JPH0677592A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
- Publication number
- JPH0677592A JPH0677592A JP22972992A JP22972992A JPH0677592A JP H0677592 A JPH0677592 A JP H0677592A JP 22972992 A JP22972992 A JP 22972992A JP 22972992 A JP22972992 A JP 22972992A JP H0677592 A JPH0677592 A JP H0677592A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- quantum well
- strain
- semiconductor laser
- laser device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】短波長の領域において従来より閾値電流を低減
してかつ50℃以上の高温動作を安定に実現する。 【構成】（001）面から〔110〕〔-1-10〕方向に15.8°
傾斜した面のｎ型GaAs基板1の上にｎ型GaInPバッファ層
2、ｎ型（Aly2Ga1-y2）αIn1-αP光導波層3、膜厚7nmの
アンドープ（AlxGa1-x）γIn1-γP量子井戸層5層と、膜
厚8nmのアンドープ（Aly1Ga1-y1）βIn1-βP量子障壁層
4層、及び井戸層両側にAl組成が階段状の光分離閉じ込
め層とから構成される多重量子井戸活性層13、P型（Al
y2Ga1-y2）αIn1-αP光導波層5、P型Ga0.51In0.49Pバッ
ファ層6を760℃においてMOCVDによりエピ成長し、次にS
iO2マスクを形成し、層6と層5をエッチング除去してリ
ッジストライプを形成し、次にSiO2マスクを残したまま
n型GaAs電流狭窄層兼光吸収層7を選択成長し、P型GaAs
コンタクト層8を埋め込み成長する。
してかつ50℃以上の高温動作を安定に実現する。 【構成】（001）面から〔110〕〔-1-10〕方向に15.8°
傾斜した面のｎ型GaAs基板1の上にｎ型GaInPバッファ層
2、ｎ型（Aly2Ga1-y2）αIn1-αP光導波層3、膜厚7nmの
アンドープ（AlxGa1-x）γIn1-γP量子井戸層5層と、膜
厚8nmのアンドープ（Aly1Ga1-y1）βIn1-βP量子障壁層
4層、及び井戸層両側にAl組成が階段状の光分離閉じ込
め層とから構成される多重量子井戸活性層13、P型（Al
y2Ga1-y2）αIn1-αP光導波層5、P型Ga0.51In0.49Pバッ
ファ層6を760℃においてMOCVDによりエピ成長し、次にS
iO2マスクを形成し、層6と層5をエッチング除去してリ
ッジストライプを形成し、次にSiO2マスクを残したまま
n型GaAs電流狭窄層兼光吸収層7を選択成長し、P型GaAs
コンタクト層8を埋め込み成長する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報端末或は光応用
計測用の光源に適する短波長可視半導体レーザ素子に関
する。
計測用の光源に適する短波長可視半導体レーザ素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術では、短波長領域において低
閾値化を図ることを目標に、AlGaInPＬＤにおける４元A
lGaInP量子井戸(ＱＷ)層に対してGaAs基板とは格子定数
が整合しない組成を設定することにより圧縮歪を導入す
ることが例えば先行技術「エレクトロニクス・レター
ス」1992年,28巻,628頁(Electron.Lett.,28,628(1992)
において述べられている。
閾値化を図ることを目標に、AlGaInPＬＤにおける４元A
lGaInP量子井戸(ＱＷ)層に対してGaAs基板とは格子定数
が整合しない組成を設定することにより圧縮歪を導入す
ることが例えば先行技術「エレクトロニクス・レター
ス」1992年,28巻,628頁(Electron.Lett.,28,628(1992)
において述べられている。
【０００３】しかしながら、短波長領域における低閾値
かつ高温動作に関して、３元及び４元量子井戸層の幅や
層数に対する最適化及び歪量の導入についての詳細は述
べられておらず、また傾角基板上における多重量子井戸
(ＭＱＷ)構造の設計についての内容を言及していない。
かつ高温動作に関して、３元及び４元量子井戸層の幅や
層数に対する最適化及び歪量の導入についての詳細は述
べられておらず、また傾角基板上における多重量子井戸
(ＭＱＷ)構造の設計についての内容を言及していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、歪
多重量子井戸活性層における歪ＱＷ幅及び層数や導入す
べき歪量の詳細が述べられておらず、また例えば発振波
長が６３０ｎｍ帯における低閾値動作や温度特性の向上
については触れられていない。
多重量子井戸活性層における歪ＱＷ幅及び層数や導入す
べき歪量の詳細が述べられておらず、また例えば発振波
長が６３０ｎｍ帯における低閾値動作や温度特性の向上
については触れられていない。
【０００５】本発明の目的は、傾角基板上に歪ＭＱＷ構
造活性層を設け歪ＱＷ層幅及び層数を最適化することに
より、６３０ｎｍ帯或いはそれよりも短波長の領域にお
いて従来より閾値電流を低減しかつ５０℃以上の高温動
作を安定に実現することにある。また、用いる傾角基板
のオフ角度を規定することにより、発振波長の短波長化
を図りかつＭＱＷ構造設計に関する裕度を拡大すること
にある。
造活性層を設け歪ＱＷ層幅及び層数を最適化することに
より、６３０ｎｍ帯或いはそれよりも短波長の領域にお
いて従来より閾値電流を低減しかつ５０℃以上の高温動
作を安定に実現することにある。また、用いる傾角基板
のオフ角度を規定することにより、発振波長の短波長化
を図りかつＭＱＷ構造設計に関する裕度を拡大すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段を以下に説明する。
の手段を以下に説明する。
【０００７】まず目的とするレーザ素子の発振波長を想
定して、その波長域に応じたデバイス作製条件及び構造
設計を行っていくことが必要がある。キャリアオ−バフ
ロ−が顕著になってくる発振波長６３０ｎｍ帯では低閾
値化や高温動作を図ることが困難になってくるので、上
記デバイス作製条件及び構造設計の最適化が特に重要と
なる。用いる有効な手段は２つあり、１つは(001)面上
から〔110〕〔-1-10〕または〔1-10〕〔-110〕方向にオ
フした面方位を有する傾角基板を用い、その上に比較的
高温の６６０〜７８０℃で成長した結晶により半導体レ
ーザ素子に基本的なダブルヘテロ構造を形成することで
ある。ここでカッコ内のマイナス符号は軸の負の方向を
表わす。もう１つは、活性層構造をＭＱＷ構造とし、か
つ個々のＱＷ層に歪を導入して歪ＭＱＷ活性層を形成す
ることであり、ＱＷ層に導入する歪量，ＱＷ層幅及び層
数を最適化することである。前者は主に高温動作に対し
て有効であり、後者は低閾値化を図る上で重要である。
定して、その波長域に応じたデバイス作製条件及び構造
設計を行っていくことが必要がある。キャリアオ−バフ
ロ−が顕著になってくる発振波長６３０ｎｍ帯では低閾
値化や高温動作を図ることが困難になってくるので、上
記デバイス作製条件及び構造設計の最適化が特に重要と
なる。用いる有効な手段は２つあり、１つは(001)面上
から〔110〕〔-1-10〕または〔1-10〕〔-110〕方向にオ
フした面方位を有する傾角基板を用い、その上に比較的
高温の６６０〜７８０℃で成長した結晶により半導体レ
ーザ素子に基本的なダブルヘテロ構造を形成することで
ある。ここでカッコ内のマイナス符号は軸の負の方向を
表わす。もう１つは、活性層構造をＭＱＷ構造とし、か
つ個々のＱＷ層に歪を導入して歪ＭＱＷ活性層を形成す
ることであり、ＱＷ層に導入する歪量，ＱＷ層幅及び層
数を最適化することである。前者は主に高温動作に対し
て有効であり、後者は低閾値化を図る上で重要である。
【０００８】
【作用】目的を達成するため、上記手段の作用について
説明する。
説明する。
【０００９】本発明で用いる(001)面上から〔-1-10〕
〔110〕または〔1-10〕〔-110〕方向にオフした面方位
を有する傾角基板の作用を述べる。上記傾角基板上で
は、Al組成の高いAlGaInP混晶において困難とされた１
×１０18ｃｍ-3オーダーのｐ型キャリア濃度を容易に実
現できるので、ｐ型AlGaInPクラッド層へオーバフロー
する電子に対してヘテロ障壁を増大させることが可能と
なる。この結果、従来ＣＷレーザ動作が困難であった５
０℃以上の高温域においても主に電子を閉じ込める効果
が生じ閾キャリア密度を活性層において確保することが
可能となり、高温動作が向上する。傾角基板のオフ角度
が５°以上であれば、ｐ型不純物量によってホール濃度
１×１０18ｃｍ-3オーダーを設定でき、さらにそれ以上
にオフ角度を大きくするとｐ型不純物のキャリア活性化
率が向上することが判明した。
〔110〕または〔1-10〕〔-110〕方向にオフした面方位
を有する傾角基板の作用を述べる。上記傾角基板上で
は、Al組成の高いAlGaInP混晶において困難とされた１
×１０18ｃｍ-3オーダーのｐ型キャリア濃度を容易に実
現できるので、ｐ型AlGaInPクラッド層へオーバフロー
する電子に対してヘテロ障壁を増大させることが可能と
なる。この結果、従来ＣＷレーザ動作が困難であった５
０℃以上の高温域においても主に電子を閉じ込める効果
が生じ閾キャリア密度を活性層において確保することが
可能となり、高温動作が向上する。傾角基板のオフ角度
が５°以上であれば、ｐ型不純物量によってホール濃度
１×１０18ｃｍ-3オーダーを設定でき、さらにそれ以上
にオフ角度を大きくするとｐ型不純物のキャリア活性化
率が向上することが判明した。
【００１０】さらに、上記傾角基板上ではAlGaInPヘテ
ロ界面においてAl組成急峻性が格段に向上し、かつ界面
平坦性も改善されることが明らかとなった。特に、Al組
成の変化を周期的に繰り返したＭＱＷ構造に対する上記
効果は顕著であり、ＱＷ層におけるキャリアの状態密度
増大，発光効率の向上及び発光幅の低減に有効である。
また、上記傾角基板上ではAlGaInP材料系に特有なIII
族元素(Al,Ga及びIn)の秩序配列構造の生成を抑制する
ことができる。(001)ジャスト基板上では、III族元素の
秩序配列構造が生成したAlGaInP混晶において同じ組成
であってもバンドギャップエネルギーが縮小することが
わかっている。これに対し、傾角基板を用いると、その
上に成長した結晶層におけるIII族元素の秩序配列構造
を抑制しバンドギャップエネルギーを相対的に大きく保
つことになる。このことは、レーザ発振波長の短波長化
を図る上で有効であり、ＭＱＷ構造の最適設計上重要と
なる。傾角基板においてオフ角度を１５.８°とした(11
5)基板を用い、成長温度を比較的高い６６０〜７８０
℃、望ましくは７４０〜７８０℃の範囲に設定したとき
に、III族元素の秩序配列構造を完全に消失させること
ができる。これにより、オフ角度１５.８°とした(115)
基板を用いることがバンドギャップエネルギーを最大に
設定できるので好ましいといえる。成長温度との兼ね合
いによって決定するが、傾角基板のオフ角度は０°より
大きく(111)面の５４.７°の範囲、望ましくは５°以上
３０°以下において設定する。
ロ界面においてAl組成急峻性が格段に向上し、かつ界面
平坦性も改善されることが明らかとなった。特に、Al組
成の変化を周期的に繰り返したＭＱＷ構造に対する上記
効果は顕著であり、ＱＷ層におけるキャリアの状態密度
増大，発光効率の向上及び発光幅の低減に有効である。
また、上記傾角基板上ではAlGaInP材料系に特有なIII
族元素(Al,Ga及びIn)の秩序配列構造の生成を抑制する
ことができる。(001)ジャスト基板上では、III族元素の
秩序配列構造が生成したAlGaInP混晶において同じ組成
であってもバンドギャップエネルギーが縮小することが
わかっている。これに対し、傾角基板を用いると、その
上に成長した結晶層におけるIII族元素の秩序配列構造
を抑制しバンドギャップエネルギーを相対的に大きく保
つことになる。このことは、レーザ発振波長の短波長化
を図る上で有効であり、ＭＱＷ構造の最適設計上重要と
なる。傾角基板においてオフ角度を１５.８°とした(11
5)基板を用い、成長温度を比較的高い６６０〜７８０
℃、望ましくは７４０〜７８０℃の範囲に設定したとき
に、III族元素の秩序配列構造を完全に消失させること
ができる。これにより、オフ角度１５.８°とした(115)
基板を用いることがバンドギャップエネルギーを最大に
設定できるので好ましいといえる。成長温度との兼ね合
いによって決定するが、傾角基板のオフ角度は０°より
大きく(111)面の５４.７°の範囲、望ましくは５°以上
３０°以下において設定する。
【００１１】上記傾角基板上に設ける活性層をＭＱＷ構
造とし、個々のＱＷ層に歪を導入してその歪量，ＱＷ層
幅及び層数を最適化することが有効であることを以下に
述べる。歪ＭＱＷ構造を最適設計する際に、最初に考慮
する必要があるのは発振波長である。例えば、発振波長
を６３０〜６４０ｎｍの範囲を目標とした場合、キャリ
アオーバフローが著しくなるために、歪ＭＱＷ構造を設
計する際に、設定すべきパラメータの範囲を十分に考慮
して低閾値化を図る必要がある。発振波長を６３０〜６
４０ｎｍの範囲に想定して、低閾値化を図れる歪ＭＱＷ
構造に関して、以下に圧縮歪を導入する場合と引張歪を
導入する場合に分けて、上記パラメータの最適範囲を述
べる。
造とし、個々のＱＷ層に歪を導入してその歪量，ＱＷ層
幅及び層数を最適化することが有効であることを以下に
述べる。歪ＭＱＷ構造を最適設計する際に、最初に考慮
する必要があるのは発振波長である。例えば、発振波長
を６３０〜６４０ｎｍの範囲を目標とした場合、キャリ
アオーバフローが著しくなるために、歪ＭＱＷ構造を設
計する際に、設定すべきパラメータの範囲を十分に考慮
して低閾値化を図る必要がある。発振波長を６３０〜６
４０ｎｍの範囲に想定して、低閾値化を図れる歪ＭＱＷ
構造に関して、以下に圧縮歪を導入する場合と引張歪を
導入する場合に分けて、上記パラメータの最適範囲を述
べる。
【００１２】(AlxGa1-x)αIn1-αP量子井戸層において
圧縮歪を導入する場合(０.１＜α＜０.５)には、ＱＷ層
を形成する材料のバンドギャップエネルギーが小さくな
るので、薄膜のＱＷ層が要求されキャリア閉じ込めの低
下を引き起こす。このため、３元GaInP層よりもバンド
ギャップエネルギーの大きい４元AlGaInP層によりＱＷ
層を形成した方が同じ発振波長においてＱＷ層幅を広く
でき、キャリア閉じ込めの向上が図れるので望ましい。
III族元素の秩序配列構造を完全に抑制できる(115)基板
上においても、上記発振波長を実現するためには無歪の
３元GaInPＱＷ層幅は５〜６ｎｍにする必要があり、圧
縮歪を導入するとＱＷ層幅はそれ以下になり不利であ
る。４元AlGaInPＱＷ層ではAl組成ｘを０.１にまで大き
くすると、ＱＷ層幅を７〜８ｎｍの範囲で格子不整０.
７〜０.８％の圧縮歪を導入できる。４元ＱＷ層のAl組
成ｘを０.２に設定すると、同じＱＷ層幅の範囲で格子
不整１.２〜１.４％の圧縮歪を導入できる。ＭＱＷ構造
に導入できる歪量に関しては、臨界膜厚を考慮して格子
不整は０.５〜２.０％の範囲で圧縮歪を設定することが
望ましい。ＱＷ層数に関しては、層数が少ないとＭＱＷ
活性層においてキャリア閉じ込めが低下し、層数が多す
ぎると有効質量の大きなホールの不均一注入をまねくた
め、閾値電流の上昇を生ずる。以上を考慮して、圧縮歪
を導入するＭＱＷ構造では、４元ＱＷ層を用いることが
有利であり、Al組成ｘは０＜ｘ≦０.２の範囲、ＱＷ層
幅は６〜９ｎｍの範囲及びＱＷ層数は１０層以下として
３〜７層の範囲が最適範囲であり、この範囲において格
子不整０.５〜２.０％の範囲となる圧縮歪を設定したと
きに従来より低閾値化が可能となった。
圧縮歪を導入する場合(０.１＜α＜０.５)には、ＱＷ層
を形成する材料のバンドギャップエネルギーが小さくな
るので、薄膜のＱＷ層が要求されキャリア閉じ込めの低
下を引き起こす。このため、３元GaInP層よりもバンド
ギャップエネルギーの大きい４元AlGaInP層によりＱＷ
層を形成した方が同じ発振波長においてＱＷ層幅を広く
でき、キャリア閉じ込めの向上が図れるので望ましい。
III族元素の秩序配列構造を完全に抑制できる(115)基板
上においても、上記発振波長を実現するためには無歪の
３元GaInPＱＷ層幅は５〜６ｎｍにする必要があり、圧
縮歪を導入するとＱＷ層幅はそれ以下になり不利であ
る。４元AlGaInPＱＷ層ではAl組成ｘを０.１にまで大き
くすると、ＱＷ層幅を７〜８ｎｍの範囲で格子不整０.
７〜０.８％の圧縮歪を導入できる。４元ＱＷ層のAl組
成ｘを０.２に設定すると、同じＱＷ層幅の範囲で格子
不整１.２〜１.４％の圧縮歪を導入できる。ＭＱＷ構造
に導入できる歪量に関しては、臨界膜厚を考慮して格子
不整は０.５〜２.０％の範囲で圧縮歪を設定することが
望ましい。ＱＷ層数に関しては、層数が少ないとＭＱＷ
活性層においてキャリア閉じ込めが低下し、層数が多す
ぎると有効質量の大きなホールの不均一注入をまねくた
め、閾値電流の上昇を生ずる。以上を考慮して、圧縮歪
を導入するＭＱＷ構造では、４元ＱＷ層を用いることが
有利であり、Al組成ｘは０＜ｘ≦０.２の範囲、ＱＷ層
幅は６〜９ｎｍの範囲及びＱＷ層数は１０層以下として
３〜７層の範囲が最適範囲であり、この範囲において格
子不整０.５〜２.０％の範囲となる圧縮歪を設定したと
きに従来より低閾値化が可能となった。
【００１３】一方、(AlxGa1-x)αIn1-αP量子井戸層に
おいて引張歪を導入する場合(０.５＜α＜０.８)には、
ＱＷ層を形成する材料のバンドギャップエネルギーが大
きくなるので、３元GaInP層によりＱＷ層を形成しても
上記発振波長を有する歪ＭＱＷ構造において低閾値化を
図る設計が可能となる。引張歪を導入し組成αを大きく
設定する方向では、間接遷移のＸ点が直接遷移のΓ点の
バンドギャップエネルギーに近づき発光効率が低下する
ので、格子不整は２.０％以上導入することは明らかに
不利であり１.５％以下に設定することが望ましい。以
上を考慮して、引張歪ＭＱＷ構造では、ＱＷ層のAl組成
ｘは０≦ｘ≦０.１の範囲、ＱＷ層幅は６〜９ｎｍの範
囲及びＱＷ層数は１０層以下として３〜７層の範囲が最
適範囲であり、格子不整０.４〜１.２％の範囲となる引
張歪を設定したときに従来より低閾値化を図れた。
おいて引張歪を導入する場合(０.５＜α＜０.８)には、
ＱＷ層を形成する材料のバンドギャップエネルギーが大
きくなるので、３元GaInP層によりＱＷ層を形成しても
上記発振波長を有する歪ＭＱＷ構造において低閾値化を
図る設計が可能となる。引張歪を導入し組成αを大きく
設定する方向では、間接遷移のＸ点が直接遷移のΓ点の
バンドギャップエネルギーに近づき発光効率が低下する
ので、格子不整は２.０％以上導入することは明らかに
不利であり１.５％以下に設定することが望ましい。以
上を考慮して、引張歪ＭＱＷ構造では、ＱＷ層のAl組成
ｘは０≦ｘ≦０.１の範囲、ＱＷ層幅は６〜９ｎｍの範
囲及びＱＷ層数は１０層以下として３〜７層の範囲が最
適範囲であり、格子不整０.４〜１.２％の範囲となる引
張歪を設定したときに従来より低閾値化を図れた。
【００１４】以上の結果、He-Neガスレーザの発振波長
６３２.８ｎｍを置き換えることができる６３０〜６４
０ｎｍの領域においても、AlGaInP半導体レーザの特
性、主に従来困難であった５０℃以上での安定動作及び
長期信頼性を可能にし、従来よりも低閾値電流でＣＷ動
作が実現できた。
６３２.８ｎｍを置き換えることができる６３０〜６４
０ｎｍの領域においても、AlGaInP半導体レーザの特
性、主に従来困難であった５０℃以上での安定動作及び
長期信頼性を可能にし、従来よりも低閾値電流でＣＷ動
作が実現できた。
【００１５】上記はレーザ素子の発振波長を６３０〜６
４０ｎｍの範囲に想定し、光出力３〜１０ｍＷの動作を
目標にした場合について述べたものである。目標の発振
波長を上記よりも短波長側の０.５μｍ帯に設定する場
合には、格子定数のより小さいGaP基板を用いてGaInP圧
縮歪ＱＷ層として歪ＭＱＷ構造を設計するのが有効であ
り、実施例６に詳細を述べる。
４０ｎｍの範囲に想定し、光出力３〜１０ｍＷの動作を
目標にした場合について述べたものである。目標の発振
波長を上記よりも短波長側の０.５μｍ帯に設定する場
合には、格子定数のより小さいGaP基板を用いてGaInP圧
縮歪ＱＷ層として歪ＭＱＷ構造を設計するのが有効であ
り、実施例６に詳細を述べる。
【００１６】発振波長の目標が上記より長波長側に設定
できる場合やその波長域において上記よりも高出力特性
を実現することを目標とする場合には、請求項に記載し
た歪ＭＱＷ構造の各パラメータ設計範囲において最適化
を別に図ることが重要である。
できる場合やその波長域において上記よりも高出力特性
を実現することを目標とする場合には、請求項に記載し
た歪ＭＱＷ構造の各パラメータ設計範囲において最適化
を別に図ることが重要である。
【００１７】
【実施例】実施例１ 本発明の一実施例を図１，図２により説明する。まず図
１において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.5μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=2.0μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚5nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0，γ=0.29，格子不整1.7%)歪量子井戸層３層と，
膜厚8nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=0.5，
βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層２層，
及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光分離
閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成ｙ3を
0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に変化させ、それぞれの
膜厚を7nmに設定したアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP
層(ｙ3=0.5,0.55,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合す
る値0.51)から構成される(多重量子井戸層周辺の伝導帯
バンド構造概略は図２のようになる)多重量子井戸活性
層４，ｐ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.8μ
ｍ，NA=7〜8×1017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子
整合する値0.51)，ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=
0.05μｍ，NA=2×1018cm-3)を成長温度７６０℃におい
て有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長した。
この後、ホトリソグラフィーによりSiO2マスク（膜厚d=
0.2μｍ，ストライプ幅4μｍ)を形成し、ケミカルエッ
チングにより層５を０.１〜０.２μｍ残すところまで層
６と層５をエッチング除去してリッジストライプを形成
する。次に、SiO2マスクを残したまま、ｎ型GaAs電流狭
窄兼光吸収層７(d=1.3μｍ，ND=2×1018cm-3)を選択成
長する。さらに、ｐ型GaAsコンタクト層８(d=2〜3μ
ｍ，NA=5×1018〜1×1019cm-3)を埋め込み成長した後、
ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着する。さらに、劈開スク
ライブして素子の形に切り出し、図１の断面を有する素
子を得る。
１において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.5μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=2.0μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚5nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0，γ=0.29，格子不整1.7%)歪量子井戸層３層と，
膜厚8nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=0.5，
βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層２層，
及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光分離
閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成ｙ3を
0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に変化させ、それぞれの
膜厚を7nmに設定したアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP
層(ｙ3=0.5,0.55,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合す
る値0.51)から構成される(多重量子井戸層周辺の伝導帯
バンド構造概略は図２のようになる)多重量子井戸活性
層４，ｐ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.8μ
ｍ，NA=7〜8×1017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子
整合する値0.51)，ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=
0.05μｍ，NA=2×1018cm-3)を成長温度７６０℃におい
て有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長した。
この後、ホトリソグラフィーによりSiO2マスク（膜厚d=
0.2μｍ，ストライプ幅4μｍ)を形成し、ケミカルエッ
チングにより層５を０.１〜０.２μｍ残すところまで層
６と層５をエッチング除去してリッジストライプを形成
する。次に、SiO2マスクを残したまま、ｎ型GaAs電流狭
窄兼光吸収層７(d=1.3μｍ，ND=2×1018cm-3)を選択成
長する。さらに、ｐ型GaAsコンタクト層８(d=2〜3μ
ｍ，NA=5×1018〜1×1019cm-3)を埋め込み成長した後、
ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着する。さらに、劈開スク
ライブして素子の形に切り出し、図１の断面を有する素
子を得る。
【００１８】本実施例における歪多重量子井戸構造活性
層の光閉じ込め係数は０.０２５から０.０３５の範囲で
ある。共振器長６００μｍの素子において室温における
閾値電流が２０〜３０ｍＡで直流動作し６７０〜６８０
ｎｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ
発振温度は１３０〜１５０℃が得られ、動作温度６０℃
における光出力５０ｍＷの定出力動作で２０００時間以
上の長期信頼性が達成された。
層の光閉じ込め係数は０.０２５から０.０３５の範囲で
ある。共振器長６００μｍの素子において室温における
閾値電流が２０〜３０ｍＡで直流動作し６７０〜６８０
ｎｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ
発振温度は１３０〜１５０℃が得られ、動作温度６０℃
における光出力５０ｍＷの定出力動作で２０００時間以
上の長期信頼性が達成された。
【００１９】実施例２ 本発明の他実施例を図３，図４により説明する。まず図
３において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.1μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=2.0μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚7nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0.10，γ=0.24，格子不整2.0%))量子井戸層２層
と，膜厚10nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=
0.5，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層１
層，及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光
分離閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成
をｙ3=0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚7n
mとしたアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP層(ｙ3=0.5,
0.55,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)と
から構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概
略は４図のようになる)多重量子井戸活性層１１，ｐ型
(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.8μｍ，NA=5〜7
×1017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.
51)，ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、図５の断面を有する素
子を得る。
３において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.1μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=2.0μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚7nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0.10，γ=0.24，格子不整2.0%))量子井戸層２層
と，膜厚10nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=
0.5，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層１
層，及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光
分離閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成
をｙ3=0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚7n
mとしたアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP層(ｙ3=0.5,
0.55,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)と
から構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概
略は４図のようになる)多重量子井戸活性層１１，ｐ型
(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.8μｍ，NA=5〜7
×1017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.
51)，ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、図５の断面を有する素
子を得る。
【００２０】本実施例における歪多重量子井戸構造活性
層の光閉じ込め係数は０.０１５から０.０２５の範囲で
ある。共振器長６００μｍの素子において室温における
閾値電流が１０〜２０ｍＡで直流動作し６７０〜６８０
ｎｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ
発振温度は１３０〜１５０℃が得られ、動作温度６０℃
における光出力７０ｍＷの定出力動作で２０００時間以
上の長期信頼性が達成された。
層の光閉じ込め係数は０.０１５から０.０２５の範囲で
ある。共振器長６００μｍの素子において室温における
閾値電流が１０〜２０ｍＡで直流動作し６７０〜６８０
ｎｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ
発振温度は１３０〜１５０℃が得られ、動作温度６０℃
における光出力７０ｍＷの定出力動作で２０００時間以
上の長期信頼性が達成された。
【００２１】実施例３ 本発明の他実施例を図５，図６により説明する。まず図
６において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.1μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y21-y2)αIn1-αP光導波層３(d=1.
1μｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子
整合する値0.51)，膜厚5nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn
1-γP(X=0，γ=0.42，格子不整0.5%)量子井戸層８層
と，膜厚6nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=
0.5，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層７
層，及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光
分離閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成
をｙ3=0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚7n
mとしたアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP層(ｙ3=0.5,
0.55,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)と
から構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概
略は図６のようになる)多重量子井戸活性層１２，ｐ型
(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.1μｍ，NA=5〜7
×1017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.
51)，ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、５図の断面を有する素
子を得る。
６において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.1μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y21-y2)αIn1-αP光導波層３(d=1.
1μｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子
整合する値0.51)，膜厚5nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn
1-γP(X=0，γ=0.42，格子不整0.5%)量子井戸層８層
と，膜厚6nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=
0.5，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層７
層，及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光
分離閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成
をｙ3=0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚7n
mとしたアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP層(ｙ3=0.5,
0.55,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)と
から構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概
略は図６のようになる)多重量子井戸活性層１２，ｐ型
(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.1μｍ，NA=5〜7
×1017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.
51)，ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、５図の断面を有する素
子を得る。
【００２２】本実施例における歪多重量子井戸構造活性
層の光閉じ込め係数は０.２０から０.２５の範囲であ
る。共振器長６００μｍの素子において室温における閾
値電流が６０〜７０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ発
振温度は９０〜１００℃が得られ、動作温度５０℃にお
ける光出力５ｍＷの定出力動作で２０００時間以上の長
期信頼性が達成された。
層の光閉じ込め係数は０.２０から０.２５の範囲であ
る。共振器長６００μｍの素子において室温における閾
値電流が６０〜７０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ発
振温度は９０〜１００℃が得られ、動作温度５０℃にお
ける光出力５ｍＷの定出力動作で２０００時間以上の長
期信頼性が達成された。
【００２３】実施例４ 本発明の他実施例を図７，図８により説明する。まず図
７において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.5μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=1.2μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚7nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0.10，γ=0.38，格子不整1.0%)量子井戸層５層と，
膜厚8nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=0.5，
βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層４層，
及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光分離
閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまで Al組成をｙ
3=0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚10nmと
したアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP層(ｙ3=0.5,0.5
5,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)とか
ら構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概略
は図８のようになる)多重量子井戸活性層１３，ｐ型(Al
y2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.2μｍ，NA=5〜7×1
017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.5
1)，ｐ型 Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、図７の断面を有する素
子を得る。
７において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.
８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、その上
にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.5μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=1.2μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚7nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0.10，γ=0.38，格子不整1.0%)量子井戸層５層と，
膜厚8nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=0.5，
βはGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層４層，
及び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光分離
閉じ込め層(障壁層から光導波層に至るまで Al組成をｙ
3=0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚10nmと
したアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-βP層(ｙ3=0.5,0.5
5,0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)とか
ら構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概略
は図８のようになる)多重量子井戸活性層１３，ｐ型(Al
y2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層５(d=1.2μｍ，NA=5〜7×1
017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.5
1)，ｐ型 Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、図７の断面を有する素
子を得る。
【００２４】本実施例における歪多重量子井戸構造活性
層の光閉じ込め係数は０.１５から０.２０の範囲であ
る。共振器長６００μｍの素子において室温における閾
値電流が４０〜５０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ発
振温度は１００〜１２０℃が得られ、動作温度５０℃に
おける光出力１０ｍＷの定出力動作で２０００時間以上
の長期信頼性が達成された。
層の光閉じ込め係数は０.１５から０.２０の範囲であ
る。共振器長６００μｍの素子において室温における閾
値電流が４０〜５０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ発
振温度は１００〜１２０℃が得られ、動作温度５０℃に
おける光出力１０ｍＷの定出力動作で２０００時間以上
の長期信頼性が達成された。
【００２５】実施例５ 本発明の他実施例を図９，図１０により説明する。まず
図９において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１
５.８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、そ
の上にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.5μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=1.5μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚8nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0，γ=0.59，格子不整0.8%)量子井戸層４層と，膜
厚7nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=0.5，β
はGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層３層，及
び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光分離閉
じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成をｙ3=
0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚10nmとし
たアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-Pβ層(ｙ3=0.5,0.55,
0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)とから
構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概略は
図１０のようになる)多重量子井戸活性層１４，ｐ型(Al
y2Ga1-y2)αIn1 -αP光導波層５(d=1.2μｍ，NA=5〜7×1
017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.5
1)，ｐ型 Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、図９の断面を有する素
子を得る。
図９において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１
５.８°傾いた面を有するｎ型GaAs基板１を用いて、そ
の上にｎ型GaInPバッファ層２(d=0.5μｍ，ND=1×1018c
m-3)，ｎ型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP光導波層３(d=1.5μ
ｍ，ND=1×1018cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)，膜厚8nmのアンドープ(AlxGa1-x)γIn1-γ
P(X=0，γ=0.59，格子不整0.8%)量子井戸層４層と，膜
厚7nmのアンドープ(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP(ｙ1=0.5，β
はGaAs基板と格子整合する値0.51)量子障壁層３層，及
び量子井戸層両側にAl組成を階段状に設定した光分離閉
じ込め層(障壁層から光導波層に至るまでAl組成をｙ3=
0.5から0.7まで0.05ずつ段階的に増やし各膜厚10nmとし
たアンドープ(Aly3Ga1-y3)βIn1-Pβ層(ｙ3=0.5,0.55,
0.6,0.65，βはGaAs基板と格子整合する値0.51)とから
構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バンド構造概略は
図１０のようになる)多重量子井戸活性層１４，ｐ型(Al
y2Ga1-y2)αIn1 -αP光導波層５(d=1.2μｍ，NA=5〜7×1
017cm-3，y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合する値0.5
1)，ｐ型 Ga0.51In0.49Pバッファ層６(d=0.03μｍ，NA=
2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気相
成長法によりエピタキシャル成長した。この後は、実施
例１と全く同様に素子を作製し、図９の断面を有する素
子を得る。
【００２６】本実施例における歪多重量子井戸構造活性
層の光閉じ込め係数は０.１２から０.１８の範囲であ
る。共振器長６００μｍの素子において室温における閾
値電流が３０〜４０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ発
振温度は１００〜１２０℃が得られ、動作温度５０℃に
おける光出力２０ｍＷの定出力動作で２０００時間以上
の長期信頼性が達成された。
層の光閉じ込め係数は０.１２から０.１８の範囲であ
る。共振器長６００μｍの素子において室温における閾
値電流が３０〜４０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ発
振温度は１００〜１２０℃が得られ、動作温度５０℃に
おける光出力２０ｍＷの定出力動作で２０００時間以上
の長期信頼性が達成された。
【００２７】実施例６ 本発明の他実施例を図１１，図１２により説明する。ま
ず１１図において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向
に１５.８°傾いた面を有するｎ型GaP基板１５上に、ｎ
型GaP光導波層１６(d=2.0μｍ，ND=1×1018cm-3)，膜厚
5nmのアンドープGaγIn1-γP(γ=0.7，格子不整1.7%)歪
量子井戸層２層と，膜厚8nmのアンドープGaβIn1-βP
(β=0.9)量子障壁層１層，及び歪量子井戸層両側に光分
離閉じ込め層(膜厚8nmとしたアンドープGaβIn1-βP層
(β=0.9)とから構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バ
ンド構造概略は図１２のようになる)多重量子井戸活性
層１７，ｐ型GaP光導波層１８(d=1.8μｍ，NA=7×1017
〜2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気
相成長法によりエピタキシャル成長した。この後、ホト
リソグラフィーによりSiO2マスク（膜厚d=0.2μｍ，ス
トライプ幅4μｍ)を形成し、ケミカルエッチングにより
層１８を０.１〜０.２μｍ残すところまでエッチング除
去してリッジストライプを形成する。次に、SiO2マスク
を残したまま、ｎ型GaP電流狭窄層１９(d=1.3μｍ，ND=
3×1018cm-3)を選択成長する。さらに、ｐ型GaPコンタ
クト層２０(d=2〜3μｍ，NA=5×1018〜1×1019cm-3)を
埋め込み成長した後、ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着す
る。さらに、劈開スクライブして素子の形に切り出し、
図１１の断面を有する素子を得る。
ず１１図において、(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向
に１５.８°傾いた面を有するｎ型GaP基板１５上に、ｎ
型GaP光導波層１６(d=2.0μｍ，ND=1×1018cm-3)，膜厚
5nmのアンドープGaγIn1-γP(γ=0.7，格子不整1.7%)歪
量子井戸層２層と，膜厚8nmのアンドープGaβIn1-βP
(β=0.9)量子障壁層１層，及び歪量子井戸層両側に光分
離閉じ込め層(膜厚8nmとしたアンドープGaβIn1-βP層
(β=0.9)とから構成される(量子井戸層周辺の伝導帯バ
ンド構造概略は図１２のようになる)多重量子井戸活性
層１７，ｐ型GaP光導波層１８(d=1.8μｍ，NA=7×1017
〜2×1018cm-3)を成長温度７６０℃において有機金属気
相成長法によりエピタキシャル成長した。この後、ホト
リソグラフィーによりSiO2マスク（膜厚d=0.2μｍ，ス
トライプ幅4μｍ)を形成し、ケミカルエッチングにより
層１８を０.１〜０.２μｍ残すところまでエッチング除
去してリッジストライプを形成する。次に、SiO2マスク
を残したまま、ｎ型GaP電流狭窄層１９(d=1.3μｍ，ND=
3×1018cm-3)を選択成長する。さらに、ｐ型GaPコンタ
クト層２０(d=2〜3μｍ，NA=5×1018〜1×1019cm-3)を
埋め込み成長した後、ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着す
る。さらに、劈開スクライブして素子の形に切り出し、
図１１の断面を有する素子を得る。
【００２８】本実施例における歪多重量子井戸構造活性
層の光閉じ込め係数は０.０１０から０.０２５の範囲で
ある。共振器長６００μｍの素子において室温における
閾値電流が４０〜５０ｍＡで直流動作し５３０〜５４０
ｎｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ
発振温度８０〜９０℃が得られ、動作温度５０℃におけ
る光出力１０ｍＷの定出力動作で１０００時間以上の長
期信頼性が達成された。
層の光閉じ込め係数は０.０１０から０.０２５の範囲で
ある。共振器長６００μｍの素子において室温における
閾値電流が４０〜５０ｍＡで直流動作し５３０〜５４０
ｎｍの発振波長を有するレーザ素子を得た。最高レーザ
発振温度８０〜９０℃が得られ、動作温度５０℃におけ
る光出力１０ｍＷの定出力動作で１０００時間以上の長
期信頼性が達成された。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、活性層からのキャリアオーバ
フローが顕著になる発振波長６３０〜６４０ｎｍの範囲
においても、オフ角度を最適に設定した傾角基板を用い
てその上に歪ＱＷ層に導入する歪量やＱＷ層幅及び層数
を最適範囲に設定した歪ＭＱＷ構造を作製することによ
り、AlGaInP半導体レーザ特性の高性能化を図った。こ
れにより、６５０ｎｍ以下の短波長領域では従来困難で
あった低閾値動作および５０℃以上での高温動作を可能
にした。
フローが顕著になる発振波長６３０〜６４０ｎｍの範囲
においても、オフ角度を最適に設定した傾角基板を用い
てその上に歪ＱＷ層に導入する歪量やＱＷ層幅及び層数
を最適範囲に設定した歪ＭＱＷ構造を作製することによ
り、AlGaInP半導体レーザ特性の高性能化を図った。こ
れにより、６５０ｎｍ以下の短波長領域では従来困難で
あった低閾値動作および５０℃以上での高温動作を可能
にした。
【００３０】本発明の実施例によれば、室温において閾
値電流が３０〜４０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子得た。共振器長６００
μｍの素子において、最高レーザ発振温度１００〜１２
０℃が得られ、動作温度５０℃における光出力２０ｍＷ
の定出力動作で２０００時間以上の長期信頼性が達成さ
れた。
値電流が３０〜４０ｍＡで直流動作し６３０〜６４０ｎ
ｍの発振波長を有するレーザ素子得た。共振器長６００
μｍの素子において、最高レーザ発振温度１００〜１２
０℃が得られ、動作温度５０℃における光出力２０ｍＷ
の定出力動作で２０００時間以上の長期信頼性が達成さ
れた。
【００３１】他実施例によって、室温において閾値電流
が４０〜５０ｍＡで直流動作し５３０〜５４０ｎｍの発
振波長を有するレーザ素子得た。共振器長６００μｍの
素子において、最高レーザ発振温度８０〜９０℃が得ら
れ、動作温度５０℃における光出力１０ｍＷの定出力動
作で１０００時間以上の長期信頼性が達成された。
が４０〜５０ｍＡで直流動作し５３０〜５４０ｎｍの発
振波長を有するレーザ素子得た。共振器長６００μｍの
素子において、最高レーザ発振温度８０〜９０℃が得ら
れ、動作温度５０℃における光出力１０ｍＷの定出力動
作で１０００時間以上の長期信頼性が達成された。
【００３２】本発明では、AlGaInP材料系を用いて説明
したが、他の材料系で組成を変えることにより半導体基
板と格子不整となり歪ＱＷ層を形成するInGaAs/GaAs
系，GaAsP/GaAs系，GaAsSb/GaAs系及びInGaAsP/InP系等
に本発明を適用できる。
したが、他の材料系で組成を変えることにより半導体基
板と格子不整となり歪ＱＷ層を形成するInGaAs/GaAs
系，GaAsP/GaAs系，GaAsSb/GaAs系及びInGaAsP/InP系等
に本発明を適用できる。
【図１】本発明の一実施例を示す素子構造断面図。
【図２】本発明一実施例の歪多重量子井戸伝導帯バンド
構造を示す概略図。
構造を示す概略図。
【図３】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図４】本発明他実施例の歪多重量子井戸伝導帯バンド
構造を示す概略図。
構造を示す概略図。
【図５】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図６】本発明他実施例の歪多重量子井戸伝導帯バンド
構造を示す概略図。
構造を示す概略図。
【図７】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図８】本発明他実施例の歪多重量子井戸伝導帯バンド
構造を示す概略図。
構造を示す概略図。
【図９】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図１０】本発明他実施例の歪多重量子井戸伝導帯バン
ド構造を示す概略図。
ド構造を示す概略図。
【図１１】本発明の他実施例を示す素子構造断面図。
【図１２】本発明他実施例の歪多重量子井戸伝導帯バン
ド構造を示す概略図。
ド構造を示す概略図。
１…(001)面から〔110〕〔-1-10〕方向に１５.８°オフ
したｎ型GaAs基板、２…ｎ型GaInPバッファ層、３…ｎ
型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP(y2=0.7，αはGaAs基板と格子
整合する値0.51)光導波層、４…GaγIn1-γP/(Aly1Ga
1-y1)βIn1-βP歪多重量子井戸構造活性層、５…ｐ型(A
ly2Ga1-y2)αIn1-αP(y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)光導波層、６…ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ
層、７…ｎ型GaAs電流狭窄兼光吸収層、８…ｐ型GaAsコ
ンタクト層、９…ｐ電極、１０…ｎ電極、１１…(AlxGa
1-x)γIn1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP歪多重量子井戸
構造活性層、１２…GaγIn1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-β
P歪多重量子井戸構造活性層、１３…(AlxGa1-x)γIn
1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP歪多重量子井戸構造活性
層、１４…GaγIn1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP歪多重
量子井戸構造活性層、１５…(001)面から〔110〕〔-1-1
0〕方向に１５.８°オフしたｎ型GaP基板、１６…ｎ型G
aP光導波層、１７…GaγIn1-γP/GaβIn1-βP歪多重量
子井戸構造活性層、１８…ｐ型GaP光導波層、１９…ｎ
型GaP電流狭窄層、２０…ｐ型GaPコンタクト層。
したｎ型GaAs基板、２…ｎ型GaInPバッファ層、３…ｎ
型(Aly2Ga1-y2)αIn1-αP(y2=0.7，αはGaAs基板と格子
整合する値0.51)光導波層、４…GaγIn1-γP/(Aly1Ga
1-y1)βIn1-βP歪多重量子井戸構造活性層、５…ｐ型(A
ly2Ga1-y2)αIn1-αP(y2=0.7，αはGaAs基板と格子整合
する値0.51)光導波層、６…ｐ型Ga0.51In0.49Pバッファ
層、７…ｎ型GaAs電流狭窄兼光吸収層、８…ｐ型GaAsコ
ンタクト層、９…ｐ電極、１０…ｎ電極、１１…(AlxGa
1-x)γIn1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP歪多重量子井戸
構造活性層、１２…GaγIn1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-β
P歪多重量子井戸構造活性層、１３…(AlxGa1-x)γIn
1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP歪多重量子井戸構造活性
層、１４…GaγIn1-γP/(Aly1Ga1-y1)βIn1-βP歪多重
量子井戸構造活性層、１５…(001)面から〔110〕〔-1-1
0〕方向に１５.８°オフしたｎ型GaP基板、１６…ｎ型G
aP光導波層、１７…GaγIn1-γP/GaβIn1-βP歪多重量
子井戸構造活性層、１８…ｐ型GaP光導波層、１９…ｎ
型GaP電流狭窄層、２０…ｐ型GaPコンタクト層。
Claims (11)
- 【請求項１】半導体基板上に、有機金属気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法又は分子線エピタキシ−（ＭＢＥ）法により
成長された禁制帯幅の大きな光導波層(Aly2Ga1-y2)αIn
1-αP（０＜ｙ2≦１，０.２＜α＜０.８）に挾まれた多
重量子井戸構造（量子障壁層(Aly1GA1-y1)βIn1-βP
（０＜ｙ1＜ｙ2≦１，０.１＜β＜０.８）と量子井戸層
(AlxGa1-x)γIn1-γP（０≦ｘ＜ｙ1＜ｙ2≦１，０.１＜
γ＜０.８）の周期構造からなる）において、該量子井
戸層における組成γを半導体基板と格子整合しない組成
に変えて歪量を導入するが、圧縮歪を導入する０.１＜
γ＜０.５の範囲では格子不整を０.３％から２.５％の
範囲、望ましくは０.５％以上２.０％以下とし、引張歪
を導入する０.５＜γ＜０.８の範囲では格子不整を０.
３％から１.８％の範囲、望ましくは０.４％以上１.２
％以下として、かつ該量子井戸層の繰返し層数を２層以
上１０層以内に設定することを特徴とする半導体レーザ
素子。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ素子におい
て、該半導体基板に用いる基板面方位が(001)面から〔1
10〕〔-1-10〕方向又は〔1-10〕〔-110〕方向に０°か
ら５４．７°の範囲、望ましくは５°以上３０°以下の
傾いた基板面を有することを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の半導体レーザ素子に
おいて、該量子井戸層個々の間に設ける該量子障壁層個
々の膜厚を５nmから３０nmの範囲、望ましくは８nm以上
１５nm以下の範囲に設定し、該量子井戸層に導入する歪
量が大きいほど該量子障壁層個々の膜厚を大きく設定す
ることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項４】請求項１，２又は３記載の半導体レーザ素
子において、該量子障壁層は無歪とするか或は歪を導入
するが、上記歪量子井戸層個々に導入した歪と反対方向
に応力が加わる歪を導入するときにはその歪量は個々の
該量子井戸層と全く同じかそれ以上の歪量をとるように
設定されたことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項５】請求項１，２，３又は４記載の半導体レー
ザ素子において、該量子障壁層は無歪とするか或は歪を
導入するが、上記歪量子井戸層個々に導入した歪と同じ
方向に応力が加わる歪を導入するときにはその歪量は個
々の該量子井戸層の歪量よりも小さい値をとるように設
定され、歪を導入した該量子井戸層及び該量子障壁層が
繰り返された多重量子井戸構造全体の膜厚が臨界膜厚を
超えない範囲であることを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４又は５記載の半導体
レーザ素子において、該歪量子井戸層の膜厚を４nmから
１５nmの範囲に設定し、歪量子井戸層の膜厚が薄くなる
ほどそれに応じて量子井戸層数を２層から１０層の範囲
で増加させて、光閉じ込め係数を０.０１から０.３０の
範囲に設定することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項７】請求項１，２，３，４，５又は６記載の半
導体レーザ素子において、該量子井戸層(AlxGa1-x)γIn
1-γP（０≦ｘ＜ｙ1＜ｙ2≦１，０.１＜γ＜０.８）に
おけるAl組成ｘに関して、該量子井戸層に圧縮歪を導入
する０.１＜γ＜０.５のときには０≦ｘ≦０.２の範囲
とし、該量子井戸層に引張歪を導入する０.５＜γ＜０.
８のときには０≦ｘ≦０.１の範囲に設定することを特
徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６又は７記載
の半導体レーザ素子において、該量子井戸及び該量子障
壁層個々に導入する歪量は各膜厚が弾性エネルギ−を維
持でき転位や欠陥を発生しない臨界量以内であることを
特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７又は８
記載の半導体レーザ素子において、該量子障壁層のAl組
成ｙ1から該光導波層のAl組成ｙ2までにAl組成を徐々に
大きくしていったＧＲＩＮ(Graded Index)層、または階
段状に大きくしていったステップ層を光導波かつ光閉じ
込め層として設けたことを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項１０】請求項１，２，３，４，５，６，７，８
又は９記載の半導体レーザ素子において、該半導体基板
に用いる材料がGaAs1-zPz（０≦ｚ≦１）であることを
特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項１１】特許請求項目第１，２，３，４，５，
６，７，８，９又は１０記載の半導体レーザ素子におい
て、該半導体基板上に設けられる各結晶層が成長温度６
６０〜７８０℃の範囲でエピタキシャル成長されること
を特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22972992A JPH0677592A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22972992A JPH0677592A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677592A true JPH0677592A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16896782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22972992A Pending JPH0677592A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677592A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923688A (en) * | 1996-09-02 | 1999-07-13 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
| KR100253933B1 (ko) * | 1995-06-29 | 2000-05-01 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
| US6072196A (en) * | 1996-09-05 | 2000-06-06 | Ricoh Company, Ltd. | semiconductor light emitting devices |
| US6452215B1 (en) | 1996-09-05 | 2002-09-17 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light emitting devices |
| WO2002080320A1 (fr) * | 2001-03-28 | 2002-10-10 | Nichia Corporation | Element semi-conducteur a base de nitrure |
| KR100363242B1 (ko) * | 1995-06-16 | 2003-02-11 | 삼성전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 |
| US6542528B1 (en) | 1999-02-15 | 2003-04-01 | Ricoh Company, Ltd. | Light-emitting semiconductor device producing red wavelength optical radiation |
| WO2017192718A1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-11-09 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Semiconductor laser incorporating an electron barrier with low aluminum content |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP22972992A patent/JPH0677592A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100363242B1 (ko) * | 1995-06-16 | 2003-02-11 | 삼성전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 |
| KR100253933B1 (ko) * | 1995-06-29 | 2000-05-01 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
| US5923688A (en) * | 1996-09-02 | 1999-07-13 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
| US6072196A (en) * | 1996-09-05 | 2000-06-06 | Ricoh Company, Ltd. | semiconductor light emitting devices |
| US6452215B1 (en) | 1996-09-05 | 2002-09-17 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light emitting devices |
| US6542528B1 (en) | 1999-02-15 | 2003-04-01 | Ricoh Company, Ltd. | Light-emitting semiconductor device producing red wavelength optical radiation |
| US6829271B2 (en) | 1999-02-15 | 2004-12-07 | Ricoh Company, Ltd. | Light-emitting semiconductor device producing red wavelength optical radiation |
| WO2002080320A1 (fr) * | 2001-03-28 | 2002-10-10 | Nichia Corporation | Element semi-conducteur a base de nitrure |
| US7095051B2 (en) | 2001-03-28 | 2006-08-22 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor element |
| WO2017192718A1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-11-09 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Semiconductor laser incorporating an electron barrier with low aluminum content |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0476689A2 (en) | Semiconductor laser and manufacturing method of the same | |
| EP0545262B1 (en) | Strained quantum well laser diode | |
| JPH09139543A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| US5331656A (en) | Very short wavelength semiconductor laser | |
| Coleman | Strained layer quantum well heterostructure lasers | |
| JPH0856045A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH0677592A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP4028158B2 (ja) | 半導体光デバイス装置 | |
| JPH07249838A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JPH0697592A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JP3033333B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH05211372A (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
| JPH0513884A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH0541560A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH07111366A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH0669589A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH07111367A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2865160B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
| JPH06104534A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH08307005A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH07122811A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2780625B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
| JP2669401B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP2924435B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JPH06164064A (ja) | 可視光半導体レーザ |