KR900000021B1

KR900000021B1 - 반도체 레이저

Info

Publication number: KR900000021B1
Application number: KR1019860005978A
Authority: KR
Inventors: 나오끼 치노네; 가즈히사 우오미; 타다시 후쿠자와; 히데아끼 마쓰에다; 다까시 가지무라
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사구쇼; 미따 가쯔시게
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1990-01-18
Also published as: KR870001688A

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 레이저

제1도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 1실시예를 도시한 단면도.

제2도는 양자우물구조의 에너지 밴드를 도시한 도면.

제3도는 완화진동주파수(fr)의 실험결과를 도시한 도면.

제4도∼제6도는 본 발명을 도시한 다중 양자우물구조의 단면도.

제7도∼제10도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 반도체 레이저의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 활성층 4 : 배리어층

11 : 언도우프GaAs웰층 12 : P=Ga 0.7 Al0.3As 배리어층

13 : n-Ga0.55 Al0.45As크래드층 14 : P-Ga0.55 Al0.45As크래드층

15 : 언도우프Ga 0.7 Al0.3As 배리어층 16 : P=Ga 0.7 Al0.3As 배리어층

17 : n-Ga 0.7 Al0.3As 배리어층 18 : n-GaAs기판

19 : n-GaAs버퍼층 20 : 다중 양자우물활성층

21 : n-GaAs광흡수층

22 : P-Ga0.55 Al0.45As매립크래드층

23 : P-GaAs갭층 24 : P측전극

25 : n측전극 26 : n-Ga0.65Al0.35As광안내층

27 : 양자우물을 무질서화한층 28 : SiO₂막

29 : n-Ga0.55Al0.45As매립크래드층 30 : Zn확산영역

31 : 절연성 GaAs기판 32 : 언도우프 Ga0.55Al0.45As

본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로서, 특히 변조속도가 빠르고, 스레소울드전류가 작은것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구조에 관한 것이다.

반도체 레이저 소자의 변조속도는 상기 반도체 레이저 소자의 변조에 있어서의 주파수 한계에 배례한다. 따라서 반도체 레이저 소자의 고속화를 도모하기 위해서는, 상기 반도체 레이저 소자의 직접변조에 있어서의 주파수 한계를 가능한 한 높게할 필요가 있다.

통상, 반도체 레이저의 직접변조에 있어서의 주파수 한계는 ∼5㎓정도이나, 최근 활성층의 두께가 결정내의 전자파속의 크기보다 작은, 소위 양자우물형 레이저 소자로 하면, 주파수 한계가 높아진다고 이론적으로 예측되어 있다. [Y,ARAKAWA 외 : Applied physics letters,45,950(1984)]. 한편 종래의 반도체 레이저 소자에 있어서도, 활성층에 불순물을 고농도로 도우프하면, 주파수 한계가 높아진다는 것이 실험적으로 확인되어 있다.[C, B, SU 외 : Applied physics letters,46,344(1985)]. 그러나, 이들 어느 경우에도, 다른 특별한 연구를 하지 않는한, 상기 직접변조의 주파수 한계는 10㎓부근이다.

또, P형 활성층의 불순물 농도를 크게하면 반도체 레이저의 변조가능 주파수가 증대되는 것이 C, B, SU 등에 의해서 제9회 레이저회의 예고 제162∼163항에 기재되어 있다.

이것은, 불순물의 도우핑에 의해, 주입캐기어의 증가에 대한 이득계수의 증가분이 커지는 것에 기인하고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 활성층의 캐리어의 수명이 짧아지고, 스레소울드 전류가 상승하며, 또한 발광효율이 저하한다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 결점을 제거하기 위한 목적으로 이루어진 것이며, 낮은 스레소울드전류, 높은 발광효율이고 또한 10㎓ 이상에서 직접변조가 가능한 반도체 레이저를 제공하는데 있다.

반도체 레이저의 직접변조의 주파수 한계를 결정하고 있는 것은, 대체로 완화진동주파수(fr)이다. 완화진동주파수(fr)는 광과전자의 변동에 있어서의 위상이동으로 부터 발생하는 것이지만, 상기 완화진동주파수(fr)를 높게하기 위한 유력한 방법으로서, 캐리어 밀도의 증가분(△n)에 대한 이득의 증가분(△g)의 비 △g/△n 즉, 미분이득을 크게하는 방법을 생각할 수 있다. 반도체 리어저 소자의 활성층을 얇게해서 결정내의 자유전자의 파속(波速)의 크기보다 작게한, 소위 양자우물형 레이저 소자에서는, 미분이득 커지는 것이 상기 Y, ARAK-AWA 외의 문헌에 보고되어 있다.

한편, 종래의 반도체 레이저 소자의 활성층내에 불순물을 고농도로 도우프하면(fr)이 증가하는 것이 상기 C, B, SU들에 의해서 보고되어 있으나, 이것도 고농도의 불순물에 의해서 미분 이득이 증가하기 때문이라고 생각할 수 있다.

본 발명자들은, 양자우물형 레이저 소자등, 활성층의 두께가 결정내 자유전자의 파속의 크기보다 작은 레이저 소자의 (fr)을, 더욱 높게해서 변조의 고속화를 하기 위해서는, 종래 언도우프였던 활성층 혹은 양자우물형 레이저와 같이 활성층이 2이상의 활성층으로 이루어질 경우에는, 그들 활성층 또는 활성층 사이의 배리어층에 불순물을 공급하면 된다는 것, 및 그 불순물 농도에 대해서는 레이저 발진시에 활성층에 주입되는 캐리어밀도보다 고농도로 불순물을 공급할 필요가 있다는것을 발견하였다. 또한, 이때 불순물의 타입으로서 도우너를 공급하면, 전자의 2차원성이 상실되어서 미분이득이 작아지기 쉬우므로, 억셉터의 쪽이 보다 효과가 있다는 것을 알았다. 또, 배리어층을 끼우고 얇은 활성층을 복수개 형성한 다중양자 우물형 레이저 소자에 있어서는 배리어층에 도우프한 불순물에 의해 발생된 캐리어는 활성층에 도우프 된다.

이 경우는 불순물 도우프에 의해 형성되는 밴드테일에 의해서 전자나 정공의 2차원성이 상실되지 않고, 미분 이득이 저하하지 않으므로, 변조의 고속화를 도모할수 있다는 것을 알았다. 즉, 본발명에 의한 반도체 레이저 소자는, 활성층의 두께가 결정내 자유전자의 파속의 크기보다 작은 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 활성층 혹은 2층 이상의 활성층을 가질때는, 활성층보다 밴드갭이 큰 배리어층에, 상기 활성층에 주입한 캐리어 밀도보다 큰 밀도의 불순물을 도우프함으로서, 양자우물형 레이저 소자의 (fr)를 높게 해서 주파수 한계를 크게하고, 변조의 고속화를 도모한 것이다.

반도체 레이저의 스레소울드 전류를 저감하는 방법의 하나로서, 그 활성층을 다중 양자우물구조로 하는 방법이 있다. 이것은, 캐리어의 2차원성에 기인한 계단형상의 상태밀도에 의해, 이득에 기여하는 캐리어의 비율이 증가하는것에 의한다. 또 다중 양자우물구조에서는 주입캐리어의 증가에 대한 이득의 증가분이 종래의 더블 레테로구조에 비교하여 커지는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이 다중 양자우물 반도체 레이저의 다중 양자우물활성층의 P형 혹은 n형으로 도우핑 함으로서, 고속변조특성이 대폭적으로 개선되는 것을 기대할 수 있다.

그러나, 그 도우핑을 다중 양자우물층 전체에 행하면, 캐리어가 국부적으로 존재하고 있는 웰층에 밴드테일링이 발생하여, 캐리어의 2차원성이 상실되는 것이 염려된다.

