JPH0410687A - ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子 - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子Info
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- JPH0410687A JPH0410687A JP11457590A JP11457590A JPH0410687A JP H0410687 A JPH0410687 A JP H0410687A JP 11457590 A JP11457590 A JP 11457590A JP 11457590 A JP11457590 A JP 11457590A JP H0410687 A JPH0410687 A JP H0410687A
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- 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ＡＪＩＧａＩｎＰ半導体発光素子、特に可視光
半導体レーザに関する。
半導体レーザに関する。
（従来の技術）
横モード制御されたＡＪＩＧａＩｎＰ可視光半導体レー
ザとして第１図に示す複素屈折率構造がよく採用されて
いる。ＡＪＧａＴｎＰ活性層１の上部に積層されたｐ型
ＡｌＧａＩｎＰの第２のクラッド層をメサ状の構造に加
工しく本図で第２のりラット層は符号３及び４で示す層
よりなる）、そのメサの両脇に活性層１より禁制帯幅が
小さなＧａＡ１３層またはＡＪＩ ＧａＡｓでなる電流
ブロック層５を配置した構造である。メサを形成する第
２のクラッド層４の導電型と電流ブロック層５の導電型
は異なり、電流ブロック層５は光の導波を制御するとと
もに電流をメサ下部の活性層に集中して注入する働きを
する。
ザとして第１図に示す複素屈折率構造がよく採用されて
いる。ＡＪＧａＴｎＰ活性層１の上部に積層されたｐ型
ＡｌＧａＩｎＰの第２のクラッド層をメサ状の構造に加
工しく本図で第２のりラット層は符号３及び４で示す層
よりなる）、そのメサの両脇に活性層１より禁制帯幅が
小さなＧａＡ１３層またはＡＪＩ ＧａＡｓでなる電流
ブロック層５を配置した構造である。メサを形成する第
２のクラッド層４の導電型と電流ブロック層５の導電型
は異なり、電流ブロック層５は光の導波を制御するとと
もに電流をメサ下部の活性層に集中して注入する働きを
する。
（発明が解決しようとする課題）
実際にこの構造を試作して見ると、この種の構造を有す
るＡＪ ＧａＡｓ短波長半導体レーザに比較し電流−光
出力特性の直線性が非常に悪いことがしばしば生じる。
るＡＪ ＧａＡｓ短波長半導体レーザに比較し電流−光
出力特性の直線性が非常に悪いことがしばしば生じる。
これは、第２のクラッド層を形成するＡＪＩＧａＩｎＰ
の比抵抗とＣｚａＡｓの比抵抗の差及び不純物の拡散に
より説明することが可能である。本発明の目的は電流−
光出力特性の直線性に優れたＡｌＧａＩｎＰ半導体発光
素子の提供にある。
の比抵抗とＣｚａＡｓの比抵抗の差及び不純物の拡散に
より説明することが可能である。本発明の目的は電流−
光出力特性の直線性に優れたＡｌＧａＩｎＰ半導体発光
素子の提供にある。
（課題を解決するための手段）
本発明のＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子は、第１の導電
型を呈するＡ、ＱＧａＩｎＰ混晶でなる第１のクラッド
層と、この第１のクラッド層より禁制帯幅が小さなＡ、
ＱＧａＩｎＰ混晶でなる活性層と、第２の導電型を呈し
、かつ前記活性層より禁制帯幅が大きいＡｌＧａＩｎＰ
混晶でなる第２のクラッド層とを半導体の基板上にこの
基板に近い側よりこの順に積層してなる半導体多Ｎ構造
を有し、前記第２のクラッド層は部分的に層厚が厚くな
るメサ構造をなしており、前記メサの両脇に第１の導電
型を呈するＧ ａ Ａ ｓ又はＡＪＩＧａＡｓでなる電
流ブロック層を配置した屈折率導波型のＡＪＩＧａＩｎ
Ｐ半導体発光素子において、前記電流ブロック層中の第
１の導電型を得るための不純物濃度が前記メサ構造を形
成する第２のクララ主層中の第２の導電型を得るための
不純物濃度より大きいことを特徴とする。
型を呈するＡ、ＱＧａＩｎＰ混晶でなる第１のクラッド
層と、この第１のクラッド層より禁制帯幅が小さなＡ、
ＱＧａＩｎＰ混晶でなる活性層と、第２の導電型を呈し
、かつ前記活性層より禁制帯幅が大きいＡｌＧａＩｎＰ
混晶でなる第２のクラッド層とを半導体の基板上にこの
基板に近い側よりこの順に積層してなる半導体多Ｎ構造
を有し、前記第２のクラッド層は部分的に層厚が厚くな
るメサ構造をなしており、前記メサの両脇に第１の導電
型を呈するＧ ａ Ａ ｓ又はＡＪＩＧａＡｓでなる電
流ブロック層を配置した屈折率導波型のＡＪＩＧａＩｎ
Ｐ半導体発光素子において、前記電流ブロック層中の第
１の導電型を得るための不純物濃度が前記メサ構造を形
成する第２のクララ主層中の第２の導電型を得るための
不純物濃度より大きいことを特徴とする。
（作用）
このように、本発明の半導体発光素子では、電流ブロッ
ク層の不純物濃度をメサを形成する第２クラッド層の不
純物濃度より大きくすることによす、電流−光出力特性
の直線性を改善している。
ク層の不純物濃度をメサを形成する第２クラッド層の不
純物濃度より大きくすることによす、電流−光出力特性
の直線性を改善している。
そこで、電流−光出力特性の直線性が悪化する要因につ
いて説明しながら、本発明の作用について述べる。
いて説明しながら、本発明の作用について述べる。
ＡＪＩＧａＩｎＰのＰ型ドーパントとしてＺｎあるいは
Ｍｇがよく用いられる。これらの不純物を用いたｐ型の
ＡｌＧａＩｎＰ層の比抵抗は高く、クラッド層としてよ
く用いられる組成の（Ａ Ｉ ｏ、ｓ Ｇａｏ４） ｏ
、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでは１Ω■弱と非常に高い。さ
らに、Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ結晶には不活性な不純物原子
も多く存在する。一方、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓの場
合は同じキャリア濃度で比抵抗としては−ゲタ以上小さ
くかつ不純物原子の活性化率も高い。以上のようにＡｌ
ＧａＩｎＰ混晶とＧａＡｓ又はＡｊＧａＡｓとの間には
同じ不純物を用いた場合に比抵抗に大きな差がある。こ
の違いが、この２つの混晶を同一基板上に形成する構造
の半導体レーザでは大きく特性に関与してくる。この違
いがどのように電流−光出力特性に関与してくるか以下
に述べる。
Ｍｇがよく用いられる。これらの不純物を用いたｐ型の
ＡｌＧａＩｎＰ層の比抵抗は高く、クラッド層としてよ
く用いられる組成の（Ａ Ｉ ｏ、ｓ Ｇａｏ４） ｏ
、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでは１Ω■弱と非常に高い。さ
らに、Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ結晶には不活性な不純物原子
も多く存在する。一方、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓの場
合は同じキャリア濃度で比抵抗としては−ゲタ以上小さ
くかつ不純物原子の活性化率も高い。以上のようにＡｌ
ＧａＩｎＰ混晶とＧａＡｓ又はＡｊＧａＡｓとの間には
同じ不純物を用いた場合に比抵抗に大きな差がある。こ
の違いが、この２つの混晶を同一基板上に形成する構造
の半導体レーザでは大きく特性に関与してくる。この違
いがどのように電流−光出力特性に関与してくるか以下
に述べる。
第１図の構造を作成するためには結晶成長という高温プ
ロセスを経なければならないから、不純物はその結晶成
長中に拡散する。そこで、第２図（ａ）に示すようにメ
サ構造の第２のクラッド層４中の不純物であるＺｎある
いはＭｇは拡散し電流ブロック層５に蓄積する。実際に
フェリシアン化カリウム系のステンエッチ液でエツチン
グするとメサ側面の電流ブロック層は強くエツチングさ
れ、ＳＥＭによりＰ型に反転していることが容易に観測
される。ＧａＡｓ層又はＡＪＩＧａＡｓ層はＳｔあるい
はＳｅがドーピングされｎ型結晶として成長されるべき
ものである。ＳＥＭで観測される２反転領域を図中斜線
のハツチにより示しである。ＡＪＩＧａＡｓ短波長半導
体レーザにおいては、この２反転領域が形成されても、
２反転領域における比抵抗がメサ部の比抵抗と比べ大き
く、電流はメサを中心に流れ問題を生じない。しかしな
がら、電流ブロック層５に２反転領域が形成されること
は、ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザでは大きな問題
となる。前述したようにＡ、ＱＧａＩｎＰとＧａＡｓス
はＡｊＧａＡｓとの比抵抗には大きな違いがあり、ＡＪ
）ＧａＩｎＰ可視光半導体レーザではこの２反転領域と
メサ部の比抵抗は容易に逆転する。ＧａＡｓまたはＡＪ
ＩＧａＡｓの第２クラッド層４中でのキャリア濃度は拡
散してきた不純物ともともとのｎ型不純物とのコンペン
セーションであるからキャリア濃度としてはメサ部より
小さいが、材料の移動度が大きいから比抵抗は容易にメ
サ部より小さくなってしまうのである。
ロセスを経なければならないから、不純物はその結晶成
長中に拡散する。そこで、第２図（ａ）に示すようにメ
サ構造の第２のクラッド層４中の不純物であるＺｎある
いはＭｇは拡散し電流ブロック層５に蓄積する。実際に
フェリシアン化カリウム系のステンエッチ液でエツチン
グするとメサ側面の電流ブロック層は強くエツチングさ
れ、ＳＥＭによりＰ型に反転していることが容易に観測
される。ＧａＡｓ層又はＡＪＩＧａＡｓ層はＳｔあるい
はＳｅがドーピングされｎ型結晶として成長されるべき
ものである。ＳＥＭで観測される２反転領域を図中斜線
のハツチにより示しである。ＡＪＩＧａＡｓ短波長半導
体レーザにおいては、この２反転領域が形成されても、
２反転領域における比抵抗がメサ部の比抵抗と比べ大き
く、電流はメサを中心に流れ問題を生じない。しかしな
がら、電流ブロック層５に２反転領域が形成されること
は、ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザでは大きな問題
となる。前述したようにＡ、ＱＧａＩｎＰとＧａＡｓス
はＡｊＧａＡｓとの比抵抗には大きな違いがあり、ＡＪ
）ＧａＩｎＰ可視光半導体レーザではこの２反転領域と
メサ部の比抵抗は容易に逆転する。ＧａＡｓまたはＡＪ
ＩＧａＡｓの第２クラッド層４中でのキャリア濃度は拡
散してきた不純物ともともとのｎ型不純物とのコンペン
セーションであるからキャリア濃度としてはメサ部より
小さいが、材料の移動度が大きいから比抵抗は容易にメ
サ部より小さくなってしまうのである。
このような状況になると第２図（ｂ）に概念的に示すよ
うに注入される電流の分布はメサ側面部で高くなり、こ
の電流分布は光の導波特性に影響するようになる。この
電流分布は導波モードの基本姿態よりも高次導波モード
により高い利得を与えるから、導波姿態の変化が容易に
起こる。また導波姿態の横ずれも容易に誘発する。この
導波姿態の変化は電流−光出力特性の直線性を悪化させ
る。
うに注入される電流の分布はメサ側面部で高くなり、こ
の電流分布は光の導波特性に影響するようになる。この
電流分布は導波モードの基本姿態よりも高次導波モード
により高い利得を与えるから、導波姿態の変化が容易に
起こる。また導波姿態の横ずれも容易に誘発する。この
導波姿態の変化は電流−光出力特性の直線性を悪化させ
る。
以上のように、メサ構造を形成する第２クラッド層の不
純物の拡散によりメサ側面の電流ブロック層５に２反転
領域が形成されることは、ＡＪＩＧａＩｎＰ可視光半導
体レーザにおける電流−光出力特性の直線性がＡ、ｌｌ
ＧａＡｓ短波長半導体レーザにおける電流−光出力特
性の直線性より劣っていた要因の１つである。
純物の拡散によりメサ側面の電流ブロック層５に２反転
領域が形成されることは、ＡＪＩＧａＩｎＰ可視光半導
体レーザにおける電流−光出力特性の直線性がＡ、ｌｌ
ＧａＡｓ短波長半導体レーザにおける電流−光出力特
性の直線性より劣っていた要因の１つである。
本発明によれば、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓでなる電流
ブロック層５中の第１の導電型を得るための不純物濃度
が、メサ構造を形成するＡｌＧａＩｎＰでなる第２クラ
ッド層４中の不純物濃度より大きいことにより、結晶成
長中に不純物拡散が生じても電流ブロック層５中に２反
転領域が形成されることがなく、上述の問題は生じなく
なる。
ブロック層５中の第１の導電型を得るための不純物濃度
が、メサ構造を形成するＡｌＧａＩｎＰでなる第２クラ
ッド層４中の不純物濃度より大きいことにより、結晶成
長中に不純物拡散が生じても電流ブロック層５中に２反
転領域が形成されることがなく、上述の問題は生じなく
なる。
よって、本発明の採用により電流−光出力特性の改善を
図ることができる。
図ることができる。
（実施例）
本発明の一実施例としてＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レ
ーザを有機金属気相成長法により作成した。この半導体
レーザの製作、構造および特性について第１図を参照し
て述べる。
ーザを有機金属気相成長法により作成した。この半導体
レーザの製作、構造および特性について第１図を参照し
て述べる。
ｎ型のＧａＡｓ基板１１上にＳｔドープＧａＡＳバッフ
ァー層１０を積層後にＳｔドープ（Ａ ｌ Ｏ，６Ｇ
ａｏ、４） ｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでなる厚さ１μ
ｍの第１クラツド屑１０、ノンドープＧａａ、５ Ｉ
ｎｏ、ｓ Ｐでなる厚さ０．０６．ｃｚｍの活性層１、
Ｚｎドープ（Ａ Ｉ Ｇ、６ Ｇａｏ、＜ ） ｏ、５
Ｉｎｏ、ｓＰでなる厚さ０，３μｍの第２のクラッド層
３、ＺｎドープＧａｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでなる厚
さ５０Ａのエツチングストッパ層６、Ｚｎドープ（Ａ
ｌ ｏ、ｂ Ｇａｏ、＜ ） ｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ
Ｐでなる厚さ０．７μｍの第２のクラッド層４、Ｚｎド
ープＧａｏ、、 Ｉ ｎｏ、５ Ｐでなる厚さ２００Ａ
のヘテロバッファー層７、ＺｎドープＧａＡｓでなる厚
さ０．３μｍのＧ ａ Ａ ｓ保護層８をこの順に積層
した。その後ＳｉＯ２をマスクとしＧａＡｓ保護層８、
ヘテロバッファー層７及び第２のクラッド層４をエツチ
ングしメサ形状を形成後、選択成長によりＳｉドープＧ
ａＡｓ電流ブロック層５をメサ両脇に積層した。続いて
ＳｉＯ□マスクを除去後、全表面をＺｎドープＧａＡｓ
キャップ層９で覆った。この時、Ｚｎドープ（ＡＩ。、
６Ｇａｏ４）ｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでなる第２クラ
ッド層４中のＺｎ濃度はＩ Ｘ １０ ｌ１ｌｃＩｎ−
３としキャリア濃度としては４ Ｘ １０１７■−３で
あり比抵抗０．８Ω′■とした。また、ＳｔドープＧ
ａ Ａ ｓ層のＳｉ濃度としては３ Ｘ １０１８■ｍ
−’とした。このウェハから得られたレザーは１２ｍＷ
まで直線性のよい電流−光出力を示した。
ァー層１０を積層後にＳｔドープ（Ａ ｌ Ｏ，６Ｇ
ａｏ、４） ｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでなる厚さ１μ
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Ｚｎドープ（Ａ Ｉ Ｇ、６ Ｇａｏ、＜ ） ｏ、５
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３、ＺｎドープＧａｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでなる厚
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ｌ ｏ、ｂ Ｇａｏ、＜ ） ｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ
Ｐでなる厚さ０．７μｍの第２のクラッド層４、Ｚｎド
ープＧａｏ、、 Ｉ ｎｏ、５ Ｐでなる厚さ２００Ａ
のヘテロバッファー層７、ＺｎドープＧａＡｓでなる厚
さ０．３μｍのＧ ａ Ａ ｓ保護層８をこの順に積層
した。その後ＳｉＯ２をマスクとしＧａＡｓ保護層８、
ヘテロバッファー層７及び第２のクラッド層４をエツチ
ングしメサ形状を形成後、選択成長によりＳｉドープＧ
ａＡｓ電流ブロック層５をメサ両脇に積層した。続いて
ＳｉＯ□マスクを除去後、全表面をＺｎドープＧａＡｓ
キャップ層９で覆った。この時、Ｚｎドープ（ＡＩ。、
６Ｇａｏ４）ｏ、ｓ Ｉ ｎｏ、ｓ Ｐでなる第２クラ
ッド層４中のＺｎ濃度はＩ Ｘ １０ ｌ１ｌｃＩｎ−
３としキャリア濃度としては４ Ｘ １０１７■−３で
あり比抵抗０．８Ω′■とした。また、ＳｔドープＧ
ａ Ａ ｓ層のＳｉ濃度としては３ Ｘ １０１８■ｍ
−’とした。このウェハから得られたレザーは１２ｍＷ
まで直線性のよい電流−光出力を示した。
（発明の効果）
作用の項で示したように、本発明によれば、電流−光出
力特性の直線性に優れるＡＪＩＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザが得られる。
力特性の直線性に優れるＡＪＩＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザが得られる。
第１図は従来および本発明の半導体発光素子の断面模式
図、第２図は拡散による２反転領域の形成と電流分布を
示す図である。 １・・・活性層、２・・・第１のクラッド層、３．４・
・・第２のクラッド層、５・・・ＧａＡｓ又はＡｊ Ｇ
ａＡＳ電流ブ電流クロッ２層・・エツチングストッパー
層、７・・・ヘテロバッファー層、８・・・Ｇ ａ Ａ
ｓ 保ＮＮ、９・・・キャップ層、１０・・・バッフ
ァー層、１１・・・基板。
図、第２図は拡散による２反転領域の形成と電流分布を
示す図である。 １・・・活性層、２・・・第１のクラッド層、３．４・
・・第２のクラッド層、５・・・ＧａＡｓ又はＡｊ Ｇ
ａＡＳ電流ブ電流クロッ２層・・エツチングストッパー
層、７・・・ヘテロバッファー層、８・・・Ｇ ａ Ａ
ｓ 保ＮＮ、９・・・キャップ層、１０・・・バッフ
ァー層、１１・・・基板。
Claims (2)
- （１）第１の導電型を呈するＡｌＧａＩｎＰ混晶でなる
第１のクラッド層と、この第１のクラッド層より禁制帯
幅が小さなＡｌＧａＩｎＰ混晶でなる活性層と、第２の
導電型を呈し、かつ前記活性層より禁制帯幅が大きいＡ
ｌＧａＩｎＰ混晶でなる第２のクラッド層とを半導体の
基板上にこの基板に近い側よりこの順に積層してなる半
導体多層構造を有し、前記第２のクラッド層は部分的に
層厚が厚くなるメサ構造をなしており、前記メサの両脇
に第１の導電型を呈するＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓでな
る電流ブロック層を配置した屈折率導波型のＡｌＧａＩ
ｎＰ半導体発光素子において、前記電流ブロック層中の
第１の導電型を得るための不純物濃度が前記メサ構造を
形成する第２のクラッド層中の第２の導電型を得るため
の不純物濃度より大きいことを特徴とするＡｌＧａＩｎ
Ｐ半導体発光素子。 - （２）第１の導電型を得る不純物をＺｎ又はマグネシウ
ムとし、第２の導電型を得る不純物をＳｉ又はＳｅとし
、第１及び第２の導電型を得るための４通りの不純物の
組み合わせのいずれか１つの組み合わせを用いた請求項
１に記載のＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11457590A JPH0410687A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11457590A JPH0410687A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410687A true JPH0410687A (ja) | 1992-01-14 |
Family
ID=14641273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11457590A Pending JPH0410687A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0410687A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100300949B1 (ko) * | 1993-10-27 | 2001-11-30 | 윤종용 | 반도체레이저다이오드및그제조방법 |
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1990
- 1990-04-27 JP JP11457590A patent/JPH0410687A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100300949B1 (ko) * | 1993-10-27 | 2001-11-30 | 윤종용 | 반도체레이저다이오드및그제조방법 |
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