JPS6094787A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS6094787A JPS6094787A JP20093183A JP20093183A JPS6094787A JP S6094787 A JPS6094787 A JP S6094787A JP 20093183 A JP20093183 A JP 20093183A JP 20093183 A JP20093183 A JP 20093183A JP S6094787 A JPS6094787 A JP S6094787A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- layers
- laser
- active layer
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体レーザ装置に関する。特にモード制御
、しきい値電流の温度特性に優れた半導体レーザを提供
する。
、しきい値電流の温度特性に優れた半導体レーザを提供
する。
Ｇ ａ Ａ ｔＡ ｓ系、ＪｎＧａＡｓＰ系などの半導
体レーザ・ダイオードの室温連続発振を可能にした要因
の１つは、ダブルへテロ（ＤＨ）構造にある。これは、
活性層をはさむ両側に、高エネルギーギャップ、低屈折
率の層をもうけることにより、活性層内へのキャリア、
および光のとじこめを有効に行なうものである。また、
このＤＨ構造において、活性層の幅を５００Å以下とご
く薄くすることにより（シングルクオンタムウエール構
造）、状態密度の変化に代表される量子的効果が現われ
る。
体レーザ・ダイオードの室温連続発振を可能にした要因
の１つは、ダブルへテロ（ＤＨ）構造にある。これは、
活性層をはさむ両側に、高エネルギーギャップ、低屈折
率の層をもうけることにより、活性層内へのキャリア、
および光のとじこめを有効に行なうものである。また、
このＤＨ構造において、活性層の幅を５００Å以下とご
く薄くすることにより（シングルクオンタムウエール構
造）、状態密度の変化に代表される量子的効果が現われ
る。
その結果、低しきい電流値での室温連続発振、光出力の
高効率化、しきい電流値の温度特性の向上などが得られ
た。さらに、とくうすいＤＨ構造を持つ層の組み合わせ
（各層２００人程度）を多段につみかさねたマルチクオ
ンタムウエーム構造の採用により、キャリアの収集効率
を上げ、また、キャリアのエネルギー緩和を行なわせす
ぐれた特性を持つ半導体レーザが得られている。この場
合、マルチクアンタムウエール内のとじこめ層には、Ｄ
Ｈ構造と同様に活性層と比べ、エネルギーギャツブが大
きく、屈折率の小さい物質を使用している。とじこめ層
の屈折率が活性層のそれよりも小さく、光のとじこめ効
果を持たしているため、多段の活性層で生じた光は、各
活性１−内にとじこめられ相互に独立となる傾向がある
。その結果、各層の光のコヒーレント性に悪影響をあた
え、横モード特性に問題を生じる。
高効率化、しきい電流値の温度特性の向上などが得られ
た。さらに、とくうすいＤＨ構造を持つ層の組み合わせ
（各層２００人程度）を多段につみかさねたマルチクオ
ンタムウエーム構造の採用により、キャリアの収集効率
を上げ、また、キャリアのエネルギー緩和を行なわせす
ぐれた特性を持つ半導体レーザが得られている。この場
合、マルチクアンタムウエール内のとじこめ層には、Ｄ
Ｈ構造と同様に活性層と比べ、エネルギーギャツブが大
きく、屈折率の小さい物質を使用している。とじこめ層
の屈折率が活性層のそれよりも小さく、光のとじこめ効
果を持たしているため、多段の活性層で生じた光は、各
活性１−内にとじこめられ相互に独立となる傾向がある
。その結果、各層の光のコヒーレント性に悪影響をあた
え、横モード特性に問題を生じる。
本発明の目的は、マルチクアンタムウエール構造を有す
る半導体レーザダイオードにおいて、横モードの制御を
改善することである。
る半導体レーザダイオードにおいて、横モードの制御を
改善することである。
以上、述べたとおり、マルチカンタムラエールレーザに
は、横モード特性に問題がある。その原因は、マルチク
アンタムウエール層内のとじこめ層の屈折率が、活性層
のそれと比べ小さく、光が各層に独立にとじこめられる
ことにある。
は、横モード特性に問題がある。その原因は、マルチク
アンタムウエール層内のとじこめ層の屈折率が、活性層
のそれと比べ小さく、光が各層に独立にとじこめられる
ことにある。
本発明は、上記欠点を改善するため、上記とじこめ層の
材料として、活性層と比べ、エネルギーギャップが大き
く、屈折率は同程度の利料を使用するものである。屈折
率の差し１３％以内が良い。
材料として、活性層と比べ、エネルギーギャップが大き
く、屈折率は同程度の利料を使用するものである。屈折
率の差し１３％以内が良い。
３チ以内にすることにより、キャリアとじこめ層、活性
層間の光のエネルギー透過率は９９−以上となる。その
結果、電気的に注入されたキャリアは、活性層、とじこ
め層のエネルギーギャップの違いによるエネルギー障壁
により活性層内にあつめられ、フォトンを発生する。活
性層ととじこめ層の屈折率がほぼ等しいため、生じたフ
ォトンはマルチカンタムラエールの外側の光、キャリア
のとじこめ層ではさまれた全領域に広がり、そこでレー
ザ発振を起こす。そのため、前述の各活性層間に独立に
生じたレーザ発振にもとづくインコヒーレンシーは改善
され、横モード特性の浸れたレーザ光が得られる。
層間の光のエネルギー透過率は９９−以上となる。その
結果、電気的に注入されたキャリアは、活性層、とじこ
め層のエネルギーギャップの違いによるエネルギー障壁
により活性層内にあつめられ、フォトンを発生する。活
性層ととじこめ層の屈折率がほぼ等しいため、生じたフ
ォトンはマルチカンタムラエールの外側の光、キャリア
のとじこめ層ではさまれた全領域に広がり、そこでレー
ザ発振を起こす。そのため、前述の各活性層間に独立に
生じたレーザ発振にもとづくインコヒーレンシーは改善
され、横モード特性の浸れたレーザ光が得られる。
なお、マルチカンタムラエール構造を形成する活性層、
とじこめ層の厚さは、６０〜２００人が適当である。゛
これは、注入されたホットキャリアのエネルギー緩和の
ため６０Å以上の厚さが必要であり、また茄子効果をも
たらすため２００Å以下の条件が必要であるためである
。
とじこめ層の厚さは、６０〜２００人が適当である。゛
これは、注入されたホットキャリアのエネルギー緩和の
ため６０Å以上の厚さが必要であり、また茄子効果をも
たらすため２００Å以下の条件が必要であるためである
。
また、マルチカンタムラエール構造の材料にＩ ｎ １
−Ｘ Ｇ ａ ｚＰ ＋ Ｉ ” １−ｘ’ ｙ Ｇ
ａｚ’ Ａ、Ｚ ｙ Ｐ系が有力であるが、その場合、
以下の制約を旬けることができる。０＜Ｘ＜１１ Ｘ’
＝）［、ｏ（ｙ（ｔ−ｘ’ ｊれは（ｘ＝ｘ’ ）、
両層間の格子整合を取るために必要である。
−Ｘ Ｇ ａ ｚＰ ＋ Ｉ ” １−ｘ’ ｙ Ｇ
ａｚ’ Ａ、Ｚ ｙ Ｐ系が有力であるが、その場合、
以下の制約を旬けることができる。０＜Ｘ＜１１ Ｘ’
＝）［、ｏ（ｙ（ｔ−ｘ’ ｊれは（ｘ＝ｘ’ ）、
両層間の格子整合を取るために必要である。
本発明のマルチカンタムラエール構造ｅ有ｆる埋め込み
へテロ（ＨＩＩ ： Ｂｕｒｉｅｄ １ｊｅｔｅｒｓｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ ）型レーザダイオードを示す。
へテロ（ＨＩＩ ： Ｂｕｒｉｅｄ １ｊｅｔｅｒｓｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ ）型レーザダイオードを示す。
作製は以下の手順で行なった。
１ ’）ＭＯＣＶ、Ｄ法による多層成長第１図に、ＭＯ
ＣｖＤ法により得られたマルチカンタムラエールレーザ
用ウェハーの上に多層の積層構造を形成した場合の断面
図を示す。ｎ −Ｇ ａ Ａ ５１１（Ｓｉドープｎ
” Ｉ Ｘ １０”ｃｍ−３、膜厚ｔ＝４００μｍ）を
成長用基板に用い、１２．１２’のＧａｏ、ａ４Ａｔｏ
、ａａＡｓ による光、キャリアとじこめ層（１２：各
々Ｓｅドープ” ” ２ Ｘ １０” ｃｍ−”、ｔ＝
２ｐｍ、１２’ ：Ｚｎ ドープｐ ＝ ２ Ｘ １０
！８ｃｒｎ−３、ｔ＝２μｍ）内に、マルチカンタムラ
エール層をもうけた。同層は、５１−のＧａＯ，５１１
ｎ０．４１１）−活性層１３（アンドープｎ ＝ Ｉ
Ｘ ］ Ｏ”ｃｎＩ−３、ｔ＝８０人）および４層のＧ
ａ ０．２２ Ｉ ｎ Ｏ，４９Ａｔ Ｏ，２９ｐキ
ャリアとじこめ層（アンドープｎ ＝ ］、 ｘ １０
１６ｃｍ−３、ｔ＝８０人）を交互に重ねて構成した。
ＣｖＤ法により得られたマルチカンタムラエールレーザ
用ウェハーの上に多層の積層構造を形成した場合の断面
図を示す。ｎ −Ｇ ａ Ａ ５１１（Ｓｉドープｎ
” Ｉ Ｘ １０”ｃｍ−３、膜厚ｔ＝４００μｍ）を
成長用基板に用い、１２．１２’のＧａｏ、ａ４Ａｔｏ
、ａａＡｓ による光、キャリアとじこめ層（１２：各
々Ｓｅドープ” ” ２ Ｘ １０” ｃｍ−”、ｔ＝
２ｐｍ、１２’ ：Ｚｎ ドープｐ ＝ ２ Ｘ １０
！８ｃｒｎ−３、ｔ＝２μｍ）内に、マルチカンタムラ
エール層をもうけた。同層は、５１−のＧａＯ，５１１
ｎ０．４１１）−活性層１３（アンドープｎ ＝ Ｉ
Ｘ ］ Ｏ”ｃｎＩ−３、ｔ＝８０人）および４層のＧ
ａ ０．２２ Ｉ ｎ Ｏ，４９Ａｔ Ｏ，２９ｐキ
ャリアとじこめ層（アンドープｎ ＝ ］、 ｘ １０
１６ｃｍ−３、ｔ＝８０人）を交互に重ねて構成した。
第１図中１５は、ｐ”−ＧａＡｓコｙタクト１１１１１
（Ｚｎドープｐ ＝ ５ Ｘ １０”ｃｍ−３、ｔ＝ｌ
ｌｚｍ）である。
（Ｚｎドープｐ ＝ ５ Ｘ １０”ｃｍ−３、ｔ＝ｌ
ｌｚｍ）である。
ＭＯＣＶＤ成長は、トリメチルガリウム、トリメチルイ
ンジウム、トリメチルアルミニウム、アルシン、ホスフ
ィン、ジエチル亜鉛および士しン化水素を各々Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ａｔ、ＡＳ、Ｐ、ＺｎおよびＢｅの原料ガスとして
用いた。成長温度は６００ｔｌｌ’、反応管内圧力は１
．００ ｔｏｒｒ ノ減圧で行ない、ホスフィン、トリ
メチルインジウムの副反応を防止するため、分解炉を備
えた横型反応管を用いた。
ンジウム、トリメチルアルミニウム、アルシン、ホスフ
ィン、ジエチル亜鉛および士しン化水素を各々Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ａｔ、ＡＳ、Ｐ、ＺｎおよびＢｅの原料ガスとして
用いた。成長温度は６００ｔｌｌ’、反応管内圧力は１
．００ ｔｏｒｒ ノ減圧で行ない、ホスフィン、トリ
メチルインジウムの副反応を防止するため、分解炉を備
えた横型反応管を用いた。
２）次いで、ＢＨ構造作製のためのメザエツチングを行
なう。
なう。
主水系エツチング液により所定幅のストライプ状メサ構
造を形成した。
造を形成した。
３）次いでＬＰＥ法によるＧａＡｔＡｓ Ｊｆ１４め込
み層を形成する。
み層を形成する。
第２図に、本発明のマルチカンタムラエール構造を有す
るＢＨレーザのレーザ光の進行方向に垂直な面での断面
図を示す。第１図に示したウェハーを上記エツチングに
よりメサ構造３０を形成した後、ＬＰＥ法によりＩ）
ＧａＯ，！１４Ａ、／−０．６６ＡＳ１層２６（Ｚｎ
ドープｐ＝ ２ Ｘ １０１７ｃｍ−３、ｔ＝２μｍ）
、ｎ Ｇａｏ、ａ４Ａｔｏ、ｓａＡ、ｓ層２７（Ｔｅド
ープｎ＝２×１０”ｃｍ−” 、ｔ ＝ ２ μｍ ）
全形成ＬＪ’ｊ。
るＢＨレーザのレーザ光の進行方向に垂直な面での断面
図を示す。第１図に示したウェハーを上記エツチングに
よりメサ構造３０を形成した後、ＬＰＥ法によりＩ）
ＧａＯ，！１４Ａ、／−０．６６ＡＳ１層２６（Ｚｎ
ドープｐ＝ ２ Ｘ １０１７ｃｍ−３、ｔ＝２μｍ）
、ｎ Ｇａｏ、ａ４Ａｔｏ、ｓａＡ、ｓ層２７（Ｔｅド
ープｎ＝２×１０”ｃｍ−” 、ｔ ＝ ２ μｍ ）
全形成ＬＪ’ｊ。
成長は、成長温度５ｏｏＣ，冷却速度１ｃ／分、過飽和
温度約５ＣでＨ２雰囲気中で行なった。
温度約５ＣでＨ２雰囲気中で行なった。
４）ＳＩＣｈ膜、電極形成
電流狭さくのため５ｉＱ２膜２８、及び電流注入のため
の電極２９．２９’を形成した。
の電極２９．２９’を形成した。
注入されたキャリアは０．４ｅＶのエネルギーギャップ
の差を持つキャリアとじこめ層第１図１４により活性層
１３の中にとじこめられる。そこで発生した光は、１３
．１４の屈折率差が２％と小さいためマルチカンタムラ
エール層内に拡がり、光及びキャリアのとじこめ層１２
．１２’ｌ川にとじこめられる。さらに光の横方向につ
いては、第２ｄ２６．２７のＧ ａ ＡｔＡ ｓ Ｊｊ
ＪＪめ込み層により拡がりを制限され、２３．２４のマ
ルチカンタムラエール層内にとじこめられる。
の差を持つキャリアとじこめ層第１図１４により活性層
１３の中にとじこめられる。そこで発生した光は、１３
．１４の屈折率差が２％と小さいためマルチカンタムラ
エール層内に拡がり、光及びキャリアのとじこめ層１２
．１２’ｌ川にとじこめられる。さらに光の横方向につ
いては、第２ｄ２６．２７のＧ ａ ＡｔＡ ｓ Ｊｊ
ＪＪめ込み層により拡がりを制限され、２３．２４のマ
ルチカンタムラエール層内にとじこめられる。
本素子は、発損波長６５０ｎｍ、ｌ、きい値電流密度２
ＫＡ／ｃＦｄ、縦単一モード０、横車−モードで室温連
続発振した。
ＫＡ／ｃＦｄ、縦単一モード０、横車−モードで室温連
続発振した。
本発明によれば、各活性層間にわたってコヒーレンシー
の優したマルチカンタムラエールレーザを作製できるの
で、縦、横シンベルモード、シキい値電流の温度特性の
唆れたレーザを作製できる。
の優したマルチカンタムラエールレーザを作製できるの
で、縦、横シンベルモード、シキい値電流の温度特性の
唆れたレーザを作製できる。
第１図は、本発明のマルチクアンタムウエールレーザ用
エビウェハーに多ノー構造を形成した状態の断面図であ
る、第２図は、マルチカンタムラエールレーザ装置の断
面図である。 １１−・−ｎ−（）ａＡａ基板、ｌ ２＝・ｎ −（］
］ａｏ、３４Ａ／−ｏ、６６ＡＳ光キャリアとじこめ
１ｍ、１２’・・・ｐ −Ｑａｏ、ａ４Ａｔｏ、５ａＡ
ｓ光＼キヤリアとじこめ層、１３・・・ｎ −Ｇａ０．
５１ Ｉ ｎｏ、ａｅ Ｉ）活性層、１４−ｎ−Ｇａ０
．２２ Ｉ ｎ ｏ、＜ｏＡｌｏ、ｚｅ Ｉ）キャリア
とじこめ層、１５・・・ｐ”−ＧａＡｓコンタクト層、
２６・・・ｐ−Ｇａｏ、ａａＡｔｏ、ａｓＡｓ埋め込み
層、２７・・・ｎ−Ｇ ａ ｏ、ａ４ Ａｔ Ｏ，１！
６ Ａ ８ Ｎめ込み層、２８・・・５１ｏ２膜、２９
・・・２９’［極。 （９）
エビウェハーに多ノー構造を形成した状態の断面図であ
る、第２図は、マルチカンタムラエールレーザ装置の断
面図である。 １１−・−ｎ−（）ａＡａ基板、ｌ ２＝・ｎ −（］
］ａｏ、３４Ａ／−ｏ、６６ＡＳ光キャリアとじこめ
１ｍ、１２’・・・ｐ −Ｑａｏ、ａ４Ａｔｏ、５ａＡ
ｓ光＼キヤリアとじこめ層、１３・・・ｎ −Ｇａ０．
５１ Ｉ ｎｏ、ａｅ Ｉ）活性層、１４−ｎ−Ｇａ０
．２２ Ｉ ｎ ｏ、＜ｏＡｌｏ、ｚｅ Ｉ）キャリア
とじこめ層、１５・・・ｐ”−ＧａＡｓコンタクト層、
２６・・・ｐ−Ｇａｏ、ａａＡｔｏ、ａｓＡｓ埋め込み
層、２７・・・ｎ−Ｇ ａ ｏ、ａ４ Ａｔ Ｏ，１！
６ Ａ ８ Ｎめ込み層、２８・・・５１ｏ２膜、２９
・・・２９’［極。 （９）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、マルチカンタムラエール構造を有するレーザにおい
て、活性層と活性層との間のキャリアの閉じ込め層の材
料として、活性層の材料と比ベバンドギャップが大きく
、かつ屈折率がほぼ等しい（その差が３％以内）材料を
用いることを特徴とする半導体レーザ装置。 ２、マルチカンタムラエールレーザにおいて、活性層に
Ｉｎ１−ＸＧａＸＰ （０（Ｘ（１）を用い、活性層と
活性層との間のとじこめ層にＩ ” １−ｘ ’−ア
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20093183A JPS6094787A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20093183A JPS6094787A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6094787A true JPS6094787A (ja) | 1985-05-27 |
Family
ID=16432663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20093183A Pending JPS6094787A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6094787A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01292874A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1983
- 1983-10-28 JP JP20093183A patent/JPS6094787A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01292874A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
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