JP2009158604A - Semiconductor laser device and method for manufacturing semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
【課題】 多重量子井戸層がＡｌＧａＡｓ系材料によって構成され、赤外光を出射する半導体レーザ素子において、端面窓構造を用いてＣＯＤレベルを向上させることができ、出力の向上された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 １つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層１６と、多重量子井戸層１６のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ多重量子井戸層１６のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部１９とを有する活性層５と、活性層５の厚み方向の両側にそれぞれ設けられる第１クラッド層４およびＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成される第２クラッド層８と、活性層５およびＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成される第２クラッド層８との間に設けられ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層６とを含む。
【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a COD level by using an end face window structure in a semiconductor laser device in which a multiple quantum well layer is composed of an AlGaAs-based material and emits infrared light, and an improved output of the semiconductor laser device A manufacturing method thereof is provided.
A multiple quantum well layer 16 made of one or more AlGaAs-based materials, and a portion of the multiple quantum well layer 16 that guides light are sandwiched from both sides in the resonator direction, and the multiple quantum well layer 16 is provided. The active layer 5 having a window region 19 having a wider band gap than the first gap layer, the first cladding layer 4 provided on both sides in the thickness direction of the active layer 5, and an AlGaInP-based material or a GaInP-based material. And an In diffusion prevention layer 6 made of GaAsP or AlAsP, which is provided between the second clad layer 8 and the second clad layer 8 made of the active layer 5 and the AlGaInP-based material.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device having a multiple quantum well layer composed of one or more AlGaAs-based materials and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）レコーダの急速な普及によって、ＤＶＤ系のメディアは大規模な記録媒体としての役割が大きくなり、ＤＶＤ系のメディアへの記録速度を向上させるための競争は激しさを増している。更に、ＤＶＤ系のメディアだけではなく、従来から用いられているＣＤ（Compact Disk）系のメディアにも記録できるレコーダが各社から発売されている。しかしながら現行のＤＶＤ系メディアおよびＣＤ系メディアの両方の記録に対応したレコーダについては、各々ＤＶＤ用の半導体レーザ素子およびＣＤ用の半導体レーザ素子の２つの半導体レーザ素子を搭載したものばかりであり、レンズ等の光学系が個別に必要となり、ＤＶＤのみ、またはＣＤのみに対応した光ピックアップ装置よりも部品点数、サイズ、製造コストの３点が劣っており、すなわち部品点数が多くなり、サイズが大きくなり、製造コストが高くなっている。パーソナルコンピュータ、ＤＶＤレコーダの小型化、低コスト化に伴い、小型化、低コスト化を実現する手段としては、一つの半導体レーザ素子を用いてＤＶＤ系メディアおよびＣＤ系メディアに、共に高速で情報を記録することができる半導体レーザ素子が有効である。 With the rapid spread of DVD (Digital Versatile Disk) recorders, DVD-based media plays an increasing role as a large-scale recording medium, and competition for improving the recording speed on DVD-based media has intensified. Yes. Furthermore, recorders that can record not only on DVD media but also on CD (Compact Disk) media that have been used in the past are available from various companies. However, the recorders that support recording of both current DVD media and CD media only have two semiconductor laser elements, a semiconductor laser element for DVD and a semiconductor laser element for CD, respectively. The optical system such as the above is required individually, and the number of parts, size, and manufacturing cost are inferior to those of the optical pickup device corresponding to only DVD or CD, that is, the number of parts increases and the size increases. , Manufacturing costs are high. Along with the downsizing and cost reduction of personal computers and DVD recorders, as a means to realize downsizing and cost reduction, both high-speed information can be sent to DVD media and CD media using a single semiconductor laser element. A semiconductor laser element capable of recording is effective.
記録媒体に高速で情報を記録するためには、半導体レーザ素子の高出力化が必要不可欠であるが、半導体レーザ素子の最高出力は、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）によって決定される。ＣＯＤとは、端面コート膜とレーザの共振器端面との深い界面準位に起因する非発光再結合が起こることによって、光出射端面近傍で発熱が生じ、発熱に伴いバンドギャップは更に小さくなり、さらに非発光再結合が増加し、バンドギャップが小さくなるという正帰還によって最終的には高い温度で半導体レーザ素子の光出射端面が溶け出し、レーザ発振が停止する現象をいう。 In order to record information on a recording medium at a high speed, it is indispensable to increase the output of the semiconductor laser element, but the maximum output of the semiconductor laser element is determined by COD (Catastrophic Optical Damage). COD is a non-radiative recombination caused by a deep interface state between the end face coating film and the laser cavity end face, thereby generating heat near the light emitting end face, and the band gap is further reduced with the heat generation. Furthermore, the non-radiative recombination increases and the positive feedback that the band gap becomes small, which eventually causes the light emitting end face of the semiconductor laser element to melt at a high temperature, and the laser oscillation stops.
前記ＣＯＤを防止するために、半導体レーザ素子の光出射端面に不純物拡散を行い、光出射端面近傍のバンドギャップを広げ、光吸収を低減した端面窓構造が開発されている。ＤＶＤおよびＣＤ用のモノリシック２波長半導体レーザ素子の高出力化には、ＤＶＤ用のレーザ光、ＣＤ用のレーザ光を出射する端面に、共に端面窓構造を設けることが有効である。ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子における窓構造の作成方法は、レーザ光が出力される窓端面近傍にＺｎ（亜鉛）拡散を行い、このＺｎ拡散をした窓層のみを高エネルギー化することによって端面窓構造を形成している（たとえば非特許文献１参照）。 In order to prevent the COD, an end face window structure has been developed in which impurity diffusion is performed on the light emitting end face of the semiconductor laser element, the band gap near the light emitting end face is widened, and light absorption is reduced. In order to increase the output of monolithic two-wavelength semiconductor laser elements for DVDs and CDs, it is effective to provide both end face window structures on the end faces from which DVD laser light and CD laser light are emitted. The method of creating a window structure in a 650 nm band semiconductor laser element for DVD is to perform Zn (zinc) diffusion near the window end face from which laser light is output, and to increase the energy of only the window layer that has diffused Zn. An end face window structure is formed (see Non-Patent Document 1, for example).
図２７は、化合物半導体の格子定数とバンドギャップとの相関図である。具体的に、端面窓構造を有する半導体レーザ素子は、導電型ＧａＡｓ基板の一表面上に、ＡｌＧａＩｎＰから成る導電型クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰから成る層とＧａＩｎＰから成る層とを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）層を積層し、更にはその上にＡｌＧａＩｎＰから成る導電型クラッド層を積層し、その上にＧａＩｎＰから成るバンド不連続解消層を積層し、一番上には高導電型ＧａＡｓ層を積層したウェーハの上部から半導体レーザ素子における出射部を形成すべき部分の付近にのみＺｎＯから成る半導体層を積層し、高温（主に５００℃）に加熱することによって作製することができる（たとえば特許文献１参照）。このような作製方法では、ＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＩｎＰに対するＺｎの拡散係数が非常に大きいことを利用して、Ｚｎを多重量子井戸層まで拡散させ、図２７に示すように多重量子井戸層のＡｌおよびＧａの組成比を変化させることによってレーザ光の出射部におけるバンドギャップを広げることができる。この作製方法を用いて、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯半導体レーザ素子については出力を大幅に上げることが可能となり、パルス３５０ｍＷ超クラスの半導体レーザ素子が製品化されている。 FIG. 27 is a correlation diagram between the lattice constant and the band gap of a compound semiconductor. Specifically, a semiconductor laser device having an end face window structure includes a multiple quantum well in which a conductive clad layer made of AlGaInP, a layer made of AlGaInP, and a layer made of GaInP are alternately stacked on one surface of a conductive GaAs substrate. (MQW) layer is laminated, and further, a conductive clad layer made of AlGaInP is laminated thereon, a band discontinuity eliminating layer made of GaInP is laminated thereon, and a high conductivity type GaAs layer is laminated on the top. A semiconductor layer made of ZnO is laminated only from the upper part of the laminated wafer in the vicinity of the portion where the emission part of the semiconductor laser element is to be formed, and can be manufactured by heating to a high temperature (mainly 500 ° C.) (for example, patent Reference 1). In such a manufacturing method, by utilizing the fact that the diffusion coefficient of Zn with respect to AlGaInP and GaInP is very large, Zn is diffused to the multiple quantum well layer, and as shown in FIG. By changing the composition ratio, it is possible to widen the band gap at the laser beam emitting portion. Using this manufacturing method, the output of a 650 nm band semiconductor laser device for DVD can be greatly increased, and a semiconductor laser device with a pulse exceeding 350 mW has been commercialized.
また他の従来の技術では、赤外光を出射するＣＤ用のレーザ部のクラッド層をＡｌＧａＩｎＰの４元化合物半導体で構成することによって、Ｚｎの拡散係数を向上させ、ＣＤおよびＤＶＤ用のレーザ光を出射するそれぞれの端面に、共に端面窓構造を形成する技術が開示されている（たとえば特許文献２参照）。 In another conventional technique, the cladding layer of the laser part for CD that emits infrared light is made of an AlGaInP quaternary compound semiconductor, thereby improving the Zn diffusion coefficient, and laser light for CD and DVD. A technique for forming an end face window structure on each end face that emits light is disclosed (for example, see Patent Document 2).
図２８は、特許文献２に記載される端面窓構造の形成方法を用いて作製した半導体レーザ素子の厚み方向における各位置におけるＩｎ，Ｐ，Ａｌ，ＡｓおよびＧａの相対カウント数を示すグラフである。図２８において横軸は、基準面からの位置を示し、縦軸は、相対カウント数を示す。相対カウント数とは、ＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass
Spectrometer）測定で観測された２次イオンの数であり、ａ．ｕ（任意単位）と同義である。また同図において、薄い実線はＩｎを示し、２点鎖線はＰを示し、１点鎖線はＡｌを示し、濃い実線はＡｓを示し、破線はＧａを示す。また図２９は、特許文献２に記載される端面窓構造の形成方法を用いて作製した半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子において端面窓構造を形成しない場合におけるＣＯＤレベルを示すグラフである。図２９において横軸は、端面窓においてＭＱＷ層がどれだけ無秩序したかを示すパラメータΔλを示し、縦軸はＣＯＤが発生するレベルを示す。Δλとは、ＭＱＷ層の波長を、無秩序化された窓を形成した部分のＰＬ波長から差し引いた値である。
FIG. 28 is a graph showing the relative counts of In, P, Al, As, and Ga at each position in the thickness direction of a semiconductor laser device manufactured using the method for forming an end face window structure described in Patent Document 2. . In FIG. 28, the horizontal axis indicates the position from the reference plane, and the vertical axis indicates the relative count number. The relative count is SIMS (Secondary Ionization Mass
Spectrometer) number of secondary ions observed, a. It is synonymous with u (arbitrary unit). In the figure, a thin solid line indicates In, a two-dot chain line indicates P, a one-dot chain line indicates Al, a dark solid line indicates As, and a broken line indicates Ga. FIG. 29 is a graph showing a semiconductor laser element manufactured by using the method for forming an end face window structure described in Patent Document 2 and a COD level in the case where the end face window structure is not formed in this semiconductor laser element. In FIG. 29, the horizontal axis indicates a parameter Δλ indicating how disordered the MQW layer is in the end face window, and the vertical axis indicates the level at which COD occurs. Δλ is a value obtained by subtracting the wavelength of the MQW layer from the PL wavelength of the portion where the disordered window is formed.
特許文献２に記載される端面窓構造の形成方法を用いて半導体レーザ素子を作製した結果、Ｚｎを固相拡散させて、活性層を突き抜けるほどＺｎを拡散させた結果、ＭＱＷ層は無秩序化されたが、ＡｌＧａＩｎＰから成るクラッド層とＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層の間でＡｌとＧａとの相互拡散のみならず、Ｉｎも拡散してしまい、クラッド層とＭＱＷ層との間にＡｌＧａＩｎＡｓが形成された。ＡｌＧａＩｎＡｓのバンドギャップは、ＭＱＷ層のバンドギャップより小さくなるので光吸収が発生してしまい、図２９に示すようにＣＯＤレベルは窓形成を行わない場合よりも低下した。 As a result of fabricating a semiconductor laser device using the method for forming an end face window structure described in Patent Document 2, as a result of solid phase diffusion of Zn and diffusion of Zn to penetrate through the active layer, the MQW layer is disordered. However, not only interdiffusion of Al and Ga but also In was diffused between the cladding layer made of AlGaInP and the AlGaAs-based MQW layer, and AlGaInAs was formed between the cladding layer and the MQW layer. Since the band gap of AlGaInAs is smaller than the band gap of the MQW layer, light absorption occurs, and the COD level is lower than when no window is formed as shown in FIG.
したがって本発明の目的は、多重量子井戸層がＡｌＧａＡｓ系材料によって構成され、赤外光を出射する半導体レーザ素子において、端面窓構造を用いてＣＯＤレベルを向上させることができ、出力の向上された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the COD level by using the end face window structure in the semiconductor laser device in which the multiple quantum well layer is made of an AlGaAs material and emits infrared light, and the output is improved. A semiconductor laser device and a method for manufacturing the same are provided.
本発明は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する半導体レーザ素子であって、
前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを有する活性層と、
前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成されるｐ型およびｎ型クラッド層と、
前記活性層とＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成される前記クラッド層との間に設けられ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子である。
The present invention is a semiconductor laser device having a multiple quantum well layer composed of one or more AlGaAs-based materials,
The multiple quantum well layer, and a window region portion sandwiching a portion of the multiple quantum well layer that guides light from both sides in the direction of the resonator and having a wider band gap than the band gap of the multiple quantum well layer An active layer having,
A p-type and an n-type cladding layer provided on both sides in the thickness direction of the active layer, at least one of which is made of an AlGaInP-based material or a GaInP-based material;
A semiconductor laser element comprising an In diffusion prevention layer made of GaAsP or AlAsP, which is provided between the active layer and the clad layer made of an AlGaInP-based material.
また本発明は、前記ｐ型クラッド層は、前記多重量子井戸層のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成され、
前記ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ系材料によって構成されることを特徴とする。
In the present invention, the p-type cladding layer is made of an AlGaInP-based material having a band gap larger than the band cap of the multiple quantum well layer,
The n-type cladding layer is made of an AlGaAs material.
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層は、ＧａｘＡｓｙＰｚによって構成され、ＧａｘＡｓｙＰｚの組成比を示すｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ＜０．５、０＜ｚ＜０．５、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係を満たすことを特徴とする。 Further, according to the present invention, the In diffusion prevention layer is composed of GaxAsyPz, and x, y, z indicating the composition ratio of GaxAsyPz are 0 <x ≦ 0.5, 0 <y <0.5, 0 <z < It is characterized by satisfying the relationship of 0.5 and x + y + z = 1.
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層は、ＡｌｕＡｓｖＰｗによって構成され、ＡｌｕＡｓｖＰｗの組成比を示すｕ、ｖ、ｗが、０＜ｕ≦０．５、０＜ｖ＜０．５、０＜ｗ＜０．５、かつｕ＋ｖ＋ｗ＝１の関係を満たすことを特徴とする。 Further, according to the present invention, the In diffusion prevention layer is composed of AluAsvPw, and u, v, and w indicating the composition ratio of AluAsvPw are 0 <u ≦ 0.5, 0 <v <0.5, 0 <w < 0.5 and u + v + w = 1 are satisfied.
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層のバンドギャップは、ｐ型クラッド層のバンドギャップよりも大きく選ばれることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the band gap of the In diffusion preventing layer is selected to be larger than the band gap of the p-type cladding layer.
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the thickness of the In diffusion preventing layer is selected from 3 nm to 10 nm.
また本発明は、前記多重量子井戸層は、少なくとも３層以上の井戸層を含んで構成されていることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the multiple quantum well layer includes at least three well layers.
また本発明は、前記多重量子井戸層の井戸層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ばれることを特徴とする。 In the present invention, the thickness of the well layer of the multiple quantum well layer is selected from 3 nm to 5 nm.
また本発明は、前記ｐ型クラッド層の、前記多重量子井戸層とは反対側に設けられ、ＧａＡｓによって構成され、かつ厚さが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ばれる高導電性のコンタクト層が設けられることを特徴とする。 The present invention also provides a highly conductive contact layer provided on the opposite side of the p-type cladding layer from the multiple quantum well layer, made of GaAs, and having a thickness selected from 50 nm to 300 nm. It is characterized by being able to.
また本発明は、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層、前記多重量子井戸層および前記Ｉｎ拡散防止層が形成され、ＧａＡｓによって構成される基板を含み、
前記Ｉｎ拡散防止層の格子定数をΔａとし、前記基板、前記多重量子井戸層、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層のそれぞれの格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすことを特徴とする。
Further, the present invention includes a substrate formed of GaAs, wherein the p-type cladding layer, the n-type cladding layer, the multiple quantum well layer and the In diffusion prevention layer are formed,
When the lattice constant of the In diffusion prevention layer is Δa and the lattice constants of the substrate, the multiple quantum well layer, the p-type cladding layer, and the n-type cladding layer are a, Δa is divided by a. The value Δa / a satisfies 1.8 <Δa / a <3.6.
また本発明は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する活性層と、前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層とを有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記活性層の前駆体と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層の前駆体との間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層を形成しておき、
前記活性層の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化して、前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
The present invention also provides an active layer having a multiple quantum well layer composed of one or more AlGaAs-based materials, and a cladding formed on each side of the active layer in the thickness direction, at least one of which is composed of an AlGaInP-based material A method of manufacturing a semiconductor laser device having a layer,
An In diffusion prevention layer made of GaAsP or AlAsP is formed between the precursor of the active layer and a precursor of the clad layer made of an AlGaInP-based material,
Both end portions in the cavity direction of the light guiding portion of the active layer precursor are disordered by solid phase diffusion, and the multiple quantum well layer and the portion of the multiple quantum well layer that guides light A method of manufacturing a semiconductor laser device comprising: forming a window region portion sandwiched from both sides in a cavity direction and having a band gap wider than the band gap of the multiple quantum well layer.
本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層と、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層と、多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを有する活性層の間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層が設けられている。このような構成の半導体レーザ素子は、活性層の前駆体と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層との間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層を形成しておき、活性層の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化することによって、多重量子井戸層と窓領域部とが形成される。Ｉｎ拡散防止層が設けられていることによって、前記固相拡散を行ったときに、窓領域部において、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からのＩｎの相互拡散が抑制され、なおかつＡｌ，Ｇａの相互拡散を生じさせることができ、これによって赤外光を出射する半導体レーザ素子において、ＣＯＤレベルを向上させて、出力の向上を図ることができる。 According to the present invention, a clad layer composed of an AlGaInP-based material, a multiple quantum well layer composed of one or more AlGaAs-based materials, and a portion that guides light in the multiple quantum well layer in the resonator direction An In diffusion prevention layer made of GaAsP or AlAsP is provided between the active layers sandwiched from both sides and having a window region having a band gap wider than that of the multiple quantum well layer. In the semiconductor laser device having such a configuration, an In diffusion prevention layer made of GaAsP or AlAsP is formed between a precursor of an active layer and a cladding layer made of an AlGaInP-based material or a GaInP-based material. In addition, the multiquantum well layer and the window region are formed by disordering both ends in the cavity direction of the portion of the precursor of the active layer that guides light by solid phase diffusion. By providing the In diffusion preventing layer, when the solid phase diffusion is performed, the inter diffusion of In from the AlGaInP-based material is suppressed in the window region, and the mutual diffusion of Al and Ga is caused. Therefore, in the semiconductor laser element that emits infrared light, the COD level can be improved and the output can be improved.
また赤外レーザ素子のＡｌＧａＡｓ系材料から成る活性層に対して窓構造を形成するときの不純物の拡散と、無秩序化とを容易に行うことができるので、たとえば、赤色光を出射する半導体レーザ素子と赤外光を出射する半導体レーザ素子とをモノリシックに同一基板上に形成する場合には、Ｚｎの拡散の温度を２つの半導体レーザ素子間で揃えることができ、窓構造形成工程およびリッジ形成工程を１回で行えるため、工程数を削減して、生産性を向上させることができ、ひいては製造コストの低減を図ることができる。 In addition, since impurity diffusion and disordering can easily be performed when forming a window structure in an active layer made of an AlGaAs-based material of an infrared laser element, for example, a semiconductor laser element that emits red light And the semiconductor laser element that emits infrared light monolithically on the same substrate, the Zn diffusion temperature can be made uniform between the two semiconductor laser elements, and the window structure forming step and the ridge forming step Therefore, the number of processes can be reduced, productivity can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子１の構成を示す断面図である。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た、共振器方向における断面図である。前記共振器方向とは、レーザ光が共振する方向であり、図１において紙面に垂直な方向である。半導体レーザ素子１は、赤外光を出射可能である。半導体レーザ素子１は、その構成として、半導体基板２と、バッファ層３と、第１クラッド層４と、活性層５と、Ｉｎ拡散防止層６と、エッチングストップ層７と、第２クラッド層８と、コンタクト層９と、絶縁層１０と、コンタクト電極１１と、下地電極１２と、めっき電極１３と、裏面電極１４とを含んで構成される。半導体レーザ素子１の共振器方向の両端部には、高濃度に不純物が導入された窓構造部１８が形成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device 1 according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view in the direction of the resonator as seen from the section line II-II in FIG. The resonator direction is a direction in which the laser beam resonates, and is a direction perpendicular to the paper surface in FIG. The semiconductor laser element 1 can emit infrared light. The semiconductor laser device 1 has a configuration in which a semiconductor substrate 2, a buffer layer 3, a first cladding layer 4, an active layer 5, an In diffusion prevention layer 6, an etching stop layer 7, and a second cladding layer 8. A contact layer 9, an insulating layer 10, a contact electrode 11, a base electrode 12, a plating electrode 13, and a back electrode 14. At both ends of the semiconductor laser element 1 in the cavity direction, window structures 18 into which impurities are introduced at a high concentration are formed.
半導体基板２は、不純物がドーピングされたＧａＡｓ（ガリウム砒素）によって構成される。半導体基板２の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉ（シリコン）が用いられる。 The semiconductor substrate 2 is made of GaAs (gallium arsenide) doped with impurities. The conductivity type of the semiconductor substrate 2 is n-type, and Si (silicon) is used as an impurity.
バッファ層３は、半導体基板２の厚み方向の一表面２ａ上に積層されている。バッファ層３は、不純物がドーピングされたＧａＡｓによって構成される。半導体基板２の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉが用いられる。 The buffer layer 3 is stacked on one surface 2 a in the thickness direction of the semiconductor substrate 2. The buffer layer 3 is made of GaAs doped with impurities. The conductivity type of the semiconductor substrate 2 is n-type, and Si is used as an impurity.
第１クラッド層４は、バッファ層３の厚み方向の一表面３ａ上に積層されている。第１クラッド層４は、不純物がドーピングされたＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）によって構成される。第１クラッド層４の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉが用いられる。 The first cladding layer 4 is stacked on one surface 3 a in the thickness direction of the buffer layer 3. The first cladding layer 4 is made of AlGaAs (aluminum gallium arsenide) doped with impurities. The conductivity type of the first cladding layer 4 is n-type, and Si is used as an impurity.
活性層５は、第１クラッド層４の厚み方向の一表面４ａ上に積層される。活性層５は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸（Multiple Quantum
Well：以下、ＭＱＷという）層１６と、ＭＱＷ層１６のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつＭＱＷ層１６のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部１９とを有する。窓領域部１９は、窓構造部１８に含まれている。
The active layer 5 is stacked on one surface 4 a in the thickness direction of the first cladding layer 4. The active layer 5 is a multiple quantum well composed of one or more AlGaAs-based materials.
(Well: hereinafter referred to as MQW) layer 16, and window region portion 19 that sandwiches a portion of MQW layer 16 that guides light from both sides in the resonator direction and has a wider band gap than that of MQW layer 16. Have The window area 19 is included in the window structure 18.
ＭＱＷ層１６は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される。ＭＱＷ層１６は、少なくとも３層以上の井戸層を含んで構成されることが望ましく、井戸層は１０層以下が望ましい。このような範囲に選ぶことによって、レーザ発振を好適に行わせることができる。ＭＱＷ層１６において、各井戸層は、井戸層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するバリア層によって挟まれている。井戸層およびバリア層は、ともにＡｌＧａＡｓによって形成されるが、その組成比を異ならせている。このようにＭＱＷ層１６を構成することによって、７８０ｎｍ帯で発振させ、赤外光を出射することができる。 The MQW layer 16 is composed of one or more AlGaAs-based materials. The MQW layer 16 preferably includes at least three well layers, and the number of well layers is preferably 10 or less. By selecting within such a range, laser oscillation can be suitably performed. In the MQW layer 16, each well layer is sandwiched between barrier layers having a band gap larger than the band gap of the well layer. The well layer and the barrier layer are both formed of AlGaAs, but the composition ratios are different. By configuring the MQW layer 16 in this way, it is possible to oscillate in the 780 nm band and emit infrared light.
ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ばれる。ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さが３ｎｍ未満になると、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）によって井戸層を形成するときの厚さのばらつきの影響を受けやすくなってしまい、レーザ光の放射角の制御が難しくなってしまう。またＭＱＷ層１６の井戸層の厚さが５ｎｍを超えると、拡散温度に対する拡散距離が短くなってしまい、窓構造部１８を形成するときに不純物として用いられるＺｎ（亜鉛）が拡散しにくくなる。したがってＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ぶことによって、放射角の制御が容易で、かつ不純物の拡散が容易となる。
The thickness of the well layer of the MQW layer 16 is selected from 3 nm to 5 nm. When the thickness of the well layer of the MQW layer 16 is less than 3 nm, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor)
Deposition) is likely to be affected by variations in thickness when forming a well layer, and it becomes difficult to control the radiation angle of laser light. If the thickness of the well layer of the MQW layer 16 exceeds 5 nm, the diffusion distance with respect to the diffusion temperature is shortened, and Zn (zinc) used as an impurity when forming the window structure portion 18 is difficult to diffuse. Therefore, by selecting the thickness of the well layer of the MQW layer 16 so as to be 3 nm or more and 5 nm or less, the emission angle can be easily controlled and the impurity can be easily diffused.
Ｉｎ拡散防止層６は、活性層５の厚み方向の一表面５ａ上に積層される。Ｉｎ拡散防止層６は、ＡｌＡｓＰ（アルミニウムガリウムリン）もしくはＧａＡｓＰ（ガリウム砒素リン）によって構成される。Ｉｎ拡散防止層６が、ＧａｘＡｓｙＰｚによって構成される場合、ＧａｘＡｓｙＰｚの組成比を示すｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ＜０．５、０＜ｚ＜０．５、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係を満たすように選ばれ、好ましくは、ｘ＝０．５、ｙ＝０．２５、ｚ＝０．２５に選ばれる。 The In diffusion prevention layer 6 is laminated on one surface 5 a in the thickness direction of the active layer 5. The In diffusion prevention layer 6 is made of AlAsP (aluminum gallium phosphide) or GaAsP (gallium arsenide phosphide). When the In diffusion prevention layer 6 is composed of GaxAsyPz, x, y, z indicating the composition ratio of GaxAsyPz are 0 <x ≦ 0.5, 0 <y <0.5, 0 <z <0.5 And x + y + z = 1, preferably x = 0.5, y = 0.25, z = 0.25.
またＩｎ拡散防止層６が、ＡｌｕＡｓｖＰｗによって構成される場合、ＡｌｕＡｓｖＰｗの組成比を示すｕ、ｖ、ｗが、０＜ｕ≦０．５、０＜ｖ＜０．５、０＜ｗ＜０．５、かつｕ＋ｖ＋ｗ＝１の関係を満たすように選ばれ、好ましくは、ｕ＝０．５、ｖ＝０．２５、ｗ＝０．２５に選ばれる。 When the In diffusion prevention layer 6 is composed of AluAsvPw, u, v, and w indicating the composition ratio of AluAsvPw are 0 <u ≦ 0.5, 0 <v <0.5, 0 <w <0. 5 and u + v + w = 1, preferably u = 0.5, v = 0.25, w = 0.25.
図３は、Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５と、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５とのＰ（リン）の組成比を変化させた場合の臨界膜厚を示すグラフである。図３において横軸はＰの組成比ｘを示し、縦軸は結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚（単位：ｎｍ）を示す。図３において、Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５の場合を点線で示し、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５の場合を実線で示す。またここでは、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５またはＡｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５を、ＭＱＷ層１６を構成するＡｌ０．２Ｇａ０．３Ａｓ０．５に積層される場合について示している。Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５と、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５との厚さが１０ｎｍ程度の臨界膜厚を確保するためには、ｘ＝０．５すなわちＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５およびＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５の組成が望ましい。図３におけるＰの組成比を、下地となるＭＱＷ層１６の格子定数をａとし、ＡｌＡｓＰまたはＧａＡｓＰの格子定数をΔａとして、格子定数の相違に直すと図４に示すグラフになる。図４において、横軸は、Δａをａで除算した値を示し、縦軸は臨界膜厚（単位：ｎｍ）を示す。また図４において、Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５の場合を点線で示し、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５の場合を実線で示す。このようなグラフから、Ｉｎ拡散防止層６としてＡｌＡｓＰまたはＧａＡｓＰを用いる場合において、４ｎｍ〜１０ｎｍの間の臨界膜厚を必要とするならば、Δａ／ａの範囲は、１．８＜Δａ／ａ＜３．６であることが分かる。 FIG. 3 shows the critical film thickness when the composition ratio of P (phosphorus) between Ga 0.5 (As1-xPx) 0.5 and Al 0.5 (As1-xPx) 0.5 is changed. It is a graph. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the composition ratio x of P, and the vertical axis indicates the critical film thickness (unit: nm) that can be formed while maintaining the crystal structure. In FIG. 3, the case of Ga 0.5 (As1-xPx) 0.5 is indicated by a dotted line, and the case of Al 0.5 (As1-xPx) 0.5 is indicated by a solid line. Also, here, Al 0.5 (As1-xPx) 0.5 or Al 0.5 (As1-xPx) 0.5 is changed to Al 0.2 Ga 0.3 As 0.5 constituting the MQW layer 16. The case where they are stacked is shown. In order to secure a critical film thickness of about 10 nm between Ga 0.5 (As1-xPx) 0.5 and Al 0.5 (As1-xPx) 0.5 , x = 0.5, Compositions of Ga 0.5 As 0.25 P 0.25 and Al 0.5 As 0.25 P 0.25 are desirable. When the composition ratio of P in FIG. 3 is corrected to a difference in lattice constant, where the lattice constant of the underlying MQW layer 16 is a and the lattice constant of AlAsP or GaAsP is Δa, the graph shown in FIG. 4 is obtained. In FIG. 4, the horizontal axis indicates a value obtained by dividing Δa by a, and the vertical axis indicates a critical film thickness (unit: nm). In FIG. 4, the case of Ga 0.5 (As1-xPx) 0.5 is indicated by a dotted line, and the case of Al 0.5 (As1-xPx) 0.5 is indicated by a solid line. From such a graph, when AlAsP or GaAsP is used as the In diffusion prevention layer 6, if a critical film thickness between 4 nm and 10 nm is required, the range of Δa / a is 1.8 <Δa / a It can be seen that <3.6.
Ｉｎ拡散防止層６の格子定数をΔａとし、ＭＱＷ層１６の格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすように、Ｉｎ拡散防止層６を構成するＡｌＡｓＰもしくはＧａＡｓＰの組成比が選ばれる。これによって、Ｉｎ拡散防止層６の結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚を十分な大きさとすることができる。Ｉｎ拡散防止層６の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれる。 When the lattice constant of the In diffusion prevention layer 6 is Δa and the lattice constant of the MQW layer 16 is a, Δa / a, which is a value obtained by dividing Δa by a, is 1.8 <Δa / a <3.6. The composition ratio of AlAsP or GaAsP constituting the In diffusion preventing layer 6 is selected so as to satisfy the above. Thereby, the critical film thickness that can be formed while maintaining the crystal structure of the In diffusion preventing layer 6 can be made sufficiently large. The thickness of the In diffusion preventing layer 6 is selected from 3 nm to 10 nm.
図５は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さを変化させたときの半導体レーザ素子１のＣＯＤ試験結果を示す図である。図５において横軸は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さ（単位：ｎｍ）を示し、縦軸は、受光素子によって入力した光を測定して得られる入射光パワー（任意単位）を示す。また図６は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さを変化させたときの半導体レーザ素子１の外部微分効率を示す図である。図６において横軸は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さ（単位：ｎｍ）を示し、縦軸は、外部微分効率（任意単位）を示す。図５および図６から、Ｉｎ拡散防止層６が１０ｎｍ以上では歪が大きくなり、レーザの外部微分効率が低下し、Ｉｎ拡散防止層６が３ｎｍ以下では窓領域部１９を形成するときにＩｎの拡散が起こり、ＣＯＤレベルが低下したと考えられる。したがって、Ｉｎ拡散防止層６の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ぶことによって、外部微分効率が低下することなく、ＣＯＤレベルと高い状態とすることができる。 FIG. 5 is a diagram showing a COD test result of the semiconductor laser device 1 when the thickness of the In diffusion prevention layer 6 is changed. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the thickness (unit: nm) of the In diffusion prevention layer 6, and the vertical axis indicates incident light power (arbitrary unit) obtained by measuring light input by the light receiving element. FIG. 6 is a diagram showing the external differential efficiency of the semiconductor laser device 1 when the thickness of the In diffusion prevention layer 6 is changed. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the thickness (unit: nm) of the In diffusion prevention layer 6, and the vertical axis indicates external differential efficiency (arbitrary unit). 5 and 6, when the In diffusion prevention layer 6 is 10 nm or more, the strain becomes large, the external differential efficiency of the laser is lowered, and when the In diffusion prevention layer 6 is 3 nm or less, the In region is formed when the window region 19 is formed. It is thought that diffusion occurred and the COD level was lowered. Therefore, by selecting the thickness of the In diffusion prevention layer 6 to be 3 nm or more and 10 nm or less, the COD level can be made high without decreasing the external differential efficiency.
またＩｎ拡散防止層６のバンドギャップは、第２クラッド層８のバンドギャップよりも大きく選ばれている。これによってＩｎ拡散防止層６の光吸収による外部微分効率の低下が抑制できる。 The band gap of the In diffusion prevention layer 6 is selected to be larger than the band gap of the second cladding layer 8. As a result, a decrease in external differential efficiency due to light absorption of the In diffusion prevention layer 6 can be suppressed.
エッチングストップ層７は、Ｉｎ拡散防止層６の厚み方向の一表面６ａ上に積層される。エッチングストップ層７は、不純物がドーピングされたＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）によって構成される。エッチングストップ層７の導電型は、ｐ型であり、不純物としてはＺｎ（亜鉛）が用いられる。 The etching stop layer 7 is laminated on one surface 6 a in the thickness direction of the In diffusion prevention layer 6. The etching stop layer 7 is made of InGaP (indium gallium phosphide) doped with impurities. The conductivity type of the etching stop layer 7 is p-type, and Zn (zinc) is used as an impurity.
第２クラッド層８は、エッチングストップ層７の厚み方向の一表面７ａ上に積層され、リッジ形状の導波路を形成する。第２クラッド層８は、不純物がドーピングされたＡｌＧａＩｎＰ、または不純物がドーピングされたＧａＩｎＰによって構成される。第２クラッド層８の導電型は、ｐ型であり、不純物としてはＺｎが用いられる。第２クラッド層８は、ＭＱＷ層１６のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有し、すなわちＭＱＷ層１６の屈折率よりも低い屈折率を有する。Ｉｎ拡散防止層６の格子定数をΔａとし、第２クラッド層８の格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすように選ばれる。これによって、同様に第２クラッド層８の結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚を十分な大きさとすることができる。 The second cladding layer 8 is laminated on one surface 7a in the thickness direction of the etching stop layer 7 to form a ridge-shaped waveguide. The second cladding layer 8 is made of AlGaInP doped with impurities or GaInP doped with impurities. The conductivity type of the second cladding layer 8 is p-type, and Zn is used as an impurity. The second cladding layer 8 has a larger band gap than the band cap of the MQW layer 16, that is, has a refractive index lower than that of the MQW layer 16. When the lattice constant of the In diffusion prevention layer 6 is Δa and the lattice constant of the second cladding layer 8 is a, Δa / a, which is a value obtained by dividing Δa by a, is 1.8 <Δa / a <3. .6 is selected. Accordingly, the critical film thickness that can be formed while maintaining the crystal structure of the second cladding layer 8 can be made sufficiently large.
第２クラッド層８をＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成する利点について、図２７を参照して説明する。仮にＡｌＧａＡｓ系の材料を用いて第２クラッド層８を構成した場合、ＡｌＧａＡｓとの格子定数は、第２クラッド層８に積層されるコンタクト層９に含まれるＧａＡｓの格子定数とは殆んど一致（差は約２％ほど）しているため、ＡｌＧａＡｓの組成が変動しやすい。ＡｌＧａＡｓの組成が変動するということは、屈折率が変動する。図７は、横軸に(ＡｌｘＧａ１−ｘ)０．５Ａｓ０．５のＡｌの組成比ｘを示し、縦軸に波長７８０ｎｍにおける屈折率を示すグラフである。つまり第２クラッド層８として仮にＡｌＧａＡｓを用いる場合は、クラッド層を構成するＡｌＧａＡｓの屈折率が安定しないため、半導体レーザ素子の基本機能である放射角の特性をコントロールし難いという問題がある。ここで、図２７を参照して、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰのグラフを見ると、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰの組成で、ＧａＡｓに格子整合する組成比は一律に決まることが判る。そのためＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰは、これらＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰを成長した後にＸ線回折などによって組成を一律にコントロールしやすいという利点がある。そのため第２クラッド層８として、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰを用いれば半導体レーザ素子の放射角を安定して制御することが可能となる。 The advantage of configuring the second cladding layer 8 with an AlGaInP-based material will be described with reference to FIG. If the second cladding layer 8 is configured using an AlGaAs-based material, the lattice constant with AlGaAs is almost the same as the lattice constant of GaAs contained in the contact layer 9 laminated on the second cladding layer 8. (The difference is about 2%), the composition of AlGaAs is likely to fluctuate. When the composition of AlGaAs varies, the refractive index varies. 7, the horizontal axis (AlxGa1-x) indicates the composition ratio x of 0.5 As 0.5 of Al, which is a graph showing the refractive index at a wavelength of 780nm on the vertical axis. In other words, if AlGaAs is used as the second cladding layer 8, the refractive index of AlGaAs constituting the cladding layer is not stable, so that there is a problem that it is difficult to control the radiation angle characteristic, which is the basic function of the semiconductor laser element. Here, referring to the graph of AlGaInP and GaInP with reference to FIG. 27, it can be seen that the composition ratio of lattice matching with GaAs is uniformly determined by the composition of AlGaInP and GaInP. Therefore, AlGaInP and GaInP have an advantage that the composition can be easily controlled uniformly by X-ray diffraction after the growth of GaInP and AlGaInP. Therefore, if AlGaInP or GaInP is used as the second cladding layer 8, the radiation angle of the semiconductor laser element can be stably controlled.
コンタクト層９は、第２クラッド層８の厚み方向の一表面８ａに積層され、第２クラッド層８とともにリッジ形状の導波路を形成する。コンタクト層９は、中間層９Ａと、キャップ層９Ｂとを含んで構成される。中間層９Ａは、第２クラッド層８とキャップ層９Ｂとの間に設けられる。中間層９Ａは、不純物がドーピングされたＧａＩｎＰによって構成され、キャップ層９Ｂは、不純物がドーピングされたＧａＡｓによって構成される。中間層９Ａおよびキャップ層９Ｂの導電型は、ｐ型であり、不純物としてはＺｎが用いられる。コンタクト層９を構成する中間層９Ａおよびキャップ層９Ｂは、高導電性を有し、その導電率は、１／Ω・ｍ〜１０５／Ω・ｍ程度に選ばれる。またコンタクト層９の厚さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ばれる。コンタクト層９の厚さを５０ｎｍ以下にすると、コンタクト層９に積層される下地電極１２とのオーミック接合が取れなくなり、またコンタクト層９の厚さが３００ｎｍを超えて大きくなり過ぎると、不純物であるＺｎが拡散しにくく、窓領域部１９の形成を阻害してしまう。したがって、コンタクト層９の厚さを５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ぶことによって、下地電極１２とのオーミック接合を好適に行うことができ、かつ窓領域部１９の形成しやすくすることができる。 The contact layer 9 is laminated on one surface 8 a in the thickness direction of the second cladding layer 8, and forms a ridge-shaped waveguide together with the second cladding layer 8. The contact layer 9 includes an intermediate layer 9A and a cap layer 9B. The intermediate layer 9A is provided between the second cladding layer 8 and the cap layer 9B. The intermediate layer 9A is made of GaInP doped with impurities, and the cap layer 9B is made of GaAs doped with impurities. The conductivity type of the intermediate layer 9A and the cap layer 9B is p-type, and Zn is used as an impurity. The intermediate layer 9 </ b> A and the cap layer 9 </ b> B constituting the contact layer 9 have high conductivity, and the conductivity is selected to be about 1 / Ω · m to 10 5 / Ω · m. The thickness of the contact layer 9 is selected from 50 nm to 300 nm. If the thickness of the contact layer 9 is 50 nm or less, an ohmic contact with the base electrode 12 laminated on the contact layer 9 cannot be obtained, and if the thickness of the contact layer 9 exceeds 300 nm, it is an impurity. Zn is difficult to diffuse and obstructs the formation of the window region 19. Therefore, by selecting the thickness of the contact layer 9 to be 50 nm or more and 300 nm or less, ohmic contact with the base electrode 12 can be suitably performed, and the window region portion 19 can be easily formed.
絶縁層１０は、コンタクト層９の厚み方向の一表面９ａが露出するように、コンタクト層９と、第２クラッド層８と、エッチングストップ層７の厚み方向の一表面７ａのうち、第２クラッド層８が形成される部分を除く残余の部分とを覆って積層されている。絶縁層１０は、電気絶縁性を有し、第２クラッド層８およびコンタクト層９を含むリッジ導波路の側面およびエッチングストップ層７を覆って、コンタクト層９に効率的に電流を流すための電流ブロック層として機能する。絶縁層１０は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）によって構成される。 The insulating layer 10 includes the second cladding of the contact layer 9, the second cladding layer 8, and the one surface 7a in the thickness direction of the etching stop layer 7 so that the one surface 9a in the thickness direction of the contact layer 9 is exposed. The remaining portion except the portion where the layer 8 is formed is laminated. The insulating layer 10 has electrical insulation, and covers the side surface of the ridge waveguide including the second cladding layer 8 and the contact layer 9 and the etching stop layer 7, and a current for efficiently passing a current through the contact layer 9. Functions as a block layer. The insulating layer 10 is made of SiO 2 (silicon dioxide).
コンタクト電極１１は、コンタクト層９の厚み方向の一表面９ａのうち、共振器方向の端部（窓構造部１８）を除く部分に積層される。コンタクト電極１１は、ＡｕＺｎ（金と亜鉛との合金）から成る膜と、Ａｕ（金）から成る膜とが、半導体基板２側から記載した順番で積層される積層膜によって構成される。 The contact electrode 11 is laminated on a portion of the surface 9a in the thickness direction of the contact layer 9 except for the end portion (window structure portion 18) in the resonator direction. The contact electrode 11 is composed of a laminated film in which a film made of AuZn (an alloy of gold and zinc) and a film made of Au (gold) are stacked in the order described from the semiconductor substrate 2 side.
下地電極１２は、コンタクト電極１１の厚み方向の一表面１１ａおよび絶縁層１０の厚み方向の一表面１０ａを覆って積層される下地電極１２は、Ｔｉ（チタン）から成る膜とＡｌ（アルミニウム）から成る膜とが、半導体基板２側から記載した順番で積層される積層膜によって構成される。下地電極１２は、電界めっきを行うときの、めっき電極として用いられる。 The base electrode 12 is laminated so as to cover one surface 11a in the thickness direction of the contact electrode 11 and one surface 10a in the thickness direction of the insulating layer 10. The base electrode 12 is made of a film made of Ti (titanium) and Al (aluminum). The formed film is constituted by a laminated film laminated in the order described from the semiconductor substrate 2 side. The base electrode 12 is used as a plating electrode when performing electroplating.
めっき電極１３は、リッジ形状の導波路を覆うように、下地電極１２に積層される。めっき電極１３は、Ａｕによって構成される。 The plating electrode 13 is laminated on the base electrode 12 so as to cover the ridge-shaped waveguide. The plating electrode 13 is made of Au.
裏面電極１４は、半導体基板２の厚み方向の他表面２ｂ上に積層される。ＡｕＧｅ（金とゲルマニウムとの合金）とＮｉとの合金から成る膜と、Ｍｏから成る膜と、Ａｕから成る膜とが、半導体基板２側から記載した順番に積層される積層膜によって構成される。 The back electrode 14 is stacked on the other surface 2 b in the thickness direction of the semiconductor substrate 2. A film made of an alloy of AuGe (an alloy of gold and germanium) and Ni, a film made of Mo, and a film made of Au are configured by a stacked film that is stacked in the order described from the semiconductor substrate 2 side. .
窓構造部１８は、半導体レーザ素子１の共振器方向の両端部に形成され、第１クラッド層４の活性層５に隣接する部分と、活性層５と、Ｉｎ拡散防止層６と、エッチングストップ層７と、第２クラッド層８と、コンタクト層９との、共振器方向の両端部で、半導体基板２の厚み方向および共振器方向に垂直な方向の両端部間にわたって高濃度に不純物であるＺｎが導入されて設けられる。活性層５のうち、窓構造部１８に含まれる領域が窓領域部１９であり、残余の部分がＭＱＷ層１６である。 The window structure 18 is formed at both ends of the semiconductor laser device 1 in the resonator direction, the portion of the first cladding layer 4 adjacent to the active layer 5, the active layer 5, the In diffusion prevention layer 6, the etching stop. Impurities at a high concentration over the both ends of the layer 7, the second cladding layer 8, and the contact layer 9 in the cavity direction between the thickness direction of the semiconductor substrate 2 and the ends perpendicular to the cavity direction Zn is introduced and provided. In the active layer 5, a region included in the window structure 18 is a window region 19, and the remaining portion is an MQW layer 16.
次に半導体レーザ素子１および半導体レーザ素子１を含む半導体レーザ装置を製造する方法について説明する。半導体レーザ素子１は、半導体レーザ素子１に含まれる各半導体層、絶縁層および各電極となる膜を基板上に形成した後、個片化することによって製造される。したがって、以下の説明では、個片化する前の各半導体層、絶縁層および各電極の前駆体については、個片化された半導体レーザ素子１に含まれる各半導体層、絶縁層および各電極とそれぞれ同様の参照符号を付すことにする。以後、製造過程において、個片化する前の半導体レーザ素子１の前駆体をウェーハという。 Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device 1 and the semiconductor laser device including the semiconductor laser device 1 will be described. The semiconductor laser element 1 is manufactured by forming each semiconductor layer, insulating layer, and film to be each electrode included in the semiconductor laser element 1 on a substrate and then separating them. Therefore, in the following description, each semiconductor layer, insulating layer, and precursor of each electrode before being separated into individual semiconductor layers, insulating layers, and respective electrodes included in the separated semiconductor laser element 1 will be described. The same reference numerals are assigned respectively. Hereinafter, the precursor of the semiconductor laser device 1 before being singulated in the manufacturing process is referred to as a wafer.
図８は、半導体レーザ装置の製造工程を示すフローチャートである。製造工程を開始すると、ステップｓ０からステップｓ１に移り、ステップｓ１では、成膜工程を行う。成膜工程では、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置によって、ｎ型ＧａＡｓ基板２の厚み方向の一表面２ａ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、厚さが５ｎｍの三重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層１６、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層６、アンドープのＧａＩｎＰエッチングストップ層７、ｐ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８、ｐ型Ｇａ０．２５Ｉｎ０．２５Ｐ０．５中間層９Ａ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９Ｂを、記載した順番で順次積層する。また、ＡｌＧａＡｓ系ＭＱＷ層１６は、その厚さが３ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、四重量子井戸でもかまわない。以下、ｐ型を「ｐ−」と記載し、ｎ型を「ｎ−」と記載する場合がある。 FIG. 8 is a flowchart showing the manufacturing process of the semiconductor laser device. When the manufacturing process is started, the process proceeds from step s0 to step s1, and in step s1, a film forming process is performed. In the film forming process, an n-type GaAs buffer layer 3, an n-type AlGaAs cladding layer 4 and a thickness of 5 nm are formed on one surface 2a in the thickness direction of the n-type GaAs substrate 2 by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus. AlGaAs-based MQW layer 16 including a triple quantum well layer, having a thickness of 3 nm to 10 nm, and composed of Al 0.5 As 0.25 P 0.25 or Ga 0.5 As 0.25 P 0.25 In diffusion prevention layer 6, undoped GaInP etching stop layer 7, p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 8, p-type Ga 0.25 In 0.25 P The 0.5 intermediate layer 9A and the p-type GaAs cap layer 9B are sequentially stacked in the order described. The AlGaAs-based MQW layer 16 may be a quadruple well if its thickness is 3 nm or more and 5 nm or less. Hereinafter, the p-type may be described as “p−” and the n-type may be described as “n−”.
ステップｓ１が終了すると、ステップｓ２に移って、窓領域形成工程を行う。図９は、窓領域形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図９（１）は共振器方向の断面図であり、図９（２）は図９（１）の切断面線Ａ−Ａから見た出射端面における断面図である。窓領域形成工程では、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂの厚み方向の一表面上の全面に積層してＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を成膜し、リソグラフィー技術およびウェットエッチング技術を用いて、成膜されたＡｌ２Ｏ３のうち窓構造を形成すべき部分に積層される部分を除去して、マスク２１を形成する。マスク２１は、たとえば、成膜されたＡｌ２Ｏ３に積層したフォトレジストを、フォトリソグラフィー技術を用いて幅６０μｍ、ピッチ１２６０μｍのストライプ状にパターニングし、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、Ｈ３ＰＯ４（リン酸）によって露出する部分のＡｌ２Ｏ３を除去し、成膜されたＡｌ２Ｏ３に開口部を作成した後、有機洗浄によってフォトレジストを除去して形成される。次に、マスク２１の厚み方向の一表面の全面およびｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂのうちマスク２１から露出する部分を覆うように、ＺｎＯとＳｉＯ２との混合膜２２をスパッタリングによって蒸着する。次に前記混合膜２２に積層してカバーとしてＳｉＯ２膜２３、混合膜２２の厚み方向の一表面の全面にわたって蒸着して形成する。前記ＳｉＯ２の蒸着は、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma−Chemical Vapor Deposition）装置またはスパッタリング装置などを用いて行われる。 When step s1 ends, the process proceeds to step s2 to perform a window region forming process. 9 is a cross-sectional view of the wafer after the window region forming step is completed, FIG. 9 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 9 (2) is a cross-sectional line in FIG. 9 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from AA. In the window region forming step, Al 2 O 3 (aluminum oxide) is deposited on the entire surface on one surface in the thickness direction of the p-GaAs cap layer 9B, and is formed using a lithography technique and a wet etching technique. The mask 21 is formed by removing the portion of the Al 2 O 3 layered on the portion where the window structure is to be formed. For example, the mask 21 is formed by patterning a photoresist layered on a deposited Al 2 O 3 into a stripe shape having a width of 60 μm and a pitch of 1260 μm using a photolithography technique, and using the patterned photoresist as a mask, H 3 The exposed portion of Al 2 O 3 is removed by PO 4 (phosphoric acid), an opening is formed in the formed Al 2 O 3, and then the photoresist is removed by organic cleaning. Next, a mixed film 22 of ZnO and SiO 2 is deposited by sputtering so as to cover the entire surface of one surface in the thickness direction of the mask 21 and the portion exposed from the mask 21 in the p-GaAs cap layer 9B. Next, it is laminated on the mixed film 22 and deposited as a cover over the entire surface of the SiO 2 film 23 and the mixed film 22 in the thickness direction. The vapor deposition of SiO 2 is performed using a P-CVD (Plasma-Chemical Vapor Deposition) apparatus or a sputtering apparatus.
ステップｓ２が終了すると、ステップｓ３に移って、アニール工程を行う。図１０は、アニール工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１０（１）は共振器方向の断面図であり、図１０（２）は図１０（１）の切断面線Ｂ−Ｂから見た出射端面における断面図である。アニール工程では、予め定める第１の温度で、予め定める第１の時間にわたってウェーハにアニールを行いＺｎがＭＱＷ層１６を突き抜ける程度、すなわちｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂのうちマスク２１から露出する部分と、ｎ−ＧａＡｓ基板２との間の領域であって、混合膜２２からｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４のＭＱＷ層１６寄りの部分までの範囲にＺｎを拡散させる。アニール工程において混合膜２２からのＺｎが拡散した領域を、Ｚｎ拡散領域３０として示す。予め定める第１の温度は、たとえば５３２℃に設定され、予め定める第１の時間は、たとえば２時間に設定される。 When step s2 ends, the process proceeds to step s3 to perform an annealing process. FIG. 10 is a cross-sectional view of the wafer after the annealing process is completed, FIG. 10 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 10 (2) is a cross-sectional line B-- in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the emission end face viewed from B. In the annealing step, the wafer is annealed at a first predetermined temperature for a first predetermined time, and Zn penetrates the MQW layer 16, that is, a portion of the p-GaAs cap layer 9B exposed from the mask 21, Zn is diffused in the region between the n-GaAs substrate 2 and the range from the mixed film 22 to the portion of the n-type AlGaAs cladding layer 4 near the MQW layer 16. A region where Zn from the mixed film 22 is diffused in the annealing step is shown as a Zn diffusion region 30. The predetermined first temperature is set to, for example, 532 ° C., and the predetermined first time is set to, for example, 2 hours.
図１１は、ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合と、井戸層の厚さを７．５ｎｍの二重量子井戸構造とした場合とにおけるＺｎの拡散のしやすさを示す図である。図１１において横軸は、拡散温度（単位：℃）を示し、縦軸は、ＭＱＷ層１６とＩｎ拡散防止層６との界面を基準位置（０）としたときの厚み方向における拡散距離（単位：μｍ）である。本実験はｎ型ＧａＡｓ基板２の厚み方向の一表面２ａ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、厚さが５ｎｍの三重量子井戸層、厚さが７．５ｎｍの二重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層１６、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層６、アンドープのＧａＩｎＰエッチングストップ層７、ｐ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８、ｐ型Ｇａ０．２５Ｉｎ０．２５Ｐ０．５中間層９Ａ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９Ｂを、記載した順番で順次積層した半導体レーザ素子構造の上に５０ｎｍのＺｎＯ、２００ｎｍのＳｉＯ２をスパッタ蒸着で順次積層したのち、アニール炉にて５３０℃程度で２時間加熱した後、上記ウエハを壁開したのち半導体レーザ構造素子のＭＱＷ層からのＺｎの拡散距離を走査型電子顕微鏡にて測定をおこなった結果である。また図１１においては、白抜き丸印（○）は、ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合の測定値を示し、白抜き四角印（□）は、井戸層の厚さが７．５ｎｍの二重量子井戸構造の場合の測定値を示し、白抜き三角印（△）は、井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合であって、拡散源との間に薄いキャップ層９Ｂを介在させた場合の測定値を示す。また各場合における測定値を結ぶ指数曲線についても示している。図１１から判るようにＭＱＷ層１６の井戸層の厚みが薄くなれば、同じＺｎ拡散温度でもＺｎがより拡散しやすくなり、ＭＱＷ層１６の無秩序化が起こりやすい。またＭＱＷ層１６の構造が同じであっても、キャップ層９Ｂが設けられている場合と、設けられていない場合とでは、拡散距離が変化する。 FIG. 11 shows the diffusion of Zn when the well layer of the MQW layer 16 has a triple quantum well structure of 5 nm and when the well layer has a double quantum well structure of 7.5 nm. It is a figure which shows ease. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the diffusion temperature (unit: ° C.), and the vertical axis indicates the diffusion distance (unit in the thickness direction when the interface between the MQW layer 16 and the In diffusion prevention layer 6 is the reference position (0). : Μm). In this experiment, an n-type GaAs buffer layer 3, an n-type AlGaAs cladding layer 4, a triple quantum well layer having a thickness of 5 nm, and a thickness of 7.5 nm are formed on one surface 2a in the thickness direction of the n-type GaAs substrate 2. AlGaAs-based MQW layer 16 including a quantum well layer, having a thickness of 3 nm to 10 nm and composed of Al 0.5 As 0.25 P 0.25 or Ga 0.5 As 0.25 P 0.25 In diffusion prevention layer 6, undoped GaInP etching stop layer 7, p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 8, p-type Ga 0.25 In 0.25 P 0.5 the intermediate layer 9A, and p-type GaAs cap layer 9B, 50 nm of ZnO on the sequentially stacked semiconductor laser device structure in the order described, sequentially laminated SiO 2 in 200nm by sputtering deposition After heating for 2 hours at about 530 ° C. in an annealing furnace, the wafer was opened, and the Zn diffusion distance from the MQW layer of the semiconductor laser structure element was measured with a scanning electron microscope. is there. In FIG. 11, a white circle (◯) indicates a measured value when the thickness of the well layer of the MQW layer 16 is a triple quantum well structure of 5 nm, and a white square (□) indicates a well The measured value in the case of a double quantum well structure with a layer thickness of 7.5 nm is shown, and the white triangle mark (Δ) is the case where the thickness of the well layer is a triple quantum well structure with a thickness of 5 nm, The measurement value when a thin cap layer 9B is interposed between the diffusion source and the diffusion source is shown. It also shows an exponential curve connecting the measured values in each case. As can be seen from FIG. 11, if the thickness of the well layer of the MQW layer 16 is reduced, Zn is more easily diffused even at the same Zn diffusion temperature, and disordering of the MQW layer 16 is likely to occur. Even if the structure of the MQW layer 16 is the same, the diffusion distance varies depending on whether the cap layer 9B is provided or not.
図１２は、コンタクト層９の厚さと、予め定める拡散温度で活性層５におけるＺｎの拡散距離を示すグラフである。図１２のグラフにおいて横軸は、コンタクト層の厚さ（単位：μｍ）を示し、縦軸は、活性層におけるＺｎの拡散距離（任意単位）を示している。図１２から、コンタクト層９の厚みが大きくなると、ＭＱＷ層１６における拡散距離が短くなることが判る。 FIG. 12 is a graph showing the thickness of the contact layer 9 and the Zn diffusion distance in the active layer 5 at a predetermined diffusion temperature. In the graph of FIG. 12, the horizontal axis indicates the thickness (unit: μm) of the contact layer, and the vertical axis indicates the diffusion distance (arbitrary unit) of Zn in the active layer. From FIG. 12, it can be seen that as the thickness of the contact layer 9 increases, the diffusion distance in the MQW layer 16 decreases.
ステップｓ３が終了すると、ステップｓ４に移って、除去工程を行う。図１３は、除去工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１３（１）は共振器方向の断面図であり、図１３（２）は図１３（１）の切断面線Ｃ−Ｃから見た出射端面における断面図である。除去工程では、アニールが終了したウェーハに、ＨＦ（フッ化水素）を用いてウェットエッチングを予め定める時間行って、ウェーハの表面に形成されているマスク２１、混合膜２２およびＳｉＯ２膜２３を除去する。予め定める時間は、３０秒程である。 When step s3 ends, the process moves to step s4 to perform a removal process. 13 is a cross-sectional view of the wafer after the removal process is completed, FIG. 13 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 13 (2) is a cross-sectional line C-- in FIG. 13 (1). It is sectional drawing in the output end surface seen from C. FIG. In the removing step, the annealed wafer is wet-etched with HF (hydrogen fluoride) for a predetermined time to remove the mask 21, mixed film 22 and SiO 2 film 23 formed on the wafer surface. To do. The predetermined time is about 30 seconds.
ステップｓ４が終了すると、ステップｓ５に移って、リッジ形成用ストライプ形成工程を行う。図１４は、リッジ形成用ストライプ形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１４（１）は共振器方向の断面図であり、図１４（２）は図１４（１）の切断面線Ｄ−Ｄから見た出射端面における断面図である。リッジ形成用ストライプ形成工程では、再びウェーハ表面全体、すなわちＺｎ拡散領域３０を含むｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂの厚み方向の一表面上の全面にわたってＳｉＯ２を蒸着する。そしてフォトリソグラフィー技術を用いてＳｉＯ２に、出射端面に平行となるようにレジストのストライプを形成する。レジストのストライプの形成にはステッパーを用い、ストライプの幅は１μｍ〜２μｍとなるように形成される。前記レジストのストライプをマスクとして、反応性イオンエッチングを行い、レジストのストライプに沿ってＳｉＯ２から成るストライプ２６を形成し、有機洗浄およびアッシングによってレジストを除去する。 When step s4 is completed, the process proceeds to step s5 to perform a ridge forming stripe forming process. 14 is a cross-sectional view of the wafer after the ridge-forming stripe forming step is completed, FIG. 14 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 14 (2) is a cross-sectional view of FIG. 14 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from the surface line DD. In the ridge forming stripe forming step, SiO 2 is deposited again over the entire wafer surface, that is, the entire surface on one surface in the thickness direction of the p-GaAs cap layer 9B including the Zn diffusion region 30. Then, a resist stripe is formed on SiO 2 so as to be parallel to the emission end face by using a photolithography technique. A resister stripe is formed using a stepper, and the stripe width is 1 μm to 2 μm. Using the resist stripe as a mask, reactive ion etching is performed to form a stripe 26 made of SiO 2 along the resist stripe, and the resist is removed by organic cleaning and ashing.
ステップｓ５が終了すると、ステップｓ６に移って、リッジ形成工程を行う。図１５は、リッジ形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１５（１）は共振器方向の断面図であり、図１５（２）は図１５（１）の切断面線Ｅ−Ｅから見た出射端面における断面図である。リッジ形成工程では、ストライプ２６をマスクとして誘導結合プラズマエッチングを行い、ＧａＩｎＰエッチングストップ層７までエッチングを行い、リッジストライプ２７を形成する。その後、ストライプ２６を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングで除去する。 When step s5 is completed, the process proceeds to step s6 to perform a ridge formation process. FIG. 15 is a cross-sectional view of the wafer after the ridge formation step is completed, FIG. 15 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 15 (2) is a cross-sectional line E of FIG. 15 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from -E. In the ridge formation step, inductively coupled plasma etching is performed using the stripe 26 as a mask and etching is performed up to the GaInP etching stop layer 7 to form a ridge stripe 27. Thereafter, the stripe 26 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid (BHF).
ステップｓ６が終了すると、ステップｓ７に移って、蒸着工程を行う。図１６は、蒸着工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１６（１）は共振器方向の断面図であり、図１６（２）は図１６（１）の切断面線Ｆ−Ｆから見た出射端面における断面図である。蒸着工程では、再びウェーハの厚み方向の一表面の全体にＳｉＯ２を蒸着させて、ＳｉＯ２膜２９を形成する。ＳｉＯ２膜２９は、ＧａＩｎＰエッチングストップ層７およびリッジストライプ２７を覆う。 When step s6 ends, the process moves to step s7 to perform a vapor deposition process. 16 is a cross-sectional view of the wafer after the vapor deposition step is completed, FIG. 16 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 16 (2) is a cross-sectional line F− of FIG. 16 (1). FIG. 6 is a cross-sectional view of the emission end face viewed from F. In the vapor deposition step, SiO 2 is vapor-deposited again on the entire surface in the thickness direction of the wafer to form the SiO 2 film 29. The SiO 2 film 29 covers the GaInP etching stop layer 7 and the ridge stripe 27.
ステップｓ７が終了すると、ステップｓ８に移って、非注入領域形成工程を行う。図１７は、非注入領域形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１７（１）は共振器方向の断面図であり、図１７（２）は図１７（１）の切断面線Ｇ−Ｇから見た出射端面における断面図である。非注入領域形成工程では、ＳｉＯ２膜２９の、リッジストライプ２７の厚み方向の一表面に積層された部分のうち、Ｚｎを拡散してＭＱＷ層１６を無秩序化した領域（Ｚｎ拡散領域３０）に積層される部分を除く残余の部分を除去し、電流非注入領域を形成するための絶縁層１０を形成する。絶縁層１０は、少なくとも窓領域部１９を覆うように形成され、すなわちＺｎ拡散領域を覆うように設けられる。絶縁層１０を形成するためには、ＢＨＦなどでウェットエッチングするか、もしくは反応性イオンエッチングでＳｉＯ２を除去するのが望ましい。 When step s7 ends, the process proceeds to step s8 to perform a non-implanted region forming step. 17 is a cross-sectional view of the wafer after the non-implanted region forming step is completed, FIG. 17 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 17 (2) is a cross-sectional view of FIG. 17 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from line GG. In the non-implanted region forming step, in the portion of the SiO 2 film 29 laminated on one surface in the thickness direction of the ridge stripe 27, the MQW layer 16 is disordered by diffusing Zn (Zn diffusion region 30). The remaining part excluding the laminated part is removed, and the insulating layer 10 for forming the current non-injection region is formed. The insulating layer 10 is formed so as to cover at least the window region 19, that is, provided so as to cover the Zn diffusion region. In order to form the insulating layer 10, it is desirable to perform wet etching with BHF or the like, or remove SiO 2 by reactive ion etching.
ステップｓ８が終了すると、ステップｓ９に移って、コンタクト電極形成工程を行う。図１８は、コンタクト電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１８（１）は共振器方向の断面図であり、図１８（２）は図１８（１）の切断面線Ｈ−Ｈから見た出射端面における断面図である。コンタクト電極形成工程では、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂとの電気的なコンタクトをとるために、非注入領域形成工程においてＳｉＯ２を除去した部分のみにＡｕＺｎと、Ａｕとを順番に蒸着してコンタクト電極１１を形成する。コンタクト電極１１は、たとえばリフトオフなどによって形成する。 When step s8 is completed, the process proceeds to step s9 to perform a contact electrode forming process. 18 is a cross-sectional view of the wafer after the contact electrode formation step is completed, FIG. 18 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 18 (2) is a cross-sectional line in FIG. 18 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from HH. In the contact electrode formation process, in order to make electrical contact with the p-GaAs cap layer 9B, AuZn and Au are sequentially deposited only on the portion where SiO 2 is removed in the non-implantation region formation process. 11 is formed. The contact electrode 11 is formed by lift-off, for example.
ステップｓ９が終了すると、ステップｓ１０に移って、裏面電極形成工程を行う。図１９は、裏面電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１９（１）は共振器方向の断面図であり、図１９（２）は図１９（１）の切断面線Ｉ−Ｉから見た出射端面における断面図である。裏面電極形成工程では、ｎ−ＧａＡｓ基板２を、厚み方向の他表面側から削ってその厚みを小さくして、スパッタリングまたはＥＢ（Electron Beam）蒸着などによって、ＡｕとＧｅとの合金から成るＡｕＧｅ膜と、Ｎｉから成るＮｉ膜と、Ｍｏから成るＭｏ膜と、Ａｕから成るＡｕ膜とを、記載した順番で蒸着によって形成して、裏面電極（Ｎ側電極）１４を形成する。このとき裏面電極１４とｎ−ＧａＡｓ基板２との間のオーミック接合をとるために、裏面電極１４を形成した後、予め定める第２の温度で、予め定める第２の時間にわたってウェーハをアニールするのが望ましい。予め定める第２の温度は、たとえば４４０℃に選ばれ、予め定める第２の時間は、たとえば１５分程度に選ばれる。 When step s9 ends, the process proceeds to step s10 to perform the back electrode forming process. 19 is a cross-sectional view of the wafer after the back electrode forming step is completed, FIG. 19 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 19 (2) is a cross-sectional line in FIG. 19 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from II. In the back electrode forming step, the n-GaAs substrate 2 is shaved from the other surface side in the thickness direction to reduce its thickness, and an AuGe film made of an alloy of Au and Ge is formed by sputtering or EB (Electron Beam) evaporation. Then, a Ni film made of Ni, a Mo film made of Mo, and an Au film made of Au are formed by vapor deposition in the order described to form the back electrode (N-side electrode) 14. At this time, in order to form an ohmic junction between the back electrode 14 and the n-GaAs substrate 2, after forming the back electrode 14, the wafer is annealed at a predetermined second temperature for a predetermined second time. Is desirable. The predetermined second temperature is selected as, for example, 440 ° C., and the predetermined second time is selected as, for example, about 15 minutes.
ステップｓ１０が終了すると、ステップｓ１１に移って、下地電極形成工程を行う。図２０は、下地電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図２０（１）は共振器方向の断面図であり、図２０（２）は図２０（１）の切断面線Ｊ−Ｊから見た出射端面における断面図である。下地電極形成工程では、コンタクト電極１１および絶縁層１０の厚み方向の一方の表面に、Ｔｉから成る膜３１、Ａｕから成る膜３２をスパッタ装置などで記載した順番に蒸着によって形成し、下地電極１２を形成する。Ｔｉは、複数回に分けて蒸着される。 When step s10 is completed, the process proceeds to step s11 to perform a base electrode forming process. 20 is a cross-sectional view of the wafer after the base electrode forming step is completed, FIG. 20 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 20 (2) is a cross-sectional line in FIG. 20 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from JJ. In the base electrode forming step, a film 31 made of Ti and a film 32 made of Au are formed on one surface in the thickness direction of the contact electrode 11 and the insulating layer 10 by vapor deposition in the order described in a sputtering apparatus or the like. Form. Ti is deposited in a plurality of times.
ステップｓ１１が終了すると、ステップｓ１２に移って、めっき電極形成工程を行う。図２１は、めっき電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図２１（１）は共振器方向の断面図であり、図２１（２）は図２１（１）の切断面線Ｋ−Ｋから見た出射端面における断面図である。めっき電極形成工程では、Ｔｉ膜およびＡｕ膜から成る下地電極１２を下地として電解めっきによってＡｕから成るめっき電極１３を形成する。めっき電極１３は、共振器長さに分割するときのために、Ｚｎ拡散領域３０には積層して形成しない。 When step s11 ends, the process proceeds to step s12 to perform a plating electrode forming process. 21 is a cross-sectional view of the wafer after the plating electrode forming step is completed, FIG. 21 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 21 (2) is a cross-sectional line in FIG. 21 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from KK. In the plating electrode forming step, the plating electrode 13 made of Au is formed by electrolytic plating using the base electrode 12 made of Ti film and Au film as a base. The plating electrode 13 is not laminated and formed in the Zn diffusion region 30 in order to divide into the resonator length.
ステップｓ１２が終了すると、ステップｓ１３に移って、バー分割工程を行う。図２２は、バー分割工程が終了した後のバーの断面図であり、図２２（１）は共振器方向の断面図であり、図２２（２）は図２２（１）の切断面線Ｌ−Ｌから見た出射端面における断面図である。バー分割工程では、窓構造部１８に重なる位置、すなわちＺｎ拡散領域３０に重なる位置で、Ａｕから成る膜３２の厚み方向の一表面部に、共振器長さおきにケガキをいれ、ウェーハを分割して、厚み方向および共振器方向にそれぞれ垂直な方向に半導体レーザ素子１が連なった状態のバーを複数形成する。本実施の形態では、共振器の長さが１２６０μｍとなるように分割する。 When step s12 ends, the process proceeds to step s13 to perform a bar dividing step. 22 is a cross-sectional view of the bar after the bar dividing step is completed, FIG. 22 (1) is a cross-sectional view in the resonator direction, and FIG. 22 (2) is a cross-sectional line L in FIG. 22 (1). It is sectional drawing in the radiation | emission end surface seen from -L. In the bar dividing step, the wafer is divided by marking each surface of the surface of the film 32 made of Au in the thickness direction overlapping with the window structure 18, that is, overlapping with the Zn diffusion region 30, at every resonator length. Then, a plurality of bars in a state where the semiconductor laser elements 1 are connected in a direction perpendicular to the thickness direction and the resonator direction are formed. In this embodiment, the resonator is divided so that its length is 1260 μm.
ステップｓ１３が終了すると、ステップｓ１４に移って、端面処理工程を行う。端面処理工程では、分割して得られたバーの共振器端面である出射端面および反射端面に、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ装置またはＥＢ蒸着装置などを用いて、これらの端面における反射率が非対称となるようにコート膜を形成する。本実施の形態では、出射端面の反射率が１０％となるように、出射端面にはＡｌ２Ｏ３膜を約８０ｎｍ蒸着し、反射端面については、ＳｉＯ２膜とＴａ２Ｏ５膜とを積層したマルチコート膜を蒸着によって形成して、反射率を９０％とする。 When step s13 ends, the process proceeds to step s14 to perform an end face processing step. In the end face processing step, the reflectivity at these end faces is asymmetrical by using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering device or an EB vapor deposition device on the exit end face and reflection end face, which are the resonator end faces of the bar obtained by dividing. A coating film is formed so that In the present embodiment, an Al 2 O 3 film is deposited on the output end face by about 80 nm so that the reflectivity of the output end face is 10%, and an SiO 2 film and a Ta 2 O 5 film are formed on the reflective end face. The laminated multi-coat film is formed by vapor deposition so that the reflectance is 90%.
ステップｓ１４が終了すると、ステップｓ１５に移って、チップ分割工程を行う。チップ分割工程では、端面処理工程においてコーティングの終わったバーを分割して、一つ一つの半導体レーザ素子１である半導体レーザチップを形成する。本実施の形態ではチップ幅Ｗ＝２３０μｍで分割を行う。 When step s14 ends, the process proceeds to step s15 to perform a chip dividing process. In the chip dividing step, the bar that has been coated in the end face processing step is divided to form a semiconductor laser chip as each semiconductor laser element 1. In this embodiment, division is performed with a chip width W = 230 μm.
ステップｓ１５が終了すると、ステップｓ１６に移って、パッケージ工程を行う。パッケージ工程では、半導体レーザチップチップを、ｐ側であるめっき電極１３を、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を材料としたサブマウントに接合させ、半導体レーザチップの付いたサブマウントをステムといわれる端子に接合して、半導体レーザチップを保護する意味合いでキャップをつける。これによって、半導体レーザ装置が完成する。 When step s15 ends, the process moves to step s16 to perform a packaging process. In the packaging process, the p-side plating electrode 13 is joined to a submount made of AlN (aluminum nitride) as a material, and the submount with the semiconductor laser chip is joined to a terminal called a stem. In order to protect the semiconductor laser chip, a cap is attached. Thereby, the semiconductor laser device is completed.
以上のように半導体レーザ素子１では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成される第２クラッド層８と、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成されるＭＱＷ層１６と、ＭＱＷ層１６のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつＭＱＷ層１６のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部１９とを有する活性層５の間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層６が設けられている。このような構成の半導体レーザ素子１は、活性層５の前駆体と、第２クラッド層８との間に、Ｉｎ拡散防止層６を形成しておき、活性層５の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化することによって、ＭＱＷ層１６と窓領域部１９とが形成される。Ｉｎ拡散防止層６が設けられていることによって、前記固相拡散を行ったときに、窓領域部１９において、第２クラッド層８からのＩｎの相互拡散が抑制され、なおかつＡｌ，Ｇａの相互拡散を生じさせることができ、これによって赤外光を出射する半導体レーザ素子において、ＣＯＤレベルを向上させて、出力の向上を図ることができる。 As described above, in the semiconductor laser device 1, the second cladding layer 8 made of an AlGaInP-based material or a GaInP-based material, the MQW layer 16 made of one or more AlGaAs-based materials, and the light of the MQW layer 16. Between the active layer 5 and the window region 19 having a wider band gap than that of the MQW layer 16. A diffusion prevention layer 6 is provided. In the semiconductor laser device 1 having such a configuration, an In diffusion prevention layer 6 is formed between the precursor of the active layer 5 and the second cladding layer 8 to guide light in the precursor of the active layer 5. The MQW layer 16 and the window region portion 19 are formed by disordering both ends of the waved portion in the resonator direction by solid phase diffusion. By providing the In diffusion preventing layer 6, when the solid phase diffusion is performed, the mutual diffusion of In from the second cladding layer 8 is suppressed in the window region 19, and the mutual diffusion of Al and Ga is suppressed. In the semiconductor laser element that emits infrared light by being able to cause diffusion, the COD level can be improved and the output can be improved.
図２３は、前述の製造工程によって作製された複数の半導体レーザ素子１のＣＯＤ試験結果を示す図であり、図２４は、複数の比較例の半導体レーザ素子のＣＯＤ試験結果を示す図である。図２３および図２４において、横軸は半導体レーザ素子に与えられる電流Ｉｆ（単位：ｍＡ）を示し、縦軸は半導体レーザ素子から出射される光を受光素子によって受光させることによって測定される光パワーＰｏ（ｍＷ）を示す。また比較例の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子１からＩｎ拡散防止層６を省略して形成したものであって、その他の層および電極は、半導体レーザ素子１と同様の材料で、同様のプロセスによって作製したものである。図２３および図２４を見ると判るように、半導体レーザ素子１は、Ｉｎ拡散防止層６を備えない半導体レーザ素子と比較して、約１．５倍のＣＯＤレベルを有する。したがって、Ｉｎ拡散防止層６を備えることによって、ＣＯＤレベルを向上させることができることが判る。 FIG. 23 is a diagram showing the COD test results of a plurality of semiconductor laser devices 1 manufactured by the above-described manufacturing process, and FIG. 24 is a diagram showing the COD test results of a plurality of semiconductor laser devices of comparative examples. 23 and 24, the horizontal axis indicates the current If (unit: mA) applied to the semiconductor laser element, and the vertical axis indicates the optical power measured by receiving the light emitted from the semiconductor laser element by the light receiving element. Po (mW) is shown. The semiconductor laser device of the comparative example is formed by omitting the In diffusion prevention layer 6 from the semiconductor laser device 1, and the other layers and electrodes are made of the same material as the semiconductor laser device 1 and the same process. It was produced by. As can be seen from FIG. 23 and FIG. 24, the semiconductor laser element 1 has a COD level about 1.5 times that of the semiconductor laser element not including the In diffusion prevention layer 6. Therefore, it can be seen that the COD level can be improved by providing the In diffusion prevention layer 6.
また半導体レーザ素子１では、ＡｌＧａＡｓ系材料から成る活性層に対して窓構造を形成するときの不純物の拡散と、無秩序化とを容易に行うことができるので、赤色光を出射する本実施の形態の半導体レーザ素子１と赤外光を出射する半導体レーザ素子とをモノリシックに同一基板上に形成する場合に、Ｚｎの拡散の温度を２つの半導体レーザ素子間で揃えることができ、窓構造形成工程およびリッジ形成工程を１回で行えるため、工程数を削減して、生産性を向上させることができ、ひいては製造コストの低減を図ることができる。 Further, in the semiconductor laser element 1, since the diffusion and disordering of impurities when forming a window structure in an active layer made of an AlGaAs-based material can be easily performed, the present embodiment that emits red light When the semiconductor laser device 1 and the semiconductor laser device emitting infrared light are monolithically formed on the same substrate, the Zn diffusion temperature can be made uniform between the two semiconductor laser devices, and the window structure forming step In addition, since the ridge forming process can be performed once, the number of processes can be reduced, the productivity can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
図２５は、本発明の実施の他の形態の半導体レーザ素子４０の構成を示す断面図である。図２６は、図２５の切断面線ＸＸＶ−ＸＸＶから見た、共振器方向における断面図である。本実施の形態の半導体レーザ素子４０は、前述した図１に示す実施の形態の半導体レーザ素子１とは、第１クラッド層４を形成する材料と、第１クラッド層４と活性層５との間にもＩｎ拡散防止層が設けられる点のみが異なり、他の構成は同様であるので、半導体レーザ素子４０において、半導体レーザ素子１と同様の部分には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。 FIG. 25 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device 40 according to another embodiment of the present invention. FIG. 26 is a cross-sectional view in the direction of the resonator as seen from the section line XXV-XXV in FIG. The semiconductor laser device 40 of the present embodiment is different from the semiconductor laser device 1 of the embodiment shown in FIG. 1 described above in that the material for forming the first cladding layer 4, the first cladding layer 4 and the active layer 5 are The only difference is that an In diffusion prevention layer is provided between them, and the other configurations are the same. Therefore, in the semiconductor laser element 40, the same parts as those of the semiconductor laser element 1 are denoted by the same reference numerals, and Description is omitted.
半導体レーザ素子４０は、その構成として、半導体基板２と、バッファ層３と、第１クラッド層４と、Ｉｎ拡散防止層４１と、活性層５と、Ｉｎ拡散防止層６と、エッチングストップ層７と、第２クラッド層８と、コンタクト層９と、絶縁層１０と、コンタクト電極１１と、下地電極１２と、めっき電極１３と、裏面電極１４とを含んで構成される。半導体レーザ素子１の共振器方向の両端部には、高濃度に不純物が導入された窓構造部１８が形成されている。 The semiconductor laser device 40 has a configuration in which the semiconductor substrate 2, the buffer layer 3, the first cladding layer 4, the In diffusion prevention layer 41, the active layer 5, the In diffusion prevention layer 6, and the etching stop layer 7. A second clad layer 8, a contact layer 9, an insulating layer 10, a contact electrode 11, a base electrode 12, a plating electrode 13, and a back electrode 14. At both ends of the semiconductor laser element 1 in the cavity direction, window structures 18 into which impurities are introduced at a high concentration are formed.
第１クラッド層４は、不純物がドーピングされたＡｌＧａＩｎＰによって構成される。本実施の形態では、第１クラッド層４は、第２クラッド層８と同様の材料によって構成されている。ただし第１クラッド層４の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉが用いられる。 The first cladding layer 4 is made of AlGaInP doped with impurities. In the present embodiment, the first cladding layer 4 is made of the same material as that of the second cladding layer 8. However, the conductivity type of the first cladding layer 4 is n-type, and Si is used as an impurity.
Ｉｎ拡散防止層４１は、Ｉｎ拡散防止層６と同様の材料によって形成され、その厚み、バンドギャップおよび格子定数についても、Ｉｎ拡散防止層６と同様に形成される。Ｉｎ拡散防止層４１の格子定数をΔａとし、第１クラッド層４、半導体基板２、およびＭＱＷ層１６のそれぞれの格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすように選ばれる。これによって、第１クラッド層４の結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚を十分な大きさとすることができ、Ｉｎ拡散防止層４１およびＭＱＷ層１６を結晶歪が抑制される。 The In diffusion prevention layer 41 is formed of the same material as that of the In diffusion prevention layer 6, and the thickness, band gap, and lattice constant are also formed in the same manner as the In diffusion prevention layer 6. Δa / a, which is a value obtained by dividing Δa by a, where Δa is the lattice constant of the In diffusion prevention layer 41 and a is the lattice constant of each of the first cladding layer 4, the semiconductor substrate 2, and the MQW layer 16. Is selected to satisfy 1.8 <Δa / a <3.6. Thereby, the critical film thickness that can be formed while maintaining the crystal structure of the first cladding layer 4 can be made sufficiently large, and crystal distortion of the In diffusion prevention layer 41 and the MQW layer 16 is suppressed.
半導体レーザ素子４０の製造方法については、まずＭＯＣＶＤ装置によって、ｎ型ＧａＡｓ基板２の厚み方向の一表面２ａ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、ｎ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層４１と、厚さが５ｎｍの三重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層１６と、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層６と、アンドープのＧａＩｎＰエッチングストップ層７と、ｐ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８と、ｐ型Ｇａ０．２５Ｉｎ０．２５Ｐ０．５中間層９Ａと、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９Ｂとを、記載した順番で順次積層する。その後の製造プロセスは、前述した実施の形態の半導体レーザ素子１の製造プロセスと同様であるので、その説明を省略する。 Regarding the manufacturing method of the semiconductor laser element 40, first, an n-type GaAs buffer layer 3 and an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) are formed on one surface 2a in the thickness direction of the n-type GaAs substrate 2 by an MOCVD apparatus. 0.5 In 0.5 P clad layer 4 and a thickness of 3 nm or more and 10 nm, and is composed of Al 0.5 As 0.25 P 0.25 or Ga 0.5 As 0.25 P 0.25 . An In diffusion prevention layer 41, an AlGaAs MQW layer 16 including a triple quantum well layer having a thickness of 5 nm, a thickness of 3 nm to 10 nm, and Al 0.5 As 0.25 P 0.25 or Ga 0.5 as 0.25 an in diffusion preventing layer 6 composed of P 0.25, a GaInP etching stop layer 7 of an undoped, p-type (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 in 0. A P-cladding layer 8, and a p-type Ga 0.25 In 0.25 P 0.5 intermediate layer 9A, and a p-type GaAs cap layer 9B, sequentially stacked in the described order. Since the subsequent manufacturing process is the same as the manufacturing process of the semiconductor laser device 1 of the above-described embodiment, the description thereof is omitted.
以上の半導体レーザ素子４０では、前述した実施の形態の半導体レーザ素子１と同様の効果を達成することができ、さらにｎ−クラッド層についても、組成を一律にコントロールしやすくなるので、さらに放射角を安定して制御することが可能となる。 In the semiconductor laser device 40 described above, the same effect as that of the semiconductor laser device 1 of the above-described embodiment can be achieved, and the composition of the n-cladding layer can be easily controlled uniformly. Can be stably controlled.
１，４０ 半導体レーザ素子
２ 半導体基板
３ バッファ層
４ 第１クラッド層
６，４１ Ｉｎ拡散防止層
７ エッチングストップ層
８ 第２クラッド層
９ コンタクト層
９Ａ 中間層
９Ｂ キャップ層
１０ 絶縁層
１１ コンタクト電極
１２ 下地電極
１３ めっき電極
１４ 裏面電極
１６ ＭＱＷ層
１８ 窓構造部
１９ 窓領域部
３０ Ｚｎ拡散領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,40 Semiconductor laser element 2 Semiconductor substrate 3 Buffer layer 4 First clad layer 6,41 In diffusion prevention layer 7 Etching stop layer 8 Second clad layer 9 Contact layer 9A Intermediate layer 9B Cap layer 10 Insulating layer 11 Contact electrode 12 Base Electrode 13 Plating electrode 14 Back electrode 16 MQW layer 18 Window structure 19 Window region 30 Zn diffusion region
Claims (11)
前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを有する活性層と、
前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成されるｐ型およびｎ型クラッド層と、
前記活性層とＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成される前記クラッド層との間に設けられ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor laser device having a multiple quantum well layer composed of one or more AlGaAs-based materials,
The multiple quantum well layer, and a window region portion sandwiching a portion of the multiple quantum well layer that guides light from both sides in the direction of the resonator and having a wider band gap than the band gap of the multiple quantum well layer An active layer having,
A p-type and an n-type cladding layer provided on both sides in the thickness direction of the active layer, at least one of which is made of an AlGaInP-based material or a GaInP-based material;
A semiconductor laser device comprising: an In diffusion prevention layer made of GaAsP or AlAsP, which is provided between the active layer and the cladding layer made of an AlGaInP-based material.
前記ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ系材料によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 The p-type cladding layer is made of an AlGaInP-based material having a band gap larger than the band cap of the multiple quantum well layer,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the n-type cladding layer is made of an AlGaAs-based material.
前記Ｉｎ拡散防止層の格子定数をΔａとし、前記基板、前記多重量子井戸層、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層のそれぞれの格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。 The p-type cladding layer, the n-type cladding layer, the multiple quantum well layer and the In diffusion prevention layer are formed, and includes a substrate made of GaAs,
When the lattice constant of the In diffusion prevention layer is Δa and the lattice constants of the substrate, the multiple quantum well layer, the p-type cladding layer, and the n-type cladding layer are a, Δa is divided by a. The semiconductor laser element according to claim 1, wherein the value Δa / a satisfies 1.8 <Δa / a <3.6.
前記活性層の前駆体と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層の前駆体との間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層を形成しておき、
前記活性層の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化して、前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 A semiconductor having an active layer having a multiple quantum well layer composed of one or more AlGaAs-based materials, and a cladding layer provided on both sides of the active layer in the thickness direction, at least one of which is composed of an AlGaInP-based material A method for manufacturing a laser element, comprising:
An In diffusion prevention layer made of GaAsP or AlAsP is formed between the precursor of the active layer and a precursor of the clad layer made of an AlGaInP-based material,
Both end portions in the cavity direction of the light guiding portion of the active layer precursor are disordered by solid phase diffusion, and the multiple quantum well layer and the portion of the multiple quantum well layer that guides light A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: forming a window region portion sandwiched from both sides in the cavity direction and having a band gap wider than the band gap of the multiple quantum well layer.
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