JPS6359554B2 - - Google Patents
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- JPS6359554B2 JPS6359554B2 JP57110236A JP11023682A JPS6359554B2 JP S6359554 B2 JPS6359554 B2 JP S6359554B2 JP 57110236 A JP57110236 A JP 57110236A JP 11023682 A JP11023682 A JP 11023682A JP S6359554 B2 JPS6359554 B2 JP S6359554B2
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- Japan
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- gaalas
- carrier concentration
- cladding layer
- layer
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
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Classifications
-
- 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
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザ素子に関し、特に
GaAlAs等の混晶から成るエピタキシヤル成長層
のｎ型不純物としてTeを用いた半導体レーザ素
子に関するものである。
GaAlAs等の混晶から成るエピタキシヤル成長層
のｎ型不純物としてTeを用いた半導体レーザ素
子に関するものである。
現在広く使用されているGaAs／GaAlAs系赤
外レーザ素子に於いて、GaAlAsから成るｎ型ク
ラツド層のドーパントとしては一般にSi，Snが
用いられている。しかしながら、最近注目されて
いるGa1-yAlyAs／Ga1-xAlxAs（ｘ≧0.5，0.1≦ｙ
≦0.4）系可視光半導体レーザ素子ではクラツド
層として高いAl混晶比のGa1-xAlxAs層を用いな
ければならないため、Si，Sn等のドーパントが
有効に働かず、従つて偏析係数の大きいTeがｎ
型ドーパントとして用いられる。GaAlAs，
InGaPAs等の混晶から成るエピタキシヤル成長
層におけるｎ型ドーパントとしてTeを添加する
場合、Teは偏析係数が大きくしかも結晶内での
イオン化率も大きいために微量添加で所望のキヤ
リア濃度が得られるという利点を有する反面過剰
添加すると結晶内に析出物を生じたりこれに基く
結晶欠陥を招き、製作される半導体レーザ素子の
諸特性を著しく阻害することとなる。
外レーザ素子に於いて、GaAlAsから成るｎ型ク
ラツド層のドーパントとしては一般にSi，Snが
用いられている。しかしながら、最近注目されて
いるGa1-yAlyAs／Ga1-xAlxAs（ｘ≧0.5，0.1≦ｙ
≦0.4）系可視光半導体レーザ素子ではクラツド
層として高いAl混晶比のGa1-xAlxAs層を用いな
ければならないため、Si，Sn等のドーパントが
有効に働かず、従つて偏析係数の大きいTeがｎ
型ドーパントとして用いられる。GaAlAs，
InGaPAs等の混晶から成るエピタキシヤル成長
層におけるｎ型ドーパントとしてTeを添加する
場合、Teは偏析係数が大きくしかも結晶内での
イオン化率も大きいために微量添加で所望のキヤ
リア濃度が得られるという利点を有する反面過剰
添加すると結晶内に析出物を生じたりこれに基く
結晶欠陥を招き、製作される半導体レーザ素子の
諸特性を著しく阻害することとなる。
本発明は上記問題点に鑑み、Teドープ量を制
御設定することにより素子特性の劣化が抑制され
たｎ型クラツド層を構成しまたInGaPAsから成
る可視レーザ光を発振する活性層に対して
GaAlAsから成るクラツド層を用い、このクラツ
ド層にTeをドーパントとして添加してダブルヘ
テロ接合を構成した新規有用な半導体レーザ素子
を提供することを目的とするものである。
御設定することにより素子特性の劣化が抑制され
たｎ型クラツド層を構成しまたInGaPAsから成
る可視レーザ光を発振する活性層に対して
GaAlAsから成るクラツド層を用い、このクラツ
ド層にTeをドーパントとして添加してダブルヘ
テロ接合を構成した新規有用な半導体レーザ素子
を提供することを目的とするものである。
我々の研究結果では、例えば800℃で成長した
TeドープGa0.2Al0.8As層は約２×1018cm-3以上の
キヤリア濃度になるとドーピング量に対するキヤ
リア濃度が直線的に変化せず飽和傾向を示し、イ
オン化しないTe原子が存在することが判明した。
これは換言すればTeの析出が起つていることを
意味している。
TeドープGa0.2Al0.8As層は約２×1018cm-3以上の
キヤリア濃度になるとドーピング量に対するキヤ
リア濃度が直線的に変化せず飽和傾向を示し、イ
オン化しないTe原子が存在することが判明した。
これは換言すればTeの析出が起つていることを
意味している。
第１図Ａ，Ｂ，ＣはTeドープGaAlAs層の顕
微鏡拡大写真である。第１図ＡはTeキヤリア濃
度４×1019cm-3を持つGa0.2Al0.8As成長表面のモ
ホロジーである。ラメラパターンに加えて多数の
異常成長突起が観察される。この異常成長突起は
略々正三角形状の様相を呈しているがこれは
GaAlAs層の成長用基板として１１１Ｂ基板を用
いた場合に特有の現象である。一般に多元混晶の
化合物半導体層をエピタキシヤル成長させるには
１００基板が用いられるが、ミスシビリテイ・ギ
ヤツプ即ち成長の困難な状態下にある領域を考慮
した場合１００基板より１１１Ｂ基板を用いた方
がミスシビリテイ・ギヤツプは小さくなり、成長
が容易となる。しかしながら１１１Ｂ基板を用い
ると第１図Ａにみられるような異常成長突起が現
われ、成長層の結晶性を著しく阻害するため一般
には１１１Ｂ基板は用いられない。
微鏡拡大写真である。第１図ＡはTeキヤリア濃
度４×1019cm-3を持つGa0.2Al0.8As成長表面のモ
ホロジーである。ラメラパターンに加えて多数の
異常成長突起が観察される。この異常成長突起は
略々正三角形状の様相を呈しているがこれは
GaAlAs層の成長用基板として１１１Ｂ基板を用
いた場合に特有の現象である。一般に多元混晶の
化合物半導体層をエピタキシヤル成長させるには
１００基板が用いられるが、ミスシビリテイ・ギ
ヤツプ即ち成長の困難な状態下にある領域を考慮
した場合１００基板より１１１Ｂ基板を用いた方
がミスシビリテイ・ギヤツプは小さくなり、成長
が容易となる。しかしながら１１１Ｂ基板を用い
ると第１図Ａにみられるような異常成長突起が現
われ、成長層の結晶性を著しく阻害するため一般
には１１１Ｂ基板は用いられない。
本発明は１１１Ｂ基板をエピタキシヤル成長用
基板として用いた場合でもｎ型不純物であるTe
の濃度を厳密に規定することにより、異常成長突
起の発生を抑制することができ、これによつてミ
スシビリテイ・ギヤツプの少ない１１１Ｂ基板上
に結晶性が良好でかつイオン化しないTeの折出
が少ないエピタキシヤル成長層を成長形成し得る
という実験事実の解析結果に基いてなされたもの
である。
基板として用いた場合でもｎ型不純物であるTe
の濃度を厳密に規定することにより、異常成長突
起の発生を抑制することができ、これによつてミ
スシビリテイ・ギヤツプの少ない１１１Ｂ基板上
に結晶性が良好でかつイオン化しないTeの折出
が少ないエピタキシヤル成長層を成長形成し得る
という実験事実の解析結果に基いてなされたもの
である。
Teキヤリア濃度４×1019cm-3のラメラパターン
を示す第１図Ａに比べて第１図ＢはTeキヤリア
濃度1.4×1019cm-3の場合であるが、突起は少なく
なりラメラパターンが観察される。同ＣはTeキ
ヤリア濃度が2.4×1018cm-3の場合で、ラメラパタ
ーンのステツプ高さが小さくなり平担性が増して
いる。これ以下の濃度では1017cm-3程度までモホ
ロジーに大きな変化は観察されないが、ノンドー
プの場合は成長縞が見られるだけでラメラは観察
されず完全な鏡面を呈している。
を示す第１図Ａに比べて第１図ＢはTeキヤリア
濃度1.4×1019cm-3の場合であるが、突起は少なく
なりラメラパターンが観察される。同ＣはTeキ
ヤリア濃度が2.4×1018cm-3の場合で、ラメラパタ
ーンのステツプ高さが小さくなり平担性が増して
いる。これ以下の濃度では1017cm-3程度までモホ
ロジーに大きな変化は観察されないが、ノンドー
プの場合は成長縞が見られるだけでラメラは観察
されず完全な鏡面を呈している。
さて、次にTeキヤリア濃度の半導体レーザ素
子特性に対する影響を調べてみる。第２図は液相
成長により720℃から20℃のステツプクール法で
作られたIn0.38Ga0.62P0.78As0.22／Ga0.2Al0.8As
（700nm発振）可視光レーザのｎ型Ga0.2Al0.8As
クラツド層のTeキヤリア濃度と素子のEL状態
（DC20mA）における光出力との関係を示したも
のである。レーザ発振は相対光出力が約100以上
の素子で観察され、それに相当するTeキヤリア
濃度はおよそ２×1017〜２×1018cm-3の範囲であ
つた。また第３図は液相成長により800℃から徐
冷法によつて作られたGa0.72Al0.28As／Ga0.2Al0.8
As（700nm発振）可視光レーザのｎ型Ga0.2Al0.8
Asクラツド層のTeキヤリア濃度と素子の光出力
の関係である。発振の得られるTeキヤリア濃度
は、InGaPAs／GaAlAs系の場合とほぼ同じで、
２×1017〜２×1018cm-3の範囲である。Teの高濃
度側における光出力の低下は、Teの析出した結
晶性の悪いGaAlAs層による非発光界面再結合の
増加や光吸収の増加によると考えられる。また、
Teの低濃度側における光出力の低下は、フエル
ミレベルの低下に伴なう△Egの減少と高抵抗化
による発熱との相乗効果であると推測される。
子特性に対する影響を調べてみる。第２図は液相
成長により720℃から20℃のステツプクール法で
作られたIn0.38Ga0.62P0.78As0.22／Ga0.2Al0.8As
（700nm発振）可視光レーザのｎ型Ga0.2Al0.8As
クラツド層のTeキヤリア濃度と素子のEL状態
（DC20mA）における光出力との関係を示したも
のである。レーザ発振は相対光出力が約100以上
の素子で観察され、それに相当するTeキヤリア
濃度はおよそ２×1017〜２×1018cm-3の範囲であ
つた。また第３図は液相成長により800℃から徐
冷法によつて作られたGa0.72Al0.28As／Ga0.2Al0.8
As（700nm発振）可視光レーザのｎ型Ga0.2Al0.8
Asクラツド層のTeキヤリア濃度と素子の光出力
の関係である。発振の得られるTeキヤリア濃度
は、InGaPAs／GaAlAs系の場合とほぼ同じで、
２×1017〜２×1018cm-3の範囲である。Teの高濃
度側における光出力の低下は、Teの析出した結
晶性の悪いGaAlAs層による非発光界面再結合の
増加や光吸収の増加によると考えられる。また、
Teの低濃度側における光出力の低下は、フエル
ミレベルの低下に伴なう△Egの減少と高抵抗化
による発熱との相乗効果であると推測される。
以上の実験結果より、ｎ型GaAlAsクラツド層
のドーパントとしてTeを用いる場合、活性層の
半導体材料の種類にかかわらずGaAlAsクラツド
層のTeキヤリア濃度を２×1017〜２×1018cm-3の
範囲に設定することにより素子特性の良好な低閾
値電流の半導体レーザ素子が得られる。
のドーパントとしてTeを用いる場合、活性層の
半導体材料の種類にかかわらずGaAlAsクラツド
層のTeキヤリア濃度を２×1017〜２×1018cm-3の
範囲に設定することにより素子特性の良好な低閾
値電流の半導体レーザ素子が得られる。
以上詳説した如く、本発明はInGaPAsから成
る活性層に対してGaAlAsから成るクラツド層を
用いてヘテロ接合を形成しかつクラツド層を
GaAlAsとすることによつてキヤリア生成効果の
高いTeをドーパントとして所定量添加すること
によりｎ型クラツド層の形成を可能としたもので
あつて、Teドープｎ型クラツド層のキヤリア濃
度を制御することにより、可視光を発振するレー
ザ素子の高い混晶化を有する結晶層に対して有効
なｎ型クラツド層としての機能を付与することが
でき、高品質の半導体レーザ素子を作製すること
ができる。
る活性層に対してGaAlAsから成るクラツド層を
用いてヘテロ接合を形成しかつクラツド層を
GaAlAsとすることによつてキヤリア生成効果の
高いTeをドーパントとして所定量添加すること
によりｎ型クラツド層の形成を可能としたもので
あつて、Teドープｎ型クラツド層のキヤリア濃
度を制御することにより、可視光を発振するレー
ザ素子の高い混晶化を有する結晶層に対して有効
なｎ型クラツド層としての機能を付与することが
でき、高品質の半導体レーザ素子を作製すること
ができる。
第１図はTeドープGaAlAs層の組織を示す顕
微鏡写真である。第２図及び第３図は本発明の１
実施例を説明するTeキヤリア濃度と光出力との
関係を示す説明図である。
微鏡写真である。第２図及び第３図は本発明の１
実施例を説明するTeキヤリア濃度と光出力との
関係を示す説明図である。
Claims (1)
- １ レーザ発振用活性層の界面でヘテロ接合を形
成するクラツド層を有する半導体レーザ素子にお
いて、前記活性層は可視光を発振するInGaPAs
から成り、前記クラツド層は１１１Ｂ基板上に成
長形成されたGaAlAsから成りかつｎ型不純物と
してTeが添加され、該Teのキヤリア濃度は２×
1017〜２×1018cm-3の範囲に設定されていること
を特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11023682A JPS59986A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11023682A JPS59986A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59986A JPS59986A (ja) | 1984-01-06 |
| JPS6359554B2 true JPS6359554B2 (ja) | 1988-11-21 |
Family
ID=14530547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11023682A Granted JPS59986A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59986A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62192281U (ja) * | 1986-05-27 | 1987-12-07 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5320881A (en) * | 1976-08-11 | 1978-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photo semiconductor device |
| JPS5688388A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser device |
| JPS5790990A (en) * | 1980-11-27 | 1982-06-05 | Sharp Corp | Semiconductor light emitting device |
-
1982
- 1982-06-25 JP JP11023682A patent/JPS59986A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5320881A (en) * | 1976-08-11 | 1978-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photo semiconductor device |
| JPS5688388A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser device |
| JPS5790990A (en) * | 1980-11-27 | 1982-06-05 | Sharp Corp | Semiconductor light emitting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59986A (ja) | 1984-01-06 |
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