JPH0777283B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Description
る層構造を持つ半導体レーザに関する。
下MBE法と略す)や有機金属気相結晶成長法(以下M
OVPE法と略す)により形成され。この成長法の特質
故に非常に薄い半導体層からなる量子井戸構造活性層を
有する半導体レーザが容易に作製されている。AlGa
InP系可視光半導体レーザを例にとると、この量子井
戸構造活性層を有する半導体レーザは図1の後述する本
発明の実施例と基本的に同じ素子構造であるが、n型ク
ラッド層2が多層構造ではなく単一のn型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 P(厚さ1μm)からなる層構造
がとられている。ところで量子井戸レーザの発振閾電流
値は、量子井戸を構成するヘテロ界面の品質に大きく依
存する。すなわち界面近傍で非発光中心の多い場合は、
レーザの活性層に注入された電流のうち非発光再結合す
る割合が多くなり発振閾電流値は上昇する。また、界面
に凹凸がある場合は、量子井戸の厚さに依存した量子効
果によるエネルギー準位が面内で不揃いになるため、半
導体レーザの利得スペクトル幅が広がる。この結果、利
得ピーク値は減少し発振閾電流値は上昇する。発振閾電
流値が上昇すると、電力消費量が増大し信頼性が低下す
るので好ましくない。量子井戸構造でない活性層でも界
面の凹凸により光導波路の損失が上昇し好ましくない。
その他、電子を反射するための超格子構造体をpクラッ
ド層中の活性層近傍に設けた半導体レーザ(特開昭63
ー46788)でも、超格子の各層の厚さが設計値から
僅かに異なるだけで超格子構造体の電子反射効果が失わ
れてしまうため、界面の凹凸を減らすことは重要であ
る。
た従来例の量子井戸レーザを示す(特開昭60ー202
981号公報)。MBE法により結晶成長を行い、Ga
As基板1上に、n型GaAsバッファ層11、n型A
lGaAsクラッド層12、連続的に組成変化したAl
GaAs層20、活性層13、連続的に組成変化したA
lGaAs層21、p型AlGaAsクラッド層14、
p型GaAsキャップ層16、p型GaAsコンタクト
層17を備えた構造において、n型AlGaAsクラッ
ド層12の一部に15nm厚のAlGaAsと15nm
厚のGaAsの超格子構造19を設けている。
すように、MOVPE法により結晶成長を行い、GaA
s基板1上に、n型AlGaInPクラッド層2、活性
層3、p型AlGaInPクラッド層4、p型GaIn
P層5、p型GaAsキャップ層6、p型GaAsコン
タクト層7を備えた構造において、n型AlGaInP
クラッド層2の一部に15nm厚のAlGaInPと1
5nm厚のGaInPの超格子構造10を設けた、従来
の発明(特開昭60ー202981)の半導体レーザを
試作したところ、超格子構造10の無い場合に比べ、活
性層のヘテロ界面の凹凸が大きくなり発振閾電流値が上
昇した。本発明の目的は、このような活性層のヘテロ界
面の凹凸を小さくすることにより、発振閾電流値を低減
した半導体レーザを提供することにある。
めに本発明が提供する手段は、n型クラッド層とp型ク
ラッド層とで活性層を挟んでなるダブルヘテロ構造が基
板上に形成された半導体レーザであって,前記基板と活
性層との間に存在するクラッド層が、10nm以上30
0nm以下の厚さのAlを含む第1の薄膜層と、この第
1の薄膜層よりAl組成が小さいか又はAlを含まない
3nm以下の厚さの第2の薄膜層とからなる多層構造を
備えていることを特徴としている。
半導体結晶表面には微細な凹凸が生じる。この凹凸の高
低差は、厚さが増すと大きくなる傾向にある。しかし、
組成、特にAl組成の違いでこの凹凸の高低差の膜厚依
存性は若干異なる。Al組成の大きい結晶は、結晶成長
により膜厚が厚くなるにつれ、結晶表面に形成される凹
凸が少しずつ深くなり、凹凸の高低差が減ることは殆ど
無い。一方Al組成の小さい、またはAlを含まない結
晶は、成長初期、膜厚にして3nm以下のときには凹ん
だところに成長し易く凹凸の高低差を低減する効果を示
す。さらに成長すると凹凸の高低差は急激に大きくな
り、同じ厚さではAl組成の大きい結晶に比べ凹凸の高
低差は大きい。そこでAl組成の大きい層を10nm以
上300nm以下の厚さに成長して、結晶表面に若干の
凹凸を生じさせたあと、Al組成の小さい、またはAl
を含まない結晶を3nm以下の厚さに成長すると、凹ん
だ部分に集中して成長するため凹凸の高低差を緩和する
ことができる。なお、Al組成の大きい層の厚さを10
nm以上としたのは、凹凸が殆ど無い表面上ではAl組
成の小さい、またはAlを含まない層3nm厚で逆に凹
凸の高低差を大きくしてしまうからである。またAl組
成の大きい層の厚さを300nm以下としたのは、30
0nm以上では凹凸が大きすぎてAl組成の小さい、ま
たはAlを含まない層で平坦化の効果が現れないためで
ある。このようにAl組成の大きい層とAl組成の小さ
い、またはAlを含まない層とを組み合わせ多層構造と
することにより、半導体レーザのクラッド層として必要
な約1μmの厚さに積層した表面でも凹凸を小さくする
ことができる。
る。
ザの断面図(切断面を示すハッチングは省略)であり、
図2はこの半導体レーザの製作行程図である。図1は、
実施例の半導体レーザを共振器軸に垂直な面で切断して
示している。以下、AlGaInP系可視光半導体レー
ザを例として説明する。
減圧MOVPE法による成長で、n型GaAs基板1上
に、n型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P(厚さ2
0nm)とn型Ga0.5 In0.5 P(厚さ1nm)の繰
り返しからなるn型クラッド層2(厚さ1μm)、Ga
0.5 In0.5 P(厚さ10nm)ウエルと(Al0.5G
a0.5 )0.5 In0.5 P(厚さ5nm)バリアからなる
ウエル数3の量子井戸構造活性層3、p型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層4(厚さ1μm)、
p型Ga0.5 In0.5 P層5、p型GaAsキャップ層
6を順次に形成した(図2(a))。成長条件は、温度
660℃、圧力70torr、V/III =200である。原
料としては、トリメチルアルミニウム(TMAl)、ト
リエチルガリウム(TEGa)、トリメチルインジウム
(TMIn)、ホスフィン(PH3 )、アルシン(As
H3 )、n型ドーパントとしてジシラン(Si2 H
6 )、p型ドーパントとしてジメチルジンク(DMZ
n)を用いた。こうして成長したウエハにフォトリソグ
ラフィにより幅5μmのストライプ状のSiO2 マスク
9を形成した(図2(b))。次にこのSiO2 マスク
9を用いてp型(Al0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層4の途中までメサ状にエッチングした(図2
(c))。さらに同じマスク9を用いた2回目のMOV
PE成長によりSiドープGaAs層8を選択的にメサ
部両脇に埋め込んだ(図2(d))。そしてSiO2 マ
スク9を除去し(図2(e))、3回目のMOVPE成
長によりp型GaAsコンタクト層7を形成した(図2
(f))。この後、電極31,32を形成し、劈開して
レーザ光放射端面を形成して図1に示す半導体レーザと
した。
ーザ及び図4の従来のレーザの断面について透過型電子
顕微鏡により活性層の凹凸を観察したところ、凹凸の高
低差はそれぞれ1nm以下及び6nm程度で、発振閾電
流は、それぞれ40mA及び55mAであった。このよ
うに、従来の半導体レーザに比べ本発明の半導体レーザ
はヘテロ界面が平坦化され発振閾電流値が低くなった。
また、本発明の半導体レーザは雰囲気温度50℃、光出
力5mWで10000時間以上の連続発光という高信頼
性を示した。
P系可視光半導体レーザの場合について説明したが、本
発明は、AlGaAs系、AlGaInPAs系、Al
GaSb系などAlを含むクラッド層を用いる半導体レ
ーザに適用できることは勿論である。
たように、本発明により、発振閾電流値が低く、信頼性
に優れた半導体レーザが得られた。
半導体レーザの断面図である。
みて製作した半導体レーザの断面図である。
層 3 GaInP/AlGaInP量子井戸構造活性層 4 p型AlGaInPクラッド層 5 p型GaInP層 6 p型GaAsキャップ層 7 p型GaAsコンタクト層 8 n型GaAs電流狭窄層 9 SiO2 マスク
Claims (2)
- 【請求項1】 n型クラッド層とp型クラッド層とで活
性層を挟んでなるダブルヘテロ構造が基板上に形成され
ている半導体レーザにおいて、前記基板と活性層との間
に存在するクラッド層が、10nm以上300nm以下
の厚さのAlを含む第1の薄膜層とこの第1の薄膜層よ
りAl組成が小さいか又はAlを含まない3nm以下の
厚さの第2の薄膜層とからなる多層構造を備えているこ
とを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記多層構造がAlGaInP系、Al
GaAs系、AlGaInPAs系またはAlGaSb
系材料でなることを特徴とする請求項1に記載の半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4647493A JPH0777283B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4647493A JPH0777283B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260720A JPH06260720A (ja) | 1994-09-16 |
| JPH0777283B2 true JPH0777283B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=12748194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4647493A Expired - Lifetime JPH0777283B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777283B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3363003B2 (ja) | 1995-10-03 | 2003-01-07 | 株式会社日立製作所 | 光増幅装置及び光増幅装置を用いた光伝送システム |
-
1993
- 1993-03-08 JP JP4647493A patent/JPH0777283B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06260720A (ja) | 1994-09-16 |
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