JPH0482288A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0482288A JPH0482288A JP2194974A JP19497490A JPH0482288A JP H0482288 A JPH0482288 A JP H0482288A JP 2194974 A JP2194974 A JP 2194974A JP 19497490 A JP19497490 A JP 19497490A JP H0482288 A JPH0482288 A JP H0482288A
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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
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
-
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- 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
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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
- H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は可視光半導体レーザ、特に短波長で均質なレー
ザを発振する信頼性の良好な半導体レーザに関する。
ザを発振する信頼性の良好な半導体レーザに関する。
（従来の技術）
近年、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＡｌＧａＰを活
性層とするダブルへテロ構造の半導体レーザは可視領域
で発光する材料として注目されている。
性層とするダブルへテロ構造の半導体レーザは可視領域
で発光する材料として注目されている。
上記の構成を有する半導体レーザは従来のＡ］ＧａＡｓ
を主体とした半導体レーザよりもその光スポツト系を小
さくする事が可能であり、例えばコンパクトディスク、
ビデオディスク等への高密度記録が可能となる。
を主体とした半導体レーザよりもその光スポツト系を小
さくする事が可能であり、例えばコンパクトディスク、
ビデオディスク等への高密度記録が可能となる。
一方、光ディスクへの情報書込、レーザービムプリンタ
等への応用の観点から３０ｍ＾を越える高出力、高安定
な半導体レーザも要望されている。
等への応用の観点から３０ｍ＾を越える高出力、高安定
な半導体レーザも要望されている。
このようＣ短波長でかつ高出力である半導体レザは上記
両者の要求を満たすものとしてその出現が期待されてい
るものである。
両者の要求を満たすものとしてその出現が期待されてい
るものである。
ところで現在開発か行われているｌｎＡ ｌＧａＰ系可
視光半導体レーザは主として有機金属化学気相成長法（
以下ＭＯＣＶＤ法と略す）により作製されている。
視光半導体レーザは主として有機金属化学気相成長法（
以下ＭＯＣＶＤ法と略す）により作製されている。
例えば−例として、従来の技術６二よって得られる半導
体レーザの断面を第１図に示す。１はｎ−側電極（Ａｕ
ＧｅＮｉ／Ａｕ）、２はｎ−ＧａＡｓ結晶基板、３はｎ
−１ｎＡＩＧａＰクラッド層、４は超格子構造部、５は
Ｐ−ＩｎＡＩＧａＰクラット層、６はＰ−ＧａＡｓキャ
ツブ層、７は５ｉＯｚ膜、８はＰ−側電極（Ｃｒ／Ａｕ
）である。
体レーザの断面を第１図に示す。１はｎ−側電極（Ａｕ
ＧｅＮｉ／Ａｕ）、２はｎ−ＧａＡｓ結晶基板、３はｎ
−１ｎＡＩＧａＰクラッド層、４は超格子構造部、５は
Ｐ−ＩｎＡＩＧａＰクラット層、６はＰ−ＧａＡｓキャ
ツブ層、７は５ｉＯｚ膜、８はＰ−側電極（Ｃｒ／Ａｕ
）である。
ところが、ＭＯＣＶＤ法で成長させたＩｎＡｌＧａＰ結
晶にはヒロック状の結晶欠陥が発生しやすいこと、成長
条件により自然超格子が発生し、ハントギヤツブエネル
ギーが本来の値に比べて小さくなることが知られており
、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体レーザ実用化及び短波長化へ
の大きな障害となっている。
晶にはヒロック状の結晶欠陥が発生しやすいこと、成長
条件により自然超格子が発生し、ハントギヤツブエネル
ギーが本来の値に比べて小さくなることが知られており
、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体レーザ実用化及び短波長化へ
の大きな障害となっている。
ヒロック状の結晶欠陥部分は平坦部分に比べて結晶性が
悪いと考えられる。これらの問題を解決するため、特定
のＧａＡｓ基板面上にエピタキシャル膜を成長させる方
法が提案されている（電子情報通信学会技術研究報告、
１９８９．５７亘；特開平１−２３９８９１ ）。
悪いと考えられる。これらの問題を解決するため、特定
のＧａＡｓ基板面上にエピタキシャル膜を成長させる方
法が提案されている（電子情報通信学会技術研究報告、
１９８９．５７亘；特開平１−２３９８９１ ）。
（発明が解決しようとする課題）
上述したように（１００）面から数度ずれた結晶基板面
上６二ＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体
レーザを作製する場合、以下のような問題点がある。
上６二ＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体
レーザを作製する場合、以下のような問題点がある。
即ち、これらの方法によれぼ、トロ７・り状の結晶欠陥
を少なくすること：よできるが、成長条件をはＬめその
他の要因により、必ずしも表面形態の良好なものは得ら
れない。特に表面の粗さは半導体レーザの特性に影響し
、粗いものは発光特性の再現性が悪く、信頬性の高いも
のが得られない。
を少なくすること：よできるが、成長条件をはＬめその
他の要因により、必ずしも表面形態の良好なものは得ら
れない。特に表面の粗さは半導体レーザの特性に影響し
、粗いものは発光特性の再現性が悪く、信頬性の高いも
のが得られない。
本発明；よ上記問題点に鑑みなされたものであって、そ
の目的；よトロ・ツク状の結晶欠陥の少ない表面形態が
良好で、かつその表面の平均粗さが１Ｏｎｍ以下のもの
を用いることによって、信頼性の高いＩｎＡｌＧａＰ系
の高性能半導体レーザを提供じようとするものである。
の目的；よトロ・ツク状の結晶欠陥の少ない表面形態が
良好で、かつその表面の平均粗さが１Ｏｎｍ以下のもの
を用いることによって、信頼性の高いＩｎＡｌＧａＰ系
の高性能半導体レーザを提供じようとするものである。
本発明者ら：ま、この目的を達成するため二こ鋭意検討
した結果、（１００）面から１〜１０度のずれを有する
結晶基板面自体二エピタキシャル膜を形成し、つ・つそ
の表面の平均粗さを１Ｏｎｍ以下にすることＳ二よって
、短波長で発振し信穀性の高いＩｎＡｌＧａＰ系高性能
半導体レーザが得られることを見出巳、本発明を完成す
る乙二至った。
した結果、（１００）面から１〜１０度のずれを有する
結晶基板面自体二エピタキシャル膜を形成し、つ・つそ
の表面の平均粗さを１Ｏｎｍ以下にすることＳ二よって
、短波長で発振し信穀性の高いＩｎＡｌＧａＰ系高性能
半導体レーザが得られることを見出巳、本発明を完成す
る乙二至った。
（課題を解決するだめの手段）
すなわち、本発明は以下を要旨とするものである。
（１） （１００）面から１〜１０度のずれを有する
結晶基板面上にエピタキシャル膜を形成したものであっ
て、該エピタキシャル膜の表面の平均粗さが１Ｏｎｍ以
下であることを特徴とする半導レーザ。
結晶基板面上にエピタキシャル膜を形成したものであっ
て、該エピタキシャル膜の表面の平均粗さが１Ｏｎｍ以
下であることを特徴とする半導レーザ。
（２）上記半導体レーザはＩｎＡｌＧａＰ系である請求
項（１）記載の半導体レーザ。
項（１）記載の半導体レーザ。
以下、本発明についてさらに詳細乙こ説明する。
本発明でいう（１００）面から１〜１０度のずれを有す
る結晶基板面とは例えば、ＧａＡｓ、 ＩｎＰ 、 Ｇ
ａＰ結晶の（１００）面から１〜１０度ずれた面がでる
ように切り出しだ基板の面である。このように（１００
）面から１〜１０度ずらすことによって、基板表面に適
当なステップやキンク等ができることにより、反応性の
高いダングリングボンドが増加し、これがエピタキシャ
ル膜の成長初期におけるメタルトロノブレットの形成を
抑制し、三次元成長を抑えるのでヒロック等の欠陥の少
い、エピタキシャル膜を成長させることができる。この
ように、形成されたエピタキシャル膜の表面の平均粗さ
は得られる半導体レーザの性能に関係する。すなわち、
エピタキシャル膜にヒロック等の欠陥が少なく表面形態
がよくても、その平均粗さが大きいと積層欠陥等が多く
存在し、半導体レーザの信顛性が低下してくる。
る結晶基板面とは例えば、ＧａＡｓ、 ＩｎＰ 、 Ｇ
ａＰ結晶の（１００）面から１〜１０度ずれた面がでる
ように切り出しだ基板の面である。このように（１００
）面から１〜１０度ずらすことによって、基板表面に適
当なステップやキンク等ができることにより、反応性の
高いダングリングボンドが増加し、これがエピタキシャ
ル膜の成長初期におけるメタルトロノブレットの形成を
抑制し、三次元成長を抑えるのでヒロック等の欠陥の少
い、エピタキシャル膜を成長させることができる。この
ように、形成されたエピタキシャル膜の表面の平均粗さ
は得られる半導体レーザの性能に関係する。すなわち、
エピタキシャル膜にヒロック等の欠陥が少なく表面形態
がよくても、その平均粗さが大きいと積層欠陥等が多く
存在し、半導体レーザの信顛性が低下してくる。
エピタキシャル膜の表面の平均粗さに影響する要因の一
つとして、上述したように結晶基板面の種類があるが、
そＱ他に二の基板面の粗さ、エピタキシャル膜の成長条
件、界面のうねりや応力によるスリップラインの存在な
どの要因がある。これろを制御することによって、最終
的に形成したエピタキシャル膜の表面の平均粗さを１Ｏ
ｎ「以下のものとする。
つとして、上述したように結晶基板面の種類があるが、
そＱ他に二の基板面の粗さ、エピタキシャル膜の成長条
件、界面のうねりや応力によるスリップラインの存在な
どの要因がある。これろを制御することによって、最終
的に形成したエピタキシャル膜の表面の平均粗さを１Ｏ
ｎ「以下のものとする。
結晶基板面は（１００）面からのずれが１度未満のもの
を使用するとエピタキシャル膜はヒロック状の結晶欠陥
に起因する凹凸が多く、表面形態がよくない。又そのず
れが１０度より大きいと、結晶基板面自体に、はじめか
ら表面荒れが生してしまうため、成長されたエピタキシ
ャル膜の表面形態がよくない。これら表面の平均粗さが
粗く、表面に凹凸の多い表面形態の悪い半導体し〜ザは
信転性が低く、発光特性の再現性が悪いものとなってし
まう。
を使用するとエピタキシャル膜はヒロック状の結晶欠陥
に起因する凹凸が多く、表面形態がよくない。又そのず
れが１０度より大きいと、結晶基板面自体に、はじめか
ら表面荒れが生してしまうため、成長されたエピタキシ
ャル膜の表面形態がよくない。これら表面の平均粗さが
粗く、表面に凹凸の多い表面形態の悪い半導体し〜ザは
信転性が低く、発光特性の再現性が悪いものとなってし
まう。
実際に、表面形態が悪く、かつ表面の平均粗さが１０ｎ
ｍより大きいものは、エージングした後、駆動電流の増
加率が高くなり又、発振しなくなるものが多くなる。
ｍより大きいものは、エージングした後、駆動電流の増
加率が高くなり又、発振しなくなるものが多くなる。
（実施例）
以下、本発明乙こついて実施例を用いて詳細に説明する
。
。
１実施例１〜５；・ ：比較例１〜５：第１図に本発明
の一例を示す半導体レーザの構造図であり、常圧ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて作製したものである。図中１はｎ−側電
極（ＡｕＧｅＮｉｚ’Ａｕ）、２はｎ−ＧａＡｓ結晶基
板、３はｎ ＩｎＡｌＧａＰクラッド層、４は井戸層
がＩｎＧａＰ、障壁層がＩｎ（、、５（Ａ１ｙＧａ＋−
ｙ）。、ｓＰ （ｙ ＝ ０．１〜１．０）で構成され
る超格子構造活性層（厚さ３００Ａ）、５はＰ−１ｎＡ
ＩＧａＰクラッド層、６はＰ−ＧａＡｓキャップ層、７
は５ｉＯｚ膜、８はＰ−側電極（Ｃｒ／Ａｕ）である。
の一例を示す半導体レーザの構造図であり、常圧ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて作製したものである。図中１はｎ−側電
極（ＡｕＧｅＮｉｚ’Ａｕ）、２はｎ−ＧａＡｓ結晶基
板、３はｎ ＩｎＡｌＧａＰクラッド層、４は井戸層
がＩｎＧａＰ、障壁層がＩｎ（、、５（Ａ１ｙＧａ＋−
ｙ）。、ｓＰ （ｙ ＝ ０．１〜１．０）で構成され
る超格子構造活性層（厚さ３００Ａ）、５はＰ−１ｎＡ
ＩＧａＰクラッド層、６はＰ−ＧａＡｓキャップ層、７
は５ｉＯｚ膜、８はＰ−側電極（Ｃｒ／Ａｕ）である。
クラッド層６二おける組成はキャリアー、および光のと
じ込めを考慮すると Ｉｎｏ、 ４ｑ（ＡｌｚＧａ＋−
ｚ ）ｏ、 ｓ＋Ｐ （ｙ≦２）である。ストライプ巾
は５μｍ、共振器長は３００μｍである。
じ込めを考慮すると Ｉｎｏ、 ４ｑ（ＡｌｚＧａ＋−
ｚ ）ｏ、 ｓ＋Ｐ （ｙ≦２）である。ストライプ巾
は５μｍ、共振器長は３００μｍである。
基板として用いたのは第１表に示す通りＧａＡｓ結晶の
（１００）面から１〜１０度までずれた５種のもの（実
施例１〜５）、及び０〜１３度までずれた５種のもの（
比較例１〜５）を使用し、これらの結晶基板上ムニエビ
タキシャル膜を成長させたものを各々の条件で３ケずつ
作成ソだ。これらのエピタキシャル膜乙こついて表面粗
さ、表面形態を次の方法で測定した。すなわち、エピタ
キシャル膜の表面形態を通常のノルマルスキー型微分干
渉顕微鏡で、表面粗さは非接触型光学干渉式表面粗さ計
（ＷＹＫＯ−ＴＯＰＯ−３０）を用いて測定した。表面
の平均粗ぎ■の測定は測定領域５０ Ｘ ５０ｎｍの平
均粗さＲａをもとめ、これを１０ケ所について平均した
ものである。その結果を第１表に示した。
（１００）面から１〜１０度までずれた５種のもの（実
施例１〜５）、及び０〜１３度までずれた５種のもの（
比較例１〜５）を使用し、これらの結晶基板上ムニエビ
タキシャル膜を成長させたものを各々の条件で３ケずつ
作成ソだ。これらのエピタキシャル膜乙こついて表面粗
さ、表面形態を次の方法で測定した。すなわち、エピタ
キシャル膜の表面形態を通常のノルマルスキー型微分干
渉顕微鏡で、表面粗さは非接触型光学干渉式表面粗さ計
（ＷＹＫＯ−ＴＯＰＯ−３０）を用いて測定した。表面
の平均粗ぎ■の測定は測定領域５０ Ｘ ５０ｎｍの平
均粗さＲａをもとめ、これを１０ケ所について平均した
ものである。その結果を第１表に示した。
このようにして得られた素子の端面にスパッタ法により
５ｉＯｚ保護膜を形成じ、これをメタライズじだダイヤ
のヒートシンク上に素子の放熱特性を考慮してＩｎはん
だによりジャンクションダウンで装着した。これにより
得られた素子は典型的には発振波長が６５０ｎｍ、闇値
電流は１００ｍＡであった。
５ｉＯｚ保護膜を形成じ、これをメタライズじだダイヤ
のヒートシンク上に素子の放熱特性を考慮してＩｎはん
だによりジャンクションダウンで装着した。これにより
得られた素子は典型的には発振波長が６５０ｎｍ、闇値
電流は１００ｍＡであった。
また、これらの発振発光特性は表面の平均粗さ行が大き
いほど発振波長も闇値電流もばらつきが大きくなり、特
に後者は値も大きくなる傾向が顕著であった。
いほど発振波長も闇値電流もばらつきが大きくなり、特
に後者は値も大きくなる傾向が顕著であった。
これらのエピタキシャル膜から得られた半導体レーザ素
子各３ヶずつを４０°Ｃにて３ｍＷの定出力条件でエー
ジング試験を行なった。１００時間後における駆動電流
の増加率（（初期の駆動電流）−（エージング後の駆動
電流）／初期の駆動電流）及び発振しなくなったものの
個数を表面粗さ等の測定値と併せて第１表に示した。そ
の結果、基板面が （１００）面から１〜１０度ずれて
いるものを用いたもので、かつエピタキシャル膜の表面
平均粗さが１０ｎｍ以下のものは表面形態も良好であり
、駆動電流の増加率も小さく、良好な性能の半導体レー
ザが得られた。これに対して、結晶基板面が０度及び１
３度のものは表面の平均粗さが１０ｎｍ以下のものでも
、表面形態は悪く、エージング後の性能も悪かった。又
、結晶基板面が（１００）面がち１〜１０度ずれている
ものを用いたものでも、エピタキシャル膜の表面の平均
粗さが１０ｎｍより大きいものは、表面形態も悪く、エ
ージング後の性能も不良であった。
子各３ヶずつを４０°Ｃにて３ｍＷの定出力条件でエー
ジング試験を行なった。１００時間後における駆動電流
の増加率（（初期の駆動電流）−（エージング後の駆動
電流）／初期の駆動電流）及び発振しなくなったものの
個数を表面粗さ等の測定値と併せて第１表に示した。そ
の結果、基板面が （１００）面から１〜１０度ずれて
いるものを用いたもので、かつエピタキシャル膜の表面
平均粗さが１０ｎｍ以下のものは表面形態も良好であり
、駆動電流の増加率も小さく、良好な性能の半導体レー
ザが得られた。これに対して、結晶基板面が０度及び１
３度のものは表面の平均粗さが１０ｎｍ以下のものでも
、表面形態は悪く、エージング後の性能も悪かった。又
、結晶基板面が（１００）面がち１〜１０度ずれている
ものを用いたものでも、エピタキシャル膜の表面の平均
粗さが１０ｎｍより大きいものは、表面形態も悪く、エ
ージング後の性能も不良であった。
以上の実施例においては酸化膜ストライプ構造のものに
ついて説明じたか、こしコニ限らず他の構造、たとえば
、プレーナストライプ構造、リノジウェイブガイト構造
、埋め込み構造等さらに単一量子井戸構造等さろに単一
量子井戸構造、多量子井戸構造コニとあらゆるタイプの
レーザ、さらＣ二は発光素子に本発明が適用できる。ま
た半導体レーザの材質としてはＧａＡｓ、 ＧａＡｌＡ
ｓ等他の化合物半導体についても本発明が適応できる。
ついて説明じたか、こしコニ限らず他の構造、たとえば
、プレーナストライプ構造、リノジウェイブガイト構造
、埋め込み構造等さらに単一量子井戸構造等さろに単一
量子井戸構造、多量子井戸構造コニとあらゆるタイプの
レーザ、さらＣ二は発光素子に本発明が適用できる。ま
た半導体レーザの材質としてはＧａＡｓ、 ＧａＡｌＡ
ｓ等他の化合物半導体についても本発明が適応できる。
（発明の効果）
本発明は以上に示したように、特定の結晶基板面の上に
エピタキシャル膜を形成させたものであり、かつ表面の
平均粗さが１０ｎｍ以下であることによって、表面に凹
凸や、欠陥の少ない表面形態のよいエピタキシャル膜と
することができ、信軌性の良好な半導体レーザを提供す
ることができる。
エピタキシャル膜を形成させたものであり、かつ表面の
平均粗さが１０ｎｍ以下であることによって、表面に凹
凸や、欠陥の少ない表面形態のよいエピタキシャル膜と
することができ、信軌性の良好な半導体レーザを提供す
ることができる。
第１図は本発明の一例を示す半導体レーザの断面図であ
る。 １：ｎ−側電極（ＡｕＧｅＮｉ ／ Ａｕ ）２ ：
ｎ −ＧａＡｓ結晶基板 ３ ： ｎ ＩｎＡｌＧａＰクラッド層４：超格子構
造部 ５ ： Ｐ−１ｎＡ］ＧａＰクラッド層６ ： Ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層 ７：５ｉＯｚ膜 ８：Ｐ−側電極（Ｃｒ／八Ｕへ
る。 １：ｎ−側電極（ＡｕＧｅＮｉ ／ Ａｕ ）２ ：
ｎ −ＧａＡｓ結晶基板 ３ ： ｎ ＩｎＡｌＧａＰクラッド層４：超格子構
造部 ５ ： Ｐ−１ｎＡ］ＧａＰクラッド層６ ： Ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層 ７：５ｉＯｚ膜 ８：Ｐ−側電極（Ｃｒ／八Ｕへ
Claims (2)
- （１）（１００）面から１〜１０度のずれを有する結晶
基板面上にエピタキシャル膜を形成したものであって、
該エピタキシャル膜の表面の平均粗さが１０ｎｍ以下で
あることを特徴とする半導体レーザ。 - （２）上記半導体レーザはＩｎＡｌＧａＰ系である請求
項（１）記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2194974A JPH0482288A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2194974A JPH0482288A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0482288A true JPH0482288A (ja) | 1992-03-16 |
Family
ID=16333442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2194974A Pending JPH0482288A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0482288A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5705423A (en) * | 1994-11-14 | 1998-01-06 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Epitaxial wafer |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP2194974A patent/JPH0482288A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5705423A (en) * | 1994-11-14 | 1998-01-06 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Epitaxial wafer |
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