JP2910251B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関し、特
に低電流しきい値動作が可能な構造の半導体レーザに関
する。
に低電流しきい値動作が可能な構造の半導体レーザに関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザは発
振波長が６６０nm帯にあり、ポインター、バーコードリ
ーダ、光ディスク用光源などの光情報処理用に使われて
いる。使用される雰囲気温度は室温から数１０℃に渡っ
ているが、雰囲気温度が高くなると、半導体レーザの発
振しきい値電流が上昇する。発振しきい値電流が上昇す
ると、実際の動作電流が上昇するが、動作電流の上昇に
より、半導体レーザの寿命が著しく低下する。
振波長が６６０nm帯にあり、ポインター、バーコードリ
ーダ、光ディスク用光源などの光情報処理用に使われて
いる。使用される雰囲気温度は室温から数１０℃に渡っ
ているが、雰囲気温度が高くなると、半導体レーザの発
振しきい値電流が上昇する。発振しきい値電流が上昇す
ると、実際の動作電流が上昇するが、動作電流の上昇に
より、半導体レーザの寿命が著しく低下する。
【０００３】この半導体レーザの寿命の低下を防ぐため
の１つの方法として、発振しきい値電流密度を低減する
ことが考えられる。発振しきい値電流密度の低減を図っ
た構造として、活性層を含む層を埋め込んだ構造をもつ
レーザがある。図３は従来の埋込み型構造のＡｌＧａＡ
ｓレーザを示す断面図（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４
５，４８９９（１９７４））である。１はｎ型ＧａＡｓ
基板であり、その上に順次にｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ
クラッド層１５、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ａｓ活性層１６、ｐ
型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層１７が設けられてい
る。このダブルヘテロ構造をメサ型に底面がｎ−ＧａＡ
ｓ基板１に達する様に形成され、メサ側面はｎ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65 Ａｓ層１８で埋め込まれている。さらにｐ
側電極コンタクト領域１９にはＺｎが拡散されている。
活性層１６よりもバンドギャップエネルギーの十分大き
く、クラッド層と組成の等しいｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65 Ａ
ｓ層１８でメサ側面を埋め込むことにより、活性層のス
トライプ部分に注入されたキャリアはストライプの外側
にもれず、有効にレーザ発振に寄与できる。発振しきい
値電流密度の低減が可能である。
の１つの方法として、発振しきい値電流密度を低減する
ことが考えられる。発振しきい値電流密度の低減を図っ
た構造として、活性層を含む層を埋め込んだ構造をもつ
レーザがある。図３は従来の埋込み型構造のＡｌＧａＡ
ｓレーザを示す断面図（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４
５，４８９９（１９７４））である。１はｎ型ＧａＡｓ
基板であり、その上に順次にｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ
クラッド層１５、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ａｓ活性層１６、ｐ
型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層１７が設けられてい
る。このダブルヘテロ構造をメサ型に底面がｎ−ＧａＡ
ｓ基板１に達する様に形成され、メサ側面はｎ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65 Ａｓ層１８で埋め込まれている。さらにｐ
側電極コンタクト領域１９にはＺｎが拡散されている。
活性層１６よりもバンドギャップエネルギーの十分大き
く、クラッド層と組成の等しいｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65 Ａ
ｓ層１８でメサ側面を埋め込むことにより、活性層のス
トライプ部分に注入されたキャリアはストライプの外側
にもれず、有効にレーザ発振に寄与できる。発振しきい
値電流密度の低減が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記メサ埋め込み型構
造をＡｌＧａＩｎＰレーザに適用しようとした場合、ク
ラッド層あるいは活性層にＡｌを含んでおり、Ａｌを含
んだ結晶は大気中で酸化されやすい等の問題があるた
め、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ成長）法あるいは分
子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）により成長室外で形
成されたメサ型のメサ側面を埋め込んだ場合メサ界面に
欠陥を導入しやすく、レーザの特性、信頼性に大きな害
をもたらす要因となり、発振しきい電流密度の低減も行
なえなかった。このように、従来のＡｌＧａＩｎＰ可視
光半導体レーザには解消すべき課題があった。
造をＡｌＧａＩｎＰレーザに適用しようとした場合、ク
ラッド層あるいは活性層にＡｌを含んでおり、Ａｌを含
んだ結晶は大気中で酸化されやすい等の問題があるた
め、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ成長）法あるいは分
子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）により成長室外で形
成されたメサ型のメサ側面を埋め込んだ場合メサ界面に
欠陥を導入しやすく、レーザの特性、信頼性に大きな害
をもたらす要因となり、発振しきい電流密度の低減も行
なえなかった。このように、従来のＡｌＧａＩｎＰ可視
光半導体レーザには解消すべき課題があった。
【０００５】本発明は、上記従来の課題を解決し、作製
が容易で発振しきい電流密度の低減を可能にするＡｌＧ
ａＩｎＰあるいはＡｌＧａＩｎＰＡｓ可視光半導体レー
ザの提供を目的とする。
が容易で発振しきい電流密度の低減を可能にするＡｌＧ
ａＩｎＰあるいはＡｌＧａＩｎＰＡｓ可視光半導体レー
ザの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明が前述の課題を解
決するために提供する手段は、基板として（００１）面
のＧａＡｓを用い、該基板上に＜１１０＞方向にストラ
イプ状の凸部を設け、該凸部の裏面は（００１）面であ
り、かつ該凸部の側面の傾き４゜以上であり、かかる形
状に加工された基板上に、ＡｌＧａＩｎＰＡｓダブルヘ
テロ接合層を形成し、上記ストライプの幅が半導体レー
ザ共振器方向に垂直な幅としてとり得る数μm〜数十μm
の範囲内にあることを特徴とする。
決するために提供する手段は、基板として（００１）面
のＧａＡｓを用い、該基板上に＜１１０＞方向にストラ
イプ状の凸部を設け、該凸部の裏面は（００１）面であ
り、かつ該凸部の側面の傾き４゜以上であり、かかる形
状に加工された基板上に、ＡｌＧａＩｎＰＡｓダブルヘ
テロ接合層を形成し、上記ストライプの幅が半導体レー
ザ共振器方向に垂直な幅としてとり得る数μm〜数十μm
の範囲内にあることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明においては（００１）面から［１１０］
方向あるいは［１１０］方向に傾いた面をもつＧａＡｓ
基板上にＡｌＧａＩｎＰ結晶をＭＯＶＰＥ法により成長
させた場合、（００１）面から傾きのない面上にはIII
族原子副格子上の秩序状態をもつ結晶が成長する温度、
原料比などの条件であっても、無秩序化された状態をも
つ結晶が作製され、それに伴ない、ＡｌＧａＩｎＰ結晶
のバンドギャップエネルギーが１００meV 程度まで大き
な値をもつ様に変化する現象を利用する。即ち、前述し
た基板上の活性層のうち、段差がある部分は（００１）
面から傾きを持つため、無秩序状態あるいはそれに近い
状態になっており、バンドギャップエネルギーが平坦部
分よりも大きくなっている。従って、ダブルへテロ接合
層が設けられた基板を、段差の部分が電流狭さくのスト
ライプの両端になる様にＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レ
ーザが作製される。なお、上記のバンドギャップエネル
ギーの差は段差の傾きを大きくする程大きくなるが、ス
トライプ両外側への電流の漏れを防ぐためには、４°以
上あれば効果がある。
方向あるいは［１１０］方向に傾いた面をもつＧａＡｓ
基板上にＡｌＧａＩｎＰ結晶をＭＯＶＰＥ法により成長
させた場合、（００１）面から傾きのない面上にはIII
族原子副格子上の秩序状態をもつ結晶が成長する温度、
原料比などの条件であっても、無秩序化された状態をも
つ結晶が作製され、それに伴ない、ＡｌＧａＩｎＰ結晶
のバンドギャップエネルギーが１００meV 程度まで大き
な値をもつ様に変化する現象を利用する。即ち、前述し
た基板上の活性層のうち、段差がある部分は（００１）
面から傾きを持つため、無秩序状態あるいはそれに近い
状態になっており、バンドギャップエネルギーが平坦部
分よりも大きくなっている。従って、ダブルへテロ接合
層が設けられた基板を、段差の部分が電流狭さくのスト
ライプの両端になる様にＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レ
ーザが作製される。なお、上記のバンドギャップエネル
ギーの差は段差の傾きを大きくする程大きくなるが、ス
トライプ両外側への電流の漏れを防ぐためには、４°以
上あれば効果がある。
【０００８】さらに、（００１）ＧａＡｓ基板上にＡｌ
ＧａＩｎＰＡｓでダブルヘテロ構造を形成する場合に
は、結晶中の秩序構造は、III 族副格子上だけでなく、
Ｖ族副格子上にも形成されている。このＡｌＧａＩｎＰ
Ａｓを（００１）ＧａＡｓ面から傾いた面に成長した場
合には、結晶中のIII 族副格子上およびＶ族副格子上の
両方の秩序状態が無秩序化するため、秩序層と無秩序層
とのバンドギャップエネルギーの差はさらに大きな値を
とる。このため、これを利用して、ストライプの両端が
４゜以上の斜面を用いると、ＡｌＧａＩｎＰに較べ、ス
トライプ両外側への電流の漏れ量をさらに小さくする効
果がある。
ＧａＩｎＰＡｓでダブルヘテロ構造を形成する場合に
は、結晶中の秩序構造は、III 族副格子上だけでなく、
Ｖ族副格子上にも形成されている。このＡｌＧａＩｎＰ
Ａｓを（００１）ＧａＡｓ面から傾いた面に成長した場
合には、結晶中のIII 族副格子上およびＶ族副格子上の
両方の秩序状態が無秩序化するため、秩序層と無秩序層
とのバンドギャップエネルギーの差はさらに大きな値を
とる。このため、これを利用して、ストライプの両端が
４゜以上の斜面を用いると、ＡｌＧａＩｎＰに較べ、ス
トライプ両外側への電流の漏れ量をさらに小さくする効
果がある。
【０００９】
【実施例】図１は比較例のＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザの概略構造を示す断面図である。本比較例におい
ては（００１）面方位をもつｎ型ＧａＡｓ基板１にエッ
チングによって［１１０］方向に段差２を設ける。段差
２の傾斜角度は４゜以上である。上記の段差２の設けら
れた基板１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、Ｇａ
ＩｎＰ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５、ｎ型ＧａＡ
ｓ電流ブロック層６を成長し、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層６に電流注入領域を設けた後、ｐ型ＧａＡｓ電極コ
ンタクト層７を連続的にＭＯＶＰＥ法により成長させ
る。この様に形成されたダブルヘテロ接合層は、基板の
平坦部上では結晶中に秩序層が形成されており、段差部
２上の領域８では無秩序状態あるいは無秩序に近い状態
に形成されている。従って、領域８の活性層のバンドギ
ャップエネルギーは平坦部の活性層に比べて大きくなっ
ている。半導体レーザに注入されたキャリアは、ストラ
イプ外側のバンドギャップが大きいから、ストライプ内
側に効率良く閉じ込められる。従って、発振しきい電流
値が小さくなる。従って、本比較例では、動作電流密度
の低減を実現でき、高温においても十分に高い信頼性を
得ることができた。また、活性層のストライプ両側は緩
い傾斜面で連続して成長されているから、ストライプ両
側から欠陥が導入されることによる悪影響はない。
レーザの概略構造を示す断面図である。本比較例におい
ては（００１）面方位をもつｎ型ＧａＡｓ基板１にエッ
チングによって［１１０］方向に段差２を設ける。段差
２の傾斜角度は４゜以上である。上記の段差２の設けら
れた基板１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、Ｇａ
ＩｎＰ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５、ｎ型ＧａＡ
ｓ電流ブロック層６を成長し、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層６に電流注入領域を設けた後、ｐ型ＧａＡｓ電極コ
ンタクト層７を連続的にＭＯＶＰＥ法により成長させ
る。この様に形成されたダブルヘテロ接合層は、基板の
平坦部上では結晶中に秩序層が形成されており、段差部
２上の領域８では無秩序状態あるいは無秩序に近い状態
に形成されている。従って、領域８の活性層のバンドギ
ャップエネルギーは平坦部の活性層に比べて大きくなっ
ている。半導体レーザに注入されたキャリアは、ストラ
イプ外側のバンドギャップが大きいから、ストライプ内
側に効率良く閉じ込められる。従って、発振しきい電流
値が小さくなる。従って、本比較例では、動作電流密度
の低減を実現でき、高温においても十分に高い信頼性を
得ることができた。また、活性層のストライプ両側は緩
い傾斜面で連続して成長されているから、ストライプ両
側から欠陥が導入されることによる悪影響はない。
【００１０】なお、活性層にＡｌＧａＩｎＰを用いた場
合にも同様の効果を得る事ができた。また、上記比較例
ではストライプ方向を［１１０］方向に形成したが、こ
れと９０゜の角度をなす方向にストライプ方向を形成し
ても同様の効果を得ることができた。
合にも同様の効果を得る事ができた。また、上記比較例
ではストライプ方向を［１１０］方向に形成したが、こ
れと９０゜の角度をなす方向にストライプ方向を形成し
ても同様の効果を得ることができた。
【００１１】図２は本発明の実施例を示すＡｌＧａＩｎ
ＰＡｓ半導体レーザの概略構造を示す断面図である。本
実施例においては（００１）面方位をもつｎ型ＧａＡｓ
基板１にエッチングにより［１１０］方向に段差２を設
ける。段差２の傾斜角度は４゜以上である。上記の段差
２の設けられた基板１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰＡｓクラ
ッド層９、ＧａＩｎＰＡｓ活性層１０、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰＡｓクラッド層１１、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
１２を成長し、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２に電流
注入領域を設けた後、ｐ型ＧａＡｓ電極コンタクト層１
３を連続的にＭＯＶＰＥ法により成長させる。この様に
形成されたダブルヘテロ接合層は、基板の平坦部上では
結晶中に秩序層が形成されており、段差部２上の領域１
４では無秩序状態あるいは無秩序に近い状態に形成され
ている。従って、領域１４の活性層のバンドギャップエ
ネルギーは平坦部の活性層に比べて大きくなっている。
また、比較例に比べて、平坦部と領域１４のバンドギャ
ップエネルギ一差が大きくなっている。本実施例では、
比較例に比ベレーザ発振波長は長くなるが、ストライプ
内の電流狭さくはより効果的にできるので、比較例に比
べさらに発振しきい電流値が小さくなる。
ＰＡｓ半導体レーザの概略構造を示す断面図である。本
実施例においては（００１）面方位をもつｎ型ＧａＡｓ
基板１にエッチングにより［１１０］方向に段差２を設
ける。段差２の傾斜角度は４゜以上である。上記の段差
２の設けられた基板１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰＡｓクラ
ッド層９、ＧａＩｎＰＡｓ活性層１０、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰＡｓクラッド層１１、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
１２を成長し、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２に電流
注入領域を設けた後、ｐ型ＧａＡｓ電極コンタクト層１
３を連続的にＭＯＶＰＥ法により成長させる。この様に
形成されたダブルヘテロ接合層は、基板の平坦部上では
結晶中に秩序層が形成されており、段差部２上の領域１
４では無秩序状態あるいは無秩序に近い状態に形成され
ている。従って、領域１４の活性層のバンドギャップエ
ネルギーは平坦部の活性層に比べて大きくなっている。
また、比較例に比べて、平坦部と領域１４のバンドギャ
ップエネルギ一差が大きくなっている。本実施例では、
比較例に比ベレーザ発振波長は長くなるが、ストライプ
内の電流狭さくはより効果的にできるので、比較例に比
べさらに発振しきい電流値が小さくなる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれぱ、以上述べてきたよう
に、発振しきい電流密度の低減ができ、高温動作での高
信頼化が可能である。
に、発振しきい電流密度の低減ができ、高温動作での高
信頼化が可能である。
【図１】本発明の比較例のＡｌＧａＩｎＰ可視光レーザ
を示す断面図。
を示す断面図。
【図２】本発明の実施例であるＡｌＧａＩｎＰＡｓレー
ザを示す断面図。
ザを示す断面図。
【図３】従来の埋込み構造を持つＡｌＧａＡｓレーザの
断面図。
断面図。
１ ｎ型（００１）ＧａＡｓ基板 ２ 段差面 ３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ４ ＧａＩｎＰ活性層 ５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ６，１２ ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層 ７，１３ ｐ型ＧａＡｓ電極コンタクト層 ８，１４ 無秩序化領域 ９ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰＡｓクラッド層 １０ ＧａＩｎＰＡｓ活性層 １１ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰＡｓクラッド層 １５ ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層 １６ Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ活性層 １７ ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層 １８ ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ埋込み層 １９ Ｚｎ拡散領域
Claims (1)
- 【請求項１】 （００１）面半導体基板上に活性層を含
むダブルヘテロ接合層を設けて成る半導体レーザにおい
て、該基板上に＜１１０＞方向にストライプ状の凸部が
設けられており、該凸部の表面は（００１）面であり、
該ストライプの幅は数μm 〜数十μm であって、該スト
ライプ凸部側面が（００１）面より４゜以上傾いてお
り、かつ該基板がＧａＡｓ、該ダブルヘテロ接合層がＡ
ｌＧａＩｎＰＡｓ混晶であ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 |
|---|---|---|---|
| JP2416940A JP2910251B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416940A JP2910251B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04234185A JPH04234185A (ja) | 1992-08-21 |
| JP2910251B2 true JP2910251B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=18525111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416940A Expired - Fee Related JP2910251B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910251B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0738194A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-02-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2914203B2 (ja) * | 1994-02-24 | 1999-06-28 | 日本電気株式会社 | ヘテロ接合半導体デバイス |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58213489A (ja) * | 1982-06-04 | 1983-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS61236185A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ素子の製造方法 |
| JPS63147390A (ja) * | 1986-12-10 | 1988-06-20 | Nec Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPH01155675A (ja) * | 1987-12-14 | 1989-06-19 | Canon Inc | 半導体レーザー装置 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2416940A patent/JP2910251B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04234185A (ja) | 1992-08-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |