JPH0567836A - Algainp semiconductor laser - Google Patents
Algainp semiconductor laserInfo
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- JPH0567836A JPH0567836A JP22737791A JP22737791A JPH0567836A JP H0567836 A JPH0567836 A JP H0567836A JP 22737791 A JP22737791 A JP 22737791A JP 22737791 A JP22737791 A JP 22737791A JP H0567836 A JPH0567836 A JP H0567836A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はAlGaInP系の可視光半導
体レーザ素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AlGaInP-based visible light semiconductor laser device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年,半導体レーザ素子は,情報記録再
生装置の光源をはじめとして,光通信や光計測制御など
の分野において,幅広く利用されている。特に,GaAs基
板に格子整合する(AlyGa1-y)xIn1-xP(x〜0.5,0≦y≦1)
混晶を用いた半導体レーザ素子は,600nm帯の可視光が
得られるので注目されている。このような短波長の可視
光は,例えば,光ディスクやビデオディスクなどの情報
記録再生装置の光源として用いた場合に,光スポットを
小さく絞ることができるので,高密度記録が可能になる
という利点がある。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor laser devices have been widely used in fields such as light sources of information recording / reproducing devices, optical communication and optical measurement control. In particular, it is lattice-matched to a GaAs substrate (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P ( x ~ 0.5, 0≤y≤1)
Semiconductor laser devices that use mixed crystals have received attention because they can obtain visible light in the 600 nm band. Such a short-wavelength visible light can be used for a light source of an information recording / reproducing device such as an optical disc or a video disc, and the light spot can be narrowed down. is there.
【0003】これまで,AlGaInP系の半導体レーザ素子
としては,様々な構造のものが提案されている。例え
ば,図4に従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の一例を
示す(石川他,日本学術振興会光電相互変換第125委員
会第121回研究会資料(1987),第35〜40頁を参照)。こ
の図に示す半導体レーザ素子は,SBR(Selectively Buri
ed Ridge Waveguide)構造と呼ばれ,有機金属気相成長法(M
OCVD法)を用いた3回の結晶成長工程により,以下のよ
うにして作製される。Hitherto, various structures of AlGaInP semiconductor laser devices have been proposed. For example, FIG. 4 shows an example of a conventional AlGaInP-based semiconductor laser device (see Ishikawa et al., Japan Society for the Promotion of Science, Optoelectronic Interconversion 125th Committee 121st Workshop Material (1987), pages 35-40). The semiconductor laser device shown in this figure is an SBR (Selectively Buri
ed Ridge Waveguide) structure, which is called metalorganic vapor phase epitaxy (M
It is manufactured as follows by three crystal growth steps using the OCVD method).
【0004】まず,第1回目の結晶成長工程として,n-
GaAs基板400上に,減圧MOCVD法を用いて,n-AlGaInP第
1クラッド層401,GaInP活性層402,p-AlGaInP第2クラ
ッド層403,およびp-GaAsキャップ層404を順次成長させ
る。次いで,適当なエッチング技術を用いて,第2クラ
ッド層403に達するメサ状ストライプを形成する。引き
続いて,第2回目の結晶成長工程として,このメサ上部
を除く部分に,n-GaAs電流狭窄層405を選択的に成長さ
せる。さらに,第3回目の結晶成長工程として,メサ上
部を含む全面に,p-GaAsコンタクト層406を成長させ
る。最後に,コンタクト層406の表面にはp側電極407を
形成し,基板400の裏面にはn側電極408を形成すること
により,図4に示すような半導体レーザ素子が得られ
る。この構造では,電流狭窄層405が,活性層402への電
流注入領域をpnp構造により限定すると共に,光吸収層
としても機能するので,光導波路が形成される。First, as the first crystal growth step, n-
The n-AlGaInP first cladding layer 401, the GaInP active layer 402, the p-AlGaInP second cladding layer 403, and the p-GaAs cap layer 404 are sequentially grown on the GaAs substrate 400 by using the low pressure MOCVD method. Then, using a suitable etching technique, a mesa stripe reaching the second cladding layer 403 is formed. Subsequently, in the second crystal growth step, the n-GaAs current confinement layer 405 is selectively grown on the portion excluding the upper portion of the mesa. Further, as the third crystal growth step, the p-GaAs contact layer 406 is grown on the entire surface including the upper portion of the mesa. Finally, the p-side electrode 407 is formed on the front surface of the contact layer 406, and the n-side electrode 408 is formed on the rear surface of the substrate 400 to obtain a semiconductor laser device as shown in FIG. In this structure, the current confinement layer 405 limits the current injection region to the active layer 402 by the pnp structure and also functions as a light absorption layer, so that an optical waveguide is formed.
【0005】また,図5に他の従来例であるAlGaInP系
半導体レーザ素子を示す(板谷他,電子情報通信学会技
術研究報告OQE89-44(1989),第49〜54頁)。この図に示
す半導体レーザ素子は,HBB(Hetero Barrier Blocking)
構造と呼ばれ,MOCVD法を用いた2回の結晶成長工程に
より,以下のようにして作製される。FIG. 5 shows another conventional AlGaInP semiconductor laser device (Itaya et al., IEICE Technical Report OQE89-44 (1989), pp. 49-54). The semiconductor laser device shown in this figure is HBB (Hetero Barrier Blocking).
It is called a structure and is manufactured as follows by two crystal growth steps using the MOCVD method.
