JPH07254747A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
- Publication number
- JPH07254747A JPH07254747A JP4534294A JP4534294A JPH07254747A JP H07254747 A JPH07254747 A JP H07254747A JP 4534294 A JP4534294 A JP 4534294A JP 4534294 A JP4534294 A JP 4534294A JP H07254747 A JPH07254747 A JP H07254747A
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- JP
- Japan
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- layer
- semiconductor
- type
- semiconductor laser
- iii
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Abstract
(57)【要約】
【目的】II‐VI族半導体レーザの横モードを制御するス
トライプ構造において、横モードを制御する屈折率導波
ストライプ構造を形成し、高出力まで基本横モードを安
定化させたII‐VI族半導体レーザを提供すること。 【構成】上記目的は、GaAs 半導体基板や InP 半導体基
板に格子整合が可能な、原子層成長によるIII‐V族半導
体層を光吸収兼電流狭窄層として用い、活性層横方向に
対して屈折率差を設けた屈折率導波構造を作製すること
によって達成することができる。 【効果】
トライプ構造において、横モードを制御する屈折率導波
ストライプ構造を形成し、高出力まで基本横モードを安
定化させたII‐VI族半導体レーザを提供すること。 【構成】上記目的は、GaAs 半導体基板や InP 半導体基
板に格子整合が可能な、原子層成長によるIII‐V族半導
体層を光吸収兼電流狭窄層として用い、活性層横方向に
対して屈折率差を設けた屈折率導波構造を作製すること
によって達成することができる。 【効果】
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報端末あるいは光
応用計測用の光源に適する短波長半導体レーザ素子に係
り、特に、高出力まで基本横モードを安定化させること
のできるII‐VI族半導体レーザ素子に関する。
応用計測用の光源に適する短波長半導体レーザ素子に係
り、特に、高出力まで基本横モードを安定化させること
のできるII‐VI族半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術においては、緑色 CdZnSe/Mg
ZnSSe 系II‐VI族半導体レーザにおいて、II‐VI族半導
体埋込み層による電流狭窄構造が試みられており、室温
においてパルス動作が実現されることが、例えばアプラ
イド・フィジックス・レタース1993年、63巻、2315頁 (Ap
pl.Phys.Lett.,63(1993)p.2315)に述べられている。
ZnSSe 系II‐VI族半導体レーザにおいて、II‐VI族半導
体埋込み層による電流狭窄構造が試みられており、室温
においてパルス動作が実現されることが、例えばアプラ
イド・フィジックス・レタース1993年、63巻、2315頁 (Ap
pl.Phys.Lett.,63(1993)p.2315)に述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、緑色 CdZnSe/MgZnSSe系II‐VI族半
導体レーザの埋込み層に用いられている ZnS 層は多結
晶体であり、かつ、GaAs基板に対して約−4%の格子定
数の違いがあるため、光散乱による導波光損失を低減す
ることができず、結晶欠陥を形成しやすいという問題が
あった。また、横モードを高出力まで安定に制御できて
いなかった。
来技術においては、緑色 CdZnSe/MgZnSSe系II‐VI族半
導体レーザの埋込み層に用いられている ZnS 層は多結
晶体であり、かつ、GaAs基板に対して約−4%の格子定
数の違いがあるため、光散乱による導波光損失を低減す
ることができず、結晶欠陥を形成しやすいという問題が
あった。また、横モードを高出力まで安定に制御できて
いなかった。
【0004】本発明の目的は、II‐VI族半導体レーザの
横モードを制御するストライプ構造において、光吸収兼
電流狭窄効果を持たせる埋込み層として GaAs 基板や I
nP基板に格子整合が可能なIII‐V族半導体を導入して、
高出力まで基本横モードを安定化させることのできるII
‐VI族半導体レーザ素子を提供することにある。このII
I‐V族半導体の光吸収兼電流狭窄層の作製プロセスをII
‐VI続半導体レーザの作製に適合させることにより、問
題を生じることなく、横モードを制御する屈折率導波ス
トライプ構造を形成し、高出力まで基本横モードを安定
化させたII‐VI族半導体レーザを提供することができ
