JP2005243721A - Semiconductor laser device - Google Patents

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JP2005243721A JP2004048288A JP2004048288A JP2005243721A JP 2005243721 A JP2005243721 A JP 2005243721A JP 2004048288 A JP2004048288 A JP 2004048288A JP 2004048288 A JP2004048288 A JP 2004048288A JP 2005243721 A JP2005243721 A JP 2005243721A
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重吾 御友
Tomokimi Hino
智公 日野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device capable of light oscillation at a long-wavelength region in which the oscillation wavelength band is 1.3 μm or longer. <P>SOLUTION: When composing the SDH-type semiconductor device, an active layer 5 is composed of GaAsSb or GaAsSbN, thus composing the semiconductor laser device having an SDH-type semiconductor laser element capable of oscillation at a long-wavelength region without decreasing the smoothness of slopes 22, 23 by a crystal surface (111). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device.

半導体レーザ装置として、SDH(Separated Double Heterostructure)型半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置がある(例えば特許文献1及び特許文献2)。   As a semiconductor laser device, there is a semiconductor laser device having an SDH (Separated Double Heterostructure) type semiconductor laser element (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

このSDH型半導体レーザ装置は、半導体基板上に、所定の結晶面による上面を有し、所定の結晶軸方向に延長するリッジが形成され、このリッジ上からリッジ溝内に渡って、クラッド層、活性層等の半導体層がエピタキシャル成長され、リッジ上において、特定結晶面による斜面によって挟み込まれた発光部を構成する半導体ストライプ部が形成された半導体レーザ素子を有して成る。そして、この半導体レーザ素子は、半導体ストライプ部の両側にエピタキシャル成長によって上述した電流阻止層が形成される。
このSDH型半導体レーザ装置における半導体レーザ素子は、その半導体ストライプ部によるレーザ共振器の幅の設定、電流阻止層との位置関係の整合が正確になされることから、低閾値電流と均一な光学的特性とを得ることができる。
In this SDH type semiconductor laser device, a ridge having an upper surface with a predetermined crystal plane and extending in a predetermined crystal axis direction is formed on a semiconductor substrate, and a cladding layer extending from the ridge to the ridge groove, A semiconductor layer is formed by epitaxially growing a semiconductor layer such as an active layer, and forming a semiconductor stripe portion constituting a light emitting portion sandwiched by slopes of specific crystal planes on the ridge. In this semiconductor laser element, the above-described current blocking layer is formed by epitaxial growth on both sides of the semiconductor stripe portion.
Since the semiconductor laser element in this SDH type semiconductor laser device can accurately set the width of the laser resonator by the semiconductor stripe portion and match the positional relationship with the current blocking layer, it has a low threshold current and uniform optical characteristics. Characteristics.

図3は、この従来のSDH型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
このSDH型半導体レーザ装置は、通常、AlGaAs系の半導体レーザに適用され、第1導電型(例えばn型)のGaAs基板102の、(100)結晶面による一主面に<011>或いは<01−1>結晶軸方向に沿って所要の幅を有するストライプ状のリッジ102bが形成される。そして、このリッジ102b上を覆って全面的に第1導電型クラッド層104、活性層105、第2導電型例えばp型の第2導電型クラッド層106、電流阻止層107、上層の第2導電型クラッド層108、第2導電型のキャップ層109が、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)による連続エピタキシーによって形成される。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part of the conventional SDH type semiconductor laser device.
This SDH type semiconductor laser device is usually applied to an AlGaAs type semiconductor laser, and <011> or <01 on one main surface of a (100) crystal plane of a GaAs substrate 102 of a first conductivity type (for example, n type). -1> A stripe-shaped ridge 102b having a required width along the crystal axis direction is formed. Then, the first conductivity type cladding layer 104, the active layer 105, the second conductivity type, for example, the p-type second conductivity type cladding layer 106, the current blocking layer 107, and the second conductivity layer on the upper layer are entirely covered so as to cover the ridge 102b. The mold cladding layer 108 and the second conductivity type cap layer 109 are formed by continuous epitaxy by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

この構成において、リッジ102bの高さ、幅、各半導体層の厚さ等の選定によって、リッジ102b上に上述した半導体ストライプ部121が形成される。
この半導体ストライプ部121の形成は、リッジ102b上とその両側のリッジ溝との段差によって、すなわちリッジ102bの高さによって、半導体層の成長がリッジ102b上と、リッジ溝内のエピタキシャル成長に分離してなされることによる。
このとき、リッジ102bの上面と、リッジ溝内の底面の(100)結晶面に対する成長速度に比し、(111)B結晶面及び(111)A結晶面の成長速度が、特段に低いことから、<011>方向或いは<01−1>方向に延びるリッジの縁部から(111)B結晶面或いは(111)A結晶面が生じて来ると、これら面に対する成長が殆ど生じないことから、リッジ上においては、これら結晶面による斜面122及び123が形成され、結果的にこれら斜面122及び123によって挟み込まれ、他部との間に断層が生じた半導体ストライプ部121が形成される。
In this configuration, the above-described semiconductor stripe portion 121 is formed on the ridge 102b by selecting the height, width, thickness of each semiconductor layer, and the like of the ridge 102b.
The semiconductor stripe portion 121 is formed by the step between the ridge 102b and the ridge grooves on both sides thereof, that is, depending on the height of the ridge 102b, the growth of the semiconductor layer is divided into the ridge 102b and the epitaxial growth in the ridge groove. By what is done.
At this time, the growth rate of the (111) B crystal plane and the (111) A crystal plane is particularly low compared to the growth rate of the top surface of the ridge 102b and the bottom surface in the ridge groove with respect to the (100) crystal plane. When the (111) B crystal plane or (111) A crystal plane is generated from the edge of the ridge extending in the <011> direction or the <01-1> direction, almost no growth occurs on these planes. Above, slopes 122 and 123 are formed by these crystal faces, and as a result, a semiconductor stripe part 121 sandwiched between these slopes 122 and 123 and having a fault between other parts is formed.

そして、このとき、上述したように、リッジ102bの幅、高さ、各半導体層の厚さ等の選定によって、斜面122及び123によって挟み込まれた例えば第1導電型クラッド層104と活性層105と第2導電型クラッド層106とによる、レーザ発光部を構成する半導体ストライプ部121が構成される。
一方、リッジ溝内には、リッジ102b上の各半導体層すなわち第1導電型クラッド層104、活性層105、第2導電型クラッド層106と分離して、これらと同時にエピタキシャル成長によって、第1導電型クラッド層104a、活性層105a、第2導電型クラッド層106aが形成される。
そして、この上に電流阻止層107を、半導体ストライプ部121によって分断されて、その両側に形成され、この上に全面的に上層の第2導電型クラッド層108とキャップ層109とが形成されて、半導体レーザ素子すなわちこれを有するSDH型半導体レーザ装置101が構成される。
特開昭61−183987号公報 特開平6−77590号公報
At this time, as described above, for example, the first conductivity type cladding layer 104 and the active layer 105 sandwiched between the slopes 122 and 123 by selecting the width and height of the ridge 102b, the thickness of each semiconductor layer, etc. The semiconductor stripe part 121 which comprises a laser light emission part by the 2nd conductivity type clad layer 106 is comprised.
On the other hand, in the ridge groove, each semiconductor layer on the ridge 102b, that is, the first conductivity type clad layer 104, the active layer 105, and the second conductivity type clad layer 106 is separated and simultaneously grown by epitaxial growth. A clad layer 104a, an active layer 105a, and a second conductivity type clad layer 106a are formed.
Then, the current blocking layer 107 is divided by the semiconductor stripe portion 121 and formed on both sides of the current blocking layer 107, and the upper second-conductivity-type cladding layer 108 and the cap layer 109 are entirely formed thereon. The semiconductor laser element, that is, the SDH type semiconductor laser device 101 having the same is configured.
Japanese Patent Laid-Open No. 61-183987 JP-A-6-77590

ところで、例えば、1.3μm帯や1.55μm帯の長波長領域での発振光は、いわゆる光アクセス系、光通信系の光源として用いられることから重要であるが、この波長領域の光発振を半導体レーザ装置によって実現する構造としては、主としてInPによる基板上にInGaAsP系の積層半導体層が形成されたものが用いられている。
しかし、InGaAsP系の半導体レーザ素子による半導体レーザ装置は電子の閉じ込めが弱いことや特性温度が低いなど、問題点が多い。
By the way, for example, the oscillation light in the long wavelength region of 1.3 μm band and 1.55 μm band is important because it is used as a light source of so-called optical access system and optical communication system. As a structure realized by a semiconductor laser device, a structure in which an InGaAsP-based laminated semiconductor layer is mainly formed on a substrate made of InP is used.
However, semiconductor laser devices using InGaAsP semiconductor laser elements have many problems such as weak electron confinement and low characteristic temperature.

また、近年、GaInNAs系の半導体レーザ装置、特に酸化狭窄型の面発光半導体レーザ装置であるGaInNAs系VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)によって、1.3μm帯の光発振が可能な半導体レーザ装置が開発されている。
しかし、GaInNAs系の半導体レーザ装置は、製造におけるエピタキシーによる半導体層の成長が難しいことに加え、電流狭窄及び光閉じ込めに用いられるAlの酸化層により、GaInNAs活性層などの半導体層との間の大きな格子不整合による歪みが生じることから、信頼性及び歩留まりの低下等が問題となる。更に、このような酸化狭窄型の面発光半導体レーザ装置からの発振光には、TM(Transverse Magnetic)及びTE(Transverse Electric)という互いに異なる偏波面の光が混在していることから、発振光の偏波面の制御を行うことも極めて困難である。
In recent years, GaInNAs-based semiconductor laser devices, particularly semiconductor laser devices capable of optical oscillation in the 1.3 μm band, have been developed by using GaInNAs-based VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), which is a surface-emitting semiconductor laser device of an oxide constriction type. Has been.
However, in the semiconductor laser device of the GaInNAs system, it is difficult to grow the semiconductor layer by epitaxy in manufacturing, and in addition to the oxide layer of Al 2 O 3 used for current confinement and optical confinement, the semiconductor layer such as the GaInNAs active layer can be Since distortion due to a large lattice mismatch occurs, the reliability and the yield are problematic. Furthermore, since the oscillation light from such an oxide constriction type surface emitting semiconductor laser device includes light of different polarization planes TM (Transverse Magnetic) and TE (Transverse Electric), It is also extremely difficult to control the polarization plane.

したがって、GaInNAs系のSDH型半導体レーザ装置によって上述の長波長領域の発振光を得ることが考えられるが、SDH型半導体レーザ装置の作製においては、そのエピタキシャル成長による結晶成長時の温度を高くすることによって、半導体ストライプ部を挟み込む斜面上における結晶成長を抑制する必要がある。しかし、成長温度の上昇は結晶内へのNの取り込みを困難とすることに加え、Inが共存した場合には、これもSDH型半導体レーザ装置の作製における結晶内へのNの取り込みの阻害要因となってしまう。
すなわち、低閾値電流や偏波面の制御の観点からは、低閾値電流を有する半導体レーザ素子であるSDH型半導体レーザ素子等による半導体レーザ装置が最適であるものの、上述の理由から、例えば従来のGaInNAs系材料による半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置を構成して長波長領域の光発振を行うことには製造上の問題が生じる。
Therefore, it is conceivable to obtain oscillation light in the above-mentioned long wavelength region with a GaInNAs-based SDH type semiconductor laser device. In the production of an SDH type semiconductor laser device, the temperature during crystal growth by epitaxial growth is increased. It is necessary to suppress crystal growth on the slope sandwiching the semiconductor stripe portion. However, the increase in the growth temperature makes it difficult to incorporate N into the crystal. In addition, when In coexists, this also inhibits the incorporation of N into the crystal in the production of an SDH type semiconductor laser device. End up.
That is, from the viewpoint of controlling the low threshold current and the polarization plane, a semiconductor laser device using an SDH type semiconductor laser element or the like which is a semiconductor laser element having a low threshold current is optimal. However, for the above reason, for example, conventional GaInNAs A problem in manufacturing occurs when a semiconductor laser device having a semiconductor laser element made of a system material is configured to perform light oscillation in a long wavelength region.

本発明は、光アクセス系、光通信系の光源として用いて好適な、長波長、低閾値の半導体レーザ装置を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a long wavelength, low threshold semiconductor laser device suitable for use as a light source in an optical access system and an optical communication system.

本発明による半導体レーザ装置は、GaAsによる基体の{100}結晶面に、ストライプ状のリッジが形成され、このリッジを有する主面上に、少なくともクラッド層と、GaAsSbを有する活性層と、電流阻止層とが形成され、上述のリッジ上に少なくともクラッド層及び上記活性層による半導体ストライプ部が、{111}結晶面による斜面で挟み込まれた断面3角形状に形成され、上述の斜面に沿って半導体ストライプ部を構成する活性層と他部を構成する活性層との間に断層が形成され、上述の半導体ストライプ部を挟んでその両側に電流阻止層が形成されて成る半導体レーザ素子を有することを特徴とする。   In the semiconductor laser device according to the present invention, a striped ridge is formed on the {100} crystal plane of a GaAs substrate, and at least a cladding layer, an active layer having GaAsSb, and a current block are formed on the main surface having the ridge. A semiconductor stripe portion formed by at least a clad layer and the active layer is formed in a cross-sectional triangular shape sandwiched by slopes of {111} crystal planes, and a semiconductor is formed along the slopes. And a semiconductor laser device in which a fault is formed between an active layer constituting a stripe portion and an active layer constituting another portion, and a current blocking layer is formed on both sides of the semiconductor stripe portion. Features.

また、本発明は、上述の半導体レーザ装置において、活性層がN(窒素)を含有することを特徴とする。
また、本発明は、上述の半導体レーザ装置において、活性層がAlを含有することを特徴とする。
また、本発明は、上述の半導体レーザ装置において、活性層が多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)構造を有することを特徴とする。
また、本発明は、上述の半導体レーザ装置において、半導体ストライプ部の斜面を構成する結晶面が、{111}B面であることを特徴とする。
また、本発明は、上述の半導体ストライプ部の長手方向の寸法が、300μm以上であることを特徴とする。
また、本発明は、上述の半導体レーザ装置において、半導体ストライプ部の幅の選定によって、発光波長帯が変化することを特徴とする。
In the semiconductor laser device described above, the active layer contains N (nitrogen).
In the semiconductor laser device described above, the active layer contains Al.
In the semiconductor laser device described above, the active layer has a multiple quantum well (MQW) structure.
According to the present invention, in the above-described semiconductor laser device, the crystal plane constituting the slope of the semiconductor stripe portion is a {111} B plane.
Further, the present invention is characterized in that a dimension of the semiconductor stripe portion in the longitudinal direction is 300 μm or more.
According to the present invention, in the above-described semiconductor laser device, the emission wavelength band varies depending on the selection of the width of the semiconductor stripe portion.

上述したように、本発明による半導体レーザ装置においては、これを構成する半導体レーザ素子が、{111}結晶面、具体的には{111}B面或いは{111}A面による斜面によって挟み込まれた断面3角形状の半導体ストライプ部を有し、その両側に形成された電流阻止層によって、半導体レーザ素子の半導体ストライプ部に限定的に電流通路を形成する構成としたものである。   As described above, in the semiconductor laser device according to the present invention, the semiconductor laser element constituting the semiconductor laser device is sandwiched between the {111} crystal planes, specifically the {111} B plane or the {111} A plane. A semiconductor stripe portion having a triangular cross section is formed, and a current path is limitedly formed in the semiconductor stripe portion of the semiconductor laser element by current blocking layers formed on both sides thereof.

そして、特に本発明においては、このような半導体レーザ装置の半導体ストライプ部を構成する活性層をGaAsSbによって構成することにより、発振波長帯を長波長の1.3μm帯もしくはこれを超える波長帯に制御することが可能となった。
また、このGaAsSbによる活性層を有する半導体レーザ装置は、特性温度が80K程度であることから、InP系の半導体レーザ装置における60K程度に比して良好なものとすることができる。
更に、本発明による半導体レーザ装置によれば、活性層にNを添加することによって、発振光の長波長化が促進される。また、活性層とクラッド層とのバンドギャップΔEcの増大化がなされることから、特性温度の向上が図られ、例えば120K〜150K程度の特性温度を有する半導体レーザ装置を構成することができる。
In particular, in the present invention, the active layer constituting the semiconductor stripe portion of such a semiconductor laser device is made of GaAsSb, thereby controlling the oscillation wavelength band to a long wavelength band of 1.3 μm or more. It became possible to do.
In addition, the semiconductor laser device having an active layer made of GaAsSb has a characteristic temperature of about 80K, so that it can be made better than about 60K in an InP-based semiconductor laser device.
Furthermore, according to the semiconductor laser device of the present invention, the wavelength increase of the oscillation light is promoted by adding N to the active layer. Further, since the band gap ΔEc between the active layer and the cladding layer is increased, the characteristic temperature can be improved, and a semiconductor laser device having a characteristic temperature of, for example, about 120K to 150K can be configured.

また、本発明による半導体レーザ装置によれば、上述の半導体ストライプ部を挟み込む斜面が{111}結晶面例えば{111}B結晶面であることから、装置の作製時にはこの斜面における結晶成長を抑制する上で、エピタキシャル成長を高温で行うことが望ましいが、成長温度の上昇は、上述のNの活性層への導入を低下させてしまう。
しかし、本発明によれば、例えば本発明による半導体レーザ装置の活性層をAlを有して構成することによって、Nの導入効率の向上が図られることから、装置を作製する際のエピタキシャル成長温度の上昇が可能となり、これによって半導体ストライプ部の結晶性の向上も図られるものである。
Further, according to the semiconductor laser device of the present invention, since the slope sandwiching the semiconductor stripe portion is a {111} crystal face, for example, a {111} B crystal face, crystal growth on this slope is suppressed at the time of manufacturing the device. In the above, it is desirable to perform epitaxial growth at a high temperature. However, an increase in the growth temperature reduces the above-described introduction of N into the active layer.
However, according to the present invention, for example, by forming the active layer of the semiconductor laser device according to the present invention with Al, the introduction efficiency of N can be improved, so that the epitaxial growth temperature at the time of manufacturing the device can be increased. As a result, the crystallinity of the semiconductor stripe portion can be improved.

上述したように、Inの存在はNの取り込みの阻害要因となるが、本発明においてはInを含まない構成としたことによってNを必要十分に取り込むことができる。そして、長波長化のために活性層にNを導入する場合にも、活性層を構成する他の元素例えばGa、As、Sb等は結晶中へのNの導入を阻害しないことから、Nによる発振波長帯の長波長領域への制御が容易に可能となる。   As described above, the presence of In becomes a factor that inhibits the uptake of N. In the present invention, however, N can be taken in sufficiently and sufficiently by adopting a configuration that does not contain In. Even when N is introduced into the active layer for a longer wavelength, other elements constituting the active layer, such as Ga, As, and Sb, do not hinder the introduction of N into the crystal. The oscillation wavelength band can be easily controlled to the long wavelength region.

そして、本発明による半導体レーザ装置によれば、上述したAlAsの酸化によるAl酸化狭窄層が必要なくなるため、装置を構成する半導体ストライプ部と電流狭窄層とを格子整合性の高い材料のみによって構成することができることから、結晶的な歪みの生成が回避され、装置の信頼性及び歩留まりの改善が図られる。
また、本発明においては、SDH型構成とすることができることから、その製造においてエピタキシャル成長を複数の工程にわけて行う必要がないことから、格子整合性の向上による信頼性と歩留まりの改善は、半導体レーザ装置において特に重要である。
According to the semiconductor laser device of the present invention, the Al 2 O 3 oxidation constriction layer formed by the above-described oxidation of AlAs is not necessary, so that the semiconductor stripe portion and the current confinement layer constituting the device are made of only a material having high lattice matching. Therefore, the generation of crystal distortion is avoided, and the reliability and yield of the device are improved.
In the present invention, since the SDH type structure can be used, it is not necessary to perform epitaxial growth in a plurality of steps in the manufacture thereof. Therefore, the reliability and yield improvement by improving the lattice matching is achieved by the semiconductor. This is particularly important in laser devices.

また、本発明による半導体レーザ装置においては、利得領域となる主たる発光部が、限定的に狭小に形成される。つまり、この発光部を形成するための主たる電流通路を規定する電流阻止層による電流狭窄と、これに基づく光閉じ込めが十分になされる。したがって、空間ホールバーニングの発生が抑制されるものである。   Further, in the semiconductor laser device according to the present invention, the main light emitting portion that becomes the gain region is limitedly narrowly formed. That is, the current confinement by the current blocking layer that defines the main current path for forming the light emitting portion and the light confinement based on this are sufficiently performed. Therefore, the occurrence of spatial hole burning is suppressed.

また、本発明による半導体レーザ装置において、電流阻止層が、半導体ストライプ部の活性層だけでなく例えば第2導電型クラッド層にも対向する構成とするときは、上述の半導体ストライプ部に主たる電流通路を規定し、かつ活性層における主たる発光部をより限定的に形成することができる。
また、本発明による半導体レーザ装置において、電流阻止層が、半導体ストライプ部の活性層だけでなく例えば第1導電型クラッド層にも対向する構成とするときは、上述の半導体ストライプ部に主たる電流通路を規定し、かつ半導体ストライプ部から他部への電流の漏洩をより抑制することができる。
In the semiconductor laser device according to the present invention, when the current blocking layer is configured to face not only the active layer of the semiconductor stripe portion but also, for example, the second conductivity type cladding layer, the main current path in the semiconductor stripe portion described above. And the main light emitting portion in the active layer can be formed more limitedly.
Further, in the semiconductor laser device according to the present invention, when the current blocking layer is configured to face not only the active layer of the semiconductor stripe portion but also the first conductivity type cladding layer, for example, the main current path in the semiconductor stripe portion described above. And leakage of current from the semiconductor stripe portion to the other portion can be further suppressed.

また、本発明による半導体レーザ装置においては、上述した面発光半導体レーザ装置VCSELにおける偏波面制御の困難性が改善される。例えば、TE偏波面のみによる光発振が可能になる。
このように、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
Moreover, in the semiconductor laser device according to the present invention, the difficulty of polarization plane control in the surface emitting semiconductor laser device VCSEL described above is improved. For example, it becomes possible to oscillate light only by the TE polarization plane.
Thus, according to the configuration of the present invention, important and many effects can be brought about.

以下、図面を参照して本発明による半導体レーザ装置の一例の実施の形態を、理解を容易にするためにその製造方法の例とともに説明する。   In the following, an embodiment of an example of a semiconductor laser device according to the present invention will be described with reference to the drawings together with an example of a manufacturing method thereof for easy understanding.

まず、図1の概略断面図を参照して、本発明による半導体レーザ装置の実施の形態例について説明する。
図1は、本発明による半導体レーザ装置1の要部である半導体レーザ素子の概略断面図を示す。
この実施の形態例においては、第1導電型例えばn型のGaAsによる基板2の(100)結晶面による一主面に、<011>或いは<01−1>結晶軸方向に沿って所要の幅を有するストライプ状リッジ2bが形成される。そして、このリッジ2bとその両側のリッジ溝2dに差し渡って、第1導電型の例えばGaAsによるバッファ層3と、第1導電型例えばn型のAl0.45Ga0.55Asによる第1導電型クラッド層4と、例えばGaAsSbNとGaAsとの量子井戸構造例えばDQW(Double Quantum Well)等の多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)構造による活性層5と、第2導電型例えばp型のAl0.45Ga0.55Asによる第2導電型クラッド層6とが、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)による連続エピタキシーによって形成されて半導体ストライプ部21が形成される。
First, an exemplary embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser element which is a main part of a semiconductor laser device 1 according to the present invention.
In this embodiment, a required width along the <011> or <01-1> crystal axis direction on one principal surface of the (100) crystal plane of the substrate 2 of the first conductivity type, for example, n-type GaAs. A stripe-shaped ridge 2b having the following is formed. Then, across the ridge 2b and the ridge grooves 2d on both sides of the ridge 2b, a buffer layer 3 of a first conductivity type, for example, GaAs, and a first conductivity type, for example, an n type Al 0.45 Ga 0.55 As, Conductive clad layer 4, active layer 5 having a quantum well structure of, for example, GaAsSbN and GaAs, for example, a multi quantum well (MQW) structure such as DQW (Double Quantum Well), and a second conductive type, for example, p-type The second conductive type cladding layer 6 made of Al 0.45 Ga 0.55 As is formed by, for example, continuous epitaxy using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), thereby forming the semiconductor stripe portion 21.

そして、このとき、斜面22及び23によって挟み込まれた、第1導電型クラッド層4と、活性層5と、第2導電型クラッド層6とによる、レーザ発光部を構成する断面3角形状の半導体ストライプ部21が構成される。
一方、リッジ溝2d内には、リッジ2b上の各半導体層すなわち第1導電型クラッド層4、活性層5、第2導電型クラッド層6と分離して、これらと同時にエピタキシャル成長によって、第1導電型クラッド層4a、活性層5a、第2導電型クラッド層6aが形成される。
そして、この上に電流阻止層7が、半導体ストライプ部21によって分断されて、その両側に形成され、この上に全面的に上層の第2導電型クラッド層8とキャップ層9とが形成されて、本発明による半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置が構成される。
この実施の形態例においては、上述のストライプ部21を規定する(111)B結晶面或いは(111)A結晶面による斜面22及び23に沿って、半導体ストライプ部21を構成する活性層5と他部を構成する活性層5aとの断層が形成される。
At this time, a semiconductor having a triangular cross-section that constitutes the laser light emitting portion, which is composed of the first conductivity type cladding layer 4, the active layer 5, and the second conductivity type cladding layer 6 sandwiched between the inclined surfaces 22 and 23. A stripe portion 21 is formed.
On the other hand, in the ridge groove 2d, each semiconductor layer on the ridge 2b, that is, the first conductivity type cladding layer 4, the active layer 5, and the second conductivity type cladding layer 6 are separated from each other, and at the same time, the first conductive layer is formed by epitaxial growth. A mold cladding layer 4a, an active layer 5a, and a second conductivity type cladding layer 6a are formed.
On this, the current blocking layer 7 is divided by the semiconductor stripe portion 21 and formed on both sides thereof, and the second conductive type cladding layer 8 and the cap layer 9 which are the upper layers are formed on the entire surface. A semiconductor laser device having the semiconductor laser element according to the present invention is configured.
In this embodiment, the active layer 5 constituting the semiconductor stripe portion 21 and others along the inclined surfaces 22 and 23 by the (111) B crystal plane or the (111) A crystal plane defining the stripe portion 21 described above. A fault with the active layer 5a constituting the part is formed.

続いて、図2A〜図2Cの概略断面図を参照して、本発明による半導体レーザ装置の製造方法の例について、工程ごとに分けて説明する。   Subsequently, an example of a method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention will be described for each process with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 2A to 2C.

まず、(100)結晶面の主面を有する第1導電型例えばn型のGaAs基板による基体2を用意する。この基板2の(100)結晶面からなる一主面を<011>或いは<01−1>結晶軸の方向に沿って、少なくとも一対の平行リッジ溝2dをウェットエッチングによって形成して、図2Aに示すように、対のリッジ溝2d間に、(100)結晶面より成るリッジ上面2cを有する所要の幅を有するリッジ2bを形成する。   First, a base body 2 of a first conductivity type, for example, an n-type GaAs substrate having a (100) crystal face is prepared. 2A, at least a pair of parallel ridge grooves 2d is formed by wet etching on one principal surface composed of the (100) crystal plane of the substrate 2 along the <011> or <01-1> crystal axis direction. As shown, a ridge 2b having a required width having a ridge upper surface 2c made of a (100) crystal plane is formed between a pair of ridge grooves 2d.

次に、リッジ2b上とリッジ溝2dに渡って、すなわちリッジ上面2cからリッジ溝底面2eに渡って、例えば第1導電型のGaAsからなるバッファ層3を、例えばエピタキシャル成長によって0.5μmの厚さに形成する。
その後、バッファ層3上に、例えば第1導電型のAl0.45Ga0.55Asによる厚さ1μmの第1導電型クラッド層4と、例えばGaAsSbN(厚さ0.01μm)とGaAs(厚さ0.02μm)との多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)構造による活性層5と、第2導電型例えばp型のAl0.45Ga0.55Asによる厚さ1μmの第2導電型クラッド層6とを、エピタキシャル成長によって順次積層形成して、図2Bに示すように、半導体ストライプ部21を形成する。
なお、この構成において、活性層5の幅は1μmとするが、これに限られず、例えば0.5〜2μmの範囲で好適な発振特性が得られる。また、活性層と各クラッド層との間に、例えばGaAsによる厚さ0.15μmのガイド層を形成することも可能である。
Next, over the ridge 2b and the ridge groove 2d, that is, from the ridge top surface 2c to the ridge groove bottom surface 2e, a buffer layer 3 made of, for example, GaAs of the first conductivity type is formed to a thickness of 0.5 μm, for example, by epitaxial growth. To form.
After that, on the buffer layer 3, for example, a first conductivity type cladding layer 4 of 1 μm thickness made of Al 0.45 Ga 0.55 As of the first conductivity type, for example, GaAsSbN (thickness 0.01 μm) and GaAs (thickness). Active layer 5 having a multi quantum well (MQW) structure with a thickness of 0.02 μm and a second conductivity type with a thickness of 1 μm of a second conductivity type such as p-type Al 0.45 Ga 0.55 As. The cladding layer 6 is sequentially stacked and formed by epitaxial growth to form a semiconductor stripe portion 21 as shown in FIG. 2B.
In this configuration, the width of the active layer 5 is 1 μm, but the width is not limited to this. For example, suitable oscillation characteristics can be obtained in the range of 0.5 to 2 μm. It is also possible to form a guide layer having a thickness of 0.15 μm, for example, of GaAs between the active layer and each cladding layer.

このリッジ2b上における半導体ストライプ部21の形成は、リッジ2bの(100)結晶面による上面2cに対する<100>軸方向の結晶成長速度に比し、(111)B結晶面や(111)A結晶面の結晶成長速度が遅いことから、リッジ2bの両側縁が<011>或いは<01−1>結晶軸方向に沿って(111)結晶面による斜面22及び23が発生し、両斜面が衝合した段階で、図2Bに示すように、半導体ストライプ部21の断面3角形状が完結形成される。
なお、上述の(111)結晶面が(111)B結晶面である場合には、斜面22及び23からの新たな結晶成長が特に抑止されることから、斜面22及び23の平滑性の向上によって、半導体ストライプ部21の形状が、より再現性良く規定される。
The formation of the semiconductor stripe portion 21 on the ridge 2b is compared to the crystal growth rate in the <100> axis direction with respect to the upper surface 2c by the (100) crystal plane of the ridge 2b, compared with the (111) B crystal plane or the (111) A crystal. Since the crystal growth rate of the surface is slow, slopes 22 and 23 are formed by (111) crystal faces along the <011> or <01-1> crystal axis direction on both side edges of the ridge 2b, and the slopes collide with each other. At this stage, as shown in FIG. 2B, the triangular shape of the cross section of the semiconductor stripe portion 21 is completely formed.
In addition, when the above-mentioned (111) crystal plane is a (111) B crystal plane, since the new crystal growth from slope 22 and 23 is suppressed especially, by the smoothness improvement of slope 22 and 23, The shape of the semiconductor stripe portion 21 is defined with better reproducibility.

すなわち、これら結晶面による斜面22及び23によってリッジ2b上の半導体ストライプ部21と、他部のリッジ溝2d上の、第1導電型クラッド層4a、活性層5a、第2導電型クラッド層6aによる半導体層との間に断層が生じ、これらが分離される。   That is, the slopes 22 and 23 formed by these crystal planes are formed by the semiconductor stripe portion 21 on the ridge 2b and the first conductivity type cladding layer 4a, the active layer 5a, and the second conductivity type cladding layer 6a on the other ridge groove 2d. A fault occurs between the semiconductor layer and these are separated.

このようにして、斜面22と斜面23とによって第2導電型クラッド層6の頂部を完結形成して半導体ストライプ部21を形成した後、続いて、すなわち連続エピタキシャル成長によって、例えば第1導電型のAl0.45Ga0.55Asによる厚さ0.4μmの電流阻止層7を、第2導電型クラッド層6の頂部が覆われない厚さに形成する。
その後、例えば第2導電型のAl0.45Ga0.55Asによる厚さ1μmの上層の第2導電型クラッド層8を第2導電型クラッド層6の頂部を覆って形成し、図2Cに示すように、上層の第2導電型クラッド層8の上面に例えば第2導電型のGaAsによる厚さ500nmのキャップ層9を例えばエピタキシャル成長によって形成する。
In this way, after the top portion of the second conductivity type cladding layer 6 is completely formed by the inclined surface 22 and the inclined surface 23 to form the semiconductor stripe portion 21, subsequently, that is, by continuous epitaxial growth, for example, the first conductivity type Al A current blocking layer 7 having a thickness of 0.4 μm made of 0.45 Ga 0.55 As is formed to a thickness that does not cover the top of the second conductivity type cladding layer 6.
Thereafter, an upper second conductive type cladding layer 8 made of Al 0.45 Ga 0.55 As having a thickness of 1 μm, for example, is formed to cover the top of the second conductive type cladding layer 6, as shown in FIG. 2C. As shown, a cap layer 9 having a thickness of 500 nm made of, for example, second conductivity type GaAs is formed on the upper surface of the upper second conductivity type cladding layer 8 by, for example, epitaxial growth.

そして、キャップ層9の形成後、基板2の裏面に第1電極を例えば蒸着、スパッタ等によって被着形成し、キャップ層9の上面に第2電極を例えば蒸着、スパッタ等によって被着形成することにより、図1に示すような、本発明による半導体レーザ装置1を得る。
なお、活性層がAlを含有する場合、Alの量が多くなり過ぎると発振波長の短波長化が進行してしまうことから、活性層におけるAlの割合は10%以下とすることが望ましい。
After the cap layer 9 is formed, the first electrode is deposited on the back surface of the substrate 2 by, for example, vapor deposition or sputtering, and the second electrode is deposited on the upper surface of the cap layer 9 by, for example, vapor deposition or sputtering. As a result, a semiconductor laser device 1 according to the present invention as shown in FIG. 1 is obtained.
When the active layer contains Al, if the amount of Al becomes too large, the oscillation wavelength will be shortened. Therefore, the Al ratio in the active layer is desirably 10% or less.

以上、本発明による半導体レーザ装置、またこの半導体レーザ装置の製造方法の実施の形態例について説明したが、本発明による半導体レーザ装置、またその製造方法は、上述した実施の形態例に限られるものでないことは言うまでもない。   Although the semiconductor laser device according to the present invention and the method for manufacturing the semiconductor laser device according to the embodiments have been described above, the semiconductor laser device according to the present invention and the method for manufacturing the semiconductor laser device are limited to the above-described embodiments. It goes without saying that it is not.

例えば、この実施の形態例においては第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが、両者を逆導電型とすることも可能である。
また、この実施の形態例においてはリッジの形状を逆メサ状としたが、この形状は逆メサ状に限られないものである。
For example, in this embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, but both may be opposite conductivity types.
In this embodiment, the ridge has a reverse mesa shape, but this shape is not limited to the reverse mesa shape.

また、いわゆる光アクセス系光源として、半導体レーザ装置が通信用レーザ光の発振に用いられる場合には縦モードがシングルモードとされた発振が望ましいが、一般に、SDH型レーザ装置は発光層体積が小さいためにマルチモード化しやすい傾向がある。しかし、共振器長すなわち半導体ストライプ部のストライプ長の拡大等により主たる発光部すなわち半導体ストライプ部の少なくとも一部の体積を増大化することによって、発振光の縦モードのシングルモード化が図られ、マルチモード化の回避が可能となる。   In addition, when a semiconductor laser device is used for oscillation of communication laser light as a so-called optical access system light source, oscillation in which the longitudinal mode is a single mode is desirable, but in general, an SDH type laser device has a small light emitting layer volume. For this reason, it tends to be multimode. However, by increasing the volume of at least a part of the main light emitting part, i.e., the semiconductor stripe part, by increasing the resonator length, i.e., the stripe length of the semiconductor stripe part, the longitudinal mode of the oscillation light can be converted to a single mode. It is possible to avoid mode.

本発明による半導体レーザ装置においては、共振器長の拡大によって発光層体積の増大化を図る場合には、例えば半導体ストライプ部のストライプ長を300μm以上に選定することにより、発振光のシングルモード化が可能となる。なお、このストライプ長は、装置の規模に応じて適宜選定をし得る。
例えば、本発明による半導体レーザ装置に要求される発振モードや、ストライプ部等を構成する材料に応じて、極端に高い出力が求められない限り、ストライプ長(共振器長)は、300μm〜500μmの範囲で好適な発振特性が得られると考えられる。
In the semiconductor laser device according to the present invention, when the light emitting layer volume is increased by increasing the resonator length, for example, by selecting the stripe length of the semiconductor stripe portion to be 300 μm or more, the oscillation light can be converted into a single mode. It becomes possible. The stripe length can be appropriately selected according to the scale of the apparatus.
For example, the stripe length (resonator length) is 300 μm to 500 μm unless an extremely high output is required depending on the oscillation mode required for the semiconductor laser device according to the present invention and the material constituting the stripe portion. It is considered that suitable oscillation characteristics can be obtained within a range.

また、本発明による半導体レーザ装置は、SDH型半導体レーザ素子による構成をとる場合をはじめとして、集積化が可能であることから、通信系の用途におけるWDM(Wavelength Division Multiplexing)通信用の多波長光源として用いることも可能である。
更に、SDHレーザでは、基板のリッジ幅を変えることにより、活性層幅を変化させ、波長を変化させることができる。したがって、本発明による半導体レーザ装置によって多波長光源のアレイ装置を構成することもできるなど、本発明による半導体レーザ装置は種々の変形、変更をなされ得るものである。
In addition, the semiconductor laser device according to the present invention can be integrated, including a configuration using an SDH type semiconductor laser element. Therefore, a multi-wavelength light source for WDM (Wavelength Division Multiplexing) communication in a communication system application. Can also be used.
Further, in the SDH laser, the active layer width can be changed and the wavelength can be changed by changing the ridge width of the substrate. Therefore, the semiconductor laser device according to the present invention can be variously modified and changed, such as an array device of a multi-wavelength light source can be constituted by the semiconductor laser device according to the present invention.

本発明による半導体レーザ装置の、一例の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an example of the semiconductor laser apparatus by this invention. 図2A〜図2Cは、それぞれ、本発明による半導体レーザ装置の説明に供する製造方法の一工程を示す概略断面図である。2A to 2C are schematic cross-sectional views showing one process of a manufacturing method used for explaining a semiconductor laser device according to the present invention. 従来のSDH型半導体レーザ装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional SDH type semiconductor laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・半導体レーザ素子(半導体レーザ装置要部)、2・・・基体(基板)、2b・・・リッジ、2c・・・リッジ上面、2d・・・リッジ溝、2e・・・リッジ溝底面、2f・・・リッジ側面、3・・・バッファ層、3a・・・バッファ層、4・・・第1導電型クラッド層、4a・・・第1導電型クラッド層、5・・・活性層、5a・・・活性層、6・・・第2導電型クラッド層、6a・・・第2導電型クラッド層、7・・・電流阻止層、8・・・第2導電型クラッド層、9・・・キャップ層、11・・・電極、12・・・電極、21・・・半導体ストライプ部、22・・・斜面、23・・・斜面、101・・・従来の半導体レーザ装置、102・・・基体(基板)、102b・・・リッジ、104・・・第1導電型クラッド層、104a・・・第1導電型クラッド層、105・・・活性層、105a・・・活性層、106・・・第2導電型クラッド層、106a・・・第2導電型クラッド層、107・・・電流阻止層、108・・・第2導電型クラッド層、109・・・キャップ層、121・・・半導体ストライプ部、122・・・斜面、123・・・斜面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element (main part of semiconductor laser apparatus), 2 ... Base | substrate (substrate), 2b ... Ridge, 2c ... Ridge upper surface, 2d ... Ridge groove, 2e ... Ridge groove Bottom surface, 2f ... Ridge side surface, 3 ... Buffer layer, 3a ... Buffer layer, 4 ... First conductivity type cladding layer, 4a ... First conductivity type cladding layer, 5 ... Active Layer, 5a ... active layer, 6 ... second conductivity type cladding layer, 6a ... second conductivity type cladding layer, 7 ... current blocking layer, 8 ... second conductivity type cladding layer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Cap layer, 11 ... Electrode, 12 ... Electrode, 21 ... Semiconductor stripe part, 22 ... Slope, 23 ... Slope, 101 ... Conventional semiconductor laser apparatus, 102 ... Substrate (substrate), 102b ... ridge, 104 ... first conductivity type cladding layer, 104 ... 1st conductivity type cladding layer, 105 ... Active layer, 105a ... Active layer, 106 ... 2nd conductivity type cladding layer, 106a ... 2nd conductivity type cladding layer, 107 ... Current blocking layer, 108 ... second conductivity type cladding layer, 109 ... cap layer, 121 ... semiconductor stripe portion, 122 ... slope, 123 ... slope

Claims (7)

GaAsによる基体の{100}結晶面に、ストライプ状のリッジが形成され、
上記リッジを有する主面上に、少なくともクラッド層と、GaAsSbを有する活性層と、電流阻止層とが形成され、
上記リッジ上に上記少なくともクラッド層及び上記活性層による半導体ストライプ部が、{111}結晶面による斜面で挟み込まれた断面3角形状に形成され、
上記斜面に沿って上記半導体ストライプ部を構成する活性層と他部を構成する活性層との間に断層が形成され、
上記半導体ストライプ部を挟んでその両側に電流阻止層が形成されて成る半導体レーザ素子を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
Striped ridges are formed on the {100} crystal plane of the GaAs substrate,
On the main surface having the ridge, at least a cladding layer, an active layer having GaAsSb, and a current blocking layer are formed,
A semiconductor stripe portion composed of at least the cladding layer and the active layer is formed on the ridge so as to have a triangular cross section sandwiched between slopes of {111} crystal planes,
A fault is formed between the active layer constituting the semiconductor stripe portion and the active layer constituting the other portion along the slope,
A semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element having a current blocking layer formed on both sides of the semiconductor stripe portion.
上記活性層がN(窒素)を含有することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer contains N (nitrogen). 上記活性層がAlを含有することを特徴とする請求項1及び2に記載の半導体レーザ装置。   3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer contains Al. 上記活性層が、多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)構造を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer has a multi quantum well (MQW) structure. 上記半導体ストライプ部の斜面を構成する結晶面が、{111}B面であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the crystal plane constituting the slope of the semiconductor stripe portion is a {111} B plane. 上記半導体ストライプ部の長手方向の寸法が、300μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a dimension in a longitudinal direction of the semiconductor stripe portion is 300 [mu] m or more. 上記半導体ストライプ部の幅の選定によって、発光波長帯が変化することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the emission wavelength band is changed by selecting the width of the semiconductor stripe portion.
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