JPS6237900B2 - - Google Patents
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- JPS6237900B2 JPS6237900B2 JP55140159A JP14015980A JPS6237900B2 JP S6237900 B2 JPS6237900 B2 JP S6237900B2 JP 55140159 A JP55140159 A JP 55140159A JP 14015980 A JP14015980 A JP 14015980A JP S6237900 B2 JPS6237900 B2 JP S6237900B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- inp
- layer
- region
- conductivity type
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-
- 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
- H01S5/20—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
- H01S5/22—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 having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
-
- 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
- H01S5/20—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
- H01S5/24—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 having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、低しきい値で動作し横モードが安
定化され、温度特性が良好である半導体発光装置
に関するものである。
定化され、温度特性が良好である半導体発光装置
に関するものである。
周知のようにレーザ活性領域の全側面をこれよ
りバンドギヤツプが広く、屈折率が低い物質で囲
んだ構造を有する、いわゆる埋め込みヘテロ構造
を有するレーザは低しきい値で動作し横モードも
安定化した優れた特性を有するレーザの一つであ
る。
りバンドギヤツプが広く、屈折率が低い物質で囲
んだ構造を有する、いわゆる埋め込みヘテロ構造
を有するレーザは低しきい値で動作し横モードも
安定化した優れた特性を有するレーザの一つであ
る。
第１図は埋め込みヘテロ構造の半導体レーザの
断面図であり、便宜上、InGaAsP／InP半導体レ
ーザについて説明する。
断面図であり、便宜上、InGaAsP／InP半導体レ
ーザについて説明する。
第１図において、１はｎ―InP基板であり、こ
のｎ―InP基板１にレーザ光の伝播方向に沿う方
向に溝を形成し、この溝を有するｎ―InP基板１
上に液相エピタキシヤル法等でｎ―InGaAsP層
２、ｐ―InP層４を順次成長させる。ｎ―
InGaAsP層２の成長において第１図に示したよ
うに溝の肩の部分での成長はなく、溝の底部分で
厚い三ケ月状のｎ―InGaAsP活性領域（レーザ
活性領域）３が形成される。ｐ―InP層４の表面
にSiO2膜等の絶縁膜５を被覆させ、ｎ―
InGaAsP活性領域３と対向する部分に窓を開け
ｐ側電極６を形成し、反対側のｎ―InP基板１の
面にｎ側電極７を形成する。溝断面の形状として
上記の場合、滑らかにカーブしたものについて説
明したが、断面が矩形状または台形状の溝の場合
にはｎ―InGaAsP層２の成長の前にメルトバツ
クするかあるいはｎ―InP緩衝層を成長させるこ
とでもよい。
のｎ―InP基板１にレーザ光の伝播方向に沿う方
向に溝を形成し、この溝を有するｎ―InP基板１
上に液相エピタキシヤル法等でｎ―InGaAsP層
２、ｐ―InP層４を順次成長させる。ｎ―
InGaAsP層２の成長において第１図に示したよ
