JPH06314856A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH06314856A
JPH06314856A JP10432393A JP10432393A JPH06314856A JP H06314856 A JPH06314856 A JP H06314856A JP 10432393 A JP10432393 A JP 10432393A JP 10432393 A JP10432393 A JP 10432393A JP H06314856 A JPH06314856 A JP H06314856A
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JP
Japan
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type
semiconductor
thin film
layer
group
Prior art date
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Pending
Application number
JP10432393A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Okawa
和宏 大川
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はII−VI族半導体より構成される半導
体レーザを屈折率導波構造にすることによって、低閾電
流で動作するレーザを提供することを目的としている。 【構成】 p型GaAs基板上にn型GaAs電流ブロ
ック層4を有し、凹形形状部20の上に形成されたII−
VI族半導体から構成される活性層7を屈曲させるもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、II−VI族半導体を用い
た青色から黄色に至る領域で発振する青緑色半導体レー
ザの構造に関するものであり、特に、屈折率導波型レー
ザ構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のII−VI族半導体を活性層に利用し
た半導体レーザは、例えばアフ゜ライト゛ フィシ゛ックス レタース゛第59
巻第1272頁(M.A.Haase et al. Applied Physics Lette
rs 59,1272 (1991))、または、アフ゜ライト゛ フィシ゛ックス レタース゛
第60巻第2045頁(H.Jeon et al.Applied Physics Letter
s 60, 2045 (1992))等に記載されているような、ヘテロ
接合面に平行な方向の光閉じ込めができていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような構造では光
閉じ込めをしていないため、ストライプ幅を小さくする
ことが困難であった。そのため、閾電流は77Kで74
mA程度と大きくなり、室温連続発振に必要な低閾電流
駆動ができないという課題があった。
【0004】本発明は、上記の欠点を解消し、ヘテロ接
合面に平行な方向の光閉じ込めを行い、低閾電流で発振
する青緑色半導体レーザを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、p型II−VI族半導体が、幅1μm以上50μ
m以下のストライプ形状を有するn型半導体薄膜を介し
てp型III−V族半導体基板上に形成され、かつ、このス
トライプ形状部分の少なくとも一部ではp型II−VI族半
導体がp型III−V族半導体基板と直接接合し、しかも、
p型II−VI族半導体を介してII−VI族半導体の活性層が
形成され、少なくともストライプ部分に対応する活性層
部分では、活性層を屈曲した半導体レ−ザによって、か
かる従来の課題を克服した。
【0006】
【作用】本発明の半導体レ−ザの構成は、断面形状が凹
型に分断されたストライプ形状のn型半導体薄膜を介し
て、p型II−VI族半導体とp型III−V族半導体基板とが
接合しているため、p型基板から注入される電流は、n
型半導体薄膜上のストライプ形状に電流狭窄される。従
って、本発明の半導体レ−ザは、従来のように、電流狭
窄部に、熱伝導度の小さいポリイミドやSiO2のよう
な樹脂や酸化物を用いていないため、活性層で生じた熱
の放散が優れている。
【0007】また、n型半導体薄膜がストライプ形状で
除去されて、得られたストライプ形状の段差のために、
その上に作製したII−VI族半導体から構成される半導体
レーザ積層構造は、前記段差部で屈曲させられる。その
結果、屈曲された活性層は屈折率導波構造としての機能
を有するようになるものである。
【0008】
【実施例】本発明の半導体レ−ザは、p型III−V族半導
体基板上に形成してあるn型半導体薄膜がストライプ形
状で除去されており、前記ストライプ部に露出したp型
III−V族半導体半導体基板の一部がp型II−VI族半導体
クラッド層と接合することにより電流狭窄部が形成さ
れ、かつストライプ部の段差上のII−VI族半導体活性層
を屈曲させることにより屈折率導波構造を形成するもの
である。
【0009】本発明に供されるp型III−V族半導体基板
材料としては、GaAsあるいはInBGa1-BAs(但
し、0.03≦B≦0.06)が、積層するII−VI族半導
体と格子定数が近いため好ましい。
【0010】また、p型III−V族半導体基板上に、p型
GaAs薄膜、p型GaInP薄膜、p型AlGaIn
P薄膜、p型AlInP薄膜のいずれか一つ以上を形成
すると、p型GaAs基板あるいはp型InGaAs基
板とp型II−VI族半導体の価電子帯の障壁を小さくする
ことができるため、低い電圧でp型基板からp型II−VI
族半導体クラッド層に電流注入することができる。
【0011】n型半導体薄膜の材料として、ZnSe、
ZnSSe、ZnMgSSe、ZnMnSSe、GaA
s、GaInP、InGaAsを用いると、p型III−V
族半導体のGaAs基板あるいはInGaAs基板とほ
ぼ格子整合するため、好ましい。
【0012】以下、具体例について詳細に述べる。図1
は本発明の一実施例の半導体レーザの構造断面図であ
る。
【0013】有機金属化学気相エピタキシー(MOCV
D)法により、p型GaAs基板1上に、p型GaAs
薄膜2、p型Ga0.5In0.5P(GaInPと略す)薄
膜3およびn型GaAs薄膜4を順次積層した。p型G
aAs薄膜2、p型GaInP薄膜3およびn型GaA
s薄膜4の膜厚は、それぞれ0.3μm、0.1μm、
0.2μmである。
【0014】ホトリソグラフィー技術により、前記III
−V族半導体基板上のn型GaAs薄膜4にホトレジス
トを塗布し、幅5μmで長さ30mmのストライプのパ
ターンを形成した。そして、化学エッチング法により、
n型GaAs薄膜4を除去し、その結果、ストライプ形
状でn型GaAs薄膜4のない凹部20を図1の如く形
成した。
【0015】GaAsとGaInPの化学エッチングに
おけるエッチング速度は大きく異なるため、エッチング
はn型GaAs薄膜4とp型GaInP薄膜3の界面付
近で止まっている。得られた凹部20の深さは0.21
μmである。
【0016】エッチングした基板を分子線エピタキシー
装置に導入し、II−VI族半導体をエピタキシャル成長す
る。作製した構造は、図1の如くp型ZnSe層5、p
型ZnSSeクラッド層6、ZnCdSe活性層7、n
型ZnSSeクラッド層8、n型ZnSeクラッド層
9、n+型ZnSeコンタクト層10を順次エピタキシ
ャル成長した。
【0017】本実施例ではII−VI族半導体の成長温度は
325℃であったので、ZnSSeクラッド層6および
8の組成はZnS0.07Se0.93としてた。但し、成長温
度がより高い場合には、ZnSSeクラッド層6および
8のS組成は大きくなる。また、成長温度が低い場合に
は、S組成は小さくなる。
【0018】ZnCdSe活性層7の組成は、Zn0.7
Cd0.3Seとした。また、n型不純物にはZnCl2
用いたClを採用した。さらに、p型不純物には窒素プ
ラズマからの活性窒素を用いた。
【0019】p型層とn型層のキャリヤ密度は、ともに
2×1017cm-3〜8×1017cm -3であった。また、
+型ZnSeコンタクト層10のキャリヤ密度は、1
19cm-3にした。
【0020】さらに、p型ZnSe層5、p型ZnSS
eクラッド層6、ZnCdSe活性層7、n型ZnSS
eクラッド層8、n型ZnSeクラッド層9、n+型Z
nSeコンタクト層10の膜厚は、順に0.03μm、
2μm、0.015μm、1μm、3μm、0.1μmで
ある。
【0021】凹部20上にエピタキシャル成長したII−
VI族半導体薄膜は、凹部によって屈曲される。活性層7
も凹部20によって図1の如く屈曲しているため、凹部
20の上部の活性層7で生じたレーザ光は、横方向に閉
じ込められる。すなわち、屈折率導波構造が達成されて
いる。
【0022】p型GaAs基板1にAu−Zn電極を、
+型ZnSeコンタクト層10にAu/Ti電極を用
いた。共振器長約1mmのレーザチップにし、コンタク
ト層10の側をヒートシンクにハンダで貼付けた。
【0023】このようにして作製した半導体レ−ザを、
77Kのパルス動作で特性を評価した。その結果、図2
の如く約520nmでレーザ発振することが確認され
た。またこのレーザ素子の光出力−電流特性は図3の如
くであり、閾電流は15mAと低閾値を示し、動作電圧
は約13Vであった。
【0024】また、77Kでは連続動作が可能であっ
た。そして室温においても、閾電流225mAでレーザ
発振した。
【0025】なお、本実施例では基板にGaAsを用い
たが、ZnSeと格子定数の近いInBGa1-BAs(I
nGaAsと略す)基板(ただし、0.03≦B≦0.0
6)を用いても、本発明のレーザ構造は有効である。但
し、InGaAs基板の場合は、格子定数が小さくなる
分、ZnSSe混晶の組成Sは減少する。
【0026】動作電圧は、p型ZnSe層5と接するp
型III−V族半導体薄膜の材料によって変化する。例え
ば、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(AlGaI
nPと略す)薄膜を、図1のp型GaInP薄膜3とn
型GaAs薄膜4との間に挿入し、凹部20においてp
型ZnSe層5とp型AlGaInP薄膜とが接触する
ようにすると、動作電圧は約10%から30%減少す
る。また、p型AlGaInP薄膜ではなく、p型Al
0.5In0.5P薄膜を用いると、動作電圧はさらに10%
減少することが観測された。なお、GaInP薄膜、A
lGaInP薄膜やAlInP薄膜の組成は、基板1に
格子定数がほぼ同じになるように、GaAIn1-AP(た
だし、0.4≦A≦0.6)、(AlCGa1-CEIn1-E
P(ただし、0.5≦C≦0.7、0.4≦E≦0.6)あ
るいはAlFIn1-FP薄膜(ただし、0.4≦F≦0.
6)の範囲にすることが好ましい。
【0027】また、n型電流狭窄層4の材料としては、
GaAs基板1あるいはInGaAs基板に格子定数が
ほぼ一致するZnSXSe1-X(ただし、0≦X≦0.
1)、ZnYMg1-YZSe1-Z(ただし、0.7≦Y≦
0.9、0.2≦Z≦0.3)、ZnVMn1-VWSe1-W
(ただし、0.7≦V≦0.9、0.2≦W≦0.3)、G
AIn1-AP(ただし、0.4≦A≦0.6)あるいはI
BGa1-BAs(ただし、0.03≦B≦0.06)が有
効である。
【0028】そして本発明の半導体レ−ザは屈折率導波
構造であるため、ストライプ幅は小さくすることが可能
であり、最小1μm程度でレーザ発振した。それよりも
狭いストライプ幅においても、エッチング面の平坦さ、
もしくはp型クラッド層6の厚み等を最適化することに
よって可能であると考えられる。また、ストライプ幅を
大きくする方は、すべてレーザ発振可能であるが、注入
電流が大きくなるため、実用的には50μm以下にする
ことが好ましい。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明はp型II−VI族半
導体が、幅1μm以上50μm以下のストライプ形状を
有するn型半導体薄膜を介してp型III−V族半導体基板
上に形成され、かつ、ストライプ形状部分の少なくとも
一部ではp型II−VI族半導体がp型III−V族半導体基板
と直接接合し、p型II−VI族半導体を介してII−VI族半
導体の活性層が形成され、少なくともストライプ部分に
対応する活性層部分で、活性層を屈曲させた半導体レ−
ザであるため、II−VI族半導体より構成される半導体レ
ーザの閾電流を小さくすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体レーザの構造断面図
【図2】本発明の実施例の半導体レーザの77Kにおけ
るレーザスペクトル
【図3】本発明の実施例の半導体レーザの77Kにおけ
る光出力−電流特性
【符号の説明】
1 p型GaAs基板 2 p型GaAs薄膜 3 p型GaInP薄膜 4 n型GaAs薄膜 5 p型ZnSe層 6 p型ZnSSeクラッド層 7 ZnCdSe活性層 8 n型ZnSSeクラッド層 9 n型ZnSeクラッド層 10 n+型ZnSeコンタクト層 20 凹部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p型II−VI族半導体が、幅1μm以上50
    μm以下のストライプ形状を有するn型半導体薄膜を介
    してp型III−V族半導体基板上に形成され、かつ、前記
    ストライプ形状部分の少なくとも一部では前記p型II−
    VI族半導体が前記p型III−V族半導体基板と直接接合
    し、前記p型II−VI族半導体を介してII−VI族半導体の
    活性層が形成され、少なくとも前記ストライプ部分に対
    応する前記活性層部分で、前記活性層を屈曲させたこと
    を特徴とする半導体レ−ザ。
  2. 【請求項2】p型III−V族半導体基板材料が、GaAs
    あるいはInBGa1-BAs(ただし、0.03≦B≦0.
    06)であることを特徴とする、請求項1記載の半導体
    レーザ。
  3. 【請求項3】p型III−V族半導体基板が、p型GaAs
    薄膜、p型GaAIn1 -AP薄膜(ただし、0.4≦A≦
    0.6)、p型(AlCGa1-CEIn1-EP薄膜(ただ
    し、0.5≦C≦0.7、0.4≦E≦0.6)あるいはp
    型AlFIn1-FP薄膜(ただし、0.4≦F≦0.6)の
    いずれか一つ以上を具備することを特徴とする、請求項
    1もしくは2何れかに記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】n型半導体薄膜の材料が、ZnSe、Zn
    XSe1-X(ただし、0≦X≦0.1)、ZnYMg1-Y
    ZSe1-Z(ただし、0.7≦Y≦0.9、0.2≦Z≦
    0.3)、ZnVMn1-VWSe1-W(ただし、0.7≦V
    ≦0.9、0.2≦W≦0.3)、GaAs、GaAIn
    1-AP(ただし、0.4≦A≦0.6)あるいはInBGa
    1-BAs(ただし、0.03≦B≦0.06)のいずれか
    であることを特徴とする、請求項1記載の半導体レー
    ザ。
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