JP3481458B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JP3481458B2 JP3481458B2 JP13180098A JP13180098A JP3481458B2 JP 3481458 B2 JP3481458 B2 JP 3481458B2 JP 13180098 A JP13180098 A JP 13180098A JP 13180098 A JP13180098 A JP 13180098A JP 3481458 B2 JP3481458 B2 JP 3481458B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- layer
- concentration
- active layer
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 56
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 66
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 33
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 29
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000009036 growth inhibition Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table characterised by the doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
に詳しくは活性層に対するキャリアブロックの部分に特
徴のある半導体レーザに関するものである。
記録など幅広い分野で利用される発光デバイスである。
要求される特性は用途によって多少の差異があるが、そ
の中で高出力化はあらゆる分野に共通する課題である。
エルビウムドープファイバアンプ励起用1.48μm半
導体レーザの構造例を示す図である。この半導体レーザ
においては、n型InP基板51上にメサ構造が形成さ
れ、メサ中にはInGaAsP光分離閉込め(SCH)
層52、InGaAsP活性層53、InGaAsP
SCH層54、p型InPクラッド層55が順次積層さ
れている。
性層53とInP層51,55の中間のバンドギャップ
を持ち、一様な構造を持つ場合と、内部に屈折率分布を
持つ場合( GRIN構造と呼ぶ) とがある。また、In
GaAsP活性層53は、バルク型よりも量子井戸層と
障壁層を積層した多重量子井戸構造(MQW)を有する
ことが多い。以下本明細書においては、活性層と表記し
た場合はバルク構造またはMQW構造を問わず、またS
CH層も屈折率が一様であるものとGRIN構造を有す
るものとを問わない。
型InP埋込層57によって埋込まれ、電流経路の狭窄
化及びストライプ型光導波路を形成している。p型In
Pクラッド層55の上にはp型InGaAsコンタクト
層58を形成することが広く行われており、こうして作
製された半導体結晶の両面に金属電極を形成して半導体
レーザが完成する。
るが、なかでも活性層へ注入されたキャリア( 電子と正
孔) を高い確率で発光再結合させることが重要である。
そのためにはクラッド層のp型ドーパントにより活性層
からあふれるキャリアをブロッキングし、活性層へのキ
ャリア閉じ込めを強くすることが望ましい。
成長には量産性に優れる有機金属気相成長法(MOVP
E法)が用いられ、p型ドーパントとしてZn、n型ド
ーパントとしてSiが用いられることが多い。これらド
ーパントのドーピング量によって半導体中のキャリア濃
度が制御される。キャリア濃度は高い方が電気特性には
良いものの、特に正孔は光を吸収しやすいために、p型
クラッド層のキャリア濃度には注意する必要がある。つ
まり、上記した活性層キャリアブロッキングの効果のみ
ならず、正孔による光吸収の効果にも留意する必要があ
る。
には、熱工程による拡散の問題をも考慮しなければなら
ない。すなわち活性層に近い部分のクラッド層p型ドー
パントの濃度が高い場合には、Znは結晶中で拡散しや
すいために、本来アンドープであるべき活性層(MQW
構造の場合には井戸層)にまでZnが入り込み、非発光
再結合の元となってレーザ特性を劣化させてしまうこと
が知られている。
ッド層のドーピング濃度分布として、例えば特開平7−
193321に、活性層に近い部分のドーピング濃度を
低くし、活性層から離れるに従ってドーピング濃度を高
くするという技術が開示されている。
つ必要以上の光の吸収を抑えるため、特開平9−459
89では、活性層近傍の薄い層のみを高ドープとし、そ
の上の層は低ドープにするという方法を採用している。
ただしドーパントとしては拡散しやすいZnでなく、C
かMgを用いる。
−193321に示された方法では、クラッド層のドー
パント濃度が活性層から徐々に大きくなるため、活性層
からあふれる電子をその活性層近傍において十分にブロ
ックするのが困難である。したがって、活性層から電子
があふれやすく、活性層への注入電流を有効に発光再結
合させることができないため、高出力化には不向きであ
る。
では、活性層へのドーパントの拡散を抑えるためCかM
gを用いる必要がある。しかしこれらの材料は、Znに
比べて純度が低くまた価格が高いという問題点があり、
p型ドーパントとして用いるには一般的なものではな
い。
れたもので、p型ドーパントとしてたとえZnを用いた
場合であっても、十分なキャリアブロッキングを行いつ
つp型ドーパントの活性層への拡散を防止し、かつp型
クラッド層での光吸収を最小限に抑えて高発光効率、高
出力を得ることができる半導体レーザを提供することを
目的とする。
に、請求項1に対応する発明は、InP材料からなるn
型半導体基板上に、InGaAsPを含む材料で形成さ
れた活性層及びp型InPからなるp型クラッド層を有
する半導体レーザにおいて、p型クラッド層は、活性層
側から順番に配列された、低不純物濃度を有する低濃度
p型クラッド層、高不純物濃度を有する高濃度p型クラ
ッド層、及びp型クラッド層内での正孔による光の吸収
を抑えるための中不純物濃度を有する中濃度p型クラッ
ド層からなる。さらに、活性層よりp型クラッド層側の
p型不純物の濃度分布が、活性層の端から50乃至25
0nm離れた位置に極大値を有する。
p型不純物濃度の極大値の部分によって活性層に対する
キャリアブロッキングを行うことができる。また、この
極大値位置から活性層端まで少なくとも50nmあるた
め、p型不純物の活性層への拡散を防止できるととも
に、極大値位置以降は少なくとも一旦p型不純物濃度が
低下するので、p型クラッド層での光吸収を最小限に抑
えることができる。したがって高発光効率、高出力な半
導体レーザを実現することができる。また、半導体の材
料系をInP/InGaAsPとしたので、長距離ファ
イバ通信に使用される半導体レーザに広く適用でき、特
に高出力が必要なファイバアンプ励起用に使用可能な半
導体レーザを得ることができる。
1に対応する発明において、p型不純物を亜鉛としたも
のである。本発明はこのような手段を設けたので、活性
層と極大値間に低濃度不純物領域が設けられることとな
り、p型不純物が拡散しやすい亜鉛であってもこれが活
性層へ入り込むことがない。したがって、請求項1に対
応する発明と同様な作用効果が得られる他、混入亜鉛に
よる非発光再結合の増加でレーザ特性が劣化するのを防
止できるとともに、安価であり、また純度が高くかつ適
用実績も十分にあって信頼性の高い材料をドーパントと
して使用することができる。
項1又は2に対応する発明において、p型不純物濃度の
極大値を1×1018/cm3以上としたものである。
本発明はこのような手段を設けたので、請求項1又は2
に対応する発明と同様な作用効果が得られる他、十分な
キャリアブロッキングを行うことができる。
項1〜3に対応する発明において、活性層の端から極大
値間におけるP型不純物濃度の最小値を3×1017/
cm3以下以下としたものである。
請求項1〜3に対応する発明と同様な作用効果が得られ
る他、p型不純物の活性層への混入をより一層有効に防
止することができる。
項1〜4に対応する発明において、活性層とp型クラッ
ド層の間に光分離閉じ込め層を有するものである。本発
明はこのような手段を設けたので、光閉じ込め層を設け
た場合でも請求項1〜4に対応する発明と同様な作用効
果を得ることができる。なお、本発明の場合では、不純
物濃度の極大値が光閉じ込め層内に位置する場合もあり
得る。
P材料からなるn型半導体基板上に、InGaAsPを
含む材料で形成された活性層及びp型不純物として亜鉛
を用いるp型InPからなるp型クラッド層を有する半
導体レーザにおいて、p型クラッド層は、活性層側から
順番に配列された、低不純物濃度を有する低濃度p型ク
ラッド層、高不純物濃度を有する高濃度p型クラッド
層、及びp型クラッド層内での正孔による光の吸収を抑
えるための中不純物濃度を有する中濃度p型クラッド層
(7)からなる。そして、活性層よりp型クラッド層側
の前記p型不純物の濃度分布が、活性層の端からアンド
ープ領域若しくは低濃度領域を挟んで少なくとも一つの
極大値を有する。
て説明する。図1は本発明の実施の形態に係る半導体レ
ーザの構成例を示す図である。この半導体レーザは、p
型クラッド層の濃度分布を除けば従来技術で説明した半
導体レーザと同様に構成されている。すなわちn型In
P基板1上にメサ構造が形成され、メサ中にはInGa
AsP光分離閉込め(SCH)層2、InGaAsP活
性層3、InGaAsP SCH層4、p型InPクラ
ッド層5,6,7が順次積層されている。
性層3に近い側から低濃度p型クラッド層5、高濃度p
型クラッド層6及び中濃度p型クラッド層7から構成さ
れる。
ンタクト層8が積層されている。またメサの両側はp型
InP埋込層9及びn型InP埋込層10によって埋込
まれ、電流経路の狭窄化及びストライプ型光導波路を形
成している。
ト層8にn電極11及びp電極12が設けられて半導体
レーザが構成されている。また、p型クラッド層5,
6,7に用いられるドーパントは亜鉛Znであり、各層
5,6,7のキャリア濃度とその層方向分布が重要であ
る。
p型クラッド層のキャリア濃度分布の一例を示す図であ
る。同図に示すキャリア濃度分布では、活性層3の端部
から最初の50nmは低濃度にドープされ(低濃度p型
クラッド層5)、続いて100nmは高濃度にドープさ
れている(高濃度p型クラッド層6)。そして以降は中
濃度にドープされている(中濃度p型クラッド層7)。
また、同図においては実線はクラッド層積層時のキャリ
ア(Zn)濃度分布であり、一点鎖線は最終的に得られ
る半導体レーザにおけるキャリア(Zn)濃度分布であ
る。つまり、半導体レーザ製造過程において熱工程等に
よりZnが拡散するために、当初分布(実線)から最終
的な分布(一点鎖線)へと変化するものである。
ている。すなわち上記では活性層3の端部から最初の5
0nmは低濃度ドープとしたが、この50nmの距離は
SCH層4の厚さも含むものである。また、続く高濃度
ドープ部分もクラッド層内に必ずしも位置する必要はな
く、SCH層4内に高濃度ドープ部分が位置してもよ
い。つまり、本明細書で低濃度p型クラッド層5、高濃
度p型クラッド層6並びに中濃度p型クラッド層7を順
次設けるという言い方をするのは、亜鉛Znの低濃度ド
ープ層、高濃度ドープ層並びに中濃度ドープ層を活性層
上端から順次設けるという意味であり、各ドープ濃度部
分が実際にはSCH層4に位置するかクラッド層に位置
するかを問うものではない。この関係は以下同様であ
る。
るところを説明する。高濃度p型クラッド層6は、活性
層3からあふれる電子をブロックするキャリアブロック
としての役割を果たしている。この層6が活性層3の近
傍に設けられていることで有効なキャリアブロックが行
われ、高効率高出力の半導体レーザが実現される。有機
金属気相成長法による結晶成長では、1×1018/cm
3 程度のドーピングは容易に実現でき、これが電子をブ
ロックして活性層へ閉じ込める。
層3近くに設けたというだけでなく、上記高濃度p型ク
ラッド層6と活性層3と間に低濃度p型クラッド層5を
挟んで設けた点が重要である。これは亜鉛Znの拡散し
やすさを考慮したものである。
p型クラッド層6と活性層3と間に低濃度p型クラッド
層5が挟まれている場合には、高濃度p型クラッド層6
からのZnの拡散があっても、そのZn拡散は低濃度p
型クラッド層5内で止まり活性層3まで達することがな
い。こうして効果的なキャリアブロッキングが行われつ
つ、p型ドーパントが活性層内に混入され発光効率が低
下するという弊害が防止される。したがって、低濃度p
型クラッド層5はアンドープあるいは3×1017/cm
3 程度以下の低濃度であることが望ましい。
分を中キャリア濃度の中濃度p型クラッド層7としたこ
とも発光の高効率化高出力化に貢献している。すなわち
キャリアブロックするには高Znドープ濃度部分が必要
だが、本来正孔は光を吸収しやすいため、クラッド層内
に必要以上な高濃度部分を設けるべきではない。この点
を考慮して、キャリアブロック層たる高濃度p型クラッ
ド層6以降は中Znドープ濃度領域(中濃度p型クラッ
ド層7)としたのである。こうしてクラッド層全体で正
孔の濃度を高すぎないようにし、正孔による光の吸収を
抑えるようにしている。なお、導電率などとの兼ね合い
から、クラッド層の大部分を占める中濃度p型クラッド
層7は、全体的にはキャリア濃度5×1017/cm3 程
度が好ましい。
ッド層5,6,7を順次設けることで、キャリア濃度分
布は図2の一点鎖線で示すような濃度ピーク(極大値)
を有する分布となる。すなわちこの極大値位置より活性
層3から離れる方向には少なくとも一度濃度が減少する
分布となる。
不純物濃度ピークが活性層3の端から50〜250nm
離れた位置となるように各層5,6,7の濃度を調整し
ている。またこの極大値点が活性層3から50〜250
nm程度離れている場合には、Znの拡散が生じても活
性層3までは到達しない。
る半導体レーザでは、電子が活性層内に十分に閉じ込め
られ、正孔による光損失も少ない高い発光効率が得ら
れ、高出力となる。
性を示す図である。同図からわかるように、本実施形態
の半導体レーザは従来品と比べれば2割以上の高出力を
実現している。なお、同図に示した半導体レーザの具体
的な製造手順は後述する。
ア濃度最大値である必要はないと考えられる。例えば上
記極大値位置よりさらに活性層3から離れた位置にキャ
リア高濃度点(最大値)があっても上記高い発光効率は
得られるものと予想される。
からどのくらい離れた位置とした場合が最も有効である
かについて検討する。図4はp型クラッド層におけるキ
ャリア濃度極大値の活性層上端から距離と光出力との関
係を示す図である。
各点の位置となるように、図1及び図2のキャリア濃度
分布形状を有する半導体レーザを作成し、注入電流50
0mAでの光出力を測定したものである。なお、各半導
体レーザは、低濃度p型クラッド層5がアンドープであ
り、低反射、高反射コーティングを施していないもので
ある。なお、図3のものは低反射、高反射コーティング
を施した後、低反射側からの出力光を測定しているた
め、図4に比べ、見かけ上光出力が大きくなっている。
ーザを得るためには、活性層上端から極大濃度位置まで
の距離を100nm前後とするのが最適である。また、
上記距離の範囲が50〜250nm程度あれば高効率発
光、高出力な半導体レーザが得られ、より好ましくは、
極大位置までの距離範囲が50〜150nm程度であれ
ば相当の大きな高出力化効果が得られる。
型クラッド層5をアンドープとした場合である。これに
対し、クラッド層5を低濃度ドープした場合には、活性
層上端から極大濃度位置が遠くになったときでも、図4
に示す場合よりは光出力が低下しない旨の知見が得られ
ている。
る半導体レーザは、p型クラッド層内で活性層3から低
濃度p型クラッド層5を挟んで高濃度p型クラッド層6
を設けるようにしたので、p型ドーパントとしてZnを
用いた場合であっても、p型ドーパントの活性層3への
拡散もなく、かつ高濃度層6によるブロッキングで電子
が活性層内に十分に閉じ込められて高発光効率及び高出
力を得ることができる。
度p型クラッド層6に続いて中濃度p型クラッド層7を
設けて、最終的なキャリア濃度分布が高濃度p型クラッ
ド層6で極大値をとるようにし、かつその極大位置を活
性層上端から所定範囲に入るようにしたので、上記効果
の他、p型クラッド層内での正孔による光の吸収も最小
限に抑えることができ、より一層高出力なものとするこ
とができる。
場合の具体的な実施例について説明する。本実施例で
は、光ファイバ通信の分野で用いられるエルビウムドー
プファイバアンプ励起用1.48μm半導体レーザの製
造工程を示すものであり、その構造は図1に示すものと
同じである。
n型InP基板1 上に、MOVPE法によりバンドギャ
ップ波長1.15μm組成、同1.08μm組成、同
0.99μm組成のInGaAsPをそれぞれ30nm
づつの厚さで積層し、SCH層2を形成する。
25μmとなる組成に−0.5%の引張り歪みを導入し
たInGaAsP層を障壁層、同じく1.55μmとな
る組成に+1%の圧縮歪みを導入したInGaAsP層
を井戸層として、井戸層数4の多重量子井戸構造の活性
層3を成長する。
組成、同1.08μm組成、同1.15μm組成のIn
GaAsPをそれぞれ30nmずつの厚さで積層し、S
CH層4を形成する。
濃度p型クラッド層5として、キャリア濃度1×1018
/cm3 のp型InP100nmを高濃度p型クラッド
層6として、同じく5×1017/cm3 のp型InP3
00nmを中濃度p型クラッド層7として順次積層す
る。ここでドーパントはZnであり、また、低濃度p型
クラッド層5はキャリア濃度3×1017/cm3 程度で
あってもよい。
2 膜を数十nm程度堆積し、これをフォトリソグラフィ
工程で幅2μm程度のストライプに成形したものをエッ
チングマスクとして、硫酸、臭酸、塩酸などからなるエ
ッチング溶液に浸し、メサ形状を形成する。
してMOVPE法によりp型InP埋込層9、続いてn
型InP埋込層10を積層してメサを埋め込んだあとS
iO2 膜を除去し、全面にキャリア濃度5×1017/c
m3 のp型InPクラッド層7を2μm、さらにキャリ
ア濃度5×1018/cm3 のp型InGaAsコンタク
ト層8を0.5μm成長する。
度に研磨し、成長面側にはAu及びZnを含むp電極1
2を、基板面側にはAu及びGeを含むn電極11を蒸
着して、最後にAuメッキを行う。
低反射コーティングまたは高反射コーティングを蒸着等
の方法により施す。実施形態で示した図3における本発
明の注入電流−光出力特性は、以上のようにして作成さ
れた半導体レーザの特性である。なお、図3における従
来技術は、比較のためにp型クラッドのキャリア濃度を
全て5×1017/cm3 一定にして作製した素子の特性
である。
り光出力は注入電流500A時で2割以上向上した。な
お、本発明は、上記実施形態又は実施例に限定されるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形する
ことが可能である。
SCH層と井戸層数4の歪MQW構造の活性層を有する
場合を示したが、本発明はこれらの構造に限定されるも
のではなく、種々の構造の半導体レーザに適用可能であ
る。
性層から低不純物濃度領域を挟んで高不純物濃度領域を
設けるようにしたので、p型ドーパントとしてたとえZ
nを用いた場合であっても、十分なキャリアブロッキン
グを行いつつp型ドーパントの活性層への拡散を防止
し、かつp型クラッド層での光吸収を最小限に抑えて高
発光効率、高出力を得ることができる半導体レーザを提
供することができる。
例を示す図。
ド層のキャリア濃度分布の一例を示す図。
図。
活性層上端から距離と光出力との関係を示す図。
ドープファイバアンプ励起用1.48μm半導体レーザ
の構造例を示す図。
Claims (6)
- 【請求項1】 InP材料からなるn型半導体基板
(1)上に、InGaAsPを含む材料で形成された活
性層(3)及びp型InPからなるp型クラッド層
(5,6,7)を有する半導体レーザにおいて、 前記p型クラッド層は、前記活性層側から順番に配列さ
れた、低不純物濃度を有する低濃度p型クラッド層
(5)、高不純物濃度を有する高濃度p型クラッド層
(6)、及び前記p型クラッド層内での正孔による光の
吸収を抑えるための中不純物濃度を有する中濃度p型ク
ラッド層(7)からなり、 前記活性層より前記p型クラッド層側のp型不純物の濃
度分布が、前記活性層の端から50乃至250nm離れ
た位置に極大値を有することを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項2】 前記p型不純物が亜鉛である請求項1に
記載の半導体レーザ。 - 【請求項3】 前記p型不純物濃度の極大値が1×10
18/cm3以上である請求項1又は2に記載の半導体
レーザ。 - 【請求項4】 前記活性層の端から前記極大値間におけ
るp型不純物濃度の最小値が3×1017/cm3以下
となる請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の半導体
レーザ。 - 【請求項5】 前記活性層と前記p型クラッド層の間に
光分離閉じ込め層(4)を有する請求項1乃至4のうち
何れか1項に記載の半導体レーザ。 - 【請求項6】 InP材料からなる形成されたn型半導
体基板(1)上に、InGaAsPを含む材料で形成さ
れた活性層(3)及びp型不純物として亜鉛を用いるp
型InPからなるp型クラッド層(5,6,7)を有す
る半導体レーザにおいて、 前記p型クラッド層は、前記活性層側から順番に配列さ
れた、低不純物濃度を有する低濃度p型クラッド層
(5)、高不純物濃度を有する高濃度p型クラッド層
(6)、及び前記p型クラッド層内での正孔による光の
吸収を抑えるための中不純物濃度を有する中濃度p型ク
ラッド層(7)からなり、 前記活性層より前記p型クラッド層側の前記p型不純物
の濃度分布が、前記活性層の端からアンドープ領域若し
くは低濃度領域を挟んで少なくとも一つの極大値を有す
ることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13180098A JP3481458B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | 半導体レーザ |
US09/307,438 US6351479B1 (en) | 1998-05-14 | 1999-05-10 | Semiconductor laser having effective output increasing function |
EP99109559A EP0959540B1 (en) | 1998-05-14 | 1999-05-12 | Semiconductor laser having effective output increasing function |
DE69902421T DE69902421T2 (de) | 1998-05-14 | 1999-05-12 | Halbleiterlaser mit erhöhter Ausgangsleistung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13180098A JP3481458B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11330605A JPH11330605A (ja) | 1999-11-30 |
JP3481458B2 true JP3481458B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=15066414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13180098A Expired - Lifetime JP3481458B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | 半導体レーザ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6351479B1 (ja) |
EP (1) | EP0959540B1 (ja) |
JP (1) | JP3481458B2 (ja) |
DE (1) | DE69902421T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6240114B1 (en) * | 1998-08-07 | 2001-05-29 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp. | Multi-quantum well lasers with selectively doped barriers |
CA2351014A1 (en) * | 2000-06-20 | 2001-12-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd | Semiconductor laser device |
RU2168249C1 (ru) * | 2000-08-30 | 2001-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Инжекционный лазер |
RU2176842C1 (ru) * | 2000-08-30 | 2001-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Способ регулирования диапазона рабочих частот лазерной модуляции |
RU2176841C1 (ru) * | 2000-08-30 | 2001-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Способ изготовления инжекционного лазера |
FR2820891B1 (fr) * | 2001-02-13 | 2004-08-27 | Cit Alcatel | Laser semi conducteur a ruban enterre et procede de fabrication |
DE60126677T2 (de) * | 2001-03-19 | 2007-10-31 | Trumpf Photonics, Inc. | Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des wirkungsgrads in optoelektronischen strahlungsquelleneinrichtungen |
US7084444B2 (en) | 2001-03-19 | 2006-08-01 | Trumpf Photonics, Inc. | Method and apparatus for improving efficiency in opto-electronic radiation source devices |
JP2002299762A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
KR100602973B1 (ko) * | 2003-10-30 | 2006-07-20 | 한국과학기술연구원 | 스트레인 보상 다층양자우물을 이용하는 단일모드형 레이저 다이오드 및 그 제조 방법 |
EP1601028A4 (en) * | 2004-01-28 | 2012-09-12 | Anritsu Corp | OPTICAL SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
JP2005229011A (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Anritsu Corp | 波長可変半導体レーザ及びガス検知装置 |
JP2006128151A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
JP2006253212A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ |
KR20070084973A (ko) * | 2006-02-22 | 2007-08-27 | 삼성전기주식회사 | 고출력 반도체 레이저소자 |
JP4341702B2 (ja) * | 2007-06-21 | 2009-10-07 | 住友電気工業株式会社 | Iii族窒化物系半導体発光素子 |
JP4834690B2 (ja) * | 2008-04-24 | 2011-12-14 | アンリツ株式会社 | ガス検知装置用波長可変型半導体レーザ及びガス検知装置 |
JP2010169625A (ja) * | 2009-01-26 | 2010-08-05 | Anritsu Corp | ガス検知装置 |
JP2010192528A (ja) * | 2009-02-16 | 2010-09-02 | Anritsu Corp | 半導体光素子とそれを用いた波長掃引光源 |
JP6291849B2 (ja) | 2014-01-10 | 2018-03-14 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
JP6519921B2 (ja) * | 2014-07-07 | 2019-05-29 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 光半導体素子及び光半導体素子の製造方法 |
US10971652B2 (en) * | 2017-01-26 | 2021-04-06 | Epistar Corporation | Semiconductor device comprising electron blocking layers |
US11056434B2 (en) | 2017-01-26 | 2021-07-06 | Epistar Corporation | Semiconductor device having specified p-type dopant concentration profile |
US10084282B1 (en) | 2017-08-14 | 2018-09-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Fundamental mode operation in broad area quantum cascade lasers |
JP6414306B2 (ja) * | 2017-09-27 | 2018-10-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
US11031753B1 (en) | 2017-11-13 | 2021-06-08 | The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Extracting the fundamental mode in broad area quantum cascade lasers |
US10833480B2 (en) * | 2018-07-03 | 2020-11-10 | Skorpios Technologies, Inc. | Diffusion blocking layer for a compound semiconductor structure |
CN112398003B (zh) * | 2019-08-19 | 2023-01-06 | 朗美通日本株式会社 | 调制掺杂半导体激光器及其制造方法 |
CN115023869A (zh) * | 2020-01-28 | 2022-09-06 | 三菱电机株式会社 | 光半导体装置及其制造方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3789695T2 (de) | 1986-08-08 | 1994-08-25 | Toshiba Kawasaki Kk | Doppelheterostruktur-Halbleiterlaser mit streifenförmigem Mesa-Wellenleiter. |
EP0403293B1 (en) | 1989-06-16 | 1995-12-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing III-V group compound semiconductor device |
EP0571021B1 (en) | 1992-05-18 | 1997-08-06 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optoelectronic semiconductor device |
JPH06222406A (ja) | 1993-01-26 | 1994-08-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光デバイス |
JP2699848B2 (ja) | 1993-12-27 | 1998-01-19 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
JP2778454B2 (ja) * | 1994-03-07 | 1998-07-23 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
JPH07249575A (ja) * | 1994-03-09 | 1995-09-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光素子の製造方法 |
US5949807A (en) | 1994-12-28 | 1999-09-07 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser device |
JP3645320B2 (ja) | 1995-07-31 | 2005-05-11 | 三井化学株式会社 | 半導体レーザ素子 |
JP3652072B2 (ja) * | 1997-07-30 | 2005-05-25 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1998
- 1998-05-14 JP JP13180098A patent/JP3481458B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-05-10 US US09/307,438 patent/US6351479B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-12 EP EP99109559A patent/EP0959540B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-12 DE DE69902421T patent/DE69902421T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6351479B1 (en) | 2002-02-26 |
DE69902421T2 (de) | 2003-04-24 |
EP0959540B1 (en) | 2002-08-07 |
DE69902421D1 (de) | 2002-09-12 |
EP0959540A3 (en) | 2000-02-02 |
EP0959540A2 (en) | 1999-11-24 |
JPH11330605A (ja) | 1999-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3481458B2 (ja) | 半導体レーザ | |
US20040179569A1 (en) | Wavelength tunable DBR laser diode | |
JP2004179274A (ja) | 光半導体装置 | |
JPH05275798A (ja) | レーザダイオード | |
JPH0656906B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
US5311534A (en) | Semiconductor laser devices | |
JP2002134842A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2914093B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JP2555955B2 (ja) | 半導体光増幅器およびその製造方法 | |
JPH07226566A (ja) | 量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 | |
JP2882335B2 (ja) | 光半導体装置およびその製造方法 | |
JP4599700B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ | |
JP3987138B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP3658048B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2003234541A (ja) | 分布帰還型半導体レーザ素子 | |
JP4345673B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JP3645320B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JPH077232A (ja) | 光半導体装置 | |
JP4983791B2 (ja) | 光半導体素子 | |
US20020136253A1 (en) | Semiconductor laser device and method for fabricating same | |
JP2004103679A (ja) | 半導体発光素子および半導体発光素子モジュール | |
JPH11233874A (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
JP2005294510A (ja) | 半導体装置 | |
JPH09232666A (ja) | 半導体レーザ及び並列伝送用光送信モジュール | |
JP3251615B2 (ja) | 半導体レーザ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071010 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081010 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091010 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101010 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010 Year of fee payment: 10 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |