JPH1012960A - Semiconductor laser device - Google Patents
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- JPH1012960A JPH1012960A JP15962096A JP15962096A JPH1012960A JP H1012960 A JPH1012960 A JP H1012960A JP 15962096 A JP15962096 A JP 15962096A JP 15962096 A JP15962096 A JP 15962096A JP H1012960 A JPH1012960 A JP H1012960A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、歪み量子井戸層を
有する活性層を備えた半導体レーザ装置に関する。The present invention relates to a semiconductor laser device having an active layer having a strained quantum well layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体レーザ装置は、軽量・小型
で低消費電力かつ高速変調が可能である等の優れた特長
を有し、コンパクトデスク等の情報機器や光ファイバ通
信用の光源として、幅広く利用されている。通常の半導
体レーザ装置は、結晶成長や加工プロセスの容易さ等の
理由から、（１００）面方位で切り出したＧａＡｓやＩ
ｎＰ等の半導体基板上に作製されてきた。近年、従来技
術文献「T.Hayakawa et.al,“Near-ideal low threshol
d behavior in(111)oriented GaAs/AlGaAs quantum wel
l lasers"，Appl.Phys.Lett. Vol.52, no.5, pp.339-34
1，1988年2月」において、（１１１）Ｂ面ＧａＡｓ基板
上に作製されたＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸レーザ
が従来の（１００）面上の半導体レーザ装置に比べ、低
しきい値動作が可能であることが示されて以来、（１０
０）面以外の面方位を有する半導体基板を用いた半導体
物性および半導体レーザ装置の研究が活発に行われてい
る。その後、活性層を、歪みを有するＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ超格子に置き換えることにより、（１００）基板
上において、半導体レーザ装置の性能が向上できること
が、多くの研究機関で報告されている。（１００）面以
外の面方位基板に、このＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井
戸層を活性層とする半導体レーザ装置については、報告
例は少ないが、報告例では、主に、結晶成長の容易さか
ら（ｎ１１）Ｂ面が用いられて検討されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser device has excellent features such as light weight, small size, low power consumption, and high-speed modulation, and is used as a light source for information equipment such as a compact desk and optical fiber communication. Widely used. Conventional semiconductor laser devices use GaAs or I.sub. Cut out in the (100) plane for reasons such as crystal growth and ease of processing.
It has been fabricated on a semiconductor substrate such as nP. In recent years, the prior art document "T.Hayakawa et.al," Near-ideal low threshol
d behavior in (111) oriented GaAs / AlGaAs quantum wel
l lasers ", Appl. Phys. Lett. Vol. 52, no. 5, pp. 339-34
1, February 1988 ", a GaAs / AlGaAs quantum well laser fabricated on a (111) B-plane GaAs substrate can operate at a lower threshold than a conventional semiconductor laser device on a (100) plane. (10)
0) Research on semiconductor properties and semiconductor laser devices using a semiconductor substrate having a plane orientation other than the plane has been actively conducted. Thereafter, the active layer is made of InGaAs / G having strain.
It has been reported by many research institutions that the performance of a semiconductor laser device can be improved on a (100) substrate by replacing it with an aAs superlattice. There are few reported examples of semiconductor laser devices using this InGaAs / GaAs quantum well layer as an active layer on a plane orientation substrate other than the (100) plane. However, in the reported examples, (n11 ) The B-side is used and studied.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１０
０）面方位で切り出したＧａＡｓやＩｎＰ等の半導体基
板上に作製された半導体レーザ装置は、しきい値電流が
大きいという問題点があった。また、通常用いられる導
電形がｎ型の（ｎ１１）Ｂ面半導体基板上に歪み量子井
戸層を有するＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子を活性層と
する半導体レーザ装置を作製した場合、歪みによるピエ
ゾ効果のため、内部電界が発生し、この結果、バンド構
造が変化することにより、キャリアの再結合確率の減少
・光学利得分布および発光波長の短波長化が起こる。こ
れらは、すべて半導体レーザ装置の性能を悪化させる方
向に作用し、たとえば、発振しきい値の増大、発光効率
の低下や発光波長の変化（短波長へ移動）の原因となっ
ている。とくに、分布反射鏡（ＤＢＲミラー）を有する
面発光レーザにおいては、発振波長がＤＢＲミラーの反
射特性によって決定されるため、光学利得分布と発振波
長とのミスマッチが増大し、一層著しい特性の劣化が起
こると考えられる。この内部電界は、量子井戸内に注入
されたキャリアによるスクリーニングにより、ある程度
低減できることがわかっているが、通常レーザ発振に必
要なキャリア密度である１〜２×１０18ｃｍ2程度で
は、スクリーニングの効果を十分に発揮できないこと
が、我々の詳細なバンドシュミレーションの結果、明ら
かになった。また、このピエゾ効果による影響は、量子
井戸の厚みを薄くすることにより、例えばＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ａｓ／ＧａＡｓの量子井戸の場合、３ｎｍ以下にす
ることにより、低減できることがシミュレーションの結
果明らかになったが、レーザ発振に必要なキャリアを閉
じ込めるためには、８ｎｍ以上の量子井戸層が必要であ
り、３ｎｍ以下にすることは実際の半導体レーザ構造に
は適用することができない。このために、現状では、ｎ
型（ｎ１１）Ｂ面上の面発光レーザでは、期待されたほ
どしきい値を低くすることができず、かつ発光効率が低
く、しかも発光できる光の波長が長くなる等、従来の
（１００）面上の面発光レーザを凌駕する特性は得られ
ていない。However, (10)
0) A semiconductor laser device manufactured on a semiconductor substrate such as GaAs or InP cut out in a plane orientation has a problem that a threshold current is large. Further, when a semiconductor laser device having an active layer of an InGaAs / GaAs superlattice having a strained quantum well layer on an n-type (n11) B-plane semiconductor substrate having a normal conductivity type is manufactured, a piezo effect due to strain occurs. As a result, an internal electric field is generated, and as a result, the band structure is changed, so that the recombination probability of carriers is reduced, the optical gain distribution and the emission wavelength are shortened. These all act in the direction of deteriorating the performance of the semiconductor laser device, and cause, for example, an increase in the oscillation threshold value, a decrease in luminous efficiency, and a change in the emission wavelength (move to a shorter wavelength). In particular, in a surface emitting laser having a distributed reflection mirror (DBR mirror), since the oscillation wavelength is determined by the reflection characteristics of the DBR mirror, the mismatch between the optical gain distribution and the oscillation wavelength increases, and the degradation of the characteristics becomes more remarkable. It is thought to happen. It is known that this internal electric field can be reduced to some extent by screening with carriers injected into the quantum well. However, when the carrier density required for laser oscillation is about 1 to 2 × 10 18 cm 2 , the effect of screening is reduced. It was revealed by our detailed band simulation that we could not fully demonstrate the performance. The influence of the piezo effect is reduced by reducing the thickness of the quantum well, for example, by using In 0.2 Ga.
Simulations have shown that a 0.8 As / GaAs quantum well can be reduced by reducing the thickness to 3 nm or less. However, in order to confine carriers required for laser oscillation, a quantum well layer of 8 nm or more is required. In addition, setting the thickness to 3 nm or less cannot be applied to an actual semiconductor laser structure. For this reason, at present n
In the surface emitting laser on the type (n11) B surface, the threshold value cannot be lowered as expected, the luminous efficiency is low, and the wavelength of light that can be emitted is long, and the conventional (100) Characteristics superior to surface emitting lasers on the surface have not been obtained.
【０００４】本発明の目的は、以上の問題点を解決し
て、低いしきい値電流で動作させることができ、かつ発
光効率がよく、しかも短い波長の光を発生できる半導体
レーザ装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a semiconductor laser device which can be operated at a low threshold current, has a high luminous efficiency, and can generate light of a short wavelength. It is in.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
基板の（１００）面以外の面上に、歪み量子井戸層を有
する活性層を、歪み量子井戸層に発生する内部電界が順
バイアス電圧を打ち消す方向に生じるように形成したも
のである。すなわち、本発明に係る第１の半導体レーザ
装置は、ｎ型のＡＢ化合物半導体基板（但し、Ａが第３
族の元素；Ｂが第５族の元素、又はＡが第２族の元素；
Ｂが第６族の元素）と、上記ＡＢ化合物半導体基板上に
形成され、歪み量子井戸層を有する超格子からなる活性
層と、上記活性層上に形成されたｐ型の半導体層とを備
えた半導体レーザ装置であって、上記ＡＢ化合物半導体
基板の表面の面方位が（ｎ１１）面又は（ｎｎ１）面
（但しｎ≧１）に設定され、かつ当該表面が実質的にＡ
元素からなる原子層に設定されたことを特徴とする。こ
れによって、光を発生する上記歪み量子井戸層のポテン
シャル傾斜を、順バイアス電圧が印加されたときに発光
効率を向上させるように補正している。According to the present invention, an active layer having a strained quantum well layer is provided on a surface other than the (100) plane of a compound semiconductor substrate, and an internal electric field generated in the strained quantum well layer is provided with a forward bias voltage. Are formed in a direction in which the noise cancels out. That is, the first semiconductor laser device according to the present invention is an n-type AB compound semiconductor substrate (where A is the third
B is a Group 5 element, or A is a Group 2 element;
(B is an element of Group 6), an active layer formed on the AB compound semiconductor substrate and made of a superlattice having a strained quantum well layer, and a p-type semiconductor layer formed on the active layer. Wherein the plane orientation of the surface of the AB compound semiconductor substrate is set to a (n11) plane or a (nn1) plane (where n ≧ 1), and the surface is substantially A
It is characterized by being set in an atomic layer made of an element. Thereby, the potential gradient of the strained quantum well layer that generates light is corrected so as to improve the luminous efficiency when a forward bias voltage is applied.
【０００６】また、第１の半導体レーザ装置では、上記
化合物半導体基板が、良質な基板の作成が容易なＧａＡ
ｓからなり、上記活性層が、上記化合物半導体基板上に
形成することが容易なＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子で
あることが好ましい。In the first semiconductor laser device, the compound semiconductor substrate is made of GaAs which is easy to produce a high quality substrate.
s, and the active layer is preferably an InGaAs / GaAs superlattice that can be easily formed on the compound semiconductor substrate.
【０００７】また、本発明の第２の半導体レーザ装置
は、表面が実質的にＧａからなる原子層の（３１１）面
になるように形成されたｎ型ＧａＡｓ半導体基板と、上
記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に、ＡｌxＧａ
1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）層とＧａＡｓ層とが交互
に積層されてなるｎ型の第１の分布反射層と、上記第１
の分布反射層上に、ＧａＡｓ障壁層とＩｎＧａＡｓ量子
井戸層とが交互に積層されてなる活性層と、上記活性層
上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）層とＧａ
Ａｓ層とが交互に積層されてなるｐ型の第２の分布反射
層とを備えた面発光型の半導体レーザ装置である。Further, the second semiconductor laser device of the present invention is characterized in that the n-type GaAs semiconductor substrate formed so that the surface is substantially the (311) plane of the atomic layer made of Ga; On the surface of the substrate, Al x Ga
An n-type first distributed reflection layer in which 1-x As (where 0 <x ≦ 1) layers and GaAs layers are alternately stacked;
An active layer in which a GaAs barrier layer and an InGaAs quantum well layer are alternately stacked on the distributed reflection layer, and an Al x Ga 1 -x As (0 <x ≦ 1) layer on the active layer And Ga
A surface-emitting type semiconductor laser device comprising: a p-type second distributed reflection layer in which As layers are alternately stacked.
【０００８】さらに、本発明の第３の半導体レーザ装置
は、表面が実質的にＧａからなる原子層の（３１１）面
になるように形成されたｎ型ＧａＡｓ半導体基板と、上
記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に形成されたｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層と、上記ｎ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層上に、Ｇａに置換するＡｌの量が上層ほど少な
くなるように形成された第１のＡｌＧａＡｓグレーデッ
ド層と、上記第１のＡｌＧａＡｓグレーデッド層上に、
ＧａＡｓ障壁層とＩｎＧａＡｓ量子井戸層とが交互に積
層されてなる活性層と、上記活性層上に、Ｇａに置換す
るＡｌの量が上層ほど多くなるように形成された第２の
ＡｌＧａＡｓグレーデッド層と、上記第２のＡｌＧａＡ
ｓグレーデッド層上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層とを備えた端面発光型の半導体レーザ装置であ
る。Further, a third semiconductor laser device according to the present invention comprises: an n-type GaAs semiconductor substrate formed so that the surface is substantially the (311) plane of an atomic layer made of Ga; N formed on the surface of the substrate
A first AlGaAs graded layer formed on the n-type AlGaAs cladding layer such that the amount of Al substituting for Ga decreases as the upper layer decreases, and on the first AlGaAs graded layer. To
An active layer in which a GaAs barrier layer and an InGaAs quantum well layer are alternately stacked; and a second AlGaAs graded layer formed on the active layer such that the amount of Al substituted for Ga increases as the upper layer increases And the second AlGaAs
An edge-emitting semiconductor laser device comprising a p-type AlGaAs cladding layer formed on an s graded layer.
【０００９】本発明に係る第４の半導体レーザ装置は、
ｐ型のＡＢ化合物半導体基板（但し、Ａが第３族の元
素；Ｂが第５族の元素、又はＡが第２族の元素；Ｂが第
６族の元素）と、上記ＡＢ化合物半導体基板上に形成さ
れ、歪み量子井戸層を有する超格子からなる活性層と、
上記活性層上に形成されたｎ型の半導体層とを備え、順
バイアス電圧を印加することにより光を発生する半導体
レーザ装置であって、上記ＡＢ化合物半導体基板の表面
の面方位が（ｎ１１）面又は（ｎｎ１）面（但しｎ≧
１）に設定され、かつ当該表面が実質的にＢ元素からな
る原子層に設定されたことを特徴とする。これによっ
て、光を発生する上記歪み量子井戸層のポテンシャル傾
斜を、順バイアス電圧が印加されたときに発光効率を向
上させるように補正している。A fourth semiconductor laser device according to the present invention is:
a p-type AB compound semiconductor substrate (where A is a Group 3 element; B is a Group 5 element, or A is a Group 2 element; B is a Group 6 element) and the AB compound semiconductor substrate An active layer formed on the superlattice and having a strained quantum well layer,
A semiconductor laser device comprising: an n-type semiconductor layer formed on the active layer; and generating light by applying a forward bias voltage, wherein the plane orientation of the surface of the AB compound semiconductor substrate is (n11). Plane or (nn1) plane (where n ≧
1), and the surface is set to an atomic layer substantially composed of B element. Thereby, the potential gradient of the strained quantum well layer that generates light is corrected so as to improve the luminous efficiency when a forward bias voltage is applied.
【００１０】また、第４の半導体レーザ装置では、上記
化合物半導体基板が、良質な基板の作成が容易なＧａＡ
ｓからなり、上記活性層が、上記化合物半導体基板上に
形成することが容易なＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子で
あることが好ましい。[0010] In the fourth semiconductor laser device, the compound semiconductor substrate may be made of GaAs which is easy to produce a high quality substrate.
s, and the active layer is preferably an InGaAs / GaAs superlattice that can be easily formed on the compound semiconductor substrate.
【００１１】また、本発明に係る第５の半導体レーザ装
置は、表面が実質的にＡｓからなる原子層の（３１１）
面になるように形成されたｐ型ＧａＡｓ半導体基板と、
上記ｐ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に、ＡｌＡｓ
層とＧａＡｓ層とが交互に積層されてなるｐ型の第１の
分布反射層と、上記第１の分布反射層上に、ＧａＡｓ障
壁層とＩｎＧａＡｓ量子井戸層とが交互に積層されてな
る活性層と、上記活性層上に、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層
とが交互に積層されてなるｎ型の第２の分布反射層とを
備えた面発光型の半導体レーザ装置である。In a fifth semiconductor laser device according to the present invention, the surface of the atomic layer substantially composed of As
A p-type GaAs semiconductor substrate formed to be a surface;
AlAs is formed on the surface of the p-type GaAs semiconductor substrate.
P-type first distributed reflection layer in which layers and GaAs layers are alternately laminated, and an active layer in which a GaAs barrier layer and an InGaAs quantum well layer are alternately laminated on the first distributed reflection layer. A surface-emitting type semiconductor laser device comprising a layer and an n-type second distributed reflection layer in which an AlAs layer and a GaAs layer are alternately stacked on the active layer.
【００１２】さらに、本発明に係る第６の半導体レーザ
装置は、表面が実質的にＧａからなる原子層の（３１
１）面になるように形成されたｐ型ＧａＡｓ半導体基板
と、上記ｐ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に形成さ
れたｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層と、上記ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層上に、Ｇａに置換するＡｌの量が上層ほ
ど少なくなるように形成された第１のＡｌＧａＡｓグレ
ーデッド層と、上記第１のＡｌＧａＡｓグレーデッド層
上に形成され、ＧａＡｓ障壁層とＩｎＧａＡｓ量子井戸
層とが交互に積層されてなる活性層と、上記活性層上
に、Ｇａに置換するＡｌの量が上層ほど多くなるように
形成された第２のＡｌＧａＡｓグレーデッド層と、上記
第２のＡｌＧａＡｓグレーデッド層上に形成されたｎ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層とを備えた端面発光型の半導体
レーザ装置である。Further, in the sixth semiconductor laser device according to the present invention, the surface of the atomic layer substantially composed of Ga (31
1) a p-type GaAs semiconductor substrate formed to have a plane, a p-type AlGaAs cladding layer formed on the surface of the p-type GaAs semiconductor substrate, and the p-type AlGa
A first AlGaAs graded layer formed on the As clad layer so that the amount of Al substituted for Ga becomes smaller toward the upper layer, a GaAs barrier layer formed on the first AlGaAs graded layer, and an InGaAs An active layer in which quantum well layers are alternately stacked; a second AlGaAs graded layer formed on the active layer such that the amount of Al substituted for Ga increases toward the upper layer; And an n-type AlGaAs cladding layer formed on the AlGaAs graded layer.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 ＜実施形態１＞図１は、本発明に係る実施形態１の面発
光型の半導体レーザ装置の断面図である。この実施形態
１の半導体レーザ装置は、例えば、ＧａＡｓやＩｎＰ等
の３族と５族の原子、又はＺｎＳｅやＺｎＴｅからなる
化合物半導体基板１０上に、分布反射層１２、スペーサ
ー層１３、活性層１４、スペーサー層１５、分布反射層
１６が順次形成されてなり、上記活性層１４が歪み量子
井戸層を有する超格子からなり、かつ化合物半導体基板
１０の導電型及び表面と、分布反射層１２の導電型及び
分布反射層１６の導電型を以下に示す、（１）又は
（２）の組合せになるように設定したことを特徴とす
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 is a sectional view of a surface-emitting type semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor laser device according to the first embodiment includes, for example, a distributed reflection layer 12, a spacer layer 13, and an active layer 14 on a compound semiconductor substrate 10 made of Group 3 and Group 5 atoms such as GaAs or InP, or ZnSe or ZnTe. , A spacer layer 15 and a distributed reflection layer 16 are sequentially formed, the active layer 14 is formed of a superlattice having a strained quantum well layer, and the conductivity type and surface of the compound semiconductor substrate 10 and the conductivity of the distributed reflection layer 12 are controlled. It is characterized in that the pattern and the conductivity type of the distributed reflection layer 16 are set so as to be a combination of the following (1) or (2).
【００１４】（１）第１の組合せ （１ａ）化合物半導体基板１０の導電型；ｎ型、（１
ｂ）化合物半導体基板１０の表面；（ｎ１１）Ａ面又は
（ｎｎ１）Ａ面、（１ｃ）分布反射層１２の導電型；ｎ
型、（１ｄ）分布反射層１６の導電型；ｐ型。 ここで、（１ｂ）におけるＡ面とは２族又は３族の原子
のみが表面に表れた面のことである。(1) First combination (1a) conductivity type of compound semiconductor substrate 10; n-type;
b) Surface of compound semiconductor substrate 10; (n11) A plane or (nn1) A plane; (1c) conductivity type of distributed reflection layer 12; n
Type, (1d) conductivity type of distributed reflection layer 16; p-type. Here, the A-plane in (1b) is a plane in which only atoms of group 2 or 3 appear on the surface.
