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JPH0732285B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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Publication number
JPH0732285B2
JPH0732285B2 JP61041947A JP4194786A JPH0732285B2 JP H0732285 B2 JPH0732285 B2 JP H0732285B2 JP 61041947 A JP61041947 A JP 61041947A JP 4194786 A JP4194786 A JP 4194786A JP H0732285 B2 JPH0732285 B2 JP H0732285B2
Authority
JP
Japan
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layer
semiconductor laser
band gap
electrode contact
laser device
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JP61041947A
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English (en)
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JPS62200784A (ja
Inventor
正行 石川
康夫 大場
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS62200784A publication Critical patent/JPS62200784A/ja
Publication of JPH0732285B2 publication Critical patent/JPH0732285B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32325Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は動作電圧が低く、高信頼性を有する半導体レー
ザに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ダブルヘテロ構造を有する半導体レーザは光通信用の光
源や光情報処理用の光源として注目され、エピタキシャ
ル成長法によりInPを基板とするInGaAsP系及びGaAsを基
板とするGaAlAs系のIII−V族化合物半導体混晶を材料
とする半導体レーザが実用化されている。また近年GaAs
を基板としこれに格子整合するInGaAlP系半導体レーザ
の開発が進められている。
GaAsに格子整合するInGaAlPはバンドギャップエネルギ
ーが1.9〜2.35eV程度とIII−V族化合物半導体混晶とし
て比較的大きな値を持つ、このためこれをクラッド層材
料として用いることにより、活性層材料としてバンドギ
ャップの大きなものを用いても十分なキャリア閉じ込
め、光の閉じ込めを行なうことが可能でありこれにより
これまで実用化されていた材料系では実用し得なかった
短波長での発振が可能となっている。このような半導体
レーザでは、従来のものに比べ多くの利点を有し、一例
として光ディスク・オーディオ/ビデオディスク用の光
源として用いた場合より高密度な記録が可能になること
が挙げられる。
またGaAs基板上に作成されるZnSSeやCuGaS2等のII−VI
族.I−III−VI族の化合物半導体を用いることにより、
半導体レーザのより一層の短波長化が可能である。
しかしながらこの種の半導体レーザにおいては次のよう
な問題があることをここではInGaAlPをクラッド層とす
る半導体レーザを一例として説明する。
発振波長を短波長化するためには、活性層のバンドギャ
ップおよびクラッド層のバンドギャップを十分大きくと
ることが必要である。低しきい値電流、高信頼といった
実用的な見地から一例を上げると、発振波長を620nmと
するには活性層にバンドギャップエネルギーが2.0eVのI
nGeAlPクラッド層にバンドギャップエネルギーが2.35eV
のInGaAlPを用いたがダブルヘテロ構造とすることが望
ましい。
このようなダブルヘテロ構造は金属熱分解法(etalor
ganicc hemical apor Deposition:以下MOCVD)ある
いは分子線エピタキシー(olecular eam pitaxi
y:MBE)によりGaAs基板上にエピタキシャルに成長する
ことにより得られる。またこのようなダブルヘテロ構造
に電流注入を行なう際には一方は基板を導電性とし、オ
ーミック電極を設けることにより、基板を電極コンタク
ト層として用いることにより行なう。活性層について基
板と反対側からの電極注入は基板と反対の導電性を有す
るGaAsギャップ層をクラッド層上に設け、これにオーミ
ック電極を形成することにより、これを電極コンタクト
層として用いることにより行なう。ここでGaAsを電極コ
ンタクト層として用いる利点として次のようなことが挙
げられる。すなわちGaAsは結晶性のより基板結晶が安価
に得られること、高濃度のドーピングが可能であり、低
比抵抗の層を得ることが可能であることオーミック抵抗
の低い電極コンタクトを形成することが容易であるこ
と、熱抵抗が小さく、活性層付近で発生する熱の放散を
すみやかに行なえることなどである。
しかしながらGaAsのバンドギャップエネルギーは1.42eV
程度でありクラッド層のバンドギャップエネルギーとの
間に大きな隔差が存在する。
一般に同じ導電形を有しバンドギャップが異なる2つの
半導体層の界面にはバンドの不連続により、ポテンシャ
ルバリアが形成される。このようなバリアの高さはバン
ドの不連続の大きなものほど大きい。一般にバンドギャ
ップの差が大きいほど2つの半導体のバンドの不連続の
大きさは大きいと考えられる。従って、バンドギャップ
差の大きな2つの半導体層の界面には大きなポテンシャ
ンバリアが形成される。またこのようなバリアの厚さは
主にバンドギャップの大きな層のキャリア濃度によって
決定し、キャリア濃度の高いものほど薄くなることが知
られている。バリアの存在する界面を経由して電流を注
入するためには高い電圧をかけることによってバリアの
高さを低減するか高濃度のドーピングを行なうことによ
りバリアを薄くし、トンネル効果による電流が支配的と
することが必要である。
本発明者らが鋭意実験を繰返したところ第3図にしたよ
うなInGaPを活性層、InGaAlPをクラッド層としGaAsを基
板及びキャップ層として用いた従来構造の半導体レーザ
において、クラッド層のバンドギャップエネルギーが2.
15eV程度以下であれば電流注入に大きな支障はなく動作
電圧は2.0V程度と低い値を示した。しかしながらInGaAl
Pクラッド層のバンドギャップを2.15eV以上とすると動
作電圧は徐々に増加しバンドギャップ2.35eVのInGaAlP
をクラッド層として用いたときその動作電圧は3.5V以上
の高い値を示し良好な特性を示すものは得られなかっ
た。これはGaAsとのバンドギャップ差が大きいこと及び
バンドギャップの大きなInGaAlPにおいては高キャリア
濃度の層を得難いため上述のバリアがGaAs InGaAlP界面
に形成されたことによると考えられる。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところはクラッド層と電極コンタクト層の間に大
きなバンドギャップ差が存在するDHレーザにおいても動
作電圧を高めることなくしいては高信頼性を有する半導
体レーザ装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子はバンドギャップの大きなクラッド層バン
ドギャップの小さな電極コンタクト層の間に両者のバン
ドギャップの中間的な値を持つ中間バンドギャップ層を
設けることにより界面に生ずるバリアの影響を低減し動
作電圧を低減し強いては高信頼な半導体レーザ装置を得
ることにある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、クラッド層と電極コンタクト層の間に
大きなバンドギャップ差を有する半導体レーザ装置にお
いても低動作電圧強いては高信頼性を有する半導体レー
ザ素子を実現することが可能となりその有用性は絶大で
ある。
〔発明の実施例〕
以下本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る半導体レーザの概略構
造を示す断面図である。図中11はN−GaAs基板であり、
この基板11上にはN−In0.5(Ga1-xAlx0.5PN−中間バ
ンドギャップ層12、N−In0.5(Ga1-yAly0.5PN−クラ
ッド層13、In0.5(Ga1-zAlz0.5P活性層14、P−In0.5
(Ga1-yAly0.5PP−クラッド層15、P−In0.5(Ga1-xA
lx0.5PP−中間バンドギャップ層16、P−GaAs P−電
極コンタクト層17が順次成長形成されている。P−電極
コンタクト層17上には、SiO2等の絶縁膜18が形成され、
この絶縁膜18はストライプ状に除去されている。そし
て、絶縁膜18およびP−電極コンタクト層17の上面にP
側電極19が形成されている。また基板11はn−電極コン
タクト層としての役割を有し、基板11の下面にN側電極
20が形成されている。
上記構造においての各層のバンドギャップ厚さキャリア
濃度は以下のとおりに設定される。N−GaAs基板11(1.
42eV.70μm.3×1018cm-3)、N−中間バンドギャップ層
12(2.1eV.0.2μm.3×1018cm-3)、N−クラッド層13
(2.35eV.1.5μm.1×1818cm-3),活性層14(2.00eV,0.
1μm,アンドープ),P−クラッド層15(2.35eV,1.5μm,5
×1017cm-3),P−中間バンドギャップ層16(2.1eV,0.2
μm,3×1018cm-3),P−GaAs電極コンタクト層17(1.42e
V,0.2μm,3×1018cm-3)である。
上記構造が従来の構造と異なる点はN−クラッド層13と
N−GaAs基板11の間にN−中間バンドギャップ層12を設
けたことおよびP−クラッド層15とP−GaAs電極コンタ
クト層17の間にP−中間バンドギャップ層16を設けたこ
とにある。また中間バンドギャップ層12,16のキャリア
濃度はクラッド層13,15に比べて大きくしてある。
このような構造の優位性についてはn側,P側とも同様と
考えられるので、ここではP−クラッド層15,P−中間バ
ンドギャップ層16,P−電極コンタクト層のポテンシャル
分布を第2図に示しこれを例として以下に詳しく説明す
る。
大きなバンドギャップ差を有するP−クラッド層15とP
−電極コンタクト層を直接接合すると第4図に示すよう
な大きなバリアが形成され、且つP−クラッド層である
広いバンドギャップを有するP−InGaAlPに高濃度のド
ーピングを行なうことが極めて困難であり、したがって
バリアの幅は広く、レーザを発振させるために注入する
キャリアをすべてトンネル効果によりバリアを透過させ
るのは困難である。
これに対し第2図に示すようにP−クラッド層15とP−
電極コンタクト層17の間にP−中間バンドギャップ層を
形成することにより、1つの界面でのバリアの高さを低
減できる。またP−電極コンタクト層16には高濃度のド
ーピングが可能であるためバリアの厚さを低減すること
が可能である。
このように本実施例によればクラッド層と電極コンタク
ト層の間に大きなバンドギャップ差が存在するDHレーザ
においても動作電圧を高めることなく、強いては高信頼
性を有する半導体レーザ装置を実現することができその
有用性は絶大である。
尚、本発明は上述した実施例に述べた材料を用いたレー
ザに限定されるものではない。例えば基板としてGaAsを
用いクラッド層としてZnS1-xSexCuGaS2等を用い電極コ
ンタクト層としてGaAsを用いた半導体レーザにおいても
その有用性は非常に絶大である。またその他本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る半導体レーザの概略構
造を示す断面図、第2図は第1図に示す半導体レーザの
ポテンション分布を示す特性図、第3図は従来の半導体
レーザの概略構造を示す断面図、第4図は従来例のレー
ザのポテンシャル分布を示す特性図である。 11…N−GaAs基板、12…N−InGaAlP中間バンドギャッ
プ層、13…N−InGaAlPクラッド層、14…P−InGaAlP活
性層、15…P−InGaAlPクラッド層、16…P−InGaAlP中
間バンドギャップ層、17…P−GaAs電極コンタクト層、
18…絶縁膜、19,20…電極層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性層と、この活性層を上下より挟み、前
    記活性層よりバンドギャップが大きく且つ屈折率が小さ
    いクラッド層とこの少なくとも一方のクラッド層の前記
    活性層と反対側に前記クラッド層よりもバンドギャップ
    が小さく且つ前記クラッド層と同一の導電形を有する電
    極コンタクト層と、前記クラッド層と前記電極コンタク
    ト層の間にバンドギャップが前記クラッド層のバンドギ
    ャップ以下で且つ前記電極コンタクト層のバンドギャッ
    プ以上である中間バンドギャップ層を少なくとも一層以
    上有することを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】前記中間バンドギャップ層のバンドギャッ
    プ層のバンドギャップが、上記クラッド層に近い部分で
    大きく、上記電極コンタクト層に近い部分で小さく、そ
    の間で徐々に変化する或いは一定であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】前記活性層を上下より挟むクラッド層は、
    Pクラッド層とnクラッド層であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
  4. 【請求項4】前記中間バンドギャップ層のうち前記電極
    コンタクト層に隣接する層のキャリア濃度が、上記クラ
    ッド層キャリア濃度よりも高いことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項若しくは第2項記載の半導体レーザ装
    置。
  5. 【請求項5】前記クラッド層及び中間バンドギャップ層
    がInGaAlPであり、電極コンタクト層がGaAsであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項若しくは第2項記載
    の半導体レーザ装置。
JP61041947A 1986-02-28 1986-02-28 半導体レ−ザ装置 Expired - Lifetime JPH0732285B2 (ja)

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JPS62200784A JPS62200784A (ja) 1987-09-04
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