JPH07235723A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH07235723A
JPH07235723A JP2506894A JP2506894A JPH07235723A JP H07235723 A JPH07235723 A JP H07235723A JP 2506894 A JP2506894 A JP 2506894A JP 2506894 A JP2506894 A JP 2506894A JP H07235723 A JPH07235723 A JP H07235723A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
semiconductor laser
clad
laser device
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JP2506894A
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English (en)
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Shinichi Nakatsuka
慎一 中塚
Jun Goto
順 後藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特性および信頼性の良好な青から緑色領域の
光を放射する半導体レーザ素子を提供する。 【構成】 II−VI族半導体レーザにおいてはクラッ
ド層中にpクラッドの場合はTe系、nクラッドの場合
はS系の材料を多く含むキャリア障壁層を設ける。II
I−V族半導体レーザにおいてはpクラッドに例えばB
及びPを含む層を設ける。 【効果】 低しきい値で動作し、信頼度の高い青緑色半
導体レーザが得られる。

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素子に係
り、特に光ディスク等の光源として好適な短波長半導体
レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の短波長半導体レーザ素子、例えば
青緑色半導体レーザは図1に示すようにn型GaAs基板1
上にn型ZnMgSSeクラッド層2、n型ZnSSe光ガイド層
3、ZnCdSe活性層4、p型ZnSSe光ガイド層5、p型ZnMg
SSeクラッド層6、p-ZnSeコンタクト層7を積層した後、
SiO2電流狭窄層8及び全電極9を設けた構造であっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体レー
ザ素子においては、活性層とクラッド層の禁制帯幅の差
が十分に取れないため活性層からの荷電粒子の漏れ出し
を十分に阻止できないことが問題であった。これは、格
子定数の一致を保ったままで禁制帯幅を広げると、導電
型制御が難しくなる、化学的安定性が悪くなる等の理由
でMgSの組成を増やすことが難しかったためである。
【0004】本発明の目的は導電制御が容易で化学的安
定性も良い構造でありながらキャリア漏れを防止できる
半導体レーザ素子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、半
導体レーザのクラッド層の少なくとも一方に半導体層の
主たる荷電粒子が存在するバンドと反対側のバンドすな
わち少数キャリア側のバンドに少数キャリアの運動を妨
げるエネルギ障壁を設けることにより達成される。エネ
ルギ障壁の具体的物質としてはp型クラッド層中に設け
た周囲の半導体層より多くのTeを含むII-VI族半導体層
及びn型クラッド層中に設けた周囲の半導体層より多く
のSを含むII-VI族半導体層があげられる。
【0006】
【作用】本発明によれば半導体中に設けた障壁層は少数
キャリアに対しては障壁となるが多数キャリアに対して
は障壁とはならない。このため、活性層のキャリア漏れ
は防止しながら多数キャリアにたいしては何の障壁も持
たない構造が可能となる。このため、従来にない大きな
障壁を設定することが可能となり、少数キャリアの閉じ
込め効果が非常に大きい。しかも、この障壁層には多数
キャリアは到達するが少数キャリアは到達しないため、
結晶欠陥が発生しても素子特性の悪化を招かないという
利点がある。これを、より積極的に利用すると、この層
に周辺の半導体層の結晶欠陥を吸収させることにより半
導体レーザの信頼性を向上するという効果を得ることも
できる。
【0007】
【実施例】
(実施例1)本発明第1の実施例を図2に従い説明す
る。本構造ではまず分子線エピタキシ(MBE)法によ
りn-GaAs基板1上にn-Mg0.1Zn0.90.14Se0.86クラッド
層102、n-ZnS0.07Se0.93光ガイド層103、ZnSe0.8Te0.2
歪量子井戸活性層104、p-ZnS0.07Se0.93光ガイド層10
5、p-Mg0.5Zn0.50.8Te0.2キャリア障壁層106、p-Mg
0.1Zn0.90.14Se0.86クラッド層107、p-ZnSeコンタク
ト層108を順次積層する。本構造のバンド構造は図3の
ようになり、活性層の閉じ込めが不十分な電子の漏れも
p-MgZnSTeキャリア障壁層106で阻止される。次に、気
相化学堆積法及びホトリソグラフ技術を用いてストライ
プ状のSiO2111/SiN112多層膜を形成、SiO2の選択サイ
ドエッチングにより図4のような形状に加工する。この
構造をマスクとしてp-MgZnSSeクラッド層107、p-ZnSe
コンタクト層108を選択エッチングした。選択エッチン
グはp-MgZnSTeキャリア障壁層106のTe含有量が多いこ
とを利用して容易に行うことができる。次にMBE法に
よりn-Zn0.4Cd0.6S埋込層109を結晶成長した後、SiO2
を除去してストライプ上の半導体層を露出させAu/Pt/Ag
/Te電極110を形成してレーザ構造とした。本構造によ
り、発振波長510nmの緑色レーザ光が室温連続発振
で得られ、そのしきい電流は約10mAであった。
【0008】(実施例2)本発明第2の実施例を図5に
従い説明する。本構造ではまずMBE法によりn-GaAs基
板1上にn-Mg0.1Zn0.90.14Se0.86クラッド層102、n-Cd
0.4Zn0.6Sキャリア障壁層201、n-ZnS0.07Se0.93光ガ
イド層103、Cd0.2Zn0.8Se歪量子井戸活性層202、p-ZnS
0.07Se0.93光ガイド層105、p-Mg0.1Zn0.90.14Se0.86
クラッド層107、p-ZnS0.6Te0.4コンタクト層203を順次
積層した図5のような構造を作製した。本構造のバンド
構造は図6のようになり、活性層の閉じ込めが不十分な
正孔の漏れもn-CdZnSキャリア障壁層201で阻止され
る。次に、気相化学堆積法及びホトリソグラフ技術を用
いてストライプ状のSiO2/SiN多層膜を形成、SiO2
選択サイドエッチングにより図2のような形状に加工す
る。この構造をマスクとしてp-MgZnSSeクラッド層10
7、p-ZnS0.6Te0.4コンタクト層203を選択エッチングし
た。選択エッチングはp-MgZnSTeキャリア障壁層106のT
e含有量が多いことを利用して容易に行うことができ
る。次にMBE法によりn-ZnCdS埋込層109を結晶成長し
た後SiO2を除去してストライプ上の半導体層を露出さ
せAu/Pt/Ag/Te電極110を形成してレーザ構造とした。本
構造により、発振波長510nmの緑色レーザ光が室温
連続発振で得られ、そのしきい電流は約10mAであっ
た。
【0009】(実施例3)本発明第3の実施例を図7に
従い説明する。本構造ではまずn-GaAs基板1上にn-ZnS
0.07Se0.93クラッド層301、n-Cd0.4Zn0.6Sキャリア障
壁層201、n-ZnS0.07Se0.93光ガイド層103、ZnSe歪量子
井戸活性層302、p-ZnS0.07Se0.93光ガイド層105、p-Mg
0.5Zn0.50.8Te0.2キャリア障壁層106、p-ZnS0.07Se
0.93クラッド層303、p-ZnS0.6Te0.4コンタクト層203を
順次積層した図7のような構造を作製した。本構造のバ
ンド構造は図8のようになり、活性層の閉じ込めが不十
分な正孔および電子の漏れはn-CdZnSキャリア障壁層20
1およびp-MgZnSTeキャリア障壁層106で阻止される。こ
のため、結晶性の不安定なMgを含む結晶の使用を最小限
に留めたレーザ構造が実現できる。しかも、Mgを含む層
が周囲の結晶欠陥を吸収し、無害化するため信頼性改善
効果が著しい。結晶欠陥が無害化する原因は図示したバ
ンド構造のためこの層には少数キャリアは侵入せず、多
数キャリアは周辺の結晶から十分に供給されるため枯渇
しないためである。次に、気相化学堆積法及びホトリソ
グラフ技術を用いてストライプ状のSiO2/SiN多層膜を
形成、SiO2の選択サイドエッチングにより図2のよう
な形状に加工する。この構造をマスクとしてp-MgZnSSe
クラッド層107、p-ZnS0.6Te0.4コンタクト層203を選択
エッチングした。選択エッチングはp-MgZnSTeキャリア
障壁層106のTe含有量が多いことを利用して容易に行う
ことができる。次にMBE法によりn-Zn0.6Cd0.4S埋込
層109を結晶成長した後SiO2を除去してストライプ上の
半導体層を露出させAu/Pt/Ag/Te電極110を形成してレー
ザ構造とした。本構造により、発振波長470nmの青
色レーザ光が室温連続発振で得られ、そのしきい電流は
約10mAであった。しかも、障壁層の欠陥吸収作用に
より信頼性向上効果も見られ、光出力50mWにおいて
10000時間以上の連続動作が可能であった。
【0010】(実施例4)本発明第4の実施例を図9に
従い説明する。本構造ではまず有機金属気相成長法によ
りAl2O3基板401上にn-Al0.2Ga0.8Nクラッド層402、n-Ga
N光ガイド層403、Ga0.8In0.2N歪量子井戸活性層404、p-
GaN光ガイド層405、B0.3Al0.7N0.7P0.3キャリア障壁層4
06、p-Al0.2Ga0.8Nクラッド層407、p-GaNコンタクト層4
08を順次積層した図9のような構造を形成した。本構造
のバンド構造は図10のようになり、活性層の閉じ込め
が不十分な電子の漏れもp-BAlNPキャリア障壁層406で阻
止される。次に、気相化学堆積法及びホトリソグラフ技
術を用いてストライプ状のSiO2/SiN多層膜を形成、Si
2の選択サイドエッチングにより図4のような形状に
加工する。この構造をマスクとしてp-AlGaNクラッド層4
07、p-GaNコンタクト層408を選択エッチングした。次に
有機金属気相成長法によりn-Al0.4Ga0.6N埋込層409を結
晶成長した後、SiO2を除去してストライプ上の半導体
層を露出させAu/Pt/Ag/Te電極110を形成してレーザ構造
とした。本構造により、発振波長450nmの緑色レー
ザ光が室温連続発振で得られ、しきい電流は約10mA
であった。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、化学的安定性や導電型
制御性に問題のある材料の使用を最低限に抑えながら、
良好な特性の青緑色半導体レーザがえられ、さらにその
信頼性を向上する効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の半導体レーザの断面構造。
【図2】本発明第1の実施例の半導体レーザ用結晶の断
面構造。
【図3】本発明第1の実施例の半導体レーザのバンド構
造。
【図4】本発明第1の実施例の半導体レーザの導波路の
作製工程説明図。
【図5】本発明第2の実施例の半導体レーザ用結晶の断
面構造。
【図6】本発明第2の実施例の半導体レーザのバンド構
造。
【図7】本発明第3の実施例の半導体レーザ用結晶の断
面構造。
【図8】本発明第3の実施例の半導体レーザのバンド構
造。
【図9】本発明第4の実施例の半導体レーザ用結晶の断
面構造。
【図10】本発明第4の実施例の半導体レーザのバンド
構造。
【符号の説明】
1…n-GaAs基板、2…n型ZnMgSSeクラッド層、3…n
型ZnSSe光ガイド層、4…ZnCdSe活性層、5…p型ZnSS
e光ガイド層、6…p型ZnMgSSeクラッド層、7…ZnSe
コンタクト層、8…SiO2電流狭窄層、9…金電極、1
02…n-MgZnSSeクラッド層、103…n-ZnSSe光ガイ
ド層、104…ZnSeTe歪量子井戸活性層、105…p-Zn
SSe光ガイド層、106…p-MgZnSTeキャリア障壁層、
107…p-MgZnSSeクラッド層、108…p-ZnSeコンタ
クト層、109…n-ZnCdS埋込層、110…Au/Pt/Ag/T
e電極、111…SiO2、112…SiN、201…n-CdZn
Sキャリア障壁層、202…CdZnSe歪量子井戸活性層、
203…p-ZnSTeコンタクト層、301…n-ZnSSeクラ
ッド層、302…ZnSe歪量子井戸活性層、303…p-Zn
SSeクラッド層、401…Al2O3基板、402…n-AlGaN
クラッド層、403…n-GaN光ガイド層、404…GaInN
歪量子井戸活性層、405…p-GaN光ガイド層、406
…BAlNPキャリア障壁層、407…p-AlGaNクラッド層、
408…p-GaNコンタクト層、409…n-Al0.4Ga0.6N埋
込層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の半導体層よりなる活性層を該活性層
    より大きな禁制帯幅を持ち互いに反対の導電型を有する
    第2及び第3の半導体層よりなるクラッド層で挾むこと
    により形成され、通電により光利得を得る構造を有する
    半導体レーザ素子であって、上記第2または第3の半導
    体層の少なくとも一方にこれらの半導体層の主たる荷電
    粒子が存在するバンドと反対側のバンドにのみ該反対側
    のバンド中の荷電粒子の運動を妨げるエネルギ障壁を形
    成する半導体層を設けたことを特徴とする半導体レーザ
    素子。
  2. 【請求項2】上記エネルギー障壁はp型クラッド層中に
    設けられており、周囲の半導体層より多くのMgあるいは
    Teを含むII-VI族半導体層であることを特徴とする請求
    項1に記載の半導体レーザ素子。
  3. 【請求項3】上記エネルギ障壁はn型クラッド層中に設
    けられており、周囲の半導体層より多くのSを含むII-V
    I族半導体層であることを特徴とする請求項1に記載の
    半導体レーザ素子。
  4. 【請求項4】上記エネルギー障壁はp型クラッド層中に
    設けられており、周囲の半導体層より多くのアルミニウ
    ム、硼素あるいはリンを含むIII-V族半導体層であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
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