JPH01189188A - semiconductor laser device - Google Patents

semiconductor laser device

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Publication number
JPH01189188A
JPH01189188A JP1434288A JP1434288A JPH01189188A JP H01189188 A JPH01189188 A JP H01189188A JP 1434288 A JP1434288 A JP 1434288A JP 1434288 A JP1434288 A JP 1434288A JP H01189188 A JPH01189188 A JP H01189188A
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JP
Japan
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layer
cladding layer
semiconductor laser
type
laser device
Prior art date
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Pending
Application number
JP1434288A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshimitsu Yamazoe
山添 良光
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、半導体レーザ素子に関し、特にレーザ光の発
光効率を向上させる半導体レーザ素子の構造に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a structure of a semiconductor laser device that improves the luminous efficiency of laser light.

[従来の技術] 近年、情報機器や光フアイバケーブルを用いた通信機器
などの光源として半導体レーザ素子が用いられ、その需
要はさらに拡大している。そしてこれらの半導体レーザ
素子には発光出力が高くしきい値電流が低い高効率な特
性が望まれている。
[Prior Art] In recent years, semiconductor laser elements have been used as light sources in information equipment, communication equipment using optical fiber cables, and the like, and the demand for them has further expanded. These semiconductor laser devices are desired to have high efficiency characteristics such as high light emitting output and low threshold current.

このような要求に応えるものとして、たとえばレーザ光
の発光領域の両側を埋め込み層で埋め込んだ構造を有す
る埋め込み型半導体レーザ素子がある。
In order to meet such demands, there is, for example, a buried type semiconductor laser element having a structure in which both sides of a laser light emitting region are buried with buried layers.

この埋め込み型半導体レーザ素子の構造を第3図を用い
て説明する。本半導体レーザ素子はp型InP基板1上
にp型InPクラッド層2、!nGaAs P活性層3
、n型1n−Pクララド層4、およびn型!nGaAs
Pコンタクト層5を積層した後、逆メサ型に成形してい
る。そしてこの逆メサ型構造の両側の領域にはp型In
P第1埋め込み層6、n型!nP第2埋め込み層7およ
びp型1nP第3埋め込み層8によって電流遮断用の埋
め込み層が形成されている。さらに第3埋め込み層8上
には絶縁膜9が形成されている。そしてさらにこれらの
積層構造を上下から挾み込むように電極10が形成され
ている。
The structure of this buried semiconductor laser device will be explained using FIG. 3. This semiconductor laser device has a p-type InP cladding layer 2 on a p-type InP substrate 1, ! nGaAs P active layer 3
, n-type 1n-P Clarado layer 4, and n-type! nGaAs
After laminating the P contact layer 5, it is formed into an inverted mesa shape. In the regions on both sides of this inverted mesa structure, p-type In
P first buried layer 6, n type! The nP second buried layer 7 and the p-type 1nP third buried layer 8 form a current blocking buried layer. Furthermore, an insulating film 9 is formed on the third buried layer 8. Furthermore, electrodes 10 are formed so as to sandwich these laminated structures from above and below.

本半導体レーザ素子に形成された埋め込み層は電流を遮
断する働きをする。したがって、電極10によって印加
された電流は逆メサ型構造を有する領域を流れInGa
AsP活性層3の領域へ集中する。このように埋め込み
層6.7.8によって構成されたいわゆる電流狭窄構造
を有する半導体レーザ素子はしきい値電流が低くまた安
定した横モードで発振するという利点を有している。
The buried layer formed in this semiconductor laser device functions to block current. Therefore, the current applied by the electrode 10 flows through the region having an inverted mesa structure and the InGa
Concentrates on the AsP active layer 3 region. A semiconductor laser device having a so-called current confinement structure constituted by the buried layer 6.7.8 has the advantage of having a low threshold current and oscillating in a stable transverse mode.

また、このような構造的な改良に加え、p型クラッド層
のキャリア濃度がレーザ光の発光効率の改善に寄与する
ことが知られている。たとえば、第4図にはZn(亜鉛
)がドープされたp型InPクラッド層を有する半導体
レーザ素子において、p型クラッド層のキャリア濃度と
発振しきい値電流密度(Jth)の関係が示されている
。この図かられかるように、p型クラッド層のキャリア
濃度は1×1018 cm−”を越えると発振しきい値
電流密度が急激に上昇し、すなわち発光効率が悪化する
ことがわかる。したがって、p型クラッド層のキャリア
濃度が低くなるほど半導体レーザ素子の発光効率は改善
される。
In addition to such structural improvements, it is known that the carrier concentration of the p-type cladding layer contributes to improving the emission efficiency of laser light. For example, Figure 4 shows the relationship between the carrier concentration of the p-type cladding layer and the oscillation threshold current density (Jth) in a semiconductor laser device having a p-type InP cladding layer doped with Zn (zinc). There is. As can be seen from this figure, when the carrier concentration of the p-type cladding layer exceeds 1 x 1018 cm-'', the lasing threshold current density increases rapidly, that is, the luminous efficiency deteriorates. The lower the carrier concentration of the mold cladding layer, the better the luminous efficiency of the semiconductor laser device.

[発明が解決しようとする課題] ところが、p型クラッド層2の構造に関しては次のよう
な制約がある。すなわち、 (1) p型クラッド層のキャリア濃度が低くなると、
このクラッド層の電気抵抗は増加する。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the structure of the p-type cladding layer 2 has the following restrictions. That is, (1) When the carrier concentration of the p-type cladding layer becomes low,
The electrical resistance of this cladding layer increases.

(2) p型クラッド層の層厚はある程度厚くする必要
がある。この理由の1つは基板1とこの基板1の上にエ
ピタキシャル成長されるクラッド層2との界面付近で発
生する熱劣化層の影響が活性層3等の上層にまで悪影響
を及ぼさないようにするためであり、理由の2つ目は活
性層3領域で発光し、光の染み出し効果によりその周囲
に拡がるレーザ光の領域をクラッド層2.4の領域内に
留めておくためである。
(2) It is necessary to increase the thickness of the p-type cladding layer to some extent. One of the reasons for this is to prevent the influence of the thermally degraded layer generated near the interface between the substrate 1 and the cladding layer 2 epitaxially grown on the substrate 1 from adversely affecting upper layers such as the active layer 3. The second reason is that the region of the laser light that is emitted in the active layer 3 region and spreads around it due to the seepage effect of the light is kept within the region of the cladding layer 2.4.

したがって、半導体レーザ素子の発光効率の改善を図る
ために、第3図に示した従来の半導体レーザ素子のp型
クラッド層2のキャリア濃度を低く形成すれば、p型ク
ラッド層の電気抵抗がそのキャリア濃度と層厚に依存し
て増加し活性層3へ電流が流れにくくなる。そして、そ
の結果として半導体レーザ素子の発光効率が改善されな
いという問題があった。これをさらに具体的に説明する
と、たとえば第3図の半導体レーザ素子において、p型
InPクラッド層2の層厚が2μm1キヤリア濃度がX
IO” cm−3の場合ではこのクラッド層2の電気抵
抗は約6Ωにもなる。また、メサ構造部(発光領域)2
.3.4の導通開始電圧は電流遮断のための埋め込み領
域6.7.8の導通開始電圧に比べて0.52V程度低
い。したがって電極10に電圧が印加され、低電圧域で
は活性層3を含むメサ構造領域に電流が集中的に流れる
が、印加電圧の上昇に伴ない活性層3直下部のクラッド
層2の電気抵抗による電圧降下が上昇し0.52V付近
に達すると埋め込み領域7.8を通過して流れる漏れ電
流が急激に増大する。このときの電圧降下に対応する電
流値は86mA程度であり、半導体レーザ素子の動作を
行なう上では極めて不十分な値である。このように第3
図に示した埋め込み型半導体レーザ素子においては、p
型クラッド層のキャリア濃度を低く設定した場合には電
流遮断のために設けた埋め込み領域に漏れ電流が発生し
、レーザ光の発光効率が低下するという逆の効果を引き
起こす問題があった。
Therefore, in order to improve the luminous efficiency of a semiconductor laser device, if the carrier concentration of the p-type cladding layer 2 of the conventional semiconductor laser device shown in FIG. It increases depending on the carrier concentration and layer thickness, making it difficult for current to flow to the active layer 3. As a result, there is a problem in that the luminous efficiency of the semiconductor laser device is not improved. To explain this more specifically, for example, in the semiconductor laser device shown in FIG.
In the case of IO'' cm-3, the electrical resistance of this cladding layer 2 is about 6Ω.
.. The conduction start voltage of 3.4 is about 0.52V lower than the conduction start voltage of the buried region 6.7.8 for current interruption. Therefore, a voltage is applied to the electrode 10, and in the low voltage range, current flows intensively to the mesa structure region including the active layer 3, but as the applied voltage increases, the electrical resistance of the cladding layer 2 directly below the active layer 3 increases. When the voltage drop increases and reaches around 0.52V, the leakage current flowing through the buried region 7.8 increases rapidly. The current value corresponding to the voltage drop at this time is about 86 mA, which is an extremely insufficient value for operating the semiconductor laser device. In this way the third
In the buried semiconductor laser device shown in the figure, p
When the carrier concentration of the mold cladding layer is set low, there is a problem in that leakage current occurs in the buried region provided for current interruption, causing the opposite effect of reducing the emission efficiency of laser light.

したがって、本発明は低いしきい値電流で高出力のレー
ザ光を発光することができる発光効率の良い半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device with high luminous efficiency that can emit high-output laser light with a low threshold current.

[課題を解決するための手段] 本発明は、n型クラッド層とn型クラッド層との間に活
性層を積層して形成された半導体レーザ素子において、
前記n型クラッド層が互いにキャリア濃度の異なる複数
の層から構成され、しかも前記複数の層のうち前記活性
層に隣接して形成された第1の層が他の層に比べてキャ
リア濃度が低く形成されていることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a semiconductor laser element formed by laminating an active layer between n-type cladding layers,
The n-type cladding layer is composed of a plurality of layers having different carrier concentrations, and among the plurality of layers, a first layer formed adjacent to the active layer has a lower carrier concentration than the other layers. It is characterized by being formed.

また本発明の半導体レーザ素子は前記活性層がInGa
AsPあるいはI nGaAsのいずれか一方からなり
、前記n型クラッド層はInPあるいはInGaAsP
のいずれか一方からなり、前記n型クラッド層がInP
あるいはInGaAsPのいずれか一方からなるものが
好ましい。さらにこの半導体レーザ素子においてn型ク
ラッド層の第1の層のキャリア濃度が1×1018 c
m−3以下である場合には後述する効果がより顕著とな
る。
Further, in the semiconductor laser device of the present invention, the active layer is made of InGa.
The n-type cladding layer is made of either AsP or InGaAs, and the n-type cladding layer is made of InP or InGaAsP.
The n-type cladding layer is InP.
Alternatively, one made of either InGaAsP is preferable. Furthermore, in this semiconductor laser device, the carrier concentration of the first layer of the n-type cladding layer is 1×1018 c.
When it is less than m-3, the effects described below become more pronounced.

また半導体レーザ素子の構造を、前記n型クラッド層と
前記n型クラッド層との間に前記活性層を積層した構造
を基板上に逆メサ型に堆積し、その両側を埋め込み層で
埋め込んだ構造ををする素子構造としてもよい。
In addition, the structure of the semiconductor laser device is such that the active layer is laminated between the n-type cladding layers and the active layer is deposited on the substrate in an inverted mesa shape, and both sides of the active layer are buried with buried layers. It is also possible to have an element structure that does.

[作用] 本発明における半導体レーザ素子はn型クラッド層を互
いにキャリア濃度の異なる複数の層で形成しており、そ
のうち活性層に接する第1の層のキャリア濃度を低く設
定している。これにより半導体レーザ素子のしきい値電
流を低減し、レーザ光の発光効率を改善する働きをさせ
ている。またこの第1の層を挾んで活性層とは反対側に
複数のn型クラッド層が形成されている。これら複数の
層によってp型りラッド層全体の層厚を所定の厚さに形
成している。所定の厚さとは、活性層で発光したレーザ
光が光の染み出し効果によりクラッド層側に漏れ出てく
る領域をこのクラッド層内に収めるのに必要な厚さであ
り、または半導体基板とその上にエピタキシャル成長さ
せて形成されたn型クラッド層との界面に生じる熱劣化
層の影響をこのクラッド層内に抑制するに十分な厚さを
いう。さらに、これら複数の層は第1の層に比べてキャ
リア濃度を高く設定している。このために所定の厚さを
有するこれら複数の層の電気抵抗が低くなり、第1の層
を含むp型りラッド層全体としての電気抵抗をも低くす
ることができる。
[Function] In the semiconductor laser device of the present invention, the n-type cladding layer is formed of a plurality of layers having mutually different carrier concentrations, and among them, the carrier concentration of the first layer in contact with the active layer is set to be low. This serves to reduce the threshold current of the semiconductor laser element and improve the emission efficiency of laser light. Further, a plurality of n-type cladding layers are formed on the side opposite to the active layer, sandwiching the first layer. These plural layers form the entire p-type rad layer to a predetermined thickness. The predetermined thickness is the thickness necessary to contain within the cladding layer the area where the laser light emitted by the active layer leaks out to the cladding layer side due to the light seepage effect, or the thickness required to cover the area between the semiconductor substrate and the cladding layer. The thickness is sufficient to suppress the influence of a thermally degraded layer generated at the interface with the n-type cladding layer epitaxially grown on the cladding layer. Furthermore, the carrier concentration of these multiple layers is set higher than that of the first layer. Therefore, the electrical resistance of these plural layers having a predetermined thickness is reduced, and the electrical resistance of the entire p-type rad layer including the first layer can also be reduced.

また、本発明を活性層がI nGaAsPまたはI n
GaAsからなり、n型クラッド層がInPまたはIn
GaAsPからなり、n型クラッド層がInPあるいは
InGaAsPのいずれか一方からなる■−v族化合物
半導体レーザ素子に適用した場合には、上記の作用がよ
り顕著となる。さらにこの半導体レーザ素子においてn
型クラッド層の活性層に接する第1の層のキャリア濃度
を1×1018 cm−’以下に設定した場合にはレー
ザ光を発光させるためのしきい値電流を低下させる作用
が著しい。
Further, the present invention is also provided when the active layer is I nGaAsP or I n
Made of GaAs, with an n-type cladding layer of InP or In
When applied to a ■-v group compound semiconductor laser device made of GaAsP and whose n-type cladding layer is made of either InP or InGaAsP, the above effect becomes more pronounced. Furthermore, in this semiconductor laser element, n
When the carrier concentration of the first layer in contact with the active layer of the type cladding layer is set to 1.times.10.sup.18 cm.sup.-' or less, the effect of lowering the threshold current for emitting laser light is significant.

さらに本発明を埋め込み型半導体レーザ素子に適用した
場合には、この埋め込み層が奏する電流狭窄作用を十分
に維持することができ、埋め込み層に漏れ電流が発生す
るのを抑制することができる。
Furthermore, when the present invention is applied to a buried semiconductor laser element, the current confinement effect exerted by the buried layer can be sufficiently maintained, and leakage current in the buried layer can be suppressed.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を図を用いて詳細に説明する。[Example] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.

まず本発明の第1の実施例としてn型クラッド層が互い
にキャリア濃度の異なる2層からなる埋め込み型の■−
v族化合物半導体レーザ素子について説明する。第1図
はこの第1の実施例による半導体レーザ素子の断面構造
図を示している。まず、p型1nP基板1上に液相エピ
タキシャル法を用いてキャリア濃度が2X10” cm
−”以上のp型1nP第2クラッド層11(層厚2μm
)、およびキャリア濃度が5X10” cm−’以下の
低濃度のp型InP第1クラッド層12(層厚0.5μ
m)を形成する。さらにその上にInGaAsP活性層
3、キャリア濃度がlXl0’8cm−’のn型1nP
クラッド層4および電極との接触抵抗の低い層を形成す
るためのn型InGaAsPコンタクト層5を順次液相
エピタキシャル法を用いて形成する。さらに引き続いて
コンタクト層5上にフォトリソグラフィ法により幅8μ
mの窒化シリコン膜を形成し、これをマスクとして臭素
メタノールエツチング液によりコンタクト層5からp型
InP第2クラッド層の下部に至る部分をメサエッチし
逆メサ型の断面を有するストライブ型活性層を形成する
。その後、このメサエッチ工程により除去された部分に
順次P型InP第1埋め込み層6、n型InP第2埋め
込み層7、p型1nP第3埋め込み層8からなる埋め込
み層を再度、液相エピタキシャル法で形成する。
First, as a first embodiment of the present invention, a buried type ■-
A V group compound semiconductor laser device will be explained. FIG. 1 shows a cross-sectional structural diagram of a semiconductor laser device according to the first embodiment. First, a carrier concentration of 2×10” cm was formed on a p-type 1nP substrate 1 using a liquid phase epitaxial method.
-” or more p-type 1nP second cladding layer 11 (layer thickness 2 μm
), and a low concentration p-type InP first cladding layer 12 (layer thickness 0.5μ) with a carrier concentration of 5×10” cm−’ or less
form m). Furthermore, there is an InGaAsP active layer 3 on top of the n-type 1nP active layer 3 with a carrier concentration of lXl0'8cm-'.
A cladding layer 4 and an n-type InGaAsP contact layer 5 for forming a layer having low contact resistance with an electrode are sequentially formed using a liquid phase epitaxial method. Further, a layer with a width of 8 μm is formed on the contact layer 5 by photolithography.
A silicon nitride film of m is formed, and using this as a mask, a portion from the contact layer 5 to the lower part of the p-type InP second cladding layer is mesa-etched using a bromine-methanol etching solution to form a striped active layer having an inverted mesa-shaped cross section. Form. After that, a buried layer consisting of a P-type InP first buried layer 6, an n-type InP second buried layer 7, and a p-type 1nP third buried layer 8 is sequentially refilled in the part removed by this mesa etch process using a liquid phase epitaxial method. Form.

このエピタキシャル成長の後、絶縁膜9を堆積し、コン
タクト層5とのコンタクト部に開口部を設け、最後に両
側から電極10を形成し製造工程を完了する。
After this epitaxial growth, an insulating film 9 is deposited, an opening is provided at the contact portion with the contact layer 5, and finally electrodes 10 are formed from both sides to complete the manufacturing process.

ここで、p型箱1クラッド層12およびp型箱2クラッ
ド層11の形成条件について説明する。
Here, conditions for forming the p-type box 1 cladding layer 12 and the p-type box 2 cladding layer 11 will be explained.

キャリア濃度が低く設定されるp型箱1クラッド層12
の層厚さは電気抵抗を小さくするためにできるだけ薄く
形成する方が望ましい。しかし、あまり薄く形成すると
第1ないし第3埋め込み層6.7.8の結晶成長工程で
600℃付近まで昇温された場合に、キャリア濃度の高
いp型箱2クラッド層11からキャリア濃度を設定する
ために添加されたZnが拡散され、これによってp型箱
1クラッド層12のキャリア濃度が大きくなってしまう
場合がある。したがって高濃度の層からの影響を抑制す
るためには少なくとも0.3μm程度の厚さが必要とさ
れる。またキャリア濃度が高く設定されるp型箱2クラ
ッド層11の層厚さは、活性層からのレーザ光の染み出
し電界の発生する領域を包含することを考慮して少なく
とも1.5〜2μm程度である方が望ましい。さらに、
第1図に示すようにp型InP基板1上に素子を形成す
る場合にはp型箱2クラッド層11はp型InP基板1
上に接してエピタキシャル成長して形成されるので、こ
の基板1との界面に発生する欠陥や基板1の欠陥の影響
がp型箱1クラッド層12や活性層3などの上層に及ぶ
ことを防ぐために2〜3μm程度とやや厚く形成する方
がよい。
P-type box 1 cladding layer 12 with low carrier concentration
It is desirable to form the layer as thin as possible in order to reduce the electrical resistance. However, if it is formed too thin, when the temperature is raised to around 600°C in the crystal growth process of the first to third buried layers 6.7.8, the carrier concentration will be set from the p-type box 2 cladding layer 11, which has a high carrier concentration. Zn added for this purpose is diffused, which may increase the carrier concentration in the p-type box 1 cladding layer 12. Therefore, in order to suppress the influence from the high concentration layer, a thickness of at least about 0.3 μm is required. In addition, the layer thickness of the p-type box 2 cladding layer 11, which is set to have a high carrier concentration, is at least about 1.5 to 2 μm, considering that it includes the region where laser light seeps out from the active layer and generates an electric field. It is preferable that moreover,
As shown in FIG. 1, when an element is formed on a p-type InP substrate 1, the p-type box 2 cladding layer 11 is formed on the p-type InP substrate 1.
Since it is formed by epitaxial growth in contact with the upper layer, in order to prevent the effects of defects occurring at the interface with the substrate 1 and defects in the substrate 1 from reaching upper layers such as the p-type box 1 cladding layer 12 and the active layer 3. It is better to form it slightly thicker, about 2 to 3 μm.

このように構成された半導体レーザ素子はその活性層直
下部分の電気抵抗が1.8〜2Ω程度に低く抑えられて
いる。そしてこの条件であれば、半導体レーザ素子の動
作電流が250mAに達するまで埋め込み層6.7.8
への電流漏れが発生せず、通常多く使用される動作電流
域50〜100mA程度であれば、本半導体レーザ素子
は非常に効率の良い動作をさせることができる。たとえ
ば、第3図に示すp型クラッド層の構造のみが相違する
従来の半導体レーザ素子と比較すれば、従来の半導体レ
ーザ素子のしきい鎧型流値が平均129mA、標準偏差
46mAであるのに対して、本実施例の半導体レーザ素
子のしきい鎧型流値は平均36mA、標準偏差13mA
であり、平均値で従来のものに比べ約3分の1に低減す
ることができた。また、同じ動作電流で駆動した場合の
素子温度上昇を比較推定すると、たとえば動作電流を発
振しきい鎧型流値Jth+30mAとしだ場合、従来の
半導体レーザ索子では活性層直下部の直列抵抗領域で消
費される電力だけで15℃以上の温度上昇分に相当する
のに対し、本実施例の半導体レーザ素子の温度上昇分は
1℃以下に抑えることができる。さらに、この動作電流
におけるレーザ光の発光出力は、従来の半導体レーザ素
子では前述の発熱による発光効率の低下のために最も良
好な条件でも2mW以下程度であるのに対し、本実施例
の半導体レーザ素子は3.5〜4mW程度の出力が可能
である。
In the semiconductor laser device constructed in this manner, the electrical resistance of the portion immediately below the active layer is suppressed to a low level of about 1.8 to 2 Ω. Under these conditions, the buried layer 6.7.8 is kept until the operating current of the semiconductor laser element reaches 250 mA.
The semiconductor laser device of the present invention can operate very efficiently as long as no current leakage occurs and the operating current range is about 50 to 100 mA, which is commonly used. For example, when compared with a conventional semiconductor laser device shown in Figure 3, which differs only in the structure of the p-type cladding layer, the threshold armor current value of the conventional semiconductor laser device is 129 mA on average and 46 mA with a standard deviation. On the other hand, the threshold armor type current value of the semiconductor laser device of this example is 36 mA on average and 13 mA with standard deviation.
The average value was reduced to about one-third compared to the conventional one. In addition, when comparing and estimating the temperature rise of the element when driven with the same operating current, for example, when the operating current is set to the oscillation threshold armor current value Jth + 30 mA, in the conventional semiconductor laser probe, the series resistance region directly below the active layer While the consumed power alone corresponds to a temperature rise of 15° C. or more, the temperature rise of the semiconductor laser device of this embodiment can be suppressed to 1° C. or less. Furthermore, the light emission output of the laser light at this operating current is about 2 mW or less even under the best conditions in the conventional semiconductor laser element due to the reduction in light emission efficiency due to the aforementioned heat generation, whereas the semiconductor laser of this embodiment The element is capable of outputting approximately 3.5 to 4 mW.

次に本発明の第2の実施例を第2図を用いて説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 2.

第2の実施例は第1の実施例に対してp型クラッド層の
構造を互いにキャリア濃度の異なる3層構造とした点で
相違する。すなわちキャリア濃度が2X10” cm−
’以上の高濃度のp型箱2クラッド層13とキャリア濃
度が5×10” cm−”以下の低濃度のp型箱1クラ
ッド層15との間にキャリア濃度が2X10” cm−
3程度の低濃度のp型1nP第3クラッド層14を層厚
0,2〜0.3μm程度に薄く形成している。このよう
な構造では、上述した埋め込み層6.7.8の結晶成長
工程での昇温時に生じる添加物Znの拡散はキャリア濃
度の高い層である第2クラッド層13から低濃度の第3
クラッド層14に対して行なわれる。そのために第3ク
ラッド層14はキャリア濃度の高い層となりその電気抵
抗値が下がる。また同時に高濃度の第2クラッド層13
から拡散したZnは第3クラッド層14に蓄積されて低
濃度の第1クラッド層15への侵入分が最少限に抑制さ
れる。すなわちこの第3クラッド層14はZnの拡散の
ストップ層としての役目を果たしている。なお、この第
3クラッド層14はさらにキャリア濃度の異なる複数の
層で形成してもよい。
The second embodiment differs from the first embodiment in that the structure of the p-type cladding layer is a three-layer structure having mutually different carrier concentrations. That is, the carrier concentration is 2X10" cm-
A carrier concentration of 2X10'' cm- is formed between the p-type box 2 cladding layer 13 with a high concentration of 2X10''cm-'' or more and the p-type Box1 cladding layer 15 with a low concentration of 5x10''cm-2 or less.
A p-type 1nP third cladding layer 14 with a low concentration of about 3.3 μm is formed thinly to a layer thickness of about 0.2 to 0.3 μm. In such a structure, the diffusion of the additive Zn that occurs when the temperature is increased during the crystal growth process of the buried layer 6.7.8 is caused by the diffusion from the second cladding layer 13, which is a layer with a high carrier concentration, to the third cladding layer, which has a low concentration.
This is performed on the cladding layer 14. Therefore, the third cladding layer 14 becomes a layer with high carrier concentration and its electrical resistance value decreases. At the same time, the second cladding layer 13 with high concentration
The Zn diffused from the Zn is accumulated in the third cladding layer 14, and the intrusion into the low concentration first cladding layer 15 is suppressed to a minimum. That is, this third cladding layer 14 serves as a stop layer for Zn diffusion. Note that this third cladding layer 14 may be further formed of a plurality of layers having different carrier concentrations.

また第3の実施例としては、第2図を参照してp型In
P基板1と高濃度のp型InP第2クラッド層13との
間にさらにキャリア濃度の高い、たとえば1×1018
 cm−’の第3クラッド層を形成してもよい。そして
、この時には上記第2の実施例で述べたようにZnの拡
散効果を考慮して、第1のp型クラッド層の層膜はやや
厚く設定した方が有効である。そして、この実施例の場
合にはInP基板と活性層との間隔を大きく形成するこ
とができる。またこの第3クラッド層のピンニング効果
によって転位を減少させる効果をも期待できる。このた
めInP基板の結晶欠陥が活性層側に伝わらず活性層の
結晶性が改善され、素子の信頼性が向上する。
Further, as a third embodiment, referring to FIG. 2, a p-type In
Further, between the P substrate 1 and the high concentration p-type InP second cladding layer 13, a layer having a higher carrier concentration, for example, 1×10
A third cladding layer of cm-' may be formed. In this case, as described in the second embodiment, it is effective to set the first p-type cladding layer to be slightly thicker, taking into consideration the diffusion effect of Zn. In this embodiment, the distance between the InP substrate and the active layer can be increased. Further, the effect of reducing dislocations can be expected due to the pinning effect of the third cladding layer. Therefore, crystal defects in the InP substrate are not transmitted to the active layer side, improving the crystallinity of the active layer and improving the reliability of the device.

なお、上記実施例ではInGaAsP/InP系の■−
V族化合物半導体を用いて説明したが、これに限定され
ることなく、たとえばInGaAs P / G a 
A s系のものでも構わないし、その他の半導体材料を
用いたものであってもよい。
In the above example, the InGaAsP/InP system ■-
Although the explanation has been made using a group V compound semiconductor, the invention is not limited to this, and for example, InGaAs P/Ga
It may be As-based or may be made of other semiconductor materials.

また、上記実施例では埋め込み型半導体レーザ素子を用
いて説明したが、たとえばブレーナ型や他の構造の半導
体レーザ素子であっても本実施例と同様にレーザ光の発
光効率を改善する効果を得ることができる。
Further, although the above embodiment is explained using an embedded semiconductor laser device, even if the semiconductor laser device has a Brehner type or other structure, the same effect of improving the emission efficiency of laser light as in this embodiment can be obtained. be able to.

また、p型クラッド層にドープされるキャリア濃度は上
記実施例で示した値に限定されることなく、所望の効果
を得るに最適な値を適宜設定すればよく、p型クラッド
層は、2または3層の積層構造に限らずさらに多層の積
層構造で形成してもよい。
Further, the carrier concentration doped into the p-type cladding layer is not limited to the value shown in the above embodiment, but may be appropriately set to an optimal value to obtain the desired effect. Alternatively, the structure is not limited to a three-layer stacked structure, but may be formed with a multilayer stacked structure.

さらに、上記実施例ではp型半導体基板を用いて構成す
る半導体レーザ素子について説明したが、n型半導体基
板を用いて構成する半導体レーザ素子にも適用すること
ができる。
Further, in the above embodiments, a semiconductor laser device constructed using a p-type semiconductor substrate has been described, but the present invention can also be applied to a semiconductor laser device constructed using an n-type semiconductor substrate.

[発明の効果] 以上のように本発明における半導体レーザ素子は、p型
クラッド層をキャリア濃度の異なる複数の層で形成し、
レーザ光の発光効率を改善し得るようにそのキャリア濃
度を各々設定しているので、従来の半導体レーザ素子に
比べてその動作電流が約3分の1、消費電力は約30分
の1に低減された。また、本発明による埋め込み型半導
体レーザ素子では漏れ電流の発生を抑制し高出力のレー
ザ光出力が可能となった。また、本発明の半導体レーザ
素子は発熱作用を低減し低温でかつ低電力で使用するこ
とができるので、半導体レーザ素子を駆動するための回
路の負担を軽減することが可能となり、さらに半導体レ
ーザ素子の放熱構造が簡略化されコンパクトで信頼性の
高いレーザが実現可能となった。さらに、本半導体レー
ザ素子を光フアイバ通信の分野に利用した場合には、発
光出力の改善によってレーザ光を光ファイバへ導入する
ための光学系の許容誤差が大きくとれ、その製造が容易
となり製造価格を低減することが可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, in the semiconductor laser device of the present invention, the p-type cladding layer is formed of a plurality of layers having different carrier concentrations,
Since the carrier concentration of each laser beam is set to improve the emission efficiency of the laser beam, the operating current is reduced to about one-third and the power consumption is reduced to about one-thirtieth compared to conventional semiconductor laser elements. It was done. Furthermore, the embedded semiconductor laser device according to the present invention suppresses the occurrence of leakage current and can output high-power laser light. In addition, the semiconductor laser device of the present invention reduces heat generation and can be used at low temperatures and with low power, so it is possible to reduce the burden on the circuit for driving the semiconductor laser device. The heat dissipation structure has been simplified, making it possible to create a compact and highly reliable laser. Furthermore, when this semiconductor laser device is used in the field of optical fiber communication, the improvement in light emission output allows for larger tolerances in the optical system for introducing laser light into the optical fiber, making it easier to manufacture and reducing the manufacturing cost. This makes it possible to reduce the

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例である半導体レーザ素子
の断面構造図である。第2図は本発明の第2の実施例で
ある半導体レーザ素子の断面構造図である。 また第3図は、従来の半導体レーザ素子の断面構造図で
ある。そして第4図は、InPからなるp型クラッド層
を有する半導体レーザ素子において、p型クラッド層に
ドープされるZnの濃度と半導体レーザ素子のしきい鎧
型流密度との関係を示す相関図である。 図において、4はn型1nPクラッド層、6はp型1n
P第1埋め込み層、7はn型InP第2埋め込み層、8
はp型InP第3埋め込み層、11は高濃度p型InP
第2クラッド層、12は低濃度p型1nP第1クラッド
層を示している。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示°す
。 第4図
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram of a conventional semiconductor laser device. FIG. 4 is a correlation diagram showing the relationship between the concentration of Zn doped into the p-type cladding layer and the threshold armor flow density of the semiconductor laser device in a semiconductor laser device having a p-type cladding layer made of InP. be. In the figure, 4 is an n-type 1nP cladding layer, and 6 is a p-type 1nP cladding layer.
P first buried layer, 7 is n-type InP second buried layer, 8
11 is a p-type InP third buried layer, and 11 is a high-concentration p-type InP layer.
The second cladding layer 12 indicates a low concentration p-type 1nP first cladding layer. Note that in each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Figure 4

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)p型クラッド層とn型クラッド層との間に活性層
を積層して形成された半導体レーザ素子において、 前記p型クラッド層は互いにキャリア濃度の異なる複数
の層からなり、 前記複数の層のうち、前記活性層に隣接して形成された
第1の層は前記複数の層の他の層に比べてキャリア濃度
が低く形成されていることを特徴とする、半導体レーザ
素子。
(1) In a semiconductor laser device formed by laminating an active layer between a p-type cladding layer and an n-type cladding layer, the p-type cladding layer is composed of a plurality of layers having mutually different carrier concentrations, and the plurality of A semiconductor laser device, wherein a first layer formed adjacent to the active layer among the layers has a lower carrier concentration than other layers of the plurality of layers.
(2)前記活性層がInGaAsPあるいはInGaA
sのいずれか一方からなり、前記p型クラッド層がIn
PあるいはInGaAsPのいずれか一方からなり、前
記n型クラッド層がInPあるいはInGaAsPのい
ずれか一方からなる請求項1記載の半導体レーザ素子。
(2) The active layer is InGaAsP or InGaA
s, and the p-type cladding layer is In
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the n-type cladding layer is made of either P or InGaAsP, and the n-type cladding layer is made of either InP or InGaAsP.
(3)前記p型クラッド層の第1の層のキャリア濃度は
1×10^1^8cm^−^3以下である請求項2記載
の半導体レーザ素子。
(3) The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the first layer of the p-type cladding layer has a carrier concentration of 1×10^1^8 cm^-^3 or less.
(4)前記p型クラッド層と前記n型クラッド層との間
に前記活性層を積層した構造を基板上にメサ型に堆積し
、その両側を埋め込み層で埋め込んだ構造を有する請求
項1、2のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
(4) A structure in which the active layer is laminated between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer is deposited on a substrate in a mesa shape, and both sides of the active layer are buried with buried layers. 2. The semiconductor laser device according to any one of 2.
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