JP2771318B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2771318B2 JP2771318B2 JP2234802A JP23480290A JP2771318B2 JP 2771318 B2 JP2771318 B2 JP 2771318B2 JP 2234802 A JP2234802 A JP 2234802A JP 23480290 A JP23480290 A JP 23480290A JP 2771318 B2 JP2771318 B2 JP 2771318B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高信頼・高出力の製造容易な半導体レーザに
関する。
関する。
従来普通に用いられる半導体レーザは、電流注入型で
あり、活性層となる半導体を、それよりも大きなバンド
ギャップエネルギをもつ半導体をクラッド層として挟ん
だダブルヘテロ構造をもつ。さらに通常の半導体レーザ
は活性層の組成および不純物ドーピングによるキャリア
濃度は共振器内全域に亘って均一である。しかし、光の
反射面或いは出射面となる端面の劣化や損傷を防ぐため
に、端面近傍の活性層を中央部の活性層よりもバンドギ
ャップの大きな材料で形成すると効果のあることが知ら
れている。
あり、活性層となる半導体を、それよりも大きなバンド
ギャップエネルギをもつ半導体をクラッド層として挟ん
だダブルヘテロ構造をもつ。さらに通常の半導体レーザ
は活性層の組成および不純物ドーピングによるキャリア
濃度は共振器内全域に亘って均一である。しかし、光の
反射面或いは出射面となる端面の劣化や損傷を防ぐため
に、端面近傍の活性層を中央部の活性層よりもバンドギ
ャップの大きな材料で形成すると効果のあることが知ら
れている。
ところで、III−Ｖ化合物混晶のエネルギギャップ
は、従来その組成により一義的に決まると考えられてき
たが、結晶中でIII族原子とＶ族原子間の結合長の互い
に異る３元以上のIII−Ｖ化合物混晶では、必ずしもそ
うではないことがわかってきた。つまり、例えば有機金
属熱分解気相成長法（MOVPE法）で成長したGaInPやAlGa
InPのように、成長温度，気相中のＶ族原料対III族原料
比（V/III比）、ｐ型あるいはｎ型の不純物ドーピング
などによって、その混晶組成が一定でもエネルギギャッ
プが異なり得るのである（例えば1987年春季第34回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集第１分冊、講演番号28
p−ZA−４および28p−ZA−５（1987年））。つまり、あ
る成長温度とV/III比の値の組み合わせを用いると、GaI
nPやAlGaInPのエネルギギャップが、通常の混晶に対す
る値として知られているものよりも最大50〜80meVと小
さくなるということ。また、５×1017〜1018cm-3以上の
ｎ型あるいはｐ型の不純物ドーピングを行なうと、小さ
くなったエネルギギャップの値はもとの混晶に回復する
というものである。これは、GaInP中のGa−ＰとIn−Ｐ
あるいはAlGaInP中のAl−ＰとIn−PGa−ＰとIn−Ｐのよ
うにそれぞれの結合長が異なることにより非混和領域に
関連して生じている。このことを利用して、第２図に示
すような構造が提案されている（特願昭62−171525
号）。つまり、ｎ−GaAs基板101上に形成されたｎ−（A
l0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層102、Ga0.5In0.5Ｐ活
性層103、ｐ−（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層104
より成るダブルヘテロ構造半導体レーザの共振器端面10
9およびその付近にのみ亜鉛を1.5×1018cm-3ドープし
て、p+型（亜鉛拡散領域105）としたものである。こう
して、半導体レーザの端面付近のエネルギギャップを大
きくし、この領域での光吸収を抑制し、端面における臨
界光出力を増加させたものである。
は、従来その組成により一義的に決まると考えられてき
たが、結晶中でIII族原子とＶ族原子間の結合長の互い
に異る３元以上のIII−Ｖ化合物混晶では、必ずしもそ
うではないことがわかってきた。つまり、例えば有機金
属熱分解気相成長法（MOVPE法）で成長したGaInPやAlGa
