JP2976352B2 - 可視光半導体レーザ - Google Patents
可視光半導体レーザInfo
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- semiconductor laser
- visible light
- gaas
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- band gap
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32325—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばバーコード・リ
ーダ用の光源や光ディスク用の光源として好適な可視光
半導体レーザの改良に関する。
ーダ用の光源や光ディスク用の光源として好適な可視光
半導体レーザの改良に関する。
【０００２】例えばバーコード・リーダ用の光源として
は、ヘリウム・ネオン・ガス・レーザが多用されてき
た。現在、これを半導体レーザに置き換えようとする傾
向が見られ、種々な研究・開発が行われているところで
あるが、発振波長の面で解決しなければならない切実な
問題がある。
は、ヘリウム・ネオン・ガス・レーザが多用されてき
た。現在、これを半導体レーザに置き換えようとする傾
向が見られ、種々な研究・開発が行われているところで
あるが、発振波長の面で解決しなければならない切実な
問題がある。
【０００３】
【従来の技術】現在、赤色の可視光半導体レーザとして
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系の半導体レーザが実現さ
れている。図６は赤色可視光半導体レーザの従来例を説
明する為の要部斜面図を表している。図に於いて、１は
ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、３はｎ−
（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層、４はア
ン・ドープ（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層、
５はｐ−（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド
層、６はｐ−ＧａＩｎＰ電極コンタクト層、７はｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、８はｐ−ＧａＡｓ電流阻止層、９は
ＴｉＰｔＡｕからなるｐ側電極、１０はＡｕＧｅＮｉか
らなるｎ側電極をそれぞれ示している。
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系の半導体レーザが実現さ
れている。図６は赤色可視光半導体レーザの従来例を説
明する為の要部斜面図を表している。図に於いて、１は
ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、３はｎ−
（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層、４はア
ン・ドープ（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層、
５はｐ−（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド
層、６はｐ−ＧａＩｎＰ電極コンタクト層、７はｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、８はｐ−ＧａＡｓ電流阻止層、９は
ＴｉＰｔＡｕからなるｐ側電極、１０はＡｕＧｅＮｉか
らなるｎ側電極をそれぞれ示している。
【０００４】この半導体レーザに於いても、勿論、発振
波長はアン・ドープ（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
活性層４の特性に依って決まり、その波長は６６０〔ｎ
ｍ〕から６８０〔ｎｍ〕であって、ヘリウム・ネオン・
ガス・レーザの発振波長である６２３〔ｎｍ〕に比較し
て４０〔ｎｍ〕から６０〔ｎｍ〕も長い。
波長はアン・ドープ（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
活性層４の特性に依って決まり、その波長は６６０〔ｎ
ｍ〕から６８０〔ｎｍ〕であって、ヘリウム・ネオン・
ガス・レーザの発振波長である６２３〔ｎｍ〕に比較し
て４０〔ｎｍ〕から６０〔ｎｍ〕も長い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記したヘリウム・ネ
オン・ガス・レーザ或いは赤色可視光半導体レーザの発
振波長域に於いては、人間の視感度は波長が長くなるに
つれて指数関数的に減少する。例えば、６６０〔ｎｍ〕
に対する視感度は、６２３〔ｎｍ〕に対するそれに比較
して十分の一になってしまう。従って、前記半導体レー
ザの発振波長を短くすることができれば、より少ない光
出力で同じ認識度を得ることが可能である。また、ヘリ
ウム・ネオン・ガス・レーザの最大の用途であるバーコ
ード・リーダに半導体レーザを用いるには、その発振波
長を同じにしなければならない。その理由は、バーコー
ドの光反射率が波長に応じて変化する為、発振波長が相
違するとバーコードの読み取り正当率が低下することに
依る。更にまた、波長を短くすると、原理的に集光スポ
ットを小さくすることができるので、光ディスク装置に
用いた場合には、即、記録密度の向上に結びつくもので
ある。
オン・ガス・レーザ或いは赤色可視光半導体レーザの発
振波長域に於いては、人間の視感度は波長が長くなるに
つれて指数関数的に減少する。例えば、６６０〔ｎｍ〕
に対する視感度は、６２３〔ｎｍ〕に対するそれに比較
して十分の一になってしまう。従って、前記半導体レー
ザの発振波長を短くすることができれば、より少ない光
出力で同じ認識度を得ることが可能である。また、ヘリ
ウム・ネオン・ガス・レーザの最大の用途であるバーコ
ード・リーダに半導体レーザを用いるには、その発振波
長を同じにしなければならない。その理由は、バーコー
ドの光反射率が波長に応じて変化する為、発振波長が相
違するとバーコードの読み取り正当率が低下することに
依る。更にまた、波長を短くすると、原理的に集光スポ
ットを小さくすることができるので、光ディスク装置に
用いた場合には、即、記録密度の向上に結びつくもので
ある。
【０００６】このようなことから、ＡｌＧａＩｎＰ／Ｇ
ａＩｎＰ系半導体レーザの発振波長を短波長化する研究
・開発がなされ、現在、その手段として、通常の活性層
材料であるＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐをエネルギ・バンド・ギ
ャップが広い第６図について説明したような（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐに置き換えることが試みられて
いるのであるが、現在までに満足すべき結果は得られて
いない。その原因は、Ａｌが化学的に極めて活性である
為、半導体レーザ用としての結晶を成長させる過程で酸
素（Ｏ2 ）がＡｌＧａＩｎＰ中に取り込まれるからであ
る。即ち、そのようになった場合、ＡｌＧａＩｎＰの結
晶性が悪くなり、非発光性の再結合中心が結晶中に生成
されるので、この結晶を用いて作成した半導体レーザの
発振効率は著しく悪くなる（要すれば、「鈴木 徹
“可視光半導体レーザ” 応用物理第５６巻 第８号
９９０〜９９９ １９８７」、を参照）。尚、図６につ
いて説明した可視光半導体レーザは、その活性層がＧａ
ＩｎＰで構成され、Ａｌを含まないことから発振効率は
良好である。
ａＩｎＰ系半導体レーザの発振波長を短波長化する研究
・開発がなされ、現在、その手段として、通常の活性層
材料であるＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐをエネルギ・バンド・ギ
ャップが広い第６図について説明したような（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐに置き換えることが試みられて
いるのであるが、現在までに満足すべき結果は得られて
いない。その原因は、Ａｌが化学的に極めて活性である
為、半導体レーザ用としての結晶を成長させる過程で酸
素（Ｏ2 ）がＡｌＧａＩｎＰ中に取り込まれるからであ
る。即ち、そのようになった場合、ＡｌＧａＩｎＰの結
晶性が悪くなり、非発光性の再結合中心が結晶中に生成
されるので、この結晶を用いて作成した半導体レーザの
発振効率は著しく悪くなる（要すれば、「鈴木 徹
“可視光半導体レーザ” 応用物理第５６巻 第８号
９９０〜９９９ １９８７」、を参照）。尚、図６につ
いて説明した可視光半導体レーザは、その活性層がＧａ
ＩｎＰで構成され、Ａｌを含まないことから発振効率は
良好である。
【０００７】また、前記した欠点の他、ＡｌＧａＩｎＰ
／ＧａＩｎＰ系に於いては、所謂、「５０〔ｍｅＶ〕問
題」と呼ばれる特有の問題が知られている（要すれば、
「五明 明子、鈴木 徹、飯島 澄男 “ＧａＩｎＰの
バンドギャップエネルギ異常と自然超格子” 応用物理
第５８巻 第９号 １３６０−１３６７１９８９」を
参照）。これは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＩｎＰの
バンド・ギャップ・エネルギＥg が結晶の成長条件、例
えば、成長温度や五族／三族の比などの如何で１．８
〔ｅＶ〕から１．９〔ｅＶ〕まで変化する旨の問題であ
る。即ち、通常の半導体レーザ用結晶成長条件では、予
測される値よりも約５０〔ｍｅＶ〕低いことから前記の
ように「５０〔ｍｅＶ〕問題」と呼ばれている。従っ
て、前記製品化されている可視光半導体レーザの発振波
長は予測値よりも長くなっていて、その原因は、ＧａＩ
ｎＰ結晶がＧａＰとＩｎＰとが単層ずつ交互に重なった
自然超格子になっていることに起因している。
／ＧａＩｎＰ系に於いては、所謂、「５０〔ｍｅＶ〕問
題」と呼ばれる特有の問題が知られている（要すれば、
「五明 明子、鈴木 徹、飯島 澄男 “ＧａＩｎＰの
バンドギャップエネルギ異常と自然超格子” 応用物理
第５８巻 第９号 １３６０−１３６７１９８９」を
参照）。これは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＩｎＰの
バンド・ギャップ・エネルギＥg が結晶の成長条件、例
えば、成長温度や五族／三族の比などの如何で１．８
〔ｅＶ〕から１．９〔ｅＶ〕まで変化する旨の問題であ
る。即ち、通常の半導体レーザ用結晶成長条件では、予
測される値よりも約５０〔ｍｅＶ〕低いことから前記の
ように「５０〔ｍｅＶ〕問題」と呼ばれている。従っ
て、前記製品化されている可視光半導体レーザの発振波
長は予測値よりも長くなっていて、その原因は、ＧａＩ
ｎＰ結晶がＧａＰとＩｎＰとが単層ずつ交互に重なった
自然超格子になっていることに起因している。
【０００８】本発明は、可視光半導体レーザに於ける活
性層を構成する材料を適切に選択し且つ自然超格子の生
成などがないようにすることで発振波長の短波長化を実
現しようとする。
性層を構成する材料を適切に選択し且つ自然超格子の生
成などがないようにすることで発振波長の短波長化を実
現しようとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明をなすに際して行
った考察並びに実験の過程を説明すると次の通りであ
る。まず、三族元素の電気陰性度を比較すると、 Ｂ：２．０ Ａｌ：１．５ Ｇａ：１．６ Ｉｎ：１．７ である。一般的には、電気陰性度が小さいほど酸素に対
する反応性が大きい。Ｂは酸素中で７００〔℃〕にする
と燃えてしまう。Ａｌは大気中に於いて室温でも急速に
酸化される。ＢはＡｌに比較すると電気陰性度が大きい
から酸素に対する反応性は小さい。前記したようなこと
から、半導体レーザの活性層構成材料にＢＧａＩｎＰを
用いた場合、ＡｌＧａＩｎＰの場合に問題となった酸素
の結晶中への取り込みを著しく低減させることができ
る。
った考察並びに実験の過程を説明すると次の通りであ
る。まず、三族元素の電気陰性度を比較すると、 Ｂ：２．０ Ａｌ：１．５ Ｇａ：１．６ Ｉｎ：１．７ である。一般的には、電気陰性度が小さいほど酸素に対
する反応性が大きい。Ｂは酸素中で７００〔℃〕にする
と燃えてしまう。Ａｌは大気中に於いて室温でも急速に
酸化される。ＢはＡｌに比較すると電気陰性度が大きい
から酸素に対する反応性は小さい。前記したようなこと
から、半導体レーザの活性層構成材料にＢＧａＩｎＰを
用いた場合、ＡｌＧａＩｎＰの場合に問題となった酸素
の結晶中への取り込みを著しく低減させることができ
る。
【００１０】ところで、活性層にＢＧａＩｎＰを使用す
る為には、ＧａＡｓに格子整合していなければならず、
そして、短波長化する為には、そのバンド・ギャップ・
エネルギＥg がＧａＩｎＰに於けるそれに比較して大き
いこと、即ち、ＢＧａＩｎＰのバンド・ギャップ・エネ
ルギＥg ＞１. ９〔ｅＶ〕であることが必要である。こ
の後、ＧａＡｓに格子整合するＢＧａＩｎＰ結晶の組成
及びそのバンド・ギャップ・エネルギＥg について説明
する。
る為には、ＧａＡｓに格子整合していなければならず、
そして、短波長化する為には、そのバンド・ギャップ・
エネルギＥg がＧａＩｎＰに於けるそれに比較して大き
いこと、即ち、ＢＧａＩｎＰのバンド・ギャップ・エネ
ルギＥg ＞１. ９〔ｅＶ〕であることが必要である。こ
の後、ＧａＡｓに格子整合するＢＧａＩｎＰ結晶の組成
及びそのバンド・ギャップ・エネルギＥg について説明
する。
【００１１】図１は活性層の基となるＧａＩｎＰの組成
とバンド・ギャップ・エネルギＥg との関係を示す線図
であり、横軸には組成を、また、縦軸にはバンド・ギャ
ップ・エネルギＥg をそれぞれ採ってある。尚、バンド
・ギャップ・エネルギＥg は価電子帯の最高エネルギ点
であるΓ点のエネルギＥΓV からの差をとったものであ
る。図に於いて、ａは格子定数、ＥΓC は伝導帯に於け
るΓ点のエネルギ、ＥＸC は伝導帯に於けるＸ点のエネ
ルギ、ＥＬC は伝導帯に於けるＬ点のエネルギをそれぞ
れ示している。
とバンド・ギャップ・エネルギＥg との関係を示す線図
であり、横軸には組成を、また、縦軸にはバンド・ギャ
ップ・エネルギＥg をそれぞれ採ってある。尚、バンド
・ギャップ・エネルギＥg は価電子帯の最高エネルギ点
であるΓ点のエネルギＥΓV からの差をとったものであ
る。図に於いて、ａは格子定数、ＥΓC は伝導帯に於け
るΓ点のエネルギ、ＥＸC は伝導帯に於けるＸ点のエネ
ルギ、ＥＬC は伝導帯に於けるＬ点のエネルギをそれぞ
れ示している。
【００１２】通常、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐはｘ＝０. ５１と
した際にＧａＡｓと格子整合する。このときのバンド・
ギャップ・エネルギＥg は１. ９〔ｅＶ〕であり、ま
た、ｘ＝０. ５１以外の組成をもったＧａx Ｉｎ1-x Ｐ
のバンド・ギャップ・エネルギＥg は内挿して推定する
ことが可能である。ＥＸC −ＥΓV とＥＬC −ＥΓV に
ついては、ＧａＰとＩｎＰとの差が小さいことから、直
線的に変化すると考えて良い。図から明らかであるが、
ＥΓC −ＥΓV については、実線で示してあるように下
に凸になっていて、一般に、これをボウイング効果と呼
んでいる。さて、ＢＰの格子定数は４. ５４〔Å〕であ
り、ＧａＡｓに比較すると極めて小さい。ＢＧａＩｎＰ
がＧａＡｓに格子整合する為には、Ｂの組成に応じてＩ
ｎの量を増すことが必要である。
した際にＧａＡｓと格子整合する。このときのバンド・
ギャップ・エネルギＥg は１. ９〔ｅＶ〕であり、ま
た、ｘ＝０. ５１以外の組成をもったＧａx Ｉｎ1-x Ｐ
のバンド・ギャップ・エネルギＥg は内挿して推定する
ことが可能である。ＥＸC −ＥΓV とＥＬC −ＥΓV に
ついては、ＧａＰとＩｎＰとの差が小さいことから、直
線的に変化すると考えて良い。図から明らかであるが、
ＥΓC −ＥΓV については、実線で示してあるように下
に凸になっていて、一般に、これをボウイング効果と呼
んでいる。さて、ＢＰの格子定数は４. ５４〔Å〕であ
り、ＧａＡｓに比較すると極めて小さい。ＢＧａＩｎＰ
がＧａＡｓに格子整合する為には、Ｂの組成に応じてＩ
ｎの量を増すことが必要である。
【００１３】図２はＧａx Ｉｎ1-x Ｐ（ここでは、ｘ＝
０．１）とＢＰとの混晶に於ける組成とバンド・ギャッ
プ・エネルギＥg との関係を示す線図であり、横軸には
組成を、また、縦軸にはバンド・ギャップ・エネルギＥ
g をそれぞれ採ってあり、図１に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。ＢＧａＩｎＰがＧａＡｓに格子整合する旨の条件で
は、Ｇａ0.1 Ｉｎ0.9 ＰとＢＰが０. ８６５と０. １３
５の比で混じった状態、即ち、Ｂ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ
0.779 Ｐになっていて、その場合のバンド・ギャップ・
エネルギＥg は２．０７〔ｅＶ〕である。尚、実際に
は、ボウイング効果のためにバンド・ギャップ・エネル
ギＥg は２．０７〔ｅＶ〕よりも若干下がる筈である
が、元のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐに於けるバンド・ギャップ
・エネルギＥg よりも大きい。
０．１）とＢＰとの混晶に於ける組成とバンド・ギャッ
プ・エネルギＥg との関係を示す線図であり、横軸には
組成を、また、縦軸にはバンド・ギャップ・エネルギＥ
g をそれぞれ採ってあり、図１に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。ＢＧａＩｎＰがＧａＡｓに格子整合する旨の条件で
は、Ｇａ0.1 Ｉｎ0.9 ＰとＢＰが０. ８６５と０. １３
５の比で混じった状態、即ち、Ｂ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ
0.779 Ｐになっていて、その場合のバンド・ギャップ・
エネルギＥg は２．０７〔ｅＶ〕である。尚、実際に
は、ボウイング効果のためにバンド・ギャップ・エネル
ギＥg は２．０７〔ｅＶ〕よりも若干下がる筈である
が、元のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐに於けるバンド・ギャップ
・エネルギＥg よりも大きい。
【００１４】ここで注目すべきことはＢＧａＩｎＰの組
成である。即ち、Ｉｎの組成が０．７７９と５０〔％〕
を越えている。ＧａＩｎＰの結晶成長を行うと自然超格
子が生成され、ＧａＰとＩｎＰとが単層ずつ交互に積層
されることは前記した通りであるが、Ｉｎの組成が５０
〔％〕を大きく越えるとＧａＰとＩｎＰが単層ずつ交互
に重なることはできない。即ち、ＢＧａＩｎＰでは、自
然超格子の影響がなくなるか、或いは、極めて小さくな
る。これは当然のことながら、半導体レーザの短波長化
には有利である。
成である。即ち、Ｉｎの組成が０．７７９と５０〔％〕
を越えている。ＧａＩｎＰの結晶成長を行うと自然超格
子が生成され、ＧａＰとＩｎＰとが単層ずつ交互に積層
されることは前記した通りであるが、Ｉｎの組成が５０
〔％〕を大きく越えるとＧａＰとＩｎＰが単層ずつ交互
に重なることはできない。即ち、ＢＧａＩｎＰでは、自
然超格子の影響がなくなるか、或いは、極めて小さくな
る。これは当然のことながら、半導体レーザの短波長化
には有利である。
【００１５】図３はＧａＡｓに格子整合するＢＧａＩｎ
Ｐ結晶の組成とバンド・ギャップ・エネルギＥg との関
係を表す線図であり、横軸にはＧａx Ｉｎ1-x Ｐの組成
を、右縦軸にはＧａＡｓに格子整合する為のＢＰの割合
を、左縦軸にはバンド・ギャップ・エネルギＥg をそれ
ぞれ採ってあり、図１及び図２に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。図から明らかなように、ＢＰの割合が増すにつれ、
バンド・ギャップ・エネルギＥg は大きくなっている。
Ｇａ0.1 Ｉｎ0.9 ＰとＢＰとが０．８６５と０．１３５
の比で混じる混晶、即ち、Ｂ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ
0.779 Ｐに於いて、ＥΓC −ＥΓV とＥＬC −ＥΓV と
が同じ値である２．０７〔ｅＶ〕で交わっている。然し
ながら、実際には、ボウイング効果の為、ＥΓC −ＥΓ
V の方がＥＬC −ＥΓV より小さい。従って、Ｂ0.135
Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐは元のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐより
もバンド・ギャップ・エネルギＥg が大きい直接遷移形
の混晶になっている。この組成のＢＧａＩｎＰを半導体
レーザの活性層に用いれば、容易に短波長化することが
できる。
Ｐ結晶の組成とバンド・ギャップ・エネルギＥg との関
係を表す線図であり、横軸にはＧａx Ｉｎ1-x Ｐの組成
を、右縦軸にはＧａＡｓに格子整合する為のＢＰの割合
を、左縦軸にはバンド・ギャップ・エネルギＥg をそれ
ぞれ採ってあり、図１及び図２に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。図から明らかなように、ＢＰの割合が増すにつれ、
バンド・ギャップ・エネルギＥg は大きくなっている。
Ｇａ0.1 Ｉｎ0.9 ＰとＢＰとが０．８６５と０．１３５
の比で混じる混晶、即ち、Ｂ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ
0.779 Ｐに於いて、ＥΓC −ＥΓV とＥＬC −ＥΓV と
が同じ値である２．０７〔ｅＶ〕で交わっている。然し
ながら、実際には、ボウイング効果の為、ＥΓC −ＥΓ
V の方がＥＬC −ＥΓV より小さい。従って、Ｂ0.135
Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐは元のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐより
もバンド・ギャップ・エネルギＥg が大きい直接遷移形
の混晶になっている。この組成のＢＧａＩｎＰを半導体
レーザの活性層に用いれば、容易に短波長化することが
できる。
【００１６】前記したようなことから、本発明に依る可
視光半導体レーザに於いては、（１） ＧａＡｓ基板に
格子整合するＢＧａＩｎＰを材料とする活性層を備えて
なるか、或いは、（２） 前記（１）に於いて、ＢＧａ
ＩｎＰに於けるＩｎの組成を自然超格子が生成されない
程度に大きくしてあることを特徴とするか、或いは、
（３） 前記（１）に於いて、ＢＧａＩｎＰからなる活
性層を挟むクラッド層が（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐからなることを特徴とする。
視光半導体レーザに於いては、（１） ＧａＡｓ基板に
格子整合するＢＧａＩｎＰを材料とする活性層を備えて
なるか、或いは、（２） 前記（１）に於いて、ＢＧａ
ＩｎＰに於けるＩｎの組成を自然超格子が生成されない
程度に大きくしてあることを特徴とするか、或いは、
（３） 前記（１）に於いて、ＢＧａＩｎＰからなる活
性層を挟むクラッド層が（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐからなることを特徴とする。
【００１７】
【作用】前記手段を採ることに依り、可視光半導体レー
ザに於ける活性層はＧａＡｓ基板に対して格子整合し、
且つ、酸素の取り込みがないので結晶性は良好であり、
従って、発振効率が高く、しかも、自然超格子も生成さ
れないから、容易に短波長化することができる。
ザに於ける活性層はＧａＡｓ基板に対して格子整合し、
且つ、酸素の取り込みがないので結晶性は良好であり、
従って、発振効率が高く、しかも、自然超格子も生成さ
れないから、容易に短波長化することができる。
【００１８】
【実施例】本発明に依る可視光半導体レーザは活性層の
材料がＢＧａＩｎＰであることを除き、その具体的構成
は図６に示した従来のそれと殆ど変わりない。本発明を
実施して図６に見られるような可視光半導体レーザを実
現するには、活性層を挟むクラッド層に於けるバンド・
ギャップ・エネルギＥg が活性層に於けるそれに比較し
て充分に大きいことが必要である。
材料がＢＧａＩｎＰであることを除き、その具体的構成
は図６に示した従来のそれと殆ど変わりない。本発明を
実施して図６に見られるような可視光半導体レーザを実
現するには、活性層を挟むクラッド層に於けるバンド・
ギャップ・エネルギＥg が活性層に於けるそれに比較し
て充分に大きいことが必要である。
【００１９】図４は図６に見られる従来例に於いてクラ
ッド層の材料としているＡｌＧａＩｎＰの組成とバンド
・ギャップ・エネルギＥg との関係を表す線図であり、
横軸には（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐの組成を、
また、縦軸にはバンド・ギャップ・エネルギＥg をそれ
ぞれ採ってあり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。図示されたところから明らかであるが、（Ａｌy Ｇ
ａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐに於けるｙ値を０．６とすれ
ば、活性層をＢＧａＩｎＰとした場合であっても、バン
ド・ギャップ・エネルギの差を１５０〔ｍｅＶ〕以上に
することができ、充分にクラッド層として役割を果たす
ことができる。
ッド層の材料としているＡｌＧａＩｎＰの組成とバンド
・ギャップ・エネルギＥg との関係を表す線図であり、
横軸には（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐの組成を、
また、縦軸にはバンド・ギャップ・エネルギＥg をそれ
ぞれ採ってあり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。図示されたところから明らかであるが、（Ａｌy Ｇ
ａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐに於けるｙ値を０．６とすれ
ば、活性層をＢＧａＩｎＰとした場合であっても、バン
ド・ギャップ・エネルギの差を１５０〔ｍｅＶ〕以上に
することができ、充分にクラッド層として役割を果たす
ことができる。
【００２０】図５は本発明一実施例の要部切断正面図を
表している。図に於いて、１１はｎ−ＧａＡｓ基板、１
２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、１３はｎ−（Ａｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、１４はアン・ドー
プＢ 0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ活性層、１５はｐ−
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、１６
はｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、１７はｐ−ＧａＡｓ電極コ
ンタクト層、１８はＴｉＰｔＡｕからなるｐ側電極、１
９はＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極をそれぞれ示してい
る。
表している。図に於いて、１１はｎ−ＧａＡｓ基板、１
２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、１３はｎ−（Ａｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、１４はアン・ドー
プＢ 0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ活性層、１５はｐ−
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、１６
はｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、１７はｐ−ＧａＡｓ電極コ
ンタクト層、１８はＴｉＰｔＡｕからなるｐ側電極、１
９はＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極をそれぞれ示してい
る。
【００２１】図示の各部分に関する主要なデータを例示
すると次の通りである。 （１） ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２について 厚さ：０. ６〔μｍ〕 （２） ｎ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層１３について 厚さ：１. ２〔μｍ〕 不純物：セレン（Ｓｅ） 不純物濃度：３×１０17〔ｃｍ-3〕 （３） アン・ドープＢ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ
活性層１４について 厚さ：０．１〔μｍ〕 （４） ｐ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層１５について 厚さ：１. ２〔μｍ〕 不純物：亜鉛（Ｚｎ） 不純物濃度：１×１０18〔ｃｍ-3〕 （５） ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６について 厚さ：０. ６〔μｍ〕 不純物：Ｓｅ 不純物濃度：３×１０17〔ｃｍ-3〕 （６） ｐ−ＧａＡｓ電極コンタクト層１７について 厚さ：０. ６〔μｍ〕 不純物：Ｚｎ 不純物濃度：８×１０18〔ｃｍ-3〕
すると次の通りである。 （１） ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２について 厚さ：０. ６〔μｍ〕 （２） ｎ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層１３について 厚さ：１. ２〔μｍ〕 不純物：セレン（Ｓｅ） 不純物濃度：３×１０17〔ｃｍ-3〕 （３） アン・ドープＢ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ
活性層１４について 厚さ：０．１〔μｍ〕 （４） ｐ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層１５について 厚さ：１. ２〔μｍ〕 不純物：亜鉛（Ｚｎ） 不純物濃度：１×１０18〔ｃｍ-3〕 （５） ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６について 厚さ：０. ６〔μｍ〕 不純物：Ｓｅ 不純物濃度：３×１０17〔ｃｍ-3〕 （６） ｐ−ＧａＡｓ電極コンタクト層１７について 厚さ：０. ６〔μｍ〕 不純物：Ｚｎ 不純物濃度：８×１０18〔ｃｍ-3〕
【００２２】この可視光半導体レーザを作成するには、
通常の減圧有機金属化学気相堆積（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＬＰＭＯＣＶ
Ｄ）法を適用することに依ってｎ−ＧａＡｓ基板１１上
にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６までの各半導体層を積層
して成長させ、通常のフォト・リソグラフィ技術を適用
することに依ってｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６に電極コ
ンタクト用のストライプ溝を形成し、再び減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法を適用することに依ってｐ−ＧａＡｓ電極コンタク
ト層１７を積層して成長させ、この後、通常の技法、例
えば真空蒸着法を適用してｐ側電極１８及びｎ側電極１
９を形成して完成する。
通常の減圧有機金属化学気相堆積（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＬＰＭＯＣＶ
Ｄ）法を適用することに依ってｎ−ＧａＡｓ基板１１上
にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６までの各半導体層を積層
して成長させ、通常のフォト・リソグラフィ技術を適用
することに依ってｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６に電極コ
ンタクト用のストライプ溝を形成し、再び減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法を適用することに依ってｐ−ＧａＡｓ電極コンタク
ト層１７を積層して成長させ、この後、通常の技法、例
えば真空蒸着法を適用してｐ側電極１８及びｎ側電極１
９を形成して完成する。
【００２３】本発明に於いて、アン・ドープＢ0.135 Ｇ
ａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ活性層１４の成長は重要であるの
で、ここに成長のデータを例示する。 （１）適用技術：減圧ＭＯＣＶＤ法 （２）ｎ−ＧａＡｓ基板１１の加熱温度：６８０〔℃〕 加熱手段：高周波誘導加熱 （３）キャリヤ・ガスである水素（Ｈ2 ）の流量：１０
〔リットル／分〕 （４）原料ガス ○ トリメチルガリウム（ＴＭＧａ） ０〔℃〕に保ち、１〜１０〔cc／分〕のＨ2 を流す ○ トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ） ２０〔℃〕に保ち、２０〔cc／分〕のＨ2 を流す ○ トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ） ２０〔℃〕に保ち、５０〔cc／分〕のＨ2 を流す ○ アルシン（ＡｓＨ3 ） １０〔％〕稀釈したものを２００〔cc／分〕流す ○ ホスフィン（ＰＨ3 ） １０〔％〕稀釈したものを５００〔cc／分〕流す ○ セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ） １０００〔ｐｐｍ〕稀釈したものを５０〔cc／分〕流す ○ ジメチル亜鉛（（ＣＨ３）2 Ｚｎ） １０００〔ｐｐｍ〕稀釈したものを２００〔cc／分〕流
す ○ Ｂの原料としては、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）とトリメ
チルボロン（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｂ）の両方を使用することができる。 Ｂ2 Ｈ6 の場合 １０〔％〕稀釈したものを１〜２０〔cc／分〕流す （Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｂの場合 １０〔℃〕に保ち、１０〜５０〔cc／分〕流す
ａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ活性層１４の成長は重要であるの
で、ここに成長のデータを例示する。 （１）適用技術：減圧ＭＯＣＶＤ法 （２）ｎ−ＧａＡｓ基板１１の加熱温度：６８０〔℃〕 加熱手段：高周波誘導加熱 （３）キャリヤ・ガスである水素（Ｈ2 ）の流量：１０
〔リットル／分〕 （４）原料ガス ○ トリメチルガリウム（ＴＭＧａ） ０〔℃〕に保ち、１〜１０〔cc／分〕のＨ2 を流す ○ トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ） ２０〔℃〕に保ち、２０〔cc／分〕のＨ2 を流す ○ トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ） ２０〔℃〕に保ち、５０〔cc／分〕のＨ2 を流す ○ アルシン（ＡｓＨ3 ） １０〔％〕稀釈したものを２００〔cc／分〕流す ○ ホスフィン（ＰＨ3 ） １０〔％〕稀釈したものを５００〔cc／分〕流す ○ セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ） １０００〔ｐｐｍ〕稀釈したものを５０〔cc／分〕流す ○ ジメチル亜鉛（（ＣＨ３）2 Ｚｎ） １０００〔ｐｐｍ〕稀釈したものを２００〔cc／分〕流
す ○ Ｂの原料としては、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）とトリメ
チルボロン（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｂ）の両方を使用することができる。 Ｂ2 Ｈ6 の場合 １０〔％〕稀釈したものを１〜２０〔cc／分〕流す （Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｂの場合 １０〔℃〕に保ち、１０〜５０〔cc／分〕流す
【００２４】
【発明の効果】前記構成を採ることに依り、可視光半導
体レーザに於ける活性層はＧａＡｓ基板に対して格子整
合し、且つ、酸素の取り込みがないので結晶性は良好で
あり、従って、発振効率が高く、しかも、自然超格子も
生成されないから、組成以外は従来のものの構成を変え
ることなく容易に短波長化することができ、従って、バ
ーコード・リーダ用の光源としてヘリウム・ネオン・ガ
ス・レーザに置き換えることを可能とし、また、光ディ
スク用の光源として用いて記録密度を向上させることが
できる。
体レーザに於ける活性層はＧａＡｓ基板に対して格子整
合し、且つ、酸素の取り込みがないので結晶性は良好で
あり、従って、発振効率が高く、しかも、自然超格子も
生成されないから、組成以外は従来のものの構成を変え
ることなく容易に短波長化することができ、従って、バ
ーコード・リーダ用の光源としてヘリウム・ネオン・ガ
ス・レーザに置き換えることを可能とし、また、光ディ
スク用の光源として用いて記録密度を向上させることが
できる。
【図１】活性層の基となるＧａＩｎＰの組成とバンド・
ギャップ・エネルギＥg との関係を示す線図である。
ギャップ・エネルギＥg との関係を示す線図である。
【図２】Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ（ここでは、ｘ＝０．１）と
ＢＰとの混晶に於ける組成とバンド・ギャップ・エネル
ギＥg との関係を示す線図である。
ＢＰとの混晶に於ける組成とバンド・ギャップ・エネル
ギＥg との関係を示す線図である。
【図３】ＧａＡｓに格子整合するＢＧａＩｎＰ結晶の組
成とバンド・ギャップ・エネルギＥg との関係を表す線
図である。
成とバンド・ギャップ・エネルギＥg との関係を表す線
図である。
【図４】図６に見られる従来例に於いてクラッド層の材
料としているＡｌＧａＩｎＰの組成とバンド・ギャップ
・エネルギＥg との関係を表す線図である。
料としているＡｌＧａＩｎＰの組成とバンド・ギャップ
・エネルギＥg との関係を表す線図である。
【図５】本発明一実施例の要部切断正面図である。
【図６】赤色可視光半導体レーザの従来例を説明する為
の要部斜面図である。
の要部斜面図である。
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １３ ｎ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層 １４ アン・ドープＢ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ活
性層 １５ ｐ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層 １６ ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層 １７ ｐ−ＧａＡｓ電極コンタクト層 １８ ＴｉＰｔＡｕからなるｐ側電極 １９ ＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極
ド層 １４ アン・ドープＢ0.135 Ｇａ0.086 Ｉｎ0.779 Ｐ活
性層 １５ ｐ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層 １６ ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層 １７ ｐ−ＧａＡｓ電極コンタクト層 １８ ＴｉＰｔＡｕからなるｐ側電極 １９ ＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極
Claims (3)
- 【請求項１】ＧａＡｓ基板に格子整合するＢＧａＩｎＰ
を材料とする活性層を備えてなることを特徴とする可視
光半導体レーザ。 - 【請求項２】ＢＧａＩｎＰに於けるＩｎの組成は自然超
格子が生成されない程度に大きくしてあることを特徴と
する請求項１記載の可視光半導体レーザ。 - 【請求項３】ＢＧａＩｎＰからなる活性層を挟むクラッ
ド層が（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなること
を特徴とする請求項１記載の可視光半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3012372A JP2976352B2 (ja) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | 可視光半導体レーザ |
| US07/817,446 US5241553A (en) | 1991-01-10 | 1992-01-06 | Laser diode for producing an optical beam at a visible wavelength |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3012372A JP2976352B2 (ja) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | 可視光半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04250679A JPH04250679A (ja) | 1992-09-07 |
| JP2976352B2 true JP2976352B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=11803437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3012372A Expired - Lifetime JP2976352B2 (ja) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | 可視光半導体レーザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5241553A (ja) |
| JP (1) | JP2976352B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468816B1 (ko) * | 1995-10-24 | 2005-04-19 | 삼성전자주식회사 | 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| WO2002097861A2 (en) * | 2001-05-28 | 2002-12-05 | Showa Denko K.K. | Semiconductor device, semiconductor layer and production method thereof |
| JP3895266B2 (ja) * | 2002-12-02 | 2007-03-22 | 昭和電工株式会社 | リン化硼素系化合物半導体素子、及びその製造方法、並びに発光ダイオード |
| US7508010B2 (en) * | 2002-12-02 | 2009-03-24 | Showa Denko K.K. | Boron phoshide-based compound semiconductor device, production method thereof and light-emitting diode |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2809691B2 (ja) * | 1989-04-28 | 1998-10-15 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ |
| JPH0449691A (ja) * | 1990-06-18 | 1992-02-19 | Mitsubishi Electric Corp | 可視光レーザダイオード |
-
1991
- 1991-01-10 JP JP3012372A patent/JP2976352B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-01-06 US US07/817,446 patent/US5241553A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04250679A (ja) | 1992-09-07 |
| US5241553A (en) | 1993-08-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990803 |