JPH0734496B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0734496B2 JPH0734496B2 JP1242999A JP24299989A JPH0734496B2 JP H0734496 B2 JPH0734496 B2 JP H0734496B2 JP 1242999 A JP1242999 A JP 1242999A JP 24299989 A JP24299989 A JP 24299989A JP H0734496 B2 JPH0734496 B2 JP H0734496B2
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- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、いわゆる拡散ストライプ構造（以下JS構造
と称する）の半導体レーザに関する。
と称する）の半導体レーザに関する。
第４図は半導体レーザであって、JAPANESE JOURNAL OF
APPLIED PHYSICS VOL.13,No.10,OCT.1974 P.1618に開示
されたアルミニウム・ガリウム・ヒ素AlGaAs系で試みら
れているJS構造を、活性層アルミニウム・ガリウム・イ
ンジウム・リン（AlyGa1-y)0.5In0.5P（０≦ｙ＜0.7）
で形成された可視光半導体レーザに適用した場合の断面
図である。
APPLIED PHYSICS VOL.13,No.10,OCT.1974 P.1618に開示
されたアルミニウム・ガリウム・ヒ素AlGaAs系で試みら
れているJS構造を、活性層アルミニウム・ガリウム・イ
ンジウム・リン（AlyGa1-y)0.5In0.5P（０≦ｙ＜0.7）
で形成された可視光半導体レーザに適用した場合の断面
図である。
同図に示すように、ｎ型ガリウム・ヒ素GaAs基板１上
に、ｎ型（AlxGa1-x)0.5In0.5P（ｙ＜ｘ≦１）からなる
半導体下部クラッド層2,n型（AlyGa1-y)0.5In0.5Pから
なる半導体活性層3,ドーピング用不純物として亜鉛Znを
ドープしたｐ型（AlxGa1-x)0.5In0.5Pからなる半導体上
部クラッド層４及びｐ型GaAsからなるコンタクト層５を
順次積層する。
に、ｎ型（AlxGa1-x)0.5In0.5P（ｙ＜ｘ≦１）からなる
半導体下部クラッド層2,n型（AlyGa1-y)0.5In0.5Pから
なる半導体活性層3,ドーピング用不純物として亜鉛Znを
ドープしたｐ型（AlxGa1-x)0.5In0.5Pからなる半導体上
部クラッド層４及びｐ型GaAsからなるコンタクト層５を
順次積層する。
その後、ストライプ状のマスクをコンタクト層５の上面
中央部に配設し、コンタクト層５の上面から拡散用不純
物としてZnを拡散し、第４図中にハッチングを施したよ
うに、コンタクト層5,上部クラッド層4,活性層３及び下
部クラッド層２の上部に、中央の非拡散領域の両側にｐ
型の拡散領域６を形成する。このとき、活性層３の中央
の非拡散領域がレーザ発振の生じる活性領域７となる。
中央部に配設し、コンタクト層５の上面から拡散用不純
物としてZnを拡散し、第４図中にハッチングを施したよ
うに、コンタクト層5,上部クラッド層4,活性層３及び下
部クラッド層２の上部に、中央の非拡散領域の両側にｐ
型の拡散領域６を形成する。このとき、活性層３の中央
の非拡散領域がレーザ発振の生じる活性領域７となる。
ところで、IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS.VOL.
QE-23,No.6,JUNE 1987,P.704〜711には、（AlGa)0.5In
0.5Pの結晶にZnを拡散すると禁制帯幅が大きくなること
が報告されており、これは（AlxGa1-x)0.5In0.5Pのｘを
ゼロとした場合のGaInPに対しても同様のことが言え
る。
QE-23,No.6,JUNE 1987,P.704〜711には、（AlGa)0.5In
0.5Pの結晶にZnを拡散すると禁制帯幅が大きくなること
が報告されており、これは（AlxGa1-x)0.5In0.5Pのｘを
ゼロとした場合のGaInPに対しても同様のことが言え
る。
つぎに、このようなJS構造の半導体レーザの動作原理に
ついて簡単に説明すると、第４図における下部クラッド
層２中にZnの拡散により形成されたpn接合の拡散電位
は、活性層３と上部クラッド層４とのpnヘテロ接合の拡
散電位，及び活性層３中にZnの拡散により形成されたpn
接合の拡散電位よりも数100meV程度大きいため、両クラ
ッド層2,4からZnを拡散していない活性領域７に効率よ
く電子と正孔が注入され、活性領域の禁制帯幅に相当す
る波長の光が発生し、第４図の活性領域７から紙面に垂
直な方向にレーザ光が出射される。
ついて簡単に説明すると、第４図における下部クラッド
層２中にZnの拡散により形成されたpn接合の拡散電位
は、活性層３と上部クラッド層４とのpnヘテロ接合の拡
散電位，及び活性層３中にZnの拡散により形成されたpn
接合の拡散電位よりも数100meV程度大きいため、両クラ
ッド層2,4からZnを拡散していない活性領域７に効率よ
く電子と正孔が注入され、活性領域の禁制帯幅に相当す
る波長の光が発生し、第４図の活性領域７から紙面に垂
直な方向にレーザ光が出射される。
このとき、活性層３のZnを拡散した領域とZnを拡散して
いない活性領域７とでは、前者のZnを拡散した領域の方
が、禁制帯幅が広く、かつ屈折率が低いので、禁制帯幅
の差により、注入された電子と正孔が活性領域７に閉じ
込められるとともに、屈折率の差により、光吸収損失が
ほとんどない状態で光が活性領域７に閉じ込められる。
いない活性領域７とでは、前者のZnを拡散した領域の方
が、禁制帯幅が広く、かつ屈折率が低いので、禁制帯幅
の差により、注入された電子と正孔が活性領域７に閉じ
込められるとともに、屈折率の差により、光吸収損失が
ほとんどない状態で光が活性領域７に閉じ込められる。
そして、順方向バイアスによる注入電流の増加に伴って
発光出力は増加するが、電流がしきい値をこえると、利
得が損失を上回り、発光出力が急激に増加し、いわゆる
レーザ発振が生じる。
発光出力は増加するが、電流がしきい値をこえると、利
得が損失を上回り、発光出力が急激に増加し、いわゆる
レーザ発振が生じる。
以上説明したように、従来のJS構造の可視光半導体レー
ザでは、禁制帯幅の大なる拡散領域６を形成するための
拡散用不純物としてZnを用いており、上部クラッド層４
に予めドープしたドーピング用不純物と同じであるた
め、Znを拡散して拡散領域６を形成する工程で、上部ク
ラッド層４から活性層３の活性領域７にZnが拡散し、非
拡散領域であるべき活性領域７にこのようにZnが拡散す
ることによって、活性領域７の禁制帯幅が大きくなり、
活性領域７における電子，正孔の閉じ込め及び光の閉じ
込め作用が低下し、しきい値電流が上昇するとともに、
発振波長が所望の値からずれるという問題点があった。
ザでは、禁制帯幅の大なる拡散領域６を形成するための
拡散用不純物としてZnを用いており、上部クラッド層４
に予めドープしたドーピング用不純物と同じであるた
め、Znを拡散して拡散領域６を形成する工程で、上部ク
ラッド層４から活性層３の活性領域７にZnが拡散し、非
拡散領域であるべき活性領域７にこのようにZnが拡散す
ることによって、活性領域７の禁制帯幅が大きくなり、
活性領域７における電子，正孔の閉じ込め及び光の閉じ
込め作用が低下し、しきい値電流が上昇するとともに、
発振波長が所望の値からずれるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、発振しきい値電流の上昇及び発振波長のずれ
を防止し、所望の特性の可視光半導体レーザを得られる
ようにすることを目的とする。
たもので、発振しきい値電流の上昇及び発振波長のずれ
を防止し、所望の特性の可視光半導体レーザを得られる
ようにすることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザは、半導体基板上に、第１
導電型の半導体下部クラッド層，半導体活性層及びドー
ピング用不純物がドープされた第２導電型の半導体上部
クラッド層を順次積層し、前記上部クラッド層，前記活
性層及び前記下部クラッド層の上部に拡散用不純物の拡
散により第２導電型の拡散領域を形成した半導体レーザ
において、前記活性層をガリウム・インジウム・リンま
たはアルミニウム・ガリウム・インジウム・リンにより
形成し、前記上部クラッド層のドーピング用不純物の前
記拡散用不純物より拡散速度の小さいものにしたことを
特徴とするものである。
導電型の半導体下部クラッド層，半導体活性層及びドー
ピング用不純物がドープされた第２導電型の半導体上部
クラッド層を順次積層し、前記上部クラッド層，前記活
性層及び前記下部クラッド層の上部に拡散用不純物の拡
散により第２導電型の拡散領域を形成した半導体レーザ
において、前記活性層をガリウム・インジウム・リンま
たはアルミニウム・ガリウム・インジウム・リンにより
形成し、前記上部クラッド層のドーピング用不純物の前
記拡散用不純物より拡散速度の小さいものにしたことを
特徴とするものである。
この発明においては、半導体活性層をガリウム・インジ
ウム・リンまたはアルミニウム・ガリウム・インジウム
・リンにより形成したため、発振レーザ光が可視光とな
り、半導体上部クラッド層のドーピング用不純物を拡散
用不純物より拡散速度の小さいものにしたため、拡散領
域の形成中に、半導体上部クラッド層のドーピング用不
純物の半導体活性層への拡散が抑制され、従来のように
ドーピング用不純物の拡散によって半導体活性層の禁制
帯幅が大きくなることが防止され、発振しきい値電流の
上昇及び発振波長のずれが防止される。
ウム・リンまたはアルミニウム・ガリウム・インジウム
・リンにより形成したため、発振レーザ光が可視光とな
り、半導体上部クラッド層のドーピング用不純物を拡散
用不純物より拡散速度の小さいものにしたため、拡散領
域の形成中に、半導体上部クラッド層のドーピング用不
純物の半導体活性層への拡散が抑制され、従来のように
ドーピング用不純物の拡散によって半導体活性層の禁制
帯幅が大きくなることが防止され、発振しきい値電流の
上昇及び発振波長のずれが防止される。
第１図はこの発明による半導体レーザの一実施例を示す
断面図であり、ｎ型GaAs基板８上に厚さ１μｍのｎ型
（Al0.6Ga0.4)0.5In0.5Pからなる半導体下部クラッド層
9,厚さ0.07μｍのｎ型Ga0.5In0.5Pからなる半導体活性
層10,ドーピング用不純物としてZnより拡散速度の小さ
いマグネシウムMgをドープした厚さ１μｍのｐ型（Al
0.6Ga0.4)0.5In0.5Pからなる半導体上部クラッド層11及
びｐ型GaAsからなるコンタクト層12を順次積層する。
断面図であり、ｎ型GaAs基板８上に厚さ１μｍのｎ型
（Al0.6Ga0.4)0.5In0.5Pからなる半導体下部クラッド層
9,厚さ0.07μｍのｎ型Ga0.5In0.5Pからなる半導体活性
層10,ドーピング用不純物としてZnより拡散速度の小さ
いマグネシウムMgをドープした厚さ１μｍのｐ型（Al
0.6Ga0.4)0.5In0.5Pからなる半導体上部クラッド層11及
びｐ型GaAsからなるコンタクト層12を順次積層する。
その後、従来と同様にして、コンタクト層12の上面から
600℃の温度下でZnを拡散し、第１図中にハッチングを
施したように、コンタクト層12,上部クラッド層11及び
活性層10から下部クラッド層９の上部にかけて、幅ｗ＝
２〜４μｍの中央の非拡散領域の両側にｐ型の拡散領域
13を形成し、活性層10の中央に幅ｗ（２〜４μｍ）の非
拡散領域である活性領域14を形成する。
600℃の温度下でZnを拡散し、第１図中にハッチングを
施したように、コンタクト層12,上部クラッド層11及び
活性層10から下部クラッド層９の上部にかけて、幅ｗ＝
２〜４μｍの中央の非拡散領域の両側にｐ型の拡散領域
13を形成し、活性層10の中央に幅ｗ（２〜４μｍ）の非
拡散領域である活性領域14を形成する。
ところで、Znの拡散によって、コンタクト層12及び上部
クラッド層11の拡散領域13の部分は、p+の状態になる。
クラッド層11の拡散領域13の部分は、p+の状態になる。
このように、上部クラッド層11のドーピング用不純物と
して拡散用不純物であるZnより拡散速度の小さいMgを用
いたため、拡散領域13の形成工程における上部クラッド
層11中のMgの活性領域14への拡散を抑制することがで
き、Mgの拡散によって活性領域14の禁制帯幅が大きくな
ることを防止でき、発振しきい値電流の上昇及び発振波
長の所望値からのずれを防止することができ、特性の優
れた可視光半導体レーザを得ることができる。
して拡散用不純物であるZnより拡散速度の小さいMgを用
いたため、拡散領域13の形成工程における上部クラッド
層11中のMgの活性領域14への拡散を抑制することがで
き、Mgの拡散によって活性領域14の禁制帯幅が大きくな
ることを防止でき、発振しきい値電流の上昇及び発振波
長の所望値からのずれを防止することができ、特性の優
れた可視光半導体レーザを得ることができる。
第２図はこの発明による半導体レーザの他の実施例を示
す斜視図であり、高出力化を期待できる窓構造型に適用
した例である。
す斜視図であり、高出力化を期待できる窓構造型に適用
した例である。
第１図と相違するのは、コンタクト層12の形成後、コン
タクト層12の上面中央にチップの全長Ｌよりも（L1＋
L2）だけ短い幅ｗのストライプ状のマスクを配設し、コ
ンタクト層12の上面からZnを拡散して拡散領域15を形成
し、拡散領域15の一部である活性層10の中央の両端部
に、長さL1，L2のレーザ光の出射窓16を形成したことで
ある。
タクト層12の上面中央にチップの全長Ｌよりも（L1＋
L2）だけ短い幅ｗのストライプ状のマスクを配設し、コ
ンタクト層12の上面からZnを拡散して拡散領域15を形成
し、拡散領域15の一部である活性層10の中央の両端部
に、長さL1，L2のレーザ光の出射窓16を形成したことで
ある。
そして、第２図中の破線で囲まれたハッチングのない部
分の下側は非拡散領域であり、活性層10中の非拡散領域
が活性領域に相当し、この活性領域で発生したレーザ光
が窓16を通って外部に出射される。この場合も、拡散領
域15の形成工程において、上部クラッド層11中のMgの活
性領域への拡散を抑制することができ、しきい値電流が
低く、所望の発振波長の高出力の可視光半導体レーザを
得ることが可能になる。
分の下側は非拡散領域であり、活性層10中の非拡散領域
が活性領域に相当し、この活性領域で発生したレーザ光
が窓16を通って外部に出射される。この場合も、拡散領
域15の形成工程において、上部クラッド層11中のMgの活
性領域への拡散を抑制することができ、しきい値電流が
低く、所望の発振波長の高出力の可視光半導体レーザを
得ることが可能になる。
第３図はこの発明による半導体レーザのさらに他の実施
例である面発光型の可視光半導体レーザの断面図であ
る。
例である面発光型の可視光半導体レーザの断面図であ
る。
第１図と相違するのは、半導体活性層10に代え、厚さ2.
5μｍのｐ型Ga0.5In0.5Pからなる半導体活性層17を形成
し、コンタクト層12の中央の帯状部以外をエッチング等
により除去し、Znの拡散により拡散領域18を形成し、活
性層17の中央に活性領域19を形成し、基板８の底面中央
部に円形状のメサ溝20を形成したことである。
5μｍのｐ型Ga0.5In0.5Pからなる半導体活性層17を形成
し、コンタクト層12の中央の帯状部以外をエッチング等
により除去し、Znの拡散により拡散領域18を形成し、活
性層17の中央に活性領域19を形成し、基板８の底面中央
部に円形状のメサ溝20を形成したことである。
このとき、Znの拡散により形成される活性層17の拡散領
域18の不純物濃度に対し、活性領域19の不純物濃度は約
1/2以下に設定されている。
域18の不純物濃度に対し、活性領域19の不純物濃度は約
1/2以下に設定されている。
また、GaAs中のZnの拡散速度は（AlGa)0.5In0.5P中より
も大幅に小さいため、第３図に示すように、ｐ型GaAsの
コンタクト層12の中央の帯状部分以外を除去した後、拡
散領域18を形成している。
も大幅に小さいため、第３図に示すように、ｐ型GaAsの
コンタクト層12の中央の帯状部分以外を除去した後、拡
散領域18を形成している。
従って、上部クラッド層11中のMgの活性領域19への拡散
を抑制して活性領域19の禁制帯幅の変動を防止でき、し
きい値電流が低く、所望の発振波長の面発光型の可視光
半導体レーザを得ることができる。
を抑制して活性領域19の禁制帯幅の変動を防止でき、し
きい値電流が低く、所望の発振波長の面発光型の可視光
半導体レーザを得ることができる。
なお、上記各実施例では、上部クラッド層11のドーピン
グ用不純物としてMgを用い、拡散領域13,15,18の形成に
用いる拡散用不純物としてZnを用いたが、これらの不純
物として他の組み合わせを適宜選択してもよいのは勿論
である。
グ用不純物としてMgを用い、拡散領域13,15,18の形成に
用いる拡散用不純物としてZnを用いたが、これらの不純
物として他の組み合わせを適宜選択してもよいのは勿論
である。
また、上記各実施例は下部クラッド層9,上部クラッド層
11を（AlGa)0.5In0.5Pにより形成した場合について説明
したが、半導体活性層10,17よりも禁制帯幅の広い他の
結晶材料により下部，上部クラッド層を形成してもよい
のは言うまでもない。
11を（AlGa)0.5In0.5Pにより形成した場合について説明
したが、半導体活性層10,17よりも禁制帯幅の広い他の
結晶材料により下部，上部クラッド層を形成してもよい
のは言うまでもない。
さらに、上記各実施例では半導体活性層をGaInPにより
形成した場合について説明したが、（AlGa）InPにより
形成してもよいのは勿論であり、半導体活性層の導電型
はｐ型,n型のいずれであってもよい。
形成した場合について説明したが、（AlGa）InPにより
形成してもよいのは勿論であり、半導体活性層の導電型
はｐ型,n型のいずれであってもよい。
また、上部クラッド層11とコンタクト層12との間に、ｐ
型Ga0.5In0.5Pあるいはｐ型AlGaAs等からなる価電子帯
バンド不連続を緩和する層を設けてもよく、これにより
順方向バイアス時に電流が流れ易くなり、動作特性が良
好になる。
型Ga0.5In0.5Pあるいはｐ型AlGaAs等からなる価電子帯
バンド不連続を緩和する層を設けてもよく、これにより
順方向バイアス時に電流が流れ易くなり、動作特性が良
好になる。
さらに、本発明は上記各実施例に限定されるものではな
く、JS構造の可視光半導体レーザに対して本発明を同様
に適用できるものである。
く、JS構造の可視光半導体レーザに対して本発明を同様
に適用できるものである。
以上のように、この発明によれば、拡散領域の形成中に
半導体上部クラッド層のドーピング用不純物の半導体活
性層への拡散を抑制できるため、従来のようにドーピン
グ用不純物の拡散によって半導体活性層の禁制帯幅が大
きくなることを防止でき、発振しきい値電流の上昇及び
発振波長のずれを防止することが可能となり、低しきい
値電流で、かつ所望の発振波長の可視光半導体レーザを
得ることができる。
半導体上部クラッド層のドーピング用不純物の半導体活
性層への拡散を抑制できるため、従来のようにドーピン
グ用不純物の拡散によって半導体活性層の禁制帯幅が大
きくなることを防止でき、発振しきい値電流の上昇及び
発振波長のずれを防止することが可能となり、低しきい
値電流で、かつ所望の発振波長の可視光半導体レーザを
得ることができる。
第１図はこの発明による半導体レーザの一実施例の断面
図、第２図はこの発明の他の実施例の斜視図、第３図は
この発明のさらに他の実施例の断面図、第４図は従来の
半導体レーザの断面図である。 図において、８は半導体基板、９は半導体下部クラッド
層、10,17は半導体活性層、11は半導体上部クラッド
層、13,15,18は拡散領域である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
図、第２図はこの発明の他の実施例の斜視図、第３図は
この発明のさらに他の実施例の断面図、第４図は従来の
半導体レーザの断面図である。 図において、８は半導体基板、９は半導体下部クラッド
層、10,17は半導体活性層、11は半導体上部クラッド
層、13,15,18は拡散領域である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 隆志 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内 (72)発明者 須崎 渉 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、第１導電型の半導体下部
クラッド層，半導体活性層及びドーピング用不純物がド
ープされた第２導電型の半導体上部クラッド層を順次積
層し、前記上部クラッド層，前記活性層及び前記下部ク
ラッド層の上部に拡散用不純物の拡散により第２導電型
の拡散領域を形成した半導体レーザにおいて、 前記活性層をガリウム・インジウム・リンまたはアルミ
ニウム・ガリウム・インジウム・リンにより形成し、前
記上部クラッド層のドーピング用不純物を前記拡散用不
純物より拡散速度の小さいものにしたことを特徴とする
半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1242999A JPH0734496B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1242999A JPH0734496B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03104292A JPH03104292A (ja) | 1991-05-01 |
| JPH0734496B2 true JPH0734496B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=17097384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1242999A Expired - Lifetime JPH0734496B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0734496B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2880788B2 (ja) * | 1990-11-15 | 1999-04-12 | 日本電気株式会社 | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP3123136B2 (ja) * | 1991-08-26 | 2001-01-09 | 日本電気株式会社 | 面発光型半導体レーザとそのアレー及び面発光型発光ダイオードとそのアレー及び面発光型ｐｎｐｎ素子 |
| US6834068B2 (en) | 2001-06-29 | 2004-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and method for fabricating the same |
| JP2007027364A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Ricoh Co Ltd | ｐ型半導体分布ブラッグ反射器および面発光素子および面発光モノリシックアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP1242999A patent/JPH0734496B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03104292A (ja) | 1991-05-01 |
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