JPH088390B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH088390B2 JPH088390B2 JP59254701A JP25470184A JPH088390B2 JP H088390 B2 JPH088390 B2 JP H088390B2 JP 59254701 A JP59254701 A JP 59254701A JP 25470184 A JP25470184 A JP 25470184A JP H088390 B2 JPH088390 B2 JP H088390B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor laser
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- active layer
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- clad layer
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザに関する。
半導体を材料に用いた半導体レーザは、超小形で高性
能であり、変調も容易であって低価格である等の利点を
有するため、光通信、光情報処理等多くの分野で利用さ
れている。
能であり、変調も容易であって低価格である等の利点を
有するため、光通信、光情報処理等多くの分野で利用さ
れている。
第３図にダブルヘテロ構造の半導体レーザの模式図を
示す。半導体レーザは、基板11上に、Ｎ形（又はＰ形）
のクラッド層12、活性層16、Ｐ形（又はＮ形）のクラッ
ド層13を順次形成し、順方向に電流が流れるように電極
14、15を設けたものであり、電極14、15間に順方向に電
流を印加すると、両クラッド層12、13にて挟まれた活性
層16において光の誘導放出が起こり、その光がへき開に
よる鏡面間で反射される間に共振の条件にあった光だけ
が放射される。
示す。半導体レーザは、基板11上に、Ｎ形（又はＰ形）
のクラッド層12、活性層16、Ｐ形（又はＮ形）のクラッ
ド層13を順次形成し、順方向に電流が流れるように電極
14、15を設けたものであり、電極14、15間に順方向に電
流を印加すると、両クラッド層12、13にて挟まれた活性
層16において光の誘導放出が起こり、その光がへき開に
よる鏡面間で反射される間に共振の条件にあった光だけ
が放射される。
半導体レーザの製造方法（エピタキシャル成長方法）
としては、液相成長法、気相成長法等、各種実用化され
ているが、近時、超高真空中で蒸発源セルから熱エネル
ギーをもった分子線を照射して結晶をエピタキシャル成
長させるMBE法が、多層の薄膜を成長させるに適してい
るため注目されている。
としては、液相成長法、気相成長法等、各種実用化され
ているが、近時、超高真空中で蒸発源セルから熱エネル
ギーをもった分子線を照射して結晶をエピタキシャル成
長させるMBE法が、多層の薄膜を成長させるに適してい
るため注目されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 MBE法によりＮ形GaAs基板上に結晶をエピタキシャル
成長させて半導体レーザを製作する場合について説明す
ると、Ｎ形のドーパント（ドナー）としては、例えばSn
が用いられており、基板上にＮ形クラッド層を形成する
に際し、該クラッド層にSnをドープしている。これはSn
のセル温度が700〜900度で形成された場合における常温
でのキャリア密度が５×1016〜１×1018cm-3となり、必
要とするキャリア密度が得られるためである。尚、この
常温におけるキヤリア密度は、略不純物濃度と同じであ
る。
成長させて半導体レーザを製作する場合について説明す
ると、Ｎ形のドーパント（ドナー）としては、例えばSn
が用いられており、基板上にＮ形クラッド層を形成する
に際し、該クラッド層にSnをドープしている。これはSn
のセル温度が700〜900度で形成された場合における常温
でのキャリア密度が５×1016〜１×1018cm-3となり、必
要とするキャリア密度が得られるためである。尚、この
常温におけるキヤリア密度は、略不純物濃度と同じであ
る。
次に、ドナーSnのセル温度と発光出力、発光波長につ
いて本願発明者が行った結果を第４図に示す。
いて本願発明者が行った結果を第４図に示す。
第４図はＮ形GaAs基板にクラッド層及び活性層を形成
して半導体レーザを製作するにあたり、Ｎ形クラッド層