InPのように、成長温度，気相中のＶ族原料対III族原料
比（V/III比）、ｐ型あるいはｎ型の不純物ドーピング
などによって、その混晶組成が一定でもエネルギギャッ
プが異なり得るのである（例えば1987年春季第34回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集第１分冊、講演番号28
p−ZA−４および28p−ZA−５（1987年））。つまり、あ
る成長温度とV/III比の値の組み合わせを用いると、GaI
nPやAlGaInPのエネルギギャップが、通常の混晶に対す
る値として知られているものよりも最大50〜80meVと小
さくなるということ。また、５×1017〜1018cm-3以上の
ｎ型あるいはｐ型の不純物ドーピングを行なうと、小さ
くなったエネルギギャップの値はもとの混晶に回復する
というものである。これは、GaInP中のGa−ＰとIn−Ｐ
あるいはAlGaInP中のAl−ＰとIn−PGa−ＰとIn−Ｐのよ
うにそれぞれの結合長が異なることにより非混和領域に
関連して生じている。このことを利用して、第２図に示
すような構造が提案されている（特願昭62−171525
号）。つまり、ｎ−GaAs基板101上に形成されたｎ−（A
l0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層102、Ga0.5In0.5Ｐ活
性層103、ｐ−（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層104
より成るダブルヘテロ構造半導体レーザの共振器端面10
9およびその付近にのみ亜鉛を1.5×1018cm-3ドープし
て、p+型（亜鉛拡散領域105）としたものである。こう
して、半導体レーザの端面付近のエネルギギャップを大
きくし、この領域での光吸収を抑制し、端面における臨
界光出力を増加させたものである。
前述の従来技術では半導体レーザの端面付近（窓部と
呼ぶ）をp+型或いはn+型とする。このような構造の場
合、レーザゲインに寄与しない窓部にも電流が流れ、そ
のことにより発振閾値の上昇，効率低下，信頼性劣化な
どの不具合が生ずる。また、窓部に流れる電流を抑制す
るには、電流制限領域を設けるために絶縁構造をとるな
ど、構造が複雑になり、製作工程が複雑になる。また、
従来技術では不純物導入が熱拡散によるのが適してお
り、製造工程の複雑さ及び再現性等の点で問題があっ
た。従来構造は以上述べた如くいくつかの欠点を有して
いた。
呼ぶ）をp+型或いはn+型とする。このような構造の場
合、レーザゲインに寄与しない窓部にも電流が流れ、そ
のことにより発振閾値の上昇，効率低下，信頼性劣化な
どの不具合が生ずる。また、窓部に流れる電流を抑制す
るには、電流制限領域を設けるために絶縁構造をとるな
ど、構造が複雑になり、製作工程が複雑になる。また、
従来技術では不純物導入が熱拡散によるのが適してお
り、製造工程の複雑さ及び再現性等の点で問題があっ
た。従来構造は以上述べた如くいくつかの欠点を有して
いた。
そこで本発明の目的は、結晶成長の性質や材料の性質
を利用して上述の欠点を除き、高信頼・高性能でかつ、
製作の容易な半導体レーザを提供することにある。
を利用して上述の欠点を除き、高信頼・高性能でかつ、
製作の容易な半導体レーザを提供することにある。
活性層を含む多層構造を備え、前記活性層が結晶中で
III族原子とＶ族原子間の結合長の互いに異なる３元以
上のIII−Ｖ族化合物であり、結晶成長によって自然に
形成された超格子を有する半導体レーザにおいて、光の
反射面或いは出射面となる端面近傍にのみ活性層に達す
る或いは活性層を突き抜ける迄陽子或いは質量数10以下
の荷電粒子を照射した領域を有することが重要である。
III族原子とＶ族原子間の結合長の互いに異なる３元以
上のIII−Ｖ族化合物であり、結晶成長によって自然に
形成された超格子を有する半導体レーザにおいて、光の
反射面或いは出射面となる端面近傍にのみ活性層に達す
る或いは活性層を突き抜ける迄陽子或いは質量数10以下
の荷電粒子を照射した領域を有することが重要である。
結合長の異るIII−Ｖ化合物の例としては、GaInP,AlG
aInP,GaInPAs,GaAsSb等多数あり、いずれの場合にも適
用される。
aInP,GaInPAs,GaAsSb等多数あり、いずれの場合にも適
用される。
既に〔従来の技術〕の項でも述べたように、結晶中で
III族原子とＶ族原子間の結合長の互いに異る３元以上
のIII−Ｖ化合物混晶では、成長条件により、その混晶
組成が一定でもエネルギギャップが異り得る。これま
で、ｐ型およびｎ型の不純物を（５〜10）×1017cm-3以
上ドープすると、本来の混晶がもつ大きなエネルギギャ
ップをもつことが確かめられていた。これは、不純物が
ドープされないときには結晶成長中自然に超格子が形成
され秩序状態が生成されてエネルギギャップが小さくな
るのに対し、不純物をドープすることにより秩序状態を
壊し、無秩序状態にしたためにエネルギギャップが大き
くなったものである。無秩序状態の生成法として、陽子
照射による方法がある。1014cm-2程度以上のドーズ量で
陽子を照射することにより、照射した領域のエネルギギ
ャップを拡げる。また陽子を照射すると、ｐ或いはｎ導
電型を有する層を高抵抗にすることができる。本発明で
利用する作用をMOVPE法により成長したGa0.5In0.5Ｐを
例として説明する。この場合、成長温度650℃,V/III比4
00とすると、エネルギギャップの値は1.85eVとなる。こ
れはGa0.5In0.5Ｐ混晶の値として知られている1.90eVよ
りも50meV程小さい。この1.85eVのGa0.5In0.5Ｐに約１
×1014cm-2以上のドーズ量で陽子を照射すると、エネル
ギギャップ（Eg）は、1.90eVの値を回復すると共に高抵
抗となる。
III族原子とＶ族原子間の結合長の互いに異る３元以上
のIII−Ｖ化合物混晶では、成長条件により、その混晶
組成が一定でもエネルギギャップが異り得る。これま
で、ｐ型およびｎ型の不純物を（５〜10）×1017cm-3以
上ドープすると、本来の混晶がもつ大きなエネルギギャ
ップをもつことが確かめられていた。これは、不純物が
ドープされないときには結晶成長中自然に超格子が形成
され秩序状態が生成されてエネルギギャップが小さくな
るのに対し、不純物をドープすることにより秩序状態を
壊し、無秩序状態にしたためにエネルギギャップが大き
くなったものである。無秩序状態の生成法として、陽子
照射による方法がある。1014cm-2程度以上のドーズ量で
陽子を照射することにより、照射した領域のエネルギギ
ャップを拡げる。また陽子を照射すると、ｐ或いはｎ導
電型を有する層を高抵抗にすることができる。本発明で
利用する作用をMOVPE法により成長したGa0.5In0.5Ｐを
例として説明する。この場合、成長温度650℃,V/III比4
00とすると、エネルギギャップの値は1.85eVとなる。こ
れはGa0.5In0.5Ｐ混晶の値として知られている1.90eVよ
りも50meV程小さい。この1.85eVのGa0.5In0.5Ｐに約１
×1014cm-2以上のドーズ量で陽子を照射すると、エネル
ギギャップ（Eg）は、1.90eVの値を回復すると共に高抵
抗となる。
このことをGa0.5In0.5Ｐを活性層とした半導体レーザ
に適用する。共振器中の、中心部をEg〜1.85eVのGa0.5I
n0.5Ｐで形成し、端面近傍領域に表面から選択的に陽子
を約１×1014cm-2以上照射し、活性層のEgを1.90eV程度
とする。レーザ発振は1.85eVで決まる値であるため、大
きなEgをもつ端面近傍（窓部）で光吸収が起らず、光損
傷や端面劣化を防ぐことができる。また、窓部は活性層
及び活性層上部の各層が高抵抗となるので、特別な電流
制限機構を設けなくても電流は効率よくレーザ・ゲイン
を与える領域に集中する。このために、高信頼・高出力
の半導体レーザを製作容易な方法で実現することができ
る。
に適用する。共振器中の、中心部をEg〜1.85eVのGa0.5I
n0.5Ｐで形成し、端面近傍領域に表面から選択的に陽子
を約１×1014cm-2以上照射し、活性層のEgを1.90eV程度
とする。レーザ発振は1.85eVで決まる値であるため、大
きなEgをもつ端面近傍（窓部）で光吸収が起らず、光損
傷や端面劣化を防ぐことができる。また、窓部は活性層
及び活性層上部の各層が高抵抗となるので、特別な電流
制限機構を設けなくても電流は効率よくレーザ・ゲイン
を与える領域に集中する。このために、高信頼・高出力
の半導体レーザを製作容易な方法で実現することができ
る。
次に図面を参照して本発明の実施例を説明することに
より、本発明の構成を一層具体的に示す。第１図は本発
明の実施例を側面より見た図である。600nmで帯で発振
