JP2005223287A - Method of manufacturing semiconductor laser device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor laser device Download PDF

Info

Publication number
JP2005223287A
JP2005223287A JP2004032581A JP2004032581A JP2005223287A JP 2005223287 A JP2005223287 A JP 2005223287A JP 2004032581 A JP2004032581 A JP 2004032581A JP 2004032581 A JP2004032581 A JP 2004032581A JP 2005223287 A JP2005223287 A JP 2005223287A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
type
impurity concentration
conductivity type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004032581A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Kawato
伸一 川戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2004032581A priority Critical patent/JP2005223287A/en
Publication of JP2005223287A publication Critical patent/JP2005223287A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor laser device with which quantum well active layers can be disordered efficiently with high reproducibility and a dopant concentration in each of semiconductor layers can be adjusted to a desired value with high reproducibility. <P>SOLUTION: When manufacturing a semiconductor laser device comprising a p-type first clad layer 14 containing a p-type impurity of a concentration C1 on multiple quantum well active layers 13, after a low impurity concentration semiconductor layer 25 is formed, whose concentration C2 of a p-type impurity contained on the multiple quantum well active layers 13 is lower than the concentration C1, the multiple quantum well active layers 13 are disordered and an n-type current block layer 19 and a p-type flattened layer 20 are formed by gas phasing or liquid phasing. The low impurity concentration semiconductor layer 25 is then charged with the p-type impurity from the p-type second clad layer 16, thereby forming a p-type first clad layer 14 so that the concentration of the contained p-type impurity becomes said concentration C1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関し、より詳細には出射端面近傍に窓構造を有する半導体レーザ素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor laser device having a window structure in the vicinity of an emission end face.

近年、コンパクトディスク(Compact Disk;略称CD)およびデジタルバーサタイルディスク(Digital Versatile Disk;略称DVD)などの光ディスク装置における情報処理用光源として、各種の半導体レーザ素子が広範に利用されている。特に、最大光出力が30mW以上の高出力の半導体レーザ素子は、書込み可能な記録媒体であるCD−R(
Recordable)/RW(ReWriteable)、ミニディスク(Mini Disk;略称MD)、光磁気(Magneto Optical:略称MO)ディスク、DVD±R/RWなどの種々の規格に基づく光ディスク装置への書込み用光源として用いられている。これらの記録媒体への書込み速度を向上するために、半導体レーザ素子には、更なる高出力化が強く求められている。
In recent years, various semiconductor laser elements have been widely used as information processing light sources in optical disk devices such as compact disks (abbreviated as CDs) and digital versatile disks (abbreviated as DVDs). In particular, a high-power semiconductor laser device having a maximum optical output of 30 mW or more is a CD-R (a recording medium that can be written).
Used as a light source for writing to optical disk devices based on various standards such as Recordable / RW (ReWriteable), Mini Disk (abbreviation MD), magneto-optical (abbreviation MO) disk, DVD ± R / RW, etc. It has been. In order to improve the writing speed to these recording media, semiconductor laser devices are strongly required to have higher output.

半導体レーザ素子の最大光出力を決定する因子の一つは、レーザ共振器端面近傍の活性層での光出力密度の増加に伴い発生する光学損傷(Catastrophic Optical Damage;略称COD)と呼ばれる破壊現象の起こり易さである。レーザ共振器端面近傍の活性層では、レーザ光の吸収によってキャリアが生成され、この生成されたキャリアが発熱を伴って再結合するので、光出力密度が増加すると、キャリアの再結合時の発熱で活性層を構成する半導体結晶が溶融し、CODが発生する。したがって、CODが起こりにくい、すなわちCODを起こさない光出力の限界値であるCODレベルが高い半導体レーザ素子ほど、高い光出力を得ることができる。   One of the factors that determine the maximum optical output of a semiconductor laser element is the destruction phenomenon called “catastrophic optical damage” (abbreviated as “COD”) that occurs as the optical output density in the active layer near the end face of the laser resonator increases. It is easy to happen. In the active layer near the end face of the laser resonator, carriers are generated by absorption of the laser beam, and the generated carriers recombine with heat generation. Therefore, when the optical output density increases, heat generation at the time of carrier recombination occurs. The semiconductor crystal constituting the active layer melts and COD is generated. Therefore, a semiconductor laser device having a higher COD level that is less likely to cause COD, that is, a limit value of light output that does not cause COD, can obtain higher light output.

CODレベルを向上させ、半導体レーザ素子の高出力化を実現する一つの技術としては、レーザ共振器端面近傍の活性層にレーザ光を吸収しにくい構造、すなわちレーザ光に対して透明となるような窓構造を設ける技術が知られており、現在、広く研究開発が行われている。窓構造とは、レーザ共振器端面近傍の活性層に、活性層の残余の部分よりも大きいバンドギャップを有する部分が設けられる構造をいう。   One technique for improving the COD level and increasing the output of the semiconductor laser device is to make the active layer near the laser cavity end face less likely to absorb laser light, that is, transparent to the laser light. A technique for providing a window structure is known, and research and development are currently being conducted widely. The window structure is a structure in which a portion having a larger band gap than the remaining portion of the active layer is provided in the active layer near the end face of the laser resonator.

半導体レーザ素子の活性層としては、量子井戸構造を有する量子井戸活性層が多用されている。量子井戸活性層では、レーザ共振器端面近傍の量子井戸構造を無秩序化することによって窓構造を形成することができる。量子井戸構造を無秩序化する方法としては、種々の方法が挙げられるけれども、現在では、空孔または不純物を拡散もしくは注入する方法が主流になっている。   As an active layer of a semiconductor laser element, a quantum well active layer having a quantum well structure is frequently used. In the quantum well active layer, the window structure can be formed by disordering the quantum well structure in the vicinity of the laser cavity end face. There are various methods for disordering the quantum well structure, but at present, a method of diffusing or injecting vacancies or impurities is mainly used.

先行技術の一つでは、量子井戸構造の無秩序化に空孔の拡散を利用する半導体レーザ素子の製造方法が提案されている(特許文献1参照)。以下、特許文献1に開示の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。図8は、従来の半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。   As one of the prior arts, a method of manufacturing a semiconductor laser device using vacancy diffusion for disordering a quantum well structure has been proposed (see Patent Document 1). Hereinafter, a manufacturing method of the semiconductor laser device disclosed in Patent Document 1 will be described. FIG. 8 is a perspective view schematically showing the state of each step in the production of a semiconductor laser device by a conventional method for producing a semiconductor laser device.

まず、図8(a)に示すように、n型GaAs基板51上に、n型AlGaAsクラッド層52、多重量子井戸活性層53およびp型AlGaAs第1クラッド層54を順次エピタキシャル結晶成長させる。なお、多重量子井戸活性層53は、アルミニウムおよびガリウムの割合が異なる2種類のAlGaAs混晶層を交互に成長させることによって形成される。   First, as shown in FIG. 8A, an n-type AlGaAs cladding layer 52, a multiple quantum well active layer 53, and a p-type AlGaAs first cladding layer 54 are epitaxially grown on an n-type GaAs substrate 51 in this order. The multiple quantum well active layer 53 is formed by alternately growing two types of AlGaAs mixed crystal layers having different proportions of aluminum and gallium.

次いで、p型AlGaAs第1クラッド層54の表面にSiO膜55を形成した後、図8(b)に示すように多重量子井戸活性層53のレーザ発振に寄与する活性領域53aとなるべく予め定められる部分が投影される領域のSiO膜55を除去し、レーザ共振器端面となるべく予め定められる面56a,56bに略垂直な方向に延び、前記面56a,56bに達しない開口部55aを形成する。As雰囲気下、開口部55aが形成されたSiO膜55を備えるn型GaAs基板51を800℃以上の温度でアニールする。このアニールによって、SiO膜55に接するp型AlGaAs第1クラッド層54表面から、Ga原子がSiO膜55中に吸い上げられ、p型AlGaAs第1クラッド層54中に空孔が発生する。p型AlGaAs第1クラッド層54中に発生した空孔は、アニールによって多重量子井戸活性層53内部まで拡散されて多重量子井戸構造を無秩序化させる。すなわち、SiO膜55の開口部55aを除く部分が投影される領域の多重量子井戸活性層53の多重量子井戸構造が無秩序化され、レーザ共振器端面となるべく予め定められる面56a,56b近傍の多重量子井戸活性層53に端面窓部53bが形成される。多重量子井戸発生層53の多重量子井戸構造が無秩序化された領域では、実効的な禁制帯幅すなわちバンドギャップが広がるので、多重量子井戸発生層53の端面窓部53bは、多重量子井戸発生層53内部の活性領域53aで発生する発振レーザ光に対して透明な窓として機能する。 Next, after the SiO 2 film 55 is formed on the surface of the p-type AlGaAs first cladding layer 54, the active region 53a that contributes to the laser oscillation of the multiple quantum well active layer 53 is determined in advance as shown in FIG. 8B. The SiO 2 film 55 in the region where the projected portion is projected is removed, and an opening 55a is formed that extends in a direction substantially perpendicular to the surfaces 56a and 56b that are predetermined as laser cavity end faces and does not reach the surfaces 56a and 56b. To do. In an As atmosphere, the n-type GaAs substrate 51 including the SiO 2 film 55 in which the opening 55a is formed is annealed at a temperature of 800 ° C. or higher. This annealing, a p-type AlGaAs first cladding layer 54 surface in contact with the SiO 2 film 55, Ga atoms are sucked up into the SiO 2 film 55, holes are generated in the p-type AlGaAs first cladding layer 54. The holes generated in the p-type AlGaAs first cladding layer 54 are diffused into the multiple quantum well active layer 53 by annealing, thereby disordering the multiple quantum well structure. That is, the multiple quantum well structure of the multiple quantum well active layer 53 in the region where the portion excluding the opening 55a of the SiO 2 film 55 is projected is disordered, and the surfaces near the surfaces 56a and 56b that are predetermined as laser cavity end faces are formed. An end face window portion 53 b is formed in the multiple quantum well active layer 53. In the region where the multiple quantum well structure of the multiple quantum well generation layer 53 is disordered, the effective forbidden band width, that is, the band gap is widened. Therefore, the end face window portion 53b of the multiple quantum well generation layer 53 has a multiple quantum well generation layer. 53 functions as a transparent window with respect to the oscillation laser light generated in the active region 53a inside 53.

アニール後には、図示しないけれども、SiO膜55を除去し、露出したp型AlGaAs第1クラッド層54上にp型AlGaAs第2クラッド層およびp型GaAsコンタクト層を順次結晶再成長させる。次いで、多重量子井戸活性層53の活性領域53aが投影される領域を除く領域のp型AlGaAs第2クラッド層およびp型GaAsコンタクト層、すなわち図8(b)に示す工程においてSiO膜55に接していたp型AlGaAs第1クラッド層54上に形成されたp型AlGaAs第2クラッド層およびp型GaAsコンタクト層に、プロトン注入法によってプロトンを注入し、電流ブロック層を形成する。次いで、p型GaAsコンタクト層の上層およびn型GaAs基板51の下層に電極をそれぞれ形成することによって、半導体レーザ素子を得る。 After the annealing, although not shown, the SiO 2 film 55 is removed, and the p-type AlGaAs second cladding layer and the p-type GaAs contact layer are successively regrown on the exposed p-type AlGaAs first cladding layer 54. Next, the p-type AlGaAs second cladding layer and the p-type GaAs contact layer in the region excluding the region where the active region 53a of the multiple quantum well active layer 53 is projected, that is, the SiO 2 film 55 in the step shown in FIG. Protons are implanted into the p-type AlGaAs second cladding layer and the p-type GaAs contact layer formed on the p-type AlGaAs first cladding layer 54 in contact with each other by a proton implantation method to form a current blocking layer. Next, by forming electrodes on the upper layer of the p-type GaAs contact layer and the lower layer of the n-type GaAs substrate 51, a semiconductor laser device is obtained.

また、別の先行技術では、量子井戸構造の無秩序化にZnの拡散を利用する半導体レーザ素子の製造方法が提案されている(特許文献2および3参照)。   In another prior art, a method of manufacturing a semiconductor laser element using Zn diffusion for disordering a quantum well structure has been proposed (see Patent Documents 2 and 3).

特許文献2に開示の技術では、Znの拡散源として、Znを高濃度に含んだ半導体層を用いている。以下、特許文献2に開示の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。特許文献2に開示の技術では、まず、前述の図8(a)に示す工程と同様にして、n型GaAs基板上に、n型GaAsバッファ層、n型InGaAlPクラッド層、InGaP井戸層とInGaAlP障壁層とから成る多重量子井戸活性層、p型InGaAlPクラッド層、p型InGaP通電容易層およびn型GaAsキャップ層を順次結晶成長させる。次いで、多重量子井戸活性層の端面窓部となるべく予め定められる領域が投影される領域のp型InGaP通電容易層およびn型GaAsキャップ層を除去し、露出したp型InGaAlPクラッド層上に、Znを高濃度に含んだp型GaAs層を選択的に結晶成長させる。その後、アニールを行なうことによって、p型GaAs層からZnを多重量子井戸活性層およびp型InGaAlPクラッド層を介してn型InGaAlPクラッド層の途中まで拡散させ、多重量子井戸活性層の多重量子井戸構造を選択的に無秩序化する。これによって端面窓部を形成し、AlGaInP系半導体レーザ素子を得ている。   In the technique disclosed in Patent Document 2, a semiconductor layer containing Zn at a high concentration is used as a Zn diffusion source. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser device disclosed in Patent Document 2 will be described. In the technique disclosed in Patent Document 2, first, similarly to the process shown in FIG. 8A, an n-type GaAs buffer layer, an n-type InGaAlP cladding layer, an InGaP well layer, and an InGaAlP are formed on an n-type GaAs substrate. A multi-quantum well active layer comprising a barrier layer, a p-type InGaAlP cladding layer, a p-type InGaP conduction layer and an n-type GaAs cap layer are sequentially grown. Next, the p-type InGaP conduction facilitating layer and the n-type GaAs cap layer in a region where a predetermined region is projected as the end face window portion of the multiple quantum well active layer is removed, and the exposed p-type InGaAlP cladding layer is formed on the exposed p-type InGaAlP cladding layer. A p-type GaAs layer containing a high concentration of is selectively grown. Thereafter, annealing is performed to diffuse Zn from the p-type GaAs layer through the multi-quantum well active layer and the p-type InGaAlP clad layer to the middle of the n-type InGaAlP clad layer. To selectively disorder. Thus, an end face window portion is formed, and an AlGaInP-based semiconductor laser element is obtained.

また特許文献3に開示の半導体レーザ素子の製造方法では、Znの拡散源として、ZnO薄膜を用い、特許文献2に開示の方法と同様にして半導体レーザ素子を製造している。   In the method of manufacturing a semiconductor laser device disclosed in Patent Document 3, a ZnO thin film is used as a Zn diffusion source, and the semiconductor laser device is manufactured in the same manner as the method disclosed in Patent Document 2.

特開平9−23037号公報(第7頁,第1−2図)JP-A-9-23037 (page 7, Fig. 1-2) 特開平11−284280号公報(第6頁,第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 11-284280 (page 6, FIG. 1) 特開平11−145553号公報(第3−4頁,第1−2図)JP-A-11-145553 (page 3-4, FIG. 1-2)

半導体レーザ素子を構成する各半導体結晶層には、所望の導電型を持たせるために、ドーパントとなる不純物が導入されている。前述の特許文献1、2または3に開示の半導体レーザ素子の製造方法では、量子井戸活性層の無秩序化のための不純物また空孔の拡散を、量子井戸活性層上のドーパントを含む層たとえば図8(b)に示すp型AlGaAs第1クラッド層54を介して行なうので、ドーパントの存在によって不純物また空孔の拡散が阻害され、拡散の機構が複雑化する。このため、量子井戸活性層の無秩序化を効率良く行なうことができず、また無秩序化の再現性が低下することがある。このような量子井戸活性層の無秩序化の不安定性は、CODレベルの低下を招き、半導体レーザ素子の信頼性を低下させる。   Impurities as dopants are introduced into each semiconductor crystal layer constituting the semiconductor laser element in order to have a desired conductivity type. In the method of manufacturing a semiconductor laser device disclosed in Patent Document 1, 2, or 3, the diffusion of impurities or vacancies for disordering the quantum well active layer is performed on a layer containing a dopant on the quantum well active layer. Since the process is performed through the p-type AlGaAs first cladding layer 54 shown in FIG. 8B, the diffusion of impurities or vacancies is hindered by the presence of the dopant, and the diffusion mechanism becomes complicated. For this reason, disordering of the quantum well active layer cannot be performed efficiently, and the reproducibility of disordering may be reduced. Such instability of disordering of the quantum well active layer leads to a decrease in the COD level and the reliability of the semiconductor laser device.

また、前述の各半導体結晶層中のドーパントとなる不純物の濃度は、所望の特性を得るために、厳密に設計されている。前述のように、特許文献1、2または3に開示の技術では、量子井戸活性層上にドーパントとなる不純物を設計濃度で含有する半導体結晶層を形成した後に、量子井戸活性層の無秩序化のための不純物また空孔の拡散を行なうので、不純物または空孔の拡散によって、各半導体結晶層内に存在するドーパントの拡散が誘起され、各層のドーパント濃度が設計値から外れる場合が多い。特に、空孔または不純物を拡散させるために高温のアニールを施す場合には、この高温のアニールによって半導体結晶層内部のドーパントが各層の境界を超えて大量に拡散するので、ドーパント濃度の設計値からのずれが大きくなりやすく、均質な半導体レーザ素子を安定して製造することは困難である。   Further, the concentration of the impurity serving as the dopant in each of the semiconductor crystal layers is strictly designed to obtain desired characteristics. As described above, in the technique disclosed in Patent Document 1, 2, or 3, after forming a semiconductor crystal layer containing impurities as a dopant at a designed concentration on the quantum well active layer, the quantum well active layer is disordered. Therefore, the diffusion of impurities or vacancies induces the diffusion of dopants present in each semiconductor crystal layer, and the dopant concentration of each layer often deviates from the design value. In particular, when high-temperature annealing is performed to diffuse vacancies or impurities, the dopant inside the semiconductor crystal layer diffuses in large quantities beyond the boundary of each layer due to this high-temperature annealing. Therefore, it is difficult to stably manufacture a homogeneous semiconductor laser device.

ドーパント濃度の設計値からのずれは、高出力時の動作電流および駆動電圧の上昇、ならびにそれに伴う長期信頼性の悪化を引起こす。特に、p型エピタキシャル結晶成長層では、p型の導電性を付与するためのp型ドーパントとして、拡散係数の特に大きいZn原子、Mg原子またはBe原子などが一般に用いられるので、量子井戸活性層の無秩序化の際に発生するドーパント濃度の設計値からのずれが大きくなりやすく、その素子特性に与える影響は深刻である。   Deviation from the design value of the dopant concentration causes an increase in operating current and driving voltage at high output, and a deterioration in long-term reliability associated therewith. In particular, in the p-type epitaxial crystal growth layer, Zn atoms, Mg atoms, Be atoms, or the like having a particularly large diffusion coefficient are generally used as p-type dopants for imparting p-type conductivity. Deviation from the design value of the dopant concentration generated during disordering tends to be large, and its influence on device characteristics is serious.

本発明の目的は、出射端面近傍に窓構造を形成するための量子井戸活性層の無秩序化を効率良くかつ再現性良く行なうことができるとともに、各半導体層内のドーパント濃度を再現性良く所望の値にすることのできる半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。   It is an object of the present invention to perform disordering of a quantum well active layer for forming a window structure in the vicinity of an emission end face efficiently and with good reproducibility, and to achieve a desired dopant concentration in each semiconductor layer with good reproducibility. It is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser device that can be set to a value.

本発明は、第1導電型半導体基板と、前記第1導電型半導体基板上に設けられ前記第1導電型半導体基板よりも小さいバンドギャップを有する活性層と、前記活性層上に設けられ、第2導電型不純物を濃度C1で含有し、前記活性層よりも大きいバンドギャップを有する第2導電型半導体層とを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
第1導電型半導体基板上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低い(C2<C1)低不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填することによって、含有される第2導電型不純物の濃度が前記濃度C1になるように第2導電型半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
The present invention includes a first conductive type semiconductor substrate, an active layer provided on the first conductive type semiconductor substrate and having a smaller band gap than the first conductive type semiconductor substrate, provided on the active layer, A method of manufacturing a semiconductor laser device comprising: a second conductivity type semiconductor layer containing a second conductivity type impurity at a concentration C1 and having a larger band gap than the active layer,
Forming an active layer on the first conductive type semiconductor substrate;
Forming a low impurity concentration semiconductor layer having a concentration C2 of the second conductivity type impurity contained on the active layer lower than the concentration C1 (C2 <C1);
Forming a second conductivity type semiconductor layer so that the concentration of the second conductivity type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer is supplemented with the second conductivity type impurity to be the concentration C1. A method of manufacturing a semiconductor laser device characterized by the following.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に、活性層の残余の部分よりも大きいバンドギャップを有する端面窓部を形成する工程をさらに含み、
前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程を、
前記端面窓部を形成する工程よりも後に、または該工程に伴って行なうことを特徴とする。
In addition, the present invention provides the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer,
The method further includes the step of forming an end face window portion having a larger band gap than the remaining portion of the active layer in the active layer in the vicinity of the predetermined face as much as possible as the end face from which the laser beam is emitted,
Filling the low impurity concentration semiconductor layer with a second conductivity type impurity to form a second conductivity type semiconductor layer;
It is performed after the step of forming the end face window portion or accompanying the step.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程では、
第2導電型不純物を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部が投影される領域を除く領域に補填することを特徴とする。
According to the present invention, in the step of filling the low impurity concentration semiconductor layer with a second conductivity type impurity and forming the second conductivity type semiconductor layer,
The second conductivity type impurity is supplemented in a region excluding a region where the end face window portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C3が前記濃度C2よりも高い(C3>C2)高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板上に、気相法または液相法によって半導体層を形成する工程とをさらに含み、
前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
In addition, the present invention provides the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer,
Forming a high impurity concentration semiconductor layer having a second conductivity type impurity concentration C3 higher than the concentration C2 (C3> C2) on the low impurity concentration semiconductor layer;
Forming a semiconductor layer by a vapor phase method or a liquid phase method on a first conductivity type semiconductor substrate including the high impurity concentration semiconductor layer and the low impurity concentration semiconductor layer;
The step of forming the semiconductor layer by the vapor phase method or the liquid phase method includes:
It also serves as a step of supplementing the second impurity impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer.

また本発明は、前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程では、
前記第1導電型半導体基板の温度を、550℃以上、1000℃以下に保持することを特徴とする。
In the step of forming the semiconductor layer by the vapor phase method or the liquid phase method,
The temperature of the first conductive type semiconductor substrate is maintained at 550 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C3が前記濃度C2よりも高い(C3>C2)高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とをさらに含み、
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
In addition, the present invention provides the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer,
Forming a high impurity concentration semiconductor layer having a second conductivity type impurity concentration C3 higher than the concentration C2 (C3> C2) on the low impurity concentration semiconductor layer;
Annealing a first conductivity type semiconductor substrate comprising the high impurity concentration semiconductor layer and the low impurity concentration semiconductor layer,
The step of annealing the first conductive type semiconductor substrate includes:
It also serves as a step of supplementing the second impurity impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C3が前記濃度C2よりも高い(C3>C2)高不純物濃度半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
Further, the present invention is after the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer and before the step of forming the end face window portion,
Forming a high impurity concentration semiconductor layer on the low impurity concentration semiconductor layer, wherein the concentration C3 of the second conductivity type impurity contained is higher than the concentration C2 (C3>C2);
The step of forming the end face window portion includes:
Forming a diffusion supply layer that diffuses and supplies vacancies or impurities to the active layer on an active layer in the vicinity of a predetermined surface as much as an end face from which the laser beam is emitted in the active layer;
Annealing a first conductivity type semiconductor substrate comprising the diffusion supply layer, the high impurity concentration semiconductor layer, and the low impurity concentration semiconductor layer,
The step of annealing the first conductive type semiconductor substrate includes:
It also serves as a step of supplementing the second impurity impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer.

また本発明は、前記第1導電型半導体基板をアニールする工程では、
前記第1導電型半導体基板を、550℃以上、1000℃以下の温度でアニールすることを特徴とする。
According to the present invention, in the step of annealing the first conductivity type semiconductor substrate,
The first conductivity type semiconductor substrate is annealed at a temperature of 550 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程は、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とを含むことを特徴とする。
According to the present invention, the step of filling the low impurity concentration semiconductor layer with a second conductivity type impurity and forming the second conductivity type semiconductor layer includes:
Forming a dielectric layer containing atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become second conductivity type impurities on the low impurity concentration semiconductor layer;
And annealing a first conductivity type semiconductor substrate including the dielectric layer and the low impurity concentration semiconductor layer.

また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記誘電体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
Further, the present invention is after the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer and before the step of forming the end face window portion,
Forming a dielectric layer including atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become second conductivity type impurities on the low impurity concentration semiconductor layer;
The step of forming the end face window portion includes:
Forming a diffusion supply layer that diffuses and supplies vacancies or impurities to the active layer on an active layer in the vicinity of a predetermined surface as much as an end face from which the laser beam is emitted in the active layer;
Annealing a first conductivity type semiconductor substrate comprising the diffusion supply layer, the dielectric layer, and the low impurity concentration semiconductor layer,
The step of annealing the first conductive type semiconductor substrate includes:
It also serves as a step of supplementing the low impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity from the dielectric layer.

また本発明は、前記誘電体層を形成する工程では、
前記誘電体層を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域上に形成することを特徴とする。
In the present invention, in the step of forming the dielectric layer,
The dielectric layer may be formed on a region excluding a region where a predetermined portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected as much as possible.

また本発明は、前記第1導電型半導体基板をアニールする工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第1導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする。
In addition, the present invention provides a method of annealing the first conductive semiconductor substrate before the step of annealing.
A dielectric layer including atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become first conductivity type impurities is formed on a region where a predetermined portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected as much as possible as the end face window portion. The method further includes the step of:

本発明によれば、半導体レーザ素子の活性層上に設けられ第2導電型不純物を濃度C1で含有するように設計される第2導電型半導体層を形成する際には、第2導電型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低い(C2<C1)低不純物濃度半導体層を活性層上に形成した後に、低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、含有される第2導電型不純物の濃度が前記濃度C1になるように第2導電型半導体層を形成する。低不純物濃度半導体層における第2導電型不純物の濃度C2は、前記濃度C1よりも低い(C2<C1)ので、低不純物濃度半導体層を形成した後の工程において、低不純物濃度半導体層に他の層から第2導電型不純物を拡散し流入させることによって、第2導電型半導体層における第2導電型不純物の濃度を、設計値である前記濃度C1になるように調整することができる。すなわち、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、第2導電型半導体層に含有される第2導電型不純物の濃度の設計値からのずれを回避することができる。また、前述のように低不純物濃度半導体層における第2導電型不純物の濃度C2は前記濃度C1よりも低い(C2<C1)ので、第2導電型不純物を濃度C1で含有する第2導電型半導体層が第2導電型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合に比べて次のような利点がある。低不純物濃度半導体層が第2導電型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合、低不純物濃度半導体層から他の層へ流出する第2導電型不純物の量が少ないので、他の層における不純物の濃度の設計値からのずれを抑えることができる。したがって、所望の特性を有する半導体レーザ素子を安定して得ることができる。   According to the present invention, when forming the second conductivity type semiconductor layer provided on the active layer of the semiconductor laser element and designed to contain the second conductivity type impurity at the concentration C1, the second conductivity type impurity is formed. After forming a low impurity concentration semiconductor layer on the active layer with a concentration C2 of C2 lower than the concentration C1 (C2 <C1), the second conductivity type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer is filled with a second conductivity type impurity. The second conductivity type semiconductor layer is formed so that the concentration of the type impurity becomes the concentration C1. The concentration C2 of the second conductivity type impurity in the low impurity concentration semiconductor layer is lower than the concentration C1 (C2 <C1). Therefore, in the process after the formation of the low impurity concentration semiconductor layer, the low impurity concentration semiconductor layer has another concentration C2. By diffusing and flowing the second conductivity type impurity from the layer, the concentration of the second conductivity type impurity in the second conductivity type semiconductor layer can be adjusted to be the design value C1. That is, in the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, it is possible to avoid a deviation from the design value of the concentration of the second conductivity type impurity contained in the second conductivity type semiconductor layer. Further, as described above, since the second conductivity type impurity concentration C2 in the low impurity concentration semiconductor layer is lower than the concentration C1 (C2 <C1), the second conductivity type semiconductor containing the second conductivity type impurity at the concentration C1. There are the following advantages compared with the case where the layer is exposed to a high temperature where the second conductivity type impurity is diffused. When the low impurity concentration semiconductor layer is exposed to a high temperature where the second conductivity type impurity is diffused, the amount of the second conductivity type impurity flowing out from the low impurity concentration semiconductor layer to the other layer is small. The deviation of the impurity concentration from the design value can be suppressed. Therefore, a semiconductor laser element having desired characteristics can be obtained stably.

また本発明によれば、レーザ光が出射される端面近傍の活性層に端面窓部を有する半導体レーザ素子を製造するに際し、低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の補填を、他の層から低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の拡散が発生しやすい端面窓部を形成する工程よりも後に、または該工程に伴って行なう。このことによって、第2導電型半導体層に含有される第2導電型不純物の濃度の設計値からのずれを確実に回避することができる。また活性層に端面窓部を形成する際に活性層上に設けられている低不純物濃度半導体層は、第2導電型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低い(C2<C1)ので、活性層上に第2導電型不純物を前記濃度C1で含有する第2導電型半導体層が設けられている状態で活性層に端面窓部を形成する場合に比べ、活性層への空孔または不純物の拡散を容易に行なうことができ、端面窓部を効率良くかつ再現性良く形成することができる。したがって、CODレベルが高く、高出力で信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができる。   Further, according to the present invention, when manufacturing a semiconductor laser device having an end face window in an active layer near the end face from which laser light is emitted, the low impurity concentration semiconductor layer is supplemented with the second conductivity type impurities. This is performed after or in conjunction with the step of forming the end face window portion where the diffusion of the second conductivity type impurity from the layer to the low impurity concentration semiconductor layer is likely to occur. Accordingly, it is possible to reliably avoid a deviation from the design value of the concentration of the second conductivity type impurity contained in the second conductivity type semiconductor layer. Further, the low impurity concentration semiconductor layer provided on the active layer when the end face window portion is formed in the active layer has the second conductivity type impurity concentration C2 lower than the concentration C1 (C2 <C1). Compared with the case where the end face window is formed in the active layer in a state where the second conductivity type semiconductor layer containing the second conductivity type impurity at the concentration C1 is provided on the layer, the vacancy or impurity in the active layer is not formed. Diffusion can be easily performed, and the end face window can be formed efficiently and with good reproducibility. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor laser element having a high COD level, high output and high reliability.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層の端面窓部が投影される領域には第2導電型不純物が補填されないので、第2導電型半導体層の端面窓部が投影される領域は、第2導電型半導体層の残余の領域に比べ、導電率が低くなる。したがって、低不純物濃度半導体層の全領域に第2導電型不純物を補填する場合に比べ、活性層の端面窓部に流入する無効電流量を低下させ、閾値電流を小さくすることができるので、動作電流を小さくし、電力消費量を少なくすることができる。   Further, according to the present invention, since the second conductivity type impurity is not filled in the region where the end face window portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected, the region where the end face window portion of the second conductivity type semiconductor layer is projected is Compared with the remaining region of the second conductivity type semiconductor layer, the conductivity is low. Therefore, compared with the case where the second conductivity type impurity is filled in the entire region of the low impurity concentration semiconductor layer, the amount of reactive current flowing into the end face window portion of the active layer can be reduced and the threshold current can be reduced. The current can be reduced and the power consumption can be reduced.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に第2導電型不純物を低不純物濃度半導体層に含有される第2導電型不純物の濃度C2よりも高い濃度C3(C3>C2)で含有する高不純物濃度半導体層が設けられた状態で、気相法または液相法による半導体層の形成を行なう。このことによって、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の拡散を促し、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填することができるので、第2導電型半導体層を形成することができる。したがって、低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程を、気相法または液相法によって半導体層を形成する工程と別に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。   According to the invention, the second conductivity type impurity is contained on the low impurity concentration semiconductor layer at a concentration C3 (C3> C2) higher than the concentration C2 of the second conductivity type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer. With the high impurity concentration semiconductor layer provided, a semiconductor layer is formed by a vapor phase method or a liquid phase method. Accordingly, diffusion of the second conductivity type impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer can be promoted, and the second conductivity type impurity can be supplemented from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer. Therefore, the second conductivity type semiconductor layer can be formed. Therefore, it is not necessary to provide the step of forming the second conductivity type semiconductor layer by supplementing the low impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity separately from the step of forming the semiconductor layer by the vapor phase method or the liquid phase method. The manufacturing process can be simplified and the productivity can be improved.

また本発明によれば、気相法または液相法によって半導体層を形成する際の第1導電型半導体基板の温度は550℃以上、1000℃以下に保持されるので、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の拡散が速やかに起こる。したがって、低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の補填を効率良く行なうことができる。   According to the present invention, the temperature of the first conductivity type semiconductor substrate when the semiconductor layer is formed by the vapor phase method or the liquid phase method is maintained at 550 ° C. or more and 1000 ° C. or less. Diffusion of the second conductivity type impurity into the low impurity concentration semiconductor layer occurs quickly. Therefore, it is possible to efficiently fill the second conductivity type impurities into the low impurity concentration semiconductor layer.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に第2導電型不純物を低不純物濃度半導体層に含有される第2導電型不純物の濃度C2よりも高い濃度C3(C3>C2)で含有する高不純物濃度半導体層が設けられた状態で、第1導電型半導体基板をアニールする。このことによって、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の拡散を促し、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填することができるので、第2導電型半導体層を形成することができる。   According to the invention, the second conductivity type impurity is contained on the low impurity concentration semiconductor layer at a concentration C3 (C3> C2) higher than the concentration C2 of the second conductivity type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer. The first conductivity type semiconductor substrate is annealed with the high impurity concentration semiconductor layer provided. Accordingly, diffusion of the second conductivity type impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer can be promoted, and the second conductivity type impurity can be supplemented from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer. Therefore, the second conductivity type semiconductor layer can be formed.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に第2導電型不純物を低不純物濃度半導体層に含有される第2導電型不純物の濃度C2よりも高い濃度C3(C3>C2)で含有する高不純物濃度半導体層が設けられ、かつ活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層が設けられた状態で、第1導電型半導体基板をアニールする。このアニールによって、レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に拡散供給層から空孔または不純物を拡散させ、端面窓部を形成することができるとともに、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の拡散を促し、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填して第2導電型半導体層を形成することができる。したがって、低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程を、端面窓部を形成する工程と別に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。   According to the invention, the second conductivity type impurity is contained on the low impurity concentration semiconductor layer at a concentration C3 (C3> C2) higher than the concentration C2 of the second conductivity type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer. A diffusion supply layer provided with a high impurity concentration semiconductor layer and supplying vacancies or impurities by diffusing into the active layer on an active layer in the vicinity of a predetermined surface as an end face from which the laser beam is emitted in the active layer The first conductivity type semiconductor substrate is annealed in the provided state. By this annealing, vacancies or impurities can be diffused from the diffusion supply layer into the active layer in the vicinity of a predetermined surface as much as possible as the end surface from which the laser beam is emitted, and an end surface window can be formed, and a high impurity concentration semiconductor layer The diffusion of the second conductivity type impurity from the low impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer is promoted, and the second conductivity type impurity is supplemented from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer to form the second conductivity type semiconductor layer. it can. Accordingly, it is not necessary to provide a step of forming the second conductivity type semiconductor layer by supplementing the low impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity, thereby simplifying the manufacturing process. Productivity can be improved.

また本発明によれば、第1導電型半導体基板は550℃以上、1000℃以下の温度でアニールされるので、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の拡散が速やかに起こる。したがって、低不純物濃度半導体層への第2導電型不純物の補填を効率良く行なうことができる。   According to the present invention, since the first conductivity type semiconductor substrate is annealed at a temperature of 550 ° C. or more and 1000 ° C. or less, the diffusion of the second conductivity type impurities from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer is prevented. It happens promptly. Therefore, it is possible to efficiently fill the second conductivity type impurities into the low impurity concentration semiconductor layer.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に低不純物濃度半導体層に拡散されて第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層が設けられた状態で、第1導電型半導体基板をアニールする。このことによって、誘電体層から低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填することができるので、第2導電型半導体層を形成することができる。   According to the present invention, the first conductivity type semiconductor substrate is formed on the low impurity concentration semiconductor layer in a state in which the dielectric layer containing atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become the second conductivity type impurity is provided. Anneal. As a result, the second conductivity type impurity can be compensated from the dielectric layer to the low impurity concentration semiconductor layer, so that the second conductivity type semiconductor layer can be formed.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に低不純物濃度半導体層に拡散されて第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層が設けられ、かつ活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層が設けられた状態で、第1導電型半導体基板をアニールする。このアニールによって、レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に拡散供給層から空孔または不純物を拡散させ、端面窓部を形成することができるとともに、誘電体層から低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填して第2導電型半導体層を形成することができる。したがって、低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程を、端面窓部を形成する工程と別に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。   According to the invention, the dielectric layer containing atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become the second conductivity type impurity is provided on the low impurity concentration semiconductor layer, and laser light is emitted from the active layer. The first conductivity type semiconductor substrate is annealed in a state in which a diffusion supply layer for diffusing vacancies or impurities into the active layer is provided on the active layer in the vicinity of a predetermined surface as much as possible. By this annealing, vacancies or impurities can be diffused from the diffusion supply layer into the active layer in the vicinity of the predetermined surface as much as possible as the end surface from which the laser beam is emitted, and the end surface window can be formed. The second conductivity type semiconductor layer can be formed by filling the impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity. Accordingly, it is not necessary to provide a step of forming the second conductivity type semiconductor layer by supplementing the low impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity, thereby simplifying the manufacturing process. Productivity can be improved.

また本発明によれば、低不純物濃度半導体層の端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上には第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層が形成されないので、低不純物濃度半導体層の端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域には第2導電型不純物が補填されない。このことによって、第2導電型半導体層の端面窓部が投影される領域は、第2導電型半導体層の残余の領域に比べ、導電率が低くなる。したがって、低不純物濃度半導体層の全領域上に第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成し、低不純物濃度半導体層の全領域に第2導電型不純物を補填する場合に比べ、活性層の端面窓部に流入する無効電流量を低下させ、閾値電流を小さくすることができるので、動作電流を小さくし、電力消費量を少なくすることができる。   Further, according to the present invention, since the dielectric layer containing the atom serving as the second conductivity type impurity is not formed on the region where the predetermined portion as the end face window portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected, the low impurity concentration The region where a predetermined portion is projected as much as possible as the end face window portion of the concentration semiconductor layer is not filled with the second conductivity type impurity. As a result, the conductivity of the region where the end face window portion of the second conductivity type semiconductor layer is projected is lower than the remaining region of the second conductivity type semiconductor layer. Therefore, as compared with the case where the dielectric layer including the atoms serving as the second conductivity type impurity is formed on the entire region of the low impurity concentration semiconductor layer and the second conductivity type impurity is filled in the entire region of the low impurity concentration semiconductor layer, Since the amount of reactive current flowing into the end face window portion of the active layer can be reduced and the threshold current can be reduced, the operating current can be reduced and the power consumption can be reduced.

また本発明によれば、第1導電型半導体基板は、低不純物濃度半導体層の端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上に、低不純物濃度半導体層に拡散されて第1導電型不純物となる原子を含む誘電体層が設けられた状態でアニールされる。このことによって、低不純物濃度半導体層の端面窓部が投影される領域に、低不純物濃度半導体層の残余の領域に補填される第2導電型不純物と逆導電型の第1導電型不純物を補填することができるので、第2導電型半導体層の端面窓部が投影される領域の導電率を、第2導電型半導体層の残余の領域に比べ、さらに低くすることができる。したがって、活性層の端面窓部に流入する無効電流量を一層低下させ、閾値電流をより小さくすることができるので、動作電流をさらに小さくし、電力消費量を一層少なくすることができる。   Further, according to the present invention, the first conductivity type semiconductor substrate is diffused into the low impurity concentration semiconductor layer on the region where a predetermined portion is projected as the end face window portion of the low impurity concentration semiconductor layer, and the first conductivity type semiconductor substrate is diffused. Annealing is performed in a state in which a dielectric layer containing atoms that become type impurities is provided. As a result, the region where the end face window portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected is filled with the first conductivity type impurity of the opposite conductivity type to the second conductivity type impurity which is filled in the remaining region of the low impurity concentration semiconductor layer. Therefore, the conductivity of the region where the end face window portion of the second conductivity type semiconductor layer is projected can be made lower than that of the remaining region of the second conductivity type semiconductor layer. Therefore, the amount of reactive current flowing into the end face window portion of the active layer can be further reduced and the threshold current can be further reduced, so that the operating current can be further reduced and the power consumption can be further reduced.

図1は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子1の構成を模式的に示す斜視図である。本実施の形態において例示する半導体レーザ素子1は、電流狭窄および光閉じ込め構造として、リッジストライプ構造を有する屈折率導波型の半導体レーザ素子である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device 1 obtained by a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor laser element 1 exemplified in the present embodiment is a refractive index waveguide type semiconductor laser element having a ridge stripe structure as a current confinement and optical confinement structure.

半導体レーザ素子1は、第1導電型半導体基板であるn型半導体基板11と、n型半導体基板11上に順次積層されるn型クラッド層12、多重量子井戸(Multi-Quantum-Well;略称MQW)活性層13、第2導電型半導体層であるp型第1クラッド層14およびp型エッチングストップ層15と、p型エッチングストップ層15の上層に設けられるリッジ18と、リッジ18の長手方向側面に設けられるn型電流ブロック層19と、リッジ18およびn型電流ブロック層19の上層に設けられるp型平坦化層20およびp型コンタクト層21と、p型コンタクト層21の上層に設けられるp側電極22と、n型半導体基板11の下層に設けられるn側電極23と、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面24aに設けられる図示しない前面反射膜と、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面24aに対向する端面24bに設けられる図示しない後面反射膜とを含んで構成される。リッジ18は、p型第2クラッド層16とp型キャップ層17とを含んで構成される。   The semiconductor laser device 1 includes an n-type semiconductor substrate 11 which is a first conductivity type semiconductor substrate, an n-type cladding layer 12 sequentially stacked on the n-type semiconductor substrate 11, a multi-quantum well (abbreviated as MQW). ) Active layer 13, p-type first cladding layer 14 and p-type etching stop layer 15, which are second conductive type semiconductor layers, ridge 18 provided on p-type etching stop layer 15, and longitudinal side surfaces of ridge 18 N-type current blocking layer 19 provided on the p-type, p-type planarization layer 20 and p-type contact layer 21 provided above the ridge 18 and n-type current blocking layer 19, and p provided on the p-type contact layer 21. Front electrode (not shown) provided on the side electrode 22, the n-side electrode 23 provided in the lower layer of the n-type semiconductor substrate 11, and the end face 24a from which the laser light of the laser resonator is emitted. When configured to include a surface reflection film after the laser beam of the laser resonator (not shown) provided on the end face 24b opposite to the end surface 24a to be emitted. The ridge 18 includes a p-type second cladding layer 16 and a p-type cap layer 17.

MQW活性層13は、図示しないけれども、障壁層と障壁層よりもバンドギャップの小さい井戸層とが交互に積層されて成る多重量子井戸構造を有し、n型半導体基板11、n型クラッド層12およびp型第1クラッド層14よりも小さいバンドギャップを有する。MQW活性層13を構成する障壁層および井戸層は、n型不純物またはp型不純物を含んでもよく、また含まなくてもよい。レーザ共振器端面24a,24b近傍のMQW活性層13には、MQW活性層13のレーザ発振に寄与する活性領域13aよりも大きいバンドギャップを有する端面窓部13bが設けられる。p型第1クラッド層14の端面窓部13bが投影される領域を除く領域には、p型不純物が濃度C1で含有される。   Although not shown, the MQW active layer 13 has a multiple quantum well structure in which barrier layers and well layers having a smaller band gap than the barrier layers are alternately stacked, and includes an n-type semiconductor substrate 11 and an n-type cladding layer 12. And a smaller band gap than the p-type first cladding layer 14. The barrier layer and well layer constituting the MQW active layer 13 may or may not contain n-type impurities or p-type impurities. The MQW active layer 13 in the vicinity of the laser resonator end faces 24a and 24b is provided with an end face window portion 13b having a larger band gap than the active region 13a contributing to laser oscillation of the MQW active layer 13. A p-type impurity is contained at a concentration C1 in a region excluding the region where the end face window portion 13b of the p-type first cladding layer 14 is projected.

n型半導体基板11、n型クラッド層12、MQW活性層13、p型第1クラッド層14、p型エッチングストップ層15、p型第2クラッド層16、p型キャップ層17、n型電流ブロック層19、p型平坦化層20およびp型コンタクト層21を構成する半導体材料としては、たとえばGaIn1−yP(0≦y≦1)およびAlGa1−zAs(0≦z≦1)などの3元材料、ならびに(AlGa1−zIn1−yP(0≦y≦1,0≦z≦1)などの4元材料などのIII−V族化合物半導体材料が挙げられる。また他の化合物半導体材料を用いることもできる。なお、以下では、GaIn1−yP(0≦y≦1)をGaInP、AlGa1−zAs(0≦z≦1)をAlGaAs、(AlGa1−zIn1−yP(0≦y≦1,0≦z≦1)をAlGaInPと記載することがある。 n-type semiconductor substrate 11, n-type cladding layer 12, MQW active layer 13, p-type first cladding layer 14, p-type etching stop layer 15, p-type second cladding layer 16, p-type cap layer 17, n-type current block As semiconductor materials constituting the layer 19, the p-type planarization layer 20, and the p-type contact layer 21, for example, Ga y In 1-y P (0 ≦ y ≦ 1) and Al z Ga 1-z As (0 ≦ z) Group III-V compound semiconductors such as ternary materials such as ≦ 1) and quaternary materials such as (Al z Ga 1-z ) y In 1-y P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) Materials. Other compound semiconductor materials can also be used. In the following, Ga y In 1-y P (0 ≦ y ≦ 1) is GaInP, Al z Ga 1-z As (0 ≦ z ≦ 1) is AlGaAs, and (Al z Ga 1-z ) y In 1 -YP (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) may be referred to as AlGaInP.

III−V族化合物半導体材料で構成される場合、n型半導体基板11、n型クラッド層12およびn型電流ブロック層19は、各層を構成する半導体材料に対してn型の導電性を付与するn型不純物として、たとえばSi、SnなどのIV族元素、S、Se、TeなどのVI族元素を含有する。またp型第1クラッド層14、p型エッチングストップ層15、p型第2クラッド層16、p型キャップ層17、p型平坦化層20およびp型コンタクト層21は、各層を構成する半導体材料に対してp型の導電性を付与するp型不純物として、たとえばZn、Mg、Be、Cd、HgなどのII族元素を含有する。   When the III-V group compound semiconductor material is used, the n-type semiconductor substrate 11, the n-type cladding layer 12 and the n-type current blocking layer 19 impart n-type conductivity to the semiconductor material constituting each layer. As an n-type impurity, for example, a group IV element such as Si or Sn and a group VI element such as S, Se, or Te are contained. The p-type first cladding layer 14, the p-type etching stop layer 15, the p-type second cladding layer 16, the p-type cap layer 17, the p-type planarization layer 20, and the p-type contact layer 21 are semiconductor materials constituting the respective layers. As a p-type impurity imparting p-type conductivity, a group II element such as Zn, Mg, Be, Cd, or Hg is contained.

図2は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子1の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。以下では、ウエハ状のn型半導体基板11から複数の半導体レーザ素子1を同時に作製する場合を示す。なお、図2には、1つの半導体レーザ素子1が形成される領域のみを記載する。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the state of each step in manufacturing the semiconductor laser device 1 by the method for manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, a case where a plurality of semiconductor laser elements 1 are simultaneously manufactured from a wafer-like n-type semiconductor substrate 11 will be described. FIG. 2 shows only a region where one semiconductor laser element 1 is formed.

図2A(a)は、n型半導体基板11上に、n型クラッド層12、MQW活性層13、低不純物濃度半導体層25、p型エッチングストップ層15、p型第2クラッド層16およびp型キャップ層17を形成した状態を示す図である。ウエハ状のn型半導体基板11上に、n型クラッド層12、MQW活性層13、低不純物濃度半導体層25、p型エッチングストップ層15、p型第2クラッド層16およびp型キャップ層17を順次エピタキシャル結晶成長させる。各半導体層の成長法としては、有機金属気相成長(Metalorganic chemical vapor deposition;略称MOCVD)法、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy;略称MBE)法、ガスソースMBE法および原子線エピタキシ(Atomic layer Epitaxy;略称ALE)法などの気相法、ならびに液相成長(Liquid Phase Epitaxy;略称:LPE)法などの液相法などが挙げられる。   FIG. 2A (a) shows an n-type cladding layer 12, an MQW active layer 13, a low impurity concentration semiconductor layer 25, a p-type etching stop layer 15, a p-type second cladding layer 16 and a p-type on an n-type semiconductor substrate 11. It is a figure which shows the state which formed the cap layer. An n-type cladding layer 12, an MQW active layer 13, a low impurity concentration semiconductor layer 25, a p-type etching stop layer 15, a p-type second cladding layer 16 and a p-type cap layer 17 are formed on a wafer-like n-type semiconductor substrate 11. Epitaxial crystal growth is performed sequentially. As the growth method of each semiconductor layer, metalorganic chemical vapor deposition (abbreviated as MOCVD) method, molecular beam epitaxy (abbreviated as MBE) method, gas source MBE method and atomic beam epitaxy (Atomic layer Epitaxy). A gas phase method such as an abbreviated ALE method, and a liquid phase method such as a liquid phase epitaxy (abbreviation: LPE) method.

低不純物濃度半導体層25は、前述の図1に示すp型第1クラッド層14となる層であり、含有されるp型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低く(C2<C1)なるように、p型不純物を含んでまたは含まずに形成される。p型第2クラッド層16は、含有されるp型不純物の濃度C3が低不純物濃度半導体層25に含有されるp型不純物の濃度C2よりも高く(C3>C2)なるように形成される。   The low impurity concentration semiconductor layer 25 is a layer that becomes the p-type first cladding layer 14 shown in FIG. 1, and the concentration C2 of the contained p-type impurity is lower than the concentration C1 (C2 <C1). Are formed with or without p-type impurities. The p-type second cladding layer 16 is formed so that the concentration C3 of the p-type impurity contained is higher than the concentration C2 of the p-type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer 25 (C3> C2).

図2A(b)は、MQW活性層13に端面窓部13bを形成した状態を示す図である。p型キャップ層17の表面にプラズマCVD法などによって拡散供給層26を形成する。拡散供給層26は、p型キャップ層17を構成する半導体材料から原子を吸い上げ、p型キャップ層17中に空孔を発生させることのできる誘電体材料などで形成される。たとえばp型キャップ層17がGaAsから成る場合には、拡散供給層26としてSiO(xは2近傍の実数)膜を形成する。SiO膜によってp型キャップ層17からGa原子を吸い上げさせ、空孔を発生させることができる。 FIG. 2A (b) is a view showing a state in which the end face window portion 13b is formed in the MQW active layer 13. FIG. A diffusion supply layer 26 is formed on the surface of the p-type cap layer 17 by plasma CVD or the like. The diffusion supply layer 26 is formed of a dielectric material or the like that can absorb atoms from the semiconductor material constituting the p-type cap layer 17 and generate holes in the p-type cap layer 17. For example, when the p-type cap layer 17 is made of GaAs, a SiO x (x is a real number in the vicinity of 2) film is formed as the diffusion supply layer 26. Ga atoms can be sucked up from the p-type cap layer 17 by the SiO x film to generate vacancies.

次いで、形成された拡散供給層26のうち、MQW活性層13の端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域の拡散供給層26をフォトリソグラフィ法によって除去する。これによって、MQW活性層13の端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域のp型キャップ層17上に、レーザ共振器端面24a,24bとなるべく予め定められる面に平行な方向に延びるストライプ状の拡散供給層26のパターン26aが形成される。各拡散供給層26の幅d1および幅d1と隣合う拡散供給層26間の距離d2との和(d2+d1)すなわち拡散供給層26の形成ピッチSは、形成する端面窓部13bの幅およびレーザ共振器の長手方向の長さに応じて決定される。   Next, of the formed diffusion supply layer 26, the diffusion supply layer 26 in a region excluding a region where a predetermined portion to be the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 is projected is removed by photolithography. As a result, on the p-type cap layer 17 in a region where a predetermined portion to be the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 is projected, the laser resonator end faces 24a and 24b are in a direction parallel to the predetermined surface as much as possible. The extending stripe-shaped diffusion supply layer 26 pattern 26a is formed. The width d1 of each diffusion supply layer 26 and the sum of the width d1 and the distance d2 between adjacent diffusion supply layers 26 (d2 + d1), that is, the formation pitch S of the diffusion supply layers 26 are the width of the end face window 13b to be formed and laser resonance. It is determined according to the length in the longitudinal direction of the vessel.

次いで、拡散供給層26のパターン26aが形成されたn型半導体基板11をラピッドサーマルアニール(Rapid Thermal Anneal;略称RTA)法などによってアニールする。このアニールによって、拡散供給層26に接するp型キャップ層17中に空孔が発生し、MQW活性層13の内部まで拡散され、拡散供給層26が投影される領域のMQW活性層13すなわち拡散供給層26の下方に存在するMQW活性層13の多重量子井戸構造が無秩序化される。この無秩序化によって、レーザ共振器端面24a,24bとなるべく予め定められる面近傍のMQW活性層13のバンドギャップが、MQW活性層13の残余の部分のバンドギャップよりも大きくなり、拡散供給層26に平行な方向に延びるストライプ状の端面窓部13bが形成される。   Next, the n-type semiconductor substrate 11 on which the pattern 26a of the diffusion supply layer 26 is formed is annealed by a rapid thermal annealing (abbreviated as RTA) method or the like. By this annealing, vacancies are generated in the p-type cap layer 17 in contact with the diffusion supply layer 26, diffused to the inside of the MQW active layer 13, and the MQW active layer 13 in the region where the diffusion supply layer 26 is projected, that is, the diffusion supply The multiple quantum well structure of the MQW active layer 13 existing below the layer 26 is disordered. As a result of this disordering, the band gap of the MQW active layer 13 in the vicinity of the predetermined surface of the laser resonator end faces 24a and 24b becomes larger than the band gap of the remaining part of the MQW active layer 13, and the diffusion supply layer 26 Striped end face windows 13b extending in parallel directions are formed.

このMQW活性層13に端面窓部13bを形成するためのアニールは、低不純物濃度半導体層25上に、p型不純物を低不純物濃度半導体層25に含有されるp型不純物の濃度C2よりも高い濃度C3(C3>C2)で含有する高不純物濃度半導体層であるp型第2クラッド層16が設けられた状態で行われる。したがって、このアニールによって、MQW活性層13に端面窓部13bを形成するとともに、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の拡散を促し、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25にp型不純物を補填することができる。このアニールは、550℃以上、1000℃以下の温度で行なわれることが好ましい。アニールを前記温度範囲で行なうことによって、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の拡散が速やかに起こり、低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の補填を効率良く行なうことができる。   The annealing for forming the end face window portion 13b in the MQW active layer 13 has a p-type impurity higher than the concentration C2 of the p-type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer 25 on the low impurity concentration semiconductor layer 25. This is performed with the p-type second cladding layer 16 which is a high impurity concentration semiconductor layer contained at a concentration C3 (C3> C2) provided. Therefore, by this annealing, the end face window portion 13b is formed in the MQW active layer 13, and the diffusion of the p-type impurity from the p-type second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25 is promoted, and the p-type second cladding layer The p-type impurity can be supplemented from 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25. This annealing is preferably performed at a temperature of 550 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. By performing the annealing in the above temperature range, diffusion of the p-type impurity from the p-type second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25 occurs quickly, and the low impurity concentration semiconductor layer 25 is filled with the p type impurity. It can be performed efficiently.

なお、本実施の形態では、拡散供給層26として、p型キャップ層17中に空孔を発生させ、MQW活性層13に拡散させて供給することのできる材料から成る層を用いたけれども、これに限定されることなく、p型キャップ層17にp型不純物またはn型不純物を供給し、p型キャップ層17、p型第2クラッド層16、p型エッチングストップ層15および低不純物濃度半導体層25を介して、MQW活性層13まで拡散させて供給することのできる材料から成る層を用いてもよい。たとえば、Znなどのp型不純物を含む半導体層、p型不純物となる原子を含むZnO膜などの誘電体層、またはn型不純物となる原子を含むSi膜などの誘電体層を拡散供給層26として用いることができる。拡散供給層26としてp型不純物またはn型不純物の供給源となる層を用いた場合、アニールによって拡散供給層26からp型不純物またはn型不純物が、拡散供給層26が投影される領域のMQW活性層13まで拡散される。これによって、拡散供給層26が投影される領域のMQW活性層13の多重量子井戸構造が無秩序化され、端面窓部13bが形成される。   In the present embodiment, the diffusion supply layer 26 is a layer made of a material that can generate holes in the p-type cap layer 17 and can be diffused and supplied to the MQW active layer 13. Without being limited thereto, p-type impurities or n-type impurities are supplied to the p-type cap layer 17, and the p-type cap layer 17, the p-type second cladding layer 16, the p-type etching stop layer 15, and the low impurity concentration semiconductor layer. A layer made of a material that can be diffused and supplied to the MQW active layer 13 via 25 may be used. For example, the diffusion supply layer 26 may be formed of a semiconductor layer containing a p-type impurity such as Zn, a dielectric layer such as a ZnO film containing atoms that become p-type impurities, or a dielectric layer such as a Si film containing atoms that become n-type impurities. Can be used as When a layer serving as a supply source of p-type impurities or n-type impurities is used as the diffusion supply layer 26, the MQW in the region where the diffusion supply layer 26 is projected from the diffusion supply layer 26 by annealing. It is diffused to the active layer 13. As a result, the multiple quantum well structure of the MQW active layer 13 in the region where the diffusion supply layer 26 is projected is disordered, and the end face window portion 13b is formed.

図2B(c)は、リッジ18を形成した状態を示す図である。図2A(b)に示す拡散供給層26を除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、レーザ共振器端面24a,24bとなるべく予め定められる面に垂直な方向に延びるストライプ状のリッジ18が形成されるように、p型キャップ層17およびp型第2クラッド層16をp型エッチングストップ層15が露出するまでエッチングして除去する。   FIG. 2B (c) is a diagram showing a state in which the ridge 18 is formed. After the diffusion supply layer 26 shown in FIG. 2A (b) is removed, a stripe-shaped ridge 18 extending in a direction perpendicular to a predetermined plane as the laser resonator end faces 24a and 24b by using a photolithography technique and an etching technique. Then, the p-type cap layer 17 and the p-type second cladding layer 16 are etched and removed until the p-type etching stop layer 15 is exposed.

図2B(d)は、n型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成した状態を示す図である。リッジ18の長手方向側面およびp型エッチングストップ層15の表面に、MOCVD法、MBE法、ガスソースMBE法、ALE法などの気相法またはLPE法などの液相法などによって半導体結晶を成長させ、n型電流ブロック層19を形成する。このとき、リッジ18の頂部を構成するp型キャップ層17の表面にもn型電流ブロック層19が成長する。次いで、n型電流ブロック層19の表面に、同様にして半導体結晶を成長させ、p型平坦化層20を形成する。   FIG. 2B (d) is a diagram showing a state in which the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarizing layer 20 are formed. A semiconductor crystal is grown on the side surface in the longitudinal direction of the ridge 18 and the surface of the p-type etching stop layer 15 by a vapor phase method such as MOCVD method, MBE method, gas source MBE method, ALE method, or liquid phase method such as LPE method. The n-type current blocking layer 19 is formed. At this time, the n-type current blocking layer 19 also grows on the surface of the p-type cap layer 17 constituting the top of the ridge 18. Next, a semiconductor crystal is similarly grown on the surface of the n-type current blocking layer 19 to form a p-type planarizing layer 20.

この気相法または液相法による結晶成長は、リッジ18が形成されたn型半導体基板11の加熱を伴って行われる。このとき、低不純物濃度半導体層25の上層にはリッジ18が設けられており、リッジ18の底部を構成するp型第2クラッド層16は含有されるp型不純物の濃度C3が低不純物濃度半導体層25に含有されるp型不純物の濃度C2よりも高い(C3>C2)。したがって、気相法または液相法によってn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する際には、前述の図2A(b)に示す工程においてアニールを施す際と同様に、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の拡散が促され、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25にp型不純物が補填される。これによって、端面窓部13bが投影される領域を除く領域にp型不純物を前記濃度C1で含有するp型第1クラッド層14が形成される。   Crystal growth by this vapor phase method or liquid phase method is performed with heating of the n-type semiconductor substrate 11 on which the ridge 18 is formed. At this time, the ridge 18 is provided above the low impurity concentration semiconductor layer 25, and the p-type second cladding layer 16 constituting the bottom of the ridge 18 has a p-type impurity concentration C3 contained in the low impurity concentration semiconductor. The concentration C2 of the p-type impurity contained in the layer 25 is higher (C3> C2). Therefore, when the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarization layer 20 are formed by the vapor phase method or the liquid phase method, p is the same as when annealing is performed in the process shown in FIG. 2A (b) described above. The diffusion of the p-type impurity from the type second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25 is promoted, and the p-type impurity is supplemented from the p-type second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25. Thus, the p-type first cladding layer 14 containing the p-type impurity at the concentration C1 is formed in a region excluding the region where the end face window portion 13b is projected.

気相法または液相法によって半導体結晶を成長させる際には、リッジ18が形成されたn型半導体基板11の温度を、550℃以上、1000℃以下に保持することが好ましい。リッジ18が形成されたn型半導体基板11の温度を前記温度範囲に保持して気相法または液相法による結晶成長を行なうことによって、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の拡散が速やかに起こり、低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の補填を効率良く行なうことができる。   When the semiconductor crystal is grown by the vapor phase method or the liquid phase method, the temperature of the n-type semiconductor substrate 11 on which the ridge 18 is formed is preferably maintained at 550 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. By maintaining the temperature of the n-type semiconductor substrate 11 on which the ridge 18 is formed within the above temperature range and performing crystal growth by a vapor phase method or a liquid phase method, the low impurity concentration semiconductor layer 25 is formed from the p-type second cladding layer 16. Thus, the diffusion of the p-type impurity into the substrate occurs quickly, and the low-impurity concentration semiconductor layer 25 can be efficiently filled with the p-type impurity.

図2C(e)は、p型キャップ層17の上層に当たる領域のうち端面窓部13bが投影される領域を除く領域のn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を除去した状態を示す図である。フォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ18の頂部を構成するp型キャップ層17の上層に当たる領域のうち、端面窓部13bが投影される領域を除く領域に形成されたn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を選択的に除去する。これによって、p型キャップ層17の端面窓部13bが投影される領域を除く領域が露出する。このp型キャップ層17の露出した領域が投影される領域のMQW活性層13が、活性領域13aとなる。   FIG. 2C (e) shows a state in which the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarization layer 20 are removed from the region corresponding to the upper layer of the p-type cap layer 17 except the region where the end face window portion 13b is projected. FIG. Using the photolithography technique, the n-type current blocking layer 19 and the p-type layer formed in the region excluding the region where the end face window portion 13b is projected out of the region corresponding to the upper layer of the p-type cap layer 17 constituting the top of the ridge 18 The mold planarization layer 20 is selectively removed. As a result, the region excluding the region where the end face window portion 13b of the p-type cap layer 17 is projected is exposed. The MQW active layer 13 in the region where the exposed region of the p-type cap layer 17 is projected becomes the active region 13a.

図2C(f)は、p型コンタクト層21、p側電極22およびn側電極23を形成した状態を示す図である。p型キャップ層17の露出した面およびp型平坦化層20の表面に、MOCVD法、MBE法、ガスソースMBE法、ALE法などの気相法またはLPE法などの液相法などによって半導体結晶を成長させ、p型コンタクト層21を形成する。なお、p型コンタクト層21を形成する際には、通常、n型半導体基板11の温度を約500℃と低く保持して気相法または液相法による結晶成長を行なうので、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の拡散はほとんど起こらない。次いで、形成されたp型コンタクト層21の表面にp側電極22を形成し、n型半導体基板11の表面にn側電極23を形成する。   FIG. 2C (f) is a diagram illustrating a state in which the p-type contact layer 21, the p-side electrode 22, and the n-side electrode 23 are formed. Semiconductor crystal is formed on the exposed surface of the p-type cap layer 17 and the surface of the p-type planarization layer 20 by a vapor phase method such as MOCVD method, MBE method, gas source MBE method, ALE method or liquid phase method such as LPE method. And the p-type contact layer 21 is formed. When the p-type contact layer 21 is formed, the n-type semiconductor substrate 11 is normally kept at a low temperature of about 500 ° C. and crystal growth is performed by a vapor phase method or a liquid phase method. The diffusion of the p-type impurity from the cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25 hardly occurs. Next, the p-side electrode 22 is formed on the surface of the formed p-type contact layer 21, and the n-side electrode 23 is formed on the surface of the n-type semiconductor substrate 11.

このようにしてp側電極22およびn側電極23が形成されたn型半導体基板11を、MQW活性層13の端面窓部13bがレーザ共振器端面24a,24b近傍にくるように、リッジ18の長手方向に垂直な面で切断する。基板を切断する際のピッチW1すなわち切断された基板のリッジ18の長手方向に平行な方向の幅W1は、半導体レーザ素子1のレーザ共振器の長手方向の長さ、すなわちレーザ共振器端面24a,24b間の距離に実質的に等しくなる。次いで、図示しないけれども、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面24aとなるべく予め定められる面に、反射率がたとえば8%程度と低い前面反射膜を設け、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面24aに対向する端面24bとなるべく予め定められる面に、反射率がたとえば90%程度と高い後面反射膜を設ける。次いで、リッジ18が1つ含まれるように、リッジ18の長手方向に平行な面で切断する。これによって、半導体レーザ素子1となる領域毎に分割し、図1に示す半導体レーザ素子1を得る。   The n-type semiconductor substrate 11 on which the p-side electrode 22 and the n-side electrode 23 are formed in this way is formed on the ridge 18 so that the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 is in the vicinity of the laser resonator end faces 24a and 24b. Cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction. The pitch W1 when cutting the substrate, that is, the width W1 in the direction parallel to the longitudinal direction of the ridge 18 of the cut substrate is the length in the longitudinal direction of the laser resonator of the semiconductor laser device 1, that is, the laser resonator end face 24a, Substantially equal to the distance between 24b. Next, although not shown, a front reflecting film having a low reflectance of about 8%, for example, is provided on a predetermined surface as the end face 24a from which the laser light from the laser resonator is emitted, and the laser light from the laser resonator is emitted. A rear surface reflection film having a high reflectance of, for example, about 90% is provided on a predetermined surface as much as possible as the end surface 24b facing the end surface 24a. Next, cutting is performed on a plane parallel to the longitudinal direction of the ridge 18 so that one ridge 18 is included. Thus, the semiconductor laser element 1 shown in FIG. 1 is obtained by dividing each region to be the semiconductor laser element 1.

以上のように、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、端面窓部13bが投影される領域を除く領域にp型不純物を濃度C1で含有するように設計されるp型第1クラッド層14は、図2A(a)に示す工程において含有されるp型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低い(C2<C1)低不純物濃度半導体層25をMQW活性層13上に形成した後に、図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程と、図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程とにおいて、低不純物濃度半導体層25にp型不純物を補填することによって形成される。低不純物濃度半導体層25におけるp型不純物の濃度C2は、前記濃度C1よりも低い(C2<C1)ので、このように低不純物濃度半導体層25を形成した後の工程において、低不純物濃度半導体層25に他の層すなわちp型第2クラッド層16からp型不純物を拡散し流入させることによって、p型第1クラッド層14の端面窓部13bが投影される領域を除く領域におけるp型不純物の濃度を、設計値である前記濃度C1になるように調整することができる。すなわち、p型第1クラッド層14におけるp型不純物の濃度が他の層からのp型不純物の拡散によって設計値よりも過剰になることを回避することができる。したがって、p型第1クラッド層14に含有されるp型不純物の濃度の設計値C1からのずれを回避することができる。   As described above, in the method of manufacturing the semiconductor laser device of this embodiment, the p-type first cladding layer designed to contain the p-type impurity at the concentration C1 in the region other than the region where the end face window portion 13b is projected. 14, after forming the low impurity concentration semiconductor layer 25 on the MQW active layer 13, the concentration C2 of the p-type impurity contained in the step shown in FIG. 2A (a) is lower than the concentration C1 (C2 <C1). In the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. 2A (b) and the step of forming the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarizing layer 20 shown in FIG. 2B (d), the low impurity concentration semiconductor layer 25 is formed. It is formed by supplementing with p-type impurities. Since the concentration C2 of the p-type impurity in the low impurity concentration semiconductor layer 25 is lower than the concentration C1 (C2 <C1), in the process after the low impurity concentration semiconductor layer 25 is formed in this way, the low impurity concentration semiconductor layer is formed. 25 is diffused and allowed to flow from the other layer, that is, the p-type second cladding layer 16, so that the p-type impurity in the region excluding the region where the end face window portion 13 b of the p-type first cladding layer 14 is projected. The density can be adjusted to the design value C1. That is, it can be avoided that the concentration of the p-type impurity in the p-type first cladding layer 14 becomes excessive from the design value due to the diffusion of the p-type impurity from other layers. Therefore, deviation of the concentration of the p-type impurity contained in the p-type first cladding layer 14 from the design value C1 can be avoided.

特に、本実施の形態では、低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の補填を、他の層たとえばp型第2クラッド層16からの低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の拡散が発生しやすい図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程に伴って行なうとともに、端面窓部13bを形成する工程の後の図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程において行なうので、p型第1クラッド層14に含有されるp型不純物の濃度の設計値C1からのずれを確実に回避することができる。   In particular, in the present embodiment, the p-type impurity is compensated for in the low impurity concentration semiconductor layer 25, and the diffusion of the p-type impurity from another layer such as the p-type second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25 is performed. The n-type current blocking layer 19 and p shown in FIG. 2B (d) after the step of forming the end face window portion 13b and the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. Since it is performed in the step of forming the mold planarization layer 20, it is possible to reliably avoid the deviation of the concentration of the p-type impurity contained in the p-type first cladding layer 14 from the design value C1.

また、前述のように低不純物濃度半導体層25におけるp型不純物の濃度C2は前記濃度C1よりも低い(C2<C1)ので、p型不純物を濃度C1で含有するp型第1クラッド層14が図2A(b)に示す工程または図2B(d)に示す工程のようにp型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合に比べて次のような利点がある。本実施の形態のように、低不純物濃度半導体層25が図2A(b)に示す工程または図2B(d)に示す工程においてp型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合、低不純物濃度半導体層25から他の層たとえばMQW活性層13へ流出するp型不純物の量が少なくなるので、他の層における不純物の濃度の設計値からのずれを抑えることができる。   Further, as described above, since the concentration C2 of the p-type impurity in the low impurity concentration semiconductor layer 25 is lower than the concentration C1 (C2 <C1), the p-type first cladding layer 14 containing the p-type impurity at the concentration C1 is provided. There are the following advantages compared to the case of being exposed to a high temperature where p-type impurities are diffused as in the step shown in FIG. 2A (b) or the step shown in FIG. 2B (d). When the low impurity concentration semiconductor layer 25 is exposed to a high temperature in which the p-type impurity is diffused in the step shown in FIG. 2A (b) or the step shown in FIG. 2B (d) as in this embodiment, the low Since the amount of the p-type impurity flowing out from the impurity concentration semiconductor layer 25 to another layer such as the MQW active layer 13 is reduced, it is possible to suppress a deviation from the design value of the impurity concentration in the other layer.

このように、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、p型第1クラッド層14に含有されるp型不純物の濃度の設計値C1からのずれを回避することができ、さらに他の層における不純物の濃度の設計値からのずれを抑えることができるので、所望の特性を有する半導体レーザ素子1を安定して得ることができる。   As described above, in the method of manufacturing the semiconductor laser device according to the present embodiment, the deviation of the concentration of the p-type impurity contained in the p-type first cladding layer 14 from the design value C1 can be avoided. Since the deviation of the impurity concentration in the layer from the design value can be suppressed, the semiconductor laser device 1 having desired characteristics can be stably obtained.

また、本実施の形態では、前述のように図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程と図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程とにおいてp型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25にp型不純物を補填してp型第1クラッド層14を形成する。したがって、低不純物濃度半導体層25にp型不純物を補填し、p型第1クラッド層14を形成する工程を別個に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, as described above, the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. 2A (b) and the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarizing layer 20 shown in FIG. 2B (d) are formed. In this process, the p-type first cladding layer 14 is formed by filling the low impurity concentration semiconductor layer 25 with the p-type impurity from the p-type second cladding layer 16. Therefore, it is not necessary to separately provide a process of filling the low impurity concentration semiconductor layer 25 with p-type impurities and forming the p-type first cladding layer 14, thereby simplifying the manufacturing process and improving productivity. .

また、図2A(b)に示すMQW活性層13に端面窓部13bを形成する工程では、以下のような利点がある。MQW活性層13上に設けられている低不純物濃度半導体層25は、前述のようにp型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低い(C2<C1)ので、MQW活性層13上にp型不純物を前記濃度C1で含有するp型第1クラッド層14が設けられている状態でMQW活性層13に端面窓部13bを形成する場合に比べ、MQW活性層13への空孔または不純物の拡散を容易に行なうことができ、端面窓部13bを効率良くかつ再現性良く形成することができる。したがって、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子1は、CODレベルが高く、高出力で信頼性が高い。   Further, the step of forming the end face window portion 13b in the MQW active layer 13 shown in FIG. 2A (b) has the following advantages. As described above, the low impurity concentration semiconductor layer 25 provided on the MQW active layer 13 has a p-type impurity concentration C2 lower than the concentration C1 (C2 <C1). Compared with the case where the end face window portion 13b is formed in the MQW active layer 13 with the p-type first cladding layer 14 containing the impurity at the concentration C1, diffusion of vacancies or impurities into the MQW active layer 13 is achieved. Thus, the end window portion 13b can be formed efficiently and with good reproducibility. Therefore, the semiconductor laser device 1 obtained by the method for manufacturing the semiconductor laser device of this embodiment has a high COD level, high output, and high reliability.

また、図2A(b)に示す工程において、拡散供給層26が投影される領域では、p型キャップ層17で発生した空孔がp型第2クラッド層16に流入し、拡散されるp型不純物を捕捉する。このため、低不純物濃度半導体層25の拡散供給層26が投影される領域、すなわち低不純物濃度半導体層25の端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域には、p型第2クラッド層16からのp型不純物の拡散がほとんど起こらず、p型不純物が補填されないので、p型第1クラッド層14の端面窓部13bが投影される領域は、p型第1クラッド層14の残余の領域に比べ、導電率が低くなる。   In the step shown in FIG. 2A (b), in the region where the diffusion supply layer 26 is projected, the holes generated in the p-type cap layer 17 flow into the p-type second cladding layer 16 and are diffused. Capture impurities. Therefore, in the region where the diffusion supply layer 26 of the low impurity concentration semiconductor layer 25 is projected, that is, in the region where a predetermined portion to be the end face window portion 13b of the low impurity concentration semiconductor layer 25 is projected, the p-type second Since the diffusion of the p-type impurity from the cladding layer 16 hardly occurs and the p-type impurity is not compensated, the region where the end face window portion 13b of the p-type first cladding layer 14 is projected is the region of the p-type first cladding layer 14. Compared with the remaining region, the conductivity is low.

このようにp型第1クラッド層14の端面窓部13bが投影される領域の導電率がp型第1クラッド層14の残余の領域の導電率よりも低いと、MQW活性層13の端面窓部13bに流入する電流量は少なくなる。しかしながら、MQW活性層13の端面窓部13bは、レーザ発振に寄与しない領域であり、MQW活性層13の端面窓部13bに流入する電流はレーザ発振に寄与しない無効な電流であるので、MQW活性層13の端面窓部13bに流入する電流量は少ない方が好ましい。MQW活性層13の端面窓部13bに流入する電流量を少なくすることによって、閾値電流を小さくすることができる。   Thus, if the conductivity of the region where the end face window portion 13b of the p-type first cladding layer 14 is projected is lower than the conductivity of the remaining region of the p-type first cladding layer 14, the end face window of the MQW active layer 13 The amount of current flowing into the portion 13b is reduced. However, the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 is a region that does not contribute to laser oscillation, and the current flowing into the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 is an invalid current that does not contribute to laser oscillation. It is preferable that the amount of current flowing into the end face window portion 13b of the layer 13 is small. By reducing the amount of current flowing into the end face window portion 13b of the MQW active layer 13, the threshold current can be reduced.

したがって、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子1は、低不純物濃度半導体層25の全領域にp型不純物を補填して製造される半導体レーザ素子すなわち含有されるp型不純物の濃度が全ての領域で等しいp型第1クラッド層14を備える半導体レーザ素子に比べ、MQW活性層13の端面窓部13bに流入する無効電流量が低く、閾値電流が小さいので、動作電流が小さく、電力消費量が少ない。   Therefore, the semiconductor laser device 1 obtained by the method of manufacturing a semiconductor laser device of this embodiment is a semiconductor laser device manufactured by filling the entire region of the low impurity concentration semiconductor layer 25 with p-type impurities, that is, a p-type contained therein. Compared to the semiconductor laser device having the p-type first cladding layer 14 having the same impurity concentration in all regions, the amount of reactive current flowing into the end face window 13b of the MQW active layer 13 is low and the threshold current is small. Is small and power consumption is low.

また、本実施の形態とは異なるけれども、拡散供給層26として前述のn型不純物の供給源となる層を用いる場合、低不純物濃度半導体層25の拡散供給層26が投影される領域には、図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程において、p型第2クラッド層16からp型不純物が補填されないだけでなく、低不純物濃度半導体層25の残余の領域に補填されるp型不純物と逆導電型のn型不純物が補填される。これによって、p型第1クラッド層14の端面窓部13bが投影される領域の導電率を、p型第1クラッド層14の残余の領域に比べ、さらに低くすることができるので、MQW活性層13の端面窓部13bに流入する無効電流量を一層低下させ、閾値電流をより小さくすることができる。したがって、半導体レーザ素子1の動作電流をさらに小さくし、電力消費量を一層少なくすることができる。   Although different from the present embodiment, when the layer serving as the n-type impurity supply source is used as the diffusion supply layer 26, the region where the diffusion supply layer 26 of the low impurity concentration semiconductor layer 25 is projected is In the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. 2A (b), not only p-type impurities are not supplemented from the p-type second cladding layer 16, but also the remaining region of the low impurity concentration semiconductor layer 25 is compensated. An n-type impurity of a reverse conductivity type is supplemented with a type impurity. As a result, the conductivity of the region where the end face window portion 13b of the p-type first cladding layer 14 is projected can be made lower than that of the remaining region of the p-type first cladding layer 14, so that the MQW active layer The amount of reactive current flowing into the end face window portion 13b of the thirteen end face windows 13b can be further reduced, and the threshold current can be further reduced. Therefore, the operating current of the semiconductor laser element 1 can be further reduced and the power consumption can be further reduced.

なお、本実施の形態では、p型第1クラッド層14となる低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の補填を、図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程におけるアニールと図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程における基板温度の昇温によるアニール効果との二つを利用して行なうけれども、これに限定されることなく、いずれか一方のみを利用して行ってもよく、また別工程としてアニール工程を設けて行なってもよい。たとえば、図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程におけるアニールの温度を950℃以上とし、図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程における基板温度を550℃未満として、端面窓部13bを形成する工程におけるアニール効果のみを利用してもよい。また図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程における基板温度を550℃未満とし、図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程の後にアニール工程を設けてもよい。このように図2B(d)に示すn型電流ブロック層19およびp型平坦化層20を形成する工程における基板温度を550℃未満とすることによって、n型半導体基板11およびn型半導体基板11上に設けられる各半導体層への熱損傷を抑えることができる。   In the present embodiment, the low impurity concentration semiconductor layer 25 to be the p-type first cladding layer 14 is supplemented with p-type impurities by annealing in the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. 2A (b). Although it is performed using two of the annealing effect by raising the substrate temperature in the step of forming the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarization layer 20 shown in FIG. 2B (d), it is limited to this. Alternatively, it may be performed using only one of them, or may be performed by providing an annealing step as a separate step. For example, the annealing temperature in the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. 2A (b) is set to 950 ° C. or higher, and the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarizing layer 20 shown in FIG. 2B (d) are formed. The substrate temperature in the process may be less than 550 ° C., and only the annealing effect in the process of forming the end face window portion 13b may be used. Further, the substrate temperature in the step of forming the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarization layer 20 shown in FIG. 2B (d) is set to less than 550 ° C., and the n-type current blocking layer 19 and the p-type shown in FIG. An annealing step may be provided after the step of forming the planarization layer 20. Thus, by setting the substrate temperature in the step of forming the n-type current blocking layer 19 and the p-type planarization layer 20 shown in FIG. 2B (d) to be lower than 550 ° C., the n-type semiconductor substrate 11 and the n-type semiconductor substrate 11 Thermal damage to each semiconductor layer provided thereon can be suppressed.

また本実施の形態では、p型不純物の供給源をp型第2クラッド層16とし、p型第2クラッド層16を形成した後の加熱を伴う工程においてp型不純物の拡散を促し、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25にp型不純物を補填するけれども、これに限定されることなく、他の方法を用いてもよい。たとえば、図2A(a)に示す工程において結晶成長させる際に、p型不純物を濃度C3で含有するp型第2クラッド層16に代えて、p型不純物を含有しない半導体層(以下、ノンドープ半導体層と称する)を形成しておき、図2A(b)に示す端面窓部13bを形成する工程の後に、ノンドープ半導体層上にp型不純物となる原子を含むZnO膜などの誘電体膜を形成し、アニールによってドーパントたとえばZnを拡散させて、ノンドープ半導体層および低不純物濃度半導体層25へのp型不純物の補填を行ってもよい。   In the present embodiment, the p-type impurity supply source is the p-type second cladding layer 16, and the diffusion of the p-type impurity is promoted in the process involving heating after the formation of the p-type second cladding layer 16. Although the p-type impurity is supplemented from the second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25, another method may be used without being limited thereto. For example, when crystal growth is performed in the step shown in FIG. 2A (a), a semiconductor layer not containing p-type impurities (hereinafter referred to as a non-doped semiconductor) is used instead of the p-type second cladding layer 16 containing p-type impurities at a concentration C3. After forming the end face window portion 13b shown in FIG. 2A (b), a dielectric film such as a ZnO film containing an atom that becomes a p-type impurity is formed on the non-doped semiconductor layer. Then, a dopant such as Zn may be diffused by annealing to fill the non-doped semiconductor layer and the low impurity concentration semiconductor layer 25 with p-type impurities.

図3は、本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子2の構成を模式的に示す斜視図である。半導体レーザ素子2は、実施の第1形態の半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子1と類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。   FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device 2 obtained by a method for manufacturing a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. The semiconductor laser element 2 is similar to the semiconductor laser element 1 obtained by the semiconductor laser element manufacturing method of the first embodiment, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

半導体レーザ素子2において注目すべきは、p型キャップ層170の端面窓部13bが投影される領域170bに含有されるp型不純物の濃度C4が、p型キャップ層170の活性領域13aが投影される領域170aに含有されるp型不純物の濃度C5よりも低い(C4<C5)ことである。   It should be noted in the semiconductor laser element 2 that the concentration C4 of the p-type impurity contained in the region 170b on which the end face window portion 13b of the p-type cap layer 170 is projected is projected on the active region 13a of the p-type cap layer 170. The concentration is lower than the concentration C5 of the p-type impurity contained in the region 170a (C4 <C5).

図4は、本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子2の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、実施の第1形態の半導体レーザ素子の製造方法と類似するので、同様の工程については説明を省略し、異なる工程について以下に説明する。   FIG. 4 is a perspective view schematically showing the state of each step in the production of the semiconductor laser device 2 by the method of producing a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. Since the manufacturing method of the semiconductor laser device of this embodiment is similar to the manufacturing method of the semiconductor laser device of the first embodiment, the description of the same steps is omitted, and the different steps are described below.

図4(a)は、n型半導体基板11上に、n型クラッド層12、MQW活性層13、低不純物濃度半導体層25、p型エッチングストップ層15、p型第2クラッド層16および第2低不純物濃度半導体層27を形成した状態を示す図である。図4(a)に示す工程では、p型キャップ層17に代えて第2低不純物濃度半導体層27を形成すること以外は前述の図2A(a)に示す工程と同様にして、n型半導体基板11上にn型クラッド層12、MQW活性層13、低不純物濃度半導体層25、p型エッチングストップ層15、p型第2クラッド層16および第2低不純物濃度半導体層27を順次エピタキシャル結晶成長させる。第2低不純物濃度半導体層27は、図3に示すp型キャップ層170となる層であり、含有されるp型不純物の濃度C6が前記濃度C5よりも低く(C6<C5)なるように、p型不純物を含んでまたは含まずに形成される。   4A shows an n-type cladding layer 12, an MQW active layer 13, a low impurity concentration semiconductor layer 25, a p-type etching stop layer 15, a p-type second cladding layer 16 and a second layer on an n-type semiconductor substrate 11. FIG. It is a figure which shows the state in which the low impurity concentration semiconductor layer 27 was formed. In the step shown in FIG. 4A, an n-type semiconductor is formed in the same manner as the step shown in FIG. 2A, except that the second low impurity concentration semiconductor layer 27 is formed instead of the p-type cap layer 17. An n-type cladding layer 12, an MQW active layer 13, a low impurity concentration semiconductor layer 25, a p-type etching stop layer 15, a p-type second cladding layer 16 and a second low-impurity concentration semiconductor layer 27 are sequentially epitaxially grown on the substrate 11. Let The second low impurity concentration semiconductor layer 27 is a layer that becomes the p-type cap layer 170 shown in FIG. 3, and the concentration C6 of the p-type impurity contained is lower than the concentration C5 (C6 <C5). It is formed with or without p-type impurities.

図4(b)は、MQW活性層13に端面窓部13bを形成した状態を示す図である。図2A(b)に示す工程と同様にして、第2低不純物濃度半導体層27の表面にストライプ状の拡散供給層26のパターン26aを形成する。次いで、拡散供給層26のパターン26aの開口部26bすなわち第2低不純物濃度半導体層27の拡散供給層26が形成されていない表面に、p型不純物供給層28を形成する。p型不純物供給層28は、p型不純物となる原子を含む誘電体材料、たとえばZnOなどで形成される。   FIG. 4B is a diagram showing a state in which the end window portion 13 b is formed in the MQW active layer 13. Similar to the process shown in FIG. 2A (b), a stripe-shaped diffusion supply layer 26 pattern 26 a is formed on the surface of the second low impurity concentration semiconductor layer 27. Next, the p-type impurity supply layer 28 is formed on the opening 26 b of the pattern 26 a of the diffusion supply layer 26, that is, on the surface of the second low impurity concentration semiconductor layer 27 where the diffusion supply layer 26 is not formed. The p-type impurity supply layer 28 is formed of a dielectric material containing atoms that become p-type impurities, such as ZnO.

次いで、p型不純物供給層28が形成されたn型半導体基板11をRTA法などによってアニールする。このアニールによって、実施の第1形態と同様に、拡散供給層26が投影される領域のMQW活性層13の多重量子井戸構造を無秩序化し、端面窓部13bを形成することができるとともに、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25にp型不純物を補填することができる。また、本実施形態では、第2低不純物濃度半導体層27の拡散供給層26が形成されていない表面にはp型不純物供給層28が形成されているので、図4(b)に示す工程におけるアニールによってp型不純物供給層28からp型不純物供給層28に隣接する第2低不純物濃度半導体層27へのp型不純物の拡散を促し、p型不純物供給層28から第2低不純物濃度半導体層27の端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域にp型不純物を補填することができる。これによって、端面窓部13bが投影される領域を除く領域にp型不純物を前記濃度C5で含有するp型キャップ層170が形成される。   Next, the n-type semiconductor substrate 11 on which the p-type impurity supply layer 28 is formed is annealed by an RTA method or the like. By this annealing, as in the first embodiment, the multiple quantum well structure of the MQW active layer 13 in the region where the diffusion supply layer 26 is projected can be disordered, and the end face window portion 13b can be formed. The p-type impurity can be supplemented from the second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25. In the present embodiment, since the p-type impurity supply layer 28 is formed on the surface of the second low impurity concentration semiconductor layer 27 where the diffusion supply layer 26 is not formed, in the process shown in FIG. The annealing promotes diffusion of p-type impurities from the p-type impurity supply layer 28 to the second low-impurity concentration semiconductor layer 27 adjacent to the p-type impurity supply layer 28, and the second low-impurity concentration semiconductor layer from the p-type impurity supply layer 28. The p-type impurity can be supplemented in a region excluding a region where a predetermined portion of the end face window portion 13b is projected as much as possible. As a result, the p-type cap layer 170 containing the p-type impurity at the concentration C5 is formed in a region excluding the region where the end face window portion 13b is projected.

以上に述べた工程以外は実施の第1形態と同様にして、図3に示す半導体レーザ素子2を得る。   The semiconductor laser device 2 shown in FIG. 3 is obtained in the same manner as in the first embodiment except for the steps described above.

以上のように、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、図4(a)に示す工程においてp型不純物の濃度C6が前記濃度C5よりも低い(C6<C5)第2低不純物濃度半導体層27を形成した後に、図4(b)に示す工程において低不純物濃度半導体層27上にp型不純物供給層28が形成された状態でアニールを施すことによって、p型不純物供給層28から第2低不純物濃度半導体層27の端面窓部13bが投影される領域を除く領域にp型不純物を補填することができる。したがって、第2低不純物濃度半導体層27のうち端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域を除く第2低不純物濃度半導体層27におけるp型不純物の濃度、すなわち図3に示すp型キャップ層170の活性領域13aが投影される領域170aにおけるp型不純物の濃度を、設計値である前記濃度C5になるように調整することができる。   As described above, in the method of manufacturing the semiconductor laser device of this embodiment, the second low impurity concentration semiconductor in which the concentration C6 of the p-type impurity is lower than the concentration C5 (C6 <C5) in the step shown in FIG. After forming the layer 27, annealing is performed in a state where the p-type impurity supply layer 28 is formed on the low impurity concentration semiconductor layer 27 in the step shown in FIG. (2) A p-type impurity can be filled in a region excluding a region where the end face window portion 13b of the low impurity concentration semiconductor layer 27 is projected. Therefore, the concentration of the p-type impurity in the second low impurity concentration semiconductor layer 27 excluding the region where a predetermined portion of the second low impurity concentration semiconductor layer 27 is projected as much as possible to the end face window portion 13b, that is, p shown in FIG. The concentration of the p-type impurity in the region 170a where the active region 13a of the type cap layer 170 is projected can be adjusted to be the design value C5.

また本実施の形態では、前述のように図4(b)に示す端面窓部13bを形成する工程においてp型不純物供給層28から第2低不純物濃度半導体層27にp型不純物を補填するので、第2低不純物濃度半導体層27にp型不純物を補填し、p型キャップ層170を形成する工程を別個に設ける必要がない。したがって、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。   In the present embodiment, as described above, in the step of forming the end face window portion 13b shown in FIG. 4B, the p-type impurity is filled from the p-type impurity supply layer 28 into the second low impurity concentration semiconductor layer 27. It is not necessary to separately provide a step of filling the second low impurity concentration semiconductor layer 27 with p-type impurities and forming the p-type cap layer 170. Therefore, a manufacturing process can be simplified and productivity can be improved.

また、図4(b)に示す工程では、第2低不純物濃度半導体層27の端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域上には拡散供給層26が形成されており、p型不純物供給層28は形成されていないので、第2低不純物濃度半導体層27の端面窓部13bとなるべく予め定められる部分が投影される領域にはp型不純物が補填されない。すなわち、p型キャップ層170の端面窓部13bが投影される領域170bに含有されるp型不純物の濃度C4は、形成時に第2低不純物濃度半導体層27に含有されるp型不純物の濃度C6に略等しくなる。したがって、p型キャップ層170の端面窓部13bが投影される領域170bに含有されるp型不純物の濃度C4を、p型キャップ層170の活性領域13aが投影される領域170aに含有されるp型不純物の濃度C5よりも低く(C4<C5)することができる。   In the step shown in FIG. 4B, the diffusion supply layer 26 is formed on the region where a predetermined portion to be the end face window portion 13b of the second low impurity concentration semiconductor layer 27 is projected, and p Since the p-type impurity supply layer 28 is not formed, the p-type impurity is not filled in a region where a predetermined portion of the second low impurity concentration semiconductor layer 27 is projected as much as possible. That is, the concentration C4 of the p-type impurity contained in the region 170b where the end face window portion 13b of the p-type cap layer 170 is projected is the concentration C6 of the p-type impurity contained in the second low impurity concentration semiconductor layer 27 at the time of formation. Is approximately equal to Therefore, the concentration C4 of the p-type impurity contained in the region 170b where the end face window portion 13b of the p-type cap layer 170 is projected is changed to p contained in the region 170a where the active region 13a of the p-type cap layer 170 is projected. The concentration can be lower than the concentration C5 of the type impurity (C4 <C5).

このように、p型キャップ層170の端面窓部13bが投影される領域170bに含有されるp型不純物の濃度C4を、p型キャップ層170の活性領域13aが投影される領域170aに含有されるp型不純物の濃度C5よりも低く(C4<C5)することによって、p型キャップ層170の端面窓部13bが投影される領域の導電率を、p型キャップ層170の活性領域13aが投影される領域170aの導電率に比べ、低くすることができる。したがって、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、第2低不純物濃度半導体層27の全領域上にp型不純物供給層28を形成し第2低不純物濃度半導体層27の全領域にp型不純物を補填する場合、または実施の第1形態のように図2A(a)に示す工程において含有されるp型不純物の濃度が全ての領域で等しいp型キャップ層17を形成する場合に比べ、MQW活性層13の端面窓部13bに流入する無効電流量を低下させ、閾値電流を小さくすることができるので、動作電流を小さくし、電力消費量を少なくすることができる。   As described above, the concentration C4 of the p-type impurity contained in the region 170b where the end face window portion 13b of the p-type cap layer 170 is projected is contained in the region 170a where the active region 13a of the p-type cap layer 170 is projected. By making the concentration of the p-type impurity lower than C5 (C4 <C5), the conductivity of the region where the end face window portion 13b of the p-type cap layer 170 is projected is projected by the active region 13a of the p-type cap layer 170. It can be made lower than the conductivity of the region 170a. Therefore, in the semiconductor laser device manufacturing method of the present embodiment, the p-type impurity supply layer 28 is formed on the entire region of the second low impurity concentration semiconductor layer 27 and the p region is formed on the entire region of the second low impurity concentration semiconductor layer 27. Compared to the case where the p-type cap layer 17 is formed in the region where the concentration of the p-type impurity contained in the region shown in FIG. Since the reactive current amount flowing into the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 can be reduced and the threshold current can be reduced, the operating current can be reduced and the power consumption can be reduced.

また、図4(b)に示す工程において、拡散供給層26は、含有されるp型不純物の濃度C6がp型キャップ層170の活性領域13aが投影される領域に含有されるp型不純物の濃度C5よりも低い(C6<C5)第2低不純物濃度半導体層27上に形成されるので、実施の第1形態のように、拡散供給層26がp型不純物を設計値である前記濃度C5で含有するp型キャップ層17上に形成される場合に比べ、空孔がトラップされることが少ない。したがって、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、実施の第1形態の半導体レーザ素子の製造方法に比べ、MQW活性層13への空孔の拡散がさらに容易であり、端面窓部13bを効率良くかつ再現性良く形成することができるので、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面24a近傍におけるCODがより高いレベルで抑制され、一層高出力で高い信頼性を有する半導体レーザ素子2を得ることができる。   4B, in the diffusion supply layer 26, the concentration C6 of the p-type impurity contained is the concentration of the p-type impurity contained in the region where the active region 13a of the p-type cap layer 170 is projected. Since it is formed on the second low impurity concentration semiconductor layer 27 lower than the concentration C5 (C6 <C5), the diffusion supply layer 26 has the p-type impurity at the design value C5 as in the first embodiment. Compared with the case where it is formed on the p-type cap layer 17 contained in FIG. Therefore, in the manufacturing method of the semiconductor laser device of the present embodiment, the diffusion of holes into the MQW active layer 13 is further easier than in the manufacturing method of the semiconductor laser device of the first embodiment, and the end face window portion 13b. Can be formed efficiently and with high reproducibility, the COD in the vicinity of the end face 24a from which the laser light of the laser resonator is emitted is suppressed at a higher level, and the semiconductor laser element 2 having higher output and higher reliability. Can be obtained.

以上に述べた実施の第1形態および第2形態の半導体レーザ素子の製造方法では、第1導電型半導体基板としてn型半導体基板11を用いているので、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としているけれども、第1導電型半導体基板としてp型半導体基板を用い、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としてもよい。なお、実施の第2形態において第2導電型をn型とする場合には、図4(b)に示す工程において、p型不純物供給層28に代えて、n型不純物となる原子を含む誘電体材料、たとえばSiなどから成るn型不純物供給層を形成する。   In the manufacturing method of the semiconductor laser device of the first embodiment and the second embodiment described above, the n-type semiconductor substrate 11 is used as the first conductivity type semiconductor substrate. Although the two conductivity type is p-type, a p-type semiconductor substrate may be used as the first conductivity type semiconductor substrate, the first conductivity type may be p-type, and the second conductivity type may be n-type. In the second embodiment, when the second conductivity type is n-type, in the step shown in FIG. 4B, in place of the p-type impurity supply layer 28, a dielectric containing atoms that become n-type impurities is used. An n-type impurity supply layer made of a body material such as Si is formed.

また実施の第1形態および第2形態の半導体レーザ素子の製造方法では、活性層として多重量子井戸構造を有する多重量子井戸活性層13を備える半導体レーザ素子を製造しているけれども、これに限定されることなく、単量子井戸構造を有するものなど他の量子井戸構造を有する活性層を備える半導体レーザ素子を製造する際にも本発明の半導体レーザ素子の製造方法を用いることができる。   In the method for manufacturing the semiconductor laser device according to the first and second embodiments, the semiconductor laser device including the multiple quantum well active layer 13 having the multiple quantum well structure as the active layer is manufactured. The method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention can also be used when manufacturing a semiconductor laser device including an active layer having another quantum well structure such as one having a single quantum well structure.

なお、実施の第1形態または第2形態において、n型半導体基板11上に設けられる各層の厚み、各層を構成する材料の組成および含有される不純物の濃度は、特に限定されるものではなく、本発明の効果が発揮されるように任意に選択される。たとえば、p型エッチングストップ層15の厚みは、p型第2クラッド層16から低不純物濃度半導体層25への不純物の拡散が充分に起こるように、p型第2クラッド層16の厚みに比べて極めて小さくなるように、たとえばp型第2クラッド層16の厚みの100分の1(1/100)以下に選択される。   In the first embodiment or the second embodiment, the thickness of each layer provided on the n-type semiconductor substrate 11, the composition of the material constituting each layer, and the concentration of impurities contained are not particularly limited. It is arbitrarily selected so that the effect of the present invention is exhibited. For example, the thickness of the p-type etching stop layer 15 is larger than the thickness of the p-type second cladding layer 16 so that the diffusion of impurities from the p-type second cladding layer 16 to the low impurity concentration semiconductor layer 25 occurs sufficiently. For example, the thickness is selected to be 1/100 (1/100) or less of the thickness of the p-type second cladding layer 16 so as to be extremely small.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、以上に述べた実施の第1形態または第2形態のようにリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子の製造に用いることができるけれども、これに限定されることなく、本発明の効果が発揮される構造を有するもの、すなわち半導体層を形成した後に、形成された半導体層が他の層から不純物が流入するような高温下などに晒される工程を経て製造されるものであれば、他の異なる構造を有するものの製造に用いられてもよい。たとえば、SAS(Self Aligned Structure)構造またはBH(Buried Heterostructure)構造などの種々の電流狭窄および光閉じ込め構造を有する半導体レーザ素子を製造する際にも、本発明の半導体レーザ素子の製造方法を用いることができる。   The semiconductor laser device manufacturing method of the present invention can be used for manufacturing a semiconductor laser device having a ridge stripe structure as in the first embodiment or the second embodiment described above, but is limited to this. However, after the semiconductor layer is formed, it is manufactured through a process in which the formed semiconductor layer is exposed to a high temperature such that impurities flow from other layers. As long as it has other different structures. For example, when manufacturing semiconductor laser elements having various current confinement and optical confinement structures such as a SAS (Self Aligned Structure) structure or a BH (Buried Heterostructure) structure, the method for manufacturing a semiconductor laser element of the present invention is used. Can do.

(実施例1)
本実施例では、図2に示す各工程に従って、GaAlAs系半導体レーザ素子を作製した。具体的には、以下のようにして半導体レーザ素子を作製した。なお、p型不純物にはZn原子を用い、p型第1クラッド層14の端面窓部13bが投影される領域を除く領域に含有されるZn原子の濃度(以下、ドーパント濃度とも称する)を1×1018cm−3とした。
(Example 1)
In this example, a GaAlAs semiconductor laser element was fabricated according to each step shown in FIG. Specifically, a semiconductor laser device was produced as follows. Note that Zn atoms are used as the p-type impurity, and the concentration of Zn atoms contained in the region excluding the region where the end face window portion 13b of the p-type first cladding layer 14 is projected (hereinafter also referred to as dopant concentration) is 1. × 10 18 cm -3 .

まず、ウエハ状のn型GaAs基板11(厚み:300μm)上に、MOCVD法によって、以下の層すなわち、
n型AlGaAsクラッド層12(厚み:2μm、ドーパント濃度:5×1017cm−3、ドーパント:Si)、
ノンドープGaAlAs/GaAs多重量子井戸活性層13(厚み:0.1μm)、
低不純物濃度半導体層25として、ノンドープAlGaAs層25(厚み:0.2μm)、
p型GaAsエッチングストップ層15(厚み:3nm、ドーパント濃度:2×1018cm−3、ドーパント:Zn)、
p型AlGaAs第2クラッド層16(厚み1.2μm、ドーパント濃度:2.5×1018cm−3、ドーパント:Zn)、
p型GaAsキャップ層17(厚み0.8μm、ドーパント濃度:3×1018cm−3、ドーパント:Zn)を順次エピタキシャル結晶成長させた。
First, on the wafer-like n-type GaAs substrate 11 (thickness: 300 μm), the following layers are formed by MOCVD:
n-type AlGaAs cladding layer 12 (thickness: 2 μm, dopant concentration: 5 × 10 17 cm −3 , dopant: Si),
Non-doped GaAlAs / GaAs multiple quantum well active layer 13 (thickness: 0.1 μm),
As the low impurity concentration semiconductor layer 25, a non-doped AlGaAs layer 25 (thickness: 0.2 μm),
p-type GaAs etching stop layer 15 (thickness: 3 nm, dopant concentration: 2 × 10 18 cm −3 , dopant: Zn),
p-type AlGaAs second cladding layer 16 (thickness 1.2 μm, dopant concentration: 2.5 × 10 18 cm −3 , dopant: Zn),
A p-type GaAs cap layer 17 (thickness 0.8 μm, dopant concentration: 3 × 10 18 cm −3 , dopant: Zn) was sequentially grown epitaxially.

次に、p型GaAsキャップ層17の表面に、プラズマCVD法によって、拡散供給層26としてSiO膜26(xは2近傍の実数、厚み:0.5μm)を形成した後、フォトリソグラフィ法によってレーザ共振器端面24a,24bとなるべく予め定められる面に平行な方向に延びるストライプ状のSiO膜26のパターン26a(幅d1:40μm、ピッチS:800μm)を形成した。次いで、RTA法によってアニールを施し、SiO膜26の下層のMQW活性層13を無秩序化し、端面窓部13bを形成した。このときのアニール条件は、温度950℃、昇温速度100℃/sec、保持時間60secとした。 Next, an SiO x film 26 (x is a real number in the vicinity of 2 and thickness: 0.5 μm) is formed as a diffusion supply layer 26 on the surface of the p-type GaAs cap layer 17 by plasma CVD, and then by photolithography. A stripe-shaped SiO x film pattern 26a (width d1: 40 μm, pitch S: 800 μm) extending in a direction parallel to a predetermined plane as much as possible as the laser resonator end faces 24a, 24b was formed. Next, annealing was performed by the RTA method, the MQW active layer 13 below the SiO x film 26 was disordered, and the end face window portion 13b was formed. The annealing conditions at this time were a temperature of 950 ° C., a temperature increase rate of 100 ° C./sec, and a holding time of 60 sec.

次に、p型GaAsキャップ層17の表面に形成されたSiO膜26を除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、p型GaAsキャップ層17とp型AlGaAs第2クラッド層16とを[011]方向に延びた幅2.5μmのストライプ状リッジ18に加工した。 Next, after the SiO x film 26 formed on the surface of the p-type GaAs cap layer 17 is removed, the p-type GaAs cap layer 17, the p-type AlGaAs second cladding layer 16, and the like are used by using a photolithography technique and an etching technique. Was processed into a stripe-shaped ridge 18 having a width of 2.5 μm extending in the [011] direction.

次に、MOCVD法によって2回目の結晶成長を行い、ストライプ状リッジ18の側面および上面を、n型AlGaAs電流ブロック層19(厚みt1:1.0μm、ドーパント濃度:1×1018cm−3、ドーパント:Si)およびp型GaAs平坦化層20(厚みt2:1.0μm、ドーパント濃度:1×1018cm−3、ドーパント:Zn)で埋め込んだ。この2回目のMOCVD時には、基板温度を750℃に保ち、成長時間を約30分間とした。 Next, the second crystal growth is performed by MOCVD, and the side and top surfaces of the striped ridge 18 are formed on the n-type AlGaAs current blocking layer 19 (thickness t1: 1.0 μm, dopant concentration: 1 × 10 18 cm −3 , It was buried with a dopant: Si) and a p-type GaAs planarization layer 20 (thickness t2: 1.0 μm, dopant concentration: 1 × 10 18 cm −3 , dopant: Zn). During the second MOCVD, the substrate temperature was kept at 750 ° C. and the growth time was about 30 minutes.

次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ18の端面窓部13bが投影される領域を除く領域上に形成されたn型AlGaAs電流ブロック層19およびp型GaAs平坦化層20を選択的に除去した。次いで、MOCVD法によって3回目の結晶成長を行い、p型GaAsコンタクト層21(厚みt3:3μm、ドーパント濃度:3×1019cm−3、ドーパントZn)を形成した。この3回目のMOCVDは、基板温度を約500℃に保持して行なった。次いで、p型GaAsコンタクト層21の表面にp側電極22としてAuZn/MoAu膜(厚み:0.2μm)を形成し、n型GaAs基板11の表面にn側電極23としてAuGe/MoAu膜(厚み:0.2μm)を形成した。 Next, the n-type AlGaAs current blocking layer 19 and the p-type GaAs planarization layer 20 formed on a region excluding the region where the end face window portion 13b of the ridge 18 is projected are selectively removed by using a photolithography technique. did. Next, the third crystal growth was performed by the MOCVD method to form a p-type GaAs contact layer 21 (thickness t3: 3 μm, dopant concentration: 3 × 10 19 cm −3 , dopant Zn). This third MOCVD was performed while maintaining the substrate temperature at about 500 ° C. Next, an AuZn / MoAu film (thickness: 0.2 μm) is formed as the p-side electrode 22 on the surface of the p-type GaAs contact layer 21, and an AuGe / MoAu film (thickness) as the n-side electrode 23 on the surface of the n-type GaAs substrate 11. : 0.2 μm).

最後に、チップ端面すなわちレーザ共振器端面24a,24bから20μmまでの部分のMQW活性層13が端面窓部13bになるように、ウエハを800μmピッチでレーザバーに分割し、Alから成る前面反射膜(反射率:8%)およびAl/Siから成る後面反射膜(反射率:90%)を設け、リッジ18の長手方向に平行な面で200μmピッチで切断した。以上のようにして、レーザ共振器の長手方向の長さが800μmである半導体レーザ素子を作製した。 Finally, the wafer is divided into laser bars at a pitch of 800 μm so that the MQW active layer 13 of the chip end face, that is, the laser resonator end faces 24a and 24b to 20 μm becomes the end face window portion 13b, and the front surface made of Al 2 O 3 A reflective film (reflectance: 8%) and a rear reflective film (reflectance: 90%) made of Al 2 O 3 / Si were provided, and the surface parallel to the longitudinal direction of the ridge 18 was cut at a pitch of 200 μm. As described above, a semiconductor laser device in which the length of the laser resonator in the longitudinal direction was 800 μm was manufactured.

<評価>
〔PL測定〕
ウエハのRTA前にMQW活性層13のフォトルミネッセンス(photoluminescence;略称PL)測定を行ったところ、PLピーク波長λiは775nmであった。またRTA後にMQW活性層13のPL測定を行ったところ、端面窓部13bにおけるPLピーク波長λwは740nm、端面窓部13bを除く部分すなわち活性領域13aとなる部分を含む部分(以下、内部活性領域と称する)におけるPLピーク波長λaは770nmとなり、端面窓部13bのPLピーク波長λwの方が、内部活性領域のPLピーク波長λaよりも30nm短波長側にシフトしていた。このことは、端面窓部13bの方が、内部活性領域よりも大きいバンドギャップを有することを示している。このことから、実施例1で得られた半導体レーザ素子は、レーザ共振器端面近傍のMQW活性層13の方がレーザ共振器内部のMQW活性層13よりもバンドギャップが大きく、出射端面に窓構造を有することが確認された。
<Evaluation>
[PL measurement]
When the photoluminescence (abbreviation: PL) measurement of the MQW active layer 13 was performed before RTA of the wafer, the PL peak wavelength λi was 775 nm. In addition, when the PL measurement of the MQW active layer 13 was performed after RTA, the PL peak wavelength λw in the end face window portion 13b was 740 nm, and the portion excluding the end face window portion 13b, that is, the portion including the portion that becomes the active region 13a (hereinafter referred to as the internal active region). The PL peak wavelength λa of the end face window portion 13b is shifted to a shorter wavelength side by 30 nm than the PL peak wavelength λa of the internal active region. This indicates that the end face window portion 13b has a larger band gap than the internal active region. Therefore, in the semiconductor laser device obtained in Example 1, the MQW active layer 13 in the vicinity of the end face of the laser resonator has a larger band gap than the MQW active layer 13 in the laser resonator, and a window structure is formed on the exit end face. It was confirmed to have

〔ドーパント濃度〕
2次イオン質量分析装置(Secondary Ion Mass Spectrometer;略称SIMS)を用い、1回目のMOCVD成長直後、RTA法によるアニール直後および2回目のMOCVD成長直後に、半導体結晶層中におけるZn濃度の深さ方向の分布を測定した。RTA法によるアニール直後および2回目のMOCVD成長直後の測定は、MQW活性層13の内部活性領域が投影される領域(以下、領域Aと称する)とMQW活性層13の端面窓部13bが投影される領域(以下、領域Bと称する)とのそれぞれにおいて行なった。図5は、実施例1におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。図5Aは領域Aの測定結果を示し、図5Bは領域Bの測定結果を示す。図5において、実線で示されるグラフは1回目のMOCVD成長直後の濃度分布を示し、破線で示されるグラフはRTA直後の濃度分布を示し、点線で示されるグラフは2回目のMOCVD成長直後の濃度分布を示す。また図5において、縦軸はZn原子濃度(atoms/cm)であり、下横軸はp型GaAsキャップ層17の表面からの深さ(μm)である。また図5の上横軸に示す番号は、n型GaAs基板11上に形成される各半導体層の番号に対応し、上横軸と実線、破線または点線で示されるグラフとを参酌することによって、各半導体層中におけるZn濃度を知ることができる。
[Dopant concentration]
Using a secondary ion mass spectrometer (abbreviated SIMS), the Zn concentration in the semiconductor crystal layer in the depth direction immediately after the first MOCVD growth, immediately after annealing by the RTA method, and immediately after the second MOCVD growth. The distribution of was measured. In the measurement immediately after annealing by the RTA method and immediately after the second MOCVD growth, the region where the internal active region of the MQW active layer 13 is projected (hereinafter referred to as region A) and the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 are projected. Each region (hereinafter referred to as region B). FIG. 5 is a diagram showing the depth direction distribution of Zn concentration in Example 1. FIG. FIG. 5A shows the measurement result of region A, and FIG. 5B shows the measurement result of region B. In FIG. 5, the graph shown by the solid line shows the concentration distribution immediately after the first MOCVD growth, the graph shown by the broken line shows the concentration distribution immediately after RTA, and the graph shown by the dotted line shows the concentration immediately after the second MOCVD growth. Show the distribution. In FIG. 5, the vertical axis represents the Zn atom concentration (atoms / cm 3 ), and the lower horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the p-type GaAs cap layer 17. The numbers shown on the upper horizontal axis of FIG. 5 correspond to the numbers of the respective semiconductor layers formed on the n-type GaAs substrate 11, and by considering the upper horizontal axis and a graph indicated by a solid line, a broken line, or a dotted line. The Zn concentration in each semiconductor layer can be known.

図5Aから、MQW活性層13の内部活性領域が投影される領域Aでは、RTAによって、p型AlGaAs第2クラッド層16からAlGaAs第2クラッド層14となるノンドープAlGaAs層25にZnが拡散し、その結果ノンドープAlGaAs層25におけるZn濃度が8×1017cm−3まで補填されていることが判る。また、2回目のMOCVD成長によって、p型AlGaAs第2クラッド層16からノンドープAlGaAs層25へのZnの拡散がさらに起こり、最終的にノンドープAlGaAs層25におけるZn濃度がp型第1クラッド層14の設計値である1×1018cm−3まで補填され、設計通りのドーパント濃度が実現できていることが判る。これは、2回目のMOCVD成長時に基板温度を750℃という高温に保つことによって、アニールと同等の効果がもたらされ、p型AlGaAs第2クラッド層16からの更なるZnの拡散が促されたものと考えられる。またMQW活性層13における不必要なZnのパイルアップも見られなかった。 From FIG. 5A, in the region A where the internal active region of the MQW active layer 13 is projected, Zn diffuses from the p-type AlGaAs second cladding layer 16 to the non-doped AlGaAs layer 25 that becomes the AlGaAs second cladding layer 14 by RTA. As a result, it can be seen that the Zn concentration in the non-doped AlGaAs layer 25 is compensated to 8 × 10 17 cm −3 . Further, the second MOCVD growth causes further diffusion of Zn from the p-type AlGaAs second clad layer 16 to the non-doped AlGaAs layer 25, and finally the Zn concentration in the non-doped AlGaAs layer 25 becomes the p-type first clad layer 14. It can be seen that the design value is compensated to 1 × 10 18 cm −3 and the designed dopant concentration can be realized. This is because the substrate temperature is maintained at a high temperature of 750 ° C. during the second MOCVD growth, and an effect equivalent to annealing is brought about, and further diffusion of Zn from the p-type AlGaAs second cladding layer 16 is promoted. It is considered a thing. Further, no unnecessary Zn pileup in the MQW active layer 13 was observed.

対照的に、図5Bに示すMQW活性層13の端面窓部13bが投影される領域Bでは、p型AlGaAs第2クラッド層16からのノンドープAlGaAs層25へのZnの拡散はほとんど見られず、ノンドープAlGaAs層25におけるZn濃度の増加はほとんど見られない。これは、ノンドープAlGaAs層25の上方から拡散してくる空孔によって、Znが捕捉されてしまうためであると考えられる。   In contrast, in the region B where the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 shown in FIG. 5B is projected, almost no diffusion of Zn from the p-type AlGaAs second cladding layer 16 to the non-doped AlGaAs layer 25 is observed. Almost no increase in Zn concentration in the non-doped AlGaAs layer 25 is observed. This is presumably because Zn is trapped by the vacancies diffusing from above the non-doped AlGaAs layer 25.

〔素子特性〕
得られた半導体レーザ素子の閾値電流値を求めたところ、雰囲気温度25℃における閾値電流値Ith25は30mAとなり、雰囲気温度70℃における閾値電流値Ith70は44mAとなった。また下記式(1)で表される指数Tを求めたところ、約120であった。
=(70−25)/(lnIth70−lnIth25) …(1)
(Element characteristics)
Was determined the threshold current value of the obtained semiconductor laser device, the threshold current value I Th25 at ambient temperature 25 ° C. is 30mA, and the threshold current value I Th70 at ambient temperature 70 ° C. became 44 mA. Moreover, when the index T 0 represented by the following formula (1) was obtained, it was about 120.
T 0 = (70−25) / (lnI th70 −lnI th25 ) (1)

ここで、Tとは閾値電流の温度依存性を表すパラメータであり、その数値が大きいほど、半導体レーザ素子の温度依存性は小さい。なお、lnIth70はIth70の自然対数値を示し、lnIth25はIth25の自然対数値を示す。 Here, T 0 is a parameter representing the temperature dependence of the threshold current. The larger the value, the smaller the temperature dependence of the semiconductor laser element. Incidentally, lnI th70 represents a natural logarithm of I th70, lnI th25 represents a natural logarithm of I th25.

また、信頼性の評価として、同じ条件で作製した複数の半導体レーザ素子を雰囲気温度70℃において光出力120mWで連続して作動させたところ、いずれの半導体レーザ素子も5000時間以上安定に作動し、作動中に動作電流が増大するような劣化現象は全く見られなかった。   As an evaluation of reliability, when a plurality of semiconductor laser elements manufactured under the same conditions were continuously operated at an optical output of 120 mW at an atmospheric temperature of 70 ° C., all the semiconductor laser elements operated stably for 5000 hours or more, No deterioration phenomenon was observed in which the operating current increased during operation.

(比較例1)
1回目のMOCVD成長時に、ノンドープAlGaAs層25に代えて、ドーパント(Zn)濃度を設定値である1.0×1018cm−3としたp型AlGaAs第1クラッド層104(厚み:0.2μm)を形成する以外は、実施例1と同様にして半導体レーザ素子を作製した。なお、以下では、n型GaAs基板11をn型GaAs基板101と記載し、n型クラッド層12をn型クラッド層102と記載し、MQW活性層13をMQW活性層103と記載し、p型エッチングストップ層15をp型エッチングストップ層105と記載し、p型第2クラッド層16をp型第2クラッド層106と記載し、p型キャップ層17をp型キャップ層107と記載する。
(Comparative Example 1)
In the first MOCVD growth, in place of the non-doped AlGaAs layer 25, the p-type AlGaAs first cladding layer 104 (thickness: 0.2 μm) having a dopant (Zn) concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 which is a set value. A semiconductor laser device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the above was formed. Hereinafter, the n-type GaAs substrate 11 is referred to as an n-type GaAs substrate 101, the n-type cladding layer 12 is referred to as an n-type cladding layer 102, the MQW active layer 13 is referred to as an MQW active layer 103, and a p-type. The etching stop layer 15 is described as a p-type etching stop layer 105, the p-type second cladding layer 16 is described as a p-type second cladding layer 106, and the p-type cap layer 17 is described as a p-type cap layer 107.

<評価>
〔PL測定〕
ウエハのRTA後におけるMQW活性層103のPL測定を行ったところ、端面窓部103bのPLピーク波長λwは755nm、内部活性領域のPLピーク波長λaは775nmとなり、そのピーク波長の差(λa−λw)は20nmであった。この値は、実施例1におけるピーク波長の差(λa−λw)30nmよりも10nm小さい。このことから、比較例1では、内部活性領域と端面窓部103bとにおいて充分なバンドギャップエネルギーの差が得られていないことが判った。これは、Znの存在によって空孔の拡散が阻害され、MQW活性層103の無秩序化が充分に起こらなかったためであると考えられる。
<Evaluation>
[PL measurement]
When the PL measurement of the MQW active layer 103 after the RTA of the wafer was performed, the PL peak wavelength λw of the end face window 103b was 755 nm, the PL peak wavelength λa of the internal active region was 775 nm, and the difference between the peak wavelengths (λa−λw) ) Was 20 nm. This value is 10 nm smaller than the peak wavelength difference (λa−λw) of 30 nm in Example 1. From this, it was found that in Comparative Example 1, a sufficient band gap energy difference was not obtained between the internal active region and the end face window 103b. This is presumably because the presence of Zn hindered the diffusion of vacancies, and the MQW active layer 103 was not sufficiently disordered.

〔ドーパント濃度〕
SIMSを用い、実施例1における評価と同様にして、半導体結晶層中におけるZn濃度の深さ方向の分布を測定した。図6は、比較例1におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。図6AはMQW活性層103の内部活性領域が投影される領域Aの測定結果を示し、図6BはMQW活性層103の端面窓部103bが投影される領域Bの測定結果を示す。図6において、実線で示されるグラフは1回目のMOCVD成長直後の濃度分布を示し、破線で示されるグラフはRTA直後の濃度分布を示し、点線で示されるグラフは2回目のMOCVD成長直後の濃度分布を示す。また図6において、縦軸はZn原子濃度(atoms/cm)であり、下横軸はp型GaAsキャップ層107の表面からの深さ(μm)である。また図6の上横軸に示す番号は、図5と同様に、n型GaAs基板101上に形成される各半導体層の番号に対応する。
[Dopant concentration]
Using SIMS, the distribution in the depth direction of the Zn concentration in the semiconductor crystal layer was measured in the same manner as in the evaluation in Example 1. FIG. 6 is a diagram showing a depth direction distribution of Zn concentration in Comparative Example 1. FIG. 6A shows the measurement result of the region A where the internal active region of the MQW active layer 103 is projected, and FIG. 6B shows the measurement result of the region B where the end face window 103b of the MQW active layer 103 is projected. In FIG. 6, the graph indicated by the solid line indicates the concentration distribution immediately after the first MOCVD growth, the graph indicated by the broken line indicates the concentration distribution immediately after RTA, and the graph indicated by the dotted line indicates the concentration immediately after the second MOCVD growth. Show the distribution. In FIG. 6, the vertical axis represents the Zn atom concentration (atoms / cm 3 ), and the lower horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the p-type GaAs cap layer 107. 6 corresponds to the numbers of the respective semiconductor layers formed on the n-type GaAs substrate 101, as in FIG.

図6Aから、MQW活性層103の内部活性領域が投影される領域Aでは、RTA後からZnの著しい拡散が見られ、p型AlGaAs第1クラッド層104におけるZn濃度は、設計値から大きくずれていることが判る。またこの拡散によって、MQW活性層103におけるZnのパイルアップが起こり、さらにn型AlGaAsクラッド層102までZnが拡散していることが判る。   From FIG. 6A, in the region A where the internal active region of the MQW active layer 103 is projected, significant diffusion of Zn is observed after RTA, and the Zn concentration in the p-type AlGaAs first cladding layer 104 deviates greatly from the design value. I know that. Further, it can be seen that this diffusion causes a pile-up of Zn in the MQW active layer 103 and further that Zn diffuses to the n-type AlGaAs cladding layer 102.

〔素子特性〕
得られた半導体レーザ素子の閾値電流値を求めたところ、雰囲気温度25℃における閾値電流値Ith25は45mAとなり、雰囲気温度70℃における閾値電流値Ith70は77mAとなり、いずれも実施例1で得られた半導体レーザ素子よりも大きな値であった。また前述の指数Tは約84となり、実施例1で得られた半導体レーザ素子よりも小さな値であった。
(Element characteristics)
When obtained was determined threshold current value of semiconductor laser devices, resulting threshold current value I Th25 at ambient temperature 25 ° C. is 45mA, and the threshold current value I Th70 at ambient temperature 70 ° C. is 77mA, and the both in Example 1 The value was larger than that of the obtained semiconductor laser device. The index T 0 described above was about 84, which was smaller than that of the semiconductor laser device obtained in Example 1.

また、同じ条件で作製した複数の半導体レーザ素子を雰囲気温度70℃において光出力120mWで連続作動させたところ、作動開始から50時間以内に全ての半導体レーザ素子が劣化し、頓死に至った。   Further, when a plurality of semiconductor laser elements manufactured under the same conditions were continuously operated at an optical output of 120 mW at an ambient temperature of 70 ° C., all the semiconductor laser elements deteriorated within 50 hours from the start of the operation, leading to death.

これは、比較例1では、図6Aに示すようにMQW活性層103に多大な量のZnが拡散したためであると考えられる。すなわち、MQW活性層103のZn濃度が設計値よりも高くなり、閾値電流値の上昇および熱特性の悪化を招き、半導体レーザ素子の信頼性が悪化したものと考えられる。   This is presumably because, in Comparative Example 1, a large amount of Zn diffused into the MQW active layer 103 as shown in FIG. 6A. That is, it is considered that the Zn concentration of the MQW active layer 103 becomes higher than the design value, leading to an increase in threshold current value and deterioration of thermal characteristics, and thus the reliability of the semiconductor laser element is deteriorated.

(実施例2)
本実施例では、図4に示す各工程に従って、GaAlAs系半導体レーザ素子を作製した。すなわち、実施例1において、1回目のMOCVD成長時に、p型GaAsキャップ層17に代えて、第2低不純物濃度半導体層27としてノンドープGaAs層27(厚み:0.8μm)を形成し、RTA法によるアニールの前に、SiO膜26の開口部26aにp型不純物供給層28としてZnO膜28(厚み:0.5μm)を形成する以外は、実施例1と同様にして半導体レーザ素子を作製した。ただし、RTA法によるアニールの条件は、温度900℃、昇温速度100℃/sec、保持時間60secとした。
(Example 2)
In this example, a GaAlAs semiconductor laser element was fabricated according to the steps shown in FIG. That is, in Example 1, during the first MOCVD growth, a non-doped GaAs layer 27 (thickness: 0.8 μm) is formed as the second low impurity concentration semiconductor layer 27 in place of the p-type GaAs cap layer 17, and the RTA method is used. A semiconductor laser device is fabricated in the same manner as in Example 1 except that the ZnO film 28 (thickness: 0.5 μm) is formed as the p-type impurity supply layer 28 in the opening 26a of the SiO x film 26 before the annealing by the above. did. However, the annealing conditions by the RTA method were a temperature of 900 ° C., a temperature rising rate of 100 ° C./sec, and a holding time of 60 sec.

<評価>
〔PL測定〕
ウエハのRTA後におけるMQW活性層13のPL測定を行ったところ、端面窓部13bのPLピーク波長λwは730nmとなり、実施例1よりもアニール温度が低かったにも拘らず、実施例1で得られた半導体レーザ素子よりも10nm短波長化していた。これは、SiO膜26の下層のGaAs層27がノンドープであったので、空孔の拡散が阻害されることなく行われたためであると考えられる。なお、内部活性領域のPLピーク波長λaは実施例1と同じ770nmであった。
<Evaluation>
[PL measurement]
When the PL measurement of the MQW active layer 13 after the RTA of the wafer was performed, the PL peak wavelength λw of the end face window portion 13b was 730 nm, which was obtained in Example 1 although the annealing temperature was lower than that in Example 1. The wavelength was shorter than that of the obtained semiconductor laser device by 10 nm. This is presumably because the GaAs layer 27 under the SiO x film 26 was non-doped, and thus diffusion of holes was performed without being hindered. The PL peak wavelength λa of the internal active region was 770 nm as in Example 1.

〔ドーパント濃度〕
SIMSを用い、実施例1における評価と同様にして、半導体結晶層中におけるZn濃度の深さ方向の分布を測定した。図7は、実施例2におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。図7AはMQW活性層13の内部活性領域が投影される領域Aの測定結果を示し、図7BはMQW活性層13の端面窓部13bが投影される領域Bの測定結果を示す。図7において、実線で示されるグラフは1回目のMOCVD成長直後の濃度分布を示し、破線で示されるグラフはRTA直後の濃度分布を示し、点線で示されるグラフは2回目のMOCVD成長直後の濃度分布を示す。また図7において、縦軸はZn原子濃度(atoms/cm)であり、下横軸はノンドープGaAs層27の表面からの深さ(μm)である。また図7の上横軸に示す番号は、図5と同様に、n型GaAs基板11上に形成される各半導体層の番号に対応する。
[Dopant concentration]
Using SIMS, the distribution in the depth direction of the Zn concentration in the semiconductor crystal layer was measured in the same manner as in the evaluation in Example 1. FIG. 7 is a diagram showing the depth direction distribution of Zn concentration in Example 2. FIG. FIG. 7A shows the measurement result of the region A where the internal active region of the MQW active layer 13 is projected, and FIG. 7B shows the measurement result of the region B where the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 is projected. In FIG. 7, the graph indicated by the solid line indicates the concentration distribution immediately after the first MOCVD growth, the graph indicated by the broken line indicates the concentration distribution immediately after RTA, and the graph indicated by the dotted line indicates the concentration immediately after the second MOCVD growth. Show the distribution. In FIG. 7, the vertical axis represents the Zn atom concentration (atoms / cm 3 ), and the lower horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the non-doped GaAs layer 27. 7 corresponds to the number of each semiconductor layer formed on the n-type GaAs substrate 11 as in FIG.

図7Aから、MQW活性層13の内部活性領域が投影される領域Aでは、RTAによるZnO膜28からのZnの拡散によって、p型キャップ層170となるノンドープGaAs層27にZnが供給され、その結果Zn濃度が実施例1のp型キャップ層17におけるドーパント濃度である3×1018cm−3まで補填されていることが判る。また実施例1と同様に、2回目のMOCVD成長によって、ノンドープAlGaAs層25におけるZn濃度がp型第1クラッド層14の設計値である1×1018cm−3まで補填され、設計通りのドーパント濃度が実現されていることが判る。 7A, in the region A where the internal active region of the MQW active layer 13 is projected, Zn is supplied to the non-doped GaAs layer 27 to be the p-type cap layer 170 due to the diffusion of Zn from the ZnO film 28 by RTA. Results It can be seen that the Zn concentration is compensated up to 3 × 10 18 cm −3, which is the dopant concentration in the p-type cap layer 17 of Example 1. Similarly to Example 1, the second MOCVD growth compensates the Zn concentration in the non-doped AlGaAs layer 25 to 1 × 10 18 cm −3, which is the design value of the p-type first cladding layer 14, and the dopant as designed. It can be seen that the concentration is realized.

一方、図7Bに示すMQW活性層13の端面窓部13bが投影される領域Bでは、ノンドープGaAs層27におけるZn濃度の増加はなく、また実施例1と同様にp型AlGaAs第2クラッド層16からのノンドープAlGaAs層25へのZnの拡散はほとんど見られない。   On the other hand, in the region B where the end face window portion 13b of the MQW active layer 13 shown in FIG. 7B is projected, there is no increase in the Zn concentration in the non-doped GaAs layer 27, and the p-type AlGaAs second cladding layer 16 is the same as in the first embodiment. Diffusion of Zn into the non-doped AlGaAs layer 25 is hardly observed.

〔素子特性〕
得られた半導体レーザ素子の閾値電流値を求めたところ、雰囲気温度25℃における閾値電流値Ith25は27mAとなり、雰囲気温度70℃における閾値電流Ith70は38mAとなり、いずれも実施例1で得られた半導体レーザ素子よりも小さな値であった。また前述の指数Tは約130となり、実施例1で得られた半導体レーザ素子よりも大きな値であった。
(Element characteristics)
When the threshold current value of the obtained semiconductor laser element was determined, the threshold current value I th25 at an ambient temperature of 25 ° C. was 27 mA, and the threshold current I th70 at an ambient temperature of 70 ° C. was 38 mA, both of which were obtained in Example 1. The value was smaller than that of the semiconductor laser device. The aforementioned index T 0 of about 130 mm was a value larger than the semiconductor laser device obtained in Example 1.

また、同じ条件で作製した複数の半導体レーザ素子を雰囲気温度70℃において光出力120mWで連続して作動させたところ、いずれの半導体レーザ素子も5000時間以上安定に作動し、作動中に動作電流が増大するような劣化現象は全く見られなかった。   In addition, when a plurality of semiconductor laser elements manufactured under the same conditions were continuously operated at an optical temperature of 120 mW at an atmospheric temperature of 70 ° C., all the semiconductor laser elements were stably operated for 5000 hours or more, and an operating current was generated during the operation. No increasing deterioration phenomenon was observed.

以上のように、不純物を設計値よりも低い濃度で含有する半導体層を形成した後に、該半導体層に不純物を補填することによって、含有される不純物の濃度を設計値になるように調整することができ、含有される不純物の濃度の設計値からのずれを回避することができた。   As described above, after forming a semiconductor layer containing impurities at a concentration lower than the design value, the impurity concentration in the semiconductor layer is adjusted to adjust the concentration of the contained impurities to the design value. The deviation of the concentration of impurities contained from the design value could be avoided.

本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子1の構成を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device 1 obtained by a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子1の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state of each process in manufacture of the semiconductor laser element 1 by the manufacturing method of the semiconductor laser element which is one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子1の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state of each process in manufacture of the semiconductor laser element 1 by the manufacturing method of the semiconductor laser element which is one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子1の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state of each process in manufacture of the semiconductor laser element 1 by the manufacturing method of the semiconductor laser element which is one Embodiment of this invention. 本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子2の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the semiconductor laser element 2 obtained by the manufacturing method of the semiconductor laser element which is the other form of implementation of this invention. 本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子2の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state of each process in manufacture of the semiconductor laser element 2 by the manufacturing method of the semiconductor laser element which is the other form of implementation of this invention. 実施例1におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。It is a figure which shows the depth direction distribution of Zn density | concentration in Example 1. FIG. 実施例1におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。It is a figure which shows the depth direction distribution of Zn density | concentration in Example 1. FIG. 比較例1におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。It is a figure which shows the depth direction distribution of Zn density | concentration in the comparative example 1. FIG. 比較例1におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。It is a figure which shows the depth direction distribution of Zn density | concentration in the comparative example 1. FIG. 実施例2におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。It is a figure which shows the depth direction distribution of Zn density | concentration in Example 2. FIG. 実施例2におけるZn濃度の深さ方向分布を示す図である。It is a figure which shows the depth direction distribution of Zn density | concentration in Example 2. FIG. 従来の半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state of each process in manufacture of the semiconductor laser element by the manufacturing method of the conventional semiconductor laser element.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 半導体レーザ素子
11 n型半導体基板
12 n型クラッド層
13 多重量子井戸(MQW)活性層
14 p型第1クラッド層
15 p型エッチングストップ層
16 p型第2クラッド層
17,170 p型キャップ層
18 リッジ
19 n型電流ブロック層
20 p型平坦化層
21 p型コンタクト層
22 p側電極
23 n側電極
24a,24b レーザ共振器端面
25 低不純物濃度半導体層
26 拡散供給層
27 第2低不純物濃度半導体層
28 p型不純物供給層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Semiconductor laser element 11 N-type semiconductor substrate 12 N-type clad layer 13 Multiple quantum well (MQW) active layer 14 P-type first clad layer 15 P-type etching stop layer 16 P-type second clad layer 17, 170 p-type Cap layer 18 Ridge 19 n-type current blocking layer 20 p-type planarization layer 21 p-type contact layer 22 p-side electrode 23 n-side electrode 24a, 24b laser resonator end face 25 low impurity concentration semiconductor layer 26 diffusion supply layer 27 second low Impurity concentration semiconductor layer 28 p-type impurity supply layer

Claims (12)

第1導電型半導体基板と、前記第1導電型半導体基板上に設けられ前記第1導電型半導体基板よりも小さいバンドギャップを有する活性層と、前記活性層上に設けられ、第2導電型不純物を濃度C1で含有し、前記活性層よりも大きいバンドギャップを有する第2導電型半導体層とを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
第1導電型半導体基板上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C2が前記濃度C1よりも低い(C2<C1)低不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填することによって、含有される第2導電型不純物の濃度が前記濃度C1になるように第2導電型半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
A first conductivity type semiconductor substrate; an active layer provided on the first conductivity type semiconductor substrate and having a smaller band gap than the first conductivity type semiconductor substrate; and a second conductivity type impurity provided on the active layer. And a second conductivity type semiconductor layer having a band gap larger than that of the active layer.
Forming an active layer on the first conductive type semiconductor substrate;
Forming a low impurity concentration semiconductor layer having a concentration C2 of the second conductivity type impurity contained on the active layer lower than the concentration C1 (C2 <C1);
Forming a second conductivity type semiconductor layer so that the concentration of the second conductivity type impurity contained in the low impurity concentration semiconductor layer is supplemented with the second conductivity type impurity to be the concentration C1. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に、活性層の残余の部分よりも大きいバンドギャップを有する端面窓部を形成する工程をさらに含み、
前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程を、
前記端面窓部を形成する工程よりも後に、または該工程に伴って行なうことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子の製造方法。
After the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer,
The method further includes the step of forming an end face window portion having a larger band gap than the remaining portion of the active layer in the active layer in the vicinity of the predetermined face as much as possible as the end face from which the laser beam is emitted,
Filling the low impurity concentration semiconductor layer with a second conductivity type impurity to form a second conductivity type semiconductor layer;
2. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the method is performed after or in conjunction with the step of forming the end face window portion.
前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程では、
第2導電型不純物を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部が投影される領域を除く領域に補填することを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ素子の製造方法。
In the step of filling the low impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity and forming the second conductivity type semiconductor layer,
3. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 2, wherein the second conductivity type impurity is filled in a region excluding a region where the end face window portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected.
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C3が前記濃度C2よりも高い(C3>C2)高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板上に、気相法または液相法によって半導体層を形成する工程とをさらに含み、
前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
After the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer,
Forming a high impurity concentration semiconductor layer having a second conductivity type impurity concentration C3 higher than the concentration C2 (C3> C2) on the low impurity concentration semiconductor layer;
Forming a semiconductor layer by a vapor phase method or a liquid phase method on a first conductivity type semiconductor substrate including the high impurity concentration semiconductor layer and the low impurity concentration semiconductor layer;
The step of forming the semiconductor layer by the vapor phase method or the liquid phase method includes:
4. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a step of supplementing a second impurity impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer. 5. Method.
前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程では、
前記第1導電型半導体基板の温度を、550℃以上、1000℃以下に保持することを特徴とする請求項4記載の半導体レーザ素子の製造方法。
In the step of forming the semiconductor layer by the vapor phase method or the liquid phase method,
5. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 4, wherein the temperature of the first conductive type semiconductor substrate is maintained at 550 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C3が前記濃度C2よりも高い(C3>C2)高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とをさらに含み、
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子の製造方法。
After the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer,
Forming a high impurity concentration semiconductor layer having a second conductivity type impurity concentration C3 higher than the concentration C2 (C3> C2) on the low impurity concentration semiconductor layer;
Annealing a first conductivity type semiconductor substrate comprising the high impurity concentration semiconductor layer and the low impurity concentration semiconductor layer,
The step of annealing the first conductive type semiconductor substrate includes:
2. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a step of supplementing the second impurity impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer.
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第2導電型不純物の濃度C3が前記濃度C2よりも高い(C3>C2)高不純物濃度半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項2または3記載の半導体レーザ素子の製造方法。
After the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer and before the step of forming the end face window,
Forming a high impurity concentration semiconductor layer on the low impurity concentration semiconductor layer, wherein the concentration C3 of the second conductivity type impurity contained is higher than the concentration C2 (C3>C2);
The step of forming the end face window portion includes:
Forming a diffusion supply layer that diffuses and supplies vacancies or impurities to the active layer on an active layer in the vicinity of a predetermined surface as much as an end face from which the laser beam is emitted in the active layer;
Annealing a first conductivity type semiconductor substrate comprising the diffusion supply layer, the high impurity concentration semiconductor layer, and the low impurity concentration semiconductor layer,
The step of annealing the first conductive type semiconductor substrate includes:
4. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 2, further comprising a step of supplementing the second impurity impurity from the high impurity concentration semiconductor layer to the low impurity concentration semiconductor layer.
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程では、
前記第1導電型半導体基板を、550℃以上、1000℃以下の温度でアニールすることを特徴とする請求項6または7記載の半導体レーザ素子の製造方法。
In the step of annealing the first conductivity type semiconductor substrate,
8. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 6, wherein the first conductive type semiconductor substrate is annealed at a temperature of 550 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填し、第2導電型半導体層を形成する工程は、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子の製造方法。
The step of filling the low impurity concentration semiconductor layer with a second conductivity type impurity to form a second conductivity type semiconductor layer,
Forming a dielectric layer containing atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become second conductivity type impurities on the low impurity concentration semiconductor layer;
2. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a step of annealing a first conductivity type semiconductor substrate including the dielectric layer and the low impurity concentration semiconductor layer.
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第2導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第1導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記誘電体層から前記低不純物濃度半導体層に第2導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項2または3記載の半導体レーザ素子の製造方法。
After the step of forming the low impurity concentration semiconductor layer and before the step of forming the end face window,
Forming a dielectric layer including atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become second conductivity type impurities on the low impurity concentration semiconductor layer;
The step of forming the end face window portion includes:
Forming a diffusion supply layer that diffuses and supplies vacancies or impurities to the active layer on an active layer in the vicinity of a predetermined surface as much as an end face from which the laser beam is emitted in the active layer;
Annealing a first conductivity type semiconductor substrate comprising the diffusion supply layer, the dielectric layer, and the low impurity concentration semiconductor layer,
The step of annealing the first conductive type semiconductor substrate includes:
4. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 2, further comprising a step of supplementing the low impurity concentration semiconductor layer with the second conductivity type impurity from the dielectric layer.
前記誘電体層を形成する工程では、
前記誘電体層を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域上に形成することを特徴とする請求項10記載の半導体レーザ素子の製造方法。
In the step of forming the dielectric layer,
11. The semiconductor laser device according to claim 10, wherein the dielectric layer is formed on a region excluding a region where a predetermined portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected as much as possible as the end face window portion. Method.
前記第1導電型半導体基板をアニールする工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第1導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項10または11記載の半導体レーザ素子の製造方法。
Before the step of annealing the first conductivity type semiconductor substrate,
A dielectric layer including atoms that are diffused into the low impurity concentration semiconductor layer and become first conductivity type impurities is formed on a region where a predetermined portion of the low impurity concentration semiconductor layer is projected as much as possible as the end face window portion. 12. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 10, further comprising a step of:
JP2004032581A 2004-02-09 2004-02-09 Method of manufacturing semiconductor laser device Pending JP2005223287A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004032581A JP2005223287A (en) 2004-02-09 2004-02-09 Method of manufacturing semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004032581A JP2005223287A (en) 2004-02-09 2004-02-09 Method of manufacturing semiconductor laser device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005223287A true JP2005223287A (en) 2005-08-18

Family

ID=34998653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004032581A Pending JP2005223287A (en) 2004-02-09 2004-02-09 Method of manufacturing semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005223287A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014003229A (en) * 2012-06-20 2014-01-09 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0388382A (en) * 1989-08-30 1991-04-12 Nec Corp Semiconductor laser
JPH05145182A (en) * 1991-11-20 1993-06-11 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of semiconductor laser device with end plane window construction
JP2001237457A (en) * 1999-12-13 2001-08-31 Nichia Chem Ind Ltd Light-emitting element
JP2002094179A (en) * 2000-09-13 2002-03-29 Sharp Corp Semiconductor laser device and its manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0388382A (en) * 1989-08-30 1991-04-12 Nec Corp Semiconductor laser
JPH05145182A (en) * 1991-11-20 1993-06-11 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of semiconductor laser device with end plane window construction
JP2001237457A (en) * 1999-12-13 2001-08-31 Nichia Chem Ind Ltd Light-emitting element
JP2002094179A (en) * 2000-09-13 2002-03-29 Sharp Corp Semiconductor laser device and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014003229A (en) * 2012-06-20 2014-01-09 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3623713B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US7613220B2 (en) Two-wavelength semiconductor laser device and method for fabricating the same
JP2011101039A (en) Nitride semiconductor laser device
JPH11274635A (en) Semiconductor light emitting device
US5556804A (en) Method of manufacturing semiconductor laser
JP2002076514A (en) Laser diode and production method therefor
US5561080A (en) Semiconductor laser and method for fabricating the same
JP2006229210A (en) Nitride semiconductor laser device and its manufacturing method
US7215691B2 (en) Semiconductor laser device and method for fabricating the same
JP3782230B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laser device and manufacturing method of group III-V compound semiconductor element
JPH0955558A (en) Semiconductor laser element
JP3892637B2 (en) Semiconductor optical device equipment
JP3889910B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP2001057459A (en) Semiconductor laser
JP2001135895A (en) Semiconductor light emitting device
JPH10256647A (en) Semiconductor laser element and fabrication thereof
JP2001203423A (en) Semiconductor light-emitting device
JP2002124738A (en) Semiconductor optical device and manufacturing method thereof
US20030128730A1 (en) Semiconductor laser element and process for producing the same
JP2005223287A (en) Method of manufacturing semiconductor laser device
KR101111720B1 (en) Edge emitting semiconductor laser diode with dielectric layer on active layer
JP2000277856A (en) Self oscillation semiconductor laser system
JP2002043692A (en) Semiconductor laser and its manufacturing method
JP2004048080A (en) Process for manufacturing semiconductor laser
JPH05259566A (en) Semiconductor light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090908

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100629

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110308