JPH0710021B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPH0710021B2 JPH0710021B2 JP21557387A JP21557387A JPH0710021B2 JP H0710021 B2 JPH0710021 B2 JP H0710021B2 JP 21557387 A JP21557387 A JP 21557387A JP 21557387 A JP21557387 A JP 21557387A JP H0710021 B2 JPH0710021 B2 JP H0710021B2
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- semiconductor laser
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、低しきい値で動作する半導体レーザ装置に
関するものである。
関するものである。
第３図は鈴木らがElectronics Letters.P.931（21）198
5で示しているAlGaInP系の半導体レーザ装置の構造を示
す斜視図である。
5で示しているAlGaInP系の半導体レーザ装置の構造を示
す斜視図である。
この図において、11はｎ形GaAsからなる基板、12はｎ型
AlGaInPからなるクラッド層、13はアンドープGaInPから
なる活性層、14はｐ形AlGaInPからなるクラッド層、15
はｎ形GaAsからなる電流ブロック層、16はｐ形GaAsから
なるコンタクト層、17は前記電流ブロック層15に形成さ
れた電流注入用のストライプ状溝、18,19はそれぞれｐ
個およびｎ側の電極である。
AlGaInPからなるクラッド層、13はアンドープGaInPから
なる活性層、14はｐ形AlGaInPからなるクラッド層、15
はｎ形GaAsからなる電流ブロック層、16はｐ形GaAsから
なるコンタクト層、17は前記電流ブロック層15に形成さ
れた電流注入用のストライプ状溝、18,19はそれぞれｐ
個およびｎ側の電極である。
このレーザ構造においては、電流は電流ブロック層15中
に設けられたストライプ状溝17を通って流れ、活性層13
のストライプ状溝17の下に位置する領域が発振領域とな
る。
に設けられたストライプ状溝17を通って流れ、活性層13
のストライプ状溝17の下に位置する領域が発振領域とな
る。
上記のような従来の半導体レーザ装置では、電流ブロッ
ク層15と活性層13の間が１μｍ程度離れているため、ク
ラッド層14内で電流が拡がり易くなっており、ストライ
プ状溝17の幅を狭くしても発振領域以外を流れて発振に
寄与しない無効電流の割合が増加し、発振しきい値が下
がりにくいという問題点があった。
ク層15と活性層13の間が１μｍ程度離れているため、ク
ラッド層14内で電流が拡がり易くなっており、ストライ
プ状溝17の幅を狭くしても発振領域以外を流れて発振に
寄与しない無効電流の割合が増加し、発振しきい値が下
がりにくいという問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、特に精密な制御を要するエッチング技術を必要と
せずに無効電流を低減できる低しきい値を半導体レーザ
装置を得ることを目的とする。
ので、特に精密な制御を要するエッチング技術を必要と
せずに無効電流を低減できる低しきい値を半導体レーザ
装置を得ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも活性層
と、電流ブロック層と活性層間の半導体層をオーダリン
グ効果を生じるように形成しておき、これらの半導体層
内にオーダリング効果を解消して電流通路を規定する不
純物の拡散領域を形成したものである。
と、電流ブロック層と活性層間の半導体層をオーダリン
グ効果を生じるように形成しておき、これらの半導体層
内にオーダリング効果を解消して電流通路を規定する不
純物の拡散領域を形成したものである。
この発明においては、拡散領域内でオーダリング効果に
より本来の値より小さくなった活性層と、電流ブロック
層と活性層間の半導体層のバンドギャップエネルギーが
本来の値に戻り、電流は主にエネルギー障壁によりバン
ドギャップエネルギーの小さい拡散領域の形成されてい
ない領域に流れる。
より本来の値より小さくなった活性層と、電流ブロック
層と活性層間の半導体層のバンドギャップエネルギーが
本来の値に戻り、電流は主にエネルギー障壁によりバン
ドギャップエネルギーの小さい拡散領域の形成されてい
ない領域に流れる。
第１図はこの発明の半導体レーザ装置の一実施例の構造
を示す斜視図、第２図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の半導
体レーザ装置の製造方法を説明するための図である。
を示す斜視図、第２図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の半導
体レーザ装置の製造方法を説明するための図である。
これらの図において、１はMgドープｐ形GaAsからなる基
板、２はMgドープｐ形（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5Ｐからな
るクラッド層で、Zn拡散のされていない非拡散領域2aと
Zn拡散のされている拡散領域2bとから構成されている。
３はアンドープGa0.5In0.5Ｐからなる活性層で、Zn拡散
のされていない非拡散領域3aとZn拡散のされいる拡散領
域3bとから構成されている。４はSeドープｎ形（Al0.5G
a0.5）0.5In0.5Ｐからなるクラッド層で、Zn拡散のされ
ていない非拡散領域4aとZn拡散のされている拡散領域4b
とから構成されている。５はZnドープｐ形GaAsからなる
電流ブロック層、６はSeドープｎ形GaAsからなるコンタ
クト層、７は前記電流ブロック層５に形成された電流注
入用のストライプ状溝、8,9はそれぞれｐ側およびｎ側
の電極である。
板、２はMgドープｐ形（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5Ｐからな
るクラッド層で、Zn拡散のされていない非拡散領域2aと
Zn拡散のされている拡散領域2bとから構成されている。
３はアンドープGa0.5In0.5Ｐからなる活性層で、Zn拡散
のされていない非拡散領域3aとZn拡散のされいる拡散領
域3bとから構成されている。４はSeドープｎ形（Al0.5G
a0.5）0.5In0.5Ｐからなるクラッド層で、Zn拡散のされ
ていない非拡散領域4aとZn拡散のされている拡散領域4b
とから構成されている。５はZnドープｐ形GaAsからなる
電流ブロック層、６はSeドープｎ形GaAsからなるコンタ
クト層、７は前記電流ブロック層５に形成された電流注
入用のストライプ状溝、8,9はそれぞれｐ側およびｎ側
の電極である。
次に、この発明の半導体レーザ装置の製造方法を第２図
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
まず、第２図（ａ）に示すように、基板１上にMBE法ま
たはMO−CVD法等で順次クラッド層2,活性層3,クラッド
層４を形成する。成長の際はオーダリング効果により、
これらの成長層が本来有するバンドギャップエネルギー
より小さくなる条件で結晶成長を行う。オーダリング効
果が生じる成長条件は、例えば成長温度600〜700℃の範
囲,V/III族原料比は100〜300の範囲が適当である。
たはMO−CVD法等で順次クラッド層2,活性層3,クラッド
層４を形成する。成長の際はオーダリング効果により、
これらの成長層が本来有するバンドギャップエネルギー
より小さくなる条件で結晶成長を行う。オーダリング効
果が生じる成長条件は、例えば成長温度600〜700℃の範
囲,V/III族原料比は100〜300の範囲が適当である。
次いで、電流ブロック層５をドーパントのZnがクラッド
層４中に拡散ないような成長温度、例えば500〜600℃の
範囲で形成する。
層４中に拡散ないような成長温度、例えば500〜600℃の
範囲で形成する。
成長後、第２図（ｂ）に示すように、フォトリソグラフ
ィ技術とエッチング技術により電流ブロック層５中にそ
の断面が逆台形の形状を有し、底部にクラッド層４を露
出させるストライプ状溝７を形成する。なお、エッチン
グ工程の際に用いるエッチャントとして硫酸：過酸化水
素：水の混合溶液，あるいはアニモニア：過酸化水素の
混合溶液を用いると電流ブロック層５のみを選択的に除
去することが可能となる。したがって、ストライプ状溝
７が選択エッチングにより再現性よく形成される結果、
再現性に優れた半導体レーザ装置を作製することが可能
である。
ィ技術とエッチング技術により電流ブロック層５中にそ
の断面が逆台形の形状を有し、底部にクラッド層４を露
出させるストライプ状溝７を形成する。なお、エッチン
グ工程の際に用いるエッチャントとして硫酸：過酸化水
素：水の混合溶液，あるいはアニモニア：過酸化水素の
混合溶液を用いると電流ブロック層５のみを選択的に除
去することが可能となる。したがって、ストライプ状溝
７が選択エッチングにより再現性よく形成される結果、
再現性に優れた半導体レーザ装置を作製することが可能
である。
ストライプ状溝７の形成後、第２回目の結晶成長を行う
前にMO−CVD結晶成長炉内でウエハを加熱することによ
り、電流ブロック層５内のZnをクラッド層4,活性層3,ク
ラッド層２中に拡散させて第２図（ｃ）に示すような拡
散領域4a,3a,2aを形成する。この拡散に必要な加熱温度
は、例えば700〜1000℃の範囲が適当である。
前にMO−CVD結晶成長炉内でウエハを加熱することによ
り、電流ブロック層５内のZnをクラッド層4,活性層3,ク
ラッド層２中に拡散させて第２図（ｃ）に示すような拡
散領域4a,3a,2aを形成する。この拡散に必要な加熱温度
は、例えば700〜1000℃の範囲が適当である。
Zn拡散終了後、第２図（ｄ）に示すように、コンタクト
層６を形成し、結晶成長終了後、基板１側にｐ側の電極
8,コンタクト層６側にｎ側の電極９を蒸着・スパッタ等
の方法で形成する。そして、劈開によってファブリペロ
ー共振器を形成することにより第１図に示した半導体レ
ーザ装置が完成する。
層６を形成し、結晶成長終了後、基板１側にｐ側の電極
8,コンタクト層６側にｎ側の電極９を蒸着・スパッタ等
の方法で形成する。そして、劈開によってファブリペロ
ー共振器を形成することにより第１図に示した半導体レ
ーザ装置が完成する。
なお、各層の層厚は、例えばクラッド層２を１〜５μm,
活性層３を0.02〜２μm,クラッド層４を0.5〜３μm,電
流ブロック層５を0.5〜５μm,コンタクト層６を0.2〜10
μｍの範囲とすることがそれぞれ適当であり、ストライ
プ状溝７の溝底部における開口幅は2.0〜10.0μｍの範
囲とすることが適当である。
活性層３を0.02〜２μm,クラッド層４を0.5〜３μm,電
流ブロック層５を0.5〜５μm,コンタクト層６を0.2〜10
μｍの範囲とすることがそれぞれ適当であり、ストライ
プ状溝７の溝底部における開口幅は2.0〜10.0μｍの範
囲とすることが適当である。
また、各層のキャリア濃度は、クラッド層２を1.0×10
16cm-3〜1.0×1018cm-3の範囲，クラッド層４を電流ブ
ロック層５からのZn拡散によってもｐ形に反転しない程
度のキャリア濃度、例えば5.0×1016cm-3〜2.0×1018cm
-3の範囲，また、電流ブロック層５をZn拡散を生じさせ
るのに十分なドーピング量、例えば3.0×1017cm-3〜2.0
×1019cm-3の範囲，コンタクト層６をｎ側の電極９とオ
ーミックコンタクトをとるのに十分なキャリア濃度、例
えば2.0×1018cm-3以上とすることがそれぞれ適当であ
る。
16cm-3〜1.0×1018cm-3の範囲，クラッド層４を電流ブ
ロック層５からのZn拡散によってもｐ形に反転しない程
度のキャリア濃度、例えば5.0×1016cm-3〜2.0×1018cm
-3の範囲，また、電流ブロック層５をZn拡散を生じさせ
るのに十分なドーピング量、例えば3.0×1017cm-3〜2.0
×1019cm-3の範囲，コンタクト層６をｎ側の電極９とオ
ーミックコンタクトをとるのに十分なキャリア濃度、例
えば2.0×1018cm-3以上とすることがそれぞれ適当であ
る。
次に、この発明の半導体レーザ装置の動作について説明
する。
する。
この発明の半導体レーザ装置においても、もしZn拡散を
生じさせないとしたら、電流ブロック層５と活性層３の
間が１μｍ程度離れているので、従来例と同様、クラッ
ド層４内で電流が活性層３に対して平行方向に拡がって
しまう。このため、発振領域以外を流れる無効電流の割
合が増加し、発振しきい値電流や動作電流が高くなる。
発振しきい値電流や動作電流が高いと活性領域での電流
による発熱が大きくなり、活性層３中の欠陥による劣化
が加速され易くなる。この結果、信頼性が著しく悪化す
る。したがって、信頼性の向上を図るためには無効電流
を減少させ、低しきい値，低動作電流にせねばならな
い。無効電流を減少させるためにはクラッド層４内に何
らかの電流狭窄機構を設ければよい。
生じさせないとしたら、電流ブロック層５と活性層３の
間が１μｍ程度離れているので、従来例と同様、クラッ
ド層４内で電流が活性層３に対して平行方向に拡がって
しまう。このため、発振領域以外を流れる無効電流の割
合が増加し、発振しきい値電流や動作電流が高くなる。
発振しきい値電流や動作電流が高いと活性領域での電流
による発熱が大きくなり、活性層３中の欠陥による劣化
が加速され易くなる。この結果、信頼性が著しく悪化す
る。したがって、信頼性の向上を図るためには無効電流
を減少させ、低しきい値，低動作電流にせねばならな
い。無効電流を減少させるためにはクラッド層４内に何
らかの電流狭窄機構を設ければよい。
そこで、この発明では以上の電流狭窄機構を、電流ブロ
ック層５からクロッド層4,活性層３に不純物を拡散する
ことにより、活性領域の混晶がオーダリング効果により
本来の混晶のバンドギャップエネルギーより小さくなっ
た状態から本来の混晶バンドギャップエネルギーを有す
る結晶に戻るという性質を利用することにより形成して
いる。
ック層５からクロッド層4,活性層３に不純物を拡散する
ことにより、活性領域の混晶がオーダリング効果により
本来の混晶のバンドギャップエネルギーより小さくなっ
た状態から本来の混晶バンドギャップエネルギーを有す
る結晶に戻るという性質を利用することにより形成して
いる。
AlGaInP系半導体結晶では、上述のような製造方法で示
した結晶成長条件の範囲内では、混晶本来のバンドギャ
ップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーと
なる。これはAlGaInP系半導体の結晶成長の際は、Ｖ族
原子のＰとIII族原子のAl,In,Gaが交互に積み重ねられ
て成長していき、III族原子のAl,In,GaはＶ族原子が入
るべき格子サイトに混晶比に従って本来はランダムに取
り込まれていくべきところを、ある程度規則性をもって
取り込まれていくため、Al,In,Gaが完全にランダムに取
り込まれた本来の混晶のバンドギャップエネルギーより
実効的に小さくなるからである。この効果をオーダリン
グ効果という。しかし、この混晶中に不純物の拡散を行
うと、ある程度規則性よく取り込まれたAl,In,Gaの配列
が不純物の拡散によって乱されランダムに再配列化が行
われる。この結果、不純物の拡散領域では拡散前のオー
ダリング効果によって混晶本来のバンドギャップエネル
ギーより小さくなった状態から、本来のバンドギャップ
エネルギーの状態になる。
した結晶成長条件の範囲内では、混晶本来のバンドギャ
ップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーと
なる。これはAlGaInP系半導体の結晶成長の際は、Ｖ族
原子のＰとIII族原子のAl,In,Gaが交互に積み重ねられ
て成長していき、III族原子のAl,In,GaはＶ族原子が入
るべき格子サイトに混晶比に従って本来はランダムに取
り込まれていくべきところを、ある程度規則性をもって
取り込まれていくため、Al,In,Gaが完全にランダムに取
り込まれた本来の混晶のバンドギャップエネルギーより
実効的に小さくなるからである。この効果をオーダリン
グ効果という。しかし、この混晶中に不純物の拡散を行
うと、ある程度規則性よく取り込まれたAl,In,Gaの配列
が不純物の拡散によって乱されランダムに再配列化が行
われる。この結果、不純物の拡散領域では拡散前のオー
ダリング効果によって混晶本来のバンドギャップエネル
ギーより小さくなった状態から、本来のバンドギャップ
エネルギーの状態になる。
したがって、不純物を拡散したクラッド層４内の拡散領
域4b,活性層３内の拡散領域3b,クラッド層２内の拡散領
域2bではオーダリング効果が解消され、それぞれ不純物
を拡散していない非拡散領域4a,3a,2aよりもバンドギャ
ップエネルギーが高くなり、双方の領域間に電流通路を
規定するエネルギー障壁が形成される。
域4b,活性層３内の拡散領域3b,クラッド層２内の拡散領
域2bではオーダリング効果が解消され、それぞれ不純物
を拡散していない非拡散領域4a,3a,2aよりもバンドギャ
ップエネルギーが高くなり、双方の領域間に電流通路を
規定するエネルギー障壁が形成される。
電流はバンドギャップエネルギーの低い領域を流れるた
めに電流ブロック層５からクラッド層４内の非拡散領域
4aを経て活性層３内の非拡散領域3a,クラッド層２内の
非拡散領域2a内を通り、バンドギャップエネルギーの高
い拡散領域4b,3b,2bには流れない。
めに電流ブロック層５からクラッド層４内の非拡散領域
4aを経て活性層３内の非拡散領域3a,クラッド層２内の
非拡散領域2a内を通り、バンドギャップエネルギーの高
い拡散領域4b,3b,2bには流れない。
したがって、無効電流が低減するため、低しきい値電
流，低動作電流の半導体レーザ装置が得られる。
流，低動作電流の半導体レーザ装置が得られる。
なお、上記実施例ではMgドープGaAsからなる基板１を用
いた場合について説明しているが、MgドープGaAsからな
る基板１の代わりにZnドープGaAsからなる基板を用い、
その基板とMgドープのｐ形のクラッド層との間にMgドー
プGaAsからなるバッファ層を設けても上記実施例と同様
の効果が得られる。
いた場合について説明しているが、MgドープGaAsからな
る基板１の代わりにZnドープGaAsからなる基板を用い、
その基板とMgドープのｐ形のクラッド層との間にMgドー
プGaAsからなるバッファ層を設けても上記実施例と同様
の効果が得られる。
また、上記実施例ではAlGaInP系半導体で構成した場合
について説明したが、この発明はこれに限定されるもの
でなく、オーダリング効果を生じる他の半導体材料を用
いても上記実施例と同様な効果を奏する。
について説明したが、この発明はこれに限定されるもの
でなく、オーダリング効果を生じる他の半導体材料を用
いても上記実施例と同様な効果を奏する。
この発明は以上説明したとおり、少なくとも活性層と、
電流ブロック層と活性層間の半導体層をオーダリング効
果を生じるように形成しておき、これらの半導体層内に
オーダリング効果を解消して電流通路を規定する不純物
の拡散領域を形成したので、電流通路を規定でき、電流
ブロック層を設けた場合の無効電流を低減して低しきい
値，低電流動作が可能になるという効果がある。
電流ブロック層と活性層間の半導体層をオーダリング効
果を生じるように形成しておき、これらの半導体層内に
オーダリング効果を解消して電流通路を規定する不純物
の拡散領域を形成したので、電流通路を規定でき、電流
ブロック層を設けた場合の無効電流を低減して低しきい
値，低電流動作が可能になるという効果がある。
第１図はこの発明の半導体レーザ装置の一実施例の構造
を示す斜視図、第２図はこの発明の半導体レーザ装置の
製造方法を説明するための図、第３図は従来の半導体レ
ーザ装置の構造を示す斜視図である。 図において、１は基板、2,4はクラッド層、2a,3a,4aは
非拡散領域、2b,3b,4bは拡散領域、３は活性層、５は電
流ブロック層、６はコンタクト層、７はストライプ状
溝、８はｐ側の電極、９はｎ側の電極である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
を示す斜視図、第２図はこの発明の半導体レーザ装置の
製造方法を説明するための図、第３図は従来の半導体レ
ーザ装置の構造を示す斜視図である。 図において、１は基板、2,4はクラッド層、2a,3a,4aは
非拡散領域、2b,3b,4bは拡散領域、３は活性層、５は電
流ブロック層、６はコンタクト層、７はストライプ状
溝、８はｐ側の電極、９はｎ側の電極である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】活性層と、活性層を挾むクラッド層と、こ
の活性層への電流通路となるストライプ状溝が形成され
た電流ブロック層とを含む半導体層からなる半導体レー
ザ装置において、少なくとも前記活性層と、前記電流ブ
ロック層と前記活性層間の半導体層をオーダリング効果
を生じるように形成しておき、これらの半導体層内にオ
ーダリング効果を解消して電流通路を規定する不純物の
拡散領域を形成したことを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項２】拡散領域は、電流ブロック層を拡散源とし
て形成されたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】活性層と、電流ブロック層と活性層間の半
導体層は、成長温度が600℃〜700℃,V/III族原料比を10
0〜300として成長させられたものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21557387A JPH0710021B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21557387A JPH0710021B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6457783A JPS6457783A (en) | 1989-03-06 |
| JPH0710021B2 true JPH0710021B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=16674670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21557387A Expired - Lifetime JPH0710021B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710021B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02288285A (ja) * | 1989-04-27 | 1990-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
-
1987
- 1987-08-28 JP JP21557387A patent/JPH0710021B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ７７（１９８６）Ｐ．３６７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6457783A (en) | 1989-03-06 |
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