JPH03152983A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH03152983A JPH03152983A JP29275789A JP29275789A JPH03152983A JP H03152983 A JPH03152983 A JP H03152983A JP 29275789 A JP29275789 A JP 29275789A JP 29275789 A JP29275789 A JP 29275789A JP H03152983 A JPH03152983 A JP H03152983A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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、可視光半導体レーザに関するものであり、特
に発振波長の短波長化や低閾値化、温度特性の改善に関
する。
に発振波長の短波長化や低閾値化、温度特性の改善に関
する。
（従来の技術）
ＧａＡｓに格子整合したＡＩＧａＩｎＰ系可視光半導体
レーザは、波長５８０〜６９０ｎｍの可視光域で発振す
る。その構造は通常、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ或るいは
（ＡｌｘＧａ１−ｘＧａ１ ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐを
活性層、（ＡｌｙＧａｉ −ｙ）０．５Ｉｎ０．５Ｐを
クラッド層とするダブルヘテロ構造（０＜ｘ＜ｙ≦１）
をとる（従来構造は例えばアイイーイーイージャーナル
・オブクアンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ）第ＱＥ−２３巻ｐ、 ７０４〜７１１（１９８
７）に示されている）。レーザの発振波長は活性層のエ
ネルギギャップ（Ｅ８）により定まる。また、本材料系
は有機金属熱分解気相エビタクシャル法（ＭＯＶＰＥ法
）成るいは分子ビームエピタクシャル法（ＭＢＥ法）に
より成長させることが適している。通常、従来の考え方
では、物質のＥｇはその組成が決まれば一義的に決まる
ことになっていたが、本材料系の場合、前述の成長法に
よれば、そのＥｇが成長条件（たとえば成長温度や、■
族とＩＩＩ族の供給原料化−Ｖ ／ＩＩＩ比と呼ぶ）に
依存することが明らかになってきた（アプライド・フイ
ジクスルターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）第５０巻ｐ、 ６７３−６７５（１９８
７））。
レーザは、波長５８０〜６９０ｎｍの可視光域で発振す
る。その構造は通常、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ或るいは
（ＡｌｘＧａ１−ｘＧａ１ ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐを
活性層、（ＡｌｙＧａｉ −ｙ）０．５Ｉｎ０．５Ｐを
クラッド層とするダブルヘテロ構造（０＜ｘ＜ｙ≦１）
をとる（従来構造は例えばアイイーイーイージャーナル
・オブクアンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ）第ＱＥ−２３巻ｐ、 ７０４〜７１１（１９８
７）に示されている）。レーザの発振波長は活性層のエ
ネルギギャップ（Ｅ８）により定まる。また、本材料系
は有機金属熱分解気相エビタクシャル法（ＭＯＶＰＥ法
）成るいは分子ビームエピタクシャル法（ＭＢＥ法）に
より成長させることが適している。通常、従来の考え方
では、物質のＥｇはその組成が決まれば一義的に決まる
ことになっていたが、本材料系の場合、前述の成長法に
よれば、そのＥｇが成長条件（たとえば成長温度や、■
族とＩＩＩ族の供給原料化−Ｖ ／ＩＩＩ比と呼ぶ）に
依存することが明らかになってきた（アプライド・フイ
ジクスルターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）第５０巻ｐ、 ６７３−６７５（１９８
７））。
たとえばＭＯＶＰＥ法によりＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを
成長させた場合、第２図に示すように成長温度や成長時
のＶ ／ＩＩＩ比に依存して組成が一定にも拘わらすＥ
ｇが１．８５〜１．９２ｅＶの間のイ直をとる。このこ
とはＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを活性層としてもつＡＩＧ
ａＩｎＰ系可視光半導体レーザの場合、その発振波長が
、６６０〜６８０ｎｍの範囲のいずれかの値をとるとい
う結果に結びつく。また、Ｅｇ（７）成長条件依存性を
解消するためにｐ塑成るいはｎ型の不純物元素例えばＺ
ｎ、 Ｃｄ、 Ｓｉ、 Ｓｅ等をドープする方法が提案
されその効果が実証されてきた。
成長させた場合、第２図に示すように成長温度や成長時
のＶ ／ＩＩＩ比に依存して組成が一定にも拘わらすＥ
ｇが１．８５〜１．９２ｅＶの間のイ直をとる。このこ
とはＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを活性層としてもつＡＩＧ
ａＩｎＰ系可視光半導体レーザの場合、その発振波長が
、６６０〜６８０ｎｍの範囲のいずれかの値をとるとい
う結果に結びつく。また、Ｅｇ（７）成長条件依存性を
解消するためにｐ塑成るいはｎ型の不純物元素例えばＺ
ｎ、 Ｃｄ、 Ｓｉ、 Ｓｅ等をドープする方法が提案
されその効果が実証されてきた。
（発明が解決しようとする課題）
前述の如き従来技術によると、半導体レーザの活性層が
アンドープの場合、その組成を決めても発振波長が結晶
成長条件により異なること、なかでも短い発振波長を得
る条件が狭められる。また、ｐ塑成るいはｎ型の不純物
をドープすると、発振波長を短い値に制御することは容
易になるが、周期律表母体と異族の原子を含むため、欠
陥を伴い易く、結晶品質を帰化させ、半導体レーザの特
性を損なう。
アンドープの場合、その組成を決めても発振波長が結晶
成長条件により異なること、なかでも短い発振波長を得
る条件が狭められる。また、ｐ塑成るいはｎ型の不純物
をドープすると、発振波長を短い値に制御することは容
易になるが、周期律表母体と異族の原子を含むため、欠
陥を伴い易く、結晶品質を帰化させ、半導体レーザの特
性を損なう。
本発明の目的は、前述の問題を解決し、結晶成長条件に
よらず、予め決めた活性層組成に可能な最短波長のレー
ザ発振をレーザの特性を損なうことなく得る構造を提供
することにある。
よらず、予め決めた活性層組成に可能な最短波長のレー
ザ発振をレーザの特性を損なうことなく得る構造を提供
することにある。
（課題を解決するための手段）
この発明の要旨は、Ｇａ（１５Ｉｎ０．５Ｐ成るいは（
ＡＩＸＧａｌ−ｘ）０．５Ｉｎ０．５”を活性層、（Ａ
ＩｙＧａｌ ｙ）０．５■ｎ０．５Ｐをクラッド層とす
るダブルヘテロ構造（０＜ ｘ ＜ ｙ≦１）を有し、
その活性層およびクラット層のどちらが一方或るいは両
方にホウ素またはタリウムをドープしたことにより、前
述の従来技術による問題点を解決することにある。
ＡＩＸＧａｌ−ｘ）０．５Ｉｎ０．５”を活性層、（Ａ
ＩｙＧａｌ ｙ）０．５■ｎ０．５Ｐをクラッド層とす
るダブルヘテロ構造（０＜ ｘ ＜ ｙ≦１）を有し、
その活性層およびクラット層のどちらが一方或るいは両
方にホウ素またはタリウムをドープしたことにより、前
述の従来技術による問題点を解決することにある。
各層の成長方法はＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法等その方法に
よらない。またドープするホウ素、タリウムについても
、そのドーピング法は、成長時のドープ成るいは拡散や
イオン注入によるドープなとその方法によらない。
よらない。またドープするホウ素、タリウムについても
、そのドーピング法は、成長時のドープ成るいは拡散や
イオン注入によるドープなとその方法によらない。
（作用）
ホウ素成るいは、タリウムドープにより本発明の効果の
得られる原理をＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを例として説明
する。
得られる原理をＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを例として説明
する。
第２図に示すようにＥｇが成長条件に依存するのは、Ｉ
ＩＩ族副格子上でのＧａとＩｎの配列のしかたが成長条
件により異なることによる。つまり、ＧａとＩｎが全く
無秩序に配列された場合は、Ｅ、がＧａ０．５Ｉｎ０．
５Ｐ混晶に固有の値１．９２ｅＶをとるが、ＧａとＩｎ
が単原子ごとの周期構成をもって規則正しく配列された
場合（自然超格子構造をとった場合）に１．８５ｅＶ程
度迄の低い値をとる。レーザにした場合には、Ｇａ０．
５Ｉｎ０．５Ｐ固有の値よりも２０ｎｍ程度発振波長が
長くなるのである。規則性と無秩序さが混じり合った中
間的な場合は中間的なＥ註とる。さらにこの規則性の程
度が成長条件により異なるのである。
ＩＩ族副格子上でのＧａとＩｎの配列のしかたが成長条
件により異なることによる。つまり、ＧａとＩｎが全く
無秩序に配列された場合は、Ｅ、がＧａ０．５Ｉｎ０．
５Ｐ混晶に固有の値１．９２ｅＶをとるが、ＧａとＩｎ
が単原子ごとの周期構成をもって規則正しく配列された
場合（自然超格子構造をとった場合）に１．８５ｅＶ程
度迄の低い値をとる。レーザにした場合には、Ｇａ０．
５Ｉｎ０．５Ｐ固有の値よりも２０ｎｍ程度発振波長が
長くなるのである。規則性と無秩序さが混じり合った中
間的な場合は中間的なＥ註とる。さらにこの規則性の程
度が成長条件により異なるのである。
ところが、ホウ素成るいはタリウムをドープした場合、
結晶成長中にこれらの原子が結晶表面成るいは結晶内部
で動き廻る（拡散する）ため自然超格子構造が壊される
。このため、結晶は、成長条件によらず無秩序な配列を
とる。このためＧａ０．５Ｉｎｇ、５ＰのＥｇは、固有
の大きな値１．９２ｅＶを常にとる。また、ホウ素成る
いはタリウムはＡＩ、 Ｇａ、 Ｉｎと同じＩＩＩ族元
素であるために結晶中では、ＩＩＩ族副格子上に配置さ
れ、結晶中電気的に殆ど変化を与えない。つまりキャリ
ア濃度に変化を与えず、また、結晶中に欠陥を導入しな
い。またホウ素やタリウムの濃度を５×１０１７ｃｍ−
３以上にすることにより無秩序化の効果を得ることがで
き、またその濃度をＩ Ｘ １０１１０ｌ９以下にする
ことにより母体の特性（Ｅｇ、屈折率など）の変化や歪
みの導入を免れることができる。この効果を使って半導
体レーザのＧａＩｎＰ活性層にホウ素又はタリウムを５
Ｘ １０１７ｃｍ−３ドーピングすることにより、前
述のようにＥｇ ｅ １−９２ｅＶと短波長に制御する
ことが容易となる。またこのことを利用して活性層をは
さむＡＩＧａＩｎＰクラッド層にドーピングすればクラ
ッド層のＥｇＩ Ａ１組成を高めずに大きくとれ活性層
とクラッド層のエネルギギャップ差を大きくとれるので
、半導体レーザの低しきい値化、温度特性の改善が容易
となる。
結晶成長中にこれらの原子が結晶表面成るいは結晶内部
で動き廻る（拡散する）ため自然超格子構造が壊される
。このため、結晶は、成長条件によらず無秩序な配列を
とる。このためＧａ０．５Ｉｎｇ、５ＰのＥｇは、固有
の大きな値１．９２ｅＶを常にとる。また、ホウ素成る
いはタリウムはＡＩ、 Ｇａ、 Ｉｎと同じＩＩＩ族元
素であるために結晶中では、ＩＩＩ族副格子上に配置さ
れ、結晶中電気的に殆ど変化を与えない。つまりキャリ
ア濃度に変化を与えず、また、結晶中に欠陥を導入しな
い。またホウ素やタリウムの濃度を５×１０１７ｃｍ−
３以上にすることにより無秩序化の効果を得ることがで
き、またその濃度をＩ Ｘ １０１１０ｌ９以下にする
ことにより母体の特性（Ｅｇ、屈折率など）の変化や歪
みの導入を免れることができる。この効果を使って半導
体レーザのＧａＩｎＰ活性層にホウ素又はタリウムを５
Ｘ １０１７ｃｍ−３ドーピングすることにより、前
述のようにＥｇ ｅ １−９２ｅＶと短波長に制御する
ことが容易となる。またこのことを利用して活性層をは
さむＡＩＧａＩｎＰクラッド層にドーピングすればクラ
ッド層のＥｇＩ Ａ１組成を高めずに大きくとれ活性層
とクラッド層のエネルギギャップ差を大きくとれるので
、半導体レーザの低しきい値化、温度特性の改善が容易
となる。
（実施例）
第１図に本発明の実施例を示す。原理的に明瞭なＡＩＧ
ａＩｎＰ系利得導波型ダブルヘテロ構造半導体レーザに
本発明を適用した例である。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に厚
さｌｐｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ０．５Ｇａｇ、５）０
．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２、ホウ素を２Ｘ１０”ｃ
ｍ−３ドープした厚さ０．１ｐｍＧａ０．５Ｉｎ０．５
Ｐ活性層３、厚さｌｐｍ （７）Ｚｎドープｐ型（ＡＩ
０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４、
Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓブロック層５を順次エピタキシ
ャル成長する。
ａＩｎＰ系利得導波型ダブルヘテロ構造半導体レーザに
本発明を適用した例である。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に厚
さｌｐｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ０．５Ｇａｇ、５）０
．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２、ホウ素を２Ｘ１０”ｃ
ｍ−３ドープした厚さ０．１ｐｍＧａ０．５Ｉｎ０．５
Ｐ活性層３、厚さｌｐｍ （７）Ｚｎドープｐ型（ＡＩ
０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４、
Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓブロック層５を順次エピタキシ
ャル成長する。
成長方法はＭＯＶＰＥ法とする。この時、ホウ素ドープ
Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３の成長の際、Ｂ２Ｈ６
（ジボラン）を他の原料ガス（トリメチルガリウム、ト
リメチルインジウム、ＰＨ３）と同時に導入することに
より所望の層を成長する。次に、フォトリソグラフィ法
によりｎ−ＧａＡｓブロック層５の一部をストライプ状
に除去し幅７１１ｍの電流注入用の窓、電流注入ストラ
イプ６をあける。この上にＺｎドープｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層７を全面にＭＯＶＰＥ法により成長させ、ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層７表面にｐ電極８、ｎ−ＧａＡｓ基板
１の裏面にｎ電極９を形成すれば、電流注入利得導波型
半導体レーザが得られる。Ｇａ０．５Ｉｎｇ、５Ｐ活性
層３のＥｇは作用の項で説明したように材料のとりうる
最大値１．９２ｅＶが常に得られるので、その発振波長
も容易に６６０ｎｍ以下の短波長のものが得られる。
Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３の成長の際、Ｂ２Ｈ６
（ジボラン）を他の原料ガス（トリメチルガリウム、ト
リメチルインジウム、ＰＨ３）と同時に導入することに
より所望の層を成長する。次に、フォトリソグラフィ法
によりｎ−ＧａＡｓブロック層５の一部をストライプ状
に除去し幅７１１ｍの電流注入用の窓、電流注入ストラ
イプ６をあける。この上にＺｎドープｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層７を全面にＭＯＶＰＥ法により成長させ、ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層７表面にｐ電極８、ｎ−ＧａＡｓ基板
１の裏面にｎ電極９を形成すれば、電流注入利得導波型
半導体レーザが得られる。Ｇａ０．５Ｉｎｇ、５Ｐ活性
層３のＥｇは作用の項で説明したように材料のとりうる
最大値１．９２ｅＶが常に得られるので、その発振波長
も容易に６６０ｎｍ以下の短波長のものが得られる。
以上実施例では、Ｂ２Ｈ（３を原料として、ＭＯＶＰＢ
法によりＧａ０．５Ｉｎｇ、５Ｐを活性層とした構造に
本発明を適用した例を示したが、ホウ素の原料は、ホウ
素蒸気や他の化合物のガスでもよく、また、ホウ素の変
わりにタリウムを用いても同様の効果が得られる。また
成長法は、ＭＢＥでもよい。さらに活性層は一般に（Ａ
ｌｘＧａ１ ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０＜ｘ＜１）に
本発明は適用できる。ホウ素やタリウムをドープする方
法は結晶成長または拡散、イオン注入等で良くその方法
によらない。また実施例には示さなかったがホウ素やタ
リウムをクラッド層にドープした場合は、クラッド層の
Ａ１組成を高めずに（Ａ１組成を高める結晶の高品質維
持が難しい）、活性層とクラッド層間のエネルギギャッ
プ差を大きくとれる。従って結晶品質を落さずに低しき
い値化、温度特性の向上、横モード制御等のレーザ特性
の改善が容易にできる。
法によりＧａ０．５Ｉｎｇ、５Ｐを活性層とした構造に
本発明を適用した例を示したが、ホウ素の原料は、ホウ
素蒸気や他の化合物のガスでもよく、また、ホウ素の変
わりにタリウムを用いても同様の効果が得られる。また
成長法は、ＭＢＥでもよい。さらに活性層は一般に（Ａ
ｌｘＧａ１ ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０＜ｘ＜１）に
本発明は適用できる。ホウ素やタリウムをドープする方
法は結晶成長または拡散、イオン注入等で良くその方法
によらない。また実施例には示さなかったがホウ素やタ
リウムをクラッド層にドープした場合は、クラッド層の
Ａ１組成を高めずに（Ａ１組成を高める結晶の高品質維
持が難しい）、活性層とクラッド層間のエネルギギャッ
プ差を大きくとれる。従って結晶品質を落さずに低しき
い値化、温度特性の向上、横モード制御等のレーザ特性
の改善が容易にできる。
（発明の効果）
このように本発明の構造を探ることにより、結晶成長条
件によらす、活性層組成から期待される最短波長のレー
ザの発振が得られる。またこの時、活性層の品質を損な
わず、低電流動作可能な高性能レーザが得られる。
件によらす、活性層組成から期待される最短波長のレー
ザの発振が得られる。またこの時、活性層の品質を損な
わず、低電流動作可能な高性能レーザが得られる。
第１図は本発明の実施例の模式的斜視図を、第２図はＧ
ａ０．５Ｉｎ０．５ＰのＥ−成長条件依存性の従来例と
本発明の例を示す図である。 図中、 １−ｎ−ＧａＡｓ基板、２°＝ｎ−（ＡＩ０．５ＧａＱ
、５）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、３・・・ボロン
ドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層、４”・Ｉ）−（
Ａ１０．５Ｇａ０．ａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
、５−ｎ−ＧａＡｓブロック層、６・・・電流注入スト
ライプ、７・・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、８・・・ｐ
電極、９・・・ｎ電極である。
ａ０．５Ｉｎ０．５ＰのＥ−成長条件依存性の従来例と
本発明の例を示す図である。 図中、 １−ｎ−ＧａＡｓ基板、２°＝ｎ−（ＡＩ０．５ＧａＱ
、５）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、３・・・ボロン
ドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層、４”・Ｉ）−（
Ａ１０．５Ｇａ０．ａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
、５−ｎ−ＧａＡｓブロック層、６・・・電流注入スト
ライプ、７・・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、８・・・ｐ
電極、９・・・ｎ電極である。
Claims (1)
- Ｇａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ或るいは（Ａｌ＿
ｘＧａ＿１＿−＿ｘ）＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ
を活性層、（Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）＿０＿．＿５
Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐをクラッド層とするダブルヘテロ構
造（０＜ｘ＜ｙ≦１）を有し、その活性層およびクラッ
ド層のどちらか一方或るいは両方にホウ素またはタリウ
ムをドープしたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29275789A JPH03152983A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29275789A JPH03152983A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03152983A true JPH03152983A (ja) | 1991-06-28 |
Family
ID=17785943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29275789A Pending JPH03152983A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03152983A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6275515B1 (en) | 1998-08-04 | 2001-08-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of producing the same |
| US6898457B1 (en) | 1998-09-16 | 2005-05-24 | Braun Gmbh | Method for determining temperature, radiation thermometer with several infrared sensor elements |
-
1989
- 1989-11-09 JP JP29275789A patent/JPH03152983A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6275515B1 (en) | 1998-08-04 | 2001-08-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of producing the same |
| US6898457B1 (en) | 1998-09-16 | 2005-05-24 | Braun Gmbh | Method for determining temperature, radiation thermometer with several infrared sensor elements |
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