KR100271674B1 - 반도체 레이저 소자 - Google Patents

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나까니시 히로유끼
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Abstract

제1도에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(20)상에, 순차로, 제2 n형 클래드층(11), 제1 n형 클래드층(12), n형 캐리어 블럭층(13), 활성층(14), p형 캐리어 블럭층(15), 제1 p형 클래드층(16), 제2 p형 클래드층(17), 전류 협착층(18), p형 콘택층(19)이 형성된다. 캐리어 블럭층(13, 15)을 1×1018cm-3이상의 고 도핑 농도로, 제1 클래드층(12, 16) 및 제2 클래드층(11, 17)을 1×1017cm-3이하의 저 도핑 농도로 형성하고 있다. p형 캐리어 블럭층(15)의 도펀트로서, 확산성이 낮은 탄소 또는 마그네슘을 사용한다.
이렇게 한 구성에 의해서, 활성층(14)으로의 캐리어 감금을 확실히 하면서, 내부 손실 및 전기 저항이 낮게 억제되어, 고효율로 고출력의 반도체 레이저 소자가 얻어진다.

Description

반도체 레이저 소자
반도체 레이저 소자의 고출력화를 목적으로 하고, 활성층의 양측에 금제대폭이 크고 두께가 얇은 캐리어 블럭층을 설치함으로써, 캐리어 블럭층의 외측에 형성된 클래드층의 금제대 폭의 자유도를 크게 한 반도체 소자를 제안하고 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 캐리어 블럭층은 주입 캐리어를 활성층 안에서 효율적으로 감금하는 기능을 갖고 동시에, 캐리어 블럭층이 얇게 형성되어 있으므로, 활성층에서 발생한 광이 캐리어 블럭층을 통과하여 외측의 클래드층으로 용이하게 누출될 수 있다. 그로 인해 반도체 레이저 소자의 출사 단면에 있어서 레이저 광의 국소 집중에 의해서 일어나는 순시 광학 손상을 방지하고, 단면 파괴 레벨을 높일 수 있게 되어, 고출력 동작을 실현할 수 있다.
제11(a)도는 이러한 반도체 레이저 소자의 일 예를 나타낸 단면도이고, 제11(b)도는 각 층에 대응한 금제대 폭의 분포도, 제11(c)도는 캐리어 블럭층과 활성층이 충분히 얇아 도파 모드로의 영향을 무시할 수 있는 경우의 실효 굴절률의 분포도이다. 제11도에 나타낸 구조는, 주지의 분리 감금 헤테로 구조(SCH, Separate Confinement Heterostructure)에 대해서, 완전 분리 감금 구조(Perfect SCH)라 칭한다(국제 공개 W093/16513).
제11(a)도에 있어서 n-GaAs로 이루어진 반도체 기판(미도시) 상에, 순차로, 제2 n형 클래드층(n-AlGaAs)(1), 제1 n형 클래드층(n-AlGaAs)(2), n형 캐리어 블럭층(n-AlGaAs)(3), 활성층(GaAs/AlGaAs의 다중 양자 정호(우물)층)(4), p형 캐리어 블럭층(p-AlGaAs)(5), 제1 p형 클래드층(p-AlGaAs)(6), 제2 p형 클래드층(p-AlGaAs)(7)이 형성된다.
제11(b)도에 나타낸 바와 같이, 각 캐리어 블럭층(3, 5)의 금제대 폭은 활성층(4) 및 각 클래드층(1, 2, 6, 7)의 어느 것보다도 크게 되도록 형성되어 있으므로, 주입된 캐리어가 효율 좋게 활성층(4)에 감금된다. 그로 인해 레이저 발진에 기여하는 캐리어 수가 증가하여, 발진 효율이 향상된다.
또한 캐리어 블럭층 및 활성층이 충분히 얇고, 도파 모드로의 영향을 무시할 수 있는 경우, 효율적인 굴절률 분포는 제11(c)도에 나타낸 바와 같이, 제1 n형 클래드층(2)에서 제1 p형 클래드층(6)까지 각 층이 고굴절률부이고, 제2 n형 클래드층(1) 및 제2 p형 클래드층(7)이 저굴절률부로 된 슬랩 도파로 구조가 형성되어 있으므로, 활성층(4)에서 발생한 광은 고굴절률부 내에 넓게 전반한다. 그로 인해 도파 모드의 피크 강도가 감소하여 출사 단면에서의 광학 손상이 발생하기 어렵게 되고, 고출력화가 가능하게 된다.
이와 달리 정공 캐리어층을 설치한 MQW(다중 양자 정호)-DCH(Decoupled Confinement Heterostructure) 구조의 InGaAsP/InP 반도체 레이저소자가 보고되어 있다(IEEE journal of quantum electronics, vol. 29, No. 6, 1993년 6월, p1596-1600).
반도체 레이저 소자에 있어서 고효율화 및 고출력화를 도모하는 경우, 주입 캐리어를 활성층에서 효율적으로 감금함과 동시에, 자유 캐리어 흡수에 의한 내부 손실의 저감이 중요하다.
완전 분리 감금 구조의 반도체 레이저 소자에서는, 주입 캐리어는 활성층에 근접하고, 금제대 폭이 각 층 중에서 가장 큰 캐리어 블럭층에 의해서 활성층에 감금된다. 이 캐리어 블럭층은 클래드층으로 광이 새어나가는 것을 용이하게 하기 위하여, 통상 0,01∼0.03μm 정도로 극히 얇게 형성된다. 금제대 폭이 크고 극히 얇게 형성된 캐리어 블럭층의 도핑 농도가 불충분한 경우, 캐리어 블럭층 전체의 공핍화가 일어나고 활성층에서의 캐리어 감금이 불충분하게 된다. 따라서 높은 도핑 효율과 낮은 확산성을 갖는 도핑 원소(도펀트)에 의해서, 캐리어 블럭층의 도핑 농도를 높게 형성할 필요가 있다. 그런데, 종래 p형 도펀트로서 일반적으로 사용되는 아연은 벌크 내에서 매우 확산하기 쉬운 원소이므로, 제조 프로세스 중에서의 아연의 확산 길이가 캐리어 블럭층의 두께보다도 현저히 크게 되어, 결과적으로는 극히 얇은 캐리어 블럭층에는 높은 도핑 농도를 형성할 수 없었다.
또한, 반도체 레이저 소자의 효율은 자유 캐리어 흡수에 의한 내부 손실에 크게 의존한다. 이 자유 캐리어 흡수는 광이 전반하는 각층의 도핑 농도로 결정되고, 도핑 농도가 높은 만큼 내부 손실이 크게 된다. 그로 인해 광이 전반하는 각 층의 도핑 농도는 필요 최소한으로 낮게 형성할 필요가 있다.
제12(a)도는 분리 감금 구조(SCH)의 반도체 레이저 소자의 금제대 도이고, 제12(b)도는 완전 분리 감금 구조(PSCH)의 반도체 레이저 소자의 금제대 도이다. 여기서는 활성층이 1개의 양자 정호층과 그 층을 사이에 둔 2개의 장벽층으로 구성되어 있는 예를 나타낸다.
제12(a)도는 분리 감금 구조에서는, 금제대 폭이 크고 또한 충분히 두껍게 형성된 클래드층이 주입 캐리어를 활성층 내로 감금하고 있다. 활성층 내의 캐리어는 열여기에 의해서 클래드층으로 오버플로우할 수 있다고 하지만, 클래드층이 두껍기 때문에, 일정한 확률로 활성층 내로 역확산한다. 그로 인해, 활성층에서의 캐리어 감금의 효율이 좋다. 그렇지만, 도파 모드가 활성층 내에 집중하므로, 고출력 동작에 따라 단면 파괴가 발생하기 쉽게 된다.
제12(b)도의 완전 분리 감금 구조에서는, 주입 캐리어는 활성층에 근접하고 금제대 폭이 각 층 중에서 가장 큰 캐리어 블럭층에 의해서 활성층에 감금된다. 이 캐리어 블럭층은 클래드층으로 광이 새어나가는 것을 용이하게 하기 위해, 통상 0.01∼0.03μm 정도로 극히 얇게 형성된다. 이렇게 하여 도파 모드가 넓고, 단면 파괴 레벨이 향상되므로 고출력 동작이 가능하게 된다.
제12(b)도에 나타낸 바와 같이, 캐리어 블럭층을 넘어서 오버플로우한 캐리어는, 캐리어 블럭층보다도 낮은 금제대 폭을 갖는 제1 클래드층에 분포한다. 이 경우, 일단 오버플로우한 캐리어는 캐리어 블럭층의 높은 포텐셜 장벽에 의해서 활성층 내로의 역확산이 저지된다. 그로 인해 완전 분리 감금 구조에서는 활성층에서의 캐리어 감금의 효율이 저하하기 쉽게 된다. 따라서, 캐리어의 오버플로우 자체를 억제할 필요가 있다.
그 대책으로서, 캐리어 블럭층의 금제대 폭을 크게 하고, 캐리어 블럭 기능을 강화하고 있다.
그렇지만, 캐리어 블럭층에 사용하는 재료의 금제대 폭에는 한계가 있다. 특히 AlGaAs 등의 III-V족 화합물 반도체에 있어서는, 밴드단이 간접단화하므로 금제대 폭이 넓은 재료를 이용하여도 전도대의 밴드 오프셋은 증가하지 않는다.
또 전도 전자의 유효 질량이 작으므로, 캐리어의 주입과 함께 전자의 의사 페르미 레벨이 상승함에 의해서 주입 전자의 오버플로우가 나타나는 문제가 있다.
또한, 관련하는 선행 기술로서 특개평6-232512호 공보가 있고, 거기에는 p형 클래드층에 높은 캐리어 농도부와 낮은 캐리어 농도부를 형성하고, 그 도펀트로서 탄소를 사용하는 예가 기재되어 있다. 그러나, 본 발명에 관한 캐리어 블럭층은 존재하지 않고, 소자의 구조 및 특성은 완전히 다르다.
본 발명은 통신, 레이저 프린터, 레이저 의료, 레이저 가공 등에 적합하게 사용되며, 고효율이고 고출력 동작이 가능한 반도체 레이저 소자에 관한 것이다.
제1(a)도는 본 발명의 실시예 1의 구성을 나타내는 단면도이고,
제1(b)도는 제1 n형 클래드층에서 제2 p형 클래드층까지의 각층의 도핑 농도의 분포도이다.
제2도는 AlGaAs중에서의 각종 p형 도펀트의 억셉터-준위를 나타내는 그래프이다.
제3도는 변조 도핑된 다중 양자 정호 구조의 금제대 도이다.
제4도는 주입 캐리어 밀도에 대한 광이득을 나타내는 그래프이다.
제5도는 p형 도펀트로서 탄소를 사용한 실시예 1에 상당하는 샘플의 활성층 근방에서의 각종 원소의 농도 분포 그래프이다.
제6도는 p형 도펀트로서 아연을 사용한 비교예 1에 상당하는 샘플의 활성층 근방에서의 각종 원소의 농도 분포 그래프이다.
제7(a)도는 본 발명의 실시예 2의 구성을 나타내는 단면도이고,
제7(b)도는 제1 n형 클래드층에서 제2 p형 클래드층까지의 각 층의 도핑 농도의 분포도이다.
제8도는 p형 도펀트로서 탄소를 사용한 실시예 2에 상당하는 샘플의 활성층 근방에서의 각종 원소의 농도 분포 그래프이다.
제9도는 p형 도펀트로서 아연을 사용한 비교예 2에 상당하는 샘플의 활성층 근방에서의 각종 원소의 농도 분포 그래프이다.
제10(a)도는 본 발명의 실시예 3의 구성을 나타내는 단면도이고,
제10(b)도는 활성층(14)의 확대 단면도이다.
제11(a)도는 종래의 반도체 레이저 소자의 일 예를 나타내는 단면도이고, 제11(b)도는 각층에 대응한 금제대 폭의 분포도이며, 제11(c)도는 실효적인 굴절률의 분포도이다.
제12(a)도는 분리 감금 구조(SCH)의 반도체 레이저 소자의 금제대 도이고,
제12(b)도는 완전 분리 감금 구조(PSCH)의 반도체 레이저 소자의 금제대 도이다.
본 발명의 목적은, 활성층에서의 캐리어 감금을 확실하게 하는 것, 다음에 이에 더하여 내부 손실을 보다 낮게 억제함으로써 고효율이고 고출력인 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 고출력화의 장애가 되는 출사 단면에서의 광학 손상을 억제하여, 고출력화를 더욱 용이하게 하는 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 활성층에서의 캐리어 감금을 확실하게 하는 것, 특히 문제가 되는 전자의 오버플로우를 저지함으로써 고효율이고 고출력인 반도체 레이저 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 활성층의 양측에 n형 및 p형 클래드층을 설치하고, 상기 활성층 및 상기 양 클래드층의 금제대 폭 이상의 금제대 폭을 갖는 p형 캐리어 블럭층을 상기 활성층에 근접하여 설치한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 p형 캐리어 블럭층의 도펀트가 탄소 또는 마그네슘인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, p형 캐리어 블럭층에 대하여 높은 도핑 효율과 낮은 확산성을 갖는 탄소 또는 마그네슘을 도펀트로서 사용함으로써, 제조 프로세스에 있어서 도펀트를 고농도로 첨가하는 것이 가능하게 되고, 캐리어 블럭층이 극히 얇은 경우에 있어서도, 제조 프로세스 중에 발생하는 도펀트의 확산을 사실상 무시할 수 있을 정도로 억제할 수 있다. 즉 탄소나 마그네슘은 벌크 내에서 확산하기 어려운 원소이므로, 제조 프로세서 중에 있어서의 각 원소의 확산 길이는 캐리어 블럭층의 두께보다도 사실상 무시할 수 있을 정도로 작게 된다. 그 결과, 매우 얇은 캐리어 블럭층에 있어서도 높은 도핑 농도를 형성할 수 있다.
또한 제1도에 나타낸 바와 같이, 활성층 영역을 비도핑으로 하고, 그에 인접하는 n형, p형 각 캐리어 블럭층(13, 15)의 도핑 농도를 고농도로 형성함으로써, 캐리어 블럭층(13, 15) 전체의 공핍화가 억제되고, 충분한 포텐셜 장벽의 높이를 유지할 수 있으므로, 주입 캐리어를 활성층(14) 내에 효율 좋게 감금할 수 있다. 종래에는 p형 도펀트로서 아연을 이용하는 것이 일반적이었지만, 아연은 벌크 내에서 매우 확산하기 쉬운 원소이므로, 제조 프로세스 중에 있어서의 아연의 확산 길이가 캐리어 블럭층의 두께보다도 현저히 크게 되어, 결과적으로 매우 얇은 캐리어 블럭층에는 높은 도핑 농도를 형성할 수 없었다. 또한 활성층까지 확산한 아연에 의해 발광 스펙트럼의 확대가 발생하는 문제가 있었다.
특히, 캐리어 블럭층을 예를 들어 0,01∼0.03μm 정도로 극히 얇게 형성한 경우에 있어서도, 도펀트로서 확산성이 낮은 탄소 또는 마그네슘을 이용함으로써, 전술한 바와 같은 스텝-피크를 용이하게 실현할 수 있다. 따라서, 캐리어 블럭의 효과가 충분히 발휘되므로, 발광 재결합에 기여하지 않는 무효 전류가 현저히 감소하고, 발진 역치의 온도 의존성(특성 온도)이 향상하여 레이저 발진 효율이 향상한다.
이와 관련하여, GaAs 내에서의 각 원소의 확산 정수는 어떤 조건하에서 탄소(C)가 1×10-15cm2/sec(900℃)(문헌 1), 마그네슘(Mg)이 1.4×10-13cm2/sec(900℃)(문헌 2), 아연(Zn)이 3.2×10-8cm2/sec(900℃)(문헌 2)라고 하는 보고 예가 있다(문헌 1 : Journal Vacuum Science Technology A. Vol. 8, No.3, May/June 1990, p2980, 문헌 2 : Journal Appl. Phys. 59(4), 15(1986)1156). 이와 같이 아연에 비하여 탄소는 7자리, 마그네슘은 5자리 오더로 확산성이 낮다. 따라서 탄소가 보다 바람직하다. 또한 확산 길이는 확산 정수의 평방근에 비례한다.
제2도는 AlGaAs중에서의 각종 p형 도펀트의 억셉터-준위를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 횡축을 Al 조성 x의 변화로 나타내고 있다. 아연은 Al 조성이 많아짐에 따라 억셉터-준위가 깊어지는 경향이 있는 것에 대하여, 탄소나 마그네슘은, Al 조성 x가 변화하여도 전체로서 아연보다 얕은 억셉터-준위를 형성하는 원소이므로, p형 캐리어 블럭층(15)의 전자에 대한 포텐셜 장벽을 높게 할 수 있고, 캐리어 감금 작용이 크게 된다.
본 발명에 있어서 n형 및 p형 캐리어 블럭층의 도핑량은, 캐리어 블럭층에 인접하는 n형 및 p형 클래드층 중, 적어도 하나의 도핑량보다 크게 되도록 변조 도핑을 실시하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 캐리어 블럭층에 의한 활성층에서의 캐리어 감금이 확실히 행해지고, 또한 광이 전반하는 클래드층의 프리 캐리어 농도를 저감화할 수 있으므로 내부 손실을 낮게 억제할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서, n형 및 p형 캐리어 블럭층의 도핑량은 1×1018cm-3이상으로, 캐리어 블럭층에 인접하는 n형 및 p형 클래드층중 적어도 하나의 도핑량은 3×1017cm-3이하로 되도록 변조 도핑을 실시하는 것이 바람직하다.
즉 n형 및 p형 캐리어 블럭층은 1×1018cm-3이상으로, n형 및 p형 클래드층은 3×1017cm-3이하로 변조 도핑하면, 캐리어 감금 기능을 충분히 발휘하면서 내부 손실을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 각 캐리어 블럭층에서의 과도한 도핑은 캐리어 흡수의 증대나 결정성의 열화를 초래하므로, 도핑량의 상한은 1×1019cm-3이 바람직하다. 또한, 각 클래드층의 도핑량의 하한은 전기 저항을 그다지 크게 하지 않기 위하여, 1×1016cm-3이 바람직하다.
또한 본 발명은 활성층의 양측에 n형 및 p형 클래드층을 설치하고, 상기 활성층에 근접하여 상기 활성층 및 상기 양 클래드층의 금제대 폭 이상의 금제대 폭을 갖는 n형 캐리어 블럭층 및 p형 캐리어 블럭층을 각각 설치한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 활성층은 양자 정호층 및 상기 양자 정호층의 금제대 폭 보다 큰 금제대 폭을 갖는 장벽층으로 된 단일 또는 다중의 양자 정호 구조를 갖고, 상기 장벽층은 탄소 또는 마그네슘으로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 양자 정호 구조를 지닌 활성층의 장벽층이 탄소 또는 마그네슘으로 도핑되어, 이른바 변조 도핑이 실시되어 있다. 제3도는 변조 도핑된 다중 양자 정호 구조의 금제대 도이다. 여기서는 2개의 양자 정호층 사이 그리고 그 양측에, 모두 3개의 장벽층이 형성되어 있다. 장벽층을 탄소 또는 마그네슘으로 도핑함으로써, 정공이 금제대 폭이 작은 양자 정호층으로 이동하여 국부적으로 존재하게 된다. 이로 인해 양자 정호 내의 정공 농도가 높게 된다.
제4도는 주입 캐리어 밀도에 대하여 광 이득을 나타내는 그래프이다. 횡축의 주입 캐리어 밀도는, 단일 양자 정호인 경우의 소자의 단위 면적 1cm2당 캐리어 수이고, 종축은 반도체 레이저 소자의 광 이득을 나타낸다. 그래프의 각 곡선은 장벽층의 도핑 농도에 의한 변화를 나타내고, 곡선(L1)은 장벽층이 비도핑, 곡선(L2)은 장벽층의 도핑 농도가 5×1017cm-3, 곡선(L3)은 1×1018cm-3, 곡선(L4)은 1.5×1018cm-3, 곡선(L5)은 2×1018cm-3이다.
그래프를 보면, 주입 캐리어 밀도의 증가에 따라 광 이득도 증가하고, 또한 장벽층의 도핑 농도가 높은 만큼 광이득이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 과도한 도핑은 격자 정수의 불일치를 초래하므로, 도핑 농도의 상한은 1×1019cm-3이 바람직하므로, 결국 1×1017∼1×1019cm-3의 범위 내의 도핑이 바람직하다.
이와 같이 양자 정호 내의 정공 농도를 높게 함으로써, 레이저 발진시(이득 일정시)에 있어서의 활성층 내의 전자의 의사 페르미 레벨을 종래보다 낮게 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해 문제로 되는 활성층내 전자의 캐리어 블럭층을 넘어서의 오버플로우를 억제할 수 있고, 활성층 내에서의 캐리어 감금 효율이 향상된다.
특히, 활성층을 구성하는 양자 정호층 및 장벽층이 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성된 경우, 정공과 전자의 유효 질량 비가 약 7로 크므로, 레이저 발진시에 있어서의 전자의 의사 페르미 레벨이 지나치게 높게 되는 현상을 회피하면서 캐리어 오버플로우를 억제할 수 있다. 그로 인해 발광 재결합에 기여하지 않는 무효 전류가 현저히 감소하고, 발진 역치의 온도 의존성(특성 온도)이 향상한다.
또한, 도펀트로서 사용하는 탄소 또는 마그네슘은 확산성이 작은 원소이므로, 제조 프로세스 중에서의 확산이 억제되고, 좁은 영역에 있어서 고농도 도핑이 가능하게 된다. 따라서, 양자 정호층을 비도핑하고 장벽층만을 도핑하는 변조 도핑을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 확산에 의한 양자 정호 구조의 무질서화나 발광 스펙트럼이 넓어짐으로써 발생하는 발진 역치의 상승을 회피할 수 있다.
본 발명에 있어서, n형 및 p형 클래드층은 각각 활성층에 가까운 순서로 제1 클래드층과 제2 클래드층을 포함하고, π를 원주율이라 하고, λ를 발진 파장이라 하고, 제1 클래드층의 최대 굴절률을 N1, 제2 클래드층의 굴절률을 N2라 하고, 제2 클래드층간의 실효 두께를 d1이라 하고, 규격화 주파수를 V를
V=(π·dl/λ) · (Nl2-N22)0.5로 정의한 경우
V > π/3로 되는 것이 바람직하다.
여기서 제1 클래드층의 굴절률이 일정한 경우에는 최대 굴절률 N1은 그 일정치를 취하지만, 제1 클래드층 중에서 굴절률이 분포를 갖는 경우에는 그 최대치를 의미한다. 또 실효 두께(dl)는, 상기 양 제2 클래드층 사이의 임의의 위치(x)에 있어서의 굴절률을 NW(x)라 하고, 제2 n형 클래드층의 활성층에 가까운 계면의 위치를 x1이라 하고, 그리고 제2 p형 클래드층의 활성층에 가까운 계면의 위치를 x2라 하면, 다음 식으로 구해진다.
[수학식 1]
Figure kpo00001
탄소 또는 마그네슘을 도핑함으로써, 활성층에 인접한 캐리어 블럭층을 도파 모드에 영향을 주지 않는 정도까지 얇게 형성하는 것이 비로소 가능하게 된다. 따라서 활성층, 캐리어 블럭층, 제1 클래드층으로 된 광 도파로의 규격화 주파수(V)를 π/3보다 크게 형성한 경우, 도파 모드를 이상으로 하는 가우스형에 가깝게 하는 것이 가능하게 된다. 또 활성층 영역에서의 도파 모드의 피크가 감소하고, 반도체 레이저 소자의 출사 단면에서의 광학 손상 레벨을 보다 높게 하는 것이 가능하게 된다. 또 멀티 모드화하지 않기 위해서는, 규격화 주파수(V)는 2π 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 캐리어 블럭층 및 클래드층은 III-V족 화합물 반도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 캐리어 블럭층 및 클래드층이 III-V족 화합물 반도체로 형성됨으로써 탄소 또는 마그네슘의 확산성이 보다 낮게 유지되므로, 캐리어 블럭층의 도핑 농도를 높게 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 캐리어 블럭층 및 클래드층은 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 캐리어 블럭층 및 클래드층이 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 그 경우 제2도에 도시한 바와 같이, 탄소 또는 마그네슘이 형성하는 억셉터 준위가 낮게 되므로, 캐리어 블럭층의 포텐셜 장벽을 높게 할 수 있다. 또한 높은 도핑 효율과 낮은 확산성에 의해서 캐리어 블럭층의 도핑 농도를 높게 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 양자 정호층 및 장벽층은 III-V족 화합물 반도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 양자 정호 및 장벽층은 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 양자 정호층 및 장벽층은 III-V족 화합물 반도체, 바람직하게는 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성됨으로써, 탄소 또는 마그네슘의 확산성이 보다 낮게 유지되므로, 장벽층의 도핑 농도를 높게 형성할 수 있다.
[실시예 1]
제1(a)도는 본 발명의 제1 실시예의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 반도체 레이저 소자에 있어서, 반도체 기판(n-GaAs)(20) 상에 순차로, 제2 n형 클래드층(n-Al0.48Ga0.52As, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.7μm)(11), 제1 n형 클래드층(n-Al0.31Ga0.69As, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.4μm)(12), n형 캐리어 블럭층(n-Al0.60Ga0.40As, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.14μm)(13), 활성층(DQW : 이중 양자 정호, GaAs/Al0.31Ga0.69As, 도핑없음)(14), p형 캐리어 블럭층(n-Al0.50Ga0.50As, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.21μm)(15), 제1 p형 클래드층(n-Al0.31Ga0.69As, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.4μm)(16), 제2 p형 클래드층(n-Al0.48Ga0.52As, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.7μm)(17), 전류 협착층(n-GaAs, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.3μm)(18), p형 콘택층(p-GaAs, 억셉터 농도 : 3×1017cm-3∼1×1019cm-3, 두께 : 2μm)(19)이 MOCVD(유기 금속 기상 성장법)으로 형성되어 있다. 여기서 도너는 Se를 도핑하고, 억셉터는 p형 콘택층 이외는 C를 도핑하고, p형 콘택층은 Zn을 도핑한 것이다.
p형 콘택층(19)의 상면 및 반도체 기판(20)의 하면에는, 옴적극(ohmic electrode)(21, 22)이 각각 형성된다.
제1(b)도는 제2 n형 클래드층(11)에서 제2 p형 클래드층(17)까지의 각층의 도핑 농도의 분포도이다.
주목하여야 할 점은 p형 캐리어 블록층(15)의 도펀트로서 탄소를 사용하고 있는 점이다.
비교예 1은 억셉터로 전부 아연을 도핑한 것이고, 그 외의 점은 실시예 1과 같은 구성이다.
제5도 및 제6도는, MOCVD로 제작한 완전 분리 감금 구조의 반도체 레이저 소자의 활성층 근방에서의 각종 원소의 농도 분포 그래프이다. 제5도는 실시예 1에 상당하고, p형 도펀트로서 탄소(C)를 사용하고 있다. 제6도는 비교예 1에 상당하고, p형 도펀트로서 아연(Zn)을 사용하고 있다. 또 어느 쪽도 n형 도펀트로는 셀렌(Se)을 사용하고 있다. 또한, 제5도와 제6도에 사용한 샘플은 농도 분포 측정용으로 작성한 샘플이고, 제5도는 실시예 1의 샘플과 p형 캐리어 블럭층이 Al0.60Ga0.40As, 제1 클래드층이 Al0.30Ga0.70As인 점이 다르고, 제6도의 샘플은 비교예 1의 샘플과 p형 캐리어 블럭층이 Al0.60Ga0.40As인 점이 다르다.
이들의 그래프는, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의한 측정 결과를 횡축에 두께 방향의 깊이, 종축에 원소 농도에 대응하는 신호 강도를 취하도록 표시한 것이다. 여기서 깊이 D1는 p형 캐리어 블럭층의 위치에 대응하고, 깊이 D2는 n형 캐리어 블럭층의 위치에 대응하고 있다.
우선 제5도의 Al조성 x에 관해서, 깊이 D1보다 얕은 영역인 제1 p형 클래드층에서 x=0.3, 깊이 D1인 p형 캐리어 블럭층에서 x=0.6, 깊이 D1과 D2 간의 활성층에서 x＜0.3, 깊이 D2인 n형 캐리어 블럭층에서 x=0.6, 깊이 D2보다 깊은 영역인 제1 n형 클래드층에서 x=0.3이 되도록 각각 형성되어 있다. 또 Al 조성 x는 금제대 폭의 크기에 대응시켜 두고, 활성층에서 금제대 폭은 극소로 되고, 양측의 캐리어 블럭층에서 극대로 되어 있다. 또한, 활성층은 이중 양자 정호이므로 복수의 요철(凹凸)이 나타나야 하지만, SIMS의 분해능에 의해 둔하게 나타나 있다.
제5도의 탄소의 원소 농도(dc)에 관해서, 깊이 D1보다 얕은 영역에서 dc=1×1018cm-3, 깊이 D2보다 깊은 영역에서 탄소 농도가 거의 없도록 각각 형성되어 있다.
제5도의 셀렌의 원소 농도(ds)에 관해서, 깊이 D2보다 얕은 영역에서 셀렌 농도가 거의 없도록, 깊이 D1보다 깊은 영역에서 ds=1×1018cm-3로 되도록 각각 형성되어 있다.
다음에, 제6도의 Al조성 x 및 셀렌 농도 ds에 관해서 제5도와 같은 모양의 그래프가 얻어지고, 양자는 거의 일치하고 있다.
그러나, 제6도의 아연의 원소 농도 dz에 관해서 깊이 D1보다 얕은 영역에서 dz=1×1018cm-3로 되지만, 깊이 D1을 향해 깊어짐에 따라서 서서히 감소하고, 깊이 D1에서는 농도 피크가 반감하고 있다. 이와 같이 아연은 확산성이 높고, 캐리어 블럭층이 얇은 경우에는 아연이 다른 층으로 확산하므로, 도핑 농도를 높게 형성하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다. 또한 활성층이 아연으로 오염되어 있는 것을 알 수 있다.
이에 대하여, 탄소는 확산성이 낮은 원소이므로, 캐리어 블럭층(15)이 극히 얇은 경우라도 충분히 높은 도핑 농도를 형성할 수 있고, 층 전체의 공핍화를 방지할 수 있다. 또 마그네슘에 대해서도 탄소와 같은 모양의 그래프가 얻어진다.
또한, 실시예 1과 비교예 1을 비교하기 위하여 소자의 특성 온도, 내부 손실을 측정한 결과를 하기(표 1)에 나타낸다. 양자 모두 층구성, Al 구성 x, 도핑 농도가 같고, 비교예 1은 p형 캐리어 블럭층(15)의 도펀트로서 아연을 사용하고 있는 점만이 실시예 1과 다르다. 또한 그 외에 다른 조건으로서, 반도체 레이저 소자의 캐비티 길이 700μm, 전류 주입 스트라이트폭은 50μm, 광학 코팅없는 것에 대해서도 같다. 그 결과, 발진 역치의 온도 의존성을 나타내는 특성 온도는 120K에서 140K로 개선되는 것이 확실하다. 이것은 도펀트를 아연과 비교하여 확산이 훨씬 작은 탄소로 함으로써 캐리어 블럭층을 의도한 농도로 유지할 수 있고, 그로 인해 아연의 경우에 비하여 캐리어 활성층에 확실하게 감금할 수 있기 때문이라고 생각된다.
Figure kpo00002
[실시예 2]
제7(a)도는 본 발명의 제2 실시예의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 반도체 레이저 소자에 있어서, 반도체 기판(n-GaAs)(20) 상에 순차로, 제2 n형 클래드층(n-Al0.48Ga0.52As, 도너 농도 : 3×1017cm-3, 두께 : 0.7μm)(11), 제1 n형 클래드층(n-Al0.31Ga0.69As, 도너 농도 : 3×1017cm-3, 두께 : 0.4μm)(12), n형 캐리어 블럭층(n-Al0.60Ga0.40As, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.14μm)(13), 활성층(DQW: 이중 양자 정호, GaAs/Al0.31Ga0.69As, 도핑없음)(14), p형 캐리어 블럭층(p-Al0.50Ga0.50As, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.021μm)(15), 제1 p형 클래드층(p-Al0.31Ga0.69As, 억셉터 농도 : 3×1017cm-3, 두께 : 0.4μm)(16), 제2 p형 클래드층(p-Al0.48Ga0.52As, 억셉터 농도 : 3×1017cm-3, 두께 : 0.7μm)(17), 전류 협착층(n-GaAs, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.3μm)(18), p형 콘택층(p-GaAs, 억셉터 농도 : 3×1017cm-3∼1×1019cm-3두께 : 2μm)(19)이 MOCVD로 형성되어 있다. 여기서 도너는 Se를 도핑하고, 억셉터는 p형 콘택층 이외는 C를 도핑하고, p형 콘택층은 Zn을 도핑한 것이다.
p형 콘택층(19)의 상면 및 반도체 기판(20)의 하면에는, 옴전극(21, 22)이 각각 형성된다.
제7(b)도는 제2 n형 클래드층(11)에서 제2 p형 클래드층(17)까지의 각층의 도핑 농도의 분포도이다. 주목하여야 할 점은, 제7(b)도에 나타낸 바와 같이, n형 캐리어 블럭층(13)의 도너 농도 및 p형 캐리어 블럭층(15)의 억셉터 농도를 1×1018cm-3또는 그 이상의 고농도로 형성하고, 제2 n형 클래드층(11) 및 제1 n형 클래드층(12)의 도너 농도와 제1 p형 클래드층(16) 및 제2 p형 클래드층(17)의 억셉터 농도를 3×1017cm-3또는 그 이하의 저 농도로 형성하여, 즉 변조 도핑을 실시하고 있다는 점이다.
각 캐리어 블럭층(13, 15)의 도핑 농도를 고농도로 형성함으로써, 캐리어 블럭층(13, 15) 전체의 공핍화가 억제되고, 충분한 포텐셜 장벽의 높이를 유지할 수 있으므로, 주입 캐리어를 활성층(14)내로 효율 좋게 감금할 수 있다. 또 광이 누설되는 영역, 즉 각 클래드층(11, 12, 16, 17)의 도핑 농도를 저 농도로 형성함으로써, 광의 프리 캐리어 흡수가 감소하여 레이저 발진 효율이 향상된다.
실시예 2의 소자에 대해서도 마찬가지로 캐비티 길이 700μm, 전류 주입 스트라이프폭 50μm, 광학 코팅 없음이라는 조건에서, 특성 온도, 내부 손실을 측정한 결과를 상기 (표 1)에 나타낸다. 실시예 1과 비교해서 특성 온도는 변하지 않으나, 내부 손실이 1/5로 되어 대폭적으로 개선됨을 알 수 있다.
비교예 2는 억셉터로서 전부 아연을 도핑한 것이고, 그 외의 점은 실시예 2와 마찬가지 구성이다.
제8도는 실시예 2에 상당하는 샘플의 활성층 근방에 있어서의 각종 원소의 농도 분포 그래프이고, p형 도펀트로서 탄소(C)를 사용하고 있다. 제9도는 비교예 2에 상당하는 샘플이고, p형 도펀트로서 아연(Zn)을 사용하고 있다. 또 어느 쪽도 n형 도펀트로는 셀렌(Se)을 사용하고 있다. 또한 제8도와 제9도에서 사용한 샘플은 농도 분포 측정용으로 작성한 샘플이고, 제8도는 실시예 2의 샘플과 p형 캐리어 블럭층이 Al0.60Ga0.40As, 제1 클래드층이 Al0.30Ga0.70As인 점이 다르고, 제9도의 샘플은 비교예 2의 샘플과 p형 캐리어 블럭층이 Al0.60Ga0.40As인 점만이 다르다.
아들 그래프는 제5도 및 제6도와 마찬가지로, SIMS에 의한 측정 결과를 횡축에 두께 방향의 깊이, 종축에 원소 농도에 대응하는 신호 강도를 취하도록 표시한 것이다. 깊이 D1은 p형 캐리어 블럭층의 위치에 대응하고, 깊이 D2는 n형 캐리어 블럭층의 위치에 대응하고 있다.
우선 제8도의 Al조성 x에 관해서, 깊이 D1보다 얕은 영역에 있는 제1 p형 클래드층에서 x=0.3, 깊이 D1에 있는 p형 캐리어 블럭층에서 x=0.6, 깊이 D1과 D2 사이의 활성층에서 x＜0.3, 깊이 D2에 있는 n형 캐리어 블럭층에서 x=0.6, 깊이 D2보다 깊은 영역에 있는 제1 n형 클래드층에서 x=0.3이 되도록 각각 형성되어 있다.
제8도의 탄소의 원소 농도(dc)에 관해서, 깊이 D1보다 얕은 영역에서 dc=3×1017cm-3, 깊이 D2에서 dc=1×1018cm-3, 깊이 D2보다 깊은 영역에서 탄소 농도가 거의 없도록 각각 형성되어 있다.
제8도의 셀렌의 원소 농도(ds)에 관해서, 깊이 D2보다 얕은 영역에서 셀렌 농도가 거의 없도록, 깊이 D2에서 ds=1×1018cm-3, 깊이 D2보다 깊은 영역에서 ds=3×1017cm-3로 되도록 각각 형성되어 있다.
다음에 제9도의 Al 조성 x 및 셀렌 농도 ds에 관해서, 제8도와 마찬가지의 그래프가 얻어지고, 양자는 거의 일치하고 있다.
그러나 제9도의 아연의 원소 농도 dz에 관해서, 깊이 D1보다 얕은 영역에서 dz=3×1017cm-3로 되지만, 깊이 D1 근방에서 깊어짐에 따라서 서서히 감소하고, 깊이 D1에서는 농도 피크가 나타나지 않는다. 이와 같이 아연은 확산성이 높고, 캐리어 블럭층이 얇은 경우에는 아연이 다른 층으로 확산하므로, 도핑 농도를 높게 형성하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다.
이에 대하여 탄소는 확산성이 낮은 원소이므로, 캐리어 블럭층(15)이 극히 얇은 경우라도 거의 이상적인 변조 도핑을 실현할 수 있다. 또, 마그네슘에 대해서도 탄소와 마찬가지의 그래프를 얻을 수 있다.
실시예 2 및 비교예 2의 각 소자에 대해서도 마찬가지로 캐비티 길이 700μm, 전류 주입 스트라이프폭 50μm, 광학 코팅 없음이라는 조건 하에서, 특성 온도, 내부 손실 및 측정한 결과를 상기 (표 1)에 나타낸다. 비교예 2의 샘플 구성은 실시예 2의 샘플 구성에서, 억셉터로서 아연을 도핑한 점만이 다르다. 실시예 2는 비교예 2에 비하여, 특성 온도가 90K에서 140K로 대폭적으로 개선됨을 알 수 있다.
실시예 1과 실시예 2의 규격화 주파수 V는 π이다. 규격화 주파수가 π/3보다 작아도 본 발명의 목적은 달성될 수 있지만, 규격화 주파수가 π/3 이하이면, 출사 단면에서의 광학 손상이 억제되어 고출력화가 더욱 용이하게 되므로, π/3 이상이 보다 바람직하다.
또한, 실시예 2는 제1 클래드층과 제2 클래드층 모두 저농도로 하였지만, 활성층에 가까운 제1 클래드층만을 저농도로 하여도 좋다.
[실시예 3]
제10(a)도는 본 발명의 실시예 3의 구성을 나타내는 단면도이고, 제10(b)도는 활성층(14)의 확대 단면도이다.
이 반도체 레이저 소자에 있어서, 반도체 기판(n-GaAs)(20) 상에 순차로, 제2 n형 클래드층(n-Al0.48Ga0.52As, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.7μm)(11), 제1 n형 클래드층(n-Al0.30Ga0.70As, 도너 농도 : 3×1017cm-3, 두께 : 0.4μm)(12), n형 캐리어 블럭층(n-Al0.60Ga0.40As, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.14μm)(13), 활성층(SQW: 단일 양자 정호)(14), p형 캐리어 블럭층(p-Al0.50Ga0.50As, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.021μm)(15), 제1 p형 클래드층(p-Al0.30Ga0.70As, 억셉터 농도 : 3×1017cm-3, 두께 : 0.4μm)(16), 제2 p형 클래드층(p-Al0.48Ga0.52As, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.7μm)(17), 전류 협착층(n-GaAs, 도너 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.3μm)(18), p형 콘택층(p-GaAs, 억셉터 농도 : 3×1017cm-3∼1×1019cm-3두께 : 2μm)(19)이 MOCVD로 형성되어 있다. 여기서 도너는 Se를 도핑하고, 억셉터는 p형 콘택층 이외는 C를 도핑한 것이다. p형 콘택층은 Zn을 도핑하고 있다.
p형 콘택층(19)의 상면 및 반도체 기판(20)의 하면에는, 옴전극(21, 22)이 각각 형성된다. 또 레이저 광은 지면의 수직 방향을 따라서 진행하고, 광 공진기를 구성하는 양단면의 사이에서 발진한다.
제10(b)도에 나타낸 바와 같이, 활성층(14)은 단일 양자 정호를 갖고, 아래에 순차로, 비도핑 장벽층(Al0.30Ga0.70As, 두께 : 0.038μm)(34), p형 도핑 장벽층(p-Al0.30Ga0.70As, 탄소 도핑, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.010μm)(35), 비도핑 장벽층(Al0.30Ga0.70As, 두께 : 0.002μm)(36), 양자 정호층(GaAs, 비도핑, 두께 : 0.004μm)(37), 비도핑 장벽층(Al0.30Ga0.70As, 두께 : 0.002μm)(38), p형 도핑 장벽층(p-Al0.30Ga0.70As, 탄소 도핑, 억셉터 농도 : 1×1018cm-3, 두께 : 0.010μm)(39), 비도핑 장벽층(Al0.30Ga0.70As, 두께 : 0.038μm)(40)이 각각 형성되어 있다.
주목하여야 할 점은, 단일 양자 정호 구조를 갖춘 활성층(14)에 있어서, 몇 개의 장벽층이 탄소로 도핑되어 있는 점이다. 탄소 도핑에 의해서 형성된 정공은 양자 정호층 내에 국부적으로 존재하여 광이득의 증가에 이바지한다. 그 결과, 의사 페르미 레벨이 저하하여 캐리어 블럭층의 포텐셜 장벽이 상대적으로 높아지고, 캐리어 감금의 효율이 향상하므로, 반도체 레이저 소자의 특성 온도로 향상한다. 또 양자 정호층은 비도핑으로 유지될 수 있으므로, 발광 스펙트럼이 넓어짐은 나타나지 않는다.
비교예로서, p형 도핑 장벽층(35, 39) 대신에 비도핑 장벽층을 치환하여 형성한 반도체 레이저 소자를 작성했다. 실시예 및 비교예와 함께, 캐비티 길이 : 1500μm, 전류 주입 스트라이트폭 : 50μm, 광학 코팅 없음이라는 공통 조건하에서 비교한 경우, 발진 역치의 온도 의존성을 나타내는 특성 온도에 관해서, 비교예는 110K, 실시예는 140K로 계측되었고, 실시예가 약 30% 향상됨이 확인된다.
또한 이상의 실시예에 있어서, p형 도핑 장벽층(35, 39)의 도펀트로서 탄소를 사용한 예를 나타냈지만, 마찬가지로 확산성이 낮은 마그네슘 등을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 활성층(14)은 단일 양자 정호 구조의 것을 나타냈지만, 양자 정호층의 수가 2개 이상의 다중 양자 정호 구조(MQW)이어도 상관없다.
이상의 각 실시예에 있어서, 반도체 레이저 소자의 재료로서 AlGaAsrP 반도체를 사용한 예를 나타냈지만, 탄소나 마그네슘이 p형 도펀트로서 기능하는 재료이면 본 발명을 적용할 수 있다.
이상 상설한 바와 같이 본 발명에 의하면, p형 캐리어 블럭층의 도펀트로서 탄소 또는 마그네슘을 사용함으로써, 캐리어 블럭층이 얇은 경우라도, 충분한 도핑 농도를 실현할 수 있다. 그로 인해 캐리어 블럭층에 의한 활성층으로의 캐리어 감금이 확실히 행해진다. 이것은 특성 온도의 향상이 기여한다. 또 양자 정호층은 비도핑으로 유지할 수 있으므로, 발광 스펙트럼이 넓어지는 것을 방지할 수 있다.
또 광이 전반하는 클래드층의 프리 캐리어 농도를 저감화할 수 있으므로, 내부 손실을 낮게 억제할 수 있다. 또한 출사 단면에서의 광학 손상을 억제할 수 있고, 보다 고출력화할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 양자 정호 구조를 지닌 활성층의 장벽층을 탄소 또는 마그네슘으로 도핑함으로써, 양자 정호 내의 정공 농도가 높게 된다. 그로 인해, 활성층 내의 전자의 의사 페르미 레벨이 낮게 되어, 전자가 활성층에서 오버플로우하는 확률이 낮아진다. 따라서 활성층 내에서의 캐리어 감금 효율이 향상하여, 레이저 발진 효율이나 특성 온도가 향상한다.
이렇게 하여 완전 분리 감금 구조의 반도체 레이저 소자에 있어서, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있다.

Claims (9)

  1. 활성층의 양측에 n형 및 p형 클래드층을 설치하고, 상기 활성층 및 상기 양 클래드층의 금제대 폭 이상의 금제대 폭을 갖는 p형 캐리어 블럭층을 상기 활성층에 근접하여 설치한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 p형 캐리어 블럭층의 도펀트가 탄소 또는 마그네슘이고, 상기 p형 캐리어 블럭층의 도핑량은, 캐리어 블럭층에 인접하는 상기 p형 클래드층의 도핑량보다 크게 되도록 변조 도핑을 실시한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 p형 캐리어 블럭층의 도핑량은 1×1018cm-3이상으로, 캐리어 블럭층에 인접하는 상기 p형 캐리어 블럭층의 도핑량은 3×1017cm-3이하로 되도록 변조 도핑을 실시한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  3. 활성층의 양측에 n형 및 p형 클래드층을 설치하고, 상기 활성층에 근접하여 상기 활성층 및 상기 양 클래드층의 금제대 폭 이상의 금제대 폭을 갖는 n형 캐리어 블럭층 및 p형 캐리어 블럭층을 각각 설치한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 활성층은 양자 정호층 및 상기 양자 정호층의 금제대 폭보다 큰 금제대 폭을 갖는 장벽층으로 구성된 단일 또는 다중의 양자 정호 구조를 갖고, 상기 장벽층은 탄소 또는 마그네슘으로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 장벽층의 도핑 농도는 1×1017cm-3∼1×1019cm-3의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 n형 및 p형 클래드층은 각기 상기 활성층에 가까운 순서로 제1 클래드층과 제2 클래드층을 포함하고, π를 원주율이라 하고, λ를 발진 파장이라 하고, 상기 제1 클래드층의 최대 굴절률을 N1, 상기 제2 클래드층의 굴절률을 N2라 하고, 상기 제2 클래드층 사이의 실효 두께를 d1이라 하고, 규격화 주파수 V를
    V=(π·dl/λ) · (Nl2-N22)0.5
    로 정의한 경우
    V > π／3
    로 되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 블럭층 및 상기 클래드층은 III-V족 화합물 반도체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 캐리어 블럭층 및 상기 클래드층은 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 양자 정호층 및 상기 장벽층은 III-V족 화합물 반도체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 양자 정호층 및 상기 장벽층은 AlGaAs계 화합물 반도체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
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