JPH07235732A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH07235732A JPH07235732A JP6050830A JP5083094A JPH07235732A JP H07235732 A JPH07235732 A JP H07235732A JP 6050830 A JP6050830 A JP 6050830A JP 5083094 A JP5083094 A JP 5083094A JP H07235732 A JPH07235732 A JP H07235732A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低閾値電流で発振し、温度特性が良好な半導
体レーザを提供する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層２、ホールが各量子井戸に均一に注入され
るように各バリヤのＡｌ組成が適度に異なるＡｌＧａＩ
ｎＰ多重量子井戸構造を有する活性層３、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層
５、ｐ型ＧａＡｓ層６を順次積層し、エッチングプロセ
スによってメサを形成した後、ｎ型ＧａＡｓブロック層
７を積層し、ｐ側、ｎ側それぞれに電極を蒸着し、劈開
する。多重量子井戸活性層の各バリヤのＡｌ組成をｐ側
からｎ側へ向かうにしたがって徐々に減らすことによ
り、電子のオーバーフローが少なく、かつホールを各量
子井戸に均一に注入できる、低閾値で温度特性の良好な
半導体レーザを得る。
体レーザを提供する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層２、ホールが各量子井戸に均一に注入され
るように各バリヤのＡｌ組成が適度に異なるＡｌＧａＩ
ｎＰ多重量子井戸構造を有する活性層３、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層
５、ｐ型ＧａＡｓ層６を順次積層し、エッチングプロセ
スによってメサを形成した後、ｎ型ＧａＡｓブロック層
７を積層し、ｐ側、ｎ側それぞれに電極を蒸着し、劈開
する。多重量子井戸活性層の各バリヤのＡｌ組成をｐ側
からｎ側へ向かうにしたがって徐々に減らすことによ
り、電子のオーバーフローが少なく、かつホールを各量
子井戸に均一に注入できる、低閾値で温度特性の良好な
半導体レーザを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信、光制御などに用
いられる半導体レーザに関する。
いられる半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、有機金属熱分解法（以下ＭＯＶＰ
Ｅ法と略す）という気相結晶成長法により形成された単
一横モードで発振するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ
として、図１２に示すような構造がエレクトロニクスレ
ターズに報告されている（Ｓ．Ｋａｗａｔａ，Ｈ．Ｆｕ
ｊｉｉ，Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ａ．Ｇｏｍｙｏ，
Ｉ．Ｈｉｎｏ，Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．２３（１９８７）１３２７．）。
Ｅ法と略す）という気相結晶成長法により形成された単
一横モードで発振するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ
として、図１２に示すような構造がエレクトロニクスレ
ターズに報告されている（Ｓ．Ｋａｗａｔａ，Ｈ．Ｆｕ
ｊｉｉ，Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ａ．Ｇｏｍｙｏ，
Ｉ．Ｈｉｎｏ，Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．２３（１９８７）１３２７．）。
【０００３】この構造の製作工程を図１３に示す。一回
目の成長でｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型（Ａｌ0.6 Ｇａ
0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層２、井戸層の組成がＧ
ａ0. 5 Ｉｎ0.5 Ｐでバリヤ層の組成が（Ａｌ0.6 Ｇａ
0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの多重量子井戸活性層３、ｐ型
（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４、ｐ
型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファ層５、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層６を順次形成する。こうして成長したウェハーに
フォトリソグラフィーにより幅５μm のストライプ上の
ＳｉＯ2 膜９のマスクを形成する（図１３（ａ））。つ
ぎにこのＳｉＯ2 マスク９を用いてリン酸系のエッチン
グ液によりｐ型ＧａＡｓキャップ層６をメサ上にエッチ
ングする（図１３（ｂ））。続いて臭酸系のエッチング
液によりｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層の途中までをメサ状にエッチングする（図１３
（ｃ））。そしてＳｉＯ2 マスクをつけたまま、二回目
の成長を行いエッチングしたところをｎ型ＧａＡｓブロ
ック層７で埋め込む（図１３（ｄ））。次にＳｉＯ2 マ
スク９を除去し、ｐ型全面に電極が形成できるように３
回目の成長でｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を成長する
（図１３（ｅ））。ｐ型コンタクト層８と基板１上に電
極を形成して半導体レーザが完成する。図１４に多重量
子井戸活性層３の構造と組成を示す。
目の成長でｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型（Ａｌ0.6 Ｇａ
0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層２、井戸層の組成がＧ
ａ0. 5 Ｉｎ0.5 Ｐでバリヤ層の組成が（Ａｌ0.6 Ｇａ
0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの多重量子井戸活性層３、ｐ型
（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４、ｐ
型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファ層５、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層６を順次形成する。こうして成長したウェハーに
フォトリソグラフィーにより幅５μm のストライプ上の
ＳｉＯ2 膜９のマスクを形成する（図１３（ａ））。つ
ぎにこのＳｉＯ2 マスク９を用いてリン酸系のエッチン
グ液によりｐ型ＧａＡｓキャップ層６をメサ上にエッチ
ングする（図１３（ｂ））。続いて臭酸系のエッチング
液によりｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層の途中までをメサ状にエッチングする（図１３
（ｃ））。そしてＳｉＯ2 マスクをつけたまま、二回目
の成長を行いエッチングしたところをｎ型ＧａＡｓブロ
ック層７で埋め込む（図１３（ｄ））。次にＳｉＯ2 マ
スク９を除去し、ｐ型全面に電極が形成できるように３
回目の成長でｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を成長する
（図１３（ｅ））。ｐ型コンタクト層８と基板１上に電
極を形成して半導体レーザが完成する。図１４に多重量
子井戸活性層３の構造と組成を示す。
【０００４】この構造では活性層が量子井戸構造である
ことにより、レーザへの電流注入を行った際、活性層中
でのキャリヤのエネルギ分布に量子効果が生じ、通常の
バルク活性層を有するレーザに比べ、レーザ発振閾値電
流値を下げることができる。
ことにより、レーザへの電流注入を行った際、活性層中
でのキャリヤのエネルギ分布に量子効果が生じ、通常の
バルク活性層を有するレーザに比べ、レーザ発振閾値電
流値を下げることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の図１２の構造で
は、活性層３として用いている多重量子井戸構造のバリ
ヤの組成が全てのバリヤ層で同じであるため、井戸の層
数が多い場合にはレーザへの電流注入の際、ｎ側クラッ
ド層に近い井戸層ほどホールが分布しにくく、ホールの
非均一注入がおこり、各井戸へのホールの分布が均一と
ならない。このため活性層での発光効率が低下し、レー
ザ発振閾値電流が均一に分布した場合に較べ高くなり、
外部微分量子効率が低くなるという問題がある。
は、活性層３として用いている多重量子井戸構造のバリ
ヤの組成が全てのバリヤ層で同じであるため、井戸の層
数が多い場合にはレーザへの電流注入の際、ｎ側クラッ
ド層に近い井戸層ほどホールが分布しにくく、ホールの
非均一注入がおこり、各井戸へのホールの分布が均一と
ならない。このため活性層での発光効率が低下し、レー
ザ発振閾値電流が均一に分布した場合に較べ高くなり、
外部微分量子効率が低くなるという問題がある。
【０００６】本発明の目的は上述のホールの不均一注入
による問題点を解決し、ホールを多重量子井戸層に均一
に分布させることにより、従来の多重量子井戸活性層を
有するレーザよりレーザ発振閾値電流値が低く、外部微
分量子効率の高いレーザを提供することにある。
による問題点を解決し、ホールを多重量子井戸層に均一
に分布させることにより、従来の多重量子井戸活性層を
有するレーザよりレーザ発振閾値電流値が低く、外部微
分量子効率の高いレーザを提供することにある。
【０００７】
（１）本発明の半導体レーザは導電性半導体基板上に、
多重量子井戸構造からなる活性層と、この活性層を挟み
活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層からなるダブル
ヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子井戸活性層の
バリヤ層でのエネルギーギャップがｐ側からｎ側若しく
は、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっていることを特
徴とする。
多重量子井戸構造からなる活性層と、この活性層を挟み
活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層からなるダブル
ヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子井戸活性層の
バリヤ層でのエネルギーギャップがｐ側からｎ側若しく
は、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっていることを特
徴とする。
【０００８】（２）本発明の半導体レーザは導電性半導
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層の量子井戸層でのエネルギーギャップがｐ側
からｎ側若しくは、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっ
ていることを特徴とする。
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層の量子井戸層でのエネルギーギャップがｐ側
からｎ側若しくは、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっ
ていることを特徴とする。
【０００９】（３）本発明の半導体レーザは導電性半導
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層の各量子井戸の歪量がｐ側からｎ側若しく
は、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっていることを特
徴とする。
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層の各量子井戸の歪量がｐ側からｎ側若しく
は、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっていることを特
徴とする。
【００１０】（４）本発明の半導体レーザは導電性半導
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層の量子井戸幅がｐ側からｎ側若しくは、ｎ側
からｐ側に向かって小さくなっていることを特徴とす
る。
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層の量子井戸幅がｐ側からｎ側若しくは、ｎ側
からｐ側に向かって小さくなっていることを特徴とす
る。
【００１１】（５）本発明の半導体レーザは導電性半導
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層のバリア層幅がｐ側からｎ側若しくは、ｎ側
からｐ側に向かって小さくなっていることを特徴とす
る。
体基板上に、多重量子井戸構造からなる活性層と、この
活性層を挟み活性層よりも屈折率の小さな光ガイド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも有し、該多重量子
井戸活性層のバリア層幅がｐ側からｎ側若しくは、ｎ側
からｐ側に向かって小さくなっていることを特徴とす
る。
【００１２】
【作用】本発明では、多重量子井戸構造からなる活性層
のバリヤの組成、量子井戸の組成、歪量、量子井戸幅、
またはバリア幅が同じでないことを特徴とする。例えば
ｎ側クラッド層に近いバリヤ層ほどエネルギーギャップ
が小さくなる特徴を有しているので、ｎクラッド層に近
いバリヤにおいてもホールがバリヤを乗り越えて隣の井
戸に行きやすくなっており、従来の多重量子井戸活性層
を有するレーザよりもホールがｎ側クラッド層に近い井
戸層に分布しやすくなっている。またこれとは反対に、
ｐ側クラッド層付近のバリアのエネルギーギャップが小
さい場合では、ｐ側に近いウェルでホールがオーバーフ
ローしやすく、ｎ側クラッドに近いウェルまで十分のホ
ールが輸送され、ＭＱＷ構造内でのホールの局在を小さ
くすることができる。
のバリヤの組成、量子井戸の組成、歪量、量子井戸幅、
またはバリア幅が同じでないことを特徴とする。例えば
ｎ側クラッド層に近いバリヤ層ほどエネルギーギャップ
が小さくなる特徴を有しているので、ｎクラッド層に近
いバリヤにおいてもホールがバリヤを乗り越えて隣の井
戸に行きやすくなっており、従来の多重量子井戸活性層
を有するレーザよりもホールがｎ側クラッド層に近い井
戸層に分布しやすくなっている。またこれとは反対に、
ｐ側クラッド層付近のバリアのエネルギーギャップが小
さい場合では、ｐ側に近いウェルでホールがオーバーフ
ローしやすく、ｎ側クラッドに近いウェルまで十分のホ
ールが輸送され、ＭＱＷ構造内でのホールの局在を小さ
くすることができる。
【００１３】また、量子井戸層でのエネルギーギャップ
を大きくすることは、バリア層でのエネルギーギャップ
を小さくすることと等価であるから、量子井戸層でのエ
ネルギーギャップをＭＱＷ構造内で変化させても、ホー
ルの局在を小さくすることができる。同様にして、歪
量、量子井戸幅を変えてホールのオーバーフローの割合
をＭＱＷ構造内で制御することによっても、ホールの局
在を小さくすることができる。さらに、ホールの密度が
高い量子井戸層周辺のバリア層を意図的に薄く設定し、
トンネリング効果を積極的に利用してホール分布の均一
化を図ることも可能である。これらの構造を採用して、
ホールをＭＱＷ活性層内に均一に分布させることで、レ
ーザ発振閾値電流値を下げ、外部微分量子効率を高める
ことができる。
を大きくすることは、バリア層でのエネルギーギャップ
を小さくすることと等価であるから、量子井戸層でのエ
ネルギーギャップをＭＱＷ構造内で変化させても、ホー
ルの局在を小さくすることができる。同様にして、歪
量、量子井戸幅を変えてホールのオーバーフローの割合
をＭＱＷ構造内で制御することによっても、ホールの局
在を小さくすることができる。さらに、ホールの密度が
高い量子井戸層周辺のバリア層を意図的に薄く設定し、
トンネリング効果を積極的に利用してホール分布の均一
化を図ることも可能である。これらの構造を採用して、
ホールをＭＱＷ活性層内に均一に分布させることで、レ
ーザ発振閾値電流値を下げ、外部微分量子効率を高める
ことができる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１は本発明の半導体レーザの一実施例を示すレーザチッ
プの断面図であり、図２はその製作工程図である。
１は本発明の半導体レーザの一実施例を示すレーザチッ
プの断面図であり、図２はその製作工程図である。
【００１５】まず、一回目の減圧ＭＯＶＰＥ法による成
長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１（Ｓｉドープ；ｎ＝２×１０
18cm-3）上に格子定数を整合させて、ｎ型（Ａｌ0.6 Ｇ
ａ0. 4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層２（ｎ＝５×１０17
cm-3；厚み１μm ）、４つの（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ井戸（厚み：６nm、ｘの値はｐ側から０、０．
０５、０．１、０．１５）と３つの（Ａｌy Ｇａ1-y ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバリヤ（厚み：４nm、ｙの値はｐ側から
０．６、０．５、０．４）とからなる多重量子井戸活性
層３（アンドープ）、ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐクラッド層４（ｐ＝５×１０17cm-3；厚み１μ
m ）、ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファ層５、ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層６を順次形成した。図３は本実施例の多
重量子井戸活性層３の構造と組成を示す図である。
長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１（Ｓｉドープ；ｎ＝２×１０
18cm-3）上に格子定数を整合させて、ｎ型（Ａｌ0.6 Ｇ
ａ0. 4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層２（ｎ＝５×１０17
cm-3；厚み１μm ）、４つの（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ井戸（厚み：６nm、ｘの値はｐ側から０、０．
０５、０．１、０．１５）と３つの（Ａｌy Ｇａ1-y ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバリヤ（厚み：４nm、ｙの値はｐ側から
０．６、０．５、０．４）とからなる多重量子井戸活性
層３（アンドープ）、ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐクラッド層４（ｐ＝５×１０17cm-3；厚み１μ
m ）、ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファ層５、ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層６を順次形成した。図３は本実施例の多
重量子井戸活性層３の構造と組成を示す図である。
【００１６】成長温度は温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒ
ｒ、Ｖ／ＩＩＩ比＝１５０、キャリヤガス（Ｈ2 ）の全
流量１５ｌ／ｍｉｎとした。原料としては、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ：（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ）、トリエチ
ルガリウム（ＴＥＧ：（Ｃ2Ｈ5 ）3 Ｇａ）、トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ：（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）アルシン
（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、ｎ型ドーパン
ト：ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、ｐ型ドーパント：ジメチ
ルジンク（ＤＭＺｎ：（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ）を用いた。
ｒ、Ｖ／ＩＩＩ比＝１５０、キャリヤガス（Ｈ2 ）の全
流量１５ｌ／ｍｉｎとした。原料としては、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ：（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ）、トリエチ
ルガリウム（ＴＥＧ：（Ｃ2Ｈ5 ）3 Ｇａ）、トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ：（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）アルシン
（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、ｎ型ドーパン
ト：ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、ｐ型ドーパント：ジメチ
ルジンク（ＤＭＺｎ：（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ）を用いた。
【００１７】こうして成長したウェハーにフォトリソグ
ラフィーにより幅５μm のストライプ上のＳｉＯ2 膜９
のマスクを形成した（図２（ａ））。つぎにこのＳｉＯ
2 マスク９を用いてリン酸系のエッチング液によりｐ型
ＧａＡｓキャップ層６をメサ状にエッチングした（図２
（ｂ））。続いて臭酸系のエッチング液によりｐ型（Ａ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層をメサ脇ク
ラッド層の残り厚が活性層のｐ側界面からの距離におい
て０．２μm の位置までをメサ状にエッチングした（図
２（ｃ））。つぎにＳｉＯ2 マスク９をつけたまま減圧
ＭＯＶＰＥ法により２回目の成長を行い、ｎ型ＧａＡｓ
ブロック層７を形成した（図２（ｄ））。そしてＳｉＯ
2 マスク９を除去した後に減圧ＭＯＶＰＥ法により３回
目の成長を行い、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を形成し
た（図２（ｅ））。最後にｐ、ｎ両電極をそれぞれｐ型
コンタクト層８、ｎ型基板状に形成して、キャビティ長
５００μm に劈開し、個々のチップに分離して半導体レ
ーザが完成した。
ラフィーにより幅５μm のストライプ上のＳｉＯ2 膜９
のマスクを形成した（図２（ａ））。つぎにこのＳｉＯ
2 マスク９を用いてリン酸系のエッチング液によりｐ型
ＧａＡｓキャップ層６をメサ状にエッチングした（図２
（ｂ））。続いて臭酸系のエッチング液によりｐ型（Ａ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層をメサ脇ク
ラッド層の残り厚が活性層のｐ側界面からの距離におい
て０．２μm の位置までをメサ状にエッチングした（図
２（ｃ））。つぎにＳｉＯ2 マスク９をつけたまま減圧
ＭＯＶＰＥ法により２回目の成長を行い、ｎ型ＧａＡｓ
ブロック層７を形成した（図２（ｄ））。そしてＳｉＯ
2 マスク９を除去した後に減圧ＭＯＶＰＥ法により３回
目の成長を行い、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を形成し
た（図２（ｅ））。最後にｐ、ｎ両電極をそれぞれｐ型
コンタクト層８、ｎ型基板状に形成して、キャビティ長
５００μm に劈開し、個々のチップに分離して半導体レ
ーザが完成した。
【００１８】上述の製作工程においてｐ型（Ａｌ0.6 Ｇ
ａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４のメサ幅は上部で
３μm 下部で５μm となった。
ａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４のメサ幅は上部で
３μm 下部で５μm となった。
【００１９】こうして得られた本発明のレーザのレーザ
発振閾値電流値と外部微分量子効率をメサ幅３μm の従
来の多重量子井戸活性層を有するレーザと比較したとこ
ろ、メサ幅３μm の従来構造のレーザが４０ｍＡのレー
ザ発振閾値電流値、０．６７の外部微分量子効率を持つ
のに較べ、本発明のレーザではレーザ発振閾値電流値が
３６ｍＡと低減し、外部微分量子効率が０．７と向上し
た。
発振閾値電流値と外部微分量子効率をメサ幅３μm の従
来の多重量子井戸活性層を有するレーザと比較したとこ
ろ、メサ幅３μm の従来構造のレーザが４０ｍＡのレー
ザ発振閾値電流値、０．６７の外部微分量子効率を持つ
のに較べ、本発明のレーザではレーザ発振閾値電流値が
３６ｍＡと低減し、外部微分量子効率が０．７と向上し
た。
【００２０】以上述べた実施例では、活性層を４つの
（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸（ｘの値はｐ側
から０、０．０５、０．１、０．１５）と３つの（Ａｌ
y Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバリヤ（ｙの値はｐ側から
０．６、０．５、０．４）とからなる多重量子井戸、ク
ラッド層を（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐとした
が、井戸及びバリヤの層数及び組成はホールの非均一注
入を抑えると同時に、各量子井戸が単一の場合に生ずる
エネルギ準位が等しくなるような層数及び組成を選べば
良く、クラッド層組成は用いる活性層に対して光とキャ
リヤの閉じ込めが充分にできる組成、材料を選べば良
い。またレーザに要求される特性によりＳＣＨ構造にす
るなどクラッド層を多層化することもできる。またエッ
チングストッパ層を用いれば、メサ脇クラッド層の残り
厚をより厳密に制御することもできる。
（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸（ｘの値はｐ側
から０、０．０５、０．１、０．１５）と３つの（Ａｌ
y Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバリヤ（ｙの値はｐ側から
０．６、０．５、０．４）とからなる多重量子井戸、ク
ラッド層を（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐとした
が、井戸及びバリヤの層数及び組成はホールの非均一注
入を抑えると同時に、各量子井戸が単一の場合に生ずる
エネルギ準位が等しくなるような層数及び組成を選べば
良く、クラッド層組成は用いる活性層に対して光とキャ
リヤの閉じ込めが充分にできる組成、材料を選べば良
い。またレーザに要求される特性によりＳＣＨ構造にす
るなどクラッド層を多層化することもできる。またエッ
チングストッパ層を用いれば、メサ脇クラッド層の残り
厚をより厳密に制御することもできる。
【００２１】ここで示した構造の他、量子井戸層のエネ
ルギーギャップ、歪量、量子井戸幅、バリア幅をｐ側か
らｎ側に向かって変化させることによっても、ｐ側のウ
ェルにホールが局在すること無く、ｎ側クラッドに近い
ウェルまで多くのホールが輸送されることにより、各量
子井戸に均一にホールが注入され、これによる特性の向
上が期待される。
ルギーギャップ、歪量、量子井戸幅、バリア幅をｐ側か
らｎ側に向かって変化させることによっても、ｐ側のウ
ェルにホールが局在すること無く、ｎ側クラッドに近い
ウェルまで多くのホールが輸送されることにより、各量
子井戸に均一にホールが注入され、これによる特性の向
上が期待される。
【００２２】次に、これらの構造をＩｎＧａＡｓＰ系、
ＧａＡｓ系、ＺｎＳ系の材料に適用した場合について以
下に述べる。
ＧａＡｓ系、ＺｎＳ系の材料に適用した場合について以
下に述べる。
【００２３】ＩｎＧａＡｓＰ系の材料に本発明を適用さ
せた場合の製造方法を図面を用いて説明する。
せた場合の製造方法を図面を用いて説明する。
【００２４】図４はこの実施例の断面構造図を示す。ｎ
−ＩｎＰ基板１２上（キャリア濃度５×１０17cm-3）に
減圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ活性層１０周辺の層
構造を図５に示すように、厚さ１００nmのノンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ層（１．１５μm 波長組成）、厚さ７nmの
ノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚さ１０nmのノンドープ
のＩｎＧａＡｓＰ層（１．２μm 波長組成）、厚さ７．
５nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚さ１０nmのノン
ドープのＩｎＧａＡｓＰ層（１．２５μm 波長組成）、
厚さ８nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚さ１０nmの
ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（１．３μm 波長組
成）、厚さ８．５nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚
さ１０nmのノンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（１．３５μ
m 波長組成）、厚さ９nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ
層、厚さ１００nmのノンドープのＩｎＧａＡｓＰ層
（１．３５μm 波長組成）、厚さ５００nmのｐ−ＩｎＰ
層１１（キャリア濃度５×１０17cm-3）を順次成長す
る。次いで、メサ形成のために、熱ＣＶＤ法によるＳｉ
Ｏ2 膜堆積、フォトレジスト工程、ブロムメタノールに
よる化学エッチングにより頂上の幅が１μm のメサを形
成する。メサトップのＳｉＯ2 を残した状態で全面にＭ
ＯＶＰＥ成長技術により、ｐ−ＩｎＰ層１１（キャリア
濃度５×１０17cm-3）、ｎ−ＩｎＰ層１３（キャリア濃
度５×１０17cm-3）、ｐ−ＩｎＰ層１１（キャリア濃度
５×１０17cm-3）を順次成長し、バッファード弗酸によ
り、メサトップのＳｉＯ2 除去し、再びＭＯＶＰＥ成長
技術により、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１４（キャリ
ア濃度１×１０19cm-3）を成長し、埋め込み型のＬＤ構
造を形成する。これを、基板の厚さが１５０μm 程度に
なるよう研磨し、さらに基板の両面にＴｉ／Ａｕからな
る電極１５をスパッタリングにより蒸着、４６０℃のア
ロイを経て、素子が完成する。
−ＩｎＰ基板１２上（キャリア濃度５×１０17cm-3）に
減圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ活性層１０周辺の層
構造を図５に示すように、厚さ１００nmのノンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ層（１．１５μm 波長組成）、厚さ７nmの
ノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚さ１０nmのノンドープ
のＩｎＧａＡｓＰ層（１．２μm 波長組成）、厚さ７．
５nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚さ１０nmのノン
ドープのＩｎＧａＡｓＰ層（１．２５μm 波長組成）、
厚さ８nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚さ１０nmの
ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（１．３μm 波長組
成）、厚さ８．５nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ層、厚
さ１０nmのノンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（１．３５μ
m 波長組成）、厚さ９nmのノンドープのＩｎＧａＡｓ
層、厚さ１００nmのノンドープのＩｎＧａＡｓＰ層
（１．３５μm 波長組成）、厚さ５００nmのｐ−ＩｎＰ
層１１（キャリア濃度５×１０17cm-3）を順次成長す
る。次いで、メサ形成のために、熱ＣＶＤ法によるＳｉ
Ｏ2 膜堆積、フォトレジスト工程、ブロムメタノールに
よる化学エッチングにより頂上の幅が１μm のメサを形
成する。メサトップのＳｉＯ2 を残した状態で全面にＭ
ＯＶＰＥ成長技術により、ｐ−ＩｎＰ層１１（キャリア
濃度５×１０17cm-3）、ｎ−ＩｎＰ層１３（キャリア濃
度５×１０17cm-3）、ｐ−ＩｎＰ層１１（キャリア濃度
５×１０17cm-3）を順次成長し、バッファード弗酸によ
り、メサトップのＳｉＯ2 除去し、再びＭＯＶＰＥ成長
技術により、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１４（キャリ
ア濃度１×１０19cm-3）を成長し、埋め込み型のＬＤ構
造を形成する。これを、基板の厚さが１５０μm 程度に
なるよう研磨し、さらに基板の両面にＴｉ／Ａｕからな
る電極１５をスパッタリングにより蒸着、４６０℃のア
ロイを経て、素子が完成する。
【００２５】さらに、同様の埋め込みプロセスを用い
て、図６〜図９に示す層構造の素子を作製した。
て、図６〜図９に示す層構造の素子を作製した。
【００２６】図６に示した構造はそれぞれのウェルに加
える圧縮歪量を制御することで、各ウエルに均一にキャ
リアを注入するものである。バリア層、ＳＣＨ層の組成
は１．１５μm とし、ウェルには圧縮歪量の異なるＩｎ
ＧａＡｓを用いた。ここでは、多重量子井戸を構成する
バリアの波長組成は一定として、ウェルに加える圧縮歪
量のみを変化させることで、各ウエルに均一にキャリア
を分布させている。
える圧縮歪量を制御することで、各ウエルに均一にキャ
リアを注入するものである。バリア層、ＳＣＨ層の組成
は１．１５μm とし、ウェルには圧縮歪量の異なるＩｎ
ＧａＡｓを用いた。ここでは、多重量子井戸を構成する
バリアの波長組成は一定として、ウェルに加える圧縮歪
量のみを変化させることで、各ウエルに均一にキャリア
を分布させている。
【００２７】図７、図８はウェルの幅を変化させること
でキャリアの局在を緩和させ、各ウエルに均一にキャリ
アを注入するものである。バリア、ＳＣＨ層には波長組
成１．１５μm のＩｎＧａＡｓＰを採用し、ウェルは無
歪のＩｎＧａＡｓとし素子を作製した。
でキャリアの局在を緩和させ、各ウエルに均一にキャリ
アを注入するものである。バリア、ＳＣＨ層には波長組
成１．１５μm のＩｎＧａＡｓＰを採用し、ウェルは無
歪のＩｎＧａＡｓとし素子を作製した。
【００２８】図９は、キャリアが局在するウェル付近の
バリアを薄くして、各ウエルに均一にキャリアを注入す
るものである。ここではバリア、ＳＣＨ層を１．１５μ
m とし、ウェルは無歪のＩｎＧａＡｓとした。
バリアを薄くして、各ウエルに均一にキャリアを注入す
るものである。ここではバリア、ＳＣＨ層を１．１５μ
m とし、ウェルは無歪のＩｎＧａＡｓとした。
【００２９】このようなキャリアの局在を緩和させる構
造を量子井戸活性層に採用し、図５に示した構造により
レーザを作製した。共振器長３００μm に劈開して特性
を評価したところ、閾値電流５ｍＡ、外部微分量子効率
０．３Ｗ／Ａ程度と、良好な特性を実現することができ
た。
造を量子井戸活性層に採用し、図５に示した構造により
レーザを作製した。共振器長３００μm に劈開して特性
を評価したところ、閾値電流５ｍＡ、外部微分量子効率
０．３Ｗ／Ａ程度と、良好な特性を実現することができ
た。
【００３０】次に、本発明の構造を発振波長０．９８μ
m 帯のＬＤに適用させた場合の実施例について述べる。
本実施例のレーザ構造図を図１０に示す。ｎ−ＧａＡｓ
基板１６上に、ＭＯＶＰＥ成長技術を用いて、ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１７、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
からなる量子井戸活性層１８、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層１９、ｐ+ −ＧａＡｓキャップ層２０を順次形成し
た後、活性層より上の領域をメサストライプ部を残して
エッチングし、ＭＯＶＰＥ選択成長技術により電流ブロ
ック層２１で埋め込み、さらに上面と底面に電極２２を
形成する。ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
はバリアのＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を変化させることで
