JPH0997944A - Semiconductor laser - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize transverse mode oscillation and to realize current with low threshold level and high light output by forming a current blocking layer with a chalcopyrite type compound semiconductor when an active layer and a clad layer are comprised of specific elements. SOLUTION: A P-type clad layer 2, that comprises a Zn1-a-b Cda Mgb S1-c Sec , (0<=a, b, c<=1, a+b<=1) that lattice matches with GaP, is laminated on a substrate 1 and an active layer 3, that comprises a Zn1-x-y Cdx Mgy S1-z Sez , (0<=x, y, z<=1, x+y<=1) that lattice matches with the GAP or with the lattice constant of larger than that of the GAP, is laminated on the P-type clad layer 2. A current blocking layer 5, that comprises the chalcopyrite type compound semiconductor, is formed on the active layer 3 through an n-type first clad layer 4. Therefore, the current with the low threshold level and the high light output with the stable transverse mode oscillation are obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体を用いた可視光短波長の半導体レーザ素子に関
し、特に横モードが安定で低電流動作が可能な半導体レ
ーザ素子の構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device using a II-VI group compound semiconductor and having a short wavelength of visible light, and more particularly to a structure of a semiconductor laser device having a stable transverse mode and capable of low current operation. is there.

【０００２】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

（従来例１）図８にＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅを用いた電
極ストライプ構造を持つｐｎ接合型青緑色レーザの例("
Blue-green laser diodes", M.A.Haase et.al, Appl. P
hys.Lett. 59 (1991) p.1272)を示す。同図において101
はｎ型ＧａＡｓ基板であり、102はｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層、103は高濃度Cl添加ｎ型ＺｎＳｅ層、104はCl添加
ｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層、105はCl添加ｎ型
ＺｎＳｅガイド層、106はＺｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ量子井戸
発光層、107はＮ添加ｐ型ＺｎＳｅガイド層、108はＮ添
加ｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層、109は高濃度Ｎ
添加ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、110はストライプ電極
形成用ポリイミド、111はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層109
上にＡｕを蒸着して形成した正電極で、112はＧａＡｓ
基板101上にＩｎを蒸着して形成した負電極である。こ
のレーザは、温度７７Ｋにおいて４９０ｎｍにピークを
持つレーザ発振が得られている。(Conventional Example 1) FIG. 8 shows an example of a pn junction type blue-green laser having an electrode stripe structure using ZnSe / ZnCdSe ("
Blue-green laser diodes ", MAHaase et.al, Appl. P
hys. Lett. 59 (1991) p.1272). In the figure, 101
Is an n-type GaAs substrate, 102 is an n-type GaAs buffer layer, 103 is a high-concentration Cl-added n-type ZnSe layer, 104 is a Cl-added n-type ZnS _0.07 Se _0.93 cladding layer, 105 is a Cl-added n-type ZnSe guide layer, 106 is a Zn _0.8 Cd _0.2 Se quantum well light emitting layer, 107 is an N-doped p-type ZnSe guide layer, 108 is an N-doped p-type ZnS _0.07 Se _0.93 clad layer, and 109 is a high concentration N
Addition p-type ZnSe contact layer, 110 is polyimide for stripe electrode formation, 111 is p-type ZnSe contact layer 109
112 is GaAs, which is a positive electrode formed by depositing Au on top.
It is a negative electrode formed by depositing In on the substrate 101. This laser has obtained laser oscillation having a peak at 490 nm at a temperature of 77K.

【０００３】（従来例２）図９にリッジ埋め込み型構造
を有するレーザ構造を示す("Blue-greenburied-ridge l
aser diodes", M.A.Haase et.al, 51st Device Researc
h Conference (1993)) 。同図において101はｎ型ＧａＡ
ｓ基板であり、103はCl添加ｎ型ＺｎＳｅ層、113はCl添
加ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、114はCl添加ｎ型Ｚ
ｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93ガイド層、106はＺｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ
量子井戸発光層、115はＮ添加ｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93
ガイド層、116はＮ添加ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層、109は高濃度Ｎ添加ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、111
はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層109上に形成した正電極、1
12はＧａＡｓ基板101上に形成した負電極、117は多結晶
ＺｎＳ埋め込み材料である。上記の構造を用いることで
単一横モード発振に成功している。(Prior Art 2) FIG. 9 shows a laser structure having a ridge-buried structure ("Blue-green buried-ridge l").
aser diodes ", MAHaase et.al, 51st Device Researc
h Conference (1993)). In the figure, 101 is n-type GaA
s substrate, 103 is a Cl-added n-type ZnSe layer, 113 is a Cl-added n-type ZnMgSSe cladding layer, and 114 is a Cl-added n-type Z
nS _0.07 Se _0.93 guide layer, 106 is Zn _0.8 Cd _0.2 Se
Quantum well light emitting layer, 115 is N-doped p-type ZnS _0.07 Se _0.93
A guide layer, 116 is an N-doped p-type ZnMgSSe cladding layer, 109 is a high-concentration N-doped p-type ZnSe contact layer, 111
Is a positive electrode formed on the p-type ZnSe contact layer 109, 1
Reference numeral 12 is a negative electrode formed on the GaAs substrate 101, and 117 is a polycrystalline ZnS filling material. Single transverse mode oscillation has been successfully achieved by using the above structure.

【０００４】（従来例３）図１０にリッジ埋め込み型構
造を有する第２のレーザ構造を示す("Pseudo-morphic S
CH blue-green diode lasers", D.C.Grillo et.al, 51s
t Device Research Conference (1993))。同図において
101はｎ型ＧａＡｓ基板であり、103はCl添加ｎ型ＺｎＳ
ｅ層、113はCl添加ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、118
はＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ多重量子井戸発光層、116
はＮ添加ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、109は高濃度
Ｎ添加ｐ型ＺｎＳｅ層、119は高濃度Ｎ添加ｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層、111はｐ型ＺｎＴｅコンタクト層119上
に形成した正電極、112はＧａＡｓ基板101上に形成した
負電極、121はＳｉＯ₂膜である。この構造の場合、埋め
込み材料としてポリイミドを用いていることを特徴とし
ており、リッジ埋め込み型構造の実現により単一横モー
ド発振に成功している。(Prior Art Example 3) FIG. 10 shows a second laser structure having a ridge-embedded structure ("Pseudo-morphic S").
CH blue-green diode lasers ", DCGrillo et.al, 51s
t Device Research Conference (1993)). In the figure
101 is an n-type GaAs substrate, 103 is Cl-added n-type ZnS
e layer, 113 is a Cl-added n-type ZnMgSSe clad layer, 118
Is a ZnCdSe / ZnSSe multiple quantum well emission layer, 116
Is an N-doped p-type ZnMgSSe clad layer, 109 is a high-concentration N-doped p-type ZnSe layer, and 119 is a high-concentration N-doped p-type ZnT
An e contact layer, 111 is a positive electrode formed on the p-type ZnTe contact layer 119, 112 is a negative electrode formed on the GaAs substrate 101, and 121 is a SiO ₂ film. This structure is characterized by using polyimide as a filling material, and succeeded in single transverse mode oscillation by realizing a ridge buried type structure.

【０００５】（従来例４）図１１にイオン注入による電
流狭窄レーザ構造を示す("ZnSe-based laser diodes on
p-GaAs with current confinement by nitrogen ion b
ombardment", Hayashi et.al, SSDM (1993))。同図にお
いて122はｐ型ＧａＡｓ基板であり、108はＮ添加ｐ型Ｚ
ｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層、107はＮ添加ｐ型ＺｎＳ
ｅガイド層、123はＺｎ_0.65Ｃｄ_0.35Ｓｅ量子井戸発光
層、105はCl添加ｎ型ＺｎＳｅガイド層、104はCl添加ｎ
型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層、102は高濃度Cl添加
ｎ型ＺｎＳｅコンタクト層、111は正電極、112は負電極
である。また、124はＮをイオン注入した高抵抗ＺｎＳ
ｅ電流ブロック層である。この構造によって、しきい値
電流が１／３に減少している。(Prior art example 4) FIG. 11 shows a current confinement laser structure by ion implantation ("ZnSe-based laser diodes on").
p-GaAs with current confinement by nitrogen ion b
ombardment ", Hayashi et.al, SSDM (1993)). In the figure, 122 is a p-type GaAs substrate and 108 is an N-doped p-type Z.
nS _0.07 Se _0.93 clad layer, 107 is N-doped p-type ZnS
e guide layer, 123 Zn _0.65 Cd _0.35 Se quantum well light emitting layer, 105 Cl-added n-type ZnSe guide layer 104, Cl-added n
ZnS _0.07 Se _0.93 cladding layer, 102 is a high-concentration Cl-added n-type ZnSe contact layer, 111 is a positive electrode, and 112 is a negative electrode. Further, 124 is a high resistance ZnS ion-implanted with N.
e current blocking layer. With this structure, the threshold current is reduced to 1/3.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例には、以下
に述べる諸課題があり、未だ低電流動作が可能な短波長
半導体レーザは実現されていない。The above-mentioned conventional example has the following problems, and a short wavelength semiconductor laser capable of low current operation has not been realized yet.

【０００７】従来例１の電極ストライプ構造の場合、注
入電流を増大することによってレーザ発振の横モードが
不安定となる。これは、注入電流の増大によって活性層
に注入されたキャリアが横方向に広がり、その結果、高
利得領域が広がって横モードが広がるためである。また
キャリア注入領域の屈折率は、キャリアの注入されない
領域の屈折率より小さくなり、光を実屈折率差で閉じ込
めて導波させることが困難となり、横モードの広がりや
高次の横モードでの発振を招く。したがって、電極スト
ライプ構造の場合、横モードが不安定となり電流−光出
力特性にキンクを生じるため、光磁気ディスクなどへの
応用が困難となる。In the case of the electrode stripe structure of Conventional Example 1, the transverse mode of laser oscillation becomes unstable by increasing the injection current. This is because the carriers injected into the active layer spread laterally due to the increase of the injection current, and as a result, the high gain region expands and the lateral mode expands. In addition, the refractive index of the carrier injection region becomes smaller than the refractive index of the region where carriers are not injected, making it difficult to confine light with the actual refractive index difference and to guide it. Cause oscillation. Therefore, in the case of the electrode stripe structure, the transverse mode becomes unstable and the current-light output characteristic is kinked, which makes it difficult to apply it to a magneto-optical disk or the like.

【０００８】このような電極ストライプ構造の有する問
題点を解決する方法として、従来例２および３で述べた
リッジ埋め込み型構造が挙げられる。しかしながら、従
来例２に示したように多結晶ＺｎＳを埋め込み材料とし
て用いた場合、高抵抗多結晶ＺｎＳを再現性良く得るこ
とが困難であり、熱伝導率が低いことから素子温度の上
昇を引き起こし易いために高出力・長寿命の素子が得ら
れにくいという問題を有している。また、従来例３のよ
うにポリイミドを用いたリッジ型素子構造の場合、ポリ
イミドの重合温度が４５０℃以上と素子の成長温度より
も高いため、構成元素あるいはドーパントの拡散によっ
て素子特性が悪化するという問題を有している。さら
に、従来例２および３の場合、リアルガイド型電流狭窄
構造となり、発振の制御が困難となる。As a method for solving the problems of such an electrode stripe structure, there is a ridge-buried type structure described in the conventional examples 2 and 3. However, as shown in Conventional Example 2, when polycrystalline ZnS is used as an embedding material, it is difficult to obtain highly resistive polycrystalline ZnS with good reproducibility, and the low thermal conductivity causes an increase in element temperature. It has a problem that it is difficult to obtain a device with high output and long life because it is easy. Further, in the case of the ridge type element structure using polyimide as in Conventional Example 3, since the polymerization temperature of polyimide is 450 ° C. or higher, which is higher than the growth temperature of the element, element characteristics are deteriorated due to diffusion of constituent elements or dopants. I have a problem. Furthermore, in the case of the conventional examples 2 and 3, the real guide type current constriction structure is formed, which makes it difficult to control oscillation.

【０００９】さらに、従来例４のようにイオン注入を行
った場合、イオン注入した部分とそうでない部分の界面
に欠陥ができ、界面でのキャリアの再結合が大きくな
り、発光層への電流の注入効率が悪化する。Further, when the ion implantation is performed as in the conventional example 4, defects occur at the interface between the ion-implanted portion and the non-ion-implanted portion, the recombination of carriers at the interface becomes large, and the current to the light emitting layer is increased. Injection efficiency deteriorates.

【００１０】本発明は、以上で述べた問題の生じない新
規な電流狭窄構造を提案し、横モード発振が安定で低し
きい値電流・高光出力を有する可視光短波長の半導体レ
ーザ素子を提供することを目的としている。The present invention proposes a novel current confinement structure which does not cause the above-mentioned problems, and provides a semiconductor laser device of visible light short wavelength having stable lateral mode oscillation, low threshold current and high optical output. The purpose is to do.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項１による半導体レ
ーザは、基板上に、少なくとも、活性層と、該活性層を
挟む上下クラッド層と、上下どちらか一方のクラッド層
の内部にストライプ状の溝部を有した電流ブロック層と
を備えた半導体レーザにおいて、前記活性層がＺｎ
_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_1-zＳｅ_z（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ
＋ｙ≦１）からなり、前記クラッド層がＺｎ_1-a-bＣｄ_a
Ｍｇ_bＳ_1-cＳｅ_c（０≦ａ，ｂ，ｃ≦１、ａ＋ｂ≦１）
からなるとき、前記電流ブロック層はカルコパイライト
型化合物半導体からなることを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser having a stripe shape on a substrate, at least an active layer, upper and lower clad layers sandwiching the active layer, and one of upper and lower clad layers. In a semiconductor laser having a current blocking layer having a groove, the active layer is Zn
_{1-xy Cd x Mg y S} 1-z Se z (0 ≦ x, y, z ≦ 1, x
+ Y ≦ 1), and the cladding layer is Zn _1-ab Cd _a
Mg _b S _1-c Se _c (0 ≦ a, b, c ≦ 1, a + b ≦ 1)
And the current blocking layer is made of chalcopyrite type compound semiconductor.

【００１２】請求項２による半導体レーザは、前記電流
ブロック層が、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族カルコパイライト型
化合物半導体であることを特徴とするものである。A semiconductor laser according to a second aspect is characterized in that the current blocking layer is a group I-III-VI chalcopyrite type compound semiconductor.

【００１３】請求項３による半導体レーザは、前記基板
がＧａＰ単結晶であり、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族カルコ
パイライト型化合物半導体がＣｕＡｌＳＳｅであること
を特徴とするものである。A semiconductor laser according to a third aspect of the present invention is characterized in that the substrate is a GaP single crystal and the I-III-VI group chalcopyrite type compound semiconductor is CuAlSSe.

【００１４】請求項４による半導体レーザは、前記基板
がＧａＡｓ単結晶であり、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族カル
コパイライト型化合物半導体がＣｕＩｎＳＳｅであるこ
とを特徴とするものである。A semiconductor laser according to a fourth aspect is characterized in that the substrate is a GaAs single crystal and the I-III-VI group chalcopyrite type compound semiconductor is CuInSSe.

【００１５】請求項５による半導体レーザは、前記電流
ブロック層が、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族カルコパイライト型化
合物半導体であることを特徴とするものである。A semiconductor laser according to a fifth aspect is characterized in that the current blocking layer is a II-IV-V group chalcopyrite type compound semiconductor.

【００１６】請求項６による半導体レーザは、前記基板
がＧａＰ単結晶であり、前記ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族カルコパ
イライト型化合物半導体がＺｎＧｅＰ₂であることを特
徴とするものである。A semiconductor laser according to a sixth aspect is characterized in that the substrate is a GaP single crystal and the II-IV-V group chalcopyrite type compound semiconductor is ZnGeP ₂ .

【００１７】請求項７による半導体レーザは、前記基板
がＧａＡｓ単結晶であり、前記ＩＩ−ＩＶ−Ｖカルコパ
イライト型化合物半導体がＺｎＣｄＳｉＰ₂であること
を特徴とするものである。A semiconductor laser according to a seventh aspect is characterized in that the substrate is a GaAs single crystal and the II-IV-V chalcopyrite type compound semiconductor is ZnCdSiP ₂ .

【００１８】本発明によれば、横モード発振が安定で低
しきい値電流・高光出力を有する可視光短波長の半導体
レーザ素子を提供することが可能となる。According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device having a stable visible mode oscillation, a low threshold current and a high optical output and a short wavelength visible light.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を示す。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【００２０】（第１実施例）図１に本発明の第１実施例
の半導体レーザ素子の断面図を示す。図１において１は
ｐ型ＧａＰ基板であり、基板１上にＧａＰと格子整合す
るＺｎＭｇＳＳｅからなるｐ型クラッド層２、そしてク
ラッド層２の上にＧａＰと格子整合あるいはＧａＰより
も大きな格子定数を有するＺｎＭｇＣｄＳＳｅ活性層３
が形成されている。さらに活性層３の上に引き続いて、
ＧａＰと格子整合するｎ型第１クラッド層４、ｐ型Ｃｕ
ＡｌＳＳｅ電流ブロック層５が形成され、さらにＺｎＭ
ｇＳＳｅからなるｎ型第２クラッド層６、高濃度ｎ型コ
ンタクト層７が形成されている。クラッド層の組成とし
てはＺｎ_0.9Ｍｇ_0.1Ｓ_0.9Ｓｅ_0.1、活性層の組成として
はＺｎＳ_0.8Ｓｅ_0.2が挙げられるが、必ずしもこの組成
に限定されず、例えばＺｎ_1-aＭｇ_aＳ_1-bＳｅ_bと表した
時、０＜ａ，ｂ＜１であれば、即ち、Ｚｎ＋ＭｇとＳ＋
Ｓｅの比が１：１であればＺｎとＭｇ、ＳとＳｅの比は
どのように選んでも良い。同様に、Ｚｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ
_yＳ_1-zＳｅ_zと表した時、０＜ｘ，ｙ，ｚ＜１、ｘ＋ｙ
＜１であれば良い。(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a p-type GaP substrate, a p-type clad layer 2 made of ZnMgSSe lattice-matched with GaP on the substrate 1, and a lattice-matching with GaP or a lattice constant larger than GaP on the clad layer 2. ZnMgCdSSe active layer 3
Are formed. Further on the active layer 3,
N-type first clad layer 4 lattice-matched with GaP, p-type Cu
The AlSSe current blocking layer 5 is formed, and ZnM
An n-type second cladding layer 6 made of gSSe and a high-concentration n-type contact layer 7 are formed. The composition of the clad layer may be Zn _0.9 Mg _0.1 S _0.9 Se _0.1 , and the composition of the active layer may be ZnS _0.8 Se _0.2. However, the composition is not necessarily limited to this composition. For example, Zn _1-a Mg _a S _1-b Se _When expressed as b, if 0 <a and b <1, that is, Zn + Mg and S +
If the ratio of Se is 1: 1, the ratio of Zn to Mg and the ratio of S to Se may be selected arbitrarily. Similarly, Zn _1-xy Cd _x Mg
_When expressed as _y S _1-z Se _z , 0 <x, y, z <1, x + y
<1 is sufficient.

【００２１】上記半導体レーザ構造は、以下に述べる方
法で作製した。まず図２（ａ）のようにｐ型ＣｕＡｌＳ
Ｓｅ電流ブロック層５の上に、ＣＶＤ法によってＳｉＯ
₂膜８を堆積する。続いてフォトリソグラフィーとエッ
チングによってストライプ状にＳｉＯ₂膜８をエッチン
グし（図２（ｂ））、これをマスクにしてｎ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層の深さまでをＳＢＷ系のエッチング液
（飽和臭素水(SBW):臭化水素酸(HBr):水(H₂O)＝1:10:1
0）によって除去する（図２（ｃ））。次に、除去した
部分にＧａＰと格子整合したＺｎＭｇＳＳｅからなるｎ
型第２クラッド層６、高濃度ｎ型コンタクト層７を成長
し、正・負電極９、１０を形成する（図２（ｄ））。The above semiconductor laser structure was produced by the method described below. First, as shown in FIG. 2A, p-type CuAlS
SiO is formed on the Se current blocking layer 5 by the CVD method.
₂ Deposit the film 8. Subsequently, the SiO ₂ film 8 is etched into stripes by photolithography and etching (FIG. 2B), and using this as a mask, n-type ZnMg
An SBW-based etching solution (saturated bromine water (SBW): hydrobromic acid (HBr): water (H ₂ O) = 1: 10: 1 up to the depth of the SSe clad layer.
0) to remove (FIG. 2 (c)). Next, n made of ZnMgSSe lattice-matched with GaP is applied to the removed portion.
The type second clad layer 6 and the high-concentration n-type contact layer 7 are grown to form the positive and negative electrodes 9 and 10 (FIG. 2D).

【００２２】上記の半導体レーザを評価したところ、安
定した単一横モード発振が確認され、またそのしきい値
電流密度は、同一素子構造を用いた電極ストライプ構造
のしきい値電流密度の約１／３の５００Ａ／ｃｍ² とな
っていた。When the above semiconductor laser was evaluated, stable single transverse mode oscillation was confirmed, and its threshold current density was about 1 of the threshold current density of the electrode stripe structure using the same element structure. It was 500 A / cm ^{2 of} / 3.

【００２３】なお、上記実施例では、ＧａＰに格子整合
するＣｕＡｌＳＳｅの場合を示したが、電流阻止層用カ
ルコパイライト半導体としては、この組成に限定され
ず、図３におけるＧａＰに格子整合した、ＣｕＡｌＧａ
ＳＳｅ等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ₂族化合物が挙げられる。In the above-mentioned embodiment, the case of CuAlSSe lattice-matched to GaP is shown. However, the chalcopyrite semiconductor for the current blocking layer is not limited to this composition, and CuAlGa lattice-matched to GaP in FIG. 3 is used.
I-III-VI ₂ group compounds such as SSe can be mentioned.

【００２４】（第２実施例）図４に本発明の第２の実施
例の半導体レーザ素子の断面図を示す。図４において１
１はｎ型ＧａＡｓ基板であり、基板１１上にＧａＡｓと
格子整合するＺｎＭｇＳＳｅからなるｎ型クラッド層１
２、そしてクラッド層１２の上にＧａＡｓと格子整合あ
るいはＧａＡｓよりも大きな格子定数を有するＺｎＭｇ
ＣｄＳＳｅ活性層１３が形成されている。さらに活性層
１３の上に引き続いて、ＧａＡｓと格子整合するＺｎＭ
ｇＳＳｅからなるｐ型第１クラッド層１４、ｎ型ＣｕＩ
ｎＳ_1.2Ｓｅ_0.8電流ブロック層１５、ＧａＡｓと格子整
合するＺｎＭｇＳＳｅからなるｐ型第２クラッド層１
６、高濃度ｐ型コンタクト層１７が形成されている。ク
ラッド層の組成としてはＺｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ
_0.82、活性層の組成としてＺｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅが挙げら
れるが、必ずしもこの組成に限定されないことは第１実
施例と同じである。レーザ構造作製法は、第１実施例と
同様である。正・負電極９、１０を形成後、素子特性を
評価した。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention. In FIG.
Reference numeral 1 denotes an n-type GaAs substrate, and an n-type clad layer 1 made of ZnMgSSe lattice-matched with GaAs on the substrate 11.
2, and ZnMg having a lattice match with GaAs or a lattice constant larger than that of GaAs on the cladding layer 12.
The CdSSe active layer 13 is formed. Further on the active layer 13, ZnM lattice-matched with GaAs
p-type first cladding layer 14 made of gSSe, n-type CuI
nS _1.2 Se _0.8 current blocking layer 15, p-type second cladding layer 1 made of ZnMgSSe lattice-matched with GaAs
6. A high concentration p-type contact layer 17 is formed. The composition of the clad layer is Zn _0.87 Mg _0.13 S _0.18 Se
_{Although 0.82} and Zn _0.8 Cd _0.2 Se are mentioned as the composition of the active layer, the composition is not necessarily limited to this, as in the first embodiment. The laser structure manufacturing method is the same as in the first embodiment. After forming the positive and negative electrodes 9 and 10, the device characteristics were evaluated.

【００２５】上記の半導体レーザを評価したところ、安
定した単一横モード発振をしていることが確認され、ま
たそのしきい値電流密度は、同一素子構造を用いた電極
ストライプ構造のしきい値電流密度の約１／２の３００
Ａ／ｃｍ² となっていた。When the above semiconductor laser was evaluated, it was confirmed that stable single transverse mode oscillation was observed, and the threshold current density was determined by the threshold value of the electrode stripe structure using the same element structure. 300 which is about 1/2 of the current density
It was A / cm ² .

【００２６】なお、上記実施例では、ＧａＡｓに格子整
合するＣｕＩｎＳＳｅの場合を示したが、電流ブロック
層用カルコパイライト半導体としては、この組成に限定
されず、図３におけるＧａＡｓに格子整合した、ＣｕＧ
ａＩｎＳＳｅ，ＣｕＡｌＧａＳｅＴｅ等のＩ−ＩＩＩ−
ＶＩ₂族化合物が挙げられる。In the above embodiment, the case of CuInSSe lattice-matched to GaAs was shown, but the chalcopyrite semiconductor for the current block layer is not limited to this composition, and CuG lattice-matched to GaAs in FIG. 3 is used.
I-III- such as aInSSe, CuAlGaSeTe
VI ₂ group compounds may be mentioned.

【００２７】（第３実施例）図５に本発明の第３実施例
の半導体レーザ素子の断面図を示す。図５において１は
ｐ型ＧａＰ基板であり、基板１上にＧａＰと格子整合す
るＺｎＭｇＳＳｅからなるｐ型クラッド層２、そしてク
ラッド層２の上にＧａＰと格子整合あるいはＧａＰより
も大きな格子定数を有するＺｎＭｇＣｄＳＳｅ活性層３
が形成されている。さらに活性層３の上に引き続いて、
ＧａＰと格子整合するｎ型第１クラッド層４、ｐ型Ｚｎ
ＧｅＰ₂電流ブロック層２５が形成され、さらにＺｎＭ
ｇＳＳｅからなるｎ型第２クラッド層６、高濃度ｎ型コ
ンタクト層７が形成されている。クラッド層の組成とし
てはＺｎ_0.9Ｍｇ_0.1Ｓ_0.9Ｓｅ_0.1、活性層の組成として
はＺｎＳ_0.8Ｓｅ_0.2が挙げられるが、必ずしもこの組成
に限定されない。これは上記２例と同じである。レーザ
構造作製法は、第１実施例と同様であり、正・負電極
９、１０を形成後、素子特性を評価した。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a sectional view of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a p-type GaP substrate, a p-type cladding layer 2 made of ZnMgSSe lattice-matched with GaP on the substrate 1, and a lattice-matching with GaP or a lattice constant larger than GaP on the cladding layer 2. ZnMgCdSSe active layer 3
Are formed. Further on the active layer 3,
N-type first clad layer 4 lattice-matched with GaP, p-type Zn
The GeP ₂ current blocking layer 25 is formed, and ZnM
An n-type second cladding layer 6 made of gSSe and a high-concentration n-type contact layer 7 are formed. Although the composition of the clad layer includes Zn _0.9 Mg _0.1 S _0.9 Se _0.1 and the composition of the active layer includes ZnS _0.8 Se _0.2 , the composition is not limited to this. This is the same as the above two examples. The laser structure manufacturing method was the same as that of the first embodiment, and after forming the positive and negative electrodes 9 and 10, the device characteristics were evaluated.

【００２８】上記の半導体レーザを評価したところ、安
定な単一横モード発振が確認され、またそのしきい値電
流密度は、同一素子構造を用いた電極ストライプ構造の
しきい値電流密度の約１／３の５００Ａ／ｃｍ² となっ
ていた。When the above semiconductor laser was evaluated, stable single transverse mode oscillation was confirmed, and its threshold current density was about 1 of the threshold current density of the electrode stripe structure using the same element structure. It was 500 A / cm ^{2 of} / 3.

【００２９】なお、上記実施例では、ＧａＰに格子整合
するＺｎＧｅＰ₂の場合を示したが、電流ブロック層用
カルコパイライト半導体としては、この組成に限定され
ず、図６におけるＧａＰに格子整合した、ＺｎＣｄＳｉ
Ｐ₂，ＺｎＳｉＰＡｓ等の４元、ＺｎＣｄＳｉＧｅＰ₂等
の５元のＩＩ−ＩＶ−Ｖ₂族化合物が挙げられる。In the above-mentioned embodiment, the case of ZnGeP ₂ lattice-matched to GaP is shown, but the chalcopyrite semiconductor for the current block layer is not limited to this composition and lattice-matched to GaP in FIG. ZnCdSi
Examples include quaternary II-IV-V ₂ compounds such as P ₂ and ZnSiPAs, and pentan such as ZnCdSiGeP ₂ .

【００３０】（第４実施例）図７に本発明の第４の実施
例の半導体レーザ素子の断面図を示す。図７において１
１はｎ型ＧａＡｓ基板であり、基板１１上にＧａＡｓと
格子整合するＺｎＭｇＳＳｅからなるｎ型クラッド層１
２、そしてクラッド層１２の上にＧａＡｓと格子整合あ
るいはＧａＡｓよりも大きな格子定数を有するＺｎＭｇ
ＣｄＳＳｅ活性層１３が形成されている。さらに活性層
１３の上に引き続いて、ＧａＡｓと格子整合するＺｎＭ
ｇＳＳｅからなるｐ型第１クラッド層１４、ｎ型Ｚｎ
_0.2Ｃｄ_0.8ＳｉＰ₂電流ブロック層３５、ＧａＡｓと格
子整合するＺｎＭｇＳＳｅからなるｐ型第２クラッド層
１６、高濃度ｐ型コンタクト層１７が形成されている。
クラッド層の組成としてはＺｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ
_0.82、活性層の組成としてＺｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅが挙げら
れるが、必ずしもこの組成に限定されない。このことも
上記３例と同じである。レーザ構造作製法は、第１実施
例と同様である。正・負電極９、１０を形成後、素子特
性を評価した。(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a sectional view of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, 1
Reference numeral 1 denotes an n-type GaAs substrate, and an n-type clad layer 1 made of ZnMgSSe lattice-matched with GaAs on the substrate 11.
2, and ZnMg having a lattice match with GaAs or a lattice constant larger than that of GaAs on the cladding layer 12.
The CdSSe active layer 13 is formed. Further on the active layer 13, ZnM lattice-matched with GaAs
p-type first cladding layer 14 made of gSSe, n-type Zn
_{A 0.2} Cd _0.8 SiP ₂ current blocking layer 35, a p-type second cladding layer 16 made of ZnMgSSe lattice-matched with GaAs, and a high-concentration p-type contact layer 17 are formed.
The composition of the clad layer is Zn _0.87 Mg _0.13 S _0.18 Se
_0.82 and Zn _0.8 Cd _0.2 Se can be mentioned as the composition of the active layer, but the composition is not necessarily limited to this. This is also the same as the above three examples. The laser structure manufacturing method is the same as in the first embodiment. After forming the positive and negative electrodes 9 and 10, the device characteristics were evaluated.

【００３１】上記の半導体レーザを評価したところ、単
一横モード発振していることが確認され、またそのしき
い値電流密度は、同一素子構造を用いた電極ストライプ
構造のしきい値電流密度の約１／２の３００Ａ／ｃｍ²
となっていた。When the above semiconductor laser was evaluated, it was confirmed that a single transverse mode oscillation was generated, and its threshold current density was determined by the threshold current density of the electrode stripe structure using the same element structure. About 1/2 of 300 A / cm ²
It was.

【００３２】なお、上記実施例では、ＧａＡｓに格子整
合するＺｎＣｄＳｉＰ₂の場合を示したが、電流ブロッ
ク層用カルコパイライト半導体としては、この組成に限
定されず、図６におけるＧａＡｓに格子整合した、Ｚｎ
ＳｉＧｅＡｓ₂，ＺｎＣｄＳｉＰ₂等の４元、ＺｎＣｄＳ
ｉＧｅＡｓ₂等の５元のＩＩ−ＩＶ−Ｖ₂族化合物が挙げ
られる。In the above embodiment, the case of ZnCdSiP ₂ lattice-matched to GaAs is shown, but the chalcopyrite semiconductor for the current block layer is not limited to this composition, and lattice-matched to GaAs in FIG. Zn
Quaternary elements such as SiGeAs ₂ and ZnCdSiP ₂ , ZnCdS
Examples include quaternary II-IV-V ₂ group compounds such as iGeAs ₂ .

【００３３】[0033]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によって、
従来の電極ストライプ構造でも問題であった横モードの
安定化が可能となり、さらに従来よりも低いしきい値電
流でのレーザ発振、高光出力が可能となった。As described above, according to the present invention,
It was possible to stabilize the transverse mode, which was a problem even with the conventional electrode stripe structure, and it became possible to achieve laser oscillation with a lower threshold current and higher optical output than before.

【００３４】このことは図３及び図６にそれぞれ示した
Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ₂族化合物半導体及びＩＩ−ＩＶ−Ｖ₂
族化合物半導体の格子定数とバンドギャップの関係から
も明らかなようにＧａＰ，ＧａＡｓに格子整合した材料
を容易に見いだすことができ、なおかつそのバンドギャ
ップを活性層のそれよりも小さくすることが容易である
ためであると考えられる。This is because I-III-VI ₂ group compound semiconductors and II-IV-V ₂ shown in FIGS. 3 and 6, respectively.
As is clear from the relationship between the lattice constant of the group compound semiconductor and the band gap, a material lattice-matched to GaP or GaAs can be easily found, and the band gap can be easily made smaller than that of the active layer. It is thought to be because there is.

【００３５】また、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ₂族化合物半導体
及びＩＩ−ＩＶ−Ｖ₂族化合物半導体のいずれもＭＢＥ
法、ＭＯＣＶＤ法のいずれによってもｐ，ｎ制御が容易
であり、成長も容易であることが、安定な横モード低し
きい値電流の短波長半導体レーザが実現した原因と考え
られる。 _{Both the} group I-III-VI ₂ compound semiconductor and the group II-IV-V ₂ compound semiconductor are MBE.
It is considered that the p- and n-controls are easy and the growth is easy by both the MOCVD method and the MOCVD method, which is the reason why a stable short-wavelength semiconductor laser with a low lateral threshold current is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】第１実施例のレーザ構造図である。FIG. 1 is a laser structure diagram of a first embodiment.

【図２】第１実施例のレーザ構造の作製プロセスを示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the laser structure of the first embodiment.

【図３】カルコパイライト型Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ₂族化合
物半導体の格子定数とバンドギャップの関係図である。FIG. 3 is a relationship diagram between a lattice constant and a band gap of a chalcopyrite type I-III-VI ₂ group compound semiconductor.

【図４】第２実施例のレーザ構造図である。FIG. 4 is a laser structure diagram of a second embodiment.

【図５】第３実施例のレーザ構造図である。FIG. 5 is a laser structure diagram of a third embodiment.

【図６】カルコパイライト型ＩＩ−ＩＶ−Ｖ₂族化合物
半導体の格子定数とバンドギャップの関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between a lattice constant and a band gap of a chalcopyrite type II-IV-V ₂ group compound semiconductor.

【図７】第４実施例のレーザ構造図である。FIG. 7 is a laser structure diagram of a fourth embodiment.

【図８】従来例１のレーザ構造図である。FIG. 8 is a laser structure diagram of Conventional Example 1.

【図９】従来例２のレーザ構造図である。FIG. 9 is a laser structure diagram of Conventional Example 2.

【図１０】従来例３のレーザ構造図である。FIG. 10 is a laser structure diagram of Conventional Example 3.

【図１１】従来例４のレーザ構造図である。FIG. 11 is a laser structure diagram of Conventional Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ｐ型ＧａＰ基板 ２ ｐ型Ｚｎ_0.9Ｍｇ_0.1Ｓ_0.9Ｓｅ_0.1クラッド層 ３ ＺｎＳ_0.8Ｓｅ_0.2活性層 ４ ｎ型Ｚｎ_0.9Ｍｇ_0.1Ｓ_0.9Ｓｅ_0.1第１クラッド層 ５ ｐ型ＣｕＡｌＳ_1.07Ｓｅ_0.93電流ブロック層 ６ ｎ型Ｚｎ_0.9Ｍｇ_0.1Ｓ_0.9Ｓｅ_0.1第２クラッド層 ７ 高濃度ｎ型コンタクト層 ８ ＳｉＯ₂膜 ９ 正電極 １０負電極 １１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １２ ｎ型Ｚｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ_0.82クラッド層 １３ Ｚｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ活性層 １４ ｐ型Ｚｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ_0.82第１クラッ
ド層 １５ ｎ型ＣｕＩｎＳ_1.2Ｓｅ_0.8電流ブロック層 １６ ｐ型Ｚｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ_0.82第２クラッ
ド層 １７ 高濃度ｐ型コンタクト層 ２５ ｐ型ＺｎＧｅＰ₂電流ブロック層 ３５ ｎ型Ｚｎ_0.2Ｃｄ_0.8ＳｉＰ₂電流ブロック層 １０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １０３ 高濃度Ｃｌ添加ｎ型ＺｎＳｅ層 １０４ Ｃｌ添加ｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層 １０５ Ｃｌ添加ｎ型ＺｎＳｅガイド層 １０６ Ｚｎ_0.8Ｃｄ_0.2Ｓｅ活性層 １０７ Ｎ添加ｐ型ＺｎＳｅガイド層 １０８ Ｎ添加ｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層 １０９ 高濃度Ｎ添加ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 １１０ ポリイミド膜 １１１ 正電極 １１２ 負電極 １１３ Ｃｌ添加ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 １１４ Ｃｌ添加ｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93ガイド層 １１５ Ｎ添加ｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93ガイド層 １１６ Ｎ添加ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 １１７ 多結晶ＺｎＳ埋め込み層 １１８ ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ多重量子井戸発光層 １１９ 高濃度Ｎ添加ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層 １２０ ポリイミド埋め込み材料 １２１ ＳｉＯ₂膜 １２２ ｐ型ＧａＡｓ基板 １２３ Ｚｎ_0.65Ｃｄ_0.35Ｓｅ量子井戸発光層 １２４ Ｎをイオン注入した高抵抗ＺｎＳｅ電流狭窄層1 p-type GaP substrate 2 p-type Zn _0.9 Mg _0.1 S _0.9 Se _0.1 clad layer 3 ZnS _0.8 Se _0.2 active layer 4 n-type Zn _0.9 Mg _0.1 S _0.9 Se _0.1 first clad layer 5 p-type CuAlS _1.07 Se _0.93 current blocking layer 6 n-type Zn _0.9 Mg _0.1 S _0.9 Se _0.1 second cladding layer 7 high-concentration n-type contact layer 8 SiO ₂ film 9 positive electrode 10 negative electrode 11 n-type GaAs substrate 12 n-type Zn _0.87 Mg _0.13 S _0.18 Se _0.82 cladding layer 13 Zn _0.8 Cd _0.2 Se active layer 14 p-type Zn _0.87 Mg _0.13 S _0.18 Se _0.82 first cladding layer 15 n-type CuInS _1.2 Se _0.8 current blocking layer 16 p-type Zn _0.87 Mg _0.13 S _0.18 Se _0.82 second cladding layer 17 high Concentration p-type contact layer 25 p-type ZnGeP ₂ current blocking layer 35 n-type Zn _0.2 Cd _0.8 SiP ₂ current blocking layer 101 n-type GaAs substrate 10 2 n-type GaAs buffer layer 103 high-concentration Cl-added n-type ZnSe layer 104 Cl-added n-type ZnS _0.07 Se _0.93 clad layer 105 Cl-added n-type ZnSe guide layer 106 Zn _0.8 Cd _0.2 Se active layer 107 N-added p-type ZnSe guide layer 108 N-doped p-type ZnS _0.07 Se _0.93 cladding layer 109 High-concentration N-doped p-type ZnSe contact layer 110 Polyimide film 111 Positive electrode 112 Negative electrode 113 Cl-added n-type ZnMgSSe cladding layer 114 Cl-added n-type ZnS _0.07 Se _0.93 guide layer 115 N doped p-type ZnS _0.07 Se _0.93 guiding layer 116 N doped p-type ZnMgSSe cladding layer 117 polycrystalline ZnS burying layer 118 ZnCdSe / ZnSSe multiple quantum well light emitting layer 119 the high concentration N doped p-type ZnTe contact layer 120 of polyimide burying material 21 SiO ₂ film 122 p-type high-resistance ZnSe current confinement layer to GaAs substrate 123 Zn _0.65 Cd _0.35 Se quantum well active layer 124 N ion-implanted

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 基板上に、少なくとも、活性層と、該活
性層を挟む上下クラッド層と、上下どちらか一方のクラ
ッド層の内部にストライプ状の溝部を有した電流ブロッ
ク層とを備えた半導体レーザにおいて、 前記活性層がＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_1-zＳｅ_z（０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなり、前記クラッド
層がＺｎ_1-a-bＣｄ_aＭｇ_bＳ_1-cＳｅ_c（０≦ａ，ｂ，ｃ
≦１、ａ＋ｂ≦１）からなるとき、 前記電流ブロック層はカルコパイライト型化合物半導体
からなることを特徴とする半導体レーザ。1. A semiconductor comprising, on a substrate, at least an active layer, upper and lower clad layers sandwiching the active layer, and a current block layer having a stripe-shaped groove inside either one of the upper and lower clad layers. in the laser, the active layer is _{Zn 1-xy Cd x Mg y} S 1-z Se z (0 ≦
x, y, z ≦ 1, x + y ≦ 1), and the cladding layer is Zn _1-ab Cd _a Mg _b S _1-c Se _c (0 ≦ a, b, c
≦ 1, a + b ≦ 1), the current blocking layer is made of a chalcopyrite type compound semiconductor. 【請求項２】 前記電流ブロック層は、Ｉ−ＩＩＩ−Ｖ
Ｉ族カルコパイライト型化合物半導体であることを特徴
とする請求項１に記載の半導体レーザ。2. The current blocking layer comprises I-III-V
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is a group I chalcopyrite type compound semiconductor. 【請求項３】 前記基板がＧａＰ単結晶であり、前記Ｉ
−ＩＩＩ−ＶＩ族カルコパイライト型化合物半導体がＣ
ｕＡｌＳＳｅであることを特徴とする請求項２に記載の
半導体レーザ。3. The substrate is a GaP single crystal, and the I
-III-VI group chalcopyrite type compound semiconductor is C
The semiconductor laser according to claim 2, which is uAlSSe. 【請求項４】 前記基板がＧａＡｓ単結晶であり、前記
Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族カルコパイライト型化合物半導体が
ＣｕＩｎＳＳｅであることを特徴とする請求項２に記載
の半導体レーザ。4. The semiconductor laser according to claim 2, wherein the substrate is a GaAs single crystal, and the I-III-VI group chalcopyrite type compound semiconductor is CuInSSe. 【請求項５】 前記電流ブロック層は、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ
族カルコパイライト型化合物半導体であることを特徴と
する請求項１に記載の半導体レーザ。5. The current blocking layer comprises II-IV-V
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is a group chalcopyrite type compound semiconductor. 【請求項６】 前記基板がＧａＰ単結晶であり、前記Ｉ
Ｉ−ＩＶ−Ｖ族カルコパイライト型化合物半導体がＺｎ
ＧｅＰ₂であることを特徴とする請求項５に記載の半導
体レーザ。6. The substrate is a GaP single crystal, and the I
I-IV-V chalcopyrite type compound semiconductor is Zn
The semiconductor laser according to claim 5, wherein the semiconductor laser is GeP ₂ . 【請求項７】 前記基板がＧａＡｓ単結晶であり、前記
ＩＩ−ＩＶ−Ｖカルコパイライト型化合物半導体がＺｎ
ＣｄＳｉＰ₂であることを特徴とする請求項５に記載の
半導体レーザ。7. The substrate is a GaAs single crystal and the II-IV-V chalcopyrite type compound semiconductor is Zn.
The semiconductor laser according to claim 5, which is CdSiP ₂ .