JPH04150087A - Visible light semiconductor laser device - Google Patents
Visible light semiconductor laser deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は可視光半導体レーザ装置の構造に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to the structure of a visible light semiconductor laser device.
第４図は例えば、エレクトロニクスレターズ。 Figure 4 shows, for example, Electronics Letters.
２３巻、１８号、９３８〜９３９頁（ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＩＣ３ＬＥＴＴＥＲ８２７ｔｈ Ａｕｇｕｓｔ １９８
７ Ｖｏｌ、２３． Ｎｏ、１８９３８〜９３９ ＨＩ
ＧＨ−ＰＯＷＥＲＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＴＲ
ＡＮＳＶＥＲ３Ｅ−ＭＯＤＥ ５ＴＡＢＩＬＩＳＥＤ
ＡＩＧａＩｎＰ ＶＩＳＩＢＬＥ ＬＩＧＨＴ （
λＬ ＝ ６８３ｍｍ）ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＬ
ＡＳＥＲＨ，ＦＵＪＩＩ ｅｔ ａｔ）による可視光半
導体レーザ装置を示す斜視図である。Volume 23, No. 18, pp. 938-939 (ELECTRON
IC3LETTER827th August 198
7 Vol, 23. No, 18938-939 HI
GH-POWER OPERATION OF A TR
ANSVER3E-MODE 5TABILISED
AIGaInP VISIBLE LIGHT (
λL = 683mm) SEMICONDUCTORL
1 is a perspective view showing a visible light semiconductor laser device manufactured by ASERH, FUJII et at.
図において、１は（００１）面を主表面とするｎ型Ｇａ
Ａｓ基板（以下基板と略する）であり、基板１に格子整
合する組成で作られたｎ型Ａｊ７Ｇａ ＩｎＰ下クラッ
ド層２は基板１上に配置される。In the figure, 1 is an n-type Ga whose main surface is the (001) plane.
An n-type Aj7Ga InP lower cladding layer 2, which is an As substrate (hereinafter abbreviated as the substrate) and is made of a composition lattice-matched to the substrate 1, is disposed on the substrate 1.
Ｇａ ＩｎＰ活性層３は下クラッド層２上に配置され、
ｐ型Ａｊ７ＧａｌｎＰ第１上クラッド層４は活性層３上
に配置され、ｐ型Ｇａ ＩｎＰエツチングストッパ層５
は第１上クラッド層４上に配置され、ｐ型ＡｌＧａ Ｉ
ｎＰ第２上クラッド層６はエツチングストッパ層５上に
配置され、ｐ型ＧａＩｎＰキャップ層７は第２上クラッ
ド層６上に配置され、ｐ型ＧａＡｓ層８はキャップ層７
上に配置される。A Ga InP active layer 3 is disposed on the lower cladding layer 2,
A p-type Aj7GalnP first upper cladding layer 4 is disposed on the active layer 3, and a p-type GaInP etching stopper layer 5
is arranged on the first upper cladding layer 4, and is made of p-type AlGa I
The nP second upper cladding layer 6 is disposed on the etching stopper layer 5, the p-type GaInP cap layer 7 is disposed on the second upper cladding layer 6, and the p-type GaAs layer 8 is disposed on the cap layer 7.
placed on top.
９は逆メサストライプ部であり、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロ
ック層１１はエツチングストッパ層５上にメサストライ
プ９を埋め込むように配置される。9 is a reverse mesa stripe portion, and an n-type GaAs current blocking layer 11 is arranged on the etching stopper layer 5 so as to embed the mesa stripe 9.
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２はブロック層１１および
ｐ型ＧａＡｓ層８上に配置される。電極１５．１６は基
板ｌ裏面およびコンタクト層１２上に設けられる。１７
．１８は襞間端面である。P-type GaAs contact layer 12 is arranged on block layer 11 and p-type GaAs layer 8 . Electrodes 15 , 16 are provided on the back surface of the substrate l and on the contact layer 12 . 17
．． 18 is an end surface between folds.
次に動作について説明する。この素子の電極１６にプラ
スの電圧を、又電極１５にマイナスの電圧を印加し、順
バイアス状態にすると、コンタクト層１２から基板１に
向かって電流が流れる。半導体内での主たる電流の担い
手は、ｐ型半導体中では正孔であり、ｎ型半導体中では
電子である。Next, the operation will be explained. When a positive voltage is applied to the electrode 16 of this element and a negative voltage is applied to the electrode 15 to create a forward bias state, a current flows from the contact layer 12 toward the substrate 1. The main current carriers in a semiconductor are holes in a p-type semiconductor and electrons in an n-type semiconductor.
従って、上記素子を順バイアス状態にすると、コンタク
ト層１２中の正孔は基板１方向に向かって移動し、基板
１中の電子はコンタクト層１２方向に向かって移動する
。この際基板１方向に向かって移動する正孔は、ブロッ
ク層１１によって阻まれ、ストライプ状のリッジ部分に
集中し、さほど広がることなく、活性層３に注入される
。これと同時に、コンタクト層１２方向に向かって移動
する電子も活性層３に注入される。活性層３に注入され
たキャリアの正孔と電子は活性層３と下クラッド層２と
の間、及び活性層３と第１上クラッド層４との間に形成
されるペテロ接合界面におけるバリアにより活性層３内
に閉じ込められ、再結合し、発光する。ところで、正孔
は活性層３において、メサストライプ９の下部にのみ多
く分布しており、発光はメサストライプ９下部の活性層
内付近でのみおこる。Therefore, when the element is placed in a forward bias state, holes in the contact layer 12 move toward the substrate 1, and electrons in the substrate 1 move toward the contact layer 12. At this time, holes moving toward the substrate 1 are blocked by the block layer 11, concentrated on the striped ridge portion, and are injected into the active layer 3 without spreading much. At the same time, electrons moving toward the contact layer 12 are also injected into the active layer 3. The holes and electrons of the carriers injected into the active layer 3 are transferred by barriers at the Peter junction interface formed between the active layer 3 and the lower cladding layer 2 and between the active layer 3 and the first upper cladding layer 4. They are confined within the active layer 3, recombine, and emit light. Incidentally, in the active layer 3, a large number of holes are distributed only in the lower part of the mesa stripe 9, and light emission occurs only in the vicinity of the lower part of the mesa stripe 9 in the active layer.
発生した光は、層厚方向ではダブルヘテロ構造による屈
折率差、幅方向ではキャリア密度の差による実効屈折率
差により、メサストライプ９直下近傍の活性層３内にス
トライブ状に形成される導波路をストライプ方向に進み
、このメサストライプ９下部活性層３内のストライプ方
向に垂直な、対向する壁間端面１７．１８によって構成
されるファブリ・ベロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）型
共振器によりレーザ発振に至る。The generated light is guided by a stripe-shaped guide formed in the active layer 3 directly under the mesa stripe 9 due to the refractive index difference due to the double heterostructure in the layer thickness direction and the effective refractive index difference due to the carrier density difference in the width direction. The wave path travels in the stripe direction, and a Fabry-Perot type resonator formed by opposing wall-to-wall end faces 17 and 18 perpendicular to the stripe direction in the mesa stripe 9 lower active layer 3 performs laser oscillation. reach.
次に本従来例レーザの製造工程を第５図について説明す
る。Next, the manufacturing process of this conventional laser will be explained with reference to FIG.
まず、第５図（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１
上に、ｎ型ＡｆＧａＩｎＰ下クラッド層２゜ＧａＩｎＰ
活性層３． ｐ型ＡＪ７Ｇａ ＩｎＰ第１上クラッド層
４．ｐ型ＧａＩｎＰエツチングストッパ層５． ｐ型
Ａｊ７Ｇａ ＩｎＰ第２上クラッド層６゜ｐ型Ｇａ Ｉ
ｎＰキャップ層７及びｐ型ＧａＡｓ層８を順次エピタキ
シャル成長する。この後、ｐ型ＧａＡｓ層８上にＳｉＮ
ｘ膜を全面に形成し、これをストライブ状にパターニン
グする。次に、バターニングしたＳｉＮ、膜１ｏをマス
クとしてエツチングストッパ層５を用いた選択エツチン
グを行ない、第５図（ｂ）に示すように、逆メサストラ
イプ部９を形成する。この後、Ｓ ｉＮ ｘ膜１０を選
択成長マスクとして用いた第２回目のエピタキシャル成
長により、第５図（Ｃ）に示すように、工・ンチングス
トッパ層５上にｎ型ＧａＡｓ電流プロ・ツク層１１を形
成し、メサストライプを埋め込む。５ｘＮｘ膜１０をを
除去した後、第３回目のエピタキシャル成長により、第
５図（ｄ）に示すように、ブロック層１１上及びメサス
トライプ上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層を形成して結晶
成長工程を終了する。この後、基板ｌ裏面及びコンタク
ト層１２上に電極１５．１６を形成し、襞間により端面
１７．１８を形成して第４図に示す半導体レーザ装置か
完成する。First, as shown in FIG. 5(a), an n-type GaAs substrate 1
On top, an n-type AfGaInP lower cladding layer 2°GaInP
Active layer 3. p-type AJ7Ga InP first upper cladding layer 4. p-type GaInP etching stopper layer5. p-type Aj7Ga InP second upper cladding layer 6°p-type Ga I
An nP cap layer 7 and a p-type GaAs layer 8 are epitaxially grown in sequence. After this, SiN is placed on the p-type GaAs layer 8.
An x film is formed on the entire surface and patterned into stripes. Next, selective etching is performed using the patterned SiN film 1o as a mask and the etching stopper layer 5 to form an inverted mesa stripe portion 9 as shown in FIG. 5(b). Thereafter, by a second epitaxial growth using the SiNx film 10 as a selective growth mask, an n-type GaAs current protection layer is formed on the etching stopper layer 5, as shown in FIG. 5(C). 11 and embed mesa stripes. After removing the 5xNx film 10, a p-type GaAs contact layer is formed on the block layer 11 and the mesa stripe by third epitaxial growth, as shown in FIG. 5(d), and the crystal growth process is completed. do. Thereafter, electrodes 15 and 16 are formed on the back surface of the substrate l and the contact layer 12, and end surfaces 17 and 18 are formed between the folds, thereby completing the semiconductor laser device shown in FIG. 4.
従来の可視光半導体装置は以上のように構成されている
ので、第５図（Ｃ）に示す選択埋め込み成長時において
、再成長表面であるＧａＩｎＰエツチングストッパ層５
はＭＯＣＶＤ法による再成長の昇温過程及び温度、ガス
等安定時間の間高温に晒されることになる。この間、通
常ホスフィン（ＰＨ，）を流すことにより、エツチング
ストッパ層５表面からのリン原子の離脱をおさえてはい
るか、十分てはなくリンやインジウム原子の離脱による
結晶欠陥かおこりやすいという問題点かあった。Since the conventional visible light semiconductor device is constructed as described above, during the selective filling growth shown in FIG. 5(C), the GaInP etching stopper layer 5, which is the regrowth surface,
is exposed to high temperatures during the temperature raising process and stabilization time of temperature, gas, etc. of regrowth by MOCVD method. During this time, is it possible to suppress the detachment of phosphorus atoms from the surface of the etching stopper layer 5 by flowing phosphine (PH, ), but it is not sufficient and the problem is that crystal defects are likely to occur due to detachment of phosphorus and indium atoms? there were.
さらにＧａＡｓ電流ブロック層１１再成長時の初期過程
に、ＧａＩｎＰエツチングストッパＮ５に上述の結晶欠
陥が多くあるため、組成の不規則な混ざり込みがおこり
、格子不整合をおこし、ブロック層を貫いてのびる貫通
欠陥が発生し易いという問題点があった。Furthermore, during the initial process of regrowing the GaAs current block layer 11, the GaInP etching stopper N5 has many crystal defects as described above, so irregular mixing of the composition occurs, causing lattice mismatch and extending through the block layer. There was a problem that through defects were likely to occur.
従ってストッパ層５とブロック層１１の界面の欠陥を通
じ電流は横方向に広がり、又、貫通欠陥によりブロック
層１１を通過する漏れ電流もあるため、レーザ特性に悪
影響をもたらしていた。Therefore, the current spreads laterally through the defects at the interface between the stopper layer 5 and the block layer 11, and there is also leakage current passing through the block layer 11 due to the through defects, which adversely affects the laser characteristics.
この発明は上記の様な問題点を解消するためになされた
もので、ストッパ層５の分解による欠陥の発生を防ぐと
共に、ストッパ層５へのＡｓの混入を防ぎ、ストッパ層
５とブロック層１１の界面の欠陥及びブロック層を貫い
てのびる欠陥を大幅に減らし、優れたレーザ特性を持つ
、可視光半導体レーザ装置を得ることを目的とする。This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and it prevents the generation of defects due to decomposition of the stopper layer 5, prevents the incorporation of As into the stopper layer 5, and prevents the stopper layer 5 and the block layer 11 from being mixed. The object of the present invention is to significantly reduce defects at the interface and defects extending through the block layer, and to obtain a visible light semiconductor laser device having excellent laser characteristics.
この発明に係る可視光半導体レーザ装置は、Ｇａ Ｉｎ
Ｐエツチングストッパ層とＧａＡｓプロ・ツク層との間
に、ＧａＡｓに格子整合可能でかつ■族元素としてイン
ジウム、■族元素としてリンを含む化合物半導体による
ブロックバッファ層を挿入したものである。The visible light semiconductor laser device according to the present invention is made of Ga In
A block buffer layer is inserted between the P etching stopper layer and the GaAs block layer, which is made of a compound semiconductor that can be lattice-matched to GaAs and contains indium as a group Ⅰ element and phosphorus as a group Ⅰ element.
この発明においては、Ｇａ Ｉ ｎＰエツチングストッ
パ層とＧａＡｓブロック層との間に、ＧａＡＳに格子整
合可能でかつ■族元素としてインジウム、■族元素とし
てリンを含む化合物半導体によるブロックバッファ層を
挿入したから、電流ブロック層の結晶性を改善でき、漏
れ電流の低減によリレーザ特性を向上できる。In this invention, a block buffer layer made of a compound semiconductor that can be lattice matched to GaAS and contains indium as a group Ⅰ element and phosphorus as a group Ⅰ element is inserted between the Ga I nP etching stopper layer and the GaAs block layer. , the crystallinity of the current blocking layer can be improved, and the relay laser characteristics can be improved by reducing leakage current.
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例による半導体レーザ装置
の構造を示す斜視図であり、図において、第４図と同一
符号は同一または相当部分てあり、ｎ型ＧａＩｎＰブロ
ックバッファ層１３はエツチングストッパ層５と電流ブ
ロック層１１の間に設けられる。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 4 indicate the same or corresponding parts. It is provided between the etching stopper layer 5 and the current blocking layer 11.
次に本実施例レーザの製造工程を第２図について説明す
る。Next, the manufacturing process of the laser of this embodiment will be explained with reference to FIG.
まず、第２図（ａ）に示すように、ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ
基板１上に、厚さ約１μｍのｎ型１ｊ７Ｇａ ＩｎＰ下
クラッド層２．厚さ約０．０８μｍのＧａ１ｎＰ活性層
３．厚さ約０．３μｍのｐ型Ａｊ７Ｇａ ＩｎＰ第１上
クラッド層４．厚さ約５０人のｐ型ＧａＩｎＰエツチン
グストッパ層５．厚さ約０．７μｍのｐ型ＡｆＧａ Ｉ
ｎＰ第２上クラッド層６．厚さ約０゜１μｍのｐ型Ｇａ
ＩｎＰキャップ層７及び厚さ約０．３μｍのｐ型ＧａＡ
ｓ層８を順次エピタキシャル成長する。この後、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層８上全面にチッ化シリコン（Ｓ ｉＮ、）膜を
形成し、これをストライブ状にパターニングする。次に
、パターニングしたＳｉＮ、膜１０をマスクとしてエツ
チングストッパＪｉｉｉ５を用いた選択エツチングを行
ない、第２図（ｂ）に示すように、逆メサストライプ部
９を形成する。この後、ＳｉＮ、膜１０を選択成長マス
クとして用いた第２回目のエピタキシャル成長により、
第２図（Ｃ）に示すように、エツチングストッパ層５上
に厚さ４００Å以下のＧａ ＩｎＰブロックバッファ層
１３及び厚さ約１．１μｍのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック
層１１を順次形成し、メサストライプを埋め込む。Ｓｉ
Ｎ＊膜１０をを除去した後、第３回目のエピタキシャル
成長により、第２図（ｄ）に示すように、ブロック層ｌ
ｌ上及びメサストライプ上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層
を形成して結晶成長工程を終了する。この後、基板ｌ裏
面及びコンタクト層１２上に電極１５．１６を形成し、
襞間により端面１７．１８を形成して第４図に示す半導
体レーザ装置が完成する。First, as shown in FIG. 2(a), an n-type GaAs
On the substrate 1, an n-type 1j7Ga InP lower cladding layer 2 with a thickness of about 1 μm is formed. Ga1nP active layer with a thickness of about 0.08 μm3. p-type Aj7Ga InP first upper cladding layer with a thickness of about 0.3 μm4. 5. P-type GaInP etching stopper layer with a thickness of approximately 50 mm. p-type AfGa I with a thickness of about 0.7 μm
nP second upper cladding layer6. P-type Ga with a thickness of approximately 0°1 μm
InP cap layer 7 and p-type GaA with a thickness of about 0.3 μm
S-layers 8 are epitaxially grown in sequence. After this, p-type G
A silicon nitride (SiN) film is formed over the entire surface of the aAs layer 8 and patterned into stripes. Next, using the patterned SiN film 10 as a mask, selective etching is performed using an etching stopper JIII 5 to form an inverted mesa stripe portion 9 as shown in FIG. 2(b). After this, by a second epitaxial growth using the SiN film 10 as a selective growth mask,
As shown in FIG. 2(C), a Ga InP block buffer layer 13 with a thickness of 400 Å or less and an n-type GaAs current block layer 11 with a thickness of about 1.1 μm are sequentially formed on the etching stopper layer 5 to form a mesa stripe. Embed. Si
After removing the N* film 10, a third epitaxial growth is performed to form a block layer l as shown in FIG. 2(d).
A p-type GaAs contact layer is formed on the I and the mesa stripes to complete the crystal growth process. After this, electrodes 15 and 16 are formed on the back surface of the substrate l and the contact layer 12,
End faces 17 and 18 are formed between the folds, and the semiconductor laser device shown in FIG. 4 is completed.
ここで、ブロックバッファ層１３上にブロック層１１を
成長する際に、従来と同様の■族原子等の離脱や、この
離脱による組成の混じり込みが起こりそうに考えられる
が、これら二層の成長の間には、従来のエツチングスト
ッパ層とブロック層のように高温で保持される時間かな
いため、上述の問題は生じない。第６図は本実絶倒し−
サの製造における再成長時の温度プロファイルを示す図
である。第６図において、時刻ｔ、より成長装置内にＰ
Ｈ，を流しなからウェハの昇温を始め、時刻ｔ２におい
てウェハか成長温度に達する。時刻ｔ２からｔ、の期間
は成長ガス等の安定化に要する時間である。この間もＰ
Ｈ２を流した状態で保持する。時刻ｔ、より成長装置内
に■族ドーパントを流し、ＧａＩｎＰブロックバッファ
層を成長する。時刻ｔ４にてＰＨ３を止めるとともにＡ
ｓＨｌを流しブロックバッファ層上にＧａＡｓブロック
層を成長する。時刻ｔ、にて成長を終了し、時刻ｔ、か
ら時刻ｔ６の間でウェハを降温する。Here, when growing the block layer 11 on the block buffer layer 13, it is thought that separation of group (I) atoms, etc. as in the conventional case and mixing of the composition due to this separation will occur, but the growth of these two layers Since there is no time during which the etching stopper layer and block layer are held at a high temperature like the conventional etching stopper layer and block layer, the above-mentioned problem does not occur. Figure 6 shows the real truth.
FIG. 3 is a diagram showing a temperature profile during regrowth in the production of a fiberglass. In FIG. 6, at time t, P
The temperature of the wafer starts to rise without flowing H, and the wafer reaches the growth temperature at time t2. The period from time t2 to time t is the time required for stabilization of the growth gas and the like. During this time P
Keep H2 flowing. At time t, a group II dopant is flowed into the growth apparatus to grow a GaInP block buffer layer. At time t4, PH3 is stopped and A
A GaAs block layer is grown on the block buffer layer by flowing sHl. Growth ends at time t, and the temperature of the wafer is lowered between time t and time t6.
再成長界面であるＧａ１ｎＰ工ツチングストツパ層は時
刻ｔ１からｔ２の期間高温に晒されることになるため、
この間ＰＨ，を流してリンをおぎなってはいるが、リン
やインジウム抜けにより表面荒れが生じやすい。しかし
、Ｇａ１ｎＰブロックバッファ層の成長とＧａＡｓブロ
ック層の成長は第６図に示すように連続的であるため、
ブロックバッファ層表面からリンやインジウムか抜けて
いくひまはほとんどなく、欠陥の少ない結晶構造か得ら
れる。Since the Ga1nP processing stopper layer, which is the regrowth interface, will be exposed to high temperature from time t1 to t2,
During this time, PH is applied to cover the phosphorus, but surface roughness is likely to occur due to phosphorus and indium removal. However, since the growth of the Ga1nP block buffer layer and the growth of the GaAs block layer are continuous as shown in FIG.
There is almost no time for phosphorus or indium to escape from the surface of the block buffer layer, resulting in a crystal structure with fewer defects.
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
電極１６にプラスの電圧を、又電極１５にマイナスの電
圧を印加し、順バイアス状態にすると、コンタクト層Ｉ
２から基板ｌに向かって電流か流れる。半導体内での主
たる電流の担い手は、ｐ型半導体中では正孔であり、ｎ
型半導体中では電子である。従って、上記素子を順バイ
アス状態にすると、コンタクト層１２中の正孔は基板１
方向に向かって移動し、基板１中の電子はコンタクト層
１２方向に向かって移動する。この際基板１方向に向か
って移動する正孔は、ブロック層１１によって阻まれ、
ストライブ状のリッジ部分に集中し、さほど広がること
なく、活性層３に注入される。When a positive voltage is applied to the electrode 16 and a negative voltage is applied to the electrode 15 to create a forward bias state, the contact layer I
A current flows from 2 toward the substrate l. The main current carriers in semiconductors are holes in p-type semiconductors, and n
electrons in type semiconductors. Therefore, when the above element is placed in a forward bias state, the holes in the contact layer 12 are transferred to the substrate 1.
The electrons in the substrate 1 move toward the contact layer 12. At this time, holes moving toward the substrate 1 are blocked by the block layer 11,
It concentrates on the striped ridge portion and is injected into the active layer 3 without spreading much.
これと同時に、コンタクト層１２方向に向かって移動す
る電子も活性層３に注入される。活性層３に注入された
キャリアの正孔と電子は活性層３と下クラッド層２との
間、及び活性層３と第１上クラッド層４との間に形成さ
れるヘテロ接合界面におけるバリアにより活性層３内に
閉じ込められ、再結合し、発光する。ところで、正孔は
活性Ｎ３において、メサストライプ９の下部にのみ多く
分布しており、発光はメサストライプ９下部の活性層内
付近でのみおこる。At the same time, electrons moving toward the contact layer 12 are also injected into the active layer 3. The holes and electrons of the carriers injected into the active layer 3 are absorbed by barriers at the heterojunction interface formed between the active layer 3 and the lower cladding layer 2 and between the active layer 3 and the first upper cladding layer 4. They are confined within the active layer 3, recombine, and emit light. By the way, in the active N3, holes are distributed in large numbers only in the lower part of the mesa stripe 9, and light emission occurs only in the vicinity of the lower part of the mesa stripe 9 in the active layer.
発生した光は、層厚方向ではダブルヘテロ構造による屈
折率差、幅方向ではキャリア密度の差による実効屈折率
差により、メサストライプ９直下近傍の活性層３内にス
トライブ状に形成される導波路をストライブ方向に進み
、このメサストライプ９下部活性層３内のストライブ方
向に垂直な、対向する型開端面１７．１８によって構成
されるファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）型
共振器によりレーザ発振に至る。The generated light is guided by a stripe-shaped guide formed in the active layer 3 directly under the mesa stripe 9 due to the refractive index difference due to the double heterostructure in the layer thickness direction and the effective refractive index difference due to the carrier density difference in the width direction. The wave path travels in the stripe direction, and a Fabry-Perot type resonator formed by opposing mold open end surfaces 17 and 18 perpendicular to the stripe direction in the mesa stripe 9 lower active layer 3 generates a laser beam. This leads to oscillation.
ここで、本実施例における電流ブロック効果について詳
述する。Here, the current blocking effect in this example will be explained in detail.
リッジ導波路型の半導体レーザにおいて、充分な電流ブ
ロック効果を得るためには、電流ブロック層での光吸収
によりロスガイド構造を実現する観点からも、ブロック
層内でのキャリア寿命か重要なファクターとなる。即ち
、ブロック層において活性層で発生した光を吸収するこ
とにより発生する電子−正孔対によりブロック層内にキ
ャリアか蓄積されたり、このキャリアか他層に流出した
りしない程度にキャリア寿命か短くなくてはならない。In a ridge waveguide type semiconductor laser, in order to obtain a sufficient current blocking effect, the carrier lifetime within the blocking layer is an important factor from the perspective of realizing a loss guide structure through light absorption in the current blocking layer. Become. In other words, the carrier life is short enough that carriers are not accumulated in the block layer due to electron-hole pairs generated by absorbing light generated in the active layer in the block layer, or that these carriers do not flow out to other layers. Must-have.
もし、キャリア寿命が長いと、ブロック層内にキャリア
が蓄積され、ブロック層と周囲の層との間にあった電位
障壁が下がってブロック層にも電流か流れてしまう。つ
まりブロック効果が得られないこととなる。ここで、ブ
ロック層内におけるキャリア寿命は、ｎ型不純物キャリ
ア濃度に依存しており、キャリア濃度か高いほどブロッ
ク層内におけるキャリア寿命は短くなる。ｎ型ＧａＡｓ
の場合、キャリア寿命を決定する要素であるキャリア拡
散長はｎ型不純物濃度が２Ｘ１０”ａｎ−３を越すと急
激に短くなることがわかっており、ｎ型ＧａＡｓをブロ
ック層として用いる場合には、そのｎ型不純物濃度を２
Ｘ １０ ”ａｎ−３９上にすれば充分なブロック効
果を得ることができる。一方Ｇａ ＩｎＰブロックバッ
ファ層に関しては、ｎ型Ｇａ ＩｎＰか充分なブロック
効果を有する程度に不純物をドーピングすることがＧａ
Ａｓに比して困難である。従って、ｎ型Ｇａ ＩｎＰの
みてブロック層を構成することは、デバイスの信頼性の
観点からは望ましくない。さらにまたｎ型Ｇａ１ｎＰブ
ロックバッファ層は、活性層と同じ材料であることから
、二〇層厚が厚い場合には活性層で発生した光を吸収す
ることになる。この光吸収によりブロックバッファ層に
キャリアが蓄積される場合には、注入電流のブロックバ
ッファ層横方向への拡がりか生じ、これは電流狭窄の点
で望ましくない。以上のような観点から、本実施例では
４゜ＯＡ以下と十分に薄いｎ型ＧａＩｎＰブロックバッ
ファ層１３とｎ型ＧａＡｓブロック層１１の二層構造と
することにより、充分なブロック効果と電流狭窄構造の
実現を図っている。If the carrier lifetime is long, carriers will accumulate in the block layer, lowering the potential barrier between the block layer and surrounding layers, and causing current to flow in the block layer as well. In other words, the blocking effect cannot be obtained. Here, the carrier lifetime in the block layer depends on the n-type impurity carrier concentration, and the higher the carrier concentration, the shorter the carrier lifetime in the block layer. n-type GaAs
In the case of , it is known that the carrier diffusion length, which is a factor that determines the carrier lifetime, decreases rapidly when the n-type impurity concentration exceeds 2X10"an-3, and when n-type GaAs is used as the block layer, The n-type impurity concentration is 2
A sufficient blocking effect can be obtained by forming the Ga InP block buffer layer on the
This is more difficult than As. Therefore, it is undesirable from the viewpoint of device reliability to configure the block layer only from n-type Ga InP. Furthermore, since the n-type Ga1nP block buffer layer is made of the same material as the active layer, it will absorb light generated in the active layer if the n-type Ga1nP block buffer layer is thick. When carriers are accumulated in the block buffer layer due to this light absorption, the injected current only spreads in the lateral direction of the block buffer layer, which is undesirable from the viewpoint of current confinement. From the above points of view, in this embodiment, a sufficient blocking effect and a current confinement structure are achieved by adopting a two-layer structure of an n-type GaInP block buffer layer 13 and an n-type GaAs block layer 11, which are sufficiently thin with an OA of 4° OA or less. We are trying to realize this.
このように本実施例による半導体レーザ装置ては、Ｇａ
１ｎＰ工ツチングストツパ層５とＧａＡＳブロック層１
１との間にＧａ ＩｎＰブロックバッファ層１３を設け
た構成としたから、第２図（Ｃ）に示すブロックバッフ
ァ層１３及びブロック層１工の選択埋め込み成長工程に
おいて、まずエツチングストッパ層５と同じリン系結晶
であるｎ型Ｇａ ＩｎＰブロックバッファ層１３を成長
するため、基板昇温中にエツチングストッパ層５から離
脱したリン原子等がおぎなわれ、従来例に比して欠陥の
少ない結晶が得られる。As described above, in the semiconductor laser device according to this embodiment, Ga
1nP processing stopper layer 5 and GaAS block layer 1
Since the Ga InP block buffer layer 13 is provided between the Ga InP block buffer layer 1 and the etching stopper layer 5, in the selective embedding growth process of the block buffer layer 13 and the block layer 1 shown in FIG. Since the n-type Ga InP block buffer layer 13, which is a phosphorus-based crystal, is grown, phosphorus atoms, etc. released from the etching stopper layer 5 while the substrate temperature is rising are destroyed, resulting in a crystal with fewer defects than in the conventional example. It will be done.
また、本実施例ではブロックバッファ層１３を再成長表
面、即ちＧａ ＩｎＰエツチングストッパ層５と全く同
一組成のｎ型Ｇａ ＩｎＰとしたから、組成の混じり込
みによる格子不整合はおこらず、ブロック層を貫いての
びる貫通欠陥が減る。Furthermore, in this example, since the block buffer layer 13 is made of n-type Ga InP having exactly the same composition as the regrowth surface, that is, the Ga InP etching stopper layer 5, no lattice mismatch occurs due to mixing of the composition, and the block layer is Penetrating defects that extend through the hole are reduced.
以上により、従来エツチングストッパ層とブロック層１
１の界面に存在した様な欠陥は減少し、ブロック層の結
晶性も向上するため、漏れ電流は減少し、レーザダイオ
ードの特性は向上する。As described above, the conventional etching stopper layer and block layer 1
Defects such as those present at the interface of No. 1 are reduced and the crystallinity of the block layer is improved, so leakage current is reduced and the characteristics of the laser diode are improved.
なお、上記実施例では、ブロックバッファ層１３にｎ型
Ｇａ ＩｎＰを設けたものをしめしたが、これはアンド
ープのＧａ ＩｎＰ又は高抵抗のＧａＩｎＰもしくは十
分に薄いｎ型Ｇａ ＩｎＰでもよく上記実施例と同様の
効果を奏する。In the above embodiment, the block buffer layer 13 is made of n-type Ga InP, but it may be undoped Ga InP, high resistance GaInP, or sufficiently thin n-type Ga InP. It has a similar effect.
また、上記ブロックバッファ層】３は、ｐ型又はアンド
ープ又は高抵抗もしくは十分に薄いｐ型のＡｆｆｉＧａ
ｌｎＰであっても良く、上記実施例と同様の効果を奏
する。The block buffer layer 3 is a p-type, undoped, high-resistance or sufficiently thin p-type AffiGa.
It may be lnP, and the same effect as the above embodiment can be achieved.
さらに、上記ブロックバッファ層１３は、ｐ型又はアン
ドープ又は高抵抗もしくは十分に薄いｐ型の、ＧａＡｓ
と格子整合するＧａＩｎＡｓＰであっても良く、上記実
施例と同様の効果を奏する。Further, the block buffer layer 13 is made of p-type, undoped, high resistance or sufficiently thin p-type GaAs.
It is also possible to use GaInAsP which has a lattice match with that of GaInAsP, which produces the same effect as the above embodiment.
また、上記実施例では、メサストライプ部９が逆メサ型
のものについて説明したが、これは第３図に示す本発明
の第２の実施例のように順メサ型としても良く、上記実
施例と同様の効果を奏する。Further, in the above embodiment, the mesa stripe portion 9 is of an inverted mesa type, but it may be of a forward mesa type as in the second embodiment of the present invention shown in FIG. It has the same effect as.
以上のように、この発明によればリッジ導波路型可視光
半導体レーザにおいて、Ｃ；ａＩｎＰエツチングストッ
パ層とＧａＡｓブロック層の間に、ＧａＡｓと格子整合
しかつ■族元素としてインジウム、■族元素としてリン
を含む化合物半導体からなるブロックバッファ層を備え
た構成としたから、ブロック層の結晶欠陥が減り、ブロ
ック層の電流ブロック効果が向上することにより、可視
光半導体レーザ装置の特性を向上できる効果がある。As described above, in the ridge waveguide type visible light semiconductor laser according to the present invention, a C;aInP etching stopper layer and a GaAs block layer are lattice matched with GaAs, and the group Ⅰ element is indium, and the group Ⅰ element is indium. Since the structure includes a block buffer layer made of a compound semiconductor containing phosphorus, crystal defects in the block layer are reduced and the current blocking effect of the block layer is improved, thereby improving the characteristics of the visible light semiconductor laser device. be.
第１図はこの発明の第１の実施例による可視光半導体レ
ーザ装置を示す斜視図、第２図は第１図の可視光半導体
レーザ装置の製造フローを示す断面工程図、第３図はこ
の発明の第２の実施例による可視光半導体レーザ装置を
示す断面側面図、第４図は従来の可視光半導体レーザ装
置を示す斜視図、第５図は第４図の可視光半導体レーザ
装置の製造フローを示す断面工程図、第６図は第１図の
可視光半導体レーザ装置のリッジ埋め込み成長工程時の
成長温度プロファイルを示す図である。
１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｉＧａＩｎＰ下クラ
ッド層、３はＧａＩｎＰ活性層、４はｐ型Ａ７ＧａＩｎ
Ｐ光ガイド層、５はｐ型ＧａＩｎＰエツチングストッパ
層、６はｐ型ＡｆＧａＩｎＰ上クラッド層、７はｐ型Ｇ
ａ ＩｎＰキャップ層、８はｐ型ＧａＡｓ層、９はメサ
ストライプ部、１０はチッ化シリコン膜、１１はｎ型Ｇ
ａＡｓｔ流ブロック層、１２はｐ型ＧａＡｓコンタクト
層、１３はブロックバッファ層、１４は順メサストライ
プ部。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1 is a perspective view showing a visible light semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional process diagram showing the manufacturing flow of the visible light semiconductor laser device of FIG. 1, and FIG. A cross-sectional side view showing a visible light semiconductor laser device according to a second embodiment of the invention, FIG. 4 is a perspective view showing a conventional visible light semiconductor laser device, and FIG. 5 shows manufacturing of the visible light semiconductor laser device of FIG. 4. FIG. 6, a cross-sectional process diagram showing the flow, is a diagram showing a growth temperature profile during the ridge embedding growth process of the visible light semiconductor laser device of FIG. 1. 1 is an n-type GaAs substrate, 2 is an n-type AiGaInP lower cladding layer, 3 is a GaInP active layer, 4 is a p-type A7GaIn
5 is a p-type GaInP etching stopper layer, 6 is a p-type AfGaInP upper cladding layer, 7 is a p-type G
a InP cap layer, 8 p-type GaAs layer, 9 mesa stripe portion, 10 silicon nitride film, 11 n-type G
12 is a p-type GaAs contact layer, 13 is a block buffer layer, and 14 is a forward mesa stripe portion. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
ッド層、活性層、及び第２導電形第１上クラッド層から
なるダブルヘテロ構造を形成するとともに、該ダブルヘ
テロ構造上にＧａＩｎＰ薄膜層、及びＡｌＧａＩｎＰ系
材料からなる第２導電形第２上クラッド層を形成し、 該第２上クラッド層を上記ＧａＩｎＰ薄膜層をエッチン
グストッパ層として用いてリッジ状に成形し、 該リッジをブロック層で埋め込んでなる構造を有する、
リッジ導波路型の可視光半導体レーザ装置において、 上記ブロック層は、 上記ＧａＩｎＰエッチングストッパ層上に形成されたＧ
ａＡｓに格子整合可能でかつIII族元素にインジウム、
Ｖ族元素にリンを含む化合物半導体混晶をからなるブロ
ックバッファ層と、 該ブロックバッファ層上に形成された第１導電型ＧａＡ
ｓブロック層とからなる２層構造を有することを特徴と
する可視光半導体レーザ装置。(1) A double heterostructure consisting of a lower cladding layer of a first conductivity type, an active layer, and a first upper cladding layer of a second conductivity type is formed using an AlGaInP-based material, and a GaInP thin film layer is formed on the double heterostructure. and forming a second upper cladding layer of a second conductivity type made of an AlGaInP-based material, forming the second upper cladding layer into a ridge shape using the GaInP thin film layer as an etching stopper layer, and filling the ridge with a block layer. It has a structure of
In the ridge waveguide type visible light semiconductor laser device, the block layer includes G formed on the GaInP etching stopper layer.
Can be lattice matched to aAs and contains indium as a group III element.
a block buffer layer made of a compound semiconductor mixed crystal containing phosphorus as a group V element; and a first conductivity type GaA formed on the block buffer layer.
A visible light semiconductor laser device characterized by having a two-layer structure consisting of an s-block layer and an s-block layer.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27470090A JPH04150087A (en) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | Visible light semiconductor laser device |
| US07/717,046 US5161167A (en) | 1990-06-21 | 1991-06-18 | Semiconductor laser producing visible light |
| DE91305540T DE69101123T2 (en) | 1990-06-21 | 1991-06-19 | Semiconductor laser for generating visible light. |
| EP91305540A EP0462816B1 (en) | 1990-06-21 | 1991-06-19 | Semiconductor laser producing visible light |
| CA002045069A CA2045069C (en) | 1990-06-21 | 1991-06-20 | Semiconductor laser producing visible light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27470090A JPH04150087A (en) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | Visible light semiconductor laser device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04150087A true JPH04150087A (en) | 1992-05-22 |
Family
ID=17545344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27470090A Pending JPH04150087A (en) | 1990-06-21 | 1990-10-12 | Visible light semiconductor laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04150087A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08204285A (en) * | 1995-01-26 | 1996-08-09 | Nec Corp | Semiconductor laser and its manufacture |
| US5586135A (en) * | 1992-12-28 | 1996-12-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor laser having an AlGaInP cladding layer |
| US6865202B2 (en) | 2001-06-15 | 2005-03-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element |
| DE102010046793B4 (en) | 2010-09-28 | 2024-05-08 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Edge-emitting semiconductor laser diode and method for its manufacture |
-
1990
- 1990-10-12 JP JP27470090A patent/JPH04150087A/en active Pending
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| KR100486470B1 (en) * | 2001-06-15 | 2005-04-29 | 샤프 가부시키가이샤 | Semiconductor laser element |
| DE102010046793B4 (en) | 2010-09-28 | 2024-05-08 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Edge-emitting semiconductor laser diode and method for its manufacture |
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