バリア障壁高さを変化させ、図３に対応する層構造を採
用しＬＤを試作した。共振器長３００μm に切出して特
性を評価したところ、閾値電流が７ｍＡ以下の素子を安
定に得ることができた。
m 帯のＬＤに適用させた場合の実施例について述べる。
本実施例のレーザ構造図を図１０に示す。ｎ−ＧａＡｓ
基板１６上に、ＭＯＶＰＥ成長技術を用いて、ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１７、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
からなる量子井戸活性層１８、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層１９、ｐ+ −ＧａＡｓキャップ層２０を順次形成し
た後、活性層より上の領域をメサストライプ部を残して
エッチングし、ＭＯＶＰＥ選択成長技術により電流ブロ
ック層２１で埋め込み、さらに上面と底面に電極２２を
形成する。ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
はバリアのＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を変化させることで
バリア障壁高さを変化させ、図３に対応する層構造を採
用しＬＤを試作した。共振器長３００μm に切出して特
性を評価したところ、閾値電流が７ｍＡ以下の素子を安
定に得ることができた。
【００３１】次に、本発明の構造をＺｎＳ系の材料に適
用した場合について述べる。本実施例における構造図を
図１１に示す。ｎ−ＧａＡｓ基板２３上に、厚さ０．１
μmのｎ−ＺｎＭｇＳＳｅ層２４（キャリア濃度５×１
０-17 cm-3）、厚さ０．２μm のｎ−ＺｎＳＳｅ層２５
（キャリア濃度５×１０-17 cm-3）、ＺｎＣｄＳｅ多重
量子井戸活性層２６、厚さ０．２μm のｐ−ＺｎＳＳｅ
層２７（キャリア濃度５×１０-17 cm-3）、総厚が０．
１μm のｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層２８（キャリ
ア濃度５×１０-17 cm-3）、厚さ０．１μm のｐ+ −Ｚ
ｎＴｅコンタクト層２９（キャリア濃度２×１０-17 cm
-3）を順次ＭＢＥ法により成長し、その後、フォトリソ
グラフィ工程とウエットエッチングにより、リッジ導波
路を形成する。ＺｎＣｄＳｅ量子井戸活性層はバリア層
のＣｄを制御することでバリア障壁高さを変化させ、図
３に対応する層構造を形成しＬＤを試作した。続いて、
ＳｉＯ2 膜３０形成、リッジ頂上部分のＳｉＯ2 膜エッ
チングを行なった後、基板両面にＴｉ／Ａｕによる電極
３１を蒸着しレーザ構造とする。共振器長３００μm に
切出して特性を評価したところ、発振波長４９０nmに
て、閾値電流が５０ｍＡ以下の素子を安定に得ることが
できた。
用した場合について述べる。本実施例における構造図を
図１１に示す。ｎ−ＧａＡｓ基板２３上に、厚さ０．１
μmのｎ−ＺｎＭｇＳＳｅ層２４（キャリア濃度５×１
０-17 cm-3）、厚さ０．２μm のｎ−ＺｎＳＳｅ層２５
（キャリア濃度５×１０-17 cm-3）、ＺｎＣｄＳｅ多重
量子井戸活性層２６、厚さ０．２μm のｐ−ＺｎＳＳｅ
層２７（キャリア濃度５×１０-17 cm-3）、総厚が０．
１μm のｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層２８（キャリ
ア濃度５×１０-17 cm-3）、厚さ０．１μm のｐ+ −Ｚ
ｎＴｅコンタクト層２９（キャリア濃度２×１０-17 cm
-3）を順次ＭＢＥ法により成長し、その後、フォトリソ
グラフィ工程とウエットエッチングにより、リッジ導波
路を形成する。ＺｎＣｄＳｅ量子井戸活性層はバリア層
のＣｄを制御することでバリア障壁高さを変化させ、図
３に対応する層構造を形成しＬＤを試作した。続いて、
ＳｉＯ2 膜３０形成、リッジ頂上部分のＳｉＯ2 膜エッ
チングを行なった後、基板両面にＴｉ／Ａｕによる電極
３１を蒸着しレーザ構造とする。共振器長３００μm に
切出して特性を評価したところ、発振波長４９０nmに
て、閾値電流が５０ｍＡ以下の素子を安定に得ることが
できた。
【００３２】
【発明の効果】このように本発明により、レーザ発振閾
値電流値が低く、外部微分量子効率が大きい半導体レー
ザが製作できる。
値電流値が低く、外部微分量子効率が大きい半導体レー
ザが製作できる。
【図１】本発明の半導体レーザの実施例を説明するため
の断面図。
の断面図。
【図２】本発明の半導体レーザの製作工程を示す図。
【図３】本発明の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
【図４】本発明の半導体レーザの実施例を説明するため
の図。
の図。
【図５】本発明の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
【図６】本発明の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
【図７】本発明の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
【図８】本発明の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
【図９】本発明の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
【図１０】本発明の半導体レーザの構造を説明するため
の図。
の図。
【図１１】本発明の半導体レーザの構造を説明するため
の図。
の図。
【図１２】従来の半導体レーザを説明するための図。
【図１３】従来の半導体レーザの製作工程を示す図。
【図１４】従来の半導体レーザの活性層の構造を説明す
るための図。
るための図。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ ３ 多重量子井戸活性層 ４ ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層 ５ ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐヘテロバッファ層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ７ ｎ型ＧａＡｓブロック層 ８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ９ ＳｉＯ2 膜 １０ ＭＱＷ活性層 １１ ｐ−ＩｎＰ層 １２ ｎ−ＩｎＰ基板 １３ ｎ−ＩｎＰ層 １４ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 １５ 電極 １６ ｎ−ＧａＡｓ基板 １７ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １８ 量子井戸活性層 １９ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０ ｐ+ −ＧａＡｓキャップ層 ２１ 電流ブロック層 ２２ 電極 ２３ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２４ ｎ−ＺｎＭｇＳＳｅ層 ２５ ｎ−ＺｎＳＳｅ層 ２６ 多重量子井戸活性層 ２７ ｐ−ＺｎＳＳｅ層 ２８ ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層 ２９ ｐ+ −ＺｎＴｅコンタクト層 ３０ ＳｉＯ2 ３１ 電極
層 ５ ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐヘテロバッファ層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ７ ｎ型ＧａＡｓブロック層 ８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ９ ＳｉＯ2 膜 １０ ＭＱＷ活性層 １１ ｐ−ＩｎＰ層 １２ ｎ−ＩｎＰ基板 １３ ｎ−ＩｎＰ層 １４ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 １５ 電極 １６ ｎ−ＧａＡｓ基板 １７ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １８ 量子井戸活性層 １９ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０ ｐ+ −ＧａＡｓキャップ層 ２１ 電流ブロック層 ２２ 電極 ２３ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２４ ｎ−ＺｎＭｇＳＳｅ層 ２５ ｎ−ＺｎＳＳｅ層 ２６ 多重量子井戸活性層 ２７ ｐ−ＺｎＳＳｅ層 ２８ ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層 ２９ ｐ+ −ＺｎＴｅコンタクト層 ３０ ＳｉＯ2 ３１ 電極
Claims (5)
- 【請求項１】導電性半導体基板上に、多重量子井戸構造
からなる活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈折
率の小さな光ガイド層からなるダブルヘテロ構造を少な
くとも有し、該多重量子井戸活性層のバリヤ層でのエネ
ルギーギャップがｐ側からｎ側若しくは、ｎ側からｐ側
に向かって小さくなっていることを特徴とする半導体レ
ーザ。 - 【請求項２】導電性半導体基板上に、多重量子井戸構造
からなる活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈折
率の小さな光ガイド層からなるダブルヘテロ構造を少な
くとも有し、該多重量子井戸活性層の量子井戸層でのエ
ネルギーギャップがｐ側からｎ側若しくは、ｎ側からｐ
側に向かって小さくなっていることを特徴とする半導体
レーザ。 - 【請求項３】導電性半導体基板上に、多重量子井戸構造
からなる活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈折
率の小さな光ガイド層からなるダブルヘテロ構造を少な
くとも有し、該多重量子井戸活性層の各量子井戸の歪量
がｐ側からｎ側若しくは、ｎ側からｐ側に向かって小さ
くなっていることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項４】導電性半導体基板上に、多重量子井戸構造
からなる活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈折
率の小さな光ガイド層からなるダブルヘテロ構造を少な
くとも有し、該多重量子井戸活性層の量子井戸幅がｐ側
からｎ側若しくは、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっ
ていることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項５】導電性半導体基板上に、多重量子井戸構造
からなる活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈折
率の小さな光ガイド層からなるダブルヘテロ構造を少な
くとも有し、該多重量子井戸活性層のバリア層幅がｐ側
からｎ側若しくは、ｎ側からｐ側に向かって小さくなっ
ていることを特徴とする半導体レーザ。
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|---|---|---|---|
| JP6050830A JPH07235732A (ja) | 1993-12-28 | 1994-03-22 | 半導体レーザ |
| DE69411364T DE69411364T2 (de) | 1993-12-28 | 1994-12-27 | Halbleiterlaser |
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| US08/364,308 US5636236A (en) | 1993-12-28 | 1994-12-27 | Semiconductor laser |
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|---|---|---|---|
| JP5-333940 | 1993-12-28 | ||
| JP33394093 | 1993-12-28 | ||
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990406 |