JPH06232503A - 青−緑注入形レーザ装置 - Google Patents
青−緑注入形レーザ装置Info
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- JPH06232503A JPH06232503A JP5328725A JP32872593A JPH06232503A JP H06232503 A JPH06232503 A JP H06232503A JP 5328725 A JP5328725 A JP 5328725A JP 32872593 A JP32872593 A JP 32872593A JP H06232503 A JPH06232503 A JP H06232503A
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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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
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- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
- H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Zn1-x Mgx Sy Se1-y クラッド層及び
ZnSz Se1-z ガイド層を有するZn1-u Cdu Se
活性層(量子井戸)及びGaAs基板を用いる青−緑II
/VI独立した閉じ込め半導体注入形レーザを目的とす
る。 【構成】(a)第1導電型の基板、(b)前記基板上に
載置され、前記第1導電型のZn1-x Mgx Sy Se
1-y からなるクラッド層、(c)前記第1導電型クラッ
ド層上に載置され、前記第1導電型のZnSz Se1-Z
のガイド層、(d)前記第1導電型ガイド層上に載置さ
れ、Zn1-u Cdu Seの活性層、(e)前記活性層上
に載置され、前記第1導電型と逆の第2導電型のZnS
z Se1-z のガイド層、(f)前記第2導電型のZn
1-x Mgx Sy Se1-y のクラッド層、及び(g)ここ
において、0≦u≦0.4 、0≦z≦0.1 、0≦x≦1及
び0.06≦y≦1、並びにクラッド層は前記基板に整合さ
れた格子であるように選択されるx及びy、からなるレ
ーザ装置。
ZnSz Se1-z ガイド層を有するZn1-u Cdu Se
活性層(量子井戸)及びGaAs基板を用いる青−緑II
/VI独立した閉じ込め半導体注入形レーザを目的とす
る。 【構成】(a)第1導電型の基板、(b)前記基板上に
載置され、前記第1導電型のZn1-x Mgx Sy Se
1-y からなるクラッド層、(c)前記第1導電型クラッ
ド層上に載置され、前記第1導電型のZnSz Se1-Z
のガイド層、(d)前記第1導電型ガイド層上に載置さ
れ、Zn1-u Cdu Seの活性層、(e)前記活性層上
に載置され、前記第1導電型と逆の第2導電型のZnS
z Se1-z のガイド層、(f)前記第2導電型のZn
1-x Mgx Sy Se1-y のクラッド層、及び(g)ここ
において、0≦u≦0.4 、0≦z≦0.1 、0≦x≦1及
び0.06≦y≦1、並びにクラッド層は前記基板に整合さ
れた格子であるように選択されるx及びy、からなるレ
ーザ装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関し、特
にII/VI材料から製造され、青−緑領域にて操作する半
導体注入形レーザに関する。
にII/VI材料から製造され、青−緑領域にて操作する半
導体注入形レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】赤及び赤外領域にて操作する III/V材
料からなる半導体レーザは光学的データ貯蔵適用中に普
通に見い出される。緑、青/緑及び青のようなより短波
長にて操作するレーザ装置を用いる場合、光学的データ
貯蔵装置のデータ貯蔵密度は増加し得る。しかしなが
ら、より短波長にて操作する実際的な半導体レーザダイ
オードはまだ製造されていない。従来の技術は、より短
波長半導体レーザを作るためにII/VI材料を用いる多く
の手段上に焦点をおいていた。
料からなる半導体レーザは光学的データ貯蔵適用中に普
通に見い出される。緑、青/緑及び青のようなより短波
長にて操作するレーザ装置を用いる場合、光学的データ
貯蔵装置のデータ貯蔵密度は増加し得る。しかしなが
ら、より短波長にて操作する実際的な半導体レーザダイ
オードはまだ製造されていない。従来の技術は、より短
波長半導体レーザを作るためにII/VI材料を用いる多く
の手段上に焦点をおいていた。
【0003】青−緑II/VI半導体注入形レーザはハッセ
氏等(「青−緑レーザ ダイオード」Appl. Phys. Let
t. 59(11)、9、1991年9月)により、独立した
閉じ込めヘテロ構造(SCH)構成を用いて製造され
た。これらのレーザはZnS0.06Se0.94クラッド層、
ZnSe導波管領域、及びCd0.2 Zn0.8 Se量子−
井戸活性領域を有する。この構造は室温パルス及び低温
連続操作を与えるが、GaAs基体に擬似形態的に全層
が成長できないという欠点を有する。擬似形態的レーザ
は独立した閉じ込めなしで、ZnSeガイド領域を省略
して作ることができるが、付加的な量子井戸は光学的な
閉じ込めの減少に対する補償を要求する。その結果しき
い値電流密度は増加する。又、Cd0.2 Zn0.8 Seと
ZnS0.06Se0.94の間の大きな格子不整合(約1.5
%)はCd0.2 Zn0.8 Seの全厚さを制限するので、
付加的な量子井戸により得られた光学的閉じ込めの改良
は制限される。
氏等(「青−緑レーザ ダイオード」Appl. Phys. Let
t. 59(11)、9、1991年9月)により、独立した
閉じ込めヘテロ構造(SCH)構成を用いて製造され
た。これらのレーザはZnS0.06Se0.94クラッド層、
ZnSe導波管領域、及びCd0.2 Zn0.8 Se量子−
井戸活性領域を有する。この構造は室温パルス及び低温
連続操作を与えるが、GaAs基体に擬似形態的に全層
が成長できないという欠点を有する。擬似形態的レーザ
は独立した閉じ込めなしで、ZnSeガイド領域を省略
して作ることができるが、付加的な量子井戸は光学的な
閉じ込めの減少に対する補償を要求する。その結果しき
い値電流密度は増加する。又、Cd0.2 Zn0.8 Seと
ZnS0.06Se0.94の間の大きな格子不整合(約1.5
%)はCd0.2 Zn0.8 Seの全厚さを制限するので、
付加的な量子井戸により得られた光学的閉じ込めの改良
は制限される。
【0004】MBEによるZn1-x Mgx Sy Se1-y
材料の成長はオクヤマ氏等により示された(Jap.J.Ap
p. Phys.30、L1620(1991年))。かれら
は、500Kにまで温度を上げて操作する光学的なポン
プ性レーザ及び独立した閉じ込めなしで77Kのマルチ
−量子−井戸p−n注入形レーザのZn1-x Mgx Sy
Se1-y クラッド層を実施する。II/VIレーザへのZn
1-x Mgx Sy Se1-yの使用は米国特許出願番号第8
15,686号1991年12月31日出願にて示され
る。
材料の成長はオクヤマ氏等により示された(Jap.J.Ap
p. Phys.30、L1620(1991年))。かれら
は、500Kにまで温度を上げて操作する光学的なポン
プ性レーザ及び独立した閉じ込めなしで77Kのマルチ
−量子−井戸p−n注入形レーザのZn1-x Mgx Sy
Se1-y クラッド層を実施する。II/VIレーザへのZn
1-x Mgx Sy Se1-yの使用は米国特許出願番号第8
15,686号1991年12月31日出願にて示され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Zn1-x M
gx Sy Se1-y クラッド層及びZnSzSe1-z ガイ
ド層を有するZn1-u Cdu Se活性層(量子井戸)及
びGaAs基板を用いる青−緑II/VI独立した閉じ込め
半導体注入形レーザを目的とする。この装置は室温にて
パルスモードで操作できる。4のZn1-x Mgx Sy S
e1-y クラッド層を用いると全層の格子整合とクラッド
及びガイド層バンド−ギャップの増加を共に可能にす
る。このように、レーザは改良した電気的及び光学的閉
じ込めを用いて作り得る。選択的に、活性領域のバンド
ギャップはより短波長(u=0)にてレーザの発生が増
加し得る。
gx Sy Se1-y クラッド層及びZnSzSe1-z ガイ
ド層を有するZn1-u Cdu Se活性層(量子井戸)及
びGaAs基板を用いる青−緑II/VI独立した閉じ込め
半導体注入形レーザを目的とする。この装置は室温にて
パルスモードで操作できる。4のZn1-x Mgx Sy S
e1-y クラッド層を用いると全層の格子整合とクラッド
及びガイド層バンド−ギャップの増加を共に可能にす
る。このように、レーザは改良した電気的及び光学的閉
じ込めを用いて作り得る。選択的に、活性領域のバンド
ギャップはより短波長(u=0)にてレーザの発生が増
加し得る。
【0006】
【実施例】図1及び図2は本発明の構造を示す。この構
造はケイ素でドーピングした、n−型のGaAs:Si
基板10を有する。基板10上の成長物はCl でドーピ
ングした、n−型のZn1-x Mgx Sy Se1-y :Cl
のクラッド層12である。クラッド層12の上の成長物
はn−型のZnSzSe1-z :Cl の光学的ガイド層1
4である。ウエイブガイド層14の上の成長物はZn
1-u Cdu Seの活性量子井戸層16である。活性層1
6の上の成長物はZnSzSe1-z :Nからなるp−型
ガイド層18である。ガイド層18の上の成長物はZn
1-x Sy Se1- y :Nのp−型クラッド層20である。
層20の上の配置物はZnSe:Nのp−型接触層22
である。利得−ガイドレーザを組み立てる。巾50μm
のストライプ開口25を有するポリイミド絶縁層24は
エピタキシャル層22の上に用いられる。p−ZnSe
とn−GaAsへの接触物をAu層26とIn層28で
各々作る。この装置を約1mmの長さに分割した。この装
置を典型的に10〜50nsのパルス長及び1kHz の反
復度(デューティサイクル=1〜5×10-5) で操作し
た。
造はケイ素でドーピングした、n−型のGaAs:Si
基板10を有する。基板10上の成長物はCl でドーピ
ングした、n−型のZn1-x Mgx Sy Se1-y :Cl
のクラッド層12である。クラッド層12の上の成長物
はn−型のZnSzSe1-z :Cl の光学的ガイド層1
4である。ウエイブガイド層14の上の成長物はZn
1-u Cdu Seの活性量子井戸層16である。活性層1
6の上の成長物はZnSzSe1-z :Nからなるp−型
ガイド層18である。ガイド層18の上の成長物はZn
1-x Sy Se1- y :Nのp−型クラッド層20である。
層20の上の配置物はZnSe:Nのp−型接触層22
である。利得−ガイドレーザを組み立てる。巾50μm
のストライプ開口25を有するポリイミド絶縁層24は
エピタキシャル層22の上に用いられる。p−ZnSe
とn−GaAsへの接触物をAu層26とIn層28で
各々作る。この装置を約1mmの長さに分割した。この装
置を典型的に10〜50nsのパルス長及び1kHz の反
復度(デューティサイクル=1〜5×10-5) で操作し
た。
【0007】図1に示すレーザ構造は(100)GaA
s:Si基板上に分子ビームエピタキシ(MBE)によ
り作られた。原材料はZn、Se、Cd、Mg、ZnS
であった。p−型及びn−型ドーパメントは各々プラズ
マソースにより励起されたN、及びCl (ZnCl2か
ら)であった。p−ZnSe、p−ZnSzSe1-z 及
びp−Zn1-x Mgx Sy Se1-y 領域のドーピングレ
ベルNa−Ndは各々約1×1018、3×1017cm-3及
び2×1017cm-3である。n−ZnSzSe1-z及びn
−Zn1-x Mgx Sy Se1-y のドーピングレベルは2
×1017cm-3であるが、Zn1-x Mgx Sy Se1-y 層
の第1 1000 Åを除く、これは2×1018cm-3である。
具体例ではZn1-u Cdu Se層はu値0.2 、ZnSz
Se1-z 層はz値0.06である。Zn1-x Mgx Sy Se
1-y 層ではx及びyは各々約0.1 である。この例では、
フォトルミネッセンスにより決定されたZn1-x Mgx
SySe1-y のバンド−ギャップは約2.95eV(4Kに
て)、プリズム−カップリング法で決定された屈折率
(室温にて)は515nmで2.625 である。
s:Si基板上に分子ビームエピタキシ(MBE)によ
り作られた。原材料はZn、Se、Cd、Mg、ZnS
であった。p−型及びn−型ドーパメントは各々プラズ
マソースにより励起されたN、及びCl (ZnCl2か
ら)であった。p−ZnSe、p−ZnSzSe1-z 及
びp−Zn1-x Mgx Sy Se1-y 領域のドーピングレ
ベルNa−Ndは各々約1×1018、3×1017cm-3及
び2×1017cm-3である。n−ZnSzSe1-z及びn
−Zn1-x Mgx Sy Se1-y のドーピングレベルは2
×1017cm-3であるが、Zn1-x Mgx Sy Se1-y 層
の第1 1000 Åを除く、これは2×1018cm-3である。
具体例ではZn1-u Cdu Se層はu値0.2 、ZnSz
Se1-z 層はz値0.06である。Zn1-x Mgx Sy Se
1-y 層ではx及びyは各々約0.1 である。この例では、
フォトルミネッセンスにより決定されたZn1-x Mgx
SySe1-y のバンド−ギャップは約2.95eV(4Kに
て)、プリズム−カップリング法で決定された屈折率
(室温にて)は515nmで2.625 である。
【0008】各層の厚さは吸収層中の光の損失を最小に
し、活性領域の光の量を最大にする方法で成長させる。
例としてのみ役立つ素子を、2ミクロンのn−型クラッ
ド層12、0.25ミクロンのn−型ガイド層14、65オ
ングストロームの量子井戸層16、0.25ミクロンのp−
型閉じ込め層18、1ミクロンのp−型クラッド層20
及び0.1 ミクロンのp−型接触層22で形成した。u
(カドミウム)の適当な範囲は0〜0.4 、zは0〜0.1
、yは0.06〜1、xは0〜1である。しかしながら、
x及びyはGaAsに格子整合するように選択する必要
がある。装置の光出力を改良するために、ファセットコ
ーティング30、32を装置に適用できる。役立つ長さ
に素子を分割することでレーザ刺激を提供するために必
要な「ミラー」作用を得る。装置の光出力は、活性層1
6の厚さを減ずることにより及び/又はこの層のカドミ
ウム含有量を減ずる(uは0に近づく)ことにより、青
に向かって変化する。
し、活性領域の光の量を最大にする方法で成長させる。
例としてのみ役立つ素子を、2ミクロンのn−型クラッ
ド層12、0.25ミクロンのn−型ガイド層14、65オ
ングストロームの量子井戸層16、0.25ミクロンのp−
型閉じ込め層18、1ミクロンのp−型クラッド層20
及び0.1 ミクロンのp−型接触層22で形成した。u
(カドミウム)の適当な範囲は0〜0.4 、zは0〜0.1
、yは0.06〜1、xは0〜1である。しかしながら、
x及びyはGaAsに格子整合するように選択する必要
がある。装置の光出力を改良するために、ファセットコ
ーティング30、32を装置に適用できる。役立つ長さ
に素子を分割することでレーザ刺激を提供するために必
要な「ミラー」作用を得る。装置の光出力は、活性層1
6の厚さを減ずることにより及び/又はこの層のカドミ
ウム含有量を減ずる(uは0に近づく)ことにより、青
に向かって変化する。
【0009】図2は図1の構造により生じる光の近フィ
ールド強度(任意の単位にて)を示す、マグネシウムな
し(x=0)でアナログ構造の近フィールドパターンを
破線で示す。この構造は量子井戸及び閉じ込め層内に閉
じ込めた光のほとんどにつき光閉じ込めを改良したこと
がわかる。このように明らかな改良はZnz S1-z Se
上にZn1-x Mgx Sy Se1-y を有するレーザに対す
る光閉じ込めに見出せる。装置は本発明に従って構成さ
れ、又以前の構成に比べて電気的閉じ込めが改良され、
欠点が減少した。
ールド強度(任意の単位にて)を示す、マグネシウムな
し(x=0)でアナログ構造の近フィールドパターンを
破線で示す。この構造は量子井戸及び閉じ込め層内に閉
じ込めた光のほとんどにつき光閉じ込めを改良したこと
がわかる。このように明らかな改良はZnz S1-z Se
上にZn1-x Mgx Sy Se1-y を有するレーザに対す
る光閉じ込めに見出せる。装置は本発明に従って構成さ
れ、又以前の構成に比べて電気的閉じ込めが改良され、
欠点が減少した。
【0010】活性層16は、活性層の片側又は両側上に
ZnSeの薄い(≒15Å)層を形成することにより作
られる。このZnSe層又はこれの複数の層を使用する
と活性層を正確に形成できる。適用に応じて2以上の活
性層を有するアナログ構造も形成できる。更に、上記の
構造は指標ガイドレーザにも適用できる。
ZnSeの薄い(≒15Å)層を形成することにより作
られる。このZnSe層又はこれの複数の層を使用する
と活性層を正確に形成できる。適用に応じて2以上の活
性層を有するアナログ構造も形成できる。更に、上記の
構造は指標ガイドレーザにも適用できる。
【0011】図1の上記実施態様では、基板と下方層は
n−型で上方層はp−型である。アナログ構造は下方層
p−型、上方層n−型で形成できる。図3の実施態様で
は、基板40は、基板上に配置したZn1-x Mgx Sy
Se1-y :Nのp−型下方クラッド層42及びp−型Z
nSz Se1-z :Nガイド層44を有するGaAs:Z
nのようなp−型である。Zn1-u Cdu Se活性層4
6は図1に示したと同じままであり、ZnSzS
e1-z :Cl n−型上方ガイド層48、n−型Zn1- x
Mgx Sy Se1-y :Cl 上方クラッド層50及びn−
型ZnSe:Cl 接触層52を有する。図3の構造の層
のドーピングレベルは一般に図1の層のレベルと同様で
ある。
n−型で上方層はp−型である。アナログ構造は下方層
p−型、上方層n−型で形成できる。図3の実施態様で
は、基板40は、基板上に配置したZn1-x Mgx Sy
Se1-y :Nのp−型下方クラッド層42及びp−型Z
nSz Se1-z :Nガイド層44を有するGaAs:Z
nのようなp−型である。Zn1-u Cdu Se活性層4
6は図1に示したと同じままであり、ZnSzS
e1-z :Cl n−型上方ガイド層48、n−型Zn1- x
Mgx Sy Se1-y :Cl 上方クラッド層50及びn−
型ZnSe:Cl 接触層52を有する。図3の構造の層
のドーピングレベルは一般に図1の層のレベルと同様で
ある。
【0012】本発明を好ましい実施態様と共に説明した
が、本発明の範囲を逸脱することなく改変、変更するこ
とは当業者には容易にできることである。このような改
変、変更は本発明の技術的範囲内と考える。
が、本発明の範囲を逸脱することなく改変、変更するこ
とは当業者には容易にできることである。このような改
変、変更は本発明の技術的範囲内と考える。
【0013】
【発明の効果】この装置は室温にてパルスモードで操作
できる。4のZn1-x Mgx SySe 1-y クラッド層を
用いると全層の格子整合とクラッド及びガイド層バンド
−ギャップの増加を共に可能にする。このように、レー
ザは改良した電気的及び光学的閉じ込めを用いて作り得
る。選択的に、活性領域のバンドギャップはより短波長
(u=0)にてレーザの発生が増加し得る。
できる。4のZn1-x Mgx SySe 1-y クラッド層を
用いると全層の格子整合とクラッド及びガイド層バンド
−ギャップの増加を共に可能にする。このように、レー
ザは改良した電気的及び光学的閉じ込めを用いて作り得
る。選択的に、活性領域のバンドギャップはより短波長
(u=0)にてレーザの発生が増加し得る。
【図1】本発明のII/VIレーザ構造の層構造の断面図で
ある。
ある。
【図2】図1に示す装置の近フィールドの光出力を示
す。
す。
【図3】p−型基板を用いた装置の第2実施態様を示
す。
す。
10 基板 12 クラッド層 14 ガイド層 16 活性量子井戸層 18 ガイド層 20 クラッド層 22 接触層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピオトル メンズ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10562 オシニング リンカーン プレイス 19 −53 (72)発明者 ジョン ペトルゼーロ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10510 カーメル ホース パンド ロード(番 地なし) (72)発明者 ジェームス ガイネス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10547 モウヒーガン レイク ストネイ スト リート 3397 (72)発明者 ロナルド アール ドレンテン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10547 モウヒーガン レイク キムボール ア ベニュー 1534 (72)発明者 ケビン ダブリュー ハベラーン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 12533 ホプウェル ジャンクション クレスト ストリート 5
Claims (9)
- 【請求項1】(a)第1導電型の基板、 (b)前記基板上に載置され、前記第1導電型のZn
1-x Mgx Sy Se1-y からなるクラッド層、 (c)前記第1導電型クラッド層上に載置され、前記第
1導電型のZnSz Se1-Z のガイド層、 (d)前記第1導電型ガイド層上に載置され、Zn1-u
Cdu Seの活性層、 (e)前記活性層上に載置され、前記第1導電型と逆の
第2導電型のZnSz Se1-z のガイド層、 (f)前記第2導電型のZn1-x Mgx Sy Se1-y の
クラッド層、 及び (g)ここにおいて、0≦u≦0.4 、0≦z≦0.1 、0
≦x≦1及び0.06≦y≦1、並びにクラッド層は前記基
板に整合された格子であるように選択されるx及びy、 からなるレーザ装置。 - 【請求項2】 前記第1導電型はnであり、及び前記第
2導電型はpである請求項1記載のレーザ装置。 - 【請求項3】 前記第2導電型クラッド層上に載置され
た第2導電型接触層を更に有する請求項1記載のレーザ
装置。 - 【請求項4】 前記基板がGaAsからなる請求項1記
載のレーザ装置。 - 【請求項5】 前記GaAsをケイ素でドープする請求
項4記載のレーザ装置。 - 【請求項6】 前記クラッド層及び前記ガイド層の少な
くとも1がCl でドープされたn−型である請求項1記
載のレーザ装置。 - 【請求項7】 前記ガイド層及び前記クラッド層の少な
くとも1が窒素でドープされる請求項1記載のレーザ装
置。 - 【請求項8】 u=0.2 、z=0.06、x=0.1 及びy=
0.1 である請求項1記載のレーザ装置。 - 【請求項9】 前記第1導電型はpであり、及び前記第
2導電型はnである請求項1記載のレーザ装置。
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