JP3360962B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザに係わ
り、特に発光領域の側面を高抵抗層で埋め込んだ埋め込
み型の半導体レーザに関する。
り、特に発光領域の側面を高抵抗層で埋め込んだ埋め込
み型の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、波長１．３〜１．６μｍ帯で発振
する情報処理通信用の半導体レーザとして、発光領域を
なすメサの側面を高抵抗層、例えば半絶縁性ＩｎＰ（Ｓ
Ｉ−ＩｎＰ）層で埋め込んだ埋め込み型の半導体レーザ
が開発されている。この種の埋め込み型半導体レーザで
は、ＩｎＰ層を高抵抗層とするためにＩｎＰにＦｅを添
加することが多い。しかし、実際にＩｎＰをレーザの埋
め込み層に用いる場合には、ＳＩ−ＩｎＰ層とｐ−Ｉｎ
Ｐ層を接触させると、ＳＩ−ＩｎＰ層に添加したＦｅが
アクセプタ的であることに加え、ＺｎとＦｅが相互拡散
を起こすために、ＳＩ−ＩｎＰ層がｐ型の導電型化し、
２つの層の間で電流が流れ、埋め込み層の抵抗が下が
る。埋め込み層の抵抗が下がると、レーザ動作をさせた
ときに駆動電流が埋め込み層にリーク電流として流れ
て、電流光変換特性（Ｉ−Ｌ特性）が低下することにな
る。
する情報処理通信用の半導体レーザとして、発光領域を
なすメサの側面を高抵抗層、例えば半絶縁性ＩｎＰ（Ｓ
Ｉ−ＩｎＰ）層で埋め込んだ埋め込み型の半導体レーザ
が開発されている。この種の埋め込み型半導体レーザで
は、ＩｎＰ層を高抵抗層とするためにＩｎＰにＦｅを添
加することが多い。しかし、実際にＩｎＰをレーザの埋
め込み層に用いる場合には、ＳＩ−ＩｎＰ層とｐ−Ｉｎ
Ｐ層を接触させると、ＳＩ−ＩｎＰ層に添加したＦｅが
アクセプタ的であることに加え、ＺｎとＦｅが相互拡散
を起こすために、ＳＩ−ＩｎＰ層がｐ型の導電型化し、
２つの層の間で電流が流れ、埋め込み層の抵抗が下が
る。埋め込み層の抵抗が下がると、レーザ動作をさせた
ときに駆動電流が埋め込み層にリーク電流として流れ
て、電流光変換特性（Ｉ−Ｌ特性）が低下することにな
る。
【０００３】図５に、この現象を示しておく。ｐ−Ｉｎ
Ｐ層とＳＩ−ＩｎＰ層を直接接合すると、ＺｎとＦｅが
相互拡散し、ＳＩ−ＩｎＰ層の一部がｐ型の導電型とな
ってしまう。
Ｐ層とＳＩ−ＩｎＰ層を直接接合すると、ＺｎとＦｅが
相互拡散し、ＳＩ−ＩｎＰ層の一部がｐ型の導電型とな
ってしまう。
【０００４】一方、ＳＩ−ＩｎＰ層からのキャリアオー
バーフローを防ぐために、ＳＩ−ＩｎＰ層の周囲或いは
少なくとも周囲の一部分にｎ−ＩｎＰを形成することが
試みられている（特開平１−２４１８８６号公報）。ま
た、ＳＩ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ層との界面にバンドギ
ャップの大きな層を形成して、キャリアがＳＩ−ＩｎＰ
層に注入されることを防ぐことが試みられている（特開
昭６３−１３３５８７号公報）。
バーフローを防ぐために、ＳＩ−ＩｎＰ層の周囲或いは
少なくとも周囲の一部分にｎ−ＩｎＰを形成することが
試みられている（特開平１−２４１８８６号公報）。ま
た、ＳＩ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ層との界面にバンドギ
ャップの大きな層を形成して、キャリアがＳＩ−ＩｎＰ
層に注入されることを防ぐことが試みられている（特開
昭６３−１３３５８７号公報）。
【０００５】しかしながら、これらの方法にあっても、
ＦｅとＺｎの相互拡散を防ぐことはできない。ＦｅとＺ
ｎの相互拡散は、ＳＩ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ層間にｎ
−ＩｎＰ層やバンドギャップの大きな層が挟まれていて
も発生するので、ＳＩ−ＩｎＰ層の周囲或いは少なくと
も周囲の一部分にｎ−ＩｎＰを形成したりＳＩ−ＩｎＰ
層とｐ−ＩｎＰ層の界面にバンドギャップの大きな層を
形成しても、不純物の相互拡散によりＳＩ−ＩｎＰ層の
抵抗が下がり、埋め込み層での電流リークを防ぐことは
難しかった。
ＦｅとＺｎの相互拡散を防ぐことはできない。ＦｅとＺ
ｎの相互拡散は、ＳＩ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ層間にｎ
−ＩｎＰ層やバンドギャップの大きな層が挟まれていて
も発生するので、ＳＩ−ＩｎＰ層の周囲或いは少なくと
も周囲の一部分にｎ−ＩｎＰを形成したりＳＩ−ＩｎＰ
層とｐ−ＩｎＰ層の界面にバンドギャップの大きな層を
形成しても、不純物の相互拡散によりＳＩ−ＩｎＰ層の
抵抗が下がり、埋め込み層での電流リークを防ぐことは
難しかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、埋め
込み型の半導体レーザにおいては、埋め込み層としてＦ
ｅ添加の半絶縁性ＩｎＰを形成した場合、Ｆｅとｐ−Ｉ
ｎＰ層に添加したＺｎが相互拡散を起こし、Ｆｅ添加の
埋め込み層のキャリア濃度が上がり、抵抗率が下がって
しまい、埋め込み層での電流リークを防ぐことは困難で
あった。
込み型の半導体レーザにおいては、埋め込み層としてＦ
ｅ添加の半絶縁性ＩｎＰを形成した場合、Ｆｅとｐ−Ｉ
ｎＰ層に添加したＺｎが相互拡散を起こし、Ｆｅ添加の
埋め込み層のキャリア濃度が上がり、抵抗率が下がって
しまい、埋め込み層での電流リークを防ぐことは困難で
あった。
【０００７】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半絶縁性ＩｎＰ層内の
Ｆｅとｐ−ＩｎＰ層内のＺｎの相互拡散を防ぐことがで
き、半絶縁性ＩｎＰ層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が
小さく高出力まで動作可能な埋め込み型半導体レーザを
提供することにある。
ので、その目的とするところは、半絶縁性ＩｎＰ層内の
Ｆｅとｐ−ＩｎＰ層内のＺｎの相互拡散を防ぐことがで
き、半絶縁性ＩｎＰ層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が
小さく高出力まで動作可能な埋め込み型半導体レーザを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、基板上に形成された活性層を含む発光領域と、こ
の発光領域の側面を埋め込む埋め込み部とを具備した埋
め込み型半導体レーザにおいて、前記埋め込み部は、半
絶縁性のＩｎＰ層と、該ＩｎＰ層と前記発光領域との間
に設けられたＩｎＰよりもバンドギャップの大きいＩｎ
1-x-y Ｇａx Ａｌ yＡｓ拡散防止層（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）とを含むものであることを特徴とする。
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、基板上に形成された活性層を含む発光領域と、こ
の発光領域の側面を埋め込む埋め込み部とを具備した埋
め込み型半導体レーザにおいて、前記埋め込み部は、半
絶縁性のＩｎＰ層と、該ＩｎＰ層と前記発光領域との間
に設けられたＩｎＰよりもバンドギャップの大きいＩｎ
1-x-y Ｇａx Ａｌ yＡｓ拡散防止層（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）とを含むものであることを特徴とする。
【０００９】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 基板は、ＩｎＰである。 (2) 発光領域は、ストライプ状のメサを形成している。 (3) 発光領域には、ｐ−ＩｎＰ層が含まれている。 (4) ＩｎＧａＡｌＡｓ層と発光領域のメサ部との間に、
ｐ−ＩｎＰ層が設けられている。 (5) 発光領域は活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテ
ロ構造であり、埋め込み部のＩｎＧａＡｌＡｓ拡散防止
層はクラッド層よりもバンドギャップが大きい。 (6) ＩｎＧａＡｌＡｓ拡散防止層の組成は、発振波長の
２倍以上に相当するバンドギャップとなるものであるこ
と。 (7) ＩｎＧａＡｌＡｓ拡散防止層は、厚さが５ｎｍ以上
でＩｎＰとの格子不整合の関係が臨界膜厚以下であるこ
と。特に、埋め込み層に形成して格子整合条件の制御が
難しい場合には、（１００）平坦部での成長膜厚が４０
ｎｍ以下であること。 (8) 活性層は、量子井戸構造であること。
は、次のものがあげられる。 (1) 基板は、ＩｎＰである。 (2) 発光領域は、ストライプ状のメサを形成している。 (3) 発光領域には、ｐ−ＩｎＰ層が含まれている。 (4) ＩｎＧａＡｌＡｓ層と発光領域のメサ部との間に、
ｐ−ＩｎＰ層が設けられている。 (5) 発光領域は活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテ
ロ構造であり、埋め込み部のＩｎＧａＡｌＡｓ拡散防止
層はクラッド層よりもバンドギャップが大きい。 (6) ＩｎＧａＡｌＡｓ拡散防止層の組成は、発振波長の
２倍以上に相当するバンドギャップとなるものであるこ
と。 (7) ＩｎＧａＡｌＡｓ拡散防止層は、厚さが５ｎｍ以上
でＩｎＰとの格子不整合の関係が臨界膜厚以下であるこ
と。特に、埋め込み層に形成して格子整合条件の制御が
難しい場合には、（１００）平坦部での成長膜厚が４０
ｎｍ以下であること。 (8) 活性層は、量子井戸構造であること。
【００１０】
【作用】本発明の半導体レーザにおいては、ｐ−ＩｎＰ
層と半絶縁性ＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ）層の間に、ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ拡散防止層が設けられている。ここで、ｐ−
ＩｎＰ層は発光領域に含まれるものであってもよいし、
埋め込み層中の層であってもよい。
層と半絶縁性ＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ）層の間に、ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ拡散防止層が設けられている。ここで、ｐ−
ＩｎＰ層は発光領域に含まれるものであってもよいし、
埋め込み層中の層であってもよい。
【００１１】本発明者等の鋭意研究によれば、図４に示
すように、ＩｎＧａＡｌＡｓ層はｐ−ＩｎＰ層中のＺｎ
に対してもＳＩ−ＩｎＰ層中のＦｅに対しても拡散抑制
層として働く。このため、ＩｎＰ中で生じるＺｎとＦｅ
との相互拡散を防ぐことができる。従って、Ｆｅ添加の
半絶縁性のはずのＩｎＰ層がｐ型の導電型を示し抵抗が
下がったり、Ｆｅが所定外の層に広がったりすることを
防止することで、デバイスの光学特性が低下することを
防ぎ、レーザの特性向上が実現できる。
すように、ＩｎＧａＡｌＡｓ層はｐ−ＩｎＰ層中のＺｎ
に対してもＳＩ−ＩｎＰ層中のＦｅに対しても拡散抑制
層として働く。このため、ＩｎＰ中で生じるＺｎとＦｅ
との相互拡散を防ぐことができる。従って、Ｆｅ添加の
半絶縁性のはずのＩｎＰ層がｐ型の導電型を示し抵抗が
下がったり、Ｆｅが所定外の層に広がったりすることを
防止することで、デバイスの光学特性が低下することを
防ぎ、レーザの特性向上が実現できる。
【００１２】また、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のバンドギャッ
プをＩｎＰよりも大きくすることでキャリアブロックの
効果が生じるので、ＺｎとＦｅの相互拡散を防ぎ半絶縁
性層の抵抗が高く保たれる効果がより有効に働くように
なる。さらに、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のバンドギャップを
クラッドに用いるＩｎＧａＡｌＡｓ層よりも大きくする
ことで、ＩｎＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア閉じ込
めに伴いキャリアが埋め込み層にリークすることを防ぐ
ことができ、ＩｎＧａＡｌＡｓクラッド層の埋め込み型
のレーザを実現できるようになる。特に、少なくともク
ラッド層の一部分のＩｎＧａＡｌＡｓのバンドギャップ
を発振波長のエネルギーの２倍以上とすることで、活性
層で発生するオージェ効果に伴う電流のオーバーフロー
に対しても電流ブロックの効果を生じさせることがで
き、レーザのＩ−Ｌ特性、温度特性を大幅に向上でき
る。
プをＩｎＰよりも大きくすることでキャリアブロックの
効果が生じるので、ＺｎとＦｅの相互拡散を防ぎ半絶縁
性層の抵抗が高く保たれる効果がより有効に働くように
なる。さらに、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のバンドギャップを
クラッドに用いるＩｎＧａＡｌＡｓ層よりも大きくする
ことで、ＩｎＧａＡｌＡｓクラッド層のキャリア閉じ込
めに伴いキャリアが埋め込み層にリークすることを防ぐ
ことができ、ＩｎＧａＡｌＡｓクラッド層の埋め込み型
のレーザを実現できるようになる。特に、少なくともク
ラッド層の一部分のＩｎＧａＡｌＡｓのバンドギャップ
を発振波長のエネルギーの２倍以上とすることで、活性
層で発生するオージェ効果に伴う電流のオーバーフロー
に対しても電流ブロックの効果を生じさせることがで
き、レーザのＩ−Ｌ特性、温度特性を大幅に向上でき
る。
【００１３】ここで、ＺｎとＦｅの拡散を防ぐために
は、ＩｎＧａＡｌＡｓ層の厚さを５ｎｍ以上とすると極
めて有効となる。また、（１００）平坦部での成長膜厚
が４０ｎｍ以下であると、メサ側面で埋め込みを行う場
合に、格子不整量の制御が難しい場合にも比較的容易に
ＩｎＧａＡｌＡｓとＩｎＰとの格子不整の厚さを臨界膜
厚以下に保つことができる。
は、ＩｎＧａＡｌＡｓ層の厚さを５ｎｍ以上とすると極
めて有効となる。また、（１００）平坦部での成長膜厚
が４０ｎｍ以下であると、メサ側面で埋め込みを行う場
合に、格子不整量の制御が難しい場合にも比較的容易に
ＩｎＧａＡｌＡｓとＩｎＰとの格子不整の厚さを臨界膜
厚以下に保つことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中１０１
は面方位が（１００）のｎ−ＩｎＰ基板、１０２は波長
１．５５μｍで発振するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ量子井戸活性層、１０３はｐ−ＩｎＰ第１クラッド
層、１０４はｐ−ＩｎＰ第２クラッド層、１０５はｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層である。また、１１１はｐ−
ＩｎＰ埋め込み層、１１２は拡散防止のためのＩｎＧａ
ＡｌＡｓ埋め込み層、１１３はＦｅ添加の半絶縁性Ｉｎ
Ｐ埋め込み層、１１４はｎ−ＩｎＰ埋込み層である。こ
こで、ＩｎＧａＡｌＡｓ層１１２のＡｌ組成は０．６、
Ｇａ組成は０、厚さは（１００）面上で１０ｎｍとし
た。
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中１０１
は面方位が（１００）のｎ−ＩｎＰ基板、１０２は波長
１．５５μｍで発振するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ量子井戸活性層、１０３はｐ−ＩｎＰ第１クラッド
層、１０４はｐ−ＩｎＰ第２クラッド層、１０５はｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層である。また、１１１はｐ−
ＩｎＰ埋め込み層、１１２は拡散防止のためのＩｎＧａ
ＡｌＡｓ埋め込み層、１１３はＦｅ添加の半絶縁性Ｉｎ
Ｐ埋め込み層、１１４はｎ−ＩｎＰ埋込み層である。こ
こで、ＩｎＧａＡｌＡｓ層１１２のＡｌ組成は０．６、
Ｇａ組成は０、厚さは（１００）面上で１０ｎｍとし
た。
【００１５】製造方法としては、ｎ−ＩｎＰ基板１０１
上にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層１
０２及びｐ−ＩｎＰクラッド層１０３を成長した後、ス
トライプ状のメサを残してエッチングし、次いでメサの
側面に埋め込め層としてのｐ−ＩｎＰ層１１１，ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ層１１２，半絶縁性ＩｎＰ層１１３及びｎ−
ＩｎＰ層１１４を成長する。そして、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０４及びＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５を成長
することによって、図１の構造が得られる。なお、電流
供給のための電極としては、基板１０１の下面にｎ側電
極を、コンタクト層１０５上にｐ側電極を形成すればよ
い。
上にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層１
０２及びｐ−ＩｎＰクラッド層１０３を成長した後、ス
トライプ状のメサを残してエッチングし、次いでメサの
側面に埋め込め層としてのｐ−ＩｎＰ層１１１，ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ層１１２，半絶縁性ＩｎＰ層１１３及びｎ−
ＩｎＰ層１１４を成長する。そして、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０４及びＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５を成長
することによって、図１の構造が得られる。なお、電流
供給のための電極としては、基板１０１の下面にｎ側電
極を、コンタクト層１０５上にｐ側電極を形成すればよ
い。
【００１６】本実施例のレーザの微分量子効率ηの温度
依存性を調べたところ、η（７５℃）／η（２５℃）〜
０．７５であり、従来のη（７５℃）／η（２５℃）〜
０．６５と比べて大きく改善されていた。これは、本実
施例の半導体レーザにおいて、半絶縁性ＩｎＰ層１１３
は、周囲をｎ−ＩｎＰ層１１４とＩｎＧａＡｌＡｓ層１
１２とで周囲を囲まれており、高抵抗を維持できたこと
と、ＩｎＧａＡｌＡｓ層１１２のバンドギャップが約
１．８ｅＶであり、電子に対しても正孔に対してもキャ
リアブロックの効果があるので、半絶縁性ＩｎＰ層１１
３をオーバーフローしたキャリアを抑制できたからであ
る。
依存性を調べたところ、η（７５℃）／η（２５℃）〜
０．７５であり、従来のη（７５℃）／η（２５℃）〜
０．６５と比べて大きく改善されていた。これは、本実
施例の半導体レーザにおいて、半絶縁性ＩｎＰ層１１３
は、周囲をｎ−ＩｎＰ層１１４とＩｎＧａＡｌＡｓ層１
１２とで周囲を囲まれており、高抵抗を維持できたこと
と、ＩｎＧａＡｌＡｓ層１１２のバンドギャップが約
１．８ｅＶであり、電子に対しても正孔に対してもキャ
リアブロックの効果があるので、半絶縁性ＩｎＰ層１１
３をオーバーフローしたキャリアを抑制できたからであ
る。
【００１７】このように本実施例によれば、通信或いは
情報処理に用いる波長１．５５μｍ帯の半導体レーザに
おいて、オージェ効果を含むキャリアのオーバーフロー
を抑制することができる。このため、温度依存性の小さ
な良好な特性の半導体レーザを実現することが可能にな
る。また、埋め込み層として、半絶縁性ＩｎＰ層１１３
よりもｐ−ＩｎＰ層１１１側に、バンドギャップが大き
くキャリアの移導度の小さいＩｎＧａＡｌＡｓ層１１２
を用いているので、埋め込み部キャパシタンスを下げる
ことができ、高速動作が可能な半導体レーザを実現する
ことが可能になる。 （実施例２）図２は、本発明の第２の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中２０１
はｐ−ＩｎＰ基板、２０２は波長１．３μｍのＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層、２０３はｎ−
ＩｎＰ第１クラッド層、２０４はｎ−ＩｎＰ第２クラッ
ド層、２０５はＩｎＧａＡｓＰコンタクト層である。ま
た、２１１はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、２１２は拡散防止
のためのＩｎＧａＡｌＡｓ埋め込み層、２１３は半絶縁
性ＩｎＰ埋め込み層、２１５は拡散防止のためのＩｎＧ
ａＡｌＡｓ埋め込み層、２１４はｎ−ＩｎＰ埋め込み層
である。
情報処理に用いる波長１．５５μｍ帯の半導体レーザに
おいて、オージェ効果を含むキャリアのオーバーフロー
を抑制することができる。このため、温度依存性の小さ
な良好な特性の半導体レーザを実現することが可能にな
る。また、埋め込み層として、半絶縁性ＩｎＰ層１１３
よりもｐ−ＩｎＰ層１１１側に、バンドギャップが大き
くキャリアの移導度の小さいＩｎＧａＡｌＡｓ層１１２
を用いているので、埋め込み部キャパシタンスを下げる
ことができ、高速動作が可能な半導体レーザを実現する
ことが可能になる。 （実施例２）図２は、本発明の第２の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中２０１
はｐ−ＩｎＰ基板、２０２は波長１．３μｍのＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層、２０３はｎ−
ＩｎＰ第１クラッド層、２０４はｎ−ＩｎＰ第２クラッ
ド層、２０５はＩｎＧａＡｓＰコンタクト層である。ま
た、２１１はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、２１２は拡散防止
のためのＩｎＧａＡｌＡｓ埋め込み層、２１３は半絶縁
性ＩｎＰ埋め込み層、２１５は拡散防止のためのＩｎＧ
ａＡｌＡｓ埋め込み層、２１４はｎ−ＩｎＰ埋め込み層
である。
【００１８】製造方法は、第１の実施例と基本的に同じ
であり、基板２０１上に活性層２０２，クラッド層２０
３を形成した後、エッチングによりメサを形成し、メサ
の側面に埋込み層としての各層２１１，２１２，２１
３，２１５，２１４を成長し、さらにクラッド層２０
４，コンタクト層２０５を成長することにより、図２に
示す構造が得られる。
であり、基板２０１上に活性層２０２，クラッド層２０
３を形成した後、エッチングによりメサを形成し、メサ
の側面に埋込み層としての各層２１１，２１２，２１
３，２１５，２１４を成長し、さらにクラッド層２０
４，コンタクト層２０５を成長することにより、図２に
示す構造が得られる。
【００１９】本実施例の半導体レーザの高速変調特性を
調べたところ、２０ＧＨｚまで動作が可能であった。こ
れは、埋め込み層となる電流阻止層を、ｐ−ＩｎＰ層２
１１，ＩｎＧａＡｌＡｓ層２１２，半絶縁性ＩｎＰ層２
１３，ＩｎＧａＡｌＡｓ層２１５、ｎ−ＩｎＰ層２１４
により形成しているので、ｐｎ接合の容量が小さく、活
性層周辺での寄生容量が極めて小さくできたためであ
る。
調べたところ、２０ＧＨｚまで動作が可能であった。こ
れは、埋め込み層となる電流阻止層を、ｐ−ＩｎＰ層２
１１，ＩｎＧａＡｌＡｓ層２１２，半絶縁性ＩｎＰ層２
１３，ＩｎＧａＡｌＡｓ層２１５、ｎ−ＩｎＰ層２１４
により形成しているので、ｐｎ接合の容量が小さく、活
性層周辺での寄生容量が極めて小さくできたためであ
る。
【００２０】また、本実施例では２回目の成長でＩｎＧ
ａＡｌＡｓ層２１５の表面をｎ−ＩｎＰ層２１４で覆っ
ているためにＩｎＧａＡｌＡｓ層２１５の酸化が生じ
ず、安定にデバイスの作成を行うことができた。
ａＡｌＡｓ層２１５の表面をｎ−ＩｎＰ層２１４で覆っ
ているためにＩｎＧａＡｌＡｓ層２１５の酸化が生じ
ず、安定にデバイスの作成を行うことができた。
【００２１】特に本実施例のようなメサ構造を形成する
際に（１１０）方向とした場合、埋め込み層のメサの側
面は（１１１）Ａ面となり高濃度にＺｎの不純物の添加
ができる。ｐ−ＩｎＰ層２１１に対しては、ドーピング
濃度が高いほどｎ−ＩｎＰクラッド層２０３とのｐ／ｎ
接合部での立ち上がり電圧が上がるので、活性層２０２
への電流注入効率が上がり高出力化が可能となる。但し
この場合、Ｚｎの拡散も大きくなるという問題があっ
た。このため、ＩｎＧａＡｌＡｓ層２１２を用いる本実
施例はより有効であった。 （実施例３）図３は、本発明の第３の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中３０１
はｐ−ＩｎＰ基板、３０６はＩｎＰに格子整合したｐ−
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、３０６′はｐ−Ｉｎ0.4 Ａｌ
0.6 Ａｓハイバンドギャップ層、３０２はＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸活性層、３０７′はｎ−Ｉ
ｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層、３０７はｎ
−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、３０５はｎ−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層である。また、３１２は拡散防止のための
Ｉｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ埋め込み層、３１３は半絶縁性Ｉ
ｎＰ埋め込み層、３１５は拡散防止のためのＩｎＧａＡ
ｌＡｓ埋め込み層、３１６はｐ−ＩｎＰ埋め込み層（逆
バイアス層）である。
際に（１１０）方向とした場合、埋め込み層のメサの側
面は（１１１）Ａ面となり高濃度にＺｎの不純物の添加
ができる。ｐ−ＩｎＰ層２１１に対しては、ドーピング
濃度が高いほどｎ−ＩｎＰクラッド層２０３とのｐ／ｎ
接合部での立ち上がり電圧が上がるので、活性層２０２
への電流注入効率が上がり高出力化が可能となる。但し
この場合、Ｚｎの拡散も大きくなるという問題があっ
た。このため、ＩｎＧａＡｌＡｓ層２１２を用いる本実
施例はより有効であった。 （実施例３）図３は、本発明の第３の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。図中３０１
はｐ−ＩｎＰ基板、３０６はＩｎＰに格子整合したｐ−
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、３０６′はｐ−Ｉｎ0.4 Ａｌ
0.6 Ａｓハイバンドギャップ層、３０２はＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸活性層、３０７′はｎ−Ｉ
ｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層、３０７はｎ
−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、３０５はｎ−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層である。また、３１２は拡散防止のための
Ｉｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ埋め込み層、３１３は半絶縁性Ｉ
ｎＰ埋め込み層、３１５は拡散防止のためのＩｎＧａＡ
ｌＡｓ埋め込み層、３１６はｐ−ＩｎＰ埋め込み層（逆
バイアス層）である。
【００２２】製造方法としては、ｐ型基板３０１上にｐ
型クラッド層３０６，ｐ型ハイバンドギャップ層３０
６′，活性層３０２，ｎ型ハイバンドギャップ層３０
７′，ｎ型クラッド層３０７からなるダブルヘテロ構造
を成長し、さらにその上にコンタクト層３０５を成長し
た後、基板３０１に達するエッチングによりメサを形成
し、メサの側面に埋込み層としての各層３１２，３１
３，３１５，３１６を成長することにより、図３に示す
構造が得られる。
型クラッド層３０６，ｐ型ハイバンドギャップ層３０
６′，活性層３０２，ｎ型ハイバンドギャップ層３０
７′，ｎ型クラッド層３０７からなるダブルヘテロ構造
を成長し、さらにその上にコンタクト層３０５を成長し
た後、基板３０１に達するエッチングによりメサを形成
し、メサの側面に埋込み層としての各層３１２，３１
３，３１５，３１６を成長することにより、図３に示す
構造が得られる。
【００２３】本実施例の半導体レーザの高速変調特性を
調べたところ、３０ＧＨｚまで動作が可能であった。こ
れは、活性層３０２が高速動作可能なＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓ量子井戸で形成されており、ｐ−Ｉｎ
0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０６′とｎ−
Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０７′に
よりオージェ励起によるクラッド層３０６，３０７への
キャリアのオーバーフローが防げ、さらにハイバンドギ
ャップ層３０６′，３０７′よりもバンドギャップが大
きいＩｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ層３１２により埋め込み層へ
のキャリアのリークを防げるので、電流の注入効率が高
く微分量子効率が大きいためである。
調べたところ、３０ＧＨｚまで動作が可能であった。こ
れは、活性層３０２が高速動作可能なＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓ量子井戸で形成されており、ｐ−Ｉｎ
0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０６′とｎ−
Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０７′に
よりオージェ励起によるクラッド層３０６，３０７への
キャリアのオーバーフローが防げ、さらにハイバンドギ
ャップ層３０６′，３０７′よりもバンドギャップが大
きいＩｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ層３１２により埋め込み層へ
のキャリアのリークを防げるので、電流の注入効率が高
く微分量子効率が大きいためである。
【００２４】また、本実施例のレーザの微分量子効率η
の温度依存性を調べたところ、η（７５℃）／η（２５
℃）〜０．８５であり、従来のＩｎＰ系レーザのη（７
５℃）／η（２５℃）〜０．６５と比べて大きく改善さ
れていた。これも本実施例の半導体レーザにおいて、ｐ
−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０６′
とｎ−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０
７′によりオージェ励起によるクラッド層３０６，３０
７へのキャリアのオーバーフローが防げ、さらにハイバ
ンドギャップ層３０６′，３０７′よりもバンドギャッ
プが大きいＩｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ層３１２により埋め込
み層へのキャリアのリークを防げるためである。
の温度依存性を調べたところ、η（７５℃）／η（２５
℃）〜０．８５であり、従来のＩｎＰ系レーザのη（７
５℃）／η（２５℃）〜０．６５と比べて大きく改善さ
れていた。これも本実施例の半導体レーザにおいて、ｐ
−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０６′
とｎ−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャップ層３０
７′によりオージェ励起によるクラッド層３０６，３０
７へのキャリアのオーバーフローが防げ、さらにハイバ
ンドギャップ層３０６′，３０７′よりもバンドギャッ
プが大きいＩｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ層３１２により埋め込
み層へのキャリアのリークを防げるためである。
【００２５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。拡散防止層としては実施例で説明し
た組成に限るものではなく、一般式Ｉｎ1-x-y Ｇａx Ａ
ｌ yＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で定義される組成
であればよい。また、実施例においては、高抵抗半絶縁
ＩｎＰ層にＦｅドープＩｎＰを用いたが、この他にＣ
ｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ或いはこれらの組み合わせを
高抵抗層への添加物として用いてもよい。また、ｐ−Ｉ
ｎＰ層への不純物はＺｎを用いたが、ｐ型不純物として
はＺｎの他にＣｄやＭｇ或いはこれらの組み合わせを用
いてもよい。
れるものではない。拡散防止層としては実施例で説明し
た組成に限るものではなく、一般式Ｉｎ1-x-y Ｇａx Ａ
ｌ yＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で定義される組成
であればよい。また、実施例においては、高抵抗半絶縁
ＩｎＰ層にＦｅドープＩｎＰを用いたが、この他にＣ
ｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ或いはこれらの組み合わせを
高抵抗層への添加物として用いてもよい。また、ｐ−Ｉ
ｎＰ層への不純物はＺｎを用いたが、ｐ型不純物として
はＺｎの他にＣｄやＭｇ或いはこれらの組み合わせを用
いてもよい。
【００２６】本実施例では活性層として、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ，
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓＰ量子井戸構造を用い
たがこれらに限られるものではなく、これら以外の構造
の量子井戸構造でもよく、バルク活性層等でもよいこと
は勿論である。
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ，
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓＰ量子井戸構造を用い
たがこれらに限られるものではなく、これら以外の構造
の量子井戸構造でもよく、バルク活性層等でもよいこと
は勿論である。
【００２７】本実施例では、基板としてＩｎＰを用いた
が、基板としてＧａＡｓを用いた場合にも同様な効果を
得ることができた。この他に基板として、ＧａＰやＩｎ
Ａｓ等のIII-Ｖ族化合物半導体は勿論のこと、ＳｉやＳ
ｉＧｅのようなIV族の半導体を用いてもよく、II-VI 族
化合物半導体を用いてもよい。また、実施例では活性層
を含む発光領域をメサ型に形成し、このメサ部の側面に
埋め込み層を形成したが、これに限らず、発光領域の少
なくとも一方に溝を掘り、この溝内に埋め込み層を形成
するような構造であってもよい。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
が、基板としてＧａＡｓを用いた場合にも同様な効果を
得ることができた。この他に基板として、ＧａＰやＩｎ
Ａｓ等のIII-Ｖ族化合物半導体は勿論のこと、ＳｉやＳ
ｉＧｅのようなIV族の半導体を用いてもよく、II-VI 族
化合物半導体を用いてもよい。また、実施例では活性層
を含む発光領域をメサ型に形成し、このメサ部の側面に
埋め込み層を形成したが、これに限らず、発光領域の少
なくとも一方に溝を掘り、この溝内に埋め込み層を形成
するような構造であってもよい。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、発
光領域の側面を埋め込む埋め込み部として、半絶縁性の
ＩｎＰ層と、該ＩｎＰ層と発光領域との間に設けられた
ＩｎＰよりもバンドギャップの大きいＩｎＧａＡｌＡｓ
拡散防止層を用いているので、半絶縁性ＩｎＰ層内のＦ
ｅとｐ−ＩｎＰ層内のＺｎの相互拡散を防ぐことがで
き、半絶縁性ＩｎＰ層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が
小さく高出力まで動作可能な埋め込み型半導体レーザを
実現することが可能となる。
光領域の側面を埋め込む埋め込み部として、半絶縁性の
ＩｎＰ層と、該ＩｎＰ層と発光領域との間に設けられた
ＩｎＰよりもバンドギャップの大きいＩｎＧａＡｌＡｓ
拡散防止層を用いているので、半絶縁性ＩｎＰ層内のＦ
ｅとｐ−ＩｎＰ層内のＺｎの相互拡散を防ぐことがで
き、半絶縁性ＩｎＰ層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が
小さく高出力まで動作可能な埋め込み型半導体レーザを
実現することが可能となる。
【図１】第１の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
を示す断面図。
【図２】第２の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
を示す断面図。
【図３】第３の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
を示す断面図。
【図４】本発明におけるｐ−ＩｎＰ層と半絶縁性ＩｎＰ
層間の相互拡散を示す図。
層間の相互拡散を示す図。
【図５】従来例におけるｐ−ＩｎＰ層と半絶縁性ＩｎＰ
層間の相互拡散を示す図。
層間の相互拡散を示す図。
１０１，２０１…ｎ−ＩｎＰ基板
１０２…ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性
層 １０３，２０３…ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層 １０４，２０４…ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層 １０５…ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １１１，２１１…ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 １１２，２１２，２１５，３１５…ＩｎＧａＡｌＡｓ埋
め込み層 １１３，２１３，３１３…Ｆｅ添加の半絶縁性ＩｎＰ埋
め込み層 １１４，２１４…ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 ２０２…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性
層 ２０５…ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ３０１…ｐ−ＩｎＰ基板 ３０２…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸活性
層 ３０５…ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ３０６…ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ３０７…ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ３０６′…ｐ−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャッ
プ層 ３０７′…ｎ−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャッ
プ層 ３１２…Ｉｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ埋め込み層 ３１６…ｐ−ＩｎＰ埋め込み層（逆バイアス層）
層 １０３，２０３…ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層 １０４，２０４…ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層 １０５…ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １１１，２１１…ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 １１２，２１２，２１５，３１５…ＩｎＧａＡｌＡｓ埋
め込み層 １１３，２１３，３１３…Ｆｅ添加の半絶縁性ＩｎＰ埋
め込み層 １１４，２１４…ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 ２０２…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性
層 ２０５…ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ３０１…ｐ−ＩｎＰ基板 ３０２…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸活性
層 ３０５…ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ３０６…ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ３０７…ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ３０６′…ｐ−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャッ
プ層 ３０７′…ｎ−Ｉｎ0.4 Ａｌ0.6 Ａｓハイバンドギャッ
プ層 ３１２…Ｉｎ0.35Ａｌ0.65Ａｓ埋め込み層 ３１６…ｐ−ＩｎＰ埋め込み層（逆バイアス層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 国分 義弘
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝研究開発センター内
(56)参考文献 特開 平３−120775（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−102600（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−61588（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−334259（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に形成された活性層を含む発光領域
と、この発光領域の側面を埋め込む埋め込み部とを具備
してなり、 前記埋め込み部は、半絶縁性のＩｎＰ層と、該ＩｎＰ層
と前記発光領域との間に設けられた、ＩｎＰ材料よりも
バンドギャップの大きいＩｎ1-x-y Ｇａx Ａｌy Ａｓ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）拡散防止層とを含むもので
あることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】基板上に形成された活性層を含む発光領域
と、この発光領域の側面を埋め込む埋め込み部とを具備
してなり、 前記埋め込み部は、半絶縁性のＩｎＰ層と、前記発光領
域の側面に接して設けられたｐ型ＩｎＰ層と、前記半絶
縁性のＩｎＰ層とｐ型ＩｎＰ層との間に設けられた、Ｉ
ｎＰ材料よりもバンドギャップの大きいＩｎ1-x-y Ｇａ
x Ａｌy Ａｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）拡散防止層と
を含むものであることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5608595A JP3360962B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5608595A JP3360962B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255950A JPH08255950A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3360962B2 true JP3360962B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=13017259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5608595A Expired - Fee Related JP3360962B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3360962B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2007201072A (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-09 | Opnext Japan Inc | 半導体光素子 |
| JP4962737B2 (ja) * | 2008-04-10 | 2012-06-27 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
| JP2009283822A (ja) | 2008-05-26 | 2009-12-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP5206368B2 (ja) * | 2008-11-27 | 2013-06-12 | 富士通株式会社 | 光半導体素子 |
| JP2013077797A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2013149665A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 量子カスケード半導体レーザ |
| JP2013254907A (ja) * | 2012-06-08 | 2013-12-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 量子カスケード半導体レーザ |
| JP6375207B2 (ja) * | 2014-10-31 | 2018-08-15 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法 |
| CA2968925C (en) * | 2014-12-03 | 2020-11-17 | Alpes Lasers Sa | Quantum cascade laser with current blocking layers |
| JP2019004112A (ja) * | 2017-06-19 | 2019-01-10 | Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 | 半導体レーザ |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP5608595A patent/JP3360962B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08255950A (ja) | 1996-10-01 |
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