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JPH0529713A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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Publication number
JPH0529713A
JPH0529713A JP3181330A JP18133091A JPH0529713A JP H0529713 A JPH0529713 A JP H0529713A JP 3181330 A JP3181330 A JP 3181330A JP 18133091 A JP18133091 A JP 18133091A JP H0529713 A JPH0529713 A JP H0529713A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
type
semiconductor laser
conductivity type
Prior art date
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Pending
Application number
JP3181330A
Other languages
English (en)
Inventor
Masafumi Kondo
雅文 近藤
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Shinji Kaneiwa
進治 兼岩
Toshio Hata
俊雄 幡
Hiroyuki Hosobane
弘之 細羽
Kaneki Matsui
完益 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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.)
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP3181330A priority Critical patent/JPH0529713A/ja
Priority to EP92306683A priority patent/EP0526083A1/en
Priority to US07/918,462 priority patent/US5271028A/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ素子における無効電流を大幅に
低減させる。 【構成】 第１導電型の半導体基板10上に，第１導電型
の第１半導体層15と，活性層16と，第２導電型の第２半
導体層17とを含む積層構造が設けられている。半導体基
板10上には，(n11)A面（n≧1の整数）を傾斜面11とする
ストライプ状順メサ12が形成され，そのリッジ頭部を除
いた全面に第２導電型の電流阻止層13が形成されてい
る。第２半導体層17には不純物としてIV族両性元素が添
加されているので，傾斜面11の上方に位置する第２半導
体層17および18の傾斜部分は第１導電型の反転層20とな
る。反転層20および電流阻止層13が各々電子および正孔
に対する狭窄機構として働く。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子および正孔の両キャ
リアに対する狭窄機構を備えた半導体レーザ素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年，分子線エピタキー(MBE)法を用い
て，(100)面以外の成長面を有する半導体基板上への結
晶成長が行われている。特に，GaAs基板の(100)面上に
成長させたAlGaAs層中ではn型不純物として作用するSi
が，GaAs基板の(n11)面（n≧1の整数）上に成長させたA
lGaAs層中ではp型不純物として作用することが見い出さ
れている。これは，(n11)面上では，V族元素の付着係数
が低く，IV族両性元素のSiは，V族元素の格子位置に取
り込まれやすく，アクセプターとして働くからであると
考えられている。
【０００３】このような現象を利用して，１回のMBE成
長で電流狭窄機構および屈折率導波機構を形成した半導
体レーザ素子が報告されている(特願昭62-267150号)。
この半導体レーザ素子の概略構造を図２に示す。この半
導体レーザ素子は，例えば，以下のようにして作製され
る。
【０００４】まず，図２に示すように，p型GaAs基板30
上に，(n11)A面(n≧1の整数)を傾斜面31とするストライ
プ状順メサ22を形成した後，MBE法を用いて，p型AlGaAs
第１クラッド層33，ノンドープGaAs活性層34，およびn
型AlGaAs第２クラッド層35を順次成長させる。n型AlGaA
s第２クラッド層35を成長させる際には，不純物としてI
V族両性元素が添加される。リッジの傾斜面31の上方に
位置するn型AlGaAs第２クラッド層35の傾斜部分では，n
型不純物であるIV族両性元素がp型不純物として作用す
るので，p型反転層36が形成される。なお，n型AlGaAs第
２クラッド層35上へのコンタクト層および絶縁膜などの
成長，ならびにn型電極およびp型電極の形成について
は，図示および説明を省略する。
【０００５】図２に示す構造を有する従来の半導体レー
ザ素子では，p型反転層36により電流狭窄が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし，このような半
導体レーザ素子では，図２に示すように，n型AlGaAs第
２クラッド層35のリッジ頭部に位置する部分37，p型反
転層36，ノンドープGaAs活性層34の無効部分38，および
p型AlGaAs第１クラッド層33を無効電流が流れるものと
考えられる。さらに，p型反転層36により狭窄している
のが移動度の高い電子であるので，多くの無効電流が発
生する。
【０００７】本発明は，上記従来の問題点を解決するも
のであり，その目的とするところは，移動度の高い電子
および移動度の低い正孔の両方を有効に狭窄する機構を
有し，無効電流の極めて少ない半導体レーザ素子を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は，第１導電型の半導体基板上に分子線エピタキシー
(MBE)法によりエピタキシャル成長させたIII-V族化合物
半導体からなる，第１導電型の第１半導体層と，活性層
と，第２導電型の第２半導体層とを含む積層構造を備え
ており，該半導体基板上に(n11)A面（n≧1の整数）を傾
斜面とするストライプ状順メサが形成され，そのリッジ
頭部を除いた全面に第２導電型の電流阻止層が形成さ
れ，かつ該第２半導体層に不純物としてIV族両性元素を
添加して，該傾斜面の上方に位置する該第２半導体層の
傾斜部分を第１導電型の反転層とすることにより，上記
目的が達成される。
【０００９】上記半導体レーザ素子の積層構造を構成す
る各半導体層は，MBE法を用いて，III-V族化合物半導体
をエピタキシャル成長させることにより形成される。こ
こで，使用されるIII-V族化合物半導体としては，特に
限定されるものではないが，例えば，GaAs，AlGaAs，In
P，GaInPAs，AlGaInAs，AlGaInPなどが挙げられる。た
だし，半導体基板上にストライプ状順メサのリッジ頭部
を除いて第２導電型の電流阻止層を形成する方法として
は，MBE法に限定されるものではなく，有機金属気相成
長(MOCVD)法や液相エピタキシー(LPE)法などを用いても
よい。
【００１０】また，第２導電型の第２半導体層に不純物
として添加されるIV族両性元素としては，半導体基板の
(100)面に対応する成長面上に形成された半導体層中で
は第２導電型の不純物として作用するが，(n11)A面（n
≧1の整数）に対応する傾斜成長面上に形成された半導
体層中では第１導電型の不純物として作用するものであ
れば，いかなる不純物であってもよい。例えば，半導体
基板の導電型がp型である場合には，シリコン(Si)など
が用いられる。なお，不純物の添加量については，適
宜，設定される。
【００１１】
【作用】本発明の半導体レーザ素子において，第２導電
型の第２半導体層の傾斜部分に形成された第１導電型の
反転層は主として移動度の高い電子の狭窄機構として働
き，第１導電型の半導体基板上に形成された第２導電型
の電流阻止層は主として移動度の低い正孔の狭窄機構と
して働く。電子および正孔の両キャリアに対する狭窄機
構を有するので，無効電流が大幅に低減される。
【００１２】
【実施例】以下に，本発明の実施例について説明する。
【００１３】本実施例では，図１に示すような構造を有
する半導体レーザ素子を作製した。まず，p型GaAs基板1
0（Zn=１×1019cm-3）の(100)面上に，(111)A面を傾斜
面11とするストライプ状順メサ12（幅３μm，高さ1.5μ
m）を形成する。ストライプ状順メサ12を含むp型GaAs基
板10の全面に，分子線エピタキシー(MBE)法，有機金属
気相成長(MOCVD)法，または液相エピタキシー(LPE)法を
用いて，n型GaAs電流阻止層13（厚さ500nm，Sn=３×10
18cm-3(MBE)，Se=３×1018cm-3(MOCVD)，Te＝３×1018c
m-3(LPE)）を形成する。次いで，ホトリソグラフィーお
よびエッチングにより，ストライプ状順メサ12のリッジ
頭部に位置するn 型GaAs電流阻止層13の部分を除去す
る。
【００１４】そして，露出したリッジ頭部およびn型GaA
s電流阻止層13の全面に，分子線エピタキシー(MBE)法を
用いて，p型Al0.6Ga0.4As第１クラッド層14（厚さ250n
m，Be=１×1018cm-3），p型AlxGa1-xAs(x=0.6→0.2)第
１GRIN層15（厚さ150nm，Be=１×1017cm-3），ノンドー
プGaAs量子井戸活性層16（厚さ10nm），n型AlxGa1-xAs
(x=0.2→0.6)第２GRIN層17（厚さ150nm，Si=１×1017cm
-3），n型Al0.6Ga0.4As第２クラッド層18（厚さ１μm，
Si=１×1018cm-3），およびn型GaAsコンタクト層19（厚
さ300nm，Si=３×1018cm-3）を連続的に成長させる。リ
ッジの傾斜面11の上方に位置するn型AlxGa1-xAs(x=0.2
→0.6)第２GRIN層17およびAl0.6Ga0.4As第２クラッド層
18の傾斜部分では，n型不純物であるSiがp型不純物とし
て作用するので，p型反転層20が形成される。
【００１５】さらに，p型GaAs基板10の裏面を研磨し
て，厚さ100μmとする。次いで，ホトリソグラフィーお
よび選択エッチングにより，ストライプ状順メサ12のリ
ッジ頭部の上方に位置する部分を残してn型GaAsコンタ
クト層19を除去する。そして，露出したn型Al0.6Ga0.4A
s第２クラッド層18上に，プラズマCVD法，ホトリソグラ
フィー，および選択エッチングにより，Si3N4絶縁膜21
を形成する。
【００１６】最後に，p型GaAs基板10の裏面にはAu/AuZn
からなるp側電極22を，n型GaAsコンタクト層19およびSi
3N4絶縁膜21の表面にはAuGe/Niからなるn側電極23を形
成した後，チップに分割することにより，図１に示すよ
うな半導体レーザ素子が得られる。
【００１７】本実施例で実際に作製された半導体レーザ
素子（共振器長250μm）の閾値電流は５mAであり，図２
に示すような従来の半導体レーザ素子の閾値電流10mAに
比べて大幅に低減された。これは，p型GaAs基板10のリ
ッジ頭部を除く部分にn型GaAs電流阻止層13を設けるこ
とにより，移動度の低い正孔の狭窄が有効に行われてい
ることを示している。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば，電子および正孔の両キ
ャリアを有効に狭窄する機構を有し，無効電流が大幅に
低減された半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である半導体レーザ素子の構
造を示す断面図である。
【図２】従来の半導体レーザ素子の構造を概略的に示す
断面図である。
【符号の説明】
10，30 p型GaAs基板 11，31 傾斜面 12，32 ストライプ状順メサ 13 n型電流阻止層 14 p型Al0.6Ga0.4As第１クラッド層 15 p型AlxGa1-xAs(x=0.6→0.2)第１GRIN層 16，34 ノンドープGaAs活性層 17 n型AlxGa1-xAs(x=0.2→0.6)第２GRIN層 18 n型Al0.6Ga0.4As第２クラッド層 19 n型GaAsコンタクト層 20，36 p型反転層 21 Si3N4絶縁膜 22 p側電極 23 n側電極 33 p型AlGaAs第１クラッド層 35 n型AlGaAs第２クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幡 俊雄 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ 株式会社内 (72)発明者 細羽 弘之 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ 株式会社内 (72)発明者 松井 完益 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ 株式会社内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に分子線エピ
    タキシー法により成長させたIII-V族化合物半導体から
    なる，第１導電型の第１半導体層と，活性層と，第２導
    電型の第２半導体層とを含む積層構造を備えた半導体レ
    ーザ素子であって，該半導体基板上に(n11)A面（n≧1の
    整数）を傾斜面とするストライプ状順メサが形成され，
    そのリッジ頭部を除いた全面に第２導電型の電流阻止層
    が形成され，かつ該第２半導体層に不純物としてIV族両
    性元素を添加して，該傾斜面の上方に位置する該第２半
    導体層の傾斜部分を第１導電型の反転層とすることによ
    り，電子および正孔の両キャリアを狭窄する機構を有す
    る半導体レーザ素子。
JP3181330A 1991-07-22 1991-07-22 半導体レーザ素子 Pending JPH0529713A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3181330A JPH0529713A (ja) 1991-07-22 1991-07-22 半導体レーザ素子
EP92306683A EP0526083A1 (en) 1991-07-22 1992-07-22 A semiconductor laser device
US07/918,462 US5271028A (en) 1991-07-22 1992-07-22 Semiconductor laser device

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JP3181330A JPH0529713A (ja) 1991-07-22 1991-07-22 半導体レーザ素子

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EP (1) EP0526083A1 (ja)
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