JPS6215871A - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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- JPS6215871A JPS6215871A JP15417985A JP15417985A JPS6215871A JP S6215871 A JPS6215871 A JP S6215871A JP 15417985 A JP15417985 A JP 15417985A JP 15417985 A JP15417985 A JP 15417985A JP S6215871 A JPS6215871 A JP S6215871A
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ■発明の利用分野〕 本発明は半導体レーザに関するものである。[Detailed description of the invention] ■Field of application of the invention] The present invention relates to a semiconductor laser.
半導体レーザとトランジスタとを同一基板上に作り付け
た(通例、モノリシックと称している)1、いわゆる○
E I C(optoelectronic int、
egrat、edcivcT+it、)は既に多数の例
がある。その中で、半導体レーザの上に、高比抵抗層を
介して、電界効果型トランジスタ(FET)を作り付け
た例がある。たとえば、松枝他;日本応用物理学会誌(
Japan、 J、Appl、 Phys、 ) Vo
l、20 (1981)Suppl、2o−il pp
、193−197等である。本発明は。A semiconductor laser and a transistor are fabricated on the same substrate (usually referred to as monolithic)1, so-called ○
E I C (optoelectronic int,
There are already many examples of egrat, edcivcT+it,). Among these, there is an example in which a field effect transistor (FET) is built on a semiconductor laser via a high resistivity layer. For example, Matsueda et al.; Journal of the Japanese Society of Applied Physics (
Japan, J, Appl, Phys, ) Vo
l, 20 (1981) Suppl, 2o-il pp.
, 193-197, etc. The present invention is.
静電誘導型、あるいはパリスティック型のトランジスタ
を用いることによって、これら従来例よりもさらに大幅
な高速度イヒを実現させる。By using electrostatic induction type or pallitic type transistors, much higher speeds than these conventional examples can be achieved.
なお、静電誘導型トランジスタ、あるいは、パリスティ
ック型トランジスタ自体に関しては、0FICとは別に
、文献が多い。例えば、゛西沢他(J 、NiN15h
iza、 et al) ;アイ・イー・イー・イート
ランズアクション エレクトロン デバイス(I E
E E Trans、 E 1ectron Dev
ices)、 E D−22゜pp、1l85−197
(Au、1975)、あるいは、日経エレクトロニクス
:解説; 1981年3月16日号pp、 10g−1
28゜等である。Note that, apart from 0FIC, there are many documents regarding static induction transistors or pallitic transistors themselves. For example, Nishizawa et al. (J, NiN15h
iza, et al); IE Transaction Electron Device (IE
E E Trans, E 1ectron Dev
ices), ED-22゜pp, 1l85-197
(Au, 1975), or Nikkei Electronics: Commentary; March 16, 1981 issue pp, 10g-1
28° etc.
本発明は超高速度での変調動作が可能な半導体レーザを
提供するものである。具体的には、IGbit/ s以
上の変調速度をも実現し得るものである。The present invention provides a semiconductor laser capable of ultra-high speed modulation operation. Specifically, it is possible to achieve a modulation rate of IGbit/s or higher.
レーザとモノリシックに集積化するトランジスタとして
、静電誘導型あるいは、パリスティック型を利用するこ
とによって、従来以上の高速度動作を達成した。特に静
電誘導型あるいはパリスティック型のトランジスタを、
レーザダイオード自体に組み込むか、または、近距離に
作り付けることによって、配線等にまつわる浮遊インピ
ーダンスを低減させ、これらトランジスタの本来の高速
性を生かした。By using electrostatic induction type or pallitic type transistors that are monolithically integrated with the laser, we have achieved higher speed operation than conventional ones. In particular, static induction type or pallitic type transistors,
By incorporating it into the laser diode itself or building it close together, we can reduce stray impedance associated with wiring and take advantage of the inherent high-speed performance of these transistors.
以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail according to examples.
先ず、n型Q a A s基板を用いた例を述べる。第
1図に本発明の代表例の断面構造を示す。First, an example using an n-type QaAs substrate will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a typical example of the present invention.
n型G a A s基板(8)の上に、M OCV D
(M ejalOrganic Chemical
Vapor Deposition)法によって、Se
をドープしたn型Ga0156A Q o、a5Asク
ラッド層(7)を2〜5μmの厚さに形成する。On the n-type GaAs substrate (8), MOCVD
(M ejal Organic Chemical
Se
An n-type Ga0156A Qo,a5As cladding layer (7) doped with is formed to a thickness of 2 to 5 μm.
次いで、アンドープGaAs(5)及びアンドープGa
o、 7 A Q o、 a As(6)を各々5〜l
Onm及び2〜10nmの厚さに、交互に、3〜10圓
繰り返した超格子でできた活性層を形成する。活性層は
通常のものでも勿論良い。更にZnをドープしたp型あ
るいはアンドープのG a o、 66 A Q o、
46 A sクラッド層(4)を0.2〜1μmの厚さ
にSeをドープして、キャリア濃度をI X 10 ”
X 1 ’X1019cm−3にしたn型GaAs光
吸収・グー1〜層(3)を0.5〜1.0μmの厚さに
成長させる。しかる後に、光吸収・ゲート層の一部を蝕
刻除去し、幅1.0〜10μmの溝(14)を作る。こ
の上に再びMOCVD法によって、Znをドープしたp
型あるいはアンドープのG a o、 56 A Q
o、 4s A Sクラッド層1.0〜4.0 μm(
2)、Seをドープしたn型G a A sキャラプ層
0.1〜L、02m(1)を成長させる。次に、レーザ
の発光に関与する部分を残し、キャップ層(1)及びク
ラッド層(2)を蝕刻除去し、光吸収・ゲート層(3)
を露出させる。この上にリフトオフ法を用いて金属電極
(11)を形成する。即ち、A u G e N i合
金を用いて、蒸着後、H2気流中で400℃(±10℃
)の温度でアロイングを行い、オーミック接触を作った
。レーザのp側電極(10)は、Ti、Mo、Auの蒸
着とりフトオフ。Next, undoped GaAs (5) and undoped Ga
o, 7 A Q o, a 5 to l each of As(6)
An active layer is formed of a superlattice of 3 to 10 circles repeated alternately to a thickness of Onm and 2 to 10 nm. Of course, the active layer may be a normal one. Furthermore, p-type or undoped Ga o doped with Zn, 66 A Q o,
The 46 As cladding layer (4) is doped with Se to a thickness of 0.2 to 1 μm, and the carrier concentration is set to I×10”.
An n-type GaAs light absorbing layer 1 to layer (3) having a size of X 1 'X 1019 cm-3 is grown to a thickness of 0.5 to 1.0 μm. Thereafter, a portion of the light absorption/gate layer is removed by etching to form a groove (14) with a width of 1.0 to 10 μm. On top of this, again by MOCVD method, Zn-doped p
type or undoped G ao, 56 A Q
o, 4s A S cladding layer 1.0-4.0 μm (
2) Grow an n-type GaAs charap layer 0.1 to L, 02m (1) doped with Se. Next, the cap layer (1) and the cladding layer (2) are etched away, leaving the parts involved in laser emission, and the light absorption/gate layer (3) is removed.
expose. A metal electrode (11) is formed on this using a lift-off method. That is, using A u G e N i alloy, after vapor deposition, it was heated at 400°C (±10°C) in H2 gas flow.
) to create ohmic contact. The p-side electrode (10) of the laser is a lift-off for depositing Ti, Mo, and Au.
n側電極(12)は、A u G e N i合金、C
r、Auの蒸着によって作った。発光面となる両面をへ
き開によって形成する。The n-side electrode (12) is made of AuGeNi alloy, C
r, made by vapor deposition of Au. Both surfaces, which will become light-emitting surfaces, are formed by cleaving.
さらに効果的な変調動作を期するため、光吸収・ゲート
層の蝕刻に当って、溝部に当たる所に。In order to achieve even more effective modulation, it is applied to the grooves when etching the light absorption/gate layer.
ホトレジスト膜を、局所的に硬化させる(精密なホトマ
スク、あるいはホログラフィックな光照射による)こと
によって、第1図の9に示すような、微細なn型GaA
sを、島状に残留させる。このn型GaAgの品番よ、
−辺が0.01〜0.2μmの直方体あ乞いは、断面が
、−辺0.O1〜0.2μmの長方形の櫛歯状のグリッ
ドである。このグリッドは電気的に、両側の光吸収層(
3)にゲート層と併用して接続されるようなパターンを
成すと効果的である。第2図(a)、 (b)は各々に
パターンの例を示す平面図である。グリッドの方向は、
レーザ・スートライプと平行、あるいは直交、あるいは
ある角度を持つ様にしても良い。By locally curing the photoresist film (by using a precise photomask or holographic light irradiation), fine n-type GaA
s remains in the form of islands. This is the part number of this n-type GaAg.
- A rectangular parallelepiped with sides of 0.01 to 0.2 μm has a cross section of - sides of 0.01 to 0.2 μm. It is a rectangular comb-shaped grid with a diameter of 01 to 0.2 μm. This grid electrically connects the light absorbing layers (
It is effective to form a pattern that can be used in combination with the gate layer in 3) for connection. FIGS. 2(a) and 2(b) are plan views each showing an example of a pattern. The direction of the grid is
It may be parallel to the laser soot stripe, perpendicular to it, or at a certain angle.
レーザP側電極(10)の下に、たとえばZnを拡散し
、電流径路の抵抗を減らすと、さらに高速化に有利であ
る。この拡散フロントは、第1図に13で示す。特に、
このフロントを、ゲートの島あるいはグリッド(第1図
9)に接近させ、その距離が0.5μm以下になると、
この間の電子走行距離が、平均自由工程°と同程度にな
るため、パリスティック効果による高速化が生じる。Diffusion of Zn, for example, under the laser P-side electrode (10) to reduce the resistance of the current path is advantageous for further speeding up. This diffusion front is shown at 13 in FIG. especially,
When this front is brought close to the gate island or grid (Fig. 1, 9), and the distance is less than 0.5 μm,
Since the traveling distance of electrons during this time is approximately the same as the mean free path °, speeding up occurs due to the paristic effect.
以上のようにして作成した素子の動作を確認して次の結
果を得た。The operation of the device created as described above was confirmed and the following results were obtained.
レーザ閾値、15〜50mA。Laser threshold, 15-50 mA.
発振波長0.77−0.85 am。Laser wavelength: 0.77-0.85 am.
ゲーl〜印加電圧(ピーク値)0.5〜1.OV。Ge l~Applied voltage (peak value) 0.5~1. OV.
変調周波数1〜5GHz。Modulation frequency 1~5GHz.
電流注入のために、レーザ動作時には活性領域において
、キャリア濃度が不純物濃度を越え、不純物等による静
電場をスクリーニングするので、本素子は、静電誘動型
あるいは、パリスティック型の三端子素子として動作す
る。特に、第1図2及び4のクラッド層における不純物
濃度を低く保って設計するとこの効果が顕著になる。Due to current injection, the carrier concentration exceeds the impurity concentration in the active region during laser operation, and the electrostatic field caused by impurities is screened, so this device can be used as an electrostatic induction type or a pallitic type three-terminal device. Operate. In particular, this effect becomes remarkable when the impurity concentration in the cladding layers shown in FIGS. 2 and 4 is kept low.
以上の構造を基本とすれば、半絶縁性のG a A s
基板上に、先ずn型の導電層を成長させて、その上に、
第1図の(1)〜(7)の各層を形成させ同様の構成を
作成しても良い。このように本発明は半絶縁性G a
A s基板を用いた○EIC作成にも適用される。Based on the above structure, semi-insulating Ga As
First, an n-type conductive layer is grown on the substrate, and on top of that,
A similar structure may be created by forming each of the layers (1) to (7) in FIG. In this way, the present invention provides semi-insulating Ga
It is also applied to ○EIC creation using As substrate.
さらに、InP−InGaAsP系を用いた、発振金属
シリサイド等の、導電性の高い材料も利用できる。その
場合は、Ga A s等化合物半導体との界面の整合性
に十分注意を払い、グラホエピタキシー、あるいは、イ
オンビームを利用した直接描画的な選択成長等の技術を
適用するのが良い。Furthermore, highly conductive materials such as oscillating metal silicide using InP-InGaAsP system can also be used. In that case, it is best to pay sufficient attention to the consistency of the interface with a compound semiconductor such as GaAs, and apply a technique such as graphoepitaxy or direct writing selective growth using an ion beam.
第1図は本発明の半導体レーザの断面図、第2図はゲー
ト部の平面図を示している。
■・・・キャップ層、2・・・p型クラッド層、3・・
・光吸収・ゲート層、4・・・P型クラッド層、5・・
・超格子 ウェル層、6・・・超格子 バリヤ層、7・
・・n型クラッド層、8・・・n型基板、9・・・ゲー
ト(島あるいはグリッド)、10・・・P側電極、11
・・ゲート電極、12・・・n側電極、13・・・P側
拡散フロント。FIG. 1 shows a cross-sectional view of the semiconductor laser of the present invention, and FIG. 2 shows a plan view of the gate portion. ■... Cap layer, 2... P-type cladding layer, 3...
・Light absorption/gate layer, 4... P-type cladding layer, 5...
・Superlattice well layer, 6...Superlattice barrier layer, 7・
... n-type cladding layer, 8 ... n-type substrate, 9 ... gate (island or grid), 10 ... P-side electrode, 11
...Gate electrode, 12...N side electrode, 13...P side diffusion front.
Claims (1)
層、活性層、および第2のクラッド層を有し、この第2
のクラッド層上に当該レーザ光を吸収する第4の半導体
層を設け、第4の半導体層中に開孔を設け、この開孔内
に所定のグリッド層を配し、このグリッド層は前記第4
の半導体層に接続され、前記開孔を含んで第4の半導体
層上に第5の半導体層を少なくとも配し、前記半導体基
板側に第1の電極、前記第5の半導体層上に第2の電極
、第4の半導体層より第3の電極を各々取り出し、且、
レーザ発振のための共振器を構成する手段を有すること
を特徴とする半導体レーザ装置。 2、前記活性層が超格子構造を有して成ることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。 3、前記第2の電極下にこれに接して不純物領域を設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記
載の半導体レーザ装置。 4、前記第2の電極下にこれと接して設けられた不純物
領域の第5の半導体層中のフロントと前記グリッド層と
の距離が0.5μm以下なることを特徴とする特許請求
の範囲第3項記載の半導体レーザ装置。 5、前記第5の半導体層上に更にキャップ層として少な
くとも第6の半導体層が設けられていることを特許請求
の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。[Claims] 1. A first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer for laser oscillation are provided on a semiconductor substrate;
A fourth semiconductor layer that absorbs the laser beam is provided on the cladding layer of the fourth semiconductor layer, an opening is provided in the fourth semiconductor layer, a predetermined grid layer is disposed within the opening, and this grid layer is 4
at least a fifth semiconductor layer is disposed on the fourth semiconductor layer including the opening, a first electrode is on the semiconductor substrate side, and a second electrode is on the fifth semiconductor layer. and a third electrode from the fourth semiconductor layer, and
A semiconductor laser device comprising means for configuring a resonator for laser oscillation. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer has a superlattice structure. 3. The semiconductor laser device according to claim 1 or 2, characterized in that an impurity region is provided under and in contact with the second electrode. 4. The distance between the front of the impurity region in the fifth semiconductor layer provided under and in contact with the second electrode and the grid layer is 0.5 μm or less. 3. The semiconductor laser device according to item 3. 5. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising at least a sixth semiconductor layer provided as a cap layer on the fifth semiconductor layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15417985A JPS6215871A (en) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15417985A JPS6215871A (en) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | Semiconductor laser device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS6215871A true JPS6215871A (en) | 1987-01-24 |
Family
ID=15578560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15417985A Pending JPS6215871A (en) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | Semiconductor laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS6215871A (en) |
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JPS589388A (en) * | 1981-07-09 | 1983-01-19 | Olympus Optical Co Ltd | Light modulation type integrated circuit element |
JPS59987A (en) * | 1982-06-26 | 1984-01-06 | Semiconductor Res Found | Semiconductor laser |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP15417985A patent/JPS6215871A/en active Pending
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