JPH07254747A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- 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
- Prior art keywords
- 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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