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JP2624588B2 - Compound semiconductor laser - Google Patents

Compound semiconductor laser

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Publication number
JP2624588B2
JP2624588B2 JP29377791A JP29377791A JP2624588B2 JP 2624588 B2 JP2624588 B2 JP 2624588B2 JP 29377791 A JP29377791 A JP 29377791A JP 29377791 A JP29377791 A JP 29377791A JP 2624588 B2 JP2624588 B2 JP 2624588B2
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JP
Japan
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layer
inp
compound semiconductor
semiconductor laser
active layer
Prior art date
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Application number
JP29377791A
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Japanese (ja)
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JPH05110195A (en
Inventor
▲みつ▼夫 山本
知生 山本
純一 中野
信頼 都築
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP29377791A priority Critical patent/JP2624588B2/en
Publication of JPH05110195A publication Critical patent/JPH05110195A/en
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Publication of JP2624588B2 publication Critical patent/JP2624588B2/en
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、p形InP(以下、p
−InPと記す。他の符号についても同様とする)単結
晶基板上に、エピタキシャル成長法によって形成する長
波長半導体レーザに関し、特に、活性層直上に積層され
るIn1-x Gax Asy1-y 層あるいはInP層に活
性層とのヘテロ界面からn形不純物を高濃度に添加した
薄層を設けることで、特性に優れた長波長の化合物半導
体レーザを高歩留まりで提供しようとするものである。
The present invention relates to a p-type InP (hereinafter referred to as p-type InP).
Notated as -InP. Other This also applies to sign) single crystal substrate, relates the long wavelength semiconductor laser formed by the epitaxial growth method, in particular, In 1-x Ga x As y P 1-y layer or InP laminated immediately above the active layer By providing a thin layer in which an n-type impurity is added at a high concentration from the hetero interface with the active layer, it is intended to provide a long wavelength compound semiconductor laser having excellent characteristics at a high yield.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、長波長レーザ素子は、n−InP
単結晶基板上に種々の結晶成長法でダブルヘテロ(D
H)構造をエピタキシャル成長した基板を用いて製作さ
れるのが普通である。これに対して、p−InP単結晶
基板を用いると、InPクラッド層の電気伝導形がn形
になることから、以下のような利点が生じる。まず、n
−InP層の方がp−InP層に比べて1桁以上比抵抗
が小さいため、電極形成プロセスが極めて容易になる。
さらに、n−InP層の方が熱伝導度が高いため、エピ
タキシャル成長したInPクラッド層側をヒートシンク
に接着する、いわゆるジャンクションダウンボンディン
グをすることで、動作時の発熱をより効率的に放熱する
ことができるという特徴を有する。このことは、特に、
長波長レーザ素子は一般に動作電流値が大きく、かつ温
度特性が悪いため、高温で使用する場合には大きな利点
となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, long-wavelength laser devices have been known as n-InP.
Double hetero (D) on single crystal substrate by various crystal growth methods
H) It is usually manufactured using a substrate on which a structure is epitaxially grown. On the other hand, when the p-InP single crystal substrate is used, the electric conduction type of the InP cladding layer becomes n-type, and the following advantages are obtained. First, n
Since the specific resistance of the -InP layer is smaller than that of the p-InP layer by one digit or more, the electrode forming process becomes extremely easy.
Furthermore, since the n-InP layer has a higher thermal conductivity, so-called junction down bonding, in which the epitaxially grown InP clad layer is bonded to a heat sink, can more efficiently radiate heat generated during operation. It has the feature of being able to. This is, in particular,
A long-wavelength laser device generally has a large operating current value and poor temperature characteristics, and thus has a great advantage when used at a high temperature.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、p形InP単
結晶基板を用いると、基板の不純物源であるZnの拡散
あるいはオートドーピングが不可避のため、しきい値電
流密度の増大、発光効率の劣化、素子製造留まりの劣化
といった問題が生じ、一般に特性の優れたレーザ素子を
再現性よく作製するのは難しい。
However, when a p-type InP single crystal substrate is used, diffusion or auto-doping of Zn, which is an impurity source of the substrate, is inevitable, so that the threshold current density increases and the luminous efficiency deteriorates. In addition, there arises a problem such as deterioration of device production yield, and it is generally difficult to produce a laser device having excellent characteristics with good reproducibility.

【0004】従って、p−InP単結晶基板を用いて長
波長LD用DH基板を成長する場合には、基板から不純
物源であるZnがエピタキシャル成長層中に拡散してく
るのを防ぐことが、実用的特性を有するLD素子を得る
ための必須条件になる。In1-x Gax Asy1-y
るいはIn1-x Gax As混晶よりなる活性層中に高濃
度にZnが取り込まれてしまうと、活性層の光吸収損失
を増大させたり、あるいはInP層と活性層とのヘテロ
界面にパイルアップするなどによりLD素子の特性が著
しく劣化してしまう。このため、従来はp−InPバッ
ファ層を1〜3μmと厚く基板直上に成長し、活性層を
基板から極力遠避けることでZnの拡散によるLD素子
の特性劣化を防止していた。しかし、よく知られている
ように、p−InP層はn−InP層に比しその比抵抗
が1〜2桁大きく、p−InPバッファ層を厚くするこ
とはLD素子の抵抗値がn−InP基板上のLD素子に
比べて増大し、素子動作時に発熱量の増大、高速動作特
性劣化という問題が避けれられない。また、厚い層を成
長することは、成長時間の増大、成長用原料の消費量増
大に結び付き、結果として製造されるLD素子の高価格
化を招くという欠点も有する。
Therefore, when growing a DH substrate for a long wavelength LD using a p-InP single crystal substrate, it is practical to prevent Zn as an impurity source from diffusing from the substrate into the epitaxial growth layer. This is an essential condition for obtaining an LD element having characteristic characteristics. When In 1-x Ga x As y P 1-y or In 1-x Ga x As Zn at a high concentration in the active layer made of mixed crystal will be taken, or increase the light absorption loss of the active layer, Alternatively, the characteristics of the LD element are significantly deteriorated due to pile-up at the hetero interface between the InP layer and the active layer. For this reason, conventionally, the p-InP buffer layer is grown as thick as 1 to 3 μm directly above the substrate, and the active layer is kept as far away from the substrate as possible to prevent the deterioration of the characteristics of the LD element due to the diffusion of Zn. However, as is well known, the resistivity of the p-InP layer is one or two orders of magnitude higher than that of the n-InP layer, and increasing the thickness of the p-InP buffer layer increases the resistance of the LD element to n-InP. Inevitably, the problem is increased compared to the LD element on the InP substrate, and the amount of heat generated during operation of the element and high-speed operation characteristics are degraded. In addition, growing a thick layer leads to an increase in growth time and an increase in the consumption of growth raw materials, and as a result, there is a disadvantage in that the cost of an LD device manufactured is increased.

【0005】また、p−InP単結晶基板を用いたレー
ザ素子としては、Znの拡散、オートドーピングの問題
の比較的少ない液相成長法によってエピタキシャル成長
した基板を用いても可能であるが、この場合でも、本発
明によるエピタキシャル構造を適用すれば、本発明と同
様な効果が期待できる。
As a laser device using a p-InP single crystal substrate, it is possible to use a substrate epitaxially grown by a liquid phase growth method, which has relatively few problems of Zn diffusion and auto doping. However, if the epitaxial structure according to the present invention is applied, the same effect as the present invention can be expected.

【0006】本発明の目的は、p−InP単結晶基板上
にレーザ素子用ダブルヘテロ構造を成長した場合のこれ
らの問題を解決し、特性に優れた化合物半導体エピタキ
シャル基板を高歩留まりで提供することにある。
An object of the present invention is to solve these problems when a double heterostructure for a laser device is grown on a p-InP single crystal substrate, and to provide a compound semiconductor epitaxial substrate having excellent characteristics at a high yield. It is in.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明においては、p−
InP単結晶基板の直上に膜厚が1.0μm以下のエピ
タキシャル成長させたInP層と、このInP層の上に
形成された単層のIn1-x Gax Asy1-y 四元混晶
よりなる活性層と、さらに、この活性層の上にn形不純
物を添加したn−InP層が積層されたダブルヘテロ構
造長波長レーザにおいて、活性層とのヘテロ界面から少
なくとも10nmに亘ってn−InP層の不純物濃度よ
りも高濃度にn形不純物を添加したn+ −InP薄層が
設けられているものである。
According to the present invention, p-
And the InP layer having a thickness by epitaxial growth of 1.0μm or less directly on the InP single crystal substrate, In 1-x Ga x As y P 1-y quaternary mixed crystal of a single layer formed on the InP layer In a double-heterostructure long-wavelength laser in which an active layer made of an active layer and an n-InP layer doped with an n-type impurity is further stacked on the active layer, n- An n + -InP thin layer to which an n-type impurity is added at a higher concentration than the impurity concentration of the InP layer is provided.

【0008】また、p−InP単結晶基板の直上に膜厚
が1.0μm以下のエピタキシャル成長させたInP層
と、このInP層の上に形成された多層のIn1-x Ga
x Asy1-y 四元混晶あるいはIn1-x Gax As三
元混晶よりなる活性層と、さらに、この活性層の上にn
形不純物を添加したn−InP層が積層されたダブルヘ
テロ構造長波長レーザにおいて、活性層が発光層とその
直上にこの発光層よりバンドギャップが大きく、かつI
nPにほぼ格子整合し、かつn形不純物が添加されたn
−In1-x Gax Asy1-y ガイド層を備え、このn
−In1-x Gax Asy1-y ガイド層に発光層とのヘ
テロ界面から少なくとも10nmに亘ってより高濃度の
n形不純物が添加されたn+ −In1-x Gax Asy
1-y ガイド層が設けられているものである。
Further, an InP layer having a thickness of 1.0 μm or less epitaxially grown immediately above a p-InP single crystal substrate, and a multi-layered In 1-x Ga layer formed on the InP layer.
x As y P 1-y and the active layer made of quaternary mixed crystal or In 1-x Ga x As ternary mixed crystal, further, n on the active layer
In a double-heterostructure long-wavelength laser in which an n-InP layer doped with a p-type impurity is stacked, the active layer has a band gap larger than that of the light emitting layer immediately above the light emitting layer, and the I
n is substantially lattice-matched to nP and is doped with an n-type impurity.
-In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer provided with, this n
-In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer on at least 10nm higher concentration n-type impurity over the hetero interface between the light emitting layer is added n + -In 1-x Ga x As y P
A 1-y guide layer is provided.

【0009】さらに、p−InP単結晶基板直上に成長
したInP層がp形不純物を添加したInP層と活性層
側に不純物が添加されていないInP層とからなるもの
である。
Further, the InP layer grown directly on the p-InP single crystal substrate is composed of an InP layer doped with a p-type impurity and an InP layer doped with no impurity on the active layer side.

【0010】[0010]

【作用】本発明においては、n+ −InP薄層あるいは
+ −In1-x Gax Asy1-y ガイド層または不純
物が添加されていないInP層が設けられているので、
p−InP単結晶基板に添加したZnあるいはp−In
Pバッファ層に添加したZnが活性層中に拡散したとし
ても、pn接合界面がn−InP層あるいはn−In
1-x Gax Asy1-y ガイド層中に移動してしまうの
を防止することができ、LD素子の特性が劣化しない。
In the present invention, since InP layer n + -InP thin layer or n + -In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer or the impurity is not added is provided,
Zn or p-In added to p-InP single crystal substrate
Even if Zn added to the P buffer layer diffuses into the active layer, the pn junction interface is not n-InP layer or n-In
1-x Ga x As y P 1-y moves to the guide layer causes the can to prevent it, the characteristics of the LD element is not deteriorated.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の第1の実施例を図1に示す。図1は
p−InP単結晶基板上に有機金属気相(MOCVD)
エピタキシャル成長により構成された発振波長1.3μ
m帯の化合物半導体レーザの要部の断面図であり、図2
に、図1の実施例における不純物濃度分布を示してあ
る。図2の横軸は不純物濃度を、縦軸は図1の断面図に
対応する膜厚を表す。図1において、1はp−InP単
結晶基板であり、不純物源として亜鉛(Zn)が用いら
れているのが普通であり、その濃度は概略5×1018
cm3 程度である。2は不純物源としてZnを0.5〜
1×1018/cm3 程度添加してp−InP単結晶基板
1直上にエピタキシャル成長させたp−InPバッファ
層であり、その膜厚は約0.5μmである。引き続き、
不純物を添加しないInPバッファ層21を約0.1μ
m、In1-x Gax Asy1-y四元混晶(x=0.2
8,y=0.61)よりなる活性層(発光層)3を約
0.15μm成長した後に、n形不純物を1×1018
cm3 程度添加したInP層、すなわちn−InPクラ
ッド層4を1μm以上順次積層してDH構造が構成され
る。さらに、本発明では、活性層3とn−InPクラッ
ド層4のヘテロ界面に、n−InPクラッド層4に比し
て高濃度(2〜10×1018/cm3 )にn形不純物が
添加されたn+ −InP薄層41が約20nmの厚みで
挿入されている。このような積層構造を取ることで、p
−InP単結晶基板1直上にInPバッファ層2とIn
Pバッファ層21を僅か0.6μm程度成長しただけに
もかかわらず、しきい値電流密度Jth=1.6〜2.0
KA/cm2 、外部量子効率η=25〜30%(両面劈
開、共振器長=300μm)、特性温度T0 =50〜6
0℃と、優れた特性を有するLD素子を高歩留まりで得
ることができた。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Figure 1 shows a metalorganic vapor phase (MOCVD) on a p-InP single crystal substrate.
Oscillation wavelength 1.3μ formed by epitaxial growth
FIG. 2 is a sectional view of a main part of an m-band compound semiconductor laser, and FIG.
FIG. 3 shows an impurity concentration distribution in the embodiment of FIG. The horizontal axis in FIG. 2 represents the impurity concentration, and the vertical axis represents the film thickness corresponding to the sectional view in FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a p-InP single crystal substrate, which generally uses zinc (Zn) as an impurity source, and has a concentration of approximately 5 × 10 18 /.
cm 3 . 2 is 0.5 to 0.5% Zn as an impurity source.
This is a p-InP buffer layer that is epitaxially grown on the p-InP single crystal substrate 1 by adding about 1 × 10 18 / cm 3 , and has a thickness of about 0.5 μm. Continued
About 0.1 μm of the InP buffer layer 21 to which no impurity is added.
m, In 1-x Ga x As y P 1-y quaternary mixed crystal (x = 0.2
8, y = 0.61) after growing an active layer (light emitting layer) 3 of about 0.15 μm and then adding an n-type impurity to 1 × 10 18 /
An DH structure is formed by sequentially laminating an InP layer added to about 3 cm 3 , that is, an n-InP clad layer 4 of 1 μm or more. Further, in the present invention, an n-type impurity is added to the hetero interface between the active layer 3 and the n-InP cladding layer 4 at a higher concentration (2 to 10 × 10 18 / cm 3 ) than the n-InP cladding layer 4. The n + -InP thin layer 41 is inserted with a thickness of about 20 nm. By taking such a laminated structure, p
-InP buffer layer 2 and In
Although the P buffer layer 21 is grown only by about 0.6 μm, the threshold current density J th = 1.6 to 2.0
KA / cm 2 , external quantum efficiency η = 25-30% (double-sided cleavage, resonator length = 300 μm), characteristic temperature T 0 = 50-6
An LD device having excellent characteristics of 0 ° C. was obtained with a high yield.

【0012】これは、本発明による、InPバッファ層
21及び高濃度に不純物が添加されたn+ −InP薄層
41を活性層3の上下に挿入した効果であり、これらの
層がない限り、p−InPバッファ層2の膜厚が高々
0.6μmと言う小さな値で、上記の如き優れた特性を
歩留まり良く得ることはできない。不純物Znを添加し
ないInPバッファ層21を挿入することで、p−In
Pバッファ層2に添加したZnあるいは基板からのZn
が活性層3中に拡散し、レーザ素子の特性が劣化するの
を防ぐことができる。さらに、何等かの原因でp−In
Pバッファ層2と活性層3とのヘテロ界面に結晶欠陥が
発生すると、不純物源であるZnと、この結晶欠陥とが
複合体を形成し、ダブルヘテロ結晶の結晶性を著しく低
下させるが、InPバッファ層21をp−InPバッフ
ァ層2と活性層3との間に挿入することにより、複合体
の発生が防止され、結晶成長の歩留まりが向上する。
This is an effect of the present invention in which the InP buffer layer 21 and the n + -InP thin layer 41 doped with a high concentration are inserted above and below the active layer 3. When the thickness of the p-InP buffer layer 2 is as small as 0.6 μm at the most, the above-described excellent characteristics cannot be obtained with high yield. By inserting the InP buffer layer 21 to which the impurity Zn is not added, p-In
Zn added to the P buffer layer 2 or Zn from the substrate
Can be prevented from diffusing into the active layer 3 and deteriorating the characteristics of the laser element. Further, for some reason, p-In
When a crystal defect occurs at the hetero interface between the P buffer layer 2 and the active layer 3, Zn as an impurity source and this crystal defect form a complex, which significantly lowers the crystallinity of the double hetero crystal. By inserting the buffer layer 21 between the p-InP buffer layer 2 and the active layer 3, generation of a composite is prevented, and the yield of crystal growth is improved.

