【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とを順に積層してダブルヘテロ構造を構成し、且つ、ダブルヘテロ構造の上方にｐ型第２クラッド層とｐ型コンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、リッジ部の両側に一対のｎ型電流ブロック層を形成した半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光ディスク装置や通信機器などでは、光源として半導体レ−ザ素子が多用されている。上記した半導体レ−ザ素子は各種の構造形態があるものの、レーザ光を高出力で出射させるために、ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層を有する内部狭窄型の半導体レーザ素子がある（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
第４１回応用物理学関係連合講演会／講演予稿集Ｎｏ．３／ｐ９８９／２８ｐ−Ｋ−４
【０００４】
【非特許文献２】
第５７回応用物理学会学術講演会／講演予稿集Ｎｏ．３／ｐ９２１／７ａ−ＫＨ−７
【０００５】
図１は従来例１として、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とからなるダブルヘテロ構造の上方に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層とｐ型ＧａＡｓコンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、リッジ部の両側に一対のｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層を形成した一般的な半導体レ−ザ素子を示した断面図である。
【０００６】
尚、以下の説明において、半導体レ−ザ素子を構成する各層のドーピング材料は必要に応じて説明すると共に、各層の成分組成も必要に応じて説明し、必要箇所以外では同じ符番を付して簡素化した部品名を用いて説明する。
【０００７】
図１に示した如く、従来例１の半導体レ−ザ素子１０では、基板上の各層にＡｌＧａＡｓ系の材料を主として用いている。即ち、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の上面上に、シリコン（Ｓｉ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層１２と、シリコン（Ｓｉ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓクラッド層１３と、ノンド−プＭＱＷ活性層１４（以下、活性層１４と呼称する）と、亜鉛（Ｚｎ）を５×１０１７ｃｍ−３ドーピングしたｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第１クラッド層１５とが順次積層されており、ｎ型クラッド層１３と活性層１４とｐ型第１クラッド層１５とで周知のダブルヘテロ構造を構成している。
【０００８】
この際、上記した活性層１４は、例えば、二重量子井戸構造（ＭＱＷ）で、ノンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓウェル層とノンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリヤ層とにより構成されている。
【０００９】
また、ｐ型第１クラッド層１５上には、亜鉛（Ｚｎ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓエッチング停止層１６が膜厚１５ｎｍ〜５０ｎｍ程度成膜されている。この際、ｐ型エッチング停止層１６は、ｐ型第１クラッド層１５の上方に後述するリッジ部１９をエッチング処理により略台形状に形成するために設けたものである。
【００１０】
また、ｐ型エッチング停止層１６上には、亜鉛（Ｚｎ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第２クラッド層１７と、亜鉛（Ｚｎ）を２×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８とが積層され、且つ、ｐ型第２クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８の左右両側をｐ型エッチング停止層１６に至るまでエッチング処理することで、両層１７，１８を合わせて略台形状のリッジ部１９がｐ型エッチング停止層１６上の略中央部位に形成されている。この際、リッジ部１９はエッチング処理により底辺の長さＬ１が上辺の長さＬ２より大きく略台形状に形成されている。
【００１１】
また、シリコン（Ｓｉ）を１×１０１８ｃｍ−３以上ドーピングした一対のｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ電流ブロック層（電流狭窄層とも呼称する）２０，２０がｐ型エッチング停止層１６上の左右及び略台形状のリッジ部１９の左右両側に沿って形成されている。これら一対のｎ型電流ブロック層２０，２０は、ｐ型第２クラッド層１７のみに電流経路を狭窄するためのものである。
【００１２】
また、リッジ部１９の上部及び一対のｎ型電流ブロック層２０，２０の上部には、亜鉛（Ｚｎ）を２×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１が形成されている。
【００１３】
また、ｐ型コンタクト層２１上には、金（Ａｕ）系のｐ型オ−ミック電極２２が形成され、更に、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下面には、金（Ａｕ）系のｎ型オ−ミック電極２３が形成されて、従来例１の半導体レーザ素子１０が作製されている。
【００１４】
ここで、上記のように構成した従来例１の半導体レーザ素子１０の動作を説明すると、図示上方のｐ型オ−ミック電極２２側から図示下方のｎ型オ−ミック電極２３側に向かって順方向電流を注入すると、電流はｐ型オ−ミック電極２２→ｐ型コンタクト層２１→一対のｎ型電流ブロック層２０，２０で狭窄されたリッジ部１９→ｐ型エッチング停止層１６を介してｐ型第１クラッド層１５→活性層１４→ｎ型クラッド層１３→ｎ型バッファ層１２→ｎ型ＧａＡｓ基板１１→ｎ型オ−ミック電極２３の順で流れ、発振しきい値以上になるとリッジ部１９の下部に対応した部位の活性層１４でレ−ザ発振して、活性層１４からレーザ光を出射している。
【００１５】
次に、各層にＡｌＧａＡｓ系の材料を主として用いた従来例１の半導体レ−ザ素子１０に対して、各層にＡｌＧａＩｎＰ系の材料を主として用いた半導体レ−ザ素子について図２を用いて説明する。
【００１６】
図２は従来例２として、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とからなるダブルヘテロ構造の上方に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層とｐ型ＩｎＧａＰコンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、リッジ部の両側に一対のｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層を形成した一般的な半導体レ−ザ素子を示した断面図である。
【００１７】
図２に示した如く、従来例２の半導体レ−ザ素子３０では、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の上面上に、シリコン（Ｓｉ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３２と、シリコン（Ｓｉ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３３と、ノンド−プＭＱＷ活性層３４（以下、活性層３４と呼称す）と、亜鉛（Ｚｎ）を５×１０１７ｃｍ−３ドーピングしたｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層３５とが順次積層されており、ｎ型クラッド層３３と活性層３４とｐ型第１クラッド層３５とで周知のダブルヘテロ構造を構成している。
【００１８】
この際、上記した活性層３４は、例えば、二重量子井戸構造（ＭＱＷ）で、ノンドープＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐウェル層とノンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリヤ層とにより構成されている。
【００１９】
また、ｐ型第１クラッド層３５上には、亜鉛（Ｚｎ）を１×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層３６が膜厚１５ｎｍ〜５０ｎｍ程度成膜されている。この際、ｐ型エッチング停止層３６は、ｐ型第１クラッド層３５の上方に後述するリッジ部３９をエッチング処理により略台形状に形成するために設けたものである。
【００２０】
また、ｐ型エッチング停止層３６上には、亜鉛（Ｚｎ）を１×１０１８ｃｍ−３にドーピングしたｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層３７と、亜鉛（Ｚｎ）を２×１０１８ｃｍ−３ドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層３８とが積層され、且つ、ｐ型第２クラッド層３７及びｐ型コンタクト層３８の左右両側をｐ型エッチング停止層３６に至るまでエッチング処理することで、両層３７，３８を合わせて略台形状のリッジ部３９がｐ型エッチング停止層３６上の略中央部位に形成されている。この際、リッジ部３９はエッチング処理により底辺の長さＬ１が上辺の長さＬ２より大きく略台形状に形成されている。
【００２１】
また、シリコン（Ｓｉ）を１×１０１８ｃｍ−３以上ドーピングした一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流ブロック層（電流狭窄層とも呼称する）４０，４０がｐ型エッチング停止層３６上の左右及び略台形状のリッジ部３９の左右両側に沿って形成されている。これら一対のｎ型電流ブロック層４０，４０は、ｐ型第２クラッド層３７のみに電流経路を狭窄するためのものである。
【００２２】
また、リッジ部３９の上部及び一対のｎ型電流ブロック層４０，４０の上部には、亜鉛（Ｚｎ）を２×１０１９ｃｍ−３ドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１が形成されている。
【００２３】
また、ｐ型コンタクト層４１上には、金（Ａｕ）系のｐ型オ−ミック電極４２が形成され、更に、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の下面には、金（Ａｕ）系のｎ型オ−ミック電極４３が形成されて、従来例２の半導体レーザ素子３０が作製されている。
【００２４】
ここで、上記のように構成した従来例２の半導体レーザ素子３０の動作を説明すると、図示上方のｐ型オ−ミック電極４２側から図示下方のｎ型オ−ミック電極４３側に向かって順方向電流を注入すると、電流はｐ型オ−ミック電極４２→ｐ型コンタクト層４１→一対のｎ型電流ブロック層４０，４０で狭窄されたリッジ部３９→ｐ型エッチング停止層３６を介してｐ型第１クラッド層３５→活性層３４→ｎ型クラッド層３３→ｎ型バッファ層３２→ｎ型ＧａＡｓ基板３１→ｎ型オ−ミック電極４３の順で流れ、発振しきい値以上になるとリッジ部３９の下部に対応した部位の活性層３４でレ−ザ発振して、活性層３４からレーザ光を出射している。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来例１，２の半導体レ−ザ素子１０，３０のような構造では、動作時に、一対のｎ型電流ブロック層（２０，２０），（４０，４０）で狭窄されたリッジ部１９，３９を電流が通過する際に生じるジュール熱により、半導体レ−ザ素子１０，３０の温度が上昇する。
【００２６】
この際、高出力動作させるために大きな電流が必要な場合や、半導体レ−ザ素子１０，３０そのものが高い温度環境に置かれて動作せざるを得ない場合などでは、良好なレーザ特性を維持する上で、半導体レ−ザ素子１０，３０内部で生じる熱の外部への放散が非常に重要になる。
【００２７】
しかしながら、従来例１，２の半導体レ−ザ素子１０，３０では、もっともジュール熱の発生が著しいリッジ部１９，３９の両側が一対のｎ型電流ブロック層（２０，２０），（４０，４０）で囲まれ、且つ、一対のｎ型電流ブロック層（２０，２０），（４０，４０）が熱抵抗率の大きい材料で構成されているために、発生した熱の放散が効率的に行われず、結果として、半導体レ−ザ素子１０，３０の温度が上昇し易いという問題があった。
【００２８】
例えば、各層にＡｌＧａＡｓ系の材料を主として用いた従来例１の半導体レ−ザ素子１０のような構造では、一対のｎ型電流ブロック層２０，２０として一般的にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０．５＜ｘ＜０．８）の組成が用いられており、その具体例として従来例１ではｘ＝０．７に設定した場合に一対のｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ電流ブロック層２０，２０について述べた。これに類似の構造は、ここでの図示を省略するものの、例えば、前記した非特許文献１，２等に公表されている。
【００２９】
ここで、図３はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの熱抵抗率のｘ依存性（半導体レーザ／ｐ．３５／応用物理学会編・伊賀健一編著／オーム社）を示している。この図３から一対のｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ電流ブロック層２０，２０にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０．５＜ｘ＜０．８）を用いた場合には熱抵抗率が大きくなり、半導体レ−ザ素子１０の温度上昇が発生し易くなってしまう。
【００３０】
一方、各層にＡｌＧａＩｎＰ系の材料を主として用いた従来例２の半導体レ−ザ素子３０のような構造でも、一対のｎ型電流ブロック層４０，４０にＡｌＩｎＰからなる３元化合物が用いられており、この３元化合物を用いた場合にも熱抵抗率が大きくなり、半導体レ−ザ素子３０の温度上昇が発生し易くなってしまう。
【００３１】
そこで、上記のような問題点を解消するために、電流ブロック層で挟まれた狭い領域で発生するジュール熱を効果的に放散し、高温動作に対して強い半導体レ−ザ素子が望まれている。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とを順に積層してダブルヘテロ構造を構成し、且つ、前記ダブルヘテロ構造の上方にｐ型第２クラッド層とｐ型コンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、前記リッジ部の両側に一対のｎ型電流ブロック層を形成した半導体レーザ素子において、
前記一対のｎ型電流ブロック層は、複数の元素材料を用いて複数の化合物層を積層して形成し、且つ、前記複数の化合物層内に前記複数の元素材料を全て含ませると共に、該複数の化合物層内に該複数の元素材料の元素数よりも元素数を削減した化合物層を少なくとも一つ以上含ませたことを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００３３】
また、第２の発明は、上記した第１の発明の半導体レーザ素子において、
前記一対のｎ型電流ブロック層は、前記複数の元素材料としてＡｌＧａＡｓ系の材料又はＡｌＩｎＰ系の材料を用いたことを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る半導体レーザ素子の一実施例を図４乃至図８を参照して＜第１実施例＞，＜第２実施例＞の順に詳細に説明する。
【００３５】
＜第１実施例＞
図４は本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子を示した断面図、
図５（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示した断面図である。
【００３６】
図４に示した本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子１０Ａは、先に図１を用いて説明した従来例１の半導体レーザ素子１０に対して略台形状のリッジ部の両側に形成した一対のｎ型電流ブロック層の層構造のみが異なるものであり、ここでは説明の便宜上、従来例１に対して同じ構成部材に同一符号を付して適宜説明し、且つ、従来例１に対して異なる構成部材に新たな補助符号を付して異なる点を中心に説明する。
【００３７】
図４に示した如く、本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子１０Ａでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２と、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓクラッド層１３と、ノンド−プＭＱＷ活性層１４と、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第１クラッド層１５とが順次積層されており、ｎ型クラッド層１３と活性層１４とｐ型第１クラッド層１５とで周知のダブルヘテロ構造を構成し、更に、ｐ型第１クラッド層１５上にｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓエッチング停止層１６が膜厚１５ｎｍ程度成膜され、且つ、ｐ型エッチング停止層１６上の中央部位にｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第２クラッド層１７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８とを積層したリッジ部１９が略台形状に形されている点は従来例１と同じである。
【００３８】
また、ｐ型エッチング停止層１６上の左右及び略台形状のリッジ部１９の左右両側に沿って一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａが先に説明した従来例１に対して層構造が異なって形成されており、この一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａについては後述する。
【００３９】
また、リッジ部１９の上部及び一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａの上部に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１が形成され、また、ｐ型コンタクト層２１上に金（Ａｕ）系のｐ型オ−ミック電極２２が形成され、更に、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下面に金（Ａｕ）系のｎ型オ−ミック電極２３が形成されて、第１実施例の半導体レーザ素子１０Ａが作製されている。
【００４０】
ここで、従来例１に対して異なる層構造を有する一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａは、ＡｌＧａＡｓ系の複数の元素材料を用いて複数の化合物層を積層して形成し、且つ、複数の化合物層内に複数の元素材料を全て含ませると共に、複数の化合物層内に複数の元素材料の元素数よりも元素数を削減した化合物層を少なくとも一つ以上含ませたことを特徴としている。
【００４１】
即ち、一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａをより具体的に説明すると、一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａは、薄い厚みのｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層（但し、０．８≦ｘ１≦１）と、薄い厚みのｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（但し、０≦ｘ２≦０．２）とを交互に複数回繰り返し積層した多層膜として形成されている。この際、上記したｘ１の範囲内において例えばｘ１＝１に設定した場合に、薄い厚み（例えば７ｎｍ）のｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層がｎ型ＡｌＡｓ層となり、一方、上記したｘ２の範囲内において例えばｘ２＝０に設定した場合に、薄い厚み（例えば３ｎｍ）のｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層がｎ型ＧａＡｓ層となり、これに伴って一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａが例えば厚み７ｎｍのｎ型ＡｌＡｓ層と例えば厚み３ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層とを交互に複数回繰り返し積層した多層膜として形成されている。
【００４２】
ここで、一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａ内において、上記したｎ型ＡｌＡｓ層はバンドギャップエネルギーが大きい第１薄膜層として機能し、一方、上記したｎ型ＧａＡｓ層はｎ型ＡｌＡｓ層よりもバンドギャップエネルギーが小さい第２薄膜層として機能した状態で、第１薄膜層と第２薄膜層とを交互に繰り返して多層膜を形成しているが、これに限ることなく、第１薄膜層と第２薄膜層との間に他の第３薄膜層を挟んで繰り返して多層膜を形成しても良く、且つ、各薄膜層の１層当たりの厚みが１０ｎｍ以下で成膜されている。
【００４３】
更に、ｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層（但し、０．８≦ｘ１≦１）とｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（但し、０≦ｘ２≦０．２）とを交互に複数回繰り返し積層した多層膜からなる一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａ内で少なくとも１層の薄膜層は、熱抵抗率が各薄膜層を多層化した積層部分の平均の熱抵抗率よりも小さい材料を用いることで、熱抵抗率の低減を図っている。
【００４４】
そして、上記のように構成した第１実施例の半導体レーザ素子１０Ａの動作を説明すると、図示上方のｐ型オ−ミック電極２２側から図示下方のｎ型オ−ミック電極２３側に向かって順方向電流を注入すると、電流はｐ型オ−ミック電極２２→ｐ型コンタクト層２１→一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａで狭窄されたリッジ部１９→ｐ型エッチング停止層１６を介してｐ型第１クラッド層１５→活性層１４→ｎ型クラッド層１３→ｎ型バッファ層１２→ｎ型ＧａＡｓ基板１１→ｎ型オ−ミック電極２３の順で流れ、発振しきい値以上になるとリッジ部１９の下部に対応した部位の活性層１４でレ−ザ発振して、活性層１４からレーザ光を出射している。
【００４５】
従って、この第１実施例の半導体レーザ素子１０Ａでは、一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａを、先に従来例１で説明したようなＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０．５＜ｘ＜０．８）に代えて、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いて複数の化合物層を積層する際に元素数を削減した化合物層として例えば厚み７ｎｍのｎ型ＡｌＡｓ層と例えば厚み３ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層とを交互に複数回繰り返し積層した多層膜としているので、とくに、元素数を削減したｎ型ＡｌＡｓ層及びｎ型ＧａＡｓ層の熱抵抗率は、先に用いた図３により明らかなように、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０．５＜ｘ＜０．８）に比べ非常に小さいため、この第１実施例で導入した一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａは全体として熱抵抗率を非常に低く抑えることができる。
【００４６】
この結果、第１実施例における活性層１４に対応する発振波長（おおよそ７８５ｎｍ近傍）に対して、一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａでは、実効的に、屈折率は平均組成（即ち、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）に対応し、かつ、透明となるので、先に説明した従来例１の一対のｎ型電流ブロック層２０，２０（図１）に対し、同等の効果を備えつつ、熱抵抗率のみを格段に低く抑えられることになる。これに伴って、効果的に素子内部で発生する熱の放散が行われるので、高温特性に優れ、信頼性の高い良好な第１実施例の半導体レ−ザ素子１０Ａが得られる。
【００４７】
次に、第１実施例の半導体レーザ素子１０Ａの製造方法について、図５（ａ）〜（ｄ）を用いて工程順に説明する。
【００４８】
まず、図５（ａ）に示した第１工程では、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法により第１回目の成長を行い、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２（Ｓｉドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓクラッド層１３（Ｓｉドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ノンド−プＭＱＷ活性層１４と、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第１クラッド層１５（Ｚｎドーピング…５×１０１７ｃｍ−３）と、ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓエッチング停止層１６（Ｚｎドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第２クラッド層１７（Ｚｎドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト１８（Ｚｎドーピング…２×１０１８ｃｍ−３）とを順次積層して成膜する。
【００４９】
次に、図５（ｂ）に示した第２工程では、フォトリソグラフィ法を用いて、ｐ型コンタクト層１８上にＳｉＯ２等の絶縁層２５及びレジスト２６を成膜してレジストパタ−ンを形成し、ｐ型エッチング停止層１６が露出するまで選択エッチング液を用いてエッチング処理を施して略台形状のリッジ部１９を形成する。ここで、リッジ部１９の上辺の長さをＬ２に設定してエッチング処理を施すと、ｐ型第２クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８の結晶方位と、エッチング処理速度との関係からリッジ部１９が必然的に略台形状にエッチングされてリッジ部１９の底辺の長さがＬ１となる。また、ｐ型エッチング停止層１６の膜厚は、１５ｎｍ程度に設定している。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示した第３工程では、レジスト２６を除去後、リッジ部１９を覆った絶縁層２５上及びｐ型エッチング停止層１６上からＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行い、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型ＧａＡｓ層とを交互に複数回繰り返して積層した多層膜からなる一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａ（Ｓｉドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）を形成する。この時、絶縁層２５上には結晶成長は行われないので、成長は選択的に行われる。
【００５１】
次に、図５（ｄ）に示した第４工程では、絶縁層２５を除去後、ＭＯＣＤＶ法により第３回目の成長を行い、リッジ部１９のｐ型コンタクト層１８上及び一対のｎ型電流ブロック層２０Ａ，２０Ａ上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１（Ｚｎドーピング…２×１０１９ｃｍ−３）を積層し、また、ｐ型コンタクト層２１上に金（Ａｕ）系のｐオ−ミック電極２２を積層し、更に、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下面に金（Ａｕ）系のｎ型オ−ミック電極２３を成膜することで、第１実施例の半導体レ−ザ１０Ａを製造している。
【００５２】
次に、第１実施例を一部変形させた変形例について図６を用いて簡略に説明する。
【００５３】
図６は本発明に係る第１実施例を一部変形させた変形例の半導体レーザ素子を示した断面図である。
【００５４】
図６に示した如く、本発明に係る第１実施例を一部変形させた変形例の半導体レーザ素子１０Ｂでは、ｎ型クラッド層１３と活性層１４とｐ型第１クラッド層１５とによるダブルヘテロ構造の上方で、略台形状のリッジ部１９の両側に形成した一対のｎ型電流ブロック層２０Ｂ，２０Ｂの層構造のみが先に説明した第１実施例と異なっている。
【００５５】
ここで、上記した一対のｎ型電流ブロック層２０Ｂ，２０Ｂは、ｎ型Ａｌ０． ５Ｇａ０．５Ａｓ層２０Ｂ１と、ｎ型ＡｌＡｓ層２０Ｂ２と、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２０Ｂ３とがそれぞれ略同じ膜厚で３層膜として形成されている。
【００５６】
従って、この変形例では、一対のｎ型電流ブロック層２０Ｂ，２０Ｂを、先に従来例１で説明したようなＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０．５＜ｘ＜０．８）に代えて、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いて複数の化合物層を積層する際に等しい厚みを有するｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２０Ｂ１と、ｎ型ＡｌＡｓ層２０Ｂ２と、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層２０Ｂ３とで３層膜としているので、とくに、元素数を削減したｎ型ＡｌＡｓ層２０Ｂ２の熱抵抗率は、先に用いた図３により明らかなように、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０．５＜ｘ＜０．８）に比べ非常に小さいため、この変形例で導入した一対のｎ型電流ブロック層２０Ｂ，２０Ｂは全体として熱抵抗率を低く抑えることになる。これに伴って、効果的に素子内部で発生する熱の放散が行われるので、高温特性に優れ、信頼性の高い良好な変形例の半導体レ−ザ素子１０Ｂが得られる。
【００５７】
＜第２実施例＞
図７は本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子を示した断面図、
図８（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示した断面図である。
【００５８】
図７に示した本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子３０Ａは、先に図２を用いて説明した従来例２の半導体レーザ素子３０に対して略台形状のリッジ部の両側に形成した一対のｎ型電流ブロック層の層構造のみが異なるものであり、ここでは説明の便宜上、従来例２に対して同じ構成部材に同一符号を付して適宜説明し、且つ、従来例２に対して異なる構成部材に新たな補助符号を付して異なる点を中心に説明する。
【００５９】
図７に示した如く、本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子３０Ａでは、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３２と、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３３と、ノンド−プＭＱＷ活性層３４と、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層３５とが順次積層されており、ｎ型クラッド層３３と活性層３４とｐ型第１クラッド層３５とで周知のダブルヘテロ構造を構成し、更に、ｐ型第１クラッド層３５上にｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層３６が膜厚１５ｎｍ程度成膜され、且つ、ｐ型エッチング停止層３６上の中央部位にｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層３７とｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層３８とを積層したリッジ部３９が略台形状に形されている点は従来例２と同じである。
【００６０】
また、ｐ型エッチング停止層３６上の左右及び略台形状のリッジ部３９の左右両側に沿って一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａが先に説明した従来例２に対して層構造が異なって形成されており、この一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａについては後述する。
【００６１】
また、リッジ部３９の上部及び一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａの上部に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１が形成され、また、ｐ型コンタクト層４１上に金（Ａｕ）系のｐ型オ−ミック電極４２が形成され、更に、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の下面に金（Ａｕ）系のｎ型オ−ミック電極４３が形成されて、第２実施例の半導体レーザ素子３０Ａが作製されている。
【００６２】
ここで、従来例２に対して異なる層構造を有する一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａは、ＡｌＩｎＰ系の複数の元素材料を用いて複数の化合物層を積層して形成し、且つ、複数の化合物層内に複数の元素材料を全て含ませると共に、複数の化合物層内に複数の元素材料の元素数よりも元素数を削減した化合物層を少なくとも一つ以上含ませたことを特徴としている。
【００６３】
即ち、一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａをより具体的に説明すると、一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａは、厚みが薄いｎ型ＡｌＰ層と、厚みが薄いｎ型ＩｎＰ層とを１層当たり１０ｎｍ以下の厚みにそれぞれ設定した上で、両層を交互に複数回繰り返して積層した多層膜として形成されており、より具体的には、厚み５ｎｍのｎ型ＡｌＰ層と、厚み５ｎｍのｎ型ＩｎＰ層とを交互に複数回繰り返して積層している。
【００６４】
そして、上記のように構成した第２実施例の半導体レーザ素子３０Ａの動作を説明すると、図示上方のｐ型オ−ミック電極４２側から図示下方のｎ型オ−ミック電極４３側に向かって順方向電流を注入すると、電流はｐ型オ−ミック電極４２→ｐ型コンタクト層４１→一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａで狭窄されたリッジ部３９→ｐ型エッチング停止層３６を介してｐ型第１クラッド層３５→活性層３４→ｎ型クラッド層３３→ｎ型バッファ層３２→ｎ型ＧａＡｓ基板３１→ｎ型オ−ミック電極４３の順で流れ、発振しきい値以上になるとリッジ部３９の下部に対応した部位の活性層３４でレ−ザ発振して、活性層３４からレーザ光を出射している。
【００６５】
従って、この第２実施例の半導体レーザ素子３０Ａでは、一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａを、先に従来例２で説明したようなＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに代えて、例えば厚み５ｎｍのｎ型ＡｌＰ層と、厚み５ｎｍのｎ型ＩｎＰ層とを複数回繰り返し積層した多層膜としている。ここで、一般にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体では、三元化合物よりも二元化合物の方が熱抵抗率が小さいことが知られているので、上記したＡｌＰ及びＩｎＰの各熱抵抗率はＡｌＩｎＰに比べ小さいため、この第２実施例で導入した一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａは全体として熱抵抗率を非常に低く抑えることができる。
【００６６】
この結果、第２実施例における活性層３４に対応する発振波長（おおよそ６５０ｎｍ近傍）に対して、一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａでは、実効的に、屈折率は平均組成（即ち、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ）に対応し、かつ、透明となるので、先に説明した従来例２のｐ型第２クラッド層３７（図２）に対し、同等の効果を備えつつ、熱抵抗率のみを格段に低く抑えられることになる。これに伴って、効果的に素子内部で発生する熱の放散が行われるので、高温特性に優れ、信頼性の高い良好な第２実施例の半導体レ−ザ素子３０Ａが得られる。
【００６７】
次に、第２実施例の半導体レーザ素子３０Ａの製造方法について、図８（ａ）〜（ｄ）を用いて工程順に説明する。
【００６８】
まず、図８（ａ）に示した第１工程では、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法により第１回目の成長を行い、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３２（Ｓｉドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３３（Ｓｉドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ノンド−プＭＱＷ活性層３４と、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層３５（Ｚｎドーピング…５×１０１７ｃｍ−３）と、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層３６（Ｚｎドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層３７（Ｚｎドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）と、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層３８（Ｚｎドーピング…２×１０１８ｃｍ−３）とを順次積層して成膜する。
【００６９】
次に、図８（ｂ）に示した第２工程では、フォトリソグラフィ法を用いて、ｐ型コンタクト層３８上にＳｉＯ２等の絶縁層４５及びレジスト４６を成膜してレジストパタ−ンを形成し、ｐ型エッチング停止層３６が露出するまで選択エッチング液を用いてエッチング処理を施して略台形状のリッジ部３９を形成する。ここで、リッジ部３９の上辺の長さをＬ２に設定してエッチング処理を施すと、ｐ型第２クラッド層３７及びｐ型コンタクト層３８の結晶方位と、エッチング処理速度との関係からリッジ部３９が必然的に略台形状にエッチングされてリッジ部３９の底辺の長さがＬ１となる。また、ｐ型エッチング停止層３６の膜厚は、１５ｎｍ程度に設定している。
【００７０】
次に、図８（ｃ）に示した第３工程では、レジスト４６を除去後、リッジ部３９を覆った絶縁層４５上及びｐ型エッチング停止層３６上からＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行い、ｎ型ＡｌＰ層とｎ型ＩｎＰ層と交互に複数回繰り返し積層した一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａ（Ｓｉドーピング…１×１０１８ｃｍ−３）を形成する。この時、絶縁層４５上には結晶成長は行われないので、成長は選択的に行われる。
【００７１】
次に、図８（ｄ）に示した第４工程では、絶縁層４５を除去後、ＭＯＣＤＶ法により第３回目の成長を行い、リッジ部３９のｐ型コンタクト層３８上及び一対のｎ型電流ブロック層４０Ａ，４０Ａ上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１（Ｚｎドーピング…２×１０１９ｃｍ−３）を積層し、また、ｐ型コンタクト層４１上に金（Ａｕ）系のｐオ−ミック電極４を積層し、更に、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の下面に金（Ａｕ）系のｎ型オ−ミック電極４３を成膜することで、第２実施例の半導体レ−ザ１０Ａを製造している。
【００７２】
尚、以上の第１，第２実施例では、半導体レーザの層材料としてＡｌＧａＡｓ系又はＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いたが、言うまでもなく、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。さらに、本実施例では、内部狭窄型の半導体レーザ構造の例として順メサのリッジ導波路を備える構造を取り上げたが、本発明はこの例に限定されるものではなく、広く一般の内部狭窄型の半導体レーザに適用可能であることは言うまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した本発明に係る半導体レーザ素子によれば、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とを順に積層してダブルヘテロ構造を構成し、且つ、ダブルヘテロ構造の上方にｐ型第２クラッド層とｐ型コンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、リッジ部の両側に一対のｎ型電流ブロック層を形成した際、前記一対のｎ型電流ブロック層は、複数の元素材料を用いて複数の化合物層を積層して形成し、且つ、前記複数の化合物層内に前記複数の元素材料を全て含ませると共に、該複数の化合物層内に該複数の元素材料の元素数よりも元素数を削減した化合物層を少なくとも一つ以上含ませているので、一対のｎ型電流ブロック層は全体として熱抵抗率を非常に低く抑えることができ、効果的に素子内部で発生する熱の放散が行われるので、高温特性に優れ、信頼性の高い良好な半導体レ−ザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例１として、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とからなるダブルヘテロ構造の上方に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層とｐ型ＧａＡｓコンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、リッジ部の両側に一対のｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層を形成した一般的な半導体レ−ザ素子を示した断面図である。
【図２】従来例２として、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型第１クラッド層とからなるダブルヘテロ構造の上方に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層とｐ型ＩｎＧａＰコンタクト層とを積層してリッジ部を略台形状に形成すると共に、リッジ部の両側に一対のｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層を形成した一般的な半導体レ−ザ素子を示した断面図である。
【図３】ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの熱抵抗率のｘ依存性を示した図である。
【図４】本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示した断面図である。
【図６】本発明に係る第１実施例を一部変形させた変形例の半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図７】本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示した断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ…第１実施例の半導体レーザ素子、
１１…ｎ型ＧａＡｓ基板、１２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、
１３…ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓクラッド層、
１４…ノンド−プＭＱＷ活性層、
１５…ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第１クラッド層、
１６…ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓエッチング停止層、
１７…ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第２クラッド層、
１８…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、
１９…リッジ部、
２０Ａ，２０Ａ…多層膜からなるｎ型電流ブロック層、
２１…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、
２２…ｐ型オ−ミック電極、２３…ｎ型オ−ミック電極、
１０Ｂ…第１実施例を一部変形させた変形例の半導体レーザ素子、
２０Ｂ，２０Ｂ…３層膜からなるｎ型電流ブロック層、
３０Ａ…第２実施例の半導体レーザ素子、
３１…ｎ型ＧａＡｓ基板、３２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、
３３…ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、
３４…ノンド−プＭＱＷ活性層、
３５…ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層、
３６…ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層、
３７…ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層、
３８…ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層、
３９…リッジ部、
４０Ａ，４０Ａ…多層膜からなるｎ型電流ブロック層、
４１…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、
４２…ｐ型オ−ミック電極、４３…ｎ型オ−ミック電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, an n-type clad layer, an active layer, and a p-type first clad layer are sequentially laminated to form a double hetero structure, and a p-type second clad layer and a p-type clad layer are provided above the double hetero structure. The present invention relates to a semiconductor laser device in which a ridge portion is formed in a substantially trapezoidal shape by laminating a contact layer and a pair of n-type current blocking layers are formed on both sides of the ridge portion.
[0002]
[Prior art]
Generally, a semiconductor laser element is frequently used as a light source in an optical disk device, a communication device, and the like. Although the above-described semiconductor laser device has various structural forms, there is an internally confined type semiconductor laser device having an AlGaAs current blocking layer in order to emit laser light at a high output (for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
[0003]
[Non-patent document 1]
Proceedings of the 41st Alliance Lecture Meeting on Applied Physics No. 3 / p989 / 28p-K-4
[0004]
[Non-patent document 2]
57th Annual Conference of the Japan Society of Applied Physics 3 / p921 / 7a-KH-7
[0005]
FIG. 1 shows a conventional example 1 in which a p-type AlGaAs second cladding layer and a p-type GaAs contact layer are stacked above a double heterostructure composed of an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type first cladding layer. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a general semiconductor laser device in which a ridge portion is formed in a substantially trapezoidal shape and a pair of n-type AlGaAs current blocking layers are formed on both sides of the ridge portion.
[0006]
In the following description, the doping material of each layer constituting the semiconductor laser device will be described as needed, and the component composition of each layer will be described as needed. Explanation will be made using simplified component names.
[0007]
As shown in FIG. 1, in the semiconductor laser device 10 of the first conventional example, an AlGaAs-based material is mainly used for each layer on the substrate. That is, on the upper surface of the n-type GaAs substrate 11, 1 × 1018cm-3A doped n-type GaAs buffer layer 12 and silicon (Si)18cm-3Doped n-type Al0.5Ga0.5As clad layer 13, non-doped MQW active layer 14 (hereinafter referred to as active layer 14), and zinc (Zn)17cm-3Doped p-type Al0.5Ga0.5The As first cladding layer 15 is sequentially laminated, and the n-type cladding layer 13, the active layer 14, and the p-type first cladding layer 15 constitute a well-known double hetero structure.
[0008]
At this time, the active layer 14 has, for example, a double quantum well structure (MQW) and a non-doped Al0.1Ga0.9As well layer and non-doped Al0.3Ga0.7And an As barrier layer.
[0009]
On the p-type first cladding layer 15, zinc (Zn) is 1 × 1018cm-3Doped p-type Al0.7Ga0.3The As etching stop layer 16 is formed to a thickness of about 15 nm to 50 nm. At this time, the p-type etching stop layer 16 is provided above the p-type first cladding layer 15 so as to form a ridge 19 described later into a substantially trapezoidal shape by etching.
[0010]
On the p-type etching stop layer 16, zinc (Zn) is 1 × 1018cm-3Doped p-type Al0.5Ga0.5As second cladding layer 17 and zinc (Zn)18cm-3The doped p-type GaAs contact layer 18 is laminated, and the left and right sides of the p-type second cladding layer 17 and the p-type contact layer 18 are etched to the p-type etching stop layer 16, so that both layers 17 are formed. , 18 are formed in a substantially central portion on the p-type etching stop layer 16. At this time, the ridge portion 19 is formed in a substantially trapezoidal shape in which the bottom length L1 is larger than the top length L2 by etching.
[0011]
In addition, silicon (Si) is 1 × 1018cm-3A pair of n-type Al doped above0.7Ga0.3As current blocking layers (also referred to as current constriction layers) 20, 20 are formed along the left and right sides of the p-type etching stop layer 16 and along the left and right sides of the substantially trapezoidal ridge portion 19. The pair of n-type current blocking layers 20 and 20 are for narrowing the current path only to the p-type second cladding layer 17.
[0012]
On the ridge portion 19 and on the pair of n-type current blocking layers 20 and 20, zinc (Zn) is 2 × 10 2.19cm-3A doped p-type GaAs contact layer 21 is formed.
[0013]
A gold (Au) -based p-type ohmic electrode 22 is formed on the p-type contact layer 21, and a gold (Au) -based n-type ohmic electrode is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 11. The semiconductor laser device 10 of the first conventional example is manufactured by forming the mic electrode 23.
[0014]
Here, the operation of the semiconductor laser device 10 of the conventional example 1 configured as described above will be described. In order from the upper p-type ohmic electrode 22 side in the figure to the lower n-type ohmic electrode 23 side in the figure. When a directional current is injected, the current is p-type ohmic electrode 22 → p-type contact layer 21 → ridge 19 narrowed by a pair of n-type current blocking layers 20 → 20 → p-type etching stop layer 16 The first type cladding layer 15 → the active layer 14 → the n-type cladding layer 13 → the n-type buffer layer 12 → the n-type GaAs substrate 11 → the n-type ohmic electrode 23. The laser oscillates in the active layer 14 at a portion corresponding to the lower portion of 19 and emits laser light from the active layer 14.
[0015]
Next, with reference to FIG. 2, a description will be given of a semiconductor laser device mainly using an AlGaInP-based material for each layer, in contrast to the semiconductor laser device 10 of the conventional example 1 mainly using an AlGaAs-based material for each layer. .
[0016]
FIG. 2 shows a conventional example 2, in which a p-type AlGaInP second cladding layer and a p-type InGaP contact layer are stacked above a double heterostructure composed of an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type first cladding layer. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a general semiconductor laser device in which a ridge portion is formed in a substantially trapezoidal shape and a pair of n-type AlInP current blocking layers are formed on both sides of the ridge portion.
[0017]
As shown in FIG. 2, in the semiconductor laser device 30 of the second conventional example, silicon (Si) is formed on the upper surface of the n-type GaAs substrate 31 by 1 × 10 5.18cm-3A doped n-type GaAs buffer layer 32 and silicon (Si)18cm-3Doped n-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P cladding layer 33, non-doped MQW active layer 34 (hereinafter referred to as active layer 34), and zinc (Zn)17cm-3Doped p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5The P first cladding layer 35 is sequentially laminated, and the n-type cladding layer 33, the active layer 34, and the p-type first cladding layer 35 constitute a well-known double hetero structure.
[0018]
At this time, the active layer 34 has, for example, a double quantum well structure (MQW) and a non-doped In0.5Ga0.5P-well layer and non-doped (Al0.3Ga0.7)0.5In0.5And a P barrier layer.
[0019]
On the p-type first cladding layer 35, zinc (Zn) is 1 × 1018cm-3Doped p-type In0.5Ga0.5The P etching stop layer 36 has a thickness of about 15 nm to 50 nm. At this time, the p-type etching stop layer 36 is provided so as to form a ridge portion 39 to be described later into a substantially trapezoidal shape by an etching process above the p-type first cladding layer 35.
[0020]
On the p-type etching stop layer 36, zinc (Zn) is 1 × 1018cm-3Doped p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P second cladding layer 37 and zinc (Zn)18cm-3Doped p-type In0.5Ga0.5The p-type contact layer 38 is laminated, and the left and right sides of the p-type second cladding layer 37 and the p-type contact layer 38 are etched until reaching the p-type etching stop layer 36, so that the two layers 37 and 38 are combined. A substantially trapezoidal ridge portion 39 is formed at a substantially central portion on the p-type etching stop layer 36. At this time, the ridge portion 39 is formed in a substantially trapezoidal shape by etching so that the length L1 of the bottom side is larger than the length L2 of the top side.
[0021]
In addition, silicon (Si) is 1 × 1018cm-3A pair of n-type Al doped above0.5In0.5P current block layers (also referred to as current constriction layers) 40, 40 are formed on the left and right sides of the p-type etching stop layer 36 and along the left and right sides of the substantially trapezoidal ridge portion 39. The pair of n-type current blocking layers 40 and 40 are for narrowing the current path to only the p-type second cladding layer 37.
[0022]
On the ridge portion 39 and on the pair of n-type current blocking layers 40, 40, 2 × 1019cm-3A doped p-type GaAs contact layer 41 is formed.
[0023]
A gold (Au) -based p-type ohmic electrode 42 is formed on the p-type contact layer 41, and a gold (Au) -based n-type ohmic electrode is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 31. The semiconductor laser device 30 of the conventional example 2 is manufactured by forming the mic electrode 43.
[0024]
Here, the operation of the semiconductor laser device 30 of the second conventional example configured as described above will be described. In order from the upper p-type ohmic electrode 42 side in the drawing to the lower n-type ohmic electrode 43 side in the drawing. When a directional current is injected, the current flows through the p-type ohmic electrode 42 → the p-type contact layer 41 → the ridge portion 39 confined by the pair of n-type current blocking layers 40 → 40 → the p-type etching stop layer 36. The first type cladding layer 35 → the active layer 34 → the n-type cladding layer 33 → the n-type buffer layer 32 → the n-type GaAs substrate 31 → the n-type ohmic electrode 43. The laser oscillates in the active layer 34 at a portion corresponding to the lower portion of 39 and emits laser light from the active layer 34.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the structure like the semiconductor laser elements 10 and 30 of the above-mentioned conventional examples 1 and 2, the ridge narrowed by the pair of n-type current blocking layers (20, 20) and (40, 40) during operation. The temperature of the semiconductor laser elements 10 and 30 rises due to Joule heat generated when a current passes through the portions 19 and 39.
[0026]
At this time, when a large current is required for high-output operation, or when the semiconductor laser elements 10 and 30 themselves must be operated in a high temperature environment, good laser characteristics are maintained. In doing so, it is very important to dissipate the heat generated inside the semiconductor laser elements 10 and 30 to the outside.
[0027]
However, in the semiconductor laser elements 10 and 30 of the prior art examples 1 and 2, both sides of the ridge portions 19 and 39 where Joule heat is most remarkably generated are provided on both sides of the pair of n-type current blocking layers (20, 20), (40, 40). ) And the pair of n-type current blocking layers (20, 20) and (40, 40) are made of a material having a large thermal resistivity, so that the generated heat is efficiently dissipated. As a result, there has been a problem that the temperature of the semiconductor laser elements 10 and 30 tends to rise.
[0028]
For example, in a structure such as the semiconductor laser element 10 of the prior art 1 in which each layer is mainly made of an AlGaAs-based material, a pair of n-type current blocking layers 20 are generally made of Al.xGa1-xAs (however, 0.5 <x <0.8) is used. As a specific example, in the conventional example 1, when x = 0.7, a pair of n-type Al0.7Ga0.3The As current blocking layers 20, 20 have been described. Although a structure similar to this is omitted here, it is disclosed in, for example, the aforementioned Non-Patent Documents 1 and 2.
[0029]
Here, FIG.xGa1-xThe x dependence of the thermal resistivity of As (semiconductor laser / p.35 / edited by the Japan Society of Applied Physics, edited by Kenichi Iga / Ohmsha) is shown. From FIG. 3, a pair of n-type Al0.7Ga0.3Al is applied to the As current blocking layers 20 and 20.xGa1-xWhen As (where 0.5 <x <0.8) is used, the thermal resistivity increases, and the temperature of the semiconductor laser element 10 tends to increase.
[0030]
On the other hand, even in a structure like the semiconductor laser element 30 of the prior art 2 in which each layer mainly uses an AlGaInP-based material, a ternary compound made of AlInP is used for the pair of n-type current blocking layers 40, 40. Also, when this ternary compound is used, the thermal resistivity also increases, and the temperature of the semiconductor laser element 30 tends to increase.
[0031]
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor laser device which effectively dissipates Joule heat generated in a narrow region sandwiched between current blocking layers and is resistant to high-temperature operation is desired. I have.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and a first invention is to form a double hetero structure by sequentially stacking an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type first cladding layer, and Stacking a p-type second cladding layer and a p-type contact layer above the double hetero structure to form a ridge portion in a substantially trapezoidal shape, and forming a pair of n-type current blocking layers on both sides of the ridge portion; Semiconductor laser device,
The pair of n-type current blocking layers are formed by stacking a plurality of compound layers using a plurality of element materials, and including all of the plurality of element materials in the plurality of compound layers. Wherein the compound layer includes at least one compound layer in which the number of elements is smaller than the number of elements of the plurality of element materials.
[0033]
According to a second aspect, in the semiconductor laser device according to the first aspect,
The pair of n-type current blocking layers is a semiconductor laser device using an AlGaAs-based material or an AlInP-based material as the plurality of element materials.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, one embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention will be described in detail in the order of <first embodiment> and <second embodiment> with reference to FIGS.
[0035]
<First embodiment>
FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention,
5A to 5D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
[0036]
The semiconductor laser device 10A of the first embodiment according to the present invention shown in FIG. 4 is formed on both sides of a substantially trapezoidal ridge portion with respect to the semiconductor laser device 10 of the conventional example 1 described above with reference to FIG. Only the layer structure of the pair of n-type current blocking layers described above is different. Here, for convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same components as in Conventional Example 1, and the description is appropriately made. On the other hand, different constituent members are given new auxiliary codes, and the different points will be mainly described.
[0037]
As shown in FIG. 4, in the semiconductor laser device 10A according to the first embodiment of the present invention, an n-type GaAs buffer layer 12 and an n-type Al0.5Ga0.5As clad layer 13, non-doped MQW active layer 14, p-type Al0.5Ga0.5An As first cladding layer 15 is sequentially laminated, and a well-known double hetero structure is constituted by an n-type cladding layer 13, an active layer 14, and a p-type first cladding layer 15, and further, a p-type first cladding layer 15 on p-type Al0.7Ga0.3An As etching stop layer 16 is formed to a thickness of about 15 nm, and a p-type Al0.5Ga0.5The ridge portion 19 in which the As second cladding layer 17 and the p-type GaAs contact layer 18 are laminated is substantially trapezoidal in the same manner as the first conventional example.
[0038]
Further, a pair of n-type current blocking layers 20A, 20A along the left and right sides of the p-type etching stop layer 16 and along the left and right sides of the substantially trapezoidal ridge portion 19 have a different layer structure from the first conventional example described above. The pair of n-type current blocking layers 20A, 20A will be described later.
[0039]
A p-type GaAs contact layer 21 is formed on the ridge portion 19 and on the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A, and a gold (Au) -based p-type The semiconductor laser device 10A of the first embodiment is manufactured by forming the -mic electrode 22 and further forming the gold (Au) -based n-type ohmic electrode 23 on the lower surface of the n-type GaAs substrate 11. .
[0040]
Here, a pair of n-type current blocking layers 20A, 20A having a different layer structure from the conventional example 1 are formed by stacking a plurality of compound layers using a plurality of AlGaAs-based elemental materials. Characterized in that all of the plurality of element materials are included in the compound layer, and at least one compound layer in which the number of elements is smaller than the number of elements of the plurality of element materials is included in the plurality of compound layers. .
[0041]
That is, the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A will be described more specifically.x1Ga1-x1As layer (provided that 0.8 ≦ x1 ≦ 1) and thin n-type Alx2Ga1-x2It is formed as a multilayer film in which As layers (where 0 ≦ x2 ≦ 0.2) are alternately repeated a plurality of times. At this time, when, for example, x1 = 1 is set within the range of x1, the n-type Al having a small thickness (for example, 7 nm) is formed.x1Ga1-x1The As layer becomes an n-type AlAs layer. On the other hand, when, for example, x2 = 0 is set in the range of x2, the n-type Al layer having a small thickness (for example, 3 nm) is formed.x2Ga1-x2The As layer becomes an n-type GaAs layer, and accordingly, the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A are formed by repeatedly laminating an n-type AlAs layer having a thickness of, for example, 7 nm and an n-type GaAs layer having a thickness of, for example, 3 nm alternately. It is formed as a multilayer film.
[0042]
Here, in the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A, the above-mentioned n-type AlAs layer functions as a first thin film layer having a large band gap energy, while the above-mentioned n-type GaAs layer is more than the n-type AlAs layer. Also, the multilayer film is formed by alternately repeating the first thin film layer and the second thin film layer while functioning as the second thin film layer having a small bandgap energy. A multilayer film may be formed repeatedly by sandwiching another third thin film layer between the first thin film layer and the second thin film layer, and each thin film layer is formed to have a thickness of 10 nm or less.
[0043]
Furthermore, n-type Alx1Ga1-x1As layer (provided that 0.8 ≦ x1 ≦ 1) and n-type Alx2Ga1-x2At least one thin film layer in a pair of n-type current blocking layers 20A, 20A composed of a multilayer film in which As layers (where 0 ≦ x2 ≦ 0.2) are alternately repeated a plurality of times has a thermal resistivity of at least one. By using a material that is smaller than the average thermal resistivity of the laminated portion where each thin film layer is multilayered, the thermal resistivity is reduced.
[0044]
The operation of the semiconductor laser device 10A according to the first embodiment having the above-described structure will be described. In order from the upper p-type ohmic electrode 22 side in the drawing to the lower n-type ohmic electrode 23 side in the drawing. When a directional current is injected, the current is p-type ohmic electrode 22 → p-type contact layer 21 → ridge 19 narrowed by a pair of n-type current blocking layers 20A, 20A → p-type etching stop layer 16 The first type cladding layer 15 → the active layer 14 → the n-type cladding layer 13 → the n-type buffer layer 12 → the n-type GaAs substrate 11 → the n-type ohmic electrode 23. The laser oscillates in the active layer 14 at a portion corresponding to the lower portion of 19 and emits laser light from the active layer 14.
[0045]
Therefore, in the semiconductor laser device 10A of the first embodiment, the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A are formed by AlxGa1-xAn n-type AlAs layer having a thickness of, for example, 7 nm as a compound layer in which the number of elements is reduced when a plurality of compound layers are laminated using an AlGaAs-based material instead of As (where 0.5 <x <0.8). And an n-type GaAs layer having a thickness of, for example, 3 nm, which is alternately and repeatedly laminated a plurality of times, so that the thermal resistivity of the n-type AlAs layer and the n-type GaAs layer, in which the number of elements is reduced, is used in advance. As is clear from FIG.xGa1-xSince it is much smaller than As (where 0.5 <x <0.8), the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A introduced in the first embodiment suppresses the thermal resistivity as a whole very low. be able to.
[0046]
As a result, with respect to the oscillation wavelength (approximately 785 nm) corresponding to the active layer 14 in the first embodiment, in the pair of n-type current blocking layers 20A, 20A, the refractive index effectively becomes the average composition (that is, Al).0.7Ga0.3As) and is transparent, it has the same effect as the pair of n-type current blocking layers 20 and 20 (FIG. 1) of Conventional Example 1 described above, and has only the thermal resistivity. It will be much lower. As a result, the heat generated inside the device is effectively dissipated, so that the semiconductor laser device 10A of the first embodiment having excellent high-temperature characteristics and high reliability can be obtained.
[0047]
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device 10A of the first embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS.
[0048]
First, in a first step shown in FIG. 5A, a first growth is performed by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and an n-type GaAs buffer layer 12 (on the upper surface of the n-type GaAs substrate 11) is formed. Si doping: 1 × 1018cm-3) And n-type Al0.5Ga0.5As clad layer 13 (Si doping: 1 × 1018cm-3), The non-doped MQW active layer 14, and the p-type Al0.5Ga0.5As first cladding layer 15 (Zn doping: 5 × 1017cm-3) And p-type Al0.7Ga0.3As etching stop layer 16 (Zn doping: 1 × 1018cm-3) And p-type Al0.5Ga0.5As second cladding layer 17 (Zn doping: 1 × 1018cm-3) And a p-type GaAs contact 18 (Zn doping: 2 × 1018cm-3) Are sequentially laminated to form a film.
[0049]
Next, in a second step shown in FIG. 5B, SiO 2 is formed on the p-type contact layer 18 by photolithography.2A resist pattern is formed by depositing an insulating layer 25 and a resist 26, etc., and a substantially trapezoidal ridge portion 19 is formed by performing an etching process using a selective etching solution until the p-type etching stop layer 16 is exposed. I do. Here, when the etching process is performed by setting the length of the upper side of the ridge portion 19 to L2, the ridge portion 19 is determined from the relationship between the crystal orientation of the p-type second cladding layer 17 and the p-type contact layer 18 and the etching process speed. 19 is inevitably etched in a substantially trapezoidal shape, and the length of the base of the ridge portion 19 becomes L1. The thickness of the p-type etching stop layer 16 is set to about 15 nm.
[0050]
Next, in a third step shown in FIG. 5C, after removing the resist 26, a second growth is performed by MOCVD on the insulating layer 25 covering the ridge portion 19 and the p-type etching stop layer 16. The n-type AlAs layer and the n-type GaAs layer are alternately repeated a plurality of times to form a pair of n-type current blocking layers 20A and 20A (Si doping: 1 × 1018cm-3) Is formed. At this time, since no crystal growth is performed on the insulating layer 25, the growth is performed selectively.
[0051]
Next, in a fourth step shown in FIG. 5D, after removing the insulating layer 25, a third growth is performed by the MOCDV method, and the ridge 19 is formed on the p-type contact layer 18 and a pair of n-type currents. On the block layers 20A, 20A, a p-type GaAs contact layer 21 (Zn doping: 2 × 1019cm-3), A gold (Au) -based p-type ohmic electrode 22 is stacked on the p-type contact layer 21, and a gold (Au) -based n-type ohmic electrode 22 is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 11. The semiconductor laser 10A of the first embodiment is manufactured by forming the film of the mic electrode 23.
[0052]
Next, a modified example in which the first embodiment is partially modified will be briefly described with reference to FIG.
[0053]
FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a modified example in which the first embodiment according to the present invention is partially modified.
[0054]
As shown in FIG. 6, in a semiconductor laser device 10B according to a modified example in which the first embodiment according to the present invention is partially modified, a double layer comprising an n-type clad layer 13, an active layer 14, and a p-type first clad layer 15 is formed. Only the layer structure of a pair of n-type current blocking layers 20B, 20B formed on both sides of the substantially trapezoidal ridge portion 19 above the heterostructure is different from the first embodiment described above.
[0055]
Here, the pair of n-type current blocking layers 20B, 20B are made of n-type Al.0. 5Ga0.5As layer 20B1, n-type AlAs layer 20B2, n-type Al0.5Ga0.5The As layer 20B3 is formed as a three-layer film with substantially the same thickness.
[0056]
Therefore, in this modified example, the pair of n-type current blocking layers 20B, 20B are formed of AlxGa1-xN-type Al having the same thickness when a plurality of compound layers are laminated using an AlGaAs-based material instead of As (where 0.5 <x <0.8)0.5Ga0.5As layer 20B1, n-type AlAs layer 20B2, n-type Al0.5Ga0.5Since the As layer 20B3 and the As layer 20B3 form a three-layer film, the thermal resistivity of the n-type AlAs layer 20B2 in which the number of elements has been reduced is, as apparent from FIG.xGa1-xSince it is much smaller than As (however, 0.5 <x <0.8), the pair of n-type current blocking layers 20B, 20B introduced in this modification suppresses the thermal resistivity as a whole as a whole. As a result, the heat generated inside the element is effectively dissipated, so that a highly reliable semiconductor laser element 10B having excellent high-temperature characteristics and high reliability can be obtained.
[0057]
<Second embodiment>
FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention,
8A to 8D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
[0058]
The semiconductor laser device 30A of the second embodiment according to the present invention shown in FIG. 7 is formed on both sides of a substantially trapezoidal ridge portion with respect to the semiconductor laser device 30 of the second conventional example described above with reference to FIG. Only the layer structure of the pair of n-type current blocking layers described above is different. Here, for convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same components as in Conventional Example 2, and the description is appropriately made. On the other hand, different constituent members are given new auxiliary codes, and the different points will be mainly described.
[0059]
As shown in FIG. 7, in a semiconductor laser device 30A according to a second embodiment of the present invention, an n-type GaAs buffer layer 32 and an n-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5A P-cladding layer 33, a non-doped MQW active layer 34, and a p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5A P-type first cladding layer 35 is sequentially laminated, and an n-type cladding layer 33, an active layer 34, and a p-type first cladding layer 35 constitute a well-known double heterostructure. 35 on p-type In0.5Ga0.5A P etching stop layer 36 is formed to a thickness of about 15 nm, and a p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P second cladding layer 37 and p-type In0.5Ga0.5The point that the ridge portion 39 formed by laminating the P contact layer 38 and the P contact layer 38 is substantially trapezoidal is the same as the second conventional example.
[0060]
Further, the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A along the left and right sides of the p-type etching stop layer 36 and along the left and right sides of the substantially trapezoidal ridge portion 39 have a different layer structure from the conventional example 2 described above. The pair of n-type current blocking layers 40A, 40A will be described later.
[0061]
A p-type GaAs contact layer 41 is formed on the ridge portion 39 and on the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A. On the p-type contact layer 41, a gold (Au) -based p-type The semiconductor laser device 30A of the second embodiment is manufactured by forming the -mic electrode 42, and further forming the gold (Au) -based n-type ohmic electrode 43 on the lower surface of the n-type GaAs substrate 31. .
[0062]
Here, a pair of n-type current blocking layers 40A, 40A having a different layer structure from Conventional Example 2 are formed by stacking a plurality of compound layers using a plurality of AlInP-based elemental materials. Characterized in that all of the plurality of element materials are included in the compound layer, and at least one compound layer in which the number of elements is smaller than the number of elements of the plurality of element materials is included in the plurality of compound layers. .
[0063]
That is, the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A will be described more specifically. The pair of n-type current blocking layers 40A, 40A are composed of a thin n-type AlP layer and a thin n-type InP layer. Each layer is set to a thickness of 10 nm or less, and is formed as a multilayer film in which both layers are alternately and repeatedly repeated a plurality of times. More specifically, an n-type AlP layer having a thickness of 5 nm and a thickness of 5 nm are formed. And the n-type InP layer is alternately and repeatedly repeated a plurality of times.
[0064]
The operation of the semiconductor laser device 30A of the second embodiment configured as described above will now be described. In order from the upper p-type ohmic electrode 42 side in the drawing to the lower n-type ohmic electrode 43 side in the drawing. When a directional current is injected, the current flows through the p-type ohmic electrode 42 → the p-type contact layer 41 → the ridge 39 narrowed by the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A → the p-type etching stop layer 36. The first type cladding layer 35 → the active layer 34 → the n-type cladding layer 33 → the n-type buffer layer 32 → the n-type GaAs substrate 31 → the n-type ohmic electrode 43. The laser oscillates in the active layer 34 at a portion corresponding to the lower portion of 39 and emits laser light from the active layer 34.
[0065]
Therefore, in the semiconductor laser device 30A of the second embodiment, the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A are0.5In0.5Instead of P, for example, it is a multilayer film in which an n-type AlP layer having a thickness of 5 nm and an n-type InP layer having a thickness of 5 nm are repeatedly laminated a plurality of times. Here, it is generally known that, in a group III-V compound semiconductor, the binary compound has a smaller thermal resistivity than the ternary compound, and thus the above-described thermal resistivity of AlP and InP is higher than that of AlInP. Since it is small, the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A introduced in the second embodiment can suppress the thermal resistivity as a whole very low.
[0066]
As a result, with respect to the oscillation wavelength corresponding to the active layer 34 (approximately 650 nm) in the second embodiment, in the pair of n-type current blocking layers 40A, 40A, the refractive index is effectively the average composition (ie, Al composition).0.5In0.5P) and becomes transparent, so that only the p-type second cladding layer 37 (FIG. 2) of the second conventional example described above has the same effect and only the thermal resistivity is significantly lower. Will be suppressed. As a result, the heat generated inside the device is effectively dissipated, so that the semiconductor laser device 30A of the second embodiment having excellent high-temperature characteristics and high reliability can be obtained.
[0067]
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device 30A according to the second embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS.
[0068]
First, in a first step shown in FIG. 8A, a first growth is performed by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and an n-type GaAs buffer layer 32 (on the upper surface of the n-type GaAs substrate 31) is formed. Si doping: 1 × 1018cm-3) And n-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P cladding layer 33 (Si doping: 1 × 1018cm-3), A non-doped MQW active layer 34, and a p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P first cladding layer 35 (Zn doping: 5 × 1017cm-3) And p-type In0.5Ga0.5P etching stop layer 36 (Zn doping: 1 × 1018cm-3) And p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P second cladding layer 37 (Zn doping: 1 × 1018cm-3) And p-type In0.5Ga0.5P contact layer 38 (Zn doping: 2 × 1018cm-3) Are sequentially laminated to form a film.
[0069]
Next, in a second step shown in FIG. 8B, SiO 2 is formed on the p-type contact layer 38 by photolithography.2A resist pattern is formed by depositing an insulating layer 45 and a resist 46, and the like, and etching is performed using a selective etching solution until the p-type etching stop layer 36 is exposed to form a substantially trapezoidal ridge portion 39. I do. Here, when the etching process is performed with the length of the upper side of the ridge portion 39 set to L2, the ridge portion 39 is determined from the relationship between the crystal orientation of the p-type second cladding layer 37 and the p-type contact layer 38 and the etching process speed. 39 is inevitably etched in a substantially trapezoidal shape, and the length of the base of the ridge portion 39 becomes L1. The thickness of the p-type etching stop layer 36 is set to about 15 nm.
[0070]
Next, in a third step shown in FIG. 8C, after removing the resist 46, a second growth is performed by MOCVD on the insulating layer 45 covering the ridge portion 39 and the p-type etching stop layer 36. Then, a pair of n-type current blocking layers 40A and 40A (Si doping... 1 × 1018cm-3) Is formed. At this time, since no crystal growth is performed on the insulating layer 45, the growth is performed selectively.
[0071]
Next, in a fourth step shown in FIG. 8D, after removing the insulating layer 45, a third growth is performed by the MOCDV method, and the ridge portion 39 is formed on the p-type contact layer 38 and a pair of n-type currents. On the block layers 40A, 40A, a p-type GaAs contact layer 41 (Zn doping: 2 × 1019cm-3), A gold (Au) -based p-type ohmic electrode 4 is stacked on the p-type contact layer 41, and further, a gold (Au) -based n-type anode is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 31. The semiconductor laser 10A of the second embodiment is manufactured by depositing the mic electrode 43.
[0072]
In the above-described first and second embodiments, an AlGaAs-based or AlGaInP-based material is used as the layer material of the semiconductor laser. However, needless to say, the present invention is not limited to these materials. Further, in this embodiment, a structure having a forward mesa ridge waveguide is taken up as an example of an internal confinement type semiconductor laser structure. However, the present invention is not limited to this example, and a general internal confinement type It is needless to say that the present invention can be applied to the semiconductor laser.
[0073]
【The invention's effect】
According to the semiconductor laser device of the present invention described in detail above, an n-type clad layer, an active layer, and a p-type first clad layer are sequentially laminated to form a double hetero structure, and When a p-type second cladding layer and a p-type contact layer are stacked above to form a ridge portion in a substantially trapezoidal shape and a pair of n-type current blocking layers are formed on both sides of the ridge portion, The current-blocking layer is formed by stacking a plurality of compound layers using a plurality of element materials, and including all of the plurality of element materials in the plurality of compound layers. Contains at least one compound layer in which the number of elements is smaller than the number of elements of the plurality of element materials, so that the pair of n-type current blocking layers can suppress the thermal resistivity as a whole very low. , Effectively emitted inside the element The heat dissipation to takes place, excellent high-temperature characteristics, high reliability satisfactory semiconductor laser - The device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a conventional example 1 in which a p-type AlGaAs second cladding layer and a p-type GaAs contact layer are provided above a double heterostructure composed of an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type first cladding layer. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a general semiconductor laser device in which a ridge portion is formed in a substantially trapezoidal shape by lamination and a pair of n-type AlGaAs current blocking layers are formed on both sides of the ridge portion.
FIG. 2 shows a conventional example 2 in which a p-type AlGaInP second cladding layer and a p-type InGaP contact layer are provided above a double heterostructure composed of an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type first cladding layer. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a general semiconductor laser device in which a ridge portion is formed into a substantially trapezoidal shape by lamination and a pair of n-type AlInP current blocking layers are formed on both sides of the ridge portion.
FIG. 3 shows AlxGa1-xFIG. 3 is a diagram showing the x dependence of the thermal resistivity of As.
FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a modified example in which the first embodiment according to the present invention is partially modified.
FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
[Explanation of symbols]
10A... The semiconductor laser device of the first embodiment,
11 ... n-type GaAs substrate, 12 ... n-type GaAs buffer layer,
13 ... n-type Al0.5Ga0.5As cladding layer,
14 ... Non-doped MQW active layer
15 ... p-type Al0.5Ga0.5As first cladding layer,
16 ... p-type Al0.7Ga0.3As etching stop layer,
17 ... p-type Al0.5Ga0.5As second cladding layer,
18 ... p-type GaAs contact layer,
19 ... Ridge part,
20A, 20A... N-type current blocking layer composed of a multilayer film;
21 ... p-type GaAs contact layer,
22 ... p-type ohmic electrode, 23 ... n-type ohmic electrode,
10B: a semiconductor laser device of a modified example obtained by partially modifying the first embodiment,
20B, 20B... N-type current blocking layer composed of three layers,
30A: semiconductor laser device of second embodiment,
31 ... n-type GaAs substrate, 32 ... n-type GaAs buffer layer,
33 ... n-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P cladding layer,
34 ... Non-doped MQW active layer
35 ... p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P first cladding layer,
36 ... p-type In0.5Ga0.5P etching stop layer,
37 ... p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P second cladding layer,
38 ... p-type In0.5Ga0.5P contact layer,
39… Ridge part,
40A, 40A... N-type current blocking layer comprising a multilayer film;
41 ... p-type GaAs contact layer,
42 ... p-type ohmic electrode; 43 ... n-type ohmic electrode.
