JP2865325B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、屈折率ガイド型半導体レーザ装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Purpose of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a refractive index guide type semiconductor laser device.
(従来の技術) 半導体レーザのエピタキシャル成長方法として従来の
液相エピタキシャル成長(LPE)に代わって、有機金属
気相成長法(MOCVD)や分子ビームエピタキシャル成長
法(MBE)などが広く使われるようになってきた。これ
らの成長方法はLPEに比較して量産性や制御性が格段に
優れているが、屈折率ガイド型半導体レーザの活性領域
周囲の厚い埋め込み領域の成長に適さないという問題が
あった。これは、成長速度が遅いこと、深い段差がある
平坦な埋め込み成長が困難であることなどによる。この
ような成長方法に適合したレーザ構造として、レーザ活
性層のヘテロpn接合とクラッド層のpn接合との拡散電位
差を利用した電流狭搾構造があげられる。しかしこのタ
イプのレーザでは、高注入時にクラッド層pn接合にかか
る電圧が拡散電位を越えてクラッド層pn接合がターンオ
ンしてしまい、大きなリーク電流が流れるという問題が
あった。以下この問題を具体的に説明する。(Prior art) Metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD) and molecular beam epitaxy (MBE) have come into widespread use as semiconductor laser epitaxial growth methods instead of conventional liquid-phase epitaxial growth (LPE). . These growth methods are much more excellent in mass productivity and controllability than LPE, but have a problem that they are not suitable for growing a thick buried region around the active region of a refractive index guide type semiconductor laser. This is due to the fact that the growth rate is slow, and it is difficult to grow a flat buried layer having a deep step. As a laser structure suitable for such a growth method, there is a current constriction structure utilizing a diffusion potential difference between a hetero pn junction of a laser active layer and a pn junction of a cladding layer. However, this type of laser has a problem that the voltage applied to the cladding layer pn junction at the time of high injection exceeds the diffusion potential and the cladding layer pn junction turns on, causing a large leak current to flow. Hereinafter, this problem will be specifically described.
第9図はこのような拡散電位差による電流狭搾構造を
持つ半導体レーザの断面図である。この半導体レーザ
は、キャリア密度3×1018cm-3のn型InP基板1上に積
層された厚さ1μm、キャリア密度1×1018cm-3のn型
InPバッファ兼クラッド層(第一半導体層)2と、その
上にストライプ状に形成された幅1.5μm、厚さ0.1μm
のアンドープIn1-xGaxAsyP1-y(波長1.3μm相当の組
成)からなる活性層(第三半導体層)3と、活性層3と
第一半導体層2の上の積層された厚さ1μm、キャリア
密度1×1018cm-3のp型InPクラッド層(第二半導体
層)6と、p型InP層6の上に形成された厚さ0.5μm、
キャリア密度5×1018cm-3のp型In1-xGaxAsyP1-yコン
タクト層7と、基板1の下部に設けられたAuGe電極8
と、コンタクト層7の上に設けられたAuZn/Ti/Pt/Au電
極9とからなる。リーク電流を減らすため、n型クラッ
ド層6から上は幅16μmのメサ構造10にして、埋め込み
ヘテロ接合の面積を小さくしている。なお、図には明示
されていないが、共振器端面はへき開により形成されて
おり、共振器長は400μmである。へき開面のうち出射
側には反射率0.1%の低反射率コーティングが施されて
おり、他方のへき開面には反射率90%の多層膜高反射率
コーティングが施されている。この半導体レーザ・チッ
プは適切なパッケージにマウントおよびボンディングさ
れている。発振波長は1.3μmである。FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor laser having a current constriction structure by such a diffusion potential difference. This semiconductor laser is an n-type semiconductor having a thickness of 1 μm and a carrier density of 1 × 10 18 cm −3 laminated on an n-type InP substrate 1 having a carrier density of 3 × 10 18 cm −3.
InP buffer / cladding layer (first semiconductor layer) 2 having a width of 1.5 μm and a thickness of 0.1 μm formed in stripes thereon
And the undoped In 1-x Ga x As y P 1-y active layer composed of (wavelength 1.3μm equivalent composition) (third semiconductor layer) 3, it is stacked on the active layer 3 of the first semiconductor layer 2 A p-type InP cladding layer (second semiconductor layer) 6 having a thickness of 1 μm and a carrier density of 1 × 10 18 cm −3 , a thickness of 0.5 μm formed on the p-type InP layer 6,
A p-type In 1-x Ga x As y P 1-y contact layer 7 of the carrier density 5 × 10 18 cm -3, AuGe electrode 8 provided on the lower portion of the substrate 1
And an AuZn / Ti / Pt / Au electrode 9 provided on the contact layer 7. In order to reduce the leakage current, a mesa structure 10 having a width of 16 μm is formed above the n-type cladding layer 6 to reduce the area of the buried heterojunction. Although not explicitly shown in the figure, the resonator end face is formed by cleavage, and the resonator length is 400 μm. The emission side of the cleavage surface is coated with a low reflectance coating with a reflectance of 0.1%, and the other cleavage surface is coated with a multi-layer high reflectance coating with a reflectance of 90%. The semiconductor laser chip is mounted and bonded in a suitable package. The oscillation wavelength is 1.3 μm.
電流注入レベルが低い場合は、活性層3を含むダブル
ヘテロpn接合2−3−6と、活性層6のない部分のホモ
pn接合2−6との拡散電位差により、電流は有効に活性
層pn接合内に閉じ込められる。しかしながら、電流注入
レベルを上げていくとpn接合にかかる電圧が高くなって
くるので、印加電圧がホモpn接合の拡散電位を越えるあ
たりから急激にホモpn接合のリーク電流が増加し始め
る。この特性を第3図に点線で示す。注入電流150mA近
辺からリーク電流が急増するので、光出力は140mW付近
で飽和してしまう。このように、拡散電位差により電流
狭搾を行う従来構造の半導体レーザには、高注入時に大
きなリーク電流が流れ、大きな光出力が得られないとい
う問題があった。When the current injection level is low, the double hetero pn junction 2-3-6 including the active layer 3 is not
The current is effectively confined in the active layer pn junction due to the diffusion potential difference from the pn junction 2-6. However, as the current injection level is increased, the voltage applied to the pn junction increases, so that the leakage current of the homo pn junction starts to increase rapidly when the applied voltage exceeds the diffusion potential of the homo pn junction. This characteristic is shown by a dotted line in FIG. Since the leak current rapidly increases from the vicinity of the injection current of 150 mA, the optical output is saturated at around 140 mW. As described above, the conventional semiconductor laser in which the current is narrowed by the diffusion potential difference has a problem that a large leak current flows at the time of high injection and a large optical output cannot be obtained.
(発明の解決しようとする課題) 以上のように、従来の拡散電位差により電流狭搾を行
う半導体レーザでは、高注入時に大きなリーク電流が流
れ、大きな光出力が得られないという問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, a conventional semiconductor laser that performs current narrowing by a diffusion potential difference has a problem that a large leak current flows during high injection and a large optical output cannot be obtained.
本発明の目的は、拡散電位差により電流狭搾を行う半
導体レーザにおいて、高注入時のリーク電流を低減し、
大きな光出力が得られる半導体レーザを提供することに
ある。An object of the present invention is to reduce a leakage current at the time of high injection in a semiconductor laser that performs current narrowing by a diffusion potential difference,
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of obtaining a large optical output.
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、第一導電型の第一半導体層(第一のクラッ
ド層)と第二導電型の第二半導体層(第二のクラッド
層)との間にストライプ状に形成されかつ第一および第
二半導体層よりも禁制帯幅の狭い第三半導体層(活性
層)と、第一及び第二半導体層を介して第三半導体層に
電流を注入する手段とを備えた埋め込みヘテロ構造の半
導体レーザ装置において、第一半導体層第二半導体層と
の間の領域であってかつストライプ状の活性層より外側
の領域(埋め込み領域)に、第一半導体層よりも禁制帯
幅が広くかつ第一半導体層とは格子定数が異なる厚さ25
nm以下のアンドープ第四半導体層[スードモルフィック
(pseudomorphic)層]が形成され、第四半導体層と第
二半導体層との間第四半導体層よりも禁制帯幅が狭い第
一導電型の第五半導体層とが形成され、第二半導体層と
第五半導体層とはpn接合を形成している半導体レーザ装
置である。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a first semiconductor layer (first cladding layer) of a first conductivity type and a second semiconductor layer (second cladding layer) of a second conductivity type. ) And a third semiconductor layer (active layer) having a narrower band gap than the first and second semiconductor layers and a third semiconductor layer via the first and second semiconductor layers. A semiconductor laser device having a buried heterostructure provided with a means for injecting a current, in a region between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and outside a stripe-shaped active layer (buried region), Thickness with a wider forbidden band than the first semiconductor layer and a different lattice constant from the first semiconductor layer 25
An undoped fourth semiconductor layer (pseudomorphic layer) having a thickness of nm or less is formed, and a fourth conductive layer having a narrower forbidden band width than the fourth semiconductor layer between the fourth semiconductor layer and the second semiconductor layer. A semiconductor laser device in which five semiconductor layers are formed, and the second semiconductor layer and the fifth semiconductor layer form a pn junction.
(作用) 第一半導体層と第二半導体層はクラッド層で、第三半
導体層(活性層)より禁制帯幅が大きく、活性層へ電子
と正孔を注入する役割と、活性層に光を閉じ込める役割
を合せ持つ。活性層への電流閉じ込めは、活性層とクラ
ッド層とで形成されたダブルヘテロpn接合と第二半導体
I層と第五半導体層の間に形成された埋め込みpn接合と
の間の拡散電位差により達成される。電流注入レベルが
低い場合は埋め込みpn接合がオンしないのでリーク電流
は流れない。電流注入レベルを上げていくと埋め込みpn
接合にかかる電圧が大きくなってリーク電流が流れ始め
る。このとき従来の半導体レーザでは急速にリーク電流
が増加してしまうが、本発明の半導体レーザでは第四半
導体層が障壁となるので、リーク電流の増加を抑えるこ
とができる。(Operation) The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are cladding layers, which have a larger band gap than the third semiconductor layer (active layer), and play a role of injecting electrons and holes into the active layer, and emit light to the active layer. It also has the role of confining. Current confinement in the active layer is achieved by the diffusion potential difference between the double hetero pn junction formed by the active layer and the cladding layer and the buried pn junction formed between the second semiconductor I layer and the fifth semiconductor layer. Is done. When the current injection level is low, the leak current does not flow because the buried pn junction does not turn on. As the current injection level increases, the embedded pn
The voltage applied to the junction increases and a leak current starts to flow. At this time, the leak current increases rapidly in the conventional semiconductor laser, but in the semiconductor laser of the present invention, the fourth semiconductor layer acts as a barrier, so that the increase in the leak current can be suppressed.
第四半導体層を障壁として使うためには、第四半導体
層の禁制帯幅を第一および第五半導体層の禁制帯幅より
十分に大きくする必要があるが、一般に第一半導体層に
格子整合する半導体層を用いると十分な障壁高さを得る
ことは難しい。しかし、格子整合がとれなくても半導体
層の層厚を十分に薄くすると、転位や非発光再結合中心
のような、素子特性に悪影響を及ぼす欠陥を導入するこ
となしに第四半導体層を弾性的に歪ませてやることがで
きる。このように弾性的に歪んだ薄膜層をスードモルフ
ィック(pseudomorphic)層と呼ぶ。この層の厚さの上
限は材料によって異なるが、一般的な化合物半導体を想
定すると、25nm程度までは致命的な欠陥を形成すること
なしに歪ませることが可能である。なお十分な障壁効果
を得るためには、トンネル電流が流れない程度の厚さが
必要である。本発明は、このような第四半導体層とし
て、禁制帯幅が大きなスードモルフィック層を用いてい
る。In order to use the fourth semiconductor layer as a barrier, the forbidden band width of the fourth semiconductor layer needs to be sufficiently larger than the forbidden band widths of the first and fifth semiconductor layers. When a semiconductor layer is used, it is difficult to obtain a sufficient barrier height. However, if the thickness of the semiconductor layer is made sufficiently thin even if lattice matching cannot be achieved, the fourth semiconductor layer can be elastically deformed without introducing defects such as dislocations and non-radiative recombination centers that adversely affect device characteristics. Can be distorted. Such a thin film layer elastically distorted is called a pseudomorphic layer. Although the upper limit of the thickness of this layer varies depending on the material, assuming a general compound semiconductor, it is possible to distort without forming a fatal defect up to about 25 nm. In order to obtain a sufficient barrier effect, it is necessary to have a thickness such that a tunnel current does not flow. In the present invention, a pseudomorphic layer having a large forbidden band width is used as the fourth semiconductor layer.
(実施例) 第1図は、本発明の第一実施例に係わる半導体レーザ
の概略断面図である。この半導体レーザは、キャリア密
度3×1018cm-3のn型InP基板1上に積層された厚さ1
μm、キャリア密度1×1018cm-3のn型InPバッファ兼
クラッド層(第一半導体層)2と、その上に幅1.5μm
のストライプ状に形成された厚さ0.1μmのアンドープI
n1-xGaxAsyP1-y(波長1.3μm相当の組成)からなる活
性層(第三半導体層)3と、第一のクラッド層2上であ
って活性層3の外側の部分に形成された厚さ10nmのアン
ドープ・スードモルフィックIn0.5Ga0.5P層(第四半導
体層)4と、スードモルフィック層4の上に積層され
た、厚さ0.09μm、キャリア密度1×1018cm-3のn型In
P層(第五半導体層)5と、活性層3と第五半導体層5
の上に積層された、厚さ1μm、キャリア密度1×1018
cm-3のp型InPクラッド層(第二半導体層)6と、p型I
nP層6の上に形成された、厚さ0.5μm、キャリア密度
5×1018cm-3のp型In1-xGaxAsyP1-yコンタクト層7
と、基板1の下部に設けられたAuGe電極8と、p型コン
タクト層7の上に設けられたAuZn/Ti/Pt/Au電極9a、9b
とからなる。リーク電流を減らすため、n型クラッド層
2から上は幅16μmのメサ10にして、埋め込みヘテロ接
合の面積を小さくしている。FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor laser has a thickness of 1 nm laminated on an n-type InP substrate 1 having a carrier density of 3 × 10 18 cm −3.
μm, an n-type InP buffer / cladding layer (first semiconductor layer) 2 having a carrier density of 1 × 10 18 cm −3 and a width of 1.5 μm
Undoped I 0.1μm thick formed in stripes
n 1-x Ga x As y P 1-y outer portion of the active layer composed of (wavelength 1.3μm equivalent composition) and (third semiconductor layer) 3, the active layer 3 a first cladding layer 2 Undoped pseudomorphic In 0.5 Ga 0.5 P layer (fourth semiconductor layer) 4 having a thickness of 0.09 μm and a carrier density of 1 × 10 4, laminated on the pseudomorphic layer 4. 18 cm -3 n-type In
P layer (fifth semiconductor layer) 5, active layer 3, and fifth semiconductor layer 5
Having a thickness of 1 μm and a carrier density of 1 × 10 18
cm −3 p-type InP cladding layer (second semiconductor layer) 6 and p-type I
formed on the nP layer 6, thickness of 0.5 [mu] m, p-type carrier density of 5 × 10 18 cm -3 In 1 -x Ga x As y P 1-y contact layer 7
And an AuGe electrode 8 provided below the substrate 1 and AuZn / Ti / Pt / Au electrodes 9a and 9b provided on the p-type contact layer 7.
Consists of In order to reduce the leakage current, the mesa 10 having a width of 16 μm is formed above the n-type cladding layer 2 to reduce the area of the buried heterojunction.
この半導体チップは3回のMOCVD成長により作成され
る。1回目の成長でn型クラッド層2、活性層3を成長
し、活性層3をSiO2膜をマスクとしてストライプ状に硫
酸/過酸化水素系エッチング液でエッチングする。そし
てそのSiO2膜をマスクとして、活性層3のない部分にス
ードモルフィック層4と第五半導体層5を成長する(2
回目の成長)。この選択成長の段差は小さいので、段差
付近に異常成長が起こることはない。次ぎにSiO2膜を除
去して、全体をp型クラッド層6とp型コンタクト層7
で平坦に埋める(3回目の成長)。エッチングによりメ
サ10を形成した後、表面全体をSiNx膜11でおおい、メサ
10上のSiNx膜11に開口を設け、リフトオフによりAuZn電
極9aを形成する。さらにTi/Pt/Auパッド9bと裏面のAuGe
電極8をそれぞれ蒸着し、へき開することによりこのレ
ーザ・チップが形成される。This semiconductor chip is formed by MOCVD three times. In the first growth, the n-type clad layer 2 and the active layer 3 are grown, and the active layer 3 is etched in a stripe shape with a sulfuric acid / hydrogen peroxide-based etchant using the SiO 2 film as a mask. Then, using the SiO 2 film as a mask, a pseudomorphic layer 4 and a fifth semiconductor layer 5 are grown in a portion without the active layer 3 (2).
Second growth). Since the step of this selective growth is small, abnormal growth does not occur near the step. Next, the SiO 2 film is removed, and the whole is formed with the p-type cladding layer 6 and the p-type contact layer 7.
(3rd growth). After the mesa 10 is formed by etching, the entire surface is covered with a SiN x film 11, and the mesa 10 is formed.
An opening is formed in the SiN x film 11 on 10 and an AuZn electrode 9a is formed by lift-off. Furthermore, Ti / Pt / Au pad 9b and AuGe on the back
The laser chip is formed by depositing and cleaving the electrodes 8 respectively.
なお、図には明示されていないが、共振器端面はへき
開により形成されており、共振器長は400μmである。
へき開面のうち出射側には反射率0.1%の低反射率コー
ティングが施されており、他方のへき開面には反射率90
%の多層膜高反射率コーティングが施されている。この
半導体レーザ・チップは適切なパッケージにマウントお
よびボンディングされている。発振波長は1.3μm、発
振閾値は12.4mAである。Although not explicitly shown in the figure, the resonator end face is formed by cleavage, and the resonator length is 400 μm.
The emission side of the cleavage surface is coated with a low reflectance coating with a reflectance of 0.1%, and the other cleavage surface has a reflectance of 90%.
% Multi-layer high reflectivity coating. The semiconductor laser chip is mounted and bonded in a suitable package. The oscillation wavelength is 1.3 μm, and the oscillation threshold is 12.4 mA.
次に、このレーザの埋め込み部の効果を、従来例と比
較して説明する。第2図(a)はこの半導体レーザの1.
2Vの電圧印加時における埋め込み部のバンド・ダイヤグ
ラム、第2図(b)は従来の半導体レーザの1.2V印加時
における埋め込み部のバンド・ダイヤグラムである。φ
eはφhは、それぞれ電子と正孔に対する擬フェルミポ
テンシャルである。スードモルフィックInGaP層4は伝
導帯Ecに大きな障壁を形成し、価電子帯Evの障壁は小さ
い。どちらのレーザでも埋め込みpn接合がターンオンし
ているが、本実施例(a)の場合はスードモルフィック
層4が電子に対する障壁として働くため、この部分で約
0.25Vの電圧降下が起っている。従って、埋め込みpn接
合5−6にかかる電圧(Vpn≒φe−φh≒0.95V)は従
来の埋め込みpn接合2−6にかかる電圧(Vpn≒φe−
φh≒1.20V)と比較して小さくなっている。従って、
第五半導体層を正孔に対する障壁と見なす事もできる。
このため、本実施例の半導体レーザの埋め込みpn接合を
流れる電流は従来例のレーザの場合と比べて大幅に低減
される。本実施例の半導体レーザと従来例の半導体レー
ザの電流対光出力特性を第3図で比較する。従来例の半
導体レーザ(点線)では150mA近辺からリーク電流が急
激に増加するので光出力は140mW付近で飽和する。一
方、本発明の半導体レーザ(実線)では若干のリーク電
流はあるものの、その増加はスードモルフィック障壁層
4の存在により抑制されるので、200mW以上の高出力動
作が可能になる。また、この結果、消費電力や熱の発生
も低減でき、信頼性も向上する。Next, the effect of the laser buried portion will be described in comparison with a conventional example. FIG. 2 (a) shows 1.
FIG. 2B is a band diagram of the buried portion when a voltage of 2 V is applied, and FIG. 2B is a band diagram of the buried portion when a voltage of 1.2 V is applied to the conventional semiconductor laser. φ
e and φ h are pseudo-Fermi potentials for electrons and holes, respectively. Pseudomorphic InGaP layer 4 forms a major barrier in the conduction band E c, the barrier of the valence band E v is small. Although the buried pn junction is turned on by either laser, in the case of this embodiment (a), the pseudomorphic layer 4 acts as a barrier against electrons, so that in this portion,
There is a voltage drop of 0.25V. Accordingly, the voltage applied to the buried pn junction 5-6 (V pn ≒ φ e −φ h ≒ 0.95V) is the voltage applied to the conventional buried pn junction 2-6 (V pn ≒ φ e −
It is smaller in comparison with the φ h ≒ 1.20V). Therefore,
The fifth semiconductor layer can be regarded as a barrier to holes.
For this reason, the current flowing through the buried pn junction of the semiconductor laser of this embodiment is greatly reduced as compared with the case of the conventional laser. FIG. 3 compares the current versus light output characteristics of the semiconductor laser of this embodiment and the semiconductor laser of the conventional example. In the conventional semiconductor laser (dotted line), the leak current rapidly increases from around 150 mA, so that the optical output is saturated at around 140 mW. On the other hand, in the semiconductor laser of the present invention (solid line), although there is a slight leakage current, the increase is suppressed by the presence of the pseudomorphic barrier layer 4, so that a high output operation of 200 mW or more is possible. As a result, power consumption and generation of heat can be reduced, and reliability is improved.
この構造は、pnpnサイリスタ類似構造による埋め込み
構造の内部のp型埋め込み層をスードモルフィック層4
で置き換えた構成と考えることもできる。しかし、pnpn
構造は一般に厚い埋め込み層により形成しなければなら
ないのに対し、本構造では薄い埋め込み成長でよく、MO
CVDやMBEのような成長方法によく適合する。また、サイ
リスタ類似構造は一旦ターンオンしてしまうと電流抑制
機能が無くなるのに対して、本発明の埋め込み構造はタ
ーンオン後も電流抑制機構が働く。In this structure, the p-type buried layer inside the buried structure based on the pnpn thyristor-like structure is replaced with a pseudomorphic layer 4.
It can also be considered as a configuration replaced by. But pnpn
In general, the structure must be formed with a thick buried layer.
Well suited for growth methods like CVD and MBE. Further, the thyristor-like structure loses the current suppressing function once it is turned on, whereas the embedded structure of the present invention operates the current suppressing mechanism even after turning on.
第4図を参照して、本発明の第二実施例に係る半導体
レーザを説明する。この実施例ではスードモルフィック
障壁層4は、p型クラッド層6とn型InP層5bとで形成
されるpn接合の一方の側に複数(例えば2層)設けられ
ている。即ちスードモルフィック層4a上にn型InP層5a
が形成され、n型InP層5a上にスードモルフィック層4b
が形成され、スードモルフィック層4b上にn型InP層5b
が形成されている。この様にしても先の実施例と同様な
効果を得ることができる。A semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a plurality (for example, two layers) of pseudomorphic barrier layers 4 are provided on one side of a pn junction formed by the p-type cladding layer 6 and the n-type InP layer 5b. That is, the n-type InP layer 5a is formed on the pseudomorphic layer 4a.
Is formed, and the pseudomorphic layer 4b is formed on the n-type InP layer 5a.
Is formed, and an n-type InP layer 5b is formed on the pseudomorphic layer 4b.
Are formed. Even in this case, the same effect as in the previous embodiment can be obtained.
第5図を参照して、本発明の第三実施例に係る半導体
レーザを説明する。この実施例ではスードモルフィック
障壁層4は、p型クラッド層6bとn型InP層5とで形成
されるpn接合の両側に設けられている。即ちスードモル
フィック層4a上にn型InP層5が形成され、n型InP層5
上にp型クラッド層6bが形成され、p型クラッド層6b上
にスードモルフィック層4bが形成されている。この様に
しても先の実施例と同様な効果を得ることができる。A semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the pseudomorphic barrier layer 4 is provided on both sides of the pn junction formed by the p-type cladding layer 6b and the n-type InP layer 5. That is, the n-type InP layer 5 is formed on the pseudomorphic layer 4a,
A p-type cladding layer 6b is formed thereon, and a pseudomorphic layer 4b is formed on the p-type cladding layer 6b. Even in this case, the same effect as in the previous embodiment can be obtained.
第6図を参照して、本発明の第四実施例に係る半導体
レーザを説明する。活性層3を流れるキャリアを妨害し
ないように注意すれば、スードモルフィック層4を活性
層3のある部分にまで延ばすことができる。例えば、第
1図の実施例を少し変更して、第6図に示すように、ス
ードモルフィック−InGaP層4を活性層3とp型クラッ
ド層6との間に設けても、正孔に対する障壁は低いの
で、活性層3を流れるキャリアへの影響を少なくでき
る。Referring to FIG. 6, a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention will be described. If care is taken not to disturb the carriers flowing through the active layer 3, the pseudomorphic layer 4 can be extended to a part of the active layer 3. For example, the pseudomorphic-InGaP layer 4 is provided between the active layer 3 and the p-type cladding layer 6 as shown in FIG. Since the barrier is low, the influence on carriers flowing through the active layer 3 can be reduced.
第7図を参照して、本発明の第五実施例に係る半導体
レーザを説明する。この実施例は、第5図の第三実施例
と第6図の第四実施例との組み合わせである。即ち、n
型InP層5と活性層3の上にp型クラッド層6bが形成さ
れ、p型クラッド層6b上にスードモルフィック層4bが形
成され、スードモルフィック層4b上にp型クラッド層6a
が形成されている。この様にしても先の実施例と同様な
効果を得ることができる。Referring to FIG. 7, a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a combination of the third embodiment in FIG. 5 and the fourth embodiment in FIG. That is, n
A p-type cladding layer 6b is formed on the type InP layer 5 and the active layer 3, a pseudomorphic layer 4b is formed on the p-type cladding layer 6b, and a p-type cladding layer 6a is formed on the pseudomorphic layer 4b.
Are formed. Even in this case, the same effect as in the previous embodiment can be obtained.
第8図を参照して、本発明の第六実施例に係る半導体
レーザを説明する。この実施例では、p型InP基板1の
上に半導体レーザが形成されている。埋め込み部におい
て、第8図のようにスードモルフィック層4がp型クラ
ッド層2、5の中にくるように配置すれば、第1図の実
施例と同様の効果が期待できる。この実施例では、活性
層3の上に形成されたn型クラッド層6cが、p型クラッ
ド層5により囲まれている。A semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a semiconductor laser is formed on a p-type InP substrate 1. In the buried portion, if the pseudomorphic layer 4 is arranged in the p-type cladding layers 2 and 5 as shown in FIG. 8, the same effect as in the embodiment of FIG. 1 can be expected. In this embodiment, the n-type cladding layer 6c formed on the active layer 3 is surrounded by the p-type cladding layer 5.
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、様
々な変形が可能である。例えば、活性層に接して光導波
層が形成されている場合、分布帰還型半導体レーザや分
布ブラッグ反射型半導体レーザ、活性層に量子井戸を有
する半導体レーザ、両端面に無反射コーティングを施し
た進行波形半導体レーザ増幅器、複数の電流注入電極を
有する軸方向不均一注入機能レーザ(波長可変レーザな
ど)、双安定レーザなど、様々な形態の半導体レーザに
応用できる。また、本発明のスードモルフィック障壁層
は電流閉じ込め層のほか、共振器端面近傍の活性層を取
り除いたいわゆる窓構造半導体レーザの窓の部分や、双
安定レーザや自動発振(パルセーション)レーザの可飽
和吸収層などにも応用することができる。The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, when an optical waveguide layer is formed in contact with the active layer, a distributed feedback semiconductor laser or a distributed Bragg reflection semiconductor laser, a semiconductor laser having a quantum well in the active layer, and a non-reflective coating on both end surfaces are provided. The present invention can be applied to various types of semiconductor lasers, such as a waveform semiconductor laser amplifier, an axially nonuniform injection function laser having a plurality of current injection electrodes (such as a tunable laser), and a bistable laser. In addition, the pseudomorphic barrier layer of the present invention includes a current confinement layer, a window portion of a so-called window structure semiconductor laser in which an active layer near an end face of a resonator is removed, and a bistable laser or an automatic oscillation (pulsation) laser. It can be applied to a saturable absorption layer and the like.
上記の実施例では第五半導体層と第一半導体層は同一
の材料からなるが、これらは必ずしも同一である必要は
ない。また、材料もInGaAsP/InP系に限定されるもので
はなく、InGaAlP/GaAs系、GaAlAs/GaAs系などにも応用
できる。スードモルフィック障壁層もInGaPに限定され
るものではなく、様々なIII−V族半導体、II−VI半導
体、SiCなどが利用できる。成長方法もMOCVDのほか、MB
E、ハイドライド気相成長、クロライド気相成長、CBE
(ケミカルビームエピタキシ)、MO−MBEなど様々な方
法が考えられる。In the above embodiment, the fifth semiconductor layer and the first semiconductor layer are made of the same material, but they need not always be the same. Further, the material is not limited to the InGaAsP / InP system, but can be applied to the InGaAlP / GaAs system, the GaAlAs / GaAs system, and the like. The pseudomorphic barrier layer is not limited to InGaP, and various III-V semiconductors, II-VI semiconductors, SiC, and the like can be used. The growth method is MOCVD, MB
E, hydride vapor phase growth, chloride vapor phase growth, CBE
Various methods such as (chemical beam epitaxy) and MO-MBE are conceivable.
また、各実施例において、各半導体層の導電型を逆に
しても同様な効果を得ることができる。In each embodiment, the same effect can be obtained even if the conductivity type of each semiconductor layer is reversed.
[発明の効果] 本発明によれば、スードモルフィック層を設けたの
で、リーク電流が少なく高出力動作可能な半導体レーザ
が、制御性よく容易に得られる。[Effects of the Invention] According to the present invention, since the pseudomorphic layer is provided, a semiconductor laser having a small leak current and capable of high-output operation can be easily obtained with good controllability.
第1図は本発明の第一実施例の半導体レーザのレーザ・
ストライプに垂直な切断面による断面図、第2図は第一
実施例と従来例の半導体レーザの電流閉じ込め領域のバ
ンド・ダイヤグラム、第3図は第一実施例と従来例の半
導体レーザの電流対光出力特性の比較図、第4図は本発
明の第二実施例の半導体レーザの断面図、第5図は本発
明の第三実施例の半導体レーザの断面図、第6図は本発
明の第四実施例の半導体レーザの断面図、第7図は本発
明の第五実施例の半導体レーザの断面図、第8図は本発
明の第六実施例の半導体レーザの断面図、第9図は従来
例の半導体レーザの断面構造図である。 1……半導体基板、2……第一半導体層、3……第三半
導体層、4……第四半導体層、5……第五半導体層、6
……第二半導体層、8……電極、9……電極。FIG. 1 shows a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a cross section perpendicular to the stripe, FIG. 2 is a band diagram of a current confinement region of the semiconductor laser of the first embodiment and the conventional example, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention; FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention; FIG. 2 is a sectional structural view of a conventional semiconductor laser. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... First semiconductor layer, 3 ... Third semiconductor layer, 4 ... Fourth semiconductor layer, 5 ... Fifth semiconductor layer, 6
... second semiconductor layer, 8 ... electrodes, 9 ... electrodes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18
Claims (1)
状に形成され前記第一および第二半導体層よりも禁制帯
幅の狭い第三半導体層と、 前記第一半導体層と前記第二半導体層との間の領域であ
って前記ストライプ状の第三半導体層を除いた領域に形
成され前記第一半導体層よりも禁制帯幅が広く前記第一
半導体層の格子定数とは異なる格子定数を有し厚さが25
nm以下のアンドープ第四半導体層と、 前記第四半導体層と前記第二半導体層との間に形成され
前記第四半導体層よりも禁制帯幅が狭い第一導電型の第
五半導体層と、 前記第一半導体層と前記第二半導体層を介して前記第三
半導体層に電流を注入する手段とを具備し、 前記第二半導体層と前記第五半導体層とはpn接合を形成
することを特徴とする半導体レーザ装置A first semiconductor layer of a first conductivity type; a second semiconductor layer of a second conductivity type; and the first and second semiconductor layers formed in a stripe shape between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. A third semiconductor layer having a narrower forbidden band width than the second semiconductor layer, formed in a region between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, excluding the stripe-shaped third semiconductor layer. Has a lattice constant different from the lattice constant of the first semiconductor layer has a wider band gap than the first semiconductor layer and has a thickness of 25
undoped fourth semiconductor layer of less than nm, a fifth semiconductor layer of the first conductivity type formed between the fourth semiconductor layer and the second semiconductor layer and having a narrower forbidden band width than the fourth semiconductor layer, Means for injecting a current into the third semiconductor layer via the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, wherein the second semiconductor layer and the fifth semiconductor layer form a pn junction. Characteristic semiconductor laser device
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JP25487189A JP2865325B2 (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Semiconductor laser device |
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JPH03116991A JPH03116991A (en) | 1991-05-17 |
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1989
- 1989-09-29 JP JP25487189A patent/JP2865325B2/en not_active Expired - Fee Related
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1989年電子情報通信学会秋季全国大会C178 p.4−118 |
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JPH03116991A (en) | 1991-05-17 |
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