그래서 본 발명자들은 캐리어가 존재하는 웰층에는, 도우핑을 행하지 않고, 배리어층에만 선택적으로 도우핑을 행하면 캐리어의 2차원성도 상실되지 않고, 고속변조 특성을 개선할 수 있는 것을 발견하였다(제4도). 그러나, 다중 양자우물구조에 있어서는, 전자, 정공의 파동함수는 배리어층까지 침투되고 있으므로, 배리어층 중에서 웰층에 접하는 수(數) 원자층은 언도우프하고, 배리어층의 중앙영역은, P형 혹은 n형인 구조를 발명하였다(제5도). 또한, 배리어층의 중앙영역에 선택 도우핑을 행할때, 제6도에 도시한 바와 같이 P형 크래드층쪽을 n형으로, n형 크래드층쪽을 P형으로 하는 것을 발견하였다. 이것에 의해, 활성층은 P, n양쪽에 도우핑된 셈이며, 주입캐리어에 대한 이득의 증가분이 대폭적으로 상승하여, 고속변조의 큰 개선을 기대할 수 있다.

결국, 반도체 기판상에 적어도 크래드층 및 웰층과 배리어층으로 이루어진 웰층을 형성한 반도체 레이저에 있어서, 웰층의 두께가 전자의 드브로이 파장 이하이고, 배리어층의 금지대폭은 웰층보다 넓고, 이들 웰층과 배리어층을 교호로 중첩시킨 다중 양자우물활성층을, 금지대폭이 상기 웰층보다 넓은 P형 및 n형 크래드층을 가진 반도체 레이저에 있어서, 다중 양자우물 활성층등, 각 반도체층의 적층 방향에 대해서, 이 다중 양자우물활성층을 형성하는 각층의 도전형을 공간적으로 다르게해서 변조 속도가 빠른 반도체 레이저를 얻었다.

상기와 같이 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자는, 활성층의 두께가 결정내 자유전자의 파속의 크기 보다 작은 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 활성층 혹은 2층 이상의 활성층을 가질때는 활성층의 두께 보다 두꺼운 배드 갭의 배리어층에 상기 활성층에 주입하는 캐리어 밀도보다 큰 밀도의 불순물을 도우프 함으로서, 양자우물형 레이저 소자의 (fr)을 높게해서 주파수 한계가 20㎓ 이상 즉 10㎓를 훨씬 초과하는 직접변조가 가능하며, 반도체 레이저 소자의 대폭적인 고속화를 도모할 수 있고 또한, 광연산회로, 초고속 광통신용의 광원으로서 적용할 수 있는 효과가 있다.

다음에 본 발명의 실시예를 도면과 함께 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 실시예1을 도시한 단면도, 제2도는 양자우물구조의 에너지밴드를 도시한 도면, 제3도는 완화진동주파수(fr)의 실험결과를 도시한 도면이다. 제1도에 있어서, n형 ㎓기판(1)상에 유기금속기상성장법(MOCVD법)에 의해 n형 Ga₁-x AlxAs 크래드층(X=0.45)(2)을 성장시킨다. 그 위에 다중 양자우물구조를 성장 시킨다. 다중 양자우물층은, P형 Ga₁-yAlyAs활성층(y=0,0.2, 두께 3∼15nm)(3)과, 언도우프 Ga₁-z AlzAs 배리어층(Z〉y,두께 3-20nm)(4)을 교호로 2∼10층 성장시킨 것이다. 다음에 P형 Ga₁-x AlxAs층(5) 및 P형 GaAs층(6)을 성장시키고, P측전극 Cr-Au(7) 및 n측전극 AuGe Ni-Au(8)을 증착해서 소자로 절단하였다. 여기서 상기 활성층(3)에 적어도 1×10¹⁸Cm^-3이상의 P형 불순물을 도우프하면 미분 이득이 커져서, 종래의 10㎓로부터 20㎓로 주파수 한계가 높아졌다. 도우프하는 불순물의 농도는 1×10¹⁹Cm^- _e을 초과하면, 격자결함이 커지므로, 불수물농도는 1×10¹⁸Cm^-3대에 한정하는 쪽이 좋다. 또 Zn을 도우프하면 확산에 의한 무질서화가 발생하여, 양자구조 소실하는 수도 있으므로, 바람직하게는 Mg, Be등을 사용하는 편이 효과가 크다.

[실시예 2]

본 발명의 다른 실시예를 마찬가지로 제1도를 사용해서 설명한다. n형 GaAs기판(1) 상에 n형 Ga₁-xAlxAs 크래드층(2)을 유기금속기상성장법에 의해서 성장시킨다. 본 실시예에서는 상기 크래드층(2)상에 형성한 다중 양자우물구조는, 언도우프 Ga₁-yAlyAs 활성층(y=0∼0.2, 두께 3∼5nm)(3)과, P형 Ga₁-zAlzAs 배리어층(Z〉y, 두께 3-20nm)을 교호로 2∼10층 성장시키고 있다.

여기서 상기 배리어층(4)에 1×10¹⁸Cm^-3이상의 P형 불순물을 도우프 하면, 발생된 정공은 대체로 활성층(3)에 도우프 된다. 이때의 에너지 밴드대를 제2도에 도시한다.

도시한 바와 같이 활성층(3)에는 고밀도의 정공(9)이 존재함으로서, 상기 실시예와 마찬가지로, 미분 이득이 커져서, 주파수 한계가 높어진다. 배리어층(4)에 3×10Cm^-3의 Mg을 도우프 하였을 때의 완화진동주파수의 실험결과를 제3도에 도시한다.

제3도는 가로축에 다면파괴한계광출력(Pc)으로 정규화된 광출력(P)의 2승근을 세로축에 완화진동주파수(fr)를 나타내고 있으나, 파선으로 나타낸 종래의 양자우물형 레이저 소자의 데이터(10)와 비교해서 본 실시예에서는 실선(11)으로 나타낸 바와같이 20㎓ 이상으로 주파수 한계가 향상되어있다.

본 실시예에서는 활성층(3)에 직접불순물을 도우프 하지 않으므로, 불순물 도우프에 의한 밴드테일이 형성되지 않고, 양자우물형구조에 있어서, 전자, 정공의 2차원성은 손상되지 않는다. 이 때문에 양자우물구조에 의한 미분 이득이 저하하지 않고, 직접변조의 고속화가 더욱 가능해 진다. P형 불순물로서는 상기 실시예와 마찬가지로 Mg, Be등이 유효하다.

또, 상기 실시예의 경우에는 P형 불순물 뿐만 아니라, n형 불순물 Si, Te, Se 등에서도 효과가 있다. 또 상기 각 실시예에 있어서, 배리어층을 InP, 활성층을 InGaAsP로 해서, 마찬가지로 불순물을 도우프하면, 어느것이나 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 양 실시예 모두 선택적으로 도우핑을 행하였으나, 활성층, 배리어층 모두 함께 도우핑해도 된다.

[실시예 3]

제7도는 사용해서 상세히 설명한다.

n형 GaAs기판결정(18)상에 n형 GaAs버퍼층(19), n형 Ga₁-xAlxAs 크래드층(13)(X=0.45), 두께 70Å은 어도우프 GaAs웰층(11)을 5층, 10Å의 언도우프 Ga0.7AL0.3As층(15)으로 끼운 두께 20Å의 2×10¹⁸(Cm^-3)의 Mg도우프를 행한 P- Ga0.7x Al0.3As 층(16)으로 형성된 배리어층 4층을 교호로 형성한 다중 양자우물활성층(20), P형 Ga₁-xAlxAs크래드층(14), n형 GaAs광흡수층(21)을 MOCVD법에 의해 순차형성한다. 포토에칭공정에 의해 n형 GaAs층(21)의 중앙을 스트라이프형상으로 완전히 제거하고, P형 Ga₁-xAlxAs크래드층(14)의 표면을 노출하는 폭 1∼15㎛의 홈스트라이프를 형성한다. 다음에 MOCVD법에 의해서 P형 Ga₁-xAlxAs크래드층(22)(x=0.43), p형 GaAs 갭층(23)을 형성한다. 그후, P측전극(24), n측전극(25)을 형성한후, 벽개법(壁開法)에 의해, 공진기장(共振嗜長) 약 300㎛의 레이저 소자를 얻었다.

이때, P형 Ga0.55Al0.45As층(14)의 두께는 0.1∼0.5㎛일때 도파구조는 굴절율 도파형이되어 고속변조시의 가로 모우드 (tranverse mode)를 안정하게 할 수 있다.

시작품으로 만든 소자는 파장 830nm에 있어서, 스레소울드 전류 10∼25mA로 실온에서 연속발진하고, 발진스텍트럼은 세로 단일 모우드를 나탄내고, 광출력은 70mW까지 킹크가 없는 안정한 가로 모우드 발진을 얻을 수 있었다. 광출력 60mW로 바이어스해서 소신호 직접변조를 행한즉, 그 변조 주파수는 15㎓(3dB다운)까지 달하는 양호한 특성을 얻을 수 있었다. 또 70℃에서 광출력 60mW의 일정한 광출력 동작시의 수명은 2000시간 경과한 후에도 현저한 열화를 볼수 없고, 신뢰성도 높은 것이 밝혀졌다. 또 다중양자 우물구조로선, 상기 이외에 Ga₁-w wAlWAs웰층의 Al의 몰비 W는 0∼0.2두께 30∼150Å, 수는 2∼10, G_a-BAl_BAs배리어층의 Al의 몰비 B는 0.2∼0.5(단B〉W), 양쪽다리의 언도우핑 배리어층의 두께는 2.8∼30Å, 중앙부의 P형 배리어층의 두께는 5∼50Å의 모든 결합에 있어서, 대체로 마찬가지의 변속변조 특성을 얻을 수 있었다.

[실시예 4]

제8도를 사용해서 설명한다.

n형 GaAs기판(18)상에 n형 GaAlAs크래드층(13), n형 GaAlAs광안내층(26), 제7도의 실시예와 같은 다중양자 우물 활성층(20), P형 GaAlAs크래드층(14), P형 GaAs 갭층(23)을 순차 MOCVD법에 의해 형성한다. 포토에칭 공정에 의해 폭 1∼15㎛스트라이프라 남도록 P형 GaAs갭층을 제거하고, 그 스트라이프 형상의 P형 GaAs갭층(23)이외의 영역에 다중양자우물 활성층(20)을 관총할때 까지 Si를 이온주입한다.

그후 스트라이프 형상의 P형 GaAs 갭층이외의 SiO₂막(28)을 피착하고, 그후 P측전극(24), n측전극(25)을 형성한 후, 벽개법에 의해, 공진기장 약 300㎛의 레이저 소자를 얻었다.

본 실시예에 있어서도, 제7도의 실시예와 마찬가지의 특성을 얻을 수 있고, 또 활성층 구조에 괸해서도 제7도의 실시예에서 도시한 범위는 모두 적용가능하고 마찬가지의 특성을 얻을 수 있었다.

[실시예 5]

제9도를 사용해서 설명한다.

n형 GaAs기판(18)상에 n형 GaAlAs크래드층(13), 제4도의 실시예와 마찬가지로 다중 양자우물활성층(20), P형 GaAlAs크래드층(14)을 성장한후, 포토에칭에 의해 폭 1∼5㎛의 스트라이프 형상으로 남도록 n형 GaAs기판(18)까지 이르는 에칭을 행하고, 그후 P형 GaAlAs매립층(22), n형 GaAlAs층(29)을 성장하고, Zn확산영역(30)을 형성한다. 그후 P측전극(24), n측전극(25)을 형성한 후, 벽개법에 의해 공진기장 약 300㎛의 레이저 소자를 얻었다. 본 실시예에 있어서도 양호한 고속변조 특성을 나타내고, 활성층의 주위가 모두 GaAlAs로 둘러싸여 있으므로 캐리어의 가로방향 확산이 없고 더욱 고속특성이 뛰어나며 20㎓까지의 변조를 할 수 있었다. 또 활성층 구조에 관해서도 제4도의 실시예에서 도시한 범위는, ,모두 적용 가능하고 마찬가지의 특성을 얻을 수 있었다.

[실시예 6]

제10도를 사용해서 설명한다.

절연성 GaAs기판(31)상에 언도우프 GaAlAs층(32), 두께 70Å의 언도우프 GaAs웰층(11)을 3층, 두께 10Å의 언도우프 Ga0.7Al0.3As층(15)으로 끼운 두께 20Å 2×10¹⁸(cm^-3)의 Se도우프를 행한 n-Ga0.7Al0.3As층(17)으로 형성된 배리어층 2층을 교호로 형성, 다시 두께 70Å의 언도우프 GaAs웰층을 2층, 두께 10Å의 언도우프 Ga0.7Al0.3As층(15)으로 끼운 두께 20Å의 2×10¹⁸(cm^-3)의 Mg도우프를 행한 P-Ga0.7Al0.3As층(15)으로 형성된 배리어층 2층을 교호로 형성한 다중 양자우물활성층(20), 언도우프 GaAlAs층(32)을 형성한다. 그후, 폭 1∼5㎛의 스트라이프 형상으로 성장층을 남기고, P형 GaAlAs매립층(22), n형 GaAlAs매립층(29)을 형성한 후, P전극층(24), n전극층(25)을 형성한후, 벽개법에 의해 공진기장 약 300㎛의 레이저 소자를 얻었다. 이 레이저 소자는 활성층에 대하여, 캐리어를 가로 주입하는 구조로 되어있다. 또 다중 양자 우물활성층은, 그 배리어층에 Pn양쪽의 불순물을 공급하고 있으므로, 주입 캐리어에 대한 이득의 증가분은 더욱 커지며, 20㎓까지의 직접변조를 가능하게 하였다. 이 P, n양쪽의 불순물을 배리어층에 가진 다중 양자우물활성층을 제7도, 제8도, 제9도에 도시한 실시예에 적용한즉 마찬가지의 고속변조 특성을 얻을 수 있었다. 또 상기 각 실시예에 있어서 P형 불순물로서 Be, n형 불순물로서 Si를 적용해도 마찬가지의 결과를 얻을수 있었다.

[실시예 7]

n형 GaAs기판(18)상에 n형 GaAlAs크래드층(13), 1×10¹⁷(cm^-13)의 Mg을 도우프한 P-Ga0.8Al0.2As웰층 5층과, 2×10¹⁸(cm^-3)의 Mg을 도우프한 P-Ga0.7Al0.3As배리어층 4층을 적층한 양자우물층(40)을 형성하고, 그위에 1×10¹⁷(cm^-3)의 Se를 도우프한 P-Ga0.8Al0.2As웰층 4층과 1×10¹⁹(cm^-3)의 Se를 도우프한 P-Ga0.7Al0.3As배리어층 4층을 적층한 양자우물층(50)을 형성하여, 양자우물활성층(20)을 형성하였다. 다시 그위에 P형 GaAlAs크래드층(14) 및 P형 GaAs갭층(23)을 순차 MOCVD법에 의해 형성하고, 그 후 실시예 4와 마찬가지로 스트라이프 구조로하고, 전극(24)(25)의 형성등을 행해서 반도체 레이저를 얻었다. 이 레이저 변조속도는 15㎓였다.

[실시예 8]

n형 GaAs기판상에 n형 GaAlAs계 크래드층, 막두께 40Å의 언도우프 GaAlAs웰층 5층과 막두께 10Å의 언도우프 Ga0.7Al0.3As, 막두께 30Å의 P-Ga0.7Al0.3As 및 막두께 10Å 언도우프 Ga0.7Al0.3As를 순차 적층한 배리어층(4)을 교호로 적층한후, 그위에, 막두께 10Å의 언도우프 Ga0.7Al0.3As 층과 막두께 20Å의 P-Ga0.7Al0.3As 층으로 이루어진 배리어층과 언도우프 GaAlAs 웰층을 형성한 양자우물활성층, P형 GaAlAs계 크래드층을 MOCVD법으로 순차 형성하고, 그외는 실시예4와 마찬가지로 해서 반도체 레이저를 제작하였다. 이 반도체 레이저의 특성은 실시예 3와 마찬가지였다.

[실시예 9]

GaAs기판상에 n형 크래드층을 형성한 후, 그위에 언도우프웰층 5층과 웰층과 접하는 1원자층을 언도우프하고, 그외의 부분을 P형으로한 배리어층 4층을 교호로 적층한 양자우물활성층을 형성하고, 그위에 P형 크래드층을 형성하고, 그외를 실시예 4와 마찬가지의 방법에 의해서 반도체 레이저를 얻었다. 이 레이저의 변조속도는 13㎓였다.

또한, 상기 실시예의 반도체 레이저에 대해서, 도우핑량을 변화해서 제작한 즉 도우핑량이 5×10¹⁷(cm^-3) 으로부터 본 발명의 효과가 현저히 나타났으나(제12도 참조), 도우핑량이 2×10¹⁹(cm^-3) 가 되면 결정결함이 많아져서, 반도체 레이저를 얻을 수 없었다.

Claims

반도체 기판상에 적어도 크래드층(2), 활성층(3) 혹은 웰층(11)과 배리어층(4)을 상호로 적층해서 이루어진 다중 양자우물형 활성층(3)을 포함하는 반도체층군을 가지고, 이 활성층(3)의 두께가 결정내 자유전자의 파속의 크기보다 작은 반도체 레이저에 있어서, 이 활성층(3)에 불순물을 주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
제1항에 있어서, 불순물이 억셉터인 것을 특징으로 하는 레이저.
제1항에 있어서, 상기 다중 양자우물형 활성층(3)에의 불순물 주입에 있어서, 상기 웰층(활성층)(3)의 불순물 밀도보다 상기 배리어층(4)의 불순물 밀도를 크게한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
반도체 기판상에 형성된 복수의 반도체층 중에, 전자의 드브로이 파장 이하의 두께를 가진 웰층(11)과, 이 웰층(11)보다도 금지대폭이 넓은 배리어층(16)을 교호로 중첩시킨 다중 양자우물활성층(20)과 이 다중 양자우물활성층(20)을 끼우도록 상기 웰층(11)보다도 금지대폭이 넓은 P형(14) 및 n형크래드층(13)을 가진 반도체 레이저에 있어서, 그 다중 양자우물활성층(20)의 적층방향에 관해서 다중 양자우물활성층(20)을 형성하는 각층의 도전형이 공간적으로 다른 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
제4항에 있어서, 상기 다중 양자우물활성층중, 상기 P형 크래드층(14)으로부터 인접해서 연속하는 적어도 1조의 웰층(11)과 배리어층(15)의 도전형이 n형이며, 이 영역 이외의 다중 양자우물활성층(20)의 도전형이 P형인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
제4항에 있어서, 상기 다중 양자우물활성층(20)중 상기 P형 크래드층(14)으로부터 인접해서 연속하는 적어도 1층의 배리어층(15)의 도전형이 n형이고, 이 영역이외의 다중 양자우물활성층(20)의 배리어층(15)의 도전형이 P형이며, 모든 웰층(11)은 언도우프인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
제4항에 있어서, 상기 다중 양자우물층(20)중 상기 P형 크래드층(14)으로부터 인접해서 연속하는 적어도 1층의 배리어층(15)의 도전형이 n형이거나 웰층(11)과 접하는 계면으로부터 적어도 1원자층이 언도우프이고, 이 영역 이외의 다중 양자우물활성층(20)의 배리어층(15)의 도전형이 P형이거나 웰층(11)과 접하는 계면으로부터 적어도 1원자층이 언도우프이며, 모든 웰층(11)은 언도우프인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
제4항에 있어서, 상기 배리어층(15)의 도전형이 웰층(11)과 접하는 계면으로부터 적어도 1원자층이 언도우프이고, 이 영역 이외의 배리어층(15)이 P형이며, 웰층(11)은 언도우프인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
제4항에서 제8항까지 어느 한 항에 있어서, 상기 p형 불순물이 Be, Mg, n형 불순물이 Se, Si이며, 그 불순물 농도가 5×10¹⁷(cm^-3) 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.