JPH1187832A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH1187832A
JPH1187832A JP23859897A JP23859897A JPH1187832A JP H1187832 A JPH1187832 A JP H1187832A JP 23859897 A JP23859897 A JP 23859897A JP 23859897 A JP23859897 A JP 23859897A JP H1187832 A JPH1187832 A JP H1187832A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ特性を悪化させることなく、素子抵抗
を低減できる半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 p型AlGaInPクラッド層とn型A
lGaInPクラッド層との間に活性層を備え、上記p
型AlGaInPクラッド層上にp型GaInPバンド
不連続緩和層を介してp型GaAsキャップ層が形成さ
れた半導体レーザ装置であって、上記p型AlGaIn
Pクラッド層と上記p型GaInPバンド不連続緩和層
との間にさらに、ポテンシャル障壁が段階的に変化する
ように複数のAlGaInPポテンシャルバリヤ抑制層
を形成し、かつ上記各AlGaInPポテンシャルバリ
ヤ抑制層の膜厚を上記p型GaInPバンド不連続緩和
層の膜厚より薄く設定した

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザ装
置、特にAlGaInP系半導体を用いた赤色半導体レ
ーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ディスクやDVD(Digit
al Versatile Disk:デジタル・ヴァ
ーサタイル・ディスク)といった情報処理分野での高密
度化が進み、それに伴い光による書き込み・読みとりに
用いられる情報処理用半導体レーザのより一層の短波長
化が要求されている。半導体レーザの波長・構成材料も
これまでの780mm帯AlGaAs系半導体レーザか
ら685nm帯AlGaInP系半導体レーザへ開発・
量産が移行し始めている。今後、さらにAlGaInP
系半導体レーザも685nm帯から650nmあるいは
635nm帯へ短波長化が要求されている。
【0003】AlGaInP系半導体レーザを作製する
場合の一般的手法として、有機金属気相成長法(Met
alorganic Chemical Vapor
Deposition:MOCVD)がある、この手法
は、例えばAlGaInP系半導体材料では、III族元
素であるアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)とイ
ンジウム(In)の原料としてそれぞれトリメチルアル
ミニウム(Trimethylalminium:TM
A)、トリエチルガリウム(Triethylgall
ium:TEG)、トリメチルインジウム(Trime
thylindium:TMI)を用い、V族元素であ
るリン(P)の原料としてフォスフィン(Phosph
ine:PH3)を用い、これらを熱分解させ結晶格子
定数がほぼ同じであるGaAs基板上に結晶を成長させ
る手法である。AlGaInP系半導体材料では、光を
発生・伝搬する活性層((Al)GaInP層)を活性
層よりもエネルギー禁制帯幅(バンドギャップ)の広い
n型とp型のAlGaInP層で挟み込んだダブルヘテ
ロ(Doublehetero:DH)構造を作製す
る。このようなDH構造を用いてレーザを作製するとき
には、このDH構造の両側にp型とn型のオーミック性
電極を形成する。オーミック性電極を形成するために
は、高濃度にドーピングでき、比抵抗の小さなGaAs
層が電極形成層として一般的に用いられる。
【0004】しかしながら、AlGaInP層を備えた
半導体レーザでは、特に、p型GaAs層とp型AlG
aInP層との間には大きなバンドギャップ差が存在
し、かつ、p型AlGaInP層はバンドギャップが大
きく、高濃度のドーピングが難しいことからp型GaA
s層との間にバンド不連続によるポテンシャルバリアが
形成される。このため、レーザ駆動時に正孔(hol
e)の注入がうまくいかず動作電圧の上昇および素子抵
抗の上昇を引き起こし、実使用上大きな問題となる。そ
こで、このような問題を解決するために一般的に良く用
いられているのがp型GaAs層とp型AlGaInP
層の間にその中間的なバンドギャップを有するp型Ga
InP層を挿入し、バンド不連続を緩和する構造が提案
されている。
【0005】図8は、このようなp型GaInPバンド
不連続緩和層が形成された従来例のAlGaInP系半
導体レーザの構成を模式的に示す断面図である。この従
来例のAlGaInP系半導体レーザは、n型GaAs
基板1上に図8に示す各層が、MOCVD法で成長形成
されて構成される。ここで、図8において、2は、n型
GaAsバッファ層(2×1018cm-3,0.5μ
m)、3は、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラ
ッド層3(4×1017cm-3,1.5μm、4は、65
0nm帯アンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P/
GaInP三重量子井戸活性層(井戸層6nm×3、障
壁層4nm×2,光ガイド層35nm×2の計96n
m)、5は、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1
クラッド層5(4×1017cm-3,0.2μm)、6
は、p型Ga0.5In0.5Pエッチングストッパ層(1×
1018cm-3,5nm)、7は、p型(Al0.7
0.30.5In0.5P第2クラッド層(7×1017cm
-3,1.25μm)、8は、p型Ga0.5In0.5Pバン
ド不連続緩和層(1.5×1018cm-3,0.1μ
m)、9は、p型GaAsキャップ層(2×1019cm
-3,0.4μm)、12は、アンドープGaAsブロッ
ク層(0.3μm)、13は、n型GaAsブロック層
(4×1018cm-3,0.7μm)、14は、p型Ga
Asコンタクト層(2×1019cm-3,2.5μm)で
ある。
【0006】ここで、n型GaAs基板1の上面の面方
向は、(001)から[110]方向に10°傾斜する
ように形成されている。また、p型(Al0.7Ga0.3
0.5In0.5P第2クラッド層7、p型Ga0.5In0.5
バンド不連続緩和層8、p型GaAsキャップ層9によ
って、峰状のリッジ部11が形成され、リッジ部11の
底部は、例えば5.5μmの幅に設定される。尚、リッ
ジ部11は、その長手方向が[110]方向に一致する
ように形成される。その後、表・裏面に電極が形成さ
れ、所定の長さに劈開された後、端面がコーティングさ
れて従来例の半導体レーザが作製される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のバンド不連続緩和層を挿入した半導体レーザでは、素
子抵抗を十分低減することはできなかった。素子抵抗を
低減するためにはp型AlGaInPクラッド層のキャ
リア濃度を高くすることも考えられるが、p型不純物で
あるZnを高ドーピングした場合には、活性層へのZn
の拡散が進み、レーザ特性が悪化するという新たな問題
を生じる。そのため、p型AlGaInP層のキャリア
濃度は7×1017cm-3が限界であり、このZnを高ド
ーピングする方法でも素子抵抗を十分低下させることは
できなかった。
【0008】本発明の目的は、以上の問題点を解決し
て、レーザ特性を悪化させることなく、素子抵抗を低減
できる半導体レーザ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記p型Al
GaInPクラッド層上にp型GaInPバンド不連続
緩和層を介してp型GaAsキャップ層が形成された半
導体レーザ装置において、中間的なバンドギャップエネ
ルギーを有する複数のAlGaInP半導体ポテンシャ
ルバリヤ抑制層を形成することにより、活性層へのホー
ルの注入をスムースにでき、かつ該バリヤ抑制層の膜厚
をバンド不連続緩和層より薄くすることにより発生した
レーザ光を吸収しないようにできることを見いだして完
成させたものである。すなわち、本発明に係る半導体レ
ーザ装置は、p型AlGaInP半導体クラッド層とn
型AlGaInP半導体クラッド層との間に活性層を備
え、上記p型AlGaInP半導体クラッド層上にp型
GaInPバンド不連続緩和層を介してp型GaAsキ
ャップ層が形成された半導体レーザ装置であって、上記
p型AlGaInP半導体クラッド層と上記p型GaI
nPバンド不連続緩和層との間にさらに、ポテンシャル
障壁が段階的に変化するように複数のAlGaInP半
導体ポテンシャルバリヤ抑制層を形成し、かつ上記各A
lGaInP半導体ポテンシャルバリヤ抑制層の膜厚を
上記p型GaInPバンド不連続緩和層の膜厚より薄く
設定したことを特徴とする。ここで、AlGaInP半
導体とは、一般式(AlxGax-1yIny-1Pで表され
る半導体のことである。但し、0<x<1、0<y<1
である。
【0010】また、本発明に係る半導体レーザ装置にお
いては、上記p型AlGaInP半導体クラッド層及び
上記各AlGaInP半導体ポテンシャルバリヤ抑制層
のAlの含有量を、上記p型GaInPバンド不連続緩
和層の近くに形成される層ほど少なくなるように設定す
ることにより、上記p型AlGaInP半導体クラッド
層と上記p型GaInPバンド不連続緩和層の間のポテ
ンシャル障壁を段階的に変化するようにできる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて説明する。本発明は、それぞれ一般式(Alx
x-1yIny-1Pで表されるp型クラッド層とn型ク
ラッド層との間に活性層を備え、p型クラッド層上にp
型GaInPバンド不連続緩和層を介してp型GaAs
キャップ層が形成された半導体レーザ装置において、
(1)上記p型クラッド層と上記p型GaInPバンド
不連続緩和層との間に、上記p型クラッド層と上記p型
GaInPバンド不連続緩和層との中間的なバンドギャ
ップエネルギーを有する複数のAlGaInP系半導体
からなるポテンシャルバリヤ抑制層を形成することによ
り、p型クラッド層と不連続緩和層との間のバンドギャ
ップエネルギーが段階的に変化するようにし、かつ
(2)上記各AlGaInP系半導体ポテンシャルバリ
ヤ抑制層の膜厚を上記p型GaInPバンド不連続緩和
層の膜厚より薄く設定することにより、リッジ部の高さ
を従来と実質的に同等に保ち、リッジ部の高さが高くな
ることによるデバイス作製上の問題の発生を防止してい
る。これによって、p型クラッド層のキャリヤ濃度を高
くすることなく、素子抵抗を低減、言い換えると、レー
ザ発振特性を損なうことなく、素子抵抗を低減すること
ができる。
【0012】ここで、AlGaInP系半導体は、Al
の含有量を減少させることによりバンドギャップエネル
ギーを大きくできる。従って、本願発明では、第1ポテ
ンシャルバリヤ抑制層の半導体の組成を(Alx1Ga
x1-1yIny-1P、第2ポテンシャルバリヤ抑制層の半
導体の組成を(Alx2Gax2-1yIny-1P、…第nポ
テンシャルバリヤ抑制層の半導体の組成を(AlxnGa
xn-1yIny-1Pとし、p型クラッド層の半導体の組成
を(Alx0Gax0-1yIny-1Pとしたときに、x0>
x1>x2…>xnとなるように設定することにより、
p型クラッド層と不連続緩和層との間のバンドギャップ
エネルギーが段階的に変化するようにできる。
【0013】本実施の形態では、リッジ部を形成する上
でのデバイス製作上の制約もあり、p型GaInPバン
ド不連続緩和層及び上記複数のAlGaInPポテンシ
ャルバリヤ抑制層の合計の膜厚を、0.1μm以下に設
定することが好ましい。
【0014】図1は本発明に係る一実施の形態の半導体
レーザの構成を示す模式断面図であり、図8の従来例の
半導体レーザに比較して、p型(Al0.7Ga0.30.5
In0.5P第2クラッド層7とp型Ga0.5In0.5Pバ
ンド不連続緩和層8との間に、p型(Al0.5Ga0.5
0.5In0.5P第1ポテンシャルバリア抑制層15及び、
p型(Al0.3Ga0.70.5In0.5P第2ポテンシャル
バリア抑制層16を形成したことを特徴とし、これによ
って従来例に比較して素子抵抗が低減される。尚、 本
発明に係る実施の形態のAlGaInP系半導体レーザ
は、従来例と同様、ダブルヘテロ(DH)構造であっ
て、図1において、従来例と同様のものには同様の符号
を付して示している。
【0015】以下、図1のAlGaInP系半導体レー
ザの製造方法について説明する。該製造方法においては
まず、図2に示すように、n型GaAs基板1の面方位
が(001)から[110]方向に10°傾斜した上面
に、例えばn型GaAsバッファ層2(2×1018cm
-3)を0.5μm、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5
Pクラッド層3(4×1017cm-3)を1.5μm、6
50nm帯アンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5
/GaInP三重量子井戸活性層4(井戸層6nm×
3、障壁層4nm×2,光ガイド層35nm×2の計9
6nm)、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1ク
ラッド層5(4×1017cm-3)を0.2μm、p型G
0.5In0.5Pエッチングストッパ層6(1×1018
-3)を5nm、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5
第2クラッド層7a(7×1017cm-3)を1.25μ
m、p型(Al0.5Ga0.50.5In0.5P第1ポテンシ
ャルバリア抑制層15a(8×1017cm-3)を0.0
2μm、p型(Al0.3Ga0.70.5In0.5P第2ポテ
ンシャルバリア抑制層16a(1×1018cm-3)を
0.02μm、P−Ga0.5In0.5Pバンド不連続緩和
層8a(1.5×1018cm-3)を0.06μm、p型
GaAsキャップ層9a(2×1019cm-3)を0.4
μm順次MOCVD法などにより成長する。
【0016】次に、[110]方向に例えばSiONか
らなる選択成長マスク10を所定の幅(例えば、幅3.
0μm)に形成する。この選択成長マスク10をエッチ
ングマスクとして用いて、選択成長マスク10の両側の
各層を、例えばH2SO4:H2Oなどのエッチング液を
用いたウェットプロセスによってp型Ga0.5In0.5
エッチングストッパ層6上面まで除去することにより、
リッジ部11を[110]方向に形成する(図3)。こ
こで、リッジ部11の底部の幅は例えば5.5μmに設
定する。次に、リッジ部11の両側に、それぞれ埋込成
長層と呼ばれるアンドープGaAsブロック層12を例
えば0.3μm、n型GaAsブロック層13(4×1
18cm-3)を例えば0.7μm順次成長させる(図
4)。さらに、SiONからなる選択成長マスク10を
除去した後(図5)、p型GaAsコンタクト層14
(2×1019cm-3)を2.5μmの厚さに成長するこ
とにより、図1に示す各層が形成される。その後、表・
裏面に電極を形成し、所定の共振器長になるように、リ
ッジ部11の長手方向に垂直な面で劈開し、劈開面をコ
ーティングすることにより本実施の形態の半導体レーザ
を作製する。
【0017】以上のように構成された実施の形態の半導
体レーザは、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第2
クラッド層7とp型Ga0.5In0.5Pバンド不連続緩和
層8との間に、p型(Al0.5Ga0.50.5In0.5P第
1ポテンシャルバリア抑制層15及び、p型(Al0.3
Ga0.70.5In0.5P第2ポテンシャルバリア抑制層
16が形成されている。これによって、p型(Al0.7
Ga0.30.5In0.5P第2クラッド層7とp型Ga0.5
In0.5Pバンド不連続緩和層8との間のポテンシャル
障壁を段階的に変化させることができるので、第2クラ
ッド層7とバンド不連続緩和層8間の抵抗を小さくで
き、半導体レーザ全体の素子抵抗を小さくできる。
【0018】このようにして作製したDH構造でのバン
ド不連続緩和層8からp型クラッド層7までのポテンシ
ャルバリアをC−V測定を用いて測定した結果を図6に
示す。比較のため図8の従来例のポテンシャルバリアの
測定例も図7に合わせて示す。図6、図7から明らかな
ように、従来例では非常に高く幅の広いポテンシャルバ
リアが存在しているが、本発明によればポテンシャルバ
リア高さも低く、幅も狭くなっていることがわかる。次
に、実際に作製した図1のAlGaInP系半導体レー
ザのレーザ特性を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】表1に示すように、本願発明では、素子抵
抗が従来の7〜8Ωから1Ω程度低減されていることが
わかる。さらに、素子抵抗低減効果により、他のレーザ
特性、例えば発振閾電流値(Ith)や駆動電流(Iop)
も若干下がっていることがわかる。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る半導
体レーザ装置は、上記p型AlGaInP系半導体クラ
ッド層と上記p型GaInPバンド不連続緩和層との間
に、複数のAlGaInP系半導体ポテンシャルバリヤ
抑制層を形成しているので、上記p型AlGaInP系
半導体クラッド層と上記p型GaInPバンド不連続緩
和層との間のポテンシャル障壁が段階的に変化するよう
にでき、素子抵抗を低減できる。すなわち、本発明によ
れば、p型クラッド層のキャリヤ濃度を高くすることな
く素子抵抗を低減できるので、レーザ特性が良好でかつ
素子抵抗の低い半導体レーザ装置を提供することができ
る。
【0022】また、本発明に係る半導体レーザ装置にお
いては、上記p型AlGaInP系半導体クラッド層及
び上記各AlGaInP系半導体ポテンシャルバリヤ抑
制層のAlの含有量を、上記p型GaInPバンド不連
続緩和層の近くに形成される層ほど少なくなるように設
定することにより、上記p型AlGaInP半導体クラ
ッド層と上記p型GaInPバンド不連続緩和層の間の
ポテンシャル障壁を容易に段階的に変化させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る一実施の形態の半導体レーザの
構成を示す模式断面図である。
【図2】 実施の形態の半導体レーザの製造方法におい
て、各層が形成された後の模式断面図である。
【図3】 実施の形態の半導体レーザの製造方法におい
て、リッジ部が形成された後の模式断面図である。
【図4】 実施の形態の半導体レーザの製造方法におい
て、リッジ部の両側に埋め込み層が形成された後の模式
断面図である。
【図5】 実施の形態の半導体レーザの製造方法におい
て、リッジ部の両側に埋め込み層が形成し、選択成長マ
スクを除去した後の模式断面図である。
【図6】 図1の半導体レーザにおけるC−V測定結果
を示すグラフである。
【図7】 従来例の半導体レーザにおけるC−V測定結
果を示すグラフである。
【図8】 従来例の半導体レーザの構成を示す模式断面
図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板、2 n型GaAsバッファ層、
3 n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層、
4 (Al0.5Ga0.50.5In0.5P/GaInP三重
量子井戸活性層、5 p型(Al0.7Ga0.30.5In
0.5P第1クラッド層、6 p型Ga0.5In0.5Pエッ
チングストッパ層、7 p型(Al0.7Ga0.30.5
0.5P第2クラッド層、8 p型Ga0.5In0.5Pバ
ンド不連続緩和層、9 p型GaAsキャップ層、10
SiONからなる選択成長マスク、11 リッジ部
分、12 アンドープGaAsブロック層、13 n型
GaAsブロック層、14 p型GaAsコンタクト
層、15 p型(Al0.5Ga0.50.5In0.5P第1ポ
テンシャルバリア抑制層、16 p型(Al0.3
0.70.5In0.5P第2ポテンシャル抑制層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型AlGaInP半導体クラッド層と
    n型AlGaInP半導体クラッド層との間に活性層を
    備え、上記p型AlGaInP半導体クラッド層上にp
    型GaInPバンド不連続緩和層を介してp型GaAs
    キャップ層が形成された半導体レーザ装置であって、 上記p型AlGaInP半導体クラッド層と上記p型G
    aInPバンド不連続緩和層との間にさらに、バンドギ
    ャップエネルギーが段階的に変化するように複数のAl
    GaInP半導体ポテンシャルバリヤ抑制層を形成し、
    かつ上記各AlGaInP半導体ポテンシャルバリヤ抑
    制層の膜厚を上記p型GaInPバンド不連続緩和層の
    膜厚より薄く設定したことを特徴とする半導体レーザ装
    置。
  2. 【請求項2】 上記p型AlGaInP半導体クラッド
    層及び上記各AlGaInP半導体ポテンシャルバリヤ
    抑制層のAlの含有量を、上記p型GaInPバンド不
    連続緩和層の近くに形成される層ほど少なくした請求項
    1記載の半導体レーザ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7436870B2 (en) 2004-06-08 2008-10-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and method for manufacturing the same

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