JP2005109004A - Semiconductor light-emitting device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化合物半導体層を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a compound semiconductor layer and a method for manufacturing the same.
従来より、赤色の光を発生する発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子として、AlGaInP系半導体を用いた発光素子が実用化されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, light-emitting elements using AlGaInP semiconductors have been put to practical use as semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes and semiconductor laser elements that generate red light (see, for example, Patent Document 1).
従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の構造および製造方法について図4および図5に基づき説明する。 The structure and manufacturing method of a conventional AlGaInP semiconductor laser element will be described with reference to FIGS.
図4および図5は、従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の構造および製造方法を示す模式的断面図である。 4 and 5 are schematic cross-sectional views showing the structure and manufacturing method of a conventional AlGaInP-based semiconductor laser device.
図4(a)に示すように、n型GaAs基板51上にn型AlGaInPクラッド層52、GaInP活性層53、p型AlGaInPクラッド層54、GaInPエッチングストッパ層55、p型AlGaInPクラッド層56、p型GaInP層57およびp型GaAsキャップ層58を順に形成する。
As shown in FIG. 4A, on an n-
次に、図4(b)に示すように、マスクを用いてp型AlGaInPクラッド層56、p型GaInP層57およびp型GaAsキャップ層58の一部の領域を選択的にエッチングしてストライプ状のリッジ部Rを形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a partial region of the p-type
その後、図5(c)に示すように、上記エッチングにより選択的に露出されたエッチングストッパ層55上およびリッジ部Rの両側面上に、n型GaAs電流阻止層59を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, an n-type GaAs
続いて、図5(d)に示すように、p型GaAsキャップ層58上およびn型GaAs電流阻止層59上にp型GaAsコンタクト層60を形成し、p型GaAsコンタクト層60上にp型電極61を形成し、n型GaAs基板51の下面にn型電極62を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, a p-type
これにより、赤色のレーザ光を発生するAlGaInP系半導体レーザ素子が得られる。 Thereby, an AlGaInP-based semiconductor laser element that generates red laser light is obtained.
上記のAlGaInP系半導体レーザ素子においては、p型電極61とn型電極62との間に電圧を印加することにより、p型AlGaInPクラッド層54からGaInP活性層53に正孔が注入され、n型AlGaInPクラッド層52からGaInP活性層53に電子が注入される。その結果、GaInP活性層53の中央部(リッジ部Rの形成位置)でレーザ発振が生じ、赤色のレーザ光が発生される。
近年、上記のような半導体レーザ素子の高出力化が求められている。半導体レーザ素子の高出力化を実現するために、図4(b)に示すリッジ部Rのストライプ幅を小さくすることが提案されている。 In recent years, there has been a demand for higher output of the semiconductor laser element as described above. In order to realize high output of the semiconductor laser device, it has been proposed to reduce the stripe width of the ridge portion R shown in FIG.
上述のようにリッジ部Rの形成は、例えば、p型AlGaInPクラッド層56、p型GaInP層57およびp型GaAsキャップ層58をウェット(ケミカル)エッチング等することにより行われる。
As described above, the ridge portion R is formed by, for example, wet (chemical) etching of the p-type
ここで、ウェットエッチングは各層の結晶方位に沿って進行するので、リッジ部R下部のストライプ幅W5を小さくすると、リッジ部R上部のストライプ幅W4がさらに小さくなってしまう。 Here, since the wet etching proceeds along the crystal orientation of each layer, if the stripe width W5 below the ridge portion R is reduced, the stripe width W4 above the ridge portion R is further reduced.
また、リッジ部Rの形成をドライエッチングにより行う場合には、ドライエッチングにより発生するエッチング面の結晶欠陥を除去するために、ドライエッチングによるエッチング面にウェットエッチングを施す必要がある。それにより、上記同様、リッジ部R下部のストライプ幅W5を小さくすると、リッジ部R上部のストライプ幅W4がさらに小さくなってしまう。 In addition, when the ridge portion R is formed by dry etching, it is necessary to perform wet etching on the etched surface by dry etching in order to remove crystal defects on the etched surface generated by dry etching. As a result, when the stripe width W5 below the ridge portion R is reduced as described above, the stripe width W4 above the ridge portion R is further reduced.
リッジ部R上部のストライプ幅W4が小さくなると、半導体レーザ素子の直列抵抗が増大する。それにより、半導体レーザ素子が発熱し、寿命が短くなる。 When the stripe width W4 above the ridge portion R is reduced, the series resistance of the semiconductor laser device is increased. As a result, the semiconductor laser element generates heat and its life is shortened.
本発明の目的は、直列抵抗を増大させることなく高出力化を実現できる半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of realizing high output without increasing a series resistance and a method for manufacturing the same.
第1の発明に係る半導体発光素子は、活性層と、第1のクラッド層と、第1のクラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ部からなる第2のクラッド層とを順に備え、第2のクラッド層は、アルミニウムおよびガリウムを含む第1の半導体層と、アルミニウムおよびガリウムを含む第2の半導体層とを第1のクラッド層側から順に含み、第1の半導体層のアルミニウム組成比は第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいものである。 A semiconductor light emitting device according to a first aspect of the present invention includes an active layer, a first cladding layer, and a second cladding layer composed of a stripe-shaped ridge formed on the first cladding layer in order. The second cladding layer includes a first semiconductor layer containing aluminum and gallium and a second semiconductor layer containing aluminum and gallium in this order from the first cladding layer side, and the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is It is larger than the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer.
これにより、第1の半導体層のアルミニウム組成比が第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいので、第2のクラッド層にエッチングによりリッジ部を形成する際に、第1の半導体層のエッチングレートが第2の半導体層のエッチグレートよりも高くなる。 Thereby, since the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is larger than the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer, the etching of the first semiconductor layer is performed when the ridge portion is formed by etching in the second cladding layer. The rate is higher than the etch rate of the second semiconductor layer.
その結果、リッジ部上端のストライプ幅を大きく維持しつつリッジ部下端のストライプ幅を小さくすることができる。したがって、リッジ部のストライプ幅が小さくなることによる直列抵抗の増大が防止されるとともに、高出力化が実現される。また、直列抵抗が防止されることより発熱が抑制され、長寿命化が実現される。 As a result, the stripe width at the lower end of the ridge can be reduced while maintaining the stripe width at the upper end of the ridge. Therefore, an increase in series resistance due to a reduction in the stripe width of the ridge portion is prevented, and high output is realized. Further, since the series resistance is prevented, heat generation is suppressed, and a long life is realized.
第1の半導体層は、インジウムおよびリンをさらに含み、第2の半導体層は、インジウムおよびリンをさらに含んでもよい。この場合、高出力かつ長寿命のAlGaInP系半導体発光素子が実現される。 The first semiconductor layer may further include indium and phosphorus, and the second semiconductor layer may further include indium and phosphorus. In this case, an AlGaInP-based semiconductor light emitting device with high output and long life is realized.
第1のクラッド層と第2のクラッド層との間に設けられ、第1の半導体層よりも小さなアルミニウム組成比を有するエッチング制御層をさらに備えてもよい。この場合、エッチング制御層によりエッチングの進行が制御されるので、第1のクラッド層をエッチングすることなくエッチング制御層でエッチングを停止させることができる。 An etching control layer provided between the first cladding layer and the second cladding layer and having an aluminum composition ratio smaller than that of the first semiconductor layer may be further provided. In this case, since the progress of the etching is controlled by the etching control layer, the etching can be stopped at the etching control layer without etching the first cladding layer.
エッチング制御層は、ガリウム、インジウムおよびリンを含む半導体からなってもよい。この場合、エッチング制御層のエッチングレートが第2のクラッド層のエッチングレートに比べて低くなるので、第1のクラッド層をエッチングすることなくエッチング制御層でエッチングを正確に停止することができる。 The etching control layer may be made of a semiconductor containing gallium, indium and phosphorus. In this case, since the etching rate of the etching control layer is lower than the etching rate of the second cladding layer, the etching can be accurately stopped at the etching control layer without etching the first cladding layer.
第1の半導体層のアルミニウム組成比は、第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも0.1〜0.2の範囲内で大きくてもよい。 The aluminum composition ratio of the first semiconductor layer may be larger in the range of 0.1 to 0.2 than the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer.
この場合、第1の半導体層のアルミニウム組成比と第2の半導体層のアルミニウム組成比との差が0.1以上であることにより、エッチングによりリッジ部を形成する際に第1の半導体層のエッチングレートを第2の半導体層のエッチングレートに比べて十分に大きくすることができる。 In this case, since the difference between the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer and the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer is 0.1 or more, when the ridge portion is formed by etching, the first semiconductor layer The etching rate can be made sufficiently higher than the etching rate of the second semiconductor layer.
また、第1の半導体層のアルミニウム組成比と第2の半導体層のアルミニウム組成比との差が0.2以下であることにより、過剰なアルミニウムによるドーパントのドープ量の低下が防止される。それにより、第1の半導体層の高抵抗化が抑制される。さらに、第1の半導体層による光吸収量の増加が抑制される。 Moreover, since the difference between the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer and the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer is 0.2 or less, a decrease in the dopant doping amount due to excess aluminum is prevented. Thereby, the increase in resistance of the first semiconductor layer is suppressed. Furthermore, an increase in light absorption by the first semiconductor layer is suppressed.
第1の半導体層のアルミニウム組成比は、0.7以上0.8以下であってもよい。 The aluminum composition ratio of the first semiconductor layer may be not less than 0.7 and not more than 0.8.
この場合、第1の半導体層のアルミニウム組成比が0.7以上であることにより、第1および第2の半導体層による活性層への光の閉じ込め効果が十分に大きくなる。 In this case, when the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is 0.7 or more, the light confinement effect in the active layer by the first and second semiconductor layers is sufficiently increased.
また、第1の半導体層のアルミニウム組成比が0.8であることにより、活性層により発生される光がリッジ部により吸収されにくい。これによりレーザ光のスポットが楕円になることが防止される。さらに、過剰なアルミニウムによるドーパントのドープ量の低下が防止されるので、第1の半導体層の高抵抗化が防止される。また、エッチングレートが過剰に高くなることが防止されるので、リッジ部の形状を制御することが容易となる。 In addition, since the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is 0.8, light generated by the active layer is difficult to be absorbed by the ridge portion. This prevents the laser light spot from becoming an ellipse. Further, since the decrease of the dopant doping amount due to excess aluminum is prevented, the resistance of the first semiconductor layer is prevented from being increased. In addition, since the etching rate is prevented from becoming excessively high, the shape of the ridge portion can be easily controlled.
第1の半導体層の厚みは0.1μm以上0.3μm以下であってもよい。この場合、第1の半導体層は第2の半導体層よりも抵抗が高いので、第1の半導体層の厚みが0.3μm以下であることにより、直列抵抗の増加が抑制される。また、リッジ部の形状を制御することが容易となる。さらに、第1の半導体層の厚みが0.1μm以上であることにより、リッジ部下端のストライプ幅を小さくすることが容易となる。 The thickness of the first semiconductor layer may be not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. In this case, since the first semiconductor layer has a higher resistance than the second semiconductor layer, an increase in series resistance is suppressed when the thickness of the first semiconductor layer is 0.3 μm or less. Moreover, it becomes easy to control the shape of the ridge portion. Furthermore, when the thickness of the first semiconductor layer is 0.1 μm or more, the stripe width at the lower end of the ridge portion can be easily reduced.
第2の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、活性層を形成する工程と、活性層上に第1のクラッド層を形成する工程と、第1のクラッド層上に第2のクラッド層を形成する工程とを備え、第2のクラッド層をストライプ状の領域を除いてエッチングすることによりストライプ状のリッジ部を形成する工程とを備え、第2のクラッド層を形成する工程は、アルミニウムおよびガリウムを含む半導体からなる第1の半導体層を形成する工程と、アルミニウムおよびガリウムを含む半導体からなる第2の半導体層を形成する工程とを含み、第1の半導体層のアルミニウム組成比が第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: forming an active layer; forming a first cladding layer on the active layer; and forming a second cladding layer on the first cladding layer. Forming a stripe-shaped ridge portion by etching the second clad layer except for the stripe-shaped region, and forming the second clad layer includes aluminum and A step of forming a first semiconductor layer made of a semiconductor containing gallium, and a step of forming a second semiconductor layer made of a semiconductor containing aluminum and gallium, wherein the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is second. This is larger than the aluminum composition ratio of the semiconductor layer.