うに溝の肩の部分での成長はなく、溝の底部分で
厚い三ケ月状のｎ―InGaAsP活性領域（レーザ
活性領域）３が形成される。ｐ―InP層４の表面
にSiO2膜等の絶縁膜５を被覆させ、ｎ―
InGaAsP活性領域３と対向する部分に窓を開け
ｐ側電極６を形成し、反対側のｎ―InP基板１の
面にｎ側電極７を形成する。溝断面の形状として
上記の場合、滑らかにカーブしたものについて説
明したが、断面が矩形状または台形状の溝の場合
にはｎ―InGaAsP層２の成長の前にメルトバツ
クするかあるいはｎ―InP緩衝層を成長させるこ
とでもよい。
この半導体レーザの両電極６，７の間に順方向
に電圧を印加すると、ｐ―InP層４からｎ―
InGaAsP活性領域３へヘテロ界面のpn接合を通
してキヤリヤが注入される。ｎ―InGaAsP活性
領域３は、より広いバンドギヤツプとより低い屈
折率を有するｎ―InP基板１およびｐ―InP層４
によつて囲まれているため、注入されたキヤリヤ
と再結合によつて生じた光はｎ―InGaAsP活性
領域３内に閉じ込められる結果、この半導体レー
ザは低い電流値で発振する。また、レーザ活性領
域の寸法を横零次モードのみが励振されるように
狭めれば、光強度―電流曲線に“キンク”のない
光学的特性の優れた半導体レーザができる。
に電圧を印加すると、ｐ―InP層４からｎ―
InGaAsP活性領域３へヘテロ界面のpn接合を通
してキヤリヤが注入される。ｎ―InGaAsP活性
領域３は、より広いバンドギヤツプとより低い屈
折率を有するｎ―InP基板１およびｐ―InP層４
によつて囲まれているため、注入されたキヤリヤ
と再結合によつて生じた光はｎ―InGaAsP活性
領域３内に閉じ込められる結果、この半導体レー
ザは低い電流値で発振する。また、レーザ活性領
域の寸法を横零次モードのみが励振されるように
狭めれば、光強度―電流曲線に“キンク”のない
光学的特性の優れた半導体レーザができる。
しかしこの半導体レーザにおいては、ｎ―
InGaAsP活性領域３を通つて流れる電流の他に
レーザ発振に関与しない“もれ電流”が存在す
る。第１図の矢印はこのレーザダイオードの電流
経路を示すもので、ｎ―InGaAsP活性領域３を
通つて流れる電流経路の他にｐ―InP層４からｎ
―InP基板へと流れる電流と、ｐ―InP層４から
InGaAsP層２を通つてｎ―InP基板１に流れる
“もれ電流”の経路がある。前者の“もれ電流”
はInPのpnホモ接合を通して流れる。このpnホモ
接合の拡散電位はInP―InGaAsPのpnヘテロ接合
のそれより高いため、ｎ―InGaAsP活性領域３
を通して流れる電流より少ない。また、後者の
“もれ電流”は電流経路が長いためやはり少な
い。
InGaAsP活性領域３を通つて流れる電流の他に
レーザ発振に関与しない“もれ電流”が存在す
る。第１図の矢印はこのレーザダイオードの電流
経路を示すもので、ｎ―InGaAsP活性領域３を
通つて流れる電流経路の他にｐ―InP層４からｎ
―InP基板へと流れる電流と、ｐ―InP層４から
InGaAsP層２を通つてｎ―InP基板１に流れる
“もれ電流”の経路がある。前者の“もれ電流”
はInPのpnホモ接合を通して流れる。このpnホモ
接合の拡散電位はInP―InGaAsPのpnヘテロ接合
のそれより高いため、ｎ―InGaAsP活性領域３
を通して流れる電流より少ない。また、後者の
“もれ電流”は電流経路が長いためやはり少な
い。
これらの“もれ電流”は少ないながら存在する
ことによつて、効率が低いことや電流レベルの増
加で光出力が飽和する欠点がある。また、発振し
きい値の温度依存性が強くなり50゜〜70℃の温度
で発振しなくなる欠点を有しており、実用上非常
な問題であつた。
ことによつて、効率が低いことや電流レベルの増
加で光出力が飽和する欠点がある。また、発振し
きい値の温度依存性が強くなり50゜〜70℃の温度
で発振しなくなる欠点を有しており、実用上非常
な問題であつた。
この発明はこの“もれ電流”を極力減らす目的
で、活性領域の両サイドにInPの逆バイアスのpn
接合面を設けて、上記従来のものの欠点を除去し
ようとするものである。以下、図面を用いてこの
発明を詳しく説明する。
で、活性領域の両サイドにInPの逆バイアスのpn
接合面を設けて、上記従来のものの欠点を除去し
ようとするものである。以下、図面を用いてこの
発明を詳しく説明する。
第２図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。第２図において、８，１１，１２はそれぞれ
ｎ―InP基板１上に設けられたｐ―InP層、ｎ―
InP層、ｐ―InP層である。これらの層は液相エ
ピタキシヤル法等によつてｎ―InP基板１上に順
次成長させて形成される。次に通常の写真製版法
と化学エツチングにより、ｎ―InP基板１の到達
する深さの溝１３を形成した後、再び液相エピタ
キシヤル法等によりｎ―InP緩衝層９、ｎ―
InGaAsP層２、ｐ―InP層４を順次成長させる。
この時、溝１３中にはｎ―InP領域１０、ｎ―
InGaAsP活性領域３が形成される。この後、第
１図の従来例と同様にして絶縁膜５、ｐ側電極
６、ｎ側電極７が形成される。
る。第２図において、８，１１，１２はそれぞれ
ｎ―InP基板１上に設けられたｐ―InP層、ｎ―
InP層、ｐ―InP層である。これらの層は液相エ
ピタキシヤル法等によつてｎ―InP基板１上に順
次成長させて形成される。次に通常の写真製版法
と化学エツチングにより、ｎ―InP基板１の到達
する深さの溝１３を形成した後、再び液相エピタ
キシヤル法等によりｎ―InP緩衝層９、ｎ―
InGaAsP層２、ｐ―InP層４を順次成長させる。
この時、溝１３中にはｎ―InP領域１０、ｎ―
InGaAsP活性領域３が形成される。この後、第
１図の従来例と同様にして絶縁膜５、ｐ側電極
６、ｎ側電極７が形成される。
次に、この半導体レーザの動作原理について説
明する。この半導体レーザの両電極６，７の間に
順方向に電圧を印加すると、ｐ―InP層４からｎ
―InGaAsP活性領域３はpnヘテロ接合を通して
キヤリヤが注入され、まわりがInPで囲まれてい
るためキヤリヤと光の閉じ込めが有効に行われ
て、従来例で説明したように光学的特性がよく低
しきい値のレーザが実現できる。さらに、レーザ
発振に関与しない“もれ電流”については、その
電流経路はｐ―InP層４からｐ―InP層１２を経
てｎ―InP領域１０に流れ込む電流と、ｐ―InP
層４からｐ―InP層１２、ｎ―InP層１１を経て
ｎ―InP領域１０に流れ込む電流だけで、ｎ―
InGaAsP層２を経て流れる電流はｐ―InP層１２
との間のpn接合が逆方向バイアスであるため無
視できる。したがつて、“もれ電流”の経路で順
方向バイアスのpn接合面は第２図の×印で示し
た極く限られた部分のみとなる。ｎ―InP層１１
の厚みを薄くかつキヤリヤ濃度を減らしてこの層
を抵抗を増すことで、さらに“もれ電流”の低減
を図ることができる。
明する。この半導体レーザの両電極６，７の間に
順方向に電圧を印加すると、ｐ―InP層４からｎ
―InGaAsP活性領域３はpnヘテロ接合を通して
キヤリヤが注入され、まわりがInPで囲まれてい
るためキヤリヤと光の閉じ込めが有効に行われ
て、従来例で説明したように光学的特性がよく低
しきい値のレーザが実現できる。さらに、レーザ
発振に関与しない“もれ電流”については、その
電流経路はｐ―InP層４からｐ―InP層１２を経
てｎ―InP領域１０に流れ込む電流と、ｐ―InP
層４からｐ―InP層１２、ｎ―InP層１１を経て
ｎ―InP領域１０に流れ込む電流だけで、ｎ―
InGaAsP層２を経て流れる電流はｐ―InP層１２
との間のpn接合が逆方向バイアスであるため無
視できる。したがつて、“もれ電流”の経路で順
方向バイアスのpn接合面は第２図の×印で示し
た極く限られた部分のみとなる。ｎ―InP層１１
の厚みを薄くかつキヤリヤ濃度を減らしてこの層
を抵抗を増すことで、さらに“もれ電流”の低減
を図ることができる。
次に溝１３の両サイドの層の数が２層の場合、
および１層の場合と上記実施例（第２図）とを比
較する。
および１層の場合と上記実施例（第２図）とを比
較する。
第３図は溝１３の両サイドの層の数がｐ―InP
層８とｎ―InP層１１の２層ある場合で、第２図
とはｐ―InP層１２がないことだけが異なつてい
る。この場合“もれ電流”の流れる順方向バイア
スのpn接合面は×印で示したように広範囲にわ
たつている。
層８とｎ―InP層１１の２層ある場合で、第２図
とはｐ―InP層１２がないことだけが異なつてい
