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JP2950927B2 - Semiconductor laser - Google Patents
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JP2950927B2 - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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昌幸 庄野
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    • 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
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、可視光を出射するInGaAlP系の半導体レー
ザに関する。
The present invention relates to an InGaAlP-based semiconductor laser that emits visible light.

(ロ)従来の技術 第5図に示す従来の半導体レーザの素子構造は、Japa
neseJournalof Applied Physics Vol.28,No.9,Septembe
r,1989,pp.1615−1621に開示されたものである。同図に
おいて、上からAuZn/Au電極101、p型GaAsキャップ層10
2、n型GaAsブロック層103、p型In0.5(Ga1-XAlX0.5
Pクラッド層104、ノンドープのIn0.5Ga0.5P活性層10
5、n型In0.5(Ga1-XAlX0.5Pクラッド層106、n型Ga
Asバッファ層107、n型GaAs基板108、AuGe/Au電極109で
ある。
(B) Conventional technology The device structure of the conventional semiconductor laser shown in FIG.
neseJournalof Applied Physics Vol.28, No.9, Septembe
r, 1989, pp. 1615-1621. In the figure, the AuZn / Au electrode 101, the p-type GaAs cap layer 10
2, n-type GaAs block layer 103, p-type In 0.5 (Ga 1-X Al X ) 0.5
P cladding layer 104, non-doped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 10
5, n-type In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 P cladding layer 106, n-type Ga
An As buffer layer 107, an n-type GaAs substrate 108, and an AuGe / Au electrode 109.

この例ようにノンドープのInGaP活性層105を、p型,n
型InGaAlPクラッド層104,106で挟んだ素子構造では、製
造工程中にp型,n型クラッド層104,106のドーパント
(例えばケイ素Si,セレンSe,亜鉛Zn)が活性層105内に
混入し、素子の信頼性を低下させるという問題点があっ
た。
As in this example, the non-doped InGaP active layer 105 is
In the device structure sandwiched between the InGaAlP cladding layers 104 and 106, the dopants of the p-type and n-type cladding layers 104 and 106 (eg, silicon Si, selenium Se, and zinc Zn) are mixed into the active layer 105 during the manufacturing process, and the reliability of the device is reduced. There was a problem that it reduced.

第6図は第5図の構造を有する素子においてn型クラ
ッド層106にドーパントとしてSeを用いた素子のSe,Zn濃
度プロファイルを示し、第7図は同じくドーパントとし
てSiを用いた素子のSi,Zn濃度プロファイルを示したも
のである。但し、ドーパント濃度はSIMSを用いて測定し
た。
FIG. 6 shows the Se and Zn concentration profiles of the device having the structure of FIG. 5 using Se as the dopant in the n-type cladding layer 106, and FIG. 7 shows the Si and Zn of the device also using Si as the dopant. 3 shows a Zn concentration profile. However, the dopant concentration was measured using SIMS.

これらの図からn型ドーパントとしてSeを用いると、
Seのメモリ効果によって、活性層105内にSeが多量に取
り込まれていることが分かる。
From these figures, when Se is used as the n-type dopant,
It can be seen that a large amount of Se is taken into the active layer 105 due to the memory effect of Se.

一方ドーパントとしてSiを用いると、Seの場合に比べ
て活性層105へのSiの取り込みが低減されるものの、活
性層105とn型クラッド層106との界面ではSiの取り込み
量が多くなる。
On the other hand, when Si is used as the dopant, the amount of Si taken into the active layer 105 is reduced as compared with the case of Se, but the amount of Si taken in at the interface between the active layer 105 and the n-type cladding layer 106 increases.

さらに、第6,7図においてp型ドーパントのZnも活性
層105内に多く拡散して取り込まれていることが分か
る。
6 and 7, it can be seen that Zn as a p-type dopant is also largely diffused and taken into the active layer 105.

(ハ)発明が解決しようとする課題 本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、活性層内にp
型,n型ドーパントが取り込まれる現象を軽減するための
新しい素子構造を提供することを目的とする。
(C) Problems to be Solved by the Invention In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention has a p
It is an object of the present invention to provide a new device structure for reducing a phenomenon in which a type or n-type dopant is incorporated.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明は、InGaAlP系化合物半導体からなるp型及び
n型クラッド層と、ノンドープの活性層と、を有し、前
記活性層とp型,n型クラッド層との夫々の間に、ノンド
ープのクラッド層を設けた半導体レーザにおいて、前記
n型クラッド層のn型ドーパントとしてSiを用い、前記
活性層とp型クラッド層との間に設けたノンドープのク
ラッド層と、前記活性層とn型クラッド層との間に設け
たノンドープのクラッド層との平均膜厚を300Å以下と
したものである。
(D) Means for Solving the Problems The present invention has a p-type and n-type cladding layer made of an InGaAlP-based compound semiconductor, and a non-doped active layer. Between the active layer and the p-type cladding layer, the semiconductor laser provided with a non-doping cladding layer between the active layer and the p-type cladding layer. And an average thickness of the non-doped cladding layer provided between the active layer and the n-type cladding layer is 300 ° or less.

そして、前記p型クラッドのp型ドーパントとして、
Znを用いる。
And, as a p-type dopant of the p-type clad,
Use Zn.

(ホ)作用 活性層の両側にあるノンドープのクラッド層により活
性層内へのp型,n型ドーパントの取り込み量を制御し、
しかも順方向電圧を安定させる。
(E) Action The amount of p-type and n-type dopants taken into the active layer is controlled by the non-doped cladding layers on both sides of the active layer,
Moreover, the forward voltage is stabilized.

(ヘ)実施例 以下本発明の半導体レーザを図面に基づき詳細に説明
する。
(F) Embodiment The semiconductor laser of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は素子構造を示す断面図であり、上から順に、
Cr−Au電極1、p型GaAsキャップ層2、n型GaAsブロッ
ク層3、p型In(Ga0.5Al0.5)Pクラッド層4、In(Ga
0.5Al0.5)Pノンドープクラッド層5、ノンドープのIn
GaP活性層6、In(Ga0.5Al0.5)Pノンドープクラッド
層7、n型In(Ga0.5Al0.5)Pクラッド層8、n型InGa
Pバッファ層9、n型GaAs基板10、Cr−Sn−Au電極11で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure.
Cr-Au electrode 1, p-type GaAs cap layer 2, n-type GaAs block layer 3, p-type In (Ga 0.5 Al 0.5) P cladding layer 4, an In (Ga
0.5 Al 0.5 ) P non-doped clad layer 5, non-doped In
GaP active layer 6, In (Ga 0.5 Al 0.5 ) P undoped cladding layer 7, n-type In (Ga 0.5 Al 0.5) P cladding layer 8, n-type InGa
A P buffer layer 9, an n-type GaAs substrate 10, and a Cr-Sn-Au electrode 11.

前記各層は周知のMOCVD法を用いて基板10の一主面上
に順次エピタキシャル成長され、前記ノンドープクラッ
ド層5,7の厚みはそれぞれ100Åである。
The respective layers are sequentially epitaxially grown on one main surface of the substrate 10 using a well-known MOCVD method, and the thicknesses of the non-doped cladding layers 5 and 7 are respectively 100 °.

第2図は第1図の素子構造を有する半導体レーザ用素
子において、n型ドーパントとしてSiを用い、p型ドー
パントとしてZnを用いたときのドーピングプロファイル
を示した図である。前記第7図と比較すると、活性層6
内へのドーパントの取り込みが軽減されていることが分
かる。
FIG. 2 is a diagram showing a doping profile when Si is used as an n-type dopant and Zn is used as a p-type dopant in a semiconductor laser device having the device structure of FIG. Compared to FIG. 7, the active layer 6
It can be seen that the incorporation of the dopant into the inside is reduced.

即ち、従来の素子では、活性層105とp型クラッド層1
04との界面では3×1017(cm-3)程度のZnの拡散が見ら
れ、活性層105とn型クラッド層106との界面では7.5×1
017(cm-3)程度のZnの拡散が見られるのに対し、本発
明の素子では各ノンドープクラッド層5,7と活性層6と
の界面では夫々1×1017、2.5×1017(cm-3)程度のZn
の拡散しか見られない。
That is, in the conventional device, the active layer 105 and the p-type clad layer 1
At the interface between the active layer 105 and the n-type cladding layer 106, about 3 × 10 17 (cm −3 ) of Zn is diffused.
While Zn diffusion of about 17 (cm −3 ) is observed, in the device of the present invention, 1 × 10 17 and 2.5 × 10 17 (2.5 × 10 17 ) are formed at the interface between each of the non-doped cladding layers 5 and 7 and the active layer 6. cm- 3 ) Zn
You can only see the spread of

第3図は前記ノンドープクラッド層5,7の平均膜厚と2
00mAにおける順方向電圧VFとの関係を示す図である。こ
こで平均膜厚とは次式によるものとする。
FIG. 3 shows the average thickness of the non-doped cladding layers 5 and 7 and 2
It is a diagram showing a relationship between the forward voltage V F at 00MA. Here, the average film thickness is determined by the following equation.

この図を見ると平均膜厚が300Å程度まではVFの変化
が少なく安定していることが明らかである。
Until the average film thickness is about 300Å to see this figure it is clear that the change of the V F is less stable.

第4図は従来の素子と本発明の素子との寿命試験を行
った結果を示す電流特性図である。ここで素子のストラ
イプ幅、活性層6の厚み寸法、共振器長は夫々5μm、
0.08μm、300μm、端面コート無しとし、寿命試験は5
0℃、5mW、APC(Automatic Power Control)法で行っ
た。
FIG. 4 is a current characteristic diagram showing the results of a life test of a conventional device and the device of the present invention. Here, the stripe width of the element, the thickness dimension of the active layer 6, and the resonator length are each 5 μm.
0.08μm, 300μm, no end face coating, life test 5
The measurement was performed at 0 ° C., 5 mW, by the APC (Automatic Power Control) method.

この図から明らかなように従来の素子は1500時間程度
までは大きな電流の変化はみられないが、1500時間を過
ぎると、その電流値が大きく変化してしまうのに比し
て、本発明素子では4000時間に達しても初期の電流値を
保持していることが観察された。
As is clear from this figure, the conventional device does not show a large change in current up to about 1500 hours, but the current value greatly changes after 1500 hours, compared to the device of the present invention. It was observed that the initial current value was retained even after reaching 4000 hours.

(ト)発明の効果 本発明は以上の説明の如く、活性層の両側にノンドー
プのクラッド層を介在させることにより、ドーパントの
活性層への拡散を制御し、しかも順方向電圧を安定さ
せ、長寿命化、及び歩留まりの改善を期待できるという
効果が生まれる。
(G) Effects of the Invention As described above, the present invention controls the diffusion of the dopant into the active layer by interposing the non-doped cladding layers on both sides of the active layer, stabilizes the forward voltage, This has the effect of extending the life and improving the yield.

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

第1図は本発明の半導体レーザ素子の構造を示す断面
図、第2図は同じくドーピングプロファイルを示す図、
第3図は同じくノンドープ層の膜厚とVFとの関係を示す
図、第4図は本発明の素子と従来の素子との寿命特性を
比較した図、第5図は従来素子の構造断面図、第6図は
n型ドーパントとしてSeを用いた従来素子のドーピング
プロファイルを示す図、第7図は第5図に相当する従来
素子のドーピングプロファイルを示す図である。 4……p型クラッド層、 6……ノンドープの活性層、 5,7……ノンドープクラッド層、 8……n型クラッド層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor laser device of the present invention, FIG.
Figure 3 is a diagram similarly showing the relationship between the film thickness and V F of the non-doped layer, Figure 4 compared the lifetime of the device and a conventional device of the present invention FIG, Fig. 5 structure cross-section of a conventional element FIG. 6 is a diagram showing a doping profile of a conventional device using Se as an n-type dopant, and FIG. 7 is a diagram showing a doping profile of a conventional device corresponding to FIG. 4 ... p-type cladding layer, 6 ... non-doped active layer, 5, 7 ... non-doped cladding layer, 8 ... n-type cladding layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣山 良治 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−49691(JP,A) 特開 昭63−140590(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Ryoharu Hiroyama 2-18-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-4-49691 (JP, A) JP-A Sho 63-140590 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】InGaAlP系化合物半導体からなるp型及び
n型クラッド層と、ノンドープの活性層と、を有し、前
記活性層とp型、n型クラッド層との夫々の間に、ノン
ドープのクラッド層を設けた半導体レーザにおいて、前
記n型クラッド層のn型ドーパントとしてSiを用い、前
記活性層とp型クラッド層との間に設けたノンドープの
クラッド層と、前記活性層とn型クラッド層との間に設
けたノンドープのクラッド層との平均膜厚を300Å以下
としたことを特徴とする半導体レーザ。
1. A semiconductor device comprising: a p-type and n-type cladding layer comprising an InGaAlP-based compound semiconductor; and a non-doped active layer, wherein a non-doped active layer is provided between the active layer and the p-type and n-type clad layers. In a semiconductor laser provided with a cladding layer, Si is used as an n-type dopant of the n-type cladding layer, and a non-doped cladding layer is provided between the active layer and the p-type cladding layer; A semiconductor laser characterized in that the average film thickness with a non-doped cladding layer provided between the layers is 300 mm or less.
【請求項2】前記p型クラッドのp型ドーパントとし
て、Znを用いたことを特徴とする請求項1記載の半導体
レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein Zn is used as a p-type dopant of said p-type cladding.
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