JPH11354865A

JPH11354865A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH11354865A
Application number: JP16167298A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nishikawa; 祐司西川; Hiroshi Takigawa; 宏瀧川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】光半導体装置に関し、エピタキシャル成長半
導体層の積層構造を最適化し、例えば１〔ｃｍ〕レーザ
・バーに於いても変換効率４０〔％〕以上が得られるよ
うにする。【解決手段】活性層８と、活性層８の上下に形成され
た厚さ５０〔ｎｍ〕乃至８０〔ｎｍ〕のアンドープのグ
レーデッド層７及び９と、活性層８に近い側が低濃度即
ちｐ型＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕乃至４．５×１０¹⁷〔cm^-3〕ｎ型＝５×１０¹⁶〔cm^-3〕乃至４×１０¹⁷〔cm^-3〕の範囲にドーピングされ且つ電極に近い側が前記低濃度
範囲の上限を越えて高濃度にドーピングされたＡｌＧａ
Ａｓ系材料のグレーデッドＳＣＨ層６，７，９，１０或
いはクラッド層４，５，１１，１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ励起用
として好適な高出力半導体レーザからなる光半導体装置
に関する。

【０００２】高出力半導体レーザは発熱量が大きい為、
抵抗を小さく且つ光の内部損失を少なくすることが必要
であり、本発明では、この要求に応える一手段を開示す
る。

【０００３】

【従来の技術】近年、固体レーザを励起する為に用いる
高出力半導体レーザの実現が希求されているところであ
るが、通常、半導体レーザを構成する為のエピタキシャ
ル成長層の抵抗が大きく、そして、光の内部損失も大き
く、従って、発熱量は大きくなって、期待通りの高い出
力が得られない。

【０００４】一般に、半導体レーザに於ける抵抗を小さ
くするには、クラッド層に多量のドーピングが必要であ
るが、そのようにした場合、通常の構造のものでは、こ
れが光の内部損失を大きくすることに結び付き、また、
半導体レーザに於ける冷却能力の如何に依ってもレーザ
特性の良否は大きく変化するので、これ等を全て併せ見
て、半導体レーザを比較する数値として、注入電力に対
する光出力、即ち、変換効率の良否に依って判断してい
る。

【０００５】通常のストライプ・レーザ単体では変換効
率が５０〔％〕のものも少なくないのであるが、本発明
者等は、高出力半導体レーザとして、３００〔μｍ〕ピ
ッチで７０〔μｍ〕のストライプ・レーザを作成し、そ
こから１〔ｃｍ〕の１次元レーザ・アレイ、即ち、レー
ザ・バーを取り出し、そのままボンディングしてモジュ
ールにしたところ、その１〔ｃｍ〕レーザ・バーに於い
ては、４０〔％〕の変換効率を達成するのも困難であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、エピタキ
シャル成長半導体層の積層構造を最適化することに依っ
て、例えば１〔ｃｍ〕レーザ・バーに於いても変換効率
４０〔％〕以上が得られるようにする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、光電場が大
きい活性層に近い層からクラッド層に向かって不純物ド
ープ量を増大させる旨の簡単な半導体層構造に依って、
高出力半導体レーザの低抵抗化、低内部損失化、変換効
率の向上を達成することが基本になっている。

【０００８】さきの従来の技術の項で説明したように、
高出力半導体レーザに於ける低抵抗化と低内部損失化と
は二律背反の関係にあって、前記基本に示した不純物ド
ープ量には最適範囲が存在する。

【０００９】また、不純物ドープ量を変化させる構造を
製造歩留り良く作成することは実験工程などに於いては
充分に可能なのであるが、実際に例えば製造ラインに流
して作成する場合、実用的範囲の製造歩留りを維持する
ことからすると、不純物ドープ量の変化は２段階程度に
抑えることが必要である。

【００１０】実際上、ドーパントは、ドーピング領域か
らある程度拡散することが知られ、この拡散の程度はド
ーパントの種類に依って変わるものであって、ＡｌＧａ
Ａｓ系で多用されているＺｎは拡散が大きくて５０〔ｎ
ｍ〕程度にもなる。

【００１１】活性層にドーパントが侵入すると損失にな
るので、前記拡散の程度を考えると活性層の周囲では５
０〔ｎｍ〕から８０〔ｎｍ〕程度はアンドープにするこ
とが必要である。

【００１２】低抵抗化を図る為、クラッド層に高濃度の
ドーピングを行なう場合、厚さとして２〔μｍ〕弱を必
要とすることから、ｐ型で２×１０¹⁸〔cm^-3〕以上、ｎ
型で５×１０¹⁷〔cm^-3〕以上に設定しなければならな
い。尚、これは、１〔ｃｍ〕レーザ・バーを仮定して、
共振器長を５００〔μｍ〕、活性層のパッキング密度を
２３〔％〕とした場合の１〔ｍΩ〕オーダの低抵抗化を
目指した場合である。

【００１３】前記高ドープ量のクラッド層を前記アンド
ープ層に近接して配置した場合、光損失が極めて大きく
なってしまうので、これを回避する為、アンドープ層の
周りを低ドープにするのであるが、これについても最適
な範囲が存在する。

【００１４】前記した諸事項を踏まえて、本発明で必要
とするエピタキシャル成長半導体層構造を仮定し、実際
計算に依って、その適否を確認した。

【００１５】計算に用いたレーザ・バーのパラメータ
は、共振器長５００〔μｍ〕、活性層のパッキング密度
２３．３〔％〕、冷却性能は本発明者等が作成した銅製
の冷却器（要すれば、「瀧川、西川レーザー学会第１
７回年次大会２３ａＶ１２（１９９７）」、を参照）を
用いた場合の冷却性能０．５〔℃／Ｗ〕とした。

【００１６】また、ゲイン等から閾値電流値を計算する
手法は、ごく一般的な方法（要すれば、「Ｍ．Ａｓａｄ
ａ等ＩＥＥＥＪ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｏ
ｒｏｎ．ＱＥ−２０，７４５（１９８４）」、を参照）
を用いた。

【００１７】図１は仮定したエピタキシャル成長半導体
層構造を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラム
である。尚、図では簡明にする為、伝導帯の底Ｅ_Cのみ
を表してある。

【００１８】図に於いて、１：ＧａＡｓ基板２：ＧａＡｓバッファ層３：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０→０．６）グレーデッ
ド層ｎ型不純物＝５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕４：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｎ型不純物＝５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝１．６〔μｍ〕５：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．２〔μｍ〕６：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０．３５）グレ
ーデッドＳＣＨ（ｓｅｐａｒａｔｅｃｏｎｆｉｎｅｍ
ｅｎｔｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層ｎ型不純物＝１×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．０７〔μｍ〕７：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３５→０．３０）グ
レーデッドＳＣＨ層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０７〔μｍ〕８：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．０７）活性層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０１５〔μｍ〕９：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３０→０．３５）グ
レーデッドＳＣＨ層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０７〔μｍ〕１０：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３５→０．６）グ
レーデッドＳＣＨ層ｐ型不純物＝３×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．０７〔μｍ〕１１：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｐ型不純物＝３×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．２〔μｍ〕１２：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝１．６〔μｍ〕１３：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０）グレーデ
ッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１４：ＧａＡｓコンタクト層ｐ型不純物＞１×１０¹⁹〔cm^-3〕厚さ＝０．３〔μｍ〕

【００１９】前記半導体層構造に於いて、ドープ層の一
部、即ち、クラッド層５、グレーデッドＳＣＨ層６、グ
レーデッドＳＣＨ層１０、クラッド層１１に於ける不純
物濃度をｎ型及びｐ型それぞれについて変えると図２に
見られるような結果が得られる。

【００２０】図２は低濃度ドープ層に於けるドープ量に
対する変換効率を表した線図であって、横軸にドープ量
〔１／ｃｍ³〕を、また、縦軸に変換効率をそれぞれ採
ってある。

【００２１】前記したように、１〔ｃｍ〕レーザ・バー
・モジュールに於いて必要とされる変換効率は４０
〔％〕以上であるから、図２の線図から、ドープ量の範
囲を知得することができ、ｐ型＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕〜４．５×１０¹⁷〔cm^-3〕ｎ型＝５×１０¹⁶〔cm^-3〕〜４×１０¹⁷〔cm^-3〕である。

【００２２】また、低濃度ドープ層の厚さが或程度以上
に厚くなると内部損失は余り変わらずに抵抗だけが大き
くなり、従って、変換効率は小さくなる。ここで、低濃
度ドープ層の厚さを変えると図３に見られるような結果
が得られる。

【００２３】図３は低濃度ドープ層の厚さに対する変換
効率を表した線図であり、横軸に厚さ〔ｎｍ〕を、ま
た、縦軸に変化効率をそれぞれ採ってある。

【００２４】変換効率が４０〔％〕以上となる厚さを図
３から求めると１３０〔ｎｍ〕乃至３５０〔ｎｍ〕の範
囲となる。

【００２５】以上の説明に於いて、クラッド層の厚さを
どのように選択するかについては触れていないが、対象
としている波長帯、即ち、０．８〔μｍ〕帯では、光閉
じ込めの点からすれば０．８〔μｍ〕以上が必要であ
り、また、低抵抗化の為には２〔μｍ〕以下とすること
が必要である。

【００２６】前記説明したところから明らかであるが、
前記各条件を綜合的して満足させる構造をもつ光半導体
装置を作成すれば、その変換効率は４０〔％〕以上にな
ることは確実である。

【００２７】本発明者等は、前記計算結果に基づき、高
出力半導体レーザを実際に作成し、それについて多くの
実験を行なうことに依って、本発明高出力半導体レーザ
に関する基本的条件が知得され、そして、それ等の基本
的条件は計算結果とも良く一致するので、それ等をまと
めて以下に記述する。

【００２８】ｐ側クラッド層の電極に近い側の不純
物濃度は２×１０¹⁸〔cm^-3〕以上に、また、ｎ側クラッ
ド層に於ける電極に近い側の不純物濃度は５×１０
¹⁷〔cm^-3〕以上にしなければ抵抗値が大きくなってしま
い、変換効率４０〔％〕以上を達成することができなか
った。

【００２９】活性層の下面及び上面に接するＳＣＨ
層には、厚さが５０〔ｎｍ〕乃至８０〔ｎｍ〕のアンド
ープ層を設けることが必須であり、この下限を外れると
活性層に不純物が拡散する量が多くなってレーザ発振し
難くなり、また、上限を外れると抵抗値が大きくなって
しまい、変換効率４０〔％〕以上を達成することはでき
なかった。

【００３０】活性層に近いＳＣＨ層或いはクラッド
層には、クラッド層の電極に近い側に比較して低濃度に
ドーピング、即ち、ｐ型＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕〜４．５×１０¹⁷〔cm^-3〕ｎ型＝５×１０¹⁶〔cm^-3〕〜４×１０¹⁷〔cm^-3〕にドーピングすることが必要である。

【００３１】ところで、現在、半導体レーザとして、種
々な構造のものが提案されていて、その中には、本発明
の高出力半導体レーザと比較した場合、構成が相違し、
従って、効果も相違して、本発明の目的を達成できない
ことは明らかなのであるが、一見的には構造が類似して
いるかの如く誤解されるものが文献に開示されているの
で、ここで予め説明を加えておくことにする。

【００３２】図９は参考用半導体発光素子を表す断面図
である（要すれば「特開平６−４５６９８号公報」を参
照）。

【００３３】図に於いて、２０はｎ型ＧａＡｓ基板、２
１はｎ型ＧａＡｓバッファ層、２２は高濃度ｎ型クラッ
ド層、２３は低濃度ｎ型クラッド層、２４は活性層、２
５は低濃度ｐ型クラッド層、２６は高濃度ｐ型クラッド
層、２７はｐ型ＧａＡｓキャップ層、２８はｎ電極、２
９はｐ電極をそれぞれ示している。

【００３４】この構造に於いては、活性層２４の構成材
料としてＡｌＧａＩｎＰを用いていて、活性層２４と低
濃度のクラッド層２３或いは２５との間にアンドープ層
は介在せず、そして、活性層２４はバルク特性に近い状
態を保持したままで薄くしてあるので、光閉じ込め構
造、即ち、ＳＣＨ（ｓｅｐａｒａｔｅｃｏｎｆｉｎｅ
ｍｅｎｔｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造には
なっていない。

【００３５】また、活性層２４に近接して低濃度のクラ
ッド層２３及び２５を配置した理由は、結晶成長時や工
程中に於ける不純物拡散を問題視していることに依るも
のであり、そして、その実施例に於いては、ドーピング
量として５×１０¹⁷〔cm^-3〕を選択しているが、そのよ
うにすれば不純物拡散を抑止する点では好ましいであろ
うが、変換効率４０〔％〕以上の高出力半導体レーザは
得られない。

【００３６】図１０は参考用半導体レーザ素子を表す断
面図である（要すれば「特開平９−９７９４５号公報」
を参照）。

【００３７】図に於いて、３１は第２ｎ型クラッド層、
３２は第１ｎ型クラッド層、３３はｎ型キャリヤブロッ
ク層、３４は活性層、３５はｐ型キャリヤブロック層、
３６は第１ｐ型クラッド層、３７は第２ｐ型クラッド
層、３８は電流狭窄層、３９はｐ型コンタクト層、４０
は半導体基板、４１及び４２はオーミック電極をそれぞ
れ示している。

【００３８】この構造に於いては、クラッド層のごく一
部、即ち、キャリヤブロック層３３及び３５が高ドープ
層になっていて、且つ、他のクラッド層とはＡｌ組成を
変えてある。

【００３９】キャリヤブロック層３３及び３５は、Ａｌ
組成を変えるだけでもキャリヤをブロックできるのであ
るが、それだけでは、キャリヤブロック層３３及び３５
の両方が電子及び正孔の両方に作用してしまい、一方に
は活性層から電荷が出ていかないように、また、他方に
は活性層に電荷が入らないように働くという副作用が発
生する為、ドープ量を変えることに依ってフェルミ・エ
ネルギを変え、活性層に電荷が入らないように働く作用
を低減させようとしているものである。

【００４０】さて、この半導体レーザ素子では、高ドー
プ層であるキャリヤブロック層３３及び３５の活性層３
４と接した側の反対側には低ドープ層が存在している
為、これではインピーダンスを低減させることは不可能
である。

【００４１】このような構造は、単体の半導体レーザの
場合のように充分な冷却を行なうことが可能であれば非
常に効果がある構造であるが、本発明の高出力半導体レ
ーザのようなレーザ・バーの形態では、熱に依る影響が
大きく現れて、最大出力や変換効率を低下させることに
なる。

【００４２】図１１は参考用二族−六族化合物半導体発
光素子を表す断面図である（要すれば「特開平８−１８
１６８号公報」を参照）。

【００４３】図に於いて、５１は基板、５２は第１のク
ラッド層、５３は第１のガイド層、５４は活性層、５５
は第２のガイド層、５６は第２のクラッド層、５７は半
導体レーザ部、５８はキャップ層である第１の半導体
層、５９は多重量子井戸構造の第２の半導体層、６０は
第３の半導体層、６１はオーミック電極、６２はｐ側電
極部、６３は絶縁層であるポリイミド層、６４はオーミ
ック電極、７１はノンドープ領域、７２は低不純物ドー
プ領域、７３は低不純物ドープ領域、７４は高不純物ド
ープ領域をそれぞれ示している。

【００４４】この発光素子は、二族−六族化合物半導体
を用いることが発明の構成要件になっていて、活性層５
４に近いｐ側の半導体層は低ドープにしておくものであ
る。

【００４５】現在、二族−六族化合物半導体発光素子は
寿命が短い為、その長寿命化を図るには結晶性を良好に
することが不可欠とされているところであり、そして、
その結晶性は不純物のドーピング量に依っても決定付け
られることが知られ、特に窒素ドーピング結晶の格子間
に入る窒素に依る欠陥が結晶性を悪くする大きな原因に
なっている。

【００４６】そこで、ｐ型不純物のドーピング量を活性
層５４に近いところでは小さくすることで、活性層５４
に近い結晶を高品質に維持するようにしているのである
が、本発明の高出力半導体レーザで必要とされるキャリ
ヤ損失の低減は、ｐ側のみでなく、ｎ側にも低不純物ド
ープ層を形成しなければならず、ｐ側のみの低不純物ド
ープ層では、変換効率４０〔％〕以上は到底無理であ
る。尚、図１１の発光素子に於いて、ｎ型不純物のドー
ピング量を低減しても結晶性を向上させる効果は殆ど得
られない。

【００４７】前記したところから、本発明に依る光半導
体装置に於いては、（１）活性層（例えば活性層８：図１参照以下同じ）
と、活性層の上下に形成された厚さ５０〔ｎｍ〕乃至８
０〔ｎｍ〕のアンドープ層（例えばグレーデッドＳＣＨ
層７及び９）と、活性層に近い側が低濃度即ちｐ型＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕乃至４．５×１０¹⁷〔cm^-3〕ｎ型＝５×１０¹⁶〔cm^-3〕乃至４×１０¹⁷〔cm^-3〕の範囲にドーピングされ且つ電極に近い側が前記低濃度
範囲の上限を越えて高濃度にドーピングされたＡｌＧａ
Ａｓ系材料からなるＳＣＨ層（例えばグレーデッドＳＣ
Ｈ層６、グレーデッドＳＣＨ層７、グレーデッドＳＣＨ
層９、グレーデッドＳＣＨ層１０）或いはクラッド層
（例えばクラッド層４、クラッド層５、クラッド層１
１、クラッド層１２）とを備えてなることを特徴とする
か、又は、

【００４８】（２）前記（１）に於いて、ＳＣＨ構造が
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造であることを特徴とするか、又
は、

【００４９】（３）前記（１）或いは（２）に於いて、
活性層にＩｎが含まれてなること（例えばＩｎＡｌＧａ
Ａｓとする）を特徴とするか、又は、

【００５０】（４）前記（１）乃至（３）の何れか１に
於いて、低濃度層（例えばクラッド層５、グレーデッド
ＳＣＨ層６、グレーデッドＳＣＨ層１０、クラッド層１
１）の厚さが１３０〔ｎｍ〕以上且つ３５０〔ｎｍ〕以
下であることを特徴とするか、又は、

【００５１】（５）前記（２）乃至（４）の何れか１に
於いて、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造が直線状或いは曲線状或
いは複数に分けられる線状をなして変化するグレーデッ
ド構造をもつことを特徴とするか、又は、

【００５２】（６）前記（１）乃至（５）の何れか１に
於いて、基板側からクラッド層側に向かって材料組成が
グレーデッドに変化する層（例えばグレーデッド層３）
が介在してなることを特徴とするか、又は、

【００５３】（７）前記（１）乃至（６）の何れか１に
於いて、クラッド層側からコンタクト層側に向かって材
料組成がグレーデッドに変化する層（例えばグレーデッ
ド層１３）が介在してなることを特徴とする。

【００５４】前記手段を採ることに依り、例えば１〔ｃ
ｍ〕レーザ・バーに於いても変換効率４０〔％〕以上を
容易に達成することができ、しかも、その手段の内容
は、半導体層の積層構成及び不純物ドーピングの如何、
という半導体装置を作成する際に適用する基本的技術を
用いれば足りるので、その実施は極めて容易である。

【００５５】

【発明の実施の形態】実施の形態としては、種々なエピ
タキシャル成長半導体層積層構造をもつ光半導体装置を
作成することが可能であり、基本的には、前記した課題
を解決するための手段の項で説明したドープ量と厚さの
条件を採り入れることで、変換効率が４０〔％〕以上に
なる。

【００５６】以下に実施の形態を幾つか挙げて説明する
が、図１乃至図３について説明した光半導体装置も一実
施の形態として実際に作成することは容易である。

【００５７】実施の形態１図４は実施の形態１である光半導体装置を説明する為の
エネルギ・バンド・ダイヤグラムであって、ここでも、
伝導帯の底Ｅ_Cのみを表してある。尚、この実施の形態
１の光半導体装置はＳＣＨ構造に属する。

【００５８】図に於いて、８１：ＧａＡｓ基板８２：ＧａＡｓバッファ層８３：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０→０．６）グレーデ
ッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕８４：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｎ型不純物＝５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝１．６〔μｍ〕８５：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．２〔μｍ〕８６：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３）ＳＣＨ層ｎ型不純物＝１×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．０７〔μｍ〕８７：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．０７）活性層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０１５〔μｍ〕８８：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３）ＳＣＨ層ｐ型不純物＝３×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．０７〔μｍ〕８９：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｐ型不純物＝３×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．２〔μｍ〕９０：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝１．６〔μｍ〕９１：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０）グレーデ
ッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕９２：ＧａＡｓコンタクト層ｐ型不純物＞１×１０¹⁹〔cm^-3〕厚さ＝０．３〔μｍ〕

【００５９】図５は実施の形態１の光半導体装置に於け
る変換効率を電流値にたいしてプロットした線図であっ
て、横軸に注入電流〔Ａ〕を、縦軸に変換効率をそれぞ
れ採ってあり、そして、図５からすると、最大値３０
〔Ａ〕の電流を流すことで４０〔％〕を越える変換効率
が得られることを看取できよう。

【００６０】一般に、図４に見られるようなＳＣＨ構造
の光半導体装置では、電流注入効率が悪いとされている
ので、これを回避するには、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ（ｇｒａ
ｄｅｄ−ｉｎｄｅｘｗａｖｅｇｕｉｄｅｓｅｐａｒ
ａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｈｅｔｅｒｏｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）構造にすると良い。

【００６１】図６は実施の形態２である光半導体装置を
説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであっ
て、伝導帯の底Ｅ_Cのみを表してある。尚、この実施の
形態２の光半導体装置はＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造をもって
いる。

【００６２】図に於いて、１０１：ＧａＡｓ基板１０２：ＧａＡｓバッファ層１０３：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０→０．６）グレー
デッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１０４：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝１．５〔μｍ〕１０５：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０．４５）
グレーデッドＳＣＨ層ｎ型不純物＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１０６：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．４５→０．３
０）グレーデッドＳＣＨ層不純物＝アンドープ厚さ＝０．１〔μｍ〕１０７：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．０６）活性層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０１５〔μｍ〕１０８：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３０→０．４
５）グレーデッドＳＣＨ層不純物＝アンドープ厚さ＝０．１〔μｍ〕１０９：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．４５→０．６）
グレーデッドＳＣＨ層ｐ型不純物＝３×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１１０：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝１．５〔μｍ〕１１１：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０）グレー
デッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１１２：ＧａＡｓコンタクト層ｐ型不純物＞１×１０¹⁹〔cm^-3〕厚さ＝０．３〔μｍ〕

【００６３】図６に見られる光半導体装置は、線形のＧ
ＲＩＮ−ＳＣＨと呼ばれる構造をもつものであるが、線
形を二つの部分に分けると変換効率が若干向上する。

【００６４】図７は実施の形態３である光半導体装置を
説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであっ
て、伝導帯の底Ｅ_Cのみを表してある。尚、実施の形態
３の光半導体装置は、線形を二つの部分に分けたＧＲＩ
Ｎ−ＳＣＨ構造をもっている。

【００６５】図に於いて、１０１：ＧａＡｓ基板１０２：ＧａＡｓバッファ層１０３：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０→０．６）グレー
デッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１０４：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｎ型不純物＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝１．５〔μｍ〕１０５：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０．３８）
グレーデッドＳＣＨ層ｎ型不純物＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．２５〔μｍ〕１０６：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３８→０．３
５）グレーデッドＳＣＨ層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０５〔μｍ〕１０７：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．０７）活性層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０１５〔μｍ〕１０８：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３５→０．３
８）グレーデッドＳＣＨ層不純物＝アンドープ厚さ＝０．０５〔μｍ〕１０９：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３８→０．６）
グレーデッドＳＣＨ層ｐ型不純物＝３×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ＝０．２５〔μｍ〕１１０：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６）クラッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝１．５〔μｍ〕１１１：Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．６→０）グレー
デッド層ｐ型不純物＝２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ＝０．１〔μｍ〕１１２：ＧａＡｓコンタクト層ｐ型不純物＞１×１０¹⁹〔cm^-3〕厚さ＝０．３〔μｍ〕

【００６６】実施の形態３の光半導体装置をレーザ・バ
ーとして試作したものについて変換効率を測定した。そ
のレーザ・バーの構造は、課題を解決するための手段の
項で仮定したレーザ・バーと同じであり、３００〔μ
ｍ〕ピッチで７０〔μｍ〕の電極ストライプ・レーザを
３３本まとめて切り出し、冷却器に実装して測定を行な
った。

【００６７】図８は実施の形態３から得られたレーザ・
バーの変換効率を測定して得られた結果を表す線図であ
り、横軸には注入電流〔Ａ〕を、縦軸には変換効率をそ
れぞれ採ってあり、この図からすると、注入電流が２５
〔Ａ〕弱で４０〔％〕を越えているが、その後すぐに飽
和し、４０．５〔％〕程度になっていて、課題を解決す
るための手段の項で説明した計算結果と良く一致してい
る。

【００６８】本発明に於いては、前記実施の形態に限ら
れることなく、特許請求の範囲に記載された構成の範囲
内で他に多くの改変を実現することができ、例えば、前
記説明した高出力半導体レーザのストライプを基板にモ
ノリシックに埋め込んで集積化するなどは任意に実施で
きる。

【００６９】

【発明の効果】本発明に依る光半導体装置に於いては、
活性層と、活性層の上下に形成された厚さ５０〔ｎｍ〕
乃至８０〔ｎｍ〕のアンドープ層と、活性層に近い側がｐ型＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕乃至４．５×１０¹⁷〔cm^-3〕ｎ型＝５×１０¹⁶〔cm^-3〕乃至４×１０¹⁷〔cm^-3〕の範囲にドーピングされ且つ電極に近い側が前記範囲の
上限を越えて高濃度にドーピングされたＡｌＧａＡｓ系
材料からなるＳＣＨ層或いはクラッド層とを備える。

【００７０】前記構成を採ることに依り、例えば１〔ｃ
ｍ〕レーザ・バーに於いても変換効率４０〔％〕以上を
容易に達成することができ、しかも、その手段の内容
は、半導体層の積層構成及び不純物ドーピングの如何、
という半導体装置を作成する際に適用する基本的技術を
用いれば足りるので、その実施は極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】仮定したエピタキシャル成長半導体層構造を説
明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。

【図２】低濃度ドープ層に於けるドープ量に対する変換
効率を表した線図である。

【図３】低濃度ドープ層の厚さに対する変換効率を表し
た線図である。

【図４】実施の形態１である光半導体装置を説明する為
のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。

【図５】実施の形態１の光半導体装置に於ける変換効率
を電流値にたいしてプロットした線図である。

【図６】実施の形態２である光半導体装置を説明する為
のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。

【図７】実施の形態３である光半導体装置を説明する為
のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。

【図８】実施の形態３から得られたレーザ・バーの変換
効率を測定して得られた結果を表す線図である。

【図９】参考用半導体発光素子を表す断面図である。

【図１０】参考用半導体レーザ素子を表す断面図であ
る。

【図１１】参考用二族−六族化合物半導体発光素子を表
す断面図である。

【符号の説明】

１基板２バッファ層３グレーデッド層４クラッド層５クラッド層６グレーデッドＳＣＨ層７グレーデッドＳＣＨ層８活性層９グレーデッドＳＣＨ層１０グレーデッドＳＣＨ層１１クラッド層１２クラッド層１３グレーデッド層１４コンタクト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層と、活性層の上下に形成された厚さ５０〔ｎｍ〕乃至８０
〔ｎｍ〕のアンドープ層と、活性層に近い側が低濃度即ちｐ型＝２×１０¹⁷〔cm^-3〕乃至４．５×１０¹⁷〔cm^-3〕ｎ型＝５×１０¹⁶〔cm^-3〕乃至４×１０¹⁷〔cm^-3〕の範囲にドーピングされ且つ電極に近い側が前記低濃度
範囲の上限を越えて高濃度にドーピングされたＡｌＧａ
Ａｓ系材料からなるＳＣＨ層或いはクラッド層とを備え
てなることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】ＳＣＨ構造がＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造である
ことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】活性層にＩｎが含まれてなることを特徴と
する請求項１或いは２記載の光半導体装置。
【請求項４】低濃度層の厚さが１３０〔ｎｍ〕以上且つ
３５０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする請求項１乃
至３の何れか１記載の光半導体装置。
【請求項５】ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造が直線状或いは曲線
状或いは複数に分けられる線状をなして変化するグレー
デッド構造をもつことを特徴とする請求項２乃至４の何
れか１記載の光半導体装置。
【請求項６】基板側からクラッド層側に向かって材料組
成がグレーデッドに変化する層が介在してなることを特
徴とする請求項１乃至５の何れか１記載の光半導体装
置。
【請求項７】クラッド層側からコンタクト層側に向かっ
て材料組成がグレーデッドに変化する層が介在してなる
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１記載の光半
導体装置。