JPH0697572A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH0697572A JPH0697572A JP24449992A JP24449992A JPH0697572A JP H0697572 A JPH0697572 A JP H0697572A JP 24449992 A JP24449992 A JP 24449992A JP 24449992 A JP24449992 A JP 24449992A JP H0697572 A JPH0697572 A JP H0697572A
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- JP
- Japan
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- layer
- semiconductor laser
- laser device
- type
- doped
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】II−VI族半導体レーザの特性、特に閾値電流の
低減，室温連続発振及び高温動作を図って改善する。 【構成】（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板１の上にＣｌド
ープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２，Ｃｌドープｎ型ＺｎＳz
Ｓｅ1-z歪導波層３，アンドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ／Ｚ
ｎＳz1Ｓｅ1-z1多重量子構造活性層１０（アンドープＣ
ｄxＺｎ1-xＳｅ量子井戸層４層及びＺｎＳz1Ｓｅ1-z1量
子障壁層４層），Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ光導波層５，Ｃ
ｌドープｎ型ＺｎＳｅ電流狭窄層６を順次分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法によりエピタキシャル成長させ、ホ
トリソグラフィ技術とエッチングにより、層６から層５
に到るストライプ状メサを形成する。ホトレジストを除
去して、ＭＢＥ法によりＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層７を埋込成長させ、ｐ側電極ＡｕＺｎ及びｎ側電極
Ｉｎを蒸着し、劈開スクライブして素子を作製する。
低減，室温連続発振及び高温動作を図って改善する。 【構成】（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板１の上にＣｌド
ープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２，Ｃｌドープｎ型ＺｎＳz
Ｓｅ1-z歪導波層３，アンドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ／Ｚ
ｎＳz1Ｓｅ1-z1多重量子構造活性層１０（アンドープＣ
ｄxＺｎ1-xＳｅ量子井戸層４層及びＺｎＳz1Ｓｅ1-z1量
子障壁層４層），Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ光導波層５，Ｃ
ｌドープｎ型ＺｎＳｅ電流狭窄層６を順次分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法によりエピタキシャル成長させ、ホ
トリソグラフィ技術とエッチングにより、層６から層５
に到るストライプ状メサを形成する。ホトレジストを除
去して、ＭＢＥ法によりＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層７を埋込成長させ、ｐ側電極ＡｕＺｎ及びｎ側電極
Ｉｎを蒸着し、劈開スクライブして素子を作製する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報端末或は光応用
計測用の光源に適する短波長可視半導体レーザ素子に関
する。
計測用の光源に適する短波長可視半導体レーザ素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術では、低温７７Ｋにおける青
緑色のＺｎＳＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ系半導体レーザのパル
ス動作が実現されていることが例えばアプライド・フィ
ジクス・レタース１９９１年，５９巻，１２７２頁(App
l.phys.Lett.,５９(１９９１）１２７２）において述べ
られている。しかしながら、室温直流動作下における連
続発振が得られていない。これは、コンタクト層のオー
ミック性がまだ不十分でありｐ型光導波層のキャリア濃
度が低いため電流−電圧特性における閾電圧が１０Ｖ以
上と高くかつ微分抵抗が高くなること、さらにキャリア
閉じ込めに対する十分な活性層構造の検討がなされてい
ないため閾値電流が高いことによる熱の発生に起因して
いる。
緑色のＺｎＳＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ系半導体レーザのパル
ス動作が実現されていることが例えばアプライド・フィ
ジクス・レタース１９９１年，５９巻，１２７２頁(App
l.phys.Lett.,５９(１９９１）１２７２）において述べ
られている。しかしながら、室温直流動作下における連
続発振が得られていない。これは、コンタクト層のオー
ミック性がまだ不十分でありｐ型光導波層のキャリア濃
度が低いため電流−電圧特性における閾電圧が１０Ｖ以
上と高くかつ微分抵抗が高くなること、さらにキャリア
閉じ込めに対する十分な活性層構造の検討がなされてい
ないため閾値電流が高いことによる熱の発生に起因して
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、コ
ンタクト層やｐ型光導波層の適切なキャリア濃度につい
てはまだ十分検討されておらず、またキャリア閉じ込め
を十分に設定できる多重量子井戸構造活性層及び歪導入
の仕方や歪量の詳細が述べられていない。
ンタクト層やｐ型光導波層の適切なキャリア濃度につい
てはまだ十分検討されておらず、またキャリア閉じ込め
を十分に設定できる多重量子井戸構造活性層及び歪導入
の仕方や歪量の詳細が述べられていない。
【０００４】本発明の目的は、II−VI族半導体レーザの
特性，特に閾値電流の低減，室温連続発振及び高温動作
を図って改善することにある。本発明では、まずコンタ
クト層及びｐ型光導波層の適切なキャリア濃度を実現で
きるようにそれぞれの層に用いる材料を選定する。また
ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ系では正孔に対して十分なキャ
リア閉じ込めが困難になるため、伝導帯に対してはほと
んどバンド不連続を生じず価電子帯に対して障壁層とな
りうるＺｎＳＳｅ層を活性層の少なくとも片側に設ける
ことにより、活性層からの正孔のオーバフローを抑制す
る。さらに活性層をＣｄＺｎＳｅ量子井戸層及びＺｎＳ
Ｓｅ量子障壁層からなる多重量子井戸構造として量子井
戸層及び量子障壁層における歪の導入方法及び歪量につ
いて規定する。
特性，特に閾値電流の低減，室温連続発振及び高温動作
を図って改善することにある。本発明では、まずコンタ
クト層及びｐ型光導波層の適切なキャリア濃度を実現で
きるようにそれぞれの層に用いる材料を選定する。また
ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ系では正孔に対して十分なキャ
リア閉じ込めが困難になるため、伝導帯に対してはほと
んどバンド不連続を生じず価電子帯に対して障壁層とな
りうるＺｎＳＳｅ層を活性層の少なくとも片側に設ける
ことにより、活性層からの正孔のオーバフローを抑制す
る。さらに活性層をＣｄＺｎＳｅ量子井戸層及びＺｎＳ
Ｓｅ量子障壁層からなる多重量子井戸構造として量子井
戸層及び量子障壁層における歪の導入方法及び歪量につ
いて規定する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段を以下に説明する。
の手段を以下に説明する。
【０００６】II−VI族半導体レーザの構成要素として重
要な低抵抗のｐ型層にＺｎＳｅ層を用いることを前提と
する。ＺｎＳｅ層を光導波層としてダブルヘテロ接合構
造を実現するには、ＺｎＳｅ層に格子整合する半導体基
板が重要となる。そこで、まずＺｎＳｅ層と格子整合す
るように基板として用いる半導体の種類を選択する。次
に、活性層はＺｎＳｅ光導波層に対して歪系となるＣｄ
ＺｎＳｅ三元混晶を用いる。ＣｄＺｎＳｅ層はＺｎＳｅ
層よりバンドギャップエネルギーが小さく屈折率が大き
いため、比較的良好なキャリア及び光学的閉じ込めを有
するダブルヘテロ接合構造をとる。しかしながら、Ｃｄ
ＺｎＳｅ層はＺｎＳｅ層に対して伝導帯ではバンドオフ
セット比が大きく電子の閉じ込めが十分とれるが、価電
子帯ではそれが非常に小さくなるため正孔の閉じ込めが
不十分となる。本発明では、この正孔閉じ込めを十分に
行うため、ＣｄＺｎＳｅ歪活性層に隣接してＺｎＳＳｅ
歪導波層を障壁層として設ける。また、活性層を多重量
子井戸構造とするとき、ＣｄＺｎＳｅ層を量子井戸層と
しＺｎＳＳｅ層を量子障壁層として用いるとする。
要な低抵抗のｐ型層にＺｎＳｅ層を用いることを前提と
する。ＺｎＳｅ層を光導波層としてダブルヘテロ接合構
造を実現するには、ＺｎＳｅ層に格子整合する半導体基
板が重要となる。そこで、まずＺｎＳｅ層と格子整合す
るように基板として用いる半導体の種類を選択する。次
に、活性層はＺｎＳｅ光導波層に対して歪系となるＣｄ
ＺｎＳｅ三元混晶を用いる。ＣｄＺｎＳｅ層はＺｎＳｅ
層よりバンドギャップエネルギーが小さく屈折率が大き
いため、比較的良好なキャリア及び光学的閉じ込めを有
するダブルヘテロ接合構造をとる。しかしながら、Ｃｄ
ＺｎＳｅ層はＺｎＳｅ層に対して伝導帯ではバンドオフ
セット比が大きく電子の閉じ込めが十分とれるが、価電
子帯ではそれが非常に小さくなるため正孔の閉じ込めが
不十分となる。本発明では、この正孔閉じ込めを十分に
行うため、ＣｄＺｎＳｅ歪活性層に隣接してＺｎＳＳｅ
歪導波層を障壁層として設ける。また、活性層を多重量
子井戸構造とするとき、ＣｄＺｎＳｅ層を量子井戸層と
しＺｎＳＳｅ層を量子障壁層として用いるとする。
【０００７】
【作用】目的を達成するため、上記手段について説明す
る。
る。
【０００８】II−VI族半導体材料では、従来よりｐ型導
電層が高いキャリア濃度で実現出来ないという問題があ
る。本発明では、そのうちでも１×１０18cm-3以上にキ
ャリア濃度を設定できるＺｎＳｅ層を光導波層に用いる
ことを前提とする。しかし、ＺｎＳｅ層は通常よく用い
られるＧａＡｓ半導体基板とは格子整合せず約0.27％の
格子不整となるため、そのままでは使用出来ない。そこ
で、本発明ではＺnＳe半導体基板又はＧａ0.96Ｉｎ0.04
Ａｓ半導体基板を用いてＺｎＳｅ層に格子整合するよう
にするか、ＧａＡｓ基板から出発してＧａαＩｎ1-αＰ
（０.４７＜α＜０.４９)歪超格子層をバッファ層に利
用しＺｎＳｅ層に格子整合するように設定する。これに
より、低抵抗のｐ型光導波層にＺｎＳｅ層を格子整合系
として導入し、さらに高濃度に不純物をドープすること
によりコンタクト層としても用いることができる。
電層が高いキャリア濃度で実現出来ないという問題があ
る。本発明では、そのうちでも１×１０18cm-3以上にキ
ャリア濃度を設定できるＺｎＳｅ層を光導波層に用いる
ことを前提とする。しかし、ＺｎＳｅ層は通常よく用い
られるＧａＡｓ半導体基板とは格子整合せず約0.27％の
格子不整となるため、そのままでは使用出来ない。そこ
で、本発明ではＺnＳe半導体基板又はＧａ0.96Ｉｎ0.04
Ａｓ半導体基板を用いてＺｎＳｅ層に格子整合するよう
にするか、ＧａＡｓ基板から出発してＧａαＩｎ1-αＰ
（０.４７＜α＜０.４９)歪超格子層をバッファ層に利
用しＺｎＳｅ層に格子整合するように設定する。これに
より、低抵抗のｐ型光導波層にＺｎＳｅ層を格子整合系
として導入し、さらに高濃度に不純物をドープすること
によりコンタクト層としても用いることができる。
【０００９】活性層は、ＺｎＳｅ光導波層に対して伝導
帯バンドオフセット比を非常に大きくとれるＣｄＺｎＳ
ｅ歪系三元混晶とする。これにより、電子に対してはオ
ーバフローを十分抑制した活性層と光導波層のバンド不
連続がとれる。一方、正孔に対しては価電子帯バンドオ
フセット比が小さくなるため、活性層からのオーバフロ
ーを十分抑制できなくなる。そこで、ＺｎＳｅ光導波層
の伝導帯に対してはほとんどバンド不連続をつくらず価
電子帯に対して障壁層となるＺｎＳＳｅ歪導波層をＣｄ
ＺｎＳｅ歪活性層に隣接して設けて、正孔のオーバフロ
ーを抑制する。このとき、ＺｎＳＳｅ歪導波層は正孔オ
ーバフローの障壁となるように少なくともＣｄＺｎＳｅ
歪活性層に隣接してｎ型ＺｎＳｅ光導波層側に設ける。
また、ＺｎＳＳｅ層はＣｄＺｎＳｅ層と多重量子井戸構
造を形成させたとき、圧縮歪系のＣｄＺｎＳｅ量子井戸
層と引張歪系のＺｎＳＳｅ量子障壁層を交互に繰り返す
ことにより、臨界膜厚以内で制御できる両層の歪量を拡
大させることを可能とする。これにより、ダブルヘテロ
構造の場合に比べて、量子井戸層における正孔状態密度
の増大やキャリア閉じ込めの向上等の歪導入の効果を大
きく利用することができる。
帯バンドオフセット比を非常に大きくとれるＣｄＺｎＳ
ｅ歪系三元混晶とする。これにより、電子に対してはオ
ーバフローを十分抑制した活性層と光導波層のバンド不
連続がとれる。一方、正孔に対しては価電子帯バンドオ
フセット比が小さくなるため、活性層からのオーバフロ
ーを十分抑制できなくなる。そこで、ＺｎＳｅ光導波層
の伝導帯に対してはほとんどバンド不連続をつくらず価
電子帯に対して障壁層となるＺｎＳＳｅ歪導波層をＣｄ
ＺｎＳｅ歪活性層に隣接して設けて、正孔のオーバフロ
ーを抑制する。このとき、ＺｎＳＳｅ歪導波層は正孔オ
ーバフローの障壁となるように少なくともＣｄＺｎＳｅ
歪活性層に隣接してｎ型ＺｎＳｅ光導波層側に設ける。
また、ＺｎＳＳｅ層はＣｄＺｎＳｅ層と多重量子井戸構
造を形成させたとき、圧縮歪系のＣｄＺｎＳｅ量子井戸
層と引張歪系のＺｎＳＳｅ量子障壁層を交互に繰り返す
ことにより、臨界膜厚以内で制御できる両層の歪量を拡
大させることを可能とする。これにより、ダブルヘテロ
構造の場合に比べて、量子井戸層における正孔状態密度
の増大やキャリア閉じ込めの向上等の歪導入の効果を大
きく利用することができる。
【００１０】
【実施例】実施例１ 本発明の一実施例を図１及び図２により説明する。ま
ず、（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板１を用いて、その上
にＣｌドープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２（ｄ＝１.０μ
ｍ，ｎD＝１×１０18cm-3），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳzＳ
ｅ1-z歪障壁導波層３（ｄ＝０.０５μｍ，ｎD＝１×１
０18cm-3，ｚ＝０.２），アンドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ
歪活性層４（ｄ＝０.０３μｍ，Ｘ＝０.１），Ｎドープ
ｐ型ＺｎＳｅ光導波層５（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝１×１
０18cm-3），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ電流狭窄層６（ｄ
＝１.０μｍ，ｎD＝２×１０18cm-3）を順次分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法によりエピタキシャル成長する。
その後、ホトリソグラフィ技術とケミカルエッチングに
より、層６から層５に到るストライプ状メサ（幅７μ
ｍ）を形成する。次に、ホトレジストを除去して、ＭＢ
Ｅ法によりＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層７（ｄ＝
１.０μｍ，ｎA＝１×１０18〜５×1018cm-3）を埋込成
長する。この後、ｐ側電極ＡｕＺｎ及びｎ側電極Ｉｎを
蒸着し、劈開スクライブして図１の断面図に示す素子の
形状に切り出す。
ず、（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板１を用いて、その上
にＣｌドープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２（ｄ＝１.０μ
ｍ，ｎD＝１×１０18cm-3），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳzＳ
ｅ1-z歪障壁導波層３（ｄ＝０.０５μｍ，ｎD＝１×１
０18cm-3，ｚ＝０.２），アンドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ
歪活性層４（ｄ＝０.０３μｍ，Ｘ＝０.１），Ｎドープ
ｐ型ＺｎＳｅ光導波層５（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝１×１
０18cm-3），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ電流狭窄層６（ｄ
＝１.０μｍ，ｎD＝２×１０18cm-3）を順次分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法によりエピタキシャル成長する。
その後、ホトリソグラフィ技術とケミカルエッチングに
より、層６から層５に到るストライプ状メサ（幅７μ
ｍ）を形成する。次に、ホトレジストを除去して、ＭＢ
Ｅ法によりＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層７（ｄ＝
１.０μｍ，ｎA＝１×１０18〜５×1018cm-3）を埋込成
長する。この後、ｐ側電極ＡｕＺｎ及びｎ側電極Ｉｎを
蒸着し、劈開スクライブして図１の断面図に示す素子の
形状に切り出す。
【００１１】本実施例において、まず電流−電圧特性を
改善できた。ダイオード特性における電流の流れ出す閾
電圧を２.５〜３.０Ｖに低減でき、微分抵抗を１０Ω以
下にできた。これは、従来の１／３に低減できたことを
示す。さらに、図２に示すようにＺｎＳzＳｅ1-z歪障壁
層３を設けることによって、正孔に対してオーバフロー
を抑制し閉じ込めを改善することにより再結合発光の効
率を向上させた。その結果、温度に依存した閾キャリア
密度が低減され、共振器長５００μｍの素子において閾
値電流が１４０〜１５０ｍＡで室温において直流動作し
た。光出力３ｍＷ時において発振波長が５３０〜５４０
ｎｍの緑色レーザ光を得た。光出力は最大１０ｍＷまで
得られた。
改善できた。ダイオード特性における電流の流れ出す閾
電圧を２.５〜３.０Ｖに低減でき、微分抵抗を１０Ω以
下にできた。これは、従来の１／３に低減できたことを
示す。さらに、図２に示すようにＺｎＳzＳｅ1-z歪障壁
層３を設けることによって、正孔に対してオーバフロー
を抑制し閉じ込めを改善することにより再結合発光の効
率を向上させた。その結果、温度に依存した閾キャリア
密度が低減され、共振器長５００μｍの素子において閾
値電流が１４０〜１５０ｍＡで室温において直流動作し
た。光出力３ｍＷ時において発振波長が５３０〜５４０
ｎｍの緑色レーザ光を得た。光出力は最大１０ｍＷまで
得られた。
【００１２】実施例２ 本発明の他実施例を図３及び図４により説明する。ま
ず、（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板１を用いて、その上
にＣｌドープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２（ｄ＝１.０μ
ｍ，ｎD＝１×１０18cm-3），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳzＳ
ｅ1-z歪導波層３（ｄ＝０.０５μｍ，ｎD＝１×１０18c
m-3，ｚ＝０.２），アンドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ／Ｚｎ
Ｓz1Ｓｅ1-z1多重量子構造活性層１０（アンドープＣｄ
xＺｎ1-xＳｅ量子井戸層(ｄ＝５ｎｍ，Ｘ＝０.１)４層
及びＺｎＳz1Ｓe1-z1量子障壁層（ｄ＝１０ｎｍ，ｚ1＝
０.１）４層），Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ光導波層５（ｄ
＝１.０μｍ，ｎA＝１×１０18cm-3），Ｃｌドープｎ型
ＺｎＳｅ電流狭窄層６（ｄ＝１.０μｍ，ｎD＝２×１０
18cm-3）を順次分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により
エピタキシャル成長する。その後は実施例１と全く同様
に素子を作製する。
ず、（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板１を用いて、その上
にＣｌドープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２（ｄ＝１.０μ
ｍ，ｎD＝１×１０18cm-3），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳzＳ
ｅ1-z歪導波層３（ｄ＝０.０５μｍ，ｎD＝１×１０18c
m-3，ｚ＝０.２），アンドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ／Ｚｎ
Ｓz1Ｓｅ1-z1多重量子構造活性層１０（アンドープＣｄ
xＺｎ1-xＳｅ量子井戸層(ｄ＝５ｎｍ，Ｘ＝０.１)４層
及びＺｎＳz1Ｓe1-z1量子障壁層（ｄ＝１０ｎｍ，ｚ1＝
０.１）４層），Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ光導波層５（ｄ
＝１.０μｍ，ｎA＝１×１０18cm-3），Ｃｌドープｎ型
ＺｎＳｅ電流狭窄層６（ｄ＝１.０μｍ，ｎD＝２×１０
18cm-3）を順次分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により
エピタキシャル成長する。その後は実施例１と全く同様
に素子を作製する。
【００１３】本実施例では、実施例１と同様に電流−電
圧特性を改善でき、閾電圧２.５〜３.０Ｖ 及び微分抵
抗１０Ω以下を得た。さらに、図４に示すように電子及
び正孔はともに量子井戸層内に形成される量子準位に高
い状態密度で閉じ込められることになる。特に、正孔は
価電子帯においてＺｎＳｅ光導波層よりも高いバリアを
形成するＺｎＳz1Ｓｅ1-z1量子障壁層によって閉じ込め
られ、かつｎ型ＺnＳe光導波層へのオーバフローはＺｎ
ＳzＳｅ1-z歪障壁層３によって抑制されるため、多重量
子井戸構造活性層内に有効に閉じ込められる。この結
果、閾キャリア密度はさらに低減でき、共振器長５００
μｍの素子において閾値電流が９０〜100ｍＡで室温に
おいて直流動作した。発振波長は量子サイズ効果により
短波長化し、光出力５ｍＷ時において発振波長５１０〜
５２０ｎｍの緑色レーザ光を得た。光出力は最大２０ｍ
Ｗまで得られた。
圧特性を改善でき、閾電圧２.５〜３.０Ｖ 及び微分抵
抗１０Ω以下を得た。さらに、図４に示すように電子及
び正孔はともに量子井戸層内に形成される量子準位に高
い状態密度で閉じ込められることになる。特に、正孔は
価電子帯においてＺｎＳｅ光導波層よりも高いバリアを
形成するＺｎＳz1Ｓｅ1-z1量子障壁層によって閉じ込め
られ、かつｎ型ＺnＳe光導波層へのオーバフローはＺｎ
ＳzＳｅ1-z歪障壁層３によって抑制されるため、多重量
子井戸構造活性層内に有効に閉じ込められる。この結
果、閾キャリア密度はさらに低減でき、共振器長５００
μｍの素子において閾値電流が９０〜100ｍＡで室温に
おいて直流動作した。発振波長は量子サイズ効果により
短波長化し、光出力５ｍＷ時において発振波長５１０〜
５２０ｎｍの緑色レーザ光を得た。光出力は最大２０ｍ
Ｗまで得られた。
【００１４】実施例３ 本発明の他実施例を図５により説明する。まず、ＺｎＳ
ｅ層と格子整合する（１００）面ｐ型Ｇａ0.96Ｉｎ0.04
Ａｓ(ｎA＝１×１０19cm-3）基板１１を用いて、その上
にＺｎＳｅ層と格子整合するＺｎドープｐ型ＧａαＩｎ
1-αＰ（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝５×１０18cm-3，０.４
７＜α＜０.４９）層１２及びＺｎドープｐ型（Ａｌβ
Ｇａ1-β）αＩｎ1-αＰ(ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝１×１
０18cm-3,０.４７＜α＜０.４９，β＝０.５)層１３を
順次有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法によりエピタキシ
ャル成長する。この後、ＳｉＯ2膜（ｄ＝０.２μｍ）を
形成し、ホトリソグラフィ技術とケミカルエッチングに
より幅７μｍのストライプ状ＳｉＯ2 マスクを作製す
る。次に、ケミカルエッチングにより層１３を層１２に
到るまで除去し、次いでＳｉドープｎ型ＧａαＩｎ1-α
Ｐ（ｄ＝１.０μｍ，ｎD＝２×１０18cm-3，０.４７＜
α＜０.４９）電流狭窄層１４を選択成長する。
ｅ層と格子整合する（１００）面ｐ型Ｇａ0.96Ｉｎ0.04
Ａｓ(ｎA＝１×１０19cm-3）基板１１を用いて、その上
にＺｎＳｅ層と格子整合するＺｎドープｐ型ＧａαＩｎ
1-αＰ（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝５×１０18cm-3，０.４
７＜α＜０.４９）層１２及びＺｎドープｐ型（Ａｌβ
Ｇａ1-β）αＩｎ1-αＰ(ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝１×１
０18cm-3,０.４７＜α＜０.４９，β＝０.５)層１３を
順次有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法によりエピタキシ
ャル成長する。この後、ＳｉＯ2膜（ｄ＝０.２μｍ）を
形成し、ホトリソグラフィ技術とケミカルエッチングに
より幅７μｍのストライプ状ＳｉＯ2 マスクを作製す
る。次に、ケミカルエッチングにより層１３を層１２に
到るまで除去し、次いでＳｉドープｎ型ＧａαＩｎ1-α
Ｐ（ｄ＝１.０μｍ，ｎD＝２×１０18cm-3，０.４７＜
α＜０.４９）電流狭窄層１４を選択成長する。
【００１５】ＳｉＯ2 マスクを除去した後、ＭＢＥ法に
よりＮドープｐ型ＺｎＳｅ光導波層５（ｄ＝１.０μ
ｍ，ｎA＝１×１０18cm-3），アンドープＣｄxＺｎ1-x
Ｓｅ／ＺｎＳz1Ｓｅ1-z1多重量子構造活性層１０（アン
ドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ量子井戸層（ｄ＝５ｎｍ，Ｘ＝
０.１）４層及びＺｎＳz1Ｓｅ1-z1量子障壁層(ｄ＝１０
ｎｍ，ｚ1＝０.１）４層），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳzＳ
ｅ1-z歪導波層３（ｄ＝０.０５μｍ，ｎD＝１×１０18c
m-3，ｚ＝０.２)，Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２
（ｄ＝１.０μｍ，ｎD＝１×１０18〜５×１０18cm-3）
を順次エピタキシャル成長する。その後は実施例１と同
様にｎ側電極Ｉｎ及びｐ側電極ＡｕＺｎを蒸着し、劈開
スクライブして図５の断面図に示す素子の形状に切り出
す。
よりＮドープｐ型ＺｎＳｅ光導波層５（ｄ＝１.０μ
ｍ，ｎA＝１×１０18cm-3），アンドープＣｄxＺｎ1-x
Ｓｅ／ＺｎＳz1Ｓｅ1-z1多重量子構造活性層１０（アン
ドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ量子井戸層（ｄ＝５ｎｍ，Ｘ＝
０.１）４層及びＺｎＳz1Ｓｅ1-z1量子障壁層(ｄ＝１０
ｎｍ，ｚ1＝０.１）４層），Ｃｌドープｎ型ＺｎＳzＳ
ｅ1-z歪導波層３（ｄ＝０.０５μｍ，ｎD＝１×１０18c
m-3，ｚ＝０.２)，Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ光導波層２
（ｄ＝１.０μｍ，ｎD＝１×１０18〜５×１０18cm-3）
を順次エピタキシャル成長する。その後は実施例１と同
様にｎ側電極Ｉｎ及びｐ側電極ＡｕＺｎを蒸着し、劈開
スクライブして図５の断面図に示す素子の形状に切り出
す。
【００１６】本実施例では、オーミック性コンタクトを
向上でき電流−電圧特性をさらに改善でき、閾電圧２.
３〜２.８Ｖ及び微分抵抗８Ω以下を得た。さらに、電
子及び正孔の量子井戸層内における閉じ込めは実施例２
に述べた通りであり、同様の効果が得られた。
向上でき電流−電圧特性をさらに改善でき、閾電圧２.
３〜２.８Ｖ及び微分抵抗８Ω以下を得た。さらに、電
子及び正孔の量子井戸層内における閉じ込めは実施例２
に述べた通りであり、同様の効果が得られた。
【００１７】実施例４ 本発明の他実施例を図６により説明する。（１００）面
ｐ型ＧａＡｓ(ｎA＝１×１０19cm-3）基板１４を用い
て、その上にＺｎドープｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ（ｄ＝
２.０μｍ，ｎA＝５×１０18cm-3）バッファ層１５，Ｚ
ｎドープｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ／ＧａαＩｎ1-αＰ
(ｄ＝２〜５ｎｍ，ｎA＝１×１０18cm-3，０.４７＜α
＜０.４９）歪超格子層１６及びＺｎドープｐ型Ｇａα
Ｉｎ1-αＰ（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝５×１０18cm-3，
０.４７＜α＜０.４９）層１２，Ｚｎドープｐ型（Ａｌ
βＧａ1-β）αＩｎ1-αＰ（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝１×
１０18cm-3，０.４７＜α＜０.４９，β＝０.５）層１
３を順次有機金属気相成長 （ＭＯＣＶＤ）法により
エピタキシャル成長する。この後、実施例３と同様にｎ
側電極Ｉｎ及びｐ側電極ＡｕＺｎを蒸着し、劈開スクラ
イブして図６の断面図に示す素子の形状に切り出す。
ｐ型ＧａＡｓ(ｎA＝１×１０19cm-3）基板１４を用い
て、その上にＺｎドープｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ（ｄ＝
２.０μｍ，ｎA＝５×１０18cm-3）バッファ層１５，Ｚ
ｎドープｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ／ＧａαＩｎ1-αＰ
(ｄ＝２〜５ｎｍ，ｎA＝１×１０18cm-3，０.４７＜α
＜０.４９）歪超格子層１６及びＺｎドープｐ型Ｇａα
Ｉｎ1-αＰ（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝５×１０18cm-3，
０.４７＜α＜０.４９）層１２，Ｚｎドープｐ型（Ａｌ
βＧａ1-β）αＩｎ1-αＰ（ｄ＝１.０μｍ，ｎA＝１×
１０18cm-3，０.４７＜α＜０.４９，β＝０.５）層１
３を順次有機金属気相成長 （ＭＯＣＶＤ）法により
エピタキシャル成長する。この後、実施例３と同様にｎ
側電極Ｉｎ及びｐ側電極ＡｕＺｎを蒸着し、劈開スクラ
イブして図６の断面図に示す素子の形状に切り出す。
【００１８】本実施例では、実施例３に述べたのと同様
の効果が得られた。
の効果が得られた。
【００１９】
【発明の効果】本発明により、II−VI半導体レーザの素
子構造において、まず大きなバンド不連続を生じること
なくヘテロ接合が可能となり、かつオーミック性コンタ
クトを十分引き出せる材料を電極とコンタクトさせてい
るので、電流−電圧特性において閾電圧及び微分抵抗を
従来より低減できた。本発明の実施例によれば、閾電圧
２.３〜２.８Ｖ及び微分抵抗８Ω以下を達成できた。さ
らに、電子及び正孔の両方のキャリアに対して十分障壁
となる層を設け、特に正孔に対する活性層内の閉じ込め
向上とオーバフロー抑制を図ったので、温度に依存する
閾キャリア密度を低減でき、室温における閾値電流密度
を下げ連続発振を可能とした。本実施例では、共振器長
５００μｍの素子において閾値電流が９０〜１００ｍＡ
で室温において直流動作し、５１０〜５２０ｎｍの発振
波長を有する緑色レーザを得た。光出力は最大２０ｍＷ
が達成された。
子構造において、まず大きなバンド不連続を生じること
なくヘテロ接合が可能となり、かつオーミック性コンタ
クトを十分引き出せる材料を電極とコンタクトさせてい
るので、電流−電圧特性において閾電圧及び微分抵抗を
従来より低減できた。本発明の実施例によれば、閾電圧
２.３〜２.８Ｖ及び微分抵抗８Ω以下を達成できた。さ
らに、電子及び正孔の両方のキャリアに対して十分障壁
となる層を設け、特に正孔に対する活性層内の閉じ込め
向上とオーバフロー抑制を図ったので、温度に依存する
閾キャリア密度を低減でき、室温における閾値電流密度
を下げ連続発振を可能とした。本実施例では、共振器長
５００μｍの素子において閾値電流が９０〜１００ｍＡ
で室温において直流動作し、５１０〜５２０ｎｍの発振
波長を有する緑色レーザを得た。光出力は最大２０ｍＷ
が達成された。
【図１】本発明の一実施例を示す素子構造断面図。
【図２】本発明の一実施例における活性層付近のバンド
構造概略を示す図。
構造概略を示す図。
【図３】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図４】本発明の他実施例における多重量子井戸構造活
性層付近のバンド構造概略を示す図。
性層付近のバンド構造概略を示す図。
【図５】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図６】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
１…（１００）面ｎ型ＺｎＳｅ基板、２…ｎ型ＺｎＳｅ
光導波層、３…ｎ型ＺｎＳzＳｅ1-z歪導波層、４…アン
ドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ歪活性層、５…ｐ型ＺｎＳｅ導
波層、６…ｎ型ＺｎＳｅ電流狭窄層、７…ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層、８…ｐ側電極ＡｕＺｎ、９…ｎ側電極Ｉ
ｎ、１０…アンドープＣｄxＺn1-xＳe／ＺｎＳz1Ｓｅ
1-z1多重量子構造活性層、１１…ｐ型Ｇａ0.96Ｉｎ0.04
Ａｓ基板、１２…ｐ型ＧａαＩｎ1-αＰ層、１３…ｐ型
（ＡｌβＧａ1-β）αＩｎ1-αＰ層、１４…ｎ型Ｇａα
Ｉｎ1-αＰ電流狭窄層、１５…ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ
バッファ層、１６…ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ／ＧａαＩ
ｎ1-αＰ歪超格子層。
光導波層、３…ｎ型ＺｎＳzＳｅ1-z歪導波層、４…アン
ドープＣｄxＺｎ1-xＳｅ歪活性層、５…ｐ型ＺｎＳｅ導
波層、６…ｎ型ＺｎＳｅ電流狭窄層、７…ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層、８…ｐ側電極ＡｕＺｎ、９…ｎ側電極Ｉ
ｎ、１０…アンドープＣｄxＺn1-xＳe／ＺｎＳz1Ｓｅ
1-z1多重量子構造活性層、１１…ｐ型Ｇａ0.96Ｉｎ0.04
Ａｓ基板、１２…ｐ型ＧａαＩｎ1-αＰ層、１３…ｐ型
（ＡｌβＧａ1-β）αＩｎ1-αＰ層、１４…ｎ型Ｇａα
Ｉｎ1-αＰ電流狭窄層、１５…ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ
バッファ層、１６…ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ／ＧａαＩ
ｎ1-αＰ歪超格子層。
Claims (10)
- 【請求項１】半導体基板上に、有機金属気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により
成長された禁制帯幅の大きな光導波層と禁制帯幅の小さ
い発光活性層からなるダブルヘテロ接合構造において、
該発光活性層をＣｄxＺｎ1-xＳｅ（０＜ｘ＜１）圧縮歪
層及び該光導波層をＣｄyＺｎ1-yＳｅ(０≦ｙ＜ｘ＜１)
層とし、該発光活性層よりも禁制帯幅の大きいＺｎＳz
Ｓｅ1-z（０＜ｚ＜１）歪導波層を該発光活性層の少な
くとも片側に隣接して設けることを特徴とする半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ素子におい
て、該発光活性層に隣接して設けるＺｎＳzＳｅ1-z歪導
波層を臨界膜厚以内の膜厚で導入し、少なくともｎ型Ｃ
ｄyＺｎ1-yＳｅ光導波層側或いはその両側に設定するこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の半導体レーザ素子に
おいて、該発光活性層構造を多重量子井戸構造とし、量
子井戸層をＣｄx1Ｚｎ1-x1Ｓｅ(０＜ｘ1＜１）圧縮歪層
及び量子障壁層をＺｎＳz1Ｓｅ1-z1(０＜ｚ1＜１）引張
歪層に設定し、 Ｃｄx1Ｚｎ1-x1Ｓｅ量子井戸層の圧縮歪量を＋ε，Ｚｎ
Ｓz1Ｓｅ1-z1量子障壁層の引張歪量を−εとしたとき、
両者の絶対歪量はεで同じように導入し隣接する両者の
歪量を互いに補償するように設計されたことを特徴とす
る半導体レーザ素子。 - 【請求項４】請求項１，２又は３記載の半導体レーザ素
子において、該Ｃｄx1Ｚｎ1-x1Ｓｅ（０＜ｘ1＜１）量
子井戸層及びＺｎＳz1Ｓｅ1-z1（０＜ｚ1＜１）量子障
壁層の膜厚は臨界膜厚以内とし、Ｃｄx1Ｚｎ1-x1Ｓｅ量
子井戸層の膜厚は１〜２０ｎｍの範囲、ＺｎＳz1Ｓｅ
1-z1量子障壁層の膜厚は２〜１０ｎｍの範囲とすること
を特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項５】請求項１，２，３又は４項記載の半導体レ
ーザ素子において、該発光活性層に隣接して設けるＺｎ
ＳzＳｅ1-z歪導波層のＳ組成ｚを上記ＺｎＳz1Ｓｅ1-z1
量子障壁層のＳ組成ｚ1よりも大きくし０＜ｚ1＜ｚ＜１
とすることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４又は５項記載の半導
体レーザ素子において、上記半導体基板をＺｎＳｅ半導
体基板とすることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項７】請求項１，２，３，４又は５項記載の半導
体レーザ素子において、上記半導体基板をＺｎＳｅ層と
格子整合するＧａ0.96Ｉｎ0.04Ａｓ半導体基板としてそ
の上にＺｎＳｅ層と格子整合するＧａαＩｎ1-αＰ
（０.４７＜α＜０.４９）層及び(ＡｌβＧａ1-β)αＩ
ｎ1-αＰ（０.４７＜α＜０.４９，０＜β＜１）層を設
けたことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項８】請求項１，２，３，４又は５項記載の半導
体レーザ素子において、上記半導体基板がＧａＡｓ半導
体基板とその上にＧａＡｓ層に格子整合するＧａ0.51Ｉ
ｎ0.49Ｐ層とＺｎＳｅ層と格子整合するＧａαＩｎ1-α
Ｐ(０.４７＜α＜０.４９）層からなる歪超格子層を設
けかつ（ＡｌβＧａ1-β)αＩｎ1-αＰ（０.４７＜α＜
０.４９，０＜β＜１）層を設けたことにより形成され
ることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７又は８
項記載の半導体レーザ素子において、上記半導体基板に
関して導電型がｐ型であるときキャリア濃度が５×１０
18cm-3以上であり、或はｎ型であるときにはキャリア濃
度が１×１０18cm-3以上であるように設定されているこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項１０】請求項１，２，３，４，５，６，７，８
又は９記載の半導体レーザ素子において、該ＣｄyＺｎ
1-yＳｅ光導波層に対してｐ型不純物にはＮＨ3やラジカ
ルＮ2を原料としてＮをドープすること、ｎ型不純物に
はハロゲン化物を原料としてハロゲン(Ｃｌ，Ｂｒ及び
Ｉ)をドープすることを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24449992A JPH0697572A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24449992A JPH0697572A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697572A true JPH0697572A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17119583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24449992A Pending JPH0697572A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697572A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5572539A (en) * | 1994-03-15 | 1996-11-05 | Sony Corporation | II-VI semiconductor laser with different guide layers |
| US6118799A (en) * | 1994-10-18 | 2000-09-12 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser device |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24449992A patent/JPH0697572A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5572539A (en) * | 1994-03-15 | 1996-11-05 | Sony Corporation | II-VI semiconductor laser with different guide layers |
| US6118799A (en) * | 1994-10-18 | 2000-09-12 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser device |
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