JP2005268754A - Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk device,, and optical transmission system - Google Patents

Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk device,, and optical transmission system Download PDF

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克彦 岸本
Yoshie Fujishiro
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low consumption power semiconductor laser element and its manufacturing method capable of being inexpensively manufactured by preventing light from leaking to an electrode side and of low threshold current oscillation and high efficiency operation. <P>SOLUTION: There are formed on an n-GaAs substrate 101 a multiple distortion quantum well active layer 106, a second conductivity type semiconductor layer group (p-AlGaAs first upper cladding layer 108, p-AlGaAs second upper cladding layer 109, p-GaAs etching stop layer 110, p-AlGaAs third upper cladding layer 111, p-GaAs contact layer 112, and p<SP>+</SP>-GaAs contact layer 113). The p-side electrode 114 of a multiple structure formed on the surface of the second conductivity type semiconductor layer group on the side of an upper ridge 130 makes contact with the side surface of the ridge 130 and with the surface of the second conductivity type semiconductor layer group in the vicinity of the ridge 130. In a lowermost layer of the p-side electrode 114, a refractive index to the oscillated laser light is assumed to be ≤1.0. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法、光ディスク装置および光伝送システムに関し、特に、光ディスク装置や光伝送システムに用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser element, a method for manufacturing a semiconductor laser element, an optical disc apparatus, and an optical transmission system, and more particularly to a semiconductor laser element used in an optical disc apparatus and an optical transmission system and a method for manufacturing the same.

活性層上にリッジ部を有し、1回の結晶成長工程で製造できるリッジ導波型半導体レーザ素子は、結晶成長工程が3回必要なリッジ埋め込み型半導体レーザ素子に比べて製造工程が簡便なため、低コストで半導体レーザ素子を製造できると言うメリットがある。   A ridge waveguide semiconductor laser element having a ridge portion on the active layer and capable of being manufactured in one crystal growth process is simpler in manufacturing process than a ridge buried semiconductor laser element requiring three crystal growth processes. Therefore, there is an advantage that a semiconductor laser device can be manufactured at low cost.

このようなリッジ導波型半導体レーザ素子のうち、エアリッジ型として知られる絶縁膜を用いた電流狭窄を行うリッジ導波型半導体レーザ素子よりも、さらに低コストで製造可能なショットキー接合を用いた電流狭窄を行うリッジ導波型半導体レーザ素子の従来例を図7に示す(例えば、特開平4−111375号公報(特許文献1)参照)。   Among such ridge waveguide semiconductor laser elements, Schottky junctions that can be manufactured at a lower cost than ridge waveguide semiconductor laser elements that perform current confinement using an insulating film known as an air ridge type are used. FIG. 7 shows a conventional example of a ridge waveguide type semiconductor laser device that performs current confinement (see, for example, JP-A-4-111375 (Patent Document 1)).

この半導体レーザ素子は次のようにして製造される。まず、図7に示すように、有機金属化学気相成長(MOCVD)法により、n−GaAs基板401上に、n−InGaPクラッド層402、InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層403、p−InGaPクラッド層404、p−InGaAsコンタクト層405を順次積層する。次に、フォトリソグラフィなどの手法により、p−InGaPクラッド層404の途中までエッチングを行い、メサを形成した後、p電極406として下層から順にTi/Pt/Auを、n電極407としてAu−Ge−Ni/Auを順次蒸着する。このようにして製作された素子に電流を流すと、p−InGaPクラッド層404とp電極406との間にはショットキー接合部408が形成され、p電極406とp−InGaAsコンタクト層405との間にのみ電流が流れ、電流狭窄が行われる。   This semiconductor laser device is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 7, an n-InGaP cladding layer 402, an InGaAs / GaAs strained quantum well active layer 403, and a p-InGaP cladding are formed on an n-GaAs substrate 401 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). A layer 404 and a p-InGaAs contact layer 405 are sequentially stacked. Next, etching is performed halfway through the p-InGaP cladding layer 404 by a technique such as photolithography to form a mesa, and then Ti / Pt / Au is used as the p electrode 406 in order from the lower layer, and Au-Ge is used as the n electrode 407. -Ni / Au is sequentially deposited. When a current is passed through the device thus fabricated, a Schottky junction 408 is formed between the p-InGaP cladding layer 404 and the p-electrode 406, and the p-electrode 406 and the p-InGaAs contact layer 405 are connected to each other. Current flows only between them, and current confinement is performed.

上記リッジ埋め込み型半導体レーザ素子の製造方法では3回の結晶成長工程を必要としていたものが、上述した従来のリッジ導波型半導体レーザ素子のような構成においては、1回の結晶成長工程だけで製造することができるようになり、さらに電流狭窄に絶縁膜等を用いることもないため、その製造工程が大幅に簡略化され、従来のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子に比べて圧倒的に低コストで製造できるリッジ導波型半導体レーザ素子が提供される。   The above-described manufacturing method of the ridge-embedded semiconductor laser device requires three crystal growth steps, but the configuration like the conventional ridge waveguide semiconductor laser device described above requires only one crystal growth step. Since it can be manufactured and no insulating film or the like is used for current confinement, the manufacturing process is greatly simplified, which is overwhelmingly less expensive than conventional ridge embedded semiconductor laser devices. A ridge waveguide semiconductor laser device that can be manufactured is provided.

しかしながら、上述のリッジ導波型半導体レーザ素子には次のような課題があった。すなわち、電極と半導体層の界面に絶縁膜を有することで電流を流れないようにするエアリッジ型半導体レーザ素子と違って、上述した絶縁膜を有さずショットキー接合を用いて電流狭窄を行う上述の従来のリッジ導波型半導体レーザ素子では、リッジ部側面およびリッジ部から外方へ延在するクラッド層表面に対して直接に電極が接している。この時、半導体レーザ素子を構成する半導体材料の屈折率と電極材料の屈折率の関係によっては、発振レーザ光分布が、リッジ部側面およびリッジ部近傍のクラッド層表面に形成された電極側に漏れやすい形状となってしまうことが分かった。   However, the above-described ridge waveguide semiconductor laser device has the following problems. That is, unlike the above-described air ridge type semiconductor laser device that prevents current from flowing by having an insulating film at the interface between the electrode and the semiconductor layer, the current confinement is performed using a Schottky junction without the insulating film described above. In the conventional ridge waveguide semiconductor laser device, the electrode is in direct contact with the side surface of the ridge portion and the surface of the cladding layer extending outward from the ridge portion. At this time, depending on the relationship between the refractive index of the semiconductor material constituting the semiconductor laser element and the refractive index of the electrode material, the oscillation laser light distribution leaks to the electrode side formed on the side surface of the ridge portion and the surface of the cladding layer near the ridge portion. It turns out that it becomes an easy shape.

例えば、上記従来のリッジ導波型半導体レーザ素子で用いられた電極材料の屈折率は、半導体材料と接するTiが、波長800nmから1.5μmの範囲でおよそ3.1から3.6であり、Tiの上側に設けられているPtが同じく波長800nmから1.5μmの範囲で3.0から5.5である。一方、リッジ部外の垂直方向の実効屈折率も例えば3.2前後であり、両者の屈折率の値は非常に近しい関係にある。   For example, the refractive index of the electrode material used in the conventional ridge waveguide semiconductor laser element is such that Ti in contact with the semiconductor material is approximately 3.1 to 3.6 in the wavelength range of 800 nm to 1.5 μm. Pt provided on the upper side of Ti is 3.0 to 5.5 in the same wavelength range of 800 nm to 1.5 μm. On the other hand, the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge is also about 3.2, for example, and the refractive index values of both are very close to each other.

このように、リッジ部外の垂直方向における実効屈折率と、半導体層上に直接形成される電極材料の屈折率の値が近接していると、電極方向へ光が漏れやすくなることがある。   As described above, when the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge portion and the value of the refractive index of the electrode material directly formed on the semiconductor layer are close to each other, light may easily leak in the electrode direction.

そして、電極にまで光が漏れてしまうと、一般に、金属材料は半導体材料に比べて光の吸収係数が10倍から10倍も高いため、電極を構成する金属材料が光の非常に大きな吸収成分となって内部損失を増加させ、半導体レーザ素子の発振閾値電流を上昇させたり、スロープ効率を低下させたりするという問題が発生することが分かった。
特開平4−111375号公報(第3頁、第1図)
When light leaks to the electrode, the metal material generally has a light absorption coefficient that is 10 4 to 10 5 times higher than that of the semiconductor material. Therefore, the metal material constituting the electrode is very large in light. It has been found that problems such as an absorption component increase internal loss, increase the oscillation threshold current of the semiconductor laser element, and decrease the slope efficiency.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-111375 (page 3, FIG. 1)

本発明は、上記課題を克服し、電極側に光を漏らさないことで、低コストで製造でき、かつ低閾値電流発振と高効率動作が可能な消費電力が低減された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention overcomes the above-mentioned problems and does not leak light to the electrode side, so that it can be manufactured at a low cost, and a low threshold current oscillation and a highly efficient operation can be achieved. It aims to provide a method.

さらに本発明は、上記課題を克服した半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置および光伝送システムを提供することを目的とする。   A further object of the present invention is to provide an optical disk apparatus and an optical transmission system using a semiconductor laser element that overcomes the above-mentioned problems.

上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型の基板上に、少なくとも活性層と第2導電型の半導体層群を有し、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成しているリッジ導波型半導体レーザ素子において、上記第2導電型の半導体層群上に形成され、上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の側面、または、上記リッジ部を除く上記第2導電型の半導体層群の領域の上記リッジ部近傍の表面の少なくとも一方に接する多層構造の上部電極を備え、上記上部電極の少なくとも最下層において発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a semiconductor laser device of the present invention has at least an active layer and a second conductive type semiconductor layer group on a first conductive type substrate, and the second conductive type semiconductor layer group includes: In the ridge waveguide type semiconductor laser device in which a part of the upper side forms a stripe-shaped ridge portion, the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group is formed on the second conductivity type semiconductor layer group. An upper electrode having a multilayer structure in contact with at least one of the side surfaces of the second conductive type semiconductor layer group excluding the ridge portion and the surface in the vicinity of the ridge portion, and oscillates at least in the lowest layer of the upper electrode The refractive index for laser light is 1.0 or less.

ここで、「第1導電型」とはn型とp型のうち一方の導電型を指し、「第2導電型」とはn型とp型のうち他方の導電型を指す。   Here, “first conductivity type” refers to one conductivity type of n-type and p-type, and “second conductivity type” refers to the other conductivity type of n-type and p-type.

上記構成の半導体レーザ素子によれば、上部電極の少なくとも最下層に使用される材料の屈折率が1.0以下と十分に小さいため、発振したレーザ光は上部電極側にほとんど漏れることなく半導体層中に閉じ込めることができる。そのため、電極材料が光の吸収成分となることがなく、したがって内部損失を増加させることがなく、低い発振閾値電流と高いスロープ効率を有する低消費電力動作可能な半導体レーザ素子を提供することができる。   According to the semiconductor laser device having the above structure, since the refractive index of the material used for at least the lowermost layer of the upper electrode is sufficiently small as 1.0 or less, the oscillated laser light hardly leaks to the upper electrode side. It can be trapped inside. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser device capable of operating with low power consumption and having a low oscillation threshold current and a high slope efficiency without causing the electrode material to become a light absorption component and therefore without increasing the internal loss. .

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下である上記上部電極の最下層の膜厚が30nm以上であることが好ましい。   In one embodiment, the thickness of the lowermost layer of the upper electrode having a refractive index with respect to the oscillation laser light of 1.0 or less is preferably 30 nm or more.

上記実施形態の半導体レーザ素子の構成によれば、屈折率が1.0以下であるような上部電極の最下層の層厚を30nm以上とすることによって、上部電極の最下層より上側に形成された他の上部電極材料の屈折率の影響を受けることがほとんど無くなるため、内部損失の増加が無く低閾値電流、高効率発振の特性を維持したまま、上部電極の信頼性を向上させ、また抵抗値を低減させるように、多層構造の上部電極構成の最適化が図れるようになる。そのことによって、より一層の素子特性の向上を図ることができる。   According to the configuration of the semiconductor laser device of the above-described embodiment, the lowermost layer of the upper electrode having a refractive index of 1.0 or less has a layer thickness of 30 nm or more, so that it is formed above the lowermost layer of the upper electrode. In addition, since it is almost unaffected by the refractive index of other upper electrode materials, there is no increase in internal loss, while maintaining the characteristics of low threshold current and high-efficiency oscillation, improving the reliability of the upper electrode and resistance. It is possible to optimize the structure of the upper electrode having a multilayer structure so as to reduce the value. As a result, the device characteristics can be further improved.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の構成によれば、上記上部電極の最下層が、Au,Ag,CuまたはAlのうちの少なくとも1つからなることが好ましい。   According to the configuration of the semiconductor laser device of one embodiment, it is preferable that the lowermost layer of the upper electrode is made of at least one of Au, Ag, Cu, or Al.

上記実施形態の半導体レーザ素子の構成によれば、上記上部電極の最下層にAgまたはCuを用いることによって、発振レーザ光の波長が少なくとも400nm以上から1.5μm超の範囲で屈折率を1以下とすることができる。また、上記上部電極の最下層にAuを用いた場合、発振波長500nm以上から1.5μm超の範囲において屈折率を1以下とすることができる。また、上記上部電極の最下層にAlを用いることによって、発振レーザ光の波長が少なくとも400nm以上かつ650nm以下の範囲で屈折率を1以下とすることができる。また、上記上部電極の最下層は、それぞれの金属を含む合金であってもよい。   According to the configuration of the semiconductor laser device of the above-described embodiment, by using Ag or Cu for the lowermost layer of the upper electrode, the refractive index is 1 or less in the range of the wavelength of the oscillation laser light from at least 400 nm to more than 1.5 μm. It can be. When Au is used for the lowermost layer of the upper electrode, the refractive index can be made 1 or less in the oscillation wavelength range of 500 nm to 1.5 μm. Further, by using Al for the lowermost layer of the upper electrode, the refractive index can be made 1 or less when the wavelength of the oscillation laser light is at least 400 nm or more and 650 nm or less. The lowermost layer of the upper electrode may be an alloy containing each metal.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記上部電極の最下層上に、少なくとも密着性改善層と拡散防止層および低抵抗層の3層が順次積層されていることが好ましい。   In the semiconductor laser device of one embodiment, it is preferable that at least three layers of an adhesion improving layer, a diffusion prevention layer, and a low resistance layer are sequentially laminated on the lowermost layer of the upper electrode.

ここで、「密着性改善層」とは、その層(密着性改善層)の下地に対する、その層(密着性改善層)よりも上の層の密着性を向上させるために設ける層のことであり、「拡散防止層」とは、その層(拡散防止層)よりも上に設けられる層を構成する材料が、その層(拡散防止層)を超えて、その層(拡散防止層)よりも下側に拡散することを防止するために設ける層のことである。また、「低抵抗層」とは、配線抵抗や外部との電気的接続に用いられる金属ワイヤーなどに対する接触抵抗を低減する目的で設けられる層のことである。   Here, the “adhesion improvement layer” is a layer provided to improve the adhesion of the layer (adhesion improvement layer) above the layer (adhesion improvement layer) to the base of the layer (adhesion improvement layer). Yes, `` diffusion prevention layer '' means that the material constituting the layer provided above that layer (diffusion prevention layer) exceeds that layer (diffusion prevention layer) and is more than that layer (diffusion prevention layer) It is a layer provided to prevent diffusion to the lower side. In addition, the “low resistance layer” is a layer provided for the purpose of reducing contact resistance with respect to wiring resistance or metal wire used for electrical connection with the outside.

上記実施形態の半導体レーザ素子の構成によれば、上部電極の最下層に対して密着性を改善する密着性改善層と、低抵抗層が最下層側へ拡散することを防止するために設けられる拡散防止層と、低抵抗層が形成されているため、最下層に対して良好な密着性を有し、かつ、最下層への材料拡散が防止された低抵抗の上部電極を得ることができる。その結果、上部電極の抵抗を低く保ちながら、長期の素子動作時にも、屈折率が1.0以下である最下層が安定に存在し続けられる電極構成が提供される。   According to the configuration of the semiconductor laser device of the above embodiment, the adhesion improving layer for improving the adhesion to the lowermost layer of the upper electrode and the low resistance layer are provided to prevent diffusion to the lowermost layer side. Since the diffusion prevention layer and the low resistance layer are formed, it is possible to obtain a low resistance upper electrode having good adhesion to the lowermost layer and preventing material diffusion to the lowermost layer. . As a result, an electrode configuration is provided in which the lowermost layer having a refractive index of 1.0 or less can be stably present even during long-term device operation while keeping the resistance of the upper electrode low.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の最上部と上記上部電極とがオーミック接合を形成しており、かつ、上記リッジ部の最上部以外の領域の少なくとも一部と上記上部電極とがショットキー接合を形成していることが好ましい。 In one embodiment, the uppermost portion of the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group and the upper electrode form an ohmic junction, and other than the uppermost portion of the ridge portion. It is preferable that at least a part of the region and the upper electrode form a Schottky junction.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、結晶成長工程が3回必要なリッジ埋込型半導体レーザ素子に比べて、1回の結晶成長工程で製造でき、かつ、リッジ部以外への電流狭窄に絶縁膜を設ける必要が無いため、その製造工程が大幅に簡略化される。その結果、低閾値電流、高効率動作が可能で、しかも低コストで製造できるリッジ導波型半導体レーザ素子が提供される。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the semiconductor laser device can be manufactured in one crystal growth step and can confine current to other than the ridge portion as compared with the ridge embedded semiconductor laser device that requires three crystal growth steps. Since there is no need to provide an insulating film, the manufacturing process is greatly simplified. As a result, a ridge waveguide semiconductor laser device capable of low threshold current, high-efficiency operation and low-cost manufacturing is provided.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の構成において、上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の最上部が第2導電型のドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層であり、上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の最上部以外の領域の少なくとも一部が第2導電型のドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層であり、上記上部電極と上記高濃度半導体層との界面に、上記上部電極の構成元素と上記高濃度半導体層の構成元素からなる高濃度側の化合物層が形成され、上記上部電極と上記低濃度半導体層との界面に、上記上部電極の材料と上記低濃度半導体層の構成元素からなる低濃度側の化合物層が形成されていることが好ましい。 In the configuration of the semiconductor laser device of one embodiment, the uppermost ridge portion of the second conductive type semiconductor layer group is a high concentration semiconductor layer having a second conductive type doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more. And at least part of the region other than the uppermost portion of the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group is a low concentration semiconductor layer having a second conductivity type doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less, A compound layer on the high concentration side composed of a constituent element of the upper electrode and a constituent element of the high concentration semiconductor layer is formed at the interface between the upper electrode and the high concentration semiconductor layer, and the upper electrode and the low concentration semiconductor layer are formed. It is preferable that a low-concentration compound layer comprising the material of the upper electrode and the constituent elements of the low-concentration semiconductor layer is formed at the interface with the upper electrode.

上記構成の半導体レーザ素子によれば、ドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層と上部電極とのオーミック接合では、上記高濃度側の化合物層によってより低コンタクト抵抗が得られると共に、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層と上部電極とのショットキー接合では、上記低濃度側の化合物層によって十分な電流狭窄が得られる。このようにオーミック接合とショットキー接合がともにより強化されるので、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行うことなく、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗を実現でき、熱的、電気的信頼性が向上する。したがって、低閾値電流、高効率動作が可能なため低消費電力であると共に信頼性に優れ、製造工程の簡略化によりコストを低減できる半導体レーザ素子を提供することができる。 According to the semiconductor laser device having the above configuration, in the ohmic junction between the high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and the upper electrode, a lower contact resistance can be obtained by the high concentration compound layer. At the same time, in the Schottky junction between the low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and the upper electrode, sufficient current confinement can be obtained by the low concentration side compound layer. Since the ohmic junction and the Schottky junction are both strengthened in this way, the crystal regrowth process of the buried layer (current blocking layer) for current confinement and the crystal regrowth of the contact layer for low contact resistance Sufficient current constriction and low contact resistance can be realized without performing a separate process, and thermal and electrical reliability is improved. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser element that has low power consumption and high reliability because it can operate with low threshold current and high efficiency, and that can reduce costs by simplifying the manufacturing process.

また、上記高濃度半導体層が上記リッジ部の最上部に設けられ、上記低濃度半導体層が少なくとも上記リッジ部の最上部以外の領域に設けられていることによって、最上部に高濃度半導体層が設けられ、その最上部以外の領域に低濃度半導体層が設けられたリッジ部において、第2導電型の半導体層群の高濃度半導体層上と低濃度半導体層上に形成された同一の上部電極によって、電流狭窄を行うショットキー接合部と電流注入を行うオーミック接合部分を同時に形成できるため、製造コストを大幅に低減できる半導体レーザ素子を提供することができる。   The high-concentration semiconductor layer is provided at the top of the ridge portion, and the low-concentration semiconductor layer is provided at least in a region other than the top of the ridge portion, whereby a high-concentration semiconductor layer is formed at the top. The same upper electrode formed on the high-concentration semiconductor layer and the low-concentration semiconductor layer of the second conductivity type semiconductor layer group in the ridge portion provided with the low-concentration semiconductor layer in the region other than the uppermost portion As a result, a Schottky junction portion for current confinement and an ohmic junction portion for current injection can be formed at the same time, so that a semiconductor laser device capable of significantly reducing the manufacturing cost can be provided.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層が形成されていることが好ましい。 In one embodiment, a semiconductor layer of a second conductivity type having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is formed between the low concentration semiconductor layer and the active layer. Preferably it is.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以上の第2導電型の半導体層をさらに形成することによって、良好なショットキー接合特性を維持するための制限を受けることなく、上記第2導電型の半導体層の層厚・組成等を要求される光学特性仕様に応じて自在に変更することができるようになるため、光学設計の自由度が増すと共に、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, a second conductivity type semiconductor layer having at least a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more is further formed between the low concentration semiconductor layer and the active layer. Thus, the layer thickness and composition of the second conductivity type semiconductor layer can be freely changed according to the required optical characteristic specifications without being restricted to maintain good Schottky junction characteristics. As a result, the degree of freedom in optical design is increased, and an increase in element resistance can be suppressed, thereby further reducing power consumption.

また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第1導電型の基板上に活性層を形成する工程と、上記活性層上に第2導電型の半導体層群を形成する工程と、上記第2導電型の半導体層群の一部を除去してリッジ部を形成する工程と、上記第2導電型の半導体層群上に、発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下である金属材料を最下層に用いて上部電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。   The method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention includes a step of forming an active layer on a first conductivity type substrate, a step of forming a second conductivity type semiconductor layer group on the active layer, Removing a part of the two-conductivity-type semiconductor layer group to form a ridge portion; and a metal material having a refractive index with respect to the oscillation laser light of 1.0 or less on the second-conductivity-type semiconductor layer group. And a step of forming an upper electrode using the lowermost layer.

上記半導体レーザ素子の製造方法によれば、発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下の金属材料を上部電極の最下層に用いているため、リッジ部側面やリッジ部近傍における上部電極での光吸収の問題が無く、低閾値電流発振、高効率動作ができるために消費電力が低減された半導体レーザ素子の製造方法が提供される。   According to the manufacturing method of the semiconductor laser device, since the metal material having a refractive index with respect to the oscillation laser light of 1.0 or less is used for the lowermost layer of the upper electrode, the light at the upper electrode near the ridge side surface or in the vicinity of the ridge portion is used. There is provided a method for manufacturing a semiconductor laser device with reduced power consumption because there is no problem of absorption, low threshold current oscillation, and high efficiency operation.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記リッジ部の最上部としてドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層を形成し、少なくとも上記リッジ部以外の領域にドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層を形成する工程を有し、上記上部電極を形成する工程の後に熱処理を行うことによって、上記第2導電型の半導体層群と上記上部電極の界面に化合物層を形成する工程を含むことが好ましい。 In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor laser device, in the step of forming the second conductive type semiconductor layer group, a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed as the uppermost portion of the ridge portion. Forming a semiconductor layer and forming a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less at least in a region other than the ridge portion, and performing a heat treatment after the step of forming the upper electrode; It is preferable to include a step of forming a compound layer at the interface between the second conductive type semiconductor layer group and the upper electrode.

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層と上部電極とのショットキー接合において、上記化合物層によって十分な電流狭窄が得られると共に、ドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層と上部電極とのオーミック接合において上記化合物層によってより低いコンタクト抵抗が得られる。このようにショットキー接合性とオーミック接合性がより強化されるので、電流ブロック層の埋め込み再成長工程や電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、低閾値電流、高効率で、低消費電力動作が可能となると共に、製造工程の簡略化によりコストを低減できる。したがって、十分な電流狭窄性と優れた素子特性が得られ、かつ、低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。 According to the semiconductor laser device manufacturing method of the above embodiment, sufficient current confinement is obtained by the compound layer in the Schottky junction between the low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and the upper electrode. In addition, a lower contact resistance can be obtained by the compound layer in the ohmic junction between the high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and the upper electrode. Since the Schottky junction and ohmic junction are further enhanced in this way, low threshold current, high efficiency, and low without performing the current block layer burying regrowth step and the electrode contact layer crystal regrowth step. Power consumption operation is possible, and the cost can be reduced by simplifying the manufacturing process. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser device that can obtain a sufficient current confinement property and excellent device characteristics and can operate with low power consumption.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層を形成することが好ましい。 Also, in one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser device, in the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, at least 1 × 10 17 cm between the low concentration semiconductor layer and the active layer. It is preferable to form a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of 3 or more.

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以上の第2導電型の半導体層をさらに形成することによって、良好なショットキー接合特性を実現するための制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に第2導電型の半導体層の層厚・組成等を変更できるようになるため光学設計の自由度が増すと共に、素子抵抗の上昇を抑え、一層の低消費電力化を実現した半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the above embodiment, a second conductivity type semiconductor layer having at least a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more is further provided between the low concentration semiconductor layer and the active layer. By forming, the thickness, composition, etc. of the second conductivity type semiconductor layer can be freely changed according to the required optical characteristic specifications without being restricted to achieve good Schottky junction characteristics. Therefore, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor laser device that increases the degree of freedom in optical design, suppresses an increase in device resistance, and realizes further reduction in power consumption.

また、本発明の光ディスク装置は、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。   The optical disc apparatus of the present invention is characterized by using any one of the above semiconductor laser elements.

上記光ディスク装置によれば、従来の光ディスク装置に比べて、より安価で低消費電力動作が可能な光ディスク装置を提供することができる。   According to the above optical disk apparatus, it is possible to provide an optical disk apparatus that can be operated at lower cost and with lower power consumption than a conventional optical disk apparatus.

また、本発明の光伝送システムは、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。   The optical transmission system of the present invention is characterized by using any one of the above semiconductor laser elements.

上記光伝送システムによれば、従来よりも安価で、低消費電力可能な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。   According to the above-described optical transmission system, it is possible to provide an optical transmission module that is cheaper and consumes less power than conventional ones, and it is possible to reduce the price of the optical transmission system.

以上より明らかなように、本発明の半導体レーザ素子によれば、リッジ導波型半導体レーザ素子において、リッジ部側に設けた電極に対する光漏れが抑制できるため、リッジ部側の電極に起因する発振レーザ光の吸収がなくなって内部損失が低下し、発振効率が高くかつ発振閾値電流を低くできる低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子を提供することができる。   As is clear from the above, according to the semiconductor laser device of the present invention, in the ridge waveguide semiconductor laser device, light leakage to the electrode provided on the ridge portion side can be suppressed, and therefore oscillation caused by the electrode on the ridge portion side. It is possible to provide a semiconductor laser device capable of a low power consumption operation capable of reducing the laser beam absorption, reducing the internal loss, increasing the oscillation efficiency and reducing the oscillation threshold current.

また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、低閾値電流発振、高効率動作可能な半導体レーザ素子を低コストで製造できる方法を提供することができる。   In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, it is possible to provide a method capable of manufacturing a semiconductor laser device capable of low threshold current oscillation and high efficiency operation at low cost.

また、本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ素子を用いることで、従来の光ディスク装置に比べて、より安価で低消費電力動作が可能な光ディスク装置を提供することができる。   Further, according to the optical disk apparatus of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention, it is possible to provide an optical disk apparatus which can be operated at lower cost and with lower power consumption than the conventional optical disk apparatus.

また、本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ素子をその光伝送モジュールに用いることで、従来よりも低消費電力動作が可能で低コストな光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。   Further, according to the optical transmission system of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention for the optical transmission module, it is possible to provide an optical transmission module that can operate with lower power consumption and is less expensive than the conventional one. Therefore, it is possible to reduce the price of the optical transmission system.

以下、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、光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, a semiconductor laser device, a method for manufacturing a semiconductor laser device, an optical disk device, and an optical transmission system according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

〔第1実施形態〕
図1は、この発明の第1実施形態における半導体レーザ素子の構造を示したものである。なお、この第1実施形態では、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the structure of a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. In the first 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は、図1に示すように、n-GaAs基板101上に、n-GaAsバッファ層102、n-Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103、n-Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107、第2導電型の半導体層の一例としてのp-Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、および低濃度半導体層の一例としてのp-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109を順次積層している。この第2上クラッド層109上に、順メサストライプ形状のリッジ部130をなすように、p-GaAsエッチングストップ層110、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111、p-GaAsコンタクト層112および高濃度半導体層の一例としてのp+-GaAsコンタクト層113が設けられている。さらに、リッジ部130の頂部、側面部、および第2上クラッド層109の上面(リッジ部130の直下を除いた、リッジ部130の側方に相当する部分)を連なって被覆する態様で、上部電極の一例としてのAu/Ti/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるp側電極114が設けられている。なお、114a,114b,114cがそれぞれ、上記リッジ部130の頂部、側面部、第2上クラッド層109の上面を被覆する部分(これを適宜「電極部分」と呼ぶ)を表している。電極部分114aとリッジ部130の頂部(コンタクト層113)との間のコンタクト抵抗は十分低い値となっている。一方、電極部分114cと第2上クラッド層109とがなす界面は、図1において下向きの電流を阻止する機能を有している。 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device includes an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al 0.453 Ga 0.547 As first lower cladding layer 103, an n-Al 0.5 Ga 0.5 As layer on an n-GaAs substrate 101. 2 lower cladding layer 104, Al 0.4278 Ga 0.5722 As lower guide layer 105, multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.4278 Ga 0.5722 As upper guide layer 107, p-Al 0.4885 Ga as an example of a second conductivity type semiconductor layer A 0.5115 As first upper cladding layer 108 and a p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As second upper cladding layer 109 as an example of a low-concentration semiconductor layer are sequentially stacked. A p-GaAs etching stop layer 110, a p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111, and a p-GaAs contact layer are formed on the second upper cladding layer 109 so as to form a forward mesas stripe-shaped ridge portion 130. 112 and a p + -GaAs contact layer 113 as an example of a high-concentration semiconductor layer are provided. Further, the top portion of the ridge portion 130, the side surface portion, and the upper surface of the second upper cladding layer 109 (the portion corresponding to the side of the ridge portion 130 excluding the portion directly below the ridge portion 130) As an example of the electrode, a p-side electrode 114 made of a multilayer metal thin film formed by stacking Au / Ti / Pt / Au in this order is provided. Reference numerals 114a, 114b, and 114c denote portions covering the top and side portions of the ridge portion 130 and the upper surface of the second upper cladding layer 109 (referred to as “electrode portions” as appropriate). The contact resistance between the electrode portion 114a and the top portion (contact layer 113) of the ridge portion 130 has a sufficiently low value. On the other hand, the interface formed between the electrode portion 114c and the second upper clad layer 109 has a function of blocking a downward current in FIG.

図2はp側電極114を説明するために、リッジ部130近傍を拡大した模式図である。p側電極114において、半導体と接するAuからなる層を上部電極の最下層114A、その上に形成されたTi/Pt/Auからなる層を上層電極と呼ぶこととする。最下層114AのAu上に設けられた上層電極は、Tiが密着性改善層114Bであり、Ptが拡散防止層114Cであり、最上層にあるAuが低抵抗層114Dである。さらに、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、それぞれ上部電極の最下層のAuと各々の半導体層材料とが合金化した化合物層115が形成されている。また、図1に示すように、n-GaAs基板101の裏面には、n側電極116として、AuGe/Ni/Auの多層金属薄膜が形成されている。   FIG. 2 is an enlarged schematic view of the vicinity of the ridge portion 130 in order to explain the p-side electrode 114. In the p-side electrode 114, the layer made of Au in contact with the semiconductor is called the lowermost layer 114A of the upper electrode, and the layer made of Ti / Pt / Au formed thereon is called the upper layer electrode. In the upper layer electrode provided on Au of the lowermost layer 114A, Ti is the adhesion improving layer 114B, Pt is the diffusion preventing layer 114C, and Au in the uppermost layer is the low resistance layer 114D. Further, a compound layer 115 in which the lowermost layer Au of the upper electrode and each semiconductor layer material are alloyed is formed at the interface between each semiconductor layer in contact with the p-side electrode 114. As shown in FIG. 1, a multilayer metal thin film of AuGe / Ni / Au is formed as an n-side electrode 116 on the back surface of the n-GaAs substrate 101.

前記p-AlGaAs第1上クラッド層108,p-AlGaAs第2上クラッド層109,p-GaAsエッチングストップ層110,p-AlGaAs第3上クラッド層111,p-GaAsコンタクト層112およびp+-GaAsコンタクト層113で第2導電型の半導体層群を構成している。 The p-AlGaAs first upper cladding layer 108, the p-AlGaAs second upper cladding layer 109, the p-GaAs etching stop layer 110, the p-AlGaAs third upper cladding layer 111, the p-GaAs contact layer 112, and the p + -GaAs. The contact layer 113 constitutes a second conductivity type semiconductor layer group.

次に、図3A〜図3Dを参照しながら、上記半導体レーザ素子の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser element will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.

まず、図3Aに示すように、(100)面を有するn-GaAs基板101上に、n-GaAsバッファ層102(層厚:0.5μm、Siドーピング濃度:8×1017cm-3)、n-Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103(層厚:3.0μm、Siドーピング濃度:5×1017cm-3)、n-Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104(層厚:0.24μm、Siドーピング濃度:5×1017cm-3)、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105(層厚0.1μm)、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107(層厚:0.1μm)、p-Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108(層厚:0.2μm、Cドーピング濃度:1×1018cm-3)、p-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109(層厚:0.1μm、Cドーピング濃度:1×1017cm-3)、p-GaAsエッチングストップ層110(層厚3nm、Cドーピング濃度:2×1018cm-3)、p-Al0.4885Ga0.5115As第3上クラッド層111(層厚1.28μm、Cドーピング濃度:2.7×1018cm-3)、p-GaAsコンタクト層112(層厚:0.2μm、Cドーピング濃度:3.3×1018cm-3)、p+-GaAsコンタクト層113(層厚:0.3μm、Cドーピング濃度:1×1020cm-3)を順次、MOCVD法にて結晶成長させる。前記多重歪量子井戸活性層106は、In0.2655Ga0.7345As0.59140.4086圧縮歪量子井戸層(歪0.47%、層厚5nm、2層)とIn0.126Ga0.874As0.40710.5929障壁層(歪−1.2%、基板側から層厚9nm・5nm・9nmの3層であり、基板に最も近いものがn側障壁層、最も遠いものがp側障壁層となる)を交互に配置している。 First, as shown in FIG. 3A, an n-GaAs buffer layer 102 (layer thickness: 0.5 μm, Si doping concentration: 8 × 10 17 cm −3 ) on an (100) plane n-GaAs substrate 101, n-Al 0.453 Ga 0.547 As first lower cladding layer 103 (layer thickness: 3.0 μm, Si doping concentration: 5 × 10 17 cm −3 ), n-Al 0.5 Ga 0.5 As second lower cladding layer 104 (layer thickness) : 0.24 μm, Si doping concentration: 5 × 10 17 cm −3 ), Al 0.4278 Ga 0.5722 As lower guide layer 105 (layer thickness 0.1 μm), multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.4278 Ga 0.5722 As upper guide Layer 107 (layer thickness: 0.1 μm), p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As first upper cladding layer 108 (layer thickness: 0.2 μm, C doping concentration: 1 × 10 18 cm −3 ), p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As second upper cladding layer 109 (thickness: 0.1 [mu] m, C doping concentration: 1 × 10 17 cm -3) , p- aAs etching stop layer 110 (thickness 3 nm, C doping concentration: 2 × 10 18 cm -3) , p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As third upper cladding layer 111 (layer thickness 1.28, C doping concentration: 2.7 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 112 (layer thickness: 0.2 μm, C doping concentration: 3.3 × 10 18 cm −3 ), p + -GaAs contact layer 113 (layer thickness: 0.1). 3 μm and C doping concentration: 1 × 10 20 cm −3 ) are successively grown by MOCVD. The multi-strain quantum well active layer 106 includes an In 0.2655 Ga 0.7345 As 0.5914 P 0.4086 compression strain quantum well layer (strain 0.47%, layer thickness 5 nm, two layers) and an In 0.126 Ga 0.874 As 0.4071 P 0.5929 barrier layer (strain -1.2%, three layers with a layer thickness of 9 nm, 5 nm, and 9 nm from the substrate side, the closest to the substrate being the n-side barrier layer and the farthest being the p-side barrier layer) Yes.

次に、図3Aにおいて、リッジ部130(図1に示す)となるメサストライプ部を形成すべき領域118a(図1参照)に、レジストマスク117(マスク幅3.5μm)をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク117は、形成すべきリッジ部130が延びるストライプ方向に対応して、<0-11>方向にストライプ状に延びるように形成される。   Next, in FIG. 3A, a resist mask 117 (mask width 3.5 μm) is formed by a photolithography process in a region 118a (see FIG. 1) where a mesa stripe portion to be a ridge portion 130 (shown in FIG. 1) is to be formed. To do. The resist mask 117 is formed so as to extend in a stripe shape in the <0-11> direction corresponding to the stripe direction in which the ridge portion 130 to be formed extends.

次に、図3B〜図3Dに示すように、半導体層113,112,111,110のうちレジストマスク117の側方に相当する部分118b(図1参照)をエッチングして除去する(エッチング工程)。   Next, as shown in FIGS. 3B to 3D, a portion 118b (see FIG. 1) corresponding to the side of the resist mask 117 in the semiconductor layers 113, 112, 111, and 110 is removed by etching (etching step). .

具体的には、まず図3Bに示すように、深さ方向に関してp+−GaAsコンタクト層113の上面側からp−GaAsエッチングストップ層110の直上まで湿式(ウェット)エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液とフッ酸を用いて2段階に行った。フッ酸を使用するとGaAsのエッチングレートが非常に遅いということを利用し、エッチング面の平坦化およびメサストライプの幅制御を可能にしている。続いて、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でp-GaAsエッチングストップ層110を除去しつつ、GaAsコンタクト層112および113のオーバーハング部分をとる。このときのエッチングの深さは1.78μmであり、順メサストライプの最下部の幅は約3.2μmである。エッチング後、上記レジストマスク117を除去する。 Specifically, as shown in FIG. 3B, first, etching is performed by wet (wet) etching from the upper surface side of the p + -GaAs contact layer 113 in the depth direction to immediately above the p-GaAs etching stop layer 110. . In this example, two steps were performed using a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide and hydrofluoric acid. By using the fact that the etching rate of GaAs is very slow when hydrofluoric acid is used, the etching surface can be flattened and the width of the mesa stripe can be controlled. Subsequently, while removing the p-GaAs etching stop layer 110 with a mixed aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide, the overhang portions of the GaAs contact layers 112 and 113 are taken. The etching depth at this time is 1.78 μm, and the width of the lowermost portion of the forward mesa stripe is about 3.2 μm. After the etching, the resist mask 117 is removed.

続いて、図3Cに示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、上部電極の最下層としてのAu(厚さ:50nm)と上層電極の一部であり密着性改善層としてのTi(厚さ:50nm)と拡散防止層としてのPt(厚さ:50nm)と低抵抗層としてのAu(厚さ:400nm)からなる金属薄膜を順に積層して、p側電極(上部電極)114を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 3C, Au (thickness: 50 nm) as the lowermost layer of the upper electrode and Ti (thickness) as a part of the upper electrode and the adhesion improving layer are formed by using an electron beam evaporation method. : 50 nm), Pt (thickness: 50 nm) as a diffusion prevention layer, and Au (thickness: 400 nm) as a low resistance layer are sequentially laminated to form a p-side electrode (upper electrode) 114. .

その後、n-GaAs基板101を裏面側から所望の厚み(ここでは、約100μm)にまで、ラッピング法により研削し、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、AuGe合金(Au:88%、Ge:12%)を100nm、続いてNi(厚さ:15nm)、Au(厚さ:300nm)を積層して、n側電極116(図1に示す)を形成する。   Thereafter, the n-GaAs substrate 101 is ground from the back side to a desired thickness (here, about 100 μm) by lapping, and from the back side by resistance heating vapor deposition, an AuGe alloy (Au: 88%, Ge). : 12%) is laminated to 100 nm, then Ni (thickness: 15 nm) and Au (thickness: 300 nm) are laminated to form the n-side electrode 116 (shown in FIG. 1).

続いて、N2またはH2雰囲気中で、400℃に1分間加熱して、p側電極114およびn側電極116のための合金化処理を行う。その結果、図3Dに示すように、p側電極114と、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、Auと各々の半導体層材料とが合金化した化合物層115が形成される。 Subsequently, an alloying process for the p-side electrode 114 and the n-side electrode 116 is performed by heating to 400 ° C. for 1 minute in an N 2 or H 2 atmosphere. As a result, as shown in FIG. 3D, a compound layer 115 in which Au and each semiconductor layer material are alloyed is formed at the interface between the p-side electrode 114 and each semiconductor layer in contact with the p-side electrode 114. .

続いて、所望の共振器長(ここでは、800μm)のバーにn-GaAs基板101を分割してから端面コーティング(図示せず)を行い、さらにチップ(800μm×250μm)に分割することで、この発明の第1実施形態の半導体レーザ素子が完成する。   Subsequently, the n-GaAs substrate 101 is divided into bars having a desired resonator length (here, 800 μm), end face coating (not shown) is performed, and further divided into chips (800 μm × 250 μm). The semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention is completed.

この第1実施形態においては、発振波長780nm帯の光ディスク装置用半導体レーザ素子を例にとって説明しているが、本発明はこれに限るものではなく、他の発振波長帯や、他の用途に用いる半導体レーザ素子に適用できることはいうまでもない。   In the first embodiment, a semiconductor laser element for an optical disk device having an oscillation wavelength band of 780 nm is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and is used for other oscillation wavelength bands and other applications. Needless to say, the present invention can be applied to a semiconductor laser element.

図3Eに本発明で使用した上部電極の最下層用の金属材料と屈折率の関係を示す。図3Eにおいて、横軸は波長(nm)を表し、縦軸は屈折率を表している。また、参考のために従来例で最下層として使用されており、第1実施形態では密着性改善層として用いたTiと、拡散防止層に用いたPtについても併記した。上述したように、第1実施形態において上部電極の最下層はAuである。Auの780nm帯の光に対する屈折率は、図3Eから分かるように1.0よりも小さく、約0.16程度である。   FIG. 3E shows the relationship between the refractive index and the metal material for the lowermost layer of the upper electrode used in the present invention. In FIG. 3E, the horizontal axis represents the wavelength (nm) and the vertical axis represents the refractive index. For reference, it is used as the lowermost layer in the conventional example. In the first embodiment, Ti used as the adhesion improving layer and Pt used as the diffusion preventing layer are also shown. As described above, the lowermost layer of the upper electrode is Au in the first embodiment. As can be seen from FIG. 3E, the refractive index of Au for light in the 780 nm band is smaller than 1.0 and is about 0.16.

一方、この第1実施形態の半導体レーザ素子において、リッジ部130の外方の垂直方向の実効屈折率は3.354である。この値は、この種の半導体レーザ素子の構造においては極めて一般的なものであり、通常、3.0〜3.5程度である。したがって、上述のように上部電極の最下層のAuの屈折率は、上記リッジ部130外方の垂直方向の実効屈折率に比べて十分に小さい。   On the other hand, in the semiconductor laser device of the first embodiment, the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge portion 130 is 3.354. This value is very common in the structure of this type of semiconductor laser device, and is usually about 3.0 to 3.5. Therefore, as described above, the refractive index of Au in the lowermost layer of the upper electrode is sufficiently smaller than the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge portion 130.

このように、上記半導体レーザ素子およびその製造方法によれば、波長が780nm帯の発振レーザ光に対する屈折率が1.0よりも小さい材料を用いることによって、上部電極の最下層が、リッジ部外の垂直方向の実効屈折率に対して十分に小さい値を有するので、発振レーザ光が半導体層中に強く閉じ込められ、光分布の形状がリッジ部側(上部電極側)に引き寄せられないようになった。そのようにした結果、上部電極材料の光吸収に起因する内部損失を低減することが可能となった。   As described above, according to the semiconductor laser device and the manufacturing method thereof, the lowermost layer of the upper electrode is formed outside the ridge portion by using a material having a refractive index smaller than 1.0 with respect to the oscillation laser light having a wavelength of 780 nm. Since the oscillation laser beam is strongly confined in the semiconductor layer, the shape of the light distribution is not attracted to the ridge side (upper electrode side). It was. As a result, internal loss due to light absorption of the upper electrode material can be reduced.

図3Fは、上部電極として上層電極(Ti/Pt/Au)を最下層(Au)上に有する場合の最下層の膜厚と0次モードの内部損失の関係をシミュレーションにより示したものである。前記上部電極の最下層の膜厚は、図3Fより、少なくとも30nm以上であれば、内部損失を1cm-1以下とでき、最下層の上に形成される上層電極の屈折率の影響を排除できる。すなわち、最下層の膜厚を30nm以上とすることで、上部電極に要求される低抵抗、高信頼性にかかわる要求を満たすように、上層電極部分の構成を自由に変更することが可能となる。 FIG. 3F shows, by simulation, the relationship between the film thickness of the lowermost layer and the internal loss of the 0th-order mode when the upper electrode (Ti / Pt / Au) is provided on the lowermost layer (Au) as the upper electrode. If the film thickness of the lowermost layer of the upper electrode is at least 30 nm or more from FIG. 3F, the internal loss can be 1 cm −1 or less, and the influence of the refractive index of the upper electrode formed on the lowermost layer can be eliminated. . That is, by setting the thickness of the lowermost layer to 30 nm or more, it is possible to freely change the configuration of the upper electrode portion so as to satisfy the requirements related to low resistance and high reliability required for the upper electrode. .

また、図3Eから分かるように、波長400nmから1550nmの光に対して屈折率が1.0以下となる領域を有する材料として、Ag、Au、Cu、Alがある。図3Eを参照しながら所望の発振波長に対して屈折率が1.0以下とできる上記4つの材料のうちのどれかを選択すればよい。   As can be seen from FIG. 3E, there are Ag, Au, Cu, and Al as materials having a region where the refractive index is 1.0 or less with respect to light having a wavelength of 400 nm to 1550 nm. With reference to FIG. 3E, any one of the above four materials that can have a refractive index of 1.0 or less with respect to a desired oscillation wavelength may be selected.

前述のAg、Au、Cu、AlのうちAuは、GaAs上に形成した後、熱処理や通電によって、急速かつ、スパイク状にAuがGaAs中に拡散することがあり、信頼性や発振効率を低下させることがあるが、この第1実施形態においては、ニッケル(Ni)を触媒的にGaAsとAuの界面に用いて(図示せず)そのような拡散現象を抑制している。   Of the above-mentioned Ag, Au, Cu, and Al, Au is formed on GaAs, and then heat can be diffused rapidly and spiked into GaAs by heat treatment or energization, reducing reliability and oscillation efficiency. In the first embodiment, nickel (Ni) is catalytically used at the interface between GaAs and Au (not shown) to suppress such diffusion phenomenon.

前述の上部電極の最下層となるAg(またはAuまたはCuまたはAl)上には、上層電極として、最下層の材料との密着性を向上させる密着性改善層、上層材料の下層側への拡散を防止する拡散防止層、配線抵抗や接触抵抗を低減させる低抵抗層の3層をさらに形成することが好ましい。このような構成とすることで、電極による発振レーザ光の吸収が無くなるため、内部損失が増加せず、かつ、最下層上に上層電極を有するために低電極抵抗であり、動作時にも安定してその低抵抗値を有する電極状態が持続できる信頼性に優れた上部電極を得ることができる。上部電極の最下層の表面を大気に暴露させず、引き続き清浄な雰囲気で上層電極を形成する場合、必ずしも密着性改善層は必要ない。密着性改善層としては、第1実施形態で使用したTiのほか、CrやMoなどを使用することができる。また、第1実施形態で示したように低抵抗層として使用するAuの拡散を防止する拡散防止層としてはPtが好ましい。また、低抵抗層としては、Auの他、CuやAg、あるいはAl等も良好な伝導率を示すが、Auを除くこれらの金属材料は酸化しやすいため、電極の最表面となる低抵抗層には好ましくないことがある。   On the Ag (or Au, Cu or Al) which is the lowermost layer of the upper electrode, as an upper layer electrode, an adhesion improving layer for improving adhesion with the lowermost layer material, diffusion of the upper layer material to the lower layer side It is preferable to further form three layers of a diffusion preventing layer for preventing the above and a low resistance layer for reducing the wiring resistance and the contact resistance. With such a configuration, the oscillation laser beam is not absorbed by the electrode, so that the internal loss does not increase, and since the upper layer electrode is provided on the lowermost layer, it has a low electrode resistance and is stable during operation. Thus, it is possible to obtain an upper electrode excellent in reliability that can maintain the electrode state having the low resistance value. When the upper layer electrode is formed in a clean atmosphere without exposing the surface of the lowermost layer of the upper electrode to the atmosphere, the adhesion improving layer is not necessarily required. As the adhesion improving layer, in addition to Ti used in the first embodiment, Cr, Mo, or the like can be used. Further, as shown in the first embodiment, Pt is preferable as the diffusion preventing layer for preventing the diffusion of Au used as the low resistance layer. In addition to Au, Cu, Ag, Al, etc. have good conductivity as the low resistance layer. However, since these metal materials excluding Au are easily oxidized, the low resistance layer serving as the outermost surface of the electrode is used. May not be preferable.

上記第1実施形態の半導体レーザ素子においては、上部電極と第2導電型の半導体層群の界面には、電流狭窄を行うための電流ブロック層や絶縁膜が形成されておらず、リッジ部の最上部を除いた領域においては、電極と半導体層の界面にショットキー接合を形成させることで電流狭窄を行っている。Au/Ti/Pt/Auからなるp側電極114は、350〜450℃の熱処理を行うことで、GaAs系半導体材料と合金化した化合物層115(図3Dに示す)を形成する。この化合物層115は、p型半導体層のドーピング濃度に応じて、p型半導体層に対して良好なオーミック接合を形成したり、安定なショットキー接合を形成したりする。このことを利用し、この第1実施形態の半導体レーザ素子では、メサストライプ部118aにおいて、1×1018cm-3以上のドーピング濃度を有する高濃度半導体層の一例としてのp+-GaAsコンタクト層113とp側電極114との界面に、良好なオーミック接合を実現するAuとGaAsの高濃度側の化合物層を形成させ、かつ、メサストライプ外領域118bにおいて、1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する低濃度半導体層の一例としてのp-Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド層109とp側電極114との界面に、安定なショットキー接合性を示すAuとAlGaAsの低濃度側の化合物層を形成させる。350℃未満および450℃以上の熱処理では、良好なオーミック接合が得られず、ショットキー接合性も悪化してしまう。この第1実施形態では、n側電極であるAuGe/Ni/Auの合金化処理の最適条件も勘案して400℃で1分間の熱処理工程を加えている。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, no current blocking layer or insulating film for current confinement is formed at the interface between the upper electrode and the second conductivity type semiconductor layer group. In the region excluding the uppermost portion, current confinement is performed by forming a Schottky junction at the interface between the electrode and the semiconductor layer. The p-side electrode 114 made of Au / Ti / Pt / Au forms a compound layer 115 (shown in FIG. 3D) alloyed with a GaAs-based semiconductor material by performing heat treatment at 350 to 450 ° C. The compound layer 115 forms a good ohmic junction or a stable Schottky junction with the p-type semiconductor layer according to the doping concentration of the p-type semiconductor layer. By utilizing this, in the semiconductor laser device of the first embodiment, the p + -GaAs contact layer as an example of the high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more in the mesa stripe portion 118a. A compound layer on the high-concentration side of Au and GaAs that realizes a good ohmic junction is formed at the interface between the p-side electrode 114 and the p-side electrode 114, and 1 × 10 17 cm −3 or less in the mesa stripe outer region 118 b As an example of a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration, p-Al 0.4885 Ga 0.5115 As As the low concentration side of Au and AlGaAs exhibiting a stable Schottky junction at the interface between the second upper cladding layer 109 and the p-side electrode 114 The compound layer is formed. When the heat treatment is performed at a temperature lower than 350 ° C. or higher than 450 ° C., good ohmic bonding cannot be obtained, and Schottky bonding properties are also deteriorated. In the first embodiment, a heat treatment step at 400 ° C. for 1 minute is added in consideration of the optimum conditions for the alloying treatment of AuGe / Ni / Au as the n-side electrode.

さらに、第2上クラッド層109と多重歪量子井戸活性層106との間に、第2上クラッド層109よりもドーピング濃度の高い第1上クラッド層108を設けていることと、第1上クラッド層108と第2上クラッド層109の層厚を最適化することによって、必要以上の素子抵抗の上昇を抑えることに成功している。上記第2上クラッド層109の層厚は、化合物層115の厚みよりも大きくなるように設定する。本発明では、第2上クラッド層109の層厚0.1μmに対して、化合物層115の厚みは50nm(0.05μm)である。十分な電流狭窄を行うために、化合物層115の直下には、1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する半導体層が必要となる。素子抵抗を考慮すると、リッジ部直下に低ドーピング濃度の層が厚く存在することは好ましくないため、化合物層115はあまり厚くない方がよい。発明者らの検討によると、1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する半導体層の厚みは、最大で0.3μm程度以下が良い。また、化合物層115の厚みは最大でも0.2μmあればよく、それ以上になると1×1017cm-3以下のドーピング濃度を有する半導体層が厚くなったことによる素子抵抗増大の影響が大きくなってしまう。 Furthermore, a first upper cladding layer 108 having a doping concentration higher than that of the second upper cladding layer 109 is provided between the second upper cladding layer 109 and the multiple strain quantum well active layer 106, and the first upper cladding layer By optimizing the layer thicknesses of the layer 108 and the second upper cladding layer 109, the increase in device resistance more than necessary has been successfully suppressed. The layer thickness of the second upper cladding layer 109 is set to be larger than the thickness of the compound layer 115. In the present invention, the thickness of the compound layer 115 is 50 nm (0.05 μm) while the thickness of the second upper cladding layer 109 is 0.1 μm. In order to perform sufficient current confinement, a semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less is required immediately below the compound layer 115. Considering element resistance, it is not preferable that a low doping concentration layer is present immediately below the ridge portion. Therefore, the compound layer 115 is preferably not so thick. According to the study by the inventors, the thickness of the semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less is preferably about 0.3 μm or less at maximum. Further, the thickness of the compound layer 115 may be 0.2 μm at the maximum, and if it is more than that, the effect of increasing the device resistance due to the increase in the thickness of the semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less increases. End up.

これらの結果、この第1実施形態の半導体レーザ素子は、電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、良好な素子抵抗を実現し、かつ電流ブロック層の埋め込み再成長工程を追加することなしに、十分な電流狭窄を行うことを可能にした。   As a result, the semiconductor laser device according to the first embodiment realizes a good element resistance without performing the crystal regrowth process of the electrode contact layer, and adds an embedded regrowth process of the current block layer. Without making it possible to perform sufficient current confinement.

また、上記第1実施形態の半導体レーザ素子においては、光学設計の自由度が大きい。この光学設計の自由度の大きさは、活性層の上側に形成されるクラッド層を複数に分割し、主にショットキー接合による電流狭窄を受け持つ第2上クラッド層109と、主に光学特性の調整に充てる第1上クラッド層108とに分離したことによる。主にショットキー接合による電流狭窄を受け持つ第2導電型の半導体層としての第2上クラッド層109のドーピング濃度は1×1017cm-3以下とし、かつ厚みは化合物層115より厚い範囲でできるだけ薄い層厚とすることで、1×1017cm-3以下の層を追加したことによる素子抵抗の増大を必要最小限にとどめている。 Further, the semiconductor laser device of the first embodiment has a high degree of freedom in optical design. The degree of freedom in optical design is that the clad layer formed on the upper side of the active layer is divided into a plurality of parts, and the second upper clad layer 109 mainly responsible for current confinement by Schottky junction, and mainly the optical characteristics. This is because the first upper cladding layer 108 used for adjustment is separated. The doping concentration of the second upper cladding layer 109 as the second conductivity type semiconductor layer mainly responsible for current confinement due to Schottky junction is 1 × 10 17 cm −3 or less and the thickness is as large as possible within the range thicker than the compound layer 115. By making the layer thickness thin, the increase in element resistance due to the addition of a layer of 1 × 10 17 cm −3 or less is kept to a minimum.

このような構成とすることにより第1上クラッド層108は、ショットキー接合性を考慮した何らかの制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に層厚・組成等を変更することができるようになった。   By adopting such a configuration, the first upper cladding layer 108 can be freely changed in layer thickness, composition, etc. according to the required optical characteristic specifications without being subjected to any restrictions in consideration of Schottky bonding properties. Can now.

この第1実施形態の半導体レーザ素子では、その波長を780nmとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、DVD用に用いられる波長650nm帯のInGaAlP/GaAs系半導体レーザ素子や、波長405nm帯のInGaN/GaN系半導体レーザ素子にも適用しうる。その際には、上部電極の最下層として図3Eを参照して、最適な金属材料を選択すればよい。   In the semiconductor laser device of the first embodiment, the wavelength is 780 nm, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to an InGaAlP / GaAs semiconductor laser element having a wavelength of 650 nm and an InGaN / GaN semiconductor laser element having a wavelength of 405 nm. In that case, an optimal metal material may be selected with reference to FIG. 3E as the lowermost layer of the upper electrode.

また、材料系の異なる半導体層間の界面に、この第1実施形態中で明示していないような界面保護層の類の半導体層を設けていても良い。また、この第1実施形態では、リッジ部の構造形成に際しウエットエッチング法を用いたが、もちろん、ドライエッチング法を用いても良い。さらに、ドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせてリッジ部を形成しても良い。   Further, a semiconductor layer similar to an interface protective layer that is not explicitly shown in the first embodiment may be provided at an interface between semiconductor layers having different material systems. In the first embodiment, the wet etching method is used for forming the structure of the ridge portion. Of course, a dry etching method may be used. Further, the ridge portion may be formed by combining dry etching and wet etching.

上記第1実施形態では、p+-GaAsコンタクト層113とp側電極114との界面にオーミック接合を形成し、p-AlGaAs第2上クラッド層109とp側電極114との界面にショットキー接合を形成したが、ショットキー接合は、リッジ部の最上部以外の領域の少なくとも一部と上部電極との間に形成されていればよい。 In the first embodiment, an ohmic junction is formed at the interface between the p + -GaAs contact layer 113 and the p-side electrode 114, and a Schottky junction is formed at the interface between the p-AlGaAs second upper cladding layer 109 and the p-side electrode 114. However, the Schottky junction may be formed between at least a part of the region other than the uppermost portion of the ridge portion and the upper electrode.

〔第2実施形態〕
図4は、本発明の第2実施形態における光ディスク装置200の構造を示したものである。本光ディスク装置200は、光ディスク201にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際に用いられる発光素子として、先に説明した本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子202を備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows the structure of an optical disc device 200 according to the second embodiment of the present invention. The optical disc apparatus 200 is for writing data on the optical disc 201 and reproducing the written data. As the light emitting element used at that time, the optical disc device 200 of the first embodiment of the present invention described above is used. A semiconductor laser element 202 is provided.

この光ディスク装置200についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、半導体レーザ素子202から出射された信号光がコリメートレンズ203によって平行光とされ、ビームスプリッタ204を透過し、λ/4偏光板205で偏光状態が調整された後、対物レンズ206で集光され、光ディスク201に照射される。読み出し時には、データ信号が載っていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク201に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク201の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ206、λ/4偏光板205を経た後、ビームスプリッタ204で反射されて90°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ207で集光され、信号検出用受光素子208に入射する。そして、信号検出用受光素子208内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路209において元の信号に再生される。   The optical disk device 200 will be described in more detail. At the time of writing, the signal light emitted from the semiconductor laser element 202 is converted into parallel light by the collimator lens 203, passes through the beam splitter 204, the polarization state is adjusted by the λ / 4 polarizing plate 205, and then the objective lens 206. Is condensed and irradiated onto the optical disc 201. At the time of reading, the optical disc 201 is irradiated with a laser beam not carrying a data signal along the same path as at the time of writing. This laser beam is reflected on the surface of the optical disc 201 on which data is recorded, passes through the laser beam irradiation objective lens 206, the λ / 4 polarizing plate 205, and then is reflected by the beam splitter 204 to change the angle by 90 °. The light is condensed by the light receiving element objective lens 207 and is incident on the signal detecting light receiving element 208. Then, the recorded data signal is converted into an electric signal by the intensity of the laser beam incident in the signal detecting light receiving element 208 and is reproduced by the signal light reproducing circuit 209 to the original signal.

上記第2実施形態の光ディスク装置は、従来よりも内部損失が低下した低閾値電流発振、高効率動作が可能で、なおかつ低コストで製造できる半導体レーザ素子を用いているため、低消費電力動作が可能な光ディスク装置を低価格で提供できる。   The optical disk device of the second embodiment uses a semiconductor laser element that can operate at low threshold current oscillation and high efficiency with lower internal loss than the conventional one, and can be manufactured at low cost. A possible optical disk apparatus can be provided at a low price.

なお、ここでは第1実施形態の半導体レーザ素子202を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長780nm帯を用いる光ディスク再生装置、光ディスク記録装置や、他の波長帯(例えば650nm帯)の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。   Here, an example in which the semiconductor laser device 202 of the first embodiment is applied to a recording / reproducing optical disk device has been described. However, an optical disk reproducing device, an optical disk recording device, and other wavelength bands using the same wavelength 780 nm band (for example, Needless to say, the present invention can also be applied to an optical disc apparatus of a 650 nm band).

〔第3実施形態〕
図5Aは、本発明の第3実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュール300を示す断面図である。また、図5Bは、光伝送モジュール300における光源部分を拡大した斜視図である。この第3実施形態では、光源として第1実施形態で説明した構成、製造方法を使用した発振波長890nmのInGaAs系半導体レーザ素子(レーザチップ301)を、また、受光素子302として、シリコン(Si)pinフォトダイオードを用いている。詳しくは後述するが、通信を行う双方の側(例えば、端末とサーバ)にそれぞれ同じ光伝送モジュール300を備えることにより、双方の光伝送モジュール300間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。
[Third Embodiment]
FIG. 5A is a cross-sectional view showing an optical transmission module 300 used in the optical transmission system of the third embodiment of the present invention. FIG. 5B is an enlarged perspective view of the light source portion in the light transmission module 300. In the third embodiment, an InGaAs semiconductor laser element (laser chip 301) having an oscillation wavelength of 890 nm using the configuration and manufacturing method described in the first embodiment as a light source and silicon (Si) as a light receiving element 302 are used. A pin photodiode is used. As will be described in detail later, by providing the same optical transmission module 300 on both sides (for example, a terminal and a server) that perform communication, an optical transmission system that transmits and receives an optical signal between both optical transmission modules 300 is configured. The

図5Aにおいて、回路基板306上には、半導体レーザ素子を駆動するための正負両電極パターンが形成され、図示の通り、レーザチップを搭載する部分には深さ300μmの凹部306aが設けられている。この凹部306aに、レーザチップ301を搭載したレーザマウント310をはんだで固定する。レーザマウント310の正電極312の平坦部313(図5Bに示す)は、回路基板306上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とワイヤー307aによって電気的に接続される。凹部306aはレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。   In FIG. 5A, a positive and negative electrode pattern for driving a semiconductor laser element is formed on a circuit board 306. As shown in the drawing, a recess 306a having a depth of 300 μm is provided in a portion where a laser chip is mounted. . The laser mount 310 on which the laser chip 301 is mounted is fixed to the recess 306a with solder. A flat portion 313 (shown in FIG. 5B) of the positive electrode 312 of the laser mount 310 is electrically connected to a laser driving positive electrode portion (not shown) on the circuit board 306 by a wire 307a. The recess 306a has a depth that does not hinder the emission of laser light, and the roughness of the surface does not affect the emission angle.

受光素子302は、やはり回路基板306に実装され、ワイヤー307bにより電気信号が取り出される。この他に回路基板306上には、レーザ駆動用/受信信号処理用IC回路308が実装されている。   The light receiving element 302 is also mounted on the circuit board 306, and an electric signal is taken out by the wire 307b. In addition, a laser driving / reception signal processing IC circuit 308 is mounted on the circuit board 306.

次いで、はんだを用いて凹部306aに固定されたレーザマウント310が搭載された部分に、液状のシリコン樹脂309を適量滴下する。シリコン樹脂309中には、光を拡散させるフィラーが混入されている。シリコン樹脂309は表面張力のために凹部306a内に留まり、レーザマウント310を覆って凹部306aに固定される。この第3実施形態では、回路基板306上に凹部306aを設けてレーザマウント310を実装したが、上述のように、シリコン樹脂309は表面張力のためにレーザチップ301表面およびその近傍に留まるので、凹部306aは必ずしも設ける必要はない。   Next, an appropriate amount of liquid silicon resin 309 is dropped onto a portion where the laser mount 310 fixed to the recess 306a is mounted using solder. In the silicon resin 309, a filler that diffuses light is mixed. The silicon resin 309 stays in the recess 306a due to surface tension, covers the laser mount 310, and is fixed to the recess 306a. In this third embodiment, the recess 306a is provided on the circuit board 306 and the laser mount 310 is mounted. However, as described above, the silicon resin 309 stays on the surface of the laser chip 301 and its vicinity because of surface tension. The recess 306a is not necessarily provided.

この後、80℃で約5分間加熱して、シリコン樹脂309がゼリー状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ樹脂モールド303により被覆する。レーザチップ301の上方には、放射角制御のためのレンズ部304が、また、受光素子302の上方には信号光を集光するためのレンズ部305がそれぞれ一体にモールドレンズとして形成される。   Then, it is heated at 80 ° C. for about 5 minutes to be cured until the silicon resin 309 becomes jelly-like. Next, it is covered with a transparent epoxy resin mold 303. Above the laser chip 301, a lens part 304 for controlling the emission angle is formed, and above the light receiving element 302, a lens part 305 for condensing the signal light is integrally formed as a molded lens.

次に、レーザマウント310について、図5Bを用いて説明する。図5Bに示すように、L字型のヒートシンク311にレーザチップ301がインジウム(In)糊材などを用いてダイボンドされている。レーザチップ301は、上記第1実施形態で説明した構成のInGaAs系半導体レーザ素子であり、そのレーザチップ下面301bには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面301aには低反射膜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端面の保護も兼ねている。   Next, the laser mount 310 will be described with reference to FIG. 5B. As shown in FIG. 5B, a laser chip 301 is die-bonded to an L-shaped heat sink 311 using an indium (In) glue material or the like. The laser chip 301 is an InGaAs-based semiconductor laser element having the configuration described in the first embodiment. The laser chip lower surface 301b is coated with a high reflection film, while the laser chip upper surface 301a is coated with a low reflection film. Is coated. These reflective films also serve as protection for the end face of the laser chip.

ヒートシンク311の基部311bには、ヒートシンク311と導通しないように絶縁物により正電極312が固着されている。この正電極312とレーザチップ301の表面のp電極301cとは、金ワイヤー307cによって接続されている。上述のように、このレーザマウント310を、図5Aの回路基板306の負電極(図示せず)にはんだで固定して、正電極312の上部の平坦部313と回路基板306の正電極部(図示せず)とをワイヤー307aで接続する。このような配線の形成により、レーザビーム314を発振により得ることができる光伝送モジュール300が完成する。   A positive electrode 312 is fixed to the base 311 b of the heat sink 311 with an insulator so as not to be electrically connected to the heat sink 311. The positive electrode 312 and the p electrode 301c on the surface of the laser chip 301 are connected by a gold wire 307c. As described above, the laser mount 310 is fixed to the negative electrode (not shown) of the circuit board 306 of FIG. 5A with solder, and the flat part 313 on the upper side of the positive electrode 312 and the positive electrode part ( And a wire 307a. By forming such wiring, the optical transmission module 300 that can obtain the laser beam 314 by oscillation is completed.

この第3実施形態の光伝送モジュール300は、前述の低コストで製造できる1回成長タイプの半導体レーザ素子を使用しているため、そのモジュール単価を従来に比べて大幅に低く抑えることができる。また、高効率で低閾値電流動作が可能な半導体レーザ素子を用いているため、光伝送モジュール300の低消費電力化を図ることができる。   Since the optical transmission module 300 of the third embodiment uses the single growth type semiconductor laser device that can be manufactured at a low cost as described above, the unit price of the module can be significantly reduced as compared with the conventional one. Further, since the semiconductor laser element capable of operating with high efficiency and low threshold current is used, the power consumption of the optical transmission module 300 can be reduced.

上述したように、通信を行う双方の側にそれぞれ同じ光伝送モジュール300を備えることにより、双方の光伝送モジュール300間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。   As described above, by providing the same optical transmission module 300 on both sides that perform communication, an optical transmission system that transmits and receives optical signals between both optical transmission modules 300 is configured.

図6は、この光伝送モジュール300を用いた光伝送システムの構成例を示している。この光伝送システムは、部屋の天井に設置された基地局315に上記光伝送モジュール300を備えると共に、パーソナルコンピュータ316に上記と同じ光伝送モジュール(区別のために符号300´で表す)を備えている。パーソナルコンピュータ316側の光伝送モジュール300´の光源から情報をもって発した光信号は、基地局315側の光伝送モジュール300の受光素子によって受信される。また、基地局315側の光伝送モジュール300の光源から発した光信号は、パーソナルコンピュータ316側の光伝送モジュール300´の受光素子によって受信される。このようにして、光(赤外線)によるデータ通信を実現することができる。   FIG. 6 shows a configuration example of an optical transmission system using the optical transmission module 300. In this optical transmission system, the base station 315 installed on the ceiling of the room includes the optical transmission module 300, and the personal computer 316 includes the same optical transmission module as described above (denoted by reference numeral 300 'for distinction). Yes. An optical signal emitted with information from the light source of the optical transmission module 300 ′ on the personal computer 316 side is received by the light receiving element of the optical transmission module 300 on the base station 315 side. An optical signal emitted from the light source of the optical transmission module 300 on the base station 315 side is received by the light receiving element of the optical transmission module 300 ′ on the personal computer 316 side. In this way, data communication using light (infrared rays) can be realized.

この第3実施形態の光伝送モジュール300は、前述のように安価で製造でき、かつ従来よりも内部損失が低下した半導体レーザ素子を用いているため、低価格で低消費電力な光伝送システムを提供することが可能となる。本光伝送システムを携帯機器に搭載した場合、消費電力が小さいことによって従来の発光素子を搭載した場合に比べて連続動作時間を伸ばすことができ、より便利な携帯型光伝送システムを安価に構築することが可能となる。   As described above, the optical transmission module 300 of the third embodiment uses a semiconductor laser element that can be manufactured at a low cost and has a lower internal loss than the conventional one. Therefore, an optical transmission system with low cost and low power consumption can be obtained. It becomes possible to provide. When this optical transmission system is installed in a portable device, the continuous operation time can be extended compared to the case where a conventional light emitting device is installed due to low power consumption, and a more convenient portable optical transmission system is constructed at a low cost. It becomes possible to do.

尚、本発明の半導体レーザ素子、光ディスク装置および光伝送システムは、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、例えば多重歪量子井戸活性層106を構成する井戸層、障壁層の層厚や層数など、本発明を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得ることはもちろんである。   The semiconductor laser device, the optical disk device, and the optical transmission system of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, the thickness of the well layers and barrier layers constituting the multi-strain quantum well active layer 106 are It goes without saying that various changes such as the number of layers can be made without departing from the scope of the present invention.

図1は本発明の第1実施形態における半導体レーザ素子の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 図2は上記半導体レーザ素子のリッジ部近傍のp側電極の拡大模式図である。FIG. 2 is an enlarged schematic view of the p-side electrode in the vicinity of the ridge portion of the semiconductor laser element. 図3Aは上記半導体レーザ素子の製造工程を説明する断面模式図である。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor laser element. 図3Bは図3Aに続く上記半導体レーザ素子の製造工程を説明する断面模式図である。FIG. 3B is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor laser element following FIG. 3A. 図3Cは図3Bに続く上記半導体レーザ素子の製造工程を説明する断面模式図である。FIG. 3C is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor laser element, following FIG. 3B. 図3Dは図3Cに続く上記半導体レーザ素子の製造工程を説明する断面模式図である。FIG. 3D is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor laser element, following FIG. 3C. 図3Eは波長に対する金属材料の屈折率を示したグラフである。FIG. 3E is a graph showing the refractive index of the metal material with respect to the wavelength. 図3Fは上部電極の最下層の厚みと内部損失の関係を示したグラフである。FIG. 3F is a graph showing the relationship between the thickness of the lowermost layer of the upper electrode and the internal loss. 図4は本発明の第2実施形態における光ディスク装置を説明する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an optical disc apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図5Aは本発明の第3実施形態における光伝送モジュールを説明する模式図である。FIG. 5A is a schematic diagram for explaining an optical transmission module according to a third embodiment of the present invention. 図5Bは上記光伝送モジュールを説明する模式図である。FIG. 5B is a schematic diagram for explaining the optical transmission module. 図6は上記光伝送モジュールを用いた光伝送システムを説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an optical transmission system using the optical transmission module. 図7は従来の半導体レーザ素子を説明する断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor laser element.

符号の説明Explanation of symbols

101…n−GaAs基板
102…n−GaAsバッファ層
103…n−AlGaAs第1下クラッド層
104…n−AlGaAs第2下クラッド層
105…AlGaAs下ガイド層
106…多重歪量子井戸活性層
107…AlGaAs上ガイド層
108…p−AlGaAs第1上クラッド層
109…p−AlGaAs第2上クラッド層
110…p−GaAsエッチングストップ層
111…p−AlGaAs第3上クラッド層
112…p−GaAsコンタクト層
113…p+−GaAsコンタクト層
114…p側電極
114A…最下層
114B…密着性改善層
114C…拡散防止層
114D…低抵抗層
115…化合物層
116…n側電極
117…レジストマスク
118a…メサストライプ部
118b…メサストライプ外領域
130…リッジ部
200…光ディスク装置
201…光ディスク
202…半導体レーザ素子
203…コリメートレンズ
204…ビームスプリッタ
205…λ/4偏光板
206…対物レンズ
207…受光素子用対物レンズ
208…信号検出用受光素子
209…信号光再生回路
300,300´…光伝送モジュール
301…レーザチップ
301a…レーザチップ上面
301b…レーザチップ下面
301c…p電極
302…受光素子
303…エポキシ樹脂モールド
304…レンズ部
305…レンズ部
306…回路基板
306a…凹部
307a,307b,307c…ワイヤー
308…レーザ駆動用/受信信号処理用IC回路
309…シリコン樹脂
310…レーザマウント
311…ヒートシンク
311b…基部
312…正電極
313…平坦部
314…レーザビーム
315…基地局
316…パーソナルコンピュータ
401…n−GaAs基板
402…n−InGaPクラッド層
403…歪量子井戸活性層
404…p−InGaPクラッド層
405…p−InGaAsコンタクト層
406…p電極
407…n電極
408…ショットキー接合部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... n-GaAs substrate 102 ... n-GaAs buffer layer 103 ... n-AlGaAs first lower cladding layer 104 ... n-AlGaAs second lower cladding layer 105 ... AlGaAs lower guide layer 106 ... Multiple strain quantum well active layer 107 ... AlGaAs Upper guide layer 108 ... p-AlGaAs first upper cladding layer 109 ... p-AlGaAs second upper cladding layer 110 ... p-GaAs etching stop layer 111 ... p-AlGaAs third upper cladding layer 112 ... p-GaAs contact layer 113 ... p + -GaAs contact layer 114... p-side electrode 114A... bottom layer 114B... adhesion improving layer 114C .. diffusion prevention layer 114D .. low resistance layer 115 ... compound layer 116 ... n-side electrode 117 ... resist mask 118a ... mesa stripe portion 118b ... Mesa stripe outer region 130 ... Ridge portion 200 ... Optical disc device 201 ... Optical disc 2 DESCRIPTION OF SYMBOLS 02 ... Semiconductor laser element 203 ... Collimating lens 204 ... Beam splitter 205 ... (lambda) / 4 polarizing plate 206 ... Objective lens 207 ... Light receiving element objective lens 208 ... Signal detection light receiving element 209 ... Signal light reproduction circuit 300,300 '... Light Transmission module 301 ... Laser chip 301a ... Laser chip upper surface 301b ... Laser chip lower surface 301c ... P electrode 302 ... Light receiving element 303 ... Epoxy resin mold 304 ... Lens portion 305 ... Lens portion 306 ... Circuit substrate 306a ... Recesses 307a, 307b, 307c ... Wire 308 ... Laser drive / received signal processing IC circuit 309 ... Silicon resin 310 ... Laser mount 311 ... Heat sink 311b ... Base 312 ... Positive electrode 313 ... Flat part 314 ... Laser beam 315 ... Base station 316 ... Personal computer 401 ... n -GaAs substrate 402 ... n-InGaP cladding layer 403 ... strain quantum well active layer 404 ... p-InGaP cladding layer 405 ... p-InGaAs contact layer 406 ... p electrode 407 ... n electrode 408 ... Schottky junction

Claims (12)

第1導電型の基板上に、少なくとも活性層と第2導電型の半導体層群を有し、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成しているリッジ導波型半導体レーザ素子であって、
上記第2導電型の半導体層群上に形成され、上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の側面、または、上記リッジ部を除く上記第2導電型の半導体層群の領域の上記リッジ部近傍の表面の少なくとも一方に接する多層構造の上部電極を備え、
上記上部電極の少なくとも最下層において発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
On the first conductivity type substrate, at least an active layer and a second conductivity type semiconductor layer group are provided, and a part of the upper side of the second conductivity type semiconductor layer group forms a striped ridge portion. A ridge waveguide semiconductor laser element,
The ridge formed on the second conductivity type semiconductor layer group and on the side surface of the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group or in the region of the second conductivity type semiconductor layer group excluding the ridge portion. A multi-layered upper electrode in contact with at least one of the surfaces in the vicinity of the part,
A semiconductor laser device having a refractive index with respect to an oscillation laser beam of 1.0 or less in at least a lowermost layer of the upper electrode.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
上記発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下である上記上部電極の最下層の膜厚が30nm以上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 a refractive index with respect to the oscillation laser beam is 1.0 or less, and a film thickness of a lowermost layer of the upper electrode is 30 nm or more.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
上記上部電極の最下層が、Au,Ag,CuまたはAlのうちの少なくとも1つからな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 lowermost layer of the upper electrode is made of at least one of Au, Ag, Cu, or Al.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
上記上部電極の最下層上には、少なくとも密着性改善層と拡散防止層および低抵抗層の3層が順次積層され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 at least three layers of an adhesion improving layer, a diffusion prevention layer, and a low resistance layer are sequentially laminated on the lowermost layer of the upper electrode.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の最上部と上記上部電極とがオーミック接合を形成しており、かつ、上記リッジ部の最上部以外の領域の少なくとも一部と上記上部電極とがショットキー接合を形成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,
The uppermost portion of the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group and the upper electrode form an ohmic junction, and at least a part of the region other than the uppermost portion of the ridge portion and the upper electrode are A semiconductor laser element characterized in that a Schottky junction is formed.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の最上部が第2導電型のドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層であり、
上記第2導電型の半導体層群のリッジ部の最上部以外の領域の少なくとも一部が第2導電型のドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層であり、
上記上部電極と上記高濃度半導体層との界面に、上記上部電極の構成元素と上記高濃度半導体層の構成元素からなる高濃度側の化合物層が形成され、
上記上部電極と上記低濃度半導体層との界面に、上記上部電極の材料と上記低濃度半導体層の構成元素からなる低濃度側の化合物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。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The uppermost part of the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group is a high concentration semiconductor layer having a second conductivity type doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more,
At least part of the region other than the uppermost portion of the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group is a low concentration semiconductor layer having a second conductivity type doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less,
At the interface between the upper electrode and the high-concentration semiconductor layer, a high-concentration compound layer composed of the constituent elements of the upper electrode and the constituent elements of the high-concentration semiconductor layer is formed
A semiconductor laser element, wherein a compound layer on a low concentration side composed of a material of the upper electrode and constituent elements of the low concentration semiconductor layer is formed at an interface between the upper electrode and the low concentration semiconductor layer.
請求項6に記載の半導体レーザ素子において、
上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体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。
The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
A semiconductor laser element, wherein a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is formed between the low-concentration semiconductor layer and the active layer.
第1導電型の基板上に活性層を形成する工程と、
上記活性層上に第2導電型の半導体層群を形成する工程と、
上記第2導電型の半導体層群の一部を除去してリッジ部を形成する工程と、
上記第2導電型の半導体層群上に、発振レーザ光に対する屈折率が1.0以下である金属材料を最下層に用いて上部電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Forming an active layer on a substrate of a first conductivity type;
Forming a second conductivity type semiconductor layer group on the active layer;
Removing a part of the second conductivity type semiconductor layer group to form a ridge portion;
Forming a top electrode on the second conductivity type semiconductor layer group using a metal material having a refractive index with respect to the oscillation laser light of 1.0 or less as a lowermost layer. Manufacturing method.
請求項8に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記リッジ部の最上部としてドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層を形成し、少なくとも上記リッジ部以外の領域にドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層を形成する工程を有し、
上記上部電極を形成する工程の後に熱処理を行うことによって、上記第2導電型の半導体層群と上記上部電極の界面に化合物層を形成す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 8,
In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed as an uppermost portion of the ridge portion, and at least in a region other than the ridge portion. Forming a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less,
A method of manufacturing a semiconductor laser device comprising a step of forming a compound layer at an interface between the second conductive type semiconductor layer group and the upper electrode by performing a heat treatment after the step of forming the upper electrode. .
請求項9に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層を形成す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 9,
In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more between the low concentration semiconductor layer and the active layer. Forming a semiconductor laser element.
請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする光ディスク装置。   8. An optical disc apparatus using the semiconductor laser element according to claim 1. 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする光伝送システム。
8. An optical transmission system using the semiconductor laser device according to claim 1.
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