JP2005175450A - Compound semiconductor device, manufacturing method therefor, and optical disk apparatus equipped with this compound semiconductor device - Google Patents

Compound semiconductor device, manufacturing method therefor, and optical disk apparatus equipped with this compound semiconductor device Download PDF

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JP2005175450A JP2004327886A JP2004327886A JP2005175450A JP 2005175450 A JP2005175450 A JP 2005175450A JP 2004327886 A JP2004327886 A JP 2004327886A JP 2004327886 A JP2004327886 A JP 2004327886A JP 2005175450 A JP2005175450 A JP 2005175450A
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克彦 岸本
Shuichi Hirukawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor device which is suitable for constituting a semiconductor laser apparatus emitting a red laser beam, and which reduces manufacturing process steps of the semiconductor laser apparatus greatly and raises its manufacturing yield realizing both low oscillation threshold current and high reliability of the semiconductor laser apparatus. <P>SOLUTION: The compound semiconductor device has a GaAs substrate 101, a ground semiconductor layer 107 laminated on the GaAs substrate 101 consisting of III to V group compound semiconductor as crystal material which contains P and does not contain Al, and a right above semiconductor layer 108 consisting of III to V group compound as crystal material containing P, Al and In, which forms stripe shape ridges 130 on a surface of the layer 107. An electrode layer 111 covers tops and side planes of the ridges 130 and ridge 130 side portions of an upper plane of the ground semiconductor layer 107. Density of dopant which determines a type of electric conduction of the ground semiconductor layer 107 is chosen 1×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>or less in order to stop current at an interface between the ground semiconductor layer 107 and the electrode layer 111. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適した化合物半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor device suitable for constituting a semiconductor laser device that emits red laser light and a method for manufacturing the same.

また、この発明は、そのような半導体レーザ装置を構成する化合物半導体装置を備えた光ディスク装置に関する。   The present invention also relates to an optical disk device provided with a compound semiconductor device constituting such a semiconductor laser device.

化合物半導体を用いた化合物半導体装置は、さまざまな電子デバイスや光デバイスに適用されている。代表的な光デバイスの一つである半導体レーザ装置は、その応用分野から、光ファイバ通信用光源と光ディスク装置用光源の2つに大別される。   Compound semiconductor devices using compound semiconductors are applied to various electronic devices and optical devices. Semiconductor laser devices, which are one of typical optical devices, are roughly classified into two types according to their application fields: light sources for optical fiber communication and light sources for optical disk devices.

光ディスク装置には、コンパクトディスク(CD)、レーザディスク(LD)、デジタルビデオディスク(DVD)など種々のものがあるが、CD光ディスク装置に比べて、より大きな情報記憶容量を有する650nm帯の赤色レーザ光を利用したDVD光ディスク装置は、急激に需要が拡大している。このDVD光ディスク装置の性能向上と低価格化を実現するためには、光源に用いられる半導体レーザ装置の改善が必須である。   There are various optical disk devices such as a compact disk (CD), a laser disk (LD), and a digital video disk (DVD), but a 650 nm band red laser having a larger information storage capacity than a CD optical disk device. Demand for DVD optical disk devices using light is rapidly increasing. In order to realize the performance improvement and cost reduction of the DVD optical disk device, it is essential to improve the semiconductor laser device used for the light source.

光ディスク装置に使用される半導体レーザ装置には、低い発振閾値電流と高い信頼性が要求される。従来、これらを実現するためにリッジ埋め込み型構造が多用されている。リッジ埋め込み型構造は、屈折率差を利用して、ストライプ状の光導波路に光を閉じ込める働きと、活性層の外へ無駄な電流が流れないようにする働きとを兼ねており、低閾値電流が実現できる。また、製造工程途中で活性層が大気にさらされることが無いので高い信頼性を実現することができる。このリッジ埋め込み型の半導体レーザ装置は、分子線エピタキシ法(MBE法)や有機金属化学気相成長法(MOCVD法)などを用いて、3回の結晶成長を経て製造される。   A semiconductor laser device used in an optical disk device is required to have a low oscillation threshold current and high reliability. Conventionally, in order to realize these, a ridge embedded structure has been frequently used. The ridge-embedded structure combines the function of confining light in a striped optical waveguide using the refractive index difference and the function of preventing wasteful current from flowing outside the active layer. Can be realized. Moreover, since the active layer is not exposed to the air during the manufacturing process, high reliability can be realized. This ridge-embedded semiconductor laser device is manufactured through three crystal growths using a molecular beam epitaxy method (MBE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), or the like.

従来のリッジ埋め込み型構造を用いたDVD光ディスク装置用の650nm帯InGaAlP系赤色半導体レーザ装置としては、図14に示すようなものが知られている(例えば、特許文献1(特開昭62−200786号公報)参照。)。この半導体レーザ装置は、n−GaAs基板511上に、n−GaAsバッファ層512及びn−InGaPバッファ層513を備えている。バッファ層513上には、n−InGaAlPクラッド層514、InGaP活性層515及びp−InGaAlPクラッド層516、517、518からなるダブルヘテロ接合構造部が形成されている。ここで、クラッド層517は低Al組成であり、後述のエッチング停止層として作用する。また、クラッド層518はストライプ状に加工されており、これによりpクラッド層にストライプ状リッジが形成されている。クラッド層518上には、p−InGaAlPコンタクト層519及びp−GaAsコンタクト層520が形成されている。ダブルヘテロ接合構造部及びコンタクト層520の側面には、n−GaAs電流ブロック層521が形成されている。コンタクト層520及び電流ブロック層521上には、p−GaAsコンタクト層522が形成されている。そして、コンタクト層522の上面に金属電極523が被着され、基板511の下面に金属電極524が被着されている。   As a conventional 650 nm band InGaAlP red semiconductor laser device for a DVD optical disk device using a buried ridge structure, a device as shown in FIG. 14 is known (for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 62-200786)). No.))). This semiconductor laser device includes an n-GaAs buffer layer 512 and an n-InGaP buffer layer 513 on an n-GaAs substrate 511. On the buffer layer 513, a double heterojunction structure composed of an n-InGaAlP cladding layer 514, an InGaP active layer 515, and p-InGaAlP cladding layers 516, 517, 518 is formed. Here, the clad layer 517 has a low Al composition and acts as an etching stop layer described later. The clad layer 518 is processed into a stripe shape, thereby forming a stripe ridge in the p clad layer. A p-InGaAlP contact layer 519 and a p-GaAs contact layer 520 are formed on the cladding layer 518. An n-GaAs current blocking layer 521 is formed on the side surfaces of the double heterojunction structure and the contact layer 520. A p-GaAs contact layer 522 is formed on the contact layer 520 and the current blocking layer 521. A metal electrode 523 is deposited on the upper surface of the contact layer 522, and a metal electrode 524 is deposited on the lower surface of the substrate 511.

この構造では、電流狭窄はコンタクト層520と電流ブロック層521により行われ、光導波はストライプ状のメサに形成されたクラッド層518により行われる。なお、バッファ層513はGaAs上に形成するInGaAlP系結晶の品質向上のためである。また、コンタクト層(中間コンタクト層)519は、クラッド層518とコンタクト層520との間の電気抵抗の低減を目的とするものであり、コンタクト層520よりもバンドギャップが大きく、且つクラッド層518よりもバンドギャップが小さいものであればよい。   In this structure, the current confinement is performed by the contact layer 520 and the current blocking layer 521, and the optical waveguide is performed by the clad layer 518 formed in the striped mesa. The buffer layer 513 is for improving the quality of the InGaAlP-based crystal formed on GaAs. The contact layer (intermediate contact layer) 519 is intended to reduce the electrical resistance between the cladding layer 518 and the contact layer 520, has a larger band gap than the contact layer 520, and more than the cladding layer 518. As long as the band gap is small.

上記従来の半導体レーザ装置は、図15(a)〜図15(f)に示すような工程によって製造されている。   The conventional semiconductor laser device is manufactured by processes as shown in FIGS. 15 (a) to 15 (f).

まず、図15(a)に示すように、原料としてメタル系III族有機金属(トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム)と、V族水素化物(アルシン、ホスフィン)とを使用した大気圧未満の圧力下でのMOCVD法により、面方位(100)のn−GaAs基板511(Siドープ、3×1018cm-3)上に厚さ0.5μmのn−GaAs第一バッファ層512(Seドープ、3×1018cm-3)、厚さ0.5μmのn−InGaP第二バッファ層513(Seドープ、3×1018cm-3)、厚さ1.5μmのn−In0.5Ga0.2Al0.3P第一クラッド層514(Seドープ、1×1018cm-3)、厚さ0.1μmのIn0.5Ga0.5P活性層515、厚さ0.1μmのp−In0.5Ga0.2Al0.3P第二クラッド層516(Mgドープ、2×1018cm-3)、エッチング停止層として作用する厚さ0.02μmのp−In0.5Ga0.4Al0.1P第三クラッド層517(Mgドープ、2×1018cm-3)、厚さ1.4μmのp−In0.5Ga0.2Al0.3P第四クラッド層518(Mgドープ、2×1018cm-3)、中間コンタクト層としての厚さ0.01μmのp−In0.5Ga0.4Al0.1P第一コンタクト層519(Mgドープ、2×1018cm-3)及び厚さ0.5μmのp−GaAs第二コンタクト層520(Mgドープ、2×1018cm-3)を順次成長してダブルヘテロウエハを形成する。続いて、第二コンタクト層520上に、シランガスの熱分解と写真触刻により幅5μm、厚さ0.1μmのストライプ状にSiO2膜526を形成する。 First, as shown in FIG. 15A, a pressure less than atmospheric pressure using a metal group III organic metal (trimethylindium, trimethylgallium, trimethylaluminum) and a group V hydride (arsine, phosphine) as raw materials. An n-GaAs first buffer layer 512 (Se-doped, 0.5 μm thick) on an n-GaAs substrate 511 (Si-doped, 3 × 10 18 cm −3 ) having a plane orientation (100) by the MOCVD method below. 3 × 10 18 cm −3 ), 0.5 μm thick n-InGaP second buffer layer 513 (Se doped, 3 × 10 18 cm −3 ), 1.5 μm thick n-In 0.5 Ga 0.2 Al 0.3 P first cladding layer 514 (Se doped, 1 × 10 18 cm −3 ), 0.1 μm thick In 0.5 Ga 0.5 P active layer 515, 0.1 μm thick p-In 0.5 Ga 0.2 Al 0.3 P second layer Double clad 516 (Mg-doped, 2 × 10 18 cm -3) , a thickness of 0.02μm which acts as an etch stop layer p-In 0.5 Ga 0.4 Al 0.1 P third cladding layer 517 (Mg-doped, 2 × 10 18 cm - 3 ), p-In 0.5 Ga 0.2 Al 0.3 P fourth clad layer 518 (Mg-doped, 2 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 1.4 μm, p-In having a thickness of 0.01 μm as an intermediate contact layer 0.5 Ga 0.4 Al 0.1 P first contact layer 519 (Mg doped, 2 × 10 18 cm −3 ) and 0.5 μm thick p-GaAs second contact layer 520 (Mg doped, 2 × 10 18 cm −3 ) Are sequentially grown to form a double hetero wafer. Subsequently, a SiO 2 film 526 is formed in a stripe shape having a width of 5 μm and a thickness of 0.1 μm on the second contact layer 520 by thermal decomposition of silane gas and photolithography.

次いで、図15(b)に示すように、SiO2膜526をマスクとして用い、GaAs選択エッチャントにより第二コンタクト層520をエッチングして第一コンタクト層519を露出させ、幅3μmのGaAsのストライプ状メサ527を形成する。 Next, as shown in FIG. 15B, the SiO 2 film 526 is used as a mask, the second contact layer 520 is etched by a GaAs selective etchant to expose the first contact layer 519, and a GaAs stripe having a width of 3 μm is formed. A mesa 527 is formed.

次いで、図15(c)に示すように、GaAsストライプ状メサ527をマスクとして用い、InGaAlPの選択エッチャントにより、第三クラッド層517が露出するまで第一コンタクト層519及び第四クラッド層518をエッチングして、ストライプ状メサ528を形成する。   Next, as shown in FIG. 15C, using the GaAs stripe mesa 527 as a mask, the first contact layer 519 and the fourth cladding layer 518 are etched with a selective etchant of InGaAlP until the third cladding layer 517 is exposed. Thus, the striped mesa 528 is formed.

このウエハをGaAsの選択エッチャントにて処理することにより、第二コンタクト層520をエッチングしてその幅を狭くし、図15(d)に示す形状のストライプ状リッジ529を形成する。なお、GaAsの選択エッチャントは、28%アンモニア水、35%過酸化水素水および水を1:30:9の割合で混合したものであり、20℃にて使用する。また、InGaAlPの選択エッチャントは、硫酸或いはリン酸であり、40〜130℃の温度にて使用する。   By processing this wafer with a selective etchant of GaAs, the second contact layer 520 is etched to reduce its width, and a striped ridge 529 having the shape shown in FIG. 15D is formed. The selective etchant of GaAs is a mixture of 28% ammonia water, 35% hydrogen peroxide water and water in a ratio of 1: 30: 9, and is used at 20 ° C. The selective etchant of InGaAlP is sulfuric acid or phosphoric acid and is used at a temperature of 40 to 130 ° C.

次いで、トリメチルガリウムとアルシンを原料として使用した減圧下でのMOCVD法により、図14(e)に示すようにn−GaAs電流ブロック層521(Seドープ、5×1018cm-3)を厚さ0.5μm成長する。このとき、成長は希釈ホスフィンガスを導入しつつ700℃まで昇温した後、ホスフィンガス流をアルシンガス流に切り替え、約1秒間待機した後、トリメチルガリウム有機金属ガスを導入することにより行う。その結果、上記SiO2膜526上にはGaAsの成長は全く見られず、図15(e)に示す断面形状のウエハが得られる。 Next, by MOCVD under reduced pressure using trimethylgallium and arsine as raw materials, an n-GaAs current blocking layer 521 (Se doped, 5 × 10 18 cm −3 ) as shown in FIG. Grows 0.5 μm. At this time, the growth is performed by raising the temperature to 700 ° C. while introducing diluted phosphine gas, switching the phosphine gas flow to an arsine gas flow, waiting for about 1 second, and then introducing trimethylgallium organometallic gas. As a result, no growth of GaAs is observed on the SiO 2 film 526, and a wafer having a cross-sectional shape shown in FIG.

次いで、SiO2膜526を除去した後、図15(f)に示すように、MOCVD法により全面にp−GaAs第三コンタクト層522(Mgドープ、5×1018cm-3)を厚さ3μm成長する。その後、通常の電極工程により、第三コンタクト層522上にAu/Zn電極523を、基板511の下面にAu/Ge電極524を被着することによって、上記図14に示す構造のレーザ用ウエハを得ることができる。 Next, after removing the SiO 2 film 526, as shown in FIG. 15 (f), a p-GaAs third contact layer 522 (Mg doped, 5 × 10 18 cm −3 ) with a thickness of 3 μm is formed on the entire surface by MOCVD. grow up. Thereafter, the Au / Zn electrode 523 is deposited on the third contact layer 522 and the Au / Ge electrode 524 is deposited on the lower surface of the substrate 511 by a normal electrode process, whereby the laser wafer having the structure shown in FIG. Can be obtained.

このようにして作製されたリッジ埋め込み型の半導体レーザ装置は、前述のように低い発振閾値電流と高い信頼性を両立できるという特徴があり、DVD用の赤色光源として多用されている。   The ridge-embedded semiconductor laser device manufactured as described above has a feature that it is possible to achieve both low oscillation threshold current and high reliability as described above, and is widely used as a red light source for DVD.

しかしながら、このリッジ埋め込み型の半導体レーザ装置は、上述したように3回の結晶成長を行って製造されているため、製造コストが大きくなり、かつ工程数が多いために製造歩留りが低下しやすいという問題がある。
特開昭62−200786号公報
However, since this ridge-embedded semiconductor laser device is manufactured by performing crystal growth three times as described above, the manufacturing cost increases and the number of processes increases, so that the manufacturing yield tends to decrease. There's a problem.
JP-A-62-200786

そこで、この発明の課題は、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適し、その半導体レーザ装置の低発振閾値電流と高信頼性を両立しつつ、製造工程を大幅に削減し、製造歩留りを向上することができる化合物半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is suitable for configuring a semiconductor laser device that emits red laser light, while reducing both the low oscillation threshold current and high reliability of the semiconductor laser device, and greatly reducing the manufacturing process. An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of improving the manufacturing yield and a manufacturing method thereof.

また、この発明の課題は、そのような半導体レーザ装置を構成する化合物半導体装置を備えた光ディスク装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an optical disk device including a compound semiconductor device constituting such a semiconductor laser device.

上記課題を解決するため、この発明の化合物半導体装置は、
GaAs基板上に積層された、Pを含みAlを含まないIII−V族化合物半導体を結晶材料とする下地半導体層と、
P、AlおよびInを含むIII−V族化合物を結晶材料とし、かつ上記下地半導体層の表面上に形成されたストライプ状のリッジをなす直上半導体層と、
上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆する電極層とを備え、
上記下地半導体層のうち少なくとも上記電極層と接する部分の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止されるように1×1017cm-3以下に設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the compound semiconductor device of the present invention is
A base semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor containing P and not containing Al, which is laminated on a GaAs substrate,
A semiconductor layer immediately above that forms a stripe-shaped ridge formed on the surface of the base semiconductor layer using a III-V group compound containing P, Al and In as a crystal material;
An electrode layer covering a top and at least one side surface of the ridge, and an electrode layer covering a portion corresponding to a side of the ridge among the upper surface of the base semiconductor layer;
An impurity doping concentration that determines the conductivity type of at least a portion in contact with the electrode layer in the base semiconductor layer is 1 × 10 17 cm −3 or less so that current is blocked at the interface between the base semiconductor layer and the electrode layer. It is characterized by being set to.

ここで、「導電型」とはn型またはp型を指す。   Here, “conductivity type” refers to n-type or p-type.

「Pを含みAlを含まないIII−V族化合物半導体」とは例えばInGaPやInGaAsPであり、「P、AlおよびInを含むIII−V族化合物」とは例えばInGaAlPである(ただし、いずれも組成比を省略した表記である。)。   The “III-V group compound semiconductor containing P and not containing Al” is, for example, InGaP or InGaAsP, and the “III-V group compound containing P, Al, and In” is, for example, InGaAlP (however, the composition is all It is a notation in which the ratio is omitted.)

また、上記下地半導体層のうち上記電極層と接する部分だけでなく、上記下地半導体層の全域について、導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下に設定されていても良い。 Further, the impurity doping concentration for determining the conductivity type may be set to 1 × 10 17 cm −3 or less not only in the portion in contact with the electrode layer in the base semiconductor layer but also in the entire region of the base semiconductor layer. .

この発明の化合物半導体装置は、概略、GaAs基板上に下地半導体層、直上半導体層を順に結晶成長して積層し、直上半導体層をストライプ状のリッジをなすようにエッチング加工するとともにその側方に下地半導体層を露出させ、それらの上に電極層を形成することによって容易に作製され得る。このようにした場合、製造段階で結晶成長工程を1度で済ませることができる。したがって、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ装置を製造する場合に比して、大幅に製造工程が削減され、製造歩留りが向上する。したがって、この発明の化合物半導体装置およびそれを適用して構成された半導体レーザ装置は、低コストで作製される。   In the compound semiconductor device of the present invention, a base semiconductor layer and an immediately above semiconductor layer are generally grown on a GaAs substrate in order and stacked, and the immediately above semiconductor layer is etched so as to form a stripe-shaped ridge. It can be easily produced by exposing the underlying semiconductor layer and forming an electrode layer thereon. In this case, the crystal growth process can be completed once at the manufacturing stage. Therefore, as compared with the case of manufacturing a semiconductor laser device having a general ridge buried structure, the manufacturing process is greatly reduced, and the manufacturing yield is improved. Therefore, the compound semiconductor device of the present invention and the semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device are manufactured at low cost.

また、この発明の化合物半導体装置の電極層とGaAs基板との間に電流を流す場合、上記下地半導体層のうち上記電極層と接する部分の導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下に設定されているので、上記リッジの側方では上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止される。したがって、上記電極層と上記リッジの頂部との接合のみを通して電流が流すことができる。これにより、電流狭窄が行われる。したがって、結晶成長工程で、上記GaAs基板と下地半導体層との間にInGaAlP系の半導体層群(レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群)を積層しておくことにより、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を好適に構成することができる。 When a current is passed between the electrode layer of the compound semiconductor device of the present invention and the GaAs substrate, the doping concentration of the impurity that determines the conductivity type of the portion of the base semiconductor layer in contact with the electrode layer is 1 × 10 17 cm. Since it is set to −3 or less, current is blocked at the interface between the base semiconductor layer and the electrode layer on the side of the ridge. Therefore, current can flow only through the junction between the electrode layer and the top of the ridge. Thereby, current confinement is performed. Accordingly, in the crystal growth step, an InGaAlP-based semiconductor layer group (semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation) is stacked between the GaAs substrate and the underlying semiconductor layer, thereby red laser light. Can be suitably configured.

また、この発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置は、低発振閾値電流と高信頼性を両立することができる(後にデータを示して詳述する。)。   In addition, the semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device of the present invention can achieve both low oscillation threshold current and high reliability (details will be given later with data).

なお、上記半導体基板の、上記各層が積層された面とは反対側の面に、この面とオーミック接合をなす別の電極層が設けられるのが望ましい。これにより、上記二つの電極層間で上記活性層を含む半導体層群を通して容易に通電が行われ、レーザ発振が実現される。   In addition, it is desirable that another electrode layer that forms an ohmic junction with this surface is provided on the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the layers are stacked. As a result, energization is easily performed between the two electrode layers through the semiconductor layer group including the active layer, and laser oscillation is realized.

さらに、上記リッジが順メサ形状の断面を有するのが望ましい。その場合、この化合物半導体装置の製造段階で、上記リッジ上に電極層を例えば蒸着するだけで、上記電極層は上記リッジの頂部および側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を連なって被覆する状態になる。つまり、上記電極層が上記リッジの頂部と上記下地半導体層の上面との間で段切れすることがない。したがって、この発明の化合物半導体装置およびそれを適用して構成された半導体レーザ装置は、歩留りよくさらに安価で製造される。   Further, it is desirable that the ridge has a forward mesa-shaped cross section. In that case, at the manufacturing stage of the compound semiconductor device, for example, an electrode layer is simply deposited on the ridge, and the electrode layer is formed on the top and side surfaces of the ridge and on the side of the ridge among the top surface of the base semiconductor layer. The part corresponding to is continuously covered. That is, the electrode layer does not break between the top of the ridge and the top surface of the base semiconductor layer. Therefore, the compound semiconductor device of the present invention and the semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device are manufactured with a high yield and at a low cost.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジは、上記直上半導体層と、この直上半導体層上に順に積層されたInGaP層と、GaAs層とを含むことを特徴とする。   In one embodiment of the compound semiconductor device, the ridge includes the semiconductor layer immediately above, an InGaP layer sequentially stacked on the semiconductor layer directly above, and a GaAs layer.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記GaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度を或る値以上に設定してコンタクト層を構成することにより、上記リッジの頂部(コンタクト層)と電極層とがオーミック接合をなすように容易に設定できる。これにより、上記リッジの頂部と電極層との間の接触抵抗を低減できる。また、上記直上半導体層と上記GaAs層との間にInGaP層が設けられているので、上記直上半導体層と上記GaAs層との間で生じるエネルギーバンドオフセットに起因する抵抗値の増大を防止できる。したがって、素子抵抗を低減することができる。   In the compound semiconductor device of this embodiment, the top of the ridge (contact layer) and the electrode layer are formed by configuring the contact layer by setting the impurity doping concentration that determines the conductivity type of the GaAs layer to a certain value or more. Can be easily set to form an ohmic junction. Thereby, the contact resistance between the top of the ridge and the electrode layer can be reduced. Moreover, since the InGaP layer is provided between the semiconductor layer immediately above and the GaAs layer, an increase in resistance value due to an energy band offset generated between the semiconductor layer directly above and the GaAs layer can be prevented. Therefore, the element resistance can be reduced.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジは、さらに上記GaAs層上に積層されたInGaAs層を含むことを特徴とする。   In the compound semiconductor device according to one embodiment, the ridge further includes an InGaAs layer stacked on the GaAs layer.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記InGaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度を或る値以上に設定してコンタクト層を構成することにより、上記リッジの頂部(コンタクト層)と電極層とがオーミック接合をなすように容易に設定できる。これにより、上記リッジの頂部と電極層との間の接触抵抗を低減できる。そのことにより、上記リッジのストライプ幅をより狭めることが可能となる。その結果、この化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置の、発振閾値電流の低減やキンク発生出力の向上を図ることができる。   In the compound semiconductor device of this embodiment, the top of the ridge (contact layer) and the electrode layer are formed by configuring the contact layer by setting the impurity doping concentration that determines the conductivity type of the InGaAs layer to a certain value or more. Can be easily set to form an ohmic junction. Thereby, the contact resistance between the top of the ridge and the electrode layer can be reduced. As a result, the stripe width of the ridge can be further reduced. As a result, it is possible to reduce the oscillation threshold current and improve the kink generation output of the semiconductor laser device configured by applying this compound semiconductor device.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記直上半導体層をなす結晶材料が、InGaAlPまたはInGaAlAsPのいずれかからなることを特徴とする。   In a compound semiconductor device according to an embodiment, the crystal material forming the semiconductor layer immediately above is made of either InGaAlP or InGaAlAsP.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料が、InGaPまたはInGaAsPのいずれかからなることを特徴とする。   In the compound semiconductor device of one embodiment, the crystal material forming the base semiconductor layer is made of either InGaP or InGaAsP.

上記二つの実施形態によれば、上記下地半導体層と直上半導体層との間にエッチング選択性を持たせることができる。したがって、この化合物半導体装置の製造段階で、上記リッジを制御性よく簡便に形成することが可能となる。   According to the two embodiments, etching selectivity can be provided between the base semiconductor layer and the semiconductor layer immediately above. Therefore, the ridge can be easily formed with good controllability at the manufacturing stage of the compound semiconductor device.

一実施形態の化合物半導体装置は、上記下地半導体層の層厚が30Å以上であることを特徴とする。   In one embodiment of the compound semiconductor device, the base semiconductor layer has a thickness of 30 mm or more.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層の層厚が30Å以上であるから、この化合物半導体装置の製造段階における、直上半導体層をストライプ状のリッジをなすようにエッチング加工する工程で、深さ方向に関して上記下地半導体層でエッチングを停止させて、上記リッジの側方に下地半導体層を露出させることが容易になる。したがって、さらに上記リッジを制御性よく簡便に形成することができる。   In the compound semiconductor device according to this embodiment, since the layer thickness of the base semiconductor layer is 30 mm or more, in the manufacturing stage of the compound semiconductor device, the semiconductor layer immediately above is etched to form a striped ridge. Etching is stopped at the base semiconductor layer in the depth direction, and it becomes easy to expose the base semiconductor layer to the side of the ridge. Therefore, the ridge can be easily formed with good controllability.

一実施形態の化合物半導体装置は、上記下地半導体層の層厚が0.1μm以上0.4μm以下であることを特徴とする。   In a compound semiconductor device according to an embodiment, the thickness of the base semiconductor layer is 0.1 μm or more and 0.4 μm or less.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層の層厚が0.1μm以上であるから、上記下地半導体層のうち上記リッジの側方に相当する部分と電極層との界面で電流が十分に阻止される。したがって、電流ブロック層の再成長や、あるいは絶縁膜を挿入することなしに、電流狭窄が有効に行われる。また、上記下地半導体層の層厚が0.4μm以下であるから、上記電極層とGaAs基板との間で上記下地半導体層(のうち上記リッジ直下に相当する部分)を通して電流が流される場合に、実質的に素子抵抗が増大することはない。   In the compound semiconductor device according to this embodiment, since the layer thickness of the base semiconductor layer is 0.1 μm or more, current flows at the interface between the portion of the base semiconductor layer corresponding to the side of the ridge and the electrode layer. Sufficiently blocked. Therefore, current confinement is effectively performed without regrowth of the current blocking layer or insertion of an insulating film. Further, since the layer thickness of the base semiconductor layer is 0.4 μm or less, when a current flows between the electrode layer and the GaAs substrate through the base semiconductor layer (the portion corresponding to the portion immediately below the ridge). The device resistance does not increase substantially.

一実施形態の化合物半導体装置では、
上記GaAs基板と下地半導体層との間で上記下地半導体層の下面に接した位置に、この下地半導体層の導電型と同じ導電型を持ち、かつその導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下に設定された第二半導体層を備え、
上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が0.1μm以上0.4μm以下であることを特徴とする。
In the compound semiconductor device of one embodiment,
At a position in contact with the lower surface of the underlying semiconductor layer between the GaAs substrate and the underlying semiconductor layer, the doping concentration of an impurity having the same conductivity type as that of the underlying semiconductor layer and defining the conductivity type is 1 ×. A second semiconductor layer set to 10 17 cm −3 or less,
The total thickness of the base semiconductor layer and the second semiconductor layer is not less than 0.1 μm and not more than 0.4 μm.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記GaAs基板と下地半導体層との間で上記下地半導体層の下面に接した位置に設けられた第二半導体層は、下地半導体層の導電型と同じ導電型を持ち、かつその導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下に設定されているので、上記下地半導体層と同様に働く。したがって、上記下地半導体層の層厚が0.1μmに満たない場合であっても、上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が0.1μm以上であるから、十分な電流狭窄性が得られる。また、上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が0.4μm以下であるから、上記電極層とGaAs基板との間で上記下地半導体層と第二半導体層(のうち上記リッジ直下に相当する部分)を通して電流が流される場合に、実質的に素子抵抗が増大することはない。 In the compound semiconductor device of this embodiment, the second semiconductor layer provided between the GaAs substrate and the base semiconductor layer in contact with the lower surface of the base semiconductor layer has the same conductivity type as that of the base semiconductor layer. Since it has a mold and the doping concentration of the impurity that determines its conductivity type is set to 1 × 10 17 cm −3 or less, it functions in the same manner as the above-mentioned base semiconductor layer. Therefore, even when the layer thickness of the base semiconductor layer is less than 0.1 μm, the total thickness of the base semiconductor layer and the second semiconductor layer is 0.1 μm or more, so that a sufficient current confinement property is obtained. Is obtained. In addition, since the sum of the thicknesses of the base semiconductor layer and the second semiconductor layer is 0.4 μm or less, the base semiconductor layer and the second semiconductor layer (among the ridge just below the ridge) between the electrode layer and the GaAs substrate. In the case where a current is passed through a portion corresponding to (1), the element resistance does not substantially increase.

上記第二半導体層をなす結晶材料は、P、AlおよびInを含むIII−V族化合物であるのが望ましく、例えばInGaAlAsPであっても良い。   The crystal material forming the second semiconductor layer is preferably a III-V group compound containing P, Al, and In, and may be, for example, InGaAlAsP.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジに含まれた上記GaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が5×1018cm-3以上であることを特徴とする。 In one embodiment, the compound semiconductor device is characterized in that a doping concentration of impurities that determine a conductivity type of the GaAs layer included in the ridge is 5 × 10 18 cm −3 or more.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジに含まれた上記GaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が5×1018cm-3以上であるから、上記電極層とGaAs基板との間で電流が流される場合に、素子抵抗を十分に低減することができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。 In the compound semiconductor device of this embodiment, since the doping concentration of the impurity that determines the conductivity type of the GaAs layer included in the ridge is 5 × 10 18 cm −3 or more, it is between the electrode layer and the GaAs substrate. Thus, the element resistance can be sufficiently reduced when a current is applied. As a result, power consumption can be reduced.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジに含まれた上記InGaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が5×1018cm-3以上であることを特徴とする。 In one embodiment, the compound semiconductor device is characterized in that the doping concentration of impurities that determine the conductivity type of the InGaAs layer included in the ridge is 5 × 10 18 cm −3 or more.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記電極層直下のInGaAsからなる層のドーピング濃度が5×1018cm-3以上であるから、上記電極層とGaAs基板との間で電流が流される場合に、素子抵抗を十分に低減することができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。 In the compound semiconductor device of this embodiment, since the doping concentration of the InGaAs layer immediately below the electrode layer is 5 × 10 18 cm −3 or more, a current flows between the electrode layer and the GaAs substrate. In addition, the element resistance can be sufficiently reduced. As a result, power consumption can be reduced.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がInGaPからなり、このInGaPにおけるIII族元素中のGa組成比が0.367以上0.665以下であることを特徴とする。   In a compound semiconductor device according to an embodiment, the crystal material forming the base semiconductor layer is made of InGaP, and a Ga composition ratio in a group III element in the InGaP is 0.367 or more and 0.665 or less.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がInGaPからなり、このInGaPにおけるIII族元素中のGa組成比(In1-xGaxPと表したときのxの値)が0.367以上0.665以下であるから、上記下地半導体層の上下に形成された半導体層との界面における格子不整合によって生じる結晶性の悪化や、抵抗の増大が生じない。したがって、良好な素子特性を維持することができる。 In the compound semiconductor device of this embodiment, the crystal material forming the base semiconductor layer is made of InGaP, and the Ga composition ratio in the group III element in InGaP (value of x when expressed as In 1-x Ga x P) ) Is 0.367 or more and 0.665 or less, crystallinity deterioration and resistance increase caused by lattice mismatch at the interface with the semiconductor layer formed above and below the base semiconductor layer do not occur. Therefore, good element characteristics can be maintained.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がInGaAsPからなり、上記下地半導体層とGaAs基板との格子不整合率が±1.5%以下であることを特徴とする。ここで、格子不整合率が±1.5%以下であるとは、格子不整合率の絶対値が1.5%以下であることを意味する。   In a compound semiconductor device according to an embodiment, the crystal material forming the base semiconductor layer is made of InGaAsP, and a lattice mismatch rate between the base semiconductor layer and the GaAs substrate is ± 1.5% or less. Here, the lattice mismatch rate being ± 1.5% or less means that the absolute value of the lattice mismatch rate is 1.5% or less.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がInGaAsPからなり、上記下地半導体層とGaAs基板との格子不整合率が±1.5%以下であるから、上記下地半導体層の組成がInGaAsPの場合でも、結晶性の悪化や、抵抗の増大が生じない。したがって、良好な素子特性を維持することができる。   In the compound semiconductor device of this embodiment, the crystal material forming the base semiconductor layer is made of InGaAsP, and the lattice mismatch rate between the base semiconductor layer and the GaAs substrate is ± 1.5% or less. Even when the composition of the layer is InGaAsP, crystallinity is not deteriorated and resistance is not increased. Therefore, good element characteristics can be maintained.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記GaAs基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備えたことを特徴とする。   In a compound semiconductor device according to an embodiment, a semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation is provided between the GaAs substrate and the base semiconductor layer.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記GaAs基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備える。これにより、半導体レーザ装置が構成される。   In the compound semiconductor device of this embodiment, a semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation is provided between the GaAs substrate and the underlying semiconductor layer. Thereby, a semiconductor laser device is configured.

上記電極層とGaAs基板との間に通電されたとき、上記活性層は上記リッジがストライプ状に延びる方向に対して垂直な二つの端面間でレーザ発振を行うようになっているの
が望ましい。これにより、安定したレーザ発振が可能となる。
When energized between the electrode layer and the GaAs substrate, the active layer desirably oscillates between two end faces perpendicular to the direction in which the ridge extends in a stripe shape. Thereby, stable laser oscillation is possible.

また、上記GaAs基板と上記活性層との間の半導体層は第1導電型であり、上記活性層と電極層との間の半導体層は第2導電型であるのが望ましい。なお、「第1導電型」とはn型またはp型のうち一方の導電型を指し、「第2導電型」とはn型とp型のうち他方の導電型を指す。   The semiconductor layer between the GaAs substrate and the active layer is preferably a first conductivity type, and the semiconductor layer between the active layer and the electrode layer is preferably a second conductivity type. The “first conductivity type” refers to one conductivity type of n-type or p-type, and the “second conductivity type” refers to the other conductivity type of n-type and p-type.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状のリッジをなす直上半導体層の両脇の上記下地半導体層表面上に、上記リッジ以上の高さを有するストライプ状構造体をさらに有することを特徴とする。   The compound semiconductor device according to an embodiment further includes a stripe structure having a height equal to or higher than the ridge on the surface of the base semiconductor layer on both sides of the semiconductor layer immediately above the stripe ridge. To do.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジの両脇にリッジ以上の高さを有するストライプ状の構造体を有するために、リッジ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、リッジ部が破損したりすることを防止することができる。   In the compound semiconductor device according to this embodiment, a so-called junction in which an electrode provided on the ridge side is die-bonded to a stem or a heat dissipator in order to have a striped structure having a height higher than the ridge on both sides of the ridge. Even when down-type mounting is performed, the ridge portion can be prevented from being damaged.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記電極層は、さらに上記ストライプ状構造体上に形成されていることを特徴とする。   In one embodiment of the compound semiconductor device, the electrode layer is further formed on the stripe structure.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体上に上記電極層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と上記ストライプ状構造体上の電極層との間で容易に電気的な導通を取ることができるようになる。   In the compound semiconductor device according to this embodiment, since the electrode layer is formed on the stripe structure, the conductor of the stem and the radiator and the stripe structure are used in the junction down type mounting described above. It becomes possible to easily establish electrical continuity with the upper electrode layer.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、上記ストライプ状構造体と上記電極層との界面に絶縁体が挿入されていることを特徴とする。   In one embodiment of the compound semiconductor device, the stripe structure is formed of a semiconductor layer, and an insulator is inserted at the interface between the stripe structure and the electrode layer.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体と上記電極層との界面に絶縁体が挿入されているために、上記ストライプ状構造体を介して上記電極層から下地半導体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化合物半導体装置を提供することができる。   In the compound semiconductor device according to this embodiment, since an insulator is inserted at the interface between the stripe structure and the electrode layer, current flows from the electrode layer to the underlying semiconductor layer via the stripe structure. Does not flow. Therefore, it is possible to provide a compound semiconductor device having a low threshold current value without causing excessive leakage current.

ここで、上記絶縁体としては、SiOやSiNなどの無機絶縁体の他、有機樹脂などを好適に適用することができる。 Here, as the insulator, in addition to an inorganic insulator such as SiO 2 or SiN x , an organic resin or the like can be suitably applied.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、上記ストライプ状構造体の少なくとも頂部の上記電極層と接する半導体層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記ストライプ状構造体の頂部と電極層との界面で電流が阻止されるように1×1017cm-3以下に設定されていることを特徴とする。 In the compound semiconductor device according to one embodiment, the stripe structure includes a semiconductor layer, and the impurity doping concentration that determines the conductivity type of the semiconductor layer in contact with the electrode layer at least at the top of the stripe structure has the stripe structure. It is characterized by being set to 1 × 10 17 cm −3 or less so that current is blocked at the interface between the top of the structure and the electrode layer.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体の頂部であって上記電極層と接する半導体層のドーピング濃度を1×1017cm−3以下とすることによって、別途絶縁体等を設けることなく、上記電極層と上記ストライプ状構造体との界面で電流を遮断できるようになる。したがって、ジャンクションダウン型実装時のリッジ破損防止に効果のあるストライプ状構造体が低コストで形成可能となる。 In the compound semiconductor device of this embodiment, an insulator or the like is separately provided by setting the doping concentration of the semiconductor layer at the top of the stripe structure and in contact with the electrode layer to 1 × 10 17 cm −3 or less. Without interruption, the current can be cut off at the interface between the electrode layer and the stripe structure. Therefore, it is possible to form a stripe-shaped structure effective for preventing ridge breakage during junction down type mounting at low cost.

一実施形態の化合物半導体装置では、上記電極層は、上記ストライプ状構造体は、上記電極層上に形成された導電体であることを特徴とする。   In the compound semiconductor device according to one embodiment, the electrode layer is a conductor formed on the electrode layer, and the stripe structure is a conductor.

この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体は、上記電極層上に形成され、かつ導電体であることにより、ステムや放熱体と電極層との導通をとりつつ、リッジ部の破損を防止することができる。このとき、活性層で発生した熱をより効率的に外部に放出できる効果がある。さらに、電流遮断を行うための絶縁体やドーピング濃度が1×1017cm−3以下の半導体層を形成する必要がないため、製造工程がより簡略化でき、歩留ま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。 In the compound semiconductor device according to this embodiment, the stripe-shaped structure is formed on the electrode layer and is a conductor, so that the ridge portion of the ridge portion is made conductive with the stem or the heat radiating body and the electrode layer. Breakage can be prevented. At this time, there is an effect that the heat generated in the active layer can be released to the outside more efficiently. Furthermore, since it is not necessary to form an insulator for interrupting current or a semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less, the manufacturing process can be simplified, the yield can be improved, and the manufacturing cost can be reduced. An apparatus can be provided.

この発明の化合物半導体装置の製造方法は、
GaAs基板上に少なくとも、Pを含みAlを含まないIII−V族化合物半導体を結晶材料とし、かつ導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下である下地半導体層と、P、AlおよびInを含むIII−V族化合物を結晶材料とする直上半導体層とを順に積層する結晶成長工程と、
上記直上半導体層上にストライプ状のパターンを持つエッチングマスクを形成する工程と、
上記エッチングマスクを用いて上記直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去して、上記下地半導体層の表面上に上記直上半導体層からなるストライプ状のリッジを形成するとともに、上記下地半導体層のうち上記リッジの側方に相当する部分を露出させるエッチング工程と、
上記エッチングマスクを除去した後、上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆するように電極層を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする。
The method for manufacturing the compound semiconductor device of the present invention includes:
A base semiconductor layer having a doping concentration of an impurity defining a conductivity type of 1 × 10 17 cm −3 or less on a GaAs substrate using at least a group III-V compound semiconductor containing P and not containing Al as a crystal material; A crystal growth step of sequentially stacking a semiconductor layer directly on the crystal material of a group III-V compound containing Al and In;
Forming an etching mask having a stripe pattern on the semiconductor layer immediately above;
Using the etching mask, a portion corresponding to the side of the etching mask is removed by etching to form a stripe-shaped ridge made of the semiconductor layer directly on the surface of the underlying semiconductor layer. And an etching step of exposing a portion of the base semiconductor layer corresponding to the side of the ridge,
An electrode forming step of forming an electrode layer so as to cover a portion corresponding to the side of the ridge among the top and at least one side surface of the ridge and the upper surface of the base semiconductor layer after removing the etching mask; ,
It is characterized by including.

この発明の化合物半導体装置の製造方法によれば、上述の化合物半導体装置が容易に製造される。また、製造段階で結晶成長工程を1度で済ませることができるので、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ装置を製造する場合に比して、大幅に製造工程が削減され、製造歩留りが向上する。したがって、この発明の化合物半導体装置およびそれを適用して構成された半導体レーザ装置は、低コストで作製される。製造された化合物半導体装置では、上記リッジの側方では上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止される。   According to the method for manufacturing a compound semiconductor device of the present invention, the above-described compound semiconductor device is easily manufactured. In addition, since the crystal growth process can be completed once in the manufacturing stage, the manufacturing process is greatly reduced and the manufacturing yield is improved as compared with the case of manufacturing a semiconductor laser device having a general ridge buried structure. . Therefore, the compound semiconductor device of the present invention and the semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device are manufactured at low cost. In the manufactured compound semiconductor device, current is blocked at the interface between the base semiconductor layer and the electrode layer on the side of the ridge.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記エッチング工程における、上記下地半導体層に対するエッチング速度が、上記直上半導体層に対するエッチング速度よりも遅いことを特徴とする。   In the method for manufacturing a compound semiconductor device according to one embodiment, an etching rate for the base semiconductor layer in the etching step is slower than an etching rate for the semiconductor layer directly above.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去するとき、上記下地半導体層でエッチングを容易に停止させることができる。したがって、上記リッジを制御性よく簡便に形成することができる。   In the method of manufacturing a compound semiconductor device according to this embodiment, when the portion corresponding to the side of the etching mask is removed by etching in the semiconductor layer immediately above, the etching can be easily stopped at the base semiconductor layer. it can. Therefore, the ridge can be easily formed with good controllability.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にさらにInGaP層とGaAs層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記GaAs層、InGaP層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチング対象とし、このエッチングを、深さ方向に関して上記GaAs層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする。
In the method of manufacturing a compound semiconductor device according to one embodiment,
In the crystal growth step, an InGaP layer and a GaAs layer are further stacked in this order on the semiconductor layer immediately above,
In the etching step, a portion corresponding to the side of the etching mask among the GaAs layer, InGaP layer, and the semiconductor immediately above is subjected to etching, and this etching is performed from the upper surface side of the GaAs layer with respect to the depth direction. It is characterized in that it is carried out by a dry etching method until the middle of the layer, and then by a wet etching method from the middle of the semiconductor layer immediately above until the underlying semiconductor layer is exposed.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、乾式エッチング法によりエッチングを行う間、横方向へのエッチング進行を比較的少なくできる。したがって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。   According to the method of manufacturing a compound semiconductor device of this embodiment, the etching progress in the lateral direction can be relatively reduced while etching is performed by the dry etching method. Therefore, the ridge can be easily formed in a forward mesa shape with good controllability.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記乾式エッチング法および湿式エッチング法によるエッチング後に、上記直上半導体層とGaAs層の側面の間から側方へ突出する態様で残ったInGaP層の端部を、超音波を加えた純水洗浄によって除去する工程とを含むことを特徴とする。   In one embodiment of the compound semiconductor device manufacturing method, after etching by the dry etching method and the wet etching method, the end portion of the InGaP layer remaining in a manner protruding sideways from between the side surfaces of the semiconductor layer immediately above and the GaAs layer And a step of removing by cleaning with pure water to which ultrasonic waves are applied.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、上記直上半導体層とGaAs層の側面の間から側方へ突出する態様で残ったInGaP層の端部が、超音波を加えた純水洗浄によって除去される。したがって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。   According to the method for manufacturing a compound semiconductor device of this embodiment, the end portion of the InGaP layer remaining in a mode of projecting laterally from between the side surfaces of the semiconductor layer immediately above and the GaAs layer is pure water to which ultrasonic waves are applied. Removed by washing. Therefore, the ridge can be easily formed in a forward mesa shape with good controllability.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記InGaP層の層厚が0.1μm以下であることを特徴とする。   A method for manufacturing a compound semiconductor device according to an embodiment is characterized in that the InGaP layer has a thickness of 0.1 μm or less.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、上記InGaP層の層厚が0.1μm以下であるから、上記直上半導体層とGaAs層との間に側方へ突出する態様で残ったInGaP層の端部が、超音波を加えた純水洗浄によって容易に除去される。   According to the method of manufacturing a compound semiconductor device of this embodiment, since the thickness of the InGaP layer is 0.1 μm or less, it remains in a mode in which it protrudes laterally between the semiconductor layer directly above and the GaAs layer. The edge of the InGaP layer is easily removed by pure water cleaning with ultrasonic waves.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記純水洗浄に加える超音波の振動数が20kHz乃至350kHzであることを特徴とする。   In one embodiment of the method for manufacturing a compound semiconductor device, the frequency of ultrasonic waves applied to the pure water cleaning is 20 kHz to 350 kHz.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、上記純水洗浄に加える超音波の振動数が20kHz乃至350kHzであるから、純水中に破壊的なキャビテーションがランダムに発生して、上記直上半導体層とGaAs層との間に側方へ突出する態様で残ったInGaP層の端部がさらに容易に除去される。   According to the method of manufacturing a compound semiconductor device of this embodiment, since the frequency of ultrasonic waves applied to the pure water cleaning is 20 kHz to 350 kHz, destructive cavitation occurs in pure water at random, and The end portion of the InGaP layer remaining in a manner protruding sideways between the semiconductor layer immediately above and the GaAs layer is further easily removed.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にこの直上半導体層よりもIII族元素中のAl混晶比が小さいようなInGaAlP層と、GaAs層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記GaAs層、InGaAlP層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去するとともに、このエッチングを、深さ方向に関して上記GaAs層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする。
A method of manufacturing a compound semiconductor device according to one embodiment includes:
In the crystal growth step, an InGaAlP layer having a smaller Al mixed crystal ratio in the group III element than the semiconductor layer immediately above and a GaAs layer are stacked in this order on the semiconductor layer directly above.
In the etching step, the portion corresponding to the side of the etching mask is removed by etching from the GaAs layer, InGaAlP layer, and immediately above semiconductor layer, and this etching is performed from the upper surface side of the GaAs layer in the depth direction. It is characterized in that it is carried out by a dry etching method halfway up the semiconductor layer immediately above, and then carried out by a wet etching method until the base semiconductor layer is exposed from the middle of the semiconductor layer directly above.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、乾式エッチング法によりエッチングを行う間、湿式エッチング法による場合に比して、横方向へのエッチング進行を比較的少なくできる。したがって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。   According to the method for manufacturing a compound semiconductor device of this embodiment, the etching progress in the lateral direction can be relatively reduced during the etching by the dry etching method as compared with the case by the wet etching method. Therefore, the ridge can be easily formed in a forward mesa shape with good controllability.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記乾式エッチング法で用いるエッチングガスが、塩素系ガスであることを特徴とする。   In one embodiment of the method for manufacturing a compound semiconductor device, the etching gas used in the dry etching method is a chlorine-based gas.

ここで「塩素系ガス」とは、塩素または塩素化合物を含むガスを意味する。   Here, “chlorine-based gas” means a gas containing chlorine or a chlorine compound.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、乾式エッチング法によりエッチングを行う間、エッチングガスとして塩素系ガスを用いるので、横方向へのエッチング進行を殆ど無くすことができる。この結果、乾式エッチング法によるエッチングの終了時点で、上記エッチングマスクの直下に残される半導体層の側面が基板面に対してほぼ垂直になる。したがって、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法によりエッチングを行うことによって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。   In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to this embodiment, since the chlorine-based gas is used as the etching gas during the etching by the dry etching method, the etching progress in the lateral direction can be almost eliminated. As a result, when the etching by the dry etching method is completed, the side surface of the semiconductor layer left immediately below the etching mask becomes almost perpendicular to the substrate surface. Therefore, the ridge can be easily formed in a forward mesa shape with good controllability by performing etching by a wet etching method from the middle of the semiconductor layer immediately above until the underlying semiconductor layer is exposed.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記塩素系ガスに不活性ガスが添加されていることを特徴とする。   In one embodiment of the method for manufacturing a compound semiconductor device, an inert gas is added to the chlorine-based gas.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記塩素系ガスに不活性ガスが添加されているので、乾式エッチング法によりエッチングを行う際に、上記エッチングマスクの直下に残される半導体層の側面の荒れが防止される。   In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to this embodiment, since the inert gas is added to the chlorine-based gas, the side surface of the semiconductor layer left immediately below the etching mask when etching is performed by a dry etching method. Roughness is prevented.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記湿式エッチング法で用いるエッチャントが、過酸化水素水にリン酸または硫酸を加えた混合水溶液であることを特徴とする。   In one embodiment of the method of manufacturing a compound semiconductor device, the etchant used in the wet etching method is a mixed aqueous solution in which phosphoric acid or sulfuric acid is added to hydrogen peroxide.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記湿式エッチング法で用いるエッチャントが、過酸化水素水にリン酸または硫酸を加えた混合水溶液であるから、順メサ形状にするための異方性エッチングを好適に行うことができ、極めて簡略に順メサ形状のリッジを形成することができる。   In the method of manufacturing a compound semiconductor device according to this embodiment, since the etchant used in the wet etching method is a mixed aqueous solution in which phosphoric acid or sulfuric acid is added to hydrogen peroxide, anisotropy for forming a normal mesa shape Etching can be suitably performed, and a forward mesa-shaped ridge can be formed very simply.

一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記結晶成長工程で、上記GaAs基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を積層することを特徴とする。   In one embodiment of the method of manufacturing a compound semiconductor device, the crystal growth step includes stacking a semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation between the GaAs substrate and the underlying semiconductor layer. To do.

この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、半導体レーザ装置が製造される。   According to the compound semiconductor device manufacturing method of this embodiment, a semiconductor laser device is manufactured.

この発明の光ディスク装置は、本発明の化合物半導体装置であって、上記GaAs基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備えたものを有することを特徴とする。つまり、この発明の光ディスク装置は、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置を備える。   An optical disk device according to the present invention is a compound semiconductor device according to the present invention having a semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation between the GaAs substrate and the underlying semiconductor layer. Features. In other words, the optical disc apparatus of the present invention includes a semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device of the present invention.

上述のように、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置は、低発振閾値電流と高信頼性を両立できるので、この発明の光ディスク装置は、データを高速に読み書きできるとともに、長期信頼性を実現できる。また、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置は、安価に製造されるので、この発明の光ディスク装置も安価に製造される。   As described above, since the semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device of the present invention can achieve both low oscillation threshold current and high reliability, the optical disk device of the present invention can read and write data at high speed. Long-term reliability can be realized. Further, since the semiconductor laser device configured by applying the compound semiconductor device of the present invention is manufactured at a low cost, the optical disk device of the present invention is also manufactured at a low cost.

この発明の化合物半導体装置は、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適し、その半導体レーザ装置の低発振閾値電流と高信頼性を両立しつつ、製造工程を大幅に削減し、製造歩留りを向上することができる。   The compound semiconductor device of the present invention is suitable for constructing a semiconductor laser device that emits red laser light, and achieves both low oscillation threshold current and high reliability of the semiconductor laser device, while greatly reducing the manufacturing process, The production yield can be improved.

また、この発明の化合物半導体装置の製造方法によれば、そのような化合物半導体装置を、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ装置を製造する場合に比して大幅に削減された製造工程で、製造歩留り良く製造でき、したがって安価に製造できる。   Further, according to the method for manufacturing a compound semiconductor device of the present invention, such a compound semiconductor device can be manufactured by a manufacturing process greatly reduced as compared with the case of manufacturing a semiconductor laser device having a general ridge buried structure. It can be manufactured with a good production yield, and therefore can be manufactured at low cost.

さらに、本発明の光ディスク装置は、データを高速に読み書きできるとともに、長期信頼性を実現でき、また、安価に製造される。   Furthermore, the optical disc apparatus of the present invention can read and write data at high speed, realize long-term reliability, and is manufactured at low cost.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

〔第1実施形態〕
図1は、この発明の化合物半導体装置を適用して構成された第1実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図であり、図2はその半導体レーザ装置の斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser device according to a first embodiment configured by applying the compound semiconductor device of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser device.

この半導体レーザ装置は、n−GaAs基板101上に、n−In0.5Ga0.5Pバッファ層102、n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P下クラッド層103、多重量子井戸活性層104、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第一上クラッド層105、第二半導体層としてのp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第二上クラッド層106、および下地半導体層としてのp−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層107が順次積層されている。上記多重量子井戸活性層104は、In0.5Ga0.5P量子井戸層(歪0.22%、層厚50Å、4層)とIn0.5(Ga0.5Al0.50.5Pバリア層(基板側から層厚500Å、50Å3層、500Å)を交互に配置して形成されている。また、上記p−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層107上に、順メサストライプ形状のリッジ130をなすように、直上半導体層としてのp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層108、InGaP層としてのp−In0.5Ga0.5P中間層109、およびGaAs層としてのp+−GaAsコンタクト層110が設けられている。さらに、リッジ130の頂部、側面部、およびエッチストップ層107の上面(リッジ130の直下を除いた、リッジ130の側方に相当する部分。)を連なって被覆する態様で、電極層として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111が設けられている。なお、111a、111b、111cがそれぞれ、上記リッジ130の頂部、側面部、エッチストップ層107の上面を被覆する部分(これを適宜「電極部分」と呼ぶ。)を表している。電極部分111aとリッジ130の頂部(コンタクト層110)との間のコンタクト抵抗は十分に低い値(1×10-6Ωcm2)になっている。一方、電極部分111cとエッチストップ層107とがなす界面は、図1において下向きの電流を阻止する機能を有している。また、基板101の裏面側には、別の電極層として、AuGe/Ni/Auからなる多層金属薄膜からなるn側電極112が形成されている。図2に示すように、この半導体レーザ装置は、所望の共振器長を有するチップサイズに分割されており、リッジ130のストライプ方向に垂直な両端面に反射膜(不図示)がコーティングされている。これにより、InGaAlP系の赤色半導体レーザ装置が構成されている。 In this semiconductor laser device, an n-In 0.5 Ga 0.5 P buffer layer 102, an n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P lower cladding layer 103, a multiple quantum well active layer 104, p -In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P first upper cladding layer 105, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P second upper cladding layer 106 as the second semiconductor layer, and p as the underlying semiconductor layer The -In 0.5 Ga 0.5 P etch stop layer 107 is sequentially stacked. The multiple quantum well active layer 104 includes an In 0.5 Ga 0.5 P quantum well layer (strain 0.22%, layer thickness 50 mm, 4 layers) and an In 0.5 (Ga 0.5 Al 0.5 ) 0.5 P barrier layer (layer thickness from the substrate side). 500 Å, 50 Å 3 layers, 500 Å) are alternately arranged. Further, a p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding as a semiconductor layer immediately above the p-In 0.5 Ga 0.5 P etch stop layer 107 so as to form a forward mesa stripe-shaped ridge 130. A layer 108, a p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate layer 109 as an InGaP layer, and a p + -GaAs contact layer 110 as a GaAs layer are provided. Further, the top and side portions of the ridge 130 and the upper surface of the etch stop layer 107 (the portion corresponding to the side of the ridge 130 excluding the portion directly below the ridge 130) are continuously covered, and Ti / A p-side electrode 111 made of a multilayer metal thin film formed by stacking Pt / Au layers is provided. Note that 111a, 111b, and 111c represent portions that cover the top and side portions of the ridge 130 and the upper surface of the etch stop layer 107 (this is appropriately referred to as an “electrode portion”). The contact resistance between the electrode portion 111a and the top of the ridge 130 (contact layer 110) has a sufficiently low value (1 × 10 −6 Ωcm 2 ). On the other hand, the interface formed between the electrode portion 111c and the etch stop layer 107 has a function of blocking a downward current in FIG. An n-side electrode 112 made of a multilayer metal thin film made of AuGe / Ni / Au is formed on the back side of the substrate 101 as another electrode layer. As shown in FIG. 2, this semiconductor laser device is divided into chip sizes having a desired resonator length, and reflection films (not shown) are coated on both end faces of the ridge 130 perpendicular to the stripe direction. . Thus, an InGaAlP red semiconductor laser device is configured.

この半導体レーザ装置は、次のようにして作製される。   This semiconductor laser device is manufactured as follows.

まず、図3中に示すn−GaAs基板101の(100)面の全域に、n−In0.5Ga0.5Pバッファ層102(層厚:0.25μm、Siドーピング濃度:1×1018cm-3)、n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P下クラッド層103(層厚:1.2μm、Siドーピング濃度:1×1018cm-3)、多重量子井戸活性層104、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第一上クラッド層105(層厚:0.2μm、Beドーピング濃度:1×1018cm-3)、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第二上クラッド層106(層厚:0.1μm、Beドーピング濃度:1×1017cm-3)、p−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層107(層厚:50Å、Beドーピング濃度:1×1017cm-3)、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層108(層厚:1.2μm、Beドーピング濃度:1.3×1018cm-3)、p−In0.5Ga0.5P中間層109(層厚:500Å、Beドーピング濃度:7×1018cm-3)、p+−GaAsコンタクト層110(層厚:0.3μm、Beドーピング濃度:2×1019cm-3)を順次、MBE法(分子線エピタキシ法)にて結晶成長させる(結晶成長工程)。 First, an n-In 0.5 Ga 0.5 P buffer layer 102 (layer thickness: 0.25 μm, Si doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 is formed on the entire (100) plane of the n-GaAs substrate 101 shown in FIG. ), N-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P lower cladding layer 103 (layer thickness: 1.2 μm, Si doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), multiple quantum well active layer 104, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P first upper cladding layer 105 (layer thickness: 0.2 μm, Be doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P second upper cladding layer 106 (thickness: 0.1 [mu] m, Be doping concentration: 1 × 10 17 cm -3) , p-In 0.5 Ga 0.5 P etching stop layer 107 (thickness: 50 Å, Be doping concentration: 1 × 10 17 cm -3 ), p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding layer 108 (layer thickness: 1.2 μm, Be doping concentration: 1.3 × 10 18 cm −3 ), p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate layer 109 (layer thickness: 500 μm, Be doping concentration) : 7 × 10 18 cm −3 ), p + -GaAs contact layer 110 (layer thickness: 0.3 μm, Be doping concentration: 2 × 10 19 cm −3 ) successively by MBE method (molecular beam epitaxy method) Crystal growth is performed (crystal growth process).

次に、リッジ130を形成すべき領域(図1参照)上に、エッチングマスクとしてのレジストマスク113(マスク幅3.5μm)をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク113は、形成すべきリッジ130が延びる方向に対応して、<0−11>方向にストライプ状に延びるように形成される。   Next, a resist mask 113 (mask width 3.5 μm) as an etching mask is formed on a region (see FIG. 1) where the ridge 130 is to be formed by a photolithography process. The resist mask 113 is formed so as to extend in a stripe shape in the <0-11> direction corresponding to the direction in which the ridge 130 to be formed extends.

次に、図3〜図5に示すように、半導体層110、109、108のうちレジストマスク113の側方に相当する部分をエッチングして除去する(エッチング工程)。   Next, as shown in FIGS. 3 to 5, portions of the semiconductor layers 110, 109, 108 corresponding to the sides of the resist mask 113 are removed by etching (etching process).

具体的には、このエッチング工程では、まず図3に示すように、深さ方向に関してp+−GaAsコンタクト層110の上面側からp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層108の途中まで乾式(ドライ)エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチングガスとして、Cl2とBCl3の1:1混合ガスを用い、それに不活性ガスとしてArガスを添加した。ドライエッチング時の圧力は10mTorrとした。エッチングガスとして塩素系ガスを用いているので、横方向へのエッチング進行を殆ど無くすことができ、この結果、このドライエッチングの終了時点で、レジストマスク113の直下に残される半導体層110、109、108の側面Vが基板面に対してほぼ垂直な形状になる。 Specifically, in this etching step, as shown in FIG. 3, first, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding layer from the upper surface side of the p + -GaAs contact layer 110 in the depth direction. Etching is performed by a dry etching method until the middle of 108. In this example, a 1: 1 mixed gas of Cl 2 and BCl 3 was used as an etching gas, and Ar gas was added as an inert gas. The pressure during dry etching was 10 mTorr. Since a chlorine-based gas is used as an etching gas, the progress of etching in the lateral direction can be almost eliminated, and as a result, the semiconductor layers 110, 109, The side surface 108 of 108 becomes a shape substantially perpendicular to the substrate surface.

続いて、図4に示すように、深さ方向に関してp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層108の途中からp−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層107が露出するまで湿式エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチャントとして、リン酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いる。この結果、p+−GaAsコンタクト層110およびp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層108の側面Sが基板面に対して斜面をなす形状(順メサ)となる。一方、p−In0.5Ga0.5P中間層109はエッチングされず、その端部109bは、上下の層110、108の側面Sから側方へ突出する態様で残る。 Subsequently, as shown in FIG. 4, until the p-In 0.5 Ga 0.5 P etch stop layer 107 is exposed from the middle of the p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding layer 108 in the depth direction. Etching is removed by a wet etching method. In this example, a mixed aqueous solution of phosphoric acid and hydrogen peroxide is used as the etchant. As a result, the side surface S of the p + -GaAs contact layer 110 and the p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding layer 108 has a shape (forward mesa) that forms an inclined surface with respect to the substrate surface. On the other hand, the p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate layer 109 is not etched, and its end 109 b remains in a manner protruding sideways from the side surface S of the upper and lower layers 110 and 108.

続いて、図5に示すように、超音波を加えた純水洗浄を行って、p−In0.5Ga0.5P中間層109の端部109bを除去する。これにより、斜面130bを両側に有する順メサ形状のリッジ130を形成する。この時、純水洗浄に加える超音波は、ウルトラソニック帯(20KHz〜350kHz)である。この後、レジストマスク113を除去する。 Subsequently, as shown in FIG. 5, pure water cleaning with ultrasonic waves is performed to remove the end 109 b of the p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate layer 109. Thus, a forward mesa-shaped ridge 130 having slopes 130b on both sides is formed. At this time, the ultrasonic wave applied to the pure water cleaning is an ultrasonic band (20 KHz to 350 kHz). Thereafter, the resist mask 113 is removed.

続いて、図6に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、表面側にp側電極111としてTi(層厚:1000Å)/Pt(層厚:500Å)/Au(層厚:3000Å)の順に金属薄膜を積層形成する(電極形成工程)。   Subsequently, as shown in FIG. 6, Ti (layer thickness: 1000 Å) / Pt (layer thickness: 500 Å) / Au (layer thickness: 3000 と し て) is used as the p-side electrode 111 on the surface side by using an electron beam evaporation method. A metal thin film is formed in order (electrode formation process).

続いて、図1に示したように、n−GaAs基板101を裏面側から所望の厚さに研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極112としてAuGe(層厚:1500Å)/Ni(層厚:150Å)/Au(層厚:3000Å)の順に金属薄膜を積層形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 1, the n-GaAs substrate 101 is ground to a desired thickness from the back surface side. Then, a metal thin film is laminated and formed in the order of AuGe (layer thickness: 1500 Å) / Ni (layer thickness: 150 Å) / Au (layer thickness: 3000 Å) as the n-side electrode 112 using a resistance heating vapor deposition method from the back side.

その後、N2またはH2雰囲気中で1分間、390℃に加熱して、電極材料の合金化処理を行う。これで半導体レーザ装置が得られる。 Thereafter, the electrode material is alloyed by heating to 390 ° C. for 1 minute in an N 2 or H 2 atmosphere. Thus, a semiconductor laser device is obtained.

なお、超音波を加えた純水洗浄は、レジストマスク113を除去した後に行ってもよい。   Note that pure water cleaning with ultrasonic waves may be performed after the resist mask 113 is removed.

本実施形態においては、InGaAlP系の半導体レーザ装置を例にとって説明しているが、本発明はこれに限るものではなく、InGaAlP系材料を用いる他の化合物半導体装置に適用できることは言うまでも無い。   In the present embodiment, an InGaAlP-based semiconductor laser device has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention can be applied to other compound semiconductor devices using InGaAlP-based materials.

本実施形態のInGaAlP系赤色半導体レーザ装置は、上述したように結晶成長工程が一度であるという特徴を有する。このため、3回の結晶成長を経て製造される従来のリッジ埋め込み型のInGaAlP系赤色半導体レーザ装置に比べて、圧倒的に製造コストを削減でき、またプロセス工程数が少ないために、歩留りが向上するという効果がある。したがって、本実施形態の半導体レーザ装置は安価に製造される。   The InGaAlP red semiconductor laser device according to the present embodiment has a feature that the crystal growth process is performed once as described above. Therefore, compared to the conventional ridge-embedded InGaAlP-based red semiconductor laser device manufactured through three crystal growths, the manufacturing cost can be significantly reduced, and the number of process steps is reduced, so the yield is improved. There is an effect of doing. Therefore, the semiconductor laser device of this embodiment is manufactured at low cost.

上述の半導体レーザ装置においては、動作時にp側電極111とn側電極112との間に通電されるとき、リッジ130の頂部を覆う電極部分111aおよびリッジ130の側面部を覆う電極部分111bの一部からのみ電流注入が行われ、p−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層107を覆う電極部分111cからは電流が注入されない。このような公知の電流ブロック層の機能に相当する電流狭窄を実現しつつ、素子抵抗を悪化させず、さらに長期信頼性をも有する半導体レーザ装置を提供するためには、以下に説明するような構成を有することが重要である。 In the above-described semiconductor laser device, when energized between the p-side electrode 111 and the n-side electrode 112 during operation, the electrode portion 111a that covers the top of the ridge 130 and the electrode portion 111b that covers the side surface of the ridge 130 are provided. Current is injected only from the portion, and no current is injected from the electrode portion 111 c covering the p-In 0.5 Ga 0.5 P etch stop layer 107. In order to provide a semiconductor laser device that realizes current confinement corresponding to the function of such a known current blocking layer, does not deteriorate element resistance, and has long-term reliability, the following will be described. It is important to have a configuration.

まず、電流をブロックしたい領域(リッジ130の側方でp側電極111と接する部分)の半導体層の不純物(この例ではp型不純物)ドーピング濃度を1×1017cm-3以下にすることが肝要である。半導体レーザ装置では、後述するように、発振させたレーザ光が吸収されないよう、ごく薄い(300Å以下)エッチストップ層を用いる。その場合、その直下の半導体層(この例では第二上クラッド層106)のドーピング濃度も1×1017cm-3以下である必要がある。図7に、電流をブロックしたい領域のドーピング濃度を1×1017cm-3と1×1018cm-3で作り比べた時の、電流狭窄性および通電安定性の比較グラフを示す。この第1実施形態の半導体レーザ装置において、発振動作時の電圧は+2V前後(この例では2.17V)であったが、その時のリーク電流は、図7から分かるように、1×1017cm-3ドーピングの場合、2×10-4A程度であり、複数回(この例では5回)通電しても、リーク電流値に変化はなかった。一方、1×1018cm-3ドーピングの場合は、+2Vにおける初期(通電1回目)のリーク電流値は17乗ドーピング時の約100倍であり、通電を重ねると(通電2回目)、さらに10倍以上増大してしまった。以上のように、低ドーピング濃度半導体層(この例ではエッチストップ層107および第二上クラッド層106に相当する。以下同様。)のドーピング濃度は、1×1017cm-3以下が望ましい。また、この時、上記低ドーピング濃度半導体層は、およそ0.1μm以上の層厚が無いと十分な電流狭窄を行うことができない。さらに、通電領域(ストライプ内)の素子抵抗の悪化を防止するために、上記低ドーピング濃度半導体層の層厚は、厚くても0.4μm以下としなければならない。このような構成とすることで長期通電時にも安定した電流狭窄性を得ることが可能となる。また、所望の光学設計を実現し、かつ素子抵抗を低減するために、上記低ドーピング濃度半導体層の直下には、それより高ドーピングの上クラッド層(この例では第一上クラッド層105)を有することが望ましい。光学設計から要求される上クラッド層の厚みの調整は、その高ドーピングの上クラッド層で行う。同時に、電流注入領域の抵抗を低減するために、リッジ130の頂部を形成するp+−GaAsコンタクト層110の不純物ドーピング濃度は、5×1018cm-3以上とする。このような条件下で、その上にノンアロイ系電極材料(Ti/Pt/Au)からなるp側電極111を形成すると、p側電極111とコンタクト層110との間のコンタクト抵抗は、十分低い値(1×10-6Ωcm2)を実現でき、微小なストライプ構造に対しても良好な電流注入を行うことができる。さらに、リッジ130の頂部からリッジ130の側方へ電極を引き出すためには、逆メサ形状では何らかの手段を使ってメサ段差を解消させる必要があるが、本実施形態のようにリッジ130が順メサ形状になっていれば、そういった別手段を講じずとも、リッジ130の側方の相対的に広くて、強度が高い領域上で外部回路への電気的接続を行うことができるようになる。 First, the impurity concentration (p-type impurity in this example) of the semiconductor layer in the region where current is to be blocked (the portion in contact with the p-side electrode 111 on the side of the ridge 130) is set to 1 × 10 17 cm −3 or less. It is essential. In the semiconductor laser device, as will be described later, an extremely thin (300 mm or less) etch stop layer is used so that the oscillated laser beam is not absorbed. In that case, the doping concentration of the semiconductor layer immediately below it (second upper cladding layer 106 in this example) also needs to be 1 × 10 17 cm −3 or less. FIG. 7 shows a comparison graph of current confinement property and current supply stability when the doping concentration of the region where current is desired to be blocked is made at 1 × 10 17 cm −3 and 1 × 10 18 cm −3 . In the semiconductor laser device of the first embodiment, the voltage during the oscillation operation was around +2 V (2.17 V in this example), but the leakage current at that time is 1 × 10 17 cm as can be seen from FIG. In the case of −3 doping, it was about 2 × 10 −4 A, and the leakage current value did not change even when the current was applied multiple times (in this example, 5 times). On the other hand, in the case of 1 × 10 18 cm −3 doping, the initial leakage current value at +2 V (first energization) is about 100 times that of the 17th power doping, and when energization is repeated (second energization), further 10 It has increased more than twice. As described above, the doping concentration of the low doping concentration semiconductor layer (corresponding to the etch stop layer 107 and the second upper cladding layer 106 in this example; the same applies hereinafter) is desirably 1 × 10 17 cm −3 or less. At this time, the low doping concentration semiconductor layer cannot perform sufficient current confinement unless the layer thickness is about 0.1 μm or more. Furthermore, in order to prevent deterioration of the element resistance in the energized region (in the stripe), the thickness of the low doping concentration semiconductor layer must be 0.4 μm or less even if it is thick. By adopting such a configuration, it is possible to obtain a stable current constriction property even during long-term energization. Further, in order to realize a desired optical design and reduce the element resistance, an upper cladding layer (in this example, the first upper cladding layer 105) having a higher doping is provided immediately below the low doping concentration semiconductor layer. It is desirable to have. Adjustment of the thickness of the upper cladding layer required from the optical design is performed in the upper cladding layer of the high doping. At the same time, in order to reduce the resistance of the current injection region, the impurity doping concentration of the p + -GaAs contact layer 110 forming the top of the ridge 130 is set to 5 × 10 18 cm −3 or more. When the p-side electrode 111 made of a non-alloy electrode material (Ti / Pt / Au) is formed thereon under such conditions, the contact resistance between the p-side electrode 111 and the contact layer 110 is a sufficiently low value. (1 × 10 −6 Ωcm 2 ) can be realized, and good current injection can be performed even for a fine stripe structure. Further, in order to draw the electrode from the top of the ridge 130 to the side of the ridge 130, it is necessary to eliminate the mesa step using some means in the inverted mesa shape, but the ridge 130 is a forward mesa as in this embodiment. If it has a shape, it is possible to make an electrical connection to an external circuit on a relatively wide and high-strength region on the side of the ridge 130 without taking such another means.

なお、本実施形態のようにp側電極111から活性層104までの距離が2μm程度以下の場合、p側電極材料として一般的に用いられているAuZnは、意図しないZnの拡散を考えて、使用しないほうがよい。   In addition, when the distance from the p-side electrode 111 to the active layer 104 is about 2 μm or less as in the present embodiment, AuZn generally used as the p-side electrode material considers unintended Zn diffusion, It is better not to use it.

また、本実施形態では、エッチストップ層107の結晶材料として、In0.5Ga0.5Pを使用しているが、その厚みは少なくとも30Åあれば、上述した製造工程によって十分な選択エッチング性が得られる。また、InGaP層におけるGaの混晶比は、0.5である必要は無く、検討の結果、0.367以上0.665以下であれば素子特性の悪化も無く、良好なプロセス制御性を示すことが分かった。 In this embodiment, In 0.5 Ga 0.5 P is used as the crystal material of the etch stop layer 107. However, if the thickness is at least 30 mm, sufficient selective etching can be obtained by the above-described manufacturing process. Further, the Ga mixed crystal ratio in the InGaP layer does not need to be 0.5, and as a result of investigation, if it is 0.367 or more and 0.665 or less, there is no deterioration in device characteristics, and good process controllability is exhibited. I understood that.

さらに、半導体レーザ装置では、量子効果も考慮してエッチストップ層107のバンドギャップが発振レーザ光を吸収しない値になるように、エッチストップ層107の組成、層厚を設定することが重要である。これにより、良好な特性を得ることができる。   Furthermore, in the semiconductor laser device, considering the quantum effect, it is important to set the composition and layer thickness of the etch stop layer 107 so that the band gap of the etch stop layer 107 does not absorb oscillation laser light. . Thereby, good characteristics can be obtained.

ただし用途によっては、レーザ光を吸収するようにエッチストップ層107の組成を設定することで自励発振型の半導体レーザを実現することも可能である。この場合は、例えばエッチストップ層107の厚みを0.1μm程度とすることで可飽和吸収層として機能させることができる。   However, depending on the application, a self-pulsation type semiconductor laser can be realized by setting the composition of the etch stop layer 107 so as to absorb the laser beam. In this case, for example, when the thickness of the etch stop layer 107 is about 0.1 μm, it can function as a saturable absorption layer.

本実施形態のようにエッチストップ層107直下のクラッド層106の結晶材料としてAlを含む場合は、エッチストップ層107を除去しない方がより好ましい。その理由は、Alを含むInGaAlPクラッド層106が、製造工程途中で大気中に暴露されるとAlの酸化を誘発し、そのAl酸化に起因する表面準位がその後上部に電極111を形成した際に、リークパスとなって電流狭窄性を悪化させてしまうからである。また、そういったAl酸化に起因する準位は信頼性をも低下させてしまう。   When Al is included as the crystal material of the cladding layer 106 immediately below the etch stop layer 107 as in this embodiment, it is more preferable not to remove the etch stop layer 107. The reason is that when the InGaAlP clad layer 106 containing Al is exposed to the atmosphere during the manufacturing process, the oxidation of Al is induced, and the surface level resulting from the Al oxidation subsequently forms the electrode 111 on the upper part. In addition, it becomes a leak path and deteriorates the current confinement property. Moreover, the level resulting from such Al oxidation also reduces the reliability.

本実施形態においては、既述のように、リッジ130形成するエッチング工程で、まずドライエッチング法を用いて、半導体層110、109、108の側面をほぼ垂直形状Vに加工し、その後ウエットエッチング法にて、順メサ状のテーパー角を有する斜面Sに成型した。このように、まずドライエッチング法を用いて、ストライプ状のリッジを予め大まかに作っておくことで、ウエットエッチング実施後のリッジ130のストライプ幅の制御性が大幅に向上する。これにより、電流注入を行うコンタクト層幅の加工精度がよくなるため、素子抵抗のバラツキを小さくすることができる。   In the present embodiment, as described above, in the etching step for forming the ridge 130, the side surfaces of the semiconductor layers 110, 109, and 108 are first processed into a substantially vertical shape V by using a dry etching method, and then the wet etching method. Then, it was molded into a slope S having a forward mesa taper angle. As described above, first, the stripe-shaped ridge is roughly prepared in advance by using the dry etching method, so that the controllability of the stripe width of the ridge 130 after the wet etching is greatly improved. As a result, the processing accuracy of the width of the contact layer for current injection is improved, so that variations in element resistance can be reduced.

また、本実施形態のように、半導体層110、109、108をなすGaAs、InGaP、InGaAlP材料に対し、ドライエッチング法で垂直エッチングするためには、エッチングマスクとして、SiO2やSiNといった無機膜ではなく、レジストマスクを使用することと、エッチングガスとしてCl2を使うことを併用することが有効である。また、Cl2流量を10としたときBCl3を1〜10の比率で添加することで、より垂直性が向上すると共に、エッチングマスク直下に残された半導体層の側面の荒れが軽減される。さらに、Arガスのような不活性ガスを添加すると、より低速イオンのプラズマ状態においても、プラズマが安定化し、かつイオン衝撃性が増すため、結果的に半導体レーザ装置に与えるダメージを低減でき、素子寿命を向上させることができる。 In addition, as in this embodiment, in order to vertically etch the GaAs, InGaP, and InGaAlP materials forming the semiconductor layers 110, 109, and 108 by dry etching, an inorganic film such as SiO 2 or SiN x is used as an etching mask. Instead, it is effective to use a resist mask and use Cl 2 as an etching gas. Further, when the Cl 2 flow rate is 10, by adding BCl 3 at a ratio of 1 to 10, the verticality is further improved and the roughness of the side surface of the semiconductor layer left immediately below the etching mask is reduced. Furthermore, when an inert gas such as Ar gas is added, the plasma is stabilized and the ion bombardment is increased even in the plasma state of slower ions, so that damage to the semiconductor laser device can be reduced as a result. Lifespan can be improved.

また、リッジ130形成するエッチング工程で、ウエットエッチング法には、リン酸と過酸化水素水の混合水溶液を使用することで、順メサ形状にするための異方性エッチングを好適に行うことができる。   Also, in the etching process for forming the ridge 130, anisotropic etching for forming a normal mesa shape can be suitably performed by using a mixed aqueous solution of phosphoric acid and hydrogen peroxide water in the wet etching method. .

上述のような構成の半導体レーザ装置において、p+−GaAsコンタクト層110直下には、InGaPからなる中間層109を有することで、素子抵抗が悪化することを防止することができる。しかしながら、InGaP中間層109は、エッチストップ層107と同材料のため、上述のドライエッチング法およびウエットエッチング法によるエッチング後に、図4に示したようにInGaP中間層109の端部109bが上下の層110、108の側面Sから側方へ突出する態様で残ってしまう。そこで、本実施形態では、このInGaP中間層109の端部109bをエッチング後の水洗工程にて、超音波を加えることで除去した。加える超音波としては、ウルトラソニック帯の20kHzから350kHzが有効であり、この種の超音波を加えると破壊的なキャビテーションが純水中でランダムに発生するために、突出した端部109bを極めて効率よく破壊・除去することができる。ただし、InGaP中間層109の層厚が0.1μm以上となると除去後の順メサ側面にバリが多く残るようになるので、InGaP中間層109の層厚は0.1μm以下であることが好ましい。層厚が0.1μm以下であっても中間層としての効果は十分維持される。なお、メガソニック帯の超音波(750kHz〜3MHz)を加えた際には、発生するキャビテーションが非破壊的で、かつ振動子が向き合った面にのみ発生するため、突出した端部109bの除去効果が十分ではなくなる。 In the semiconductor laser device configured as described above, the intermediate layer 109 made of InGaP is provided immediately below the p + -GaAs contact layer 110, thereby preventing the element resistance from deteriorating. However, since the InGaP intermediate layer 109 is made of the same material as the etch stop layer 107, the end portion 109b of the InGaP intermediate layer 109 is the upper and lower layers as shown in FIG. 4 after etching by the dry etching method and the wet etching method described above. 110 and 108 remain in a manner of projecting sideways from the side surface S. Therefore, in this embodiment, the end portion 109b of the InGaP intermediate layer 109 is removed by applying ultrasonic waves in the water washing step after etching. The ultrasonic wave to be applied is effective from 20 kHz to 350 kHz in the Ultrasonic band. When this type of ultrasonic wave is applied, destructive cavitation occurs randomly in pure water, so the protruding end 109b is extremely efficient. It can be destroyed and removed well. However, if the thickness of the InGaP intermediate layer 109 is 0.1 μm or more, many burrs are left on the side surface of the forward mesa after the removal. Therefore, the thickness of the InGaP intermediate layer 109 is preferably 0.1 μm or less. Even if the layer thickness is 0.1 μm or less, the effect as the intermediate layer is sufficiently maintained. When megasonic wave ultrasonic waves (750 kHz to 3 MHz) are applied, the generated cavitation is non-destructive and occurs only on the surface where the vibrator faces, so the effect of removing the protruding end 109b is eliminated. Is not enough.

本実施形態のInGaAlP系赤色半導体レーザ装置は、その発振閾値電流は40mA、端面破壊(COD)が発生する光出力は150mWであり、従来の3回の結晶成長工程を経て製造される赤色半導体レーザ装置に比して、遜色の無いものである。また、70℃、100mWのパルスエージング試験において2500時間以上安定した動作を示しており、光ディスク用光源として十分な特性と信頼性を有していることが分かった。   The InGaAlP red semiconductor laser device according to the present embodiment has an oscillation threshold current of 40 mA, an optical output of 150 mW at which end face breakdown (COD) occurs, and is manufactured through three conventional crystal growth steps. Compared to the device, it is not inferior. Further, it showed stable operation for 2500 hours or more in a pulse aging test at 70 ° C. and 100 mW, and it was found that it has sufficient characteristics and reliability as a light source for optical disks.

〔第2実施形態〕
図8は、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第2実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。本実施形態では、リッジ頂部の半導体層と電極層(p側電極)の構成が、第1実施形態におけるものとは異なっている。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the semiconductor laser device of the second embodiment configured by applying the compound semiconductor device of the present invention. In the present embodiment, the configurations of the semiconductor layer and the electrode layer (p-side electrode) at the top of the ridge are different from those in the first embodiment.

この半導体レーザ装置は、n−GaAs基板201上に、n−In0.5Ga0.5Pバッファ層202、n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P下クラッド層203、多重量子井戸活性層204、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第一上クラッド層205、第二半導体層としてのp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第二上クラッド層206、および下地半導体層としてのp−In0.15Ga0.85As0.30.7エッチストップ層207が順次積層されている。上記多重量子井戸活性層204は、In0.5Ga0.5P量子井戸層(歪0.22%、層厚:50Å、4層)とIn0.5(Ga0.5Al0.50.5Pバリア層(基板側から層厚500Å、50Å3層、500Å)を交互に配置して形成されている。また、上記p−In0.15Ga0.85As0.30.7エッチストップ層207上に、順メサストライプ形状のリッジ230をなすように、直上半導体層としてのp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層208とp−In0.5(Ga0.75Al0.250.5P中間層209、p−GaAsコンタクト層210、p−InxGa1-xAsグレーディッド層211(図8において下から上へ向かって組成比xが0から0.5まで徐々に変化している。)およびp+−In0.5Ga0.5Asコンタクト層212が設けられている。さらに、リッジ230の頂部、側面部、およびエッチストップ層207の上面(リッジ230の直下を除いた、リッジ230の側方に相当する部分。)を連なって被覆する態様で、電極層として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213が設けられている。なお、213a、213b、213cがそれぞれ、上記リッジ230の頂部、側面部、エッチストップ層207の上面を被覆する部分(これを適宜「電極部分」と呼ぶ。)を表している。電極部分213aとリッジ230の頂部(コンタクト層212)との間のコンタクト抵抗は十分に低い値(1×10-6Ωcm2以下)になっている。一方、電極部分213cとエッチストップ層207とがなす界面は、図8において下向きの電流を阻止する機能を有している。また、基板101の裏面側には、別の電極層として、AuGe/Ni/Auからなる多層金属薄膜からなるn側電極214が形成されている。この半導体レーザ装置は、第1実施形態と同様に、所望の共振器長を有するチップサイズに分割されており、リッジ230のストライプ方向に垂直な両端面に反射膜(不図示)がコーティングされている。これにより、InGaAlP系の赤色半導体レーザ装置が構成されている。 This semiconductor laser device includes an n-In 0.5 Ga 0.5 P buffer layer 202, an n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P lower cladding layer 203, a multiple quantum well active layer 204, p on an n-GaAs substrate 201. -In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P first upper cladding layer 205, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P second upper cladding layer 206 as the second semiconductor layer, and p as the underlying semiconductor layer An —In 0.15 Ga 0.85 As 0.3 P 0.7 etch stop layer 207 is sequentially stacked. The multiple quantum well active layer 204 includes an In 0.5 Ga 0.5 P quantum well layer (strain 0.22%, layer thickness: 50 :, 4 layers) and an In 0.5 (Ga 0.5 Al 0.5 ) 0.5 P barrier layer (layers from the substrate side). Thickness 500 mm, 50 mm 3 layers, 500 mm) are alternately arranged. In addition, a p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P layer as an upper semiconductor layer is formed on the p-In 0.15 Ga 0.85 As 0.3 P 0.7 etch stop layer 207 so as to form a forward mesa stripe-shaped ridge 230. Three upper cladding layers 208, p-In 0.5 (Ga 0.75 Al 0.25 ) 0.5 P intermediate layer 209, p-GaAs contact layer 210, p-In x Ga 1-x As graded layer 211 (from bottom to top in FIG. 8) The composition ratio x gradually changes from 0 to 0.5 toward the surface.) And a p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 212 is provided. Further, the electrode layer is formed by continuously covering the top and side portions of the ridge 230 and the upper surface of the etch stop layer 207 (the portion corresponding to the side of the ridge 230 except directly below the ridge 230). A p-side electrode 213 made of a multilayer metal thin film formed by stacking Ti / Pt / Au in this order is provided. Reference numerals 213a, 213b, and 213c denote portions covering the top and side portions of the ridge 230 and the upper surface of the etch stop layer 207 (referred to as “electrode portions” as appropriate). The contact resistance between the electrode portion 213a and the top of the ridge 230 (contact layer 212) has a sufficiently low value (1 × 10 −6 Ωcm 2 or less). On the other hand, the interface formed between the electrode portion 213c and the etch stop layer 207 has a function of blocking a downward current in FIG. An n-side electrode 214 made of a multilayer metal thin film made of AuGe / Ni / Au is formed on the back side of the substrate 101 as another electrode layer. As in the first embodiment, this semiconductor laser device is divided into chip sizes having a desired resonator length, and both end surfaces perpendicular to the stripe direction of the ridge 230 are coated with reflection films (not shown). Yes. Thus, an InGaAlP red semiconductor laser device is configured.

この半導体レーザ装置は、次のようにして作製される。   This semiconductor laser device is manufactured as follows.

まず図9中に示すn−GaAs基板201の(100)面の全域に、n−In0.5Ga0.5Pバッファ層202(層厚:0.25μm、Siドーピング濃度:1×1018cm-3)、n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P下クラッド層203(層厚:1.2μm、Siドーピング濃度:1×1018cm-3)、多重量子井戸活性層204、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第一上クラッド層205(層厚:0.2μm、Cドーピング濃度:1×1018cm-3)、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第二上クラッド層206(層厚:0.1μm、Cドーピング濃度:1×1017cm-3)、p−In0.15Ga0.85As0.30.7エッチストップ層207(歪−1.4%、層厚:50Å、Cドーピング濃度:1×1017cm-3)、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層208(層厚:1.2μm、Cドーピング濃度:1.3×1018cm-3)、p−In0.5(Ga0.75Al0.250.5P中間層209(層厚:500Å、Cドーピング濃度:7×1018cm-3)、p−GaAsコンタクト層210(層厚:0.3μm、Cドーピング濃度:1×1019cm-3)、p−InxGa1-xAsグレーディッド層211(x:0→0.5、層厚:500Å、Cドーピング濃度:2×1019cm-3)およびp+−In0.5Ga0.5Asコンタクト層212(層厚:0.1μm、Cドーピング濃度:2×1019cm-3)を順次、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)にて結晶成長させる(結晶成長工程)。 First, an n-In 0.5 Ga 0.5 P buffer layer 202 (layer thickness: 0.25 μm, Si doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) is formed on the entire (100) plane of the n-GaAs substrate 201 shown in FIG. , N-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P lower cladding layer 203 (layer thickness: 1.2 μm, Si doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), multiple quantum well active layer 204, p-In 0.5 ( Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P first upper cladding layer 205 (layer thickness: 0.2 μm, C doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P second upper cladding layer Layer 206 (layer thickness: 0.1 μm, C doping concentration: 1 × 10 17 cm −3 ), p-In 0.15 Ga 0.85 As 0.3 P 0.7 etch stop layer 207 (strain −1.4%, layer thickness: 50 μm, C doping concentration: 1 × 10 17 cm −3 ), p-In 0.5 ( Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding layer 208 (layer thickness: 1.2 μm, C doping concentration: 1.3 × 10 18 cm −3 ), p-In 0.5 (Ga 0.75 Al 0.25 ) 0.5 P intermediate layer 209 (layer thickness: 500 mm, C doping concentration: 7 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 210 (layer thickness: 0.3 μm, C doping concentration: 1 × 10 19 cm −3 ), p-In x Ga 1-x As graded layer 211 (x: 0 → 0.5, layer thickness: 500 mm, C doping concentration: 2 × 10 19 cm −3 ) and p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 212 (layer Crystal growth is sequentially performed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) (thickness: 0.1 μm, C doping concentration: 2 × 10 19 cm −3 ) (crystal growth step).

次に、リッジ230を形成すべき領域(図8参照)上に、エッチングマスクとしてのレジストマスク215(マスク幅3μm)をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク215は、形成すべきリッジ230が延びる方向に対応して、<0−11>方向にストライプ状に延びるように形成される。   Next, a resist mask 215 (mask width: 3 μm) as an etching mask is formed on a region where the ridge 230 is to be formed (see FIG. 8) by a photolithography process. The resist mask 215 is formed so as to extend in a stripe shape in the <0-11> direction corresponding to the direction in which the ridge 230 to be formed extends.

次に、図9〜図10に示すように、半導体層212、211、210、209、208のうちレジストマスク215の側方に相当する部分をエッチングして除去する(エッチング工程)。   Next, as shown in FIGS. 9 to 10, portions of the semiconductor layers 212, 211, 210, 209, and 208 corresponding to the sides of the resist mask 215 are removed by etching (etching process).

具体的には、このエッチング工程では、まず図9に示すように、深さ方向に関してp+−In0.5Ga0.5Asコンタクト層212の上面側からp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層208の途中まで乾式(ドライ)エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチングガスとして、Cl2とSiCl4の混合ガスを用い、それに不活性ガスとしてHeガスを添加した。ドライエッチング時の圧力は10mTorrとした。エッチングガスとして塩素系ガスを用いているので、第1実施形態におけるのと同様に横方向へのエッチング進行を殆ど無くすことができ、この結果、このドライエッチングの終了時点で、レジストマスク215の直下に残される半導体層212、211、210、209、208の側面Vが基板面に対してほぼ垂直な形状になる。 Specifically, in this etching step, first, as shown in FIG. 9, the p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P-th layer is formed from the upper surface side of the p + -In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 212 in the depth direction. The middle upper cladding layer 208 is removed by etching by dry etching. In this example, a mixed gas of Cl 2 and SiCl 4 was used as an etching gas, and He gas was added as an inert gas. The pressure during dry etching was 10 mTorr. Since the chlorine-based gas is used as the etching gas, the etching progress in the lateral direction can be almost eliminated as in the first embodiment. As a result, at the end of the dry etching, the etching gas is directly below the resist mask 215. The side surfaces V of the semiconductor layers 212, 211, 210, 209, and 208 that are left on are substantially perpendicular to the substrate surface.

続いて、図10に示すように、深さ方向に関してp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層208の途中からp−In0.15Ga0.85As0.30.7エッチストップ層207が露出するまで湿式エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチャントとして、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いる。この時、第1実施形態におけるのとは異なり、p−In0.5(Ga0.75Al0.25)0.5P中間層209もその上下の層と同様にエッチングされる。この結果、わざわざ超音波を加えた純水洗浄を行わなくとも、斜面230bを両側に有する順メサ形状のリッジ230を形成することができる。この後、レジストマスク215を除去する。 Subsequently, as shown in FIG. 10, the p-In 0.15 Ga 0.85 As 0.3 P 0.7 etch stop layer 207 is formed from the middle of the p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P third upper cladding layer 208 in the depth direction. Etching is removed by wet etching until exposed. In this example, a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide is used as the etchant. At this time, unlike in the first embodiment, the p-In 0.5 (Ga0.75Al0.25) 0.5 P intermediate layer 209 is also etched in the same manner as the upper and lower layers. As a result, it is possible to form the forward mesa-shaped ridge 230 having the slopes 230b on both sides without performing pure water cleaning with ultrasonic waves. Thereafter, the resist mask 215 is removed.

続いて、図11に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、表面側にp側電極213としてPt(層厚:250Å)/Ti(層厚:500Å)/Pt(層厚:500Å)/Au(層厚:3000Å)の順に金属薄膜を積層形成する(電極形成工程)。   Subsequently, as shown in FIG. 11, Pt (layer thickness: 250 Å) / Ti (layer thickness: 500 Å) / Pt (layer thickness: 500 と し て) / as the p-side electrode 213 on the surface side using an electron beam evaporation method. A metal thin film is formed in the order of Au (layer thickness: 3000 mm) (electrode formation step).

続いて、図8に示したように、n−GaAs基板201を裏面側から所望の厚さに研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極112としてAuGe(層厚:1500Å)/Ni(層厚:150Å)/Au(層厚:3000Å)の順に金属薄膜を積層形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 8, the n-GaAs substrate 201 is ground to a desired thickness from the back surface side. Then, a metal thin film is laminated and formed in the order of AuGe (layer thickness: 1500 Å) / Ni (layer thickness: 150 Å) / Au (layer thickness: 3000 Å) as the n-side electrode 112 using a resistance heating vapor deposition method from the back side.

その後、N2またはH2雰囲気中で1分間、390℃に加熱して、p側電極213とn側電極214のための合金化処理を行う。これで半導体レーザ装置が得られる。 Thereafter, heating is performed at 390 ° C. for 1 minute in an N 2 or H 2 atmosphere, and an alloying process for the p-side electrode 213 and the n-side electrode 214 is performed. Thus, a semiconductor laser device is obtained.

本実施形態において、第1実施形態と異なる点について特に説明する。まず、本実施形態では、電流注入を行うp側電極213と接するリッジ230の頂部に、III族元素中のIn組成比が0.5であるIn0.5Ga0.5Asコンタクト層212を備えている。さらに、このコンタクト層212の下に接する位置に、GaAsとの格子定数の違いを吸収して良好なInGaAs結晶を積層するためにInxGa1-xAsグレーディッド層211を介挿し、このグレーディッド層211のIn組成を変化させて、下地のGaAs層210との界面におけるIn組成xを0とし、かつInGaAsコンタクト層212との界面におけるxを0.5としている。このような構成とすることによって、第1実施形態におけるよりもストライプ幅の狭いリッジ230であっても、良好なコンタクト抵抗を維持することが可能となる。これにより、リッジ230直下の活性層204への注入電流密度を高め、閾値電流を低減することができた。本実施形態の半導体レーザ装置における発振閾値電流値は、36mAであった。 In the present embodiment, differences from the first embodiment will be particularly described. First, in the present embodiment, the In 0.5 Ga 0.5 As contact layer 212 having an In composition ratio of 0.5 in the group III element is provided on the top of the ridge 230 in contact with the p-side electrode 213 that performs current injection. Further, an In x Ga 1-x As graded layer 211 is inserted at a position in contact with the contact layer 212 to absorb a difference in lattice constant from GaAs and to stack a good InGaAs crystal. By changing the In composition of the dud layer 211, the In composition x at the interface with the underlying GaAs layer 210 is 0, and x at the interface with the InGaAs contact layer 212 is 0.5. By adopting such a configuration, it is possible to maintain a good contact resistance even with the ridge 230 having a narrower stripe width than that in the first embodiment. As a result, the current density injected into the active layer 204 immediately below the ridge 230 can be increased, and the threshold current can be reduced. The oscillation threshold current value in the semiconductor laser device of this embodiment was 36 mA.

上記InGaAsコンタクト層212のドーピング濃度は、少なくとも5×1018cm-3以上であれば、良好な素子抵抗が実現できる。また、InGaAs層212におけるIII族元素中のIn組成比は、少なくとも0よりも大きければ、GaAsコンタクト層よりも抵抗低減の効果が発生するが、0.5程度が適当である。それ以上にしてもコンタクト抵抗の低減にはあまり効果が無いかわりに、グレーディッド層211に要する層厚が増え、結果的にリッジ230の頂部の幅を減少させてしまうこととなる。 If the doping concentration of the InGaAs contact layer 212 is at least 5 × 10 18 cm −3 or more, good device resistance can be realized. Further, if the In composition ratio in the group III element in the InGaAs layer 212 is at least larger than 0, the effect of reducing the resistance is generated as compared with the GaAs contact layer, but about 0.5 is appropriate. Even if it is more than that, the layer thickness required for the graded layer 211 is increased, although it is not very effective in reducing the contact resistance, and as a result, the width of the top of the ridge 230 is decreased.

また、本実施形態においては、エッチストップ層207をなす結晶材料としてInGaAsPを使用した。InGaAsPの組成は、GaAs基板との格子不整合率が±1.5%以内であれば、その上に積層する結晶の品質を低下させることが無く好適に使用できる。   In the present embodiment, InGaAsP is used as the crystal material forming the etch stop layer 207. If the lattice mismatch with the GaAs substrate is within ± 1.5%, the composition of InGaAsP can be suitably used without degrading the quality of the crystal laminated thereon.

さらに、本実施形態の半導体レーザ装置でも、エッチストップ層207をなすInGaAsP層の格子不整合率の制限に加えて、エッチストップ層207のバンドギャップが発振レーザ光を吸収しない値になるように、エッチストップ層207の組成、層厚を設定することが重要である。   Further, in the semiconductor laser device of the present embodiment, in addition to the limitation of the lattice mismatch rate of the InGaAsP layer that forms the etch stop layer 207, the band gap of the etch stop layer 207 has a value that does not absorb oscillation laser light. It is important to set the composition and layer thickness of the etch stop layer 207.

本実施形態でも、エッチストップ層207を除去しない方が良い。その理由は第1実施形態におけるのと同様に、エッチストップ層207直下のInGaAlPクラッド層206に含まれたAlが製造工程途中で大気中に暴露されて酸化されるのを避けるためである。この場合も、エッチストップ層207を可飽和吸収層として設計し、自励発振レーザを得ることも可能である。   Also in this embodiment, it is better not to remove the etch stop layer 207. The reason is to avoid that the Al contained in the InGaAlP cladding layer 206 immediately below the etch stop layer 207 is exposed to the atmosphere during the manufacturing process and oxidized as in the first embodiment. Also in this case, it is possible to design the etch stop layer 207 as a saturable absorption layer and obtain a self-pulsation laser.

本実施形態では、第三上クラッド層208とGaAs層210の間に挿入される中間層209をなす結晶材料として、第三上クラッド層208よりもAl混晶比が小さいInGaAlPを用いた。この時、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いてエッチングを実施すると、InGaAsPエッチストップ層207はエッチングされず、ストライプ構造を構成するInGaAs、InGaAlP、GaAsだけがエッチング除去される。したがって、極めて簡略に順メサ形状のリッジ230を形成することができる。   In the present embodiment, InGaAlP having an Al mixed crystal ratio smaller than that of the third upper cladding layer 208 is used as the crystal material forming the intermediate layer 209 inserted between the third upper cladding layer 208 and the GaAs layer 210. At this time, when etching is performed using a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, the InGaAsP etch stop layer 207 is not etched, and only InGaAs, InGaAlP, and GaAs constituting the stripe structure are removed by etching. Therefore, the forward mesa-shaped ridge 230 can be formed very simply.

また、ウエットエッチングに先立つ、ドライエッチングにおいて、本実施形態では、Cl2ガスに同量のSiCl4ガスを混合し、さらにHeガスを添加してエッチングした。SiCl4ガスを用いた場合、第1実施形態で使用したBCl3と比較して、垂直エッチング性を保ったまま、そのエッチング速度を早くできるという効果がある。またHeガスを添加しても第1実施形態のArガスと同様の効果があった。 Further, in the dry etching prior to the wet etching, in this embodiment, the same amount of SiCl 4 gas is mixed with the Cl 2 gas, and further, He gas is added for etching. When SiCl 4 gas is used, compared with BCl 3 used in the first embodiment, there is an effect that the etching rate can be increased while maintaining the vertical etching property. Further, even when He gas was added, the same effect as the Ar gas of the first embodiment was obtained.

本実施形態の半導体レーザ装置は、前述したように発振閾値電流値が36mAと良好な値を達成し、かつストライプ幅を狭めた効果により、端面破壊光出力である150mWまでキンクフリーを実現することができた。また、本半導体レーザ装置も、第1実施形態の半導体レーザ装置と同様に、70℃、100mWのパルスエージング試験において、2500時間以上の安定した動作を実現している。   As described above, the semiconductor laser device of this embodiment achieves a favorable value of the oscillation threshold current value of 36 mA, and realizes kink-free up to 150 mW, which is the end face breaking light output, due to the effect of narrowing the stripe width. I was able to. The semiconductor laser device also realizes a stable operation of 2500 hours or more in a pulse aging test at 70 ° C. and 100 mW, similarly to the semiconductor laser device of the first embodiment.

〔第3実施形態〕
図12は、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第3実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。本実施形態では、リッジの両脇にストライプ状構造体が形成されている点が第1実施形態および第2実施形態とは異なっている。
[Third Embodiment]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser device according to a third embodiment configured by applying the compound semiconductor device of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that stripe structures are formed on both sides of the ridge.

以下、特にこのリッジの両脇に形成されたストライプ状構造体の構成および製造方法について説明し、第1実施形態および第2実施形態と共通の構成要素については説明を省略する。   Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the stripe structure formed on both sides of the ridge will be described in particular, and the description of the components common to the first and second embodiments will be omitted.

この半導体レーザ装置は、下地半導体層としてのp−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層307上に、順メサストライプ形状のリッジ330をなすように、直上半導体層としてのp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層308、InGaP層としてのp−In0.5Ga0.5P中間層309、およびGaAs層としてのp+−GaAsコンタクト層310が設けられている。さらに、リッジ330の両脇に、リッジ330と同様の第三上クラッド層308、InGaP層309、およびGaAs層310に加えて、GaAs層310上に積層されたp−In0.5Ga0.5P電流遮断層314を有し、リッジと同じ方向に延びるストライプ状構造体313が形成されている。この電流遮断層314の存在によって、ストライプ状構造体313の高さは、リッジ330の高さよりも高くなっている。 In this semiconductor laser device, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al) as a semiconductor layer directly above is formed so as to form a ridge 330 having a forward mesa stripe shape on a p-In 0.5 Ga 0.5 P etch stop layer 307 as a base semiconductor layer. 0.7 ) A 0.5 P third upper cladding layer 308, a p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate layer 309 as an InGaP layer, and a p + -GaAs contact layer 310 as a GaAs layer are provided. Further, on both sides of the ridge 330, in addition to the third upper cladding layer 308, the InGaP layer 309, and the GaAs layer 310 similar to the ridge 330, the p-In 0.5 Ga 0.5 P current interruption laminated on the GaAs layer 310 is also provided. A stripe structure 313 having a layer 314 and extending in the same direction as the ridge is formed. Due to the presence of the current blocking layer 314, the height of the stripe structure 313 is higher than the height of the ridge 330.

リッジ330の頂部、側面部、エッチストップ層307の上面(リッジ330の直下を除いた、リッジ330の側方に相当する部分。)、およびストライプ状構造体313の側面部、頂部を連なって被覆する態様で、電極層として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311が設けられている。上述したように、エッチストップ層307上のp側電極311の表面からストライプ状構造体313上のp側電極311の表面までの高さh2は、エッチストップ層307上のp側電極311の表面からリッジ330上のp側電極311の表面までの高さh1よりも高くなっている。   Covers the top and side surfaces of the ridge 330, the top surface of the etch stop layer 307 (the portion corresponding to the side of the ridge 330, except directly below the ridge 330), and the side and top portions of the stripe structure 313. Thus, a p-side electrode 311 made of a multilayer metal thin film formed by laminating Ti / Pt / Au in this order is provided as an electrode layer. As described above, the height h2 from the surface of the p-side electrode 311 on the etch stop layer 307 to the surface of the p-side electrode 311 on the stripe structure 313 is the surface of the p-side electrode 311 on the etch stop layer 307. To a surface of the p-side electrode 311 on the ridge 330 is higher than the height h1.

電極311とリッジ330の頂部(コンタクト層310)との間のコンタクト抵抗は第1実施形態同様、十分に低い値(1×10-6Ωcm2)になっており、一方、電極311とエッチストップ層307およびストライプ状構造体313とがなす界面は、図12において下向きの電流を阻止する機能を有している。また、基板301の裏面側には、別の電極層として、AuGe/Ni/Auからなる多層金属薄膜からなるn側電極312が形成されている。図2同様、この半導体レーザ装置は、所望の共振器長を有するチップサイズに分割されており、リッジ330のストライプ方向に垂直な両端面に反射膜(不図示)がコーティングされている。これにより、InGaAlP系の赤色半導体レーザ装置が構成されている。 The contact resistance between the electrode 311 and the top of the ridge 330 (contact layer 310) is a sufficiently low value (1 × 10 −6 Ωcm 2 ) as in the first embodiment, while the electrode 311 and the etch stop The interface formed by the layer 307 and the stripe-shaped structure 313 has a function of blocking a downward current in FIG. An n-side electrode 312 made of a multilayer metal thin film made of AuGe / Ni / Au is formed on the back side of the substrate 301 as another electrode layer. As in FIG. 2, this semiconductor laser device is divided into chips having a desired resonator length, and reflection films (not shown) are coated on both end faces of the ridge 330 perpendicular to the stripe direction. Thus, an InGaAlP red semiconductor laser device is configured.

この半導体レーザ装置は、次のようにして作製される。   This semiconductor laser device is manufactured as follows.

まず、n−GaAs基板301の(100)面の全域に、n−In0.5Ga0.5Pバッファ層302(層厚:0.25μm、Siドーピング濃度:1×1018cm-3)、n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P下クラッド層303(層厚:1.2μm、Siドーピング濃度:1×1018cm-3)、多重量子井戸活性層304、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第一上クラッド層305(層厚:0.2μm、Beドーピング濃度:1×1018cm-3)、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第二上クラッド層306(層厚:0.1μm、Beドーピング濃度:1×1017cm-3)、p−In0.5Ga0.5Pエッチストップ層307(層厚:50Å、Beドーピング濃度:1×1017cm-3)、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P第三上クラッド層308(層厚:1.2μm、Beドーピング濃度:1.3×1018cm-3)、p−In0.5Ga0.5P中間層309(層厚:500Å、Beドーピング濃度:7×1018cm-3)、p+−GaAsコンタクト層310(層厚:0.3μm、Beドーピング濃度:2×1019cm-3)、p−In0.5Ga0.5P電流遮断層314(層厚0.2μm、Beドーピング濃度:1×1017cm−3)を順次、MBE法(分子線エピタキシ法)にて結晶成長させる。 First, an n-In 0.5 Ga 0.5 P buffer layer 302 (layer thickness: 0.25 μm, Si doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), n-In is formed on the entire (100) plane of the n-GaAs substrate 301. 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P lower cladding layer 303 (layer thickness: 1.2 μm, Si doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), multiple quantum well active layer 304, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P first upper cladding layer 305 (layer thickness: 0.2 μm, Be doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P second upper cladding layer 306 (layer) Thickness: 0.1 μm, Be doping concentration: 1 × 10 17 cm −3 ), p-In 0.5 Ga 0.5 P etch stop layer 307 (layer thickness: 50 μm, Be doping concentration: 1 × 10 17 cm −3 ), p -In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7) 0.5 P third upper Rudd layer 308 (thickness: 1.2 [mu] m, Be doping concentration: 1.3 × 10 18 cm -3) , p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate layer 309 (thickness: 500 Å, Be doping concentration: 7 × 10 18 cm −3 ), p + -GaAs contact layer 310 (layer thickness: 0.3 μm, Be doping concentration: 2 × 10 19 cm −3 ), p-In 0.5 Ga 0.5 P current blocking layer 314 (layer thickness 0.2 μm) , Be doping concentration: 1 × 10 17 cm −3 ) is sequentially grown by MBE method (molecular beam epitaxy method).

次に、ストライプ状構造体313を形成する領域上に、レジストを用いたエッチングマスクを作成し、HClを用いてそれ以外の領域のInGaP電流遮断層314をエッチングにより除去し、その後レジストマスクを剥離する。   Next, an etching mask using a resist is formed on the region where the stripe-shaped structure 313 is formed, and the InGaP current blocking layer 314 in other regions is removed by etching using HCl, and then the resist mask is peeled off. To do.

次に、リッジ330およびストライプ状構造体313を形成すべき領域(図12参照)上に、エッチングマスクとしてのレジストマスクをフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスクは、形成すべきリッジ330およびストライプ状構造体313が延びる方向に対応して、<0−11>方向にストライプ状に延びるように形成される。   Next, a resist mask as an etching mask is formed by a photolithography process over a region (see FIG. 12) where the ridge 330 and the stripe structure 313 are to be formed. The resist mask is formed so as to extend in a stripe shape in the <0-11> direction corresponding to the direction in which the ridge 330 and the stripe structure 313 to be formed extend.

次に、半導体層310、309、308のうちレジストマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去し、下地半導体層であるp−InGaPエッチストップ層307を露出させる。   Next, portions of the semiconductor layers 310, 309, and 308 corresponding to the sides of the resist mask are removed by etching to expose the p-InGaP etch stop layer 307, which is a base semiconductor layer.

以下、第1実施形態の半導体レーザ装置の製造方法と同様の工程により、本第3実施形態の半導体レーザ装置が完成する。この半導体レーザ装置は、ステム、あるいはサブマウントと呼ばれる放熱体に電極311側をダイボンドする、いわゆるジャンクションダウン型のチップ実装を行った。   Thereafter, the semiconductor laser device of the third embodiment is completed through the same steps as the method of manufacturing the semiconductor laser device of the first embodiment. In this semiconductor laser device, a so-called junction down type chip mounting in which the electrode 311 side is die-bonded to a heat radiator called a stem or a submount.

この半導体レーザ装置においては、上述のようにレーザ発振が起こる活性層に近い側の電極311をステムや放熱体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、活性層で発生した熱を放熱させやすく、素子信頼性を向上させることができる。この時、本実施形態においては、リッジ330よりも電流遮断層314の分だけその高さが大きいストライプ状構造体313をリッジ330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330に応力がかからず、リッジは破損することがない。   In this semiconductor laser device, as described above, the junction down type mounting in which the electrode 311 on the side close to the active layer where the laser oscillation occurs is die-bonded to the stem or the heat radiator is performed, so that the heat generated in the active layer is dissipated. It is easy to improve element reliability. At this time, in this embodiment, since the stripe structure 313 having a height higher than that of the ridge 330 by the current blocking layer 314 is provided on both sides of the ridge 330, the junction down type mounting is performed. In this case, no stress is applied to the ridge 330 and the ridge is not damaged.

さらに、結晶成長工程の一環として、コンタクト層310に引き続いて電流遮断層314を形成する構成としているため、別途電流遮断用の絶縁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。上記電流遮断層314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、直接電極311を設けても、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できる。 Further, since the current blocking layer 314 is formed subsequent to the contact layer 310 as part of the crystal growth process, the manufacturing process is simplified compared to the case where a process for forming a current blocking insulating film or the like is performed separately. Can be The current blocking layer 314 is formed so as to have an impurity doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less, and even if the electrode 311 is directly provided thereon, the Schottky barrier formed at the interface is formed. Therefore, sufficient current interruption can be realized.

上記第3実施形態においては、リッジ330よりも高さの大きいストライプ状構造体313上に電極層311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、上記ストライプ状構造体313上の電極層311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 third embodiment, since the electrode layer 311 is formed on the stripe-shaped structure 313 having a height higher than that of the ridge 330, the conductor of the stem or the radiator is used in the junction down type mounting described above. On the other hand, it becomes a structure which takes electrical continuity between the electrode layers 311 on the stripe structure 313, and current injection necessary for laser oscillation can be easily performed.

これらのことによって、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330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できるようになる。
もちろん、ストライプ状構造体313と電極層311との界面に絶縁体が挿入されていてもよい。絶縁体を形成することで、上記ストライプ状構造体313を介して上記電極層311から下地半導体層307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する化合物半導体装置を提供することができる。
Accordingly, there is provided a semiconductor laser device that can realize junction type mounting that can improve heat dissipation and improve element reliability without damaging the ridge 330 and that can be manufactured at a low manufacturing cost, and a manufacturing method thereof. Will be able to.
Of course, an insulator may be inserted at the interface between the stripe structure 313 and the electrode layer 311. By forming the insulator, current does not flow from the electrode layer 311 to the base semiconductor layer 307 through the stripe structure 313. Therefore, an excessive leakage current is not generated, and thus a compound semiconductor device having a low threshold current value can be provided.

この場合、上述した電流遮断層314は必ずしも形成する必要はなく、半導体基板上の半導体層構造としては、第1実施形態あるいは第2実施形態と同様、最上層がコンタクト層となる構成であってもよい。この時絶縁体は、リッジ330上にはなく、ストライプ状構造体側に存在するため、やはりストライプ状構造体側の高さを大きくすることができるため、リッジの破損を防止する効果がある。   In this case, the above-described current blocking layer 314 is not necessarily formed, and the semiconductor layer structure on the semiconductor substrate is configured such that the uppermost layer is a contact layer, as in the first or second embodiment. Also good. At this time, since the insulator is not on the ridge 330 but is present on the stripe structure side, the height on the stripe structure side can be increased, so that the damage of the ridge can be prevented.

ここで、上記絶縁体としては、酸化珪素膜(SiO)や窒化珪素膜(SiN)などの無機絶縁体の他、有機樹脂(例えばボリイミド樹脂)などを好適に適用することができる。 Here, as the insulator, in addition to an inorganic insulator such as a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (SiN x ), an organic resin (for example, a polyimide resin) can be suitably applied.

さらに、上述の第3実施形態では、電極311はストライプ状構造体上に形成されている例を示したが、例えば、ストライプ状構造体は電極311上に形成されていても良い。この例としては、第1実施形態や第2実施形態の半導体レーザ装置のリッジ部の両脇に導電性を有し、リッジよりも高さの大きいストライプ状の構造体を金メッキなどで形成することにより実現できる。   Furthermore, in the third embodiment described above, the example in which the electrode 311 is formed on the stripe-shaped structure has been described. However, for example, the stripe-shaped structure may be formed on the electrode 311. As an example of this, a stripe-shaped structure having conductivity and having a height higher than the ridge is formed by gold plating or the like on both sides of the ridge portion of the semiconductor laser device of the first embodiment or the second embodiment. Can be realized.

この場合、上述した電流遮断層や絶縁体を形成する工程を不要とすることができ、さらに活性層からステムあるいは放熱体の間の放熱経路に熱伝導に優れた導電体が形成されるため、より放熱性が向上するという効果もある。   In this case, the step of forming the current blocking layer and the insulator described above can be eliminated, and further, a conductor excellent in heat conduction is formed in the heat dissipation path between the active layer and the stem or the heat sink. There is also an effect that heat dissipation is further improved.

〔第4実施形態〕
図13は、本発明にかかる光ディスク装置400の構造の一例を示したものである。これは光ディスク401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、その際用いられる発光素子として、先に説明した第1実施形態の半導体レーザ装置(波長650nm帯)402を備えている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 13 shows an example of the structure of an optical disc apparatus 400 according to the present invention. This is for writing data on the optical disc 401 or reproducing the written data. As the light emitting element used at that time, the semiconductor laser device of the first embodiment described above (wavelength 650 nm band). 402 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、半導体レーザ装置402から出射された信号光がコリメートレンズ403により平行光とされ、ビームスプリッタ404を透過しλ/4偏光板405で偏光状態が調節された後、対物レンズ406で集光され光ディスク401に照射される。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401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401の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ406、λ/4偏光板405を経た後、ビームスプリッタ404で反射され90°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ407で集光され、信号検出用受光素子408に入射する。信号検出用受光素子408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409において元の信号に再生される。   This optical disk device will be described in more detail. When writing, the signal light emitted from the semiconductor laser device 402 is converted into parallel light by the collimator lens 403, passes through the beam splitter 404, and the polarization state is adjusted by the λ / 4 polarizing plate 405. The light is condensed and applied to the optical disc 401. At the time of reading, the optical disc 401 is irradiated with a laser beam without a data signal along the same path as at the time of writing. The laser light is reflected on the surface of the optical disc 401 on which data is recorded, passes through the laser light irradiation objective lens 406 and the λ / 4 polarizing plate 405, is reflected by the beam splitter 404, and changes the 90 ° angle, and then receives light. The light is condensed by the element objective lens 407 and is incident on the signal detecting light receiving element 408. The recorded data signal is converted into an electric signal by the intensity of the laser beam incident in the signal detecting light receiving element 408 and is reproduced by the signal light reproducing circuit 409 to the original signal.

この第4実施形態の光ディスク装置では、従来よりも高い光出力で動作する半導体レーザ装置402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装置を用いた装置よりも格段に短くなった。また、半導体レーザ装置402が従来よりも低いコストで作製可能であるから、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た。   In the optical disk apparatus according to the fourth embodiment, since the semiconductor laser device 402 that operates at a higher light output than before is used, it is possible to read and write data even if the rotational speed of the disk is further increased. Therefore, the access time to the disk, which has been a problem particularly during writing, has become much shorter than a device using a conventional semiconductor laser device. Further, since the semiconductor laser device 402 can be manufactured at a lower cost than before, an optical disk device that can be operated more comfortably can be provided at a low cost.

なお、ここでは第1実施形態の半導体レーザ装置402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650nm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780nm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 402 according to the first embodiment is applied to a recording / reproducing optical disc device has been described. However, an optical disc recording device, an optical disc reproducing device using the same wavelength 650 nm band, and other wavelength bands (for example, Needless to say, the present invention can also be applied to an optical disc apparatus of a 780 nm band.

さらに、本発明の化合物半導体装置は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、例えば半導体レーザ装置の量子井戸活性層を構成する井戸層・バリア層の層厚や層数など、本発明を逸脱しない範囲において種々変更を加え得る事はもちろんである。また、第1実施形態と第2実施形態および第3実施形態の個々の構成要素は相互に入れ替えが可能である。   Furthermore, the compound semiconductor device of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the thickness and number of well layers and barrier layers constituting the quantum well active layer of the semiconductor laser device may be used. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the invention. In addition, the individual components of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment can be interchanged with each other.

本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第1実施形態の半導体レーザ装置の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device of the first embodiment configured by applying the compound semiconductor device of the present invention. 上記半導体レーザ装置の斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor laser device. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、ドライエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after completion of etching by the dry etching method in the manufacturing process of the semiconductor laser device. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、ウエットエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after completion of etching by the wet etching method in the manufacturing process of the semiconductor laser device. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、超音波を加えた純水洗浄終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after completion of pure water cleaning with ultrasonic waves in the manufacturing process of the semiconductor laser device. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、p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。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after the formation of the p-side electrode in the manufacturing process of the semiconductor laser device. ドーピング濃度の違いによる電流狭窄性および通電安定性を比較したグラフである。It is the graph which compared the current constriction property by the difference in doping concentration, and energization stability. 本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第2実施形態の半導体レーザ装置の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device of the second embodiment configured by applying the compound semiconductor device of the present invention. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、ドライエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after completion of etching by the dry etching method in the manufacturing process of the semiconductor laser device. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、ウエットエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after completion of etching by the wet etching method in the manufacturing process of the semiconductor laser device. 上記半導体レーザ装置の製造工程における、p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。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction after the formation of the p-side electrode in the manufacturing process of the semiconductor laser device. 本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第3実施形態の半導体レーザ装置の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction of the semiconductor laser device of the third embodiment configured by applying the compound semiconductor device of the present invention. 本発明の第4実施形態の光ディスク装置の構成を説明する概略図である。It is the schematic explaining the structure of the optical disk apparatus of 4th Embodiment of this invention. 従来のInGaAlP系半導体レーザ装置におけるストライプ方向に垂直な面の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a surface perpendicular to the stripe direction in a conventional InGaAlP semiconductor laser device. 上記従来のInGaAlP系半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the said conventional InGaAlP type semiconductor laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

101,201 n−GaAs基板
102、202 n−InGaPバッファ層
103、203 n−InGaAlP下クラッド層
104、204 多重量子井戸活性層
105、205 p−InGaAlP第一上クラッド層
106、206 p−InGaAlP第二上クラッド層
107 p−InGaPエッチストップ層
207 p−InGaAsPエッチストップ層
108、208 p−InGaAlP第三上クラッド層
109 p−InGaP中間層
130、230、330 リッジ
209 p−InGaAlP中間層
110、210 p−GaAsコンタクト層
211 p−InxGa1-xAsグレーディッド層
212 p−InGaAsコンタクト層
111、213、311 p側電極
112、214 n側電極
113、215 レジストマスク
313 ストライプ状構造体
400 光ディスク装置
401 光ディスク
402 半導体レーザ装置
403 コリメートレンズ
404 ビームスプリッタ
405 偏光版
406 レーザ光照射用対物レンズ
407 再生光用対物レンズ
408 信号検出用受光素子
409 信号光再生回路
511 n−GaAs基板
512 n−GaAsバッファ層
513 n−InGaPバッファ層
514 n−InGaAlPクラッド層
515 n−InGaP活性層
516,517,518 p−InGaAlPクラッド層
519 p−InGaAlPコンタクト層
520 p−GaAsコンタクト層
521 n−GaAs電流ブロック層
522 p−GaAsコンタクト層
523、524 金属電極
526 SiO
527、528 ストライプ状メサ
529 ストライプ状リッジ
101, 201 n-GaAs substrate 102, 202 n-InGaP buffer layer 103, 203 n-InGaAlP lower cladding layer 104, 204 multiple quantum well active layer 105, 205 p-InGaAlP first upper cladding layer 106, 206 p-InGaAlP second Second upper cladding layer 107 p-InGaP etch stop layer 207 p-InGaAsP etch stop layer 108, 208 p-InGaAlP third upper cladding layer 109 p-InGaP intermediate layer 130, 230, 330 Ridge 209 p-InGaAlP intermediate layer 110, 210 p-GaAs contact layer 211 p-In x Ga 1 -x As graded layer 212 p-InGaAs contact layer 111, 213, 311 p-side electrode 112, 214 n-side electrode 113, 215 resist mask 313 Striped structure 400 Optical disc device 401 Optical disc 402 Semiconductor laser device 403 Collimator lens 404 Beam splitter 405 Polarizing plate 406 Laser light irradiation objective lens 407 Reproduction light objective lens 408 Signal detection light receiving element 409 Signal light reproduction circuit 511 n− GaAs substrate 512 n-GaAs buffer layer 513 n-InGaP buffer layer 514 n-InGaAlP cladding layer 515 n-InGaP active layer 516, 517, 518 p-InGaAlP cladding layer 519 p-InGaAlP contact layer 520 p-GaAs contact layer 521 n -GaAs current blocking layer 522 p-GaAs contact layer 523 and 524 a metal electrode 526 SiO 2 film 527, 528 striped mesa 529 strike Type-like ridge

Claims (30)

GaAs基板上に積層された、Pを含みAlを含まないIII−V族化合物半導体を結晶材料とする下地半導体層と、
P、AlおよびInを含むIII−V族化合物を結晶材料とし、かつ上記下地半導体層の表面上に形成されたストライプ状のリッジをなす直上半導体層と、
上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆する電極層とを備え、
上記下地半導体層のうち少なくとも上記電極層と接する部分の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止されるように1×1017cm-3以下に設定されていることを特徴とする化合物半導体装置。
A base semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor containing P and not containing Al, which is laminated on a GaAs substrate,
A semiconductor layer immediately above that forms a stripe-shaped ridge formed on the surface of the base semiconductor layer using a III-V group compound containing P, Al and In as a crystal material;
An electrode layer covering a top and at least one side surface of the ridge, and an electrode layer covering a portion corresponding to a side of the ridge among the upper surface of the base semiconductor layer;
An impurity doping concentration that determines the conductivity type of at least a portion in contact with the electrode layer in the base semiconductor layer is 1 × 10 17 cm −3 or less so that current is blocked at the interface between the base semiconductor layer and the electrode layer. A compound semiconductor device, characterized in that it is set to
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジは、上記直上半導体層と、この直上半導体層上に順に積層されたInGaP層と、GaAs層とを含むことを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the ridge includes the semiconductor layer immediately above, an InGaP layer stacked on the semiconductor layer immediately above, and a GaAs layer.
請求項2に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジは、さらに上記GaAs層上に積層されたInGaAs層を含むことを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 2,
The compound semiconductor device, wherein the ridge further includes an InGaAs layer laminated on the GaAs layer.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記直上半導体層をなす結晶材料が、InGaAlPまたはInGaAlAsPのいずれかからなることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
The compound semiconductor device, wherein the crystal material forming the semiconductor layer immediately above is made of either InGaAlP or InGaAlAsP.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層をなす結晶材料が、InGaPまたはInGaAsPのいずれかからなることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
A compound semiconductor device, wherein the crystalline material forming the base semiconductor layer is made of either InGaP or InGaAsP.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層の層厚が30Å以上であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
A compound semiconductor device, wherein the thickness of the base semiconductor layer is 30 mm or more.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層の層厚が0.1μm以上0.4μm以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
A compound semiconductor device, wherein a thickness of the base semiconductor layer is 0.1 μm or more and 0.4 μm or less.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記GaAs基板と下地半導体層との間で上記下地半導体層の下面に接した位置に、この下地半導体層の導電型と同じ導電型を持ち、かつその導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下に設定された第二半導体層を備え、
上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が0.1μm以上0.4μm以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
At a position in contact with the lower surface of the underlying semiconductor layer between the GaAs substrate and the underlying semiconductor layer, the doping concentration of an impurity having the same conductivity type as that of the underlying semiconductor layer and defining the conductivity type is 1 ×. A second semiconductor layer set to 10 17 cm −3 or less,
A compound semiconductor device, wherein a total thickness of the base semiconductor layer and the second semiconductor layer is 0.1 μm or more and 0.4 μm or less.
請求項2に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジに含まれた上記GaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が5×1018cm-3以上であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 2,
A compound semiconductor device, wherein a doping concentration of an impurity for determining a conductivity type of the GaAs layer included in the ridge is 5 × 10 18 cm −3 or more.
請求項3に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジに含まれた上記InGaAs層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が5×1018cm-3以上であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 3,
A compound semiconductor device, wherein a doping concentration of an impurity that determines a conductivity type of the InGaAs layer included in the ridge is 5 × 10 18 cm −3 or more.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層をなす結晶材料がInGaPからなり、このInGaPにおけるIII族元素中のGa組成比が0.367以上0.665以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
A compound semiconductor device, wherein a crystal material forming the base semiconductor layer is made of InGaP, and a Ga composition ratio in a group III element in the InGaP is 0.367 or more and 0.665 or less.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層をなす結晶材料がInGaAsPからなり、上記下地半導体層とGaAs基板との格子不整合率が±1.5%以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
A compound semiconductor device, wherein a crystal material forming the base semiconductor layer is made of InGaAsP, and a lattice mismatch ratio between the base semiconductor layer and the GaAs substrate is ± 1.5% or less.
請求項1に記載の化合物半導体装置において、
上記GaAs基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備えたことを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 1,
A compound semiconductor device comprising a semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation between the GaAs substrate and a base semiconductor layer.
請求項13に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状のリッジをなす直上半導体層の両脇の上記下地半導体層表面上に、上記リッジ以上の高さを有するストライプ状構造体をさらに有することを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 13,
A compound semiconductor device, further comprising a stripe structure having a height equal to or higher than the ridge on the surface of the base semiconductor layer on both sides of the semiconductor layer immediately above the stripe ridge.
請求項14に記載の化合物半導体装置において、
上記電極層は、さらに上記ストライプ状構造体上に形成されていることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 14,
The compound semiconductor device, wherein the electrode layer is further formed on the stripe structure.
請求項15に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、
上記ストライプ状構造体と上記電極層との界面に絶縁体が挿入されていることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 15,
The stripe structure is composed of a semiconductor layer,
A compound semiconductor device, wherein an insulator is inserted in an interface between the stripe structure and the electrode layer.
請求項15に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、
上記ストライプ状構造体の少なくとも頂部の上記電極層と接する半導体層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記ストライプ状構造体の頂部と電極層との界面で電流が阻止されるように1×1017cm-3以下に設定されていることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 15,
The stripe structure is composed of a semiconductor layer,
The doping concentration of the impurity that determines the conductivity type of the semiconductor layer in contact with the electrode layer at least at the top of the stripe structure is 1 × so that current is blocked at the interface between the top of the stripe structure and the electrode layer. A compound semiconductor device characterized by being set to 10 17 cm −3 or less.
請求項14に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状構造体は、上記電極層上に形成された導電体であることを特徴とする化合物半導体装置。
The compound semiconductor device according to claim 14,
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the stripe structure is a conductor formed on the electrode layer.
GaAs基板上に少なくとも、Pを含みAlを含まないIII−V族化合物半導体を結晶材料とし、かつ導電型を定める不純物のドーピング濃度が1×1017cm-3以下である下地半導体層と、P、AlおよびInを含むIII−V族化合物を結晶材料とする直上半導体層とを順に積層する結晶成長工程と、
上記直上半導体層上にストライプ状のパターンを持つエッチングマスクを形成する工程と、
上記エッチングマスクを用いて上記直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去して、上記下地半導体層の表面上に上記直上半導体層からなるストライプ状のリッジを形成するとともに、上記下地半導体層のうち上記リッジの側方に相当する部分を露出させるエッチング工程と、
上記エッチングマスクを除去した後、上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆するように電極層を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
A base semiconductor layer having a doping concentration of an impurity defining a conductivity type of 1 × 10 17 cm −3 or less on a GaAs substrate using at least a group III-V compound semiconductor containing P and not containing Al as a crystal material; A crystal growth step of sequentially stacking a semiconductor layer directly on the crystal material of a group III-V compound containing Al and In;
Forming an etching mask having a stripe pattern on the semiconductor layer immediately above;
Using the etching mask, a portion corresponding to the side of the etching mask is removed by etching to form a stripe-shaped ridge made of the semiconductor layer directly on the surface of the underlying semiconductor layer. And an etching step of exposing a portion of the base semiconductor layer corresponding to the side of the ridge,
An electrode forming step of forming an electrode layer so as to cover a portion corresponding to the side of the ridge among the top and at least one side surface of the ridge and the upper surface of the base semiconductor layer after removing the etching mask; ,
The manufacturing method of the compound semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項19に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記エッチング工程における、上記下地半導体層に対するエッチング速度が、上記直上半導体層に対するエッチング速度よりも遅いことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 19,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein an etching rate for the base semiconductor layer in the etching step is slower than an etching rate for the semiconductor layer immediately above.
請求項19に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にさらにInGaP層とGaAs層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記GaAs層、InGaP層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチング対象とし、このエッチングを、深さ方向に関して上記GaAs層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 19,
In the crystal growth step, an InGaP layer and a GaAs layer are further stacked in this order on the semiconductor layer immediately above,
In the etching step, a portion corresponding to the side of the etching mask among the GaAs layer, InGaP layer, and the semiconductor immediately above is subjected to etching, and this etching is performed from the upper surface side of the GaAs layer with respect to the depth direction. A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising: performing a dry etching method halfway through a layer, and subsequently performing a wet etching method from the middle of the semiconductor layer immediately above until the underlying semiconductor layer is exposed.
請求項21に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記乾式エッチング法および湿式エッチング法によるエッチング後に、上記直上半導体層とGaAs層の側面の間から側方へ突出する態様で残ったInGaP層の端部を、超音波を加えた純水洗浄によって除去する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 21,
After the etching by the dry etching method and the wet etching method, the end of the InGaP layer remaining in a mode protruding sideways from between the side surfaces of the semiconductor layer immediately above and the GaAs layer is removed by pure water cleaning with ultrasonic waves. And a method of manufacturing a compound semiconductor device.
請求項22に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記InGaP層の層厚が0.1μm以下であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 22,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the InGaP layer has a thickness of 0.1 μm or less.
請求項22に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記純水洗浄に加える超音波の振動数が20kHz乃至350kHzであることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 22,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the frequency of ultrasonic waves applied to the pure water cleaning is 20 kHz to 350 kHz.
請求項19に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にこの直上半導体層よりもIII族元素中のAl混晶比が小さいようなInGaAlP層と、GaAs層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記GaAs層、InGaAlP層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去するとともに、このエッチングを、深さ方向に関して上記GaAs層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 19,
In the crystal growth step, an InGaAlP layer having a smaller Al mixed crystal ratio in the group III element than the semiconductor layer immediately above and a GaAs layer are stacked in this order on the semiconductor layer directly above.
In the etching step, the portion corresponding to the side of the etching mask is removed by etching from the GaAs layer, InGaAlP layer, and immediately above semiconductor layer, and this etching is performed from the upper surface side of the GaAs layer in the depth direction. A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising performing a dry etching method halfway through the semiconductor layer immediately above, and then performing a wet etching method from the middle of the semiconductor layer immediately above until the underlying semiconductor layer is exposed.
請求項21または25に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記乾式エッチング法で用いるエッチングガスが、塩素系ガスであることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device of Claim 21 or 25,
A manufacturing method of a compound semiconductor device, wherein an etching gas used in the dry etching method is a chlorine-based gas.
請求項26に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記塩素系ガスに不活性ガスが添加されていることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 26,
A manufacturing method of a compound semiconductor device, wherein an inert gas is added to the chlorine-based gas.
請求項19に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記湿式エッチング法で用いるエッチャントが、過酸化水素水にリン酸または硫酸を加えた混合水溶液であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 19,
An etchant used in the wet etching method is a mixed aqueous solution in which phosphoric acid or sulfuric acid is added to hydrogen peroxide solution.
請求項19に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記結晶成長工程で、上記GaAs基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を積層することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the compound semiconductor device according to claim 19,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising: laminating a semiconductor layer group including an active layer for performing laser oscillation between the GaAs substrate and a base semiconductor layer in the crystal growth step.
請求項18に記載の化合物半導体装置を備えたことを特徴とする光ディスク装置。

An optical disk device comprising the compound semiconductor device according to claim 18.

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