JPH01220490A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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- JPH01220490A JPH01220490A JP4432888A JP4432888A JPH01220490A JP H01220490 A JPH01220490 A JP H01220490A JP 4432888 A JP4432888 A JP 4432888A JP 4432888 A JP4432888 A JP 4432888A JP H01220490 A JPH01220490 A JP H01220490A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
この発明は、光通信用レーザ光の発振が可能である半導
体レーザ素子に関する。
体レーザ素子に関する。
(従来の技術)
光通信用のレーザ素子として、 GaInAsPを活性
層としInPをクラッド層とするダブルへテロ接合レー
ザがあり、様々な構造の素子が提案されている。GaI
nAsPを活性層としたレーザでは、GaInAsP結
品の組成を変えることにより、InP結晶に格子整合す
る範囲内でそのレーザ光の発振波長を0.92μsから
1.65.まで自由に変化させることができる。この発
振波長内には、光通信用に用いられる光ファイバの最も
損失の小さい波長である1、55μsと最も分散の小さ
い波長である1、3−が含まれているため、光通信用の
光源として有望な半導体レーザ素子である。
層としInPをクラッド層とするダブルへテロ接合レー
ザがあり、様々な構造の素子が提案されている。GaI
nAsPを活性層としたレーザでは、GaInAsP結
品の組成を変えることにより、InP結晶に格子整合す
る範囲内でそのレーザ光の発振波長を0.92μsから
1.65.まで自由に変化させることができる。この発
振波長内には、光通信用に用いられる光ファイバの最も
損失の小さい波長である1、55μsと最も分散の小さ
い波長である1、3−が含まれているため、光通信用の
光源として有望な半導体レーザ素子である。
従来、これらの半導体レーザ素子は、主に液相成長法(
LPE)を用いて製造されており、最近になって気相成
長法によっても製造されるようになってきた。しかし、
このようにGaInAsP結品から成るクラッド層を用
いた場合、GaInAsPが蒸気圧の高い■族元素とし
てAsとPの2種類を含んでいるため、ある発振波長を
定めるべくGaInAsP結品の組成を制御することが
困難であった。また、GaInAsPとInPの界面に
おいて■族元素の種類と組成が変化するため、充分に制
御されたヘテロ界面を成長することが困難であった。ま
た、伝導帯のバンド不連続量も小さくキャリアの閉じ込
めが充分でなかった。
LPE)を用いて製造されており、最近になって気相成
長法によっても製造されるようになってきた。しかし、
このようにGaInAsP結品から成るクラッド層を用
いた場合、GaInAsPが蒸気圧の高い■族元素とし
てAsとPの2種類を含んでいるため、ある発振波長を
定めるべくGaInAsP結品の組成を制御することが
困難であった。また、GaInAsPとInPの界面に
おいて■族元素の種類と組成が変化するため、充分に制
御されたヘテロ界面を成長することが困難であった。ま
た、伝導帯のバンド不連続量も小さくキャリアの閉じ込
めが充分でなかった。
(発明が解決しようとする課題)
前記したように、G a I n A s P / I
n P糸材料を用いた半導体レーザ素子では、発振波
長を0.92゜から1.65−まで連続的にかつ任意に
変化させることが可能であるという利点はあったが、G
aInAsP結晶の組成制御性が難しいこと、また充分
に制御されたGaInAsP/InPへテロ界面を成長
することが困難であること、キャリアの閉じ込めが充分
でないこと等の問題点があった。
n P糸材料を用いた半導体レーザ素子では、発振波
長を0.92゜から1.65−まで連続的にかつ任意に
変化させることが可能であるという利点はあったが、G
aInAsP結晶の組成制御性が難しいこと、また充分
に制御されたGaInAsP/InPへテロ界面を成長
することが困難であること、キャリアの閉じ込めが充分
でないこと等の問題点があった。
本発明は、この様な問題点を考慮しつつ、発振波長はG
aInAsP/InP系材料を用いた場合と同材料の範
囲で変化させることができ、活性層の組成制御性をよく
してレーザ光の発振波長の制御性をよくし、活性層/ク
ラッド層界面の制御を容易にすることができ、キャリア
の閉じ込めの良い半導体レーザ素子及びその製造方法を
提供することを目的とする。
aInAsP/InP系材料を用いた場合と同材料の範
囲で変化させることができ、活性層の組成制御性をよく
してレーザ光の発振波長の制御性をよくし、活性層/ク
ラッド層界面の制御を容易にすることができ、キャリア
の閉じ込めの良い半導体レーザ素子及びその製造方法を
提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段)
本発明に係る半導体レーザ素子は、活性層がA Ql
−y−2G az I ny A s結晶からなり、
クラッド層がANよ−y I nyAs結晶からなるダ
ブルへテロ接合を形成する少なくとも3つの層を含む構
造とすることにより、 InPに格子整合する材料系の
組合せのみで半導体レーザ素子が製造でき、発振波長範
囲は、GaInAsP/InP系材料を用いた半導体同
材料索子とほぼ同程度にすることができ、かつ発振波長
の制御性をよくシ、活性層とクラッド層界面の形成を容
易にし、伝導帯のバンド不連続量を大きくしたものであ
る。 InP基板と格子整合させるためには、クラッ
ド層となるAl1−ウI n y A s結晶の組成X
は、はぼ0.52である必要があり、活性層となるAQ
、−y−2Gaz I nyAs結品の組成yは、はぼ
0.52〜0.53であることが必要である。
−y−2G az I ny A s結晶からなり、
クラッド層がANよ−y I nyAs結晶からなるダ
ブルへテロ接合を形成する少なくとも3つの層を含む構
造とすることにより、 InPに格子整合する材料系の
組合せのみで半導体レーザ素子が製造でき、発振波長範
囲は、GaInAsP/InP系材料を用いた半導体同
材料索子とほぼ同程度にすることができ、かつ発振波長
の制御性をよくシ、活性層とクラッド層界面の形成を容
易にし、伝導帯のバンド不連続量を大きくしたものであ
る。 InP基板と格子整合させるためには、クラッ
ド層となるAl1−ウI n y A s結晶の組成X
は、はぼ0.52である必要があり、活性層となるAQ
、−y−2Gaz I nyAs結品の組成yは、はぼ
0.52〜0.53であることが必要である。
(作用)
本発明の構成とすれば、 ■族元素としてAsのみを含
む化合物半導体結晶だけでダブルへテロ接合が形成でき
るため1m族構成元素の材料の供給量を制御するだけで
活性層の組成制御並びに活性層/クラッド層界面の形成
ができるため、特に有機金属気層成長法(MOCVD)
で製造した場合に、急峻なヘテロ界面の形成、充分な活
性層の組成制御性、大きい伝導帯のバンド不連続量を得
ることができる。活性層をA Qx −y−Z G a
z I ny A 8とすることにより、 InPに格
子整合する範囲で、GaInAsP/InP系材料とほ
ぼ同じ発振波長筒IFI0.92m”1.65−内の任
意の発振波長を有する半導体レーザ素子が得られる。ま
た、活性層とクラッド層の界面での■族元素の種類、組
成の変化が無いため、界面でのイオン度の変化を小さく
抑えることができ、界面電荷の影響を抑制することがで
きる。
む化合物半導体結晶だけでダブルへテロ接合が形成でき
るため1m族構成元素の材料の供給量を制御するだけで
活性層の組成制御並びに活性層/クラッド層界面の形成
ができるため、特に有機金属気層成長法(MOCVD)
で製造した場合に、急峻なヘテロ界面の形成、充分な活
性層の組成制御性、大きい伝導帯のバンド不連続量を得
ることができる。活性層をA Qx −y−Z G a
z I ny A 8とすることにより、 InPに格
子整合する範囲で、GaInAsP/InP系材料とほ
ぼ同じ発振波長筒IFI0.92m”1.65−内の任
意の発振波長を有する半導体レーザ素子が得られる。ま
た、活性層とクラッド層の界面での■族元素の種類、組
成の変化が無いため、界面でのイオン度の変化を小さく
抑えることができ、界面電荷の影響を抑制することがで
きる。
(実施例)
以下に本発明の一実施例を図を用いて説明する。
第1図は一実施例の半導体レーザ素子の断面図である。
n型InP基板101を用いて、この上にn型AQ6.
4@ I no、52 Asクラッド層兼活性層102
を約111m5 Affio、o、Gao、、3I n
o−5sAs活性層103を約0.1g、p型AQo、
*s I’ng、BAsAsクララ104を約1虜、p
型Ga0,47 I no、sa Asコンタクト層1
05を約0.5μl順に積層形成してダブルへテロ接合
が形成されている。各半導体層は、有機金属気相成長法
(MOCVD法)によりエピタキシャル成長される。次
に、幅約1.5−のSiO□ストライプ膜をマスクとし
てn型A1.3.、In、、、2Asクラッド層の途中
までエツチングすることにより、活性領域が形成される
。次に、前記SiO□ストライプ膜をマスりとじて、高
抵抗のANo、4.In。0.□As 106’t”活
性領域を埋め込む。この埋め込み成長には、有機金属気
相成長法が用いられる。活性領域及び埋め込み領域を有
機金属気相成長法で成長する場合の原料としては、TM
Aff、TMGa、TMIn、AsH2を用いた。最後
に、前記Si○2ストライプ膜を除去し、活性領域以外
の部分に新たにSin、膜107を形成し、金属の蒸着
によりn側のオーミックコンタクト108と、p側のオ
ーミックコンタクト109を形成する。 n側のオーミ
ック電極108としてはAu/AuGeが、p側のオー
ミック電極109としてはAu/AuZnが各々用いら
れる。へき開によって形成される共振器長の長さは、約
2501Eaである。
4@ I no、52 Asクラッド層兼活性層102
を約111m5 Affio、o、Gao、、3I n
o−5sAs活性層103を約0.1g、p型AQo、
*s I’ng、BAsAsクララ104を約1虜、p
型Ga0,47 I no、sa Asコンタクト層1
05を約0.5μl順に積層形成してダブルへテロ接合
が形成されている。各半導体層は、有機金属気相成長法
(MOCVD法)によりエピタキシャル成長される。次
に、幅約1.5−のSiO□ストライプ膜をマスクとし
てn型A1.3.、In、、、2Asクラッド層の途中
までエツチングすることにより、活性領域が形成される
。次に、前記SiO□ストライプ膜をマスりとじて、高
抵抗のANo、4.In。0.□As 106’t”活
性領域を埋め込む。この埋め込み成長には、有機金属気
相成長法が用いられる。活性領域及び埋め込み領域を有
機金属気相成長法で成長する場合の原料としては、TM
Aff、TMGa、TMIn、AsH2を用いた。最後
に、前記Si○2ストライプ膜を除去し、活性領域以外
の部分に新たにSin、膜107を形成し、金属の蒸着
によりn側のオーミックコンタクト108と、p側のオ
ーミックコンタクト109を形成する。 n側のオーミ
ック電極108としてはAu/AuGeが、p側のオー
ミック電極109としてはAu/AuZnが各々用いら
れる。へき開によって形成される共振器長の長さは、約
2501Eaである。
この実施例による半導体レーザ素子の発振しきい値電流
密度は、約20+++ AでGa I nAsP /
I nP系材料で制作したものとほとんど同じ値であっ
た。しかし、発振の微分量子効率は約40%であり、G
aInAsP/InP系で得られている約30%をしの
ぐ値であった。また、発振の特性温度は100℃近い値
で、GaInAsP/InP系材料で得られている系材
−60℃をしのぐ値であった。これらの理由は、GaI
nAsP/InP系材料に比べて。
密度は、約20+++ AでGa I nAsP /
I nP系材料で制作したものとほとんど同じ値であっ
た。しかし、発振の微分量子効率は約40%であり、G
aInAsP/InP系で得られている約30%をしの
ぐ値であった。また、発振の特性温度は100℃近い値
で、GaInAsP/InP系材料で得られている系材
−60℃をしのぐ値であった。これらの理由は、GaI
nAsP/InP系材料に比べて。
/1系材−nAs/AQInAs系材料は、前記したよ
うにそのヘテロ界面の急峻性を良くできるため、また伝
導帯のバンド不連続量を大きくすることができるため活
性層へのキャリアの閉じ込め効果が増大したことによる
ものである。発振波長は、1.55μmで、その波長の
制御性は、±0.5%と非常に良いものが得られた。こ
れは、前記したようにAQGaInAsの組成が■族原
料の供給量のみで制御できるため、特に有機金属気相成
長法で作製した場合その組成制御性が極めて良くなった
ことによるものである。
うにそのヘテロ界面の急峻性を良くできるため、また伝
導帯のバンド不連続量を大きくすることができるため活
性層へのキャリアの閉じ込め効果が増大したことによる
ものである。発振波長は、1.55μmで、その波長の
制御性は、±0.5%と非常に良いものが得られた。こ
れは、前記したようにAQGaInAsの組成が■族原
料の供給量のみで制御できるため、特に有機金属気相成
長法で作製した場合その組成制御性が極めて良くなった
ことによるものである。
本発明は、上記実施例に限らない。例えば、実施例を示
す第1図の高抵抗埋め込み層106はInPであっても
よい。また、第2図に示すように、埋め込み部分をIn
P、或はAQo、4@ I no*s2 As、或はこ
れらの積層膜で形成されるpn逆接合で形成してもよい
。その他、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
す第1図の高抵抗埋め込み層106はInPであっても
よい。また、第2図に示すように、埋め込み部分をIn
P、或はAQo、4@ I no*s2 As、或はこ
れらの積層膜で形成されるpn逆接合で形成してもよい
。その他、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
以上述べたように本発明によれば、Al1−y−7,G
azI nyAs/ Al21−)l I nyAs系
材料でダブルへテロ接合を形成し、半導体レーザ素子と
することにより、組成制御性の良い活性層、及び急峻な
活性層/クラッド層へテロ界面が得られ、もって発振波
長制御性が良く、微分量子効率が高く特性温度の高い半
導体レーザ素子を得ることができる。
azI nyAs/ Al21−)l I nyAs系
材料でダブルへテロ接合を形成し、半導体レーザ素子と
することにより、組成制御性の良い活性層、及び急峻な
活性層/クラッド層へテロ界面が得られ、もって発振波
長制御性が良く、微分量子効率が高く特性温度の高い半
導体レーザ素子を得ることができる。
第1図、第2図は本発明の実施例の半導体レーザ素子の
構成断面図である。 101−n型InP基板 102−n型A ”Q+411 I no、sz As
103− Aj!。、、、 Gao、。I n、、、、
As104・=p型A Ql11411 I no+
52 As105−=p型Gao、4. I n。、、
、 As106・・・高抵抗AQ6,41II na*
sz ”’107・・・SiO2膜 108−
A u / A u G e電極109−Au/AuZ
n?!!極 201−n型InP基板202・・・n
m AQo、4a I na、az As゛203−
Aj!、、。4Ga、、43I n、、、、 As20
4−p型A Q6.4@ I nQ+s2 As205
− p型G”f+ 、4t I nO* S 3 A
5206− p型/l。、41 I”6*52 As2
07−n型A ”n * 4@ I no 、S 2
A 5208− S io□膜 209−Au/A
uGe電極210−Au/AuZn電極 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 松山光之 第2図
構成断面図である。 101−n型InP基板 102−n型A ”Q+411 I no、sz As
103− Aj!。、、、 Gao、。I n、、、、
As104・=p型A Ql11411 I no+
52 As105−=p型Gao、4. I n。、、
、 As106・・・高抵抗AQ6,41II na*
sz ”’107・・・SiO2膜 108−
A u / A u G e電極109−Au/AuZ
n?!!極 201−n型InP基板202・・・n
m AQo、4a I na、az As゛203−
Aj!、、。4Ga、、43I n、、、、 As20
4−p型A Q6.4@ I nQ+s2 As205
− p型G”f+ 、4t I nO* S 3 A
5206− p型/l。、41 I”6*52 As2
07−n型A ”n * 4@ I no 、S 2
A 5208− S io□膜 209−Au/A
uGe電極210−Au/AuZn電極 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 松山光之 第2図
Claims (3)
- (1)InP基板上に第1導電型のAl_1_−_xI
n_xAsバッファ層兼クラッド層、Al_1_−_y
_−_zGa_zIn_yAs活性層、第2導電型のA
l_1_−_xIn_xAsクラッド層の少なくとも3
層を有することを特徴とする半導体レーザ素子。 - (2)前記活性層を所定の幅に制限するべくメサエッチ
ングして活性領域とし、該活性領域を高抵抗の半導体層
若しくはpn逆接合層を結晶成長して埋め込むことを特
徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。 - (3)InP上に形成される第1導電型のバッファ層、
活性層、第2導電型のクラッド層の少なくとも3層を結
晶成長される工程、及び高抵抗半導体或はpn逆接合を
含む半導体多層膜を埋め込み成長させる工程を有機金属
気相成長法で行うことを特徴とする請求項1記載の半導
体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4432888A JPH01220490A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4432888A JPH01220490A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01220490A true JPH01220490A (ja) | 1989-09-04 |
Family
ID=12688439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4432888A Pending JPH01220490A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01220490A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011044564A (ja) * | 2009-08-20 | 2011-03-03 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57130492A (en) * | 1980-12-23 | 1982-08-12 | Western Electric Co | Double heterostructure light emitting device |
| JPS60260181A (ja) * | 1984-06-06 | 1985-12-23 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
-
1988
- 1988-02-29 JP JP4432888A patent/JPH01220490A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57130492A (en) * | 1980-12-23 | 1982-08-12 | Western Electric Co | Double heterostructure light emitting device |
| JPS60260181A (ja) * | 1984-06-06 | 1985-12-23 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011044564A (ja) * | 2009-08-20 | 2011-03-03 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 |
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