JPH10135567A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH10135567A JPH10135567A JP29133796A JP29133796A JPH10135567A JP H10135567 A JPH10135567 A JP H10135567A JP 29133796 A JP29133796 A JP 29133796A JP 29133796 A JP29133796 A JP 29133796A JP H10135567 A JPH10135567 A JP H10135567A
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- Japan
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- layer
- gaas
- contact layer
- semiconductor laser
- laser device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子において、従来使用されて
いるII族元素であるＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅなどのｐ型ドーパ
ントでは、拡散係数が大きいため高濃度ドーピングがで
きないという問題があった。なぜなら、活性層まで拡散
が起こると、活性層内部に非発光センターを形成するた
めに、発光効率が低下し、信頼性に対して悪影響を及ぼ
し、また、コンタクト層からの拡散によるキャリア濃度
の低下で動作電圧増大の問題を生じる。また、ｐ型ドー
パントとして拡散係数が小さいカーボンは、拡散効率を
上げるため低温で成長させる必要があるが、その場合に
半導体に結晶欠陥が生じるため、非発光センターを形成
する問題があった。 【解決手段】 本発明では、第２導電型のコンタクト層
１０８のドーパントはカーボンであり、前記第２導電型
のクラッド層１０６、１０７のドーパントはII族元素と
した半導体レーザー素子を提供することによって、低動
作電圧で駆動でき、電流光特性の良好な半導体レーザ素
子を提供する。
いるII族元素であるＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅなどのｐ型ドーパ
ントでは、拡散係数が大きいため高濃度ドーピングがで
きないという問題があった。なぜなら、活性層まで拡散
が起こると、活性層内部に非発光センターを形成するた
めに、発光効率が低下し、信頼性に対して悪影響を及ぼ
し、また、コンタクト層からの拡散によるキャリア濃度
の低下で動作電圧増大の問題を生じる。また、ｐ型ドー
パントとして拡散係数が小さいカーボンは、拡散効率を
上げるため低温で成長させる必要があるが、その場合に
半導体に結晶欠陥が生じるため、非発光センターを形成
する問題があった。 【解決手段】 本発明では、第２導電型のコンタクト層
１０８のドーパントはカーボンであり、前記第２導電型
のクラッド層１０６、１０７のドーパントはII族元素と
した半導体レーザー素子を提供することによって、低動
作電圧で駆動でき、電流光特性の良好な半導体レーザ素
子を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ディスク等の光源
に用いられる低動作電圧の半導体レーザー素子に関し、
特に電流狭窄構造を有するIII−Ｖ族化合物半導体の半
導体レーザ素子に関する。
に用いられる低動作電圧の半導体レーザー素子に関し、
特に電流狭窄構造を有するIII−Ｖ族化合物半導体の半
導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体レーザー素子について説明
する。図５に従来の半導体レーザー素子の断面図を示
す。（ＩＳＩＫＡＷＡ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ ＪＯ
ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＩＣＳ，ＶＯＬ．２９，ＮＯ．６，ｐｐ１９３６−１９
４２，１９９３） ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上に第１回目のＭＯＣＶＤ（有
機金属気相）成長法によりｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第１
クラッド層５０２、量子井戸型活性層５０３、ｐ−Ａｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層５０４、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層５０５を成長し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５０５からｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層５０
４の途中にまでエッチングしてリッジストライプ５０６
を形成し、第２回目のＭＯＣＶＤ成長法によりｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５０５の側面とｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａ
ｓ第２クラッド層５０４の表面露出部分にｎ−ＧａＩｎ
Ｐ電流阻止層５０７、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層５０８を
成長させる。基板側にｎ型電極５０９、成長層側にｐ型
電極５１０を形成する。
する。図５に従来の半導体レーザー素子の断面図を示
す。（ＩＳＩＫＡＷＡ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ ＪＯ
ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＩＣＳ，ＶＯＬ．２９，ＮＯ．６，ｐｐ１９３６−１９
４２，１９９３） ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上に第１回目のＭＯＣＶＤ（有
機金属気相）成長法によりｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第１
クラッド層５０２、量子井戸型活性層５０３、ｐ−Ａｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層５０４、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層５０５を成長し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５０５からｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層５０
４の途中にまでエッチングしてリッジストライプ５０６
を形成し、第２回目のＭＯＣＶＤ成長法によりｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５０５の側面とｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａ
ｓ第２クラッド層５０４の表面露出部分にｎ−ＧａＩｎ
Ｐ電流阻止層５０７、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層５０８を
成長させる。基板側にｎ型電極５０９、成長層側にｐ型
電極５１０を形成する。
【０００３】ここで、ｐ−第２クラッド層５０４及びｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５０５のなどのｐ型ドーパント
にはマグネシウム（Ｍｇ）が用いられている。
−ＧａＡｓコンタクト層５０５のなどのｐ型ドーパント
にはマグネシウム（Ｍｇ）が用いられている。
【０００４】また、従来の半導体レーザ素子のｐ型ドー
パントとしては、Ｍｇ以外にII族原子である亜鉛（Ｚ
ｎ）あるいはべリリウム（Ｂｅ）が用いられている。
パントとしては、Ｍｇ以外にII族原子である亜鉛（Ｚ
ｎ）あるいはべリリウム（Ｂｅ）が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｐ型ド
ーパントの選択において以下に述べる問題点がある。ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５０５の形成に際し、動作電圧
低減のため１０19ｃｍ-3以上の高いキャリア濃度が必要
となる。特に、電流狭窄構造を有した半導体レーザ素子
のように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の電極との接触面
積が小さい場合には、電気抵抗が増大するためにｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層は更に高いキャリア濃度を必要とし
た。しかし、第１回目のＭＯＣＶＤ成長にて、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５０５に１０19ｃｍ-3以上のドーピン
グを行うと、第２回目のＭＯＣＶＤ成長中に大量のＭｇ
がｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層５０４へ拡散
する。これはＭｇの拡散係数が比較的大きいこと、拡散
係数がドーピング濃度の２乗に比例して増加することに
起因する。活性層まで拡散が起こると、活性層内部に非
発光センターを形成するために、発光効率が低下し、信
頼性に対して悪影響を及ぼす。さらに、拡散によってｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５０５のキャリア濃度が低下す
るために、動作電圧が増大するという問題を生じる。
ーパントの選択において以下に述べる問題点がある。ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５０５の形成に際し、動作電圧
低減のため１０19ｃｍ-3以上の高いキャリア濃度が必要
となる。特に、電流狭窄構造を有した半導体レーザ素子
のように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の電極との接触面
積が小さい場合には、電気抵抗が増大するためにｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層は更に高いキャリア濃度を必要とし
た。しかし、第１回目のＭＯＣＶＤ成長にて、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５０５に１０19ｃｍ-3以上のドーピン
グを行うと、第２回目のＭＯＣＶＤ成長中に大量のＭｇ
がｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層５０４へ拡散
する。これはＭｇの拡散係数が比較的大きいこと、拡散
係数がドーピング濃度の２乗に比例して増加することに
起因する。活性層まで拡散が起こると、活性層内部に非
発光センターを形成するために、発光効率が低下し、信
頼性に対して悪影響を及ぼす。さらに、拡散によってｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５０５のキャリア濃度が低下す
るために、動作電圧が増大するという問題を生じる。
【０００６】また、ｐ型ドーパントには、Ｍｇ以外にII
族原子のＺｎあるいはＢｅが用いられるが、これらのド
ーパントを使用した場合にも同様の拡散が生じ、素子信
頼性悪化あるいは動作電圧増大の問題を生じる。
族原子のＺｎあるいはＢｅが用いられるが、これらのド
ーパントを使用した場合にも同様の拡散が生じ、素子信
頼性悪化あるいは動作電圧増大の問題を生じる。
【０００７】これに対してｐ型ドーパントとしてII族原
子以外にIV族原子のカーボン（Ｃ）がある。
子以外にIV族原子のカーボン（Ｃ）がある。
【０００８】ＣはII族原子に比べて拡散係数が１桁以上
小さいという特徴がある。しかし、カーボンは通常の半
導体レーザ素子の成長温度である６５０℃〜７５０℃の
高温状態では、ドーピング効率がよくない。そこで６０
０℃以下の低温にて成長させる必要があるが、その場合
に半導体に結晶欠陥が生じるため、非発光センターを形
成しやすいという問題があった。
小さいという特徴がある。しかし、カーボンは通常の半
導体レーザ素子の成長温度である６５０℃〜７５０℃の
高温状態では、ドーピング効率がよくない。そこで６０
０℃以下の低温にて成長させる必要があるが、その場合
に半導体に結晶欠陥が生じるため、非発光センターを形
成しやすいという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、第１電型の半導体基板上方に、活性層と、第２導
電型のクラッド層とが形成され、第２導電型のクラッド
層の上に、第２導電型のコンタクト層を有する半導体レ
ーザ素子において、前記第２導電型のコンタクト層のド
ーパントはカーボンとすることにより上記目的が達成さ
れる。
子は、第１電型の半導体基板上方に、活性層と、第２導
電型のクラッド層とが形成され、第２導電型のクラッド
層の上に、第２導電型のコンタクト層を有する半導体レ
ーザ素子において、前記第２導電型のコンタクト層のド
ーパントはカーボンとすることにより上記目的が達成さ
れる。
【００１０】また、前記第２導電型のクラッド層のドー
パントはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅであることを特徴とする。
パントはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅであることを特徴とする。
【００１１】また、前記第２導電型のコンタクト層のカ
ーボンのキャリア濃度が１０20ｃｍ-3以上である半導体
レーザ素子を提供する。
ーボンのキャリア濃度が１０20ｃｍ-3以上である半導体
レーザ素子を提供する。
【００１２】更に、前記第２導電型のクラッド層は凸状
のストライプを有し、前記凸状のストライプの両側面に
は、電流閉じ込め層を有していることで、より顕著な効
果が得られる。
のストライプを有し、前記凸状のストライプの両側面に
は、電流閉じ込め層を有していることで、より顕著な効
果が得られる。
【００１３】
（実施の形態１）本発明の半導体レーザ素子を図１に示
す。ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に第１回目のＭＯＣＶＤ
成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚０．
５μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリア濃度１×１０
18ｃm-3）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層１
０３（層厚１．５μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリ
ア濃度５×ｌＯ17ｃｍ-3）、ノンドープＡｌ0.14Ｇａ
0.86Ａｓ活性層１０４（層厚０．０５μｍ）、ｐ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１０５（層厚０．３μ
ｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリア濃度１×１０18ｃ
m-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層１０６（層厚
０．００３μｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラ
ッド層１０７（層厚０．９μｍ、ｐ型ドーパントはＺ
ｎ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を積層する。この
上に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８（層厚０．７μ
ｍ、ｐ型ドーパントはＣ、キャリア濃度１×１０20ｃｍ
-3）を基板温度５８０℃としてＭＯＣＶＤ法にて積層形
成する。基板温度を５８０℃として成長させることによ
り、Ｃのドーピング効率を高めることができる。また、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層はＣをドーパントとして用い
ることにより非発光センターが増大するが、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層に活性層で発光したレーザ光は到達しな
いので、半導体レーザ素子の特性を悪化させるような問
題にはならない。
す。ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に第１回目のＭＯＣＶＤ
成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚０．
５μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリア濃度１×１０
18ｃm-3）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層１
０３（層厚１．５μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリ
ア濃度５×ｌＯ17ｃｍ-3）、ノンドープＡｌ0.14Ｇａ
0.86Ａｓ活性層１０４（層厚０．０５μｍ）、ｐ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１０５（層厚０．３μ
ｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリア濃度１×１０18ｃ
m-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層１０６（層厚
０．００３μｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラ
ッド層１０７（層厚０．９μｍ、ｐ型ドーパントはＺ
ｎ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を積層する。この
上に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８（層厚０．７μ
ｍ、ｐ型ドーパントはＣ、キャリア濃度１×１０20ｃｍ
-3）を基板温度５８０℃としてＭＯＣＶＤ法にて積層形
成する。基板温度を５８０℃として成長させることによ
り、Ｃのドーピング効率を高めることができる。また、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層はＣをドーパントとして用い
ることにより非発光センターが増大するが、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層に活性層で発光したレーザ光は到達しな
いので、半導体レーザ素子の特性を悪化させるような問
題にはならない。
【００１４】次に、ストライプ状のレジストパターンを
マスクとしてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８を凸状の
ストライプ（上面幅２．０μｍ）に加工する。ストライ
プに加工したｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８をマスク
にしてｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層１０７を
リッジストライプ（底面幅２．０μｍ）に加工する。そ
の際、リッジストライプ周辺はｐ−ＧａＡｓエッチスト
ップ層１０６でエッチングが停止するようになってい
る。その後、レジストを除去する。
マスクとしてｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８を凸状の
ストライプ（上面幅２．０μｍ）に加工する。ストライ
プに加工したｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８をマスク
にしてｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層１０７を
リッジストライプ（底面幅２．０μｍ）に加工する。そ
の際、リッジストライプ周辺はｐ−ＧａＡｓエッチスト
ップ層１０６でエッチングが停止するようになってい
る。その後、レジストを除去する。
【００１５】次に、第２回目のＭＯＣＶＤ成長法により
基板温度７５０℃としてリッジストライプ周辺を埋める
ようにしてｎ−Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流光閉じ込め層１
０９（層厚０．６μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリ
ア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１
１０（層厚０．３μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリ
ア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１
１１を積層形成する。この時、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１０８直上に成長した不要層をエッチングにより除去
する。基板温度を７５０℃とした第２回目のＭＯＣＶＤ
成長法を行っても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ド
ーパントがカーボンとすることで、ドーパントの拡散を
抑制できる。従って、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層は、１
０19ｃｍ-3以上の高いキャリア濃度が維持される。
基板温度７５０℃としてリッジストライプ周辺を埋める
ようにしてｎ−Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流光閉じ込め層１
０９（層厚０．６μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリ
ア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１
１０（層厚０．３μｍ、ｎ型ドーパントはＳｉ、キャリ
ア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１
１１を積層形成する。この時、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１０８直上に成長した不要層をエッチングにより除去
する。基板温度を７５０℃とした第２回目のＭＯＣＶＤ
成長法を行っても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ド
ーパントがカーボンとすることで、ドーパントの拡散を
抑制できる。従って、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層は、１
０19ｃｍ-3以上の高いキャリア濃度が維持される。
【００１６】そして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８
の上面及びｎ−ＧａＡｓ基板１０１の面にそれぞれｐ型
電極１１２、ｎ型電極１１３を形成する。へき開により
共振器長を３７５μｍに調整し、光出射端面をＡｌ2Ｏ3
単層膜コーティングにより１２％、反対側の端面をＡｌ
2Ｏ3とＳｉの多層膜コーティングにより７５％の反射率
にする。
の上面及びｎ−ＧａＡｓ基板１０１の面にそれぞれｐ型
電極１１２、ｎ型電極１１３を形成する。へき開により
共振器長を３７５μｍに調整し、光出射端面をＡｌ2Ｏ3
単層膜コーティングにより１２％、反対側の端面をＡｌ
2Ｏ3とＳｉの多層膜コーティングにより７５％の反射率
にする。
【００１７】本実施の形態の半導体レーザ素子の特性
は、光出力５０ｍＶにおいて動作電流が８６．２ｍＡ、
動作電圧は１．８５Ｖであった。比較としてｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層を形成するにあたり、ドーパントにＺｎ
を用い、キャリア濃度を３．０×１０18ｃｍ-3とした従
来の半導体レーザ素子の特性を評価したところ、動作電
流は変わらず８６．２ｍＡであったが、動作電圧は２．
４０Ｖと増加した。
は、光出力５０ｍＶにおいて動作電流が８６．２ｍＡ、
動作電圧は１．８５Ｖであった。比較としてｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層を形成するにあたり、ドーパントにＺｎ
を用い、キャリア濃度を３．０×１０18ｃｍ-3とした従
来の半導体レーザ素子の特性を評価したところ、動作電
流は変わらず８６．２ｍＡであったが、動作電圧は２．
４０Ｖと増加した。
【００１８】本発明の半導体レーザ素子についてｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層のキャリア濃度とｐ−ＧａＡｓコン
タクト層の上面の幅に対する動作電圧の依存性について
調べた。図２に示すようにｐ−ＧａＡｓコンタクト層の
キャリア濃度が減少、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層の
上面の幅が狭くなるにつれて動作電圧は増加する。ま
た、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度が増加す
るにつれてｐ−ＧａＡｓコンタクト層の上面の幅に対す
る依存性は小さくなり、特に１．０×１０20ｃｍ-3以上
にした湯合、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の上面の幅に対
する動作電圧の依存性は見られなくなる 従って、動作
電圧のばらつきを低減する点で、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層のキャリア濃度は１０20ｃｍ-3以上に設定すること
が望ましい。
ａＡｓコンタクト層のキャリア濃度とｐ−ＧａＡｓコン
タクト層の上面の幅に対する動作電圧の依存性について
調べた。図２に示すようにｐ−ＧａＡｓコンタクト層の
キャリア濃度が減少、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層の
上面の幅が狭くなるにつれて動作電圧は増加する。ま
た、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度が増加す
るにつれてｐ−ＧａＡｓコンタクト層の上面の幅に対す
る依存性は小さくなり、特に１．０×１０20ｃｍ-3以上
にした湯合、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の上面の幅に対
する動作電圧の依存性は見られなくなる 従って、動作
電圧のばらつきを低減する点で、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層のキャリア濃度は１０20ｃｍ-3以上に設定すること
が望ましい。
【００１９】従来の半導体レーザ素子において動作電圧
を下げるために、ドーパントをＺｎとしてｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層キャリア濃度を１．０×１０20ｃｍ-3に上
げたところ、動作電圧は１．８８Ｖと改善されたが、動
作電流が１１０ｍＡと著しく増加し、光出力特性の劣化
が見られた。ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）法により
活性層付近のＺｎの分布を調べたところ、活性層内に
１．０×１０18ｃｍ-3のＺｎ量が検出され、多量に拡散
している。
を下げるために、ドーパントをＺｎとしてｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層キャリア濃度を１．０×１０20ｃｍ-3に上
げたところ、動作電圧は１．８８Ｖと改善されたが、動
作電流が１１０ｍＡと著しく増加し、光出力特性の劣化
が見られた。ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）法により
活性層付近のＺｎの分布を調べたところ、活性層内に
１．０×１０18ｃｍ-3のＺｎ量が検出され、多量に拡散
している。
【００２０】一方、本実施の形態に示す半導体レーザ素
子においても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃
度を１．０×１０20ｃｍ-3にした場合についてＳＩＭＳ
法により活性層付近のＺｎの分布を調べたところ、活性
層中のＺｎ量は１．０×１０16ｃｍ-3以下で従来例の１
００分の１以下となっており、活性層内にＺｎ拡散によ
り発生する非発光センターの生成が抑制され、光出力特
性の改善につながっている。
子においても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃
度を１．０×１０20ｃｍ-3にした場合についてＳＩＭＳ
法により活性層付近のＺｎの分布を調べたところ、活性
層中のＺｎ量は１．０×１０16ｃｍ-3以下で従来例の１
００分の１以下となっており、活性層内にＺｎ拡散によ
り発生する非発光センターの生成が抑制され、光出力特
性の改善につながっている。
【００２１】なお、本実施の形態においてはｐ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層、ｐ−ＧａＡｓエッチス
トップ層、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層のド
ーパントとしてＺｎを用いたがＭｇ、Ｂｅを用いても本
実施の形態と同様の効果が得られた。
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層、ｐ−ＧａＡｓエッチス
トップ層、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層のド
ーパントとしてＺｎを用いたがＭｇ、Ｂｅを用いても本
実施の形態と同様の効果が得られた。
【００２２】（実施の形態２）図３を用いて本実施の形
態２について説明する。ｎ−ＧａＡｓ基板３０１上にＭ
ＯＣＶＤ成長法によりｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラ
ッド層３０２（層厚１．５μｍ、ｎ型ドーパントはＳ
ｉ、キャリア濃度５×ｌ０17ｃｍ-3）、ノンドープＡｌ
0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層３０３（層厚０．０８μｍ）、
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層３０４（層厚
０．３μｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリア濃度１×
１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層３０５
（層厚０．００３μｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリ
ア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第
３クラッド層３０６（層厚０．９μｍ、ｐ型ドーパント
Ｚｎ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を順次形成す
る。次に、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層３０
６の上に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７（層厚０．
２μｍ、ｐ型ドーパントはＣ、キャリア濃度１×１０20
ｃｍ-3）を基板温度５８０℃としてＭＯＣＶＤ法で積層
形成する。
態２について説明する。ｎ−ＧａＡｓ基板３０１上にＭ
ＯＣＶＤ成長法によりｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラ
ッド層３０２（層厚１．５μｍ、ｎ型ドーパントはＳ
ｉ、キャリア濃度５×ｌ０17ｃｍ-3）、ノンドープＡｌ
0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層３０３（層厚０．０８μｍ）、
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層３０４（層厚
０．３μｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリア濃度１×
１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層３０５
（層厚０．００３μｍ、ｐ型ドーパントはＺｎ、キャリ
ア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第
３クラッド層３０６（層厚０．９μｍ、ｐ型ドーパント
Ｚｎ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を順次形成す
る。次に、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層３０
６の上に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７（層厚０．
２μｍ、ｐ型ドーパントはＣ、キャリア濃度１×１０20
ｃｍ-3）を基板温度５８０℃としてＭＯＣＶＤ法で積層
形成する。
【００２３】ストライプ状のレジストパターンをマスク
としてｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７の上面の幅２μ
ｍになるようにｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７および
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層３０６を凸状の
リッジストライプ３１２に加工する。その際、リッジス
トライプ３１２周辺はｐ−ＧａＡｓエッチストップ層３
０５でエッチングが停止するようになっている。
としてｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７の上面の幅２μ
ｍになるようにｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７および
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層３０６を凸状の
リッジストライプ３１２に加工する。その際、リッジス
トライプ３１２周辺はｐ−ＧａＡｓエッチストップ層３
０５でエッチングが停止するようになっている。
【００２４】電流閉じ込めのために窒化シリコン（以
下、Ｓｉ3Ｎ4と記す。）膜３０８（層厚０．３μｍ）、
ポリイミド３０９の順にリッジストライプ３１２側面を
埋めるように形成し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７
上にある余分なＳｉ3Ｎ4膜３０８およびポリイミド３０
９を除去する。
下、Ｓｉ3Ｎ4と記す。）膜３０８（層厚０．３μｍ）、
ポリイミド３０９の順にリッジストライプ３１２側面を
埋めるように形成し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７
上にある余分なＳｉ3Ｎ4膜３０８およびポリイミド３０
９を除去する。
【００２５】ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０７の上面及
びｎ−ＧａＡｓ基板３０１に、それぞれｐ型電極３１
０、ｎ型電極３１１を形成する。へき開により共振器長
を２００μｍに調整し、共振器両端面をＡｌ2Ｏ3のコー
ティングを行い、３０％の反射率にする。
びｎ−ＧａＡｓ基板３０１に、それぞれｐ型電極３１
０、ｎ型電極３１１を形成する。へき開により共振器長
を２００μｍに調整し、共振器両端面をＡｌ2Ｏ3のコー
ティングを行い、３０％の反射率にする。
【００２６】本実施の形態の半導体レーザ素子の特性
は、光出力３ｍＷにおいて動作電流が２５ｍＡ、動作電
圧は１．８７Ｖであった。比較としてｐ−ＧａＡｓコン
タクト層を形成するにあたり、ドーパントにＺｎを用
い、キャリア濃度を３．０×１０18ｃｍ-3とした従来の
半導体レーザ素子の特性を評価したところ、動作電流は
変わらず２５ｍＡであったが、動作電圧は２．４０Ｖと
増加した。
は、光出力３ｍＷにおいて動作電流が２５ｍＡ、動作電
圧は１．８７Ｖであった。比較としてｐ−ＧａＡｓコン
タクト層を形成するにあたり、ドーパントにＺｎを用
い、キャリア濃度を３．０×１０18ｃｍ-3とした従来の
半導体レーザ素子の特性を評価したところ、動作電流は
変わらず２５ｍＡであったが、動作電圧は２．４０Ｖと
増加した。
【００２７】本実施の形態の半導体レーザ素子について
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度とｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層の上面の幅に対する動作電圧の依存性に
ついて調べた。図４に示すようにｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層のキャリア濃度が減少、及びｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層の上面の幅が広くなるにつれて動作電圧は増加す
る。
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度とｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層の上面の幅に対する動作電圧の依存性に
ついて調べた。図４に示すようにｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層のキャリア濃度が減少、及びｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層の上面の幅が広くなるにつれて動作電圧は増加す
る。
【００２８】また、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリ
ア濃度が増加するにつれてｐ−ＧａＡｓコンタクト層の
上面の幅に対する依存性は小さくなり、特に１．０×１
０20ｃｍ-3以上にした場合、ｐ一コンタクト層の上面の
幅に対する動作電圧の依存性は見られなくなる。従っ
て、動作電圧のばらつきを低減する点で、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層のキャリア濃度は１．０×１０20ｃｍ-3以
上に設定することが望ましい。
ア濃度が増加するにつれてｐ−ＧａＡｓコンタクト層の
上面の幅に対する依存性は小さくなり、特に１．０×１
０20ｃｍ-3以上にした場合、ｐ一コンタクト層の上面の
幅に対する動作電圧の依存性は見られなくなる。従っ
て、動作電圧のばらつきを低減する点で、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層のキャリア濃度は１．０×１０20ｃｍ-3以
上に設定することが望ましい。
【００２９】従来の半導体レーザ素子において動作電圧
を下げるために、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層キャリア濃
度を１．０×１０20ｃｍ-3に上げたところ、動作電圧は
１．９０Ｖと改善されたが、動作電流が５０ｍＡと著し
く増加し、電流光出力特性の劣化が見られた。ＳＩＭＳ
（２次イオン質量分析）法により活性層付近のＺｎの分
布を調べたところ、活性層の１．０×１０18ｃｍ-3のＺ
ｎ量が検出され、多量の拡散が見られた。
を下げるために、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層キャリア濃
度を１．０×１０20ｃｍ-3に上げたところ、動作電圧は
１．９０Ｖと改善されたが、動作電流が５０ｍＡと著し
く増加し、電流光出力特性の劣化が見られた。ＳＩＭＳ
（２次イオン質量分析）法により活性層付近のＺｎの分
布を調べたところ、活性層の１．０×１０18ｃｍ-3のＺ
ｎ量が検出され、多量の拡散が見られた。
【００３０】一方、本実施の形態に示す半導体レーザ素
子についても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃
度を１．０×１０20ｃｍ-3にした場合についてＳＩＭＳ
法により活性層付近のＺｎの分布を調べたところ、活性
層中のＺｎ量は１．０×１０16ｃｍ-3以下で従来例の１
００分の１以下となっており、活性層内にＺｎ拡散によ
り発生する非発光センターの生成が抑制され、電流光出
力特性の改善につながっている。
子についても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃
度を１．０×１０20ｃｍ-3にした場合についてＳＩＭＳ
法により活性層付近のＺｎの分布を調べたところ、活性
層中のＺｎ量は１．０×１０16ｃｍ-3以下で従来例の１
００分の１以下となっており、活性層内にＺｎ拡散によ
り発生する非発光センターの生成が抑制され、電流光出
力特性の改善につながっている。
【００３１】なお、本発明は、以上に述べた実施の形態
に限定されるものではなく、実施の形態に示す場合以外
の層厚、Ａｌ組成比、キャリア濃度においても、本発明
の効果を有する限り適用可能である。
に限定されるものではなく、実施の形態に示す場合以外
の層厚、Ａｌ組成比、キャリア濃度においても、本発明
の効果を有する限り適用可能である。
【００３２】また、成長法については、ＭＯＣＶＤ法以
外にＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＬＰＥ（液相エ
ピタキシー）法、ＭＯＭＢＥ法、ＡＬＥ法（原子線エピ
タキシー）法においても、本発明の効果を有する限り適
用可能である。
外にＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＬＰＥ（液相エ
ピタキシー）法、ＭＯＭＢＥ法、ＡＬＥ法（原子線エピ
タキシー）法においても、本発明の効果を有する限り適
用可能である。
【００３３】また、本発明はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
材料に対する適用例について述べたが、それ以外にＡｌ
ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料についても同様である。
材料に対する適用例について述べたが、それ以外にＡｌ
ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料についても同様である。
【００３４】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、ｐ型コン
タクト層のドーパントのみにII族原子よりも拡散係数が
１桁以上小さなカーボン（Ｃ）を用いることにより、ｐ
型ドーパントのｐ型クラッド層への拡散を抑制できるの
で高いキャリア濃度が維持される。従って、ｐ型コンタ
クト層の抵抗を低減でき、動作電圧を低減できる。さら
に、ｐ型ドーパントの活性層への拡散を抑制し、そのた
めにｐ型ドーパントの拡散による活性層の発光効率低下
による信頼性悪化を防止することができる。
タクト層のドーパントのみにII族原子よりも拡散係数が
１桁以上小さなカーボン（Ｃ）を用いることにより、ｐ
型ドーパントのｐ型クラッド層への拡散を抑制できるの
で高いキャリア濃度が維持される。従って、ｐ型コンタ
クト層の抵抗を低減でき、動作電圧を低減できる。さら
に、ｐ型ドーパントの活性層への拡散を抑制し、そのた
めにｐ型ドーパントの拡散による活性層の発光効率低下
による信頼性悪化を防止することができる。
【００３５】また、活性層の近傍のｐ型クラッド層には
Ｃ以外のＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ等のII族原子をドーパントに
用いる。これらの原子はＣに比べて、通常の半導体レー
ザ素子の成長温度の高温状態においてもドーピング効率
が比較的良い。そのために結晶欠陥を生じにくく、非発
光センターの発生を防止でき、信頼性の悪化を防止でき
る。
Ｃ以外のＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ等のII族原子をドーパントに
用いる。これらの原子はＣに比べて、通常の半導体レー
ザ素子の成長温度の高温状態においてもドーピング効率
が比較的良い。そのために結晶欠陥を生じにくく、非発
光センターの発生を防止でき、信頼性の悪化を防止でき
る。
【００３６】又、カーボンのキャリア濃度を１０20ｃｍ
-3以上にした場合には、コンタクト層の上面の幅などの
半導体レーザ素子の構造がばらつく場合にも、半導体レ
ーザ素子の動作電圧のばらつきを小さくできる。
-3以上にした場合には、コンタクト層の上面の幅などの
半導体レーザ素子の構造がばらつく場合にも、半導体レ
ーザ素子の動作電圧のばらつきを小さくできる。
【００３７】電流狭窄構造を有した半導体レーザ素子の
ようにｐ型コンタクト層の面積が小さくなり、電気抵抗
が増大し動作電圧が大きくなる半導体レーザ素子におい
て、特に、ｐ型ドーパントとしてカーボンを用いること
が有効となる。
ようにｐ型コンタクト層の面積が小さくなり、電気抵抗
が増大し動作電圧が大きくなる半導体レーザ素子におい
て、特に、ｐ型ドーパントとしてカーボンを用いること
が有効となる。
【図１】本発明の半導体レーザー素子の断面図である。
【図２】本発明の半導体レーザー素子の動作電圧のｐ型
コンタクト層のキャリア濃度及びｐ型コンタクト層の上
面幅の関係を示した図である。
コンタクト層のキャリア濃度及びｐ型コンタクト層の上
面幅の関係を示した図である。
【図３】本発明の半導体レーザー素子の断面図である。
【図４】本発明の半導体レーザー素子の動作電圧のｐ型
コンタクト層のキャリア濃度及びｐ型コンタクト層の上
面幅の関係を示した図である。
コンタクト層のキャリア濃度及びｐ型コンタクト層の上
面幅の関係を示した図である。
【図５】従来の半導体レーザー素子を示す断面図であ
る。
る。
１０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １０３ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層 １０４ ノンドープＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層 １０５ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層 １０６ ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層 １０７ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層 １０８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １０９ ｎ−Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流光閉じ込め層 １１０ ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層 １１１ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １１２ ｐ型電極 １１３ ｎ型電極 １１４、３１２ リッジストライプ ３０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ３０２ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層 ３０３ ノンドープＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層 ３０４ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層 ３０５ ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層 ３０６ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層 ３０７ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ３０８ 窒化シリコン ３０９ ポリイミド ３１０ ｐ型電極 ３１１ ｎ型電極
Claims (4)
- 【請求項１】 第１電型の半導体基板上方に、活性層
と、第２導電型のクラッド層とが形成され、前記第２導
電型のクラッド層の上に、第２導電型のコンタクト層を
有するIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体レーザ素
子において、 前記第２導電型のコンタクト層のドーパントのみカーボ
ンであることを特徴とする半導体レーザー素子。 - 【請求項２】 前記第２導電型のクラッド層のドーパン
トはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅであることを特徴とする請求項１
に記載の半導体レーザー素子。 - 【請求項３】 前記第２導電型のコンタクト層のカーボ
ンのキャリア濃度が１０20ｃｍ-3以上であることを特徴
とする請求項１乃至２に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記第２導電型のクラッド層は凸状のス
トライプを有し、 前記凸状のストライプの両側面には、電流閉じ込め層を
有していることを特徴とする請求項１乃至３に記載の半
導体レーザー素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29133796A JPH10135567A (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29133796A JPH10135567A (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10135567A true JPH10135567A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17767620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29133796A Pending JPH10135567A (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10135567A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0964489A1 (en) * | 1998-06-12 | 1999-12-15 | Lucent Technologies Inc. | Optical device including carbon-doped contact layers |
| US6103624A (en) * | 1999-04-15 | 2000-08-15 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of improving Cu damascene interconnect reliability by laser anneal before barrier polish |
| JP2004207682A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2006005073A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-01-05 | Hitachi Cable Ltd | レーザダイオード用エピタキシャルウェハ及びレーザダイオード |
| US6991955B2 (en) | 2002-06-13 | 2006-01-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Compound semiconductor, method for producing the same, semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
| US11228160B2 (en) | 2018-11-15 | 2022-01-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | AlGaInPAs-based semiconductor laser device and method for producing same |
-
1996
- 1996-11-01 JP JP29133796A patent/JPH10135567A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0964489A1 (en) * | 1998-06-12 | 1999-12-15 | Lucent Technologies Inc. | Optical device including carbon-doped contact layers |
| US6317444B1 (en) | 1998-06-12 | 2001-11-13 | Agere System Optoelectronics Guardian Corp. | Optical device including carbon-doped contact layers |
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| US7495262B2 (en) | 2002-06-13 | 2009-02-24 | Panasonic Corporation | Compound semiconductor, method for producing the same, semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
| JP2004207682A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP4500516B2 (ja) * | 2002-12-13 | 2010-07-14 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2006005073A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-01-05 | Hitachi Cable Ltd | レーザダイオード用エピタキシャルウェハ及びレーザダイオード |
| JP4534615B2 (ja) * | 2004-06-16 | 2010-09-01 | 日立電線株式会社 | レーザダイオード用エピタキシャルウェハ及びレーザダイオード |
| US11228160B2 (en) | 2018-11-15 | 2022-01-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | AlGaInPAs-based semiconductor laser device and method for producing same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| A521 | Written amendment |
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