JPH0528515B2 - - Google Patents

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JPH0528515B2
JPH0528515B2 JP60164595A JP16459585A JPH0528515B2 JP H0528515 B2 JPH0528515 B2 JP H0528515B2 JP 60164595 A JP60164595 A JP 60164595A JP 16459585 A JP16459585 A JP 16459585A JP H0528515 B2 JPH0528515 B2 JP H0528515B2
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JP
Japan
Prior art keywords
cladding layer
layer
type
semiconductor laser
conductivity type
Prior art date
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JP60164595A
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English (en)
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JPS6223192A (ja
Inventor
Koji Yamashita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP16459585A priority Critical patent/JPS6223192A/ja
Publication of JPS6223192A publication Critical patent/JPS6223192A/ja
Publication of JPH0528515B2 publication Critical patent/JPH0528515B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体レーザに関し、特にクラツド
層の構造に関するものである。
[従来の技術] 第2図は、従来の半導体レーザを示す断面図で
ある。初めにこの半導体レーザの構成について説
明する。図において、p形GaAs基板1上にn形
GaAs電流ブロツク層2が形成されており、この
基板およびこの電流ブロツク層にV字形溝9が形
成されている。p形GaAs基板1の一部上および
n形GaAs電流ブロツク層2上に、p形AlxGa1-x
As下側クラツド層3、AlyGa1-yAs活性層4、n
形AlxGa1-xAs上側クラツド層5、n形GaAsコン
タクト層6がこの順序で形成されている。ここ
で、x,yは組成比である。n形AlxGa1-xAs上
側クラツド層5とAlyGa1-y活性層4とp形Alx
Ga1-xAs下側クラツド層3とはいわゆるダブルヘ
テロ構造を形成している。n形GaAsコンタクト
層6は電極をとるための層であり、このコンタク
ト層上に上側電極7が形成されている。8は下側
電極である。また、10はAlgGa1-yAs活性層4
から滲み出す光の光分布を示している。
次にこの半導体レーザの動作について説明す
る。上側電極7と下側電極8間に電圧を印加しダ
ブルヘテロ接合に順方向にバイアスを加えてゆく
と、n形AlxGa1-xAs上側クラツド層5、p形Alx
Ga1-xAs下側クラツド層3のエネルギギヤツプよ
り狭いエネルギギヤツプを有するAlyGa1-yAs活
性層4内に電子・ホール対が有効に閉じ込めら
れ、またn形AlxGa1-xAs上側クラツド層5、p
形AlxGa1-xAs下側クラツド層3の屈折率より高
い屈折率を有するAlyGa1-yAs活性層4に光が有
効に閉じ込められる。以上は第2図の断面内での
垂直方向の電子・ホール対と光の閉じ込めの説明
であるが、この断面内での水平方向の電子・ホー
ル対と光の閉じ込めについては、V字形溝9を持
つn形GaAs電流ブロツク層2は、p形AlxGa1-x
As下側クラツド層3やp形GaAs基板1とは異な
る多数キヤリアを持つためキヤリアの伝導を妨げ
るポテンシヤルの壁となり、n形GaAs電流ブロ
ツク層2のV字形溝9内をキヤリアが流れて電
子・ホール対がV字形溝9内に閉じ込められるこ
とになる。さらに、n形GaAs電流ブロツク層2
は、AlyGa1-yAs活性層4のエネルギギヤツプよ
り狭いエネルギギヤツプを有するため、この電流
ブロツク層にはAlyGa1-yAs活性層4から生じた
光によりキヤリアができ、伝導して上記ポテンシ
ヤルの壁を減らす効果が生じるが、この効果は、
n形GaAs電流ブロツク層2に非発光再結合セン
タを多く作つておくことによりなくすことができ
る。また、水平方向の光の閉じ込めは、V字形溝
9外側のn形GaAs電流ブロツク層2で光の吸収
係数が急激に増すためその実効屈折率が下がり、
結局V字形溝9内部の屈折率が上がるため光がV
字形溝9内に有効に閉じ込められるようになつて
レーザ発振が効率良く行なわれる。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、従来のこのような構造の半導体レー
ザにおいては、発振モードは、横は基本モード、
縦は単一モードが普通である。しかしながら、そ
の単一モードのために温度や注入電流の変化、戻
光時に生ずるモードホツピングによる雑音発生と
いう欠点は免れなかつた。たとえば、S/N特性
の戻光率依存性は第3図のようになり、戻光率が
比較的少ないところでS/N特性が悪いという問
題点があつた。この欠点を除去するための方法と
して、たとえばAlxGa1-xAs(x=0.45)にTeをド
ープしたものをn形AlxGa1-xAs上側クラツド層
5としたときにはTe/Alドーピング比を下げる
方法がある。Te/Alドーピング比を下げること
により、第4図に示すように縦モードが単一モー
ド性から多モード性に変化するためS/N特性が
向上する。すなわち、モードホツピング雑音が発
生しにくくなる。これは、第2図の光分布10に
示すように、上側クラツド層に滲み出た光がこの
クラツド層中で吸収されにくくなるために起こ
る。しかしながら、n型クラツド層のTe濃度を
下げた場合、n型クラツド層の抵抗が大きくな
り、それにより発熱が大きくなり、半導体レーザ
の寿命が劣化し、信頼性上問題となる。また、n
型クラツド層のTe濃度を下げた場合、p型活性
層からn型クラツド層を成長させるときに固相拡
散が大きくなり、n型層側ヘリモートジヤンクシ
ヨンしやすくなる。このため、p−n界面のポテ
ンシヤルが増加し、活性層へ注入される電子の電
位降下が大きくなる。これも半導体レーザの寿命
を劣化することにつながり、信頼性上問題とな
る。また、一般にはTe濃度の上げ過ぎも結晶性
の悪化をもたらすので半導体レーザの寿命が短く
なる。このため、半導体レーザの寿命は、第5図
に示すようにTe濃度に対して山形の特性を示す
ことになる。以上のように、モードホツピング雑
音の抑制と半導体レーザの寿命とはTe濃度を下
げる方向に対して相反関係にあつた。
この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、モードホツピング雑音の抑制
すなわちS/N特性の改善と長寿命化とを同時に
達成できる半導体レーザを得ることを目的とす
る。
[問題点を解決するための手段] この発明に従つた半導体レーザは、第1導電型
クラツド層と、その第1導電型クラツド層の上に
形成された活性層と、その活性層の上に形成され
た第2導電型クラツド層とから構成されるダブル
ヘテロ構造を有し、第1導電型クラツド層、活性
層および第2導電型クラツド層の各々が少なくと
もAl、CaおよびAsを含む半導体層である半導体
レーザにおいて、以下のことを特徴とする。第1
導電型クラツド層および第2導電型クラツド層の
うち、少なくとも一方は第1クラツド層と第2ク
ラツド層を含む。第1クラツド層は活性層側に位
置する。第1クラツド層と第2クラツド層は同種
の不純物を含む。第1クラツド層に含まれる同種
の不純物の濃度は、第2クラツド層に含まれる同
種の不純物の濃度よりも高い。
[作用] この発明においては、第1導電型クラツド層と
第2導電型クラツド層のうち、少なくとも一方は
複数の層を含む。第1クラツド層は活性層側に位
置し、第2クラツド層よりも同種の不純物を高い
濃度で含む。そのため、キヤリア濃度の高い第1
クラツド層によつて半導体レーザの寿命を向上さ
せることができる。
また、キヤリア濃度の低い第2クラツド層によ
つて縦モードが単一モード性から多モード性に変
化し、S/N特性を向上させることができる。
さらに、第1クラツド層と第2クラツド層は同
種の不純物を含むので、これらの2つの層の成長
工程において不純物の添加量を制御するだけで容
易にキヤリア濃度を変えることができる。したが
つて、不純物の添加量を制御するだけでS/N特
性の改善と長寿命化とを同時に達成できる半導体
レーザを容易に実現することが可能になる。
[発明の実施例] 以下、この発明の実施例を図について説明す
る。なお、この実施例の説明において、従来の技
術の説明と重複する部分においては適宜その説明
を省略する。
第1図は、この発明の実施例である半導体レー
ザを示す断面図である。この実施例の構成が第2
図の構成と異なる点は、n形AlxGa1-xAs上側第
1クラツド層5aとn形AlxGa1-xAs上側第2ク
ラツド層5bとから上側クラツド層が構成されて
いる点である。n形AlxGa1-xAs上側第1クラツ
ド層5aは、たとえば5×1018c.c.のTeをドープ
したAlxGa1-xAs(x=0.45)からなり、この上側
第1クラツド層の厚みは光分布10の上側クラツ
ド層への滲み出し距離より十分小さくとつてあ
る。また、n形AlxGa1-xAs上側第2クラツド層
5bは、たとえば1×1017c.c.のTeをドープした
AlxGa1-xAs(x=0.45)からなつている。n形
AlxGa1-xAs上側第1クラツド層5aおよびn形
AlxGa1-xAs上側第2クラツド層5bのエネルギ
ギヤツプはAlyGa1-yAs活性層4のエネルギギヤ
ツプより広く、n形AlxGa1-xAs上側第1クラツ
ド層5aおよびn形AlxGa1-xAs上側第2クラツ
ド層5bの屈折率はAlyGa1-yAs活性層4の屈折
率より低くなつている。また、このときのAly
Ga1-yAs活性層4は、たとえばAlyGa1-yAs(y=
0.15)からなり、その厚みは0.1μmより小さくと
つてある。
次にこの半導体レーザの動作について説明す
る。n形AlxGa1-xAs上側第1クラツド層5a、
n形AlxGa1-xAs上側第2クラツド層5bおよび
p形AlxGa1-xAs下側クラツド層3のそれぞれの
エネルギギヤツプは、AlyGa1-yAs活性層4のエ
ネルギギヤツプより広く、また、n形AlxGa1-x
As上側第1クラツド層5a、n形AlxGa1-xAs上
側第2クラツド層5bおよびp形AlxGa1-xAs下
側クラツド層3のそれぞれの屈折率はAlyGa1-y
As活性層4の屈折率よりも低いため、電子・ホ
ール対と光はAlyGa1-yAs上側第1クラツド層5
aのキヤリア濃度は5×1018c.c.計と高いため、第
5図からわかるように半導体レーザの寿命が向上
する。さらに、AlyGa1-yAs活性層4からn形Alx
Ga1-xAS上側第1クラツド層5a、n形Alx
Ga1-xAs上側第2クラツド層5bへの光の滲み出
しは、従来の半導体レーザにおける活性層から上
側クラツド層への光の滲み出しと同様に行なわれ
光分布10のようになるが、n形AlxGa1-xAS上
側第1クラツド層5aの厚みは光分布10の滲み
出し距離より十分小さくとつてあるので、滲み
出た光の多くはn形AlxGa1-xAs上側第2クラツ
ド層5b内に滲み出ることになる。このとき、n
形AlxGa1-xAs上側第2クラツド層5bのキヤリ
ア濃度は1×1017c.c.と低いため滲み出た光はこの
上側第2クラツド層に吸収されにくく、縦モード
が単一性モードから多モード性に変化する。この
ため、温度や注入電流の変化、戻光時に生ずるモ
ードホツピング雑音が抑制されS/N特性が改善
される、このように、上側クラツド層をキヤリア
濃度の高い上側第1クラツド層およびキヤリア濃
度の低い上側第2クラツド層から構成することに
よつて、エネルギギヤツプなどの母体材料パラメ
ータに起因する電子・ホール対と光の閉じ込め効
果と、キヤリア濃度に起因する長寿命化・S/N
特性向上効果とを独立して得ることができる。
また、上記実施例では、上側クラツド層を上側
第1クラツド層と上側第2クラツド層とから構成
する場合について示したが、下側クラツド層を下
側第1クラツド層と下側第2クラツド層とから構
成するようにしてもよく、この場合にも上記実施
例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では、上側クラツド層を上側
第1クラツド層と上側第2クラツド層とから構成
する場合について示したが、上側クラツド層、ま
たは下側クラツド層、または上側クラツド層と下
側クラツド層を多層にし、この多層の各層が、同
一導電形であり、かつ同一母体材料からなり、か
つ互いに異なるキヤリア濃度を有するようにして
もよく、これらの場合にも上記実施例と同様の効
果を奏する。
また、この発明は第1図の各層の導電形を反対
の導電形にした半導体レーザについても適用で
き、この場合にも上記実施例と同様の効果を奏す
る。
また、上記実施例では、GaAs基板とする
AlGaAs系半導体レーザについて示したが、この
発明は他のタイプの半導体レーザについても適用
できることは言うまでもない。
また、この発明は半導体レーザの寿命・S/N
特性を改善するために適用したが、この発明は注
入キヤリアの拡散長を変えたり、不純物拡散プロ
フアイルを変えたりするときにも適用することが
できる。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、モードホツピ
ング雑音の抑制すなわちS/N特性の改善と長寿
命化とを同時に達成できる半導体レーザを得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例である半導体レー
ザを示す断面図である。第2図は、従来の半導体
レーザを示す断面図である。第3図は、半導体レ
ーザにおける戻光率に対するS/N特性を示す図
である。第4図は、半導体レーザにおける上側ク
ラツド層キヤリア濃度に対する縦モード特性を示
す図である。第5図は、半導体レーザにおける上
側クラツド層キヤリア濃度に対する寿命特性を示
す図である。 図において、1はp形GaAs基板、2はn形
GaAs電流ブロツク層、3はp形AlxGa1-xAs下側
クラツド層、4はAlyGa1-yAs活性層、5aはn
形AlxGa1-xAs上側第1クラツド層、5bはn形
AlxGa1-xAs上側第2クラツド層、6はn形GaAs
コンタクト層、7は上側電極、8は下側電極、9
はV字形溝、10は光分布である。なお、各図中
同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型クラツド層と、前記第1導電型ク
    ラツド層の上に形成された活性層と、前記活性層
    の上に形成された第2導電型クラツド層とから構
    成されるダブルヘテロ構造を有し、前記第1導電
    型クラツド層、前記活性層および前記第2導電型
    クラツド層の各々が少なくともAl、CaおよびAs
    を含む半導体層である半導体レーザにおいて、 前記第1導電型クラツド層および前記第2導電
    型クラツド層のうち、少なくとも一方は第1クラ
    ツド層と第2クラツド層を含み、 前記第1クラツド層は前記活性層側に位置し、 前記第1クラツド層と前記第2クラツド層は同
    種の不純物を含み、 前記第1クラツド層に含まれる前記同種の不純
    物の濃度は、前記第2クラツド層に含まれる前記
    同種の不純物の濃度よりも高いことを特徴とす
    る、半導体レーザ。
JP16459585A 1985-07-23 1985-07-23 半導体レ−ザ Granted JPS6223192A (ja)

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JPS6223192A JPS6223192A (ja) 1987-01-31
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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