る。この場合“もれ電流”の流れる順方向バイア
スのpn接合面は×印で示したように広範囲にわ
たつている。
第４図は溝１３の両サイドの層の数がｐ―InP
層８のみの場合で、“もれ電流”の流れる順方向
バイアスのpn接合面は×印で示したように広範
囲にわたつている。
層８のみの場合で、“もれ電流”の流れる順方向
バイアスのpn接合面は×印で示したように広範
囲にわたつている。
以上説明したように“もれ電流”を低減するた
めには、溝１３の両サイドに少なくとも３層の
pn―ｐ接合が必要である。
めには、溝１３の両サイドに少なくとも３層の
pn―ｐ接合が必要である。
第５図は埋め込みヘテロ構造の半導体レーザに
ついてしきい値電流Ｉthと温度Ｔとの関係を示し
たもので、この発明の実施例を実線で、従来例を
点線で示す。実線の場合で約100℃の温度まで、 Ｉth∝exp（Ｔ／Ｔ０） （T0：特性温度） で表わせるのに対して、点線の場合、30〜40℃で
Ｉthは急激に増加し発振を停止する。この発明の
実施例では温度特性は、従来例より優れている。
ついてしきい値電流Ｉthと温度Ｔとの関係を示し
たもので、この発明の実施例を実線で、従来例を
点線で示す。実線の場合で約100℃の温度まで、 Ｉth∝exp（Ｔ／Ｔ０） （T0：特性温度） で表わせるのに対して、点線の場合、30〜40℃で
Ｉthは急激に増加し発振を停止する。この発明の
実施例では温度特性は、従来例より優れている。
なお、上記実施例では、溝１３の両サイドに３
層からなるｐ―ｎ―ｐ接合を設けたものを示した
が、３層以上の複数の層であつても上記実施例と
同様の効果を奏する。
層からなるｐ―ｎ―ｐ接合を設けたものを示した
が、３層以上の複数の層であつても上記実施例と
同様の効果を奏する。
また上記実施例では、InGaAsP／InP系半導体
レーザについて示したが、AlGaAs系やその他の
化合物半導体材料を用いた同様の原理に基づく構
成についても適用できる。
レーザについて示したが、AlGaAs系やその他の
化合物半導体材料を用いた同様の原理に基づく構
成についても適用できる。
以上詳細に説明したように、この発明によれば
第１導電形の半導体基板の一方の主面上に、第２
導電形の半導体層、その上に第１導電形の半導体
層、さらにその上に第２導電形の半導体層の少な
くとも３層から成る半導体層が設けられた半導体
結晶を有し、この半導体結晶中に前記半導体基板
に達する深さの溝と、この溝中および前記半導体
結晶上に互いに不連続に設けられた第１導電形の
第１半導体領域と、この第１半導体領域上にそれ
ぞれ設けられ、前記溝中においてレーザ活性領域
となる第２半導体領域と、このレーザ活性領域の
上に設けられた第２導電形の第３半導体領域とを
有し、前記レーザ活性領域を構成する物質は前記
第１半導体領域および前記第３半導体領域の半導
体のバンドギヤツプより狭いものとしたので、第
一段階目と第二段階目の２つの工程に分けて製造
するとき第一段階の工程で３層からなる半導体層
が形成されるためリークの少ないｐ―ｎ接合が得
られ、かつ100℃以上の高温でも問題なく動作す
ることができ、システム設計上も容易になる。か
ようにこの発明によれば、低しきい値、高効率、
基本横モードで発振し、温度特性が良好な半導体
発光装置が得られる利点がある。
第１導電形の半導体基板の一方の主面上に、第２
導電形の半導体層、その上に第１導電形の半導体
層、さらにその上に第２導電形の半導体層の少な
くとも３層から成る半導体層が設けられた半導体
結晶を有し、この半導体結晶中に前記半導体基板
に達する深さの溝と、この溝中および前記半導体
結晶上に互いに不連続に設けられた第１導電形の
第１半導体領域と、この第１半導体領域上にそれ
ぞれ設けられ、前記溝中においてレーザ活性領域
となる第２半導体領域と、このレーザ活性領域の
上に設けられた第２導電形の第３半導体領域とを
有し、前記レーザ活性領域を構成する物質は前記
第１半導体領域および前記第３半導体領域の半導
体のバンドギヤツプより狭いものとしたので、第
一段階目と第二段階目の２つの工程に分けて製造
するとき第一段階の工程で３層からなる半導体層
が形成されるためリークの少ないｐ―ｎ接合が得
られ、かつ100℃以上の高温でも問題なく動作す
ることができ、システム設計上も容易になる。か
ようにこの発明によれば、低しきい値、高効率、
基本横モードで発振し、温度特性が良好な半導体
発光装置が得られる利点がある。
第１図は従来の半導体レーザの構造を示す模式
断面図、第２図はこの発明の一実施例を示す模式
断面図、第３図、第４図はこの発明の実施例の動
作を比較説明するための半導体レーザの模式断面
図、第５図はしきい値電流と温度との関係を示す
図である。 図中、１はｎ―InP基板、２はｎ―InGaAsP
層、３はｎ―InGaAsP活性領域、４はｐ―InP
層、５は絶縁膜、６，７は電極、８はｐ―InP
層、９はｎ―InP緩衝層、１０はｎ―InP領域、
１１はｎ―InP層、１２はｐ―InP層、１３は溝
である。
断面図、第２図はこの発明の一実施例を示す模式
断面図、第３図、第４図はこの発明の実施例の動
作を比較説明するための半導体レーザの模式断面
図、第５図はしきい値電流と温度との関係を示す
図である。 図中、１はｎ―InP基板、２はｎ―InGaAsP
層、３はｎ―InGaAsP活性領域、４はｐ―InP
層、５は絶縁膜、６，７は電極、８はｐ―InP
層、９はｎ―InP緩衝層、１０はｎ―InP領域、
１１はｎ―InP層、１２はｐ―InP層、１３は溝
である。
Claims (1)
- １ 第１導電形の半導体基板の一方の主面上に、
第２導電形の半導体層、その上に第１導電形の半
導体層、さらにその上に第２導電形の半導体層の
少なくとも３層から成る半導体層が設けられた半
導体結晶を有し、この半導体結晶中に前記半導体
基板に達する深さの溝と、この溝中および前記半
導体結晶上に互いに不連続に設けられた第１導電
形の第１半導体領域と、この第１半導体領域上に
それぞれ設けられ、前記溝中においてレーザ活性
領域となる第２半導体領域と、このレーザ活性領
域の上に設けられた第２導電形の第３半導体領域
とを有し、前記レーザ活性領域を構成する物質は
前記第１半導体領域および前記第３半導体領域の
半導体のバンドギヤツプより狭いものであること
を特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14015980A JPS5763884A (en) | 1980-10-06 | 1980-10-06 | Semiconductor light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14015980A JPS5763884A (en) | 1980-10-06 | 1980-10-06 | Semiconductor light-emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5763884A JPS5763884A (en) | 1982-04-17 |
| JPS6237900B2 true JPS6237900B2 (ja) | 1987-08-14 |
Family
ID=15262235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14015980A Granted JPS5763884A (en) | 1980-10-06 | 1980-10-06 | Semiconductor light-emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5763884A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55121693A (en) * | 1979-03-15 | 1980-09-18 | Tokyo Inst Of Technol | Manufacture of band-like semiconductor laser by selective melt-back process |
-
1980
- 1980-10-06 JP JP14015980A patent/JPS5763884A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5763884A (en) | 1982-04-17 |
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