JPH05291686A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH05291686A
JPH05291686A JP4094239A JP9423992A JPH05291686A JP H05291686 A JPH05291686 A JP H05291686A JP 4094239 A JP4094239 A JP 4094239A JP 9423992 A JP9423992 A JP 9423992A JP H05291686 A JPH05291686 A JP H05291686A
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JP
Japan
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layer
undoped
inp
active layer
semiconductor laser
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JP4094239A
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English (en)
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Masaya Mannou
正也 萬濃
Seiji Onaka
清司 大仲
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/045,423 priority patent/US5345463A/en
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    • H01SDEVICES 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
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    • H01S5/22Structure 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長寿命かつ発振波長の再現性に優れた高歩留
まりの素子構造を有する横モード制御型の半導体レーザ
を提供する。 【構成】 p−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pク
ラッド層42とアンドープGa0.5 In0.5 P活性層3
との間に、クラッド層42より拡散係数の小さいアンド
ープGa0.5 In0.5 P層103とアンドープ(Al
0.6 Ga0.4 0.5In0.5 P層102からなる拡散抑
止層を設けている。そのため、結晶成長中や加工中にp
−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層42
から拡散した不純物のZnは、アンドープGa0.5 In
0.5 P層103にほぼトラップされ、一部下部のアンド
ープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 P層102に拡
散するもののアンドープGa0.5 In0.5 P活性層3に
は到達しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、情報の光通信あるい
は光消去・記録・再生などに用いることができるAlG
aInP系の横モード制御型の半導体レーザに関するも
のである。
【0002】
【従来の説明】半導体レーザはレーザプリンタ、光ディ
スク等の情報処理装置用光源として、最近その重要性を
増してきている。特に波長600nm帯のAlGaIn
P系半導体レーザが注目されており、その開発が活発に
行われている。従来のAlGaInP系半導体レーザの
素子構造は、例えば図3の断面図に示すようなものであ
る。このような素子構造は、通常有機金属化学気相成長
法(MOVPE法)等の結晶成長法により以下に示すよ
うな工程で形成される。
【0003】まず、第1の結晶成長工程で、n−GaA
s基板1上に、Seドープのn−(Al0.6 Ga0.4
0.5 In0.5 Pクラッド層2、アンドープGa0.5 In
0.5P活性層3、Znドープのp−(Al0.6
0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層40、Znドープの
p−GaAsキャップ層(図示せず)を順次積層する。
次に、SiO2 マスク(図示せず)を用いてp−(Al
0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層40を台形状
にエッチングし、<1−10>方向のメサストライプを
形成した後、第2の結晶成長工程で、メサストライプの
側面にn−GaAs電流狭窄層5を選択的に埋込み成長
させる。
【0004】次に、SiO2 マスク(図示せず)を除去
した後、第3の結晶成長工程で、全面にp−GaAsコ
ンタクト層6を積層する。最後にp側電極7及びn側電
極8をそれぞれ形成する。このような素子構造を有する
半導体レーザは、n−GaAs電流狭窄層5により電流
の狭窄を行うことができ、またレーザ光をメサストライ
プ下に閉じ込めて導波させるものであって、これにより
横方向の導波構造が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の素子構造では次のような課題があった。n,p−(A
0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層2,40に
添加されたSeやZnのような不純物は結晶成長中、も
しくは熱処理中に結晶中を拡散することは免れず、特に
上述の様な複数回の結晶成長工程を必要とする場合にそ
の影響は多大で、PN接合位置が変化したり、またアン
ドープGa0.5 In0.5 P活性層3に拡散した不純物が
活性層内に非発光再結合中心を発生させ、素子特性の劣
化の原因となっていた。
【0006】また、AlGaInP系材料のような、い
わゆる自然超格子と呼ばれる秩序構造が結晶中に形成さ
れる材料では、SeやZnのような不純物の拡散にとも
ない自然超格子の無秩序化が進み、拡散の程度によって
そのバンドギャップが変化する。すなわち、n,p−
(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層2,4
0に添加された不純物は、アンドープGa0.5 In0.5
P活性層3に拡散しそのバンドギャップを変化させてし
まう。この傾向は不純物濃度が高いほど顕著であり、半
導体レーザの発振波長の再現性の障害となっていた。
【0007】この発明は、上記課題を解決し、長寿命か
つ発振波長の再現性に優れた高歩留まりの素子構造を有
する横モード制御型の半導体レーザを提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の半導体レーザは、少なくとも一方の
(AlX Ga1-X )InPクラッド層と(AlY Ga
1-Y )InP活性層との間に、アンドープあるいは低ド
ープAlGaInP層を設けたことを特徴とする。
【0009】請求項2記載の半導体レーザは、少なくと
も一方の(AlX Ga1-X )InPクラッド層と(Al
Y Ga1-Y )InP活性層との間に、不純物の拡散係数
が(AlX Ga1-X )InPクラッド層より小さいAl
GaInP層を含む単層あるいは多層の拡散抑止層を設
けたことを特徴とする。
【0010】
【作用】請求項1記載の構成によれば、(AlX Ga
1-X )InPクラッド層と(Al Y Ga1-Y )InP活
性層の間にアンドープもしくは低ドープ(AlX Ga
1-X)InP層を設けているため、(AlY Ga1-Y
InP活性層への不純物の拡散を回避できる。したがっ
て、(AlY Ga1-Y )InP活性層への不純物の拡散
によってもたらされる特性劣化や発振波長のばらつきは
なく、長寿命かつ発振波長の再現性に優れた高歩留りの
半導体レーザが得られる。
【0011】請求項2記載の構成によれば、(AlX
1-X )InPクラッド層と(Al Y Ga1-Y )InP
活性層との間に不純物の拡散係数の小さいAlGaIn
P層を含む拡散抑止層を設けているため、拡散速度を遅
くでき、(AlY Ga1-Y )InP活性層への不純物の
拡散を回避できる。したがって、(AlY Ga1-Y )I
nP活性層への不純物の拡散によってもたらされる特性
劣化や発振波長のばらつきはなく、長寿命かつ発振波長
の再現性に優れた高歩留りの半導体レーザが得られる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。 〔第1の実施例〕図1はこの発明の第1の実施例の横モ
ード制御型の半導体レーザの素子構造を示す断面図であ
る。同図において、1はn−GaAs基板、2はn−
(Al0.6Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層(1.
0μm)、3はアンドープGa0.5In0.5 P活性層
(60nm)、101はアンドープ(Al0.6
0.4 0.5In0.5 P層(10nm)、41はp−
(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層(1.
0μm)、6はp−GaAsコンタクト層(3.0μ
m)である。5はn−GaAs電流狭窄層(0.5μ
m)である。また7、8はそれぞれp側、n側電極であ
る。
【0013】この半導体レーザの素子構造の形成は、
(100)n−GaAs基板を用い、減圧MOVPE法
により成長温度750℃,成長圧力50Torrの条件
下で行った。原料ガスとしてTMG(トリメチルガリウ
ム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMI(ト
リメチルインジウム)、AsH3 (アルシン)、PH3
(ホスフィン)、ドーパントガスとしてH2 Se(セレ
ン化水素)、DMZ(ジメチル亜鉛)を用いる。
【0014】まず、第1の結晶成長工程で、n−GaA
s基板1上に、n−(Al0.6 Ga 0.4 0.5 In0.5
Pクラッド層2、アンドープGa0.5 In0.5 P活性層
3、アンドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 P層
101、p−(Al0.6 Ga 0.4 0.5 In0.5 Pクラ
ッド層41、p−GaAsキャップ層(図示せず)を順
次積層する。
【0015】次に、SiO2 マスク(図示せず)を用い
てp−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層
41を台形状にエッチングし、<1−10>方向のメサ
ストライプを形成した後、第2の結晶成長工程で、メサ
ストライプの側面にn−GaAs電流狭窄層5を選択的
に埋込み成長させる。次に、SiO2 マスク(図示せ
ず)を除去した後、第3の結晶成長工程で、全面にp−
GaAsコンタクト層6を積層する。最後にp側電極7
及びn側電極8をそれぞれ形成する。
【0016】アンドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In
0.5 P層101を挿入していない従来例の半導体レーザ
構造では、発振波長は676nmで、50℃、5mWの
連続通電試験の結果2000時間程度で劣化するのに対
し、この実施例の半導体レーザでは、発振波長は680
nmで、50℃,5mWの連続通電試験の結果1000
0時間以上の安定動作が確認された。
【0017】この実施例および従来例の半導体レーザの
発光部のSIMS分析を行った結果、従来例の場合、p
型不純物であるZnの拡散フロントは活性層内であっ
た。不純物の拡散が結晶内で生じた場合、自然超格子が
無秩序化しバンドギャップが変化することがわかってい
る。すなわち、従来例の場合、活性層内で面内および厚
さ方向にバンドギャップの変化を生じ、利得のピークを
与える光子エネルギーが変わっているため発振波長が異
なるものと考えられる。このような場合、拡散したZn
は活性層内に非発光中心となる欠陥の生成をもたらし、
信頼性の低下につながっていた。これに対し、この実施
例の場合、p型不純物であるZnの拡散フロントはアン
ドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 P層101内
である。
【0018】以上のようにこの実施例によれば、p−
(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層41と
アンドープGa0.5 In0.5 P活性層3との間に、アン
ドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 P層101を
設けている。そのため、結晶成長中や加工中にp−(A
0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層41から拡
散した不純物のZnは、アンドープ(Al0.6
0.4 0.5 In0.5 P層101に拡散するもののアン
ドープGa0.5 In0.5 P活性層3には到達しない。よ
ってアンドープGa0.5 In0.5 P活性層3内に不純物
の拡散によってもたらされる特性劣化や発振波長のばら
つきはなく、長寿命かつ発振波長の再現性に優れた高歩
留りの半導体レーザが得られる。
【0019】なお、アンドープ(Al0.6 Ga0.4
0.5 In0.5 P層101の代わりに、低ドープAlGa
InP層を用いてもよい。また、アンドープGa0.5
0.5 P活性層3の上部にアンドープ(Al0.6Ga
0.4 0.5 In0.5 P層101を設ける代わりに、アン
ドープGa0.5 In 0.5 P活性層3の下部(すなわち、
n−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層2
とアンドープGa0.5 In0.5 P活性層3との間)に、
アンドープあるいは低ドープAlGaInP層を設けて
も同様の効果が得られる。また、活性層3の上部と下部
の両方に設ければ、より良い効果が得られる。
【0020】〔第2の実施例〕図2はこの発明の第2の
実施例の横モード制御型の半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。同図において、1はn−GaAs基
板、2はn−(Al0.6Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラ
ッド層(1.0μm)、3はアンドープGa0.5In
0.5 P活性層(60nm)、102はアンドープ(Al
0.6 Ga0.4 0.5In0.5 P層(5nm)、103は
アンドープGa0.5 In0.5 P層(10nm)、42は
p−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層
(1.0μm)、6はp−GaAsコンタクト層(3.
0μm)である。5はn−GaAs電流狭窄層である。
また7、8はそれぞれp側、n側電極である。
【0021】この半導体レーザの素子構造の形成は、
(100)n−GaAs基板を用い、減圧MOVPE法
により成長温度750℃,成長圧力50Torrの条件
下で行った。原料ガスとしてTMG(トリメチルガリウ
ム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMI(ト
リメチルインジウム)、AsH3 (アルシン)、PH3
(ホスフィン)、ドーパントガスとしてH2 Se(セレ
ン化水素)、DMZ(ジメチル亜鉛)を用いる。
【0022】まず、第1の結晶成長工程で、n−GaA
s基板1上に、n−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5
Pクラッド層2、アンドープGa0.5 In0.5 P活性層
3、アンドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 P層
102、アンドープGa0. 5 In0.5 P103、p−
(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層42、
p−GaAsキャップ層(図示せず)を順次積層する。
【0023】次に、SiO2 マスク(図示せず)を用い
てp−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層
42を台形状にエッチングし、<1−10>方向のメサ
ストライプを形成した後、第2の結晶成長工程で、メサ
ストライプの側面にn−GaAs電流狭窄層5を選択的
に埋込み成長させる。次に、SiO2 マスク(図示せ
ず)を除去した後、第3の結晶成長工程で、全面にp−
GaAsコンタクト層6を積層する。最後にp側電極7
及びn側電極8をそれぞれ形成する。
【0024】アンドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In
0.5 P層102とアンドープGa0. 5 In0.5 P層10
3を挿入していない従来の半導体レーザ構造では、発振
波長は676nmで、50℃、5mWの連続通電試験の
結果2000時間程度で劣化するのに対し、この実施例
の半導体レーザでは、発振波長680nmで、50℃、
5mWの連続通電試験の結果10000時間以上の安定
動作が確認された。
【0025】この実施例の半導体レーザの発光部のSI
MS分析を行った結果、p型不純物であるZnの拡散フ
ロントは、アンドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5 In
0.5 P層102内であった。アンドープGa0.5 In
0.5 P層103でのZnの拡散係数はp−(Al0.6
0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層42のそれより十分
小さいので、膜厚は10nmと薄いが十分拡散を抑制で
きる。この場合、第1の実施例と比べ、特性的には同等
であるが、再現性においてはこの第2の実施例の方が優
っている。すなわち、この実施例ではクラッド層42か
ら拡散するZnが効果的に拡散抑止層(102,10
3)にトラップされるため拡散フロント位置が一定して
いる。なお、拡散抑止層となるアンドープGa0.5 In
0.5 P層103およびアンドープ(Al0.6 Ga0.4
0.5 In0.5 P層102は、それぞれ10nm、5nm
と薄いので光強度分布に与える影響は無視できる。
【0026】以上のようにこの実施例によれば、p−
(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層42と
アンドープGa0.5 In0.5 P活性層3との間に、クラ
ッド層42より拡散係数の小さいアンドープGa0.5
0.5 P層103とアンドープ(Al0.6 Ga0.4
0.5 In0.5 P層102からなる拡散抑止層を設けてい
る。そのため、結晶成長中や加工中にp−(Al0.6
0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層42から拡散した不
純物のZnは、アンドープGa0.5 In0.5 P層103
にほぼトラップされ、一部下部のアンドープ(Al0.6
Ga0.4 0.5 In 0.5 P層102に拡散するもののア
ンドープGa0.5 In0.5 P活性層3には到達しない。
よってアンドープGa0.5 In0.5 P活性層3内に不純
物の拡散によってもたらされる特性劣化や発振波長のば
らつきはなく、長寿命かつ発振波長の再現性に優れた高
歩留りの半導体レーザが得られる。
【0027】また、アンドープGa0.5 In0.5 P活性
層3の上部に拡散抑止層(102,103)を設ける代
わりに、アンドープGa0.5 In0.5 P活性層3の下部
(すなわち、n−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5
クラッド層2とアンドープGa0.5 In0.5 P活性層3
との間)に、拡散抑止層を設けても同様の効果が得られ
る。また、活性層3の上部と下部の両方に設ければより
良い効果が得られる。
【0028】なお、上述の第1,第2の実施例の説明に
おいては、活性層としてGa0.5 In0.5 P活性層を用
い、またクラッド層として(Al0.6 Ga0.4 0.5
0. 5 Pクラッド層を用いたが、組成,膜厚はこれに限
定されるものではない。クラッド層として(AlX Ga
1-X )InP,活性層として(AlY Ga1-Y )InP
であり、0≦y<x≦1を満足するものである。また基
板としてn−GaAs基板を用いたが、p−GaAs基
板でもよく、活性層として量子井戸構造を用いてもよ
い。
【0029】
【発明の効果】請求項1記載の半導体レーザは、(Al
X Ga1-X )InPクラッド層と(AlY Ga1-Y )I
nP活性層の間にアンドープもしくは低ドープ(AlX
Ga1- X )InP層を設けているため、(AlY Ga
1-Y )InP活性層への不純物の拡散を回避できる。し
たがって、(AlY Ga1-Y )InP活性層への不純物
の拡散によってもたらされる特性劣化や発振波長のばら
つきはなく、長寿命かつ発振波長の再現性に優れた高歩
留りの半導体レーザが得られる。
【0030】請求項2記載の半導体レーザは、(AlX
Ga1-X )InPクラッド層と(AlY Ga1-Y )In
P活性層との間に不純物の拡散係数の小さいAlGaI
nP層を含む拡散抑止層を設けているため、拡散速度を
遅くでき、(AlY Ga1-Y)InP活性層への不純物
の拡散を回避できる。したがって、(AlY Ga1-Y
InP活性層への不純物の拡散によってもたらされる特
性劣化や発振波長のばらつきはなく、長寿命かつ発振波
長の再現性に優れた高歩留りの半導体レーザが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例の半導体レーザの素子
構造を示す断面図である。
【図2】この発明の第2の実施例の半導体レーザの素子
構造を示す断面図である。
【図3】従来の半導体レーザの素子構造を示す断面図で
ある
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 n−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド
層 3 アンドープGa0.5 In0.5 P活性層 41,42 p−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5
クラッド層 5 n−GaAs電流狭窄層 6 p−GaAsコンタクト層 101,102 アンドープ(Al0.6 Ga0.4 0.5
In0.5 P層 103 アンドープGa0.5 In0.5 P層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAs基板上に格子整合のとれた2つ
    の(AlX Ga1-X )InPクラッド層の間に(AlY
    Ga1-Y )InP活性層(0≦y<x≦1)を備えたダ
    ブルヘテロ構造を有する半導体レーザであって、 少なくとも一方の(AlX Ga1-X )InPクラッド層
    と前記(AlY Ga1- Y )InP活性層との間に、アン
    ドープあるいは低ドープAlGaInP層を設けたこと
    を特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 GaAs基板上に格子整合のとれた2つ
    の(AlX Ga1-X )InPクラッド層の間に(AlY
    Ga1-Y )InP活性層(0≦y<x≦1)を備えたダ
    ブルヘテロ構造を有する半導体レーザであって、 少なくとも一方の(AlX Ga1-X )InPクラッド層
    と前記(AlY Ga1- Y )InP活性層との間に、不純
    物の拡散係数が前記(AlX Ga1-X )InPクラッド
    層より小さいAlGaInP層を含む単層あるいは多層
    の拡散抑止層を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
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