JPH04145680A - 半導体レーザ素子及びその作製方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその作製方法Info
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- JPH04145680A JPH04145680A JP26838590A JP26838590A JPH04145680A JP H04145680 A JPH04145680 A JP H04145680A JP 26838590 A JP26838590 A JP 26838590A JP 26838590 A JP26838590 A JP 26838590A JP H04145680 A JPH04145680 A JP H04145680A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
Landscapes
- 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
本発明は、半導体レーザ素子及びその作製方法更に詳し
くいえば、半導体基板上に半導体発光活性層とその両側
の半導体光導波層で形成されるダブルヘテロ構造を積層
した構造の半導体レーザ素子及びその作製方法に関する
。 (従来の技術] 従来、半導体基板上に半導体発光活性層とその両側の半
導体光導波層で形成されるダブルヘテロ構造を積層した
構造の半導体レーザ素子は、各構成半導体層の格子定数
によって半導体発光活性層の歪量が影響され、半導体レ
ーザ素子の信頼性に大きく関わってくる。AQGaIn
P半導体装置ザの信頼性については、文献ジャパン・ジ
ャーナル・アプライド・フイジクスJpn J、 Ap
pl、 Phys。 28(1989) pp、1615〜1621において
論じられている。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、A Q G a I n P半導体レ
ーザの信頼性に関わるダブルヘテロ構造の結晶成長条件
については検討されてず、温度70℃以上における良好
な寿命が得られていないという問題があった。 本発明は主な目的は、半導体基板上に半導体発光活性層
とその両側の半導体光導波層で形成されるダブルヘテロ
構造を積層した構造の半導体レーザ素子において、高温
度における高信頼性を確保し、AQGaInP半導体レ
ーザと同等かそれ以上の良好な寿命を実現することにあ
る。 本発明の他の目的は、上記主な目的を達成する半導体レ
ーザの確実に作製する方法を提供することにある。
くいえば、半導体基板上に半導体発光活性層とその両側
の半導体光導波層で形成されるダブルヘテロ構造を積層
した構造の半導体レーザ素子及びその作製方法に関する
。 (従来の技術] 従来、半導体基板上に半導体発光活性層とその両側の半
導体光導波層で形成されるダブルヘテロ構造を積層した
構造の半導体レーザ素子は、各構成半導体層の格子定数
によって半導体発光活性層の歪量が影響され、半導体レ
ーザ素子の信頼性に大きく関わってくる。AQGaIn
P半導体装置ザの信頼性については、文献ジャパン・ジ
ャーナル・アプライド・フイジクスJpn J、 Ap
pl、 Phys。 28(1989) pp、1615〜1621において
論じられている。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、A Q G a I n P半導体レ
ーザの信頼性に関わるダブルヘテロ構造の結晶成長条件
については検討されてず、温度70℃以上における良好
な寿命が得られていないという問題があった。 本発明は主な目的は、半導体基板上に半導体発光活性層
とその両側の半導体光導波層で形成されるダブルヘテロ
構造を積層した構造の半導体レーザ素子において、高温
度における高信頼性を確保し、AQGaInP半導体レ
ーザと同等かそれ以上の良好な寿命を実現することにあ
る。 本発明の他の目的は、上記主な目的を達成する半導体レ
ーザの確実に作製する方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、半導体基板、半導体光導波
層及び半導体発光活性層のそれぞれの格子定数をal、
a2及びa3としたとき、これらの格子定数の間にal
(a2(a、・の関係、及び、格子定数比Δa2/a1
(Δa3/a1(Δa2=a。 a工、Δa、=a3−a1)の関係があるように各層の
材料を構成した。 好ましい実施形態としては格子定数比Δa 、 /a□
及びΔa□/a□の値が理想的に0であるか又は少なく
とも+0.002以下、望しくは+O,OO1以下とす
る。 また、上記格子定数及び格子定数比の関係を持半導体レ
ーザを確実に実現するために、半導体レーザ素子の作製
方法において、上記ダブルヘテロ構造中の半導体発光活
性層と同等の組成及び不純物濃度を有する層(擬似活性
層と呼ぶ)を上記ダブルヘテロ構造の最上層部に格子定
数a、の測定に必要な厚みだけ形成し、上記擬似活性層
を利用して、所定の格子定数の関係を持つ物を選別し、
選別されたちの擬似活性層を除去して所定の特性を持つ
半導体レーザ素子を製造する。上記擬似活性層の格子定
数a□の測定に必要な厚みは膜厚0.4〜1.0μmと
する。
層及び半導体発光活性層のそれぞれの格子定数をal、
a2及びa3としたとき、これらの格子定数の間にal
(a2(a、・の関係、及び、格子定数比Δa2/a1
(Δa3/a1(Δa2=a。 a工、Δa、=a3−a1)の関係があるように各層の
材料を構成した。 好ましい実施形態としては格子定数比Δa 、 /a□
及びΔa□/a□の値が理想的に0であるか又は少なく
とも+0.002以下、望しくは+O,OO1以下とす
る。 また、上記格子定数及び格子定数比の関係を持半導体レ
ーザを確実に実現するために、半導体レーザ素子の作製
方法において、上記ダブルヘテロ構造中の半導体発光活
性層と同等の組成及び不純物濃度を有する層(擬似活性
層と呼ぶ)を上記ダブルヘテロ構造の最上層部に格子定
数a、の測定に必要な厚みだけ形成し、上記擬似活性層
を利用して、所定の格子定数の関係を持つ物を選別し、
選別されたちの擬似活性層を除去して所定の特性を持つ
半導体レーザ素子を製造する。上記擬似活性層の格子定
数a□の測定に必要な厚みは膜厚0.4〜1.0μmと
する。
半導体レーザにおいて、半導体基板上に成長されるダブ
ルヘテロ構造の半導体層の格子定数は材質によってか大
きく異なる場合がある。例えばA Q G a A s
系の場合は組成が変わってもあまり変動はないが、格子
定数比が0.001以上に大きくなりうる可能性がある
A Q G a I n P半導体材料系では、半導体
発光活性層における歪量が素子の信頼性に大きく関わっ
てくる。例えば、GaAs板上に成長される(A Q
xG a L−X)II I n 1−m P系材料で
は、理想的にmが0.51のときにはGaAs基板の格
子定数とAQGaInP系の格子定数とが全く一致して
、格子定数の違いによる歪量はなく問題はない、しかし
ながら、実際の半導体結晶成長法においては、理想的に
G a A s基板の格子定数とA Q G a I
n Pの格子定数を全く一致させることは困難である。 現実的にはmの値は0.51とはならず、G a A
s基板上に成長されたA Q G a I n P層の
格子定数′は、基板の格子定数より大きくなるか小さく
なりうる。基板の格子定数より大きいAQGaInP層
には圧縮応力が働き格子定数が基板より小さく、AQG
aInP層には引張応力が働くことになるが、圧縮応力
が働く場合には半導体材料の結合が縮小したり結合角が
変化して緩和されるが、引張応力による歪が生じた場合
その半導体材料の結合を切り離す方向に働き刃状転位や
らせん転位に進展したり生じた欠陥転位を増殖させる可
能性が十分ある。このために、引張応力が半導体発光活
性層に°働く場合には、半導体レーザ素子における高い
信頼性が望めない。そこで、半導体基板上に結晶成長さ
れた半導体発光活性層や半導体光導波層の格子定数につ
いて規定を設定する必要がある。半導体基板、半導体光
導波層及び半導体発光活性層の格子定数をそれぞれaf
t a2及びa、としたときa工<82(a 3として
Δa2/a1(Δa、/a□(Δa 、 = a。 −a工、Δaff=a、−a、)の関係を設けることが
望しい。さらに、GaAs基板上のA Q G a A
s半導体レーザのように、格子定数比力N /JXさ
し)方がよく、Δa z / a 1及びΔa2 /
a 1は正の値で+0.002以下、望ましくは+0.
001以下の0(Δa、/al<Δa s / a 1
< + O、OO1の関係が成立することが要求される
。 また、通常半導体レーザの活性層は膜厚0.1μm以下
の薄膜であり、ダブルヘテロ構造中の活性層の格子定数
は測定困難であった。同一のダブルヘテロ構造において
、半導体基板、基板体光導波層及び半導体発光活性層の
格子定数シ二つし1て情報を得ることが重要である。本
発明の半導体レーザの作成方法においては、半導体レー
ザ素子しこIs要なダブルヘテロ構造を結晶成長した後
、半導体発光活性層4と同等の組成及び不純物濃度の結
晶成長条件のまま格子定数の測定容易な膜厚0.4〜1
.0μmである層をダブルヘテロ構造最上層部に設ける
ため、ダブルヘテロ構造最上層部しこ設けられたこの層
は、半導体レーザ素子の実際の作製工程では格子定数比
を測定したあと、選択的しこエツチング除去できるので
素子作製上問題&よな−。 なお、膜厚0.4〜1.0pmt±2結晶法番こよるX
線回折で回折可能な最低膜厚力10.4μmであり、ま
た、、0μm以上は層積層Φためレニ時間をむだにする
のみで、必要とじなし)力1らである。
ルヘテロ構造の半導体層の格子定数は材質によってか大
きく異なる場合がある。例えばA Q G a A s
系の場合は組成が変わってもあまり変動はないが、格子
定数比が0.001以上に大きくなりうる可能性がある
A Q G a I n P半導体材料系では、半導体
発光活性層における歪量が素子の信頼性に大きく関わっ
てくる。例えば、GaAs板上に成長される(A Q
xG a L−X)II I n 1−m P系材料で
は、理想的にmが0.51のときにはGaAs基板の格
子定数とAQGaInP系の格子定数とが全く一致して
、格子定数の違いによる歪量はなく問題はない、しかし
ながら、実際の半導体結晶成長法においては、理想的に
G a A s基板の格子定数とA Q G a I
n Pの格子定数を全く一致させることは困難である。 現実的にはmの値は0.51とはならず、G a A
s基板上に成長されたA Q G a I n P層の
格子定数′は、基板の格子定数より大きくなるか小さく
なりうる。基板の格子定数より大きいAQGaInP層
には圧縮応力が働き格子定数が基板より小さく、AQG
aInP層には引張応力が働くことになるが、圧縮応力
が働く場合には半導体材料の結合が縮小したり結合角が
変化して緩和されるが、引張応力による歪が生じた場合
その半導体材料の結合を切り離す方向に働き刃状転位や
らせん転位に進展したり生じた欠陥転位を増殖させる可
能性が十分ある。このために、引張応力が半導体発光活
性層に°働く場合には、半導体レーザ素子における高い
信頼性が望めない。そこで、半導体基板上に結晶成長さ
れた半導体発光活性層や半導体光導波層の格子定数につ
いて規定を設定する必要がある。半導体基板、半導体光
導波層及び半導体発光活性層の格子定数をそれぞれaf
t a2及びa、としたときa工<82(a 3として
Δa2/a1(Δa、/a□(Δa 、 = a。 −a工、Δaff=a、−a、)の関係を設けることが
望しい。さらに、GaAs基板上のA Q G a A
s半導体レーザのように、格子定数比力N /JXさ
し)方がよく、Δa z / a 1及びΔa2 /
a 1は正の値で+0.002以下、望ましくは+0.
001以下の0(Δa、/al<Δa s / a 1
< + O、OO1の関係が成立することが要求される
。 また、通常半導体レーザの活性層は膜厚0.1μm以下
の薄膜であり、ダブルヘテロ構造中の活性層の格子定数
は測定困難であった。同一のダブルヘテロ構造において
、半導体基板、基板体光導波層及び半導体発光活性層の
格子定数シ二つし1て情報を得ることが重要である。本
発明の半導体レーザの作成方法においては、半導体レー
ザ素子しこIs要なダブルヘテロ構造を結晶成長した後
、半導体発光活性層4と同等の組成及び不純物濃度の結
晶成長条件のまま格子定数の測定容易な膜厚0.4〜1
.0μmである層をダブルヘテロ構造最上層部に設ける
ため、ダブルヘテロ構造最上層部しこ設けられたこの層
は、半導体レーザ素子の実際の作製工程では格子定数比
を測定したあと、選択的しこエツチング除去できるので
素子作製上問題&よな−。 なお、膜厚0.4〜1.0pmt±2結晶法番こよるX
線回折で回折可能な最低膜厚力10.4μmであり、ま
た、、0μm以上は層積層Φためレニ時間をむだにする
のみで、必要とじなし)力1らである。
実施例1
本発明の一実施例について第1及び第3図を用いて説明
する。 第1図は本発明による半導体レーザ素子の1実施例の断
面図、第3図は第1図の半導体レーザ素子製造途中にお
ける半導体積層の断面図である。 第3図において、n −G a A s基板1(厚さ1
00μm)上にn−GaAsノ(ツファ層2(厚さ0.
5 μm、no=IX10”cn−”)、 n−(A
Q yG a i−y)m I n x−mP光導波
層3(厚さ1.0〜1.5 μm、 no= 8 X
1017〜I X 10”>−”、 y=o、’7.m
=0.51設定)、アンドープ(A Q xG a 1
−x)m I n 1−aP活性層4(厚さ0.04〜
0.08μm、x=o、m=0.51設定)mP(A
Q yG a x−yL+ I n L−NIP光導波
層5(厚さ0.8〜1.3pm、n^=4〜8 X 1
017cm−’y=0.72m=0.51設定)。 p−G a wa I n 1−a Pバラフッ層6(
厚さ0.02〜0.08pm、n^=1〜2X101″
am−’、m=0.51設定Lp型又はn型GaAs1
2 (厚さ0.2〜0.4μm、na又はnD=1〜2
x10”aa−’) 、及び活性層4と膜厚だけが異な
る同一組成の(A Q xG a 1−X)m I n
1−mP層13(厚さ0.4〜1.Oun、x=o、
m=0.51設定)を順次有機金属気相成長法によりエ
ピタキシャル成長する。この後、X線回折測定により、
GaAs基板1又はG a A s層12の格子定数a
1.光導波層3及び5の格子定数a2及び活性層の格子
定数に相当する擬似活性層13の格子定数a、を測定し
61(a2(a3、O<a2/a、<Δa 3/ a
i< 十〇 −001(Δa 1 = a Z a
L jΔa、=a、−a1)となっていることを確認
する。 上記関係を満たさないものは不良品として除く。 次に、ハロゲン酸系溶液により選択的に層13をエツチ
ング除去する。さらに、硫酸又1よ1ノン酸系溶液によ
り層12を選択的にエツチング除去する。 そして、5in2絶縁膜(厚さ0.2μm)を蒸着し、
ホトリソグラフィーによりストライプ状のギ 5102
膜マスクパターンを形成する。次しこ、ハロゲン酸系溶
液又は硫酸又はリン酸溶液を用0て1層6とバッファ層
5をエツチングし、第1図中のりッジ幅Wsを4〜6μ
m、層5の残り膜厚dをo、20〜0.4μmになるよ
うに設定する。 この次に、SiC2膜を残したまま、n −G a A
SS電流ブロク9層7厚さ1.0 μml no=4
XLニー)10”al−’)を選択成長する。次しこ、
SiOノ 2膜マスクを弗酸系溶液によりエツチング除去した後m
P−GaAsコンタクト層8(厚さ2〜3μm、n^:
lX10”〜I X 10”(!1−3)を埋込成長す
る。この後、p電極9及びn電極10を蒸着し、費開ス
クライブにより半導体レーザ素子の形に切り出す。 本実施例によると、閾値電流25〜35mA。 発振波長660〜680nmでレーザ発振し、環境温度
70℃で5rnW定光呂力動作の条件下で3000時間
以上の安定なCW発振動作が得られている。比較のため
に、半導体基板に対する半導体発光活性層の格子定数比
を負の値になるようにして作製した半導体レーザ素子で
は、上記信頼性試験の条件下で100〜200時間の寿
命しか得られなかった。本実施例による信頼性試験の結
果はAQGaAs半導体レーザのものと同等の寿命であ
った。 実施例2 本発明の他の実施例について第2及び第4@を用いて説
明する。 第2図は本発明による半導体レーザ素子の他の実施例の
断面図、第4図は第2図の半導体レーザ素子製造途中に
おける半導体積層の断面図である。 半導体レーザ素子の作製方法は、半導体発光活性層11
の作成工程を除いては実施例1と同様である。 半導体発光活性層11を単一又は多重量子井戸構造活性
層とする。単一量子井戸構造の場合、(A A xG
a 1−X)ml I n 1−aP量子井戸層(アン
ドープ、膜厚10〜30nm、x=ot m=0.51
設定)の前後に(A QcLG a 1− 、 )II
I n l−mP光導波層(アンドープ膜厚10〜20
nm、α=0.4゜m=0.51設定)を設けた構造と
する。多重量子井戸構造の場合、(A 11 xG a
x−xL I n z−wrP量子井戸層(アンドー
プ、膜厚3〜10nm、x=0、m=0.51設定、く
り返し数2〜5)及び(AQβGa1−β)llIn1
1P量子障壁層(アンドープ、膜厚3〜6.β=0.4
.m=0.51設定)を設けた構造とする。第4図にお
いて、層12まで成長した後、量子井戸層(A Q x
G a i−x )−Inl−+aP層と同等の組成
及び不純物濃度の層(AnβGa1−β)、I nt−
mP量子障壁層と同等の組成及び不純物濃度の層(擬似
量子障壁層)15を成長する。この後、X線回折測定に
より、GaAs基板又はG a A s層の格子定数a
、、半導体光導波層3及びSの格子定数a1、層15の
格子定数84及び層14の格子定数a、の間にai<a
。 <a4<a、、O<Δa、/a、<Δa、/a1(Δa
5/a1<+O,OO1(Δa2=a2−a1、Δa4
=a 4− a i TΔa、==a、−a1)の関係
が成立していることを確認する。この後、層15.14
及び12を選択的にエツチング除去する。これ以降の作
製工程は実施例1と全く同様である。 本実施例による
と、閾値電流10〜20mA、発振波長620〜650
nmでレーザ発振し、環境温度70℃で5mW定光出力
動作において3000時間以上の安定なCW発振動作が
得られている。
する。 第1図は本発明による半導体レーザ素子の1実施例の断
面図、第3図は第1図の半導体レーザ素子製造途中にお
ける半導体積層の断面図である。 第3図において、n −G a A s基板1(厚さ1
00μm)上にn−GaAsノ(ツファ層2(厚さ0.
5 μm、no=IX10”cn−”)、 n−(A
Q yG a i−y)m I n x−mP光導波
層3(厚さ1.0〜1.5 μm、 no= 8 X
1017〜I X 10”>−”、 y=o、’7.m
=0.51設定)、アンドープ(A Q xG a 1
−x)m I n 1−aP活性層4(厚さ0.04〜
0.08μm、x=o、m=0.51設定)mP(A
Q yG a x−yL+ I n L−NIP光導波
層5(厚さ0.8〜1.3pm、n^=4〜8 X 1
017cm−’y=0.72m=0.51設定)。 p−G a wa I n 1−a Pバラフッ層6(
厚さ0.02〜0.08pm、n^=1〜2X101″
am−’、m=0.51設定Lp型又はn型GaAs1
2 (厚さ0.2〜0.4μm、na又はnD=1〜2
x10”aa−’) 、及び活性層4と膜厚だけが異な
る同一組成の(A Q xG a 1−X)m I n
1−mP層13(厚さ0.4〜1.Oun、x=o、
m=0.51設定)を順次有機金属気相成長法によりエ
ピタキシャル成長する。この後、X線回折測定により、
GaAs基板1又はG a A s層12の格子定数a
1.光導波層3及び5の格子定数a2及び活性層の格子
定数に相当する擬似活性層13の格子定数a、を測定し
61(a2(a3、O<a2/a、<Δa 3/ a
i< 十〇 −001(Δa 1 = a Z a
L jΔa、=a、−a1)となっていることを確認
する。 上記関係を満たさないものは不良品として除く。 次に、ハロゲン酸系溶液により選択的に層13をエツチ
ング除去する。さらに、硫酸又1よ1ノン酸系溶液によ
り層12を選択的にエツチング除去する。 そして、5in2絶縁膜(厚さ0.2μm)を蒸着し、
ホトリソグラフィーによりストライプ状のギ 5102
膜マスクパターンを形成する。次しこ、ハロゲン酸系溶
液又は硫酸又はリン酸溶液を用0て1層6とバッファ層
5をエツチングし、第1図中のりッジ幅Wsを4〜6μ
m、層5の残り膜厚dをo、20〜0.4μmになるよ
うに設定する。 この次に、SiC2膜を残したまま、n −G a A
SS電流ブロク9層7厚さ1.0 μml no=4
XLニー)10”al−’)を選択成長する。次しこ、
SiOノ 2膜マスクを弗酸系溶液によりエツチング除去した後m
P−GaAsコンタクト層8(厚さ2〜3μm、n^:
lX10”〜I X 10”(!1−3)を埋込成長す
る。この後、p電極9及びn電極10を蒸着し、費開ス
クライブにより半導体レーザ素子の形に切り出す。 本実施例によると、閾値電流25〜35mA。 発振波長660〜680nmでレーザ発振し、環境温度
70℃で5rnW定光呂力動作の条件下で3000時間
以上の安定なCW発振動作が得られている。比較のため
に、半導体基板に対する半導体発光活性層の格子定数比
を負の値になるようにして作製した半導体レーザ素子で
は、上記信頼性試験の条件下で100〜200時間の寿
命しか得られなかった。本実施例による信頼性試験の結
果はAQGaAs半導体レーザのものと同等の寿命であ
った。 実施例2 本発明の他の実施例について第2及び第4@を用いて説
明する。 第2図は本発明による半導体レーザ素子の他の実施例の
断面図、第4図は第2図の半導体レーザ素子製造途中に
おける半導体積層の断面図である。 半導体レーザ素子の作製方法は、半導体発光活性層11
の作成工程を除いては実施例1と同様である。 半導体発光活性層11を単一又は多重量子井戸構造活性
層とする。単一量子井戸構造の場合、(A A xG
a 1−X)ml I n 1−aP量子井戸層(アン
ドープ、膜厚10〜30nm、x=ot m=0.51
設定)の前後に(A QcLG a 1− 、 )II
I n l−mP光導波層(アンドープ膜厚10〜20
nm、α=0.4゜m=0.51設定)を設けた構造と
する。多重量子井戸構造の場合、(A 11 xG a
x−xL I n z−wrP量子井戸層(アンドー
プ、膜厚3〜10nm、x=0、m=0.51設定、く
り返し数2〜5)及び(AQβGa1−β)llIn1
1P量子障壁層(アンドープ、膜厚3〜6.β=0.4
.m=0.51設定)を設けた構造とする。第4図にお
いて、層12まで成長した後、量子井戸層(A Q x
G a i−x )−Inl−+aP層と同等の組成
及び不純物濃度の層(AnβGa1−β)、I nt−
mP量子障壁層と同等の組成及び不純物濃度の層(擬似
量子障壁層)15を成長する。この後、X線回折測定に
より、GaAs基板又はG a A s層の格子定数a
、、半導体光導波層3及びSの格子定数a1、層15の
格子定数84及び層14の格子定数a、の間にai<a
。 <a4<a、、O<Δa、/a、<Δa、/a1(Δa
5/a1<+O,OO1(Δa2=a2−a1、Δa4
=a 4− a i TΔa、==a、−a1)の関係
が成立していることを確認する。この後、層15.14
及び12を選択的にエツチング除去する。これ以降の作
製工程は実施例1と全く同様である。 本実施例による
と、閾値電流10〜20mA、発振波長620〜650
nmでレーザ発振し、環境温度70℃で5mW定光出力
動作において3000時間以上の安定なCW発振動作が
得られている。
本発明によれば、AQGa I nP半導体レーザのダ
ブルヘテロ構造中の活性層に引張応力による歪を生じさ
せないようにし、基板に対する活性層の格子定数比が規
定の範囲内にすることにより、高い信頼性を確保できる
。また、薄膜活性層の格子定数について評価し情報が得
ることができるので、上記格子定数比が規定の範囲内に
ある結晶ウェハを選んで、素子を作製することができる
ので、高い信頼性を有する素子を歩留まりよく実現でき
る。本発明の半導体レーザでは、閾値電流10〜20m
A、でレーザ発振し、環境温度70’Cで5mW定光出
力動作において3000時間以上の安定な動作を得、A
Q G a A s半導体レーザと同等の信頼性を実
現できた。 本発明では、主にA Q G a I n P半導体レ
ーザについて説明したが、基板とその上に結晶成長され
る半導体層の格子定数が異なる杢糸の半導体材料につい
ても同様の効果を得ることができる。
ブルヘテロ構造中の活性層に引張応力による歪を生じさ
せないようにし、基板に対する活性層の格子定数比が規
定の範囲内にすることにより、高い信頼性を確保できる
。また、薄膜活性層の格子定数について評価し情報が得
ることができるので、上記格子定数比が規定の範囲内に
ある結晶ウェハを選んで、素子を作製することができる
ので、高い信頼性を有する素子を歩留まりよく実現でき
る。本発明の半導体レーザでは、閾値電流10〜20m
A、でレーザ発振し、環境温度70’Cで5mW定光出
力動作において3000時間以上の安定な動作を得、A
Q G a A s半導体レーザと同等の信頼性を実
現できた。 本発明では、主にA Q G a I n P半導体レ
ーザについて説明したが、基板とその上に結晶成長され
る半導体層の格子定数が異なる杢糸の半導体材料につい
ても同様の効果を得ることができる。
第1及び第2図はいずれも本発明による半導体レーザ素
子の実施例を示す断面図、第3及び第4図はそれぞれ第
1及び第2図の半導体レーザ素子を作製するた工程にお
ける層構成断面図である。 1− n −G a A s基板、2− n−GaAs
バッファ層、3− n (A Q yG a L−F
)II I n 1−mP光導波層、4・・・アンドー
プ(A Q xG a x−x’)m I n 1−m
P活性層、5”・p (A QyG al−y)mI
nl−i+P光導波層、6・=p GamI nl
−mP層、7− n −G a A s電流ブロック層
、8・・・p −G a A sコンタクト層、9・・
・P電極、10・・・n電極、11・・・量子井戸構造
活性層、12・・・p又はn型G a A s層、13
・・・擬似活性層、14・・・擬似量子井戸層、15・
・・擬似量子障壁層。 代理人弁理士 薄 1)利 幸 第 図 第 図
子の実施例を示す断面図、第3及び第4図はそれぞれ第
1及び第2図の半導体レーザ素子を作製するた工程にお
ける層構成断面図である。 1− n −G a A s基板、2− n−GaAs
バッファ層、3− n (A Q yG a L−F
)II I n 1−mP光導波層、4・・・アンドー
プ(A Q xG a x−x’)m I n 1−m
P活性層、5”・p (A QyG al−y)mI
nl−i+P光導波層、6・=p GamI nl
−mP層、7− n −G a A s電流ブロック層
、8・・・p −G a A sコンタクト層、9・・
・P電極、10・・・n電極、11・・・量子井戸構造
活性層、12・・・p又はn型G a A s層、13
・・・擬似活性層、14・・・擬似量子井戸層、15・
・・擬似量子障壁層。 代理人弁理士 薄 1)利 幸 第 図 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に設けられた、半導体発光活性層とそ
の両側の半導体光導波層で形成されるダブルヘテロ構造
において、該半導体基板材料の格子定数a_1、該半導
体光導波層の格子定数a_2及び該半導体発光活性層の
格子定数a_3が、a_1≦a_2≦a_3、該半導体
基板材料に対する格子定数比Δa_2/a_1(Δa_
2=a_2−a_1)及びΔa_3/a_1(Δa_3
=a_3−a_1)が0<Δa_2/a_1≦Δa_3
/a_1の関係を持つように構成されたことを特徴とす
る半導体レーザ素子。 2、請求項第1記載の半導体レーザ素子において、該格
子定数比Δa_3/a_1が0から+0.002の範囲
、該格子定数比Δa_2/a_1が0から+0.001
の範囲に設定されたことを特徴とする半導体レーザ素子
。 3、請求項第1又は第2記載において、該半導体基板を
GaAsとし、該半導体発光活性層を(Al_xGa_
1_−_x)_mIn_1_−_mP(0≦x≦0.4
)、該半導体光導波層を(Al_yGa_1_−_y)
_mIn_1_−_mP(0≦y≦1.0、x<y)、
mは該半導体基板の格子定数に整合するように設定とし
たことを特徴とする半導体レーザ素子。 4、請求項第1、第2又は第3記載において、該半導体
発光活性層を単一又は多重量井戸構造とし、量子障壁層
の格子定数a_4、量子井戸層の格子定数a_5とした
とき上記半導体基板及び上記半導体光導波層のそれぞれ
の格子定数a_1及びa_2がa_1≦a_2≦a_4
≦a_5の関係を有し、0≦Δa_2/a_1≦Δa_
4/a_1≦Δa_5/a_1≦0.001(Δa_2
=a_2−a_1、Δa_4=a_4−a_1、Δa_
5=a_5−a_1)となるように設定されたことを特
徴とする半導体レーザ素子。 5、請求項第1、第2、第3又は第4記載において、上
記半導体発光活性層が圧縮応力が働く歪量を有する、バ
ルク又は超格子であることを特徴とする半導体レーザ素
子。 6、半導体基板上に半導体発光活性層とその両側の半導
体光導波層とで形成されるダブルヘテロ構造を結晶成長
によって積層する半導体レーザ素子の作製において、 該ダブルヘテロ構造を積層後、該ダブルヘテロ構造中の
該半導体発光活性層と同等の組成及び不純物濃度を有す
る疑似活性層を該ダブルヘテロ構造の最上層部に設ける
第1工程と、該疑似活性層の特性を測定する第2工程と
、該第2工程後該疑似活性層を除去する第3工程とを有
することを特徴とする半導体レーザ素子の作製方法。 7、請求項第8記載のにおいて、該疑似活性層の膜厚を
少なくとも0.4〜1.0μmとすることを特徴とする
半導体レーザ素子の作製方法。 8、半導体基板上に、半導体発光活性層とその両側の半
導体光導波層で形成されるダブルヘテロ構造を結晶成長
によって積層する半導体レーザ素子の作製において、該
半導体基板材料の格子定数a_1、該半導体光導波層の
格子定数a_2及び該半導体発光活性層の格子定数a_
3としたとき、それぞれの格子定数の関係をa_1≦a
_2≦a_3とし、該半導体基板材料に対する格子定数
比 Δa_2/a_1(Δa_2=a_2−a_1)及びΔ
a_2/a_1(Δa_3=a_3−a_1)を 0<Δa_2/a_1≦Δa_3/a_1を成立させる
ように結晶成長することを特徴とする半導体レーザ素子
の作製方法。 9、請求項第8記載において、該Δa_3/a_1を0
から+0.002の範囲、該Δa_2/a_1を0から
+0.001の範囲に設定することを特徴とする半導体
レーザ素子の作製方法。 10、請求項第8又は第9記載の半導体レーザ素子の作
製方法において、該ダブルヘテロ構造を積層後、該ダブ
ルヘテロ構造中の該半導体発光活性層と同等の組成及び
不純物濃度を有する疑似活性層を該ダブルヘテロ構造の
最上層部に設ける第1工程と、該疑似活性層の特性を測
定する第2工程と、該第2工程後該疑似活性層を除去す
る第3工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素
子の作製方法。 11、請求項第10項記載において、該疑似活性層の膜
厚を少なくとも0.4〜1.0μmとすることを特徴と
する半導体レーザ素子の作製方法。 12、請求項第6乃至第11記載のいずれかにおいて、
該半導体発光活性層を単一又は多重量井戸構造とし、量
子障壁層の格子定数a_4、量子井戸層の格子定数a_
5としたとき半導体基板及び半導体光導波層の格子定数
それぞれのa_1、a_2との間にa_1≦a_2≦a
_4≦a_5の関係が成立するように設定し、 0≦Δa_2/a_1≦Δa_4/a_1≦Δa_5/
a_1≦0.001(Δa_2=a_2−a_1、Δa
_4=a_4−a_1、Δa_5=a_5−a_1)と
なるように設定したことを特徴とする半導体レーザ素子
の作製方法。 13、請求項第12記載において、該量子障壁層と該量
子井戸層と同等の組成及び不純物濃度を有する層をそれ
ぞれ該ダブルヘテロ構造の最上層部に設けることを特徴
とする半導体レーザ素子及びその作製方法。 14、請求項第6乃至第11記載のいずれかにおいて、
、該ダブルヘテロ構造を有機金属気相成分法により成長
し、成長温度650〜750℃の範囲でエピタキシャル
成長させることを特徴とする半導体レーザ素子の作製方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26838590A JPH04145680A (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26838590A JPH04145680A (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04145680A true JPH04145680A (ja) | 1992-05-19 |
Family
ID=17457750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26838590A Pending JPH04145680A (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04145680A (ja) |
-
1990
- 1990-10-08 JP JP26838590A patent/JPH04145680A/ja active Pending
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