusInusPウェ
ル層10Bとを交互に積層したP型超格子層から成るP
型クラッド層109を形成し、次に正孔濃度がlX10
19d5のP型GuAsキャップ層110を形成し、最
後に電子濃度が2×10 crrL のn型QuAsブ
ロック層111′f形成した。n型クラッド層およびP
型クラッド層はA l (L5 I n lls Pド
リフ層で始まシA l (L5 I n (L5 Pバ
リア層で終わってお、!l)、GullLsIncLs
Pウェル層はクラッド層光り290層存在する。n型G
uASブロック層111に化学エツチングによってスト
ライプ状に溝を掘りP型QuAsキャップ層110を露
出させ、Au/、Au7’Zn よシ成るP型オーミッ
ク電極112を形成した。n型QuAs単結晶基板10
1の裏面には全厚が1204m程度になるまで研磨した
後Au/Au−Ge/Niよシ成るn型オーミック電極
113を形成した。
第2図は、第1図で示した構造の半導体レーザのバンド
図である。第2図の左側から右側へ第1図に示した半導
体レーザのn型GuAS単結晶基板101からP型Gu
ASキャップ層110に対応する。n型り2ラド層10
5は、エネルギーギャップの大きなA 1 (L5 I
nα5Pバリア層106とそれよシエネルギーギャッ
プの小さなSiドープのn型GullLsInasPウ
ェル層104が交互Kt子のドブロイ波長以下で種層さ
れており、各ウェル層内の電子は量子化され、また隣接
するウニを層間の電子が相互干渉して、電子の基底ミニ
バンド201を形成している。n型GuαsInα5P
ウェル層中の電子は基低ミニバンド201に励起され、
n型QuAs単結晶基板に注入された電子を活性層へ導
入する。価電子帯にも正孔の基低ミニバンド202が形
成される。P型クラッド層109についても同様である
。P型りラッグ層109内の価電子帯には正孔の基底ミ
ニバンド204が形成され、P型GuCLsInα5P
ウェル層中の正孔は基底ミニバンド204に励起され、
P型GuASキャップ層110から注入された正孔を活
性層内に導入する。伝導帯にも電子の基底ミニバンド2
03が形成される。n型クラッド層あるいはP型クラッ
ド層のどちらにおいても、電子の基底ミニバンドと正孔
の基底ミニバンドの間のエネルギー差は室温で2.05
eVであ凱G u [L5 I n (15P活性層1
06のエネルギーギャップ(1,90eV) と比較
して大であるため、電子あるいは正孔の活性層中への閉
じ込めが行なわれる。また、それぞれのクラッド層の実
効屈折率は、活性層のそれよシも小さくなるため、活性
層内へ効率的に光閉じ込めが行なわれる。このように多
重量子井戸構造を有する超格子層をクラッド層に用いて
もキャリア閉じ込めと光閉じ込めが容易に可能である。
図である。第2図の左側から右側へ第1図に示した半導
体レーザのn型GuAS単結晶基板101からP型Gu
ASキャップ層110に対応する。n型り2ラド層10
5は、エネルギーギャップの大きなA 1 (L5 I
nα5Pバリア層106とそれよシエネルギーギャッ
プの小さなSiドープのn型GullLsInasPウ
ェル層104が交互Kt子のドブロイ波長以下で種層さ
れており、各ウェル層内の電子は量子化され、また隣接
するウニを層間の電子が相互干渉して、電子の基底ミニ
バンド201を形成している。n型GuαsInα5P
ウェル層中の電子は基低ミニバンド201に励起され、
n型QuAs単結晶基板に注入された電子を活性層へ導
入する。価電子帯にも正孔の基低ミニバンド202が形
成される。P型クラッド層109についても同様である
。P型りラッグ層109内の価電子帯には正孔の基底ミ
ニバンド204が形成され、P型GuCLsInα5P
ウェル層中の正孔は基底ミニバンド204に励起され、
P型GuASキャップ層110から注入された正孔を活
性層内に導入する。伝導帯にも電子の基底ミニバンド2
03が形成される。n型クラッド層あるいはP型クラッ
ド層のどちらにおいても、電子の基底ミニバンドと正孔
の基底ミニバンドの間のエネルギー差は室温で2.05
eVであ凱G u [L5 I n (15P活性層1
06のエネルギーギャップ(1,90eV) と比較
して大であるため、電子あるいは正孔の活性層中への閉
じ込めが行なわれる。また、それぞれのクラッド層の実
効屈折率は、活性層のそれよシも小さくなるため、活性
層内へ効率的に光閉じ込めが行なわれる。このように多
重量子井戸構造を有する超格子層をクラッド層に用いて
もキャリア閉じ込めと光閉じ込めが容易に可能である。
本実施例に基き作製されたGuAIInP系半導体レー
ザの発振波長は室温で672 nmであυ、特性温度は
125にであった。クラッド層にGuAIInP混晶を
用いた半導体レーザの特性温度は92にであることから
、本発明による半導体レーザは熱放出特性が改善された
ことがわかる。
ザの発振波長は室温で672 nmであυ、特性温度は
125にであった。クラッド層にGuAIInP混晶を
用いた半導体レーザの特性温度は92にであることから
、本発明による半導体レーザは熱放出特性が改善された
ことがわかる。
本実施例においてはs InGuAIP系を材料に用
いる半導体レーザについて述べたが、本発明はこの材料
にとどまらずInGuAsp系などのクラッド層に四元
以上の多元混晶を使用する半導体レーザに適用できる。
いる半導体レーザについて述べたが、本発明はこの材料
にとどまらずInGuAsp系などのクラッド層に四元
以上の多元混晶を使用する半導体レーザに適用できる。
また、本実施例においては、利得導波型半導体レーザに
ついて述べたが、屈折率導波型半導体レーザにも本発明
は適用できる。
ついて述べたが、屈折率導波型半導体レーザにも本発明
は適用できる。
クラッド層を構成する超格子層内のドリア層およびウェ
ル層の厚さは、クラッド層として十分なエネルギーギャ
ップと屈折率を持つ多重量子井戸構造を形成できる厚み
であれば良い。
ル層の厚さは、クラッド層として十分なエネルギーギャ
ップと屈折率を持つ多重量子井戸構造を形成できる厚み
であれば良い。
本発明は、次のような発明の効果を有する。
(1) クラッド層の熱伝導性が良好のため、熱放出
特性に優れた特性温度の大きい半導体レーザを得ること
ができる。
特性に優れた特性温度の大きい半導体レーザを得ること
ができる。
(2)特KAIを含む混晶系では、DXセンタと呼ばれ
る深い電子トラップが存在し、また不純物準位も深くな
ることから、不純物の活性化率が低下し、キャリア濃度
をある程度以上増加させることができないため、クラッ
ド層が高抵抗になるが、本発明によるクラッド層を用い
ると、DXセンタの存在しない浅い不純物準位をもつウ
ェル層に不純物をドーピングして高キャリア濃度が得ら
れるため、低抵抗化が可能である。
る深い電子トラップが存在し、また不純物準位も深くな
ることから、不純物の活性化率が低下し、キャリア濃度
をある程度以上増加させることができないため、クラッ
ド層が高抵抗になるが、本発明によるクラッド層を用い
ると、DXセンタの存在しない浅い不純物準位をもつウ
ェル層に不純物をドーピングして高キャリア濃度が得ら
れるため、低抵抗化が可能である。
第1図は、本発明の一実施例を示すもので、クラッド層
全体に超格子層を用いたダブルヘテロ接合型の利得導波
型半導体レーザの断面図である。 第2図は第1図に示した構造の半導体レーザのバンド図
である。以下簡単に説明する。 101・・・n型GuAs単結晶基板 102・・・n型GuAsドツファ層 105−J、1rhs工nasPドリア層104・−・
GuasInllsPウェル層105・・・n型クラッ
ド層 106−−−Gu (L5 I n (L5P活性層1
07一−−A1asInllLsPドリア層10 B−
−−Guc51ntxsPウェル層109・・・P型ク
ラッド層 110・・・P型QuAsキャップ層 111°−n型QuAsブロック層 112・・・P型オーミック電極 113・・・n型オーミック電極 201.203・・・電子の基底ミニバンド202.2
04・・・正孔の基底ミニバンド以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 第2図
全体に超格子層を用いたダブルヘテロ接合型の利得導波
型半導体レーザの断面図である。 第2図は第1図に示した構造の半導体レーザのバンド図
である。以下簡単に説明する。 101・・・n型GuAs単結晶基板 102・・・n型GuAsドツファ層 105−J、1rhs工nasPドリア層104・−・
GuasInllsPウェル層105・・・n型クラッ
ド層 106−−−Gu (L5 I n (L5P活性層1
07一−−A1asInllLsPドリア層10 B−
−−Guc51ntxsPウェル層109・・・P型ク
ラッド層 110・・・P型QuAsキャップ層 111°−n型QuAsブロック層 112・・・P型オーミック電極 113・・・n型オーミック電極 201.203・・・電子の基底ミニバンド202.2
04・・・正孔の基底ミニバンド以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 第2図
Claims (1)
- クラッド層に狭まれて積層された活性層を有するダブル
ヘテロ接合型の半導体レーザにおいて、該クラッド層の
少なくとも一部に、伝導帯および価電子帯に形成される
基底のミニバンド間のエネルギー差が該活性層のエネル
ギーギャップよりも大である多重量子井戸構造を有する
超格子層を用いることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26233686A JPS63116483A (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26233686A JPS63116483A (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63116483A true JPS63116483A (ja) | 1988-05-20 |
Family
ID=17374343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26233686A Pending JPS63116483A (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63116483A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4949350A (en) * | 1989-07-17 | 1990-08-14 | Bell Communications Research, Inc. | Surface emitting semiconductor laser |
US5034344A (en) * | 1989-07-17 | 1991-07-23 | Bell Communications Research, Inc. | Method of making a surface emitting semiconductor laser |
-
1986
- 1986-11-04 JP JP26233686A patent/JPS63116483A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4949350A (en) * | 1989-07-17 | 1990-08-14 | Bell Communications Research, Inc. | Surface emitting semiconductor laser |
US5034344A (en) * | 1989-07-17 | 1991-07-23 | Bell Communications Research, Inc. | Method of making a surface emitting semiconductor laser |
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