JPH06310809A - Blue-green semiconductor laser - Google Patents

Blue-green semiconductor laser

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Publication number
JPH06310809A
JPH06310809A JP9441593A JP9441593A JPH06310809A JP H06310809 A JPH06310809 A JP H06310809A JP 9441593 A JP9441593 A JP 9441593A JP 9441593 A JP9441593 A JP 9441593A JP H06310809 A JPH06310809 A JP H06310809A
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JP
Japan
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layer
type
active layer
blue
laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP9441593A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Okawa
和宏 大川
Ayumi Tsujimura
歩 辻村
Shigeo Hayashi
茂生 林
Shigeo Yoshii
重雄 吉井
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to manufacture a blue-green semiconductor laser simply and with good reproducibility and to reduce an oscillation voltage for the laser by a method wherein a double heterostructure, consisting of a ZnCdSe active layer, an n-type ZnSSe clad layer, a p-type ZnSe clad layer and a p<+> ZnSe clad layer, is adopted. CONSTITUTION:A Cl-doped n-type ZnSxSe1-x layer 21 is laminated on an n-type GaAs substrate 10. The composition (x) of the S is set on the condition of 0<=x<=0.2 at a substrate temperature region where the ZnSxSe1-x layer having a good crystallizability is obtained. A Zn1-xCdxSe layer is used as an active layer. Provided that the composition (x) of the Cd is set in the extent of 0.05<=x<=0.5 for obtaining a sufficient difference between the band gaps of the Zn1-xCdxSe active layer 22 and the ZnSSe clad layer 21 in the heterojunction part between the layers 22 and 21. Moreover, a condition that an optical confinement and a carrier confinement in a fundamental mode can be simultaneously satisfied is a condition that the thickness of the active layer is in the extent of 3 to 100nm. Thereby, carriers can be confined and a laser oscillation can take place according to the distortion of the active layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はII-VI族化合物半導体を
用いた青色から緑色に至る領域でレーザ発振する青緑色
半導体レーザ素子の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a blue-green semiconductor laser device which uses a II-VI group compound semiconductor and oscillates in a region from blue to green.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の青緑色半導体レーザ素子の構造
は、ZnCdSe活性層、ZnSe分離閉じ込め(SC
H)層とZnSSeクラッド層から構成された構造を有
していた。具体例としては、分離閉じ込め層付単一量子
井戸(SQW-SCH)構造(例えばM.A.Haase et al. Applied
Physics Letters 59, 1272 (1991).)と多重量子井戸(MQ
W)構造(例えばH.Jeon et al. Applied Physics Letter
s 60, 2045 (1992).)そして分離閉じ込め層付多重量子
井戸(MQW-SCH)構造(例えばH.Jeon et al. AppliedPhys
ics Letters 59, 3619 (1991).)しか報告されていな
い。
2. Description of the Related Art The structure of a conventional blue-green semiconductor laser device has a ZnCdSe active layer, a ZnSe separate confinement (SC
It had a structure composed of a H) layer and a ZnSSe clad layer. As a specific example, a single quantum well (SQW-SCH) structure with a separate confinement layer (eg MAHaase et al. Applied
Physics Letters 59, 1272 (1991).) And multiple quantum wells (MQ
W) Structure (eg H. Jeon et al. Applied Physics Letter
s 60 , 2045 (1992).) and multiple quantum well (MQW-SCH) structures with separate confinement layers (eg H. Jeon et al. Applied Phys.
Only ics Letters 59, 3619 (1991).) have been reported.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来技術において、分
離閉じ込め層(SCH)層材料としてZnSeを採用し
ている。しかしZnSeのSCH層とZnSSeクラッ
ド層との間に格子不整が存在するため、結晶性の劣化を
引き起こしてしまう。そのためSQW−SCH構造やM
QW−SCH構造では、クラッド層、SCH層そして活
性層にも結晶欠陥が多数存在する。結晶欠陥が存在する
と、半導体レーザ素子の寿命は短くなってしまうという
問題点がある。
In the prior art, ZnSe is used as the material for the separation confinement layer (SCH). However, since the lattice mismatch exists between the SCH layer of ZnSe and the ZnSSe clad layer, the crystallinity is deteriorated. Therefore, SQW-SCH structure and M
In the QW-SCH structure, the clad layer, the SCH layer, and the active layer have many crystal defects. The presence of crystal defects has a problem that the life of the semiconductor laser device is shortened.

