JP2565210B2 - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JP2565210B2
JP2565210B2 JP62336060A JP33606087A JP2565210B2 JP 2565210 B2 JP2565210 B2 JP 2565210B2 JP 62336060 A JP62336060 A JP 62336060A JP 33606087 A JP33606087 A JP 33606087A JP 2565210 B2 JP2565210 B2 JP 2565210B2
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gaas
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直 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ特に内部(自己整合型)電流
狭窄層を有するダブルヘテロ構造のAlGaInP系半導体レ
ーザに関する。
〔発明の概要〕
本発明は、内部電流狭窄層を有するダブルヘテロ構造
のAlGaInP系半導体レーザにおいて、 内部電流狭窄層の不純物濃度を2×1018cm-3以下に設
定することにより、クラッド層中の不純物の活性層への
移動を抑え高品質の半導体レーザを得るようにしたもの
である。
〔従来の技術〕
可視光半導体レーザであるAlGaInP系の半導体レーザ
は光情報処理用光源として近年注目を集め、実用化を目
指して活発な研究が押し進められている。このような半
導体レーザとしての素子化を図る際、ストライプを形成
し、その中にのみ電流を流してレーザ光を得るという方
法がとられる。そこでストライプ外では電流が流れない
ような工夫がさまざまに試みられており、その1つに内
部に電流狭窄層を形成した所謂内部狭窄型が有効な手段
とされている。
すなわち、この内部電流狭窄型の半導体レーザでは手
間のかかるイオン注入、絶縁膜の被着などの工程を省く
ことができ、電極形成工程も容易となる等の有利さをも
っている。
第5図は通常の内部電流狭窄型のAlGaInP系利得導波
形半導体レーザの断面図である。この半導体レーザ(1
0)はn+−GaAs基板(1)上にMOCVD(有機金属気相成
長)法によって順次n−GaAsバッファ層(2)、n−
(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pクラッド層(3)、ノンドー
プのGa0.5In0.5P活性層(4)、P−(Al0.5Ga0.5
0.5In0.5Pクラッド層(5)、P−Ga0.5In0.5Pキャッ
プ層(6)及び電流狭窄層(7)となるn−GaAs層をエ
ピタキシャル成長し、n−GaAs層をストライプ状に選択
除去して電流狭窄層(7)を形成し、その後、この上に
2度目のエピタキシャル成長によってP−GaAsキャップ
層(8)を形成して構成される。電流狭窄層(7)とな
るn−GaAs層は、通常n形不純物濃度を5×1018cm-3
上に高くしてなる。なお各層のn形不純物としては例え
ばSe,Siをドープし、p形不純物としては例えばZnをド
ープしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の内部電流狭窄型の半導体レーザ(10)において
は、結晶成長が2回に及ぶため、再成長界面の結晶性、
ストライプ内の結晶の埋り方、不純物の移動等、結晶成
長上の問題点はまだ残されている。この中で本発明者達
の実験によれば、特性を悪化させる一要因は不純物の移
動であり、不純物の異常拡散が起ったものでは決して良
い特性は得られていない。現実に起こっている問題とし
ては通常ノンドープでn形を呈するGaInP活性層(4)
が、この内部電流狭窄型にするとP形化しており、p形
不純物の活性層(4)への異常拡散が生じていることで
ある。
すなわち、第4図は通常のAlGaInP系ダブルヘテロ構
造の半導体レーザの断面図である。n+−GaAs基板(1)
上にMOCVD法によってn−GaAsバッファ層(2)、n−
(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pクラッド層(3)、ノンドー
プのGa0.5In0.5P活性層(4)、P−(Al0.5Ga0.5
0.5InPクラッド層(5)、P−Ga0.5In0.5Pキャップ層
(6)及びP−GaAsキャップ層(8)をエピタキシャル
成長し、その後、例えば中央のストライプ領域を残すよ
うに例えばボロンによるイオン注入高抵抗領域(9)を
形成して構成される。この構成においてはGaInp活性層
(4)はn形を呈し、通常のGaInP単層においてもノン
ドープでn形を示すことから、n形不純物(例えばSe)
やp形不純物(例えばZn)の活性層(4)への異常拡散
は起っていない。之に対し、第5図の内部電流狭窄型の
半導体レーザでは、第4図の構成と比較してn−GaAsの
電流狭窄層(7)が存在するのみで、その他の各層
(8),(6),(5),(4),(3),(2)及び
(1)の組成、厚み、不純物濃度が全く同一であるにも
拘らず、このGaInP活性層(4)がp形化している。つ
まりp形クラッド層(5)中のp形不純物の活性層
(4)への異常拡散が起こっている。実用に供し得る高
品質半導体レーザを作製する上で、不純物の移動を起し
ている活性層を有するものは好ましくない。
本発明は、上述の点に鑑み、内部電流狭窄型の半導体
レーザにおいて、特性を悪化させる要因である不純物の
移動を抑え、良質な活性層を有した高品質の半導体レー
ザを提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、ダブルヘテロ構造における一方のクラッド
層上に電流狭窄層が形成されてなるAlGaInP系の半導体
レーザにおいて、電流狭窄層の不純物濃度を2×1018cm
-3以下に設定する。
〔作 用〕
第1導電形クラッド層、活性層、第2導電形クラッド
層をエピタキシャル成長させ、更に第2導電形クラッド
層上に第1導電形の電流狭窄層をエピタキシャル成長さ
せたとき、その電流狭窄層の不純物濃度を2.0×1018cm
-3以下にすると、第2導電形クラッド層の不純物の活性
層への移動が押さえられる。このように不純物の活性層
への異常拡散が押さえられるので、活性層の品質が劣化
せず、特性の良い内部電流狭窄型の半導体レーザが得ら
れる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明による半導体レーザの実
施例を説明する。
先ず、第2図及び第3図を用いて内部電流狭窄型のAl
GaInP系半導体レーザにおける電流狭窄層となるn−GaA
s層のn形不純物濃度に対する活性層へのp形不純物の
異常拡散について述べる。第2図及び第3図は試料に用
いた内部電流狭窄型のAlGaInP系半導体レーザのダブル
ヘテロ構造を示すものであり、電流狭窄層となるn−Ga
As層をエピタキシャル成長した状態、即ちストライプ状
にエッチングして電流狭窄層にする以前の状態の構造で
ある。同図中、(1)はn+−GaAs基板で、この基板
(1)上に順次MOCVD法によりn−GaAsバッファ層
(2)、n−(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pクラッド層
(3)、ノンドープのGa0.5In0.5P活性層(4)、P−
(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pクラッド層(5)、P−Ga
0.5In0.5Pキャップ層(6)及び電流狭窄層となるn−
GaAs層(7A)が形成される。なお、各n形層はn形不純
物としてSeがドープされ、各p形層はp形不純物として
Znがドープされる。また、p−AlGaInPクラッド層
(5)の不純物濃度は5×1017〜1×1018cm-3程度であ
り、p−GaInPキャップ層(6)の不純物濃度は1×10
18〜2×1018cm-3程度である。
さて、第3図の構成は電流狭窄層となるn−GaAs層
(7A)のn形不純物(即ちSe)濃度を4×1018cm-3にし
た場合である。このときには前述の第5図と同様にp−
AlGaInPクラッド層(5)からノンドープのGaInP活性層
(4)へp形不純物Znの異常拡散が生じており、pn接合
(j)がn−AlGaInPクラッド層(3)内に押されてい
る。
之に対し、第2図の構成は電流狭窄層となるn−GaAs
層(7A)のn形不純物(即ちSe)濃度を2.0×1018cm-3
にした場合である。このときには、ノンドープのGaInP
活性層(4)は通常のダブルヘテロ構造の場合と全く同
じにn形を示し、p形不純物Znの異常拡散は生じていな
いので認められる。つまり、pn接合(j)は通常通り活
性層上部にある。この実験により電流狭窄層となるn−
GaAs層(7A)のn形不純物濃度の影響でp−AlGaInPク
ラッド層(5)のp形不純物Znが移動したり、移動しな
かったりし、少なくとも電流狭窄層であるn−GaAs層
(7A)の不純物濃度を2.0×1018cm-3以下に設定すれ
ば、p形不純物Znの移動が抑えられるることが判明し
た。従来は電流狭窄のことを考えて電流狭窄層の不純物
濃度を高めにしていたが、之がかえってp−AlGaInPク
ラッド層(5)の不純物の移動の原因になっていたわけ
である。
本発明は、かかる研究結果に基づくものであり、第1
図にその一実施例を示す。本例はAlGaInP系利得導波形
半導体レーザに適用した場合である。本例においては、
前述と同様にn+−GaAs基板(1)上に順次MOCVD法によ
りn−GaAsバッファ層(2)、n−(Al0.5Ga0.50.5I
n0.5Pクラッド層(3)、ノンドープのGa0.5In0.5P活
性層(4)、P−(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pクラッド層
(5)、P−Ga0.5In0.5Pキャップ層(6)及び不純物
(Se)濃度が2.0×1018cm-3以下(但し下限は電流狭窄
機能を有する不純物濃度とする)の電流狭窄層(11)と
なるn−GaAs層を順次エピタキシャル成長する。ここで
p−AlGaInPクラッド層(5)の不純物(Zn)濃度は5
×1017〜1×1018cm-3程度であり、p−GaInPキャップ
層(6)の不純物(Zn)濃度は1×1018〜2×1018cm-3
程度である。次に、n−GaAs層の中央をストライプ状に
選択除去してn−GaAs電流狭窄層(11)を形成する。し
かる後、2度目のエピタキシャル成長によってp−GaAs
キャップ層(8)を形成し、目的の内部電流狭窄型のAl
GaInP系利得導波形半導体レーザ(12)を得る。
斯る半導体レーザ(12)によれば、n−GaAs電流狭窄
層(11)の不純物濃度を2.0×1018cm-3以下に設定した
ことによりクラッド層(5)から活性層(4)へのp形
不純物Znの異常拡散が押さえられ、ノンドープのn形を
呈する良質の活性層(4)を維持することになり、特性
の良い高品質の内部電流狭窄型の半導体レーザを得るこ
とができる。
因みに、共振器長250μm、共振器巾6μmの内部電
流狭窄型の半導体レーザにおいて、上述の本発明構造で
はパルス動作の閾電流Ith=60mA、CW動作が可能である
が、之に対し、活性層へp形不純物が異常拡散した構造
ではパルス動作の閾電流Ith=100〜200mA、CW動作は不
可能であった。
尚、上例ではn形不純物としてSeを用いた場合である
が、Si等の他のn形不純物をドーパントとして用いても
同様の効果が得られる。
又、上例では活性層(4)としてノンドープ層を用い
たが、これに限らず不純物ドープしたn形、或はp形の
活性層の場合にも同様に本発明は適用できる。
又、上例では利得導波形半導体レーザに適用した場合
であるが、屈折率導波形半導体レーザに適用しても同様
の効果が得られる。
又、電流狭窄層(11)としてはGaAsに限らず、その他
例えばAlGaAs、4元素等でもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ダブルヘテロ構造における一方のク
ラッド層上に電流狭窄層が形成されてなるAlGaInP系半
導体レーザにおいて、その電流狭窄層の不純物濃度を2.
0×1018cm-3以下に設定することにより、クラッド層の
不純物が活性層へ異常拡散するを抑えることができ、良
質な活性層を有した特性の良い高品質半導体レーザを得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体レーザの一例を示す構成
図、第2図及び第3図は電流狭窄層の不純物濃度と活性
層への不純物の異常拡散との関係を調べた構成図、第4
図は従来のダブルヘテロ構造の半導体レーザの構成図、
第5図は従来の内部電流狭窄型の半導体レーザの構成図
である。 (1)はn+−GaAs基板、(2)はn−GaAsバッファ層、
(3)はn−AlGaInPクラッド層、(4)はノンドープG
aInP活性層、(5)はp−AlGaInPクラッド層、(6)
はp−GaInPキャップ層、(7)はn−GaAs電流狭窄
層、(8)はP−GaAsキャップ層、(11)は2×1018cm
-3以下のn−GaAs電流狭窄層である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダブルヘテロ構造における一方のクラッド
    層上に電流狭窄層が形成されてなるAlGaInP系の半導体
    レーザにおいて、 上記電流狭窄層の不純物濃度が2×1018cm-3以下に設定
    されて成る半導体レーザ。
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