の形成時に、不純物Snのセル温度を夫々750℃、800℃、
850℃とした場合における、製造された半導体レーザの
発光出力及び発光波長を表したものである。この場合、
他方のクラッド層であるＰ形クラッド層の形成時におけ
る不純物（Beを使用）のセル温度は、そのキャリア密度
が常に１×1018cm-3となるようにした。
して半導体レーザを製作するにあたり、Ｎ形クラッド層
の形成時に、不純物Snのセル温度を夫々750℃、800℃、
850℃とした場合における、製造された半導体レーザの
発光出力及び発光波長を表したものである。この場合、
他方のクラッド層であるＰ形クラッド層の形成時におけ
る不純物（Beを使用）のセル温度は、そのキャリア密度
が常に１×1018cm-3となるようにした。
図から明らかなように、不純物Snのセル温度が上昇す
る程、半導体レーザの発光出力は減少すると共に、出力
波長が長波長側に移行することが判る。不純物Snのセル
温度を変えて形成した場合の夫々の常温でのキャリア密
度について調べてみると、セル温度が750℃で形成され
たものは１×1017cm-3、800℃で形成されたものは３×1
017cm-3、850℃で形成されたものは６×1017cm-3となっ
ており、セル温度が上昇する程、キャリア密度（即ち、
不純物濃度）が大きくなる。つまり、キャリア密度（即
ち、不純物濃度）が大きくなる程半導体レーザの発光出
力は低下し、出力波長は長波長側に移行することにな
る。従って、Ｎ形のクラッド層におけるキャリア密度を
１×1017cm-3以下にすれば高出力、短波長の光が得られ
るのであるが、キャリア密度が低下すると、半導体レー
ザとしてのシリーズ抵抗が増加してしまう。通常、シリ
ーズ抵抗は15Ω以下が望ましい。
る程、半導体レーザの発光出力は減少すると共に、出力
波長が長波長側に移行することが判る。不純物Snのセル
温度を変えて形成した場合の夫々の常温でのキャリア密
度について調べてみると、セル温度が750℃で形成され
たものは１×1017cm-3、800℃で形成されたものは３×1
017cm-3、850℃で形成されたものは６×1017cm-3となっ
ており、セル温度が上昇する程、キャリア密度（即ち、
不純物濃度）が大きくなる。つまり、キャリア密度（即
ち、不純物濃度）が大きくなる程半導体レーザの発光出
力は低下し、出力波長は長波長側に移行することにな
る。従って、Ｎ形のクラッド層におけるキャリア密度を
１×1017cm-3以下にすれば高出力、短波長の光が得られ
るのであるが、キャリア密度が低下すると、半導体レー
ザとしてのシリーズ抵抗が増加してしまう。通常、シリ
ーズ抵抗は15Ω以下が望ましい。
第５図に、第３図に示す半導体レーザにおいて、Ｎ形
クラッド層の活性層に隣接する領域をキャリア密度小と
なる不純物ドープとし、この領域端迄の活性層からの距
離（即ち、該領域厚み）を変え、その距離と発光出力及
びシリーズ抵抗の関係について示す。ここで、第５図の
横軸はＮ形クラッド層内における活性層からの距離（キ
ャリア密度小となるドープ領域の厚み）を示し、第５図
の縦軸は発光出力及びシリーズ抵抗の大きさを示す。
クラッド層の活性層に隣接する領域をキャリア密度小と
なる不純物ドープとし、この領域端迄の活性層からの距
離（即ち、該領域厚み）を変え、その距離と発光出力及
びシリーズ抵抗の関係について示す。ここで、第５図の
横軸はＮ形クラッド層内における活性層からの距離（キ
ャリア密度小となるドープ領域の厚み）を示し、第５図
の縦軸は発光出力及びシリーズ抵抗の大きさを示す。
この第５図から判るように、活性層からの距離が0.1
μｍ近傍、即ち活性層に隣接するキャリア密度小となる
ドープ領域の厚みが0.1μｍ近傍である場合、発光出力
は大きく且つシリーズ抵抗は殆ど変化しない。
μｍ近傍、即ち活性層に隣接するキャリア密度小となる
ドープ領域の厚みが0.1μｍ近傍である場合、発光出力
は大きく且つシリーズ抵抗は殆ど変化しない。
即ち、活性層に隣接するキャリア密度（即ち、不純物
濃度）小なるドープ領域の厚みが大きい程、Ｎ形クラッ
ド層から活性層内への不純物の入り込みを抑制でき、発
光出力低下等の悪影響が生じにくくなると考えられる
が、シリーズ抵抗に関してはキャリア密度が小なる前記
領域の厚みが小さい程小さくなる。
濃度）小なるドープ領域の厚みが大きい程、Ｎ形クラッ
ド層から活性層内への不純物の入り込みを抑制でき、発
光出力低下等の悪影響が生じにくくなると考えられる
が、シリーズ抵抗に関してはキャリア密度が小なる前記
領域の厚みが小さい程小さくなる。
従って、前記領域の厚みを選択することにより発光出