【0004】また、従来技術のMQW構造は、ZnCd
SeとZnSeあるいはZnSSeを幾重にも層状構造
にするものであるが、1nm以下の精度で膜厚が10n
m以下の薄膜を幾重にも積層する多重量子井戸を再現性
良く製造することは極めて困難であるという課題があっ
た。
The MQW structure of the prior art is ZnCd.
Se and ZnSe or ZnSSe have a layered structure in multiple layers, but the film thickness is 10n with an accuracy of 1 nm or less.
There is a problem that it is extremely difficult to manufacture a multi-quantum well in which thin films of m or less are stacked in multiple layers with good reproducibility.

【0005】さらに、従来の青緑色半導体レーザ素子
は、電極とp型層のコンタクトを良くするため、例えば
アプライド フィジックス レター 第59巻第127
2頁(M.A.Haase et al. Applied Physics Letters 59,
1272 (1991).)、アプライドフィジックス レター 第
60巻第2045頁(H.Jeon et al. Applied PhysicsLe
tters 60, 2045 (1992).)、アプライド フィジックス
レター 第59巻第3619頁(H.Jeon et al. Appli
ed Physics Letters 59, 3619 (1991).)等に記載されて
いるように、接触層として膜厚約100nmのp+型Z
nSe層を設けていた。しかし発振時の電圧は20V以
上であった。発振時の電圧は低ければ低いほど発熱量を
少なくできるため、半導体レーザの長寿命化することが
できる。大きな発振電圧は実用上大きな問題点である。
Further, in the conventional blue-green semiconductor laser device, in order to improve the contact between the electrode and the p-type layer, for example, Applied Physics Letter Vol. 59, 127.
Page 2 (MA Haase et al. Applied Physics Letters 59 ,
1272 (1991).), Applied Physics Letter, Vol. 60, page 2045 (H. Jeon et al. Applied Physics Le.
tters 60 , 2045 (1992).), Applied Physics Letters Vol. 59, page 3619 (H. Jeon et al. Appli
ed Physics Letters 59, 3619 (1991).) etc., a p + type Z having a film thickness of about 100 nm as a contact layer.
An nSe layer was provided. However, the voltage during oscillation was 20 V or higher. The lower the voltage during oscillation, the smaller the amount of heat generation, so that the life of the semiconductor laser can be extended. A large oscillation voltage is a big problem in practical use.

【0006】また、青緑色半導体レーザの活性層で発生
した熱をジャンクション ダウンのダイボンディングで
放熱する場合、従来技術のクラッド層にはZnSSeが
使用されているため熱伝導が悪いという問題点があっ
た。
Further, when the heat generated in the active layer of the blue-green semiconductor laser is radiated by the junction down die bonding, there is a problem that the heat conduction is poor because ZnSSe is used for the cladding layer of the prior art. It was

【0007】本発明は上記の欠点を解消し、結晶欠陥の
原因となるSCH層を採用することなく、光閉じ込めを
小さくして単一モード化を計り、簡便で再現性良く製造
することができる青緑色半導体レーザの構造を提供する
ことを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks and makes it possible to reduce the optical confinement and achieve a single mode without employing an SCH layer which causes crystal defects, and it is possible to easily and reproducibly manufacture. An object is to provide a structure of a blue-green semiconductor laser.

【0008】また、本発明は、発振電圧を低減し放熱も
改善した青緑色半導体レーザの提供も目的としている。
Another object of the present invention is to provide a blue-green semiconductor laser with reduced oscillation voltage and improved heat dissipation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、3nm以上1
00nm以下の厚みを有するZn1-XCdXSe(ただし
Xは0.05≦X≦0.5の範囲)を活性層とし、Zn
SeまたはZnSXSe1-X(ただしXは0<X≦0.2
の範囲)の何れかを含むp型クラッド層とn型クラッド
層とを、一層の前記活性層を介して配置した青緑色半導
体レーザによって、従来の課題を解決した。
The present invention is 3 nm or more 1
Zn 1-X Cd X Se having a thickness of 00 nm or less (where X is in the range of 0.05 ≦ X ≦ 0.5) is used as the active layer, and Zn
Se or ZnS X Se 1-X (where X is 0 <X ≦ 0.2
The conventional problem is solved by a blue-green semiconductor laser in which a p-type clad layer and an n-type clad layer containing any of the above (1) are arranged via one active layer.

