JP2005243945A

JP2005243945A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2005243945A
Application number: JP2004052165A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Suzuki; 康彦鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】埋め込み層を有するパルセーションレーザにおける特性の不安定性、設計の煩雑さの問題を解決する。
【解決手段】ＡｌＧａＩｎＰ系赤色パルセーションレーザを有する半導体発光装置において、埋め込み層１０の構成を、非光吸収半導体層とすることによって、此処における光吸収に基く、特性の不安定性及び設計の煩雑さを改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくともパルセーションレーザを有する半導体発光装置に関わり、特にＡｌＧａＩｎＰ系パルセーションレーザにおいて、所望の特性を有するパルセーションレーザを確実に構成することができるようにする。

通常半導体レーザにおいては、電流狭窄等の目的をもって、例えば図３に概略断面図を示すように、第１導電型基体例えばｎ型の基板１０２の一主面に、第１導電型例えばｎ型のクラッド層１０３と、多重量子井戸（ＭＱＷ；ＭｕｌｔｉＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）構造による活性層１０４と、第２導電型例えばｐ型のクラッド層１０５と、第２導電型例えばｐ型のコンタクト層１０６とが、順次エピタキシャル成長され、エッチングによってコンタクト層１０６を横切り第２導電型クラッド層１０５に至るリッジ溝１０９を形成する選択的エッチングがなされてリッジ１０８が形成された後、選択的エピタキシャル成長によって第１導電型例えばｎ型の埋め込み層１１１が、リッジ１０８の側面に沿ってリッジ溝１０９を埋め込むように形成される。
その後、コンタクト層１０６と埋め込み層１１１との上部に差し渡って第１電極１１２が、第１導電型基体の裏面に第２電極１１３が、それぞれオーミックに被着されて、半導体レーザが構成され、半導体発光装置１０１が形成されるものである。

上述の埋め込み層１１１は、上述のリッジに主たる電流通路を劃成する電流阻止層として形成される。そして、赤色のＡｌＧａＩｎＰ系のパルセーションレーザにおいては、通常その埋め込み層１１１に、ＧａＡｓ半導体層が用いられている。この、パルセーションレーザにおいて通常用いられるＧａＡｓによる埋め込み層１１１は、ＡｌＧａＩｎＰ系の活性層１０４から発振される光に対し吸収性を有する。
因みに、自励発振型のパルセーションによらない半導体レーザにおいては、埋め込み層として、ＡｌＩｎＰ、或いはＡｌＧａＡｓによるものの提案がなされている（例えば特許文献１）。
特開２００３−３７３３１号，段落番号［００１４］〜［００３０］

ところで、特にＡｌＧａＩｎＰ系赤色パルセーションレーザを有する半導体発光装置においては、ＧａＡｓによる埋め込み層１１１がパルセーション発振されるレーザ光に対する光吸収性を有することにより、この種のパルセーションレーザにおける光の広がりと光吸収の関係の複雑性が生じることから、自励発振レーザ光の出力やレーザ光の広がり等の設計の困難性に起因して、例えば上述の主たる電流通路を構成するリッジによって形成されるストライプの幅が狭いレーザを製造することが困難である等の問題がある。
更に、この種のパルセーションレーザにおいては、設計作業の後に生産を行う際にも、パルセーションの強弱に関する個体差によるコヒーレンスの良化が生じ、戻り光の影響を受けやすくなり、必ずしも最適なパルセーションレーザを有する半導体発光装置が得難い。
本発明は、埋め込み層の特定ないし選定によって、少なくともパルセーションレーザを有する半導体発光装置における上述の諸問題の解決を図るものである。

本発明による半導体発光装置は、パルセーションレーザを有する半導体発光装置であって、パルセーションレーザが、基体上に、少なくとも第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、レーザ発光に対する第１導電型の非光吸収半導体層とを有し、非光吸収半導体層によって、活性層に対する主たる電流通路が規定され、この主たる発光通路の両側に可飽和吸収領域が形成されるようになされ、非光吸収層の屈折率が、上記第２導電型クラッドの屈折率に比して小とされて成ることを特徴とする。

また、本発明による半導体発光装置は、上記パルセーションレーザが、ＡｌＧａＩｎＰ系レーザであって、上述の非光吸収層が（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐで、原子比Ｘが０．６＜Ｘ≦１、原子比Ｙが０．４８≦Ｙ≦０．５３であることを特徴とする。
これは、一般に第２導電型例えばｐ型のクラッド層の材料が、通常（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐ（０．６≦Ｘ＜１、０．４８≦Ｙ≦０．５３）と表記される構成をとることによるものであり、レーザ発光による光が上述の非光吸収層に入射し、かつ透過されるには非光吸収層の構成が（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐである場合、原子比Ｘが０．６＜Ｘ≦１、原子比Ｙが０．４８≦Ｙ≦０．５３であり、第２導電型例えばｐ型のクラッド層のＸよりも大きいことを特徴とするものである。
因みに、第２導電型の上述の組成は、ＧａＡｓ基板との格子整合がとれるＹ＝０．５１６と、これよりはずれて基板との格子不整合を生じさせることにより意図的に適度の歪を有する構成として、例えば閾値電流の低減化を図ることができる組成である。

本発明による半導体発光装置によれば、埋め込み層に（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐを用い、なおかつ第２導電型クラッド層を構成する（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐに関して０．６≦Ｘ＜１、０．４８≦Ｙ≦０．５３、埋め込み層を構成する（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐに関して０．６＜Ｘ≦１、０．４８≦Ｙ≦０．５３とし、埋め込み層におけるＡｌの含有量を、第２導電型クラッド層におけるＡｌの含有量に比して大としたことから、埋め込み層における屈折率が、第２導電型クラッド層における屈折率に比して小とされることにより、埋め込み層における光吸収と、埋め込み層と第２導電型クラッド層との境界面における光反射とが、共に回避される。

したがって、埋め込み層によるレーザ光の吸収を回避することによって、埋め込み層が光吸収する場合における光の広がりと光吸収の関係に基づく、可飽和吸収領域の特性と位置の特定とにおける光吸収の複雑性を回避できることによって、パルセーションレーザの設計を容易なものとすることができる。
すなわち、例えば、発振されるレーザ光が広がって一部が埋め込み層に達した場合にも、埋め込み層による光吸収が回避されるため、リッジの幅すなわちリッジによって形成されるストライプの幅が狭いパルセーションレーザを、安定的に動作できるように設計、製造することができるものである。

更に、本発明による半導体発光装置によれば、その生産においても、パルセーションの強弱に関する個体差によるコヒーレンスの良化が生じ、戻り光の影響を受けやすくなることが低減でき、従来に比して歩留り良く、好適な特性を有するパルセーションレーザを有する半導体発光装置を得ることが可能となる。

そして、従来のパルセーションレーザに比して、自励発振に寄与しない光吸収が抑止されることから、主たる電流通路において注入される電流が効率よく自励発振に寄与するため、消費電力の低減が図られ、これによるＣＯＤ（ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌＤａｍａｇｅ）レベルの向上が図られるなど、本発明構成によれば重要かつ多くの効果がもたらされるものである。

以下、図面を参照して本発明による半導体発光装置の実施の形態例を説明するが、本発明は、この実施の形態例に制限されるものでないことはいうまでもない。

図１に、本発明による半導体発光装置１の、この実施の形態例における要部の概略断面図を示すように、半導体発光装置１は、パルセーションレーザを有する半導体発光装置であって、このパルセーションレーザが、例えば第１導電型基体２上に、少なくとも第１導電型クラッド層３と、活性層４と、第２導電型クラッド層５と、レーザ発振による光を吸収しない第１導電型の非光吸収半導体層１０とを有して成る。
そして、この実施の形態例においては、両電極１２及び１３間に順方向電圧が印加され、非光吸収半導体層１０によって、活性層に対する主たる電流通路がコンタクト層６を中心に規定され、この主たる電流通路の両側に可飽和吸収領域が形成されるようになされ、パルセーションレーザ発光がなされる。
また、非光吸収層の屈折率は、第２導電型クラッドの屈折率に比して小とされて成るものである。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態例を、その理解を容易にするために半導体発光装置の製造方法の一例と共に説明する。
この実施の形態例におけるＡｌＧａＩｎＰ系のパルセーションレーザによる半導体発光装置１の製造方法を、例えば図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。
まず、図２Ａに示すように、第１導電型基体例えばｎ型のＧａＡｓによる基板２の一主面に、第１導電型例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰによるクラッド層３と、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による活性層４と、第２導電型例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰによるクラッド層５と、第２導電型例えばｐ型のＧａＡｓによるコンタクト層６とを、順次エピタキシャル成長する第１のエピタキシャル工程を行う。

そして図２Ｂに示すように、主たる電流通路を構成するストライプ状リッジ８とリッジ溝９とを形成するための硫酸系の酸によるエッチングを行い、このリッジ溝内を含んで、例えば第１導電型例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる非光吸収層１０と、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓによる埋め込み層１１とを形成する第２のエピタキシャル工程を行い、その後例えばＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）による表面平坦化処理によって、コンタクト層６の活性層４とは反対側の一主面を表面に露出させる。

この際、埋め込み層の形成に先立って、リッジの形成部上に、上述したリッジ溝のエッチングのマスクとなり、かつ非光吸収層等を選択的エピタキシャル成長するマスクとなる例えばＳｉＯ_２より成るマスク層７を形成することによって、所望のリッジ８の幅すなわちストライプ幅を以って、リッジ８及びリッジ溝９が形成されるものである。
そして、例えばＣＭＰによる表面平坦化処理の後、コンタクト層６と埋め込み層１０及び１１との上部に差し渡って第１電極１２が、第１導電型基体２の裏面に第２電極１３が、それぞれオーミックに被着され、この実施の形態例における半導体発光装置１が、図１に示すように、形成されるものである。

この実施の形態においては、埋め込み層に（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐを用い、なおかつ第２導電型クラッド層を構成する（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐに関して０．６≦Ｘ＜１、０．４８≦Ｙ≦０．５３、埋め込み層を構成する（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐに関して０．６＜Ｘ≦１、０．４８≦Ｙ≦０．５３とし、埋め込み層におけるＡｌの含有量を、第２導電型クラッド層における含有量に比して大としたことから、埋め込み層における光吸収と、埋め込み層と第２導電型クラッド層との境界面における光反射とが共に回避される。

なお、この構成による半導体発光装置の動作電流及び閾値電流を測定したところ、図３に示す従来の半導体発光装置においては、それぞれ５７ｍＡ及び４８ｍＡであったのに対し、図１に示す本発明構成による半導体発光装置においては、それぞれ４０ｍＡ及び３４ｍＡにまで低減されたことから、本発明構成によって、低動作電流、低消費電力の半導体発光装置が実現されることが確認された。

以上、本発明による半導体発光装置の実施の形態例を説明したが、本発明による半導体発光装置は、この実施の形態に限られるものでないことは言うまでもない。
例えば、共通の半導体基体を用いてパルセーションレーザと他の回路素子とを形成して、本発明による半導体発光装置を構成要素とする集積回路を構成することもできる。
また、例えば、半導体プロセス技術における製造手法として、本発明による半導体発光装置を一つの基体から複数同時に形成し、その後分断する手法を用いることによって大量に製造することもできる等、本発明による半導体発光装置は種々の変更及び変形を行うことができる。

本発明による半導体発光装置を構成するパルセーションレーザの一例の概略断面図である。本発明による半導体発光装置を構成するパルセーションレーザの一例の説明に供する製造工程の一例を示す概略図である。従来の半導体発光装置を構成する半導体レーザの構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１・・・半導体発光装置、２・・・第１導電型基体（基板）、３・・・第１導電型クラッド層、４・・・活性層、５・・・第２導電型クラッド層、６・・・コンタクト層、７・・・マスク層、８・・・リッジ、９・・・リッジ溝、１０・・・非光吸収半導体層（埋め込み層）、１１・・・光吸収層（埋め込み層）、１２・・・第１電極、１３・・・第２電極、１０１・・・従来の半導体発光装置、１０２・・・第１導電型基体（基板）、１０３・・・第１導電型クラッド層、１０４・・・活性層、１０５・・・第２導電型クラッド層、１０６・・・コンタクト層、１０８・・・リッジ、１０９・・・リッジ溝、１１１・・・埋め込み層、１１２・・・第１電極、１１３・・・第２電極

Claims

パルセーションレーザを有する半導体発光装置であって、
上記パルセーションレーザが、基体上に、少なくとも第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、レーザ発光に対する第１導電型の非光吸収半導体層とを有し、
上記非光吸収半導体層によって、上記活性層に対する主たる電流通路が規定され、該主たる電流通路の両側に可飽和吸収領域が形成されるようになされ、
上記非光吸収層の屈折率が、上記第２導電型クラッドの屈折率に比して小とされて成ることを特徴とする半導体発光装置。
上記パルセーションレーザが、ＡｌＧａＩｎＰ系レーザであって、
上記非光吸収層が（Ａｌ_ＸＧａ_{（１−Ｘ）}）_ＹＩｎ_{（１−Ｙ）}Ｐで、原子比Ｘが０．６＜Ｘ≦１、原子比Ｙが０．４８≦Ｙ≦０．５３であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。