JP2002124738A - Semiconductor optical device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor optical device and manufacturing method thereof

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JP2002124738A
JP2002124738A JP2000316744A JP2000316744A JP2002124738A JP 2002124738 A JP2002124738 A JP 2002124738A JP 2000316744 A JP2000316744 A JP 2000316744A JP 2000316744 A JP2000316744 A JP 2000316744A JP 2002124738 A JP2002124738 A JP 2002124738A
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JP
Japan
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layer
optical device
region
semiconductor optical
active layer
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Application number
JP2000316744A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Shimoyama
謙司 下山
Kazumasa Kiyomi
和正 清見
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor optical device which is small in loss of optical output and is reliable in a high-output operation. SOLUTION: The semiconductor optical device comprises a substrate, a first conductivity type clad layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type clad layer, and a second conductivity type clad layer formed on the active layer. The active layer includes an optical waveguide region,which is formed at the center in the longitudinal direction of the active layer, and optical confinement regions, which are formed on both sides of the optical waveguide region, are larger in band gap than the optical waveguide region,and are small in refractive index. The light confinement regions are lower in concentration of impurity than a region A of the second conductivity type clad layer that is positioned above the light confinement region.

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、半導体レーザなど
として有用な半導体光デバイス装置及びその製造方法に
関し、特に高出力動作において高い信頼性を示す半導体
光デバイス装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device useful as a semiconductor laser or the like and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor optical device having high reliability in high-power operation and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体光デバイス装置は、その半堅牢、
高効率、広い波長選択範囲、耐久性等の優れた特性か
ら、半導体レーザなどの発光素子や増幅器などとして広
く利用されている。半導体光デバイス装置としては、こ
れまでリッジ埋込型インナーストライプ構造(以下「リ
ッジ埋込型」という)とセルフアライン導波路型インナ
ーストライプ構造(以下「セルフアライン型」という)
の2つが広く知られている。
2. Description of the Related Art Semiconductor optical device devices are semi-rugged,
Because of their excellent characteristics such as high efficiency, wide wavelength selection range, and durability, they are widely used as light emitting elements such as semiconductor lasers and amplifiers. Conventional semiconductor optical device devices include a ridge buried inner stripe structure (hereinafter referred to as a “ridge buried type”) and a self-aligned waveguide type inner stripe structure (hereinafter referred to as a “self-aligned type”).
Are widely known.

【0003】従来の半導体光デバイス装置の構造及びそ
の製造工程を、セルフアライン型の半導体光デバイス装
置を例にとって説明する。図2は、従来から知られてい
る典型的なセルフアライン型の半導体レーザの垂直方向
の斜視図である。基板30上に第1導電型クラッド層3
1、活性層32、第2導電型第1クラッド層33及び酸
化防止層34をこの順にエピタキシャル成長させる。次
いで、活性層32内に光閉じ込め領域を形成するため、
酸化防止層34上から不純物をイオン注入し、所定の温
度で熱処理して不純物の拡散を行う。その後、開口部3
6を有する電流ブロック層35をエピタキシャル成長さ
せ、さらにその開口部36及び電流ブロック層35上に
第2導電型第2クラッド層37及びコンタクト層38を
形成する。また必要に応じてコンタクト層38上と基板
30下に電極39,40が形成される。このように半導
体光デバイス装置は、その製造工程においてデバイス形
成の基板となるウェハに所望の電気抵抗率を持たせるべ
く、一般に不純物添加(ドーピング)及び熱処理(アニ
ーリング)が行われる。
[0003] The structure of a conventional semiconductor optical device and its manufacturing process will be described by taking a self-aligned semiconductor optical device as an example. FIG. 2 is a vertical perspective view of a conventionally known typical self-aligned semiconductor laser. First conductive type clad layer 3 on substrate 30
1. The active layer 32, the second conductivity type first cladding layer 33, and the oxidation preventing layer 34 are epitaxially grown in this order. Next, in order to form a light confinement region in the active layer 32,
Impurities are ion-implanted from above the oxidation preventing layer 34 and heat-treated at a predetermined temperature to diffuse the impurities. Then, the opening 3
6 is epitaxially grown, and a second-conductivity-type second cladding layer 37 and a contact layer 38 are formed on the opening 36 and the current blocking layer 35. Electrodes 39 and 40 are formed on the contact layer 38 and the substrate 30 as needed. As described above, in the semiconductor optical device device, impurities are generally added (doped) and heat treatment (annealing) is performed in the manufacturing process so that a wafer serving as a substrate for device formation has a desired electric resistivity.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでの半
導体光デバイス装置では、上記の不純物添加及び熱処理
に伴ういくつかの欠点が指摘されていた。例えば、特開
平10−233556号公報は、リッジ埋込型半導体レ
ーザダイオード及びその製造方法を開示する。このリッ
ジ埋込型半導体レーザダイオードは、リッジ導波路の両
脇のクラッド層及び活性層近傍にSiイオンを注入した
後、熱処理を行って、Si原子を結晶中に拡散させるこ
とにより活性層の無秩序化を生じさせている。しかしな
がら、この半導体レーザダイオードでは、活性層の両脇
(第1の高屈折率領域)に高濃度の不純物(Si)が存
在するため、光吸収ロスが多く、またリーク電流も発生
しやすい。したがって、この半導体レーザダイオードで
は、しきい値電流が増大してしまうため、電流光変換効
率は低下し、半導体レーザダイオードとしての信頼性が
劣るという問題があった。また、この半導体レーザダイ
オードは、活性層近傍にまでSiイオンを注入している
ため、イオン注入に伴う転位が発生し、さらには転移の
伝搬も起こり得る。このため、発光効率の低下、キャリ
ア寿命、レーザの故障などを誘発し、レーザダイオード
としての信頼性は保持できなくなるという問題がある。
特に高出力時になると光損傷(以下、「COD」(Catas
trophic Optical Damage)という)が発生し、レーザ発
振を不可能とするため、信頼性の低下は著しいものとな
る。
However, in the conventional semiconductor optical device, some disadvantages associated with the above-described impurity addition and heat treatment have been pointed out. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-233556 discloses a ridge-embedded semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same. This ridge-embedded semiconductor laser diode has a disorder in the active layer by implanting Si ions into the cladding layer on both sides of the ridge waveguide and in the vicinity of the active layer and then performing a heat treatment to diffuse the Si atoms into the crystal. Has been caused. However, in this semiconductor laser diode, since a high concentration of impurities (Si) exists on both sides (first high refractive index region) of the active layer, light absorption loss is large and a leak current is liable to occur. Therefore, in this semiconductor laser diode, the threshold current increases, so that the current-to-light conversion efficiency is reduced, and the reliability of the semiconductor laser diode is deteriorated. Further, in this semiconductor laser diode, since Si ions are implanted into the vicinity of the active layer, dislocations due to ion implantation occur, and further, propagation of dislocations may occur. For this reason, a reduction in luminous efficiency, a carrier lifetime, a laser failure, and the like are induced, and the reliability as a laser diode cannot be maintained.
Particularly at high output, light damage (hereinafter “COD” (Catas
trophic optical damage)), making laser oscillation impossible.

【0005】一方、特開平10−150239号公報
は、リッジストライプ埋込型半導体レーザ素子を開示す
る。この半導体レーザ素子は、第2p型クラッド層にp
型ドーパントとしてZnを含有させ、その後の熱処理に
より混晶化を行ったものである。しかし、このように第
2p型クラッド層からのp型不純物添加及び熱処理を行
うと、混晶化領域上部の第1p型クラッド層におけるp
型不純物濃度が非混晶化領域上部の第1p型クラッド層
における不純物濃度よりも高くなる。このため、通電時
の電流が混晶化領域上部の第1p型クラッド層の幅方向
(外側)に漏れやすく、電流狭窄を有効的に行うことは
できない。また、活性層両脇の混晶化領域にも高濃度の
不純物(Zn)が存在するため、光吸収ロスが多く、ま
たリーク電流が発生しやすくなる。したがって、このよ
うな半導体レーザ素子であると、しきい値電流が増大し
て電流光変換効率が低下するため、半導体レーザとして
の信頼性が劣るという問題があった。さらに、高濃度の
p型不純物(Zn)の存在は、通電中においても拡散が
起こるため、使用時における信頼性、特に高出力時にお
ける信頼性の低下が問題となっていた。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-150239 discloses a ridge stripe embedded semiconductor laser device. This semiconductor laser device has a p-type
In this case, Zn is contained as a type dopant, and mixed crystal is formed by a subsequent heat treatment. However, when the p-type impurity is added from the second p-type cladding layer and the heat treatment is performed, the p-type impurity in the first p-type cladding layer above the mixed crystal region is increased.
The type impurity concentration is higher than the impurity concentration in the first p-type cladding layer above the non-mixed crystal region. For this reason, the current at the time of energization tends to leak in the width direction (outside) of the first p-type cladding layer above the mixed crystal region, and current confinement cannot be performed effectively. In addition, since a high concentration of impurities (Zn) exists in the mixed crystal regions on both sides of the active layer, light absorption loss is large and a leak current is easily generated. Therefore, such a semiconductor laser device has a problem that the threshold current increases and the current-to-light conversion efficiency decreases, so that the reliability of the semiconductor laser deteriorates. Furthermore, the presence of a high concentration of p-type impurity (Zn) causes diffusion even during energization, so that the reliability during use, particularly the reliability during high output, has been a problem.

【0006】このような状況から、不純物添加及び熱処
理を行った半導体光デバイス装置であっても、上記のよ
うな問題を生じない信頼性のある半導体光デバイス装
置、特に光吸収ロスが少なく、高出力動作時における信
頼性も高い半導体光デバイス装置の開発が望まれてい
た。かくして本発明は、上記の従来の問題に鑑みてなさ
れたものであり、不純物添加及び熱処理を行った半導体
光デバイス装置であっても、電流狭窄を有効に行なうこ
とができ、光吸収ロスが少なく、かつ高出力時において
信頼性の高い半導体光デバイス装置を提供することを課
題とする。
[0006] Under such circumstances, even a semiconductor optical device device which has been subjected to impurity addition and heat treatment, has a reliable semiconductor optical device device which does not cause the above-described problems, and in particular, has a small light absorption loss and a high level. It has been desired to develop a semiconductor optical device having high reliability during output operation. Thus, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and even in a semiconductor optical device device which has been subjected to impurity addition and heat treatment, current confinement can be effectively performed, and light absorption loss is reduced. It is another object of the present invention to provide a semiconductor optical device having high reliability at the time of high output.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために、不純物添加及び熱処理に伴う活性層及び
その上に形成されたクラッド層における不純物濃度とそ
の不純物の拡散について鋭意検討を重ねた。一般に不純
物添加と熱処理を行うのは、イオン注入などにより添加
した不純物した後、該不純物を活性層まで拡散させて所
望の混晶領域を形成するためであるといわれている。こ
の点については、上述した特開平10−233556号
公報における熱処理(アニール)についての記載「これ
はイオン注入しただけでは量子井戸構造の活性層の無秩
序化は起こらず、熱処理によりSi原子を結晶中で拡散
させて初めて活性層の無秩序化が生じるからである。」
(特開平10−233556号公報5頁[0025])
からも明らかである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently study the impurity concentration and the diffusion of the impurities in the active layer and the cladding layer formed thereon due to the impurity addition and heat treatment. Stacked. It is generally said that the impurity addition and the heat treatment are performed after the impurity added by ion implantation or the like is diffused to the active layer to form a desired mixed crystal region. Regarding this point, the description of the heat treatment (annealing) in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-233556 states that "Since the ion implantation alone does not cause disordering of the active layer of the quantum well structure, Si atoms are introduced into the crystal by the heat treatment. This is because the active layer is disordered only after the diffusion.
(JP-A-10-233556, page 5, [0025])
It is clear from.

【0008】本発明者は、不純物添加と熱処理時の活性
層とその上に形成されたクラッド層における不純物濃度
の変化について検討した結果、これまでの認識とは異な
る事実を見出した。すなわち、活性層で混晶領域を形成
したときの活性層及びクラッド層中の不純物濃度を比較
してみると、驚いたことにクラッド層内に不純物濃度の
ピークがある場合であっても活性層の混晶化が起こって
いることが分かった。しかもクラッド層に不純物濃度の
ピークを有する場合の活性層の状態を調べてみると、結
晶の格子欠陥の少ない優れた混晶領域が得られることを
見出し、本発明を完成するに至った。
The present inventor has studied the change in the impurity concentration in the active layer and the clad layer formed thereon during the addition of impurities and the heat treatment, and as a result, has found a fact different from the conventional recognition. That is, when comparing the impurity concentrations in the active layer and the cladding layer when the mixed crystal region is formed in the active layer, surprisingly, even if there is a peak of the impurity concentration in the cladding layer, the active layer It was found that mixed crystal formation occurred. In addition, when the state of the active layer in the case where the clad layer has an impurity concentration peak was examined, it was found that an excellent mixed crystal region with few crystal lattice defects was obtained, and the present invention was completed.

【0009】すなわち、本発明は、基板、該基板上に形
成された第1導電型クラッド層、該第1導電型クラッド
層上に形成された活性層、該活性層上に形成された第2
導電型クラッド層を有する半導体光デバイス装置であっ
て、前記活性層は、縦方向に形成される光導波領域と、
該光導波領域の両側に形成される、前記光導波領域より
もバンドギャップが大きく、かつ屈折率が小さい光閉じ
込め領域とからなり、前記光閉じ込め領域の不純物濃度
は、該光閉じ込め領域の真上に位置する前記第2導電型
クラッド層領域における不純物濃度よりも低いことを特
徴とする半導体光デバイス装置に関する。
That is, the present invention provides a substrate, a first conductivity type clad layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type clad layer, and a second layer formed on the active layer.
A semiconductor optical device having a conductive clad layer, wherein the active layer is an optical waveguide region formed in a vertical direction,
A light confinement region formed on both sides of the light guide region and having a band gap larger than that of the light guide region and a smaller refractive index; and the impurity concentration of the light confinement region is just above the light confinement region. Wherein the impurity concentration is lower than the impurity concentration in the cladding layer region of the second conductivity type.

【0010】本発明の半導体光デバイス装置の好ましい
態様としては、活性層の光閉じ込め領域の不純物濃度
が、5X1018cm-3以下である態様;活性層の光導波
領域の横幅が中央部と端面近傍とで異なる態様;第2導
電型クラッド層の領域Aが、前記活性層の光導波領域の
真上に位置する第2導電型クラッド層の領域Bよりも高
抵抗又は異なる導電型となっている態様;活性層が量子
井戸層を有する態様;量子井戸層に圧縮歪みがかかって
いる態様;量子井戸層の構成元素としてInを含む態
様;量子井戸層が少なくともGaAs、AlGaAs、
InGaAs、AlGaInAs、GaInP、AlG
aInP、GaInAsP、AlGaInAsP、Ga
N又はInGaNからなる態様;活性層が前記量子井戸
層を挟むバリア層及び/又は光ガイド層を有し、かつ該
バリア層及び/又はガイド層の厚みが前記量子井戸層よ
りも厚い態様;量子井戸層を挟むバリア層及び/又は光
ガイド層の構成元素としてAlを含む態様;活性層の光
閉じ込め領域内の量子井戸層が混晶化している態様;活
性層の光導波領域の少なくとも片側の端面近傍で前記量
子井戸層のバンドギャップが光導波領域中央部よりも大
きい窓領域が形成されている態様;窓領域で前記量子井
戸層が混晶化している態様;窓領域の上に保護膜が形成
される態様;第2導電型クラッド層の領域A上に電流ブ
ロック層が形成されている態様;前記電流ブロック層
が、少なくとも第1導電型又は高抵抗の半導体層で構成
されている態様;半導体光デバイス装置が半導体レーザ
である態様;半導体光デバイス装置が半導体光増幅器で
ある態様;光ファイバー増幅器励起用光源として用いら
れる態様が挙げられる。
In a preferred embodiment of the semiconductor optical device according to the present invention, the impurity concentration of the light confinement region of the active layer is 5 × 10 18 cm −3 or less; The second conductive type clad layer region A has a higher resistance or a different conductive type than the second conductive type clad layer region B located directly above the optical waveguide region of the active layer. An aspect in which the active layer has a quantum well layer; an aspect in which the quantum well layer is subjected to compressive strain; an aspect in which In is included as a constituent element of the quantum well layer; the quantum well layer in which at least GaAs, AlGaAs,
InGaAs, AlGaInAs, GaInP, AlG
aInP, GaInAsP, AlGaInAsP, Ga
An embodiment comprising N or InGaN; an embodiment in which the active layer has a barrier layer and / or an optical guide layer sandwiching the quantum well layer, and the thickness of the barrier layer and / or the guide layer is larger than that of the quantum well layer; An embodiment containing Al as a constituent element of a barrier layer and / or a light guide layer sandwiching a well layer; an embodiment in which a quantum well layer in a light confinement region of an active layer is mixed crystal; An embodiment in which a window region in which the band gap of the quantum well layer is larger than the center of the optical waveguide region is formed near the end face; an embodiment in which the quantum well layer is mixed crystal in the window region; An aspect in which a current blocking layer is formed on the region A of the second conductivity type cladding layer; an aspect in which the current blocking layer is composed of at least a semiconductor layer of the first conductivity type or a high resistance. ; Half Aspect body optical device apparatus is a semiconductor laser; and the embodiment used as an optical fiber amplifier pumping source; semiconductor optical device apparatus aspect is a semiconductor optical amplifier.

【0011】また、本発明は、基板、第1導電型クラッ
ド層、活性層、第2導電型クラッド層をこの順に形成す
る工程aと、不純物をイオン注入した後に熱処理をして
活性層に光閉じ込め領域を形成する工程bと、を含むこ
とを特徴とする半導体光デバイス装置の製造方法にも関
する。
Further, the present invention provides a step (a) of forming a substrate, a first conductive type clad layer, an active layer, and a second conductive type clad layer in this order, and a heat treatment after ion-implanting impurities. Forming a confinement region, and a method for manufacturing a semiconductor optical device.

【0012】本発明の半導体光デバイス装置の製造方法
の好ましい態様としては、活性層の光閉じ込め領域の不
純物濃度が、該光閉じ込め領域の真上に位置する第2導
電型クラッド層の領域Aの不純物濃度よりも低くなるよ
うに不純物をイオン注入する態様;第2導電型クラッド
層の厚さが0.01〜1μmである場合に、イオン注入
する注入エネルギーを5〜1000keVとする態様;
不純物をイオン注入する場合のイオン注入量を0.5×
10-13cm-2〜20×10-13cm-2とする態様;イオ
ン注入した元素が熱処理により実質的に活性層へ拡散し
ない態様;工程bにおいて、イオン注入する前にイオン
注入しない部分の表面に表面保護膜を形成し、イオン注
入後に該表面保護膜を除去する工程を含む態様;表面保
護膜がSiNxである態様;工程bにおいて、熱処理を
する前に第2導電型クラッド層の表面にコーティング層
を形成し、かつ、熱処理をした後に該コーティング層を
除去する態様;コーティング層がSi系アモルファスか
らなる態様が挙げられる。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, the impurity concentration of the light confinement region of the active layer is lower than that of the region A of the second conductivity type clad layer located immediately above the light confinement region. A mode in which the impurity is ion-implanted so as to have a lower impurity concentration; a mode in which the ion implantation energy is 5 to 1000 keV when the thickness of the second conductivity type cladding layer is 0.01 to 1 μm;
The amount of ion implantation for impurity ion implantation is 0.5 ×
Embodiment in which 10 -13 cm -2 to 20 × 10 -13 cm -2 is used; Embodiment in which the ion-implanted element is not substantially diffused into the active layer by heat treatment; An embodiment including a step of forming a surface protective film on the surface and removing the surface protective film after ion implantation; an embodiment in which the surface protective film is SiNx; and in step b, the surface of the second conductivity type cladding layer before heat treatment. An embodiment in which a coating layer is formed and heat treatment is performed and then the coating layer is removed; and an embodiment in which the coating layer is made of a Si-based amorphous.

【0013】[0013]

【発明の実施の態様】以下において、本発明の半導体光
デバイス装置及びその製造方法について詳細に説明す
る。本発明の半導体光デバイス装置は、基板、該基板上
に形成された第1導電型クラッド層、該第1導電型クラ
ッド層上に形成された活性層、該活性層上に形成された
第2導電型クラッド層を有し、前記活性層は、該活性層
の縦方向の中央に形成される光導波領域と、該光導波領
域の両側に形成される、該光導波領域よりもバンドギャ
ップが大きく、かつ屈折率が小さい光閉じ込め領域とか
らなり、前記光閉じ込め領域の不純物濃度は、前記光閉
じ込め領域の真上に位置する前記第2導電型クラッド層
の領域Aにおける不純物濃度よりも低いことを特徴とす
る。本発明の半導体光デバイス装置は、これらの層のほ
かに通常の半導体光デバイス装置で形成される層を適宜
有していてもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor optical device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail. The semiconductor optical device of the present invention comprises a substrate, a first conductivity type clad layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type clad layer, and a second layer formed on the active layer. The active layer has a conductive type cladding layer, the active layer has an optical waveguide region formed at the center in the longitudinal direction of the active layer, and a band gap formed on both sides of the optical waveguide region. A light confinement region having a large refractive index and a small refractive index, wherein the impurity concentration in the light confinement region is lower than the impurity concentration in the region A of the second conductivity type clad layer located immediately above the light confinement region. It is characterized by. The semiconductor optical device of the present invention may appropriately have a layer formed by a normal semiconductor optical device in addition to these layers.

【0014】本明細書において「X層の上に形成された
Y層」という表現は、X層の上面にY層の底面が接する
ようにY層が形成されている場合と、X層の上面に1以
上の層が形成され、さらにその層の上にY層が形成され
ている場合の両方を含むものである。また、X層の上面
とY層の底面が部分的に接していて、その他の部分では
X層とY層の間に1以上の層が存在している場合も、上
記表現に含まれる。また、「第2導電型クラッド層の領
域A」という表現は、第2導電型クラッド層のうち活性
層の光閉じ込め領域の真上に位置する領域であって、イ
オン注入した不純物が存在する領域をいう。さらに「第
2導電型クラッド層の領域B」という表現は、第2導電
型クラッド層のうち活性層の光導波領域の真上に位置す
る領域であって、不純物のイオン注入が行われない領域
をいう。これらの具体的な態様については、以下の各層
の説明と実施例の具体例から明らかである。
In this specification, the expression “Y layer formed on the X layer” refers to the case where the Y layer is formed such that the bottom surface of the Y layer is in contact with the upper surface of the X layer, and the case where the Y layer is formed on the upper surface of the X layer. In which one or more layers are formed and a Y layer is further formed on that layer. The above expression also includes a case where the top surface of the X layer and the bottom surface of the Y layer are partially in contact with each other and one or more layers exist between the X layer and the Y layer in other portions. The expression “region A of the second conductivity type cladding layer” is a region of the second conductivity type cladding layer located directly above the light confinement region of the active layer and in which the ion-implanted impurity exists. Say. Further, the expression “region B of the second conductivity type cladding layer” refers to a region of the second conductivity type cladding layer that is located directly above the optical waveguide region of the active layer and in which impurity ion implantation is not performed. Say. These specific aspects are apparent from the following description of each layer and specific examples of the examples.

【0015】図1(a)は、本発明の半導体光デバイス
装置のセルフアライン型の一例の斜視図であり、図1
(b)は、本発明の半導体光デバイス装置のリッジ埋込
型の一例の斜視図である。図1(a)のセルフアライン
型の一例の構造は概略的に、化合物半導体からなる基板
1上に、第1導電型クラッド層2、活性層3及び第2導
電型クラッド層4を積層し、その上に酸化防止層5を介
してストライプ状に開口された電流ブロック層6及び表
面保護層7が積層されている。さらに電流ブロック層6
の開口した開口部8及び該開口部8両脇の電流ブロック
層6上に積層するように第2導電型クラッド層9が形成
され、その第2導電型クラッド層9上にコンタクト層1
0が形成されている。
FIG. 1A is a perspective view of an example of a self-aligned semiconductor optical device according to the present invention.
(B) is a perspective view of an example of a ridge buried type of the semiconductor optical device device of the present invention. The structure of an example of the self-aligned type shown in FIG. 1A is schematically obtained by laminating a first conductive type clad layer 2, an active layer 3, and a second conductive type clad layer 4 on a substrate 1 made of a compound semiconductor. A current blocking layer 6 and a surface protection layer 7 which are opened in a stripe shape via an antioxidant layer 5 are laminated thereon. Further, the current blocking layer 6
A second conductivity type cladding layer 9 is formed so as to be laminated on the opening 8 having the opening and the current blocking layer 6 on both sides of the opening 8, and the contact layer 1 is formed on the second conductivity type cladding layer 9.
0 is formed.

【0016】一方、図1(b)のリッジ埋込型の一例の
構造は概略的に、化合物半導体からなる基板15上に、
第1導電型クラッド層16、活性層17、及び第2導電
型第1クラッド層18を積層し、その上に酸化防止層1
9、表面保護層20が積層されている。さらにその上か
ら第2導電型第2クラッド層21及びコンタクト層22
が積層されている。
On the other hand, the structure of an example of the ridge buried type shown in FIG. 1B is schematically shown on a substrate 15 made of a compound semiconductor.
A first conductive type clad layer 16, an active layer 17, and a second conductive type first clad layer 18 are laminated, and an oxidation preventing layer 1 is formed thereon.
9, the surface protection layer 20 is laminated. Furthermore, the second conductive type second cladding layer 21 and the contact layer 22
Are laminated.

【0017】図1の(a)及び(b)において、本発明
の半導体光デバイス装置を構成する基板1,15は、そ
の上にダブルへテロ構造の結晶を成長することが可能な
ものであれば、その導電性や材料については特に限定さ
れない。好ましいものは、導電性がある基板である。具
体的には、基板上への結晶薄膜成長に適したGaAs、
InP、GaP、GaN、ZnSe、ZnO、Si、A
23等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶
基板を用いるのが好ましい。その場合、基板結晶成長面
は低次な面又はそれと結晶学的に等価な面が好ましく、
(100)面が最も好ましい。なお、本明細書において
(100)面という場合、必ずしも厳密に(100)ジ
ャストの面である必要はなく、最大30°程度のオフア
ングルを有する場合まで包含する。オフアングルの大き
さの上限は30°以下が好ましく、16°以下がより好
ましい。下限は0.5°以上が好ましく、2°以上がよ
り好ましく、6°以上がさらに好ましく、10°以上が
最も好ましい。
In FIGS. 1A and 1B, the substrates 1 and 15 constituting the semiconductor optical device of the present invention are those on which a crystal having a double hetero structure can be grown. There is no particular limitation on the conductivity or the material. Preferred is a conductive substrate. Specifically, GaAs suitable for growing a crystal thin film on a substrate,
InP, GaP, GaN, ZnSe, ZnO, Si, A
It is preferable to use a crystal substrate such as l 2 O 3 , particularly a crystal substrate having a zinc blende structure. In that case, the substrate crystal growth surface is preferably a low-order surface or a surface crystallographically equivalent thereto,
The (100) plane is most preferred. In this specification, the (100) plane is not necessarily strictly a (100) just plane, but includes a case having an off-angle of about 30 ° at the maximum. The upper limit of the off-angle is preferably 30 ° or less, more preferably 16 ° or less. The lower limit is preferably 0.5 ° or more, more preferably 2 ° or more, still more preferably 6 ° or more, and most preferably 10 ° or more.

【0018】また、基板1,15は六方晶型の基板でも
よく、例えばAl23、6H−SiC等からなる基板を
用いることもできる。
The substrates 1 and 15 may be hexagonal substrates, for example, substrates made of Al 2 O 3 , 6H—SiC, or the like.

【0019】基板1,15上には、通常、基板の欠陥を
エピタキシャル成長層に持ち込まないために厚さ0.2
〜2μm程度のバッファ層を形成しておくことが好まし
い。なお、本明細書において「〜」は、その前後に記載
される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲
を意味する。
On the substrates 1 and 15, a thickness of 0.2 mm is usually used in order to prevent defects of the substrate from being introduced into the epitaxial growth layer.
It is preferable to form a buffer layer having a thickness of about 2 μm. In this specification, “to” means a range that includes numerical values described before and after it as a minimum value and a maximum value, respectively.

【0020】基板1,15上には、活性層3,17を含
む化合物半導体層を形成する。化合物半導体層は、活性
層の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、
そのうち基板1,15側の層は第1導電型クラッド層、
他方のエピタキシャル側の層は第2導電型クラッド層と
して機能する。これらの屈折率の大小関係は、各層の材
料組成を当業者に公知な方法で適宜選択することにより
調節することができる。例えば、AlxGa1-xAs、
(AlxGa1-x0.5In0.5P、(AlxGa1-x0.5
In0.5As、AlxGa1-xNなどのAl組成を変化さ
せることによって屈折率を調節することができる。
On the substrates 1 and 15, a compound semiconductor layer including the active layers 3 and 17 is formed. The compound semiconductor layer includes a layer having a lower refractive index than the active layer above and below the active layer,
Among them, the layers on the substrates 1 and 15 side are the first conductivity type cladding layer,
The other layer on the epitaxial side functions as a second conductivity type cladding layer. The magnitude relationship between the refractive indices can be adjusted by appropriately selecting the material composition of each layer by a method known to those skilled in the art. For example, Al x Ga 1-x As,
(Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P, (Al x Ga 1 -x ) 0.5
The refractive index can be adjusted by changing the Al composition such as In 0.5 As and Al x Ga 1 -xN.

【0021】第1導電型クラッド層2,16は、活性層
1,15よりも屈折率の小さい材料で形成される。ま
た、第1導電型クラッド層2,16の屈折率は、第2導
電型クラッド層の屈折率よりも大きいことが好ましい。
例えば、第1導電型のInP、GaInP、AlGaI
nP、AlInP、AlGaAs、AlGaAsP、A
lGaInAs、GaInAsP、GaN、AlGa
N、AlGaInN、BeMgZnSe、MgZnSS
e、CdZnSeTe、ZnO、MgZnO、MgO等
の一般的なIII−V族、II−VI族半導体を用いることが
できる。第1導電型クラッド層2,16のキャリア濃度
は、下限は1×1017cm-3以上が好ましく、3×10
17cm-3以上がより好ましく、5×1017cm-3以上が
最も好ましい。上限は2×1020cm-3以下が好まし
く、2×1019cm-3以下がより好ましく、5×1018
cm-3以下が最も好ましい。
The first conductivity type cladding layers 2 and 16 are formed of a material having a lower refractive index than the active layers 1 and 15. Further, it is preferable that the refractive index of the first conductive type clad layers 2 and 16 is larger than the refractive index of the second conductive type clad layer.
For example, first conductivity type InP, GaInP, AlGaI
nP, AlInP, AlGaAs, AlGaAsP, A
lGaInAs, GaInAsP, GaN, AlGa
N, AlGaInN, BeMgZnSe, MgZnSS
e, CdZnSeTe, ZnO, MgZnO, and general III-V and II-VI semiconductors such as MgO can be used. The lower limit of the carrier concentration of the first conductivity type cladding layers 2 and 16 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, and 3 × 10 17 cm −3 or more.
More preferably 17 cm -3 or more, and most preferably 5 × 10 17 cm -3 or more. The upper limit is preferably 2 × 10 20 cm -3 or less, more preferably 2 × 10 19 cm -3 or less, and 5 × 10 18
cm -3 or less is most preferred.

【0022】第1導電型クラッド層2,16は、単層か
らなるものであっても、2層以上の層からなるものであ
ってもよい。単層からなるときは、厚みの下限は0.4
μm以上が好ましく、0.6μm以上がより好ましく、
0.7μm以上がさらに好ましい。また厚みの上限は5
μm以下が好ましく、4μm以下がより好ましく、3μ
m以下がさらに好ましい。
The first conductivity type cladding layers 2 and 16 may be formed of a single layer or may be formed of two or more layers. When composed of a single layer, the lower limit of the thickness is 0.4
μm or more is preferable, and 0.6 μm or more is more preferable.
0.7 μm or more is more preferable. The upper limit of the thickness is 5
μm or less, preferably 4 μm or less, more preferably 3 μm
m or less is more preferable.

【0023】第1導電型クラッド層2,16は複数層か
らなる態様としては、具体的には活性層側にはGaIn
P、AlGaInP又はAlInPからなるクラッド層
と、その層よりも基板側に第1導電型のAlGaAs又
はAlGaAsPからなるクラッド層が形成されている
ものを例示することができる。このとき、活性層側の層
の厚さは薄くすることが好ましく、厚さの下限としては
0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上がより
好ましい。上限としては、0.5μm以下が好ましく、
0.3μm以下がより好ましい。また、基板1,15側
の層のキャリア濃度は、下限としては2×1017cm-3
以上が好ましく、5×1017cm-3以上がより好まし
い。上限としては、2×1020cm-3以下が好ましく、
5×1019cm-3以下がより好ましい。
The first conductivity type cladding layers 2 and 16 may be composed of a plurality of layers.
A cladding layer made of P, AlGaInP or AlInP, and a cladding layer made of AlGaAs or AlGaAsP of the first conductivity type formed on the substrate side of the layer can be exemplified. At this time, the thickness of the layer on the active layer side is preferably thin, and the lower limit of the thickness is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more. The upper limit is preferably 0.5 μm or less,
0.3 μm or less is more preferable. The carrier concentration of the layers on the substrates 1 and 15 side is 2 × 10 17 cm −3 as the lower limit.
Or more, and more preferably 5 × 10 17 cm −3 or more. The upper limit is preferably 2 × 10 20 cm −3 or less,
It is more preferably 5 × 10 19 cm −3 or less.

【0024】本実施例の半導体光デバイス装置を構成す
る活性層3,17の構造は、特に制限されない。図1
(a)の一例では、二重量子井戸(DQW)構造を有す
る態様を示す。この二重量子井戸(DQW)構造は、具
体的には光ガイド層(ノンドープ)51、量子井戸層
(ノンドープ)52、バリア層(ノンドープ)53、量
子井戸層(ノンドープ)54及び光ガイド層(ノンドー
プ)55を順次積層した構造を有する。この二重量子井
戸(DQW)構造以外にも、例えば、量子井戸層及び前
記量子井戸層を上下から挟む光閉じ込め層からなる単一
量子井戸構造(SQW)や、3層以上の量子井戸層及び
それらに挟まれたバリア層並びに最上の量子井戸層の上
及び最下の量子井戸層の下に積層された光ガイド層を有
する多量子井戸構造であってもよい。活性層3,17を
量子井戸構造とすることにより、単層のバルク活性層と
比較して、短波長化(630nm〜660nm)かつ低
しきい値化を達成することができる。
The structure of the active layers 3 and 17 constituting the semiconductor optical device of this embodiment is not particularly limited. FIG.
One example of (a) shows an embodiment having a double quantum well (DQW) structure. Specifically, the double quantum well (DQW) structure has a light guide layer (non-doped) 51, a quantum well layer (non-doped) 52, a barrier layer (non-doped) 53, a quantum well layer (non-doped) 54, and a light guide layer (non-doped). (Non-doped) 55 are sequentially laminated. In addition to the double quantum well (DQW) structure, for example, a single quantum well structure (SQW) composed of a quantum well layer and a light confinement layer sandwiching the quantum well layer from above and below, and three or more quantum well layers and A multi-quantum well structure having a barrier layer sandwiched therebetween and an optical guide layer stacked above the uppermost quantum well layer and below the lowermost quantum well layer may be used. By making the active layers 3 and 17 have a quantum well structure, a shorter wavelength (630 nm to 660 nm) and a lower threshold can be achieved as compared with a single bulk active layer.

【0025】活性層3,17の材料としては、V族元素
であるIn元素を含むものであれば、その他の元素につ
いては適宜選択することができる。例えば、量子井戸層
の材料としては、GaAs、AlGaAs、InGaA
s、AlGaInAs、GaInP、AlGaInP、
GaInAsP、AlGaInAsP、GaN、InG
aN、AlGaN、AlGaInN、GaInAsNな
どを挙げることができる。GaとInを構成元素として
含む材料である場合は、自然超格子が形成されやすいた
めに、オフ基板を用いることによる自然超格子制御の効
果を大きくすることができる。
As the material of the active layers 3 and 17, other elements can be appropriately selected as long as they contain an In element which is a group V element. For example, the material of the quantum well layer is GaAs, AlGaAs, InGaAs.
s, AlGaInAs, GaInP, AlGaInP,
GaInAsP, AlGaInAsP, GaN, InG
aN, AlGaN, AlGaInN, GaInAsN, and the like. In the case of a material containing Ga and In as constituent elements, a natural superlattice is easily formed, so that the effect of controlling the natural superlattice by using an off-substrate can be increased.

【0026】活性層3,17は、後述するイオン注入及
び熱処理により縦方向の中央に形成される光導波領域6
0と、該光導波領域の両側に形成される光閉じ込め領域
61とからなる。光導波領域60は、光閉じ込め領域6
1よりもやや屈折率の高い層で形成された領域であっ
て、イオン注入及び熱処理後による不純物が存在しない
領域である。光導波領域は、光を効率よく閉じ込めるこ
とができ、かつ活性層で発した発振光を有効に閉じ込め
ることができる。また、光導波領域60の横幅が中央部
と端面近傍とで異なるように形成することもできる。安
定した光発振(水平横モードの安定化)を得るために
は、光導波領域の横方向の長さの上限は、7μm以下が
好ましく、6μm以下がより好ましく、5μm以下がも
っとも好ましい。下限は、0.5μm以上が好ましく、
1μm以上がより好ましく、1.5μm以上がもっとも
好ましい。光閉じ込め領域61は、光導波領域60に光
を閉じ込めることができるよう光導波領域60の両側に
形成される。光閉じ込め領域61は、光導波領域60内
に効率的に発振光を閉じ込められるようにするため、バ
ンドギャップは光導波領域60よりも大きく、屈折率は
光導波領域60よりも小さくする。バンドギャップの大
きさについては、特に限定はなく、発振光の波長の長さ
に応じて適宜決定することができる。また、屈折率につ
いても光導波領域に光を閉じ込めることができれば特に
制限はない。光閉じ込め領域61は、不純物のイオン注
入及び熱処理により後述する第2導電型クラッド層4,
18の領域Aよりも不純物濃度を低くする。不純物濃度
の上昇に伴う光吸収の起こり易さと、通電時の電流の漏
れ易さとを考慮すると、光閉じ込め領域61の不純物濃
度の上限は、5×1018cm-3以下であることが好まし
い。また、上限が4×1018cm-3以下であればより好
ましく、3×1018cm-3以下であればさらに好まし
い。
The active layers 3 and 17 are formed in the optical waveguide region 6 formed at the center in the vertical direction by ion implantation and heat treatment described later.
0 and light confinement regions 61 formed on both sides of the optical waveguide region. The optical waveguide region 60 includes the light confinement region 6.
This is a region formed of a layer having a refractive index slightly higher than that of 1, and is free from impurities due to ion implantation and heat treatment. The optical waveguide region can efficiently confine the light and effectively confine the oscillation light emitted from the active layer. Further, the optical waveguide region 60 can be formed so that the lateral width is different between the central portion and the vicinity of the end face. In order to obtain stable light oscillation (stabilization of the horizontal and transverse modes), the upper limit of the lateral length of the optical waveguide region is preferably 7 μm or less, more preferably 6 μm or less, and most preferably 5 μm or less. The lower limit is preferably 0.5 μm or more,
1 μm or more is more preferable, and 1.5 μm or more is most preferable. The light confinement regions 61 are formed on both sides of the light guide region 60 so that light can be confined in the light guide region 60. The optical confinement region 61 has a band gap larger than that of the optical waveguide region 60 and a refractive index smaller than that of the optical waveguide region 60 so that the oscillation light can be efficiently confined in the optical waveguide region 60. The size of the band gap is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the length of the wavelength of the oscillation light. The refractive index is not particularly limited as long as light can be confined in the optical waveguide region. The optical confinement region 61 has a second conductivity type clad layer 4 (described later) formed by ion implantation of impurities and heat treatment.
The impurity concentration is set lower than that of the region A of No. 18. Considering the easiness of light absorption due to the increase of the impurity concentration and the easiness of current leakage during energization, the upper limit of the impurity concentration of the light confinement region 61 is preferably 5 × 10 18 cm −3 or less. The upper limit is more preferably 4 × 10 18 cm −3 or less, and even more preferably 3 × 10 18 cm −3 or less.

【0027】活性層3,17が量子井戸構造を有する場
合、量子井戸構造の混晶化の容易化の観点から、次の構
造を有することが好ましい。 (1)混晶化前後で組成の変化量を大きくすることがで
きるため、活性層3,17が単一の井戸層を有している
(単一量子井戸)こと。 (2)活性層3,17が複数の井戸層を有している(多
重量子井戸)場合、混晶化領域中央付近でのバンドギャ
ップの低減を抑制するために、混晶組成井戸層に挟まれ
たバリア層53の厚みが井戸層52,54よりも大きい
こと。 (3)混晶化前後でのバンドギャップ変化を大きくする
ために、井戸層に圧縮歪みがかかっていること。 (4)井戸層の構成元素に比較的低温で拡散しやすいI
nが含まれていること。 (5)井戸層を挟むバリア層53又は活性層3,17の
上及び/又は下に形成された光ガイド層51,55の構
成元素にバンドギャップを小さくするInが含まれてい
ないこと。 (6)井戸層を挟むバリア層53又は光ガイド層51,
55の構成元素にバンドギャップを大きくするAlが含
まれていること。
When the active layers 3 and 17 have a quantum well structure, it is preferable to have the following structure from the viewpoint of facilitating the mixed crystal formation of the quantum well structure. (1) The active layers 3 and 17 have a single well layer (single quantum well) because the amount of change in composition can be increased before and after mixed crystal formation. (2) When the active layers 3 and 17 have a plurality of well layers (multiple quantum wells), the active layers 3 and 17 are sandwiched between the mixed crystal composition well layers in order to suppress the reduction of the band gap near the center of the mixed crystal region. The thickness of the formed barrier layer 53 is larger than that of the well layers 52 and 54. (3) Compressive strain is applied to the well layer in order to increase the band gap change before and after mixed crystal formation. (4) I that easily diffuses at a relatively low temperature into the constituent elements of the well layer
n must be included. (5) The light guide layers 51 and 55 formed above and / or below the barrier layer 53 or the active layers 3 and 17 sandwiching the well layer do not include In for reducing the band gap. (6) The barrier layer 53 or the light guide layer 51 sandwiching the well layer,
The constituent elements 55 contain Al for increasing the band gap.

【0028】本発明の半導体光デバイス装置では、図1
(c)に示すように活性層3の光導波領域の少なくとも
片側の端面近傍で量子井戸層のバンドギャップが光導波
領域中央部よりも大きい窓領域25を形成することがで
きる。この窓領域25は無秩序化された領域であり、活
性層3の光導波領域の端面は混晶領域で構成される。混
晶領域の形成はイオン注入及び熱処理あるいは不純物拡
散などにより形成される。光閉じ込め領域61の形成に
は、イオン注入および熱処理を用いることが好ましい。
図1において、斜線で示される領域はイオン注入がなさ
れた領域である。通常、活性層3は、二重量子井戸(D
QW)構造を有するため、図4(b)のようなバンドギ
ャップを示すが、無秩序化されているために、図4
(a)に示すように、通常の活性層3のバンドギャップ
(点線で示す)より大きくなっている。このため、活性
層3内において、光閉じ込め領域61は光導波領域60
よりもバンドギャップが大きく、かつ屈折率が小さくな
る。また、窓領域を形成することにより光出力端面にお
いて光波の吸収を抑制して、CODを未然に防止でき
る。
In the semiconductor optical device of the present invention, FIG.
As shown in (c), the window region 25 in which the band gap of the quantum well layer is larger than the central portion of the optical waveguide region near at least one end face of the optical waveguide region of the active layer 3 can be formed. The window region 25 is a disordered region, and the end face of the optical waveguide region of the active layer 3 is formed of a mixed crystal region. The mixed crystal region is formed by ion implantation and heat treatment or impurity diffusion. It is preferable to use ion implantation and heat treatment for forming the light confinement region 61.
In FIG. 1, a region indicated by oblique lines is a region where ion implantation has been performed. Usually, the active layer 3 has a double quantum well (D
QB), it has a band gap as shown in FIG. 4B, but has disordered structure.
As shown in (a), the band gap is larger than that of a normal active layer 3 (shown by a dotted line). Therefore, in the active layer 3, the light confinement region 61 is
Band gap is larger and the refractive index is smaller. Further, by forming the window region, absorption of light waves at the light output end face can be suppressed, and COD can be prevented beforehand.

【0029】図1(a)〜(c)に示すように、活性層
3,17の上には、第2導電型クラッド層4,18が形
成される。本発明の半導体光デバイス装置では第2導電
型クラッド層を少なくとも1層形成する。第2導電型ク
ラッド層は、2つの領域、すなわち領域A(62)及び
領域B(63)を有し、領域A(62)は、領域B(6
3)よりも高抵抗となるか、あるいは領域A(62)と
領域B(63)とが異なる導電型になることが好まし
い。領域A(62)が領域B(63)よりも高抵抗であ
るかあるいは異なる導電型であれば、光分布(特に横方
向の光分布)を制御しでき、また通電時の電流を領域B
(63)の方に流れ易くすることができ、電流阻止機能
を向上できる。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the second conductivity type cladding layers 4 and 18 are formed on the active layers 3 and 17. In the semiconductor optical device of the present invention, at least one second conductive type clad layer is formed. The second conductivity type cladding layer has two regions, that is, a region A (62) and a region B (63), and the region A (62) has a region B (6).
It is preferable that the resistance is higher than 3) or that the region A (62) and the region B (63) have different conductivity types. If the region A (62) has a higher resistance or a different conductivity type than the region B (63), the light distribution (particularly, the light distribution in the lateral direction) can be controlled, and the current at the time of energization can be reduced.
(63) can easily flow, and the current blocking function can be improved.

【0030】本発明における第2導電型クラッド層は、
2層以上形成してもよい。第2導電型クラッド層が2層
形成された場合として、図1を用いて説明する。図1で
は、活性層3,17に近い方から順に第2導電型第1ク
ラッド層4,18と第2導電型第2クラッド層9,21
の2層を有する好ましい態様を示す。
In the present invention, the second conductivity type cladding layer comprises:
Two or more layers may be formed. A case where two second conductive type cladding layers are formed will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the second conductive type first clad layers 4 and 18 and the second conductive type second clad layers 9 and 21 are arranged in this order from the closest to the active layers 3 and 17.
A preferred embodiment having two layers is shown.

【0031】第2導電型第1クラッド層4,18は、活
性層3,17よりも屈折率の小さい材料で形成される。
例えば、第2導電型のInP、GaInP、AlGaI
nP、AlInP、AlGaAs、AlGaAsP、A
lGaInAs、GaInAsP、GaN、AlGa
N、AlGaInN、BeMgZnSe、MgZnSS
e、CdZnSeTe、ZnO、MgZnO、MgO等
の一般的なIII−V族、II−VI族半導体を用いることが
できる。第2導電型第1クラッド層4,18がAlを含
むIII−V族化合物半導体で構成されている場合は、そ
の成長可能な実質的全面をGaAs、GaAsP、Ga
InAs、GaInP、GaInN等のAlを含まない
III−V族化合物半導体で覆えば表面酸化を防止するこ
とができるため好ましい。
The second conductive type first cladding layers 4 and 18 are formed of a material having a lower refractive index than the active layers 3 and 17.
For example, second conductivity type InP, GaInP, AlGaI
nP, AlInP, AlGaAs, AlGaAsP, A
lGaInAs, GaInAsP, GaN, AlGa
N, AlGaInN, BeMgZnSe, MgZnSS
e, CdZnSeTe, ZnO, MgZnO, and general III-V and II-VI semiconductors such as MgO can be used. When the second conductivity type first cladding layers 4 and 18 are made of a III-V compound semiconductor containing Al, substantially the entire surface on which growth is possible is made of GaAs, GaAsP or Ga.
Does not contain Al such as InAs, GaInP, and GaInN
Covering with a III-V compound semiconductor is preferable because surface oxidation can be prevented.

【0032】第2導電型第1クラッド層4,18のキャ
リア濃度は、下限は1×1017cm -3以上が好ましく、
3×1017cm-3以上がより好ましく、5×1017cm
-3以上が最も好ましい。上限は5×1018cm-3以下が
好ましく、3×1018cm-3以下がより好ましく、2×
1018cm-3以下が最も好ましい。厚さの下限としては
0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上がより
好ましく、0.07μm以上が最も好ましい。上限とし
ては、0.5μm以下が好ましく、0.4μm以下がよ
り好ましく、0.2μm以下が最も好ましい。
The second conductive type first cladding layers 4, 18
Rear concentration, lower limit is 1 × 1017cm -3More preferably,
3 × 1017cm-3More preferably, 5 × 1017cm
-3The above is most preferred. The upper limit is 5 × 1018cm-3The following
Preferably 3 × 1018cm-3The following is more preferable, and 2 ×
1018cm-3The following are most preferred. As the lower limit of thickness
0.01 μm or more is preferable, and 0.05 μm or more is more preferable.
Preferably, it is at least 0.07 μm. Upper limit
Is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.4 μm or less.
More preferably, it is most preferably 0.2 μm or less.

【0033】第2導電型第1クラッド層4,18は、活
性層3,17の上に形成する。本発明の好ましい実施様
態では、第2導電型第1クラッド層4,18の屈折率
は、第1導電型クラッド層2,16の屈折率よりも小さ
い。このような態様を採用することにより、活性層から
光ガイド層側へ有効に光がしみ出すように光分布(近視
野像)を制御することができる。また、活性領域(活性
層の存在する部分)から不純物拡散領域への光導波損失
を低減することもできるため、高出力動作におけるレー
ザ特性や信頼性の向上を達成することができる。
The second conductive type first cladding layers 4 and 18 are formed on the active layers 3 and 17. In a preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the second conductive type first cladding layers 4 and 18 is smaller than the refractive index of the first conductive type cladding layers 2 and 16. By adopting such an embodiment, the light distribution (near-field image) can be controlled so that light effectively seeps from the active layer to the light guide layer side. Further, since the optical waveguide loss from the active region (the portion where the active layer is present) to the impurity diffusion region can be reduced, it is possible to achieve improvement in laser characteristics and reliability in high-power operation.

【0034】第2導電型第1クラッド層4,18の上に
酸化防止層5,19を形成することにより、第2導電型
第2クラッド層9,21を再成長させる際に、再成長界
面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を容易
に防ぐことができるようになる。また、酸化防止層5,
19はエッチング阻止層として機能させてもよい。
By forming the antioxidant layers 5 and 19 on the second conductive type first cladding layers 4 and 18, when the second conductive type second cladding layers 9 and 21 are regrown, the regrowth interface is formed. As a result, it is possible to easily prevent the generation of a high-resistance layer that increases the passage resistance. In addition, the antioxidant layer 5,
19 may function as an etching stop layer.

【0035】酸化防止層5,19の材料は、酸化されに
くいか、又は酸化されてもクリーニングが容易な材料で
あれば特に限定されない。また酸化防止層5,19の材
料は、一般に活性層の材料よりもバンドギャップが大き
い材料から選択される。しかし、活性層の材料よりもバ
ンドギャップが小さい材料であっても、厚さが50nm
以下、より好ましくは30nm以下、最も好ましくは1
0nm以下であれば、実質的に光の吸収が無視できるの
で使用可能である。具体的には、Al等の酸化されやす
い元素の含有率が低い(0.3以下程度)III−V族化
合物半導体層が挙げられ、GaAsを選択することもで
きる。また、酸化防止層5,19は、材料と厚みを選択
することによって活性層3,17からの光を吸収しない
ようにすることが好ましく、例えば活性層3,17で発
生した発光波長に対して透明であること態様が挙げられ
る。
The material of the antioxidant layers 5 and 19 is not particularly limited as long as it is hardly oxidized or easily oxidized and cleaned. The material of the antioxidant layers 5 and 19 is generally selected from materials having a larger band gap than the material of the active layer. However, even if the material has a smaller band gap than the material of the active layer, the thickness is 50 nm.
Or less, more preferably 30 nm or less, most preferably 1 nm or less.
If it is 0 nm or less, it can be used because light absorption can be substantially ignored. Specifically, a group III-V compound semiconductor layer having a low content of an easily oxidizable element such as Al (about 0.3 or less) may be mentioned, and GaAs may be selected. Further, it is preferable that the antioxidant layers 5 and 19 are made so as not to absorb light from the active layers 3 and 17 by selecting a material and a thickness. An embodiment in which it is transparent is mentioned.

【0036】本発明の構成を有する半導体光デバイス装
置は、第2導電型クラッド層4,18の上部からイオン
注入及び熱処理(アニール)を行うことにより、第2導
電クラッド層4,18の領域A(62)及び活性層3,
17の光閉じ込め領域61を作成することができる。ま
た、イオン注入及び熱拡散により本発明における窓領域
25を形成することもできる。イオン注入で拡散させる
不純物(イオン源)は、ドーパントとして機能するもの
であれば特に限定がない。例えば、Si、F、Al、
B、C、N、P、S、As、Gaを挙げることができ
る。より好ましいのはSi、F、B、C、N、P、As
であり、さらに好ましいのはSi、F、B、Nであり、
最も好ましいのはSiである。
In the semiconductor optical device having the structure of the present invention, ion implantation and heat treatment (annealing) are performed from above the second conductive type cladding layers 4 and 18 so that the region A of the second conductive cladding layers 4 and 18 is formed. (62) and the active layer 3,
Seventeen light confinement regions 61 can be created. Further, the window region 25 in the present invention can be formed by ion implantation and thermal diffusion. The impurity (ion source) diffused by ion implantation is not particularly limited as long as it functions as a dopant. For example, Si, F, Al,
B, C, N, P, S, As, and Ga can be mentioned. More preferred are Si, F, B, C, N, P, As.
And more preferred are Si, F, B and N;
Most preferred is Si.

【0037】イオン注入する場合のイオンの注入量(ド
ーズ量)は、少なすぎると活性層の混晶化が起こりにく
くなる。一方、多すぎると活性層内の不純物濃度が高く
なり過ぎたり、再成長界面による品質の劣化の影響を受
けやすくなり、フロント位置の制御性の低下や端部での
リーク電流の増加を招いてしまうという問題がある。特
に第2導電型クラッド層4,18よりも下側の比較的バ
ンドギャップの小さい層まで不純物が拡散してしまう
と、リーク電流増加が大きくなって発光素子としての性
能を大きく損ねてしまう。
If the ion implantation amount (dose amount) in ion implantation is too small, it becomes difficult for the active layer to form a mixed crystal. On the other hand, if the amount is too large, the impurity concentration in the active layer becomes too high, and the active layer is easily affected by quality deterioration due to the regrowth interface, leading to a decrease in controllability of the front position and an increase in leak current at the end. Problem. In particular, if impurities diffuse to a layer having a relatively small band gap below the second conductivity type cladding layers 4 and 18, the increase in leakage current increases and the performance as a light emitting element is greatly impaired.

【0038】これらを考慮すると、イオン注入する場合
のイオン注入量(ドース量)は、下限として0.1×1
13cm-2以上が好ましく、0.5×1013cm-2以上
がより好ましく、0.7×1013cm-2以上が最も好ま
しい。上限としては20×1013cm-2以下が好まし
く、15×1013cm-2以下がより好ましく、10×1
13cm-2以下が最も好ましい。
In consideration of these, the ion implantation amount (dose amount) in the case of ion implantation is 0.1 × 1 as the lower limit.
0 13 cm −2 or more is preferable, 0.5 × 10 13 cm −2 or more is more preferable, and 0.7 × 10 13 cm −2 or more is most preferable. The upper limit is preferably 20 × 10 13 cm −2 or less, more preferably 15 × 10 13 cm −2 or less, and 10 × 1 cm 2 or less.
0 13 cm -2 or less is most preferred.

【0039】通常、固体中へのイオン注入プロファイル
は、特にピーク近傍においてガウス分布に非常によく一
致する。本発明者らの検討結果により、ドーズ量を一定
とした場合、濃度分布のピーク位置が活性層の光閉じ込
め領61域近傍、或いは光閉じ込め領域61内まで注入
すると、混晶化は起こりにくくなり、むしろ、活性層の
光閉じ込め領域61よりも第2導電型クラッド層4,1
8の領域A(62)内に濃度ピーク位置がくるように注
入プロファイルを設定した方が同じドーズ量では、混晶
化がより促進されることが分かった。また、注入後の熱
処理において、注入原子が活性層側へ拡散していないに
もかかわらず、活性層内部で混晶化が起こることも分か
っている。このことから、イオン注入後の熱処理中に不
純物が拡散しなくても、混晶化させることが可能であ
る。従来の活性層への不純物拡散では、特に端部窓領域
での不純物による光吸収(内部ロスの大幅な増大)やp
n接合位置のシフトによる端部でのリーク電流の増加な
どの問題が発生していたが、本発明では、活性層への実
質的な不純物拡散を必要としないために、従来の問題点
を解決することができる。
In general, the profile of ion implantation into a solid very closely matches the Gaussian distribution, especially near the peak. According to the study results of the present inventors, when the dose amount is constant, if the peak position of the concentration distribution is injected into the vicinity of the light confinement region 61 of the active layer or into the light confinement region 61, the mixed crystal hardly occurs. Rather, rather than the light confinement region 61 of the active layer, the second conductivity type cladding layers 4, 1
It was found that setting the injection profile so that the concentration peak position was within the region A (62) of No. 8 promoted the mixed crystal formation at the same dose. It has also been found that in the heat treatment after implantation, mixed crystals occur inside the active layer even though the implanted atoms do not diffuse to the active layer side. From this, it is possible to form a mixed crystal even if impurities do not diffuse during heat treatment after ion implantation. In the conventional diffusion of impurities into the active layer, light absorption (internal loss is greatly increased) due to impurities particularly in the end window region and p
Although a problem such as an increase in leakage current at the end due to the shift of the n-junction position has occurred, the present invention solves the conventional problem because it does not require substantial impurity diffusion into the active layer. can do.

【0040】このことから、混晶化のし易さ及び活性層
へのダメージ低減の観点から、注入プロファイルの濃度
ピーク位置は、活性層の光閉じ込め領域61よりも第2
導電型クラッド層4,18の領域A(62)内にあるこ
とが好ましい。注入プロファイルの濃度ピーク位置は、
注入しようとしているエピタキシャル表面から活性層ま
での距離に応じて注入するエネルギーを調節することに
よりコントロールすることができる。具体的に、注入表
面から活性層までの距離が0.01〜1μmである場合
には、イオン注入する場合のイオン注入エネルギーを5
〜1000keVとすることが好ましい。より好ましく
は、注入表面から活性層までの距離が0.02〜0.5
μmである場合に、イオン注入する場合のイオン注入エ
ネルギーを10〜500keVとすることであり、最も
好ましいのは、注入表面から活性層までの距離が0.0
5〜0.3μmである場合に、イオン注入する場合のイ
オン注入エネルギーを20〜300keVとすることで
ある。
From the above, from the viewpoint of easiness of mixed crystal formation and reduction of damage to the active layer, the concentration peak position of the injection profile is more second than the light confinement region 61 of the active layer.
It is preferably in the region A (62) of the conductive type cladding layers 4, 18. The concentration peak position of the injection profile is
It can be controlled by adjusting the energy to be implanted according to the distance from the epitaxial surface to be implanted to the active layer. Specifically, when the distance from the implantation surface to the active layer is 0.01 to 1 μm, the ion implantation energy for ion implantation is 5
It is preferable to set it to 1000 keV. More preferably, the distance from the injection surface to the active layer is 0.02-0.5.
In the case of μm, the ion implantation energy for ion implantation is 10 to 500 keV, and most preferably, the distance from the implantation surface to the active layer is 0.0
When the thickness is 5 to 0.3 μm, the ion implantation energy for ion implantation is set to 20 to 300 keV.

【0041】本発明では、不純物をイオン注入する前
に、イオン注入により不純物をドーピングしない部分に
は表面保護膜を形成することができる。表面保護膜を形
成する場合、表面保護膜の材料はイオン注入時にドーパ
ントを透過しない等の条件を満たせば、特に限定されな
い。具体的には表面保護膜として誘電体、フォトレジス
トなどを用いることができ、誘電体の場合例えばSiN
x膜、SiO2膜、SiON膜、Al23膜、ZnO
膜、SiC膜及びアモルファスSiからなる群を挙げる
ことができる。好ましくはSiNx膜、SiO2膜、S
iON膜であり、もっとも好ましくはSiNxである。
表面保護膜を形成した場合には、熱処理をする前に該表
面保護膜は除去される。該表面保護膜を除去する方法
は、該表面保護膜を完全に除去できれば特に限定はな
い。したがって、通常用いられるエッチング方法を用い
ることができ、例えばドライエッチング、ウェットエッ
チング、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング
などを挙げることができる。
According to the present invention, before ion implantation of an impurity, a surface protective film can be formed on a portion where the impurity is not doped by ion implantation. When the surface protective film is formed, the material of the surface protective film is not particularly limited as long as it satisfies the condition that the dopant does not pass during ion implantation. Specifically, a dielectric, a photoresist, or the like can be used as the surface protective film. In the case of a dielectric, for example, SiN
x film, SiO 2 film, SiON film, Al 2 O 3 film, ZnO
A group consisting of a film, a SiC film, and amorphous Si. Preferably, SiNx film, SiO 2 film, S
iON film, most preferably SiNx.
When a surface protective film is formed, the surface protective film is removed before heat treatment. The method for removing the surface protective film is not particularly limited as long as the surface protective film can be completely removed. Therefore, a commonly used etching method can be used, and examples thereof include dry etching, wet etching, reactive ion etching, and plasma etching.

【0042】開口部端部におけるイオン注入フロント
は、混晶化を行う場合には活性層23内の量子井戸層よ
りも下側にする必要があり、活性層3,17よりもバン
ドギャップの大きい第1導電型クラッド層2,16内に
形成することが電流リーク抑制の観点から好ましい。
The ion implantation front at the end of the opening needs to be lower than the quantum well layer in the active layer 23 when the mixed crystal is formed, and has a larger band gap than the active layers 3 and 17. It is preferable to form it in the first conductivity type cladding layers 2 and 16 from the viewpoint of suppressing current leakage.

【0043】また、本発明の構成を有する半導体光デバ
イス装置では、上記の第2導電型クラッド層の上部から
のイオン注入のほか、さらに後述するブロック層6及び
表面保護層7を形成した後にイオン注入を行うこともで
きる。例えば、図1に示す一例では、光導波領域の両端
部分では酸化防止層5,19、また光閉じ込め領域の両
端部分では表面保護層7,20からそれぞれイオン注入
することにより不純物を拡散することができる。光導波
領域の両端部分では、不純物は比較的厚さが薄い酸化防
止層5,19と第2導電型第1クラッド層4,18を通
って活性層3,17まで達することができる。このた
め、イオン注入フロントの位置制御性の向上や端部での
リーク電流低減を容易に図ることができる。また光閉じ
込め領域の両端部分では、表面保護層7,20を通って
その下の後述する電流ブロック層6内まで達することが
できる。
In the semiconductor optical device having the structure of the present invention, in addition to the above-described ion implantation from the upper part of the second conductivity type clad layer, the ion implantation after forming the block layer 6 and the surface protection layer 7 which will be described later. An injection can also be performed. For example, in the example shown in FIG. 1, impurities can be diffused by ion implantation from the antioxidant layers 5 and 19 at both ends of the optical waveguide region and from the surface protection layers 7 and 20 at both ends of the light confinement region. it can. At both ends of the optical waveguide region, the impurities can reach the active layers 3 and 17 through the relatively thin antioxidant layers 5 and 19 and the second conductive type first cladding layers 4 and 18. Therefore, it is possible to easily improve the position controllability of the ion implantation front and reduce the leak current at the end. In addition, at both ends of the light confinement region, the light can pass through the surface protection layers 7 and 20 and into the below-described current blocking layer 6 below.

【0044】本発明における熱処理(アニール)の方法
は、イオン注入後に窓構造領域を形成できるものであれ
ば、特に限定されるものではない。したがって、通常の
アニーリングに用いられる方法を用いることができ、例
えば、水素アニール、急速熱アニール(Rapid Thermal
Anneal)、急熱プロセス(Rapid Thermal Process)な
どが挙げられる。
The heat treatment (annealing) method in the present invention is not particularly limited as long as the window structure region can be formed after ion implantation. Therefore, a method used for normal annealing can be used, for example, hydrogen annealing, rapid thermal annealing (Rapid Thermal Annealing).
Anneal) and a rapid thermal process.

【0045】イオン注入後の熱処理において、熱処理の
温度と時間を調整することにより窓領域を形成すること
ができる。本発明のアニールの温度は、上限が1000
℃以下であることが好ましく、950℃以下であること
がより好ましく、900℃以下であることがさらにより
好ましい。下限としては、600℃以上であることが好
ましく、650℃以上であることがより好ましく、70
0℃以上であることがさらに好ましい。また、アニール
の時間は、上限が60分以下であることが好ましく、3
0分以下であることがより好ましく、15分以下である
ことがさらにより好ましい。またアニールの時間の下限
としては、5秒以上であることが好ましく、10秒以上
であることがより好ましく、30秒以上であることがさ
らに好ましい。
In the heat treatment after the ion implantation, the window region can be formed by adjusting the temperature and time of the heat treatment. The upper limit of the annealing temperature of the present invention is 1000.
° C or lower, more preferably 950 ° C or lower, and even more preferably 900 ° C or lower. The lower limit is preferably at least 600 ° C, more preferably at least 650 ° C,
More preferably, it is 0 ° C. or higher. The upper limit of the annealing time is preferably 60 minutes or less.
The time is more preferably 0 minutes or less, and even more preferably 15 minutes or less. The lower limit of the annealing time is preferably 5 seconds or more, more preferably 10 seconds or more, and even more preferably 30 seconds or more.

【0046】本発明の熱処理による窓領域の形成の前
に、あらかじめ酸化防止層5,19の表面をコーティン
グ層で覆うこともできる。アニールを行う場合、酸化防
止層5,19などのエピタキシャル成長層の表面におい
ては、通常V族元素(As,Pなど)の欠損が起こる。
このような欠損は表面状態を劣化させ、その後のエピタ
キシャル成長に重大な影響を与えるおそれがある。そこ
で、このようなV族元素の欠損を防止するために、アニ
ールをV族元素(As、Pなど)雰囲気中で行うか、又
は前記エピタキシャル成長層の表面にさらにコーティン
グ層を形成してからアニールを行うことが好ましい。コ
ーティング層を形成する場合、コーティング層の材料
は、耐熱性、安定性等を有すれば特に限定されない。薄
膜形成や加工のし易さの観点からアモルファスを用いる
ことも可能であり、具体的には、SiNx、SiO2
SiON、Al23、ZnO、SiCなどが挙げられ
る。
Prior to the formation of the window region by the heat treatment of the present invention, the surfaces of the antioxidant layers 5 and 19 may be covered with a coating layer in advance. When annealing is performed, defects of group V elements (such as As and P) usually occur on the surfaces of the epitaxial growth layers such as the oxidation prevention layers 5 and 19.
Such defects may degrade the surface state and have a significant effect on subsequent epitaxial growth. Therefore, in order to prevent such a deficiency of the group V element, annealing is performed in an atmosphere of a group V element (As, P, or the like), or annealing is performed after a coating layer is further formed on the surface of the epitaxial growth layer. It is preferred to do so. When forming a coating layer, the material of the coating layer is not particularly limited as long as it has heat resistance, stability, and the like. It is also possible to use amorphous from the viewpoint of easy formation and processing of a thin film. Specifically, SiNx, SiO 2 ,
SiON, Al 2 O 3 , ZnO, SiC and the like can be mentioned.

【0047】なお、コーティング層を形成した場合、後
述する第2導電型第2クラッド層9,21を形成する前
に該コーティング層は除去される。該コーティング層を
除去する方法は、該コーティング層を完全に除去できれ
ば特に限定はない。したがって、通常用いられるエッチ
ング方法を用いることができ、例えばドライエッチン
グ、ウェットエッチング、反応性イオンエッチング、プ
ラズマエッチングなどを挙げることができる。
When the coating layer is formed, the coating layer is removed before forming the second-conductivity-type second cladding layers 9 and 21 described later. The method for removing the coating layer is not particularly limited as long as the coating layer can be completely removed. Therefore, a commonly used etching method can be used, and examples thereof include dry etching, wet etching, reactive ion etching, and plasma etching.

【0048】本発明の半導体光デバイス装置は、第2導
電型クラッド層の上にさらに電流ブロック層6を形成す
ることができる。第2導電クラッド層と電流ブロック層
の関係につき、図1(a)に示すセルフアライン型の一
例を用いて説明する。電流ブロック層6は、電流狭窄及
びリーク電流の発生の防止の観点から第2導電型クラッ
ド層4の領域A(62)上に形成することが好ましい。
電流ブロック層6は、開口部8を有し、該開口部8から
活性層3に電流が注入される。
In the semiconductor optical device of the present invention, the current blocking layer 6 can be further formed on the second conductivity type cladding layer. The relationship between the second conductive cladding layer and the current blocking layer will be described using an example of a self-aligned type shown in FIG. The current block layer 6 is preferably formed on the region A (62) of the second conductivity type clad layer 4 from the viewpoint of preventing current constriction and generation of leak current.
The current blocking layer 6 has an opening 8, and a current is injected into the active layer 3 from the opening 8.

【0049】電流ブロック層6の材料は、電流ブロック
機能を有するものであれば特に限定されない。電流ブロ
ック層6の材料として半導体を用いた場合は、誘電体膜
と比較して熱伝導率が高いために放熱性が良い、劈開性
が良い、平坦化しやすいためにジャンクション・アップ
で組み立てやすい、コンタクト層を全面に形成しやすい
のでコンタクト抵抗を下げやすいなどの利点がある。
The material of the current blocking layer 6 is not particularly limited as long as it has a current blocking function. When a semiconductor is used as the material of the current blocking layer 6, the heat conductivity is higher than that of the dielectric film, so that the heat dissipation is good, the cleavage is good, and the flattening is easy, and the junction is easy to assemble. Since the contact layer can be easily formed on the entire surface, there is an advantage that the contact resistance can be easily reduced.

【0050】電流ブロック層6の屈折率は、電流ブロッ
ク層6に挟まれたAlGaAs又はAlGaAsPから
なる第2導電型第2クラッド層9の屈折率よりも低くす
ることが好ましい(実屈折率ガイド構造)。このような
屈折率の制御を行うことによって、従来のロスガイド構
造に比べて動作電流を低減することが可能になる。電流
ブロック層6と第2導電型第2クラッド層9との屈折率
差は、電流ブロック層が化合物半導体の場合、下限は
0.001以上が好ましく、0.003以上がより好ま
しく、0.007以上が最も好ましい。上限は、1.0
以下が好ましく、0.5以下がより好ましく、0.1以
下が最も好ましい。電流ブロック層6が誘電体の場合、
下限は0.1以上が好ましく、0.3以上がより好まし
く、0.7以上が最も好ましい。上限は、3.0以下が
好ましく、2.5以下がより好ましく、1.8以下が最
も好ましい。
The refractive index of the current blocking layer 6 is preferably lower than the refractive index of the second conductivity type second cladding layer 9 made of AlGaAs or AlGaAsP sandwiched between the current blocking layers 6 (real refractive index guide structure). ). By controlling such a refractive index, it becomes possible to reduce the operating current as compared with the conventional loss guide structure. When the current blocking layer is a compound semiconductor, the lower limit of the refractive index difference between the current blocking layer 6 and the second conductive type second cladding layer 9 is preferably 0.001 or more, more preferably 0.003 or more, and 0.007 or more. The above is most preferred. The upper limit is 1.0
Is preferably 0.5 or less, more preferably 0.5 or less, and most preferably 0.1 or less. When the current blocking layer 6 is a dielectric,
The lower limit is preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and most preferably 0.7 or more. The upper limit is preferably 3.0 or less, more preferably 2.5 or less, and most preferably 1.8 or less.

【0051】電流ブロック層6の材料は、第2導電型第
2クラッド層9よりも低屈折率にすることや、GaAs
基板との格子整合を考慮すると、半導体としてAlGa
As又はAlyGa1-yAs(0.35≦y≦1)を用い
ることもできる。但し、Al組成がAlAsに近くなり
すぎると潮解性を示すため、また第2導電型第2クラッ
ド層9よりも低屈折率にする必要があることから、Al
組成の下限としてのy値は0.35以上であり、好まし
くは0.37以上であり、より好ましくは0.40以上
である。また、上限としてのy値は1以下であり、好ま
しくは0.9以下であり、さらに好ましくは0.8以下
である。
The material of the current blocking layer 6 may have a lower refractive index than that of the second cladding layer 9 of the second conductivity type, or may be made of GaAs.
Considering lattice matching with the substrate, AlGa
As or Al y Ga 1-y As (0.35 ≦ y ≦ 1) can also be used. However, when the Al composition is too close to AlAs, deliquescentness is exhibited, and since it is necessary to make the refractive index lower than that of the second cladding layer 9 of the second conductivity type, Al
The y value as the lower limit of the composition is 0.35 or more, preferably 0.37 or more, and more preferably 0.40 or more. Further, the y value as the upper limit is 1 or less, preferably 0.9 or less, and more preferably 0.8 or less.

【0052】電流ブロック層6は、光分布(特に横方向
の光分布)を制御したり電流阻止の機能を向上させるた
めに、屈折率、キャリア濃度又は導電型が異なる2つ以
上の層から形成してもよい。電流ブロック層6の上に表
面保護層7を形成して、表面酸化の抑制あるいはプロセ
ス上の表面保護を図ることができる。表面保護層7の導
電型は特に規定されないが、第2導電型とすることによ
り電流阻止機能の向上を図ることができる。
The current blocking layer 6 is formed from two or more layers having different refractive indices, carrier concentrations or conductivity types in order to control the light distribution (particularly the light distribution in the lateral direction) and to improve the current blocking function. May be. By forming the surface protective layer 7 on the current blocking layer 6, it is possible to suppress surface oxidation or to protect the surface in the process. Although the conductivity type of the surface protective layer 7 is not particularly limited, the current blocking function can be improved by using the second conductivity type.

【0053】電流ブロック層6の導電型は、第1導電型
又は高抵抗(アンドープもしくは深い順位を形成する不
純物(O、Cr、Feなど)をドープ)、あるいはこれ
ら2つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型或
いは組成の異なる複数の層から形成されていてもよい。
例えば、活性層3に近い側から第2導電型あるいは高抵
抗の半導体層、及び第1導電型の半導体層の順に形成さ
れている電流ブロック層を好ましく用いることもでき
る。また、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性
があるため、厚さは0.1μm以上であるのが好まし
く、0.3μm以上であるのがより好ましい。一方、厚
すぎると通過抵抗の増大を招くため、上限は2μm以下
が好ましく、1μm以下がより好ましい。素子としての
サイズ等を勘案すれば、0.3〜1μm程度の範囲から
選択するのが好ましい。
The conductivity type of the current blocking layer 6 is any of the first conductivity type or high resistance (undoped or doped with impurities (O, Cr, Fe, etc.) that form a deep order), or a combination of the two. Or a plurality of layers having different conductivity types or different compositions.
For example, a current blocking layer formed in the order of the second conductivity type or high resistance semiconductor layer and the first conductivity type semiconductor layer from the side close to the active layer 3 can be preferably used. Further, if the thickness is too small, it may cause a problem in blocking the current. Therefore, the thickness is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.3 μm or more. On the other hand, if the thickness is too large, the passage resistance increases, so the upper limit is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less. In consideration of the size of the element, it is preferable to select from a range of about 0.3 to 1 μm.

【0054】電流ブロック層6の形成方法は、開口部8
が形成できれば特に限定されない。電流ブロック層6を
選択成長により形成した場合、ソースガス、成長温度、
雰囲気を選べば、自己整合的に薄膜を形成できること、
素子の微細化に適応しやすいこと等の利点を有するため
特に好ましい。
The method for forming the current blocking layer 6 is as follows.
Is not particularly limited as long as it can be formed. When the current block layer 6 is formed by selective growth, the source gas, the growth temperature,
If you choose the atmosphere, you can form a thin film in a self-aligned manner,
It is particularly preferable because it has advantages such as easy adaptation to element miniaturization.

【0055】電流ブロック層6の上側層として、開口部
8内部及び少なくとも開口部8両脇の電流ブロック層6
上の一部に至るように第2導電型第2クラッド層9が形
成される。第2導電型第2クラッド層9は、開口部8の
上側表面をすべて覆い、かつ、開口部8両脇の電流ブロ
ック層6上の少なくとも一部に延在されるように形成さ
れる。また、リッジ埋込型にあっては、酸化防止層19
及び表面保護層20の上に第2導電第2クラッド層21
が形成される。
As the upper layer of the current blocking layer 6, the current blocking layer 6 inside the opening 8 and at least on both sides of the opening 8
The second conductivity type second cladding layer 9 is formed so as to reach the upper part. The second conductivity type second cladding layer 9 is formed so as to cover the entire upper surface of the opening 8 and extend at least partially on the current blocking layer 6 on both sides of the opening 8. In the case of the ridge buried type, the oxidation preventing layer 19 is used.
And a second conductive second cladding layer 21 on the surface protection layer 20.
Is formed.

【0056】第2導電型第2クラッド層9,21のキャ
リア濃度は、下限は3×1017cm -3以上が好ましく、
5×1017cm-3以上がより好ましく、7×1017cm
-3以上が最も好ましい。また上限は1×1019cm-3
下が好ましく、5×1018cm-3以下がより好ましく、
3×1018cm-3以下が最も好ましい。
The second conductive type second clad layers 9 and 21 have a capacitor.
Rear concentration, lower limit is 3 × 1017cm -3More preferably,
5 × 1017cm-3More preferably, 7 × 1017cm
-3The above is most preferred. The upper limit is 1 × 1019cm-3Less than
Lower is preferred, 5 × 1018cm-3The following is more preferable,
3 × 1018cm-3The following are most preferred.

【0057】第2導電型第2クラッド層9,21の厚さ
は、薄くなりすぎると光閉じ込めが不十分となり、厚く
なりすぎると通過抵抗が増加してしまう。このため、第
2導電型第2クラッド層9,21の厚さの下限は、0.
5μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好まし
い。上限は3.0μm以下が好ましく、2.0μm以下
がより好ましい。
When the thickness of the second conductive type second cladding layers 9 and 21 is too small, the light confinement becomes insufficient, and when the thickness is too large, the passing resistance increases. For this reason, the lower limit of the thickness of the second conductive type second cladding layers 9 and 21 is set to 0.1 mm.
5 μm or more is preferable, and 1.0 μm or more is more preferable. The upper limit is preferably 3.0 μm or less, more preferably 2.0 μm or less.

【0058】第2導電型第2クラッド層9,21を形成
した後にさらに電極を形成する場合には、電極材料との
接触抵抗を低減するために、低抵抗(高キャリア濃度)
のコンタクト層10,22を形成することが好ましい。
特に電極を形成しようとする最上層表面の全体にコンタ
クト層10,22を形成した上で電極を形成することが
好ましい。
When an electrode is further formed after forming the second cladding layers 9 and 21 of the second conductivity type, a low resistance (high carrier concentration) is used in order to reduce the contact resistance with the electrode material.
It is preferable to form the contact layers 10 and 22 of FIG.
In particular, it is preferable to form the electrodes after forming the contact layers 10 and 22 on the entire surface of the uppermost layer on which the electrodes are to be formed.

【0059】このとき、コンタクト層10,22の材料
は、通常はクラッド層よりバンドギャップが小さい材料
の中から選択し、金属電極とのオーミック性を取るため
低抵抗で適当なキャリア密度を有するのが好ましい。例
えば、GaAs、GaInAs、GaInP、GaIn
AsP、GaN、GaInN、GaNAs、GaNP、
ZnSe、ZnSSe、CdZnSeTe、ZnO、C
dZnO等の一般的なIII−V族、II−VI族半導体を用
いることができる。キャリア密度の下限は、1×1018
cm-3以上が好ましく、3×1018cm-3以上がより好
ましく、5×1018cm-3以上が最も好ましい。上限
は、2×1020cm-3以下が好ましく、5×1019cm
-3以下がより好ましく、3×1019cm-3以下が最も好
ましい。コンタクト層29の厚みは、下限は0.1μm
以上であることが好ましく、0.3μm以上であること
がより好ましく、0.5μm以上であることが特に好ま
しい。厚みの上限は、10μm以下であることが好まし
く、6μm以下であることがより好ましく、4μm以下
であることが特に好ましい。
At this time, the material of the contact layers 10 and 22 is usually selected from materials having a smaller band gap than that of the cladding layer, and has a low resistance and an appropriate carrier density in order to obtain ohmic contact with the metal electrode. Is preferred. For example, GaAs, GaInAs, GaInP, GaIn
AsP, GaN, GaInN, GaNAs, GaNP,
ZnSe, ZnSSe, CdZnSeTe, ZnO, C
A general III-V or II-VI semiconductor such as dZnO can be used. The lower limit of the carrier density is 1 × 10 18
cm -3 or more, more preferably 3 × 10 18 cm -3 or more, and most preferably 5 × 10 18 cm -3 or more. The upper limit is preferably 2 × 10 20 cm -3 or less, and 5 × 10 19 cm
-3 or less, more preferably 3 × 10 19 cm -3 or less. The lower limit of the thickness of the contact layer 29 is 0.1 μm.
It is preferably at least 0.3 μm, more preferably at least 0.5 μm. The upper limit of the thickness is preferably 10 μm or less, more preferably 6 μm or less, and particularly preferably 4 μm or less.

【0060】次に、セルフアライン型の半導体光デバイ
ス装置における電流ブロック層6に形成される開口部8
について説明する。
Next, an opening 8 formed in the current block layer 6 in the self-aligned type semiconductor optical device.
Will be described.

【0061】電流ブロック層6の開口部8は、上側(コ
ンタクト層10側)よりも下側(活性層3側)の方が小
さくなるようにする方が、通過抵抗の低減(動作電圧及
び発熱の低減)の観点から好ましい。電流ブロック層6
を端部窓構造領域上に形成することにより、端部窓構造
領域でのリーク電流をなくすことができる。また、電流
ブロック層6を端部窓構造領域よりもさらに内側に形成
することにより、活性層23の端部への電流注入も抑制
することができる。これにより、端部領域での劣化(特
に端面劣化)を低減することができる。
When the opening 8 of the current blocking layer 6 is smaller on the lower side (on the active layer 3 side) than on the upper side (on the side of the contact layer 10), the passage resistance is reduced (operating voltage and heat generation). Is preferred from the viewpoint of reduction of Current block layer 6
Is formed on the end window structure region, leakage current in the end window structure region can be eliminated. Further, by forming the current block layer 6 further inside the end window structure region, current injection to the end of the active layer 23 can be suppressed. Thereby, deterioration in the end region (particularly, end surface deterioration) can be reduced.

【0062】電流ブロック層6の開口部8は、両端部ま
で伸長しているストライプ状の開口部であってもよい
し、一方の端部まで伸長しているが他方の端部までは伸
長していない開口部であってもよい。開口部が両端部ま
で伸長しているストライプ状の開口部である場合は、端
部窓構造領域における光の制御がより容易になり、端面
における横方向の光の拡がりを小さくすることができ
る。一方、開口部が端面からある程度内側に入った部分
に形成されている場合は、端面付近で電流を非注入にす
ることができるため、端面での電流の再結合を防ぐとと
もに、クラッド層などからの電流の回り込みを最小限に
とどめることができる。開口部の構造はこのような利点
を考慮しながら、使用目的に応じて適宜決定することが
好ましい。
The opening 8 of the current block layer 6 may be a stripe-shaped opening extending to both ends, or extending to one end but extending to the other end. The opening may not be provided. When the opening is a stripe-shaped opening extending to both ends, light control in the end window structure region becomes easier, and the spread of light in the lateral direction on the end face can be reduced. On the other hand, if the opening is formed in a portion that is somewhat inside from the end face, current can be made non-injected near the end face, preventing recombination of current at the end face and preventing the cladding layer etc. Can be minimized. It is preferable that the structure of the opening is appropriately determined according to the purpose of use while taking such advantages into consideration.

【0063】オフアングルの方向は、電流ブロック層6
に形成される開口部8の伸びる方向(長手方向)に直交
する方向から、±30°以内の方向が好ましく、±7°
以内の方向がより好ましく、±2°以内の方向が最も好
ましい。また、開口部8の方向は、基板1の面方位が
(100)の場合、[0−11]又はそれと等価な方向
が、オフアングルの方向は[011]方向又はそれと等
価な方向から±30°以内の方向が好ましく、±7°以
内の方向がより好ましく、±2°以内の方向が最も好ま
しい。なお、本明細書において「[011]方向」とい
う場合は、一般的なIII−V族、II−VI族半導体
において、(100)面と(011)面との間に存在す
る面が、それぞれIII族又はII族元素が現れる面で
あるように[011]方向を定義する。
The direction of the off angle depends on the current blocking layer 6.
A direction within ± 30 ° from a direction perpendicular to a direction (longitudinal direction) in which the opening 8 formed in the substrate extends is ± 7 °.
Direction is more preferable, and a direction within ± 2 ° is most preferable. When the plane orientation of the substrate 1 is (100), the direction of the opening 8 is [0-11] or a direction equivalent thereto, and the off-angle direction is ± 30 degrees from the [011] direction or a direction equivalent thereto. Is preferably within ± 7 °, more preferably ± 7 °, and most preferably ± 2 °. In this specification, the term “[011] direction” refers to a plane existing between the (100) plane and the (011) plane in general III-V and II-VI semiconductors. The [011] direction is defined as a surface on which a group III or group II element appears.

【0064】本発明の実施態様は上記の開口部が[01
−1]方向の場合に限定されない。例えば、開口部が
[011]方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸び
ている場合、例えば、成長条件により、成長速度に異方
性をもたせることができ、(100)面では速く、(1
11)B面ではほとんど成長しないようにすることがで
きる。[011]方向にストライプ状の保護膜を形成す
ることにより、(111)B面を側面とする電流ブロッ
ク層を形成することができる。
In the embodiment of the present invention, the above-mentioned opening is [01].
-1] direction. For example, when the opening extends in the [011] direction or a direction crystallographically equivalent thereto, for example, the growth rate can be made anisotropic depending on the growth conditions. 1
11) Almost no growth can occur on the B-plane. By forming the stripe-shaped protective film in the [011] direction, a current block layer having the (111) B plane as a side surface can be formed.

【0065】同様の理由により、ウルツァイト型の基板
を用いた場合には、開口部の伸びる方向は、例えば(0
001)面上では[11−20]又は[1−100]が
好ましい。HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)
ではどちらの方向でもよいが、MOVPEでは[11−
20]方向がより好ましい。
For the same reason, when a wurtzite type substrate is used, the direction in which the opening extends is, for example, (0
On the (001) plane, [11-20] or [1-100] is preferable. HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy)
May be in either direction, but in MOVPE [11-
20] direction is more preferable.

【0066】本発明の半導体光デバイス装置を設計する
に際しては、まず、所望の垂直拡がり角を得るために活
性層の厚みとクラッド層の組成を決定する。通常、垂直
拡がり角を狭くすると活性層からクラッド層への光の浸
みだしが促進され、端面での光密度が小さくなり、出射
端面の光学的損傷(COD)レベルが向上することがで
きるので、高出力動作を必要とする時には比較的に狭め
に設定されるが、下限は活性層内の光閉じ込めの低減に
よる発振しきい値電流の増大及びキャリアのオーバーフ
ローによる温度特性の低下を抑制することで制限があ
り、下限は、15°以上が好ましく、17°以上がより
好ましく、19°以上が最も好ましい。上限は、33°
以下が好ましく、31°以下がより好ましく、30°以
下が最も好ましい。
In designing the semiconductor optical device of the present invention, first, the thickness of the active layer and the composition of the cladding layer are determined in order to obtain a desired vertical divergence angle. Usually, when the vertical divergence angle is reduced, light seepage from the active layer to the cladding layer is promoted, the light density at the end face is reduced, and the optical damage (COD) level at the output end face can be improved. When high-output operation is required, it is set relatively narrow, but the lower limit is to suppress an increase in oscillation threshold current due to a reduction in light confinement in the active layer and a decrease in temperature characteristics due to carrier overflow. There is a limit, and the lower limit is preferably 15 ° or more, more preferably 17 ° or more, and most preferably 19 ° or more. Upper limit is 33 °
Or less, more preferably 31 ° or less, and most preferably 30 ° or less.

【0067】次に、垂直拡がり角を決定すると、高出力
特性を大きく支配する構造パラメータは活性層と電流ブ
ロック層との間の距離dpと開口部底部における幅(以
下「開口幅」という)Wとなる。なお、活性層と電流ブ
ロック層との間に第2導電型第1クラッド層のみが存在
する場合、dpは第2導電型第1クラッド層の厚みとな
る。また、活性層が量子井戸構造の場合、最も電流ブロ
ック層に近い活性層と電流ブロック層との距離がdpに
なる。
Next, when the vertical divergence angle is determined, the structural parameters that largely govern the high output characteristics are the distance dp between the active layer and the current blocking layer and the width at the bottom of the opening (hereinafter referred to as “opening width”) W Becomes When only the second conductivity type first cladding layer exists between the active layer and the current blocking layer, dp is the thickness of the second conductivity type first cladding layer. When the active layer has a quantum well structure, the distance between the active layer closest to the current block layer and the current block layer is dp.

【0068】dpについては、上限は0.50μm以下
が好ましく、0.40μm以下がより好ましく、0.3
0μm以下がもっとも好ましい。下限は0.03μm以
上が好ましく、0.05μm以上がより好ましく、0.
07μm以上がもっとも好ましい。ただし、使用目的
(拡がり角をどこに設定するかなど)、材料系(屈折
率、抵抗率等)などが異なると、上記の最適範囲も少し
シフトする。また、この最適範囲は上記の各構造パラメ
ータがお互いに影響し合うことにも注意を要する。
The upper limit of dp is preferably 0.50 μm or less, more preferably 0.40 μm or less, and 0.3
0 μm or less is most preferable. The lower limit is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more.
It is most preferably at least 07 μm. However, if the purpose of use (where the spread angle is set, etc.), material system (refractive index, resistivity, etc.) is different, the above-mentioned optimum range is slightly shifted. It should also be noted that this optimum range affects each of the above structural parameters.

【0069】開口部底部における開口幅Wは、上限が1
000μm以下であることが好ましく、500μm以下
であることがより好ましい。下限が1μm以上であるこ
とが好ましく、1.5μm以上であることがより好まし
く、2μm以上であることが最も好ましい。また、横モ
ードをシングルモード(単一ピークの横方向光強度分
布)にするためには、高次モードのカットオフ及び空間
的ホールバーニングの防止の観点からWをあまり大きく
することができず、Wの上限は7μm以下が好ましく、
5μm以下がより好ましく、3μm以下が特に好まし
い。
The upper limit of the opening width W at the opening bottom is 1
It is preferably not more than 000 μm, more preferably not more than 500 μm. The lower limit is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and most preferably 2 μm or more. Further, in order to make the transverse mode a single mode (transverse light intensity distribution of a single peak), W cannot be made too large from the viewpoint of cutoff of a higher-order mode and prevention of spatial hole burning. The upper limit of W is preferably 7 μm or less,
5 μm or less is more preferable, and 3 μm or less is particularly preferable.

【0070】光出力300mW以上の高出力動作を実現
するには、開口部底部における開口幅Wを広くすること
が端面での光密度低減の観点から有効であるが、動作電
流を低減するためには開口幅を狭くすることが、導波路
ロス低減の観点から好ましい。そこで、ゲイン領域とな
る中央付近の開口幅W2を比較的狭くし、端部付近の開
口幅W1を比較的広くなるようにすることにより、低動
作電流と高出力動作を同時に実現することができ、高い
信頼性も確保することができる(図4(a))。すなわ
ち、端部(劈開面)幅W1については、上限が1000
μm以下であることが好ましく、500μm以下である
がより好ましい。下限は2μm以上であることが好まし
く、3μm以上であることがより好ましい。中央部幅W
2については、上限が100μm以下であることが好ま
しく、50μm以下であることがより好ましい。下限は
1μm以上であることが好ましく、1.5μm以上であ
ることがより好ましく、2μm以上であることがもっと
も好ましい。端部幅W1と中央部幅W2の差について
は、上限は1000μm以下が好ましく、500μm以
下がより好ましい。下限については、0.2μm以上が
好ましく、0.5μm以上がより好ましい。
In order to realize a high output operation with an optical output of 300 mW or more, it is effective to widen the opening width W at the bottom of the opening from the viewpoint of reducing the light density at the end face. It is preferable to reduce the width of the opening from the viewpoint of reducing the waveguide loss. Therefore, by making the opening width W2 near the center, which is the gain region, relatively small, and making the opening width W1 near the ends relatively wide, it is possible to simultaneously achieve low operation current and high output operation. In addition, high reliability can be ensured (FIG. 4A). That is, the upper limit of the end (cleavage plane) width W1 is 1000.
μm or less, and more preferably 500 μm or less. The lower limit is preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more. Center width W
As for 2, the upper limit is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. The lower limit is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and most preferably 2 μm or more. The upper limit of the difference between the end width W1 and the center width W2 is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less. The lower limit is preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.5 μm or more.

【0071】さらに横モードをシングルモードにするた
めには、端部幅W1の上限は、10μm以下が好まし
く、7μm以下がより好ましい。中央部幅W2の上限
は、7μm以下が好ましく、5μm以下がより好まし
い。端部幅W1と中央部幅W2の差については、上限は
5μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましく、2
μm以下が最も好ましい。下限については、0.2μm
以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましい。
Further, in order to make the transverse mode a single mode, the upper limit of the end width W1 is preferably 10 μm or less, more preferably 7 μm or less. The upper limit of the center width W2 is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less. The upper limit of the difference between the end width W1 and the center width W2 is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and 2 μm or less.
μm or less is most preferred. 0.2 μm for lower limit
Or more, more preferably 0.5 μm or more.

【0072】高い信頼性を維持しつつビームが円形に近
い(アスペクト値2以下)レーザを達成するためには、
上記dpとWを適切な範囲に制御性良く納めることが必
要となる。
To achieve a laser whose beam is close to circular (aspect value 2 or less) while maintaining high reliability,
It is necessary to control the above dp and W within an appropriate range with good controllability.

【0073】円形に近いビームを実現するには、開口幅
を狭くすることが有効であるが、開口幅を狭くすると注
入電流密度の密度がバルク劣化抑制の観点から好まくな
い。そこで、ゲイン領域となる中央部幅W2を比較的広
くし、端部付近を比較的狭くなるようにすることによ
り、ビームスポット低減と低動作電流を同時に実現する
ことができ、高い信頼性も確保することができる(図4
(b))。
It is effective to reduce the aperture width in order to realize a nearly circular beam. However, when the aperture width is reduced, the injection current density is not preferable from the viewpoint of suppressing bulk deterioration. Therefore, by reducing the width of the central portion W2, which is the gain region, to a relatively large value and the portion near the end portion to a relatively small value, the beam spot can be reduced and the low operating current can be realized at the same time. (Fig. 4
(B)).

【0074】すなわち、端部(劈開面)幅W1について
は、上限が10μm以下であることが好ましく、5μm
以下であるがより好ましく、3μm以下であることがも
っとも好ましい。下限が0.5μm以上であることが好
ましく、1μm以上であることがより好ましい。中央部
幅W2については、上限が100μm以下であることが
好ましく、50μm以下であることがより好ましい。下
限が1μm以上であることが好ましく、1.5μm以上
であることがより好ましく、2μm以上であることがも
っとも好ましい。端部幅W1と中央部幅W2の差につい
ては、上限は100μm以下が好ましく、50μm以下
がより好ましい。下限については、0.2μm以上が好
ましく、0.5μm以上がより好ましい。
That is, the upper limit of the edge (cleavage plane) width W1 is preferably 10 μm or less, and preferably 5 μm.
Or less, more preferably 3 μm or less. The lower limit is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more. The upper limit of the center width W2 is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. The lower limit is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and most preferably 2 μm or more. The upper limit of the difference between the end width W1 and the center width W2 is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. The lower limit is preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.5 μm or more.

【0075】上記の漸増部分あるいは漸減部分、端部の
長さは所望の特性に応じて、設計すればよいが、漸減部
分の長さは、導波路損失低減の観点から、それぞれ5〜
10μmが好ましく、10〜50μmがより好ましい。
端部の長さは、劈開精度の観点から5〜30μmが好ま
しく、10〜20μmがより好ましい。ただし、必要に
応じて、以下のように窓を作製してもよい。 (1)端部、漸増部分あるいは漸減部分の開口幅あるい
は長さがチップ両側で非対称となるもの。 (2)端部の幅一定となる領域を設定せずに、端部まで
漸増あるいは漸減としたもの。 (3)端面の片側(通常、高出力光取り出し(前端面)
側)だけ開口幅が漸増あるいは漸減するようにしたも
の。 (4)端部開口幅が前端面と後端面とで異なるもの。 (5)上記の(1)〜(4)のいくつかを組み合わせた
もの。
The length of the above-mentioned gradually increasing portion, gradually decreasing portion, and end portion may be designed according to desired characteristics, but the length of the gradually decreasing portion is 5 to 5 from the viewpoint of reducing the waveguide loss.
10 μm is preferable, and 10 to 50 μm is more preferable.
The length of the end portion is preferably from 5 to 30 μm, more preferably from 10 to 20 μm, from the viewpoint of cleavage accuracy. However, if necessary, the window may be manufactured as follows. (1) The opening width or length of the end portion, the gradually increasing portion or the gradually decreasing portion is asymmetric on both sides of the chip. (2) An area in which the width of the end is constant is not set, but is gradually increased or decreased to the end. (3) One side of the end face (normally, high-output light extraction (front end face)
Side), the opening width of which gradually increases or decreases. (4) The width of the end opening differs between the front end face and the rear end face. (5) A combination of some of the above (1) to (4).

【0076】また、端面付近に電極を設けないようにし
て、端部近傍の開口部への電流注入によるバルク劣化の
抑制や端面での再結合電流を低減することは、高い信頼
性での小スポット径のレーザ作製の観点から有効であ
る。
In addition, it is not necessary to provide an electrode near the end face to suppress bulk degradation due to current injection into the opening near the end face and to reduce recombination current at the end face. This is effective from the viewpoint of producing a laser having a spot diameter.

【0077】端部での共振器方向における窓構造領域の
長さは、短すぎると再現性よく劈開することが困難とな
り、一方、長すぎると窓領域40での損失が増加するた
めにしきい値電流の増大やスロープ効率の低減などレー
ザ特性の劣化を招いてしまう。そこで、窓領域40の長
さは、下限として、1μm以上が好ましく、5μm以上
がより好ましい。上限としては、50μm以下が好まし
く、30μm以下がより好ましい。
If the length of the window structure region in the direction of the resonator at the end is too short, it will be difficult to cleave with good reproducibility, while if it is too long, the loss in the window region 40 will increase. Laser characteristics such as an increase in current and a decrease in slope efficiency are deteriorated. Therefore, the lower limit of the length of the window region 40 is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more. As a maximum, 50 micrometers or less are preferred and 30 micrometers or less are more preferred.

【0078】窓領域25は、両端部に形成されているこ
とが好ましいが、片側の側面にだけ形成されていてもよ
い。片側にだけ形成されている場合は、より高出力のレ
ーザ光が出射される端面側に形成されていることが好ま
しい。
The window region 25 is preferably formed at both ends, but may be formed only on one side surface. When formed only on one side, it is preferable to form it on the end face side from which higher-power laser light is emitted.

【0079】本発明の半導体光デバイス装置の光出力
は、下限が30mW以上であれば本発明の特徴をより効
果的に利用することができる。少なくとも光出力が50
mW以上で長時間の寿命を確認できれば、高出力動作時
における半導体光デバイス装置の信頼性も高いものとな
る。本発明の半導体光デバイス装置の光出力は、100
mW以上、さらには200mW以上でも長期間使用する
ことができる。
If the lower limit of the light output of the semiconductor optical device of the present invention is 30 mW or more, the features of the present invention can be used more effectively. At least 50 light output
If a long life can be confirmed at mW or more, the reliability of the semiconductor optical device at the time of high-output operation will be high. The optical output of the semiconductor optical device of the present invention is 100
mW or more, and even 200 mW or more, can be used for a long time.

【0080】本発明の半導体光デバイス装置を製造する
方法は、ダブルヘテロ構造等を結晶成長させることがで
きれば特に制限はなく、上記請求項1の要件を満たすも
のであれば本発明の範囲に含まれる。また電流ブロック
層及び表面保護層の成長方法については、選択成長が可
能であれば特に制限はなく、有機金属気相成長法(MO
CVD法)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハイ
ドライド或いはハライド気相成長法(VPE法)、液相
成長法(LPE法)等の公知の成長方法を適宜選択して
用いることができる。
The method of manufacturing a semiconductor optical device of the present invention is not particularly limited as long as a double heterostructure or the like can be crystal-grown, and is within the scope of the present invention as long as it satisfies the requirements of claim 1 above. It is. The method for growing the current blocking layer and the surface protective layer is not particularly limited as long as selective growth is possible, and the metal organic chemical vapor deposition (MO)
A known growth method such as a CVD method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), a hydride or halide vapor phase growth method (VPE method), and a liquid phase growth method (LPE method) can be appropriately selected and used.

【0081】本発明の半導体光デバイス装置の製造方法
は、まず基板1上に第1導電型クラッド層2、活性層3
及び第2導電型第1クラッド層4とを有するダブルヘテ
ロ構造を形成する工程aと、不純物をイオン注入した後
に熱処理をして活性層3に光閉じ込め領域を形成する工
程bとを含む製造方法を例示することができる。この製
造方法の詳細やその他の製造方法については、以下の実
施例や関連技術文献から理解することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, first, a first conductive type clad layer 2 and an active layer 3 are formed on a substrate 1.
And a step b of forming a light-confinement region in the active layer 3 by performing a heat treatment after ion-implanting impurities and forming a light confinement region in the active layer 3. Can be exemplified. Details of this manufacturing method and other manufacturing methods can be understood from the following examples and related technical documents.

【0082】本発明の半導体光デバイス装置の製造方法
における各層の結晶の成長方法は、特に限定されるもの
ではない。したがって、従来からの方法を用いることが
でき、例えばダブルヘテロ構造の結晶成長や電流ブロッ
ク層等の選択成長には、有機金属気相成長法(MOCV
D法)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハイドラ
イド又はハライド気相成長法(VPE法)、液相成長法
(LPE法)等の公知の成長方法を適宜選択して用いる
ことができる。
The method for growing crystals of each layer in the method for manufacturing a semiconductor optical device of the present invention is not particularly limited. Therefore, a conventional method can be used. For example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCV) method is used for the crystal growth of the double hetero structure and the selective growth of the current blocking layer.
A known growth method such as D method), molecular beam epitaxy method (MBE method), hydride or halide vapor phase growth method (VPE method), and liquid phase growth method (LPE method) can be appropriately selected and used.

【0083】各層の具体的成長条件等は、層の組成、成
長方法、装置の形状等に応じて異なるが、MOCVD法
を用いてIII−V族化合物半導体層を成長する場合、ダ
ブルへテロ構造は、成長温度600〜750℃程度、V
/III比50〜150(GaAs、InGaAsの場
合)20〜60程度(AlGaAsの場合)あるいは3
00〜600程度(InGaAsP、AlGaInPの
場合)、ブロック層は成長温度600〜700℃、V/
III比40〜60程度(AlGaAsの場合)あるいは
350〜550程度(InGaAsP、AlGaInP
の場合)で行うのが好ましい。
The specific growth conditions and the like of each layer vary depending on the composition of the layer, the growth method, the shape of the device, and the like. When the III-V compound semiconductor layer is grown by the MOCVD method, a double heterostructure is used. Is a growth temperature of about 600 to 750 ° C., and V
/ III ratio 50 to 150 (in the case of GaAs and InGaAs) about 20 to 60 (in the case of AlGaAs) or 3
The block layer has a growth temperature of 600 to 700 ° C. and a V / V
III ratio about 40 to 60 (in the case of AlGaAs) or about 350 to 550 (InGaAsP, AlGaInP
Is preferred).

【0084】本発明の半導体光デバイス装置を利用した
半導体レーザ装置として、情報処理用光源(通常AlG
aAs系(波長780nm近傍)、AlGaInP系
(波長600nm帯)、InGaN系(波長400nm
近傍))、通信用信号光源(通常InGaAsPあるい
はInGaAsを活性層とする1.3μm帯、1.5μ
m帯)レーザ、ファイバー励起用光源(InGaAs歪
み量子井戸活性層/GaAs基板を用いる980nm近
傍、InGaAsP歪み量子井戸活性層/InP基板を
用いる1480nm近傍など)レーザなどの通信用半導
体レーザ装置など、特に高出力動作が求められる多用な
装置を挙げることができる。また、通信用レーザでも、
円形に近いレーザはファイバーとの結合効率を高める点
で有効である。また、遠視野像が単一ピークであるもの
は、情報処理や光通信などの幅広い用途に好適なレーザ
として供することができる。
As a semiconductor laser device utilizing the semiconductor optical device of the present invention, a light source for information processing (usually AlG
aAs system (wavelength around 780 nm), AlGaInP system (wavelength 600 nm band), InGaN system (wavelength 400 nm)
(In the vicinity)), communication signal light source (normally 1.3 μm band, 1.5 μm in which InGaAsP or InGaAs is used as an active layer)
communication semiconductor laser devices such as an m-band) laser, a fiber excitation light source (in the vicinity of 980 nm using an InGaAs strained quantum well active layer / GaAs substrate, or near 1480 nm using an InGaAsP strained quantum well active layer / InP substrate); Various devices that require high output operation can be given. In addition, even for communication lasers,
A laser having a circular shape is effective in increasing the coupling efficiency with the fiber. A laser having a single peak in the far-field image can be used as a laser suitable for a wide range of uses such as information processing and optical communication.

【0085】さらに、本発明の半導体光デバイス装置
は、半導体レーザ以外に半導体光増幅器、光検出器、光
変調器、光スイッチなどの光素子及びこれらの集積装置
についても応用が可能である。また、本発明は半導体レ
ーザ以外に端面発光型などの発光ダイオード(LED)
としても応用可能である。
Further, the semiconductor optical device of the present invention can be applied not only to a semiconductor laser but also to optical elements such as a semiconductor optical amplifier, a photodetector, an optical modulator, an optical switch, and an integrated device thereof. Further, the present invention is not limited to a semiconductor laser, and may be a light emitting diode (LED) such as an edge emitting type.
It is also applicable as.

【0086】[0086]

【実施例】以下に具体例を挙げて、本発明をさらに詳細
に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操
作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更する
ことができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す
具体例に制限されるものではない。 (実施例)本実施例において、図3に示す順に各層を形
成することにより半導体光デバイス装置の一つである半
導体発光素子を製造した。なお図3(a)〜(f)には、
構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている
部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されると
おりである。
The present invention will be described in more detail with reference to specific examples. Materials, reagents, ratios, operations, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the following specific examples. (Example) In this example, a semiconductor light emitting element, which is one of the semiconductor optical device devices, was manufactured by forming each layer in the order shown in FIG. 3A to 3F, FIG.
Some parts are intentionally changed in size to make it easier to grasp the structure, but the actual dimensions are as described in the following text.

【0087】厚さ350μmで表面が(100)面であ
るn型GaAs(n=1×1018cm-3)基板301上
に、MOCVD法により、厚さ2.0μmのn型Al
0.4Ga0.6As(Siドープ:n=1×1018cm-3
からなるn型クラッド層302、厚さ30nmのGaA
s光閉じ込め層(ノンドープ)、厚さ6nmのIn0. 2
Ga0.8As井戸層(ノンドープ)、厚さ8nmのGa
Asバリア層(ノンドープ)、厚さ6nmのIn0.2
0.8As井戸層(ノンドープ)及び厚さ30nmのG
aAs光閉じ込め層(ノンドープ)を順次積層してなる
二重量子井戸(DQW)活性層303、厚さ0.1μm
のp型Al0.4Ga0.6As(Znドープ:p=1×10
18cm-3)からなるp型第1クラッド層304、厚さ1
0nmのp型GaAs(Znドープ:p=1×1018
-3)酸化防止層305を順次積層することにより、ダ
ブルヘテロ構造を形成した(図3(a))。
On a n-type GaAs (n = 1 × 10 18 cm −3 ) substrate 301 having a thickness of 350 μm and a (100) plane, a 2.0 μm-thick n-type Al is formed by MOCVD.
0.4 Ga 0.6 As (Si doped: n = 1 × 10 18 cm −3 )
N-type cladding layer 302 of GaAs having a thickness of 30 nm
s optical confinement layer (non-doped), a thickness of 6 nm an In 0. 2
Ga 0.8 As well layer (non-doped), Ga having a thickness of 8 nm
As barrier layer (non-doped), 6 nm thick In 0.2 G
a 0.8 As well layer (non-doped) and 30 nm thick G
Double quantum well (DQW) active layer 303 formed by sequentially laminating aAs light confinement layer (non-doped), thickness 0.1 μm
P 0.4 Al 0.6 As (Zn doped: p = 1 × 10
18 cm −3 ) p-type first cladding layer 304, thickness 1
0 nm p-type GaAs (Zn doped: p = 1 × 10 18 c
m- 3 ) A double hetero structure was formed by sequentially laminating the antioxidant layers 305 (FIG. 3A).

【0088】次に、このダブルヘテロ基板の表面に厚さ
0.3μmのSiNxからなる保護膜をプラズマCVD
により堆積させ、フォトリソグラフィーにより[01
1]A方向を長手方向とするストライプ状の表面保護膜
306を形成した。ストライプ状のSiNx保護膜30
6の横幅は2μmとし、ストライプ状のSiNx保護膜
306の横方向スペース間隔は約350μmとした(図
3(b))。SiNx保護膜306をマスクとして、こ
の周囲にSiをイオン注入した。注入条件は60ke
V、5×1013cm-2とした。この後、表面に膜厚さ4
0nmのSiNxからなるコーティング層307をプラ
ズマCVDにより堆積させ(図3(c))、熱処理(ア
ニール)を行った。アニール条件は810℃、10分と
した。このあと、ストライプ状のSiNx保護膜306
が残るように、コーティング層307をエッチングによ
り除去した。このとき活性層の光閉じ込め領域における
不純物濃度は、2×1018cm-3以下であった。
Next, a protective film made of SiNx having a thickness of 0.3 μm was formed on the surface of the double hetero substrate by plasma CVD.
And [01] by photolithography.
1) A stripe-shaped surface protective film 306 having a longitudinal direction in the A direction was formed. Striped SiNx protective film 30
6 was 2 μm, and the horizontal space interval between the stripe-shaped SiNx protective films 306 was about 350 μm (FIG. 3B). Si was ion-implanted around the SiNx protective film 306 as a mask. The injection condition is 60 ke
V, 5 × 10 13 cm −2 . After this, a film thickness of 4
A coating layer 307 made of 0 nm SiNx was deposited by plasma CVD (FIG. 3C), and heat treatment (annealing) was performed. Annealing conditions were 810 ° C. and 10 minutes. Thereafter, a striped SiNx protective film 306 is formed.
The coating layer 307 was removed by etching so as to remain. At this time, the impurity concentration in the light confinement region of the active layer was 2 × 10 18 cm −3 or less.

【0089】上記のストライプ状のSiNx保護膜30
6の両側にMOCVD法を用いた選択成長により、厚さ
0.6μmのn型Al0.45Ga0.55As(Siドープ:
n=1×1018cm-3)からなる電流ブロック層308
及び厚さ10nmのn型GaAs表面保護層(Siドー
プ:n=1×1018cm-3)309を形成した(図3
(d))。このとき、SiNx保護膜306の両脇に
(111)B面(B面はAs面を意味する)からなる開
口部側面が形成された。SiNx保護膜306のストラ
イプ方向を[011]A方向に選択することにより、保
護膜上への横方向成長を抑制できかつ開口部側面のファ
セット面を非常に平坦にすることができた。
The above-mentioned striped SiNx protective film 30
6 on both sides by selective growth using MOCVD, a 0.6 μm thick n-type Al 0.45 Ga 0.55 As (Si-doped:
n = 1 × 10 18 cm −3 )
Then, an n-type GaAs surface protective layer (Si-doped: n = 1 × 10 18 cm −3 ) 309 having a thickness of 10 nm was formed (FIG. 3).
(D)). At this time, side surfaces of the opening made of the (111) B surface (B surface means As surface) were formed on both sides of the SiNx protective film 306. By selecting the stripe direction of the SiNx protective film 306 in the [011] A direction, the lateral growth on the protective film could be suppressed and the facets on the side surfaces of the opening could be made very flat.

【0090】次に、矩形状のSiNx保護膜306をエ
ッチングにより除去した。このとき、SiNx保護膜3
06の除去には緩衝フッ酸液などのウェットエッチング
若しくはSF6、CF4などのガスを用いたドライエッチ
ングを用いた。その後、再びMOCVD法により厚さ
2.0μmのp型Al0.4Ga0.6As(Znドープ:p
=1×1018cm-3)からなるp型第2クラッド層31
0及び厚さ3.0μmのp型GaAs(Znドープ:p
=2×1019cm-3)からなるコンタクト層311を成
長させた(図3(e))。
Next, the rectangular SiNx protective film 306 was removed by etching. At this time, the SiNx protective film 3
For removing 06, wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution or the like or dry etching using a gas such as SF 6 or CF 4 was used. Thereafter, a 2.0 μm-thick p-type Al 0.4 Ga 0.6 As (Zn-doped:
= 1 × 10 18 cm −3 ) p-type second cladding layer 31
0 and a 3.0 μm thick p-type GaAs (Zn-doped: p
= 2 × 10 19 cm −3 ) was grown (FIG. 3E).

【0091】なお、上記MOCVD法において、III族
原料としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチル
インジウム(TMI)及びトリメチルアルミニウム(T
MA)を、V族原料としてアルシン及びホスフィンを、
キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、p型
ドーパントにはジメチル亜鉛(DEZ)を、n型ドーパ
ントにはジシランをそれぞれ用いた。さらにn型Al
0.45Ga0.55As電流ブロック層の成長時には、SiN
x保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、HClガ
スを用いた。
In the above MOCVD method, trimethyl gallium (TMG), trimethyl indium (TMI) and trimethyl aluminum (T
MA), arsine and phosphine as group V raw materials,
Hydrogen was used as a carrier gas. Dimethyl zinc (DEZ) was used as the p-type dopant, and disilane was used as the n-type dopant. Furthermore, n-type Al
When growing the 0.45 Ga 0.55 As current blocking layer, the SiN
HCl gas was used to suppress the deposition of poly on the x protective film.

【0092】この後、p側の電極312を蒸着し、基板
を100μmまで薄くした後に、n側電極313を蒸着
し、アロイした(図3(f))。こうして作製したウェ
ハーを劈開して、チップバーに切り出し、埋込型レーザ
を作製した。端面にコーティングを施した後、2次劈開
によりチップに分離した。チップをジャンクションダウ
ンで組み立てした後、25℃で連続通電(CW)にて電
流−光出力、電流−電圧特性を測定した。
Thereafter, the p-side electrode 312 was deposited and the substrate was thinned to 100 μm, and then the n-side electrode 313 was deposited and alloyed (FIG. 3 (f)). The wafer thus fabricated was cleaved and cut into chip bars to produce an embedded laser. After coating the end face, it was separated into chips by secondary cleavage. After assembling the chip by junction down, current-light output and current-voltage characteristics were measured at 25 ° C. by continuous conduction (CW).

【0093】このようにして作製した半導体レーザ素子
は、低いしきい値電流(10mA以下)で発振し、動作
電流の増加とともに光出力が増加し、高出力(200m
W以上)までキンクが発生せずに光出力が得られた。さ
らに、高い信頼性(50℃、200mWの高温、高出力
における3000時間以上の安定動作)が得られること
が判明した。また、電流注入のための開口部を選択成長
により形成したので、開口部の側面の起伏も少なく(2
0nm以下)、また開口幅の均一性を高めることがで
き、上記の半導体レーザ素子を高歩留まりで作製するこ
とができた。なお、側面の起状は原子間力顕微鏡(AF
M)により測定を行った。
The semiconductor laser device thus manufactured oscillates at a low threshold current (10 mA or less), the optical output increases as the operating current increases, and the high output (200 m
(W or more), light output was obtained without kink. Furthermore, it was found that high reliability (stable operation for 3000 hours or more at a high temperature of 50 ° C., 200 mW and high output) was obtained. In addition, since the opening for current injection is formed by selective growth, the side surface of the opening has less undulation (2).
0 nm or less) and the uniformity of the opening width could be improved, and the above-described semiconductor laser device could be manufactured with a high yield. The side surface was formed by an atomic force microscope (AF).
M).

【0094】(比較例)通常のイオン注入及び熱処理を
行い、光閉じ込め領域における濃度を6×10 18cm-3
にした点を除き、実施例1と同じ工程によってレーザ素
子を作製した。本比較例のレーザ素子は、実施例1とは
活性層の光閉じ込め領域の不純物濃度が第2導電型第1
クラッド層の不純物濃度よりも高くなっている。この素
子構造のレーザでは、動作電流を増加させたところ、約
200mWの光出力が得られた時にCODが発生し、レ
ーザ素子が壊れてしまった。
Comparative Example Normal ion implantation and heat treatment were performed.
Then, the concentration in the light confinement region was set to 6 × 10 18cm-3
The laser element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that
A child was made. The laser device of this comparative example is different from that of the first embodiment.
The impurity concentration of the light confinement region of the active layer is the second conductivity type first.
It is higher than the impurity concentration of the cladding layer. This element
When the operating current is increased, the
COD occurs when an optical output of 200 mW is obtained,
The user element has been broken.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明の半導体光デバイス装置は、活性
層の光閉じ込め領域の不純物濃度が第2導電型クラッド
層の領域Aの不純物濃度よりも低いため、光吸収ロスを
少なくすることができ、かつリーク電流の発生を抑える
ことができる。また、第2導電型クラッド層の領域Aが
領域Bよりも高抵抗又は異なる導電型となっているた
め、第2導電型クラッド層の領域A方向への電流の拡散
を抑えることができるため、電流狭窄が向上し、活性層
への電流ロスを少なくすることができる。さらに、第2
導電型クラッド層の領域A上に電流ブロック層を形成
し、かつ電流ブロック層を第2導電型クラッド層よりも
高抵抗又は異なる導電型とすれば、さらに横方向への電
流の拡散を抑制し、活性層へ有効に電流を流すことがで
きる。したがって、本発明の半導体光デバイス装置は、
しきい値電流を小さくできるため、電流光変換効率を向
上することができる。また、本発明の半導体光デバイス
装置は、発光効率が向上し、特に高出力時におけるCO
Dを有効に抑制することができるため、信頼性の高い半
導体光デバイス装置を提供することができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, since the impurity concentration of the light confinement region of the active layer is lower than the impurity concentration of the region A of the second conductivity type cladding layer, light absorption loss can be reduced. In addition, generation of a leak current can be suppressed. In addition, since the region A of the second conductivity type cladding layer has a higher resistance or a different conductivity type than the region B, current diffusion in the direction of the region A of the second conductivity type cladding layer can be suppressed. The current confinement is improved, and the current loss to the active layer can be reduced. Furthermore, the second
If a current blocking layer is formed on the region A of the conductive type cladding layer, and the current blocking layer is made to have a higher resistance or a different conductive type than the second conductive type cladding layer, diffusion of current in the lateral direction is further suppressed. Current can be effectively passed to the active layer. Therefore, the semiconductor optical device of the present invention is:
Since the threshold current can be reduced, the current-light conversion efficiency can be improved. Also, the semiconductor optical device of the present invention has improved luminous efficiency,
Since D can be effectively suppressed, a highly reliable semiconductor optical device can be provided.

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

【図1】 本発明の半導体光デバイス装置の一実施例の
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention.

【図2】 従来の一般的なセルフアライン導波路型スト
ライプ構造を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a conventional general self-aligned waveguide type stripe structure.

【図3】 本発明の半導体光デバイス装置の製造工程の
一例を説明する工程図である。
FIG. 3 is a process diagram illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor optical device device of the present invention.

【図4】 本発明の半導体光デバイス装置の一実施例の
活性層のバンドギャップを示す図であり、(a)は窓領域
のバンドギャップを示す図であり、(b)は窓領域の形
成されていない場合のバンドギャップを示す図である。
4A and 4B are diagrams illustrating a band gap of an active layer of an embodiment of the semiconductor optical device according to the present invention, wherein FIG. 4A is a diagram illustrating a band gap of a window region, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing a band gap when the band gap is not performed.

【図5】 本発明の半導体発光装置の一実施例の上面図
である。
FIG. 5 is a top view of one embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1: 基板 2: 第1導電型クラッド層 3: 活性層 4: 第2導電型第1クラッド層 5: 酸化防止層 6: 電流ブロック層 7: 表面保護層 8: 開口部 9: 第2導電型第2クラッド層 10: コンタクト層 15: 基板 16: 第1導電型クラッド層 17: 活性層 18: 第2導電第1クラッド層 19: 酸化防止層 20: 表面保護層 21: 第2導電型第2クラッド層 22: コンタクト層 25: 窓領域 26: 混晶領域 51、55: 光ガイド層 52、54: 量子井戸層 53: バリア層 60: 光導波領域 61: 光閉じ込め領域 62: 領域A 63: 領域B 301: 基板 302: n型クラッド層 303: 活性層 304: p型クラッド層 305: p型酸化防止層 306: SiNx保護膜 307: SiNxコーティング層 308: 電流ブロック層 309: 表面保護層 310: p型第2クラッド層 311: コンタクト層 312: p側電極 313: n側電極 W1: 端部幅 W2: 中央部幅 1: substrate 2: first conductivity type clad layer 3: active layer 4: second conductivity type first clad layer 5: antioxidant layer 6: current blocking layer 7: surface protection layer 8: opening 9: second conductivity type Second clad layer 10: Contact layer 15: Substrate 16: First conductive type clad layer 17: Active layer 18: Second conductive first clad layer 19: Antioxidant layer 20: Surface protective layer 21: Second conductive type second Cladding layer 22: Contact layer 25: Window region 26: Mixed crystal region 51, 55: Light guide layer 52, 54: Quantum well layer 53: Barrier layer 60: Optical waveguide region 61: Optical confinement region 62: Region A 63: Region B 301: Substrate 302: N-type cladding layer 303: Active layer 304: P-type cladding layer 305: P-type antioxidant layer 306: SiNx protective film 307: SiNx coating layer 30 : The current blocking layer 309: a surface protective layer 310: p-type second cladding layer 311: contact layer 312: p-side electrode 313: n-side electrode W1: end width W2: central width

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板、該基板上に形成された第1導電型
クラッド層、該第1導電型クラッド層上に形成された活
性層、該活性層上に形成された第2導電型クラッド層を
有する半導体光デバイス装置であって、前記活性層は、
該活性層の縦方向の中央に形成される光導波領域と、該
光導波領域の両側に形成される、該光導波領域よりもバ
ンドギャップが大きく、かつ屈折率が小さい光閉じ込め
領域とからなり、前記光閉じ込め領域の不純物濃度は、
前記光閉じ込め領域の真上に位置する前記第2導電型ク
ラッド層の領域Aにおける不純物濃度よりも低いことを
特徴とする半導体光デバイス装置。
1. A substrate, a first conductive type clad layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductive type clad layer, and a second conductive type clad layer formed on the active layer A semiconductor optical device having: wherein the active layer comprises:
An optical waveguide region formed at the center in the longitudinal direction of the active layer, and a light confinement region formed on both sides of the optical waveguide region, having a larger band gap and a smaller refractive index than the optical waveguide region. The impurity concentration of the light confinement region is:
A semiconductor optical device device, wherein the impurity concentration is lower than an impurity concentration in a region A of the second conductivity type clad layer located immediately above the light confinement region.
【請求項2】 前記活性層の光閉じ込め領域の不純物濃
度が、5X1018cm-3以下であることを特徴とする請
求項1に記載の半導体光デバイス装置。
2. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the impurity concentration of the light confining region of the active layer is 5 × 10 18 cm −3 or less.
【請求項3】 前記活性層の光導波領域の横幅が中央部
と端面近傍とで異なることを特徴とする請求項1又は2
に記載の半導体光デバイス装置。
3. The optical waveguide according to claim 1, wherein the width of the optical waveguide region of the active layer is different between the central portion and the vicinity of the end face.
3. The semiconductor optical device device according to item 1.
【請求項4】 前記第2導電型クラッド層の領域Aが、
前記活性層の光導波領域の真上に位置する第2導電型ク
ラッド層の領域Bよりも高抵抗又は異なる導電型となっ
ていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の半導体光デバイス装置。
4. A region A of the second conductivity type cladding layer,
The conductive layer according to claim 1, wherein the active layer has a higher resistance or a different conductive type than a region B of the second conductive type clad layer located immediately above the optical waveguide region of the active layer. Semiconductor optical device.
【請求項5】 前記活性層が量子井戸層を有することを
特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体光デ
バイス装置。
5. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein said active layer has a quantum well layer.
【請求項6】 前記量子井戸層に圧縮歪みがかかってい
ることを特徴とする請求項5に記載の半導体光デバイス
装置。
6. The semiconductor optical device according to claim 5, wherein a compressive strain is applied to the quantum well layer.
【請求項7】 前記量子井戸層の構成元素としてInを
含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体光
デバイス装置。
7. The semiconductor optical device according to claim 5, wherein the quantum well layer contains In as a constituent element.
【請求項8】 前記量子井戸層が少なくともGaAs、
AlGaAs、InGaAs、AlGaInAs、Ga
InP、AlGaInP、GaInAsP、AlGaI
nAsP、GaN又はInGaNからなることを特徴と
する請求項5〜7のいずれかに記載の半導体光デバイス
装置。
8. The method according to claim 1, wherein the quantum well layer is at least GaAs,
AlGaAs, InGaAs, AlGaInAs, Ga
InP, AlGaInP, GaInAsP, AlGaI
The semiconductor optical device device according to claim 5, wherein the device is made of nAsP, GaN, or InGaN.
【請求項9】 前記活性層が前記量子井戸層を挟むバリ
ア層及び/又は光ガイド層を有し、かつ該バリア層及び
/又はガイド層の厚みが前記量子井戸層よりも厚いこと
を特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の半導体光
デバイス装置。
9. The method according to claim 1, wherein the active layer has a barrier layer and / or a light guide layer sandwiching the quantum well layer, and the barrier layer and / or the guide layer are thicker than the quantum well layer. 9. The semiconductor optical device according to claim 5, wherein
【請求項10】 前記量子井戸層を挟むバリア層及び/
又は光ガイド層の構成元素としてAlを含むことを特徴
とする請求項9に記載の半導体光デバイス装置。
10. A barrier layer sandwiching the quantum well layer and / or
10. The semiconductor optical device according to claim 9, wherein Al is included as a constituent element of the light guide layer.
【請求項11】 前記活性層の光閉じ込め領域内の量子
井戸層が混晶化していることを特徴とする請求項5〜1
0のいずれかに記載の半導体光デバイス装置。
11. The quantum well layer in the light confinement region of the active layer is mixed crystal.
0. The semiconductor optical device according to any one of the above items.
【請求項12】 前記活性層の光導波領域の少なくとも
片側の端面近傍で前記量子井戸層のバンドギャップが光
導波領域中央部よりも大きい窓領域が形成されているこ
とを特徴とする請求項5〜11のいずれかに記載の半導
体光デバイス装置。
12. A window region in which the band gap of the quantum well layer is larger than the central portion of the optical waveguide region near at least one end face of the optical waveguide region of the active layer. 12. The semiconductor optical device according to any one of items 1 to 11.
【請求項13】 前記窓領域で前記量子井戸層が混晶化
していることを特徴とする請求項12に記載の半導体光
デバイス装置。
13. The semiconductor optical device according to claim 12, wherein the quantum well layer is mixed crystal in the window region.
【請求項14】 前記窓領域の上に保護膜が形成される
ことを特徴とする請求項12又は13に記載の半導体光
デバイス装置。
14. The semiconductor optical device according to claim 12, wherein a protective film is formed on the window region.
【請求項15】 前記第2導電型クラッド層の領域A上
に電流ブロック層が形成されていることを特徴とする請
求項1〜14のいずれかに記載の半導体光デバイス装
置。
15. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein a current blocking layer is formed on the region A of the second conductivity type cladding layer.
【請求項16】 前記電流ブロック層が、少なくとも第
1導電型又は高抵抗の半導体層で構成されていることを
特徴とする請求項15に記載の半導体光デバイス装置。
16. The semiconductor optical device according to claim 15, wherein said current blocking layer is formed of a semiconductor layer of at least a first conductivity type or a high resistance.
【請求項17】 前記半導体光デバイス装置が半導体レ
ーザであることを特徴とする請求項1〜 16のいずれ
かに記載の半導体光デバイス装置。
17. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein said semiconductor optical device is a semiconductor laser.
【請求項18】 前記半導体光デバイス装置が半導体光
増幅器であることを特徴とする請求項1〜16のいずれ
かに記載の半導体光デバイス装置。
18. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein said semiconductor optical device is a semiconductor optical amplifier.
【請求項19】 光ファイバー増幅器励起用光源として
用いられることを特徴とする請求項1〜16のいずれか
に記載の半導体光デバイス装置。
19. The semiconductor optical device according to claim 1, which is used as a light source for exciting an optical fiber amplifier.
【請求項20】 基板、第1導電型クラッド層、活性
層、第2導電型クラッド層をこの順に形成する工程a
と、不純物をイオン注入した後に熱処理をして活性層に
光閉じ込め領域を形成する工程bとを含むことを特徴と
する半導体光デバイス装置の製造方法。
20. a step of forming a substrate, a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer in this order;
And a step b of forming a light confinement region in the active layer by heat treatment after ion implantation of impurities.
【請求項21】 前記活性層の光閉じ込め領域の不純物
濃度が、該光閉じ込め領域の真上に位置する第2導電型
クラッド層の領域Aの不純物濃度よりも低くなるように
不純物をイオン注入することを特徴とする請求項20に
記載の半導体光デバイス装置の製造方法。
21. Impurity ions are implanted so that the impurity concentration of the light confinement region of the active layer is lower than the impurity concentration of the region A of the second conductivity type clad layer located immediately above the light confinement region. 21. The method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 20, wherein:
【請求項22】 第2導電型クラッド層の厚さが0.0
1〜1μmである場合に、イオン注入する注入エネルギ
ーを5〜1000keVとすることを特徴とする請求項
19又は21に記載の半導体光デバイス装置の製造方
法。
22. The thickness of the cladding layer of the second conductivity type is 0.0
22. The method according to claim 19, wherein the ion implantation energy is 5 to 1000 keV when the thickness is 1 to 1 [mu] m.
【請求項23】 不純物をイオン注入する場合のイオン
注入量を0.5×10-1 3cm-2〜20×10-13cm-2
とすることを特徴とする請求項22に記載の半導体光デ
バイス装置の製造方法。
23. The ion implantation amount 0.5 × 10 in the case where the impurity ions are implanted -1 3 cm -2 ~20 × 10 -13 cm -2
23. The method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 22, wherein:
【請求項24】 イオン注入した元素が熱処理により実
質的に活性層へ拡散しないことを特徴とする請求項20
〜23のいずれかに記載の半導体光デバイス装置の製造
方法。
24. The method according to claim 20, wherein the ion-implanted element does not substantially diffuse into the active layer by the heat treatment.
24. The method for manufacturing a semiconductor optical device device according to any one of items 23 to 23.
【請求項25】 前記工程bにおいて、イオン注入する
前にイオン注入しない部分の表面に表面保護膜を形成
し、イオン注入後に該表面保護膜を除去する工程を含む
ことを特徴とする請求項20〜24のいずれかに記載の
半導体光デバイス装置の製造方法。
25. The method according to claim 20, wherein the step (b) includes a step of forming a surface protective film on a surface of a portion not to be ion-implanted before ion implantation, and removing the surface protective film after the ion implantation. 25. The method for manufacturing a semiconductor optical device device according to any one of items 24 to 24.
【請求項26】 前記表面保護膜がSiNxであること
を特徴とする請求項25に記載の半導体光デバイス装置
の製造方法。
26. The method according to claim 25, wherein the surface protection film is SiNx.
【請求項27】 前記工程bにおいて、熱処理をする前
に第2導電型クラッド層の表面にコーティング層を形成
し、かつ、熱処理をした後に該コーティング層を除去す
ることを特徴とする請求項20〜26のいずれかに記載
の半導体光デバイス装置の製造方法
27. The method according to claim 20, wherein, in the step (b), a coating layer is formed on the surface of the second conductivity type cladding layer before the heat treatment, and the coating layer is removed after the heat treatment. 27. A method of manufacturing a semiconductor optical device according to any one of
【請求項28】 前記コーティング層がSi系アモルフ
ァスからなることを特徴とする請求項27に記載の半導
体光デバイス装置の製造方法。
28. The method according to claim 27, wherein the coating layer is made of a Si-based amorphous.
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