JPS63245987A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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JPS63245987A
JPS63245987A JP8151087A JP8151087A JPS63245987A JP S63245987 A JPS63245987 A JP S63245987A JP 8151087 A JP8151087 A JP 8151087A JP 8151087 A JP8151087 A JP 8151087A JP S63245987 A JPS63245987 A JP S63245987A
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JP
Japan
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layer
type
cladding layer
junction
semiconductor laser
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Pending
Application number
JP8151087A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokiyo Unosawa
宇野沢 浩精
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS63245987A publication Critical patent/JPS63245987A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the oscillation threshold current of a laser element and to improve the oscillation efficiency by forming an N-type clad layer of low and high concentration layers of specific concentrations, and forming the low concentration layer at a P-N junction side and the high concentration layer at the other. CONSTITUTION:An N-type clad layer is formed in a 2-layer structure on an active layer 4, a low concentration layer 61 of 5X10<17>cm<-3> or lower is formed at a P-N junction boundary side, and a high concentration layer 52 of 1X10<18>cm<-3> or more is formed thereon. Thus, the P-N junction is not remotely bonded, a hetero boundary between a P-type active layer 4 and an N-type clad layer 61 becomes a P-N junction to reduce the oscillation threshold current of a laser element and to improve the oscillation efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ素子に係り、p−n接合界面で
ヘテロ接合におけるn形クラッド層のドーパントのp形
層への固相拡散を制御することによシ特性を改善した半
導体レーザ素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor laser device, and relates to a method for controlling solid-phase diffusion of a dopant from an n-type cladding layer into a p-type layer in a heterojunction at a p-n junction interface. The present invention relates to a semiconductor laser device with improved characteristics.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図昧従来の内部ストライプ半導体レーザ素子の一例
を示す断面図で(1)はp形層板、(2)はn形電流狭
窄層、(3)はp形クラッド層、(4)はp形活性層、
(6)はn形クラッド層、(7)はキャップ層、(8)
Figure 2 is a cross-sectional view showing an example of a conventional internal stripe semiconductor laser device, in which (1) is a p-type layer plate, (2) is an n-type current confinement layer, (3) is a p-type cladding layer, and (4) is a p-type active layer,
(6) is an n-type cladding layer, (7) is a cap layer, (8)
.

(9)は電極である。この半纏体レーザ素子では、 T
eを不純物ドーパントとして1〜2X10  cm  
と高濃度にしたn形クラッド層(6)をp形活性層(4
)上に成長させている(例えば特公昭57−17278
9)。
(9) is an electrode. In this semi-integrated laser device, T
1~2X10 cm with e as impurity dopant
The n-type cladding layer (6) with a high concentration of
) (e.g. Special Publication No. 57-17278)
9).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明が解決しようとする従来技術の間唾点を以下に記
載する。嬉2図に示す従来の内部ストライプ半導体レー
ザ素子で詳細な構成および動作を説明する。基板として
p形GaAs(1)を用い、電流狭窄層(2)はn形G
aAs、クラッド層(3)はp形GaAIIA s 、
クラッド層(6)はn形G a AIA sキャップ層
(7)はn形GaAsであり、活性層(4)はp形G 
a AIA sで、活性層(4)のMの混晶比はクラッ
ド層(3) 、 (6)のそれより小さくする。
The points of the prior art to be solved by the present invention will be described below. The detailed structure and operation of the conventional internal stripe semiconductor laser device shown in FIG. 2 will be explained in detail. P-type GaAs (1) is used as the substrate, and n-type GaAs (2) is used as the current confinement layer (2).
aAs, cladding layer (3) is p-type GaAIIAs,
The cladding layer (6) is n-type GaAIAs, the cap layer (7) is n-type GaAs, and the active layer (4) is p-type GaAs.
In AIAs, the M mixed crystal ratio in the active layer (4) is made smaller than that in the cladding layers (3) and (6).

この半導体レーザ素子では、電極(8) 、 (9)間
に電極(8)が正になるように印加された電圧によって
注入された電流は電流狭窄層(2)が存在するため溝α
の内のみを流れる。すなわち、構(1の以外の部分では
、電流狭窄層(2)とp形クラッド層(3)との間のp
−n接合が逆バイアスされるので電流が流れず、溝(1
0)内部のみに電流は集中する。また、p形クラッド層
(3)は厚さが0.3μm以下で、活性層(4)で発生
した光の一部は、電流狭窄層(2)に吸収されて、溝(
10)の上部とそれ以外の部分とでは、実効的屈折率差
ができて、光は活性/i! (4)の溝(10)の上の
部分に閉じ込められる。すなわち、溝(10)に沿って
光導波路が形成される。
In this semiconductor laser device, the current injected between the electrodes (8) and (9) by the voltage applied so that the electrode (8) becomes positive is absorbed by the groove α due to the presence of the current confinement layer (2).
It flows only within. That is, in the parts other than structure (1), the p-type between the current confinement layer (2) and the p-type cladding layer (3)
- Since the n junction is reverse biased, no current flows and the groove (1
0) Current concentrates only inside. In addition, the p-type cladding layer (3) has a thickness of 0.3 μm or less, and a part of the light generated in the active layer (4) is absorbed by the current confinement layer (2) and the groove (
10) There is an effective refractive index difference between the upper part and the other part, and the light becomes active/i! (4) is confined in the upper part of the groove (10). That is, an optical waveguide is formed along the groove (10).

ところで、上述のような半導体レーザ素子においてn形
りラクド層(6)のn形不純部として、Sn。
Incidentally, in the semiconductor laser device as described above, Sn is used as the n-type impurity portion of the n-type layer (6).

Te等があるが、発振しきい電流密度の低減とn形クラ
ッド層(6)の抵抗率を小さくするため1〜2XIOc
m  程度のキャリア濃度が必要となる。
Te, etc., but 1~2XIOc to reduce the oscillation threshold current density and the resistivity of the n-type cladding layer (6).
A carrier concentration on the order of m is required.

発振波長が800m以下になるとクラッド層のM混晶比
は0.4以上にする必要がある、M混晶比が0.4以上
で、n形のキャリア濃度を1〜2X10 cm得るため
に不純物ドーパントとしては、偏析の大きいTeが一般
に良く用いられる。第3図には、p形クラッド層の不純
物仕込量を一定として、n形クラッド層のTe仕込量を
変えたときのp−クラッド層のキャリア濃度の変化を示
す。これかられかる様にTe濃度がlX10  cm 
 以上になると、活性層をはさんだp形クラッド層のキ
ャリア濃度が急激に低下する。これは、nクラッド層の
Teがp形活性層、nクラッド層へ固相拡散が生じてい
ることを示すものである。このようなTeの拡散によシ
、リーモート接合になシ、発振しきい電流密度の上昇、
レーザの温度特性の悪化をもたらす。また、Teを10
”cm−3以上の高濃度にドープしたG a AtA 
sにはGaとTe 、AlとTeのクラスターが生じ易
く、これらが結晶欠陥となシ、半導体レーザ素子の心臓
部であるヘテロ接合界面に非発光再結合中心を形成する
。これらの事は、半導体レーザ素子の信頼度を低下させ
る要因となる。
When the oscillation wavelength becomes 800 m or less, the M mixed crystal ratio of the cladding layer needs to be 0.4 or more. In order to obtain an N type carrier concentration of 1 to 2 x 10 cm with an M mixed crystal ratio of 0.4 or more, impurities are added. As a dopant, Te, which has large segregation, is generally used. FIG. 3 shows the change in carrier concentration in the p-cladding layer when the amount of impurities in the p-type cladding layer is constant and the amount of Te in the n-type cladding layer is changed. As you will see, the Te concentration is 1 x 10 cm.
If it becomes more than that, the carrier concentration of the p-type cladding layer sandwiching the active layer decreases rapidly. This indicates that solid phase diffusion of Te in the n-cladding layer occurs into the p-type active layer and the n-cladding layer. This diffusion of Te causes remote junctions, an increase in the oscillation threshold current density,
This results in deterioration of the temperature characteristics of the laser. Also, Te is 10
Ga AtA doped at a high concentration of ``cm-3 or higher''
Clusters of Ga and Te and Al and Te are likely to occur in S, and these clusters do not become crystal defects, but form non-radiative recombination centers at the heterojunction interface, which is the heart of the semiconductor laser device. These things become factors that reduce the reliability of the semiconductor laser device.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、半導体レーザ素子において、n形ドーパント
Teのp形層への固相拡散を抑制することを目的として
、n形クラッド層を2層構造とし、p−n接合界面側に
2〜5X10 cm  の低濃度層を設け、その隣シに
2〜axio  Cm  の高濃度層を有している。
In a semiconductor laser device, the present invention has a two-layer structure for the n-type cladding layer, and 2 to 5×10 A low concentration layer of 2 cm to 2 axio Cm is provided, and a high concentration layer of 2 to axio Cm is provided adjacent to it.

〔実施例1〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。[Example 1] Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図で、第3
図の従来例と同一符号は同等部分を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of one embodiment of the present invention;
The same reference numerals as in the conventional example in the figure indicate equivalent parts.

p形G a A s基板(1)上にn形のGaAsから
なる電流狭窄層(2)を形成し、この電流狭窄層の表面
から上記基板に達するストライプ状の簿(10)を化学
エツチングによりて形成する。続いて、この溝(10)
の内側を含めて上記電流狭窄層(2)上にMgまたはG
eを不純物としたGa1−xAlxAsからなるp形ク
ラッド層(3)を0.3μm 成長させ、その上にMg
またはGeを不純物としたGa1−yAl y A s
からなる活性層(4)を0.1〜0.13μm成長させ
る。続いて、活性層(4)上にTeを2〜5X10 c
m  程度ドープしたGa1−z AlzAsからなる
低濃度nクラッド層(61)を0.3μmn程成長させ
、この上にTeを高濃度に2〜3×10 cm 程度ド
ープしたGat−zAAzAsからなる高濃度n−クラ
ッド層(62)を1μm成長させる。ここで、各クラッ
ド層と活性層のM混晶比の関係はx = 2かつx> 
y r z > yである。最後に高濃度nクラッド層
(62)上に電極とのコンタクトをとるn形のGaAs
からなるキャップ層(7)を成長させる。nクラッド層
(3)からキャップ層(7)まで1回の液相エピタキシ
ャル成長により行う。これらの成長の後、基板(1)の
下面およびキャップ層(7)の上面にそれぞれ電極(8
)および(9)を形成する。
A current confinement layer (2) made of n-type GaAs is formed on a p-type GaAs substrate (1), and a striped pattern (10) reaching the substrate from the surface of this current confinement layer is chemically etched. form. Next, this groove (10)
Mg or G on the current confinement layer (2) including the inside of the
A p-type cladding layer (3) made of Ga1-xAlxAs with e as an impurity is grown to a thickness of 0.3 μm, and Mg
Or Ga1-yAl y A s with Ge as an impurity
An active layer (4) consisting of 0.1 to 0.13 μm is grown. Subsequently, 2 to 5×10 c of Te was deposited on the active layer (4).
A low-concentration n cladding layer (61) made of Ga1-z AlzAs doped to about 0.3 μm is grown to a thickness of about 0.3 μm, and a high-concentration n-cladding layer (61) made of Gat-zAAzAs doped with Te to about 2 to 3×10 cm is grown on top of this. Grow an n-cladding layer (62) to 1 μm. Here, the relationship between the M mixed crystal ratio of each cladding layer and the active layer is x = 2 and x>
y r z > y. Finally, n-type GaAs is placed on the high concentration n cladding layer (62) to make contact with the electrode.
Grow a cap layer (7) consisting of: A single liquid phase epitaxial growth process is performed from the n-cladding layer (3) to the cap layer (7). After these growths, electrodes (8
) and (9) are formed.

この半導体レーザ素子の動作原理は〔発明が解決しよう
とする問題点〕で述べた通りである。p−n接合界面を
形成するn−クラッド層が低濃度になっているため、活
性層(4)との界面には高濃度Te  ドープn−り2
ラド層の場合よりも非発光再結合中心となる欠陥がはる
かに少なく、また、高!1!薦Te  ドープ層からp
形層への不純物の拡散が抑制されるので、リーモート接
合になることなく、発振しきい電流の低減・発光効率の
向上、そして信頼度の大きな改善が可能となる。また、
低濃度G a AjA s層を設けてもその厚さがn形
クラッド層の30〜40%程度であり素子抵抗の上昇は
、はとんど無視できる程度であり、熱抵抗の上昇も問題
ない。
The operating principle of this semiconductor laser device is as described in [Problems to be Solved by the Invention]. Since the n-cladding layer forming the p-n junction interface has a low concentration, the interface with the active layer (4) has a high concentration of Te doped n-2.
There are far fewer defects serving as non-radiative recombination centers than in the case of the Rad layer, and there are also high! 1! Recommended Te doped layer to p
Since the diffusion of impurities into the shaped layer is suppressed, it is possible to reduce the oscillation threshold current, improve luminous efficiency, and significantly improve reliability without forming a remote junction. Also,
Even if a low concentration GaAjA s layer is provided, its thickness is about 30 to 40% of the n-type cladding layer, so the increase in element resistance is almost negligible, and the increase in thermal resistance is also no problem. .

〔実施例2〕 本発明の@2の実施例を以下に述べる。[Example 2] A @2 embodiment of the present invention will be described below.

半導体レーザ素子の構造は、実施例1と同様に第1図に
示す通)である。2J−構造のn−クラッド層において
、2〜5X10  cm  の低園度G a t −z
Aj!zAs層(61)と2〜3X10  cm  の
/−3fJ度Gat−uAffiuAsl曽(62)の
M混晶比の曲係をx=u>z 、 、r)=y*z>y
とする。このように低9W層(61辺At混晶比を?2
11度tU (62)よりも下げることにより、活性層
でレーザ発振した光は、低噴度n−クラッド層(61)
を通して高飽度n−クラッド層(6υへしみ出す光が多
くなる。これにより、Tet−高濃度(2〜3X10 
 cm  程度)にドープしたGaAjAsには、非発
光再結合中心が多くなシ、戻シ光により誘起する雑音、
縦モードの不安定性、並びに雑音の温度特性が改善され
た、低雑音レーザ素子となる。また、光ディスクに用い
られるような高出力レーザにおいても、レーザ光出射端
面の劣化防止という点から、活性層からクラッド層への
光のしみ出しtを多くする素子構造にする事は、レーザ
素子の信頼度向上の有向な手段となる。
The structure of the semiconductor laser element is as shown in FIG. 1, as in Example 1. In the n-cladding layer of the 2J-structure, the low density G a t -z of 2~5X10 cm
Aj! The curvature of the M crystal ratio of the zAs layer (61) and the /-3fJ degree Gat-uAffiuAsl (62) of 2~3X10 cm is x = u>z, , r) = y*z>y
shall be. In this way, the low 9W layer (61 side At mixed crystal ratio ?2
By lowering the temperature below 11 degrees tU (62), the laser oscillation in the active layer is transmitted through the low ejection n-cladding layer (61).
More light seeps into the highly saturated n-cladding layer (6υ) through the Tet-high concentration (2~3X10
GaAjAs doped to a depth of about 1 cm) has many non-radiative recombination centers, and noise induced by backlight,
This results in a low-noise laser device with improved longitudinal mode instability and noise temperature characteristics. In addition, even in high-power lasers such as those used in optical disks, from the viewpoint of preventing deterioration of the laser beam emitting end face, it is important to create an element structure that increases the amount of light seeping from the active layer to the cladding layer. It is a positive means of improving reliability.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に本発明は、p形活性ノーと高濃度Te
  ドープn形クラッド層で形成されるp−n接合界面
で生じるTeのp形層への固相拡敢を抑制するためにp
−n接合界面側に2〜5X10  cmの低濃度Te 
 ドープn形クラッド層を設けた。これにより、pn接
合がリーモート接合化することなくSD形活性ノーとn
形クラッド層とのへテロ界面がp −n接合面となり、
レーザ素子の発振しきい電流が低減、発振効率の向上、
信頼度の改善が可能となる。また、27m&造のn形ク
ラッド層のうち低濃度層のM混晶比を高濃度層よシも下
げることにより、レーザ素子の低雑音化が可能となる。
As explained above, the present invention combines p-type active no and high concentration Te.
In order to suppress the solid phase expansion of Te into the p-type layer, which occurs at the p-n junction interface formed in the doped n-type cladding layer,
-N low concentration Te of 2 to 5 x 10 cm on the junction interface side
A doped n-type cladding layer was provided. This prevents the pn junction from becoming a remote junction and allows SD type active no and n
The hetero interface with the shaped cladding layer becomes the p-n junction surface,
Reduces the oscillation threshold current of the laser element, improves oscillation efficiency,
It is possible to improve reliability. In addition, by lowering the M mixed crystal ratio in the low concentration layer of the 27m&n; type n-type cladding layer compared to the high concentration layer, it is possible to reduce the noise of the laser element.

又、本発明に於ては、n型のドーピング不純物としてT
eを用いて説明したが、Su、Se、S等を用いた場合
に於ても同様な効果が期待できるものである。
Furthermore, in the present invention, T is used as an n-type doping impurity.
Although the explanation has been made using Su, Se, S, etc., similar effects can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明による内部ストライプ半導体レーザ素
子の一実施例の構成を示す断面図であり、第2の実施例
においても同一構成である。第2図は、従来の内部スト
ライプ半導体レーザ素子の断面図である。第3図はp形
ドーパント仕込遺を一定とし、n形クラッド層のTe仕
込量を変えたときのp、nクラッド層の4度の変化を示
す図である。 1・・・・・・G a A s基板、2・・・・・・電
流狭窄層、3・・・・・・p形クラッド層、4・・・・
・・p形活性層、6・・・・・・Teドープn形クラッ
ド層、61・・・・・・Te  ドープ低濃度nクラッ
ド層、62・・・・・・Te  ドープ高濃度nクラッ
ド層、7・・・・・・キャップ層、8.9・・・・・・
電極、10・・・・・・溝。 1−”””、
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of one embodiment of the internal stripe semiconductor laser device according to the present invention, and the second embodiment has the same structure. FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional internal stripe semiconductor laser device. FIG. 3 is a diagram showing a change of 4 degrees in the p and n cladding layers when the amount of Te in the n-type cladding layer is changed while the p-type dopant loading remains constant. 1...G a As substrate, 2... Current confinement layer, 3... P-type cladding layer, 4...
...p-type active layer, 6...Te-doped n-type cladding layer, 61...Te-doped lightly doped n-cladding layer, 62...Te-doped heavily doped n-cladding layer , 7... Cap layer, 8.9...
Electrode, 10...groove. 1-”””,

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] p形活性層とn形クラッド層とからなるpn接合におい
て、該n形クラッド層を5×10^1^7cm^−^3
以下の低濃度層と1×10^1^8cm^−^3以上の
高濃度層の2層から構成し、pn接合側を低濃度層、他
方を高濃度層とすることを特徴とする半導体レーザ素子
In a pn junction consisting of a p-type active layer and an n-type cladding layer, the n-type cladding layer is 5×10^1^7cm^-^3
A semiconductor consisting of two layers: a low concentration layer below and a high concentration layer of 1×10^1^8 cm^-^3 or more, with the pn junction side being the low concentration layer and the other being the high concentration layer. laser element.
JP8151087A 1987-04-01 1987-04-01 Semiconductor laser element Pending JPS63245987A (en)

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