JP2005167196A - Semiconductor laser device, its manufacturing method, optical disc, and photo transfer system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device which is simple in structure, can operate in a high output with a threshold current, is high in reliability, and is low in cost, its manufacturing method, an optical disc, and a photo transfer system. <P>SOLUTION: A p site electrode 114 is formed on a p<SP>+</SP>-GaAs contact layer 113 of a doping concentration 1×10<SP>18</SP>cm<SP>-3</SP>or more and on a second p-AlGaAs upper clad layer 109 of a doping concentration 1×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>or more. A compound layer 115, where the material of the p site electrode 114 and the material of each semiconductor layer are alloyed, are formed on the interface of each semiconductor layer adjacent to the p site electrode 114. A low contact resistance can be obtained by ohmic junction through the compound layer 115 of a contact layer 113 and the p site electrode 114. The excellent current constriction can be obtained by Schottky junction through the compound layer 115 of the second upper clad layer 109 and the p site electrode 114. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムに関し、光ディスク装置や光伝送システム等に用いられる高出力で低消費電力の半導体レーザ素子に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser element, a manufacturing method thereof, an optical disc apparatus, and an optical transmission system, and more particularly to a semiconductor laser element with high output and low power consumption used for an optical disc apparatus, an optical transmission system, and the like.

今日の情報化社会の中で、情報記録メディアである光ディスク装置や、情報をやり取りする光伝送システムの重要性はますます高まっており、その需要は大きくなる一方である。半導体レーザ素子は、これら光ディスク装置や光伝送システムの基幹デバイスであり、その果す役割は非常に大きい。   In today's information society, the importance of optical disc devices, which are information recording media, and optical transmission systems for exchanging information is increasing, and the demand for them is increasing. The semiconductor laser element is a key device of these optical disk devices and optical transmission systems, and plays a very important role.

この半導体レーザ素子では、より大容量の情報をより速く光ディスクに書き込んだり伝送したりするためには、レーザ発振出力を大きくしなければならない。しかし、半導体レーザ素子を高出力発振させると、一般に劣化が早く進むようになるので、素子の信頼性を確保しつつ高出力化を実現することが重要である。さらに、光ディスク装置や光伝送システムの携帯機器への搭載や、装置使用時や製造時の環境に与える負荷をできるだけ低減することなどを考えると、消費電力はより小さく、またできるだけ安いコストで製造できることも要求される。   In this semiconductor laser device, the laser oscillation output must be increased in order to write or transmit a larger amount of information on the optical disk faster. However, when a semiconductor laser element is oscillated at a high output, the deterioration generally proceeds quickly. Therefore, it is important to realize a high output while ensuring the reliability of the element. Furthermore, considering the mounting of optical disc devices and optical transmission systems on portable devices and the reduction of the load on the environment when the devices are used or manufactured as much as possible, the power consumption is smaller and the product can be manufactured at the lowest possible cost. Is also required.

高い信頼性と低い消費電力(低閾値電流)を両立した従来の第1の半導体レーザ素子として、図19に示すリッジ埋め込み構造のものがある(例えば、特開平5−160503号公報(特許文献1)参照)。この従来の第1の半導体レーザ素子は、n-GaAs基板601上に、n-GaAsバッファ層602、n-Al0.5Ga0.5As下部クラッド層603、Al0.15Ga0.85As活性層604が順に積層され、さらにリッジ部以外の領域にp-Al0.5Ga0.5As上部クラッド層605を一部残しつつ、p-Al0.5Ga0.5As上部クラッド層605とp-GaAsキャップ層606がリッジ部608を形成している。リッジ部608の両脇は、n-AlGaAs電流ブロック層609、n-GaAs保護層610が埋め込み形成され、p-GaAsキャップ層606、n-AlGaAs電流ブロック層609、およびn-GaAs保護層610上にp-GaAsコンタクト層611が設けられている。 As a conventional first semiconductor laser element that achieves both high reliability and low power consumption (low threshold current), there is a ridge embedded structure shown in FIG. 19 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-160503 (Patent Document 1). )reference). In this conventional first semiconductor laser element, an n-GaAs buffer layer 602, an n-Al 0.5 Ga 0.5 As lower clad layer 603, and an Al 0.15 Ga 0.85 As active layer 604 are sequentially laminated on an n-GaAs substrate 601. Further, the p-Al 0.5 Ga 0.5 As upper cladding layer 605 and the p-GaAs cap layer 606 form a ridge portion 608 while leaving a part of the p-Al 0.5 Ga 0.5 As upper cladding layer 605 in a region other than the ridge portion. ing. On both sides of the ridge portion 608, an n-AlGaAs current blocking layer 609 and an n-GaAs protective layer 610 are embedded and formed on the p-GaAs cap layer 606, the n-AlGaAs current blocking layer 609, and the n-GaAs protective layer 610. A p-GaAs contact layer 611 is provided.

この半導体レーザ素子は、次のようにして作製される。   This semiconductor laser element is manufactured as follows.

(a) まず、n-GaAs基板601上に第1回目の半導体層の結晶成長としてn-GaAsバッファ層602(層厚0.5μm)、n-Al0.5Ga0.5As下部クラッド層603(層厚1.0μm)、Al0.15Ga0.85As活性層604(層厚0.07μm)、p-Al0.5Ga0.5As上部クラッド層605(層厚1.0μm)、p-GaAsキャップ層606(層厚0.2μm)を順次、MOCVD(有機金属化学気相成長)法またはMBE(分子線エピタキシー)法にて成長させる(図20A参照)。 (a) First, n-GaAs buffer layer 602 (layer thickness 0.5 μm), n-Al 0.5 Ga 0.5 As lower clad layer 603 (layer thickness) as the first semiconductor layer crystal growth on n-GaAs substrate 601 1.0 μm), Al 0.15 Ga 0.85 As active layer 604 (layer thickness 0.07 μm), p-Al 0.5 Ga 0.5 As upper clad layer 605 (layer thickness 1.0 μm), p-GaAs cap layer 606 (layer thickness 0) .2 μm) are successively grown by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxy) (see FIG. 20A).

(b) 次に、p-GaAsキャップ層606上にストライプ状に窒化シリコンまたは酸化シリコンなどの誘電体膜607を形成し、この誘電体膜607をマスクとしてp-GaAsキャップ層606およびp-AlGaAs上部クラッド層605の一部を除去し、リッジ部608を形成する(図20B参照)。   (b) Next, a dielectric film 607 such as silicon nitride or silicon oxide is formed in stripes on the p-GaAs cap layer 606, and the dielectric film 607 is used as a mask to form the p-GaAs cap layer 606 and the p-AlGaAs. A part of the upper cladding layer 605 is removed to form a ridge portion 608 (see FIG. 20B).

(c) 第2回目の半導体層の結晶成長として、誘電体膜607をマスクとしてMOCVD成長技術により、p-GaAsキャップ層606の側面およびp-AlGaAs上部クラッド層605上にのみ選択的にn-AlGaAs電流ブロック層609、n-GaAs保護層610を順次形成する(図20C参照)。   (c) As the second crystal growth of the semiconductor layer, n − is selectively applied only on the side surface of the p-GaAs cap layer 606 and the p-AlGaAs upper cladding layer 605 by MOCVD growth technique using the dielectric film 607 as a mask. An AlGaAs current blocking layer 609 and an n-GaAs protective layer 610 are sequentially formed (see FIG. 20C).

(d) 次に、誘電体膜607を除去し、第3回目の半導体層の結晶成長として、表面に現れているp-GaAsキャップ層606、n-AlGaAs電流ブロック層609、およびn-GaAs保護層610の全てを覆うように、p-GaAsコンタクト層611を形成する(図20D参照)。   (d) Next, the dielectric film 607 is removed, and as a third crystal growth of the semiconductor layer, the p-GaAs cap layer 606, the n-AlGaAs current blocking layer 609 appearing on the surface, and the n-GaAs protection are performed. A p-GaAs contact layer 611 is formed so as to cover all of the layer 610 (see FIG. 20D).

最後に、n-GaAs基板601およびp-GaAsコンタクト層611のそれぞれに電極を形成することで半導体レーザ素子が完成する。この半導体レーザ素子は、光と電流をAlGaAs活性層604のリッジ部608直下の領域に閉じ込めることでレーザ発振を行う。   Finally, an electrode is formed on each of the n-GaAs substrate 601 and the p-GaAs contact layer 611 to complete the semiconductor laser device. This semiconductor laser element performs laser oscillation by confining light and current in a region immediately below the ridge portion 608 of the AlGaAs active layer 604.

前記従来の第1の半導体レーザ素子は、p-AlGaAs上部クラッド層605にリッジ形状の領域を持たせた構造いわゆるリッジ埋め込み構造を用いている。この構造では、製造工程中のリッジ部形成後の工程(b)の段階において、酸化しやすいAlを含んだp-AlGaAs上部クラッド層605が一旦大気にさらされる。一般に、AlGaAs層において一旦大気にさらされた部分は、深い準位を形成して光吸収を起こし、レーザ素子の信頼性を低下させる。しかし、このリッジ埋め込み構造は、大気にさらされた部分がレーザ発振時の活性領域から離れているために、この部分での光吸収は低く抑えられ信頼性を確保できる。   The conventional first semiconductor laser device uses a so-called ridge buried structure in which the p-AlGaAs upper cladding layer 605 has a ridge-shaped region. In this structure, the p-AlGaAs upper clad layer 605 containing Al that is easily oxidized is once exposed to the atmosphere in the step (b) after the formation of the ridge portion in the manufacturing process. In general, a portion once exposed to the atmosphere in the AlGaAs layer forms a deep level and causes light absorption, thereby reducing the reliability of the laser element. However, in this ridge embedded structure, the portion exposed to the atmosphere is away from the active region during laser oscillation, so that light absorption in this portion is suppressed to a low level and reliability can be ensured.

また、前記従来の第1の半導体レーザ素子は、p-AlGaAs上部クラッド層605のリッジ形状部分の外側にp-AlGaAs上部クラッド層605よりも屈折率の小さいn-AlGaAs電流ブロック層609を設けることで、電流狭窄と実屈折率のみによる水平方向の光の閉じ込めを行っている。このいわゆる実屈折率ガイド型のレーザは水平方向の光閉じ込めに光吸収を用いていないため、レーザ発振時の導波路損失が小さく、消費電力を低く抑えることができる。   In the first conventional semiconductor laser device, an n-AlGaAs current blocking layer 609 having a refractive index smaller than that of the p-AlGaAs upper cladding layer 605 is provided outside the ridge-shaped portion of the p-AlGaAs upper cladding layer 605. Therefore, the light is confined in the horizontal direction only by the current confinement and the actual refractive index. Since this so-called real refractive index guide type laser does not use light absorption for optical confinement in the horizontal direction, the waveguide loss during laser oscillation is small, and the power consumption can be kept low.

このように、一般にリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子は、高信頼性と低消費電力を両立できる構造として広く多用されている。しかしながらこの構造の作製においては、活性層等があらかじめ積層された半導体基板に対し、さらに2回の結晶(再)成長を行うことが必要となる。   Thus, in general, semiconductor laser elements having a ridge embedded structure are widely used as a structure that can achieve both high reliability and low power consumption. However, in the production of this structure, it is necessary to perform crystal (re) growth two more times on a semiconductor substrate on which an active layer or the like is previously laminated.

2度の結晶再成長を行うことは、半導体レーザ素子を作成する上で非常に大きなコストアップ要因となる。そのため、従来の第2の半導体レーザ素子として、クラッド層とショットキー接合しコンタクト層とオーミック接合する電極を積層することにより製造工程を簡略化したものが提案されている(例えば、特開平4−111375号公報(特許文献2)参照)。   Performing crystal regrowth twice is a significant cost increase factor in producing a semiconductor laser device. For this reason, a conventional second semiconductor laser element has been proposed in which the manufacturing process is simplified by laminating a clad layer and a Schottky junction and an ohmic junction with a contact layer (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4- No. 111375 (see Patent Document 2).

前記従来の第2の半導体レーザ素子について、以下に説明する。図21は、従来の第2の半導体レーザ素子の断面模式図である。この従来の第2の半導体レーザ素子は次のようにして製造される。   The conventional second semiconductor laser element will be described below. FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of a conventional second semiconductor laser device. This conventional second semiconductor laser device is manufactured as follows.

まず、MOCVD法により、n-GaAs基板701上にn-InGaPクラッド層702、InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層703、p-InGaPクラッド層704、p-InGaAsコンタクト層705を順次積層し、フォトリソグラフィなどの手法により、p-InGaPクラッド層704の途中までエッチングを行い、メサを形成した後、p側電極706としてTi/Pt/Auを、n側電極707としてAu-Ge-Ni/Auを順次蒸着する。このようにして製作された素子に電流を流すと、p-InGaPクラッド層704とp側電極706の間にはショットキー接合部708が形成され、p側電極とp-InGaAsコンタクト層705の間にのみ電流が流れ、電流狭窄が行われる。   First, an n-InGaP clad layer 702, an InGaAs / GaAs strained quantum well active layer 703, a p-InGaP clad layer 704, and a p-InGaAs contact layer 705 are sequentially stacked on an n-GaAs substrate 701 by MOCVD. Etching is performed halfway through the p-InGaP cladding layer 704 by a method such as the above, and after forming a mesa, Ti / Pt / Au is used as the p-side electrode 706 and Au-Ge-Ni / Au is used as the n-side electrode 707 sequentially. Evaporate. When a current is passed through the device thus manufactured, a Schottky junction 708 is formed between the p-InGaP cladding layer 704 and the p-side electrode 706, and between the p-side electrode and the p-InGaAs contact layer 705. Current flows only through the current and current confinement is performed.

従来の第2の半導体レーザ素子のような構造とすることで、従来の第1の半導体レーザ素子のような埋め込みヘテロ構造における合計3度の結晶成長工程を1度にすることができ、その結果、大幅に製造工程を削減することができる。   By adopting a structure similar to that of the conventional second semiconductor laser element, a total of three crystal growth steps in the buried heterostructure such as the conventional first semiconductor laser element can be performed once. , Can greatly reduce the manufacturing process.

この種のショットキー接合を用いて電流狭窄を行う従来の第3の半導体レーザ素子としては、他に図22に示すものがある(例えば、特開昭62−281384号公報(特許文献3)参照)。図22において、801はn-GaAs基板、802はn-AlGaAs第1クラッド層、803は高補償SiドープGaAs活性層、804はp-AlGaAs第2クラッド層、805はp-GaAs層、806はp-AlGaAs第3クラッド層、807はp-GaAs層、808,809は電極である。   Another conventional third semiconductor laser element that performs current confinement using this type of Schottky junction is shown in FIG. 22 (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-281384 (Patent Document 3)). ). In FIG. 22, 801 is an n-GaAs substrate, 802 is an n-AlGaAs first cladding layer, 803 is a highly compensated Si-doped GaAs active layer, 804 is a p-AlGaAs second cladding layer, 805 is a p-GaAs layer, and 806 is A p-AlGaAs third cladding layer, 807 is a p-GaAs layer, and 808 and 809 are electrodes.

図22に示すように、GaAs基板801上において、AlGaAsとGaAsの選択エッチングを利用してp-AlGaAs第2クラッド層804を露出させ、それにショットキー接合し、p-GaAsコンタクト層807にオーミック接合するような構造が開示されている。この従来の第3の半導体レーザ素子では、選択エッチングを用いることにより製造工程を容易かつ制御性の良いものにでき、かつ高出力動作を期待できるとしている。   As shown in FIG. 22, on the GaAs substrate 801, the p-AlGaAs second cladding layer 804 is exposed by using selective etching of AlGaAs and GaAs, and is then Schottky-bonded to the p-GaAs contact layer 807. Such a structure is disclosed. In the conventional third semiconductor laser device, the selective etching can be used to make the manufacturing process easy and have good controllability, and high output operation can be expected.

上述したように、従来のリッジ埋め込み型の第1の半導体レーザ素子では、高信頼性と低消費電力を両立できるものの、その製造コストが高いという課題があった。また、従来のショットキー接合を用いて電流狭窄を行う第2,第3の半導体レーザ素子では、現在リッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子で実現されているような低閾値電流(例えば30mA以下)、高出力(例えば150mWを超える出力)動作を行うことができなかった。また、さまざまな用途に合わせて要求される光学特性仕様に合わせた素子設計をすることが困難であった。さらに、ショットキー接合部の信頼性に乏しく、長期信頼性を実現できていない。   As described above, the conventional ridge-embedded first semiconductor laser element has a problem of high manufacturing cost although it can achieve both high reliability and low power consumption. Further, in the second and third semiconductor laser devices that perform current confinement using a conventional Schottky junction, a low threshold current (for example, 30 mA or less), a high threshold current that is realized in a semiconductor laser device having a ridge buried structure, and the like. An output (for example, output exceeding 150 mW) operation could not be performed. Moreover, it has been difficult to design an element that meets the optical characteristic specifications required for various applications. Furthermore, the reliability of the Schottky junction is poor and long-term reliability cannot be realized.

低閾値電流、高出力動作を実現できていなかった原因としては、ショットキー接合部分の電流狭窄性が不十分であり、特に微細ストライプ構造としたときの漏れ電流を十分に低減できなかったことにある。   The reason why the low threshold current and the high output operation could not be realized is that the current confinement at the Schottky junction is insufficient, and the leakage current particularly when the fine stripe structure is used cannot be sufficiently reduced. is there.

また、低素子抵抗と電流狭窄性を両立できる構成が開示されておらず、結果として素子抵抗が上昇し、このことも高出力動作を妨げる一因である。   In addition, a configuration capable of achieving both low element resistance and current confinement is not disclosed, and as a result, element resistance increases, which is one factor that hinders high output operation.

また、電流狭窄性を確保するためには、価電子帯のエネルギー差ΔEvの大きい(GaAsに格子整合するような)InGaPや高混晶のAlGaAsの材料系をクラッド層に使用せざるを得ず、クラッド層の屈折率を変更する余地が小さかった。そのため光学特性を設計する際の自由度が制限されていた。さらに、ブレークダウンに強いショットキー接合の構成が開示されておらず、長期信頼性に欠けたものしかなかった。   In order to ensure current confinement, a material system of InGaP having a large valence band energy difference ΔEv (lattice matching with GaAs) or highly mixed AlGaAs must be used for the cladding layer. The room for changing the refractive index of the cladding layer was small. For this reason, the degree of freedom in designing optical characteristics has been limited. Furthermore, the structure of the Schottky junction that is resistant to breakdown is not disclosed, and only a long-term reliability is lacking.

その他にも、例えば上述の従来の第2における半導体レーザ素子およびその製造方法では、途中までエッチングで除去したp-InGaPクラッド層の層厚が変動することにより、レーザ素子の光学特性に大きく影響を与え、水平方向のファーフィールド・パターン(FFP)がばらついたり、横モードの安定性が悪くなったりするという課題があった。さらに、InGaP層厚が変動することにより、その上に作成したショットキー接合特性も変動し、電流狭窄が十分に行えない場合がある。また、GaAsに対して格子整合条件のInGaP層の屈折率は一意に決定されるので、光学設計の際、InGaP膜厚を変更することでしか調整ができず、その自由度が小さい。さらに、InGaPをpクラッド側に用いることによりΔEvが大きくなり、活性層へのホールの注入効率が制限される等の課題がある。   In addition, for example, in the above-described conventional semiconductor laser device in the second and the manufacturing method thereof, the optical characteristics of the laser device are greatly affected by the change in the thickness of the p-InGaP cladding layer removed by etching halfway. In addition, there are problems that the horizontal far field pattern (FFP) varies and the stability of the transverse mode is deteriorated. Furthermore, when the InGaP layer thickness varies, the characteristics of the Schottky junction formed thereon also vary, and current confinement may not be sufficiently performed. Further, since the refractive index of the InGaP layer under the lattice matching condition with respect to GaAs is uniquely determined, the optical design can be adjusted only by changing the InGaP film thickness, and the degree of freedom is small. Furthermore, the use of InGaP on the p-cladding side increases ΔEv, and there are problems such as limiting the efficiency of hole injection into the active layer.

また、従来の第3の半導体レーザ素子では、AlGaAsとGaAsの選択エッチングを用いることにより製造工程の制御性が上がるが、AlGaAsに対して高出力動作に耐えうる十分な電流狭窄性を有したショットキー接合を得ることが困難であり、長期信頼性の面でも課題があった。
特開平5−160503号公報 特開平4−111375号公報 特開昭62−281384号公報
Further, in the conventional third semiconductor laser device, the controllability of the manufacturing process is improved by using selective etching of AlGaAs and GaAs. However, the shot having sufficient current confining ability to withstand high output operation with respect to AlGaAs. It was difficult to obtain a key joint, and there was a problem in terms of long-term reliability.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-160503 JP-A-4-111375 JP-A-62-281384

本発明は、上述した課題を克服し、低閾値電流でかつ高出力動作が可能で、長期信頼性が得られると共に、製造工程の簡略化によりコストを低減できる半導体レーザ素子を提供することを目的とし、さらに光学特性設計の自由度に富み、かつ安定した光学特性が得られる半導体レーザ素子を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that overcomes the above-described problems, can operate at a high output with a low threshold current, has long-term reliability, and can reduce costs by simplifying the manufacturing process. In addition, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that has a high degree of freedom in designing optical characteristics and can obtain stable optical characteristics.

さらに、本発明は、前記半導体レーザ素子とその製造方法およびその半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置および光伝送システムを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an optical disk device and an optical transmission system using the semiconductor laser element, a manufacturing method thereof, and the semiconductor laser element.

前記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型の基板と、前記第1導電型の基板上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型の半導体層群とを有する半導体レーザ素子において、前記第2導電型の半導体層群は、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層とを含み、前記第2導電型の半導体層群上に電極が形成され、前記電極と前記低濃度半導体層の界面に、前記電極の材料と前記低濃度半導体層の材料からなる低濃度側の化合物層が形成され、前記電極と前記高濃度半導体層の界面に、前記電極の材料と前記高濃度半導体層の材料からなる高濃度側の化合物層が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type substrate, an active layer formed on the first conductivity type substrate, and a second conductivity formed on the active layer. The semiconductor layer group of the second conductivity type includes at least a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and a doping concentration of 1 × 10 18 cm. -3 or more high-concentration semiconductor layer, an electrode is formed on the second conductivity type semiconductor layer group, and the electrode material and the low-concentration semiconductor layer are formed at the interface between the electrode and the low-concentration semiconductor layer. A low-concentration compound layer is formed, and a high-concentration compound layer composed of the electrode material and the high-concentration semiconductor layer is formed at the interface between the electrode and the high-concentration semiconductor layer. It is characterized by being.

前記構成の半導体レーザ素子によれば、ドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層と電極とのオーミック接合では、前記高濃度側の化合物層によってより低コンタクト抵抗が得られると共に、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層と電極とのショットキー接合では、前記低濃度側の化合物層によって十分な電流狭窄が得られる。このようにオーミック接合性とショットキー接合性がともにより強化されるので、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行うことなく、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗を実現でき、熱的,電気的信頼性が向上する。したがって、低閾値電流でかつ高出力動作が可能で、長期信頼性が得られると共に、製造工程の簡略化によりコストを低減でき、従来構造を有する半導体レーザ素子と同等以上の信頼性と高出力特性を低消費電力にて実現できる半導体レーザ素子を提供することができる。 According to the semiconductor laser device having the above configuration, in the ohmic junction between the high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and the electrode, a lower contact resistance can be obtained by the high concentration side compound layer. In a Schottky junction between a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and an electrode, sufficient current confinement can be obtained by the low-concentration compound layer. Since the ohmic junction and Schottky junction are both strengthened in this way, the crystal regrowth process of the buried layer (current block layer) for current confinement and the crystal of the contact layer for low contact resistance Sufficient current constriction and low contact resistance can be realized without performing a separate regrowth process, improving thermal and electrical reliability. Therefore, low threshold current and high output operation are possible, long-term reliability can be obtained, cost can be reduced by simplifying the manufacturing process, and reliability and high output characteristics equivalent to or better than conventional semiconductor laser elements Can be realized with low power consumption.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度半導体層と前記活性層の間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層が形成されていることが好ましい。 In one embodiment, a semiconductor layer of the second conductivity type having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is formed between the low concentration semiconductor layer and the active layer. It is preferable.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記低濃度半導体層と前記活性層の間に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以上の第2導電型の半導体層をさらに形成することによって、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に第2導電型の半導体層の層厚・組成等を変更することができるために光学設計の自由度が増すと共に、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる。 According to the semiconductor laser device of the embodiment, by further forming a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more between the low concentration semiconductor layer and the active layer. Freedom of optical design because the thickness and composition of the second conductivity type semiconductor layer can be freely changed according to the required optical characteristic specifications without being restricted by considering Schottky junction characteristics As the degree increases, an increase in element resistance can be suppressed, and power consumption can be further reduced.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記高濃度半導体層がリッジ構造の最上部に設けられ、前記低濃度半導体層が少なくとも前記リッジ構造の最上部以外の領域に設けられていることが好ましい。   In one embodiment, the high-concentration semiconductor layer is preferably provided on the uppermost portion of the ridge structure, and the low-concentration semiconductor layer is preferably provided on at least a region other than the uppermost portion of the ridge structure. .

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、最上部に高濃度半導体層が設けられ、その最上部以外の領域に低濃度半導体層が設けられたリッジ構造において、第2導電型の半導体層群の高濃度半導体層上と低濃度半導体層上に形成された同一の電極によって、電流狭窄を行うショットキー接合部分と電流注入を行うオーミック接合部分を同時に形成できるため、製造コストを大幅に低減できる半導体レーザ素子を提供することができる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, in the ridge structure in which the high-concentration semiconductor layer is provided at the top and the low-concentration semiconductor layer is provided in the region other than the top, the second conductivity type semiconductor layer group The same electrode formed on the high-concentration semiconductor layer and the low-concentration semiconductor layer can simultaneously form a Schottky junction part for current confinement and an ohmic junction part for current injection. A laser element can be provided.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記高濃度半導体層がGaAsまたはInGaAsであることが好ましい。   In one embodiment, the high-concentration semiconductor layer is preferably GaAs or InGaAs.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、GaAsまたはInGaAsである前記高濃度半導体層と前記電極とのオーミック接合により、電極コンタクト層を結晶再成長により形成する工程を行うことなく、素子抵抗を低減できるため、半導体レーザ素子を製造するコストを大幅に低減できる効果がある。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the device resistance is reduced without performing the step of forming the electrode contact layer by crystal regrowth by the ohmic junction between the high-concentration semiconductor layer of GaAs or InGaAs and the electrode. As a result, the cost of manufacturing the semiconductor laser device can be greatly reduced.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度半導体層がAlGaAsであることが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration semiconductor layer is preferably AlGaAs.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、AlGaAsである前記低濃度半導体層と前記電極とのショットキー接合により、電流ブロック層を結晶再成長した構造にすることなく、十分に電流狭窄性に優れた半導体レーザ素子を提供することができるので、製造コストを大幅に低減することができる。   According to the semiconductor laser device of the above-described embodiment, the current blocking layer is sufficiently excellent in current confinement without making the current block layer regrown by a Schottky junction between the low-concentration semiconductor layer made of AlGaAs and the electrode. In addition, since the semiconductor laser device can be provided, the manufacturing cost can be greatly reduced.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度半導体層が少なくともInとPを含むことが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration semiconductor layer preferably contains at least In and P.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、少なくともInとPを含む前記低濃度半導体層と前記電極とのショットキー接合により、電流ブロック層を結晶再成長した構造にすることなく、十分に電流狭窄性に優れた半導体レーザ素子を提供することができるので、製造コストを大幅に低減することができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the current blocking layer is sufficiently confined without forming a structure in which the current blocking layer is regrown by a Schottky junction between the low-concentration semiconductor layer containing at least In and P and the electrode. Since a semiconductor laser element with excellent performance can be provided, the manufacturing cost can be greatly reduced.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度半導体層が、InGaP,InGaAsP,InGaAlPまたはInAlAsPのうちのいずれか1つであることが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration semiconductor layer is preferably any one of InGaP, InGaAsP, InGaAlP, or InAlAsP.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記低濃度半導体層が、InGaP、InGaAsP、InGaAlP、InAlAsPのうちのいずれか1つであることによって、リッジ形成プロセスに選択エッチングを利用することができ、それによって製造工程を簡略化して歩留りを向上できる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, the low-concentration semiconductor layer is any one of InGaP, InGaAsP, InGaAlP, InAlAsP, so that selective etching can be used for the ridge formation process. Thereby, the manufacturing process can be simplified and the yield can be improved.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記第2導電型の半導体層群のドーパントとしてCまたはMgまたはBeが用いられていることが好ましい。   In one embodiment, C, Mg, or Be is preferably used as a dopant for the second conductivity type semiconductor layer group.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記第2導電型の半導体層群のドーパントにCまたはMgまたはBeを用いることによって、結晶成長時や素子通電動作時のショットキー接合を形成する低濃度半導体層への上下の層からのドーパントの拡散が抑制されるので、ドーパント拡散による電流狭窄性の低下を防ぐことができる。したがって、良好な電流狭窄性を有する半導体レーザ素子を制御性よく製造でき、さらに量産時のばらつきの低減や通電時の信頼性を向上できる効果がある。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, by using C, Mg, or Be as the dopant of the semiconductor layer group of the second conductivity type, a low concentration that forms a Schottky junction during crystal growth or device energization operation. Since the diffusion of the dopant from the upper and lower layers to the semiconductor layer is suppressed, it is possible to prevent the current confinement from being lowered due to the dopant diffusion. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser device having a good current confinement property with good controllability, and to reduce the variation during mass production and to improve the reliability during energization.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度側の化合物層の厚みが0.2μm未満であることが好ましい。   In one embodiment, the thickness of the low concentration compound layer is preferably less than 0.2 μm.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記低濃度側の化合物層の厚みを0.2μm未満にすることによって、前記低濃度半導体層の厚みの増加による必要以上の素子の高抵抗化を防止でき、消費電力を下げる効果がある。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, by making the thickness of the low-concentration compound layer less than 0.2 μm, an increase in the resistance of the device more than necessary due to an increase in the thickness of the low-concentration semiconductor layer is prevented. And has the effect of reducing power consumption.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記電極が多層金属薄膜であって、その多層金属薄膜の最下層が白金族元素または白金族元素化合物からなることが好ましい。ここで、白金族元素とは、ルテニウムRu,ロジウムRh,パラジウムPd,オスミウムOs,イリジウムIrおよび白金Ptの総称であり、白金族元素化合物とは、Ru,Rh,Pd,Os,IrおよびPtのうちの少なくとも1つを含む化合物のことである。   In one embodiment, the electrode is a multilayer metal thin film, and the lowermost layer of the multilayer metal thin film is preferably composed of a platinum group element or a platinum group element compound. Here, the platinum group element is a general term for ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, osmium Os, iridium Ir, and platinum Pt, and the platinum group element compound includes Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt. It is a compound containing at least one of them.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、多層金属薄膜である前記電極の最下層が白金族元素または白金族元素化合物からなることにより、白金族元素と低濃度半導体層との間に合金化反応を起こさせて、低濃度半導体層に対して安定なショットキー接合が得られるので、十分な電流狭窄性と熱的,電気的信頼性を両立した半導体レーザ素子を提供することが可能となる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, the lowermost layer of the electrode that is a multilayer metal thin film is made of a platinum group element or a platinum group element compound, so that an alloying reaction occurs between the platinum group element and the low concentration semiconductor layer. As a result, a stable Schottky junction can be obtained for the low-concentration semiconductor layer, so that it is possible to provide a semiconductor laser device having both sufficient current confinement properties and thermal and electrical reliability.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度側の化合物層が白金族元素を含むことが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration compound layer preferably contains a platinum group element.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記化合物層が白金族元素を含むことにより、低濃度半導体層に対して安定なショットキー接合が得られるので、十分な電流狭窄性と熱的,電気的な信頼性を両立した半導体レーザ素子を提供することが可能となる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, since the compound layer contains a platinum group element, a stable Schottky junction can be obtained for the low-concentration semiconductor layer. It is possible to provide a semiconductor laser device having both excellent reliability.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記電極が多層金属薄膜であって、その多層金属薄膜の最下層がTiからなることが好ましい。   In one embodiment, the electrode is preferably a multilayer metal thin film, and the lowermost layer of the multilayer metal thin film is preferably made of Ti.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記電極の最下層がTiからなることにより、Tiと低濃度半導体層との間に合金化反応を起こさせて、低濃度半導体層に対して安定なショットキー接合が得られるので、十分な電流狭窄性と熱的,電気的信頼性を両立した半導体レーザ素子を提供することが可能となる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, since the lowermost layer of the electrode is made of Ti, an alloying reaction is caused between Ti and the low-concentration semiconductor layer, which is stable with respect to the low-concentration semiconductor layer. Since a Schottky junction can be obtained, it is possible to provide a semiconductor laser device having both sufficient current confinement properties and thermal and electrical reliability.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度側の化合物層が少なくともTiを含むことが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration compound layer preferably contains at least Ti.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記化合物層がTiを含むことにより、低濃度半導体層に対して安定なショットキー接合が得られるので、十分な電流狭窄性と熱的,電気的信頼性を両立した半導体レーザ素子を提供することが可能となる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, since the compound layer contains Ti, a stable Schottky junction can be obtained with respect to the low concentration semiconductor layer, so that sufficient current confinement property and thermal and electrical reliability can be obtained. It becomes possible to provide a semiconductor laser device having both properties.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記リッジ構造の両脇に、前記リッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体を有することが好ましい。   In one embodiment, the semiconductor laser device preferably has a stripe structure on both sides of the ridge structure, the uppermost portion being higher than the uppermost portion of the ridge structure.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記リッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体が前記リッジ構造の両脇に形成され、そのストライプ状構造体が前記リッジ構造に対する保護構造体として作用するため、リッジ構造の破損を防止でき、歩留りを向上させることができる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, the stripe-shaped structure whose uppermost portion is higher than the uppermost portion of the ridge structure is formed on both sides of the ridge structure, and the stripe-shaped structure is a protective structure for the ridge structure. Since it acts as a body, damage to the ridge structure can be prevented and yield can be improved.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記リッジ構造の両脇にリッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体を有する半導体レーザ素子において、前記ストライプ状構造体の最上部側が実装面であることが好ましい。ここで、実装面とは、半導体レーザ素子を実装するステムや放熱体に対して、半導体レーザチップが接触する面のことを指す。   In one embodiment, the semiconductor laser device has a stripe structure on the both sides of the ridge structure, and the uppermost side of the stripe structure is mounted on the upper side of the ridge structure. A surface is preferred. Here, the mounting surface refers to a surface on which the semiconductor laser chip comes into contact with a stem or a heat radiating body on which the semiconductor laser element is mounted.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記リッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体の最上部(頂部)側が実装面となっているために、前記半導体レーザ素子のリッジ構造側に設けられた電極をステムや放熱体にダイボンドするいわゆるジャンクションダウン型の実装を行う際にも、リッジ構造が破損したりすることを防止する効果がある。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the top (top) side of the stripe-shaped structure whose top is higher than the top of the ridge structure is a mounting surface, the ridge structure of the semiconductor laser device Even when performing so-called junction down type mounting in which the electrode provided on the side is die-bonded to a stem or a heat radiator, there is an effect of preventing the ridge structure from being damaged.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記低濃度半導体層が前記ストライプ状構造体の最上部に設けられていることが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration semiconductor layer is preferably provided on the uppermost part of the stripe structure.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記ストライプ状構造体の頂部に形成された第2導電型のドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層のために、別途絶縁体膜等を設けることなく、一貫した結晶成長工程によって、前記電極と前記ストライプ状構造体との界面で電流を遮断できる構造を作成可能となる。したがって、低コストで製造でき、しかもリッジ構造の破損が防止される半導体レーザ素子を提供することが可能となる。 According to the semiconductor laser device of the embodiment, a separate insulator is provided for the low-concentration semiconductor layer having a second conductivity type doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less formed on the top of the stripe structure. Without providing a film or the like, it is possible to create a structure capable of interrupting current at the interface between the electrode and the stripe structure by a consistent crystal growth process. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser device that can be manufactured at a low cost and can prevent damage to the ridge structure.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記ストライプ状構造体の最上部に設けられた前記低濃度半導体層がInGaPまたはInGaAsPからなることが好ましい。   In one embodiment, the low-concentration semiconductor layer provided on the top of the stripe structure is preferably made of InGaP or InGaAsP.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記ストライプ状構造体上に設ける低濃度半導体層としてInGaPまたはInGaAsPを用いることにより、別途絶縁体膜等を設ける必要なく十分な電流狭窄を行うことが可能になる。さらに、InGaPまたはInGaAsPを用いることにより、リッジ構造の最上部に形成される高濃度半導体層との間で良好な選択エッチングを実現でき、製造工程が簡略化されるため、歩留りが向上した半導体レーザ素子を提供することができる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, by using InGaP or InGaAsP as the low-concentration semiconductor layer provided on the stripe structure, it is possible to perform sufficient current confinement without the need for providing an additional insulator film or the like. become. Furthermore, by using InGaP or InGaAsP, a favorable selective etching can be realized with the high-concentration semiconductor layer formed at the top of the ridge structure, and the manufacturing process is simplified, so that the semiconductor laser with improved yield is obtained. An element can be provided.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記ストライプ状構造体が導電体からなってもよい。   In one embodiment, the stripe structure may be made of a conductor.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記ストライプ状構造体が導電体からなることにより、前記ジャンクションダウン型実装を行った場合、ストライプ状構造体を介してリッジ構造上に設けられた電極への通電が実現できるとともに、逆に活性層で発生した熱をストライプ状構造体を介して効率よく外部に放出できる効果がある。この放熱効果は、当然ながら半導体層よりも熱伝導率の良い導電体を用いてストライプ状構造体を形成したほうが大きくなる。さらに、電流遮断を行うための絶縁体膜やドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層をストライプ状構造体上に形成する必要がなくなるため、製造工程がより簡略化でき、歩留りがよく製造コストの安い半導体レーザ装置を提供することが可能となる。 According to the semiconductor laser device of the embodiment, since the stripe structure is made of a conductor, when the junction down type mounting is performed, the electrode provided on the ridge structure via the stripe structure. On the contrary, there is an effect that heat generated in the active layer can be efficiently released to the outside through the stripe structure. Naturally, this heat dissipation effect is greater when the stripe structure is formed using a conductor having a higher thermal conductivity than the semiconductor layer. Furthermore, since it is not necessary to form an insulator film for interrupting current and a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the stripe structure, the manufacturing process can be further simplified, It is possible to provide a semiconductor laser device with a good yield and low manufacturing cost.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記導電体が金または金を含む合金からなることが好ましい。   In one embodiment, it is preferable that the conductor is made of gold or an alloy containing gold.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記導電体が金または金を含む合金であることにより、低い電極抵抗と良好な放熱特性を両立し、かつ上述したジャンクションダウン型実装が容易なストライプ状構造体の構成を提供することが可能となる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, since the conductor is gold or an alloy containing gold, a stripe shape that achieves both low electrode resistance and good heat dissipation characteristics and is easy to perform the junction-down mounting described above. It becomes possible to provide the structure of the structure.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、前記ストライプ状構造体を覆うように絶縁体膜が形成され、前記絶縁体膜上に前記電極の一部が形成されていてもよい。   In one embodiment, an insulator film may be formed so as to cover the stripe structure, and a part of the electrode may be formed on the insulator film.

前記実施形態の半導体レーザ素子によれば、前記ストライプ状構造体と前記電極との間に絶縁体膜が挿入されているために、前記ストライプ状構造体を介して前記電極から活性層へ電流が流れることがない。したがって、余分なリーク電流を生じさせることがなく、低い閾値電流値を有する半導体レーザ素子を提供することができるようになる。   According to the semiconductor laser device of the embodiment, since an insulator film is inserted between the stripe structure and the electrode, current flows from the electrode to the active layer through the stripe structure. There is no flow. Therefore, it becomes possible to provide a semiconductor laser device having a low threshold current value without causing an excessive leakage current.

また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第1導電型の基板上に前記活性層を形成する工程と、前記活性層上に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層とを含む第2導電型の半導体層群を形成する工程と、前記第2導電型の半導体層群上に電極を形成する工程と、前記電極形成後に熱処理を行うことによって、前記電極と前記第2導電型の半導体層群の界面に化合物層を形成する工程とを含むことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes a step of forming the active layer on a first conductivity type substrate, and a low doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 on the active layer. Forming a second conductivity type semiconductor layer group including a concentration semiconductor layer and a high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more, and forming an electrode on the second conductivity type semiconductor layer group And a step of forming a compound layer at an interface between the electrode and the second conductivity type semiconductor layer group by performing a heat treatment after the electrode is formed.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層と電極とのショットキー接合において前記化合物層によって十分な電流狭窄が得られると共に、ドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層と電極とのオーミック接合において前記化合物層によってより低コンタクト抵抗が得られる。このようにショットキー接合性とオーミック接合性がより強化されるので、電流ブロック層の埋め込み再成長工程や電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、低閾値電流でかつ高出力動作が可能で、長期信頼性が得られると共に、製造工程の簡略化によりコストを低減できる。したがって、十分な電流狭窄性と優れた素子信頼性が得られ、かつ、低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, sufficient current confinement is obtained by the compound layer in a Schottky junction between a low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and an electrode. In the ohmic junction between the high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and the electrode, a lower contact resistance can be obtained by the compound layer. Since the Schottky junction and the ohmic junction are further strengthened in this way, a low threshold current and a high output operation can be performed without performing a current block layer burying regrowth process and an electrode contact layer crystal regrowth process. It is possible and long-term reliability can be obtained, and cost can be reduced by simplifying the manufacturing process. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser device that can obtain a sufficient current confinement property and excellent device reliability, and that can operate at high power with low power consumption.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、前記低濃度半導体層と前記活性層の間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層を形成することが好ましい。 In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser device, in the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, at least 1 × 10 17 cm −3 between the low-concentration semiconductor layer and the active layer. It is preferable to form a semiconductor layer of the second conductivity type having the above doping concentration.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記低濃度半導体層と前記活性層の間に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以上の第2導電型の半導体層をさらに形成することによって、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に第2導電型の半導体層の層厚・組成等を変更することができるため、光学設計の自由度が増すと共に、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is further formed between the low-concentration semiconductor layer and the active layer. By doing so, the thickness and composition of the second conductivity type semiconductor layer can be freely changed according to the required optical characteristic specifications without being restricted in consideration of the Schottky junction characteristics. While the degree of freedom of design increases, an increase in element resistance can be suppressed, and further reduction in power consumption can be achieved.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記電極を形成する工程が、前記第2導電型の半導体層群上に前記電極の最下層となる白金族元素または白金族元素化合物からなる層を形成する工程を含むと共に、前記化合物層が、前記電極の最下層の白金族元素または白金族元素化合物の材料と前記第2導電型の半導体層群の材料からなることが好ましい。   Also, in one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor laser device, the step of forming the electrode comprises a platinum group element or a platinum group element compound which is the lowest layer of the electrode on the second conductivity type semiconductor layer group. It is preferable that the compound layer is made of a platinum group element or a platinum group element compound material of the lowermost layer of the electrode and a material of the second conductivity type semiconductor layer group.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記電極の最下層が白金族元素または白金族元素化合物からなることにより、白金族元素と低濃度半導体層との間に合金化反応を起こさせて、低濃度半導体層に対して安定なショットキー接合が得られるので、十分な電流狭窄性と熱的,電気的な信頼性を両立した半導体レーザ素子を製造することができる。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, the lowermost layer of the electrode is made of a platinum group element or a platinum group element compound, so that an alloying reaction occurs between the platinum group element and the low concentration semiconductor layer. As a result, a stable Schottky junction can be obtained for the low-concentration semiconductor layer, so that a semiconductor laser device having both sufficient current confinement properties and thermal and electrical reliability can be manufactured.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記電極の最下層が白金族元素または白金族元素化合物からなる場合に、前記化合物層を形成する工程における熱処理が350℃乃至450℃で行われることが好ましい。   In one embodiment, when the lowermost layer of the electrode is composed of a platinum group element or a platinum group element compound, the heat treatment in the step of forming the compound layer is performed at 350 ° C. to 450 ° C. Are preferred.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記化合物層を形成する工程において、350℃乃至450℃で熱処理を行うことによって、信頼性に優れたショットキー接合と、十分に低抵抗なオーミック接合を得ることができる。したがって、十分な電流狭窄性を有し、素子信頼性に優れ、かつ低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することができる。なお、350℃以下の熱処理では十分な合金化反応が起こらず、450℃以上ではオーミック接合のコンタクト抵抗が増大し、ショットキー接合性も悪化する。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, by performing a heat treatment at 350 ° C. to 450 ° C. in the step of forming the compound layer, a highly reliable Schottky junction and a sufficiently low resistance are achieved. An ohmic junction can be obtained. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser device having sufficient current confinement property, excellent device reliability, and capable of high output operation with low power consumption. Note that a sufficient alloying reaction does not occur at a heat treatment of 350 ° C. or lower, and the contact resistance of the ohmic junction increases at 450 ° C. or higher, and the Schottky bondability deteriorates.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記電極を形成する工程は、前記第2導電型の半導体層群上に前記電極の最下層となるTiからなる層を形成する工程を含むと共に、前記化合物層が少なくとも前記電極の最下層の構成元素のTiを含むことが好ましい。   Also, in one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser device, the step of forming the electrode includes a step of forming a layer made of Ti that is a lowermost layer of the electrode on the second conductive type semiconductor layer group. In addition, it is preferable that the compound layer contains at least Ti as a constituent element of the lowermost layer of the electrode.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記電極の最下層がTiからなることにより、Tiと低濃度半導体層との間に合金化反応を起こさせて、低濃度半導体層に対して安定なショットキー接合が得られるので、十分な電流狭窄性と熱的,電気的信頼性を両立した半導体レーザ素子を提供することが可能となる。したがって、電流ブロック層の埋め込み再成長工程や電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、十分な電流狭窄性を有し、素子信頼性に優れ、かつ低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, since the lowermost layer of the electrode is made of Ti, an alloying reaction is caused between Ti and the low concentration semiconductor layer, and Since a stable and stable Schottky junction can be obtained, it is possible to provide a semiconductor laser device having both sufficient current confinement properties and thermal and electrical reliability. Therefore, it has sufficient current confinement, excellent device reliability, and high output operation with low power consumption, without performing the current block layer burying regrowth process or electrode contact layer crystal regrowth process. It becomes possible to manufacture a simple semiconductor laser element.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記電極の最下層がTiからなる場合に、前記化合物層を形成する工程における熱処理が350℃乃至430℃で行われることが好ましい。   In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser device, when the lowermost layer of the electrode is made of Ti, the heat treatment in the step of forming the compound layer is preferably performed at 350 ° C. to 430 ° C.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、信頼性に優れたショットキー接合と、低抵抗なオーミック接合を同時に得ることができる。したがって、十分な電流狭窄性を有し、素子信頼性に優れ、かつ低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。なお、350℃以下では、合金化による化合物層の生成の反応が十分に進まず、430℃を超えるとオーミック接合において、徐々にコンタクト抵抗が悪化してくる。   According to the manufacturing method of the semiconductor laser device of the embodiment, a highly reliable Schottky junction and a low-resistance ohmic junction can be obtained simultaneously. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser element that has sufficient current confinement, excellent element reliability, and low power consumption and high output operation. When the temperature is 350 ° C. or less, the reaction for forming the compound layer by alloying does not proceed sufficiently, and when the temperature exceeds 430 ° C., the contact resistance gradually deteriorates in the ohmic junction.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記第2導電型の半導体層群を形成する工程の後、前記第2導電型の半導体層群を加工して前記高濃度半導体層を最上部に有するリッジ構造を形成する工程と、前記リッジ構造の両脇に、前記リッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体を形成する工程とを含むことが好ましい。   In one embodiment, after the step of forming the second conductive type semiconductor layer group, the second conductive type semiconductor layer group is processed so that the high-concentration semiconductor layer is the highest. Preferably, the method includes a step of forming an upper ridge structure, and a step of forming a stripe-shaped structure having an uppermost portion higher than the uppermost portion of the ridge structure on both sides of the ridge structure.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記リッジ構造の両脇にリッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体を形成するために、その後の工程におけるリッジ構造部分の破損を防止できるようになる。   According to the method of manufacturing the semiconductor laser device of the embodiment, in order to form the stripe structure having the uppermost portion higher than the uppermost portion of the ridge structure on both sides of the ridge structure, Damage can be prevented.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記電極と前記第2導電型の半導体層群の界面に化合物層を形成する工程の後、前記電極のうちの前記ストライプ状構造体上の領域を支持体に接合させる工程を含むことが好ましい。   Also, in one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor laser device, after the step of forming a compound layer at an interface between the electrode and the second conductivity type semiconductor layer group, the semiconductor laser device is formed on the stripe structure of the electrode. It is preferable to include the step of joining the region to the support.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ構造を形成した側の電極をステムや放熱体などの支持体に接合させるいわゆるジャンクションダウン型の実装工程を行う際にこのリッジ構造部分の破損を防止できる効果が大きい。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the above embodiment, when performing a so-called junction down type mounting process in which the electrode on the side on which the ridge structure is formed is joined to a support such as a stem or a radiator, Great effect to prevent damage.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記第2導電型の半導体層群を形成する工程の後、前記第2導電型の半導体層群上にドーピング濃度が1×1017cm-3以下の第2の低濃度半導体層を形成する工程と、前記第2の低濃度半導体層を部分的に除去して、前記高濃度半導体層を露出させる工程と、前記高濃度半導体層が露出した領域の一部を前記低濃度半導体層が露出するまで除去してリッジ構造を形成する工程と、前記リッジ構造を形成する工程の後、前記第2の低濃度半導体層を含む第2導電型の半導体層群上に電極を形成する工程とを含むことが好ましい。 In one embodiment, after the step of forming the second conductive type semiconductor layer group, a doping concentration of 1 × 10 17 cm is applied on the second conductive type semiconductor layer group. Forming a second low concentration semiconductor layer of 3 or less; partially removing the second low concentration semiconductor layer to expose the high concentration semiconductor layer; and exposing the high concentration semiconductor layer A portion of the region is removed until the low-concentration semiconductor layer is exposed to form a ridge structure, and after the step of forming the ridge structure, the second conductivity type including the second low-concentration semiconductor layer Forming an electrode on the semiconductor layer group.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、一連の結晶成長工程として、前記ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の第2の低濃度半導体層を前記第2導電型の半導体層群上に形成することができるため、リッジ構造の形成後に、結晶再成長工程を行ったり、絶縁膜形成工程を行ったりする必要がなく、簡単な製造工程で電流狭窄が実現されたストライプ状構造体を製造することができるようになるという効果がある。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, as a series of crystal growth steps, the second low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less is used as the second conductivity type semiconductor layer. Since it can be formed on a group, there is no need to perform a crystal regrowth process or an insulating film formation process after the formation of the ridge structure, and a stripe structure in which current confinement is realized by a simple manufacturing process There is an effect that the body can be manufactured.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記第2の低濃度半導体層が、InGaPまたはInGaAsPからなると共に、前記第2の低濃度半導体層を部分的に除去して前記高濃度半導体層を露出させる工程において、塩酸または塩酸を含む混合溶液を用いたウエットエッチングを行うことが好ましい。   In one embodiment, the second low-concentration semiconductor layer is made of InGaP or InGaAsP, and the second low-concentration semiconductor layer is partially removed to produce the high-concentration semiconductor. In the step of exposing the layer, it is preferable to perform wet etching using hydrochloric acid or a mixed solution containing hydrochloric acid.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記第2の低濃度半導体層としてInGaPまたはInGaAsPからなる半導体層を用いることによって、良好な電流狭窄を実現することができるようになる。さらに、前記第2の低濃度半導体層を除去する工程において、塩酸または塩酸を含む混合溶液を用いたウエットエッチングを行うことによって、前記リッジ構造の最上部となる高濃度半導体層に対して前記第2の低濃度半導体層を選択的に容易に除去することができ、製造工程の簡略化と製造ばらつきの低減を果たすことができる。そのため、製造コストが低減された半導体レーザ素子を製造することが可能となる。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, it is possible to realize a good current confinement by using a semiconductor layer made of InGaP or InGaAsP as the second low-concentration semiconductor layer. Further, in the step of removing the second low-concentration semiconductor layer, wet etching using hydrochloric acid or a mixed solution containing hydrochloric acid is performed, whereby the high-concentration semiconductor layer that is the uppermost portion of the ridge structure is subjected to the first step. The two low-concentration semiconductor layers can be selectively removed easily, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing variation can be reduced. Therefore, it becomes possible to manufacture a semiconductor laser device with reduced manufacturing costs.

このとき、塩酸を含む混合溶液としては、塩酸にリン酸(H3PO4)を混合させたものなどが好適に使用できる。 At this time, as the mixed solution containing hydrochloric acid, a mixture of hydrochloric acid and phosphoric acid (H 3 PO 4 ) can be preferably used.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、前記ストライプ状構造体を形成する工程において、前記電極のうちの少なくとも前記低濃度半導体層上の領域に、前記電極を給電メタルとして使用する電解メッキにより金または金を含む合金からなる前記ストライプ状構造体が形成されることが好ましい。   Also, in one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor laser device, in the step of forming the stripe structure, the electrode is used as a power supply metal in at least a region on the low concentration semiconductor layer of the electrode. It is preferable that the striped structure made of gold or an alloy containing gold is formed by plating.

前記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、前記リッジ構造側に設けられた電極を、電解メッキを行う際の給電メタルとして使用するために、別途給電メタルの形成・除去の必要がなく、製造工程が簡略になり、低コストで製造することができる。このとき、前記ストライプ状構造体が金または金を含む合金であることにより、低い電極抵抗と良好な放熱特性を両立した半導体レーザ素子を製造でき、かつ上述したジャンクションダウン型実装の歩留りを向上させることが可能となる。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the embodiment, since the electrode provided on the ridge structure side is used as a power supply metal when performing electrolytic plating, there is no need to separately form and remove the power supply metal. The manufacturing process is simplified, and the manufacturing process can be performed at low cost. At this time, since the stripe structure is gold or an alloy containing gold, a semiconductor laser device having both low electrode resistance and good heat dissipation characteristics can be manufactured, and the yield of the junction-down mounting described above can be improved. It becomes possible.

また、本発明の光ディスク装置は、前記いずれか1つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。   The optical disc apparatus of the present invention is characterized by using any one of the semiconductor laser elements.

前記光ディスク装置によれば、従来の光ディスク装置に比べて、より安価で高速書き込みが可能な信頼性に優れた光ディスク装置を提供することができる。   According to the optical disk apparatus, it is possible to provide an optical disk apparatus that is cheaper and can be written at a higher speed and is more reliable than a conventional optical disk apparatus.

また、本発明の光伝送システムは、前記いずれか1つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。   The optical transmission system of the present invention is characterized by using any one of the semiconductor laser elements.

前記光伝送システムによれば、従来よりも圧倒的に安価でかつ信頼性を兼ね備えた光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。   According to the optical transmission system, it is possible to provide an optical transmission module that is overwhelmingly cheaper and more reliable than the conventional one, and the cost of the optical transmission system can be reduced.

以上より明らかなように、本発明の半導体レーザ素子によれば、電流狭窄のための埋め込み層の結晶再成長工程や低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行うことなく、従来の半導体レーザ素子と同等以上の信頼性と高出力特性を低消費電力にて実現できる半導体レーザ素子を提供することができる。   As is clear from the above, according to the semiconductor laser device of the present invention, without separately performing the crystal regrowth process of the buried layer for current confinement and the crystal regrowth process of the contact layer for obtaining low contact resistance. It is possible to provide a semiconductor laser element capable of realizing reliability and high output characteristics equivalent to or higher than those of conventional semiconductor laser elements with low power consumption.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、電流ブロック層の埋め込み再成長工程や電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、十分な電流狭窄性を有し、素子信頼性に優れ、かつ低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。   The method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention has sufficient current confinement, excellent device reliability, without performing a current block layer burying regrowth step and a crystal regrowth step of an electrode contact layer, and It becomes possible to manufacture a semiconductor laser device capable of high power operation with low power consumption.

本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ素子を用いることで、従来の光ディスク装置に比べて、より安価で高速書き込みが可能、かつ信頼性に優れた光ディスク装置を提供することができる。   According to the optical disk apparatus of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention, it is possible to provide an optical disk apparatus that can be written at a lower cost and at a higher speed than the conventional optical disk apparatus and is excellent in reliability. .

また、本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ素子をその光伝送モジュールに用いることで、従来よりも圧倒的に安価でかつ信頼性を兼ね備えた光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。   Further, according to the optical transmission system of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention for the optical transmission module, it is possible to provide an optical transmission module that is overwhelmingly cheaper and more reliable than the conventional one. Therefore, the price of the optical transmission system can be reduced.

以下、本発明の半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, a semiconductor laser device, a manufacturing method thereof, an optical disk device, and an optical transmission system according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態における半導体レーザ素子の構造を示したものである。なお、この第1実施形態では、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.

この半導体レーザ素子は、図1に示すように、n-GaAs基板101上に、n-GaAsバッファ層102、n-Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103、n-Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107、p-Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、および低濃度半導体層の一例としてのp-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109を順次積層している。この第2上クラッド層109上に、p-GaAsエッチングストップ層110、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111、p-GaAsコンタクト層112および高濃度半導体層の一例としてのp+-GaAsコンタクト層113を設けている。前記p-GaAsエッチングストップ層110とp-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111とp-GaAsコンタクト層112およびp+-GaAsコンタクト層113で順メサストライプ状のリッジ構造(メサストライプ部)130を形成している。そのリッジ構造130の頂部と側面部および第2上クラッド層109上部に、Pt/Ti/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるp側電極114を有する。さらに、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、それぞれPtと各々の半導体層材料とが合金化した化合物層115が形成されている。また、基板101の裏面には、n側電極116として、AuGe/Ni/Auの多層金属薄膜が形成されている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device includes an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al 0.453 Ga 0.547 As first lower cladding layer 103, an n-Al 0.5 Ga 0.5 As layer on an n-GaAs substrate 101. 2 lower cladding layer 104, Al 0.4278 Ga 0.5722 As lower guide layer 105, multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.4278 Ga 0.5722 As upper guide layer 107, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As first upper cladding layer 108, and low A p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As second upper cladding layer 109 as an example of the concentration semiconductor layer is sequentially laminated. On this second upper clad layer 109, p + -GaAs etching stop layer 110, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper clad layer 111, p-GaAs contact layer 112, and p + − as an example of a high-concentration semiconductor layer A GaAs contact layer 113 is provided. The p-GaAs etching stop layer 110, the p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111, the p-GaAs contact layer 112, and the p + -GaAs contact layer 113 have a forward mesa stripe ridge structure (mesa stripe portion). 130 is formed. A p-side electrode 114 made of a multilayer metal thin film formed by stacking Pt / Ti / Pt / Au in this order is provided on the top and side surfaces of the ridge structure 130 and on the second upper cladding layer 109. Further, a compound layer 115 in which Pt and each semiconductor layer material are alloyed is formed at the interface between each semiconductor layer in contact with the p-side electrode 114. Further, an AuGe / Ni / Au multilayer metal thin film is formed on the back surface of the substrate 101 as the n-side electrode 116.

前記p-AlGaAs第1上クラッド層108,p-AlGaAs第2上クラッド層109,p-GaAsエッチングストップ層110,p-AlGaAs第3上クラッド層111,p-GaAsコンタクト層112およびp+-GaAsコンタクト層113で第2導電型の半導体層群を構成している。 The p-AlGaAs first upper cladding layer 108, the p-AlGaAs second upper cladding layer 109, the p-GaAs etching stop layer 110, the p-AlGaAs third upper cladding layer 111, the p-GaAs contact layer 112, and the p + -GaAs. The contact layer 113 constitutes a second conductivity type semiconductor layer group.

次に図2〜図4を参照しながら、前記半導体レーザ素子の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device will be described with reference to FIGS.

まず、図2に示すように、(100)面を有するn-GaAs基板101上に、n-GaAsバッファ層102(層厚:0.5μm、Siドープ:8×1017cm-3)、n-Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103(層厚:3.0μm、Siドープ:5×1017cm-3)、n-Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104(層厚:0.24μm、Siドープ:5×1017cm-3)、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105(層厚0.1μm)、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107(層厚:0.1μm)、p-Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108(層厚:0.2μm、Cドーピング:1×1018cm-3)、p-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109(層厚:0.1μm、Cドーピング:1×1017cm-3)、p-GaAsエッチングストップ層110(層厚30Å、Cドーピング:2×1018cm-3)、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111(層厚1.28μm、Cドーピング:2.7×1018cm-3)、p-GaAsコンタクト層112(層厚:0.2μm、Cドープ:3.3×1018cm-3)、p+-GaAsコンタクト層113(層厚:0.3μm、Cドープ:1×1021cm-3)を順次、MOCVD法にて結晶成長させる。前記多重歪量子井戸活性層106は、In0.2655Ga0.7345As0.59140.4086圧縮歪量子井戸層(歪0.47%、層厚50Å、2層)とIn0.126Ga0.874As0.40710.5929障壁層(歪−1.2%、基板側から層厚90Å・50Å・90Åの3層であり、基板に最も近いものがn側障壁層、最も遠いものがp側障壁層となる)を交互に配置している。 First, as shown in FIG. 2, an n-GaAs buffer layer 102 (layer thickness: 0.5 μm, Si doping: 8 × 10 17 cm −3 ), n on an n-GaAs substrate 101 having a (100) plane, -Al 0.453 Ga 0.547 As first lower cladding layer 103 (layer thickness: 3.0 μm, Si doping: 5 × 10 17 cm −3 ), n-Al 0.5 Ga 0.5 As second lower cladding layer 104 (layer thickness: 0) 0.24 μm, Si-doped: 5 × 10 17 cm −3 ), Al 0.4278 Ga 0.5722 As lower guide layer 105 (layer thickness 0.1 μm), multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.4278 Ga 0.5722 As upper guide layer 107 ( Layer thickness: 0.1 μm), p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As first upper cladding layer 108 (layer thickness: 0.2 μm, C doping: 1 × 10 18 cm −3 ), p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As second upper cladding layer 109 (thickness: 0.1 [mu] m, C doping: 1 × 10 17 cm -3) , p-GaAs etching stop layer 110 (a layer 30 Å, C-doped: 2 × 10 18 cm -3) , p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111 (layer thickness 1.28, C doping: 2.7 × 10 18 cm -3) , p- GaAs contact layer 112 (layer thickness: 0.2 μm, C dope: 3.3 × 10 18 cm −3 ), p + -GaAs contact layer 113 (layer thickness: 0.3 μm, C dope: 1 × 10 21 cm −) 3 ) Sequentially grow crystals by MOCVD. The multi-strain quantum well active layer 106 is composed of In 0.2655 Ga 0.7345 As 0.5914 P 0.4086 compression strain quantum well layer (strain 0.47%, layer thickness 50 mm , two layers) and In 0.126 Ga 0.874 As 0.4071. P 0.5929 barrier layer (strain -1.2%, three layers from the substrate side, layer thickness 90 mm , 50 mm , 90 mm , the closest to the substrate is the n side barrier layer, the farthest is the p side barrier layer Are arranged alternately.

次に、図2において、リッジ構造(メサストライプ部)を形成すべきリッジ構造形成領域118aに、レジストマスク117(マスク幅3.5μm)を、ストライプ方向が<0-11>方向になるようにフォトリソグラフィ工程により作製する。   Next, in FIG. 2, a resist mask 117 (mask width 3.5 μm) is applied to the ridge structure forming region 118a where the ridge structure (mesa stripe portion) is to be formed, so that the stripe direction is the <0-11> direction. It is manufactured by a photolithography process.

次に、前記レジストマスク117以外の部分をエッチング除去し、リッジ構造130を形成する。エッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液およびフッ酸を用いて二段階で行い、エッチングストップ層110直上まで行う。GaAsはフッ酸によるエッチングレートが非常に遅いということを利用し、エッチング面の平坦化およびメサストライプの幅制御を可能にしている。最後に、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でp-GaAsエッチングストップ層110を除去しつつ、GaAsコンタクト層112および113のオーバーハング部分をとる。このときのエッチングの深さは1.78μmであり、順メサストライプの最下部の幅は約3.2μmである(図3)。エッチング後、前記レジストマスク117を除去する。   Next, portions other than the resist mask 117 are removed by etching to form a ridge structure 130. Etching is performed in two stages using a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide and hydrofluoric acid, and is performed up to just above the etching stop layer 110. GaAs makes use of the fact that the etching rate by hydrofluoric acid is very slow, and makes it possible to flatten the etched surface and control the width of the mesa stripe. Finally, while removing the p-GaAs etching stop layer 110 with a mixed aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide, the overhang portions of the GaAs contact layers 112 and 113 are taken. At this time, the etching depth is 1.78 μm, and the width of the lowermost portion of the forward mesa stripe is about 3.2 μm (FIG. 3). After the etching, the resist mask 117 is removed.

続いて電子ビーム蒸着法を用いて、Pt(250Å)/Ti(500Å)/Pt(500Å)/Au(4000Å)の順に金属薄膜を積層してp側電極114を形成する(図4)。   Subsequently, a metal thin film is laminated in the order of Pt (250 順 に) / Ti (500 () / Pt (500Å) / Au (4000Å) using an electron beam evaporation method to form the p-side electrode 114 (FIG. 4).

その後、基板101を裏面側から所望の厚み(ここでは、約100μm)にまで、ラッピング法により研削し、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、AuGe合金(Au:88%、Ge:12%)を1000Å、続いてNi(150Å)、Au(3000Å)を積層して、n側電極116を形成する。   Thereafter, the substrate 101 is ground from the back side to a desired thickness (about 100 μm in this case) by lapping, and from the back side by using resistance heating vapor deposition, AuGe alloy (Au: 88%, Ge: 12%) ) Is stacked with 1000 N, followed by Ni (150 Å) and Au (3000 Å) to form an n-side electrode 116.

その後、N2雰囲気中で、400℃1分間加熱し、p側電極114およびn側電極116の材料両方の合金化処理を行う。その結果、p側電極114と、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、Ptと各々の半導体層材料とが合金化した化合物層115が形成される。 Thereafter, heating is performed at 400 ° C. for 1 minute in an N 2 atmosphere, and alloying treatment is performed on both the material of the p-side electrode 114 and the n-side electrode 116. As a result, a compound layer 115 in which Pt and each semiconductor layer material are alloyed is formed at the interface between the p-side electrode 114 and each semiconductor layer in contact with the p-side electrode 114.

図5は前記化合物層115が形成される領域を説明する拡大模式図である。化合物層115の厚みはp側電極と半導体層との界面の法線方向に深さ約500Åである。よって、p-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109は、順メサストライプ状のリッジ構造130がその上に形成されていない領域は、リッジ構造130直下の領域に比べて約500Åその厚みが小さい。 FIG. 5 is an enlarged schematic view for explaining a region where the compound layer 115 is formed. The thickness of the compound layer 115 is about 500 mm in the normal direction of the interface between the p-side electrode and the semiconductor layer. Therefore, in the p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As second upper cladding layer 109, the area where the forward mesa stripe ridge structure 130 is not formed is approximately 500 mm thicker than the area immediately below the ridge structure 130. small.

次に、所望の共振器長(ここでは、800μm)のバーに基板101を分割してから端面コーティングを行い、さらにチップ(800μm×250μm)に分割することで、本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子が完成する(図1)。   Next, the substrate 101 is divided into bars having a desired resonator length (here, 800 μm), end face coating is performed, and further, the chip is divided into chips (800 μm × 250 μm). A semiconductor laser device is completed (FIG. 1).

この第1実施形態の半導体レーザ素子は、p型のドーピング濃度が異なる複数の半導体層上にp側電極114が形成されている。Pt/Ti/Pt/Auからなるp側電極114は、350〜450℃の熱処理を行うことで、GaAs系半導体材料と合金化した化合物層115を形成する。この化合物層115は、p型半導体層のドーピング濃度に応じて、p型半導体層に対して良好なオーミック接合を形成したり、安定なショットキー接合を形成したりする。このことを利用し、この第1実施形態の半導体レーザ素子では、リッジ構造(メサストライプ部)130において、1×1018cm-3以上のドーピング濃度を有する高濃度半導体層の一例としてのp+-GaAsコンタクト層113とp側電極114との界面に、良好なオーミック接合を実現するPtとGaAsの高濃度側の化合物層を形成させ、かつ、メサストライプ外領域118bにおいて、1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する低濃度半導体層の一例としてのp-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109とp側電極114との界面に、通電時にも安定なショットキー接合性を示すPtとAlGaAsの低濃度側の化合物層を形成させる。350℃以下の熱処理では、十分な合金化反応が起こらず、450℃以上ではオーミック接合のコンタクト抵抗が増大し、ショットキー接合性も悪化してしまう。この第1実施形態では、n側電極であるAuGe/Ni/Auの合金化処理の最適条件に合わせて400℃で1分間の熱処理工程を加えている。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, p-side electrodes 114 are formed on a plurality of semiconductor layers having different p-type doping concentrations. The p-side electrode 114 made of Pt / Ti / Pt / Au forms a compound layer 115 alloyed with a GaAs-based semiconductor material by performing heat treatment at 350 to 450 ° C. The compound layer 115 forms a good ohmic junction or a stable Schottky junction with the p-type semiconductor layer according to the doping concentration of the p-type semiconductor layer. Utilizing this fact, in the semiconductor laser device of the first embodiment, p + as an example of a high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more in the ridge structure (mesa stripe portion) 130. A compound layer on the high concentration side of Pt and GaAs that realizes a good ohmic junction is formed at the interface between the -GaAs contact layer 113 and the p-side electrode 114, and 1 × 10 17 cm in the mesa stripe outer region 118b As an example of a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of −3 or less, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As is an interface between the second upper cladding layer 109 and the p-side electrode 114 and exhibits a stable Schottky junction even when energized. A low concentration side compound layer of Pt and AlGaAs is formed. When the heat treatment is 350 ° C. or lower, a sufficient alloying reaction does not occur, and when the heat treatment is 450 ° C. or higher, the contact resistance of the ohmic junction increases and the Schottky bondability deteriorates. In the first embodiment, a heat treatment step at 400 ° C. for 1 minute is added in accordance with the optimum conditions for the alloying process of AuGe / Ni / Au as the n-side electrode.

上述のように、高濃度半導体層として1×1018cm-3以上のドーピング濃度を有する半導体層と電極との間に高濃度側の化合物層を形成することによって、実用上十分なコンタクト抵抗を得ることができる。この時、前記第1実施形態の半導体レーザ素子のように、高濃度半導体層のドーピング濃度をより高く設定して形成することによって、さらに低いコンタクト抵抗を有するオーミック接合が実現可能となる。 As described above, by forming a high-concentration compound layer between a semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and an electrode as a high-concentration semiconductor layer, a practically sufficient contact resistance can be obtained. Can be obtained. At this time, like the semiconductor laser device of the first embodiment, by forming the high concentration semiconductor layer with a higher doping concentration, an ohmic junction having a lower contact resistance can be realized.

また、後述するように、低濃度半導体層はそのドーピング濃度を1×1017cm-3以下とし、半導体層と電極との界面に低濃度側の化合物層を形成することで、信頼性に優れた電流狭窄を実現できる。低濃度半導体層のドーピング濃度は、より低いほどその電流狭窄性を向上できるが、通常のMOCVD法やMBE(分子線エピタキシャル)法を用いた結晶成長を行う場合、バックグラウンド不純物の影響を受けてその下限は1×1016cm-3程度に制限される。また、ドーピング濃度を下げすぎると素子抵抗が上昇してしまうため、その点からも低濃度半導体層のドーピング濃度は下げすぎない方がよく、1×1016cm-3以上1×1017cm-3以下の範囲が適当である。 As will be described later, the low-concentration semiconductor layer is excellent in reliability by setting the doping concentration to 1 × 10 17 cm −3 or less and forming a low-concentration compound layer at the interface between the semiconductor layer and the electrode. Current confinement can be realized. The lower the doping concentration of the low-concentration semiconductor layer, the better the current confinement can be improved. However, when crystal growth using the usual MOCVD method or MBE (molecular beam epitaxy) method is performed, it is affected by the background impurities. The lower limit is limited to about 1 × 10 16 cm −3 . In addition, if the doping concentration is lowered too much, the device resistance increases, so that it is better not to reduce the doping concentration of the low-concentration semiconductor layer too much from that point. 1 × 10 16 cm −3 or more 1 × 10 17 cm A range of 3 or less is appropriate.

さらに、第2上クラッド層109と多重歪量子井戸活性層106の間に、第2上クラッド層109よりもドーピング濃度の高い第1上クラッド層108を設けていることと、第1上クラッド層108と第2上クラッド層109の層厚を最適化することによって、必要以上の素子抵抗の上昇を抑えることに成功している。第2上クラッド層109の層厚は、化合物層115の厚みよりも大きくなるように設定する。本発明では、第2上クラッド層109の層厚0.1μmに対し、化合物層115の厚みは500Å(0.05μm)である。十分な電流狭窄を行うために、化合物層115の直下には、1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する半導体層が必要となるため、化合物層115はあまり厚くない方がよい。発明者らの検討によると化合物層115の厚みは最大でも0.2μmあればよい。それ以上になると1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する半導体層が厚くなったことによる素子抵抗増大の影響が大きくなってしまう。 Furthermore, a first upper cladding layer 108 having a doping concentration higher than that of the second upper cladding layer 109 is provided between the second upper cladding layer 109 and the multiple strain quantum well active layer 106, and the first upper cladding layer By optimizing the layer thicknesses of the 108 and the second upper cladding layer 109, it has succeeded in suppressing an increase in device resistance more than necessary. The layer thickness of the second upper cladding layer 109 is set to be larger than the thickness of the compound layer 115. In the present invention, the thickness of the compound layer 115 is 500 mm (0.05 μm) with respect to the layer thickness of the second upper cladding layer 109 of 0.1 μm. In order to perform sufficient current confinement, since a semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less is required immediately below the compound layer 115, the compound layer 115 should not be so thick. According to the study by the inventors, the thickness of the compound layer 115 may be 0.2 μm at the maximum. Above this, the effect of increasing the device resistance due to the thick semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less becomes large.

これらの結果、この第1実施形態の半導体レーザ素子は、電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、良好な素子抵抗を実現し、かつ電流ブロック層の埋め込み再成長工程を追加することなしに、十分な電流狭窄を行うことを可能にした。   As a result, the semiconductor laser device according to the first embodiment realizes a good element resistance without performing the crystal regrowth process of the electrode contact layer, and adds an embedded regrowth process of the current block layer. Without making it possible to perform sufficient current confinement.

図6はこの第1実施形態の半導体レーザ素子の電流−光出力特性図を示している。この第1実施形態では光ディスク用途として、CD−R等に使用される780nm帯の半導体レーザ素子の例を挙げた。図6の例では、レーザ発振閾値電流Ith=27.3mA、スロープ効率SEが0.93W/Aであり、光出力Poが80mW時の動作電流Ifは112mAであった(周囲温度25℃のとき)。これらの値は、従来のショットキー接合による電流狭窄を利用した半導体レーザ素子では実現し得なかったものであり、従来の再成長を要するリッジ埋め込み型半導体レーザ素子の特性と遜色の無いものである。この第1実施形態の半導体レーザ素子を信頼性試験にかけたところ、70℃、260mWのパルスエージングに対して3000時間以上の安定した動作を確認できている。   FIG. 6 shows a current-light output characteristic diagram of the semiconductor laser device of the first embodiment. In the first embodiment, an example of a semiconductor laser element of 780 nm band used for a CD-R or the like is given as an optical disk application. In the example of FIG. 6, the laser oscillation threshold current Ith = 27.3 mA, the slope efficiency SE is 0.93 W / A, and the operating current If when the optical output Po is 80 mW is 112 mA (at an ambient temperature of 25 ° C.). ). These values cannot be realized by a conventional semiconductor laser device using current confinement by a Schottky junction, and are comparable to the characteristics of a conventional ridge-embedded semiconductor laser device that requires regrowth. . When the semiconductor laser device of the first embodiment was subjected to a reliability test, stable operation for 3000 hours or more was confirmed with respect to pulse aging at 70 ° C. and 260 mW.

また、光学特性は、縦方向放射角17.5度、横方向放射角9度で、出力300mW以上までキンクフリーを実現できた。この光学設計の自由度の大きさは、上クラッド層を複数に分割し、主にショットキー接合による電流狭窄を受け持つ第2上クラッド層109と、主に光学特性の調整に充てる第1上クラッド層108に分離したことによる。主にショットキー接合による電流狭窄を受け持つ第2上クラッド層109のドーピング濃度は1×1017cm-3以下とし、かつ厚みは化合物層115より厚い範囲でできるだけ薄い層厚とすることで、1×1017cm-3以下の層を追加したことによる素子抵抗の増大を必要最小限にとどめている。 The optical characteristics were a vertical radiation angle of 17.5 degrees and a lateral radiation angle of 9 degrees, and a kink-free output up to 300 mW or more could be realized. The degree of freedom in this optical design is that the upper cladding layer is divided into a plurality of parts, the second upper cladding layer 109 mainly responsible for current confinement by Schottky junction, and the first upper cladding mainly used for adjustment of optical characteristics. This is because the layer 108 is separated. The doping concentration of the second upper cladding layer 109 mainly responsible for current confinement due to Schottky junction is 1 × 10 17 cm −3 or less, and the thickness is made as thin as possible within the range thicker than the compound layer 115, so that 1 The increase in element resistance due to the addition of a layer of × 10 17 cm -3 or less is kept to the minimum necessary.

このような構成とすることにより第1上クラッド層108は、ショットキー接合性を考慮した何らかの制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に層厚・組成等を変更することができるようになった。   By adopting such a configuration, the first upper cladding layer 108 can be freely changed in layer thickness, composition, etc. according to the required optical characteristic specifications without being subjected to any restrictions in consideration of Schottky bonding properties. Can now.

高出力特性が要求される光ディスク用途では、動作時の電流・電圧が大きくなり、信頼性については他用途より厳しい条件となるが、PtとAlGaAs層が合金化した化合物層115を界面に有するp側電極114と第2上クラッド層109とのショットキー接合は、熱的,電気的に非常に安定であり、長期信頼性を実現するために非常に有効であった。   In optical disk applications that require high output characteristics, the current and voltage during operation increase, and the reliability is more severe than other applications. However, the p layer having a compound layer 115 formed by alloying Pt and an AlGaAs layer at the interface. The Schottky junction between the side electrode 114 and the second upper cladding layer 109 is very stable thermally and electrically, and is very effective for realizing long-term reliability.

この第1実施形態の半導体レーザ素子では、p型ドーパントとしてMOCVD法で一番ポピュラーなZnではなくCを用いている。Cを用いることによりショットキー接合を形成する第2上クラッド層109へのその上下の層からのドーパントの拡散を極めて低レベルに低減できるため、ドーパント拡散による電流狭窄性の低下がなく、量産時のばらつきの低減や、通電時の信頼性の向上に対して大きなメリットとなる。MOCVD法において同様に拡散レベルを低くできる材料としてMgがある。もちろん従来同様Znを用いても良い。なお、この第1実施形態では、MOCVD法を用いて結晶成長したため、ドーパントとしてCを適用したが、前述のようにMgや、MBE法を使用する場合、Beを用いることで全く同種の効果が得られる。   In the semiconductor laser device of the first embodiment, C is used as the p-type dopant instead of Zn, which is the most popular in the MOCVD method. By using C, dopant diffusion from the upper and lower layers to the second upper cladding layer 109 forming the Schottky junction can be reduced to an extremely low level, so that current confinement due to dopant diffusion is not lowered, and at the time of mass production This is a great merit for reducing the variation in power consumption and improving the reliability during energization. Similarly, Mg is a material that can lower the diffusion level in the MOCVD method. Of course, Zn may be used as in the prior art. In this first embodiment, since the crystal was grown by using the MOCVD method, C was applied as a dopant. However, when using Mg or MBE method as described above, the same effect can be obtained by using Be. can get.

この第1実施形態の半導体レーザ素子では、その波長を780nmとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、DVD用に用いられる波長650nm帯のInGaAlP/GaAs系半導体レーザ素子や、波長405nm帯のInGaN/GaN系半導体レーザ素子にも適用しうる。また、材料系の異なる半導体層間の界面に、この第1実施形態中で明示していないような界面保護層の類の半導体層を設けていても良い。また、この第1実施形態では、リッジ構造形成に際しウエットエッチング法を用いたが、もちろん、ドライエッチング法を用いても良い。さらに、ドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせてリッジ構造を形成しても良い。   In the semiconductor laser device of the first embodiment, the wavelength is 780 nm, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to an InGaAlP / GaAs semiconductor laser element having a wavelength of 650 nm and an InGaN / GaN semiconductor laser element having a wavelength of 405 nm. Further, a semiconductor layer similar to an interface protective layer that is not explicitly shown in the first embodiment may be provided at an interface between semiconductor layers having different material systems. In the first embodiment, the wet etching method is used for forming the ridge structure, but a dry etching method may be used as a matter of course. Furthermore, a ridge structure may be formed by combining dry etching and wet etching.

図23は低濃度半導体層のドーピング濃度の違いによる電流狭窄性の差を示している。このときの半導体層はp型AlGaAs層であり、p側電極はTi/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属薄膜である。p側電極形成後の熱処理によって、Tiとp型AlGaAs層の界面には、化合物層が形成されている。図23において、ドーピング濃度が1×1017cm-3の半導体層のリーク電流が電圧−3V〜+3Vの範囲で通電回数によらずほぼゼロであるのに対して、ドーピング濃度が1×1018cm-3の半導体層のリーク電流は、通電回数が多くなるほど大きくなっている。このことから、p側電極と接合する半導体層のドーピング濃度が1×1017cm-3であれば、リーク電流のない良好なショットキー接合が得られる。 FIG. 23 shows the difference in current confinement due to the difference in doping concentration of the low concentration semiconductor layer. At this time, the semiconductor layer is a p-type AlGaAs layer, and the p-side electrode is a multilayer metal thin film formed by stacking Ti / Pt / Au in this order. A compound layer is formed at the interface between Ti and the p-type AlGaAs layer by the heat treatment after the formation of the p-side electrode. In FIG. 23, the leakage current of the semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 is almost zero in the voltage range of −3 V to +3 V regardless of the number of energizations, whereas the doping concentration is 1 × 10 18. The leakage current of the cm −3 semiconductor layer increases as the number of energizations increases. From this, if the doping concentration of the semiconductor layer bonded to the p-side electrode is 1 × 10 17 cm −3 , a good Schottky junction with no leakage current can be obtained.

また、図24は、図23の半導体層のドーピング濃度が1×1017cm-3の条件において、半導体層上にInGaAsP保護層を設けたときと半導体層が剥き出しのときを比較した場合、いずれもリーク電流は十分に小さいが、保護層を設けたときの方がよりリーク電流を小さくできることがわかる。 FIG. 24 shows a comparison between when the InGaAs protective layer is provided on the semiconductor layer and when the semiconductor layer is exposed under the condition that the doping concentration of the semiconductor layer in FIG. 23 is 1 × 10 17 cm −3. Although the leakage current is sufficiently small, it can be seen that the leakage current can be made smaller when the protective layer is provided.

〔第2実施形態〕
図7は、本発明の第2実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものであり、前記第1実施形態の半導体レーザ素子の好適な改変例を示す断面模式図である。この第2実施形態においては、リッジ構造130の両脇にストライプ状構造体140が形成されている点が第1実施形態の半導体レーザ素子とは異なっており、リッジ構造130側に設けられたp側電極114のうちのストライプ状構造体140上の領域を実装面としてダイボンドするジャンクションダウン型の実装を行っているという特徴がある。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows the structure of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view showing a preferred modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment. The second embodiment is different from the semiconductor laser device of the first embodiment in that stripe structures 140 are formed on both sides of the ridge structure 130, and the p-type structure provided on the ridge structure 130 side. There is a feature that the junction down type mounting is performed in which the region on the stripe structure 140 in the side electrode 114 is die-bonded as a mounting surface.

以下、特にこのリッジ構造130の両脇に形成されたストライプ状構造体140の構成および製造方法について説明し、第1実施形態と共通の構成要素については説明を省略する。   In the following, the configuration and manufacturing method of the stripe structure 140 formed on both sides of the ridge structure 130 will be described in particular, and description of components common to the first embodiment will be omitted.

この第2実施形態の半導体レーザ素子は、第1実施形態と同じくn-GaAs基板101上に、n-GaAsバッファ層102、n-Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103、n-Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107、p-Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、および低濃度半導体層の一例としてのp-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109を順次積層している。この第2上クラッド層109上に、順メサストライプ状のリッジ構造(メサストライプ部)130をなすように、p-GaAsエッチングストップ層110、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111、p-GaAsコンタクト層112および高濃度半導体層の一例としてのp+-GaAsコンタクト層113を設けている。一方、ストライプ状構造体140として、p-GaAsエッチングストップ層110、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111、p-GaAsコンタクト層112およびp+-GaAsコンタクト層113に加えて、第2の低濃度半導体層の一例としてのp-InGaP電流遮断層119が設けられている。さらに、リッジ構造(メサストライプ部)130の頂部、側面部、第2上クラッド層109上部およびストライプ状構造体140の表面上に、Pt/Ti/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるp側電極114を有する。さらに、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、それぞれPtと各々の半導体層材料とが合金化した化合物層115が形成されており、また、第1実施形態の半導体レーザ素子同様、基板101の裏面には、n側電極116としてAuGe/Ni/Auの多層金属薄膜が形成されている。 As in the first embodiment, the semiconductor laser device of the second embodiment includes an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al 0.453 Ga 0.547 As first lower cladding layer 103, and an n-Al 0.5 layer on an n-GaAs substrate 101. Ga 0.5 As second lower cladding layer 104, Al 0.4278 Ga 0.5722 As lower guide layer 105, multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.4278 Ga 0.5722 As upper guide layer 107, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As first upper cladding layer 108 and a p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As second upper cladding layer 109 as an example of a low-concentration semiconductor layer are sequentially stacked. On this second upper cladding layer 109, a p-GaAs etching stop layer 110, a p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111, so as to form a ridge structure (mesa stripe portion) 130 having a forward mesa stripe shape, A p + -GaAs contact layer 113 as an example of the p-GaAs contact layer 112 and the high-concentration semiconductor layer is provided. On the other hand, in addition to the p-GaAs etching stop layer 110, the p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111, the p-GaAs contact layer 112, and the p + -GaAs contact layer 113, the stripe structure 140 A p-InGaP current blocking layer 119 is provided as an example of the two low-concentration semiconductor layers. Further, a multilayer formed by stacking Pt / Ti / Pt / Au in this order on the top portion, side surface portion of the ridge structure (mesa stripe portion) 130, the upper portion of the second upper cladding layer 109, and the surface of the stripe structure 140. A p-side electrode 114 made of a metal thin film is provided. Further, a compound layer 115 in which Pt and each semiconductor layer material are alloyed is formed at the interface of each semiconductor layer in contact with the p-side electrode 114, and is the same as the semiconductor laser device of the first embodiment. On the back surface of the substrate 101, a multilayer metal thin film of AuGe / Ni / Au is formed as the n-side electrode 116.

この第2実施形態の半導体レーザ素子は、次のようにして作製される。   The semiconductor laser device of the second embodiment is manufactured as follows.

まず、(100)面を有するn-GaAs基板101上に、n-GaAsバッファ層102、n-Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103、n-Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107、p-Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、p-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109(層厚:0.1μm、Cドーピング:1×1017cm-3)、p-GaAsエッチングストップ層110(層厚30Å、Cドーピング:2×1018cm-3)、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111(層厚1.28μm、Cドーピング:2.7×1018cm-3)、p-GaAsコンタクト層112(層厚:0.2μm、Cドープ:3.3×1018cm-3)、p+-GaAsコンタクト層113(層厚:0.3μm、Cドープ:1×1021cm-3)、p-InGaP電流遮断層119(層厚0.2μm、Cドープ:1×1017cm-3)を順次、MOCVD法にて結晶成長させる。 First, an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al 0.453 Ga 0.547 As first lower cladding layer 103, and an n-Al 0.5 Ga 0.5 As second lower cladding layer 104 are formed on an (100) -plane n-GaAs substrate 101. Al 0.4278 Ga 0.5722 As lower guide layer 105, multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.4278 Ga 0.5722 As upper guide layer 107, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As first upper cladding layer 108, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As Second upper cladding layer 109 (layer thickness: 0.1 μm, C doping: 1 × 10 17 cm −3 ), p-GaAs etching stop layer 110 (layer thickness: 30 mm, C doping: 2 × 10 18 cm −3 ), p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111 (layer thickness 1.28 μm, C doping: 2.7 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 112 (layer thickness: 0.2 μm, C doping) : 3.3 × 10 18 cm -3) , p + -GaAs Conta Coat layer 113 (thickness: 0.3 [mu] m, C-doped: 1 × 10 21 cm -3) , p-InGaP current blocking layer 119 (thickness 0.2 [mu] m, C-doped: 1 × 10 17 cm -3) in sequence Then, the crystal is grown by the MOCVD method.

次に、図8Aに示すように、ストライプ状構造体140(図7に示す)を形成すべきストライプ状構造体形成領域118c上に、エッチング用のレジストマスク120を作成し、塩酸とリン酸の1:3混合水溶液を用いてそれ以外の領域のp-InGaP電流遮断層119をエッチングにより除去する。このとき、リン酸を加えず塩酸単独でも同様に選択エッチングが可能である。   Next, as shown in FIG. 8A, an etching resist mask 120 is formed on the stripe-shaped structure forming region 118c where the stripe-shaped structure 140 (shown in FIG. 7) is to be formed. The p-InGaP current blocking layer 119 in the other region is removed by etching using a 1: 3 mixed aqueous solution. At this time, selective etching can be similarly performed using hydrochloric acid alone without adding phosphoric acid.

一旦レジストマスク120を剥離した後、図8Bに示すように、リッジ構造130を形成すべきリッジ構造体形成領域118a上およびストライプ状構造体140を形成すべきストライプ状構造体形成領域118c上にレジストマスク121を形成し、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液、フッ酸およびアンモニアと過酸化水素水の混合水溶液を用いて不要な半導体層をエッチングにより除去する。   After the resist mask 120 is removed, as shown in FIG. 8B, a resist is formed on the ridge structure forming region 118a where the ridge structure 130 is to be formed and on the stripe structure forming region 118c where the stripe structure 140 is to be formed. A mask 121 is formed, and unnecessary semiconductor layers are removed by etching using a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide water, a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonia and hydrogen peroxide water.

その後、図8Cに示すように、リッジ構造130の頂部、側面部、第2上クラッド層109(118b)およびストライプ状構造体140の表面を連なって被覆する態様で、Pt/Ti/Pt/Auの順に電子ビーム蒸着法を用いて多層金属薄膜からなるp側電極114を積層形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 8C, the top portion, the side surface portion, the second upper cladding layer 109 (118b) and the surface of the stripe structure 140 are continuously covered with the Pt / Ti / Pt / Au as shown in FIG. The p-side electrode 114 made of a multilayer metal thin film is laminated by using the electron beam evaporation method in this order.

次に、基板101を所望の厚みにした後、第1実施形態と同様にしてn側電極を形成する。その後、バー分割、端面コーティング、チップ分割を実施した後、この第2実施形態の半導体レーザ素子においては、p側電極114のうち、ストライプ状構造体140の頂部の面を支持体の一例としてのステム(図示せず)に対して実装するジャンクションダウン型の実装を行う。   Next, after the substrate 101 has a desired thickness, an n-side electrode is formed in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, after performing bar division, end face coating, and chip division, in the semiconductor laser device of the second embodiment, the top surface of the stripe structure 140 of the p-side electrode 114 is used as an example of a support. Junction down type mounting is performed for the stem (not shown).

この第2実施形態の半導体レーザ素子においては、上述のようにレーザ発振が起こる活性層106に近いリッジ側の電極114をステムにダイボンドするジャンクションダウン型実装を行っているため、活性層106で発生した熱を放熱させやすく、そのことによって素子信頼性を向上させることができる。また。この第2実施形態においては、リッジ構造130よりも電流遮断層119の分だけその最上部が高いストライプ状構造体140をリッジ構造130の両脇に設けた構成としたために、ジャンクションダウン型実装を行った際にもリッジ構造130に余分な応力がかからず、リッジ構造130は破損することがない。   In the semiconductor laser device of the second embodiment, as described above, junction-down mounting is performed in which the ridge-side electrode 114 close to the active layer 106 where laser oscillation occurs is die-bonded to the stem. It is easy to dissipate the generated heat, which can improve device reliability. Also. In the second embodiment, since the stripe-shaped structure 140 whose top is higher than the ridge structure 130 by the amount of the current blocking layer 119 is provided on both sides of the ridge structure 130, the junction down type mounting is performed. When this is done, no extra stress is applied to the ridge structure 130, and the ridge structure 130 is not damaged.

また、一連の結晶成長工程として、コンタクト層113に引き続いて電流遮断層119を形成する構成としたため、別途電流遮断用の絶縁体膜等を形成する工程を行う場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。前記電流遮断層119としては、その不純物ドーピング濃度が1×1017cm-3以下となるように形成することによって、その上にp側電極114を直接設けても、界面に形成されるショットキーバリアのために十分な電流遮断を実現することができる。 In addition, since the current blocking layer 119 is formed subsequent to the contact layer 113 as a series of crystal growth steps, the manufacturing process is simplified compared to the case where a step of separately forming a current blocking insulator film or the like is performed. Can be The current blocking layer 119 is formed so as to have an impurity doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less, so that the Schottky formed at the interface even if the p-side electrode 114 is directly provided thereon. Sufficient current interruption for the barrier can be realized.

前記第2実施形態においては、電流遮断層としてInGaPを用いた例を示したが、その他にInGaAsPやAlGaAsを好適に使用することができる。これらを用いた場合もそのドーピング濃度は1×1017cm-3以下とすることによって、十分な電流遮断を実現することが可能となる。InGaAsPを用いる場合、この第2実施形態の製造方法と同様にして、塩酸とリン酸の混合水溶液、または塩酸単独でも良好な選択エッチングを実現することができる。また、AlGaAsを電流遮断層として使用する際には、フッ酸が選択エッチャントとして好適である。 In the second embodiment, an example in which InGaP is used as the current blocking layer has been shown, but InGaAsP or AlGaAs can also be suitably used. Even when these are used, a sufficient current interruption can be realized by setting the doping concentration to 1 × 10 17 cm −3 or less. When InGaAsP is used, good selective etching can be realized even with a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and phosphoric acid or hydrochloric acid alone, in the same manner as in the manufacturing method of the second embodiment. Further, when using AlGaAs as a current blocking layer, hydrofluoric acid is suitable as a selective etchant.

前記第2実施形態においては、リッジ構造130の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体140上に、p側電極114が形成されているために、上述のジャンクションダウン型実装の際、ステムや放熱体の導電体に対して、前記ストライプ状構造体140上のp側電極114との間で電気的な導通を取る構成となり、レーザ発振に必要な電流注入を容易に行うことができる。   In the second embodiment, since the p-side electrode 114 is formed on the stripe-shaped structure 140 whose uppermost portion is higher than the uppermost portion of the ridge structure 130, the stem in the junction down type mounting described above is used. In addition, with respect to the conductor of the heat radiating body, it is configured to establish electrical continuity between the p-side electrode 114 on the stripe structure 140 and current injection necessary for laser oscillation can be easily performed.

このように、前記ストライプ状構造体140を用いることによって、放熱性が良く素子信頼性を向上させることのできるジャンクション型実装を、リッジ構造130を破損させることなく実現でき、かつ安価な製造コストで製造可能な半導体レーザ装置とその製造方法を提供することが可能となる。   As described above, by using the stripe structure 140, a junction-type mounting capable of improving heat dissipation and improving element reliability can be realized without damaging the ridge structure 130, and at a low manufacturing cost. A manufacturable semiconductor laser device and a manufacturing method thereof can be provided.

〔第3実施形態〕
図9は、本発明の第3実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものである。なお、この第3実施形態では、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。
[Third Embodiment]
FIG. 9 shows the structure of a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.

この半導体レーザ素子は、図9に示すように、n-GaAs基板201上に、n-GaAsバッファ層202、n-Al0.5Ga0.5As第1下クラッド層203、n-Al0.422Ga0.578As第2下クラッド層204、Al0.25Ga0.75As下ガイド層205、多重歪量子井戸活性層206、Al0.25Ga0.75As第1上ガイド層207、p-Al0.4Ga0.6As第2上ガイド層208、p-Al0.456Ga0.544As第1上クラッド層209、p-Al0.456Ga0.544As第2上クラッド層210、低濃度半導体層の一例としてのp-In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層211を順次積層している。この半導体層211上に、p-Al0.5Ga0.5As第3上クラッド層212、p-GaAsコンタクト層213、p+-InxGa1-xAsグレーディッド層214(x=0→0.5)および高濃度半導体層の一例としてのp+-In0.5Ga0.5Asコンタクト層215を設けている。前記p-Al0.5Ga0.5As第3上クラッド層212とp-GaAsコンタクト層213とp+-InxGa1-xAsグレーディッド層214およびp+-In0.5Ga0.5Asコンタクト層215で順メサストライプ状のリッジ構造(メサストライプ部)230を形成している。そのリッジ構造230の頂部と側面部および半導体層211上部にTi/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるp側電極216を有する。さらにp側電極216と接する各々の半導体層の界面には、それぞれTiと各々の半導体材料とが合金化した化合物層217が形成されている。詳しくは、リッジ構造(メサストライプ部)230において、1×1018cm-3以上のドーピング濃度を有する高濃度半導体層の一例としてのp+-In0.5Ga0.5Asコンタクト層215とp側電極216との界面に、良好なオーミック接合を実現するTiとInGaAsの高濃度側の化合物層を形成し、かつ、メサストライプ外領域220bにおいて、1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する低濃度半導体層の一例としてのp-In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層211とp側電極216との界面に、通電時にも安定なショットキー接合性を示すTiとInGaAsPの低濃度側の化合物層を形成している。また、基板201の裏面には、n側電極218として、AuGe/Ni/Auの多層金属薄膜が形成されている。 As shown in FIG. 9, this semiconductor laser device includes an n-GaAs buffer layer 202, an n-Al 0.5 Ga 0.5 As first lower cladding layer 203, an n-Al 0.422 Ga 0.578 As-thin film on an n-GaAs substrate 201. 2 lower cladding layer 204, Al 0.25 Ga 0.75 As lower guide layer 205, multiple strain quantum well active layer 206, Al 0.25 Ga 0.75 As first upper guide layer 207, p-Al 0.4 Ga 0.6 As second upper guide layer 208, p-Al 0.456 Ga 0.544 As first upper cladding layer 209, p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper cladding layer 210, and p-In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 semiconductor layer 211 as an example of a low-concentration semiconductor layer. Laminated sequentially. On this semiconductor layer 211, a p-Al 0.5 Ga 0.5 As third upper cladding layer 212, a p-GaAs contact layer 213, a p + -In x Ga 1-x As graded layer 214 (x = 0 → 0.5) and A p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 215 is provided as an example of the high concentration semiconductor layer. The p-Al 0.5 Ga 0.5 As third upper cladding layer 212, the p-GaAs contact layer 213, the p + -In x Ga 1-x As graded layer 214, and the p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 215 are arranged in this order. A mesa stripe ridge structure (mesa stripe portion) 230 is formed. A p-side electrode 216 made of a multilayer metal thin film formed by stacking Ti / Pt / Au in this order is formed on the top and side surfaces of the ridge structure 230 and on the semiconductor layer 211. Further, a compound layer 217 in which Ti and each semiconductor material are alloyed is formed at the interface of each semiconductor layer in contact with the p-side electrode 216. Specifically, in the ridge structure (mesa stripe portion) 230, p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 215 and p-side electrode 216 as an example of a high-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more. A low concentration of Ti and InGaAs as a high concentration side compound layer that realizes a good ohmic junction and having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less in the mesa stripe outer region 220b As an example of the semiconductor layer, p-In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 A compound layer on the low concentration side of Ti and InGaAsP that exhibits stable Schottky junction even when energized at the interface between the semiconductor layer 211 and the p-side electrode 216 Is forming. Further, an AuGe / Ni / Au multilayer metal thin film is formed on the back surface of the substrate 201 as the n-side electrode 218.

前記p-AlGaAs第2上ガイド層208,p-AlGaAs第1上クラッド層209,p-AlGaAs第2上クラッド層210,p-InGaAsP半導体層211,p-AlGaAs第3上クラッド層212,p-GaAsコンタクト層213,p+-InGaAsグレーディッド層214およびp+-InGaAsコンタクト層215で第2導電型の半導体層群を構成している。 P-AlGaAs second upper guide layer 208, p-AlGaAs first upper cladding layer 209, p-AlGaAs second upper cladding layer 210, p-InGaAsP semiconductor layer 211, p-AlGaAs third upper cladding layer 212, p- The GaAs contact layer 213, the p + -InGaAs graded layer 214 and the p + -InGaAs contact layer 215 constitute a second conductivity type semiconductor layer group.

次に、図10〜図12を参照しながら、前記半導体レーザ素子の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser element will be described with reference to FIGS.

まず、図10に示すように、(100)面をもつn-GaAs基板201上に、n-GaAsバッファ層202(膜厚:0.5μm、Siドープ:7.2×1017cm-3)、n-Al0.5Ga0.5As第1下クラッド層203(膜厚:2μm、Siドープ:5.4×1017cm-3)、n-Al0.422Ga0.578As第2下クラッド層204(膜厚:0.1μm、Siドープ:5.4×1017cm-3)、Al0.25Ga0.75As下ガイド層205(膜厚:30Å)、多重歪量子井戸活性層206、Al0.25Ga0.75As第1上ガイド層207(膜厚:30Å)、p-Al0.4Ga0.6As第2上ガイド層208(膜厚:0.1μm、Mgドープ:1.35×1018cm-3)、p-Al0.456Ga0.544As第1上クラッド層209(膜厚:0.4μm、Mgドープ:1.35×1018cm-3)、p-Al0.456Ga0.544As第2上クラッド層210(層厚:0.1μm、Mgドープ:1×1017cm-3)、p-In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層211(層厚:150Å、Mgドープ:1×1017cm-3)、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層212(層厚1.28μm、Mgドープ:2.4×1018cm-3)、p-GaAsコンタクト層213(層厚:0.2μm、Mgドープ:3×1018cm-3)、p+-InxGa1-xAsグレーディッド層214(層厚:500Å、x=0→0.5、Mgドープ:1×1020cm-3)およびp+-In0.5Ga0.5Asコンタクト層215(層厚:0.1μm、Mgドープ:1×1020cm-3)を順次、MOCVD法にて結晶成長させる。前記多重歪量子井戸活性層206は、In0.1001Ga0.8999As圧縮歪量子井戸層(歪0.7%、層厚:46Å、2層)とIn0.238Ga0.762As0.54630.4537障壁層(歪0.1%、Eg≒1.60Ev、基板側から層厚:215Å、79Å、215Åの3層であり、基板201に最も近いものがn側障壁層、最も遠いものがp側障壁層となる)を交互に配置している。 First, as shown in FIG. 10, an n-GaAs buffer layer 202 (film thickness: 0.5 μm, Si doping: 7.2 × 10 17 cm −3 ) is formed on an (100) plane n-GaAs substrate 201. N-Al 0.5 Ga 0.5 As first lower cladding layer 203 (film thickness: 2 μm, Si doping: 5.4 × 10 17 cm −3 ), n-Al 0.422 Ga 0.578 As second lower cladding layer 204 (film thickness) : 0.1 μm, Si doping: 5.4 × 10 17 cm −3 ), Al 0.25 Ga 0.75 As lower guide layer 205 (film thickness: 30 mm), multi-strain quantum well active layer 206, Al 0.25 Ga 0.75 As first Upper guide layer 207 (film thickness: 30 mm), p-Al 0.4 Ga 0.6 As second upper guide layer 208 (film thickness: 0.1 μm, Mg doped: 1.35 × 10 18 cm −3 ), p-Al 0.456 Ga 0.544 As first upper cladding layer 209 (film thickness: 0.4 μm, Mg doped: 1.35 × 10 18 cm −3 ), p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper cladding layer 210 ( Layer thickness: 0.1 μm, Mg doped: 1 × 10 17 cm −3 ), p-In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 semiconductor layer 211 (layer thickness: 150 μm, Mg doped: 1 × 10 17 cm −3 ) P-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 212 (layer thickness 1.28 μm, Mg doped: 2.4 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 213 (layer thickness: 0.2 μm, Mg Dope: 3 × 10 18 cm −3 ), p + -In x Ga 1-x As graded layer 214 (layer thickness: 500 mm, x = 0 → 0.5, Mg dope: 1 × 10 20 cm −3 ) and p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 215 (layer thickness: 0.1 μm, Mg doped: 1 × 10 20 cm −3 ) is successively grown by MOCVD. The multiple strained quantum well active layer 206, In 0.1001 Ga 0.8999 As compressive strained quantum well layer (strain 0.7%, layer thickness: 46 Å, 2-layer) and In 0.238 Ga 0.762 As 0.5463 P 0.4537 barrier layer (strain 0. 1%, Eg≈1.60 Ev, layer thickness from the substrate side: 215 mm, 79 mm, and 215 mm, the layer closest to the substrate 201 is the n-side barrier layer, and the farthest is the p-side barrier layer) They are arranged alternately.

次に、図10において、リッジ構造(メサストライプ部)230を形成すべきリッジ構造形成領域220aに、レジストマスク219(マスク幅4.5μm)を、ストライプ方向が<0-11>方向になるようにフォトリソグラフィ工程により作製する。   Next, in FIG. 10, a resist mask 219 (mask width 4.5 μm) is applied to the ridge structure formation region 220a where the ridge structure (mesa stripe portion) 230 is to be formed, so that the stripe direction is the <0-11> direction. It is manufactured by a photolithography process.

次に、図11に示すように、前記レジストマスク219以外の部分をエッチング除去し、リッジ構造(メサストライプ部)230を形成する。エッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液でp-InGaAsP半導体層211が露出するまで行い、フッ酸およびアンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でGaAsコンタクト層213、InGaAsグレーディッド層214および215がp-AlGaAs第3上クラッド層212に対してオーバーハング形状にならないような順メサの形状に整える。エッチングの深さは1.63μm、順メサストライプ状のリッジ構造230の最下部の幅は約3.5μmである。エッチング後、前記レジストマスク219を除去する。   Next, as shown in FIG. 11, portions other than the resist mask 219 are removed by etching to form a ridge structure (mesa stripe portion) 230. Etching is performed with a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution until the p-InGaAsP semiconductor layer 211 is exposed, and the GaAs contact layer 213 and the InGaAs graded layers 214 and 215 are mixed with a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid, ammonia and hydrogen peroxide solution. The p-AlGaAs third upper clad layer 212 is arranged in a normal mesa shape so as not to have an overhang shape. The depth of etching is 1.63 μm, and the width of the lowermost portion of the ridge structure 230 having a forward mesa stripe shape is about 3.5 μm. After the etching, the resist mask 219 is removed.

続いて、図12に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、Ti(1000Å)/Pt(500Å)/Au(4000Å)の順に金属薄膜を積層してp側電極216を形成する。   Next, as shown in FIG. 12, a metal thin film is laminated in the order of Ti (1000 Å) / Pt (500 Å) / Au (4000 Å) using an electron beam evaporation method to form a p-side electrode 216.

その後、基板201を裏面側から所望の厚み(ここでは、約100μm)にまで、ラッピング法により研削し、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極218(図9に示す)としてAuGe合金(Au:88%、Ge:12%)を1000Å、続いてNi(150Å)、Au(3000Å)を積層形成する。その後、N2雰囲気中で、390℃1分間加熱し、TiおよびAuGe/Ni材料の合金化処理を行う。 Thereafter, the substrate 201 is ground from the back surface side to a desired thickness (about 100 μm in this case) by lapping, and from the back surface side, resistance heating vapor deposition is used to form an AuGe as an n-side electrode 218 (shown in FIG. 9). An alloy (Au: 88%, Ge: 12%) is formed in a thickness of 1000%, followed by Ni (150%) and Au (3000%). Thereafter, heating is performed at 390 ° C. for 1 minute in an N 2 atmosphere, and alloying treatment of Ti and AuGe / Ni materials is performed.

続いて、所望の共振器長(ここでは、500μm)のバーに基板201を分割した後、端面コーティングを行い、さらにチップ(500μm×200μm)に分割することで、本発明の第3実施形態の図9に示す半導体レーザ素子が完成する。   Subsequently, after the substrate 201 is divided into bars having a desired resonator length (here, 500 μm), end face coating is performed and further divided into chips (500 μm × 200 μm), whereby the third embodiment of the present invention. The semiconductor laser device shown in FIG. 9 is completed.

この第3実施形態は、波長890nmの赤外線通信用半導体レーザ素子である。第1実施形態と同様の構成については説明を省略し、相違点について以下に述べる。   The third embodiment is an infrared communication semiconductor laser element having a wavelength of 890 nm. A description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted, and differences will be described below.

この第3実施形態では、p側電極216としてTi/Pt/Auの多層金属薄膜を用いており、電極形成後に熱処理を加えることで、Tiと半導体層との間に合金化反応を起こさせている。Tiを半導体層に蒸着形成した後400℃程度に加熱すると、製造プロセス中に半導体層の表面に形成された酸化物層が除去され、1×1017cm-3以下の低ドーピング半導体層に対しては、安定なショットキー接合を得ることができる。この第3実施形態のようなInGaAsP層やあるいは第1実施形態のAlGaAs層に対してTiを形成し適切に加熱した場合、特に熱的,電気的に安定なショットキー接合を得ることができる。これは電極と半導体層との間の界面にごく薄いTi合金化物層が形成されているためと考えられ、熱処理を実施しないとこのような安定なショットキー接合を得る効果は見られない。 In this third embodiment, a Ti / Pt / Au multilayer metal thin film is used as the p-side electrode 216, and an alloying reaction is caused between Ti and the semiconductor layer by applying heat treatment after the electrode formation. Yes. When Ti is deposited on the semiconductor layer and heated to about 400 ° C., the oxide layer formed on the surface of the semiconductor layer is removed during the manufacturing process, and a low-doped semiconductor layer of 1 × 10 17 cm −3 or less is removed. Thus, a stable Schottky junction can be obtained. When Ti is formed and appropriately heated for the InGaAsAs layer of the third embodiment or the AlGaAs layer of the first embodiment, a particularly thermally and electrically stable Schottky junction can be obtained. This is presumably because a very thin Ti alloyed layer is formed at the interface between the electrode and the semiconductor layer, and the effect of obtaining such a stable Schottky junction is not seen unless heat treatment is performed.

また、1×1018cm-3以上にドーピングしたGaAsやInGaAs層に対しては、前述の酸化物層除去効果に加え、TiAs層が形成されることで低コンタクト抵抗を実現させることができる。 In addition to the oxide layer removing effect described above, a TiAs layer can be formed for a GaAs or InGaAs layer doped to 1 × 10 18 cm −3 or more, thereby realizing a low contact resistance.

これら反応に適当な熱処理温度は350℃以上430℃以下である。350℃以下の場合、合金化による化合物層の生成の反応が十分に進まず、430℃を超えるとオーミック接合において、徐々にコンタクト抵抗が悪化してくる。430℃以上での抵抗悪化は、Ti1Ga1-x層の生成およびTiより上層の金属材料のミキシングによるものと考えられる。この第3実施形態でも裏面側のAuGe/Ni/Au電極材料の最適熱処理条件を鑑み390℃で1分の熱処理を加えた。 The heat treatment temperature suitable for these reactions is 350 ° C. or higher and 430 ° C. or lower. When the temperature is 350 ° C. or lower, the reaction of forming the compound layer by alloying does not proceed sufficiently, and when the temperature exceeds 430 ° C., the contact resistance gradually deteriorates in the ohmic junction. It is considered that the resistance deterioration at 430 ° C. or more is caused by the generation of the Ti 1 Ga 1-x layer and the mixing of the metal material above the Ti. Also in the third embodiment, in consideration of the optimum heat treatment condition of the AuGe / Ni / Au electrode material on the back surface side, a heat treatment was performed at 390 ° C. for 1 minute.

この第3実施形態のように、AlGaAs第2上クラッド層210上に、少なくともInとPを含む半導体層211を有し、その半導体層211をリッジ形成時のエッチング停止層とすることで、素子製造時の製造ばらつきが低減され、安定した素子特性を有する半導体レーザ素子を容易に得ることができるようになる。   As in the third embodiment, a semiconductor layer 211 containing at least In and P is formed on the AlGaAs second upper cladding layer 210, and the semiconductor layer 211 is used as an etching stop layer at the time of ridge formation. Manufacturing variations during manufacturing are reduced, and a semiconductor laser device having stable device characteristics can be easily obtained.

特に、AlGaAs第2上クラッド層210を露出させず、表面をAlが含まれないInGaAsP層にすることで、大気にさらされたAlGaAsにみられる深い準位の形成が無く、また表面再結合も抑制されるため、素子動作時の信頼性が大幅に向上するという効果がある。この効果は、同じくAlを含まないInGaPでも得られるが、InGaPを用いた場合、GaAsに格子整合するIn混晶比が一意に決定されるため組成変更の余地が無く、またホール側のバリアとなるΔEvが大きいため、活性層へのホール注入効率が低下するというデメリットがある。InGaAsPを用いた場合、組成選択の自由度が大きく、かつInGaPよりもホール注入効率を向上させることができる。   In particular, the AlGaAs second upper cladding layer 210 is not exposed, and the surface is made of InGaAsP layer that does not contain Al, so that there is no formation of deep levels as seen in AlGaAs exposed to the atmosphere, and surface recombination is also prevented. Since it is suppressed, there is an effect that the reliability at the time of element operation is greatly improved. This effect can also be obtained with InGaP that does not contain Al. However, when InGaP is used, there is no room for composition change because the In mixed crystal ratio lattice-matched to GaAs is uniquely determined, and the barrier on the hole side Since ΔEv is large, there is a demerit that hole injection efficiency into the active layer is reduced. When InGaAsP is used, the degree of freedom in composition selection is large, and the hole injection efficiency can be improved as compared with InGaP.

この第3実施形態の半導体レーザ素子は、発振閾値電流Ith=10.0mA、スロープ効率SE=0.85W/A、光出力150mW時の動作電流は186.5mAである(周囲温度25℃のとき)。また、COD(端面破壊)レベルは、200mW以上であり、リッジ埋め込み構造半導体レーザと遜色の無い低閾値でかつ高出力の半導体レーザ素子が実現できる。さらに、この第3実施形態の半導体レーザ素子を用いた85℃、120mWの信頼性試験において、1000時間以上の安定動作を確認でき、赤外線通信用途として十分な信頼性を有することが分かった。   The semiconductor laser device according to the third embodiment has an oscillation threshold current Ith = 10.0 mA, a slope efficiency SE = 0.85 W / A, and an operating current at an optical output of 150 mW is 186.5 mA (at an ambient temperature of 25 ° C. ). The COD (end face breakdown) level is 200 mW or more, and a semiconductor laser device having a low threshold and high output comparable to that of a semiconductor laser having a ridge embedded structure can be realized. Furthermore, in a reliability test at 85 ° C. and 120 mW using the semiconductor laser device of the third embodiment, it was confirmed that stable operation for 1000 hours or more was confirmed, and the reliability was sufficient for infrared communication applications.

〔第4実施形態〕
図13は、本発明の第4実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものであり、前記第3実施形態の半導体レーザ素子の好適な改変例(その1)を示したものである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 13 shows the structure of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a preferred modification (No. 1) of the semiconductor laser device according to the third embodiment.

図13に示す第4実施形態の半導体レーザ素子においては、上述した第3実施形態の半導体レーザ素子の構造に加えて、リッジ構造230の両脇のストライプ状構造体形成領域220cに、金メッキ法によって形成された導電体からなるストライプ状構造体240を備えていることを特徴とする。   In the semiconductor laser device of the fourth embodiment shown in FIG. 13, in addition to the structure of the semiconductor laser device of the third embodiment described above, the stripe structure forming regions 220c on both sides of the ridge structure 230 are formed by a gold plating method. It is characterized by having a stripe-shaped structure 240 made of the formed conductor.

この第4実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、第3実施形態の半導体レーザ素子のp側電極216を形成する工程までは同一である。その後、図14に示すように基板エッチング工程に先立ってストライプ状構造体形成領域220c以外をフォトレジスト222によりマスクし、前記p側電極216を給電メタルとして使用した金の電解メッキ法により、リッジ構造130の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体240を形成する。このとき、ストライプ状構造体240の最上部の高さを2.5μmとし、前記リッジ構造130の最上部の高さ(1.63μm)よりも高くなるようにしている。メッキが終了した後、前記フォトレジスト222は除去する。   The manufacturing method of the semiconductor laser device of the fourth embodiment is the same up to the step of forming the p-side electrode 216 of the semiconductor laser device of the third embodiment. Thereafter, as shown in FIG. 14, the ridge structure is formed by gold electroplating using the p-side electrode 216 as a power supply metal, with the exception of the stripe structure formation region 220c masked by the photoresist 222 prior to the substrate etching step. A stripe-shaped structure 240 whose uppermost portion is higher than the uppermost portion of 130 is formed. At this time, the height of the uppermost portion of the stripe structure 240 is set to 2.5 μm, which is higher than the height of the uppermost portion of the ridge structure 130 (1.63 μm). After the plating is finished, the photoresist 222 is removed.

その後、基板エッチング、n側電極蒸着・アロイを行い、所望のチップサイズに分割する。   Thereafter, substrate etching, n-side electrode deposition / alloy are performed, and the chip is divided into a desired chip size.

この第4実施形態の以下の製造工程においては、通常のチップ状態の半導体レーザ素子に対するワイヤボンディングは行わず、代わってストライプ状構造体240の最上部(頂部)を支持体の一例としてのステムに対する実装面としたジャンクションダウン型の実装を行う。   In the following manufacturing process of the fourth embodiment, wire bonding is not performed on a semiconductor laser device in a normal chip state, and instead, the uppermost part (top) of the stripe structure 240 is applied to a stem as an example of a support. Junction down type mounting as the mounting surface is performed.

この第4実施形態の半導体レーザ素子においても、上述のようにレーザ発振が起こる活性層206側に形成された導電体からなるストライプ状構造体240をステムにダイボンドするジャンクションダウン型実装を行っているため、活性層206で発生した熱を放熱させやすく、以って素子信頼性を向上させることができる。この時、前記ストライプ状構造体240は、リッジ構造230の最上部よりもその最上部が高くなるよう形成したために、ジャンクションダウン型実装を行った際にもリッジ構造230に余分な応力がかからず、リッジ構造230は破損することがない。   Also in the semiconductor laser device of the fourth embodiment, as described above, junction down type mounting is performed in which the stripe structure 240 made of a conductor formed on the active layer 206 side where laser oscillation occurs is die-bonded to the stem. Therefore, it is easy to dissipate the heat generated in the active layer 206, and the device reliability can be improved. At this time, since the stripe structure 240 is formed so that the uppermost portion of the ridge structure 230 is higher than the uppermost portion of the ridge structure 230, extra stress is applied to the ridge structure 230 even when the junction down type mounting is performed. In other words, the ridge structure 230 is not damaged.

さらに、この第4実施形態の半導体レーザ素子においては、活性層206からステムあるいは放熱体の間の放熱経路に形成されるストライプ状構造体240が熱伝導に優れた導電体からなるため、特に放熱性がよく、信頼性を向上させる効果が大きい。   Further, in the semiconductor laser device of the fourth embodiment, the stripe structure 240 formed in the heat dissipation path between the active layer 206 and the stem or the heat dissipator is made of a conductor excellent in heat conduction. It has a good effect on improving reliability.

また、この第4実施形態の構成によれば、前述した第2実施形態における電流遮断層やあるいはそれに代わる絶縁体膜を形成する工程が不要となるという効果もある。   Further, according to the configuration of the fourth embodiment, there is an effect that the step of forming the current blocking layer or the insulating film in place of the current blocking layer in the second embodiment described above becomes unnecessary.

前記この第4実施形態の半導体レーザ素子においては、ストライプ状構造体240を金メッキを用いて形成する構成としたが、もちろんそれに限られるものではない。ステムや放熱体への電気的導通および放熱の観点からは導電体であればよい。   In the semiconductor laser device of the fourth embodiment, the stripe-shaped structure 240 is formed using gold plating, but it is of course not limited thereto. From the viewpoint of electrical continuity to the stem and heat radiating body and heat radiating, any conductive material may be used.

しかし、酸化しにくく、他の金属との接触抵抗を低くできるという点から、金または金を含んだ合金であることが好ましい。金または金を含んだ合金をストライプ状構造体の材料として用いる場合、その柔らかいという材料特性から実装時、変形により高さが減じやすく、リッジ構造に対する高さの差は0.5μm程度以上とった方がよい。   However, gold or an alloy containing gold is preferable because it is difficult to oxidize and the contact resistance with other metals can be lowered. When gold or an alloy containing gold is used as the material of the stripe structure, the height is easily reduced by deformation due to its soft material property, and the height difference with respect to the ridge structure is about 0.5 μm or more. Better.

なお、前記第3実施形態の半導体レーザ素子は、ワイヤボンディングを行いやすいようリッジ構造をチップ中央からオフセットさせるようにチップ分割しているが、この第4実施形態においては、リッジ構造230の両脇にワイヤボンディングを行わないため、リッジ構造をオフセットさせて形成する必要はなく、逆にリッジ構造の両脇の2つのストライプ状構造体それぞれに対して実装時均等に力が加わるよう、チップの中央にリッジ構造が形成されているほうが好ましい。   In the semiconductor laser device of the third embodiment, the ridge structure is divided so as to be offset from the center of the chip so as to facilitate wire bonding. In the fourth embodiment, both sides of the ridge structure 230 are provided. Since the wire bonding is not performed, it is not necessary to offset the ridge structure, and conversely, the center of the chip is applied so that force is applied evenly to each of the two stripe structures on both sides of the ridge structure. It is preferable that a ridge structure is formed on the substrate.

〔第5実施形態〕
図15は、本発明の第5実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものであり、前記第3実施形態の半導体レーザ素子をジャンクションダウン型実装する場合に好適な改変例(その2)を示したものである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 shows the structure of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment of the present invention. A modified example (part 2) suitable for the junction-down mounting of the semiconductor laser device according to the third embodiment is shown. It is shown.

この第5実施形態の半導体レーザ素子は、リッジ構造230と同一の半導体層(p-Al0.5Ga0.5As第3上クラッド層212、p-GaAsコンタクト層213、p+-InxGa1-xAsグレーディッド層214(x=0→0.5)およびp+-In0.5Ga0.5Asコンタクト層215)を有する。また、その半導体層の表面に窒化シリコン(SiNx)からなる絶縁体膜223を2000Åの厚みで形成し、さらにその絶縁体膜223上にp側電極216を設けている。これにより、ストライプ状構造体240をリッジ構造230の両脇のストライプ状構造体形成領域220cに形成した構成となっている。このストライプ状構造体240は、リッジ構造230と比較して絶縁体膜223が形成されている分、その最上部がリッジ構造230の最上部よりも高い。 The semiconductor laser device according to the fifth embodiment has the same semiconductor layer as that of the ridge structure 230 (p-Al 0.5 Ga 0.5 As third upper cladding layer 212, p-GaAs contact layer 213, p + -In x Ga 1-x As graded layer 214 (x = 0 → 0.5) and p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 215). Further, an insulator film 223 made of silicon nitride (SiNx) is formed on the surface of the semiconductor layer with a thickness of 2000 mm, and a p-side electrode 216 is provided on the insulator film 223. Thus, the stripe structure 240 is formed in the stripe structure formation regions 220c on both sides of the ridge structure 230. The stripe structure 240 is higher than the top of the ridge structure 230 because the insulator film 223 is formed as compared with the ridge structure 230.

ジャンクションダウン型実装の際には、前記ストライプ状構造体240の最上部(頂部)側を実装面とし、ワイヤボンディングを行う代わりに支持体の一例としてのサブマウントと呼ばれる放熱体にダイボンドする形態とした。このサブマウント上にジャンクションダウン型実装されたチップをステムにさらにマウントすることで第5実施形態の半導体レーザ素子が完成する。リッジ構造230の最上部よりその最上部が高いストライプ状構造体240をリッジ構造230の両脇に設けていることによって、リッジ構造230の破損を防止することができる。   At the time of junction down type mounting, the uppermost (top) side of the stripe structure 240 is a mounting surface, and instead of performing wire bonding, it is die-bonded to a heat dissipating member called a submount as an example of a support. did. The semiconductor laser device of the fifth embodiment is completed by further mounting a chip mounted on the submount on the stem and mounting it on the stem. By providing the striped structure 240 on both sides of the ridge structure 230, the ridge structure 230 can be prevented from being damaged by providing the stripe-shaped structures 240 whose uppermost part is higher than the uppermost part of the ridge structure 230.

前記第5実施形態では、ストライプ状構造体240を構成する半導体層とp側電極216との界面に絶縁体膜223が挿入されているために、p側電極216からストライプ状構造体240を介して活性層206側へ電流が流れることがない。したがって、余分なリーク電流を生じさせることがなく、よって低い閾値電流値を有し、リッジ構造230が破損することなくジャンクションダウン型実装を行うことのできる半導体レーザ素子を提供することが可能となる。   In the fifth embodiment, since the insulator film 223 is inserted at the interface between the semiconductor layer constituting the stripe structure 240 and the p-side electrode 216, the stripe-like structure 240 is interposed from the p-side electrode 216. Thus, no current flows to the active layer 206 side. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser device that does not cause an excessive leakage current, and thus has a low threshold current value, and can perform junction-down mounting without damaging the ridge structure 230. .

また、前記第5実施形態では、絶縁体膜223として窒化シリコン膜を使用したが、これに代わるものとして酸化シリコン膜も好適に使用できる。有機系の絶縁体膜材料に対して、これらの絶縁体膜は比較的簡単に形成でき、膜形成後の加工も容易で、かつ信頼性に優れるという利点がある。   In the fifth embodiment, a silicon nitride film is used as the insulator film 223, but a silicon oxide film can also be used as an alternative. In contrast to organic insulating film materials, these insulating films can be formed relatively easily, have an advantage of being easy to process after film formation and having excellent reliability.

また、ストライプ状構造体240上に形成する絶縁体膜223の厚みは、リッジ構造230との高さの差と、十分な絶縁性とを確保するため、少なくとも1000Å以上形成することが好ましい。しかし、膜形成時間や厚膜化したときの応力発生の兼ね合いもあり、その上限は2500Å以下とした方がよい。この第5実施形態では、厚さは2000Åとしたが、電流リークに対する絶縁性やジャンクションダウン型実装時のリッジ保護性は十分であった。   The thickness of the insulator film 223 formed on the stripe structure 240 is preferably at least 1000 mm in order to ensure a difference in height from the ridge structure 230 and sufficient insulation. However, there is a tradeoff between the film formation time and the stress generation when the film is thickened, and the upper limit is preferably set to 2500 mm or less. In this fifth embodiment, the thickness is 2000 mm, but the insulation against current leakage and the ridge protection at the time of junction down type mounting are sufficient.

なお、前記第3実施形態の半導体レーザ素子は、ワイヤボンディングを行いやすいようリッジ構造をチップ中央からオフセットさせるようにチップ分割しているが、この第5実施形態においては、リッジ構造230の両脇にワイヤボンディングを行わないため、リッジ構造をオフセットさせて形成する必要はなく、逆にリッジ構造の両脇の2つのストライプ状構造体それぞれに対して実装時均等に力が加わるよう、チップの中央にリッジ構造が形成されているほうが好ましい。   In the semiconductor laser device of the third embodiment, the ridge structure is divided into chips so as to facilitate wire bonding, but in this fifth embodiment, both sides of the ridge structure 230 are arranged. Since the wire bonding is not performed, it is not necessary to offset the ridge structure, and conversely, the center of the chip is applied so that force is applied evenly to each of the two stripe structures on both sides of the ridge structure. It is preferable that a ridge structure is formed on the substrate.

また、これまで上述してきたそれぞれの実施形態の構成要素は相互に入れ替えられることは当然である。   Moreover, it is a matter of course that the constituent elements of the respective embodiments described above are interchanged with each other.

〔第6実施形態〕
図16は、本発明にかかる第6実施形態の光ディスク装置300の構造の一例を示したものである。これは光ディスク301にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、そのときに用いられる発光素子として、先に説明した本発明の第1または第2実施形態の半導体レーザ素子302を備えている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 16 shows an example of the structure of an optical disc apparatus 300 according to the sixth embodiment of the present invention. This is for writing data on the optical disc 301 or reproducing the written data. As the light emitting element used at that time, the semiconductor according to the first or second embodiment of the present invention described above is used. A laser element 302 is provided.

この光ディスク装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、半導体レーザ素子302から出射された信号光がコリメートレンズ303により平行光とされ、ビームスプリッタ304を透過し、λ/4偏光板305で偏光状態が調節された後、対物レンズ306で集光されて光ディスク301に照射される。   This optical disk device will be described in more detail. At the time of writing, the signal light emitted from the semiconductor laser element 302 is converted into parallel light by the collimator lens 303, passes through the beam splitter 304, the polarization state is adjusted by the λ / 4 polarizing plate 305, and then the objective lens 306. Is condensed and irradiated onto the optical disc 301.

読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク301に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク301の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ306、λ/4偏光板305を経た後、ビームスプリッタ304で反射されて90°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ307で集光され、信号検出用受光素子308に入射する。信号検出用受光素子内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路309において元の信号に再生される。   At the time of reading, the optical disc 301 is irradiated with a laser beam carrying no data signal along the same path as at the time of writing. This laser beam is reflected on the surface of the optical disc 301 on which data is recorded, passes through the laser beam irradiation objective lens 306 and the λ / 4 polarizing plate 305, and then is reflected by the beam splitter 304 to change the angle by 90 °. The light is condensed by the light receiving element objective lens 307 and is incident on the signal detecting light receiving element 308. The recorded data signal is converted into an electric signal by the intensity of the laser light incident in the signal detecting light receiving element, and is reproduced by the signal light reproducing circuit 309 to the original signal.

この第6実施形態の光ディスク装置は、従来よりも低いコストで作成可能でかつ高い光出力で動作する半導体レーザ素子を用いているため、ディスクの回転数を従来よりさらに高速化してもデータの読み書きが可能となった。従って特に書き込み時に問題となっていたディスクへのアクセス時間が従来の半導体レーザ素子を用いた装置よりも格段に短くなり、より快適に操作できる光ディスク装置を安価に提供することができる。   Since the optical disk apparatus according to the sixth embodiment uses a semiconductor laser element that can be produced at a lower cost than the conventional one and operates at a high optical output, data can be read and written even if the rotational speed of the disk is further increased. Became possible. Therefore, the access time to the disk, which has been a problem particularly at the time of writing, is significantly shorter than that of a conventional apparatus using a semiconductor laser element, and an optical disk apparatus that can be operated more comfortably can be provided at a low cost.

なお、ここでは本発明の半導体レーザ素子を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長780nm帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯(例えば650nm帯)の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。   Here, an example in which the semiconductor laser device of the present invention is applied to a recording / reproducing optical disc apparatus has been described. However, an optical disc recording apparatus, an optical disc reproducing apparatus using the same wavelength band of 780 nm, and other wavelength bands (for example, 650 nm band). It goes without saying that the present invention can also be applied to other optical disc apparatuses.

〔第7実施形態〕
図17は、本発明の第7実施形態における光伝送システムの光伝送モジュール400を示す断面図である。また、図18は光源の部分を示す斜視図である。この第7実施形態では、光源として第3実施形態で説明した発振波長890nmのInGaAs系半導体レーザ素子(レーザチップ401)を用い、また受光素子402としてシリコン(Si)のpinフォトダイオードを用いている。この光伝送システムでは、信号を送受信する相手側も、前記と同じ光伝送モジュールを備えていることを前提としている。
[Seventh Embodiment]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an optical transmission module 400 of the optical transmission system in the seventh embodiment of the present invention. FIG. 18 is a perspective view showing a light source portion. In the seventh embodiment, an InGaAs semiconductor laser element (laser chip 401) having an oscillation wavelength of 890 nm described in the third embodiment is used as a light source, and a silicon (Si) pin photodiode is used as the light receiving element 402. . In this optical transmission system, it is assumed that the other party that transmits and receives signals also includes the same optical transmission module as described above.

図17において、回路基板406上には、半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示のとおり、レーザチップを搭載する部分には深さ300μmの凹部406aが設けられている。この凹部406aに、レーザチップ401を搭載したレーザマウント(マウント材)410をはんだで固定する。レーザマウント410の正電極412の平坦部413は、回路基板406上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とワイヤー407aによって電気的に接続される。凹部406aはレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。   In FIG. 17, a pattern of both positive and negative electrodes for driving a semiconductor laser is formed on a circuit board 406. As shown in the figure, a recess 406a having a depth of 300 μm is provided in a portion where a laser chip is mounted. A laser mount (mounting material) 410 on which the laser chip 401 is mounted is fixed to the recess 406a with solder. The flat portion 413 of the positive electrode 412 of the laser mount 410 is electrically connected to a laser driving positive electrode portion (not shown) on the circuit board 406 by a wire 407a. The concave portion 406a has a depth that does not hinder the emission of laser light, and the roughness of the surface does not affect the emission angle.

受光素子402は、やはり回路基板406に実装され、ワイヤー407bにより電気信号が取り出される。この他に、回路基板406上にレーザ駆動用/受信信号処理用のIC(集積回路)408が実装されている。   The light receiving element 402 is also mounted on the circuit board 406, and an electric signal is taken out by the wire 407b. In addition to this, an IC (integrated circuit) 408 for laser driving / reception signal processing is mounted on the circuit board 406.

次いで、はんだで凹部406aに固定されたレーザマウント410を搭載した部分に液状のシリコン樹脂409を適量滴下する。シリコン樹脂409中には、光を拡散させるフィラーが混入されている。シリコン樹脂409は表面張力のために凹部内に留まり、レーザマウント410を覆い凹部406aに固定する。この第7実施形態では、回路基板406上に凹部を設け、レーザマウント410を実装したが、上述のように、シリコン樹脂409は表面張力のためにレーザチップ表面およびその近傍に留まるので、凹部は必ずしも設ける必要はない。   Next, an appropriate amount of a liquid silicon resin 409 is dropped on a portion where the laser mount 410 fixed to the concave portion 406a is mounted with solder. A filler that diffuses light is mixed in the silicon resin 409. The silicon resin 409 stays in the recess due to the surface tension, covers the laser mount 410 and fixes it to the recess 406a. In the seventh embodiment, a recess is provided on the circuit board 406 and the laser mount 410 is mounted. However, as described above, the silicon resin 409 stays on the laser chip surface and its vicinity due to surface tension. It is not always necessary to provide it.

この後、80℃で約5分間加熱して、ゼリー状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ樹脂モールド403により被覆する。レーザチップの上面には、放射角制御のためのレンズ部404が、また、受光素子の上面には信号光を集光するためのレンズ部405がそれぞれ一体的にモールドレンズとして形成される。   Thereafter, it is heated at 80 ° C. for about 5 minutes to be cured until it forms a jelly. Next, it is covered with a transparent epoxy resin mold 403. A lens portion 404 for controlling the radiation angle is formed on the upper surface of the laser chip, and a lens portion 405 for condensing the signal light is integrally formed on the upper surface of the light receiving element as a molded lens.

次に、レーザマウント410について、図18を用いて説明する。図18に示すように、L字型のヒートシンク411にレーザチップ401がIn糊剤を用いてダイボンドされている。レーザチップ401は、第3実施形態で説明したInGaAs系の半導体レーザ素子であり、そのレーザチップ下面401bには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面401aには低反射膜がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ端面の保護も兼ねている。   Next, the laser mount 410 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 18, a laser chip 401 is die-bonded to an L-shaped heat sink 411 using In glue. The laser chip 401 is the InGaAs-based semiconductor laser element described in the third embodiment, and the laser chip lower surface 401b is coated with a high reflection film, while the laser chip upper surface 401a is coated with a low reflection film. Has been. These reflective films also serve as protection for the end face of the laser chip.

ヒートシンク411の基部411bには正電極412が、ヒートシンク411と導通しないように絶縁物により固着されている。この正電極412とレーザチップ401の表面のショットキー接合部上に設けられた電極領域401cとは、金ワイヤー407cによって接続されている。上述のように、このレーザマウント410を、図17の回路基板406の負電極(図示せず)にはんだ固定して、正電極412の上部の平坦部413と回路基板406の正電極部(図示せず)とをワイヤー407cで接続する。このような配線の形成により、レーザビーム414を発振により得ることができる光伝送モジュール400が完成する。   A positive electrode 412 is fixed to the base 411 b of the heat sink 411 with an insulator so as not to be electrically connected to the heat sink 411. The positive electrode 412 and the electrode region 401c provided on the Schottky junction on the surface of the laser chip 401 are connected by a gold wire 407c. As described above, the laser mount 410 is fixed to the negative electrode (not shown) of the circuit board 406 of FIG. 17 by soldering, and the flat part 413 on the upper side of the positive electrode 412 and the positive electrode part of the circuit board 406 (see FIG. (Not shown) with a wire 407c. By forming such wiring, the optical transmission module 400 that can obtain the laser beam 414 by oscillation is completed.

なお、光伝送モジュール400の光源(レーザチップ)としては、上述した第3実施形態の半導体レーザ素子だけでなく、第4または第5実施形態の半導体レーザ素子を使用することもできる。その場合、レーザチップ401はヒートシンク411に対してジャンクションダウン型実装されるので、回路基板406上の正負両電極のパターンを変更し、上記実施形態の場合とは正電極と負電極が逆につながるような構成とすればよい。   As the light source (laser chip) of the optical transmission module 400, not only the semiconductor laser element of the third embodiment described above but also the semiconductor laser element of the fourth or fifth embodiment can be used. In that case, since the laser chip 401 is mounted on the heat sink 411 in a junction down type, the pattern of both positive and negative electrodes on the circuit board 406 is changed, and the positive electrode and the negative electrode are connected in reverse to the case of the above embodiment. Such a configuration may be adopted.

第4または第5実施形態の半導体レーザ素子を使用することで、レーザ発振時の発熱がより効果的に放熱できるようになるため、さらに信頼性に優れた光伝送モジュールを実現することができる。   By using the semiconductor laser device of the fourth or fifth embodiment, the heat generated during laser oscillation can be radiated more effectively, so that an optical transmission module with higher reliability can be realized.

上述したように、この光伝送システムでは、相手側が同じ光伝送モジュールをもう1台保持して、光信号の送受信を行うことを前提としている。光源から情報を持って発した光信号は、相手の光伝送モジュールの受光素子によって受信され、また、相手から発信された光信号は前記受光素子によって受信する。   As described above, in this optical transmission system, it is assumed that the other party holds another optical transmission module and transmits and receives an optical signal. The optical signal emitted from the light source with information is received by the light receiving element of the counterpart optical transmission module, and the optical signal transmitted from the counterpart is received by the light receiving element.

この光伝送モジュール400を用いた光伝送システムの例を図25に示す。この光伝送システムは、前述の光伝送モジュール400をパーソナルコンピュータ415と部屋の天井に設置した基地局416の両方に備え、それぞれ端末とサーバーとして使用し、光(赤外線)によるデータ通信を実現するものである。   An example of an optical transmission system using the optical transmission module 400 is shown in FIG. This optical transmission system includes the above-described optical transmission module 400 in both the personal computer 415 and the base station 416 installed on the ceiling of the room, and uses them as a terminal and a server, respectively, to realize data communication using light (infrared rays). It is.

この第7実施形態の光伝送モジュール400は、前述の低コストで製造できる1回成長タイプの半導体レーザ素子を使用しているため、そのモジュール単価を従来に比べて大幅に低く抑えることができる。   Since the optical transmission module 400 of the seventh embodiment uses the single growth type semiconductor laser element that can be manufactured at a low cost as described above, the unit price of the module can be significantly reduced as compared with the conventional one.

なお、本発明の半導体レーザ素子、光ディスク装置および光伝送システムは、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、たとえば井戸層・障壁層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、第1または第2実施形態ではp側電極としてPt/Ti/Pt/Au、第3〜第5実施形態ではTi/Pt/Auをそれぞれ用いているが、これらは入れ替わっていても構わない。   The semiconductor laser device, the optical disk device, and the optical transmission system of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and depart from the gist of the present invention, such as the layer thickness and the number of layers of the well layers and barrier layers. Of course, various modifications can be made within the range not to be performed. For example, although Pt / Ti / Pt / Au is used as the p-side electrode in the first or second embodiment and Ti / Pt / Au is used in the third to fifth embodiments, these may be switched. .

前記第1〜第5実施形態では、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としてもよい。   In the first to fifth embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.

図1は本発明の第1実施形態にかかる半導体レーザ素子のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. 図2は前記半導体レーザ素子のストライプ形成用マスクプロセス終了後のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction after completion of the stripe formation mask process of the semiconductor laser device. 図3は前記半導体レーザ素子のメサストライプ形成エッチングプロセス終了後のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction after completion of the mesa stripe formation etching process of the semiconductor laser device. 図4は前記半導体レーザ素子のp側電極の形成工程終了後のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction after the formation of the p-side electrode of the semiconductor laser element. 図5はPtの合金化した化合物層を説明する断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a Pt alloyed compound layer. 図6は前記半導体レーザ素子の電流−光出力特性を表すグラフである。FIG. 6 is a graph showing current-light output characteristics of the semiconductor laser device. 図7は本発明の第2実施形態にかかる半導体レーザ素子のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. 図8Aは前記半導体レーザ素子の改変例の製造工程を説明する図である。FIG. 8A is a diagram illustrating a manufacturing process of a modified example of the semiconductor laser element. 図8Bは図8Aに続く前記半導体レーザ素子の製造工程を説明する図である。FIG. 8B is a diagram for explaining the manufacturing process of the semiconductor laser element following FIG. 8A. 図8Cは図8Bに続く前記半導体レーザ素子の製造工程を説明する図である。FIG. 8C is a view for explaining the manufacturing process of the semiconductor laser element following FIG. 8B. 図9は本発明の第3実施形態にかかる半導体レーザ素子のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. 図10は前記半導体レーザ素子のストライプ形成用マスクプロセス終了後のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction after completion of the stripe formation mask process of the semiconductor laser device. 図11は前記半導体レーザ素子のメサストライプ形成エッチングプロセス終了後のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction after the mesa stripe formation etching process of the semiconductor laser device is completed. 図12は前記半導体レーザ素子のp側電極とn側電極形成後のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction after forming the p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor laser element. 図13は本発明の第4実施形態にかかる半導体レーザ素子のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. 図14は前記半導体レーザ素子の製造工程を説明する断面模式図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor laser device. 図15は本発明の第5実施形態にかかる半導体レーザ素子のストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment of the present invention. 図16は本発明の第6実施形態の光ディスク装置の概略図である。FIG. 16 is a schematic view of an optical disc apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 図17は本発明の第7実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュールの概略図である。FIG. 17 is a schematic view of an optical transmission module used in the optical transmission system according to the seventh embodiment of the present invention. 図18は前記光伝送システムのレーザマウントの斜視図である。FIG. 18 is a perspective view of a laser mount of the optical transmission system. 図19は従来の第1の半導体レーザ素子のリッジ埋め込み構造を示す断面模式図である。FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a ridge embedding structure of a conventional first semiconductor laser device. 図20Aは従来の第1の半導体レーザ素子の製造工程を説明する図である。FIG. 20A is a diagram for explaining a manufacturing process of the conventional first semiconductor laser device. 図20Bは図20Aに続くリッジ埋め込み型の半導体レーザ素子の製造工程を説明する図である。20B is a diagram for explaining the manufacturing process of the ridge-embedded semiconductor laser device subsequent to FIG. 20A. 図20Cは図20Bに続くリッジ埋め込み型の半導体レーザ素子の製造工程を説明する図である。FIG. 20C is a diagram for explaining the manufacturing process of the ridge-embedded semiconductor laser device subsequent to FIG. 20B. 図20Dは図20Cに続くリッジ埋め込み型の半導体レーザ素子の製造工程を説明する図である。FIG. 20D is a diagram for explaining the manufacturing process for the ridge-embedded semiconductor laser device subsequent to FIG. 20C. 図21は従来の第2の半導体レーザ素子の断面模式図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of a conventional second semiconductor laser device. 図22は従来の第3の半導体レーザ素子の断面模式図である。FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of a conventional third semiconductor laser device. 図23は電圧とリーク電流との関係を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing the relationship between voltage and leakage current. 図24は電圧とリーク電流との関係を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating the relationship between voltage and leakage current. 図25は本発明の第7実施形態の光伝送システムの一実施形態を示す概略図である。FIG. 25 is a schematic diagram showing an embodiment of the optical transmission system according to the seventh embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

101,201…n-GaAs基板
102,202…n-GaAsバッファ層
103,203…n-AlGaAs第1下クラッド層
104,204…n-AlGaAs第2下クラッド層
105,205…AlGaAs下ガイド層
106,206…多重歪量子井戸活性層
107…AlGaAs上ガイド層
108,209…p-AlGaAs第1上クラッド層
109,210…p-AlGaAs第2上クラッド層
110…p-GaAsエッチングストップ層
111,212…p-AlGaAs第3上クラッド層
112,213…p-GaAsコンタクト層
113…p+-GaAsコンタクト層
114,216…p側電極
115,217…化合物層
116,218…n側電極
117,219…レジストマスク
118a,220a…リッジ構造形成領域
118b,220b…メサストライプ外領域
118c,220c…ストライプ状構造体形成領域
119…p-InGaP電流遮断層
120,121…レジストマスク
130,230…リッジ構造
140,240…ストライプ状構造体
207…AlGaAs第1上ガイド層
208…p-AlGaAs第2上ガイド層
211…p-InGaAsP半導体層
214…p+-InGaAsグレーディッド層
215…p+-InGaAsコンタクト層
222…レジストマスク
223…絶縁体膜
300…光ディスク装置
301…光ディスク
302…半導体レーザ素子
303…コリメートレンズ
304…ビームスプリッタ
305…λ/4偏光板
306…対物レンズ
307…受光素子用対物レンズ
308…信号検出用受光素子
309…信号光再生回路
400…光伝送モジュール
401…レーザチップ
401a…レーザチップ上面
401b…レーザチップ下面
401c…電極領域
402…受光素子
403…エポキシ樹脂モールド
404,405…レンズ部
406…回路基板
406a…凹部
407a,407b,407c…ワイヤー
408…IC
409…シリコン樹脂
410…レーザマウント
411…ヒートシンク
411b…基部
412…正電極
413…平坦部
414…レーザビーム
415…パーソナルコンピュータ
416…基地局
601…n-GaAs基板
602…n-GaAsバッファ層
603…n-AlGaAs下部クラッド層
604…AlGaAs活性層
605…p-AlGaAs上部クラッド層
606…p-GaAsキャップ層
607…誘電体膜
608…リッジ部
609…n-AlGaAs電流ブロック層
610…n-GaAs保護層
611…p-GaAsコンタクト層
701…n-GaAs基板
702…n-InGaPクラッド層
703…InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層
704…p-InGaPクラッド層
705…p-InGaAsコンタクト層
706…p側電極
707…n側電極
708…ショットキー接合部
801…n-GaAs基板
802…n型AlGaAs第1クラッド層
803…高補償SiドープGaAs活性層
804…p-AlGaAs第2クラッド層
805…p-GaAs層
806…p-AlGaAs第3クラッド層
807…p-GaAs層
808…電極
809…電極
101, 201 ... n-GaAs substrate 102, 202 ... n-GaAs buffer layer 103, 203 ... n-AlGaAs first lower cladding layer 104, 204 ... n-AlGaAs second lower cladding layer 105, 205 ... AlGaAs lower guide layer 106 , 206 ... Multi-strain quantum well active layer 107 ... AlGaAs upper guide layer 108, 209 ... p-AlGaAs first upper clad layer 109, 210 ... p-AlGaAs second upper clad layer 110 ... p-GaAs etching stop layer 111, 212 ... p-AlGaAs third upper cladding layer 112,213 ... p-GaAs contact layer 113 ... p + -GaAs contact layer 114,216 ... p-side electrode 115,217 ... compound layer 116,218 ... n-side electrode 117,219 ... Resist mask 118a, 220a ... Ridge structure formation region 118b, 220b ... Mesa stripe outer region 118c, 220c ... Stripe structure formation region Area 119 ... p-InGaP current blocking layer 120, 121 ... resist mask 130,230 ... ridge structure 140,240 ... stripe structure 207 ... AlGaAs first upper guide layer 208 ... p-AlGaAs second upper guide layer 211 ... p -InGaAsP semiconductor layer 214 ... p.sup . + -InGaAs graded layer 215 ... p.sup . + -InGaAs contact layer 222 ... resist mask 223 ... insulator film 300 ... optical disc apparatus 301 ... optical disc 302 ... semiconductor laser element 303 ... collimator lens 304 ... beam splitter 305 ... λ / 4 polarizing plate 306 ... objective lens 307 ... light receiving element objective lens 308 ... signal detection light receiving element 309 ... signal light reproducing circuit 400 ... light transmission module 401 ... laser chip 401a ... laser chip upper surface 401b ... laser chip lower surface 401c ... Electrode region 402 ... Light receiving element 03 ... epoxy resin mold 404, 405 ... lens 406 ... circuit board 406a ... recess 407a, 407b, 407c ... Wire 408 ... IC
409 ... Silicon resin 410 ... Laser mount 411 ... Heat sink 411b ... Base 412 ... Positive electrode 413 ... Flat part 414 ... Laser beam 415 ... Personal computer 416 ... Base station 601 ... n-GaAs substrate 602 ... n-GaAs buffer layer 603 ... n -AlGaAs lower clad layer 604 ... AlGaAs active layer 605 ... p-AlGaAs upper clad layer 606 ... p-GaAs cap layer 607 ... dielectric film 608 ... ridge portion 609 ... n-AlGaAs current blocking layer 610 ... n-GaAs protective layer 611 ... p-GaAs contact layer 701 ... n-GaAs substrate 702 ... n-InGaP clad layer 703 ... InGaAs / GaAs strained quantum well active layer 704 ... p-InGaP clad layer 705 ... p-InGaAs contact layer 706 ... p-side electrode 707 ... n-side electrode 708 ... Schottky junction 801 ... n-GaAs substrate 8 02 ... n-type AlGaAs first cladding layer 803 ... highly compensated Si-doped GaAs active layer 804 ... p-AlGaAs second cladding layer 805 ... p-GaAs layer 806 ... p-AlGaAs third cladding layer 807 ... p-GaAs layer 808 ... Electrode 809 ... Electrode

Claims (33)

第1導電型の基板と、前記第1導電型の基板上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2導電型の半導体層群とを有する半導体レーザ素子において、
前記第2導電型の半導体層群は、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層とを含み、
前記第2導電型の半導体層群上に電極が形成され、
前記電極と前記低濃度半導体層の界面に、前記電極の材料と前記低濃度半導体層の材料からなる低濃度側の化合物層が形成され、
前記電極と前記高濃度半導体層の界面に、前記電極の材料と前記高濃度半導体層の材料からなる高濃度側の化合物層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
In a semiconductor laser device having a first conductivity type substrate, an active layer formed on the first conductivity type substrate, and a second conductivity type semiconductor layer group formed on the active layer,
The semiconductor layer group of the second conductivity type includes at least a low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and a high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more,
An electrode is formed on the semiconductor layer group of the second conductivity type,
At the interface between the electrode and the low-concentration semiconductor layer, a low-concentration compound layer made of the electrode material and the low-concentration semiconductor layer material is formed,
A semiconductor laser device, wherein a compound layer on a high concentration side made of the material of the electrode and the material of the high concentration semiconductor layer is formed at an interface between the electrode and the high concentration semiconductor layer.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度半導体層と前記活性層の間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser element, wherein a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is formed between the low concentration semiconductor layer and the active layer.
請求項1または2に記載の半導体レーザ素子において、
前記高濃度半導体層がリッジ構造の最上部に設けられ、
前記低濃度半導体層が少なくとも前記リッジ構造の最上部以外の領域に設けられていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1 or 2,
The high-concentration semiconductor layer is provided on the top of the ridge structure;
The semiconductor laser device, wherein the low-concentration semiconductor layer is provided at least in a region other than the uppermost portion of the ridge structure.
請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記高濃度半導体層がGaAsまたはInGaAsであることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor laser element, wherein the high-concentration semiconductor layer is GaAs or InGaAs.
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度半導体層がAlGaAsであることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein
A semiconductor laser device, wherein the low concentration semiconductor layer is AlGaAs.
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度半導体層が少なくともInとPを含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein
A semiconductor laser element, wherein the low-concentration semiconductor layer contains at least In and P.
請求項6に記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度半導体層が、InGaP,InGaAsP,InGaAlPまたはInAlAsPのうちのいずれか1つであることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the low concentration semiconductor layer is any one of InGaP, InGaAsP, InGaAlP, or InAlAsP.
請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記第2導電型の半導体層群のドーパントとしてCまたはMgまたはBeが用いられていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 7,
A semiconductor laser element, wherein C, Mg, or Be is used as a dopant of the second conductivity type semiconductor layer group.
請求項1乃至8のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度側の化合物層の厚みが0.2μm未満であることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the low concentration compound layer is less than 0.2 μm.
請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記電極が多層金属薄膜であって、その多層金属薄膜の最下層が白金族元素または白金族元素化合物からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9,
A semiconductor laser device, wherein the electrode is a multilayer metal thin film, and a lowermost layer of the multilayer metal thin film is made of a platinum group element or a platinum group element compound.
請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度側の化合物層が白金族元素を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9,
The semiconductor laser device, wherein the low concentration compound layer contains a platinum group element.
請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記電極が多層金属薄膜であって、その多層金属薄膜の最下層がTiからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9,
A semiconductor laser element, wherein the electrode is a multilayer metal thin film, and the lowermost layer of the multilayer metal thin film is made of Ti.
請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度側の化合物層が少なくともTiを含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9,
The semiconductor laser device, wherein the low concentration compound layer contains at least Ti.
請求項3に記載の半導体レーザ素子において、
前記リッジ構造の両脇に、前記リッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 3,
2. A semiconductor laser device according to claim 1, wherein a stripe structure is provided on both sides of the ridge structure, the uppermost portion being higher than the uppermost portion of the ridge structure.
請求項14に記載の半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状構造体の最上部側が実装面であることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 14, wherein
A semiconductor laser device, wherein the uppermost side of the stripe structure is a mounting surface.
請求項14に記載の半導体レーザ素子において、
前記低濃度半導体層が前記ストライプ状構造体の最上部に設けられていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 14, wherein
The semiconductor laser device, wherein the low-concentration semiconductor layer is provided on an uppermost portion of the stripe structure.
請求項16に記載の半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状構造体の最上部に設けられた前記低濃度半導体層がInGaPまたはInGaAsPからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 16, wherein
A semiconductor laser device, wherein the low-concentration semiconductor layer provided on the uppermost portion of the stripe structure is made of InGaP or InGaAsP.
請求項14に記載の半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状構造体が導電体からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 14, wherein
A semiconductor laser element, wherein the stripe structure is made of a conductor.
請求項18に記載の半導体レーザ素子において、
前記導電体が金または金を含む合金からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 18, wherein
A semiconductor laser device, wherein the conductor is made of gold or an alloy containing gold.
請求項14に記載の半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状構造体を覆うように絶縁体膜が形成され、
前記絶縁体膜上に前記電極の一部が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 14, wherein
An insulator film is formed so as to cover the stripe structure,
A semiconductor laser element, wherein a part of the electrode is formed on the insulator film.
第1導電型の基板上に前記活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層とを含む第2導電型の半導体層群を形成する工程と、
前記第2導電型の半導体層群上に電極を形成する工程と、
前記電極形成後に熱処理を行うことによって、前記電極と前記第2導電型の半導体層群の界面に化合物層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Forming the active layer on a first conductivity type substrate;
A semiconductor layer of a second conductivity type including at least a low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and a high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more on the active layer. Forming a group;
Forming an electrode on the semiconductor layer group of the second conductivity type;
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: forming a compound layer at an interface between the electrode and the second conductivity type semiconductor layer group by performing a heat treatment after forming the electrode.
請求項21に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、前記低濃度半導体層と前記活性層の間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層を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。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 21,
In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is provided between the low concentration semiconductor layer and the active layer. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: forming a semiconductor laser device.
請求項21または22に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記電極を形成する工程は、前記第2導電型の半導体層群上に前記電極の最下層となる白金族元素または白金族元素化合物からなる層を形成する工程を含むと共に、
前記化合物層が、前記電極の最下層の白金族元素または白金族元素化合物の材料と前記第2導電型の半導体層群の材料からなることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 21 or 22,
The step of forming the electrode includes a step of forming a layer made of a platinum group element or a platinum group element compound which is a lowermost layer of the electrode on the semiconductor layer group of the second conductivity type,
The method for manufacturing a semiconductor laser device, wherein the compound layer is made of a material of a platinum group element or a platinum group element compound in a lowermost layer of the electrode and a material of the semiconductor layer group of the second conductivity type.
請求項23に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記化合物層を形成する工程における熱処理が350℃乃至450℃で行われることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 23,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the heat treatment in the step of forming the compound layer is performed at 350 ° C. to 450 ° C.
請求項21または22に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記電極を形成する工程は、前記第2導電型の半導体層群上に前記電極の最下層となるTiからなる層を形成する工程を含むと共に、
前記化合物層が少なくとも前記電極の最下層の構成元素のTiを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 21 or 22,
The step of forming the electrode includes a step of forming a layer made of Ti which is the lowermost layer of the electrode on the semiconductor layer group of the second conductivity type,
The method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the compound layer includes at least Ti as a constituent element of the lowermost layer of the electrode.
請求項25に記載の半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記化合物層を形成する工程における熱処理が350℃乃至430℃で行われることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 25,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the heat treatment in the step of forming the compound layer is performed at 350 ° C. to 430 ° C.
請求項21に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第2導電型の半導体層群を形成する工程の後、前記第2導電型の半導体層群を加工して前記高濃度半導体層を最上部に有するリッジ構造を形成する工程と、
前記リッジ構造の両脇に、前記リッジ構造の最上部よりも最上部が高いストライプ状構造体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 21,
After the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, processing the second conductivity type semiconductor layer group to form a ridge structure having the high-concentration semiconductor layer at the top;
Forming a stripe structure on both sides of the ridge structure, the uppermost portion of the ridge structure being higher than the uppermost portion of the ridge structure.
請求項27に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記電極と前記第2導電型の半導体層群の界面に化合物層を形成する工程の後、前記電極のうちの前記ストライプ状構造体上の領域を支持体に接合させる工程を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 27,
A step of forming a compound layer at an interface between the electrode and the semiconductor layer group of the second conductivity type, and a step of bonding a region of the electrode on the stripe structure to a support. A method for manufacturing a semiconductor laser device.
請求項21に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第2導電型の半導体層群を形成する工程の後、前記第2導電型の半導体層群上にドーピング濃度が1×1017cm-3以下の第2の低濃度半導体層を形成する工程と、
前記第2の低濃度半導体層を部分的に除去して、前記高濃度半導体層を露出させる工程と、
前記高濃度半導体層が露出した領域の一部を前記低濃度半導体層が露出するまで除去してリッジ構造を形成する工程と、
前記リッジ構造を形成する工程の後、前記第2の低濃度半導体層を含む第2導電型の半導体層群上に電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 21,
After the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a step of forming a second low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less on the second conductivity type semiconductor layer group. When,
Partially removing the second low concentration semiconductor layer to expose the high concentration semiconductor layer;
Removing a part of the exposed region of the high-concentration semiconductor layer until the low-concentration semiconductor layer is exposed to form a ridge structure;
And a step of forming an electrode on the second conductive type semiconductor layer group including the second low-concentration semiconductor layer after the step of forming the ridge structure.
請求項29に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第2の低濃度半導体層は、InGaPまたはInGaAsPからなると共に、
前記第2の低濃度半導体層を部分的に除去して前記高濃度半導体層を露出させる工程において、塩酸または塩酸を含む混合溶液を用いたウエットエッチングを行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 29,
The second low-concentration semiconductor layer is made of InGaP or InGaAsP,
Manufacturing of a semiconductor laser device, wherein wet etching is performed using hydrochloric acid or a mixed solution containing hydrochloric acid in the step of partially removing the second low-concentration semiconductor layer to expose the high-concentration semiconductor layer. Method.
請求項27に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記ストライプ状構造体を形成する工程において、前記電極のうちの少なくとも前記低濃度半導体層上の領域に、前記電極を給電メタルとして使用する電解メッキにより金または金を含む合金からなる前記ストライプ状構造体が形成されることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 27,
In the step of forming the stripe structure, the stripe structure made of gold or an alloy containing gold by electrolytic plating using the electrode as a power supply metal in at least a region on the low concentration semiconductor layer of the electrode. A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein a body is formed.
請求項1乃至20のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする光ディスク装置。   21. An optical disc apparatus using the semiconductor laser element according to claim 1. 請求項1乃至20のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする光伝送システム。   21. An optical transmission system using the semiconductor laser device according to claim 1.
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