JPH08213699A

JPH08213699A - 半導体レーザー

Info

Publication number: JPH08213699A
Application number: JP28896295A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Tsujimura; 歩辻村; Kazuhiro Okawa; 和宏大川; Satoshi Kamiyama; 智上山; Tsuneo Mitsuyu; 常男三露
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【課題】II-VI 族化合物半導体を用いた青緑色領域で発
振する半導体レーザーに対して、光閉じ込め率を大きく
するための構造を提供する。【解決手段】Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活性
層７と、Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層７に隣接する一対の光
閉じ込め構造４、５、６、８、９及び１０と、光閉じ込
め構造のそれぞれに隣接するクラッド層３及び１１を備
えた半導体レーザーであって、光閉じ込め構造のエネル
ギーバンドギャップが、Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層７から
の距離が増加するにつれて単調増加している。これによ
って、光閉じ込め係数が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーの
構造に関するもので、特に、II-VI 族化合物半導体を用
いた青緑色領域で発振する半導体レーザーの構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】青緑色領域で発振するII-VI 族化合物半
導体レーザーは、たとえば、アプライド・フィジクス・
レターズ第６２巻第２４６２頁(Appl.Phys.Lett.Vol62
(1993)2462)に報告されている。この半導体レーザー
は、Ｚｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ単一量子井戸活性層（厚さ６．
５ｎｍ）と、この活性層を挟む一対のＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94光閉じ込め層と、これらの層を挟む一対のＺｎ_0.9
Ｍｇ_0.1Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層とを備えている。一対
のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94光閉じ込め層の一方にはｐ型不純
物がドープされており、他方にはｎ型不純物がドープさ
れている。この半導体レーザーは室温で発振し、波長５
１６ｎｍのレーザー光を放射したと報告されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、しきい電流が比較的に高いという
問題がある。これは、活性層に対する光の閉じ込め率が
十分に高くないためである。

【０００４】レーザー発振が開始するのは、モード利得
がレーザー共振器のしきい損失に等しくなったときであ
る。このしきい損失は光閉じ込め率に反比例する。従っ
て、光閉じ込め率が大きいほど、半導体レーザーを動作
させる電流は低くすることができる。前術の従来の半導
体レーザーでは、光閉じ込め率が１．７％と比較的に低
くいため、しきい電流は２４０ｍＡと比較的に高い。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、光閉じ込め
率が向上した、青緑色領域で発振する半導体レーザーを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザーは、Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活性層
と、該Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層に隣接する光閉じ込め構
造と、該光閉じ込め構造に隣接するクラッド層を備えた
半導体レーザーであって、該光閉じ込め構造のエネルギ
ーバンドギャップは、該Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの
距離が増加するにつれて単調増加しており、そのことに
より上記目的が達成される。

【０００７】ある実施形態では、前記一対の光閉じ込め
構造の少なくとも一方が、第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ
_1-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）と、第２のＺｎ_Z'Ｍ
ｇ_1-Z'Ｓ_U'Ｓｅ_1-U'層（０＜Ｚ’＜Ｚ、Ｕ＜Ｕ’＜
１））とを含んでいる。

【０００８】ある実施形態では、前記クラッド層の少な
くとも一方が、Ｚｎ_VＭｇ_1-VＳ_WＳｅ_1-W（０＜Ｖ≦
Ｚ’、Ｕ’≦Ｗ＜１）から形成されている。

【０００９】前記光閉じ込め構造は、更に、Ｚｎ_1-YＣ
ｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．３）層を備えており、該Ｚ
ｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．３）層は、前記Ｚｎ
_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活性層と前記第１のＺ
ｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）と
の間に位置していることが好ましい。

【００１０】前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層および前記
光閉じ込め構造は、ｐ型不純物およびｎ型不純物を実質
的に含んでいないことが好ましい。

【００１１】前記光閉じ込め構造のエネルギーバンドギ
ャップは、前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離が増
加するにつれて階段状に増加していてもよく、滑らかに
増加していてもよい。

【００１２】前記光閉じ込め構造のエネルギーバンドギ
ャップは、前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離が増
加するにつれてパラボラリックに増加していることが好
ましい。

