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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