JPH0362584A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH0362584A JPH0362584A JP19683289A JP19683289A JPH0362584A JP H0362584 A JPH0362584 A JP H0362584A JP 19683289 A JP19683289 A JP 19683289A JP 19683289 A JP19683289 A JP 19683289A JP H0362584 A JPH0362584 A JP H0362584A
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- 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
- H01S5/2205—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 comprising special burying or current confinement layers
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- 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
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体レーザ装置に係わり、特にＩｎＧａＡ
ｌＰからなるクラッドｌφをｔｊ７つ半導体レーザ装置
に関する。
ｌＰからなるクラッドｌφをｔｊ７つ半導体レーザ装置
に関する。
（従来の技術）
ＩｎＧａＡｌＰ系材料は窒化物を除＜ ｍ−ｖ族化合物
半導体混晶中で最大のエネルギーギャップをＨし、０．
５〜０．６μｍ帯の発光素子材料として注目されている
。特に、ＧａＡｓを裁板とし、これに格子整合するＩｎ
ＧａＡｌＰを活性層及びクラッド層とするダブルヘテロ
横這の半導体レーザは、室温で発振可能な ０．６μｍ
シｉｐ可視光レーザとなり、赤外域の半導体レーザに
ない様々な応用が可能である。
半導体混晶中で最大のエネルギーギャップをＨし、０．
５〜０．６μｍ帯の発光素子材料として注目されている
。特に、ＧａＡｓを裁板とし、これに格子整合するＩｎ
ＧａＡｌＰを活性層及びクラッド層とするダブルヘテロ
横這の半導体レーザは、室温で発振可能な ０．６μｍ
シｉｐ可視光レーザとなり、赤外域の半導体レーザに
ない様々な応用が可能である。
１ｎＧａＡＩＰ系材料は、組成によりその格子定数が変
化し、高い信頼性を得るためには、ＧａＡｓＭ板との厳
密な格子整合が必要である。
化し、高い信頼性を得るためには、ＧａＡｓＭ板との厳
密な格子整合が必要である。
また、高い信頼性を得るための条件としては、レーザ動
作に必要な電流を低減し、高温までの発振を可能にする
ことが重要である。このとき、特にｐ型のＩｎＧａＡｌ
Ｐのドーピングにおいて、良好な温度特性を得るために
、高いキャリア濃度が、Ｉ Ｗされる。これは、クラッ
ド層の高キャリアｌ濃度化により、活性層とクラッド層
の間に大きなヘテロ障壁が形成でき、注入キャリアのオ
ーバーフローを低減できると共に、クラッド層の抵抗弔
を低減し、ここで発生する過剰なジュール熱を抑えるこ
とが期待できるからである。しかしながら、ｐ型ドーパ
ントであるＺｎやＭｇは、成長中に活性層へ拡散し、レ
ーザ特性を損なうため、ｐ型りラッド層のキャリア濃度
をむやみに上げることは難しいといった問題がある。
作に必要な電流を低減し、高温までの発振を可能にする
ことが重要である。このとき、特にｐ型のＩｎＧａＡｌ
Ｐのドーピングにおいて、良好な温度特性を得るために
、高いキャリア濃度が、Ｉ Ｗされる。これは、クラッ
ド層の高キャリアｌ濃度化により、活性層とクラッド層
の間に大きなヘテロ障壁が形成でき、注入キャリアのオ
ーバーフローを低減できると共に、クラッド層の抵抗弔
を低減し、ここで発生する過剰なジュール熱を抑えるこ
とが期待できるからである。しかしながら、ｐ型ドーパ
ントであるＺｎやＭｇは、成長中に活性層へ拡散し、レ
ーザ特性を損なうため、ｐ型りラッド層のキャリア濃度
をむやみに上げることは難しいといった問題がある。
第４図（ａ）は、ＩｎＧａＡｌＰをクラッド層及び活性
層とする従来の内部電流狭窄（ＩｎｎｅｒＳｔｒｉｐｅ
： Ｉ Ｓ ）構造を持つ半導体レーザ装置の断面図で
あり、図中４１はｎ−ＧａＡｓ基板、４２はｎ−ＧａＡ
ｓバッハ層、４４はｎ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、４
５はＩｎＧａＡｌＰ活性層、４６はｐ−１ｎＧａＡＩＰ
クラッド層、４７はｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、４８はｐ
−ＧａＡｓオーミックコンタクト層である。電流阻止層
４７はストライプ状の開口部を有し、この開門部及び電
流阻止層４７上にオーミックコンタクト層４８を形成す
ることにより、電流阻止層４７のストライプ状の開口部
のみに電流を狭窄する機構をなしている。
層とする従来の内部電流狭窄（ＩｎｎｅｒＳｔｒｉｐｅ
： Ｉ Ｓ ）構造を持つ半導体レーザ装置の断面図で
あり、図中４１はｎ−ＧａＡｓ基板、４２はｎ−ＧａＡ
ｓバッハ層、４４はｎ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、４
５はＩｎＧａＡｌＰ活性層、４６はｐ−１ｎＧａＡＩＰ
クラッド層、４７はｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、４８はｐ
−ＧａＡｓオーミックコンタクト層である。電流阻止層
４７はストライプ状の開口部を有し、この開門部及び電
流阻止層４７上にオーミックコンタクト層４８を形成す
ることにより、電流阻止層４７のストライプ状の開口部
のみに電流を狭窄する機構をなしている。
ｐ型のドーパントとしてＺｎを用いた場合、活性層４５
への拡散の影響なく、最高の発振温度が得られたのは、 Ｉ ｎｏ、５（Ｇ ａ ＋−ｘ Ａ ｌｘ ） 、Ｐ
の表記でＡ１組組成が０．ア、キャリア濃度が４ Ｘ
１０１７ｃ１１−’のときであった。電流阻止層４７の
ストライプ状の開口部の幅を７１ｍ、共振器長を３００
μｍとし、ｐ側をヒートシンク側にマウントした素子の
連続動作での初期特性は、しきい値電流６５ｍ Ａ ｓ
最高発振温度９０℃であった（ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒ、 ｖｏｌ、２４． ｐｐ、８７７、
（１９Ｈ）参照））。
への拡散の影響なく、最高の発振温度が得られたのは、 Ｉ ｎｏ、５（Ｇ ａ ＋−ｘ Ａ ｌｘ ） 、Ｐ
の表記でＡ１組組成が０．ア、キャリア濃度が４ Ｘ
１０１７ｃ１１−’のときであった。電流阻止層４７の
ストライプ状の開口部の幅を７１ｍ、共振器長を３００
μｍとし、ｐ側をヒートシンク側にマウントした素子の
連続動作での初期特性は、しきい値電流６５ｍ Ａ ｓ
最高発振温度９０℃であった（ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒ、 ｖｏｌ、２４． ｐｐ、８７７、
（１９Ｈ）参照））。
しかしながらこの構造では、ｐ型りラッド層のキャリア
濃度が低いため、しきい値電流の温度依存性が大きく、
また抵抗率も大きく、ここでの発熱も大きく、実用上重
要な高温での連続発振を６３（ｌｎｍ程度に短波長化す
ると最高発振温度はＯ℃程度までしか得られなかった。
濃度が低いため、しきい値電流の温度依存性が大きく、
また抵抗率も大きく、ここでの発熱も大きく、実用上重
要な高温での連続発振を６３（ｌｎｍ程度に短波長化す
ると最高発振温度はＯ℃程度までしか得られなかった。
また、ＩＳレーザの発振横モードは、電流注入を狭窄す
ることにより光ガイドを行うゲインガイド構造であり、
非点格差が大きく、しきい値電流は大きいため、光ディ
スク等のようとには必ずしも十分な特性ではなかった。
ることにより光ガイドを行うゲインガイド構造であり、
非点格差が大きく、しきい値電流は大きいため、光ディ
スク等のようとには必ずしも十分な特性ではなかった。
これに対し、横モードを制御した１ｎＧａＡＩＰ系レー
ザとして、選択埋め込み成長を用いたリッジ光ガイド（
Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｂｕｒｉｅｄ Ｒｉｄｇｅｗ
ａｖｃｇｕｌｄｅ ： Ｓ Ｂ Ｒ）構造レーザ（Ｅｘ
ｔｅｎｄｅｄａｂｓｔｒａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ １８ｔ
ｈ ｃｏｆｃｒｅｎｃｃ ｏｎ ５ｏｌｉｄｄｃｖｊｃ
ｃｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｔｈｅ Ｊａｐａ
ｎ ５ｏｃｉｅｔｙ ｏｒＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、 Ｔｏｋｙｏ、１９８９．ｐ、１５３）が提案さ
れている。ＳＢＲレーザの構造断面図を第４図（ｂ）に
示す。図中４１〜４８は、Ｉｓレーザの場合と同じであ
り、４９はｐ−］ｎＧａＡｌ Ｐ又はｐ−ＧａＡｌＡｓ
からなるエツチングストップ層である。
ザとして、選択埋め込み成長を用いたリッジ光ガイド（
Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｂｕｒｉｅｄ Ｒｉｄｇｅｗ
ａｖｃｇｕｌｄｅ ： Ｓ Ｂ Ｒ）構造レーザ（Ｅｘ
ｔｅｎｄｅｄａｂｓｔｒａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ １８ｔ
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ｃｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｔｈｅ Ｊａｐａ
ｎ ５ｏｃｉｅｔｙ ｏｒＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、 Ｔｏｋｙｏ、１９８９．ｐ、１５３）が提案さ
れている。ＳＢＲレーザの構造断面図を第４図（ｂ）に
示す。図中４１〜４８は、Ｉｓレーザの場合と同じであ
り、４９はｐ−］ｎＧａＡｌ Ｐ又はｐ−ＧａＡｌＡｓ
からなるエツチングストップ層である。
この構造では、ｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層４６に形
成されたリッジにより、活性層水平方向に屈折率分布が
形成され、これによる光ガイドが可能である。実際、活
性層、クラッド層のＪＩ７Ｉ：さ１組成及びドーピング
量等を第４［：！１Ｊ（ａ）に示したＩｓレーザと同等
とし、リッジ下部の幅を５＃ｍ１共振器長を３００μｍ
とし、ｐ側をヒートシンク側にマウントした素子の連続
動作での初期特性は、しきい値３５ＩＡＡ、最高発振温
度１００℃で、非点格差は１５μｍ以下であり、良好な
（苦モード特性が得られた。
成されたリッジにより、活性層水平方向に屈折率分布が
形成され、これによる光ガイドが可能である。実際、活
性層、クラッド層のＪＩ７Ｉ：さ１組成及びドーピング
量等を第４［：！１Ｊ（ａ）に示したＩｓレーザと同等
とし、リッジ下部の幅を５＃ｍ１共振器長を３００μｍ
とし、ｐ側をヒートシンク側にマウントした素子の連続
動作での初期特性は、しきい値３５ＩＡＡ、最高発振温
度１００℃で、非点格差は１５μｍ以下であり、良好な
（苦モード特性が得られた。
しかしながらこの場合にも、ｐ型りラッド層のキャリア
濃度が低いため、しきい値電流の温度依存性や抵抗率が
大きく、実用上重要な高温での連続発振を得るには必ず
しも最適な溝・造とはいえない。このため、温度特性的
に激しい発振波長は８３０ｎｍ程度の短波長レーザでの
最高発振温度は、３０℃であった。これらの素子構造に
共通な問題は、活性層へのドーパントの拡散や、キャリ
アの不活性化、低い移動度から、ｐ型りラッド層への高
濃度のドーピングが難しく、高温での連続発振高７農度
のドーピングを実現できなかったことにある。
濃度が低いため、しきい値電流の温度依存性や抵抗率が
大きく、実用上重要な高温での連続発振を得るには必ず
しも最適な溝・造とはいえない。このため、温度特性的
に激しい発振波長は８３０ｎｍ程度の短波長レーザでの
最高発振温度は、３０℃であった。これらの素子構造に
共通な問題は、活性層へのドーパントの拡散や、キャリ
アの不活性化、低い移動度から、ｐ型りラッド層への高
濃度のドーピングが難しく、高温での連続発振高７農度
のドーピングを実現できなかったことにある。
ｐ壁高濃度ドーピングを可能とするドーパントとしてＭ
ｇかある。ＩｎＧａＡｌＰ中で拡散の影響が少なく、Ｉ
Ｘ １０１８ｃｍ−３以上までの高濃度が期待できる
。しかしながら、Ｍｇは供給配管への吸着、飽和による
と考えられるドーピングの遅れが生じやすく、ｐ型クラ
ッド層への高ｉＱ度のドーピング再現性よく行うことは
難しかった。即ち、第４図の素子構造において、ＩｎＧ
ａＡｌＰ活性層４５上のｐ−１ｎＧａＡ Ｉ Ｐクララ
ド層４６の成長開始と共にＭｇのソースであるンクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２ Ｍｇ）を流し始め
ても、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層へのドーピングは
急峻には行われず、ｐ−１ｎＧａＡＩＰの途中からしか
ドープされない。また、この遅れは成長装置の使用回数
等に大きく依存し、再現性は非常に悪かった。また、活
性層成長後に成長を中断し３０秒以上のＣｐ２Ｍｇの空
流しを行うと、高濃度ドーピングが可能であったが、ド
ーパントか活性層側に拡散し、素子のしきい値電流は著
しく士曽加してしまった。
ｇかある。ＩｎＧａＡｌＰ中で拡散の影響が少なく、Ｉ
Ｘ １０１８ｃｍ−３以上までの高濃度が期待できる
。しかしながら、Ｍｇは供給配管への吸着、飽和による
と考えられるドーピングの遅れが生じやすく、ｐ型クラ
ッド層への高ｉＱ度のドーピング再現性よく行うことは
難しかった。即ち、第４図の素子構造において、ＩｎＧ
ａＡｌＰ活性層４５上のｐ−１ｎＧａＡ Ｉ Ｐクララ
ド層４６の成長開始と共にＭｇのソースであるンクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２ Ｍｇ）を流し始め
ても、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層へのドーピングは
急峻には行われず、ｐ−１ｎＧａＡＩＰの途中からしか
ドープされない。また、この遅れは成長装置の使用回数
等に大きく依存し、再現性は非常に悪かった。また、活
性層成長後に成長を中断し３０秒以上のＣｐ２Ｍｇの空
流しを行うと、高濃度ドーピングが可能であったが、ド
ーパントか活性層側に拡散し、素子のしきい値電流は著
しく士曽加してしまった。
（発明が解決しようとする課題）
このように従来、ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層を
持つダブルヘテロ構造の半導体レーザ装置においては、
１２９１１層の不純物濃度を十分に高めることができず
、また不純物ドピングを再現性良く行うことができす、
実用上十分な高温での連続発振を実現することは困難で
あった。
持つダブルヘテロ構造の半導体レーザ装置においては、
１２９１１層の不純物濃度を十分に高めることができず
、また不純物ドピングを再現性良く行うことができす、
実用上十分な高温での連続発振を実現することは困難で
あった。
本発明は上記小情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ｐ型１ｎＧａＡ］Ｐクラッド層への高
濃度のドーピングを再現性良く可能とし、キャリアのオ
ーバーフローによる高温でのしきい値電流の１曽加や、
直列抵抗による発熱を抑えることができ、実用上十分な
高温での連続発振を実現し得る半導体レーザ装置を提供
することにある。
とするところは、ｐ型１ｎＧａＡ］Ｐクラッド層への高
濃度のドーピングを再現性良く可能とし、キャリアのオ
ーバーフローによる高温でのしきい値電流の１曽加や、
直列抵抗による発熱を抑えることができ、実用上十分な
高温での連続発振を実現し得る半導体レーザ装置を提供
することにある。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明の骨子は、ｐクラッドの位置及びｐ型不純物の選
択により、ｐクラッドに十分なる不純物ドーピングを行
い、キャリアのオーバーフローによる高温でのしきい値
電流の増加や、直列抵抗による発熱を抑えることにある
。
択により、ｐクラッドに十分なる不純物ドーピングを行
い、キャリアのオーバーフローによる高温でのしきい値
電流の増加や、直列抵抗による発熱を抑えることにある
。
即ち本発明は、化合物半導体２！仮と、この基板上に形
成され活性層をＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる５ｚなる
導電型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部と、こ
のダブルヘテロ構造部上に形成され該構造部に流れる電
流をストライプ状に狭窄する電流阻止層とを備えた半導
体レーザ装置において、前記クラッド層のうち基板側の
クラッド層の導電型をｐ型とし、該クラッド層のドーパ
ントをＭｇとし、さらに前記電流阻止層のバンドギャッ
プを活性層よりも大きいものとしたものである。
成され活性層をＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる５ｚなる
導電型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部と、こ
のダブルヘテロ構造部上に形成され該構造部に流れる電
流をストライプ状に狭窄する電流阻止層とを備えた半導
体レーザ装置において、前記クラッド層のうち基板側の
クラッド層の導電型をｐ型とし、該クラッド層のドーパ
ントをＭｇとし、さらに前記電流阻止層のバンドギャッ
プを活性層よりも大きいものとしたものである。
（作用）
本発明によれば、ダブルヘテロ構造部における基板側の
ＩｎＧａＡｌＰクラッド層をｐ型とし、ｐ型不純物とし
てＭｇを用いることにより、１２９１１層の不純物濃度
を十分に高めることができる。さらに、１２９１１層の
成長前からＭｇドープのためのガスを空流しすることに
より、ドーピングの遅れを招くことなく、１２９１１層
への不純物ドーピングを再現性良く行うことができる。
ＩｎＧａＡｌＰクラッド層をｐ型とし、ｐ型不純物とし
てＭｇを用いることにより、１２９１１層の不純物濃度
を十分に高めることができる。さらに、１２９１１層の
成長前からＭｇドープのためのガスを空流しすることに
より、ドーピングの遅れを招くことなく、１２９１１層
への不純物ドーピングを再現性良く行うことができる。
しかも、１２９１１層がｊＪｒＥ側であることから空流
しする際には活性層は形成されておらず、空流しにより
活性層に不純物か拡散することはない。従って、キャリ
アのオーバーフローによる高温でのしきい値電流の■曽
加や、直列抵抗による発熱を抑え、ひいては実用上十分
な高温での連続発振が可能となる。また、電流阻止層の
バンドギャップを活性層のそれよりも大きくしているの
で、活性層の発光に対して電流阻止層は透明となり、光
吸収により少数キャリアが発生して電流狭窄機構が不能
になる、所謂ターンオン現象を未然に防止することが可
能である。
しする際には活性層は形成されておらず、空流しにより
活性層に不純物か拡散することはない。従って、キャリ
アのオーバーフローによる高温でのしきい値電流の■曽
加や、直列抵抗による発熱を抑え、ひいては実用上十分
な高温での連続発振が可能となる。また、電流阻止層の
バンドギャップを活性層のそれよりも大きくしているの
で、活性層の発光に対して電流阻止層は透明となり、光
吸収により少数キャリアが発生して電流狭窄機構が不能
になる、所謂ターンオン現象を未然に防止することが可
能である。
（実施例）
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の一実施例に係わる
ＩｎＧａＡｌＰ層をクラッド層とする半導体レーザ（Ｉ
ｓレーザ）の製造工程を示す断面図である。図中１１は
ｐ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１１上にはｐ −Ｇ
ａ Ａ ｓバッファ層１２及びｐ−ＩｎＧａＰ中間エ
ネルギーギャップ層１３が有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）等により成長形成されている。中間エネルギーギ
ャップ層１３上には、ｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層１
４．ＩｎＧａＡｌＰ活性層１５及びｎ−Ｉ ｎＧａＡ
Ｉ Ｐクララド層１６が成長形成され、発光能動部とな
るダブルヘテロ構造部が形成されている。ｎクラッド層
１６上には、ストライプ状の開口部を有するｐ−１ｎＧ
ａＡＩＰ電流阻止層１７が形成され、この電流阻止層１
７及び電流阻止層１７のストライプ状の開口部内にはｎ
−ＧａＡｓオーミックコンタクト層１８が形成されてい
る。
ｓレーザ）の製造工程を示す断面図である。図中１１は
ｐ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１１上にはｐ −Ｇ
ａ Ａ ｓバッファ層１２及びｐ−ＩｎＧａＰ中間エ
ネルギーギャップ層１３が有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）等により成長形成されている。中間エネルギーギ
ャップ層１３上には、ｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層１
４．ＩｎＧａＡｌＰ活性層１５及びｎ−Ｉ ｎＧａＡ
Ｉ Ｐクララド層１６が成長形成され、発光能動部とな
るダブルヘテロ構造部が形成されている。ｎクラッド層
１６上には、ストライプ状の開口部を有するｐ−１ｎＧ
ａＡＩＰ電流阻止層１７が形成され、この電流阻止層１
７及び電流阻止層１７のストライプ状の開口部内にはｎ
−ＧａＡｓオーミックコンタクト層１８が形成されてい
る。
ダブルヘテロ構造の各層、中間エネルギーギャップ層１
３及び電流阻止層１７の格子定数は基板１１とほぼ等し
く、且つクラッド層１４゜１６及び電流阻止層１７のエ
ネルギーギャップは、活性層１５のそれより大きくなる
ようにＩｎ、Ｃａ、Ａｌの組成が設定されている。中間
エネルギーギャップ層１３の厚さは、 ５００Å以上で
あり、そのキャリア濃度は５ Ｘ １０１７ｃｍ−３以
上とすることで、バッファ層１２．中間エネルギーギャ
ップ層１３及び９２９７１層１４の間の電圧降下は非常
に小さく、この界面における動作電圧の増加、発熱の増
加は全くなかった。
３及び電流阻止層１７の格子定数は基板１１とほぼ等し
く、且つクラッド層１４゜１６及び電流阻止層１７のエ
ネルギーギャップは、活性層１５のそれより大きくなる
ようにＩｎ、Ｃａ、Ａｌの組成が設定されている。中間
エネルギーギャップ層１３の厚さは、 ５００Å以上で
あり、そのキャリア濃度は５ Ｘ １０１７ｃｍ−３以
上とすることで、バッファ層１２．中間エネルギーギャ
ップ層１３及び９２９７１層１４の間の電圧降下は非常
に小さく、この界面における動作電圧の増加、発熱の増
加は全くなかった。
また、９２９７１層１４を活性層１５より基板側に形成
することにより、従来のｎ−ＧａＡｓ基板上にダブルヘ
テロ接合部をする場合、制御性、再現性に問題のあった
Ｍｇをドーパントとした場合でも、制御性、再現性の良
い高濃度ドーピングが可能であった。
することにより、従来のｎ−ＧａＡｓ基板上にダブルヘ
テロ接合部をする場合、制御性、再現性に問題のあった
Ｍｇをドーパントとした場合でも、制御性、再現性の良
い高濃度ドーピングが可能であった。
これは、ＭＯＣＶＤ法等による結晶成長の際、ｐ−Ｇａ
Ａｓ基板１１とｐ−ＧａＡｓバッファ層１２の間、ｐ−
ＧａＡｓバッファ層１２とｐ−ＩｎＧａＰ中間エネルギ
ーギャップ層１３の間、又はｐ−ＩｎＧａＰ中間エネル
ギーギャップ層１３とｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層１
４の間で成長を中断し、Ｍｇソースであるシンクロペン
タジェニルマグネシウム（０９２Ｍｇ）等の空流しを行
い、Ｍｇドーピングの遅れを防ぐことができたためであ
る。
Ａｓ基板１１とｐ−ＧａＡｓバッファ層１２の間、ｐ−
ＧａＡｓバッファ層１２とｐ−ＩｎＧａＰ中間エネルギ
ーギャップ層１３の間、又はｐ−ＩｎＧａＰ中間エネル
ギーギャップ層１３とｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層１
４の間で成長を中断し、Ｍｇソースであるシンクロペン
タジェニルマグネシウム（０９２Ｍｇ）等の空流しを行
い、Ｍｇドーピングの遅れを防ぐことができたためであ
る。
即ち、基板１１上に各層を連続成長する際、本丈施例で
は第２図（ａ）に示す如く、バッファ層１２の成長前に
Ｍｇソースとして０９２Ｍｇを空流しし、バッファ層１
２．中間エネルギーギャップ層１３及び９２９７１層１
４を成長形成し、９２９７１層１４の成長終了時点で０
９２Ｍｇの供給を止める。また、第２図（ｂ）に示す如
く、バッファ層１２を形成した後、成長を中断して０９
２Ｍｇを空流しし、続けて中間エネルギーギャップ層１
３及び９２９７１層１４を成長形成してもよい。また、
第２図（Ｃ）に示す如く、中間エネルギーギャップ層１
３まで成長形成した後、成長を中断して０９２Ｍｇを空
流しし、続けてｐクラッド１φ１４を成長形成してもよ
い。
は第２図（ａ）に示す如く、バッファ層１２の成長前に
Ｍｇソースとして０９２Ｍｇを空流しし、バッファ層１
２．中間エネルギーギャップ層１３及び９２９７１層１
４を成長形成し、９２９７１層１４の成長終了時点で０
９２Ｍｇの供給を止める。また、第２図（ｂ）に示す如
く、バッファ層１２を形成した後、成長を中断して０９
２Ｍｇを空流しし、続けて中間エネルギーギャップ層１
３及び９２９７１層１４を成長形成してもよい。また、
第２図（Ｃ）に示す如く、中間エネルギーギャップ層１
３まで成長形成した後、成長を中断して０９２Ｍｇを空
流しし、続けてｐクラッド１φ１４を成長形成してもよ
い。
特に、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１２又はｐ−ＩｎＧａＰ
中間エネルギーギャップ層１３の成長前に３０秒から３
分間の成長中断を行い、この間に０９２Ｍｇをモル流量
にして■族原料全体に対し１Ｏ−４〜ｌ０−３程度の空
流しをすることで、上の層（９２９７１層１４）におい
てＩ Ｘ ｔｏ”ｅｌｍ−３以上の高濃度ｐ型ドーピン
グが可能であった。これは、ＧａＡｓ層が比較的安定で
あり、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰに比べ成長中断によ
る表面の劣化か生じないこと、大量にドープされた場合
に拡散が起きても活性層への拡散等の悪影響が全くない
ことによる。
中間エネルギーギャップ層１３の成長前に３０秒から３
分間の成長中断を行い、この間に０９２Ｍｇをモル流量
にして■族原料全体に対し１Ｏ−４〜ｌ０−３程度の空
流しをすることで、上の層（９２９７１層１４）におい
てＩ Ｘ ｔｏ”ｅｌｍ−３以上の高濃度ｐ型ドーピン
グが可能であった。これは、ＧａＡｓ層が比較的安定で
あり、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰに比べ成長中断によ
る表面の劣化か生じないこと、大量にドープされた場合
に拡散が起きても活性層への拡散等の悪影響が全くない
ことによる。
また、ｐ−１ｎＧａＡＩＰ電流咀止層１電流玉止ルギー
ギャップをＩｎＧａＡｌＰ活性層１５のそれより大きく
なるようにすることにより、活性層１５での発光に対し
電流阻止層１７は透明となり、光吸収により少数キャリ
ア（電子）が発生して電流狭窄機構が不能になる、いわ
ゆるターンオン現象は起こらず、良好な電流阻止層が可
能であった。
ギャップをＩｎＧａＡｌＰ活性層１５のそれより大きく
なるようにすることにより、活性層１５での発光に対し
電流阻止層１７は透明となり、光吸収により少数キャリ
ア（電子）が発生して電流狭窄機構が不能になる、いわ
ゆるターンオン現象は起こらず、良好な電流阻止層が可
能であった。
本発明者等の実験によれば、電流阻止層１７のストライ
プの幅を７ＩＩｍ、共振器長を３００１１ｍとしたとき
の連続動作での所期特性は、発振波長Ｇ７０ｎｒａのと
き、しきい値電流は７０ｍＡとクラッド層の低効率が低
減されたことにより電流広がりか１曽え、若干の増加が
見られたものの、低効率が低減による動作電圧１発熱の
低減、キャリアオーバーフローの低減による高温でのし
きい値電流の低減により、連続発振の最高４度は１５０
℃程度まで改善された。また、発振波長を６３０ｎｍと
短波長化しても最高発振温度は６０°Ｃ程度であり、室
温での動作が可能になった。また、モード特性等につい
ては、前記第３図（ａ）に示したＩｓ構造レーザとほぼ
同等であった。
プの幅を７ＩＩｍ、共振器長を３００１１ｍとしたとき
の連続動作での所期特性は、発振波長Ｇ７０ｎｒａのと
き、しきい値電流は７０ｍＡとクラッド層の低効率が低
減されたことにより電流広がりか１曽え、若干の増加が
見られたものの、低効率が低減による動作電圧１発熱の
低減、キャリアオーバーフローの低減による高温でのし
きい値電流の低減により、連続発振の最高４度は１５０
℃程度まで改善された。また、発振波長を６３０ｎｍと
短波長化しても最高発振温度は６０°Ｃ程度であり、室
温での動作が可能になった。また、モード特性等につい
ては、前記第３図（ａ）に示したＩｓ構造レーザとほぼ
同等であった。
第３図は本発明の他の実施例に係わる半導体レーザ（Ｓ
ＢＲレーザ）の概略構造を示す断面図である。なお、図
中３１〜３８は第１図の１１〜１８に対応している。
ＢＲレーザ）の概略構造を示す断面図である。なお、図
中３１〜３８は第１図の１１〜１８に対応している。
ｐ−ＧａＡｓ基板３１上にはｐ−ＧａＡｓバッファ層３
２及びｐ−１ｎＧａＰ中間エネルギーギャップ層３３が
成長形成され、さらにこの中間エネルギーギャップ層３
３上にｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３４，１ｎＧａＡ
ＩＰ活性層３５及びｎ−１ｎＧａＡＩＰクラツドＩＷ３
６からなるダブルヘテロ横這部か形成されている。ｎク
ラッド層３６中には、リッジ形状を容易に作成できるよ
うに、ｎ−１ｎＧａＡＩＰ又はｎ＝ＧａＡｌＡｓからな
るエツチングストップ層３つが形成されてい４゜電ｄ注
入部となるｎクラッド層３６のリッジ頂上部を除く部分
にはｐ−ＩｎＧａＡｌＰからなる電流阻止層３７が形成
されている。電流注入部となるｎクラッド層３６のリッ
ジ頂上部及び電流阻止層３７の上には、ｎ−ＧａＡｓオ
ーミックコンタクト層３８が形成されている。なお、各
層の格子２ｉ＆及びＩｎ、Ｇａ、Ａｌの組成は、先の実
施例と同様に設定されている。
２及びｐ−１ｎＧａＰ中間エネルギーギャップ層３３が
成長形成され、さらにこの中間エネルギーギャップ層３
３上にｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３４，１ｎＧａＡ
ＩＰ活性層３５及びｎ−１ｎＧａＡＩＰクラツドＩＷ３
６からなるダブルヘテロ横這部か形成されている。ｎク
ラッド層３６中には、リッジ形状を容易に作成できるよ
うに、ｎ−１ｎＧａＡＩＰ又はｎ＝ＧａＡｌＡｓからな
るエツチングストップ層３つが形成されてい４゜電ｄ注
入部となるｎクラッド層３６のリッジ頂上部を除く部分
にはｐ−ＩｎＧａＡｌＰからなる電流阻止層３７が形成
されている。電流注入部となるｎクラッド層３６のリッ
ジ頂上部及び電流阻止層３７の上には、ｎ−ＧａＡｓオ
ーミックコンタクト層３８が形成されている。なお、各
層の格子２ｉ＆及びＩｎ、Ｇａ、Ａｌの組成は、先の実
施例と同様に設定されている。
このような構造でも先の実施例と同様に、９７９１１層
３４に対し、制御性、再現性の良い高ｌＩ３度ドーピン
グが可能であった。また、活性層３５での発光に対し、
電流阻止層３７は透明となり、良好な電流狭窄が可能で
あった。また、電流圧入部となるｎクラッド層３６のリ
ッジストライプ部の実効屈折率が、ストライプ外の実効
屈折率に対して高くなるように電流阻止層３７の組成を
設定すると、実屈折率差による光ガイド（＾１造が構成
でき、低しきい値、の発振、良好な（黄モード特性が得
られた。
３４に対し、制御性、再現性の良い高ｌＩ３度ドーピン
グが可能であった。また、活性層３５での発光に対し、
電流阻止層３７は透明となり、良好な電流狭窄が可能で
あった。また、電流圧入部となるｎクラッド層３６のリ
ッジストライプ部の実効屈折率が、ストライプ外の実効
屈折率に対して高くなるように電流阻止層３７の組成を
設定すると、実屈折率差による光ガイド（＾１造が構成
でき、低しきい値、の発振、良好な（黄モード特性が得
られた。
本発明者等の実験によれば、クラッド図３４゜３６の組
成をＩ ｎｏ、９ （Ｇａ＋−ｘ Ａ ｌｘ ） ｏ
、ｑ Ｐ表記でｘ−０，７、電流阻止層３８の組成をＸ
〜〇、８ 、Ｐ −１ｎＧａＡ Ｉ Ｐクララド層３４
のドーパントをＭｇ、 ドーピング量をＩ Ｘ １０
１８ｃ＋ｎ−’ｎｎクララ層３６のリッジストライプの
幅を５ＩＩｍ、共振器長３００μｍの素子では、電流阻
止層３７の光吸収による損失が小さいため、２０ｍＡ程
度の低しきい値の動作及び２μｍ程度と非常に小さな非
点隔差が得られた。また、この素子の最高発振温度は、
発振波長８７０ｎｉのものて１７０°ＣＣ１８３０ｎの
もので １００℃が得られた。これはしきい値電流が低
減できたこと、キャリアのオーバーフローを押え、高？
ｎでのしきい値電流を低減できたこと、クラッド層の低
抵抗化により動作電圧を低減したことによる。
成をＩ ｎｏ、９ （Ｇａ＋−ｘ Ａ ｌｘ ） ｏ
、ｑ Ｐ表記でｘ−０，７、電流阻止層３８の組成をＸ
〜〇、８ 、Ｐ −１ｎＧａＡ Ｉ Ｐクララド層３４
のドーパントをＭｇ、 ドーピング量をＩ Ｘ １０
１８ｃ＋ｎ−’ｎｎクララ層３６のリッジストライプの
幅を５ＩＩｍ、共振器長３００μｍの素子では、電流阻
止層３７の光吸収による損失が小さいため、２０ｍＡ程
度の低しきい値の動作及び２μｍ程度と非常に小さな非
点隔差が得られた。また、この素子の最高発振温度は、
発振波長８７０ｎｉのものて１７０°ＣＣ１８３０ｎの
もので １００℃が得られた。これはしきい値電流が低
減できたこと、キャリアのオーバーフローを押え、高？
ｎでのしきい値電流を低減できたこと、クラッド層の低
抵抗化により動作電圧を低減したことによる。
なお、本発明は上述した各実施例に駆足されるものでは
ない。実施例では、中間エネルギーギャップ層としてｐ
−１ｎＧａＰを用いた場合の半導体レーザについて述べ
たが、中間エネルギーギャップ層は一般にＩ ｎＧａＡ
Ｉ Ｐクラッド層とＧａＡｓ１板の中間のエネルギー
ギャップを持つもの、例えばＩｎＧａＡｌＰやＧａＡ
ＩＡｓであれば同様の効果か得られるのはいうまでもな
い。また実施例では、電流阻ｌＶ層としてｐ−１ｎＧａ
ＡＩＰを用いた場合の半導体レーザ装置について述べた
が、１は流阻止雇は一般に活性層より大きなエネルギー
ギャップ、例えばｐ−ＧａＡｌＡｓであれば同様の効果
が得られるのはいうまでもない。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
ない。実施例では、中間エネルギーギャップ層としてｐ
−１ｎＧａＰを用いた場合の半導体レーザについて述べ
たが、中間エネルギーギャップ層は一般にＩ ｎＧａＡ
Ｉ Ｐクラッド層とＧａＡｓ１板の中間のエネルギー
ギャップを持つもの、例えばＩｎＧａＡｌＰやＧａＡ
ＩＡｓであれば同様の効果か得られるのはいうまでもな
い。また実施例では、電流阻ｌＶ層としてｐ−１ｎＧａ
ＡＩＰを用いた場合の半導体レーザ装置について述べた
が、１は流阻止雇は一般に活性層より大きなエネルギー
ギャップ、例えばｐ−ＧａＡｌＡｓであれば同様の効果
が得られるのはいうまでもない。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
［発明の効果］
以上詳述したように本発明によれば、基板側のクラッド
層の導電型をｐ型とし、そのドーパントをＭｇとするこ
とにより、ｐクラッド層に十分なる不純物ドーピングを
行い、キャリアのオーバーフローによる高温でのしきい
値電流の増加や、直列抵抗による発熱を抑えることがで
き、実用上十分な高温で連続発振する半導体レーザ装置
を実現することが可能となる。
層の導電型をｐ型とし、そのドーパントをＭｇとするこ
とにより、ｐクラッド層に十分なる不純物ドーピングを
行い、キャリアのオーバーフローによる高温でのしきい
値電流の増加や、直列抵抗による発熱を抑えることがで
き、実用上十分な高温で連続発振する半導体レーザ装置
を実現することが可能となる。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図、第２図は上記実施例レーザの製造工
程の一例を示す模式図、第３図は本発明の他の実施例の
概略構造を示す断面図、第４図は従来装置の概略構造を
示す断面図である。 １１ 、 ３１− ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓ基板、１２
、３２− ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓバラフッ層、１３、
３３−ｐ−１ｎＧａＰ 中間エネルギーギャップ層、 １４．３４−・・ｐ−１ｎＧａＡ Ｉ Ｐクラッド層、
１５ 、 ３５−−−１ ｎ Ｇ ａ Ａ Ｉ Ｐ活性
層、１６．３６−ｎ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、１７
．３７−ｐ−１ｎＧａＡＩＰ電流狭窄層、１８．３８−
＝ｎ−ＧａＡｓ オーミックコンタクト層、 ３９−−−−−−−− ｎ −Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ
エツチングストップ層。
構造を示す断面図、第２図は上記実施例レーザの製造工
程の一例を示す模式図、第３図は本発明の他の実施例の
概略構造を示す断面図、第４図は従来装置の概略構造を
示す断面図である。 １１ 、 ３１− ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓ基板、１２
、３２− ｐ −Ｇ ａ Ａ ｓバラフッ層、１３、
３３−ｐ−１ｎＧａＰ 中間エネルギーギャップ層、 １４．３４−・・ｐ−１ｎＧａＡ Ｉ Ｐクラッド層、
１５ 、 ３５−−−１ ｎ Ｇ ａ Ａ Ｉ Ｐ活性
層、１６．３６−ｎ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、１７
．３７−ｐ−１ｎＧａＡＩＰ電流狭窄層、１８．３８−
＝ｎ−ＧａＡｓ オーミックコンタクト層、 ３９−−−−−−−− ｎ −Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ
エツチングストップ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 化合物半導体基板と、この基板上に形成され活性層をＩ
ｎＧａＡｌＰ系材料からなる異なる導電型のクラッド層
で挟んだダブルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造
部上に形成され該構造部に流れる電流をストライプ状に
狭窄する電流阻止層とを備えた半導体レーザ装置におい
て、 前記クラッド層のうち基板側のクラッド層の導電型はｐ
型で、該クラッド層のドーパントはＭｇであり、前記電
流阻止層のバンドギャップは活性層よりも大きいもので
あることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19683289A JPH0362584A (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19683289A JPH0362584A (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0362584A true JPH0362584A (ja) | 1991-03-18 |
Family
ID=16364411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19683289A Pending JPH0362584A (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0362584A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175607A (ja) * | 1991-06-18 | 1993-07-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体多層膜の形成方法および半導体レーザの製造方法 |
| JP2007042886A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法及び半導体素子 |
| JP2016157734A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
1989
- 1989-07-31 JP JP19683289A patent/JPH0362584A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175607A (ja) * | 1991-06-18 | 1993-07-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体多層膜の形成方法および半導体レーザの製造方法 |
| JP2007042886A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法及び半導体素子 |
| JP2016157734A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
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