JPH04252089A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH04252089A JPH04252089A JP818191A JP818191A JPH04252089A JP H04252089 A JPH04252089 A JP H04252089A JP 818191 A JP818191 A JP 818191A JP 818191 A JP818191 A JP 818191A JP H04252089 A JPH04252089 A JP H04252089A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、０．６μｍ帯に発振波
長を有するＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザに関する
。
長を有するＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザに関する
。
【０００２】
【従来の技術】現在、書換型光ディスク用光源を目指し
て、ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの高出力化が盛
んに行われている。ところが、ＡｌＧａＩｎＰレーザは
、レーザ端面の光学損傷による瞬時劣化、すなわち、Ｃ
ＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｄａｍａｇｅの略。）により、高出力化が制限されて
いるのが現状である。この問題を解決するため、従来、
活性層への光閉じ込め係数を小さくし、ＣＯＤ光出力を
向上させようとする試みがなされてきた。参考文献とし
て、エレクトロニクスレターズ（Ｈ．Ｆｕｊｉｉ ｅ
ｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．）２３巻（
１９８７）９３８頁または、プロシーディング オブ
エスピーアイイー（Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅ
ｔ ａｌ．Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＰＩＥ）８９８（１９８
８）８４頁がある。しかしながら、前記の方法では、光
閉じ込め係数を減少させたとき、ＣＯＤ光出力の増加と
ともに、しきい値電流密度も増大するという問題があっ
た。そこで、我々のグループでは、９０年秋の応物学会
（予稿集２８ｐ−Ｒ−１６および２８ｐ−Ｒ−１７参照
。）において、レーザ端面近傍の活性層の禁制帯幅をレ
ーザ中央部の活性層の禁制帯幅よりも高エネルギ化した
ウィンドウ構造（レーザ端面近傍が発振光に対して透明
となり、窓のように振る舞うのでこう呼ばれている。）
により、大幅にＣＯＤ光出力を高め、高出力化が可能で
あることを示した。
て、ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの高出力化が盛
んに行われている。ところが、ＡｌＧａＩｎＰレーザは
、レーザ端面の光学損傷による瞬時劣化、すなわち、Ｃ
ＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｄａｍａｇｅの略。）により、高出力化が制限されて
いるのが現状である。この問題を解決するため、従来、
活性層への光閉じ込め係数を小さくし、ＣＯＤ光出力を
向上させようとする試みがなされてきた。参考文献とし
て、エレクトロニクスレターズ（Ｈ．Ｆｕｊｉｉ ｅ
ｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．）２３巻（
１９８７）９３８頁または、プロシーディング オブ
エスピーアイイー（Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅ
ｔ ａｌ．Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＰＩＥ）８９８（１９８
８）８４頁がある。しかしながら、前記の方法では、光
閉じ込め係数を減少させたとき、ＣＯＤ光出力の増加と
ともに、しきい値電流密度も増大するという問題があっ
た。そこで、我々のグループでは、９０年秋の応物学会
（予稿集２８ｐ−Ｒ−１６および２８ｐ−Ｒ−１７参照
。）において、レーザ端面近傍の活性層の禁制帯幅をレ
ーザ中央部の活性層の禁制帯幅よりも高エネルギ化した
ウィンドウ構造（レーザ端面近傍が発振光に対して透明
となり、窓のように振る舞うのでこう呼ばれている。）
により、大幅にＣＯＤ光出力を高め、高出力化が可能で
あることを示した。
【０００３】
【発明が解決しようとる課題】しかしながら、上記ウィ
ンドウ構造レーザでは、高出力動作時の動作電流値が高
く、高出力高信頼性動作に問題がある。ちなみに、我々
のグループの実験結果よりＡｌＧａＩｎＰ系レーザの寿
命は通電電流に大きく依存していることがわかっており
、９０秋の応物学会（予稿集２７ｐ−Ｒ−１５参照）で
報告されている。
ンドウ構造レーザでは、高出力動作時の動作電流値が高
く、高出力高信頼性動作に問題がある。ちなみに、我々
のグループの実験結果よりＡｌＧａＩｎＰ系レーザの寿
命は通電電流に大きく依存していることがわかっており
、９０秋の応物学会（予稿集２７ｐ−Ｒ−１５参照）で
報告されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、ＧａＡ
ｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第
１のクラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまた
はＡｌＩｎＰの多層構造でなる量子井戸構造の活性層、
ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第２のクラッド
層をこの順に含むダブルヘテロ構造を有し、前記第２の
クラッド層の層厚が部分的に厚くなりメサを形成してい
る半導体レーザにおいて、前記メサの形状がメサ上部の
幅の方がメサ底部の幅よりも広く、かつ、レーザ共振器
端面近傍の活性層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁
制帯幅が、レーザ中央部の活性層構成する量子井戸構造
の井戸層の禁制帯幅よりも大きいことを特徴とする。
ｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第
１のクラッド層、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまた
はＡｌＩｎＰの多層構造でなる量子井戸構造の活性層、
ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第２のクラッド
層をこの順に含むダブルヘテロ構造を有し、前記第２の
クラッド層の層厚が部分的に厚くなりメサを形成してい
る半導体レーザにおいて、前記メサの形状がメサ上部の
幅の方がメサ底部の幅よりも広く、かつ、レーザ共振器
端面近傍の活性層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁
制帯幅が、レーザ中央部の活性層構成する量子井戸構造
の井戸層の禁制帯幅よりも大きいことを特徴とする。
【０００５】または、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎ
ＰまたはＡｌＩｎＰでなる第１クラッド層、ＧａＩｎＰ
またはＡＩＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの多層構造でな
る量子井戸構造の活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩ
ｎＰでなる第２にクラッド層をこの順に含むダブルヘテ
ロ構造を有し、前記第２のクラッド層の層厚が部分的に
厚くなりメサを形成している半導体レーザにおいて、前
記メサの形状がメサ上部の幅の方がメサ底部の幅よりも
広く、かつ、レーザ共振器端面近傍の活性層を構成する
量子井戸構造の井戸層の禁制帯幅が、レーザ中央部の活
性層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁制帯幅よりも
大きく、さらに、井戸層の格子定数が基板の格子定数に
比べ０．３％以上長格子側に歪んでいることを特徴とす
る。
ＰまたはＡｌＩｎＰでなる第１クラッド層、ＧａＩｎＰ
またはＡＩＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの多層構造でな
る量子井戸構造の活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩ
ｎＰでなる第２にクラッド層をこの順に含むダブルヘテ
ロ構造を有し、前記第２のクラッド層の層厚が部分的に
厚くなりメサを形成している半導体レーザにおいて、前
記メサの形状がメサ上部の幅の方がメサ底部の幅よりも
広く、かつ、レーザ共振器端面近傍の活性層を構成する
量子井戸構造の井戸層の禁制帯幅が、レーザ中央部の活
性層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁制帯幅よりも
大きく、さらに、井戸層の格子定数が基板の格子定数に
比べ０．３％以上長格子側に歪んでいることを特徴とす
る。
【０００６】
【作用】図１に本発明のウィンドウ構造高出力ＡｌＧａ
ＩｎＰ量子井戸型半導体レーザの構造図を、図２に本発
明の半導体レーザの量子井戸構造活性層近傍のバンドダ
イアグラムの一例を、図３に非ウィンドウ構造ＡｌＧａ
ＩｎＰ半導体レーザの高温通電試験における電流密度と
素子寿命の関係のデータを、図４に従来のバルク活性層
（厚膜かつ非量子井戸構造）図中の（ａ）、及び本発明
の量子井戸構造活性層（一例として単一量子井戸で歪の
有／無の場合。）図中の（ｂ）と（ｃ）、のストライプ
幅（メサ底部の幅で定義。）としきい値電流密度の関係
を示す。
ＩｎＰ量子井戸型半導体レーザの構造図を、図２に本発
明の半導体レーザの量子井戸構造活性層近傍のバンドダ
イアグラムの一例を、図３に非ウィンドウ構造ＡｌＧａ
ＩｎＰ半導体レーザの高温通電試験における電流密度と
素子寿命の関係のデータを、図４に従来のバルク活性層
（厚膜かつ非量子井戸構造）図中の（ａ）、及び本発明
の量子井戸構造活性層（一例として単一量子井戸で歪の
有／無の場合。）図中の（ｂ）と（ｃ）、のストライプ
幅（メサ底部の幅で定義。）としきい値電流密度の関係
を示す。
【０００７】まず、図１に本発明のウィンドウ構造Ａｌ
ＧａＩｎＰ量子井戸半導体レーザについて説明する。図
１の半導体レーザは、ＧａＡｓ基板上の３回の有機金属
熱分解気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法と略記。）によ
り作製される。まず、第１回目のＭＯＶＰＥ法による成
長で、ＧａＡｓ基板２００上に、バッファ層１９０、Ａ
ｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなるクラッド層１１０
、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの
多層構造で構成される量子井戸構造でなる活性層１００
、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなるクラッド層１
２０、ＧａＩｎＰでなるエッチング停止層１４０、Ａｌ
ＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなるクラッド層１３０、
ＧａＩｎＰ層１５０、ＧａＡｓでなるキャップ層１６０
を順次成長する。
ＧａＩｎＰ量子井戸半導体レーザについて説明する。図
１の半導体レーザは、ＧａＡｓ基板上の３回の有機金属
熱分解気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法と略記。）によ
り作製される。まず、第１回目のＭＯＶＰＥ法による成
長で、ＧａＡｓ基板２００上に、バッファ層１９０、Ａ
ｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなるクラッド層１１０
、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの
多層構造で構成される量子井戸構造でなる活性層１００
、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなるクラッド層１
２０、ＧａＩｎＰでなるエッチング停止層１４０、Ａｌ
ＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなるクラッド層１３０、
ＧａＩｎＰ層１５０、ＧａＡｓでなるキャップ層１６０
を順次成長する。
【０００８】次に、レーザ共振器端面近傍の量子井戸構
造の井戸層の禁制帯幅をレーザ中央部の量子井戸構造の
井戸層の禁制帯幅よりも大きくするために、活性領域に
絶縁膜でなる拡散マスクをかぶせ、レーザ共振器端面近
傍のウィンドウ領域２６０、２７０に選択的にＺｎを拡
散させ、ウィンドウ領域を形成する。
造の井戸層の禁制帯幅をレーザ中央部の量子井戸構造の
井戸層の禁制帯幅よりも大きくするために、活性領域に
絶縁膜でなる拡散マスクをかぶせ、レーザ共振器端面近
傍のウィンドウ領域２６０、２７０に選択的にＺｎを拡
散させ、ウィンドウ領域を形成する。
【０００９】そして、次に、導波構造および電流狭窄構
造を形成するため、キャプ層１６０、ＧａＩｎＰ層１５
０、クラッド層１３０の各層を選択エッチングにより除
去し、メサ構造を形成する。なお、ウインドウ型レーザ
では高出力まで基本横モード発振を維持しなけらばなら
ないため、狭ストライプ化が必要で、そのため、メサ形
成の容易さおよび素子直列抵抗の低減の観点からメサ上
部の幅の方がメサ底部の幅よりも広くなるようにメサ方
位を選んでいる。
造を形成するため、キャプ層１６０、ＧａＩｎＰ層１５
０、クラッド層１３０の各層を選択エッチングにより除
去し、メサ構造を形成する。なお、ウインドウ型レーザ
では高出力まで基本横モード発振を維持しなけらばなら
ないため、狭ストライプ化が必要で、そのため、メサ形
成の容易さおよび素子直列抵抗の低減の観点からメサ上
部の幅の方がメサ底部の幅よりも広くなるようにメサ方
位を選んでいる。
【００１０】次に、選択エッチングに用いた同一のマス
クを用いて、電流ブロック層兼光吸収層となるＧａＡｓ
層１８０を選択的に成長する。なお、ＧａＡｓ層１８０
は活性領域２５０ではメサ側面およびメサ外の平坦面上
に積層し、ウインドウ領域２６０、２７０ではメサ上を
含む全面に積層するようにあらかじめマスクを部分的に
除去しておく。その後、マスクを除去し、全面にＧａＡ
ｓでなるコンタクト層１７０を成長し、電極形成してレ
ーザ構造ができあがる。
クを用いて、電流ブロック層兼光吸収層となるＧａＡｓ
層１８０を選択的に成長する。なお、ＧａＡｓ層１８０
は活性領域２５０ではメサ側面およびメサ外の平坦面上
に積層し、ウインドウ領域２６０、２７０ではメサ上を
含む全面に積層するようにあらかじめマスクを部分的に
除去しておく。その後、マスクを除去し、全面にＧａＡ
ｓでなるコンタクト層１７０を成長し、電極形成してレ
ーザ構造ができあがる。
【００１１】ここで、ウィンドウ領域形成のためＺｎ拡
散を行って井戸層の禁制帯幅を高エネルギ化したのは以
下の理由による。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ結晶材料特
有の現象として、ＭＯＶＰＥ法の特定の成長条件で成長
した結晶はいわゆる“自然超格子”が形成されて正規の
禁制帯幅よりも低エネルギになり、かつ、結晶成長後に
その結晶に一定濃度以上のＺｎ拡散を行うと禁制帯幅が
正規の大きさに向けて増大するという現象が知られてい
る。そこで、前もって活性領域のＧａＩｎＰ活性層の成
長条件を自然超格子の形成される条件で成長しておいて
、その後ウィンドウ領域のみＺｎ拡散を行って高エネル
ギ化すれば、ウィンドウ構造が形成できるということで
ある。（参考文献：上野他、９０春応物予稿集２９ａ−
ＳＡ−７。）以上のようにして、ウィンドウ領域の活性
層の禁制帯幅が活性領域の活性層の禁制帯幅に比べ大き
く、発振レーザ光に対して透明なウィンドウ領域を有す
るウィンドウ型高出力ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザが形
成される。また、図１の構造では活性領域、ウィンドウ
領域すべてにわたりメサ構造導波路が形成されるため、
モード制御が良好な半導体レーザが得られる。
散を行って井戸層の禁制帯幅を高エネルギ化したのは以
下の理由による。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ結晶材料特
有の現象として、ＭＯＶＰＥ法の特定の成長条件で成長
した結晶はいわゆる“自然超格子”が形成されて正規の
禁制帯幅よりも低エネルギになり、かつ、結晶成長後に
その結晶に一定濃度以上のＺｎ拡散を行うと禁制帯幅が
正規の大きさに向けて増大するという現象が知られてい
る。そこで、前もって活性領域のＧａＩｎＰ活性層の成
長条件を自然超格子の形成される条件で成長しておいて
、その後ウィンドウ領域のみＺｎ拡散を行って高エネル
ギ化すれば、ウィンドウ構造が形成できるということで
ある。（参考文献：上野他、９０春応物予稿集２９ａ−
ＳＡ−７。）以上のようにして、ウィンドウ領域の活性
層の禁制帯幅が活性領域の活性層の禁制帯幅に比べ大き
く、発振レーザ光に対して透明なウィンドウ領域を有す
るウィンドウ型高出力ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザが形
成される。また、図１の構造では活性領域、ウィンドウ
領域すべてにわたりメサ構造導波路が形成されるため、
モード制御が良好な半導体レーザが得られる。
【００１２】しかしながら、上記の工程で作成されるウ
ィンドウ型半導体レーザには、従来以下のような問題が
存在した。すなわちウィンドウ型レーザでは、非電流注
入領域であるウィンドウ領域が吸収領域として働き、さ
らに、高出力までモード制御を行う必要から狭ストライ
プ化するため、導波損失も大きく、動作電流値が従来の
非ウィンドウレーザに比べかなり高くなる。また、図３
は非ウィンドウＡｌＧａＩｎＰレーザの、動作電流密度
と素子寿命の関係を示したグラフであるが、これよりＡ
ｌＧａＩｎＰレーザでは動作電流値が素子寿命に大きく
影響し、高信頼化のためには、動作電流の低減が必須で
あることがわかる。
ィンドウ型半導体レーザには、従来以下のような問題が
存在した。すなわちウィンドウ型レーザでは、非電流注
入領域であるウィンドウ領域が吸収領域として働き、さ
らに、高出力までモード制御を行う必要から狭ストライ
プ化するため、導波損失も大きく、動作電流値が従来の
非ウィンドウレーザに比べかなり高くなる。また、図３
は非ウィンドウＡｌＧａＩｎＰレーザの、動作電流密度
と素子寿命の関係を示したグラフであるが、これよりＡ
ｌＧａＩｎＰレーザでは動作電流値が素子寿命に大きく
影響し、高信頼化のためには、動作電流の低減が必須で
あることがわかる。
【００１３】そこで、本発明のウィンドウ型半導体レー
ザでは、活性層をＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまた
はＡｌＩｎＰの多層構造でなる量子井戸構造で形成し、
もしくは、基板の格子定数よりも０．３％以上長格子側
に歪ませた井戸層を有する量子井戸構造で形成すること
により、動作電流の大幅な低減を図り、高出力高信頼な
ウィンドウ型ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザを得る
というものである。
ザでは、活性層をＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまた
はＡｌＩｎＰの多層構造でなる量子井戸構造で形成し、
もしくは、基板の格子定数よりも０．３％以上長格子側
に歪ませた井戸層を有する量子井戸構造で形成すること
により、動作電流の大幅な低減を図り、高出力高信頼な
ウィンドウ型ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザを得る
というものである。
【００１４】図２に本発明のウィンドウ型半導体レーザ
の活性層を構成する量子井戸構造の一例を示す。図中の
（Ａ）は活性層が１０ｎｍの単一の井戸層とその両側の
７５ｎｍの光閉じこめ層でなる量子井戸構造で形成され
たいわゆるＳＱＷ−ＳＣＨ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｗｅｌｌ−Ｓｅｐｅｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉ
ｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅの略
。）で構成された場合、（Ｂ）は５層、１０ｎｍの井戸
層と６層、５ｎｍのバリア層でなる量子井戸構造いわゆ
るＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ
の略。）で構成された場合、（Ｃ）は（Ａ）と同様な構
造で井戸層に長格子側への歪を加えた場合である。
の活性層を構成する量子井戸構造の一例を示す。図中の
（Ａ）は活性層が１０ｎｍの単一の井戸層とその両側の
７５ｎｍの光閉じこめ層でなる量子井戸構造で形成され
たいわゆるＳＱＷ−ＳＣＨ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｗｅｌｌ−Ｓｅｐｅｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉ
ｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅの略
。）で構成された場合、（Ｂ）は５層、１０ｎｍの井戸
層と６層、５ｎｍのバリア層でなる量子井戸構造いわゆ
るＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ
の略。）で構成された場合、（Ｃ）は（Ａ）と同様な構
造で井戸層に長格子側への歪を加えた場合である。
【００１５】また、図４に従来のバルク活性層および本
発明による量子井戸構造活性層の場合について、しきい
値電流密度とストライプ幅の関係のデータを示す。図中
（ａ）は厚さ６０ｎｍのバルク活性層を有する従来例の
ＬＤ、（ｂ）は図２（Ａ）の単一量子井戸構造活性層を
有する本発明のＬＤ、（ｃ）は図２（Ｃ）の歪単一量子
井戸構造活性層を有する本発明の別のＬＤである。この
グラフよりバルク活性層を有するＬＤに比べ単一量子井
戸構造を有するＬＤでは低しきい値電流化が可能で動作
電流の低減に効果があると推測される。また、歪単一量
子井戸構造ではさらに一層低しきい値電流化が可能で動
作電流もさらに低減でき、本発明のウィンドウ型レーザ
の信頼性の大幅な向上が期待できる。また、ここでは単
一量子井戸構造のみのデータを示したが、多重量子井戸
構造についても同様に動作電流の低減、高信頼化に有効
である。
発明による量子井戸構造活性層の場合について、しきい
値電流密度とストライプ幅の関係のデータを示す。図中
（ａ）は厚さ６０ｎｍのバルク活性層を有する従来例の
ＬＤ、（ｂ）は図２（Ａ）の単一量子井戸構造活性層を
有する本発明のＬＤ、（ｃ）は図２（Ｃ）の歪単一量子
井戸構造活性層を有する本発明の別のＬＤである。この
グラフよりバルク活性層を有するＬＤに比べ単一量子井
戸構造を有するＬＤでは低しきい値電流化が可能で動作
電流の低減に効果があると推測される。また、歪単一量
子井戸構造ではさらに一層低しきい値電流化が可能で動
作電流もさらに低減でき、本発明のウィンドウ型レーザ
の信頼性の大幅な向上が期待できる。また、ここでは単
一量子井戸構造のみのデータを示したが、多重量子井戸
構造についても同様に動作電流の低減、高信頼化に有効
である。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の高出力ウィンドウ構造ＡｌＧ
ａＩｎＰ可視光半導体レーザについて、素子作製上の具
体的数値を用いて実施例を説明する。
ａＩｎＰ可視光半導体レーザについて、素子作製上の具
体的数値を用いて実施例を説明する。
【００１７】図１の構造について説明する。Ｓｉドーブ
ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、７０Ｔｏｒｒ減圧のＭＯ
ＶＰＥ法結晶成長により、ＳｉドーブＧａＡｓでなるバ
ッファ層１９０、２×１０１７ｃｍ−３のＳｉドーブ、
厚さ１．１μｍのＡｌＧａＩｎＰでなるクラッド層１１
０、量子井戸構造でなるアンドーブ活性層１００、３×
１０１７ｃｍ−３のＺｎドーブ、厚さ０．２μｍのＡｌ
ＧａＩｎＰでなるクラッド層１２０、厚さ５ｎｍのＧａ
ＩｎＰでなるエッチング停止層１４０、３×１０１７ｃ
ｍ−３のＺｎドーブ、厚さ０．９μｍのＡｌＧａＩｎＰ
でなるクラッド層１３０、厚さ０．０２μｍのＧａＩｎ
Ｐ層１５０、厚さ０．３μｍのＧａＡｓでなるキャップ
層１６０を順次結晶成長する。ここで、量子井戸構造活
性層については数種類作製したが代表的な例として、歪
の無い単一量子井戸構造及び歪単一量子井戸構造の素子
パラメータを述べる。前者は量子井戸構造として、厚さ
７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩｎＰでなる光閉じこめ
層、厚さ１０ｎｍ、アンドーブ、歪無しのＧａＩｎＰで
なる井戸層、厚さ７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩｎＰ
でなる光閉じ込め層の順次成長で構成され、後者は量子
井戸構造として、厚さ７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩ
ｎＰでなる光閉じこめ層、厚さ１０ｎｍ、アンドーブ、
基板に比べ０．５％長格子へ歪んだＧａＩｎＰでなる井
戸層、厚さ７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩｎＰでなる
光閉じ込め層の順次成長で構成される。
ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、７０Ｔｏｒｒ減圧のＭＯ
ＶＰＥ法結晶成長により、ＳｉドーブＧａＡｓでなるバ
ッファ層１９０、２×１０１７ｃｍ−３のＳｉドーブ、
厚さ１．１μｍのＡｌＧａＩｎＰでなるクラッド層１１
０、量子井戸構造でなるアンドーブ活性層１００、３×
１０１７ｃｍ−３のＺｎドーブ、厚さ０．２μｍのＡｌ
ＧａＩｎＰでなるクラッド層１２０、厚さ５ｎｍのＧａ
ＩｎＰでなるエッチング停止層１４０、３×１０１７ｃ
ｍ−３のＺｎドーブ、厚さ０．９μｍのＡｌＧａＩｎＰ
でなるクラッド層１３０、厚さ０．０２μｍのＧａＩｎ
Ｐ層１５０、厚さ０．３μｍのＧａＡｓでなるキャップ
層１６０を順次結晶成長する。ここで、量子井戸構造活
性層については数種類作製したが代表的な例として、歪
の無い単一量子井戸構造及び歪単一量子井戸構造の素子
パラメータを述べる。前者は量子井戸構造として、厚さ
７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩｎＰでなる光閉じこめ
層、厚さ１０ｎｍ、アンドーブ、歪無しのＧａＩｎＰで
なる井戸層、厚さ７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩｎＰ
でなる光閉じ込め層の順次成長で構成され、後者は量子
井戸構造として、厚さ７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩ
ｎＰでなる光閉じこめ層、厚さ１０ｎｍ、アンドーブ、
基板に比べ０．５％長格子へ歪んだＧａＩｎＰでなる井
戸層、厚さ７５ｎｍ、アンドーブＡｌＧａＩｎＰでなる
光閉じ込め層の順次成長で構成される。
【００１８】次に、ウィンドウ領域を形成するため、活
性領域をＳｉＯ２ で被覆しウィンドウ領域にのみ封管
拡散で１×１０１８ｃｍ−３以上のＺｎ拡散（活性層を
構成する量子井戸構造のＧａＩｎＰ井戸層での濃度。）
を行い、活性層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁制
帯幅を高エネルギ化する。なお、活性領域の井戸層の禁
制帯幅は、第１回目のＭＯＶＰＥ法成長の条件により、
１．８５ｅＶ付近に設定しておき、Ｚｎ拡散によりウィ
ンドウ領域の活性層の禁制帯幅が１．９０ｅＶ程度に増
大するようにした。
性領域をＳｉＯ２ で被覆しウィンドウ領域にのみ封管
拡散で１×１０１８ｃｍ−３以上のＺｎ拡散（活性層を
構成する量子井戸構造のＧａＩｎＰ井戸層での濃度。）
を行い、活性層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁制
帯幅を高エネルギ化する。なお、活性領域の井戸層の禁
制帯幅は、第１回目のＭＯＶＰＥ法成長の条件により、
１．８５ｅＶ付近に設定しておき、Ｚｎ拡散によりウィ
ンドウ領域の活性層の禁制帯幅が１．９０ｅＶ程度に増
大するようにした。
【００１９】次にメサ構造形成工程として、幅４μｍの
ＳｉＯ２ をマスクとして活性領域、ウィンドウ領域全
面にわたってＧａＡｓ層１６０、ＧａＩｎＰ層１５０、
クラッド層１３０を選択エッチングにより除去し、メサ
構造導波路を形成する。
ＳｉＯ２ をマスクとして活性領域、ウィンドウ領域全
面にわたってＧａＡｓ層１６０、ＧａＩｎＰ層１５０、
クラッド層１３０を選択エッチングにより除去し、メサ
構造導波路を形成する。
【００２０】その後、第２回目のＭＯＶＰＥ法成長で、
メサ側面及びメサ外をＧａＡｓ電流ブロック層１８０で
被覆し横モード制御構造を形成する。また、この埋め込
み成長時、同時にウィンドウ領域にはメサ上にも電流ブ
ロック層が積層し、ウィンドウ領域が非注入領域となる
ように、前もってメサエッチング工程の途中でＳｉＯ２
膜を部分的に除去しておいた。
メサ側面及びメサ外をＧａＡｓ電流ブロック層１８０で
被覆し横モード制御構造を形成する。また、この埋め込
み成長時、同時にウィンドウ領域にはメサ上にも電流ブ
ロック層が積層し、ウィンドウ領域が非注入領域となる
ように、前もってメサエッチング工程の途中でＳｉＯ２
膜を部分的に除去しておいた。
【００２１】そして、最後にＳｉＯ２ 膜を剥離し、全
面にＧａＡｓでなるコンタクト層１７０を形成後、ラッ
ピングし、電極２３０、２４０を蒸着してレーザ素子を
作製した。
面にＧａＡｓでなるコンタクト層１７０を形成後、ラッ
ピングし、電極２３０、２４０を蒸着してレーザ素子を
作製した。
【００２２】その後、さらに前面からの光取り出し効率
を向上させるため、前面６％、後面９５％の非対称端面
コーティングも施した。なお、共振器長は、活性領域６
００μｍとウィンドウ領域前後各３０μｍの和で、６６
０μｍとした。
を向上させるため、前面６％、後面９５％の非対称端面
コーティングも施した。なお、共振器長は、活性領域６
００μｍとウィンドウ領域前後各３０μｍの和で、６６
０μｍとした。
【００２３】上記の工程により、本発明の高出力ウィン
ドウ構造レーザが作製される。以下に、特性を述べる。 得られた特性として、単一量子井戸構造で５０ｍＡ、歪
単一量子井戸構造で４０ｍＡの低しきい値電流（室温、
連続動作時。）が得られた。得られた最大光出力は前者
が９０ｍＷ、後者が１２０ｍＷで、制限要因はともに熱
飽和でＣＯＤ劣化は観測されなかった。また、素子寿命
に関しても従来のバルク活性層のウィンドウＬＤに比べ
大幅に改善された。なお、レーザ発振波長は前者が６８
３ｎｍ、後者が６９８ｎｍであった。
ドウ構造レーザが作製される。以下に、特性を述べる。 得られた特性として、単一量子井戸構造で５０ｍＡ、歪
単一量子井戸構造で４０ｍＡの低しきい値電流（室温、
連続動作時。）が得られた。得られた最大光出力は前者
が９０ｍＷ、後者が１２０ｍＷで、制限要因はともに熱
飽和でＣＯＤ劣化は観測されなかった。また、素子寿命
に関しても従来のバルク活性層のウィンドウＬＤに比べ
大幅に改善された。なお、レーザ発振波長は前者が６８
３ｎｍ、後者が６９８ｎｍであった。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体レー
ザによれば、高出力、高信頼のウィンドウ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ可視光半導体レーザが得られる。
ザによれば、高出力、高信頼のウィンドウ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ可視光半導体レーザが得られる。
【図１】本発明のウィンドウ構造高出力ＡｌＧａＩｎＰ
量子井戸型半導体レーザの構造図である。
量子井戸型半導体レーザの構造図である。
【図２】本発明の半導体レーザの量子井戸構造活性層近
傍のバンドダイアグラムの一例を示す図。
傍のバンドダイアグラムの一例を示す図。
【図３】非ウィンドウ構造ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ
の高温通電試験における電流密度と素子寿命の関係のデ
ータを示す図。
の高温通電試験における電流密度と素子寿命の関係のデ
ータを示す図。
【図４】従来のバルク活性層（厚膜かつ非量子井戸構造
）及び本発明の量子井戸構造活性層（一例として単一量
子井戸で歪の有／無の場合。）のストライプ幅（メサ底
部の幅で定義。）としきい値電流密度の関係を示す図で
ある。
）及び本発明の量子井戸構造活性層（一例として単一量
子井戸で歪の有／無の場合。）のストライプ幅（メサ底
部の幅で定義。）としきい値電流密度の関係を示す図で
ある。
１００ 量子井戸構造活性層
１１０ クラッド層
１２０ クラッド層
１３０ クラッド層
１４０ エッチング停止層
１５０ ＧａＩｎＰ層
１６０ キャップ層
１７０ コンタクト層
１８０ 電流ブロック層
１９０ バッファ層
２００ 基板
２１０ Ｚｎ拡散領域
２２０ Ｚｎ拡散領域
２３０ 電極
２４０ 電極
２５０ 活性領域
２６０ ウィンドウ領域
２７０ ウィンドウ領域
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰま
たはＡｌＩｎＰでなる第１のクラッド層、ＧａＩｎＰま
たはＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの多層構造でなる
量子井戸構造の活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎ
Ｐでなる第２のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ
構造を有し、前記第２のクラッド層の層厚が部分的に厚
くなりメサを形成している半導体レーザにおいて、前記
メサの形状がメサ上部の幅の方がメサ底部の幅よりも広
く、かつ、レーザ共振器端面近傍の活性層を構成する量
子井戸構造の井戸層の禁制帯幅が、レーザ中央部の活性
層を構成する量子井戸構造の井戸層の禁制帯幅よりも大
きいことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰま
たＡｌＩｎＰでなる第１のクラッド層、ＧａＩｎＰまた
はＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰの多層構造でなる量
子井戸構造の活性層、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
でなる第２のクラッド層をこの順に含むダブルヘテロ構
造を有し、前記第２のクラッド層の層厚が部分的に厚く
なりメサを形成している半導体レーザにおいて、前記メ
サの形状がメサ上部の幅の方がメサ底部の幅よりも広く
、かつ、レーザ共振器端面近傍の活性層を構成する量子
井戸構造の井戸層の禁制帯幅が、レーザ中央部の活性層
を構成する量子井戸構造の井戸層の禁制帯幅よりも大き
く、さらに、井戸層の格子定数が前記ＧａＡｓ基板の格
子定数に比べ０．３％以上長格子側に歪んでいることを
特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP818191A JPH04252089A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP818191A JPH04252089A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04252089A true JPH04252089A (ja) | 1992-09-08 |
Family
ID=11686143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP818191A Pending JPH04252089A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04252089A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6671301B1 (en) | 1999-05-07 | 2003-12-30 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor device and method for producing the same |
-
1991
- 1991-01-28 JP JP818191A patent/JPH04252089A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6671301B1 (en) | 1999-05-07 | 2003-12-30 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor device and method for producing the same |
| US7037743B2 (en) | 1999-05-07 | 2006-05-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for producing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000816 |