JPS6140083A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS6140083A JPS6140083A JP16322084A JP16322084A JPS6140083A JP S6140083 A JPS6140083 A JP S6140083A JP 16322084 A JP16322084 A JP 16322084A JP 16322084 A JP16322084 A JP 16322084A JP S6140083 A JPS6140083 A JP S6140083A
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- 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
- H01S5/343—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
-
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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】
く技術分野〉
本発明は屈折率導波機構を有し安定な基本横モード発振
を得ることのできる半導体レーザ素子に関するものであ
る。
を得ることのできる半導体レーザ素子に関するものであ
る。
〈従来技術〉
コンパクトディスクプレーヤやビデオディスクプレーヤ
等の民生機器あるいは光デイスク装置等の情報処理装置
の信号光源として半導体レーザは非常に重要な地位を占
めるようになってきた。ところで半導体レーザを内蔵し
た応用機器が充分な性能を発揮するためには半導体レー
ザ素子は基本横モードで安定に発振することが必要であ
る。従ってこの基本横モード発振を得るために従来より
屈折率導波機構を有する種々の素子構造が提唱されてお
り、例えばＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈａｎｎｅＬｅｄ ５ｕｂ
ｓｔｒａｔｅＩｎｎｅｒ ５ｔｒｉｐｅ）レーザと称さ
れる基板に７字溝を刻設して電流通路としこの上にレー
ザ動作用多層構造を堆積した内部ストライプ構造の素子
やＣ３Ｐ（Ｃｈａｒｌｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａｔｅ
Ｐｌａｎｅｒ）レーザと称される基板にチャネル溝を
形成しこの上に堆積される活性層の活性領域をチャネル
溝幅に対応して限定した構造の素子がある。しかしなが
ら、これら従来の素子構造は結晶成長方法として液相エ
ピタキシャル成長法を用いているため、成長層の膜厚等
の制御性に乏しく量産性を考慮した場合、歩留りの点で
充分な結果が得られなかった。
等の民生機器あるいは光デイスク装置等の情報処理装置
の信号光源として半導体レーザは非常に重要な地位を占
めるようになってきた。ところで半導体レーザを内蔵し
た応用機器が充分な性能を発揮するためには半導体レー
ザ素子は基本横モードで安定に発振することが必要であ
る。従ってこの基本横モード発振を得るために従来より
屈折率導波機構を有する種々の素子構造が提唱されてお
り、例えばＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈａｎｎｅＬｅｄ ５ｕｂ
ｓｔｒａｔｅＩｎｎｅｒ ５ｔｒｉｐｅ）レーザと称さ
れる基板に７字溝を刻設して電流通路としこの上にレー
ザ動作用多層構造を堆積した内部ストライプ構造の素子
やＣ３Ｐ（Ｃｈａｒｌｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａｔｅ
Ｐｌａｎｅｒ）レーザと称される基板にチャネル溝を
形成しこの上に堆積される活性層の活性領域をチャネル
溝幅に対応して限定した構造の素子がある。しかしなが
ら、これら従来の素子構造は結晶成長方法として液相エ
ピタキシャル成長法を用いているため、成長層の膜厚等
の制御性に乏しく量産性を考慮した場合、歩留りの点で
充分な結果が得られなかった。
一方、近年非常に高度な膜厚制御性を有する薄膜成長技
術としてＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）やＭＯ−
ＣＶＤ法（有機金属−低温気相成長法）が著しい進歩を
遂げ、特にＭＢＥ法は尼子層のオーダーでの膜厚制御が
可能となっている。このような高度の膜厚制御性を利用
することにより、半導体レーザにおける活性層として２
種類以上の異なる禁制帯幅を有する半導体層の薄膜を交
互に多数堆積し、周期的な繰り返しを有する薄膜の積層
体で活性層を構成したＭ Ｑ Ｗ （Ｍｕ Ｉ ｔ ｉ
ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ；量子井戸）レーザと称され
る素子が開発され、低閾値電流特性と優れた温度特性及
び縦モードの安定性等が得られるのみならず短波長での
発振が容易に実現でき、利用分野が広く実用価値の高い
半導体レーザ素子として期待を集めている。
術としてＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）やＭＯ−
ＣＶＤ法（有機金属−低温気相成長法）が著しい進歩を
遂げ、特にＭＢＥ法は尼子層のオーダーでの膜厚制御が
可能となっている。このような高度の膜厚制御性を利用
することにより、半導体レーザにおける活性層として２
種類以上の異なる禁制帯幅を有する半導体層の薄膜を交
互に多数堆積し、周期的な繰り返しを有する薄膜の積層
体で活性層を構成したＭ Ｑ Ｗ （Ｍｕ Ｉ ｔ ｉ
ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ；量子井戸）レーザと称され
る素子が開発され、低閾値電流特性と優れた温度特性及
び縦モードの安定性等が得られるのみならず短波長での
発振が容易に実現でき、利用分野が広く実用価値の高い
半導体レーザ素子として期待を集めている。
しかしながら、ＭＢＥ法やＭＯ−ＣＶＤ法はその成長機
構が液相エピタキシャル成長法とは大きく異なるため、
従来提唱されているような屈折率導波機構の素子構造を
そのまま適用することは不可能であった。
構が液相エピタキシャル成長法とは大きく異なるため、
従来提唱されているような屈折率導波機構の素子構造を
そのまま適用することは不可能であった。
〈発明の目的〉
本発明は上記現状に鑑み、ＭＢＥ法やＭＯ−ＣＶＤ法等
で作製した成長層に対して屈折率導波機構を付与し、安
定な基本横モード発振を確立した新規有用な半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
で作製した成長層に対して屈折率導波機構を付与し、安
定な基本横モード発振を確立した新規有用な半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
〈実施例〉
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の断
面構成図である。
面構成図である。
ｎ−ＧａＡｓ基板ｌ上にｎ−ＧａＡｌ！Ａｓクラッド層
２゜ノンドープＧａＡｌ！Ａｓ活性層８ 、 ｐ−Ｇａ
Ａ／Ａｓクラッド層４が順次積層されレーザ動作用ダブ
ルへテロ接合型の多層結晶構造が構成されている。ｐ−
クラッド層４上には厚さ２０ＯＡ程度の極めて薄いｎ−
ＧａＡｓ層とｎ−Ａ／Ａｓ層を交互に繰り返してｌＯ〜
１００程度堆積した周期的積層構造から成る超格子層５
が重畳され、この超格子層５上にｎ −ＧａＡｓキャッ
プ層６が積層さ、れている。またキャップ層６より超格
子層５を貫通してｐ−クラッド層４に達する迄ストライ
プ状にＺｎが拡散され、Ｚｎの拡散された領域はｎ型か
らｐ型に変換される。この゛ｐ型変換されたＺｎ拡散領
域が電流通路７となり、Ｚｎの拡散されていない超格子
層５とキャップ層６の領域はｐ−クラッド層４に対して
導電型が逆極性に設定されるため電流が流れない。即ち
、注入電流の横方向通路を限定するストライプ構造が構
成される。Ｚｎの拡散はキャップ層６上にマスクをして
ストライプ状の開孔より気相拡散することにより行なう
。ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ側電極８．キャップ
層６上にはｐ側電極９が蒸着形成され、プレーナストラ
イプ構造の半導体レーザ素子が構成されている。
２゜ノンドープＧａＡｌ！Ａｓ活性層８ 、 ｐ−Ｇａ
Ａ／Ａｓクラッド層４が順次積層されレーザ動作用ダブ
ルへテロ接合型の多層結晶構造が構成されている。ｐ−
クラッド層４上には厚さ２０ＯＡ程度の極めて薄いｎ−
ＧａＡｓ層とｎ−Ａ／Ａｓ層を交互に繰り返してｌＯ〜
１００程度堆積した周期的積層構造から成る超格子層５
が重畳され、この超格子層５上にｎ −ＧａＡｓキャッ
プ層６が積層さ、れている。またキャップ層６より超格
子層５を貫通してｐ−クラッド層４に達する迄ストライ
プ状にＺｎが拡散され、Ｚｎの拡散された領域はｎ型か
らｐ型に変換される。この゛ｐ型変換されたＺｎ拡散領
域が電流通路７となり、Ｚｎの拡散されていない超格子
層５とキャップ層６の領域はｐ−クラッド層４に対して
導電型が逆極性に設定されるため電流が流れない。即ち
、注入電流の横方向通路を限定するストライプ構造が構
成される。Ｚｎの拡散はキャップ層６上にマスクをして
ストライプ状の開孔より気相拡散することにより行なう
。ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ側電極８．キャップ
層６上にはｐ側電極９が蒸着形成され、プレーナストラ
イプ構造の半導体レーザ素子が構成されている。
上記構造において、超格子層５は第２図に拡大図で示す
ようなｐ−クラッド層４及びレーザ発振波長のエネルギ
ーよりも小さい禁制帯幅を有するｎ型半導体層とｐ−ク
ラッド層よりも大きい禁制帯幅を有するｎ型半導体層の
組み合わせとしてｎ−ＧａＡｓ層１０とｎ−ＡＡ’ＡＳ
Ａｌ１の積層体で構成される。各層の厚さは各々５０Ａ
から１００ＯＡ程度の範囲に設定されるが本実施例では
上述した如くこれを２０ＯＡとしている。このような薄
い層はＭＢＥ法やＭＯ−ＣＶＤ法にて容易に製作するこ
とができる。ｎ型不純物としてはＳｉ等が使用される。
ようなｐ−クラッド層４及びレーザ発振波長のエネルギ
ーよりも小さい禁制帯幅を有するｎ型半導体層とｐ−ク
ラッド層よりも大きい禁制帯幅を有するｎ型半導体層の
組み合わせとしてｎ−ＧａＡｓ層１０とｎ−ＡＡ’ＡＳ
Ａｌ１の積層体で構成される。各層の厚さは各々５０Ａ
から１００ＯＡ程度の範囲に設定されるが本実施例では
上述した如くこれを２０ＯＡとしている。このような薄
い層はＭＢＥ法やＭＯ−ＣＶＤ法にて容易に製作するこ
とができる。ｎ型不純物としてはＳｉ等が使用される。
超格子層５に電流通路を形成するためのＺｎが拡散され
るとこの部分で周期的積層構造が破壊され、その禁制帯
幅は超格子層５を構成するｎ−ＧａＡｓ ｌ Ｏとｎ−
Ａ／Ａｓ層１１の禁制帯幅の中間値即ちＧａｏ、５Ａｌ
ｏ、５Ａｓ混晶の禁制帯幅とほぼ等価になる。
るとこの部分で周期的積層構造が破壊され、その禁制帯
幅は超格子層５を構成するｎ−ＧａＡｓ ｌ Ｏとｎ−
Ａ／Ａｓ層１１の禁制帯幅の中間値即ちＧａｏ、５Ａｌ
ｏ、５Ａｓ混晶の禁制帯幅とほぼ等価になる。
超格子層５の構成としては上記以外にＳｉのドープされ
たｎ−ＧａＡｓ層１０とノンドープＡＩ！Ａｓ層１１を
交互に繰り返して積層した構造とすることもできる。こ
のような構成にするとドナー準位が深くならず電子密度
が高くなる。即ち、ＧａＡｓにＳｉをドープしてもドナ
ー準位は５ｍｅＶ 程度で深くならないことが知られて
おり、Ｓｉ原子とＡＩ！厚子を互いに離間させた状態で
ＧａＡｓ−ＡＡ’Ａｓ層の積層体を形成すればドナー準
位は深くなることなく電子密度の高い状態が維持される
。尚、ＧａＡｓ−ＡＡ’Ａｓ層の積層体以外にもＧａＡ
ｓ−Ｇａ Ｉ−ＸＡＡ’ＸＡＳ層の積層体とすることが
でき、この場合超格子層５は０°１−％１′％Ａ゛層と
等価に“る・超格子層５のバンドギャップはＧａＡｓポ
テンシャル井戸に量子化された電子の゛準位と重い正孔
の量子化準位の差によって定まりこの量子化準位はＧａ
Ａｓ層とＡＡ’Ａｓ層の厚さに対応するため５両層の厚
さを制御することによって超格子層５のバンドギャップ
を変えることも可能である。
たｎ−ＧａＡｓ層１０とノンドープＡＩ！Ａｓ層１１を
交互に繰り返して積層した構造とすることもできる。こ
のような構成にするとドナー準位が深くならず電子密度
が高くなる。即ち、ＧａＡｓにＳｉをドープしてもドナ
ー準位は５ｍｅＶ 程度で深くならないことが知られて
おり、Ｓｉ原子とＡＩ！厚子を互いに離間させた状態で
ＧａＡｓ−ＡＡ’Ａｓ層の積層体を形成すればドナー準
位は深くなることなく電子密度の高い状態が維持される
。尚、ＧａＡｓ−ＡＡ’Ａｓ層の積層体以外にもＧａＡ
ｓ−Ｇａ Ｉ−ＸＡＡ’ＸＡＳ層の積層体とすることが
でき、この場合超格子層５は０°１−％１′％Ａ゛層と
等価に“る・超格子層５のバンドギャップはＧａＡｓポ
テンシャル井戸に量子化された電子の゛準位と重い正孔
の量子化準位の差によって定まりこの量子化準位はＧａ
Ａｓ層とＡＡ’Ａｓ層の厚さに対応するため５両層の厚
さを制御することによって超格子層５のバンドギャップ
を変えることも可能である。
ｎ側電極８とｐ側電極９を介して電流を注入すると電流
通路７のみに電流が流れ、その直下の活性層３でレーザ
発振が開始される。レーザ光は超格子層５のＺｎ拡散領
域では吸収されないがＺｎの拡散されていない領域では
ｎ−ＧａＡｓ層１０で吸収され、これによってＺｎ拡散
領域直下の活性層３領域とその他の活性層３領域で実効
屈折率差が生じ、Ｚｎ拡散領域直下で基本モードのレー
ザ発振が得られる。
通路７のみに電流が流れ、その直下の活性層３でレーザ
発振が開始される。レーザ光は超格子層５のＺｎ拡散領
域では吸収されないがＺｎの拡散されていない領域では
ｎ−ＧａＡｓ層１０で吸収され、これによってＺｎ拡散
領域直下の活性層３領域とその他の活性層３領域で実効
屈折率差が生じ、Ｚｎ拡散領域直下で基本モードのレー
ザ発振が得られる。
尚、上記実施例は活性層３をＧａＡｌＡｓ単層で構成し
ているがＭＢＥ法の利点を生かして厚さ数十Ａ程度のウ
ェル層と厚さ１００Ａ程度のバリア層を交互に１０層程
度繰り返して積層した超格子層を活性層３とするＭＱＷ
レーザとすることもできる。
ているがＭＢＥ法の利点を生かして厚さ数十Ａ程度のウ
ェル層と厚さ１００Ａ程度のバリア層を交互に１０層程
度繰り返して積層した超格子層を活性層３とするＭＱＷ
レーザとすることもできる。
〈発明の効果〉
以上詳説した如く本発明によればＭＢＥ法やＭＯ−ＣＶ
Ｄ法等で作製した半導体レーザ素子に屈折率導波機構を
付与することができ、安定な基本横モードのレーザ発振
を得ることができる。
Ｄ法等で作製した半導体レーザ素子に屈折率導波機構を
付与することができ、安定な基本横モードのレーザ発振
を得ることができる。
第１図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の構
成図である。第２図は第１図に示す半導体レーザ素子の
超格子層の要部拡大図である。 ｌ・・・ＧａＡｓ基板、２・・・ｎ・・・クラッド層、
３・・・活性層、４・・・ｐ−クラッド層、５・・・超
格子層、６・・・キャップ層、７・・・電流通路、１０
・・・ＧａＡｓ層、１１・・・ＡｒＡｓ層。
成図である。第２図は第１図に示す半導体レーザ素子の
超格子層の要部拡大図である。 ｌ・・・ＧａＡｓ基板、２・・・ｎ・・・クラッド層、
３・・・活性層、４・・・ｐ−クラッド層、５・・・超
格子層、６・・・キャップ層、７・・・電流通路、１０
・・・ＧａＡｓ層、１１・・・ＡｒＡｓ層。
Claims (1)
- １、活性層に接合されたクラッド層に重畳して組成の異
なる複数の薄層を交互に繰り返して積層した周期構造を
層設し、該周期構造にストライプ状の電流通路部を形成
するとともに該電流通路部の外側を前記活性層の光吸収
機能部としたことを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16322084A JPS6140083A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16322084A JPS6140083A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6140083A true JPS6140083A (ja) | 1986-02-26 |
Family
ID=15769591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16322084A Pending JPS6140083A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6140083A (ja) |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP16322084A patent/JPS6140083A/ja active Pending
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