JPH0750453A - 可視光半導体レ−ザ装置とその製造方法 - Google Patents

可視光半導体レ−ザ装置とその製造方法

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JPH0750453A
JPH0750453A JP6107151A JP10715194A JPH0750453A JP H0750453 A JPH0750453 A JP H0750453A JP 6107151 A JP6107151 A JP 6107151A JP 10715194 A JP10715194 A JP 10715194A JP H0750453 A JPH0750453 A JP H0750453A
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JP
Japan
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layer
composition ratio
algainp
semiconductor laser
visible light
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JP6107151A
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English (en)
Inventor
Hiroyoshi Hamada
弘喜 浜田
Masaharu Honda
正治 本多
Masayuki Shono
昌幸 庄野
Takao Yamaguchi
隆夫 山口
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の発振しきい値が低く、製造歩留りが高
く、且つ寿命が長いAlGaInP系の可視光半導体レ
−ザ装置とその製造方法を提供することである。 【構成】 (100)面から[011]方向に5°以
上傾斜した面を主面1aとするGaAs基板1と、この
主面1a上に形成されたGaInPバッファ層2と、こ
のGaInPバッファ層2上に形成されたAl組成比の
小さいAlGaInPからなる活性層4を含むAlGa
InP系半導体層と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、AlGaInP系の可
視光半導体レ−ザ装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】AlGaInPは0.6μm帯のバンド
ギャップを有し、可視光半導体レ−ザ装置の材料として
用いられている。
【0003】図6は従来のAlGaInP系半導体レ−
ザ装置を示し、例えば昭和63年秋季応用物理学会予稿
集、4p−ZC−10、836頁に開示されている。
【0004】図において(11)はn型GaAsからな
る基板、(12)はn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5
Pからなるn型クラッド層、(13)はアンド−プの
(AlxGa1-x0.5In0.5Pからなる活性層、(1
4)はp型(Al0.7Ga0.3 0.5In0.5Pからなるp
型クラッド層である。これらの層は周知のMOCVD
法、MBE法等を用いて基板(11)の一主面上に順次
エピタキシャル成長される。またp型クラッド層(1
4)にはエッチングにより幅5μmのリッジが形成され
ている。(15)はp型クラッド層(14)上にエピタ
キシャル成長されたn型GaAsからなるブロック層
で、マスクによりp型クラッド層(14)のリッジ頂部
には積層されていない。(16)は露出したp型クラッ
ド層(14)の頂部及びブロック層(15)上にエピタ
キシャル成長されたp型GaAsからなるキャップ層で
ある。
【0005】(17)はキャップ層(16)上に形成さ
れたAu/Zn/Auからなるp型電極、(18)は基
板(11)の他主面上に形成されたAuGe/Auから
なるn型電極である。
【0006】斯る装置では活性層(13)のAl組成比
をx=0.1とした時、波長649nmのレ−ザ光が得
られる。
【0007】一方、現在、可視光レ−ザ光を用いた計測
器やPOS(point of sales)システム
に用いられるバ−コ−ドスキャナの光源として波長63
2.8nmのHe−Neレ−ザが用いられている。そこ
で、斯るHe−Neレ−ザと同じ波長が発振可能であ
り、軽量、小型、低消費電力であるAlGaInP系半
導体レ−ザ装置は、He−Neレ−ザに代わる光源とし
て望まれている。このために、上記従来装置をより短波
長発振させる必要がある。
【0008】AlGaInP系の半導体レ−ザ装置を短
波長化する方法として、 活性層のAl組成比を大きくする 活性層を超格子構造とする(Electronics Letters、Vo
l.24、No.24(1988)、p1489参照) 各層の成長温度を700℃より大とする(Japanese J
ournal of Applied Physics、Vol.27、No.11(1988)、p.209
8参照) 活性層にZnを拡散させる(IEEE、Journal of Q
uantum Electronics、QE-23、No.6(1987)、p.704参照) ことが考えられている。
【0009】しかし乍ら、の方法ではAl組成比率の
増加と共に活性層(13)の結晶性が低下するため、発
振しきい値が大きくなり、連続動作が困難となる。例え
ば、活性層(13)のAl組成比をx=0.2とする
と、発振波長は630〜640nmとなり、He−Ne
レ−ザの波長と略等しくなるが、発振しきい値電流密度
は10kA/cm2以上となり、実用的でなくなる。
【0010】また、、、の方法では、装置の発振
動作が不安定になり、活性層(13)の劣化が激しくな
るため、装置の製造歩留りが低く、寿命が短いといった
問題が生じる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
装置の発振しきい値が低く、製造歩留りが高く、且つ寿
命が長いAlGaInP系の可視光半導体レ−ザ装置と
その製造方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の可視光半導体レ
ーザ装置は、(100)面から[011]方向に5°以
上傾斜した面を主面とするGaAs基板と、該主面上に
形成されたGaInPバッファ層と、該GaInPバッ
ファ層上に形成されたAl組成比の小さいAlGaIn
Pからなる活性層を含むAlGaInP系半導体層と、
を備えたことを特徴とする。
【0013】本発明の可視光半導体レーザ装置の製造方
法は、GaAs基板の(100)面から[011]方向
に5°以上傾斜した面上に、GaInPバッファ層及
び、Al組成比の小さいAlGaInPからなる活性層
を含むAlGaInP系半導体層をこの順序でMOCV
D法により形成したことを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明によれば、GaAs基板の結晶成長面に
(100)面から[011]方向に5°以上傾斜した面
を用いることによって、この結晶成長面上に形成される
AlGaInP系半導体層のバンドギャップが広がると
共に、Al組成比の小さいAlGaInPからなる活性
層の結晶性の低下が抑えられるにとどまらず、活性層の
結晶性が向上する。
【0015】特に、この結晶成長面上に形成されたGa
InPバッファ層は、結晶欠陥が非常に少なくなるの
で、活性層の結晶性が特に向上する。
【0016】
【実施例】本発明は、AlGaInP系の半導体層のバ
ンドギャップがGaAs基板の面方位に依存して変化す
るといった現象を利用するものである。またこの現象は
本発明者らによって初めて見いだされたものである。
【0017】図2に斯る現象の一例を示す。同図はGa
As基板の一主面を(100)面から[011]方向に
種々傾け、この上に形成したGa0.5In0.5Pのフォト
ルミネッセンス(PL)からピ−クエネルギを測定した
ものである。また、このGa 0.5In0.5Pは成長温度7
10℃、成長圧力70Torrの減圧MOCVD法を用
いて形成されたものである。図から明らかな如く、傾斜
角の増加に伴いピ−クエネルギは増加していき、傾斜角
が5°以上になると飽和していく。
【0018】図3は基板の一主面上にGa0.5In0.5
を形成し、この上に(AlxGa1-x0.5In0.5P(x
≧0)を形成した時の(AlxGa1-x0.5In0.5Pの
Al組成比に対するフォトルミネッセンスのピ−ク波長
を示したものである。ここで基板の一主面として、(1
00)面から[011]方向に0°、5°、7°傾斜し
た面を夫々用いた。また一例として、Al組成比xを
0.15とし、基板の傾斜角を0°、5°とした時のフ
ォトルミネッセンスのスペクトルを図4及び図5に示
す。また、測定はいずれも室温で行った。
【0019】図3から明らかな如く、基板傾斜によるピ
−ク波長の変化量はAl組成比xにかかわらず略一定と
なっている。例えば図4及び図5に示されるようにAl
組成比x=0.15の時、傾斜角0°、5°のピ−ク波
長は夫々642.2nm、622.0nmであり、その
変化量は約20nmとなる。また、基板の傾斜角に対す
るピ−ク波長は、Al組成比xにかかわらず図2に示し
たGa0,5In0,5Pの場合と同様に5°以上で飽和して
いく傾向にあった。
【0020】以上より、AlGaInP系の半導体レ−
ザ装置において、基板の一主面に(100)面から[0
11]方向に傾斜した面を用いることにより、短波長化
が図れることは明らかである。但し本発明における基板
の一主面には(100)面から[011]方向に5°以
上、好ましくは5〜7°傾斜した面が選択される。これ
は、傾斜角が5°以上で最大且つ同程度の波長変化が得
られることに加え、この面上に形成されるGa0.5In
0.5P及び(AlxGa1-x0.5In0.5Pから結晶欠陥
が急激に減少し、結晶性が向上することによる。例えば
基板の(100)面上に形成されたGa0.5In0.5Pに
はヒロックと呼ばれる結晶欠陥が約10000個/cm2
発生していたが、5°傾斜した面上では100個/cm2
以下となる。即ち、本発明は、基板の一主面に(10
0)面から[011]方向へ5°以上の傾斜面を用いる
ことによって、所望の短波長化をするのに活性層のAl
組成比を極力小さくし、活性層の結晶性の低下を抑える
ことにとどまらず、活性層の結晶性を向上させることが
できるものである。
【0021】図1に本発明装置の一実施例を示す。
【0022】図において、(1)はキャリア濃度2×1
18cm-3のn型GaAsからなる基板で、その一主面
(1a)を研摩により(100)面から[011]方向
に5°以上、例えば5°傾斜したものである。
【0023】(2)はバッファ層、(3)はn型クラッ
ド層、(4)は活性層、(5)はp型クラッド層、
(6)はキャップ層で、これらの層は成長温度620〜
670℃例えば670℃、反応室内圧力70Torrの
減圧MOCVD法を用いて、基板(1)の一主面(1
a)上に順次積層される。下表にこれらの層の他の形成
条件を示す。
【0024】
【表1】
【0025】(7)はキャップ層(6)上にスパッタ法
を用いて積層されたSiO2からなるブロック層で、キ
ャップ層(6)に達する幅6μmのストライプ溝(8)
がエッチング形成されている。
【0026】(9)は露出したキャップ層(6)上及び
ブロック層(7)上にCr膜、Au膜がこの順に真空蒸
着されたAu/Cr電極からなるp型電極、(10)は
基板(1)の他主面(1b)上にCr膜、Sn膜、Au
膜がこの順に真空蒸着されたAu/Sn/Cr電極から
なるn型電極である。これらの電極は400℃の熱処理
によって、キャップ層(6)あるいは基板(1)とオ−
ミック接触する。
【0027】また、装置の動作電圧の増加を抑える目的
で、p型クラッド層(5)とキャップ層(6)の間にG
0.5In0.5Pからなる周知の中間層を設けてもよい。
【0028】以上、本実施例ではブロック層(7)にS
iO2を用いた所謂オキサイドストライプ構造のものに
ついて説明したが、本発明は図6に示す従来装置の様な
インナ−ストライプ構造等の他の構造にも容易に適用し
得る。
【0029】また、本実施例装置では活性層(4)のA
l組成比xを0.15としたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、所望の波長を得るため、種々の値が
選択されることは勿論である。例えば、He−Neレ−
ザの代用を目的として、630nm程度の波長を得る場
合、例えば基板(1)の傾斜角を5°として、活性層
(4)のAl組成比xを0.1〜0.15とすれば良
い。尚、Al組成比が小さいとは、例えば0より大きく
0.15以下である。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、GaAs基板の主面に
(100)面から[011]方向に5°以上傾斜した面
を用いることにより、AlGaInP系半導体レ−ザ装
置の短波長化を図ることができる。したがって、所望の
波長を得る場合、従来よりも活性層のAl組成比を小さ
くしつつしきい値電流の増加を抑えることができる。ま
た、本発明では、上記傾斜した面を用いることに加え
て、この上に形成されたGaInPバッファ層の結晶欠
陥が非常に少なくなるので、Al組成比の小さい活性層
は結晶性が向上する。従って、本発明装置の製造歩留り
は高くなり、寿命も長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の一実施例を示す断面図である。
【図2】基板傾斜角に対するPLピ−クエネルギを示す
特性図である。
【図3】Al組成比に対するピ−ク波長を示す特性図で
ある。
【図4】Al組成比を0.15とし、基板の傾斜角を0
°としたときのPLスペクトル特性図である。
【図5】Al組成比を0.15とし、基板の傾斜角を5
°としたときのPLスペクトル特性図である。
【図6】従来装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 1a 一主面 2 バッファ層 3 AlGaInP系クラッド層 4 活性層 5 AlGaInP系クラッド層
フロントページの続き (72)発明者 山口 隆夫 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (100)面から[011]方向に5°
    以上傾斜した面を主面とするGaAs基板と、該主面上
    に形成されたGaInPバッファ層と、該GaInPバ
    ッファ層上に形成されたAl組成比の小さいAlGaI
    nPからなる活性層を含むAlGaInP系半導体層
    と、を備えたことを特徴とする可視光半導体レ−ザ装
    置。
  2. 【請求項2】 上記Al組成比が0より大きく0.15
    以下であることを特徴とする請求項1記載の可視光半導
    体レ−ザ装置。
  3. 【請求項3】 GaAs基板の(100)面から[01
    1]方向に5°以上傾斜した面上に、GaInPバッフ
    ァ層及び、Al組成比の小さいAlGaInPからなる
    活性層を含むAlGaInP系半導体層をこの順序でM
    OCVD法により形成したことを特徴とする可視光半導
    体レ−ザ装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記Al組成比が0より大きく0.15
    以下であることを特徴とする請求項3記載の可視光半導
    体レ−ザ装置の製造方法。
JP6107151A 1994-05-20 1994-05-20 可視光半導体レ−ザ装置とその製造方法 Pending JPH0750453A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6518159B1 (en) 1999-10-28 2003-02-11 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and a method for fabricating the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02260682A (ja) * 1989-03-31 1990-10-23 Sanyo Electric Co Ltd 可視光半導体レーザ装置

Patent Citations (1)

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