JPH0685385A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH0685385A JPH0685385A JP23370892A JP23370892A JPH0685385A JP H0685385 A JPH0685385 A JP H0685385A JP 23370892 A JP23370892 A JP 23370892A JP 23370892 A JP23370892 A JP 23370892A JP H0685385 A JPH0685385 A JP H0685385A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザ装置、特に赤色可視光で発光す
る半導体レーザ装置に関し、バレンスバンド端の不連続
部分がなく、ヘテロ界面において電流が拡がることな
く、電流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 ｐ−ＧａＡｓ基板１０上にｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１８とｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２
によりＩｎＧａＰ活性層２０を挟んだダブルヘテロ構造
が形成された半導体レーザ装置において、ｐ−ＧａＡｓ
基板１０とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８の間に、
バレンスバンド端がｐ−ＧａＡｓ基板１０側において連
続し、バンドギャップエネルギがｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層１８側に近付くにしたがって徐々に大きくなる
第１グレーデッド中間層２８を設ける。
る半導体レーザ装置に関し、バレンスバンド端の不連続
部分がなく、ヘテロ界面において電流が拡がることな
く、電流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 ｐ−ＧａＡｓ基板１０上にｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１８とｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２
によりＩｎＧａＰ活性層２０を挟んだダブルヘテロ構造
が形成された半導体レーザ装置において、ｐ−ＧａＡｓ
基板１０とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８の間に、
バレンスバンド端がｐ−ＧａＡｓ基板１０側において連
続し、バンドギャップエネルギがｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層１８側に近付くにしたがって徐々に大きくなる
第１グレーデッド中間層２８を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置、特に
赤色可視光で発光する半導体レーザ装置に関する。
赤色可視光で発光する半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ装置は光情報処理用光源と
して実用化の道を歩んできた。近年、さらに発光波長の
短波長化が進み、赤色可視光用光源としてＩｎＧａＰ系
半導体レーザ装置が注目されている。このＩｎＧａＰ系
半導体レーザ装置は、コンパクトディスクやレーザプリ
ンタの光源として非常に重要なものとなっている。
して実用化の道を歩んできた。近年、さらに発光波長の
短波長化が進み、赤色可視光用光源としてＩｎＧａＰ系
半導体レーザ装置が注目されている。このＩｎＧａＰ系
半導体レーザ装置は、コンパクトディスクやレーザプリ
ンタの光源として非常に重要なものとなっている。
【０００３】本願発明者が提案した半導体レーザ装置を
図４を用いて説明する。ｐ−ＧａＡｓ基板１０は表面が
メサ形状に加工され、そのメサ形状の側面を覆うように
電流狭窄のためにｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２が形成さ
れている。ｐ−ＧａＡｓ基板１０のメサ形状の頂上及び
ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２上に、ｐ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１４が形成されてる。このｐ−ＧａＡｓバッファ層
１４は、その上部に形成される半導体層のモホロジーを
改善するために設けられている。ｐ−ＧａＡｓバッファ
層１４上には、半導体レーザ装置の電圧電流特性を改善
するためにｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６が形成されてい
る。
図４を用いて説明する。ｐ−ＧａＡｓ基板１０は表面が
メサ形状に加工され、そのメサ形状の側面を覆うように
電流狭窄のためにｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２が形成さ
れている。ｐ−ＧａＡｓ基板１０のメサ形状の頂上及び
ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２上に、ｐ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１４が形成されてる。このｐ−ＧａＡｓバッファ層
１４は、その上部に形成される半導体層のモホロジーを
改善するために設けられている。ｐ−ＧａＡｓバッファ
層１４上には、半導体レーザ装置の電圧電流特性を改善
するためにｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６が形成されてい
る。
【０００４】ｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６上には、ｐ型の
Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ＩｎＰからなるｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層１８、ＩｎＧａＰ活性層２０、ｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層２２、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４が
順次積層されている。これらｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１８とＩｎＧａＰ活性層２０とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層２２とでダブルヘテロ構造を構成している。
Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ＩｎＰからなるｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層１８、ＩｎＧａＰ活性層２０、ｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層２２、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４が
順次積層されている。これらｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１８とＩｎＧａＰ活性層２０とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層２２とでダブルヘテロ構造を構成している。
【０００５】図４に示す半導体レーザ装置では、ｐ−Ｇ
ａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８の間にｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６を設けている。ｐ
−ＩｎＧａＰ中間層１６を設けることにより半導体レー
ザ装置の電流電圧特性を改善している。図６に、ｐ−Ｉ
ｎＧａＰ中間層１６を設けずｐ−ＧａＡｓバッファ層１
４とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８が直接接触して
いる場合のエネルギバンドダイヤグラムを示す。図６に
示すように、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８が直接接触すると、ｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８
との間のバレンバンドのバンド不連続が約０．６ｅＶと
かなり大きくなる。このためキャリアであるホールが、
このヘテロ障壁を越えることができず電流が流れなくな
る。
ａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８の間にｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６を設けている。ｐ
−ＩｎＧａＰ中間層１６を設けることにより半導体レー
ザ装置の電流電圧特性を改善している。図６に、ｐ−Ｉ
ｎＧａＰ中間層１６を設けずｐ−ＧａＡｓバッファ層１
４とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８が直接接触して
いる場合のエネルギバンドダイヤグラムを示す。図６に
示すように、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８が直接接触すると、ｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８
との間のバレンバンドのバンド不連続が約０．６ｅＶと
かなり大きくなる。このためキャリアであるホールが、
このヘテロ障壁を越えることができず電流が流れなくな
る。
【０００６】そこで、図４に示す半導体レーザ装置のよ
うに、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１８との間にｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６を
挿入すると、そのエネルギバンドダイアグラムは図５に
示すようになる。図６に示すヘテロ障壁が２分割され
て、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＩｎＧａＰ中間
層１６の接触面、ｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６とｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１８の接触面におけるヘテロ障壁
の高さが低くなる。したがって、図５に示すように、サ
ーモアイオニック（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｉｏｎｉｃ）過程又
はトンネル過程により、ホールはヘテロ障壁を越えて電
流が流れ、電圧電流特性が改善される。
うに、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１８との間にｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６を
挿入すると、そのエネルギバンドダイアグラムは図５に
示すようになる。図６に示すヘテロ障壁が２分割され
て、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＩｎＧａＰ中間
層１６の接触面、ｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６とｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１８の接触面におけるヘテロ障壁
の高さが低くなる。したがって、図５に示すように、サ
ーモアイオニック（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｉｏｎｉｃ）過程又
はトンネル過程により、ホールはヘテロ障壁を越えて電
流が流れ、電圧電流特性が改善される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す半導体レーザ装置により、ヘテロ界面における実効
的なヘテロ障壁が低くなるものの、各ヘテロ界面には依
然としてバンド不連続が存在し、そのため電圧電流特性
を悪化させているという問題があった。ヘテロ界面にお
けるバンド不連続の部分を電流が通過するためには、前
述したように２つのメカニズムがある。ひとつは、サー
モアイオニックと呼ばれる過程で、熱励起により、空乏
層障壁を乗り越えるものである。もうひとつは、空乏層
障壁をトンネル効果によってすり抜けるものである。こ
のトンネル効果による過程は、障壁厚が薄いほど大き
く、実際には、ｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８のうちｐ−ＩｎＧａＰ中間層１
６に接する部分の不純物のドーピング量を増すことによ
り障壁を薄くし、通過電流を増加できる。
示す半導体レーザ装置により、ヘテロ界面における実効
的なヘテロ障壁が低くなるものの、各ヘテロ界面には依
然としてバンド不連続が存在し、そのため電圧電流特性
を悪化させているという問題があった。ヘテロ界面にお
けるバンド不連続の部分を電流が通過するためには、前
