JPH05129727A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH05129727A JPH05129727A JP18442691A JP18442691A JPH05129727A JP H05129727 A JPH05129727 A JP H05129727A JP 18442691 A JP18442691 A JP 18442691A JP 18442691 A JP18442691 A JP 18442691A JP H05129727 A JPH05129727 A JP H05129727A
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- Japan
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- conductivity type
- active layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、半導体発光装置に関し、しきい値
電流を任意の値に調節した半導体発光装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】 第1の導電型の化合物半導体基板1と、その
上に形成された第1の導電型で任意のキャリア濃度、屈
折率、エネルギー幅を有するクラッド層2と、その上に
形成された任意の導電型、キャリア濃度、屈折率、エネ
ルギー幅を有する活性層3と、その上に形成された第2
の導電型で任意のキャリア濃度、屈折率、エネルギー幅
を有するクラッド層4、10と、その上に形成された第
2の導電型のコンタクト層11を有し、活性層3あるい
はクラッド層4、10の全体もしくは一部に所期の導電
型とキャリア濃度を維持しながら、第1の導電型および
第2の導電型の不純物を共に導入して活性層3あるいは
クラッド層4、10の不純物による吸収損失を調節し、
所望の発振しきい値電流を得るように構成した。
電流を任意の値に調節した半導体発光装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】 第1の導電型の化合物半導体基板1と、その
上に形成された第1の導電型で任意のキャリア濃度、屈
折率、エネルギー幅を有するクラッド層2と、その上に
形成された任意の導電型、キャリア濃度、屈折率、エネ
ルギー幅を有する活性層3と、その上に形成された第2
の導電型で任意のキャリア濃度、屈折率、エネルギー幅
を有するクラッド層4、10と、その上に形成された第
2の導電型のコンタクト層11を有し、活性層3あるい
はクラッド層4、10の全体もしくは一部に所期の導電
型とキャリア濃度を維持しながら、第1の導電型および
第2の導電型の不純物を共に導入して活性層3あるいは
クラッド層4、10の不純物による吸収損失を調節し、
所望の発振しきい値電流を得るように構成した。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置、特
に、半導体レーザ装置に関する。
に、半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の半導体レーザ装置の基本
構成説明図である。この図において、21はn型InP
基板、22はn型InPクラッド層、23はInGaA
sP活性層、24はp型InPクラッド層、25はIn
GaAsPコンタクト層である。
構成説明図である。この図において、21はn型InP
基板、22はn型InPクラッド層、23はInGaA
sP活性層、24はp型InPクラッド層、25はIn
GaAsPコンタクト層である。
【0003】この装置は、基本的には、n型InP基板
21の上に、Siをドーピングしたn型InPクラッド
層22、ノンドープのInGaAsP活性層23、Zn
をドーピングしたp型InPクラッド層24、InGa
AsPコンタクト層25が成長された構成を有してい
る。
21の上に、Siをドーピングしたn型InPクラッド
層22、ノンドープのInGaAsP活性層23、Zn
をドーピングしたp型InPクラッド層24、InGa
AsPコンタクト層25が成長された構成を有してい
る。
【0004】この装置の構成は、活性層を除いては、後
に説明する本発明と本質的に変わるところがないが、活
性層には、希望する導電型とキャリア濃度を得るために
不純物を添加しないか、もしくは単一種類の不純物のみ
を添加していた。
に説明する本発明と本質的に変わるところがないが、活
性層には、希望する導電型とキャリア濃度を得るために
不純物を添加しないか、もしくは単一種類の不純物のみ
を添加していた。
【0005】図5は、従来の発展型半導体レーザ装置の
構成説明図である。この図において31はn型InP基
板、32はn型InPクラッド層、33はInGaAs
P活性層、34はp型InP層、35はn型InP層、
36はp型InP層、37はInGaAsPコンタクト
層である。
構成説明図である。この図において31はn型InP基
板、32はn型InPクラッド層、33はInGaAs
P活性層、34はp型InP層、35はn型InP層、
36はp型InP層、37はInGaAsPコンタクト
層である。
【0006】この発展型半導体レーザ装置においては、
n型InP基板31の上に、Siをドープしたn型In
Pクラッド層32、ノンドープのInGaAsP活性層
33を成長し、メサ型にエッチングし、その斜面にZn
をドーピングしたp型InP層34とSiをドーピグし
たn型InP層35を成長し、その上にp型InP層3
6とInGaAsPコンタクト層37を成長して構成さ
れる。
n型InP基板31の上に、Siをドープしたn型In
Pクラッド層32、ノンドープのInGaAsP活性層
33を成長し、メサ型にエッチングし、その斜面にZn
をドーピングしたp型InP層34とSiをドーピグし
たn型InP層35を成長し、その上にp型InP層3
6とInGaAsPコンタクト層37を成長して構成さ
れる。
【0007】この発展型半導体レーザ装置の特徴は、p
型InP層34とn型InP層35によって電流狭窄領
域を形成して、電流を活性層33に集中して発光効率を
改善していることである。
型InP層34とn型InP層35によって電流狭窄領
域を形成して、電流を活性層33に集中して発光効率を
改善していることである。
【0008】図6は、従来の半導体レーザ装置の電流光
出力特性図である。この図に見られるように、従来の半
導体レーザ装置の特性は、発振しきい値電流が10〜1
5mA程度と小さく、図には示されていないが、発光効
率は、0.220mW/mA以上あり、非常に良好な特
性を示している。
出力特性図である。この図に見られるように、従来の半
導体レーザ装置の特性は、発振しきい値電流が10〜1
5mA程度と小さく、図には示されていないが、発光効
率は、0.220mW/mA以上あり、非常に良好な特
性を示している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
半導体レーザ装置を使用する場合、駆動回路によって
は、しきい値電流が低すぎるために、低レベルのノイズ
によって発光したり、駆動回路に使用される能動素子の
動作点と整合しない等使いづらい場合があった。
半導体レーザ装置を使用する場合、駆動回路によって
は、しきい値電流が低すぎるために、低レベルのノイズ
によって発光したり、駆動回路に使用される能動素子の
動作点と整合しない等使いづらい場合があった。
【0010】また、この半導体レーザ装置にしきい値電
流を超える電流を供給すると発熱して寿命を短縮するこ
とにもなっていた。したがって、本発明は、しきい値電
流を任意の値に調節した半導体発光装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。
流を超える電流を供給すると発熱して寿命を短縮するこ
とにもなっていた。したがって、本発明は、しきい値電
流を任意の値に調節した半導体発光装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体発
光装置の製造方法においては、第1の導電型の化合物半
導体基板と、その上に形成された第1の導電型で任意の
キャリア濃度、屈折率、エネルギー幅を有するクラッド
層と、その上に形成された任意の導電型、キャリア濃
度、屈折率、エネルギー幅を有する活性層と、その上に
形成された第2の導電型で任意のキャリア濃度、屈折
率、エネルギー幅を有するクラッド層と、その上に形成
された第2の導電型のコンタクト層を有し、所望の発振
しきい値電流が得られるように、該活性層あるいはクラ
ッド層の全体もしくは一部に所期の導電型とキャリア濃
度を維持しながら、第1の導電型および第2の導電型の
不純物が共に導入され、活性層あるいはクラッド層の不
純物による吸収損失が調節されるように構成した。
光装置の製造方法においては、第1の導電型の化合物半
導体基板と、その上に形成された第1の導電型で任意の
キャリア濃度、屈折率、エネルギー幅を有するクラッド
層と、その上に形成された任意の導電型、キャリア濃
度、屈折率、エネルギー幅を有する活性層と、その上に
形成された第2の導電型で任意のキャリア濃度、屈折
率、エネルギー幅を有するクラッド層と、その上に形成
された第2の導電型のコンタクト層を有し、所望の発振
しきい値電流が得られるように、該活性層あるいはクラ
ッド層の全体もしくは一部に所期の導電型とキャリア濃
度を維持しながら、第1の導電型および第2の導電型の
不純物が共に導入され、活性層あるいはクラッド層の不
純物による吸収損失が調節されるように構成した。
【0012】
【作用】上記のように、活性層あるいはクラッド層の導
電型およびキャリア濃度を維持しながら、n型不純物と
p型不純物を共に導入することによって吸収損失を調節
し、半導体発光装置の寿命特性や他の光特性を変えない
で、しきい値電流のみを任意の値に調節することができ
る。
電型およびキャリア濃度を維持しながら、n型不純物と
p型不純物を共に導入することによって吸収損失を調節
し、半導体発光装置の寿命特性や他の光特性を変えない
で、しきい値電流のみを任意の値に調節することができ
る。
【0013】すなわち、半導体レーザ装置の発振条件
は、閉じ込め係数をΓV 、しきい値増幅利得をgth、吸
収損失を afc、ヘテロ界面での散乱損失を asc、反射率
をR、共振器長をLとするとき、 ΓV ・gth=ΓV ・ afc(活性層)+(1−ΓV )・ afc(クラッド層) + asc+(ln(1/R)/L) で示される。
は、閉じ込め係数をΓV 、しきい値増幅利得をgth、吸
収損失を afc、ヘテロ界面での散乱損失を asc、反射率
をR、共振器長をLとするとき、 ΓV ・gth=ΓV ・ afc(活性層)+(1−ΓV )・ afc(クラッド層) + asc+(ln(1/R)/L) で示される。
【0014】ΓV ・gthが大きいほど発振しにくく、し
きい値電流が大きくなるから、活性層またはクラッド層
に、n型およびp型の不純物をキャリア補償して導入す
ることによって損失を調節し、しきい値電流を任意の値
に調節することができる。
きい値電流が大きくなるから、活性層またはクラッド層
に、n型およびp型の不純物をキャリア補償して導入す
ることによって損失を調節し、しきい値電流を任意の値
に調節することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1
(A)〜(E)は、第1実施例の半導体レーザ装置の製
造工程説明図である。
(A)〜(E)は、第1実施例の半導体レーザ装置の製
造工程説明図である。
【0016】この図において、1はp−InP基板、2
はp−InPクラッド層、3はInGaAsP活性層、
4はn−InPクラッド層、5はInGaAsPキャッ
プ層、6はSiO2 膜、7はp−InP層、8はn−I
nP層、9はp−InP層、10はn−InGaAsP
層、11はn−InGaAsPコンタクト層である。
はp−InPクラッド層、3はInGaAsP活性層、
4はn−InPクラッド層、5はInGaAsPキャッ
プ層、6はSiO2 膜、7はp−InP層、8はn−I
nP層、9はp−InP層、10はn−InGaAsP
層、11はn−InGaAsPコンタクト層である。
【0017】第1工程(図1(A)参照) p−InP基板1上にZnをドーピングしたp−InP
クラッド層2、SiとZnを図2に示した量だけドーピ
ングしたInGaAsP活性層3、Siをドーピングし
たn−InPクラッド層4、ノンドープのInGaAs
Pキャップ層5を有機金属気相成長法(MOCVD法)
によって成長する。
クラッド層2、SiとZnを図2に示した量だけドーピ
ングしたInGaAsP活性層3、Siをドーピングし
たn−InPクラッド層4、ノンドープのInGaAs
Pキャップ層5を有機金属気相成長法(MOCVD法)
によって成長する。
【0018】第2工程(図1(B)参照) InGaAsPキャップ層5の上にCVD法によってS
iO2 膜6を形成し、パターニングして一部に残す。
iO2 膜6を形成し、パターニングして一部に残す。
【0019】第3工程(図1(C)参照) 一部に残されたSiO2 膜6をマスクにしてInGaA
sPキャップ層5、n−InPクラッド層4、InGa
AsP活性層3、p−InPクラッド層2とp−InP
基板1の一部をブロム(Br)系エッチャントを使用し
てエッチングしてメサ型構造を形成する。
sPキャップ層5、n−InPクラッド層4、InGa
AsP活性層3、p−InPクラッド層2とp−InP
基板1の一部をブロム(Br)系エッチャントを使用し
てエッチングしてメサ型構造を形成する。
【0020】上記のInGaAsPキャップ層5は、こ
のエッチャントによるエッチングレートがInP層4よ
り大きく、このエッチングによって不所望な逆メサ型構
造が生じるのを防ぐために設けられている。
のエッチャントによるエッチングレートがInP層4よ
り大きく、このエッチングによって不所望な逆メサ型構
造が生じるのを防ぐために設けられている。
【0021】第4工程(図1(D)参照) 上記の工程によって形成したメサ型構造の斜面の上に液
相エピタキシャル(LPE)法によってCdをドーピン
グしたp−InP層7、Teをドーピングしたn−In
P層8、Cdをドーピングしたp−InP層9を成長し
て、電流狭窄領域を形成する。
相エピタキシャル(LPE)法によってCdをドーピン
グしたp−InP層7、Teをドーピングしたn−In
P層8、Cdをドーピングしたp−InP層9を成長し
て、電流狭窄領域を形成する。
【0022】第5工程(図1(E)参照) SiO2 膜6、InGaAsPキャップ層5をエッチン
グ除去する。その上にLPE法によってTeをドーピン
グしたn−InGaAsP層10、n−InGaAsP
コンタクト層11を成長する。上記のn−InGaAs
P層10は、n−InPクラッド層4の幅が10μm程
度と微小面積で、電極の形成が困難であるため、その面
積を拡大するために形成されている。
グ除去する。その上にLPE法によってTeをドーピン
グしたn−InGaAsP層10、n−InGaAsP
コンタクト層11を成長する。上記のn−InGaAs
P層10は、n−InPクラッド層4の幅が10μm程
度と微小面積で、電極の形成が困難であるため、その面
積を拡大するために形成されている。
【0023】図2は、本発明の実施例の半導体レーザ装
置の製造条件説明図である。図中の(a)は従来例であ
り、活性層3の成長するときp型ドーパントとして30
0ppmのジメチル亜鉛(DMZn)だけを添加してい
るのに対して、本発明の第1実施例である(b)では、
活性層3を成長するとき、n型ドーパントとして40p
pmのSiH4 を9.8ccmの流量で、また、p型ド
ーパントとして300ppmのジメチル亜鉛(DMZ
n)を50ccmの流量で共に供給している。
置の製造条件説明図である。図中の(a)は従来例であ
り、活性層3の成長するときp型ドーパントとして30
0ppmのジメチル亜鉛(DMZn)だけを添加してい
るのに対して、本発明の第1実施例である(b)では、
活性層3を成長するとき、n型ドーパントとして40p
pmのSiH4 を9.8ccmの流量で、また、p型ド
ーパントとして300ppmのジメチル亜鉛(DMZ
n)を50ccmの流量で共に供給している。
【0024】また本発明の第2実施例である(c)で
は、活性層3を成長するとき、n型ドーパントとして4
0ppmのSiH4 を34ccmの流量で、また、p型
ドーパントとして300ppmのジメチル亜鉛(DMZ
n)を100ccmの流量で共に供給している。そし
て、その他の層の成長条件は同じにしてある。
は、活性層3を成長するとき、n型ドーパントとして4
0ppmのSiH4 を34ccmの流量で、また、p型
ドーパントとして300ppmのジメチル亜鉛(DMZ
n)を100ccmの流量で共に供給している。そし
て、その他の層の成長条件は同じにしてある。
【0025】その図において明らかなように、(a)、
(b)、(c)を通じて、導電型はすべてp型であり、
そのキャリア濃度は、等しく4.0×1017cm-3であ
る。これらの実施例においては、活性層のみに本発明に
従った不純物の導入を行っているが、活性層の他にクラ
ッド層にも本発明に従った不純物の導入を行うことがで
きる。また、活性層やクラッド層の全体に本発明に従っ
た不純物の導入を行う代わりに、これらの層の一部に本
発明に従った不純物の導入を行うこともできる。
(b)、(c)を通じて、導電型はすべてp型であり、
そのキャリア濃度は、等しく4.0×1017cm-3であ
る。これらの実施例においては、活性層のみに本発明に
従った不純物の導入を行っているが、活性層の他にクラ
ッド層にも本発明に従った不純物の導入を行うことがで
きる。また、活性層やクラッド層の全体に本発明に従っ
た不純物の導入を行う代わりに、これらの層の一部に本
発明に従った不純物の導入を行うこともできる。
【0026】図3は、本発明の実施例の半導体レーザ装
置の電流光出力特性図である。この特性図によると、図
2に示された製造条件にしたがって、p型、n型の合計
の不純物量を多くするにしたがって、キャリア濃度が等
しくても、しきい値電流が高くなっていることが判る。
置の電流光出力特性図である。この特性図によると、図
2に示された製造条件にしたがって、p型、n型の合計
の不純物量を多くするにしたがって、キャリア濃度が等
しくても、しきい値電流が高くなっていることが判る。
【0027】この特性を用いると、発光特性を大きく変
えることなく、回路上の要望に対応してしきい値電流を
調節することができる。本実施例では、活性層を成長す
る方法としてMOCVD法を用いているが、LPE法で
も同様の結果が得られる。
えることなく、回路上の要望に対応してしきい値電流を
調節することができる。本実施例では、活性層を成長す
る方法としてMOCVD法を用いているが、LPE法で
も同様の結果が得られる。
【0028】また、上記の実施例の導電型を逆にした場
合でも上記と同様の効果を生じることはいうまでもな
く、説明の便宜上、n型およびp型、またはその逆導電
型を、第1の導電型、第2の導電型と称することができ
る。また、一方または両方のクラッド層の活性層側の一
部を、活性層よりも屈折率が小さく、クラッド層よりも
屈折率が大きい結晶で置換することによって、活性層か
らの光のしみだしを大きくでき、このことにより、レー
ザ光の放射角を小さくし大きな光出力を得ることができ
る。また、上記の実施例においては半導体レーザについ
て説明したが、本発明はそれに限られず広く半導体発光
装置に適用できる。
合でも上記と同様の効果を生じることはいうまでもな
く、説明の便宜上、n型およびp型、またはその逆導電
型を、第1の導電型、第2の導電型と称することができ
る。また、一方または両方のクラッド層の活性層側の一
部を、活性層よりも屈折率が小さく、クラッド層よりも
屈折率が大きい結晶で置換することによって、活性層か
らの光のしみだしを大きくでき、このことにより、レー
ザ光の放射角を小さくし大きな光出力を得ることができ
る。また、上記の実施例においては半導体レーザについ
て説明したが、本発明はそれに限られず広く半導体発光
装置に適用できる。
【0029】
【発明の効果】前記説明のように、本発明によって半導
体レーザ等の半導体発光素子のしきい値電流を任意の値
に制御することが可能で、光通信技術、光信号処理技術
等において寄与するところが大きい。
体レーザ等の半導体発光素子のしきい値電流を任意の値
に制御することが可能で、光通信技術、光信号処理技術
等において寄与するところが大きい。
【図1】(A)〜(E)は、本発明の実施例の半導体レ
ーザ装置の製造工程説明図である。
ーザ装置の製造工程説明図である。
【図2】本発明の実施例の半導体レーザ装置の製造条件
説明図である。
説明図である。
【図3】本発明の実施例の半導体レーザ装置の電流光出
力特性図である。
力特性図である。
【図4】従来の半導体レーザ装置の基本構成説明図であ
る。
る。
【図5】従来の発展型半導体レーザ装置の構成説明図で
ある。
ある。
【図6】従来の半導体レーザ装置の電流光出力特性図で
ある。
ある。
1 p−InP基板 2 p−InPクラッド層 3 InGaAsP活性層 4 n−InPクラッド層 5 InGaAsPキャップ層 6 SiO2 膜 7 p−InP層 8 n−InP層 9 p−InP層 10 n−InGaAsP層 11 n−InGaAsPコンタクト層
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の導電型の化合物半導体基板と、そ
の上に形成された第1の導電型で任意のキャリア濃度、
屈折率、エネルギー幅を有するクラッド層と、その上に
形成された任意の導電型、キャリア濃度、屈折率、エネ
ルギー幅を有する活性層と、その上に形成された第2の
導電型で任意のキャリア濃度、屈折率、エネルギー幅を
有するクラッド層と、その上に形成された第2の導電型
のコンタクト層を有し、所望の発振しきい値電流が得ら
れるように、該活性層あるいはクラッド層の全体もしく
は一部に所期の導電型とキャリア濃度を維持しながら、
第1の導電型および第2の導電型の不純物が共に導入さ
れ、活性層あるいはクラッド層の不純物による吸収損失
が調節されてなることを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項2】 一方または両方のクラッド層の活性層側
の一部が、活性層よりも屈折率が小さく、クラッド層よ
りも屈折率が大きい結晶で置換された構造を有すること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18442691A JPH05129727A (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18442691A JPH05129727A (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129727A true JPH05129727A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=16152950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18442691A Withdrawn JPH05129727A (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129727A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0851255A (ja) * | 1993-11-01 | 1996-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US5856207A (en) * | 1993-11-01 | 1999-01-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor laser |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP18442691A patent/JPH05129727A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0851255A (ja) * | 1993-11-01 | 1996-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US5856207A (en) * | 1993-11-01 | 1999-01-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor laser |
| US6110756A (en) * | 1993-11-01 | 2000-08-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing semiconductor laser |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981008 |