JPH10256647A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子およびその製造方法Info
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- JPH10256647A JPH10256647A JP5808697A JP5808697A JPH10256647A JP H10256647 A JPH10256647 A JP H10256647A JP 5808697 A JP5808697 A JP 5808697A JP 5808697 A JP5808697 A JP 5808697A JP H10256647 A JPH10256647 A JP H10256647A
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- conductivity type
- cladding layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電流−光出力特性および電圧−電流特性が優
れ、また可干渉性の小さい半導体レーザ素子およびその
歩留りの高い製造方法を提供する。 【解決手段】第１導電型のGaAs基板１上に、第１導電型
のAlx Ga1-x Asの組成のバッファ層２、第１導電型のAl
x Ga1-x As組成の第１クラッド層３、Aly Ga 1-y As組成
の活性層４、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第２クラ
ッド層５、第２導電型のGaAsのキャップ層６、第１導電
型の２つの区域に分割されている電流狭窄層７、第２導
電型のAlx Ga1-x Asの組成の第３クラッド層８、第２導
電型のGaAsのコンタクト層９が順に積層されているAlGa
As系半導体レーザ素子において、前記第１または第２ク
ラッド層のうち導電型がｐ型であるクラッド層５はドー
パントが異なる複数の内層（５ｃ、５ｂ、５ａ）からな
り、前記各内層のドーパントの拡散係数は前記活性層か
ら遠ざかるに従って順に大きくなっている。
れ、また可干渉性の小さい半導体レーザ素子およびその
歩留りの高い製造方法を提供する。 【解決手段】第１導電型のGaAs基板１上に、第１導電型
のAlx Ga1-x Asの組成のバッファ層２、第１導電型のAl
x Ga1-x As組成の第１クラッド層３、Aly Ga 1-y As組成
の活性層４、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第２クラ
ッド層５、第２導電型のGaAsのキャップ層６、第１導電
型の２つの区域に分割されている電流狭窄層７、第２導
電型のAlx Ga1-x Asの組成の第３クラッド層８、第２導
電型のGaAsのコンタクト層９が順に積層されているAlGa
As系半導体レーザ素子において、前記第１または第２ク
ラッド層のうち導電型がｐ型であるクラッド層５はドー
パントが異なる複数の内層（５ｃ、５ｂ、５ａ）からな
り、前記各内層のドーパントの拡散係数は前記活性層か
ら遠ざかるに従って順に大きくなっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Al y Ga1-y As
（０≦ｙ≦１）からなる活性層を有し、近赤外光を出射
するAlx Ga1-x As系（０≦ｘ≦１）系の半導体レーザ素
子に関する。
（０≦ｙ≦１）からなる活性層を有し、近赤外光を出射
するAlx Ga1-x As系（０≦ｘ≦１）系の半導体レーザ素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】単一横モードで発振するAlx Ga1-x As系
（０≦ｘ≦１）半導体レーザ素子（以下ＬＤ素子と略
す）の従来例について図面をもとに説明する。この例で
はGaAs基板の導電型をｎ型としたがｐ型の場合は以下の
全ての導電型を逆にすればよい。図１７は従来のＬＤ素
子のへき開面に平行な断面図である。ＬＤ素子のへき開
面の法線はレーザ放射光の光軸でもある。n 型のGaAs基
板１のへき開面に垂直な面（以後素子面と言う）上に、
n 型のバッファ層２、n 型の第１クラッド層３、活性層
４、ｐ型の第２クラッド層５、ｐ型のGaAsキャップ層
６、ｎ型の電流狭窄層８、ｐ型の第３クラッド層９、ｐ
型のコンタクト層１０がこの順に積層されている。ただ
し、電流狭窄層８は素子面の中央の両へき開面間を垂直
に貫通している幅が数μm のストライプ状の部分（以後
ストライプと言う）を挟んで２つの部分に別れている。
ストライプは第３クラッド層９で埋まっており、GaAsキ
ャップ層６と第３クラッド層９とは隣接している。
（０≦ｘ≦１）半導体レーザ素子（以下ＬＤ素子と略
す）の従来例について図面をもとに説明する。この例で
はGaAs基板の導電型をｎ型としたがｐ型の場合は以下の
全ての導電型を逆にすればよい。図１７は従来のＬＤ素
子のへき開面に平行な断面図である。ＬＤ素子のへき開
面の法線はレーザ放射光の光軸でもある。n 型のGaAs基
板１のへき開面に垂直な面（以後素子面と言う）上に、
n 型のバッファ層２、n 型の第１クラッド層３、活性層
４、ｐ型の第２クラッド層５、ｐ型のGaAsキャップ層
６、ｎ型の電流狭窄層８、ｐ型の第３クラッド層９、ｐ
型のコンタクト層１０がこの順に積層されている。ただ
し、電流狭窄層８は素子面の中央の両へき開面間を垂直
に貫通している幅が数μm のストライプ状の部分（以後
ストライプと言う）を挟んで２つの部分に別れている。
ストライプは第３クラッド層９で埋まっており、GaAsキ
ャップ層６と第３クラッド層９とは隣接している。
【０００３】ＬＤ素子の両素子面には電流を流すための
ｐ側電極１１、ｎ側電極１２がそれぞれ積層される。ｐ
側からｎ側に順方向電流を流す場合に、この電流狭窄層
８とGaAsキャップ層６または第２クラッド層５との界面
に形成されているｐ−ｎ接合は逆方向となり電流は流れ
ず、ストライプだけに順方向電流が集中して流れる。従
って、ストライプに近接している活性層４を横切る電流
は略ストライプ幅に集中する。さらに、電流狭窄層８は
活性層４で発光した光の吸収層の役割を持っており、ス
トライプのサイズを適切に選ぶことにより素子の安定な
横モード発振を可能とし、発振の発振開始値電流を低減
させることができる。
ｐ側電極１１、ｎ側電極１２がそれぞれ積層される。ｐ
側からｎ側に順方向電流を流す場合に、この電流狭窄層
８とGaAsキャップ層６または第２クラッド層５との界面
に形成されているｐ−ｎ接合は逆方向となり電流は流れ
ず、ストライプだけに順方向電流が集中して流れる。従
って、ストライプに近接している活性層４を横切る電流
は略ストライプ幅に集中する。さらに、電流狭窄層８は
活性層４で発光した光の吸収層の役割を持っており、ス
トライプのサイズを適切に選ぶことにより素子の安定な
横モード発振を可能とし、発振の発振開始値電流を低減
させることができる。
【０００４】このようなＬＤは通常次のようにして製造
される。図１８は従来のＬＤ素子の主な製造工程後のウ
ェハの１素子分を示すへき開面断面図であり、（ａ）は
酸化ケイ素層のパターニング工程後、（ｂ）は電流狭窄
層の選択エピタキシャル成長後、（ｃ）は電極用金属膜
成膜後である。先ず、ｎ型GaAs基板１（Ｓｉドープ、キ
ャリア濃度２×１０18cm-3、厚さ３００μm ）上に、有
機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと記す）によりバッ
ファ層２（ｎ型、厚さ０．２μm ）、第１クラッド層３
（ｎ型Al0.5 Ga0.5 As、ドーパントはＳｅ、キャリア濃
度５×１０17cm-3、厚さ１μm ）、活性層４（ノンドー
プAl0.1 Ga0.9 As、厚さ０．１μm ）、第２クラッド層
５（ｐ型Al0.5 Ga0.5 As、ドーパントはＺｎ、キャリア
濃度５×１０17cm-3、厚さ０．３μm ）、GaAsキャップ
層６（ｐ型GaAs、キャリア濃度１×１０18cm-3、厚さ０
. ０１μm ）を順次成長させる。
される。図１８は従来のＬＤ素子の主な製造工程後のウ
ェハの１素子分を示すへき開面断面図であり、（ａ）は
酸化ケイ素層のパターニング工程後、（ｂ）は電流狭窄
層の選択エピタキシャル成長後、（ｃ）は電極用金属膜
成膜後である。先ず、ｎ型GaAs基板１（Ｓｉドープ、キ
ャリア濃度２×１０18cm-3、厚さ３００μm ）上に、有
機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと記す）によりバッ
ファ層２（ｎ型、厚さ０．２μm ）、第１クラッド層３
（ｎ型Al0.5 Ga0.5 As、ドーパントはＳｅ、キャリア濃
度５×１０17cm-3、厚さ１μm ）、活性層４（ノンドー
プAl0.1 Ga0.9 As、厚さ０．１μm ）、第２クラッド層
５（ｐ型Al0.5 Ga0.5 As、ドーパントはＺｎ、キャリア
濃度５×１０17cm-3、厚さ０．３μm ）、GaAsキャップ
層６（ｐ型GaAs、キャリア濃度１×１０18cm-3、厚さ０
. ０１μm ）を順次成長させる。
【０００５】なお、このGaAsキャップ層６は、以降の酸
化膜成膜工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に
適用されると高抵抗のAl酸化膜が生成されるので、これ
を防止するために設けている。次に、このウェハ上に酸
化ケイ素層をスパッタにより成膜し、フォトレジストを
塗布してパターニングを行いキャップ層６の上に幅５μ
m のストライプ状マスク７を形成する（図１８
（ａ））。
化膜成膜工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に
適用されると高抵抗のAl酸化膜が生成されるので、これ
を防止するために設けている。次に、このウェハ上に酸
化ケイ素層をスパッタにより成膜し、フォトレジストを
塗布してパターニングを行いキャップ層６の上に幅５μ
m のストライプ状マスク７を形成する（図１８
（ａ））。
【０００６】次に、再度ＭＯＣＶＤにより電流狭窄層８
（ｎ型GaAs、キャリア濃度１×１０ 19cm-3、厚さ０．３
μm ）を成長させる。この時、選択成長が起こり酸化ケ
イ素層（マスク７）上にはGaAs膜は成長しない（図１８
（ｂ））。そして、ＭＯＣＶＤ装置から取り出しマスク
７を除去したのちに、第３クラッド層９（ｐ型Al0.5 Ga
0.5 As、キャリア濃度５×１０17cm-3、厚さ０．８μm
）およびコンタクト層１０（ｐ型GaAs、キャリア濃度
１×１０19cm-3、厚さ５．０μm ）を成長する。最後
に、ウェハ上下のｐ側電極１１、ｎ側電極１２を形成す
る。この状態を図１８（ｃ）に示す。
（ｎ型GaAs、キャリア濃度１×１０ 19cm-3、厚さ０．３
μm ）を成長させる。この時、選択成長が起こり酸化ケ
イ素層（マスク７）上にはGaAs膜は成長しない（図１８
（ｂ））。そして、ＭＯＣＶＤ装置から取り出しマスク
７を除去したのちに、第３クラッド層９（ｐ型Al0.5 Ga
0.5 As、キャリア濃度５×１０17cm-3、厚さ０．８μm
）およびコンタクト層１０（ｐ型GaAs、キャリア濃度
１×１０19cm-3、厚さ５．０μm ）を成長する。最後
に、ウェハ上下のｐ側電極１１、ｎ側電極１２を形成す
る。この状態を図１８（ｃ）に示す。
【０００７】上記の製造工程の後、ウェハを( 図１８の
紙面に平行に) へき開しバーとし、さらにこのバーをス
クライブして、個別のレーザ素子は得られる。
紙面に平行に) へき開しバーとし、さらにこのバーをス
クライブして、個別のレーザ素子は得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようにして製造されるＬＤ素子には以下のような問題点
がある。これらのエピタキシャル成長中に、第１クラッ
ド層からドーパントであるＳｅが拡散し第２クラッド層
５からＺｎがそれぞれ拡散し活性層で混在する、すなわ
ち、活性層４内にドーパントがパイルアップする。その
ため、活性層内でのｐ−ｎ接合が不良あるいは、接合位
置が活性層からずれる（リモートジャンクション）こと
により、発光効率が悪くなり大きな動作電流が必要とな
る。極端な場合にはレーザ発振をしないこともある。
ようにして製造されるＬＤ素子には以下のような問題点
がある。これらのエピタキシャル成長中に、第１クラッ
ド層からドーパントであるＳｅが拡散し第２クラッド層
５からＺｎがそれぞれ拡散し活性層で混在する、すなわ
ち、活性層４内にドーパントがパイルアップする。その
ため、活性層内でのｐ−ｎ接合が不良あるいは、接合位
置が活性層からずれる（リモートジャンクション）こと
により、発光効率が悪くなり大きな動作電流が必要とな
る。極端な場合にはレーザ発振をしないこともある。
【０００９】また、第１クラッド層と第２クラッド層よ
り活性層の屈折率を数％高くしてあるために、屈折率の
高い活性層に光波を閉じ込めることができるが、クラッ
ド層に浸みでた光波はクラッド層バンドギャップが大き
いと吸収を受けずに伝搬することができるが、活性層と
第１、第２クラッド層とのAlx Ga1-x As組成差が少ない
ことから屈折率差がちいさくなり光波の閉じ込めが弱く
なる。あるいは、バンドギャップ差が小さくなり電子、
ホールがクラッド層での障壁を乗り越えてしまうことに
より、動作値電流が大きくなり、発光効率が悪くなるな
ど極端な場合にはレーザ発振をしないなどの不良素子と
なる。
り活性層の屈折率を数％高くしてあるために、屈折率の
高い活性層に光波を閉じ込めることができるが、クラッ
ド層に浸みでた光波はクラッド層バンドギャップが大き
いと吸収を受けずに伝搬することができるが、活性層と
第１、第２クラッド層とのAlx Ga1-x As組成差が少ない
ことから屈折率差がちいさくなり光波の閉じ込めが弱く
なる。あるいは、バンドギャップ差が小さくなり電子、
ホールがクラッド層での障壁を乗り越えてしまうことに
より、動作値電流が大きくなり、発光効率が悪くなるな
ど極端な場合にはレーザ発振をしないなどの不良素子と
なる。
【００１０】この本発明の目的は、ｐ−ｎ接合が活性層
中にあり、クラッド層から活性層への電流の広がりが適
正化されており、また活性層への光の閉じ込めが適正化
されていて、電流−光出力特性および電圧−電流特性が
優れ、また前者の温度変化の少ない、また可干渉性の小
さいＬＤ素子を提供し、またその歩留りの高い製造方法
を提供することにある。
中にあり、クラッド層から活性層への電流の広がりが適
正化されており、また活性層への光の閉じ込めが適正化
されていて、電流−光出力特性および電圧−電流特性が
優れ、また前者の温度変化の少ない、また可干渉性の小
さいＬＤ素子を提供し、またその歩留りの高い製造方法
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１導電型のGaAs基板の一主面上に、第１導電型
のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）の組成のバッファ層、第
１導電型のAlx Ga1-xAs（０≦ｘ≦１）組成の第１クラ
ッド層、Aly Ga1-y As（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の活性
層、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第２クラッド層、
第２導電型のGaAsのキャップ層、第１導電型でレーザ光
軸と平行に２つの区域に分割されている電流狭窄層、第
２導電型のAlx Ga1-x Asの組成の第３クラッド層、第２
導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されているAlGa
As系半導体レーザ素子において、前記第１または第２ク
ラッド層のうち導電型がｐ型であるクラッド層はドーパ
ントが異なる複数の内層からなり、前記各内層のドーパ
ントの拡散係数は前記活性層から遠ざかるに従って順に
大きくなっていることとする。
めに、第１導電型のGaAs基板の一主面上に、第１導電型
のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）の組成のバッファ層、第
１導電型のAlx Ga1-xAs（０≦ｘ≦１）組成の第１クラ
ッド層、Aly Ga1-y As（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の活性
層、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第２クラッド層、
第２導電型のGaAsのキャップ層、第１導電型でレーザ光
軸と平行に２つの区域に分割されている電流狭窄層、第
２導電型のAlx Ga1-x Asの組成の第３クラッド層、第２
導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されているAlGa
As系半導体レーザ素子において、前記第１または第２ク
ラッド層のうち導電型がｐ型であるクラッド層はドーパ
ントが異なる複数の内層からなり、前記各内層のドーパ
ントの拡散係数は前記活性層から遠ざかるに従って順に
大きくなっていることとする。
【００１２】前記ドーパントは前記活性層側から、Ｃ、
Ｍｇ、Ｚｎのこの順の２つ以上の組み合わせであると良
い。この組み合わせは、Ｃ−Ｍｇ、Ｃ−Ｚｎ、Ｍｇ−Ｚ
ｎ、またはＣ−Ｍｇ−Ｚｎである。前記ｐ型であるクラ
ッド層の厚さは０．３ないし０．４５μm の範囲であ
り、かつ前記活性層に対するここのクラッド層の混晶に
おけるAl組成差（Δｘ）は０．３５ないし０．６の範囲
であると良い。
Ｍｇ、Ｚｎのこの順の２つ以上の組み合わせであると良
い。この組み合わせは、Ｃ−Ｍｇ、Ｃ−Ｚｎ、Ｍｇ−Ｚ
ｎ、またはＣ−Ｍｇ−Ｚｎである。前記ｐ型であるクラ
ッド層の厚さは０．３ないし０．４５μm の範囲であ
り、かつ前記活性層に対するここのクラッド層の混晶に
おけるAl組成差（Δｘ）は０．３５ないし０．６の範囲
であると良い。
【００１３】第１導電型のGaAs基板の一主面上に、第１
導電型のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）組成のバッファ
層、第１導電型のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）組成の第
１クラッド層、Aly Ga1-y As（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の
活性層、第２導電型のAlx Ga1- x As組成の第２クラッド
層、第２導電型のGaAsのキャップ層、第１導電型でレー
ザ光軸と平行に２つの区域に分割されている電流狭窄
層、第２導電型のAlx Ga1- x As組成の第３クラッド層、
第２導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されている
AlGaAs系半導体レーザ素子ににおいて、前記バッファ層
と前記第１クラッド層との間、もしくは、第１クラッド
層内にレーザ光軸と平行に２つの区域に分割されている
第２導電型の第２の電流狭窄層を形成することとする。
導電型のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）組成のバッファ
層、第１導電型のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）組成の第
１クラッド層、Aly Ga1-y As（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の
活性層、第２導電型のAlx Ga1- x As組成の第２クラッド
層、第２導電型のGaAsのキャップ層、第１導電型でレー
ザ光軸と平行に２つの区域に分割されている電流狭窄
層、第２導電型のAlx Ga1- x As組成の第３クラッド層、
第２導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されている
AlGaAs系半導体レーザ素子ににおいて、前記バッファ層
と前記第１クラッド層との間、もしくは、第１クラッド
層内にレーザ光軸と平行に２つの区域に分割されている
第２導電型の第２の電流狭窄層を形成することとする。
【００１４】前記電流狭窄層と前記第２の電流狭窄層は
活性層に対して、鏡像対称形であると良い。前記電流狭
窄層に挟まれるストライプ部はメサ構造であると良い。
上記の半導体レーザ素子の製造方法において、前記第２
クラッド層のドーパントがＣの層をＶ／III 比１０ない
し３０の範囲で成膜し、前記第２クラッド層の他の層は
Ｖ／III 比１８０ないし２２０の範囲で成膜すると良
い。
活性層に対して、鏡像対称形であると良い。前記電流狭
窄層に挟まれるストライプ部はメサ構造であると良い。
上記の半導体レーザ素子の製造方法において、前記第２
クラッド層のドーパントがＣの層をＶ／III 比１０ない
し３０の範囲で成膜し、前記第２クラッド層の他の層は
Ｖ／III 比１８０ないし２２０の範囲で成膜すると良
い。
【００１５】上記のストライプ部のメサ構造はエッチン
グストップ層、クラッド層およびキャップ層の積層工
程、クラッド層上へのストライプマスクの形成工程、次
いでこのストライプマスクに被覆されていない部分のキ
ャップ層およびクラッド層をエッチングストップ層まで
除去する工程によって形成されると良い。
グストップ層、クラッド層およびキャップ層の積層工
程、クラッド層上へのストライプマスクの形成工程、次
いでこのストライプマスクに被覆されていない部分のキ
ャップ層およびクラッド層をエッチングストップ層まで
除去する工程によって形成されると良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明によれば、ｐ型のあるクラ
ッド層をドーパントの異なる複数の内層の積層とし、各
内層のドーパントの拡散係数は活性層から遠ざかるに従
って順に大きくなるようにしたため、以降の成膜時の高
温を経過しても、拡散係数の大きいドーパントは活性層
までは拡散して来ない、また、拡散面は急勾配である。
従って、ｐｎ接合は拡散係数の小さいドーパントによっ
て精度良く、階段状に活性層内に形成され、動作電流の
低減と、歩留りの向上が期待できる。
ッド層をドーパントの異なる複数の内層の積層とし、各
内層のドーパントの拡散係数は活性層から遠ざかるに従
って順に大きくなるようにしたため、以降の成膜時の高
温を経過しても、拡散係数の大きいドーパントは活性層
までは拡散して来ない、また、拡散面は急勾配である。
従って、ｐｎ接合は拡散係数の小さいドーパントによっ
て精度良く、階段状に活性層内に形成され、動作電流の
低減と、歩留りの向上が期待できる。
【００１７】適しているドーパントと拡散係数はそれぞ
れ、Ｃは６．０×１０-15 cm2/s （９００℃）、Ｍｇは
１．０×１０-13 cm2/s （９００℃）、Ｚｎは５．３×
１０ -8cm2/s （９００℃）であり、ＣとＭｇはＺｎに較
べ数桁も小さいので、ＣまたはＭｇを活性層の隣接内層
に用いることができる。また、第２クラッド層の厚さ
は、薄すぎると活性層との屈折率差が大きくなり（横方
向等価屈折率差≧１．０×１０-3）シングルモード発振
となり、可干渉性は大きくなる。厚くするとマルチモー
ド発振になり、可干渉性が小さくなるが、電流狭窄層か
らの注入電流がクラッド層の横方向へ拡がり発振開始値
電流や動作電流が大きくなる傾向がある。本発明によれ
ば、クラッド層の厚さは、これらの特性がいずれも満た
されるように最適化されている（図６参照）また、半導
体レーザの発振開始値は温度にも大きく依存し、レーザ
発振に寄与するキャリアは伝導帯中の擬フェルミ準位近
傍の電子でるが、高温になると励起されたキャリアの平
均エネルギーが擬フェルミ準位よりかなり上にあがり、
このために発振に寄与するキャリアの割合が減少し発振
開始値が大きくなる原因とされている。発振開始電流
（Ｊth）の温度依存性は次式で表される。
れ、Ｃは６．０×１０-15 cm2/s （９００℃）、Ｍｇは
１．０×１０-13 cm2/s （９００℃）、Ｚｎは５．３×
１０ -8cm2/s （９００℃）であり、ＣとＭｇはＺｎに較
べ数桁も小さいので、ＣまたはＭｇを活性層の隣接内層
に用いることができる。また、第２クラッド層の厚さ
は、薄すぎると活性層との屈折率差が大きくなり（横方
向等価屈折率差≧１．０×１０-3）シングルモード発振
となり、可干渉性は大きくなる。厚くするとマルチモー
ド発振になり、可干渉性が小さくなるが、電流狭窄層か
らの注入電流がクラッド層の横方向へ拡がり発振開始値
電流や動作電流が大きくなる傾向がある。本発明によれ
ば、クラッド層の厚さは、これらの特性がいずれも満た
されるように最適化されている（図６参照）また、半導
体レーザの発振開始値は温度にも大きく依存し、レーザ
発振に寄与するキャリアは伝導帯中の擬フェルミ準位近
傍の電子でるが、高温になると励起されたキャリアの平
均エネルギーが擬フェルミ準位よりかなり上にあがり、
このために発振に寄与するキャリアの割合が減少し発振
開始値が大きくなる原因とされている。発振開始電流
（Ｊth）の温度依存性は次式で表される。
【００１８】
【数１】Ｊth∝ｅｘｐ（Ｔ／Ｔ0 ） Ｔ0 は特性温度（素子に固有の定数）であり、この値が
小さいほどＪthの温度依存性が大きくなる。本発明によ
れば、クラッド層Al組成を最適な範囲（図８参照）と
し、また活性層内にｐｎ接合界面を形成しキャリアを効
率よく注入することとしたので、注入キャリアのリーク
がなく結晶欠陥の少ない膜を得ることができ、良好な特
性のＬＤ素子を得ることができる。
小さいほどＪthの温度依存性が大きくなる。本発明によ
れば、クラッド層Al組成を最適な範囲（図８参照）と
し、また活性層内にｐｎ接合界面を形成しキャリアを効
率よく注入することとしたので、注入キャリアのリーク
がなく結晶欠陥の少ない膜を得ることができ、良好な特
性のＬＤ素子を得ることができる。
【００１９】逆にAl組成差を大きくしすぎると組成差に
よる熱膨張係数に差が生じ膜中に歪みが増え結晶欠陥の
発生となり膜モホロジーの悪化となる。また、活性層と
クラッド層には注入キャリアの綴じ込め効果をもたすた
めに電流狭窄層を２段構造としたことにより、活性層中
のキャリアの広がりは２つ電流狭窄層により活性層の両
側で狭窄されるので、電流狭窄層が１段の場合より狭め
られ、注入効率が向上し、発振開始電流が低下する。
よる熱膨張係数に差が生じ膜中に歪みが増え結晶欠陥の
発生となり膜モホロジーの悪化となる。また、活性層と
クラッド層には注入キャリアの綴じ込め効果をもたすた
めに電流狭窄層を２段構造としたことにより、活性層中
のキャリアの広がりは２つ電流狭窄層により活性層の両
側で狭窄されるので、電流狭窄層が１段の場合より狭め
られ、注入効率が向上し、発振開始電流が低下する。
【００２０】さらに、鏡像対称としたため、光閉じ込め
領域中の光密度が一様となり、発振開始電流の低下と、
動作電流に対する微分効率が向上する。Ｃをドーパント
とする場合、本発明によるＶ／III 比であれば、成長結
晶の原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエ
チルガリウム（ＴＥＧ）等のトリメチル基またはトリエ
チル基に在中のＣは膜中に取り込まれ、ドーピングさ
れ、Ａｓサイトに入り、アクセプタとなる。Ｖ／III 比
が２００付近であれば、取り込まれる量は少なく、他に
ドープされたドーパントの特性に従って導電型は定ま
る。
領域中の光密度が一様となり、発振開始電流の低下と、
動作電流に対する微分効率が向上する。Ｃをドーパント
とする場合、本発明によるＶ／III 比であれば、成長結
晶の原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエ
チルガリウム（ＴＥＧ）等のトリメチル基またはトリエ
チル基に在中のＣは膜中に取り込まれ、ドーピングさ
れ、Ａｓサイトに入り、アクセプタとなる。Ｖ／III 比
が２００付近であれば、取り込まれる量は少なく、他に
ドープされたドーパントの特性に従って導電型は定ま
る。
【００２１】次に本発明を実施例に基づき説明する。 実施例１ 図１は本発明に係る実施例の半導体レーザ素子の断面図
である。第２クラッド層以外は従来と同じ層構成であ
り、同じ符号を用いているので説明を省略する。本発明
に係る第２クラッド層５は活性層４側から順に、Ｃドー
プ層５ａ、Ｍｇドープ層５ｂおよびＺｎドープ層５ｃの
積層としてある。
である。第２クラッド層以外は従来と同じ層構成であ
り、同じ符号を用いているので説明を省略する。本発明
に係る第２クラッド層５は活性層４側から順に、Ｃドー
プ層５ａ、Ｍｇドープ層５ｂおよびＺｎドープ層５ｃの
積層としてある。
【００２２】以下、製造工程に沿って説明する。この実
施例の半導体レーザ素子の製造方法は第２クラッド層部
を除いて従来の製造工程に同じであるので、従来の製造
プロセスの説明で用いた図１８を兼用し符号の説明を省
略する。先ず、ｎ型GaAs基板１（Ｓｉドープ、キャリア
濃度２×１０18cm-3、厚さ３００μm ）上に、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）により、厚さ０．２μm のｎ型
GaAsからなるバッファー層２、第１クラッド層３（ｎ型
Al0.5 Ga0.5 Asキャリア濃度５×１０17cm-3、厚さ１μ
m ）、活性層４（ノンドープAl0.1 Ga0.9 As、厚さ０．
１μm ）を積層する。
施例の半導体レーザ素子の製造方法は第２クラッド層部
を除いて従来の製造工程に同じであるので、従来の製造
プロセスの説明で用いた図１８を兼用し符号の説明を省
略する。先ず、ｎ型GaAs基板１（Ｓｉドープ、キャリア
濃度２×１０18cm-3、厚さ３００μm ）上に、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）により、厚さ０．２μm のｎ型
GaAsからなるバッファー層２、第１クラッド層３（ｎ型
Al0.5 Ga0.5 Asキャリア濃度５×１０17cm-3、厚さ１μ
m ）、活性層４（ノンドープAl0.1 Ga0.9 As、厚さ０．
１μm ）を積層する。
【００２３】さらに、本発明に係る多層の第２クラッド
層５を形成した。ドーパント以外は従来の第２クラッド
層成膜に同じである。第２クラッド層５全体の組成はｐ
型のAl0.5 Ga0.5 As、キャリア濃度は１×１０18cm-3と
した。第１内層５ａは四臭化炭素をドーピング用原料ガ
スとして用いた、Ｃドープの層であり、厚さを０．１５
nm、第２内層５ｂはビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウムをドーピング用原料ガスとして用いた、Ｍｇドープ
の層であり、厚さを０．１５nm、第３内層５ｃはジエチ
ル亜鉛をドーピング原料ガスとして用いた、Ｚｎドープ
の層であり、厚さを０．１５nmとした。なお、成長時の
Ｖ／III 比は２００とした。
層５を形成した。ドーパント以外は従来の第２クラッド
層成膜に同じである。第２クラッド層５全体の組成はｐ
型のAl0.5 Ga0.5 As、キャリア濃度は１×１０18cm-3と
した。第１内層５ａは四臭化炭素をドーピング用原料ガ
スとして用いた、Ｃドープの層であり、厚さを０．１５
nm、第２内層５ｂはビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウムをドーピング用原料ガスとして用いた、Ｍｇドープ
の層であり、厚さを０．１５nm、第３内層５ｃはジエチ
ル亜鉛をドーピング原料ガスとして用いた、Ｚｎドープ
の層であり、厚さを０．１５nmとした。なお、成長時の
Ｖ／III 比は２００とした。
【００２４】次にGaAsキャップ層６（ｐ型 GaAs 、キャ
リア濃度１×１０18cm-3、厚さ０.０３μm ）を成膜し
た。なお、このGaAsキャップ層６は、以降の酸化膜成膜
工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に適用され
ると高抵抗のAl酸化膜の生成されるので、これを防止す
るために設けている。次に、このウェハ上に厚さ０．０
４μm の酸化ケイ素層をＥＢにより、次いで厚さ０．１
０μm の酸化ケイ素層をスパッタにより成膜した。
リア濃度１×１０18cm-3、厚さ０.０３μm ）を成膜し
た。なお、このGaAsキャップ層６は、以降の酸化膜成膜
工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に適用され
ると高抵抗のAl酸化膜の生成されるので、これを防止す
るために設けている。次に、このウェハ上に厚さ０．０
４μm の酸化ケイ素層をＥＢにより、次いで厚さ０．１
０μm の酸化ケイ素層をスパッタにより成膜した。
【００２５】通常のフォトプロセスパターニングによ
り、幅３μm のストライプ状のマスク７を形成した（図
１８（ａ））に示す。ＥＢにより成膜した二酸化ケイ素
層はスパッタにより成膜した二酸化ケイ素膜の２０倍の
エッチング速度をもつので、２重マスクとしておくと、
次の電流狭窄層の側面に溝が生じない。または、厚さ
０．１μm 程度の１重のスパッタ膜でもストライプは可
能である。
り、幅３μm のストライプ状のマスク７を形成した（図
１８（ａ））に示す。ＥＢにより成膜した二酸化ケイ素
層はスパッタにより成膜した二酸化ケイ素膜の２０倍の
エッチング速度をもつので、２重マスクとしておくと、
次の電流狭窄層の側面に溝が生じない。または、厚さ
０．１μm 程度の１重のスパッタ膜でもストライプは可
能である。
【００２６】次に、マスク７は選択成長用マスクであ
り、減圧のＭＯＣＶＤによりマスク部をのぞいて、電流
狭窄層８（ｎ型GaAs、キャリア濃度１×１０19cm-3、厚
さ０．３μm ）を成膜した（図１８（ｂ））。次にマス
ク７を除去し、厚さ１．１μm の第３クラッド層９（ｐ
型Al0.5 Ga0. 5 As、キャリア濃度５×１０17cm-3）およ
びコンタクト層１０（ｐ型GaAs、キャリア濃度１×１０
19cm-3、厚さ５．０μm ）を成膜した。
り、減圧のＭＯＣＶＤによりマスク部をのぞいて、電流
狭窄層８（ｎ型GaAs、キャリア濃度１×１０19cm-3、厚
さ０．３μm ）を成膜した（図１８（ｂ））。次にマス
ク７を除去し、厚さ１．１μm の第３クラッド層９（ｐ
型Al0.5 Ga0. 5 As、キャリア濃度５×１０17cm-3）およ
びコンタクト層１０（ｐ型GaAs、キャリア濃度１×１０
19cm-3、厚さ５．０μm ）を成膜した。
【００２７】最後に、ウェハ上下のｐ側電極１１、ｎ側
電極１２を形成した（図１８（ｃ））。上記の製造工程
の後、ウェハをへき開し（図１８の紙面に平行に）バー
とし、さらにこのバーをスクライブして、個別のＬＤ素
子とした。本実施例によって製造された半導体レーザ素
子のレーザ特性（光出力−電流（Ｉ−Ｌ）特性および電
圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性）を評価し、従来のＬＤ素子と
の比較を行った。図２はＬＤ素子のレーザ特性を示すグ
ラフであり、（ａ）は本発明に係るＬＤ素子の場合であ
り、（ｂ）は従来のＬＤ素子の場合である。従来ＬＤ素
子では、発振開始値電流が高く５０mA以上あり、３mW出
力時の動作電流（以降、動作は３mW出力時とし注記を省
略する）は６５mA以上と高く極端な場合にはレーザ発振
しない場合もあった。これに対し、本発明の素子では、
発振開始値電流は４５mA程度となり動作電流は５５mA前
後と良好な特性であることが明らかとなった。
電極１２を形成した（図１８（ｃ））。上記の製造工程
の後、ウェハをへき開し（図１８の紙面に平行に）バー
とし、さらにこのバーをスクライブして、個別のＬＤ素
子とした。本実施例によって製造された半導体レーザ素
子のレーザ特性（光出力−電流（Ｉ−Ｌ）特性および電
圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性）を評価し、従来のＬＤ素子と
の比較を行った。図２はＬＤ素子のレーザ特性を示すグ
ラフであり、（ａ）は本発明に係るＬＤ素子の場合であ
り、（ｂ）は従来のＬＤ素子の場合である。従来ＬＤ素
子では、発振開始値電流が高く５０mA以上あり、３mW出
力時の動作電流（以降、動作は３mW出力時とし注記を省
略する）は６５mA以上と高く極端な場合にはレーザ発振
しない場合もあった。これに対し、本発明の素子では、
発振開始値電流は４５mA程度となり動作電流は５５mA前
後と良好な特性であることが明らかとなった。
【００２８】また、第１導電型のクラッド層と活性層お
よび第２導電型のクラッド層の積層部の深さ方向（層に
垂直方向）への二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行
い、不純物分布を調べた。図３は第１導電型のクラッド
層、活性層および第２導電型のクラッド層における不純
物分布を示すグラフであり、（ａ）本発明に係るＬＤ素
子の場合であり、（ｂ）は従来のＬＤ素子の場合であ
る。従来技術の場合は、活性層内にＺｎとＳｅが高濃度
で共存しているが、本発明の場合は活性層内でのＣとＳ
ｅは高濃度では共存していず低濃度で各カーブは交わっ
ており、ｐｎ接合は活性層内にあることが判る。また、
ＺｎおよびＭｇも活性層内には拡散していない。 実施例２ ＭＯＣＶＤの膜成長時にＶ／III 比を１０〜３０の範囲
とすることにより、ドーピング原料ガスを用いずに、Ｃ
をキャリア発生源不純物としてキャリア濃度を制御する
ことができる。図４は本発明に係る製造方法におけるＶ
／III 比に対するキャリア濃度のグラフである。実施例
１と同様の層構成とし、第２導電型の第２クラッド層下
層成膜時のＶ／III 比を２０として、キャリア濃度を
６．０×１０18cm-3とした。第２クラッド層内の他の層
は実施例１と同じとした。
よび第２導電型のクラッド層の積層部の深さ方向（層に
垂直方向）への二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行
い、不純物分布を調べた。図３は第１導電型のクラッド
層、活性層および第２導電型のクラッド層における不純
物分布を示すグラフであり、（ａ）本発明に係るＬＤ素
子の場合であり、（ｂ）は従来のＬＤ素子の場合であ
る。従来技術の場合は、活性層内にＺｎとＳｅが高濃度
で共存しているが、本発明の場合は活性層内でのＣとＳ
ｅは高濃度では共存していず低濃度で各カーブは交わっ
ており、ｐｎ接合は活性層内にあることが判る。また、
ＺｎおよびＭｇも活性層内には拡散していない。 実施例２ ＭＯＣＶＤの膜成長時にＶ／III 比を１０〜３０の範囲
とすることにより、ドーピング原料ガスを用いずに、Ｃ
をキャリア発生源不純物としてキャリア濃度を制御する
ことができる。図４は本発明に係る製造方法におけるＶ
／III 比に対するキャリア濃度のグラフである。実施例
１と同様の層構成とし、第２導電型の第２クラッド層下
層成膜時のＶ／III 比を２０として、キャリア濃度を
６．０×１０18cm-3とした。第２クラッド層内の他の層
は実施例１と同じとした。
【００２９】図５は本発明に係る他の実施例のＬＤ素子
のレーザ特性を示すグラフである。実施例１とほぼ同じ
であり、第２クラッド層のキャリア濃度が従来よりも高
いため、動作電圧は低くなっていることが判る。 実施例３ 実施例１の層構成では、第２導電型の第２クラッド層の
厚さによって、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性およびレー
ザ光の可干渉性（α）% が変化することが判った。図６
は本発明に係るＬＤ素子の可干渉性（α）の第２クラッ
ド層の厚さ依存性を示すグラフである。
のレーザ特性を示すグラフである。実施例１とほぼ同じ
であり、第２クラッド層のキャリア濃度が従来よりも高
いため、動作電圧は低くなっていることが判る。 実施例３ 実施例１の層構成では、第２導電型の第２クラッド層の
厚さによって、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性およびレー
ザ光の可干渉性（α）% が変化することが判った。図６
は本発明に係るＬＤ素子の可干渉性（α）の第２クラッ
ド層の厚さ依存性を示すグラフである。
【００３０】第２クラッド層の厚さを３００〜４５０nm
とすると、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性では、発振開始
値電流は４０mA以下、動作電流は５０mA以下であり、Ｖ
−Ｉ特性でも動作電圧（Ｖop）は２．０V 以下と、良好
であった。図７は本発明に係る第２クラッド層厚さ４０
０nmのＬＤ素子のレーザ特性のグラフである。また、こ
の厚さ範囲では、可干渉性（α）は７０% 以下と光ピッ
クアップなどに要求されるα≦９５% を十分満たしてい
ることが判る。 実施例４ また、実施例１の層構成では、レーザ特性の温度特性が
第２クラッド層と活性層のAl組成差（ΔＸ）に依存して
いることが判った。図８は本発明に係るＬＤ素子の特性
温度（Ｔ0 ）の第２クラッド層と活性層のAl組成差依存
性を示すグラフである。
とすると、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性では、発振開始
値電流は４０mA以下、動作電流は５０mA以下であり、Ｖ
−Ｉ特性でも動作電圧（Ｖop）は２．０V 以下と、良好
であった。図７は本発明に係る第２クラッド層厚さ４０
０nmのＬＤ素子のレーザ特性のグラフである。また、こ
の厚さ範囲では、可干渉性（α）は７０% 以下と光ピッ
クアップなどに要求されるα≦９５% を十分満たしてい
ることが判る。 実施例４ また、実施例１の層構成では、レーザ特性の温度特性が
第２クラッド層と活性層のAl組成差（ΔＸ）に依存して
いることが判った。図８は本発明に係るＬＤ素子の特性
温度（Ｔ0 ）の第２クラッド層と活性層のAl組成差依存
性を示すグラフである。
【００３１】０．３５≦ΔＸ≦０．５７の範囲とする
と、１２０Ｋ以上の特性温度（Ｔ0 ）が得られることが
判る。図９は本発明に係るΔＸ＝０．５７のＬＤ素子の
レーザ特性のグラフである。Al組成差が上記の範囲で
は、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性では、発振開始値電流
は５０mA以下、動作電流は６０mA以下、電圧−電流（Ｖ
−Ｉ）特性では動作電圧Ｖopは２．０V 以下と良好であ
った。 実施例５ 従来と同様の層構成の第２クラッド層を有するＬＤ素子
において、バッファ層と第１クラッド層の間に第２の電
流狭窄層を設けることにより、活性層へのキャリアの注
入効率を改善することができる。
と、１２０Ｋ以上の特性温度（Ｔ0 ）が得られることが
判る。図９は本発明に係るΔＸ＝０．５７のＬＤ素子の
レーザ特性のグラフである。Al組成差が上記の範囲で
は、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性では、発振開始値電流
は５０mA以下、動作電流は６０mA以下、電圧−電流（Ｖ
−Ｉ）特性では動作電圧Ｖopは２．０V 以下と良好であ
った。 実施例５ 従来と同様の層構成の第２クラッド層を有するＬＤ素子
において、バッファ層と第１クラッド層の間に第２の電
流狭窄層を設けることにより、活性層へのキャリアの注
入効率を改善することができる。
【００３２】図１０は本発明に係る第２の電流狭窄層を
有するＬＤ素子の第２の電流狭窄層付近の断面図であ
る。第２の電流狭窄層の符号は７ａである。第２の電流
狭窄層７ａのバッファ層２および第１クラッド層３との
位置関係および製造工程は、従来の電流狭窄層７の第２
クラッド層５および第３クラッド層８との位置関係と製
造工程の関係に同じである。
有するＬＤ素子の第２の電流狭窄層付近の断面図であ
る。第２の電流狭窄層の符号は７ａである。第２の電流
狭窄層７ａのバッファ層２および第１クラッド層３との
位置関係および製造工程は、従来の電流狭窄層７の第２
クラッド層５および第３クラッド層８との位置関係と製
造工程の関係に同じである。
【００３３】第１クラッド層のキャリア濃度を２．０×
１０18cm-3以下とした他は、実施例１のＬＤ素子と同じ
である。活性層４が２つの電流狭窄層に挟まれることに
より、電流の広がりが従来よりも制限され、活性層を流
れる電流密度が高くなり、すなわちキャリアの注入効率
が改善されて、電流−光出力特性は向上し、実施例１よ
り優れた特性を得ることができた。図１１は本発明に係
る第２の電流狭窄層を有するＬＤ素子のレーザ特性のグ
ラフである。発振開始値電流は３５mA以下、動作電流は
４５mA以下であり、また、発光効率は従来ＬＤ素子より
約３０％程度高く、電圧−電流特性では動作電圧（Ｖo
p）も２．０V 以下とも良好であった。 実施例６ 図１２は本発明に係る２つの電流狭窄層が活性層に対し
て対称であるＬＤ素子の断面図である。第２の電流狭窄
層７ａを第１クラッド層下層３ａと第１クラッド層上層
３ｂの間に置いて、第１の電流狭窄層７と活性層 に対
して対称の（等距離の）位置関係にあるようにした。さ
らに、形状も対称とするため、第１の電流狭窄層７に挟
まれるストライプ部をメサ構造とし、ストライプ部の側
面は従来とは逆勾配となっている。
１０18cm-3以下とした他は、実施例１のＬＤ素子と同じ
である。活性層４が２つの電流狭窄層に挟まれることに
より、電流の広がりが従来よりも制限され、活性層を流
れる電流密度が高くなり、すなわちキャリアの注入効率
が改善されて、電流−光出力特性は向上し、実施例１よ
り優れた特性を得ることができた。図１１は本発明に係
る第２の電流狭窄層を有するＬＤ素子のレーザ特性のグ
ラフである。発振開始値電流は３５mA以下、動作電流は
４５mA以下であり、また、発光効率は従来ＬＤ素子より
約３０％程度高く、電圧−電流特性では動作電圧（Ｖo
p）も２．０V 以下とも良好であった。 実施例６ 図１２は本発明に係る２つの電流狭窄層が活性層に対し
て対称であるＬＤ素子の断面図である。第２の電流狭窄
層７ａを第１クラッド層下層３ａと第１クラッド層上層
３ｂの間に置いて、第１の電流狭窄層７と活性層 に対
して対称の（等距離の）位置関係にあるようにした。さ
らに、形状も対称とするため、第１の電流狭窄層７に挟
まれるストライプ部をメサ構造とし、ストライプ部の側
面は従来とは逆勾配となっている。
【００３４】図１３は本発明に係るメサ構造を得るため
の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はストライプ状
のマスク形成後、（ｂ）はメサエッチング後、（ｃ）は
第３クラッド層成膜後である。メサ構造Ｍｓを形成する
ためのメサエッチングを第２クラッド下層５ａ（厚さ４
００nm）の表面迄行うため、第２クラッド下層５ａの上
にエッチングストップ層Ｅｓ（厚さ５０nm）を成膜し、
さらに第２クラッド上層５ｃとキャップ層６を積層し
た。ストライプはストライプマスクＭを上辺とする台形
となり、電流狭窄層７の側面は従来とは逆の勾配とな
る。第３クラッド層の成膜以降は従来と同じ工程とな
る。
の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はストライプ状
のマスク形成後、（ｂ）はメサエッチング後、（ｃ）は
第３クラッド層成膜後である。メサ構造Ｍｓを形成する
ためのメサエッチングを第２クラッド下層５ａ（厚さ４
００nm）の表面迄行うため、第２クラッド下層５ａの上
にエッチングストップ層Ｅｓ（厚さ５０nm）を成膜し、
さらに第２クラッド上層５ｃとキャップ層６を積層し
た。ストライプはストライプマスクＭを上辺とする台形
となり、電流狭窄層７の側面は従来とは逆の勾配とな
る。第３クラッド層の成膜以降は従来と同じ工程とな
る。
【００３５】第２の電流狭窄層７ａと第１クラッド下層
３ａ、第１クラッド上層との関係は、従来の電流狭窄層
７と第２クラッド層５と第３クラッド層８の関係（図１
７、１８）と同じである。光り閉じ込め効果を改善で
き、レーザ特性の改善を図ることができた。図１４は本
発明に係る第１クラッド層内に第２の電流狭窄層を有す
るＬＤ素子のレーザ特性のグラフである。電流−光出力
特性では発振開始値電流は３５mA以下、動作電流は４５
mA以下、電圧−電流特性では動作電圧（Ｖop）は２．０
V 以下と良好であった。
３ａ、第１クラッド上層との関係は、従来の電流狭窄層
７と第２クラッド層５と第３クラッド層８の関係（図１
７、１８）と同じである。光り閉じ込め効果を改善で
き、レーザ特性の改善を図ることができた。図１４は本
発明に係る第１クラッド層内に第２の電流狭窄層を有す
るＬＤ素子のレーザ特性のグラフである。電流−光出力
特性では発振開始値電流は３５mA以下、動作電流は４５
mA以下、電圧−電流特性では動作電圧（Ｖop）は２．０
V 以下と良好であった。
【００３６】図１５は本発明に係る２つの電流狭窄層が
活性層に対して対称であるＬＤ素子の可干渉性の活性層
と電流狭窄層との距離依存を示すグラフである。距離が
０．２７ないし０．５μm の範囲内では可干渉性は９５
% 以下であることが判る。図１６は本発明に係る２つの
電流狭窄層が活性層に対して対称であるＬＤ素子の特性
温度のクラッド層厚さ依存性を示すグラフである。距離
が０．２３ないし０．５２μm の範囲内では特性温度は
１２０Ｋ以上であることが判る。
活性層に対して対称であるＬＤ素子の可干渉性の活性層
と電流狭窄層との距離依存を示すグラフである。距離が
０．２７ないし０．５μm の範囲内では可干渉性は９５
% 以下であることが判る。図１６は本発明に係る２つの
電流狭窄層が活性層に対して対称であるＬＤ素子の特性
温度のクラッド層厚さ依存性を示すグラフである。距離
が０．２３ないし０．５２μm の範囲内では特性温度は
１２０Ｋ以上であることが判る。
【００３７】実施例６および７では、第２クラッド層を
従来の単一ドープ層としたが、実施例１と同様に多層と
することができる。
従来の単一ドープ層としたが、実施例１と同様に多層と
することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、第１導電型のGaAs基板
の一主面上に、第１導電型のAlx Ga1- x As（０≦ｘ≦
１）の組成のバッファ層、第１導電型のAlx Ga1-x As
（０≦ｘ≦１）組成の第１クラッド層、Aly Ga1-y As
（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の活性層、第２導電型のAlx Ga
1-x As組成の第２クラッド層、第２導電型のGaAsのキャ
ップ層、第１導電型でレーザ光軸と平行に２つの区域に
分割されている電流狭窄層、第２導電型のAlx Ga1-x As
の組成の第３クラッド層、第２導電型のGaAsのコンタク
ト層が順に積層されているAlGaAs系半導体レーザ素子に
おいて、前記第１または第２クラッド層のうち導電型が
ｐ型であるクラッド層はドーパントが異なる複数の内層
からなり、前記各内層のドーパントの拡散係数は前記活
性層から遠ざかるに従って順に大きくなっているように
したため、拡散係数の大きいドーパントは活性層に到達
せず、活性層内に精度良くｐｎ接合が形成され、レーザ
特性は優れている。またその製造歩留りは高い。
の一主面上に、第１導電型のAlx Ga1- x As（０≦ｘ≦
１）の組成のバッファ層、第１導電型のAlx Ga1-x As
（０≦ｘ≦１）組成の第１クラッド層、Aly Ga1-y As
（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の活性層、第２導電型のAlx Ga
1-x As組成の第２クラッド層、第２導電型のGaAsのキャ
ップ層、第１導電型でレーザ光軸と平行に２つの区域に
分割されている電流狭窄層、第２導電型のAlx Ga1-x As
の組成の第３クラッド層、第２導電型のGaAsのコンタク
ト層が順に積層されているAlGaAs系半導体レーザ素子に
おいて、前記第１または第２クラッド層のうち導電型が
ｐ型であるクラッド層はドーパントが異なる複数の内層
からなり、前記各内層のドーパントの拡散係数は前記活
性層から遠ざかるに従って順に大きくなっているように
したため、拡散係数の大きいドーパントは活性層に到達
せず、活性層内に精度良くｐｎ接合が形成され、レーザ
特性は優れている。またその製造歩留りは高い。
【００３９】また、ｐ型クラッド層の厚さおよび活性層
に対するＡｌ組成差を適正にしたので、レーザ特性の温
度変化を小さく、またレーザ光の可干渉性は小さい。そ
のため、光ピックアップに適している。さらに電流狭窄
層を２つとし活性層に対して対称構造とすることによ
り、発振開始電流や動作電流の低いレーザ特性の良好な
だけでなく、可干渉性の低いＬＤ素子を提供できる。
に対するＡｌ組成差を適正にしたので、レーザ特性の温
度変化を小さく、またレーザ光の可干渉性は小さい。そ
のため、光ピックアップに適している。さらに電流狭窄
層を２つとし活性層に対して対称構造とすることによ
り、発振開始電流や動作電流の低いレーザ特性の良好な
だけでなく、可干渉性の低いＬＤ素子を提供できる。
【図１】本発明に係る実施例の半導体レーザ素子の断面
図
図
【図２】ＬＤ素子のレーザ特性を示すグラフであり、
（ａ）は本発明に係るＬＤ素子の場合、（ｂ）は従来の
ＬＤ素子の場合
（ａ）は本発明に係るＬＤ素子の場合、（ｂ）は従来の
ＬＤ素子の場合
【図３】第１導電型のクラッド層、活性層および第２導
電型のクラッド層における不純物分布を示すグラフであ
り、（ａ）本発明に係るＬＤ素子の場合、（ｂ）は従来
のＬＤ素子の場合
電型のクラッド層における不純物分布を示すグラフであ
り、（ａ）本発明に係るＬＤ素子の場合、（ｂ）は従来
のＬＤ素子の場合
【図４】本発明に係る製造方法におけるＶ／III 比に対
するキャリア濃度のグラフ
するキャリア濃度のグラフ
【図５】本発明に係る他の実施例のＬＤ素子のレーザ特
性を示すグラフ
性を示すグラフ
【図６】本発明に係るＬＤ素子の可干渉性（α）の第２
クラッド層の厚さ依存性を示すグラフ
クラッド層の厚さ依存性を示すグラフ
【図７】本発明に係る第２クラッド層厚さ４００nmのＬ
Ｄ素子のレーザ特性のグラフ
Ｄ素子のレーザ特性のグラフ
【図８】本発明に係るＬＤ素子の特性温度（Ｔ0 ）の第
２クラッド層と活性層のAl組成差依存性を示すグラフ
２クラッド層と活性層のAl組成差依存性を示すグラフ
【図９】本発明に係るΔＸ＝０．５７のＬＤ素子のレー
ザ特性のグラフ
ザ特性のグラフ
【図１０】本発明に係る第２の電流狭窄層を有するＬＤ
素子の第２の電流狭窄層付近の断面図
素子の第２の電流狭窄層付近の断面図
【図１１】本発明に係る第２の電流狭窄層を有するＬＤ
素子のレーザ特性のグラフ
素子のレーザ特性のグラフ
【図１２】本発明に係る２つの電流狭窄層が活性層に対
して対称であるＬＤ素子の断面図
して対称であるＬＤ素子の断面図
【図１３】本発明に係るメサ構造を得るための製造工程
を示す断面図であり、（ａ）はストライプ状のマスク形
成後、（ｂ）はメサエッチング後、（ｃ）は第３クラッ
ド層成膜後
を示す断面図であり、（ａ）はストライプ状のマスク形
成後、（ｂ）はメサエッチング後、（ｃ）は第３クラッ
ド層成膜後
【図１４】本発明に係る第１クラッド層内に第２の電流
狭窄層を有するＬＤ素子のレーザ特性のグラフ
狭窄層を有するＬＤ素子のレーザ特性のグラフ
【図１５】本発明に係る２つの電流狭窄層が活性層に対
して対称であるＬＤ素子の可干渉性の活性層と電流狭窄
層との距離依存を示すグラフ
して対称であるＬＤ素子の可干渉性の活性層と電流狭窄
層との距離依存を示すグラフ
【図１６】本発明に係る２つの電流狭窄層が活性層に対
して対称であるＬＤ素子の特性温度の活性層と電流狭窄
層との距離依存を示すグラフ
して対称であるＬＤ素子の特性温度の活性層と電流狭窄
層との距離依存を示すグラフ
【図１７】従来のＬＤ素子のへき開面に平行な断面図
【図１８】従来のＬＤ素子の主な製造工程後のウェハの
１素子分を示すへき開面断面図であり、（ａ）は酸化ケ
イ素層のパターニング工程後、（ｂ）は電流狭窄層の選
択エピタキシャル成長後、（ｃ）は電極用金属膜成膜後
１素子分を示すへき開面断面図であり、（ａ）は酸化ケ
イ素層のパターニング工程後、（ｂ）は電流狭窄層の選
択エピタキシャル成長後、（ｃ）は電極用金属膜成膜後
１ GaAs基板 ２ バッファ層 ３ 第１クラッド層 ３ａ 第１クラッド下層 ３ｂ 第１クラッド上層 ４ 活性層 ５ 第２クラッド層 ５ａ 第２クラッド下層 ５ｂ 第２クラッド中層 ５ｃ 第２クラッド上層 ６ キャップ層 ７ 電流狭窄層 ７ａ 第２の電流狭窄層 Ｍ マスク ９ 第３クラッド層 １０ コンタクト層 １１ ｐ側電極 １２ ｎ側電極 １３ 拡散防止層 １４ 拡散防止層 Ｅｓ エッチングストップ層
Claims (8)
- 【請求項１】第１導電型のGaAs基板の一主面上に、第１
導電型のAlx Ga1-xAs（０≦ｘ≦１）の組成のバッファ
層、第１導電型のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）組成の第
１クラッド層、Aly Ga1-y As（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の
活性層、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第２クラッド
層、第２導電型のGaAsのキャップ層、第１導電型でレー
ザ光軸と平行に２つの区域に分割されている電流狭窄
層、第２導電型のAlx Ga1-x Asの組成の第３クラッド
層、第２導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されて
いるAlGaAs系半導体レーザ素子において、前記第１また
は第２クラッド層のうち導電型がｐ型であるクラッド層
はドーパントが異なる複数の内層からなり、前記各内層
のドーパントの拡散係数は前記活性層から遠ざかるに従
って順に大きく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】前記ドーパントは前記活性層側から、Ｃ、
Ｍｇ、Ｚｎのこの順の２つ以上の組み合わせであること
を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】前記ｐ型であるクラッド層の厚さは０．３
ないし０．４５μmの範囲であり、かつ前記活性層に対
するこのクラッド層の混晶におけるAl組成差（Δｘ）は
０．３５ないし０．６の範囲であることを特徴とする請
求項１ないし３に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】第１導電型のGaAs基板の一主面上に、第１
導電型のAlx Ga1-xAs（０≦ｘ≦１）組成のバッファ
層、第１導電型のAlx Ga1-x As（０≦ｘ≦１）組成の第
１クラッド層、Aly Ga1-y As（０≦ｙ≦ｘ≦１）組成の
活性層、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第２クラッド
層、第２導電型のGaAsのキャップ層、第１導電型でレー
ザ光軸と平行に２つの区域に分割されている電流狭窄
層、第２導電型のAlx Ga1-x As組成の第３クラッド層、
第２導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されている
AlGaAs系半導体レーザ素子ににおいて、前記バッファ層
と前記第１クラッド層との間、もしくは、第１クラッド
層内にレーザ光軸と平行に２つの区域に分割されている
第２導電型の第２の電流狭窄層を形成することを特徴と
する半導体レーザ素子。 - 【請求項５】前記電流狭窄層と前記第２の電流狭窄層は
活性層に対して、鏡像対称形であることを特徴とする請
求項４に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】前記電流狭窄層に挟まれるストライプ部は
メサ構造であることを特徴とする請求項５に記載の半導
体レーザ素子。 - 【請求項７】請求項１ないし６に記載の半導体レーザ素
子の製造方法において、前記第２クラッド層のドーパン
トがＣの層をＶ族原料ガスとIII 族原料ガスの供給にお
けるＶ族元素とIII 族元素のモル比（以下Ｖ／III 比と
記す）比１０ないし３０の範囲で成膜し、前記第２クラ
ッド層の他の層はＶ／III 比１８０ないし２２０の範囲
で成膜することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方
法。 - 【請求項８】請求項６に記載のストライプ部のメサ構造
はエッチングストップ層、クラッド層およびキャップ層
の積層工程、クラッド層上へのストライプマスクの形成
工程、次いでこのストライプマスクに被覆されていない
部分のキャップ層およびクラッド層をエッチングストッ
プ層まで除去する工程によって形成されることを特徴と
する半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5808697A JPH10256647A (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5808697A JPH10256647A (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256647A true JPH10256647A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=13074131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5808697A Pending JPH10256647A (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10256647A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001291930A (ja) * | 2000-04-06 | 2001-10-19 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
| JP2003218467A (ja) * | 2002-01-28 | 2003-07-31 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡およびその製造方法および面発光型半導体レーザおよび光通信モジュールおよび光通信システム |
| JP2004207682A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| WO2004098007A1 (ja) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| WO2005012613A1 (ja) | 2003-07-30 | 2005-02-10 | Shima Seiki Manufacturing Limited | 可動シンカーを備える横編機 |
| JP2009060078A (ja) * | 2007-05-28 | 2009-03-19 | Sony Corp | 半導体発光素子 |
| JPWO2019176498A1 (ja) * | 2018-03-13 | 2021-01-07 | 株式会社フジクラ | 半導体光素子、半導体光素子形成用構造体及びこれを用いた半導体光素子の製造方法 |
-
1997
- 1997-03-12 JP JP5808697A patent/JPH10256647A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001291930A (ja) * | 2000-04-06 | 2001-10-19 | Mitsubishi Chemicals Corp | 半導体光デバイス装置 |
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| WO2005012613A1 (ja) | 2003-07-30 | 2005-02-10 | Shima Seiki Manufacturing Limited | 可動シンカーを備える横編機 |
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| JPWO2019176498A1 (ja) * | 2018-03-13 | 2021-01-07 | 株式会社フジクラ | 半導体光素子、半導体光素子形成用構造体及びこれを用いた半導体光素子の製造方法 |
| US11387628B2 (en) | 2018-03-13 | 2022-07-12 | Fujikura Ltd. | Semiconductor optical element, semiconductor optical element forming structure, and method for manufacturing semiconductor optical element using the same |
| US11799270B2 (en) | 2018-03-13 | 2023-10-24 | Fujikura Ltd. | Semiconductor optical element, semiconductor optical element forming structure, and method of manufacturing semiconductor optical element using the same |
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