JP3494461B2 - 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
に短波長II−VI族半導体レーザの改良に関するものであ
る。
に短波長II−VI族半導体レーザの改良に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のII−VI族半導体レーザは、例えば
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス３１巻Ｌ１４７８頁（１９９２年）（Japanese J
ournalof Applied Physics vol.31 pp.L1478(1992) ）
にあるように、不純物を添加したｐ型およびｎ型半導体
からなるクラッド層または導波路層が、無添加の活性領
域に直接接合している構造を用いている。
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス３１巻Ｌ１４７８頁（１９９２年）（Japanese J
ournalof Applied Physics vol.31 pp.L1478(1992) ）
にあるように、不純物を添加したｐ型およびｎ型半導体
からなるクラッド層または導波路層が、無添加の活性領
域に直接接合している構造を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造の場
合、II−VI族半導体中での不純物拡散のため、隣接する
ｐ型およびｎ型半導体から活性領域へ不純物が侵入し
て、活性領域中に不純物起源の準位が発生し、発光効率
が低下するという問題があった。
合、II−VI族半導体中での不純物拡散のため、隣接する
ｐ型およびｎ型半導体から活性領域へ不純物が侵入し
て、活性領域中に不純物起源の準位が発生し、発光効率
が低下するという問題があった。
【０００４】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、高効率なII−VI族半導体レーザを提供することを目
的とする。
め、高効率なII−VI族半導体レーザを提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の第１番目の半導体レーザは、II−VI族化合物半
導体から構成され、活性領域の両側がクラッド層によっ
てはさまれていて、前記活性領域はｎ型不純物またはｐ
型不純物が実質的に含まれていない構造の半導体レーザ
において、前記クラッド層の前記活性領域に接している
部分の少なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物
が０〜１０16・cm-3の範囲存在する領域を設けたことを
特徴とする。
本発明の第１番目の半導体レーザは、II−VI族化合物半
導体から構成され、活性領域の両側がクラッド層によっ
てはさまれていて、前記活性領域はｎ型不純物またはｐ
型不純物が実質的に含まれていない構造の半導体レーザ
において、前記クラッド層の前記活性領域に接している
部分の少なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物
が０〜１０16・cm-3の範囲存在する領域を設けたことを
特徴とする。
【０００６】次に本発明の第２番目の半導体レーザは、
II−VI族化合物半導体から構成され、活性領域の両側が
導波路層によってはさまれ、さらに前記導波路層の外側
が前記導波路層より屈折率が小さなクラッド層によって
はさまれて、前記活性領域はｎ型不純物またはｐ型不純
物が実質的に含まれていない構造の半導体レーザにおい
て、前記導波路層の前記活性領域に接している部分の少
なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物が０〜１
０16・cm-3の範囲存在する領域を設けることを特徴とす
る。
II−VI族化合物半導体から構成され、活性領域の両側が
導波路層によってはさまれ、さらに前記導波路層の外側
が前記導波路層より屈折率が小さなクラッド層によって
はさまれて、前記活性領域はｎ型不純物またはｐ型不純
物が実質的に含まれていない構造の半導体レーザにおい
て、前記導波路層の前記活性領域に接している部分の少
なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物が０〜１
０16・cm-3の範囲存在する領域を設けることを特徴とす
る。
【０００７】前記第１〜２番目の発明の構成において
は、活性領域に接している部分の少なくとも片側に、ｎ
型不純物またはｐ型不純物の存在量が実質的にゼロであ
る領域を設けることが好ましい。
は、活性領域に接している部分の少なくとも片側に、ｎ
型不純物またはｐ型不純物の存在量が実質的にゼロであ
る領域を設けることが好ましい。
【０００８】また前記構成においては、II−VI族化合物
半導体を構成するII族元素が、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍ
ｎ、Ｃａ及びＨｇから選ばれる少なくとも一つの元素で
あり、VI族元素がＳ、Ｓｅ及びＴｅから選ばれる少なく
とも一つの元素であることが好ましい。
半導体を構成するII族元素が、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍ
ｎ、Ｃａ及びＨｇから選ばれる少なくとも一つの元素で
あり、VI族元素がＳ、Ｓｅ及びＴｅから選ばれる少なく
とも一つの元素であることが好ましい。
【０００９】また前記構成においては、活性領域に接し
ているｎ型不純物またはｐ型不純物が無添加または少な
い存在量の領域の厚さが、１０オングストローム以上１
０００オングストローム以下であることが好ましい。
ているｎ型不純物またはｐ型不純物が無添加または少な
い存在量の領域の厚さが、１０オングストローム以上１
０００オングストローム以下であることが好ましい。
【００１０】また前記構成においては、活性領域が、前
記活性領域に接する層よりバンドギャップの小さな１個
のII−VI族半導体層によって構成されることが好まし
い。また前記構成においては、活性領域が、前記活性領
域に接する層よりバンドギャップの小さなII−VI族半導
体からなる複数の層と、前記II−VI族半導体よりバンド
ギャップの大きなII−VI族半導体からなる少なくとも１
個の層から構成される積層構造であることが好ましい。
記活性領域に接する層よりバンドギャップの小さな１個
のII−VI族半導体層によって構成されることが好まし
い。また前記構成においては、活性領域が、前記活性領
域に接する層よりバンドギャップの小さなII−VI族半導
体からなる複数の層と、前記II−VI族半導体よりバンド
ギャップの大きなII−VI族半導体からなる少なくとも１
個の層から構成される積層構造であることが好ましい。
【００１１】また前記構成においては、ｎ型II−VI族半
導体のｎ型不純物が、アルミニウム、ガリウム、インジ
ウム、弗素、塩素、ヨウ素及び臭素から選ばれる少なく
とも一つの元素であることが好ましい。
導体のｎ型不純物が、アルミニウム、ガリウム、インジ
ウム、弗素、塩素、ヨウ素及び臭素から選ばれる少なく
とも一つの元素であることが好ましい。
【００１２】また前記構成においては、ｐ型II−VI族半
導体のｐ型不純物が、窒素、燐、砒素、リチウム及びナ
トリウムから選ばれる少なくとも一つの元素であること
が好ましい。
導体のｐ型不純物が、窒素、燐、砒素、リチウム及びナ
トリウムから選ばれる少なくとも一つの元素であること
が好ましい。
【００１３】
【作用】前記本発明の第１〜２番目の構成によれば、ク
ラッド層または導波路層の活性領域に接している部分の
少なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物が０〜
１０16・cm-3の範囲存在する領域を設けたことにより、
半導体レーザ素子の発振しきい値電流を減少させ、素子
の効率を向上し、発熱量を減少させ、寿命を改善でき
る。
ラッド層または導波路層の活性領域に接している部分の
少なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物が０〜
１０16・cm-3の範囲存在する領域を設けたことにより、
半導体レーザ素子の発振しきい値電流を減少させ、素子
の効率を向上し、発熱量を減少させ、寿命を改善でき
る。
【００１４】すなわち、II−VI族半導体レーザの活性領
域は、通常バンド間のキャリア再結合発光を維持するた
め不純物添加を行わなず、活性領域に隣接するクラッド
層や導波路層に不純物添加を行うことで、レーザ発振に
必要なキャリア量を確保する。しかし、II−VI族半導体
中では伝導型制御のため添加された不純物が拡散しやす
く、また成長温度が低いため、成長後の温度上昇による
影響を受けやすい。このため、II−VI族半導体で構成さ
れる半導体レーザでは、成長時の基板加熱や素子形成プ
ロセスでの温度上昇、または使用条件などにより、クラ
ッド層や導波路層に添加された不純物（通常１０17・cm
-3程度）が、接触面から無添加の活性領域に拡散して、
活性領域中にも不純物準位を生じ、キャリア再結合発光
の効率が低下する原因となった。
域は、通常バンド間のキャリア再結合発光を維持するた
め不純物添加を行わなず、活性領域に隣接するクラッド
層や導波路層に不純物添加を行うことで、レーザ発振に
必要なキャリア量を確保する。しかし、II−VI族半導体
中では伝導型制御のため添加された不純物が拡散しやす
く、また成長温度が低いため、成長後の温度上昇による
影響を受けやすい。このため、II−VI族半導体で構成さ
れる半導体レーザでは、成長時の基板加熱や素子形成プ
ロセスでの温度上昇、または使用条件などにより、クラ
ッド層や導波路層に添加された不純物（通常１０17・cm
-3程度）が、接触面から無添加の活性領域に拡散して、
活性領域中にも不純物準位を生じ、キャリア再結合発光
の効率が低下する原因となった。
【００１５】本発明による半導体レーザでは、クラッド
層または導波路層の活性領域に接している領域の不純物
を実質的に無添加または存在量は少ないので、ｐ型また
はｎ型不純物の添加されている半導体が直接活性領域に
接触していない。また、活性領域に接触している無添加
の領域がｐ型およびｎ型不純物の拡散を阻止するので、
活性領域での発光効率の低下を防ぎ、光学的利得が増加
する。一方ｐ型およびｎ型領域から注入されるキャリア
は、無添加の領域を容易に透過して活性領域に注入され
る。この結果、半導体レーザ素子の発振しきい値電流が
減少し、効率が向上する。また素子効率の向上にともな
い発熱量が減少するので、素子の寿命が向上する。
層または導波路層の活性領域に接している領域の不純物
を実質的に無添加または存在量は少ないので、ｐ型また
はｎ型不純物の添加されている半導体が直接活性領域に
接触していない。また、活性領域に接触している無添加
の領域がｐ型およびｎ型不純物の拡散を阻止するので、
活性領域での発光効率の低下を防ぎ、光学的利得が増加
する。一方ｐ型およびｎ型領域から注入されるキャリア
は、無添加の領域を容易に透過して活性領域に注入され
る。この結果、半導体レーザ素子の発振しきい値電流が
減少し、効率が向上する。また素子効率の向上にともな
い発熱量が減少するので、素子の寿命が向上する。
【００１６】
【実施例】本発明の高効率なII−VI族半導体レーザは、
たとえば高密度情報記録装置、画像表示装置、画像出力
装置、情報通信用の半導体レーザ素子として有用であ
る。
たとえば高密度情報記録装置、画像表示装置、画像出力
装置、情報通信用の半導体レーザ素子として有用であ
る。
【００１７】本発明のクラッド層または導波路層のｐ型
領域のｐ型不純物としては、低抵抗なｐ型層が得られ
る、窒素、燐、砒素、リチウム、ナトリウムを用いるこ
とが望ましい。
領域のｐ型不純物としては、低抵抗なｐ型層が得られ
る、窒素、燐、砒素、リチウム、ナトリウムを用いるこ
とが望ましい。
【００１８】これらｐ型不純物はII−VI族半導体中で比
較的拡散しやすく、従来技術による半導体レーザでは活
性領域中に不純物準位を作成し、再結合発光の障害とな
っていた。したがって、本発明の無添加の領域を、活性
領域よりｐ型層側に設けることにより発光効率が効果的
に向上される。ただし、ｐ型層側のキャリアである正孔
の移動度は比較的低いので、無添加の領域の厚さは１０
００オングストローム以下であることが望ましい。
較的拡散しやすく、従来技術による半導体レーザでは活
性領域中に不純物準位を作成し、再結合発光の障害とな
っていた。したがって、本発明の無添加の領域を、活性
領域よりｐ型層側に設けることにより発光効率が効果的
に向上される。ただし、ｐ型層側のキャリアである正孔
の移動度は比較的低いので、無添加の領域の厚さは１０
００オングストローム以下であることが望ましい。
【００１９】同様に本発明のクラッド層または導波路層
のｎ型領域のｎ型不純物としては、低抵抗なｎ型層が得
られる、アルミニウム、ガリウム、インジウム、弗素、
塩素、ヨウ素、臭素等から選ばれる少なくとも一つを用
いることが望ましい。
のｎ型領域のｎ型不純物としては、低抵抗なｎ型層が得
られる、アルミニウム、ガリウム、インジウム、弗素、
塩素、ヨウ素、臭素等から選ばれる少なくとも一つを用
いることが望ましい。
【００２０】これらｎ型不純物も、使用条件やプロセス
中の温度上昇によっては活性領域に拡散し、再結合発光
の効率低下の原因となる。したがって、本発明の無添加
の領域を、活性領域よりｎ型層側に設けることによって
も発光効率の向上が可能である。また、ｎ型層側のキャ
リアである電子の移動度は高いので、無添加の領域を設
けてもキャリア注入の障害にならない。
中の温度上昇によっては活性領域に拡散し、再結合発光
の効率低下の原因となる。したがって、本発明の無添加
の領域を、活性領域よりｎ型層側に設けることによって
も発光効率の向上が可能である。また、ｎ型層側のキャ
リアである電子の移動度は高いので、無添加の領域を設
けてもキャリア注入の障害にならない。
【００２１】本発明のII−VI族半導体としては、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃａのいずれか一つ以上のII族元素
と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのいずれか一つ以上のVI族元素から
なる化合物を用いることが好ましい。上記の元素から選
択して得られたII−VI族半導体は、格子定数やバンドギ
ャップの大きさを大きく変化させることができ、またｐ
型およびｎ型不純物添加による低抵抗膜作成が容易であ
るので短波長半導体レーザの構成材料として適してい
る。
Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃａのいずれか一つ以上のII族元素
と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのいずれか一つ以上のVI族元素から
なる化合物を用いることが好ましい。上記の元素から選
択して得られたII−VI族半導体は、格子定数やバンドギ
ャップの大きさを大きく変化させることができ、またｐ
型およびｎ型不純物添加による低抵抗膜作成が容易であ
るので短波長半導体レーザの構成材料として適してい
る。
【００２２】本発明の無添加の領域の厚さを１０オング
ストローム以上にすることにより、ｐ型およびｎ型領域
の不純物の活性領域中への拡散を効果的に阻止すること
ができる。さらに、本発明の無添加の領域の厚さを１０
００オングストローム以下にすることにより、ｐ型およ
びｎ型領域からのキャリア注入を良好に確保する事がで
きる。
ストローム以上にすることにより、ｐ型およびｎ型領域
の不純物の活性領域中への拡散を効果的に阻止すること
ができる。さらに、本発明の無添加の領域の厚さを１０
００オングストローム以下にすることにより、ｐ型およ
びｎ型領域からのキャリア注入を良好に確保する事がで
きる。
【００２３】本発明の活性領域としては、活性領域に接
するクラッド層または導波路層よりバンドギャップの小
さな１層のII−VI族半導体層を用いることができ、さら
に活性領域の幅が狭いとき単一量子井戸を構成すること
ができる。
するクラッド層または導波路層よりバンドギャップの小
さな１層のII−VI族半導体層を用いることができ、さら
に活性領域の幅が狭いとき単一量子井戸を構成すること
ができる。
【００２４】また本発明の活性領域として、活性領域に
接する層よりバンドギャップの小さな複数のII−VI族半
導体層と、前記II−VI族半導体層よりバンドギャップの
大きな少なくとも１層のII−VI族半導体層の積層構造に
より構成した多量子井戸構造を用いることもできる。
接する層よりバンドギャップの小さな複数のII−VI族半
導体層と、前記II−VI族半導体層よりバンドギャップの
大きな少なくとも１層のII−VI族半導体層の積層構造に
より構成した多量子井戸構造を用いることもできる。
【００２５】本発明の結晶成長には分子線エピタキシャ
ル法、およびＭＯＣＶＤ法などの気相成長法が利用でき
る。以下、単一量子井戸構造を用いた青色II−VI族半導
体レーザの例を取り上げ、具体例について詳細に述べ
る。
ル法、およびＭＯＣＶＤ法などの気相成長法が利用でき
る。以下、単一量子井戸構造を用いた青色II−VI族半導
体レーザの例を取り上げ、具体例について詳細に述べ
る。
【００２６】（実施例１）図１は、本発明における単一
量子井戸構造を用いた半導体レーザの構造を模式的に示
す断面図である。
量子井戸構造を用いた半導体レーザの構造を模式的に示
す断面図である。
【００２７】この構造を形成する方法としては、分子線
エピタキシャル成長法が好適である。基板にはＺｎＳｅ
とほぼ同一の格子定数を有するＧａＡｓ単結晶基板１を
用いた。ＧａＡｓ単結晶基板１は基板から電極が取れる
ように低抵抗ｎ型のものを使用した。また、結晶性の良
いＺｎＣｄＳＳｅ系化合物半導体を得るために基板の温
度は２００℃から４００℃の間に設定した。
エピタキシャル成長法が好適である。基板にはＺｎＳｅ
とほぼ同一の格子定数を有するＧａＡｓ単結晶基板１を
用いた。ＧａＡｓ単結晶基板１は基板から電極が取れる
ように低抵抗ｎ型のものを使用した。また、結晶性の良
いＺｎＣｄＳＳｅ系化合物半導体を得るために基板の温
度は２００℃から４００℃の間に設定した。
【００２８】まず、超高真空中で、結晶母体材料である
金属亜鉛と金属セレンと硫化亜鉛の分子線と同時にドナ
ー源として塩化亜鉛の分子線を基板１上に照射すること
により２μｍ厚のＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の塩素
添加によるｎ型領域２−１を形成した。
金属亜鉛と金属セレンと硫化亜鉛の分子線と同時にドナ
ー源として塩化亜鉛の分子線を基板１上に照射すること
により２μｍ厚のＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の塩素
添加によるｎ型領域２−１を形成した。
【００２９】ここで、クラッド層にはＺｎＳ0.07Ｓｅ
0.93混晶を用いたが、これは成長時に基板と格子整合す
ることにより格子不整による構造欠陥の発生を抑え、結
晶性の良い層を得るためである。ＧａＡｓ基板上のＺｎ
ＳＳｅ混晶の場合、室温ではＳ組成が０．０６で格子整
合し、ダブルヘテロ構造を形成するための通常のエピ成
長法で用いられる最高の温度である５００℃では０．０
９で格子整合するために、この組成領域において結晶性
の良い膜が得られる。
0.93混晶を用いたが、これは成長時に基板と格子整合す
ることにより格子不整による構造欠陥の発生を抑え、結
晶性の良い層を得るためである。ＧａＡｓ基板上のＺｎ
ＳＳｅ混晶の場合、室温ではＳ組成が０．０６で格子整
合し、ダブルヘテロ構造を形成するための通常のエピ成
長法で用いられる最高の温度である５００℃では０．０
９で格子整合するために、この組成領域において結晶性
の良い膜が得られる。
【００３０】またここで、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド
層のｎ型領域２−１の厚さは２μｍとしたが、１μｍ以
上であれば基板の影響が無視できる。次に、塩化亜鉛の
分子線のみを止めて、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の
不純物拡散を阻止する無添加領域２−２を１００オング
ストローム形成した。
層のｎ型領域２−１の厚さは２μｍとしたが、１μｍ以
上であれば基板の影響が無視できる。次に、塩化亜鉛の
分子線のみを止めて、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の
不純物拡散を阻止する無添加領域２−２を１００オング
ストローム形成した。
【００３１】次に、硫化亜鉛の分子線を止め、新たに金
属カドミウムの分子線を加えて金属亜鉛、金属セレンの
分子線とともに照射することにより活性領域となる１０
０オングストローム厚のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ活性層３
を形成した。
属カドミウムの分子線を加えて金属亜鉛、金属セレンの
分子線とともに照射することにより活性領域となる１０
０オングストローム厚のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ活性層３
を形成した。
【００３２】次に、金属カドミウムの分子線を止め、金
属亜鉛、金属セレンおよび硫化亜鉛の分子線をを活性層
４上に照射することにより１００オングストローム厚の
ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の無添加領域４−１を形
成した。
属亜鉛、金属セレンおよび硫化亜鉛の分子線をを活性層
４上に照射することにより１００オングストローム厚の
ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の無添加領域４−１を形
成した。
【００３３】次に、活性窒素の分子線の照射を加えるこ
とにより、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の窒素添加ｐ
型領域４−２を１μｍ形成した。次に、ｐ型電極の接触
抵抗を下げるため、硫化亜鉛の分子線を止め、さらに活
性窒素の分子線強度を増加して、アクセプタ濃度を１×
１０18ｃｍ-3以上としたｐ+ 型ＺｎＳｅ層５を１０００
オングストロームの厚さに形成した。
とにより、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層の窒素添加ｐ
型領域４−２を１μｍ形成した。次に、ｐ型電極の接触
抵抗を下げるため、硫化亜鉛の分子線を止め、さらに活
性窒素の分子線強度を増加して、アクセプタ濃度を１×
１０18ｃｍ-3以上としたｐ+ 型ＺｎＳｅ層５を１０００
オングストロームの厚さに形成した。
【００３４】さらに、ｐ+ 型ＺｎＳｅ層５上に幅１０μ
ｍのストライプ状の溝を持つ絶縁体（ＳｉＯ2 ）層６を
作成し、Ｐｔ電極層７を蒸着した。また、ｎ型ＧａＡｓ
基板１の裏面にＡｕ0.8 Ｓｎ0.2 電極層８を蒸着した。
ｍのストライプ状の溝を持つ絶縁体（ＳｉＯ2 ）層６を
作成し、Ｐｔ電極層７を蒸着した。また、ｎ型ＧａＡｓ
基板１の裏面にＡｕ0.8 Ｓｎ0.2 電極層８を蒸着した。
【００３５】最後に、縦横各５００μm 程度の長さにな
るようにへき開して端面にへき開面ミラーを形成し、共
振器とした。なお同じ成長条件で、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
クラッド層の活性領域３に接する部分に無添加の領域
（２−２および４−１）を設けず、ｎ型領域２−１およ
びｐ型領域４−２が直接活性領域３に隣接している従来
技術による構造の半導体レーザも作成した。
るようにへき開して端面にへき開面ミラーを形成し、共
振器とした。なお同じ成長条件で、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
クラッド層の活性領域３に接する部分に無添加の領域
（２−２および４−１）を設けず、ｎ型領域２−１およ
びｐ型領域４−２が直接活性領域３に隣接している従来
技術による構造の半導体レーザも作成した。
【００３６】このようにして得られた半導体レーザはい
ずれも素子電圧２２Ｖで発振し、発振波長は４９２ｎｍ
であった。しかし、発振しきい値電流は、従来技術によ
る構造の半導体レーザが１１４ｍＡであったのに対し、
本発明による、無添加の領域をクラッド層の活性領域に
接する部分に設けた半導体レーザは７２ｍＡであり、約
６０％に減少した。またその結果、出力１ｍＷのときの
素子効率が１．６倍に向上し、発熱量は約６０％に減少
し、さらに素子の寿命が１．８倍から３倍に増加した。
ずれも素子電圧２２Ｖで発振し、発振波長は４９２ｎｍ
であった。しかし、発振しきい値電流は、従来技術によ
る構造の半導体レーザが１１４ｍＡであったのに対し、
本発明による、無添加の領域をクラッド層の活性領域に
接する部分に設けた半導体レーザは７２ｍＡであり、約
６０％に減少した。またその結果、出力１ｍＷのときの
素子効率が１．６倍に向上し、発熱量は約６０％に減少
し、さらに素子の寿命が１．８倍から３倍に増加した。
【００３７】以上のように、クラッド層の活性領域に接
している部分に無添加の領域を設けることにより、半導
体レーザの効率を向上することができた。次に、単一量
子井戸を持つ分離閉じ込め型ヘテロ構造（ＳＱＷ−ＳＣ
Ｈ構造）の半導体レーザの例を取り上げ、具体例につい
て述べる （実施例２） 基板には低抵抗ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板１を用い、実施
例１と同様の成長条件を用いて図２に示すＳＱＷ−ＳＣ
Ｈ構造を作成した。
している部分に無添加の領域を設けることにより、半導
体レーザの効率を向上することができた。次に、単一量
子井戸を持つ分離閉じ込め型ヘテロ構造（ＳＱＷ−ＳＣ
Ｈ構造）の半導体レーザの例を取り上げ、具体例につい
て述べる （実施例２） 基板には低抵抗ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板１を用い、実施
例１と同様の成長条件を用いて図２に示すＳＱＷ−ＳＣ
Ｈ構造を作成した。
【００３８】活性領域としては、１層のＺｎ0.8 Ｃｄ
0.2 Ｓｅ層３による単一量子井戸を用いた。導波路層
（１０および１１）の活性領域３に接触しない領域（１
０−１および１１−２）は、塩素添加または窒素添加に
よりｎ型化またはｐ型化されているが、活性領域３に接
触する部分には無添加領域（１０−２および１１−１）
をそれぞれ約２００オングストローム設けた。
0.2 Ｓｅ層３による単一量子井戸を用いた。導波路層
（１０および１１）の活性領域３に接触しない領域（１
０−１および１１−２）は、塩素添加または窒素添加に
よりｎ型化またはｐ型化されているが、活性領域３に接
触する部分には無添加領域（１０−２および１１−１）
をそれぞれ約２００オングストローム設けた。
【００３９】なお同じ成長条件で、導波路層に前記無添
加領域（１０−２および１１−１）を設けず、ｎ型領域
１０−１およびｐ型領域１１−２が直接活性領域３に隣
接している、従来技術による構造の半導体レーザも作成
した。
加領域（１０−２および１１−１）を設けず、ｎ型領域
１０−１およびｐ型領域１１−２が直接活性領域３に隣
接している、従来技術による構造の半導体レーザも作成
した。
【００４０】このようにして得られた半導体レーザはい
ずれも素子電圧２４Ｖで発振し、発振波長は４９４ｎｍ
であった。しかし、発振しきい値電流は、従来技術によ
る構造の半導体レーザが１０３ｍＡであったのに対し、
本発明による、無添加の領域をクラッド層の活性領域に
接する部分に設けた半導体レーザは７４ｍＡであり、約
７０％に減少した。またその結果、出力１ｍＷのときの
素子効率が１．４倍に向上し、発熱量は約７０％に減少
し、さらに素子の寿命が１．５倍から２倍に増加した。
ずれも素子電圧２４Ｖで発振し、発振波長は４９４ｎｍ
であった。しかし、発振しきい値電流は、従来技術によ
る構造の半導体レーザが１０３ｍＡであったのに対し、
本発明による、無添加の領域をクラッド層の活性領域に
接する部分に設けた半導体レーザは７４ｍＡであり、約
７０％に減少した。またその結果、出力１ｍＷのときの
素子効率が１．４倍に向上し、発熱量は約７０％に減少
し、さらに素子の寿命が１．５倍から２倍に増加した。
【００４１】以上のように、導波路層の活性領域に接し
ている部分に無添加の領域を設けることにより、半導体
レーザの効率を向上することができた。なお、実施例２
ではクラッド層にＺｎＳＳｅを、導波路層にＺｎＳｅ
を、活性層にＺｎＣｄＳｅを用いているが、クラッド層
としてＺｎＭｎＳＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅを、導波路
層にＺｎＳＳｅを、活性層にＺｎＳｅまたはＺｎＣｄＳ
ｅを用いた半導体レーザにおいても本発明により同様の
効果が得られる。
ている部分に無添加の領域を設けることにより、半導体
レーザの効率を向上することができた。なお、実施例２
ではクラッド層にＺｎＳＳｅを、導波路層にＺｎＳｅ
を、活性層にＺｎＣｄＳｅを用いているが、クラッド層
としてＺｎＭｎＳＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅを、導波路
層にＺｎＳＳｅを、活性層にＺｎＳｅまたはＺｎＣｄＳ
ｅを用いた半導体レーザにおいても本発明により同様の
効果が得られる。
【００４２】また、実施例１および実施例２ではいずれ
も活性領域として１層のＺｎＣｄＳｅ層により構成した
単一量子井戸を用いているが、複数のＺｎX Ｃｄ1-X Ｓ
ｅ(0.1≦X ≦0.4)量子井戸層と少なくとも１層以上のＺ
ｎＳY Ｓｅ1-Y (0≦Y ≦0.1)障壁層により構成した多量
子井戸構造を用いても同様の結果が得られた。
も活性領域として１層のＺｎＣｄＳｅ層により構成した
単一量子井戸を用いているが、複数のＺｎX Ｃｄ1-X Ｓ
ｅ(0.1≦X ≦0.4)量子井戸層と少なくとも１層以上のＺ
ｎＳY Ｓｅ1-Y (0≦Y ≦0.1)障壁層により構成した多量
子井戸構造を用いても同様の結果が得られた。
【００４３】本実施例では、ｎ型不純物として塩素を用
いたが、このほか、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、弗素、ヨウ素、臭素が低抵抗試料を得られるという
点で好適である。
いたが、このほか、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、弗素、ヨウ素、臭素が低抵抗試料を得られるという
点で好適である。
【００４４】同様に、本実施例ではｐ型不純物として窒
素を用いたが、このほか、燐、砒素、リチウム、ナトリ
ウムが低抵抗試料を得られるという点で好適である。こ
こで、ｎ型およびｐ型のＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93層のキャリ
ア密度は、十分に電気伝導が得られるために、室温にお
いて５×１０16ｃｍ-3以上であることが望ましい。
素を用いたが、このほか、燐、砒素、リチウム、ナトリ
ウムが低抵抗試料を得られるという点で好適である。こ
こで、ｎ型およびｐ型のＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93層のキャリ
ア密度は、十分に電気伝導が得られるために、室温にお
いて５×１０16ｃｍ-3以上であることが望ましい。
【００４５】また、本実施例では、基板としてはｎ型Ｇ
ａＡｓを用いているが、ｎ型ＺｎＳｅを用いた場合や、
上記とは電気伝導度的に反対の構造、すなわちｐ型とｎ
型を入れ換えた構造の素子でも同様の効果を示した。
ａＡｓを用いているが、ｎ型ＺｎＳｅを用いた場合や、
上記とは電気伝導度的に反対の構造、すなわちｐ型とｎ
型を入れ換えた構造の素子でも同様の効果を示した。
【００４６】さらに、本実施例では電極ストライプ構造
の半導体レーザーを取り上げているが、本発明は、埋め
込み構造、イオン注入による構造など他の構造の半導体
レーザー素子にも適用できる。
の半導体レーザーを取り上げているが、本発明は、埋め
込み構造、イオン注入による構造など他の構造の半導体
レーザー素子にも適用できる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ク
ラッド層または導波路層の活性領域に接している領域の
不純物を実質的に無添加とするので、ｐ型またはｎ型不
純物の添加されている半導体が直接活性領域に接触して
いない。また、活性領域に接触している無添加の領域が
ｐ型およびｎ型不純物の拡散を阻止するので、活性領域
での発光効率の低下を防ぎ、光学的利得が増加する。一
方ｐ型およびｎ型領域から注入されるキャリアは、無添
加の領域を容易に透過して活性領域に注入される。この
結果、半導体レーザ素子の発振しきい値電流を減少さ
せ、素子の効率を向上し、発熱量を減少させ、寿命を改
善する効果がある。
ラッド層または導波路層の活性領域に接している領域の
不純物を実質的に無添加とするので、ｐ型またはｎ型不
純物の添加されている半導体が直接活性領域に接触して
いない。また、活性領域に接触している無添加の領域が
ｐ型およびｎ型不純物の拡散を阻止するので、活性領域
での発光効率の低下を防ぎ、光学的利得が増加する。一
方ｐ型およびｎ型領域から注入されるキャリアは、無添
加の領域を容易に透過して活性領域に注入される。この
結果、半導体レーザ素子の発振しきい値電流を減少さ
せ、素子の効率を向上し、発熱量を減少させ、寿命を改
善する効果がある。
【図１】本発明の実施例１の半導体レーザの構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の実施例２の半導体レーザの構造を示す
断面図である。
断面図である。
１ 珪素添加ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層
２−１ 塩素添加ｎ型領域（１μｍ）
２−２ 無添加領域（１００オングストローム）
３ 無添加Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ活性層（１００
オングストローム） ４ ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層 ４−１ 無添加領域（１００オングストローム） ４−２ 窒素添加ｐ型領域（１μｍ） ５ 窒素添加ｐ+ 型ＺｎＳｅ層（１０００オング
ストローム） ６ 絶縁体（ＳｉＯ2 ）層 ７ Ｐｔ電極 ８ Ａｕ0.8 Ｓｎ0.2 電極 ９ 塩素添加ｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層 １０ ＺｎＳｅ導波路層 １０−１ 塩素添加ｎ型領域（１μｍ） １０−２ 無添加領域（２００オングストローム） １１ ＺｎＳｅ導波路層 １１−１ 無添加領域（２００オングストローム） １１−２ 窒素添加ｐ型領域（１μｍ） １２ 窒素添加ｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド
層
オングストローム） ４ ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層 ４−１ 無添加領域（１００オングストローム） ４−２ 窒素添加ｐ型領域（１μｍ） ５ 窒素添加ｐ+ 型ＺｎＳｅ層（１０００オング
ストローム） ６ 絶縁体（ＳｉＯ2 ）層 ７ Ｐｔ電極 ８ Ａｕ0.8 Ｓｎ0.2 電極 ９ 塩素添加ｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層 １０ ＺｎＳｅ導波路層 １０−１ 塩素添加ｎ型領域（１μｍ） １０−２ 無添加領域（２００オングストローム） １１ ＺｎＳｅ導波路層 １１−１ 無添加領域（２００オングストローム） １１−２ 窒素添加ｐ型領域（１μｍ） １２ 窒素添加ｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド
層
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フロントページの続き
(72)発明者 大川 和宏
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 三露 常男
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−49691（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−33990（ＪＰ，Ａ)
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ.
Ｖｏｌ．59 Ｎｏ．11（1991）ｐ.
1272−1274
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． Ｖ
ｏｌ．28 Ｎｏ．19（1992）ｐ．1798−
1799
Claims (9)
- 【請求項１】 II−VI族化合物半導体から構成され、活
性領域の両側がクラッド層によってはさまれていて、前
記活性領域はｎ型不純物またはｐ型不純物が実質的に含
まれていない構造の半導体レーザにおいて、前記クラッ
ド層の前記活性領域に接している部分の少なくとも片側
に、ｎ型不純物またはｐ型不純物が０〜１０16・cm-3の
範囲存在する領域を設けたことを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項２】 II−VI族化合物半導体から構成され、活
性領域の両側が導波路層によってはさまれ、さらに前記
導波路層の外側が前記導波路層より屈折率が小さなクラ
ッド層によってはさまれて、前記活性領域はｎ型不純物
またはｐ型不純物が実質的に含まれていない構造の半導
体レーザにおいて、前記導波路層の前記活性領域に接し
ている部分の少なくとも片側に、ｎ型不純物またはｐ型
不純物が０〜１０16・cm-3の範囲存在する領域を設ける
ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 活性領域に接している部分の少なくとも
片側に、ｎ型不純物またはｐ型不純物の存在量が実質的
にゼロである領域を設けた請求項１または２に記載の半
導体レーザ。 - 【請求項４】 II−VI族化合物半導体を構成するII族元
素が、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃａ及びＨｇから選ば
れる少なくとも一つの元素であり、VI族元素がＳ、Ｓｅ
及びＴｅから選ばれる少なくとも一つの元素である請求
項１または２に記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 活性領域に接しているｎ型不純物または
ｐ型不純物が無添加または少ない存在量の領域の厚さ
が、１０オングストローム以上１０００オングストロー
ム以下である請求項１，２または３に記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項６】 活性領域が、前記活性領域に接する層よ
りバンドギャップの小さな１個のII−VI族半導体層によ
って構成される請求項１または２に記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項７】 活性領域が、前記活性領域に接する層よ
りバンドギャップの小さなII−VI族半導体からなる複数
の層と、前記II−VI族半導体よりバンドギャップの大き
なII−VI族半導体からなる少なくとも１個の層から構成
される積層構造である請求項１または２に記載の半導体
レーザ。 - 【請求項８】 ｎ型II−VI族半導体のｎ型不純物が、ア
ルミニウム、ガリウム、インジウム、弗素、塩素、ヨウ
素及び臭素から選ばれる少なくとも一つの元素である請
求項１または２に記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 ｐ型II−VI族半導体のｐ型不純物が、窒
素、燐、砒素、リチウム及びナトリウムから選ばれる少
なくとも一つの元素である請求項１または２に記載の半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33091693A JP3494461B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33091693A JP3494461B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193328A JPH07193328A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3494461B2 true JP3494461B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=18237904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33091693A Expired - Fee Related JP3494461B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3494461B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10242575A (ja) * | 1997-02-25 | 1998-09-11 | Hitachi Ltd | 半導体素子 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33091693A patent/JP3494461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．５９ Ｎｏ．１１（１９９１）ｐ．１２７２−１２７４ |
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１９（１９９２）ｐ．１７９８−１７９９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07193328A (ja) | 1995-07-28 |
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