述したように２つのメカニズムがある。ひとつは、サー
モアイオニックと呼ばれる過程で、熱励起により、空乏
層障壁を乗り越えるものである。もうひとつは、空乏層
障壁をトンネル効果によってすり抜けるものである。こ
のトンネル効果による過程は、障壁厚が薄いほど大き
く、実際には、ｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８のうちｐ−ＩｎＧａＰ中間層１
６に接する部分の不純物のドーピング量を増すことによ
り障壁を薄くし、通過電流を増加できる。
【０００８】しかしながら、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１８の不純物のドーピング量を増大させることによ
り次のような問題が生じる。第１の問題は、電流狭窄効
果を低減させてしまうという問題である。すなわち、ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８の不純物のドーピング
量を増大させると、空乏層以外ではかえって抵抗率が低
下し、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２による電流狭窄効果
を低減させてしまう。また、ヘテロ界面においてバンド
ギャップの小さいｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６側にはキャ
リア蓄積層が存在しており、一部は２次元キャリアガス
化している。そのため、ヘテロ界面においてキャリアの
横方向の広がりが生じ、電流が横方向に広がって電流狭
窄効果を悪化させる。
ド層１８の不純物のドーピング量を増大させることによ
り次のような問題が生じる。第１の問題は、電流狭窄効
果を低減させてしまうという問題である。すなわち、ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８の不純物のドーピング
量を増大させると、空乏層以外ではかえって抵抗率が低
下し、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２による電流狭窄効果
を低減させてしまう。また、ヘテロ界面においてバンド
ギャップの小さいｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６側にはキャ
リア蓄積層が存在しており、一部は２次元キャリアガス
化している。そのため、ヘテロ界面においてキャリアの
横方向の広がりが生じ、電流が横方向に広がって電流狭
窄効果を悪化させる。
【０００９】第２の問題は、ドーピングした不純物がＩ
ｎＧａＰ活性層２０内部にまで拡散してしまうという問
題である。III −Ｖ族化合物半導体に不純物としてII族
元素をドーピングする場合、通常は結晶のIII 族元素の
サイトにII族元素が入り、キャリアとしてホールを発生
するが、不純物であるII族元素の中にはIII 族元素のサ
イトには入らずに化合物半導体結晶の格子の間に入り込
んでしまうものがある。この格子間に入り込んだ不純物
元素は活性化し、III 族元素のサイトに不純物元素が入
ったときよりもエネルギ的に高い状態になる。この不純
物元素はエネルギ的に高いため移動しやすく、ＩｎＧａ
Ｐ活性層２０内部に拡散して、ＩｎＧａＰ活性層２０の
膜質を劣化させる。
ｎＧａＰ活性層２０内部にまで拡散してしまうという問
題である。III −Ｖ族化合物半導体に不純物としてII族
元素をドーピングする場合、通常は結晶のIII 族元素の
サイトにII族元素が入り、キャリアとしてホールを発生
するが、不純物であるII族元素の中にはIII 族元素のサ
イトには入らずに化合物半導体結晶の格子の間に入り込
んでしまうものがある。この格子間に入り込んだ不純物
元素は活性化し、III 族元素のサイトに不純物元素が入
ったときよりもエネルギ的に高い状態になる。この不純
物元素はエネルギ的に高いため移動しやすく、ＩｎＧａ
Ｐ活性層２０内部に拡散して、ＩｎＧａＰ活性層２０の
膜質を劣化させる。
【００１０】このような問題点を解決するため、本願発
明者は、図７に示す半導体レーザ装置を提案している。
提案されている半導体レーザ装置では、図４の半導体レ
ーザ装置におけるｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６を、ｐ−Ｉ
ｎＧａＰ層から始まりｐ−Ａｌ０．７ＧａＩｎＰクラッ
ド層１８に組成が連続的に接続されるような、（Ａｌ x
Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．０〜０．７）半導
体層からなるグレーデッド中間層２６としている。この
グレーデッド中間層２６は、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１
４に接触する側ではｘ＝０．０としてｐ−ＩｎＧａＰ中
間層１６の場合と同じくＩｎＧａＰの組成であるが、ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８に近付くにしたがって
徐々に組成比ｘを増大させ、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１８に接触する側ではｘ＝０．７としてｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８と同じ（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの組成としている。したがって、図８に
示すように、グレーデッド中間層２６からｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層１８の境界においてバレンスバンド端
の不連続が解消される。
明者は、図７に示す半導体レーザ装置を提案している。
提案されている半導体レーザ装置では、図４の半導体レ
ーザ装置におけるｐ−ＩｎＧａＰ中間層１６を、ｐ−Ｉ
ｎＧａＰ層から始まりｐ−Ａｌ０．７ＧａＩｎＰクラッ
ド層１８に組成が連続的に接続されるような、（Ａｌ x
Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．０〜０．７）半導
体層からなるグレーデッド中間層２６としている。この
グレーデッド中間層２６は、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１
４に接触する側ではｘ＝０．０としてｐ−ＩｎＧａＰ中
間層１６の場合と同じくＩｎＧａＰの組成であるが、ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８に近付くにしたがって
徐々に組成比ｘを増大させ、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１８に接触する側ではｘ＝０．７としてｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８と同じ（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの組成としている。したがって、図８に
示すように、グレーデッド中間層２６からｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層１８の境界においてバレンスバンド端
の不連続が解消される。
【００１１】このように、図７に示す半導体レーザ装置
によれば、グレーデッド中間層２６とｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層８のヘテロ界面におけるヘテロ障壁に起因
する電圧電流特性の劣化や、ヘテロ界面における電流広
がりが解消できる。しかしながら、提案されたこの半導
体レーザ装置においても、図８に示すように、ｐ−Ｇａ
Ａｓバッファ層１４とグレーデッド中間層２６のヘテロ
界面においてヘテロ障壁が存在するので、前述したよう
に電流電圧特性の劣化や、ヘテロ界面における電流拡が
りの問題が解消されていないという問題があった。
によれば、グレーデッド中間層２６とｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層８のヘテロ界面におけるヘテロ障壁に起因
する電圧電流特性の劣化や、ヘテロ界面における電流広
がりが解消できる。しかしながら、提案されたこの半導
体レーザ装置においても、図８に示すように、ｐ−Ｇａ
Ａｓバッファ層１４とグレーデッド中間層２６のヘテロ
界面においてヘテロ障壁が存在するので、前述したよう
に電流電圧特性の劣化や、ヘテロ界面における電流拡が
りの問題が解消されていないという問題があった。
【００１２】本発明の目的は、バレンスバンド端の不連
続部分がなく、ヘテロ界面において電流が拡がることな
く、電流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を提供する
ことにある。
続部分がなく、ヘテロ界面において電流が拡がることな
く、電流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を提供する
ことにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ｐ−ＧａＡ
ｓ基板と、前記ｐ−ＧａＡｓ基板上に形成されたｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記ｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成
されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とを有する半導体
レーザ装置において、前記ｐ−ＧａＡｓ基板と前記ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の間に、バレンスバンド端が
前記ｐ−ＧａＡｓ基板側において連続し、バンドギャッ
プエネルギが前記ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近
付くにしたがって徐々に大きくなる第１のグレーデッド
中間層を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置によ
って達成される。
ｓ基板と、前記ｐ−ＧａＡｓ基板上に形成されたｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記ｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成
されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とを有する半導体
レーザ装置において、前記ｐ−ＧａＡｓ基板と前記ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の間に、バレンスバンド端が
前記ｐ−ＧａＡｓ基板側において連続し、バンドギャッ
プエネルギが前記ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近
付くにしたがって徐々に大きくなる第１のグレーデッド
中間層を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置によ
って達成される。
【００１４】
【作用】本発明によれば、ｐ−ＧａＡｓ基板とｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層の間に、バレンスバンド端がｐ−
ＧａＡｓ基板側において連続し、バンドギャップエネル
ギがｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近付くにしたが
って徐々に大きくなる第１のグレーデッド中間層を設け
たので、ヘテロ界面において電流が拡がることなく、電
流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を実現することが
できる。
ＧａＩｎＰクラッド層の間に、バレンスバンド端がｐ−
ＧａＡｓ基板側において連続し、バンドギャップエネル
ギがｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近付くにしたが
って徐々に大きくなる第１のグレーデッド中間層を設け
たので、ヘテロ界面において電流が拡がることなく、電
流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を実現することが
できる。
【００１５】
【実施例】本発明の一実施例による半導体レーザ装置を
図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施例による
半導体レーザ装置の断面図であり、図２は本実施例によ
る半導体レーザ装置のエネルギバンドダイヤグラムであ
る。図７に示す半導体レーザ装置と同一の構成要素には
同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。
図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施例による
半導体レーザ装置の断面図であり、図２は本実施例によ
る半導体レーザ装置のエネルギバンドダイヤグラムであ
る。図７に示す半導体レーザ装置と同一の構成要素には
同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【００１６】ｐ−ＧａＡｓ基板１０は表面がメサ形状に
加工され、そのメサ形状の側面を覆うように電流狭窄の
ためにｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２が形成されている。
ｐ−ＧａＡｓ基板１０のメサ形状の頂上及びｎ−ＧａＡ
ｓ電流狭窄層１２上に、キャリア濃度が３×１０17ｃｍ
-3で約８０ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓバッファ層１４が形成
されている。
加工され、そのメサ形状の側面を覆うように電流狭窄の
ためにｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１２が形成されている。
ｐ−ＧａＡｓ基板１０のメサ形状の頂上及びｎ−ＧａＡ
ｓ電流狭窄層１２上に、キャリア濃度が３×１０17ｃｍ
-3で約８０ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓバッファ層１４が形成
されている。
【００１７】ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４上方には、図
７の半導体レーザ装置と同様に、キャリア濃度が４×１
０17ｃｍ-3で約１μｍ厚のｐ型の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5Ｉｎ0.5 Ｐ層からなるｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１８と、不純物が添加されていない約７０ｎｍ厚のＩ
ｎＧａＰ活性層２０と、キャリア濃度が４〜６×１０ 17
ｃｍ-3で約１μｍ厚のｎ型の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ層からなるｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
２と、キャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3で約０．５μｍ
厚のｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４が順次積層されてい
る。これらｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８とＩｎＧ
ａＰ活性層２０とｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２と
でダブルヘテロ構造を構成している。
７の半導体レーザ装置と同様に、キャリア濃度が４×１
０17ｃｍ-3で約１μｍ厚のｐ型の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5Ｉｎ0.5 Ｐ層からなるｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１８と、不純物が添加されていない約７０ｎｍ厚のＩ
ｎＧａＰ活性層２０と、キャリア濃度が４〜６×１０ 17
ｃｍ-3で約１μｍ厚のｎ型の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ層からなるｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
２と、キャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3で約０．５μｍ
厚のｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４が順次積層されてい
る。これらｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８とＩｎＧ
ａＰ活性層２０とｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２と
でダブルヘテロ構造を構成している。
【００１８】ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１８の間には、本実施例の特徴であ
るキャリア濃度が１．５×１０17ｃｍ-3で約３０ｎｍ厚
の第１グレーデッド中間層２８と、キャリア濃度が１．
５×１０17ｃｍ-3で約３０ｎｍ厚の第２グレーデッド中
間層２６とが挿入されている。これら第１グレーデッド
中間層２８と第２グレーデッド中間層２６により、図２
に示すように、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１８とのヘテロ界面においてバレ
ンスバンド端が連続していて、ｐ−ＧａＡｓバッファ層
１４からｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８にかけてバ
ンドギャップエネルギが徐々に増加するようなエネルギ
バンド構造をしている。
ａＩｎＰクラッド層１８の間には、本実施例の特徴であ
るキャリア濃度が１．５×１０17ｃｍ-3で約３０ｎｍ厚
の第１グレーデッド中間層２８と、キャリア濃度が１．
５×１０17ｃｍ-3で約３０ｎｍ厚の第２グレーデッド中
間層２６とが挿入されている。これら第１グレーデッド
中間層２８と第２グレーデッド中間層２６により、図２
に示すように、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４とｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１８とのヘテロ界面においてバレ
ンスバンド端が連続していて、ｐ−ＧａＡｓバッファ層
１４からｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８にかけてバ
ンドギャップエネルギが徐々に増加するようなエネルギ
バンド構造をしている。
【００１９】第２グレーデッド中間層２６は、図７に示
す半導体レーザ装置のグレーデッド層２６と同じであ
り、ｐ型の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝
０．０〜０．７）半導体層からなっている。ｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層１４側、すなわち、第１グレーデッド中間
層２８に接触する側ではｘ＝０．０であるＧａ0.5 Ｉｎ
0. 5 Ｐ層の組成であり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８に近付くにしたがって徐々に組成比ｘを増大させ、
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８に接触する側ではｘ
＝０．７としてｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８と同
じ（Ａｌ0.7 Ｇａ0. 3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの組成としてい
る。このため、図２に示すように、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層１８との境界においてバレンスバンド端の不
連続が解消されている。このように、第２グレーデッド
中間層２６は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８との
境界におけるバレンスバンド端の不連続を解消するため
の層である。
す半導体レーザ装置のグレーデッド層２６と同じであ
り、ｐ型の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝
０．０〜０．７）半導体層からなっている。ｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層１４側、すなわち、第１グレーデッド中間
層２８に接触する側ではｘ＝０．０であるＧａ0.5 Ｉｎ
0. 5 Ｐ層の組成であり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８に近付くにしたがって徐々に組成比ｘを増大させ、
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８に接触する側ではｘ
＝０．７としてｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８と同
じ（Ａｌ0.7 Ｇａ0. 3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの組成としてい
る。このため、図２に示すように、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層１８との境界においてバレンスバンド端の不
連続が解消されている。このように、第２グレーデッド
中間層２６は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８との
境界におけるバレンスバンド端の不連続を解消するため
の層である。
【００２０】一方、第１グレーデッド中間層２８は、ｐ
−ＧａＡｓバッファ層１４との境界におけるバレンスバ
ンド端の不連続を解消するための層である。すなわち、
図２に示すように、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４側では
バレンスバンド端のエネルギがＧａＡｓ層と同じである
と共に、第２グレーデッド中間層２６側ではバレンスバ
ンド端のエネルギがＩｎＧａＰ層と同じであり、バンド
ギャップエネルギはｐ−ＧａＡｓバッファ層１４側から
第２グレーデッド中間層２６側にかけて徐々に大きくな
るようなエネルギバンド構造をしている。
−ＧａＡｓバッファ層１４との境界におけるバレンスバ
ンド端の不連続を解消するための層である。すなわち、
図２に示すように、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４側では
バレンスバンド端のエネルギがＧａＡｓ層と同じである
と共に、第２グレーデッド中間層２６側ではバレンスバ
ンド端のエネルギがＩｎＧａＰ層と同じであり、バンド
ギャップエネルギはｐ−ＧａＡｓバッファ層１４側から
第２グレーデッド中間層２６側にかけて徐々に大きくな
るようなエネルギバンド構造をしている。
【００２１】第１グレーデッド中間層２８の一具体例と
してｐ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０〜０．５）層
がある。ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４との境界では組成
比ｘ＝０．０のｐ−ＧａＡｓ層であり、第２グレーデッ
ド中間層２６に近付くにしたがい組成比ｘが徐々に増加
し、第２グレーデッド中間層２６との境界では組成比ｘ
＝０．５のｐーＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層である。ｐーＡ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層は、第２グレーデッド中間層２６
との境界でバレンスバンド端が連続し、バンドギャップ
エネルギがＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層（第２グレーデッド中
間層２６の組成比ｘ＝０．０の場合）と同じである。こ
のｐ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０〜０．５）層
は、ｐ−ＧａＡｓ基板１０と格子整合するように組成変
化することが望ましい。
してｐ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０〜０．５）層
がある。ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４との境界では組成
比ｘ＝０．０のｐ−ＧａＡｓ層であり、第２グレーデッ
ド中間層２６に近付くにしたがい組成比ｘが徐々に増加
し、第２グレーデッド中間層２６との境界では組成比ｘ
＝０．５のｐーＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層である。ｐーＡ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層は、第２グレーデッド中間層２６
との境界でバレンスバンド端が連続し、バンドギャップ
エネルギがＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層（第２グレーデッド中
間層２６の組成比ｘ＝０．０の場合）と同じである。こ
のｐ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０〜０．５）層
は、ｐ−ＧａＡｓ基板１０と格子整合するように組成変
化することが望ましい。
【００２２】第１グレーデッド中間層２８の他の具体例
としてｐ−Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ 1-y 層がある。組成
比ｘ、ｙの変化により、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４と
の境界では組成比ｘ＝１．０、ｙ＝０．０のｐ−ＧａＡ
ｓ層であり、第２グレーデッド中間層２６に近付くにし
たがい組成比ｘが徐々に増加すると共に、組成比ｙが徐
々に減少し、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓ層を経て、第２グレー
デッド中間層２６との境界では組成比ｘ＝０．５、ｙ＝
１．０のｐ−Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層となり、第２グレー
デッド中間層２６の境界の組成であるｐ−Ｇａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層と同じになる。
としてｐ−Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ 1-y 層がある。組成
比ｘ、ｙの変化により、ｐ−ＧａＡｓバッファ層１４と
の境界では組成比ｘ＝１．０、ｙ＝０．０のｐ−ＧａＡ
ｓ層であり、第２グレーデッド中間層２６に近付くにし
たがい組成比ｘが徐々に増加すると共に、組成比ｙが徐
々に減少し、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓ層を経て、第２グレー
デッド中間層２６との境界では組成比ｘ＝０．５、ｙ＝
１．０のｐ−Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層となり、第２グレー
デッド中間層２６の境界の組成であるｐ−Ｇａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層と同じになる。
【００２３】ｐ−ＧａＡｓ基板１０との格子整合を考慮
すれば、第１グレーデッド中間層２６であるｐ−Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ1-y 層の組成比ｘ、ｙの変化は、図３
の組成平面における太い実線に沿った組成変化となるこ
とが望ましい。なお、本実施例では、第１グレーデッド
中間層２８、第２グレーデッド中間層２６とも約１．５
×１０17ｃｍ-3とキャリア濃度を低くしている。本実施
例ではトンネル過程を必要としないので、キャリア濃度
を低下させても電流電圧特性に対する影響がない。その
ため、本実施例では、第１グレーデッド中間層２８と第
２グレーデッド中間層２６のキャリア濃度を低くしてｎ
−ＧａＡｓ電流狭窄層１２による電流狭窄効果を増大さ
せている。
すれば、第１グレーデッド中間層２６であるｐ−Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ1-y 層の組成比ｘ、ｙの変化は、図３
の組成平面における太い実線に沿った組成変化となるこ
とが望ましい。なお、本実施例では、第１グレーデッド
中間層２８、第２グレーデッド中間層２６とも約１．５
×１０17ｃｍ-3とキャリア濃度を低くしている。本実施
例ではトンネル過程を必要としないので、キャリア濃度
を低下させても電流電圧特性に対する影響がない。その
ため、本実施例では、第１グレーデッド中間層２８と第
２グレーデッド中間層２６のキャリア濃度を低くしてｎ
−ＧａＡｓ電流狭窄層１２による電流狭窄効果を増大さ
せている。
【００２４】このように本実施例によれば、ホールに対
するヘテロ障壁がなくなるので、横方向に対する電流拡
がりは小さくなり、電流電圧特性を改善できる。本実施
例の半導体レーザ装置の閾値電流を、図７に示す半導体
レーザ装置の閾値電流と比較したところ、図７の半導体
レーザ装置の閾値電流が５５ｍＡであるのに対して、本
実施例の半導体レーザ装置の閾値電流は４０〜４５ｍＡ
となり、約１０ｍＡ以上の低減が可能となった。
するヘテロ障壁がなくなるので、横方向に対する電流拡
がりは小さくなり、電流電圧特性を改善できる。本実施
例の半導体レーザ装置の閾値電流を、図７に示す半導体
レーザ装置の閾値電流と比較したところ、図７の半導体
レーザ装置の閾値電流が５５ｍＡであるのに対して、本
実施例の半導体レーザ装置の閾値電流は４０〜４５ｍＡ
となり、約１０ｍＡ以上の低減が可能となった。
【００２５】本発明は上記実施例に限らず種々の変形が
可能である。例えば、上記実施例では第１グレーデッド
中間層としてｐ−ＡｌＧａＡｓ層やｐ−ＧａＩｎＰＡｓ
層を用いたが、ＧａＡｓ半導体とのヘテロ界面における
バレンスバンド端の不連続が解消されればどのような組
成の材料でもよい。
可能である。例えば、上記実施例では第１グレーデッド
中間層としてｐ−ＡｌＧａＡｓ層やｐ−ＧａＩｎＰＡｓ
層を用いたが、ＧａＡｓ半導体とのヘテロ界面における
バレンスバンド端の不連続が解消されればどのような組
成の材料でもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ−ＧａＡｓ基板とｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の間に、バレンスバンド端
がｐ−ＧａＡｓ基板側において連続し、バンドギャップ
エネルギがｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近付くに
したがって徐々に大きくなる第１のグレーデッド中間層
を設けたので、ヘテロ界面において電流が拡がることな
く、電流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を実現する
ことができる。
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の間に、バレンスバンド端
がｐ−ＧａＡｓ基板側において連続し、バンドギャップ
エネルギがｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近付くに
したがって徐々に大きくなる第１のグレーデッド中間層
を設けたので、ヘテロ界面において電流が拡がることな
く、電流電圧特性の優れた半導体レーザ装置を実現する
ことができる。
【図１】本発明の一実施例による半導体レーザ装置を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の一実施例による半導体レーザ装置のエ
ネルギバンドダイアグラムである。
ネルギバンドダイアグラムである。
【図３】３００ＫでのＧａx Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ1-y の組
成平面を示す図である。
成平面を示す図である。
【図４】提案されているＩｎＧａＰ中間層を用いた半導
体レーザ装置を示す図である。
体レーザ装置を示す図である。
【図５】図４の半導体レーザ装置のエネルギバンドダイ
アグラムである。
アグラムである。
【図６】図４の半導体レーザ装置からＩｎＧａＰ中間層
を除いた場合のエネルギバンドダイアムである。
を除いた場合のエネルギバンドダイアムである。
【図７】提案されているグレーデッド中間層を用いた半
導体レーザ装置を示す図である。
導体レーザ装置を示す図である。
【図８】図７の半導体レーザ装置のエネルギバンドダイ
アグラムである。
アグラムである。
１０…ｐ−ＧａＡｓ基板 １２…ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層 １４…ｐ−ＧａＡｓバッファ層 １６…ｐ−ＩｎＧａＰ中間層 １８…ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２０…ＩｎＧａＰ活性層 ２２…ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２４…ｎ−ＧａＡｓコンタクト層 ２６…第２グレーデッド中間層 ２８…第１グレーデッド中間層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棚橋 俊之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 ｐ−ＧａＡｓ基板と、前記ｐ−ＧａＡｓ
基板上に形成されたｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
前記ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された活性
層と、前記活性層上に形成されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層とを有する半導体レーザ装置において、 前記ｐ−ＧａＡｓ基板と前記ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層の間に、バレンスバンド端が前記ｐ−ＧａＡｓ基板
側において連続し、バンドギャップエネルギが前記ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近付くにしたがって徐々
に大きくなる第１のグレーデッド中間層を設けたことを
特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、 前記第１のグレーデッド中間層と前記ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層の間に、バレンスバンド端が前記ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層側と前記第１のグレーデッド中間
層側において連続し、バンドギャップエネルギが前記ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側に近付くにしたがって徐
々に大きくなる第２のグレーデッド中間層を設けたこと
を特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、 前記第１のグレーデッド中間層は、前記ｐ−ＧａＡｓ基
板と格子整合し、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰＡｓの組
成を連続的に変化させていることを特徴とする半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の半導体レーザ装置におい
て、 前記第１のグレーデッド中間層は、キャリア密度が４×
１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とする半導体レーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23370892A JPH0685385A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23370892A JPH0685385A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685385A true JPH0685385A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=16959310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23370892A Withdrawn JPH0685385A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685385A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4917031A (en) * | 1987-12-23 | 1990-04-17 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Cloth-pattern sensing device for a sewing machine |
| US6399965B2 (en) | 2000-01-11 | 2002-06-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device with high yield and low power consumption |
| US6468818B2 (en) | 1999-01-25 | 2002-10-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for producing a high-luminance semiconductor light-emitting device capable of operating at a low voltage |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP23370892A patent/JPH0685385A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4917031A (en) * | 1987-12-23 | 1990-04-17 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Cloth-pattern sensing device for a sewing machine |
| US6468818B2 (en) | 1999-01-25 | 2002-10-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for producing a high-luminance semiconductor light-emitting device capable of operating at a low voltage |
| US6399965B2 (en) | 2000-01-11 | 2002-06-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device with high yield and low power consumption |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |