JPH04309281A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH04309281A JPH04309281A JP7526091A JP7526091A JPH04309281A JP H04309281 A JPH04309281 A JP H04309281A JP 7526091 A JP7526091 A JP 7526091A JP 7526091 A JP7526091 A JP 7526091A JP H04309281 A JPH04309281 A JP H04309281A
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 31
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーコードリーダー，
光ディスク等の光源に用いられる半導体レーザに関し、
特に発振波長６８０ｎｍ以下の可視光半導体レーザに関
する。
光ディスク等の光源に用いられる半導体レーザに関し、
特に発振波長６８０ｎｍ以下の可視光半導体レーザに関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、光情報処理装置用の光
源として、利用されており、各種構造の半導体レーザが
提案されている。
源として、利用されており、各種構造の半導体レーザが
提案されている。
【０００３】従来の可視レーザの一例として、電子情報
通信学会研究会資料ＯＱＥ８８−１０，Ｐ６５に報告さ
れている。
通信学会研究会資料ＯＱＥ８８−１０，Ｐ６５に報告さ
れている。
【０００４】上記の従来例の構造を図５に示す。この半
導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板（１）上にｎ−（Ａｌ
Ｙ Ｇａ１−Ｙ ）０．５Ｉｎ０．５ Ｐクラッド層（
２），アンドープＧａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ活性層（
３），Ｐ−（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉｎ０．
５ Ｐクラッド層（４），ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
（６）を順次積層し、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層（６
）に真直な溝（７）を形成し、この上にｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層（８）を積層し、電極（９），（１０）を形
成して半導体レーザが得られる。
導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板（１）上にｎ−（Ａｌ
Ｙ Ｇａ１−Ｙ ）０．５Ｉｎ０．５ Ｐクラッド層（
２），アンドープＧａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ活性層（
３），Ｐ−（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉｎ０．
５ Ｐクラッド層（４），ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
（６）を順次積層し、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層（６
）に真直な溝（７）を形成し、この上にｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層（８）を積層し、電極（９），（１０）を形
成して半導体レーザが得られる。
【０００５】従来例では、クラッド層組成ｙ＝０．７，
共振器長３００μｍにおいて、下記の表１のような特性
を有する。
共振器長３００μｍにおいて、下記の表１のような特性
を有する。
【０００６】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般に、半導体レーザ
は、消費電力を少なくするため発振しきい電流が低いこ
とが要求され、光利用効率を高めるため垂直放射角と水
平放射角の比が１に、すなわち円形ビームに近い方が良
く、使用光出力範囲を広くするため光出力のキンクレベ
ルが高い方が良く、放熱設計に余裕をもたせるため最高
ＣＷ発振温度が高い方が良い。
は、消費電力を少なくするため発振しきい電流が低いこ
とが要求され、光利用効率を高めるため垂直放射角と水
平放射角の比が１に、すなわち円形ビームに近い方が良
く、使用光出力範囲を広くするため光出力のキンクレベ
ルが高い方が良く、放熱設計に余裕をもたせるため最高
ＣＷ発振温度が高い方が良い。
【０００８】この従来の半導体レーザでは、発振しきい
電流の低減のため活性層厚とｐ−クラッド層厚を最適化
して６５〜７０ｍＡの発振しきい電流を得ている。しか
し、表１に示すように活性層厚に対して、垂直放射角，
キンクレベル，最高ＣＷ発振温度が変化するため、従来
例の半導体レーザの特性は、実用上使い易い特性を持っ
ていないという問題点があった。
電流の低減のため活性層厚とｐ−クラッド層厚を最適化
して６５〜７０ｍＡの発振しきい電流を得ている。しか
し、表１に示すように活性層厚に対して、垂直放射角，
キンクレベル，最高ＣＷ発振温度が変化するため、従来
例の半導体レーザの特性は、実用上使い易い特性を持っ
ていないという問題点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザは
、垂直放射角，キンクレベル，最高ＣＷ発振温度が、活
性層を中心に構成されるダブルヘテロ構造に関係するこ
とから、クラッド層に用いるＡｌＧａＩｎＰ型の結晶の
物性に注目し、ｎ−クラッド層のバンドギャップをｐ−
クラッド層のバンドギャップより小さくし、非対称な屈
折率差を形成することにより、垂直放射角，キンクレベ
ルは、活性層厚０．０６μｍと同レベルの特性を、また
最高ＣＷ発振温度は、活性層厚０．１μｍと同レベルの
特性を有する半導体レーザが得られる。
、垂直放射角，キンクレベル，最高ＣＷ発振温度が、活
性層を中心に構成されるダブルヘテロ構造に関係するこ
とから、クラッド層に用いるＡｌＧａＩｎＰ型の結晶の
物性に注目し、ｎ−クラッド層のバンドギャップをｐ−
クラッド層のバンドギャップより小さくし、非対称な屈
折率差を形成することにより、垂直放射角，キンクレベ
ルは、活性層厚０．０６μｍと同レベルの特性を、また
最高ＣＷ発振温度は、活性層厚０．１μｍと同レベルの
特性を有する半導体レーザが得られる。
【００１０】
【実施例】次に、本発明について、図面を参照して説明
する。図１は本発明の実施例のレーザ断面図である。ま
ず、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＶＰＥ法）により、成
長圧力７６Ｔｏｒｒ，成長温度６６０℃にて１回目の結
晶成長を行う。この１回目の気相成長により、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板（１００）面（１）上にｎ−ＧａＡｓ中間層（
１２）を厚さ０．３μｍ，キャリア濃度１×１０１８ｃ
ｍ−３，ｎ−（Ａｌ０．５８Ｇａ０．４２）０．５ Ｉ
ｎ０．５ Ｐクラッド層（２）を厚さ１．０μｍ，キャ
リア濃度６×１０１７ｃｍ−３，発光領域となるアンド
ープＧａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ活性層（３）を厚さ０
．０７μｍ，ｐ−（Ａｌ０．６ Ｇａ０．４ ）０．５
Ｉｎ０．５ Ｐクラッド層（４）を厚さ０．８μｍ，
キャリア濃度３〜５×１０１７ｃｍ−３，ｐ−Ｇａ０．
５ Ｉｎ０．５ Ｐ又は、ｐ−Ａｌ０．６ Ｇａ０．４
Ａｓバッファ層（５）を厚さ０．１μｍ，キャリア濃
度１×１０１８ｃｍ−３，ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
（６）を厚さ０．６μｍ，キャリア濃度３×１０１８ｃ
ｍ−３を順次積層する。ドーパントには、ｐ型がＺｎ、
ｎ型がＳｉを用いる。
する。図１は本発明の実施例のレーザ断面図である。ま
ず、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＶＰＥ法）により、成
長圧力７６Ｔｏｒｒ，成長温度６６０℃にて１回目の結
晶成長を行う。この１回目の気相成長により、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板（１００）面（１）上にｎ−ＧａＡｓ中間層（
１２）を厚さ０．３μｍ，キャリア濃度１×１０１８ｃ
ｍ−３，ｎ−（Ａｌ０．５８Ｇａ０．４２）０．５ Ｉ
ｎ０．５ Ｐクラッド層（２）を厚さ１．０μｍ，キャ
リア濃度６×１０１７ｃｍ−３，発光領域となるアンド
ープＧａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ活性層（３）を厚さ０
．０７μｍ，ｐ−（Ａｌ０．６ Ｇａ０．４ ）０．５
Ｉｎ０．５ Ｐクラッド層（４）を厚さ０．８μｍ，
キャリア濃度３〜５×１０１７ｃｍ−３，ｐ−Ｇａ０．
５ Ｉｎ０．５ Ｐ又は、ｐ−Ａｌ０．６ Ｇａ０．４
Ａｓバッファ層（５）を厚さ０．１μｍ，キャリア濃
度１×１０１８ｃｍ−３，ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
（６）を厚さ０．６μｍ，キャリア濃度３×１０１８ｃ
ｍ−３を順次積層する。ドーパントには、ｐ型がＺｎ、
ｎ型がＳｉを用いる。
【００１１】次に、フォトレジスト法により［０−１１
］方向にｐ−バッファ層（５）に達するストライプ状の
溝（７）を形成する。この溝の幅は、ｐ−バッファ層（
５）側で７μｍとする。
］方向にｐ−バッファ層（５）に達するストライプ状の
溝（７）を形成する。この溝の幅は、ｐ−バッファ層（
５）側で７μｍとする。
【００１２】続いて、２回目の結晶成長をＭＯ−ＶＰＥ
法により、常圧の成長圧力において、成長温度６５０℃
にて、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層（８）を厚さ４μｍ，
キャリア濃度２×１０１９ｃｍ−３を成長する。この後
、電極（９），（１０）を形成して本発明に係る半導体
レーザが構成される。
法により、常圧の成長圧力において、成長温度６５０℃
にて、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層（８）を厚さ４μｍ，
キャリア濃度２×１０１９ｃｍ−３を成長する。この後
、電極（９），（１０）を形成して本発明に係る半導体
レーザが構成される。
【００１３】１回目の結晶成長条件の成長温度は、図２
に示すＧａＡｓ基板に格子整合するＧａＩｎＰのバンド
ギャップの成長温度依存性において、バンドギャップが
極小となる温度以上で行なうものとする。このようなバ
ンドギャップの変化は、ＧａとＩｎの配列の規則性によ
るものである。
に示すＧａＡｓ基板に格子整合するＧａＩｎＰのバンド
ギャップの成長温度依存性において、バンドギャップが
極小となる温度以上で行なうものとする。このようなバ
ンドギャップの変化は、ＧａとＩｎの配列の規則性によ
るものである。
【００１４】本発明に係る結晶成長条件において（Ａｌ
Ｙ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ結晶のバン
ドギャップは、Ａｌ組成ｙに対し、ｙ＝０．５〜０．６
の範囲では、ｙ＝０．０１あたり５ｍｅＶ程度変化する
。また、ｐ−クラッド層は、ｐ型ドーパントによらず、
ドーピング量により結晶中の３族原子の配列状態が変化
し、バンドギャップの変化が生じる。ＡｌＧａＩｎＰ系
の結晶では、ドーピングが高くなるとバンドギャップは
大きくなる。このようなことから、本実施例におけるｐ
−クラッド層とｎ−クラッド層のバンドギャップ差は、
３０ｍｅＶ程度ある。
Ｙ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ結晶のバン
ドギャップは、Ａｌ組成ｙに対し、ｙ＝０．５〜０．６
の範囲では、ｙ＝０．０１あたり５ｍｅＶ程度変化する
。また、ｐ−クラッド層は、ｐ型ドーパントによらず、
ドーピング量により結晶中の３族原子の配列状態が変化
し、バンドギャップの変化が生じる。ＡｌＧａＩｎＰ系
の結晶では、ドーピングが高くなるとバンドギャップは
大きくなる。このようなことから、本実施例におけるｐ
−クラッド層とｎ−クラッド層のバンドギャップ差は、
３０ｍｅＶ程度ある。
【００１５】
【発明の効果】以上、説明した実施例の構造を有する半
導体レーザの特性は、活性層厚０．０７μｍ，共振器長
３００μｍにて、発振しきい電流７０ｍＡ，垂直放射角
３４°，キンクレベル９〜１０ｍＷ，最高ＣＷ温度９５
℃が得られた。
導体レーザの特性は、活性層厚０．０７μｍ，共振器長
３００μｍにて、発振しきい電流７０ｍＡ，垂直放射角
３４°，キンクレベル９〜１０ｍＷ，最高ＣＷ温度９５
℃が得られた。
【００１６】垂直放射角の改善は、ｐ−クラッド層とｎ
−クラッド層のバンドギャップ差、すなわち、屈折率差
があるため、非対称導波路が構成されている。レーザ光
は、クラッド層に屈折率差があるため、ｐ−クラッド層
よりもｎ−クラッド層に多く光がしみ出して、導波され
る。これにより、出射端面のレーザ光のニアフィールド
は、垂直方向に広がるため垂直放射角が小さくなり、図
３に示すように、従来例より約６°低減され３４°にな
った。
−クラッド層のバンドギャップ差、すなわち、屈折率差
があるため、非対称導波路が構成されている。レーザ光
は、クラッド層に屈折率差があるため、ｐ−クラッド層
よりもｎ−クラッド層に多く光がしみ出して、導波され
る。これにより、出射端面のレーザ光のニアフィールド
は、垂直方向に広がるため垂直放射角が小さくなり、図
３に示すように、従来例より約６°低減され３４°にな
った。
【００１７】キンクレベルの改善は、次のように説明で
きる。本発明のレーザは、利得導波型半導体レーザであ
るため、ストライプ部を中心とした光導波は、空間的ホ
ールバーニングという現象により維持されるが、これに
より生じた横方向屈折率差は、光出力の増加に伴い、プ
ラズマ効果による横方向屈折率差の減少をもたらし、横
モードのくずれ、すなわちキンクが発生する。横モード
の維持のため、活性層の光密度を低減すれば、キンク発
生光出力を高くすることが可能となる。従って、本発明
の半導体レーザは利得導波型であるため、横方向屈折率
差の操作は、電流注入窓口となる溝（７）の幅で、注入
電流の拡がりを操作すれば変わるが、発振しきい値への
影響が大きく困難であり、垂直方向の光閉じ込め低減す
るのが得策である。このため、クラッド層の屈折率差（
バンドギャップ）を非対称化すればキンクレベルの改善
ができ、実験の結果、図４の傾向が得られ、クラッド層
のバンドギャップ差２５〜３０ｍｅＶでキンクレベルは
１０ｍＷと改善できた。
きる。本発明のレーザは、利得導波型半導体レーザであ
るため、ストライプ部を中心とした光導波は、空間的ホ
ールバーニングという現象により維持されるが、これに
より生じた横方向屈折率差は、光出力の増加に伴い、プ
ラズマ効果による横方向屈折率差の減少をもたらし、横
モードのくずれ、すなわちキンクが発生する。横モード
の維持のため、活性層の光密度を低減すれば、キンク発
生光出力を高くすることが可能となる。従って、本発明
の半導体レーザは利得導波型であるため、横方向屈折率
差の操作は、電流注入窓口となる溝（７）の幅で、注入
電流の拡がりを操作すれば変わるが、発振しきい値への
影響が大きく困難であり、垂直方向の光閉じ込め低減す
るのが得策である。このため、クラッド層の屈折率差（
バンドギャップ）を非対称化すればキンクレベルの改善
ができ、実験の結果、図４の傾向が得られ、クラッド層
のバンドギャップ差２５〜３０ｍｅＶでキンクレベルは
１０ｍＷと改善できた。
【００１８】また、本発明の半導体レーザの信頼性とし
ては、５０℃，５ｍＷの定光出力通電で２万時間以上の
推定寿命が得られている。
ては、５０℃，５ｍＷの定光出力通電で２万時間以上の
推定寿命が得られている。
【００１９】上記のような特性は、図２に示すＧａＩｎ
Ｐのバンドギャップの成長温度依存性をもとに見た成長
温度として、６２０℃以上では得られるものの、６２０
℃以下では、満足な結果が得られなかった。これについ
ては、３族原子Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎの配列の規則性とドー
パントのＺｎとに関係すると考えられる。
Ｐのバンドギャップの成長温度依存性をもとに見た成長
温度として、６２０℃以上では得られるものの、６２０
℃以下では、満足な結果が得られなかった。これについ
ては、３族原子Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎの配列の規則性とドー
パントのＺｎとに関係すると考えられる。
【図１】本発明の半導体レーザの断面図。
【図２】ＧａＩｎＰのバンドギャップの成長温度依存性
を示す図。
を示す図。
【図３】垂直放射角の活性層厚依存性を示す図。
【図４】ｐ−クラッド層とｎ−クラッド層のバンドギャ
ップ差とキンクレベルの関係を示す図。
ップ差とキンクレベルの関係を示す図。
【図５】従来型の半導体レーザの断面図。
１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ ｎ−ＧａＡｓ中間層
２ ｎ−（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉｎ
０．５ Ｐクラッド層（０．５≦ｙ≦１） ３ アンドープＧａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ活性
層４ ｐ−（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉ
ｎ０．５ Ｐクラッド層 ５ ｐ−Ｇａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ又はｐ−Ａ
ｌＺ Ｇａ１−Ｚ Ａｓバッファ層（０．４≦ｚ≦１） ６ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層７ 溝 ８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ９，１０ 電極
０．５ Ｐクラッド層（０．５≦ｙ≦１） ３ アンドープＧａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ活性
層４ ｐ−（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉ
ｎ０．５ Ｐクラッド層 ５ ｐ−Ｇａ０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ又はｐ−Ａ
ｌＺ Ｇａ１−Ｚ Ａｓバッファ層（０．４≦ｚ≦１） ６ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層７ 溝 ８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ９，１０ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、発光領域となる（
ＡｌＸ Ｇａ１−Ｘ ）０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ（０≦
ｘ≦０．２）活性層をこれよりもバンドギャップが大き
く、互いに導電性が異なる２つの（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ
）０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ（０．５≦ｙ≦１）クラッ
ド層ではさむダブルヘテロ構造を有し、前記クラッド層
に隣接して、前記クラッド層と同じ導電性のＧａ０．５
Ｉｎ０．５ Ｐ又はＡｌＺ Ｇａ１−Ｚ Ａｓ（０．
４≦ｚ≦１）バッファ層を備え、前記バッファ層に隣接
して、バッファ層とは逆の導電性のＧａＡｓ層を備え、
前記ＧａＡｓ層に真直な溝を有し、これに隣接し、前記
バッファ層と同じ導電性のＧａＡｓコンタクト層を有す
る半導体レーザの前記２つのクラッド層において、ｎ型
クラッド層のバンドギャップをｐ型クラッド層のバンド
ギャップよりも２０ｍｅＶ以上小さくしたことを特徴と
する半導体レーザ。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に、（ＡｌＸ Ｇａ１
−Ｘ ）０．５ Ｉｎ０．５ Ｐ（０≦ｘ≦０．２）活
性層をこれよりもバンドギャップが大きく、互いに導電
性が異なる２つの（ＡｌＹ Ｇａ１−Ｙ ）０．５ Ｉ
ｎ０．５ Ｐ（０．５≦ｙ≦１）クラッド層で挟んだダ
ブルヘテロ構造、Ｇａ０．５ Ｉｎ０．５ ＰまたはＡ
ｌＺ Ｇａ１−Ｚ Ａｓ（０．４≦ｚ≦１）バッファ層
、ＧａＡｓ電流ブロック層を、有機金属気相成長法によ
り、ＧａＡｓ基板に格子整合するＧａＩｎＰの成長温度
に依存するバンドギャップが極小となる温度以上の成長
温度にて順次積層する工程と、前記ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層に溝を形成する工程と、前記溝を埋めて前記ＧａＡ
ｓ電流ブロック層上にＧａＡｓコンタクト層を形成する
工程と、前記ＧａＡｓコンタクト層及びＧａＡｓ基板に
それぞれ電極を形成する工程とを少くとも備えたことを
特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3075260A JP2757578B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3075260A JP2757578B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04309281A true JPH04309281A (ja) | 1992-10-30 |
| JP2757578B2 JP2757578B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=13571073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3075260A Expired - Fee Related JP2757578B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757578B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06314850A (ja) * | 1993-03-03 | 1994-11-08 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0258883A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH0274088A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH02116187A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-27 | Nec Corp | 半導体レーザ |
-
1991
- 1991-04-08 JP JP3075260A patent/JP2757578B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH02116187A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-27 | Nec Corp | 半導体レーザ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2757578B2 (ja) | 1998-05-25 |
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