第2の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、活性層が形成され、活性層上に第1のクラッド層が形成され、第1のクラッド層上に第2のクラッド層が形成され、第2のクラッド層がストライプ状の領域を除いてエッチングされることによりストライプ状のリッジ部が形成される。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the second invention, an active layer is formed, a first cladding layer is formed on the active layer, a second cladding layer is formed on the first cladding layer, The second clad layer is etched except for the stripe region, whereby a stripe ridge portion is formed.
第2のクラッド層においては、所定のアルミニウム組成比を有する第1の半導体層が形成され、第1の半導体層よりも小さいアルミニウム組成比を有する第2の半導体層が形成される。 In the second cladding layer, a first semiconductor layer having a predetermined aluminum composition ratio is formed, and a second semiconductor layer having an aluminum composition ratio smaller than that of the first semiconductor layer is formed.
これにより、第1の半導体層のアルミニウム組成比が第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいので、第2のクラッド層にエッチングによりリッジ部を形成する際に、第1の半導体層のエッチングレートが第2の半導体層のエッチグレートよりも高くなる。 Thereby, since the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is larger than the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer, the etching of the first semiconductor layer is performed when the ridge portion is formed by etching in the second cladding layer. The rate is higher than the etch rate of the second semiconductor layer.
その結果、リッジ部上端のストライプ幅を大きく維持しつつリッジ部下端のストライプ幅を小さくすることができる。したがって、リッジ部のストライプ幅が小さくなることによる直列抵抗の増大が防止されるとともに、高出力化が実現される。また、直列抵抗が防止されることより発熱が抑制され、長寿命化が実現される。 As a result, the stripe width at the lower end of the ridge can be reduced while maintaining the stripe width at the upper end of the ridge. Therefore, an increase in series resistance due to a reduction in the stripe width of the ridge portion is prevented, and high output is realized. Further, since the series resistance is prevented, heat generation is suppressed, and a long life is realized.
本発明に係る半導体発光素子においては、第1の半導体層のアルミニウム組成比が第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいので、第2のクラッド層にエッチングによりリッジ部を形成する際に、第1の半導体層のエッチングレートが第2の半導体層のエッチグレートよりも高くなる。 In the semiconductor light emitting device according to the present invention, since the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is larger than the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer, when forming the ridge portion by etching in the second cladding layer, The etching rate of the first semiconductor layer is higher than the etching rate of the second semiconductor layer.
その結果、リッジ部上端のストライプ幅を大きく維持しつつリッジ部下端のストライプ幅を小さくすることができる。したがって、リッジ部のストライプ幅が小さくなることによる直列抵抗の増大が防止されるとともに、高出力化が実現される。また、直列抵抗が防止されることより発熱が抑制され、長寿命化が実現される。 As a result, the stripe width at the lower end of the ridge can be reduced while maintaining the stripe width at the upper end of the ridge. Therefore, an increase in series resistance due to a reduction in the stripe width of the ridge portion is prevented, and high output is realized. Further, since the series resistance is prevented, heat generation is suppressed, and a long life is realized.
以下、本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法について図1および図2に基づき説明する。なお、以下の説明においては、上記半導体発光素子としてAlGaInP系半導体レーザ素子を説明する。 Hereinafter, a semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, an AlGaInP semiconductor laser element will be described as the semiconductor light emitting element.
図1および図2は、本発明の一実施の形態に係るAlGaInP系半導体レーザ素子の構造および製造方法を示す模式的断面図である。 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing the structure and manufacturing method of an AlGaInP-based semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
図1(a)に示すように、n型GaAs基板1上に、厚さ1.5μmのn型AlGaInPクラッド層2、GaInP活性層3、厚さ0.2μmのp型AlGaInPクラッド層4、GaInPエッチングストッパ層5、厚さ1.3μmのp型AlGaInPクラッド層6、p型GaInP層7および厚さ0.3μmのp型GaAsキャップ層8をMOCVD法(有機金属化学気相成長法)により順に形成する。
As shown in FIG. 1A, an n-type
ここでは、n型GaAs基板1として、(0001)面から所定方向に傾斜した結晶成長面を有するオフ基板を用いる。
Here, as the n-
p型AlGaInPクラッド層6はGaInPエッチングストッパ層5側から順にp型AlGaInPクラッド層6aおよびp型AlGaInPクラッド層6bを含む。p型AlGaInPクラッド層6aは厚さ0.3μmを有し、p型AlGaInPクラッド層6bは厚さ1.0μmを有する。
The p-type AlGaInP clad
p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比は、p型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比よりも大きい。p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比は、p型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比よりも0.1〜0.2大きく、0.7〜0.8の範囲内であることが好ましい。
The Al composition ratio of the p-type
ここで、例えば、n型AlGaInPクラッド層2およびp型AlGaInPクラッド層4,6bの組成比はAl0.6 Ga0.3 In0.5 P0.5 であり、p型AlGaInPクラッド層6aの組成比はAl0.7 Ga0.3 In0.5 P0.5 である。
Here, for example, the composition ratio of the n-type
また、p型AlGaInPクラッド層6aの厚さは0.3μmに限定されないが、100nm(=0.1μm)以上300nm(=0.3μm)以下であることが好ましい。
The thickness of the p-type
上記p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比および厚さの詳細については後述する。
Details of the Al composition ratio and thickness of the p-type
次に、図1(b)に示すように、マスクとして厚さ0.2μmのストライプ状のSiO2 膜9をp型GaAsキャップ層8上に形成し、SiO2 膜9を介して、p型GaAsキャップ層8、p型GaInP層7およびp型AlGaInPクラッド層6の一部の領域を選択的にウェット(ケミカル)エッチングし、ストライプ状のリッジ部Rを形成する。このウェットエッチングの際には、各層に応じたエッチング液を用いる。
Next, as shown in FIG. 1B, a striped SiO 2 film 9 having a thickness of 0.2 μm is formed on the p-type
例えば、リン酸、過酸化水素およびメタノールを10:3:10で含むリン酸系エッチング液によりp型GaAsキャップ層8を選択的にエッチングする。また、臭化水素および水を30:1で含む臭化水素酸系エッチング液によりp型GaInP層7を選択的にエッチングする。さらに、塩酸および水を3:1で含む塩酸系エッチング液によりp型AlGaInPクラッド層6(p型AlGaInPクラッド層6a,6b)を選択的にエッチングする。
For example, the p-type
ここで、上記のウェットエッチングは、p型GaAsキャップ層8、p型GaInP層7およびp型AlGaInPクラッド層6の結晶方位に沿って進行する。
Here, the wet etching proceeds along the crystal orientation of the p-type
n型GaAs基板1が上記のオフ基板であるため、エッチングにより図1(b)に示すように、リッジ部Rの両側面は左右非対称に傾斜する。
Since the n-
その後、図2(c)に示すように、上記エッチングにより選択的に露出されたGaInPエッチングストッパ層5上およびリッジ部Rの両側面上に、例えば、AlInP層11およびGaAs層12からなるブロック層BをMOCVD法により形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a block layer made of, for example, an
続いて、図2(d)に示すように、SiO2 膜9をフッ酸系エッチング液等を用いてエッチングして除去し、GaAs層12上およびp型GaAsキャップ層8上にp型GaAsコンタクト層13をMOCVD法により形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the SiO 2 film 9 is removed by etching using a hydrofluoric acid-based etching solution or the like, and a p-type GaAs contact is formed on the
最後に、スパッタリング法または真空蒸着法等により、p型GaAsコンタクト層13上にp型電極14を形成し、n型GaAs基板1の下面にn型電極15を形成する。
Finally, a p-
これにより、赤色のレーザ光を発生するAlGaInP系半導体レーザ素子が得られる。上記のように得られたAlGaInP系半導体レーザ素子においては、p型電極14およびn型電極15に電圧を印加することによりp型AlGaInPクラッド層4からGaInP活性層3に正孔が注入され、n型AlGaInPクラッド層2からGaInP活性層3に電子が注入される。その結果、GaInP活性層3から赤色のレーザ光が発生される。
Thereby, an AlGaInP-based semiconductor laser element that generates red laser light is obtained. In the AlGaInP-based semiconductor laser device obtained as described above, holes are injected from the p-type
図3は、図1(b)のリッジ部R形成時におけるウェットエッチングの様子を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of wet etching when forming the ridge portion R of FIG.
塩酸系エッチング液によるp型AlGaInPクラッド層6のエッチングレート(反応速度)は、そのAl組成比が大きい場合に高くなり、Al組成比が小さい場合に低くなる。
The etching rate (reaction rate) of the p-type AlGaInP clad
本実施の形態に係るAlGaInP系半導体レーザ素子においては、リッジ部Rのp型AlGaInPクラッド層6がAl組成比の異なるp型AlGaInPクラッド層6a,6bを順に含む。
In the AlGaInP-based semiconductor laser device according to the present embodiment, the p-type
そして、リッジ部Rの下部のp型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比は、上部のp型AlGaInPクラッド層6bよりも大きい。これにより、p型AlGaInPクラッド層6bのエッチングレートに比べp型AlGaInPクラッド層6aのエッチングレートが高くなる。すなわち、リッジ部R下部のエッチング終了直前のエッチングレートが高くなる。それにより、図3(a)に示すように、リッジ部R上端のストライプ幅W1を大きく維持しつつ、リッジ部R下端のストライプ幅W2を小さくすることができる。
The Al composition ratio of the p-type
したがって、AlGaInP系半導体レーザ素子の直列抵抗を増大させることなく、高出力化を図ることができる。また、直列抵抗が増大しないので発熱が抑制され、長寿命化が実現される。 Therefore, high output can be achieved without increasing the series resistance of the AlGaInP semiconductor laser element. Further, since the series resistance does not increase, heat generation is suppressed and a long life is realized.
ここで、上述のp型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比がp型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比に比べて0.1〜0.2大きく、0.7〜0.8であることが好ましい理由について説明する。
Here, the Al composition ratio of the above-described p-type
p型AlGaInPクラッド層6aとp型AlGaInPクラッド層6bとのAl組成比の差が0.1よりも小さいと、p型AlGaInPクラッド層6aのエッチングレートと、p型AlGaInPクラッド層6Bのエッチングレートとの差が小さすぎ、p型AlGaInPクラッド層6aの下端のストライプ幅がp型AlGaInPクラッド層6bの下端のストライプ幅に比べて大きくなる。それにより、リッジ部R上端のストライプ幅W1を大きく維持しつつリッジ部R下端のストライプ幅W2を小さくすることができない。したがって、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比とp型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比との差は0.1以上であることが好ましい。
When the difference in Al composition ratio between the p-type
一方、p型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比が0.6よりも小さいと、GaInP活性層3の屈折率とp型AlGaInPクラッド層6bの屈折率との差が小さくなり、GaInP活性層3への光の閉じ込めの効果が小さくなる。そのため、p型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比は0.6以上であることが好ましい。
On the other hand, if the Al composition ratio of the p-type AlGaInP clad
上記のように、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比とp型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比との差は0.1以上であることが好ましく、かつp型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比は0.6以上であることが好ましいので、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比は0.7以上であることが好ましい。
As described above, the difference between the Al composition ratio of the p-type
また、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比が0.8より大きくなると、GaInP活性層3により発生される光がp型AlGaInPクラッド層6aにより吸収されやすくなる。そのため、レーザ光のスポット形状が楕円となる。
If the Al composition ratio of the p-type
さらに、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比が0.8より大きくなると、p型AlGaInPクラッド層6aへのドーパントの添加量が制限され、抵抗が高くなる。その結果、p型AlGaInPクラッド層6aが発熱しやすくなる。
Furthermore, when the Al composition ratio of the p-type
また、エッチングレートが著しく上昇することにより、図3に破線TOで示すように、p型AlGaInPクラッド層6aの側面がp型AlGaInPクラッド層6bの下端よりも内側に向かってサイドエッチングされ、凹状に形成される。その結果、p型AlGaInPクラッド層6aの抵抗が高くなる。
Further, as the etching rate is significantly increased, the side surface of the p-type
したがって、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比は0.8以下であることが好ましい。また、上記のように、p型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比は0.6以上であることが好ましいので、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比とp型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比との差は0.2以下であることが好ましい。
Therefore, the Al composition ratio of the p-type
これらの結果、p型AlGaInPクラッド層6aのAl組成比は、p型AlGaInPクラッド層6bのAl組成比よりも0.1〜0.2大きく、0.7〜0.8の範囲内であることが好ましい。
As a result, the Al composition ratio of the p-type
図3において、p型AlGaInPクラッド層6aの厚さH1が100nm以上300nm以下であることが好ましい理由について説明する。
In FIG. 3, the reason why the thickness H1 of the p-type
p型AlGaInPクラッド層6aの抵抗はp型AlGaInPクラッド層6bの抵抗に比べて大きいので、p型AlGaInPクラッド層6aの厚さH1が300nmより大きいと、直列抵抗が増大する。また、p型AlGaInPクラッド層6aのエッチングレートがp型AlGaInPクラッド層6bのエッチングレートよりも高いため、厚さH1が300nmよりも大きいと、エッチング時に形状の制御が困難となる。
Since the resistance of the p-type
また、p型AlGaInPクラッド層6aの厚さH1が100nmより小さいと、リッジ部R上端のストライプ幅W1を大きく維持しつつ、リッジ部R下端のストライプ幅W2を小さくすることができない。
If the thickness H1 of the p-type
これらの理由から、p型AlGaInPクラッド層6aの厚さH1は100nm以上300nm以下であることが好ましい。
For these reasons, the thickness H1 of the p-type
本実施の形態において、リッジ部Rの形成時におけるエッチングは、ウェットエッチングにより行っているが、これに限らず、ドライエッチングとウェットエッチングを併用して行ってもよい。この場合においても、上記同様の効果が得られる。 In the present embodiment, the etching at the time of forming the ridge portion R is performed by wet etching. However, the present invention is not limited to this, and dry etching and wet etching may be performed in combination. Even in this case, the same effect as described above can be obtained.
なお、本実施の形態では、AlGaInP系半導体レーザ素子を形成する各層の厚さが示されているが、上記p型AlGaInPクラッド層6aの厚さを除いて、各層の厚さは特に限定されない。
In the present embodiment, the thickness of each layer forming the AlGaInP-based semiconductor laser element is shown, but the thickness of each layer is not particularly limited except for the thickness of the p-type
また、n型AlGaInPクラッド層2、GaInP活性層3、p型AlGaInPクラッド層4、GaInPエッチングストッパ層5、p型AlGaInPクラッド層6、p型GaInP層7およびp型GaAsキャップ層8、AlInP層11、GaAs層12およびp型GaAsコンタクト層13の形成に、MOCVD法の代わりに、MBE法(分子線エピタキシー法)等の他のエピタキシャル成長法を用いてもよい。
Further, the n-type
以上、本発明の一実施の形態においては、GaInP活性層3は活性層に相当し、n型AlGaInPクラッド層2およびp型AlGaInPクラッド層4は第1のクラッド層に相当し、p型AlGaInPクラッド層6は第2のクラッド層に相当し、p型AlGaInPクラッド層6aは第1の半導体層に相当し、p型AlGaInPクラッド層6bは第2の半導体層に相当する。また、リッジ部Rはリッジ部に相当し、GaInPエッチングストッパ層5はエッチング制御層に相当する。
As described above, in one embodiment of the present invention, the GaInP
[実施例]
本実施例では、上記の実施の形態と同様の構造を有するAlGaInP系半導体レーザ素子を上記同様の製造方法により作製し、図3のリッジ部R上端のストライプ幅W1およびリッジ部R下端のストライプ幅W2を測定した。
[Example]
In this example, an AlGaInP-based semiconductor laser device having the same structure as that of the above embodiment is manufactured by the same manufacturing method as above, and the stripe width W1 at the upper end of the ridge portion R and the stripe width at the lower end of the ridge portion R in FIG. W2 was measured.
その結果、リッジ部R上端のストライプ幅W1は1.5であり、リッジ部R下端のストライプ幅W2は2.5であった。なお、リッジ部R上端のストライプ幅W1に対するリッジ部R下端のストライプ幅W2の比率(以下、リッジ部上下比率と呼ぶ。)は0.6であった。 As a result, the stripe width W1 at the upper end of the ridge portion R was 1.5, and the stripe width W2 at the lower end of the ridge portion R was 2.5. The ratio of the stripe width W2 at the lower end of the ridge portion R to the stripe width W1 at the upper end of the ridge portion R (hereinafter referred to as the ridge portion vertical ratio) was 0.6.
[比較例]
比較例では、以下の点を除いて実施例と同様の構造を有するAlGaInP系半導体レーザ素子を上記同様の製造方法により作製し、図3のリッジ部R上端のストライプ幅W1およびリッジ部R下端のストライプ幅W3を測定した。
[Comparative example]
In the comparative example, an AlGaInP-based semiconductor laser device having the same structure as that of the example except for the following points is manufactured by the same manufacturing method as described above, and the stripe width W1 at the upper end of the ridge portion R and the lower end of the ridge portion R in FIG. The stripe width W3 was measured.
本比較例においては、リッジ部Rのp型AlGaInPクラッド層6がp型AlGaInPクラッド層6bのみで形成されている。したがって、リッジ部Rの形成時(エッチング時)においては、p型AlGaInPクラッド層6のエッチングレートが変化しない。その結果、リッジ部R下部側面の形状が、図3の破線NOに示すように形成される。
In this comparative example, the p-type AlGaInP clad
その結果、リッジ部R上端のストライプ幅W1は0.7であり、リッジ部R下端のストライプ幅W3は2.5であった。なお、リッジ部上下比率は0.28であった。 As a result, the stripe width W1 at the upper end of the ridge portion R was 0.7, and the stripe width W3 at the lower end of the ridge portion R was 2.5. The top / bottom ratio of the ridge portion was 0.28.
[評価]
上記のように、リッジ部R内がエッチングレートの異なるp型AlGaInPクラッド層6a,6bを順に含む場合には、リッジ部Rがp型AlGaInPクラッド層6bのみからなる場合に比べてリッジ部上下比率が大きくなることがわかった。
[Evaluation]
As described above, when the ridge portion R includes the p-type
本発明は、赤色レーザ光を発生する高出力のAlGaInP系の半導体発光素子およびその製造方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a high-power AlGaInP-based semiconductor light-emitting element that generates red laser light and a method for manufacturing the same.
1 n型GaAs基板1
2 n型AlGaInPクラッド層
3 GaInP活性層
4 p型AlGaInPクラッド層
5 GaInPエッチングストッパ層
6 p型AlGaInPクラッド層
7 p型GaInP層
8 p型GaAsキャップ層8
9 SiO2 膜
11 AlInP層
12 GaAs層
B ブロック層
R リッジ部
W1,W2,W3 ストライプ幅
1 n-
2 n-type
9 SiO 2 film 11
Claims (6)
第1のクラッド層と、
前記第1のクラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ部からなる第2のクラッド層とを順に備え、
前記第2のクラッド層は、アルミニウムおよびガリウムを含む第1の半導体層と、アルミニウムおよびガリウムを含む第2の半導体層とを前記第1のクラッド層側から順に含み、
前記第1の半導体層のアルミニウム組成比は前記第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。 An active layer,
A first cladding layer;
A second clad layer composed of a stripe-shaped ridge formed on the first clad layer in order;
The second clad layer includes a first semiconductor layer containing aluminum and gallium, and a second semiconductor layer containing aluminum and gallium in order from the first clad layer side,
The semiconductor light emitting element, wherein the aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is larger than the aluminum composition ratio of the second semiconductor layer.
前記第2の半導体層は、インジウムおよびリンをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 The first semiconductor layer further comprises indium and phosphorus;
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the second semiconductor layer further contains indium and phosphorus.
前記活性層上に第1のクラッド層を形成する工程と、
前記第1のクラッド層上に第2のクラッド層を形成する工程とを備え、
前記第2のクラッド層をストライプ状の領域を除いてエッチングすることによりストライプ状のリッジ部を形成する工程とを備え、
前記第2のクラッド層を形成する工程は、
アルミニウムおよびガリウムを含む半導体からなる第1の半導体層を形成する工程と、
アルミニウムおよびガリウムを含む半導体からなる第2の半導体層を形成する工程とを含み、
前記第1の半導体層のアルミニウム組成比が前記第2の半導体層のアルミニウム組成比よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
Forming an active layer;
Forming a first cladding layer on the active layer;
Forming a second cladding layer on the first cladding layer,
Forming a stripe-shaped ridge portion by etching the second cladding layer except for a stripe-shaped region,
The step of forming the second cladding layer includes:
Forming a first semiconductor layer made of a semiconductor containing aluminum and gallium;
Forming a second semiconductor layer made of a semiconductor containing aluminum and gallium,
A method for manufacturing a semiconductor light emitting element, wherein an aluminum composition ratio of the first semiconductor layer is larger than an aluminum composition ratio of the second semiconductor layer.
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