するAlGaInP系可視光半導体レーザを例として示す。ｎ
型GaAs基板１上に、MOVPE法により、ｎ型（Al0.4G
a0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層２、Ga0.5In0.5Ｐ活性層
３、ｐ型（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層４、p+型
GaAsキャップ層９を順次成長する。活性層３の成長条件
は、温度650℃、V/III比を400、不純物ドーピングなし
で行う。端面８の近傍にのみ陽子を１×1015cm-2程度の
ドーズ量で、活性層を突き抜ける深さにまで照射する。
こうして陽子照射領域５を形成する。共振器全長は200
〜600μｍ、端面近傍の陽子照射領域５は、非電流注入
領域の吸収損失を極小にし、かつ製作を容易にできる長
さとして端面から約100μｍ内側までとした。端面８は
劈開によりつくる。ｎ型電極７は基板１側に、ｐ型電極
６はp+GaAsコンタクト層９上に形成する。こうして得ら
れた半導体レーザは、陽子照射領域のない半導体レーザ
と較べて、閾値の上昇は５％以下にとどまり、端面劣化
が軽減されるため、信頼性が飛躍的に向上した。また、
端面の光学的破壊を妨げるため、最大光出力が数倍向上
した。また、この構造をつくる場合、陽子照射は拡散と
較べて深さの制御性がよいこと、陽子照射領域の絶縁が
不要なことから製造プロセスが容易である。従って製造
歩留りがよく安価である。製造工程が容易なこと、無効
電流成分が小さいことから信頼性も高くなる。また質量
数10以下の荷電粒子（例えばHe+イオン）を陽子の代わ
りに用いてもその効果は陽子を用いた場合と変らない。
より、本発明の構成を一層具体的に示す。第１図は本発
明の実施例を側面より見た図である。600nmで帯で発振
するAlGaInP系可視光半導体レーザを例として示す。ｎ
型GaAs基板１上に、MOVPE法により、ｎ型（Al0.4G
a0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層２、Ga0.5In0.5Ｐ活性層
３、ｐ型（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド層４、p+型
GaAsキャップ層９を順次成長する。活性層３の成長条件
は、温度650℃、V/III比を400、不純物ドーピングなし
で行う。端面８の近傍にのみ陽子を１×1015cm-2程度の
ドーズ量で、活性層を突き抜ける深さにまで照射する。
こうして陽子照射領域５を形成する。共振器全長は200
〜600μｍ、端面近傍の陽子照射領域５は、非電流注入
領域の吸収損失を極小にし、かつ製作を容易にできる長
さとして端面から約100μｍ内側までとした。端面８は
劈開によりつくる。ｎ型電極７は基板１側に、ｐ型電極
６はp+GaAsコンタクト層９上に形成する。こうして得ら
れた半導体レーザは、陽子照射領域のない半導体レーザ
と較べて、閾値の上昇は５％以下にとどまり、端面劣化
が軽減されるため、信頼性が飛躍的に向上した。また、
端面の光学的破壊を妨げるため、最大光出力が数倍向上
した。また、この構造をつくる場合、陽子照射は拡散と
較べて深さの制御性がよいこと、陽子照射領域の絶縁が
不要なことから製造プロセスが容易である。従って製造
歩留りがよく安価である。製造工程が容易なこと、無効
電流成分が小さいことから信頼性も高くなる。また質量
数10以下の荷電粒子（例えばHe+イオン）を陽子の代わ
りに用いてもその効果は陽子を用いた場合と変らない。
またここに示した実施例で、ｐ型とｎ型と逆にしても
同様の効果は得られる。又、他の材料系でも条件を満た
していれば適用できることはいうまでもない。なお、実
施例では活性層をクラッド層で挟んだ構造について説明
したが、他の積層構造、例えば活性層に隣接して光ガイ
ド層を設け、この外側にクラッド層を配した積層構造等
でも同様の効果が得られる。また、ファブリペロ共振器
型のレーザ（実施例）でなく、回折格子を備えたDFB,DB
R型のレーザでもよい。ストライプ構造は埋め込み型，
プレーナ型等どのようにストライプ構造でも適用でき
る。
同様の効果は得られる。又、他の材料系でも条件を満た
していれば適用できることはいうまでもない。なお、実
施例では活性層をクラッド層で挟んだ構造について説明
したが、他の積層構造、例えば活性層に隣接して光ガイ
ド層を設け、この外側にクラッド層を配した積層構造等
でも同様の効果が得られる。また、ファブリペロ共振器
型のレーザ（実施例）でなく、回折格子を備えたDFB,DB
R型のレーザでもよい。ストライプ構造は埋め込み型，
プレーナ型等どのようにストライプ構造でも適用でき
る。
この様に、本発明の構造をとることにより、端面の光
吸収による劣化や端面損傷を防ぐことができ、従来より
も光信頼，光出力の半導体レーザを安価で実現できる。
吸収による劣化や端面損傷を防ぐことができ、従来より
も光信頼，光出力の半導体レーザを安価で実現できる。
第１図は本発明の実施例の模式的側面図、第２図は従来
例の模式的側面図である。 1,101……ｎ−GaAs基板、2,102……ｎ−（Al0.4Ga0.5）
0.5In0.5Ｐクラッド層、3,103……Ga0.5Ｉ0.5Ｐ活性
層、4,104……ｐ−（Al0.5Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド
層、５……領域、６……ｐ型電極、７……ｎ型電極、8,
109……端面、９……p+GaAsキャップ層、105……Zn拡散
領域。
例の模式的側面図である。 1,101……ｎ−GaAs基板、2,102……ｎ−（Al0.4Ga0.5）
0.5In0.5Ｐクラッド層、3,103……Ga0.5Ｉ0.5Ｐ活性
層、4,104……ｐ−（Al0.5Ga0.6）0.5In0.5Ｐクラッド
層、５……領域、６……ｐ型電極、７……ｎ型電極、8,
109……端面、９……p+GaAsキャップ層、105……Zn拡散
領域。
Claims (1)
- 【請求項１】活性層を含む多層構造を備え、前記活性層
が結晶中でIII族原子とＶ族原子間の結合長の互いに異
なる３元以上のIII−Ｖ族化合物であり、結晶成長によ
って自然に形成された超格子を有する半導体レーザにお
いて、光の反射面或いは出射面となる端面近傍にのみ活
性層に達する或いは活性層を突き抜ける迄陽子或いは質
量数10以下の荷電粒子を照射した領域を有することを特
徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234802A JP2771318B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234802A JP2771318B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04115587A JPH04115587A (ja) | 1992-04-16 |
| JP2771318B2 true JP2771318B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=16976620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2234802A Expired - Fee Related JP2771318B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2771318B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50153589A (ja) * | 1974-05-29 | 1975-12-10 | ||
| JPS59171186A (ja) * | 1982-11-12 | 1984-09-27 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JP2758598B2 (ja) * | 1987-07-08 | 1998-05-28 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
-
1990
- 1990-09-05 JP JP2234802A patent/JP2771318B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「応用物理」 ５８巻 第９号 １３６０〜１３６７ページ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04115587A (ja) | 1992-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |