JPH07131109A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH07131109A
JPH07131109A JP27627993A JP27627993A JPH07131109A JP H07131109 A JPH07131109 A JP H07131109A JP 27627993 A JP27627993 A JP 27627993A JP 27627993 A JP27627993 A JP 27627993A JP H07131109 A JPH07131109 A JP H07131109A
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JP
Japan
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layer
substrate
iii
semiconductor
semiconductor laser
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JP27627993A
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Toru Uchida
徹 内田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 III−V族半導体で構成し歪緩和用のバッフ
ァ層を設けてバンドオフセットを改善した半導体レーザ
に関し、活性層の膜厚ゆらぎの増大を防止するために活
性層の平坦化を図る。 【構成】 活性層5が III−V族半導体混晶で、基板1
が III−V族半導体結晶であり、基板1上に基板1と異
なる格子定数となるように格子緩和するバッファ層2を
有し、バッファ層2と活性層5の間にクラッド層3とそ
の上のガイド層4が介在する半導体レーザであって、ガ
イド層4がInGaAsPであり、その厚さD(μm )
が、 D≧(L−1)/4 〔L:クラッド層3に生じ
る起伏の間隔(μm )〕であることを特徴とする。ま
た、ガイド層4は、P組成が0.25以下であることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、 III−V族半導体で構
成されて主に光通信に用いられる半導体レーザに関す
る。
【0002】石英ファイバー内での減衰や分散が少ない
1.3μm や1.55μm の発光波長を有する半導体レ
ーザは、光通信に必須である。これらのレーザは、 III
−V族半導体で構成されて、温度に対して特性変動が大
きく、高価で大きな冷却装置を必要としており、適用範
囲を狭めている。加入者系に至る光通信システムの拡張
のためには、閾値電流が少なく、温度に対して特性変動
の少ないレーザが要求されている。
【0003】
【従来の技術】これまでの半導体レーザは、GaAs基
板上、またはInP基板上に各種化合物半導体を結晶成
長させることにより作成されている。従来の上記光通信
用半導体レーザは、 III−V族半導体混晶の発光波長が
光通信用に適していることからInP基板上に成長され
ているが、InPをクラッドとするレーザは、十分大き
なΔEc(コンダクションバンドのエネルギー不連
続)、ΔEv(バレンスバンドのエネルギー不連続)、
バンドオフセットを得ることができないため、特性温度
が低く、高温動作では閾値電流が著しく大きくなるとい
う欠点があった。
【0004】そこで、特性温度の向上や閾値電流の低減
のために、活性層とクラッド層とのΔEc、ΔEv、お
よびそのバンドオフセットが大きなレーザが望まれる。
これに応えるため改善したものとして、本発明者等は、
基板とクラッド層の間に、基板と異なる格子定数となる
ように格子緩和するバッファ層を挿入した新構造の半導
体レーザを、特願平5−57629号で提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4は改善された従来
例の問題点を説明するための側面図(a),(b)であ
る。図中、1はGaAs基板、2はInGaAsバッフ
ァ層、3はInGaPクラッド層、4はInGaAsP
ガイド層(厚さ0.1μm )、5はInGaAs活性層
(厚さ0.01μm )、6はInGaAsPガイド層
(厚さ0.1μm )、7はInGaInGaPクラッド
層、を示す。
【0006】図4において、上記提案により改善した従
来例のレーザは、基板1のGaAsよりも大きな格子定
数となるように格子緩和するバッファ層2を挿入して歪
緩和を行っているが、そこでは多数のミスフィット転移
が発生する。ミスフィット転移を多数含む成長層の上に
InGaPを成長させる時、転移上での成長速度が大き
くなり、表面に大きな起伏を生じる。
【0007】一方、 III−V族半導体で半導体レーザを
成長させる場合、バンドギャップの大きなInGaPを
クラッド層3として用いるのが望ましい。このような事
情から、バッファ層2上に成長したクラッド層3の表面
には(a)のように起伏が生じ、その上に成長させたガ
イド層4および活性層5は(b)のように平坦でなくな
り、活性層5の膜厚ゆらぎが極めて大きく増大すること
になる。その結果、この従来例は、発光波長が広がり、
発振閾値が増大する。
【0008】このことは、活性層5が III−V族半導体
混晶で、基板1がInPであり、挿入するバッファ層2
を基板1のInPと異なる格子定数となるように格子緩
和するものにした場合も同様である。
【0009】そこで本発明は、活性層が III−V族半導
体混晶で、基板が III−V族半導体結晶であり、該基板
上に該基板と異なる格子定数となるように格子緩和する
バッファ層を有し、該バッファ層と該活性層の間にクラ
ッド層とその上のガイド層が介在する半導体レーザに関
し、該活性層が容易に平坦になる半導体レーザの提供を
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の1例によ
る原理説明図であり、図中、前述した図4と同一符号は
同一対象物を示す。
【0011】上記目的を達成するために、本発明による
半導体レーザは、図1を参照して、活性層5が III−V
族半導体混晶で、基板1が III−V族半導体結晶であ
り、基板1上に基板1と異なる格子定数となるように格
子緩和するバッファ層2を有し、バッファ層2と活性層
5の間にクラッド層3とその上のガイド層4が介在する
半導体レーザであって、ガイド層4がInGaAsPで
あり、ガイド層4の厚さD(μm )が、 D≧(L−1)/4 L:該クラッド層に生じる起伏の間隔(μm ) であることを特徴としている。そして、上記ガイド層4
は、P組成が0.25以下であることが望ましい。
【0012】
【作用】多数のミスフィット転移を含むバッファ層2の
上に III−V族半導体混晶を成長させる場合、成長面の
モフォロジは組成の違いで著しく異なることが分かっ
た。InGaPを成長させると、場所の選択性が大き
く、成長表面に大きな起伏が生じる。一方、InGaA
sまたはAs組成の大きなInGaAsPを成長させた
場合、(100)面が安定する傾向があり、厚く成長さ
せると成長面が(100)面で平坦化する。従って、I
nGaPクラッド層3を成長させた後、活性層5を成長
させる前のガイド層4として、平坦化が起こる上記In
GaAsPを厚く成長させれば、その成長表面が平坦化
して、活性層5を平坦に成長させることができる。然
も、このInGaAsPはガイド層4の機能に適合して
いる。
【0013】図2は本発明でのガイド層による平坦化の
説明図である。図2において、GaAs基板1上に成長
させたInGaAsバッファ層2の上にInGaPクラ
ッド層3を成長させると、クラッド層3の成長表面には
(a)に示すような起伏が生じる。この起伏の間隔をL
(μm )とする。その上にInGaAsPガイド層4を
成長させると、その成長は、(b)〜(d)のような段
階を経て進行していくことが分かった。
【0014】先ず、成長初期には、(b)に示すよう
に、起伏の頂上付近に幅1μm 程度の平坦な(100)
面が現れる。更に成長を続けると、(c)に示すよう
に、平坦面は一定の割合で広くなる。その広がった平坦
面の幅W(μm )は、成長厚さD(μm )との間に次の
関係が成立している。
【0015】W=4D+1 従って、(c)に示すようにDを〔(L−1)/4〕よ
り大きくした場合、 W≧L となり、ガイド層4はクラッド3の起伏を完全に埋め尽
くして表面が平坦になる。Lは3μm 程度であるので、
ガイド層4の厚さDを0.5μm 以上にすることによ
り、ガイド層の表面を平坦にすることができる。
【0016】以上により、図1の半導体レーザは、活性
層5が平坦になってその膜厚ゆらぎが低減し、発光波長
の広がりや発振閾値の点で特性が向上する。そして、ガ
イド層4のP組成を0.25以下にすれば、その混晶で
あるInGaAsPのAs組成が大きくなり、上述した
平坦化が安定して実現される。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について図3を用いて説
明する。図3は実施例の斜視図であり、全図を通し同一
符号は同一対象物を示す。
【0018】図4において、この実施例は、n−In
0.75Ga0.25Pクラッド層3(不純物濃度:1×1018
/cm3 )、In0.35Ga0.65As0.8 0.2 ガイド層
4、In0.4 Ga0.6 As活性層5、In0.35Ga0.65
As0.8 0.2 ガイド層6、p−In0.75Ga0.25Pク
ラッド層7(不純物濃度:1×1018/cm3 )、で発
光部を構成した、発光波長1.3μm のリッジ型の通信
用半導体レーザである。
【0019】(100)ジャストのn−GaAs基板1
(不純物濃度:2×1018/cm3)の上に、前述のバ
ッファ層2として、In組成xを0から0.25まで連
続的に変化させつつn−Inx Ga1-x As(不純物濃
度:1×1018/cm3 )を2μm 成長させ、その上に
In組成を0.25にしたn−In0.25Ga0.75As
(不純物濃度:1×1018/cm3 )を1μm 成長させ
てあり、多数のミスフィット転移が生じている。このバ
ッファ層2に格子整合するように成長させたレーザは、
InP基板に成長させたレーザに比べて、バンドオフセ
ットの改善がなされている。
【0020】しかし、ミスフィット転移によりクラッド
3(厚さ1μm )の成長表面には、間隔が3μm 程度で
高低差が0.1μm 程度であるストライプ状の起伏が生
じている。活性層5の下のガイド層4は、厚さが0.5
μm で間隔が3μm 程度の上記起伏を平坦にするのに必
要な膜厚となっている。その結果、厚さ0.01μmの
活性層5は、基板1側のクラッド層3の成長表面に起伏
が有るにもかかわらず平坦となる。
【0021】活性層5の上側で、ガイド層6は厚さが
0.05μm であり、クラッド層7は両側部の厚さが
0.15μm でリッジ部の厚さが1μm である。クラッ
ド層7の上は、リッジ部の上面に接合する厚さ0.5μ
m のp−In0.25Ga0.75Asコンタクト層8(不純物
濃度:3×1019/cm3 )が設けられ、絶縁体からな
る電流狭窄層9(通電幅5μm )を介して金属電極10
となっている。また、基板1の下も金属電極11となっ
ている。
【0022】そして、このように構成された半導体レー
ザは、ガイド層4が通常の厚さ (0.05μm )のも
のに比べて、閾値電流が約40%低減し、特性温度が約
30%向上するといった特性が得られ、従来例より大幅
に特性改善されている。
【0023】なお、以上の説明から理解されるように、
本発明は、実施例の半導体レーザに限られず、実施例と
は III−V族半導体の組成または組成比率を異にする半
導体レーザにおいても有効である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層が III−V族半導体混晶で、基板が III−V族半導
体結晶であり、該基板上に該基板と異なる格子定数とな
るように格子緩和するバッファ層を有し、該バッファ層
と該活性層の間にクラッド層とその上のガイド層が介在
する半導体レーザに関し、該活性層が平坦になる半導体
レーザが提供されて、該バッファ層によるバンドオフセ
ットの改善に伴う該活性層の膜厚ゆらぎの増大を防止で
きる効果があり、かかる半導体レーザの特性向上に寄与
するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1例による原理説明図
【図2】 本発明でのガイド層による平坦化の説明図
【図3】 実施例の斜視図
【図4】 改善された従来例の問題点を説明するための
側面図
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 歪緩和用のInGaAsバッファ層 3,7 InGaPクラッド層 4,6 InGaAsPガイド層 5 InGaAs活性層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層(5)が III−V族半導体混晶
    で、基板(1)が III−V族半導体結晶であり、該基板
    (1)上に該基板(1)と異なる格子定数となるように
    格子緩和するバッファ層(2)を有し、該バッファ層
    (2)と該活性層(5)の間にクラッド層(3)とその
    上のガイド層(4)が介在する半導体レーザであって、 該ガイド層(4)がInGaAsPであり、該ガイド層
    (4)の厚さD(μm)が、 D≧(L−1)/4 L:該クラッド層に生じる起伏の間隔(μm ) であることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 上記ガイド層(4)は、P組成が0.2
    5以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体レ
    ーザ。
JP27627993A 1993-11-05 1993-11-05 半導体レーザ Withdrawn JPH07131109A (ja)

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