【0006】まず,第1回目の結晶成長工程として,n-
GaAs基板500上に,減圧MOCVD法を用いて,n-AlGaInP第
1クラッド層501,GaInP活性層502,p-AlGaInP第2クラ
ッド層503,およびp-GaInP中間層504を順次成長させ
る。次いで,適当なエッチング技術を用いて,第2クラ
ッド層503に達するストライプ状メサを形成する。続い
て,第2回目の結晶成長工程として,このメサ領域を含
む全面に,p-GaAsコンタクト層505を成長させる。な
お,中間層504は第2クラッド層503とコンタクト層505
との中間の禁制帯幅を有する。最後に,コンタクト層50
5の表面にはp側電極507を形成し,基板500の裏面にはn
側電極508を形成することにより,図5に示すような半
導体レーザ素子が得られる。First, as the first crystal growth step, n-
An n-AlGaInP first cladding layer 501, a GaInP active layer 502, a p-AlGaInP second cladding layer 503, and a p-GaInP intermediate layer 504 are sequentially grown on the GaAs substrate 500 by using the low pressure MOCVD method. Then, a stripe-shaped mesa reaching the second cladding layer 503 is formed by using an appropriate etching technique. Then, as a second crystal growth step, the p-GaAs contact layer 505 is grown on the entire surface including the mesa region. The intermediate layer 504 is the second clad layer 503 and the contact layer 505.
With a forbidden band width between. Finally, the contact layer 50
A p-side electrode 507 is formed on the front surface of 5, and n is formed on the back surface of the substrate 500.
By forming the side electrode 508, a semiconductor laser device as shown in FIG. 5 is obtained.
【0007】この構造における光導波機構は,上記のSB
R構造と同様に,コンタクト層505による光吸収を利用し
ている。他方,電流狭窄機構としては,第2クラッド層
503とコンタクト層505との間における価電子帯側のバン
ド構造の不連続性を利用している。つまり,第2クラッ
ド層503とコンタクト層505との間のヘテロ接合界面に
は,価電子帯側のバンド構造の不連続性に起因した大き
いスパイクが現れる。このスパイクは正孔に対する障壁
として作用し,この界面で大きな電圧降下が生じる。こ
れに対し,中間層504が介在するストライプ領域では,
上記のスパイクが第2クラッド層503と中間層504との間
の界面,および中間層504とコンタクト層505との間の界
面に分割されるので,正孔に対する実効的な障壁を低減
することができ,ストライプ領域と,それ以外の部分と
で電圧降下に大きな差を形成することができる。つま
り,素子の両電極間に電圧を与えた場合,ストライプ領
域のみに電流を注入できるので,電流狭窄機構が形成さ
れる。ただし,スパイクの高さを上記2つの界面に分割
するには,中間層504の層厚は充分に厚くなければなら
ない。この層厚は,中間層504のキャリア濃度にも依存
するが,キャリア(正孔)のド・ブロイ波長より厚いこ
とが不可欠である。The optical waveguide mechanism in this structure is based on the above SB
Similar to the R structure, light absorption by the contact layer 505 is used. On the other hand, as the current confinement mechanism, the second clad layer is used.
The discontinuity of the band structure on the valence band side between 503 and the contact layer 505 is used. That is, at the heterojunction interface between the second cladding layer 503 and the contact layer 505, a large spike appears due to the discontinuity of the band structure on the valence band side. This spike acts as a barrier to holes, causing a large voltage drop at this interface. On the other hand, in the stripe region where the intermediate layer 504 is interposed,
Since the above spikes are divided into the interface between the second cladding layer 503 and the intermediate layer 504 and the interface between the intermediate layer 504 and the contact layer 505, it is possible to reduce an effective barrier against holes. Therefore, it is possible to form a large difference in voltage drop between the stripe region and other portions. That is, when a voltage is applied between both electrodes of the device, a current can be injected only into the stripe region, so that a current constriction mechanism is formed. However, in order to divide the height of the spike into the above two interfaces, the layer thickness of the intermediate layer 504 must be sufficiently thick. This layer thickness depends on the carrier concentration of the intermediate layer 504, but it is essential that the layer thickness is thicker than the de Broglie wavelength of carriers (holes).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】まず,図4に示すSBR
構造では,3回の結晶成長工程が不可欠であり,しか
も,第2回目の結晶成長工程においては,メサ上部に電
流狭窄層405が成長しないように選択成長技術を用いる
必要がある。選択成長を行うには,基板温度を制御した
り,原料ガスの構成比を調整しなければならない。それ
ゆえ,結晶成長工程が複雑となり,歩留りの低下や製造
コストの上昇を招く。[Problems to be Solved by the Invention] First, the SBR shown in FIG.
In the structure, three crystal growth steps are indispensable, and further, in the second crystal growth step, it is necessary to use a selective growth technique so that the current confinement layer 405 does not grow on the upper part of the mesa. In order to perform selective growth, it is necessary to control the substrate temperature and adjust the composition ratio of the source gas. Therefore, the crystal growth process becomes complicated, resulting in a decrease in yield and an increase in manufacturing cost.
【0009】また,図5に示すHBB構造では,結晶成長
工程は2回で済むが,電流注入経路には再成長界面が含
まれるので,この部分における結晶性の低下により素子
特性が劣化し,かつ信頼性が低下する。Further, in the HBB structure shown in FIG. 5, the crystal growth process is performed only twice, but since the re-growth interface is included in the current injection path, the device characteristics are deteriorated due to the deterioration of the crystallinity in this portion, And reliability is reduced.
【0010】さらに,いずれの構造であっても,AlGaIn
P層,GaInP層,GaAs層などの2層以上からなる積層構造
にストライプ状メサを形成する必要があるので,エッチ
ング技術の適用が不可欠である。このようなエッチング
工程においては,横モードの安定化に重要な意味を持つ
第2クラッド層の残厚を制御するのが困難であり,ウエ
ハ内でバラツキが生じるので,歩留りが低下する。Further, in any structure, AlGaIn
Since it is necessary to form a stripe-shaped mesa in a laminated structure composed of two or more layers such as a P layer, a GaInP layer, and a GaAs layer, the application of etching technology is essential. In such an etching process, it is difficult to control the residual thickness of the second cladding layer, which is important for stabilizing the transverse mode, and variations occur within the wafer, which lowers the yield.
【0011】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり,その目的とするところは,1回の結晶成長工程
で屈折率導波構造および電流狭窄構造を形成し得る構造
を有するので,界面における結晶性の劣化などの懸念が
なく,安定な素子特性と,高い信頼性を有するAlGaInP
系の可視光半導体レーザ素子を提供することにある。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a structure capable of forming a refractive index guiding structure and a current constriction structure in a single crystal growth step. AlGaInP has stable device characteristics and high reliability without concern about deterioration of crystallinity at the interface.
The present invention is to provide a visible light semiconductor laser device.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は,ストライプ状の凹部または凸部を有する第1導電
型のGaAs基板上に,AlGaInP混晶系からなる第1導電型
の第1クラッド層,活性層,第2導電型の第2クラッド
層,および第2導電型のGaAsコンタクト層を含む積層構
造が形成されたAlGaInP系半導体レーザ素子であって,
第1導電型がp型の場合にはp-GaAs基板とp-AlGaInP第1
クラッド層との間に第1クラッド層より禁制帯幅の小さ
いp-AlGaInP中間層が設けられ,第1導電型がn型の場合
にはp-AlGaInP第2クラッド層とp-GaAsコンタクト層と
の間に第2クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP
中間層が設けられ,その層厚が,凹部または凸部の段差
斜面部の上方ではキャリアのド・ブロイ波長より薄く,
それ以外の部分ではキャリアのド・ブロイ波長より厚
く,そのことにより上記目的が達成される。A semiconductor laser device according to the present invention comprises a first conductivity type first clad made of an AlGaInP mixed crystal on a GaAs substrate of the first conductivity type having recesses or protrusions in stripes. An AlGaInP-based semiconductor laser device having a laminated structure including a layer, an active layer, a second conductivity type second cladding layer, and a second conductivity type GaAs contact layer,
If the first conductivity type is p-type, p-GaAs substrate and p-AlGaInP first
A p-AlGaInP intermediate layer having a bandgap smaller than that of the first clad layer is provided between the clad layer and the p-AlGaInP second clad layer and p-GaAs contact layer when the first conductivity type is n-type. P-AlGaInP with a smaller forbidden band than the second cladding layer between
An intermediate layer is provided, and its layer thickness is thinner than the de Broglie wavelength of the carrier above the step slope of the recess or protrusion,
In other parts, it is thicker than the de Broglie wavelength of the carrier, and thereby the above-mentioned object is achieved.
【0013】上記基板のストライプ状凹部または凸部の
両側には,断面形状が三角形であるような1つ以上のス
トライプ状溝を設けてもよい。このようなストライプ状
溝の形成された基板を用いると,電流経路を限定するた
めの絶縁膜が不要になるので,製造工程がさらに簡略化
される。One or more stripe-shaped grooves having a triangular cross-section may be provided on both sides of the stripe-shaped concave or convex portion of the substrate. When a substrate having such a stripe-shaped groove is used, an insulating film for limiting a current path is unnecessary, so that the manufacturing process is further simplified.
【0014】なお,本発明で用いられるAlGaInP混晶系
とは,GaAs基板に格子整合する(AlyGa1-y)xIn1-xP(x〜
0.5,0≦y≦1)混晶を意味し,その混晶比xおよびyは,
適宜選択される。例えば,x=0.5,y=0であれば,Ga0.5I
n0.5P混晶を表す。The AlGaInP mixed crystal system used in the present invention is (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P ( x ~
0.5, 0 ≦ y ≦ 1) means a mixed crystal, and the mixed crystal ratio x and y is
It is selected appropriately. For example, if x = 0.5 and y = 0, Ga 0.5 I
n 0.5 P represents a mixed crystal.
【0015】一般に,III-V族化合物半導体を分子線エ
ピタキシャル成長法(MBE法)を用いて成長させる場合,
その成長速度はIII族原料(分子線)の供給量により律
速される。III族分子線に対して基板を傾斜して配置す
ると,一定の分子線強度に対する成長面積が増大するの
で,成長速度は分子線に対して基板を垂直に配置したと
きより小さくなる。したがって,基板に凹部または凸部
が設けられ,段差を有するような場合には,その平坦部
(例えば,溝底部またはテラス平坦部)の上方と,斜面
部(例えば,溝側面部またはテラス側面部)の上方で
は,成長層の層厚が異なる。In general, when a group III-V compound semiconductor is grown by the molecular beam epitaxial growth method (MBE method),
The growth rate is limited by the supply amount of the group III raw material (molecular beam). When the substrate is placed so as to be tilted with respect to the group III molecular beam, the growth area for a given molecular beam intensity increases, so the growth rate becomes smaller than when the substrate is placed perpendicular to the molecular beam. Therefore, when the substrate is provided with a concave portion or a convex portion and has a step, above the flat portion (for example, the groove bottom portion or the terrace flat portion) and the slope portion (for example, the groove side surface portion or the terrace side surface portion). Above, the growth layer thickness is different.
【0016】このような現象を利用することにより,本
発明のAlGaInP系半導体レーザ素子では,第1導電型がp
型の場合にはp-GaAs基板とp-AlGaInP第1クラッド層と
の間に第1クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP
中間層を,第1導電型がn型の場合にはp-AlGaInP第2ク
ラッド層とp-GaAsコンタクト層との間に第2クラッド層
より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層を,その層厚
が,凹部または凸部の段差斜面部の上方ではキャリアの
ド・ブロイ波長より薄く,それ以外の部分ではキャリア
のド・ブロイ波長より厚くなるように,成長させること
ができる。By utilizing such a phenomenon, in the AlGaInP semiconductor laser device of the present invention, the first conductivity type is p
Type, p-AlGaInP having a band gap smaller than that of the first clad layer between the p-GaAs substrate and the p-AlGaInP first clad layer
If the first conductivity type is n-type, a p-AlGaInP intermediate layer having a band gap smaller than that of the second clad layer is formed between the p-AlGaInP second clad layer and the p-GaAs contact layer. The layer can be grown so that the layer thickness is thinner than the de Broglie wavelength of the carrier above the step slope of the concave or convex portion, and thicker than the de Broglie wavelength of the carrier in other portions.
【0017】上記のような層厚を有するp-AlGaInP中間
層を用いると,p-GaAs基板とp-AlGaInP第1クラッド層
との間のヘテロ界面(第1導電型がp型の場合),また
はp-AlGaInP第2クラッド層とp-GaAsコンタクト層との
間のヘテロ界面(第1導電型がn型の場合)での価電子
帯側のバンド構造の不連続性は,段差平坦部の上方では
p-AlGaInP中間層の層厚が充分厚いので,キャリア(正
孔)に対する障壁が実効的に低減されるのに対し,段差
斜面部の上方ではp-AlGaInP中間層の層厚が薄いので,
キャリア(正孔)に対する大きな障壁が残存する。つま
り,p-GaAs基板(第1導電型がp型の場合)またはp-GaA
sコンタクト層(第1導電型がn型の場合)から電流を注
入するとき,段差平坦部にのみ電流を注入できるので,
電流狭窄機構が形成される。When the p-AlGaInP intermediate layer having the above-mentioned layer thickness is used, a hetero interface (when the first conductivity type is p-type) between the p-GaAs substrate and the p-AlGaInP first cladding layer, Or, the discontinuity of the band structure on the valence band side at the hetero interface (when the first conductivity type is n-type) between the p-AlGaInP second cladding layer and the p-GaAs contact layer is Above
Since the p-AlGaInP intermediate layer is thick enough, the barrier against carriers (holes) is effectively reduced, while the p-AlGaInP intermediate layer is thin above the step slope,
A large barrier for carriers (holes) remains. In other words, p-GaAs substrate (when the first conductivity type is p-type) or p-GaA
When current is injected from the s contact layer (when the first conductivity type is n-type), current can be injected only into the step flat portion,
A current constriction mechanism is formed.
【0018】このように,凹部または凸部を有する第1
導電型のGaAs基板上に,AlGaInP混晶系からなる第1導
電型の第1クラッド層,活性層,第2導電型の第2クラ
ッド層,および第2導電型のGaAsコンタクト層を含む積
層構造を形成する1回の結晶成長工程で,電流狭窄構造
を作り込むことができると共に,段差平坦部の上方と段
差斜面部の上方とにおける活性層の屈折率差を利用した
光導波路構造を与えることができる。As described above, the first portion having the concave portion or the convex portion
A laminated structure including a first conductivity type first clad layer, an active layer, a second conductivity type second clad layer, and a second conductivity type GaAs contact layer made of an AlGaInP mixed crystal system on a conductivity type GaAs substrate. A current confinement structure can be formed in a single crystal growth step for forming a step, and an optical waveguide structure utilizing the difference in the refractive index of the active layer above the step flat part and the step slope part is provided. You can
【0019】[0019]
【作用】本発明のAlGaInP系半導体レーザ素子では,第
1導電型がp型の場合にはp-GaAs基板とp-AlGaInP第1ク
ラッド層との間に第1クラッド層より禁制帯幅の小さい
p-AlGaInP中間層が設けられ,第1導電型がn型の場合に
はp-AlGaInP第2クラッド層とp-GaAsコンタクト層との
間に第2クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中
間層が設けられている。しかも,その層厚は,凹部また
は凸部の段差斜面部の上方ではキャリアのド・ブロイ波
長より薄く,それ以外の部分ではキャリアのド・ブロイ
波長より厚い。それゆえ,段差斜面部の上方では,p-Al
GaInP中間層による,p-GaAs基板とp-AlGaInP第1クラッ
ド層との間(第1導電型がp型の場合),またはp-AlGaI
nP第2クラッド層とp-GaAsコンタクト層との間(第1導
電型がn型の場合)のバンド不連続に基づく価電子帯障
壁の緩和は生じず,ヘテロバリア効果により電流注入が
阻止される。その結果,電流は段差平坦部のみを流れ,
電流狭窄構造が実現される。また,活性層の層厚も中間
層と同様に,段差平坦部の上方では厚く,段差斜面部の
上方では薄くなる。したがって,段差平坦部の上方にお
ける厚い活性層部分が光導波路として機能する。In the AlGaInP-based semiconductor laser device of the present invention, when the first conductivity type is p-type, the band gap is smaller than that of the first clad layer between the p-GaAs substrate and the p-AlGaInP first clad layer.
