JPS6251282A - 半導体レ−ザ− - Google Patents

半導体レ−ザ−

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JPS6251282A
JPS6251282A JP19171885A JP19171885A JPS6251282A JP S6251282 A JPS6251282 A JP S6251282A JP 19171885 A JP19171885 A JP 19171885A JP 19171885 A JP19171885 A JP 19171885A JP S6251282 A JPS6251282 A JP S6251282A
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JP
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active layer
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super
lattice structure
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JP19171885A
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Hideto Ishikawa
石川 秀人
Akira Ishibashi
晃 石橋
Yoshifumi Mori
森 芳文
Masao Ikeda
昌夫 池田
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Sony Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザー特に化合物半導体レーザーに
係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、活性層に隣接して設けられるクラッド層の少
なくとも一方を超格子構造として熱放散を良好にする。
(従来の技術〕 化合物半導体レーザーにおいては、その発光部、すなわ
ち活性!で発生する熱を、いかに効率良く外部に放散さ
せるかによってレーザー特性や、寿命に大きな影響を与
える。
化合物半導体レーザーとしては、種々の構造のものが提
案されているが、基本的には活性層に隣接してこの活性
層に対してキャリアと光の閉じ込め牽行なうクラッド層
が設けられた構造とされる。
このクラッド層は、活性層に比してエネルギーバンドギ
ャップが大で屈折率が小さく、しかも格子整合のとれた
3元もしくは4元混晶の化合物半導体層によって構成さ
れる。例えば^lGaAsの3元系の半導体レーザーの
場合、第3図に示すように、GすS基板(1)の1Φ手
面に、AlGaAs層より成る第1のクラッド層(2)
と、GaAs層より成る活性層(3)と、例えば6第1
のクラッド層(2)と同一組成の半導体層より成る第2
のクラッド層(4)と、更にこれの上に例えばGaAs
より成るキャップ層(5)とが順次MOCVD(Met
alorgnic  ChelIlical  Vap
or  Deposition)或いはMBtl  (
Molecular、 Beam  Epitaxy)
法等によってエピタキシャル成長されて成る。(6)及
び(7)は、GaAs基板(1)の他の主面とキャップ
層(5)とに夫々オーミックに被着された電極を示す。
電極(7)は、これ自体がピー1〜シンクとしての機能
を有するようになされるとか、これとは別に設けられた
ヒートシンク(9)すなわち放熱体に、半田層(8)に
よって半田付けされる。
このようにクラッド層(2)及び(4)は、1列えば/
lGaAsの3元混晶によって構成されてGaAsの活
性層に対して光及びキャリアの閉じ込めをなすものであ
るが、熱伝導等の観点からは、混晶の構成元素数が増加
するほど熱抵抗が増大するので、3元混晶のAlGaA
sより成るクラッド層は、熱伝導が低い。そして、この
傾向は、Ga1nAsP系或いはAlGa1nP系の4
元素半導体レーザーのようにその混晶の構成元素数が増
加するにつれ、より顕著となる。
そして、このように活性層に隣接するクラッド層の熱伝
導が低い場合、動作時における活性層から発生する熱が
効果的に完敗されないことによって、活性層の温度上昇
が大となり、発振が害われたり、活性層及びその付近の
結晶に転位の発生や、結晶成長による変成が生じ、レー
ザー特性の安定性や、寿命の低下を来す。
化合物半導体において、2元化合物に更に構成元素を加
えて3元混晶にした場合に、熱伝導率が減少すること、
すなわち熱抵抗が増大することは、例えばビー・ディー
・メイコック:ソリッドースティト エレクトロニソク
ス、 6710161−168(P、D、 Mayco
ckH5olid−3tate Electronic
s 。
Pergamon  Press )でその報告がなさ
れている通りであり、構成元素によっては1桁以上も、
その熱伝導率が低下する系がある。
また、化合物半導体中での熱は、主としてフォノンによ
って伝搬されることが知られているが、このフォノンが
種々の原因で散乱されていることが熱伝導率を減少させ
る要因となる。このフォノンの散乱の1つの原因として
は、例えばITI−V族化合物半導体についていえば、
その■族すイトを2種の元素がランダムに占有している
2いわヰるディスオーダーリングによる効果がある。
そして、フォノンの中でも熱の伝導に関わるのは、主に
群速度が大で、長い平均自由行程を有するLAフォノン
である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上述した半導体レーザーにおけるクラッド層
におけるLAフ;ノンの散乱を減少させ、熱伝導率の向
上をはかって、レーザー特性、寿命の改善をはかるもの
であ為。
〔問題点を解決するための手段〕      ゛本発明
は、例えは第1図に示すように、例えしkGaAsより
成る基板(11)上&E J図示しないが必要に応じて
同様にGaAsのバッファ層を介して順次第1のクラッ
ド層(12)、活性層(13)、第2のクラッド層(1
4) 、キャップ層(15)をMOCVD法、MB[!
法等によって連続エピタキシーする□。(16)及び(
17)′は基板(11)の他の主面とキ゛ヤップ層(1
5)とに夫々オーミックに゛被着された電極を゛示す。
電極(17)はこれ自体がヒートシンクとしての機能を
有するか、或いは歯示のように、他のヒートシンク(1
9)に半田層(18)によって半田付けされる。
本発明においては、第1及び第2のクラッド層(12)
及び(τ4)、或いはヒートシンク側の第1のクラッド
層(12)を、低次元の混晶、例えば2元ないしは3元
の混晶の薄膜半導体層の繰返し周期的積層構造による超
格子構造の半導体層とする。
例えばAIGaAs(7) 3元系半導体レーザーにお
いては、これより低いAlAsおよびGaAsの各2元
のn及びm原子層による薄膜半導体の周期的重ね合せに
よる( AIAs)n (GaAs)ylの超格子構造
とする。そして、この超格子構造のクラッド層の組成は
、その全体の平均的組成が、その本来の混晶、例えばA
lGaAsにおいて、活性層(13)に対して、キャリ
アと光の閉じ込め効果を奏するに必要なだけの活性層(
13)に対し所要の屈折率差とエネルギーバンドギャッ
プ差、すなわち活性層(3)に比し、小なる屈折率を有
し、大なるエネルギーバンドギャップを有する組成とほ
ぼ同程度の組成となるように選定する。
〔作用〕
上述した本発明によれば、クラッド層(12)及び(1
4)の双方または一方のクラッド層(12)を超格子構
造として、混晶の次元を低めたので前述した混晶中のデ
ィスオーダリングによる散乱が減少し、これによってこ
こにおける熱伝導率が高められる。
しかしながら、異種の半導体の境界面であるヘテロ接合
部において、一方の結晶中を伝搬してきたL Aフォノ
ンが、他方の結晶中へ伝搬する際、2種の結晶のL A
フォノンの分散関係に重なりを持たなければ、LAフォ
ノンは散乱され、伝搬することができない。なぜなら運
動量とエネルギーの保存が成り立たないからである。し
たがって、異種の薄い結晶の周期的に重り合っている超
格子においてはへテロ接合が数多く存在するので、LA
フォノンの伝搬についての考察がなされなければないな
いが、例えば上述したAlAs層とGaAs層との周期
的重ね合せによる超格子(^IAs)n (GaAs)
ra系では両半導体層AlAsと、GaAsとにおける
LAフ上述したこれに関するLAフォノンの散乱につい
ては特に問題は生じない。そして、他の系についてみて
も、超格子構造を構成する異種の半導体層において夫々
LAフォノンの分散曲線が例えば第2図中曲線(21)
及び(22)に示すように異なっていても、超格子構造
における特長のいわゆるゾーン・フォルディング(zo
ne  folding )により、各分散曲線が1/
(n+m)にたたまれており、同図中左端に夫々分散曲
線(21)及び(22)のゾーン・フォルディング後の
状態を鎖線及び破線で模式的に示したように、重なりを
持つことになるので、LAフォノンは散乱されずに伝搬
できることになる。したがって本発明構成による半導体
レーザーでは活性1’1i(13)に隣接するクラッド
層において熱伝導度が高められ例えばヒートシンク(9
)に向って効率良い熱の伝達による放熱がなされる。
〔実施例〕
第1図を参照して本発明の一例を詳説に説明する。
基板(11)は1の導電型の例えばN型のGaAs基板
より構成する。
第1のクラッド層(12)は、基板(11)と同導電型
を有し、AlAsのn原子層の薄膜半導体層とGaAs
のm原子層の薄膜半導体層との繰返えし積層による周期
的重ね合せによる(AIAs)n (GaAs)Bの超
格子構造とする。
活性層(13)は、GaAs層によって構成する。
第2のクラッド層(14)は、第1のクラッド層(12
)と同様の組成及び構造の超格子とするも第1のクラッ
ド層(12)とは異る導電型の例えばP型とする。
キャップ層(15)は、第1のクラッド層(14)と同
導電型のP型のGaAs1iによって構成する。
そして、破線図示のように、キャップ層(15)側から
中央部をストライプ状に残し、その左右に選択的に第2
のクラッド層(14)に至る深さに亘ってプロトン等の
イオン注入を行って例えば高化抵抗の電流狭窄領域(2
0)を形成し、その後電極(16)及び(17)を被着
し、電極(17)側をヒートシンク(19)に半田層(
18)によって半田付けする。
尚、上述した例では、AlGaAsの3元系半導体レー
ザーに本発明を適用した場合であるが、4元系の例えば
Ga1nAsP系の半導体レーザーに適用することもで
き、この場合においては (GaAs)n (InP )n+ (GaP M (
InAsM (順不同)の超格子構造によってクラッド
層を構成する。またAlGa1nP系の半導体レーザー
に適用する場合においては(^IP )Jl (GaP
 )ra (InP )n若しくは(AIInP )n
 (GalnP )re超格子構造等の2元化合物ない
しは3元混晶の超格子構造となし得る。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、活性層に隣接するクラ
ッド層の少くとも一方を超格子構造としてその熱伝導率
を高めるようにしたので、活性層(13)とその近傍部
の温度上昇を効果的に回避でき、これによって、レーザ
ーの特性、安定性、寿命の改善がはかられ、更に例えば
AIGaInP系の短波長領域の室温での連続発振が可
能な半導体レーザーの構成を可能にする。
【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図は本発明の説明に供するL Aフォノ
ンの分散曲線図、第3図は従来の半導体レーザーの路線
的拡大断面図である。 (11)は基板、(12)及び(14)は第1及び第2
のクラッド層、(■3)は活性層、(15)はキャップ
層、(16)及び(17)は電極、(20)は電流狭窄
領域である。 木全日月1;よ3半導イ木レープ−の断テ目]第1図 #:未−芋祷不トレーr−の断面図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 活性層に隣接して超格子構造によるクラッド層が設けら
    れ、該クラッド層はその平均組成が上記活性層に対し所
    要のバンドギャップ差と屈折率差とを有し上記活性層に
    キャリアと光の閉じ込め効果を奏し得る混晶の組成と同
    程度の組成に選定されて成ることを特徴とする半導体レ
    ーザー。
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