JP3139888B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP3139888B2 JP3139888B2 JP05167188A JP16718893A JP3139888B2 JP 3139888 B2 JP3139888 B2 JP 3139888B2 JP 05167188 A JP05167188 A JP 05167188A JP 16718893 A JP16718893 A JP 16718893A JP 3139888 B2 JP3139888 B2 JP 3139888B2
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- semiconductor laser
- laser device
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤色の光を出すＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体レーザ素子に関する。
ａＩｎＰ系半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液相成長法、分子線エピタキシー
法および有機金属気相成長法等の結晶成長技術の発達に
より、III−V族半導体から構成される半導体レーザ素子
が実用化されている。このような半導体レーザ素子は、
光データ処理、光通信、その他の分野で広く利用されて
いるが、消費電力の低下、高出力化、短波長化、低雑音
化等の高性能化が望まれている。特に、光ディスク等の
記録密度向上やＨｅ−Ｎｅレーザの代替を目的とした半
導体レーザ素子の短波長化については注目されており、
近年、ＧａＡｓ基板に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ系結
晶を用いて実用化されている。しかし、さらに高性能化
のための研究が盛んに行われている。
法および有機金属気相成長法等の結晶成長技術の発達に
より、III−V族半導体から構成される半導体レーザ素子
が実用化されている。このような半導体レーザ素子は、
光データ処理、光通信、その他の分野で広く利用されて
いるが、消費電力の低下、高出力化、短波長化、低雑音
化等の高性能化が望まれている。特に、光ディスク等の
記録密度向上やＨｅ−Ｎｅレーザの代替を目的とした半
導体レーザ素子の短波長化については注目されており、
近年、ＧａＡｓ基板に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ系結
晶を用いて実用化されている。しかし、さらに高性能化
のための研究が盛んに行われている。
【０００３】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子におい
ては、一般に、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系
ダブルヘテロ構造の発光部が形成され、発光部と電極と
の間にｐ型のＧａＡｓコンタクト層が設けられる。Ｇａ
Ａｓコンタクト層が形成される理由は、ＡｌＧａＩｎＰ
系結晶と電極金属との間に、良好なオーミック接触が得
られないからである。しかし、この場合、ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層の直上にＧａＡｓコンタクト層を設けた構
造では、素子抵抗が非常に高くなってしまう。これは、
ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＡｓ層とのヘテロ界面における
価電子帯のバンド不連続が大きいので、正孔に対するポ
テンシャル障壁が生じるからである。このような素子抵
抗の増大は素子駆動時の発熱を誘引し、半導体レーザ素
子の信頼性に悪影響を及ぼす。従来、この素子抵抗を低
減する為に、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とＧａＡｓコン
タクト層との間にＧａwＩｎ1ーwＰ層（ｗ＝０．５）を設
けたり、ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成比をクラッド層側
からコンタクト層側に向かって徐々に減少させた層を設
けたり、各層のｐ型キャリア濃度を上昇させた構造が用
いられている。また、さらに素子抵抗を低減するため
に、図３に示すような半導体レーザ素子が考案されてい
る。
ては、一般に、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系
ダブルヘテロ構造の発光部が形成され、発光部と電極と
の間にｐ型のＧａＡｓコンタクト層が設けられる。Ｇａ
Ａｓコンタクト層が形成される理由は、ＡｌＧａＩｎＰ
系結晶と電極金属との間に、良好なオーミック接触が得
られないからである。しかし、この場合、ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層の直上にＧａＡｓコンタクト層を設けた構
造では、素子抵抗が非常に高くなってしまう。これは、
ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＡｓ層とのヘテロ界面における
価電子帯のバンド不連続が大きいので、正孔に対するポ
テンシャル障壁が生じるからである。このような素子抵
抗の増大は素子駆動時の発熱を誘引し、半導体レーザ素
子の信頼性に悪影響を及ぼす。従来、この素子抵抗を低
減する為に、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とＧａＡｓコン
タクト層との間にＧａwＩｎ1ーwＰ層（ｗ＝０．５）を設
けたり、ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成比をクラッド層側
からコンタクト層側に向かって徐々に減少させた層を設
けたり、各層のｐ型キャリア濃度を上昇させた構造が用
いられている。また、さらに素子抵抗を低減するため
に、図３に示すような半導体レーザ素子が考案されてい
る。
【０００４】この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ
型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層３
１、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層３２およびｐ型（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層３３からな
る発光用積層部が形成されている。第２クラッド層３３
の中程より上の部分は約５μｍ幅のメサストライプ形状
となっており、その上にｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ層３
４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３５およびｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層３６が形成されている。また、メサストライプの
外側の第２クラッド層３４上部分には、ｎ型ＧａＡｓ電
流狭さく層３７が形成されている。さらに、コンタクト
層３６および電流狭さく層３７の上には、ｐ型ＧａＡｓ
層３８が形成されている。また、基板１の半導体層成長
面とは反対側の表面にはｎ側電極３が設けられ、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層３８の上には、ｐ側電極４が設けられている。
ッファ層２が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ
型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層３
１、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層３２およびｐ型（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層３３からな
る発光用積層部が形成されている。第２クラッド層３３
の中程より上の部分は約５μｍ幅のメサストライプ形状
となっており、その上にｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ層３
４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３５およびｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層３６が形成されている。また、メサストライプの
外側の第２クラッド層３４上部分には、ｎ型ＧａＡｓ電
流狭さく層３７が形成されている。さらに、コンタクト
層３６および電流狭さく層３７の上には、ｐ型ＧａＡｓ
層３８が形成されている。また、基板１の半導体層成長
面とは反対側の表面にはｎ側電極３が設けられ、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層３８の上には、ｐ側電極４が設けられている。
【０００５】上記半導体レーザ素子においては、メサス
トライプ内外の実効屈折率差に基づく屈折率導波路が形
成され、活性層３２で発生した光は屈折率導波路によっ
て閉じ込められるので、単一横モード発振が得られる。
さらに、ＡｌＧａＡｓ層３５が形成されているので、Ｇ
ａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ層３４の直上にＧａＡｓコンタクト層
３６を設けた場合に比べて、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ薄層３
４とのバンドギャップ差が小さくなる。よって、正孔に
対するヘテロ障壁が低くなり、素子抵抗を低減すること
ができる。
トライプ内外の実効屈折率差に基づく屈折率導波路が形
成され、活性層３２で発生した光は屈折率導波路によっ
て閉じ込められるので、単一横モード発振が得られる。
さらに、ＡｌＧａＡｓ層３５が形成されているので、Ｇ
ａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ層３４の直上にＧａＡｓコンタクト層
３６を設けた場合に比べて、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ薄層３
４とのバンドギャップ差が小さくなる。よって、正孔に
対するヘテロ障壁が低くなり、素子抵抗を低減すること
ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の半
導体レーザ素子においては、ＡｌＧａＡｓ層３５を成長
させる直前にＰとＡｓとの材料の切り替えを行う必要が
あり、成長が中断される。中断後の成長面（再成長面）
は、不純物付着による表面汚染や酸化により表面荒れが
起こりやすく、この上にＡｌを含む結晶の成長を行うの
は困難である。従って、再成長面での界面不整やキャリ
ア濃度の低下に伴い半導体レーザ素子が高抵抗化する恐
れがあり、素子特性の再現性にも問題が生じる。
導体レーザ素子においては、ＡｌＧａＡｓ層３５を成長
させる直前にＰとＡｓとの材料の切り替えを行う必要が
あり、成長が中断される。中断後の成長面（再成長面）
は、不純物付着による表面汚染や酸化により表面荒れが
起こりやすく、この上にＡｌを含む結晶の成長を行うの
は困難である。従って、再成長面での界面不整やキャリ
ア濃度の低下に伴い半導体レーザ素子が高抵抗化する恐
れがあり、素子特性の再現性にも問題が生じる。
【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、低抵抗で素子特性の再現性のよい半
導体レーザ素子を提供することを目的とする。
されたものであり、低抵抗で素子特性の再現性のよい半
導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ＜１、０．
３＜ｙ＜０．８）活性層を、第１導電型の（ＡｌsＧａ
1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜１）第１クラ
ッド層と、第２導電型の（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ
（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）第２クラッド層とで挟んだ
発光用積層部と、該第２クラッド層の上に形成された第
２導電型のＧａＡｓコンタクト層とを有し、該第２クラ
ッド層と該コンタクト層との間に、該ＧａＡｓコンタク
ト層に接する第２導電型のＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜
０．５）層が設けられており、そのことにより上記目的
が達成される。
子は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ＜１、０．
３＜ｙ＜０．８）活性層を、第１導電型の（ＡｌsＧａ
1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜１）第１クラ
ッド層と、第２導電型の（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ
（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）第２クラッド層とで挟んだ
発光用積層部と、該第２クラッド層の上に形成された第
２導電型のＧａＡｓコンタクト層とを有し、該第２クラ
ッド層と該コンタクト層との間に、該ＧａＡｓコンタク
ト層に接する第２導電型のＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜
０．５）層が設けられており、そのことにより上記目的
が達成される。
【０００９】
【作用】本発明においては、ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッ
ド層と、ＧａＡｓコンタクト層との間に、ＧａzＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｚ＜０．５）層が設けられている。ＧａzＩｎ1
-zＰ層は、ＧａwＩｎ1ーwＰ（ｗ＝０．５）層よりバンド
ギャップが小さいので、正孔に対するヘテロ障壁を低減
することができる。また、ＡｌＧａＡｓ層の代わりにＧ
ａzＩｎ1-zＰ層を成長させているので、その成長の直前
に材料の切り替えのために成長を中断させる必要がな
く、再成長面での界面不整やキャリア濃度の低下が生じ
ることはない。
ド層と、ＧａＡｓコンタクト層との間に、ＧａzＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｚ＜０．５）層が設けられている。ＧａzＩｎ1
-zＰ層は、ＧａwＩｎ1ーwＰ（ｗ＝０．５）層よりバンド
ギャップが小さいので、正孔に対するヘテロ障壁を低減
することができる。また、ＡｌＧａＡｓ層の代わりにＧ
ａzＩｎ1-zＰ層を成長させているので、その成長の直前
に材料の切り替えのために成長を中断させる必要がな
く、再成長面での界面不整やキャリア濃度の低下が生じ
ることはない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００１１】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例である屈折率導波型可視光半導体レーザ素子を示す断
面図である。
例である屈折率導波型可視光半導体レーザ素子を示す断
面図である。
【００１２】この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ
型（ＡｌsＧａ1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜
１）第１クラッド層１１、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ
（０≦ｘ＜１、０．３＜ｙ＜０．８）活性層１２および
ｐ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ
＜１）第２クラッド層１３からなる発光用積層部が形成
されている。第２クラッド層１３の上には、ＧａrＩｎ
1ーrＰ（ｒ〜０．５）層１４およびｐ型（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）上部第
２クラッド層１５が形成されている。上部第２クラッド
層１５の上には、ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ（ｗ＝０．５）層
１６、ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．５）層１７お
よびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８が形成されて、約５
μｍ幅のメサストライプ形状となっている。また、メサ
ストライプの外側の第２クラッド層１５上部分には、ｎ
型ＧａＡｓ電流狭さく層１９が形成されている。さら
に、基板１の半導体層成長面と反対側の表面にはｎ側電
極３が設けられ、コンタクト層１８と電流狭さく層１９
の上には、ｐ側電極４が設けられている。なお、第１ク
ラッド層１１、第２クラッド層１３および上部第２クラ
ッド層１５については、結晶転移が入らない格子構造と
すべく、ｔおよびｑは０．４＜ｔ＜０．６、０．４＜ｑ
＜０．６とするのがよい。より好ましくはｔ〜０．５、
ｑ〜０．５とするのが望ましい。
ッファ層２が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ
型（ＡｌsＧａ1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜
１）第１クラッド層１１、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ
（０≦ｘ＜１、０．３＜ｙ＜０．８）活性層１２および
ｐ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ
＜１）第２クラッド層１３からなる発光用積層部が形成
されている。第２クラッド層１３の上には、ＧａrＩｎ
1ーrＰ（ｒ〜０．５）層１４およびｐ型（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）上部第
２クラッド層１５が形成されている。上部第２クラッド
層１５の上には、ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ（ｗ＝０．５）層
１６、ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．５）層１７お
よびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８が形成されて、約５
μｍ幅のメサストライプ形状となっている。また、メサ
ストライプの外側の第２クラッド層１５上部分には、ｎ
型ＧａＡｓ電流狭さく層１９が形成されている。さら
に、基板１の半導体層成長面と反対側の表面にはｎ側電
極３が設けられ、コンタクト層１８と電流狭さく層１９
の上には、ｐ側電極４が設けられている。なお、第１ク
ラッド層１１、第２クラッド層１３および上部第２クラ
ッド層１５については、結晶転移が入らない格子構造と
すべく、ｔおよびｑは０．４＜ｔ＜０．６、０．４＜ｑ
＜０．６とするのがよい。より好ましくはｔ〜０．５、
ｑ〜０．５とするのが望ましい。
【００１３】この半導体レーザ素子における各半導体層
の成長は、液相成長法、分子線エピタキシー法または有
機金属気相成長法等を用いて行うことができる。また、
メサストライプの形成は、選択エッチングにより行うこ
とができる。第１クラッド層１１からＧａzＩｎ1-zＰ層
１７までは、ＰとＡｓとの材料切り替えを行うために成
長を中断させる必要がなく、再成長面での界面不整やキ
ャリア濃度の低下が生じることはない。
の成長は、液相成長法、分子線エピタキシー法または有
機金属気相成長法等を用いて行うことができる。また、
メサストライプの形成は、選択エッチングにより行うこ
とができる。第１クラッド層１１からＧａzＩｎ1-zＰ層
１７までは、ＰとＡｓとの材料切り替えを行うために成
長を中断させる必要がなく、再成長面での界面不整やキ
ャリア濃度の低下が生じることはない。
【００１４】この実施例において、各半導体層の詳細は
以下の通りとした。
以下の通りとした。
【００１５】ｎ型第１クラッド層１１：（Ａｌ0.7Ｇａ
0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚１．０μｍ 活性層１２：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚０．０６μｍ ｐ型第２クラッド層１３：（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ、層厚０．２μｍ ＧａrＩｎ1ーrＰ層１４：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚５ｎ
ｍ ｐ型上部第２クラッド層１５：（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51
Ｉｎ0.49Ｐ、層厚０．８μｍ ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ層１６：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
５０ｎｍ ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ層１７：Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ、層厚
５０ｎｍ ｐ型コンタクト層１８：層厚０．５μｍ この実施例の半導体レーザ素子は、６６０ｎｍの単一横
モードで室温連続発振することができた。また、この実
施例の素子の光出力５ｍＷ駆動時の電圧（Ｖop）は２．
１Ｖであり、ＧａzＩｎ1-zＰ層１７を含まない素子のＶ
opが２．４Ｖであるのに対し、素子抵抗を充分低減する
ことができた。さらに、従来のようにｐ型ＧａwＩｎ1ーw
Ｐ層１６の上にＡｌＧａＡｓ層を設けた素子では、Ｖop
は約２．２Ｖであるがロット間バラツキがあり、Ｖop≧
２．５Ｖと高抵抗化する素子も現れた。しかし、この実
施例の素子は、ロット間バラツキが見られず、再現性良
く低抵抗特性が得られた。
0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚１．０μｍ 活性層１２：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚０．０６μｍ ｐ型第２クラッド層１３：（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ、層厚０．２μｍ ＧａrＩｎ1ーrＰ層１４：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚５ｎ
ｍ ｐ型上部第２クラッド層１５：（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51
Ｉｎ0.49Ｐ、層厚０．８μｍ ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ層１６：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
５０ｎｍ ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ層１７：Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ、層厚
５０ｎｍ ｐ型コンタクト層１８：層厚０．５μｍ この実施例の半導体レーザ素子は、６６０ｎｍの単一横
モードで室温連続発振することができた。また、この実
施例の素子の光出力５ｍＷ駆動時の電圧（Ｖop）は２．
１Ｖであり、ＧａzＩｎ1-zＰ層１７を含まない素子のＶ
opが２．４Ｖであるのに対し、素子抵抗を充分低減する
ことができた。さらに、従来のようにｐ型ＧａwＩｎ1ーw
Ｐ層１６の上にＡｌＧａＡｓ層を設けた素子では、Ｖop
は約２．２Ｖであるがロット間バラツキがあり、Ｖop≧
２．５Ｖと高抵抗化する素子も現れた。しかし、この実
施例の素子は、ロット間バラツキが見られず、再現性良
く低抵抗特性が得られた。
【００１６】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例である屈折率導波型可視光半導体レーザ素子を示す断
面図である。
例である屈折率導波型可視光半導体レーザ素子を示す断
面図である。
【００１７】この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ
型（ＡｌsＧａ1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜
１）第１クラッド層２１、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ
（０≦ｘ＜１、０．３＜ｙ＜０．８）活性層２２および
ｐ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ
＜１）第２クラッド層２３からなる発光用積層部が形成
されている。第２クラッド層２３の上には、ＧａrＩｎ
1ーrＰ（ｒ〜０．５）層２４およびｐ型（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）上部第
２クラッド層２５が形成されている。上部第２クラッド
層２５の上には、ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ（ｗ〜０．５）層
２６、ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．５）層２７お
よびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８が形成されて、約５
μｍ幅のメサストライプ形状となっている。また、メサ
ストライプの外側の第２クラッド層２５上部分には、ｎ
型ＧａＡｓ電流狭さく層２９が形成されている。さら
に、コンタクト層２８および電流狭さく層２９の上に
は、ｐ型ＧａＡｓ層３０が形成されている。また、基板
１の半導体層成長面とは反対側の表面にはｎ側電極３が
設けられ、ｐ型ＧａＡｓ層３０の上には、ｐ側電極４が
設けられている。なお、第１クラッド層２１、第２クラ
ッド層２３および上部第２クラッド層２５については、
結晶転移が入らない格子構造とすべく、ｔおよびｑは
０．４＜ｔ＜０．６、０．４＜ｑ＜０．６とするのがよ
い。より好ましくはｔ〜０．５、ｑ〜０．５とするのが
望ましい。
ッファ層２が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ
型（ＡｌsＧａ1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜
１）第１クラッド層２１、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ
（０≦ｘ＜１、０．３＜ｙ＜０．８）活性層２２および
ｐ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ
＜１）第２クラッド層２３からなる発光用積層部が形成
されている。第２クラッド層２３の上には、ＧａrＩｎ
1ーrＰ（ｒ〜０．５）層２４およびｐ型（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）上部第
２クラッド層２５が形成されている。上部第２クラッド
層２５の上には、ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ（ｗ〜０．５）層
２６、ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．５）層２７お
よびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８が形成されて、約５
μｍ幅のメサストライプ形状となっている。また、メサ
ストライプの外側の第２クラッド層２５上部分には、ｎ
型ＧａＡｓ電流狭さく層２９が形成されている。さら
に、コンタクト層２８および電流狭さく層２９の上に
は、ｐ型ＧａＡｓ層３０が形成されている。また、基板
１の半導体層成長面とは反対側の表面にはｎ側電極３が
設けられ、ｐ型ＧａＡｓ層３０の上には、ｐ側電極４が
設けられている。なお、第１クラッド層２１、第２クラ
ッド層２３および上部第２クラッド層２５については、
結晶転移が入らない格子構造とすべく、ｔおよびｑは
０．４＜ｔ＜０．６、０．４＜ｑ＜０．６とするのがよ
い。より好ましくはｔ〜０．５、ｑ〜０．５とするのが
望ましい。
【００１８】この半導体レーザ素子の製造において、第
１クラッド層２１からＧａzＩｎ1-zＰ層２７までは、Ｐ
とＡｓとの材料切り替えを行うために成長を中断させる
必要がなく、再成長面での界面不整やキャリア濃度の低
下が生じることはない。
１クラッド層２１からＧａzＩｎ1-zＰ層２７までは、Ｐ
とＡｓとの材料切り替えを行うために成長を中断させる
必要がなく、再成長面での界面不整やキャリア濃度の低
下が生じることはない。
【００１９】この実施例において、各半導体層の詳細は
以下の通りとした。
以下の通りとした。
【００２０】 ｎ型第１クラッド層２１：Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
１．０μｍ 活性層２２：（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
０．０８μｍ ｐ型第２クラッド層２３：Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
０．２μｍ ＧａrＩｎ1ーrＰ層２４：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚３ｎ
ｍ ｐ型上部第２クラッド層２５：Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層
厚０．６μｍ ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ層２６：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
５０ｎｍ ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ層２７：Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐ、層厚
３ｎｍ ｐ型コンタクト層２８：層厚０．３μｍ ｐ型ＧａＡｓ層３０：層厚０．５μｍ この実施例の半導体レーザ素子は、６２０ｎｍの単一横
モードで室温連続発振することができた。また、この実
施例の素子のＶopは２．５Ｖであり、ＧａzＩｎ1-zＰ層
２７を含まない素子のＶopが２．９Ｖであるのに対し、
素子抵抗を充分低減することができた。さらに、ロット
間バラツキが見られず、再現性良く低抵抗特性が得られ
た。
１．０μｍ 活性層２２：（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
０．０８μｍ ｐ型第２クラッド層２３：Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
０．２μｍ ＧａrＩｎ1ーrＰ層２４：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚３ｎ
ｍ ｐ型上部第２クラッド層２５：Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層
厚０．６μｍ ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ層２６：Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、層厚
５０ｎｍ ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ層２７：Ｇａ0.35Ｉｎ0.65Ｐ、層厚
３ｎｍ ｐ型コンタクト層２８：層厚０．３μｍ ｐ型ＧａＡｓ層３０：層厚０．５μｍ この実施例の半導体レーザ素子は、６２０ｎｍの単一横
モードで室温連続発振することができた。また、この実
施例の素子のＶopは２．５Ｖであり、ＧａzＩｎ1-zＰ層
２７を含まない素子のＶopが２．９Ｖであるのに対し、
素子抵抗を充分低減することができた。さらに、ロット
間バラツキが見られず、再現性良く低抵抗特性が得られ
た。
【００２１】この実施例では、ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ層２
７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８とのバンドギャップ
差を小さくするために、Ｇａの混晶比ｚを０．３５と小
さくした。しかし、この混晶比ｚが小さすぎると、Ｇａ
ＩｎＰの格子定数が大きくなって、ＧａＡｓとの格子不
整合率が大きくなる。この格子不整合率が大きくなりす
ぎると、ＧａＩｎＰ層とＧａＡｓ層との界面に転位が生
じて、逆に素子抵抗を増大することになる。これを防ぐ
ために、ＧａzＩｎ1-zＰ層の層厚は、転位発生の臨界膜
厚を大きく超えないようにするのが望ましい。ところ
が、ＧａzＩｎ1-zＰ層の層厚を薄くし過ぎると、正孔に
対してヘテロ障壁を低減する効果がなくなってしまう。
このように層厚を薄くして転移を防ぐことには限度があ
るので、Ｇａの混晶比ｚは０．２以上であるのが望まし
い。
７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８とのバンドギャップ
差を小さくするために、Ｇａの混晶比ｚを０．３５と小
さくした。しかし、この混晶比ｚが小さすぎると、Ｇａ
ＩｎＰの格子定数が大きくなって、ＧａＡｓとの格子不
整合率が大きくなる。この格子不整合率が大きくなりす
ぎると、ＧａＩｎＰ層とＧａＡｓ層との界面に転位が生
じて、逆に素子抵抗を増大することになる。これを防ぐ
ために、ＧａzＩｎ1-zＰ層の層厚は、転位発生の臨界膜
厚を大きく超えないようにするのが望ましい。ところ
が、ＧａzＩｎ1-zＰ層の層厚を薄くし過ぎると、正孔に
対してヘテロ障壁を低減する効果がなくなってしまう。
このように層厚を薄くして転移を防ぐことには限度があ
るので、Ｇａの混晶比ｚは０．２以上であるのが望まし
い。
【００２２】上記実施例１、２においては、発光部とし
て上記のようなＤＨ（double heterostructure）構造の
発光部を形成したが、本発明はこれに限られず、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系結晶を用いた様々な構造の発光部を採用した
場合にも同様の効果が得られる。例えば、活性層として
Ｇａ0.4Ｉｎ0.6ＰやＧａ0.6Ｉｎ0.4Ｐ等の格子歪みを有
する層を用いたり、量子井戸構造とすることができる。
また、ＳＣＨ（separated confiment heterostructur
e）構造や超格子構造などを採用しても、同様に、駆動
電圧が低い、実用的な屈折率導波型半導体レーザ素子を
再現性良く得ることができる。
て上記のようなＤＨ（double heterostructure）構造の
発光部を形成したが、本発明はこれに限られず、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系結晶を用いた様々な構造の発光部を採用した
場合にも同様の効果が得られる。例えば、活性層として
Ｇａ0.4Ｉｎ0.6ＰやＧａ0.6Ｉｎ0.4Ｐ等の格子歪みを有
する層を用いたり、量子井戸構造とすることができる。
また、ＳＣＨ（separated confiment heterostructur
e）構造や超格子構造などを採用しても、同様に、駆動
電圧が低い、実用的な屈折率導波型半導体レーザ素子を
再現性良く得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子にお
いて、第２クラッド層とＧａＡｓコンタクト層との間
に、ＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．５）層が設けること
により、正孔に対するポテンシャル障壁を低減すること
ができる。また、このＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．
５）層を成長する直前に成長を中断する必要が無いの
で、界面不整やキャリア濃度低下に伴う高抵抗化が生じ
ない。よって、素子抵抗の小さい半導体レーザ素子を再
現性良く得ることができる。
によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子にお
いて、第２クラッド層とＧａＡｓコンタクト層との間
に、ＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．５）層が設けること
により、正孔に対するポテンシャル障壁を低減すること
ができる。また、このＧａzＩｎ1-zＰ（０≦ｚ＜０．
５）層を成長する直前に成長を中断する必要が無いの
で、界面不整やキャリア濃度低下に伴う高抵抗化が生じ
ない。よって、素子抵抗の小さい半導体レーザ素子を再
現性良く得ることができる。
【図１】実施例１の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。
る。
【図２】実施例２の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。
る。
【図３】従来の半導体レーザ素子を示す断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ型電極 ４ ｐ型電極 １１、２１ ｎ型第１クラッド層 １２、２２ 活性層 １３、２３ ｐ型第２クラッド層 １４、２４ ＧａrＩｎ1ーrＰ層 １５、２５ ｐ型上部第２クラッド層 １６、２６ ｐ型ＧａwＩｎ1ーwＰ層 １７、２７ ｐ型ＧａzＩｎ1-zＰ層 １８、２８ ｐ型コンタクト層 １９、２９ ｐ型電流狭さく層 ３０ ｐ型ＧａＡｓ層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−183228（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (1)
- 【請求項１】 （ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ＜
１、０．３＜ｙ＜０．８）活性層を、第１導電型の（Ａ
ｌsＧａ1-s）tＩｎ1-tＰ（ｘ＜ｓ≦１、０＜ｔ＜１）第
１クラッド層と、第２導電型の（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ
1-qＰ（ｘ＜ｐ≦１、０＜ｑ＜１）第２クラッド層とで
挟んだ発光用積層部と、該第２クラッド層の上に形成さ
れた第２導電型のＧａＡｓコンタクト層とを有し、該第
２クラッド層と該コンタクト層との間に、該ＧａＡｓコ
ンタクト層に接する第２導電型のＧａzＩｎ1-zＰ（０≦
ｚ＜０．５）層が設けられている半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05167188A JP3139888B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05167188A JP3139888B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722701A JPH0722701A (ja) | 1995-01-24 |
| JP3139888B2 true JP3139888B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=15845065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05167188A Expired - Lifetime JP3139888B2 (ja) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3139888B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-06 JP JP05167188A patent/JP3139888B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0722701A (ja) | 1995-01-24 |
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