JPS63229795A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS63229795A JPS63229795A JP6263187A JP6263187A JPS63229795A JP S63229795 A JPS63229795 A JP S63229795A JP 6263187 A JP6263187 A JP 6263187A JP 6263187 A JP6263187 A JP 6263187A JP S63229795 A JPS63229795 A JP S63229795A
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- compound semiconductor
- ingaasp
- quaternary compound
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- Pending
Links
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は、半導体レーザに於いて、埋め込みへテロ構造
を構成する為の埋め込み層の材料としてAlGa In
As系3元乃至4元化合物半導体を用いることに依り、
より一層の低閾値電流化及び高効率化を達成したもので
ある。
を構成する為の埋め込み層の材料としてAlGa In
As系3元乃至4元化合物半導体を用いることに依り、
より一層の低閾値電流化及び高効率化を達成したもので
ある。
〔産業上の利用分野)
本発明は、主として光通信に用いられ、埋め込みへテロ
構造(buried heterostructur
e:BH)型と呼ばれている半導体レーザの改良に関す
る。
構造(buried heterostructur
e:BH)型と呼ばれている半導体レーザの改良に関す
る。
−aに、半導体レーザに於いては、低閾値電流化、高効
率化などを狙って、ストライブ状の発光領域にt流を集
中させる構造が採られ、その一つがBH型である。
率化などを狙って、ストライブ状の発光領域にt流を集
中させる構造が採られ、その一つがBH型である。
第4図は従来のBH型半導体レーザの要部切断正面図を
表している。
表している。
図に於いて、31はn型1nP基板、32は1nGaA
sP活性層、33はp型1nPクラッド層、34はp型
I nGaAs Pキヤツプ層、35はp型1nP埋め
込み層、36はn型1nP埋め込み層をそれぞれ示して
いる。
sP活性層、33はp型1nPクラッド層、34はp型
I nGaAs Pキヤツプ層、35はp型1nP埋め
込み層、36はn型1nP埋め込み層をそれぞれ示して
いる。
この半導体レーザでは、動作状態に於いて、p型1nP
埋め込み層35並びにn型1nP埋め込み層36で生成
されるpn接合には逆方向バイアス電圧が印加されるこ
とになる為、勿論、電流はそこを流れることはできず、
また、p型InPクラッド層33−p型I iIP埋め
込み層35−n型InP基板31の経路に於いては、p
型1nPクラッド層33−=InGaAsP活性層32
−n型InP基板31の経路に比較してpn接合のビル
ト・イン電圧が大、即ち、InGaAsP活性層32に
於けるエネルギ・バンド・ギヤツブがp型InP埋め込
み層35に於けるエネルギ・バンド・ギャップが大であ
ることを利用して電流を阻止するようにし、その結果、
電流が発光領域であるストライプ状のI nGaAs
P活性層32に集中するようにしている。
埋め込み層35並びにn型1nP埋め込み層36で生成
されるpn接合には逆方向バイアス電圧が印加されるこ
とになる為、勿論、電流はそこを流れることはできず、
また、p型InPクラッド層33−p型I iIP埋め
込み層35−n型InP基板31の経路に於いては、p
型1nPクラッド層33−=InGaAsP活性層32
−n型InP基板31の経路に比較してpn接合のビル
ト・イン電圧が大、即ち、InGaAsP活性層32に
於けるエネルギ・バンド・ギヤツブがp型InP埋め込
み層35に於けるエネルギ・バンド・ギャップが大であ
ることを利用して電流を阻止するようにし、その結果、
電流が発光領域であるストライプ状のI nGaAs
P活性層32に集中するようにしている。
ところで、現今の光通信で多用される趨勢にある1、3
〔μm〕の波長帯で用いる前記の如き半導体レーザの場
合、発光領域である[nGaAsP活性層32が例えば
I ns、sG a o、zsA S o、ssP 0
.45であるとすると、そのエネルギ・バンド・ギャッ
プは0.95 (eV)であり、p型1nP埋め込み層
に於けるそれは1.35’(eV)であって、その差は
約0.4 (eV)程度しかなく、従って、充分なビル
ト・イン電圧が得られず、その結果、p型1nP埋め込
み層35及びn型InP基板31で生成されるpn接合
を介して流れるリーク電流を回避することは困難であっ
た。
〔μm〕の波長帯で用いる前記の如き半導体レーザの場
合、発光領域である[nGaAsP活性層32が例えば
I ns、sG a o、zsA S o、ssP 0
.45であるとすると、そのエネルギ・バンド・ギャッ
プは0.95 (eV)であり、p型1nP埋め込み層
に於けるそれは1.35’(eV)であって、その差は
約0.4 (eV)程度しかなく、従って、充分なビル
ト・イン電圧が得られず、その結果、p型1nP埋め込
み層35及びn型InP基板31で生成されるpn接合
を介して流れるリーク電流を回避することは困難であっ
た。
これに対処するには、埋め込み層の材料として高いビル
ト・イン電圧が得られるものを用いれば良い。
ト・イン電圧が得られるものを用いれば良い。
第5図はInGaASP系化合物半導体に於ける組成、
格子定数、エネルギ・バンド・ギャップそれぞれの関係
を説明する為の組成図であり、また、第6図は(Aj!
x Ga+−x )y In、−、As系化合物半導
体に於けるそれを説明する為の組成図である。
格子定数、エネルギ・バンド・ギャップそれぞれの関係
を説明する為の組成図であり、また、第6図は(Aj!
x Ga+−x )y In、−、As系化合物半導
体に於けるそれを説明する為の組成図である。
これらの組成図からすると、I nGaAs P基或い
はAAGa I nAs系の化合物半導体の中からIn
Pよりもエネルギ・バンド・ギャップが大きい材料を見
つけ出すことは容易である。
はAAGa I nAs系の化合物半導体の中からIn
Pよりもエネルギ・バンド・ギャップが大きい材料を見
つけ出すことは容易である。
然しなから、単にエネルギ・バンド・ギャップが大きい
だけで、InPに格子整合しない材料の場合、そのまま
では役に立たない。
だけで、InPに格子整合しない材料の場合、そのまま
では役に立たない。
そこで、本発明者は、さきに、InGaAsP系の3元
乃至4元化合物半導体グレーデッド層及びInGaAs
P系の3元乃至4元化合物半導体歪超格子バッファ層を
利用することに依り、埋め込み層として、大きなエネル
ギ・バンド・ギャップを有するInGaAspの使用を
可能にしたBH型半導体レーザを提供した。
乃至4元化合物半導体グレーデッド層及びInGaAs
P系の3元乃至4元化合物半導体歪超格子バッファ層を
利用することに依り、埋め込み層として、大きなエネル
ギ・バンド・ギャップを有するInGaAspの使用を
可能にしたBH型半導体レーザを提供した。
然しなから、そのような改良されたBH型半轟体レーザ
であっても、発光領域に於けるエネルギ・バンド・ギャ
ップが0.95 (eV)(λPL=1.3 〔μm)
)である場合、埋め込み層とじてInGaAsP系化合
物半導体を用いた際の最大のエネルギ・バンド・ギャッ
プ差は0. 55 (e■〕にしかならず、第4図に
ついて説明した従来例と比較すると、高々0.15 (
eV)程度大きいだけである。
であっても、発光領域に於けるエネルギ・バンド・ギャ
ップが0.95 (eV)(λPL=1.3 〔μm)
)である場合、埋め込み層とじてInGaAsP系化合
物半導体を用いた際の最大のエネルギ・バンド・ギャッ
プ差は0. 55 (e■〕にしかならず、第4図に
ついて説明した従来例と比較すると、高々0.15 (
eV)程度大きいだけである。
本発明では、埋め込み層を構成する材料としてAlGa
InAs系化合物半導体を用い、例えばInGaAsP
系化合物半導体を用いた場合に比較し、大きなエネルギ
・バンド・ギャップ差を確保して、BH型半導体レーザ
の低閾値電流化及び高効率化に寄与しようとする。
InAs系化合物半導体を用い、例えばInGaAsP
系化合物半導体を用いた場合に比較し、大きなエネルギ
・バンド・ギャップ差を確保して、BH型半導体レーザ
の低閾値電流化及び高効率化に寄与しようとする。
本発明に於ける半導体レーザでは、InP基板(例えば
n型1nP基板1)上に形成され格子定数がInPのそ
れに比較して漸減するInGaAsP系3元乃至4元化
合物半導体からなるグレーデッド層(例えばI n I
−X G a X A sグレーデッド層2)と、該グ
レーデッド層上に形成されその最上層の格子定数に比較
して大きいそれを持つInGaAsP系3元乃至4元化
合物半導体層及び小さいそれを持つInGaAsP系3
元乃゛至4元化合物半導体層を積層し歪超格子となした
バッファ層(例えば歪超格子をなしているIn、−XG
aXAsバッファ層3)と、該バッファ層上に形成され
ストライプ状発光領域をなすInGaAsP系3元乃至
4元化合物半導体からなる活性層(例えばInk−)、
GaXAs活性層5)を含むメサ部分の側面を覆うAl
Ga I nAs系3元乃至4元化合物半導体からなる
埋め込み層(例えばp型AlXIn、−、As埋め込み
層8とn型Aj2.In、−。
n型1nP基板1)上に形成され格子定数がInPのそ
れに比較して漸減するInGaAsP系3元乃至4元化
合物半導体からなるグレーデッド層(例えばI n I
−X G a X A sグレーデッド層2)と、該グ
レーデッド層上に形成されその最上層の格子定数に比較
して大きいそれを持つInGaAsP系3元乃至4元化
合物半導体層及び小さいそれを持つInGaAsP系3
元乃゛至4元化合物半導体層を積層し歪超格子となした
バッファ層(例えば歪超格子をなしているIn、−XG
aXAsバッファ層3)と、該バッファ層上に形成され
ストライプ状発光領域をなすInGaAsP系3元乃至
4元化合物半導体からなる活性層(例えばInk−)、
GaXAs活性層5)を含むメサ部分の側面を覆うAl
Ga I nAs系3元乃至4元化合物半導体からなる
埋め込み層(例えばp型AlXIn、−、As埋め込み
層8とn型Aj2.In、−。
As埋め込み層9)とを備えている。
このような手段を採ることに依り、埋め込み層で生成さ
れるpn接合を含む電流経路のビルト・イン電圧を発光
領域である活性層を含む電流経路のそれに比較して著し
く大にすることができ、その結果、闇値電流の低減及び
効率の向上が可能になる。
れるpn接合を含む電流経路のビルト・イン電圧を発光
領域である活性層を含む電流経路のそれに比較して著し
く大にすることができ、その結果、闇値電流の低減及び
効率の向上が可能になる。
第1図乃至第3図は本発明一実施例を製造する場合につ
いて解説する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部
切断正面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明
する。
いて解説する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部
切断正面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明
する。
第1図参照
(1) 液相エピタキシャル成長(liquid
phase epitaxy:LPE)法を適用する
ことに依り、面指数(100)のn型inP基板1の上
にIn1−x Ga、Asグレーデッド層2を成長させ
る。
phase epitaxy:LPE)法を適用する
ことに依り、面指数(100)のn型inP基板1の上
にIn1−x Ga、Asグレーデッド層2を成長させ
る。
ここで形成したグレーデッド層2は、
x=0.47 (下)
x=0.51 ↓
x=o、55 ↓
x−0,59↓
x=0.63 ↓
x=0.67 (上)
を採る6層からなっていて、各層の厚さは例えば0.5
〔μm〕としである。
〔μm〕としである。
これに依り、格子定数は5.87(人〕から5.78(
人〕まで変わり、最上層を構成しているI no、s3
G ao、b7A sとInPとの格子不整合は−1,
5〔%〕であり、斯かる格子不整合に起因する転位密度
は10h(ell−”)オーダである。
人〕まで変わり、最上層を構成しているI no、s3
G ao、b7A sとInPとの格子不整合は−1,
5〔%〕であり、斯かる格子不整合に起因する転位密度
は10h(ell−”)オーダである。
第2図参照
(2)有機金属化学気相堆積(metalorgani
c chemical vapor depos
ition:MOCVD)iを通用することに依り、グ
レーデッド層2の上洛こ歪超格子であるI n、、Ga
XAsバッファ層3を成長させる。
c chemical vapor depos
ition:MOCVD)iを通用することに依り、グ
レーデッド層2の上洛こ歪超格子であるI n、、Ga
XAsバッファ層3を成長させる。
ここで形成したバッファ層3は、
x=0.63 (下)
x=0. 71 (上)
を採る2層を1対として5対を積層したものであり、各
層の厚さは例えば800 (人〕としである。
層の厚さは例えば800 (人〕としである。
ここで、X値を0.63とした場合の格子定数は5.8
0C人〕、X値を0.71とした場合の格子定数は5.
76(人〕である。このように、グレーデッド層2の最
上層に於ける格子定数5.78(人〕より大きいそれを
もつ層と小さいそれをもつ層とを交互に積層した歪超格
子を設けると、グレーデッド層2に存在した転位の伝播
はバッファ層3を構成する各層の歪にに依って抑制され
、バッファ層3の最上層に於ける転位密度を10’
(am−”)以下にすることができ、その歪超格子から
なるバッファ層3上には格子定数が5.78C人〕であ
る結晶をミスフィツトを発生することなく成長させるこ
とが可能になる。
0C人〕、X値を0.71とした場合の格子定数は5.
76(人〕である。このように、グレーデッド層2の最
上層に於ける格子定数5.78(人〕より大きいそれを
もつ層と小さいそれをもつ層とを交互に積層した歪超格
子を設けると、グレーデッド層2に存在した転位の伝播
はバッファ層3を構成する各層の歪にに依って抑制され
、バッファ層3の最上層に於ける転位密度を10’
(am−”)以下にすることができ、その歪超格子から
なるバッファ層3上には格子定数が5.78C人〕であ
る結晶をミスフィツトを発生することなく成長させるこ
とが可能になる。
第3図参照
(31M OCV D法を適用することに依り、バッフ
ァ層3の上に第5図に示されている等格子定数5.78
C人〕線上のn型1 n+−、GaXpクラッド層4、
I n I−X G a z A s活性層5、p型I
nI−XGaXPGaXAs活性層5n、−。
ァ層3の上に第5図に示されている等格子定数5.78
C人〕線上のn型1 n+−、GaXpクラッド層4、
I n I−X G a z A s活性層5、p型I
nI−XGaXPGaXAs活性層5n、−。
GaXAsキャップ層7を成長させる。
これら各半導体層の主要データを例示すると次の通りで
ある。
ある。
(al クラッド層4について
X値:0.2
厚さ:1.5Cμm〕
不純物濃度:1x10+8 〔Cm−1′〕fb)
活性層5について X値:0.67 厚さ:0.2Cμm〕 (C1クラッド層6について X値:0.2 厚さ:1 〔μm〕 不純物濃度: 5 X 10I7(cm−’)(d)
キャップ層7について X値:0.67 厚さ:0.5Cμm〕 不純物濃度: I X 10 ” CCm−”J(4)
通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、幅が例えば3.5 〔μm〕であるストライプ状のマ
スクを形成してからブロム・メタノールをエッチャント
として表面からクラッド層4に達するメサ・エツチング
を行う。
活性層5について X値:0.67 厚さ:0.2Cμm〕 (C1クラッド層6について X値:0.2 厚さ:1 〔μm〕 不純物濃度: 5 X 10I7(cm−’)(d)
キャップ層7について X値:0.67 厚さ:0.5Cμm〕 不純物濃度: I X 10 ” CCm−”J(4)
通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、幅が例えば3.5 〔μm〕であるストライプ状のマ
スクを形成してからブロム・メタノールをエッチャント
として表面からクラッド層4に達するメサ・エツチング
を行う。
(5)再びMOCVD法を適用することに依り、p型A
NXI n、−、As埋め込み層8とn型A6XI n
+−x A s埋め込み層9を順に成長させる。
NXI n、−、As埋め込み層8とn型A6XI n
+−x A s埋め込み層9を順に成長させる。
これら各半導体層の主要データを例示すると次の通りで
ある。
ある。
(a) 埋め込み層8について
Xイ直 :0.68
不純物濃度: I X 10I8(cm−”)(b)
埋め込み層9について X値:O,6S 不純物濃度: I X 1018(Ca11−’)(6
)真空蒸着法など通常の技術を適用することに依り、表
面側にはAuZnからなるp側電極を、そして、裏面側
にはAuSnからなるn側電極をそれぞれ形成して完成
する。但し、各電極は図示されていない。
埋め込み層9について X値:O,6S 不純物濃度: I X 1018(Ca11−’)(6
)真空蒸着法など通常の技術を適用することに依り、表
面側にはAuZnからなるp側電極を、そして、裏面側
にはAuSnからなるn側電極をそれぞれ形成して完成
する。但し、各電極は図示されていない。
前記のようにして製造された半導体レーザに関し、第5
図及び第6図を参照して見ると、発光領域゛であるI
n 0.33G a o、 67A S活性層5のエネ
ルギ・バンド・ギャップは0.95 (eV)(λ、L
−”1.3 (#m) )、p型A 7!o、as I
no、zzA s埋め込み層8及びn型A 116@
I n6,3zA S埋め込み層9に於けるそれは2.
05 (eV)(λ、。
図及び第6図を参照して見ると、発光領域゛であるI
n 0.33G a o、 67A S活性層5のエネ
ルギ・バンド・ギャップは0.95 (eV)(λ、L
−”1.3 (#m) )、p型A 7!o、as I
no、zzA s埋め込み層8及びn型A 116@
I n6,3zA S埋め込み層9に於けるそれは2.
05 (eV)(λ、。
−0,60(μm))であり、エネルギ・バンド・ギャ
ップの差は1.1 (eV)となり、従来の2倍以上
にも達する。また、この半導体レーザの共振器長を30
0〔μm〕としたところ、闇値電流10(mA)、量子
効率0.45 (mW/mA)以上の特性を得ることが
できた。 。
ップの差は1.1 (eV)となり、従来の2倍以上
にも達する。また、この半導体レーザの共振器長を30
0〔μm〕としたところ、闇値電流10(mA)、量子
効率0.45 (mW/mA)以上の特性を得ることが
できた。 。
本発明に依る半導体レーザに於いては、埋め込みへテロ
構造を構成する為の埋め込み層の材料としてAj2Ga
InAs系3元乃至4元化合物半導体を用いている。
構造を構成する為の埋め込み層の材料としてAj2Ga
InAs系3元乃至4元化合物半導体を用いている。
このような構成を採ることに依り、埋め込み層で生成さ
れるpn接合を含む電流経路のビルト・イン電圧を発光
領域である活性層を含む電流経路のそれに比較して著し
く大にすることができ、その結果、閾値電流の低減及び
効率の向上が可能になる。 。
れるpn接合を含む電流経路のビルト・イン電圧を発光
領域である活性層を含む電流経路のそれに比較して著し
く大にすることができ、その結果、閾値電流の低減及び
効率の向上が可能になる。 。
第1図乃至第3図、は本発明一実施例を製造する場合に
ついて解説する為の工程要所に於ける半導体レーザの要
部切断正面図、第4図は従来例の要部切断正面図、第5
図及び第6図は化合物半導体の組成図をそれぞれ表して
いる。 図に於いて、 1はn型1nP基板、 2はIn、、GaXAsグレーデッド層、3はIn、−
、GaXAsバッファ層、4はn型りn+−x Ga、
Pクラッド層色はIn、、GaXAs活性層 6はp型I n、−XGa、Pクラッド層7はp型In
、−、GaXAsキャップ層8はp型A I X I
n l−X A s埋め込み層9はn型AIXI n、
−XAs埋め込み層をそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第3図 従来例の要部切新正画図 第4図
ついて解説する為の工程要所に於ける半導体レーザの要
部切断正面図、第4図は従来例の要部切断正面図、第5
図及び第6図は化合物半導体の組成図をそれぞれ表して
いる。 図に於いて、 1はn型1nP基板、 2はIn、、GaXAsグレーデッド層、3はIn、−
、GaXAsバッファ層、4はn型りn+−x Ga、
Pクラッド層色はIn、、GaXAs活性層 6はp型I n、−XGa、Pクラッド層7はp型In
、−、GaXAsキャップ層8はp型A I X I
n l−X A s埋め込み層9はn型AIXI n、
−XAs埋め込み層をそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第3図 従来例の要部切新正画図 第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 InP基板上に形成され格子定数がInPのそれに比較
して漸減するInGaAsP系3元乃至4元化合物半導
体からなるグレーデッド層と、該グレーデッド層上に形
成されその最上層の格子定数に比較して大きいそれを持
つInGaAsP系3元乃至4元化合物半導体層及び小
さいそれを持つInGaAsP系3元乃至4元化合物半
導体層を積層し歪超格子となしたバッファ層と、該バッ
ファ層上に形成されストライプ状発光領域をなすInG
aAsP系3元乃至4元化合物半導体からなる活性層を
含むメサ部分の側面を覆うAlGaInAs系3元乃至
4元化合物半導体からなる埋め込み層と を備えてなることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6263187A JPS63229795A (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6263187A JPS63229795A (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63229795A true JPS63229795A (ja) | 1988-09-26 |
Family
ID=13205859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6263187A Pending JPS63229795A (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63229795A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0325990A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-04 | Nec Corp | 光半導体素子 |
JPH03227092A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-08 | Nec Corp | 半導体レーザ |
FR2765734A1 (fr) * | 1997-07-04 | 1999-01-08 | France Telecom | Composant auto-oscillant pour la generation de signaux optiques modules dans le domaine millimetrique |
-
1987
- 1987-03-19 JP JP6263187A patent/JPS63229795A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0325990A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-04 | Nec Corp | 光半導体素子 |
JPH03227092A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-08 | Nec Corp | 半導体レーザ |
FR2765734A1 (fr) * | 1997-07-04 | 1999-01-08 | France Telecom | Composant auto-oscillant pour la generation de signaux optiques modules dans le domaine millimetrique |
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