JPH0543309B2 - - Google Patents
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- JPH0543309B2 JPH0543309B2 JP61141723A JP14172386A JPH0543309B2 JP H0543309 B2 JPH0543309 B2 JP H0543309B2 JP 61141723 A JP61141723 A JP 61141723A JP 14172386 A JP14172386 A JP 14172386A JP H0543309 B2 JPH0543309 B2 JP H0543309B2
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- semi
- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体レーザに関するものである。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a semiconductor laser.
(従来の技術)
従来、半導体レーザを高い効率で発振させ、か
つ数Gb/s以上の高速変調を実現するために、
np逆バイアス層を用いた電流狭さく構造のかわ
りに第2図に示すように活性領域21の両脇に形
成した半絶縁性半導体層24を用いてもれ電流を
阻止し、かつ寄生容量を低減する構造が提案・実
施されており、アプライド、フイジクス、レター
ズ誌、47巻、1985年、1127頁−1129頁に詳述され
ている。第2図において、20はp形クラツド
層、21は活性領域、22はn形クラツド層であ
り、n形InP基板23上でダブルヘテロ構造を形
成する。この活性領域21の両脇に形成された半
絶縁性InP層24及びSiO2層15により電流が狭
さくされ、かつ、np逆バイアス層のないことに
より、寄生容量が低減される。(Prior art) Conventionally, in order to oscillate a semiconductor laser with high efficiency and achieve high-speed modulation of several Gb/s or more,
Instead of a current constriction structure using an np reverse bias layer, semi-insulating semiconductor layers 24 formed on both sides of the active region 21 are used to block leakage current and reduce parasitic capacitance as shown in FIG. A structure has been proposed and implemented, and is detailed in Applied Physics Letters, Vol. 47, 1985, pp. 1127-1129. In FIG. 2, 20 is a p-type cladding layer, 21 is an active region, and 22 is an n-type cladding layer, forming a double heterostructure on an n-type InP substrate 23. The semi-insulating InP layer 24 and the SiO 2 layer 15 formed on both sides of the active region 21 narrow the current, and the absence of the np reverse bias layer reduces parasitic capacitance.
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、従来の半絶縁性埋込み層を用い
た半導体レーザには以下のような欠点があつた。(Problems to be Solved by the Invention) However, the conventional semiconductor laser using a semi-insulating buried layer has the following drawbacks.
第1に、残留キヤパシタンス除去が充分でなく
10GHzを越える変調が困難であつた。それは、こ
の半導体レーザでは活性層両脇の平坦な部分にお
いてSiO2層を挟んでp型電極17と高濃度のp
型半導体が向きあつており、これにより残留キヤ
パシタンスを発生するためである。 First, residual capacitance removal is not sufficient.
Modulation above 10GHz was difficult. In this semiconductor laser, the p - type electrode 17 and the high concentration p
This is because the type semiconductors are oriented toward each other, which generates residual capacitance.
第2に、活性層幅の制御性が低く、そのために
均一な発振特性を得ることが困難であつた。それ
は、半導体レーザを単一横モードで発振させるた
めに、1〜2ミクロン巾の活性層が必要である
が、これを形成するのにフオトリソグラフイーと
湿式エツチングの制御性が充分でないためであ
る。 Second, the controllability of the active layer width was poor, making it difficult to obtain uniform oscillation characteristics. This is because in order to make a semiconductor laser oscillate in a single transverse mode, an active layer with a width of 1 to 2 microns is required, but the controllability of photolithography and wet etching is not sufficient to form this layer. .
(発明の目的)
本発明の目的は、寄生容量の低減により高速変
調が可能であり、又、制御性の優れた構造である
ために高い製造歩留まりが期待できる半導体レー
ザを提供することにある。(Objective of the Invention) An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that enables high-speed modulation by reducing parasitic capacitance and can be expected to have a high manufacturing yield due to its structure with excellent controllability.
(問題点を解決するための手段)
本発明は、半絶縁性半導体基板を用いた半導体
レーザにおいて活性層の左右に配置された第一及
び第二のクラツド部分のうち前記第一のクラツド
部分は、前記活性領域の禁制帯幅より大きい禁制
帯幅を有する導電形半導体と、前記導電形半導体
層を上下に挟みかつ前記導電形半導体層の禁制帯
幅より大きい禁制帯幅を有する2つの半絶縁性半
導体層とから構成され、また前記第二のクラツド
部分は、前記導電形半導体層と逆の導電形であり
かつ前記活性領域の禁制帯幅より大きい禁制帯幅
を有する半導体層よりなることを特徴とする構成
となつている。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, in a semiconductor laser using a semi-insulating semiconductor substrate, the first cladding portion of the first and second cladding portions arranged on the left and right sides of the active layer is , a conductive semiconductor having a forbidden band width larger than the forbidden band width of the active region, and two semi-insulating semiconductors sandwiching the conductive semiconductor layer above and below and having a forbidden band width larger than the forbidden band width of the conductive semiconductor layer. and the second cladding portion is composed of a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the conductivity type semiconductor layer and having a forbidden band width larger than a forbidden band width of the active region. It has a characteristic configuration.
(作用)
本発明による半導体レーザでは活性領域に注入
される二種の担体のうち、前記第一のクラツド部
分を通る担体が前記第一のクラツド部分を構成す
る2つの前記半絶縁性半導体層により前記導電形
半導体へと挟さくされる。(Function) In the semiconductor laser according to the present invention, of the two types of carriers injected into the active region, the carriers passing through the first cladding portion are formed by the two semi-insulating semiconductor layers constituting the first cladding portion. It is sandwiched between the conductive type semiconductors.
したがつて、注入電流は活性層中の活性領域に
のみ流れ、漏れ電流は従来に比べて著しく低減す
ることが可能であり高い効率で発振が可能であ
る。また、従来寄生容量の発生箇所であつた
SiO2を電極と高ドープ半導体で挟んだ構造がな
いために、残留キヤパシタンスを従来に比べ著し
く低減できる。さらに、活性領域の厚み及び幅は
いずれもエピタキシヤル成長の精度によつて決定
されるため、気相成長等の高い制御性を有するエ
ピタキシヤル成長法を用いれば高精度で制御でき
る。 Therefore, the injection current flows only to the active region in the active layer, and the leakage current can be significantly reduced compared to the conventional method, making it possible to oscillate with high efficiency. In addition, the conventional location where parasitic capacitance occurs is
Because there is no structure in which SiO 2 is sandwiched between an electrode and a highly doped semiconductor, residual capacitance can be significantly reduced compared to conventional methods. Furthermore, since both the thickness and width of the active region are determined by the precision of epitaxial growth, they can be controlled with high precision by using an epitaxial growth method with high controllability such as vapor phase growth.
(実施例) 図面を用いて本発明の実施例を説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described using the drawings.
第1図は本発明の実施例を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
この実施例の半導体レーザは下記の手順で製作
した。まず気相成長を用いてInP基板10の上に
順次、InP組成の半絶縁性バツフア層11、
InGaAsP組成のn+導電層12、及び、InP組成の
半絶縁性キヤツプ層13を形成する。このバツフ
ア層11、導電層12、キヤツプ層13で第1の
クラツド部が形成される。次に、SiO2層を全面
に形成した後、通常のフオトリソグラフイーと化
学エツチングにより、SiO2層に窓あけし、これ
をマスクとして、さらに化学エツチングにより垂
直面を有する溝(300μm巾)を形成する。続い
て、気相成長を用いてInGaAsP層(活性層)1
9及び第2クラツド部を構成するp形導電層18
を順次成長する。最後に、電極14及び17を形
成する。上記製作工程では垂直な側面へ活性層を
制御性よく形成するために、ハイドライド気相成
長を用いたが、MOCVD法においても可能であ
る。 The semiconductor laser of this example was manufactured using the following procedure. First, a semi-insulating buffer layer 11 having an InP composition,
An n + conductive layer 12 of InGaAsP composition and a semi-insulating cap layer 13 of InP composition are formed. The buffer layer 11, the conductive layer 12, and the cap layer 13 form a first cladding portion. Next, after forming the SiO 2 layer on the entire surface, a window is made in the SiO 2 layer by ordinary photolithography and chemical etching, and using this as a mask, a groove (300 μm width) with a vertical surface is created by chemical etching. Form. Next, InGaAsP layer (active layer) 1 was grown using vapor phase growth.
9 and a p-type conductive layer 18 constituting the second cladding part.
grow sequentially. Finally, electrodes 14 and 17 are formed. In the above manufacturing process, hydride vapor phase epitaxy was used to form the active layer on the vertical side surfaces with good control, but it is also possible to use MOCVD.
禁制帯幅が0.95eVのInGaAsP層活性層19の
一部分が活性領域16となつており、波長1.3μm
で発光する。第一のクラツド部分は、InP組成の
半絶縁性バツフア層11、禁制帯幅が1.2eVの
InGaAsP層から成るn+型導電層12、及びInP組
成の半絶縁性キヤツプ層13とから成り、又、第
二のクラツド部分はInP組成のp形導電層18よ
り成る。活性領域16は上述の第一のクラツド部
分と第二のクラツド部分に左右からはさまれて、
ダブルヘテロ接合を形成している。 A part of the InGaAsP layer active layer 19 with a forbidden band width of 0.95 eV serves as the active region 16, and the wavelength is 1.3 μm.
It emits light. The first cladding part consists of a semi-insulating buffer layer 11 of InP composition and a forbidden band width of 1.2 eV.
It consists of an n + -type conductive layer 12 made of an InGaAsP layer, and a semi-insulating cap layer 13 of InP composition, and the second cladding part consists of a p-type conductive layer 18 of InP composition. The active region 16 is sandwiched between the first cladding portion and the second cladding portion from the left and right, and
Forms a double heterojunction.
活性領域16に注入される担体のうち電子はn
形電極14からn+形導電層12を通じて注入さ
れるが、半絶縁性キヤツプ層13及び半絶縁性バ
ツフア層11の高抵抗性のため活性領域16以外
のInGaAsP層19への電子のもれは無視できる。
一方、正孔はp形電極17からp形導電層18を
通じてInGaAsP層19へ注入されるが、電子と
の再結合は主に活性領域16で起こる。したがつ
て注入電流は活性領域16へのみ流れることにな
り、高効率の発振が可能となる。また、電極14
及び17はSiO2層15により分離されているた
めに、電極間の漏れ電流も無視できる。 Of the carriers injected into the active region 16, electrons are n
However, due to the high resistance of the semi- insulating cap layer 13 and the semi-insulating buffer layer 11, electrons leak to the InGaAsP layer 19 other than the active region 16. Can be ignored.
On the other hand, holes are injected from the p-type electrode 17 through the p-type conductive layer 18 into the InGaAsP layer 19, but recombination with electrons mainly occurs in the active region 16. Therefore, the injection current flows only to the active region 16, allowing highly efficient oscillation. In addition, the electrode 14
and 17 are separated by the SiO 2 layer 15, leakage current between the electrodes can also be ignored.
寄生容量はSiO2層15で分離されたn形電極
14及びp形電極17との間で発生する。その他
に、又、半絶縁性半導体基板10をはさんで対し
て置かれるヒートシンクとn形電極14もしくは
p形電極17との間に発生する。ここで電極間
隔、共振器長及び基板の厚みをそれぞれ5μm、
300μm及び100μmとした場合全寄生容量は
0.05pFと極めて低い値となつた。 Parasitic capacitance occurs between the n-type electrode 14 and the p-type electrode 17, which are separated by the SiO 2 layer 15. In addition, it also occurs between the heat sink and the n-type electrode 14 or the p-type electrode 17, which are placed opposite to each other with the semi-insulating semiconductor substrate 10 in between. Here, the electrode spacing, resonator length, and substrate thickness are each 5 μm.
When 300μm and 100μm, the total parasitic capacitance is
The value was extremely low at 0.05pF.
その結果、ワイヤボンデイング等の実装によつ
て3nH程度の比較的大きな残留インダクタンスが
発生したとしても遮断周波数は1GHz以上となる。
それにより、10Gb/sの高速変調が可能となつ
た。 As a result, even if a relatively large residual inductance of about 3 nH is generated due to mounting such as wire bonding, the cutoff frequency will be 1 GHz or more.
This enabled high-speed modulation of 10 Gb/s.
さらに、活性領域16の幅はn+形導電層12
の厚層のみで決まるため、フオトリソグラフイー
及び化学エツチングの精度に依存しない。そのた
め、制御性の高い気相成長を用いることにより、
高精度で活性領域16の大きさを制御できた。ま
た、n+形導電層12の組成をInPに比べて屈折率
の大きいInGaAsP層とすることにより光通信用
半導体レーザに望ましい屈折率導波を実現するこ
とができた。 Furthermore, the width of the active region 16 is equal to the width of the n + type conductive layer 12.
Since it is determined only by the thickness of the layer, it does not depend on the accuracy of photolithography and chemical etching. Therefore, by using highly controllable vapor phase growth,
The size of the active region 16 could be controlled with high precision. Further, by setting the composition of the n + type conductive layer 12 to be an InGaAsP layer having a higher refractive index than InP, it was possible to realize refractive index waveguiding desirable for a semiconductor laser for optical communication.
上記実施例では活性領域16の禁制帯幅が
0.95eVのため1.3μmで発振するレーザが得られた
が、この混晶組成は1.1μmから1.65μmのどの波
長でも発振するようにも設定できる。 In the above embodiment, the forbidden band width of the active region 16 is
Although a laser oscillating at 1.3 μm was obtained due to the 0.95 eV, this mixed crystal composition can also be set to oscillate at any wavelength from 1.1 μm to 1.65 μm.
上記実施例ではInGaAsP/InP系結晶を用いた
が、AlGaAs/GaAs系、AlInGaP/GaAs系等の
他の結晶にも、用いることができる。 Although InGaAsP/InP-based crystals were used in the above embodiments, other crystals such as AlGaAs/GaAs-based and AlInGaP/GaAs-based crystals may also be used.
(発明の効果)
本発明による半導体レーザは非常に高い効率で
発振し、かつ10Gb/sを越える高速変調が可能
であり、かつ単一横モードの得られる活性領域の
サイズが再現性よく得られ、したがつて、大変均
一性の高い発振特性を得ることができた。(Effects of the Invention) The semiconductor laser according to the present invention oscillates with extremely high efficiency, is capable of high-speed modulation exceeding 10 Gb/s, and can reproducibly obtain the size of the active region that provides a single transverse mode. Therefore, it was possible to obtain oscillation characteristics with very high uniformity.
第1図は本発明の実施例を説明する半導体レー
ザの断面図、第2図は従来例を説明する半導体レ
ーザの断面図である。
図中、10……半絶縁性半導体基板、11……
半絶縁性バツフア層、12……n+形導電層、1
3……半絶縁性キヤツプ層、14……n形電極、
15……SiO2層、16……活性領域、17……
p形電極、18……p形導電層、19……
InGaAsP層、20……p形クラツド層、21…
…活性層、22……n形クラツド層、23……n
形InP基板、24……半絶縁性InP層を、それぞ
れ示す。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser illustrating an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor laser illustrating a conventional example. In the figure, 10... semi-insulating semiconductor substrate, 11...
Semi-insulating buffer layer, 12...n + type conductive layer, 1
3... Semi-insulating cap layer, 14... N-type electrode,
15...SiO 2 layer, 16...active region, 17...
p-type electrode, 18... p-type conductive layer, 19...
InGaAsP layer, 20... p-type cladding layer, 21...
...active layer, 22...n-type cladding layer, 23...n
InP type substrate, 24 . . . indicates a semi-insulating InP layer, respectively.
Claims (1)
れぞれ配置した構造を半絶縁性半導体基板上に備
え、前記第1のクラツド部は、前記活性層の禁制
帯幅よりも大きい禁制帯幅の半導体層を、当該半
導体層の禁制帯幅よりも大きい禁制帯幅を有する
2つの半絶縁性半導体層で挟んだ積層構造から成
り、前記第2のクラツド部は前記半導体層とは逆
の導電型を示し、かつ活性層の禁制帯幅よりも大
きい禁制帯幅を有する半導体層から成り、さらに
前記第1のクラツド部の半導体層及び前記第2の
クラツド部にそれぞれ電極を備えていることを特
徴とする半導体レーザ。1. A structure in which first and second cladding parts are arranged on the left and right sides of an active layer is provided on a semi-insulating semiconductor substrate, and the first cladding part has a forbidden band width larger than the forbidden band width of the active layer. It has a laminated structure in which a semiconductor layer is sandwiched between two semi-insulating semiconductor layers having a bandgap larger than the bandgap of the semiconductor layer, and the second cladding part has a conductivity opposite to that of the semiconductor layer. The semiconductor layer is made of a semiconductor layer exhibiting a type and has a forbidden band width larger than the forbidden band width of the active layer, and further includes electrodes in the semiconductor layer of the first cladding part and the second cladding part, respectively. Features of semiconductor laser.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14172386A JPS62296591A (en) | 1986-06-17 | 1986-06-17 | Semiconductor laser |
| US07/063,056 US4791647A (en) | 1986-06-17 | 1987-06-17 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14172386A JPS62296591A (en) | 1986-06-17 | 1986-06-17 | Semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62296591A JPS62296591A (en) | 1987-12-23 |
| JPH0543309B2 true JPH0543309B2 (en) | 1993-07-01 |
Family
ID=15298705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14172386A Granted JPS62296591A (en) | 1986-06-17 | 1986-06-17 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62296591A (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58102589A (en) * | 1981-12-14 | 1983-06-18 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light emitting device |
| JPS60145691A (en) * | 1984-01-10 | 1985-08-01 | Nec Corp | Semiconductor laser |
-
1986
- 1986-06-17 JP JP14172386A patent/JPS62296591A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62296591A (en) | 1987-12-23 |
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