JP2669139B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JP2669139B2 JP2669139B2 JP2286142A JP28614290A JP2669139B2 JP 2669139 B2 JP2669139 B2 JP 2669139B2 JP 2286142 A JP2286142 A JP 2286142A JP 28614290 A JP28614290 A JP 28614290A JP 2669139 B2 JP2669139 B2 JP 2669139B2
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- Japan
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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、長寿命な半導体レーザに関する。
従来のAlGaInP可視光レーザは、活性層より禁制帯幅
の広いｐ型とｎ型のクラッド層で活性層を上下から挟ん
だダブルヘテロ構造が一般的である。ｐ型クラッド層に
は１μｍから数μｍ程度の厚さの組成が均一なAlGaInP
が用いられる場合が多い。クラッド層を２層構造とし
て、クラッド層に垂直な方向の発振光の分布を適切なも
のに制御した構造が報告されている。いずれの場合で
も、活性層やクラッド層は格子定数は基板のGaAsと整合
が取られている。
の広いｐ型とｎ型のクラッド層で活性層を上下から挟ん
だダブルヘテロ構造が一般的である。ｐ型クラッド層に
は１μｍから数μｍ程度の厚さの組成が均一なAlGaInP
が用いられる場合が多い。クラッド層を２層構造とし
て、クラッド層に垂直な方向の発振光の分布を適切なも
のに制御した構造が報告されている。いずれの場合で
も、活性層やクラッド層は格子定数は基板のGaAsと整合
が取られている。
従来のAlGaInP可視光レーザの劣化は、通電中にｐ型
クラッド層ドーパントが活性層に拡散して発生する。活
性層に注入されたキャリアの一部は活性層とｐ型クラッ
ド層のヘテロ障壁を越えてｐ型クラッド層へも注入さ
れ、そこで正孔と再結合し、エネルギーを放出する。ｐ
型クラッド層中のドーパントはこれを原動力として移動
し、濃度の低い活性層に拡散するものと考えられる。拡
散が生じると、それに伴って空孔や格子間位置の原子等
が発生し、非発光な準位が形成されるため活性層の発光
効率が低下し、閾値電流値が増加する。
クラッド層ドーパントが活性層に拡散して発生する。活
性層に注入されたキャリアの一部は活性層とｐ型クラッ
ド層のヘテロ障壁を越えてｐ型クラッド層へも注入さ
れ、そこで正孔と再結合し、エネルギーを放出する。ｐ
型クラッド層中のドーパントはこれを原動力として移動
し、濃度の低い活性層に拡散するものと考えられる。拡
散が生じると、それに伴って空孔や格子間位置の原子等
が発生し、非発光な準位が形成されるため活性層の発光
効率が低下し、閾値電流値が増加する。
本発明の半導体レーザは、少なくとも活性層と該活性
層より禁制帯幅の広いｐ型とｎ型のクラッド層が該活性
層の相反する側に設けられてなる活性層光導波路構造を
備え、該活性層と該ｐ型クラッド層の間に格子定数が他
の半導体層より広く禁制帯幅が該活性層より広い歪み半
導体層が設けられたことを特徴としている。
層より禁制帯幅の広いｐ型とｎ型のクラッド層が該活性
層の相反する側に設けられてなる活性層光導波路構造を
備え、該活性層と該ｐ型クラッド層の間に格子定数が他
の半導体層より広く禁制帯幅が該活性層より広い歪み半
導体層が設けられたことを特徴としている。
周囲の半導体層より格子定数が広い半導体層は、周囲
の半導体層から圧縮応力を受け、格子定数がその半導体
本来の値より狭くなる。このような半導体層は格子位置
の原子が不純物原子と置換するのに必要なエネルギーが
高い。また格子間位置に不純物原子が入るのに必要なエ
ネルギーも高くなる。このためこの半導体層への不純物
の拡散は、半導体原子と直接置換して拡散が進行する不
純物も、いったん格子間位置に侵入してから半導体原子
と置換して拡散が進行する不純物も拡散速度が著しく遅
くなる。活性層の格子定数をクラッド層より広くするこ
とにより活性層へのｐ型不純物の拡散が抑制され信頼性
が向上する。また活性層とｐ型クラッド層の間に格子定
数の広い半導体層を設けることにより、ｐ型不純物の拡
散がこの半導体層で阻止でき信頼性が向上する。
の半導体層から圧縮応力を受け、格子定数がその半導体
本来の値より狭くなる。このような半導体層は格子位置
の原子が不純物原子と置換するのに必要なエネルギーが
高い。また格子間位置に不純物原子が入るのに必要なエ
ネルギーも高くなる。このためこの半導体層への不純物
の拡散は、半導体原子と直接置換して拡散が進行する不
純物も、いったん格子間位置に侵入してから半導体原子
と置換して拡散が進行する不純物も拡散速度が著しく遅
くなる。活性層の格子定数をクラッド層より広くするこ
とにより活性層へのｐ型不純物の拡散が抑制され信頼性
が向上する。また活性層とｐ型クラッド層の間に格子定
数の広い半導体層を設けることにより、ｐ型不純物の拡
散がこの半導体層で阻止でき信頼性が向上する。
禁制幅がクラッド層より大きな半導体層では、伝導帯
に存在する電子濃度が著しく低くて、ｐ型不純物の拡散
エネルギーとなる電子と正孔の再結合確率が低いため拡
散が著しく減速される。このような半導体層を活性層と
クラッド層の間に設けることによりｐ型不純物の拡散が
この半導体層で阻止でき信頼性が向上する。AlGaInP層
は禁制帯幅が広いほどキャリアの移動度が低く比抵抗が
高くなるが、ｐ型不純物の拡散を阻止する為に設ける禁
制幅がクラッド層より大きな層の層厚を薄くすること
で、半導体レーザの電気抵抗の増大を低く抑えるとが可
能である。
に存在する電子濃度が著しく低くて、ｐ型不純物の拡散
エネルギーとなる電子と正孔の再結合確率が低いため拡
散が著しく減速される。このような半導体層を活性層と
クラッド層の間に設けることによりｐ型不純物の拡散が
この半導体層で阻止でき信頼性が向上する。AlGaInP層
は禁制帯幅が広いほどキャリアの移動度が低く比抵抗が
高くなるが、ｐ型不純物の拡散を阻止する為に設ける禁
制幅がクラッド層より大きな層の層厚を薄くすること
で、半導体レーザの電気抵抗の増大を低く抑えるとが可
能である。
本発明の従来例となる第１の半導体レーザの断面積の
構造を第１図に示す。この半導体レーザは、図示の如
く、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラ
ッド層2,GaInP歪み活性層11,p型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラ
ッド層4,p型GaInP層5,p型GaAsキャップ層６が順次設け
られており、さらに電流狭窄のためのｎ型GaAs電流ブロ
ック層7,オーミック電極形成のためのｐ型GaAs層８が設
けられている。さらにｐ型GaAs電極形成層８とｎ型GaAs
基板に電極9,10が形成されている。歪みGaInP活性層11
は、GaAsに格子定数が整合する組成の組み合わせよりGa
組成を少なくIn組成を多くして作製し、格子定数がGaAs
より10分の数％程度長い。他の半導体層はいずれも格子
定数がGaAsにほぼ一致するよう作製されている。歪みGa
InP活性層11はｐ型およびｎ型のクラッド層を始めとす
る周囲の半導体層から圧縮応力を受け、格子定数が狭く
なっている。このため活性層へのｐ型不純物の拡散が抑
制され高信頼な半導体レーザが得られる。
構造を第１図に示す。この半導体レーザは、図示の如
く、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラ
ッド層2,GaInP歪み活性層11,p型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラ
ッド層4,p型GaInP層5,p型GaAsキャップ層６が順次設け
られており、さらに電流狭窄のためのｎ型GaAs電流ブロ
ック層7,オーミック電極形成のためのｐ型GaAs層８が設
けられている。さらにｐ型GaAs電極形成層８とｎ型GaAs
基板に電極9,10が形成されている。歪みGaInP活性層11
は、GaAsに格子定数が整合する組成の組み合わせよりGa
組成を少なくIn組成を多くして作製し、格子定数がGaAs
より10分の数％程度長い。他の半導体層はいずれも格子
定数がGaAsにほぼ一致するよう作製されている。歪みGa
InP活性層11はｐ型およびｎ型のクラッド層を始めとす
る周囲の半導体層から圧縮応力を受け、格子定数が狭く
なっている。このため活性層へのｐ型不純物の拡散が抑
制され高信頼な半導体レーザが得られる。
本発明の実施例の半導体レーザの断面構造を第２図に
示す。ｎ型GaAs基板１に格子整合したGaInP活性層３と
ｐ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラッド層４の間の歪みAlGaInP
拡散阻止層12が設けられている。他の部分の構造は第１
図の半導体レーザと同一である。AlGaInP歪み拡散阻止
層12は、GaAsに格子定数が整合する組成の組み合わせよ
りGa組成を少なくIn組成を多くして作製し、格子定数が
GaAsより10分の数％程度長い。またこの層の禁制幅はGa
InP活性層３より広く形成されている。歪み拡散阻止層1
2は周囲の半導体層から圧縮応力を受け、格子定数が狭
くなっている結果、ｐ型不純物の活性層への拡散を阻止
し高信頼な半導体レーザが得られる。
示す。ｎ型GaAs基板１に格子整合したGaInP活性層３と
ｐ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラッド層４の間の歪みAlGaInP
拡散阻止層12が設けられている。他の部分の構造は第１
図の半導体レーザと同一である。AlGaInP歪み拡散阻止
層12は、GaAsに格子定数が整合する組成の組み合わせよ
りGa組成を少なくIn組成を多くして作製し、格子定数が
GaAsより10分の数％程度長い。またこの層の禁制幅はGa
InP活性層３より広く形成されている。歪み拡散阻止層1
2は周囲の半導体層から圧縮応力を受け、格子定数が狭
くなっている結果、ｐ型不純物の活性層への拡散を阻止
し高信頼な半導体レーザが得られる。
本発明の従来例となる第２の半導体レーザの断面構造
を第３図に示す。GaInP活性層３とｐ型Al0.3Ga0.2In0.5
Ｐクラッド層４の間にAl0.35Ga0.15In0.5Ｐ拡散阻止層1
3が設けられている。他の部分の構造は第１図の半導体
レーザと同一である。Al0.35Ga0.15In0.5Ｐ拡散阻止層1
3は、ｐ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラッド層４より禁制幅が
広くて伝導帯に存在する電子濃度が著しく低いため、ｐ
型不純物の拡散エネルギーとなる電子と正孔の再結合確
率が低い。このため、この層中ではｐ型不純物の拡散が
著しく減速される。この結果ｐ型不純物の活性層への拡
散が阻止され高信頼な半導体レーザが得られる。
を第３図に示す。GaInP活性層３とｐ型Al0.3Ga0.2In0.5
Ｐクラッド層４の間にAl0.35Ga0.15In0.5Ｐ拡散阻止層1
3が設けられている。他の部分の構造は第１図の半導体
レーザと同一である。Al0.35Ga0.15In0.5Ｐ拡散阻止層1
3は、ｐ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐクラッド層４より禁制幅が
広くて伝導帯に存在する電子濃度が著しく低いため、ｐ
型不純物の拡散エネルギーとなる電子と正孔の再結合確
率が低い。このため、この層中ではｐ型不純物の拡散が
著しく減速される。この結果ｐ型不純物の活性層への拡
散が阻止され高信頼な半導体レーザが得られる。
本発明は本実施例の層構造・ストライプ構造に限定さ
れないのは勿論である。活性層に量子井戸構造を採用し
た構造，電狭窄構造が逆メサ形状のもの、ｎ形ブロック
層が活性層に近接して設けられ光導波路構造の横モード
の制御性の高いもの等、従来知られている各種の水平横
モード制御構造や電狭窄構造の半導体レーザにも本発明
を適用でき同様の効果を得ることができる。また本実施
例の半導体材料に限定されないのは勿論である。活性層
がAlGaInPのもの、AlGaAs,GaAs,InGaAs,InGaAsP,InPな
どの他の半導体材料を用いた半導体レーザに適用でき同
様の効果を上げることが出来る。さらに基板は結晶面が
（001）のものはもちろんのこと（113）、（115），（1
11）など他の結晶面の基板、さらに特定の結晶面からは
ずれたオフ基板を用いた半導体レーザにも適用でき同様
の効果を上げることが出来る。
れないのは勿論である。活性層に量子井戸構造を採用し
た構造，電狭窄構造が逆メサ形状のもの、ｎ形ブロック
層が活性層に近接して設けられ光導波路構造の横モード
の制御性の高いもの等、従来知られている各種の水平横
モード制御構造や電狭窄構造の半導体レーザにも本発明
を適用でき同様の効果を得ることができる。また本実施
例の半導体材料に限定されないのは勿論である。活性層
がAlGaInPのもの、AlGaAs,GaAs,InGaAs,InGaAsP,InPな
どの他の半導体材料を用いた半導体レーザに適用でき同
様の効果を上げることが出来る。さらに基板は結晶面が
（001）のものはもちろんのこと（113）、（115），（1
11）など他の結晶面の基板、さらに特定の結晶面からは
ずれたオフ基板を用いた半導体レーザにも適用でき同様
の効果を上げることが出来る。
本発明によれば、長寿命な半導体レーザが得られる。
第１図、第３図は本発明の従来例の構造を示す断面図で
あり、第２図は本発明の実施例の構造を示す断面図であ
る。これらの図において、 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐク
ラッド層、３……GaInP活性層、４……ｐ型Al0.3Ga0.2I
n0.5Ｐクラッド層、５……ｐ型GaInP層、６……ｐ型GaA
sキャップ層、７……ｎ型GaAs電流ブロック層GaInP、８
……ｐ型GaAs電極形成層、9,10……電極、11……格子定
数がGaAsより長い歪みGaInP活性層、12……格子定数がG
aAsより長いAlGaInP歪み拡散阻止層、13……Al0.35Ga
0.15In0.5Ｐ拡散阻止層である。
あり、第２図は本発明の実施例の構造を示す断面図であ
る。これらの図において、 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Al0.3Ga0.2In0.5Ｐク
ラッド層、３……GaInP活性層、４……ｐ型Al0.3Ga0.2I
n0.5Ｐクラッド層、５……ｐ型GaInP層、６……ｐ型GaA
sキャップ層、７……ｎ型GaAs電流ブロック層GaInP、８
……ｐ型GaAs電極形成層、9,10……電極、11……格子定
数がGaAsより長い歪みGaInP活性層、12……格子定数がG
aAsより長いAlGaInP歪み拡散阻止層、13……Al0.35Ga
0.15In0.5Ｐ拡散阻止層である。
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも活性層と該活性層より禁制帯幅
の広いｐ型とｎ型のクラッド層が該活性層の相反する側
に設けられてなる活性層光導波路構造を備え、該活性層
と該ｐ型クラッド層の間に格子定数が他の半導体層より
広く禁制帯幅が該活性層より広い歪み半導体層が設けら
れたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286142A JP2669139B2 (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286142A JP2669139B2 (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04162483A JPH04162483A (ja) | 1992-06-05 |
| JP2669139B2 true JP2669139B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=17700481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2286142A Expired - Lifetime JP2669139B2 (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2669139B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2863648B2 (ja) * | 1991-04-16 | 1999-03-03 | 三菱電機株式会社 | 可視光半導体レーザ |
| JP3135960B2 (ja) * | 1991-12-20 | 2001-02-19 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JPH08125272A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-05-17 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| JP3521793B2 (ja) | 1999-03-03 | 2004-04-19 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0632340B2 (ja) * | 1985-02-07 | 1994-04-27 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| JPS63197391A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH03265182A (ja) * | 1990-03-15 | 1991-11-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光装置 |
| JPH03270187A (ja) * | 1990-03-20 | 1991-12-02 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
-
1990
- 1990-10-24 JP JP2286142A patent/JP2669139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04162483A (ja) | 1992-06-05 |
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