JP2000031592A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作電圧を低く保った状態で発振閾値電流密
度の低減を図ることができ、素子寿命および信頼性の向
上を図ることができるII−VI族化合物半導体を用い
た半導体発光素子、ならびに、構造の最適化を図ること
により、素子寿命および信頼性の向上を図ることができ
るII−VI族化合物半導体を用いた半導体発光素子を
提供する。
【解決手段】 ZnCdSe/ZnSSe/ZnMgS
Se SCH構造の利得導波型の半導体レーザにおい
て、活性層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.
49eV以上である場合は、ストライプ幅を10μm以
上50μm以上、共振器長を800μm以上とし、活性
層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.47eV
以下である場合は、ストライプ幅を3μm以上10μm
以下、共振器長を500μm以上1000μm以下とす
る。
(57) [PROBLEMS] To use an II-VI group compound semiconductor capable of reducing the oscillation threshold current density while keeping the operating voltage low, and improving the element life and reliability. Provided are a semiconductor light-emitting element and a semiconductor light-emitting element using a II-VI group compound semiconductor, which can improve element life and reliability by optimizing a structure. SOLUTION: ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgS
In the gain guided semiconductor laser having the Se SCH structure, the effective band gap energy of the active layer is 2.
In the case of 49 eV or more, the stripe width is 10 μm or more and 50 μm or more, the resonator length is 800 μm or more, and the effective band gap energy of the active layer is 2.47 eV.
If not more than 3 μm and 10 μm
Hereinafter, the resonator length is set to be 500 μm or more and 1000 μm or less.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
に関し、特にII−VI族化合物半導体を用いた半導体
発光素子、例えば半導体レーザや発光ダイオードに適用
して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a semiconductor light emitting device using a II-VI compound semiconductor, such as a semiconductor laser or a light emitting diode.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光ディスクまたは光磁気ディスク
に対する記録/再生の高密度化、高解像度化などのため
に、青色ないし緑色で発光可能な半導体レーザや発光ダ
イオードなどの半導体発光素子に対する要求が高まって
おり、その実現を目指して研究が活発に行われている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for semiconductor light emitting elements such as semiconductor lasers and light emitting diodes capable of emitting blue or green light in order to increase the recording / reproducing density and resolution of optical disks or magneto-optical disks. Research is being actively conducted to achieve this.
【0003】このような青色ないし緑色で発光可能な半
導体発光素子の製造に用いる材料としては、Zn、C
d、Mg、Hg、BeなどのII族元素とS、Se、T
e、OなどのVI族元素とからなるII−VI族化合物
半導体が有望である。特に、四元混晶であるZnMgS
Seは、結晶性に優れ、入手も容易なGaAs基板上へ
の結晶成長が可能であり、例えば青色で発光可能な半導
体レーザをこのGaAs基板を用いて製造する際のクラ
ッド層や光導波層などに適していることが知られている
(例えば、Electronics Letters 28(1992)1798)。[0003] Materials used for manufacturing such a semiconductor light emitting device capable of emitting blue or green light include Zn and C.
Group II elements such as d, Mg, Hg, Be and S, Se, T
Group II-VI compound semiconductors comprising Group VI elements such as e and O are promising. In particular, quaternary mixed ZnMgS
Se has excellent crystallinity and can be easily grown on a GaAs substrate. For example, a cladding layer or an optical waveguide layer when a semiconductor laser capable of emitting blue light is manufactured using this GaAs substrate. (For example, Electronics Letters 28 (1992) 1798).
【0004】従来、このII−VI族化合物半導体を用
いた半導体発光素子、特にクラッド層にZnMgSSe
層を用いた半導体発光素子は、n型GaAs基板上にバ
ッファ層を介してn型ZnMgSSeクラッド層、活性
層、p型ZnMgSSeクラッド層、p型ZnSeコン
タクト層などを分子線エピタキシー(MBE)法により
順次成長させた後、このp型ZnSeコンタクト層上に
p側電極を形成するとともに、n型GaAs基板の裏面
にn側電極を形成することにより製造するのが一般的で
あった。しかしながら、このような半導体発光素子にお
いては、p型ZnSeコンタクト層のキャリア濃度を高
くすることが難しいことなどにより、このp型ZnSe
コンタクト層上にp側電極をオーミックコンタクトさせ
ることは困難であった。Conventionally, a semiconductor light emitting device using this II-VI group compound semiconductor, in particular, a ZnMgSSe
A semiconductor light emitting device using a layer is obtained by forming an n-type ZnMgSSe clad layer, an active layer, a p-type ZnMgSSe clad layer, a p-type ZnSe contact layer, etc. on an n-type GaAs substrate via a buffer layer by a molecular beam epitaxy (MBE) method. It is common to manufacture by sequentially growing and then forming a p-side electrode on the p-type ZnSe contact layer and forming an n-side electrode on the back surface of the n-type GaAs substrate. However, in such a semiconductor light emitting device, it is difficult to increase the carrier concentration of the p-type ZnSe contact layer, and the like.
It was difficult to make an ohmic contact of the p-side electrode on the contact layer.
【0005】そこで、この問題を解決するために、p型
ZnSeコンタクト層上にp型ZnSe/ZnTe超格
子層を成長させ、さらにその上に高キャリア濃度のもの
が容易に得られるp型ZnTeコンタクト層を成長さ
せ、その上にp側電極、特にPd/Pt/Au構造のp
側電極を形成することによりオーミックコンタクト特性
の向上を図る技術が提案された。そして、ZnCdSe
を活性層、ZnSSeを光導波層、ZnMgSSeをク
ラッド層とするZnCdSe/ZnSSe/ZnMgS
Se SCH(Separate Confinement Heterostructur
e)構造の利得導波型の半導体レーザにおいて、このp
側電極コンタクト構造を採用したもので、すでに室温連
続発振が達成されている(例えば、Jpn. J. Appl. Phy
s. 33(1994)L938およびElectron. Lett. 32 No.6(1996)
552)。In order to solve this problem, a p-type ZnSe / ZnTe superlattice layer is grown on a p-type ZnSe contact layer, and a p-type ZnTe contact layer having a high carrier concentration can be easily obtained thereon. A layer is grown, and a p-side electrode, in particular, a pd / Pt / Au p
A technique for improving ohmic contact characteristics by forming side electrodes has been proposed. And ZnCdSe
Is an active layer, ZnSSe is an optical waveguide layer, and ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgS is a cladding layer.
Se SCH (Separate Confinement Heterostructur
e) In a gain-guided semiconductor laser having a structure,
It adopts a side-electrode contact structure and has achieved continuous oscillation at room temperature (for example, Jpn. J. Appl. Phy.
s. 33 (1994) L938 and Electron. Lett. 32 No. 6 (1996)
552).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなp側電極コンタクト構造を用いた半導体レーザに
おいては、通電を行うと、時間の経過とともに動作電圧
が増加することが確認されている。そこで、最近の半導
体レーザでは、p側電極コンタクト構造を構成するII
−VI族化合物半導体層の不純物濃度や厚さの最適化を
図り、通電時の動作電圧の増加を抑制することにより、
例えば5V以下の低い動作電圧を保った状態で動作が可
能となっており、p側電極の長寿命化が実現されつつあ
る。However, it has been confirmed that, in a semiconductor laser using the above-described p-side electrode contact structure, the operating voltage increases with the passage of time when current is applied. Therefore, in recent semiconductor lasers, the II that constitutes the p-side electrode contact structure is used.
-By optimizing the impurity concentration and the thickness of the group VI compound semiconductor layer, and suppressing the increase in the operating voltage during energization,
For example, operation is possible while maintaining a low operating voltage of 5 V or less, and a longer life of the p-side electrode is being realized.
【0007】しかしながら、本発明者の知見によれば、
上述のようにp側電極コンタクト構造の最適化を図った
半導体レーザにおいては、低電圧動作が可能となったも
のの、発振閾値電流はかえって上昇するという新たな問
題が確認されている。この発振閾値電流の上昇は、活性
層などの劣化を促進させ、その結果、素子の寿命を制限
し、信頼性の向上を妨げる一因となる。そこで、この問
題を解決するためには、発振閾値電流について発振閾値
電流密度という視点から捉え、この発振閾値電流密度が
低減されるように半導体レーザの構造を最適化する必要
がある。[0007] However, according to the findings of the present inventors,
As described above, in the semiconductor laser in which the p-side electrode contact structure is optimized, a low voltage operation is possible, but a new problem that the oscillation threshold current is increased is confirmed. This increase in the oscillation threshold current promotes deterioration of the active layer and the like, and as a result, limits the life of the device and prevents improvement in reliability. In order to solve this problem, it is necessary to consider the oscillation threshold current from the viewpoint of the oscillation threshold current density and optimize the structure of the semiconductor laser so that the oscillation threshold current density is reduced.
【0008】したがって、この発明の目的は、動作電圧
を低く保った状態で発振閾値電流密度の低減を図ること
ができ、長寿命化を実現することができるII−VI族
化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供することに
ある。Accordingly, an object of the present invention is to reduce the oscillation threshold current density while keeping the operating voltage low, and to realize a semiconductor using a II-VI group compound semiconductor which can achieve a long life. It is to provide a light emitting element.
【0009】この発明の他の目的は、構造の最適化を図
ることにより、長寿命化を実現することができるII−
VI族化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供する
ことにある。Another object of the present invention is to realize a longer life by optimizing the structure.
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device using a group VI compound semiconductor.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は鋭意検討を行い、ZnCdSe/ZnS
Se/ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半導
体レーザにおいて、各構造パラメータを様々に変化させ
て動作特性を測定したところ、発振閾値電流密度は、ス
トライプ幅および共振器長に依存し、発振閾値電流密度
が低くなるストライプ幅および共振器長には、それぞ
れ、最適な範囲が存在することを見出した。また、本発
明者は、さらに実験、検討を行ったところ、ZnCdS
e/ZnSSe/ZnMgSSe SCH構造の利得導
波型の半導体レーザにおいては、活性層の実効的なバン
ドギャップエネルギーによって、素子寿命を向上させる
ストライプ幅および共振器長の最適な範囲が異なること
を見出した。In order to achieve the above object, the present inventors have made intensive studies and have found that ZnCdSe / ZnS
In a gain-guided semiconductor laser having a Se / ZnMgSSe SCH structure, operating characteristics were measured with various structural parameters varied. The oscillation threshold current density depends on the stripe width and the resonator length. It has been found that there is an optimum range for each of the stripe width and the resonator length at which the density decreases. The present inventor further conducted experiments and studies, and found that ZnCdS
In a gain-guided semiconductor laser having an e / ZnSSe / ZnMgSSe SCH structure, it has been found that the optimum range of the stripe width and the resonator length for improving the device life differs depending on the effective band gap energy of the active layer. .
【0011】以下に、本発明者の行った実験の概要につ
いて説明する。すなわち、ZnCdSe/ZnSSe/
ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レー
ザにおいて、共振器長を固定してストライプ幅を種々変
化させた試料を作製し、発振閾値電流密度Jthおよび発
振閾値電圧Vthのストライプ幅依存性について調べた。
図1は、その結果を示すグラフである。なお、この測定
に用いた試料においては、活性層をZn0.74Cd0.26S
e層により構成し、活性層の実効的なバンドギャップエ
ネルギーを2.49eVとした。また、共振器長は10
00μmとした。The outline of the experiment conducted by the present inventors will be described below. That is, ZnCdSe / ZnSSe /
In a gain guided semiconductor laser with a ZnMgSSe SCH structure, samples were prepared in which the stripe length was varied while the resonator length was fixed, and the oscillation threshold current density J th and oscillation threshold voltage V th were determined to be stripe width dependent. Examined.
FIG. 1 is a graph showing the results. In the sample used for this measurement, the active layer was formed of Zn 0.74 Cd 0.26 S
The active layer had an effective band gap energy of 2.49 eV. The resonator length is 10
It was set to 00 μm.
【0012】図1より、発振閾値電流密度Jthは、スト
ライプ幅が増加するにつれて減少することがわかる。ま
た、ストライプ幅が20μm以下の場合は、ストライプ
幅の変化に対する発振閾値電流密度Jthの変化の度合い
が大きいが、ストライプ幅が20μm以上の場合は、ス
トライプ幅の変化に対する発振閾値電流密度Jthの変化
の度合いが小さくなり、発振閾値電流密度Jthはほぼ一
定となる。なお、ストライプ幅が50μm以上の場合
は、発振閾値電流密度Jthが約300A/cm2の低い
値でほぼ一定であるが、発振閾値電流が大きくなってし
まう上に、レーザ発振がしにくくなるという不都合が生
じる。また、図1より、発振閾値電圧Vthに関して
も、ストライプ幅が増加するにつれて減少することがわ
かるが、この場合は、ストライプ幅の変化に対する発振
閾値電流密度Jthの変化ほどの変化は見られなかった。
この結果より、例えば、5V以下の発振閾値電圧Vthお
よび400A/cm2 以下の発振閾値電流密度Jthを実
現し、容易に発振可能な半導体レーザを得るためには、
ストライプ幅を20μm以上50μm以下とすればよい
ことがわかる。FIG. 1 shows that the oscillation threshold current density J th decreases as the stripe width increases. When the stripe width is 20 μm or less, the degree of change in the oscillation threshold current density J th with respect to the change in the stripe width is large. However, when the stripe width is 20 μm or more, the oscillation threshold current density J th with respect to the change in the stripe width. Becomes small, and the oscillation threshold current density J th becomes substantially constant. When the stripe width is 50 μm or more, the oscillation threshold current density J th is almost constant at a low value of about 300 A / cm 2 , but the oscillation threshold current becomes large and laser oscillation becomes difficult. Inconvenience occurs. FIG. 1 also shows that the oscillation threshold voltage Vth decreases as the stripe width increases. In this case, however, the change is more significant as the oscillation threshold current density Jth changes with respect to the change in the stripe width. Did not.
From these results, for example, in order to realize an oscillation threshold voltage V th of 5 V or less and an oscillation threshold current density J th of 400 A / cm 2 or less and obtain a semiconductor laser capable of easily oscillating,
It can be seen that the stripe width may be set to 20 μm or more and 50 μm or less.
【0013】また、上述の発振閾値電流密度Jthおよび
発振閾値電圧Vthの測定に用いた試料、すなわち、活性
層の実効的なバンドギャップエネルギーを2.49e
V、共振器長を1000μmとして、ストライプ幅を変
化させて作製した試料を、一定の光出力(1mW)で動
作させ、そのときの素子寿命を測定することにより、素
子寿命のストライプ幅依存性について調べた。図2は、
その結果を示すグラフである。なお、図2においては、
動作電流密度Jopのストライプ幅依存性についても合わ
せて示す。この動作電流密度Jopは、通電開始時におけ
る値(初期値)を示す。この動作電流密度Jopは、各試
料の発振閾値電流密度Jthにほぼ対応している。The sample used for measuring the oscillation threshold current density J th and the oscillation threshold voltage V th , that is, the effective band gap energy of the active layer is 2.49 e.
V, the resonator length was set to 1000 μm, the sample manufactured by changing the stripe width was operated at a constant optical output (1 mW), and the device life at that time was measured. Examined. FIG.
It is a graph which shows the result. In FIG. 2,
The dependence of the operating current density J op on the stripe width is also shown. The operating current density J op indicates a value (initial value) at the start of energization. The operating current density J op substantially corresponds to the oscillation threshold current density J th of each sample.
【0014】図2より、発振閾値電圧Vthおよび発振閾
値電流密度Jthが共に低く、容易に発振可能な半導体レ
ーザを得ることができるようにストライプ幅を定めた場
合、すなわち、ストライプ幅を20μm以上50μm以
下とした場合は、素子寿命が向上することがわかる。し
たがって、発振閾値電圧Vthおよび発振閾値電流密度J
thが共に低く、かつ、長寿命の半導体レーザを得るため
には、ストライプ幅を20μm以上50μm以下とすれ
ばよいことがわかる。また、半導体レーザの長寿命化の
観点のみからストライプ幅を最適化することも可能であ
る。この場合、例えば、素子寿命が約200時間以上の
長寿命の半導体レーザを得るためには、ストライプ幅を
10μm以上50μm以下とすればよいことがわかる。
なお、ストライプ幅を10μmとした場合の発振閾値電
圧Vthは約5V、発振閾値電流密度Jthは約600A/
cm2 である。FIG. 2 shows that the oscillation threshold voltage V th and the oscillation threshold current density J th are both low and the stripe width is determined so that a semiconductor laser capable of easily oscillating can be obtained, that is, the stripe width is 20 μm. It can be seen that when the thickness is not less than 50 μm, the life of the element is improved. Therefore, the oscillation threshold voltage V th and the oscillation threshold current density J
It can be seen that in order to obtain a semiconductor laser having both a low th and a long life, the stripe width may be set to 20 μm or more and 50 μm or less. It is also possible to optimize the stripe width only from the viewpoint of extending the life of the semiconductor laser. In this case, for example, in order to obtain a semiconductor laser having a long lifetime of about 200 hours or more, the stripe width should be 10 μm or more and 50 μm or less.
When the stripe width is 10 μm, the oscillation threshold voltage V th is about 5 V, and the oscillation threshold current density J th is about 600 A /
cm 2 .
【0015】次に、ZnCdSe/ZnSSe/ZnM
gSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザにお
いて、ストライプ幅を固定して共振器長を種々変化させ
た試料を作製し、これらの試料を、一定の光出力(1m
W)で動作させ、そのときの素子寿命を測定することに
より、素子寿命の共振器長依存性について調べた。図3
は、その結果を示すグラフである。なお、図3において
は、動作電流密度Jopの共振器長依存性についても合わ
せて示す。この動作電流密度Jopは、通電開始時におけ
る値(初期値)を示す。この動作電流密度Jopは、各試
料の発振閾値電流密度Jthにほぼ対応している。なお、
この測定に用いた試料においては、活性層をZn0.74C
d0.26Se層により構成し、活性層の実効的なバンドギ
ャップエネルギーを2.49eVとした。また、ストラ
イプ幅は20μmとした。Next, ZnCdSe / ZnSSe / ZnM
In a gSSe SCH structure gain-guided semiconductor laser, samples were prepared in which the stripe width was fixed and the resonator length was varied, and these samples were subjected to a constant optical output (1 m).
W), the device life at that time was measured, and the resonator length dependence of the device life was examined. FIG.
Is a graph showing the results. FIG. 3 also shows the dependence of the operating current density J op on the resonator length. The operating current density J op indicates a value (initial value) at the start of energization. The operating current density J op substantially corresponds to the oscillation threshold current density J th of each sample. In addition,
In the sample used for this measurement, the active layer was Zn 0.74 C
constituted by d 0.26 Se layer, and the effective band gap energy of the active layer and 2.49EV. The stripe width was 20 μm.
【0016】図3より、共振器長が長いほど、動作電流
密度Jop(したがって発振閾値電流Jth)が低くなって
おり、素子寿命が延びていることがわかる。また、例え
ば、素子寿命が約200時間以上の長寿命の半導体レー
ザを得るためには、共振器長を約800μm以上とすれ
ばよいことがわかる。FIG. 3 shows that the longer the resonator length, the lower the operating current density J op (therefore, the oscillation threshold current J th ), and the longer the element life. In addition, for example, in order to obtain a semiconductor laser having a long life of about 200 hours or more, the resonator length should be about 800 μm or more.
【0017】以上より、活性層の実効的なバンドギャッ
プエネルギーを2.49eVとしたZnCdSe/Zn
SSe/ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半
導体レーザにおいては、発振閾値電流密度が低くなるよ
うにストライプ幅および共振器長をそれぞれ最適化する
ことが、素子寿命の向上に有効であることがわかる。As described above, ZnCdSe / Zn with the effective band gap energy of the active layer being 2.49 eV.
In the gain-guided semiconductor laser having the SSe / ZnMgSSe SCH structure, it is found that optimizing the stripe width and the resonator length so that the oscillation threshold current density is low is effective for improving the element life. .
【0018】以上は、ZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おいて、活性層の実効的なバンドギャップエネルギーを
2.49eVとした場合についてであるが、同様な半導
体レーザにおいて、活性層の実効的なバンドギャップエ
ネルギーが2.49eV以上である場合、発振閾値電
圧、発振閾値電流密度および素子寿命は、上述と同様な
ストライプ幅依存性および共振器長依存性を示した。The above description is based on ZnCdSe / ZnSSe / Zn
This is a case where the effective bandgap energy of the active layer is set to 2.49 eV in the gain-guided semiconductor laser having the MgSSe SCH structure. When the voltage was 2.49 eV or more, the oscillation threshold voltage, the oscillation threshold current density, and the device life exhibited the same stripe width dependence and resonator length dependence as described above.
【0019】一方、ZnCdSe/ZnSSe/ZnM
gSSe SCH構造の半導体レーザにおいて、活性層
の実効的なバンドギャップエネルギーが2.47eV以
下である場合は、発振閾値電圧、発振閾値電流密度およ
び素子寿命のストライプ幅依存性および共振器長依存性
が、活性層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.
49eV以上である場合とは異なる。On the other hand, ZnCdSe / ZnSSe / ZnM
In a semiconductor laser having a gSSe SCH structure, when the effective band gap energy of the active layer is 2.47 eV or less, the dependence of the oscillation threshold voltage, the oscillation threshold current density, and the device life on the stripe width and the resonator length are reduced. The effective band gap energy of the active layer is 2.
This is different from the case of 49 eV or more.
【0020】すなわち、ZnCdSe/ZnSSe/Z
nMgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザ
において、活性層をZn0.69Cd0.31Se層により構成
し、活性層の実効的なバンドギャップエネルギーを2.
45eVとした試料を、ストライプ幅および共振器長を
種々変化させて作製し、上述と同様な実験を行ったとこ
ろ、次のような結果が得られた。That is, ZnCdSe / ZnSSe / Z
In the gain-guided semiconductor laser having the nMgSSe SCH structure, the active layer is formed of a Zn 0.69 Cd 0.31 Se layer, and the effective band gap energy of the active layer is set to 2.
Samples of 45 eV were prepared by changing the stripe width and the resonator length variously, and the same experiment as above was carried out. The following results were obtained.
【0021】図4は、活性層の実効的なバンドギャップ
エネルギーが2.45eVであるZnCdSe/ZnS
Se/ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半導
体レーザにおける、発振閾値電流密度および発振閾値電
圧のストライプ幅依存性を示すグラフ、図5は、活性層
の実効的なバンドギャップエネルギーが2.45eVで
あるZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe SC
H構造の利得導波型の半導体レーザにおける、素子寿命
および動作電流密度のストライプ幅依存性を示すグラフ
である。これらの場合、測定に用いた試料の共振器長は
800μmとした。また、図6は、活性層の実効的なバ
ンドギャップエネルギーが2.45eVであるZnCd
Se/ZnSSe/ZnMgSSe SCH構造の利得
導波型の半導体レーザにおける、素子寿命および動作電
流密度の共振器長依存性を示すグラフである。この場
合、測定に用いた試料のストライプ幅は5μmとした。FIG. 4 shows ZnCdSe / ZnS in which the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV.
FIG. 5 is a graph showing the stripe width dependence of the oscillation threshold current density and the oscillation threshold voltage in the gain-guided semiconductor laser having the Se / ZnMgSSe SCH structure. FIG. 5 shows the case where the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV. Certain ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgSSe SC
6 is a graph showing the stripe width dependence of the device life and operating current density in a gain guided semiconductor laser having an H structure. In these cases, the resonator length of the sample used for the measurement was 800 μm. FIG. 6 shows ZnCd in which the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV.
4 is a graph showing the resonator length dependence of device life and operating current density in a gain-guided semiconductor laser having a Se / ZnSSe / ZnMgSSe SCH structure. In this case, the stripe width of the sample used for the measurement was 5 μm.
【0022】図4より、活性層の実効的なバンドギャッ
プエネルギーを2.45eVとした場合の発振閾値電流
密度および発振閾値電圧は、活性層の実効的なバンドギ
ャップエネルギーを2.49eVとした場合と同様なス
トライプ幅依存性を示すことがわかる。FIG. 4 shows that the oscillation threshold current density and the oscillation threshold voltage when the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV are obtained when the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV. It can be seen that the same stripe width dependence is exhibited.
【0023】一方、図5,図6より、活性層の実効的な
バンドギャップエネルギーを2.45eVとした場合、
素子寿命を向上させることができる最適なストライプ幅
および共振器長の範囲は、活性層のバンドギャップエネ
ルギーを2.49eVとした場合の最適なストライプ幅
および共振器長の範囲と異なり、特に、活性層の実効的
なバンドギャップエネルギーを2.45eVとした場合
は、活性層のバンドギャップエネルギーを2.49eV
とした場合よりも、ストライプ幅を狭くした方が素子寿
命の向上に有効であることがわかる。具体的には、図5
に示すように、ストライプ幅を10μm以下とした場合
は、ストライプ幅を20μm以上とした場合に比べて格
段に素子寿命が向上している。On the other hand, from FIGS. 5 and 6, when the effective bandgap energy of the active layer is 2.45 eV,
The optimum range of the stripe width and the resonator length that can improve the device life is different from the optimum range of the stripe width and the resonator length when the band gap energy of the active layer is 2.49 eV. When the effective band gap energy of the layer is 2.45 eV, the band gap energy of the active layer is 2.49 eV.
It can be seen that making the stripe width narrower is more effective for improving the device life than the case where Specifically, FIG.
As shown in the figure, when the stripe width is 10 μm or less, the element life is significantly improved as compared with the case where the stripe width is 20 μm or more.
【0024】ここで、本発明者は、この半導体レーザに
おいて素子寿命の向上を実現するためには、発振閾値電
流が50mA以下であることが望ましいと考えている。
これは、本発明者のこれまでに行った実験、検討に基づ
いて得られた知見によるものである。図4に示す結果を
発振閾値電流の視点から捉えると、50mA以下の発振
閾値電流を実現するためには、ストライプ幅を10μm
以下とすればよいことがわかる。また、図5より、上述
のように発振閾値電流が50mA以下となるようにスト
ライプ幅を定めた場合、すなわち、ストライプ幅を10
μm以下とした場合は、50時間以上の素子寿命が得ら
れている。なお、図5においては図示されないが、本発
明者の検討によれば、ストライプ幅を3μmとした場合
であっても、約50時間程度の素子寿命が得られる。以
上より、発振閾値電流を50mA以下とした上で、素子
寿命が50時間以上の長寿命の半導体レーザを得るため
には、ストライプ幅を3μm以上10μm以下とすれば
よいことがわかる。また、図6より、この半導体レーザ
の長寿命化を実現する上では、共振器長を500μm以
上1000μm以下とすることが望ましいことがわか
る。Here, the present inventor considers that the oscillation threshold current is desirably 50 mA or less in order to realize the improvement of the device life in this semiconductor laser.
This is based on findings obtained based on experiments and studies conducted by the present inventors so far. From the viewpoint of the oscillation threshold current, the result shown in FIG. 4 requires a stripe width of 10 μm to realize an oscillation threshold current of 50 mA or less.
It is understood that the following should be performed. Further, from FIG. 5, when the stripe width is determined so that the oscillation threshold current is 50 mA or less as described above, that is, when the stripe width is 10
When the thickness is not more than μm, a device life of 50 hours or more is obtained. Although not shown in FIG. 5, according to the study of the present inventor, even when the stripe width is 3 μm, a device life of about 50 hours can be obtained. From the above, it is understood that the stripe width should be 3 μm or more and 10 μm or less in order to obtain a semiconductor laser having an element lifetime of 50 hours or more and an oscillation threshold current of 50 mA or less. FIG. 6 shows that it is desirable to set the cavity length to be 500 μm or more and 1000 μm or less in order to extend the life of the semiconductor laser.
【0025】このように、ZnCdSe/ZnSSe/
ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レー
ザにおいて、活性層の実効的なバンドギャップエネルギ
ーが2.49eV以上である場合と、活性層の実効的な
バンドギャップエネルギーが2.47eV以下である場
合とで、素子寿命の向上を図るのに最適なストライプ幅
および共振器長が異なるのは、素子寿命の決定に係わる
劣化の様子が異なるためと考えられる。すなわち、活性
層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.49eV
以上である場合は、活性層とクラッド層との間でのキャ
リアの閉じ込めが弱く、クラッド層の劣化が素子寿命を
決める主原因であると考えられ、この場合は、ストライ
プ幅が例えば10μm以上、好適には20μm以上50
μm以下の広ストライプ構造とした方が望ましいと考え
られる。一方、活性層の実効的なバンドギャップエネル
ギーが2.47eV以下である場合は、活性層とクラッ
ド層との間でのキャリアの閉じ込めが強く、活性層の劣
化が素子寿命を決める主原因であると考えられ、この場
合は、ストライプ幅が例えば10μm以下、好適には3
μm以上10μm以下の狭ストライプ構造とした方が望
ましいと考えられる。Thus, ZnCdSe / ZnSSe /
In the gain guided semiconductor laser having the ZnMgSSe SCH structure, the case where the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV or more and the case where the effective band gap energy of the active layer is 2.47 eV or less. It is considered that the reason why the optimum stripe width and resonator length for improving the life of the element are different is that the state of deterioration related to the determination of the life of the element is different. That is, the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV.
In the case of the above, the carrier confinement between the active layer and the cladding layer is weak, and it is considered that the deterioration of the cladding layer is a main cause for determining the device life. In this case, the stripe width is, for example, 10 μm or more, Preferably 20 μm or more and 50
It is considered preferable to have a wide stripe structure of μm or less. On the other hand, when the effective bandgap energy of the active layer is 2.47 eV or less, carrier confinement between the active layer and the cladding layer is strong, and deterioration of the active layer is the main factor that determines the device life. In this case, the stripe width is, for example, 10 μm or less, preferably 3 μm.
It is considered that a narrow stripe structure of not less than μm and not more than 10 μm is desirable.
【0026】この発明は、本発明者の行った上記の実験
の結果に基づいて案出されたものである。The present invention has been made based on the results of the above-mentioned experiments conducted by the present inventors.
【0027】上記目的を達成するために、この発明の第
1の発明は、基板と、基板上の第1導電型の第1のクラ
ッド層と、第1のクラッド層上の活性層と、活性層上の
第2導電型の第2のクラッド層とを有し、第1のクラッ
ド層、活性層および第2のクラッド層はZn、Cd、M
g、HgおよびBeからなる群より選ばれた一種類以上
のII族元素とS、Se、TeおよびOからなる群より
選ばれた一種類以上のVI族元素とからなるII−VI
族化合物半導体により構成され、活性層の実効的なバン
ドギャップエネルギーが2.49eV以上である利得導
波型の半導体発光素子において、ストライプ幅が10μ
m以上50μm以下で、かつ、共振器長が800μm以
上であることを特徴とするものである。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a substrate, a first cladding layer of a first conductivity type on the substrate, an active layer on the first cladding layer, A second cladding layer of a second conductivity type on the layer, wherein the first cladding layer, the active layer and the second cladding layer are made of Zn, Cd, M
II-VI consisting of one or more group II elements selected from the group consisting of g, Hg and Be and one or more group VI elements selected from the group consisting of S, Se, Te and O
In a gain-guided semiconductor light emitting device composed of a group III compound semiconductor and having an effective band gap energy of an active layer of 2.49 eV or more, the stripe width is 10 μm.
m or more and 50 μm or less, and the resonator length is 800 μm or more.
【0028】この発明の第2の発明は、基板と、基板上
の第1導電型の第1のクラッド層と、第1のクラッド層
上の活性層と、活性層上の第2導電型の第2のクラッド
層と、第1のクラッド層、活性層および第2のクラッド
層はZn、Hg、Cd、MgおよびBeからなる群より
選ばれた一種類以上のII族元素とS、Se、Teおよ
びOからなる群より選ばれた一種類以上のVI族元素と
からなるII−VI族化合物半導体により構成され、活
性層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.47e
V以下である利得導波型の半導体発光素子において、ス
トライプ幅が3μm以上10μm以下で、かつ、共振器
長が500μm以上1000μm以下であることを特徴
とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate, a first conductive type first cladding layer on the substrate, an active layer on the first cladding layer, and a second conductive type on the active layer. The second cladding layer, the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer are formed of one or more group II elements selected from the group consisting of Zn, Hg, Cd, Mg, and Be, and S, Se, The active layer has an effective bandgap energy of 2.47 e, which is made of a II-VI group compound semiconductor comprising at least one group VI element selected from the group consisting of Te and O.
In a gain-guided semiconductor light emitting device having a V or less, the stripe width is 3 μm or more and 10 μm or less, and the cavity length is 500 μm or more and 1000 μm or less.
【0029】この発明の第1の発明および第2の発明に
おいて、第1のクラッド層および第2のクラッド層は、
典型的にはZnMgSSeからなり、活性層は、典型的
にはZnCdSeからなる。また、第1のクラッド層と
活性層との間および活性層と第2のクラッド層との間
に、それぞれ、II−VI族化合物半導体により構成さ
れた第1の光導波層および第2の光導波層を有していて
もよい。この場合、第1の光導波層および第2の光導波
層は、典型的にはZnSSeからなる。In the first and second aspects of the invention, the first cladding layer and the second cladding layer are
Typically, it is composed of ZnMgSSe, and the active layer is typically composed of ZnCdSe. Further, a first optical waveguide layer and a second optical waveguide made of II-VI group compound semiconductor are provided between the first clad layer and the active layer and between the active layer and the second clad layer, respectively. It may have a wave layer. In this case, the first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer are typically made of ZnSSe.
【0030】この発明の第1の発明および第2の発明に
おいては、第2のクラッド層上に第2導電型のコンタク
ト層を有していてもよい。この場合、典型的には、第1
のクラッド層はn型クラッド層であり、第2のクラッド
層はp型クラッド層であり、コンタクト層はp型コンタ
クト層である。さらに、この場合、p型コンタクト層
は、好適には例えば、p型クラッド層上のp型ZnSS
eからなる第1のp型コンタクト層と、この第1のp型
コンタクト層上のp型ZnSeからなる第2のp型コン
タクト層と、この第2のp型コンタクト層上の一層以上
のp型ZnSe層および一層以上のp型ZnTe層によ
り構成された超格子層と、この超格子層上のp型ZnT
eからなる第3のp型コンタクト層とからなる。このp
型コンタクト層においては、半導体発光素子の発振閾値
電圧を低減し、低電圧動作を可能とする観点から、第3
のp型コンタクト層の厚さは、例えば、1原子層以上1
0nm未満、好適には、例えば1原子層以上5nm以下
に選ばれ、第1のp型コンタクト層の厚さは例えば1.
5μm以上に選ばれ、第1のp型コンタクト層、第2の
p型コンタクト層および超格子層を構成するp型ZnS
e層の不純物濃度は、NA −ND (NA :アクセプタ濃
度、ND :ドナー濃度)で例えば1×1018/cm3 以
上2×1018/cm3 以下に選ばれる。In the first and second aspects of the present invention, a second conductive type contact layer may be provided on the second cladding layer. In this case, typically the first
Is an n-type cladding layer, the second cladding layer is a p-type cladding layer, and the contact layer is a p-type contact layer. Further, in this case, the p-type contact layer is preferably, for example, a p-type ZnSS on the p-type cladding layer.
e, a second p-type contact layer made of p-type ZnSe on the first p-type contact layer, and one or more p-type layers on the second p-type contact layer. A superlattice layer composed of a p-type ZnSe layer and one or more p-type ZnTe layers;
e of a third p-type contact layer. This p
In the type contact layer, from the viewpoint of reducing the oscillation threshold voltage of the semiconductor light emitting device and enabling low-voltage operation,
The thickness of the p-type contact layer is, for example, 1 atomic layer or more and 1
The thickness is selected to be less than 0 nm, preferably, for example, 1 atomic layer or more and 5 nm or less.
P-type ZnS selected to be 5 μm or more and constituting the first p-type contact layer, the second p-type contact layer, and the superlattice layer.
The impurity concentration of the e-layer is selected from, for example, 1 × 10 18 / cm 3 or more and 2 × 10 18 / cm 3 or less in N A -N D (N A : acceptor concentration, N D : donor concentration).
【0031】上述のように構成されたこの発明の第1の
発明によれば、活性層の実効的なバンドギャップエネル
ギーが2.49eV以上である利得導波型の半導体発光
素子において、ストライプ幅が10μm以上50μm以
下で、かつ、共振器長が800μm以上であることによ
り、発振閾値電圧および発振閾値電流密度がともに低減
され、素子寿命が向上するように、ストライプ幅および
共振器長がそれぞれ最適化されている。これにより、動
作電圧を低く保った状態で、発振閾値電流密度を低減す
ることができ、半導体発光素子の寿命および信頼性を向
上させることができる。According to the first aspect of the present invention configured as described above, in the gain-guided semiconductor light emitting device in which the effective band gap energy of the active layer is equal to or greater than 2.49 eV, the stripe width is reduced. By setting the oscillation threshold voltage and the oscillation threshold current density to 10 μm or more and 50 μm or less and the resonator length to 800 μm or more, the stripe width and the resonator length are optimized so that the device life is improved. Have been. Thus, the oscillation threshold current density can be reduced while the operating voltage is kept low, and the life and reliability of the semiconductor light emitting device can be improved.
【0032】この発明の第2の発明によれば、活性層の
実効的なバンドギャップエネルギーが2.47eV以下
である利得導波型の半導体発光素子において、ストライ
プ幅が3μm以上10μm以下で、かつ、共振器長が5
00μm以上1000μm以下であることにより、素子
寿命が向上するようにストライプ幅および共振器長がそ
れぞれ最適化されている。これにより、半導体発光素子
の寿命および信頼性を向上させることができる。According to the second aspect of the present invention, in a gain-guided semiconductor light emitting device in which the effective band gap energy of the active layer is 2.47 eV or less, the stripe width is 3 μm or more and 10 μm or less, and , Resonator length is 5
The stripe width and the resonator length are each optimized so that the device life is improved by setting the thickness to be not less than 00 μm and not more than 1000 μm. Thereby, the life and reliability of the semiconductor light emitting device can be improved.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0034】まず、この発明の第1の実施形態について
説明する。図7は、この第1の実施形態による半導体レ
ーザの断面図である。この半導体レーザは、ZnCdS
eを活性層、ZnSSeを光導波層、ZnMgSSeを
クラッド層とするZnCdSe/ZnSSe/ZnMg
SSe SCH構造を有し、かつ、利得導波型のもので
ある。この第1の実施形態においては、このZnCdS
e/ZnSSe/ZnMgSSe SCH構造の利得導
波型の半導体レーザにおいて、活性層の実効的なバンド
ギャップエネルギーが2.49eV以上である場合につ
いて説明する。First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a sectional view of the semiconductor laser according to the first embodiment. This semiconductor laser is made of ZnCdS
e as an active layer, ZnSSe as an optical waveguide layer, and ZnMgSSe as a cladding layer. ZnCdSe / ZnSSe / ZnMg
It has an SSe SCH structure and is of a gain waveguide type. In the first embodiment, the ZnCdS
A case where the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV or more in a gain-guided semiconductor laser having an e / ZnSSe / ZnMgSSe SCH structure will be described.
【0035】図7に示すように、この半導体レーザにお
いては、n型不純物として例えばSiがドープされたn
型GaAs基板1上に、n型GaAsバッファ層2、n
型ZnSeバッファ層3、n型ZnSSeバッファ層
4、n型ZnMgSSeクラッド層5、n型ZnSSe
光導波層6、例えばアンドープのZn1-x Cdx Se層
を量子井戸層とするSQW構造の活性層7、p型ZnS
Se光導波層8、p型ZnMgSSeクラッド層9、p
型ZnSSeキャップ層10、p型ZnSeコンタクト
層11、一層以上のp型ZnSe層と一層以上のp型Z
nTe層とが交互に積層されたp型ZnSe/ZnTe
超格子層12およびp型ZnTeコンタクト層13が順
次積層されている。As shown in FIG. 7, in this semiconductor laser, an n-type impurity doped with, for example, Si is used.
N-type GaAs buffer layer 2, n-type
-Type ZnSe buffer layer 3, n-type ZnSSe buffer layer 4, n-type ZnMgSSe cladding layer 5, n-type ZnSSe
An optical waveguide layer 6, for example, an active layer 7 having an SQW structure using an undoped Zn 1-x Cd x Se layer as a quantum well layer, p-type ZnS
Se optical waveguide layer 8, p-type ZnMgSSe clad layer 9, p
-Type ZnSSe cap layer 10, p-type ZnSe contact layer 11, one or more p-type ZnSe layers and one or more p-type Z
p-type ZnSe / ZnTe in which nTe layers are alternately stacked
A superlattice layer 12 and a p-type ZnTe contact layer 13 are sequentially stacked.
【0036】n型GaAsバッファ層2には、n型不純
物として例えばSiがドープされ、n型ZnSeバッフ
ァ層3、n型ZnSSeバッファ層4、n型ZnMgS
Seクラッド層5およびn型ZnSSe光導波層6に
は、それぞれn型不純物として例えばClがドープさ
れ、p型ZnSSe光導波層8、p型ZnMgSSeク
ラッド層9、p型ZnSSeキャップ層10、p型Zn
Seコンタクト層11、p型ZnSe/ZnTe超格子
層12のp型ZnSe層およびp型ZnTe層ならびに
p型ZnTeコンタクト層13には、それぞれp型不純
物として例えばNがドープされている。The n-type GaAs buffer layer 2 is doped with, for example, Si as an n-type impurity. The n-type ZnSe buffer layer 3, the n-type ZnSSe buffer layer 4, and the n-type ZnMgS
The Se cladding layer 5 and the n-type ZnSSe optical waveguide layer 6 are each doped with, for example, Cl as an n-type impurity, and the p-type ZnSSe optical waveguide layer 8, the p-type ZnMgSSe cladding layer 9, the p-type ZnSSe cap layer 10, the p-type Zn
The Se contact layer 11, the p-type ZnSe layer and the p-type ZnTe layer of the p-type ZnSe / ZnTe superlattice layer 12, and the p-type ZnTe contact layer 13 are each doped with, for example, N as a p-type impurity.
【0037】p型ZnSSeキャップ層10の上層部、
p型ZnSeコンタクト層11、p型ZnSe/ZnT
e超格子層12およびp型ZnTeコンタクト層13
は、一方向に延びるストライプ形状を有する。このスト
ライプ部以外の部分におけるp型ZnSSeキャップ層
10上には、例えばポリイミド膜からなる絶縁層14が
設けられており、これによって電流狭窄構造が形成され
ている。なお、この絶縁層14の材料としては、ポリイ
ミドに代えて例えばAl2 O3 を用いてもよい。An upper layer portion of the p-type ZnSSe cap layer 10,
p-type ZnSe contact layer 11, p-type ZnSe / ZnT
e superlattice layer 12 and p-type ZnTe contact layer 13
Have a stripe shape extending in one direction. An insulating layer 14 made of, for example, a polyimide film is provided on the p-type ZnSSe cap layer 10 in a portion other than the stripe portion, thereby forming a current confinement structure. As a material of the insulating layer 14, for example, Al 2 O 3 may be used instead of polyimide.
【0038】この絶縁層14およびストライプ形状のp
型ZnTeコンタクト層13上には、例えばPd/Pt
/Au構造のp側電極15がp型ZnTeコンタクト層
113とオーミックコンタクトして設けられている。一
方、n型GaAs基板1の裏面には、例えばIn電極の
ようなn側電極16がオーミックコンタクトして設けら
れている。The insulating layer 14 and the stripe-shaped p
For example, Pd / Pt is formed on the type ZnTe contact layer 13.
A p-side electrode 15 having an / Au structure is provided in ohmic contact with the p-type ZnTe contact layer 113. On the other hand, on the back surface of the n-type GaAs substrate 1, an n-side electrode 16 such as an In electrode is provided in ohmic contact.
【0039】この第1の実施形態による半導体レーザに
おいては、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面に、
それぞれ、端面コーティングが施されている。この場
合、一対の共振器端面のうち、レーザ光が取り出される
フロント側の端面の反射率は60%であり、レーザ光が
取り出されないリア側の端面の反射率は96%である。In the semiconductor laser according to the first embodiment, a pair of resonator end faces perpendicular to the length direction of the resonator are provided.
Each has an end face coating. In this case, of the pair of resonator end faces, the reflectance of the front end face from which laser light is extracted is 60%, and the reflectance of the rear end face from which laser light is not extracted is 96%.
【0040】この第1の実施形態による半導体レーザに
おいては、活性層7を構成するZn1-x Cdx Se層に
おけるCd組成比xが0.26以下に選ばれ、この活性
層7の実効的なバンドギャップエネルギーが2.49e
V以上となっている。ここで、活性層7の実効的なバン
ドギャップエネルギーとは、活性層7を構成するZn
1-x Cdx Se層のバルク状態でのバンドギャップエネ
ルギーと、量子効果によるシフト量とをあわせたもので
ある。この場合、具体的には、活性層7を構成するZn
1-x Cdx Se層におけるCd組成比xは例えば0.2
6である。このCd組成比x=0.26のZn1-x Cd
x Se層からなる活性層7の実効的なバンドギャップエ
ネルギーは2.49eVであり、このとき、この半導体
レーザの発光波長は497nmである。In the semiconductor laser according to the first embodiment, the Cd composition ratio x in the Zn 1 -x Cd x Se layer constituting the active layer 7 is selected to be 0.26 or less, and the effective Band gap energy is 2.49e
V or more. Here, the effective bandgap energy of the active layer 7 refers to the Zn that constitutes the active layer 7.
This is the sum of the band gap energy in the bulk state of the 1-x Cd x Se layer and the shift amount due to the quantum effect. In this case, specifically, Zn constituting the active layer 7
The Cd composition ratio x in the 1-x Cd x Se layer is, for example, 0.2
6. Zn 1-x Cd having a Cd composition ratio x = 0.26
The effective band gap energy of the active layer 7 composed of the x Se layer is 2.49 eV, and the emission wavelength of this semiconductor laser is 497 nm.
【0041】また、この第1の実施形態において、p型
ZnSSeキャップ層10、p型ZnSeコンタクト層
11およびp型ZnSe/ZnTe超格子層12を構成
するp型ZnSe層の不純物濃度はNA −ND (NA :
アクセプタ濃度、ND :ドナー濃度)で例えば1×10
18/cm3 〜2×1018/cm3 程度であり、p型Zn
Teコンタクト層13の不純物濃度はNA −ND で例え
ば1×1019/cm3程度である。また、p型ZnSS
eキャップ層10の厚さは1.5μm以上に選ばれ、p
型ZnTeコンタクト層13の厚さは1原子層(約0.
28nm)以上10nm未満、好適には1原子層以上5
nm以下に選ばれる。この半導体レーザでは、p側電極
コンタクト部を構成するこれらのp型ZnSSeキャッ
プ層10、p型ZnSeコンタクト層11、p型ZnS
e/ZnTe超格子層12およびp型ZnTeコンタク
ト層13が上述のように構成されていることにより、発
振閾値電圧の低減に関してp側電極コンタクト構造が最
適化されており、例えば5V以下の低電圧動作が実現さ
れているとともに、通電時の動作電圧の増加が抑制され
ている。In the first embodiment, the p-type ZnSe layer constituting the p-type ZnSSe cap layer 10, the p-type ZnSe contact layer 11, and the p-type ZnSe / ZnTe superlattice layer 12 has an impurity concentration of N A − N D (N A:
(Acceptor concentration, N D : donor concentration)
18 / cm 3 to 2 × 10 18 / cm 3 , and p-type Zn
The impurity concentration of the Te contact layer 13 is, for example, about 1 × 10 19 / cm 3 in N A -N D. Also, p-type ZnSS
The thickness of the e-cap layer 10 is selected to be 1.5 μm or more,
The thickness of the type ZnTe contact layer 13 is one atomic layer (approximately 0.
28 nm) to less than 10 nm, preferably 1 atomic layer or more and 5
nm or less. In this semiconductor laser, the p-type ZnSSe cap layer 10, the p-type ZnSe contact layer 11, and the p-type ZnS
Since the e / ZnTe superlattice layer 12 and the p-type ZnTe contact layer 13 are configured as described above, the p-side electrode contact structure is optimized with respect to reduction of the oscillation threshold voltage. The operation is realized, and the increase in the operating voltage during energization is suppressed.
【0042】ここで、この半導体レーザを構成する各半
導体層の厚さの一例を挙げると、n型GaAsバッファ
層2の厚さは0.5μm、n型ZnSeバッファ層3の
厚さは10nm、n型ZnSSeバッファ層4の厚さは
300nm、n型ZnMgSSeクラッド層5の厚さは
1μm、n型ZnSSe光導波層6の厚さは100n
m、活性層7の厚さは3〜4nm、p型ZnSSe光導
波層8の厚さは100nm、p型ZnMgSSeクラッ
ド層9の厚さは1μm、p型ZnSSeキャップ層10
の厚さは1.5〜2μm、p型ZnSeコンタクト層1
1の厚さは150nm、p型ZnTeコンタクト層13
の厚さは3nmである。Here, as an example of the thickness of each semiconductor layer constituting the semiconductor laser, the thickness of the n-type GaAs buffer layer 2 is 0.5 μm, the thickness of the n-type ZnSe buffer layer 3 is 10 nm, The thickness of the n-type ZnSSe buffer layer 4 is 300 nm, the thickness of the n-type ZnMgSSe cladding layer 5 is 1 μm, and the thickness of the n-type ZnSSe optical waveguide layer 6 is 100 n.
m, the thickness of the active layer 7 is 3 to 4 nm, the thickness of the p-type ZnSSe optical waveguide layer 8 is 100 nm, the thickness of the p-type ZnMgSSe cladding layer 9 is 1 μm, and the p-type ZnSSe cap layer 10.
Has a thickness of 1.5 to 2 μm and a p-type ZnSe contact layer 1
1 has a thickness of 150 nm and a p-type ZnTe contact layer 13
Has a thickness of 3 nm.
【0043】この第1の実施形態においては、活性層7
の実効的なバンドギャップエネルギーが2.49eVで
あるZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe SC
H構造の利得導波型の半導体レーザにおいて、発振閾値
電圧および発振閾値電流密度が低減され、かつ、素子寿
命が向上するように、p型ZnSSeキャップ層10の
上層部、p型ZnSeコンタクト層11、p型ZnSe
/ZnTe超格子層12およびp型ZnTeコンタクト
層13からなるストライプ部の幅、すなわちストライプ
幅と、共振器長とが、それぞれ実験結果に基づいて最適
化されている。具体的には、上述と同様な半導体レーザ
において、ストライプ幅および共振器長を種々変化させ
た試料を作製し、これらの試料から、発振閾値電圧、発
振閾値電流密度および素子寿命のストライプ幅依存性お
よび共振器長依存性を調べ、これらの結果に基づいて、
所望の発振閾値電圧、発振閾値電流密度および素子寿命
が得られるように、ストライプ幅および共振器長がそれ
ぞれ最適化される。この場合、例えば、200時間以上
の素子寿命が得られるように、ストライプ幅は10μm
以上50μm以下に選ばれ、共振器長は800μm以上
に選ばれる。より好適には、例えば、動作電圧が5V以
下、発振閾値電流密度が400A/cm2 以下で、20
0時間以上の素子寿命が得られるように、ストライプ幅
は20μm以上50μm以下に選ばれ、共振器長は80
0μm以上に選ばれる。一例を挙げると、ストライプ幅
は20μmであり、共振器長は1000μmである。た
だし、上述において、素子寿命は、光出力を1mWで一
定として動作させたときの寿命に対応する。In the first embodiment, the active layer 7
ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgSSe SC whose effective band gap energy is 2.49 eV
In the gain-guided semiconductor laser having the H structure, the upper portion of the p-type ZnSSe cap layer 10 and the p-type ZnSe contact layer 11 are formed so that the oscillation threshold voltage and the oscillation threshold current density are reduced and the device life is improved. , P-type ZnSe
The width of the stripe portion composed of the / ZnTe superlattice layer 12 and the p-type ZnTe contact layer 13, that is, the stripe width and the resonator length are optimized based on the experimental results. Specifically, in the same semiconductor laser as described above, samples were prepared in which the stripe width and the cavity length were variously changed, and from these samples, the dependence of the oscillation threshold voltage, the oscillation threshold current density, and the device life on the stripe width were determined. And resonator length dependence, and based on these results,
The stripe width and the resonator length are respectively optimized so as to obtain desired oscillation threshold voltage, oscillation threshold current density and element life. In this case, for example, the stripe width is 10 μm so that a device life of 200 hours or more is obtained.
The cavity length is selected to be at least 800 μm. More preferably, for example, when the operating voltage is 5 V or less, the oscillation threshold current density is 400 A / cm 2 or less,
The stripe width is selected to be 20 μm or more and 50 μm or less, and the resonator length is set to 80 μm or more so as to obtain a device life of 0 hour or more.
It is selected to be 0 μm or more. For example, the stripe width is 20 μm, and the cavity length is 1000 μm. However, in the above description, the element life corresponds to the life when the optical output is operated at a constant light output of 1 mW.
【0044】上述のように構成されたこの第1の実施形
態による半導体レーザは、次のようにして製造される。The semiconductor laser according to the first embodiment configured as described above is manufactured as follows.
【0045】まず、図示省略したIII−V族化合物半
導体成長用のMBE装置の超高真空に排気された真空容
器内の基板ホルダーにn型GaAs基板1を装着する。
次に、このn型GaAs基板1を所定の成長温度に加熱
した後、このn型GaAs基板1上にMBE法によりn
型GaAsバッファ層2を成長させる。この場合、n型
不純物であるSiのドーピングは、Siの分子線源(ク
ヌーセンセル)を用いて行う。なお、このn型GaAs
バッファ層2の成長は、n型GaAs基板1を例えば5
80℃付近の温度に加熱してその表面をサーマルエッチ
ングすることにより表面酸化膜などを除去して表面清浄
化を行った後に行ってもよい。First, the n-type GaAs substrate 1 is mounted on a substrate holder in a vacuum vessel evacuated to an ultra-high vacuum in an MBE apparatus for growing a group III-V compound semiconductor, not shown.
Next, after heating the n-type GaAs substrate 1 to a predetermined growth temperature, n-type GaAs substrate 1
A type GaAs buffer layer 2 is grown. In this case, doping of Si, which is an n-type impurity, is performed using a Si molecular beam source (Knudsen cell). The n-type GaAs
The growth of the buffer layer 2 is performed by forming the n-type GaAs
The heating may be performed after heating to a temperature of about 80 ° C. and thermal etching the surface to remove the surface oxide film and the like and clean the surface.
【0046】次に、このようにしてn型GaAsバッフ
ァ層2が成長されたn型GaAs基板1を、図示省略し
た真空搬送路を介して、上述のIII−V族化合物半導
体成長用のMBE装置から、図8に示すII−VI族化
合物半導体成長用のMBE装置に搬送する。そして、こ
の図8に示すMBE装置において、レーザ構造を形成す
る各II−VI族化合物半導体層の成長を行う。この場
合、n型GaAsバッファ層2の表面は、その成長が行
われてから図8に示すMBE装置に搬送される間に大気
にさらされないので、清浄のまま保たれる。Next, the n-type GaAs substrate 1 on which the n-type GaAs buffer layer 2 has been grown as described above is transferred to the above-mentioned MBE apparatus for growing a III-V compound semiconductor through a vacuum transfer path (not shown). From the substrate to an MBE apparatus for growing II-VI group compound semiconductors shown in FIG. Then, in the MBE apparatus shown in FIG. 8, each II-VI group compound semiconductor layer forming the laser structure is grown. In this case, the surface of the n-type GaAs buffer layer 2 is kept clean since it is not exposed to the air during its transfer to the MBE apparatus shown in FIG. 8 after its growth.
【0047】図8に示すように、このMBE装置におい
ては、図示省略した超高真空排気装置により超高真空に
排気された真空容器21内に基板ホルダー22が設けら
れ、この基板ホルダー22に成長を行うべき基板が保持
される。この真空容器21内には、基板ホルダー22に
対向して複数の分子線源(クヌーセンセル)23が取り
付けられている。この場合、分子線源23としては、Z
n、Se、Mg、ZnS、Te、CdおよびZnCl2
などの分子線源が用意されている。真空容器21内には
さらに、電子サイクロトロン共鳴(ECR)または高周
波(RF)によるプラズマセル24が基板ホルダー22
に対向して取り付けられている。As shown in FIG. 8, in this MBE apparatus, a substrate holder 22 is provided in a vacuum vessel 21 evacuated to an ultra-high vacuum by an ultra-high vacuum exhaust device (not shown). Is held. A plurality of molecular beam sources (Knudsen cells) 23 are mounted in the vacuum vessel 21 so as to face the substrate holder 22. In this case, as the molecular beam source 23, Z
n, Se, Mg, ZnS, Te, Cd and ZnCl 2
Molecular beam sources such as are provided. In the vacuum chamber 21, a plasma cell 24 by electron cyclotron resonance (ECR) or radio frequency (RF) is further provided with a substrate holder 22.
It is attached to face.
【0048】さて、n型GaAsバッファ層2上にレー
ザ構造を形成する各II−VI族化合物半導体層を成長
させるためには、図8に示すMBE装置のチェンバー2
1内の基板ホルダー22に、このn型GaAsバッファ
層2が成長されたn型GaAs基板1を装着する。次
に、このn型GaAs基板1を所定の成長温度、例えば
約250℃に設定してMBE法による成長を開始する。
すなわち、n型GaAsバッファ層2上に、n型ZnS
eバッファ層3、n型ZnSSeバッファ層4、n型Z
nMgSSeクラッド層5、n型ZnSSe光導波層
6、活性層7、p型ZnSSe光導波層8、p型ZnM
gSSeクラッド層9、p型ZnSSeキャップ層1
0、p型ZnSeコンタクト層11、p型ZnSe/Z
nTe超格子層12およびp型ZnTeコンタクト層1
3を順次成長させる。Now, in order to grow each II-VI group compound semiconductor layer forming a laser structure on the n-type GaAs buffer layer 2, the chamber 2 of the MBE apparatus shown in FIG.
The n-type GaAs substrate 1 on which the n-type GaAs buffer layer 2 has been grown is mounted on the substrate holder 22 in 1. Next, the n-type GaAs substrate 1 is set at a predetermined growth temperature, for example, about 250 ° C., and growth by the MBE method is started.
That is, on the n-type GaAs buffer layer 2, n-type ZnS
e-buffer layer 3, n-type ZnSSe buffer layer 4, n-type Z
nMgSSe cladding layer 5, n-type ZnSSe optical waveguide layer 6, active layer 7, p-type ZnSSe optical waveguide layer 8, p-type ZnM
gSSe clad layer 9, p-type ZnSSe cap layer 1
0, p-type ZnSe contact layer 11, p-type ZnSe / Z
nTe superlattice layer 12 and p-type ZnTe contact layer 1
3 is grown sequentially.
【0049】n型ZnSeバッファ層3、n型ZnSS
eバッファ層4、n型ZnMgSSeクラッド層5、n
型ZnSSe光導波層6のn型不純物としてのClのド
ーピングは、例えばZnCl2 をドーパントとして用い
て行う。また、p型ZnSSe光導波層8、p型ZnM
gSSeクラッド層9、p型ZnSSeキャップ層1
0、p型ZnSeコンタクト層11、p型ZnSe/Z
nTe超格子層12およびp型ZnTeコンタクト層1
3のp型不純物としてのNのドーピングは、図8に示す
MBE装置のプラズマセル24において、ガス導入管
(図示せず)から導入されるN2 ガスのプラズマ化を行
い、これにより発生されたN2 プラズマを基板表面に照
射することにより行う。N-type ZnSe buffer layer 3, n-type ZnSS
e buffer layer 4, n-type ZnMgSSe clad layer 5, n
The doping of the type ZnSSe optical waveguide layer 6 with Cl as an n-type impurity is performed using, for example, ZnCl 2 as a dopant. The p-type ZnSSe optical waveguide layer 8 and the p-type ZnM
gSSe clad layer 9, p-type ZnSSe cap layer 1
0, p-type ZnSe contact layer 11, p-type ZnSe / Z
nTe superlattice layer 12 and p-type ZnTe contact layer 1
The doping of N as a p-type impurity of No. 3 was generated by converting N 2 gas introduced from a gas introduction pipe (not shown) into plasma in the plasma cell 24 of the MBE apparatus shown in FIG. This is performed by irradiating the substrate surface with N 2 plasma.
【0050】次に、p型ZnTeコンタクト層13上に
リソグラフィーにより一方向に延在する所定の幅のスト
ライプ形状のレジストパターン(図示せず)を形成した
後、このレジストパターンをマスクとして、例えばウエ
ットエッチング法によりp型ZnSSeキャップ層10
の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。これによ
って、p型ZnSSeキャップ層10の上層部、p型Z
nSeコンタクト層11、p型ZnSe/ZnTe超格
子層12およびp型ZnTeコンタクト層13が所定の
幅のストライプ形状にパターニングされる。Next, a stripe-shaped resist pattern (not shown) having a predetermined width extending in one direction is formed on the p-type ZnTe contact layer 13 by lithography. P-type ZnSSe cap layer 10 by etching
Is etched to an intermediate depth in the thickness direction. Thereby, the upper layer portion of the p-type ZnSSe cap layer 10 and the p-type ZnSSe
The nSe contact layer 11, the p-type ZnSe / ZnTe superlattice layer 12, and the p-type ZnTe contact layer 13 are patterned into a stripe shape having a predetermined width.
【0051】次に、このエッチングに用いたレジストパ
ターンをそのまま残した状態で、全面にポリイミド膜を
被着する。この後、このレジストパターンをその上のポ
リイミド膜とともに除去する(リフトオフ)。これによ
って、ストライプ形状にパターニングにされたp型Zn
SSeキャップ層10の上層部、p型ZnSeコンタク
ト層11、p型ZnSe/ZnTe超格子層12および
p型ZnTeコンタクト層13の両側の部分にポリイミ
ドからなる絶縁層14が形成される。Next, a polyimide film is deposited on the entire surface while the resist pattern used for the etching is left as it is. Thereafter, the resist pattern is removed together with the polyimide film thereon (lift-off). Thereby, p-type Zn patterned in a stripe shape
An insulating layer 14 made of polyimide is formed on both sides of the upper layer portion of the SSe cap layer 10, the p-type ZnSe contact layer 11, the p-type ZnSe / ZnTe superlattice layer 12, and the p-type ZnTe contact layer 13.
【0052】次に、ストライプ形状のp型ZnTeコン
タクト層13およびその両側の部分の絶縁層14の全面
に例えば真空蒸着法によりPd膜、Pt膜およびAu膜
を順次形成してPd/Pt/Au構造のp側電極15を
形成する。この後、必要に応じて熱処理を行って、この
p側電極15をp型ZnTeコンタクト層13にオーミ
ックコンタクトさせる。一方、n型GaAs基板1の裏
面に例えばIn電極のようなn側電極16を形成する。Next, a Pd film, a Pt film and an Au film are sequentially formed on the entire surface of the stripe-shaped p-type ZnTe contact layer 13 and the insulating layer 14 on both sides thereof by, for example, a vacuum deposition method to form Pd / Pt / Au. A p-side electrode 15 having a structure is formed. Thereafter, a heat treatment is performed as needed to bring the p-side electrode 15 into ohmic contact with the p-type ZnTe contact layer 13. On the other hand, an n-side electrode 16 such as an In electrode is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1.
【0053】次に、以上のようにしてレーザ構造が形成
されたn型GaAs基板1を、所定の共振器長となるよ
うにバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらに、
端面コーティングを施した後、このバーを劈開してチッ
プ化する。このようにして得られるレーザチップはヒー
トシンク上にマウントされ、パッケージングが行われ、
目的とする半導体レーザが製造される。Next, the n-type GaAs substrate 1 on which the laser structure is formed as described above is cleaved into a bar shape so as to have a predetermined resonator length to form both resonator end faces.
After applying the end face coating, the bar is cleaved into chips. The laser chip thus obtained is mounted on a heat sink, packaged,
The target semiconductor laser is manufactured.
【0054】上述のように構成されたこの第1の実施形
態によれば、活性層7の実効的なバンドギャップエネル
ギーが2.49eV以上であるZnCdSe/ZnSS
e/ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半導体
レーザにおいて、ストライプ幅が10μm以上50μm
以下であり、かつ、共振器長が800μm以上であるこ
とにより、発振閾値電圧および発振閾値電流密度が低減
され、かつ、素子寿命が向上するように、ストライプ幅
および共振器長がそれぞれ最適化されている。これによ
り、動作電圧を低く保った状態で、発振閾値電流密度を
低減することができ、半導体レーザの寿命および信頼性
を向上させることができる。According to the first embodiment configured as described above, ZnCdSe / ZnSS in which the effective band gap energy of the active layer 7 is 2.49 eV or more.
In a gain guided semiconductor laser having an e / ZnMgSSe SCH structure, a stripe width is 10 μm or more and 50 μm or more.
And the resonator length is 800 μm or more, the oscillation threshold voltage and the oscillation threshold current density are reduced, and the stripe width and the resonator length are optimized so that the element life is improved. ing. As a result, the oscillation threshold current density can be reduced while the operating voltage is kept low, and the life and reliability of the semiconductor laser can be improved.
【0055】次に、この発明の第2の実施形態について
説明する。この半導体レーザは、ZnCdSeを活性
層、ZnSSeを光導波層、ZnMgSSeをクラッド
層とするZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe
SCH構造を有し、かつ、利得導波型のものである。こ
の第2の実施形態においては、このZnCdSe/Zn
SSe/ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半
導体レーザにおいて、活性層の実効的なバンドギャップ
エネルギーが2.47eV以下である場合について説明
する。Next, a second embodiment of the present invention will be described. This semiconductor laser uses ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgSSe with an active layer of ZnCdSe, an optical waveguide layer of ZnSSe, and a cladding layer of ZnMgSSe.
It has an SCH structure and is of a gain waveguide type. In the second embodiment, the ZnCdSe / Zn
A case in which the effective band gap energy of the active layer is 2.47 eV or less in a gain-guided semiconductor laser having the SSe / ZnMgSSe SCH structure will be described.
【0056】この第2の実施形態による半導体レーザに
おいては、活性層7を構成するZn1-x Cdx Se層に
おけるCd組成比xが0.28以上に選ばれ、この活性
層7の実効的なバンドギャップエネルギーが2.47e
V以下となっている。この場合、具体的には、活性層7
を構成するZn1-x Cdx Se層におけるCd組成比x
は例えば0.31である。このCd組成比x=0.31
のZn1-x Cdx Se層からなる活性層7の実効的なバ
ンドギャップエネルギーは2.45eVであり、このと
き、この半導体レーザの発光波長は506nmである。In the semiconductor laser according to the second embodiment, the Cd composition ratio x in the Zn 1 -x Cd x Se layer constituting the active layer 7 is selected to be 0.28 or more, and the effective layer 7 Bandgap energy is 2.47e
V or less. In this case, specifically, the active layer 7
Composition ratio x in Zn 1-x Cd x Se layer constituting
Is, for example, 0.31. This Cd composition ratio x = 0.31
The effective bandgap energy of the active layer 7 composed of the Zn 1-x Cd x Se layer is 2.45 eV. At this time, the emission wavelength of this semiconductor laser is 506 nm.
【0057】この第2の実施形態においては、活性層7
の実効的なバンドギャップエネルギーが2.45eVで
あるZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe SC
H構造の利得導波型の半導体レーザにおいて、発振閾値
電流が低減され、素子寿命が向上するようにストライプ
幅および共振器長が、それぞれ実験結果に基づいて最適
化されている。具体的には、上述と同様な半導体レーザ
において、ストライプ幅および共振器長を種々変化させ
た試料を作製し、これらの試料から、発振閾値電圧、発
振閾値電流密度、発振閾値電流、素子寿命のストライプ
幅依存性および共振器長依存性を調べ、これらの結果に
基づいて、所望の発振閾値電流および素子寿命が得られ
るように、ストライプ幅および共振器長がそれぞれ最適
化される。この場合、例えば、発振閾値電流が50mA
以下で、50時間以上の素子寿命が得られるように、ス
トライプ幅は3μm以上10μm以下に選ばれ、共振器
長は500μm以上1000μm以下に選ばれる。一例
を挙げると、ストライプ幅は5μmであり、共振器長は
800μmである。ただし、上述において、素子寿命
は、光出力を1mWで一定として動作させたときの寿命
に対応する。In the second embodiment, the active layer 7
ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgSSe SC whose effective band gap energy is 2.45 eV
In a gain-guided semiconductor laser having an H structure, a stripe width and a resonator length are optimized based on experimental results so that an oscillation threshold current is reduced and a device life is improved. Specifically, in a semiconductor laser similar to that described above, samples with variously changed stripe widths and resonator lengths were prepared, and from these samples, oscillation threshold voltage, oscillation threshold current density, oscillation threshold current, and device lifetime were measured. The stripe width dependency and the resonator length dependency are examined, and based on these results, the stripe width and the resonator length are optimized so as to obtain desired oscillation threshold current and device life. In this case, for example, the oscillation threshold current is 50 mA.
Hereinafter, the stripe width is selected from 3 μm to 10 μm, and the resonator length is selected from 500 μm to 1000 μm so that the device life of 50 hours or more can be obtained. For example, the stripe width is 5 μm, and the resonator length is 800 μm. However, in the above description, the element life corresponds to the life when the optical output is operated at a constant light output of 1 mW.
【0058】この第2の実施形態による半導体レーザの
以外の構成は、上述の第1の実施形態による半導体レー
ザと同様であるので、説明を省略する。The configuration other than that of the semiconductor laser according to the second embodiment is the same as that of the semiconductor laser according to the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted.
【0059】この第2の実施形態による半導体レーザの
製造方法は、第1の実施形態による半導体レーザの製造
方法と同様であるので、説明を省略する。The method of manufacturing the semiconductor laser according to the second embodiment is the same as the method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
【0060】上述のように構成されたこの第2の実施形
態によれば、活性層の実効的なバンドギャップエネルギ
ーが2.47eV以下であるZnCdSe/ZnSSe
/ZnMgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レ
ーザにおいて、ストライプ幅が3μm以上10μm以下
で、かつ、共振器長が500μm以上1000μm以下
であることにより、発振閾値電流が低減され、素子寿命
が向上するように、ストライプ幅および共振器長がそれ
ぞれ最適化されている。これにより、半導体レーザの寿
命および信頼性を向上させることができる。According to the second embodiment configured as described above, the effective band gap energy of the active layer is ZnCdSe / ZnSSe of 2.47 eV or less.
In a gain-guided semiconductor laser having a / ZnMgSSe SCH structure, the lasing width is 3 μm to 10 μm and the resonator length is 500 μm to 1000 μm, so that the oscillation threshold current is reduced and the element life is improved. As described above, the stripe width and the resonator length are respectively optimized. Thereby, the life and reliability of the semiconductor laser can be improved.
【0061】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.
【0062】例えば、上述の第1および第2の実施形態
による半導体レーザの構造や材料はあくまでも例に過ぎ
ず、これと異なる構造や材料を用いてもよい。具体的に
は、第1および第2の実施形態において挙げた活性層7
を構成するZn1-z Cdz Se層の組成は、それぞれ、
活性層7の実効的なバンドギャップエネルギーが2.4
9eV以上の場合、2.47eV以下の場合の代表的な
値であり、必要に応じて、例示したものと異なる組成の
Zn1-z Cdz Se層を用いてもよい。For example, the structures and materials of the semiconductor lasers according to the first and second embodiments are merely examples, and different structures and materials may be used. Specifically, the active layer 7 described in the first and second embodiments
The composition of the Zn 1 -z Cd z Se layer constituting
The effective band gap energy of the active layer 7 is 2.4
In the case of 9 eV or more, it is a typical value in the case of 2.47 eV or less, and a Zn 1-z Cd z Se layer having a composition different from the exemplified one may be used as necessary.
【0063】また、例えば、上述の第1および第2の実
施形態におけるSQW構造の活性層7の代わりにMQW
構造の活性層を用いてもよい。また、例えば、第1およ
び第2の実施形態における光導波層は、アンドープのも
のであってもよい。また、例えば、上述の第1および第
2の実施形態においては、n型ZnSSeバッファ層4
を省略した構造としてもよい。Also, for example, instead of the active layer 7 having the SQW structure in the first and second embodiments, the MQW
An active layer having a structure may be used. Further, for example, the optical waveguide layers in the first and second embodiments may be undoped. Further, for example, in the above-described first and second embodiments, the n-type ZnSSe buffer layer 4 is used.
May be omitted.
【0064】また、上述の第1および第2の実施形態に
おいては、II−VI族化合物半導体層の成長にMBE
法を用いているが、このII−VI族化合物半導体層の
成長には例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法
を用いてもよい。In the above-described first and second embodiments, the growth of the II-VI compound semiconductor layer is performed by MBE.
Although the method is used, the metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method may be used for growing the II-VI group compound semiconductor layer.
【0065】さらに、上述の第1および第2の実施形態
においては、この発明を半導体レーザに適用した場合に
ついて説明したが、この発明は、発光ダイオードに適用
することも可能である。また、この発明はp型半導体基
板を用いた半導体発光素子に適用することも可能であ
る。Furthermore, in the first and second embodiments described above, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser has been described. However, the present invention can be applied to a light emitting diode. Further, the present invention can be applied to a semiconductor light emitting device using a p-type semiconductor substrate.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上説明したように、この発明の第1の
発明によれば、活性層の実効的なバンドギャップエネル
ギーが2.49eV以上である利得導波型の半導体発光
素子において、ストライプ幅が10μm以上50μm以
下で、かつ、共振器長が800μm以上であることによ
り、動作電圧を低く保った状態で、発振閾値電流密度を
低減することができ、半導体発光素子の寿命および信頼
性の向上を図ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, in the gain-guided semiconductor light emitting device in which the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV or more, the stripe width is reduced. Is 10 μm or more and 50 μm or less and the resonator length is 800 μm or more, the oscillation threshold current density can be reduced while the operating voltage is kept low, and the life and reliability of the semiconductor light emitting element are improved. Can be achieved.
【0067】この発明の第2の発明によれば、活性層の
実効的なバンドギャップエネルギーが2.47eV以下
である利得導波型の半導体発光素子において、ストライ
プ幅が3μm以上10μm以下で、かつ、共振器長が5
00μm以上1000μm以下であることにより、半導
体発光素子の寿命および信頼性の向上を図ることができ
る。According to the second aspect of the present invention, in a gain-guided semiconductor light emitting device in which the effective band gap energy of the active layer is 2.47 eV or less, the stripe width is 3 μm or more and 10 μm or less, and , Resonator length is 5
When the thickness is from 00 μm to 1000 μm, the life and reliability of the semiconductor light emitting device can be improved.
【図1】 活性層の実効的なバンドギャップエネルギー
が2.49eVであるZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おける、発振閾値電流密度および発振閾値電圧のストラ
イプ幅依存性を示すグラフである。FIG. 1 shows ZnCdSe / ZnSSe / Zn in which the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV.
5 is a graph showing the stripe width dependence of the oscillation threshold current density and the oscillation threshold voltage in the gain-guided semiconductor laser having the MgSSe SCH structure.
【図2】 活性層の実効的なバンドギャップエネルギー
が2.49eVであるZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おける、素子寿命および動作電流密度のストライプ幅依
存性を示すグラフである。FIG. 2 shows ZnCdSe / ZnSSe / Zn in which the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV.
4 is a graph showing the stripe width dependence of device life and operating current density in a gain-guided semiconductor laser having an MgSSe SCH structure.
【図3】 活性層の実効的なバンドギャップエネルギー
が2.49eVであるZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おける、素子寿命および動作電流密度の共振器長依存性
を示すグラフである。FIG. 3 shows ZnCdSe / ZnSSe / Zn in which the effective band gap energy of the active layer is 2.49 eV.
4 is a graph showing the resonator length dependence of device life and operating current density in a gain-guided semiconductor laser having a MgSSe SCH structure.
【図4】 活性層の実効的なバンドギャップエネルギー
が2.45eVであるZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おける、発振閾値電流密度および発振閾値電圧のストラ
イプ幅依存性を示すグラフである。FIG. 4 shows ZnCdSe / ZnSSe / Zn in which the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV.
5 is a graph showing the stripe width dependence of the oscillation threshold current density and the oscillation threshold voltage in the gain-guided semiconductor laser having the MgSSe SCH structure.
【図5】 活性層の実効的なバンドギャップエネルギー
が2.45eVであるZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おける、素子寿命および動作電流密度のストライプ幅依
存性を示すグラフである。FIG. 5 shows ZnCdSe / ZnSSe / Zn in which the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV.
4 is a graph showing the stripe width dependence of device life and operating current density in a gain-guided semiconductor laser having an MgSSe SCH structure.
【図6】 活性層の実効的なバンドギャップエネルギー
が2.45eVであるZnCdSe/ZnSSe/Zn
MgSSe SCH構造の利得導波型の半導体レーザに
おける、素子寿命および動作電流密度の共振器長依存性
を示すグラフである。FIG. 6 shows ZnCdSe / ZnSSe / Zn in which the effective band gap energy of the active layer is 2.45 eV.
4 is a graph showing the resonator length dependence of device life and operating current density in a gain-guided semiconductor laser having a MgSSe SCH structure.
【図7】 この発明の第1の実施形態によるII−VI
族化合物半導体を用いた半導体レーザの断面図である。FIG. 7 shows II-VI according to the first embodiment of the present invention.
1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser using a group III compound semiconductor.
【図8】 この発明の第1の実施形態によるII−VI
族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造に用いられ
るMBE装置の構成の一例を示す略線図である。FIG. 8 shows II-VI according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of an MBE apparatus used for manufacturing a semiconductor laser using a group III compound semiconductor.
1・・・n型GaAs基板、5・・・n型ZnMgSS
eクラッド層、6・・・n型ZnSSe光導波層、7・
・・活性層、8・・・p型ZnSSe光導波層、9・・
・p型ZnMgSSeクラッド層、10・・・p型Zn
SSeキャップ層、11・・・p型ZnSeコンタクト
層、12・・・p型ZnSe/ZnTe超格子層、13
・・・p型ZnTeコンタクト層、14・・・絶縁層、
15・・・p側電極、16・・・n側電極1 ... n-type GaAs substrate, 5 ... n-type ZnMgSS
e-clad layer, 6... n-type ZnSSe optical waveguide layer, 7.
..Active layer, 8... P-type ZnSSe optical waveguide layer, 9.
-P-type ZnMgSSe cladding layer, 10 ... p-type Zn
SSe cap layer, 11 ... p-type ZnSe contact layer, 12 ... p-type ZnSe / ZnTe superlattice layer, 13
... p-type ZnTe contact layer, 14 ... insulating layer,
15 ... p-side electrode, 16 ... n-side electrode
フロントページの続き (72)発明者 喜嶋 悟 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5F041 CA05 CA14 CA41 CA43 CA44 CA99 CB36 5F073 AA45 AA61 CA22 CB10 DA30Continued on the front page (72) Inventor Satoru Kijima 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term within Sony Corporation (reference) 5F041 CA05 CA14 CA41 CA43 CA44 CA99 CB36 5F073 AA45 AA61 CA22 CB10 DA30
Claims (18)
し、 上記第1のクラッド層、上記活性層および上記第2のク
ラッド層はZn、Cd、Mg、HgおよびBeからなる
群より選ばれた一種類以上のII族元素とS、Se、T
eおよびOからなる群より選ばれた一種類以上のVI族
元素とからなるII−VI族化合物半導体により構成さ
れ、 上記活性層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.
49eV以上である利得導波型の半導体発光素子におい
て、 ストライプ幅が10μm以上50μm以下で、かつ、共
振器長が800μm以上であることを特徴とする半導体
発光素子。1. A substrate, a first cladding layer of a first conductivity type on the substrate, an active layer on the first cladding layer, and a second cladding of a second conductivity type on the active layer The first cladding layer, the active layer and the second cladding layer each include one or more group II elements selected from the group consisting of Zn, Cd, Mg, Hg and Be, and S, Se, T
The active layer is formed of a II-VI compound semiconductor comprising at least one group VI element selected from the group consisting of e and O, and the effective band gap energy of the active layer is 2.
A gain-guided semiconductor light emitting device having a frequency of 49 eV or more, wherein the stripe width is 10 μm or more and 50 μm or less, and the cavity length is 800 μm or more.
クラッド層はZnMgSSeからなることを特徴とする
請求項1記載の半導体発光素子。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said first cladding layer and said second cladding layer are made of ZnMgSSe.
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer is made of ZnCdSe.
間および上記活性層と上記第2のクラッド層との間に、
それぞれ、上記II−VI族化合物半導体により構成さ
れた第1の光導波層および第2の光導波層を有すること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。4. Between the first cladding layer and the active layer and between the active layer and the second cladding layer,
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a first optical waveguide layer and a second optical waveguide layer each made of the II-VI compound semiconductor.
導波層はZnSSeからなることを特徴とする請求項4
記載の半導体発光素子。5. The optical waveguide according to claim 4, wherein the first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer are made of ZnSSe.
The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
VI族化合物半導体により構成された第2導電型のコン
タクト層を有し、上記第1のクラッド層はn型クラッド
層であり、上記第2のクラッド層はp型クラッド層であ
り、上記コンタクト層はp型コンタクト層であることを
特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。6. The method according to claim 1, wherein the second clad layer is provided on the second clad layer.
A second conductivity type contact layer made of a group VI compound semiconductor, wherein the first cladding layer is an n-type cladding layer, the second cladding layer is a p-type cladding layer, and the contact layer The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein is a p-type contact layer.
ッド層上のp型ZnSSeからなる第1のp型コンタク
ト層と、この第1のp型コンタクト層上のp型ZnSe
からなる第2のp型コンタクト層と、この第2のp型コ
ンタクト層上の一層以上のp型ZnSe層および一層以
上のp型ZnTe層により構成された超格子層と、この
超格子層上のp型ZnTeからなる第3のp型コンタク
ト層とからなることを特徴とする請求項6記載の半導体
発光素子。7. The p-type contact layer comprises: a first p-type contact layer made of p-type ZnSSe on the p-type cladding layer; and a p-type ZnSe on the first p-type contact layer.
A second p-type contact layer, a superlattice layer composed of one or more p-type ZnSe layers and one or more p-type ZnTe layers on the second p-type contact layer, 7. The semiconductor light-emitting device according to claim 6, comprising a third p-type contact layer made of p-type ZnTe.
nm以下であることを特徴とする請求項7記載の半導体
発光素子。8. The thickness of the third p-type contact layer is 5
The semiconductor light-emitting device according to claim 7, wherein the diameter is not more than nm.
1.5μm以上であることを特徴とする請求項7記載の
半導体発光素子。9. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein said first p-type contact layer has a thickness of 1.5 μm or more.
ラッド層はZn、Hg、Cd、MgおよびBeからなる
群より選ばれた一種類以上のII族元素とS、Se、T
eおよびOからなる群より選ばれた一種類以上のVI族
元素とからなるII−VI族化合物半導体により構成さ
れ、 上記活性層の実効的なバンドギャップエネルギーが2.
47eV以下である利得導波型の半導体発光素子におい
て、 ストライプ幅が3μm以上10μm以下で、かつ、共振
器長が500μm以上1000μm以下であることを特
徴とする半導体発光素子。10. A substrate, a first cladding layer of a first conductivity type on the substrate, an active layer on the first cladding layer, and a second cladding of a second conductivity type on the active layer. The first cladding layer, the active layer and the second cladding layer are formed of one or more group II elements selected from the group consisting of Zn, Hg, Cd, Mg and Be, and S, Se, T
The active layer is formed of a II-VI compound semiconductor comprising at least one group VI element selected from the group consisting of e and O, and the effective band gap energy of the active layer is 2.
A gain-guided semiconductor light-emitting device having a voltage of 47 eV or less, wherein the stripe width is 3 μm or more and 10 μm or less, and the cavity length is 500 μm or more and 1000 μm or less.
のクラッド層はZnMgSSeからなることを特徴とす
る請求項10記載の半導体発光素子。11. The first cladding layer and the second cladding layer.
11. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein said cladding layer is made of ZnMgSSe.
とを特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。12. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein said active layer is made of ZnCdSe.
の間および上記活性層と上記第2のクラッド層との間
に、それぞれ、上記II−VI族化合物半導体により構
成された第1の光導波層および第2の光導波層を有する
ことを特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。13. A first semiconductor made of the II-VI group compound semiconductor, between the first cladding layer and the active layer and between the active layer and the second cladding layer, respectively. The semiconductor light emitting device according to claim 10, further comprising an optical waveguide layer and a second optical waveguide layer.
光導波層はZnSSeからなることを特徴とする請求項
13記載の半導体発光素子。14. The semiconductor light emitting device according to claim 13, wherein said first optical waveguide layer and said second optical waveguide layer are made of ZnSSe.
−VI族化合物半導体により構成された第2導電型のコ
ンタクト層を有し、上記第1のクラッド層はn型クラッ
ド層であり、上記第2のクラッド層はp型クラッド層で
あり、上記コンタクト層はp型コンタクト層であること
を特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。15. The method according to claim 15, further comprising:
A contact layer of a second conductivity type made of a Group VI compound semiconductor, wherein the first cladding layer is an n-type cladding layer, the second cladding layer is a p-type cladding layer, The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the layer is a p-type contact layer.
ラッド層上のp型ZnSSeからなる第1のp型コンタ
クト層と、この第1のp型コンタクト層上のp型ZnS
eからなる第2のp型コンタクト層と、この第2のp型
コンタクト層上の一層以上のp型ZnSe層および一層
以上のp型ZnTe層により構成された超格子層と、こ
の超格子層上のp型ZnTeからなる第3のp型コンタ
クト層とからなることを特徴とする請求項15記載の半
導体発光素子。16. The p-type contact layer comprises: a first p-type contact layer made of p-type ZnSSe on the p-type clad layer; and a p-type ZnS on the first p-type contact layer.
e, a second superlattice layer composed of at least one p-type ZnSe layer and one or more p-type ZnTe layers on the second p-type contact layer, and the superlattice layer 16. The semiconductor light emitting device according to claim 15, comprising a third p-type contact layer made of p-type ZnTe.
5nm以下であることを特徴とする請求項16記載の半
導体発光素子。17. The semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein said third p-type contact layer has a thickness of 5 nm or less.
1.5μm以上であることを特徴とする請求項16記載
の半導体発光素子。18. The semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein said first p-type contact layer has a thickness of 1.5 μm or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19421298A JP2000031592A (en) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031592A true JP2000031592A (en) | 2000-01-28 |
Family
ID=16320824
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP19421298A Pending JP2000031592A (en) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Semiconductor light emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000031592A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005056950A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor substrate of GaAs and semiconductor device |
-
1998
- 1998-07-09 JP JP19421298A patent/JP2000031592A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005056950A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor substrate of GaAs and semiconductor device |
| US7875961B2 (en) | 2005-09-30 | 2011-01-25 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor substrate of GaAs and semiconductor device |
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