JPS6174385A

JPS6174385A - 半導体レ−ザ−

Info

Publication number: JPS6174385A
Application number: JP19731884A
Authority: JP
Inventors: Masao Ikeda; 昌夫池田; Yoshifumi Mori; 森　芳文
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-09-20
Filing date: 1984-09-20
Publication date: 1986-04-16
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH0632334B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、半導体レーザー、特にＡＥＧａｌｎＰ系半導
体レーザーに係る。

（従来の技術〕第３図はダブルへテロ接合型の従来の半導体レーザーの
一例の路線的断面図を示す。これは単結晶基板（１）上
に第１のクラッド層（２）、活性層（３）、第２のクラ
ッドＭ（４Ｊ、キャップ層（５）が順次エピタキシャル
成長によって形成されて成る。（６）はキャンプ層（５
）上に形成された絶縁層で、これに形成されたストライ
プ状の窓（５ａ）を通じてキャップ層（５）に一方の電
極（７）がオーミックに被着される。（８）は他方の電
極を示す。

このダブルへテロ接合型半導体レーザーにおいては、活
性層（３）を挟んでその両面にこの活性層（３）に比し
てエネルギーバンドギャップ（禁止帯幅）の大きい第１
及び第２のクラッド層（２）及び（４）が配されて、活
性層（３）と第１及び第２のクラッド層（２）及び（４
）との間に第１及び第２のへテロ接合Ｊｕｔ及びＪｖｓ
が形成されてこれらへテロ接合、Ｊｔｔｔ及びＪ３５に
よって活性層（３）に光及びキャリアの閉じ込めがなさ
れる。

この種の半導体レーザーの構成材料は、■−ｖ族化合物
半導体が広く用いられるが、特にその基板（１）の構成
材料としては、各種半導体装置に汎用されているＧａＡ
ｓ基板が用いられることが望まれる。

この場合、各半導体層（２）〜（５）は、このＧａＡｓ
基床上にエピタキシャル成長することができるように、
ＧａＡｓ基板の格子定数と同等ないしは近似する格子定
数を有する材料によって構成する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

近時、光学式ビデオディスク、或いは光磁気記録等にお
いて、その記録ないしは再生に半導体レーザーが広く用
いられるに至っているが、高密度記録化に伴って短波長
発光の半導体レーザーの要求が高まっている。

ＧａＡｓ基板上に作製したＡｌＧａ１ｎＰの４元系短波
長帯半導体レーザーは、活性層をＧａ１ｎＰとするとき
６５０　ｒｖ程度の波長の発振が期待される。しかしな
がら、更にその発振光を短波長化するには、活性層のバ
ンドギャップを大にすることが必要である。第４図は、
ＩｎＰ−ＧａＰ−＾ｌＰの混晶体（ＡＩＸ　Ｇａｔ−ｘ
）　ｙ　Ｉｎｔ−ｙＰにおける各成分１ｎＰ　、　Ｇａ
Ｐ及びＩＰの３元図上におけるエネルギーバンドギャッ
プＥｇの各値を実線で示したもので、同図中破線ａは、
これより左側で直接遷移を、右側で間接遷移となる境界
組成を示す。゛したがって短波長帯レーザーを構成する
には、この３元図において、破線ａより左側で、しかも
、できるだけエネルギーバンドギャップＥｇが大きい値
を示す組成、つまり破線ａに近い組成に選ぶことが望ま
れる。

第４図において鎖線すは、ＧａＡｓの格子定数５．６５
３５人（３００Ｋ）に一致する格子定数となる組成位置
を示すものである。したがってバンドギャップＥｇを上
げるには、図から明らかなように鎖線ｄ上でＡｌの添加
量を増せば良いことになる。しかしながらこのように活
性層にＡＩを含ませることは、このＡｌ２が酸素との反
応性が強いために、高品質の層が得難＜、電気的、光学
的特性が劣化するという欠点があり、加えて、クラッド
層（２）及び（４）においては、活性層（３）を比し、
より大きなバンドギャップに選ばれる必要があることか
ら、更にＡｌの添加量を増加させることが必要となって
、Ａｆ添加量の増加は急激な特性劣化を来す。

一方、第４図から明らかなように、大きなバンドギャッ
プを得るには、Ｇａの添加量を増せば良いが、この場合
は、ＧａＡｓ基体上にエピタキシャル成長するに当たっ
ての結晶性に問題が生じてくる。