【0010】[0010]

【作用】本発明の青緑色半導体レ−ザは、理由は定かで
はないが、3nm以上100nm以下の厚みを有するZ
1-XCdXSeの活性層を一層n型及びp型クラッド層
の間に介したため、従来のダブルヘテロ構造のレーザー
の活性層に比べ活性層の歪が大きく、この歪に応じてキ
ャリヤーを閉じ込め、レ−ザ発振できたものと考えられ
る。
The blue-green semiconductor laser of the present invention has a thickness of 3 nm or more and 100 nm or less, although the reason is not clear.
Since the active layer of n 1-X Cd X Se is interposed between the n-type and p-type cladding layers, the strain of the active layer is larger than that of the laser of the conventional double hetero structure laser, and the carrier is generated depending on this strain. It is considered that the laser oscillation was achieved by confining the laser.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の青緑色半導体レ−ザは、Zn・Cd
・Se活性層を、p型およびn型Zn・Seで挟着、p
型およびn型Zn・S・Seで挟着、p型Zn・Seお
よびn型Zn・S・Seで挟着、または、p型Zn・S
・Seおよびn型Zn・Seで挟着したダブルへテロ構
造で、レーザ発振することを初めて実証した。
EXAMPLE A blue-green semiconductor laser of the present invention is a Zn.Cd
-Se active layer is sandwiched between p-type and n-type Zn-Se, p
Type and n-type Zn.S.Se sandwiched, p-type Zn.Se and n-type Zn.S.Se sandwiched, or p-type Zn.S
・ It was demonstrated for the first time that laser oscillation was achieved with a double heterostructure sandwiched between Se and n-type Zn.Se.

【0012】これらの構造は極めて簡素化した構造であ
るため、再現性良く製造することができ、光出力にキン
ク等の不安定性は観測されなく、また、発振は基本モ−
ドであった。
Since these structures are extremely simplified structures, they can be manufactured with good reproducibility, instability such as kink is not observed in the optical output, and oscillation is fundamental mode.
It was de.

【0013】p型及びn型のZnSXSe1-X層のS成分
の組成Xは、成長温度によって基板と格子整合性がとれ
る範囲で決定できる。
The composition X of the S component of the p-type and n-type ZnS X Se 1-X layers can be determined within the range where the lattice matching with the substrate can be obtained depending on the growth temperature.

【0014】また、活性層とp型クラッド層の界面から
0.1μm以上離れたp型クラッド層のアクセプタ密度
を高くし、p+型クラッド層とした場合、発振に必要な
電圧は約30%低減することが観測された。
If the p-type clad layer is made to have a high acceptor density at a distance of 0.1 μm or more from the interface between the active layer and the p-type clad layer to form a p + -type clad layer, the voltage required for oscillation is about 30%. It was observed to decrease.

【0015】この理由は定かではないが、従来技術に比
べp型クラッド層の直列抵抗を低減できたためと考えら
れる。
The reason for this is not clear, but it is considered that the series resistance of the p-type cladding layer can be reduced as compared with the prior art.

【0016】さらに、本発明の青緑色半導体レーザの活
性層で発生した熱を、ジャンクション ダウンで放熱す
る場合、従来技術のZn・S・Seクラッド層ではなく
Zn・Seクラッド層を用いたところ、素子寿命を10
%〜200%延ばすことに成功した。
Further, when the heat generated in the active layer of the blue-green semiconductor laser of the present invention is radiated by the junction down, a Zn.Se clad layer is used instead of the Zn.S.Se clad layer of the prior art. Element life is 10
% To 200% was successfully extended.

【0017】この理由は、従来技術のZn・S・Seで
は3元混晶になっているため、熱抵抗が悪く素子寿命が
低下したが、本発明では2元化合物であるZn・Seを
採用したため、放熱の効率が良くなったものと解釈でき
る。
The reason for this is that since Zn.S.Se of the prior art is a ternary mixed crystal, the thermal resistance is poor and the device life is shortened. However, in the present invention, the binary compound Zn.Se is adopted. Therefore, it can be interpreted that the efficiency of heat dissipation is improved.

【0018】(実施例1)図1は本発明の一実施例の青
緑色半導体レーザの構造断面図である。作製には分子線
エピタキシー法を用いている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a structural sectional view of a blue-green semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. A molecular beam epitaxy method is used for fabrication.

【0019】まず、n型GaAs基板10上に、Clド
ープn型ZnSXSe1-X層21を1.5μm程度積層し
た。Sの組成Xは、成長時の温度でGaAs基板10と
格子整合するように定めた。例えば、本実施例の場合基
板温度は、325℃であるため0.6≦X≦0.8の範
囲に入るようにした。但し、基板温度が更に高い場合に
は、S組成Xはより大きくなる。なお、結晶性の良いZ
nSXSe1-Xが得られる基板温度領域では、S組成Xは
0≦X≦0.2である。
First, a Cl-doped n-type ZnS X Se 1-X layer 21 was laminated on the n-type GaAs substrate 10 to a thickness of about 1.5 μm. The composition X of S was determined so as to be lattice-matched with the GaAs substrate 10 at the growth temperature. For example, in the case of this embodiment, the substrate temperature is 325 ° C., so that the range of 0.6 ≦ X ≦ 0.8 is set. However, when the substrate temperature is higher, the S composition X becomes larger. Z with good crystallinity
In the substrate temperature range where nS X Se 1-X is obtained, the S composition X is 0 ≦ X ≦ 0.2.

【0020】Zn・S・Se層21および23の成長
は、金属Znおよび金属Seおよび多結晶ZnSを加熱
蒸発させ、基板10に照射することによって行なった。
n型ドーピングはZnCl2を原料として用いた。n型
層のキャリヤ密度はおよそ7x1017cmー3である。
The Zn.S.Se layers 21 and 23 were grown by heating and evaporating the metal Zn, the metal Se and the polycrystalline ZnS and irradiating the substrate 10.
For n-type doping, ZnCl 2 was used as a raw material. carrier concentration of the n-type layer is about 7x10 17 cm-3.

【0021】活性層としてZn1-XCdXSeを用いる。
ただし、Zn1-XCdXSe活性層22とZn・S・Se
クラッド層21あるいは23のヘテロ接合部において、
十分なバンドギャップ差を得るためには、Cd組成Xは
0.05≦X≦0.5の範囲にある必要がある。また、
活性層の厚みはCd組成に依存するため、一概に規定し
がたいが、Cd組成の少ないものほど活性層厚は厚くな
り、Cd組成の多いものは活性層圧が薄くなる。基本モ
−ドの光閉じ込めとキャリヤの閉じ込めを同時に満たす
ことができるのは、活性層厚が3nmから100nmの
範囲であった。
Zn 1-X Cd X Se is used as the active layer.
However, the Zn 1-X Cd X Se active layer 22 and the Zn.S.Se
At the heterojunction of the cladding layers 21 or 23,
In order to obtain a sufficient band gap difference, the Cd composition X needs to be in the range of 0.05 ≦ X ≦ 0.5. Also,
Since the thickness of the active layer depends on the Cd composition, it is difficult to unconditionally define, but the smaller the Cd composition, the thicker the active layer, and the larger the Cd composition, the thinner the active layer pressure. The optical confinement of the basic mode and the confinement of carriers can be satisfied at the same time when the active layer thickness is in the range of 3 nm to 100 nm.

【0022】Zn・Cd・Se層22の成長は、金属Z
nおよび金属Seおよび金属Cdを加熱蒸発させ、基板
10に照射することによって行なった。
The growth of the Zn.Cd.Se layer 22 is performed by using the metal Z
n and the metal Se and the metal Cd were heated and evaporated, and the substrate 10 was irradiated.

【0023】そして、p型ZnSXSe1-Xクラッド層2
3を成長する。厚みは約1.5μmである。ZnSX
1-Xの組成や成長原料は、n型Zn・S・Se層21
と同様である。p型化は、窒素をドーピングすることに
よって達成している。具体的には窒素をプラズマ化し得
られた活性窒素を、成長中のZnSXSe1-Xに照射する
ことによって、p型NドープZnSXSe1-X層23を得
た。p型クラッド層23のアクセプタ密度は、4×10
17cm-3である。
Then, the p-type ZnS X Se 1-X clad layer 2 is formed.
Grow three. The thickness is about 1.5 μm. ZnS X S
The composition and growth material of e 1-X are the n-type Zn · S · Se layer 21.
Is the same as. The p-type conversion is achieved by doping nitrogen. Specifically, active nitrogen obtained by converting nitrogen into plasma was irradiated to the growing ZnS X Se 1-X to obtain a p-type N-doped ZnS X Se 1-X layer 23. The acceptor density of the p-type cladding layer 23 is 4 × 10.
It is 17 cm -3 .

【0024】最後に、p+型ZnSeコンタクト層24
をMBE成長する。アクセプタ密度を上げるため、コン
タクト層24を作製する時、成長速度を非常に遅くし
た。すなわち、ZnとSeのビーム強度を減らし、活性
窒素のビーム強度を変えていないため、窒素がより多く
入る。具体的には、クラッド層23を作製する時の成長
速度は約1μm/hであるが、コンタクト層24を作製
する時の成長速度は約0.1μm/hと10分の1程度
に下げた。
Finally, the p + type ZnSe contact layer 24
To grow MBE. In order to increase the acceptor density, the growth rate was made extremely slow when the contact layer 24 was formed. That is, since the beam intensities of Zn and Se are reduced and the beam intensity of active nitrogen is not changed, more nitrogen enters. Specifically, the growth rate at the time of producing the cladding layer 23 is about 1 μm / h, but the growth rate at the time of producing the contact layer 24 is reduced to about 0.1 μm / h, which is about 1/10. .

【0025】上記の手法により得られたダブルヘテロ構
造を有する基板は、初歩的なレーザ作製プロセスである
ストライプ型レーザにした。
The substrate having a double hetero structure obtained by the above method was a stripe type laser which is a rudimentary laser manufacturing process.

【0026】出来上がったレーザ素子の断面図が図1で
ある。厚み約150nmのSiO2からなる絶縁層41
を、マグネトロンスパッタ法により積層している。そし
て金蒸着によってp+型ZnSe24との電極42を形
成している。
A sectional view of the completed laser device is shown in FIG. Insulating layer 41 made of SiO 2 and having a thickness of about 150 nm
Are laminated by a magnetron sputtering method. Then, the electrode 42 with the p + type ZnSe 24 is formed by gold vapor deposition.

【0027】レーザ素子は、へき開によって長さ1m
m、幅0.5mmのチップにした。絶縁層41によって
電流は狭窄され、ストライプ上にのみ流れる。ストライ
プの幅は約10μm、ストライプの長さは1mmであ
る。77Kにレーザ素子を冷却し、パルス電流を流すと
レーザ発振することが確認された。
The laser element has a length of 1 m when cleaved.
m and a width of 0.5 mm. The current is confined by the insulating layer 41 and flows only on the stripes. The width of the stripe is about 10 μm, and the length of the stripe is 1 mm. It was confirmed that laser oscillation occurred when the laser element was cooled to 77K and a pulse current was passed.

【0028】但し、発振波長はCd組成に依存し、Cd
組成が多いと発振波長が長波長化し、460nmから5
70nmの領域であった。
However, the oscillation wavelength depends on the Cd composition, and Cd
When the composition is large, the oscillation wavelength becomes long, and the wavelength increases from 460 nm to 5
The area was 70 nm.

【0029】図2にCd組成X=0.3のレーザ素子の
電流−光出力関係を示す。発振閾値の電流密度は、40
mAであった。光出力は片端面当り100mWを優に越
えることができた。また、室温においてもレーザ発振す
ることが確認されている。その発振閾値は、1700m
Aであった。
FIG. 2 shows the current-light output relationship of a laser device having a Cd composition X = 0.3. The oscillation threshold current density is 40
It was mA. The light output could easily exceed 100 mW per end face. Moreover, it has been confirmed that laser oscillation occurs even at room temperature. The oscillation threshold is 1700m
It was A.

【0030】これらの電流−光出力特性は、レーザ素子
の端面に高反射率コーティング等を施さずに測定したも
のである。高反射率コーティングを端面に施すと、閾値
電流の低減が期待できる。
These current-light output characteristics were measured without applying a high reflectance coating or the like to the end face of the laser element. If a high reflectance coating is applied to the end face, a reduction in threshold current can be expected.

【0031】また、本実施例のクラッド層21及び23
の材料に、ZnSeを用いても発振することを確認して
いる。この場合基板にGaAs基板を用いているが、Z
nSe基板を用いれば、格子整合のクラッド層となるた
め極めて高いレーザ特性が得られる。
Further, the cladding layers 21 and 23 of this embodiment are
It has been confirmed that ZnSe is oscillated even if the material is ZnSe. In this case, a GaAs substrate is used, but Z
If an nSe substrate is used, a clad layer having a lattice matching is obtained, and thus extremely high laser characteristics can be obtained.

【0032】また、図1に示す構造は、基板10とクラ
ッド層21および23が格子整合している。ゆえに、本
発明のレーザ構造は、結晶欠陥の少ないコヒーレント成
長を可能としている。本発明のレ−ザ素子の電子顕微鏡
観察では、欠陥密度は、SQW−SCH構造やMQW−
SCH構造に比べて少なく、MQW構造と同程度である
ことが確認されている。
Further, in the structure shown in FIG. 1, the substrate 10 and the cladding layers 21 and 23 are lattice-matched. Therefore, the laser structure of the present invention enables coherent growth with few crystal defects. In the electron microscope observation of the laser device of the present invention, the defect density is SQW-SCH structure or MQW-
It has been confirmed that the number is smaller than that of the SCH structure and that it is about the same as the MQW structure.

【0033】また、MQW構造のように精度を要求され
る超格子構造にしていないため、本発明のレーザ構造の
作製は容易であり、再現性も高く極めて実用的である。
Since the MQW structure does not have a superlattice structure requiring precision, the laser structure of the present invention is easy to fabricate and has high reproducibility and is extremely practical.

【0034】また、本発明のレーザ構造は、MQW構造
に比べて活性層領域の光閉じ込めが弱いために、COD
レベルが高くなると考えられる。ゆえに、本発明のレー
ザ構造は高出力化の可能性を示している。
Further, in the laser structure of the present invention, the optical confinement in the active layer region is weaker than that in the MQW structure.
It is thought that the level will increase. Therefore, the laser structure of the present invention shows the possibility of high output.

【0035】(実施例2)図3は、本発明の他の実施例
の青緑色半導体レーザの構造断面図である。作製には分
子線エピタキシー法を用いた。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a structural sectional view of a blue-green semiconductor laser according to another embodiment of the present invention. The molecular beam epitaxy method was used for the fabrication.

【0036】成長手段は、実施例1と同様であるが、p
型Zn・S・Seクラッド層23の厚みは約0.2μm
と薄くし、アクセプタ密度を高くしたp+型Zn・S・
Seクラッド層25を約1μm形成している。用いたp
型クラッド層は、非発光中心が少ないため光学的に優れ
ている。そしてその電気的特性は、アクセプタ密度が4
×1017cm-3で、抵抗率は約0.7Ωcmである。ま
た、用いたp+型クラッド層は、非発光中心が多く、光
学的には優れていないが、電気的特性はアクセプタ密度
が5×1017cm-3以上で、抵抗率は0.5Ωcm以下
である。このように本発明のレーザ構造にすると、電気
的には低抵抗p型の領域が多くなるため、レーザ発振に
必要な電圧は小さくなる。
The growth means is the same as in Example 1, except that p
Type Zn / S / Se clad layer 23 has a thickness of about 0.2 μm.
P + type Zn.S.
The Se clad layer 25 is formed with a thickness of about 1 μm. Used p
The mold clad layer is optically excellent because it has few non-radiative centers. And its electrical characteristics are that the acceptor density is 4
The resistivity is about 0.7 Ωcm at × 10 17 cm -3 . The p + -type cladding layer used has many non-radiative centers and is not optically excellent, but its electrical characteristics are that the acceptor density is 5 × 10 17 cm −3 or more and the resistivity is 0.5 Ωcm or less. Is. As described above, when the laser structure of the present invention is used, the number of electrically low resistance p-type regions increases, so that the voltage required for laser oscillation decreases.

【0037】図4に77Kにおける電流−電圧測定の結
果を示す。図1に示したレーザ構造では約25Vの電圧
を要している。しかし、図3に示した本発明のレーザ構
造を採用すると、発振電圧は17Vになり、30%あま
り電圧を下げられる効果がある。このように、本発明の
レーザ構造は、発振電圧を大幅に下げることができる。
FIG. 4 shows the result of current-voltage measurement at 77K. The laser structure shown in FIG. 1 requires a voltage of about 25V. However, when the laser structure of the present invention shown in FIG. 3 is adopted, the oscillation voltage becomes 17V, and there is an effect that the voltage can be lowered by about 30%. Thus, the laser structure of the present invention can significantly reduce the oscillation voltage.

【0038】活性層22とp型クラッド層23の界面か
ら0.1μm以上離れたp型クラッド層のアクセプタ密
度を、5×1017cm-3以上のp+層25にした場合で
は、発振電圧が下がる効果が確認された。また、得られ
たp+層25の窒素濃度は、2次イオン質量分析(SI
MS)法で、1×1018cm-3以上であることが観測さ
れた。すなわち、窒素濃度を1×1018cm-3以上にす
ることが、p+層を得るための条件であると考えられ
る。
When the acceptor density of the p-type clad layer separated by 0.1 μm or more from the interface between the active layer 22 and the p-type clad layer 23 is 5 × 10 17 cm −3 or more of the p + layer 25, the oscillation voltage is increased. The effect of decreasing Further, the nitrogen concentration of the obtained p + layer 25 is determined by secondary ion mass spectrometry (SI
It was observed to be 1 × 10 18 cm −3 or more by the MS method. That is, it is considered that the nitrogen concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is a condition for obtaining the p + layer.

【0039】(実施例3)図5は、本発明の一実施例の
青緑色半導体レーザを、実装した構造断面図である。レ
ーザ素子のp型クラッド層26を約0.3μm成長して
いる。p型層26のアクセプタ密度は、4×1017cm
ー3である。p型クラッド層26に続き、p +型クラッド
層24を約1.5μm成長している。このp+型層24
のアクセプタ密度は、8×1017cmー3である。レーザ
素子に金バンプ44をメッキにより形成し、ヒートシン
ク45に金バンプ44側をInで接合させた。
(Embodiment 3) FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.
It is a structure sectional view which mounted a blue-green semiconductor laser. Les
The p-type cladding layer 26 of the laser device is grown to about 0.3 μm.
There is. The acceptor density of the p-type layer 26 is 4 × 10.17cm
ー 3Is. Following the p-type cladding layer 26, p +Mold cladding
Layer 24 is grown about 1.5 μm. This p+Mold layer 24
Has an acceptor density of 8 × 1017cmー 3Is. laser
Gold bumps 44 are formed on the element by plating and heat sink
The gold bump 44 side was joined to Ink 45 with In.

【0040】本発明のレーザ素子構造の特徴は、ヒート
シンク45に設置する側のクラッド層、すなわち、本実
施例の場合p型クラッド層26とp+型コンタクト層の
材料とに、2元化合物であるZnSeを採用している点
にある。本発明のレーザ素子の寿命は、図3に示したレ
ーザ構造を金バンプ44を付け、同様にヒートシンク4
5に設置した場合に比べて、10%〜200%長寿命化
していることが確認された。
The laser element structure of the present invention is characterized in that the cladding layer on the side of the heat sink 45, that is, the material of the p-type cladding layer 26 and the p + -type contact layer in this embodiment, is a binary compound. The point is that some ZnSe is adopted. The life of the laser device of the present invention is the same as that of the laser structure shown in FIG.
It was confirmed that the life was extended by 10% to 200% as compared with the case of being installed in No. 5.

【0041】従来技術のZnSSeクラッド層では、Z
nとSとSeの3元混晶になっているため、混晶効果で
熱伝導率が非常に悪くなる。しかし、本発明では2元化
合物を採用したため、放熱の効率が良くなったものと解
釈できる。
In the prior art ZnSSe cladding layer, Z
Since it is a ternary mixed crystal of n, S, and Se, the thermal conductivity becomes very poor due to the mixed crystal effect. However, in the present invention, since the binary compound is adopted, it can be interpreted that the efficiency of heat dissipation is improved.

【0042】また、十分な放熱を得るためには、本発明
のように活性層22からヒートシンク45に至るまでの
領域を、2元化合物にする構造が好ましい。あるいは、
ヒートシンクの接する側のクラッド層のなかで、厚み
0.3μm以上がZnSeであることが好ましい。すな
わち、図5のレーザ構造において、p型層26をZnS
Se混晶を採用したとしても、後のp+層24を1μm
前後のZnSeにすると、熱伝導はp+型クラッド層2
4を全部ZnSSeにした場合に比べて効果がある。
In order to obtain sufficient heat dissipation, it is preferable that the region from the active layer 22 to the heat sink 45 is a binary compound as in the present invention. Alternatively,
Among the clad layers on the side in contact with the heat sink, it is preferable that ZnSe has a thickness of 0.3 μm or more. That is, in the laser structure of FIG.
Even if Se mixed crystal is adopted, the subsequent p + layer 24 has a thickness of 1 μm.
When ZnSe before and after is used, the heat conduction is p + type cladding layer 2
It is more effective than the case where all 4 are ZnSSe.

【0043】本発明において、ZnSeクラッド層24
及び26を用いると、基板10とZnSeクラッド層2
4及び26の間に格子不整が存在し、ZnSeクラッド
層24および26中に結晶欠陥を生じさせる原因とな
る。しかし、活性層22は結晶欠陥が生じる領域以前に
成長されているため、結晶欠陥の影響は小さいと思われ
る。
In the present invention, the ZnSe cladding layer 24
And 26, the substrate 10 and the ZnSe clad layer 2
A lattice mismatch exists between 4 and 26 and causes a crystal defect in the ZnSe cladding layers 24 and 26. However, since the active layer 22 is grown before the region where the crystal defect occurs, the influence of the crystal defect is considered to be small.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のように、本発明は、3nm以上1
00nm以下の厚みを有するZn1-XCdXSe(ただし
Xは0.05≦X≦0.5の範囲)を活性層とし、Zn
SeまたはZnSXSe1-X(ただしXは0<X≦0.2
の範囲)の何れかを含むp型クラッド層とn型クラッド
層とを、一層の前記活性層を介して配置した青緑色半導
体レーザであるため、室温においてもレーザ発振させる
ことができる効果がある。
As described above, the present invention is 3 nm or more 1
Zn 1-X Cd X Se having a thickness of 00 nm or less (where X is in the range of 0.05 ≦ X ≦ 0.5) is used as the active layer, and Zn
Se or ZnS X Se 1-X (where X is 0 <X ≦ 0.2
Since the blue-green semiconductor laser has a p-type clad layer and an n-type clad layer containing any of the above (1) to be disposed via one active layer, it is possible to cause laser oscillation even at room temperature. .

【0045】また、レーザ構造の簡素化がなされている
ため、再現性良く製造することができ、生産性に優れて
いる。
Since the laser structure is simplified, it can be manufactured with good reproducibility and is excellent in productivity.

【0046】また、本発明の青緑色半導体レーザのp型
クラッド層として、高いアクセプタ密度を有するp+
クラッド層としたため、発振に必要な電圧を大幅に低減
することができる効果がある。
Since the p-type clad layer of the blue-green semiconductor laser of the present invention is a p + -type clad layer having a high acceptor density, the voltage required for oscillation can be significantly reduced.

【0047】また、本発明の青緑色半導体レーザクラッ
ド層において、ヒートシンクに設置する側のクラッド層
として熱伝導の良いZnSeを採用したことから、素子
寿命を延ばすことができる効果もある。
Further, in the blue-green semiconductor laser clad layer of the present invention, since ZnSe having good thermal conductivity is adopted as the clad layer on the side to be installed on the heat sink, there is an effect that the device life can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の青緑色半導体レーザの構造
断面図
FIG. 1 is a structural sectional view of a blue-green semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の青緑色半導体レーザの光出
力−電流密度特性図
FIG. 2 is a light output-current density characteristic diagram of a blue-green semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例の青緑色半導体レーザの構造
断面図
FIG. 3 is a structural sectional view of a blue-green semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の青緑色半導体レーザの電流
−電圧密度特性図
FIG. 4 is a current-voltage density characteristic diagram of a blue-green semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例の青緑色半導体レーザの構造
断面図
FIG. 5 is a structural cross-sectional view of a blue-green semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 n型GaAs基板 21 n型ZnSSeクラッド層 22 ZnCdSe活性層 23 p型ZnSSeクラッド層 24 p+型ZnSeコンタクト層 25 p+型ZnSSeクラッド層 26 p型ZnSeクラッド層 41 絶縁層 42 金電極 43 In電極 44 金バンプ 45 ヒートシンク10 n-type GaAs substrate 21 n-type ZnSSe clad layer 22 ZnCdSe active layer 23 p-type ZnSSe clad layer 24 p + type ZnSe contact layer 25 p + type ZnSSe clad layer 26 p-type ZnSe clad layer 41 insulating layer 42 gold electrode 43 In electrode 44 gold bump 45 heat sink

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 重雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 三露 常男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shigeo Yoshii 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Tsuneo Mikuro, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Within

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】3nm以上100nm以下の厚みを有する
Zn1-XCdXSe(ただしXは0.05≦X≦0.5の
範囲)を活性層とし、ZnSeまたはZnSXSe
1-X(ただしXは0<X≦0.2の範囲)の何れかを含
むp型クラッド層とn型クラッド層とを、一層の前記活
性層を介して配置したことを特徴とする青緑色半導体レ
ーザ。
1. A ZnSe or ZnS X Se layer comprising Zn 1 -X Cd X Se having a thickness of 3 nm or more and 100 nm or less (where X is in the range of 0.05 ≦ X ≦ 0.5) as an active layer.
A blue characterized in that a p-type clad layer and an n-type clad layer containing any of 1-X (where X is in the range of 0 <X ≦ 0.2) are arranged through one active layer. Green semiconductor laser.
【請求項2】活性層とp型クラッド層との界面から0.
1μm以上離れた前記p型クラッド層のアクセプタ密度
が、5×1017cm-3以上であることを特徴とする、請
求項1記載の青緑色半導体レーザ。
2. From the interface between the active layer and the p-type cladding layer,
2. The blue-green semiconductor laser according to claim 1, wherein the p-type cladding layer separated by 1 μm or more has an acceptor density of 5 × 10 17 cm −3 or more.
【請求項3】p型クラッド層がZnSeまたはZnSX
Se1-X(ただしXは0<X≦0.2の範囲)の何れか
に活性窒素を含有した層であり、活性層と前記p型クラ
ッド層との界面から0.1μm以上離れた前記p型クラ
ッド層の窒素濃度が、1×1018cm-3以上であること
を特徴とする、請求項2記載の青緑色半導体レーザ。
3. The p-type cladding layer is ZnSe or ZnS x.
Se 1-X (where X is a range of 0 <X ≦ 0.2) containing active nitrogen, and the layer is separated by 0.1 μm or more from the interface between the active layer and the p-type cladding layer. The blue-green semiconductor laser according to claim 2, wherein the nitrogen concentration of the p-type cladding layer is 1 × 10 18 cm -3 or more.
【請求項4】p型クラッド層またはn型クラッド層の何
れか一方のクラッド層にヒートシンクに設置し、前記ヒ
ートシンクを設置するクラッド層が、厚み0.3μm以
上のZnSeであることを特徴とする、請求項1記載の
青緑色半導体レーザ。
4. A heat sink is provided on either one of the p-type clad layer and the n-type clad layer, and the clad layer on which the heat sink is provided is ZnSe having a thickness of 0.3 μm or more. A blue-green semiconductor laser according to claim 1.
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