JPH0697565A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその製造方法

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JPH0697565A
JPH0697565A JP24187592A JP24187592A JPH0697565A JP H0697565 A JPH0697565 A JP H0697565A JP 24187592 A JP24187592 A JP 24187592A JP 24187592 A JP24187592 A JP 24187592A JP H0697565 A JPH0697565 A JP H0697565A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体レーザ装置におけるn−クラッド層内の
P型不純物の局在を制御し、活性層への影響を少なく
し、高出力動作時の信頼性を向上させる半導体レーザ装
置及びその製造方法を提供する。 【構成】n−型クラッド層4と活性層6とP−クラッド
層7とを有する半導体レーザ装置であって、上記n−型
クラッド層4が組成または組成比の異なる1層以上の歪
層をサンドイッチ状に挟んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置及び
その製造方法に係り、特にn−クラッド層、活性層、P
−クラッド層を有する半導体レーザ装置におけるP型不
純物の拡散を制御する装置及びその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】光通信、光情報処理および光計測におけ
る光源として不可欠な半導体レーザは、活性層(発光
層)をn−クラッド層及びP−クラッド層で両側から挟
んだダブルヘテロ構造を通常用いる。
【0003】図4は、GaAs基板上に作成されたAl
GaAs系のダブルヘテロ構造を有する従来の半導体レ
ーザ装置の断面図である。
【0004】図4に示すように、n−GaAs基板1上
にバッファn−GaAs層2、バッファn−AlaGa
1-aAs層3、n−クラッド層4(AlxGa1-xAs)
(x=0.4〜0.45)、活性層6(AlyGa1-y
As)(y=0.1〜0.15)、P−クラッド層7
(AlxGa1-xAs)(x=0.4〜0.45)、n
−GaAs層8、2ndP−クラッド層9(AlxGa
1-xAs)、キャップ層10(P−GaAs)及びn−
GaAs基板1側にn−電極11、キャップ層10側に
P−電極12がそれぞれ形成されている。
【0005】次に、図4に示した半導体レーザ装置の動
作を説明する。
【0006】活性層6(AlyGa1-yAs)(y=
0.1〜0.15)はバンドギャップの小さい半導体で
あり、n−クラッド層4(AlxGa1-xAs)(x=
0.4〜0.45)及びP−クラッド層7(AlxGa
1-xAs)はバンドギャップの大きい半導体である。こ
れに順方向電圧をかけると、n−クラッド層4から電子
が、P−クラッド層7から正孔が活性層6に流れ込む。
これらのキャリアは、ヘテロ接合でバンドギャップ差か
らくるエネルギー障壁によって活性層6内に閉じ込めら
れる。このキャリアの閉じ込めは、効率の良い電子とホ
ールの再結合を促し、自然放出光を発生させる。その自
然光がつぎの電子とホールの再結合を促す。一方、活性
層6の端面が光共振器の反射鏡の役目をするので、光が
共振器内を往復する間に誘導放出と光増幅が進む。
【0007】また、ダブルヘテロ構造であるので、活性
層6の屈折率がn−クラッド層4及びP−クラッド層7
の屈折率よりも大きいので、活性層6が光導波路の役目
をするので光が活性層6に閉じ込められ、光の損失がこ
こで注入電流をある程度大きくするとついにはレーザ発
振に至り、発光の出力強度が急に大きくなり、指向性が
ありスペクトル幅の狭いレーザ光が放射される。
【0008】また、注入電流はn−電極11とP−電極
12との間の電圧により制御され、n−GaAs層8は
電流を閉じ込めるための層であり、キャップ層10はP
−電極12との電極抵抗を小さくするためのものであ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図4に示し
た半導体レーザ装置において、P−クラッド層7は亜鉛
(Zn)やマグネシウム(Mg)等のP型不純物をドー
プすることにより形成されるが、800〜900℃の温
度で熱処理されるため、このドープされたP型不純物
(特にZn)は動き易く、活性層6を越えてn−クラッ
ド層4にまで達する。
【0010】しかし、活性層6とn−クラッド層4との
格子定数の違いから生じる歪場がn−クラッド層7内の
活性層に近い部分に生じるため、P−クラッド層7より
成長中に拡散したP型不純物(Zn)がトラップされ
る。
【0011】図5は、P型不純物であるZnの濃度分布
を示すものである。
【0012】図5に示すように、n−クラッド層4内
に、活性層6の下60nm程度の位置に生じた歪場によ
り30nm程度の厚さでZnの局在ができてしまう。こ
れが転移の増殖を招き、高出力動作時の信頼性を低下さ
せ問題である。
【0013】一方、P−クラッド層7内の活性層に近い
側にも当然同様な歪場が生じているが、成長中にこの歪
場を乗り越えて行くために上記のようなP型不純物の局
在は起きない。
【0014】そこで、本発明は半導体レーザ装置におけ
るn−クラッド層内のP型不純物の局在を制御し、活性
層への影響を少なくし、高出力動作時の信頼性を向上さ
せる半導体レーザ装置及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、n−クラッド層と活性層とP−クラッド層とを有す
る半導体レーザ装置であって、前記n−クラッド層が組
成または組成比の異なる1層以上の歪層をサンドイッチ
状に挟んでなることを特徴とする半導体レーザ装置によ
って解決される。
【0016】また、上記課題は、前記歪層が厚さ20〜
40nm、及び前記活性層との距離100〜150nm
を有してなることを特徴とする半導体レーザ装置によっ
て好適に解決される。
【0017】また、上記課題は本発明によれば、n−ク
ラッド層と活性層とP−クラッド層とを有する半導体レ
ーザ装置の製造方法であって、P型カリウムヒ素基板上
方に前記P−クラッド層と活性層を形成した後、前記n
−クラッド層として第1のn−クラッド層を形成する工
程と、前記第1のn−クラッド層と組成または組成比の
異なる1層以上の歪層を形成する工程と、前記n−クラ
ッド層として第2のn−クラッド層を形成する工程と
を、含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法
によって解決される。
【0018】また、上記課題は本発明によれば、n−ク
ラッド層と活性層とP−クラッド層とを有する半導体レ
ーザ装置の製造方法であって、n型カリウムヒ素基板上
方に前記n−クラッド層として第1のn−クラッド層を
形成する工程と、前記第1のn−クラッド層と組成また
は組成比の異なる1層以上の歪層を形成する工程と、前
記n−クラッド層として第2のn−クラッド層を形成し
た後、前記活性層とP−クラッド層を形成する工程と
を、含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法
によって解決される。
【0019】
【作用】本発明によれば、図1に示すように、n−クラ
ッド層4と活性層6とP−クラッド層7とを有する半導
体レーザ装置において、n−クラッド層4が第1のn−
クラッド層4aと第2のn−クラッド層4bからなり、
組成比の異なる歪層5がこれらの間に挟まれているの
で、格子定数が異なる。従ってこの歪層5が歪場を形成
する。この歪層5により、P−クラッド層7内にドープ
されたP型不純物のn−クラッド層4内におけるトラッ
プによる局在を歪層5内に限定することができる。従っ
て、歪層5の位置及び厚さを所定のものに制御すること
により、P型不純物の局在による活性層6への影響を少
なくすることができる。
【0020】また、本発明によれば、上記歪層5がない
場合には、活性層6から60〜100nmの位置に30
nm程度の厚さでP型不純物の局在が起こるので、活性
層6から100〜150nmの位置に30nm程度の厚
さを有する歪層5を設けることにより好適にP型不純物
の局在を限定することができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0022】図1は、本発明の一実施例を示す半導体レ
ーザ装置の断面図である。
【0023】図1に示すように、n−GaAs基板1上
に、バッファn−GaAs層2、バッファAlaGa1-
aAs層3が形成されている。また、n−クラッド層4
(AlaGa1-xAs)(x=0.4〜0.45)が第
1のn−クラッド層4aと第2のn−クラッド層4bと
から構成され、これらの間に、第1のn−クラッド層4
aの上端から100〜150nmの位置に、厚さ30n
m程度に歪層5(AlzGa1-zAs)(z<x)が形
成されている。n−クラッド層4上には、活性層6(A
lyGa1-yAs)(y=0.1〜0.15)、P型不
純物として亜鉛(Zn)がドープされたP−クラッド層
7(AlxGa1-xAs)(x=0.4〜0.45)、
電流を閉じ込めるためのn−GaAs層8、P型不純物
としてZnがドープされた2ndP−クラッド層9(A
lxGa1-xAs)(x=0.4〜0.45)、電極と
の抵抗を小さくするためのキャップ層10(P−GaA
s)が形成されている。また、活性層6への注入電流を
制御するためn−GaAs基板1にn−電極11、キャ
ップ層10上にP−電極12が形成されている。
【0024】図1に示したように、歪層5をn−クラッ
ド層4の間にサンドイッチ状に挟んで設けることによ
り、P型不純物Znをこの歪層5内にトラップすること
ができ、このZnの局在を活性層6から従来よりも遠ざ
けることができるので活性層6に対する影響を小さくす
ることができた。
【0025】次に、本発明の実施例による半導体レーザ
装置の製造方法について説明する。
【0026】図2および図3は本発明の一実施例による
半導体レーザ装置製造工程における断面図である。
【0027】本実施例においては、各成膜を膜厚の制御
性、生産性に優れたMOCVD(有機金属気相成長)法
を用いた。以下、MOCVD法を用いた半導体レーザ装
置製造工程を説明する。
【0028】本実施例においては、まず図2(a)に示
すようにn−GaAs基板1を用意し、次に図2(b)
に示すように、このn−GaAs基板1上にバッファn
−GaAs層2、バッファAlaGa1-aAs層3を順
次形成する。次に、図2(c)に示すようにn−クラッ
ド層4として第1のn−クラッド層4a(AlxGa1-
xAs)(x=0.4〜0.45)を形成した後、Al
とGaとの組成比z:1−zをz<xとなるように変更
し、図2(d)に示すように、歪層5(AlzGa1-z
As)を30nm程度の厚さに形成する。
【0029】次に、AlとGaとの組成比x:1−xに
再び変更し、図3(a)に示すようにn−クラッド層4
として第2のn−クラッド層4b(AlxGa1-xA
s)(x=0.4〜0.45)を100〜150nmの
厚さに形成する。次に、図3(b)に示すように、活性
層6(AlyGa1-yAs)(y=0.1〜0.15)
を形成する。次に、図3(c)に示すように、P−クラ
ッド層7(AlxGa1-xAs)(x=0.4〜0.4
5)をP型不純物Znをドープしながら形成する。次
に、図1に示すように、電流を閉じ込めるために、n−
GaAs層8の中央部をフォトリソグラフィー及びRI
Eによりエッチング除去した後、2ndP−クラッド層
9(AlxGa1-xAs)(x=0.4〜0.45)、
電極との抵抗を小さくするためのキャップ層10(P−
GaAs)を順次形成する。
【0030】次に、スパッタリングによりn−GaAs
基板1上に、n−電極11、キャップ層10上にP−電
極12をそれぞれ形成する。
【0031】本実施例においては、n−GaAs基板を
用いたが、P−GaAs基板を用いることも当然可能で
ある。また、歪層は2層以上であっても良く、AlGa
Asではx>0.45を越えると間接遷移型へ変化する
ためにz<xとなる歪層を用いたが、一般的にはx>z
またはz<xのいずれであっても良い。
【0032】更に、本実施例で、AlGaAsのn−ク
ラッド層と歪層の組成比を変えたが、n−クラッド層と
歪層の組成を変えることも可能である。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
n−クラッド層内に1層以上の歪層を設けることにより
P型不純物の局在を活性層からより遠ざけることができ
るので、高出力動作時の信頼性を向上させ、再現性良く
作りだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例による半導体レーザ装置断面図である。
【図2】実施例による半導体レーザ装置製造工程断面図
(I)である。
【図3】実施例による半導体レーザ装置製造工程断面図
(II)である。
【図4】従来例による半導体レーザ装置断面図である。
【図5】P型不純物(Zn)の濃度分布である。
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 バッファn−GaAs層 3 バッファAlaGa1-aAs層 4 n−クラッド層 4a 第1のn−クラッド層 4b 第2のn−クラッド層 5 歪層(AlzGa1-zAs) 6 活性層(AlyGa1-yAs) 7 P−クラッド層(AlxGa1-xAs) 8 n−GaAs層 9 2ndP−クラッド層(AlxGa1-xAs) 10 キャップ層(P−GaAs) 11 n−電極 12 P−電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n−クラッド層と活性層とP−クラッド
    層とを有する半導体レーザ装置であって、 前記n−クラッド層が組成または組成比の異なる1層以
    上の歪層をサンドイッチ状に挟んでなることを特徴とす
    る半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記歪層が厚さ20〜40nm、及び前
    記活性層との距離100〜150nmを有してなること
    を特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 n−クラッド層と活性層とP−クラッド
    層とを有する半導体レーザ装置の製造方法であって、 n型基板上方に前記n−クラッド層として第1のn−ク
    ラッド層を形成する工程と、 前記第1のn−クラッド層と組成または組成比の異なる
    1層以上の歪層を形成する工程と、 前記n−クラッド層として第2のn−クラッド層を形成
    した後、前記活性層とP−クラッド層を形成する工程と
    を、 含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 n−クラッド層と活性層とP−クラッド
    層とを有する半導体レーザ装置の製造方法であって、 P型基板上方に前記P−クラッド層と活性層を形成した
    後、前記n−クラッド層として第1のn−クラッド層を
    形成する工程と、 前記第1のn−クラッド層と組成または組成比の異なる
    1層以上の歪層を形成する工程と、 前記n−クラッド層として第2のn−クラッド層を形成
    する工程とを、 含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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