JP2005229016A - Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical transmitting system, and optical disk apparatus - Google Patents
Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical transmitting system, and optical disk apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005229016A JP2005229016A JP2004037862A JP2004037862A JP2005229016A JP 2005229016 A JP2005229016 A JP 2005229016A JP 2004037862 A JP2004037862 A JP 2004037862A JP 2004037862 A JP2004037862 A JP 2004037862A JP 2005229016 A JP2005229016 A JP 2005229016A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- gaas
- semiconductor laser
- laser device
- 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.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、半導体レーザ素子に関するものであり、特に光伝送システムや光ディスク装置等に用いられる半導体レーザ素子、その製造方法、上記半導体レーザ素子を用いた光伝送システム、および、上記半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element, and in particular, a semiconductor laser element used in an optical transmission system, an optical disc apparatus, etc., a manufacturing method thereof, an optical transmission system using the semiconductor laser element, and the semiconductor laser element The present invention relates to an optical disc apparatus.
図10〜図12は、従来の半導体レーザ素子の各製造工程における断面図である(例えば、特開2001‐267689号公報(特許文献1)参照)。以下、図10〜図12に従って、従来の半導体レーザ素子およびその製造方法について説明する。 10 to 12 are cross-sectional views in each manufacturing process of a conventional semiconductor laser device (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267689 (Patent Document 1)). A conventional semiconductor laser device and a method for manufacturing the same will be described below with reference to FIGS.
先ず、図10に示すように、n‐GaAs基板1上に、MOCVD(有機金属化学気相成長)法によって、n‐AlX1Ga1-X1As下部クラッド層2(0.1≦x1≦0.5)、n又はi‐InX2Ga1-X2As1-y2Py2光導波層3(x2=0.49±0.01,0≦y2≦0.3)、圧縮歪InX3Ga1-X3As1-y3Py3量子井戸活性層4(0<x3≦0.4,0≦y3≦0.1)、p又はi‐InX2Ga1-X2As1-y2Py2光導波層5、p‐GaAs第1エッチング阻止層6、n‐InGaP第2エッチング阻止層7、n‐AlX4Ga1-X4As電流狭窄層8(0.1≦x4≦0.8,x1<x4)、および、n‐GaAsキャップ層9を、順次形成する。そして更に、この上に、SiO2膜10を形成し、(011)方向に通常のフォトリソグラフィによって3μm程度の幅を有するストライプ領域のSiO2膜10を除去する。
First, as shown in FIG. 10, an n-Al X1 Ga 1 -X1 As lower cladding layer 2 (0.1 ≦ x1 ≦ 0) is formed on an n-
次に、図11に示すように、上記SiO2膜10をマスクとして、硫酸系のエッチャントでn‐GaAsキャップ層9およびn‐AlX4Ga1-X4As電流狭窄層8をエッチングすることによって、n‐InGaP第2エッチング阻止層7を露出させる。
Next, as shown in FIG. 11, by using the SiO 2 film 10 as a mask, the n-GaAs cap layer 9 and the n-Al X4 Ga 1-X4 As
次に、図12に示すように、上記SiO2膜10をフッ酸系のエッチャントによって除去する。そして、引き続き、n‐GaAsキャップ層9をマスクとして、塩酸系のエッチャントで溝底面のn‐InGaP第2エッチング阻止層7をエッチングし、p‐GaAs第1エッチング阻止層6を露出させる。その後、全面に、p‐AlX1Ga1-X1As上部クラッド層11およびp‐GaAsコンタクト層12を形成する。そして、p‐GaAsコンタクト層12上にp側電極13を形成した後にn‐GaAs基板1の研磨を行い、n‐GaAs基板1の上記研磨された裏面側にn側電極14を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the SiO 2 film 10 is removed with a hydrofluoric acid-based etchant. Subsequently, using the n-GaAs cap layer 9 as a mask, the n-InGaP second etching stop layer 7 on the groove bottom is etched with a hydrochloric acid-based etchant to expose the p-GaAs first etching stop layer 6. Thereafter, a p-Al X1 Ga 1 -X1 As upper clad
上述のようにして形成された半導体の積層構造体を劈開して形成された共振器面に高反射率コートおよび低反射率コートが行われ、その後チップ化されて、半導体レーザ素子が形成される。 A high reflectivity coat and a low reflectivity coat are applied to the resonator surface formed by cleaving the semiconductor multilayer structure formed as described above, and then a chip is formed to form a semiconductor laser device. .
上記半導体レーザ素子によれば、上記p‐AlGaAs上部クラッド層11を再成長させる界面において、酸化され易いAlを含む層はn‐AlGaAs電流狭窄層8のみであり、しかも、露出している部分はエッチング溝の側面のみである。したがって、AlGaAs上部クラッド層11の再成長を容易に行うことができ、信頼性を向上させることができる。
According to the semiconductor laser device, at the interface where the p-AlGaAs upper clad
また、内部ストライプ構造の溝を形成するためのエッチング阻止層として、第1エッチング阻止層6にGaAsを用い、第2エッチング阻止層7にInGaPを用いている。こうすることによって、GaAs第1エッチング阻止層6は塩酸系のエッチャントではエッチングされないので、InGaP第2エッチング阻止層7を塩酸系のエッチャントでエッチングすることによって、自動的にGaAs第1エッチング阻止層6の上面でエッチングを停止させることができる。したがって、ウェットエッチングによるストライプ幅の制御性を高めることができるのである。 In addition, GaAs is used for the first etching blocking layer 6 and InGaP is used for the second etching blocking layer 7 as an etching blocking layer for forming a groove having an internal stripe structure. By doing so, the GaAs first etching blocking layer 6 is not etched by the hydrochloric acid-based etchant. Therefore, the GaAs first etching blocking layer 6 is automatically etched by etching the InGaP second etching blocking layer 7 with the hydrochloric acid-based etchant. Etching can be stopped at the upper surface of the substrate. Therefore, the controllability of the stripe width by wet etching can be improved.
しかしながら、上記従来の半導体レーザ素子においては、以下のような問題がある。すなわち、上記第2エッチング阻止層7に用いられるInGaP材料は、塩酸系エッチャントを使用した際にGaAs材料およびAlGaAs材料に対して非常に良好なエッチング選択性を有すると共に、エッチングされる速度が速い。それが故に、InGaP第2エッチング阻止層7を除去する際に、n‐AlGaAs電流狭窄層8に対して素早くサイドエッチングが進行してしまい、ストライプ溝側面にひさし状の段差が形成してしまう。したがって、その後にp‐AlGaAs上部クラッド層11を結晶再成長によって形成する際に、ひさし状の段差の部分から結晶性の乱れが生じて、所望の光閉じ込め効果が得られなかったり、素子抵抗の悪化を引き起こしたりするという問題がある。
However, the conventional semiconductor laser device has the following problems. That is, the InGaP material used for the second etch stop layer 7 has a very good etching selectivity with respect to the GaAs material and the AlGaAs material when a hydrochloric acid-based etchant is used, and the etching speed is high. Therefore, when the InGaP second etching blocking layer 7 is removed, side etching proceeds quickly to the n-AlGaAs
さらに、上記GaAsとInGaPとの界面には両材料が互いに混合された極薄いPを含む界面層が形成されることがあり、上述した塩酸系のエッチャントによるInGaP層の除去工程においては、そのPを含む界面層を除去できない場合が生ずる。その場合、除去されずに残ったPを含む界面層上に上部クラッド層11を再成長した際にも、上部クラッド層11を形成するAlGaAsにおける結晶性の低下が生ずる可能性がある。
Furthermore, an interface layer containing an extremely thin P in which both materials are mixed with each other may be formed at the interface between GaAs and InGaP. In the above-described removal step of the InGaP layer using a hydrochloric acid-based etchant, the P There is a case where the interface layer containing can not be removed. In that case, even when the
また、上記InGaP層は、結晶成長条件によっては自然超格子構造に変化し易い。そして、上記自然超格子構造に変化する際に、屈折率が変動してしまう場合がある。活性層4と上部クラッド層11との間に、このように屈折率が変動し易い材料が存在することによって、特に活性層4に対する水平方向の光閉じ込め特性が、製造時における屈折率のばらつきによって変動してしまうという問題がある。
The InGaP layer is likely to change to a natural superlattice structure depending on crystal growth conditions. And when changing to the natural superlattice structure, the refractive index may fluctuate. The presence of such a material whose refractive index tends to fluctuate between the
さらに、上記上部クラッド層11としてAlGaAsを結晶成長させる際には、成長中における酸素の取り込まれを阻止するために、なるべく高温で結晶成長するのが常である。ところが、その際に、再成長界面となるGaAs第1エッチング阻止層6からp型ドーパントが再蒸発するため、ドーピング濃度が低下することによって上記再成長界面における抵抗値が増大したり、上記再成長界面のラフネスが悪化したりするという問題もある。
Further, when AlGaAs is crystal-grown as the upper clad
そこで、この発明の課題は、結晶再成長時における結晶性の乱れによる光閉じ込め特性の変動や素子抵抗の悪化、再成長界面に残留したP系界面層の影響による上部クラッド層の結晶性低下、InGaP層の自然超格子化による水平方向の光閉じ込め特性の変動、再成長界面からのドーパントの再蒸発による界面抵抗および界面平坦性の悪化等の問題を克服し、所望の光閉じ込め特性を再現性よく実現でき、良好な素子抵抗を有し、且つ、高信頼性を有する半導体レーザ素子、その半導体レーザ素子の製造方法、上記半導体レーザ素子を用いた光伝送システム、および、上記半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置を提供することにある。 Therefore, the problem of the present invention is that the optical confinement characteristics change due to the disorder of crystallinity during crystal regrowth, the device resistance deteriorates, the crystallinity of the upper cladding layer decreases due to the influence of the P-based interface layer remaining at the regrowth interface, Overcoming problems such as fluctuations in optical confinement characteristics in the horizontal direction due to natural superlattice formation of InGaP layer and deterioration of interface resistance and interface flatness due to dopant re-evaporation from the regrown interface, reproducibility of desired optical confinement characteristics A semiconductor laser element that can be well realized, has a good element resistance, and has high reliability, a method for manufacturing the semiconductor laser element, an optical transmission system using the semiconductor laser element, and the semiconductor laser element It is to provide an optical disc apparatus.
上記課題を解決するため、この発明は、第1導電型のGaAs基板上に,少なくとも第1導電型の下部クラッド層,活性層,第2導電型の上部第1クラッド層および第1GaAs半導体層が,順に積層されてなる半導体レーザ素子において、上記第1GaAs半導体層上には電流注入領域と電流非注入領域とが設けられ、上記電流非注入領域には少なくともInGaAsP半導体層および第1導電型のAlGaAs半導体層が形成されており、上記電流非注入領域における上記InGaAsP半導体層またはAlGaAs半導体層の上,および,上記電流注入領域には,第2導電型のAlGaAs上部第2クラッド層が形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides at least a first conductivity type lower cladding layer, an active layer, a second conductivity type upper first cladding layer, and a first GaAs semiconductor layer on a first conductivity type GaAs substrate. , In the semiconductor laser element stacked in order, a current injection region and a current non-injection region are provided on the first GaAs semiconductor layer, and at least the InGaAsAsP semiconductor layer and the first conductivity type AlGaAs are provided in the current non-injection region. A semiconductor layer is formed, and a second conductivity type AlGaAs upper second cladding layer is formed on the InGaAsP semiconductor layer or AlGaAs semiconductor layer in the current non-injection region and in the current injection region. It is characterized by that.
上記構成によれば、上記第1GaAs半導体層上における電流非注入領域にはInGaAsP半導体層が形成されている。したがって、図10〜図12に示す従来の半導体レーザ素子のごとくInGaP層を形成する場合に比べて、V族元素中のP混晶比が小さい分だけ、エッチング速度を遅くできる。その結果、上記InGaAsP半導体層を部分的にエッチング除去して上記電流注入領域を形成する際に、上記InGaAsP半導体層上に形成されているAlGaAs半導体層に対するサイドエッチングが抑制されることになる。そのため、上記電流注入領域にAlGaAs上部第2クラッド層が再成長される際に、結晶性の乱れが生ずることがない。したがって、素子抵抗の悪化がなく、所望の光閉じ込め特性が得られる。さらに、InGaAsP材料は上記自然超格子化することはない。したがって、自然超格子化による屈折率の変動に起因する水平方向の光閉じ込め特性の変動が生じない。 According to the above configuration, the InGaAsAs semiconductor layer is formed in the current non-injection region on the first GaAs semiconductor layer. Therefore, the etching rate can be slowed by the amount of the P mixed crystal ratio in the group V element as compared with the case where the InGaP layer is formed as in the conventional semiconductor laser device shown in FIGS. As a result, side etching with respect to the AlGaAs semiconductor layer formed on the InGaAsAs semiconductor layer is suppressed when the current injection region is formed by partially etching away the InGaAsAs semiconductor layer. Therefore, when the AlGaAs upper second cladding layer is regrown in the current injection region, the crystallinity is not disturbed. Therefore, the device resistance is not deteriorated and a desired optical confinement characteristic can be obtained. Further, the InGaAsP material does not form the natural superlattice. Therefore, there is no change in the optical confinement characteristic in the horizontal direction due to the change in the refractive index due to the natural superlattice.
本明細書において、上記「第1導電型」および「第2導電型」とはn型あるいはp型を指し、上記「第1導電型」がn型である場合には「第2導電型」はp型であり、上記「第1導電型」がp型である場合には「第2導電型」はn型である。 In the present specification, the “first conductivity type” and the “second conductivity type” refer to n-type or p-type, and when the “first conductivity type” is n-type, “second conductivity type”. Is p-type, and when the “first conductivity type” is p-type, the “second conductivity type” is n-type.
また、1実施例の半導体レーザ素子では、上記電流非注入領域における上記InGaAsP半導体層またはAlGaAs半導体層の上、および、上記電流注入領域には、上記AlGaAs上部第2クラッド層の下部に第2GaAs半導体層が形成されると共に、上記電流注入領域において上記第1GaAs半導体層と第2GaAs半導体層とは密着している。 In one embodiment, the second GaAs semiconductor is formed above the InGaAsAs semiconductor layer or AlGaAs semiconductor layer in the current non-injection region and below the AlGaAs upper second cladding layer in the current injection region. A layer is formed, and the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer are in close contact with each other in the current injection region.
この実施例によれば、上記半導体レーザ素子の構成に加えて、上記AlGaAs上部第2クラッド層の直下には第2GaAs半導体層が形成されており、上記電流注入領域において上記第1GaAs半導体層と第2GaAs半導体層とは密着している。このように、上記電流注入領域に上記第1GaAs半導体層と第2GaAs半導体層との同種材料によって再成長界面を形成することによって、界面抵抗が悪化し難いという効果を奏することができる。 According to this embodiment, in addition to the configuration of the semiconductor laser element, a second GaAs semiconductor layer is formed immediately below the AlGaAs upper second cladding layer, and the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer are formed in the current injection region. The 2 GaAs semiconductor layer is in close contact. Thus, by forming a regrowth interface with the same kind of material of the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer in the current injection region, it is possible to achieve an effect that the interface resistance is hardly deteriorated.
また、1実施例の第2GaAs半導体層を有する半導体レーザ素子では、上記第1GaAs半導体層および第2GaAs半導体層は上記第2導電型である。 In the semiconductor laser device having the second GaAs semiconductor layer of one embodiment, the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer are of the second conductivity type.
この実施例によれば、上記電流注入領域の再成長界面を構成する同種材料による半導体層の導電型を同じにすることによって、界面抵抗をさらに低減させることができる。 According to this embodiment, the interface resistance can be further reduced by making the conductivity type of the semiconductor layer made of the same material constituting the regrowth interface of the current injection region the same.
また、1実施例の第2GaAs半導体層を有する半導体レーザ素子では、上記第1GaAs半導体層は、上記第2GaAs半導体層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度の第2導電型である。 In the semiconductor laser device having the second GaAs semiconductor layer of one embodiment, the first GaAs semiconductor layer is of a second conductivity type having a doping concentration lower than that of the second GaAs semiconductor layer.
この実施例における第2導電型のドーピング濃度が上記第2GaAs半導体層のドーピング濃度よりも低い第1GaAs半導体層は、真性の第1GaAs半導体層上に第2導電型の第2GaAs半導体層を結晶再成長させることによって、互いに密着して再成長される上記第2GaAs半導体層から第1GaAs半導体層に第2導電型のドーパントが拡散されて形成される。その場合、真性の第1GaAs半導体層は、上記第2GaAs半導体層から活性層への第2導電型のドーパントの拡散防止層として機能する。したがって、上記ドーパントが活性層へ拡散・移動することが防止され、信頼性の低下や電気特性・光特性の変動を防止することができる。 In this embodiment, the first GaAs semiconductor layer having a second conductivity type doping concentration lower than the doping concentration of the second GaAs semiconductor layer is obtained by re-growing the second conductivity type second GaAs semiconductor layer on the intrinsic first GaAs semiconductor layer. By doing so, a dopant of the second conductivity type is formed by diffusing from the second GaAs semiconductor layer regrown in close contact with the first GaAs semiconductor layer. In that case, the intrinsic first GaAs semiconductor layer functions as a diffusion preventing layer of the second conductivity type dopant from the second GaAs semiconductor layer to the active layer. Therefore, it is possible to prevent the dopant from diffusing and moving to the active layer, and it is possible to prevent a decrease in reliability and fluctuations in electrical characteristics and optical characteristics.
また、1実施例の第2導電型の第2GaAs半導体層を有する半導体レーザ素子では、上記第2GaAs半導体層は、Znをドーパントとする第2導電型である。 In the semiconductor laser device having the second GaAs semiconductor layer of the second conductivity type according to one embodiment, the second GaAs semiconductor layer is of the second conductivity type using Zn as a dopant.
この実施例によれば、第2導電型のドーパントとして亜鉛(Zn)を用いることにより、上記電流注入領域における真性の第1GaAs半導体層を、拡散によって容易に第2導電型化することができる。しかも、上記真性の第1GaAs半導体層は、上記第2GaAs半導体層から活性層へのZnドーパントの拡散防止層として良好に機能するために、上記Znドーパントが活性層へ拡散・移動することが防止され、信頼性の低下や電気特性・光特性の変動を防止することができる。 According to this embodiment, by using zinc (Zn) as the second conductivity type dopant, the intrinsic first GaAs semiconductor layer in the current injection region can be easily converted to the second conductivity type by diffusion. Moreover, since the intrinsic first GaAs semiconductor layer functions well as a diffusion preventing layer for Zn dopant from the second GaAs semiconductor layer to the active layer, the Zn dopant is prevented from diffusing and moving to the active layer. Therefore, it is possible to prevent a decrease in reliability and fluctuations in electrical characteristics and optical characteristics.
また、1実施例の第2導電型の第2GaAs半導体層を有する半導体レーザ素子では、上記第1GaAs半導体層における上記電流注入領域での厚みが、40Å以上且つ200Å以下である。 Further, in the semiconductor laser device having the second conductivity type second GaAs semiconductor layer of one embodiment, the thickness of the first GaAs semiconductor layer in the current injection region is not less than 40 mm and not more than 200 mm.
この実施例によれば、上記電流注入領域における上記第1GaAs半導体層の厚みが40Å以上であるから、上記第2GaAs半導体層からのドーパントの拡散防止層としての効果を顕著に奏することができる。さらに、上記厚みが200Å以下であるから、抵抗の高い低濃度のGaAs層が半導体レーザ素子の上記電流注入領域内に残存することがなく、素子抵抗の悪化を抑制することができる。 According to this embodiment, since the thickness of the first GaAs semiconductor layer in the current injection region is 40 mm or more, the effect as a diffusion preventing layer for dopant from the second GaAs semiconductor layer can be remarkably exhibited. Further, since the thickness is 200 mm or less, a low-concentration GaAs layer having a high resistance does not remain in the current injection region of the semiconductor laser element, and deterioration of the element resistance can be suppressed.
また、1実施例の半導体レーザ素子では、上記第1GaAs半導体層における上記電流注入領域での厚みが、上記電流非注入領域での厚みよりも薄くなっている。 In the semiconductor laser device of one embodiment, the thickness in the current injection region in the first GaAs semiconductor layer is thinner than the thickness in the current non-injection region.
この実施例によれば、上記第1GaAs半導体層上にInGaAsP半導体層およびAlGaAs半導体層を成長させた後、上記AlGaAs半導体層およびInGaAsP半導体層を部分的に除去して上記電流注入領域を形成する場合、上記第1GaAs半導体層とInGaAsP半導体層との界面に形成されるごく薄いPを含む界面層が、上記電流注入領域において除去されている。したがって、上記電流注入領域において、上記Pを含む界面層のない結晶再成長界面を実現することができ、界面抵抗を低減して素子特性を向上させることができる。 According to this embodiment, when an InGaAsAs semiconductor layer and an AlGaAs semiconductor layer are grown on the first GaAs semiconductor layer, the current injection region is formed by partially removing the AlGaAs semiconductor layer and the InGaAsAsP semiconductor layer. The interface layer containing very thin P formed at the interface between the first GaAs semiconductor layer and the InGaAsAs semiconductor layer is removed in the current injection region. Therefore, in the current injection region, a crystal regrowth interface having no P-containing interface layer can be realized, and the interface resistance can be reduced and the device characteristics can be improved.
また、1実施例の半導体レーザ素子では、上記InGaAsP半導体層が、真性あるいは第2導電型である。 In the semiconductor laser device of one embodiment, the InGaAsP semiconductor layer is intrinsic or of the second conductivity type.
この実施例によれば、上記電流非注入領域において、上記真性または第2導電型のInGaAsP半導体層は、このInGaAsP半導体層上に形成される第1導電型のAlGaAs半導体層からの第1導電型ドーパントの拡散防止層として機能する。したがって、上記ドーパントが活性層側へ拡散・移動することが防止され、信頼性の低下や電気特性・光特性の変動を防止することができる。 According to this embodiment, in the current non-injection region, the intrinsic or second conductivity type InGaAsAs semiconductor layer is the first conductivity type from the first conductivity type AlGaAs semiconductor layer formed on the InGaAsAsP semiconductor layer. It functions as a dopant diffusion preventing layer. Therefore, it is possible to prevent the dopant from diffusing and moving to the active layer side, and it is possible to prevent a decrease in reliability and a change in electrical characteristics and optical characteristics.
また、1実施例の半導体レーザ素子では、上記InGaAsP半導体層におけるV族元素中のPの混晶比が、0.4以上且つ0.6以下である。 In the semiconductor laser device of one embodiment, the mixed crystal ratio of P in the group V element in the InGaAsAs semiconductor layer is 0.4 or more and 0.6 or less.
この実施例によれば、上記InGaAsP半導体層におけるV族元素中のPの混晶比が0.4以上であるから、上記InGaAsP半導体層は上記AlGaAs半導体層に対して十分なエッチング選択性を有しつつ、上記第1GaAs半導体層とInGaAsP半導体層との界面に形成されるごく薄いPを含む界面層が効果的に除去される。さらに、上記Pの混晶比が0.6以下であるから、上記AlGaAs半導体層に対するサイドエッチングが十分抑制され、且つ、上記第1GaAs半導体層に対して十分なエッチング選択性を有しつつ、上記界面にエンチングされ難く高抵抗な不動態層が形成されることを防止できる。 According to this embodiment, since the mixed crystal ratio of P in the group V element in the InGaAsAs semiconductor layer is 0.4 or more, the InGaAsAs semiconductor layer has sufficient etching selectivity with respect to the AlGaAs semiconductor layer. However, the interface layer containing very thin P formed at the interface between the first GaAs semiconductor layer and the InGaAsP semiconductor layer is effectively removed. Furthermore, since the mixed crystal ratio of P is 0.6 or less, the side etching with respect to the AlGaAs semiconductor layer is sufficiently suppressed and the etching selectivity with respect to the first GaAs semiconductor layer is sufficient. It is possible to prevent formation of a passive layer that is difficult to be etched at the interface and has high resistance.
また、1実施例の半導体レーザ素子では、上記AlGaAs半導体層におけるIII族元素中のAl混晶比が、上記AlGaAs上部第2クラッド層におけるIII族元素中のAl混晶比よりも大きくなっている。 In the semiconductor laser device of one embodiment, the Al mixed crystal ratio in the group III element in the AlGaAs semiconductor layer is larger than the Al mixed crystal ratio in the group III element in the AlGaAs upper second cladding layer. .
この実施例によれば、光損失の少ないリアルガイド型の半導体レーザ素子を実現することができる。したがって、発振閾値を低減させることができる。 According to this embodiment, a real guide type semiconductor laser device with little optical loss can be realized. Therefore, the oscillation threshold can be reduced.
また、この発明は、第1導電型のGaAs基板上に,少なくとも第1導電型の下部クラッド層,活性層および第2導電型の上部第1クラッド層が,順に積層されてなる半導体レーザ素子の製造方法において、上記上部第1クラッド層上に第1GaAs半導体層とInGaAsP半導体層と第1導電型のAlGaAs半導体層を結晶成長する工程と、上記AlGaAs半導体層における一部を除去して電流注入領域を形成する工程と、上記電流注入領域における上記InGaAsP半導体層を除去して上記第1GaAs半導体層を部分的に露出させる工程と、上記第1GaAs半導体層における上記露出部分の表面部を所定の深さに除去する工程と、少なくとも上記電流注入領域に第2導電型の上部第2クラッド層を結晶再成長させる工程を含むことを特徴としている。 The present invention also provides a semiconductor laser device in which at least a first conductivity type lower cladding layer, an active layer, and a second conductivity type upper first cladding layer are sequentially laminated on a first conductivity type GaAs substrate. In the manufacturing method, a step of crystal-growing a first GaAs semiconductor layer, an InGaAsAs semiconductor layer, and a first conductivity type AlGaAs semiconductor layer on the upper first cladding layer, and removing a part of the AlGaAs semiconductor layer to make a current injection region A step of removing the InGaAsP semiconductor layer in the current injection region to partially expose the first GaAs semiconductor layer, and a surface portion of the exposed portion of the first GaAs semiconductor layer having a predetermined depth. And a step of crystal re-growth of the second conductivity type upper second cladding layer in at least the current injection region.
上記構成によれば、上記第1GaAs半導体層上にはInGaAsP半導体層とAlGaAs半導体層が形成される。したがって、図10〜図12に示す従来の半導体レーザ素子のごとくInGaP層を形成する場合に比べて、V族元素中のP混晶比が小さい分だけ、エッチング速度を遅くできる。その結果、上記電流注入領域における上記InGaAsP半導体層をエッチング除去する際に、上記AlGaAs半導体層に対するサイドエッチングが抑制されることになる。そのため、上記電流注入領域に上記上部第2クラッド層が再成長される際に結晶性の乱れが生ずることがない。したがって、素子抵抗の悪化がなく、所望の光閉じ込め特性が得られる。 According to the above configuration, the InGaAsAs semiconductor layer and the AlGaAs semiconductor layer are formed on the first GaAs semiconductor layer. Therefore, the etching rate can be slowed by the amount of the P mixed crystal ratio in the group V element as compared with the case where the InGaP layer is formed as in the conventional semiconductor laser device shown in FIGS. As a result, side etching on the AlGaAs semiconductor layer is suppressed when the InGaAsAs semiconductor layer in the current injection region is removed by etching. Therefore, the disorder of crystallinity does not occur when the upper second cladding layer is regrown in the current injection region. Therefore, the device resistance is not deteriorated and a desired optical confinement characteristic can be obtained.
さらに、InGaAsP材料は、上記自然超格子化することはない。したがって、自然超格子化による屈折率の変動に起因する水平方向の光閉じ込め特性の変動が生じない。さらに、上記第1GaAs半導体層における露出部分の表面部が所定の深さに除去されることにより、上記第1GaAs半導体層とInGaAsP半導体層との界面に形成されるごく薄いPを含む界面層が、上記電流注入領域において除去される。したがって、上記電流注入領域においては、上記Pを含む界面層のない結晶再成長界面を実現することができ、界面抵抗を低減させて素子特性を向上させることができる。 Further, the InGaAsP material does not form the natural superlattice. Therefore, there is no change in the optical confinement characteristic in the horizontal direction due to the change in the refractive index due to the natural superlattice. Furthermore, an exposed surface portion of the exposed portion of the first GaAs semiconductor layer is removed to a predetermined depth, so that an interface layer containing very thin P formed at the interface between the first GaAs semiconductor layer and the InGaAsAs semiconductor layer is formed. It is removed in the current injection region. Therefore, in the current injection region, a crystal regrowth interface without the interface layer containing P can be realized, and the interface resistance can be reduced and the device characteristics can be improved.
また、1実施例の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第1GaAs半導体層における上記露出部分の表面部を所定の深さに除去した後であって、上部第2クラッド層を結晶再成長させる前に、少なくとも上記電流注入領域に第2GaAs半導体層を結晶再成長させる工程を含む。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment, after the surface portion of the exposed portion in the first GaAs semiconductor layer is removed to a predetermined depth, before the upper second cladding layer is regrown. The method further includes the step of crystal regrowth of the second GaAs semiconductor layer at least in the current injection region.
この実施例によれば、上記電流注入領域において、上記上部第2クラッド層の直下には第2GaAs半導体層が形成されて、上記第1GaAs半導体層と第2GaAs半導体層とは密着している。このように、上記電流注入領域に上記第1GaAs半導体層と第2GaAs半導体層との同種材料によって再成長界面を形成することによって、界面抵抗が悪化し難いという効果を奏することができる。 According to this embodiment, in the current injection region, the second GaAs semiconductor layer is formed immediately below the upper second cladding layer, and the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer are in close contact with each other. Thus, by forming a regrowth interface with the same kind of material of the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer in the current injection region, it is possible to achieve an effect that the interface resistance is hardly deteriorated.
また、1実施例の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第1GaAs半導体層は真性である一方、上記第2GaAs半導体層は第2導電型であり、上記第2GaAs半導体層を結晶再成長させる際に、上記第1GaAs半導体層は上記第2GaAs半導体層からのドーパントの拡散によって第2導電型化される。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment, the first GaAs semiconductor layer is intrinsic while the second GaAs semiconductor layer is of a second conductivity type. When the second GaAs semiconductor layer is regrown, The first GaAs semiconductor layer is converted to the second conductivity type by the diffusion of the dopant from the second GaAs semiconductor layer.
この実施例によれば、上記真性の第1GaAs半導体層は、その上部に第2導電型の第2GaAs半導体層が結晶再成長される際に、上記第2GaAs半導体層からの第2導電型ドーパントの拡散防止層として機能する。したがって、上記ドーパントが活性層へ拡散・移動することが防止され、信頼性の低下や電気特性・光特性の変動を防止することができる。 According to this embodiment, the intrinsic first GaAs semiconductor layer has the second conductivity type dopant from the second GaAs semiconductor layer when the second conductivity type second GaAs semiconductor layer is crystal regrown thereon. Functions as a diffusion prevention layer. Therefore, it is possible to prevent the dopant from diffusing and moving to the active layer, and it is possible to prevent a decrease in reliability and fluctuations in electrical characteristics and optical characteristics.
また、1実施例の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第2GaAs半導体層の結晶再成長を、MOCVD法を用いて行う。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment, the second GaAs semiconductor layer is regrown using MOCVD.
この実施例によれば、量産性に優れたMOCVD(有機金属化学気相成長)法を用いることによって、第2GaAs半導体層を再成長させる工程でのスループットが向上し、より安価に半導体レーザ素子を製造することができる。尚、上記成長は、MOCVD法に代わってMBE(分子線エピタキシー)法を用いて行うことも可能である。 According to this embodiment, by using the MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method excellent in mass productivity, the throughput in the process of re-growing the second GaAs semiconductor layer is improved, and the semiconductor laser device can be manufactured at a lower cost. Can be manufactured. The above growth can also be performed using an MBE (molecular beam epitaxy) method instead of the MOCVD method.
また、1実施例の第2GaAs半導体層の結晶再成長にMOCVD法を用いる半導体レーザ素子の製造方法では、上記第2GaAs半導体層の成長温度は、500℃以上且つ600℃以下である。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device using the MOCVD method for crystal regrowth of the second GaAs semiconductor layer of one embodiment, the growth temperature of the second GaAs semiconductor layer is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.
この実施例によれば、上記第2GaAs半導体層の成長温度が500℃以上であるから、上記第2GaAs半導体層の成長機構が変わって結晶性が低下する恐れはない。さらに、上記成長温度が600℃以下であるから、上記電流注入領域において露出している結晶再成長の土台となる各層からの半導体材料およびドーパントの再蒸発が抑制され、素子特性の低下が防止される。 According to this embodiment, since the growth temperature of the second GaAs semiconductor layer is 500 ° C. or higher, there is no possibility that the growth mechanism of the second GaAs semiconductor layer is changed and the crystallinity is lowered. Furthermore, since the growth temperature is 600 ° C. or lower, the re-evaporation of the semiconductor material and the dopant from each layer, which is the foundation of crystal regrowth exposed in the current injection region, is suppressed, and deterioration of device characteristics is prevented. The
また、この発明の光伝送システムは、この発明の半導体レーザ素子を用いたことを特徴としている。 The optical transmission system of the present invention is characterized by using the semiconductor laser device of the present invention.
上記構成によれば、素子抵抗の悪化がなく、所望の光閉じ込め特性が得られ、自然超格子化による屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性の変動が生じなく、高信頼性を有する半導体レーザ素子を用いているため、光伝送システムの消費電力が従来の光伝送システムに比べて低く抑えられ、寿命が長くなる。したがって、本光伝送システムを携帯機器等に搭載した場合には、その動作時間が従来よりも長くなる。 According to the above configuration, the semiconductor laser has high reliability without deteriorating element resistance, obtaining desired optical confinement characteristics, and without causing fluctuations in optical confinement characteristics due to refractive index fluctuations due to natural superlattices. Since the element is used, the power consumption of the optical transmission system is kept lower than that of the conventional optical transmission system, and the life is extended. Therefore, when this optical transmission system is mounted on a portable device or the like, the operation time becomes longer than before.
また、この発明の光ディスク装置は、この発明の半導体レーザ素子を用いたことを特徴としている。 The optical disc apparatus of the present invention is characterized by using the semiconductor laser element of the present invention.
上記構成によれば、素子抵抗の悪化がなく、所望の光閉じ込め特性が得られ、自然超格子化による屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性の変動が生じなく、高信頼性を有する半導体レーザ素子を用いているため、光ディスク装置の消費電力が従来の光ディスク装置に比べて低く抑えられる。 According to the above configuration, the semiconductor laser has high reliability without deteriorating element resistance, obtaining desired optical confinement characteristics, and without causing fluctuations in optical confinement characteristics due to refractive index fluctuations due to natural superlattices. Since the element is used, the power consumption of the optical disk apparatus can be suppressed lower than that of the conventional optical disk apparatus.
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子は、上部第1クラッド層上に形成された第1GaAs半導体層上の電流非注入領域に、InGaAsP半導体層を形成したので、従来の半導体レーザ素子のごとくInGaP層を形成する場合に比べてエッチング速度を遅くできる。したがって、エッチングによって上記電流注入領域を形成する際のAlGaAs半導体層に対するサイドエッチングを抑制して、上記電流注入領域において再成長を行う際の結晶性の乱れを防止して素子抵抗の悪化を防止でき、所望の光閉じ込め特性を得ることができる。さらに、InGaAsP材料は上記自然超格子化することはない。したがって、自然超格子化による屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性の変動を防止できる。 As apparent from the above, the semiconductor laser device according to the present invention has the conventional InGaAsP semiconductor layer formed in the current non-injection region on the first GaAs semiconductor layer formed on the upper first cladding layer. As described above, the etching rate can be reduced as compared with the case where the InGaP layer is formed. Therefore, side etching of the AlGaAs semiconductor layer when the current injection region is formed by etching can be suppressed, and disorder of crystallinity during regrowth in the current injection region can be prevented, thereby preventing deterioration of element resistance. Desired light confinement characteristics can be obtained. Further, the InGaAsP material does not form the natural superlattice. Therefore, it is possible to prevent fluctuations in optical confinement characteristics due to fluctuations in refractive index due to natural superlattices.
また、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上部第1クラッド層上に、第1GaAs半導体層,InGaAsP半導体層およびAlGaAs半導体層を形成するので、従来の半導体レーザ素子のごとくInGaP層を形成する場合に比べて上記InGaAsP半導体層に対するエッチング速度を遅くできる。したがって、上記AlGaAs半導体層の一部をエッチング除去した後に、上記InGaAsP半導体層の一部をエッチング除去する際のAlGaAs半導体層に対するサイドエッチングを抑制して、上記電流注入領域において再成長を行う際の結晶性の乱れを防止することができる。その結果、上記結晶性の乱れに起因する素子抵抗の悪化を防止し、所望の光閉じ込め特性を得ることができる。さらに、InGaAsP材料は上記自然超格子化することはない。したがって、自然超格子化による屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性の変動を防止できる。さらに、上記第1GaAs半導体層における露出部分の表面部を所定の深さに除去するので、上記電流注入領域において、上記第1GaAs半導体層とInGaAsP半導体層との界面に形成されるごく薄いPを含む界面層を除去できる。したがって、界面抵抗を低減して素子特性を向上させることができる。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, the first GaAs semiconductor layer, the InGaAsAs semiconductor layer, and the AlGaAs semiconductor layer are formed on the upper first cladding layer. Therefore, the InGaAs layer is formed as in the conventional semiconductor laser device. Compared to the case, the etching rate for the InGaAsP semiconductor layer can be reduced. Therefore, after etching away a part of the AlGaAs semiconductor layer, side etching with respect to the AlGaAs semiconductor layer when etching away a part of the InGaAsAs semiconductor layer is suppressed, and regrowth is performed in the current injection region. The disorder of crystallinity can be prevented. As a result, it is possible to prevent the device resistance from deteriorating due to the disorder of crystallinity and to obtain desired optical confinement characteristics. Further, the InGaAsP material does not form the natural superlattice. Therefore, it is possible to prevent fluctuations in optical confinement characteristics due to fluctuations in refractive index due to natural superlattices. Further, since the surface portion of the exposed portion of the first GaAs semiconductor layer is removed to a predetermined depth, the current injection region includes very thin P formed at the interface between the first GaAs semiconductor layer and the InGaAsAs semiconductor layer. The interface layer can be removed. Therefore, the interface resistance can be reduced and the device characteristics can be improved.
また、この発明の光伝送システムは、素子抵抗の悪化がなく、所望の光閉じ込め特性が得られ、自然超格子化による屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性の変動が生じなく、高信頼性を有するこの発明の半導体レーザ素子を用いているので、光伝送システムの消費電力を従来の光伝送システムに比べて低く抑えることができ、長寿命化を図ることができる。したがって、本光伝送システムを携帯機器等に搭載した場合には、その動作時間を従来よりも長くできる。 In addition, the optical transmission system of the present invention does not deteriorate the element resistance, obtains a desired optical confinement characteristic, does not cause a change in optical confinement characteristic due to a change in refractive index due to natural superlattice, and has high reliability. Since the semiconductor laser device of the present invention having the above is used, the power consumption of the optical transmission system can be kept lower than that of the conventional optical transmission system, and the life can be extended. Therefore, when this optical transmission system is mounted on a portable device or the like, the operation time can be made longer than before.
また、この発明の光ディスク装置は、素子抵抗の悪化がなく、所望の光閉じ込め特性が得られ、自然超格子化による屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性の変動が生じなく、高信頼性を有するこの発明の半導体レーザ素子を用いているので、光ディスク装置の消費電力を従来の光ディスク装置に比べて低く抑えることができる。 In addition, the optical disk apparatus of the present invention does not deteriorate the element resistance, obtains a desired optical confinement characteristic, does not cause a change in the optical confinement characteristic due to a change in the refractive index due to the natural superlattice, and has high reliability. Since the semiconductor laser element according to the present invention is used, the power consumption of the optical disk apparatus can be kept lower than that of the conventional optical disk apparatus.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の半導体レーザ素子における概略構造を示す断面図である。尚、本実施の形態においては、上記第1導電型はn型であり、上記第2導電型はp型である。
First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser device according to the present embodiment. In the present embodiment, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.
この半導体レーザ素子では、n型GaAs基板21上に、n型GaAsバッファ層22、n型Al0.6Ga0.4As下部クラッド層23、n型Al0.4Ga0.6As第1光ガイド層24、多重歪量子井戸活性層25、p型Al0.4Ga0.6As第2光ガイド層26、p型Al0.5Ga0.5As上部第1クラッド層27、一部p型化されたi型第1GaAs半導体層28、i型In0.245Ga0.755As0.54P0.46エッチストップ層29、n型Al0.6Ga0.4As電流ブロック層30、及び、n型GaAs保護層31が、順に積層されている。そして、n型GaAs保護層31,n型AlGaAs電流ブロック層30およびi型InGaAsPエッチストップ層29には、電流狭窄のための電流チャンネル(電流注入領域)となるストライプ状の溝33が設けられている。尚、上記第1GaAs半導体層28は、上記電流注入領域においてのみp型化されており、残りの領域においてはi型である。また、n型GaAs保護層31上および溝33内にはp+型第2GaAs半導体層34が形成され、p+型第2GaAs半導体層34上には、p型Al0.5Ga0.5As上部第2クラッド層35,p型GaAsコンタクト層36およびp+型GaAsコンタクト層37が、順次形成されている。
In this semiconductor laser device, on an n-
上記n型GaAs基板21の裏面側には、AuGe/Ni/Auが順次積層された多層金属薄膜でなるn側電極38が形成されている。また、p+型GaAsコンタクト層37上には、Ti/Pt/Auが順次積層された多層金属薄膜でなるp側電極39が形成されている。
On the back side of the n-
図2〜図4は、図1に示す構成を有する半導体レーザ素子の各製造工程における断面図である。以下、図2〜図4に従って、上記半導体レーザ素子の製造方法について詳細に説明する。 2 to 4 are cross-sectional views in each manufacturing process of the semiconductor laser device having the configuration shown in FIG. The method for manufacturing the semiconductor laser device will be described in detail below with reference to FIGS.
先ず、図2に示すように、(100)面を有するn型GaAs基板21上に、n型GaAsバッファ層22(厚さ:0.5μm,Siドープ:7.2×1017cm-3)、n型Al0.6Ga0.4As下部クラッド層23(厚さ:1.6μm,Siドープ:5.4×1017cm-3)、n型Al0.4Ga0.6As第1光ガイド層24(厚さ:0.1μm,Siドープ:5.4×1017cm-3)、3層のAl0.15Ga0.75Asバリア層(各層の厚さ:基板21側から215Å,79Å,215Å)と2層のIn0.12Ga0.88As量子井戸層(各層の厚さ:46Å)とを交互に積層してなる多重歪量子井戸活性層25、p型Al0.4Ga0.6As第2光ガイド層26(厚さ:0.1μm,Znドープ:4.0×1017cm-3)、p型Al0.5Ga0.5As上部第1クラッド層27(厚さ:0.18μm,Znドープ:8.0×1017cm-3)、i型第1GaAs半導体層28(厚さ:150Å)、i型In0.245Ga0.755As0.54P0.46エッチストップ層29(厚さ:250Å)、n型Al0.6Ga0.4As電流ブロック層30(厚さ:0.8μm,Siドープ:2.15×1018cm-3)、及び、n型GaAs保護層31(厚さ:100Å,Siドープ:2.4×1018cm-3)を、順次MOCVD法によって結晶成長させる。
First, as shown in FIG. 2, an n-type GaAs buffer layer 22 (thickness: 0.5 μm, Si doping: 7.2 × 10 17 cm −3 ) is formed on an n-
次に、図3に示すように、上記n型GaAs保護層31,n型AlGaAs電流ブロック層30およびi型InGaAsPエッチストップ層29に、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングによって、ストライプ状の溝33を形成する。32は上記フォトリソグラフィ技術によって形成されたレジストマスクである。上記エッチングは、H2SO4系エッチャントを使用し、n型GaAs保護層31およびn型AlGaAs電流ブロック層30をストライプ状にエッチングする。i型InGaAsPエッチストップ層29はH2SO4系エッチャントでは殆どエッチングされない。しかる後、HClとH3PO4との1対3混合溶液を用いてInGaAsPエッチストップ層29を除去する。その際、後に詳述するように、若干のオーバーエッチングを行うようにしている。これらの工程によって、再現性よくストライプ状の溝33を形成することが可能である。本実施の形態においては、ストライプ状の溝33の底部の幅を約2.5μmとしている。尚、レジストマスク32は、エッチング後に除去する。
Next, as shown in FIG. 3, stripe-shaped
続いて、図4に示すように、MOCVD法によって、上記n型GaAs保護層31上及び溝33内に、p+型第2GaAs半導体層34(厚さ:50Å,Znドープ:5×1019cm-3)を再成長させる。引き続き、p型Al0.5Ga0.5As上部第2クラッド層35(厚さ:1.28μm,Znドープ:2.4×1018cm-3)、p型GaAsコンタクト層36(厚さ:4.45μm,Znドープ:3×1018cm-3)、および、p+型GaAsコンタクト層37(厚さ:0.3μm,Znドープ:1×1020cm-3)を、順次MOCVD法によって再成長させる。その際におけるp+型第2GaAs半導体層34の成長温度は550℃である。また、それ以降におけるp型Al0.5Ga0.5As上部第2クラッド層35の成長温度は685℃である。
Subsequently, as shown in FIG. 4, the p + -type second GaAs semiconductor layer 34 (thickness: 50 mm, Zn doping: 5 × 10 19 cm is formed on the n-type GaAs
上述の再成長工程を経た結果、第1GaAs半導体層28と第2GaAs半導体層34とが密着している電流注入領域において、p+型第2GaAs半導体層34に含まれるZnドーパントがi型第1GaAs半導体層28側に拡散し、電流注入領域における第1GaAs半導体層28はp型化される。そのとき、当該領域の第1GaAs半導体層28のドーピング濃度は、1×1018cm-3程度となった。
As a result of the above regrowth process, in the current injection region where the first
こうして、上記再成長が終了した後、上記p+型GaAsコンタクト層37上に、電子ビーム蒸着法を用いて、Ti(厚さ:1000Å)/Pt(厚さ:500Å)/Au(厚さ:3000Å)を順次積層形成させて、p側電極39とする。また、GaAs基板21の裏面側を所望の厚みに研削した後、GaAs基板21の裏面側には、抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極38としてAuGe(厚さ:1500Å)/Ni(厚さ:150Å)/Au(厚さ:3000Å)を順次積層形成し、400℃の窒素雰囲気中で1分間加熱して電極材料の合金化処理を行う。こうして、本実施の形態における半導体レーザ素子が完成するのである。
Thus, after the re-growth is completed, Ti (thickness: 1000 mm) / Pt (thickness: 500 mm) / Au (thickness: thickness) is formed on the p + -type
こうして得られた半導体レーザ素子を所望の共振器長を有するチップサイズに分割した後、両端面に反射膜(図示せず)をコーティングすることによって、発振波長890nmの半導体レーザ素子として機能することができるのである。 After dividing the semiconductor laser element thus obtained into a chip size having a desired resonator length, coating both ends with a reflection film (not shown) can function as a semiconductor laser element with an oscillation wavelength of 890 nm. It can be done.
本実施の形態における半導体レーザ素子は、p型AlGaAs上第2クラッド層35を結晶再成長させる前に、InGaAsPからなる半導体層(エッチストップ層29)を形成したことを特徴の一つとしている。図10〜図12に示す従来の半導体レーザ素子の場合のごとく、InGaP層(第2エッチング阻止層7)を形成する場合に比べて、材料のV族中におけるPの混晶比が小さい。そのため、塩酸系エッチャントでのエッチング速度が低下し、AlGaAs層(電流ブロック層30)に対するサイドエッチングが抑制される。したがって、ストライプ状の溝33の側面にひさし状の段差が形成され難くなるのである。
The semiconductor laser device according to the present embodiment is characterized in that a semiconductor layer (etch stop layer 29) made of InGaAsP is formed before the
尚、図10〜図12に示す従来の半導体レーザ素子の構造において、上記AlGaAs電流狭窄層8のサイドエッチングを抑制するために、InGaP第2エッチング阻止層7に対して遅いエッチング速度でエッチングを行った場合には、GaAs半導体層(GaAs第1エッチング阻止層6)との界面近傍に、エッチングされ難くしかも高抵抗な不動態層のようなものが形成されることがある。しかしながら、本実施の形態のごとく、InGaAsP半導体層29を形成することによって、上述した不動態層の形成および高抵抗化の問題を無くしつつ、上記サイドエッチングを抑制することができる。したがって、再成長過程における結晶性の乱れを防止することができ、素子抵抗の悪化を無くすことができる。また、所望の光閉じ込め特性が得られ易くなるという効果もある。さらに、InGaAsP材料には、自然超格子化の問題がない。そのために、自然超格子化によって生じる屈折率の変動に起因する光閉じ込め特性のずれの問題も生じない。
In the structure of the conventional semiconductor laser device shown in FIGS. 10 to 12, in order to suppress the side etching of the AlGaAs
本実施の形態においては、再成長過程の最初に第2GaAs半導体層34を形成するようにしているが、勿論第2GaAs半導体層34は無くてもよい。図5に、第2GaAs半導体層34を設けない変形例の断面図を示す。この変形例のように、第2GaAs半導体層を形成しない場合であっても、上述した素子抵抗の悪化,再成長した結晶性の乱れおよび自然超格子化による屈折率の変動は防止できる。但し、本実施の形態のごとく再成長過程の最初に第2GaAs半導体層34を形成することによって、ストライプ状の溝33内の領域である電流注入領域において、第1GaAs半導体層28および第2GaAs半導体層34なる同種の材料が再成長界面を形成するために、さらに界面抵抗が低下するという効果を追加することができる。
In the present embodiment, the second
また、上記第2GaAs半導体層34をMOCVD法により再成長する際に、その成長を600℃以下の比較的低い温度で行うことによって、ストライプ状の溝33から露出している結晶再成長の土台となる各層からの半導体材料およびドーパントの再蒸発を抑制することができる。したがって、素子特性の低下を防止できるのである。尚、再成長の際に再蒸発が生ずると、界面の抵抗が悪化することに加えて、再成長界面の平坦性(ラフネス)が悪くなってレーザ発振動作時に散乱による吸収損失成分となり、効率を下げてしまうことになる。
In addition, when the second
ここで、本実施の形態においては、上記第1GaAs半導体層28をアンドープ(i型)としているが、p型としてもよい。その場合には、低温で成長した第2GaAs半導体層34を設けることによって、上述した第1GaAs半導体層28からのドーパントの再蒸発を抑制することができ、素子抵抗の悪化を防止できるのである。さらに、第2GaAs半導体層34を低温成長で形成することによって、ストライプ溝33の側面に露出したInGaAsPからなるエッチストップ層29からのPの再蒸発も抑制することができる。このことにより、再成長界面の荒れがなくなり、InGaAsP材料を用いたことによるメリットであるサイドエッチングが少ないことと相まって、良好な再成長結晶を得ることができると共に、高効率を実現できるのである。
Here, in the present embodiment, the first
尚、図5に示す変形例の場合のごとく第2GaAs半導体層34を省略する場合には、p型AlGaAs上第2クラッド層35を、比較的低温(600℃程度)から成長を始めると共に、温度を上昇させながら成長を行うことによって、再蒸発を抑制することができる。
When the second
本実施の形態においては、上記第2GaAs半導体層34を5×1019cm-3という高ドープ状態で形成している。再成長結晶層の最初にこのような高ドープ層を設けると、ドーパントであるZnが界面を越えて基板21側に拡散し易い。したがって、界面抵抗を下げるという効果がある。一方、活性層25近傍までZnの拡散が進んだ場合には、光学特性の変動や信頼性の低下を引き起こす懸念がある。しかしながら、本実施の形態のように、第1GaAs半導体層28を厚さ150Åのアンドープ層とすることによって、第1GaAs半導体層28は、活性層25方向へのZnの拡散を堰き止める拡散防止層として作用させることができる。この効果は、アンドープである第1GaAs半導体層28における電流注入領域での厚みが40Å以上あれば得ることができる。特に高温動作あるいは高出力動作を行わせる場合には、100Å程度以上であることが望ましい。上述したように、再成長工程における熱履歴を経ることによって、電流注入領域において、高濃度にドーピングされた第2GaAs半導体層34から、第1GaAs半導体層28側にZnドーパントが拡散し、当該領域の第1GaAs半導体層28はp型化される。さらに、上述したように、第1GaAs半導体層28の厚みを150Åとしたことによって、第1GaAs半導体層28を超えてZnドーパントが拡散することはない。
In the present embodiment, the second
このような構成をとることによって、界面抵抗を下げつつ、光学特性の変動や信頼性の低下のない良好な半導体レーザ素子を得ることができるのである。但し、電流注入領域にあまり厚いアンドープ層が存在すると素子抵抗が上昇してしまうため、アンドープ層の厚みは200Åを上限とすることが望ましい。これは、上述した再成長工程を経た後の第2GaAs半導体層34から供給されたZnドーパントが、最大でも200Å程度の深さまでしか拡散しなかったことによる。すなわち、200Åを超えるアンドープ層を形成した場合には、Znドーパントの拡散が起きた後も、高抵抗となるアンドープ層が厚く残ってしまうためである。勿論、素子抵抗が重要ではない場合は、この限りではない。本効果は、発振波長が870nm以上の半導体レーザ素子について特に有効である。コンパクトディスク等に用いられる780nm帯の半導体レーザ素子の場合、上記アンドープGaAs半導体層の厚みは、光吸収を考慮して40Å程度以下に抑えた方がよい場合がある。
By adopting such a configuration, it is possible to obtain a good semiconductor laser element that does not vary in optical characteristics or decrease in reliability while lowering the interface resistance. However, since an element resistance increases if a too thick undoped layer is present in the current injection region, it is desirable that the thickness of the undoped layer be up to 200 mm. This is because the Zn dopant supplied from the second
また、本実施の形態の半導体レーザ素子においては、電流注入領域における第1GaAs半導体層28の厚みが電流非注入領域に比べて僅かに薄くなっている(図では現れていない)。これは、第1GaAs半導体層28とその上に在るInGaAsPエッチストップ層29との界面に存在する結晶成長時の界面ダレに起因するPを含むごく薄い界面層を、InGaAsPエッチストップ層29を除去する際のオーバーエッチングによって除去するためである。このように、Pを含む界面層を除去した後に第2GaAs半導体層34等の結晶再成長を行うことによって、良好な再成長結晶品質を得ることができる。したがって、界面における抵抗の低減と再成長結晶層における抵抗低減および組成安定とを図ることができ、素子特性を向上させることができる。さらに、第1GaAs半導体層28上に形成する層をInGaPよりもV族中のP混晶比が小さいInGaAsP層29としたことによって、上述したようにエッチングされ難い不動態層の形成もなく、界面に形成されたPを含むごく薄い界面層が除去し易くなるのである。
In the semiconductor laser device of the present embodiment, the thickness of the first
そのとき、上記InGaAsP層29におけるV族元素中のP混晶比は0.4以上且つ0.6以下であることが好ましい。P混晶比が0.4以上であれば、InGaAsP層29は、n型AlGaAs電流ブロック層30に対して十分なエッチング選択性を有しつつ、上記第1GaAs半導体層28とInGaAsP層29との界面に形成されるごく薄いPを含む界面層を容易に除去することができる。さらに、上記Pの混晶比が0.6以下であれば、AlGaAs電流ブロック層30に対するサイドエッチングを十分抑制しつつ、第1GaAs半導体層28に対しては十分なエッチング選択性を確保することができる。さらに、上記界面にエッチングされ難くしかも高抵抗な不動態層が形成されることを防止できるのである。
At that time, the P mixed crystal ratio in the group V element in the
また、本実施の形態の半導体レーザ素子においては、上記InGaAsPエッチストップ層29を真性(i型)としている。このように、真性とすることにより、上記InGaAsPエッチストップ層29自体に含まれるドーパントの拡散の問題がなくなり、且つ、その上部に形成される第2の導電型(n型)のAlGaAs電流ブロック層30に含まれるドーパントの拡散防止層として作用させることができる。このことによっても、光学特性の変動や信頼性の低下を抑制できる効果がある。また、このInGaAsPエッチストップ層29は第2導電型(p型)としても差し支えない。この場合は、p型InGaAsPエッチストップ層自体のドーパント拡散は、真性の第1GaAs半導体層28によってカバーされることになる。その一方において、InGaAsPエッチストップ層が上記第2導電型にドーピングされていることによって、p型InGaAsPエッチストップ層の上部に設けられたn型AlGaAs電流ブロック層30の第1導電型ドーパントの拡散を防止する効果がある。
In the semiconductor laser device of the present embodiment, the InGaAsAsP
また、本実施の形態の半導体レーザ素子において、上記i型InGaAsPエッチストップ層29におけるV族元素中のP混晶比は0.46である。このように、P混晶比を0.4以上且つ0.6以下とすることによって、HClとH3PO4との混合エッチャントを使用することにより、上記エッチストップ層としてInGaP材料を用いる場合に比して、AlGaAs電流ブロック層30に対するサイドエッチング量を抑えながら、InGaAsPエッチストップ層29のエッチング工程においてInGaAsP層29と第1GaAs半導体層28との界面に形成されたPを含む界面層を除去することが可能になる。そのため、後の再成長工程における結晶品質が向上し、界面抵抗を低減できるという効果を奏することができるのである。尚、この場合、上述したように、V族元素中のPの混晶比が0.6を超えると上記サイドエッチングの抑制効果および上記不動態層の形成防止効果が無くなり、0.4を下回ると選択エッチング性が低下してしまい、また、上記Pを含む界面層を除去することができなくなる。
In the semiconductor laser device of this embodiment, the P mixed crystal ratio in the group V element in the i-type InGaAsAsP
また、本実施の形態の半導体レーザ素子においては、n型のAlGaAsからなる電流ブロック層30におけるIII族元素中のAl混晶比0.6が、p型のAlGaAsからなる上部第2クラッド層35におけるIII族元素中のAl混晶比0.5よりも大きいため、光損失の少ないリアルガイド型の半導体レーザ素子を実現することができる。したがって、発振閾値を低減させることができるという効果を奏することができる。
In the semiconductor laser device of the present embodiment, the Al mixed crystal ratio 0.6 in the group III element in the
また、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法においては、上記ストライプ溝33の形成工程におけるInGaAsPエッチストップ層29の除去をHClとH3PO4との混合溶液で行う際に、第1GaAs半導体層28が露出した後に若干のオーバーエッチングを加えるようにしている。その場合、InGaAsPエッチストップ層29におけるV族元素中のP混晶比が0.4以上且つ0.6以下であるので、InGaAsP層29とGaAs層28との界面に形成されたPを含む界面層を容易に除去することができる。このような「Pを含む界面層除去」の工程を加えることによって、純粋なGaAs材料表面を露出させることができ、その後に形成する再成長結晶の品質を向上させることができるようになる。また、Pを含む界面層を除去した結果、界面のラフネスが改善されることにより内部損失が減るため、発振閾値電流値や発振効率を改善できるという効果もある。
In the method of manufacturing the semiconductor laser device according to the present embodiment, the first GaAs semiconductor is used when the removal of the InGaAsP
さらに、再成長工程の最初に比較的低温で第2GaAs半導体層34を形成することによって、ストライプ状の溝33から露出している結晶再成長の土台となる各半導体層から半導体材料およびドーパントが再蒸発するのを抑制することができる。その場合における第2GaAs半導体層34の成長温度は、500℃よりも低温である場合にはGaAs半導体層の成長機構が500℃以上の場合と変わってしまい。その結晶性が低下する恐れがある。また、600℃を超える場合には再蒸発を抑制する効果が少なくなる。したがって、500℃から600℃が好ましいのである。
Further, by forming the second
そして、その後、比較的高温でAlGaAsからなる上部第2クラッド層35を再成長することによって、再成長工程中におけるAlGaAs層への酸素の取り込まれをも防止することができる。その場合におけるAlGaAs上部第2クラッド層35の成長温度は、少なくとも650℃以上が好ましい。一般に、Alを含む層が酸化されると深い順位が形成されてその部分で光吸収が起こるために素子の信頼性が低下し、さらに、発振閾値電流値や発振効率等のレーザ素子の特性をも悪化させてしまう。上述したような製造方法を用いることによって、再成長工程において、Alを含む層への酸素の取り込まれを防止しつつ、基板21側からの半導体材料やドーパントの再蒸発を抑制できる。そのため、内部損失(吸収成分)が少なく、低素子抵抗と高信頼性とを両立させた良好な特性を有する半導体レーザ素子の製造方法を提供することができるのである。
After that, by re-growing the upper
尚、本実施の形態においては、この発明を発振波長890nm帯の半導体レーザ素子に適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、780nm帯や650nm帯等の他の発振波長帯の半導体レーザ素子に適用できることは言うまでも無い。 In the present embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser element having an oscillation wavelength band of 890 nm is described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, it goes without saying that the present invention can be applied to semiconductor laser elements in other oscillation wavelength bands such as the 780 nm band and the 650 nm band.
また、上記実施の形態においては、上記n型GaAsバッファ層22からn型GaAs保護層31までの結晶成長、および、p+型第2GaAs半導体層34からp+型GaAsコンタクト層37までの再成長を、MOCVD法によって行っている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、MBE法によって行っても構わない。
Further, in the above embodiment, crystal growth from the n-type
・第2実施の形態
本実施の形態は、上記第1実施の形態における半導体レーザ素子を用いた光伝送モジュールおよびこの光伝送モジュールを用いた光伝送システムに関する。図6は、光伝送モジュール51を示す断面図である。また、図7は、図6における光源の部分を示す斜視図である。
Second Embodiment The present embodiment relates to an optical transmission module using the semiconductor laser element in the first embodiment and an optical transmission system using the optical transmission module. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the
本光伝送モジュール51では、光源として、上記第1実施の形態において説明した発振波長890nmのInGaAs系半導体レーザ素子(レーザチップ)52を用いている。また、受光素子53として、シリコン(Si)のpinフォトダイオードを用いている。尚、上記光伝送システムにおいては、信号を送受信する相手側も同じ光伝送モジュール51を備えていることを前提としている。
In the present
図6において、回路基板54上には半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターン(図示せず)が形成されており、上記レーザチップ52を搭載する部分には深さ300μmの凹部54aが設けられている。この凹部54aの底部は平坦になっており、この平坦部上にレーザチップ52が搭載されたレーザマウント(マウント材)55を半田で固定する。レーザマウント55の正電極56の平坦部57(図7参照)は、回路基板54上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とワイヤ58aによって電気的に接続されている。また、凹部54aはレーザ光の放射を妨げない程度の深さになっており、表面の粗さが放射角に影響を与えないようになっている。
In FIG. 6, a pattern (not shown) of both positive and negative electrodes for driving a semiconductor laser is formed on a
上記受光素子53は、上記レーザマウント55と同様に回路基板54に実装されて、ワイヤ58bによって電気信号が取り出されるようになっている。この他に、回路基板54上には、レーザ駆動用や受信信号処理用のIC回路(集積回路)59が実装されている。
The
また、上記回路基板54の凹部54aに搭載されたレーザマウント55は、シリコン樹脂60によって封止されている。この樹脂封止は、回路基板54におけるレーザマウント55が固定された凹部54aの部分に液状のシリコン樹脂60を適量滴下し、80℃で約5分間加熱してゼリー状になるまで硬化させることによって行われる。上述のように滴下されたシリコン樹脂60は、表面張力のために凹部54a内に留まり、レーザマウント55を覆い且つ凹部54aに固定するのである。尚、本実施の形態においては、回路基板54上に凹部54aを設け、この凹部54a内にレーザマウント55を実装しているが、シリコン樹脂60は表面張力によってレーザチップ52の表面およびその近傍に留まるので、凹部54aは必ずしも設ける必要はない。
The
さらに、上記回路基板54上全体が、透明なエポキシ樹脂モールド61によって被覆されている。その際に、レーザチップ52の上面には、放射角制御のためのレンズ部62が形成され、受光素子53の上面には信号光を集光するためのレンズ部63が形成されている。このレンズ部62とレンズ部63とは一体と成ってモールドレンズを構成している。
Further, the
次に、図7に従って上記レーザマウント55について詳細に説明する。図7において、レーザチップ52は、L字型のヒートシンク64の垂直部64aにIn糊剤を用いてダイボンドされている。ここで、レーザチップ52は、上記第1実施の形態におけるInGaAs系半導体レーザ素子であり、そのチップ下面52bには高反射膜(図示せず)がコーティングされる一方、チップ上面52aには低反射膜(図示せず)がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ52端面の保護も兼ねている。
Next, the
上記ヒートシンク64の基部64bには、正電極56がヒートシンク64と導通しないように絶縁物によって固着されている。この正電極56とレーザチップ52表面のp側電極52cとは、金ワイヤ58cによって接続されている。上記構成を有するレーザマウント55は、図6に示すように、回路基板54の凹部54aにおける平坦部に形成された負電極(図示せず)に半田で固定される一方、正電極56上部の平坦部57と回路基板54上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とがワイヤ58aで接続される。このように配線されることによって、発振によってレーザビーム65を得ることが可能な光伝送モジュール51が完成する。
The
図8は、上記光伝送モジュール51を用いた光伝送システムの概観図である。上述したように、この光伝送システムでは、相手側が同じ光伝送モジュール51を保持して、光信号の送受信を行うことを前提としている。図8に示す光伝送システムは、パーソナルコンピュータ71と基地局72とにおいて、光(赤外線)によるデータ通信を行うものである。
FIG. 8 is a schematic view of an optical transmission system using the
上記パーソナルコンピュータ71における操作面には、図6および図7に示す構成を有する光伝送モジュール51が、光出射面および受光面を上方に向けて搭載されている。また、基地局72は、部屋の天井に設置されており、図6および図7に示す構成を有する光伝送モジュール(図示せず)51が光出射面および受光面を下方に向けて搭載されている。そして、パーソナルコンピュータ71を端末として使用し、基地局72サーバとして使用することによって、光(赤外線)によるデータ通信を行うのである。
An
例えば、上記パーソナルコンピュータ71に搭載されている光伝送モジュール51の光源(レーザチップ52)から、特定の情報を表す信号光(データ信号が重畳されたレーザ光)が出射される。そうすると、この信号光は、基地局72に搭載されている光伝送モジュール51の受光素子53によって受信される。同様にして、基地局72から発信された信号光はパーソナルコンピュータ71側の受光素子53によって受信されるのである。
For example, signal light (laser light on which a data signal is superimposed) representing specific information is emitted from the light source (laser chip 52) of the
その場合において、本実施の形態における光伝送モジュール51は、上述したように再成長膜界面部分の抵抗値の悪化が無く、さらに高信頼性を有する半導体レーザ素子を使用しているため、光伝送モジュール51の消費電力を従来の光伝送モジュールに比べて低く抑えることができる。すなわち、本実施の形態によれば、省エネルギーで環境に与える負荷がより小さく、長寿命な光伝送システムを提供することができるのである。さらに、本光伝送システムを携帯機器等に搭載した場合には、その動作時間を従来の光伝送システムよりも延長させることができるのである。
In that case, the
・第3実施の形態
本実施の形態は、上記第1実施の形態における半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置に関する。図9は、本実施の形態における光ディスク装置の構成図である。この光ディスク装置は、光ディスク81にデータを書き込んだり、光ディスク81に書き込まれたデータを再生したりするものであり、その際に用いる発光素子として、上記第1実施の形態における半導体レーザ素子82を備えている。
Third Embodiment The present embodiment relates to an optical disc apparatus using the semiconductor laser element in the first embodiment. FIG. 9 is a configuration diagram of the optical disc apparatus according to the present embodiment. This optical disc apparatus writes data on the
以下、本光ディスク装置の構成および動作について説明する。本光ディスク装置は、書き込みの際には、半導体レーザ素子82から出射された信号光(データ信号が重畳されたレーザ光)はコリメートレンズ83を通過して平行光となり、ビームスプリッタ84を透過する。そして、λ/4偏光板85によって偏光状態が調節された後に、レーザ光照射用対物レンズ86によって集光されて光ディスク81を照射する。こうして、データ信号が重畳されたレーザ光によって、光ディスク81にデータが書き込まれる。
Hereinafter, the configuration and operation of the optical disc apparatus will be described. In the present optical disc apparatus, when writing, the signal light emitted from the semiconductor laser element 82 (laser light on which the data signal is superimposed) passes through the
一方、読み出しの際には、上記半導体レーザ素子82から出射されたデータ信号が重畳されていないレーザ光が、上記書き込みの場合と同じ経路を辿って光ディスク81を照射する。そして、データが記録された光ディスク81の表面で反射されたレーザ光は、レーザ光照射用対物レンズ86およびλ/4偏光板85を経た後、ビームスプリッタ84で反射されて進行方向が90°変更される。その後、再生光用対物レンズ87によって集光され、信号検出用受光素子88に入射される。そして、こうして信号検出用受光素子88内で、入射したレーザ光の強弱に応じて光ディスク81から読み出されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路89によって元の情報信号に再生されるのである。
On the other hand, at the time of reading, the
本実施の形態における光ディスク装置においては、上述したように、再成長膜界面部分の抵抗値の悪化が無く、さらに高信頼性を有する半導体レーザ素子82を使用している。したがって、光ディスク装置の消費電力を、従来の光ディスク装置に比べて低く抑えることができるのである。
In the optical disk device according to the present embodiment, as described above, the
尚、この発明の半導体レーザ素子,半導体レーザ素子の製造方法,光伝送システムおよび光ディスク装置は、上記第1実施の形態における半導体レーザ素子およびその製造方法、上記第2実施の形態における光伝送システム、および、上記第3実施の形態における光ディスク装置に、限定されるものではない。例えば、井戸層・障壁層の層厚や層数等、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論のことである。 The semiconductor laser device, the manufacturing method of the semiconductor laser device, the optical transmission system, and the optical disc apparatus of the present invention are the semiconductor laser device and the manufacturing method thereof in the first embodiment, the optical transmission system in the second embodiment, Further, the present invention is not limited to the optical disk device in the third embodiment. For example, various changes can be made, for example, within the range not departing from the gist of the present invention, such as the thickness and number of layers of the well layers and barrier layers.
21…n型GaAs基板、
22…n型GaAsバッファ層、
23…n型AlGaAs下クラッド層、
24…n型AlGaAs第1光ガイド層、
25…多重量子井戸活性層、
26…p型AlGaAs第2光ガイド層、
27…p型AlGaAs上第1クラッド層、
28…一部p型化されたi型第1GaAs半導体層、
29…i型InGaAsPエッチストップ層、
30…n型AlGaAs電流ブロック層、
31…n型GaAs保護層、
33…溝、
34…p+型第2GaAs半導体層、
35…p型AlGaAs上第2クラッド層、
36…p型GaAsコンタクト層、
37…p+型GaAsコンタクト層、
38…n側電極、
39…p側電極、
51…光伝送モジュール、
52…InGaAs系半導体レーザ素子(レーザチップ)、
53…受光素子、
54…回路基板、
55…レーザマウント、
56…正電極、
60…シリコン樹脂、
61…エポキシ樹脂モールド、
62,63…レンズ部、
64…ヒートシンク、
65…レーザビーム、
71…パーソナルコンピュータ、
72…基地局、
81…光ディスク、
82…半導体レーザ素子、
83…コリメートレンズ、
84…ビームスプリッタ、
85…λ/4偏光板、
86…レーザ光照射用対物レンズ、
87…再生光用対物レンズ、
88…信号検出用受光素子、
89…信号光再生回路。
21 ... n-type GaAs substrate,
22 ... n-type GaAs buffer layer,
23: n-type AlGaAs lower cladding layer,
24 ... n-type AlGaAs first light guide layer,
25. Multiple quantum well active layer,
26 ... p-type AlGaAs second light guide layer,
27... First clad layer on p-type AlGaAs
28 ... i-type first GaAs semiconductor layer partially p-type,
29 ... i-type InGaAsP etch stop layer,
30 ... n-type AlGaAs current blocking layer,
31 ... n-type GaAs protective layer,
33 ... Groove,
34... P + type second GaAs semiconductor layer,
35... Second clad layer on p-type AlGaAs
36 ... p-type GaAs contact layer,
37 ... p + -type GaAs contact layer,
38 ... n-side electrode,
39 ... p-side electrode,
51. Optical transmission module,
52. InGaAs-based semiconductor laser element (laser chip),
53. Light receiving element,
54 ... Circuit board,
55 ... Laser mount,
56: Positive electrode,
60 ... Silicone resin,
61 ... Epoxy resin mold,
62, 63 ... lens part,
64 ... heat sink,
65 ... Laser beam,
71 ... Personal computer,
72 ... Base station,
81 ... optical disc,
82: Semiconductor laser element,
83 ... collimating lens,
84: Beam splitter,
85 ... λ / 4 polarizing plate,
86 ... Objective lens for laser light irradiation,
87 ... Objective lens for reproduction light,
88. Light receiving element for signal detection,
89 ... Signal light regeneration circuit.
Claims (17)
上記第1GaAs半導体層上には電流注入領域と電流非注入領域とが設けられ、
上記電流非注入領域には、少なくともInGaAsP半導体層および第1導電型のAlGaAs半導体層が形成されており、
上記電流非注入領域における上記InGaAsP半導体層またはAlGaAs半導体層の上、および、上記電流注入領域には、第2導電型のAlGaAs上部第2クラッド層が形成されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 In a semiconductor laser device in which at least a first conductivity type lower cladding layer, an active layer, a second conductivity type upper first cladding layer, and a first GaAs semiconductor layer are sequentially stacked on a first conductivity type GaAs substrate.
A current injection region and a current non-injection region are provided on the first GaAs semiconductor layer,
In the current non-injection region, at least an InGaAsAs semiconductor layer and a first conductivity type AlGaAs semiconductor layer are formed,
A semiconductor laser element, wherein a second conductivity type AlGaAs upper second cladding layer is formed on the InGaAsP semiconductor layer or AlGaAs semiconductor layer in the current non-injection region and in the current injection region. .
上記電流非注入領域における上記InGaAsP半導体層またはAlGaAs半導体層の上、および、上記電流注入領域には、上記AlGaAs上部第2クラッド層の下部に第2GaAs半導体層が形成されると共に、上記電流注入領域において上記第1GaAs半導体層と第2GaAs半導体層とは密着している
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A second GaAs semiconductor layer is formed on the InGaAsP semiconductor layer or the AlGaAs semiconductor layer in the current non-injection region, and in the current injection region, below the AlGaAs upper second cladding layer, and the current injection region. Wherein the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer are in close contact with each other.
上記第1GaAs半導体層および第2GaAs半導体層は第2導電型である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 2,
The semiconductor laser device, wherein the first GaAs semiconductor layer and the second GaAs semiconductor layer are of a second conductivity type.
上記第1GaAs半導体層は、上記第2GaAs半導体層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度の第2導電型である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 3,
The semiconductor laser device, wherein the first GaAs semiconductor layer is of a second conductivity type having a doping concentration lower than that of the second GaAs semiconductor layer.
上記第2GaAs半導体層は、Znをドーパントとする第2導電型である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 4,
The second GaAs semiconductor layer is of a second conductivity type using Zn as a dopant.
上記第1GaAs半導体層における上記電流注入領域での厚みが、40Å以上且つ200Å以下である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 5, wherein
A thickness of the first GaAs semiconductor layer in the current injection region is 40 to 200 mm.
上記第1GaAs半導体層における上記電流注入領域での厚みが、上記電流非注入領域での厚みよりも薄くなっている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
The semiconductor laser device, wherein a thickness of the first GaAs semiconductor layer in the current injection region is smaller than a thickness of the current non-injection region.
上記InGaAsP半導体層が、真性あるいは第2導電型である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser element, wherein the InGaAsP semiconductor layer is intrinsic or of a second conductivity type.
上記InGaAsP半導体層におけるV族元素中のPの混晶比が、0.4以上且つ0.6以下である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein a mixed crystal ratio of P in the group V element in the InGaAsAs semiconductor layer is 0.4 or more and 0.6 or less.
上記AlGaAs半導体層におけるIII族元素中のAl混晶比が、上記AlGaAs上部第2クラッド層におけるIII族元素中のAl混晶比よりも大きくなっている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device, wherein an Al mixed crystal ratio in a group III element in the AlGaAs semiconductor layer is larger than an Al mixed crystal ratio in a group III element in the AlGaAs upper second cladding layer.
上記上部第1クラッド層上に、第1GaAs半導体層とInGaAsP半導体層と第1導電型のAlGaAs半導体層を結晶成長する工程と、
上記AlGaAs半導体層における一部を除去して電流注入領域を形成する工程と、
上記電流注入領域における上記InGaAsP半導体層を除去して、上記第1GaAs半導体層を部分的に露出させる工程と、
上記第1GaAs半導体層における上記露出部分の表面部を、所定の深さに除去する工程と、
少なくとも上記電流注入領域に、第2導電型の上部第2クラッド層を結晶再成長させる工程
を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In a method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein at least a first conductivity type lower cladding layer, an active layer, and a second conductivity type upper first cladding layer are sequentially laminated on a first conductivity type GaAs substrate.
Crystal-growing a first GaAs semiconductor layer, an InGaAsAs semiconductor layer, and a first conductivity type AlGaAs semiconductor layer on the upper first cladding layer;
Removing a part of the AlGaAs semiconductor layer to form a current injection region;
Removing the InGaAsP semiconductor layer in the current injection region to partially expose the first GaAs semiconductor layer;
Removing the surface portion of the exposed portion of the first GaAs semiconductor layer to a predetermined depth;
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising a step of crystal regrowth of an upper second cladding layer of a second conductivity type at least in the current injection region.
上記第1GaAs半導体層における上記露出部分の表面部を所定の深さに除去した後であって、上部第2クラッド層を結晶再成長させる前に、少なくとも上記電流注入領域に第2GaAs半導体層を結晶再成長させる工程
を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 10,
After the surface portion of the exposed portion of the first GaAs semiconductor layer is removed to a predetermined depth and before the upper second cladding layer is regrown, the second GaAs semiconductor layer is crystallized at least in the current injection region. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising a step of regrowth.
上記第1GaAs半導体層は真性である一方、上記第2GaAs半導体層は第2導電型であり、
上記第2GaAs半導体層を結晶再成長させる際に、上記第1GaAs半導体層は上記第2GaAs半導体層からのドーパントの拡散によって第2導電型化される
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 11,
The first GaAs semiconductor layer is intrinsic, while the second GaAs semiconductor layer is of a second conductivity type,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein when the second GaAs semiconductor layer is crystal regrown, the first GaAs semiconductor layer is converted to a second conductivity type by diffusion of a dopant from the second GaAs semiconductor layer.
上記第2GaAs半導体層の結晶再成長を、有機金属化学気相成長法を用いて行う
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 11,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein crystal regrowth of the second GaAs semiconductor layer is performed using a metal organic chemical vapor deposition method.
上記第2GaAs半導体層の成長温度は、500℃以上且つ600℃以下である
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 13,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the growth temperature of the second GaAs semiconductor layer is 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
An optical disk apparatus using the semiconductor laser element according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004037862A JP4786873B2 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Manufacturing method of semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004037862A JP4786873B2 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Manufacturing method of semiconductor laser device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005229016A true JP2005229016A (en) | 2005-08-25 |
JP4786873B2 JP4786873B2 (en) | 2011-10-05 |
Family
ID=35003464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004037862A Expired - Fee Related JP4786873B2 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Manufacturing method of semiconductor laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4786873B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114567151A (en) * | 2022-02-25 | 2022-05-31 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | Improvement method of GaAs process driving circuit, switch and chip |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6372177A (en) * | 1986-09-16 | 1988-04-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor laser |
JPH03145172A (en) * | 1989-10-31 | 1991-06-20 | Toshiba Corp | Semiconductor laser device and manufacture thereof |
JPH0855833A (en) * | 1994-08-16 | 1996-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Chemical etching liquid and method for compound semiconductor |
JP2001267689A (en) * | 2000-03-16 | 2001-09-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | Semiconductor laser element |
JP2001352130A (en) * | 2000-06-05 | 2001-12-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | Semiconductor laser and its manufacturing method |
JP2002124739A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | Semiconductor laser element |
JP2002243964A (en) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor optical integrated element and method for manufacturing the same |
JP2003060307A (en) * | 2000-07-28 | 2003-02-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser element and manufacturing method therefor |
-
2004
- 2004-02-16 JP JP2004037862A patent/JP4786873B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6372177A (en) * | 1986-09-16 | 1988-04-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor laser |
JPH03145172A (en) * | 1989-10-31 | 1991-06-20 | Toshiba Corp | Semiconductor laser device and manufacture thereof |
JPH0855833A (en) * | 1994-08-16 | 1996-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Chemical etching liquid and method for compound semiconductor |
JP2001267689A (en) * | 2000-03-16 | 2001-09-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | Semiconductor laser element |
JP2001352130A (en) * | 2000-06-05 | 2001-12-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | Semiconductor laser and its manufacturing method |
JP2003060307A (en) * | 2000-07-28 | 2003-02-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser element and manufacturing method therefor |
JP2002124739A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | Semiconductor laser element |
JP2002243964A (en) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor optical integrated element and method for manufacturing the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114567151A (en) * | 2022-02-25 | 2022-05-31 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | Improvement method of GaAs process driving circuit, switch and chip |
CN114567151B (en) * | 2022-02-25 | 2023-09-29 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | GaAs process driving circuit improving method, circuit, switch and chip |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4786873B2 (en) | 2011-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008091713A (en) | Two-wavelength semiconductor laser device | |
US6670643B2 (en) | Semiconductor laser device and its manufacturing method, and optical disc reproducing and recording apparatus | |
JP2006269759A (en) | Window structure semiconductor laser device and its manufacturing method | |
JPH1117248A (en) | High reflecting film structure for semiconductor laser and semiconductor laser | |
US6813299B2 (en) | Semiconductor laser device and optical disk reproducing and recording apparatus | |
JPH11186665A (en) | Semiconductor light emitting element | |
JP4786873B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser device | |
JP2009302582A (en) | Two wavelength semiconductor laser apparatus | |
JP4121494B2 (en) | Semiconductor laser device, method for manufacturing semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system | |
JP4377779B2 (en) | Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, optical disc apparatus, and optical transmission system | |
JP5010096B2 (en) | Nitride semiconductor laser device and LD device using the same | |
JP4842668B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof, optical wireless communication transmitter, and optical disk device | |
JP3101997B2 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
JP4870349B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser device | |
JP4869582B2 (en) | Semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system | |
JP2004296635A (en) | Semiconductor laser, its fabricating process, and optical disk drive | |
JP2004103679A (en) | Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting element module | |
JP4628046B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof, optical wireless communication transmitter, and optical disk device. | |
JP4843251B2 (en) | Semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system | |
JP2003218452A (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same, and optical disc regeneration and recording device | |
JP2004158666A (en) | Semiconductor laser device and optical disk regenerating recording apparatus | |
JP2005340576A (en) | Semiconductor laser element and its manufacturing method, optical disk device as well as light transmission system | |
JP2005268754A (en) | Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk device,, and optical transmission system | |
JP2004152966A (en) | Semiconductor laser device, manufacturing method therefor, and optical disk play-back/recording device | |
JP2004296634A (en) | Semiconductor laser and optical disk drive |
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: 20090924 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091020 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100817 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101008 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110712 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110714 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140722 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |