JPH04180683A - 面発光半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
面発光半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH04180683A JPH04180683A JP30958490A JP30958490A JPH04180683A JP H04180683 A JPH04180683 A JP H04180683A JP 30958490 A JP30958490 A JP 30958490A JP 30958490 A JP30958490 A JP 30958490A JP H04180683 A JPH04180683 A JP H04180683A
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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〕
本発明は表示装置、情報交換装置等に利用できる面発光
半導体レーザに関するものである。
半導体レーザに関するものである。
近年、A I G a A s / G a A s系
、AlGaInP/GaInP/GaAs系、InGa
AsP/ G a A s系などの半導体レーザの研究
開発が進み、これを利用した光デイスク装置や光通信装
置が実用化されている。さらに、半導体レーザを2次元
に集積することが可能な面発光半導体レーザの研究開発
が行われ、波長850nmから870nmの室温連続発
振が報告されている(アプライド・フィジクス・レター
ズ誌1989年第55巻221頁)。
、AlGaInP/GaInP/GaAs系、InGa
AsP/ G a A s系などの半導体レーザの研究
開発が進み、これを利用した光デイスク装置や光通信装
置が実用化されている。さらに、半導体レーザを2次元
に集積することが可能な面発光半導体レーザの研究開発
が行われ、波長850nmから870nmの室温連続発
振が報告されている(アプライド・フィジクス・レター
ズ誌1989年第55巻221頁)。
これまでの報告では、室温でのレーザ発振に必要な注入
電流密度は36kA/ad以上である。このように高い
電流密度の注入を与えると、面発光半導体レーザ素子の
特性劣化速度が早い、また、活性層に屈折率差が設けら
れていないために発光光の槓モード制御が不十分で、十
分高い光出力を安定に得ることができない。
電流密度は36kA/ad以上である。このように高い
電流密度の注入を与えると、面発光半導体レーザ素子の
特性劣化速度が早い、また、活性層に屈折率差が設けら
れていないために発光光の槓モード制御が不十分で、十
分高い光出力を安定に得ることができない。
本発明の面発光半導体レーザは、第1導電型の半導体基
板上に、GaInPまたはAlGaInPの活性層とそ
れを挟む第1及び第2導電型で前記活性層より禁制帯幅
の大きいAlGaInPクラッド層からなるダブルヘテ
ロ構造を少なくとも含む半導体層を備え、前記ダブルヘ
テロ構造のうち発光領域となる円形または多角形の領域
を除いた領域が高濃度の不純物を含むことを特徴とする
構成である。
板上に、GaInPまたはAlGaInPの活性層とそ
れを挟む第1及び第2導電型で前記活性層より禁制帯幅
の大きいAlGaInPクラッド層からなるダブルヘテ
ロ構造を少なくとも含む半導体層を備え、前記ダブルヘ
テロ構造のうち発光領域となる円形または多角形の領域
を除いた領域が高濃度の不純物を含むことを特徴とする
構成である。
また、本発明の面発光半導体レーザの製造方法は、第1
導電型の半導体基板上に、Ga1nP!たはAlGaI
nPの活性層とそれを挟む第1及び第2導電型で前記活
性層より禁制帯幅の大きいAlGaInPクラッド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも含む半導体エピタ
キシャル結晶の発光領域となす部分の周囲に、Znまた
はMgまたはSiまたはFeまたはCrまたはCuまた
はAu拡散またはイオン打ち込みすることを特徴とする
構成である。
導電型の半導体基板上に、Ga1nP!たはAlGaI
nPの活性層とそれを挟む第1及び第2導電型で前記活
性層より禁制帯幅の大きいAlGaInPクラッド層か
らなるダブルヘテロ構造を少なくとも含む半導体エピタ
キシャル結晶の発光領域となす部分の周囲に、Znまた
はMgまたはSiまたはFeまたはCrまたはCuまた
はAu拡散またはイオン打ち込みすることを特徴とする
構成である。
本発明の面発光半導体レーザの中で主要な役割を果たす
それぞれA1組成0,01のAlGaInP活性層およ
びA1組成0,60のAuGaInPクラッド層の屈折
率nと不純物濃度aのrll係を第2図に示す、不純物
濃度が十分低い(10”ロー3以下)時、活性層とクラ
ッド層の屈折率はそれぞれ3.53.3.33である。
それぞれA1組成0,01のAlGaInP活性層およ
びA1組成0,60のAuGaInPクラッド層の屈折
率nと不純物濃度aのrll係を第2図に示す、不純物
濃度が十分低い(10”ロー3以下)時、活性層とクラ
ッド層の屈折率はそれぞれ3.53.3.33である。
このとき、それぞれのAlGaInP層には超自然格子
が形成されている(ジャパニーズ・ジャーナル・オン・
アプライド・フィジクス誌1988年第27巻2098
頁)、不純物濃度が高い(10”cm−’以上)時、該
自然超格子は無秩序化され(ジャパニーズ・ジャーナル
・オン・アプライド・フイジクス誌1988年第27巻
L1549頁)、第2図に示すようにA I Ga I
nP活性層とAlGaInPクラッド層のバンドギャ
ップエネルギーEgは上昇し、第3図に示したようにA
lGaInP活性層とAlGaInPクラッド層の屈折
率は低下する0本発明はこのようにして生じるAlGa
InP層ののバンドギャップエネルギー差および屈折率
差を活用する。
が形成されている(ジャパニーズ・ジャーナル・オン・
アプライド・フィジクス誌1988年第27巻2098
頁)、不純物濃度が高い(10”cm−’以上)時、該
自然超格子は無秩序化され(ジャパニーズ・ジャーナル
・オン・アプライド・フイジクス誌1988年第27巻
L1549頁)、第2図に示すようにA I Ga I
nP活性層とAlGaInPクラッド層のバンドギャ
ップエネルギーEgは上昇し、第3図に示したようにA
lGaInP活性層とAlGaInPクラッド層の屈折
率は低下する0本発明はこのようにして生じるAlGa
InP層ののバンドギャップエネルギー差および屈折率
差を活用する。
エピタキシャル成長法などで形成したAlGaInP活
性層およびAlGaInPクラッド層中の不純物濃度が
部分的に低いと、上述の作用に従って該領域のバンドギ
ャップエネルギーは低く、該領域の屈折率は高くなる。
性層およびAlGaInPクラッド層中の不純物濃度が
部分的に低いと、上述の作用に従って該領域のバンドギ
ャップエネルギーは低く、該領域の屈折率は高くなる。
その結果、注入されたキャリア(電子およびホール)は
該領域に閉じ込められ、発振光も該領域に−じ込められ
、高い光出力が安定に得られる。
該領域に閉じ込められ、発振光も該領域に−じ込められ
、高い光出力が安定に得られる。
本発明の面発光半導体レーザの製造方法においては、A
]GaInP活性層及びAlGaInPクラッド層の不
純物濃度の制御を以下のようにして行う、まず、不純物
ドーピングを行いながらエピタキシャル成長を行い、1
0”Ca1−’以下の低濃度層を形成する0次に適当な
パターンマスクを用いて部分的に不純物拡散またはイオ
ン打ち込みを行って10”cmづ以上の高濃度領域を形
成する。
]GaInP活性層及びAlGaInPクラッド層の不
純物濃度の制御を以下のようにして行う、まず、不純物
ドーピングを行いながらエピタキシャル成長を行い、1
0”Ca1−’以下の低濃度層を形成する0次に適当な
パターンマスクを用いて部分的に不純物拡散またはイオ
ン打ち込みを行って10”cmづ以上の高濃度領域を形
成する。
高濃度のZn不純物、Mg不純物、St不純物、Fe不
純物、Cr不純物、Cu不純物、Au不純物はA I
Ga I nP超自然格子を無秩序化することができる
。この結果、前述の面発光半導体レーザが得られる。
純物、Cr不純物、Cu不純物、Au不純物はA I
Ga I nP超自然格子を無秩序化することができる
。この結果、前述の面発光半導体レーザが得られる。
本発明の1つの実施例を示す面発光半導体レーザの断面
図を第1図に示す、n型AlGaInPクラッド層3と
AlGaInP活性層1とp型AI Ga I nPク
ラッド層2からなるダブルヘテロ構造多層層をn型G
a A s基板5上にエピタキシャル成長法によって形
成した0次に5i02誘電帯膜を形成した後にフォトリ
ソグラフィーを用いて直径10μmの円盤状の5i02
誘電体膜を形成した後にフォトリソグラフィーを用いて
直径10μmの円盤状の5in2誘電体膜を形成した。
図を第1図に示す、n型AlGaInPクラッド層3と
AlGaInP活性層1とp型AI Ga I nPク
ラッド層2からなるダブルヘテロ構造多層層をn型G
a A s基板5上にエピタキシャル成長法によって形
成した0次に5i02誘電帯膜を形成した後にフォトリ
ソグラフィーを用いて直径10μmの円盤状の5i02
誘電体膜を形成した後にフォトリソグラフィーを用いて
直径10μmの円盤状の5in2誘電体膜を形成した。
S i 02誘電体農の形状は、多角形でもよい。次に
、該5i02誘電体膜をマスクとしてZnを封管拡散法
で結晶中に拡散した。拡散の替りにイオン打ち込み法で
高濃度不純物導入領域4を形成してもよい、この結果、
誘電体膜で覆われた円形または多角形の領域(以降、発
光領域と呼ぶ)のダブルヘテロ構造多層膜の不純物濃度
は、その周囲の領域のダブルヘテロ構造多層膜の不純物
濃度にくらべて低く保たれる。つぎに該5i02誘電体
展を選択成長マスクとしてp型GaAs層8を形成した
0次に、電極7をウェハの両面に形成した後、リフトオ
フと化学エツチングを用いて該活性領域の上部及び下部
に窓部を設け、さらにこの部分に誘電体多層膜反射膜6
をCVDで形成した。
、該5i02誘電体膜をマスクとしてZnを封管拡散法
で結晶中に拡散した。拡散の替りにイオン打ち込み法で
高濃度不純物導入領域4を形成してもよい、この結果、
誘電体膜で覆われた円形または多角形の領域(以降、発
光領域と呼ぶ)のダブルヘテロ構造多層膜の不純物濃度
は、その周囲の領域のダブルヘテロ構造多層膜の不純物
濃度にくらべて低く保たれる。つぎに該5i02誘電体
展を選択成長マスクとしてp型GaAs層8を形成した
0次に、電極7をウェハの両面に形成した後、リフトオ
フと化学エツチングを用いて該活性領域の上部及び下部
に窓部を設け、さらにこの部分に誘電体多層膜反射膜6
をCVDで形成した。
この反射J![6は出力光出射面である0以上の工程に
より本発明の面発光半導体レーザは完成した。
より本発明の面発光半導体レーザは完成した。
このレーザの室温CW発振に必要な閾値電流は100m
Aであった。注入電流が150mAのとき、光出力1’
Om Wの基本槽モード発振が得られた。25℃・3
mWの信頼性試験を行ったところ、寿命はおよそ300
0時間であった。
Aであった。注入電流が150mAのとき、光出力1’
Om Wの基本槽モード発振が得られた。25℃・3
mWの信頼性試験を行ったところ、寿命はおよそ300
0時間であった。
本実施例はブレーナ型の面発光半導体レーザについて述
べたが、メサ型にすれば電流閉じ込めをさらに高めるこ
とができる。
べたが、メサ型にすれば電流閉じ込めをさらに高めるこ
とができる。
発光領域周辺に導入する不純物は、Zn以外に、Mg、
Si、Cr、Cu、Au等を用いてもZnの場合と同様
の効果が得られる。
Si、Cr、Cu、Au等を用いてもZnの場合と同様
の効果が得られる。
本発明の面発光半導体レーザでは、反射膜6で構成され
る共振器の中でレーザ発振を起こす、この際、バンドギ
ャップエネルギー差に従って注入キャリアが該活性領域
に閉じ込められるので注入効率が高く、レーザ発振に必
要な注入電流密度を低減でき、十分長い素子寿命を得る
ことができる。さらに屈折率差に従って発振光が閉じ込
められて横モードが制御され、十分高い光出力を安定に
得ることができる0本発明の面発光半導体レーザは、不
純物の急峻な濃度勾配面を界面として電流閉じ込め及び
光閉じ込めを行っているので、化学エツチングやドライ
エツチングなどで形成したメサの側面でこれらを行う面
発光半導体レーザに比べて界面の品質が良く、界面に於
ける非発光再結合と結晶劣化を抑制できる点でも優れて
いる。
る共振器の中でレーザ発振を起こす、この際、バンドギ
ャップエネルギー差に従って注入キャリアが該活性領域
に閉じ込められるので注入効率が高く、レーザ発振に必
要な注入電流密度を低減でき、十分長い素子寿命を得る
ことができる。さらに屈折率差に従って発振光が閉じ込
められて横モードが制御され、十分高い光出力を安定に
得ることができる0本発明の面発光半導体レーザは、不
純物の急峻な濃度勾配面を界面として電流閉じ込め及び
光閉じ込めを行っているので、化学エツチングやドライ
エツチングなどで形成したメサの側面でこれらを行う面
発光半導体レーザに比べて界面の品質が良く、界面に於
ける非発光再結合と結晶劣化を抑制できる点でも優れて
いる。
第1図は本発明の実施例を示す図、第2図はクラッド層
のバンドギャップエネルギーと不純物濃度の関係を示す
図、第3図は活性層とクラッド層の屈折率と不純物濃度
の関係を示す図である。 図中、lはAuGaInP活性層、2はp型AlGa1
nPクラッド層、3はn型AlGaInPクラッド層、
4は高濃度不純物領域、6は誘電体多層膜反射膜を示す
。
のバンドギャップエネルギーと不純物濃度の関係を示す
図、第3図は活性層とクラッド層の屈折率と不純物濃度
の関係を示す図である。 図中、lはAuGaInP活性層、2はp型AlGa1
nPクラッド層、3はn型AlGaInPクラッド層、
4は高濃度不純物領域、6は誘電体多層膜反射膜を示す
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1導電型の半導体基板上に、GaInPまたはA
lGaInPの活性層とそれを挟む第1及び第2導電型
で前記活性層より禁制帯幅の大きいAlGaInPクラ
ッド層からなるダブルヘテロ構造を少なくとも含む半導
体層を備え、前記ダブルヘテロ構造のうち発光領域とな
る円形または多角形の領域を除いた領域が高濃度の不純
物を含むことを特徴とする面発光半導体レーザ。 2、第1導電型の半導体基板上に、GaInPまたはA
lGaInPの活性層とそれを挟む第1及び第2導電型
で前記活性層より禁制帯幅の大きいAlGaInPクラ
ッド層からなるダブルヘテロ構造を少なくとも含む半導
体層をエピタキシャル成長する工程と、前記ダブルヘテ
ロ構造の発光領域となす領域の周辺に、ZnまたはMg
またはSiまたはFeまたはCrまたはCuまたはAu
のいずれか1つを拡散またはイオン打ち込みする工程と
を少くとも有することを特徴とする面発光半導体レーザ
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2309584A JP2880788B2 (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2309584A JP2880788B2 (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04180683A true JPH04180683A (ja) | 1992-06-26 |
| JP2880788B2 JP2880788B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=17994795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2309584A Expired - Fee Related JP2880788B2 (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2880788B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61199679A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-04 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
| JPS6286883A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6376390A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-06 | Nec Corp | 発光半導体素子 |
| JPH03104292A (ja) * | 1989-09-19 | 1991-05-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
-
1990
- 1990-11-15 JP JP2309584A patent/JP2880788B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61199679A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-04 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
| JPS6286883A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6376390A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-06 | Nec Corp | 発光半導体素子 |
| JPH03104292A (ja) * | 1989-09-19 | 1991-05-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2880788B2 (ja) | 1999-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |