JP3146501B2 - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JP3146501B2 JP3146501B2 JP03700491A JP3700491A JP3146501B2 JP 3146501 B2 JP3146501 B2 JP 3146501B2 JP 03700491 A JP03700491 A JP 03700491A JP 3700491 A JP3700491 A JP 3700491A JP 3146501 B2 JP3146501 B2 JP 3146501B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、クラッド層から活性層
へのＺｎの固相拡散を抑えた低閥電流値のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ及びその製造方法に関する。
へのＺｎの固相拡散を抑えた低閥電流値のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装
置は有機金属熱分解法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す）とい
う気相結晶成長法により形成され、長寿命可視光半導体
レーザ装置が実現している（五明ら、エレクトロニクス
レターズ ２３巻 （１９８７年）８５ページ；Ａ．
ＧＯＭＹＯ ｅｔ ａｌ．ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｌ
ＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．２３，（１９８７），ｐ．８５
参照）。ＭＯＶＰＥ法はトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡｌ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）などの有機金属蒸気及びホス
フィン（ＰＨ3 ）などの水素化物ガスを原料とした気相
成長法であり、例えば、ＡｌＧａＩｎＰの成長はこれら
ＴＭＡｌ、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ蒸気及びＰＨ3 ガスをＧ
ａＡｓ基板の上に導入・加熱してエピタキシャル成長を
行なうものである。
置は有機金属熱分解法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す）とい
う気相結晶成長法により形成され、長寿命可視光半導体
レーザ装置が実現している（五明ら、エレクトロニクス
レターズ ２３巻 （１９８７年）８５ページ；Ａ．
ＧＯＭＹＯ ｅｔ ａｌ．ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｌ
ＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．２３，（１９８７），ｐ．８５
参照）。ＭＯＶＰＥ法はトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡｌ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）などの有機金属蒸気及びホス
フィン（ＰＨ3 ）などの水素化物ガスを原料とした気相
成長法であり、例えば、ＡｌＧａＩｎＰの成長はこれら
ＴＭＡｌ、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ蒸気及びＰＨ3 ガスをＧ
ａＡｓ基板の上に導入・加熱してエピタキシャル成長を
行なうものである。
【０００３】このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザをより
短い波長で発振させたり、より高温で連続発振させたり
するためには、活性層からクラッド層へのキャリアのオ
ーバーフローを減少させることが望ましい。そのために
従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、図３に示すよ
うにＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層３
と、ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるク
ラッド層４およびｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐからなるクラッド層２で構成されるダブルヘテロ構造
において、前記ｐ型クラッド層４およびｎ型クラッド層
２のＡｌ組成ｘを大きくすることによりエネルギーギャ
ップを大きくしたり、前記ｐ型クラッド層４のキャリア
濃度を高め、比抵抗を小さくしたりする手法がとられて
きた。
短い波長で発振させたり、より高温で連続発振させたり
するためには、活性層からクラッド層へのキャリアのオ
ーバーフローを減少させることが望ましい。そのために
従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、図３に示すよ
うにＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層３
と、ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるク
ラッド層４およびｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐからなるクラッド層２で構成されるダブルヘテロ構造
において、前記ｐ型クラッド層４およびｎ型クラッド層
２のＡｌ組成ｘを大きくすることによりエネルギーギャ
ップを大きくしたり、前記ｐ型クラッド層４のキャリア
濃度を高め、比抵抗を小さくしたりする手法がとられて
きた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層のｐ型ドーパントとしてよく用い
られているＺｎは、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を高
め比抵抗を小さくするためにｐ型クラッド層中のＺｎ濃
度を高くしたり、ｐ型クラッド層のＡｌ組成を大きくし
たりすると、固相拡散速度が大きくなり、そして、活性
層にＺｎが固相拡散すると半導体レーザの閾電流値が上
昇し、寿命が短くなるという欠点があった。 本発明の
目的は、Ｚｎのクラッド層から活性層への固相拡散を抑
えた低閾電流値のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを提供
することにある。
ＧａＩｎＰクラッド層のｐ型ドーパントとしてよく用い
られているＺｎは、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を高
め比抵抗を小さくするためにｐ型クラッド層中のＺｎ濃
度を高くしたり、ｐ型クラッド層のＡｌ組成を大きくし
たりすると、固相拡散速度が大きくなり、そして、活性
層にＺｎが固相拡散すると半導体レーザの閾電流値が上
昇し、寿命が短くなるという欠点があった。 本発明の
目的は、Ｚｎのクラッド層から活性層への固相拡散を抑
えた低閾電流値のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述課題を解決するため
の本発明の半導体レ―ザは、少なくとも、ｎ型ＧａＡｓ
基板上に、ｎ型クラッド層と、活性層、ＺｎドープＡ１
ＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層が順次積層されたダ
ブルヘテロ構造を備え、前記ｐ型クラッド層がストライ
プ状の突部を有するリッジ構造を有し、前記ストライプ
状突部両脇にｎ型の電流狹窄層を備え、前記ｐ型クラッ
ド層と前記活性層との間に、Ｓｉがドーピングされてい
るＡｌＧａ１ｎＰ層を備えたことを特徴としている。ま
た、本発明の製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型
クラッド層、活性層、ＳｉドープＺｎ拡散防止層、Ｚｎ
ドープｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰ層、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層を順次成長して多層構造を形成する工程
と、前記多層構造を、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層の
途中までエッチングしてストライプ状の突部を形成する
工程と、前記ストライプ状突部の両脇にｎ型ＧａＡｓ電
流狹窄層を形成する工程と、前記ｐ型ＧａＡｓキャップ
層及びｎ型ＧａＡｓ電流狹窄層上にコンタクト層を形成
する工程とを有することを特徴としている。
の本発明の半導体レ―ザは、少なくとも、ｎ型ＧａＡｓ
基板上に、ｎ型クラッド層と、活性層、ＺｎドープＡ１
ＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層が順次積層されたダ
ブルヘテロ構造を備え、前記ｐ型クラッド層がストライ
プ状の突部を有するリッジ構造を有し、前記ストライプ
状突部両脇にｎ型の電流狹窄層を備え、前記ｐ型クラッ
ド層と前記活性層との間に、Ｓｉがドーピングされてい
るＡｌＧａ１ｎＰ層を備えたことを特徴としている。ま
た、本発明の製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型
クラッド層、活性層、ＳｉドープＺｎ拡散防止層、Ｚｎ
ドープｐ型クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰ層、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層を順次成長して多層構造を形成する工程
と、前記多層構造を、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層の
途中までエッチングしてストライプ状の突部を形成する
工程と、前記ストライプ状突部の両脇にｎ型ＧａＡｓ電
流狹窄層を形成する工程と、前記ｐ型ＧａＡｓキャップ
層及びｎ型ＧａＡｓ電流狹窄層上にコンタクト層を形成
する工程とを有することを特徴としている。
【０００６】
【作用】ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層にドーピングさ
れたＺｎとＳｉは、ともに３族位置を占め、Ｚｎが電子
を捕獲して（すなわち正孔を放出して）負イオンにな
り、Ｓｉが電子を放出して正イオンになる。このように
イオン化したＺｎとＳｉは、お互いに引き合い、Ｚｎの
固相拡散を抑える。この結果、活性層へのＺｎ拡散が抑
制され、半導体レーザの閾電流値を低くし、寿命を長く
することができる。
れたＺｎとＳｉは、ともに３族位置を占め、Ｚｎが電子
を捕獲して（すなわち正孔を放出して）負イオンにな
り、Ｓｉが電子を放出して正イオンになる。このように
イオン化したＺｎとＳｉは、お互いに引き合い、Ｚｎの
固相拡散を抑える。この結果、活性層へのＺｎ拡散が抑
制され、半導体レーザの閾電流値を低くし、寿命を長く
することができる。
【０００７】
【実施例】次に、本発明について図面を用いて説明す
る。
る。
【０００８】図１は本発明の半導体レーザの一実施例を
示す断面図（切断面を示すハッチングは省略）であり、
図２はこのレーザの製作工程図である。図１は、実施例
の半導体レーザを共振器軸に垂直な面で切断して示して
いる。
示す断面図（切断面を示すハッチングは省略）であり、
図２はこのレーザの製作工程図である。図１は、実施例
の半導体レーザを共振器軸に垂直な面で切断して示して
いる。
【０００９】本実施例の製作においては、まず一回目の
減圧ＭＯＶＰＥ法による成長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層２（厚さ１μｍ）、（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ活性層３（厚さ０．０７μｍ）、Ｓｉドープ（Ａ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ−Ｚｎ拡散防止層１０
（厚さ０．０３μｍ）、ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４（厚さ１μｍ）、ｐ型Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ層５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６を順次形成
した（図２（ａ））。この結晶成長工程では、温度７０
０℃、圧力７０ｔｏｒｒ、（５族元素原料の流量）／
（３族元素原料の流量）＝２００の条件でエピタキシャ
ル成長させた。そして原料としては、ＴＭＡｌ、ＴＥＧ
ａ、ＴＭＩｎ、ホスフィン、アルシン、ｎ型ドーパント
としてジシラン、ｐ型ドーパントとしてジメチルジンク
を用いた。こうして成長したウエハにフォトリソグラフ
ィにより幅５μｍのストライプ状のＳｉＯ2 マスク９を
形成した（図２（ｂ））。次にこのＳｉＯ2 マスク９を
用いてｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層４の途中までメサ状にエッチングした（図２
（ｃ））。さらにＳｉＯ2 マスク９を付けたまま２回目
のＭＯＶＰＥ成長によりｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層８を全
面に形成した（図２（ｄ））。ＳｉＯ2 マスク９を除去
し（図２（ｅ））、そして３回目のＭＯＶＰＥ成長によ
りｐ型ＧａＡｓコンタクト層７を形成した（図２
（ｆ））。この後電極を形成し、劈開して図１に示す半
導体レーザとした。
減圧ＭＯＶＰＥ法による成長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層２（厚さ１μｍ）、（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ活性層３（厚さ０．０７μｍ）、Ｓｉドープ（Ａ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ−Ｚｎ拡散防止層１０
（厚さ０．０３μｍ）、ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４（厚さ１μｍ）、ｐ型Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ層５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６を順次形成
した（図２（ａ））。この結晶成長工程では、温度７０
０℃、圧力７０ｔｏｒｒ、（５族元素原料の流量）／
（３族元素原料の流量）＝２００の条件でエピタキシャ
ル成長させた。そして原料としては、ＴＭＡｌ、ＴＥＧ
ａ、ＴＭＩｎ、ホスフィン、アルシン、ｎ型ドーパント
としてジシラン、ｐ型ドーパントとしてジメチルジンク
を用いた。こうして成長したウエハにフォトリソグラフ
ィにより幅５μｍのストライプ状のＳｉＯ2 マスク９を
形成した（図２（ｂ））。次にこのＳｉＯ2 マスク９を
用いてｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層４の途中までメサ状にエッチングした（図２
（ｃ））。さらにＳｉＯ2 マスク９を付けたまま２回目
のＭＯＶＰＥ成長によりｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層８を全
面に形成した（図２（ｄ））。ＳｉＯ2 マスク９を除去
し（図２（ｅ））、そして３回目のＭＯＶＰＥ成長によ
りｐ型ＧａＡｓコンタクト層７を形成した（図２
（ｆ））。この後電極を形成し、劈開して図１に示す半
導体レーザとした。
【００１０】このようにして製作した本発明の半導体レ
ーザを高分解能走査型電子顕微鏡によりｐ−ｎ接合位置
を調べたところ、Ｓｉドープ（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ−Ｚｎ拡散防止層１０はｐ型になっている
が、（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層３はｎ
型を示しており、活性層３にＺｎが拡散していないこと
がわかった。従来の半導体レーザでは、活性層３のｐ型
クラッド層側がｐ型になっていた。このことは、Ｓｉド
ープ（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層１０がＺｎ
拡散を防止していることを示している。本発明の半導体
レーザと従来の半導体レーザの閾電流値は、それぞれ６
５ｍＡと８０ｍＡであり、従来に較べ本発明の半導体レ
ーザは閾電流値が小さくなった。
ーザを高分解能走査型電子顕微鏡によりｐ−ｎ接合位置
を調べたところ、Ｓｉドープ（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ−Ｚｎ拡散防止層１０はｐ型になっている
が、（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層３はｎ
型を示しており、活性層３にＺｎが拡散していないこと
がわかった。従来の半導体レーザでは、活性層３のｐ型
クラッド層側がｐ型になっていた。このことは、Ｓｉド
ープ（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層１０がＺｎ
拡散を防止していることを示している。本発明の半導体
レーザと従来の半導体レーザの閾電流値は、それぞれ６
５ｍＡと８０ｍＡであり、従来に較べ本発明の半導体レ
ーザは閾電流値が小さくなった。
【００１１】
【発明の効果】以上に説明してきたように、ｐ型クラッ
ド層の中の活性層近傍に、Ｓｉをドーピングすることに
より、低閾電流値のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが得
られた。
ド層の中の活性層近傍に、Ｓｉをドーピングすることに
より、低閾電流値のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが得
られた。
【図１】本発明の半導体レーザの一実施例を示す断面図
である。
である。
【図２】半導体レーザの製作工程図である。
【図３】従来の半導体レーザの断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｎ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５ ｐ型ＧａＩｎＰ層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ８ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層 １０ ＳｉドープＡｌＧａＩｎＰ層
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ
型クラッド層と、活性層、ＺｎドープＡ１ＧａＩｎＰか
らなるｐ型クラッド層が順次積層されたダブルヘテロ構
造を備え、前記ｐ型クラッド層がストライプ状の突部を
有するリッジ構造を有し、前記ストライプ状突部両脇に
ｎ型の電流狹窄層を備え、前記ｐ型クラッド層と前記活
性層との間に、ＳｉがドーピングされているＡｌＧａＩ
ｎＰ層を備えたことを特徴とする半導体レ―ザ。 - 【請求項２】 ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型クラッド
層、活性層、ＳｉドープＺｎ拡散防止層、Ｚｎドープｐ
型クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰ層、ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層を順次成長して多層構造を形成する工程と、前記多
層構造を、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層の途中までエ
ッチングしてストライプ状の突部を形成する工程と、前
記ストライプ状突部の両脇にｎ型ＧａＡｓ電流狹窄層を
形成する工程と、前記ｐ型ＧａＡｓキャップ層及びｎ型
ＧａＡｓ電流狹窄層上にコンタクト層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03700491A JP3146501B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03700491A JP3146501B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04275479A JPH04275479A (ja) | 1992-10-01 |
| JP3146501B2 true JP3146501B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=12485560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03700491A Expired - Fee Related JP3146501B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3146501B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3135109B2 (ja) * | 1995-10-02 | 2001-02-13 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子 |
| US6794731B2 (en) * | 1997-02-18 | 2004-09-21 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Minority carrier semiconductor devices with improved reliability |
| CN100353624C (zh) * | 2002-03-08 | 2007-12-05 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器和其制造方法 |
-
1991
- 1991-03-04 JP JP03700491A patent/JP3146501B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04275479A (ja) | 1992-10-01 |
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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: 20001205 |
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