る。
横モードを制御するストライプ構造において、光吸収兼
電流狭窄効果を持たせる埋込み層として GaAs 基板や I
nP基板に格子整合が可能なIII‐V族半導体を導入して、
高出力まで基本横モードを安定化させることのできるII
‐VI族半導体レーザ素子を提供することにある。このII
I‐V族半導体の光吸収兼電流狭窄層の作製プロセスをII
‐VI続半導体レーザの作製に適合させることにより、問
題を生じることなく、横モードを制御する屈折率導波ス
トライプ構造を形成し、高出力まで基本横モードを安定
化させたII‐VI族半導体レーザを提供することができ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は下記の手段に
よって達成することができる。すなわち、GaAs 半導体
基板や InP 半導体基板に格子整合が可能なIII‐V族半
導体層を光吸収兼電流狭窄層として用い、活性層横方向
に対して屈折率差を設けた屈折率導波構造を作製する。
よって達成することができる。すなわち、GaAs 半導体
基板や InP 半導体基板に格子整合が可能なIII‐V族半
導体層を光吸収兼電流狭窄層として用い、活性層横方向
に対して屈折率差を設けた屈折率導波構造を作製する。
【0006】II‐VI族半導体レーザを GaAs 半導体基板
上に作製するときには、III‐V族半導体で構成される光
吸収兼電流狭窄層は GaAs、GaInP、AlGaInP、GaInAsP
材料からなり、これらの材料を原子層制御成長させると
きには材料の各1原子層の組合せかあるいは数原子層の
組合せを用いて、全体で GaAs 基板に格子整合するよう
に設定する。また、II‐VI族半導体レーザを InP 基板
上に作製するときには、 III‐V族半導体で構成される
光吸収兼電流狭窄層は InP、GaInAs、AlGaInAs、 GaInA
sP 材料からなり、これらの材料を原子制御成長させる
ときには材料の各1原子層の組合せかあるいは数原子層
の組合せを用いて、全体で InP 基板に格子整合するよ
うに設定する。
上に作製するときには、III‐V族半導体で構成される光
吸収兼電流狭窄層は GaAs、GaInP、AlGaInP、GaInAsP
材料からなり、これらの材料を原子層制御成長させると
きには材料の各1原子層の組合せかあるいは数原子層の
組合せを用いて、全体で GaAs 基板に格子整合するよう
に設定する。また、II‐VI族半導体レーザを InP 基板
上に作製するときには、 III‐V族半導体で構成される
光吸収兼電流狭窄層は InP、GaInAs、AlGaInAs、 GaInA
sP 材料からなり、これらの材料を原子制御成長させる
ときには材料の各1原子層の組合せかあるいは数原子層
の組合せを用いて、全体で InP 基板に格子整合するよ
うに設定する。
【0007】
【作用】II‐VI族半導体レーザにおいては、用いている
半導体基板に格子整合し、かつ、禁制帯幅の小さい材料
をII‐VI族半導体の中では見出し難いため、活性層の禁
制帯幅よりも小さい材料を光吸収層として用いることに
よって活性層横方向に屈折率差を設けた横モード制御屈
折率導波構造はこれまで実現されていない。そこで、本
発明では、ストライプに対して埋め込む材料を活性層よ
りも禁制帯幅の小さいIII‐V族半導体を用いて、横モー
ド制御屈折率導波構造を作製する。半導体基板として G
aAs 基板を用いるときには、ストライプ構造に対して埋
め込む III‐V 族半導体をGaAs、GaInP、AlGaInP、GaIn
AsP材料で形成し、これらの材料を原子制御成長させる
ときには(GaP)1(InP)1、(GaInP)1(AlInP)1、(GaInP)1(G
aInAsP)1の各1原子層の組合せかあるいは数原子層の組
合せを用いて、全体でGaAs 基板に格子整合するように
設定する。半導体基板に InP 基板を用いるときには、
ストライプ構造に対して埋め込むIII‐V半導体を InP、
GaInAs、AlGaInAs、GaInAsP 材料で形成し、これらの材
料を原子制御成長させるときには (GaAs)1(InAs)1、(Ga
InAs)1(AlInAs)1、(GaInAs)1(GaInAsP)1の各1原子層の
組合せかあるいは数原子層の組合せを用いて、全体で I
nP 基板に格子整合するように設定する。
半導体基板に格子整合し、かつ、禁制帯幅の小さい材料
をII‐VI族半導体の中では見出し難いため、活性層の禁
制帯幅よりも小さい材料を光吸収層として用いることに
よって活性層横方向に屈折率差を設けた横モード制御屈
折率導波構造はこれまで実現されていない。そこで、本
発明では、ストライプに対して埋め込む材料を活性層よ
りも禁制帯幅の小さいIII‐V族半導体を用いて、横モー
ド制御屈折率導波構造を作製する。半導体基板として G
aAs 基板を用いるときには、ストライプ構造に対して埋
め込む III‐V 族半導体をGaAs、GaInP、AlGaInP、GaIn
AsP材料で形成し、これらの材料を原子制御成長させる
ときには(GaP)1(InP)1、(GaInP)1(AlInP)1、(GaInP)1(G
aInAsP)1の各1原子層の組合せかあるいは数原子層の組
合せを用いて、全体でGaAs 基板に格子整合するように
設定する。半導体基板に InP 基板を用いるときには、
ストライプ構造に対して埋め込むIII‐V半導体を InP、
GaInAs、AlGaInAs、GaInAsP 材料で形成し、これらの材
料を原子制御成長させるときには (GaAs)1(InAs)1、(Ga
InAs)1(AlInAs)1、(GaInAs)1(GaInAsP)1の各1原子層の
組合せかあるいは数原子層の組合せを用いて、全体で I
nP 基板に格子整合するように設定する。
【0008】さらに、III‐V族半導体を原子層制御して
成長させることにより、II‐VI族半導体レーザを構成す
る各半導体層の成長温度よりも低いかあるいは少なくと
もII‐VI族半導体層の成長温度よりも100℃高いまでの
範囲で成長でき、原子層制御して成長させるときにはバ
ルクで成長させるときときよりも50〜100℃成長温度を
低くすることができる。このことは、II‐VI族半導体層
の作製プロセスに適合させ、かつ、II‐VI族半導体層に
おけるキャリア濃度の変化や多重量子井戸構造活性層の
混晶化を防ぐ上で非常に重要である。
成長させることにより、II‐VI族半導体レーザを構成す
る各半導体層の成長温度よりも低いかあるいは少なくと
もII‐VI族半導体層の成長温度よりも100℃高いまでの
範囲で成長でき、原子層制御して成長させるときにはバ
ルクで成長させるときときよりも50〜100℃成長温度を
低くすることができる。このことは、II‐VI族半導体層
の作製プロセスに適合させ、かつ、II‐VI族半導体層に
おけるキャリア濃度の変化や多重量子井戸構造活性層の
混晶化を防ぐ上で非常に重要である。
【0009】また、ガスソース分子線エピタキシー(GSM
BE)法または有機金属気相成長(MOCVD)法によってIII‐V
族半導体層をII‐VI族半導体層の成長温度よりも低い温
度で成長させると、バルク成長では1×1018〜1×1019
cm~3の範囲のキャリア濃度が得られ、原子層制御して成
長させたときには5×1018〜5×1019cm~3の範囲の高い
キャリア濃度が達成される。これは、主に、有機金属原
料からn型の不純物として炭素が取り込まれるためであ
り、上記のように高いn型キャリア濃度を示す層は電流
狭窄層として効果的である。すなわち、この高いn型キ
ャリア濃度は、光吸収によって電流狭窄層内に生じた少
数キャリアの正孔発生や拡散を抑えることになり、正孔
の拡散長を短くさせるのに非常に有利となる。このた
め、原子層制御して成長させた場合には、電流狭窄層の
全膜厚を、バルクで成長させたキャリア濃度が低い場合
に比べて相対的に薄くすることができる。
BE)法または有機金属気相成長(MOCVD)法によってIII‐V
族半導体層をII‐VI族半導体層の成長温度よりも低い温
度で成長させると、バルク成長では1×1018〜1×1019
cm~3の範囲のキャリア濃度が得られ、原子層制御して成
長させたときには5×1018〜5×1019cm~3の範囲の高い
キャリア濃度が達成される。これは、主に、有機金属原
料からn型の不純物として炭素が取り込まれるためであ
り、上記のように高いn型キャリア濃度を示す層は電流
狭窄層として効果的である。すなわち、この高いn型キ
ャリア濃度は、光吸収によって電流狭窄層内に生じた少
数キャリアの正孔発生や拡散を抑えることになり、正孔
の拡散長を短くさせるのに非常に有利となる。このた
め、原子層制御して成長させた場合には、電流狭窄層の
全膜厚を、バルクで成長させたキャリア濃度が低い場合
に比べて相対的に薄くすることができる。
【0010】上記によって、III‐V族半導体層をII‐VI
族半導体レーザの作製に適合して導入し、II‐VI族半導
体活性層に対して光吸収層として設け、有効な電流狭窄
層として有効に活用することができる。
族半導体レーザの作製に適合して導入し、II‐VI族半導
体活性層に対して光吸収層として設け、有効な電流狭窄
層として有効に活用することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明半導体レーザ素子の構成につい
て、実施例によって具体的に説明する。
て、実施例によって具体的に説明する。
【0012】
【実施例1】本発明半導体レーザ素子の一実施例の構成
について図1によって説明する。まず、100面から15.8
°オフした(511)面n型 GaAs 基板1を用いて、その上
にCl ドープn型 ZnSe バッファ層2(d=0.1μm、nD
=1×1018cm~6)、Cl ドープn型 MgyZn1-ySzSe1-z 光
導波層3(d=1.5μm、nD=5×1017cm~3、y=0.10〜
0.12、z=0.12〜0.15)、アンドープ CdXZn1-XSe/ZnSZS
e1-Z歪量子井戸構造活性層4(ZnSZSe1-Z量子障壁層(d
=4nm、z=0.06〜0.08)2周期と CdXZn1-XSe圧縮歪量
子井戸層(d=6nm、x=0.1)3周期及びその両側にZnS
ZSe1-Z光分離閉じ込め層(d=30nm、z=0.06〜0.0
8))、N ドープp型 MgyZn1-ySZSe1-Z光導波層5(d=1.
2μm、nA=4〜7×1017cm~3、y=0.10〜0.12、z=0.
12〜0.15)、N ドープp型 ZnSZSe1-Z光導波層6(d=0.
2μm、nA=8×10171×1018cm~3、z=0.06〜0.08)、N
ドープp型ZnSαe1-αバッファ層7(d=0.1μm、nA=
1〜3×1018cm~3、α=0.62〜0.64)を、順次、分子線
エピタキシー(MBE)法により成長温度300℃においてエピ
タキシャル成長させた。その後、SiN 絶縁膜(d=0.2〜
0.3μm)を蒸着した後、ホトリソグラフィ技術とケミカ
ルエッチングとによって、層5が0.2〜0.4μm残存する
ところまで層7、層6、層5を除去して、リッジストラ
イプ状メサ(幅3〜10μm)を形成した。次に、SiN マス
クを残したまま、ガスソース分子線エピタキシー(GSMB
E)法または有機金属気相成長(MOCVD)法によりn型Ga
0.52In0.48P 光吸収兼電流狭窄層8(d=0.6〜1.0μm、
nD=1〜3×1018cm~3)を成長速度400℃において選択成
長させ、ストライプ構造を平坦に埋め込んだ。次に、Si
N マスクをエッチング除去した後、MBE 法により N ド
ープp型ZnSαTe1-α層9(d=20〜50nm、nA=3×1018
〜2×1019cm~3、αは層7から電極10に向かって0.63か
ら0に減少、電極10と接触する面は N ドープp型ZnTe
コンタクト層(nA=2×1019cm~3)とする)をエピタキシ
ャル成長させた。この後、p側電極 PdPtAu 10及びn側
電極 AuGeNi 11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した。
について図1によって説明する。まず、100面から15.8
°オフした(511)面n型 GaAs 基板1を用いて、その上
にCl ドープn型 ZnSe バッファ層2(d=0.1μm、nD
=1×1018cm~6)、Cl ドープn型 MgyZn1-ySzSe1-z 光
導波層3(d=1.5μm、nD=5×1017cm~3、y=0.10〜
0.12、z=0.12〜0.15)、アンドープ CdXZn1-XSe/ZnSZS
e1-Z歪量子井戸構造活性層4(ZnSZSe1-Z量子障壁層(d
=4nm、z=0.06〜0.08)2周期と CdXZn1-XSe圧縮歪量
子井戸層(d=6nm、x=0.1)3周期及びその両側にZnS
ZSe1-Z光分離閉じ込め層(d=30nm、z=0.06〜0.0
8))、N ドープp型 MgyZn1-ySZSe1-Z光導波層5(d=1.
2μm、nA=4〜7×1017cm~3、y=0.10〜0.12、z=0.
12〜0.15)、N ドープp型 ZnSZSe1-Z光導波層6(d=0.
2μm、nA=8×10171×1018cm~3、z=0.06〜0.08)、N
ドープp型ZnSαe1-αバッファ層7(d=0.1μm、nA=
1〜3×1018cm~3、α=0.62〜0.64)を、順次、分子線
エピタキシー(MBE)法により成長温度300℃においてエピ
タキシャル成長させた。その後、SiN 絶縁膜(d=0.2〜
0.3μm)を蒸着した後、ホトリソグラフィ技術とケミカ
ルエッチングとによって、層5が0.2〜0.4μm残存する
ところまで層7、層6、層5を除去して、リッジストラ
イプ状メサ(幅3〜10μm)を形成した。次に、SiN マス
クを残したまま、ガスソース分子線エピタキシー(GSMB
E)法または有機金属気相成長(MOCVD)法によりn型Ga
0.52In0.48P 光吸収兼電流狭窄層8(d=0.6〜1.0μm、
nD=1〜3×1018cm~3)を成長速度400℃において選択成
長させ、ストライプ構造を平坦に埋め込んだ。次に、Si
N マスクをエッチング除去した後、MBE 法により N ド
ープp型ZnSαTe1-α層9(d=20〜50nm、nA=3×1018
〜2×1019cm~3、αは層7から電極10に向かって0.63か
ら0に減少、電極10と接触する面は N ドープp型ZnTe
コンタクト層(nA=2×1019cm~3)とする)をエピタキシ
ャル成長させた。この後、p側電極 PdPtAu 10及びn側
電極 AuGeNi 11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した。
【0013】本実施例の試料では、屈折率導波構造と電
流狭窄効果とによって閾値電流を低減し、25℃の連続動
作条件において、共振器長500μmのアンコート素子で閾
値電流が60〜70mAである低閾値動作が可能であった。ま
た、光出力10mW以上まで基本横モードに制御されて安定
に動作することが確認できた。また、光出力5mW時にお
ける発振波長は520〜530nmであり、緑色のレーザ光が得
られた。
流狭窄効果とによって閾値電流を低減し、25℃の連続動
作条件において、共振器長500μmのアンコート素子で閾
値電流が60〜70mAである低閾値動作が可能であった。ま
た、光出力10mW以上まで基本横モードに制御されて安定
に動作することが確認できた。また、光出力5mW時にお
ける発振波長は520〜530nmであり、緑色のレーザ光が得
られた。
【0014】
【実施例2】本発明の他の実施例について図2によって
説明する。まず、(511)面n型 GaAs 基板1を用いて、
実施例1の場合と同様にして MBE法によって層7まで順
次エピタキシャル成長させ、リッジストライプ構造を作
製した。次に、SiN マスクを残したまま、GSMBE 法また
は MOCVD 法によって、InP層と GaP 層とを交互に1原
子層で制御して成長させたn型(InP)1(GaP)1光吸収兼電
流狭窄層12(全膜厚d=0.4〜0.8μm、nD=1〜3×1018
cm~3)を成長温度350℃において選択成長させ、ストライ
プ構造を平坦に埋め込んだ。次に、SiN マスクをエッチ
ング除去した後、実施例1の場合と全く同様にして、図
2の断面図に示す素子を作製した。
説明する。まず、(511)面n型 GaAs 基板1を用いて、
実施例1の場合と同様にして MBE法によって層7まで順
次エピタキシャル成長させ、リッジストライプ構造を作
製した。次に、SiN マスクを残したまま、GSMBE 法また
は MOCVD 法によって、InP層と GaP 層とを交互に1原
子層で制御して成長させたn型(InP)1(GaP)1光吸収兼電
流狭窄層12(全膜厚d=0.4〜0.8μm、nD=1〜3×1018
cm~3)を成長温度350℃において選択成長させ、ストライ
プ構造を平坦に埋め込んだ。次に、SiN マスクをエッチ
ング除去した後、実施例1の場合と全く同様にして、図
2の断面図に示す素子を作製した。
【0015】本実施例の試料は、25℃の連続動作条件に
おいて、共振器長500μmのアンコート素子で、閾値電流
が40〜50mAである低閾値動作が可能であった。また、光
出力20mW以上まで基本横モードに制御されて安定に動作
することが確認された。また、光出力10mW時における発
振波長は520〜530nmであり、緑色のレーザ光を得ること
ができた。
おいて、共振器長500μmのアンコート素子で、閾値電流
が40〜50mAである低閾値動作が可能であった。また、光
出力20mW以上まで基本横モードに制御されて安定に動作
することが確認された。また、光出力10mW時における発
振波長は520〜530nmであり、緑色のレーザ光を得ること
ができた。
【0016】
【実施例3】本発明のさらに他の実施例について図3に
よって説明する。まず、(100)面から15.8°オフした(51
1)面n型 InP 基板13を用いて、Clドープn型 MgSe バ
ッファ層14(d=0.1μm、nD=1×1018cm~3)、Clドープ
n型 MgZZn1-ZSe光導波層15(d=1.5μm、nD=5×1017
cm~3、Z=0.88〜0.92)、アンドープ CdXZn1-XSe/ZnSeyT
e1-y歪量子井戸構造活性層16(ZnSeyTe1-y量子障壁層、
(d=4nm、y=0.45〜0.50))1層と CdXZn1-XSe引張歪
量子井戸層(d=12nm、X=0.3)2周期及びその両側に Z
nSeyTe1-y光分離閉じ込め層(d=30nm、y=0.45〜0.5
0)、Nドープp型 MgZZn1-ZSe光導波層17(d=1.2μm、n
A=4〜5×1017cm~3、z=0.88〜0.92)、Nドープp型
ZnSeyTe1-y光導波層18(d=0.2μm、nA=8×1017cm
~3、y=0.45〜0.50)、Nドープp型 ZnSαTe1-αバッフ
ァ層7(d=0.1μm、nA=1〜3×1018cm~3、α=0.30
〜0.32)を、順次、MBE 法によりエピタキシャル成長さ
せた。
よって説明する。まず、(100)面から15.8°オフした(51
1)面n型 InP 基板13を用いて、Clドープn型 MgSe バ
ッファ層14(d=0.1μm、nD=1×1018cm~3)、Clドープ
n型 MgZZn1-ZSe光導波層15(d=1.5μm、nD=5×1017
cm~3、Z=0.88〜0.92)、アンドープ CdXZn1-XSe/ZnSeyT
e1-y歪量子井戸構造活性層16(ZnSeyTe1-y量子障壁層、
(d=4nm、y=0.45〜0.50))1層と CdXZn1-XSe引張歪
量子井戸層(d=12nm、X=0.3)2周期及びその両側に Z
nSeyTe1-y光分離閉じ込め層(d=30nm、y=0.45〜0.5
0)、Nドープp型 MgZZn1-ZSe光導波層17(d=1.2μm、n
A=4〜5×1017cm~3、z=0.88〜0.92)、Nドープp型
ZnSeyTe1-y光導波層18(d=0.2μm、nA=8×1017cm
~3、y=0.45〜0.50)、Nドープp型 ZnSαTe1-αバッフ
ァ層7(d=0.1μm、nA=1〜3×1018cm~3、α=0.30
〜0.32)を、順次、MBE 法によりエピタキシャル成長さ
せた。
【0017】その後、SiN 絶縁膜(d=0.2〜0.3μm)を
蒸着した後、ホトリソグラフィ技術とケミカルエッチン
グとにより、層17が0.2〜0.4μm残存するところまで層1
9、層18及び層17を除去して、リッジストライプ状メサ
(幅3〜10μm)を形成した。次に、SiN マスクを残した
まま、GSMBE 法あるいは MOCVD 法によって、n型Ga
0.53In0.47As光吸収兼電流狭窄層20(d=0.6〜1.0μm、
nD=1〜3×1018cm~3)を成長温度350℃において選択成
長させ、ストライプ構造を平坦に埋め込んだ。次に、Si
N マスクをエッチング除去した後、MBE 法で Nドープp
型ZnSαTe1-α層 21(d=20〜50nm、nA=3×1018〜2
×1019cm~3、αは層19から電極22に向かって 0.30から
0へ徐々に減少、電極22と接触する面は Nドープp型Zn
Teコンタクト層とする)をエピタキシャル成長させた。
この後、p側電極 PdPtAu 22及びn側電極 AuGeNi 23を
蒸着し、劈開スクライブして、図3に示す素子の形状に
切り出した。
蒸着した後、ホトリソグラフィ技術とケミカルエッチン
グとにより、層17が0.2〜0.4μm残存するところまで層1
9、層18及び層17を除去して、リッジストライプ状メサ
(幅3〜10μm)を形成した。次に、SiN マスクを残した
まま、GSMBE 法あるいは MOCVD 法によって、n型Ga
0.53In0.47As光吸収兼電流狭窄層20(d=0.6〜1.0μm、
nD=1〜3×1018cm~3)を成長温度350℃において選択成
長させ、ストライプ構造を平坦に埋め込んだ。次に、Si
N マスクをエッチング除去した後、MBE 法で Nドープp
型ZnSαTe1-α層 21(d=20〜50nm、nA=3×1018〜2
×1019cm~3、αは層19から電極22に向かって 0.30から
0へ徐々に減少、電極22と接触する面は Nドープp型Zn
Teコンタクト層とする)をエピタキシャル成長させた。
この後、p側電極 PdPtAu 22及びn側電極 AuGeNi 23を
蒸着し、劈開スクライブして、図3に示す素子の形状に
切り出した。
【0018】本実施例の試料では、25℃の連続動作条件
において、共振器長500μmのアンコート素子で閾値電流
が40〜50mAである低閾値動作が可能であった。また、光
出力10mW以上まで、基本横モードに制御されて安定に動
作することを確認することができた。また、光出力5mW
時における発振波長は520〜530であり、緑色のレーザ光
を得ることができた。
において、共振器長500μmのアンコート素子で閾値電流
が40〜50mAである低閾値動作が可能であった。また、光
出力10mW以上まで、基本横モードに制御されて安定に動
作することを確認することができた。また、光出力5mW
時における発振波長は520〜530であり、緑色のレーザ光
を得ることができた。
【0019】
【実施例4】本発明のさらに他の実施例について図4に
よって説明する。まず、(511)面n型 GaAs 基板1を用
いて、実施例3の場合と同様にして層19まで、順次、MB
E 法によって成長させ、リッジストライプ構造を作製し
た。次に、 SiN マスクを残したまま、GSMBE 法あるい
は MOCVD 法によって InAs 層と GaAs 層とを交互に1
原子制御して成長させたn型(InAs)1(GaAs)1光吸収兼電
流狭窄層24(全膜厚d=0.4〜0.8μm、nD=1〜3×1018
cm~3)を成長温度300℃において選択成長させて、ストラ
イプ構造を平坦に埋め込んだ。SiN マスクをエッチング
除去した後、実施例3の場合と全く同様にして、図4に
示す素子を作製した。
よって説明する。まず、(511)面n型 GaAs 基板1を用
いて、実施例3の場合と同様にして層19まで、順次、MB
E 法によって成長させ、リッジストライプ構造を作製し
た。次に、 SiN マスクを残したまま、GSMBE 法あるい
は MOCVD 法によって InAs 層と GaAs 層とを交互に1
原子制御して成長させたn型(InAs)1(GaAs)1光吸収兼電
流狭窄層24(全膜厚d=0.4〜0.8μm、nD=1〜3×1018
cm~3)を成長温度300℃において選択成長させて、ストラ
イプ構造を平坦に埋め込んだ。SiN マスクをエッチング
除去した後、実施例3の場合と全く同様にして、図4に
示す素子を作製した。
【0020】本実施例の試料は、25℃の連続動作条件に
おいて、共振器長500μmのアンコート素子で閾値電流が
30〜40mAである低閾値動作が可能であった。また、光出
力20mW以上まで基本横モードに制御されて、安定に動作
することが確認された。また、光出力10mW時における発
振波長は520〜530nmであり、緑色のレーザ光が得られ
た。
おいて、共振器長500μmのアンコート素子で閾値電流が
30〜40mAである低閾値動作が可能であった。また、光出
力20mW以上まで基本横モードに制御されて、安定に動作
することが確認された。また、光出力10mW時における発
振波長は520〜530nmであり、緑色のレーザ光が得られ
た。
【0021】
【発明の効果】以上述べてきたように、半導体レーザ素
子を本発明構成の素子とすることによって、従来技術の
有していた課題を解決して、II‐VI族半導体レーザの横
モードを制御するストライプ構造において、横モードを
制御する屈折率導波ストライプ構造を形成し、高出力ま
で基本横モードを安定化させたII‐VI族半導体レーザを
提供することができた。すなわち、III‐V族半導体の光
吸収を利用して、活性層横方向において屈折率差1×10
~3から5×10~2の範囲を設定した屈折率導波構造を導入
することによって、屈折率導波構造と電流狭窄効果とに
より、室温における閾値電流密度を1kA/cm2以下に低減
することができた。また、実施例でも示したように、共
振器長500μmの素子において、閾値電流が30〜40mAで室
温において直流動作し、520〜530nmの発振波長を有する
緑色レーザを得ることができた。最大得られる光出力は
30mWを達成した。
子を本発明構成の素子とすることによって、従来技術の
有していた課題を解決して、II‐VI族半導体レーザの横
モードを制御するストライプ構造において、横モードを
制御する屈折率導波ストライプ構造を形成し、高出力ま
で基本横モードを安定化させたII‐VI族半導体レーザを
提供することができた。すなわち、III‐V族半導体の光
吸収を利用して、活性層横方向において屈折率差1×10
~3から5×10~2の範囲を設定した屈折率導波構造を導入
することによって、屈折率導波構造と電流狭窄効果とに
より、室温における閾値電流密度を1kA/cm2以下に低減
することができた。また、実施例でも示したように、共
振器長500μmの素子において、閾値電流が30〜40mAで室
温において直流動作し、520〜530nmの発振波長を有する
緑色レーザを得ることができた。最大得られる光出力は
30mWを達成した。
【図1】本発明の一実施例を示す素子構造断面図。
【図2】本発明の他の実施例を示す素子構造断面図。
【図3】本発明のさらに他の実施例を示す素子構造断面
図。
図。
【図4】本発明のさらに他の実施例を示す素子構造断面
図。
図。
1…(511)面n型 GaAs 基板、2…n型ZnSe光導波層、
3…n型MgZnSSe歪導波層、4…アンドープCdZnSe/ZnSS
e歪多重量子井戸構造活性層、5…p型MgZnSSe光導波
層、6…p型ZnSSe光導波層、7…p型ZnSTeバッファ
層、8…n型GaInP光吸収兼電流狭窄層、9…p型ZnSTe
/ZnTeコンタクト層、10…p側電極PdPtAu、11…n側電
極AuGeNi、12…n型(InP)1(GaP)1光吸収兼電流狭窄層、
13…(511)面n型 InP基板、14…n型MgSe層、15…n型M
gZnSe光導波層、16…アンドープCdZnSe/ZnSeTe歪多重量
子井戸構造活性層、17…p型MgZnSe光導波層、18…p型
ZnSeTe光導波層、19…p型ZnSTeバッファ層、20…n型G
aInAs光吸収兼電流狭窄層、21…p型ZnSTe/ZnTeコンタ
クト層、22…p側電極PdPtAu、23…n側電極AuGeNi、24
…n型(InAs)1(GaAs)1光吸収兼電流狭窄層。
3…n型MgZnSSe歪導波層、4…アンドープCdZnSe/ZnSS
e歪多重量子井戸構造活性層、5…p型MgZnSSe光導波
層、6…p型ZnSSe光導波層、7…p型ZnSTeバッファ
層、8…n型GaInP光吸収兼電流狭窄層、9…p型ZnSTe
/ZnTeコンタクト層、10…p側電極PdPtAu、11…n側電
極AuGeNi、12…n型(InP)1(GaP)1光吸収兼電流狭窄層、
13…(511)面n型 InP基板、14…n型MgSe層、15…n型M
gZnSe光導波層、16…アンドープCdZnSe/ZnSeTe歪多重量
子井戸構造活性層、17…p型MgZnSe光導波層、18…p型
ZnSeTe光導波層、19…p型ZnSTeバッファ層、20…n型G
aInAs光吸収兼電流狭窄層、21…p型ZnSTe/ZnTeコンタ
クト層、22…p側電極PdPtAu、23…n側電極AuGeNi、24
…n型(InAs)1(GaAs)1光吸収兼電流狭窄層。
Claims (8)
- 【請求項1】禁制帯幅の大きな光導波層とそれに挟まれ
た禁制帯幅の小さい、量子井戸構造の発光活性層とから
なるダブルヘテロ接合構造を半導体基板上に有するII‐
VI族半導体レーザにおいて、上記光導波層に形成された
リッジストライプ構造に対してバルク成長あるいは原子
層制御成長によるIII‐V族半導体を用いてリッジストラ
イプ外側に光吸収と電流狭窄の効果とを兼ねた埋込み層
を形成することにより、II‐VI族半導体レーザの上記発
光活性層の横方向に屈折率差1×10~3〜5×10~2の範囲
を設定した屈折率導波横モード制御構造を設けたことを
特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項2】上記発光活性層が単一または多重量子井戸
構造からなり、少なくとも各量子井戸層が圧縮歪または
引張歪の格子歪の導入によって形成され、上記ストライ
プ構造と上記III‐V族半導体埋込み層とにより上記歪量
子井戸構造発光活性層の横方向に対して屈折率の複素数
虚部に差を設け、ストライプ部領域の活性層の屈折率は
その両側よりも1×10~3〜5×10~2大きくしたことを特
徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項3】上記リッジストライプ構造に対して埋め込
む上記III‐V族半導体が、2元系の化合物半導体のとき
にはバルクで成長させ、3元系の混晶半導体のときには
3元系のバルクで成長させるかあるいは異なる2元系の
化合物半導体を交互に原子層制御して成長させ、4元系
の混晶半導体のときには4元系のバルクで成長させるか
あるいは異なる2元系化合物半導体または3元系混晶半
導体を交互に原子層制御して成長させることにより設け
た埋込み層であることを特徴とする請求項1あるいは2
記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項4】上記リッジストライプ構造に対して埋め込
む上記III‐V族半導体の成長温度を少なくとも500℃以
下として、上記II‐VI族半導体レーザを構成する各半導
体層の成長温度よりも低いかあるいは少なくともII‐VI
族半導体層の成長温度よりも100℃高いまでの範囲で成
長させ、原子層制御して成長させるときときにはバルク
で成長させるときよりも50〜100℃成長温度を低くする
ことにより設けたIII‐V族半導体埋込み層を設けたこと
を特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項5】上記半導体基板として GaAs 基板を用いる
場合には、ストライプ構造に対して埋め込む上記III‐V
族半導体が GaAs 、GaInP 、AlGaInP 、GaInAsP 材料か
らなり、これらの材料を原子層制御成長させるときに
は、(GaP)1(InP)1、(GaInP)1(AlInP)1、(GaInP)1(GaInA
sP)1の各1原子層の組合せかあるいは数原子層の組合せ
を用いて全体で GaAs 基板に格子整合するように設定
し、上記半導体基板として InP 基板を用いる場合に
は、ストライプ構造に対して埋込む上記III‐V族半導体
は InP 、GaInAs 、AlGaInAs 、GaInAsP 材料からな
り、これらの材料を原子層制御成長させるときには(GaA
s)1(InAs)1、(GaInAs)1(AlInAs)1、(GaInAs)1(GaInAsP)
1の各1原子層の組合せかあるいは数原子層の組合せを
用いて全体で InP 基板に格子整合するように設定する
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の半導体
レーザ素子。 - 【請求項6】上記ストライプ構造に対して埋込む上記II
I‐V族半導体が少なくとも1×1018〜1×1019cm~3の範
囲のキャリア濃度を有しており、原子層制御成長させる
ときには5×1018〜5×1019cm~3の範囲のキャリア濃度
が設定されていることを特徴とする請求項1〜5の何れ
かに記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項7】上記II‐VI族半導体レーザを構成する各半
導体層が分子線エピタキシー(MBE)法またはガスソース
分子線エピタキシー(GSMBE)法によって成長させた層で
あり、上記ストライプ構造に対して埋め込む上記III‐V
族半導体が GSMBE 法または有機金属気相成長(MOCVD)法
によって成長させた半導体であることを特徴とする請求
項1〜6の何れかに記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項8】上記半導体基板に関して、基板面方位が(1
00)面から0〜54.7°オフした結晶面を有していること
を特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の半導体レー
ザ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4534294A JPH07254747A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4534294A JPH07254747A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07254747A true JPH07254747A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12716620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4534294A Pending JPH07254747A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07254747A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003523075A (ja) * | 1999-12-30 | 2003-07-29 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ストライプレーザダイオード素子 |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP4534294A patent/JPH07254747A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003523075A (ja) * | 1999-12-30 | 2003-07-29 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ストライプレーザダイオード素子 |
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