JPH05152676A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH05152676A JPH05152676A JP33567291A JP33567291A JPH05152676A JP H05152676 A JPH05152676 A JP H05152676A JP 33567291 A JP33567291 A JP 33567291A JP 33567291 A JP33567291 A JP 33567291A JP H05152676 A JPH05152676 A JP H05152676A
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- semiconductor laser
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 自然超格子を利用した屈折率導波型横モード
制御ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいて、発振閾電
流値を低くする。 【構成】 第１伝導型ＧａＡｓ基板１上に、第１伝導型
クラッド層２と、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰから
なる自然超格子を形成した活性層３と、第２伝導型クラ
ッド層４とが順次に積層されたダブルヘテロ構造を備
え、前記活性層の内、ストライプ内部に比べ前記ストラ
イプの脇の領域が、不純物原子を含み、バンドギャップ
エネルギが大きい構造において、前記第１伝導型ＧａＡ
ｓ基板１の面方位が、（００１）から［−１１０］また
は［１−１０］方向に０°以上１０°以下傾斜してい
る。この基板面方位の傾斜により活性層３のストライプ
内と脇との間のエネルギ差および屈折率差を大きくする
ことができる。
制御ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいて、発振閾電
流値を低くする。 【構成】 第１伝導型ＧａＡｓ基板１上に、第１伝導型
クラッド層２と、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰから
なる自然超格子を形成した活性層３と、第２伝導型クラ
ッド層４とが順次に積層されたダブルヘテロ構造を備
え、前記活性層の内、ストライプ内部に比べ前記ストラ
イプの脇の領域が、不純物原子を含み、バンドギャップ
エネルギが大きい構造において、前記第１伝導型ＧａＡ
ｓ基板１の面方位が、（００１）から［−１１０］また
は［１−１０］方向に０°以上１０°以下傾斜してい
る。この基板面方位の傾斜により活性層３のストライプ
内と脇との間のエネルギ差および屈折率差を大きくする
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低閾値ＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザに関する。
系半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは
有機金属気相結晶成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す）に
より形成され、長寿命可視光半導体レーザが実現してい
る（五明ら、エレクトロニクス レターズ２３巻（１９
８７年）８５ページ：Ａ．Ｇｏｍｙｏ ｅｔ ａｌ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．２
３，（１９８７），ｐｐ．８５参照）。ＭＯＶＰＥ法は
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡＩ）、トリエチルガリ
ウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）
などの有機金属蒸気及びホスフィン（ＰＨ3 ）などの水
素化物ガスを原料とした気相成長法であり、例えば、Ａ
ｌＧａＩｎＰの成長はこれらＴＭＡＩ、ＴＥＧａ、ＴＭ
Ｉｎ蒸気及びＰＨ3 ガスをＧａＡｓ基板の上に導入・加
熱してエピタキシャル成長を行なうものである。ほとん
どの場合ＧａＡｓ基板の面方位は、（００１）傾斜無
し、または、（００１）から［１１０］方向に２°傾斜
した面である。最近、短波長化のために（００１）から
（１１０）方向に傾斜した面方位が用いられることもあ
る。
有機金属気相結晶成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と略す）に
より形成され、長寿命可視光半導体レーザが実現してい
る（五明ら、エレクトロニクス レターズ２３巻（１９
８７年）８５ページ：Ａ．Ｇｏｍｙｏ ｅｔ ａｌ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．２
３，（１９８７），ｐｐ．８５参照）。ＭＯＶＰＥ法は
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡＩ）、トリエチルガリ
ウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）
などの有機金属蒸気及びホスフィン（ＰＨ3 ）などの水
素化物ガスを原料とした気相成長法であり、例えば、Ａ
ｌＧａＩｎＰの成長はこれらＴＭＡＩ、ＴＥＧａ、ＴＭ
Ｉｎ蒸気及びＰＨ3 ガスをＧａＡｓ基板の上に導入・加
熱してエピタキシャル成長を行なうものである。ほとん
どの場合ＧａＡｓ基板の面方位は、（００１）傾斜無
し、または、（００１）から［１１０］方向に２°傾斜
した面である。最近、短波長化のために（００１）から
（１１０）方向に傾斜した面方位が用いられることもあ
る。
【０００３】この半導体レーザをバーコードリーダや光
ディスクの読み取り装置などに応用する上で低い閾電流
値で単一横モード発振をすることが望ましい。そのため
に従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、図３に示す
ように（００１）−ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２と、ＡｌＧａＩｎＰ
またはＧａＩｎＰからなる活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなるメサストライプ状に厚いクラッド層４が形成
され、この層のメサ上部以外の部分にｎ型ＧａＡｓ電流
狭窄層１１が設けられていた［例えば、藤井ら、エレク
トロニクス レターズ２３巻（１９８７年）９３８ペー
ジ；Ｈ．ＦＵＪＩＩ ｅｔ ａｌ．ＥＬＥＣＴＯＲＯＮ
ＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ２３（１９８７）９３８参
照］。このｎ型電流狭窄層１１と活性層３との間の距離
は０．３μｍで、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１は光吸収
層として働き、その結果単一横モード発振する。
ディスクの読み取り装置などに応用する上で低い閾電流
値で単一横モード発振をすることが望ましい。そのため
に従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、図３に示す
ように（００１）−ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２と、ＡｌＧａＩｎＰ
またはＧａＩｎＰからなる活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなるメサストライプ状に厚いクラッド層４が形成
され、この層のメサ上部以外の部分にｎ型ＧａＡｓ電流
狭窄層１１が設けられていた［例えば、藤井ら、エレク
トロニクス レターズ２３巻（１９８７年）９３８ペー
ジ；Ｈ．ＦＵＪＩＩ ｅｔ ａｌ．ＥＬＥＣＴＯＲＯＮ
ＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ２３（１９８７）９３８参
照］。このｎ型電流狭窄層１１と活性層３との間の距離
は０．３μｍで、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１は光吸収
層として働き、その結果単一横モード発振する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のＡ
ｌＧａＩｎＰ系半導体レーザには、横モード制御のため
に電流狭窄層での光の吸収を用いているために、発振閾
電流値が上昇してしまう欠点があった。
ｌＧａＩｎＰ系半導体レーザには、横モード制御のため
に電流狭窄層での光の吸収を用いているために、発振閾
電流値が上昇してしまう欠点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述課題を解決するため
の本発明の半導体レーザは、第１伝導型ＧａＡｓ基板上
に、第１伝導型クラッド層と、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧ
ａＩｎＰからなる自然超格子を形成した活性層と、第２
伝導型クラッド層とが順次に積層されたダブルヘテロ構
造を備え、前記活性層では、ストライプ内部に比べ該ス
トライプの脇の領域が、不純物原子を含み、バンドギャ
ップエネルギが大きい構造において、前記第１伝導型Ｇ
ａＡｓ基板の面方位が、（００１）から［−１１０］ま
たは［１−１０］方向に０°以上１０°以下傾斜してい
ることを特徴としている。
の本発明の半導体レーザは、第１伝導型ＧａＡｓ基板上
に、第１伝導型クラッド層と、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧ
ａＩｎＰからなる自然超格子を形成した活性層と、第２
伝導型クラッド層とが順次に積層されたダブルヘテロ構
造を備え、前記活性層では、ストライプ内部に比べ該ス
トライプの脇の領域が、不純物原子を含み、バンドギャ
ップエネルギが大きい構造において、前記第１伝導型Ｇ
ａＡｓ基板の面方位が、（００１）から［−１１０］ま
たは［１−１０］方向に０°以上１０°以下傾斜してい
ることを特徴としている。
【０００６】
【作用】ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる自然
超格子が形成された活性層のストライプの脇に不純物を
拡散して自然超格子を無秩序化し、バンドギャップエネ
ルギを大きく屈折率を小さくすると、前記ストライプ内
と脇とのバンドギャップエネルギ差や屈折率差が生じ、
電流狭窄や横モード制御のための屈折率差に寄与する。
この寄与の分、従来の電流狭窄層での光吸収を用いた実
効屈折率への寄与を小さくすることが可能となり、すな
わち電流狭窄層を活性層から離し光吸収を小さくするこ
とができる。
超格子が形成された活性層のストライプの脇に不純物を
拡散して自然超格子を無秩序化し、バンドギャップエネ
ルギを大きく屈折率を小さくすると、前記ストライプ内
と脇とのバンドギャップエネルギ差や屈折率差が生じ、
電流狭窄や横モード制御のための屈折率差に寄与する。
この寄与の分、従来の電流狭窄層での光吸収を用いた実
効屈折率への寄与を小さくすることが可能となり、すな
わち電流狭窄層を活性層から離し光吸収を小さくするこ
とができる。
【０００７】一方ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰの自
然超格子の秩序度は、成長温度や（Ｖ族原料供給量）／
（ＩＩＩ族原料供給量）比（Ｖ／ＩＩＩ比）の他に、基
板の面方位に依存している（例えば１９９１年春季第３
８回応用物理学関係連合講演会予稿集第１分冊、講演番
号３０ａ−ＺＧ−５）。つまりＧａＡｓ基板の面方位
が、（００１）から［−１１０］または［１−１０］方
向に０°以上１０°以下傾斜していると自然超格子が形
成され易くなり、バンドギャップエネルギは小さくな
る。然るに、不純物による自然超格子の無秩序化によっ
て得られるバンドギャップエネルギは、無秩序化前の自
然超格子の秩序度すなわちバンドギャップエネルギに殆
ど依存せず、その活性層中の不純物濃度できまる。従っ
て、傾斜していない基板を用いたときに比べ、面方位が
（００１）から［−１１０］または［１−１０］方向に
０°以上１０°以下傾斜しているＧａＡｓ基板上に結晶
成長を行い、活性層の内、ストライプの脇に不純物を拡
散して自然超格子を無秩序化し、バンドギャップエネル
ギを大きく屈折率を小さくする構造をとると、前記スト
ライプ内と脇とのバンドギャップエネルギ差や屈折率差
を大きくできる。この効果により電流狭窄層を活性層か
らさらに離し光吸収を小さくすることができ、結局、低
い閾値で発振する横モード半導体レーザができる。
然超格子の秩序度は、成長温度や（Ｖ族原料供給量）／
（ＩＩＩ族原料供給量）比（Ｖ／ＩＩＩ比）の他に、基
板の面方位に依存している（例えば１９９１年春季第３
８回応用物理学関係連合講演会予稿集第１分冊、講演番
号３０ａ−ＺＧ−５）。つまりＧａＡｓ基板の面方位
が、（００１）から［−１１０］または［１−１０］方
向に０°以上１０°以下傾斜していると自然超格子が形
成され易くなり、バンドギャップエネルギは小さくな
る。然るに、不純物による自然超格子の無秩序化によっ
て得られるバンドギャップエネルギは、無秩序化前の自
然超格子の秩序度すなわちバンドギャップエネルギに殆
ど依存せず、その活性層中の不純物濃度できまる。従っ
て、傾斜していない基板を用いたときに比べ、面方位が
（００１）から［−１１０］または［１−１０］方向に
０°以上１０°以下傾斜しているＧａＡｓ基板上に結晶
成長を行い、活性層の内、ストライプの脇に不純物を拡
散して自然超格子を無秩序化し、バンドギャップエネル
ギを大きく屈折率を小さくする構造をとると、前記スト
ライプ内と脇とのバンドギャップエネルギ差や屈折率差
を大きくできる。この効果により電流狭窄層を活性層か
らさらに離し光吸収を小さくすることができ、結局、低
い閾値で発振する横モード半導体レーザができる。
【０００８】
【実施例】次に、本発明について図面を用いて説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す半導体レーザの断面
図（切断面を示すハッチングは省略）であり、図２はこ
の半導体レーザの製作行程図である。図１は、実施例の
半導体レーザを共振器軸に垂直な面で切断して示してい
る。
る。図１は本発明の一実施例を示す半導体レーザの断面
図（切断面を示すハッチングは省略）であり、図２はこ
の半導体レーザの製作行程図である。図１は、実施例の
半導体レーザを共振器軸に垂直な面で切断して示してい
る。
【０００９】本実施例の製作においては、まず一回目の
減圧ＭＯＶＰＥ法による成長で、（００１）から［１１
０］方向に６°傾斜した面方位のｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ クラッド層
２（厚さ１μｍ）、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ 活性層３（厚さ
０．０７μｍ）、ｐ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
クラッド層４（厚さ１μｍ）、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層
５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６を順次に形成した（図２
（ａ））。成長条件は、温度６６０℃、圧力７０ｔｏｒ
ｒ、Ｖ／ＩＩＩ＝２００である。原料としては、ＴＭＡ
Ｉ、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ホスフィン、アルシン、ｎ型
ドーパントとしてジシラン、ｐ型ドーパントとしてジメ
チルジンクを用いた。こうして成長したウエハにフォト
リソグラフィにより幅５μｍのストライプ状のＳｉＯ2
マスク９を形成した（図２（ｂ））。次にこのＳｉＯ2
マスク９を用いてｐ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
クラッド層４の途中、活性層からの距離０．４μｍのと
ころまでメサ状にエッチングした。そして、亜鉛（Ｚ
ｎ）と燐（Ｐ）の雰囲気の中でマスク９を用いること
で、ストライプ以外の領域の活性層中に選択的にＺｎの
拡散を行い、自然超格子を無秩序化し、Ｚｎ拡散領域１
０を形成した（図２（ｃ））。さらに同じマスク９を用
いた２回目のＭＯＶＰＥ成長によりＳｉドープＧａＡｓ
層８を選択的にメサ部両脇に埋め込んだ（図２
（ｄ））。そしてＳｉＯ2 マスク９を除去し（図２
（ｅ））、３回目のＭＯＶＰＥ成長によりｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層７を形成した。この後、電極を形成し、劈
開してレーザ光放射端面を形成して図１に示す半導体レ
ーザを完成させた。
減圧ＭＯＶＰＥ法による成長で、（００１）から［１１
０］方向に６°傾斜した面方位のｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ クラッド層
２（厚さ１μｍ）、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ 活性層３（厚さ
０．０７μｍ）、ｐ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
クラッド層４（厚さ１μｍ）、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層
５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６を順次に形成した（図２
（ａ））。成長条件は、温度６６０℃、圧力７０ｔｏｒ
ｒ、Ｖ／ＩＩＩ＝２００である。原料としては、ＴＭＡ
Ｉ、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ホスフィン、アルシン、ｎ型
ドーパントとしてジシラン、ｐ型ドーパントとしてジメ
チルジンクを用いた。こうして成長したウエハにフォト
リソグラフィにより幅５μｍのストライプ状のＳｉＯ2
マスク９を形成した（図２（ｂ））。次にこのＳｉＯ2
マスク９を用いてｐ型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
クラッド層４の途中、活性層からの距離０．４μｍのと
ころまでメサ状にエッチングした。そして、亜鉛（Ｚ
ｎ）と燐（Ｐ）の雰囲気の中でマスク９を用いること
で、ストライプ以外の領域の活性層中に選択的にＺｎの
拡散を行い、自然超格子を無秩序化し、Ｚｎ拡散領域１
０を形成した（図２（ｃ））。さらに同じマスク９を用
いた２回目のＭＯＶＰＥ成長によりＳｉドープＧａＡｓ
層８を選択的にメサ部両脇に埋め込んだ（図２
（ｄ））。そしてＳｉＯ2 マスク９を除去し（図２
（ｅ））、３回目のＭＯＶＰＥ成長によりｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層７を形成した。この後、電極を形成し、劈
開してレーザ光放射端面を形成して図１に示す半導体レ
ーザを完成させた。
【００１０】このようにして製作した本発明の半導体レ
ーザと従来の半導体レーザの発振閾電流は、それぞれ４
５ｍＡと５５ｍＡであり、従来に比べ本発明の半導体レ
ーザは発振閾電流値が低くなった。また、本発明の半導
体レーザは５ｍＷ以上まで単一横モートでレーザ発振し
た。
ーザと従来の半導体レーザの発振閾電流は、それぞれ４
５ｍＡと５５ｍＡであり、従来に比べ本発明の半導体レ
ーザは発振閾電流値が低くなった。また、本発明の半導
体レーザは５ｍＷ以上まで単一横モートでレーザ発振し
た。
【００１１】
【発明の効果】以上に説明してきたように、本発明によ
り、活性層で発振するレーザ光の吸収が少なく、発振閾
電流値が低い横モード制御ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザ装置が得られた。
り、活性層で発振するレーザ光の吸収が少なく、発振閾
電流値が低い横モード制御ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザ装置が得られた。
【図１】本発明の半導体レーザの一実施例を示す断面図
である。
である。
【図２】図１の半導体レーザの製作行程図である。
【図３】従来の半導体レーザの断面図である。
１ （００１）から［１１０］方向へ６°傾斜した面
方位のｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ３ ＧａＩｎＰ活性層 ４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５ ｐ型ＧａＩｎＰ層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ８ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層 ９ ＳｉＯ2 １０ Ｚｎ拡散領域 １１ （００１）−ｎ型ＧａＡｓ基板
方位のｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ３ ＧａＩｎＰ活性層 ４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５ ｐ型ＧａＩｎＰ層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ８ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層 ９ ＳｉＯ2 １０ Ｚｎ拡散領域 １１ （００１）−ｎ型ＧａＡｓ基板
Claims (1)
- 【請求項１】 第１伝導型ＧａＡｓ基板上に、第１伝導
型クラッド層と、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰから
なる自然超格子を形成した活性層と、第２伝導型クラッ
ド層とが順次に積層されたダブルヘテロ構造を備え、前
記活性層では、ストライプ内部に比べ該ストライプの脇
の領域が、不純物原子を含み、バンドギャップエネルギ
が大きい構造において、前記第１伝導型ＧａＡｓ基板の
面方位が、（００１）から［−１１０］または［１−１
０］方向に０°以上１０°以下傾斜していることを特徴
とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33567291A JPH05152676A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33567291A JPH05152676A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152676A true JPH05152676A (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=18291223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33567291A Withdrawn JPH05152676A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05152676A (ja) |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP33567291A patent/JPH05152676A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990204 |