【００１３】前記光閉じ込め構造の前記すくなとも一方
は、更に、前記Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．
３）層と前記第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ
≦１、０＜Ｕ＜１）との間に位置しているＺｎ_1-Y'Ｃｄ
_Y'Ｓｅ（０≦Ｙ’＜Ｙ）を備えていてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザーは、Ｚｎ
_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活性層と、Ｚｎ_1-XＣ
ｄ_XＳｅ活性層に隣接する一対の光閉じ込め構造と、光
閉じ込め構造のそれぞれに隣接するクラッド層を備えて
いる。光閉じ込め構造のエネルギーバンドギャップが、
Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離に対して単調増加し
ているため、レーザー光に対する実効屈折率がＺｎ_1-X
Ｃｄ_XＳｅ活性層からの距離が増加するにつれて単調に
減少する。

【００１５】なお、本願明細書においては、「単調増
加」は、滑らかな増加だけではなく、階段状に増加する
場合を含む。また、「単調減少」は、滑らかな減少だけ
ではなく、階段状に減少する場合を含む。

【００１６】光閉じ込め構造のエネルギーバンドギャッ
プが、活性層から遠ざかるにつれ単調に増加しているた
め、キャリアのクラッド層へのオーバフローが抑制され
る。また、光閉じ込め構造の実効屈折率が、活性層から
遠ざかるにつれ単調に減少しているため、光の閉じ込め
効率が理論的な最適な値に近づく。その結果、レーザー
の動作電流が低減され、レーザー素子の信頼性の向上す
る。

【００１７】光閉じ込め構造の屈折率分布（Index Prof
ile）は、光の閉じ込めの効率を高くするという観点か
ら、パラボラリックであることが最も好ましい。

【００１８】光閉じ込め構造の屈折率分布をパラボラリ
ックに近づけるには、エネルギーバンドギャップの異な
る複数のＺｎＭｇＳＳｅ層を適当な厚さで積層し、それ
によって光閉じ込め構造を形成すれば良い。たとえば、
第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ₁ _-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ
＜１）と、第２のＺｎ_Z'Ｍｇ_1-Z'Ｓ_U'Ｓｅ_1-U'層（０＜
Ｚ’＜Ｚ、Ｕ＜Ｕ’＜１））とを積層すれば良い。第２
のＺｎ_Z'Ｍｇ_1-Z'Ｓ_U'Ｓｅ_1-U'層（０＜Ｚ’＜Ｚ、Ｕ＜
Ｕ’＜１））のエネルギーバンドギャップは、第１のＺ
ｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）の
エネルギーバンドギャップよりも高い。

【００１９】光閉じ込め構造は、活性層を挟んで両側に
形成される。活性層の下側に形成される光閉じ込め構造
と、活性層の上側に形成される光閉じ込め構造は、同じ
屈折率分布を持っている必要はない。活性層の中心に対
して非対称な光閉じ込め構造でも、光閉じ込め率は向上
する。ただし、活性層の中心に対して対称な屈折率分布
のほうが、レーザー光のビーム断面形状を対称的にする
のに適している。

【００２０】エネルギーバンドギャップの異なる（屈折
率の異なる）複数の半導体層を積層すれば、屈折率は階
段状に変化する。これに対して、半導体層の成長に際し
て、その組成比を連続的に変化させれば、エネルギーバ
ンドギャッブ及び屈折率が連続的に変化する光閉じ込め
層が得られる。

【００２１】しかしながら、異なるエネルギーバンドギ
ャップを持つＺｎＭｇＳＳｅ層を分子線エピタキシャル
成長法（ＭＢＥ法）で積層することは、従来、きわめて
困難であった。

【００２２】前述の構成に加えて、Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ
（０＜Ｘ≦０．３）活性層と第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳ
ｅ_1-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）との間に、更に、
Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．３）層を設けれ
ば、より滑らかな屈折率分布が形成され、理想的な屈折
率分布に近づくので好ましい。Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦
Ｙ＜Ｘ≦０．３）層のエネルギーバンドギャップが、Ｚ
ｎ_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活性層のエネルギー
バンドギャップと第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０
＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）のエネルギーバンドギャップの
中間的な値を持つからである。

【００２３】複数の半導体層を積層して光閉じ込め層を
形成することによって、屈折率分布光閉じ込めを最適化
できるだけでなく、活性層におけるキャリア閉じ込めを
最適化できる。特に、クラッド層として、Ｚｎ_VＭｇ_1-V
Ｓ_WＳｅ_1-W（０＜Ｖ≦Ｚ’、Ｕ’≦Ｗ＜１）を用いれ
ば、光の閉じ込めもキャリアのオーバーフローの抑制も
更に効率よく達成される。Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層お
よび光閉じ込め構造が、ｐ型不純物およびｎ型不純物を
実質的に含んでいない場合、活性層内部およびその界面
近傍に不純物準位が形成されることがないので、キャリ
ア再結合発光の効率が向上し、レーザーの動作特性を向
上させることができる。

【００２４】以下に、本発明による半導体レーザーの実
施例を詳細に説明する。

【００２５】（実施例１）図１は、第１の本実施例を模
式的に示す断面図である。本実施例の半導体レーザー
は、図１に示されるように、ＺｎＣｄＳｅ活性層（厚
さ：約６ｎｍ）７と、ｎ型不純物としてＣｌがドープさ
れたｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層（厚さ：約０．８μ
ｍ）３との間に、下部の光閉じ込め構造を備えててい
る。また、ＺｎＣｄＳｅ活性層７と、ｐ型不純物として
Ｎがドープされたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層（厚
さ：約０．７μｍ）１１との間に、上部の光閉じ込め構
造を備えている。

【００２６】下部の光閉じ込め構造は、ＺｎＭｇＳＳｅ
光閉じ込め層（厚さ：約２０ｎｍ）４と、ＺｎＳＳｅ光
閉じ込め層（厚さ：約３０ｎｍ）５と、ＺｎＣｄＳｅ光
閉じ込め層（厚さ：約２７ｎｍ）６とを含んでおり、ま
た、上部の光閉じ込め構造は、ＺｎＣｄＳｅ光閉じ込め
層（厚さ：約２７ｎｍ）８と、ＺｎＳＳｅ光閉じ込め層
（厚さ：約３０ｎｍ）９と、ＺｎＭｇＳＳｅ光閉じ込め
層（厚さ：約２０ｎｍ）１０とを含んでいる。

【００２７】上記クラッド層３及び１１や光閉じ込め構
造体は、Ｃｌがドープされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層
（厚さ：約３０ｎｍ）２を介して、Ｓｉがドープされた
ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１上に設けられている。

【００２８】ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１１の上に
は、ｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型ＺｎＳＳｅ
キャップ層（厚さ：約０．３μｍ）１２が形成され、ｐ
型ＺｎＳＳｅキャップ層１２にはストライプ状のリッジ
（高さ：約０．１μｍ、幅：約１０μｍ）が形成されて
いる。リッジの上には、ｐ型不純物としてＮがドープさ
れたｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層（厚さ：約５５ｎ
ｍ）１３が設けられ、リッジの両側にはＺｎＳ膜１４が
埋め込まれている。ＺｎＳ膜１４は電流を所定の幅を持
つ領域に狭窄する働きを行う。これらの半導体積層体の
上面には、ｐ型電極としてＡｕ／Ｐｄ電極１５が設けら
れ、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ型電極としてＩ
ｎ電極１６が設けられている。

【００２９】ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１３は、よ
り詳細には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｚｎ
Ｓｅ層とＺｎＴｅ層とが交互に周期的に積層された構成
を有している。図２（ａ）の場合、一対のＺｎＳｅ層と
ＺｎＴｅ層との合計厚さを２．５ｎｍと一定に維持しな
がら、約１０対の積層構造を形成している。まず、最下
部では、ＺｎＳｅ層の厚さ：ＺｎＴｅ層の厚さ＝２３：
２とし、最上部では、ＺｎＳｅ層の厚さ：ＺｎＴｅ層の
厚さ＝２：２３になるように、ＺｎＳｅ層とＺｎＴｅ層
との対を形成する。最後に、厚さ３０ｎｍのＺｎＴｅ層
を形成し、ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１３が形成さ
れる。図２（ｂ）の場合、約１０対のＺｎＳｅ層及びＺ
ｎＴｅ層を、ＺｎＳｅ層の厚さをたとえば１．６ｎｍに
維持しながら、ＺｎＴｅ層の厚さを増加させて積層して
いる。まず、最下部では、ＺｎＴｅ層の厚さを０．３ｎ
ｍとし、最上部では、ＺｎＴｅ層の厚さを８ｎｍとして
いる。

【００３０】上記いずれの場合も、Ａｕ／Ｐｄ電極１５
と接触する位置には、ＺｎＴｅ層が配置されている。こ
れは、オーミックコンタクトを形成するために必要なこ
とである。Ａｕ／Ｐｄ電極１５は、厚さ１０ｎｍのＰｄ
下層と、厚さ２５０ｎｍのＡｕ上層とを含んでいる。

【００３１】図３は、活性層７および光閉じ込め構造の
導電帯に関するエネルギーバンドダイアグラムである。
クラッド層３および１１と活性層７との間のバンドオフ
セットは十分大きく（導電帯側のバンドオフセットは
０．２６ｅＶ）。このため、室温以上の実用的な温度領
域において、キャリアはクラッド層３および１１にオー
バーフローすることなく、活性層７に有効に閉じ込めら
れる。

【００３２】光閉じ込め層の厚さは、レーザー構造を構
成する各層の屈折率および厚さから、最適な光閉じ込め
が得られるように設計される。本実施例においては、図
３のような光閉じ込め構造を採用することにより、活性
層７における光閉じ込め率は２．３％になった。この数
値は、従来技術と同じ条件で比較すると１．５倍とな
る。光閉じ込め率が１．５倍になることにより、レーザ
ーの動作電流は約２／３に低減できる。また、このよう
な光閉じ込め構造を採用することにより、光閉じ込め構
造の屈折率が、活性層７の中心からの距離の２乗にほぼ
比例して減少しているるので、レーザー素子から出射す
るレーザー光はガウシアンビームとなり好ましい。

【００３３】上部の光閉じ込め構造を構成する各半導体
層の厚さについても、上記と同様のことが適用される。
本実施例では、基板１にはＧａＡｓ基板を用いたが、こ
れに限定されるものではない。例えば、ＺｎＳｅ基板に
用いてレーザー素子を作製すれば、ＧａＡｓ基板を用い
た場合に見られるヘテロエピタキシャル成長による基板
との界面での欠陥発生を抑制できるので、より信頼性の
高いレーザー特性が得られる。

【００３４】以下に、図１の半導体レーザーの製造方法
を説明する。本実施例において、各半導体層の成長は、
分子線エピタキシャル成長法を用いて行った。詳細に
は、１０^-8〜１０^-10Ｔｏｒｒの高真空中で、原料とな
る多結晶ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅおよび
金属Ｍｇを加熱蒸発させ、分子線を形成した。複数の分
子線をｎ型ＧａＡｓ基板１上に同時に照射することによ
り、基板１上に単結晶半導体層を成長させた。ｎ型ドー
ピングにはＺｎＣｌ₂を、ｐ型ドーピングには、窒素プ
ラズマを形成して得られた活性窒素を、結晶成長中に照
射することにより行った。結晶成長中、基板１の温度は
２６０〜３３０℃に維持されることが好ましい。本実施
例では、基板１の温度を２８０℃に維持した。

【００３５】まず、基板１上に、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層２を３０ｎｍ程度エピタキシャル成長させた。ＺｎＳ
ｅはＧａＡｓに対して室温で０．２８％の格子不整合を
示すので、格子緩和して転位を発生させる臨界膜厚（約
１５０ｎｍ）より十分薄くする必要がある。なお、有効
ドナー密度が約６×１０¹⁷ｃｍ^-3になるように、ｎ型不
純物のＣｌをドープした。

【００３６】次に、ｎ型Ｚｎ_0.93Ｍｇ_0.07Ｓ_0.13Ｓｅ
_0.87クラッド層３を約０．８μｍエピタキシャル成長さ
せた。この組成を持つＺｎＭｇＳＳｅはＧａＡｓとほぼ
格子整合する。有効ドナー密度は約６×１０¹⁷ｃｍ^-3と
した。ｎ型Ｚｎ_0.93Ｍｇ_0.07Ｓ_0.13Ｓｅ_0.87クラッド層
３の禁制帯幅は、室温において約２．８３ｅＶであっ
た。

【００３７】続いて、光閉じ込め構造を構成する各半導
体層と活性層を連続的にエピタキシャル成長させた。す
なわち、厚さ約２０ｎｍのＺｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ
_0.91光閉じ込め層４、厚さ約３０ｎｍのＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94光閉じ込め層５および厚さ２７ｎｍのＺｎ_0.96Ｃｄ
_0.04Ｓｅ光閉じ込め層６を順次成長させた。この後活性
層７となるＺｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ層を厚さ約６ｎｍ成長
させ、活性層７に対して対称となるよう厚さ２７ｎｍの
Ｚｎ_0.96Ｃｄ_0.04Ｓｅ光閉じ込め層８、厚さ約３０ｎｍ
のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94光閉じ込め層９および厚さ約２０
ｎｍのＺｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ_0.91光閉じ込め層１
０を順次成長させた。

【００３８】本実施例では、上述のように、ＭＢＥ成長
のための分子線ソースとして、多結晶化合物ソースを用
いた。ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅおよびＺｎＴｅ等の
多結晶化合物ソースではなく、個々の構成元素毎に分か
れたソース（たとえば、Ｚｎ、ＳｅやＴｅなど）を使用
した場合は、多数の分子線セルが必要となり、各分子線
ビームの強度を再現性良く調整することは難しい。Ａｌ
ＧａＡＳ等のＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体の場合、本発
明に使用するＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体との間には、
ＭＢＥ成長時の組成の制御に関して、その困難さに大き
な相違点がある。ＡｌＧａＡｓの場合、ＩＩＩ族元素の
分子線強度とＶ族元素の分子線強度の比（Ｖ／ＩＩＩ
比）が１０〜３０に設定され、Ａｓの供給過剰な状態で
ＡｌＧａＡｓ層の成長が行われる。ＡｌＧａＡｓ層の組
成比の調整は、Ｇａの分子線強度のみを制御することに
より達成される。このため、バンドギャップ（屈折率）
の異なるＡｌＧａＡｓ層を連続的に形成するのは比較的
に容易である。

【００３９】これに対して、ＺｎＣｄＳｅやＺｎＭｇＳ
Ｓｅの場合、ＩＩ族元素の分子線強度とＶＩ族元素の分
子線強度の比（ＶＩ／ＩＩ比）は、約１に設定される必
要がある。このため、組成の調整を行う場合、各元素に
関する分子線強度の調整は、ＶＩ／ＩＩ比、すなちわ、
（Ｚｎ＋Ｃｄ）／Ｚｎや（Ｚｎ＋Ｍｇ）／（Ｓｅ＋Ｓ）
を約１に維持しながら行う必要がある。このため、多数
の単体ソースを用いて成長を行おうとすると、多数の分
子線の強度を微妙に調整する必要があるので、精度の高
い組成制御が困難である。しかし、多結晶化合物ソース
を使用することは、以下に示す利点を持つので、本発明
の光閉じ込め構造を形成するためには非常に好ましい。

【００４０】・分子線セルの数が低減される。

【００４１】・セル温度を比較的に高い温度（約６００
〜約１０００℃）にして分子線が形成される。

【００４２】・セルシャッタの開いてから、ビーム強度
が比較的に短時間（約１秒〜約１分）で平衡強度に達す
る。

【００４３】ビーム強度の調整は、通常、セル温度やセ
ルシャッタの開度の制御により行う。このどちらの方法
の制御も、化合物ソースを用いた場合は、安定にしかも
再現性良く行われる。また、本実施例のように、光閉じ
込め層となる複数のＩＩ−ＶＩ層を成長する場合は、そ
れらのＩＩ−ＶＩ層の成長のための複数のセルをＭＢＥ
装置内に用意しておけば、きわめて簡単に所望の組成比
を持つＩＩ−ＶＩ層を得ることができる。

【００４４】光閉じ込め層４、５、９および１０はＧａ
Ａｓとほぼ格子整合するが、Ｚｎ_1- _XＣｄ_XＳｅはＧａＡ
ｓに対して格子不整を示す。しかし、本実施例において
は、その膜厚が格子緩和を起こす臨界膜厚（約３０ｎ
ｍ）には達していないので、活性層７および光閉じ込め
層６および８は圧縮歪を含んだ状態で格子整合を保って
いる。ただし、組成Ｘが０．３を越えると、格子不整が
２％より大きくなり、良好な結晶品質を保てないので好
ましくない。

【００４５】良好な結晶性を得るという観点から、Ｚｎ
_1-XＣｄ_XＳｅ光閉じ込め層６および８のそれぞれの厚さ
は、約６０ｎｍ以下であることが好ましい。また、下部
光閉じ込め構造の厚さは、全体として、約７０〜１３０
ｎｍであることが好ましい。同様に、上部光閉じ込め構
造の厚さは、全体として、約７０〜１３０ｎｍであるこ
とが好ましい。約７０ｎｍ未満の場合、光のクラッド層
へのしみだしが大きくなって、活性層における光閉じ込
め率が極端に小さくなり、閾値電流が増加する。約１３
０ｎｍを越える場合、光閉じ込めに対するクラッド層の
屈折率の寄与が少なくなるため、活性層と光閉じ込め構
造との間の実効屈折率差が小さくなり、光閉じ込め率が
低下する。

【００４６】活性層７の厚さは２〜２０ｎｍ程度が好ま
しい。２ｎｍより薄いとレーザー利得が飽和しやすいだ
けでなく、活性層と、それに隣接する層との界面におけ
る組成変化の急峻性に対する組成のゆらぎの寄与が大き
くなり、動作電流密度の増加をも招く。２０ｎｍより厚
いと格子緩和のために活性層内部に転位が発生してレー
ザー特性が著しく悪化する。

【００４７】また活性層に圧縮または引張りの歪がかか
ると、価電子帯を構成する重い正孔帯、軽い正孔帯およ
びスピン軌道分離帯の縮退が解けてレーザー発振のしき
い値利得が減少するので、発振しきい値電流を低下させ
るためには、このように活性層に歪を導入することが効
果的である。

【００４８】なお、Ｚｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ_0.91光
閉じ込め層４からＺｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ_0.91光閉
じ込め層１０までの領域には、不純物ドーピングは行な
わなかった。これにより、活性層７の内部および光閉じ
込め層との界面近傍に不純物準位が形成されることはな
いので、キャリア再結合発光の効率が向上し、レーザー
の動作特性を向上させることができる。

【００４９】Ｚｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ_0.91光閉じ込
め層１０の上には順次、ｐ型Ｚｎ_0. ₉₃Ｍｇ_0.07Ｓ_0.13Ｓ
ｅ_0.87クラッド層１１、ｐ型ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94キャッ
プ層１２およびｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１３をそ
れぞれ約０．７μｍ、約０．３μｍおよび約２０ｎｍエ
ピタキシャル成長させた。有効アクセプタ密度はそれぞ
れ約２×１０¹⁷ｃｍ^-3、約４×１０¹⁷ｃｍ^-3および約５
×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。

【００５０】以上のエピタキシャル成長で得られたレー
ザー構造のウェハを、リッジ型レーザー素子に加工し
た。すなわち、フォトレジストをマスクにしてウェット
エッチングにより幅１０μｍ、深さ０．１μｍのリッジ
を形成した。エッチングには重クロム酸カリウム飽和水
溶液と濃硫酸が容積比３：２のエッチング液を用いた。
次に、ＺｎＳ絶縁膜１４を厚さ０．１μｍ蒸着し、リフ
トオフによりｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１３を露出
させた。そして、ウェハ全面にＰｄおよびＡｕを順次蒸
着することによってｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１３
に対するＰｄ／Ａｕ電極１５を設けた。また、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の裏面にはＩｎ電極１６を設けた。

【００５１】このウェハを劈開して、共振器長７００μ
ｍとし、両端面ともコーティングを施さずに、幅５００
μｍのチップに分離して、銅のヒートシンクに素子のＩ
ｎ電極１６が接合するよう実装した。

【００５２】この半導体レーザー素子に対して、２４℃
でパルス幅１０μｓ、繰り返し１ｋＨｚ（デューティ比
１％）の電流を注入したところ、５１９ｎｍにおいて青
緑色のレーザー発振を確認した。しきい値電流は８０ｍ
Ａ、しきい値電流密度は１．１ｋＡ／ｃｍ²であった。

【００５３】なお、本実施例においては、活性層近傍の
構造を光閉じ込め層付きの単一量子井戸構造としたが、
高い光学利得を得るためおよび効果的な光閉じ込めを行
なうためには、多重量子井戸構造を採用することが好ま
しい。

【００５４】また、本実施例においてはｎ型基板を用い
たが、ｐ型基板を用いてｐ型とｎ型を入れ替えた構造で
半導体レーザーを形成しても同様の効果が認められた。

【００５５】（実施例２）次に、図４を参照しながら、
本発明による他の半導体レーザーを説明する。

【００５６】この半導体レーザーは、光閉じ込め構造以
外の部分は、図１の半導体レーザーと同様の構成を有し
ている。以下には、本実施例に特徴的な部分のみを説明
する。

【００５７】本実施例の特徴部は、ｎ型Ｚｎ_0.91Ｍｇ
_0.09Ｓ_0.18Ｓｅ_0.82クラッド層３０と、Ｚｎ_0.97Ｍｇ
_0.03Ｓ_0.07Ｓｅ_0.93光閉じ込め層（厚さ：約５５ｎｍ）
４０と、Ｚｎ_0.98Ｃｄ_0.02Ｓｅ光閉じ込め層（厚さ：約
３５ｎｍ）６０と、Ｚｎ_0.8Ｃｄ_0. ₂Ｓｅ活性層（厚
さ：約６ｎｍ）７０と、Ｚｎ_0.98Ｃｄ_0.02Ｓｅ光閉じ込
め層（厚さ：約３５ｎｍ）８０と、Ｚｎ_0.97Ｍｇ_0.03Ｓ
_0.07Ｓｅ_0.93光閉じ込め層（厚さ：約５５ｎｍ）９０
と、ｎ型Ｚｎ_0.91Ｍｇ_0.09Ｓ_0.18Ｓｅ_0.82クラッド層１
１０とを備えていることにある。すなちわ、本実施例の
下部の光閉じ込め構造は、Ｚｎ_0.97Ｍｇ_0.03Ｓ_0.07Ｓｅ
_0.93光閉じ込め層４０とＺｎ_0.98Ｃｄ_0.02Ｓｅ光閉じ込
め層６０の２層から構成されており、上部の光閉じ込め
構造は、Ｚｎ_0.98Ｃｄ_0.02Ｓｅ光閉じ込め層８０とＺｎ
_0.97Ｍｇ_0.03Ｓ_0.07Ｓｅ_0.93光閉じ込め層９０の２層か
ら構成されている。

【００５８】上記構成によれば、図１の構成よりも簡単
な構成で、光閉じ込め率を従来の値より向上させること
ができる。

【００５９】（実施例３）次に、図５を参照しながら、
本発明による更に他の半導体レーザーを説明する。

【００６０】この半導体レーザーは、光閉じ込め構造以
外の部分は、図１の半導体レーザーと同様の構成を有し
ている。以下には、本実施例に特徴的な部分のみを説明
する。

【００６１】本実施例の下部の光閉じ込め構造（厚さ：
７５ｎｍ）は、組成比Ｙを０．０７から０に連続的に変
化させながら成長させたＺｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ≦
０．０７）層と、組成比Ｚを０から０．０７まで連続的
に変化させ、かつ、組成比Ｕを０．０６から０．１３ま
で連続的に変化させながら成長したＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳ
ｅ_1-U層（０≦Ｚ≦１、０．０６≦Ｕ≦０．１３）とを
有している。上部の光閉じ込め構造（厚さ：７５ｎｍ）
は、下部の光閉じ込め構造と対称的な構造を有してい
る。なお、光閉じ込め構造に隣接して、Ｚｎ_0.93Ｍｇ
_0.07Ｓ_0.13Ｓｅ０．８７層が設けられている。

【００６２】本実施例では、光閉じ込め構造を構成する
各半導体層の各組成比の変化は、Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０
≦Ｙ≦０．０７）層およびＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層
（０≦Ｚ≦１、０．０６≦Ｕ≦０．１３）の実効屈折率
が、活性層の中心からの距離に対して、パラボリックに
変化するように調整されている。その結果、光閉じ込め
率が最適化されている。

【００６３】

【発明の効果】本発明の半導体レーザーによれば、光閉
じ込め構造のエネルギーバンドギャップが、Ｚｎ_1-XＣ
ｄ_XＳｅ活性層からの距離に対して単調増加しているた
め、レーザー光に対する実効屈折率がＺｎ_1-XＣｄ_XＳｅ
活性層からの距離に対して単調に減少する。このため、
キャリアのクラッド層へのオーバフローが抑制される。
また、光閉じ込め構造の実効屈折率が活性層から遠ざか
るにつれ単調に減少しているため、光の閉じ込め効率が
理論的な最高値に近づく。その結果、レーザーの動作電
流が低減され、レーザー素子の信頼性の向上する。

【００６４】光閉じ込め構造を、第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ
_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）と、第２のＺｎ
_Z'Ｍｇ_1-Z'Ｓ_U'Ｓｅ_1-U'層（０＜Ｚ’＜Ｚ、Ｕ＜Ｕ’＜
１））とを含むように形成すれば、比較的に簡単な構造
で光閉じ込め効率を向上できる。

【００６５】特に、Ｚｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ
≦１、０＜Ｕ＜１）よりも、活性層のバンドギャップに
比較的に近いバンドギャップを持つＺｎ_1-YＣｄ_YＳｅ
（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．３）層を、Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜
Ｘ≦０．３）活性層とＺｎ_ZＭｇ₁ _-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜
Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）との間に位置させることにより、
より好ましい屈折率分布が得られる。このため、光閉じ
込め効率を更に向上されることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザー素子の実施例の断
面図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１の半導体レーザーの
ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層の構成を示す断面図。

【図３】図１の半導体レーザーの活性層及び光閉じ込め
構造の導電帯に関するエネルギーバンドダイアグラム。

【図４】本発明による半導体レーザー素子の他の実施例
の断面図。

【図５】本発明による半導体レーザー素子の更に他の実
施例の断面図。

【符号の説明】

１ｎ型ＧａＡｓ基板２ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３ｎ型Ｚｎ_0.93Ｍｇ_0.07Ｓ_0.13Ｓｅ_0.87クラッド層４Ｚｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ_0.91光閉じ込め層５ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94光閉じ込め層６Ｚｎ_0.96Ｃｄ_0.04Ｓｅ光閉じ込め層７Ｚｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ活性層８Ｚｎ_0.96Ｃｄ_0.04Ｓｅ光閉じ込め層９ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94光閉じ込め層１０Ｚｎ_0.95Ｍｇ_0.05Ｓ_0.09Ｓｅ_0.91光閉じ込め層１１ｐ型Ｚｎ_0.93Ｍｇ_0.07Ｓ_0.13Ｓｅ_0.87クラッド層１２ｐ型ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94キャップ層１３ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１４ＺｎＳ絶縁膜１５Ａｕ／Ｐｄ電極１６Ｉｎ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三露常男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活
性層と、該Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層に隣接する一対の光
閉じ込め構造と、該光閉じ込め構造のそれぞれに隣接す
るクラッド層を備えた半導体レーザーであって、該光閉じ込め構造のエネルギーバンドギャップは、該Ｚ
ｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離が増加するにつれて単
調増加している半導体レーザー。
【請求項２】前記一対の光閉じ込め構造の少なくとも
一方は、第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ≦
１、０＜Ｕ＜１）と、第２のＺｎ_Z'Ｍｇ_1-Z'Ｓ_U'Ｓｅ
_1-U'層（０＜Ｚ’＜Ｚ、Ｕ＜Ｕ’＜１））とを含んでい
る請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項３】前記クラッド層の少なくとも一方は、Ｚ
ｎ_VＭｇ_1-VＳ_WＳｅ₁ _-W（０＜Ｖ≦Ｚ’、Ｕ’≦Ｗ＜１）
から形成されている、請求項２に記載の半導体レーザ
ー。
【請求項４】前記光閉じ込め構造の少なくとも一方
は、更に、Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．３）層
を備えており、該Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦０．３）層は、前記
Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ（０＜Ｘ≦０．３）活性層と前記第１
のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ_1-U層（０＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜
１）との間に位置している、請求項２に記載の半導体レ
ーザー。
【請求項５】前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層および前
記光閉じ込め構造は、ｐ型不純物およびｎ型不純物を実
質的に含んでいない、請求項１に記載の半導体レーザ
ー。
【請求項６】前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層および前
記光閉じ込め構造は、ｐ型不純物およびｎ型不純物を実
質的に含んでおらず、前記クラッド層は、ｐ型不純物お
よびｎ型不純物を含んでいる、請求項３に記載の半導体
レーザー。
【請求項７】前記光閉じ込め構造のエネルギーバンド
ギャップは、前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離に
対して、階段状に増加している請求項１に記載の半導体
レーザー。
【請求項８】前記光閉じ込め構造のエネルギーバンド
ギャップは、前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離が
増加するにつれて、滑らかに増加している請求項１に記
載の半導体レーザー。
【請求項９】前記光閉じ込め構造のエネルギーバンド
ギャップは、前記Ｚｎ_1-XＣｄ_XＳｅ活性層からの距離が
増加するにつれたパラボラリックに増加している請求項
８に記載の半導体レーザー。
【請求項１０】前記光閉じ込め構造の前記すくなとも
一方は、更に、前記Ｚｎ_1-YＣｄ_YＳｅ（０≦Ｙ＜Ｘ≦
０．３）層と前記第１のＺｎ_ZＭｇ_1-ZＳ_UＳｅ₁ _-U層（０
＜Ｚ≦１、０＜Ｕ＜１）との間に位置しているＺｎ_1-Y'
Ｃｄ_Y'Ｓｅ（０≦Ｙ’＜Ｙ）を備えている請求項４に記
載の半導体レーザー。