【００１５】（２）第２の組合せ （２ａ）化合物半導体基板１０の導電型；ｐ型、（２
ｂ）化合物半導体基板１０の表面；（ｎ１１）Ｂ面又は
（ｎｎ１）Ｂ面、（２ｃ）分布反射層１２の導電型；ｐ
型、（２ｄ）分布反射層１６の導電型；ｎ型。 ここで、（２ｂ）におけるＢ面とは第５族又は第６族の
原子のみが表面に表れた面のことである。(2) Second combination (2a) conductivity type of compound semiconductor substrate 10; p-type;
b) Surface of compound semiconductor substrate 10; (n11) B plane or (nn1) B plane; (2c) conductivity type of distributed reflection layer 12; p
Type, (2d) conductivity type of distributed reflection layer 16; n-type. Here, the B plane in (2b) is a plane in which only atoms of group 5 or 6 appear on the surface.
【００１６】この実施形態１において、図１に示すよう
に、好ましくは活性層１４がスペーサー層１３，１５を
介して分布反射層１２と分布反射層１６とによって挟設
されて構成される。また、実施形態１において、化合物
半導体基板１０にＧａＡｓを用いて構成する場合は、活
性層１４として、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ等の歪み量子
井戸層を有する超格子が用いられ、分布反射層１２，１
６として、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦１）層とＧａＡ
ｓ層との積層体を用いることができる。化合物半導体基
板１０にＩｎＰを用いて構成する場合も同様である。In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the active layer 14 is preferably sandwiched between the distributed reflection layer 12 and the distributed reflection layer 16 via the spacer layers 13 and 15. In the first embodiment, when GaAs is used for the compound semiconductor substrate 10, a superlattice having a strained quantum well layer such as InGaAs / GaAs is used as the active layer 14, and the distributed reflection layers 12, 1 are used.
6 as an Al x Ga 1 -x As (0 <x ≦ 1) layer and GaAs
A laminate with the s layer can be used. The same applies to the case where the compound semiconductor substrate 10 is formed using InP.
【００１７】また、分布反射層１２，１６は、好ましく
は、λ／４ｎr（λは発振するレーザ光の波長であり、
ｎrは分布反射層１２，１６の屈折率である。）の厚さ
なるように形成する。活性層１４は、障壁層と歪み量子
井戸層とが交互に積層されてなり、量子井戸層の数が１
つの単一量子井戸構造でもよいし、量子井戸層が複数の
多重量子井戸構造でもよい。The distributed reflection layers 12, 16 are preferably λ / 4n r (where λ is the wavelength of the oscillating laser light,
n r is the refractive index of the distributed reflection layers 12 and 16. ). The active layer 14 is formed by alternately stacking barrier layers and strained quantum well layers, and the number of quantum well layers is one.
One single quantum well structure may be used, or the quantum well layer may have a plurality of multiple quantum well structures.
【００１８】実施形態１の半導体レーザ装置では、以上
のように形成した後、分布反射層１６とスペーサー層１
５と活性層１４とスペーサー層１３とを所定の形状にな
るように、厚さ方向にエッチングして、当該エッチング
面と分布反射層１６の上面とに、分布反射層１６の上面
の一部分に、注入窓２１が形成されるように、絶縁膜１
８を形成し、注入窓２１の部分で分布反射層１６に接す
るように、オーミック電極１８を形成する。そして、化
合物半導体基板１０の板厚を所定の厚さに設定した後、
化合物半導体基板１０の下面に、中央部に開口部である
光放出窓２２を設けたオーミック電極１１を形成する。In the semiconductor laser device of the first embodiment, after being formed as described above, the distributed reflection layer 16 and the spacer layer 1 are formed.
5, the active layer 14, and the spacer layer 13 are etched in the thickness direction so as to have a predetermined shape, and the etched surface and the upper surface of the distributed reflective layer 16, The insulating film 1 is formed so that the injection window 21 is formed.
8 is formed, and an ohmic electrode 18 is formed so as to be in contact with the distributed reflection layer 16 at the injection window 21. Then, after setting the thickness of the compound semiconductor substrate 10 to a predetermined thickness,
On the lower surface of the compound semiconductor substrate 10, an ohmic electrode 11 having a light emission window 22 which is an opening at the center is formed.
【００１９】以上のように実施形態１では、化合物半導
体基板１０の所定の表面２０上に、少なくとも１層の歪
み量子井戸層を含む活性層１４が、分布反射層１２，１
６とによって挟設されて構成される。以上のように構成
された実施形態１の半導体レーザ装置において、オーミ
ック電極１８とオーミック電極１１との間に、順方向に
（第１の組合せではオーミック電極１８が正になるよう
に、第２の組合せでは、オーミック電極１１が正になる
ように）バイアス電圧を印加して、分布反射層１２又は
反射分布層１６に電流を注入すると、活性層１４に電流
が流れ、活性層１４の歪み量子井戸層において、伝導帯
の電子が、価電子帯のホールと再結合して光を放出し
て、この活性層１４を流れる電流値がしきい値以上にな
ると、レーザ発振をするようになる。この実施形態１の
半導体レーザ装置は、ｎ型化合物半導体基板１０の（ｎ
１１）Ａ面上に、少なくとも１つの歪み量子井戸層を含
む活性層１４を備えて構成されるので、後述する理由に
より、従来例に比較して、発振が立ち上がるしきい値電
流を低くでき、かつ後述する種々の利点を有する。As described above, in the first embodiment, the active layer 14 including at least one strained quantum well layer is formed on the predetermined surface 20 of the compound semiconductor substrate 10 by the distributed reflection layers 12 and 1.
6 are sandwiched between them. In the semiconductor laser device according to the first embodiment configured as described above, between the ohmic electrode 18 and the ohmic electrode 11, in the forward direction (the second combination so that the ohmic electrode 18 becomes positive in the first combination). In the combination, when a bias voltage is applied so that the ohmic electrode 11 becomes positive and a current is injected into the distributed reflection layer 12 or the reflection distribution layer 16, a current flows through the active layer 14 and the strained quantum well of the active layer 14 is formed. In the layer, electrons in the conduction band recombine with holes in the valence band to emit light. When the value of the current flowing through the active layer 14 exceeds a threshold value, laser oscillation occurs. In the semiconductor laser device according to the first embodiment, the (n)
11) Since the active layer 14 including at least one strained quantum well layer is provided on the A-plane, the threshold current at which oscillation starts can be reduced as compared with the conventional example, for the reason described later. Further, it has various advantages described later.
【００２０】次に、実施形態１の半導体レーザ装置が、
従来例に比較して低いしきい値電流でレーザ発振を開始
する理由を説明する。一般に、化合物半導体基板の（１
００）面以外の面上に、歪み量子井戸層を含む超格子か
らなる活性層を形成すると、歪みによるピエゾ効果によ
って当該活性層に内部電界が発生する。この内部電界に
よって、化合物半導体基板の（１００）面以外の面上に
形成された活性層のエネルギーバンド構造は、活性層が
（１００）面上に形成された場合のバンド構造に比較し
て変化する。また、活性層の歪み量子井戸層に発生する
内部電界の方向は、活性層が形成される化合物半導体基
板の表面に表れている原子の種類に対応して決定され
る。従って、化合物半導体基板の（ｎ１１）面上に形成
された場合であっても、（ｎ１１）面がＡ面かＢ面かに
よって、歪み量子井戸層に発生する内部電界の向きは異
なる。これによって、化合物半導体基板の（ｎ１１）Ａ
面上に形成された活性層のエネルギーバンド構造と（ｎ
１１）Ｂ面上に形成された活性層のエネルギーバンド構
造はそれぞれ、図３及び図２に示すように、互いに異な
る構造になる。ここで、図２及び図３では、化合物半導
体基板１０としてＧａＡｓからなるｎ型化合物半導体基
板を用い、活性層には、ＧａＡｓ障壁層とノンドープＩ
ｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓ障壁層からなる歪み超
格子を用いた場合について示しているが、他の化合物半
導体基板と他の歪み超格子構造の活性層を用いても同様
に表すことができる。Next, the semiconductor laser device of the first embodiment
The reason for starting laser oscillation with a lower threshold current compared to the conventional example will be described. Generally, (1) of a compound semiconductor substrate
When an active layer composed of a superlattice including a strained quantum well layer is formed on a surface other than the (00) plane, an internal electric field is generated in the active layer due to a piezo effect due to strain. Due to this internal electric field, the energy band structure of the active layer formed on a surface other than the (100) plane of the compound semiconductor substrate changes as compared to the band structure when the active layer is formed on the (100) plane. I do. The direction of the internal electric field generated in the strained quantum well layer of the active layer is determined according to the type of atoms appearing on the surface of the compound semiconductor substrate on which the active layer is formed. Therefore, even when the (n11) plane is formed on the (n11) plane of the compound semiconductor substrate, the direction of the internal electric field generated in the strained quantum well layer differs depending on whether the (n11) plane is the A plane or the B plane. Thereby, the (n11) A of the compound semiconductor substrate
Energy band structure of the active layer formed on the surface and (n
11) The energy band structure of the active layer formed on the B-plane is different from each other, as shown in FIGS. Here, in FIGS. 2 and 3, an n-type compound semiconductor substrate made of GaAs is used as the compound semiconductor substrate 10, and a GaAs barrier layer and a non-doped I
Although the case where a strained superlattice composed of an nGaAs quantum well layer and a GaAs barrier layer is used is shown, the same can be expressed by using another compound semiconductor substrate and an active layer having another strained superlattice structure.
