JP2536713B2 - ＡｌＧａＩｎＰ半導体レ―ザ素子 - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰ半導体レ―ザ素子Info
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- JP2536713B2 JP2536713B2 JP5020245A JP2024593A JP2536713B2 JP 2536713 B2 JP2536713 B2 JP 2536713B2 JP 5020245 A JP5020245 A JP 5020245A JP 2024593 A JP2024593 A JP 2024593A JP 2536713 B2 JP2536713 B2 JP 2536713B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバーコードリーダー，光
ディスク等の情報処理機器用の光源に用いられているＡ
ｌＧａＩｎＰ半導体レーザに関し、特にその半導体の積
層構造に関する。
ディスク等の情報処理機器用の光源に用いられているＡ
ｌＧａＩｎＰ半導体レーザに関し、特にその半導体の積
層構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザにおい
ては高温動作特性の改善が強く望まれている。その改善
のために２つの方法がとられている。その１つは活性層
に隣接して多層薄膜構造を導入し電子波を反射させ高温
動作時においても活性層からのオーバーフロー電流を抑
制する方法（特開昭６３−４６７８８）である。もう１
つはｐクラッド層中のｐキャリア濃度を高めフェルミ準
位を上げ実行的に活性層とクラッド層の障壁高さを大き
くする手法である（ジャーナル オブ クオンタムエレ
クトロニクス ボリューム２７ペ−ジ１４７６〜１４８
２）。
ては高温動作特性の改善が強く望まれている。その改善
のために２つの方法がとられている。その１つは活性層
に隣接して多層薄膜構造を導入し電子波を反射させ高温
動作時においても活性層からのオーバーフロー電流を抑
制する方法（特開昭６３−４６７８８）である。もう１
つはｐクラッド層中のｐキャリア濃度を高めフェルミ準
位を上げ実行的に活性層とクラッド層の障壁高さを大き
くする手法である（ジャーナル オブ クオンタムエレ
クトロニクス ボリューム２７ペ−ジ１４７６〜１４８
２）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の欄で述べ
た後者のｐクラッド層中のｐキャリア濃度を高める手法
は非常に簡単な手法である。ところが、実際にはキャリ
ア濃度を高めるためにｐクラッド層中のｐ型不純物であ
るＺｎを多量に導入すると、図２に概念的に示すように
導入されたＺｎが活性層１に拡散し、非発光センター等
を形成し、キャリア寿命を短くし、しきい値電流等の上
昇をもたらす。Ｚｎ拡散の抑制という観点から逆にＺｎ
のドーピング量をある程度に押える必要があり、ある濃
度（〜５×１０17ｃｍ-3）以上に高くすることができな
い。また、従来の技術の欄で述べた前者の手法（多層薄
膜構造を活性層に隣接して設ける手法）では、層厚と各
層の組成とを極めて厳密な関係に選定する必要があり、
製作には原子レベルの制御が求められ、実用上は問題が
多い。そこで、本発明の目的は、従来技術で述べた前者
の手法に新たな機能をもたせ、後者の課題を解決するこ
とにある。
た後者のｐクラッド層中のｐキャリア濃度を高める手法
は非常に簡単な手法である。ところが、実際にはキャリ
ア濃度を高めるためにｐクラッド層中のｐ型不純物であ
るＺｎを多量に導入すると、図２に概念的に示すように
導入されたＺｎが活性層１に拡散し、非発光センター等
を形成し、キャリア寿命を短くし、しきい値電流等の上
昇をもたらす。Ｚｎ拡散の抑制という観点から逆にＺｎ
のドーピング量をある程度に押える必要があり、ある濃
度（〜５×１０17ｃｍ-3）以上に高くすることができな
い。また、従来の技術の欄で述べた前者の手法（多層薄
膜構造を活性層に隣接して設ける手法）では、層厚と各
層の組成とを極めて厳密な関係に選定する必要があり、
製作には原子レベルの制御が求められ、実用上は問題が
多い。そこで、本発明の目的は、従来技術で述べた前者
の手法に新たな機能をもたせ、後者の課題を解決するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のＡｌＧａＩｎＰ
半導体素子は、ｐ型の導電型を有するクラッド層中にＡ
ｌ組成の異なるＡｌＧａＩｎＰ層が交互に積層された多
層薄膜構造を活性層に隣接して配置するとともに、多層
薄膜構造を形成するＡｌＧａＩｎＰ層のうち少なくとも
Ａｌ組成が小さい層に引っ張り歪が加わるようにしたこ
とを特徴とする。その構成を図１を用いて説明する。活
性層１がＡｌＧａＩｎＰクラッド層３，４に挟み込まれ
たＤＨ構造を有する。活性層１は多層半導体薄膜でなる
いわゆるＭＱＷか、又は単層のバルク半導体層のいずれ
であってもよい。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４中に
活性層１に隣接させ多層薄膜構造２を配置する。多層薄
膜構造２は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）z Ｉｎ1-z Ｐ層と（Ａ
ｌy Ｇａ1-y ）q Ｉｎ1-qＰ層とでなり、Ａｌ組成の異
なる層を交互に積層したものである。ｙ≧ｘとしてあ
り、Ａｌ組成の小さい層である（Ａｌx Ｇａ1-x ）z Ｉ
ｎ1-z Ｐ層には引っ張り歪が加わるように、（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）z Ｉｎ1-z Ｐ層におけるＡｌx Ｇａ1- x の組成
ｚが選定してある。ＤＨ構造を結晶成長させる基板がＧ
ａＡｓであればｚ＞０．５のときに（Ａｌx Ｇａ1-x ）
z Ｉｎ1-z Ｐ層に引っ張り歪が加わる。他方、ｑは０．
５より大きくても小さくてもよい。
半導体素子は、ｐ型の導電型を有するクラッド層中にＡ
ｌ組成の異なるＡｌＧａＩｎＰ層が交互に積層された多
層薄膜構造を活性層に隣接して配置するとともに、多層
薄膜構造を形成するＡｌＧａＩｎＰ層のうち少なくとも
Ａｌ組成が小さい層に引っ張り歪が加わるようにしたこ
とを特徴とする。その構成を図１を用いて説明する。活
性層１がＡｌＧａＩｎＰクラッド層３，４に挟み込まれ
たＤＨ構造を有する。活性層１は多層半導体薄膜でなる
いわゆるＭＱＷか、又は単層のバルク半導体層のいずれ
であってもよい。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４中に
活性層１に隣接させ多層薄膜構造２を配置する。多層薄
膜構造２は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）z Ｉｎ1-z Ｐ層と（Ａ
ｌy Ｇａ1-y ）q Ｉｎ1-qＰ層とでなり、Ａｌ組成の異
なる層を交互に積層したものである。ｙ≧ｘとしてあ
り、Ａｌ組成の小さい層である（Ａｌx Ｇａ1-x ）z Ｉ
ｎ1-z Ｐ層には引っ張り歪が加わるように、（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）z Ｉｎ1-z Ｐ層におけるＡｌx Ｇａ1- x の組成
ｚが選定してある。ＤＨ構造を結晶成長させる基板がＧ
ａＡｓであればｚ＞０．５のときに（Ａｌx Ｇａ1-x ）
z Ｉｎ1-z Ｐ層に引っ張り歪が加わる。他方、ｑは０．
５より大きくても小さくてもよい。
【０００５】
【作用】ＧａＩｎＰ中のＺｎの拡散定数はＧａ固相量が
大きい程小さくなることが知られている。例えば８５０
℃でＧａ0.48Ｉｎ0.52Ｐでの拡散定数は１．３×１０-9
ｃｍ2 ／ｓｅｃであり、固相Ｇａ量を増やしたＧａ0.6
Ｉｎ0.4 Ｐでは０．８×１０-9ｃｍ2 ／ｓｅｃであり拡
散定数は小さくなる。また歪を内在させた多層ＡｌＧａ
ＩｎＰ層の界面はＺｎをトラップする傾向示す。この２
つの効果により、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４中に
多層薄膜構造２を導入した本発明の構造は活性層１への
Ｚｎの拡散を抑える機能を有する。それゆえＰ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層４中のＺｎ原子濃度をさらに高める
ことができ、それはアクセプタ濃度を高めることにな
り、キャリアオーバーフローを抑制することになる。こ
こで本発明と従来の超格子構造体（多重電子障壁）（特
開昭６３ー４６７８８）との違いを効果の面から再度明
らかにしておく。従来の超格子構造体は、本発明におけ
る多重薄膜構造に似た構造ではあるが、各層の厚さ及び
真空準位を入射する電子波を反射するように決めなけれ
ばならない。そこで、従来の超格子構造体では層厚に対
する組成の関係が厳密に選定されなければならない。本
発明の構造には層厚の制限はなく、従来の超格子構造体
にさらに付加できる発明となっている。逆に言えば本発
明における多層薄膜構造は、Ｚｎ拡散抑制層として機能
させるために設けたものであり、電子波との位相条件の
考慮を必要とするものではなく、位相条件がずれている
場合においても効果を発揮する。
大きい程小さくなることが知られている。例えば８５０
℃でＧａ0.48Ｉｎ0.52Ｐでの拡散定数は１．３×１０-9
ｃｍ2 ／ｓｅｃであり、固相Ｇａ量を増やしたＧａ0.6
Ｉｎ0.4 Ｐでは０．８×１０-9ｃｍ2 ／ｓｅｃであり拡
散定数は小さくなる。また歪を内在させた多層ＡｌＧａ
ＩｎＰ層の界面はＺｎをトラップする傾向示す。この２
つの効果により、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４中に
多層薄膜構造２を導入した本発明の構造は活性層１への
Ｚｎの拡散を抑える機能を有する。それゆえＰ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層４中のＺｎ原子濃度をさらに高める
ことができ、それはアクセプタ濃度を高めることにな
り、キャリアオーバーフローを抑制することになる。こ
こで本発明と従来の超格子構造体（多重電子障壁）（特
開昭６３ー４６７８８）との違いを効果の面から再度明
らかにしておく。従来の超格子構造体は、本発明におけ
る多重薄膜構造に似た構造ではあるが、各層の厚さ及び
真空準位を入射する電子波を反射するように決めなけれ
ばならない。そこで、従来の超格子構造体では層厚に対
する組成の関係が厳密に選定されなければならない。本
発明の構造には層厚の制限はなく、従来の超格子構造体
にさらに付加できる発明となっている。逆に言えば本発
明における多層薄膜構造は、Ｚｎ拡散抑制層として機能
させるために設けたものであり、電子波との位相条件の
考慮を必要とするものではなく、位相条件がずれている
場合においても効果を発揮する。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、本発明を一層
具体的に説明する。本発明を具体的に実施した構造の断
面模式図を図３に示す。この構造は有機金属分解気相成
長法（ＭＯＶＰＥ法）により結晶を積層し作成した。ま
ず、ｎ型のＧａＡｓ基板９上にｎ型のＧａＡｓバッファ
ー層８を０．５μｍ積層後、厚さ０．９μｍのｎ型のＡ
ｌＧａＩｎＰクラッド層３，アンドープＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＧａＩｎＰＭＱＷ構造でなる活性層１，活性層１より
１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐ層４
ａを介して、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰでなる多層薄
膜構造２，厚さ０．９μｍのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４，厚さ０．３μｍのＧａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐでなるバッファー層６を順次に積層し
た。活性層１は厚さ６ｎｍのＧａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐをウエ
ル，厚さ４ｎｍの（Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
をバリアとするウエル数４のＭＱＷである。また多層薄
膜構造２は、厚さ１０ÅのＧａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐと厚さ２
０Åの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐとを交互に
１０層積層したものである。１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層４ａは、成長時にはｎ型又は
ｐ型のいずれであっても、アンドソープであっても差し
支えなく、使用時にｐ型のクラッド層４からｐ型不純物
が拡散しｐ型となる。このウエハに、ストライプ状にパ
ターン化されたＳｉＯ2 膜のマスクをして、ＧａＩｎＰ
バッファー層６とＰ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４とを
部分的にエッチングし、メサ構造を形成し、その後にｎ
型のＧａＡｓでなる電流ブロック層５をメサの左右に積
層した。さらにＳｉＯ2 膜を除去後に表面全体をＧａＡ
ｓキャップ層７で覆い図３の構造を作成した。ｐ側及び
ｎ側の表面それぞれに電極を形成し、ヘキ開によりレー
ザ素子を切り出して素子を完成させた。
具体的に説明する。本発明を具体的に実施した構造の断
面模式図を図３に示す。この構造は有機金属分解気相成
長法（ＭＯＶＰＥ法）により結晶を積層し作成した。ま
ず、ｎ型のＧａＡｓ基板９上にｎ型のＧａＡｓバッファ
ー層８を０．５μｍ積層後、厚さ０．９μｍのｎ型のＡ
ｌＧａＩｎＰクラッド層３，アンドープＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＧａＩｎＰＭＱＷ構造でなる活性層１，活性層１より
１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐ層４
ａを介して、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰでなる多層薄
膜構造２，厚さ０．９μｍのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層４，厚さ０．３μｍのＧａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐでなるバッファー層６を順次に積層し
た。活性層１は厚さ６ｎｍのＧａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐをウエ
ル，厚さ４ｎｍの（Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
をバリアとするウエル数４のＭＱＷである。また多層薄
膜構造２は、厚さ１０ÅのＧａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐと厚さ２
０Åの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐとを交互に
１０層積層したものである。１０ｎｍ厚の（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層４ａは、成長時にはｎ型又は
ｐ型のいずれであっても、アンドソープであっても差し
支えなく、使用時にｐ型のクラッド層４からｐ型不純物
が拡散しｐ型となる。このウエハに、ストライプ状にパ
ターン化されたＳｉＯ2 膜のマスクをして、ＧａＩｎＰ
バッファー層６とＰ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４とを
部分的にエッチングし、メサ構造を形成し、その後にｎ
型のＧａＡｓでなる電流ブロック層５をメサの左右に積
層した。さらにＳｉＯ2 膜を除去後に表面全体をＧａＡ
ｓキャップ層７で覆い図３の構造を作成した。ｐ側及び
ｎ側の表面それぞれに電極を形成し、ヘキ開によりレー
ザ素子を切り出して素子を完成させた。
【０００７】
【発明の効果】効果を明らかにするために多層薄膜構造
２のある素子とない素子とをｐクラッド層へのドーピン
グ量を変えながら作成した。ｐクラッド層のキャリア濃
度が１×１０17ｃｍ-3のときは発振しきい値にはともに
高く両者には差がなかった。キャリア濃度が４×１０17
ｃｍ3 のときは両者の発振しきい値はともに減少し差も
見られない。発振しきい値の特性温度は３０〜４０ｋで
ここにも大きな差は見られない。さらにキャリア濃度を
８×１０17ｃｍ-3に増加させた素子では大きな差が現わ
れた。多層薄膜構造２のない素子は４×１０17ｃｍ-3で
低下したしきい値が再び大きく上昇した。一方、多層薄
膜構造２を導入している素子ではしきい値には４×１０
17ｃｍ-3のときに比べ変化はなく、その特性温度は６０
ｋに上昇した。これはまさに図２で示したＺｎ拡散を多
層薄膜構造２が抑制し、ｐクラッド層キャリア濃度を高
く維持している本発明の効果によるものである。
２のある素子とない素子とをｐクラッド層へのドーピン
グ量を変えながら作成した。ｐクラッド層のキャリア濃
度が１×１０17ｃｍ-3のときは発振しきい値にはともに
高く両者には差がなかった。キャリア濃度が４×１０17
ｃｍ3 のときは両者の発振しきい値はともに減少し差も
見られない。発振しきい値の特性温度は３０〜４０ｋで
ここにも大きな差は見られない。さらにキャリア濃度を
８×１０17ｃｍ-3に増加させた素子では大きな差が現わ
れた。多層薄膜構造２のない素子は４×１０17ｃｍ-3で
低下したしきい値が再び大きく上昇した。一方、多層薄
膜構造２を導入している素子ではしきい値には４×１０
17ｃｍ-3のときに比べ変化はなく、その特性温度は６０
ｋに上昇した。これはまさに図２で示したＺｎ拡散を多
層薄膜構造２が抑制し、ｐクラッド層キャリア濃度を高
く維持している本発明の効果によるものである。
【図１】本発明の半導体レーザ素子における活性層及び
これを挟むクラッド層の構造を示す概略図。
これを挟むクラッド層の構造を示す概略図。
【図２】クラッド層４中のＺｎが活性層１へ拡散する様
子を示す概念図。
子を示す概念図。
【図３】本発明の構造を導入し実施したＡｌＧａＩｎＰ
半導体レーザの模式的断面図。
半導体レーザの模式的断面図。
１ 活性層 ２ 多層薄膜構造 ３ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ４ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５ 電流ブロック層 ６ ＧａＩｎＰバッファー層 ７ ＧａＡｓキャップ層 ８ ＧａＡｓバッファー層 ９ ＧａＳａ基板 １０ 多層薄膜構造を構成する低Ａｌ組成ＡｌＧａＩ
ｎＰ層 １１ 多層薄膜構造を構成する高Ａｌ組成ＡｌＧａＩ
ｎＰ層
ｎＰ層 １１ 多層薄膜構造を構成する高Ａｌ組成ＡｌＧａＩ
ｎＰ層
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｌ組成を異にする（Ａｌx Ｇａ1-x ）
Z Ｉｎ1-z Ｐ層と（Ａｌy Ｇａ1-y ）q Ｉｎ1-q Ｐ層
（ｙ≧ｘ）とが交互に積層された多層薄膜構造を、活性
層を両側より挟み込むクラッド層のうちｐ型の導電型を
有するＡｌＧａＩｎＰクラッド層中に前記活性層に隣接
して有し、 前記多層薄膜構造をなす２つのＡｌＧａＩｎＰ層のうち
Ａｌ組成の小さい（Ａｌx Ｇａ1-x ）z Ｉｎ1-z Ｐ層に
引っ張り歪が加わる値に前記（Ａｌx Ｇａ1-x）z Ｉｎ
1-z Ｐ層におけるＡｌx Ｇａ1-x の組成比ｚが選ばれて
いることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素
子。 - 【請求項２】 前記活性層をクラッド層で挟み込んだ半
導体積層構造がＧａＡｓ基板上に結晶成長により形成さ
れており、前記組成比ｚが０．５以上であることを特徴
とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5020245A JP2536713B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ＡｌＧａＩｎＰ半導体レ―ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5020245A JP2536713B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ＡｌＧａＩｎＰ半導体レ―ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237038A JPH06237038A (ja) | 1994-08-23 |
| JP2536713B2 true JP2536713B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=12021815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5020245A Expired - Fee Related JP2536713B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ＡｌＧａＩｎＰ半導体レ―ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536713B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08125272A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-05-17 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| JP3521793B2 (ja) | 1999-03-03 | 2004-04-19 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
| TW554601B (en) | 2001-07-26 | 2003-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser device and method for fabricating the same |
| JP4313628B2 (ja) | 2003-08-18 | 2009-08-12 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH053367A (ja) * | 1991-02-01 | 1993-01-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ |
-
1993
- 1993-02-08 JP JP5020245A patent/JP2536713B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH053367A (ja) * | 1991-02-01 | 1993-01-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06237038A (ja) | 1994-08-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960521 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |