JPH1154828A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
- Publication number
- JPH1154828A JPH1154828A JP20407697A JP20407697A JPH1154828A JP H1154828 A JPH1154828 A JP H1154828A JP 20407697 A JP20407697 A JP 20407697A JP 20407697 A JP20407697 A JP 20407697A JP H1154828 A JPH1154828 A JP H1154828A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高
い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 ｐｎ界面に隣接した厚さ１０ｎｍから３
００ｎｍの範囲の薄膜層を低キャリア濃度とする。具体
的には、活性層の上下に配置され、導電性のそれぞれ異
なるクラッド層を１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の
低いキャリア濃度で且つ１０ｎｍから３００ｎｍの層厚
をもつ第１の上下クラッド層と５Ｅ１７ｃｍ-3から１Ｅ
１８ｃｍ-3の高いキャリア濃度を有する第２の上下クラ
ッド層の少なくとも上下の両クラッド層を２層以上の構
成にする。
い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 ｐｎ界面に隣接した厚さ１０ｎｍから３
００ｎｍの範囲の薄膜層を低キャリア濃度とする。具体
的には、活性層の上下に配置され、導電性のそれぞれ異
なるクラッド層を１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の
低いキャリア濃度で且つ１０ｎｍから３００ｎｍの層厚
をもつ第１の上下クラッド層と５Ｅ１７ｃｍ-3から１Ｅ
１８ｃｍ-3の高いキャリア濃度を有する第２の上下クラ
ッド層の少なくとも上下の両クラッド層を２層以上の構
成にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＣＶＤ法によ
って製造され、光ディスク用などに用いられる半導体レ
ーザに関する。
って製造され、光ディスク用などに用いられる半導体レ
ーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ用のＡｌＧａＡｓなどの化
合物半導体結晶の製造方法としては、主としてＬＰＥ
（液相成長法）、ＭＢＥ（分子線成長法）、ＭＯＣＶＤ
（有機金属気相成長法）のいずれかが用いられている。
ＬＰＥ法は比較的簡単な装置で良質の半導体結晶ができ
る反面、大面積に亙って均一な結晶を製造するのが難し
い。それに対し、ＭＢＥ法およびＭＯＣＶＤ法は、より
量産に適した方法であり、今日広く用いられている。Ｍ
ＢＥ法は、高真空中で、化合物半導体を構成する各固体
元素を加熱して基板に照射する方法のため、純粋な結晶
が得やすい。一方ＭＯＣＶＤ法は、常圧あるいは１／１
０気圧程度の減圧条件で、化合物半導体を構成する元素
を、有機化合物や水素化物としてガス状にして輸送し、
基板上で化学反応を起こして化合物半導体を形成する。
そのため、化学反応後に発生する有機物や水素が不純物
として化合物半導体内に取り込まれやすい。特に有機物
中のＣ（炭素）はｐ型ドーパントとして化合物半導体内
に取り込まれる。
合物半導体結晶の製造方法としては、主としてＬＰＥ
（液相成長法）、ＭＢＥ（分子線成長法）、ＭＯＣＶＤ
（有機金属気相成長法）のいずれかが用いられている。
ＬＰＥ法は比較的簡単な装置で良質の半導体結晶ができ
る反面、大面積に亙って均一な結晶を製造するのが難し
い。それに対し、ＭＢＥ法およびＭＯＣＶＤ法は、より
量産に適した方法であり、今日広く用いられている。Ｍ
ＢＥ法は、高真空中で、化合物半導体を構成する各固体
元素を加熱して基板に照射する方法のため、純粋な結晶
が得やすい。一方ＭＯＣＶＤ法は、常圧あるいは１／１
０気圧程度の減圧条件で、化合物半導体を構成する元素
を、有機化合物や水素化物としてガス状にして輸送し、
基板上で化学反応を起こして化合物半導体を形成する。
そのため、化学反応後に発生する有機物や水素が不純物
として化合物半導体内に取り込まれやすい。特に有機物
中のＣ（炭素）はｐ型ドーパントとして化合物半導体内
に取り込まれる。
【０００３】ＭＯＣＶＤ法で化合物半導体を作製する場
合、ｎ型ドーパント元素としてはＳｅ、Ｓｉなどが、ま
たｐ型ドーパント元素としてはＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどが一
般に用いられる。これらのドーパントは単独では比較的
制御よく用いることができるが、隣接する層にドープさ
れた場合、組み合わせによっては複雑な相互拡散を起こ
す。
合、ｎ型ドーパント元素としてはＳｅ、Ｓｉなどが、ま
たｐ型ドーパント元素としてはＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどが一
般に用いられる。これらのドーパントは単独では比較的
制御よく用いることができるが、隣接する層にドープさ
れた場合、組み合わせによっては複雑な相互拡散を起こ
す。
【０００４】従来のＭＯＣＶＤ法によって作製されたＡ
ｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図を図５に示す。ｎ型
ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、Ｓｅ
ドープｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、Ｓｅドープｎ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３、アンドープＡｌＧａＡ
ｓ活性層１０４、Ｚｎドープｐ型クラッド層１０５、Ｓ
ｅドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層１０６が形成され
ている。ｎ型ブロック層１０６はストライプ状に除去さ
れて電流通路１２０が形成され、さらにＺｎドープｐ型
クラッド層１０８、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１０９
が形成されている。また下面にはｎ電極１１０、上面に
はｐ電極１１１が形成されている。このような半導体レ
ーザの問題点としては、ｐ型不純物であるＺｎとｎ型不
純物であるＳｅの相互拡散により、ｐ型となるべきＺｎ
ドープｐ型クラッド層１０５の導電型が反転し、ｎ型ク
ラッド層１０３とｎ型ブロック層１０６が電気的にショ
ートすることによって歩留まりの低下を引き起こしてし
まうことや上記ドーピング不純物の相互拡散によって活
性層１０４内及びその近傍において１Ｅ１８cm-3を越え
る高濃度のドーピング不純物がパイルアップし、活性層
１０４の結晶品質を低下させてしまうため、加速劣化試
験中に動作電流の上昇（信頼性の劣化）が起こるという
ものがある。
ｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図を図５に示す。ｎ型
ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、Ｓｅ
ドープｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、Ｓｅドープｎ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３、アンドープＡｌＧａＡ
ｓ活性層１０４、Ｚｎドープｐ型クラッド層１０５、Ｓ
ｅドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層１０６が形成され
ている。ｎ型ブロック層１０６はストライプ状に除去さ
れて電流通路１２０が形成され、さらにＺｎドープｐ型
クラッド層１０８、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１０９
が形成されている。また下面にはｎ電極１１０、上面に
はｐ電極１１１が形成されている。このような半導体レ
ーザの問題点としては、ｐ型不純物であるＺｎとｎ型不
純物であるＳｅの相互拡散により、ｐ型となるべきＺｎ
ドープｐ型クラッド層１０５の導電型が反転し、ｎ型ク
ラッド層１０３とｎ型ブロック層１０６が電気的にショ
ートすることによって歩留まりの低下を引き起こしてし
まうことや上記ドーピング不純物の相互拡散によって活
性層１０４内及びその近傍において１Ｅ１８cm-3を越え
る高濃度のドーピング不純物がパイルアップし、活性層
１０４の結晶品質を低下させてしまうため、加速劣化試
験中に動作電流の上昇（信頼性の劣化）が起こるという
ものがある。
【０００５】このＺｎドープｐ型クラッド層１０５のn
反転を抑制する手段の１つとして、ｎ型不純物をＳｅか
らＳｉに置き換えることにより、相互拡散を抑えること
ができるが、逆に拡散がないため、ｐクラッド層のキャ
リア濃度は、電流ストライプ部及び電流ブロック下でほ
ぼ同じになり、従来のＳｅドープレーザ素子に比べ、ｐ
型クラッド層の抵抗が低くなり、電流拡がりによって漏
れ電流が多くなるという欠点があった。
反転を抑制する手段の１つとして、ｎ型不純物をＳｅか
らＳｉに置き換えることにより、相互拡散を抑えること
ができるが、逆に拡散がないため、ｐクラッド層のキャ
リア濃度は、電流ストライプ部及び電流ブロック下でほ
ぼ同じになり、従来のＳｅドープレーザ素子に比べ、ｐ
型クラッド層の抵抗が低くなり、電流拡がりによって漏
れ電流が多くなるという欠点があった。
【０００６】この様な電流拡がりの問題に対しては特開
平６−２５２４９７号公報にあるように電流ストライプ
部のキャリア濃度を電流ブロック下部よりも高くするこ
とによって無効電流を抑え、低電流動作を実現できる。
平６−２５２４９７号公報にあるように電流ストライプ
部のキャリア濃度を電流ブロック下部よりも高くするこ
とによって無効電流を抑え、低電流動作を実現できる。
【０００７】さらに、特開平６−２３２５１２号公報に
あるように、ｐクラッド層中の電流拡がりを抑制し、且
つ活性層からｐクラッド層への電子の漏れを防ぐため、
ｐクラッド層を活性層に近接した高いキャリア濃度層と
活性層から隔離された低いキャリア濃度層の２層構造と
し、低電流動作を実現している。
あるように、ｐクラッド層中の電流拡がりを抑制し、且
つ活性層からｐクラッド層への電子の漏れを防ぐため、
ｐクラッド層を活性層に近接した高いキャリア濃度層と
活性層から隔離された低いキャリア濃度層の２層構造と
し、低電流動作を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｐクラ
ッド層中の電流拡がりや活性層からの電子のオーバーフ
ローを抑制させるために考案された従来の構造ではいず
れも活性層に隣接したｐクラッド層のキャリア濃度が５
Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3と高濃度なるため、ド
ーピング不純物が活性層中へ拡散し、活性層の結晶品質
を低下させ、信頼性の劣化という問題が再発してくる。
さらに、上記の拡散は通常、活性層を通過し、ｎクラッ
ド層内にも及ぶ場合が多く、ｐｎ接合位置が活性層から
クラッド層内に移動し、発振閾値電流を増加させるとい
う問題があった。すなわち、半導体レーザ特性に及ぼす
活性層近傍のキャリア濃度の影響はトレードオフの関係
にあり、キャリア濃度を高くするとドーピング不純物の
拡散が問題となり、低くすると電子のオーバーフローが
問題となってくる。また、実際には上記の拡散によって
ドーピングプロファイルが変化し、設計通りのキャリア
濃度分布を作製するのが困難であるという問題もある。
ッド層中の電流拡がりや活性層からの電子のオーバーフ
ローを抑制させるために考案された従来の構造ではいず
れも活性層に隣接したｐクラッド層のキャリア濃度が５
Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3と高濃度なるため、ド
ーピング不純物が活性層中へ拡散し、活性層の結晶品質
を低下させ、信頼性の劣化という問題が再発してくる。
さらに、上記の拡散は通常、活性層を通過し、ｎクラッ
ド層内にも及ぶ場合が多く、ｐｎ接合位置が活性層から
クラッド層内に移動し、発振閾値電流を増加させるとい
う問題があった。すなわち、半導体レーザ特性に及ぼす
活性層近傍のキャリア濃度の影響はトレードオフの関係
にあり、キャリア濃度を高くするとドーピング不純物の
拡散が問題となり、低くすると電子のオーバーフローが
問題となってくる。また、実際には上記の拡散によって
ドーピングプロファイルが変化し、設計通りのキャリア
濃度分布を作製するのが困難であるという問題もある。
【０００９】本発明の目的は、上記キャリア濃度のバラ
ンスを最適化することによって、発振閾値電流を低減
し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ
素子を提供することにある。
ンスを最適化することによって、発振閾値電流を低減
し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ
素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
め、本発明では、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤ法
によって、順に、少なくとも、高濃度のＳｉドープｎ型
ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、低濃度のＳｉドープｎ
型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、ＧａＡｓまたはＡｌ
ＧａＡｓ活性層と低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ第２クラッド層と、低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａ
ＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と高濃度のＳｉドー
プｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を形
成したことを特徴とする半導体レーザ素子であり、上記
高濃度層のキャリア濃度が５Ｅ１７cm-3から３Ｅ１８ｃ
ｍ-3の範囲であり、且つ上記低濃度層のキャリア濃度が
１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であることを
特徴としており、また、該低濃度の層厚が１０ｎｍから
３００ｎｍの範囲で形成されることを特徴とする半導体
レーザ素子を提供する。
め、本発明では、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤ法
によって、順に、少なくとも、高濃度のＳｉドープｎ型
ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、低濃度のＳｉドープｎ
型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、ＧａＡｓまたはＡｌ
ＧａＡｓ活性層と低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ第２クラッド層と、低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａ
ＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と高濃度のＳｉドー
プｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を形
成したことを特徴とする半導体レーザ素子であり、上記
高濃度層のキャリア濃度が５Ｅ１７cm-3から３Ｅ１８ｃ
ｍ-3の範囲であり、且つ上記低濃度層のキャリア濃度が
１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であることを
特徴としており、また、該低濃度の層厚が１０ｎｍから
３００ｎｍの範囲で形成されることを特徴とする半導体
レーザ素子を提供する。
【００１１】また、本発明は、該高濃度のＳｉドープｎ
型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドー
プｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまた
はＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ
型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＳｉドー
プｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と該
高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第
２ブロック層は１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、該Ｓ
ｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓブロック層は
ストライプ状に除去されたのち、第３のｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層を形成し、前記第３のｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層はＭＯＣＶＤ法又はＬＰＥ法で形成されたこと
を特徴とするものである。
型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドー
プｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまた
はＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ
型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＳｉドー
プｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と該
高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第
２ブロック層は１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、該Ｓ
ｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓブロック層は
ストライプ状に除去されたのち、第３のｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層を形成し、前記第３のｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層はＭＯＣＶＤ法又はＬＰＥ法で形成されたこと
を特徴とするものである。
【００１２】さらに、本発明は、該高濃度のＳｉドープ
ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉド
ープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓま
たはＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型
ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープ
ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層は１回のＭＯＣＶＤ成
長で形成され、該第２のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層は凸ストライプ状の部分を残して除去されたの
ち、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａ
Ａｓ第１ブロック層と該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧ
ａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を順に、該凸スト
ライプ部の除去されなかった部分上以外に形成されたこ
とを特徴とする半導体レーザであり、上記高濃度層のキ
ャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲
であり、且つ上記低濃度層のキャリア濃度が１Ｅ１６ｃ
ｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であることを特徴として
おり、また、該低濃度の層厚が１０ｎｍから３００ｎｍ
の範囲で形成されることを特徴とするものである。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉド
ープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓま
たはＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型
ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープ
ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層は１回のＭＯＣＶＤ成
長で形成され、該第２のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層は凸ストライプ状の部分を残して除去されたの
ち、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａ
Ａｓ第１ブロック層と該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧ
ａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を順に、該凸スト
ライプ部の除去されなかった部分上以外に形成されたこ
とを特徴とする半導体レーザであり、上記高濃度層のキ
ャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲
であり、且つ上記低濃度層のキャリア濃度が１Ｅ１６ｃ
ｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であることを特徴として
おり、また、該低濃度の層厚が１０ｎｍから３００ｎｍ
の範囲で形成されることを特徴とするものである。
【００１３】以下、本発明の作用を記載する。
【００１４】従来の特性不良や信頼性不良は、活性層す
なわちｐｎ接合近傍のドーピング濃度バランスに起因す
るところが大きく、キャリア濃度を高くするとドーピン
グ不純物の拡散が問題となり、低くすると電子のオーバ
ーフローが問題となるというようなトレードオフの関係
にある。
なわちｐｎ接合近傍のドーピング濃度バランスに起因す
るところが大きく、キャリア濃度を高くするとドーピン
グ不純物の拡散が問題となり、低くすると電子のオーバ
ーフローが問題となるというようなトレードオフの関係
にある。
【００１５】発明者らはｐｎ接合近傍のドーピング不純
物の相互拡散を詳細に調べたところ、ｐ層とｎ層両者の
不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ-3以上になると相互拡散が起
こり始め、さらにｐ層とｎ層両者のドーピング不純物濃
度が高いほど相互拡散が増大し、特に濃度が５Ｅ１７ｃ
ｍ-3を越えると急激に拡散が顕著になるとの知見を得
た。この現象は結晶成長中に起こり、例えばｎｐｎ構造
を作製しようとした場合、ｐ層、ｎ層のドーピング不純
物が両接合界面にパイルアップし、極端な場合、ｐ層中
のドーピング不純物が枯渇する場合がある。また、電子
のオーバーフローを抑制する目的でｐクラッド層を２層
構造とし、活性層に隣接する側の薄層のみキャリア濃度
を高くしようと設計したとしても実際には上記の拡散に
よってドーピングプロファイルが大きく変化し、設計通
りのキャリア濃度分布を作製するのが困難であることも
わかった。もちろん、ドーピング材料によって相互拡散
の度合いが異なり、ｎ型ドーパントであるＳｅとｐ型ド
ーパントとしてのＺｎあるいはＭｇが最も相互拡散を起
こしやすい組み合わせであるであることをつきとめた。
ｎ型ドーパントととして拡散の小さいＳiを用いること
は有効であるが、ドーピング不純物濃度が高くなると相
互拡散は少なからず生じることがわかった。
物の相互拡散を詳細に調べたところ、ｐ層とｎ層両者の
不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ-3以上になると相互拡散が起
こり始め、さらにｐ層とｎ層両者のドーピング不純物濃
度が高いほど相互拡散が増大し、特に濃度が５Ｅ１７ｃ
ｍ-3を越えると急激に拡散が顕著になるとの知見を得
た。この現象は結晶成長中に起こり、例えばｎｐｎ構造
を作製しようとした場合、ｐ層、ｎ層のドーピング不純
物が両接合界面にパイルアップし、極端な場合、ｐ層中
のドーピング不純物が枯渇する場合がある。また、電子
のオーバーフローを抑制する目的でｐクラッド層を２層
構造とし、活性層に隣接する側の薄層のみキャリア濃度
を高くしようと設計したとしても実際には上記の拡散に
よってドーピングプロファイルが大きく変化し、設計通
りのキャリア濃度分布を作製するのが困難であることも
わかった。もちろん、ドーピング材料によって相互拡散
の度合いが異なり、ｎ型ドーパントであるＳｅとｐ型ド
ーパントとしてのＺｎあるいはＭｇが最も相互拡散を起
こしやすい組み合わせであるであることをつきとめた。
ｎ型ドーパントととして拡散の小さいＳiを用いること
は有効であるが、ドーピング不純物濃度が高くなると相
互拡散は少なからず生じることがわかった。
【００１６】本発明の目的は、上記キャリア濃度のバラ
ンスを最適化することによって、発振閾値電流を低減
し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ
素子を提供することにある。この目的を達成するため
に、本発明は、まずｎ型クラッドのドーパントであるＳ
ｅをＳｉに置き換えることにより、ｐ型クラッドのドー
パントがｎ型クラッドに拡散することを低減する。次に
ｐ、ｎクラッド層並びにｎブロック層をキャリア濃度の
異なる２層以上の構成とし、高キャリア濃度層をｐｎ界
面から隔離させ、ｐｎ界面に隣接した層を低キャリア濃
度とすることで、ｐｎ界面での相互拡散を完全に防止す
る。キャリア濃度バランスとしては該低キャリア濃度層
のドーピング不純物濃度として１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ
１７ｃｍ-3の範囲とし、該低濃度の層厚が１０ｎｍから
３００ｎｍの範囲で形成されることによって不純物拡散
の影響を完全になくすことが出来る。従って、ｐｎ接合
位置は移動せず、活性層の結晶性の劣化を招くことも無
いため、発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い
信頼性を有する半導体レーザ素子を提供できる。
ンスを最適化することによって、発振閾値電流を低減
し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ
素子を提供することにある。この目的を達成するため
に、本発明は、まずｎ型クラッドのドーパントであるＳ
ｅをＳｉに置き換えることにより、ｐ型クラッドのドー
パントがｎ型クラッドに拡散することを低減する。次に
ｐ、ｎクラッド層並びにｎブロック層をキャリア濃度の
異なる２層以上の構成とし、高キャリア濃度層をｐｎ界
面から隔離させ、ｐｎ界面に隣接した層を低キャリア濃
度とすることで、ｐｎ界面での相互拡散を完全に防止す
る。キャリア濃度バランスとしては該低キャリア濃度層
のドーピング不純物濃度として１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ
１７ｃｍ-3の範囲とし、該低濃度の層厚が１０ｎｍから
３００ｎｍの範囲で形成されることによって不純物拡散
の影響を完全になくすことが出来る。従って、ｐｎ接合
位置は移動せず、活性層の結晶性の劣化を招くことも無
いため、発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い
信頼性を有する半導体レーザ素子を提供できる。
【００１７】
【発明実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００１８】（実施例１）図１は実施例１の半導体レー
ザ素子の断面図である。これはセルフアライン型と呼ば
れる構造で、ＭＯＣＶＤ法でｎ型ＧａＡｓ基板１（キャ
リア濃度２Ｅ１８ｃｍ-3）上にｎ型ＧａＡｓバッファ層
２（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ設定）、高濃
度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層３
（キャリア濃度 １Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、
低濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド
層４（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設
定）、アンドープＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層５（厚み
０．０８μｍ）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓ第１クラッド層６（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、
厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層７（キャリア濃度５Ｅ１７
ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｚｎドープｐ型
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８（キャリア濃度８
Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドー
プｎ型第１ＡｌＧａＡｓブロック層９（キャリア濃度１
Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｓｉドー
プｎ型第２ＡｌＧａＡｓブロック層１０（キャリア濃度
３Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．７μｍ設定）を形成する。ｎ
ブロック層９、１０を４μｍ幅のストライプ状に除去し
て電流通路２０を形成する。更にＭＯＣＶＤ法でＺｎド
ープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層１１（１．
５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１２（４Ｅ１８ｃｍ-3を形成する。
その後下面にはｎ電極１３、上面にはｐ電極１４を形成
後、バー状に分割して、バーの両側の光出射に反射膜を
コーティングし、さらにチップに分割して個別の素子に
する。
ザ素子の断面図である。これはセルフアライン型と呼ば
れる構造で、ＭＯＣＶＤ法でｎ型ＧａＡｓ基板１（キャ
リア濃度２Ｅ１８ｃｍ-3）上にｎ型ＧａＡｓバッファ層
２（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ設定）、高濃
度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層３
（キャリア濃度 １Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、
低濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド
層４（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設
定）、アンドープＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層５（厚み
０．０８μｍ）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓ第１クラッド層６（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、
厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層７（キャリア濃度５Ｅ１７
ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｚｎドープｐ型
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８（キャリア濃度８
Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドー
プｎ型第１ＡｌＧａＡｓブロック層９（キャリア濃度１
Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｓｉドー
プｎ型第２ＡｌＧａＡｓブロック層１０（キャリア濃度
３Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．７μｍ設定）を形成する。ｎ
ブロック層９、１０を４μｍ幅のストライプ状に除去し
て電流通路２０を形成する。更にＭＯＣＶＤ法でＺｎド
ープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層１１（１．
５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１２（４Ｅ１８ｃｍ-3を形成する。
その後下面にはｎ電極１３、上面にはｐ電極１４を形成
後、バー状に分割して、バーの両側の光出射に反射膜を
コーティングし、さらにチップに分割して個別の素子に
する。
【００１９】ここで、ＩＩＩ族原料はＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ
族原料はＡｓＨ3（アルシン）、ｎ型ドーパント原料は
ＳｉＨ4（シラン）、ｐ型ドーパントはＤＥＺ（ジエチ
ルジンク）を用いた。成長温度は７５０℃、成長圧力は
７６Ｔｏｒｒ、Ｖ／ＩＩＩ＝１２０である。
ルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ
族原料はＡｓＨ3（アルシン）、ｎ型ドーパント原料は
ＳｉＨ4（シラン）、ｐ型ドーパントはＤＥＺ（ジエチ
ルジンク）を用いた。成長温度は７５０℃、成長圧力は
７６Ｔｏｒｒ、Ｖ／ＩＩＩ＝１２０である。
【００２０】ストライプ内でのドーピング濃度を調べる
ために、幅１０００μｍのとした試料を作製した。また
ストライプ外でのドーピング濃度を調べるために、上記
工程で、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層９、１
０までを成長した試料を作製した。ドーピング濃度はＳ
ＩＭＳ（２次イオン質量分析）分析により測定した。図
２（ａ）にストライプ内のＳＩＭＳのＺｎとＳｉのプロ
ファイルを示す。比較のためＺｎとＳｉをドーピング不
純物として用いた従来例を図２（ｂ）に合わせて示す。
図２（ａ）を見てわかるように本発明による実施例で
は、Ｚｎ、Ｓｉ共に同一クラッド層内で高キャリア濃度
層から低キャリア濃度層への拡散は観測されるが、活性
層や他のクラッド層には拡散していない。これに対して
従来例図２（ｂ）ではＺｎ、Ｓｉは相互拡散によってｐ
ｎ接合界面にパイルアップし、特に活性層へのＺｎの拡
散が著しく、結晶性を低下させているものと考えられ
る。また、ｐｎ接合も従来法ではｎクラッド層内に移動
しているのに対し、本実施例では移動することなく、設
計通りのｐｎ接合位置にあることがわかった。
ために、幅１０００μｍのとした試料を作製した。また
ストライプ外でのドーピング濃度を調べるために、上記
工程で、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層９、１
０までを成長した試料を作製した。ドーピング濃度はＳ
ＩＭＳ（２次イオン質量分析）分析により測定した。図
２（ａ）にストライプ内のＳＩＭＳのＺｎとＳｉのプロ
ファイルを示す。比較のためＺｎとＳｉをドーピング不
純物として用いた従来例を図２（ｂ）に合わせて示す。
図２（ａ）を見てわかるように本発明による実施例で
は、Ｚｎ、Ｓｉ共に同一クラッド層内で高キャリア濃度
層から低キャリア濃度層への拡散は観測されるが、活性
層や他のクラッド層には拡散していない。これに対して
従来例図２（ｂ）ではＺｎ、Ｓｉは相互拡散によってｐ
ｎ接合界面にパイルアップし、特に活性層へのＺｎの拡
散が著しく、結晶性を低下させているものと考えられ
る。また、ｐｎ接合も従来法ではｎクラッド層内に移動
しているのに対し、本実施例では移動することなく、設
計通りのｐｎ接合位置にあることがわかった。
【００２１】図３（ａ）に本実施例のストライプ外のＺ
ｎとＳｉのプロファイルを、図３（ｂ）に従来例のスト
ライプ外のＺｎとＳｉのプロファイルをそれぞれ示す。
ストライプ外においても本実施例では、ドーピング不純
物の活性層や他のクラッド層には拡散していないのに対
して、従来例ではＺｎ、Ｓｉのブロック層や活性層への
相互拡散が顕著である。次に、本実施例に於けるストラ
イプ内外のｐクラッド層中のＺｎ不純物濃度に注目する
と、ストライプ内の低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ第３クラッド層８ａのキャリア濃度は上記の高
キャリア濃度層から低キャリア濃度層への拡散、すなわ
ちＺｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層１
１からのＺｎ拡散によって、ストライプ外の低濃度Ｚｎ
ドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８ｂより
も高くなっている。このことによって、ストライプ内へ
の電流閉じこめが有効に行え、低電流動作が実現でき
る。本実施例により作製したレーザの５ｍＷ時の動作電
流を測定したところ、３５ｍＡであり、従来例で作製し
た素子（４０ｍＡ）より特性が向上した。また出力５ｍ
Ｗ・７０℃で２００時間動作させた時の動作電流増加量
は０．２ｍＡであり、従来素子（１ｍＡ）に比べ特性が
良好であった。
ｎとＳｉのプロファイルを、図３（ｂ）に従来例のスト
ライプ外のＺｎとＳｉのプロファイルをそれぞれ示す。
ストライプ外においても本実施例では、ドーピング不純
物の活性層や他のクラッド層には拡散していないのに対
して、従来例ではＺｎ、Ｓｉのブロック層や活性層への
相互拡散が顕著である。次に、本実施例に於けるストラ
イプ内外のｐクラッド層中のＺｎ不純物濃度に注目する
と、ストライプ内の低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ第３クラッド層８ａのキャリア濃度は上記の高
キャリア濃度層から低キャリア濃度層への拡散、すなわ
ちＺｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層１
１からのＺｎ拡散によって、ストライプ外の低濃度Ｚｎ
ドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８ｂより
も高くなっている。このことによって、ストライプ内へ
の電流閉じこめが有効に行え、低電流動作が実現でき
る。本実施例により作製したレーザの５ｍＷ時の動作電
流を測定したところ、３５ｍＡであり、従来例で作製し
た素子（４０ｍＡ）より特性が向上した。また出力５ｍ
Ｗ・７０℃で２００時間動作させた時の動作電流増加量
は０．２ｍＡであり、従来素子（１ｍＡ）に比べ特性が
良好であった。
【００２２】なお、図１の説明を簡単にするため幾つか
の層を省略している。実際にはｐ型第３クラッド層とｎ
型第１ブロック層の間に２層よりなるエッチングストッ
プ層群があるほか、ｎ型第２ブロック層は４層程度の混
晶比の異なるＳｉドープ層群であるが、薄い層について
は図示・説明を省略している。
の層を省略している。実際にはｐ型第３クラッド層とｎ
型第１ブロック層の間に２層よりなるエッチングストッ
プ層群があるほか、ｎ型第２ブロック層は４層程度の混
晶比の異なるＳｉドープ層群であるが、薄い層について
は図示・説明を省略している。
【００２３】各層のＡｌ混晶比は実施例に示した値に限
定されるものでなく、例えば活性層をＡｌ混晶比がゼロ
のＧａＡｓとしてもよい。ここでは５ｍＷのレーザとし
たが、若干活性層厚さを薄くすることにより４０ｍＷク
ラスの高出力レーザとすることができ、最適キャリア濃
度はほとんど同一であった。
定されるものでなく、例えば活性層をＡｌ混晶比がゼロ
のＧａＡｓとしてもよい。ここでは５ｍＷのレーザとし
たが、若干活性層厚さを薄くすることにより４０ｍＷク
ラスの高出力レーザとすることができ、最適キャリア濃
度はほとんど同一であった。
【００２４】（実施例２）実施例２においては、実施例
１における第２の成長をＭＯＣＶＤ法でなくＬＰＥ法に
よって行った。ｎ型ＧａＡｓ基板１上にＭＯＣＶＤ法で
Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層１０までの各層
を形成・ストライプ形成するまでは同じである。さらに
ＬＰＥ法で、Ｍｇドープｐ型第４クラッド層１１’
（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、１μｍ）、Ｍｇドープｐ型コン
タクト層１２’（４Ｅ１８ｃｍ-3、１μｍ）を形成す
る。
１における第２の成長をＭＯＣＶＤ法でなくＬＰＥ法に
よって行った。ｎ型ＧａＡｓ基板１上にＭＯＣＶＤ法で
Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層１０までの各層
を形成・ストライプ形成するまでは同じである。さらに
ＬＰＥ法で、Ｍｇドープｐ型第４クラッド層１１’
（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、１μｍ）、Ｍｇドープｐ型コン
タクト層１２’（４Ｅ１８ｃｍ-3、１μｍ）を形成す
る。
【００２５】実施例１と同様に、ｎ型クラッド層および
ｐ型第１クラッド層のキャリア濃度を変更した実験を行
い、ほぼ同じ結果が得られ、第２の成長がＭＯＣＶＤ法
かＬＰＥ法かによる最適値の変動は僅かであることが分
かった。
ｐ型第１クラッド層のキャリア濃度を変更した実験を行
い、ほぼ同じ結果が得られ、第２の成長がＭＯＣＶＤ法
かＬＰＥ法かによる最適値の変動は僅かであることが分
かった。
【００２６】（実施例３）実施例３のＭＯＣＶＤ法によ
って作製されたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図を
図４に示す。これはリッジ型と呼ばれる構造で、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板５１（キャリア濃度２Ｅ１８ｃｍ-3）上にｎ
型ＧａＡｓバッファ層５２（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ
０．５μｍ設定）、高濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ第１クラッド層５３（キャリア濃度１Ｅ１８ｃ
ｍ-3、厚さ１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層５４（キャリア濃度８Ｅ
１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、アンドープＡｌ
0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層５５（厚み０．０８μｍ）、低
濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層
５６（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設
定）、高濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２ク
ラッド層５７（キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．
１μｍ設定）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ第３クラッド層５８（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、
厚さ０．１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓエッチ
ングストップ層５９（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚
さ０．００３μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ第４クラッド層６０（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚
さ１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層
６１（４Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）を形成する。
キャップ層６１、第４クラッド層６０をストライプ状の
リッジ部が残るように除去する。次にＭＯＣＶＤ法で、
低濃度Ｓｉドープｎ型第１ＡｌＧａＡｓブロック層６２
（キャリア濃度１Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設
定）、高濃度Ｓｉドープｎ型第２ＡｌＧａＡｓブロック
層６３（キャリア濃度３Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．７μｍ
設定）を形成する。キャップ層６１の上に形成されたも
のについては除去する。さらにＭＯＣＶＤ法で、Ｚｎド
ープｐ型コンタクト層６４（３Ｅ１８ｃｍ-3設定）を形
成する。その後下面にはｎ電極６５、上面にはｐ電極６
６を形成後、バー状に分割して、バーの両側の光出射に
反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して個別
の素子にする。
って作製されたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図を
図４に示す。これはリッジ型と呼ばれる構造で、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板５１（キャリア濃度２Ｅ１８ｃｍ-3）上にｎ
型ＧａＡｓバッファ層５２（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ
０．５μｍ設定）、高濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ第１クラッド層５３（キャリア濃度１Ｅ１８ｃ
ｍ-3、厚さ１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層５４（キャリア濃度８Ｅ
１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、アンドープＡｌ
0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層５５（厚み０．０８μｍ）、低
濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層
５６（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設
定）、高濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２ク
ラッド層５７（キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．
１μｍ設定）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ第３クラッド層５８（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、
厚さ０．１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓエッチ
ングストップ層５９（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚
さ０．００３μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ第４クラッド層６０（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚
さ１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層
６１（４Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）を形成する。
キャップ層６１、第４クラッド層６０をストライプ状の
リッジ部が残るように除去する。次にＭＯＣＶＤ法で、
低濃度Ｓｉドープｎ型第１ＡｌＧａＡｓブロック層６２
（キャリア濃度１Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設
定）、高濃度Ｓｉドープｎ型第２ＡｌＧａＡｓブロック
層６３（キャリア濃度３Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．７μｍ
設定）を形成する。キャップ層６１の上に形成されたも
のについては除去する。さらにＭＯＣＶＤ法で、Ｚｎド
ープｐ型コンタクト層６４（３Ｅ１８ｃｍ-3設定）を形
成する。その後下面にはｎ電極６５、上面にはｐ電極６
６を形成後、バー状に分割して、バーの両側の光出射に
反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して個別
の素子にする。
【００２７】該レーザの動作電流を測定したところ３４
ｍＡであり、構造がセルフアライン型、リッジ構造型で
特性に大きな差は無かった。
ｍＡであり、構造がセルフアライン型、リッジ構造型で
特性に大きな差は無かった。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、発光部をＭＯＣＶＤ法によっ
て作製したＡｌＧａＡｓ系半導体レーザにおいて、各層
のキャリア濃度のバランスを最適化することによって、
発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い信頼性を
有する半導体レーザ素子を提供することを可能にした。
すなわち活性層等のｐｎ界面近傍での不純物拡散はｐ
層、ｎ層それぞれのキャリア濃度が高くなるほど顕著に
なるとの発見に端を発したものであり、ｐｎ界面の極近
傍のみキャリア濃度を低くすることによって、不純物の
拡散を防止し、特に高濃度不純物の活性層への相互拡散
による結晶品質の低下が防止され、低電流動作で且つ信
頼性の高い半導体レーザ素子が歩留まりよく作製するこ
とを可能とした。これにより、半導体レーザのコストダ
ウンおよび材料資源の有効活用を実現した。
て作製したＡｌＧａＡｓ系半導体レーザにおいて、各層
のキャリア濃度のバランスを最適化することによって、
発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い信頼性を
有する半導体レーザ素子を提供することを可能にした。
すなわち活性層等のｐｎ界面近傍での不純物拡散はｐ
層、ｎ層それぞれのキャリア濃度が高くなるほど顕著に
なるとの発見に端を発したものであり、ｐｎ界面の極近
傍のみキャリア濃度を低くすることによって、不純物の
拡散を防止し、特に高濃度不純物の活性層への相互拡散
による結晶品質の低下が防止され、低電流動作で且つ信
頼性の高い半導体レーザ素子が歩留まりよく作製するこ
とを可能とした。これにより、半導体レーザのコストダ
ウンおよび材料資源の有効活用を実現した。
【図１】本発明の実施例１・２の半導体レーザの構造断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の実施例１及び従来例における半導体レ
ーザのストライプ内構造でのＳＩＭＳプロファイルであ
る。
ーザのストライプ内構造でのＳＩＭＳプロファイルであ
る。
【図３】本発明の実施例1及び従来例における半導体レ
ーザのストライプ外構造でのＳＩＭＳプロファイルであ
る。
ーザのストライプ外構造でのＳＩＭＳプロファイルであ
る。
【図４】本発明の実施例３の半導体レーザの構造断面図
である。
である。
【図５】従来の半導体レーザの構造断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ３ 高濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層 ４ 低濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ 低濃度Ｚｎドープｐ型第１クラッド層 ７ 高濃度Ｚｎドープｐ型第２クラッド層 ８ 低濃度Ｚｎドープｐ型第３クラッド層 ９ 低濃度Ｓｉドープｎ型第１ブロック層 １０ 高濃度Ｓｉドープｎ型第２ブロック １１ ｐ型第４クラッド層 １２ ｐ型コンタクト層 １３ ｎ電極 １４ ｐ電極 ２０ 電流通路 ５１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ５２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ５３ 高濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層 ５４ 低濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層 ５５ 活性層 ５６ 低濃度Ｚｎドープｐ型第１クラッド層 ５７ 高濃度Ｚｎドープｐ型第２クラッド層 ５８ 低濃度Ｚｎドープｐ型第３クラッド層 ５９ ｐ型エッチングストップ層 ６０ ｐ型第４クラッド層 ６１ ｐ型キャップ層 ６２ 低濃度Ｓｉドープｎ型第１ブロック層 ６３ 高濃度Ｓｉドープｎ型第２ブロック層 ６４ ｐ型コンタクト層 ６５ ｎ電極 ６６ ｐ電極 １０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １０３ Ｓｉドープｎ型クラッド層 １０４ 活性層 １０５ ｐ型第１クラッド層 １０６ Ｓｅドープｎ型第ブロック層 １０８ ｐ型第２クラッド層 １０９ ｐ型コンタクト層 １１０ ｎ電極 １１１ ｐ電極 １２０ 電流通路
Claims (9)
- 【請求項１】 ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
よって、順に、少なくとも、高濃度のＳｉドープｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ第１クラッド層と、低濃度のＳｉドープｎ型
ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、ＧａＡｓまたはＡｌＧ
ａＡｓ活性層と、低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ第２クラッド層と、低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第３クラッド層と、低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧ
ａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と高濃度のＳｉド
ープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を
形成した半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ
活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１
クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ
第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型Ａｌ
ＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と該高濃度のＳ
ｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック
層は１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、該Ｓｉドープｎ
型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓブロック層はストライプ
状に除去されたのち、第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド
層を形成した請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層と、該高濃度のＳｉドープｎ型Ａｌ
ＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層のキャリア濃度
が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲であり、且
つ該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド
層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１、第
３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡ
ｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層のキャリア濃度が１Ｅ
１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であることを特徴
とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ
第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第１、第３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ
型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層の層厚が
１０ｎｍから３００ｎｍの範囲で形成されることを特徴
とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
はＭＯＣＶＤ法で形成された請求項２に記載の半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項６】 前記第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
はＬＰＥ法で形成された請求項２に記載の半導体レーザ
素子。 - 【請求項７】 該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ
活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１
クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ
第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第３クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ第４クラッド層は１回のＭＯＣＶＤ成長で形成
され、該第４のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
は凸ストライプ状の部分を残して除去されたのち、該低
濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１
ブロック層と該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓま
たはＧａＡｓ第２ブロック層を順に、該凸ストライプ部
の除去されなかった部分上以外に形成されたことを特徴
とする求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第２、第４クラッド層のキャリア濃度と、該高濃度
のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロ
ック層が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲であ
り、且つ該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２ク
ラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第
１、第３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型Ａｌ
ＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層のキャリア濃度
が１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であること
を特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ
第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第1、第３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ
型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層の層厚が
１０ｎｍから３００ｎｍの範囲で形成されることを特徴
とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20407697A JP3652072B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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