JPH05343793A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH05343793A JPH05343793A JP14540792A JP14540792A JPH05343793A JP H05343793 A JPH05343793 A JP H05343793A JP 14540792 A JP14540792 A JP 14540792A JP 14540792 A JP14540792 A JP 14540792A JP H05343793 A JPH05343793 A JP H05343793A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- buried layer
- algainp
- semiconductor laser
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】情報処理用機器にもちいられるAlGaInP可視光
半導体レーザの発振閾電流を下げ、より高温での動作を
可能とする。 【構成】図１のn-GaInP層５を埋込層として用いる。こ
のn-GaInP層はSiを高濃度にドープしてあり（＞５×10
18cm-3）、レーザの発振波長エネルギよりも60meV以上
大きな禁制帯幅を有している。n-GaInPの代りに同じくS
iを高濃度ドープしたn-AlGaInPをもちいてもよい。又、
n-GaAs層14の全部でなく、一部分をこれらの結晶で置き
換えても良い。 【効果】埋込層にSiを高濃度にドープしたGaInP又はAlG
aInPをもちいるとレーザ光の内部吸収を低減することが
でき、発振閾電流値を低下させることが出来る。
半導体レーザの発振閾電流を下げ、より高温での動作を
可能とする。 【構成】図１のn-GaInP層５を埋込層として用いる。こ
のn-GaInP層はSiを高濃度にドープしてあり（＞５×10
18cm-3）、レーザの発振波長エネルギよりも60meV以上
大きな禁制帯幅を有している。n-GaInPの代りに同じくS
iを高濃度ドープしたn-AlGaInPをもちいてもよい。又、
n-GaAs層14の全部でなく、一部分をこれらの結晶で置き
換えても良い。 【効果】埋込層にSiを高濃度にドープしたGaInP又はAlG
aInPをもちいるとレーザ光の内部吸収を低減することが
でき、発振閾電流値を低下させることが出来る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はポインタ、レーザービー
ム・プリンタ、バーコード・リーダなどに使用されるAl
GaInP可視光発光半導体レーザに関する。
ム・プリンタ、バーコード・リーダなどに使用されるAl
GaInP可視光発光半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】インデックス・ガイド型AlGaInP半導体
レーザは通常おおよそ図２に示すような断面構造を有し
ている。電流狭窄ならびに横モード制御のためp-AlGaIn
P層13をメサ型にエッチングし、これを導電型のことな
るn-GaAs層14で埋込んである。この埋込層の一部にAlGa
InP又はGaInAsPをもちいる試みが特開平3-161988号公報
「半導体レーザ装置」に記載されている。この特許にお
いては埋込層であるGaAsを直接成長するとPが抜けて界
面が劣化し、レーザ寿命が短くなってしまうので、これ
を防止するためにこれらの燐系の結晶をまず成長すると
している。またJapanese J. Appl. Phys., 28[8]L1330
（1989）には成長温度700℃においてGaInPにSi又はSeを
ドーピングしたときに、GaInPの禁制帯幅が変化する様
子が報じられている。
レーザは通常おおよそ図２に示すような断面構造を有し
ている。電流狭窄ならびに横モード制御のためp-AlGaIn
P層13をメサ型にエッチングし、これを導電型のことな
るn-GaAs層14で埋込んである。この埋込層の一部にAlGa
InP又はGaInAsPをもちいる試みが特開平3-161988号公報
「半導体レーザ装置」に記載されている。この特許にお
いては埋込層であるGaAsを直接成長するとPが抜けて界
面が劣化し、レーザ寿命が短くなってしまうので、これ
を防止するためにこれらの燐系の結晶をまず成長すると
している。またJapanese J. Appl. Phys., 28[8]L1330
（1989）には成長温度700℃においてGaInPにSi又はSeを
ドーピングしたときに、GaInPの禁制帯幅が変化する様
子が報じられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】n型埋込層14はこの部
分を通って電流が流れないようにする電流阻止層として
働く。電流はp-AlGaInPのメサ部分13のみを通って流
れ、その下のGaInP活性層15の部分でレーザ光が発生す
る。
分を通って電流が流れないようにする電流阻止層として
働く。電流はp-AlGaInPのメサ部分13のみを通って流
れ、その下のGaInP活性層15の部分でレーザ光が発生す
る。
【０００４】レーザ発振の閾電流密度を下げることは半
導体レーザの性能向上のための基本的な方向であり、こ
れによってより高出力、高温度動作、長寿命動作が可能
となる。このためにはいろいろな工夫がなされるが、そ
の一つは活性層15で発生した光を出来るだけ有効にレー
ザ発振に利用することである。従来は埋込層14による光
の吸収損失はあまり問題にされなかったが（たとえば前
述の特開平3−161988号公報）、半導体レーザの性能を
極限まで高めようとするときには考慮する必要がある。
導体レーザの性能向上のための基本的な方向であり、こ
れによってより高出力、高温度動作、長寿命動作が可能
となる。このためにはいろいろな工夫がなされるが、そ
の一つは活性層15で発生した光を出来るだけ有効にレー
ザ発振に利用することである。従来は埋込層14による光
の吸収損失はあまり問題にされなかったが（たとえば前
述の特開平3−161988号公報）、半導体レーザの性能を
極限まで高めようとするときには考慮する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】より禁制帯幅の大きい結
晶を使用すれば埋込層14によるレーザ光の吸収が軽減さ
れ、レーザの閾電流密度を下げることができる。それに
はGaAsに代ってGaInP又はAlGaInPを使用すればよい。こ
れらの結晶はもともとAlGaInP半導体レーザの本体を構
成している結晶と同じ固溶体結晶であるから、埋込層と
して用いるには好適なものである。なかでもGaInPはAlG
aInPよりも特性の制御がやりやすく結晶性もよい。しか
しながらGaInPは活性層と同じであるから何らかの手段
で埋込層の方のGaInPの禁制帯を少し大きくしなければ
ならない。このためにはGaInPに存在している長距離秩
序構造が、不純物を高濃度にドープしていくと少しづつ
壊れていき禁制帯幅が次第に増加するという現象を利用
する。AlGaInPをもちいた場合も同じ手法を使うことが
できる。
晶を使用すれば埋込層14によるレーザ光の吸収が軽減さ
れ、レーザの閾電流密度を下げることができる。それに
はGaAsに代ってGaInP又はAlGaInPを使用すればよい。こ
れらの結晶はもともとAlGaInP半導体レーザの本体を構
成している結晶と同じ固溶体結晶であるから、埋込層と
して用いるには好適なものである。なかでもGaInPはAlG
aInPよりも特性の制御がやりやすく結晶性もよい。しか
しながらGaInPは活性層と同じであるから何らかの手段
で埋込層の方のGaInPの禁制帯を少し大きくしなければ
ならない。このためにはGaInPに存在している長距離秩
序構造が、不純物を高濃度にドープしていくと少しづつ
壊れていき禁制帯幅が次第に増加するという現象を利用
する。AlGaInPをもちいた場合も同じ手法を使うことが
できる。
【０００６】活性層と埋込層の禁制帯幅の差をどの位と
れば効果が得られるか、そのためには不純物をどの位ド
ープすれば良いか、埋込時の温度範囲はどうかなど最適
条件を見出す必要がある。
れば効果が得られるか、そのためには不純物をどの位ド
ープすれば良いか、埋込時の温度範囲はどうかなど最適
条件を見出す必要がある。
【０００７】
【作用】メサストライプをGaInP又はAlGaInPで埋め込ん
だとき、これらの埋込層の禁制帯幅がレーザの連続発振
波長エネルギに較べて或程度大きいと、埋込層による光
吸収が低減され、従ってレーザ発振がより容易に起り発
振閾電流密度が低減される。埋込層をGaInPとした場合
を例にとると、この結晶は組成Ga0.5In0.5PにおいてGaA
s基板結晶と格子整合する。この組成は活性層とも同一
であるから活性層で発生した光は埋込層で吸収されてし
まう。レーザ発振した場合のレーザ光の波長は通常波長
にして10nm位禁制帯幅より長くなるが、それでも埋込層
の光吸収曲線が裾を引いているために吸収は相当大きく
発振閾電流値は低下しない。埋込層の禁制帯幅をより大
きくするにはGaを増加すればよいが、そうすると格子不
整合度が大きくなってレーザの信頼性が損なわれる。し
かしながらGaInP結晶にはGaとInが或程度の規則的な繰
返し構造をとるという性質があり、これが原因で禁制帯
幅が小さくなっている。この長距離秩序構造はドーピン
グによって次第に乱雑になり、無秩序化していくがそれ
に伴って禁制帯幅が増加することが知られている。格子
定数はドーピングではほとんど変化しないので、組成は
変えずにドーピングだけ行えば格子定数を変えずに禁制
帯幅を大きくすることができる。実験によってこれらの
効果を調べて見ると、埋込層の禁制帯幅がレーザ発振波
長エネルギーよりも60meV以上大きいと発振閾電流密度
が低下することがわかった。また埋込層の形成温度が高
い場合はレーザの信頼性が低下するので660℃以下にし
なくてはならないが、禁制帯幅を上記のように高い値と
するためのn型ド−パントSiの濃度は５×1018cm-3以上
（正孔濃度にして７×1018cm-3以上）必要である。これ
は従来報告されている700℃で1017cm-3台のドーピング
すれば長距離秩序構造が壊れるという結果では実現出来
ない領域である。
だとき、これらの埋込層の禁制帯幅がレーザの連続発振
波長エネルギに較べて或程度大きいと、埋込層による光
吸収が低減され、従ってレーザ発振がより容易に起り発
振閾電流密度が低減される。埋込層をGaInPとした場合
を例にとると、この結晶は組成Ga0.5In0.5PにおいてGaA
s基板結晶と格子整合する。この組成は活性層とも同一
であるから活性層で発生した光は埋込層で吸収されてし
まう。レーザ発振した場合のレーザ光の波長は通常波長
にして10nm位禁制帯幅より長くなるが、それでも埋込層
の光吸収曲線が裾を引いているために吸収は相当大きく
発振閾電流値は低下しない。埋込層の禁制帯幅をより大
きくするにはGaを増加すればよいが、そうすると格子不
整合度が大きくなってレーザの信頼性が損なわれる。し
かしながらGaInP結晶にはGaとInが或程度の規則的な繰
返し構造をとるという性質があり、これが原因で禁制帯
幅が小さくなっている。この長距離秩序構造はドーピン
グによって次第に乱雑になり、無秩序化していくがそれ
に伴って禁制帯幅が増加することが知られている。格子
定数はドーピングではほとんど変化しないので、組成は
変えずにドーピングだけ行えば格子定数を変えずに禁制
帯幅を大きくすることができる。実験によってこれらの
効果を調べて見ると、埋込層の禁制帯幅がレーザ発振波
長エネルギーよりも60meV以上大きいと発振閾電流密度
が低下することがわかった。また埋込層の形成温度が高
い場合はレーザの信頼性が低下するので660℃以下にし
なくてはならないが、禁制帯幅を上記のように高い値と
するためのn型ド−パントSiの濃度は５×1018cm-3以上
（正孔濃度にして７×1018cm-3以上）必要である。これ
は従来報告されている700℃で1017cm-3台のドーピング
すれば長距離秩序構造が壊れるという結果では実現出来
ない領域である。
【０００８】またこのGaInP埋込層は図１に示すように
逆メサ構造の場合に一層効果を発揮する。それは順メサ
構造に比べて埋込層が発振している活性層部分により接
近しており、光吸収を起こしやすいからである。又、埋
込層をGaInP層とGaAs層の二重構造にする理由はGaAsの
方が熱伝導度が高いのでGaInPの厚さを必要最低限とし
てなるべく熱放散を良くする為である。以上GaInPを例
にとって説明したがAlGaInPをもちいた場合も同様であ
る。
逆メサ構造の場合に一層効果を発揮する。それは順メサ
構造に比べて埋込層が発振している活性層部分により接
近しており、光吸収を起こしやすいからである。又、埋
込層をGaInP層とGaAs層の二重構造にする理由はGaAsの
方が熱伝導度が高いのでGaInPの厚さを必要最低限とし
てなるべく熱放散を良くする為である。以上GaInPを例
にとって説明したがAlGaInPをもちいた場合も同様であ
る。
【０００９】
【実施例】＜実施例１＞図３に示した工程概略図に従っ
て説明する。Siを２×1018cm-3ドープしたn-GaAs（10
0）基板結晶８のうえに有機金属エピタキシャル成長法
によってSiをドープしたn-AlGaInP層（n＝１×1018c
m-3）７を1.5μm,ドーピングしていないGaInP層６を300
nm,Znをドープしたp-AlGaInP層（p＝７×1017cm-3）３
を1.5μm成長する。成長温度は700℃、成長時の圧力は7
0torrである。これにより（Ａ）に示したウエハが得ら
れる。このウエハを写真食刻技術により（Ｂ）に示した
ようにp-AlGaInP層３を逆メサ型に食刻する。このメサ
の上部の幅は７μm、高さは１μmである。このウエハを
再び上記成長方法により、メサの埋込層であるSiドープ
したn-GaInP（P＝１×1019cm-3,[Si]＝1.5×1019cm-3）
層５を0.5μm、つづいてn-GaAs（n＝２×1018cm-3）層
４を0.5μm640℃で成長する。この様子を（Ｃ）に示し
た。この工程はSiO2マスクをもちいた標準的な方法で容
易に行うことができる。最終的にはこの上にさらにZnを
ドープしたp-GaAs（p＝１×1019cm-3）層２を２μm、64
0℃で成長し、さらにp側オーミック電極１およびn側オ
ーミック電極９をつけ、キャビティ長450μmに劈開して
レーザチップとする。このようにして得られたレーザの
出力特性を図４（Ａ）に示す。また埋込層をn-GaAsとし
たものを（Ｂ）に示した。この図から明らかなように閾
電流値を40mAから28mAへと大幅に下げることが出来た。
なお発振波長は690nmである。埋込層4.5をすべてn-GaIn
Pで形成した場合の閾電流値はほとんど変らない低い値
を得ることが出来るが最高発振温度は150℃から120℃と
低下する。
て説明する。Siを２×1018cm-3ドープしたn-GaAs（10
0）基板結晶８のうえに有機金属エピタキシャル成長法
によってSiをドープしたn-AlGaInP層（n＝１×1018c
m-3）７を1.5μm,ドーピングしていないGaInP層６を300
nm,Znをドープしたp-AlGaInP層（p＝７×1017cm-3）３
を1.5μm成長する。成長温度は700℃、成長時の圧力は7
0torrである。これにより（Ａ）に示したウエハが得ら
れる。このウエハを写真食刻技術により（Ｂ）に示した
ようにp-AlGaInP層３を逆メサ型に食刻する。このメサ
の上部の幅は７μm、高さは１μmである。このウエハを
再び上記成長方法により、メサの埋込層であるSiドープ
したn-GaInP（P＝１×1019cm-3,[Si]＝1.5×1019cm-3）
層５を0.5μm、つづいてn-GaAs（n＝２×1018cm-3）層
４を0.5μm640℃で成長する。この様子を（Ｃ）に示し
た。この工程はSiO2マスクをもちいた標準的な方法で容
易に行うことができる。最終的にはこの上にさらにZnを
ドープしたp-GaAs（p＝１×1019cm-3）層２を２μm、64
0℃で成長し、さらにp側オーミック電極１およびn側オ
ーミック電極９をつけ、キャビティ長450μmに劈開して
レーザチップとする。このようにして得られたレーザの
出力特性を図４（Ａ）に示す。また埋込層をn-GaAsとし
たものを（Ｂ）に示した。この図から明らかなように閾
電流値を40mAから28mAへと大幅に下げることが出来た。
なお発振波長は690nmである。埋込層4.5をすべてn-GaIn
Pで形成した場合の閾電流値はほとんど変らない低い値
を得ることが出来るが最高発振温度は150℃から120℃と
低下する。
【００１０】＜実施例２＞実施例１において活性層６に
Alを加えて（Al0.05Ga0.95）0.5In0.5Pとし、埋込層５
も同じ組成のn型層としたものも全く同じ工程でつくる
ことが出来る。この場合の発振波長は680nmとなり、発
振閾電流値は45mAであった。従来行われているように埋
込層５をn-GaAsで形成したものでは発振閾電流値は57mA
と高い値を示す。
Alを加えて（Al0.05Ga0.95）0.5In0.5Pとし、埋込層５
も同じ組成のn型層としたものも全く同じ工程でつくる
ことが出来る。この場合の発振波長は680nmとなり、発
振閾電流値は45mAであった。従来行われているように埋
込層５をn-GaAsで形成したものでは発振閾電流値は57mA
と高い値を示す。
【００１１】
【発明の効果】インデックス・ガイド型AlGaInP半導体
レーザにおいて、メサストライプの埋込層にSiを高濃度
にドープしたGaInP又はAlGaInPを用いることにより、半
導体レーザの発振閾電流値を下げ、最高動作温度を高く
することが出来る。
レーザにおいて、メサストライプの埋込層にSiを高濃度
にドープしたGaInP又はAlGaInPを用いることにより、半
導体レーザの発振閾電流値を下げ、最高動作温度を高く
することが出来る。
【図１】本発明になるインデックス・ガイド型AlGaInP
半導体レーザの断面図（概略図）。
半導体レーザの断面図（概略図）。
【図２】従来のインデックス・ガイド型AlGaInP半導体
レーザの断面図（概略図）。
レーザの断面図（概略図）。
【図３】本発明になるインデックス・ガイド型AlGaInP
半導体レーザの製造工程図。半導体レーザの断面の概略
を示す。
半導体レーザの製造工程図。半導体レーザの断面の概略
を示す。
【図４】半導体レーザの光出力対電流特性。
１…p電極、２…p-GaAs、３…p-AlGaInPクラッディング
層、４…n-GaAs埋込層５…n-GaInP埋込層、６…GaInP活
性層、７…n-AlGaInPクラッディング層、８…n-GaAs基
板結晶、９…n電極。
層、４…n-GaAs埋込層５…n-GaInP埋込層、６…GaInP活
性層、７…n-AlGaInPクラッディング層、８…n-GaAs基
板結晶、９…n電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石谷 善博 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 柳澤 浩徳 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】インデックス・ガイド型半導体レーザのメ
サストライプの埋込み層の一部又は全部をGaInP層又はA
lGaInP層とし、かつ該埋込層の禁制帯幅を該レーザの発
振波長エネルギーよりも60meV以上大きく設定した半導
体レーザ。 - 【請求項２】上記埋込み層が660℃以下の成長温度にお
いて形成され、かつSiが５×1018cm-3以上ドープされて
いる半導体レーザ。 - 【請求項３】上記半導体レーザの埋込層が上記n型GaInP
又はAlGaInP層およびその上に形成されたn型GaAs層の二
層から成っている半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14540792A JPH05343793A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14540792A JPH05343793A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343793A true JPH05343793A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15384547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14540792A Pending JPH05343793A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343793A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07193313A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Nec Corp | 半導体レーザ |
-
1992
- 1992-06-05 JP JP14540792A patent/JPH05343793A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07193313A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Nec Corp | 半導体レーザ |
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