JPH07202312A - 半導体レーザ埋め込み構造 - Google Patents

半導体レーザ埋め込み構造

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 タイプ２である半導体材料を用いた半導体レ
ーザの埋め込み構造を提供する。 【構成】 電子が多数キャリアーであるｎ領域１１に隣
接して第１埋め込み層７および第２埋め込み層８を形成
した。光ガイド層５、ｎ型クラッド層６、第１埋め込み
層７、第２埋め込み層８のバンドラインナップはタイプ
２である。第１埋め込み層７は、ｎ型クラッド層６と光
ガイド層５に比べ、伝導帯端の位置が高いため電子を有
効に閉じ込める。第２埋め込み層８の屈折率がｎ型クラ
ッド層６よりも２％小さく、ｎ領域１１を平均した有効
屈折率よりも小さいため光を閉じ込めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２−６族化合物半導体
レーザの埋め込み構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の２−６族化合物半導体レーザの埋
め込み構造として、ｐ型クラッド層を多結晶ＺｎＳで埋
め込んだ構造がある。アプライド・フィジックス・レタ
ーズ、（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）６３巻、１９９３年、２３１５頁〜２３１７頁参
照。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２−６
族化合物半導体のバンドラインナップは一般にタイプ２
と呼ばれる関係にあり、バンドギャップが大きくなるに
つれ価電子帯端と伝導帯端の位置がいずれも低くなって
しまう。このため、埋め込み層にバンドギャップの大き
い材料を用いると電子を閉じ込める事ができないという
問題を有していた。
【０００４】本発明の目的は、電子を閉じ込めを可能に
する閉じ込め構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の埋め込み構造
は、電子が多数キャリアーであるｎ型領域に隣接する第
１埋め込み層と、前記第１埋め込み層を覆う第２埋め込
み層とを有し、前記第１埋め込み層を構成する２−６族
化合物半導体の伝導電子帯端の位置が前記ｎ型領域に比
べ等しいかそれよりも高く、層厚が１ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下であり、屈折率が前記ｎ型領域と前記第２埋め込
み層の屈折率のいずれよりも大きく、前記第２埋め込み
層の有効屈折率が前記ｎ型領域の有効屈折率より小さい
ことを特徴とする。
【０００６】
【作用】２−６族化合物半導体は一般に３−５族半導体
とは異なり、バンドラインナップがタイプ２であり、バ
ンドギャップが大きくなるに従って伝導帯端の位置が低
くくなり、屈折率が小さくなる傾向にある。第１埋め込
み層の伝導帯端が、電子が多数キャリアーであるｎ型領
域の伝導帯端よりも高いため、第１埋め込み層により電
子をｎ型領域に閉じ込めることができる。第１埋め込み
層の屈折率はｎ型領域より大きいため、第１埋め込み層
のみでは光を閉じ込めることはできないが、第２埋め込
み層の屈折率が小さいため光の閉じ込めが可能となる。
電子を閉じ込めるために必要な層厚は電子の拡散長程度
であるため、第１埋め込み層の厚さは１ｎｍ以上１００
ｎｍ以下で十分な効果が得られる。第１埋め込み層の厚
さは発光波長に比べ薄く、光閉じ込めの障害とはならな
い。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）本発明について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示す断面図、図２はバンドラ
インナップを示す図である。
【０００８】ｐ型ＧａＡｓからなる基板１上に、窒素ド
ープＺｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓ0.55Ｓｅ0. 45（層厚１．５μ
ｍ、窒素濃度８×１０17ｃｍ-3）からなるｐ型クラッド
層２、Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓ0.38Ｓｅ0.62（層厚１００ｎ
ｍ）からなる光ガイド層３、Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ（層
厚１０ｎｍ）からなる歪量子井戸層４、Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.
2 Ｓ0.38Ｓｅ0.62（層厚１００ｎｍ）からなる光ガイド
層５、塩素ドープＺｎ0. 7 Ｃｄ0.3 Ｓ0.55Ｓｅ0.45（層
厚１．５μｍ、塩素濃度１×１０18ｃｍ-3）からなるｎ
型クラッド層６を分子線結晶成長法（ＭＢＥ）により成
長した後、ドライエッチングにより幅５μｍのストライ
プ状にエッチングし、続いてＺｎ0.9 Ｃｄ0.1 Ｓ0.22Ｓ
ｅ0.78（層厚５０ｎｍ）からなる第１埋め込み層７とＺ
ｎ0.6 Ｃｄ0.4 Ｓ0.71Ｓｅ0.29からなる第２埋め込み層
８とを再びＭＢＥにより成長し、最後に真空蒸着により
金を蒸着してｎ電極９とｐ電極１０とを形成した。歪量
子井戸層４以外の半導体成長層は基板１に格子整合して
いる。 電子が多数キャリアーである光ガイド層５とｎ
型クラッド層６とがｎ領域１１であり、このｎ領域１１
に隣接して第１埋め込み層７および第２埋め込み層８を
形成した。光ガイド層５、ｎ型クラッド層６、第１埋め
込み層７、第２埋め込み層８の伝導帯端と価電子帯端の
エネルギー位置は図２に示す通りであり、バンドライン
ナップはタイプ２である。ｎ電極９より注入された電子
は、ｎ型クラッド層６、光ガイド層５を流れて、歪量子
井戸層４でホールと再結合する。第１埋め込み層７は、
ｎ型クラッド層６と光ガイド層５に比べ、バンドギャッ
プは大きくないものの、伝導帯端の位置がそれぞれ１７
０ｍｅＶ、８０ｍｅＶ高いため電子を有効に閉じ込め
る。第１埋め込み層７の層厚は５０ｎｍと薄いが、電子
の拡散は大幅に減少する。第１埋め込み層７、第２埋め
込み層８とも高抵抗であるため、これらの層へのｎ電極
９からの電子の流入は無い。第１埋め込み層７は電子を
閉じ込めるものの、屈折率が大きいため光を閉じ込める
ことはできない。第２埋め込み層８の伝導帯端の位置は
ｎ型クラッド層６よりさらに９０ｍｅＶ低く、電子の閉
じ込めにはあまり寄与しないが、屈折率がｎ型クラッド
層６よりも２％小さく、ｎ領域１１を平均した有効屈折
率よりも小さいため光を閉じ込めることができる。
【０００９】このような埋め込み構造により、発振しき
い値電流が１５ｍＡという特性の優れた緑青色半導体レ
ーザが得られた。
【００１０】上述の実施例では、ＺｎＣｄＳＳｅ系混晶
を用いたが、これに限らずＺｎＣｄＳｅＴｅ系混晶など
他の材料系を用いてもよい。
【００１１】（実施例２）図３は第２の実施例を示す断
面図、図４はそのバンドラインナップを示す図である。
【００１２】ｎ型ＧａＡｓからなる基板１２上に、塩素
ドープＺｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓ0.55Ｓｅ0.45（層厚１．５μ
ｍ、塩素濃度１×１０18ｃｍ-3）からなるｎ型クラッド
層１３、塩素ドープＺｎ0.9 Ｃｄ0.1 Ｓ0.22Ｓｅ
0.78（層厚７０ｎｍ、塩素濃度５×１０17ｃｍ-3）から
なる電子障壁層１４、塩素ドープＺｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓ
0.55Ｓｅ0.45（層厚３０ｎｍ、塩素濃度１×１０17ｃｍ
-3）からなる電子閉じ込め層１５、Ｚｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓ
ｅ（層厚１０ｎｍ）からなる歪量子井戸層１６、窒素ド
ープＺｎ0.9 Ｃｄ0.1 Ｓ0.22Ｓｅ0.78（層厚１００ｎ
ｍ、窒素濃度１×１０17ｃｍ-3）からなる正孔閉じ込め
層１７、窒素ドープＺｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓ0.55Ｓｅ
0. 45（層厚１．５μｍ、窒素濃度１×１０18ｃｍ-3）か
らなるｐ型クラッド層１８をＭＢＥ法により成長した
後、ドライエッチングにより幅５μｍのストライプ状に
エッチングし、続いてＺｎ0.9 Ｃｄ0.1 Ｓ0.22Ｓｅ0.78
（層厚５０ｎｍ）からなる第１埋め込み層１９とＺｎ
0.7 Ｃｄ0.3 Ｓ0.55Ｓｅ0.45からなる第２埋め込み層２
０とを再びＭＢＥ法により成長し、最後に真空蒸着によ
り金を蒸着してｐ電極２１とｎ電極２２とを形成した。
歪量子井戸層１６以外の半導体成長層は基板１２に格子
整合している。
【００１３】電子が多数キャリアーであるｎ型クラッド
層１３と電子障壁層１４と電子閉じ込め層１５とがｎ領
域２３であり、このｎ領域２３および歪量子井戸層１６
に隣接して第１埋め込み層１９および第２埋め込み層２
０を形成した。各層の伝導帯端と価電子帯端のエネルギ
ー位置は図４に示す通りであり、バンドラインナップは
タイプ２である。基板１２に垂直な方向に関しては、電
子は電子閉じ込め層１５に閉じ込められ、正孔は正孔閉
じ込め層１７に閉じ込められ、歪量子井戸層１６で再結
合する。第１埋め込み層１９の伝導帯端はｎ領域２３以
上であり、第２埋め込み層２０の屈折率はｎ領域２３以
下である。 ｎ電極２２より注入された電子は、ｎ領域
２３を流れて歪量子井戸層４でホールと再結合する。第
１埋め込み層１９は、ｎ型クラッド層１３、電子閉じ込
め層１５に比べ、バンドギャップは大きくないものの、
伝導帯端の位置が１７０ｍｅＶ高いため電子を有効に閉
じ込める。第１埋め込み層１９の層厚は５０ｎｍと薄い
が、電子の拡散は大幅に減少する。第２埋め込み層２０
は高抵抗であるため、この層へのｐ電極２１からの正孔
の流入は無い。第１埋め込み層１９は電子を閉じ込める
ものの、屈折率が大きいため光を閉じ込めることはでき
ない。第２埋め込み層２０の伝導帯端の位置は電子障壁
層１４より低く電子の閉じ込めにはあまり寄与しない
が、屈折率はｎ型クラッド層１３と等しく、ｎ領域２３
を平均した有効屈折率より小さくなるため、光を閉じ込
めることができる。
【００１４】このような埋め込み構造により、発振しき
い値電流が１０ｍＡという特性の優れた緑青色半導体レ
ーザが得られた。
【００１５】上述の実施例では、ＺｎＣｄＳＳｅ系混晶
を用いたが、これに限らずＺｎＣｄＳｅＴｅ系混晶など
他の材料系を用いてもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によりＺｎ
ＣｄＳＳｅなどのタイプ２である材料を用いた半導体レ
ーザの埋め込みが可能となり、緑青色レーザなどの性能
を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】バンドラインナップを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図４】バンドラインナップを示す図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ ｐ型クラッド層 ３ 光ガイド層 ４ 歪量子井戸層 ５ 光ガイド層 ６ ｎ型クラッド層 ７ 第１埋め込み層 ８ 第２埋め込み層 ９ ｎ電極 １０ ｐ電極 １１ ｎ領域 １２ 基板 １３ ｎ型クラッド層 １４ 電子障壁層 １５ 電子閉じ込め層 １６ 歪量子井戸層 １７ 正孔閉じ込め層 １８ ｐ型クラッド層 １９ 第１埋め込み層 ２０ 第２埋め込み層 ２１ ｐ電極 ２２ ｎ電極 ２３ ｎ領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２−６族化合物半導体からなる半導体レ
    ーザにおいて、電子が多数キャリアーであるｎ型領域に
    隣接する第１埋め込み層と、前記第１埋め込み層を覆う
    第２埋め込み層とを有し、前記第１埋め込み層を構成す
    る２−６族化合物半導体の伝導電子帯端の位置が前記ｎ
    型領域に比べ等しいかそれよりも高く、その層厚が１ｎ
    ｍ以上１００ｎｍ以下であり、その屈折率が前記ｎ型領
    域と前記第２埋め込み層の屈折率以上であり、前記第２
    埋め込み層の有効屈折率が前記ｎ型領域の有効屈折率よ
    り小さいことを特徴とする半導体レーザ埋め込み構造。
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