JP2674382B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2674382B2 JP2674382B2 JP3235451A JP23545191A JP2674382B2 JP 2674382 B2 JP2674382 B2 JP 2674382B2 JP 3235451 A JP3235451 A JP 3235451A JP 23545191 A JP23545191 A JP 23545191A JP 2674382 B2 JP2674382 B2 JP 2674382B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、情報処理機器あるいは
光通信機器の光源に用いる半導体レーザに関する。
光通信機器の光源に用いる半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは極めて小型でかつ量産性
に富むため、現在情報処理機器や光通信機器の光源とし
て幅広く利用されている。実用的な光源として半導体レ
ーザに要求される主な特性は、発振閾値電流が低いこ
と、摂氏40℃〜60℃で安定な高温動作が可能なこと
などである。近年、勝山らはGa0.43In0.57Pからな
るいわゆる歪量子井戸活性層を用いた半導体レーザが比
較的低い発振閾値電流を示すことをエレクトロニクスレ
ターズ誌(第26巻1376頁、1990年)に報告し
た。また、伊知地らはIn0.22Ga0.78Asからなる歪
量子井戸活性層を用いた半導体レーザで低い発振閾値電
流を報告している(第12回半導体レーザ国際会議ダイ
ジェスト44頁、1990年)。これらの半導体レーザ
では、面内圧縮歪を受けた量子井戸活性層の価電子有効
質量が低下するために発振閾値電流が低減すると考えら
れている。
に富むため、現在情報処理機器や光通信機器の光源とし
て幅広く利用されている。実用的な光源として半導体レ
ーザに要求される主な特性は、発振閾値電流が低いこ
と、摂氏40℃〜60℃で安定な高温動作が可能なこと
などである。近年、勝山らはGa0.43In0.57Pからな
るいわゆる歪量子井戸活性層を用いた半導体レーザが比
較的低い発振閾値電流を示すことをエレクトロニクスレ
ターズ誌(第26巻1376頁、1990年)に報告し
た。また、伊知地らはIn0.22Ga0.78Asからなる歪
量子井戸活性層を用いた半導体レーザで低い発振閾値電
流を報告している(第12回半導体レーザ国際会議ダイ
ジェスト44頁、1990年)。これらの半導体レーザ
では、面内圧縮歪を受けた量子井戸活性層の価電子有効
質量が低下するために発振閾値電流が低減すると考えら
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】歪量子井戸活性層を用
いた従来の半導体レーザの発振閾値電流は低いが、その
高温動作特性は必ずしも良くない。これは、該活性層中
の注入キャリア密度が大きく、該キャリアの閉じ込めが
不十分だからである。高温動作特性を改善するために
は、さらに発振閾値電流を低減することが必要である。
いた従来の半導体レーザの発振閾値電流は低いが、その
高温動作特性は必ずしも良くない。これは、該活性層中
の注入キャリア密度が大きく、該キャリアの閉じ込めが
不十分だからである。高温動作特性を改善するために
は、さらに発振閾値電流を低減することが必要である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
1つは(0,0,1)面を持つ半導体基板と、(0,
0,1)面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−1,1,1〕ま
たは〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持つ化合物半導
体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を少なくとも
含むレーザ共振器を有することを特徴とする。(0,
0,1)面から〔1,1,0〕方向、〔1,0,0〕方
向、〔0,1,0〕方向など任意の方向へ多少傾斜した
面を持つ半導体基板を用いてもよい。
1つは(0,0,1)面を持つ半導体基板と、(0,
0,1)面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−1,1,1〕ま
たは〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持つ化合物半導
体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を少なくとも
含むレーザ共振器を有することを特徴とする。(0,
