JPS61244086A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPS61244086A
JPS61244086A JP60085797A JP8579785A JPS61244086A JP S61244086 A JPS61244086 A JP S61244086A JP 60085797 A JP60085797 A JP 60085797A JP 8579785 A JP8579785 A JP 8579785A JP S61244086 A JPS61244086 A JP S61244086A
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JP
Japan
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gap
type
alp
super lattice
layer
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JP60085797A
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English (en)
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Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Kousei Takahashi
向星 高橋
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は可視の短波長域に発振波長を有する半導体レー
ザ素子に関する。
〈従来技術〉 可視の短波長域に発振波長を有するいわゆる可視半導体
レーザは、７Ｂ０　ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系レーザがコ
ンパクト・ディスク再生用に実用化されて以来、その応
用分野はビデオ・ディスクやレーザ・ビーム・プリンタ
等へ急速に拡がりつつある。
これらの応用分野のほとんどは、従来、Ｈｅ−Ｎ。
レーザとＡｒイオン・レーザのガスレーザを光源に用い
ており、更に短波長の半導体レーザによりシステムの性
能は著しく向上するものである。このような要請から、
現在Ｈｅ−Ｎｅレーザの発振波長６３２．８　ｎ■を自
衛して唯一この波長での発振が可能な素性の良い直接遷
移型の半導体レーザ用材料としてＡｌＧａ　Ｉ　ｎＰ系
混晶の研究開発が盛んになっており、６２６．２　ｎｍ
で室温パルス発振が実現されるに至った（　Ｋ、　Ｋｏ
ｂａｙａｓｈｉ、　１．１（ｉｎｏ、　ａｎｄＴ、５ｕ
ｚｕｋｉ　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　ｖｏ
ｌ、４６　Ｐ７　（１９８５）　）。
しかしながら、Ａｒレーザの発振波長５１４．５　ｎｍ
に近い線色の発振が実現可能な有望な半導体レーザ用材
料は現在のところ無いと言える。−バルク材料で短波長
発振を行うためには、広い禁制帯幅を有する直接遷移型
の材料が必要である。これらの材料としてＧａＮやＡＩ
ＧａＮのｍ−ｖ族化合物’Ｐ　Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ　Ｚ　ｎ
　ＳといったＩＩ−Ｖｌ族化合物が考えられ、これらは
青色発光ダイオードの材料として長年研究が続けられて
きているが、低抵抗率のｐ型結晶が得られず、今のとこ
ろ結晶性が悪いため発光効率も低く、半導体レーザ用の
材料としては通していない。
〈発明の目的〉 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、６００
ｎ園未満に発振波長を有する新規な半導体レーザ素子を
提供することを目的とする。
〈発明の構成〉 本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＰとＡｌＰの薄層を
交互に積層してなる超格子層を活性領域としてＧａＰ基
板上に形成してなることを特徴とする。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図面は全面電極構造可視半導体レーザ素子の断面構成を
示す。ｎ−Ｑａｐ基板１上にｎ−ＧａＰバッファ層２　
　（Ｓ　ｉ　〜１０”　ｃｔｍ−”ドープ、０．５μｍ
厚）、ｎ−ＡＲＰ／ｎ−ＧａＰ超格子クラッド層３（ｎ
−ＡｌＰ４０人、ｎ−ＧａＰ１０人より成る超格子を２
００周期計１μｍ厚積層、Ｓｉ〜１０１８ｃｍ”’ドー
プ）、ノンドープＡＲＰ／ＧａＰ超格子活性層４（Ａｌ
ＰＩＯ人、ＧａＰ２０人より成る超格子を２０周期計６
００人厚積層）、ｐ−ＡｌＰ／ｐ−ＧａＰ超格子クラッ
ド層５（ｐ−ＡｌＰ４０人。
ｐ−ＧａＰ１０人より成る超格子を２００周期計１ｐｍ
厚積層、Ｂｅ〜ｌ　Ｏ”　ｃｍ−’ドープ）、ｐ−Ｇａ
Ｐキ’ｒツブ層６　　（Ｂ　ｅ　〜１０”　ｃ　ｍ−’
ドープ。
０．５μｍ厚）をＭＢＥ法により順次積層する。ｎ側に
Ａ　ｕ　−Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕ電極１０．
ｐ側にＡｕ−Ｚｎ電極１１を形成してレーザ素子とする
。
上述のように構成した半導体レーザ素子では、波長が５
２０　ｎａ＋において閾値電流密度が約１０にＡ／ｃｍ
’で発振した。超格子活性層４を構成するＡｆＰとＧａ
Ｐは、バルク結晶としては間接遷移型であるため発光効
率は１％以下と低いが、本実施例のように超格子構造と
することにより、バンド構造の直接遷移化とエキシトン
再結合の向上により発光効率は１〜２桁以上改善され、
レーザ発振が可能となる。活性層としては、更にＭＢＥ
法ではＲＨＥＥＤの強度振動を用いた分子層成長制御を
行ない、ＡｌＰｎ分子層とＧａＰｍ分子層（（ｎ、　ｓ
）　−（１，１）　、　　（１，２）　、　　（１，３
）等）より成る超格子を用いると超格子のゆらぎに起因
した発光の波長分散が抑制されるため、特定の波長での
発光効率が更に向上して低閾値電流化できる。
上述の半導体レーザ素子の本質的な利点は、第一に基板
として低欠陥密度のＧａＰを用いることができるため、
その上に成長するレーザ用半導体結晶も低欠陥密度の良
質のものが得られる点である。現在、ＧａＰ基板は発光
ダイオード用であるため、すてにレーザ用基板とし゛て
用いられているＧａＡｓやＩｎＰに比べて欠陥密度が高
いが、今後の基板技術の改善により更に低欠陥密度とな
ることが期待できる。第２の利点として、ＧａＰはもち
ろんのことＡｌＰもＧａＰ基板と良く格子整合している
ため、ＡｌＰ／ＧａＰ超格子やＡｌＧａＰ混晶はほとん
ど格子歪が無く、良質のエピタキシャル成長が可能なば
かりか、ＡｌＰ／ＧａＰ超格子活性層が歪を内在しない
ため、レーザ発振に起因する劣化が無く、高信頌性の半
導体レーザ素子が得られる。
上述の実施例においては、クラッド層３及び５はＡｌＰ
／ＧａＰ超格子としたが、例えば　ｎ−Ａ　ｆｆ１ａｓ
Ｇ　ａａｚ　Ｐ　３　　（Ｓ　ｉ　〜１０”　ｃｓ→ド
ープ、１ｐｍ厚）とＰ−Ａｊ！ｏ、５Ｇａａ２Ｐ５　（
Ｂｅ〜１０１６ａｍ”’ドープ、１μｍ厚）のようなＡ
ｌＧａＰ混晶をクラッド層とすることも可能である。更
に、クラッド層としては、ｎ−Ａ　Ｉ　Ｐ／　ｎ−Ａ　
１ａｓＧ　ａｏｓＰ超格子３　（ｎ−ＡｌＰ２０人、　
　ｎ　−Ａｌ　ｙｓＱ　ａαｒＰ１０人、　　Ｓ　ｉ　
〜１０　ｒｅａｌｌ−５ドープ　４００周期；１．２ｐ
ｍ厚）とｐ−ＡｌＰ／ｐ−Ａｌ１ｏ、５ＧａａｓＰ超格
子５　　（ｐ−ＡｌＰ２０人、ｐ−Ａｌｏ、ｒＧａＱｆ
Ｐ　１０人。
８６　％　１０”　ｃｐｓ−”ドープ４００周期、　１
．２　μｍ厚）のようなＡｆＰ／ＡｌＧａＰ超格子を用
いたり、ＡｌｌＧａＰ／ＧａＰ超格子を用いることが可
能である。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、良質の基板上に
全ての層を格子整合してエピタキシャル成長することが
可能であるため、品質の良いレーザ結晶が得られる。ま
た、６００　ｎｍ帯で用いられているＡｌｌＧａ　Ｉｎ
Ｐ混晶と異なり■族元素をＧａとＡｌｌしか含まず、組
成変動により格子不整合を生じないため、ＭＢＥ法やＭ
Ｏ−ＣＶＤ法で結晶成長する場合、ＡｌｌＧａ　ＩｎＰ
混晶より成長が容易である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明実施例の可視半導体レーザ素子の断面構成
を示す図である。 １・・・ｎ−ＧａＰ基板 ２・・・ｎ−ＧａＰバッファ層 ３−　ｎ　−Ａ　Ｉ　Ｐ　／　ｎ　−Ｇ　ａ　Ｐ超格子
クラッド層４・・・Ａｉ’Ｐ／ＧａＰ超格子活性層５−
　ｐ　−Ａ　Ｉ　Ｐ　／　ｐ　−Ｇ　ａ　Ｐ超格子クラ
ッド層６・・・ｐ−ＧａＰキャップ層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ＧａＰとＡｌＰの薄層を交互に積層してなる超格
    子層を活性領域としてＧａＰ基板上に形成してなること
    を特徴とする半導体レーザ素子。
  2. （２）ＧａＰとＡｌＰよりなる超格子層をクラッド層と
    して形成してなる特許請求の範囲第１項記載の半導体レ
    ーザ素子。
  3. （３）Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＰとＡｌＰあるいはＧ
    ａＰよりなる超格子層をクラッド層として形成してなる
    特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ素子。
  4. （４）Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＰバルク結晶をクラッ
    ド層として形成してなる特許請求の範囲第１項記載の半
    導体レーザ素子。
JP60085797A 1985-04-22 1985-04-22 半導体レ−ザ素子 Pending JPS61244086A (ja)

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