JP2005327907A - Semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信への利用に適した半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element suitable for use in optical communication.
AlGaInP系半導体レーザは、通常DVD(Digital Versatile Disc)などへの光記録用の光源として用いられている半導体レーザである。このAlGaInP系半導体レーザの信頼性に関わる問題として、p型不純物として導入される亜鉛が、結晶成長中あるいは通電中に拡散して活性層近傍にまで達し、素子の発光効率を低下させたり結晶欠陥を引き起こすという問題が知られている。亜鉛は、AlGaInP系の材料で特に拡散しやすいため、亜鉛の拡散問題はAlGaInP系半導体レーザでは特に深刻である。 The AlGaInP-based semiconductor laser is a semiconductor laser usually used as a light source for optical recording on a DVD (Digital Versatile Disc) or the like. As a problem related to the reliability of this AlGaInP-based semiconductor laser, zinc introduced as a p-type impurity diffuses during crystal growth or energization to reach the vicinity of the active layer, thereby reducing the light emission efficiency of the device or crystal defects. The problem of causing is known. Since zinc is particularly easily diffused with AlGaInP-based materials, the problem of zinc diffusion is particularly serious with AlGaInP-based semiconductor lasers.
上記問題の解決策としては、活性層と不純物導入層の間に格子不整合層(歪層)を設ける方法が提案されている。この方法は、亜鉛が、無歪層から圧縮歪層へ、また引張歪層から無歪層へは移動しにくいという現象を利用したものである。 As a solution to the above problem, a method of providing a lattice mismatch layer (strain layer) between the active layer and the impurity introduction layer has been proposed. This method utilizes the phenomenon that zinc does not easily move from the unstrained layer to the compressive strained layer and from the tensile strained layer to the unstrained layer.
例えば特許文献1には、活性層の上にノンドープのガイド層、ノンドープのクラッド層、格子不整合層、ノンドープのクラッド層、p型クラッド層を順次積層した構造が開示されている。この構造では、格子不整合層より下のクラッド層、ガイド層、活性層はノンドープの状態に保たれるため、亜鉛が活性層にまで到達することを防止できる。亜鉛の拡散防止という観点からは、p型クラッド層より下のノンドープ層の厚みは、できるだけ厚いほうがよいと考えられている。
近年、光通信の分野で、低コストかつ実装が容易なプラスチックファイバが注目されている。しかし、プラスチックファイバは、石英系ファイバに比べると内部損失が大きいという問題がある。 In recent years, low-cost and easy-to-mount plastic fibers have attracted attention in the field of optical communications. However, the plastic fiber has a problem that the internal loss is larger than that of the silica-based fiber.
プラスチックファイバを用いた光通信で石英系ファイバと同程度の伝送距離を確保するためには、ファイバの透過光強度の波長依存性を考慮して内部損失を抑える必要がある。このため、従来光通信に用いられてきた1.3μm以上の波長帯の半導体レーザに代えて、上記650nm波長帯のAlGaInP半導体レーザを利用することが検討されている。 In order to secure a transmission distance similar to that of a silica-based fiber in optical communication using a plastic fiber, it is necessary to suppress the internal loss in consideration of the wavelength dependence of the transmitted light intensity of the fiber. For this reason, it has been studied to use the AlGaInP semiconductor laser having the 650 nm wavelength band in place of the semiconductor laser having the wavelength band of 1.3 μm or more which has been conventionally used for optical communication.
しかし、AlGaInP半導体レーザは、もともと室内での利用を想定して開発されたレーザであるため、既存の製品は、劣悪環境(特に高温環境下)で通信用光源として安定して動作できるだけの信頼性を備えていない。このため、さらに高い信頼性を得るための改良が必要とされている。 However, since the AlGaInP semiconductor laser was originally developed for indoor use, the existing products are reliable enough to operate stably as a communication light source in a poor environment (especially in a high temperature environment). Not equipped. For this reason, an improvement for obtaining higher reliability is required.
ところが、特許文献1に開示された構造で、亜鉛の拡散防止効果を高めようと格子不整合層や、その下のノンドープの層を厚くすると、素子抵抗が増大してしまう。素子抵抗の増大は、素子の温度上昇を招き、温度特性を悪化させる。また、しきい値電流も上昇し、素子の寿命は、かえって短くなる。 However, in the structure disclosed in Patent Document 1, when the lattice mismatching layer and the non-doped layer thereunder are made thicker in order to enhance the effect of preventing the diffusion of zinc, the element resistance increases. An increase in element resistance causes an increase in the temperature of the element and deteriorates temperature characteristics. In addition, the threshold current also increases, and the lifetime of the device is shortened.
本発明は、上記事情に鑑みて、光通信用の光源として利用し得る、温度特性がよく寿命も長い650nm波長帯の半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having a wavelength range of 650 nm that can be used as a light source for optical communication and has a long temperature and a long lifetime.
本発明の第1の半導体レーザ素子は、活性層およびクラッド層がAlGaInP系材料からなる半導体レーザ素子であって、活性層の一方の側に配置されたクラッド層を構成する層として、活性層に近い側から順に、ノンドープ層、p型第1ドープ層、歪層、およびp型第2ドープ層を備え、p型第1ドープ層の不純物濃度は、p型第2ドープ層の不純物濃度以下の濃度であることを特徴とする。 The first semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device in which the active layer and the cladding layer are made of an AlGaInP-based material, and the active layer is formed as a layer constituting the cladding layer disposed on one side of the active layer. In order from the closer side, a non-doped layer, a p-type first doped layer, a strained layer, and a p-type second doped layer are provided, and the impurity concentration of the p-type first doped layer is lower than the impurity concentration of the p-type second doped layer. It is characterized by a concentration.
また、本発明の第2の半導体レーザ素子は、活性層およびクラッド層がAlGaInP系材料からなる半導体レーザ素子であって、活性層の一方の側に配置されたクラッド層を構成する層として、活性層に近い側から順に、p型第1ドープ層、歪層、およびp型第2ドープ層を備え、p型第1ドープ層の不純物濃度は、p型第2ドープ層の不純物濃度以下の濃度であることを特徴とする。 The second semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device in which the active layer and the cladding layer are made of an AlGaInP-based material, and is active as a layer constituting the cladding layer disposed on one side of the active layer. A p-type first doped layer, a strained layer, and a p-type second doped layer are provided in this order from the side closer to the layer, and the impurity concentration of the p-type first doped layer is lower than the impurity concentration of the p-type second doped layer. It is characterized by being.
上記第1および第2の半導体レーザ素子において、AlGaInP系材料とは、(AlxGa1−x)yIn1−yP(0≦x<1,0<y<1)で表される材料である。すなわち、本発明の各半導体レーザ素子は、GaAs基板上には、組成(xやyの値)が異なるAlGaInP層が積層された構造をしている。なお、AlGaInP系材料には、GaInP(x=0の場合)も含まれる。 In the first and second semiconductor laser elements, the AlGaInP-based material is a material represented by (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ≦ x <1, 0 <y <1). It is. That is, each semiconductor laser device of the present invention has a structure in which AlGaInP layers having different compositions (values of x and y) are laminated on a GaAs substrate. The AlGaInP-based material includes GaInP (when x = 0).
また、p型ドープ層の不純物濃度は、p型第1ドープ層については、5×1016cm−3以上3×1017cm−3以下の濃度とすることが好ましい。p型第2ドープ層については、層の濃度プロファイルが、半導体レーザ素子について所望の特性を得るために必要なプロファイルとなるように自由に設定すればよい。 In addition, the impurity concentration of the p-type doped layer is preferably 5 × 10 16 cm −3 or more and 3 × 10 17 cm −3 or less for the p-type first doped layer. The p-type second doped layer may be set freely so that the concentration profile of the layer becomes a profile necessary for obtaining desired characteristics of the semiconductor laser element.
歪層は、圧縮歪層あるいは引張歪層とする。あるいは、引張歪層、圧縮歪層または無歪層のうち少なくとも2種類の層からなる多層構造としてもよい。2種類以上の層からなる多層構造としては、例えば、引張歪層と無歪層を交互に重ねた多層構造、圧縮歪層と無歪層を交互に重ねた多層構造、引張歪層と圧縮歪層を交互に重ねた多層構造、3種類の層を交互に重ねた多層構造が考えられる。 The strain layer is a compression strain layer or a tensile strain layer. Or it is good also as a multilayer structure which consists of at least 2 types of layers among a tensile strain layer, a compression strain layer, or a non-strain layer. Examples of a multilayer structure composed of two or more layers include a multilayer structure in which tensile strain layers and unstrained layers are alternately stacked, a multilayer structure in which compression strain layers and unstrained layers are alternately stacked, and tensile strain layers and compressive strains. A multilayer structure in which layers are alternately stacked can be considered as a multilayer structure in which three types of layers are alternately stacked.
歪層は、好ましくは引張歪層または引張歪層を含む多層構造とするのがよい。また、歪層は、ノンドープの層としてもよいが、好ましくはp型の不純物を導入し、不純物の濃度を5×1016cm−3以上3×1017cm−3以下の濃度とするのがよい。 The strained layer preferably has a tensile strained layer or a multilayer structure including a tensile strained layer. The strained layer may be a non-doped layer, but preferably a p-type impurity is introduced so that the impurity concentration is 5 × 10 16 cm −3 or more and 3 × 10 17 cm −3 or less. Good.
本発明の第1および第2の半導体レーザ素子は、p型第2ドープ層と活性層の間に歪層が配置された構造により、p型第2ドープ層に導入された不純物が活性層近傍にまで拡散することを防止している。また、歪層と活性層の間に低濃度の不純物が導入された層を設けて、素子抵抗を低減している。これにより、亜鉛の拡散に起因する活性層の劣化を防止するとともに、素子抵抗に起因する発熱を抑え、良好な温度特性を得ることができる。 The first and second semiconductor laser elements of the present invention have a structure in which a strained layer is disposed between the p-type second doped layer and the active layer, so that impurities introduced into the p-type second doped layer are in the vicinity of the active layer. Is prevented from spreading to In addition, a layer into which a low-concentration impurity is introduced is provided between the strained layer and the active layer to reduce the element resistance. As a result, it is possible to prevent deterioration of the active layer due to the diffusion of zinc, suppress heat generation due to element resistance, and obtain good temperature characteristics.
また、歪層にも不純物を導入すれば、ノンドープ層の総厚はさらに小さくなるので、より良好な温度特性を得ることができる。 If impurities are also introduced into the strained layer, the total thickness of the non-doped layer is further reduced, so that better temperature characteristics can be obtained.
さらに、歪層を、引張歪層もしくは引張歪層を含む多層構造とすれば、歪層と活性層のバンドギャップが大きくなるため、通電時に発生するキャリアのオーバーフローが抑制され、さらに良好な特性が得られる。 Furthermore, if the strained layer has a tensile strained layer or a multilayered structure including a tensile strained layer, the band gap between the strained layer and the active layer increases, so that the overflow of carriers that occurs during energization is suppressed, and even better characteristics are achieved. can get.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ素子の構造を示す概略図である。図に示すように、この半導体レーザ素子は、通常の結晶方位面((100)面)に対し(111)A面方向に5〜15度傾斜した面を主面とするn型GaAs基板1の上に、次の構造が形成された素子である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this semiconductor laser device is composed of an n-type GaAs substrate 1 whose main surface is a plane inclined by 5 to 15 degrees in the (111) A plane direction with respect to a normal crystal orientation plane ((100) plane). An element having the following structure formed thereon.
n型GaAs基板1の上には、n型GaAsバッファ層2、n型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P下部クラッド層3、発光層4、AlGaInP上部第1クラッド層5およびp型Ga0.51In0.49Pエッチングストップ層6が積層されている。
On the n-type GaAs substrate 1, an n-type
エッチングストップ層6の上には、共振器方向と平行なメサストライプ状のリッジ構造部14と、リッジ構造部14を挟みこむように形成された電流ブロック層10が配置されている。リッジ構造部14は、図に示すように、p型の(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P上部第2クラッド層7、p型Ga0.51In0.49Pヘテロバッファ層8およびp型GaAsキャップ層9が積層された構造を有する。
On the
また、リッジ構造部14および電流ブロック層10の上には、それらを覆うように形成されたp型GaAsコンタクト層11が配置されている。また、n型GaAs基板1の裏面にはn側電極13が、p型GaAsコンタクト層11の上部にはp側電極12が設けられている。
A p-type
図1に示される各層のうち発光層4は、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P第1光導波層、活性層、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P第2光導波層が順に積層された層である。このうち活性層は、100Å以下の極薄膜からなる量子井戸層と障壁層が交互に複数積層された多重量子井戸(MQW)構造を有する。
Among the layers shown in FIG. 1, the
また、AlGaInP上部第1クラッド層5は、次に説明する層構造を有する。図2は、AlGaInP上部第1クラッド層5の層構造(図左)とエネルギー準位(図右)を示す図である。
The AlGaInP upper
図左に示すように、AlGaInP上部第1クラッド層5は、詳細にはノンドープの(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P層51、不純物として亜鉛が導入されたp型第1ドープ層52、(Al0.7Ga0.3)0.6In0.4P引張歪層531、および不純物として亜鉛が導入されたp型第2ドープ層54からなる。p型第1ドープ層52の亜鉛濃度は、5×1016cm−3〜3×1017cm−3であり、p型第2ドープ層の亜鉛濃度は3×1017cm−3から2×1018cm−3の範囲である。すなわち、p型第1ドープ層52は、p型第2ドープ層よりも低濃度になるようにドーピングされている。また、AlGaInP引張歪層531も、亜鉛が導入された層であり、その濃度はp型第1ドープ層52と同じく5×1016cm−3〜3×1017cm−3の範囲内にある。
As shown in the left of the figure, the AlGaInP upper
また、図右に示すように、AlGaInP引張歪層531は基板と格子整合がとれている層よりもエネルギー準位が高くなるため、この構造では、活性層とクラッド層のバンドギャップは引張歪層がない構造よりも大きくなる。
Also, as shown on the right side of the figure, the AlGaInP tensile
図1および図2を参照して説明したように、この半導体レーザ素子の特徴は、発光層のp側のクラッド層の中に歪層を設け、その歪層と発光層の間に亜鉛が低濃度にドーピングされた層を配置した点にある。また、歪層自体が、その上の層よりも低い濃度でドーピングされている点も特徴といえる。 As described with reference to FIGS. 1 and 2, the feature of this semiconductor laser device is that a strained layer is provided in the cladding layer on the p side of the light emitting layer, and zinc is low between the strained layer and the light emitting layer. The point is that a layer doped in concentration is arranged. Another feature is that the strained layer itself is doped at a lower concentration than the layer above it.
図3のグラフは、ノンドープ層、低濃度に導入された(低ドープ)層のそれぞれについて、その層厚が素子抵抗に与える影響を示している。グラフが示すように、素子抵抗は、素子が備えるノンドープ層の層厚が100nm増すごとに約0.1Ω上昇する。一方、そのノンドープ層を亜鉛濃度が5×1016cm−3〜3×1017cm−3の低ドープ層に置き換えれば、グラフが示すように、層厚が100nm増した場合の素子抵抗の上昇を約0.05Ωに抑えることができる。この関係から、上記構造では、特許文献1に開示された構造よりも素子抵抗を低減できることは明らかである。
The graph of FIG. 3 shows the influence of the layer thickness on the element resistance of each of the non-doped layer and the low-concentration (low-doped) layer. As the graph shows, the device resistance increases by about 0.1Ω every time the thickness of the non-doped layer included in the device increases by 100 nm. On the other hand, if the non-doped layer is replaced with a low-doped layer having a zinc concentration of 5 × 10 16
図4のグラフは、上記構造においてノンドープのAlGaInP層51とp型第1ドープ層52の厚みの合計を200nmとし、その比率を変化させた場合の温度特性の変化を表している。グラフの横軸はノンドープのAlGaInP層51、p型第1ドープ層52のそれぞれの厚さを表している。2つの層の合計が200nmであることを示すため、横軸には2種類の目盛りが付されている。また、グラフの縦軸は、特性温度T0を表す。
The graph of FIG. 4 represents a change in temperature characteristics when the total thickness of the
このグラフが示すように、AlGaInP引張歪層531の下がノンドープ層51のみという構造では、半導体レーザ素子の特性温度は60Kを下回る。これに対し、ノンドープ層の厚みが100nmでp型第1ドープ層52の厚みが100nmの場合、すなわち2種類の層の比率が1:1の場合の特性温度は約100Kとなる。
As shown in this graph, in the structure in which only the
以上に説明したように、上記構造では、p型第2ドープ層に導入された亜鉛が引張歪層531まで移動することはあるが、引張歪層531から無歪であるp型第1ドープ層52への移動が制限されるために、拡散した亜鉛が発光層4近傍にまで到達する可能性は低くなる。またp型第1ドープ層52は、引張歪層531より活性層側にあるものの、亜鉛の濃度は5×1016cm−3〜3×1017cm−3と低いため、活性層の品質に悪影響を及ぼすことはない。
As described above, in the above structure, the zinc introduced into the p-type second doped layer may move to the tensile
また、図4のグラフに示したように、歪層から活性層にかけての各層がすべてノンドープである従来構造よりも温度特性が良く、高温環境下でも安定して動作することができる。 Also, as shown in the graph of FIG. 4, the temperature characteristics are better than those of the conventional structure in which all layers from the strained layer to the active layer are non-doped, and can operate stably even in a high temperature environment.
また、一般に、AlGaInP系半導体レーザは、活性層とクラッド層のバンドギャップが他の材料系のレーザよりも小さいため、高温環境下で動作させたときにキャリアのオーバーフローが生じやすいと言われているが、本実施の形態の半導体レーザ素子では、引張歪層531を設けて活性層とクラッド層のバンドギャップが広げているため、キャリアのオーバーフローが抑制され、高温環境下でも低い駆動電流で動作することができる。
In general, AlGaInP-based semiconductor lasers have a smaller band gap between the active layer and the cladding layer than other material-based lasers. Therefore, it is said that carrier overflow is likely to occur when operated in a high-temperature environment. However, in the semiconductor laser device of the present embodiment, since the band gap between the active layer and the cladding layer is widened by providing the
以下、図1の半導体レーザ素子の作製プロセスを、順を追って説明する。まず、通常の結晶方位面((100)面)に対し(111)A面方向に5〜15度傾斜した面を主面とするn型GaAsウエハ基板を、結晶成長装置にセットし、その主面上に有機金属化学気相成長法により、n型GaAsバッファ層2となるGaAs膜、n型AlGaInP下部クラッド層3となるn型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P膜、AlGaInP第1光導波層となる(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P膜、多重量子井戸活性層を構成する薄膜積層構造、AlGaInP第2光導波層となる(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P膜を形成する。
Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor laser device of FIG. 1 will be described in order. First, an n-type GaAs wafer substrate whose main surface is a surface inclined by 5 to 15 degrees in the (111) A plane direction with respect to a normal crystal orientation plane ((100) plane) is set in a crystal growth apparatus, and its main A GaAs film to be an n-type
続いて、AlGaInP上部第1クラッド層5を構成する各層を形成する。すなわち、ノンドープ層51となる(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P膜、p型第1ドープ層52となるp型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P膜、AlGaInP引張歪層531となる(Al0.7Ga0.3)0.6In0.4P膜、p型第2ドープ層54となるp型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P膜を形成する。
Subsequently, each layer constituting the AlGaInP upper
次に、後述する工程においてエッチングストップ層6として機能するp型Ga0.51In0.49P膜を形成し、その上に、AlGaInP上部第2クラッド層7となる(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P膜、ヘテロバッファ層8となるp型Ga0.51In0.49P膜およびキャップ層9となるp型GaAs膜を形成する。
Next, a p-type Ga 0.51 In 0.49 P film functioning as an
次に、そのp型GaAs膜の上に、リッジ構造部14が形成される部分のみを覆うようにSiO2膜を形成し、そのSiO2膜をマスクとして、p型GaAs膜、p型Ga0.51In0.49P膜、(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P膜をエッチングする。この際、エッチングストップ層6の機能により、エッチングストップ層6より下の層がエッチングされることはない。これにより、エッチングストップ層6の上に、メサストライプ状のリッジ構造、すなわち前述のリッジ構造部14が形成される。
Next, an SiO 2 film is formed on the p-type GaAs film so as to cover only the portion where the
その後、SiO2マスクを用いて、選択成長法によりエッチングストップ層6上のリッジ構造部14がない部分に、電流ブロック層10となるn型GaAs膜を結晶成長により形成する。さらに、SiO2マスクを除去した後に、リッジ構造部14と電流ブロック層10の両方を覆うように、コンタクト層11となるp型GaAs膜を形成する。
Thereafter, an n-type GaAs film to be the
次に、コンタクト層11の上にp側電極12の材料(Ti/Pt/Au)を蒸着し、熱処理する。さらに、全体の厚みが100μm程度になるまで、GaAs基板1の研磨を行った後に、その研磨された面にn側電極13の材料(Au/Ge/Ni/Au)を蒸着し、熱処理する。
Next, the material (Ti / Pt / Au) of the p-
最後に、上記のように処理されたウエハから、共振器長0.75〜1.5mm程度のレーザバーを劈開により切り出し、劈開面の一方には低反射率光学膜を、他方には高反射率光学膜をコーティングする。さらに、各レーザバーを劈開によりチップに分離する。これにより図1に示したような半導体レーザ素子が完成する。 Finally, a laser bar having a resonator length of about 0.75 to 1.5 mm is cleaved from the wafer processed as described above, and a low reflectance optical film is provided on one of the cleavage surfaces, and a high reflectance is provided on the other. The optical film is coated. Further, each laser bar is separated into chips by cleavage. Thereby, the semiconductor laser device as shown in FIG. 1 is completed.
以上、本発明の第1の実施の形態について詳細に説明したが、以下、他の実施の形態を例示する。図5は、本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ素子のクラッド層の構造を表す図である。図2との比較から明らかであるように、第2の実施の形態の半導体レーザ素子では、引張歪層531と発光層4の間にノンドープ層は無く、p型第1ドープ層52のみが配置されている。
Although the first embodiment of the present invention has been described in detail above, other embodiments will be exemplified below. FIG. 5 is a diagram showing the structure of the cladding layer of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. As is clear from comparison with FIG. 2, in the semiconductor laser device of the second embodiment, there is no non-doped layer between the
前述のとおり、素子抵抗はノンドープ層が厚いほど大きくなるため、この構造では第1の実施の形態よりもさらに素子抵抗を小さくすることができる。 As described above, the device resistance increases as the non-doped layer is thicker. Therefore, in this structure, the device resistance can be further reduced as compared with the first embodiment.
また、図6は、本発明の第3の実施の形態における半導体レーザ素子のクラッド層の構造を表す図である。第3の実施の形態の半導体レーザ素子は、第2の実施の形態の半導体レーザ素子の(Al0.7Ga0.3)0.6In0.4P引張歪層531に代えて(Al0.7Ga0.3)0.4In0.6P圧縮歪層532を設けた形態である。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the cladding layer of the semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor laser device of the third embodiment is replaced with (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.6 In 0.4 P
圧縮歪層も亜鉛の拡散を抑制することができるので、その下のノンドープ層の割合を少なくすれば、従来よりも良好な特性を得ることができる。但し、圧縮歪の場合には、図6に示すようにAlGaInP第1クラッド層と活性層とのバンドギャップは広がらない。このため、通電時のキャリアのオーバーフローを抑制するためには、歪層を引張歪層とするほうが好ましい。 Since the compressive strain layer can also suppress the diffusion of zinc, if the proportion of the non-doped layer thereunder is reduced, better characteristics than the conventional one can be obtained. However, in the case of compressive strain, the band gap between the AlGaInP first cladding layer and the active layer does not widen as shown in FIG. For this reason, in order to suppress the overflow of the carrier at the time of energization, it is more preferable that the strain layer is a tensile strain layer.
歪層の構造としては、この他、圧縮歪層と無歪層((Al0.7Ga0.3)0.5In0.5層)を交互に積層した構造、引張歪層と無歪層を交互に積層した構造、圧縮歪層と引張歪層を交互に積層した構造、さらには圧縮歪層、引張歪層、無歪層の3種類の層を組み合わせた構造なども考えられる。多層構造の場合も、引張歪層を含む構造のほうが、キャリアのオーバーフロー抑制効果が得られるので好ましい。 As the structure of the strained layer, in addition to this, a structure in which a compression strained layer and an unstrained layer ((Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 layer) are alternately laminated, a tensile strained layer and an unstrained layer A structure in which layers are alternately stacked, a structure in which compression strain layers and tensile strain layers are alternately stacked, and a structure in which three types of layers of compression strain layers, tensile strain layers, and non-strain layers are combined are also conceivable. Also in the case of a multilayer structure, a structure including a tensile strain layer is preferable because an effect of suppressing carrier overflow is obtained.
なお、歪層に引張歪層が含まれている構造では、引張歪層が含まれていない構造よりも素子の特性温度が10K程度高くなることが確認されている。 It is confirmed that the characteristic temperature of the element is higher by about 10K in the structure in which the strain layer includes the tensile strain layer than in the structure in which the tensile strain layer is not included.
また、歪層の歪量は、亜鉛の拡散を抑制できる程度の歪量であればよく、上記各実施の形態に限定されない。上記実施の形態は歪層の歪量は約0.7%の場合を例示しているが、亜鉛の拡散防止効果は、例えば歪量が0.2%程度でも得られる。なお、亜鉛の拡散防止効果は、歪層の歪量が大きいほど高まるが、歪量が大きいと結晶欠陥の発生率が高まるという問題もある。結晶欠陥の発生率は結晶成長条件などによっても左右されるので、歪層の歪量は、好ましくは、そのような要因も考慮した上で決めるのがよい。 Further, the strain amount of the strain layer may be a strain amount that can suppress the diffusion of zinc, and is not limited to the above embodiments. The above embodiment exemplifies the case where the strain amount of the strain layer is about 0.7%, but the effect of preventing the diffusion of zinc can be obtained even when the strain amount is about 0.2%, for example. Note that the effect of preventing the diffusion of zinc increases as the strain amount of the strained layer increases, but there is also a problem that the occurrence rate of crystal defects increases when the strain amount is large. Since the rate of occurrence of crystal defects depends on crystal growth conditions and the like, the strain amount of the strained layer is preferably determined in consideration of such factors.
また、上記各実施の形態では、引張歪層531は亜鉛により低濃度にドーピングされているが、歪層はノンドープの層であってもよい。歪層がノンドープでも、歪層と活性層の間の領域に低濃度にドーピングされた層を設ければ、歪層から活性層までがノンドープである従来の構造よりは温度特性を改善することができる。
In each of the above embodiments, the
また、上記実施の形態では、p型第1ドープ層52や引張歪層531の亜鉛濃度を5×1016cm−3以上3×1017cm−3以下としているが、p型第1ドープ層52の亜鉛濃度が上記範囲を逸脱している場合であっても上記効果が得られるものであれば、その半導体レーザ素子は本発明の範囲に含まれるものとする。
In the above embodiment, although the zinc concentration of the p-type first doped
なお、本発明は亜鉛の拡散問題の解決策を検討する過程でなされたものであるため、上記実施の形態ではp型不純物を亜鉛として説明しているが、ノンドープ層の総厚が大きいと素子抵抗が増大するという問題は、亜鉛に限らず、例えばマグネシウムなど他の不純物を導入することによっても解決することができる。すなわち、本発明におけるp型不純物は亜鉛に限定されるものではない。 Since the present invention has been made in the process of studying a solution to the zinc diffusion problem, the above embodiment describes the p-type impurity as zinc. However, if the total thickness of the non-doped layer is large, the device The problem of increased resistance can be solved not only by zinc but also by introducing other impurities such as magnesium. That is, the p-type impurity in the present invention is not limited to zinc.
1 n型GaAs基板
2 n型GaAsバッファ層
3 n型AlGaInP下部クラッド層
4 発光層
5 AlGaInP上部第1クラッド層
51 ノンドープ層
52 p型第1ドープ層
531 引張歪層
532 圧縮歪層
54 p型第2ドープ層
6 エッチングストップ層
7 p型AlGaInP上部第2クラッド層
8 p型GaInPヘテロバッファ層
9 p型GaAsキャップ層
10 電流ブロック層
11 p型GaAsコンタクト層
12 p側電極
13 n側電極
14 リッジ構造部
1 n-type GaAs substrate 2 n-type GaAs buffer layer 3 n-type AlGaInP lower clad
5 AlGaInP upper
Claims (6)
前記活性層の一方の側に配置されたクラッド層を構成する層として、前記活性層に近い側から順に、ノンドープ層、p型第1ドープ層、歪層、およびp型第2ドープ層を備え、
前記p型第1ドープ層の不純物濃度は、前記p型第2ドープ層の不純物濃度以下の濃度であることを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor laser device in which an active layer and a cladding layer are made of an AlGaInP-based material,
As a layer constituting the cladding layer disposed on one side of the active layer, a non-doped layer, a p-type first doped layer, a strained layer, and a p-type second doped layer are provided in order from the side closer to the active layer. ,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the p-type first doped layer is lower than an impurity concentration of the p-type second doped layer.
前記活性層の一方の側に配置されたクラッド層を構成する層として、前記活性層に近い側から順に、p型第1ドープ層、歪層、およびp型第2ドープ層を備え、
前記p型第1ドープ層の不純物濃度は、前記p型第2ドープ層の不純物濃度以下の濃度であることを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor laser device in which an active layer and a cladding layer are made of an AlGaInP-based material,
As a layer constituting a clad layer disposed on one side of the active layer, a p-type first doped layer, a strained layer, and a p-type second doped layer are provided in order from the side closer to the active layer,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the p-type first doped layer is lower than an impurity concentration of the p-type second doped layer.
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