【００２１】まず、図２に示したエネルギーバンド構造
に基づいて、従来、検討が行われたｎ型化合物半導体基
板の（ｎ１１）Ｂ面上に活性層を形成した場合の半導体
レーザ装置（以下、ｎ型Ｂ面上半導体レーザという。）
の動作を説明する。このｎ型Ｂ面上半導体レーザの活性
層は、上述の内部電界によって、零バイアス時において
も、図２（ａ）に示すように、各層は傾斜するポテンシ
ャルを有しかつ歪み量子井戸層と障壁層では互いに異な
る傾斜を有する。これは、ｎ型Ｂ面上半導体レーザの活
性層において発生する内部電界によるものである。First, based on the energy band structure shown in FIG. 2, a semiconductor laser device in which an active layer is formed on the (n11) B plane of an n-type compound semiconductor substrate which has been studied conventionally (hereinafter, referred to as a semiconductor laser device). (It is called an n-type B-side semiconductor laser.)
Will be described. As shown in FIG. 2A, the active layer of the semiconductor laser on the n-type B-plane has a tilted potential and a strained quantum well layer and a barrier even at zero bias due to the internal electric field. The layers have different slopes from one another. This is due to an internal electric field generated in the active layer of the semiconductor laser on the n-type B surface.
【００２２】このｎ型Ｂ面上半導体レーザに、レーザ発
振をさせるために必要な順方向にバイアス電圧を印加す
ると、活性層では、内部電界にさらに印加したバイアス
電圧が重畳されて、図２（ｂ）に示すようなエネルギー
バンド構造に変化する。このために、活性層の歪み量子
井戸層のポテンシャルの傾斜はさらに大きくなる。その
結果、電子とホール（この場合重いホールである。）の
波動関数の重なりが減少して、発光遷移確率が減少し、
さらに電子とホールの間の遷移エネルギー（伝導帯の電
子の第１準位ｅ１と価電子帯の重いホールのホール準位
ｈｈ１との差）が小さくなるために、発光する光の波長
が長くなる。その結果発光利得の減少や発振しきい値電
流の増大を生じるとともに、利得分布が大きく変化す
る。このため、特に分布反射鏡（ＤＢＲミラーとも呼ば
れ、実施形態１の分布反射層に対応する。）を有する面
発光レーザにおいては、発振波長がＤＢＲミラーの反射
特性によって決定されるため、光学利得分布と発振波長
とのミスマッチが増大し、一層レーザ発振が抑制され、
一層のしきい値の増大や、温度特性の劣化を引き起こす
原因となっていた。When a bias voltage is applied to the semiconductor laser on the n-type B surface in a forward direction required for laser oscillation, the applied bias voltage is further superimposed on the internal electric field in the active layer. The energy band structure changes as shown in b). For this reason, the gradient of the potential of the strained quantum well layer of the active layer is further increased. As a result, the overlap between the wave functions of the electron and the hole (in this case, a heavy hole) decreases, and the emission transition probability decreases,
Further, the transition energy between electrons and holes (the difference between the first level e1 of electrons in the conduction band and the hole level hh1 of heavy holes in the valence band) becomes smaller, so that the wavelength of emitted light becomes longer. . As a result, the emission gain decreases and the oscillation threshold current increases, and the gain distribution changes significantly. Therefore, in particular, in a surface emitting laser having a distributed reflection mirror (also referred to as a DBR mirror and corresponding to the distributed reflection layer of the first embodiment), the oscillation wavelength is determined by the reflection characteristics of the DBR mirror, and thus the optical gain is increased. The mismatch between the distribution and the oscillation wavelength increases, and the laser oscillation is further suppressed.
This has caused a further increase in the threshold value and deterioration of the temperature characteristics.
【００２３】しかし、本実施形態１の第１の組合せに示
すように、ｎ型化合物半導体基板１０の（ｎ１１）Ａ面
上に活性層１４を形成すると、上述のｎ型Ｂ面上に形成
された活性層とは異なる方向に内部電界が生じる。However, as shown in the first combination of the first embodiment, when the active layer 14 is formed on the (n11) A surface of the n-type compound semiconductor substrate 10, the active layer 14 is formed on the n-type B surface. An internal electric field is generated in a direction different from that of the active layer.
【００２４】従って、実施形態１において、第１の組合
せに示すように構成した半導体レーザ装置（第１の半導
体レーザ装置という。）の零バイアス時のエネルギーバ
ンド構造は、図３（ａ）に示すように表すことができ
る。すなわち、ピエゾ効果によって発生する内部電界に
よって、歪み量子井戸層のポテンシャルは、障壁層と同
じ傾斜になる。活性層１４が図３（ａ）に示すエネルギ
ーバンド構造を有する実施形態１の第１の半導体レーザ
装置の順方向にバイアス電圧を印加すると、活性層１４
の内部電界が打ち消されて、活性層１４のポテンシャル
の傾斜は、図３（ｂ）に示すように緩やかになる。これ
によって、電子とホールの波動関数の重なりを大きくで
きるので発光効率を高くでき、また、伝導帯の電子の第
１準位ｅ１と価電子帯の重いホールのホール準位ｈｈ１
との差である遷移エネルギーを大きくできるので、短い
波長の光を発生することができる。しかも、しきい値を
増大させることがないので、低いしきい値で発光できる
という歪み量子井戸層を有する活性層の特性をそのまま
生かすことができるので、しきい値を低くできる。Accordingly, in the first embodiment, the energy band structure at the time of zero bias of the semiconductor laser device (referred to as the first semiconductor laser device) configured as shown in the first combination is shown in FIG. It can be expressed as follows. That is, the potential of the strained quantum well layer has the same gradient as the barrier layer due to the internal electric field generated by the piezo effect. When a bias voltage is applied in the forward direction of the first semiconductor laser device of Embodiment 1 in which the active layer 14 has the energy band structure shown in FIG.
Is canceled out, and the gradient of the potential of the active layer 14 becomes gentle as shown in FIG. As a result, the overlap between the wave functions of electrons and holes can be increased, so that the luminous efficiency can be increased. In addition, the first level e1 of electrons in the conduction band and the hole level hh1 of heavy holes in the valence band can be obtained.
Since the transition energy, which is the difference from the above, can be increased, light having a short wavelength can be generated. In addition, since the threshold value is not increased, the characteristics of the active layer having the strained quantum well layer, which can emit light at a low threshold value, can be utilized as it is, so that the threshold value can be reduced.
【００２５】以上のように、実施形態１の第１の半導体
レーザ装置は、ｎ型化合物半導体基板１０の（ｎ１１）
Ａ面上に活性層１４を形成することにより、活性層１４
の歪み量子井戸層に順バイアス電圧を打ち消すように内
部電界を発生させることができるので、発光効率と向上
させることができ、かつ発光する光の波長を短くするこ
とができ、しかもしきい値を低くできる。As described above, in the first semiconductor laser device of the first embodiment, (n11) of the n-type compound semiconductor substrate 10
By forming the active layer 14 on the A surface, the active layer 14
Since an internal electric field can be generated in the strained quantum well layer so as to cancel the forward bias voltage, the luminous efficiency can be improved, the wavelength of emitted light can be shortened, and the threshold value can be reduced. Can be lowered.
【００２６】次に、実施形態１における第２の組合せの
半導体レーザ装置について説明する。ｐ型化合物半導体
基板の（ｎ１１）Ｂ面上に活性層１４を形成すると、第
１の組合せと同様に、図２に示すｎ型Ｂ面上に形成され
た活性層とは異なる方向に内部電界が生じる。Next, a second combination of semiconductor laser devices according to the first embodiment will be described. When the active layer 14 is formed on the (n11) B plane of the p-type compound semiconductor substrate, as in the first combination, the internal electric field is generated in a direction different from that of the active layer formed on the n-type B plane shown in FIG. Occurs.
【００２７】従って、実施形態１において、第２の組合
せに示すように構成した半導体レーザ装置（第２の半導
体レーザ装置という。）の零バイアス時のエネルギーバ
ンド構造は、図４（ａ）に示すように表すことができ
る。すなわち、ピエゾ効果によって発生する内部電界に
よって、歪み量子井戸層のポテンシャルは、障壁層と同
じ傾斜になり、第１の半導体レーザ装置に比較して、ｎ
型化合物半導体層が低くなるような傾斜になる。このよ
うな図４（ａ）に示すエネルギーバンド構造を有する第
２の半導体レーザ装置の順方向にバイアス電圧を印加す
ると、活性層１４の内部電界が打ち消されて、活性層１
４のポテンシャルの傾斜は、図４（ｂ）に示すように緩
やかになる。これによって、第１の半導体レーザ装置と
同様に、電子とホールの波動関数の重なりを大きくでき
るので発光効率を高くでき、また、伝導帯の電子の第１
準位ｅ１と価電子帯の重いホールのホール準位ｈｈ１と
の差である遷移エネルギーを大きくできるので、短い波
長の光を発生することができる。しかも、しきい値を増
大させることがないので、低いしきい値で発光できると
いう歪み量子井戸層を有する活性層の特性をそのまま生
かすことができるので、しきい値を低くできる。Accordingly, in the first embodiment, the energy band structure at the time of zero bias of the semiconductor laser device (referred to as a second semiconductor laser device) configured as shown in the second combination is shown in FIG. It can be expressed as follows. That is, due to the internal electric field generated by the piezo effect, the potential of the strained quantum well layer has the same inclination as that of the barrier layer, and is higher than that of the first semiconductor laser device by n.
The inclination is such that the type compound semiconductor layer becomes lower. When a bias voltage is applied in the forward direction of the second semiconductor laser device having the energy band structure shown in FIG. 4A, the internal electric field of the active layer 14 is canceled and the active layer 1
4 has a gentle slope as shown in FIG. Thus, as in the first semiconductor laser device, the overlap between the wave functions of electrons and holes can be increased, so that the luminous efficiency can be increased.
Since the transition energy, which is the difference between the level e1 and the hole level hh1 of the heavy hole in the valence band, can be increased, light with a short wavelength can be generated. In addition, since the threshold value is not increased, the characteristics of the active layer having the strained quantum well layer, which can emit light at a low threshold value, can be utilized as it is, so that the threshold value can be reduced.
【００２８】以上の説明では、化合物半導体基板１０の
表面を（ｎ１１）面に設定した場合について説明した
が、表面を（ｎｎ１）面に設定した場合においても同様
に説明できる。In the above description, the case where the surface of the compound semiconductor substrate 10 is set to the (n11) plane has been described. However, the same can be applied to the case where the surface is set to the (nn1) plane.
【００２９】以上のように、実施形態１の面発光型の半
導体レーザ装置は、化合物半導体基板１０の表面の面方
位と当該表面の原子層の元素を、活性層１４の歪み量子
井戸層において順バイアス電圧を打ち消す方向に内部電
界が生じるように、設定しているので、発光効率を高く
でき、かつ発光する光の波長を短くすることができ、し
かもしきい値を低くできる。As described above, in the surface-emitting type semiconductor laser device of the first embodiment, the plane orientation of the surface of the compound semiconductor substrate 10 and the elements of the atomic layer on the surface are sequentially changed in the strained quantum well layer of the active layer 14. Since the setting is such that an internal electric field is generated in the direction of canceling the bias voltage, the luminous efficiency can be increased, the wavelength of emitted light can be shortened, and the threshold value can be lowered.
【００３０】＜実施形態２＞以上の実施形態１では、化
合物半導体基板の表面に、２つの分布反射層によって挟
設された活性層を形成して、面発光型の半導体レーザ装
置を構成した。しかしながら、本発明はこれに限らず、
化合物半導体基板の表面に２つのグレーデッド層によっ
て挟設された活性層を形成して、ファブリペロー型の半
導体レーザ装置を構成するようにしてもよい。すなわ
ち、この実施形態２において、表面が（ｎ１１）Ａ面又
は（ｎｎ１）Ａ面に設定されたｎ型化合物半導体基板を
用いて半導体レーザ装置を構成する場合は、当該ｎ型化
合物半導体基板の当該表面に、ｎ型のクラッド層、グレ
ーデッド層、活性層、グレーデッド層及びｐ型のクラッ
ド層を上述の順に積層して構成する。また、表面が（ｎ
１１）Ｂ面又は（ｎｎ１）Ｂ面に設定されたｐ型化合物
半導体基板を用いて半導体レーザ装置を構成する場合
は、当該ｐ型化合物半導体基板の当該表面に、ｐ型のク
ラッド層、グレーデッド層、活性層、グレーデッド層及
びｎ型のクラッド層を上述の順に積層して構成する。<Second Embodiment> In the first embodiment, an active layer sandwiched between two distributed reflection layers is formed on the surface of a compound semiconductor substrate to form a surface-emitting type semiconductor laser device. However, the present invention is not limited to this,
An active layer sandwiched between two graded layers may be formed on the surface of the compound semiconductor substrate to form a Fabry-Perot type semiconductor laser device. That is, in the second embodiment, when a semiconductor laser device is configured using an n-type compound semiconductor substrate whose surface is set to the (n11) A plane or the (nn1) A plane, the n-type compound semiconductor substrate An n-type clad layer, a graded layer, an active layer, a graded layer, and a p-type clad layer are laminated on the surface in the above-described order. In addition, the surface is (n
11) When a semiconductor laser device is configured using a p-type compound semiconductor substrate set on the B-plane or (nn1) B-plane, a p-type cladding layer, a graded A layer, an active layer, a graded layer, and an n-type clad layer are stacked in the above-described order.
【００３１】以上のように構成することにより、実施形
態１の面発光型の半導体レーザと同様に、活性層の歪み
量子井戸層に、印加される順バイアス電圧を打ち消すよ
うに内部電界を発生させることができるので、実施形態
１と同様の効果を有し、かつ端面から光を放出できるフ
ァブリペロー型の半導体レーザ装置を構成できる。With the above configuration, an internal electric field is generated in the strained quantum well layer of the active layer so as to cancel the applied forward bias voltage, similarly to the surface emitting semiconductor laser of the first embodiment. Therefore, a Fabry-Perot type semiconductor laser device having the same effects as in the first embodiment and capable of emitting light from the end face can be configured.
【００３２】[0032]
【実施例】次に、本発明に係る実施例について説明す
る。以下に示す実施例はいずれも、従来困難であるとさ
れた、ｎ型ＧａＡｓ化合物半導体基板のＡ面上に、所定
の条件で結晶成長させることにより各層を形成して構成
したものである。Next, an embodiment according to the present invention will be described. In each of the examples described below, each layer is formed by crystal growth under predetermined conditions on the A-plane of an n-type GaAs compound semiconductor substrate, which has been considered difficult in the past.
【００３３】＜実施例１＞本実施例１の面発光型半導体
レーザは、実施形態１の第１の組合せに基づいて、ｎ型
ＧａＡｓ基板１０ａを用いて構成される。すなわち、図
５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０ａの（３１１）
Ａ面２０ａ上に、分子線エピタキシャル成長（Molecula
r Beam Epitaxy；MBE)法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２３ａを０．３μｍ、λ／４ｎrに相当する厚みの
分布反射層であるｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１２ａを２
２．５周期、スペーサ層であるＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａs層１
３ａ、二重量子井戸超格子構造のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／
ＧａＡｓ活性層１４ａ（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸層
の厚み８ｎｍ、ＧａＡｓバリア層の厚み８ｎｍ）スペー
サ層であるＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ１５ａ、分布反射層であ
るλ／４ｎ厚みのｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ１６ａを２５
周期、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２４ａを、この順
に成長させて積層した。ここで、キャビティを形成する
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３ａ，１５ａとＩｎ0.2ＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ活性層１４ａとを合わせた厚さは、ちょう
ど発光レーザの一波長になるように設定し、またＧａＡ
ｓキャップ層２４ａは、この後に形成される金からなる
ｐ型オーミック電極１８ａと位相整合するよう０．１６
λ／ｎrの厚みになるよう設定した。成長温度は、結晶
性を向上する目的で、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２３ａ、
ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１２ａ，ｐ型ＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ層１６ａ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２４ａ
は、比較的高温の６２０℃の成長温度で行い、Ｉｎ0.2
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ活性層１４ａは、Ｉｎ原子の再蒸発
を防ぐために、５２０℃の成長温度で行い、この中間の
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３ａ，１５ａは、成長を中断す
ること無く、成長温度を連続的に傾斜させながら結晶成
長させた。ドーピングは、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２３
ａ、ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１２ａに２×１０18ｃｍ
3のＳｉ不純物を、ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１６ａに
２×１０18ｃｍ3のＢｅ不純物を、およびｐ型ＧａＡｓ
キャップ層２４ａに１×１０19のＢｅ不純物を一様にド
ープした。また、ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ１６ａの抵抗
を低減するために、図示はしていないが、ＡｌＡｓ層と
ＧａＡｓ層との間に、６層からなる１８ｎｍのＡｌＡｓ
／ＧａＡｓ超格子層を挿入した。Example 1 The surface-emitting type semiconductor laser of Example 1 is based on the first combination of Embodiment 1 and is configured using an n-type GaAs substrate 10a. That is, as shown in FIG. 5, (311) of the n-type GaAs substrate 10a
The molecular beam epitaxial growth (Molecula
r Beam Epitaxy (MBE) method, the n-type GaAs buffer layer 23a is 0.3 μm thick and the n-type AlAs / GaAs layer 12a is a distributed reflection layer having a thickness corresponding to λ / 4n r.
2.5 periods, Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1 serving as a spacer layer
3a, In 0.2 Ga 0.8 As /
GaAs active layer 14a (thickness of the In 0.2 Ga 0.8 As quantum well layer 8nm, thickness 8nm of GaAs barrier layer) Al 0.5 Ga 0.5 As15a a spacer layer, a p-type AlAs / GaAs16a of which lambda / 4n thickness distribution reflective layer 25
The period and the p-type GaAs cap layer 24a were grown and stacked in this order. Here, the Al 0.5 Ga 0.5 As layers 13 a and 15 a forming the cavity and the In 0.2 GaAs
The total thickness of the s / GaAs active layer 14a and the s / GaAs active layer 14a is set to be exactly one wavelength of the light emitting laser.
The s cap layer 24a is formed to a thickness of 0.16 so as to be phase-matched with a p-type ohmic electrode 18a made of gold to be formed later.
The thickness was set to be λ / nr . The growth temperature is set to n-type GaAs buffer layer 23a for the purpose of improving the crystallinity.
n-type AlAs / GaAs layer 12a, p-type AlAs / Ga
As layer 16a and p-type GaAs cap layer 24a
It is carried out at a growth temperature of the relatively hot 620 ° C., an In 0.2
The GaAs / GaAs active layer 14a is formed at a growth temperature of 520 ° C. in order to prevent re-evaporation of In atoms. The intermediate Al 0.5 Ga 0.5 As layers 13a and 15a have a continuous growth temperature without interrupting the growth. The crystal was grown while gradually tilting. The doping is performed on the n-type GaAs buffer layer 23.
a, 2 × 10 18 cm on n-type AlAs / GaAs layer 12a
3 Si impurity, p-type AlAs / GaAs layer 16a with 2 × 10 18 cm 3 Be impurity, and p-type GaAs
The cap layer 24a was uniformly doped with 1 × 10 19 Be impurities. Although not shown, in order to reduce the resistance of the p-type AlAs / GaAs 16a, an 18 nm AlAs layer consisting of six layers is provided between the AlAs layer and the GaAs layer.
/ GaAs superlattice layer was inserted.
【００３４】そして、結晶成長後、ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層２４ａ、ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１６ａ、Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１５ａ、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡ
ｓ活性層１４ａ及びＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３ａとが所
定の形状に残るように、ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１２
ａの上層の一部分まで、通常のフォトリソグラフィ技術
とケミカルエッチングして、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２
４ａ、ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１６ａ、Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ層１５ａ、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ活性
層１４ａ及びＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１３ａからなる立ち
上がり部（以下、ポストという。）を形成する。次に、
ポスト形成後直ちに、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２４ａの
表面とエッチング面とに、ＳｉＯ2絶縁膜１７ａを形成
し、さらに、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２４ａの表面に形
成されたＳｉＯ2絶縁膜１７ａの略中央部に、電流を注
入するための注入窓２１をエッチングにより開け、ｐ型
のオーミック電極１８ａとしてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着
により形成した。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板１０ａの板
厚が１００μｍ程度の厚みになるように当該基板１０ａ
の下面側を研磨し、研磨した当該基板１０ａの下面にｎ
型オーミック電極１１ａをＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを蒸着す
ることにより形成し、リフトオフ法を用いて、レーザ光
を取り出すための１００μｍ×１００μｍサイズの光放
出窓２２を形成した。After the crystal growth, the p-type GaAs cap layer 24a, the p-type AlAs / GaAs layer 16a,
0.5 Ga 0.5 As layer 15a, In 0.2 Ga 0.8 As / GaAs
The n-type AlAs / GaAs layer 12 is formed so that the s active layer 14a and the Al 0.5 Ga 0.5 As layer 13a remain in a predetermined shape.
a to a part of the upper layer, a p-type GaAs cap layer 2
4a, p-type AlAs / GaAs layer 16a, Al 0.5 Ga
A rising portion (hereinafter, referred to as a post) including the 0.5 As layer 15a, the In 0.2 Ga 0.8 As / GaAs active layer 14a, and the Al 0.5 Ga 0.5 As layer 13a is formed. next,
Immediately after the formation of the post, an SiO 2 insulating film 17a is formed on the surface of the p-type GaAs cap layer 24a and on the etched surface, and the center of the SiO 2 insulating film 17a formed on the surface of the p-type GaAs cap layer 24a is formed. An injection window 21 for injecting a current was opened in the portion by etching, and Ti / Pt / Au was formed by evaporation as a p-type ohmic electrode 18a. Thereafter, the n-type GaAs substrate 10a is set to have a thickness of about 100 μm.
Is polished on the lower surface side of the substrate 10a.
The ohmic electrode 11a was formed by evaporating AuGeNi / Au, and a light emission window 22 of 100 μm × 100 μm size for extracting laser light was formed by using a lift-off method.
【００３５】図６に、試作した実施例１の面発光型半導
体レーザの電流−光出力特性を示す。ここで、ポストサ
イズは４０×４０μｍにした。図６から明らかなよう
に、しきい値電流は３ｍＡであり、しきい値電流密度に
換算して１８０Ａ／ｃｍ2の非常に小さい値が得られ
た。別の試作例では、更に低い最小１６０Ａ／ｃｍ2の
発振しきい値電流密度が得られている。図７には、２方
向の偏波方向の電流−光出力特性を示している。図７か
ら、実施例１の面発光型半導体レーザが非常に優れた偏
波特性を有することがわかる。また、図８に結晶面内で
の偏光特性を示す。図８からも、実施例１の面発光型半
導体レーザが非常に優れた偏波特性を有することがわか
る。従来の（１００）面上面発光型半導体レーザで問題
となっていた偏光のスイッチング現象は観測されず、し
きい値の２．７倍まで、安定した偏波特性が得られた。
これらの結果は、実施例１の面発光型半導体レーザが、
高い光学利得と光学的異方性を有することを示してお
り、これはピエゾ効果による内部電界を順バイアス電圧
で打ち消すように構成することによって、初めて実現す
ることができた。また、この実施例１の面発光型半導体
レーザは、直交する２方向の偏波面での選択性の大きい
優れた偏波特性を有するので、コヒーレント通信やコヒ
ーレント計測又は超低雑音が要求される用途にも用いる
ことができる。FIG. 6 shows the current-light output characteristics of the surface-emitting type semiconductor laser of Example 1 which has been prototyped. Here, the post size was 40 × 40 μm. As is clear from FIG. 6, the threshold current was 3 mA, and a very small value of 180 A / cm 2 was obtained in terms of the threshold current density. In another prototype, a lower oscillation threshold current density of 160 A / cm 2 is obtained. FIG. 7 shows current-light output characteristics in two polarization directions. FIG. 7 shows that the surface emitting semiconductor laser of Example 1 has very excellent polarization characteristics. FIG. 8 shows the polarization characteristics in the crystal plane. FIG. 8 also shows that the surface emitting semiconductor laser of Example 1 has very excellent polarization characteristics. The polarization switching phenomenon, which was a problem in the conventional (100) plane top emission semiconductor laser, was not observed, and stable polarization characteristics were obtained up to 2.7 times the threshold.
These results indicate that the surface-emitting type semiconductor laser of Example 1
It shows high optical gain and optical anisotropy, which could be realized for the first time by constructing such that the internal electric field due to the piezo effect is canceled by the forward bias voltage. Further, since the surface emitting semiconductor laser of the first embodiment has excellent polarization characteristics with high selectivity in the plane of polarization in two orthogonal directions, coherent communication, coherent measurement, or ultra-low noise is required. It can also be used for applications.
【００３６】＜実施例２＞図９に示す実施例２の面発光
型半導体レーザは、実施形態１の第２の組合せに基づい
て、ｐ型ＧａＡｓ基板１０ｂを用いて構成される。ここ
で、図９において図５と同様のものには同様の符号を付
して示している。すなわち、図９の実施例２の面発光型
半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０ａに代えて表面
が（３１１）Ｂ面になるように形成されたｐ型ＧａＡｓ
基板１０ｂを用いた他、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２３ａ
に代えてｐ型ＧａＡｓバッファ層２３ｂを形成し、ｎ型
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層１２ａに代えてｐ型ＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ層１２ｂを２２．５周期形成し、ｐ型ＡｌＡｓ／
ＧａＡｓ１６ａに代えてｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ１６ｂ
を２５周期形成し、さらにｐ型ＧａＡｓキャップ層２４
ａに代えてｎ型ＧａＡｓキャップ層２４ｂを形成してい
る。Example 2 The surface emitting semiconductor laser of Example 2 shown in FIG. 9 is based on the second combination of Embodiment 1 and is configured using a p-type GaAs substrate 10b. Here, in FIG. 9, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. That is, the surface emitting semiconductor laser of the second embodiment shown in FIG. 9 is different from the n-type GaAs substrate 10a in that the p-type GaAs is formed so that the surface becomes the (311) B plane.
In addition to using the substrate 10b, an n-type GaAs buffer layer 23a
Is formed instead of p-type GaAs buffer layer 23b, and p-type AlAs / G is formed instead of n-type AlAs / GaAs layer 12a.
The aAs layer 12b is formed for 22.5 periods, and the p-type AlAs /
N-type AlAs / GaAs16b instead of GaAs16a
Are formed for 25 periods, and the p-type GaAs cap layer 24 is further formed.
An n-type GaAs cap layer 24b is formed instead of a.
【００３７】そして、結晶成長後、実施例１と同様に、
ｎ型ＧａＡｓキャップ層２４ｂ、ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓ層１６ｂ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１５ａ、Ｉｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ活性層１４ａ及びＡｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓ層１３ａからなるポストを形成する。次に、ポスト
形成後直ちに、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２４ｂの表面と
エッチング面とに、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２４ｂの中
央部に注入窓２１を有するＳｉＯ2絶縁膜１７ａを形成
し、ｎ型のオーミック電極１８ｂを形成し、ｐ型ＧａＡ
ｓ基板１０ｂの板厚が１００μｍ程度の厚みになるよう
に研磨し、研磨した当該基板１０ｂの下面にｐ型オーミ
ック電極１１ｂを形成した。以上のように構成された実
施例２の面発光型半導体レーザは、実施例１と同様の効
果を有する。Then, after crystal growth, as in Example 1,
n-type GaAs cap layer 24b, n-type AlAs / GaAs
s layer 16b, Al 0.5 Ga 0.5 As layer 15a, In 0.2 G
a 0.8 As / GaAs active layer 14a and Al 0.5 Ga 0.5
A post made of the As layer 13a is formed. Next, immediately after the formation of the post, an SiO 2 insulating film 17a having an injection window 21 at the center of the n-type GaAs cap layer 24b is formed on the surface and the etched surface of the n-type GaAs cap layer 24b. An electrode 18b is formed and p-type GaAs
The s substrate 10b was polished so as to have a thickness of about 100 μm, and the p-type ohmic electrode 11b was formed on the polished lower surface of the substrate 10b. The surface emitting semiconductor laser according to the second embodiment configured as described above has the same effect as that of the first embodiment.
【００３８】＜実施例３＞図１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板
１０ａの（３１１）Ａ面上に、ＧａＡｓバッファ層３
１、ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層３２、ＡｌＧ
ａＡｓグレーディド層３３、活性層３４、ＡｌＧａＡｓ
グレーディド層３５、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッ
ド層３６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３７を積層して、作
製した実施例３の端面発光型（ファブリペロー型）半導
体レーザの断面構造を模式的に示す図である。ここで、
活性層３４は、実施例１，２と同様のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａ
ｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造の超格子からなる。ま
た、図１０の右側に示す図は、左の図に対応させて、各
層におけるＧａＡｓのＧａ原子がＡｌ又はＩｎ原子に置
換された割合を示している。実施例３の端面発光型半導
体レーザは、図１０の断面構造を有する半導体にさらに
２０μｍ幅のオキサイドストライプ電極が形成されて構
成される。図１１は、実施例２の端面発光型半導体レー
ザの電流−光出力特性を示している。図１１から明らか
なように、順方向の電流を約２８０ｍＡ以上に設定する
ことにより、１００ｍＷ以上の高出力・高効率動作をす
ることがわかる。また、図１２に、同一ウエハから切り
出して作成した、各種の共振器長を有する実施例３の端
面発光型半導体レーザについて、その共振器長Ｌとしき
い値電流密度Ｊｔｈの関係を示した。図１２からわかる
ように、１．２ｍｍの共振器長Ｌの素子で、最低しきい
値電流密度Ｊｔｈとして３５０Ａ／ｃｍ２の値が得られ
た。また、半導体レーザの性能を示す指標のひとつであ
る、共振器長Ｌを無限大にしたときの理想的な状態での
しきい値電流密度Ｊ0は７２．６Ａ／ｃｍ２の値が得ら
れた。以上により、実施例１，２と同様、実施例３の端
面発光型半導体レーザにおいても、低しきい値・高効率
動作をさせることができることがわかる。<Embodiment 3> FIG. 10 shows that the GaAs buffer layer 3 is formed on the (311) A plane of the n-type GaAs substrate 10a.
1. n-type Al 0.35 Ga 0.65 As cladding layer 32, AlG
aAs graded layer 33, active layer 34, AlGaAs
A cross-sectional structure of an edge-emitting (Fabry-Perot type) semiconductor laser of Example 3 manufactured by laminating a graded layer 35, a p-type Al 0.35 Ga 0.65 As clad layer 36, and a p-type GaAs cap layer 37 is schematically shown. FIG. here,
The active layer 34 is made of In 0.2 Ga 0.8 A as in the first and second embodiments.
It is composed of a superlattice having an s / GaAs double quantum well structure. Further, the diagram shown on the right side of FIG. 10 shows the ratio of Ga atoms of GaAs replaced by Al or In atoms in each layer, corresponding to the diagram on the left. The edge-emitting semiconductor laser according to the third embodiment is configured by further forming an oxide stripe electrode having a width of 20 μm on a semiconductor having the cross-sectional structure shown in FIG. FIG. 11 shows the current-light output characteristics of the edge-emitting semiconductor laser of Example 2. As is clear from FIG. 11, it can be seen that a high output and high efficiency operation of 100 mW or more is achieved by setting the forward current to about 280 mA or more. FIG. 12 shows the relationship between the cavity length L and the threshold current density Jth of the edge-emitting semiconductor laser of Example 3 having various cavity lengths cut out from the same wafer. As can be seen from FIG. 12, a value of 350 A / cm 2 was obtained as the minimum threshold current density Jth for the element having the resonator length L of 1.2 mm. Also, a threshold current density J 0 in an ideal state when the resonator length L is infinite, which is one of the indexes indicating the performance of the semiconductor laser, is 72.6 A / cm 2. Was. From the above, it can be seen that, similarly to the first and second embodiments, the edge emitting semiconductor laser of the third embodiment can also operate with a low threshold value and high efficiency.
【００３９】＜実施例４＞図１３は、表面が（３１１）
Ｂ面になるように形成されたｐ型ＧａＡｓ基板１０ｂを
用いて構成された実施例４の端面発光型半導体レーザで
あって、図１０の端面発光型半導体レーザにおいて、ｎ
型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層３２に代えてｐ型Ａ
ｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層３２ｂを形成し、ｐ型Ａ
ｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層３６に代えてｎ型Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層３６ｂを形成し、ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層３７に代えてｎ型ＧａＡｓキャップ層３
７ｂを形成して構成される。以上のように構成しても、
実施例３と同様の効果を有する端面発光型半導体レーザ
を構成できる。<Embodiment 4> FIG. 13 shows that the surface is (311)
The edge emitting semiconductor laser according to the fourth embodiment configured using the p-type GaAs substrate 10b formed so as to have the B surface, and in the edge emitting semiconductor laser of FIG.
P-type A instead of Al 0.35 Ga 0.65 As clad layer 32
l 0.35 Ga 0.65 As clad layer 32b is formed and p-type A
n 0.35 Ga 0.65 As clad layer 36 instead of n-type Al
0.35 Ga 0.65 As clad layer 36b is formed, and p-type Ga
N-type GaAs cap layer 3 instead of As cap layer 37
7b. Even with the above configuration,
An edge-emitting semiconductor laser having the same effects as in the third embodiment can be formed.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る半導体レーザ装置によれば、上記化合物半導体基板
上に、歪み量子井戸層を有する活性層を備え、順バイア
ス電圧を打ち消す方向に内部電界が生じるように、上記
化合物半導体基板の表面の面方位と当該表面の原子層と
を設定しているので、低いしきい値電流で動作させるこ
とができ、かつ発光効率がよく、しかも短い波長の光を
発生できる。As apparent from the above description, according to the semiconductor laser device of the present invention, an active layer having a strained quantum well layer is provided on the compound semiconductor substrate, and the active layer has a direction in which a forward bias voltage is canceled. Since the surface orientation of the surface of the compound semiconductor substrate and the atomic layer on the surface are set so that an internal electric field is generated, the compound semiconductor substrate can be operated at a low threshold current, and has a high luminous efficiency and is short. It can generate light of a wavelength.
【００４１】また、本発明によれば、第１の分布反射層
と第２の反射分布層とを形成することにより、偏波選択
性に優れた光を発生できる面発光型の半導体レーザ装置
を提供できる。According to the present invention, there is provided a surface emitting semiconductor laser device capable of generating light having excellent polarization selectivity by forming the first distributed reflection layer and the second reflection distribution layer. Can be provided.
【００４２】さらに、本発明によれば、クラッド層とグ
レーデッド層とを形成することにより、高出力の端面発
光型の半導体レーザ装置を提供できる。Further, according to the present invention, by forming the cladding layer and the graded layer, it is possible to provide a high-power edge-emitting semiconductor laser device.
【図１】 本発明に係る実施形態１の半導体レーザ装置
の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 ｎ型化合物半導体基板の（ｎ１１）Ｂ面上に
歪み量子井戸層を含む活性層を形成した場合の活性層に
おけるエネルギーバンドを模式的に示す図であって、
（ａ）は零バイアス時の図であり、（ｂ）は順方向バイ
アス印加時の図である。FIG. 2 is a view schematically showing an energy band in an active layer when an active layer including a strained quantum well layer is formed on a (n11) B plane of an n-type compound semiconductor substrate;
(A) is a diagram when zero bias is applied, and (b) is a diagram when forward bias is applied.
【図３】 実施形態１の第１の組合せに示す、ｎ型化合
物半導体基板の（ｎ１１）Ａ面上に歪み量子井戸層を含
む活性層を形成した場合の活性層におけるエネルギーバ
ンドを模式的に示す図であって、（ａ）は零バイアス時
の図であり、（ｂ）は順方向バイアス印加時の図であ
る。FIG. 3 schematically shows an energy band in the active layer when an active layer including a strained quantum well layer is formed on the (n11) A plane of the n-type compound semiconductor substrate shown in the first combination of the first embodiment. 3A is a diagram when a zero bias is applied, and FIG. 3B is a diagram when a forward bias is applied.
【図４】 実施形態１の第２の組合せに示す、ｐ型化合
物半導体基板の（ｎ１１）Ｂ面上に歪み量子井戸層を含
む活性層を形成した場合の活性層におけるエネルギーバ
ンドを模式的に示す図であって、（ａ）は零バイアス時
の図であり、（ｂ）は順方向バイアス印加時の図であ
る。FIG. 4 schematically shows an energy band in the active layer in the case where an active layer including a strained quantum well layer is formed on the (n11) B plane of the p-type compound semiconductor substrate shown in the second combination of the first embodiment. 3A is a diagram when a zero bias is applied, and FIG. 3B is a diagram when a forward bias is applied.
【図５】 本発明に係る実施例１の面発光型半導体レー
ザの構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a surface emitting semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
【図６】 実施例１の面発光型半導体レーザの電流−光
出力特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing current-light output characteristics of the surface-emitting type semiconductor laser of Example 1.
【図７】 実施例１の面発光型半導体レーザの直交する
２方向の偏波依存特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing polarization dependence characteristics of the surface emitting semiconductor laser of Example 1 in two orthogonal directions.
【図８】 実施例１の面発光型半導体レーザの結晶面内
での偏向特性を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the deflection characteristics in the crystal plane of the surface emitting semiconductor laser of Example 1.
【図９】 本発明に係る実施例２の面発光型半導体レー
ザの構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of a surface emitting semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明に係る実施例３の端面発光型半導体
レーザの模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of an edge-emitting semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図１１】 実施例３の端面発光型半導体レーザの電流
−光出力特性を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing current-light output characteristics of the edge-emitting semiconductor laser of Example 3.
【図１２】 実施例３の端面発光型半導体レーザの、共
振器長に対するしきい値電流密度Ｊｔｈを示すグラフで
ある。FIG. 12 is a graph showing the threshold current density Jth with respect to the cavity length of the edge-emitting semiconductor laser of Example 3.
【図１３】 本発明に係る実施例４の端面発光型半導体
レーザの模式図である。FIG. 13 is a schematic view of an edge emitting semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.
１０…化合物半導体基板、 １０ａ…ｎ型ＧａＡｓ基板、 １０ｂ…ｐ型ＧａＡｓ基板、 １１，１８…オーミック電極、 １１ａ…ｎ型オーミック電極、 １８ａ…ｐ型オーミック電極、 １１ｂ…ｐ型オーミック電極、 １８ｂ…ｎ型オーミック電極、 １２，１６…分布反射層、 １２ａ…ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層、 １２ｂ…ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層、 １６ａ…ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層、 １６ｂ…ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層、 １３，１５…スペーサー層、 １３ａ，１５ａ…Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層、 １４…活性層、 １４ａ，３４…Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ活性層、 １７…絶縁層、 １７ａ…ＳｉＯ2層、 ２０…化合物半導体基板１０の表面、 ２０ａ…ｎ型ＧａＡｓ基板１０ａの（３１１）Ａ面、 ２０ｂ…ｐ型ＧａＡｓ基板１０ｂの（３１１）Ｂ面 ２１…電流注入窓、 ２２…光放出窓。 ２３ａ…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、 ２３ｂ…ｐ型ＧａＡｓバッファ層、 ２４ａ…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、 ２４ｂ…ｎ型ＧａＡｓキャップ層、 ３１…ＧａＡｓバッファ層、 ３２…ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層、 ３２ｂ…ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層、 ３３，３５…ＡｌＧａＡｓグレーデッド層、 ３６…ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層、 ３６ｂ…ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層、 ３７…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、 ３７ｂ…ｎ型ＧａＡｓキャップ層。10 ... compound semiconductor substrate, 10a ... n-type GaAs substrate, 10b ... p-type GaAs substrate, 11, 18 ... ohmic electrode, 11a ... n-type ohmic electrode, 18a ... p-type ohmic electrode, 11b ... p-type ohmic electrode, 18b ... n-type ohmic electrode, 12, 16 ... distributed reflection layer, 12a ... n-type AlAs / GaAs layer, 12b ... p-type AlAs / GaAs layer, 16a ... p-type AlAs / GaAs layer, 16b ... n-type AlAs / GaAs layer, 13 , 15: spacer layer, 13a, 15a: Al 0.5 Ga 0.5 As layer, 14: active layer, 14a, 34: In 0.2 Ga 0.8 As / GaAs active layer, 17: insulating layer, 17a: SiO 2 layer, 20: compound Surface of the semiconductor substrate 10, 20a: (311) A plane of the n-type GaAs substrate 10a, 20b ... of the p-type GaAs substrate 10b (311) B surface 21: current injection window, 22: light emission window. 23a ... n-type GaAs buffer layer, 23b ... p-type GaAs buffer layer, 24a ... p-type GaAs cap layer, 24b ... n-type GaAs cap layer, 31 ... GaAs buffer layer, 32 ... n-type Al 0.35 Ga 0.65 As clad layer, 32b: p-type Al 0.35 Ga 0.65 As cladding layer, 33, 35: AlGaAs graded layer, 36: p-type Al 0.35 Ga 0.65 As cladding layer, 36b: n-type Al 0.35 Ga 0.65 As cladding layer, 37: p-type GaAs Cap layer 37b ... n-type GaAs cap layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パブロ・バッカロ 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５ 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (72)発明者 藤田 和久 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５ 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (72)発明者 渡辺 敏英 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５ 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Pablo Baccaro 5 Sanraya, Seiya-cho, Seika-cho, Kyoto Prefecture, Japan AIT Optical Radio Communication Laboratory (72) Inventor Kazuhisa Fujita Kyoto Soraku Kyoto 5 Shiraya, Inaya, Subsection, Seika-cho, Gunma ATI R & D Laboratories, Inc. (72) Inventor Toshihide Watanabe, 5 Shiraya, Inaba, Seika-cho, Kyoto, Soraku-gun, Kyoto ATR, Inc. Radio Communication Laboratory
Claims (8)
が第３族の元素；Ｂが第５族の元素、又はＡが第２族の
元素；Ｂが第６族の元素）と、 上記ＡＢ化合物半導体基板上に形成され、歪み量子井戸
層を有する超格子からなる活性層と、 上記活性層上に形成されたｐ型の半導体層とを備えた半
導体レーザ装置であって、 上記ＡＢ化合物半導体基板の表面の面方位が（ｎ１１）
面又は（ｎｎ１）面（但しｎ≧１）に設定され、かつ当
該表面が実質的にＡ元素からなる原子層に設定されたこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。1. An n-type AB compound semiconductor substrate (A
Is a Group 3 element; B is a Group 5 element, or A is a Group 2 element; B is a Group 6 element), and has a strained quantum well layer formed on the AB compound semiconductor substrate. A semiconductor laser device comprising: an active layer made of a superlattice; and a p-type semiconductor layer formed on the active layer, wherein the plane orientation of the surface of the AB compound semiconductor substrate is (n11).
A semiconductor laser device, wherein the surface is set to a plane or a (nn1) plane (where n ≧ 1), and the surface is set to an atomic layer substantially composed of the element A.
り、上記活性層がＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子である
請求項１記載の半導体レーザ装置。2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said compound semiconductor substrate is made of GaAs, and said active layer is an InGaAs / GaAs superlattice.
（３１１）面になるように形成されたｎ型ＧａＡｓ半導
体基板と、 上記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に、ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）層とＧａＡｓ層とが交
互に積層されてなるｎ型の第１の分布反射層と、 上記第１の分布反射層上に、ＧａＡｓ障壁層とＩｎＧａ
Ａｓ量子井戸層とが交互に積層されてなる活性層と、 上記活性層上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦
１）層とＧａＡｓ層とが交互に積層されてなるｐ型の第
２の分布反射層とを備えたことを特徴とする半導体レー
ザ装置。3. A surface formed n-type GaAs semiconductor substrate such that the (311) plane of the atomic layer consisting essentially of Ga, onto the surface of the n-type GaAs semiconductor substrate, Al x G
a 1-x As (where 0 <x ≦ 1) layers and an n-type first distributed reflection layer in which GaAs layers are alternately stacked; and a GaAs barrier layer on the first distributed reflection layer. And InGa
An active layer in which As quantum well layers are alternately stacked; and an Al x Ga 1-x As (where 0 <x ≦
1) A semiconductor laser device comprising: a p-type second distributed reflection layer in which layers and GaAs layers are alternately stacked.
（３１１）面になるように形成されたｎ型ＧａＡｓ半導
体基板と、 上記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に形成された
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層と、 上記ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層上に、Ｇａに置換する
Ａｌの量が上層ほど少なくなるように形成された第１の
ＡｌＧａＡｓグレーデッド層と、 上記第１のＡｌＧａＡｓグレーデッド層上に、ＧａＡｓ
障壁層とＩｎＧａＡｓ量子井戸層とが交互に積層されて
なる活性層と、 上記活性層上に、Ｇａに置換するＡｌの量が上層ほど多
くなるように形成された第２のＡｌＧａＡｓグレーデッ
ド層と、 上記第２のＡｌＧａＡｓグレーデッド層上に形成された
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層とを備えたことを特徴とす
る半導体レーザ装置。4. An n-type GaAs semiconductor substrate formed so that the surface is substantially the (311) plane of an atomic layer made of Ga; and an n-type semiconductor formed on the surface of the n-type GaAs semiconductor substrate. An AlGaAs cladding layer, a first AlGaAs graded layer formed on the n-type AlGaAs cladding layer so that the amount of Al substituted for Ga decreases as the upper layer decreases, and a first AlGaAs graded layer formed on the first AlGaAs graded layer. , GaAs
An active layer in which barrier layers and InGaAs quantum well layers are alternately stacked; and a second AlGaAs graded layer formed on the active layer such that the amount of Al substituted for Ga increases toward the upper layer. And a p-type AlGaAs cladding layer formed on the second AlGaAs graded layer.
が第３族の元素；Ｂが第５族の元素、又はＡが第２族の
元素；Ｂが第６族の元素）と、 上記ＡＢ化合物半導体基板上に形成され、歪み量子井戸
層を有する超格子からなる活性層と、 上記活性層上に形成されたｎ型の半導体層とを備え、順
バイアス電圧を印加することにより光を発生する半導体
レーザ装置であって、 上記ＡＢ化合物半導体基板の表面の面方位が（ｎ１１）
面又は（ｎｎ１）面（但しｎ≧１）に設定され、かつ当
該表面が実質的にＢ元素からなる原子層に設定されたこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。5. A p-type AB compound semiconductor substrate (provided that A
Is a Group 3 element; B is a Group 5 element, or A is a Group 2 element; B is a Group 6 element), and has a strained quantum well layer formed on the AB compound semiconductor substrate. A semiconductor laser device comprising: an active layer made of a superlattice; and an n-type semiconductor layer formed on the active layer, and generating light by applying a forward bias voltage. The plane orientation of the surface is (n11)
A semiconductor laser device, wherein the surface is set to a plane or a (nn1) plane (where n ≧ 1), and the surface is set to an atomic layer substantially composed of a B element.
り、上記活性層がＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子である
請求項５記載の半導体レーザ装置。6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein said compound semiconductor substrate is made of GaAs, and said active layer is an InGaAs / GaAs superlattice.
（３１１）面になるように形成されたｐ型ＧａＡｓ半導
体基板と、 上記ｐ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に、ＡｌＡｓ
層とＧａＡｓ層とが交互に積層されてなるｐ型の第１の
分布反射層と、 上記第１の分布反射層上に、ＧａＡｓ障壁層とＩｎＧａ
Ａｓ量子井戸層とが交互に積層されてなる活性層と、 上記活性層上に、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層とが交互に積
層されてなるｎ型の第２の分布反射層とを備えたことを
特徴とする半導体レーザ装置。7. A p-type GaAs semiconductor substrate formed so that its surface is substantially the (311) plane of an atomic layer made of As, and AlAs is formed on the surface of the p-type GaAs semiconductor substrate.
A p-type first distributed reflection layer in which layers and GaAs layers are alternately stacked; and a GaAs barrier layer and an InGaA layer on the first distributed reflection layer.
An active layer in which As quantum well layers are alternately stacked; and an n-type second distributed reflection layer in which AlAs layers and GaAs layers are alternately stacked on the active layer. Characteristic semiconductor laser device.
（３１１）面になるように形成されたｐ型ＧａＡｓ半導
体基板と、 上記ｐ型ＧａＡｓ半導体基板の上記表面上に形成された
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層と、 上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層上に、Ｇａに置換する
Ａｌの量が上層ほど少なくなるように形成された第１の
ＡｌＧａＡｓグレーデッド層と、 上記第１のＡｌＧａＡｓグレーデッド層上に形成され、
ＧａＡｓ障壁層とＩｎＧａＡｓ量子井戸層とが交互に積
層されてなる活性層と、 上記活性層上に、Ｇａに置換するＡｌの量が上層ほど多
くなるように形成された第２のＡｌＧａＡｓグレーデッ
ド層と、 上記第２のＡｌＧａＡｓグレーデッド層上に形成された
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層とを備えたことを特徴とす
る半導体レーザ装置。8. A p-type GaAs semiconductor substrate formed so that the surface is substantially the (311) plane of the atomic layer made of Ga; and a p-type semiconductor formed on the surface of the p-type GaAs semiconductor substrate. An AlGaAs cladding layer, a first AlGaAs graded layer formed on the p-type AlGaAs cladding layer such that the amount of Al substituted for Ga decreases as the upper layer decreases, and a first AlGaAs graded layer formed on the first AlGaAs graded layer. Formed,
An active layer in which a GaAs barrier layer and an InGaAs quantum well layer are alternately stacked; and a second AlGaAs graded layer formed on the active layer so that the amount of Al substituted for Ga increases as the upper layer increases And a n-type AlGaAs cladding layer formed on the second AlGaAs graded layer.
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| JP8159620A JP2901921B2 (en) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | Semiconductor laser device |
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| WO2010029775A1 (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-18 | 住友電気工業株式会社 | Nitride semiconductor optical device, epitaxial wafer for nitride semiconductor optical device, and method for manufacturing semiconductor light-emitting device |
| JP2010067952A (en) * | 2009-06-29 | 2010-03-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Nitride-based semiconductor light element |
| WO2020005006A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | 엘지이노텍 주식회사 | Surface-emitting laser device and light-emitting device comprising same |
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1996
- 1996-06-20 JP JP8159620A patent/JP2901921B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US7858963B2 (en) | 2008-09-11 | 2010-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Nitride based semiconductor optical device, epitaxial wafer for nitride based semiconductor optical device, and method of fabricating semiconductor light-emitting device |
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