0,1)面から〔1,1,0〕方向、〔1,0,0〕方
向、〔0,1,0〕方向など任意の方向へ多少傾斜した
面を持つ半導体基板を用いてもよい。
【0005】また、本発明のもう1つの半導体レーザ
は、(0,0,1)面から〔−1,1,0〕方向あるい
は〔1,−1,0〕方向へ傾斜した面を持つ半導体基板
と、(0,0,1)面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−1,
1,1〕または〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持つ
化合物半導体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を
少なくとも含むレーザ共振器を有することを特徴とす
る。ただし厳密には、該圧縮歪面は(0,0,1)面か
ら〔−1,1,0〕方向あるいは〔1,−1,0〕方向
へ傾斜した面である。
は、(0,0,1)面から〔−1,1,0〕方向あるい
は〔1,−1,0〕方向へ傾斜した面を持つ半導体基板
と、(0,0,1)面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−1,
1,1〕または〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持つ
化合物半導体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を
少なくとも含むレーザ共振器を有することを特徴とす
る。ただし厳密には、該圧縮歪面は(0,0,1)面か
ら〔−1,1,0〕方向あるいは〔1,−1,0〕方向
へ傾斜した面である。
【0006】また本発明の半導体レーザはGaAs基板
上に、圧縮歪と秩序状態をもつAlGaInPまたはI
nGaAsP層を有する半導体層を備えることを特徴と
する。あるいはInP基板上に、圧縮歪と秩序状態をも
つInGaAsP層を有する半導体層を備えることを特
徴とする。
上に、圧縮歪と秩序状態をもつAlGaInPまたはI
nGaAsP層を有する半導体層を備えることを特徴と
する。あるいはInP基板上に、圧縮歪と秩序状態をも
つInGaAsP層を有する半導体層を備えることを特
徴とする。
【0007】
【作用】秩序状態と面内圧縮歪を持つ活性層を有する本
発明の半導体レーザの作用を説明する。まず、秩序状態
の作用について述べる。五明らのグループ(フィジカル
レビューレターズ誌第60巻2645頁、1988年)
および他のグループはGaInP層、AlGaInP
層、InGaAs層やInGaAsP層などのエピタキ
シャル層が秩序状態を持つことを報告している。ただし
これらの半導体層が秩序状態を持つか否かはエピタキシ
ャル成長条件に依存する。秩序状態を持つGa0.50In
0.50Pの場合、Ga原子の副格子とIn原子の副格子が
〔−1,1,1〕あるいは〔1,−1,1〕方向に交互
に規則的に並ぶ。マスカレンハスらは、〔−1,1,
1〕方向に該秩序状態を持つ半導体層の基底準位間発光
再結合が発生する光の電気ベクトルは(−1,1,1)
面内に偏ると報告した(フィジカルレビューレターズ誌
第63巻2108頁、1989年)。従って、〔−1,
1,1〕あるいは〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持
つ半導体層で発生する再結合光の電気ベクトルは(−
1,1,1)面あるいは(1,−1,1)面に偏る。こ
れに対し、無秩序状態層で生じる光の電気ベクトル方位
は、等方的である。次に、圧縮歪の作用については、
(0,0,1)面に面内圧縮歪を持つ半導体層の基底準
位間発光再結合が発生する光の電気ベクトルは(0,
0,1)面内に偏ることが知られている。
発明の半導体レーザの作用を説明する。まず、秩序状態
の作用について述べる。五明らのグループ(フィジカル
レビューレターズ誌第60巻2645頁、1988年)
および他のグループはGaInP層、AlGaInP
層、InGaAs層やInGaAsP層などのエピタキ
シャル層が秩序状態を持つことを報告している。ただし
これらの半導体層が秩序状態を持つか否かはエピタキシ
ャル成長条件に依存する。秩序状態を持つGa0.50In
0.50Pの場合、Ga原子の副格子とIn原子の副格子が
〔−1,1,1〕あるいは〔1,−1,1〕方向に交互
に規則的に並ぶ。マスカレンハスらは、〔−1,1,
1〕方向に該秩序状態を持つ半導体層の基底準位間発光
再結合が発生する光の電気ベクトルは(−1,1,1)
面内に偏ると報告した(フィジカルレビューレターズ誌
第63巻2108頁、1989年)。従って、〔−1,
1,1〕あるいは〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持
つ半導体層で発生する再結合光の電気ベクトルは(−
1,1,1)面あるいは(1,−1,1)面に偏る。こ
れに対し、無秩序状態層で生じる光の電気ベクトル方位
は、等方的である。次に、圧縮歪の作用については、
(0,0,1)面に面内圧縮歪を持つ半導体層の基底準
位間発光再結合が発生する光の電気ベクトルは(0,
0,1)面内に偏ることが知られている。
【0008】本発明の半導体レーザの活性層は以上述べ
てきた秩序状態の作用と圧縮歪の作用を兼ね備える。該
活性層の再結合光の電気ベクトル方位は、秩序状態の作
用により(−1,1,1)面または(1,−1,1)面
に偏る。さらに、該電気ベクトル方位は面内圧縮歪の作
用により(0,0,1)面内に偏る。これらの結果、図
3(a)に示すように、本発明の半導体レーザの活性層
で生じる再結合光の電気ベクトルは(−1,1,1)面
または(1,−1,1)面と(0,0,1)面に共に含
まれる唯一の方向つまり〔1,1,0〕方向に偏る。
〔1,1,0〕方向の電気ベクトルを持つ光の放射方位
は(1,1,0)面内方位である。従って、〔−1,
1,0〕方向や〔0,0,1〕方向などの(1,1,
0)面に含まれる方位に形成されたレーザ共振器を有す
本発明の半導体レーザでは、全再結合光のうちで発振モ
ードに利得を与える再結合光の割合が従来より高い。こ
の結果、該半導体レーザは低い発振閾値電流を示す。従
来の歪量子井戸活性層半導体レーザは格子歪の作用だけ
を受けるため、図3(b)に示すように発光再結合光の
電気ベクトル方位は(0,0,1)面内の自由な方位を
とる。この場合の再結合光は全方位へ放射し、発振モー
ドに利得を与える再結合光の割合が低い。
てきた秩序状態の作用と圧縮歪の作用を兼ね備える。該
活性層の再結合光の電気ベクトル方位は、秩序状態の作
用により(−1,1,1)面または(1,−1,1)面
に偏る。さらに、該電気ベクトル方位は面内圧縮歪の作
用により(0,0,1)面内に偏る。これらの結果、図
3(a)に示すように、本発明の半導体レーザの活性層
で生じる再結合光の電気ベクトルは(−1,1,1)面
または(1,−1,1)面と(0,0,1)面に共に含
まれる唯一の方向つまり〔1,1,0〕方向に偏る。
〔1,1,0〕方向の電気ベクトルを持つ光の放射方位
は(1,1,0)面内方位である。従って、〔−1,
1,0〕方向や〔0,0,1〕方向などの(1,1,
0)面に含まれる方位に形成されたレーザ共振器を有す
本発明の半導体レーザでは、全再結合光のうちで発振モ
ードに利得を与える再結合光の割合が従来より高い。こ
の結果、該半導体レーザは低い発振閾値電流を示す。従
来の歪量子井戸活性層半導体レーザは格子歪の作用だけ
を受けるため、図3(b)に示すように発光再結合光の
電気ベクトル方位は(0,0,1)面内の自由な方位を
とる。この場合の再結合光は全方位へ放射し、発振モー
ドに利得を与える再結合光の割合が低い。
【0009】また、本発明の他の半導体レーザでは、
(0,0,1)から〔−1,1,0〕方向(または
〔1,−1,0〕方向)に傾斜した面を持つ半導体基板
を用いる。(0,0,1)面を持つ半導体基板上のエピ
タキシャル層が持つ該秩序状態の方位は〔−1,1,
1〕方向と〔1,−1,1〕方向が同等に混在している
のに対し、(0,0,1)から〔−1,1,0〕方向
(または〔1,−1,0〕方向)に傾斜した面を持つ半
導体基板上では該秩序状態の方位が〔−1,1,1〕方
向(〔1,−1,1〕方向)に偏ることが報告されてい
る(ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス
誌第28巻L1728頁1989年、および、1991
年春季応用物理学関係連合講演会講演32a−ZG−
5)。つまり、該傾斜基板上の該エピタキシャル層が持
つ秩序状態の秩序度はより高い。従って、先に述べた本
発明の作用はより強く働く。該傾斜基板を用いた場合の
圧縮歪面方位は(0,0,1)面から傾くが、本発明の
作用の原理に従い再結合光の放射方位はやはり(1,
1,0)面内方位に偏る。レーザ共振器の方向も〔−
1,1,0〕方向から〔0,0,1〕方向へ、あるいは
〔0,0,1〕方向から〔−1,1,0〕方向へ傾く
が、これらのレーザ共振器方位は依然(1,1,0)面
に含まれる。従って上述の傾斜基板を用いた場合の再結
合光放射方位とレーザ共振器方位の間の幾何学的関係
は、(0,0,1)基板の場合の関係と厳密に同等に保
たれる。
(0,0,1)から〔−1,1,0〕方向(または
〔1,−1,0〕方向)に傾斜した面を持つ半導体基板
を用いる。(0,0,1)面を持つ半導体基板上のエピ
タキシャル層が持つ該秩序状態の方位は〔−1,1,
1〕方向と〔1,−1,1〕方向が同等に混在している
のに対し、(0,0,1)から〔−1,1,0〕方向
(または〔1,−1,0〕方向)に傾斜した面を持つ半
導体基板上では該秩序状態の方位が〔−1,1,1〕方
向(〔1,−1,1〕方向)に偏ることが報告されてい
る(ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス
誌第28巻L1728頁1989年、および、1991
年春季応用物理学関係連合講演会講演32a−ZG−
5)。つまり、該傾斜基板上の該エピタキシャル層が持
つ秩序状態の秩序度はより高い。従って、先に述べた本
発明の作用はより強く働く。該傾斜基板を用いた場合の
圧縮歪面方位は(0,0,1)面から傾くが、本発明の
作用の原理に従い再結合光の放射方位はやはり(1,
1,0)面内方位に偏る。レーザ共振器の方向も〔−
1,1,0〕方向から〔0,0,1〕方向へ、あるいは
〔0,0,1〕方向から〔−1,1,0〕方向へ傾く
が、これらのレーザ共振器方位は依然(1,1,0)面
に含まれる。従って上述の傾斜基板を用いた場合の再結
合光放射方位とレーザ共振器方位の間の幾何学的関係
は、(0,0,1)基板の場合の関係と厳密に同等に保
たれる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の半導体レーザの1つの実施例
を示す。まず、Siドープのn型GaAsからなる半導
体基板2の上に1.2μm厚のSiドープのn型(Al
0. 7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなるクラッド層3、
多重歪量子井戸からなる活性層4、1.2μm厚のZn
ドープのp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pから
なるクラッド層5、をエピタキシャル成長した。該多重
歪量子井戸は、3層の8nm厚アンドープGa0.40In
0.60P面内圧縮歪井戸層と4層の4nm厚アンドープ
(Al0.4 Ga0.6 )0.55In0.45P歪障壁層で構成し
た。面内圧縮歪井戸層に(Alx Ga1-x )y In1-y
P層(y<0.51)やInx Ga1-x As層(x>
0)を用いることも可能である。また、該井戸層にIn
x Ga1-x As1-y Py 層(x>0.49y)を用いる
と、例えばGa:In比を1:1に保ちながら(x=
0.5)面内圧縮歪をかける(y=0.1)ことができ
る。このことは、秩序度の高い秩序状態と圧縮歪を共存
させる上で役立つ。また、該井戸層および該障壁層にI
n1-x Gax Asy P1-y 層を用いてもよく、この場合
は半導体基板2、クラッド層3、クラッド層5などには
InPを用いる。
を示す。まず、Siドープのn型GaAsからなる半導
体基板2の上に1.2μm厚のSiドープのn型(Al
0. 7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなるクラッド層3、
多重歪量子井戸からなる活性層4、1.2μm厚のZn
ドープのp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pから
なるクラッド層5、をエピタキシャル成長した。該多重
歪量子井戸は、3層の8nm厚アンドープGa0.40In
0.60P面内圧縮歪井戸層と4層の4nm厚アンドープ
(Al0.4 Ga0.6 )0.55In0.45P歪障壁層で構成し
た。面内圧縮歪井戸層に(Alx Ga1-x )y In1-y
P層(y<0.51)やInx Ga1-x As層(x>
0)を用いることも可能である。また、該井戸層にIn
x Ga1-x As1-y Py 層(x>0.49y)を用いる
と、例えばGa:In比を1:1に保ちながら(x=
0.5)面内圧縮歪をかける(y=0.1)ことができ
る。このことは、秩序度の高い秩序状態と圧縮歪を共存
させる上で役立つ。また、該井戸層および該障壁層にI
n1-x Gax Asy P1-y 層を用いてもよく、この場合
は半導体基板2、クラッド層3、クラッド層5などには
InPを用いる。
【0011】半導体基板2の面方位は、(0,0,1)
から〔−1,1,0〕方向へ6度傾斜した面とした。該
活性層に秩序度の高い秩序状態を形成するためには、1
0度以下の傾斜角が適当である。半導体基板2の面方位
は(0,0,1)面でもよい。また、(0,0,1)面
から〔1,1,0〕方向、〔1,0,0〕方向、〔0,
1,0〕方向など任意の方向へ1〜3度程度傾斜した面
を持つ半導体基板2を用いてもよい。このような半導体
基板は、よく知られているように、エピタキシャル結晶
のモホロジーを改善する効果を持つ。
から〔−1,1,0〕方向へ6度傾斜した面とした。該
活性層に秩序度の高い秩序状態を形成するためには、1
0度以下の傾斜角が適当である。半導体基板2の面方位
は(0,0,1)面でもよい。また、(0,0,1)面
から〔1,1,0〕方向、〔1,0,0〕方向、〔0,
1,0〕方向など任意の方向へ1〜3度程度傾斜した面
を持つ半導体基板2を用いてもよい。このような半導体
基板は、よく知られているように、エピタキシャル結晶
のモホロジーを改善する効果を持つ。
【0012】エピタキシャル成長は減圧有機金属結晶成
長法(MOVPE法)で行った。本実施例では結晶成長
温度は660℃、V族/III 族供給原料比は200とし
た。秩序度の高い秩序状態を形成するためには、結晶成
長温度は700℃以下、V族/III 族供給流量比は10
0以上が適当である。これらの結晶成長条件は、本発明
の作用を持つ秩序状態を活性層に形成するための条件で
あるから、クラッド層など他の層の結晶成長条件は異な
るものであっても構わない。成長速度はおよそ1.8μ
m/hrであった。原料にはトリメチルアルミニウム
(TMA)、トリエチルガリウム(TEG)、トリメチ
ルインヂウム(TMI)、ジメチルジンク(DMZ)、
フォスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )、ジシ
ラン(Si2 H6 )を用いた。ガスソース分子線結晶成
長法(GSMBE法)やケミカルビームエピタキシャル
法(CBE法)を用いて成長することも可能である。
長法(MOVPE法)で行った。本実施例では結晶成長
温度は660℃、V族/III 族供給原料比は200とし
た。秩序度の高い秩序状態を形成するためには、結晶成
長温度は700℃以下、V族/III 族供給流量比は10
0以上が適当である。これらの結晶成長条件は、本発明
の作用を持つ秩序状態を活性層に形成するための条件で
あるから、クラッド層など他の層の結晶成長条件は異な
るものであっても構わない。成長速度はおよそ1.8μ
m/hrであった。原料にはトリメチルアルミニウム
(TMA)、トリエチルガリウム(TEG)、トリメチ
ルインヂウム(TMI)、ジメチルジンク(DMZ)、
フォスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )、ジシ
ラン(Si2 H6 )を用いた。ガスソース分子線結晶成
長法(GSMBE法)やケミカルビームエピタキシャル
法(CBE法)を用いて成長することも可能である。
【0013】エピタキシャル成長の後、フォトリソグラ
フィー法を用いてクラッド層5にストライプ9を形成し
た。ストライプ9の方位はほぼ〔−1,1,0〕であ
る。該ストライプ9はレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は〔−
1,1,0〕方向から〔0,0,1〕方向などへ傾く。
ストライプ9を形成した後、Siドープのn型GaAs
からなるブロック層6を該ストライプ9の外側に選択成
長し、さらにZnドープのp型GaAsからなるコンタ
クト層7を全面に成長した。該コンタクト層7を形成し
た後、n側の電極1とp側の電極8を形成した。最後に
劈開を行って相向かい合う反射鏡を(−1,1,0)面
に形成した。劈開の代わりにドライエッチングを用いて
該反射鏡を形成してもよい。また、垂直放射型半導体レ
ーザ(T.Takamori etal., アプライ
ドフィジクスレターズ誌第55巻1053頁、1989
年)のように(−1,1,0)以外の面を持つ反射鏡で
もよく、曲面を持つ反射鏡でもよい。以上の工程によ
り、半導体レーザが完成した。該半導体レーザのレーザ
光10の電気ベクトル方位は〔1,1,0〕方向、放射
方向はほぼ〔−1,1,0〕方向および〔1,−1,
0〕方向である。
フィー法を用いてクラッド層5にストライプ9を形成し
た。ストライプ9の方位はほぼ〔−1,1,0〕であ
る。該ストライプ9はレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は〔−
1,1,0〕方向から〔0,0,1〕方向などへ傾く。
ストライプ9を形成した後、Siドープのn型GaAs
からなるブロック層6を該ストライプ9の外側に選択成
長し、さらにZnドープのp型GaAsからなるコンタ
クト層7を全面に成長した。該コンタクト層7を形成し
た後、n側の電極1とp側の電極8を形成した。最後に
劈開を行って相向かい合う反射鏡を(−1,1,0)面
に形成した。劈開の代わりにドライエッチングを用いて
該反射鏡を形成してもよい。また、垂直放射型半導体レ
ーザ(T.Takamori etal., アプライ
ドフィジクスレターズ誌第55巻1053頁、1989
年)のように(−1,1,0)以外の面を持つ反射鏡で
もよく、曲面を持つ反射鏡でもよい。以上の工程によ
り、半導体レーザが完成した。該半導体レーザのレーザ
光10の電気ベクトル方位は〔1,1,0〕方向、放射
方向はほぼ〔−1,1,0〕方向および〔1,−1,
0〕方向である。
【0014】図2は本発明の半導体レーザの他の実施例
を示す。まず、Siドープのn型GaAsからなる半導
体基板2の上に1.2μm厚のSiドープのn型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなるクラッド層3、
多重歪量子井戸からなる活性層4、1.2μm厚のZn
ドープのp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pから
なるクラッド層5をエピタキシャル成長した。該多重歪
量子井戸は、3層の8nm厚アンドープGa0.50In
0.50P0.90As0.10面内圧縮歪井戸層と4層の4nm厚
アンドープ(Al0.4 Ga0.6 )0.55In0.45P歪障壁
層で構成した。面内圧縮歪井戸層に(Alx Ga1-x )
y In1-y P層(y<0.51)やInx Ga1-x As
層(x>0)を用いることも可能である。また、該井戸
層および該障壁層にIn1-x Gax Asy P1-y 層を用
いてもよく、この場合は半導体基板2、クラッド層3お
よびクラッド層5にはInPを用いる。半導体基板2の
面方位は、先の実施例と同様(0,0,1)から〔−
1,1,0〕方向へ6度傾斜した面としたが(0,0,
1)面などでもよい。エピタキシャル成長は減圧有機金
属結晶成長法(MOVPE法)で行う。該活性層を構成
するGa0.50In0.50P0.90As0.10に秩序状態を形成
するために結晶成長温度は660℃、5族/3族供給流
量比は200とした。原料等は先の実施例と同じであ
る。ガスソース分子線結晶成長法(GSMBE法)やケ
ミカルビームエピタキシャル法(CBE法)を用いて成
長することも可能である。次にクラッド層5上にフォト
リソグラフィーを用いて直径7μmの円盤状のSiO2
誘電体膜を形成した。該SiO2 誘電体膜の形状は、多
角形でもよい。次に、該SiO2 誘電体膜をマスクとし
てZn不純物またはMg不純物またはSi不純物または
Fe不純物またはAu不純物を結晶中に拡散した。これ
らの不純物をイオン注入法で注入してもよい。この際、
円形または多角形の誘電体膜に覆われていない高濃度不
純物領域11の活性層4が含むGa0.50In0.50P0.90
As0.10の秩序状態は無秩序化され、該Ga0.50In
0.50P0.90As0.10のバンドギャップエネルギーは増大
し、屈折率は減少する。その結果、活性層4に注入され
たキャリアは誘電体膜に覆われた領域(以下、発光領域
と呼ぶ)に閉じ込められ、かつ、該活性層4が発生する
光は該発光領域に閉じ込められる。該発光領域は、ほぼ
〔0,0,1〕方向のレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は
〔0,0,1〕方向から〔−1,1,0〕方向などへ傾
いている。拡散を行った後、該SiO2 誘電体膜を除去
し、誘電体多層膜からなる反射率90%の反射膜12を
形成し、さらに電極8を形成した。この後、半導体基板
2に同形の円形または多角形の孔を形成し、該領域に誘
電体多層膜からなる反射率98%の反射膜13を形成し
た。最後に半導体基板2の上に電極1を形成した。以上
により面発光型の半導体レーザが完成した。該半導体レ
ーザのレーザ光10の電気ベクトル方位は〔1,1,
0〕方向、放射方向はほぼ〔0,0,1〕方向および
〔0,0,−1〕方向である。
を示す。まず、Siドープのn型GaAsからなる半導
体基板2の上に1.2μm厚のSiドープのn型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなるクラッド層3、
多重歪量子井戸からなる活性層4、1.2μm厚のZn
ドープのp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pから
なるクラッド層5をエピタキシャル成長した。該多重歪
量子井戸は、3層の8nm厚アンドープGa0.50In
0.50P0.90As0.10面内圧縮歪井戸層と4層の4nm厚
アンドープ(Al0.4 Ga0.6 )0.55In0.45P歪障壁
層で構成した。面内圧縮歪井戸層に(Alx Ga1-x )
y In1-y P層(y<0.51)やInx Ga1-x As
層(x>0)を用いることも可能である。また、該井戸
層および該障壁層にIn1-x Gax Asy P1-y 層を用
いてもよく、この場合は半導体基板2、クラッド層3お
よびクラッド層5にはInPを用いる。半導体基板2の
面方位は、先の実施例と同様(0,0,1)から〔−
1,1,0〕方向へ6度傾斜した面としたが(0,0,
1)面などでもよい。エピタキシャル成長は減圧有機金
属結晶成長法(MOVPE法)で行う。該活性層を構成
するGa0.50In0.50P0.90As0.10に秩序状態を形成
するために結晶成長温度は660℃、5族/3族供給流
量比は200とした。原料等は先の実施例と同じであ
る。ガスソース分子線結晶成長法(GSMBE法)やケ
ミカルビームエピタキシャル法(CBE法)を用いて成
長することも可能である。次にクラッド層5上にフォト
リソグラフィーを用いて直径7μmの円盤状のSiO2
誘電体膜を形成した。該SiO2 誘電体膜の形状は、多
角形でもよい。次に、該SiO2 誘電体膜をマスクとし
てZn不純物またはMg不純物またはSi不純物または
Fe不純物またはAu不純物を結晶中に拡散した。これ
らの不純物をイオン注入法で注入してもよい。この際、
円形または多角形の誘電体膜に覆われていない高濃度不
純物領域11の活性層4が含むGa0.50In0.50P0.90
As0.10の秩序状態は無秩序化され、該Ga0.50In
0.50P0.90As0.10のバンドギャップエネルギーは増大
し、屈折率は減少する。その結果、活性層4に注入され
たキャリアは誘電体膜に覆われた領域(以下、発光領域
と呼ぶ)に閉じ込められ、かつ、該活性層4が発生する
光は該発光領域に閉じ込められる。該発光領域は、ほぼ
〔0,0,1〕方向のレーザ共振器をなす。厳密に言え
ば、傾斜基板を用いた場合、該レーザ共振器方向は
〔0,0,1〕方向から〔−1,1,0〕方向などへ傾
いている。拡散を行った後、該SiO2 誘電体膜を除去
し、誘電体多層膜からなる反射率90%の反射膜12を
形成し、さらに電極8を形成した。この後、半導体基板
2に同形の円形または多角形の孔を形成し、該領域に誘
電体多層膜からなる反射率98%の反射膜13を形成し
た。最後に半導体基板2の上に電極1を形成した。以上
により面発光型の半導体レーザが完成した。該半導体レ
ーザのレーザ光10の電気ベクトル方位は〔1,1,
0〕方向、放射方向はほぼ〔0,0,1〕方向および
〔0,0,−1〕方向である。
【0015】
【発明の効果】〔−1,1,0〕方向に形成されたレー
ザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、低い閾値電流
と優れた高温動作特性を示した。(0,0,1)面から
〔−1,1,0〕方向へ6度傾斜した半導体基板を用い
た半導体レーザは、(0,0,1)半導体基板を用いた
場合よりもさらに低い閾値電流を示した。また、(0,
0,1)面から〔−1,1,0〕方向へ6度傾斜した半
導体基板を用いた場合、Ga0.50In0.50P0.90As
0.10歪量子井戸層を用いた半導体レーザはGa0.40In
0.60P歪量子井戸層を用いた半導体レーザよりもさらに
低い閾値電流を示した。
ザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、低い閾値電流
と優れた高温動作特性を示した。(0,0,1)面から
〔−1,1,0〕方向へ6度傾斜した半導体基板を用い
た半導体レーザは、(0,0,1)半導体基板を用いた
場合よりもさらに低い閾値電流を示した。また、(0,
0,1)面から〔−1,1,0〕方向へ6度傾斜した半
導体基板を用いた場合、Ga0.50In0.50P0.90As
0.10歪量子井戸層を用いた半導体レーザはGa0.40In
0.60P歪量子井戸層を用いた半導体レーザよりもさらに
低い閾値電流を示した。
【0016】また、〔0,0,1〕方向に形成されたレ
ーザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、従来の面発
光レーザに比べて低い閾値電流と優れた高温動作特性を
示した。
ーザ共振器を有す本発明の半導体レーザは、従来の面発
光レーザに比べて低い閾値電流と優れた高温動作特性を
示した。
【図1】本発明の半導体レーザの1つの実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図2】本発明の半導体レーザの他の実施例を示す断面
図である。
図である。
【図3】本発明の半導体レーザの活性層における再結合
光の電気ベクトル方位を説明した図である。
光の電気ベクトル方位を説明した図である。
1 電極 2 半導体基板 3 クラッド層 4 活性層 5 クラッド層 6 ブロック層 7 コンタクト層 8 電極 9 ストライプ 10 レーザ光 11 高濃度不純物領域 12 反射膜 13 反射膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−67839(JP,A) 特開 平4−273490(JP,A) 特開 平5−41560(JP,A) 特開 昭63−120492(JP,A) 特開 平4−237183(JP,A) 特開 平5−29700(JP,A)
Claims (6)
- 【請求項1】 (0,0,1)面を持つ半導体基板と、
(0,0,1)面内圧縮歪を持ち、かつ、〔−1,1,
1〕または〔1,−1,1〕方向に秩序状態を持つ化合
物半導体層を少なくとも含む活性層と、該活性層を少な
くとも含むレーザ共振器とを有することを特徴とする半
導体レーザ。 - 【請求項2】 (0,0,1)面から〔−1,1,0〕
方向または〔1,−1,0〕方向へ傾斜した面を持つ半
導体基板と、(0,0,1)面内圧縮歪を持ち、かつ、
〔−1,1,1〕または〔1,−1,1〕方向に秩序状
態を持つ化合物半導体層を少なくとも含む活性層と、該
活性層を少なくとも含むレーザ共振器とを有することを
特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項3】 前記レーザ共振器が〔−1,1,0〕方
向に形成されていることを特徴とする請求項1または2
に記載の半導体レーザ。 - 【請求項4】 前記レーザ共振器が〔0,0,1〕方向
に形成されていることを特徴とする請求項1または2に
記載の半導体レーザ。 - 【請求項5】 前記半導体基板がGaAsでなり、Ga
As基板上に形成した半導体多層構造の中に前記活性層
として(Alx Ga1-x )y In1-y P層またはInx
Ga1-x As1-y Py 層が設けられていることを特徴と
する請求項1乃至4に記載の半導体レーザ。 - 【請求項6】 前記半導体基板がInPでなり、該In
P基板上に形成した半導体多層構造の中に前記活性層と
してIn1-x Gax Asy P1-y 層が設けられているこ
とを特徴とする請求項1乃至4に記載の半導体レーザ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3235451A JP2674382B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体レーザ |
DE69201283T DE69201283T2 (de) | 1991-08-21 | 1992-08-21 | Halbleiterlaser. |
EP92114336A EP0528439B1 (en) | 1991-08-21 | 1992-08-21 | Semiconductor laser |
US07/932,940 US5309466A (en) | 1991-08-21 | 1992-08-21 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3235451A JP2674382B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0555699A JPH0555699A (ja) | 1993-03-05 |
JP2674382B2 true JP2674382B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16986302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3235451A Expired - Fee Related JP2674382B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2674382B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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JP2004014821A (ja) * | 2002-06-07 | 2004-01-15 | Sony Corp | 半導体レーザ装置、半導体装置用構造基板および半導体装置の製造方法 |
DE10234976B4 (de) * | 2002-07-31 | 2012-05-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip und Verfahren zu dessen Herstellung |
JP2015126040A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 株式会社リコー | 発光デバイス、光源装置及びレーザ装置 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP3235451A patent/JP2674382B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0555699A (ja) | 1993-03-05 |
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