力は大きく且つシリーズ抵抗を小さくできる。
力は大きく且つシリーズ抵抗を小さくできる。
本発明は係る知見に基づいてなされたものであり、シ
リーズ抵抗を殆ど増加させることなく、高発光出力を可
能とした半導体レーザの提供を目的とする。
リーズ抵抗を殆ど増加させることなく、高発光出力を可
能とした半導体レーザの提供を目的とする。
本発明の半導体レーザは、アンドープの活性層を挟む
ようにＮ型クラッド層とＰ型クラッド層を形成した半導
体レーザにおいて、上記Ｎ型クラッド層は上記活性層近
傍における不純物濃度が該近傍以外の該Ｎ型クラッド層
の不純物濃度より小であることを特徴とする。
ようにＮ型クラッド層とＰ型クラッド層を形成した半導
体レーザにおいて、上記Ｎ型クラッド層は上記活性層近
傍における不純物濃度が該近傍以外の該Ｎ型クラッド層
の不純物濃度より小であることを特徴とする。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体レーザを製造
する際に使用する装置の模式図である。
する際に使用する装置の模式図である。
図において、20は分子線エピタキシ装置であり、図示
しない超高真空排気装置により内部は超高真空状態とさ
れている。この分子線エピタキシ装置20の略中央には基
板保持板21が設けられており、該基板保持板21により基
板11が保持される。
しない超高真空排気装置により内部は超高真空状態とさ
れている。この分子線エピタキシ装置20の略中央には基
板保持板21が設けられており、該基板保持板21により基
板11が保持される。
基板保持板21に保持された基板11の下方にはシャッタ
22が配されており、更にその下方には液体窒素冷却系に
覆われた複数の蒸発源セル23、23…が配されている。各
蒸発源セル23はGa、As、Sn等の熱エネルギーをもった分
子線を夫々射出する。各蒸発源セル23とシャッタ22との
間には各蒸発源セル23から射出される分子線を夫々遮断
するためのシャッタ24が配されている。
22が配されており、更にその下方には液体窒素冷却系に
覆われた複数の蒸発源セル23、23…が配されている。各
蒸発源セル23はGa、As、Sn等の熱エネルギーをもった分
子線を夫々射出する。各蒸発源セル23とシャッタ22との
間には各蒸発源セル23から射出される分子線を夫々遮断
するためのシャッタ24が配されている。
その他、イオンスパッタ銃25、電子銃26、オージェ電
子分析系27、四重極質量分析計28等が配されている。
子分析系27、四重極質量分析計28等が配されている。
30は制御装置であり、四重極質量分析計28の検出結果
が入力されており、また制御装置30の出力は、シャッタ
22、24、及び各蒸発源セル23の温度を制御するセル温度
制御系31に与えられている。
が入力されており、また制御装置30の出力は、シャッタ
22、24、及び各蒸発源セル23の温度を制御するセル温度
制御系31に与えられている。
通常、セル温度23における試料の量が変化すると蒸発
面積が変化し、それに伴って分子線出射量が変化する。
そこで、出射量を制御するために、四重極質量分析計28
によりそのイオン電流を監視してこの情報を制御装置30
に入力し、制御装置30はこの入力に基づいて各セル23の
温度を制御すべく、セル温度制御系31に所定信号を出力
する。
面積が変化し、それに伴って分子線出射量が変化する。
そこで、出射量を制御するために、四重極質量分析計28
によりそのイオン電流を監視してこの情報を制御装置30
に入力し、制御装置30はこの入力に基づいて各セル23の
温度を制御すべく、セル温度制御系31に所定信号を出力
する。
また、制御装置30においては予め定められたタイムチ
ャートに基づいて各シャッタを制御して所定のクラッド
層、活性層を形成すると共に、各不純物セルの温度を制
御する構成となっている。
ャートに基づいて各シャッタを制御して所定のクラッド
層、活性層を形成すると共に、各不純物セルの温度を制
御する構成となっている。
今、Ｎ形GaAs基板にGa、Al、Asを照射してクラッド層
及び活性層を形成し、またドーパントとしてＮ形クラッ
ド層にSnを、Ｐ形クラッド層にBeをドープすることによ
り半導体レーザを製造する場合のタイムチャートを第２
図に示す。
及び活性層を形成し、またドーパントとしてＮ形クラッ
ド層にSnを、Ｐ形クラッド層にBeをドープすることによ
り半導体レーザを製造する場合のタイムチャートを第２
図に示す。
この場合、まず基板温度を700℃となるまで約20分間
昇温し、次いでＮ形クラッド層を形成すべく、Alを1100
℃で、Gaを950℃で夫々照射するが、Al、Gaの照射と同
時に不純物としてSnを最初850℃にてドープする。斯る
状態にて所定時間（25分程度）照射し、Ｎ形クラッド層
の厚さが所定の厚さになるまでの所定時間、即ち形成さ
れるべきＮ形クラッド層に対して形成されたＮ形クラッ
ド層が活性層近傍に達するまでの所定時間が経過する
と、不純物Snのセル温度は750℃に低下され、この状態
でSnはＮ形クラッド層が形成されるまでの所定時間にわ
たってドープされる。
昇温し、次いでＮ形クラッド層を形成すべく、Alを1100
℃で、Gaを950℃で夫々照射するが、Al、Gaの照射と同
時に不純物としてSnを最初850℃にてドープする。斯る
状態にて所定時間（25分程度）照射し、Ｎ形クラッド層
の厚さが所定の厚さになるまでの所定時間、即ち形成さ
れるべきＮ形クラッド層に対して形成されたＮ形クラッ
ド層が活性層近傍に達するまでの所定時間が経過する
と、不純物Snのセル温度は750℃に低下され、この状態
でSnはＮ形クラッド層が形成されるまでの所定時間にわ
たってドープされる。
Ｎ形クラッド層が形成されると、GaAsの活性層を形成
すべく、Alに係るシャッタ及びSnに係るシャッタを閉止
してAl、Snの照射を停止させる。
すべく、Alに係るシャッタ及びSnに係るシャッタを閉止
してAl、Snの照射を停止させる。
そして、このような状態を所定時間（５分間）にわた
って継続して所定厚さの活性層を形成する。
って継続して所定厚さの活性層を形成する。
活性層が形成されると、Alに係るシャッタを開放して
Ｐ形クラッド層を形成するが、この場合、新たにBeに係
るシャッタを開放してBeを不純物として800℃程度の温
度にてドープする。このような状態にて所定時間（約20
分）にわたって照射が行われ、所定の厚さのＰ形クラッ
ド層が形成されると、次にAlに係るシャッタを閉止し
て、キャップ層を形成する。この場合には、不純物Beは
ドープされ続けるが、その温度は850℃とされる。キャ
ップ層の形成時間は20分程度である。
Ｐ形クラッド層を形成するが、この場合、新たにBeに係
るシャッタを開放してBeを不純物として800℃程度の温
度にてドープする。このような状態にて所定時間（約20
分）にわたって照射が行われ、所定の厚さのＰ形クラッ
ド層が形成されると、次にAlに係るシャッタを閉止し
て、キャップ層を形成する。この場合には、不純物Beは
ドープされ続けるが、その温度は850℃とされる。キャ
ップ層の形成時間は20分程度である。
なお、Asは作業開始（基板昇温開始）から作業終了ま
で照射されつづける。
で照射されつづける。
このような工程により高発光出力、短波長でしかもシ
リーズ抵抗が小さい半導体レーザが製造される。
リーズ抵抗が小さい半導体レーザが製造される。
本発明の半導体レーザは、アンドープの活性層を挟む
ようにＮ型クラッド層とＰ型クラッド層を形成した半導
体レーザにおいて、上記Ｎ型クラッド層は上記活性層近
傍における不純物濃度が該近傍以外の該Ｎ型クラッド層
の不純物濃度より小であるので、シリーズ抵抗が大きく
なく、高発光出力、短波長化が可能である。
ようにＮ型クラッド層とＰ型クラッド層を形成した半導
体レーザにおいて、上記Ｎ型クラッド層は上記活性層近
傍における不純物濃度が該近傍以外の該Ｎ型クラッド層
の不純物濃度より小であるので、シリーズ抵抗が大きく
なく、高発光出力、短波長化が可能である。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体レーザを製造す
るに用いた装置の模式図、第２図は上記実施例における
上記装置の動作説明のためのタイムチャート、第３図は
半導体レーザの模式図、第４図は不純物のセル温度と発
光出力及び波長との関係を示すグラフ、第５図はクラッ
ド層における活性層からの距離と発光出力及びシリーズ
抵抗との関係を示すグラフである。 11……基板、12、13……クラッド層、14、15……電極、
16……活性層 20……分子線エピタキシ装置、21……基板保持板、22、
24……シャッタ 23……蒸発源セル、30……制御装置
るに用いた装置の模式図、第２図は上記実施例における
上記装置の動作説明のためのタイムチャート、第３図は
半導体レーザの模式図、第４図は不純物のセル温度と発
光出力及び波長との関係を示すグラフ、第５図はクラッ
ド層における活性層からの距離と発光出力及びシリーズ
抵抗との関係を示すグラフである。 11……基板、12、13……クラッド層、14、15……電極、
16……活性層 20……分子線エピタキシ装置、21……基板保持板、22、
