JP2006100626A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Hideki Asano
英樹 浅野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device which is high in reliability and equipped with an active layer that is formed of a good composition substituted for InGaP or AlGaInP and restrained from deteriorating in quality with time. <P>SOLUTION: At least, a first conductivity-type AlGaInP clad layer 2, an AlGaInP light guide layer, a quantum well active layer, an AlGaInP light guide layer, and a second conductivity-type AlGaInP clad layer 4, are laminated on a first conductivity-type GaAs substrate 1 for the formation of a semiconductor light emitting device. The quantum well active layer is formed of InGaAs<SB>y</SB>P<SB>1-y</SB>or AlGaInAs<SB>y</SB>P<SB>1-y</SB>. When the content ratio of As to elements of a group V in InGaAs<SB>y</SB>P<SB>1-y</SB>or AlGaInAs<SB>y</SB>P<SB>1-y</SB>is represented by y, y is set so as to satisfy a formula, 0<y≤0.1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体発光装置、特に詳細には、活性層がInGaAsyP1-yもしくはAlGaInAsyP1-yから構成されてなる半導体発光装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device in which an active layer is composed of InGaAs y P 1-y or AlGaInAs y P 1 -y .

現在、光ファイバを家庭まで接続した光ネットワーク(FTTH)が普及し始めており、ますます情報化社会が進展してきている。現状実用化されている光ファイバ通信は100Mbps(ビット/秒)程度の通信速度であるが、今後はより高速性を高め、伝送情報量を増やすことが期待されている。   At present, an optical network (FTTH) in which optical fibers are connected to homes is becoming widespread, and an information-oriented society is increasingly developed. Optical fiber communication currently in practical use has a communication speed of about 100 Mbps (bits / second), but in the future, it is expected to increase the speed and increase the amount of transmission information.

このような光ファイバ通信の普及に伴い、現在主流である石英ファイバからコストの安いプラスチックファイバが注目を浴びている。その理由はファイバの値段が安い上に、コア径が太いことから半導体レーザとの結合が容易で、実装コストが低く抑えられるからである。   With the spread of such optical fiber communications, plastic fibers with low cost are attracting attention from quartz fibers which are currently mainstream. This is because the fiber price is low and the core diameter is large, so that it can be easily coupled with the semiconductor laser, and the mounting cost can be kept low.

プラスチックファイバで使用される光源としては、現在入手できる半導体レーザの中で最も損失の小さい波長650nm帯の赤色半導体レーザが有望とされている。しかし赤色半導体レーザは信頼性が低く、長距離の光通信で多く用いられている赤外半導体レーザが数十万時間の寿命を有しているのに対し、寿命がせいぜい数万時間であり、長寿命のものが存在しないのが実情である。   As a light source used in a plastic fiber, a red semiconductor laser with a wavelength of 650 nm, which has the smallest loss among currently available semiconductor lasers, is considered promising. However, red semiconductor lasers are unreliable, and infrared semiconductor lasers that are often used in long-distance optical communications have lifetimes of several hundred thousand hours, whereas lifetimes are at most tens of thousands of hours. The fact is that there is no long-life thing.

赤色半導体レーザの信頼性が低い原因としては、使用する材料であるAlGaInP系の結晶成長が難しくて結晶品質が低い、ドーピング制御が困難、等が考えられている。また、元々この波長帯の半導体レーザでは、量子井戸活性層にGaInP、障壁層にAlGaInPが用いられていることから伝導帯の電位障壁の高さΔEcが小さく、電子がオーバーフローし易いこと、AlGaInPの熱抵抗が大きいために発熱し易いこと、等も信頼性低下の原因と考えられている。   The reason why the reliability of the red semiconductor laser is low is considered that it is difficult to grow an AlGaInP-based crystal as a material to be used, the crystal quality is low, and doping control is difficult. In addition, the semiconductor laser of this wavelength band originally uses GaInP for the quantum well active layer and AlGaInP for the barrier layer, so that the potential barrier height ΔEc in the conduction band is small, and electrons easily overflow. The fact that heat is easily generated due to the large thermal resistance is considered to be a cause of a decrease in reliability.

そこで、上に示した電位障壁の高さΔEcが小さいという欠点を改善するために、特許文献1には、活性層にInGaAsP、クラッド層にAlGaInPを用いたダブルヘテロ構造の半導体レーザが提案されている。この半導体レーザは、活性層をInGaAsPとすることでΔEcを大きくして、電子のオーバーフローを抑制するというものである。
特開平4−39986号公報
Therefore, in order to improve the above-described disadvantage that the potential barrier height ΔEc is small, Patent Document 1 proposes a semiconductor laser having a double heterostructure using InGaAsP as an active layer and AlGaInP as a cladding layer. Yes. In this semiconductor laser, ΔEc is increased by using InGaAsP as an active layer, thereby suppressing electron overflow.
JP-A-4-39986

ところが、上述した特許文献1の中で提案されている構造の半導体レーザ、具体的にはAl0.35Ga0.15In0.5P0.5クラッドとIn0.4Ga0.6As0.2P0.8活性層を備えた半導体レーザを本発明者が実際に作製してその特性を評価したところ、発振しきい値が比較的高くなり、結果的には通常のGaInP活性層を有する半導体レーザよりも特性が悪くなることが判った。 However, the semiconductor laser having the structure proposed in the above-mentioned Patent Document 1, specifically, a semiconductor laser having an Al 0.35 Ga 0.15 In 0.5 P 0.5 cladding and an In 0.4 Ga 0.6 As 0.2 P 0.8 active layer is provided. When the inventor actually fabricated and evaluated the characteristics, it was found that the oscillation threshold became relatively high, and as a result, the characteristics were worse than those of a semiconductor laser having a normal GaInP active layer.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、一般的な赤色半導体レーザで使用されているInGaPあるいはAlGaInPに代わる良質な活性層を備えて、活性層の経時劣化を抑制できる、信頼性の高い半導体発光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a high-quality active layer in place of InGaP or AlGaInP used in a general red semiconductor laser, and can suppress deterioration over time of the active layer. An object of the present invention is to provide a high semiconductor light emitting device.

本発明による半導体発光装置は、
第1導電型GaAs基板上に、少なくとも第1導電型AlGaInPクラッド層、AlGaInP光ガイド層、量子井戸活性層、AlGaInP光ガイド層、第2導電型AlGaInPクラッド層を有してなる半導体発光装置において、
前記活性層が、InGaAsyP1-yもしくはAlGaInAsyP1-yから構成され、
該InGaAsyP1-yもしくはAlGaInAsyP1-yにおけるV族元素中のAsの含有割合yが、0<y≦0.1の範囲にあることを特徴とするものである。
A semiconductor light-emitting device according to the present invention comprises:
In a semiconductor light emitting device comprising at least a first conductivity type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP light guide layer, a quantum well active layer, an AlGaInP light guide layer, and a second conductivity type AlGaInP cladding layer on a first conductivity type GaAs substrate,
The active layer is composed of InGaAs y P 1-y or AlGaInAs y P 1-y ,
In the InGaAs y P 1 -y or AlGaInAs y P 1 -y , the As content ratio y in the group V element is in the range of 0 <y ≦ 0.1.

なお本発明の半導体発光装置において、上記Asの含有割合yは、より好ましくは0.03≦y≦0.07、さらに好ましくは0.04≦y≦0.06の範囲に設定される。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the As content ratio y is more preferably set in the range of 0.03 ≦ y ≦ 0.07, and more preferably 0.04 ≦ y ≦ 0.06.

また、本発明の半導体発光装置においては、
前記第2クラッド層内に、電流狭窄のための1対の第1導電型電流ブロック層が設けられ、
この電流ブロック層の各々に、発光部ストライプとほぼ平行に延びる溝が形成され、
前記基板の上に積層された半導体層の上に形成された電極が、素子面積よりも小さい面積のパッド電極で構成されていることが望ましい。
In the semiconductor light emitting device of the present invention,
A pair of first conductivity type current blocking layers for current confinement is provided in the second cladding layer,
Each of the current blocking layers is formed with a groove extending substantially parallel to the light emitting portion stripe,
It is desirable that the electrode formed on the semiconductor layer stacked on the substrate is composed of a pad electrode having an area smaller than the element area.

本発明者の研究によると、第1導電型GaAs基板上に、少なくとも第1導電型AlGaInPクラッド層、AlGaInP光ガイド層、量子井戸活性層、AlGaInP光ガイド層、第2導電型AlGaInPクラッド層を有してなる半導体発光装置において、活性層材料にInGaAsPもしくはAlGaInAsPを採用し、該InGaAsPもしくはAlGaInAsPのV族元素中に占めるAsの含有割合を10%以下(ただしAsは必ず含むものとする。つまり0<y≦0.1)に制御することによって良好な結晶品質が得られ、信頼性が格段に向上することが判明した。   According to the study by the present inventors, at least a first conductivity type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP light guide layer, a quantum well active layer, an AlGaInP light guide layer, and a second conductivity type AlGaInP cladding layer are provided on the first conductivity type GaAs substrate. In the semiconductor light emitting device formed as described above, InGaAsP or AlGaInAsP is adopted as the active layer material, and the content ratio of As in the group V element of the InGaAsP or AlGaInAsP is 10% or less (note that As is always included, that is, 0 <y). It has been found that by controlling to ≦ 0.1), good crystal quality can be obtained and the reliability is remarkably improved.

前述した特許文献1において具体的に提案されている実施例では、活性層を構成するInGaAsPのV族元素中でのAs含有割合は20%となっている。しかしこの組成のInGaAsPをGaAs基板上に作製すると、結晶組成がミシビリティ・ギャップと呼ばれる領域内となるため、各元素が固相内で均一に分散した混晶が得られにくく、結晶品質が低下する。これが原因で、特許文献1に示された半導体レーザでは良好な特性が得られなかったものと考えられる。それに対して、活性層を構成するInGaAsPもしくはAlGaInAsPのV族元素中に占めるAsの含有割合を10%以下にすると、結晶組成がミシビリティ・ギャップ領域から離れるために結晶品質の劣化が抑制されて、活性層に採用しても十分な信頼性が得られると考えられる。   In the embodiment specifically proposed in Patent Document 1 described above, the As content in the group V element of InGaAsP constituting the active layer is 20%. However, when InGaAsP with this composition is fabricated on a GaAs substrate, the crystal composition falls within a region called the miscibility gap, so it is difficult to obtain a mixed crystal in which each element is uniformly dispersed in the solid phase, resulting in a deterioration in crystal quality. . For this reason, it is considered that good characteristics were not obtained with the semiconductor laser disclosed in Patent Document 1. On the other hand, when the content ratio of As in the group V element of InGaAsP or AlGaInAsP constituting the active layer is 10% or less, the crystal composition is separated from the miscibility gap region, so that the deterioration of the crystal quality is suppressed. It is considered that sufficient reliability can be obtained even if it is employed in the active layer.

以下、上記「10%」という数値の根拠について説明する。図3は、In0.6Ga0.4AsyP1-y歪量子井戸層からなる活性層を、そのAsの割合を種々に変えて作製した半導体レーザについて、各々の劣化率を測定した結果を示すものである。これらの半導体レーザにおいては基本的にクラッド層を(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)、光ガイド層を(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)から形成し、量子井戸数は3とした。また共振器長は300μm、端面反射率は前面30%、後面70%とし、ジャンクションアップ方式でSiヒートシンク、直径5.6mmの小型パッケージに順に実装した。なお発振波長は、25℃−1mW出力時に660nmとなるようにした。また通電試験条件は50℃−5mWのAPC(Automatic Power Control)駆動とした。なお同図における縦軸の劣化率は、APC駆動による電流増加の割合を駆動時間で割ったものである。またここでは、劣化特性の傾向を把握するために上記Asの割合が0%の半導体レーザも作製し、それについても測定を行ったが、その半導体レーザは勿論本発明に含まれない。 Hereinafter, the basis of the above numerical value of “10%” will be described. FIG. 3 shows the results of measuring the respective deterioration rates of semiconductor lasers produced by changing the As ratio of active layers composed of In 0.6 Ga 0.4 As y P 1-y strained quantum well layers. It is. In these semiconductor lasers, the cladding layer is basically (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.7) and the light guide layer is (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5 The number of quantum wells is 3. The resonator length was 300 μm, the end face reflectance was 30% on the front side, and the rear surface was 70%. The junction was mounted on a Si heat sink and a small package with a diameter of 5.6 mm in order. The oscillation wavelength was set to 660 nm at 25 ° C. and 1 mW output. The energization test conditions were 50 ° C.-5 mW APC (Automatic Power Control) drive. Note that the deterioration rate on the vertical axis in the figure is obtained by dividing the rate of current increase by APC driving by the driving time. Further, here, in order to grasp the tendency of the degradation characteristics, a semiconductor laser having the above As ratio of 0% was also manufactured and measured. However, the semiconductor laser is not included in the present invention.

本発明者は、この図3に示される通り、Asの含有割合を10%以下にすることで、現在実用化されているInGaPを活性層に用いた赤色半導体レーザ(劣化率はほぼ1.0×10-5/h)よりも劣化率が低減することを発見した。これにより本発明においては、Asの含有割合を最大でも10%とするものである。これは、Asの含有割合を大きくし過ぎないことで、前述したミシビリティ・ギャップの問題から逃れられているためと考えられる。また、前述した特許文献1に提案されたものと同様に、基本的にはAsを混入することで活性層が熱的に安定化し、成長中のリン抜けが抑制される効果、及びP系材料が持つ材料としての脆弱性が改善される効果も得られていると考えられる。 As shown in FIG. 3, the inventor of the present invention reduced the As content to 10% or less, so that a red semiconductor laser using InGaP, which is currently in practical use, as the active layer (deterioration rate is approximately 1.0 × 10 -5 / h) was found to reduce the deterioration rate. Thereby, in the present invention, the content ratio of As is 10% at the maximum. This is thought to be because the content ratio of As is not increased too much, thereby avoiding the aforementioned problem of miscibility gap. In addition, similar to the one proposed in Patent Document 1 described above, basically, the active layer is thermally stabilized by mixing As, and the phosphorus removal during growth is suppressed. It is thought that the effect of improving the fragility as a material possessed by is also obtained.

また図3から判る通り、劣化率はAsの含有割合が5%近辺のときに最小となり、Asの含有割合がそれより小さくなると大きくなる傾向にある。これは、Asの含有量が余りに少ないと、Asによって伝導帯の電位障壁の高さΔEcを下げる効果が薄れるためであると考えられる。   As can be seen from FIG. 3, the deterioration rate tends to be minimum when the As content is around 5%, and tends to increase when the As content is smaller. This is presumably because the effect of lowering the potential barrier height ΔEc of the conduction band is weakened by As if the content of As is too small.

一般に光通信用に必要な寿命は10万時間以上と言われており、半導体レーザの寿命を動作電流が初期値の1.2倍になる時点と定義した場合、10万時間以上の寿命を得るために劣化率としては、2×10-6/h{=(1.2−1)/(1×105h)}が必要である。図3よりこの劣化率を実現するためには、Asの含有割合を3〜7%とすればよいことが解る。また、Asの含有割合を4〜6%の範囲に設定すれば、さらに高い信頼性が得られるようになる。 In general, the life required for optical communication is said to be 100,000 hours or more. To define the life of a semiconductor laser as the point when the operating current is 1.2 times the initial value, to obtain a life of 100,000 hours or more. As the deterioration rate, 2 × 10 −6 / h {= (1.2−1) / (1 × 10 5 h)} is required. It can be seen from FIG. 3 that the content ratio of As should be 3 to 7% in order to realize this deterioration rate. Further, if the As content is set in the range of 4 to 6%, higher reliability can be obtained.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態による半導体レーザの概略立断面形状を示すものであり、また図2にはこの半導体レーザの発光層近傍のバンドダイアグラムを示す。図1に示されている通り本実施形態の半導体レーザは、例えば (100)から(011)方向に15°傾けたオフ基板であるn-GaAs基板1の上に、厚さ1μmのn- (AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)クラッド層2、発光層3、厚さ0.2μmのp-(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)第1クラッド層4、厚さ10nmのp-InGaPエッチングストップ層5、厚さ0.8μmのp-(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)第2クラッド層6、厚さ10nmのp-InGaPヘテロバリヤ層7、厚さ1μmのp-GaAsコンタクト層10がこの順に積層されてなる発光領域を有する。なお以上の通り本実施形態では、第1導電型がn型、第2導電型がp型である。 FIG. 1 shows a schematic vertical sectional shape of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a band diagram in the vicinity of a light emitting layer of the semiconductor laser. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser according to the present embodiment is formed on an n-GaAs substrate 1 which is an off-substrate tilted by 15 ° in the (100) to (011) direction, for example, with a thickness of 1 μm. Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.7) cladding layer 2, light emitting layer 3, p- (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.7) first with a thickness of 0.2 μm Cladding layer 4, 10 nm thick p-InGaP etching stop layer 5, 0.8 μm thick p- (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.7) second cladding layer 6, 10 nm thick A p-InGaP heterobarrier layer 7 and a p-GaAs contact layer 10 having a thickness of 1 μm have a light emitting region formed by laminating in this order. As described above, in the present embodiment, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.

上記の発光層3は図2にも示されている通り、厚さ100nmの(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)光ガイド層110、厚さ6nmのIn0.6Ga0.4As0.05P0.95歪量子井戸層111並びに厚さ5nmの(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)障壁層112で構成される多重量子井戸活性層、および厚さ100nmの(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)光ガイド層113から構成されている。つまり本実施形態において、InGaAsP歪量子井戸層におけるV族元素中のAsの含有割合yは5%である。 As shown in FIG. 2, the light emitting layer 3 has a (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5) light guide layer 110 with a thickness of 100 nm, an In 0.6 Ga 0.4 with a thickness of 6 nm. A multiple quantum well active layer composed of an As 0.05 P 0.95 strained quantum well layer 111 and a 5 nm thick (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5) barrier layer 112, and a 100 nm thick ( The Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5) light guide layer 113 is used. That is, in this embodiment, the As content ratio y in the group V element in the InGaAsP strained quantum well layer is 5%.

また、上記発光領域の両脇に存在する電流狭窄領域は、n-GaAs基板1上に前記発光領域を構成するn- (AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)クラッド層2〜p-InGaPエッチングストップ層5が同じ層構成で積層され、その上に厚さ0.8μmのn-GaAs電流ブロック層9および厚さ1μmのp-GaAsコンタクト層10がこの順に積層された構造となっている。 The current confinement regions existing on both sides of the light emitting region are n- (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.7) clad layers constituting the light emitting region on the n-GaAs substrate 1. 2 to p-InGaP etching stop layer 5 are stacked in the same layer structure, and 0.8 μm thick n-GaAs current blocking layer 9 and 1 μm thick p-GaAs contact layer 10 are stacked in this order. It has become.

なお、InGaAsP歪量子井戸活性層の層数は3である。そして共振器長は300μm、端面反射率は前面30%、後面70%である。   Note that the number of InGaAsP strained quantum well active layers is three. The resonator length is 300 μm, the end face reflectance is 30% on the front surface, and 70% on the rear surface.

また電流狭窄領域内には、2本の溝Vがリッジ状ストライプと平行に形成されている。これらの溝Vは電流ブロック層9のpn接合界面における寄生容量を電気的に分離・低減するためのもので、n-GaAs基板1にまで到達する深さを有している。それらの溝Vどうしの間隔は20μmである。また溝Vの表面には絶縁膜11が形成され、その上にp電極12が形成されている。このp電極12は、素子面積つまりn-GaAs基板1上に積層された半導体層の面積よりも小さいパッド電極として、p-GaAsコンタクト層10〜絶縁膜11〜p電極12における寄生容量も低減できる構造とされている。   In the current confinement region, two grooves V are formed in parallel with the ridge stripe. These grooves V are for electrically isolating and reducing the parasitic capacitance at the pn junction interface of the current blocking layer 9 and have a depth reaching the n-GaAs substrate 1. The interval between the grooves V is 20 μm. An insulating film 11 is formed on the surface of the groove V, and a p-electrode 12 is formed thereon. The p-electrode 12 serves as a pad electrode smaller than the element area, that is, the area of the semiconductor layer stacked on the n-GaAs substrate 1, and can reduce parasitic capacitance in the p-GaAs contact layer 10 to the insulating film 11 to the p-electrode 12. It is structured.

本素子はSiヒートシンク上にジャンクションアップ方式で実装され、パッド電極12上に配置したワイヤから給電されて駆動する。   This element is mounted on a Si heat sink by a junction-up method, and is driven by being fed from a wire disposed on the pad electrode 12.

本実施形態の半導体レーザの特性は、しきい値電流24mA、スロープ効率0.5W/Aと良好であった。また、プラスチックファイバを用いた光通信に必要な光出力1mWにおける動作電流は約26mAであり、この時の発振波長は25℃下で660nmであった。本素子を50℃、1mWにおける通電試験にかけた結果、推定寿命として約20万時間の良好な特性が見積もられた。   The characteristics of the semiconductor laser of this embodiment were good with a threshold current of 24 mA and a slope efficiency of 0.5 W / A. The operating current at an optical output of 1 mW required for optical communication using a plastic fiber was about 26 mA, and the oscillation wavelength at this time was 660 nm at 25 ° C. As a result of subjecting this device to an energization test at 50 ° C. and 1 mW, a good characteristic of about 200,000 hours was estimated as an estimated life.

なお、本実施形態ではn-GaAs基板1として、(100)から(011)方向に15°傾けたオフ基板を使用したが、この傾斜角度に関しては5°、7°、9°、11°、13°、15°、20°とした基板を用いて同様な半導体レーザを作製しており、この範囲内であれば同様な結果が得られている。   In this embodiment, as the n-GaAs substrate 1, an off-substrate tilted by 15 ° from the (100) direction to the (011) direction is used, but this tilt angle is 5 °, 7 °, 9 °, 11 °, Similar semiconductor lasers are fabricated using substrates of 13 °, 15 °, and 20 °, and similar results are obtained within this range.

またエッチングストップ層5の材料として使用したp-InGaPには、導波損失を低減する目的から引張歪のInGaPを用いる方がより望ましい。   For p-InGaP used as the material for the etching stop layer 5, it is more desirable to use tensile strained InGaP for the purpose of reducing waveguide loss.

さらに本実施形態では、リッジ形成後にn-GaAsで埋め込む構造を採用したが、横モード制御方法としては他の方法を採用しても構わない。例えば埋め込む材料をn-AlInPにすることにより共振器損失が低減し、それにより優れた特性が得られる。あるいはリッジ構造を採用しても同様の効果が得られる。   Further, in this embodiment, a structure embedded with n-GaAs after the ridge formation is adopted, but other methods may be adopted as the transverse mode control method. For example, by using n-AlInP as the embedding material, the resonator loss is reduced, and thereby excellent characteristics can be obtained. Alternatively, the same effect can be obtained even if a ridge structure is adopted.

以上、光ガイド層におけるIII族元素中のAl組成を0.25とした実施形態について説明したが、その他にこのAl組成を0.4、0.45、0.55、0.6と変えても、各組成において量子井戸活性層の幅を微調整することにより、25℃において良好な特性を得ることができる。   As described above, the embodiment in which the Al composition in the group III element in the light guide layer is set to 0.25 has been described, but in addition to this, even if this Al composition is changed to 0.4, 0.45, 0.55, and 0.6, the quantum well active layer in each composition By finely adjusting the width, good characteristics can be obtained at 25 ° C.

次に、本発明の第2の実施形態による半導体レーザについて説明する。この半導体レーザの基本的な構造は第1実施形態のものと同じであるが、発光層の構造が異なり、ここでは、nクラッド層2に続けて、厚さ0.1μmの(AlxGa1-x)InAsy P 1-y (x=0.5、y=0.03)光ガイド層、Al0.05Ga0.35In0.6As0.05P0.95歪量子井戸層と(AlxGa1-x)InAsy P 1-y (x=0.5、y=0.03)障壁層とで構成される多重量子井戸活性層、および厚さ0.1μmの(AlxGa1-x)InAsy P 1-y (x=0.5、y=0.03)光ガイド層が積層された構造となっている。 Next, a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention will be described. The basic structure of this semiconductor laser is the same as that of the first embodiment, but the structure of the light emitting layer is different. Here, following the n clad layer 2, (Al x Ga 1− x ) InAs y P 1-y (x = 0.5, y = 0.03) light guide layer, Al 0.05 Ga 0.35 In 0.6 As 0.05 P 0.95 strained quantum well layer and (Al x Ga 1-x ) InAs y P 1-y (x = 0.5, y = 0.03) Multiple quantum well active layer composed of barrier layer, and (Al x Ga 1-x ) InAs y P 1-y with a thickness of 0.1 μm (x = 0.5, y = 0.03) A light guide layer is laminated.

本実施形態では量子井戸活性層にAlが含まれているために、発振波長を短波長化することができ、プラスチックファイバの損失が低くなる波長付近で発振可能となる。なお本実施形態において共振器長は250μm、端面反射率は前面70%、後面90%である。   In this embodiment, since Al is contained in the quantum well active layer, the oscillation wavelength can be shortened, and oscillation is possible in the vicinity of the wavelength at which the loss of the plastic fiber is reduced. In this embodiment, the resonator length is 250 μm, the end face reflectance is 70% on the front surface, and 90% on the rear surface.

本実施形態の半導体レーザの特性は、しきい値電流18mA、スロープ効率0.2W/Aであった。また、プラスチックファイバを用いた光通信に必要な光出力1mWにおける動作電流は約23mAであった。本素子を50℃、1mWにおける通電試験にかけた結果、推定寿命として約10万時間の良好な特性が見積もられた。   The characteristics of the semiconductor laser of this embodiment were a threshold current of 18 mA and a slope efficiency of 0.2 W / A. The operating current at an optical output of 1 mW required for optical communication using a plastic fiber was about 23 mA. As a result of subjecting this device to an energization test at 50 ° C. and 1 mW, a good characteristic of about 100,000 hours was estimated as an estimated life.

なお本実施形態では、活性層に圧縮歪性のAlGaInAsPを用いたが、引張歪性の材料を用いても構わない。   In this embodiment, compressive strainable AlGaInAsP is used for the active layer, but a tensile strainable material may be used.

本発明の第1実施形態による半導体レーザ装置の断面模式図1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 上記半導体レーザにおける活性領域のバンドダイアグラムBand diagram of the active region in the semiconductor laser. InGaAsP活性層中のAs割合と半導体レーザの劣化率との関係を示すグラフA graph showing the relationship between the As ratio in the InGaAsP active layer and the degradation rate of the semiconductor laser

符号の説明Explanation of symbols

1 n-GaAs基板
2 n-(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)クラッド層
3 発光層(光ガイド層+活性層)
4 p-(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)第1クラッド層
5 p-InGaPエッチングストップ層
6 p-(AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.7)第2クラッド層
7 p-InGaPヘテロバリヤ層
9 n-GaAsブロック層
10 p-GaAsコンタクト層
11 絶縁膜
12 p電極
13 n電極
110 (AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)光ガイド層
111 In0.6Ga0.4As0.05P0.95歪量子井戸層
112 (AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)障壁層
113 (AlxGa1-x)0.5In0.5P(x=0.5)光ガイド層
1 n-GaAs substrate 2 n- (AlxGa1-x) 0.5In0.5P (x = 0.7) cladding layer 3 light emitting layer (light guide layer + active layer)
4 p- (AlxGa1-x) 0.5In0.5P (x = 0.7) first cladding layer 5 p-InGaP etching stop layer 6 p- (AlxGa1-x) 0.5In0.5P (x = 0.7) second cladding layer 7 p-InGaP heterobarrier layer
9 n-GaAs block layer
10 p-GaAs contact layer
11 Insulating film
12 p-electrode
13 n-electrode
110 (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5) light guide layer
111 In 0.6 Ga 0.4 As 0.05 P 0.95 Strained quantum well layer
112 (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5) barrier layer
113 (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P (x = 0.5) light guide layer

Claims (4)

第1導電型GaAs基板上に、少なくとも第1導電型AlGaInPクラッド層、AlGaInP光ガイド層、量子井戸活性層、AlGaInP光ガイド層、第2導電型AlGaInPクラッド層を有してなる半導体発光装置において、
前記活性層がInGaAsyP1-yもしくはAlGaInAsyP1-yから構成され、
該InGaAsyP1-yもしくはAlGaInAsyP1-yにおけるV族元素中のAsの含有割合yが、0<y≦0.1の範囲にあることを特徴とする半導体発光装置。
In a semiconductor light emitting device comprising at least a first conductivity type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP light guide layer, a quantum well active layer, an AlGaInP light guide layer, and a second conductivity type AlGaInP cladding layer on a first conductivity type GaAs substrate,
The active layer is composed of InGaAs y P 1-y or AlGaInAs y P 1-y ,
A semiconductor light emitting device, wherein the In content y in the group V element in the InGaAs y P 1-y or AlGaInAs y P 1-y is in the range of 0 <y ≦ 0.1.
前記Asの含有割合yが、0.03≦y≦0.07の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the content ratio y of As is in the range of 0.03 ≦ y ≦ 0.07. 前記Asの含有割合yが、0.04≦y≦0.06の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the content ratio y of As is in the range of 0.04 ≦ y ≦ 0.06. 前記第2クラッド層内に、電流狭窄のための1対の第1導電型電流ブロック層が設けられ、
この電流ブロック層の各々に、発光部ストライプとほぼ平行に延びる溝が形成され、
前記基板の上に積層された半導体層の上に形成された電極が、素子面積よりも小さい面積のパッド電極で構成されていることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の半導体発光装置。
A pair of first conductivity type current blocking layers for current confinement is provided in the second cladding layer,
Each of the current blocking layers is formed with a groove extending substantially parallel to the light emitting portion stripe,
4. The semiconductor according to claim 1, wherein the electrode formed on the semiconductor layer stacked on the substrate is composed of a pad electrode having an area smaller than an element area. Light emitting device.
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JP2017017365A (en) * 2007-12-21 2017-01-19 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Laser light source and method for manufacturing laser light source

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