すなわち、ＧａＡｓ基板をもちいる場合において、Ｇａ
添加によって破線ａの右側に且つこれに近い大きなエネ
ルギーバンドギャップの得られる組成を選定すると、そ
の格子定数が、ＧａＡｓのそれに比して小さくなり格子
定数の不一致を来し、これがため結晶性の低下、従って
特性の低下を招来することになる。

本発明は、ＧａＡｓ基板を用い、しかも上述した諸欠点
を解消することのできる短波長発光の半導体レーザーを
提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、Ｇａ＾３基板を用い、これの上にＡＩ　Ｇａ
ＩｎＰ系化合物半導体層によるダブルへテロ接合型の短
波長帯半導体レーザーを構成するものであるが、特に本
発明においては、ＧａＡｓ基板上に、超格子による格子
定数遷移層を介して第１のクラッド層と、活性層と、第
２のクラッド層の各エピタキシャル成長層を形成するも
のであり、活性層及び第１及び第２のクラッド層は、（
Ａｌ　ｘ　Ｇａｔ−ｘ）　ｙ　Ｉｎｔ−ｙＰより成り、
この組成において、活性層におげるｘの値はＯ≦ｘ＜１
に選定し、第１及び第２のクラッド層におげるｘの値は
上述した活性層のＸの値より大に選定するものである。

〔作用〕

上述したように、本発明においてはＧａＡｓ基板上に、
超格子による格子定数遷移層を設けたごとによって第１
及び第２のクラッド層及び活性層の格子定数のＧａＡｓ
基板の格子定数との多少の不一致を許容してすぐれた結
晶性を有するエピタキシャル層として形成することがで
きるものであり、これによって活性層（３）としては第
４図で説明しｈＡｊ！　Ｇａ１ｎＰ系においてＡ１の添
加を減少ないしは回遊しＧａの添加によって、エネルギ
ーバンドギャップＥｇの増大化をはかり、これによって
短波長発光、例えば５８０　ｎｍ程度の短波長発光をも
可能にするものである。そして、このように活性層にお
けるＡｌの添加を皆無ないしは小にとどめ得たことによ
って、また第１及び第２のクラッド層に関してもＡｌの
添加を小にとどめ得たことによって安定した光学的、電
気的特性を有する半導体レーザーを構成することができ
るものである。

〔実施例〕

第１図を参照して本発明による半導体レーザーの一例を
説明する。例えばｎ型のＧａＡｓ単結晶基板（１１）を
設け、これの上に超格子による格子定数遷移層（１２）
を形成し、続いてこれの上に、基板（１１と同導電型の
（Ｇａｎ、ｖ　Ａｊ！ｏ、ｑ）　ｏ、５ｓｌｎｏ、ｉｓ
Ｐより成る第１のクラッド層（１３）と、ｎ型若しくは
ｐ型のＧａｏ、ｓｓ　Ｐ　Ｉｎｏ３５より成る活性層（
１４）とｐ型の（Ｇａｏ、ｔ　ｌｌｊ！ｏｊ）　ｏ、５
ｓｊｎｏ３ｓＰより成る第２のクラッド層（１５）と、
ｐ型の晶不純物濃度のＧａｏ、６ｓＩｎｏ３５Ｐより成
るキャップＭ（１６）とを、順次ＭＯＣＶＤ　　（Ｍｅ
ｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏ
ｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉ−ｔｉｏｎ）　、或いはＭＢ　Ｅ　
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　　Ｅｐｉｔａｘｙ　
）によって連続的にエピタキシャル成長させる。キャン
プ層（１６）にはオーミックに一方の電極（１７）を被
着し、基板（１１）に他方の電極（１８）をオーミック
に被着する。図示の例ではキャップ層（１６）の表面に
絶縁層（１９）が被着されていて、これに穿設されたス
トライプ状の電橋窓（１９ａ）を通じてキャップ層（１
６）に電極（１７）をオーミックに被着させた場合であ
る。

ＧａＡｓ基板（１１）上に形成する格子定数遷移層（１
２）は、歪超格子構造とされる。例えば第２図Ａに示す
ように、格子定数を異にする２種の化合物半導体レーザ
ー材料例えば基板に格子整合するＧａ）（Ｉｎｔ−＞（
Ｐとこれに比し格子定数の小さいＧａｙ　１ｎ１−ｙＰ
（！＞Ｘ）とを夫々車原子層若しくは、数原子層ないし
は多原子層をもって繰返し、積層して形成して歪超格子
構成とする。或いは同図Ｂに示すように、例えば同図Ａ
における格子定数の大きい材料層に関して例えば、ガリ
ウムＧａの添加量を漸次増加して格子定数を下げていき
つつ同様に超格子構成とする。あるいは同図Ｃに示すよ
うに格子定数が相対的に異なる２種の材料層を繰返し積
層すると同時に各層に関し夫々例えばＧａの添加量を変
えた超格子構造とする。更に或いは同図りに示すように
格子定数が相対的に異る２種の材料層に関し一方の格子
定数が大なる材料に関しては、漸次、よりその格子定数
が大となるようにたとえばＧａ量を増し、他方の格子定
数が小なる材料層に関しては、漸次、よりその格子定数
が小となるように例えばＩｎを添加した超格子構造とす
る。更にまたは同図Ｅ、及びＦに示すように、ＧａＡｓ
基板（１）上に漸次格子定数を小とするように、例えば
ＧａＡｓにＰの添加量を増加させて半導体層を成長させ
、これの上に一部の厚さｔに関して例えば第２図Ａ−Ｄ
で説明した超格子構造部（１２ａ）を形成することもで
きる。また、成る場合は、同図Ｆに示すように、格子定
数遷移層（１４）において格子定数に関しては、漸次こ
れを変化させるも、その全厚さ或いは上層の一部にエネ
ルギーバンドギャップＥｇが相違する材料層の繰返えし
積層による超格子構造部（１２ａ）を形成することもで
きる。

尚、このような超格子構造はＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ’法
においてその供給材料の切り換えによって確実容易に各
ｉ原子層、数原子層ないしは多原子層を積層して形成す
ることができるものである。

尚、図示の例ではいわゆる電極ストライブ型ダブルテヘ
ロ接合型半導体レーザーに本発明を適用した場合である
が、このような例に限られるものではなく、例えばキャ
ップＪｔｊ（１６）及び第２のクラッド層（１５）に中
央部をストライプ状にして両側に例えばプロトンの打ち
込みによる鵡抵抗層或いは、ＰＮ接合による電流制限領
域を設けた利得ガイド型の半導体レーザ＝に適用すると
か、或いは屈曲率ガイド型構成をとるなど種々のダブル
へテロ接合型の半導体レーザーに適用できるものであり
、また、その各層の導電型も図示とは逆導電型とするこ
ともできるなど種々の構成をとり得るものである。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば汎用のＧａＡｓ基板を用
いるようにしたので、廉価゛に製造でき、しかもこのＧ
　＆Ａ　ｓ基板（１１）上に、超格子構造による格子定
数遷移層（１２）を介して第１のクラブ、ド層。

（１３）　−活性Ｍ（１４）−第２のクラッド！（１５
）・・・・・をエピタキシャル成長させるようにしたの
でこれら層（１３）〜（１５）の格子定数がＧａＡｓ基
板（１１）のそれと不一致であっても、良好にエピタキ
シャル層を形成できるので、これによって各層（１３）
〜（１５）の組成の選定の自由度が大となり、へｌ添加
量の増加をみることなく、エネルギーバンドギャップＥ
ｇの大きい、したがって短波長発光が得られ、光学的、
電気的に安定した特性の半導体レーザーを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体レーザーの一例の路線的拡
大断面図、第２図Ａ−Ｆはその格子定数遷移層の説明図
、第３図は従来の半導体レーザーの路線的拡大断面図、
第４図は本発明の説明に供するＡｊ！　ＧａＩｎＰ系の
組成とエネルギーバンドギヤ　。ツブとの関係を示す図である。（１１）・・・・ＧａＡｓ基板、（１２）・・・・格子
定数遷移層、（１３）・・・・第１のクラッド層、（１
４）・−・・活性層、（１５）−・・・第２のクラッド
層、（１６）・・・・キャップ層・第２図Ｇ農Ａ１１幕坂（１１）

Claims

【特許請求の範囲】

ＧａＡｓ基板上に、少なくとも超格子による格子定数遷
移層を介して、第１のクラッド層と、活性層と、第２の
クラッド層の各エピタキシャル成長層を形成し、上記活
性層及び上記第１及び第２のクラッド層は、（Ａｌ＿ｘ
Ｇａ＿１＿−＿ｘ）＿ｙＩｎ＿１＿−＿ｙＰより成り、
上記活性層の上記ｘの値は０≦ｘ＜１に選定され、上記
第１及び第２のクラッド層におげるｘの値は上記活性層
のｘの値より大に選定された半導体レーザー。