JPH0864901A - 半導体レーザダイオードの構造 - Google Patents
半導体レーザダイオードの構造Info
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- JPH0864901A JPH0864901A JP19923494A JP19923494A JPH0864901A JP H0864901 A JPH0864901 A JP H0864901A JP 19923494 A JP19923494 A JP 19923494A JP 19923494 A JP19923494 A JP 19923494A JP H0864901 A JPH0864901 A JP H0864901A
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- Japan
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- semiconductor
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- laser diode
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- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体レーザダイオードの発振効率と発振寿命
の向上をはかる。 【構成】ヘテロエピタキシャル成長する半導体結晶基板
１の表面は、(００１)から［１-１０ ］方向３に２〜４
度傾斜した微傾斜（００１）面２とし、半導体ＬＤのフ
ァブリ・ペロー共振端面４は基板表面２に垂直な、おお
よそ（０１０）面である構造の半導体レーザダイオー
ド。 【効果】ヘテロエピタキシャル成長時に発生するミスフ
ィット転位や、レーザ発振時に増殖するダークライン欠
陥を抑制できる。
の向上をはかる。 【構成】ヘテロエピタキシャル成長する半導体結晶基板
１の表面は、(００１)から［１-１０ ］方向３に２〜４
度傾斜した微傾斜（００１）面２とし、半導体ＬＤのフ
ァブリ・ペロー共振端面４は基板表面２に垂直な、おお
よそ（０１０）面である構造の半導体レーザダイオー
ド。 【効果】ヘテロエピタキシャル成長時に発生するミスフ
ィット転位や、レーザ発振時に増殖するダークライン欠
陥を抑制できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＢｅ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ，Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅなどを用いたII−VI族化
合物半導体結晶の青／緑色半導体レーザダイオードはも
ちろんのこと、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ，Ｐ，Ａｓ，
Ｓｂを用いたIII−Ｖ 族化合物半導体レーザダイオード
の基板結晶表面の面方位とファブリ・ペロー共振器端面
の面方位に関する。
ｄ，Ｈｇ，Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅなどを用いたII−VI族化
合物半導体結晶の青／緑色半導体レーザダイオードはも
ちろんのこと、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ，Ｐ，Ａｓ，
Ｓｂを用いたIII−Ｖ 族化合物半導体レーザダイオード
の基板結晶表面の面方位とファブリ・ペロー共振器端面
の面方位に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザダイオード（ＬＤと略す）
は、半導体ＬＤ内で自然放出によって発生した微弱な光
が種となって誘導放出を介して増幅され、共振器端面の
反射鏡で反射されながら二つの反射鏡のあいだを往復し
て発振に至る。図２に示すように通常｛００１｝ジャス
ト（just）の半導体結晶基板上にII−VI族やIII−Ｖ 族
の化合物結晶をヘテロエピタキシャル成長させている
が、これはＧａＡｓ基板の場合、｛１１０｝面が劈開面
であるので、｛００１｝表面を用いると半導体ＬＤ（特
に共振器の反射鏡）を作る上で好都合だという理由であ
る。
は、半導体ＬＤ内で自然放出によって発生した微弱な光
が種となって誘導放出を介して増幅され、共振器端面の
反射鏡で反射されながら二つの反射鏡のあいだを往復し
て発振に至る。図２に示すように通常｛００１｝ジャス
ト（just）の半導体結晶基板上にII−VI族やIII−Ｖ 族
の化合物結晶をヘテロエピタキシャル成長させている
が、これはＧａＡｓ基板の場合、｛１１０｝面が劈開面
であるので、｛００１｝表面を用いると半導体ＬＤ（特
に共振器の反射鏡）を作る上で好都合だという理由であ
る。
【０００３】ここで、本明細書において、指数hkl に対
して、ミラー指数｛hkl ｝は対称関係にある等価な型面
を、（hkl ）は特定な面を、＜hkl ＞は対称関係にある
等価な型方位を［hkl ］は特定な方位を示す。また、カ
ッコ内のマイナス記号は負の方向を示す。
して、ミラー指数｛hkl ｝は対称関係にある等価な型面
を、（hkl ）は特定な面を、＜hkl ＞は対称関係にある
等価な型方位を［hkl ］は特定な方位を示す。また、カ
ッコ内のマイナス記号は負の方向を示す。
【０００４】しかし、一番大きな理由は｛００１｝表面
を用いるとエピタキシャル成長表面が非常にきれいで、
電子の移動度などの電気的特性やフォトルミネッセンス
などの光学特性が非常に良いからである。
を用いるとエピタキシャル成長表面が非常にきれいで、
電子の移動度などの電気的特性やフォトルミネッセンス
などの光学特性が非常に良いからである。
【０００５】この様にして製造した共振器端面は原子オ
ーダで平行平面が得られる。劈開による共振器は約３０
％の反射率が得られるが、これより反射率を上げる場合
は劈開端面に誘電体膜（ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3Ｎ4）やＡｌ2
Ｏ3などの膜がコーテングされる。共振器は光を閉じ込
める装置であり、光のエネルギ密度を上げ、誘導放出を
行わせて、周波数を選択（発振波長を選択）し、位相を
そろえる重要な働きをする。このような、向かい合う一
対の反射鏡で構成される共振器はファブリ・ペロー（Fa
bry-Perot）共振器とも言われる。
ーダで平行平面が得られる。劈開による共振器は約３０
％の反射率が得られるが、これより反射率を上げる場合
は劈開端面に誘電体膜（ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3Ｎ4）やＡｌ2
Ｏ3などの膜がコーテングされる。共振器は光を閉じ込
める装置であり、光のエネルギ密度を上げ、誘導放出を
行わせて、周波数を選択（発振波長を選択）し、位相を
そろえる重要な働きをする。このような、向かい合う一
対の反射鏡で構成される共振器はファブリ・ペロー（Fa
bry-Perot）共振器とも言われる。
【０００６】このＬＤ構造ではレーザ発振光の方向は、
反射鏡(共振器)面に垂直な＜110＞方向であり、レーザ
の劣化に起因して発生するダークライン欠陥（ＤＬＤと
略す；Dark-Line Defects ）の増殖方向＜１１０＞と同
一となり、半導体ＬＤの劣化を速める方向に働くという
欠点がある。したがって、ＤＬＤの増殖方向とレーザ光
の出射方向とは一致させないほうが良い。
反射鏡(共振器)面に垂直な＜110＞方向であり、レーザ
の劣化に起因して発生するダークライン欠陥（ＤＬＤと
略す；Dark-Line Defects ）の増殖方向＜１１０＞と同
一となり、半導体ＬＤの劣化を速める方向に働くという
欠点がある。したがって、ＤＬＤの増殖方向とレーザ光
の出射方向とは一致させないほうが良い。
【０００７】ここで、劣化とはレーザの動作中に出力が
減少し、最終的には発振しなくなる現象である。この劣
化現象の一つに、レーザの動作初期にダイオードにＤＬ
Ｄや暗黒班点欠陥（ＤＳＤと略す；Dark-Spot Defect）
が現れて急速劣化するモードがあり、この原因は転位や
転位ループおよび積層欠陥であると言われている。すな
わち、注入される少数キャリアが結晶欠陥で非発光再結
合するときに欠陥の運動または増殖を引き起こす。さら
に共振器の端面形成時の劈開のときに生じるキンクや機
械的損傷でもＤＬＤは発生する。
減少し、最終的には発振しなくなる現象である。この劣
化現象の一つに、レーザの動作初期にダイオードにＤＬ
Ｄや暗黒班点欠陥（ＤＳＤと略す；Dark-Spot Defect）
が現れて急速劣化するモードがあり、この原因は転位や
転位ループおよび積層欠陥であると言われている。すな
わち、注入される少数キャリアが結晶欠陥で非発光再結
合するときに欠陥の運動または増殖を引き起こす。さら
に共振器の端面形成時の劈開のときに生じるキンクや機
械的損傷でもＤＬＤは発生する。
【０００８】レーザ発振時に増殖するＤＳＤやＤＬＤは
｛００１｝表面基板とその上にエピタキシャル成長した
結晶との、格子定数の不整合のために発生したミスフィ
ット転位や貫通転位その他の結晶欠陥に起因している。
｛００１｝表面基板とその上にエピタキシャル成長した
結晶との、格子定数の不整合のために発生したミスフィ
ット転位や貫通転位その他の結晶欠陥に起因している。
【０００９】ＤＳＤやＤＬＤ欠陥の密度を減少させるた
めには、ミスフィット転位密度を減少させることが必要
である。さらに、基板結晶の物質とその上にエピタキシ
ャル成長する物質が非常に異なる場合には、基板が平坦
に劈開されたとしても、ヘテロエピタキシャル成長され
た物質まで平坦に劈開されるわけではないので、反射鏡
を得るのに｛１１０｝劈開を利用することはそれほど重
要なこととはならないし、また非常に微小な共振器（反
射鏡の間隔が１００ミクロン以下の寸法）を製造する場
合には劈開は利用できないのでドライエッチなどの手法
が必要となる。また、基板の結晶面方位を｛００１｝か
ら数度傾斜した面にヘテロエピタキシャル成長させる
と、ミスフィット転位の発生密度が低くなるという利点
があり、結果的にはＤＬＤ欠陥密度を減少させる効果が
ある。
めには、ミスフィット転位密度を減少させることが必要
である。さらに、基板結晶の物質とその上にエピタキシ
ャル成長する物質が非常に異なる場合には、基板が平坦
に劈開されたとしても、ヘテロエピタキシャル成長され
た物質まで平坦に劈開されるわけではないので、反射鏡
を得るのに｛１１０｝劈開を利用することはそれほど重
要なこととはならないし、また非常に微小な共振器（反
射鏡の間隔が１００ミクロン以下の寸法）を製造する場
合には劈開は利用できないのでドライエッチなどの手法
が必要となる。また、基板の結晶面方位を｛００１｝か
ら数度傾斜した面にヘテロエピタキシャル成長させる
と、ミスフィット転位の発生密度が低くなるという利点
があり、結果的にはＤＬＤ欠陥密度を減少させる効果が
ある。
【００１０】なお、本発明に関連する従来技術として、
岡本紘：「量子井戸レーザー」，固体物理，21，(198
6)，546.などを挙げることができる。
岡本紘：「量子井戸レーザー」，固体物理，21，(198
6)，546.などを挙げることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド構造型結
晶や閃亜鉛鉱型結晶の（００１）面基板上にII−VI族化
合物やIII−Ｖ 族化合物の結晶をエピタキシャル成長す
る場合に、発生するミスフィット転位線の方向は一般に
＜１-１０ ＞方向とこれに直角な＜１１０＞方向であ
る。II−VI族化合物やIII−Ｖ 族化合物結晶では、イオ
ン結合性が大きいので転位の発生密度は＜１-１０ ＞方
向のものが＜１１０＞のそれより多い。この転位線と直
角方向あるいは同一方向に共振器端面を作ると、レーザ
光の進行方向と、ＤＬＤ（ダークライン欠陥）の方向が
同じになる転位が存在し、転位が増殖し易くなり半導体
ＬＤの劣化速度が増大する可能性が高くなる。従って、
ＤＬＤの方向とレーザビームの方向とは一致させないほ
うが良い。
晶や閃亜鉛鉱型結晶の（００１）面基板上にII−VI族化
合物やIII−Ｖ 族化合物の結晶をエピタキシャル成長す
る場合に、発生するミスフィット転位線の方向は一般に
＜１-１０ ＞方向とこれに直角な＜１１０＞方向であ
る。II−VI族化合物やIII−Ｖ 族化合物結晶では、イオ
ン結合性が大きいので転位の発生密度は＜１-１０ ＞方
向のものが＜１１０＞のそれより多い。この転位線と直
角方向あるいは同一方向に共振器端面を作ると、レーザ
光の進行方向と、ＤＬＤ（ダークライン欠陥）の方向が
同じになる転位が存在し、転位が増殖し易くなり半導体
ＬＤの劣化速度が増大する可能性が高くなる。従って、
ＤＬＤの方向とレーザビームの方向とは一致させないほ
うが良い。
【００１２】また、ＤＬＤの元凶であるミスフィット転
位の発生密度を減少させるために、（００１）表面基板
よりある方向に何度か傾斜させた微傾斜基板表面に、II
−VIやIII−Ｖ 族の半導体結晶をエピタキシャル成長さ
せて格子の整合を良くし、ミスフィット転位の発生密度
を低く抑えることが必要である。これは表面を傾角する
ことで、エピタキシャル界面での格子不整合の歪を緩和
できるからである。さらに、基板表面を傾斜させる利点
は、表面に原子的なテラスやステップを発生させること
で、キンクからのエピタキシャル成長が支配的になるた
め、基板結晶の原子層の積層順序を維持しながらエピタ
キシャル成長が進行し、積層欠陥の発生が抑制される点
である。このような、微傾斜基板では、（００１）just
基板上の成長で起こるような核発生に基づく不均一な成
長が防止されるために、高品質な膜質になり、レーザ発
振時のＤＳＤやＤＬＤが抑制される。
位の発生密度を減少させるために、（００１）表面基板
よりある方向に何度か傾斜させた微傾斜基板表面に、II
−VIやIII−Ｖ 族の半導体結晶をエピタキシャル成長さ
せて格子の整合を良くし、ミスフィット転位の発生密度
を低く抑えることが必要である。これは表面を傾角する
ことで、エピタキシャル界面での格子不整合の歪を緩和
できるからである。さらに、基板表面を傾斜させる利点
は、表面に原子的なテラスやステップを発生させること
で、キンクからのエピタキシャル成長が支配的になるた
め、基板結晶の原子層の積層順序を維持しながらエピタ
キシャル成長が進行し、積層欠陥の発生が抑制される点
である。このような、微傾斜基板では、（００１）just
基板上の成長で起こるような核発生に基づく不均一な成
長が防止されるために、高品質な膜質になり、レーザ発
振時のＤＳＤやＤＬＤが抑制される。
【００１３】
【課題を解決するための手段】図１に示す様に、ダイヤ
モンド構造型結晶や閃亜鉛鉱型結晶の（００１）半導体
基板上にヘテロエピタキシャル成長した場合、ミスフィ
ット転位の発生方向は一般に互いに直角な＜１-１０ ＞
と＜１１０＞方向である。すなわち、II−VI族やIII−
Ｖ 族などのイオン結晶では、エピタキシャル成長時
に、結晶学的異方性に関係して（００１）成長面内の一
方向の［１-１０ ］にまず貫通転位やミスフィット転位
などの結晶欠陥が発生し、ついで［１１０］方向に発生
する。
モンド構造型結晶や閃亜鉛鉱型結晶の（００１）半導体
基板上にヘテロエピタキシャル成長した場合、ミスフィ
ット転位の発生方向は一般に互いに直角な＜１-１０ ＞
と＜１１０＞方向である。すなわち、II−VI族やIII−
Ｖ 族などのイオン結晶では、エピタキシャル成長時
に、結晶学的異方性に関係して（００１）成長面内の一
方向の［１-１０ ］にまず貫通転位やミスフィット転位
などの結晶欠陥が発生し、ついで［１１０］方向に発生
する。
【００１４】この二つの転位線に対して平等に傾斜した
角度、即ち、４５度傾いた［010］方向を共振器端面の
方向とした構造のダイオードを製造し、この方向にレー
ザ光を出射することにより、ＤＬＤの増殖を抑えること
ができる。
角度、即ち、４５度傾いた［010］方向を共振器端面の
方向とした構造のダイオードを製造し、この方向にレー
ザ光を出射することにより、ＤＬＤの増殖を抑えること
ができる。
【００１５】また、ＤＬＤの元凶であるミスフィット転
位の発生密度を減少させるために、次のようにする。す
なわち、先に述べたように、（００１）表面で［１-１
０ ］方向に転位が発生し易いので、基板の面方位は(０
０１）表面に対し［１-１０］方向に２〜４度傾斜した
面に、II−VI族やIII−Ｖ 族の化合物半導体結晶をヘテ
ロエピタキシャル成長させて格子不整合の歪を緩和し、
レーザ発振時の劣化であるＤＳＤやＤＬＤを減少させ
る。
位の発生密度を減少させるために、次のようにする。す
なわち、先に述べたように、（００１）表面で［１-１
０ ］方向に転位が発生し易いので、基板の面方位は(０
０１）表面に対し［１-１０］方向に２〜４度傾斜した
面に、II−VI族やIII−Ｖ 族の化合物半導体結晶をヘテ
ロエピタキシャル成長させて格子不整合の歪を緩和し、
レーザ発振時の劣化であるＤＳＤやＤＬＤを減少させ
る。
【００１６】この様な操作で転位が減少する理由は、基
板を［１-１０ ］の方向に傾けると、その方向にステッ
プが形成され、転位が発生するときはそのステップを乗
り越えなくてはならず、余分のエネルギを必要とし、従
って転位の発生が難しくなる。ここで２〜４度傾角する
のは（００１）上のエピタキシャル成長が他の低指数の
面に比べて結晶が良質であるので、この面よりわずかの
角度で傾斜させるのが欠陥の発生を抑えるのに最も良
い。
板を［１-１０ ］の方向に傾けると、その方向にステッ
プが形成され、転位が発生するときはそのステップを乗
り越えなくてはならず、余分のエネルギを必要とし、従
って転位の発生が難しくなる。ここで２〜４度傾角する
のは（００１）上のエピタキシャル成長が他の低指数の
面に比べて結晶が良質であるので、この面よりわずかの
角度で傾斜させるのが欠陥の発生を抑えるのに最も良
い。
【００１７】
【作用】レーザ光の出射方向を［０１０］方向とするこ
とによって、ＤＳＤやＤＬＤ欠陥の増殖を抑え、レーザ
ダイオードの劣化を抑制することができる。また、基板
の面方位を最も低指数面の（００１）から［１-１０ ］
方向に２〜４度傾斜した微傾斜面にエピタキシャル成長
することにより、積層欠陥やミスフィット転位の発生を
抑え、レーザ発振時のＤＳＤ及びＤＬＤ増殖を抑制する
ことができる。
とによって、ＤＳＤやＤＬＤ欠陥の増殖を抑え、レーザ
ダイオードの劣化を抑制することができる。また、基板
の面方位を最も低指数面の（００１）から［１-１０ ］
方向に２〜４度傾斜した微傾斜面にエピタキシャル成長
することにより、積層欠陥やミスフィット転位の発生を
抑え、レーザ発振時のＤＳＤ及びＤＬＤ増殖を抑制する
ことができる。
【００１８】この効果により、レーザダイオードの発振
効率を高くし発振寿命を長くする作用がある。
効率を高くし発振寿命を長くする作用がある。
【００１９】
【実施例】本実施例のダブルヘテロ（ＤＨ）構造のレー
ザダイオード（ＬＤ）の断面構造を図３に示す。ここで
半導体ＬＤにおけるＤＨ構造では、禁制帯幅の大きい半
導体と小さい半導体を格子定数を精密に合わせてヘテロ
エピタキシャル成長させている。ＤＨ接合は禁制帯の幅
が小さい半導体（光を発生する活性領域）を禁制帯の幅
の大きい半導体（光やキャリアを閉じ込めるためのクラ
ッド領域）でサンドイッチ状にはさんだ構造である。本
実施例の半導体ＬＤの寸法は奥行が２００μ，幅が約２
００μ，上下電極間の高さが１００μである。
ザダイオード（ＬＤ）の断面構造を図３に示す。ここで
半導体ＬＤにおけるＤＨ構造では、禁制帯幅の大きい半
導体と小さい半導体を格子定数を精密に合わせてヘテロ
エピタキシャル成長させている。ＤＨ接合は禁制帯の幅
が小さい半導体（光を発生する活性領域）を禁制帯の幅
の大きい半導体（光やキャリアを閉じ込めるためのクラ
ッド領域）でサンドイッチ状にはさんだ構造である。本
実施例の半導体ＬＤの寸法は奥行が２００μ，幅が約２
００μ，上下電極間の高さが１００μである。
【００２０】一般のＬＤでは（００１）justの基板面方
位にヘテロエピタキシャル成長しているが、本実施例で
は（００１）表面から［１-１０ ］方向へ２〜４度傾斜
した基板を用いている。（００１）面上で［１-１０ ］
方向に傾角する方位を決める手法は、化学エッチングに
よるメサ技術を利用して、順メサ面にできる溝(V Groov
e)の方向を［１-１０ ］としている。この微傾斜面構造
によってミスフィット転位の発生密度を低く抑えること
ができる。
位にヘテロエピタキシャル成長しているが、本実施例で
は（００１）表面から［１-１０ ］方向へ２〜４度傾斜
した基板を用いている。（００１）面上で［１-１０ ］
方向に傾角する方位を決める手法は、化学エッチングに
よるメサ技術を利用して、順メサ面にできる溝(V Groov
e)の方向を［１-１０ ］としている。この微傾斜面構造
によってミスフィット転位の発生密度を低く抑えること
ができる。
【００２１】即ち、［１-１０ ］方向へ２〜４度傾斜し
たＳｉドープのＧａＡｓ基板上にＭＢＥ法(分子線エピ
タキシ)でｎ-Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓクラッド層，ｎ-Ｇa
Ａｓ活性層，ｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ クラッド層，
ｐ+ＧａＡｓ 層、を順次エピタキシャル成長させた。そ
れぞれのエピタキシャル層の膜厚は約０.１〜２μ であ
る。ＡｌxＧａ1-xＡｓはＧａＡｓと同じような半導体
で、そのバンド幅は、GaAsよりも大きい。しかもバンド
幅はＡｌで置き換えられるＧａ原子の数がふえるほど大
きくなる。ＡｌＧａＡｓレーザではＡｌの組成を変える
ことにより、発振波長が０.７〜０.９μまで変化でき
る。
たＳｉドープのＧａＡｓ基板上にＭＢＥ法(分子線エピ
タキシ)でｎ-Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓクラッド層，ｎ-Ｇa
Ａｓ活性層，ｐ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ クラッド層，
ｐ+ＧａＡｓ 層、を順次エピタキシャル成長させた。そ
れぞれのエピタキシャル層の膜厚は約０.１〜２μ であ
る。ＡｌxＧａ1-xＡｓはＧａＡｓと同じような半導体
で、そのバンド幅は、GaAsよりも大きい。しかもバンド
幅はＡｌで置き換えられるＧａ原子の数がふえるほど大
きくなる。ＡｌＧａＡｓレーザではＡｌの組成を変える
ことにより、発振波長が０.７〜０.９μまで変化でき
る。
【００２２】基板に用いた導電性ＧａＡｓはボート法
（ＨＢ法；Horizontal Bridgman ）でＳｉを１０18／cm
3 以上ドープしたウエハを用いた。次に、ストライプ状
に電流の流れる範囲を制限できるように、ＳｉＯ2 を全
面に被着させた後、図のようにＳｉＯ2 をストライプ状
に加工しＧａＡｓ層の表面を１０μ幅で露出させた。次
に、その表面側にＣｒ／Ａｕを、基板裏面側にＡｕＧｅ
Ｎｉ電極を形成した。
（ＨＢ法；Horizontal Bridgman ）でＳｉを１０18／cm
3 以上ドープしたウエハを用いた。次に、ストライプ状
に電流の流れる範囲を制限できるように、ＳｉＯ2 を全
面に被着させた後、図のようにＳｉＯ2 をストライプ状
に加工しＧａＡｓ層の表面を１０μ幅で露出させた。次
に、その表面側にＣｒ／Ａｕを、基板裏面側にＡｕＧｅ
Ｎｉ電極を形成した。
【００２３】レーザ発振光は図に示したＧａＡｓ結晶基
板表面に垂直なおおよそ［０１０］方向となるように、
共振器端面の（０１０）微傾斜面を、機械研磨と化学研
磨、又はドライエッチングを用いて製造した。基板表面
が（００１）から２〜４度傾斜しているため共振器端面
は（０１０）より多少傾くが表面に対して垂直に加工す
る事が重要である。レーザ光の出射方向をこの様にする
事によって、ダークライン欠陥の発生や増殖を抑えるこ
とができた。
板表面に垂直なおおよそ［０１０］方向となるように、
共振器端面の（０１０）微傾斜面を、機械研磨と化学研
磨、又はドライエッチングを用いて製造した。基板表面
が（００１）から２〜４度傾斜しているため共振器端面
は（０１０）より多少傾くが表面に対して垂直に加工す
る事が重要である。レーザ光の出射方向をこの様にする
事によって、ダークライン欠陥の発生や増殖を抑えるこ
とができた。
【００２４】通常の半導体ＬＤでは、劈開を利用して
｛１１０｝面を共振端面として作製しているが、この点
が本実施例と従来法の大きく異なる所である。特にZnMg
SSe／ＧａＡｓ基板，ＺｎＳｅ／ＧａＡｓ基板，ＺｎＳ
Ｓｅ／ＧａＡｓ基板，ＧａＮ／ＧａＡｓ基板，ＧａＮ／
Ｓｉ基板，ＳｉＧｅ／Ｓｉ基板等のように、基板とエピ
タキシャルの材料が非常に異なるヘテロ・エピタキシャ
ル成長の場合には、基板はうまく劈開されても、活性層
領域の共振端面は劈開によって無歪でしかも鏡面に作る
のは難しくなる。又共振端面の間隔が数十μ以下の微細
な加工をする場合には劈開では不可能で、ドライエッチ
ング等の手法が必要である。従って、このような状況に
あっては、共振端面の製造には｛１１０｝劈開を利用せ
ずに、｛０１０｝面に本実施例のように作るのが好まし
い。
｛１１０｝面を共振端面として作製しているが、この点
が本実施例と従来法の大きく異なる所である。特にZnMg
SSe／ＧａＡｓ基板，ＺｎＳｅ／ＧａＡｓ基板，ＺｎＳ
Ｓｅ／ＧａＡｓ基板，ＧａＮ／ＧａＡｓ基板，ＧａＮ／
Ｓｉ基板，ＳｉＧｅ／Ｓｉ基板等のように、基板とエピ
タキシャルの材料が非常に異なるヘテロ・エピタキシャ
ル成長の場合には、基板はうまく劈開されても、活性層
領域の共振端面は劈開によって無歪でしかも鏡面に作る
のは難しくなる。又共振端面の間隔が数十μ以下の微細
な加工をする場合には劈開では不可能で、ドライエッチ
ング等の手法が必要である。従って、このような状況に
あっては、共振端面の製造には｛１１０｝劈開を利用せ
ずに、｛０１０｝面に本実施例のように作るのが好まし
い。
【００２５】実施例１で述べたＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
基板の半導体ＬＤ構造以外に、Ｓｉ基板上やＧａＡｓ基
板上へのII−IV族やIII−Ｖ 族の化合物半導体結晶のＬ
Ｄでも、（００１）微傾斜基板の使用やレーザ光の出射
方向をおおよそ［０１０］方向にすることによって、ミ
スフィット転位やダークライン欠陥の発生密度の低減が
期待できることは容易に類推できる。特に基板とエピタ
キシャル層の構成元素が異なるヘテロエピタキシャル材
料の半導体ＬＤの場合には、欠陥低減の効果が特に有効
であることが容易に類推できる。
基板の半導体ＬＤ構造以外に、Ｓｉ基板上やＧａＡｓ基
板上へのII−IV族やIII−Ｖ 族の化合物半導体結晶のＬ
Ｄでも、（００１）微傾斜基板の使用やレーザ光の出射
方向をおおよそ［０１０］方向にすることによって、ミ
スフィット転位やダークライン欠陥の発生密度の低減が
期待できることは容易に類推できる。特に基板とエピタ
キシャル層の構成元素が異なるヘテロエピタキシャル材
料の半導体ＬＤの場合には、欠陥低減の効果が特に有効
であることが容易に類推できる。
【００２６】ただし、ＳｉやＧｅ半導体結晶は共有結合
であり、II−VI族やIII−Ｖ 族結晶のようにイオン結合
性のない結晶であり、また単元素結晶であるため結晶系
の対称性が良い。したがって、基板結晶の面方位は等価
な｛００１｝でよく、面の傾斜方向も等価な＜１１０＞
方向で良い。ちなみに、II−VI族半導体とIII−Ｖ 族半
導体，IV族半導体のそれぞれの代表格であるＺｎＳｅと
ＧａＡｓおよびＳｉでは、イオン結合性がそれぞれ０.
６３，０.３１，０である。高いイオン性は結晶欠陥の
原因となりやすいのは、電子と正孔の再結合によって生
じる光のエネルギの方が原子間の結合エネルギよりも大
きいからである。
であり、II−VI族やIII−Ｖ 族結晶のようにイオン結合
性のない結晶であり、また単元素結晶であるため結晶系
の対称性が良い。したがって、基板結晶の面方位は等価
な｛００１｝でよく、面の傾斜方向も等価な＜１１０＞
方向で良い。ちなみに、II−VI族半導体とIII−Ｖ 族半
導体，IV族半導体のそれぞれの代表格であるＺｎＳｅと
ＧａＡｓおよびＳｉでは、イオン結合性がそれぞれ０.
６３，０.３１，０である。高いイオン性は結晶欠陥の
原因となりやすいのは、電子と正孔の再結合によって生
じる光のエネルギの方が原子間の結合エネルギよりも大
きいからである。
【００２７】
【発明の効果】レーザ光の出射方向を微傾斜表面に垂直
なおおよそ［０１０］方向とすることによって、ダーク
ライン欠陥の増殖を抑え、レーザダイオードの劣化を抑
制する効果がある。また基板の面方位を（００１）から
［１-１０ ］方向に２〜４度傾斜した微傾斜面にヘテロ
エピタキシャル成長することにより、積層欠陥やミスフ
ィット転位の発生密度が減少し、レーザ発振時のダーク
スポット欠陥やダークライン欠陥の発生を抑え、レーザ
ダイオードの劣化を抑制する効果がある。従って、レー
ザ光の発振効率が高く、発振寿命も長くなる。
なおおよそ［０１０］方向とすることによって、ダーク
ライン欠陥の増殖を抑え、レーザダイオードの劣化を抑
制する効果がある。また基板の面方位を（００１）から
［１-１０ ］方向に２〜４度傾斜した微傾斜面にヘテロ
エピタキシャル成長することにより、積層欠陥やミスフ
ィット転位の発生密度が減少し、レーザ発振時のダーク
スポット欠陥やダークライン欠陥の発生を抑え、レーザ
ダイオードの劣化を抑制する効果がある。従って、レー
ザ光の発振効率が高く、発振寿命も長くなる。
【図１】本発明のレーザダイオードにおける共振器端
面，基板面，結晶欠陥などの方位関係の説明図。
面，基板面，結晶欠陥などの方位関係の説明図。
【図２】従来法のレーザダイオードにおける共振器端
面，基板面，結晶欠陥などの方位関係の説明図。
面，基板面，結晶欠陥などの方位関係の説明図。
【図３】本発明の一実施例のレーザダイオードの説明
図。
図。
１…半導体基板、２…２〜４度微傾斜（００１）基板表
面、３…［１-１０ ］方向の傾斜方向、４…共振器端面
のファブリ・ペロー共振器（０１０）、５…レーザ光の
出射方向［０１０］、６…ヘテロエピタキシャル層、７
…［１-１０ ］方向転位又はダークライン欠陥、８…
［１１０］方向転位又はダークライン欠陥。
面、３…［１-１０ ］方向の傾斜方向、４…共振器端面
のファブリ・ペロー共振器（０１０）、５…レーザ光の
出射方向［０１０］、６…ヘテロエピタキシャル層、７
…［１-１０ ］方向転位又はダークライン欠陥、８…
［１１０］方向転位又はダークライン欠陥。
Claims (5)
- 【請求項１】半導体結晶基板上に異種材料をヘテロエピ
タキシャル成長させて製造した半導体レーザダイオード
において、半導体基板表面の面方位は（００１）面から
［１-１０］方向（ここで、ミラー指数［１-１０］のマ
イナス記号は負の方向を示す）に２〜４度傾斜させた微
傾斜面とし、ファブリ・ペロー共振器端面は基板表面と
垂直となる（０１０）微傾斜面であることを特徴とする
半導体レーザダイオード。 - 【請求項２】請求項１において、前記半導体結晶基板
は、ダイヤモンド型構造のＳｉやＧｅである半導体レー
ザダイオード。 - 【請求項３】請求項１において、前記半導体結晶基板
は、閃亜鉛鉱型構造のＺｎＳe，ＺnＳ，ＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＩｎＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，βＳｉＣ
などのII−VI族，III−Ｖ 族、およびIV−IV族化合物半
導体である半導体レーザダイオード。 - 【請求項４】請求項１において、前記ヘテロエピタキシ
ャル成長する材料はＢｅ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，
Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅなどの元素を用いたII−VI族化合物
半導体結晶である半導体レーザダイオード。 - 【請求項５】請求項１において、前記ヘテロエピタキシ
ャル成長する材料はＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ，Ｐ，Ａ
ｓ，Ｓｂなどの元素を用いたIII−Ｖ 族又は、ＳｉＧｅ
などのIV−IV族化合物半導体結晶である半導体レーザダ
イオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19923494A JPH0864901A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 半導体レーザダイオードの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19923494A JPH0864901A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 半導体レーザダイオードの構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864901A true JPH0864901A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16404395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19923494A Pending JPH0864901A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 半導体レーザダイオードの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864901A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635901B2 (en) | 2000-12-15 | 2003-10-21 | Nobuhiko Sawaki | Semiconductor device including an InGaAIN layer |
| JP2004072098A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-03-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 面発光半導体レーザチップおよびその製造方法 |
| JP2018113407A (ja) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | 富士通株式会社 | 半導体結晶基板、赤外線検出装置、光半導体装置、熱電変換素子、半導体結晶基板の製造方法及び赤外線検出装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP19923494A patent/JPH0864901A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635901B2 (en) | 2000-12-15 | 2003-10-21 | Nobuhiko Sawaki | Semiconductor device including an InGaAIN layer |
| JP2004072098A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-03-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 面発光半導体レーザチップおよびその製造方法 |
| JP2011066457A (ja) * | 2002-07-31 | 2011-03-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 面発光半導体レーザチップおよびその製造方法 |
| JP2018113407A (ja) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | 富士通株式会社 | 半導体結晶基板、赤外線検出装置、光半導体装置、熱電変換素子、半導体結晶基板の製造方法及び赤外線検出装置の製造方法 |
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