JPH01169985A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の属する技術分野 本発明は、ダブルヘテロ構造の青色発光半導体レーザに
関するものである。

（２）従来技術とその問題点 青色発光の半導体レーザを実現するためには、エネルギ
ーギャップが２．６ｅＶ以上の直接遷移型半導体材料が
必要である。そのために、これまでＺｎ５ｅ、　ＺｎＳ
、ＧａＮなどの材料が取り上げられてきた。

しかし、これらの材料は通常はｎ型の電気伝導性を示し
ｐ型にはならない。これは自己補償効果が大きいためで
あり、ｐ型不純物をドープしても高抵抗の結晶しか得ら
れなかった。従って、良好なｐｎ接合が得られないので
キャリア注入効率を上げることができず、ダブルヘテロ
構造を同一の半導体材料で構成した青色発光の半導体レ
ーザは実現されていなかった。

一方、異種の半導体材料によるヘテロｐｎ接合を用いた
ダブルヘテロ構造を実現しようとする試みがある。この
構造を第１図に示す。ここでは、活性層４にｎ−Ｚｎ５
ｅｘ　Ｓ＋−ｘのＩＩ−Ｖｌ族化合物混晶を用い、クラ
ッド層３，５にｎ−Ｚｎ、　Ｃｄ、、　ＳｅＸ、Ｓ、−
、。

のＩＩ−Ｖｌ族混晶及びｐ−ＣｕＧａｖＡ　Ｉ　Ｉ−ｖ
　Ｓｅｚの１−１’Ｉｌ−■２族化合物（カルコパイラ
イト）混晶を用いている。これらの化合物を用いる理由
は、上記のＩＩ−ＶＩ族混晶はｎ型になり、またカルコ
バイライト混晶はｐ型となり、格子定数がほぼ５．６人
で−致するためである。従って、原理上ではエピタキシ
ャル成長法によりｐｎ接合を用いたダブルヘテロ構造の
作成が可能である。しかしながら、この構造では、閃亜
鉛鉱形結晶構造の■−■族化合物とカルコパイライト結
晶構造のカルコパイライト化合物を用いているために、
ｐｎ接合界面前後の結晶構造が異なっている。このよう
な不連続な結晶構造は、その界面に格子欠陥を発生させ
易く良好なｐｎ接合を作成することは困難である。さら
に、上記の材料の組合わせでは、カルコバイライト化合
物の成分元素であるＣｕおよびＧａ、Ａｊ！はそれぞれ
■−■族化合物中では深いアクセプタ及び浅いドナー不
純物となるため、エピタキシャル成長中に拡散によりＩ
Ｉ−Ｖｌ族混晶中に混゛入し、電気的特性を変化させる
原因となっている。すなわち、従来の方法では良好なｐ
ｎ接合を用いたダブルヘテロ構造を形成することが困難
であり、青色又は紫外領域の波長で、発振する注入型レ
ーザは実現されていない現状にある。

（３）発明の目的 本発明の目的は、従来法によるダブルヘテロ構造の半導
体レーザの問題点である、ｉ）結晶構造の不連続による
格子欠陥の発生及び、ｉｉ）異種材料成分元素の隣接層
への混入による電気的特性への影響を解決したダブルヘ
テロ構造による青色発光半導体レーザを提供することに
ある。

（４）発明の構成 （４−１）発明の特徴と従来の技術との差異本発明は、
従来法の欠点を解決するためにダブルヘテロ構造をすべ
てＩＩ−Ｖｌ族化合物から構成することに特徴がある。

すなわち、ｐ型半導体層にＺｎ、　Ｍｇ１−ａ　Ｔｅを
用い、ｎ型半導体層にＺｎ５ｅ）Ｂ　５ｌ−Ｘ及びＺｎ
、　Ｃｄ１−ｙ　Ｓｅｘ、Ｓ＋−ｒ　を用いることによ
って、ダブルヘテロ構造を構成する半導体層の結晶構造
がすべて閃亜鉛鉱形になり、半導体層を形成する母結晶
成分が隣接層の電気的特性に影響を与える不純物になら
ないことが、従来技術との違いである。

（４−２）実施例 第２図に本発明の実施例を示す。実施例の構成は以下の
通りである。１と７は金属電極、２はｎ゛−ＧａＡｓ基
板結晶、３はｎ”　　ＺｎｙＣｄｌ−ｙ　Ｓｅｘ・Ｓ＋
−ｘ’よりなるｎ型クラッド層、４はＺｎ５ｅｘＳ、−
ｘ活性層、８はｐ’ｎｚ　Ｍｇ＋−ｚ　ＴｅよりなるＰ
型クラッド層、９はホールを注入し易くするために設け
たｐ”−Ｚｎ、・Ｍｇ＋−ｚ４ｅ　（ただし、ｚ＜ｚ’
　）層である。なお、各層の格子定数をＧａＡｓ基板結
晶とほぼ一致させるために、０≦ａ、ｘ’　＜０．５　
、Ｏ＜ｙ≦１．０く２．２″　≦０．５とした。この半
導体レーザ構造は量産性がすぐれている有機金属分解気
相（ＭＯＣＶＤ）法によって面方位（１００）のｎ”　
−ＧａＡｓ基板上に各層を順次薄膜成長させることによ
って作成した。

ただし、分子線エピタキシャル法などの他の薄膜成長法
によっても同様な結果が得られる。また、金属電極形成
は真空蒸着により行い、ｎ　−ＧａＡｓ側にＡｕ−Ｇｅ
合金を用い、ｐ−Ｚｎｚ　Ｍｇ＋−ｚ　ＴｅにはＡｕ−
Ｚｎ系の合金を用いた。

第３図は第２図の半導体レーザの動作原理を示す。ここ
ではエネルギーバンドダイアグラム（ａ）と屈折率分布
（ｂ）を示している。まず、電子とホールはｅ及び■電
極より注入されるが、図のようなエネルギーバンド構造
のために活性層４の両側の障壁を越えることができず、
活性層４での再結合によってのみ電流が流れる。すなわ
ち、活性層４にキャリアがとじ込められ、効果的な電子
ホールの再結合ができる。さらに、活性層４は両側のク
ラッド層３．８に比ベエネルギーギャップが小さい。

このような場合には屈折率は図（ｂ）のように活性層４
が最も大きくなる。従って、再結合により発生した光が
活性層４にとじ込められることになる。

このような結果、レーザ発振が起こり易い状態になる。

さらに、この構造の（１００）面に垂直に襞間した平行
な端面ばファブリペロ面を形成するためレーザ発振の条
件が成立する。なお、実施例では基板結晶にＧａＡｓを
用いているが、ＧａＰなどの他のＺｎ５ｅあるいはＺｎ
Ｓの格子定数に近い基板結晶材料であれば同様な構造の
レーザを作成することができる。

（５）発明の効果 以上説明したように、本発明の■−■結晶材料の組合わ
せでは、 ｉ）エネルギーギャップ２．６ｅＶ以上の直接遷移型半
導体であること、 ｉｉ）格子定数、結晶構造（閃亜鉛鉱形）が一致するこ
と、 ｉｉｉ　）自己補償効果を考慮することなくＰ型及びｎ
型半導体層が形成できること、 の特徴があるので、ｐｎ接合を用いたダブルヘテロ構造
の青色発光半導体レーザが実現される。この半導体レー
ザは小型、長寿命かつ量産に向くため、表示素子及びデ
ィスク媒体などへの高密度書きこみ光源などの汎用部品
として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダブルヘテロ構造の青色発光半導体レー
ザ構造を示す断面図、第２図は本発明によるダブルヘテ
ロ構造の半導体レーザ構造の実施例を示す断面図、第３
図（ａ）（ｂ）は本発明によるレーザ構造のエネルギー
バンドダイアグラム及び屈折率分布を示す特性図である
。 １・・・○電極、２・・・ｎ“−ＧａＡｓ基板結晶、３
・・・ｎ型クラッド層（ｎ”　　Ｚｎｙ　Ｃｄ１−、　
Ｓｅｘ＋Ｓ、−ｘ＋　）、４・・・活性層（ｎ−ＺｎＳ
ｅＸＳｌ−Ｘ）　、５−　ｎ型クラッド層（ｐ−ＣｕＧ
ａｖＡ　ｌ　＋−ｖ　５ｅａ）、６−ｐ＋層（ｐ”−Ｃ
ｕＧａｖ−Ａｊ２１−ｖ−５ｅｔ）、７・・・■電極、
８　・ＴＪ型ツクラッド層ｐ−Ｚｎｚ　Ｍｇ＋−ｚ　Ｔ
ｅ）　、９　・・・Ｐ＋層（ｐ　”　−Ｚｎｚ＋　Ｍｇ
１−ｚ’　Ｔｅ）　。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ダブルヘテロ構造半導体レーザにおいて、活性層にｎ型
   ＺｎＳｅ＿ｘＳ＿１＿−＿ｘ（０≦ｘ≦０．５）半導体
   層を用い、クラッド層にｎ型Ｚｎ＿ｙＣｄ＿１＿−＿ｙ
   Ｓｅ＿ｘ′Ｓ＿１＿−＿ｘ′（０＜ｙ≦１、０≦ｘ′≦
   ０．５）およびｐ型Ｚｎ＿ｚＭｇ＿１＿−＿ｚＴｅ（０
   ＜ｚ≦０．５）半導体層を用いることを特徴とする半導
   体レーザ。