JP2001237500A - Semiconductor light-emitting device and manufacturing method therefor - Google Patents
Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
又は発光ダイオード装置等の量子井戸構造を有する半導
体発光装置に関する。The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a quantum well structure such as a semiconductor laser device or a light emitting diode device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、例えば、半導体発光装置における
活性層の一部の領域の膜厚や組成を変えて、該一部の領
域の禁制帯幅を残部の禁制帯幅と異なるようにすること
により、新たな機能を持つ量子井戸デバイスを実現しよ
うという研究開発が盛んになってきている。2. Description of the Related Art In recent years, for example, the thickness or composition of a part of an active layer in a semiconductor light emitting device is changed so that the forbidden band width of the part of the active layer is different from the remaining band gap. As a result, research and development for realizing a quantum well device having a new function has become active.
【０００３】例えば、現在実用化されている赤色半導体
レーザ装置の場合、３０ｍＷ以上という高い光出力を得
られるようにするには、光学損傷（ｃａｔａｓｔｒｏｐ
ｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｄａｍａｇｅ：ＣＯＤ）を抑
える必要があり、前述したような活性層の面内で禁制帯
幅を制御する技術が用いられている。ここで、ＣＯＤと
は、発光装置の光出力が増大したときに、発光端面の近
傍で生じる光吸収によって、発光端面を構成する結晶自
体が溶融してその結晶性が急速に劣化する現象のことを
いう。For example, in the case of a red semiconductor laser device currently in practical use, in order to obtain a light output as high as 30 mW or more, it is necessary to use optical damage (catastrophic).
It is necessary to suppress the HIC (COD), and a technique for controlling the forbidden band width in the plane of the active layer as described above is used. Here, COD is a phenomenon in which, when the light output of the light emitting device is increased, the crystal itself constituting the light emitting end face is melted due to light absorption generated near the light emitting end face, and the crystallinity is rapidly deteriorated. Say.
【０００４】このＣＯＤを防ぐために、第１の従来例で
ある特表昭５８−５００６８１号公報に開示された、発
光端面の端部を不純物拡散によって無秩序化することに
より、発光端面の近傍における量子井戸構造の禁制帯幅
を広げる、いわゆる端面窓構造型の半導体レーザ装置が
実用化されている。In order to prevent the COD, the end of the light emitting end face disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-500681, which is the first prior art, is disordered by impurity diffusion, so that the quantum near the light emitting end face is reduced. 2. Description of the Related Art A semiconductor laser device of a so-called end window structure type in which the forbidden band width of a well structure is widened has been put to practical use.
【０００５】また、第２の従来例である特開平６−２１
５６８号公報には、半導体レーザ装置における活性層の
発光端面の近傍部分を除去し、代わりに活性層と比べて
禁制帯幅が大きい半導体層を活性層の除去部分に形成し
て、活性層から放出される発光光が端面近傍において吸
収されないようにする方法を開示している。[0005] A second conventional example, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 568 discloses that a portion of the active layer in the semiconductor laser device in the vicinity of the light emitting end face is removed, and a semiconductor layer having a larger forbidden band width than the active layer is formed in the removed portion of the active layer. A method for preventing emitted light from being absorbed near the end face is disclosed.
【０００６】以下、第１の従来例に係る半導体レーザ装
置について図面を参照しながら説明する。Hereinafter, a semiconductor laser device according to a first conventional example will be described with reference to the drawings.
【０００７】図１３は従来の端面窓構造型の半導体レー
ザ装置であって、共振器における共振方向と平行な方向
の断面構成を示している。FIG. 13 shows a conventional end face window type semiconductor laser device, and shows a cross-sectional structure in a direction parallel to a resonance direction of a resonator.
【０００８】図１３に示すように、ｎ型ＧａＡｓからな
る基板１０１上には、基板１０１側から順次、膜厚が
１．５μｍのｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる第１ク
ラッド層１０２と、膜厚が２０ｎｍのアンドープＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなる第１光ガイド層１０３と、膜
厚が９ｎｍのアンドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓからなる
活性層１０４と、膜厚が２０ｎｍのアンドープＡｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓからなる第２光ガイド層１０５と、共振器
の共振方向に延びるリッジ部分の膜厚が１．５μｍで且
つリッジ部分以外の膜厚が０．１５μｍの導波路を有す
るｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ 0.5 Ａｓからなる第２クラッド層１
０６と、膜厚が１．３５μｍのｎ型ＧａＡｓからなる電
流ブロック層（図示せず）と、膜厚が２μｍのｐ型Ｇａ
Ａｓからなるコンタクト層１０８とが形成されている。[0008] As shown in FIG.
The thickness of the film is sequentially formed on the substrate 101 from the substrate 101 side.
1.5 μm n-type Al0.5 Ga0.5 The first part consisting of As
Lad layer 102 and undoped Al having a thickness of 20 nm
0.3 Ga0.7 A first light guide layer 103 made of As and a film
9-nm thick undoped Al0.1 Ga0.9 Consists of As
Active layer 104 and undoped Al having a thickness of 20 nm0.3
Ga0.7 A second light guide layer 105 made of As and a resonator
The thickness of the ridge portion extending in the resonance direction is 1.5 μm and
Has a waveguide with a thickness of 0.15 μm except for the ridge portion
P-type Al0.5 Ga 0.5 Second cladding layer 1 made of As
06 and an electrode made of n-type GaAs having a film thickness of 1.35 μm.
Flow blocking layer (not shown) and p-type Ga having a thickness of 2 μm
A contact layer 108 made of As is formed.
【０００９】共振器端面の近傍部分には、コンタクト層
１０８から活性層１０４に達するように亜鉛（Ｚｎ）が
熱拡散された亜鉛拡散領域１０９ａが形成されている。
ここでは、亜鉛拡散領域１０９ａに挟まれてなる領域を
亜鉛非拡散領域１０９ｂと呼ぶ。A zinc diffusion region 109a in which zinc (Zn) is thermally diffused from the contact layer 108 to the active layer 104 is formed near the cavity end face.
Here, a region sandwiched between the zinc diffusion regions 109a is referred to as a zinc non-diffusion region 109b.
【００１０】図１４（ａ）は亜鉛非拡散領域１０９ｂに
おける深さ方向の禁制帯幅の分布を示し、図１４（ｂ）
は亜鉛拡散領域１０９ａにおける深さ方向の禁制帯幅の
分布を示している。FIG. 14A shows the distribution of the forbidden band width in the depth direction in the zinc non-diffusion region 109b, and FIG.
Indicates the distribution of the forbidden band width in the depth direction in the zinc diffusion region 109a.
【００１１】図１４（ｂ）に示すように、亜鉛拡散領域
１０９ａにおいては、拡散された亜鉛とガリウム原子又
はアルミニウム原子との相互拡散により、活性層１０４
のアルミニウムの組成が大きくなる。このため、アルミ
ニウムの組成を大きくされた亜鉛拡散領域１０９ａにお
ける吸収ピークの波長は亜鉛非拡散領域１０９ｂの利得
領域で決まる発振波長よりも短波長側にシフトする。そ
の結果、亜鉛拡散領域１０９ａは実質的に発振波長に対
して透明となり、共振器端面における光吸収を減らすこ
とができる。As shown in FIG. 14B, in the zinc diffusion region 109a, the active layer 104 is formed by mutual diffusion of the diffused zinc and gallium atoms or aluminum atoms.
Aluminum composition becomes large. For this reason, the wavelength of the absorption peak in the zinc diffusion region 109a in which the aluminum composition is increased is shifted to a shorter wavelength side than the oscillation wavelength determined by the gain region of the zinc non-diffusion region 109b. As a result, the zinc diffusion region 109a becomes substantially transparent to the oscillation wavelength, and light absorption at the cavity end face can be reduced.
【００１２】一方、第２の従来例に係る半導体レーザ装
置は、活性層で生じた再結合光が光ガイド層に誘導され
て端面から放出される。このとき、活性層は端面を含む
全面が第１クラッド層に覆われており露出していないた
め、共振器端面においてＣＯＤが生じにくい。On the other hand, in the semiconductor laser device according to the second conventional example, recombination light generated in the active layer is guided to the light guide layer and emitted from the end face. At this time, since the entire surface including the end face of the active layer is covered with the first cladding layer and is not exposed, COD hardly occurs on the end face of the resonator.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
１の従来例に係る半導体レーザ装置は、以下に示すいく
つかの問題を有している。However, the semiconductor laser device according to the first conventional example has the following problems.
【００１４】第１に、活性層１０４、第１光ガイド層１
０３及び第２光ガイド層１０５の結晶を共に無秩序化し
ているため、活性層１０４の結晶性が劣化して、結晶欠
陥が生じやすくなり、レーザ装置の信頼性が低下する。First, the active layer 104 and the first light guide layer 1
Since both the crystal of the light guide layer 03 and the crystal of the second light guide layer 105 are disordered, the crystallinity of the active layer 104 is deteriorated, crystal defects are likely to occur, and the reliability of the laser device is reduced.
【００１５】第２に、活性層１０４を構成する半導体結
晶中の原子同士の間に、拡散した亜鉛が残留するため、
長時間の通電による熱的な効果によって亜鉛がさらに拡
散することにより、動作特性の経時変化が顕著となる。Second, since the diffused zinc remains between the atoms in the semiconductor crystal forming the active layer 104,
The further diffusion of zinc due to the thermal effect of long-term energization results in a noticeable change in operating characteristics over time.
【００１６】第３に、亜鉛を高濃度に拡散すると、活性
層１０４自体の自由キャリアの吸収が増大するため、し
きい値電流が増大して、光出力の動作電流に対する変化
量である微分効率が低下する。Third, when zinc is diffused at a high concentration, the absorption of free carriers in the active layer 104 itself increases, so that the threshold current increases and the differential efficiency, which is the amount of change in the optical output with respect to the operating current, increases. Decrease.
【００１７】また、第２の従来例に係る半導体レーザ装
置についても、活性層はその端面近傍部分が除去されて
段差状になっており、その上に第１クラッド層が再成長
によって形成されているため、製造時に活性層が損傷を
受けたり、活性層と第１クラッド層との界面、特にレー
ザ光の出射端面付近の界面の結晶性が悪化したりしてレ
ーザ装置の信頼性が低下する。さらに界面付近に変成層
が生じて出射端面の近傍でレーザ光が吸収され、その結
果、ＣＯＤが生じてしまうという問題がある。Also, in the semiconductor laser device according to the second conventional example, the active layer has a stepped shape in which a portion near the end face is removed, and a first cladding layer is formed thereon by regrowth. Therefore, the active layer is damaged during manufacturing, or the crystallinity of the interface between the active layer and the first cladding layer, particularly the interface near the laser light emitting end face, is deteriorated, thereby lowering the reliability of the laser device. . Further, there is a problem that a metamorphic layer is generated near the interface and the laser light is absorbed near the emission end face, and as a result, COD is generated.
【００１８】本発明は前記従来の問題を解決し、活性層
の結晶性を劣化させることなく、共振器端面の近傍にお
いて活性層からの出射光の吸収をなくすことにより、光
学損傷（ＣＯＤ）を防止できると共に、装置の動作特性
の経時変化を抑制できるようにすることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems and eliminates the absorption of light emitted from the active layer near the cavity end face without deteriorating the crystallinity of the active layer, thereby reducing optical damage (COD). It is an object of the present invention to prevent the change of the operating characteristics of the device with the lapse of time.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、半導体発光装置における共振器端面近傍
の量子準位エネルギーを端面以外の領域よりも大きくす
る構成とする。In order to achieve the above object, the present invention has a configuration in which the quantum level energy near the cavity facet in a semiconductor light emitting device is larger than that in a region other than the facet.
【００２０】具体的に、本発明に係る第１の半導体発光
装置は、基板上に形成された第１の半導体層と、該第１
の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、該第２
の半導体層の上に形成された第３の半導体層とを備え、
第１の半導体層及び第３の半導体層の禁制帯幅は第２の
半導体層の禁制帯幅よりも大きく、第２の半導体層は該
第２の半導体層の端部に０次の量子準位の値がその端部
以外の領域よりも大きい高量子準位領域を有している。More specifically, a first semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a first semiconductor layer formed on a substrate,
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer formed on the semiconductor layer of
The forbidden band width of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is larger than the forbidden band width of the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer has a zero-order quantum standard at an end of the second semiconductor layer. It has a high quantum level region where the value of the order is greater than the region other than its end.
【００２１】第１の半導体発光装置によると、第１の半
導体層及び第３の半導体層の禁制帯幅は第２の半導体層
の禁制帯幅よりも大きく、且つ、第２の半導体層は該第
２の半導体層の端部に０次の量子準位の値がその端部以
外の領域よりも大きい高量子準位領域を有しているた
め、第２の半導体層の端部における吸収係数が大幅に低
減して第２の半導体層からの出射光が吸収されにくくな
る。その結果、ＣＯＤを防止できる上に、装置の動作特
性の経時変化を抑制することができる。According to the first semiconductor light emitting device, the forbidden band widths of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are larger than the forbidden band width of the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer is formed by the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. Since the edge of the second semiconductor layer has a high quantum level region where the value of the zeroth-order quantum level is larger than the region other than the edge, the absorption coefficient at the edge of the second semiconductor layer is increased. Is greatly reduced, and light emitted from the second semiconductor layer is hardly absorbed. As a result, not only COD can be prevented, but also the change over time in the operating characteristics of the device can be suppressed.
【００２２】第１の半導体発光装置において、第１の半
導体層又は第３の半導体層における第２の半導体層の端
部の近傍部分は、第１の半導体層又は第３の半導体層の
他の部分よりも禁制帯幅が大きいことが好ましい。この
ようにすると、第１の半導体層及び第３の半導体層に挟
まれた第２の半導体層の端部における０次の量子準位が
確実に大きくなる。In the first semiconductor light emitting device, a portion of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer near the end of the second semiconductor layer is connected to another portion of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer. It is preferable that the forbidden band width is larger than the portion. This ensures that the zero-order quantum level at the end of the second semiconductor layer sandwiched between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is large.
【００２３】第１の半導体発光装置において、第１の半
導体層が、基板の主面に対してほぼ垂直で且つ互いに対
向する１対の端面を有し、高量子準位領域が１対の端面
の少なくとも一方を含むことが好ましい。この場合に、
１対の端面を共振器端面とすれば、共振器端面における
ＣＯＤを確実に防止できる。In the first semiconductor light emitting device, the first semiconductor layer has a pair of end faces substantially perpendicular to the main surface of the substrate and facing each other, and the high quantum level region has a pair of end faces. It is preferable to include at least one of the following. In this case,
If the pair of end faces is a resonator end face, COD on the resonator end face can be reliably prevented.
【００２４】第１の半導体発光装置において、高量子準
位領域が、第２の半導体層の端面から内部に向かって所
定の長さに設けられていることが好ましい。このように
すると、第２の半導体層において所望の波長を持つ生成
光が確実に生成される。In the first semiconductor light emitting device, it is preferable that the high quantum level region is provided at a predetermined length from the end face of the second semiconductor layer toward the inside. By doing so, generated light having a desired wavelength is reliably generated in the second semiconductor layer.
【００２５】第１の半導体発光装置において、第１の半
導体層又は第３の半導体層の膜厚が０．５ｎｍ以上且つ
２０ｎｍ以下であることが好ましい。In the first semiconductor light emitting device, it is preferable that the thickness of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is 0.5 nm or more and 20 nm or less.
【００２６】第１の半導体発光装置において、第１の半
導体層又は第３の半導体層が第２の半導体層と比べて酸
素原子と反応しやすい半導体からなり、第１の半導体層
又は第３の半導体層は、その端部が該端部以外の領域よ
りも高濃度に酸素原子が導入されていることにより、第
１の半導体層又は第３の半導体層の端部の禁制帯幅がそ
の端部以外の領域の禁制帯幅よりも大きくなるように設
定されていることが好ましい。このようにすると、第１
の半導体層及び第３の半導体層に挟まれた第２の半導体
層の端部における０次の量子準位が確実に大きくなる。
その上、第２の半導体層が、導入された酸素の影響を受
けにくくなる。In the first semiconductor light emitting device, the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is made of a semiconductor which reacts more easily with oxygen atoms than the second semiconductor layer. In the semiconductor layer, the end portion of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer has a forbidden band width because oxygen atoms are introduced at a higher concentration than a region other than the end portion. It is preferable that the width is set to be larger than the forbidden band width of the region other than the part. In this case, the first
The zero-order quantum level at the end of the second semiconductor layer sandwiched between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer surely increases.
In addition, the second semiconductor layer is less affected by the introduced oxygen.
【００２７】第１の半導体発光装置において、第１の半
導体層及び第３の半導体層がＡｌＧａＡｓからなり、第
２の半導体層が、Ａｌの組成が第１の半導体層及び第３
の半導体層よりも小さいＡｌＧａＡｓか、又はＩｎＧａ
Ａｓ若しくはＧａＡｓからなることが好ましい。In the first semiconductor light emitting device, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are made of AlGaAs, and the second semiconductor layer has an Al composition of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer.
AlGaAs or InGa smaller than the semiconductor layer of
It is preferable to be made of As or GaAs.
【００２８】また、第１の半導体発光装置において、第
１の半導体層及び第３の半導体層がＡｌＧａＩｎＰから
なり、第２の半導体層が、Ａｌの組成が第１の半導体層
及び第３の半導体層よりも小さいＡｌＧａＩｎＰか、又
はＩｎＧａＰ若しくはＧａＡｓからなることが好まし
い。In the first semiconductor light emitting device, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are made of AlGaInP, and the second semiconductor layer has an Al composition of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. Preferably, it is made of AlGaInP or InGaP or GaAs smaller than the layer.
【００２９】これらの場合に、第２の半導体層のＡｌの
組成が０．３以下であることが好ましい。In these cases, the Al composition of the second semiconductor layer is preferably 0.3 or less.
【００３０】第１の半導体発光装置において、第１の半
導体層及び第３の半導体層がＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z Ｉ
ｎz Ｎ（但し、ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１とする。）からな
り、第２の半導体層が、Ａｌの組成が第１の半導体層及
び第３の半導体層よりも小さいＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z
Ｉｎz Ｎ（但し、ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１とする。）か、又
はＩｎＧａＮ若しくはＧａＮからなることが好ましい。[0030] In the first semiconductor light emitting device, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer B x Al y Ga 1-xyz I
nz N (where x, y, and z are 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
1, 0 ≦ z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦ 1. Made), the second semiconductor layer, the composition of Al is smaller than the first semiconductor layer and the third semiconductor layer B x Al y Ga 1-xyz
In z N (where x, y, and z are 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
1, 0 ≦ z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦ 1. ) Or InGaN or GaN.
【００３１】本発明に係る第２の半導体発光装置は、基
板上に形成された第１の半導体層と、第１の半導体層の
上に形成された第２の半導体層と、第２の半導体層の上
に形成された第３の半導体層とを備え、第１の半導体層
又は第３の半導体層の禁制帯幅は、第２の半導体層の禁
制帯幅よりも大きく且つ第２の半導体層よりも酸素原子
と反応しやすい半導体からなり、第１の半導体層又は第
３の半導体層は、その端部が該端部以外の領域よりも高
濃度に酸素原子が導入されていることにより、第１の半
導体層又は第３の半導体層の端部の禁制帯幅がその端部
以外の領域の禁制帯幅よりも大きくなるように設定され
ている。[0031] A second semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a first semiconductor layer formed on a substrate, a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer. A third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer, wherein a forbidden band width of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is larger than a forbidden band width of the second semiconductor layer and the second semiconductor layer The first semiconductor layer or the third semiconductor layer has a higher concentration of oxygen atoms in the first and third semiconductor layers than in a region other than the end. The forbidden band width at an end of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is set to be larger than the forbidden band width of a region other than the end.
【００３２】第２の半導体発光装置によると、第２の半
導体層が量子井戸構造を有している場合には、第１の半
導体層及び第３の半導体層に挟まれた第２の半導体層の
端部における０次の量子準位が大きくなるため、該第２
の半導体層の端部を共振器の端面とすれば、該端面にお
ける吸収係数が大幅に低減して第２の半導体層からの出
射光が吸収されにくくなるので、ＣＯＤを防止できる上
に、装置の動作特性の経時変化を抑制することができ
る。According to the second semiconductor light emitting device, when the second semiconductor layer has a quantum well structure, the second semiconductor layer sandwiched between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer The 0th-order quantum level at the end of
If the end of the semiconductor layer is used as the end face of the resonator, the absorption coefficient at the end face is greatly reduced and the light emitted from the second semiconductor layer is hardly absorbed, so that COD can be prevented and the device can be prevented. Over time of the operating characteristics can be suppressed.
【００３３】さらに、第２の半導体層は導入された酸素
の影響を受けにくく、その上、第１の半導体層又は第３
の半導体層はその端部が酸化されているため、第２の半
導体層の端部には注入された電流が流れにくくなる。従
って、第２の半導体層の中央部に注入電流が集中するの
で、装置が面発光型のダイオード素子の場合には発光効
率が向上する。Further, the second semiconductor layer is hardly affected by the introduced oxygen, and furthermore, the first semiconductor layer or the third
Since the end of the semiconductor layer is oxidized, the injected current hardly flows through the end of the second semiconductor layer. Therefore, the injection current is concentrated at the central portion of the second semiconductor layer, so that the luminous efficiency is improved when the device is a surface-emitting type diode element.
【００３４】第２の半導体発光装置において、第２の半
導体層が量子井戸層を含むことが好ましい。In the second semiconductor light emitting device, it is preferable that the second semiconductor layer includes a quantum well layer.
【００３５】本発明に係る半導体発光装置の製造方法
は、基板上に、第１の半導体層、第２の半導体層及び第
３の半導体層を順次形成することにより、第１の半導体
層、第２の半導体層及び第３の半導体層を含む積層体を
形成する工程と、積層体の少なくとも一方の側面を酸素
原子を含む雰囲気にさらすことにより、第１の半導体層
又は第２の半導体層の側部を酸化させる工程とを備えて
いる。In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer are sequentially formed on a substrate to form a first semiconductor layer, Forming a stacked body including the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, and exposing at least one side surface of the stacked body to an atmosphere containing oxygen atoms to form a first semiconductor layer or a second semiconductor layer. Oxidizing the side portion.