【0013】n+ −InP薄層41は、活性層3とn−
InPクラッド層4とのヘテロ界面に挿入され、不純物
密度はn−InPクラッド層4の少なくとも2倍以上、
通常は2〜10×1018/cm3 とした。p−InP単
結晶基板1を用い、かつp−InPバッファ層2とIn
Pバッファ層21の厚みが本実施例のように0.6μm
程度と薄い場合には、不純物であるZnの拡散あるいは
p−InP単結晶基板1からのZnのオートドーピング
により、活性層3は不純物を添加することなく成長して
も図2に点線で示したように、通常p=1016〜1017
/cm3程度のキャリア密度を持つp形伝導を示す。さ
らに、p−InP単結晶基板1の不純物濃度が高すぎた
り、あるいは何等かの原因で不純物として添加されたZ
nの電気的活性化率が低いような場合には、Znの拡散
係数が大きくなり、活性層3とn−InPクラッド層4
のヘテロ界面にZnがパイルアップし、n形不純物を補
償してしまう。あるいはヘテロ界面に発生する結晶欠陥
によりn形不純物の活性化率が低下する等の結果、n−
InPクラッド層4のヘテロ界面に約10nm程度に亘
って低キャリア密度を有する遷移層が形成される。本
来、n−InPクラッド層4はn形電気伝導を示すこと
が良好なLD特性を得るために必須であり、低キャリア
密度の遷移層がヘテロ界面に形成されると、先に述べた
ようにZnの拡散あるいはオートドーピングによりp形
に変成してしまい、いわゆるリモートジャクションとな
り、LD特性を著しく損なう原因になる。この遷移層の
存在が、p−InP単結晶基板1を用いたレーザ素子が
歩留まり良く製造できない一つの原因であり、本発明で
は、図1の実施例に示したように、活性層3とn−In
Pクラッド層4の間に高濃度にn形不純物を添加したn
+ −InP薄層41を挿入することにより、ヘテロ界面
の変成層の発生を防ぐことが可能となる。
The n + -InP thin layer 41 is composed of the active layer 3 and the n-
Inserted at the hetero interface with the InP cladding layer 4, the impurity density is at least twice that of the n-InP cladding layer 4,
Usually, it was set to 2 to 10 × 10 18 / cm 3 . A p-InP single crystal substrate 1 is used, and p-InP buffer layer 2 and In
The thickness of the P buffer layer 21 is 0.6 μm as in this embodiment.
In the case where the active layer 3 is as thin as possible, the active layer 3 is grown without adding impurities by diffusion of Zn as an impurity or auto-doping of Zn from the p-InP single crystal substrate 1 as shown by a dotted line in FIG. Thus, usually p = 10 16 to 10 17
P-type conduction having a carrier density of about / cm 3 . Furthermore, the impurity concentration of the p-InP single crystal substrate 1 is too high, or Z added as an impurity for some reason.
When the electrical activation rate of n is low, the diffusion coefficient of Zn becomes large, and the active layer 3 and the n-InP clad layer 4
Piles up at the hetero interface, and compensates for n-type impurities. Alternatively, as a result of a decrease in the activation rate of the n-type impurity due to crystal defects occurring at the hetero interface, n-
At the hetero interface of the InP cladding layer 4, a transition layer having a low carrier density over about 10 nm is formed. Originally, it is essential for the n-InP cladding layer 4 to exhibit n-type electric conduction in order to obtain good LD characteristics. If a low carrier density transition layer is formed at the hetero interface, as described above, Transformation into p-type due to Zn diffusion or auto-doping causes so-called remote junction, which significantly impairs LD characteristics. The existence of this transition layer is one of the reasons that a laser device using the p-InP single crystal substrate 1 cannot be manufactured with a high yield. In the present invention, as shown in the embodiment of FIG. -In
N with a high concentration of n-type impurity added between the P cladding layers 4
By inserting the + -InP thin layer 41, it is possible to prevent generation of a metamorphic layer at the hetero interface.

【0014】なお、n−InPクラッド層4全体を高濃
度にn形不純物添加することもp形変成層の発生を防ぐ
ことに有効ではあるが、よく知られているように、良好
な結晶性を保持したまま、高濃度にn形不純物が添加さ
れたInP層を厚く成長することは困難である。また、
n−InP層のキャリア密度が高い、すなわち比抵抗が
不必要に低くなると、埋め込み形LD素子を形成したと
きに、リーク電流が生じやすくなるという問題もある。
さらには、1〜2×1018/cm3 以上のキャリア密度
になると、フリーキャリアによる光吸収損失が急激に増
大し、LD素子特性を劣化させるという問題も発生す
る。そこで、本発明では、活性層3とのヘテロ界面より
約20nmの厚さの高濃度n+ −InP薄層41を挿入
することで、p−InP単結晶基板1を用いた高性能長
波長LD素子を高歩留まりで製造することを可能とし
た。
Although the addition of a high concentration of n-type impurities to the entire n-InP cladding layer 4 is effective in preventing the formation of a p-type metamorphic layer, it is well known that good crystallinity is obtained. It is difficult to grow an InP layer to which an n-type impurity is added at a high thickness while maintaining the thickness. Also,
If the carrier density of the n-InP layer is high, that is, if the specific resistance is unnecessarily low, there is also a problem that a leakage current is likely to occur when a buried LD element is formed.
Further, when the carrier density becomes 1 to 2 × 10 18 / cm 3 or more, the light absorption loss due to free carriers increases sharply, and the problem of deteriorating the LD element characteristics occurs. Therefore, in the present invention, a high-concentration long-wavelength LD using the p-InP single crystal substrate 1 is inserted by inserting a high-concentration n + -InP thin layer 41 having a thickness of about 20 nm from the hetero interface with the active layer 3. The device can be manufactured with a high yield.

【0015】図3に本発明の第2の実施例を示す。図3
はp形InP単結晶基板1上にMOVPEエピタキシャ
ル成長により構成された発振波長1.55μm帯のDF
B化合物半導体レーザの要部の断面図、図4はその不純
物濃度分布である。1,2及び21は第1の実施例と同
様に、各々p−InP単結晶基板、p−InPバッファ
層及び不純物を添加していないInPバッファ層であ
る。引続き、不純物を添加しないInPバッファ層21
にほぼ格子整合したバンドギャップ波長約1.3μmの
In1-x Gax Asy1-y バッファ層31を約0.0
5μm、In1-xGax Asy1-y 混晶(x=0.4
2,y=0.90)よりなる発光層30を約0.10μ
m成長した後に、n形不純物を添加したn−InPにほ
ぼ格子整合したバンドギャップ波長約1.3μmのn−
In1-x Gax Asy1-y ガイド層32を0.1〜
0.15μm成長する。DFBレーザとする場合には、
このガイド層にグレーティングを形成し、その上にn形
不純物を1×1018/cm3 程度添加したInP層、す
なわち、n−InPクラッド層4を1μm以上順次積層
してDH構造が構成される。In1-x Gax Asy
1-y ガイド層は、活性層3とのヘテロ界面から少なくと
も10nmの厚さで高濃度にn形不純物が添加されたn
+ −In1-x Gax Asy1-y ガイド層33と、1×
1018/cm3 程度に不純物が添加されたn−In1-x
Gax Asy1-y ガイド層32よりなる。高濃度キャ
リア濃度層であるn+ −In1-x Gax Asy1-y
イド層33は、少なくとも2×1018/cm3 の不純物
濃度となっている。このような層構成を用いることで、
第1の実施例で説明したように、p−InPバッファ層
2とInPバッファ層21の膜厚を、高々0.6μm程
度と薄くしても、良好な特性を有するLD素子を、歩留
まりよく成長することができる。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. FIG.
Is a DF having an oscillation wavelength of 1.55 μm band formed by MOVPE epitaxial growth on a p-type InP single crystal substrate 1.
FIG. 4 is a sectional view of a main part of the B compound semiconductor laser, and FIG. 4 shows an impurity concentration distribution thereof. 1, 2, and 21 are a p-InP single crystal substrate, a p-InP buffer layer, and an InP buffer layer to which no impurity is added, respectively, as in the first embodiment. Subsequently, the InP buffer layer 21 to which no impurity is added
In the nearly lattice matched to the bandgap wavelength of about 1.3μm to 1-x Ga x As y P 1-y buffer layer 31 of about 0.0
5μm, In 1-x Ga x As y P 1-y mixed crystal (x = 0.4
2, y = 0.90) to about 0.10 μm.
After m-growth, n-type semiconductor having a bandgap wavelength of about 1.3 μm, which is almost lattice-matched to n-InP doped with n-type impurities.
0.1 the In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer 32
It grows 0.15 μm. When using a DFB laser,
A DH structure is formed by forming a grating on this guide layer and sequentially laminating an InP layer on which an n-type impurity is added at about 1 × 10 18 / cm 3 , that is, an n-InP cladding layer 4 of 1 μm or more. . In 1-x Ga x As y P
The 1-y guide layer has a thickness of at least 10 nm from the hetero interface with the active layer 3 and is highly doped with n-type impurities.
A + -In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer 33, 1 ×
N-In 1-x doped with about 10 18 / cm 3
The Ga x As y P 1-y guide layer 32 is formed. High concentration of carrier concentration layer n + -In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer 33 has a dopant concentration of at least 2 × 10 18 / cm 3. By using such a layer configuration,
As described in the first embodiment, even if the thicknesses of the p-InP buffer layer 2 and the InP buffer layer 21 are made as thin as about 0.6 μm, an LD element having good characteristics is grown with high yield. can do.

【0016】なお、本実施例では、発振波長が1.55
μmの場合で説明したが、全く同様の層構成でIn1-x
Gax Asy1-y 混晶の組成比を変えるだけで、他の
発振波長を有するLD素子を作ることも当然可能であ
る。また、活性層3を単一組成のIn1-x Gax Asy
1-y あるいはIn1-x Gax As混晶で構成したが、
この代わりに、超格子構造を用いても全く同様な効果が
得られるのはいうまでもない。すなわち、バンドギャッ
プ波長が1.0〜1.35μmのInPにほぼ格子整合
したIn1-x Gax Asy1-y 混晶を障壁層とし、I
nGaAs、InGaAsPまたはInGaA1As混
晶等を井戸層としたMQWあるいはSLS(歪超格子ま
たは歪MQW)で活性層3を構成することができる。
In this embodiment, the oscillation wavelength is 1.55
μm, the In 1-x
By simply changing the composition ratio of the Ga x As y P 1 -y mixed crystal, it is of course possible to produce an LD device having another oscillation wavelength. Also, an In 1-x of the active layer 3 single composition Ga x As y
It was composed of P 1-y or In 1-x Ga x As mixed crystal,
It goes without saying that the same effect can be obtained by using a superlattice structure instead. That is, the In 1-x Ga x As y P 1-y mixed crystal bandgap wavelength is nearly lattice matched to InP of 1.0~1.35μm a barrier layer, I
The active layer 3 can be composed of MQW or SLS (strained superlattice or strained MQW) using nGaAs, InGaAsP or InGaAs1As mixed crystal as a well layer.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、p−
InP単結晶基板を用いて長波長LD素子用を形成する
に当たり、p形の活性層と接するn形層のキャリア濃度
をn−InPクラッド層のキャリア密度よりも高くした
層をpn接合界面に挿入することにより、また、p−I
nP単結晶基板直上に成長したInP層がp形不純物を
添加したInP層と活性層側に不純物が添加されていな
いInP層とからなるようにしたので、p−InPバッ
ファ層を1μm以下と薄くしても高歩留まりで高性能L
D素子を製造することが可能となる。さらにp−InP
バッファ層膜厚を薄くすることが可能となるため、LD
素子の抵抗値を小さくすることができ、高速動作に有利
となるばかりでなく、発熱量も少なくなり、高温動作に
も有利となる。
As described above, according to the present invention, p-
In forming a long wavelength LD device using an InP single crystal substrate, a layer in which the carrier concentration of the n-type layer in contact with the p-type active layer is higher than the carrier density of the n-InP cladding layer is inserted into the pn junction interface. By doing, pI
Since the InP layer grown directly above the nP single crystal substrate is composed of the InP layer doped with a p-type impurity and the InP layer doped with no impurity on the active layer side, the p-InP buffer layer is made as thin as 1 μm or less. High yield and high performance L
D elements can be manufactured. Furthermore, p-InP
Since the thickness of the buffer layer can be reduced, the LD
The resistance value of the element can be reduced, which is advantageous not only for high-speed operation but also for reduced heat generation and advantageous for high-temperature operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の化合物半導体レーザの第1の実施例を
示す要部の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a first embodiment of a compound semiconductor laser of the present invention.

【図2】図1の実施例における不純物濃度分布図であ
る。
FIG. 2 is an impurity concentration distribution diagram in the embodiment of FIG.

【図3】本発明の化合物半導体レーザの第2の実施例を
示す要部の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a main part showing a second embodiment of the compound semiconductor laser of the present invention.

【図4】図3の実施例における不純物濃度分布図であ
る。
FIG. 4 is an impurity concentration distribution chart in the embodiment of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p−InP単結晶基板 2 p−InPバッファ層 21 InPバッファ層 3 活性層 31 In1-x Gax Asy1-yバッファ層 32 n−In1-x Gax Asy1-y ガイド層 33 n+ −In1-x Gax Asy1-y ガイド層 4 n−InPクラッド層 41 n+ −InP薄層1 p-InP single crystal substrate 2 p-InP buffer layer 21 InP buffer layer 3 an active layer 31 In 1-x Ga x As y P 1-y buffer layer 32 n-In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer 33 n + -In 1-x Ga x As y P 1-y guide layer 4 n-InP cladding layer 41 n + -InP thin layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都築 信頼 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−33990(JP,A) 特開 平2−126692(JP,A) 特開 平3−77391(JP,A) 特開 平3−227089(JP,A) JPN.J.APPL.PHYS.P ART2 30〜10A!(1991)P.L 1722−L1725 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Trust Tsuzuki 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-2-33990 (JP, A) JP-A Heihei 2-126692 (JP, A) JP-A-3-77391 (JP, A) JP-A-3-227089 (JP, A) JPN. J. APPL. PHYS. P ART2 30-10A! (1991) p. L 1722-L1725

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 p−InP単結晶基板の直上に膜厚が
1.0μm以下のエピタキシャル成長させたInP層
と、このInP層の上に形成された単層のIn1-x Ga
x Asy1-y 四元混晶よりなる活性層と、さらに、こ
の活性層の上にn形不純物を添加したn−InP層が積
層されたダブルヘテロ構造長波長レーザにおいて、前記
活性層とのヘテロ界面から少なくとも10nmに亘って
前記n−InP層の不純物濃度よりも高濃度にn形不純
物を添加したn+ −InP薄層が設けられていることを
特徴とする化合物半導体レーザ。
1. An epitaxially grown InP layer having a thickness of 1.0 μm or less directly above a p-InP single crystal substrate, and a single layer of In 1-x Ga formed on the InP layer.
an active layer made of x As y P 1-y quaternary mixed crystal, further, in the double heterostructure long wavelength laser n-InP layer doped with an n-type impurity on the active layer are laminated, the active layer A n + -InP thin layer to which an n-type impurity is added at a concentration higher than the impurity concentration of the n-InP layer over at least 10 nm from a hetero interface with the compound semiconductor laser.
【請求項2】 p−InP単結晶基板の直上に膜厚が
1.0μm以下のエピタキシャル成長させたInP層
と、このInP層の上に形成された多層のIn1-x Ga
x Asy1-y 四元混晶あるいはIn1-x Gax As三
元混晶よりなる活性層と、さらに、この活性層の上にn
形不純物を添加したn−InP層が積層されたダブルヘ
テロ構造長波長レーザにおいて、前記活性層が発光層と
その直上にこの発光層よりバンドギャップが大きく、か
つInPにほぼ格子整合し、かつn形不純物が添加され
たn−In1-x Gax Asy1-y ガイド層を備え、こ
のn−In1-x Gax Asy1-y ガイド層に前記発光
層とのヘテロ界面から少なくとも10nmに亘ってより
高濃度のn形不純物が添加されたn+−In1-x Gax
Asy1-y ガイド層が設けられていることを特徴とす
る化合物半導体レーザ。
2. An InP layer having a thickness of 1.0 μm or less epitaxially grown directly on a p-InP single crystal substrate, and a multilayer In 1-x Ga formed on the InP layer.
x As y P 1-y and the active layer made of quaternary mixed crystal or In 1-x Ga x As ternary mixed crystal, further, n on the active layer
In the double-heterostructure long-wavelength laser in which an n-InP layer doped with a p-type impurity is laminated, the active layer has a band gap larger than that of the light emitting layer immediately above the light emitting layer, is substantially lattice-matched to InP, and comprising a n-in 1-x Ga x as y P 1-y guide layer form impurity is added, hetero interface between the n-in 1-x Ga x as y P 1-y guide layer to the light-emitting layer N + -In 1 -x Ga x doped with a higher concentration of n-type impurity for at least 10 nm
A compound semiconductor laser comprising an As y P 1-y guide layer.
【請求項3】 活性層がp−InP単結晶基板直上に成
長したInPバッファ層と接する側に、発光層よりも大
きなバンドギャップを有し、かつInPにほぼ格子整合
した不純物を添加しないIn1-x Gax Asy1-y
ッファ層を有する請求項1または2に記載の化合物半導
体レーザ。
To 3. A side where the active layer is in contact with the InP buffer layer grown directly on p-InP single crystal substrate, an In 1 to have a larger band gap than the light emitting layer, and without the addition of impurities nearly lattice-matched to InP -x Ga x As y P 1- y compound semiconductor laser according to claim 1 or 2 having a buffer layer.
【請求項4】 発光層が、多重量子井戸構造で構成され
たことを特徴とする請求項2または3に記載の化合物半
導体レーザ。
4. The compound semiconductor laser according to claim 2, wherein the light emitting layer has a multiple quantum well structure.
【請求項5】 p−InP単結晶基板直上に成長したI
nP層にp形不純物源としてZnが0.1〜2.0×1
18/cm3 の範囲で添加されていることを特徴とする
請求項2,3,4のいずれかに記載の化合物半導体レー
ザ。
5. I grown on a p-InP single crystal substrate
0.1 to 2.0 × 1 Zn as a p-type impurity source in the nP layer
5. The compound semiconductor laser according to claim 2, wherein said compound semiconductor laser is added in a range of 0 18 / cm 3 .
【請求項6】 p−InP単結晶基板直上に成長したI
nP層がp形不純物を添加したInP層と活性層側に不
純物が添加されていないInP層とからなることを特徴
とする請求項1,2,3,4のいずれかに記載の化合物
半導体レーザ。
6. I grown on a p-InP single crystal substrate
5. The compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the nP layer comprises an InP layer doped with a p-type impurity and an InP layer doped with no impurity on the active layer side. .
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