JPH0846281A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH0846281A
JPH0846281A JP17577894A JP17577894A JPH0846281A JP H0846281 A JPH0846281 A JP H0846281A JP 17577894 A JP17577894 A JP 17577894A JP 17577894 A JP17577894 A JP 17577894A JP H0846281 A JPH0846281 A JP H0846281A
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JP
Japan
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layer
doped
type
plane
stripe
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Withdrawn
Application number
JP17577894A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Okumura
敏之 奥村
Yoshikazu Yoshimoto
芳和 好本
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 横モードが安定で無効電流が少なく、動作電
圧が低い、内部ストライプ構造を有する半導体レーザ素
子を提供する。 【構成】 p型GaAs基板1の(100)面に少なく
とも(111)面を有するストライプ状溝2が形成さ
れ、この状態の基板上にNドープZnyMg1-yzSe
1-z(0≦y≦1、0≦z≦1)層が積層されている。
更に、その上にII-VI族化合物半導体からなるp型クラ
ッド層5、活性層7およびn型クラッド層9が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、GaAs基板上にII-V
I族化合物半導体により構成される青色〜青緑色の半導
体レーザ素子に関し、特に内部ストライプ構造を有する
半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、II-VI族化合物半導体により構成
される青色〜青緑色半導体レーザ素子においては、電流
注入によるレーザ発振を行うものが多数報告されている
(例えばELECTRONICS LETTERS
(9),766(’93))。これらの報告の中で
用いられている半導体レーザ素子のいずれの構造も、所
謂電極ストライプ構造である。
【0003】図6に従来の電極ストライプ構造をした半
導体レーザ素子の断面図を示す。この半導体レーザ素子
は、(100)面を有するn型GaAs基板101の上
に形成され、基板101の上にはn型ZnyMg1-yz
Se1-z(y=0.9、z=0.1)クラッド層10
2、n型ZnSzSe1-z(z=0.06)ガイド層10
3、ZnxCd1-xSe(x=0.8)活性層104、p
型ZnSzSe1-z(z=0.06)ガイド層105、p
型ZnyMg1-yzSe1-z(y=0.9、z=0.1)
クラッド層106、p型ZnSeコンタクト層107お
よびストライプ部109を有する、例えばSiN膜等か
らなる誘電体絶縁膜108が、基板101側からこの順
に積層されている。更に、この積層体を挟んで誘電体絶
縁膜108側に、例えばAu等からなるp型電極110
が、基板101側に同様の材料からなるn型電極111
が形成されている。ここで、導電型は正孔を多数キャリ
アとするものをp型、電子を多数キャリアとするものを
n型と称する。
【0004】この半導体レーザ素子は、電極110およ
び111間に電圧を印加することにより、ストライプ部
109のみに電流を流してn型クラッド層102および
n型ガイド層103から活性層104に電子を注入し、
p型ガイド層105およびp型クラッド層106から正
孔を注入する。活性層104に注入された電子と正孔と
は再結合して光を輻射するが、注入される電流レベルが
大きくなると誘導放出が始まってレーザ発振に至る。レ
ーザ光は、活性層104のうちストライプ部109の直
下でのみ光利得が大きいという利得導波モードにより導
波される。
【0005】ところで、NをドープしたZnyMg1-y
zSe1-z(0≦y≦1、かつ、0≦z≦1)において
は、エピタキシャル成長に用いられるGaAs基板の面
方位によってドーピング効率が変化する。例えば、(3
11)、(511)、(711)等の高次の面上へ成長
させた場合は、(100)面上へ成長させた場合に比べ
てドーピング効率が向上する。このドーピング効率の向
上により、p型のキャリア濃度が高くなる。また、(1
11)面上に成長させた場合には、逆にドーピング効率
が低下する。このドーピング効率の低下により、高抵抗
を示すようになることが知られている。これらの特性
は、A面およびB面のいずれにおいても観測される。こ
れらの特性のうち高次の面上への成長によるキャリア濃
度の増大を利用し、レーザ特性を向上させた例として、
(311)A面を有するGaAs基板上にII-VI族化合
物半導体によって構成された、上述のような電極ストラ
イプ構造を有する青色〜青緑色の半導体レーザ素子が知
られている(1993 International
Conference on Solid State
Devices and Materials,LC−
11,pp.976−977)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】さて、前述した図6に
示した半導体レーザ素子には、以下のような問題があ
る。まず、駆動電流を大きくすると、活性層104に注
入されたキャリアが次第にストライプ部109の直下か
ら両側に広がっていくので、高利得領域が広がって横モ
ードが広がる。また、ストライプ部109の直下領域に
キャリアが注入されるので、この領域での屈折率はキャ
リアが注入されない領域での屈折率に比べて小さくな
る。このため、光を実屈折率差で閉じ込めて導波させる
ことができなくなり、横モードの広がりや高次の横モー
ド発振が招来されて横モードが不安定となる。このよう
に横モードが不安定であると、電流−光出力特性にキン
クが生じる。また、この半導体レーザ素子を光磁気ディ
スクに用いる場合には、レーザ光をうまく集光すること
ができないので、ディスクへのデータ書き込みやディス
クからのデータ読み出しが行えなくなるという問題があ
る。
【0007】また、ストライプ部109から注入された
電流の一部がガイド層105、クラッド層106および
コンタクト層107で横方向に広がる。このため、スト
ライプ部109の直下部分から注入されて横へ広がった
電流がレーザ光の利得に寄与できず、無効電流となって
動作電流の増加を招くという問題がある。
【0008】更に、II-VI族化合物半導体においては、
一般的に、その導電型がp型であるときには多数キャリ
アである正孔のキャリア濃度を高くすることができな
い。例えば、基板の(100)面上に成長させた場合、
キャリア濃度は高々1×1018cm-3程度にしか上がら
ない。このため、半導体レーザ素子の電気抵抗が高くな
って動作電圧の増加を招き、大量のジュール熱が発生す
るので素子特性の劣化を引き起こすという問題がある。
【0009】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、横モードが安定で無効電
流が少なく、動作電圧を低くすることができる半導体レ
ーザ素子を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、(100)面を表面に有するp型GaAs基板の
該表面側に少なくとも(111)面を有するストライプ
状溝が形成され、この状態の基板上にNドープZny
1-yzSe1-z(0≦y≦1、0≦z≦1)層が積層
され、更に該NドープZnyMg1-yzSe1-z層の上に
II-VI族化合物半導体からなるp型クラッド層、活性層
およびn型クラッド層が形成されており、そのことによ
り上記目的が達成される。
【0011】また、本発明の他の半導体レーザ素子は、
(111)面を表面に有する第1導電型GaAs基板の
該表面側に、少なくとも1つの面として(m11)面
(但し、mは3以上の整数)または(100)面を有す
るストライプ状溝が形成され、この状態の基板上にII-V
I族化合物半導体からなる第1導電型クラッド層、活性
層および第2導電型クラッド層が形成され、更に該第1
導電型クラッド層および第2導電型クラッド層のうちp
型クラッド層がNドープZnyMg1-yzSe1-z(0≦
y≦1、0≦z≦1)からなり、かつ、該p型クラッド
層の少なくとも一部が該溝の(m11)面(但し、mは
3以上の整数)上または(100)面上に形成されてお
り、そのことにより上記目的が達成される。
【0012】
【作用】前述したように、NドープZnyMg1-yz
1-z(0≦y≦1、0≦z≦1)は、エピタキシャル
成長に用いられるGaAs基板の面方位によってドーピ
ング効率が変化する。(311)、(511)、(71
1)等の高次の面上の成長では、(100)面上の成長
に比べてドーピング効率が向上して、p型のキャリア濃
度が高くなる。また、(111)面上に成長した場合に
は、逆にドーピング効率が低下して高抵抗を示す。これ
らの特性は、A面およびB面のいずれにおいても観測さ
れる。
【0013】本発明の半導体レーザ素子においては、p
型GaAs基板の(100)面側に少なくとも(11
1)面を有するストライプ状溝が形成され、この状態の
基板上にNドープZnyMg1-yzSe1-z層が積層され
ている。NドープZnyMg1-yzSe1-z層は(11
1)面上に成長した部分は高抵抗となり、(100)面
上に成長した部分はp型となるので、電流狭窄を行うこ
とができ、無効電流の低減を図ることができる。
【0014】本発明の他の半導体レーザ素子において
は、第1導電型の基板の(111)面側に少なくとも
(m11)面(但し、mは3以上の整数)または(10
0)面を有するストライプ状溝が形成され、この状態の
基板上に形成された第1導電型クラッド層および第2導
電型クラッド層のうちNドープZnyMg1-yzSe1-z
(0≦y≦1、0≦z≦1)からなるp型クラッド層の
少なくとも一部は、溝の(m11)面(但し、mは3以
上の整数)上または(100)面上に形成されている。
NドープZnyMg1-yzSe1-z層は、(111)面上
に成長した部分は高抵抗となり、(100)面上に成長
した部分はp型となるので、電流狭窄を行うことがで
き、無効電流の低減を図ることができる。さらに、高次
の面である(m11)面(但し、mは3以上の整数)上
に成長したNドープZnyMg1-yzSe1-zはp型のキ
ャリア濃度が高くなる。また、(100)面上に成長し
た場合には、成長が進むにつれて(m11)面(但し、
mは2以上の整数)が現れ、特にmが3以上の場合には
p型のキャリア濃度が高くなる。このp型キャリア濃度
が高い部分を電流経路とすることにより素子の電気抵抗
を低減することができ、動作電圧を下げることができ
る。一方、(111)面上に成長したNドープZny
1 -yzSe1-z層は高抵抗となるので、電流狭窄を行
うことができ、無効電流の低減を図ることができる。
【0015】本発明の半導体レーザ素子および他の半導
体レーザ素子においては、基板上に形成された溝のため
に活性層が屈曲しており、その溝の直上のみに電流が流
れて活性領域となる。GaAs基板のエネルギーギャッ
プは活性層のエネルギーギャップよりも小さいので、活
性領域で発生して横方向に広がった光はストライプ状溝
の両外側のGaAs基板で吸収されることになる。よっ
て、光の横方向の広がりが抑えられて安定した横モード
でレーザ発振が得られる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
【0017】(実施例1)図1に実施例1の半導体レー
ザ素子の断面図を示す。この半導体レーザ素子はp型G
aAs基板1を有し、この基板1の上層部には、(11
1)A面である側面2cと(100)面である底面2b
とを有するストライプ状溝2が形成されている。基板1
のストライプ状溝2を除く上表面2aは(100)面と
なっている。この基板1の上には、全面にわたってNド
ープZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=0)バッフ
ァ層4が積層されている。このNドープZnyMg1-y
zSe1-zバッファ層4は、(111)A面である側面2
cの上に成長した部分3(斜線部)は高抵抗であり、
(100)面である上表面2aと底面2bとの上に成長
した部分はp型の導電性を示す。
【0018】バッファ層4の上には、II-VI族化合物半
導体からなるNドープZnyMg1-yzSe1-z(y=
0.9、z=0.2)クラッド層5、NドープZny
1-y zSe1-z(y=1、z=0.06)ガイド層
6、ZnxCd1-xSe(x=0.8)活性層7、Clド
ープn型ZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=0.0
6)ガイド層8、Clドープn型ZnyMg1-yzSe
1-z(y=0.9、z=0.2)クラッド層9およびC
lドープn型ZnSeコンタクト層10が基板側からこ
の順に積層形成されている。上記クラッド層5およびガ
イド層6は共に、(111)A面である側面2cの上に
成長した部分は高抵抗であり、(100)面である上表
面2aと底面2bとの上に成長した部分はp型の導電性
を示す。
【0019】さらに、その上にSiO2からなる誘電体
膜11が形成され、誘電体膜11側にはn型電極12
が、基板1側にはp型電極13が各々形成されている。
【0020】このように構成された半導体レーザ素子
は、以下のようにして作製される。
【0021】まず、図1(a)に示すように、p型Ga
As基板1の上表面の(100)面に対し通常のフォト
リソグラフィーとエッチングとを行ってストライプ状溝
2を形成する。この際、100℃以上の高温でプリベー
クしたレジストまたは通常のCVD(Chemical
Vapour Deposition)法により堆積
した誘電体膜(例えばSiO2膜)をエッチングマスク
として、ストライプ方向をGaAs基板1の
【0022】
【数1】
【0023】方向と一致させ、硫酸と過酸化水素水と水
との混合液をエッチャントとして用いたウェットエッチ
ングを行うと、GaAs基板1の上表層に(111)A
面である側面を有するストライプ状の溝を形成すること
ができる。また、このとき、広いストライプ幅で浅くエ
ッチングすることにより、(111)A面である側面2
cと(100)面である底面2bとを有するストライプ
状溝2を作製することができる。本実施例では、ストラ
イプ幅を4.4μm、溝2の深さを1.0μmとして、
溝2の底面に幅3μmのストライプ状の(100)面を
形成した。なお、エッチャントとしては、上記のものに
代えて、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液を用
いても同様な形状の溝を形成することができる。
【0024】次に、図2(b)に示すようにエッチング
マスクを除去し、GaAs基板1の全面にわたって、M
BE成長法によりNドープZnyMg1-yzSe1-z(y
=1、z=0)バッファ層4をエピタキシャル成長させ
る。この時、ストライプ状溝2の側面2cの(111)
A面上に成長したバッファ層4の部分3は高抵抗とな
り、GaAs基板1表面の(100)面である上表面2
aと底面2bとの上に成長したバッファ層部分はp型と
なる。
【0025】続いて、図2(c)に示すように、MBE
成長法によりII-VI族化合物半導体からなるNドープZ
yMg1-yzSe1-z(y=0.9、z=0.2)クラ
ッド層5、NドープZnyMg1-yzSe1-z(y=1、
z=0.06)ガイド層6、ZnxCd1-xSe(x=
0.8)活性層7、Clドープn型ZnyMg1-yz
1 -z(y=1、z=0.06)ガイド層8、Clドー
プn型ZnyMg1-yzSe1 -z(y=0.9、z=0.
2)クラッド層9およびClドープn型ZnSeコンタ
クト層10を順次エピタキシャル成長する。この時、上
記NドープZnyMg1 -yzSe1-zクラッド層5および
NドープZnyMg1-yzSe1-zガイド層6は共に、
(111)A面である側面2c上に成長した部分は高抵
抗となり、(100)面である上表面2aと底面2bと
の上に成長した部分はp型となる。
【0026】次に、CVD法によりSiO2からなる誘
電体膜11を形成し、溝2の上のみをストライプ状に開
口させる。
【0027】最後に、誘電体膜11側にはn型電極12
を、基板1側にはp型電極13を形成して半導体レーザ
素子とする。
【0028】本実施例では、溝2の深さと幅、および各
半導体層の厚みは以下のように形成した。
【0029】 溝2 :深さ1.0μm、幅3.0μ
m Nドープバッファ層4 :厚み0.08μm Nドープクラッド層5 :厚み1.2μm Nドープガイド層6 :厚み0.1μm 活性層7 :厚み0.008μm n型ガイド層8 :厚み0.1μm n型クラッド層9 :厚み1.2μm n型コンタクト層10 :厚み0.2μm この半導体レーザ素子においては、ストライプ状溝2の
側面2cの(111)A面上に成長したNドープバッフ
ァ層部分3、Nドープクラッド層5およびNドープガイ
ド層6の各部分は高抵抗である。つまり、従来技術とは
異なり、II-VI族化合物半導体からなる上記3層の高抵
抗部分でより高い効率にて電流狭窄を行えるようにな
る。また、溝2の底面2bおよび溝2以外のGaAs基
板の上表面2aの(100)面上に成長したNドープバ
ッファ層4、Nドープクラッド層5およびNドープガイ
ド層6の各部分はp型である。さらに、SiO2からな
る誘電体膜11がストライプ状の開口を有して形成され
ていることも併せて、電流は溝2の底面2bの(10
0)面上に成長した部分のみに流れる。よって、電流の
内部狭窄構造が形成され、無効電流の低減を図ることが
できる。また、バッファ層4からコンタクト層10まで
のすべての層を連続して1回のエピタキシャル成長によ
り内部電流狭窄構造を作製することができるので、作製
コストの低減や歩留りの向上を図ることができる。さら
に、GaAs基板1のエネルギーギャップを活性層7の
エネルギーギャップよりも小さくできるので、活性層7
の溝2の直上部に位置する活性領域で発生した光がスト
ライプ状溝2の両外側のGaAs基板1で吸収される。
よって、光の横方向の広がりを抑えて安定した横モード
でのレーザ発振が得られる。
【0030】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振閾値電流40mA、発振波長=500n
m、微分効率0.7W/A、動作電圧5.0Vであり、
横モードは安定した基本モードが得られた。また、高い
光出力時にも同様な特性であった。
【0031】(実施例2)図3に実施例2の半導体レー
ザ素子の断面図を示す。この半導体レーザ素子は、p型
GaAs基板21を有し、この基板21の上層部には、
(100)面である底面22bおよび(111)A面で
ある側面22cを有するストライプ状溝22と、(11
1)A面である側面23aのみを有するストライプ状溝
23が形成されている。この基板21の上表面には、
(100)面としてはストライプ状溝23の底面22b
のみが存在する。この基板21上の全面にわたってNド
ープZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=0)バッフ
ァ層24が積層されている。このNドープZnyMg1-y
zSe1-zバッファ層24は、(111)A面である側
面22cおよび23aの上に成長した部分(斜線部)は
高抵抗であり、(100)面である底面22bの上に成
長した部分25はp型の導電性を示す。バッファ層24
の上には、II-VI族化合物半導体からなるNドープZny
Mg1-yzSe1- z(y=0.8、z=0.4)クラッ
ド層26、NドープZnyMg1-yzSe1- z(y=0.
9、z=0.2)ガイド層27、ZnSzSe1-z(z=
0.06)活性層28、Clドープn型ZnyMg1-y
zSe1-z(y=0.9、z=0.2)ガイド層29、C
lドープn型ZnyMg1-yzSe1-z(y=0.8、z
=0.4)クラッド層30およびClドープn型ZnS
eコンタクト層31が基板側からこの順に積層形成され
ている。
【0032】上記NドープZnyMg1-yzSe1-zクラ
ッド層26およびNドープZnyMg1-yzSe1-zガイ
ド層27は共に、(111)A面である側面22cおよ
び23aの上に成長した部分は高抵抗であり、(10
0)面である底面2bの上に成長した部分はp型の導電
性を示す。さらにコンタクト層31側にはn型電極32
が、基板21側にはp型電極33が各々形成されてい
る。
【0033】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製される。
【0034】まず、図4に示すように、p型GaAs基
板21の上表面の(100)面に対し通常のフォトリソ
グラフィーとエッチングとを行ってストライプ状溝2
2、23を形成する。この際、100℃以上の高温でプ
リベークしたレジストまたは通常のCVD法により堆積
した誘電体膜(例えばSiO2膜)をエッチングマスク
として、ストライプ方向をGaAs基板21の
【0035】
【数2】
【0036】方向と一致させ、硫酸と過酸化水素水と水
との混合液をエッチャントとして用いたウェットエッチ
ングを行うと、GaAs基板1の上層部に(111)A
面である側面を有するストライプ状の溝を形成すること
ができる。このとき、エッチングマスクの間隔を変える
ことにより、底面22bに(100)面が形成された溝
22と底面の形成されていない溝23とを同時に作製す
ることができる。本実施例では、エッチングマスクの幅
を0.4μm、溝22を形成するためのエッチングマス
クの間隔を4.0μm、溝23を形成するためのエッチ
ングマスクの間隔を1.0μm、溝22、23の深さを
1.0μmとした。これにより、溝22の底面22bに
幅3μmのストライプ状の(100)面が形成され、溝
23には(100)面である底面が形成されなかった。
なお、エッチャントとしては、上述のものに代えて、ア
ンモニアと過酸化水素水と水との混合液を用いても同様
な形状の溝を形成することができる。
【0037】次に、エッチングマスクを除去し、GaA
s基板21の全面にわたって、MBE成長法によりNド
ープZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=0)バッフ
ァ層24をエピタキシャル成長させる。この時、ストラ
イプ状溝22および23の側面22c、23aの(11
1)A面上に成長したバッファ層24部分は高抵抗とな
り、溝22の底面22bの(100)面上に成長した部
分25はp型となる。
【0038】続いて、MBE成長法によりII-VI族化合
物半導体からなるNドープZnyMg1-yzSe1-z(y
=0.8、z=0.4)クラッド層26、NドープZn
yMg1-yzSe1-z(y=0.9、z=0.2)ガイド
層27、ZnSzSe1-z(z=0.06)活性層28、
Clドープn型ZnyMg1-yzSe1-z(y=0.9、
z=0.2)ガイド層29、Clドープn型ZnyMg
1-yzSe1-z(y=0.8、z=0.4)クラッド層
30およびClドープn型ZnSeコンタクト層31を
順次エピタキシャル成長する。この時、NドープZny
Mg1-yzSe1-zクラッド層26およびNドープZny
Mg1-yzSe1-zガイド層27は共に、(111)A
面である側面22c、23aの上に成長した部分は高抵
抗となり、(100)面である底面22bの上に成長し
た部分はp型となる。
【0039】最後に、コンタクト層31側にはn型電極
32を、基板21側にはp型電極33を形成して半導体
レーザ素子とする。
【0040】本実施例では、各半導体層の厚みは以下の
ように形成した。
【0041】 Nドープバッファ層24 :厚み0.08μm Nドープクラッド層26 :厚み1.2μm Nドープガイド層27 :厚み0.1μm 活性層28 :厚み0.008μm n型ガイド層29 :厚み0.1μm n型クラッド層30 :厚み1.2μm n型コンタクト層31 :厚み0.2μm この半導体レーザ素子においては、ストライプ状溝22
および23の側面22c、23aの(111)A面上に
成長したNドープバッファ層24、Nドープクラッド層
26およびNドープガイド層27の各部分は高抵抗であ
る。つまり、従来技術とは異なり、II-VI族化合物半導
体からなる上記3層の高抵抗部分でより高い効率にて電
流狭窄を行えるようになる。また、溝22の底面22b
の(100)面上に成長したNドープバッファ層25、
Nドープクラッド層26およびNドープガイド層27の
各部分はp型である。このため、電流は溝22の底面2
2bの(100)面上に成長した部分のみに流れるとい
う、電流の内部狭窄構造が形成され、無効電流の低減を
図ることができる。この半導体レーザ素子においても、
実施例1と同様に作製コストの低減や歩留りの向上を図
ることができ、低動作電流で横モードは安定した基本モ
ードが得られた。また、本実施例の半導体レーザ素子
は、電流狭窄のために実施例1に用いられている誘電体
膜11に相当する膜を必要としないので、電極32とコ
ンタクト層31との接触面積を大きく取ることができ
る。このため、コンタクト抵抗を低減してさらに低い動
作電圧とすることができた。
【0042】(実施例3)図5に実施例3の半導体レー
ザ素子の断面図を示す。この半導体レーザ素子は、p型
GaAs基板51を有し、この基板51の上層部には、
(100)面および(011)面である側面を有するス
トライプ状溝52が形成されている。この基板51の上
表面は、ストライプ状溝52を除く部分が(111)A
面となっている。この基板51上の全面にわたってNド
ープZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=0)バッフ
ァ層54が積層されている。このNドープZnyMg1-y
zSe1 -zバッファ層54は、(111)A面上に成長
した部分(斜線部)は高抵抗であり、(100)面上に
成長した部分53はp型の導電性を示す。
【0043】バッファ層54の上には、II-VI族化合物
半導体からなるNドープZnyMg1- yzSe1-z(y=
0.9、z=0.2)クラッド層55、NドープZny
Mg1- yzSe1-z(y=1、z=0.06)ガイド層
56、ZnxCd1-xSe(x=0.8)活性層57、C
lドープn型ZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=
0.06)ガイド層58、Clドープn型ZnyMg1-y
zSe1-z(y=0.9、z=0.2)クラッド層59
およびClドープn型ZnSeコンタクト層60が基板
側からこの順に積層形成されている。
【0044】上記NドープZnyMg1-yzSe1-zクラ
ッド層55およびNドープZnyMg1-yzSe1-zガイ
ド層56は共に、基板51の(111)A面上に成長し
た部分(斜線部)は高抵抗であり、基板51の(10
0)面上に成長した部分はp型の導電性を示す。さら
に、コンタクト層60側にはn型電極61が、基板側5
1にはp型電極62が各々形成されている。
【0045】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製される。
【0046】まず、p型GaAs基板51の上表面の
(111)A面に対し通常のフォトリソグラフィーとエ
ッチングとを行ってストライプ状溝52を形成する。こ
の際、100℃以上の高温でプリベークしたレジストま
たは通常のCVD法により堆積した誘電体膜(例えばS
iO2膜)をエッチングマスクとして、ストライプ方向
をGaAs基板51の
【0047】
【数3】
【0048】方向と一致させ、硫酸と過酸化水素水と水
との混合液をエッチャントとして用いたウェットエッチ
ングを行うと、GaAs基板1の上層部に(100)面
と(011)面とを側面に有するストライプ状溝52を
形成することができる。本実施例では、ストライプ幅を
4.0μm、溝52の深さを2.0μmとした。なお、
エッチャントとしては、上記のものに代えて、アンモニ
アと過酸化水素水と水との混合液を用いても同様な形状
の溝を形成することができる。
【0049】次に、エッチングマスクを除去し、GaA
s基板51の全面にわたって、MBE成長法によりNド
ープZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=0)バッフ
ァ層54をエピタキシャル成長させる。この時、ストラ
イプ状溝52の側面の(100)面上に成長した部分5
3はp型となり、溝52以外のGaAs基板表面の(1
11)A面上に成長した部分は高抵抗となる。
【0050】続いて、MBE成長法によりII-VI族化合
物半導体からなるNドープZnyMg1-yzSe1-z(y
=0.9、z=0.2)クラッド層55、NドープZn
yMg1-yzSe1-z(y=1、z=0.06)ガイド層
56、ZnxCd1-xSe(x=0.8)活性層57、C
lドープn型ZnyMg1-yzSe1-z(y=1、z=
0.06)ガイド層58、Clドープn型ZnyMg1-y
zSe1-z(y=0.9、z=0.2)クラッド層59
およびClドープn型ZnSeコンタクト層60を順次
エピタキシャル成長する。
【0051】上記NドープZnyMg1-yzSe1-zクラ
ッド層5およびNドープZnyMg1 -yzSe1-zガイド
層6は共に、基板51の(111)A面上に成長した部
分は高抵抗となり、基板51の(100)面上に成長し
た部分はp型となる。また、成長が進むにつれて、溝5
2の側面の(100)面上には(m11)A面(但し、
mは2以上の整数)が現れ、3≦mになるとキャリア濃
度の高いp型となる。また、NドープZnyMg1-yz
Se1-zガイド層56と活性層57との界面で面方位が
(m11)A面(但し、mは3以上の整数)となるよう
にすると、この界面でガイド層56が高抵抗となるのを
防ぐことができる。
【0052】最後に、コンタクト層60側にはn型電極
61を、基板51側にはp型電極62を形成して半導体
レーザ素子とする。
【0053】本実施例では、溝52の深さと幅、および
各半導体層の厚みは以下のように形成した。
【0054】 溝52 :深さ2.0μm、幅4.0
μm Nドープバッファ層54 :厚み0.08μm Nドープクラッド層55 :厚み1.2μm Nドープガイド層56 :厚み0.1μm 活性層57 :厚み0.008μm n型ガイド層58 :厚み0.1μm n型クラッド層59 :厚み1.2μm n型コンタクト層60 :厚み0.2μm この半導体レーザ素子においては、基板51の(11
1)A面上に成長したNドープバッファ層54、Nドー
プクラッド層55およびNドープガイド層56の各部分
(斜線部)は高抵抗である。つまり、従来技術とは異な
り、II-VI族化合物半導体からなる上記3層の高抵抗部
分でより高い効率にて電流狭窄を行えるようになる。ま
た、溝52の側面の(100)面上に成長したNドープ
バッファ層53、Nドープクラッド層55およびNドー
プガイド層56の各部分はp型である。このため、電流
は溝52の側面の(100)面上に成長した部分のみに
流れるという、電流の内部狭窄構造が形成され、無効電
流の低減を図ることができる。また、本実施例の半導体
レーザ素子においては、活性層近傍のNドープクラッド
層55およびNドープガイド層56を(m11)A面
(但し、mは3以上の整数)上に成長させることができ
る。よって、正孔のキャリア濃度を高くして電流経路の
抵抗値を低減し、動作電圧を低くすることができる。こ
の半導体レーザ素子においても、実施例1や実施例2と
同様に低動作電流で横モードは安定した基本モードが得
られ、さらに動作電圧を低くすることができた。また、
本実施例の半導体レーザ素子においては、電流狭窄のた
めに実施例1に用いられているような誘電体11や、実
施例2に用いられている多数のストライプ状溝23に相
当するものを必要とせず、一本のストライプ状溝を形成
するだけで簡単に内部電流狭窄構造を作製することがで
きる。
【0055】上記実施例1〜3において、ZnMgSS
eの混晶比は適宜変更してもよい。また、GaAs基板
上に構成されるII-VI族化合物半導体としては、ZnM
gSSe系、ZnCdSSe系、その他、ZnMnSS
e、ZnSSeTe等、青色〜青緑色の半導体レーザ素
子を構成する種々の材料系を用いることができ、化合物
の組成比も適宜変更することができる。また、(11
1)A面および(m11)A面(但し、mは3以上の整
数)を用いたが、B面を用いても同様の特性が得られ
る。
【0056】上記実施例1〜3においてはガイド層は膜
厚方向において均一な組成を有しているが、これに限ら
ず、膜厚方向にガイド層の組成が変化しているGRIN
−SCH(Graded Index − Separ
ate ConfimentHeterostruct
ure)構造としてもよい。
【0057】また、上記実施例3においては基板の導電
型をp型としたが、n型GaAs基板を用い、活性層の
上にNドープZnyMg1-yzSe1-zガイド層、Nドー
プZnyMg1-yzSe1-zクラッド層およびNドープZ
yMg1-yzSe1-zコンタクト層をエピタキシャル成
長させても同様に本発明の半導体レーザ素子とすること
ができる。また、ストライプ状溝として(100)面を
有する溝を形成したが、(m11)面(但し、mは3以
上の整数)を有する溝を形成してもよい。
【0058】
【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、基板の面方位によるNのドーピング効率の違
いを利用して、基板の(111)面上に成長させたII-V
I族化合物半導体からなる各層部分を高抵抗にしている
ので、より高い効率にて電流狭窄することができ、無効
電流の低減により動作電流を低減することができる。ま
た、(m11)面(但し、mは3以上の整数)上の成長
部分ではp型のキャリア濃度が増大されるので、この部
分を電流経路とすることにより動作電圧を低減すること
ができる。また、活性層の活性領域で発生した光は、エ
ネルギーギャップが小さいGaAs基板で吸収されるの
で、安定した横モードでレーザ発振が得られる。さら
に、MBE法を用いて1回のエピタキシャル成長により
内部電流狭窄構造を形成することができるので、半導体
レーザ素子を、歩留りよく、低コストで製造することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。
【図2】(a)〜(c)は、実施例1の半導体レーザ素
子の製造工程を示す断面図である。
【図3】実施例2の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。
【図4】実施例2の半導体レーザ素子の製造工程を示す
断面図である。
【図5】実施例3の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。
【図6】従来の電極ストライプ構造の半導体レーザ素子
を示す断面図である。
【符号の説明】
1、21 p型GaAs基板 2、22、23、52 ストライプ状溝 3、25、53 部分 4、24、54 NドープZnyMg1-yzSe1-zバッ
ファ層 5、26、55 NドープZnyMg1-yzSe1-zクラ
ッド層 6、27、56 NドープZnyMg1-yzSe1-zガイ
ド層 7、28、57 活性層 8、29、58 n型ガイド層 9、30、59 n型クラッド層 10、31、60 n型コンタクト層 11 誘電体膜 12、32、61 n型電極 13、33、62 p型電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (100)面を表面に有するp型GaA
    s基板の該表面側に少なくとも(111)面を有するス
    トライプ状溝が形成され、この状態の基板上にNドープ
    ZnyMg1-yzSe1-z(0≦y≦1、0≦z≦1)層
    が積層され、更に該NドープZnyMg1-yzSe1-z
    の上にII-VI族化合物半導体からなるp型クラッド層、
    活性層およびn型クラッド層が形成されている半導体レ
    ーザ素子。
  2. 【請求項2】 (111)面を表面に有する第1導電型
    GaAs基板の該表面側に、少なくとも1つの面として
    (m11)面(但し、mは3以上の整数)または(10
    0)面を有するストライプ状溝が形成され、この状態の
    基板上にII-VI族化合物半導体からなる第1導電型クラ
    ッド層、活性層および第2導電型クラッド層が形成さ
    れ、更に該第1導電型クラッド層および第2導電型クラ
    ッド層のうちp型クラッド層がNドープZnyMg1-y
    zSe1-z(0≦y≦1、0≦z≦1)からなり、かつ、
    該p型クラッド層の少なくとも一部が該溝の(m11)
    面(但し、mは3以上の整数)上または(100)面上
    に形成されている半導体レーザ素子。
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