JP2005159073A - Semiconductor laser element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流狭窄層を有する内部狭窄型の半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an internal confinement type semiconductor laser device having a current confinement layer and a method for manufacturing the same.
DVD−R/RW装置の書き込み高速化に伴い半導体レーザ素子の高出力化が望まれている。この半導体レーザ素子の動作の際に発生するキンクを抑制するためには、導波路内外の等価屈折率の増加を抑える方法と導波路となるリッジ部狭幅化が有効である。一般的には、作製容易であることから、リッジ部狭幅化が行われている。この場合、直列抵抗の増加による発熱によりキンクレベルが十分高くならない。このため、リッジ部の垂直性を向上させてキンクレベルを高くすることが考えられた。 As the writing speed of DVD-R / RW devices increases, it is desired to increase the output of semiconductor laser elements. In order to suppress kinks generated during the operation of the semiconductor laser element, a method for suppressing an increase in the equivalent refractive index inside and outside the waveguide and a narrowing of the ridge portion serving as the waveguide are effective. In general, since the fabrication is easy, the ridge portion is narrowed. In this case, the kink level is not sufficiently increased due to heat generation due to an increase in series resistance. For this reason, it has been considered to increase the kink level by improving the perpendicularity of the ridge portion.
このような半導体レーザ素子としては、非特許文献1に記載されているものがある。
即ち、非特許文献1には、両側面が垂直であるリッジ部を備えた半導体レーザ素子を作製すると、周囲温度が5〜25℃の場合では、キンクレベルは300mW以上であり、40〜80度の場合では、210〜280mWまでキンクが認められずに安定動作することが記載されている。
As such a semiconductor laser device, there is one described in Non-Patent Document 1.
That is, in Non-Patent Document 1, when a semiconductor laser device having a ridge portion whose both side surfaces are vertical is manufactured, when the ambient temperature is 5 to 25 ° C., the kink level is 300 mW or more, and 40 to 80 degrees. In the case of the above, it is described that the kinematic operation is not recognized up to 210 to 280 mW and the operation is stable.
しかしながら、リッジ部の両側面を再現性良く垂直に作製することは困難であった。
このことについて図3を用いて説明する。
図3は、従来の半導体レーザ素子の製造方法の(リッジ部形成工程)における拡大断面図である。
リッジ部17の形成について説明する。
n型GaAs基板2上にn型GaAsバッファ層3、n型Al0.5Ga0.5Asクラッド層4、ノンドープMQW活性層5、第1のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層6、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7、第2のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層8、p型GaAsキャップ層9、このp型GaAsキャップ層9の中央部にSiO2パターン18を順次形成した後、SiO2パターン18で覆われた以外をp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の少し手前までドライエッチングして停止する。
However, it has been difficult to produce both sides of the ridge vertically with good reproducibility.
This will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the conventional method for manufacturing a semiconductor laser device (ridge forming step).
The formation of the
An n-type
p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の少し手前で停止するのは、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7は、0.03μm程度と薄いので、ドライエッチングによりp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7もエッチング除去してしまう可能性があるからである。
この後、選択エッチング液を用いて、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7上に残っている第2のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層8だけを除去して、図3に示すリッジ部17を形成する。
little to stop short of the p-type Al 0.7 Ga 0.3 As
Thereafter, using a selective etching solution, only the second p-type Al 0.5 Ga 0.5 As cladding layer 8 remaining on the p-type Al 0.7 Ga 0.3 As
この際、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7近傍のリッジ部17の下部には、ドライエッチングによる残渣19を生じる。この残渣19の形状は、ドライエッチングの度に異なり、再現性がない。このため、半導体レーザ素子を動作させた際、駆動電流が残渣19部分も流れるので、レーザ特性にバラツキを生じていた。この結果、レーザ特性の揃った半導体レーザ素子を再現性良く作製することができなかった。
At this time, a
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、再現性の良好なレーザ特性を有する半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having laser characteristics with good reproducibility and a manufacturing method thereof.
