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JP2616532B2 - Semiconductor laser and method of manufacturing the same - Google Patents
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JP2616532B2 - Semiconductor laser and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor laser and method of manufacturing the same

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JP2616532B2
JP2616532B2 JP4265964A JP26596492A JP2616532B2 JP 2616532 B2 JP2616532 B2 JP 2616532B2 JP 4265964 A JP4265964 A JP 4265964A JP 26596492 A JP26596492 A JP 26596492A JP 2616532 B2 JP2616532 B2 JP 2616532B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバー通信等に必
要な高性能の半導体レーザおよびその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high performance semiconductor laser required for optical fiber communication and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体レーザの特性向上を実
現するために、半導体レーザの活性層を量子井戸構造と
した単一量子井戸(SQW)レーザや多重量子井戸(M
QW)レーザに関する研究がおこなわれている。この量
子井戸活性層を有する半導体レーザは量子サイズ効果に
より、通常のバルク型活性層にない良好な特性が期待で
きる。例えば微分ゲインの増大・TM発光の低減等によ
り低しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩和
振動周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応答
・低チャーピング化が得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve the characteristics of a semiconductor laser, a single quantum well (SQW) laser or a multiple quantum well (MQ) having an active layer of a semiconductor laser in a quantum well structure has been used.
QW) Research on lasers has been conducted. The semiconductor laser having the quantum well active layer can be expected to have good characteristics that are not available in the ordinary bulk type active layer due to the quantum size effect. For example, high efficiency and large output operation can be achieved at a low threshold value by increasing the differential gain and reducing TM emission, etc., and high-speed response and low chirping can be obtained by increasing the relaxation oscillation frequency and decreasing the line width increase coefficient. .

【0003】しかしながら、さらに微分ゲインを増大す
る場合には歪量子井戸の適用やバリア層の薄膜化に加
え、量子井戸のバリア層にドーピングを行う変調ドープ
MQW構造の適用が検討されている[ケイ.ウオミ、ティー.ミシ
マ、エヌ.チノネ、シ゛ャハ゜ン シ゛ャーナル アフ゜ライト゛ フィシ゛ックス 、51(199
0)88(K. Uomi, T. Mishima, N. Chinone, Jpn. J. App
l.Phys. , 51(1990)88)]。
However, in order to further increase the differential gain, the application of a modulation-doped MQW structure for doping a barrier layer of a quantum well is being studied in addition to the use of a strained quantum well and a reduction in the thickness of a barrier layer. .Wolmi, Tea, Mishima, N. Chinone, Shahjan Journal Affiliate Physics, 51 (199
0) 88 (K. Uomi, T. Mishima, N. Chinone, Jpn. J. App
l.Phys., 51 (1990) 88)].

【0004】図8に従来の半導体レーザの例を示す。3
1はn−GaAs基板、32はn−GaAsバッファ
層、33はn−In0.6Al0.4Asクラッド層、34は
アンドープAlGaAs光閉じこめ層、35はアンドー
プGaAs井戸層、36はアンドープGa0.8Al0.2
s層、37はBeドープGa0.8Al0.2As、38は変
調ドープ量子井 戸層、39はp−AlGaAsクラッ
ド層、40はn−GaAs電流狭搾層、41はSiO2
絶縁層、42はZn拡散領域、43はAu/Crよりな
るp側電極、 44はAuGeNiよりなるn側電極で
ある。
FIG. 8 shows an example of a conventional semiconductor laser. 3
1 n-GaAs substrate, 32 is n-GaAs buffer layer 33 is n-In 0.6 Al 0.4 As cladding layer, an undoped AlGaAs optical confinement layer 34, an undoped GaAs well layers 35, 36 an undoped Ga 0.8 Al 0.2 A
s layer, 37 is Be-doped Ga 0.8 Al 0.2 As, 38 is a modulation-doped quantum well layer, 39 is a p-AlGaAs cladding layer, 40 is an n-GaAs current constriction layer, 41 is SiO 2
An insulating layer, 42 is a Zn diffusion region, 43 is a p-side electrode made of Au / Cr, and 44 is an n-side electrode made of AuGeNi.

【0005】図8の変調ドープ量子井戸層の構造は図9
(b)のように、アンドープのGaAs井戸層35と、ア
ンドープGaAlAsバリア層36と変調ドープ層37
からなるバリア層からなっている。
FIG. 9 shows the structure of the modulation-doped quantum well layer shown in FIG.
As shown in (b), an undoped GaAs well layer 35, an undoped GaAlAs barrier layer 36 and a modulation doped layer 37
And a barrier layer composed of

【0006】以上のように構成された従来の変調ドープ
量子井戸半導体レーザ装置において、電流をp側電極4
3から導入し、Zn拡散領域42で挟窄したのち、変調
ドープ量子井戸層38に注入する。微分ゲインの増大に
より増加する緩和振動周波数はドーピングしていない量
子井戸構造に対してこの図8に示した変調ドープ量子井
戸構造では増加が確認された。
In the conventional modulation-doped quantum well semiconductor laser device configured as described above, a current is applied to the p-side electrode 4.
3, and injected into the modulation-doped quantum well layer 38 after being sandwiched by the Zn diffusion region 42. An increase in the relaxation oscillation frequency that increases with an increase in the differential gain was confirmed in the modulation-doped quantum well structure shown in FIG. 8 with respect to the undoped quantum well structure.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図8に挙げた上記のよ
うな構成の変調ドープ量子井戸構造の半導体レーザの変
調ドープ量子井戸層38は上で説明したように、アンド
ープGaAs井戸層35と、アンドープAlGaAsバ
リア層36とBeドープAlGaAs変調ドープ層37
とからなるバリア層とからできている。
As described above, the modulation-doped quantum well layer 38 of the semiconductor laser having the modulation-doped quantum well structure shown in FIG. 8 has the undoped GaAs well layer 35 as described above. Undoped AlGaAs barrier layer 36 and Be-doped AlGaAs modulation doped layer 37
And a barrier layer comprising:

【0008】この半導体レーザと、図9(d)に示すよ
うな井戸層とバリア層に均一にドーピングした均一ドー
プ量子井戸構造の半導体レーザとの緩和振動周波数を比
較しても、ともにドーピングのない量子井戸の半導体レ
ーザに比べて緩和振動周波数は等しい増加しか確認され
なかった。これは、図9(b)または(c)に示す変調
ドーピング構造がその後の熱処理工程により、ドーピン
グ元素が拡散して変調ドーピング構造が消滅して、均一
ドーピング構造となってしまったと考えられる。それを
図9(a)に示した。同図(b)の構造をもつ変調ドー
ピング量子井戸構造は、熱処理前には、Beの濃度が変
調ドープ層だけ高くなっていたが、熱処理後は、Beが
変調ドープ層から拡散してしまい、均一になっている。
その結果、均一ドーピング構造と変調ドーピング構造の
レーザとの間に違いが無いものなると考えられる。これ
は、ドーピングに用いる元素が高温下に於て拡散してし
まうためである。
A comparison of the relaxation oscillation frequency between this semiconductor laser and a semiconductor laser having a uniformly doped quantum well structure in which a well layer and a barrier layer are uniformly doped as shown in FIG. Only an equal increase in the relaxation oscillation frequency was confirmed as compared to the quantum well semiconductor laser. This is presumably because the modulation doping structure shown in FIG. 9B or 9C was diffused by the subsequent heat treatment step, and the modulation doping structure disappeared, resulting in a uniform doping structure. This is shown in FIG. In the modulation-doped quantum well structure having the structure shown in FIG. 4B, the concentration of Be was increased only in the modulation-doped layer before the heat treatment, but after the heat treatment, Be diffused from the modulation-doped layer. It is uniform.
As a result, it is considered that there is no difference between the laser having the uniform doping structure and the laser having the modulation doping structure. This is because the elements used for doping diffuse at high temperatures.

【0009】本発明は上記問題点に鑑み、変調ドーピン
グして、変調ドーピング構造とした変調ドープ量子井戸
層のドーパント元素の拡散を抑制して変調ドーピング構
造の破壊を抑制するするとともに、クラッド層から変調
ドープ量子井戸層へのドーパントの拡散を抑制し、変調
ドープ量子井戸層の変調ドーピング構造の破壊を抑制す
る構造を有する半導体レーザを提供するものである。
In view of the above problems, the present invention suppresses the diffusion of a dopant element in a modulation-doped quantum well layer having a modulation-doped structure by performing modulation doping, thereby suppressing the destruction of the modulation-doped structure, and reducing the cladding layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a structure that suppresses diffusion of a dopant into a modulation-doped quantum well layer and suppresses destruction of a modulation doping structure of the modulation-doped quantum well layer.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体レーザは、基板と、前記基板上に第1
導伝型の導波路層と、井戸層とバリア層が交互に積層さ
れ、前記バリア層に変調ドープされた変調ドープ量子井
戸層と、ドーパントの拡散をストップするストップ層
と、第2導伝型のクラッド層とが順に積層された構造で
あり、前記導波路層のエネルギーギャップは、前記基板
のエネルギーギャップ以下であり、前記井戸層は
波路層よりエネルギーギャップが小さく、前記バリア
層は、前記導波路層と前記井戸層の中間のエネルギーギ
ャップで、一部に導伝性を有する変調ドープ層を含み、
前記ストップ層のエネルギ−ギャップは、前記バリア層
のエネルギーギャップ以上であり、かつドーパントがそ
の固溶限以下に添加された結晶とする。
Means for Solving the Problems A semiconductor laser of the present invention in order to achieve the object, a base plate, first on the substrate
A waveguide layer of a conduction type , a well layer and a barrier layer alternately stacked, and a modulation-doped quantum well layer modulated and doped in the barrier layer; a stop layer for stopping diffusion of the dopant; And a cladding layer are sequentially stacked, and the energy gap of the waveguide layer is
Or less of the energy gap, the well layer is, before Symbol
Smaller energy gap than the guiding Namijiso, the barrier layer is in the middle of the energy gap of the prior Kishirube waveguide layer and the well layer comprises a modulation doped layer having electrical Den to a portion,
The energy gap of the stop layer depends on the barrier layer.
, And a crystal in which a dopant is added below its solid solubility limit .

【0011】また、基板上に、前記基板以下のエネルギ
ーギャップである第1の導伝型を有する導波路層を成長
させる工程と、前記導波路層よりエネルギーギャップが
小さい井戸層と、前記導波路層と前記井戸層との中間
エネルギーギャップでアンドープの第1のバリア層と、
変調ドープ層と、アンドープの第2のバリア層とを交互
に積層した変調ドープ量子井戸層を成長させる工程と、
エネルギーギャップが前記バリア層以上であり、ドーパ
ントの拡散をストップするストップ層を成長させる工程
と、エネルギーギャップが前記ストップ層以上であり、
第2の導伝型を有するクラッド層を成長する工程と、前
記基板までをストライプ状にエッチングするエッチング
工程と、前記ストライプの側面を第2導伝型の結晶と第
1導伝型の結晶と第2導伝型の結晶を成長させて前記ス
トライプを埋め込む工程とを有する半導体レーザの製造
方法とする。
Further, on the base plate, the substrate following energy
Intermediate energy gap of growing a waveguide layer that having a first conductive heat transfer-type is over-gap, and the energy gap is smaller well layer than the previous Kishirube Namijiso, and the waveguide layer and the well layer An undoped first barrier layer;
Growing a modulation-doped quantum well layer in which a modulation-doped layer and an undoped second barrier layer are alternately stacked;
An energy gap is equal to or greater than the barrier layer, and a step of growing a stop layer for stopping diffusion of the dopant, the energy gap is equal to or greater than the stop layer,
A step of growing a cladding layer having a second conductivity type, an etching step of etching up to the substrate in a stripe shape, and forming a side surface of the stripe with a second conductivity type crystal and a first conductivity type crystal. Growing a crystal of the second conductivity type and embedding the stripe.

【0012】[0012]

【作用】変調ドープ構造を保存するためには、第1に変
調ドープ層に添加するドーパントの濃度を結晶の組成に
依存するドーパントの飽和濃度以下にする必要がある。
しかしながら変調ドープ層のドーパントの量が飽和濃度
以下の場合においても、変調ドープ構造が消失すること
がある。これは変調ドープ層近傍に飽和濃度以上のドー
パントが添加された層が存在するときに発生する。従っ
て、飽和濃度の低い層を変調ドープ層から離して設置す
るとともにドーパントの量を飽和濃度以下とする必要が
ある。本発明では、クラッド層内のZnの濃度をZnの
飽和濃度以下にすることや、クラッド層内に飽和濃度近
くのZnをドーピングした場合においても、クラッド層
と変調ドープ層間にアンドープ層を挿入することで拡散
を防止することが出来る。しかしながら、レーザ構造を
作製時には、導波路層内にドーピングする必要も生ずる
為に、ドーパントであるZn飽和濃度の低いInP等に
替えて、例えばInGaAsP等の層を挿入すること
で、変調ドープ構造の保存を実現している。
In order to preserve the modulation doping structure, first, the concentration of the dopant added to the modulation doping layer needs to be lower than the saturation concentration of the dopant depending on the crystal composition.
However, even when the amount of the dopant in the modulation doping layer is equal to or lower than the saturation concentration, the modulation doping structure may disappear. This occurs when there is a layer to which a dopant having a saturation concentration or more is added near the modulation doping layer. Therefore, it is necessary to dispose a layer having a low saturation concentration away from the modulation doping layer and to reduce the amount of the dopant to the saturation concentration or less. In the present invention, the undoped layer is inserted between the cladding layer and the modulation doping layer even when the concentration of Zn in the cladding layer is set to be equal to or lower than the saturation concentration of Zn, or when the cladding layer is doped with Zn having a concentration close to the saturation concentration. This can prevent diffusion. However, at the time of manufacturing the laser structure, it is necessary to dope the waveguide layer. Therefore, instead of the dopant such as InP or the like having a low Zn saturation concentration, a layer of, for example, InGaAsP or the like is inserted, so that the modulation doping structure is obtained. Save is realized.

【0013】[0013]

【実施例】以下に示す実施例を実現するために次のよう
な予備実験を試みた。
EXAMPLES The following preliminary experiments were attempted to realize the following examples.

【0014】図14に示すように井戸層の厚みが5n
m、バリア層の厚みが10nmで中央の3nmの領域に
Znを1×1018cm-3ドーピングした10ペアーの変
調ドープMQW構造に於て、変調ドーピング構造を成長
した後に通常クラッド層としてp−InP層を300n
m成長する。成長温度は620度で、成長時間は90分
であった。成長後変調ドーピング構造をSIMSで測定
した結果、変調ドープ構造は保存されていることを確認
した。
As shown in FIG. 14, the well layer has a thickness of 5n.
m, in a 10-pair modulation-doped MQW structure in which the barrier layer is 10 nm thick and the central 3 nm region is doped with Zn at 1 × 10 18 cm −3 , a p-type modulation cladding layer is usually formed after growing the modulation doping structure. 300n InP layer
grow m. The growth temperature was 620 degrees and the growth time was 90 minutes. After growth, the modulation doping structure was measured by SIMS, and it was confirmed that the modulation doping structure was preserved.

【0015】しかしながら、PBH構造(レーザの埋め
込み構造)とするために液層成長法(Liquid Phase
Epitaxy)にてp−n−p−InP層で電流狭搾層を埋
め込み成長した後、変調ドープ構造を再びSIMSで測
定した結果変調ドープ構造は消滅していた。
However, in order to obtain a PBH structure (buried laser structure), a liquid layer growth method (Liquid Phase) is used.
After burying and growing the current constriction layer with a pnp-InP layer by Epitaxy, the modulation dope structure was again measured by SIMS, and as a result, the modulation dope structure disappeared.

【0016】一方、変調ドーピング構造を成長した後に
図10(a)に示すように、p−InP層にかえてアン
ドープ−InP層を300nm成長し、その後p−In
P層を成長して変調ドープ構造をSIMSにより測定し
た結果変調ドープ構造は保存されていることを確認し
た。
On the other hand, after growing the modulation doping structure, as shown in FIG. 10A, an undoped-InP layer is grown to 300 nm in place of the p-InP layer, and thereafter the p-InP is grown.
As a result of growing the P layer and measuring the modulation dope structure by SIMS, it was confirmed that the modulation dope structure was preserved.

【0017】図10の結果から、変調ドーピング構造を
成長した後に成長するInP層の濃度が0の場合(bの
場合)には、(a)の結果から変調ドープ構造が保存さ
れていることがわかるが、InPの濃度が1×1018
-3の場合(cの場合)には変調ドープ構造が消滅して
いる。従って、変調ドープ層に隣接してアンドープIn
Pは成長できても、ドーピングしたp−InP結晶を成
長できないことが分かる。
From the results of FIG. 10, when the concentration of the InP layer grown after the growth of the modulation doping structure is 0 (case b), it can be seen from the result of FIG. As can be seen, the concentration of InP is 1 × 10 18 c
In the case of m −3 (in the case of c), the modulation doping structure has disappeared. Therefore, undoped In adjacent to the modulation doped layer
It can be seen that even if P can be grown, a doped p-InP crystal cannot be grown.

【0018】上記の実験結果より、変調ドーピング層近
傍にドーピングしたp−InP層がある場合には変調ド
ープ構造が消滅してしまうが、p−InP層にドーピン
グしていない場合は変調ドープ構造はまったく変化して
いない。変調ドープ構造の消滅はp−InP層にドーピ
ングしたZnが格子間原子Zniとして変調ドープ層内
に拡散しいき、変調ドープ構造を破壊するものと考え
る。従って、変調ドープ構造を保存するためには2つの
方法が考えられる。
From the above experimental results, the modulation doping structure disappears when there is a doped p-InP layer near the modulation doping layer, but when the p-InP layer is not doped, the modulation doping structure becomes Has not changed at all. It is considered that the disappearance of the modulation dope structure is that Zn doped in the p-InP layer diffuses into the modulation dope layer as interstitial atoms Zni and destroys the modulation dope structure. Therefore, two methods are conceivable for preserving the modulation doping structure.

【0019】1.図3(a)に示すように、ドーピング
したp−InP層9を変調ドープ量子井戸層7より離れ
た位置におき、p−InP層9から拡散してくるZnの
格子間原子Zniの数を低下させる。図3(a)に示す
ようにp−InPクラッド層9の下にZnの拡散をスト
ップするp−InGaAsP層8を設置した。この、p
−InGaAsP層8は第2の導波路としても作用す
る。InGaAsP層8はZnの固溶限が高いために、
たとえZnがクラッド層9から拡散してきてもこのIn
GaAsP層8でZnはストップする。したがって、I
nGaAsP層8は、Znの格子間原子Zniを発生す
ることなくp−InPクラッド層9と変調ドープ層7の
間で低抵抗層として作用する。
1. As shown in FIG. 3A, the doped p-InP layer 9 is placed at a position away from the modulation-doped quantum well layer 7, and the number of Zn interstitial atoms Zni diffused from the p-InP layer 9 is reduced. Lower. As shown in FIG. 3A, a p-InGaAsP layer 8 for stopping the diffusion of Zn was provided under the p-InP cladding layer 9. This, p
-InGaAsP layer 8 also functions as a second waveguide. Since the InGaAsP layer 8 has a high solid solubility limit of Zn,
Even if Zn diffuses from the cladding layer 9, this In
Zn stops in the GaAsP layer 8. Therefore, I
The nGaAsP layer 8 acts as a low resistance layer between the p-InP cladding layer 9 and the modulation doping layer 7 without generating Zn interstitial atoms Zni.

【0020】2.図3(b)に示すように、p−InP
層9のZn濃度を低下させる。p−InP層9内に固溶
可能なZnの量は結晶成長温度と結晶成長時のトータル
ガス量にも依存するが、だいたい1×1018cm-3と考
えられる。固溶限近傍の濃度を使用した場合、大量の格
子間原子Zniが発生する。従って、p−InPクラッ
ド層9は、格子間原子Zniが殆ど発生しない5×10
17cm-3程度のドーピングを行う必要がある。
2. As shown in FIG. 3B, p-InP
The Zn concentration of the layer 9 is reduced. The amount of Zn that can be dissolved in the p-InP layer 9 depends on the crystal growth temperature and the total gas amount during the crystal growth, but is considered to be about 1 × 10 18 cm −3 . When a concentration near the solid solubility limit is used, a large amount of interstitial atoms Zni are generated. Therefore, the p-InP cladding layer 9 has 5 × 10
It is necessary to dope about 17 cm -3 .

【0021】上記2つの手段は、変調ドープ量子井戸層
に、この層の外部からZn元素が拡散してくるのを防止
するものであった。この手段だけだと、確かに変調ドー
プ層外部から変調ドープ層に拡散してくるドーピング元
素は防止できるが、変調ドープ層自身にドープした元素
が拡散して、変調ドープ層を破壊するのを防ぐことはで
きない。したがって、これらの手段に加えて、図4
(a)のように、変調ドープ層内のドーピング元素(Z
n)が拡散して、変調ドープ層から外部へ拡散するのを
防止する必要がある。これには次の3つの方法がある。
The above two means prevent the Zn element from diffusing into the modulation-doped quantum well layer from outside the layer. With this means alone, it is possible to prevent the doping element from diffusing into the modulation doping layer from outside the modulation doping layer, but prevent the element doped into the modulation doping layer itself from diffusing and destroying the modulation doping layer. It is not possible. Therefore, in addition to these means, FIG.
As shown in (a), the doping element (Z
It is necessary to prevent n) from diffusing and from the modulation doped layer to the outside. There are three ways to do this.

【0022】1.p−InGaAsP変調ドープ層5の
変調ドーピング濃度をInGaAsP結晶の固溶限以下
にする。これは先に説明したp−InPクラッド層9と
同様に、固溶限をこえるZnをドーピングした場合、変
調ドーピング層自体で発生する格子間原子Zniにより
変調ドープ層が消滅するためである。図11にp−In
GaAsP変調ドープ層のZnの濃度を1×1018cm
-3、2×1018cm-3、5×1018cmー3として変調ド
ープ構造の変化を示す。その結果、Zn濃度を2×10
18cm-3以下では変調ドープ構造が保存されており、Z
n濃度を2×1018cm-3以下にする必要があることが
分かった。
1. The modulation doping concentration of the p-InGaAsP modulation doping layer 5 is set to be lower than the solid solubility limit of the InGaAsP crystal. This is because, similarly to the p-InP cladding layer 9 described above, when Zn exceeding the solid solubility limit is doped, the modulation doping layer disappears due to interstitial atoms Zni generated in the modulation doping layer itself. FIG. 11 shows p-In
The concentration of Zn in the GaAsP modulation doped layer is 1 × 10 18 cm
-3, 2 × 10 18 cm -3 , showing a change of a modulation doped structure as 5 × 10 18 cm -3. As a result, the Zn concentration was set to 2 × 10
Below 18 cm -3 , the modulation doping structure is preserved, and Z
It has been found that the n concentration needs to be 2 × 10 18 cm −3 or less.

【0023】2.p−InGaAsP変調ドープ層5は
変調ドープしているので、Znの濃度が大きいために、
Znはこの層から外部へ拡散しようとする。このZnの
拡散を防止するには、Znの拡散によりp−InGaA
sP変調ドープ層の結晶エネルギーが上昇して、不安定
な状態になるようにすればZnの拡散は抑制できるはず
である。
2. Since the p-InGaAsP modulation-doped layer 5 is modulation-doped, the concentration of Zn is large.
Zn tends to diffuse out of this layer. In order to prevent the diffusion of Zn, p-InGaAs is formed by the diffusion of Zn.
If the crystal energy of the sP modulation-doped layer is increased to be in an unstable state, diffusion of Zn should be able to be suppressed.

【0024】例えば、変調ドープを行なう層の結晶(変
調ドープ層)の格子定数が隣接するバリア層の格子定数
より大きい場合、変調ドープを行なう層は圧縮歪を発生
し、不安定な状態となって結晶の内部エネルギーが上昇
するが、ドーピングするZnの濃度を大きくするに従
い、変調ドープ層の格子定数が小さくなるために、Zn
をドーピングすることで圧縮歪は低減されて結晶は安定
な状態となる。
For example, when the lattice constant of the crystal of the layer to be subjected to modulation doping (modulation doping layer) is larger than the lattice constant of the adjacent barrier layer, the layer to be subjected to modulation doping generates a compressive strain and becomes unstable. Although the internal energy of the crystal increases, the lattice constant of the modulation doping layer decreases as the concentration of doped Zn increases.
, The compressive strain is reduced and the crystal becomes stable.

【0025】すなわち、あらかじめ変調ドープ層に圧縮
歪を与えておく(変調ドープ層の格子定数を隣接するバ
リア層より大きくしておく)と、変調ドープ層からZn
の拡散によりZn濃度が低下することで結晶のエネルギ
ーの上昇が伴うために、Znの拡散は抑制される。従っ
て、変調ドープ層の格子定数を、隣接するバリア層の格
子定数より大きくすることで、アンドープ−InGaA
sP層へのZnの拡散を抑制できた。この場合、変調ド
ープ層に添加するZn濃度は5×1018cm-3まで増加
できた。
That is, if a compressive strain is given to the modulation doping layer in advance (the lattice constant of the modulation doping layer is made larger than that of the adjacent barrier layer), Zn
The diffusion of Zn causes a decrease in the Zn concentration, which leads to an increase in the energy of the crystal, so that the diffusion of Zn is suppressed. Therefore, by making the lattice constant of the modulation doped layer larger than the lattice constant of the adjacent barrier layer, the undoped-InGaAs
The diffusion of Zn into the sP layer was suppressed. In this case, the concentration of Zn added to the modulation doping layer could be increased to 5 × 10 18 cm −3 .

【0026】3.変調ドープ量子井戸層の井戸層とバリ
ア層のエネルギー状態を図4(b)に示す。バリア層を構
成するInGaAsP結晶は図4(c)に示したように、
エネルギーギャップが小さくなる結晶組成にした方がZ
nの飽和濃度が上昇する。しかしながら、バリア層の結
晶のエネルギーギャップを小さくした場合には井戸層と
バリア層のエネルギーギャップ差が減少して、レーザに
供給した電子が井戸層から溢れて発光効率が低減する問
題があった。そこで、バリア層のうち変調ドープ層5の
結晶のエネルギーギャップは小さくしないで、アンドー
プ−InGaAsP層4の組成のみをエネルギーギャッ
プが小さくして、そのかわりにZnの飽和濃度の大きい
結晶とすることができるために、変調ドープ層5から拡
散してくるZn原子をアンドープ−InGaAsP層4
でストップすることができる。すなわち、アンドープ−
InGaAsP層4の組成をバリア層の変調ドープ層5
の組成と井戸層3の組成との中間とすることで、アンド
ープ−InGaAsP層4のZnの固溶限が増大し、拡
散が抑制される。この場合、図13に示したように、変
調ドープ層に添加するZn濃度は8×1018cm-3まで
増加した。
3. FIG. 4B shows the energy states of the well layer and the barrier layer of the modulation-doped quantum well layer. As shown in FIG. 4 (c), the InGaAsP crystal constituting the barrier layer
It is better to use a crystal composition that reduces the energy gap.
The saturation concentration of n increases. However, when the energy gap of the crystal of the barrier layer is reduced, the energy gap difference between the well layer and the barrier layer is reduced, and there is a problem that electrons supplied to the laser overflow from the well layer and the luminous efficiency is reduced. Therefore, the energy gap of the crystal of the modulation doping layer 5 in the barrier layer is not reduced, and only the composition of the undoped-InGaAsP layer 4 is reduced in energy gap, and instead, a crystal having a high Zn saturation concentration is used. In order to achieve this, Zn atoms diffused from the modulation doping layer 5 are not doped with the undoped-InGaAsP layer 4.
You can stop with That is, undoped
The composition of the InGaAsP layer 4 is changed to the modulation doping layer 5 of the barrier layer.
And the composition of the well layer 3, the solid solubility limit of Zn in the undoped-InGaAsP layer 4 is increased, and diffusion is suppressed. In this case, as shown in FIG. 13, the Zn concentration added to the modulation doping layer increased to 8 × 10 18 cm −3 .

【0027】また、バリア層に於て、エネルギーギャッ
プの大きいアンドープ層をエネルギーギャップの小さい
変調ドープ層で挟む構造とすることでも井戸層とバリア
層のエネルギーギャップを大きくした構造でZnのドー
ピング濃度を大きくできた。
The barrier layer may have a structure in which an undoped layer having a large energy gap is sandwiched between modulation modulation layers having a small energy gap. It was big.

【0028】さらに、変調ドープ層のエネルギーギャッ
プを小さくして、アンドープ層のエネルギーギャップを
大きくすることでも井戸層とバリア層のエネルギーギャ
ップを大きくした構造でZnのドーピング濃度を大きく
できた。
Further, by making the energy gap of the modulation doped layer small and increasing the energy gap of the undoped layer, the Zn doping concentration can be increased in the structure in which the energy gap between the well layer and the barrier layer is increased.

【0029】(実施例1)以下本発明の一実施例の半導
体レーザについて、図面を参照しながら説明する。
Embodiment 1 A semiconductor laser according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】図1は本発明の実施例における歪量子井戸
半導体レーザの構造図を示すものである。図1、図2に
おいて、1はSnドープInP基板、2はn−InGa
AsP導波路層、3は厚み5nmのInGaAs井戸
層、4は厚み3.5nmのアンドープ−InGaAsP
層、5は厚み3nmのp−InGaAsP変調ドープ
層、6は厚み3.5nmのアンドープ−InGaAsP
層、7は井戸数10の変調ドープ量子井戸層、8は厚み
90nmのp−InGaAsP層、9はp−InPクラ
ッド層(Zn=7×1017cm−3)、10はp−n−
p電流ブロック層、11はメサ形状の活性層領域、12
はAu/Snよりなるn側電極、13はAu/Znより
なるp側電極である。また図2に変調ドープ量子井戸層
の詳細図とそのエネルギー状態図を示している。この図
2のように、変調ドープ量子井戸層7はInGaAs井
戸層3と、アンドープInGaAsP層とp−InGa
AsP変調ドープ層とからなるバリア層からできてい
る。
FIG. 1 is a structural diagram of a strained quantum well semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, reference numeral 1 denotes an Sn-doped InP substrate, and 2 denotes n-InGa.
AsP waveguide layer, 3 is a 5 nm-thick InGaAs well layer, 4 is a 3.5-nm-thick undoped-InGaAsP layer.
5 and 3 are p-InGaAsP modulation doped layers having a thickness of 3 nm, and 6 are undoped InGaAsP layers having a thickness of 3.5 nm.
Layer, 7 is a modulation-doped quantum well layer having 10 wells, 8 is a p-InGaAsP layer having a thickness of 90 nm, 9 is a p-InP cladding layer (Zn = 7 × 10 17 cm −3), and 10 is pn-
p current blocking layer, 11 is a mesa-shaped active layer region, 12
Is an n-side electrode made of Au / Sn, and 13 is a p-side electrode made of Au / Zn. FIG. 2 shows a detailed view of the modulation-doped quantum well layer and its energy state diagram. As shown in FIG. 2, the modulation-doped quantum well layer 7 is composed of an InGaAs well layer 3, an undoped InGaAsP layer and a p-InGa layer.
It is made of a barrier layer composed of an AsP modulation doped layer.

【0031】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造について、以下図1を用いてその動作を
説明する。p側電極13から導入された電流は、電流ブ
ロック層10で狭搾された後、変調ドープ量子井戸7に
注入される。
The operation of the structure of the semiconductor laser of this embodiment having the above-described structure will be described below with reference to FIG. The current introduced from the p-side electrode 13 is injected into the modulation-doped quantum well 7 after being narrowed by the current blocking layer 10.

【0032】変調ドープ層5にはZnが2×1018cm
-3ドーピングされている。図11に示したように、この
ドーピング量は変調ドープ層5は破壊されない濃度であ
る。
The modulation doping layer 5 contains 2 × 10 18 cm of Zn.
-3 is doped. As shown in FIG. 11, the doping amount is such that the modulation doping layer 5 is not destroyed.

【0033】井戸層の膜厚は井戸層の組成において1.
55μmの発光波長が得られるよう5nmに設定した。
この第1の実施例ではp−InPクラッド層9と変調ド
ープ量子井戸層7との間にp−InGaAsP層8を積
層して、p−InPクラッド層9からのZnの拡散を抑
制した結果、p−InGaAsP層8内で格子間原子Z
ni濃度が減衰して、変調ドープ量子井戸層7内の変調
ドープ層のZnのプロファイルは保存されていることを
確認した。
The thickness of the well layer depends on the composition of the well layer.
The wavelength was set to 5 nm so as to obtain an emission wavelength of 55 μm.
In the first embodiment, the p-InGaAsP layer 8 is stacked between the p-InP cladding layer 9 and the modulation-doped quantum well layer 7 to suppress the diffusion of Zn from the p-InP cladding layer 9; Interstitial atoms Z in the p-InGaAsP layer 8
It was confirmed that the ni concentration was attenuated and the Zn profile of the modulation doped layer in the modulation doped quantum well layer 7 was preserved.

【0034】実際、本実施例に示したレーザを作製して
諸特性を評価した結果、緩和振動周波数は10GHz/
mWとなり同一構造で変調ドーピングしていない場合の
6GHz/mWに対して1.7倍に向上した。これは、
変調ドープ構造の適応により微分ゲインが増大しためと
考えられる。
Actually, as a result of fabricating the laser shown in this embodiment and evaluating various characteristics, the relaxation oscillation frequency was 10 GHz /
mW, which is 1.7 times higher than 6 GHz / mW when the modulation doping is not performed in the same structure. this is,
It is considered that the differential gain increases due to the adaptation of the modulation doping structure.

【0035】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0036】図5は本発明の第2の実施例の歪量子井戸
半導体レーザの構造図を示すものである。図1における
p−InGaAsP変調ドープ層5の組成を+0.5%
の圧縮歪が発生するようにIn0.76Ga0.24As0.61P
0.39歪変調ドープ層14とする。これによって歪変調ド
ープ層14は隣接するバリア層からさらに、変調ドーピ
ング濃度は5×1018cm-3とした。図11に示したよ
うに、このドーピング量では、変調ドープ層は破壊され
てしまうが、本実施例のように変調ドープ層に圧縮歪を
いれた歪変調ドープ層14とすることで、ドーピング濃
度を高めても変調ドープ層は破壊されなかった。
FIG. 5 is a structural view of a strained quantum well semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. The composition of the p-InGaAsP modulation doped layer 5 in FIG.
In0.76Ga0.24As0.61P
0.39 strain modulation doping layer 14. Thereby, the strain modulation doping layer 14 was further set to a modulation doping concentration of 5 × 10 18 cm -3 from the adjacent barrier layer. As shown in FIG. 11, the doping amount destroys the modulation doping layer. However, as in the present embodiment, the modulation doping layer is formed into a strain modulation doping layer 14 in which a compression strain is applied, so that the doping concentration is reduced. The modulation doping layer was not destroyed even if was increased.

【0037】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造では、変調ドープ層内でのZnの拡散が
抑制されるためにZnを第1の実施例の2.5倍の濃度に
できる。その結果、緩和振動周波数frは13GHzと
さらに向上した。
In the structure of the semiconductor laser according to the present embodiment configured as described above, the concentration of Zn can be increased to 2.5 times that of the first embodiment because the diffusion of Zn in the modulation doped layer is suppressed. As a result, the relaxation oscillation frequency f r is further improved and 13 GHz.

【0038】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0039】図6本発明の第2の実施例の歪量子井戸半
導体レーザの構造図を示すものである。前記図5におけ
るp−InGaAsP歪変調ドープ層14に隣接するア
ンドープ−InGaAsP層4の組成を変調ドープ層の
組成と井戸層の組成との中間とする階段型バリア層15
にすることでアンドープ−InGaAsP層のZnの固
溶限が増大し、拡散が抑制される。変調ドーピング濃度
は8×1018cm-3とした。このドーピング量も図11
に示した変調ドープ層が破壊されない濃度よりも大きい
が、変調ドープ層5に隣接する層を階段型バリア層15
とすることで変調ドープ層にドープする量を大きくでき
た。
FIG. 6 is a structural view of a strained quantum well semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. The step-type barrier layer 15 in which the composition of the undoped-InGaAsP layer 4 adjacent to the p-InGaAsP strain modulation doped layer 14 in FIG. 5 is intermediate between the composition of the modulation doped layer and the composition of the well layer.
By doing so, the solid solubility limit of Zn in the undoped-InGaAsP layer increases, and diffusion is suppressed. The modulation doping concentration was 8 × 10 18 cm −3 . This doping amount is also shown in FIG.
The layer adjacent to the modulation doped layer 5 is larger than the concentration at which the modulation doped layer is not destroyed as shown in FIG.
By doing so, the amount of doping in the modulation doping layer could be increased.

【0040】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造では、変調ドープ層内でのZnの拡散が
抑制されるためにZnを第1の実施例の4倍の濃度とで
きる。その結果、緩和振動周波数frは15GHzとさ
らに向上した。
In the structure of the semiconductor laser of this embodiment configured as described above, the concentration of Zn can be four times that of the first embodiment because the diffusion of Zn in the modulation doped layer is suppressed. As a result, the relaxation oscillation frequency f r is further improved and 15 GHz.

【0041】(実施例4)図4は本発明の実施例におけ
る半導体レーザの製造方法を示すものである。
(Embodiment 4) FIG. 4 shows a method of manufacturing a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【0042】SnドープInP基板1上にMOVPE法
を用いて膜厚60nmのn−InGaAsP導波路層2
を成長する。次に、膜厚5nmのInGaAs井戸層
3、膜厚3.5nmのアンドープ−InGaAsPバリ
ア層4、膜厚3nmのp−InGaAsP変調ドープ層
5、膜厚3.5nmのアンドープ−InGaAsPバリ
ア層6を1ペアとして、井戸層3と3層よりなるバリア
層4〜6を繰り返し成長し、ペア数10の変調ドープ量
子井戸層7とする。
A 60 nm-thick n-InGaAsP waveguide layer 2 is formed on a Sn-doped InP substrate 1 by MOVPE.
Grow. Next, a 5 nm-thick InGaAs well layer 3, a 3.5 nm-thick undoped-InGaAsP barrier layer 4, a 3 nm-thick p-InGaAsP modulation doped layer 5, and a 3.5 nm-thick undoped-InGaAsP barrier layer 6 are formed. As one pair, the well layer 3 and the barrier layers 4 to 6 composed of three layers are repeatedly grown to form the modulation-doped quantum well layer 7 having 10 pairs.

【0043】さらにZnストップ層としてp−InGa
AsP層8(Zn=5×1017cm -3)、p−InPク
ラッド層9(Zn=5×1017cm-3)を連続的に成長
して結晶成長工程(図7(a))とする。
Further, p-InGa is used as a Zn stop layer.
AsP layer 8 (Zn = 5 × 1017cm -3), P-InP
Rad layer 9 (Zn = 5 × 1017cm-3) Continuously grow
Then, a crystal growth step (FIG. 7A) is performed.

【0044】つぎに、p−InPクラッド層9からn−
InGaAsP導波路層2をメサ状11にエッチングす
るメサエッチング工程(図7(b))。
Next, from the p-InP cladding layer 9 to the n-
A mesa etching step of etching the InGaAsP waveguide layer 2 into a mesa shape 11 (FIG. 7B).

【0045】そしてp−InP,n−InP,p−In
P電流ブロ ック層10をLPE成長する埋め込み成長
工程(図7(c))。
Then, p-InP, n-InP, p-In
A buried growth step for LPE growth of the P current block layer 10 (FIG. 7C).

【0046】最後に、n側電極 12とp側電極13を
蒸着により形成する電極蒸着工程(図7(d))を行いレ
ー ザ構造を得る。
Finally, an electrode deposition step (FIG. 7D) for forming the n-side electrode 12 and the p-side electrode 13 by vapor deposition is performed to obtain a laser structure.

【0047】以上のように作製されたこの実施例の半導
体レーザの変調ドープ層5とp−InP層9のZn濃度
の決定を以下に説明する。
The determination of the Zn concentration of the modulation doping layer 5 and the p-InP layer 9 of the semiconductor laser manufactured as described above according to this embodiment will be described below.

【0048】DMZn(ジメチルZn)の流量とホール濃
度の関係を求めた結果、図12の結果が得られた。ここ
で、InPでは、ホール濃度が9×1017cm-3で飽和
しており、InGaAsPでは5×1018cm-3で飽和
している。従って、InPにドーピングするZnの濃度
は、飽和濃度の1/2である5×1017cm-3、InG
aAsPにドーピングするZnの濃度は、3×1018
-3とした。全流量は5L/min、成長温度は640
℃である。
As a result of obtaining the relationship between the flow rate of DMZn (dimethyl Zn) and the hole concentration, the result shown in FIG. 12 was obtained. Here, the hole concentration of InP is saturated at 9 × 10 17 cm −3 , and the hole concentration of InGaAsP is saturated at 5 × 10 18 cm −3 . Therefore, the concentration of Zn to be doped into InP is 5 × 10 17 cm −3 , which is の of the saturation concentration.
The concentration of Zn doped into aAsP is 3 × 10 18 c
m -3 . Total flow rate is 5 L / min, growth temperature is 640
° C.

【0049】以上に示した半導体レーザの製造方法によ
り第1の実施例の半導体レーザが実現される。
The semiconductor laser of the first embodiment is realized by the method of manufacturing a semiconductor laser described above.

【0050】また、第2、第3の実施例に示した半導体
レーザの製造方法も、ほぼこの第1の実施例の製造方法
と同じである。異なる点は、第2の実施例では変調ドー
プ層とりて、InGaAsP歪変調ドープ層14を成長
させるところであり、第3の実施例では、アンドープバ
リア層をアンドープInGaAsP階段型バリア層とし
て成長させるところである。
The manufacturing method of the semiconductor laser shown in the second and third embodiments is almost the same as the manufacturing method of the first embodiment. The difference is that in the second embodiment, the InGaAsP strain modulation doping layer 14 is grown as a modulation doping layer, and in the third embodiment, the undoped barrier layer is grown as an undoped InGaAsP step-type barrier layer. .

【0051】なお、以上の実施例において、InP系化
合物半導体の結晶を用いたがその他の結晶例えばSi
系、GaAS系、ZnSeS系、InAlAs系、Al
GaAs系InGaAlAsP系等の半導体材料でもよ
い。また、Znをドーパントとして使用しているが、B
e,Mg、Cd、Se,S、Te、Cでもよい。レーザ
構造をDHレーザとしたが、DFBレーザ、DBRレー
ザなど付加価値の高いレーザへの適応が可能である。ま
た、活性層の構造をPBHタイプとしたが、その他の構
造でもよい。さらに本実施例では変調ドープ構造をレー
ザに適応したが、導波路、受光素子等への適応が可能で
ある。また、Znストップ層としてp−InGaAsP
としたが、アンドープ−InP、アンドープ−InGa
AsPさらにはグレーティッドなアンドープ−InGa
AsPであってもよい。
In the above embodiment, a crystal of an InP-based compound semiconductor was used.
System, GaAs system, ZnSeS system, InAlAs system, Al
A semiconductor material such as a GaAs-based InGaAlAsP-based material may be used. In addition, although Zn is used as a dopant,
e, Mg, Cd, Se, S, Te, C may be used. Although the laser structure is a DH laser, it can be applied to a high value-added laser such as a DFB laser and a DBR laser. Further, the structure of the active layer is a PBH type, but other structures may be used. Further, in this embodiment, the modulation doping structure is applied to the laser, but it can be applied to a waveguide, a light receiving element and the like. Also, p-InGaAsP is used as a Zn stop layer.
Undoped-InP, undoped-InGa
AsP and even undoped InGa
It may be AsP.

【0052】なお、本実施例ではデバイスはレーザとし
たが、ドーピングを用いるデバイスであれば電子デバイ
ス(例えば、HEMT,HFET,HBT等)であって
もよい。
Although the device is a laser in this embodiment, an electronic device (eg, HEMT, HFET, HBT, etc.) may be used as long as the device uses doping.

【0053】結晶成長方法はMOVPE法としたが、ガ
スソースMBE、MOMBE法のみならず、ハイドライ
ドVPE法など他の成長方法を用いてもよい。また、実
施例では半導体レーザの製造方法を示したが、同様な方
法で光導波路を作製することができる。
Although the MOVPE method was used as the crystal growth method, other growth methods such as a hydride VPE method may be used in addition to the gas source MBE and MOMBE methods. Further, although the method of manufacturing a semiconductor laser has been described in the embodiment, an optical waveguide can be manufactured by a similar method.

【0054】さらに、結晶基板の伝導性としてn型基板
を使用したが、高光出力レーザ装置とする場合にはp側
電極の金属と半導体との接触抵抗を下げるためにp型基
板が用いられるが、この場合も添加元素はp型とすれば
よい。
Further, although an n-type substrate is used as the conductivity of the crystal substrate, a p-type substrate is used to reduce the contact resistance between the metal of the p-side electrode and the semiconductor in the case of a high light output laser device. In this case, the additive element may be p-type.

【0055】また、変調ドープ構造を実現するために添
加するドーパントとしてはp型を示したが、n型でもよ
い。
Although a p-type dopant has been described as a dopant added to realize a modulation doping structure, an n-type dopant may be used.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように本発明は、井戸層よりエネ
ルギーギャップが大きくクラッド層よりドーパントの固
溶限の大きい結晶よりなるドーパント拡散ストップ層を
設けると共に、ドーパントの拡散が抑制される変調ドー
プ構造をとることにより、微分ゲインを増大して、低閾
値、高スロープ効率、高動作速度、低歪の半導体レーザ
を実現することができる。
As described above, according to the present invention, there is provided a dopant diffusion stop layer comprising a crystal having a larger energy gap than the well layer and a larger solid solubility limit of the dopant than the cladding layer, and a modulation doping layer in which the diffusion of the dopant is suppressed. By adopting the structure, the differential gain can be increased, and a semiconductor laser having a low threshold value, a high slope efficiency, a high operation speed, and a low distortion can be realized.

【0057】さらに、導波路層が量子井戸層の両側に存
在するため、光出力が最大の部分が量子井戸層中心にき
て、光の閉じ込め係数Γが向上し、光出力が増大する。
Further, since the waveguide layers are present on both sides of the quantum well layer, the portion having the maximum optical output is located at the center of the quantum well layer, the light confinement coefficient 向上 is improved, and the optical output is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの構造断面図
FIG. 1 shows a modulation-doped MQ according to a first embodiment of the present invention.
Cross section of W laser structure

【図2】変調ドープ量子井戸層の構造と、エネルギー状
態を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a modulation-doped quantum well layer and an energy state.

【図3】クラッド層とZnストップ層におけるZnの振
舞いを示す図
FIG. 3 is a diagram showing the behavior of Zn in a cladding layer and a Zn stop layer.

【図4】(a)は変調ドープ層におけるZnの振舞いを示
す図 (b)は変調ドープ層のエネルギー状態図 (c)はエネルギーギャプとZn飽和濃度との関係を示す
4A is a diagram showing the behavior of Zn in the modulation doping layer. FIG. 4B is an energy state diagram of the modulation doping layer. FIG. 4C is a diagram showing the relationship between the energy gap and the Zn saturation concentration.

【図5】本発明の第2の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの構造断面図
FIG. 5 shows a modulation-doped MQ according to a second embodiment of the present invention.
Cross section of W laser structure

【図6】本発明の第3の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの構造断面図
FIG. 6 shows a modulation-doped MQ according to a third embodiment of the present invention.
Cross section of W laser structure

【図7】本発明の第4の実施例における変調ドープMQ
Wレーザの製造工程断面を示す図
FIG. 7 shows a modulation-doped MQ according to a fourth embodiment of the present invention.
The figure which shows the manufacturing process cross section of W laser.

【図8】従来の変調ドープMQWレーザの概略図FIG. 8 is a schematic diagram of a conventional modulation-doped MQW laser.

【図9】(a)は従来の変調ドープ量子井戸のBe濃度分
布を示す図 (b)は従来の変調ドープ量子井戸構造図 (c)は従来の変調ドープ量子井戸構造図 (d)は従来の変調ドープ量子井戸を用いてレーザを作製
した場合の変調ドープ量子井戸構造図
9A is a diagram showing a Be concentration distribution of a conventional modulation-doped quantum well, FIG. 9B is a diagram of a conventional modulation-doped quantum well structure, FIG. 9C is a diagram of a conventional modulation-doped quantum well structure, and FIG. Diagram of modulation-doped quantum well in the case of manufacturing a laser using modulation-doped quantum wells

【図10】p−InP結晶の成長時における変調ドープ
構造の保存状況を示す図
FIG. 10 is a diagram showing a state of preservation of a modulation dope structure during growth of a p-InP crystal.

【図11】変調ドーピング濃度と変調ドープ構造の保存
状況を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a modulation doping concentration and a storage state of a modulation doping structure.

【図12】InPとInGaAsPに対するDMZnの
流量とホール濃度の関係を示す図
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the flow rate of DMZn and the hole concentration for InP and InGaAsP.

【図13】変調ドーピング濃度と変調ドープ構造の保存
状況を示す図
FIG. 13 is a diagram showing a modulation doping concentration and a storage state of a modulation doping structure.

【図14】従来の変調ドープ量子井戸の断面構造とエネ
ルギー準位示す図
FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional structure and an energy level of a conventional modulation-doped quantum well.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SnドープInP基板 2 n−InGaAsP導波路層 3 InGaAs井戸層 4 ノンドープ−InGaAsPバリア層 5 p−InGaAsP変調ドープ層 6 ノンドープ−InGaAsPバリア層 7 変調ドープ量子井戸 8 p−InGaAsPZnストップ層 9 p−InPクラッド層 10 p−n−p電流ブロック層 11 メサ形状領域 12 Au/Snよりなるn側電極 13 Au/Znよりなるp側電極 14 p−InGaAsP歪変調ドープ層 15 ノンドープ−InGaAsP階段型バリア層 16 ノンドープ−InGaAsP階段型バリア層 Reference Signs List 1 Sn-doped InP substrate 2 n-InGaAsP waveguide layer 3 InGaAs well layer 4 non-doped-InGaAsP barrier layer 5 p-InGaAsP modulation-doped layer 6 non-doped-InGaAsP barrier layer 7 modulation-doped quantum well 8 p-InGaAsPZn stop layer 9 p-InP Cladding layer 10 pnp current blocking layer 11 Mesa-shaped region 12 n-side electrode made of Au / Sn 13 p-side electrode made of Au / Zn 14 p-InGaAsP strain modulation doping layer 15 non-doped-InGaAsP step-type barrier layer 16 Non-doped InGaAsP step-type barrier layer

フロントページの続き (72)発明者 松井 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−154472(JP,A) 特開 平2−33990(JP,A) 特開 平3−77391(JP,A) 特開 平1−181589(JP,A) 特開 平4−162483(JP,A) IEEE PHOTON.TECH. LETT.2〜4!(1990)P.231− 233Continuation of front page (72) Inventor Yasushi Matsui 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-2-154472 (JP, A) JP-A-2-33990 (JP) JP-A-3-77391 (JP, A) JP-A-1-181589 (JP, A) JP-A-4-162483 (JP, A) IEEE PHOTON. TECH. LETT. 2-4! (1990) P.A. 231-233

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】板と、前記基板上に第1導伝型の導波路
層と、井戸層とバリア層が交互に積層され、前記バリア
層に変調ドープされた変調ドープ量子井戸層と、ドーパ
ントの拡散をストップするストップ層と、第2導伝型の
クラッド層とが順に積層された構造であり、 前記導波路層のエネルギーギャップは、前記基板のエネ
ルギーギャップ以下であり、 前記井戸層は記導波路層よりエネルギーギャップが
小さく、 前記バリア層は記導波路層と前記井戸層の中間のエ
ネルギーギャップで、一部に導伝性を有する変調ドープ
層を含み、 前記ストップ層のエネルギ−ギャップは、前記バリア層
のエネルギーギャップ以上であり、かつドーパントがそ
の固溶限以下に添加された結晶であることを特徴とする
半導体レーザ。
And 1. A board, a first conductivity type waveguide layer on the substrate, the well layers and barrier layers are alternately laminated, and modulation doping quantum well layer modulation-doped in the barrier layer, and a stop layer for stopping the diffusion of the dopant, and the cladding layer of the second conductivity type is a structure sequentially stacked, the energy gap of the front Kishirube waveguide layer, energy of the substrate
And the Energy gap less, the well layer is, before smaller energy gap than Kishirube Namijiso, the barrier layer is in the middle of the energy gap of the prior Kishirube waveguide layer and the well layer, the conductive heat transfer to a portion A modulation doped layer having an energy gap of the stop layer , the barrier layer
Characterized in that the semiconductor laser is a crystal having an energy gap equal to or more than the above and a dopant added below the solid solubility limit.
【請求項2】クラッド層のドーパントの添加量を固溶限
以下とすることを特徴とする請求項1記載の半導体レー
ザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the addition amount of the dopant in the cladding layer is equal to or less than the solid solubility limit.
【請求項3】バリア層のドーパントの添加量を固溶限以
下とすることを特徴とする請求項1または2記載の半導
体レーザ。
3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the amount of the dopant added to the barrier layer is equal to or less than the solid solubility limit.
【請求項4】変調ドープ層は、ドーピングにより歪が低
減するような格子不整合を有することを特徴とする請求
項12または3記載の半導体レーザ。
4. The distortion of the modulation doping layer is low due to doping.
4. The semiconductor laser according to claim 1 , wherein the semiconductor laser has a lattice mismatch that decreases .
【請求項5】変調ドープ層がバリア層と異なるエネルギ
ーギャップを有することを特徴とする請求項12また
は3記載の半導体レーザ。
5. The semiconductor laser according to claim 1 , wherein the modulation doping layer has an energy gap different from that of the barrier layer.
【請求項6】板の導伝型と、バリア層が有する変調ド
ープ層の導伝型が共にp型であることを特徴とする請求
項1いずれか1項記載の半導体レーザ。
6. A board guide Den-type, the semiconductor laser of any one of claims 1 to 5, conductive heat transfer-type modulation doped layer is characterized in that it is a p-type both the barrier layer has.
【請求項7】板上に、前記基板以下のエネルギーギャ
ップである第1の導伝型を有する導波路層を成長させる
工程と、 前記導波路層よりエネルギーギャップが小さい井戸層
と、前記導波路層と 前記井戸層の中間のエネルギーギャッ
プでアンドープの第1のバリア層と、変調ドープ層と、
アンドープの第2のバリア層とを交互に積層した変調ド
ープ量子井戸層を成長させる工程と、エネルギーギャップが前記バリア層以上であり、 ドーパ
ントの拡散をストップするストップ層を成長させる工程
と、エネルギーギャップが前記ストップ層以上であり、 第2
の導伝型を有するクラッド層を成長する工程と、 前記基板までをストライプ状にエッチングするエッチン
グ工程と、 前記ストライプの側面を第2導伝型の結晶と第1導伝型
の結晶と第2導伝型の結晶を成長させて前記ストライプ
を埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体レー
ザの製造方法。
7. A board on the steps of growing a waveguide layer that having a first conductive heat transfer-type is the energy gap of the substrate below a front Kishirube Namijiso than the energy gap is small well layer a first barrier layer of undoped intermediate energy gap between the waveguide layer and the well layer, and modulation doping layer,
Growing a modulation-doped quantum well layer in which undoped second barrier layers are alternately stacked; growing a stop layer having an energy gap equal to or larger than the barrier layer and stopping diffusion of the dopant; Is not less than the stop layer, and the second
A step of growing a cladding layer having a conduction type of: a step of etching the substrate up to the substrate in a stripe shape; and a step of forming a side surface of the stripe by a second conduction type crystal, a first conduction type crystal, and a second side surface. Growing a conductive type crystal and embedding the stripes.
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