When the p-AlGaInP intermediate layer is provided and the first conductivity type is n-type, the p-AlGaInP having a band gap smaller than that of the second cladding layer is formed between the p-AlGaInP second cladding layer and the p-GaAs contact layer. An intermediate layer is provided. Moreover, the layer thickness is thinner than the de Broglie wavelength of the carrier above the step slope of the concave or convex portion, and thicker than the de Broglie wavelength of the carrier in other portions. Therefore, p-Al is above the step slope.
GaInP intermediate layer between p-GaAs substrate and p-AlGaInP first cladding layer (when the first conductivity type is p-type), or p-AlGaI
The relaxation of the valence band barrier due to the band discontinuity between the nP second cladding layer and the p-GaAs contact layer (when the first conductivity type is n type) does not occur, and current injection is blocked by the heterobarrier effect. .. As a result, the current flows only in the flat part of the step,
A current constriction structure is realized. Also, the layer thickness of the active layer is thick above the flat portion of the step and thin above the slope portion of the step, similarly to the intermediate layer. Therefore, the thick active layer portion above the flat portion of the step functions as an optical waveguide.
【0020】[0020]
【実施例】以下に,本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
【0021】(実施例1)図1に本実施例のAlGaInP系
半導体レーザ素子の概略的な断面構造を示す。この半導
体レーザ素子は以下のようにして作製された。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a schematic sectional structure of an AlGaInP based semiconductor laser device of the present embodiment. This semiconductor laser device was manufactured as follows.
【0022】まず,Siドープn-GaAs基板100(不純物濃
度2x1018cm-3)に,ホトリソグラフィ法とウェットエッ
チング技術とを用いて,凹部となるストライプ状溝110
(幅4μm,深さ1μm)を設けた。次いで,この基板10
0上に,MBE法(基板温度510℃)を用いて,Siドープn-
(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1クラッド層101(不純物濃度
1x1018cm-3),ノンドープGa0.5In0.5P活性層102,Beド
ープp-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第2クラッド層103(不純
物濃度1x1018cm-3),Beドープp-Ga0.5In0.5P中間層104
(不純物濃度2x1018cm-3),およびBeドープp-GaAsコン
タクト層105(不純物濃度2x1018cm-3)を順次成長させ
た。First, the Si-doped n-GaAs substrate 100 (impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ) is formed by using the photolithography method and the wet etching technique, and the stripe-shaped groove 110 to be a concave portion is formed.
(Width 4 μm, depth 1 μm). Then, this substrate 10
On top of 0, Si-doped n- using the MBE method (substrate temperature 510 ℃)
(Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P First cladding layer 101 (impurity concentration
1x10 18 cm -3 ), non-doped Ga 0.5 In 0.5 P active layer 102, Be-doped p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 103 (impurity concentration 1x10 18 cm -3 ), Be-doped p- Ga 0.5 In 0.5 P Intermediate layer 104
(Impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ) and Be-doped p-GaAs contact layer 105 (impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ) were grown in sequence.
【0023】この結晶成長工程により,中間層104の層
厚は,溝側面部の上方では10nm,溝底部の上方では2
2nmとなった。また,活性層102の層厚は,溝側面部の
上方では32nm,溝底部の上方では70nmとなった。こ
のように,溝底部の上方では,中間層104の層厚がキャ
リアのド・ブロイ波長より厚いので,キャリア注入に対
する障壁としては機能しないのに対して,溝側面部の上
方では,中間層104の層厚がキャリアのド・ブロイ波長
より薄いので,キャリア注入に対する障壁となり,電流
狭窄構造として機能する。他方,溝側面部の上方と溝底
部の上方とにおける活性層102の層厚差により,屈折率
導波構造が形成される。By this crystal growth process, the layer thickness of the intermediate layer 104 is 10 nm above the groove side surface portion and 2 above the groove bottom portion.
It became 2 nm. The layer thickness of the active layer 102 was 32 nm above the side surface of the groove and 70 nm above the bottom of the groove. Thus, above the bottom of the groove, the layer thickness of the intermediate layer 104 is thicker than the de Broglie wavelength of carriers, so that it does not function as a barrier to carrier injection, whereas above the side surface of the groove, the intermediate layer 104 is not formed. Since it is thinner than the de Broglie wavelength of carriers, it becomes a barrier to carrier injection and functions as a current confinement structure. On the other hand, due to the difference in layer thickness of the active layer 102 above the groove side surface portion and above the groove bottom portion, a refractive index waveguide structure is formed.
【0024】その後,ストライプ状溝110の上方を除く
コンタクト層105上に,プラズマCVD法を用いて,電流経
路を限定するための絶縁膜となるSi3N4膜106を形成し
た。最後に,ストライプ状溝110の上方に位置するコン
タクト層105の表面と,Si3N4膜106の表面とにはp側電極
107を形成し,基板100の裏面にはn側電極108を形成する
ことにより,図1に示すような半導体レーザ素子を得
た。After that, a Si 3 N 4 film 106, which serves as an insulating film for limiting the current path, was formed on the contact layer 105 except above the stripe-shaped groove 110 by the plasma CVD method. Finally, the p-side electrode is formed on the surface of the contact layer 105 located above the stripe-shaped groove 110 and the surface of the Si 3 N 4 film 106.
By forming 107 and forming an n-side electrode 108 on the back surface of the substrate 100, a semiconductor laser device as shown in FIG. 1 was obtained.
【0025】このようにして得られた本実施例の半導体
レーザ素子は,閾値電流47mAおよび発振波長663nmで連
続発振し,良好な素子特性を示した。The thus-obtained semiconductor laser device of this example continuously oscillated at a threshold current of 47 mA and an oscillation wavelength of 663 nm, and showed good device characteristics.
【0026】(実施例2)図2に本実施例のAlGaInP系
半導体レーザ素子の概略的な断面構造を示す。この半導
体レーザ素子は以下のようにして作製された。(Embodiment 2) FIG. 2 shows a schematic sectional structure of an AlGaInP based semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device was manufactured as follows.
【0027】まず,Siドープn-GaAs基板200(不純物濃
度2x1018cm-3)に,ホトリソグラフィ法とウェットエッ
チング技術とを用いて,凸部となるストライプ状テラス
210(幅3μm,高さ1.5μm)を順メサ方向に設けた。次
いで,この基板200上に,MBE法を用いて,Siドープn-(A
l0.8Ga0.2)0.5In0.5P第1クラッド層201(不純物濃度1x
1018cm-3),ノンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性層2
02,Beドープp-(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P第2クラッド層2
03(不純物濃度8x1017cm-3),Beドープp-Ga0.5In0.5P
中間層204(不純物濃度5x1018cm-3),およびBeドープp
-GaAsコンタクト層205(不純物濃度2x1018cm-3)を順次
成長させた。First, a stripe terrace serving as a convex portion is formed on a Si-doped n-GaAs substrate 200 (impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ) by using a photolithography method and a wet etching technique.
210 (width 3 μm, height 1.5 μm) was provided in the forward mesa direction. Then, on this substrate 200, Si-doped n- (A
l 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P First cladding layer 201 (impurity concentration 1x
10 18 cm -3 ), undoped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P Active layer 2
02, Be-doped p- (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P Second cladding layer 2
03 (impurity concentration 8x10 17 cm -3 ), Be-doped p-Ga 0.5 In 0.5 P
Intermediate layer 204 (impurity concentration 5x10 18 cm -3 ), and Be-doped p
-A GaAs contact layer 205 (impurity concentration 2x10 18 cm -3 ) was grown successively.
【0028】この結晶成長工程により,中間層204の層
厚は,テラス側面部の上方では10nm,テラス平坦部の
上方では22nmとなった。また,活性層202の層厚は,
テラス側面部の上方では32nm,テラス平坦部の上方で
は70nmとなった。このように,テラス平坦部の上方で
は,中間層204の層厚がキャリアのド・ブロイ波長より
厚いので,キャリア注入に対する障壁としては機能しな
いのに対して,テラス側面部の上方では,中間層204の
層厚がキャリアのド・ブロイ波長より薄いので,キャリ
ア注入に対する障壁となり,電流狭窄構造として機能す
る。他方,テラス側面部の上方とテラス平坦部の上方と
における活性層202の層厚差により,屈折率導波構造が
形成される。By this crystal growth process, the layer thickness of the intermediate layer 204 was 10 nm above the terrace side surface portion and 22 nm above the terrace flat portion. The layer thickness of the active layer 202 is
It was 32 nm above the terrace side surface and 70 nm above the terrace flat portion. Thus, above the flat terrace portion, the layer thickness of the intermediate layer 204 is thicker than the de Broglie wavelength of carriers, so that it does not function as a barrier to carrier injection. Since the layer thickness of 204 is thinner than the de Broglie wavelength of carriers, it becomes a barrier to carrier injection and functions as a current confinement structure. On the other hand, due to the layer thickness difference of the active layer 202 above the terrace side surface portion and above the terrace flat portion, a refractive index waveguide structure is formed.
【0029】その後,ストライプ状テラス210の上方を
除くコンタクト層205上に,プラズマCVD法を用いて,電
流経路を限定するための絶縁膜となるSi3N4膜206を形成
した。最後に,ストライプ状テラス210の上方に位置す
るコンタクト層205の表面と,Si3N4膜206の表面とにはp
側電極207を形成し,基板200の裏面にはn側電極208を形
成することにより,図2に示すような半導体レーザ素子
を得た。After that, a Si 3 N 4 film 206 serving as an insulating film for limiting a current path was formed on the contact layer 205 except above the striped terraces 210 by the plasma CVD method. Finally, the surface of the contact layer 205 located above the striped terraces 210 and the surface of the Si 3 N 4 film 206 have p
By forming the side electrode 207 and forming the n-side electrode 208 on the back surface of the substrate 200, a semiconductor laser device as shown in FIG. 2 was obtained.
【0030】このようにして得られた本実施例の半導体
レーザ素子は,閾値電流56mAおよび発振波長647nmで連
続発振し,良好な素子特性を示した。The semiconductor laser device of this example obtained in this way continuously oscillated at a threshold current of 56 mA and an oscillation wavelength of 647 nm, and showed good device characteristics.
【0031】(実施例3)図3に本実施例のAlGaInP系
半導体レーザ素子の概略的な断面構造を示す。この半導
体レーザ素子は,電流経路を限定する絶縁膜を用いるこ
となく,1回の結晶成長工程により得られる構造を有
し,以下のようにして作製された。(Embodiment 3) FIG. 3 shows a schematic sectional structure of an AlGaInP based semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device has a structure obtained by one crystal growth step without using an insulating film that limits a current path, and was manufactured as follows.
【0032】まず,Siドープn-GaAs基板300(不純物濃
度2x1018cm-3)に,ホトリソグラフィ法とウェットエッ
チング技術とを用いて,凹部となるストライプ状溝310
(幅4μm,深さ1.5μm)と,その両側に断面形状が三
角形のストライプ状溝(深さ1.5μm)からなるグレーテ
ィング領域311とを設けた。次いで,この基板300上に,
MBE法を用いて,Siドープn-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1
クラッド層301(不純物濃度1x1018cm-3),Beドープp-G
a0.5In0.5P活性層302(不純物濃度2x1017cm-3),Beド
ープp-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第2クラッド層303(不純
物濃度1x1018cm-3),Beドープp-Ga0.5In0.5P中間層304
(不純物濃度5x1018cm-3),およびBeドープp-GaAsコン
タクト層305(不純物濃度2x1018cm-3)を順次成長させ
た。First, a stripe-shaped groove 310 to be a concave portion is formed on a Si-doped n-GaAs substrate 300 (impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ) by using a photolithography method and a wet etching technique.
(Width 4 μm, depth 1.5 μm), and a grating region 311 having stripe-shaped grooves (depth 1.5 μm) having a triangular cross-section on both sides thereof. Then, on this substrate 300,
Si-doped n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P using MBE method
Cladding layer 301 (impurity concentration 1x10 18 cm -3 ), Be-doped pG
a 0.5 In 0.5 P active layer 302 (dopant concentration 2x10 17 cm -3), Be-doped p- (Al 0.7 Ga 0. 3) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 303 (dopant concentration 1x10 18 cm -3), Be Doped p-Ga 0.5 In 0.5 P Intermediate layer 304
(Impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 ) and Be-doped p-GaAs contact layer 305 (impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ) were sequentially grown.
【0033】この結晶成長工程により,中間層304の層
厚は,溝側面部の上方では10nm,溝底部の上方では2
2nmとなった。また,活性層302の層厚は,溝側面部の
上方では32nm,溝底部の上方では70nmとなった。こ
のように,溝底部の上方では,中間層304の層厚がキャ
リアのド・ブロイ波長より厚いので,キャリア注入に対
する障壁としては機能しないのに対して,溝側面部の上
方では,中間層304の層厚がキャリアのド・ブロイ波長
より薄いので,キャリア注入に対する障壁となり,電流
狭窄構造として機能する。他方,溝側面部の上方と溝底
部の上方とにおける活性層302の層厚差により,屈折率
導波構造が形成される。しかも,グレーティング領域51
1では,ストライプ状溝の断面形状が三角形であるの
で,中間層304の層厚は溝側面部の上方と同様に,キャ
リアのド・ブロイ波長より薄く,キャリア注入に対する
障壁となる。それゆえ,電流経路を限定するための絶縁
膜を用いる必要がない。最後に,コンタクト層305の表
面にはp側電極307を形成し,基板300の裏面にはn側電極
308を形成することにより,図3に示すような半導体レ
ーザ素子を得た。By this crystal growth process, the layer thickness of the intermediate layer 304 is 10 nm above the groove side surface and 2 above the groove bottom.
It became 2 nm. The layer thickness of the active layer 302 was 32 nm above the side surface of the groove and 70 nm above the bottom of the groove. Thus, above the bottom of the groove, since the layer thickness of the intermediate layer 304 is thicker than the de Broglie wavelength of carriers, it does not function as a barrier to carrier injection, whereas above the side surface of the groove, the intermediate layer 304 is not formed. Since it is thinner than the de Broglie wavelength of carriers, it becomes a barrier to carrier injection and functions as a current confinement structure. On the other hand, due to the difference in layer thickness of the active layer 302 above the groove side surface portion and above the groove bottom portion, a refractive index waveguide structure is formed. Moreover, the grating area 51
In 1, the stripe-shaped groove has a triangular cross-sectional shape, so that the layer thickness of the intermediate layer 304 is thinner than the de Broglie wavelength of the carrier as in the upper side of the groove side surface, and serves as a barrier to carrier injection. Therefore, it is not necessary to use an insulating film for limiting the current path. Finally, a p-side electrode 307 is formed on the surface of the contact layer 305, and an n-side electrode is formed on the back surface of the substrate 300.
By forming 308, a semiconductor laser device as shown in FIG. 3 was obtained.
【0034】このようにして得られた本実施例の半導体
レーザ素子は,閾値電流38mAおよび発振波長666nm
で連続発振し,良好な素子特性を示した。The thus obtained semiconductor laser device of this example has a threshold current of 38 mA and an oscillation wavelength of 666 nm.
Continuous oscillating at, showing good device characteristics.
【0035】なお,上記実施例では,いずれもダブルヘ
テロ構造の半導体レーザ素子について説明したが,活性
層近傍の構造は量子井戸構造や光ガイド層を含む構造で
あってもよい。また,基板と積層構造との間にバッファ
層を設けることにより,積層構造を構成する半導体層の
結晶性を向上させることができる。In each of the above embodiments, a semiconductor laser device having a double hetero structure has been described, but the structure near the active layer may be a structure including a quantum well structure or an optical guide layer. Further, by providing the buffer layer between the substrate and the laminated structure, the crystallinity of the semiconductor layer forming the laminated structure can be improved.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明によれば,安定な素子特性を有
し,信頼性が向上したAlGaInP系の可視光半導体レーザ
素子が得られる。このような半導体レーザ素子は,光ス
ポットを小さく絞ることができ,高密度記録を可能にす
るので,例えば,光ディスクおよびビデオディスクなど
の情報記録再生装置の光源として非常に有用である。ま
た,本発明では,1回の結晶成長工程により,AlGaInP
系可視光半導体レーザ素子の屈折率導波構造および電流
狭窄構造を形成し得るので,生産性および歩留りが向上
し,性能の優れた半導体レーザ素子を低価格で供給する
ことができる。According to the present invention, an AlGaInP-based visible light semiconductor laser device having stable device characteristics and improved reliability can be obtained. Since such a semiconductor laser device can narrow the light spot and enables high-density recording, it is very useful as a light source of an information recording / reproducing device such as an optical disc and a video disc. In addition, in the present invention, AlGaInP is formed by one crystal growth step.
Since it is possible to form the refractive index guiding structure and the current constriction structure of the visible light-based semiconductor laser device, it is possible to improve the productivity and the yield, and to supply the semiconductor laser device having excellent performance at a low price.
【図1】本発明の一実施例であるAlGaInP系半導体レー
ザ素子の概略構造を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of an AlGaInP-based semiconductor laser device which is an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施例であるAlGaInP系半導体レ
ーザ素子の概略構造を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of an AlGaInP-based semiconductor laser device which is another embodiment of the present invention.
【図3】本発明のさらに他の実施例であるAlGaInP系半
導体レーザ素子の概略構造を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a schematic structure of an AlGaInP-based semiconductor laser device which is still another embodiment of the present invention.
【図4】従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の概略構造
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a conventional AlGaInP-based semiconductor laser device.
【図5】従来の他のAlGaInP系半導体レーザ素子の概略
構造を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a schematic structure of another conventional AlGaInP based semiconductor laser device.
100,200,300,400,500 基板 101,201,301,401,501 第1クラッド層 102,202,302,402,502 活性層 103,203,303,403,503 第2クラッド層 104,204,304,504 中間層 105,205,305,406,505 コンタクト層 404 キャップ層 405 電流狭窄層 100,200,300,400,500 Substrate 101,201,301,401,501 First clad layer 102,202,302,402,502 Active layer 103,203,303,403,503 Second clad layer 104,204 , 304, 504 Intermediate layer 105, 205, 305, 406, 505 Contact layer 404 Cap layer 405 Current constriction layer
Claims (1)
第1導電型のGaAs基板上に,AlGaInP混晶系からなる第
1導電型の第1クラッド層,活性層,第2導電型の第2
クラッド層,および第2導電型のGaAsコンタクト層を含
む積層構造が形成されたAlGaInP系半導体レーザ素子で
あって,第1導電型がp型の場合にはp-GaAs基板とp-AlG
aInP第1クラッド層との間に第1クラッド層より禁制帯
幅の小さいp-AlGaInP中間層が設けられ,第1導電型がn
型の場合にはp-AlGaInP第2クラッド層とp-GaAsコンタ
クト層との間に第2クラッド層より禁制帯幅の小さいp-
AlGaInP中間層が設けられ,その層厚が,凹部または凸
部の段差斜面部の上方ではキャリアのド・ブロイ波長よ
り薄く,それ以外の部分ではキャリアのド・ブロイ波長
より厚い,AlGaInP系半導体レーザ素子。1. A first conductivity type first clad layer, an active layer, and a second conductivity type second layer made of an AlGaInP mixed crystal system on a GaAs substrate of the first conductivity type having stripe-shaped recesses or protrusions.
An AlGaInP-based semiconductor laser device having a laminated structure including a clad layer and a GaAs contact layer of the second conductivity type, wherein a p-GaAs substrate and a p-AlG are provided when the first conductivity type is the p-type.
A p-AlGaInP intermediate layer having a band gap smaller than that of the first clad layer is provided between the aInP first clad layer and the first conductivity type is n.
In the case of the p-type, a p-AlGaInP second clad layer and a p-GaAs contact layer having a smaller forbidden band width than the second clad layer are formed.
An AlGaInP-based semiconductor laser in which an AlGaInP intermediate layer is provided, and the layer thickness is thinner than the de Broglie wavelength of the carrier above the step slope of the concave or convex portion and thicker than the de Broglie wavelength of the carrier in other portions. element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22737791A JPH0567836A (en) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | Algainp semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22737791A JPH0567836A (en) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | Algainp semiconductor laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0567836A true JPH0567836A (en) | 1993-03-19 |
Family
ID=16859859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22737791A Withdrawn JPH0567836A (en) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | Algainp semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0567836A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100284760B1 (en) * | 1993-10-13 | 2001-04-02 | 윤종용 | Semiconductor laser diode and manufacturing method thereof |
KR100287206B1 (en) * | 1993-10-15 | 2001-09-17 | 윤종용 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
JP2008166394A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Sharp Corp | Semiconductor element, and illuminating device and image receiver using same |
US7793923B2 (en) | 2006-03-31 | 2010-09-14 | Piolax, Inc. | Wave coil spring |
US11883954B2 (en) | 2019-04-11 | 2024-01-30 | Nhk Spring Co., Ltd. | Flexible member |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP22737791A patent/JPH0567836A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR101290235B1 (en) * | 2006-03-31 | 2013-07-30 | 가부시키가이샤 파이오락꾸스 | Wave Coil Spring |
JP2008166394A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Sharp Corp | Semiconductor element, and illuminating device and image receiver using same |
US11883954B2 (en) | 2019-04-11 | 2024-01-30 | Nhk Spring Co., Ltd. | Flexible member |
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