JPS6076183A - 可視光半導体レ−ザ素子及びその製造方法 - Google Patents
可視光半導体レ−ザ素子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPS6076183A JPS6076183A JP18429583A JP18429583A JPS6076183A JP S6076183 A JPS6076183 A JP S6076183A JP 18429583 A JP18429583 A JP 18429583A JP 18429583 A JP18429583 A JP 18429583A JP S6076183 A JPS6076183 A JP S6076183A
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- Japan
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- layer
- active layer
- semiconductor laser
- gaalas
- grow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は半導体レーザ素子に関し、特に730nm以下
に発振波長を有する新規有用な可視光半導体レーザ素子
及びその製造方法に関するものである。
に発振波長を有する新規有用な可視光半導体レーザ素子
及びその製造方法に関するものである。
〈従来技術〉
半導体レーザ装置を信号光源として利用した光デイスク
装置やレーザビームプリンタの如き光情報処理機器の発
達に伴なって可視光半導体レーザ素子に対する発振波長
の短波長化が要求されるようになってきた。この要求に
即応してGaAlAs系半導体レーザ素子は著しい進歩
をとげ、特に780 nm帯め素子は室温で推定106
時間以上の長寿命を実現しておりコンパクトディスク用
の光源として広く用いられるようになった。しかしなが
ら、GaAlAs系半導体レーザ素子は発振波長が78
0nmより短かくなると急激にその動作寿命が短かくな
る傾向にあり、特に7aonm以下の短波長域において
は実用的な動作寿命を確保することは困難な現状にある
。これについては参考文献としてT 、 Kaj im
ura Journal of Appl ied P
hysics。
装置やレーザビームプリンタの如き光情報処理機器の発
達に伴なって可視光半導体レーザ素子に対する発振波長
の短波長化が要求されるようになってきた。この要求に
即応してGaAlAs系半導体レーザ素子は著しい進歩
をとげ、特に780 nm帯め素子は室温で推定106
時間以上の長寿命を実現しておりコンパクトディスク用
の光源として広く用いられるようになった。しかしなが
ら、GaAlAs系半導体レーザ素子は発振波長が78
0nmより短かくなると急激にその動作寿命が短かくな
る傾向にあり、特に7aonm以下の短波長域において
は実用的な動作寿命を確保することは困難な現状にある
。これについては参考文献としてT 、 Kaj im
ura Journal of Appl ied P
hysics。
vol、51 、P2O3(1980)がある。一方、
短波長域の発振を得るだめの活性層に用いられる結晶と
して、GaA3に格子整合したInGaAsPの4元混
晶がある。活性層をこの4元混、晶で構成した場合、ク
ラッド層にこれと同じ元素がら成る4元混晶を用いると
最大のエネルギーギャップはIno、49 Ga0.5
j Pの1.9eVで制限されてしまうため、クラッド
層と活性層間のエネルギーギャップ差を0.25 eV
に設定すると発振波長は750nm程度までしか短波長
化することができない。クラッド層にGaAlAsを用
いるとA1混晶比0.8までは液相成長法で高品位の結
晶を得ることができる。Ga0,2 Al (3B A
sのエネルギーギャップは2.09eVであるから、6
70nm程度迄は温度特性の劣化等の著しい特性劣化を
伴わずに短波長化が可能であると期待される。
短波長域の発振を得るだめの活性層に用いられる結晶と
して、GaA3に格子整合したInGaAsPの4元混
晶がある。活性層をこの4元混、晶で構成した場合、ク
ラッド層にこれと同じ元素がら成る4元混晶を用いると
最大のエネルギーギャップはIno、49 Ga0.5
j Pの1.9eVで制限されてしまうため、クラッド
層と活性層間のエネルギーギャップ差を0.25 eV
に設定すると発振波長は750nm程度までしか短波長
化することができない。クラッド層にGaAlAsを用
いるとA1混晶比0.8までは液相成長法で高品位の結
晶を得ることができる。Ga0,2 Al (3B A
sのエネルギーギャップは2.09eVであるから、6
70nm程度迄は温度特性の劣化等の著しい特性劣化を
伴わずに短波長化が可能であると期待される。
しかしながら、実際に実験によって確かめると、GaA
lAs上にInGaAsP4元混晶を液相成長法で成長
させると全面に均一に成長が行なわれない場合が多く、
活性層を薄く成長させるには特に不都合であった。この
原因としては、Pによる成長層表面の汚染(参考文献:
A、 5uzuki 、 T、Murakami。
lAs上にInGaAsP4元混晶を液相成長法で成長
させると全面に均一に成長が行なわれない場合が多く、
活性層を薄く成長させるには特に不都合であった。この
原因としては、Pによる成長層表面の汚染(参考文献:
A、 5uzuki 、 T、Murakami。
y 、Kur jyama and H、Ma t s
unami + Japanese Journal
oj、Applied Physics 、vol、2
+ 、 P、 236B)やAsの混晶比を増加したと
きのミシビリγイギャップ惨考文献: 5J(ukai
、 Journal of Applied I’1
1ysics、vol。
unami + Japanese Journal
oj、Applied Physics 、vol、2
+ 、 P、 236B)やAsの混晶比を増加したと
きのミシビリγイギャップ惨考文献: 5J(ukai
、 Journal of Applied I’1
1ysics、vol。
54、P、2635)の影響が考えられる。
〈発明の目的〉
本発明は上述の問題点に鑑み、短波長可視光半導体レー
ザ素子の活性層をInGaAIAsPから成る良質の結
晶によって作製することができ、長寿命の動作特性を確
立した新規かつ有用な半導体レーザ素子を提供すること
を目的とする。本発明の他の目的は、InGaAIAs
Pから成る5元系活性層の半導体レーザ素子を作製する
場合にAtの希□釈工程を省くことによってより簡素化
された製造工程を確立することにある。
ザ素子の活性層をInGaAIAsPから成る良質の結
晶によって作製することができ、長寿命の動作特性を確
立した新規かつ有用な半導体レーザ素子を提供すること
を目的とする。本発明の他の目的は、InGaAIAs
Pから成る5元系活性層の半導体レーザ素子を作製する
場合にAtの希□釈工程を省くことによってより簡素化
された製造工程を確立することにある。
〈構成及び効果の説明〉
本発明者は、GaAs 、GaAlAs等の下地層上に
InGaAsPを成長させる際に、その成長溶液にわず
かなAlを添加することにより、均一な成長層が得られ
ることを見い出した。例えばIn溶媒によりI O−’
mo le 1台に希釈したAIを添加して成長温度7
85℃で(+00)GaA3基板上に液相成長させたと
ころ、InGaAIAsP層が再現性良くエピタキシャ
ル成長することが判明した。またこの際にAsの混晶比
を制御することによってAl混晶比が一義的に決定され
ることも明らかとなった。即ちE P M Aによる測
定の結果、(Al zca I−z )xT n 1−
)(AsyP +−yにおいてz=o、66y2+ 5
.48y なるAt混晶比の結晶が得られることとなる
。従って、GaAlAsクラッド層上に活性層をエピタ
キシャル成長させる場合、InGaAsP4元混晶を活
性層とするよりもInGaA1’AsP 5元混晶を活
性層とする方が有利である0 実際に、InGaAsP8Pを活性層として半導体レー
ザ素子を作製する場合、Alの固相中への分配係数が1
04以上と極めて大きいため、AIをIn溶媒で希釈す
る工程が必要となり煩雑となるが、上述した如(Alの
添加量を厳密に定めなくてもAsの混晶比を制御するこ
とによりAl混晶比を任意に制御設定することができる
のでGaAlAsクラッド層を成長させた溶液を、次の
I n GaAIAsP活性8層の成長のために基板を
スライドさせる際に、基板上にわずかに残留させて、I
n、 G a A I A s P成長用溶液に混入
するように多層成長における基板スライド時の基板表面
からカーボンボートまでの距離いわゆるギャップの大き
さを定めることにより、GaAlAsクラッド層成長用
溶液中のA1を用いて1nGaAIA’sP活性層を成
長させることができる。従って、Alの希釈工程が省略
される。
InGaAsPを成長させる際に、その成長溶液にわず
かなAlを添加することにより、均一な成長層が得られ
ることを見い出した。例えばIn溶媒によりI O−’
mo le 1台に希釈したAIを添加して成長温度7
85℃で(+00)GaA3基板上に液相成長させたと
ころ、InGaAIAsP層が再現性良くエピタキシャ
ル成長することが判明した。またこの際にAsの混晶比
を制御することによってAl混晶比が一義的に決定され
ることも明らかとなった。即ちE P M Aによる測
定の結果、(Al zca I−z )xT n 1−
)(AsyP +−yにおいてz=o、66y2+ 5
.48y なるAt混晶比の結晶が得られることとなる
。従って、GaAlAsクラッド層上に活性層をエピタ
キシャル成長させる場合、InGaAsP4元混晶を活
性層とするよりもInGaA1’AsP 5元混晶を活
性層とする方が有利である0 実際に、InGaAsP8Pを活性層として半導体レー
ザ素子を作製する場合、Alの固相中への分配係数が1
04以上と極めて大きいため、AIをIn溶媒で希釈す
る工程が必要となり煩雑となるが、上述した如(Alの
添加量を厳密に定めなくてもAsの混晶比を制御するこ
とによりAl混晶比を任意に制御設定することができる
のでGaAlAsクラッド層を成長させた溶液を、次の
I n GaAIAsP活性8層の成長のために基板を
スライドさせる際に、基板上にわずかに残留させて、I
n、 G a A I A s P成長用溶液に混入
するように多層成長における基板スライド時の基板表面
からカーボンボートまでの距離いわゆるギャップの大き
さを定めることにより、GaAlAsクラッド層成長用
溶液中のA1を用いて1nGaAIA’sP活性層を成
長させることができる。従って、Alの希釈工程が省略
される。
実際にInGaAIAsP/Ga082Al(1,BA
sのシングルへテロ構造を(100)GaAs基板上に
成長させた。
sのシングルへテロ構造を(100)GaAs基板上に
成長させた。
まずAsを含まないI nG a A I Pを成長さ
せるためGao、z AIo、8 As 上の第2層の
成長にIn、Ga、Pより成る溶液を用いたところI
n 0.49 Ga 0.5I Pが成長するのみで1
nGaAIP$るいはInGaAIAsPの成長は起ら
なかった。このことは参考文献:M。
せるためGao、z AIo、8 As 上の第2層の
成長にIn、Ga、Pより成る溶液を用いたところI
n 0.49 Ga 0.5I Pが成長するのみで1
nGaAIP$るいはInGaAIAsPの成長は起ら
なかった。このことは参考文献:M。
Kazumura 、I 、0hta and I 、
Teramoto 、JapaneseJournal
of Appl ied Physics 、 vo
l、 22 、 P、 654(1983)にて報告さ
れている。従って、Asを含まないInGaAIPは液
相成長が困難であることがわかる。また、Ink、49
61.51 Fを活性層とするとQ、 a A I A
sではクラッド層としてエネルギーギャツブが小さい
ため、閾値電流の上昇や温度特性の劣化につながシ適当
ではない。次に第2層の成長にIn、Ga、As、Pよ
り成る溶液を用いたところ、第1層成長溶液からのAI
の持ち越しの量に関係なく、In溶液中のGa、As、
Pの成分比を調整することにより(A12Ga I−Z
)X 1 n 1−zAsy P I−yがZ−0,6
6y2+5.48yの関係をもって成長することが確認
された。このようにして得られた混晶のEPMAにより
めた組成とフォトルミネセンスのピーク波長−13me
V としてめた300KにおけるエネルギーギャップE
gは、例えばtno、++ (Gao、5sA10.1
2)0,59ASO118P0.82 (Eg=1.8
28eV)、 In0.28(Gao、62A1o、a
s)072Aso、45Po、55(Eg=1.743
eV )であった。これらの測定において成長層面内で
のエネルギーギャップ即ち組成のばらつきはほとんどな
く、第1層G a A、 I A s成長溶液からのA
tの持ち越しにより均一なInGaAIAsPが成長で
きることが検証された。
Teramoto 、JapaneseJournal
of Appl ied Physics 、 vo
l、 22 、 P、 654(1983)にて報告さ
れている。従って、Asを含まないInGaAIPは液
相成長が困難であることがわかる。また、Ink、49
61.51 Fを活性層とするとQ、 a A I A
sではクラッド層としてエネルギーギャツブが小さい
ため、閾値電流の上昇や温度特性の劣化につながシ適当
ではない。次に第2層の成長にIn、Ga、As、Pよ
り成る溶液を用いたところ、第1層成長溶液からのAI
の持ち越しの量に関係なく、In溶液中のGa、As、
Pの成分比を調整することにより(A12Ga I−Z
)X 1 n 1−zAsy P I−yがZ−0,6
6y2+5.48yの関係をもって成長することが確認
された。このようにして得られた混晶のEPMAにより
めた組成とフォトルミネセンスのピーク波長−13me
V としてめた300KにおけるエネルギーギャップE
gは、例えばtno、++ (Gao、5sA10.1
2)0,59ASO118P0.82 (Eg=1.8
28eV)、 In0.28(Gao、62A1o、a
s)072Aso、45Po、55(Eg=1.743
eV )であった。これらの測定において成長層面内で
のエネルギーギャップ即ち組成のばらつきはほとんどな
く、第1層G a A、 I A s成長溶液からのA
tの持ち越しにより均一なInGaAIAsPが成長で
きることが検証された。
本発明は、従来特に730 nm以下の短波長域で寿命
の短かいGaAlAs活性層にかわり、1μm以−月の
長波長レーザにおいて長寿命が得られているInGaA
sPに組成の近いInGa’AIAsP活性層あるいは
1nGaA、lΔsPを光ガイド層としてInGaAs
P活性層を用いることにより短波長域における寿命特性
を改善し、実用性のある短波長可視光半導体レーザ素子
を作製する。
の短かいGaAlAs活性層にかわり、1μm以−月の
長波長レーザにおいて長寿命が得られているInGaA
sPに組成の近いInGa’AIAsP活性層あるいは
1nGaA、lΔsPを光ガイド層としてInGaAs
P活性層を用いることにより短波長域における寿命特性
を改善し、実用性のある短波長可視光半導体レーザ素子
を作製する。
〈実施例〉
図面は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の断面
構成図である。(+ 00 )p−GaAs基板l上に
H−GaAs電流閉じ込め層2を厚さ0811mで成長
させた後フォトリングラフィ法を用い、化学エツチング
により幅5μm、深さ1μmのストライブ溝を形成する
。このストライプ溝の部分が電流閉じ込め層2の除去さ
れた電流通路となる。次に、p −Gao、2 A10
.8 Asクラッド層3(溝外での厚み0.2pm)、
ノンドープIno、2a(Gao、62A1o、5s)
o、72Aso、45P0.55活性層4(厚み0.2
pm ) 、 n −Gao、2 AI □、B A
sクラッド層5(厚み1μm)、n−GaAsキャップ
層6(厚み377m)を順次液相エピタキシャル成長法
で成長させる。次にn側電極7としてAu−Ge−Ni
、p側電極8としてAu−Znを蒸着、加熱により形成
する。以上によりダブルへテロ接合型の半導体レーザ素
子が作製される。共振器長250μmのチップをCu
ヒートシンク上にInろう材でマウントした素子は発振
波長720nmで室温連続発振した。またその時の閾値
電流は186mAであった。
構成図である。(+ 00 )p−GaAs基板l上に
H−GaAs電流閉じ込め層2を厚さ0811mで成長
させた後フォトリングラフィ法を用い、化学エツチング
により幅5μm、深さ1μmのストライブ溝を形成する
。このストライプ溝の部分が電流閉じ込め層2の除去さ
れた電流通路となる。次に、p −Gao、2 A10
.8 Asクラッド層3(溝外での厚み0.2pm)、
ノンドープIno、2a(Gao、62A1o、5s)
o、72Aso、45P0.55活性層4(厚み0.2
pm ) 、 n −Gao、2 AI □、B A
sクラッド層5(厚み1μm)、n−GaAsキャップ
層6(厚み377m)を順次液相エピタキシャル成長法
で成長させる。次にn側電極7としてAu−Ge−Ni
、p側電極8としてAu−Znを蒸着、加熱により形成
する。以上によりダブルへテロ接合型の半導体レーザ素
子が作製される。共振器長250μmのチップをCu
ヒートシンク上にInろう材でマウントした素子は発振
波長720nmで室温連続発振した。またその時の閾値
電流は186mAであった。
以上述べた一実施例においては、光ガイド層を含まない
ダブルへテロ構造をとっているが、GaAlAs上にI
nGaAIAsPが容易に成長できることを考えれば、
p−クランド層3上に該クラッド層よりエネルギーギャ
ップの小さいGaAlAs光ガイド層を成長し、その上
にInGaAIAsP活性層4を成長する構成をとるこ
ともできる。また、p−クラッド層3上にInGaAI
AsP光ガイド層を成長し、その上に光ガイド層よりエ
ネルギーギャッフノ小さいInGaAIAsP活性層あ
るいはこの場合に、It; A tを含まないInGa
AsP等の活性層4を成−m%る構成をとることもでき
る。
ダブルへテロ構造をとっているが、GaAlAs上にI
nGaAIAsPが容易に成長できることを考えれば、
p−クランド層3上に該クラッド層よりエネルギーギャ
ップの小さいGaAlAs光ガイド層を成長し、その上
にInGaAIAsP活性層4を成長する構成をとるこ
ともできる。また、p−クラッド層3上にInGaAI
AsP光ガイド層を成長し、その上に光ガイド層よりエ
ネルギーギャッフノ小さいInGaAIAsP活性層あ
るいはこの場合に、It; A tを含まないInGa
AsP等の活性層4を成−m%る構成をとることもでき
る。
添附図面は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の
構成図である。 1・・・p−GaAs基板 2・・・電流閉じ込め層3
・・・p−クラッド層 4・・・活性層 5・・・n−
クラッド層 6・・キャップ層 7・・nfiill電
極 8・・・p側電極
構成図である。 1・・・p−GaAs基板 2・・・電流閉じ込め層3
・・・p−クラッド層 4・・・活性層 5・・・n−
クラッド層 6・・キャップ層 7・・nfiill電
極 8・・・p側電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ダブルへテロ接合を有する半導体レーザ素子に於い
て、GaAlAs層上に形成される活性層あるいは光ガ
イド層がI n* G a + A I 、A s及び
Pの5元混晶で構成されていることを特徴とする可視光
半導体レーザ素子。 2、GaAlAs成長溶液の持ち超、しによりGaAI
AS層上・にInGaAsP成長溶液からA1の添加さ
れたInGaAIAsP 5元混晶層を液相成長させ、
該5元混晶層を活性層あるいは光ガイド層とすることを
特徴とする可視光半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18429583A JPS6076183A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 可視光半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18429583A JPS6076183A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 可視光半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6076183A true JPS6076183A (ja) | 1985-04-30 |
Family
ID=16150826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18429583A Pending JPS6076183A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 可視光半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6076183A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63236385A (ja) * | 1987-03-25 | 1988-10-03 | Hitachi Ltd | 半導体発光素子 |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18429583A patent/JPS6076183A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63236385A (ja) * | 1987-03-25 | 1988-10-03 | Hitachi Ltd | 半導体発光素子 |
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