【００３６】本発明の半導体発光装置の製造方法による
と、本発明の第１又は第２の半導体発光装置を活性層と
なる第２の半導体層に何ら損傷を与えることなく確実に
形成できる。According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the first or second semiconductor light emitting device of the present invention can be surely formed without damaging the second semiconductor layer serving as an active layer.
【００３７】本発明の半導体発光装置の製造方法におい
て、第１の半導体層及び第３の半導体層の禁制帯幅が第
２の半導体層の禁制帯幅よりも大きいことが好ましい。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, it is preferable that the forbidden band width of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is larger than the forbidden band width of the second semiconductor layer.
【００３８】本発明の半導体発光装置の製造方法におい
て、第１の半導体層又は第３の半導体層が第２の半導体
層と比べて酸素原子と反応しやすい半導体からなること
が好ましい。In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, it is preferable that the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is made of a semiconductor which reacts more easily with oxygen atoms than the second semiconductor layer.
【００３９】本発明の半導体発光装置の製造方法におい
て、積層体を形成する工程が第２の半導体層を量子井戸
層を形成する工程を含むことが好ましい。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, it is preferable that the step of forming the stacked body includes the step of forming the second semiconductor layer as a quantum well layer.
【００４０】本発明の半導体発光装置の製造方法におい
て、積層体の酸化工程が水蒸気雰囲気による熱処理工程
を含むことが好ましい。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, it is preferable that the step of oxidizing the laminate includes a heat treatment step in a steam atmosphere.
【００４１】[0041]
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention.
An embodiment will be described with reference to the drawings.
【００４２】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体レーザ装置であって、共振器における共振方向と平行
な方向の断面構成を示している。FIG. 1 shows a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration in a direction parallel to a resonance direction of a resonator.
【００４３】図１に示すように、例えば、ｎ型ＧａＡｓ
からなる基板１１上には、基板１１側から順次、膜厚が
約１．５μｍのｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる第１
クラッド層１２と、膜厚が約２０ｎｍのアンドープＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなる第１光ガイド層１３と、膜厚
が約５ｎｍのアンドープＧａＡｓからなる量子井戸活性
層１４と、膜厚が約２０ｎｍのアンドープＡｌＧａＡｓ
からなる第２光ガイド層１５と、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5
Ａｓからなる第２クラッド層１６と、ｐ型ＧａＡｓから
なるコンタクト層１７とにより構成されたエピタキシャ
ル構造体が形成されている。ここで、量子井戸活性層１
４には、アルミニウムの組成が３０％以下のＡｌＧａＡ
ｓを用いてもよい。As shown in FIG. 1, for example, n-type GaAs
On a substrate 11 made of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As having a thickness of about 1.5 μm,
Cladding layer 12 and undoped Al having a thickness of about 20 nm
A first optical guide layer 13 made of 0.3 Ga 0.7 As, a quantum well active layer 14 made of undoped GaAs having a thickness of about 5 nm, and an undoped AlGaAs having a thickness of about 20 nm.
A second optical guide layer 15 of p-type Al 0.5 Ga 0.5
An epitaxial structure composed of a second cladding layer 16 made of As and a contact layer 17 made of p-type GaAs is formed. Here, the quantum well active layer 1
No. 4 is AlGaAs having an aluminum composition of 30% or less.
s may be used.
【００４４】コンタクト層１７上には、基板１１側から
例えばクロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）が
積層されてなるｐ側電極１８が形成され、基板１１のｐ
側電極１８と反対側の面上には、基板１１側から、例え
ば金、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含
む合金と金とが積層されてなるｎ側電極１９が形成され
ている。On the contact layer 17, a p-side electrode 18 formed by laminating, for example, chromium (Cr), platinum (Pt), and gold (Au) from the substrate 11 side is formed.
On the surface opposite to the side electrode 18, an n-side electrode 19 formed by laminating an alloy containing gold, germanium (Ge) and nickel (Ni) and gold from the substrate 11 side is formed.
【００４５】エピタキシャル構造体における共振器の共
振方向側の端面である共振器端面２０は、基板１１の主
面とほぼ垂直で且つ互いにほぼ平行となるように形成さ
れている。A resonator end face 20, which is an end face of the epitaxial structure on the resonance direction side of the resonator, is formed so as to be substantially perpendicular to the main surface of the substrate 11 and substantially parallel to each other.
【００４６】第１の実施形態の特徴として、量子井戸活
性層１４の上に設けられた第２光ガイド層１５は、共振
器の共振方向の隣接間で組成が互いに異なる部分を有し
ている。すなわち、各共振器端面２０からそれぞれ内部
に向かって約１０μｍの領域はアルミニウムの組成が約
０．７のＡｌ高組成部１５ａであり、該Ａｌ高組成部１
５ａに挟まれた部分はアルミニウムの組成が約０．３の
Ａｌ低組成部１５ｂである。ここで、第２光ガイド層１
５は量子井戸活性層１４に電子、ホール及びこれらが再
結合してなる再結合光を閉じ込める障壁層として機能す
る。As a feature of the first embodiment, the second light guide layer 15 provided on the quantum well active layer 14 has a portion having a different composition between adjacent resonators in the resonance direction. . That is, a region of about 10 μm from each resonator end face 20 toward the inside is an Al-rich composition portion 15a having an aluminum composition of about 0.7,
The portion sandwiched between 5a is an Al low composition portion 15b having an aluminum composition of about 0.3. Here, the second light guide layer 1
Numeral 5 functions as a barrier layer for confining electrons and holes and recombination light generated by recombination thereof in the quantum well active layer 14.
【００４７】このように、第２光ガイド層１５は、共振
器端面２０側にそれぞれＡｌ高組成部１５ａが設けられ
ているため、その禁制帯幅がＡｌ低組成部１５ｂの禁制
帯幅よりも大きい。その結果、量子井戸活性層１４にお
いて、共振器端面２０側の０次の量子準位、すなわち基
底量子準位がＡｌ低組成部１５ｂの下側部分よりも大き
くなる。As described above, in the second optical guide layer 15, since the high Al composition portions 15 a are provided on the resonator end face 20 side, the forbidden band width is larger than the forbidden band width of the low Al composition portion 15 b. large. As a result, in the quantum well active layer 14, the 0th-order quantum level on the resonator end face 20 side, that is, the ground quantum level, becomes larger than the lower portion of the Al low composition portion 15b.
【００４８】この様子を図２（ａ）及び（ｂ）に示す。This situation is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
【００４９】図２（ａ）及び図２（ｂ）は第１の実施形
態に係る半導体レーザ装置における量子井戸活性層１４
近傍のバンドダイヤグラムであって、図２（ａ）は共振
器の内部に位置するＡｌ低組成部１５ｂを含む領域を示
し、図２（ｂ）は共振器の端部に位置するＡｌ高組成部
１５ａを含む領域を示している。FIGS. 2A and 2B show the quantum well active layer 14 in the semiconductor laser device according to the first embodiment.
2 (a) shows a region including an Al low composition portion 15b located inside the resonator, and FIG. 2 (b) shows an Al high composition portion located at the end of the resonator. An area including 15a is shown.
【００５０】図２（ａ）に示すように、Ａｌ低組成部１
５ｂを含む領域においては、左右対称の量子井戸構造と
なり、このときの電子及びホールの０次の量子準位間の
遷移エネルギーは１．５２９ｅＶであり、レーザ光の発
振波長の８１１ｎｍに相当する。As shown in FIG. 2A, the Al low composition part 1
The region including 5b has a symmetrical quantum well structure, in which the transition energy between the 0th-order quantum levels of electrons and holes is 1.529 eV, which corresponds to the oscillation wavelength of laser light of 811 nm.
【００５１】一方、図２（ｂ）に示すように、共振器端
面２０側に位置するＡｌ高組成部１５ａを含む領域にお
いては、Ａｌ高組成部１５ａの禁制帯幅が第１光ガイド
層１３よりも大きい非対称量子井戸構造となり、このと
きの０次の量子準位間の遷移エネルギーは１．５４８ｅ
Ｖとなり、レーザ光の発振波長の８０１ｎｍに相当す
る。このように、共振器端面２０側の０次の量子準位が
高エネルギー側にシフトした高量子準位領域１０が生成
されていることが分かる。On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the region including the Al-rich composition portion 15a located on the cavity end face 20 side, the forbidden band width of the Al-rich composition portion 15a is reduced by the first optical guide layer 13. , The transition energy between the zero-order quantum levels is 1.548 e
V, which is equivalent to the oscillation wavelength of laser light of 801 nm. Thus, it can be seen that the high quantum level region 10 in which the zero-order quantum level on the side of the resonator end face 20 is shifted to the high energy side is generated.
【００５２】次に、Ａｌ高組成部１５ａ及びＡｌ低組成
部１５ｂの各発光スペクトルを示す。Next, the emission spectra of the high Al composition portion 15a and the low Al composition portion 15b are shown.
【００５３】図３は第１の実施形態に係る半導体レーザ
装置におけるＡｌ高組成部１５ａ及びＡｌ低組成部１５
ｂの量子井戸活性層１４からの各発光スペクトルをフォ
トルミネセンス法により測定した結果を示している。図
３において、横軸は波長を表わし、縦軸は発光スペクト
ルの強度を任意目盛として表わしている。FIG. 3 shows an Al high composition part 15a and an Al low composition part 15 in the semiconductor laser device according to the first embodiment.
4B shows the result of measuring each emission spectrum from the quantum well active layer 14 by the photoluminescence method. In FIG. 3, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the intensity of the emission spectrum on an arbitrary scale.
【００５４】図３に示すように、Ａｌ高組成部１５ａに
おける発光スペクトル１Ａのピークが、Ａｌ低組成部１
５ｂにおける発光スペクトル１Ｂのピークと比べて約１
０ｎｍも短波長側にシフトしていることを確認してい
る。As shown in FIG. 3, the peak of the emission spectrum 1A in the high Al composition portion 15a is
About 1 peak compared to the emission spectrum 1B peak at 5b.
It has been confirmed that 0 nm is shifted to the shorter wavelength side.
【００５５】従って、Ａｌ高組成部１５ａにおける発光
スペクトルが短波長側にシフトすることにより、量子井
戸活性層１４におけるＡｌ高組成部１５ａの下側部分の
光の吸収係数が大幅に低減されるため、量子井戸活性層
１４で生成されるレーザ光が共振器端面２０の近傍にお
いて吸収されにくくなり、その結果、ＣＯＤを防止する
ことができる。これにより、半導体レーザ装置のしきい
値電流密度が小さくなるので、微分効率の値が大きくな
ると共に最大光出力を向上することができる。Therefore, since the emission spectrum in the high Al composition portion 15a shifts to the short wavelength side, the light absorption coefficient of the lower part of the high Al composition portion 15a in the quantum well active layer 14 is greatly reduced. In addition, laser light generated in the quantum well active layer 14 is less likely to be absorbed in the vicinity of the cavity end face 20, and as a result, COD can be prevented. As a result, the threshold current density of the semiconductor laser device decreases, so that the value of the differential efficiency increases and the maximum light output can be improved.
【００５６】また、第１の実施形態においては、第２光
ガイド層１５に対してその面内方向にＡｌ高組成部１５
ａ及びＡｌ低組成部１５ｂを設けており、該第２光ガイ
ド層１５の下側に位置する量子井戸活性層１４に対して
は何の加工も施していないため、量子井戸活性層１４に
損傷を与えることがない。従って、量子井戸活性層１４
の結晶性の劣化による損失の増大や信頼性の低下を生じ
る虞がない。In the first embodiment, the Al-rich composition portion 15 is formed in the in-plane direction with respect to the second light guide layer 15.
a and the Al low composition portion 15b are provided, and the quantum well active layer 14 located below the second optical guide layer 15 is not subjected to any processing. Never give. Therefore, the quantum well active layer 14
There is no danger that the loss and reliability decrease due to the deterioration of crystallinity.
【００５７】なお、Ａｌ高組成部１５ａ及びＡｌ低組成
部１５ｂを第２光ガイド層１５に設けたが、これに代え
て、量子井戸活性層１４の下側に位置する第１光ガイド
層１３に設けてもよく、さらには、第１光ガイド層１３
及び第２光ガイド層１５の両方に設けてもよい。Although the high Al composition portion 15 a and the low Al composition portion 15 b are provided in the second optical guide layer 15, the first optical guide layer 13 located below the quantum well active layer 14 is replaced with this. And the first light guide layer 13
And the second light guide layer 15.
【００５８】また、量子井戸活性層１４にＧａＡｓを用
いたが、第１光ガイド層１３及び第２光ガイド層１５よ
りもアルミニウムの組成が小さくなる範囲であればアル
ミニウムを含んでいてもよい。Although GaAs is used for the quantum well active layer 14, the quantum well active layer 14 may contain aluminum as long as the composition of aluminum is smaller than that of the first light guide layer 13 and the second light guide layer 15.
【００５９】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明す
る。Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser device configured as described above will be described with reference to the drawings.
【００６０】図４（ａ）〜図４（ｃ）は本発明の第１の
実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の
断面構成を示している。FIGS. 4A to 4C show cross-sectional structures in the order of steps of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.
【００６１】まず、図４（ａ）に示すように、例えば有
機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ｎ型ＧａＡ
ｓからなる基板１１上に、第１クラッド層１２、第１光
ガイド層１３、量子井戸活性層１４、ｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓからなる第２光ガイド層形成層１５Ａ、第２ク
ラッド層形成層１６Ａ、及びコンタクト層形成層１７Ａ
を順次成長してエピタキシャル基板を形成する。First, as shown in FIG. 4A, n-type GaAs is formed by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method.
s, a first cladding layer 12, a first optical guide layer 13, a quantum well active layer 14, a p-type Al 0.3 Ga
Second optical guide layer forming layer 15A, second cladding layer forming layer 16A, and contact layer forming layer 17A made of 0.7 As
Are sequentially grown to form an epitaxial substrate.
【００６２】次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ法により、エピタキシャル基板の上に、共振
器の共振方向の開口幅が約２０μｍのマスクパターン５
０を形成し、形成したマスクパターン５０を用いて、量
子井戸活性層１４が露出するまでドライエッチングを行
なうことにより、第２光ガイド層形成層１５Ａから複数
のＡｌ低組成部１５ｂを形成する。Next, as shown in FIG. 4B, a mask pattern 5 having an opening width of about 20 μm in the resonance direction of the resonator is formed on the epitaxial substrate by photolithography.
0 is formed, and dry etching is performed using the formed mask pattern 50 until the quantum well active layer 14 is exposed, thereby forming a plurality of Al low composition portions 15b from the second optical guide layer forming layer 15A.
【００６３】次に、図４（ｃ）に示すように、マスクパ
ターン５０を残したまま、再度ＭＯＣＶＤ法により再成
長を行なって、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ＡｓからなるＡｌ
高組成部１５ａと、さらに第２クラッド層１６及びコン
タクト層１７を順次形成する。続いて、マスクパターン
５０を除去した後、コンタクト層１７上及び基板１１の
裏面にそれぞれｐ側電極１８及びｎ側電極１９を形成す
る。その後、Ａｌ低組成部１５ｂにより挟まれたＡｌ高
組成部１５ａの中央部分で劈開を行なって、共振器端面
２０を形成することにより、図１に示す半導体レーザ装
置を得る。Next, as shown in FIG. 4C, while the mask pattern 50 is left, regrowth is performed again by the MOCVD method, and Al made of p-type Al 0.7 Ga 0.3 As is formed.
The high composition portion 15a, the second cladding layer 16 and the contact layer 17 are sequentially formed. Subsequently, after removing the mask pattern 50, a p-side electrode 18 and an n-side electrode 19 are formed on the contact layer 17 and the back surface of the substrate 11, respectively. After that, the semiconductor laser device shown in FIG. 1 is obtained by cleaving the central portion of the high Al composition portion 15a sandwiched by the low Al composition portions 15b and forming the cavity end face 20.
【００６４】このように、第１の実施形態に係る製造方
法によると、量子井戸活性層１４に対してエッチングを
行なわず、さらに、該量子井戸活性層１４の大部分の領
域、すなわちＡｌ低組成部１５ｂの下側部分の領域はエ
ッチングにさらされることがない。その結果、量子井戸
活性層１４はエッチングによる損傷をまったく受けるこ
とがないため、半導体レーザ装置における動作特性の経
時劣化を大幅に抑制できる。As described above, according to the manufacturing method of the first embodiment, etching is not performed on the quantum well active layer 14, and most of the region of the quantum well active layer 14, that is, the Al low composition The region of the lower part of the part 15b is not exposed to etching. As a result, since the quantum well active layer 14 is not damaged at all by the etching, the deterioration with time of the operating characteristics of the semiconductor laser device can be largely suppressed.
【００６５】以下、第１の実施形態に係る半導体レーザ
装置の動作特性について説明する。The operation characteristics of the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described below.
【００６６】図５は第１の実施形態に係る半導体レーザ
装置と、比較用の第１の従来例に係る半導体レーザ装置
との電流光出力特性を示す。ここで、横軸は動作電流を
表わし、縦軸は光出力を表わす。FIG. 5 shows current light output characteristics of the semiconductor laser device according to the first embodiment and the semiconductor laser device according to the first conventional example for comparison. Here, the horizontal axis represents the operating current, and the vertical axis represents the light output.
【００６７】図５に示すように、曲線２Ａに示す第１の
実施形態に係る半導体レーザ装置は、曲線２Ｂに示す第
１の従来例と比べて、しきい値電流の値が小さい。さら
に、微分効率の値が大きく、最大光出力も第１の従来例
の約１．５倍に向上していることが分かる。As shown in FIG. 5, the semiconductor laser device according to the first embodiment shown by the curve 2A has a smaller threshold current value than the first conventional example shown by the curve 2B. Further, it can be seen that the value of the differential efficiency is large and the maximum light output is improved about 1.5 times that of the first conventional example.
【００６８】図６は第１の実施形態に係る半導体レーザ
装置と、比較用の第１の従来例に係る半導体レーザ装置
との高温通電試験の結果を示す。ここで、横軸は動作時
間を表わし、縦軸は動作電流を表わす。ここでは、動作
温度を６０℃とし、光出力を１００ｍＷの一定値とする
動作条件により連続発振させた場合の、動作電流の変化
を表わしている。FIG. 6 shows the results of a high-temperature conduction test of the semiconductor laser device according to the first embodiment and the semiconductor laser device according to the first conventional example for comparison. Here, the horizontal axis represents the operating time, and the vertical axis represents the operating current. Here, the change in the operating current when the operating temperature is 60 ° C. and the light output is continuously oscillated under the operating conditions of a constant value of 100 mW is shown.
【００６９】図６に示すように、曲線３Ｂに示す第１の
従来例の半導体レーザ装置は、動作時間が１０００時間
前後でその動作電流が急激に増大している。一方、曲線
３Ａに示す第１の実施形態に係る半導体レーザ装置は、
動作時間が２０００時間を超えてもその動作電流は極め
て安定しており、動作の信頼性が大きく向上しているこ
とが分かる。As shown in FIG. 6, the operating current of the semiconductor laser device of the first conventional example shown by the curve 3B sharply increases when the operating time is around 1000 hours. On the other hand, the semiconductor laser device according to the first embodiment shown by the curve 3A
It can be seen that the operation current is extremely stable even when the operation time exceeds 2000 hours, and the reliability of the operation is greatly improved.
【００７０】なお、図７に示すように、第２光ガイド層
１５のＡｌ高組成部１５ａをエピタキシャル構造体の最
上部にまで成長させても同様の効果を得ることができ
る。As shown in FIG. 7, the same effect can be obtained by growing the high Al composition portion 15a of the second optical guide layer 15 to the top of the epitaxial structure.
【００７１】また、量子井戸活性層１４に高量子準位領
域１０を生成するＡｌ高組成部１５ａを量子井戸活性層
１４に隣接して設けたが、これらの間に１層以上の他の
半導体層を設けてもよい。この場合、他の半導体層の膜
厚が、量子井戸活性層１４に閉じ込められた電子又はホ
ールの波動関数の広がり具合と対応する幅よりも小さけ
れば、本実施形態の効果を得ることができる。Further, the high Al composition portion 15a for generating the high quantum level region 10 is provided adjacent to the quantum well active layer 14 in the quantum well active layer 14, and one or more other semiconductors are provided between them. A layer may be provided. In this case, if the thickness of the other semiconductor layer is smaller than the width corresponding to the spread of the wave function of the electrons or holes confined in the quantum well active layer 14, the effect of the present embodiment can be obtained.
【００７２】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００７３】図８は本発明の第２の実施形態に係る半導
体レーザ装置であって、共振器における共振方向と平行
な方向の断面構成を示している。FIG. 8 shows a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration in a direction parallel to the resonance direction of the resonator.
【００７４】図８に示すように、例えば、ｎ型ＧａＡｓ
からなる基板２１上には、基板２１側から順次、膜厚が
約１．５μｍのｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる第１
クラッド層２２と、膜厚が約２０ｎｍのアンドープＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなる第１光ガイド層２３と、膜厚
が約５ｎｍのアンドープＧａＡｓからなる量子井戸活性
層２４と、膜厚が約２ｎｍでアルミニウム及び砒素を含
む障壁層２５と、膜厚が約２０ｎｍのアンドープＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなる第２光ガイド層２６と、ｐ型
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる第２クラッド層２７と、
ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２８とにより構成さ
れたエピタキシャル構造体が形成されている。As shown in FIG. 8, for example, n-type GaAs
On a substrate 21 of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As having a thickness of about 1.5 μm,
Cladding layer 22 and undoped Al having a thickness of about 20 nm
A first optical guide layer 23 made of 0.3 Ga 0.7 As, a quantum well active layer 24 made of undoped GaAs having a thickness of about 5 nm, a barrier layer 25 made of aluminum and arsenic having a thickness of about 2 nm, About 20 nm of undoped Al
A second optical guide layer 26 made of 0.3 Ga 0.7 As, a second clad layer 27 made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As,
An epitaxial structure constituted by the contact layer 28 made of p-type GaAs is formed.
【００７５】コンタクト層２８上には、基板２１側から
例えばクロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）が
積層されてなるｐ側電極２９が形成され、基板２１のｐ
側電極２９と反対側の面上には、基板２１側から、例え
ば金、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含
む合金と金とが積層されてなるｎ側電極３０が形成され
ている。On the contact layer 28, a p-side electrode 29 formed by stacking, for example, chromium (Cr), platinum (Pt), and gold (Au) from the substrate 21 side is formed.
On the surface on the side opposite to the side electrode 29, an n-side electrode 30 formed by laminating an alloy containing, for example, gold, germanium (Ge) and nickel (Ni) and gold is formed from the substrate 21 side.
【００７６】エピタキシャル構造体における共振器の共
振方向側の端面である共振器端面２０は、基板２１の主
面とほぼ垂直で且つ互いにほぼ平行となるように形成さ
れている。The resonator end face 20 which is the end face of the resonator in the resonance direction in the epitaxial structure is formed so as to be substantially perpendicular to the main surface of the substrate 21 and substantially parallel to each other.
【００７７】第２の実施形態の特徴として、量子井戸活
性層２４と第２光ガイド層２６との間に設けられた障壁
層２５は、共振器の共振方向の隣接間で組成が互いに異
なる部分を有している。すなわち、各共振器端面２０か
らそれぞれ内部に向かって約１０μｍの部分は酸化砒化
アルミニウム（Ａｌx Ａｓy Ｏ1-x-y （但し、ｘ、ｙ
は、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１であ
る。））からなる酸化部２５ａであり、該酸化部２５ａ
に挟まれた部分は砒化アルミニウム（ＡｓＡｌ）からな
る非酸化部２５ｂである。As a feature of the second embodiment, the barrier layer 25 provided between the quantum well active layer 24 and the second optical guide layer 26 has a portion where the composition differs between adjacent resonators in the resonance direction. have. That is, the portion of about 10μm toward the inside from each resonator facet 20 is oxidized aluminum arsenide (Al x As y O 1- xy ( where, x, y
Are 0 <x <1, 0 <y <1, and 0 <x + y <1. )), And the oxidized portion 25a
Is a non-oxidized portion 25b made of aluminum arsenide (AsAl).
【００７８】このように、障壁層２５は、共振器端面２
０側にそれぞれ酸化部２５ａが設けられているため、そ
の禁制帯幅が非酸化部２５ｂの禁制帯幅よりも大きい。
その結果、量子井戸活性層２４において、共振器端面２
０側の０次の量子準位、すなわち基底量子準位が非酸化
部２５ｂ領域の下側部分よりも大きくなる。その結果、
量子井戸活性層２４における酸化部２５ａの下側部分の
光の吸収係数が大幅に低減されるため、量子井戸活性層
２４で生成されるレーザ光が共振器端面２０の近傍にお
いて吸収されにくくなるので、ＣＯＤを防止することが
できる。その結果、半導体レーザ装置のしきい値電流密
度が低くなるので、微分効率の値が大きくなると共に、
最大光出力を向上することができる。As described above, the barrier layer 25 is formed on the cavity facet 2.
Since the oxidized portions 25a are provided on the 0 side, the forbidden band width is larger than the forbidden band width of the non-oxidized portion 25b.
As a result, in the quantum well active layer 24, the cavity facet 2
The 0th-order quantum level on the 0 side, that is, the ground quantum level, is larger than the lower portion of the non-oxidized portion 25b region. as a result,
Since the light absorption coefficient of the lower part of the oxidized portion 25a in the quantum well active layer 24 is greatly reduced, the laser light generated in the quantum well active layer 24 is less likely to be absorbed in the vicinity of the cavity facet 20. , COD can be prevented. As a result, the threshold current density of the semiconductor laser device decreases, so that the value of the differential efficiency increases,
The maximum light output can be improved.
【００７９】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明す
る。Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor laser device configured as described above will be described with reference to the drawings.
【００８０】図９（ａ）〜図９（ｂ）は本発明の第２の
実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示してい
る。FIGS. 9A and 9B show a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.
【００８１】まず、図９（ａ）に示すように、例えばＭ
ＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２１上
に、第１クラッド層２２、第１光ガイド層２３、量子井
戸活性層２４、ＡｌＡｓよりなる障壁層形成層２５Ａ、
第２光ガイド層２６、第２クラッド層２７及びコンタク
ト層２８を順次成長してエピタキシャル基板４０を形成
する。その後、コンタクト層２８上及び基板２１の裏面
にそれぞれｐ側電極２９及びｎ側電極３０を形成し、続
いて、エピタキシャル基板４０に対して所定の位置で劈
開を行なって共振器端面２０を形成する。First, as shown in FIG.
Using an OVPE method, a first cladding layer 22, a first optical guide layer 23, a quantum well active layer 24, a barrier layer forming layer 25A made of AlAs,
An epitaxial substrate 40 is formed by sequentially growing the second light guide layer 26, the second clad layer 27, and the contact layer 28. Thereafter, a p-side electrode 29 and an n-side electrode 30 are formed on the contact layer 28 and the back surface of the substrate 21, respectively, and subsequently, the epitaxial substrate 40 is cleaved at a predetermined position to form the resonator end face 20. .
【００８２】次に、図９（ｂ）に示すように、電気炉６
０を用いて、劈開されたエピタキシャル基板４０に対し
て水蒸気雰囲気による酸化処理を行なう。Next, as shown in FIG.
Using 0, the cleaved epitaxial substrate 40 is oxidized in a water vapor atmosphere.
【００８３】電気炉６０は、吸気口６１ａ及び排気口６
１ｂを有する石英からなる反応管６１と該反応管６１の
周囲を覆うヒータ６２とからなり、反応管６１内には基
板ホルダ６３が設けられている。The electric furnace 60 has an inlet 61 a and an outlet 6
A reaction tube 61 made of quartz having 1b and a heater 62 covering the periphery of the reaction tube 61 are provided. A substrate holder 63 is provided in the reaction tube 61.
【００８４】電気炉６０を用いた酸化処理は、基板ホル
ダ６３に保持され、且つ、約３００℃以上の温度で加熱
されたエピタキシャル基板４０の周囲に水蒸気（Ｈ2
Ｏ）と窒素（Ｎ2 ）とからなる混合ガスを導入すること
により行なう。混合ガスは、タンク６４内に収納されて
いる水に外部から導入される窒素ガスを吹き込むことに
よって生成する。また、加熱温度を調節することによ
り、障壁層形成層２５Ａの酸化の進行速度を制御するこ
とができる。反応管６１内の圧力は大気圧としている。In the oxidation treatment using the electric furnace 60, water vapor (H 2) is deposited around the epitaxial substrate 40 held by the substrate holder 63 and heated at a temperature of about 300 ° C. or higher.
O) and nitrogen (N 2 ) are introduced to introduce a mixed gas. The mixed gas is generated by blowing nitrogen gas introduced from outside into the water stored in the tank 64. Further, by adjusting the heating temperature, the progression rate of the oxidation of the barrier layer forming layer 25A can be controlled. The pressure in the reaction tube 61 is atmospheric pressure.
【００８５】このように、エピタキシャル基板４０の共
振器端面２０に酸素原子を水蒸気状態で導入して障壁層
形成層２５Ａを選択的に酸化することにより、障壁層形
成層２５Ａの端部に酸化砒化アルミニウムからなる酸化
部２５ａを形成する。As described above, oxygen atoms are introduced into the cavity end face 20 of the epitaxial substrate 40 in a water vapor state to selectively oxidize the barrier layer formation layer 25A, so that arsenic oxide is formed on the end of the barrier layer formation layer 25A. An oxidized portion 25a made of aluminum is formed.
【００８６】量子井戸層活性層２４上に形成されたＡｌ
Ａｓからなる障壁層形成層２５Ａは酸素との反応性が極
めて高いため、量子井戸活性層２４がほとんど酸化され
ることなく、障壁層形成層２５Ａの端部を選択的に酸化
できる。その結果、障壁層形成層２５Ａの端部に酸化部
２５ａを確実に形成できる。The Al formed on the quantum well layer active layer 24
Since the barrier layer forming layer 25A made of As has extremely high reactivity with oxygen, the edge of the barrier layer forming layer 25A can be selectively oxidized without substantially oxidizing the quantum well active layer 24. As a result, the oxidized portion 25a can be reliably formed at the end of the barrier layer forming layer 25A.
【００８７】以下、第２の実施形態に係る半導体レーザ
装置の動作特性について説明する。The operation characteristics of the semiconductor laser device according to the second embodiment will be described below.
【００８８】まず、フォトルミネセンス法による、酸化
部２５ａと非酸化部２５ｂとの禁制帯幅の差を説明す
る。First, the difference in the forbidden band width between the oxidized portion 25a and the non-oxidized portion 25b by the photoluminescence method will be described.
【００８９】Ａｌx Ａｓy Ｏ1-x-y からなる酸化部２５
ａとＡｌＡｓからなる非酸化部２５ｂとに対して、それ
ぞれフォトルミネセンスの発光スペクトルのピークを調
べると、非酸化部２５ｂのピーク波長が７９７ｎｍであ
るのに対し、酸化部２５ａのピーク波長は７６０ｎｍ程
度であることを確認している。これにより、酸化部２５
ａのピーク波長が短波長側にシフトしており、酸化部２
５ａが非酸化部２５ｂよりも大きい禁制帯幅を持つこと
が分かる。[0089] Al x As y O oxidation unit 25 consisting of 1-xy
The peak of the photoluminescence emission spectrum of each of the non-oxidized portion 25b made of AlAs and the non-oxidized portion 25b was 797 nm, whereas the peak wavelength of the non-oxidized portion 25b was 797 nm. Make sure that it is about. Thereby, the oxidized portion 25
a is shifted to the shorter wavelength side, and the oxidized portion 2
It can be seen that 5a has a larger forbidden band width than the non-oxidized portion 25b.
【００９０】次に、第２の実施形態に係る半導体レーザ
装置の電流光出力特性を示す。Next, the current light output characteristics of the semiconductor laser device according to the second embodiment will be described.
【００９１】図１０は第２の実施形態に係る半導体レー
ザ装置と、比較用であって第１の実施形態に係る半導体
レーザ装置との電流光出力特性を示す。ここで、横軸は
動作電流を表わし、縦軸は光出力を表わす。図１０から
分かるように、曲線４Ａに示す第２の実施形態に係る半
導体レーザ装置は、曲線４Ｂに示す第１の実施形態に係
る半導体レーザ装置よりもしきい値電流値がやや小さ
い。さらに微分効率の値も大きく、最大光出力も向上し
ている。これは、酸化部２５ａのＡｌx Ａｓy Ｏ 1-x-y
の絶縁性が非常に高く、該酸化部２５ａを流れる無効電
流が大幅に低減したことによる。FIG. 10 shows a semiconductor laser according to the second embodiment.
Device and a semiconductor for comparison and according to the first embodiment
4 shows current light output characteristics with a laser device. Where the horizontal axis is
The ordinate represents the operating current, and the ordinate represents the light output. From FIG.
As can be seen, the half according to the second embodiment shown in curve 4A.
The conductor laser device according to the first embodiment shown in a curve 4B.
Threshold current value is slightly smaller than
No. Furthermore, the value of differential efficiency is large, and the maximum light output has been improved.
ing. This is due to the Alx Asy O 1-xy
Is very high in insulation, and the reactive current flowing through the oxidized portion 25a
This is due to the greatly reduced flow.
【００９２】なお、第２の実施形態においては、量子井
戸活性層２４の組成をＧａＡｓとしたが、Ａｌ組成が小
さいＡｌＧａＡｓを用いても同様の効果を得ることがで
きる。Ａｌを含ませる場合は、Ａｌの組成を約０．３以
下とすれば、発光効率を特に向上させることができる。Although the quantum well active layer 24 is made of GaAs in the second embodiment, the same effect can be obtained by using AlGaAs having a small Al composition. When Al is contained, the luminous efficiency can be particularly improved by setting the Al composition to about 0.3 or less.
【００９３】また、障壁層２５の膜厚は、０．５ｎｍ以
上且つ２０ｎｍ以下が特に好ましい。障壁層２５の膜厚
が０．５ｎｍ以上であれば量子井戸活性層２４内の電子
及びホールの波動関数が第２光ガイド層２６に深くしみ
出すことがない。その結果、障壁層２５の禁制帯幅が大
きくなることによって生じる、量子井戸活性層２４にお
ける量子準位エネルギーの増大効果が大きくなる。The thickness of the barrier layer 25 is particularly preferably 0.5 nm or more and 20 nm or less. If the thickness of the barrier layer 25 is 0.5 nm or more, the wave functions of electrons and holes in the quantum well active layer 24 do not seep into the second light guide layer 26 deeply. As a result, the effect of increasing the quantum level energy in the quantum well active layer 24 caused by the increase in the forbidden band width of the barrier layer 25 increases.
【００９４】一方、障壁層２５の膜厚が２０ｎｍ以下で
あれば、第２光ガイド層２６から量子井戸活性層２４へ
キャリアが十分に注入されるため、半導体レーザ装置の
動作電圧が低減する。On the other hand, if the thickness of the barrier layer 25 is 20 nm or less, carriers are sufficiently injected from the second optical guide layer 26 into the quantum well active layer 24, and the operating voltage of the semiconductor laser device is reduced.
【００９５】また、量子井戸活性層２４とｐ型の導電性
を有する第２クラッド層２７との間に設けられた障壁層
２５は、アンドープでもよく、さらにはｐ型にドープさ
れていることが好ましい。これにより、量子井戸活性層
２４へのホールの注入効率を高くすることができる。The barrier layer 25 provided between the quantum well active layer 24 and the second cladding layer 27 having p-type conductivity may be undoped, and may be p-type doped. preferable. As a result, the efficiency of hole injection into the quantum well active layer 24 can be increased.
【００９６】また、量子井戸活性層２４と第２光ガイド
層２６との間に、ＡｌＡｓからなる障壁層２５を設けた
が、これに代えて、量子井戸活性層２４と第１光ガイド
層２３との間にのみＡｌＡｓからなる障壁層を設けても
よく、また、量子井戸活性層２４の上側及び下側の両方
に設けてもよい。ここで、ｎ型の導電性を持つ第１光ガ
イド層３２の上に障壁層を設けた場合は、該障壁層はア
ンドープでもよく、さらには、ｎ型にドープされている
ことが好ましい。ｎ型にドープすることにより、量子井
戸活性層２４への電子の注入効率を高くすることができ
る。The barrier layer 25 made of AlAs is provided between the quantum well active layer 24 and the second light guide layer 26. Instead of this, the quantum well active layer 24 and the first light guide layer 23 are provided. And a barrier layer made of AlAs may be provided only between the upper and lower sides of the quantum well active layer 24. Here, when a barrier layer is provided on the first light guide layer 32 having n-type conductivity, the barrier layer may be undoped, and more preferably n-type doped. By doping n-type, the efficiency of injecting electrons into the quantum well active layer 24 can be increased.
【００９７】また、量子井戸活性層２４に高量子準位領
域を生成する酸化部２５ａを量子井戸活性層２４に隣接
して設けたが、これらの間に１層以上の他の半導体層を
設けてもよい。この場合に、他の半導体層の膜厚が、量
子井戸活性層２４に閉じ込められた電子又はホールの波
動関数の広がりの幅よりも小さければ、本実施形態の効
果を得ることができる。The oxidized portion 25a for generating a high quantum level region in the quantum well active layer 24 is provided adjacent to the quantum well active layer 24, but one or more other semiconductor layers are provided therebetween. You may. In this case, if the thickness of the other semiconductor layer is smaller than the width of the spread of the wave function of the electrons or holes confined in the quantum well active layer 24, the effect of the present embodiment can be obtained.
【００９８】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について図面を参照しながら説明する。(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００９９】図１１は本発明の第３の実施形態に係る発
光ダイオード装置の断面構成を示している。FIG. 11 shows a sectional configuration of a light emitting diode device according to the third embodiment of the present invention.
【０１００】図１１に示すように、ｎ型ＧａＡｓからな
る基板３１上には、基板３１側から順次、膜厚が約１μ
ｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層３２
と、膜厚が約５ｎｍのアンドープＩｎＧａＰからなる量
子井戸活性層３３と、膜厚が約２ｎｍでＡｌＩｎＰを含
む障壁層３４と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラ
ッド層３５とが形成されている。As shown in FIG. 11, on a substrate 31 made of n-type GaAs, a film thickness of about 1 μm is sequentially formed from the substrate 31 side.
First cladding layer 32 made of m-type AlGaInP
A quantum well active layer 33 made of undoped InGaP having a thickness of about 5 nm, a barrier layer 34 made of AlInP and having a thickness of about 2 nm, and a second cladding layer 35 made of p-type AlGaInP are formed.
【０１０１】第２クラッド層３５の上には、発光光に対
して透光性を持つｐ側電極３６が形成され、基板３１の
ｐ側電極３６と反対側の面上には、基板３１側から、例
えば金、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を
含む合金と金とが積層されてなるｎ側電極３７が形成さ
れている。On the second cladding layer 35, a p-side electrode 36 having a property of transmitting light is formed. On the surface of the substrate 31 opposite to the p-side electrode 36, Accordingly, an n-side electrode 37 formed by stacking gold and an alloy including, for example, gold, germanium (Ge), and nickel (Ni) is formed.
【０１０２】第３の実施形態の特徴として、量子井戸活
性層３３と第２クラッド層３５との間に設けられた障壁
層３４は、面内方向の隣接間で組成が互いに異なる部分
を有している。すなわち、両側面からそれぞれ内部に向
かって約１０μｍの部分は、ＡｌＩｎＰと酸素との化合
物からなる酸化部３４ａであり、該酸化部３４ａに挟ま
れた部分はＡｌＩｎＰからなる非酸化部３４ｂである。As a feature of the third embodiment, the barrier layer 34 provided between the quantum well active layer 33 and the second clad layer 35 has a portion where the composition is different between adjacent layers in the in-plane direction. ing. That is, a portion of about 10 μm from both sides toward the inside is an oxidized portion 34a made of a compound of AlInP and oxygen, and a portion sandwiched between the oxidized portions 34a is a non-oxidized portion 34b made of AlInP.
【０１０３】この構成により、障壁層３４の側面近傍に
設けた酸化部３４ａが非酸化部３４ｂよりも禁制帯幅が
大きいため、酸化部３４ａに流れ込む動作電流の電流量
を減らすことができる。その結果、量子井戸活性層３３
の側部における、発光に寄与しない非発光再結合中心が
多く存在する領域に電流が注入されることを抑制できる
ので、発光ダイオード装置の発光効率を向上させること
ができる。With this configuration, the oxidized portion 34a provided near the side surface of the barrier layer 34 has a larger forbidden band width than the non-oxidized portion 34b, so that the amount of operating current flowing into the oxidized portion 34a can be reduced. As a result, the quantum well active layer 33
Can be suppressed from being injected into a region where a large number of non-radiative recombination centers that do not contribute to light emission are present on the side portion of the light-emitting diode device.
【０１０４】第３の実施形態に係る発光ダイオード装置
の製造方法は、第２の実施形態と同様に、各半導体層を
エピタキシャル成長し、ｐ側電極３６及びｎ側電極３７
を形成した後、基板３１を所定寸法に劈開し、劈開され
た端面に対して水蒸気雰囲気で熱処理を行なう。この酸
化処理により、障壁層３４の劈開端面から内部に向かっ
てＡｌＩｎＰと酸素との化合物からなる酸化部３４ａを
形成する。In the method of manufacturing the light emitting diode device according to the third embodiment, as in the second embodiment, each semiconductor layer is epitaxially grown, and the p-side electrode 36 and the n-side electrode 37 are formed.
Is formed, the substrate 31 is cleaved to a predetermined size, and the cleaved end face is subjected to a heat treatment in a steam atmosphere. By this oxidation treatment, an oxidized portion 34a made of a compound of AlInP and oxygen is formed from the cleavage end face of the barrier layer 34 to the inside.
【０１０５】このとき、酸素に対する反応性が極めて大
きいＡｌＩｎＰが選択的に反応するため、ＩｎＧａＰか
らなる量子井戸活性層３３に対する酸化が抑制され、障
壁層３４の端面近傍を選択的に酸化することができる。
その結果、発光特性が良好な量子井戸活性層３３を確実
に得ることができる。ここで、量子井戸活性層３３に
は、ＩｎＧａＰの代わりにＧａＡｓを用いてもよい。At this time, since AlInP, which has extremely high reactivity to oxygen, selectively reacts, oxidation of the quantum well active layer 33 made of InGaP is suppressed, and selective oxidation near the end face of the barrier layer 34 can be prevented. it can.
As a result, it is possible to reliably obtain the quantum well active layer 33 having good emission characteristics. Here, GaAs may be used for the quantum well active layer 33 instead of InGaP.
【０１０６】なお、障壁層３４に対する選択的な酸化処
理に水蒸気を用いる代わりに、酸素プラズマと水素との
混合ガスを用いてもよい。Instead of using steam for the selective oxidation treatment of the barrier layer 34, a mixed gas of oxygen plasma and hydrogen may be used.
【０１０７】以下、第３の実施形態に係る発光ダイオー
ド装置の動作特性について説明する。The operation characteristics of the light emitting diode device according to the third embodiment will be described below.
【０１０８】まず、フォトルミネセンス法による、酸化
部３４ａと非酸化部３４ｂとの禁制帯幅の差を説明す
る。First, the difference in the forbidden band width between the oxidized portion 34a and the non-oxidized portion 34b by the photoluminescence method will be described.
【０１０９】酸化部３４ａと非酸化部３４ｂとに対し
て、それぞれフォトルミネセンスの発光スペクトルのピ
ークを調べると、非酸化部３４ｂのピーク波長が６３０
ｎｍであるのに対し、酸化部３４ａのピーク波長は６０
０ｎｍ程度であることを確認している。これにより、酸
化部３４ａのピーク波長が短波長側にシフトしており、
酸化部３４ａが非酸化部３４ｂよりも大きい禁制帯幅を
持つことが分かる。When the peak of the photoluminescence emission spectrum of each of the oxidized portion 34a and the non-oxidized portion 34b is examined, the peak wavelength of the non-oxidized portion 34b is 630.
nm, whereas the peak wavelength of the oxidized portion 34a is 60 nm.
It has been confirmed that the thickness is about 0 nm. Thereby, the peak wavelength of the oxidized portion 34a is shifted to the shorter wavelength side,
It can be seen that the oxidized portion 34a has a larger forbidden band width than the non-oxidized portion 34b.
【０１１０】次に、第３の実施形態に係る発光ダイオー
ド装置の電流光度特性を示す。Next, the current luminous intensity characteristics of the light emitting diode device according to the third embodiment will be described.
【０１１１】図１２は第３の実施形態に係る酸化部３４
ａを設けた発光ダイオード装置と、比較用であって酸化
部３４ａを設けない従来の発光ダイオード装置との電流
光度特性を示す。ここで、横軸は動作電流を表わし、縦
軸は発光光度を表わす。FIG. 12 shows an oxidized portion 34 according to the third embodiment.
4 shows current luminous intensity characteristics of a light emitting diode device provided with a and a conventional light emitting diode device for comparison and not provided with an oxidized portion 34a. Here, the horizontal axis represents the operating current, and the vertical axis represents the luminous intensity.
【０１１２】図１２に示すように、直線５Ａに示す第３
の実施形態に係る発光ダイオード装置の発光光度は、直
線５Ｂに示す従来の発光ダイオード装置の発光光度と比
べて、発光光度が１０％程度大きくなることが分かる。
これは、量子井戸活性層３３における劈開端面の近傍部
分に、空気と接してできる界面準位が生成されることに
より、該量子井戸活性層３３の端面近傍に非発光の再結
合中心が生じて、その結果、該端面近傍における発光効
率が低下するからである。As shown in FIG. 12, the third line 5A
It can be seen that the luminous intensity of the light emitting diode device according to the embodiment is about 10% larger than the luminous intensity of the conventional light emitting diode device shown by the straight line 5B.
This is because a non-radiative recombination center is generated near the end face of the quantum well active layer 33 due to the generation of an interface state formed in contact with air near the cleavage end face in the quantum well active layer 33. As a result, the luminous efficiency in the vicinity of the end face decreases.
【０１１３】このように、第３の実施形態に係る発光ダ
イオード装置は、障壁層の側端部にその内部よりも禁制
帯幅が大きい酸化部３４ａを設けているため、注入され
る電流が、側端部に位置する酸化部３４ａと比べてその
内部に位置する非酸化部３４ｂに多く流れる。その結
果、注入される電流が発光効率が高い非酸化部３４ｂに
より多く流れるので、発光ダイオード装置の発光効率が
向上する。As described above, in the light emitting diode device according to the third embodiment, since the oxidized portion 34a having a larger forbidden band width than the inside thereof is provided at the side end of the barrier layer, the injected current is More flows to the non-oxidized portion 34b located inside the oxidized portion 34a located at the side end. As a result, a larger amount of the injected current flows through the non-oxidized portion 34b having a high luminous efficiency, thereby improving the luminous efficiency of the light emitting diode device.
【０１１４】また、量子井戸活性層３３と第２クラッド
層３５との間に、ＡｌＩｎＰからなる障壁層３４を設け
たが、これに代えて、量子井戸活性層３３と第１クラッ
ド層３２との間にのみＡｌＩｎＰからなる障壁層を設け
てもよく、また、量子井戸活性層３３の上側及び下側の
両方に設けてもよい。ここで、ｎ型の導電性を持つ第１
クラッド層３２の上に障壁層を設けた場合は、該障壁層
はアンドープでもよく、さらには、ｎ型にドープされて
いることが好ましい。これにより、量子井戸活性層３３
への電子の注入効率が高くなる。The barrier layer 34 made of AlInP is provided between the quantum well active layer 33 and the second cladding layer 35. A barrier layer made of AlInP may be provided only between the layers, and may be provided both above and below the quantum well active layer 33. Here, the first type having n-type conductivity is used.
When a barrier layer is provided on the cladding layer 32, the barrier layer may be undoped, and is more preferably doped with n-type. Thereby, the quantum well active layer 33 is formed.
The efficiency of injecting electrons into is increased.
【０１１５】また、量子井戸活性層３３に高量子準位領
域を生成する酸化部３４ａを量子井戸活性層３３に隣接
して設けたが、これらの間に１層以上の他の半導体層を
設けてもよい。この場合、他の半導体層の膜厚が、量子
井戸活性層３３に閉じ込められた電子又はホールの波動
関数の広がりの幅よりも小さければ、本実施形態の効果
を得ることができる。The oxidized portion 34a for generating a high quantum level region in the quantum well active layer 33 is provided adjacent to the quantum well active layer 33, but one or more other semiconductor layers are provided between them. You may. In this case, if the thickness of the other semiconductor layer is smaller than the width of the spread of the wave function of the electrons or holes confined in the quantum well active layer 33, the effect of the present embodiment can be obtained.
【０１１６】なお、前述した各実施形態においては、出
射光を生成する活性層を単一量子井戸構造としたが、複
数の量子井戸を有する多重量子井戸構造であってもよ
い。In each of the above-described embodiments, the active layer for generating emitted light has a single quantum well structure, but may have a multiple quantum well structure having a plurality of quantum wells.
【０１１７】また、第１の実施形態においては、多重量
子井戸構造を構成する障壁層の膜厚を十分に小さくする
ことにより、量子井戸間で電子の結合を許す、いわゆる
結合型の多重量子井戸構造とすることが好ましい。In the first embodiment, the so-called coupled multiple quantum well, which allows electrons to be coupled between quantum wells, by sufficiently reducing the thickness of the barrier layer constituting the multiple quantum well structure. It is preferable to have a structure.
【０１１８】一方、第２又は第３の実施形態において
は、各量子井戸層に隣接して設けられる障壁層の端部の
禁制帯幅を内部の禁制帯幅よりも大きくすればよい。On the other hand, in the second or third embodiment, the forbidden band width at the end of the barrier layer provided adjacent to each quantum well layer may be made larger than the inner forbidden band width.
【０１１９】また、各実施形態においては、高量子準位
領域を形成するＡｌ高組成部及び酸化部を両端面に設け
たが、いずれか一方の端面にのみ設けてもよい。In each of the embodiments, the high Al composition portion and the oxidized portion forming the high quantum level region are provided on both end surfaces, but may be provided on only one of the end surfaces.
【０１２０】また、半導体にＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａ
ＩｎＰを用いる代わりに、より短波長の発光光を生成可
能なIII 族窒化物半導体、すなわち、Ｂx Ａｌy Ｇａ
1-x-y- z Ｉｎz Ｎ（但し、ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１とす
る。）を用いてもよい。Further, the semiconductor may be made of AlGaAs or AlGa.
Can generate shorter wavelength light instead of using InP
Functional group III nitride semiconductor, ie, Bx Aly Ga
1-xy- z Inz N (where x, y, and z are 0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ x + y + z ≦ 1
You. ) May be used.
【０１２１】[0121]
【発明の効果】本発明に係る半導体発光装置及びその製
造方法によると、禁制帯幅が大きい第１の半導体層及び
第２の半導体層に挟まれた第２の半導体層は、その端部
に０次の量子準位の値がその内部よりも大きい領域を有
しているため、第２の半導体層の端部における吸収係数
が大幅に低減する。このため、第２の半導体層が機械的
損傷を受けることなく、該第２の半導体層から出力され
る発光光がその端部において吸収されにくくなる。その
結果、半導体発光装置のしきい値電流密度が低減し、且
つ、微分効率が大きくなって最大光出力を上げることが
できるので、第２の半導体層の劣化による損失の増大や
信頼性の低下が生じにくくなる。According to the semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the second semiconductor layer sandwiched between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer having a large forbidden band width is formed at the end thereof. Since there is a region where the value of the zeroth-order quantum level is larger than the inside thereof, the absorption coefficient at the end of the second semiconductor layer is significantly reduced. Therefore, the light emitted from the second semiconductor layer is less likely to be absorbed at the end without the second semiconductor layer being mechanically damaged. As a result, the threshold current density of the semiconductor light emitting device is reduced, and the differential efficiency is increased, so that the maximum light output can be increased. Is less likely to occur.
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置における共振器の共振方向と平行な方向の構成断面図
である。FIG. 1 is a configuration sectional view in a direction parallel to a resonance direction of a resonator in a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置における量子井戸活性層近傍のエネルギーバンドを示
し、（ａ）はＡｌ低組成部を含む領域を示すバンド図で
あり、（ｂ）はＡｌ高組成部を含む領域を示すバンド図
である。FIG. 2 shows an energy band near a quantum well active layer in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a band diagram showing a region including a low Al composition portion, and FIG. FIG. 3 is a band diagram showing a region including a high Al composition portion.
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置におけるＡｌ高組成部及びＡｌ低組成部の量子井戸活
性層からの各発光スペクトルを表わすグラフである。FIG. 3 is a graph showing each emission spectrum from a quantum well active layer of an Al high composition part and an Al low composition part in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置と第１の従来例に係る半導体レーザ装置との電流光出
力特性を表わすグラフである。FIG. 5 is a graph showing current light output characteristics of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention and the semiconductor laser device according to the first conventional example.
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置と第１の従来例に係る半導体レーザ装置との高温通電
試験の結果を表わすグラフである。FIG. 6 is a graph showing the results of a high-temperature energization test of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention and the semiconductor laser device according to the first conventional example.
【図７】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導
体レーザ装置における共振器の共振方向と平行な方向の
構成断面図である。FIG. 7 is a configuration sectional view in a direction parallel to a resonance direction of a resonator in a semiconductor laser device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装
置における共振器の共振方向と平行な方向の構成断面図
である。FIG. 8 is a configuration sectional view in a direction parallel to a resonance direction of a resonator in a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図９】（ａ）〜（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面
図である。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ
装置と第１の実施形態に係る半導体レーザ装置との電流
光出力特性を表わすグラフである。FIG. 10 is a graph showing current light output characteristics of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention and the semiconductor laser device according to the first embodiment.
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る発光ダイオー
ド装置を示す構成断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a light emitting diode device according to a third embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る発光ダイオー
ド装置と従来の発光ダイオード装置との電流光度特性を
表わすグラフである。FIG. 12 is a graph showing current luminous intensity characteristics of the light emitting diode device according to the third embodiment of the present invention and a conventional light emitting diode device.
【図１３】第１の従来例に係る半導体レーザ装置におけ
る共振器の共振方向と平行な方向の構成断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a configuration in a direction parallel to a resonance direction of a resonator in a semiconductor laser device according to a first conventional example.
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は第１の従来例に係る半導
体レーザ装置における深さ方向の禁制帯幅の分布を示
し、（ａ）は亜鉛非拡散領域を示すバンド図であり、
（ｂ）は亜鉛拡散領域のバンド図を示すバンド図であ
る。FIGS. 14A and 14B show the distribution of the band gap in the depth direction in the semiconductor laser device according to the first conventional example, and FIG. 14A is a band diagram showing a zinc non-diffusion region;
(B) is a band diagram showing a band diagram of a zinc diffusion region.
１０ 高量子準位領域 １１ 基板 １２ 第１クラッド層 １３ 第１光ガイド層 １４ 量子井戸活性層 １５ 第２光ガイド層 １５ａ Ａｌ高組成部 １５ｂ Ａｌ低組成部 １６ 第２クラッド層 １７ コンタクト層 １８ ｐ側電極 １９ ｎ側電極 ２０ 共振器端面 ２１ 基板 ２２ 第１クラッド層 ２３ 第１光ガイド層 ２４ 量子井戸活性層 ２５ 障壁層 ２５ａ 酸化部 ２５ｂ 非酸化部 ２５Ａ 障壁層形成層 ２６ 第２光ガイド層 ２７ 第２クラッド層 ２８ コンタクト層 ２９ ｐ側電極 ３０ ｎ側電極 ３１ 基板 ３２ 第１クラッド層 ３３ 量子井戸活性層 ３４ 障壁層 ３４ａ 酸化部 ３４ｂ 非酸化部 ３５ 第２クラッド層 ３６ ｐ側電極 ３７ ｎ側電極 ４０ エピタキシャル基板 ５０ マスクパターン ６０ 電気炉 ６１ 反応管 ６１ａ 吸気口 ６１ｂ 排気口 ６２ ヒータ ６３ 基板ホルダ ６４ タンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 High quantum level area 11 Substrate 12 1st cladding layer 13 1st optical guide layer 14 Quantum well active layer 15 2nd optical guide layer 15a Al high composition part 15b Al low composition part 16 2nd cladding layer 17 contact layer 18p Side electrode 19 n-side electrode 20 Resonator end face 21 Substrate 22 First clad layer 23 First optical guide layer 24 Quantum well active layer 25 Barrier layer 25a Oxidized part 25b Non-oxidized part 25A Barrier layer forming layer 26 Second optical guide layer 27 Second cladding layer 28 Contact layer 29 P-side electrode 30 N-side electrode 31 Substrate 32 First cladding layer 33 Quantum well active layer 34 Barrier layer 34 a Oxidized part 34 b Non-oxidized part 35 Second clad layer 36 p-side electrode 37 n-side electrode 40 Epitaxial substrate 50 Mask pattern 60 Electric furnace 61 Reaction tube 61a Intake port 61b Exhaust port 62 Motor 63 substrate holder 64 Tank
Claims (17)
と、 前記第２の半導体層の上に形成された第３の半導体層と
を備え、 前記第１の半導体層及び第３の半導体層の禁制帯幅は、
前記第２の半導体層の禁制帯幅よりも大きく、 前記第２の半導体層は、該第２の半導体層の端部に、０
次の量子準位の値がその端部以外の領域よりも大きい高
量子準位領域を有していることを特徴とする半導体発光
装置。A first semiconductor layer formed on the substrate; a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the second semiconductor layer. 3 semiconductor layers, and the forbidden band widths of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are:
The forbidden band width of the second semiconductor layer is larger than the forbidden band width of the second semiconductor layer.
A semiconductor light emitting device having a high quantum level region where the value of the next quantum level is larger than the region other than the end portion.
体層における前記第２の半導体層の端部の近傍部分は、
前記第１の半導体層又は前記第３の半導体層の他の部分
よりも禁制帯幅が大きいことを特徴とする請求項１に記
載の半導体発光装置。2. A portion of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer near an end of the second semiconductor layer,
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the forbidden band width is larger than other portions of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer.
に対してほぼ垂直で且つ互いに対向する１対の端面を有
し、 前記高量子準位領域は、前記１対の端面の少なくとも一
方を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光
装置。3. The first semiconductor layer has a pair of end faces substantially perpendicular to a main surface of the substrate and opposed to each other, and the high quantum level region is formed of a pair of end faces. The semiconductor light emitting device according to claim 1, comprising at least one.
体層の端面から内部に向かって所定の長さに設けられて
いることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装
置。4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the high quantum level region is provided at a predetermined length from an end face of the second semiconductor layer toward the inside.
体層の膜厚は、０．５ｎｍ以上且つ２０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a thickness of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is 0.5 nm or more and 20 nm or less.
体層は、前記第２の半導体層と比べて酸素原子と反応し
やすい半導体からなり、 前記第１の半導体層又は前記第３の半導体層は、その端
部が該端部以外の領域よりも高濃度に酸素原子が導入さ
れていることにより、前記第１の半導体層又は前記第３
の半導体層の端部の禁制帯幅がその端部以外の領域の禁
制帯幅よりも大きくなるように設定されていることを特
徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。6. The first semiconductor layer or the third semiconductor layer is made of a semiconductor that reacts more easily with oxygen atoms than the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer or the third semiconductor layer The first semiconductor layer or the third semiconductor layer is formed by introducing oxygen atoms at a higher end of the semiconductor layer than at a region other than the end.
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the forbidden band width at an end of the semiconductor layer is set to be larger than the forbidden band width in a region other than the end.
は、ＡｌＧａＡｓからなり、 前記第２の半導体層は、Ａｌの組成が前記第１の半導体
層及び第３の半導体層よりも小さいＡｌＧａＡｓか、又
はＩｎＧａＡｓ若しくはＧａＡｓからなることを特徴と
する請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体
発光装置。7. The first semiconductor layer and the third semiconductor layer are made of AlGaAs, and the second semiconductor layer has a composition of Al smaller than that of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the device is made of AlGaAs, InGaAs, or GaAs.
は、ＡｌＧａＩｎＰからなり、 前記第２の半導体層は、Ａｌの組成が前記第１の半導体
層及び第３の半導体層よりも小さいＡｌＧａＩｎＰか、
又はＩｎＧａＰ若しくはＧａＡｓからなることを特徴と
する請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体
発光装置。8. The first semiconductor layer and the third semiconductor layer are made of AlGaInP, and the second semiconductor layer has an Al composition smaller than that of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. AlGaInP or
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor light emitting device is made of InGaP or GaAs.
３以下であることを特徴とする請求項７又は８に記載の
半導体発光装置。9. The Al composition of the second semiconductor layer is set to 0.1.
9. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the number is 3 or less.
層は、Ｂx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（但し、ｘ、
ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１とする。）からなり、 前記第２の半導体層は、Ａｌの組成が前記第１の半導体
層及び第３の半導体層よりも小さいＢx Ａｌy Ｇａ
1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（但し、ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１とす
る。）か、又はＩｎＧａＮ若しくはＧａＮからなること
を特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載
の半導体発光装置。Wherein said first semiconductor layer and the third semiconductor layer, B x Al y Ga 1- xyz In z N ( where, x,
y and z are 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦
x + y + z ≦ 1. Made), the second semiconductor layer, B the composition of Al is smaller than the first semiconductor layer and the third semiconductor layer x Al y Ga
1-xyz In z N (where x, y, and z are 0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and 0 ≦ x + y + z ≦ 1. 7. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the device is made of InGaN or GaN.
と、 前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層
と、 前記第２の半導体層の上に形成された第３の半導体層と
を備え、 前記第１の半導体層又は前記第３の半導体層の禁制帯幅
は、前記第２の半導体層の禁制帯幅よりも大きく、且
つ、前記第２の半導体層よりも酸素原子と反応しやすい
半導体からなり、 前記第１の半導体層又は前記第３の半導体層は、その端
部が該端部以外の領域よりも高濃度に酸素原子が導入さ
れていることにより、前記第１の半導体層又は前記第３
の半導体層の端部の禁制帯幅がその端部以外の領域の禁
制帯幅よりも大きくなるように設定されていることを特
徴とする半導体発光装置。11. A first semiconductor layer formed on a substrate, a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the second semiconductor layer. And the forbidden band width of the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is larger than the forbidden band width of the second semiconductor layer, and is larger than that of the second semiconductor layer. Also, the first semiconductor layer or the third semiconductor layer has an end in which oxygen atoms are introduced at a higher concentration than a region other than the end. , The first semiconductor layer or the third
Wherein the forbidden band width at an end portion of the semiconductor layer is set to be larger than the forbidden band width at a region other than the end portion.
むことを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか１
項に記載の半導体発光装置。12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer includes a quantum well layer.
13. The semiconductor light emitting device according to item 9.
導体層及び第３の半導体層を順次形成することにより、
前記第１の半導体層、第２の半導体層及び第３の半導体
層を含む積層体を形成する工程と、 前記積層体の少なくとも一方の側面を酸素原子を含む雰
囲気にさらすことにより、前記第１の半導体層又は前記
第２の半導体層の側部を酸化させる工程とを備えている
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。13. A first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer are sequentially formed on a substrate,
Forming a stacked body including the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer; and exposing at least one side surface of the stacked body to an atmosphere containing oxygen atoms, thereby forming the first semiconductor layer. Oxidizing a side portion of the semiconductor layer or the second semiconductor layer.
層の禁制帯幅は、前記第２の半導体層の禁制帯幅よりも
大きいことを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光
装置の製造方法。14. The semiconductor light emitting device according to claim 13, wherein a forbidden band width of each of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is larger than a forbidden band width of the second semiconductor layer. Manufacturing method.
導体層は、前記第２の半導体層と比べて酸素原子と反応
しやすい半導体からなることを特徴とする請求項１３又
は１４に記載の半導体発光装置の製造方法。15. The semiconductor device according to claim 13, wherein the first semiconductor layer or the third semiconductor layer is made of a semiconductor that reacts more easily with oxygen atoms than the second semiconductor layer. Of manufacturing a semiconductor light emitting device.
２の半導体層に量子井戸層を形成する工程を含むことを
特徴とする請求項１３〜１５のうちのいずれか１項に記
載の半導体発光装置の製造方法。16. The method according to claim 13, wherein the step of forming the stacked body includes the step of forming a quantum well layer in the second semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
を水蒸気とする熱処理工程を含むことを特徴とする請求
項１３〜１６のうちのいずれか１項に記載の半導体発光
装置の製造方法。17. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 13, wherein the step of oxidizing the stacked body includes a heat treatment step in which the atmosphere is steam.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012516578A (en) * | 2009-01-28 | 2012-07-19 | マイクロリンク デバイセズ， インク． | High-efficiency III-V compound semiconductor solar cell device with oxidation window layer |
| WO2022045708A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | 삼성디스플레이 주식회사 | Light-emitting device, manufacturing method therefor, and display device comprising same |
| US11784272B2 (en) | 2021-04-29 | 2023-10-10 | Solaero Technologies Corp. | Multijunction solar cell |
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- 2000-12-11 JP JP2000375616A patent/JP2001237500A/en active Pending
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