24……シャッタ 23……蒸発源セル、30……制御装置
フロントページの続き (72)発明者 小林 俊一 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 (56)参考文献 特開 昭55−86182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−107588（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−118178（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】アンドープの活性層を挟むようにＮ型クラ
ッド層とＰ型クラッド層を形成した半導体レーザにおい
て、上記Ｎ型クラッド層は上記活性層近傍における不純
物濃度が該近傍以外の該Ｎ型クラッド層の不純物濃度よ
り小であることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59254701A JPH088390B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59254701A JPH088390B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61131582A JPS61131582A (ja) | 1986-06-19 |
| JPH088390B2 true JPH088390B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=17268653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59254701A Expired - Lifetime JPH088390B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088390B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5814534A (en) * | 1994-08-05 | 1998-09-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of doping with beryllium and method of fabricating semiconductor optical element doped with beryllium |
| JP3448450B2 (ja) | 1996-04-26 | 2003-09-22 | 三洋電機株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
| JP2002134787A (ja) * | 1996-04-26 | 2002-05-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
| JP4619257B2 (ja) | 2005-10-03 | 2011-01-26 | トヨタ自動車株式会社 | 自動変速機 |
| JP5048033B2 (ja) * | 2009-10-01 | 2012-10-17 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 半導体薄膜素子の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5586182A (en) * | 1978-12-23 | 1980-06-28 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS56107588A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light emitting element |
| JPS58118178A (ja) * | 1982-01-06 | 1983-07-14 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59254701A patent/JPH088390B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61131582A (ja) | 1986-06-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |