JPH04309281A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH04309281A JPH04309281A JP7526091A JP7526091A JPH04309281A JP H04309281 A JPH04309281 A JP H04309281A JP 7526091 A JP7526091 A JP 7526091A JP 7526091 A JP7526091 A JP 7526091A JP H04309281 A JPH04309281 A JP H04309281A
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 31
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 25
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- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims 1
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バーコードリーダー,
光ディスク等の光源に用いられる半導体レーザに関し、
特に発振波長680nm以下の可視光半導体レーザに関
する。
光ディスク等の光源に用いられる半導体レーザに関し、
特に発振波長680nm以下の可視光半導体レーザに関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは、光情報処理装置用の光
源として、利用されており、各種構造の半導体レーザが
提案されている。
源として、利用されており、各種構造の半導体レーザが
提案されている。
【0003】従来の可視レーザの一例として、電子情報
通信学会研究会資料OQE88−10,P65に報告さ
れている。
通信学会研究会資料OQE88−10,P65に報告さ
れている。
【0004】上記の従来例の構造を図5に示す。この半
導体レーザは、n−GaAs基板(1)上にn−(Al
Y Ga1−Y )0.5In0.5 Pクラッド層(
2),アンドープGa0.5 In0.5 P活性層(
3),P−(AlY Ga1−Y )0.5 In0.
5 Pクラッド層(4),n−GaAs電流ブロック層
(6)を順次積層し、n−GaAs電流ブロック層(6
)に真直な溝(7)を形成し、この上にp−GaAsコ
ンタクト層(8)を積層し、電極(9),(10)を形
成して半導体レーザが得られる。
導体レーザは、n−GaAs基板(1)上にn−(Al
Y Ga1−Y )0.5In0.5 Pクラッド層(
2),アンドープGa0.5 In0.5 P活性層(
3),P−(AlY Ga1−Y )0.5 In0.
5 Pクラッド層(4),n−GaAs電流ブロック層
(6)を順次積層し、n−GaAs電流ブロック層(6
)に真直な溝(7)を形成し、この上にp−GaAsコ
ンタクト層(8)を積層し、電極(9),(10)を形
成して半導体レーザが得られる。
【0005】従来例では、クラッド層組成y=0.7,
共振器長300μmにおいて、下記の表1のような特性
を有する。
共振器長300μmにおいて、下記の表1のような特性
を有する。
【0006】
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一般に、半導体レーザ
は、消費電力を少なくするため発振しきい電流が低いこ
とが要求され、光利用効率を高めるため垂直放射角と水
平放射角の比が1に、すなわち円形ビームに近い方が良
く、使用光出力範囲を広くするため光出力のキンクレベ
ルが高い方が良く、放熱設計に余裕をもたせるため最高
CW発振温度が高い方が良い。
は、消費電力を少なくするため発振しきい電流が低いこ
とが要求され、光利用効率を高めるため垂直放射角と水
平放射角の比が1に、すなわち円形ビームに近い方が良
く、使用光出力範囲を広くするため光出力のキンクレベ
ルが高い方が良く、放熱設計に余裕をもたせるため最高
CW発振温度が高い方が良い。
【0008】この従来の半導体レーザでは、発振しきい
電流の低減のため活性層厚とp−クラッド層厚を最適化
して65〜70mAの発振しきい電流を得ている。しか
し、表1に示すように活性層厚に対して、垂直放射角,
キンクレベル,最高CW発振温度が変化するため、従来
例の半導体レーザの特性は、実用上使い易い特性を持っ
ていないという問題点があった。
電流の低減のため活性層厚とp−クラッド層厚を最適化
して65〜70mAの発振しきい電流を得ている。しか
し、表1に示すように活性層厚に対して、垂直放射角,
キンクレベル,最高CW発振温度が変化するため、従来
例の半導体レーザの特性は、実用上使い易い特性を持っ
ていないという問題点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザは
、垂直放射角,キンクレベル,最高CW発振温度が、活
性層を中心に構成されるダブルヘテロ構造に関係するこ
とから、クラッド層に用いるAlGaInP型の結晶の
物性に注目し、n−クラッド層のバンドギャップをp−
クラッド層のバンドギャップより小さくし、非対称な屈
折率差を形成することにより、垂直放射角,キンクレベ
ルは、活性層厚0.06μmと同レベルの特性を、また
最高CW発振温度は、活性層厚0.1μmと同レベルの
特性を有する半導体レーザが得られる。
、垂直放射角,キンクレベル,最高CW発振温度が、活
性層を中心に構成されるダブルヘテロ構造に関係するこ
とから、クラッド層に用いるAlGaInP型の結晶の
物性に注目し、n−クラッド層のバンドギャップをp−
クラッド層のバンドギャップより小さくし、非対称な屈
折率差を形成することにより、垂直放射角,キンクレベ
ルは、活性層厚0.06μmと同レベルの特性を、また
最高CW発振温度は、活性層厚0.1μmと同レベルの
特性を有する半導体レーザが得られる。
【0010】
【実施例】次に、本発明について、図面を参照して説明
する。図1は本発明の実施例のレーザ断面図である。ま
ず、有機金属気相成長法(MO−VPE法)により、成
長圧力76Torr,成長温度660℃にて1回目の結
晶成長を行う。この1回目の気相成長により、n−Ga
As基板(100)面(1)上にn−GaAs中間層(
12)を厚さ0.3μm,キャリア濃度1×1018c
m−3,n−(Al0.58Ga0.42)0.5 I
n0.5 Pクラッド層(2)を厚さ1.0μm,キャ
リア濃度6×1017cm−3,発光領域となるアンド
ープGa0.5 In0.5 P活性層(3)を厚さ0
.07μm,p−(Al0.6 Ga0.4 )0.5
In0.5 Pクラッド層(4)を厚さ0.8μm,
キャリア濃度3〜5×1017cm−3,p−Ga0.
5 In0.5 P又は、p−Al0.6 Ga0.4
Asバッファ層(5)を厚さ0.1μm,キャリア濃
度1×1018cm−3,n−GaAs電流ブロック層
(6)を厚さ0.6μm,キャリア濃度3×1018c
m−3を順次積層する。ドーパントには、p型がZn、
n型がSiを用いる。
する。図1は本発明の実施例のレーザ断面図である。ま
ず、有機金属気相成長法(MO−VPE法)により、成
長圧力76Torr,成長温度660℃にて1回目の結
晶成長を行う。この1回目の気相成長により、n−Ga
As基板(100)面(1)上にn−GaAs中間層(
12)を厚さ0.3μm,キャリア濃度1×1018c
m−3,n−(Al0.58Ga0.42)0.5 I
n0.5 Pクラッド層(2)を厚さ1.0μm,キャ
リア濃度6×1017cm−3,発光領域となるアンド
ープGa0.5 In0.5 P活性層(3)を厚さ0
.07μm,p−(Al0.6 Ga0.4 )0.5
In0.5 Pクラッド層(4)を厚さ0.8μm,
キャリア濃度3〜5×1017cm−3,p−Ga0.
5 In0.5 P又は、p−Al0.6 Ga0.4
Asバッファ層(5)を厚さ0.1μm,キャリア濃
度1×1018cm−3,n−GaAs電流ブロック層
(6)を厚さ0.6μm,キャリア濃度3×1018c
m−3を順次積層する。ドーパントには、p型がZn、
n型がSiを用いる。
【0011】次に、フォトレジスト法により[0−11
]方向にp−バッファ層(5)に達するストライプ状の
溝(7)を形成する。この溝の幅は、p−バッファ層(
5)側で7μmとする。
]方向にp−バッファ層(5)に達するストライプ状の
溝(7)を形成する。この溝の幅は、p−バッファ層(
5)側で7μmとする。
【0012】続いて、2回目の結晶成長をMO−VPE
法により、常圧の成長圧力において、成長温度650℃
にて、p−GaAsコンタクト層(8)を厚さ4μm,
キャリア濃度2×1019cm−3を成長する。この後
、電極(9),(10)を形成して本発明に係る半導体
レーザが構成される。
法により、常圧の成長圧力において、成長温度650℃
にて、p−GaAsコンタクト層(8)を厚さ4μm,
キャリア濃度2×1019cm−3を成長する。この後
、電極(9),(10)を形成して本発明に係る半導体
レーザが構成される。
【0013】1回目の結晶成長条件の成長温度は、図2
に示すGaAs基板に格子整合するGaInPのバンド
ギャップの成長温度依存性において、バンドギャップが
極小となる温度以上で行なうものとする。このようなバ
ンドギャップの変化は、GaとInの配列の規則性によ
るものである。
に示すGaAs基板に格子整合するGaInPのバンド
ギャップの成長温度依存性において、バンドギャップが
極小となる温度以上で行なうものとする。このようなバ
ンドギャップの変化は、GaとInの配列の規則性によ
るものである。
【0014】本発明に係る結晶成長条件において(Al
Y Ga1−Y )0.5 In0.5 P結晶のバン
ドギャップは、Al組成yに対し、y=0.5〜0.6
の範囲では、y=0.01あたり5meV程度変化する
。また、p−クラッド層は、p型ドーパントによらず、
ドーピング量により結晶中の3族原子の配列状態が変化
し、バンドギャップの変化が生じる。AlGaInP系
の結晶では、ドーピングが高くなるとバンドギャップは
大きくなる。このようなことから、本実施例におけるp
−クラッド層とn−クラッド層のバンドギャップ差は、
30meV程度ある。
Y Ga1−Y )0.5 In0.5 P結晶のバン
ドギャップは、Al組成yに対し、y=0.5〜0.6
の範囲では、y=0.01あたり5meV程度変化する
。また、p−クラッド層は、p型ドーパントによらず、
ドーピング量により結晶中の3族原子の配列状態が変化
し、バンドギャップの変化が生じる。AlGaInP系
の結晶では、ドーピングが高くなるとバンドギャップは
大きくなる。このようなことから、本実施例におけるp
−クラッド層とn−クラッド層のバンドギャップ差は、
30meV程度ある。
【0015】
【発明の効果】以上、説明した実施例の構造を有する半
導体レーザの特性は、活性層厚0.07μm,共振器長
300μmにて、発振しきい電流70mA,垂直放射角
34°,キンクレベル9〜10mW,最高CW温度95
℃が得られた。
導体レーザの特性は、活性層厚0.07μm,共振器長
300μmにて、発振しきい電流70mA,垂直放射角
34°,キンクレベル9〜10mW,最高CW温度95
℃が得られた。
【0016】垂直放射角の改善は、p−クラッド層とn
−クラッド層のバンドギャップ差、すなわち、屈折率差
があるため、非対称導波路が構成されている。レーザ光
は、クラッド層に屈折率差があるため、p−クラッド層
よりもn−クラッド層に多く光がしみ出して、導波され
る。これにより、出射端面のレーザ光のニアフィールド
は、垂直方向に広がるため垂直放射角が小さくなり、図
3に示すように、従来例より約6°低減され34°にな
った。
−クラッド層のバンドギャップ差、すなわち、屈折率差
があるため、非対称導波路が構成されている。レーザ光
は、クラッド層に屈折率差があるため、p−クラッド層
よりもn−クラッド層に多く光がしみ出して、導波され
る。これにより、出射端面のレーザ光のニアフィールド
は、垂直方向に広がるため垂直放射角が小さくなり、図
3に示すように、従来例より約6°低減され34°にな
った。
【0017】キンクレベルの改善は、次のように説明で
きる。本発明のレーザは、利得導波型半導体レーザであ
るため、ストライプ部を中心とした光導波は、空間的ホ
ールバーニングという現象により維持されるが、これに
より生じた横方向屈折率差は、光出力の増加に伴い、プ
ラズマ効果による横方向屈折率差の減少をもたらし、横
モードのくずれ、すなわちキンクが発生する。横モード
の維持のため、活性層の光密度を低減すれば、キンク発
生光出力を高くすることが可能となる。従って、本発明
の半導体レーザは利得導波型であるため、横方向屈折率
差の操作は、電流注入窓口となる溝(7)の幅で、注入
電流の拡がりを操作すれば変わるが、発振しきい値への
影響が大きく困難であり、垂直方向の光閉じ込め低減す
るのが得策である。このため、クラッド層の屈折率差(
バンドギャップ)を非対称化すればキンクレベルの改善
ができ、実験の結果、図4の傾向が得られ、クラッド層
のバンドギャップ差25〜30meVでキンクレベルは
10mWと改善できた。
きる。本発明のレーザは、利得導波型半導体レーザであ
るため、ストライプ部を中心とした光導波は、空間的ホ
ールバーニングという現象により維持されるが、これに
より生じた横方向屈折率差は、光出力の増加に伴い、プ
ラズマ効果による横方向屈折率差の減少をもたらし、横
モードのくずれ、すなわちキンクが発生する。横モード
の維持のため、活性層の光密度を低減すれば、キンク発
生光出力を高くすることが可能となる。従って、本発明
の半導体レーザは利得導波型であるため、横方向屈折率
差の操作は、電流注入窓口となる溝(7)の幅で、注入
電流の拡がりを操作すれば変わるが、発振しきい値への
影響が大きく困難であり、垂直方向の光閉じ込め低減す
るのが得策である。このため、クラッド層の屈折率差(
バンドギャップ)を非対称化すればキンクレベルの改善
ができ、実験の結果、図4の傾向が得られ、クラッド層
のバンドギャップ差25〜30meVでキンクレベルは
10mWと改善できた。
【0018】また、本発明の半導体レーザの信頼性とし
ては、50℃,5mWの定光出力通電で2万時間以上の
推定寿命が得られている。
ては、50℃,5mWの定光出力通電で2万時間以上の
推定寿命が得られている。
【0019】上記のような特性は、図2に示すGaIn
Pのバンドギャップの成長温度依存性をもとに見た成長
温度として、620℃以上では得られるものの、620
℃以下では、満足な結果が得られなかった。これについ
ては、3族原子Al,Ga,Inの配列の規則性とドー
パントのZnとに関係すると考えられる。
Pのバンドギャップの成長温度依存性をもとに見た成長
温度として、620℃以上では得られるものの、620
℃以下では、満足な結果が得られなかった。これについ
ては、3族原子Al,Ga,Inの配列の規則性とドー
パントのZnとに関係すると考えられる。
【図1】本発明の半導体レーザの断面図。
【図2】GaInPのバンドギャップの成長温度依存性
を示す図。
を示す図。
【図3】垂直放射角の活性層厚依存性を示す図。
【図4】p−クラッド層とn−クラッド層のバンドギャ
ップ差とキンクレベルの関係を示す図。
ップ差とキンクレベルの関係を示す図。
【図5】従来型の半導体レーザの断面図。
1 n−GaAs基板
12 n−GaAs中間層
2 n−(AlY Ga1−Y )0.5 In
0.5 Pクラッド層(0.5≦y≦1) 3 アンドープGa0.5 In0.5 P活性
層4 p−(AlY Ga1−Y )0.5 I
n0.5 Pクラッド層 5 p−Ga0.5 In0.5 P又はp−A
lZ Ga1−Z Asバッファ層(0.4≦z≦1) 6 n−GaAs電流ブロック層7 溝 8 p−GaAsコンタクト層 9,10 電極
0.5 Pクラッド層(0.5≦y≦1) 3 アンドープGa0.5 In0.5 P活性
層4 p−(AlY Ga1−Y )0.5 I
n0.5 Pクラッド層 5 p−Ga0.5 In0.5 P又はp−A
lZ Ga1−Z Asバッファ層(0.4≦z≦1) 6 n−GaAs電流ブロック層7 溝 8 p−GaAsコンタクト層 9,10 電極
Claims (2)
- 【請求項1】 GaAs基板上に、発光領域となる(
AlX Ga1−X )0.5 In0.5 P(0≦
x≦0.2)活性層をこれよりもバンドギャップが大き
く、互いに導電性が異なる2つの(AlY Ga1−Y
)0.5 In0.5 P(0.5≦y≦1)クラッ
ド層ではさむダブルヘテロ構造を有し、前記クラッド層
に隣接して、前記クラッド層と同じ導電性のGa0.5
In0.5 P又はAlZ Ga1−Z As(0.
4≦z≦1)バッファ層を備え、前記バッファ層に隣接
して、バッファ層とは逆の導電性のGaAs層を備え、
前記GaAs層に真直な溝を有し、これに隣接し、前記
バッファ層と同じ導電性のGaAsコンタクト層を有す
る半導体レーザの前記2つのクラッド層において、n型
クラッド層のバンドギャップをp型クラッド層のバンド
ギャップよりも20meV以上小さくしたことを特徴と
する半導体レーザ。 - 【請求項2】 GaAs基板上に、(AlX Ga1
−X )0.5 In0.5 P(0≦x≦0.2)活
性層をこれよりもバンドギャップが大きく、互いに導電
性が異なる2つの(AlY Ga1−Y )0.5 I
n0.5 P(0.5≦y≦1)クラッド層で挟んだダ
ブルヘテロ構造、Ga0.5 In0.5 PまたはA
lZ Ga1−Z As(0.4≦z≦1)バッファ層
、GaAs電流ブロック層を、有機金属気相成長法によ
り、GaAs基板に格子整合するGaInPの成長温度
に依存するバンドギャップが極小となる温度以上の成長
温度にて順次積層する工程と、前記GaAs電流ブロッ
ク層に溝を形成する工程と、前記溝を埋めて前記GaA
s電流ブロック層上にGaAsコンタクト層を形成する
工程と、前記GaAsコンタクト層及びGaAs基板に
それぞれ電極を形成する工程とを少くとも備えたことを
特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3075260A JP2757578B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3075260A JP2757578B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04309281A true JPH04309281A (ja) | 1992-10-30 |
JP2757578B2 JP2757578B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=13571073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3075260A Expired - Fee Related JP2757578B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2757578B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06314850A (ja) * | 1993-03-03 | 1994-11-08 | Nec Corp | 半導体レーザ |
US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0258883A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
JPH0274088A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
JPH02116187A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-27 | Nec Corp | 半導体レーザ |
-
1991
- 1991-04-08 JP JP3075260A patent/JP2757578B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0258883A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
JPH0274088A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
JPH02116187A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-27 | Nec Corp | 半導体レーザ |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06314850A (ja) * | 1993-03-03 | 1994-11-08 | Nec Corp | 半導体レーザ |
US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2757578B2 (ja) | 1998-05-25 |
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