JPH077219A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH077219A JPH077219A JP14730893A JP14730893A JPH077219A JP H077219 A JPH077219 A JP H077219A JP 14730893 A JP14730893 A JP 14730893A JP 14730893 A JP14730893 A JP 14730893A JP H077219 A JPH077219 A JP H077219A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】量子サイズ効果により、エッチングストップ層
７と活性層４の実効的な禁制帯幅の差を十分大きく取る
ことができる膜厚のエッチングストップ層７が複数層設
けられている超格子構造を用いている。また、活性層４
の近傍のｐ型クラッド層６を超格子構造とすることによ
り、平均キャリア濃度の向上及び実効的な導伝帯エネル
ギ差の増大を図った。 【効果】複数のエッチングストップ層を設けることによ
りエッチングストップ層薄層化によるストップ効果の低
下が補償され、従来の膜厚５ｎｍ以上のエッチングスト
ップ層と同等以上のエッチングストップ効果が得られ
る。
７と活性層４の実効的な禁制帯幅の差を十分大きく取る
ことができる膜厚のエッチングストップ層７が複数層設
けられている超格子構造を用いている。また、活性層４
の近傍のｐ型クラッド層６を超格子構造とすることによ
り、平均キャリア濃度の向上及び実効的な導伝帯エネル
ギ差の増大を図った。 【効果】複数のエッチングストップ層を設けることによ
りエッチングストップ層薄層化によるストップ効果の低
下が補償され、従来の膜厚５ｎｍ以上のエッチングスト
ップ層と同等以上のエッチングストップ効果が得られ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は短波長ＡｌＧａＩｎＰ系
リッジ型半導体レ−ザ素子に関する。
リッジ型半導体レ−ザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のリッジ型半導体レーザ素子の一例
を図８に示す。このような構造のレーザ素子の従来例は
特開平1−90584 号公報に開示されている。ｎ-ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層２，ＧａＩｎＰ活性層４，ｐ-ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層５，ｐ-ＧａＩｎＰコンタクト層１
０の成長後、リッジ部を残してｐ型クラッド層５の途中
までエッチングしてリッジ９を形成し、除去した部分に
ｎ-ＧａＡｓ 層１１を選択成長で埋込み、次に、リッジ
部９及びｎ-ＧaＡs埋込み層１１上にｐ-ＧaＡs１２を成
長したものである。この時、エッチングによるｐ型クラ
ッド層５の膜厚制御性を向上するため、ｐ-ＡｌＧａＩ
ｎＰ５ 中間層としてにエッチングストップ層１６を設
けてある。その材料はＡｌＧａＩｎＰとのエッチング選
択性の良さからｐ-ＧａＩｎＰ が用いられており、その
膜厚は、本系に特有の秩序配列構造形成に伴う禁制帯幅
の縮小を不純物ドーピングで抑制することに量子サイズ
効果を加えることによりエッチングストップ層の遷移発
光エネルギ−が活性層の禁制帯幅より十分大きくなるよ
うに薄く、かつ、エッチングストップ効果が有効に維持
できる程度に厚くなるように選ばれており、バルクの活
性層の場合では５〜２０ｎｍ程度となっている。また、
ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層のキャリア濃度は７＊１
０の１７乗程度に留まっていた。
を図８に示す。このような構造のレーザ素子の従来例は
特開平1−90584 号公報に開示されている。ｎ-ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層２，ＧａＩｎＰ活性層４，ｐ-ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層５，ｐ-ＧａＩｎＰコンタクト層１
０の成長後、リッジ部を残してｐ型クラッド層５の途中
までエッチングしてリッジ９を形成し、除去した部分に
ｎ-ＧａＡｓ 層１１を選択成長で埋込み、次に、リッジ
部９及びｎ-ＧaＡs埋込み層１１上にｐ-ＧaＡs１２を成
長したものである。この時、エッチングによるｐ型クラ
ッド層５の膜厚制御性を向上するため、ｐ-ＡｌＧａＩ
ｎＰ５ 中間層としてにエッチングストップ層１６を設
けてある。その材料はＡｌＧａＩｎＰとのエッチング選
択性の良さからｐ-ＧａＩｎＰ が用いられており、その
膜厚は、本系に特有の秩序配列構造形成に伴う禁制帯幅
の縮小を不純物ドーピングで抑制することに量子サイズ
効果を加えることによりエッチングストップ層の遷移発
光エネルギ−が活性層の禁制帯幅より十分大きくなるよ
うに薄く、かつ、エッチングストップ効果が有効に維持
できる程度に厚くなるように選ばれており、バルクの活
性層の場合では５〜２０ｎｍ程度となっている。また、
ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層のキャリア濃度は７＊１
０の１７乗程度に留まっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この時、活性層に量子
井戸構造を用いてレーザの短波長化、例えば発振波長６
３０ｎｍ台の実現をはかった場合、量子サイズ効果によ
る活性層の実効的な禁制帯幅とエッチングストップ層の
遷移発光エネルギがほぼ等しいか、またはエッチングス
トップ層の遷移発光エネルギの方が低くなり、エッチン
グストップ層で再結合するキャリアが生じてキャリアの
ロスとなり、レーザの閾値電流の増大，発振波長の制御
性の低下等をもたらして６３０ｎｍ台の短波長化が困難
であった。エッチングストップ層を薄くしていくと量子
サイズ効果が大きくなり実効的な禁制帯幅の差は大きく
取れるが、エッチングストップ層としての機能が低下
し、リッジ部以外のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層のエ
ッチングによる膜厚制御性が低下して、表面状態が悪化
し埋込成長時に界面欠陥を生じる、リッジ近傍でエッチ
ングが不十分となってビーム形状が歪むという問題があ
った。また、６３０ｎｍ帯の発振を得るにあたり、この
材料系のバンド構造を考えると、発振波長が短くなるた
めに活性層とクラッド層との導伝帯エネルギ−差が小さ
くなり、さらに、ｐ型キャリア濃度を高くできないの
で、活性層への電子の閉じ込めが弱くなってｐ型クラッ
ド層へ電子が漏れて高温動作を得ることが困難になると
いう問題があった。
井戸構造を用いてレーザの短波長化、例えば発振波長６
３０ｎｍ台の実現をはかった場合、量子サイズ効果によ
る活性層の実効的な禁制帯幅とエッチングストップ層の
遷移発光エネルギがほぼ等しいか、またはエッチングス
トップ層の遷移発光エネルギの方が低くなり、エッチン
グストップ層で再結合するキャリアが生じてキャリアの
ロスとなり、レーザの閾値電流の増大，発振波長の制御
性の低下等をもたらして６３０ｎｍ台の短波長化が困難
であった。エッチングストップ層を薄くしていくと量子
サイズ効果が大きくなり実効的な禁制帯幅の差は大きく
取れるが、エッチングストップ層としての機能が低下
し、リッジ部以外のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層のエ
ッチングによる膜厚制御性が低下して、表面状態が悪化
し埋込成長時に界面欠陥を生じる、リッジ近傍でエッチ
ングが不十分となってビーム形状が歪むという問題があ
った。また、６３０ｎｍ帯の発振を得るにあたり、この
材料系のバンド構造を考えると、発振波長が短くなるた
めに活性層とクラッド層との導伝帯エネルギ−差が小さ
くなり、さらに、ｐ型キャリア濃度を高くできないの
で、活性層への電子の閉じ込めが弱くなってｐ型クラッ
ド層へ電子が漏れて高温動作を得ることが困難になると
いう問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、エッチングストップ層と活性層の実効的な禁制帯
幅の差が十分大きく取れる膜厚のＧａＩｎＰエッチング
ストップ層をｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層で挾んで２
層以上設けた。また、活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層に１＊１０の１８乗以上のキャリア濃度が得
られるｐ-ＧａＩｎＰ を周期的に挾むことにより、平均
的なキャリア濃度を高くした。さらに、超格子構造によ
り、ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層に漏れた電子を反射
させて活性層に戻す構造とした。
めに、エッチングストップ層と活性層の実効的な禁制帯
幅の差が十分大きく取れる膜厚のＧａＩｎＰエッチング
ストップ層をｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層で挾んで２
層以上設けた。また、活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層に１＊１０の１８乗以上のキャリア濃度が得
られるｐ-ＧａＩｎＰ を周期的に挾むことにより、平均
的なキャリア濃度を高くした。さらに、超格子構造によ
り、ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層に漏れた電子を反射
させて活性層に戻す構造とした。
【０００５】
【作用】エッチングストップ層の膜厚を実効的な禁制帯
幅の差が十分大きく取れるように薄層化することで、エ
ッチングストップ層でキャリアが再結合することを抑制
しロスを低減すると共に、この層をｐ-ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層で挾んで複数設けることにより、エッチング
ストップ層としての機能の低下を補償して、良好な表面
が得られた。また、ｐ型不純物であるＺｎのドーピング
効率が高いGaInPを挾むことにより、平均的なキャリア
濃度を高く設定できたため、実効的な導伝帯エネルギ差
を大きくできた。さらに、超格子構造による電子の反射
により活性層への電子の閉じ込めが向上し、温度特性が
改善した。また、超格子構造の量子井戸層及び量子障壁
層に歪を導入することにより、実効的な導伝帯エネルギ
差をさらに大きくでき、活性層への電子の閉じ込めを一
段と向上させることができた。
幅の差が十分大きく取れるように薄層化することで、エ
ッチングストップ層でキャリアが再結合することを抑制
しロスを低減すると共に、この層をｐ-ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層で挾んで複数設けることにより、エッチング
ストップ層としての機能の低下を補償して、良好な表面
が得られた。また、ｐ型不純物であるＺｎのドーピング
効率が高いGaInPを挾むことにより、平均的なキャリア
濃度を高く設定できたため、実効的な導伝帯エネルギ差
を大きくできた。さらに、超格子構造による電子の反射
により活性層への電子の閉じ込めが向上し、温度特性が
改善した。また、超格子構造の量子井戸層及び量子障壁
層に歪を導入することにより、実効的な導伝帯エネルギ
差をさらに大きくでき、活性層への電子の閉じ込めを一
段と向上させることができた。
【０００６】
【実施例】（実施例１）本発明の第一の実施例を図１，
図２により説明する。図１は本発明の一実施例のレーザ
素子の断面図であり、図２は図１のエッチングストップ
層部分の拡大断面図である。ｎ-ＧａＡｓ 基板１に有機
金属気相成長法により温度７００℃において、１.３μ
ｍのｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層２，１５ｎｍの
アンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド層３，３ｎｍの
アンドープＧａＩｎＰ量子井戸層を５ｎｍのアンドープ
ＡｌＧａＩｎＰ量子障壁層で挟んで１０層積層した多重
量子井戸活性層４，１５ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎ
Ｐ第二光ガイド層５，０.２μｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第
二クラッド層６，１０ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ層１５
で挟んで１.５ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰエッチングストップ
層１６を４層積した超格子エッチングストップ層７を２
０ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 層８で挟んで２周期積層し
た多重超格子エッチストップ層，０.８μｍのｐ-ＡｌＧ
ａＩｎＰ第三クラッド層９，２２ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰ
バッファ層１０を、順次、成長し、リッジ部を残してｐ
-ＧａＩｎＰ バッファ層１０及びｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 第
三クラッド層９をｐ-ＧａＩｎＰ エッチングストップ層
７までエッチングし、エッチングストップ層上に０.８
μｍのｎ-ＧａＡｓ電流ブロック層１１を選択成長によ
り埋め込んだ後、リッジ部上及びｎ-ＧaＡs電流ブロッ
ク層上に２μｍのｐ-ＧaＡsコンタクト層１２を成長
し、ｎ-ＧａＡｓ基板裏面とｐ-ＧａＡｓコンタクト層上
面に電極用金属１３，１４を蒸着したものである。量子
井戸層膜厚３ｎｍ，量子障壁層膜厚５ｎｍの多重量子井
戸活性層に対応するフォトルミネセンス波長は６２５ｎ
ｍであった。一方、１.５ｎｍ のエッチングストップ層
に対応するフォトルミネセンス波長は５８５ｎｍであ
り、活性層との実効的な禁制帯幅の差が十分大きく取れ
ていた。リッジ形成には硫酸系のエッチング液を用い
た。この時、この１.５ｎｍ ，４層のエッチングストッ
プ層は有効に働いて、エッチングストップ層で制御性良
くエッチングが停止した。こうして得られたレーザは、
図７に示すように６３０ｎｍ台の波長で室温連続発振
し、その近視野像はリッジ部外への光の漏れが無くビー
ム形状の歪みは見られなかった。
図２により説明する。図１は本発明の一実施例のレーザ
素子の断面図であり、図２は図１のエッチングストップ
層部分の拡大断面図である。ｎ-ＧａＡｓ 基板１に有機
金属気相成長法により温度７００℃において、１.３μ
ｍのｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層２，１５ｎｍの
アンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド層３，３ｎｍの
アンドープＧａＩｎＰ量子井戸層を５ｎｍのアンドープ
ＡｌＧａＩｎＰ量子障壁層で挟んで１０層積層した多重
量子井戸活性層４，１５ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎ
Ｐ第二光ガイド層５，０.２μｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第
二クラッド層６，１０ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ層１５
で挟んで１.５ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰエッチングストップ
層１６を４層積した超格子エッチングストップ層７を２
０ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 層８で挟んで２周期積層し
た多重超格子エッチストップ層，０.８μｍのｐ-ＡｌＧ
ａＩｎＰ第三クラッド層９，２２ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰ
バッファ層１０を、順次、成長し、リッジ部を残してｐ
-ＧａＩｎＰ バッファ層１０及びｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 第
三クラッド層９をｐ-ＧａＩｎＰ エッチングストップ層
７までエッチングし、エッチングストップ層上に０.８
μｍのｎ-ＧａＡｓ電流ブロック層１１を選択成長によ
り埋め込んだ後、リッジ部上及びｎ-ＧaＡs電流ブロッ
ク層上に２μｍのｐ-ＧaＡsコンタクト層１２を成長
し、ｎ-ＧａＡｓ基板裏面とｐ-ＧａＡｓコンタクト層上
面に電極用金属１３，１４を蒸着したものである。量子
井戸層膜厚３ｎｍ，量子障壁層膜厚５ｎｍの多重量子井
戸活性層に対応するフォトルミネセンス波長は６２５ｎ
ｍであった。一方、１.５ｎｍ のエッチングストップ層
に対応するフォトルミネセンス波長は５８５ｎｍであ
り、活性層との実効的な禁制帯幅の差が十分大きく取れ
ていた。リッジ形成には硫酸系のエッチング液を用い
た。この時、この１.５ｎｍ ，４層のエッチングストッ
プ層は有効に働いて、エッチングストップ層で制御性良
くエッチングが停止した。こうして得られたレーザは、
図７に示すように６３０ｎｍ台の波長で室温連続発振
し、その近視野像はリッジ部外への光の漏れが無くビー
ム形状の歪みは見られなかった。
【０００７】（実施例２）本発明の第二の実施例を図
３，図４により説明する。ここで、図４は図３のエッチ
ングストッパ部分の拡大断面図である。〔０１１〕方向
に７度傾いた(１００)ｎ-ＧａＡｓ 基板１０１に有機金
属気相成長法により温度７００℃において、１.３μｍ
のｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層１０２，１５ｎｍ
のアンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド層１０３，７
ｎｍのアンドープ (Ａｌ0.05Ｇａ0.95)0.5Ｉｎ
0.5Ｐ量子井戸層を５ｎｍのアンドープＡlＧaＩnＰ量子
障壁層で挟んで８層積層した多重量子井戸活性層１０
４，１５ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ第二光ガイド
層１０５，２２ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 第二クラッド
層１０６，１.１ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰ層１１７を１.７
ｎｍの ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ層１１８で挾んで６
０周期積層した超格子クラッド構造119,５ｎｍのｐ-Ａ
ｌＧａＩｎＰ層１１５で挟んで１.５ｎｍのｐ-ＧａＩｎ
Ｐ エッチングストップ層１１６を７層積層した超格子
エッチングストップ層１０７，０．８μｍのｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰ第三クラッド層１０９，２２ｎｍのｐ-ＧａＩ
ｎＰバッファ層１１０を、順次、成長し、リッジ部を残
してｐ-ＧａＩｎＰ バッファ層１１０及びｐ-ＡｌＧａ
ＩｎＰ第三クラッド層１０９をｐ-ＧａＩｎＰエッチン
グストップ層１０７までエッチングし、エッチングスト
ップ層上に０.８μｍのｎ-ＧａＡｓ 電流ブロック層１
１１を選択成長により埋め込んだ後、リッジ部上及びｎ
-ＧａＡｓ電流ブロック層上に２μｍのｐ-ＧａＡｓコン
タクト層１１２を成長し、ｎ-ＧａＡｓ基板裏面とｐ-Ｇ
ａＡｓコンタクト層上面に電極用金属113,１１４を蒸着
したものである。
３，図４により説明する。ここで、図４は図３のエッチ
ングストッパ部分の拡大断面図である。〔０１１〕方向
に７度傾いた(１００)ｎ-ＧａＡｓ 基板１０１に有機金
属気相成長法により温度７００℃において、１.３μｍ
のｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層１０２，１５ｎｍ
のアンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド層１０３，７
ｎｍのアンドープ (Ａｌ0.05Ｇａ0.95)0.5Ｉｎ
0.5Ｐ量子井戸層を５ｎｍのアンドープＡlＧaＩnＰ量子
障壁層で挟んで８層積層した多重量子井戸活性層１０
４，１５ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ第二光ガイド
層１０５，２２ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 第二クラッド
層１０６，１.１ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰ層１１７を１.７
ｎｍの ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ層１１８で挾んで６
０周期積層した超格子クラッド構造119,５ｎｍのｐ-Ａ
ｌＧａＩｎＰ層１１５で挟んで１.５ｎｍのｐ-ＧａＩｎ
Ｐ エッチングストップ層１１６を７層積層した超格子
エッチングストップ層１０７，０．８μｍのｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰ第三クラッド層１０９，２２ｎｍのｐ-ＧａＩ
ｎＰバッファ層１１０を、順次、成長し、リッジ部を残
してｐ-ＧａＩｎＰ バッファ層１１０及びｐ-ＡｌＧａ
ＩｎＰ第三クラッド層１０９をｐ-ＧａＩｎＰエッチン
グストップ層１０７までエッチングし、エッチングスト
ップ層上に０.８μｍのｎ-ＧａＡｓ 電流ブロック層１
１１を選択成長により埋め込んだ後、リッジ部上及びｎ
-ＧａＡｓ電流ブロック層上に２μｍのｐ-ＧａＡｓコン
タクト層１１２を成長し、ｎ-ＧａＡｓ基板裏面とｐ-Ｇ
ａＡｓコンタクト層上面に電極用金属113,１１４を蒸着
したものである。
【０００８】本実施例によれば、傾角基板の採用により
ＡｌＧａＩｎＰ材料系の秩序配列構造を一部抑制した結
果、量子井戸層膜厚を７ｎｍと厚くしても短波長化が得
られており、この多重量子井戸活性層に対応するフォト
ルミネセンス波長は６２６ｎｍであった。一方、１.５
ｎｍ のエッチングストップ層に対応するフォトルミネ
センス波長は５８５ｎｍであり、活性層との実効的な禁
制帯幅の差が十分大きく取れていた。リッジ形成には硫
酸系のエッチング液を用いた。この時、この１.５ｎｍ
，７層のエッチングストップ層は有効に働いて、エッ
チングストップ層で制御性良くエッチングが停止した。
こうして得られたレーザは６３０ｎｍ台の波長で室温連
続発振した。活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド
層のキャリア濃度を平均的に高くすることができたこと
及び超格子クラッドにおける電子の反射のため活性層へ
の電子の閉じ込めが向上し、従来発振困難であった８０
℃以上の高温まで３ｍＷの出力が得られた。
ＡｌＧａＩｎＰ材料系の秩序配列構造を一部抑制した結
果、量子井戸層膜厚を７ｎｍと厚くしても短波長化が得
られており、この多重量子井戸活性層に対応するフォト
ルミネセンス波長は６２６ｎｍであった。一方、１.５
ｎｍ のエッチングストップ層に対応するフォトルミネ
センス波長は５８５ｎｍであり、活性層との実効的な禁
制帯幅の差が十分大きく取れていた。リッジ形成には硫
酸系のエッチング液を用いた。この時、この１.５ｎｍ
，７層のエッチングストップ層は有効に働いて、エッ
チングストップ層で制御性良くエッチングが停止した。
こうして得られたレーザは６３０ｎｍ台の波長で室温連
続発振した。活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド
層のキャリア濃度を平均的に高くすることができたこと
及び超格子クラッドにおける電子の反射のため活性層へ
の電子の閉じ込めが向上し、従来発振困難であった８０
℃以上の高温まで３ｍＷの出力が得られた。
【０００９】（実施例３）本発明の第三の実施例を図
５，図６により説明する。ここで、図６は図５のエッチ
ングストッパ部分の拡大断面図である。〔０１１〕方向
に７度傾いた(１００)ｎ-ＧａＡｓ 基板２０１に有機金
属気相成長法により温度７８０℃において、１.３μｍ
のｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層２０２，１５ｎｍ
のアンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド層２０３，８
ｎｍのアンドープＧａＩｎＰ量子井戸層を５ｎｍのアン
ドープＡｌＧａＩｎＰ量子障壁層で挟んで７層積層した
多重量子井戸活性層２０４，１５ｎｍのアンドープＡｌ
ＧａＩｎＰ第二光ガイド層２０５，２２ｎｍのｐ-Ａｌ
ＧａＩｎＰ第二クラッド層２０６，１.１ｎｍのｐ-Ｇａ
0.4Ｉｎ0.6Ｐ層２１７を１.７ｎｍのｐ-(Ａｌ0.7Ｇａ
0.3)0.6Ｉｎ0.4Ｐ層２１８で挾んで１０周期積層した超
格子クラッド構造２１９，０.１５μｍのｐ-ＡｌＧａＩ
ｎＰ第二クラッド層２２０，５ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎ
Ｐ層２１５で挟んで１.５ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰエッチン
グストップ層２１６を７層積層した超格子エッチングス
トップ層２０７，０.８ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第三ク
ラッド層２０９，２２ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰ バッファ層
２１０を、順次、成長し、リッジ部を残してｐ-ＧａＩ
ｎＰバッファ層２１０及びｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第三クラ
ッド層２０９をｐ-ＧａＩｎＰ エッチングストップ層２
０７までエッチングし、エッチングストップ層上に０.
８μｍのｎ-ＧａＡｓ電流ブロック層２１１を選択成長
により埋め込んだ後、リッジ部上及びｎ-ＧａＡｓ 電流
ブロック層上に２μｍのｐ-ＧａＡｓコンタクト層２１
２を成長し、ｎ-ＧａＡｓ基板裏面とｐ-ＧａＡｓコンタ
クト層上面に電極用金属２１３，２１４を蒸着したもの
である。
５，図６により説明する。ここで、図６は図５のエッチ
ングストッパ部分の拡大断面図である。〔０１１〕方向
に７度傾いた(１００)ｎ-ＧａＡｓ 基板２０１に有機金
属気相成長法により温度７８０℃において、１.３μｍ
のｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層２０２，１５ｎｍ
のアンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド層２０３，８
ｎｍのアンドープＧａＩｎＰ量子井戸層を５ｎｍのアン
ドープＡｌＧａＩｎＰ量子障壁層で挟んで７層積層した
多重量子井戸活性層２０４，１５ｎｍのアンドープＡｌ
ＧａＩｎＰ第二光ガイド層２０５，２２ｎｍのｐ-Ａｌ
ＧａＩｎＰ第二クラッド層２０６，１.１ｎｍのｐ-Ｇａ
0.4Ｉｎ0.6Ｐ層２１７を１.７ｎｍのｐ-(Ａｌ0.7Ｇａ
0.3)0.6Ｉｎ0.4Ｐ層２１８で挾んで１０周期積層した超
格子クラッド構造２１９，０.１５μｍのｐ-ＡｌＧａＩ
ｎＰ第二クラッド層２２０，５ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎ
Ｐ層２１５で挟んで１.５ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰエッチン
グストップ層２１６を７層積層した超格子エッチングス
トップ層２０７，０.８ｎｍのｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第三ク
ラッド層２０９，２２ｎｍのｐ-ＧａＩｎＰ バッファ層
２１０を、順次、成長し、リッジ部を残してｐ-ＧａＩ
ｎＰバッファ層２１０及びｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第三クラ
ッド層２０９をｐ-ＧａＩｎＰ エッチングストップ層２
０７までエッチングし、エッチングストップ層上に０.
８μｍのｎ-ＧａＡｓ電流ブロック層２１１を選択成長
により埋め込んだ後、リッジ部上及びｎ-ＧａＡｓ 電流
ブロック層上に２μｍのｐ-ＧａＡｓコンタクト層２１
２を成長し、ｎ-ＧａＡｓ基板裏面とｐ-ＧａＡｓコンタ
クト層上面に電極用金属２１３，２１４を蒸着したもの
である。
【００１０】本実施例によれば、傾角基板の採用ととも
に高温成長を行ったことにより、ＡｌＧａＩｎＰ材料系
の秩序配列構造を完全に抑制した結果、量子井戸層膜厚
８ｎｍ，量子障壁層膜厚５ｎｍの多重量子井戸活性層に
対応するフォトルミネセンス波長は６２５ｎｍであっ
た。一方、１.５ｎｍ のエッチングストップ層に対応す
るフォトルミネセンス波長は５８５ｎｍであり、活性層
との実効的な禁制帯幅の差が十分大きく取れていた。リ
ッジ形成には硫酸系のエッチング液を用いた。この時、
この１.５ｎｍ ，７層のエッチングストップ層は有効に
働いて、エッチングストップ層で制御性良くエッチング
が停止した。こうして得られたレーザは６３０ｎｍ台の
波長で室温連続発振した。活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩ
ｎＰ クラッド層のキャリア濃度を平均的に高くするこ
とができたこと及び超格子クラッドにおける電子の反射
のため活性層への電子の閉じ込めが向上し、さらに、超
格子クラッドに格子歪を導入した結果、実効的な導伝帯
エネルギ差をより大きくできた。この結果、３ｍＷの出
力が得られる最高発振温度を従来達成できなかった９０
℃以上まで高くすることができた。
に高温成長を行ったことにより、ＡｌＧａＩｎＰ材料系
の秩序配列構造を完全に抑制した結果、量子井戸層膜厚
８ｎｍ，量子障壁層膜厚５ｎｍの多重量子井戸活性層に
対応するフォトルミネセンス波長は６２５ｎｍであっ
た。一方、１.５ｎｍ のエッチングストップ層に対応す
るフォトルミネセンス波長は５８５ｎｍであり、活性層
との実効的な禁制帯幅の差が十分大きく取れていた。リ
ッジ形成には硫酸系のエッチング液を用いた。この時、
この１.５ｎｍ ，７層のエッチングストップ層は有効に
働いて、エッチングストップ層で制御性良くエッチング
が停止した。こうして得られたレーザは６３０ｎｍ台の
波長で室温連続発振した。活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩ
ｎＰ クラッド層のキャリア濃度を平均的に高くするこ
とができたこと及び超格子クラッドにおける電子の反射
のため活性層への電子の閉じ込めが向上し、さらに、超
格子クラッドに格子歪を導入した結果、実効的な導伝帯
エネルギ差をより大きくできた。この結果、３ｍＷの出
力が得られる最高発振温度を従来達成できなかった９０
℃以上まで高くすることができた。
【００１１】
【発明の効果】エッチングストップ層と活性層の実効的
な禁制帯幅の差が十分大きく取れているため、エッチン
グストップ層におけるキャリアの再結合が抑制されるの
でキャリアが効果的に活性層に閉じ込められて、閾値電
流の増加が押さえられ、６３０ｎｍ台の室温連続発振が
容易になるとともに、発振波長の制御性が向上した。ま
た、エッチングストップ層薄層化によるエッチングスト
ップ効果の低下は複数のストップ層により補償されて、
５ｎｍの膜厚のエッチングストップ層と同程度以上のス
トップ効果が得られ、リッジ部以外のｐ-ＡｌＧａＩｎ
Ｐ クラッド層の膜厚制御性が著しく向上した。さら
に、活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層を超格
子構造とすることにより、平均キャリア濃度の向上及び
実効的な導伝帯エネルギ差の増大を達成し、温度特性が
改善された結果、従来この波長帯では得られていなかっ
た８０℃以上での発振が可能となった。
な禁制帯幅の差が十分大きく取れているため、エッチン
グストップ層におけるキャリアの再結合が抑制されるの
でキャリアが効果的に活性層に閉じ込められて、閾値電
流の増加が押さえられ、６３０ｎｍ台の室温連続発振が
容易になるとともに、発振波長の制御性が向上した。ま
た、エッチングストップ層薄層化によるエッチングスト
ップ効果の低下は複数のストップ層により補償されて、
５ｎｍの膜厚のエッチングストップ層と同程度以上のス
トップ効果が得られ、リッジ部以外のｐ-ＡｌＧａＩｎ
Ｐ クラッド層の膜厚制御性が著しく向上した。さら
に、活性層近傍のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ クラッド層を超格
子構造とすることにより、平均キャリア濃度の向上及び
実効的な導伝帯エネルギ差の増大を達成し、温度特性が
改善された結果、従来この波長帯では得られていなかっ
た８０℃以上での発振が可能となった。
【図１】本発明の第一の実施例を示す断面図。
【図２】本発明の第一の実施例のエッチングストップ層
の断面図。
の断面図。
【図３】本発明の第二の実施例を示す断面図。
【図４】本発明の第二の実施例のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第
二クラッド層近傍の断面図。
二クラッド層近傍の断面図。
【図５】本発明の第三の実施例を示す断面図。
【図６】本発明の第三の実施例のｐ-ＡｌＧａＩｎＰ第
二クラッド層近傍の断面図。
二クラッド層近傍の断面図。
【図７】本発明の第一の実施例のレーザの縦モードスペ
クトル図。
クトル図。
【図８】従来のリッジ型半導体レーザの構造を示す断面
図。
図。
１…ｎ-ＧａＡｓ基板、２…ｎ-ＡｌＧａＩｎＰ第一クラ
ッド層、３…アンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド
層、４…多重量子井戸活性層、５…アンドープＡｌＧａ
ＩｎＰ第二光ガイド層、６…ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 第二ク
ラッド層、７…超格子エッチングストップ層、９…ｐ-
ＡｌＧａＩｎＰ 第三クラッド層、１０…ｐ-ＧａＩｎＰ
バッファ層、１１…ｎ-ＧａＡｓ 埋込み層、１２…ｐ-
ＧａＡｓ埋込み層、１３…ｎ側電極。
ッド層、３…アンドープＡｌＧａＩｎＰ第一光ガイド
層、４…多重量子井戸活性層、５…アンドープＡｌＧａ
ＩｎＰ第二光ガイド層、６…ｐ-ＡｌＧａＩｎＰ 第二ク
ラッド層、７…超格子エッチングストップ層、９…ｐ-
ＡｌＧａＩｎＰ 第三クラッド層、１０…ｐ-ＧａＩｎＰ
バッファ層、１１…ｎ-ＧａＡｓ 埋込み層、１２…ｐ-
ＧａＡｓ埋込み層、１３…ｎ側電極。
Claims (7)
- 【請求項１】第一導伝型ＧａＡｓ基板上に第一導伝型Ａ
ｌＧａＩｎＰ第一クラッド層，活性層，第二導伝型Ａｌ
ＧａＩｎＰ第二クラッド層，第二導伝型ＧａＩｎＰエッ
チングストップ層，第二導伝型ＡｌＧａＩｎＰ第三クラ
ッド層を有し、前記活性層は（Ａｌx1Ｇａ1-x1)y1Ｉｎ
1-y1Ｐ（０≦ｘ1＜０.７，０＜ｙ1＜１）又は（Ａｌx2
Ｇａ1-x2)y2Ｉｎ1-y2Ｐ／(Ａｌx3Ｇａ1-x3)y3Ｉｎ1-y3
Ｐ(０≦ｘ2＜ｘ3＜０.７，０＜ｙ2，ｙ3＜１）多重量子
井戸構造からなり、前記第二導伝型ＡｌＧａＩｎＰ第三
クラッド層にリッジ部を有するＡｌＧａＩｎＰ系リッジ
型半導体レーザ素子において、前記ＧａＩｎＰエッチン
グストップ層は、その量子サイズ効果による遷移発光エ
ネルギが前記活性層の禁制帯幅より十分大きくなる膜厚
であり、前記第二導伝型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層
と略等しい組成の第二導伝型障壁層で挾まれて複数層存
在する超格子構造となっていることを特徴とする半導体
レーザ素子。 - 【請求項２】請求項項１において、前記第二導伝型Ｇａ
ＩｎＰエッチングストップ層が、前記第二導伝型ＡｌＧ
ａＩｎＰ第二クラッド層と略等しい組成で前記第二導伝
型障壁層より膜厚の大きい第二導伝型クラッド層で挟ま
れて複数組設けられている半導体レーザ素子。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記第二導伝
型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層の一部または全部が、
(Ａlx4Ｇa1-x4)y4Ｉn1-y4Ｐ／(Ａlx5Ｇa1-x5)y5Ｉn1-y5
Ｐ（０≦ｘ4＜ｘ5≦０.７，０＜ｙ4,ｙ5＜１）多重量子
井戸構造からなる導体レーザ素子。 - 【請求項４】請求項３において、前記第二導伝型第二ク
ラッド層のうち、前記多重量子井戸構造からなる部分の
量子井戸層の一部又は全部のＩｎ組成ｙ4 が０＜ｙ4＜
０.５または０.５＜ｙ4＜１である半導体レーザ素子。 - 【請求項５】請求項３もしくは４において、前記第二導
伝型第二クラッド層のうち、前記多重量子井戸構造から
なる部分の量子障壁層の一部又は全部のＩｎ組成ｙ5が
０＜ｙ5＜０.５または０.５＜ｙ5＜１である半導体レー
ザ素子。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
前記ＧａＡｓ基板の面方位が（100)面から〔０１１〕方
向に２度以上２５.３ 度以下傾いている半導体レーザ素
子。 - 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
て、結晶成長温度が６５０℃以上７８０℃以下である半
導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14730893A JPH077219A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14730893A JPH077219A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077219A true JPH077219A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=15427262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14730893A Pending JPH077219A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077219A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5757835A (en) * | 1996-06-27 | 1998-05-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
| JP2002094039A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-03-29 | Fujitsu Ltd | 受光装置及びその製造方法 |
| US6711196B2 (en) * | 2002-01-22 | 2004-03-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stripe waveguide structure type semiconductor laser device and fabricating method therefor |
| JP2021129119A (ja) * | 2019-06-21 | 2021-09-02 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体光デバイスの製造方法及び半導体光デバイス |
| WO2021187543A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP14730893A patent/JPH077219A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5757835A (en) * | 1996-06-27 | 1998-05-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
| JP2002094039A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-03-29 | Fujitsu Ltd | 受光装置及びその製造方法 |
| US6711196B2 (en) * | 2002-01-22 | 2004-03-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stripe waveguide structure type semiconductor laser device and fabricating method therefor |
| JP2021129119A (ja) * | 2019-06-21 | 2021-09-02 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体光デバイスの製造方法及び半導体光デバイス |
| US12433066B2 (en) | 2019-06-21 | 2025-09-30 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor optical device and method of producing the same |
| WO2021187543A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| JPWO2021187543A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 |
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