JP2004165486A

JP2004165486A - Semiconductor laser diode

Info

Publication number: JP2004165486A
Application number: JP2002330822A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kaneda; 直樹金田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor laser diode of high output and a small working current by restraining an increase of a laser working current caused by inner loss due to optical absorption in a contact layer and obtaining electrical contact of a low resistance. <P>SOLUTION: The semiconductor laser diode of an edge face light emission type has an n-type GaAs substrate 101, a first clad layer 103 formed of n-type AlGaInP formed on the substrate, an active layer 104 formed on the first clad layer, a second clad layer 105 formed of p-type AlGaInP formed on the active layer, and a p-type contact layer 106 formed on the second clad layer. In the semiconductor laser diode, the p-type contact layer 106 is formed of GaP. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光出力が大きい可視光半導体レーザダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザダイオード（ＬＤ）は光ディスク用光源、レーザプリンタ用光源として広く用いられている。特に書き込み可能なＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ用光源として用いられているＡｌＧａＩｎＰ系のＬＤは、高出力で動作電流が小さく、しかも信頼性が高いことが求められている。
【０００３】
従来、活性層を含む所定の半導体材料層が形成された半導体基板上に積層されたリッジ構造のクラッド層と、クラッド層上に積層されたリッジ構造のキャップ層と、クラッド層の両側に形成された電流ブロック層とで構成される半導体レーザダイオードがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図２に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）の一例を示す。図において、２０１はｎ型ＧａＡｓ基板、２０２は基板２０１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層である。２０３はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層である。２０４は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ活性層２０３のエネルギーギャップが、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０２及び２０４のエネルギーギャップより小さくなるよう混晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしている。２０６はコンタクト層である。２０５はＧａＡｓからなる電流ブロック層である。電流ブロック層２０５は、レーザ発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭窄を行う目的で設けられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２４４０６６号公報（図３（ｉ））
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＤを高出力化するための大きな課題は、第１に動作電流の低減、第２にレーザ端面での劣化（ＣＯＤ；ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌＤａｍａｇｅ）の抑制である。動作電流を低減する方法としては、（１）活性層を歪み量子井戸構造として活性層での利得を増やす方法、（２）ｐ型クラッド層のキャリア濃度を高くしてｐ型クラッド層からの漏れ電流を低減する方法、（３）電流ブロック層をレーザ光に対し透明な材料で形成することにより内部損失を低減する方法、（４）レーザ上部のコンタクト層（キャップ層）をレーザ光に対し透明な材料で形成することにより内部損失を低減する方法、（５）ｐ型クラッド層を厚くすることにより活性層とキャップ層の距離を大きくしコンタクト層での吸収の影響を低減する方法等がある。
【０００７】
このうち（４）の方法として、コンタクト層としてＡｌＧａＡｓを用いる例が報告されている（応用物理学会２００１年秋期、１４Ｐ−Ｂ−３）。コンタクト層はできる限り低抵抗でなければならないが、ＡｌＧａＡｓは従来広く用いられてきたＧａＡｓ層よりも活性化率が低いため、抵抗を小さくすることが難しいという問題があった。
【０００８】
例えば、ｐ型ドーパントとして一般的な亜鉛（Ｚｎ）を１×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたＺｎ−ＧａＡｓの正孔移動度は約８０ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、抵抗率は７．８×１０^−３Ω・ｃｍであった。一方、Ｚｎを同量ドープしたＺｎ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓの正孔移動度は約３０ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、抵抗率は前記Ｚｎ−ＧａＡｓの約２．７倍の２．１×１０^−２Ω・ｃｍであった。
【０００９】
このように、ＡｌＧａＡｓ層はＧａＡｓ層よりもキャリア移動度が小さいため、同じ抵抗率を得るためのキャリア濃度は、ＧａＡｓよりもＡｌＧａＡｓの方が大きくなる。したがってＡｌＧａＡｓコンタクト層をＧａＡｓコンタクト層と同程度に低抵抗化するためには、ＧａＡｓコンタクト層よりも高濃度のドーピングをしなければならず、このときに添加した元素のＺｎがｐ型クラッド層側へ拡散し、レーザ素子の特性を劣化させるという問題があった。例えば、活性化しなかったＺｎの拡散により、ｐｎ接合位置が発光層よりもｎ側にずれ、電流電圧特性に異常をもたらしたり、レーザのしきい値電流を増加させたりする。
【００１０】
一方、ＡｌＧａＡｓは適切な成長条件下（例えば基板温度約６００℃以下とし、なおかつ、Ｖ族原料モル供給量をＩＩＩ族原料モル供給量の３０倍以下）で、ＭＯＶＰＥ法により結晶成長を行うことにより、結晶中に大量のＣが入りｐ型の伝導性を示すことが知られているが、酸化し易いＡｌを含むために同時に結晶中に大量の酸素が混入し、低抵抗の膜を得るのは非常に難しいという問題がある。
【００１１】
したがって、コンタクト層として低抵抗のＡｌＧａＡｓ層を得るためには、意図的にＺｎ等を添加する必要があり、これが前述の拡散の原因となっていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コンタクト層での光吸収による内部損失によるレーザ動作電流の増大を抑え、且つ低抵抗の電気的接触を得ることにより、高出力でしかも動作電流が小さい半導体レーザダイオードを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る半導体レーザダイオードは、ｎ型のＧａＡｓ基板と、基板上に形成したｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層と、該第１クラッド層上に形成した活性層と、該活性層上に形成したｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層と、該第２クラッド層上に形成したｐ型コンタクト層を備えた端面発光型の半導体レーザダイオードにおいて、上記ｐ型コンタクト層がＧａＰから成ることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体レーザダイオードにおいて、上記ｐ型コンタクト層のＧａＰの導電性を規定している主要な元素が炭素（Ｃ）であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体レーザダイオードにおいて、上記第２クラッド層及びｐ型コンタクト層がリッジ構造を有しており、該リッジ構造の左右に電流ブロック層を具備していることを特徴とする。
【００１７】
＜作用＞
本発明は上記欠点を解消するために成されたものであり、出力が高く、しかも動作電流が小さい半導体レーザダイオードを得ることを目的としている。
【００１８】
このため本発明では、ｎ型のＧａＡｓ基板と、基板上に形成したｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成した活性層と、活性層上に形成したｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成したｐ型のＧａＰコンタクト層を、形成することにより目的とする半導体レーザダイオードを達成した。
【００１９】
また、上記において、ＧａＰ層の伝導性を規定する主要な元素をＣとすることにより目的とする半導体レーザダイオードを達成した。
【００２０】
ＧａＰは間接遷移型の半導体でエネルギーバンドギャップは約２．２８ｅＶであり、ＤＶＤ用可視光レーザダイオードの発振波長約６５０ｎｍに対し透明な材料である。またＣを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたＣ−ＧａＰの正孔移動度は約４０ｃｍ^２／Ｖ・ｓであり、同量のＺｎをドープしたＺｎ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓの正孔移動度約３０ｃｍ^２／Ｖ・ｓよりも大きな移動度を持つことから、少なくともＡｌＧａＡｓよりは低抵抗の膜を得やすい。さらにＣはＺｎ等と比較して拡散しにくい性質があることから１×１０^１９ｃｍ^−３を超える濃度のＣをドープすることができ、さらにＡｌＧａＡｓのようにＡｌを含まないため酸素の影響は少なく、結果的にＧａＡｓ層と同程度の低抵抗率を実現することができる。
【００２１】
したがってコンタクト層としてＧａＡｓの代わりにＧａＰを用いることにより、コンタクト層におけるレーザ光の光吸収による損失を無くして内部損失を低減させることができ、しかも抵抗率を低くできるので良好な電気的接触を得ることができ、結果として発光出力の大きいレーザダイオードを得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
本発明の実施形態に係る半導体レーザダイオードＬＤを図１に示す。このＬＤは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層（第１クラッド層）１０３を順次エピタキシャル成長し、その上にＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰの多層構造からなる歪量子井戸構造の活性層１０４、さらにｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層（第２クラッド層）１０５、ｐ型ＧａＰコンタクト層（キャップ層）１０６を順次成長した、ダブルヘテロ構造を有する。またｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１０５及びｐ型ＧａＰコンタクト層はリッジ構造となっており、該リッジ構造の左右にはｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７が設けられている。そして、上記ｐ型ＧａＰコンタクト層１０６は、そのＧａＰ層の導電性を規定する元素として、Ｃを高濃度にドープした構造となっている。
【００２４】
本実施形態の半導体レーザダイオードでは、ｐ型コンタクト層に、発振レーザ光に対し透明材料であるＧａＰを用い、これにＣを高濃度にドープしているので、ＡｌＧａＡｓよりも低抵抗のｐ型コンタクト層を得ることができる。さらにＧａＰはＡｌを含まないため酸素の影響が少なく、結果的にＧａＡｓ層と同程度の低抵抗率を実現することができる。
【００２５】
したがって、コンタクト層としてＧａＡｓの代わりにＧａＰを用いることにより、ｐ型コンタクト層での光吸収による内部損失によるレーザ動作電流の増大を抑え、且つ、低抵抗の電気的接触を可能として、高出力でしかも動作電流が小さい半導体レーザダイオードを得ることができる。
【００２６】
［実施例］
ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２と、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下部クラッド層１０３と、（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５ＰとＧａ_０．４５Ｉｎ_０．５５Ｐの多層構造からなる歪量子井戸構造の活性層１０４と、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上部クラッド層１０５と、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ電流ブロック層１０７と、ｐ型ＧａＰから成るコンタクト層（キャップ層）１０６を有する半導体レーザダイオードを作製した。Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ原料としてはトリエチルガリウム又はトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムを使用した。Ｐ原料としてはフォスフィン（ＰＨ_３）を使用した。Ａｓ原料としてはアルシン（ＡｓＨ_３）を使用した。
【００２７】
まず、成長炉内にＧａＡｓ基板１０１を配置し、基板温度７００℃においてｎ型の導電性を有し、厚さ０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１０２を形成した。さらにｎ型の導電性を有し厚さ１．０μｍの（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下部クラッド層１０３、（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５ＰとＧａ_０．４５Ｉｎ_０．５５Ｐの多層構造からなる歪量子井戸構造の活性層１０４、ｐ型の導電性を有し、厚さ１．０μｍの（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上部クラッド層１０５を順次形成した。
【００２８】
次に、基板温度を６００℃に設定し、ｐ型ＧａＰコンタクト層１０６を形成した。ｐ型ＧａＰコンタクト層１０６のキャリア濃度は（５〜２０）×１０^１８ｃｍ^−３、厚さは０．５μｍとした。なお比較のため、ｐ型ＧａＰコンタクト層１０６の代わりにＧａＡｓコンタクト層を有するレーザダイオード用ウェハも作製した。
【００２９】
次に、コンタクト層１０６まで結晶成長したエピタキシャルウェハを成長炉内より取り出し、酸化シリコンによるパターン形成を行ったのち、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）及びヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）カリウムを含むエッチング液によりエッチングを行い、リッジを形成した。リッジ形成済みのエピタキシャルウェハ上に、ｎ型の導電性を有するＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７を形成し、埋め込み成長を行った。
【００３０】
このようにして得られたレーザダイオードエピタキシャルウェハからレーザダイオードチップを作製した。チップの幅は４００μｍとし、共振器長を１０００μｍとした。レーザ端面は端面破壊を抑制するためにＺｎ拡散処理を行った。このレーザチップに電流を加え閾電流値を測定したところ、ＧａＰコンタクト層（キャップ層）を有するレーザダイオードの閾電流値は５０ｍＡであり、ＧａＡｓコンタクト層（キャップ層）を有するレーザダイオードの閾電流値の６０ｍＡよりも小さくなった。
【００３１】
さらにキンクフリー出力を調べたところ、本実施例のＧａＰコンタクト層（キャップ層）を有するレーザダイオードのキンクフリー出力は１２０ｍＷであり、比較例のＧａＡｓキャップ層を有するレーザダイオードのキンクフリー出力である９０ｍＷよりも、キンクフリー出力を約３０％増加させることができた。なお、１０００時間通電時における信頼性測定結果については、両者に有意差は見られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ｐ型コンタクト層に、発振レーザ光に対し透明材料であるＧａＰを用いているので、コンタクト層におけるレーザ光の光吸収による損失を無くして内部損失を低減させることができる。またＧａＰを用いることで、ｐ型コンタクト層に１×１０^１９ｃｍ^−３を超える濃度のＣをドープすることを可能としているので、ＡｌＧａＡｓよりも低抵抗のｐ型コンタクト層を得ることができる。さらにＧａＰはＡｌを含まないため酸素の影響が少なく、結果的にＧａＡｓ層と同程度の低抵抗率を実現することができる。
【００３３】
したがってコンタクト層としてＧａＡｓの代わりにＧａＰを用いることにより、コンタクト層におけるレーザ光の光吸収による損失を無くして内部損失を低減させることができ、しかも抵抗率を低くできるので良好な電気的接触を得ることができ、結果として発光出力の大きいレーザダイオードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザダイオードの構造を示す図である。
【図２】従来の半導体レーザダイオードの構造を示す図である。
【符号の説明】
１０１ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層
１０４活性層
１０５ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
１０６ｐ型ＧａＰコンタクト層（キャップ層）
１０７ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a visible light semiconductor laser diode having a large light output.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor laser diodes (LDs) are widely used as light sources for optical disks and laser printers. In particular, AlGaInP-based LDs used as light sources for writable DVD-Rs, DVD-RWs, and DVD-RAMs are required to have high output, low operating current, and high reliability.
[0003]
Conventionally, a cladding layer having a ridge structure laminated on a semiconductor substrate on which a predetermined semiconductor material layer including an active layer is formed, a cap layer having a ridge structure laminated on the cladding layer, and formed on both sides of the cladding layer There is a semiconductor laser diode including a current block layer (for example, see Patent Document 1).
[0004]
FIG. 2 shows an example of a conventional semiconductor laser diode (LD) using an AlGaInP-based semiconductor material. In the figure, reference numeral 201 denotes an n-type GaAs substrate, and 202 denotes a first clad layer formed on the substrate 201 and made of n-type AlGaInP. 203 is an active layer made of AlGaInP. Reference numeral 204 denotes a second cladding layer made of p-type AlGaInP. That is, the mixed crystal ratio is set so that the energy gap of the AlGaInP active layer 203 is smaller than the energy gaps of the AlGaInP cladding layers 202 and 204, and a double hetero structure is formed. 206 is a contact layer. 205 is a current blocking layer made of GaAs. The current block layer 205 is provided for the purpose of so-called current confinement in order to obtain a current density required for laser oscillation.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-244066 (FIG. 3 (i))
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The major issues for increasing the output power of an AlGaInP-based LD are firstly a reduction in operating current, and secondly, the suppression of degradation (COD; Catastrophic Optical Damage) at the laser end face. The methods for reducing the operating current include (1) a method of increasing the gain in the active layer by making the active layer a strained quantum well structure, and (2) increasing the carrier concentration of the p-type cladding layer to increase the leakage from the p-type cladding layer. (3) A method for reducing internal loss by forming a current blocking layer with a material transparent to laser light, (4) A method for forming a contact layer (cap layer) above a laser transparent to laser light. And (5) increasing the distance between the active layer and the cap layer by increasing the thickness of the p-type cladding layer to reduce the influence of absorption in the contact layer. .
[0007]
As the method (4), an example using AlGaAs as the contact layer has been reported (Applied Physics Society Fall 2001, 14P-B-3). The contact layer must have as low a resistance as possible, but AlGaAs has a lower activation rate than a GaAs layer that has been widely used in the past, and thus has a problem that it is difficult to reduce the resistance.
[0008]
For example, Zn-GaAs doped with zinc (Zn) at 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ as a p-type dopant has a hole mobility of about 80 cm ² / V · s and a resistivity of 7.8 × 10 ⁻³ Ω · cm. On the other hand, Zn—Al _0.5 Ga _0.5 As doped with the same amount of Zn has a hole mobility of about 30 cm ² / V · s and a resistivity of about 2.7 times that of Zn—GaAs. 0.1 × 10 ⁻² Ω · cm.
[0009]
As described above, since the AlGaAs layer has a lower carrier mobility than the GaAs layer, the carrier concentration for obtaining the same resistivity is higher in AlGaAs than in GaAs. Therefore, in order to reduce the resistance of the AlGaAs contact layer to the same level as that of the GaAs contact layer, it is necessary to dope at a higher concentration than the GaAs contact layer. In the laser element, which degrades the characteristics of the laser element. For example, the diffusion of unactivated Zn causes the pn junction position to be shifted to the n side from the light emitting layer, resulting in abnormal current-voltage characteristics and increasing the threshold current of the laser.
[0010]
On the other hand, AlGaAs is grown by MOVPE under appropriate growth conditions (for example, at a substrate temperature of about 600 ° C. or less, and the molar supply of group V raw material is 30 times or less of the molar supply of group III raw material). It is known that a large amount of C is contained in the crystal and exhibits p-type conductivity. However, a large amount of oxygen is simultaneously mixed in the crystal because Al is easily oxidized, and a low-resistance film is obtained. Is very difficult.
[0011]
Therefore, in order to obtain a low-resistance AlGaAs layer as a contact layer, it is necessary to intentionally add Zn or the like, which has caused the above-mentioned diffusion.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, suppress an increase in laser operating current due to internal loss due to light absorption in a contact layer, and obtain a low-resistance electrical contact, thereby achieving high output and operating current. Is to provide a semiconductor laser diode having a small value.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0014]
The semiconductor laser diode according to the present invention includes an n-type GaAs substrate, a first cladding layer made of n-type AlGaInP formed on the substrate, an active layer formed on the first cladding layer, In an edge-emitting semiconductor laser diode including a second clad layer made of p-type AlGaInP formed on an active layer and a p-type contact layer formed on the second clad layer, the p-type contact layer is made of GaP. It is characterized by becoming.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor laser diode according to the first aspect, a main element defining the conductivity of GaP of the p-type contact layer is carbon (C).
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor laser diode according to the first or second aspect, the second cladding layer and the p-type contact layer have a ridge structure, and a current blocking layer is provided on the left and right sides of the ridge structure. It is characterized by having.
[0017]
<Action>
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and has as its object to obtain a semiconductor laser diode having a high output and a small operating current.
[0018]
Therefore, in the present invention, an n-type GaAs substrate, an n-type AlGaInP cladding layer formed on the substrate, an active layer formed on the n-type AlGaInP cladding layer, and a p-type AlGaInP cladding layer formed on the active layer And a p-type GaP contact layer formed on the p-type AlGaInP cladding layer, thereby achieving the intended semiconductor laser diode.
[0019]
In the above, the target semiconductor laser diode was achieved by setting C as the main element that determines the conductivity of the GaP layer.
[0020]
GaP is an indirect transition type semiconductor, has an energy band gap of about 2.28 eV, and is a transparent material with respect to an oscillation wavelength of about 650 nm of a visible light laser diode for DVD. The hole mobility of C-GaP doped with C at 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ is about 40 cm ² / V · s, and Zn-Al _0.5 Ga _0.5 As doped with the same amount of Zn is used. Since it has a mobility higher than the hole mobility of about 30 cm ² / V · s, it is easy to obtain a film having a lower resistance than at least AlGaAs. Further, C has a property that it is difficult to diffuse as compared with Zn or the like, so that C can be doped with a concentration exceeding 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , and furthermore, unlike AlGaAs, which does not contain Al, the effect of oxygen is less. As a result, a low resistivity equivalent to that of the GaAs layer can be realized.
[0021]
Therefore, by using GaP instead of GaAs as the contact layer, internal loss can be reduced by eliminating loss due to light absorption of laser light in the contact layer, and good electrical contact can be obtained because resistivity can be lowered. As a result, a laser diode having a large light emission output can be obtained.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0023]
FIG. 1 shows a semiconductor laser diode LD according to an embodiment of the present invention. In this LD, an n-type GaAs buffer layer 102 and an n-type AlGaInP lower cladding layer (first cladding layer) 103 are sequentially epitaxially grown on an n-type GaAs substrate 101, and a strain quantum having a multilayer structure of AlGaInP and GaInP is formed thereon. It has a double hetero structure in which an active layer 104 having a well structure, a p-type AlGaInP upper cladding layer (second cladding layer) 105, and a p-type GaP contact layer (cap layer) 106 are sequentially grown. The p-type AlGaInP upper cladding layer 105 and the p-type GaP contact layer have a ridge structure, and n-type AlInP current blocking layers 107 are provided on the left and right sides of the ridge structure. The p-type GaP contact layer 106 has a structure in which C is heavily doped as an element that determines the conductivity of the GaP layer.
[0024]
In the semiconductor laser diode of this embodiment, GaP, which is a transparent material for the oscillating laser light, is used for the p-type contact layer and is doped with C at a high concentration, so that the p-type contact layer has a lower resistance than AlGaAs. Layers can be obtained. Further, since GaP does not contain Al, the influence of oxygen is small, and as a result, low resistivity similar to that of the GaAs layer can be realized.
[0025]
Therefore, by using GaP instead of GaAs as the contact layer, it is possible to suppress an increase in laser operation current due to internal loss due to light absorption in the p-type contact layer, and to enable low-resistance electrical contact, thereby achieving high output and high output. Moreover, a semiconductor laser diode having a small operating current can be obtained.
[0026]
[Example]
By an MOVPE method, an n-type GaAs buffer layer 102, an n-type (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 P lower cladding layer 103, and an (Al _{0. 5} Ga _0.5 ) _0.5 In _0.5 P and an active layer 104 having a strained quantum well structure having a multilayer structure of Ga _0.45 In _0.55 P, and a p-type (Al _0.7 Ga _0.3 A semiconductor laser diode having a _0.5 In _0.5 P upper cladding layer 105, an n-type Al _0.5 In _0.5 P current blocking layer 107, and a contact layer (cap layer) 106 made of p-type GaP is used. Produced. As the Ga, Al, and In raw materials, triethylgallium or trimethylgallium, trimethylaluminum, and trimethylindium were used. Phosphine (PH ₃ ) was used as the P raw material. Arsine (AsH ₃ ) was used as the As raw material.
[0027]
First, a GaAs substrate 101 was placed in a growth furnace, and a GaAs buffer layer 102 having n-type conductivity and a thickness of 0.5 μm was formed at a substrate temperature of 700 ° C. Further, a (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 P lower cladding layer 103 having n-type conductivity and a thickness of 1.0 μm, and (Al _0.5 Ga _0.5 ) _0. An active layer 104 having a strained quantum well structure composed of a multilayer structure of ₅ In _0.5 P and Ga _0.45 In _0.55 P, a p-type conductive layer of (Al _0.7 Ga _0.3 ) _0.5 In _0.5 P upper cladding layer 105 was sequentially formed.
[0028]
Next, the substrate temperature was set to 600 ° C., and the p-type GaP contact layer 106 was formed. The carrier concentration of the p-type GaP contact layer 106 was (5 to 20) × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , and the thickness was 0.5 μm. For comparison, a laser diode wafer having a GaAs contact layer instead of the p-type GaP contact layer 106 was also manufactured.
[0029]
Next, the epitaxial wafer having the crystal grown to the contact layer 106 is taken out of the growth furnace, and a pattern is formed with silicon oxide. Then, reactive ion etching (RIE) and etching with an etching solution containing potassium hexacyanoiron (III) are performed. Then, a ridge was formed. An AlInP current blocking layer 107 having n-type conductivity was formed on the ridge-formed epitaxial wafer, and buried growth was performed.
[0030]
A laser diode chip was manufactured from the laser diode epitaxial wafer thus obtained. The width of the chip was 400 μm, and the length of the resonator was 1000 μm. The laser end face was subjected to Zn diffusion processing in order to suppress the end face destruction. When a threshold current value was measured by applying a current to this laser chip, the threshold current value of the laser diode having the GaP contact layer (cap layer) was 50 mA, and the threshold current value of the laser diode having the GaAs contact layer (cap layer) Of 60 mA.
[0031]
Further investigation of kink-free output revealed that the kink-free output of the laser diode having the GaP contact layer (cap layer) of the present example was 120 mW, and the kink-free output of the laser diode having the GaAs cap layer of the comparative example was 90 mW. The kink-free output could be increased by about 30%. It should be noted that no significant difference was observed between the two when the reliability was measured when the battery was energized for 1000 hours.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, GaP, which is a transparent material for oscillation laser light, is used for the p-type contact layer, so that loss due to light absorption of laser light in the contact layer is eliminated and internal loss is reduced. Can be done. Also, by using GaP, the p-type contact layer can be doped with C at a concentration exceeding 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , so that a p-type contact layer having a lower resistance than AlGaAs can be obtained. Further, since GaP does not contain Al, the influence of oxygen is small, and as a result, low resistivity similar to that of the GaAs layer can be realized.
[0033]
Therefore, by using GaP instead of GaAs as the contact layer, the loss due to the absorption of laser light in the contact layer can be eliminated and the internal loss can be reduced, and the resistivity can be lowered, so that good electrical contact can be obtained. As a result, a laser diode having a large light emission output can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor laser diode of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a conventional semiconductor laser diode.
[Explanation of symbols]
101 n-type GaAs substrate 102 n-type GaAs buffer layer 103 n-type AlGaInP lower cladding layer 104 active layer 105 p-type AlGaInP upper cladding layer 106 p-type GaP contact layer (cap layer)
107 n-type AlInP current block layer

Claims

an n-type GaAs substrate, a first cladding layer made of n-type AlGaInP formed on the substrate, an active layer formed on the first cladding layer, and a p-type AlGaInP formed on the active layer. An edge-emitting type semiconductor laser diode comprising two clad layers and a p-type contact layer formed on the second clad layer,
A semiconductor laser diode, wherein the p-type contact layer is made of GaP.

The semiconductor laser diode according to claim 1,
A semiconductor laser diode, wherein a main element defining the conductivity of GaP of the p-type contact layer is carbon (C).

The semiconductor laser diode according to claim 1 or 2,
A semiconductor laser diode, wherein the second cladding layer and the p-type contact layer have a ridge structure, and a current blocking layer is provided on the left and right sides of the ridge structure.