JP2000058973A - Semiconductor laser element and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor laser element and manufacture thereof

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JP2000058973A
JP2000058973A JP22175898A JP22175898A JP2000058973A JP 2000058973 A JP2000058973 A JP 2000058973A JP 22175898 A JP22175898 A JP 22175898A JP 22175898 A JP22175898 A JP 22175898A JP 2000058973 A JP2000058973 A JP 2000058973A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
intermediate layer
cladding
semiconductor laser
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JP22175898A
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Japanese (ja)
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Junichi Hashimoto
順一 橋本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element, which can suppress the inner resistance of the semiconductor laser element and decrease the heating of the element, and the manufacturing method thereof. SOLUTION: This semiconductor laser element has an active layer 8 provided on a substrate 2, a first clad layer 20, which includes at least either of an AlGaInP semiconductor and a GaInP semiconductor and is provided along the active layer 8, an intermediate layer 22, which is held between the active layer 8 and a second clad layer 20 and includes a GaInAsP semiconductor, and a first clad layer 12, which is held between the intermediate layer 22 and the active layer 8 and includes at least either of the AlGaInP semiconductor and the GaInP semiconductor. Since the band gap of the intermediate layer can be changed by changing the compositional ratio, the hetero-barrier of the interface between the first and second clad layers and the intermediate layer can be shortened in comparison with the case of using the GaAs semiconductor for the intermediate layer.

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】本発明は、半導体レーザ素子
およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子は、光通信、光記録、
光情報処理等の分野において使用される。このような半
導体レーザ素子の導波路構造の1つとして、リッジ導波
路構造がある。リッジ導波路構造は、比較的簡単な作製
工程で実用レベルの良好な特性が得られるため、従来か
ら様々なタイプの半導体レーザ素子の構造として広く採
用されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices are used for optical communication, optical recording,
Used in fields such as optical information processing. One of the waveguide structures of such a semiconductor laser device is a ridge waveguide structure. The ridge waveguide structure has been widely used as a structure of various types of semiconductor laser devices since a ridge waveguide structure can provide practically good characteristics in a relatively simple manufacturing process.

【0003】一方、InP基板を用いる長波長系のレー
ザ素子において多用される屈折率導波路構造は、活性層
をストライプ状にエッチングした後に、他の半導体層で
埋め込んだ構造を有している。GaAs基板を用いて作
製される波長1μm以下の短波長系の半導体レーザ素子
においてこの構造を採用すると、活性層のエッチング界
面に起因する理由によって特性不良が生じる場合がある
ので、この構造の代わりにリッジ導波路構造が採用され
る。このような半導体レーザ素子は、赤色可視光レーザ
およびエルビウム添加光ファイバアンプ励起用レーザに
おいて使用される。
On the other hand, a refractive index waveguide structure often used in a long-wavelength laser device using an InP substrate has a structure in which an active layer is etched in a stripe shape and then embedded in another semiconductor layer. If this structure is adopted in a short-wavelength semiconductor laser device having a wavelength of 1 μm or less manufactured using a GaAs substrate, characteristic failure may occur due to the etching interface of the active layer. A ridge waveguide structure is employed. Such a semiconductor laser device is used in a red visible light laser and a laser for exciting an erbium-doped optical fiber amplifier.

【0004】リッジ導波路構造では、リッジ形成のため
にクラッド層をメサ構造にエッチングする。このメサエ
ッチングの際にクラッド層をエッチングする深さは、レ
ーザ素子特性を決定づける要因となる。このため、エッ
チング深さの再現性、およびエッチング深さの面内の均
一性は、素子特性の均一性、および製造歩留まりに大き
な影響を与える。このように、メサエッチングの深さは
高い再現性および面内均一性を要求されるので、エッチ
ング特性に影響するエッチング溶液の取扱いには十分な
注意をはらっている。
In a ridge waveguide structure, a cladding layer is etched into a mesa structure to form a ridge. The depth at which the cladding layer is etched during the mesa etching is a factor that determines the characteristics of the laser device. Therefore, the reproducibility of the etching depth and the in-plane uniformity of the etching depth greatly affect the uniformity of the device characteristics and the manufacturing yield. As described above, since the depth of the mesa etching is required to have high reproducibility and in-plane uniformity, sufficient attention is paid to the handling of the etching solution which affects the etching characteristics.

【0005】しかしながら、このエッチング溶液は、溶
液の温度、濃度、薬品の混合比等がわずかに変動する
と、エッチングレートが影響を受けやすい。また、ウエ
ハの中央部と周辺部とにおけるエッチング溶液の撹拌速
度の差に起因して、ウエハ面内においてエッチングレー
トに無視できない差が生じる。
[0005] However, the etching rate of the etching solution is easily affected when the temperature, concentration, mixing ratio of chemicals and the like of the solution slightly fluctuate. Further, due to the difference in the stirring speed of the etching solution between the central portion and the peripheral portion of the wafer, a non-negligible difference occurs in the etching rate in the wafer surface.

【0006】これらの理由によるエッチング深さの均一
性および再現性を改善するために、クラッド層内にエッ
チング停止層を設ける手法があり、例えば特開平3−2
22488号公報に開示されている。このエッチング停
止層は、クラッド層のエッチング溶液に対して高い選択
比を有する材料を用いて形成された薄い層である。エッ
チングされるクラッド層のエッチングレートに対して大
きな差を設けることができるので、エッチングレートの
変動または面内差が生じても、メサエッチングがエッチ
ング停止層に達すると実質的に停止する。その結果、エ
ッチングの深さに関して良好な再現性および面内均一性
が達成される。
In order to improve the uniformity and reproducibility of the etching depth due to these reasons, there is a method of providing an etching stop layer in a cladding layer.
No. 22488. This etching stop layer is a thin layer formed using a material having a high selectivity to the etching solution of the cladding layer. Since a large difference can be provided to the etching rate of the clad layer to be etched, even if the etching rate fluctuates or an in-plane difference occurs, the mesa etching substantially stops when it reaches the etching stop layer. As a result, good reproducibility and in-plane uniformity of the etching depth are achieved.

【0007】短波系レーザ素子において使用されるクラ
ッド材料には、AlGaInP、GaInP等の半導体
がある。このようなクラッド材料のエッチング溶液(塩
酸系エッチング溶液)に対して選択比が確保できるエッ
チング停止層の材料として、GaAs半導体が用いられ
る。
As a clad material used in a short-wave laser device, there is a semiconductor such as AlGaInP or GaInP. A GaAs semiconductor is used as a material of the etching stop layer that can secure a selectivity with respect to the etching solution (hydrochloric acid type etching solution) of such a clad material.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】発明者は、このような
構造の半導体レーザ素子の発熱を低減するために検討を
続けてきた。このためには、素子内外の直列抵抗を低減
する必要がある。この検討において、発明者は、クラッ
ド層とエッチング停止層との界面にヘテロ障壁に起因す
る抵抗が存在し、これを低減することによって高出力特
性等の素子特性を改善できることを見いだした。
SUMMARY OF THE INVENTION The inventor has been studying to reduce heat generation of a semiconductor laser device having such a structure. For this purpose, it is necessary to reduce the series resistance inside and outside the element. In this study, the inventor has found that the resistance caused by the hetero-barrier exists at the interface between the cladding layer and the etching stop layer, and that by reducing this, the device characteristics such as high output characteristics can be improved.

【0009】そこで、本発明の目的は、高出力特性等の
改善のため半導体レーザ素子の内部抵抗を抑えて、素子
の発熱を低減することが可能な半導体レーザ素子および
その製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of suppressing the internal resistance of the semiconductor laser device and improving the heat generation of the device in order to improve high output characteristics and the like, and a method of manufacturing the same. It is.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】かかる目的を解決するた
めに、発明者が更なる検討を進めた結果、以下の結論に
至った。
Means for Solving the Problems In order to solve such an object, the inventor has conducted further studies, and as a result, has reached the following conclusion.