本発明の第1の発明は、第1導電型基板上に順次形成された第1導電型クラッド層と、活性層と、第1の第2導電型クラッド層と、中央部よりも周辺部が薄い第2導電型エッチング停止層と、前記第2導電型エッチング停止層の中央部に形成された第2の第2導電型クラッド層と第2導電型キャップ層とからなる矩形状のリッジ部及び前記リッジ部を狭持する一対の第1導電型電流狭窄層と、前記リッジ部及び前記一対の第1導電型電流狭窄層上に積層された第2導電型コンタクト層と、を備えた半導体レーザ素子において、
前記第2導電型エッチング停止層は、前記一対の第1導電型電流狭窄層と同じ組成の材料からなることを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
第2の発明は、第1導電型基板上に第1導電型クラッド層、活性層、第1の第2導電型クラッド層、第2導電型エッチング停止層を順次形成し、前記第2導電型エッチング停止層上にリッジ部を形成し、更に前記第2導電型エッチング停止層上に前記リッジ部を挟持する一対の第1導電型電流狭窄層を形成し、前記リッジ部及び前記一対の第1導電型電流狭窄層上に第2導電型コンタクト層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記リッジ部を、前記第2導電型エッチング停止層上に第2の第2導電型クラッド層、第2導電型キャップ層、絶縁層を順次形成した後、前記絶縁層の中央部にフォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストパターンで覆われた以外を前記絶縁層から前記第2導電型エッチング停止層の途中までドライエッチングして矩形状に形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first conductivity type cladding layer, an active layer, a first second conductivity type cladding layer, and a peripheral portion which are formed on a first conductivity type substrate sequentially than a central portion. A rectangular ridge portion comprising a thin second conductivity type etching stop layer, a second second conductivity type cladding layer and a second conductivity type cap layer formed at the center of the second conductivity type etching stop layer, and A semiconductor laser comprising: a pair of first conductivity type current confinement layers that sandwich the ridge portion; and a second conductivity type contact layer stacked on the ridge portions and the pair of first conductivity type current confinement layers. In the element
The second conductivity type etching stop layer is made of a material having the same composition as that of the pair of first conductivity type current confinement layers.
According to a second aspect of the present invention, a first conductivity type cladding layer, an active layer, a first second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type etching stop layer are sequentially formed on a first conductivity type substrate, and the second conductivity type is formed. A ridge portion is formed on the etching stop layer, and a pair of first conductivity type current confinement layers sandwiching the ridge portion is formed on the second conductivity type etching stop layer, and the ridge portion and the pair of first first layers are formed. In a method for manufacturing a semiconductor laser device, wherein a second conductivity type contact layer is formed on a conductivity type current confinement layer,
The ridge portion is formed by sequentially forming a second second-conductivity-type cladding layer, a second-conductivity-type cap layer, and an insulating layer on the second-conductivity-type etching stop layer, and a photoresist pattern is formed in the central portion of the insulating layer. A method of manufacturing a semiconductor laser device comprising: forming a rectangular shape by dry etching from the insulating layer to the middle of the second conductivity type etching stop layer except for being covered with the photoresist pattern I will provide a.
本発明によれば、第2導電型エッチング停止層は、一対の第1導電型電流狭窄層と同じ組成の材料からなるので、再現性の良好なレーザ特性の揃った半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present invention, since the second conductivity type etching stop layer is made of a material having the same composition as that of the pair of first conductivity type current confinement layers, it is possible to obtain a semiconductor laser device with good reproducibility and uniform laser characteristics. it can.
本発明の半導体レーザ素子及びその製造方法の実施形態について図1及び図2を用いて説明する。
図1は、本発明の半導体レーザ素子の実施形態を示す図である。
図2は、本発明の実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を示し、(A)は(第1工程)、(B)は(第2工程)、(C)は(第3工程)、(D)は(第4工程)の断面図である。
従来技術と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
An embodiment of a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a semiconductor laser device of the present invention.
2A and 2B show a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a (first step), FIG. 2B is a second step, FIG. 2C is a third step, D) is a sectional view of (fourth step).
The same components as those of the conventional technology are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図1に示すように、半導体レーザ素子1は、n型GaAs基板2上に1×1018cm-3のSiをドーピングしたn型GaAsバッファ層3と、1×1018cm-3のSiをドーピングしたn型Al0.5Ga0.5Asクラッド層4と、ノンドープMQW活性層5(以下、単に活性層5という)と、5×1017cm-3のZnをドーピングした第1のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層6と、1×1018cm-3のZnをドーピングした周辺部7bが中央部7aよりも薄いp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7と、が順次積層されている。活性層5としては、例えば、二重量子井戸構造でノンドープAl0.9Ga0.1Asウェル層とノンドープAl0.3Ga0.7Asバリア層により構成する。n型Al0.5Ga0.5Asクラッド層4と、活性層5と、第1のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層6とでダブルへテロ接合構造を形成している。
As shown in FIG. 1, a semiconductor laser device 1 includes an n-type
更に、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の中央部7a上には、1×1018cm-3のZnをドーピングした第2のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層8と、2×1018cm-3のZnをドーピングした薄いp型GaAsキャップ層9と、が順次積層されてなる矩形状のリッジ部10が形成されている。ここでは、直列抵抗を増加させず、かつ後述するドライエッチングする際にp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7がエッチング除去されないようにするために、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7は、0.1〜0.3μmの厚さにしている。
Further, a second p-type Al 0.5 Ga 0.5 As cladding layer 8 doped with 1 × 10 18 cm −3 of Zn is formed on the
更にまた、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の中央部7a上に形成されたリッジ部10を挟持する1×1018cm-3のSiをドーピングした一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11と、リッジ部10上及び一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11上に形成された2×1018cm-3のZnをドーピングしたp型GaAsコンタクト層12と、が形成されている。一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11の組成は、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7と同じであるので、格子マッチングした良好な接合を得ることができる。
Furthermore, a pair of n-type Al 0.7 Ga 0.3 As doped with 1 × 10 18 cm −3 sandwiching the
p型GaAsコンタクト層12上にはAu系のp型オーミック電極13が形成され、積層方向と反対側のn型GaAs基板2にはAu系のn型オーミック電極14が形成されている。
An Au-based p-
この半導体レーザ素子1は、p型オーミック電極13側からn型オーミック電極14側に向かって順方向電流を注入し、この電流が発振閾値以上になったとき、リッジ部10の下部に対応した活性層5からレーザ光を出射させるものである。
The semiconductor laser element 1 injects a forward current from the p-
以上のように、本発明によれば、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7は、一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11と同じ組成の材料からなり、かつ0.1〜0.3μmの厚さを有するので、作製が容易で再現性の良好なレーザ特性を有する半導体レーザ素子1を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the p-type Al 0.7 Ga 0.3 As
次に、その製造方法について図2を用いて説明する。
(第1工程)
図2(A)に示すように、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapour Deposition)法により第1回目の成長を行って、n型GaAs基板2上に1×1018cm-3のSiをドーピングしたn型GaAsバッファ層3と、1×1018cm-3のSiをドーピングしたn型Al0.5Ga0.5Asクラッド層4と、活性層5と、5×1017cm-3のZnをドーピングした第1のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層6と、1×1018cm-3のZnをドーピングしたp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7と、1×1018cm-3のZnをドーピングした第2のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層8と、2×1018cm-3のZnをドーピングした薄いp型GaAsキャップ層9と、を順次積層する。この際、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の厚さは、0.1〜0.3μmである。
Next, the manufacturing method will be described with reference to FIG.
(First step)
As shown in FIG. 2A, an n-type doped with 1 × 10 18 cm −3 of Si on the n-
(第2工程)
次に、図2(B)に示すように、p型GaAsキャップ層9上に絶縁層15、フォトレジストを順次形成した後、フォトリソグラフィ法により前記フォトレジストの中央部を残すフォトレジストパターン16を形成する。更に、前記フォトレジストパターン16で覆われた以外の絶縁層15をエッチング除去する。そして、絶縁層15及びフォトレジストパターン16から露出したp型GaAsキャップ層9からp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の途中までドライエッチングして停止する。p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7のドライエッチングは、数十Å/秒のエッチングレートで行うことができるので、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の厚さは、0.1〜0.3μmと厚いため、その厚さ途中で停止することができる。
(Second step)
Next, as shown in FIG. 2B, an insulating
この後、従来と同様に、選択エッチング液を用いてエッチングすることにより、ドライエッチングにより生じたp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7上のダメージ層を除去する。このダメージ層のエッチングは、0.01μm程度行う。
ドライエッチングにより各半導体層をエッチングすると、この各半導体層を垂直にエッチングできるので、こうして得られたリッジ部10は、矩形状となる。この結果、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7は、周辺部7bが中央部7aよりも薄くなる。
Thereafter, similarly to the conventional method, the damaged layer on the p-type Al 0.7 Ga 0.3 As
When each semiconductor layer is etched by dry etching, each semiconductor layer can be etched vertically, so that the
(第3工程)
次に、図2(C)に示すように、フォトレジストパターン16を除去後、MOCVD法により第2回目の成長を行って、リッジ部10を挟持した1×1018cm-3のSiをドーピングした一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11を形成する。この際、絶縁層15上には成長が行われない。この一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11は、p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7と同じ組成であり、導電型だけが異なる。
(Third step)
Next, as shown in FIG. 2C, after removing the
(第4工程)
次に、図2(D)に示すように、絶縁層15を除去後、MOCVD法により第3回目の成長を行って、リッジ部10のp型GaAsキャップ層9及び一対のn型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層11、11上に2×1018cm-3のZnをドーピングしたp型GaAsコンタクト層12を順次積層する。
(4th process)
Next, as shown in FIG. 2D, after the insulating
この後、p型GaAsコンタクト層12上にAu系のp型オーミック電極13を形成し、積層方向と反対側のn型GaAs基板2にAu系のn型オーミック電極14を形成する。
こうして、図1に示す半導体レーザ素子1を作製する。
Thereafter, an Au-based p-
Thus, the semiconductor laser device 1 shown in FIG. 1 is manufactured.
p型GaAsキャップ層9からp型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層7の途中までドライエッチングして、矩形状のリッジ部10を形成するので、動作の際、リッジ部10だけに電流が流れる。このため、作製が容易で、再現性のあるレーザ特性を有する半導体レーザ素子を作製できる。
本発明の実施形態は、上記したことに限定されず、内部狭窄型半導体レーザ素子であれば、AlGaAs系以外の半導体レーザ素子にも適用可能である。
Since the
The embodiment of the present invention is not limited to the above, and can be applied to semiconductor laser elements other than AlGaAs as long as it is an internal confinement semiconductor laser element.
光記録媒体の情報読み取りを行う際の光ピックアップ装置や光計測用途に適用可能である。 The present invention can be applied to an optical pickup device or an optical measurement application when reading information from an optical recording medium.
1…半導体レーザ素子、2…n型GaAs基板(第1導電型基板)、3…n型GaAsバッファ層、4…n型Al0.5Ga0.5Asクラッド層(第1導電型クラッド層)、5…活性層、6…第1のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層(第1の第2導電型クラッド層)、7…p型Al0.7Ga0.3Asエッチング停止層、8…第2のp型Al0.5Ga0.5Asクラッド層、9…p型GaAsキャップ層、10…リッジ部、11…n型Al0.7Ga0.3As電流狭窄層(第1導電型電流狭窄層)、12…p型GaAsコンタクト層(第2導電型コンタクト層)、13…p型オーミック電極、14…n型オーミック電極、15…絶縁層、16…フォトレジストパターン
1 ... semiconductor laser device, 2 ... n-type GaAs substrate (first conductivity type substrate), 3 ... n-type GaAs buffer layer, 4 ... n-type Al 0.5 Ga 0.5 As cladding layer (the first conductivity type cladding layer), 5 ... Active layer, 6... First p-type Al 0.5 Ga 0.5 As cladding layer (first second conductivity type cladding layer), 7... P-type Al 0.7 Ga 0.3 As etching stop layer, 8. 0.5 Ga 0.5 As cladding layer, 9 ... p-type GaAs cap layer, 10 ... ridge portion, 11 ... n-type Al 0.7 Ga 0.3 As current confinement layer (first conductivity type current confinement layer), 12 ... p-type GaAs contact layer ( Second conductivity type contact layer), 13 ... p-type ohmic electrode, 14 ... n-type ohmic electrode, 15 ... insulating layer, 16 ... photoresist pattern
Claims (2)
前記第2導電型エッチング停止層は、前記一対の第1導電型電流狭窄層と同じ組成の材料からなることを特徴とする半導体レーザ素子。 A first conductivity type cladding layer sequentially formed on the first conductivity type substrate; an active layer; a first second conductivity type cladding layer; a second conductivity type etching stop layer whose peripheral portion is thinner than the central portion; A rectangular ridge portion formed of a second second-conductivity-type cladding layer and a second-conductivity-type cap layer formed in a central portion of the second-conductivity-type etching stop layer, and a pair of sandwiching the ridge portion In a semiconductor laser device comprising: a first conductivity type current confinement layer; and a ridge portion and a second conductivity type contact layer stacked on the pair of first conductivity type current confinement layers,
The second conductivity type etching stop layer is made of a material having the same composition as that of the pair of first conductivity type current confinement layers.
前記リッジ部を、前記第2導電型エッチング停止層上に第2の第2導電型クラッド層、第2導電型キャップ層、絶縁層を順次形成した後、前記絶縁層の中央部にフォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストパターンで覆われた以外を前記絶縁層から前記第2導電型エッチング停止層の途中までドライエッチングして矩形状に形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
A first conductivity type cladding layer, an active layer, a first second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type etching stop layer are sequentially formed on the first conductivity type substrate, and a ridge is formed on the second conductivity type etching stop layer. A pair of first conductivity type current confinement layers sandwiching the ridge portion on the second conductivity type etching stop layer, and the ridge portion and the pair of first conductivity type current confinement layers. In the method of manufacturing a semiconductor laser device, in which the second conductivity type contact layer is formed
The ridge portion is formed by sequentially forming a second second-conductivity-type cladding layer, a second-conductivity-type cap layer, and an insulating layer on the second-conductivity-type etching stop layer, and a photoresist pattern is formed in the central portion of the insulating layer. A method of manufacturing a semiconductor laser device comprising: forming a rectangular shape by dry etching from the insulating layer to the middle of the second conductivity type etching stop layer except for being covered with the photoresist pattern .
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