JP2000138419A - Semiconductor laser element and its manufacture - Google Patents

Semiconductor laser element and its manufacture

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JP2000138419A
JP2000138419A JP10313037A JP31303798A JP2000138419A JP 2000138419 A JP2000138419 A JP 2000138419A JP 10313037 A JP10313037 A JP 10313037A JP 31303798 A JP31303798 A JP 31303798A JP 2000138419 A JP2000138419 A JP 2000138419A
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semiconductor
layer
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stripe
semiconductor laser
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JP10313037A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nakatsuka
慎一 中塚
Etsuko Nomoto
悦子 野本
Kenichi Uejima
研一 上島
Keiichi Miyauchi
恵一 宮内
Yoshiaki Kato
佳秋 加藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a waveguide structure and a current constricting structure together by constituting at least the layered part of a semiconductor laminate having a light guiding function of a compound semiconductor layer containing phosphorus. SOLUTION: A ZnO film 111 is deposited on a semiconductor substrate by the sputtering method. Then zinc is diffused from the film 111 by heating a wafer on which the semiconductor laminate is formed to a temperature between 500 deg.C and 600 deg.C in a nitrogen atmosphere. Of the zinc-diffused area, a compound semiconductor area 105 containing phosphorus as a main group V element can secure a high resistance value together with the refractive index change of the material, because the resistance value of the zinc-diffused area 112 of the second clad layer 105 composed of n-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P containing phosphorus as a main group V element increases. Namely, the zinc-diffused area 112 constitutes a waveguide and, at the same time, a current constricting layer. Therefore, no additional current constricting structure is required.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本願発明は、高信頼度の半導
体光素子、わけても半導体レーザ素子およびその製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly reliable semiconductor optical device, particularly a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体の代表的な例であるAlG
aAs系を用いた量子井戸構造半導体レーザ装置におい
て、半導体結晶に段差等を設けずに屈折率導波構造を実
現せんとする試みがなされている。平坦な結晶面を維持
しながら、対象の量子井戸構造を混晶化した透明化領域
を設けている。この量子井戸構造を混晶化はレーザ導波
路外部の所望領域に亜鉛拡散(Zn拡散)を行うことに
よって行われている。
2. Description of the Related Art AlG which is a typical example of a compound semiconductor
In a quantum well structure semiconductor laser device using an aAs system, attempts have been made to realize a refractive index waveguide structure without providing a step or the like in a semiconductor crystal. A transparent region is provided in which the target quantum well structure is mixed and crystallized while maintaining a flat crystal face. The alloying of the quantum well structure is performed by performing zinc diffusion (Zn diffusion) in a desired region outside the laser waveguide.

【0003】従来の技術としては、例えばH. Nak
ajima他、Jpn. J. Appn. Phys.
24、L647P(1985) があげられる。この文
献では、AlGaAs系量子井戸構造半導体レーザにお
いて、レーザ導波路の外部領域に、亜鉛拡散を行い量子
井戸構造を混晶化し、レーザ光に対する屈折率が変化し
た透明化領域を設けている。同文献の構成の断面図を図
1に示す。図において、1はp型GaAs基板、2はp
型AlGaAsよりなるクラッド層、3はp型AlGa
Asよりなる光ガイド層、4は多重量子井戸構造の領
域、5はパッシベーション用の二酸化珪素層、6はn型
AlGaAsよりなる光ガイド層、7はn型AlGaA
sよりなるクラッド層、8はn型GaAsよりなるキャ
ップ層、9はAu−Ge−Ni/Auよりなるn側電
極、10はCr/Auよりなるp側電極である。これら
の半導体積層体に対して亜鉛拡散の不純物領域11が形
成されている。そして、この不純物領域における量子井
戸構造の領域は混晶化された領域である。
[0003] As a conventional technique, for example, H. Nak
ajima, Jpn. J. Appn. Phys.
24, L647P (1985). According to this document, in an AlGaAs-based semiconductor laser having a quantum well structure, a transparent region in which a zinc well is mixed to crystallize the quantum well structure and a refractive index with respect to laser light is changed is provided in a region outside the laser waveguide. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the configuration of the document. In the figure, 1 is a p-type GaAs substrate and 2 is a p-type GaAs substrate.
Cladding layer made of p-type AlGaAs, 3 is p-type AlGa
4 is a light guide layer of As, 4 is a region of a multiple quantum well structure, 5 is a silicon dioxide layer for passivation, 6 is a light guide layer of n-type AlGaAs, and 7 is n-type AlGaAs.
Reference numeral 8 denotes a cap layer made of n-type GaAs, 9 denotes an n-side electrode made of Au-Ge-Ni / Au, and 10 denotes a p-side electrode made of Cr / Au. An impurity region 11 for zinc diffusion is formed in these semiconductor laminates. The region of the quantum well structure in the impurity region is a mixed crystal region.

【0004】量子井戸構造を混晶化すると活性層の禁制
帯幅が増加するため、混晶化していない本来の量子井戸
構造の発光波長に対し透明になるとともに、屈折率も小
さくなる。これにより、半導体結晶に段差等を設けずに
屈折率導波構造を実現することが可能となる。
[0004] When the quantum well structure is mixed, the bandgap of the active layer is increased. Therefore, the quantum well structure becomes transparent to the emission wavelength of the original quantum well structure that is not mixed and has a small refractive index. This makes it possible to realize a refractive index waveguide structure without providing a step or the like in the semiconductor crystal.

【0005】又、亜鉛拡散によって隣接した化合物半導
体層の構成元素を無秩序化することは古くから行われて
いる。例えば、特許公告昭和63年第51557号公報
に見られる。
[0005] Disordering of constituent elements of adjacent compound semiconductor layers by zinc diffusion has been performed for a long time. For example, it is found in Japanese Patent Publication No. 51557/1988.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
ては、屈折率を変化させ且つ透明化構造を形成するため
の不純物拡散は半導体層の不純物濃度を大幅に増加させ
ていた。このような高濃度の不純物の導入は、導波路に
不必要な光損失を発生させていた。更にはこの導波路の
外部に漏れ電流を発生させる等の問題があった。
In the above prior art, the impurity diffusion for changing the refractive index and forming the transparent structure greatly increases the impurity concentration of the semiconductor layer. The introduction of such a high concentration of impurities has caused unnecessary light loss in the waveguide. Further, there is a problem that a leakage current is generated outside the waveguide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願発明は、燐をV族元
素の内の元素として含有する化合物半導体材料、あるい
は窒素をV族元素の内の元素として含有する化合物半導
体材料が、外部からの不純物の導入によって、屈折率変
化を生ずると共にこれまでの化合物半導体よりも高抵抗
値を確保することが出来ることを見出したことに基づく
ものである。本願発明は、この屈折率変化と高抵抗値の
確保という特徴を利用して、半導体光装置の導波路構造
及び電流狭窄構造を合わせ実現せんとするものである。
本願発明は、半導体光装置、わけても、半導体レーザ素
子の導波路構造及び電流狭窄構造に応用して極めて有用
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a compound semiconductor material containing phosphorus as an element of the group V element or a compound semiconductor material containing nitrogen as an element of the group V element. It is based on the finding that the introduction of impurities causes a change in the refractive index and a higher resistance value than conventional compound semiconductors. The present invention utilizes the characteristics of the change in the refractive index and the securing of a high resistance value to realize the waveguide structure and the current confinement structure of the semiconductor optical device together.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely useful when applied to a semiconductor optical device, particularly to a waveguide structure and a current confinement structure of a semiconductor laser element.

【0008】燐をV族元素の内の主な元素として含有す
る化合物半導体材料の代表例は、AlGaInPであ
る。更には、こうした材料の例としてGaInPなどを
あげることが出来る。また、窒素をV族元素の内の主な
元素として含有する化合物半導体材料はの代表例はAl
GaInNである。更に、こうした材料の例としてGa
N,AlGaN,GaInNなどをあげることが出来
る。
[0008] A typical example of a compound semiconductor material containing phosphorus as a main element of the group V elements is AlGaInP. Further, GaInP or the like can be given as an example of such a material. A typical example of a compound semiconductor material containing nitrogen as a main element of the group V elements is Al.
GaInN. Further, Ga is an example of such a material.
N, AlGaN, GaInN and the like can be mentioned.

【0009】本願発明を適用するに際して、当該半導体
層の禁制帯幅は2eV以上が好ましい。
In applying the present invention, the forbidden band width of the semiconductor layer is preferably 2 eV or more.

【0010】これに導入する不純物は亜鉛(Zn)が代
表的なものである。更に、別な例としてマグネシウム
(Mg)を挙げることが出来る。
The impurity to be introduced is typically zinc (Zn). Further, another example is magnesium (Mg).

【0011】尚、本願発明の効果を有効ならしめるに、
上記不純物の活性化率は1%以下が望ましい。その理由
は後述される。
In order to make the effect of the present invention effective,
The activation rate of the impurities is desirably 1% or less. The reason will be described later.

【0012】本願発明によれば、単一の基板に複数の発
光部を設けても、各発光部を構成するストライブ間クロ
ストークは実質的に問題とならない半導体レーザアレイ
を再現性よく実現することが出来る。
According to the present invention, even when a plurality of light emitting portions are provided on a single substrate, a semiconductor laser array in which crosstalk between stripes constituting each light emitting portion does not substantially cause a problem is realized with good reproducibility. I can do it.

【0013】次に、本願発明の半導体光素子の主な形態
を列挙すれば下記の通りである。
Next, the main modes of the semiconductor optical device of the present invention are listed as follows.

【0014】(1)本願発明の第1の形態は、複数の半
導体層を有する半導体積層体内に光導波路となるストラ
イプ状の部分を有し、当該ストライプ状の部分の少なく
とも側部に不純物を導入することにより当該ストライプ
部分に光を導波する機能を有し、前記光を導波する機能
を有する半導体積層体の少なくとも層状の一部は、燐及
び窒素を含有する化合物半導体層で構成されていること
を特徴とする半導体レーザ素子である。
(1) In a first embodiment of the present invention, a semiconductor laminate having a plurality of semiconductor layers has a stripe-like portion serving as an optical waveguide, and an impurity is introduced into at least a side portion of the stripe-like portion. By doing so, the stripe portion has a function of guiding light, and at least a part of the layered structure of the semiconductor laminate having the function of guiding light is formed of a compound semiconductor layer containing phosphorus and nitrogen. A semiconductor laser device.

【0015】本願発明は、前記ストライプ状の部分の側
部の不純物を導入された領域は、前記の光を導波する機
能および電流狭窄の機能を有するものである。本願発明
は2つの機能を合わせ持つので極めて有用である。
According to the present invention, the region into which impurities are introduced on the side of the stripe-shaped portion has the function of guiding the light and the function of confining current. The present invention is very useful because it has two functions.

【0016】(2)本願発明の第2の形態は、半導体基
板上に通例の第1の導電型を有する第1のクラッド層
と、活性層と、第2の導電型を有する第2のクラッド層
とを少なくとも有する半導体光素子であって、以下の特
徴を有する。
(2) A second embodiment of the present invention is directed to a first cladding layer having a first conductivity type, an active layer, and a second cladding having a second conductivity type, which are commonly formed on a semiconductor substrate. A semiconductor optical device having at least a layer and the following features.

【0017】(a)光を導波するストライプ状領域に接
して不純物導入領域が設けられている。
(A) An impurity introduction region is provided in contact with a stripe region for guiding light.

【0018】(b)この不純物導入領域は前記光の導波
の機能を有する。
(B) The impurity introduction region has the function of guiding the light.

【0019】(c)前記不純物導入領域には、燐または
窒素の少なくとも一者をV族元素の主たるものとして含
有する化合物半導体材料で構成された層を有する。
(C) The impurity-doped region has a layer made of a compound semiconductor material containing at least one of phosphorus and nitrogen as a main group V element.

【0020】(d)そして、この燐または窒素の少なく
とも一者をV族元素の主たるものとして含有する化合物
半導体材料で構成された層の持つ不純物導入領域は、こ
の不純物が導入されざる領域と比較して高抵抗領域とな
っている。この高抵抗領域は電流狭窄の機能も果たして
いる。
(D) The impurity-introduced region of the layer composed of the compound semiconductor material containing at least one of phosphorus and nitrogen as a main group V element is compared with the region into which the impurity is not introduced. As a result, a high resistance region is obtained. This high resistance region also functions as a current constriction.

【0021】こうして、本願発明は、光の導波機能と電
流狭窄の機能を合わせもつ半導体領域を用いて、光導波
領域には光損失を与えず、安価に高性能な半導体光素子
を提供出来る。
As described above, the present invention can provide a high-performance semiconductor optical device at low cost without using a semiconductor region having both a light guiding function and a current confinement function, and without causing light loss in the optical waveguide region. .

【0022】(3)本願発明の第3の形態は、前記第1
の導電型のp型、前記第2の導電型をn型とするもので
ある。このことにより、これまで、低動作電流の特性を
有する半導体レーザ素子の製造が困難であったが、本願
発明によってこの種の半導体レーザ素子を提供すること
が可能である。それは、活性層に対して結晶成長基板と
反対側に位置するn型導電型の半導体層内で電流狭窄を
行い得るからである。
(3) A third embodiment of the present invention is the first embodiment.
And the second conductivity type is an n-type. As a result, it has been difficult to manufacture a semiconductor laser device having a low operating current characteristic. However, according to the present invention, this type of semiconductor laser device can be provided. This is because current confinement can be performed in the n-type conductivity type semiconductor layer located on the opposite side of the active layer from the crystal growth substrate.

【0023】(5)本願発明の半導体レーザ素子の製造
方法の基本は次の通りである。
(5) The basics of the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention are as follows.

【0024】即ち、それは、光を導波する機能を有する
半導体積層体の少なくとも層状の一部に、燐及び窒素の
少なくとも一者を含有する化合物半導体層を有する如く
構成された複数の半導体層を有する半導体積層体を形成
する工程、前記半導体積層体内に光導波路となるストラ
イプ状の部分を有し、当該ストライプ状の部分の少なく
とも側部に不純物を、少なくとも前記燐及び窒素を含有
する化合物半導体層に達するまで導入する工程を有す
る。
That is, it comprises a plurality of semiconductor layers configured to have a compound semiconductor layer containing at least one of phosphorus and nitrogen in at least a part of a layered semiconductor laminate having a function of guiding light. Forming a semiconductor laminate having a compound semiconductor layer including a stripe-shaped portion serving as an optical waveguide in the semiconductor laminate, and an impurity on at least a side portion of the stripe-shaped portion, and at least the phosphorus and nitrogen. And a step of introducing until reaching.

【0025】前記不純物導入層は、前述した所定の化合
物半導体材料で構成するが、当該不純物はこの半導体層
を形成後、外部から不純物を導入することが重要であ
る。更に、この不純物の導入後は、プロセス温度が所定
温度以上の工程を使用しないようにすることが肝要であ
る。
The impurity introducing layer is made of the above-mentioned predetermined compound semiconductor material. It is important that the impurity is introduced from the outside after forming the semiconductor layer. Furthermore, after the introduction of the impurities, it is important not to use a process in which the process temperature is higher than a predetermined temperature.

【0026】当該不純物導入量の抑制が可能となるの
は、燐系または窒素系の半導体材料の亜鉛、マグネシウ
ムなどのp型不純物に対する固溶限が小さい為である。
当該半導体層の高抵抗化はこれらの半導体材料における
前記p型不純物の自己補償効果により形成される深い準
位により実現される。この深い準位によってキャリアは
活性化し難い状態となる。
The reason why the impurity introduction amount can be suppressed is that the solid solubility limit of a phosphorus-based or nitrogen-based semiconductor material for p-type impurities such as zinc and magnesium is small.
The increase in the resistance of the semiconductor layer is realized by a deep level formed by the self-compensation effect of the p-type impurity in these semiconductor materials. The carrier is hardly activated by the deep level.

【0027】このような深い準位は不純物拡散およびイ
オン打ち込み等の工程により形成される。しかし、一定
温度以上の熱処理によってこの深い準位は消失する。従
って、不純物を導入した後は、試料温度をこの一定温度
を超えない範囲に保つ必要がある。
Such a deep level is formed by steps such as impurity diffusion and ion implantation. However, this deep level disappears by heat treatment at a certain temperature or higher. Therefore, after introducing the impurities, it is necessary to keep the sample temperature within a range not exceeding the certain temperature.

【0028】一方、超格子の混晶化の効果を得る為に
は、一定の温度の以上の熱処理が必要である。具体的な
熱処理温度としては、AlGaInPに亜鉛を拡散した
場合は摂氏450度よち500度、AlGaInPにマ
グネシウム(Mg)を打ち込んだ場合は摂氏500度よ
り700度、AlGaNにMgを打ち込んだ場合は摂氏
600度より800度の各範囲が適当な熱処理温度であ
った。
On the other hand, in order to obtain the effect of mixing the superlattice, heat treatment at a certain temperature or higher is required. As a specific heat treatment temperature, when zinc is diffused into AlGaInP, the temperature is 450 to 500 degrees Celsius, when magnesium (Mg) is implanted into AlGaInP, 700 degrees from 500 degrees Celsius, and when Mg is implanted into AlGaN. Each range from 600 to 800 degrees Celsius was an appropriate heat treatment temperature.

【0029】(5)本願発明の半導体レーザ素子は、単
一素子内に、複数個の発光部あるいはレーザ発光部を有
するアレー型半導体光素子あるいはアレー型半導体レー
ザ素子を容易に実現でき、且つ負電圧駆動を可能とす
る。負電圧駆動は、より高速変調が可能な駆動方法であ
る。
(5) The semiconductor laser device of the present invention can easily realize an array-type semiconductor optical device or an array-type semiconductor laser device having a plurality of light-emitting portions or laser light-emitting portions in a single device. Enables voltage drive. Negative voltage driving is a driving method capable of higher-speed modulation.

【0030】(6)アレー型半導体光素子を構成する場
合、各発光部を搭載する基板に段差を設けておき、この
各段差で区画される各平面に各々各発光部を搭載するこ
とが出来る。この場合、各段に設ける発光部を複数の発
光部、例えば2個の発光部を搭載することも可能であ
る。
(6) In the case of forming an array type semiconductor optical device, a step is provided on a substrate on which each light emitting section is mounted, and each light emitting section can be mounted on each plane defined by each step. . In this case, it is also possible to mount a plurality of light emitting units, for example, two light emitting units, provided on each stage.

【0031】尚、これまで述べてきた半導体レーザ装置
の光の帰還の手段は、これまでの半導体レーザ装置に用
いているものを用いることが出来る。即ち、ファブリ・
ペロー構造(Fabry−Perot resonato
r)、分布帰還型構造(DFB:distributed
feedback)、ブラッグ反射器構造(DBR:d
istributed Bragg reflecto
r)などを用いることが出来る。
Incidentally, as the means for returning light of the semiconductor laser device described so far, those used in the conventional semiconductor laser device can be used. That is, Fabry
Perot structure (Fabry-Perot resonance)
r), distributed feedback structure (DFB: distributed)
feedback), Bragg reflector structure (DBR: d
istributed Bragg reflecto
r) can be used.

【0032】また、その他の半導体レーザ装置に用いら
れている各種手段、例えば、結晶端面の保護の為の保護
膜や反射膜、あるいは、良好な結晶成長の為のバッファ
層など、通例の手段を用いることは任意である。
Further, various means used in other semiconductor laser devices, such as a protective film or a reflective film for protecting a crystal end face, or a buffer means for good crystal growth, may be used. Use is optional.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態を説明する
前に、本願発明に至る基礎となった事実について説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the embodiments of the present invention, the facts that led to the present invention will be described.

【0034】前述した本願発明に係わる化合物半導体
層、例えば、AlGaInPなどの燐を構成要素として
含有する化合物半導体材料、あるいはAlGaInNな
どの窒素を構成要素として含有する化合物半導体材料を
用いた半導体レーザ素子では、半導体積層構造を形成し
て後、外部から不純物を導入しても不純物濃度が5×1
18cm-3以下にとどまった。しかもこのような外部か
ら導入した不純物の活性化率は、非常に低く、この為、
この領域のキャリア濃度は概ね1×1016cm-3以下に
とどまることを見出した。本願発明は、半導体レーザ素
子の製造の際して、このような現象を不純物導入による
導波路構造の形成及び電流狭窄構造の形成に応用するも
のである。
In the aforementioned semiconductor laser device using the compound semiconductor layer according to the present invention, for example, a compound semiconductor material containing phosphorus as a constituent such as AlGaInP or a compound semiconductor material containing nitrogen as a constituent such as AlGaInN. After the formation of the semiconductor multilayer structure, the impurity concentration is 5 × 1 even if impurities are introduced from the outside.
It remained below 0 18 cm -3 . Moreover, the activation rate of such externally introduced impurities is very low,
It has been found that the carrier concentration in this region is generally less than 1 × 10 16 cm −3 . The present invention applies such a phenomenon to the formation of a waveguide structure and the formation of a current confinement structure by introducing impurities when a semiconductor laser device is manufactured.

【0035】図2は不純物濃度と正孔(hole)濃度
と基体の表面からの深さへの分布を示す図である。半導
体材料はAlGaInPである。不純物濃度は2次イオ
ン質量分析法により測定し、一方、正孔濃度は当該材料
層の容量―電圧特性より算定した。図2において横軸は
基体表面からの深さ、縦軸は各元素及びキャリアの濃度
を示している。尚、右側の縦軸に2次イオン強度を目盛
ってある。この強度に基づいて不純物濃度等を算出し
た。
FIG. 2 is a diagram showing the impurity concentration, the hole concentration, and the distribution from the surface of the substrate to the depth. The semiconductor material is AlGaInP. The impurity concentration was measured by secondary ion mass spectrometry, while the hole concentration was calculated from the capacity-voltage characteristics of the material layer. In FIG. 2, the horizontal axis represents the depth from the substrate surface, and the vertical axis represents the concentration of each element and carrier. The secondary ion intensity is graduated on the vertical axis on the right side. The impurity concentration and the like were calculated based on the intensity.

【0036】図2の例では、不純物領域は基体表面より
約2.3ミクロン程度の深さまで形成されている。この
図より、この不純物領域での亜鉛の不純物濃度が5×1
17cm-3から2×1018cm-3であるにも係わらず、こ
の不純物の活性化によって生ずる正孔濃度(図2にはh
oleと表示した)は1×1016cm-3以下に止まって
いることが分かる。本願発明に係わる半導体材料におい
て同様の状況が生ずる。尚、こうした不純物濃度とキャ
リア濃度の関係は、本願発明に係わる化合物半導体材料
において図2の例と同様の傾向を有する。
In the example of FIG. 2, the impurity region is formed to a depth of about 2.3 microns from the surface of the base. From this figure, the impurity concentration of zinc in this impurity region is 5 × 1
Despite being from 0 17 cm -3 to 2 × 10 18 cm -3 , the hole concentration generated by the activation of this impurity (FIG. 2 shows h
(denoted as ole) is found to be kept at 1 × 10 16 cm −3 or less. A similar situation occurs in the semiconductor material according to the present invention. The relationship between the impurity concentration and the carrier concentration has the same tendency as in the example of FIG. 2 in the compound semiconductor material according to the present invention.

【0037】本願発明に係わる化合物半導体材料の不純
物領域の高抵抗化は、これらの半導体材料における前記
p型不純物の自己補償効果により形成される深い準位に
より実現されることは前述した。
As described above, the increase in the resistance of the impurity region of the compound semiconductor material according to the present invention is realized by a deep level formed by the self-compensation effect of the p-type impurity in these semiconductor materials.

【0038】<実施の形態1>本願発明の第1の実施の
形態を図3から図4を用いて説明する。本例は半導体レ
ーザ素子の例である。図3は所定の半導体積層体に亜鉛
を拡散した状態を示す断面図、図4は図3に示される半
導体積層体を用いて製造された半導体レーザ素子のレー
ザ光の光軸に交叉する面での断面図である。
<First Embodiment> A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example is an example of a semiconductor laser device. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which zinc is diffused into a predetermined semiconductor laminate. FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device manufactured using the semiconductor laminate shown in FIG. FIG.

【0039】第1の実施の形態は、次の構成を有する半
導体レーザ素子である。即ち、第1の導電型の基板結晶
上に形成した、第1の導電型の半導体により構成される
クラッド層と、第1のクラッド層よりも禁制帯幅の狭い
直接遷移型の半導体により構成される活性層と、活性層
よりも広い禁制帯幅の第2の導電型の半導体により構成
されるクラッド層を少なくとも含む層状の半導体結晶に
より構成され、該層状構造の光導波路となるストライプ
状の部分を除く領域に不純物を導入することによりスト
ライプ部分に光を導波する機能を生じている半導体レー
ザである。
The first embodiment is a semiconductor laser device having the following configuration. That is, a cladding layer formed on a substrate crystal of the first conductivity type and made of a semiconductor of the first conductivity type and a semiconductor of a direct transition type having a narrower forbidden band width than the first cladding layer. And a stripe-shaped portion formed of a layered semiconductor crystal including at least a cladding layer formed of a semiconductor of the second conductivity type having a wider band gap than the active layer, and serving as an optical waveguide having the layered structure. Is a semiconductor laser having a function of guiding light to a stripe portion by introducing an impurity into a region except for the semiconductor laser.

【0040】まず、半導体レーザ装置の基本となるダブ
ルへテロ構造を周知の有機金属気相成長法を用いて作製
する。図3および図4において同一符号は同一部材を示
す。これらの図において、101はp型GaAs基板
で、その表面の面方位は(100)面である。このGa
As基板101上に次の各層を順次形成する。それら
は、(1)Al0.5Ga0.5Asからなるp型クラッド層
102(Znドープ、不純物濃度:p=7×1017cm
-3、厚さ:1.8μm)、(2)多重量子井戸活性層1
03、(3)Al0.5Ga0.5Asからなる第1のn型ク
ラッド層104(Seドープ、不純物濃度:n=1×1
18cm-3、厚さ:0.2μm)、(4)(Al0.7
0.30.5In0.5Pよりなる第2のn型クラッド層1
05(Seドープ、不純物濃度:n=1×1018
-3、厚さ:1.5μm)、(5)n型Ga0.5In0.5
P層106(Seドープ、不純物濃度:n=1×1018
cm-3、厚さ:20nm)および(6)n型GaAsキ
ャップ層107(Seドープ、不純物濃度:n=1×1
19cm-3、厚さ:20nm)である。前記多重量子井
戸活性層は、4層のAl0.1Ga0.9Asウエル層108
(厚さ:7nm)とこれを挟む5層のAl0.3Ga0.7As
障壁(バリア)層109(厚さ:4nm)よりなってい
る。
First, a double heterostructure, which is the basis of a semiconductor laser device, is manufactured by using a well-known metal organic chemical vapor deposition method. 3 and 4, the same reference numerals indicate the same members. In these figures, reference numeral 101 denotes a p-type GaAs substrate, and the plane orientation of the surface is a (100) plane. This Ga
The following layers are sequentially formed on the As substrate 101. They include (1) a p-type cladding layer 102 (Zn-doped, impurity concentration: p = 7 × 10 17 cm) made of Al 0.5 Ga 0.5 As.
-3 , thickness: 1.8 μm), (2) multiple quantum well active layer 1
03, (3) a first n-type clad layer 104 made of Al 0.5 Ga 0.5 As (Se-doped, impurity concentration: n = 1 × 1
0 18 cm −3 , thickness: 0.2 μm), (4) (Al 0.7 G
a 0.3 ) Second n-type cladding layer 1 made of 0.5 In 0.5 P
05 (Se-doped, impurity concentration: n = 1 × 10 18 c
m −3 , thickness: 1.5 μm), (5) n-type Ga 0.5 In 0.5
P layer 106 (Se-doped, impurity concentration: n = 1 × 10 18
cm −3 , thickness: 20 nm) and (6) n-type GaAs cap layer 107 (Se-doped, impurity concentration: n = 1 × 1)
0 19 cm -3 , thickness: 20 nm). The multiple quantum well active layer is composed of four Al 0.1 Ga 0.9 As well layers 108.
(Thickness: 7 nm) and five layers of Al 0.3 Ga 0.7 As sandwiching it.
It is composed of a barrier layer 109 (thickness: 4 nm).

【0041】こうして準備した半導体積層体の一部に亜
鉛(Zn)の拡散を行う。まず、通常の化学気相堆積法
を用いて前記n型GaAsキャップ層107上に二酸化
シリコン(SiO2)膜110を形成する。そして、こ
のSiO2膜110を幅約5μmのストライプ状にホト
リソグラフ技術を用いて加工する。このストライプの長
手方向は光共振器の光軸方向である。本実施例では、同
一の半導体チップ状に複数の半導体レーザを有するアレ
イ型半導体レーザ装置を形成するために、断面構造とし
て2本のストライプを有する場合を示してある。その間
隔は20μmである。このSiO2膜110をマスクと
してn型GaAsキャップ層107を食刻(エッチン
グ)する。尚、図において符号107および110とし
て示したのは、この加工後の各層、上記キャップ層およ
びSiO2層の断面図である。
Diffusion of zinc (Zn) is performed on a part of the semiconductor laminate thus prepared. First, a silicon dioxide (SiO 2 ) film 110 is formed on the n-type GaAs cap layer 107 using a normal chemical vapor deposition method. Then, the SiO 2 film 110 is processed into a stripe shape having a width of about 5 μm by using photolithography technology. The longitudinal direction of the stripe is the optical axis direction of the optical resonator. In the present embodiment, a case is shown in which a cross-sectional structure has two stripes in order to form an array-type semiconductor laser device having a plurality of semiconductor lasers on the same semiconductor chip. The interval is 20 μm. Using this SiO 2 film 110 as a mask, the n-type GaAs cap layer 107 is etched (etched). It should be noted that reference numerals 107 and 110 in the drawings are cross-sectional views of the layers after the processing, the cap layer, and the SiO 2 layer.

【0042】こうして準備された半導体基体上に、スパ
ッタ法により厚さZnO膜111の堆積を行う。このZ
nO膜111亜鉛の拡散源である。
A ZnO film 111 is deposited on the thus prepared semiconductor substrate by sputtering. This Z
The nO film 111 is a diffusion source of zinc.

【0043】この半導体積層体が形成されたウエハを窒
素雰囲気中で摂氏500度から600度に加熱すること
により前記ZnO膜111からの亜鉛拡散を行った。更
に、この拡散源を除去した後、拡散した不純物による混
晶化を進行させるため、摂氏約500度で熱処理を行っ
た。
The wafer on which the semiconductor laminate was formed was heated in a nitrogen atmosphere from 500 ° C. to 600 ° C. to diffuse zinc from the ZnO film 111. Further, after removing the diffusion source, a heat treatment was performed at about 500 degrees Celsius in order to progress the mixed crystal formation by the diffused impurities.

【0044】図3がこの状態でのウエハの断面構造であ
る。尚、同図に多重量子井戸層の部分拡大図を合わせて
示した。図3で符号112として示した斜線部が亜鉛の
拡散領域である。この亜鉛拡散領域の深さは、半導体レ
ーザを構成する基板に近い側のクラッド層に掛かる程度
が好ましい。
FIG. 3 shows a sectional structure of the wafer in this state. It should be noted that FIG. 2 also shows a partially enlarged view of the multiple quantum well layer. The shaded area indicated by reference numeral 112 in FIG. 3 is a zinc diffusion region. The depth of this zinc diffusion region is preferably such that it extends over the cladding layer on the side closer to the substrate constituting the semiconductor laser.

【0045】これまでのAlGaAs系半導体において
は、このような亜鉛拡散を行った不純物拡散領域は高い
ホール濃度を持った低抵抗の層となるのが通例であっ
た。従って、これまでの材料系および素子構造では、こ
の領域に電流が流れないように付加的な電流狭窄構造を
別途形成する必要があった。
In conventional AlGaAs-based semiconductors, the impurity diffusion region subjected to such zinc diffusion is generally a low-resistance layer having a high hole concentration. Therefore, in the conventional material system and element structure, it is necessary to separately form an additional current confinement structure so that no current flows in this region.

【0046】しかし、本願発明を適用することによって
亜鉛を拡散された領域の内燐を主たるV族元素として含
有する化合物半導体層領域116は、材料の屈折率変化
と共に高い抵抗値を確保することが出来る。従って、付
加的な電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。この亜鉛
拡散領域が導波路を構成すると共に電流狭窄層を構成し
ている。
However, by applying the present invention, the compound semiconductor layer region 116 containing phosphorus as a main group V element in the region in which zinc is diffused can secure a high resistance value together with the change in the refractive index of the material. I can do it. Therefore, it is not necessary to provide an additional current confinement structure. The zinc diffusion region constitutes a waveguide and a current confinement layer.

【0047】即ち、燐を主たるV族元素として含むn型
(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pよりなる第のクラッド
層105の亜鉛が拡散され領域は、むしろ高抵抗化する
ためである。このような高抵抗化した(Al0.7
0.30.5In0.5P層は、前記の亜鉛の拡散後に摂氏
550度以上の温度で熱処理するとキャリア濃度の回復
を起こす。従って、本願発明に係わる不純物領域を形成
する目的の亜鉛の拡散以後のプロセスにおいては、プロ
セス温度を摂氏550度以下とすることが必要である。
That is, the region of the first cladding layer 105 made of n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P containing phosphorus as a main group V element is diffused with zinc, thereby increasing the resistance. Such a high resistance (Al 0.7 G
The a 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer recovers the carrier concentration when subjected to a heat treatment at a temperature of 550 ° C. or more after the diffusion of zinc. Therefore, in the process after the diffusion of zinc for the purpose of forming the impurity region according to the present invention, the process temperature needs to be 550 ° C. or less.

【0048】しかも、燐を主たるV族元素として含む半
導体材料においては砒素を主たるV族元素として含む半
導体材料に比べ拡散による亜鉛の導入量が10分の1程
度に押さえられる。従って、活性層に導入される亜鉛の
量も直接亜鉛の拡散を行った場合に比べ大幅に少なくな
る。こうして、従来構造で問題であった亜鉛拡散層の自
由キャリア吸収による損失も問題も解決される。さら
に、本構造においては燐系半導体中の亜鉛の拡散速度が
砒素系に比べ4倍程度と早いため、ウエハ表面からの拡
散であっても拡散フロントの位置を再現性よく制御する
ことが可能であった。
Moreover, in a semiconductor material containing phosphorus as a main V element, the amount of zinc introduced by diffusion can be suppressed to about one tenth as compared with a semiconductor material containing arsenic as a main V element. Therefore, the amount of zinc introduced into the active layer is significantly reduced as compared with the case where zinc is directly diffused. In this manner, both the loss and the problem due to free carrier absorption of the zinc diffusion layer, which are problems in the conventional structure, are solved. Furthermore, in this structure, the diffusion rate of zinc in the phosphorus-based semiconductor is about four times faster than that of the arsenic-based semiconductor, so that the position of the diffusion front can be controlled with good reproducibility even from the wafer surface. there were.

【0049】不純物拡散源のZnO膜111を除去した
後、真空中での電子線蒸着法によりAu・Ge合金から
なるn側電極113を設け、さらに、GaAs基板10
1の裏面には、Au・Zn合金からなるp側電極114
を設けた。2本のストライプに独立に電流注入が行える
ように、ストライプの間の部分で幅約10μmにわたっ
てn側電極113から多重量子井戸活性層103まで除
去した溝115を形成して両ストライプを電気的に分離
した。図4がこの溝を形成した状態を示す図である。こ
のような構造のウエハを長さ約250μmにへき開し、
端面を反射率約64%となるSiO2とa−Siの多層
膜により被覆してレーザチップとした。
After removing the ZnO film 111 as an impurity diffusion source, an n-side electrode 113 made of an Au.Ge alloy is provided by an electron beam evaporation method in vacuum.
The p-side electrode 114 made of an Au—Zn alloy is
Was provided. In order to allow current to be independently injected into the two stripes, a groove 115 removed from the n-side electrode 113 to the multiple quantum well active layer 103 is formed over a width of about 10 μm between the stripes to electrically connect both stripes. separated. FIG. 4 is a view showing a state in which the groove is formed. Cleave a wafer of such a structure to a length of about 250 μm,
The end face was covered with a multilayer film of SiO 2 and a-Si having a reflectance of about 64% to form a laser chip.

【0050】このような半導体レーザチップをCu製の
ステムに接合面を上向きに接着して通電したところ、レ
ーザストライプは双方とも波長780nm、しきい値電
流約10mAで室温連続発振した。動作電流が小さいた
め、接合面上向きに組み立て、ストライプ間隔も20μ
mと近いにも関わらず一方のストライプの点滅による他
方のストライプの光出力の変動は5%以下であった。ま
た、本例の半導体光素子においては、p型基板を共有し
た、いわゆるマイナス駆動が可能である。従って、本例
は高速で安価な駆動電源を使用できるという利点もあっ
た。
When such a semiconductor laser chip was bonded to a Cu stem with its bonding surface facing upward and energized, both laser stripes oscillated continuously at room temperature at a wavelength of 780 nm and a threshold current of about 10 mA. Since the operating current is small, the bonding surface is assembled upward, and the stripe interval is 20μ.
Despite being close to m, the fluctuation of the light output of the other stripe due to the blinking of one stripe was 5% or less. Further, in the semiconductor optical device of this example, a so-called minus drive in which the p-type substrate is shared can be performed. Therefore, this embodiment also has an advantage that a high-speed and inexpensive driving power supply can be used.

【0051】<実施の形態2>実施の形態2は、実施の
形態1の発光部を複数、単一の基板に搭載した例であ
る。各発光部の詳細は実施の形態1と同様であるので、
ここでは詳細は省略する。
<Second Embodiment> A second embodiment is an example in which a plurality of light emitting units of the first embodiment are mounted on a single substrate. Since the details of each light emitting unit are the same as in the first embodiment,
Here, the details are omitted.

【0052】この例では段差によって分けられる各平面
部に各発光部を設けているが、勿論単一平面の基板に複
数の発光部を設けることも可能である。
In this example, each light-emitting portion is provided on each flat portion divided by a step. However, it is of course possible to provide a plurality of light-emitting portions on a single plane substrate.

【0053】図5は本例の半導体レーザ素子の光軸と交
差する面での要部断面図およびその下部にトラックとレ
ーザ・スポットの関係を例示する。半導体基板101に
2つの段差部209があり、高さの異なる3つの平面2
10、211、212を有している。一つの平面210
には2つの発光部がレーザ・アレー213として形成さ
れている。他の二つの平面211および212にはおの
おの214、215の発光部が形成されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a principal part of the semiconductor laser device of the present embodiment taken along a plane intersecting the optical axis, and the relationship between the track and the laser spot is illustrated below. The semiconductor substrate 101 has two steps 209, and three planes 2 having different heights.
10, 211, and 212. One plane 210
, Two light emitting portions are formed as a laser array 213. On the other two planes 211 and 212, 214 and 215 light emitting portions are formed, respectively.

【0054】尚、半導体層102は第1のクラッド層、
半導体層103は活性層、半導体層104は第2のクラ
ッド層である。これらのレーザ発光部の具体的構成は実
施の形態1と同様であることは前述した。
The semiconductor layer 102 is a first cladding layer,
The semiconductor layer 103 is an active layer, and the semiconductor layer 104 is a second clad layer. As described above, the specific configurations of these laser emitting units are the same as those in the first embodiment.

【0055】こうした形態の半導体光素子は、光情報処
理装置、例えば高速光ディスクの光源として最適であ
る。この用途のため、4本の半導体レーザ素子部を集積
した例である。この装置では、半導体レーザ光のスポッ
トが光ディスクに対して半導体レーザの基板面が約1度
から3度傾斜するように構成されている。
The semiconductor optical device having such a configuration is most suitable as a light source for an optical information processing device, for example, a high-speed optical disk. This is an example in which four semiconductor laser element units are integrated for this purpose. In this apparatus, the spot of the semiconductor laser light is configured so that the substrate surface of the semiconductor laser is inclined by about 1 to 3 degrees with respect to the optical disk.

【0056】光ディスクのトラックと各発光部の関係は
次の通りである。この図では2本のトラック216,2
17が例示されている。そして、レーザ発光部213か
らは2つの照射スポット218、219、発光部214
からは照射スポット220、発光部214からは照射ス
ポット221に対応している。
The relationship between the tracks on the optical disc and each light emitting section is as follows. In this figure, two tracks 216, 2
17 are illustrated. Then, two irradiation spots 218 and 219 and a light emitting unit 214 are output from the laser light emitting unit 213.
Corresponds to the irradiation spot 220, and from the light emitting unit 214 corresponds to the irradiation spot 221.

【0057】情報の読み出し用のレーザ部213は、例
えば間隔約10μmで2本形成されている。これらの発
光の平均出力は双方とも例えば5mWで駆動されてい
る。しかし、これらは異なる周波数で駆動するように
し、周波数フィルタ回路によりそれぞれのレーザ部の光
信号を区別することが出来る。一方、情報の書き込み用
のレーザ部214,215の2本は、読み出し用のレー
ザ部に比較して、それぞれ1μm及び2μmと高い平面
(211,212)上に形成されている。そして、その
距離は読み出し用のレーザ部より約100μm及び約2
00μmとなっている。
Two laser sections 213 for reading information are formed, for example, at an interval of about 10 μm. The average output of these light emissions is both driven at, for example, 5 mW. However, these are driven at different frequencies, and the optical signal of each laser unit can be distinguished by the frequency filter circuit. On the other hand, the two laser portions 214 and 215 for writing information are formed on planes (211 and 212) which are higher by 1 μm and 2 μm, respectively, than the laser portions for reading. The distance is about 100 μm and about 2 μm from the reading laser unit.
It is 00 μm.

【0058】この読み出し用レーザ部から距離が遠い基
板面がトラックに対して斜めに形成されてる為、同一の
トラック上を読み出し用レーザ部より先行して走査す
る。こうして2本の読み出し用レーザ部を用いる為、本
装置の読み出し速度は通例の2倍となる。更に、書き込
み時の確認走査が不必要となる為、書き込み速度は4倍
となる。
Since the substrate surface that is far from the read laser unit is formed oblique to the track, the same track is scanned before the read laser unit. Since the two reading laser units are used in this manner, the reading speed of the present device is twice as high as that of a normal device. Further, since a confirmation scan at the time of writing is not required, the writing speed is quadrupled.

【0059】又、本装置では、半導体レーザ素子部の熱
的相互干渉の問題を、次の方法で解決することが出来
る。即ち、本装置では、半導体レーザ素子部間の熱的相
互干渉の問題が起きず、且つ平均出力が一定で駆動する
読み出しレーザ部は近距離に配し、一方、熱的相互干渉
が問題となり書き込み用の半導体レーザ部は距離を離し
て形成できる為である。
Further, in the present apparatus, the problem of thermal mutual interference of the semiconductor laser elements can be solved by the following method. That is, in the present apparatus, the problem of thermal mutual interference between the semiconductor laser element portions does not occur, and the read laser portion driven with a constant average output is arranged at a short distance. This is because the semiconductor laser portions for use can be formed at a large distance.

【0060】次に、本半導体レーザ素子と適用する光情
報処理システムの構成例を説明する。
Next, an example of the configuration of an optical information processing system applied with the present semiconductor laser device will be described.

【0061】本発明の光情報処理装置の例として、コン
パクト・デイスク(CD)やデイジタルビデオ・デイス
ク(DVD)などの光デイスク装置などの光記録装置を
挙げることができる。光ディスク装置は、記録媒体に光
を照射するための光源と、記録媒体からの反射光を検出
する検出器を少なくとも有する光記録装置である。ま
た、光によって記録媒体の一部の状態を変化させて記録
を行う光情報処理装置があることは言うまでもない。
As an example of the optical information processing apparatus of the present invention, there can be mentioned an optical recording apparatus such as an optical disk apparatus such as a compact disk (CD) and a digital video disk (DVD). An optical disc device is an optical recording device having at least a light source for irradiating a recording medium with light and a detector for detecting reflected light from the recording medium. Needless to say, there is an optical information processing apparatus that performs recording by changing the state of a part of a recording medium by light.

【0062】図6は光デイスク装置の例を示す基本構成
図である。21は光記録の為の光記録媒体が設けられた
デイスク、22はデイスクを回転させるためのモータ、
23は光ピックアップ、27はこれらを制御する制御部
である。光ピックアップ23はレンズ系24、半導体レ
ーザ装置などの光源25、そして光検出器26を有して
構成される。
FIG. 6 is a basic configuration diagram showing an example of an optical disk device. 21 is a disk provided with an optical recording medium for optical recording, 22 is a motor for rotating the disk,
23 is an optical pickup, and 27 is a control unit for controlling these. The optical pickup 23 includes a lens system 24, a light source 25 such as a semiconductor laser device, and a photodetector 26.

【0063】こうした光デイスク装置の一般的事項につ
いては、種々報告があるが略述する。記録材料の種類に
よって、光デイスク装置は大別して読み取り専用形(R
OM形)、追記形、および書き換え可能形に分けられ
る。図6の例での情報の再生は、デイスク21に記録さ
れた微細小孔(記録媒体の状態変化部)からの反射光変
化を光検出器26にて光学的に読み取って行う。尚、光
記録媒体は通例のものを用いることが出来る。
Various reports have been made on general matters of such optical disk devices, but they will be briefly described. Depending on the type of recording material, optical disc devices are roughly classified into read-only type (R
OM type), write-once type, and rewritable type. The reproduction of information in the example of FIG. 6 is performed by optically reading a change in the reflected light from the minute holes (the state change portion of the recording medium) recorded on the disk 21 with the photodetector 26. Incidentally, an ordinary optical recording medium can be used.

【0064】読み取り専用形の場合、記録情報は予め記
録媒体に記録されており、例えば、読み取り専用形記録
媒体の代表例として、アルミニウム、プラスチックなど
をあげることが出来る。
In the case of the read-only type, the recording information is recorded on the recording medium in advance, and examples of the read-only type recording medium include aluminum and plastic.

【0065】また、記録する場合は、レーザ光をデイス
ク上の記録媒体に微細光点に絞り込み、記録すべき情報
に従ってレーザ光を変調させることに依って、熱的に記
録材料の状態を変化させて列状に記録を行う。この記録
はデイスクをモータによって回転(移動)させながら行
われる。こうした光源にも本発明の光源を用い得る。
In the case of recording, the laser light is focused on a recording medium on the disk to a fine light spot, and the laser light is modulated according to the information to be recorded, thereby thermally changing the state of the recording material. Record in rows. This recording is performed while the disk is rotated (moved) by a motor. The light source of the present invention can be used for such a light source.

【0066】こうした光デイスク装置の光源に、上述の
半導体レーザ装置を適用すると好都合である。
It is convenient to apply the above-described semiconductor laser device to the light source of such an optical disk device.

【0067】<実施の形態3>本願発明の第2の実施の
形態を図7から図8を用いて説明する。概略構成は実施
の形態1と同様である。図7は所定の半導体積層体に亜
鉛を拡散した状態を示す断面図、図8は図7に示される
半導体積層体を用いて製造された半導体レーザ装置のレ
ーザ光の光軸に交叉する面での断面図である。本例は、
p型、n型の双方の半導体層領域に、本願発明の亜鉛等
の拡散による高抵抗化現象を用いて電流狭窄領域を形成
した例である。この両者の電流狭窄によって、片方の電
流狭窄におけるより、より一層の動作の低減効果が得る
ことが出来る。
<Embodiment 3> A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The schematic configuration is the same as that of the first embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where zinc is diffused into a predetermined semiconductor laminate. FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device manufactured using the semiconductor laminate shown in FIG. FIG. In this example,
This is an example in which a current confinement region is formed in both the p-type and n-type semiconductor layer regions by using the phenomenon of high resistance due to diffusion of zinc or the like of the present invention. Due to the two current constrictions, an effect of further reducing the operation can be obtained as compared with one of the current constrictions.

【0068】まず、半導体レーザ装置の基本となるダブ
ルヘテロ構造を周知の有機金属気相成長法を用いて作製
する。図7および図8において、同一符号は同一部材を
示す。図において、101はp型GaAs基板であり、
このp型GaAs基板101の面方位は(100)面で
ある。この基板101上に、次の各層を順次結晶成長す
る。それらは、(1)Al0.5Ga0.5Asからなる第1
のp型クラッド層201(Znドープ、不純物濃度:p
=7×1017cm-3、厚さ:1.5μm)、(2)p型
(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層202(Znドー
プ、不純物濃度:p=7×1017cm-3、厚さ:0.1
μm)、(3)Al0.5Ga0.5Asよりなる第2のp型
クラッド層203(Znドープ、不純物濃度:p=7×
1017cm-3、厚さ:0.3μm)、(4)多重量子井
戸活性層103、(5)Al0.5Ga0.5Asからなる厚
さ0.2μmの第1のn型クラッド層104、(6)
(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる厚さ約1.5
μmの第2のn型クラッド層105、(7)n型Ga0.5
In0.5P層106および(8)厚さ約0.2μmのn型
GaAsよりなるキャップ層107である。多重量子井
戸活性層は4層のAl0.1Ga0.9Asウエル層108
(厚さ7nm)とこれを挟む5層のAl0.3Ga0.7As1
09(厚さ4nm)よりなっている。
First, a double heterostructure, which is the basis of a semiconductor laser device, is manufactured by using a well-known metal organic chemical vapor deposition method. 7 and 8, the same reference numerals indicate the same members. In the figure, 101 is a p-type GaAs substrate,
The plane orientation of the p-type GaAs substrate 101 is the (100) plane. The following layers are sequentially crystal-grown on the substrate 101. They include (1) a first Al 0.5 Ga 0.5 As
P-type cladding layer 201 (Zn-doped, impurity concentration: p
= 7 × 10 17 cm −3 , thickness: 1.5 μm) (2) p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 202 (Zn-doped, impurity concentration: p = 7 × 10 17 cm −3) , Thickness: 0.1
μm), (3) a second p-type cladding layer 203 made of Al 0.5 Ga 0.5 As (Zn-doped, impurity concentration: p = 7 ×
(10 17 cm −3 , thickness: 0.3 μm), (4) multiple quantum well active layer 103, (5) first n-type cladding layer 104 of Al 0.5 Ga 0.5 As having a thickness of 0.2 μm, ( 6)
(Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
μm second n-type cladding layer 105, (7) n-type Ga 0.5
An In 0.5 P layer 106 and (8) a cap layer 107 made of n-type GaAs having a thickness of about 0.2 μm. The multiple quantum well active layer is composed of four Al 0.1 Ga 0.9 As well layers 108.
(Thickness: 7 nm) and five layers of Al 0.3 Ga 0.7 As1 sandwiching it.
09 (4 nm thick).

【0069】こうして準備した半導体積層体の一部に亜
鉛(Zn)の拡散を行う。まず、通常の化学気相堆積法
を用いて、n−GaAsキャップ層107上にSiO2
膜110を形成し、ホトリソグラフ技術を用いてこのS
iO2膜110を幅約5μmのストライプ状に加工する。
このストライプの長手方向は光共振器の光軸方向であ
る。図7および図8で符号107および110として示
したのは、この加工後の各層の断面図である。
Diffusion of zinc (Zn) is performed on a part of the semiconductor laminate thus prepared. First, SiO 2 is formed on the n-GaAs cap layer 107 by using a normal chemical vapor deposition method.
A film 110 is formed, and this S
The iO 2 film 110 is processed into a stripe having a width of about 5 μm.
The longitudinal direction of the stripe is the optical axis direction of the optical resonator. 7 and 8 are cross-sectional views of each layer after the processing.

【0070】このSiO2膜110をマスクとして、n
型GaAsよりなるキャップ層107を食刻する。次
に、スパッタ法によりZnO膜111の堆積を行った上
で、この ZnO膜111からの亜鉛拡散を行なう。こ
の亜鉛拡散は、半導体ウエハを窒素雰囲気中で摂氏50
0度から600度に加熱することにより行った。この状
態でのウエハの断面構造を図3に示す。尚、同図に多重
量子井戸層の部分拡大図を合わせて示した。
Using this SiO 2 film 110 as a mask, n
The cap layer 107 made of type GaAs is etched. Next, after the ZnO film 111 is deposited by a sputtering method, zinc is diffused from the ZnO film 111. This zinc diffusion causes the semiconductor wafer to be exposed to 50 degrees Celsius in a nitrogen atmosphere.
This was performed by heating from 0 to 600 degrees. FIG. 3 shows a sectional structure of the wafer in this state. It should be noted that FIG. 2 also shows a partially enlarged view of the multiple quantum well layer.

【0071】図7で符号112として示した斜線部が亜
鉛の拡散領域である。この亜鉛拡散領域の深さは、半導
体レーザを構成する基板に近い側のクラッド層に掛かる
程度が好ましい。
In FIG. 7, a hatched portion indicated by reference numeral 112 is a zinc diffusion region. The depth of this zinc diffusion region is preferably such that it extends over the cladding layer on the side closer to the substrate constituting the semiconductor laser.

【0072】本例では、(Al0.7Ga0.30.5In0.5
Pよりなる第2のn型クラッド層105およびp型(A
0.7Ga0.30.5In0.5P層202に前記の亜鉛拡散
領域を設けている。この亜鉛拡散領域が電流狭窄の役割
を果たす。以下、この点について説明する。
In this example, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5
P-type second n-type cladding layer 105 and p-type (A
The above-mentioned zinc diffusion region is provided in the l 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 202. This zinc diffusion region plays a role of current confinement. Hereinafter, this point will be described.

【0073】AlGaAs系半導体材料においては、こ
のような亜鉛拡散を行った領域は高いホール濃度を持っ
た低抵抗の層となる。従来、この領域に電流が流れない
ように、別途電流狭窄構造を別途形成する必要があっ
た。しかし、本願発明の構造においては、燐を主たるV
族元素として含む(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pより
なる第2のn型クラッド層105が亜鉛拡散によりむし
ろ高抵抗化する。従って、本願発明の構造では付加的な
電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。しかも、燐を主
たるV族元素として含む半導体材料においては、砒素を
主たるV族元素として含む半導体材料に比べ拡散による
亜鉛の導入量が10分の1程度に押さえられるため、活
性層に導入される亜鉛の量も直接亜鉛の拡散を行った場
合に比べ大幅に少なくなる。従って、従来構造で問題で
あった亜鉛拡散層の自由キャリア吸収による損失も問題
も解決される。さらに、本構造における燐系半導体材料
中の亜鉛の拡散速度が砒素系に比べ4倍程度と早いた
め、ウエハ表面からの拡散であっても拡散フロントの位
置を再現性よく制御することが可能であった。
In an AlGaAs-based semiconductor material, a region where such zinc diffusion is performed becomes a low-resistance layer having a high hole concentration. Conventionally, it has been necessary to separately form a current confinement structure so that current does not flow in this region. However, in the structure of the present invention, phosphorus is mainly V
The second n-type cladding layer 105 made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P containing as a group element has a higher resistance rather than zinc diffusion. Therefore, the structure of the present invention eliminates the need to provide an additional current confinement structure. In addition, in a semiconductor material containing phosphorus as a main V element, the amount of zinc introduced by diffusion is reduced to about one tenth as compared with a semiconductor material containing arsenic as a main V element, so that it is introduced into the active layer. The amount of zinc is also significantly less than when zinc is directly diffused. Therefore, both the loss and the problem due to the free carrier absorption of the zinc diffusion layer, which are problems in the conventional structure, are solved. Furthermore, since the diffusion rate of zinc in the phosphorus-based semiconductor material in this structure is about four times faster than that of the arsenic-based material, it is possible to control the position of the diffusion front with good reproducibility even from the wafer surface. there were.

【0074】また、本実施の形態においては、p型クラ
ッド層側に設けたp型AlGaInP層(この具体例は
(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層である)202が同
様に亜鉛拡散により高抵抗化するため、p型およびn型
双方のクラッド層で電流狭窄が可能となる。従って、一
層の動作電流の低減効果が得られた。このような高抵抗
化したAlGaInP層(この具体例は(Al0.7Ga
0.30.5In0.5P層である)は、拡散後に摂氏550
度以上の温度で熱処理工程を経ると、キャリア濃度の回
復を起こす。従って、高抵抗化したAlGaInP層を
形成した以後の工程においては、プロセス温度を摂氏5
50度以下とすることが必要であった。
In the present embodiment, the p-type AlGaInP layer (the specific example is (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer) 202 provided on the p-type cladding layer side is similarly formed by zinc diffusion. In order to increase the resistance, current confinement is possible in both the p-type and n-type cladding layers. Therefore, a further effect of reducing the operating current was obtained. Such a high-resistance AlGaInP layer (this specific example is (Al 0.7 Ga
0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer) is 550 ° C. after diffusion.
If the heat treatment step is performed at a temperature equal to or higher than the temperature, the carrier concentration is recovered. Therefore, in the steps after the formation of the AlGaInP layer with increased resistance, the process temperature is set to 5 degrees Celsius.
It was necessary to set it to 50 degrees or less.

【0075】ZnO膜111を除去した後、真空中での
電子線蒸着法によりAu・Ge合金からなるn側電極1
13を設け、さらに、GaAs基板101の裏面には、
Au・Zn合金からなるp側電極114を設けた。2本
のストライプ構造に、相互に独立に電流注入が行えるよ
うに、2本のストライプの中央の部分で幅約10μmに
わたって溝115を形成して両ストライプを電気的に分
離した。この溝はn側電極113から多重量子井戸活性
層103まで除去して形成した。図8がこの状態を示す
断面図である。
After the ZnO film 111 is removed, the n-side electrode 1 made of an Au.Ge alloy is deposited by electron beam evaporation in vacuum.
13 on the back surface of the GaAs substrate 101,
A p-side electrode 114 made of Au / Zn alloy was provided. A groove 115 was formed at the center of the two stripes over a width of about 10 μm to electrically separate the two stripes from each other so that currents could be independently injected into the two stripes. This groove was formed by removing from the n-side electrode 113 to the multiple quantum well active layer 103. FIG. 8 is a sectional view showing this state.

【0076】このような構造のウエハを長さ約250μ
mにへき開してレ−ザチップとした。半導体レーザ装置
の端面はSiO2とa−Si(アモルファス・シリコ
ン)との多層膜により被覆されており、この多層膜の反
射率は約64%である。
A wafer having such a structure is about 250 μm long.
c to form a laser chip. The end face of the semiconductor laser device is covered with a multilayer film of SiO 2 and a-Si (amorphous silicon), and the reflectance of the multilayer film is about 64%.

【0077】このような半導体レーザチップをCu製の
ステムに、半導体レーザチップの持つ接合面を上向きに
接着し、実装した。
The semiconductor laser chip was mounted on a Cu stem by bonding the bonding surface of the semiconductor laser chip upward.

【0078】この半導体レーザ装置に通電したところ、
2つのレーザストライプは双方とも波長780nm、し
きい値電流約8mAで室温連続発振した。動作電流が小
さいため、接合面上向きに組み立て、ストライプ間隔も
20μmと近いにも関わらず一方のストライプの点滅に
よる他方のストライプの光出力への影響は、光出力の変
動が5%以下であった。
When this semiconductor laser device was energized,
Both laser stripes oscillated continuously at room temperature at a wavelength of 780 nm and a threshold current of about 8 mA. Since the operating current was small, the bonding surface was assembled upward, and the flash output of one stripe affected the light output of the other stripe by 5% or less even though the stripe interval was close to 20 μm. .

【0079】また、本半導体レーザ装置においてはp型
基板を共有したマイナス駆動が可能であり、高速で安価
な駆動電源を使用できるという利点もあった。
In addition, the present semiconductor laser device has an advantage that a minus drive using a common p-type substrate can be performed, and a high-speed and inexpensive drive power supply can be used.

【0080】<実施の形態4>本願発明の第4の実施の
形態を図9から図11を用いて説明する。本例は半導体
レーザ装置の例である。図9は所定の半導体積層体に亜
鉛を拡散した状態を示す断面図、図10はストライプの
配置を示す平面図、図11は図9に示される半導体積層
体を用いて製造された半導体レーザ装置のレーザ光の光
軸に交叉する面での断面図である。
<Fourth Embodiment> A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example is an example of a semiconductor laser device. 9 is a cross-sectional view showing a state in which zinc is diffused into a predetermined semiconductor laminate, FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of stripes, and FIG. 11 is a semiconductor laser device manufactured using the semiconductor laminate shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a plane crossing the optical axis of the laser light.

【0081】まず、有機金属気相成長法を用いて半導体
レーザ装置の基本となるダブルへテロ構造を作製する。
図9および図10において同一符号は同一部材を示す。
図において、301はn型GaAs基板であり、このn
型GaAs基板301の表面の面方位は(100)面で
ある。この基板上に、次の各層を順次積層する。それら
は、(1)n型Al0.5Ga0.5Asクラッド層302
(Seドープ、不純物濃度:n=1×1018cm-3、厚
さ:1.5μm)、(2)多重量子井戸活性層103、
(3)p型Al0.5Ga0.5Asクラッド層303(Zn
ドープ、不純物濃度:p=7×1017cm-3、厚さ:
1.6μm)、および(4)p型GaAsキャップ層3
04(Znドープ、不純物濃度:p=1×1019
-3、厚さ:0.2μm)である。多重量子井戸活性層
は4層のAl0.1Ga0.9Asウエル層108(厚さ7n
m)とこれを挟む5層のAl0.3Ga0.7As109(厚さ
4nm)よりなっている。
First, a double heterostructure, which is the basis of a semiconductor laser device, is manufactured using metal organic chemical vapor deposition.
9 and 10 indicate the same members.
In the figure, reference numeral 301 denotes an n-type GaAs substrate.
The plane orientation of the surface of the type GaAs substrate 301 is the (100) plane. The following layers are sequentially laminated on this substrate. They are (1) n-type Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 302
(Se doping, impurity concentration: n = 1 × 10 18 cm −3 , thickness: 1.5 μm), (2) multiple quantum well active layer 103,
(3) p-type Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 303 (Zn
Doping, impurity concentration: p = 7 × 10 17 cm −3 , thickness:
1.6 μm), and (4) p-type GaAs cap layer 3
04 (Zn-doped, impurity concentration: p = 1 × 10 19 c
m -3 , thickness: 0.2 μm). The multiple quantum well active layer is composed of four Al 0.1 Ga 0.9 As well layers 108 (thickness: 7 n).
m) and five layers of Al 0.3 Ga 0.7 As 109 (thickness: 4 nm) sandwiching it.

【0082】こうして準備した半導体ウエハにこれまで
の実施の形態におけると同様に発光部の形成の為、スト
ライプを形成する。即ち、気相化学堆積法を用いて二酸
化珪素膜305を設け、この二酸化珪素膜305をホト
リソグラフ技術を用いてストライプが2本並行して並ん
だストライプを形成する。図6に二酸化珪素のストライ
プの平面配置を示す。図10において半導体基体は30
0、二酸化珪素のストライプは305である。尚、図9
には多重量子井戸層の部分拡大図を円内に示した。
A stripe is formed on the semiconductor wafer thus prepared for forming a light emitting portion in the same manner as in the previous embodiments. That is, a silicon dioxide film 305 is provided using a vapor phase chemical deposition method, and a stripe in which two stripes are arranged in parallel is formed on the silicon dioxide film 305 using a photolithographic technique. FIG. 6 shows a planar arrangement of silicon dioxide stripes. In FIG. 10, the semiconductor substrate is 30.
0, the silicon dioxide stripe is 305. Note that FIG.
2 shows a partially enlarged view of the multiple quantum well layer in a circle.

【0083】更に、このようなウエハの二酸化珪素膜3
05におおわれていない領域のp型GaAsキャップ層
304及びp型クラッド層303の一部を、硫酸系のエ
ッチング液を用いてエッチングした。次いで、この二酸
化珪素膜305を選択成長マスクとして用い、有機金属
気相成長法によるn型Ga0.5In0.5P電流ブロック層
306の選択成長を行った。
Further, the silicon dioxide film 3 of such a wafer
A part of the p-type GaAs cap layer 304 and a part of the p-type cladding layer 303 in a region not covered with 05 were etched using a sulfuric acid-based etchant. Next, using the silicon dioxide film 305 as a selective growth mask, the n-type Ga 0.5 In 0.5 P current block layer 306 was selectively grown by metal organic chemical vapor deposition.

【0084】マスクに用いた二酸化珪素膜109を取り
除いた後、スパッタ法により亜鉛の拡散源のZnO膜1
11の堆積を行った。こうした試料をウエハを窒素雰囲
気中で摂氏500度から600度に加熱することにより
ZnO膜111からの亜鉛拡散を行った。亜鉛の拡散
は、ストライプ外の領域で活性層を貫通するように行っ
た。この状態でのウエハの断面構造が図9である。
After removing the silicon dioxide film 109 used as the mask, the ZnO film 1 serving as a zinc diffusion source is
Eleven deposits were made. The zinc was diffused from the ZnO film 111 by heating the sample from 500 ° C. to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere. The zinc was diffused so as to penetrate the active layer in a region outside the stripe. FIG. 9 shows a sectional structure of the wafer in this state.

【0085】本構造においては燐を主たるV族元素とし
て含むn型Ga0.5In0.5P電流ブロック層306が亜
鉛拡散により高抵抗化するため、付加的な電流狭窄構造
を設ける必要が無くなる。しかも、燐を主たるV族元素
として含む半導体においては砒素を主たるV族元素とし
て含む半導体に比べ拡散による亜鉛の導入量が10分の
1程度に押さえられるため、活性層に導入される亜鉛の
量も直接亜鉛の拡散を行った場合に比べ大幅に少なくな
る。この為、従来構造で問題であった亜鉛拡散層の自由
キャリア吸収による損失も問題も解決される。
In this structure, the n-type Ga 0.5 In 0.5 P current block layer 306 containing phosphorus as a main group V element has a high resistance due to zinc diffusion, so that there is no need to provide an additional current confinement structure. Moreover, in a semiconductor containing phosphorus as a main V element, the amount of zinc introduced by diffusion is reduced to about one tenth as compared with a semiconductor containing arsenic as a main V element. Is significantly reduced as compared with the case where zinc is directly diffused. For this reason, both the loss and the problem due to the free carrier absorption of the zinc diffusion layer, which are problems in the conventional structure, are solved.

【0086】また、本構造においては砒素系半導体中の
亜鉛の拡散速度が燐系に比べ1/4程度と遅いため、G
0.5In0.5P電流ブロック層306の存在しないスト
ライプ部分においては拡散はp型クラッド層303の中
で停止し、素子の直列抵抗を低減する効果があった。p
ウエハ表面からの拡散であっても拡散フロントの位置を
再現性よく制御することが可能であった。
In the present structure, the diffusion rate of zinc in the arsenic-based semiconductor is slower than that of the phosphorus-based semiconductor by about 1/4, so that G
In the stripe portion where the a 0.5 In 0.5 P current block layer 306 does not exist, the diffusion stops in the p-type cladding layer 303, which has the effect of reducing the series resistance of the device. p
It was possible to control the position of the diffusion front with good reproducibility even from the diffusion from the wafer surface.

【0087】不純物拡散源であるZnO膜111を除去
した後、真空中での電子線蒸着法によりAu・Ge合金
からなるn側電極114を設け、さらに、GaAs基板
101の裏面には、Au・Zn合金からなるp側電極1
13を設けた。2本のストライプに独立に電流注入が行
えるように、2本のストライプの中央の部分で幅約10
μmにわたってp側電極114から多重量子井戸活性層
103まで除去した溝115を形成して両ストライプを
電気的に分離した。以上の工程により形成した半導体レ
ーザウエハの断面構造を図11に示す。
After removing the ZnO film 111 serving as an impurity diffusion source, an n-side electrode 114 made of an Au.Ge alloy is provided by an electron beam evaporation method in a vacuum, and the Au. P-side electrode 1 made of Zn alloy
13 were provided. A width of about 10 at the center of the two stripes so that current injection can be performed independently on the two stripes.
Grooves 115 were removed from the p-side electrode 114 to the multiple quantum well active layer 103 over a length of μm to electrically separate both stripes. FIG. 11 shows a sectional structure of the semiconductor laser wafer formed by the above steps.

【0088】このような構造のウエハを長さ約250μ
mにへき開してレ−ザチップとした。半導体レーザの端
面は反射率約64%となるSiO2とa−Siの多層膜
により被覆されている。
A wafer having such a structure is about 250 μm long.
c to form a laser chip. The end face of the semiconductor laser is covered with a multilayer film of SiO 2 and a-Si having a reflectance of about 64%.

【0089】本例の半導体レーザチップをCu製のステ
ムに接合面を上向きに接着して通電したところ、レーザ
ストライプは双方とも波長780nm、しきい値電流約
10mAで室温連続発振した。動作電流が小さいため、
接合面上向きに組み立て、ストライプ間隔も20μmと
近いにも関わらず一方のストライプの点滅による他方の
ストライプの光出力の変動は5%以下であった。
When the semiconductor laser chip of this example was bonded to a Cu stem with the bonding surface facing upward and energized, both laser stripes oscillated continuously at room temperature at a wavelength of 780 nm and a threshold current of about 10 mA. Because the operating current is small,
The light output of the other stripe was fluctuated by 5% or less due to the blinking of one stripe, although the bonding surface was assembled upward and the stripe interval was close to 20 μm.

【0090】<実施の形態5>本願発明の第4の実施の
形態を図12から図13を用いて説明する。本例は半導
体レーザ装置の例である。図8は所定の半導体積層体に
亜鉛を拡散した状態をっ示す断面図、図13は図12に
示される半導体積層体を用いて製造された半導体レーザ
装置のレーザ光の光軸に交差する面での断面図である。
<Embodiment 5> A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example is an example of a semiconductor laser device. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which zinc is diffused into a predetermined semiconductor laminate. FIG. 13 is a plane intersecting the optical axis of laser light of a semiconductor laser device manufactured using the semiconductor laminate shown in FIG. FIG.

【0091】半導体レーザ素子の基本となるダブルヘテ
ロ構造を有機金属気相成長法を用いて作製する。図12
および図13において、同一符号は同一部材を示す。図
において、101はp型GaAs基板であり、このGa
As基板101の表面の面方位は(100)面である。
このGaAs基板上に次の各層を順次形成する。これら
は、(1)p型In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッ
ド層401(Mgドープ、不純物濃度:p=1×1018
cm-3、厚さ:1.8μm)、(2)アンドープIn
0.5(Ga0.7Al0.30.5Pからなる光ガイド層402
で挾持されているIn0.55Ga0.45P活性層403、
(3)n型In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層
404(Siドープ、不純物濃度:p=1×1018cm
-3、厚さ:1.5μm)、(4)(Ga0.7Al0.3
0。5In0.5P(厚さ:3nm)とGa0.5In0.5P(厚
さ:3nm)とが5層積層した光導波層4041、
(5)n型In0.5(Ga0。3Al0。70.5Pクラッド層
404(Siドープ、不純物濃度:p=1×1018cm
-3、厚さ:1.5μm)(6)n型In0.5Ga0.5P層
405(Siドープ、不純物濃度:p=1×1018cm
-3、厚さ:20nm)、および(7)n型GaAsキャ
ップ層107である。
A double heterostructure, which is the basis of a semiconductor laser device, is manufactured by using a metal organic chemical vapor deposition method. FIG.
In FIG. 13 and FIG. 13, the same symbols indicate the same members. In the figure, 101 is a p-type GaAs substrate,
The plane orientation of the surface of the As substrate 101 is the (100) plane.
The following layers are sequentially formed on the GaAs substrate. These are (1) p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 401 (Mg doped, impurity concentration: p = 1 × 10 18)
cm −3 , thickness: 1.8 μm), (2) undoped In
Optical guide layer 402 made of 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P
In 0.55 Ga 0.45 P active layer 403 sandwiched by
(3) n-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer 404 (Si-doped, impurity concentration: p = 1 × 10 18 cm)
-3 , thickness: 1.5 μm), (4) (Ga 0.7 Al 0.3 )
An optical waveguide layer 4041 in which five layers of 0.5 In 0.5 P (thickness: 3 nm) and Ga 0.5 In 0.5 P (thickness: 3 nm) are stacked;
(5) n-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 404 (Si-doped, impurity concentration: p = 1 × 10 18 cm)
-3 , thickness: 1.5 μm) (6) n-type In 0.5 Ga 0.5 P layer 405 (Si-doped, impurity concentration: p = 1 × 10 18 cm)
-3 , thickness: 20 nm), and (7) n-type GaAs cap layer 107.

【0092】活性層はダブルヘテロ構造のように一定組
成のものでも、多重量子井戸構造のようにエネルギ−的
に変調を受けている構造のものでも用いることが可能で
ある。一定組成の場合は、結晶成長時にInとGaの周
期的な組成ゆらぎ、いわゆる自然超格子を生じるように
形成されていることが必要である。本実施例では自然超
格子が形成される条件で結晶成長したIn0.55Ga0.45
Pを活性層とした。
The active layer may have a constant composition such as a double hetero structure, or may have a structure having energy modulation such as a multiple quantum well structure. In the case of a constant composition, it must be formed so as to produce a periodic composition fluctuation of In and Ga during crystal growth, that is, a so-called natural superlattice. In this embodiment, In 0.55 Ga 0.45 crystal was grown under the condition that a natural superlattice was formed.
P was used as the active layer.

【0093】つぎに、このウエハの一部にZnの拡散を
行う。本例では亜鉛のイオン打ち込み方法を用いた。
Next, Zn is diffused into a part of the wafer. In this example, a zinc ion implantation method was used.

【0094】これまでの工程によって準備したウエハに
通常の熱化学堆積法によりSiO2膜110を約200
nm堆積した。このSiO2膜110及びn−GaAs
キャップ層107を、ホトリソグラフ技術を用いて幅5
μmから10μmのストライプ状に残して除去する。次
に、このSiO2膜110及びn−GaAsキャップ層
107をマスクとして亜鉛イオンを約0.3μm打ち込
む。このようなウエハを窒素中で摂氏500度から60
0度に加熱することにより亜鉛打ち込み層406から光
の亜鉛拡散を行った。
An SiO 2 film 110 is formed on the wafer prepared by the above steps by a usual thermal chemical deposition method for about 200 hours.
nm deposited. This SiO 2 film 110 and n-GaAs
The cap layer 107 has a width of 5 using photolithographic technology.
It is removed leaving a stripe shape of μm to 10 μm. Next, zinc ions are implanted at about 0.3 μm using the SiO 2 film 110 and the n-GaAs cap layer 107 as a mask. Such a wafer is placed in nitrogen at 500 degrees Celsius to 60 degrees Celsius.
By heating to 0 degrees, light zinc was diffused from the zinc-implanted layer 406.

【0095】本構造においては、実施例1と同様に燐を
主たるV族元素として含むn−(Al0.7Ga0.30.5
In0.5Pクラッド層404が、亜鉛拡散によりむしろ
高抵抗化する。従って、従来用いていたような付加的な
電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。
In this structure, n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 containing phosphorus as a main group V element as in the first embodiment.
The resistance of the In 0.5 P cladding layer 404 is rather increased by zinc diffusion. Therefore, there is no need to provide an additional current confinement structure as conventionally used.

【0096】不純物拡散源としてのZnO膜111を除
去した後、真空中での電子線蒸着法によりAu・Ge合
金からなるn側電極113を設け、さらに、GaAs基
板101の裏面には、Au・Zn合金からなるp側電極
114を設けた。2本のストライプに独立に電流注入が
行えるように、2本のストライプの中央の部分で幅約1
0μmにわたってn側電極113から多重量子井戸活性
層103まで除去した溝115を形成して両ストライプ
を電気的に分離した。以上のようにして形成した半導体
レーザ素子の断面構造を図13に示す。この断面はレー
ザの光軸に交叉する面での断面図である。このような構
造のウエハを長さ約250μmにへき開してレ−ザチッ
プとした。半導体レーザ素子の端面は反射率約64%と
なるSiO2とa−Siの多層膜により被覆されてい
る。
After removing the ZnO film 111 as an impurity diffusion source, an n-side electrode 113 made of an Au.Ge alloy is provided by an electron beam evaporation method in a vacuum, and the Au. A p-side electrode 114 made of a Zn alloy was provided. The width of the central part of the two stripes is about 1 so that the current can be independently injected into the two stripes.
Grooves 115 were formed over 0 μm from the n-side electrode 113 to the multiple quantum well active layer 103 to electrically separate both stripes. FIG. 13 shows a sectional structure of the semiconductor laser device formed as described above. This cross section is a cross-sectional view of a plane crossing the optical axis of the laser. A wafer having such a structure was cleaved to a length of about 250 μm to form a laser chip. The end face of the semiconductor laser device is covered with a multilayer film of SiO 2 and a-Si having a reflectivity of about 64%.

【0097】このような半導体レーザチップをCu製の
ステムに接合面を上向きに接着して通電したところ、波
長680nm、しきい値電流約50mAで室温連続発振
した。その最大光出力は約300mWで、光出力100
mWにおいて5000時間以上の連続動作が可能であっ
た。
When such a semiconductor laser chip was bonded to a Cu stem with its bonding surface facing upward and energized, continuous oscillation at room temperature was performed at a wavelength of 680 nm and a threshold current of about 50 mA. The maximum light output is about 300 mW, and the light output is 100 mW.
A continuous operation of 5000 hours or more at mW was possible.

【0098】<実施の形態6>第6の実施の形態なる半
導体レーザ素子の構造を図14から図15を用いて説明
する。本例は2本のレーザ発振部のストライプの間に電
気的分離のための溝を設ける必要のない例である。
<Sixth Embodiment> The structure of a semiconductor laser device according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. In this example, there is no need to provide a groove for electrical isolation between the stripes of the two laser oscillation units.

【0099】図14は光共振器のストライプおよび不純
物拡散源の平面配置を示す平面図、図15は所定の半導
体積層体に亜鉛を拡散した状態を示す断面図、図16は
図15に示される半導体積層体を用いて製造された半導
体レーザ装置のレーザ光の光軸に交差する面での断面図
である。
FIG. 14 is a plan view showing the plane arrangement of the stripes of the optical resonator and the impurity diffusion source, FIG. 15 is a sectional view showing a state where zinc is diffused into a predetermined semiconductor laminate, and FIG. 16 is shown in FIG. It is sectional drawing in the surface which intersects with the optical axis of the laser beam of the semiconductor laser device manufactured using the semiconductor laminated body.

【0100】半導体レーザ素子の基本となる有機金属気
相成長法を用いてダブルへテロ構造を作製する。図15
および図16において同一符号は同一部材を示す。図に
おいて、501はn型GaAs基板を示し、このn型G
aAs基板501の面方位は(100)面から(11
0)方向に約7度ずれている。この基板上に次の各層を
順次結晶成長した。これらは、(1)n型(Al0.7
0.30.5In0.5Pクラッド層502(Seドープ、不
純物濃度:p=1×1018cm-3、厚さ:1.8μ
m)、(2)多重量子井戸活性層503、p型(Al0.7
Ga0.30.5In0.5Pクラッド層504(Znドー
プ、不純物濃度:p=7×1017cm-3、厚さ:1.6
μm)、および(3)p型GaAsキャップ層505
(Znドープ、不純物濃度:p=1×1019cm-3、厚
さ:0.2μm)である。多重量子井戸活性層は4層の
Ga0.5In0.5Pウエル層506(厚さ7nm)とこれを
挟む5層の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pバリア層5
07(厚さ4nm)よりなっている。
A double heterostructure is manufactured by using a metal organic chemical vapor deposition method which is a basic semiconductor laser device. FIG.
16 and FIG. 16 indicate the same members. In the figure, reference numeral 501 denotes an n-type GaAs substrate.
The plane orientation of the aAs substrate 501 is from (100) plane to (11).
It is shifted about 7 degrees in the 0) direction. The following layers were sequentially crystal-grown on this substrate. These are (1) n-type (Al 0.7 G
a 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 502 (Se-doped, impurity concentration: p = 1 × 10 18 cm −3 , thickness: 1.8 μm)
m), (2) Multiple quantum well active layer 503, p-type (Al 0.7
Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 504 (Zn doped, impurity concentration: p = 7 × 10 17 cm −3 , thickness: 1.6)
μm), and (3) p-type GaAs cap layer 505
(Zn doping, impurity concentration: p = 1 × 10 19 cm −3 , thickness: 0.2 μm). The multiple quantum well active layer is composed of four Ga 0.5 In 0.5 P well layers 506 (thickness: 7 nm) and five (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers 5 sandwiching the Ga 0.5 In 0.5 P well layer 506.
07 (4 nm thick).

【0101】つぎに、このウエハの一部にZnの拡散を
行う。まず、 p型GaAsキャップ層505をホトリ
ソグラフ技術を用いて図10に示すような幅25μmの
ストライプ状に加工する。これらのストライプは中央部
分にp型GaAsキャップ層505を除去したスリット
領域509を持っている。この部分に半導体レーザのス
トライプを形成する。このようなp型GaAsキャップ
層505を除去したスリット領域509は拡散領域の若
干の広がりを考慮して半導体レーザ発振部のストライプ
幅3μmより2μm広い5μmとした。対でないストラ
イプの間隔は必要な半導体レーザ発振部のストライプ間
隔により決定するが、後の工程でこの部分に亜鉛拡散を
行うため少なくとも5μm以上の間隔を有することが望
ましい。
Next, Zn is diffused into a part of the wafer. First, the p-type GaAs cap layer 505 is processed into a stripe shape having a width of 25 μm as shown in FIG. 10 by using photolithography. These stripes have a slit region 509 at the center where the p-type GaAs cap layer 505 is removed. A semiconductor laser stripe is formed in this portion. The slit region 509 from which the p-type GaAs cap layer 505 has been removed is set to 5 μm, which is 2 μm wider than the stripe width of 3 μm of the semiconductor laser oscillation portion, in consideration of a slight spread of the diffusion region. The spacing between the unpaired stripes is determined by the necessary spacing between the stripes of the semiconductor laser oscillating portion. It is desirable that the spacing be at least 5 μm or more in order to perform zinc diffusion in this portion in a later step.

【0102】次に、スパッタ法により不純物拡散源のZ
nO膜111の堆積を行う。この堆積の後、ホトリソグ
ラフ技術を用いてZnO膜111を図14に示したよう
にp型GaAsキャップ層505のストライプの両側に
のみ残るように加工する。
Next, Z of the impurity diffusion source is
An nO film 111 is deposited. After this deposition, the ZnO film 111 is processed by photolithography so as to remain only on both sides of the stripe of the p-type GaAs cap layer 505 as shown in FIG.

【0103】このようなウエハを窒素中で摂氏500度
から600度に加熱することによりZnO膜111から
の亜鉛拡散を行った。
The wafer was heated from 500 ° C. to 600 ° C. in nitrogen to diffuse zinc from the ZnO film 111.

【0104】ZnO膜111を残した領域ではZnO膜
111から直接亜鉛が拡散され亜鉛濃度が約5x1018
cm-3の亜鉛拡散領域112が形成される。この領域で
は高濃度の不純物拡散に伴い結晶欠陥が発生し、光励起
発光の発光強度が1/100程度に低下する。
In the region where the ZnO film 111 remains, zinc is directly diffused from the ZnO film 111 and the zinc concentration is about 5 × 10 18
A zinc diffusion region 112 of cm −3 is formed. In this region, crystal defects occur due to the high concentration of impurity diffusion, and the light emission intensity of the photoexcitation light emission is reduced to about 1/100.

【0105】一方、n型GaAsキャップ層505の存
在する領域においては拡散源からの直接的な亜鉛の拡散
は起こらない。しかし、亜鉛拡散領域に隣接した領域で
は高濃度ドープ領域に誘発された不純物の再拡散が発生
し超格子の混晶化が起こり、短波長化領域が形成され
る。このような不純物の再拡散は、n型GaAsキャッ
プ層505のある領域に添って毎分約5μmの速さで横
方向に広がるため、拡散領域の亜鉛拡散が活性層に到達
してから約1から3分で短波長化領域508はn型Ga
Asキャップ層505の下全体に広がる。
On the other hand, in the region where the n-type GaAs cap layer 505 exists, direct diffusion of zinc from the diffusion source does not occur. However, in the region adjacent to the zinc diffusion region, re-diffusion of the impurity induced by the high-concentration doped region occurs, causing the superlattice to be mixed and a short wavelength region to be formed. Such re-diffusion of impurities spreads laterally at a speed of about 5 μm per minute along a certain region of the n-type GaAs cap layer 505, so that about 1 μm after zinc diffusion in the diffusion region reaches the active layer. The wavelength shortening region 508 is n-type Ga
It extends all over the bottom of the As cap layer 505.

【0106】このような短波長化領域は外部より導入さ
れた不純物ではなく、もともとクラッド層にドーピング
されていた不純物の再拡散による超格子の混晶化により
引き起こされる。従って、不純物濃度の不必要な増加は
起こらない。このため、窓領域の不純物吸収による損失
や光励起発光の発光強度の低下は発生しない。
Such a wavelength shortening region is caused not by an impurity introduced from the outside but by a mixed crystal of a superlattice due to re-diffusion of an impurity originally doped in the cladding layer. Therefore, unnecessary increase of the impurity concentration does not occur. Therefore, the loss due to the impurity absorption in the window region and the decrease in the light emission intensity of the photoexcitation light emission do not occur.

【0107】以上のような工程により、 不純物拡散源
のZnO膜111を設けた領域およびn型GaAsキャ
ップ層505を残した領域の活性層の超格子構造が混晶
化して禁制帯幅が広くなる。この為、禁制帯幅の変化し
ないn型GaAsキャップ層505の間隙部分に光導波
路が形成される。
Through the above-described steps, the superlattice structure of the active layer in the region where the ZnO film 111 serving as the impurity diffusion source is provided and in the region where the n-type GaAs cap layer 505 is left are mixed crystal, and the band gap is widened. . Therefore, an optical waveguide is formed in a gap portion of the n-type GaAs cap layer 505 where the forbidden band width does not change.

【0108】本実施の形態においては亜鉛を直接拡散し
た領域は高抵抗となるため、2本のストライプの間に電
気的分離のための溝を設ける必要はなくなる。これによ
り、半導体レーザ素子の作製工程が減少する上に、従来
の溝により分離した素子で発生した溝に起因するへき開
の不良が減少する。更に、本例の構造は、溝を形成する
場合に比べて絶縁領域の形状制御が行いやすくなり、各
レーザ発光部の間隔を小さくできる利点もあった。
In the present embodiment, the region in which zinc is directly diffused has a high resistance, so that there is no need to provide a groove for electrical isolation between the two stripes. As a result, the number of manufacturing steps of the semiconductor laser element is reduced, and the defect of cleavage caused by the groove generated in the element separated by the conventional groove is reduced. Further, the structure of this example has an advantage that the shape of the insulating region can be easily controlled as compared with the case where the groove is formed, and the interval between the laser light emitting portions can be reduced.

【0109】さらに、半導体レーザ素子の端面近傍で
は、n型GaAsキャップ層505のスリット領域50
9がとぎれているため、この領域ではレーザストライプ
となる部分にも混晶化が起きて禁制帯幅が広がる。これ
により、端面における活性層の禁制帯幅がレーザ光の光
子のエネルギーより大きないわゆる窓構造が同時に形成
でき、端面破壊を防止する効果もあった。
Further, near the end face of the semiconductor laser device, the slit region 50 of the n-type GaAs cap layer 505 is formed.
Since 9 is interrupted, in this region, a mixed crystal occurs also in a portion to be a laser stripe, and the forbidden band width is widened. As a result, a so-called window structure in which the forbidden band width of the active layer at the end face is larger than the energy of photons of the laser beam can be formed at the same time, and there is also an effect of preventing the end face from being destroyed.

【0110】不純物拡散源ZnO膜111を除去した
後、それぞれのストライプに接続する互いに電気的に分
離されたp側電極114を形成し、さらに、GaAs基
板101の裏面には、Au・Zn合金からなるn側電極
113を設けた。
After the impurity diffusion source ZnO film 111 is removed, p-side electrodes 114 electrically connected to the respective stripes are formed. Further, on the back surface of the GaAs substrate 101, an Au—Zn alloy is formed. N-side electrode 113 was provided.

【0111】本例の半導体レーザ素子は波長630n
m、しきい値電流約50mAで室温連続発振し、最大光
出力は約200mWで、光出力80mWにおいて500
0時間以上の連続動作が可能であった。
The semiconductor laser device of this example has a wavelength of 630 nm.
m, continuous oscillation at room temperature with a threshold current of about 50 mA, a maximum optical output of about 200 mW, and 500
Continuous operation for 0 hours or more was possible.

【0112】<実施の形態7>第7の実施の形態なる半
導体レーザ素子の構造を図17から図18を用いて説明
する。本例は2本のレーザ発振部のストライプの間に電
気的分離のための溝を設ける必要のない例である。
<Seventh Embodiment> The structure of a semiconductor laser device according to a seventh embodiment will be described with reference to FIGS. In this example, there is no need to provide a groove for electrical isolation between the stripes of the two laser oscillation units.

【0113】図17は所定の半導体積層体に亜鉛を拡散
した状態を示す断面図、図18は図17に示される半導
体積層体を用いて製造された半導体レーザ装置のレーザ
光の光軸に交差する面での断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a state where zinc is diffused into a predetermined semiconductor laminate. FIG. 18 intersects the optical axis of laser light of a semiconductor laser device manufactured using the semiconductor laminate shown in FIG. It is sectional drawing in the surface which performs.

【0114】半導体レーザ素子の基本となる有機金属気
相成長法を用いてダブルへテロ構造を作製する。図17
および図18において、同一符号は同一部材を示す。図
において、601はp型GaN基板を示している。当該
GaN基板601の面方位は(1100)面である。こ
の基板上に次の各層を順次結晶成長した。これらは、
(1)p型Ga0.7Al0.3Nクラッド層602(Mgド
ープ、 p=1×1018cm-3、厚さ:1.8μm )、
(2)アンドープGaNからなる光ガイド層603、
(3)In0.55Ga0.45N活性層604、(4)アンド
ープGaNからなる光ガイド層605、(5)n型Ga
0.7Al0.3Nクラッド層605(Siドープ、 p=1
×1018cm-3、厚さ:20nm )、(6) n型Ga
Nキャップ層606である。 In0.55Ga0.45N活性
層604は、アンドープGaNからなる光ガイド層60
3、および605で挟持されている活性層はダブルヘテ
ロ構造のように一定組成のものでも、多重量子構造のよ
うにエネルギー的に変調を受けている構造のものでも用
いることが可能である。但し、一定組成のものを用いる
場合、結晶成長時にInとGaの周期的な組成のゆら
ぎ、いわゆる自然超格子を生じるように形成されている
ことが 必要である。本例では自然超格子が形成される
条件で結晶成長したIn0.55Ga0.45Nを活性層とし
た。
A double hetero structure is manufactured by using a metal organic chemical vapor deposition method which is a basic of a semiconductor laser device. FIG.
18 and FIG. 18, the same reference numerals indicate the same members. In the figure, reference numeral 601 denotes a p-type GaN substrate. The plane orientation of the GaN substrate 601 is the (1100) plane. The following layers were sequentially crystal-grown on this substrate. They are,
(1) p-type Ga 0.7 Al 0.3 N cladding layer 602 (Mg doped, p = 1 × 10 18 cm −3 , thickness: 1.8 μm),
(2) a light guide layer 603 made of undoped GaN;
(3) In 0.55 Ga 0.45 N active layer 604, (4) light guide layer 605 made of undoped GaN, (5) n-type Ga
0.7 Al 0.3 N cladding layer 605 (Si-doped, p = 1
× 10 18 cm −3 , thickness: 20 nm), (6) n-type Ga
An N cap layer 606. The In 0.55 Ga 0.45 N active layer 604 is a light guide layer 60 made of undoped GaN.
The active layer sandwiched between 3 and 605 can be of either a constant composition such as a double heterostructure or a structure having a energetically modulated structure such as a multiple quantum structure. However, when a material having a constant composition is used, it must be formed so as to cause fluctuation of the periodic composition of In and Ga during crystal growth, that is, a so-called natural superlattice. In this example, In 0.55 Ga 0.45 N crystal-grown under the condition that a natural superlattice is formed was used as the active layer.

【0115】次に、こうして準備したウエハの一部にマ
ムネシウム(Mg)の導入を行う。まず、作製したウエ
ハに通常の熱化学堆積法により二酸化珪素(SiO2
膜を約200nm堆積した。このSiO2膜110及び
n型GaNキャップ層606及びn型AlGaNクラッ
ド層605の一部を、フォトリソグラフ技術を用いて幅
5μmから10μmのストライプ状に残して除去する。
次に、このSiO2膜607及びn型GaNキャップ層
606をマスクとしてマグネシウムイオンを加速電圧約
600kVで打ち込む。この加速電圧で打ち込まれたマ
グネシウムイオンはn型AlGaN層中に約0.5μm
進入し、活性層から約0.3μmの位置まで分布する。
このようなウエハをい窒素中で摂氏1000度から11
00度に加熱することによって打ち込み層から活性層6
04に到達するようにマグネシウムの拡散を行った。
Next, mammanesium (Mg) is introduced into a part of the wafer thus prepared. First, silicon dioxide (SiO 2 ) was formed on the prepared wafer by a usual thermochemical deposition method.
A film was deposited about 200 nm. The SiO 2 film 110, the n-type GaN cap layer 606, and a part of the n-type AlGaN cladding layer 605 are removed using a photolithographic technique, leaving a stripe shape having a width of 5 μm to 10 μm.
Next, magnesium ions are implanted at an acceleration voltage of about 600 kV using the SiO 2 film 607 and the n-type GaN cap layer 606 as a mask. Magnesium ions implanted at this accelerating voltage have a thickness of about 0.5 μm in the n-type AlGaN layer.
Penetrates and distributes to a position of about 0.3 μm from the active layer.
Such a wafer is placed in nitrogen at 1000 degrees Celsius to 11 degrees Celsius.
By heating to 00 degrees, the driving layer 6
Diffusion of magnesium was performed to reach 04.

【0116】本構造においては、窒素を主たるV族元素
として含むn型Ga0.7Al0.3Nクラッド層605がマ
グネシウムを打ち込みにより高抵抗化する為、付加的な
電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。
In this structure, the n-type Ga 0.7 Al 0.3 N cladding layer 605 containing nitrogen as a main group V element has a high resistance by implanting magnesium, so that there is no need to provide an additional current confinement structure.

【0117】SiO2膜111を除去した後、真空中で
の電子線蒸着法によってAu・Ge合金からなるn側電
極113を設け、更に、GaN基板601の裏面には、
Au・Zn合金からなるp型電極114を設けた、2本
のストライプに独立に電流注入が行えるように、2本の
ストライプの中央の部分で幅約10μmにわたってn側
電極113から活性層604まで除去した溝610を形
成し、両ストライプを電気的に分離した。以上のように
して形成した半導体レーザ素子の断面図を図18に示
す。図はレーザの光軸に交叉する面での断面図である。
After removing the SiO 2 film 111, an n-side electrode 113 made of an Au—Ge alloy is provided by an electron beam evaporation method in vacuum.
From the n-side electrode 113 to the active layer 604 over the width of about 10 μm at the center of the two stripes so that current can be independently injected into the two stripes provided with the p-type electrode 114 made of an Au—Zn alloy. The removed groove 610 was formed, and both stripes were electrically separated. FIG. 18 is a sectional view of the semiconductor laser device formed as described above. The figure is a cross-sectional view at a plane crossing the optical axis of the laser.

【0118】こうして準備したウエハを長さ約250μ
mにへき開してレーザチップとした。半導体レーザ素子
の端面は反射率64%となる多層反射膜により被覆され
ている。この反射膜の例は、SiO2膜とアモルフアス
・シリコン膜の多層膜で構成さている。
The wafer prepared in this way is about 250 μm long.
c to form a laser chip. The end face of the semiconductor laser device is covered with a multilayer reflective film having a reflectance of 64%. An example of this reflection film is composed of a multilayer film of a SiO2 film and an amorphous silicon film.

【0119】このような半導体レーザチップをCu製の
ステムに接合面を上向きに接着して通電した。本例の半
導体レーザ素子は波長410nm、しきい値電流約50
mAで室温連続発振し、最大光出力は約300mWで、
光出力100mWにおいて5000時間以上の連続動作
が可能であった。
The above-described semiconductor laser chip was bonded to a Cu-made stem with its bonding surface facing upward, and electricity was supplied. The semiconductor laser device of this example has a wavelength of 410 nm and a threshold current of about 50.
It oscillates continuously at room temperature with mA, the maximum light output is about 300mW,
A continuous operation for 5000 hours or more was possible at an optical output of 100 mW.

【0120】[0120]

【発明の効果】本願発明は、簡便な方法によって、半導
体光装置の導波路構造及び電流狭窄構造を合わせ実現す
ることが出来る。この為、本願発明によれば半導体レー
ザ素子の出力を出力以外の特性を劣化させずに大幅に向
上させることができる。
According to the present invention, the waveguide structure and the current confinement structure of the semiconductor optical device can be realized by a simple method. Therefore, according to the present invention, the output of the semiconductor laser device can be greatly improved without deteriorating characteristics other than the output.

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

【図1】図1は従来技術の係わる半導体レーザ装置の一
例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a semiconductor laser device according to the related art.

【図2】図2は、本願発明の係わる化合物半導体材料に
おける、各元素分布、及び不純物濃度、正孔濃度を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing each element distribution, impurity concentration, and hole concentration in a compound semiconductor material according to the present invention.

【図3】図3は、第1の実施の形態に係わる半導体積層
体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which impurities are diffused into the semiconductor laminate according to the first embodiment.

【図4】図4は、本願発明の第1の実施の形態を示す半
導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図5は、第2の実施の形態に係わる半導体レー
ザ素子の複数発光部の配置およびトラックとの関係を示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the arrangement of a plurality of light-emitting portions of a semiconductor laser device according to a second embodiment and the relationship with tracks.

【図6】光ディスク装置の基本構成を示す説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a basic configuration of an optical disk device.

【図7】図7は、第3の実施の形態に係わる半導体積層
体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a wafer showing a state where impurities are diffused into a semiconductor laminate according to a third embodiment.

【図8】図8は、本願発明の第3の実施の形態を示す半
導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】図9は、第4の実施の形態に係わる半導体積層
体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面である。
FIG. 9 is a wafer cross section showing a state in which impurities are diffused into a semiconductor laminate according to a fourth embodiment.

【図10】図10は、第4の実施の形態に係わるストラ
イプの配置を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of stripes according to a fourth embodiment.

【図11】図11は、本願発明の第4の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】図12は、第5の実施の形態に係わる半導体
積層体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面であ
る。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which impurities are diffused into a semiconductor multilayer body according to a fifth embodiment.

【図13】図13は、本願発明の第5の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図14】図14は、第6の実施の形態に係わるストラ
イプの配置を示す平面図である。
FIG. 14 is a plan view showing an arrangement of stripes according to a sixth embodiment.

【図15】図15は、第6の実施の形態に係わる半導体
積層体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面であ
る。
FIG. 15 is a wafer cross section showing a state in which impurities are diffused into a semiconductor laminate according to a sixth embodiment.

【図16】図16は、本願発明の第6の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 16 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図17】図17は、第7の実施の形態に係わる半導体
積層体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面であ
る。
FIG. 17 is a wafer cross section showing a state in which impurities are diffused into a semiconductor laminate according to a seventh embodiment.

【図18】図18は、本願発明の第7の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。
FIG. 18 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板結晶、2:第1のクラッド層、3:光ガイド
層、4:多重量子井戸構造の領域、5:パッシベーショ
ン膜、6:光ガイド層、7:第2のクラッド層、8:キ
ャップ層、9:n側電極、10:p側電極、11:不純
物拡散領域、12:混晶化領域、21:ディスク、2
2:モータ、23:光ピックアップ、24:レンズ系、
25:半導体レーザ素子、26:光検出器、27:制御
回路、101 :p型GaAs基板、102 :p型Al
GaAsクラッド層、103:多重量子井戸活性層、1
04 :n型AlGaAs第1クラッド層、105:n
型AlGaInP第2クラッド層、106: n型In
GaP層、107:n型GaAsキャップ層、108:
AlGaAsウエル層、109 :AlGaAsバリア
層、110: SiO2膜、111: ZnO膜、21
1:亜鉛拡散領域、113: n側電極、114 :p側
電極、115: 溝、201:AlGaAs第1p型ク
ラッド層、202: p型InGaP層、203 :Al
GaInP第2p型クラッド層、301: n型GaA
s基板、302:n型AlGaAsクラッド層、30
3: p型AlGaAsクラッド層、304 :p型Ga
Asキャップ層、305: SiO2膜、306:p型A
lGaInP電流ブロック層、401 :p型AlGa
InPクラッド層、402: AlGaInP光ガイド
層、403:GaInP活性層、404 :n型AlG
aInPクラッド層、405 :n型GaInP層、5
01: n型GaAs基板、502:n型AlGaIn
Pクラッド層、503: GaInP活性層、504 :
p型AlGaInPクラッド層、201:基板結晶、2
02:第1のクラッド層、203:活性層、204:第
2のクラッド層、209:段差部、210、211、2
12:平面部、213、214、215:レーザ発光
部、216、217:トラック、218、219、22
0、221:照射スポット、503: 多重量子井戸活
性層、504 :p−(Al0.7Ga0.30.5In0.5
クラッド層 505 :n型GaAsキャップ層、506 :GaIn
Pウエル層、507:AlGaInPバリア層、508
:拡張短波長化領域、509: スリット領域、51
0:ZnO膜のストライプ状の残存部、601:GaN
基板、602:p型クラッド層、603:光ガイド層、
604:活性層、605:光ガイド層、606:n型ク
ラッド層、607:キャップ層、608:二酸化珪素
膜、609:不純物拡散領域、610:溝、611:n
側電極、612:p側電極
1: substrate crystal, 2: first cladding layer, 3: light guide layer, 4: multiple quantum well structure region, 5: passivation film, 6: light guide layer, 7: second cladding layer, 8: cap Layer, 9: n-side electrode, 10: p-side electrode, 11: impurity diffusion region, 12: mixed crystal region, 21: disk, 2
2: motor, 23: optical pickup, 24: lens system,
25: semiconductor laser element, 26: photodetector, 27: control circuit, 101: p-type GaAs substrate, 102: p-type Al
GaAs cladding layer, 103: multiple quantum well active layer, 1
04: n-type AlGaAs first cladding layer, 105: n
AlGaInP second cladding layer, 106: n-type In
GaP layer, 107: n-type GaAs cap layer, 108:
AlGaAs well layer, 109: AlGaAs barrier layer, 110: SiO 2 film, 111: ZnO film, 21
1: zinc diffusion region, 113: n-side electrode, 114: p-side electrode, 115: groove, 201: first p-type cladding layer of AlGaAs, 202: p-type InGaP layer, 203: Al
GaInP second p-type cladding layer, 301: n-type GaAs
s substrate, 302: n-type AlGaAs cladding layer, 30
3: p-type AlGaAs cladding layer, 304: p-type Ga
As cap layer, 305: SiO 2 film, 306: p-type A
lGaInP current block layer, 401: p-type AlGa
InP clad layer, 402: AlGaInP light guide layer, 403: GaInP active layer, 404: n-type AlG
aInP cladding layer, 405: n-type GaInP layer, 5
01: n-type GaAs substrate, 502: n-type AlGaIn
P cladding layer, 503: GaInP active layer, 504:
p-type AlGaInP cladding layer, 201: substrate crystal, 2
02: first cladding layer, 203: active layer, 204: second cladding layer, 209: step, 210, 211, 2
12: Planar part, 213, 214, 215: Laser emitting part, 216, 217: Track, 218, 219, 22
0, 221: irradiation spot, 503: multiple quantum well active layer, 504: p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
Cladding layer 505: n-type GaAs cap layer, 506: GaIn
P well layer, 507: AlGaInP barrier layer, 508
: Extended wavelength shortening region, 509: Slit region, 51
0: stripe-shaped residual portion of ZnO film, 601: GaN
Substrate, 602: p-type cladding layer, 603: light guide layer,
604: active layer, 605: light guide layer, 606: n-type cladding layer, 607: cap layer, 608: silicon dioxide film, 609: impurity diffusion region, 610: trench, 611: n
Side electrode, 612: p-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上島 研一 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 宮内 恵一 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 加藤 佳秋 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 Fターム(参考) 5F073 AA07 AA13 AB04 BA06 CA06 CA07 CA14 CB19 DA13 DA14 DA15  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Kenichi Uejima Inventor, Semiconductor Company Headquarters, Hitachi, Ltd. 5-2-1, Kamizuhoncho, Kodaira City, Tokyo (72) Inventor Keiichi Miyauchi Kamimizuhoncho, Kodaira City, Tokyo 5-20-1, Hitachi Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor Business Headquarters (72) Inventor Yoshiaki Kato 5-20-1, Kamisumihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo F-term, Hitachi Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor Business Headquarters 5F073 AA07 AA13 AB04 BA06 CA06 CA07 CA14 CB19 DA13 DA14 DA15

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の導電型の基板結晶と、この基板結
晶上に、第1の導電型の半導体層により構成される第1
のクラッド層と、前記第1のクラッド層よりも禁制帯幅
の狭い直接遷移型の半導体層により構成される活性層
と、前記活性層よりも広い禁制帯幅の第2の導電型の半
導体層により構成される第2のクラッド層とを少なくと
も含む半導体積層体、当該半導体積層体の光導波路とな
るストライプ状の部分の少なくとも側部に不純物を導入
することにより当該ストライプ部分に光を導波する機能
を有し、前記半導体積層体の少なくとも層状の一部は、
燐及び窒素を含有する化合物半導体層で構成されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
A first conductive type substrate crystal and a first conductive type semiconductor layer formed on the substrate crystal.
An active layer composed of a direct transition type semiconductor layer having a narrower band gap than the first cladding layer, and a second conductive type semiconductor layer having a wider band gap than the active layer. And a second clad layer constituted by the above, and light is guided to the stripe portion by introducing an impurity into at least a side portion of a stripe-shaped portion serving as an optical waveguide of the semiconductor laminate. Has a function, at least a part of the layered structure of the semiconductor laminate,
A semiconductor laser device comprising a compound semiconductor layer containing phosphorus and nitrogen.
【請求項2】 前記不純物が亜鉛もしくはマグネシウム
の内の少なくとも一者であることを特徴とする請求項1
記載の半導体レーザ素子。
2. The method according to claim 1, wherein the impurity is at least one of zinc and magnesium.
13. The semiconductor laser device according to claim 1.
【請求項3】 前記燐及び窒素を含有する化合物半導体
層が、AlInP、GaInP、及びAlGaInPの
群から選ばれた一者なることを特徴とする請求項1記載
の半導体レーザ素子。
3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said compound semiconductor layer containing phosphorus and nitrogen is one selected from the group consisting of AlInP, GaInP, and AlGaInP.
【請求項4】 前記燐及び窒素を含有する化合物半導体
層が、AlInN、GaInN、及びAlGaInNの
群から選ばれた一者なることを特徴とする請求項1記載
の半導体レーザ素子。
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer containing phosphorus and nitrogen is one selected from the group consisting of AlInN, GaInN, and AlGaInN.
【請求項5】 前記第1の導電型はp導電型であり、前
記第2の導電型はn導電型であり、当該n型導電型の半
導体層が、前記活性層を挟んで前記基板結晶と反対側の
位置にあることを特徴とする請求項1から請求項4のい
ずれかに記載の半導体レーザ素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductivity type is a p-type conductivity, and the second conductivity type is an n-type conductivity. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is located on a side opposite to the side.
【請求項6】 複数の半導体層を有する半導体積層体内
に光導波路となるストライプ状の部分を有し、当該スト
ライプ状の部分の少なくとも側部に不純物を導入するこ
とにより当該ストライプ部分に電流を狭窄する機能を有
し、前記電流を狭窄する機能を有する半導体積層体の少
なくとも層状の一部は、燐及び窒素の少なくとも一者を
含有する化合物半導体層で構成されていることを特徴と
する半導体レーザ素子。
6. A semiconductor laminate having a plurality of semiconductor layers has a stripe-shaped portion serving as an optical waveguide, and a current is confined in the stripe portion by introducing an impurity into at least a side portion of the stripe-shaped portion. Wherein at least a part of the layered structure of the semiconductor laminate having the function of narrowing the current is formed of a compound semiconductor layer containing at least one of phosphorus and nitrogen. element.
【請求項7】 前記ストライプ状の部分が略平行して複
数個設けられたことを特徴とする請求項1又は請求項6
のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
7. The device according to claim 1, wherein a plurality of the stripe portions are provided substantially in parallel.
The semiconductor laser device according to any one of the above.
【請求項8】 複数の半導体層を有する半導体積層体内
に光導波路となるストライプ状の部分を有し、当該スト
ライプ状の部分の少なくとも側部に不純物を導入するこ
とにより当該ストライプ部分に光を導波する機能を有
し、前記光を導波する機能を有する半導体積層体の少な
くとも層状の一部は、燐及び窒素の少なくとも一者を含
有する化合物半導体層で構成されていることを特徴とす
る半導体光素子。
8. A semiconductor laminate having a plurality of semiconductor layers has a stripe-shaped portion serving as an optical waveguide, and light is guided to the stripe portion by introducing an impurity into at least a side portion of the stripe-shaped portion. At least part of the layered structure of the semiconductor laminate having a function of wave-guiding and having the function of guiding light is formed of a compound semiconductor layer containing at least one of phosphorus and nitrogen. Semiconductor optical device.
【請求項9】 光を導波する機能を有する半導体積層体
の少なくとも層状の一部に、燐及び窒素の少なくとも一
者を含有する化合物半導体層を有する如く構成された複
数の半導体層を有する半導体積層体を形成する工程、前
記半導体積層体内に光導波路となるストライプ状の部分
を有し、当該ストライプ状の部分の少なくとも側部に不
純物を、少なくとも前記燐及び窒素を含有する化合物半
導体層に達するまで導入する工程を有することを特徴と
する半導体レーザ素子の製造方法。
9. A semiconductor having a plurality of semiconductor layers configured to have a compound semiconductor layer containing at least one of phosphorus and nitrogen in at least a part of a layered semiconductor laminate having a function of guiding light. A step of forming a stacked body, wherein the semiconductor stacked body has a stripe-shaped portion serving as an optical waveguide, and an impurity reaches at least a side portion of the striped portion and reaches the compound semiconductor layer containing at least the phosphorus and nitrogen. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003060300A (en) * 2001-08-14 2003-02-28 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser and array thereof
JP2005505125A (en) * 2001-09-13 2005-02-17 インテンス・フォトニクス・リミテッド Optical element manufacturing method and related improvements
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