JPH05218582A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 活性層とクラッド層との間の十分大きなバン
ドギャップ差を実現することができ、温度特性を改善す
ることで、３００℃以上の使用にも十分耐え得る半導体
レーザを提供すること。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型クラッド層
１３，活性層１４及びｐ型クラッド層１５を順次成長形
成したダブルヘテロ構造部を有する半導体レーザにおい
て、活性層１４としてＧａＡｓを用い、クラッド層１
３，１５としてＩｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐを用
い、且つクラッド層のＡｌ組成比ｘをｘ≧０．３とした
ことを特徴とする。
ドギャップ差を実現することができ、温度特性を改善す
ることで、３００℃以上の使用にも十分耐え得る半導体
レーザを提供すること。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型クラッド層
１３，活性層１４及びｐ型クラッド層１５を順次成長形
成したダブルヘテロ構造部を有する半導体レーザにおい
て、活性層１４としてＧａＡｓを用い、クラッド層１
３，１５としてＩｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐを用
い、且つクラッド層のＡｌ組成比ｘをｘ≧０．３とした
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体発光素子に係わり、特に半導体レーザ等にお
ける活性層とクラッド層との間のバンドギャップを十分
大きくした半導体発光素子に関する。
いた半導体発光素子に係わり、特に半導体レーザ等にお
ける活性層とクラッド層との間のバンドギャップを十分
大きくした半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクシステムや高速レーザ
プリンタなどの光情報処理光源への応用を目的として、
半導体レーザの開発が盛んに進められている。この中で
も、ＧａＡｓを活性層、ＧａＡｌＡｓをクラッド層とし
て、０．８μｍ帯に発振波長を持つＧａＡｌＡｓ系半導
体レーザは有望な半導体レーザとして開発が進められて
おり、既に高信頼性を確保されたレーザが実用に供され
ている。
プリンタなどの光情報処理光源への応用を目的として、
半導体レーザの開発が盛んに進められている。この中で
も、ＧａＡｓを活性層、ＧａＡｌＡｓをクラッド層とし
て、０．８μｍ帯に発振波長を持つＧａＡｌＡｓ系半導
体レーザは有望な半導体レーザとして開発が進められて
おり、既に高信頼性を確保されたレーザが実用に供され
ている。
【０００３】しかしながら、自動車や酷環境化での動
作、或いは高出力動作などに対してＧａＡｌＡｓ系半導
体レーザの持つ温度特性は必ずしも十分ではなく、この
ため１００℃以下の室温付近で使用しなければならない
等の制約があった。
作、或いは高出力動作などに対してＧａＡｌＡｓ系半導
体レーザの持つ温度特性は必ずしも十分ではなく、この
ため１００℃以下の室温付近で使用しなければならない
等の制約があった。
【０００４】この問題を解決するためには、活性層とク
ラッド層とのバンドギャップ差を大きくしてやることが
有効である。一例として、Ｇａ1-x Ａｌx ＡｓのＡｌ組
成ｘを、通常０．４のところを０．８以上に大きくする
試みなどがなされているが、不純物ドーピングが困難に
なる、電気伝導に寄与する遷移がＡｌ組成に対してバン
ドギャップ変化の小さい間接型のＸ遷移になる等の問題
が生じ、Ａｌ組成を大きくする効果が得られなかった。
ラッド層とのバンドギャップ差を大きくしてやることが
有効である。一例として、Ｇａ1-x Ａｌx ＡｓのＡｌ組
成ｘを、通常０．４のところを０．８以上に大きくする
試みなどがなされているが、不純物ドーピングが困難に
なる、電気伝導に寄与する遷移がＡｌ組成に対してバン
ドギャップ変化の小さい間接型のＸ遷移になる等の問題
が生じ、Ａｌ組成を大きくする効果が得られなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のＧａ
ＡｌＡｓ系半導体レーザでは、活性層とクラッド層との
バンドギャップ差を十分大きくすることができず、１０
０℃以下の室温付近に動作が限られるという問題があっ
た。
ＡｌＡｓ系半導体レーザでは、活性層とクラッド層との
バンドギャップ差を十分大きくすることができず、１０
０℃以下の室温付近に動作が限られるという問題があっ
た。
【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、活性層とクラッド層と
の間の十分大きなバンドギャップ差を実現することがで
き、温度特性を改善することで、３００℃以上の使用に
も十分耐え得る半導体発光素子を提供することにある。
ので、その目的とするところは、活性層とクラッド層と
の間の十分大きなバンドギャップ差を実現することがで
き、温度特性を改善することで、３００℃以上の使用に
も十分耐え得る半導体発光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、活性層
とクラッド層との間のバンドギャップ差を大きくし、且
つ良好な発光特性が得られる材料系を選択したことにあ
る。また、これらの材料系を用いた場合に活性層とクラ
ッド層との間に発生するヘテロバリアを低減する構造を
実現したことにある。
とクラッド層との間のバンドギャップ差を大きくし、且
つ良好な発光特性が得られる材料系を選択したことにあ
る。また、これらの材料系を用いた場合に活性層とクラ
ッド層との間に発生するヘテロバリアを低減する構造を
実現したことにある。
【０００８】即ち、本発明（請求項１）は、第１導電型
の半導体基板上に、活性層を第１導電型及び第２導電型
のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部を形成してな
る半導体発光素子において、活性層としてＧａＡｓ，Ｇ
ａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用い、クラッド層として
ＩｎＧａＡｌＰを用いるようにしたものである。
の半導体基板上に、活性層を第１導電型及び第２導電型
のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部を形成してな
る半導体発光素子において、活性層としてＧａＡｓ，Ｇ
ａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用い、クラッド層として
ＩｎＧａＡｌＰを用いるようにしたものである。
【０００９】また、本発明（請求項２）は、化合物半導
体基板上に、活性層を該活性層とは非金属側元素が異な
るｐ型及びｎ型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造
部を形成した半導体発光素子において、活性層とクラッ
ド層を、バンド不連続値のうち半分以上が価電子帯側に
分配される組み合わせ（例えば、活性層をＧａＡｓ，Ｇ
ａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｓ、クラッド層をＩｎＧａＡ
ｌＰ）で構成し、且つ活性層の導電型をｎ型としたもの
である。
体基板上に、活性層を該活性層とは非金属側元素が異な
るｐ型及びｎ型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造
部を形成した半導体発光素子において、活性層とクラッ
ド層を、バンド不連続値のうち半分以上が価電子帯側に
分配される組み合わせ（例えば、活性層をＧａＡｓ，Ｇ
ａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｓ、クラッド層をＩｎＧａＡ
ｌＰ）で構成し、且つ活性層の導電型をｎ型としたもの
である。
【００１０】また、本発明（請求項３）は、化合物半導
体基板上に、活性層（例えば、ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ
又はＩｎＧａＡｓ）をｐ型及びｎ型のクラッド層（例え
ば、ＩｎＧａＡｌＰ）で挟んだダブルヘテロ構造部を形
成した半導体発光素子において、活性層とｐ型のクラッ
ド層との間、又は活性層とｐ型及びｎ型の各クラッド層
との間に、これらの中間のバンドギャップを有する中間
バンドギャップ層（例えばＩｎＧａＰ）を挿入するよう
にしたものである。
体基板上に、活性層（例えば、ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ
又はＩｎＧａＡｓ）をｐ型及びｎ型のクラッド層（例え
ば、ＩｎＧａＡｌＰ）で挟んだダブルヘテロ構造部を形
成した半導体発光素子において、活性層とｐ型のクラッ
ド層との間、又は活性層とｐ型及びｎ型の各クラッド層
との間に、これらの中間のバンドギャップを有する中間
バンドギャップ層（例えばＩｎＧａＰ）を挿入するよう
にしたものである。
【００１１】
【作用】本発明（請求項１）によれば、ＧａＡｓ，Ｇａ
ＡｌＡｓ或いはＩｎＧａＡｓからなる活性層に対し、ク
ラッド層としてＩｎＧａＡｌＰを用いることにより、活
性層とクラッド層とのバンドギャップ差を十分大きなも
のにすることができる。具体的には、活性層としてＧａ
Ａｓを用い、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐと表記
したクラッド層のＡｌ組成比ｘを、後述するようにｘ≧
０．３とすれば、０．７ｅＶ以上と大きなバンドギャッ
プ差を実現することができる。これによって、３００℃
を越える高い温度範囲まで動作が可能で、動作電流も小
さい半導体発光素子が得られる。なお、ＩｎＧａＡｌＰ
はＧａＡｓに格子整合するため、この種の材料系を用い
た結晶成長はＭＯＣＶＤ法等により実現することが可能
である。
ＡｌＡｓ或いはＩｎＧａＡｓからなる活性層に対し、ク
ラッド層としてＩｎＧａＡｌＰを用いることにより、活
性層とクラッド層とのバンドギャップ差を十分大きなも
のにすることができる。具体的には、活性層としてＧａ
Ａｓを用い、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐと表記
したクラッド層のＡｌ組成比ｘを、後述するようにｘ≧
０．３とすれば、０．７ｅＶ以上と大きなバンドギャッ
プ差を実現することができる。これによって、３００℃
を越える高い温度範囲まで動作が可能で、動作電流も小
さい半導体発光素子が得られる。なお、ＩｎＧａＡｌＰ
はＧａＡｓに格子整合するため、この種の材料系を用い
た結晶成長はＭＯＣＶＤ法等により実現することが可能
である。
【００１２】なお、活性層とクラッド層とのバンドギャ
ップ差を大きくした場合、バンドギャップ差に基づくヘ
テロバリアの存在により、ｐクラッド層から活性層への
正孔の注入が阻害されて素子電圧が上昇する虞れがあ
る。
ップ差を大きくした場合、バンドギャップ差に基づくヘ
テロバリアの存在により、ｐクラッド層から活性層への
正孔の注入が阻害されて素子電圧が上昇する虞れがあ
る。
【００１３】これに対し本発明（請求項２）では、活性
層をｎ型とすることにより、活性層とクラッド層とのバ
ンドギャップ差が大きい場合であっても、ｐクラッド層
から活性層への正孔の注入はｐｎ接合を介しての再結合
状態で行われることになる。従って、ｐｎ接合のバンド
の曲りによって正孔に対するヘテロバリアを実効的に低
くすることができ、ｐクラッド層から活性層への正孔の
注入を円滑に行うことが可能となる。
層をｎ型とすることにより、活性層とクラッド層とのバ
ンドギャップ差が大きい場合であっても、ｐクラッド層
から活性層への正孔の注入はｐｎ接合を介しての再結合
状態で行われることになる。従って、ｐｎ接合のバンド
の曲りによって正孔に対するヘテロバリアを実効的に低
くすることができ、ｐクラッド層から活性層への正孔の
注入を円滑に行うことが可能となる。
【００１４】同様に本発明（請求項３）では、ｐクラッ
ド層と活性層との間にこれらの中間のバンドギャップを
もつ層を挿入することにより、ヘテロバリアを実効的に
低くすることができ、ｐクラッド層から活性層への正孔
の注入を円滑に行うことが可能となる。従って、ヘテロ
バリアの存在に起因する素子電圧の上昇を防止すること
が可能となる。
ド層と活性層との間にこれらの中間のバンドギャップを
もつ層を挿入することにより、ヘテロバリアを実効的に
低くすることができ、ｐクラッド層から活性層への正孔
の注入を円滑に行うことが可能となる。従って、ヘテロ
バリアの存在に起因する素子電圧の上昇を防止すること
が可能となる。
【００１５】
【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。
説明する。
【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中１１は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１１上にはｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層１２が形成されている。バッファ層１２
上には、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層１
３（Ｓｉドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ＧａＡｓ活性層１４（アンドープ）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層１
５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチング停止層１６（Ｚｎド
ープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層１
７（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中１１は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１１上にはｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層１２が形成されている。バッファ層１２
上には、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層１
３（Ｓｉドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ＧａＡｓ活性層１４（アンドープ）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層１
５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチング停止層１６（Ｚｎド
ープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層１
７（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）
【００１７】からなるダブルヘテロ接合構造部が形成さ
れている。クラッド層１７はストライプ状に加工され、
このクラッド層１７上にはｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐキャ
ップ層１８（Ｚｎドープ，１×１０18ｃｍ-3）が形成さ
れている。
れている。クラッド層１７はストライプ状に加工され、
このクラッド層１７上にはｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐキャ
ップ層１８（Ｚｎドープ，１×１０18ｃｍ-3）が形成さ
れている。
【００１８】ダブルヘテロ接合の各層１３〜１７及びキ
ャップ層１８の格子定数はＧａＡｓ基板１１と等しく、
且つクラッド層１３，１５のバンドギャップエネルギー
は活性層１４のそれより大きくなるように、Ｉｎ，Ｇ
ａ，Ａｌの組成が決定されている。
ャップ層１８の格子定数はＧａＡｓ基板１１と等しく、
且つクラッド層１３，１５のバンドギャップエネルギー
は活性層１４のそれより大きくなるように、Ｉｎ，Ｇ
ａ，Ａｌの組成が決定されている。
【００１９】クラッド層１７の側部及びキャップ層１８
の上には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０（Ｚｎドー
プ，５×１０18ｃｍ-3）が形成されている。そして、コ
ンタクト層２０の上面にｐ側電極２１が形成され、基板
１１の下面にｎ側電極２２が形成されている。なお、ｐ
側及びｎ側の電極２１，２２を除く各層は全て有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成長を行っている。
の上には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０（Ｚｎドー
プ，５×１０18ｃｍ-3）が形成されている。そして、コ
ンタクト層２０の上面にｐ側電極２１が形成され、基板
１１の下面にｎ側電極２２が形成されている。なお、ｐ
側及びｎ側の電極２１，２２を除く各層は全て有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成長を行っている。
【００２０】このレーザにおける電流狭窄はｐ−ＩｎＧ
ａＡｌＰ／ｐ−ＧａＡｓヘテロ接合と、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｌＰ／ｐ−ＩｎＧａＰ／ｐ−ＧａＡｓヘテロ接合におけ
る電圧降下の差を利用して行っており（中間のバンドギ
ャップを持つｐ−ＩｎＧａＰ層を挟むとバリアが低くな
り、電圧降下を減少させることができる）、リッジ部の
みにｐ−ＩｎＧａＰ層１８を設け、電流狭窄をはかって
いる。
ａＡｌＰ／ｐ−ＧａＡｓヘテロ接合と、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｌＰ／ｐ−ＩｎＧａＰ／ｐ−ＧａＡｓヘテロ接合におけ
る電圧降下の差を利用して行っており（中間のバンドギ
ャップを持つｐ−ＩｎＧａＰ層を挟むとバリアが低くな
り、電圧降下を減少させることができる）、リッジ部の
みにｐ−ＩｎＧａＰ層１８を設け、電流狭窄をはかって
いる。
【００２１】光導波は、ストライプ状のメサに形成され
たクラッド層１５，１７により行われる。クラッド層１
３の厚さＨ1 は１．０μｍ、活性層１４の厚さｄは０．
０４μｍ、クラッド層１５，１７のリッジ部での厚さＨ
2 は１．０μｍ、エッチング停止層１６の厚さは０．０
１μｍ、メサ底部の幅Ｗは５μｍとした。なお、バッフ
ァ層１２はＧａＡｓ上に形成するＩｎＧａＡｌＰ系結晶
の品質向上のためであり、必ずしも必要ないものであ
る。
たクラッド層１５，１７により行われる。クラッド層１
３の厚さＨ1 は１．０μｍ、活性層１４の厚さｄは０．
０４μｍ、クラッド層１５，１７のリッジ部での厚さＨ
2 は１．０μｍ、エッチング停止層１６の厚さは０．０
１μｍ、メサ底部の幅Ｗは５μｍとした。なお、バッフ
ァ層１２はＧａＡｓ上に形成するＩｎＧａＡｌＰ系結晶
の品質向上のためであり、必ずしも必要ないものであ
る。
【００２２】オーバーフローの小さい温度特性に優れた
レーザを得るためには、構造パラメータ、特にここでは
クラッド層の組成を所定の範囲にする必要があり、上述
した値はその一例を示したものである。以下、このクラ
ッド層の組成（Ａｌ組成）の最適化について説明する。
レーザを得るためには、構造パラメータ、特にここでは
クラッド層の組成を所定の範囲にする必要があり、上述
した値はその一例を示したものである。以下、このクラ
ッド層の組成（Ａｌ組成）の最適化について説明する。
【００２３】半導体レーザが室温で発振し、１００℃付
近まで動作するためには、活性層とクラッド層のバンド
ギャップ差として３５０ｍｅＶ以上の値が必要となるこ
とが知られている。活性層からクラッド層への熱攪乱に
よるオーバーフローのファクターをマックスウェル，ボ
ルツマン分布、即ちｅｘｐ（−ΔＥ／ｋＴ）と考え、３
００℃を越える範囲までの動作を考えると、約倍の７０
０ｍｅＶ以上のバンドギャップ差が必要になる。
近まで動作するためには、活性層とクラッド層のバンド
ギャップ差として３５０ｍｅＶ以上の値が必要となるこ
とが知られている。活性層からクラッド層への熱攪乱に
よるオーバーフローのファクターをマックスウェル，ボ
ルツマン分布、即ちｅｘｐ（−ΔＥ／ｋＴ）と考え、３
００℃を越える範囲までの動作を考えると、約倍の７０
０ｍｅＶ以上のバンドギャップ差が必要になる。
【００２４】図２に、ＧａＡｌＡｓ系材料におけるのＡ
ｌ組成とバンドギャップとの関係を示す。図中ハッチン
グで示す部分はドーピングが困難になる領域を示す。活
性層をＧａＡｓとした場合、クラッド層のバンドギャッ
プとして２．１ｅＶ以上の大きさが必要となる。この値
に相当するＡｌ組成としては図２のように０．８以上と
なる。しかしながら、この値はドーピングの困難領域内
となり、素子抵抗の増加，信頼性の低下などの問題が生
じるため、ＧａＡｌＡｓをクラッド層と採用する場合、
このバンドギャップ差を実現することは難しい。
ｌ組成とバンドギャップとの関係を示す。図中ハッチン
グで示す部分はドーピングが困難になる領域を示す。活
性層をＧａＡｓとした場合、クラッド層のバンドギャッ
プとして２．１ｅＶ以上の大きさが必要となる。この値
に相当するＡｌ組成としては図２のように０．８以上と
なる。しかしながら、この値はドーピングの困難領域内
となり、素子抵抗の増加，信頼性の低下などの問題が生
じるため、ＧａＡｌＡｓをクラッド層と採用する場合、
このバンドギャップ差を実現することは難しい。
【００２５】一方、図３にＩｎＧａＡｌＰ系材料におけ
るＡｌ組成とバンドギャップとの関係を示す。この図に
示すように、Ａｌ組成を０．３以上とすれば２．１ｅＶ
以上のバンドギャップを得ることができる。Ａｌ組成
０．７まではΓ遷移が支配しており、Ａｌ組成に対して
直線性良くバンドギャップを増加させることができる。
Ａｌ組成０．７では２．３ｅＶ以上のバンドギャップを
得ることができた。
るＡｌ組成とバンドギャップとの関係を示す。この図に
示すように、Ａｌ組成を０．３以上とすれば２．１ｅＶ
以上のバンドギャップを得ることができる。Ａｌ組成
０．７まではΓ遷移が支配しており、Ａｌ組成に対して
直線性良くバンドギャップを増加させることができる。
Ａｌ組成０．７では２．３ｅＶ以上のバンドギャップを
得ることができた。
【００２６】図４に、活性層をＧａＡｓとした場合のク
ラッド層とのバンドギャップ差と、１００℃における特
性温度との関係を示す。破線にＧａＡｌＡｓの場合、実
線にＩｎＧａＡｌＰクラッドの場合を示す。ＧａＡｌＡ
ｓとＩｎＧａＡｌＰで依存性が異なるのは、両者でＧａ
Ａｓに対するバンド不連続関係が異なることに起因して
いる。同じバンドギャップに対してややＩｎＧａＡｌＰ
の方が特性温度は小さくなるが、Ａｌ組成を０．３以上
とすることで、ＧａＡｌＡｓでは達成できない特性温度
を得ることができる。
ラッド層とのバンドギャップ差と、１００℃における特
性温度との関係を示す。破線にＧａＡｌＡｓの場合、実
線にＩｎＧａＡｌＰクラッドの場合を示す。ＧａＡｌＡ
ｓとＩｎＧａＡｌＰで依存性が異なるのは、両者でＧａ
Ａｓに対するバンド不連続関係が異なることに起因して
いる。同じバンドギャップに対してややＩｎＧａＡｌＰ
の方が特性温度は小さくなるが、Ａｌ組成を０．３以上
とすることで、ＧａＡｌＡｓでは達成できない特性温度
を得ることができる。
【００２７】なお、活性層をＧａＡｌＡｓとする場合、
活性層のバンドギャップが大きくなる方向なので、クラ
ッド層のＡｌ組成も大きくした方が望ましい。また、活
性層をＩｎＧａＡｓとする場合ではバンドギャップ差は
大きくなる方向であるが、ＩｎＧａＡｓの発光過程とし
てオージェ再結合過程などの温度特性を劣化させる要因
も増加するので、やはりＩｎＧａＡｌＰクラッド層のＡ
ｌ組成は０．３以上とするのが望ましい。
活性層のバンドギャップが大きくなる方向なので、クラ
ッド層のＡｌ組成も大きくした方が望ましい。また、活
性層をＩｎＧａＡｓとする場合ではバンドギャップ差は
大きくなる方向であるが、ＩｎＧａＡｓの発光過程とし
てオージェ再結合過程などの温度特性を劣化させる要因
も増加するので、やはりＩｎＧａＡｌＰクラッド層のＡ
ｌ組成は０．３以上とするのが望ましい。
【００２８】このようにクラッド層のＡｌ組成を設定し
た図１に示す半導体レーザは、共振器長を４００μｍと
したときに、しきい値３２ｍＡで連続発振した。特性温
度は２００℃まで変化がなく、１９０Ｋとほぼ活性層の
利得の温度依存性で支配される値と一致した。これは、
活性層からクラッド層への注入キャリアのオーバーフロ
ーが設計通り抑制されていることを示している。この結
果、連続動作で２７０℃、パルス動作で３２０℃まで発
振が確認された。
た図１に示す半導体レーザは、共振器長を４００μｍと
したときに、しきい値３２ｍＡで連続発振した。特性温
度は２００℃まで変化がなく、１９０Ｋとほぼ活性層の
利得の温度依存性で支配される値と一致した。これは、
活性層からクラッド層への注入キャリアのオーバーフロ
ーが設計通り抑制されていることを示している。この結
果、連続動作で２７０℃、パルス動作で３２０℃まで発
振が確認された。
【００２９】また、高出力動作に関しては非対称コート
を実施したものでは最高光出力５０ｍＷが得られた。信
頼性に関しても８０℃，３０ｍＷで１０００時間以上の
安定動作を確認した。これらの結果において活性層をＡ
ｓ系、クラッド層をＰ系とする問題は見られず、ＭＯＣ
ＶＤ法により極めて良好に界面切り替え、連続成長が行
われているものと考えられる。
を実施したものでは最高光出力５０ｍＷが得られた。信
頼性に関しても８０℃，３０ｍＷで１０００時間以上の
安定動作を確認した。これらの結果において活性層をＡ
ｓ系、クラッド層をＰ系とする問題は見られず、ＭＯＣ
ＶＤ法により極めて良好に界面切り替え、連続成長が行
われているものと考えられる。
【００３０】図５は、本発明の第２の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中３１は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板３１上にはｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層３２が形成されている。バッファ層３２
上には、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３
３，（Ｓｉドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3） Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓ活性層３４（アンドープ）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３
５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチング停止層３６（Ｚｎド
ープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３
７（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中３１は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板３１上にはｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層３２が形成されている。バッファ層３２
上には、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３
３，（Ｓｉドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3） Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓ活性層３４（アンドープ）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３
５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチング停止層３６（Ｚｎド
ープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層３
７（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）
【００３１】からなるダブルヘテロ接合構造部が形成さ
れている。クラッド層３７はストライプ状に加工され、
このクラッド層３７上にはｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐキャ
ップ層３８（Ｚｎドープ，１×１０18ｃｍ-3）が形成さ
れている。
れている。クラッド層３７はストライプ状に加工され、
このクラッド層３７上にはｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐキャ
ップ層３８（Ｚｎドープ，１×１０18ｃｍ-3）が形成さ
れている。
【００３２】クラッド層３７の側部にはｎ−ＧａＡｓ電
流狭窄層３９が形成され、電流狭窄層３９及びキャップ
層３８の上には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０（Ｚｎ
ドープ，５×１０18ｃｍ-3）が形成されている。そし
て、コンタクト層４０の上面にｐ側電極４１が形成さ
れ、基板３１の下面にｎ側電極４２が形成されている。
流狭窄層３９が形成され、電流狭窄層３９及びキャップ
層３８の上には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０（Ｚｎ
ドープ，５×１０18ｃｍ-3）が形成されている。そし
て、コンタクト層４０の上面にｐ側電極４１が形成さ
れ、基板３１の下面にｎ側電極４２が形成されている。
【００３３】光導波は先の第１の実施例と同様に、スト
ライプ状のメサに形成されたクラッド層３５，３７によ
り行われる。また、クラッド層３３の厚さＨ1 、活性層
３４の厚さｄ、クラッド層３５，３７のリッジ部での厚
さＨ2 、エッチング停止層３６の厚さ，メサ底部の幅Ｗ
は、第１の実施例と同様とした。
ライプ状のメサに形成されたクラッド層３５，３７によ
り行われる。また、クラッド層３３の厚さＨ1 、活性層
３４の厚さｄ、クラッド層３５，３７のリッジ部での厚
さＨ2 、エッチング停止層３６の厚さ，メサ底部の幅Ｗ
は、第１の実施例と同様とした。
【００３４】この実施例レーザにおいても、先の第１の
実施例と同様にクラッド層としてＩｎＧａＡｌＰを用い
ることにより、活性層とクラッド層とのバンドギャップ
差を十分大きくすることができる。そして、発振波長７
８０ｎｍで２００℃以上の連続発振が得られた。
実施例と同様にクラッド層としてＩｎＧａＡｌＰを用い
ることにより、活性層とクラッド層とのバンドギャップ
差を十分大きくすることができる。そして、発振波長７
８０ｎｍで２００℃以上の連続発振が得られた。
【００３５】図６は、本発明の第３の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中５１は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板５１上にはｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層５２が形成されている。バッファ層５２
上には、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５
３（Ｓｉドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ活性層５４（アンドープ）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５
５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3），
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中５１は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板５１上にはｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層５２が形成されている。バッファ層５２
上には、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５
３（Ｓｉドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）， Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ活性層５４（アンドープ）， ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐクラッド層５
５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3），
【００３６】からなるダブルヘテロ構造部が形成されて
いる。ダブルヘテロ構造部上には、ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐキャップ層５８（Ｚｎドープ，１×１０18ｃ
ｍ-3）と、ストライプ状の開口を有するｎ−ＧａＡｓ電
流狭窄層５９が形成されている。そして、これらの電流
狭窄層５９及びキャップ層５８の上には、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層６０（Ｚｎドープ，５×１０18ｃｍ-3）が
形成されている。さらに、コンタクト層６０の上面にｐ
側電極６１が形成され、基板５１の下面にｎ側電極６２
が形成されている。
いる。ダブルヘテロ構造部上には、ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐキャップ層５８（Ｚｎドープ，１×１０18ｃ
ｍ-3）と、ストライプ状の開口を有するｎ−ＧａＡｓ電
流狭窄層５９が形成されている。そして、これらの電流
狭窄層５９及びキャップ層５８の上には、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層６０（Ｚｎドープ，５×１０18ｃｍ-3）が
形成されている。さらに、コンタクト層６０の上面にｐ
側電極６１が形成され、基板５１の下面にｎ側電極６２
が形成されている。
【００３７】この実施例レーザにおいても、先の第１の
実施例と同様にクラッド層としてＩｎＧａＡｌＰを用い
ることにより、活性層とクラッド層とのバンドギャップ
差を十分大きくすることができる。そして、発振波長９
５０ｎｍで３００℃以上の連続発振が得られた。
実施例と同様にクラッド層としてＩｎＧａＡｌＰを用い
ることにより、活性層とクラッド層とのバンドギャップ
差を十分大きくすることができる。そして、発振波長９
５０ｎｍで３００℃以上の連続発振が得られた。
【００３８】図７は、本発明の第４の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。
導体レーザの概略構成を示す断面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。
【００３９】この実施例が第１の実施例と異なる点は、
活性層をｎ型としたことにある。即ち、図１と同じ構成
において、活性層７４はアンドープであるが導電型はｎ
型となっている。これ以外の各層の組成，膜厚及びドー
ピング量等の条件は第１の実施例と同様とした。
活性層をｎ型としたことにある。即ち、図１と同じ構成
において、活性層７４はアンドープであるが導電型はｎ
型となっている。これ以外の各層の組成，膜厚及びドー
ピング量等の条件は第１の実施例と同様とした。
【００４０】前述した第１の実施例では、活性層とクラ
ッド層とのバンドギャップ差を大きくしているので、Ｇ
ａＡｓとＩｎＧａＡｌＰとの大きなバンドギャップ差に
基づくヘテロバリアが形成される。そして、このヘテロ
バリアの存在によりｐクラッド層から活性層への正孔の
注入が阻害され、素子電圧が上昇する虞れがある。特
に、価電子帯側に大きなバンド不連続が存在すると、大
きなヘテロスパイクが生じ、さらにＶ族元素が異なるＰ
−Ａｓ界面となるため、正孔の注入が阻害されるばかり
でなく、界面を端とする劣化も問題となる。本実施例
は、第１の実施例に加えて、この問題をも未然に解決し
たものである。
ッド層とのバンドギャップ差を大きくしているので、Ｇ
ａＡｓとＩｎＧａＡｌＰとの大きなバンドギャップ差に
基づくヘテロバリアが形成される。そして、このヘテロ
バリアの存在によりｐクラッド層から活性層への正孔の
注入が阻害され、素子電圧が上昇する虞れがある。特
に、価電子帯側に大きなバンド不連続が存在すると、大
きなヘテロスパイクが生じ、さらにＶ族元素が異なるＰ
−Ａｓ界面となるため、正孔の注入が阻害されるばかり
でなく、界面を端とする劣化も問題となる。本実施例
は、第１の実施例に加えて、この問題をも未然に解決し
たものである。
【００４１】素子電圧を十分低くするためには、構造パ
ラメータ、特にここでは活性層の導電型を所定の設定す
る必要があり、上述した値はその一例を示したものであ
る。以下に、活性層の導電型の正孔の注入の関係につい
て説明する。
ラメータ、特にここでは活性層の導電型を所定の設定す
る必要があり、上述した値はその一例を示したものであ
る。以下に、活性層の導電型の正孔の注入の関係につい
て説明する。
【００４２】図８に、活性層がｐ型とｎ型の場合の、活
性層とｐクラッド層のエネルギーバンドダイヤグラムを
示す。バイアスは順方向に加えている。図８（ａ）に示
すように活性層がｐ型の場合、大きなバンドギャップ差
に基づくヘテロバリアが出現し、活性層への正孔の注入
が阻害され、素子の立上がり電圧，抵抗共に上昇し、著
しく素子特性を劣化させる。特に、活性層とクラッド層
のバンドギャップの差が０．７ｅＶを越えるとこの傾向
は顕著になり、素子が高抵抗化する。
性層とｐクラッド層のエネルギーバンドダイヤグラムを
示す。バイアスは順方向に加えている。図８（ａ）に示
すように活性層がｐ型の場合、大きなバンドギャップ差
に基づくヘテロバリアが出現し、活性層への正孔の注入
が阻害され、素子の立上がり電圧，抵抗共に上昇し、著
しく素子特性を劣化させる。特に、活性層とクラッド層
のバンドギャップの差が０．７ｅＶを越えるとこの傾向
は顕著になり、素子が高抵抗化する。
【００４３】一方、図８（ｂ）に示すように活性層がｎ
型の場合、活性層とクラッド層との間にはｐｎ接合が存
在する。この場合、ｐｎ接合の空乏層を中心としたバン
ドの曲りによって、正孔に対するヘテロバリアを実効的
に低くすることができる。このため、活性層への正孔の
注入は円滑に行われ、ヘテロバリアが障壁となることは
ない。このエネルギーバンドダイヤグラム図に示した関
係は、それぞれの層のＡｌ組成，キャリア濃度によって
も変化するが、大きくは上記したように活性層の導電型
に大きく支配される。従って、活性層の導電型はｎ型に
するのが望ましい。
型の場合、活性層とクラッド層との間にはｐｎ接合が存
在する。この場合、ｐｎ接合の空乏層を中心としたバン
ドの曲りによって、正孔に対するヘテロバリアを実効的
に低くすることができる。このため、活性層への正孔の
注入は円滑に行われ、ヘテロバリアが障壁となることは
ない。このエネルギーバンドダイヤグラム図に示した関
係は、それぞれの層のＡｌ組成，キャリア濃度によって
も変化するが、大きくは上記したように活性層の導電型
に大きく支配される。従って、活性層の導電型はｎ型に
するのが望ましい。
【００４４】このように、活性層をｎ型に設定した図７
に示す半導体レーザは、共振器長を４００μｍとしたと
き、しきい値２５ｍＡで連続発振した。素子の抵抗は３
Ω、２０ｍＷ時の電圧も１．８Ｖと低かった。特性温度
は２００℃まで変化がなく、２０５Ｋとほぼ活性層の利
得の温度依存性で支配される値と一致した。これは、活
性層からクラッド層への注入キャリアのオーバーフロー
が設計通り抑制されていることを示している。
に示す半導体レーザは、共振器長を４００μｍとしたと
き、しきい値２５ｍＡで連続発振した。素子の抵抗は３
Ω、２０ｍＷ時の電圧も１．８Ｖと低かった。特性温度
は２００℃まで変化がなく、２０５Ｋとほぼ活性層の利
得の温度依存性で支配される値と一致した。これは、活
性層からクラッド層への注入キャリアのオーバーフロー
が設計通り抑制されていることを示している。
【００４５】この結果、連続動作で２８０℃まで、パル
ス動作では３５０℃まで発振が確認された。高出力動作
に関しては非対称コートを実施したものでは最高光出力
６５ｍＷが得られた。信頼性に関しても８０℃，３０ｍ
Ｗで３０００時間以上の安定動作を確認した。これらの
結果において活性層をＡｓ系、クラッド層をＰ系とする
問題は見られず、ＭＯＣＶＤ法により極めて良好に界面
切り替え、連続成長が行われているものと考えられる。
ス動作では３５０℃まで発振が確認された。高出力動作
に関しては非対称コートを実施したものでは最高光出力
６５ｍＷが得られた。信頼性に関しても８０℃，３０ｍ
Ｗで３０００時間以上の安定動作を確認した。これらの
結果において活性層をＡｓ系、クラッド層をＰ系とする
問題は見られず、ＭＯＣＶＤ法により極めて良好に界面
切り替え、連続成長が行われているものと考えられる。
【００４６】なお、活性層をｎ型とすることによる上述
した効果は、実施例で用いた材料系に限定されるもので
はなく、活性層とクラッド層の非金属側元素が異なり、
活性層とｐクラッド層とのバンド不連続のうち、価電子
帯側のバンド不連続が大きくなる場合に現れる。特に、
バンド不連続値のうちの半分以上が価電子帯側に分配さ
れる組み合わせでヘテロ構造が構成された場合、ヘテロ
スパイクが大きくなりすぎて正孔が活性層に注入されず
レーザ発振しないことがある。この場合も、本実施例の
ように活性層をｎ型とすることにより、ｐクラッド層か
ら活性層への円滑な正孔の注入が可能となる。また、活
性層は必ずしもｎ型である必要はなく、活性層がｐ型で
も活性層のキャリアが３〜５×１０17ｃｍ-3以下の低濃
度であれば、ｎ型と同等の改善が得られる場合もある。
した効果は、実施例で用いた材料系に限定されるもので
はなく、活性層とクラッド層の非金属側元素が異なり、
活性層とｐクラッド層とのバンド不連続のうち、価電子
帯側のバンド不連続が大きくなる場合に現れる。特に、
バンド不連続値のうちの半分以上が価電子帯側に分配さ
れる組み合わせでヘテロ構造が構成された場合、ヘテロ
スパイクが大きくなりすぎて正孔が活性層に注入されず
レーザ発振しないことがある。この場合も、本実施例の
ように活性層をｎ型とすることにより、ｐクラッド層か
ら活性層への円滑な正孔の注入が可能となる。また、活
性層は必ずしもｎ型である必要はなく、活性層がｐ型で
も活性層のキャリアが３〜５×１０17ｃｍ-3以下の低濃
度であれば、ｎ型と同等の改善が得られる場合もある。
【００４７】図９は、本発明の第５の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。
導体レーザの概略構成を示す断面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。
【００４８】この実施例が先の第１の実施例と異なる点
は、活性層１４とクラッド層１３，１５との間に、これ
らの中間のバンドギャップを有する層を設けたことにあ
る。即ち、活性層１４とｎクラッド層１３との間にはｎ
−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ光ガイド層７３（Ｓｉドープ，３
〜５×１０17ｃｍ-3）が設けられ、活性層１４とｐクラ
ッド層１５との間にはｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ光ガイド
層７５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）設けられ
ている。なお、活性層１４の厚さは０．０３μｍとし、
その他の層の厚さ及びメサ底部の幅等の条件は第１の実
施例と同様とした。
は、活性層１４とクラッド層１３，１５との間に、これ
らの中間のバンドギャップを有する層を設けたことにあ
る。即ち、活性層１４とｎクラッド層１３との間にはｎ
−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ光ガイド層７３（Ｓｉドープ，３
〜５×１０17ｃｍ-3）が設けられ、活性層１４とｐクラ
ッド層１５との間にはｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ光ガイド
層７５（Ｚｎドープ，３〜５×１０17ｃｍ-3）設けられ
ている。なお、活性層１４の厚さは０．０３μｍとし、
その他の層の厚さ及びメサ底部の幅等の条件は第１の実
施例と同様とした。
【００４９】この実施例は、第４の実施例と同様に、活
性層とクラッド層とのバンドギャップ差に基づくヘテロ
バリアの存在による素子電圧の上昇を防止したものであ
る。素子電圧を十分低くするためには、素子構造、特に
ここでは活性層とｐクラッド層との間に設けたＩｎＧａ
Ｐ光ガイド層が重要である。以下、このＩｎＧａＰ層と
活性層への正孔の注入について説明する。
性層とクラッド層とのバンドギャップ差に基づくヘテロ
バリアの存在による素子電圧の上昇を防止したものであ
る。素子電圧を十分低くするためには、素子構造、特に
ここでは活性層とｐクラッド層との間に設けたＩｎＧａ
Ｐ光ガイド層が重要である。以下、このＩｎＧａＰ層と
活性層への正孔の注入について説明する。
【００５０】図１０に、活性層とｐクラッド層のエネル
ギーバンドダイヤグラムを示す。バイアスは順方向に加
えている。図１０（ａ）に示すように、活性層とｐクラ
ッド層が直接接合を形成している場合、大きなバンドギ
ャップ差に基づくヘテロバリアが出現し、正孔の注入が
阻害され、素子の立上がり電圧，抵抗共に上昇し、著し
く素子特性を劣化させる。特に、活性層とクラッド層の
バンドギャップの差が０．７ｅＶを越えるとこの傾向は
顕著になり、素子が高抵抗化する。
ギーバンドダイヤグラムを示す。バイアスは順方向に加
えている。図１０（ａ）に示すように、活性層とｐクラ
ッド層が直接接合を形成している場合、大きなバンドギ
ャップ差に基づくヘテロバリアが出現し、正孔の注入が
阻害され、素子の立上がり電圧，抵抗共に上昇し、著し
く素子特性を劣化させる。特に、活性層とクラッド層の
バンドギャップの差が０．７ｅＶを越えるとこの傾向は
顕著になり、素子が高抵抗化する。
【００５１】一方、図１０（ｂ）に示すように、活性層
とｐクラッド層との間にＩｎＧａＰ層を設けた場合、Ｉ
ｎＧａＰがＧａＡｓとＩｎＧａＡｌＰの中間的なバンド
ギャップを持つため、ヘテロスパイクを実効的に低くす
ることができる。このため、活性層への正孔の注入は円
滑に行われ、ヘテロバリアが障壁となることはない。な
お、このエネルギーバンドダイヤグラム図に示した関係
は、それぞれの層のＡｌ組成，キャリア濃度によっても
変化し、活性層の導電型をｎ型にすることによっても改
善できるが、ＩｎＧａＰ層の設定は再現性も良く、また
Ａｓ−Ｐ界面がＡｌを含まないで形成できるため高信頼
化にも有効である。本実施例では高信頼化を観点にｎ側
にもＩｎＧａＰ層を設け、モード設計においては、光ガ
イド層と捕らえている。
とｐクラッド層との間にＩｎＧａＰ層を設けた場合、Ｉ
ｎＧａＰがＧａＡｓとＩｎＧａＡｌＰの中間的なバンド
ギャップを持つため、ヘテロスパイクを実効的に低くす
ることができる。このため、活性層への正孔の注入は円
滑に行われ、ヘテロバリアが障壁となることはない。な
お、このエネルギーバンドダイヤグラム図に示した関係
は、それぞれの層のＡｌ組成，キャリア濃度によっても
変化し、活性層の導電型をｎ型にすることによっても改
善できるが、ＩｎＧａＰ層の設定は再現性も良く、また
Ａｓ−Ｐ界面がＡｌを含まないで形成できるため高信頼
化にも有効である。本実施例では高信頼化を観点にｎ側
にもＩｎＧａＰ層を設け、モード設計においては、光ガ
イド層と捕らえている。
【００５２】このように活性層とｐクラッド層との間に
これらの中間のバンドギャップを有するＩｎＧａＰ層を
設けた図７に示す半導体レーザは、共振器長４００μｍ
としたとき、しきい値１９ｍＡで連続発振した。素子の
抵抗は２．５Ω、２０ｍＷ時の電圧も１．７Ｖと低かっ
た。特性温度は２００℃まで変化がなく、２１５Ｋとほ
ぼ活性層の利得の温度依存性で支配される値と一致し
た。これは、活性層からクラッド層への注入キャリアの
オーバーフローが設計通り抑制されていることを示して
いる。
これらの中間のバンドギャップを有するＩｎＧａＰ層を
設けた図７に示す半導体レーザは、共振器長４００μｍ
としたとき、しきい値１９ｍＡで連続発振した。素子の
抵抗は２．５Ω、２０ｍＷ時の電圧も１．７Ｖと低かっ
た。特性温度は２００℃まで変化がなく、２１５Ｋとほ
ぼ活性層の利得の温度依存性で支配される値と一致し
た。これは、活性層からクラッド層への注入キャリアの
オーバーフローが設計通り抑制されていることを示して
いる。
【００５３】この結果、連続動作で３００℃まで、パル
ス動作では４００℃まで発振が確認された。高出力動作
に関しては非対称コートを実施したものでは最高光出力
１５０ｍＷが得られた。信頼性に関しても８０℃，５０
ｍＷで１００００時間以上の安定動作を確認した。これ
らの結果において活性層をＡｓ系、クラッド層をＰ系と
する問題は見られず、ＭＯＣＶＤ法により極めて良好に
界面切り替え、連続成長が行われているものと考えられ
る。
ス動作では４００℃まで発振が確認された。高出力動作
に関しては非対称コートを実施したものでは最高光出力
１５０ｍＷが得られた。信頼性に関しても８０℃，５０
ｍＷで１００００時間以上の安定動作を確認した。これ
らの結果において活性層をＡｓ系、クラッド層をＰ系と
する問題は見られず、ＭＯＣＶＤ法により極めて良好に
界面切り替え、連続成長が行われているものと考えられ
る。
【００５４】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。例えば、活性層としてＡｌ組成を比
較的多くしたＧａＡｌＡｓを用いたり、量子井戸構造や
積極的に歪みを導入したものなど、クラッド層とのバン
ドギャップ差を十分取れる範囲で適用が可能である。さ
らに、クラッド層として、Ａｓ，Ｂ，Ｎ，Ｚｎ，Ｓｅな
どの材料を含むものを用いることもできる。また、半導
体レーザに限らずダブルヘテロ構造を有する発光ダイオ
ードに適用することも可能である。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。
れるものではない。例えば、活性層としてＡｌ組成を比
較的多くしたＧａＡｌＡｓを用いたり、量子井戸構造や
積極的に歪みを導入したものなど、クラッド層とのバン
ドギャップ差を十分取れる範囲で適用が可能である。さ
らに、クラッド層として、Ａｓ，Ｂ，Ｎ，Ｚｎ，Ｓｅな
どの材料を含むものを用いることもできる。また、半導
体レーザに限らずダブルヘテロ構造を有する発光ダイオ
ードに適用することも可能である。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。
【００５５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明（請求項１）
によれば、活性層に対して十分大きいバンドギャップ差
を持つクラッド層を与えることができ、温度特性を格段
に改善することで、３００℃以上の使用にも十分耐え得
る優れた半導体発光素子を実現することが可能となる。
によれば、活性層に対して十分大きいバンドギャップ差
を持つクラッド層を与えることができ、温度特性を格段
に改善することで、３００℃以上の使用にも十分耐え得
る優れた半導体発光素子を実現することが可能となる。
【００５６】また、本発明（請求項２，３）によれば、
活性層とクラッド層とのバンドギャップ差に基づくヘテ
ロバリアの存在による正孔注入の阻害要因をなくすこと
ができ、素子電圧の低減化をはかることが可能となる。
活性層とクラッド層とのバンドギャップ差に基づくヘテ
ロバリアの存在による正孔注入の阻害要因をなくすこと
ができ、素子電圧の低減化をはかることが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
概略構成を示す断面図、
【図２】ＧａＡｌＡｓのＡｌ組成とバンドギャップとの
関係を示す特性図、
関係を示す特性図、
【図３】ＩｎＧａＡｌＰのＡｌ組成とバンドギャップと
の関係を示す特性図、
の関係を示す特性図、
【図４】クラッド層のバンドギャップと特性温度との関
係を示す特性図、
係を示す特性図、
【図５】本発明の第２の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
概略構成を示す断面図、
【図６】本発明の第３の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
概略構成を示す断面図、
【図７】本発明の第４の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
概略構成を示す断面図、
【図８】ｐ型，ｎ型の活性層とｐクラッド層のエネルギ
ーバンドダイヤグラムを示す模式図。
ーバンドダイヤグラムを示す模式図。
【図９】本発明の第５の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
概略構成を示す断面図、
【図１０】活性層とｐクラッド層のエネルギーバンドダ
イヤグラムを示す模式図、
イヤグラムを示す模式図、
１１，３１，５１…ｎ−ＧａＡｓ基板、 １２，３２，５２…ｎ−ＧａＡｓバッファ層、 １３，３３，５３…ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、 １４…ＧａＡｓ活性層、 １５，３５，５５…ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、 １６，３６…ｐ−ＩｎＧａＰエッチング停止層、 １７，３７…ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、 １８，３８，５８…ｐ−ＩｎＧａＰキャップ層、 ２０，４０，６０…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 ２１，２２，４１，４２，６１，６２…電極、 ３４…ＧａＡｌＡｓ活性層 ３９，５９…ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層、 ５４…ＩｎＧａＡｓ活性層 ７４…ｎ−ＧａＡｓ活性層、 ９３…ｎ−ＩｎＧａＰ光ガイド層（中間バンドギャップ
層）、 ９５…ｐ−ＩｎＧａＰ光ガイド層（中間バンドギャップ
層）。
層）、 ９５…ｐ−ＩｎＧａＰ光ガイド層（中間バンドギャップ
層）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 幸江 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 鈴木 真理子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】第１導電型の半導体基板上に形成された第
１導電型のＩｎＧａＡｌＰクラッド層と、このクラッド
層上に形成されたＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａ
Ａｓからなる活性層と、この活性層上に形成された第２
導電型のＩｎＧａＡｌＰクラッド層とを具備してなるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】化合物半導体基板上に、活性層を該活性層
とは非金属側元素が異なるｐ型及びｎ型のクラッド層で
挟んだダブルヘテロ構造部を形成してなる半導体発光素
子において、 前記活性層とクラッド層は、バンド不連続値のうち半分
以上が価電子帯側に分配される組み合わせからなり、且
つ前記活性層の導電型をｎ型としたことを特徴とする半
導体発光素子。 - 【請求項３】化合物半導体基板上に、活性層を該活性層
とは非金属側元素が異なるｐ型及びｎ型のクラッド層で
挟んだダブルヘテロ構造部を形成した半導体発光素子に
おいて、 前記活性層とクラッド層はバンド不連続値のうち半分以
上が価電子帯側に分配される組み合わせからなり、且つ
前記活性層とｐ型のクラッド層との間、又は前記活性層
とｐ型及びｎ型の各クラッド層との間に、これらの中間
のバンドギャップを有する中間バンドギャップ層を挿入
してなることを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1693292A JP3242967B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 半導体発光素子 |
| DE69314816T DE69314816T2 (de) | 1992-01-31 | 1993-01-28 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung |
| EP93300635A EP0554089B1 (en) | 1992-01-31 | 1993-01-28 | Semiconductor light-emitting device |
| US08/010,844 US5321712A (en) | 1992-01-31 | 1993-01-29 | Semiconductor light-emitting device having a cladding layer composed of an InGaAlp-based compound |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1693292A JP3242967B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218582A true JPH05218582A (ja) | 1993-08-27 |
| JP3242967B2 JP3242967B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=11929898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1693292A Expired - Fee Related JP3242967B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 半導体発光素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5321712A (ja) |
| EP (1) | EP0554089B1 (ja) |
| JP (1) | JP3242967B2 (ja) |
| DE (1) | DE69314816T2 (ja) |
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| US6909733B2 (en) | 2000-10-04 | 2005-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
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| US7260128B2 (en) | 2003-05-20 | 2007-08-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device, semiconductor laser system, optical pickup module and manufacturing for semiconductor laser system |
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| US8599895B2 (en) | 2011-01-27 | 2013-12-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
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-
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- 1992-01-31 JP JP1693292A patent/JP3242967B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1993
- 1993-01-28 EP EP93300635A patent/EP0554089B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-01-28 DE DE69314816T patent/DE69314816T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-01-29 US US08/010,844 patent/US5321712A/en not_active Expired - Lifetime
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