JP2758598B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2758598B2 JP2758598B2 JP62171525A JP17152587A JP2758598B2 JP 2758598 B2 JP2758598 B2 JP 2758598B2 JP 62171525 A JP62171525 A JP 62171525A JP 17152587 A JP17152587 A JP 17152587A JP 2758598 B2 JP2758598 B2 JP 2758598B2
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- semiconductor laser
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高信頼,高出力の半導体レーザに関する。
〔従来の技術〕
従来普通に用いられる半導体レーザは、電流注入型で
あり、活性層となる半導体を、それよりも大きなバンド
ギャップエネルギをもつ半導体をクラッド層として挟ん
だダブルヘテロ構造をもつ。さらに通常の半導体レーザ
は活性層の組成および不純物ドーピングによるキャリア
濃度は共振器内全域に亘って均一である。しかし、光の
反射或いは出射面となる端面の劣化や損傷を防ぐため
に、端面近傍の活性層を中央部の活性層よりもバンドギ
ャップの大きな材料で形成すると効果のあることが知ら
れている。その一例、ウィンド・ストライプレーザ(IE
EE ジャーナル・オブ・クァンタム・エレクトロニクス
第QE−15巻、775ページ(1979年)の構造を第2図に示
す。Al0.06Ga0.94As活性層103をAl0.3Ga0.7Asクラッド
層102,104で挟みこむことにより、ダブルヘテロ構造が
形成されている。最初にすべてをn+型として形成し、次
に、端面近傍以外の中央部に選択的に亜鉛などのp型不
純物を拡散し、表面から活性層までをp+型とする。こう
して、活性層103のうち中央部をp+、端面近傍をn+型と
する。同じ材料の場合n+型の方がp+型よりも実効的エネ
ルギギャップが大きいため、このようにして端面付近の
みエネルギギャップを大きくすることができる。その結
果端面の109の吸収がへり、端面109の劣化や損傷を防ぐ
ことができ、高信頼,高出力を実現できる。この考え方
はAlGaAs系に限らず、他の材料系にも適用できる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 前述の従来技術は、活性層の全域がp+またはn+にドー
プされている。このため、結晶品質の低下や、フリーキ
ャリアによる吸収係数の増大を招き、レーザの発振閾値
の上昇や、効率の低下を招く。また、p領域・n領域と
ともに表面に出るため、p側の電極106をつけるために
は、n領域を避けてp領域と接触させねばならぬため、
電極構造が複雑になる。さらにpn接合は、活性層とnク
ラッド層の間でとらねばならぬため、その拡散の制御は
難しい。また、レーザゲインを与える領域が高不純物濃
度となるので信頼性に問題がある。従来構造は以上述べ
た如きいくつかの欠点を有していた。 そこで本発明の目的は、結晶成長の性質や材料の性質
を利用して上述の欠点を除き、高信頼,高性能の半導体
レーザの提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体レーザは、活性層を含む多層構造を備
え、結晶中でIII族原子とV族原子間の結合長が互いに
異なり、同一混晶組成において通常の混晶状態よりもエ
ネルギーギャップが小さい混晶状態となる3元以上のII
I−V化合物混晶を活性層とし、光の反射面あるいは出
射面となる端面近傍の少なくとも活性層の不純物濃度を
約5〜15×1017cm-3程度とすることを特徴とする。 また本発明の半導体レーザは、活性層を含む多層構造
を備え、結晶中でIII族原子とV族原子間の結合長が互
いに異なり、同一混晶組成において通常の混晶状態より
もエネルギーギャップが小さい混晶状態となる3元以上
のIII−V化合物混晶を活性層とし、光の反射面あるい
は出射面となる端面近傍の少なくとも活性層の不純物濃
度を約5×1017cm-3以上とすることを特徴とする。結合
長の異なるIII−V族化合物の例としては、InGaP、AlGa
InP、GaInPAs、GaAsSb、等多数有り、いずれの場合にも
適用される。 〔作用〕 III−V化合物混晶のエネルギギャップは、従来その
組成により一義的に決まると考えられてきた。しかし、
例えば有機金属熱分解気相成長法(MOVPE法)で成長し
たGaInPやAlGaInPのように、成長温度、気相中V族原料
対III族原料比(V/III比)、不純ドーピングなどによっ
て、その混晶組成が一定でもエネルギギャップが異なり
得ることが示されている(例えば1987年春季第34回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集第1分冊、講演番号28
p−ZA−4および28p−ZA−5(1987年))。つまり、あ
る成長温度とV/III比の値の組み合せを用いると、GaInP
やAlGaInPのエネルギギャップが、通常混晶に対する値
として知られているものよりも最大50〜80meVと小さく
なるということ。また、5×1017〜1018cm-3以上の不純
物導入(n型でもp型でもよい)を行なうと、小さくな
ったエネルギギャップの値はもとの混晶に回復するとい
うものである。これは、GaInP中のGa−PとIn−Pある
いはAlGaInP中のAl−PとIn−PGa−PとIn−Pのように
それぞれの結合長が異なることにより非混和領域に関連
して生じている。従って、AlGaAs中のAl−AsとGa−Asの
ように結合長がほぼ等しいものでは顕著にみられなかっ
た現像である。GaInAsやAlGaInAs、或いはGaAsSbなどの
ように、結晶中III族−V族の結合長の異なるものより
構成されているものでは、同様の現像がおきている。本
発明で利用する作用をMOVPE法により成長したGa0.5In
0.5Pを例として説明する。この場合、成長温度650℃、
V/III比400とすると、エネルギギャップの値は1.85eVと
なる。これは例えば成長温度700℃、V/III比58で成長し
たときに得られる。通常のGa0.5In0.5P混晶の値として
知られている1.90eVよりも50meV程小さい。この1.85eV
のGa0.5In0.5Pに、不純物を(5〜10)×1017cm-3以上
導入すると、エネルギギャップ(Eg)は、1.90eVの値を
回復する。このことをGa0.5In0.5Pを活性層とした半導
体レーザに適用する。共振器中の、中心部をEg〜1.85eV
のGa0.5In0.5Pで形成し、端面近傍領域に不純物を(5
〜10)×1017cm-3以上導入し、Egを1.90eV以上とする。
Egを大きくした領域は、レーザゲインには寄与しないの
で、その領域は、必要最小限にとどめることが望まし
い。そこで発振閾値の上昇を低く抑える目的で不純物導
入領域を端面から60μm以下にとどめる。レーザ発振は
1.85eVで決まる値でおこるため、大きなEgをもつ端面近
傍で光吸収が起らず、光損傷や端面劣化を防ぐことがで
きる。またレーザゲインを与える領域は高不純物濃度と
する必要がない。このために、高信頼,高出力の半導体
レーザを実現することができる。また、次の実施例でも
明らかなように、従来例よりも容易に本構造が実現でき
るものである。 〔実施例〕 次に図面を参照して本発明の実施例を説明することに
より、本発明の構成を一層具体的に示す。第1図は本発
明の実施例を側面より見た図である。600nmで帯で発振
するAlGaInP系可視光半導体レーザを例として示す。n
型GaAs基板1上に、MOVPE法により、n型(Al0.4G
a0.6)0.5In0.5Pクラッド層2、Ga0.5In0.5P活性層
3、p型(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5Pクラッド層4、P+型
GaAsキャップ層9を順次成長する。活性層3の成長条件
は、温度650℃、V/III比を400、不純物ドーピングなし
で行う。端面8の近傍にのみ、p型不純である亜鉛を拡
散して、少なくとも端面近傍の活性層部分が、1.5×10
18cm-3濃度をもつようにする。拡散フロントはn−(Al
0.4Ga0.6)0.5In0.5P層2に若干はいってもよい。共振
器全長は、200−300μm、端面近傍のZn拡散領域5は、
端面から約20μm内側までとした。端面8は劈開により
つくる。n型電極7は基板1側に、p型電極6はp+GaAs
コンタクト層9上に形成する。こうして得られた半導体
レーザは、不純物拡散領域のない半導体レーザと較べ
て、閾値の上昇は5%以下にとどまり、端面劣化が軽減
されるため、信頼性が飛躍的に向上した。また、端面の
光学的破壊を防げるため、最大光出力が数倍向上した。
また、この構造をつくる場合、拡散深さの制御が厳しく
ないこと、拡散域の絶縁が不要なことから製造プロセス
が容易である。従って製造歩留りがよく安価である。た
だし、Egを大きくした領域に対応するp型電極をSiO2膜
などで絶縁すると、レーザゲインに寄与しない電流成分
をへらすので、効率がよくなり、閾値も殆ど上昇しな
い。レーザゲインを与える領域に高濃度不純物を導入し
ないため、その信頼性が高い。ここに示した実施例で、
p型とn型と逆にしても同様の効果は得られる。又、他
の材料系でも条件を満たしていれば適用できることはい
うまでもない。なお、実施例では活性層をクラッド層で
挟んだ構造について説明したが、他の積層構造、例えば
活性層に隣接して光ガイド層を設け、この外側にクラッ
ド層を配した積層構造等でも同様の効果が得られる。ま
た、ファブリペロ共振器型のレーザ(実施例)でなく、
回折格子を備えたDFB、DBR型のレーザでもよい。ストラ
イプ構造は埋め込み型、プレーナ型等どのようにストラ
イプ構造でも適用できる。不純物の導入方法も拡散以外
の方法、例えばイオン注入等によっても本質的な効果は
変らない。 〔発明の効果〕 この様に、本発明の構造をとることにより、端面の光
吸収による劣化や端面損傷を防ぐことができ、従来より
も高信頼,高出力の半導体レーザを安価で実現できる。
あり、活性層となる半導体を、それよりも大きなバンド
ギャップエネルギをもつ半導体をクラッド層として挟ん
だダブルヘテロ構造をもつ。さらに通常の半導体レーザ
は活性層の組成および不純物ドーピングによるキャリア
濃度は共振器内全域に亘って均一である。しかし、光の
反射或いは出射面となる端面の劣化や損傷を防ぐため
に、端面近傍の活性層を中央部の活性層よりもバンドギ
ャップの大きな材料で形成すると効果のあることが知ら
れている。その一例、ウィンド・ストライプレーザ(IE
EE ジャーナル・オブ・クァンタム・エレクトロニクス
第QE−15巻、775ページ(1979年)の構造を第2図に示
す。Al0.06Ga0.94As活性層103をAl0.3Ga0.7Asクラッド
層102,104で挟みこむことにより、ダブルヘテロ構造が
形成されている。最初にすべてをn+型として形成し、次
に、端面近傍以外の中央部に選択的に亜鉛などのp型不
純物を拡散し、表面から活性層までをp+型とする。こう
して、活性層103のうち中央部をp+、端面近傍をn+型と
する。同じ材料の場合n+型の方がp+型よりも実効的エネ
ルギギャップが大きいため、このようにして端面付近の
みエネルギギャップを大きくすることができる。その結
果端面の109の吸収がへり、端面109の劣化や損傷を防ぐ
ことができ、高信頼,高出力を実現できる。この考え方
はAlGaAs系に限らず、他の材料系にも適用できる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 前述の従来技術は、活性層の全域がp+またはn+にドー
プされている。このため、結晶品質の低下や、フリーキ
ャリアによる吸収係数の増大を招き、レーザの発振閾値
の上昇や、効率の低下を招く。また、p領域・n領域と
ともに表面に出るため、p側の電極106をつけるために
は、n領域を避けてp領域と接触させねばならぬため、
電極構造が複雑になる。さらにpn接合は、活性層とnク
ラッド層の間でとらねばならぬため、その拡散の制御は
難しい。また、レーザゲインを与える領域が高不純物濃
度となるので信頼性に問題がある。従来構造は以上述べ
た如きいくつかの欠点を有していた。 そこで本発明の目的は、結晶成長の性質や材料の性質
を利用して上述の欠点を除き、高信頼,高性能の半導体
レーザの提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体レーザは、活性層を含む多層構造を備
え、結晶中でIII族原子とV族原子間の結合長が互いに
異なり、同一混晶組成において通常の混晶状態よりもエ
ネルギーギャップが小さい混晶状態となる3元以上のII
I−V化合物混晶を活性層とし、光の反射面あるいは出
射面となる端面近傍の少なくとも活性層の不純物濃度を
約5〜15×1017cm-3程度とすることを特徴とする。 また本発明の半導体レーザは、活性層を含む多層構造
を備え、結晶中でIII族原子とV族原子間の結合長が互
いに異なり、同一混晶組成において通常の混晶状態より
もエネルギーギャップが小さい混晶状態となる3元以上
のIII−V化合物混晶を活性層とし、光の反射面あるい
は出射面となる端面近傍の少なくとも活性層の不純物濃
度を約5×1017cm-3以上とすることを特徴とする。結合
長の異なるIII−V族化合物の例としては、InGaP、AlGa
InP、GaInPAs、GaAsSb、等多数有り、いずれの場合にも
適用される。 〔作用〕 III−V化合物混晶のエネルギギャップは、従来その
組成により一義的に決まると考えられてきた。しかし、
例えば有機金属熱分解気相成長法(MOVPE法)で成長し
たGaInPやAlGaInPのように、成長温度、気相中V族原料
対III族原料比(V/III比)、不純ドーピングなどによっ
て、その混晶組成が一定でもエネルギギャップが異なり
得ることが示されている(例えば1987年春季第34回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集第1分冊、講演番号28
p−ZA−4および28p−ZA−5(1987年))。つまり、あ
る成長温度とV/III比の値の組み合せを用いると、GaInP
やAlGaInPのエネルギギャップが、通常混晶に対する値
として知られているものよりも最大50〜80meVと小さく
なるということ。また、5×1017〜1018cm-3以上の不純
物導入(n型でもp型でもよい)を行なうと、小さくな
ったエネルギギャップの値はもとの混晶に回復するとい
うものである。これは、GaInP中のGa−PとIn−Pある
いはAlGaInP中のAl−PとIn−PGa−PとIn−Pのように
それぞれの結合長が異なることにより非混和領域に関連
して生じている。従って、AlGaAs中のAl−AsとGa−Asの
ように結合長がほぼ等しいものでは顕著にみられなかっ
た現像である。GaInAsやAlGaInAs、或いはGaAsSbなどの
ように、結晶中III族−V族の結合長の異なるものより
構成されているものでは、同様の現像がおきている。本
発明で利用する作用をMOVPE法により成長したGa0.5In
0.5Pを例として説明する。この場合、成長温度650℃、
V/III比400とすると、エネルギギャップの値は1.85eVと
なる。これは例えば成長温度700℃、V/III比58で成長し
たときに得られる。通常のGa0.5In0.5P混晶の値として
知られている1.90eVよりも50meV程小さい。この1.85eV
のGa0.5In0.5Pに、不純物を(5〜10)×1017cm-3以上
導入すると、エネルギギャップ(Eg)は、1.90eVの値を
回復する。このことをGa0.5In0.5Pを活性層とした半導
体レーザに適用する。共振器中の、中心部をEg〜1.85eV
のGa0.5In0.5Pで形成し、端面近傍領域に不純物を(5
〜10)×1017cm-3以上導入し、Egを1.90eV以上とする。
Egを大きくした領域は、レーザゲインには寄与しないの
で、その領域は、必要最小限にとどめることが望まし
い。そこで発振閾値の上昇を低く抑える目的で不純物導
入領域を端面から60μm以下にとどめる。レーザ発振は
1.85eVで決まる値でおこるため、大きなEgをもつ端面近
傍で光吸収が起らず、光損傷や端面劣化を防ぐことがで
きる。またレーザゲインを与える領域は高不純物濃度と
する必要がない。このために、高信頼,高出力の半導体
レーザを実現することができる。また、次の実施例でも
明らかなように、従来例よりも容易に本構造が実現でき
るものである。 〔実施例〕 次に図面を参照して本発明の実施例を説明することに
より、本発明の構成を一層具体的に示す。第1図は本発
明の実施例を側面より見た図である。600nmで帯で発振
するAlGaInP系可視光半導体レーザを例として示す。n
型GaAs基板1上に、MOVPE法により、n型(Al0.4G
a0.6)0.5In0.5Pクラッド層2、Ga0.5In0.5P活性層
3、p型(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5Pクラッド層4、P+型
GaAsキャップ層9を順次成長する。活性層3の成長条件
は、温度650℃、V/III比を400、不純物ドーピングなし
で行う。端面8の近傍にのみ、p型不純である亜鉛を拡
散して、少なくとも端面近傍の活性層部分が、1.5×10
18cm-3濃度をもつようにする。拡散フロントはn−(Al
0.4Ga0.6)0.5In0.5P層2に若干はいってもよい。共振
器全長は、200−300μm、端面近傍のZn拡散領域5は、
端面から約20μm内側までとした。端面8は劈開により
つくる。n型電極7は基板1側に、p型電極6はp+GaAs
コンタクト層9上に形成する。こうして得られた半導体
レーザは、不純物拡散領域のない半導体レーザと較べ
て、閾値の上昇は5%以下にとどまり、端面劣化が軽減
されるため、信頼性が飛躍的に向上した。また、端面の
光学的破壊を防げるため、最大光出力が数倍向上した。
また、この構造をつくる場合、拡散深さの制御が厳しく
ないこと、拡散域の絶縁が不要なことから製造プロセス
が容易である。従って製造歩留りがよく安価である。た
だし、Egを大きくした領域に対応するp型電極をSiO2膜
などで絶縁すると、レーザゲインに寄与しない電流成分
をへらすので、効率がよくなり、閾値も殆ど上昇しな
い。レーザゲインを与える領域に高濃度不純物を導入し
ないため、その信頼性が高い。ここに示した実施例で、
p型とn型と逆にしても同様の効果は得られる。又、他
の材料系でも条件を満たしていれば適用できることはい
うまでもない。なお、実施例では活性層をクラッド層で
挟んだ構造について説明したが、他の積層構造、例えば
活性層に隣接して光ガイド層を設け、この外側にクラッ
ド層を配した積層構造等でも同様の効果が得られる。ま
た、ファブリペロ共振器型のレーザ(実施例)でなく、
回折格子を備えたDFB、DBR型のレーザでもよい。ストラ
イプ構造は埋め込み型、プレーナ型等どのようにストラ
イプ構造でも適用できる。不純物の導入方法も拡散以外
の方法、例えばイオン注入等によっても本質的な効果は
変らない。 〔発明の効果〕 この様に、本発明の構造をとることにより、端面の光
吸収による劣化や端面損傷を防ぐことができ、従来より
も高信頼,高出力の半導体レーザを安価で実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の模式的側面図、第2図は従来
例の模式的側面図である。 1……n−GaAs基板、2……n−(Al0.4Ga0.5)0.5In
0.5Pクラッド層、3……Ga0.5I0.5P活性層、4……
p−(Al0.5Ga0.6)0.5In0.5Pクラッド層、5……Zn拡
散領域、6,106……p型電極、7……n型電極、8,109…
…端面、9……p+GaAsキャップ層、102,104……n−Al
0.3Ga0.7Asクラッド層、103……n+Al0.06Ga0.94As活性
層。
例の模式的側面図である。 1……n−GaAs基板、2……n−(Al0.4Ga0.5)0.5In
0.5Pクラッド層、3……Ga0.5I0.5P活性層、4……
p−(Al0.5Ga0.6)0.5In0.5Pクラッド層、5……Zn拡
散領域、6,106……p型電極、7……n型電極、8,109…
…端面、9……p+GaAsキャップ層、102,104……n−Al
0.3Ga0.7Asクラッド層、103……n+Al0.06Ga0.94As活性
層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名)
H01S 3/00 - 3/19
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.活性層を含む多層構造を備え、結晶中でIII族原子
とV族原子間の結合長が互いに異なり、同一混晶組成に
おいて通常の混晶状態よりもエネルギーギャップが小さ
い混晶状態となる3元以上のIII−V化合物混晶を活性
層とし、光の反射面あるいは出射面となる端面近傍の少
なくとも活性層の不純物濃度を約5〜15×1017cm-3程度
とすることを特徴とする半導体レーザ。 2.活性層を含む多層構造を備え、結晶中でIII族原子
とV族原子間の結合長が互いに異なり、同一混晶組成に
おいて通常の混晶状態よりもエネルギーギャップが小さ
い混晶状態となる3元以上のIII−V化合物混晶を活性
層とし、光の反射面あるいは出射面となる端面近傍の少
なくとも活性層の不純物濃度を約5×1017cm-3以上とす
ることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62171525A JP2758598B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62171525A JP2758598B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6414986A JPS6414986A (en) | 1989-01-19 |
JP2758598B2 true JP2758598B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=15924734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62171525A Expired - Lifetime JP2758598B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2758598B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007066957A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Victor Co Of Japan Ltd | 半導体レーザ素子 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2913652B2 (ja) * | 1989-02-13 | 1999-06-28 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
JPH03208388A (ja) * | 1990-01-09 | 1991-09-11 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその製造方法と不純物拡散方法 |
JP2771318B2 (ja) * | 1990-09-05 | 1998-07-02 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
JP3098371B2 (ja) * | 1993-12-27 | 2000-10-16 | 日本電気株式会社 | 半導体結晶成長方法 |
JP3501676B2 (ja) | 1999-05-07 | 2004-03-02 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5459149A (en) * | 1977-10-20 | 1979-05-12 | Ricoh Co Ltd | Thermal fixing device for copying machine |
JPS5616160U (ja) * | 1979-07-13 | 1981-02-12 | ||
JPS5814868A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 定着器の加熱ランプ支持装置 |
-
1987
- 1987-07-08 JP JP62171525A patent/JP2758598B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
昭和62年春季第34回応用物理学会連合講演会予稿集 28p−2A−4 (昭和62年3月28日発行) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007066957A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Victor Co Of Japan Ltd | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6414986A (en) | 1989-01-19 |
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