JP2005223287A - Method of manufacturing semiconductor laser device - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor laser device Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Abstract
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
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
次いで、p型AlGaAs第1クラッド層54の表面にSiO2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SiO2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SiO2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、SiO2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SiO2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、SiO2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
アニール後には、図示しないけれども、SiO2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SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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GayIn1−yP(0≦y≦1)およびAlzGa1−zAs(0≦z≦1)などの3元材料、ならびに(AlzGa1−z)yIn1−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、GayIn1−yP(0≦y≦1)をGaInP、AlzGa1−zAs(0≦z≦1)をAlGaAs、(AlzGa1−z)yIn1−yP(0≦y≦1,0≦z≦1)をAlGaInPと記載することがある。
n-
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-
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
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-
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
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SiOx(xは2近傍の実数)膜を形成する。SiOx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
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
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-
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
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
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
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
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-
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-
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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-
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
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
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
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
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
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
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-
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
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-
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
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
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SiOx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SiOx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、SiOx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
次に、p型GaAsキャップ層17の表面に形成されたSiOx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
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
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
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、Al2O3から成る前面反射膜(反射率:8%)およびAl2O3/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
<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
〔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/cm3)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
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
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
〔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T0を求めたところ、約120であった。
T0=(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
T 0 = (70−25) / (lnI th70 −lnI th25 ) (1)
ここで、T0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
<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
〔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/cm3)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
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
〔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T0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
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
(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、SiOx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
<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、SiOx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
〔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/cm3)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
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
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
〔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T0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.
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
Claims (12)
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:
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.
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、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、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:
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)
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)
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 |
-
2004
- 2004-02-09 JP JP2004032581A patent/JP2005223287A/en active Pending
Patent Citations (4)
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)
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 |