【0011】クラッド層に使用されるAlGaInP半
導体またはGaInP半導体のバンドギャップと、エッ
チング停止層に使用されるGaAs半導体のバンドギャ
ップとの差が大きいので、GaAs半導体層がエッチン
グ停止層として使用されると、クラッド層とエッチング
停止層のそれぞれの界面にそのバンドギャップ差に起因
して発生する大きなヘテロ障壁が形成される。
Since the difference between the band gap of the AlGaInP semiconductor or GaInP semiconductor used for the cladding layer and the band gap of the GaAs semiconductor used for the etching stop layer is large, when the GaAs semiconductor layer is used as the etching stop layer. At the interface between the cladding layer and the etching stop layer, a large hetero barrier generated due to the band gap difference is formed.

【0012】つまり、バンドギャップの異なる2つの半
導体層を結晶学的に結合させると、それぞれの層におけ
るフェルミレベルは一致するので、ヘテロ接合界面にバ
ンド端エネルギの不連続が形成される。これらはスパイ
ク、ノッチと呼ばれ、エネルギバンド図の伝導帯および
価電子帯に向けて楔状に突き出し障壁を形成して、この
部分は、伝導帯においては電子に対して、また価電子帯
においてはホールに対して、それぞれバリア△Ec、△
vとなるため電気抵抗として作用する。実験的には△
c、△Evは、ヘテロ接合を形成する半導体層のエネル
ギギャップの差に比例するものとして求められる。
That is, when two semiconductor layers having different band gaps are crystallographically coupled, the Fermi level in each layer coincides, so that a discontinuity in band edge energy is formed at the heterojunction interface. These are called spikes, notches, and project in a wedge-like manner toward the conduction band and the valence band of the energy band diagram, forming barriers, which are for electrons in the conduction band and for the valence band. For the holes, barriers {E c , そ れ ぞ れ} respectively
Since it becomes Ev , it acts as an electric resistance. Experimentally △
E c and ΔE v are obtained as being proportional to the difference in energy gap between the semiconductor layers forming the heterojunction.

【0013】したがって、ヘテロ障壁を低くするために
は、GaAs半導体よりもバンドギャップが大きく、且
つクラッド層上に容易に結晶成長可能な材料を使用すれ
ばよいことを見出した。そこで、本発明を以下のような
構成とした。
Therefore, it has been found that a material having a larger band gap than the GaAs semiconductor and capable of easily growing crystals on the cladding layer can be used to lower the hetero barrier. Therefore, the present invention has the following configuration.

【0014】本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板
上に設けられた活性層と、活性層上に設けられ、AlG
aInP半導体およびGaInP半導体の少なくともい
ずれか一方を含む第1のクラッド層と、第1のクラッド
層上に設けられ、GaInAsP半導体を含む中間層
と、中間層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第2
のクラッド層と、を備える。
A semiconductor laser device according to the present invention comprises: an active layer provided on a semiconductor substrate; and an AlG layer provided on the active layer.
a first cladding layer containing at least one of an aInP semiconductor and a GaInP semiconductor, an intermediate layer provided on the first cladding layer and containing a GaInAsP semiconductor, and an AlGaInP semiconductor and a GaInP semiconductor provided on the intermediate layer. Second containing at least one of
And a cladding layer.

【0015】このように、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方の材料によ
り第1および第2のクラッド層を形成して、GaInA
sP半導体を含む中間層を第1および第2のクラッド層
の間に設けるようにした。このため、中間層のGaとI
n、およびAsとP、の組成比をそれぞれ変化させるこ
とによって中間層のバンドギャップをGaAs半導体の
バンドギャップより大きくすることができる。したがっ
て、中間層にGaAs半導体を使用する場合に比べて、
第1および第2のクラッド層と中間層との界面のヘテロ
障壁が縮小される。
As described above, the first and second cladding layers are formed of at least one of the AlGaInP semiconductor and the GaInP semiconductor, and the GaInA
An intermediate layer containing an sP semiconductor is provided between the first and second cladding layers. Therefore, Ga and I in the intermediate layer
By changing n and the composition ratio of As and P, the band gap of the intermediate layer can be made larger than the band gap of the GaAs semiconductor. Therefore, compared to the case where a GaAs semiconductor is used for the intermediate layer,
The hetero barrier at the interface between the first and second cladding layers and the intermediate layer is reduced.

【0016】本発明の半導体レーザ素子では、中間層
は、半導体基板に対して格子不整が±2%以内の範囲内
にあるようにしてもよい。
In the semiconductor laser device of the present invention, the intermediate layer may have a lattice misalignment within a range of ± 2% with respect to the semiconductor substrate.

【0017】中間層の厚さは薄いので、このような範囲
で格子が整合していれば、格子不整合に起因する結晶欠
陥の発生を抑制できる。この場合、格子整合条件がかか
る範囲に緩和されるので、中間層のバンドギャップ値の
選択の自由度がさらに増大する。例えば、このような中
間層の厚さは、5〜10nm程度が望ましく、特に5n
mが好適である。
Since the thickness of the intermediate layer is small, the occurrence of crystal defects due to the lattice mismatch can be suppressed if the lattice is matched in such a range. In this case, since the lattice matching condition is relaxed to such a range, the degree of freedom in selecting the band gap value of the intermediate layer is further increased. For example, the thickness of such an intermediate layer is desirably about 5 to 10 nm, particularly 5 n
m is preferred.

【0018】本発明の半導体レーザ素子では、中間層の
バンドギャップは、第1および第2のクラッド層のバン
ドギャップの少なくとも一方と略同一であるようにして
もよい。
In the semiconductor laser device of the present invention, the band gap of the intermediate layer may be substantially equal to at least one of the band gaps of the first and second cladding layers.

【0019】このように中間層のバンドギャップを調整
すれば、ヘテロ障壁に起因する抵抗が更に低減される。
By adjusting the band gap of the intermediate layer as described above, the resistance caused by the hetero barrier is further reduced.

【0020】本発明の半導体レーザ素子では、活性層
は、GaInAs半導体及びGaInAsP半導体の少
なくとも何れかを含み歪み量子井戸構造を有するように
してもよい。
In the semiconductor laser device of the present invention, the active layer may include at least one of a GaInAs semiconductor and a GaInAsP semiconductor and have a strained quantum well structure.

【0021】このように、活性層をGaInAs半導体
の歪量子井戸構造によって構成すると、エルビウム添加
光ファイバアンプ励起用として高出力が不可欠な波長
0.98μm帯の半導体レーザにも本発明が適用可能に
なる。この半導体レーザにおいては、GaInAs半導
体に加わる圧縮歪みの効果によって、閾値利得等のレー
ザ発振条件が改善される。この改善は、GaInAsP
半導体を中間層に用いることによるクラッド−中間層間
のヘテロ障壁低減の作用と相乗的に働き、高出力特性が
大幅に改善される。また、GaInAsP半導体の歪量
子井戸構造を用いる場合には、同様の作用に加えて、G
aInAsP半導体では構成元素の数がGaInAs半
導体に比べて多いため、GaInAs半導体の場合に比
べて歪み量を目的に応じて大きく変化させることができ
る。このため、設計の自由度を更に増すことができる。
As described above, when the active layer is formed of a strained quantum well structure of a GaInAs semiconductor, the present invention can be applied to a semiconductor laser in a wavelength of 0.98 μm where high output is indispensable for pumping an erbium-doped optical fiber amplifier. Become. In this semiconductor laser, laser oscillation conditions such as threshold gain are improved by the effect of compressive strain applied to the GaInAs semiconductor. This improvement is due to GaInAsP
The use of a semiconductor for the intermediate layer works synergistically with the effect of reducing the hetero-barrier between the cladding and the intermediate layer, so that the high-output characteristics are greatly improved. When a strained quantum well structure of a GaInAsP semiconductor is used, in addition to the same effect,
Since the number of constituent elements of the aInAsP semiconductor is larger than that of the GaInAs semiconductor, the amount of strain can be largely changed depending on the purpose as compared with the case of the GaInAs semiconductor. For this reason, the degree of freedom in design can be further increased.

【0022】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
基板上に設けられた活性層上に第1のクラッド層および
第2のクラッド層を備える半導体レーザ素子の製造方法
であって、活性層上に第1のクラッド層を設ける工程
と、第1のクラッド層上に中間層を設ける工程と、中間
層上に第2のクラッド層を設ける工程と、を備え、第1
のクラッド層および第2のクラッド層は、AlGaIn
P半導体およびGaInP半導体の少なくともいずれか
一方を含み、中間層は、GaInAsP半導体を含む。
The method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention comprises:
A method for manufacturing a semiconductor laser device comprising a first cladding layer and a second cladding layer on an active layer provided on a substrate, comprising: providing a first cladding layer on the active layer; A step of providing an intermediate layer on the clad layer; and a step of providing a second clad layer on the intermediate layer.
The cladding layer and the second cladding layer are made of AlGaIn
The intermediate layer includes at least one of a P semiconductor and a GaInP semiconductor, and the intermediate layer includes a GaInAsP semiconductor.

【0023】従来においては、AlGaInP、GaI
nP等の半導体からなるクラッド層上にエッチング停止
層としてGaAs層を、例えばOMVPE成長装置を用
いてそれぞれ成長すると、燐系のAlGaInP、Ga
InP半導体層上に砒素系のGaAs半導体層を直接に
成長することになるため、GaAsエッチング停止層を
成長開始する際に、原料元素を燐から砒素へ不連続的に
切り替える必要が生じる。このため、いわゆる表面白濁
等の結晶性の劣化が生じやすく、また、結晶性の良好な
半導体層を得るために成長温度、原料切り替えのタイミ
ングといった成長条件を十分に検討しなければならなか
った。あるいは、AlGaInP、GaInP半導体層
とGaAs半導体層との間に緩衝層を挿入し結晶性の劣
化を防止しなければならなかった。
Conventionally, AlGaInP, GaI
When a GaAs layer is grown as an etching stop layer on a cladding layer made of a semiconductor such as nP using, for example, an OMVPE growth apparatus, phosphorus-based AlGaInP, Ga
Since an arsenic-based GaAs semiconductor layer is directly grown on the InP semiconductor layer, it is necessary to discontinuously switch the source element from phosphorus to arsenic when starting to grow the GaAs etching stop layer. Therefore, deterioration of crystallinity such as so-called surface turbidity is likely to occur, and growth conditions such as growth temperature and timing of material switching have to be sufficiently studied in order to obtain a semiconductor layer with good crystallinity. Alternatively, a buffer layer must be inserted between the AlGaInP or GaInP semiconductor layer and the GaAs semiconductor layer to prevent the deterioration of crystallinity.

【0024】しかしながら、中間層を構成するGaIn
AsP半導体は、AsおよびPの両方を含む。このた
め、AlGaInP半導体およびGaInP半導体のい
ずれか一方を含むクラッド層上に中間層の形成を開始す
る際、および中間層上にクラッド層の形成を開始する際
に、燐および砒素の原料の不連続的な切り替えが不要に
なり、これに伴う前述のような結晶劣化が生じなくな
る。
However, the GaIn
AsP semiconductors include both As and P. Therefore, when starting the formation of the intermediate layer on the cladding layer containing either the AlGaInP semiconductor or the GaInP semiconductor, and when starting the formation of the cladding layer on the intermediate layer, the discontinuity of the raw material of phosphorus and arsenic occurs. It is not necessary to perform a proper switching, and the accompanying crystal deterioration does not occur.

【0025】本発明の半導体レーザ素子の製造方法で
は、第2のクラッド層を中間層に対して選択的にエッチ
ングする工程を更に備えるようにしてもよい。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention may further include a step of selectively etching the second clad layer with respect to the intermediate layer.

【0026】このように、第2のクラッド層を中間層に
対して選択的にエッチングすると、所定の深さのクラッ
ド層が均一性、再現性よく形成される。
As described above, when the second clad layer is selectively etched with respect to the intermediate layer, a clad layer having a predetermined depth is formed with good uniformity and reproducibility.

【0027】また、中間層を第1のクラッド層に対して
選択的にエッチングする工程を更に備えても良い。
The method may further include a step of selectively etching the intermediate layer with respect to the first cladding layer.

【0028】このように、中間層をエッチングすると、
第2の上部クラッド層を通って注入されるキャリアが中
間層を介して中央のメサストライプ領域以外に漏れるこ
とが防止される。このため、発光領域となるストライプ
部分に向けて良好な電流狭窄が実現される。
As described above, when the intermediate layer is etched,
Carriers injected through the second upper cladding layer are prevented from leaking to the region other than the central mesa stripe region via the intermediate layer. Therefore, good current confinement is realized toward the stripe portion serving as the light emitting region.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、半導体基板上に半導体レー
ザ素子を形成する場合を示しながら、本発明を詳細に説
明する。本実施の形態は単なる例示であり、本発明はこ
れに限定されるものではない。なお、可能な場合には、
同一部分には同一参照番号を付して、重複する説明を省
略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to a case where a semiconductor laser device is formed on a semiconductor substrate. The present embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this. If possible,
The same portions are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0030】図1は、本発明に従う半導体レーザ素子1
の構造を表す一実施の形態を図示す斜視図である。図1
を参照すると、第1導電型半導体基板(以下、基板とい
う)2上には第1導電型下部クラッド層4が設けられ、
第1導電型下部クラッド層4上にはアンドープ第1の分
離閉じ込めヘテロ構造層(以下、下部SCH層という)
6が設けられ、下部SCH層6上にはアンドープ活性層
8が設けられ、活性層8にはアンドープ第2の分離閉じ
込めヘテロ構造層(以下、上部SCH層という)10が
設けられている。活性層8は、下部SCH層6と上部S
CH層10との間に設けられ、SCH層6およびSCH
層10のそれぞれの一の面は、活性層の対向する2つの
面のそれぞれに接するので、両SCH層6,10は活性
層8に対してキャリアを閉じ込めるように作用する。
FIG. 1 shows a semiconductor laser device 1 according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating an embodiment of the present invention. FIG.
Referring to FIG. 1, a first conductivity type lower cladding layer 4 is provided on a first conductivity type semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a substrate) 2.
An undoped first isolation / confinement heterostructure layer (hereinafter, referred to as a lower SCH layer) is provided on the first conductivity type lower cladding layer 4.
An undoped active layer 8 is provided on the lower SCH layer 6, and an undoped second isolation / confinement heterostructure layer (hereinafter, referred to as an upper SCH layer) 10 is provided on the active layer 8. The active layer 8 includes a lower SCH layer 6 and an upper S
The SCH layer 6 and the SCH
Since one side of each of the layers 10 contacts each of the two opposing sides of the active layer, both SCH layers 6 and 10 act to confine carriers to the active layer 8.

【0031】また、活性層8上には、第2導電型第1の
上部クラッド層12、第2導電型第2の上部クラッド部
20、および第2導電型中間層部22が、それぞれ設け
られている。第1の上部クラッド層12は活性層8上に
設けられ、中間層部22は第1の上部クラッド層12上
に設けられ、第2の上部クラッド部20は中間層部22
上に設けられている。第1の上部クラッド層12および
第2の上部クラッド部20のそれぞれの一の面は、中間
層部22の対向する2つの面に接している。下部SCH
層6の一の面と対向する他の面は下部クラッド層4の一
の面に接し、上部SCH層10の一の面と対向する他の
面は第1の上部クラッド層12の一の面とそれぞれ接す
るので、これらのクラッド層4,12は下部SCH層
6、活性層8および上部SCH層10に対して光の閉じ
込めるように作用する。活性層8は、上部及び下部SC
H層6,10を介して上部及び下部クラッド層4、12
から注入される電子とホールが再結合して光を発生す
る。
On the active layer 8, a first upper clad layer 12 of the second conductivity type, a second upper clad portion 20 of the second conductivity type, and an intermediate layer portion 22 of the second conductivity type are provided, respectively. ing. The first upper cladding layer 12 is provided on the active layer 8, the intermediate layer 22 is provided on the first upper cladding layer 12, and the second upper cladding 20 is provided on the intermediate layer 22.
It is provided above. One surface of each of the first upper cladding layer 12 and the second upper cladding portion 20 is in contact with two opposing surfaces of the intermediate layer portion 22. Lower SCH
The other surface facing one surface of the layer 6 is in contact with one surface of the lower cladding layer 4, and the other surface facing the one surface of the upper SCH layer 10 is one surface of the first upper cladding layer 12. Therefore, the cladding layers 4 and 12 act to confine light to the lower SCH layer 6, the active layer 8 and the upper SCH layer 10. The active layer 8 includes upper and lower SCs.
Upper and lower cladding layers 4 and 12 via H layers 6 and 10
The electrons and holes injected from the electron recombine to generate light.

【0032】中間層部22の材料は、GaAs半導体の
バンドギャップ値より大きいので、中間層部22とこれ
を挟む第1の上部クラッド層12および第2の上部クラ
ッド部20とのヘテロ障壁は、GaAs半導体を中間層
の材料として使用した場合に比べて縮小される。このた
め、これらの界面に起因する抵抗が低減される。中間層
部22のバンドギャップ値が第1の上部クラッド層12
および第2の上部クラッド部20のバンドギャップ値と
同じ値になる場合が特に好ましく、この抵抗を実質的に
ゼロにできる。
Since the material of the intermediate layer portion 22 is larger than the band gap value of the GaAs semiconductor, the hetero barrier between the intermediate layer portion 22 and the first upper clad layer 12 and the second upper clad portion 20 sandwiching the intermediate layer portion 22 is as follows. The size is reduced as compared with the case where the GaAs semiconductor is used as the material of the intermediate layer. Therefore, resistance due to these interfaces is reduced. The band gap value of the intermediate layer part 22 is set to the first upper clad layer 12.
It is particularly preferable that the resistance value be the same as the band gap value of the second upper clad portion 20, and the resistance can be made substantially zero.

【0033】更に、第2の上部クラッド部20および中
間層部22は、活性層8に対してキャリアを注入すべき
層に沿って延び、且つ第1の上部クラッド層12上にメ
サ形状に設けられている。つまり、これらの部分20、
22は、注入キャリアの再結合によって光が発生する導
波路上に半導体レーザ素子1の出射端面40からこの端
面に対向する反射端面42に達する軸に沿って設けら
れ、この軸はそれぞれの端面40、42に直交してい
る。
Further, the second upper cladding portion 20 and the intermediate layer portion 22 extend along the layer into which carriers are to be injected into the active layer 8 and are provided in a mesa shape on the first upper cladding layer 12. Have been. That is, these parts 20,
Numeral 22 is provided on the waveguide on which light is generated by the recombination of the injected carriers, along the axis extending from the emission end face 40 of the semiconductor laser device 1 to the reflection end face 42 facing this end face. , 42.

【0034】このようにストライプ状に延びた第2の上
部クラッド部20および中間層部22は、上記軸方向に
延び活性層8に対面する面と異なる対向する二面におい
て、第1導電型電流ブロック層24と接している。第1
導電型電流ブロック層24は、第1の上部クラッド層1
2上に設けられている。第2の上部クラッド部20およ
び電流ブロック層24上には、第2導電型コンタクト層
26が設けられている。コンタクト層26上には第2導
電型半導体層に対するオーミック電極28が設けられて
いる。第1導電型基板2の裏面には、第1導電型半導体
層に対するオーミック電極30が設けられている。
The second upper cladding portion 20 and the intermediate layer portion 22 extending in a stripe shape as described above have a first conductivity type current on two opposite surfaces different from the surface extending in the axial direction and facing the active layer 8. It is in contact with the block layer 24. First
The conduction type current blocking layer 24 is formed of the first upper clad layer 1.
2 is provided. A second conductivity type contact layer 26 is provided on the second upper clad portion 20 and the current block layer 24. An ohmic electrode 28 for the second conductivity type semiconductor layer is provided on the contact layer 26. On the back surface of the first conductivity type substrate 2, an ohmic electrode 30 for the first conductivity type semiconductor layer is provided.

【0035】このような半導体レーザ素子1の動作につ
いて以下に説明する。オーミック電極28からのキャリ
アは、電流ブロック層24が第2の上部クラッド部20
を挟んで設けられ、且つ第1の上部クラッド層12およ
び第2の上部クラッド部20の導電型と逆の導電型であ
るので、半導体レーザ素子1の順方向バイアス条件の下
において、幅数μmの第2の上部クラッド層20の領域
を通過して活性層8に至る。つまり、電流狭窄を実現す
るように、リッジ構造が採用されている。このため、第
2の上部クラッド部20の厚さは、半導体レーザ素子1
の特性に応じて決定される。
The operation of such a semiconductor laser device 1 will be described below. The carriers from the ohmic electrode 28 are supplied to the current blocking layer 24 by the second upper cladding part 20.
And the conductive type is opposite to the conductive type of the first upper clad layer 12 and the second upper clad portion 20, so that the semiconductor laser device 1 has a width of several μm under the forward bias condition. Through the region of the second upper cladding layer 20 to reach the active layer 8. That is, a ridge structure is employed so as to realize current constriction. For this reason, the thickness of the second upper cladding part 20 is
Is determined according to the characteristics of

【0036】このような半導体レーザ素子1の主要な半
導体層の厚さを例示的に以下に示すと、 下部クラッド層4 : 1.5μm 活性層8 : 8nm 下部SCH層6 : 47nm 上部SCH層10 : 47nm 第1の上部クラッド層12: 0.6μm 第2の上部クラッド部20: 0.9μm 中間層部22 : 5nm である。
The thickness of the main semiconductor layer of such a semiconductor laser device 1 is illustratively shown below. Lower cladding layer 4: 1.5 μm Active layer 8: 8 nm Lower SCH layer 6: 47 nm Upper SCH layer 10 : 47 nm First upper cladding layer 12: 0.6 μm Second upper cladding part 20: 0.9 μm Intermediate layer part 22: 5 nm.

【0037】次に、本発明に従う半導体レーザ素子1の
製造方法を図1のA−A’断面線における図2〜図4に
示される工程断面図を参照しながら詳述する。以下の説
明はn型GaAs基板、および活性層材料としてGaI
nAs半導体を使用する場合について行われるが、本発
明はこれに限られるものではない。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device 1 according to the present invention will be described in detail with reference to the sectional views shown in FIGS. The following description is based on an n-type GaAs substrate and GaI as an active layer material.
This is performed in the case where an nAs semiconductor is used, but the present invention is not limited to this.

【0038】n型GaAs基板52上に半導体層の積層
構造を形成する(半導体層堆積工程)。図2(a)を参
照すると、n型GaAs基板52上にn型GaInP下
部クラッド層54を形成する。下部クラッド層54は、
基板52を覆って堆積される半導体層である。この下部
クラッド層54上にアンドープGaInAsP下部SC
H層56、アンドープGaInAs活性層58、アンド
ープGaInAsP上部SCH層60を順次に形成す
る。アンドープGaInAsP下部SCH層56は下部
クラッド層54を覆って堆積される半導体層であり、ア
ンドープGaInAs活性層58は下部SCH層56を
覆って堆積される半導体層であり、アンドープGaIn
AsP上部SCH層60は活性層58を覆って堆積され
る半導体層である。
A laminated structure of semiconductor layers is formed on the n-type GaAs substrate 52 (semiconductor layer deposition step). Referring to FIG. 2A, an n-type GaInP lower cladding layer 54 is formed on an n-type GaAs substrate 52. The lower cladding layer 54
A semiconductor layer deposited over the substrate 52. An undoped GaInAsP lower SC is formed on the lower cladding layer 54.
An H layer 56, an undoped GaInAs active layer 58, and an undoped GaInAsP upper SCH layer 60 are sequentially formed. The undoped GaInAsP lower SCH layer 56 is a semiconductor layer deposited over the lower cladding layer 54, and the undoped GaInAs active layer 58 is a semiconductor layer deposited over the lower SCH layer 56, and undoped GaIn
The AsP upper SCH layer 60 is a semiconductor layer deposited over the active layer 58.

【0039】次いで、p型GaInP上部第1のクラッ
ド層62、p型GaInAsP中間層64、p型GaI
nP上部第2のクラッド層66を順次に形成する。上部
第1のクラッド層62は上部SCH層60を覆って堆積
される半導体層であり、p型GaInAsP中間層64
は上部第1のクラッド層62を覆って堆積される半導体
層であり、p型GaInP上部第2のクラッド層66は
p型GaInAsP中間層64を覆って堆積される半導
体層である。
Next, a p-type GaInP upper first cladding layer 62, a p-type GaInAsP intermediate layer 64, a p-type GaI
An nP upper second cladding layer 66 is formed sequentially. The upper first cladding layer 62 is a semiconductor layer deposited over the upper SCH layer 60, and includes a p-type GaInAsP intermediate layer 64.
Is a semiconductor layer deposited over the upper first cladding layer 62, and the p-type GaInP upper second cladding layer 66 is a semiconductor layer deposited over the p-type GaInAsP intermediate layer 64.

【0040】これらの半導体層は、例えば有機金属気相
エピタキシ法(OMVPE、Organometallic Vapor Pha
se Epitaxy)を用いて成長される。n型GaInP下部
クラッド層54、アンドープGaInAsP下部SCH
層56、アンドープGaInAsP上部SCH層60、
p型GaInP第1の上部クラッド層62、p型GaI
nAsP中間層64、p型GaInP第2の上部クラッ
ド層66は、それぞれGaAs基板に対して格子定数が
整合していることが好ましい。このようにすれば、良好
な結晶性の半導体を得ることができる。一方、アンドー
プGaInAs活性層58は、アンドープGaInAs
P下部SCH層56およびアンドープGaInAsP上
部SCH層60のそれぞれの半導体層に対して圧縮歪み
が加わるように、約1%格子定数が異なる組成に決定さ
れている。このようにすれば、歪単一量子井戸構造の活
性層が形成されるため、0.98μm帯のレーザ光発振
波長を得ることができる。また、多重量子井戸構造の活
性層を形成してもよい。なお、活性層58を基板に対し
て格子整合しているように形成することもできる。
These semiconductor layers are formed, for example, by metalorganic vapor phase epitaxy (OMVPE, Organometallic Vapor Pha
se Epitaxy). n-type GaInP lower cladding layer 54, undoped GaInAsP lower SCH
Layer 56, undoped GaInAsP top SCH layer 60,
p-type GaInP first upper cladding layer 62, p-type GaI
It is preferable that the nAsP intermediate layer 64 and the p-type GaInP second upper cladding layer 66 have matching lattice constants with respect to the GaAs substrate. In this manner, a semiconductor with good crystallinity can be obtained. On the other hand, the undoped GaInAs active layer 58 is made of undoped GaInAs.
The compositions of the lattice constants are different from each other by about 1% so that compressive strain is applied to each of the semiconductor layers of the P lower SCH layer 56 and the undoped GaInAsP upper SCH layer 60. In this way, since an active layer having a strained single quantum well structure is formed, a laser light oscillation wavelength in the 0.98 μm band can be obtained. Further, an active layer having a multiple quantum well structure may be formed. Note that the active layer 58 may be formed so as to be lattice-matched to the substrate.

【0041】上記の実施の形態では、クラッド層の半導
体材料として、GaInP半導体を使用する場合を例示
したが、AlGaInP半導体も使用することができ
る。GaInP半導体を使用すると構成元素が3元と少
ないので、成長の条件出しが簡素、かつ容易になり、通
常の結晶成長装置を用いて比較的容易に良好な結晶性を
有する半導体層が得られる。加えて、既に可視光半導体
レーザ等に広範に用いられており、材料としての実績も
ある。また、AlGaInP半導体を使用すると、Ga
InP半導体と比較してさらに大きなバンドギャップを
実現できるので、これをクラッド材に用いると発光領域
へのキャリアの閉じ込めがさらに良くなり、高出力化等
といったレーザ特性のさらなる向上が期待される。加え
て、既に可視光半導体レーザ等に広範に用いられてお
り、材料としての実績もある。
In the above embodiment, the case where a GaInP semiconductor is used as the semiconductor material of the cladding layer has been exemplified, but an AlGaInP semiconductor can also be used. When a GaInP semiconductor is used, the number of constituent elements is as small as ternary, so that the conditions for growth are simple and easy, and a semiconductor layer having good crystallinity can be obtained relatively easily using an ordinary crystal growth apparatus. In addition, it is already widely used in visible light semiconductor lasers and the like, and has a track record as a material. When an AlGaInP semiconductor is used, Ga
Since a larger band gap can be realized as compared with an InP semiconductor, using this as a cladding material further improves the confinement of carriers in the light emitting region, and is expected to further improve laser characteristics such as high output. In addition, it is already widely used in visible light semiconductor lasers and the like, and has a track record as a material.

【0042】p型GaxIn1-xAsy1-y中間層64
は、本実施の形態ではx=0.78およびy=0.56
の組成で形成され、GaAs基板の半導体層に格子整合
しており、バンドギャップ値が約1.59eVを有す
る。GaAs基板の半導体層に格子整合する条件の下で
は、1.41eV(x=1、y=1)から1.88eV
(x=0.52、y=0)までの範囲でバンドギャップ
値を選択できる。このため、GaAs半導体のバンドギ
ャップ値よりも大きな半導体層を形成できる。
[0042] p-type Ga x In 1-x As y P 1-y intermediate layer 64
In the present embodiment, x = 0.78 and y = 0.56
And is lattice-matched to the semiconductor layer of the GaAs substrate, and has a band gap value of about 1.59 eV. Under the condition of lattice matching with the semiconductor layer of the GaAs substrate, 1.41 eV (x = 1, y = 1) to 1.88 eV
A band gap value can be selected in a range up to (x = 0.52, y = 0). Therefore, a semiconductor layer larger than the band gap value of the GaAs semiconductor can be formed.

【0043】また、p型GaxIn1-xAsy1-y中間層
64は非常に薄くてよいので、GaAs基板に対する格
子不整合が±2%程度以内であれば、ミスフィット転移
等の結晶欠陥の発生を誘引することなく、良好な結晶性
が維持される。このような中間層の厚さとしては、5n
m〜10nmの範囲が好ましく、特に5nm程度が好適
である。このような範囲で格子不整合を許容すれば、中
間層のバンドギャップ値の設計の自由度が増加する。こ
のため、GaInPおよびAlGaInPに対してほぼ
同一のバンドギャップ値を実現できる。GaInPクラ
ッド層と同じバンドギャップ値1.88eVを実現する
ための組成を例示すれば、x=0.83程度、y=0.
38程度にすると格子不整約−1%の半導体層を形成で
きる。このため、クラッド層と中間層との間のヘテロ障
壁を実質的に消失させることができる。したがって、半
導体レーザ素子内の直列抵抗を更に低減できる。実際の
製造上、引っ張り歪み及び量子井戸効果によってGaI
nAsPのバンドギャップは多少変動するが、組成比
x、yを調整することによってクラッド層とほぼ同じバ
ンドギャップを実現することができる。
[0043] Further, since it a p-type Ga x In 1-x As y P 1-y intermediate layer 64 is very thin, if the lattice mismatch within about ± 2% with respect to the GaAs substrate, misfit dislocation or the like Good crystallinity is maintained without inducing the occurrence of crystal defects. The thickness of such an intermediate layer is 5n
The range is preferably from m to 10 nm, and particularly preferably about 5 nm. If the lattice mismatch is allowed in such a range, the degree of freedom in designing the band gap value of the intermediate layer increases. Therefore, substantially the same band gap value can be realized for GaInP and AlGaInP. As an example of a composition for realizing the same band gap value of 1.88 eV as the GaInP cladding layer, x = 0.83 and y = 0.
When it is set to about 38, a semiconductor layer having a lattice irregularity of about -1% can be formed. Therefore, the hetero barrier between the cladding layer and the intermediate layer can be substantially eliminated. Therefore, the series resistance in the semiconductor laser device can be further reduced. In actual production, tensile strain and quantum well effects cause GaI
Although the band gap of nAsP slightly varies, by adjusting the composition ratios x and y, the same band gap as that of the cladding layer can be realized.

【0044】更に、中間層を構成するGaInAsP半
導体は、AsおよびPの両方を含む。このため、AlG
aInP半導体およびGaInP半導体のいずれか一方
を含むクラッド層上に中間層の形成を開始する際、およ
び中間層上にクラッド層の形成を開始する際に、原料元
素である燐および砒素の不連続的な切り替えが不要にな
る。このため、従来GaAs半導体層を中間層として用
いた場合に生じていた、いわゆる表面白濁等の結晶性の
劣化の発生、結晶性の良好な半導体層を得るために成長
温度および原料切り替えのタイミングといった成長条件
の十分な検討、あるいはAlGaInPおよびGaIn
P半導体層とGaAs半導体層との間に緩衝層の挿入、
といった欠点が解消される。
Further, the GaInAsP semiconductor constituting the intermediate layer contains both As and P. For this reason, AlG
When starting the formation of the intermediate layer on the cladding layer containing one of the aInP semiconductor and the GaInP semiconductor, and starting the formation of the cladding layer on the intermediate layer, the discontinuous formation of the raw material elements phosphorus and arsenic occurs. No special switching is required. Therefore, degradation of crystallinity such as so-called surface turbidity, which has occurred when a GaAs semiconductor layer is used as an intermediate layer in the related art, and a growth temperature and a timing of material switching in order to obtain a semiconductor layer with good crystallinity. Careful consideration of the growth conditions or AlGaInP and GaIn
Inserting a buffer layer between the P semiconductor layer and the GaAs semiconductor layer,
Such disadvantages are eliminated.

【0045】次いで、第2の上部クラッド層66上にエ
ッチングマスク層を形成する(マスク形成工程)。図2
(b)を参照すると、エッチングマスク層68は、第2
の上部クラッド層66上を覆ってマスク材を堆積し、こ
のマスク材をフォトリソグラフィ技術によって所定形状
にエッチングすることによって形成される。マスク層6
8は、活性層58の電流注入領域に沿ってレーザ光の出
射端面からレーザ光の反射端面に達する短冊形に形成さ
れる。マスク材として、引き続くリッジ形成工程におい
て十分な耐エッチング特性を有すると共に、電流ブロッ
ク層の結晶成長時の環境に耐え得る材料が採用される。
例示すれば、二酸化シリコン(SiO2)または窒化シ
リコン(SiN)等を使用できる。
Next, an etching mask layer is formed on the second upper cladding layer 66 (mask forming step). FIG.
Referring to (b), the etching mask layer 68 has a second shape.
Is formed by depositing a mask material over the upper cladding layer 66 and etching the mask material into a predetermined shape by photolithography. Mask layer 6
Numeral 8 is formed in a rectangular shape extending from the laser light emitting end face to the laser light reflecting end face along the current injection region of the active layer 58. As the mask material, a material that has sufficient etching resistance in the subsequent ridge forming step and that can withstand the environment during the crystal growth of the current blocking layer is used.
For example, silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) can be used.

【0046】このマスク層68を利用してリッジ構造を
形成する(リッジ形成工程)。図3(a)を参照する
と、第2の上部クラッド層66がエッチングされた後の
工程が示されている。このリッジ構造は、以下のように
形成される。まず、第2の上部クラッド層66をエッチ
ングする。このエッチングでは、第2の上部クラッド層
66のエッチングレートが中間層64のエッチングレー
トに対して十分に大きくできるエッチング方法を採用す
る。このような方法として、例えば塩酸、隣酸、および
水を含むエッチング溶液を使用することが好ましく、重
量百分率で表される36%塩酸と85%隣酸と純水との
容量比が4:2:3で混合されるエッチング溶液を用い
ることが特に好ましい。このエッチング溶液を採用する
と、p型GaInAsP半導体に対するp型GaInP
半導体のエッチングの選択比は、130倍以上となる。
このため、中間層64は、エッチング停止層として機能
する。したがって、メサストライプ形状の第2の上部ク
ラッド部分70の深さは、エッチングの条件に関係な
く、第2の上部クラッド層66の堆積された半導体層の
厚さによって決定される。メサ形状が順メサになるか、
または逆メサになるかは、使用される結晶の面方位等に
依存して決まる。なお、図3(a)には、逆メサ形状の
第2の上部クラッド部分70を例示的に示している。
A ridge structure is formed using this mask layer 68 (ridge forming step). Referring to FIG. 3A, a step after the second upper cladding layer 66 is etched is shown. This ridge structure is formed as follows. First, the second upper cladding layer 66 is etched. In this etching, an etching method that allows the etching rate of the second upper cladding layer 66 to be sufficiently higher than the etching rate of the intermediate layer 64 is employed. As such a method, for example, it is preferable to use an etching solution containing hydrochloric acid, phosphoric acid, and water, and the volume ratio of 36% hydrochloric acid, 85% phosphoric acid, and pure water expressed by weight percentage is 4: 2. : 3, it is particularly preferable to use an etching solution mixed. When this etching solution is adopted, the p-type GaInP
The selectivity of semiconductor etching is 130 times or more.
Thus, the intermediate layer 64 functions as an etching stop layer. Therefore, the depth of the second upper cladding portion 70 having the mesa stripe shape is determined by the thickness of the semiconductor layer on which the second upper cladding layer 66 is deposited, regardless of etching conditions. If the mesa shape becomes a regular mesa,
Alternatively, whether or not an inverted mesa is formed is determined depending on the plane orientation of the crystal used. FIG. 3A exemplarily shows the second upper clad portion 70 having an inverted mesa shape.

【0047】このように、中間層64は、エッチング停
止層として機能する程度の厚さに形成されることが好ま
しく、さらに、第1および第2のクラッド層の厚さより
も薄いことが好ましい。
As described above, the intermediate layer 64 is preferably formed to a thickness that functions as an etching stop layer, and is preferably thinner than the thicknesses of the first and second cladding layers.

【0048】次いで、図3(b)を参照すると、中間層
64をエッチングした後の工程が示されている。中間層
64のエッチングでは、中間層64のエッチングレート
が第1の上部クラッド層62のエッチングレートに対し
て十分に大きくできるエッチング方法を採用する。この
ような方法として、例えば、隣酸、過酸化水素、および
水を含むエッチング溶液を使用することが好ましく、重
量百分率で表される85%隣酸と30%過酸化水素と純
水との容量比が5:1:40で混合されるエッチング溶
液を用いることが特に好ましい。このエッチング溶液を
採用すると、p型GaInP半導体に対するp型GaI
nAsP半導体のエッチングの選択比は、100倍以上
となる。このため、第1の上部クラッド層62は、エッ
チング停止層として機能する。したがって、第2の上部
クラッド部分70のエッチングは進まず、中間層64の
一部分がエッチングされて第1の上部クラッド層62に
達しても、クラッド層62はエッチングされない。
Next, referring to FIG. 3B, a step after the etching of the intermediate layer 64 is shown. In the etching of the intermediate layer 64, an etching method that allows the etching rate of the intermediate layer 64 to be sufficiently higher than the etching rate of the first upper cladding layer 62 is employed. As such a method, for example, it is preferable to use an etching solution containing phosphoric acid, hydrogen peroxide, and water, and the volume of 85% phosphoric acid, 30% hydrogen peroxide, and pure water expressed by weight percentage is preferable. It is particularly preferred to use an etching solution mixed at a ratio of 5: 1: 40. When this etching solution is employed, the p-type GaI
The etching selectivity of the nAsP semiconductor becomes 100 times or more. For this reason, the first upper cladding layer 62 functions as an etching stop layer. Therefore, the etching of the second upper cladding portion 70 does not proceed, and even if a part of the intermediate layer 64 is etched to reach the first upper cladding layer 62, the cladding layer 62 is not etched.

【0049】これによって、マスク層68を用いて第2
の上部クラッド層66および中間層64をエッチングす
ると、第2の上部クラッド部70およひ中間層部72か
らなるリッジ構造が形成される。
Thus, the second layer is formed using the mask layer 68.
When the upper clad layer 66 and the intermediate layer 64 are etched, a ridge structure including the second upper clad part 70 and the intermediate layer part 72 is formed.

【0050】中間層64は、高濃度に不純物が導入され
たp型半導体であるので、低抵抗の半導体層である。こ
れをメサ形状にエッチングすると、注入キャリアが、こ
の低抵抗の層を通してメサストライプ領域(つまり、発
光領域)以外へ拡がることを防止できる。このため、キ
ャリアの良好な狭窄が実現できる。
The intermediate layer 64 is a low-resistance semiconductor layer because it is a p-type semiconductor into which impurities are introduced at a high concentration. When this is etched into a mesa shape, the injected carriers can be prevented from spreading to other than the mesa stripe region (that is, the light emitting region) through the low resistance layer. Therefore, good narrowing of the carrier can be realized.

【0051】この後、第1の上部クラッド部62上に第
2の上部ブロック層70を挟んでn型AlGaInP電
流ブロック層74を形成する(電流ブロック層形成工
程)。図4(a)を参照すると、この半導体層74は、
マスク材68上には堆積されず、第1の上部クラッド層
62上のみに選択的に成長し、第2のクラッド部70お
よび中間層部72の両側面を覆う。電流ブロック層74
は、エッチングされるた中間層64および第2の上部ク
ラッド層66の深さの和に相当するを厚さを有する。こ
のため、エッチングで残された部分は埋め込まれて、平
坦化された表面が提供される。
Thereafter, an n-type AlGaInP current block layer 74 is formed on the first upper clad portion 62 with the second upper block layer 70 interposed therebetween (current block layer forming step). Referring to FIG. 4A, the semiconductor layer 74 includes:
It is not deposited on the mask material 68 but selectively grows only on the first upper cladding layer 62 to cover both side surfaces of the second cladding part 70 and the intermediate layer part 72. Current block layer 74
Has a thickness corresponding to the sum of the depths of the etched intermediate layer 64 and the second upper cladding layer 66. For this reason, the portions left by the etching are buried to provide a flattened surface.

【0052】続いて、マスク材68を除去して、p型G
aAsコンタクト層76を形成する。コンタクト層76
は、第2のクラッド部70および電流ブロック層74を
覆って堆積される半導体層である。基板52の裏面は、
基板の厚さ100μm程度になるまで化学的にエッチン
グされる。この後、p型コンタクト層76上を覆ってオ
ーミック電極78が形成し、また基板52の裏面を覆っ
てオーミック電極80を形成する。
Subsequently, the mask material 68 is removed, and the p-type G
An aAs contact layer 76 is formed. Contact layer 76
Is a semiconductor layer deposited to cover the second cladding part 70 and the current blocking layer 74. The back surface of the substrate 52
It is chemically etched until the thickness of the substrate becomes about 100 μm. Thereafter, an ohmic electrode 78 is formed to cover the p-type contact layer 76, and an ohmic electrode 80 is formed to cover the back surface of the substrate 52.

【0053】これらの工程の結果、本発明に従う半導体
レーザ素子が製造される。
As a result of these steps, a semiconductor laser device according to the present invention is manufactured.

【0054】以上、本発明に従う実施の形態を図面を参
照しながら詳細に説明したように、本発明による半導体
レーザ素子は、半導体基板52上に設けられた活性層5
8と、活性層58上に設けられた第1のクラッド層62
と、第1のクラッド層62上に設けられた中間層部72
と、中間層部72上に設けられた第2のクラッド層部分
70と、を備え、中間層部72のバンドギャップは、G
aAs半導体のバンドギャップよりも大きく、且つ第1
のクラッド層62および第2のクラッド層部70の半導
体のバンドギャップ以下の値である。第2のクラッド層
部70は、中間層部分72に対して選択的にエッチング
可能な材料で構成され、中間層部72は、第1のクラッ
ド層62に対して選択的にエッチング可能な材料で構成
されている。
As described above, the embodiment according to the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings. As described above, the semiconductor laser device according to the present invention comprises an active layer 5 provided on a semiconductor substrate 52.
8 and a first cladding layer 62 provided on the active layer 58.
And an intermediate layer 72 provided on the first cladding layer 62.
And a second cladding layer portion 70 provided on the intermediate layer portion 72. The band gap of the intermediate layer portion 72 is G
larger than the band gap of the aAs semiconductor and the first
Of the semiconductor in the cladding layer 62 and the second cladding layer 70 of the second embodiment. The second clad layer portion 70 is made of a material that can be selectively etched with respect to the intermediate layer portion 72, and the intermediate layer portion 72 is made of a material that can be selectively etched with respect to the first clad layer 62. It is configured.

【0055】第1のクラッド層62および第2のクラッ
ド層部70は、AlGaInP半導体およびGaInP
半導体の少なくともいずれか一方を含むことが好まし
い。中間層部72は、GaInAsP半導体を含むこと
が好ましい。
The first cladding layer 62 and the second cladding layer 70 are made of an AlGaInP semiconductor and a GaInP
It is preferable to include at least one of semiconductors. The intermediate layer 72 preferably contains a GaInAsP semiconductor.

【0056】本発明は、エルビウム添加光ファイバアン
プ励起用の波長0.98μm帯の半導体レーザに適用す
ると、特に、大きな効果が期待できる。すなわち、波長
0.98μm帯の半導体レーザにおいて、GaInAs
及びGaInAsPの少なくとも何れかの半導体の歪量
子井戸構造を活性層に採用すると、活性層を構成する半
導体領域に加わる圧縮歪みの作用により、閾値利得等の
レーザ発振条件が改善されるという効果がある。また、
この効果と、GaInAsP半導体を中間層に用いるこ
とによるクラッド−中間層間のヘテロ障壁低減の効果と
が相乗的に作用し、半導体レーザの高出力特性の大幅な
改善が可能となる。
When the present invention is applied to a semiconductor laser having a wavelength of 0.98 μm for pumping an erbium-doped optical fiber amplifier, a particularly large effect can be expected. That is, in a semiconductor laser having a wavelength of 0.98 μm, GaInAs
When a strained quantum well structure of a semiconductor of at least one of GaInAsP and GaInAsP is used for the active layer, there is an effect that laser oscillation conditions such as a threshold gain are improved by the action of compressive strain applied to a semiconductor region forming the active layer. . Also,
This effect and the effect of reducing the hetero-barrier between the cladding and the intermediate layer by using the GaInAsP semiconductor for the intermediate layer act synergistically, and the high output characteristics of the semiconductor laser can be greatly improved.

【0057】GaInAsP半導体を用いて歪量子井戸
構造の活性層を構成する場合には、上記の効果に加え
て、GaInAsP半導体はGaInAs半導体に比べ
て構成元素の数が多いので、歪み量を目的に応じて大き
く変化させることができるので、半導体レーザの設計の
自由度が更に増すという効果がある。
When an active layer having a strained quantum well structure is formed by using a GaInAsP semiconductor, in addition to the above-described effects, the GaInAsP semiconductor has a larger number of constituent elements than the GaInAs semiconductor, so that the amount of strain is reduced. Since it can be largely changed in response to the change, there is an effect that the degree of freedom in designing the semiconductor laser is further increased.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上、図面を参照しながら詳細に説明し
たように、本発明に係わる半導体レーザ素子によれば、
AlGaInP半導体およびGaInP半導体の少なく
ともいずれか一方の材料により第1および第2のクラッ
ド層を形成して、GaInAsP半導体を含む中間層を
第1および第2のクラッド層で挟むようにしたので、中
間層のGaとIn、およびAsとP、の組成比をそれぞ
れ変化させることによって中間層のバンドギャップをG
aAs半導体のバンドギャップに比べて大きくできる。
このため、中間層にGaAs半導体を使用する場合に比
べて、第1および第2のクラッド層と中間層との界面の
ヘテロ障壁が縮小される。したがって、半導体レーザ素
子の内部抵抗を低減できるので、素子の発熱が抑制され
ると共に、高光出力特性や信頼性が向上された半導体レ
ーザ素子を提供できる。
As described above in detail with reference to the drawings, according to the semiconductor laser device of the present invention,
Since the first and second cladding layers are formed of at least one material of an AlGaInP semiconductor and a GaInP semiconductor, the intermediate layer containing the GaInAsP semiconductor is sandwiched between the first and second cladding layers. The band gap of the intermediate layer is changed to G by changing the composition ratios of Ga and In and As and P, respectively.
It can be larger than the band gap of an aAs semiconductor.
Therefore, the hetero barrier at the interface between the first and second cladding layers and the intermediate layer is reduced as compared with the case where the GaAs semiconductor is used for the intermediate layer. Therefore, since the internal resistance of the semiconductor laser device can be reduced, heat generation of the device can be suppressed, and a semiconductor laser device having high light output characteristics and improved reliability can be provided.

【0059】また、結晶格子のわずかな不整に起因する
歪みを内包するGaInAsP中間層を利用するように
すれば、クラッド層として使用しているAlGaInP
半導体およびGaInP半導体とほぼ同一のバンドギャ
ップを有することができるので、ヘテロ障壁をほぼ除去
できる。このため、半導体レーザ素子の内部抵抗が更に
低減される。
If a GaInAsP intermediate layer containing a strain caused by a slight irregularity of the crystal lattice is used, the AlGaInP used as the cladding layer can be used.
Since the semiconductor and the GaInP semiconductor can have almost the same band gap, the hetero barrier can be almost removed. Therefore, the internal resistance of the semiconductor laser device is further reduced.

【0060】本発明に係わる半導体レーザ素子の製造方
法によれば、中間層を構成するGaInAsP半導体
は、AsおよびPの両方を含む。このため、AlGaI
nP半導体およびGaInP半導体のいずれか一方を含
むクラッド層上に中間層の形成を開始する際、および中
間層上にクラッド層の形成を開始する際に、燐および砒
素の原料の不連続的な切り替えが不要になる。
According to the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, the GaInAsP semiconductor constituting the intermediate layer contains both As and P. For this reason, AlGaI
When starting the formation of the intermediate layer on the cladding layer containing any one of the nP semiconductor and the GaInP semiconductor, and when starting the formation of the cladding layer on the intermediate layer, discontinuous switching of phosphorus and arsenic raw materials is performed. Becomes unnecessary.

【0061】このため、いわゆる表面白濁等の結晶性の
劣化の発生が抑制され、また、結晶性の良好な半導体層
を得るために成長温度、原料切り替えのタイミングとい
った成長条件に関して十分な検討も不要になり、更に、
AlGaInP、GaInP半導体層とエッチング停止
層との間に緩衝層を挿入する必要性も無くなる。
For this reason, the occurrence of deterioration in crystallinity such as so-called surface turbidity is suppressed, and sufficient study on growth conditions such as growth temperature and timing of material switching is not required to obtain a semiconductor layer with good crystallinity. And,
There is no need to insert a buffer layer between the AlGaInP or GaInP semiconductor layer and the etching stop layer.

【0062】したがって、クラッド層上に直接GaIn
AsP半導体からなるエッチング停止層の形成が可能に
なると共に、製造上の条件検討が簡素化された半導体レ
ーザ素子の製造方法が提供される。
Therefore, GaIn is directly formed on the cladding layer.
It is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor laser device in which an etching stop layer made of an AsP semiconductor can be formed and the examination of manufacturing conditions is simplified.

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

【図1】図1は、本発明に従う半導体レーザ素子の構造
を表す一実施の形態を図示する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment showing a structure of a semiconductor laser device according to the present invention.

【図2】図2(a)および図2(b)は、図1に示した
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
FIGS. 2A and 2B are process cross-sectional views illustrating one embodiment of a method of manufacturing the semiconductor laser device shown in FIG.

【図3】図3(a)および図3(b)は、図1に示した
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
FIGS. 3A and 3B are process cross-sectional views illustrating one embodiment of a method for manufacturing the semiconductor laser device shown in FIG.

【図4】図4(a)および図4(b)は、図1に示した
半導体レーザ素子の製造方法の一実施の形態を図示する
工程断面図である。
FIGS. 4A and 4B are process cross-sectional views illustrating one embodiment of a method for manufacturing the semiconductor laser device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザ素子、2…第1導電型GaAs基板、
4…第1導電型下部クラッド層、6…アンドープ第1の
分離閉じ込めヘテロ構造層(下部SCH層)、8…アン
ドープ活性層、10…アンドープ第2の分離閉じ込めヘ
テロ構造層(上部SCH層)、12…第2導電型第1の
上部クラッド層、20…第2導電型第2の上部クラッド
部、22…第2導電型中間層部、24…第1導電型電流
ブロック層、28、30…オーミック電極、40…半導
体レーザ素子の出射端面、42…半導体レーザ素子の反
射端面、52…n型GaAs基板、54…n型GaIn
P下部クラッド層、56…アンドープGaInAsP下
部SCH層、58…アンドープGaInAs活性層、6
0…アンドープGaInAsP上部SCH層、62…p
型GaInP上部第1のクラッド層、64…p型GaI
nAsP中間層、66…p型GaInP上部第2のクラ
ッド層、68…エッチングマスク層、70…p型GaI
nP第2の上部クラッド部、72…p型GaInAsP
中間層部、74…n型AlGaInP電流ブロック層、
76…p型コンタクト層、78、80…オーミック電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element, 2 ... First conductivity type GaAs substrate,
4 a first conductivity type lower cladding layer, 6 undoped first separated confinement heterostructure layer (lower SCH layer), 8 undoped active layer, 10 undoped second separated confinement heterostructure layer (upper SCH layer), 12: second conductive type first upper clad layer, 20: second conductive type second upper clad part, 22: second conductive type intermediate layer part, 24: first conductive type current blocking layer, 28, 30 ... Ohmic electrode, 40: emission end face of semiconductor laser element, 42: reflection end face of semiconductor laser element, 52: n-type GaAs substrate, 54: n-type GaIn
P lower cladding layer, 56 undoped GaInAsP lower SCH layer, 58 undoped GaInAs active layer, 6
0: Undoped GaInAsP upper SCH layer, 62: p
GaInP upper first cladding layer, 64... P-type GaI
nAsP intermediate layer, 66: p-type GaInP upper second cladding layer, 68: etching mask layer, 70: p-type GaI
nP second upper cladding part, 72... p-type GaInAsP
Intermediate layer portion, 74... N-type AlGaInP current blocking layer,
76: p-type contact layer, 78, 80: ohmic electrode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に設けられた活性層と、 前記活性層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第1
のクラッド層と、 前記第1のクラッド層上に設けられ、GaInAsP半
導体を含む中間層と、 前記中間層上に設けられ、AlGaInP半導体および
GaInP半導体の少なくともいずれか一方を含む第2
のクラッド層と、を備える半導体レーザ素子。
An active layer provided on a semiconductor substrate; and a first layer provided on the active layer and containing at least one of an AlGaInP semiconductor and a GaInP semiconductor.
A middle layer provided on the first cladding layer and containing a GaInAsP semiconductor; and a second layer provided on the middle layer and containing at least one of an AlGaInP semiconductor and a GaInP semiconductor.
A semiconductor laser device comprising:
【請求項2】 前記中間層は、前記半導体基板に対して
格子不整が±2%以内の範囲内にある、ことを特徴とす
る請求項1に記載の半導体レーザ素子。
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the intermediate layer has a lattice misalignment within ± 2% with respect to the semiconductor substrate.
【請求項3】 前記中間層のバンドギャップは、前記第
1および第2のクラッド層のバンドギャップの少なくと
も一方と略同一である、ことを特徴とする請求項1また
は請求項2に記載の半導体レーザ素子。
3. The semiconductor according to claim 1, wherein the band gap of the intermediate layer is substantially the same as at least one of the band gaps of the first and second cladding layers. Laser element.
【請求項4】 前記活性層は、GaInAs半導体及び
GaInAsP半導体の少なくとも何れかを含み歪み量
子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項1〜請求
項3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said active layer includes at least one of a GaInAs semiconductor and a GaInAsP semiconductor and has a strained quantum well structure.
【請求項5】 基板上に設けられた活性層上に第1のク
ラッド層および第2のクラッド層を備える半導体レーザ
素子の製造方法であって、 前記活性層上に前記第1のクラッド層を設ける工程と、 前記第1のクラッド層上に中間層を設ける工程と、 前記中間層上に前記第2のクラッド層を設ける工程と、
を備え、 前記第1のクラッド層および前記第2のクラッド層は、
AlGaInP半導体およびGaInP半導体の少なく
ともいずれか一方を含み、 前記中間層は、GaInAsP半導体を含む、 半導体レーザ素子の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor laser device comprising: a first cladding layer and a second cladding layer on an active layer provided on a substrate, wherein the first cladding layer is formed on the active layer. Providing; providing an intermediate layer on the first cladding layer; providing the second cladding layer on the intermediate layer;
The first cladding layer and the second cladding layer,
A method for manufacturing a semiconductor laser device, including at least one of an AlGaInP semiconductor and a GaInP semiconductor, wherein the intermediate layer includes a GaInAsP semiconductor.
【請求項6】 前記第2のクラッド層を前記中間層に対
して選択的にエッチングする工程を更に備える、ことを
特徴とする請求項5に記載の半導体レーザ素子の製造方
法。
6. The method according to claim 5, further comprising a step of selectively etching the second cladding layer with respect to the intermediate layer.
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