JP2006054426A - Self-oscillation semiconductor laser device - Google Patents

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謙司 下山
Takashi Fukada
崇 深田
Yoji Tokumitsu
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device which has a low element resistance, a low thermal resistance, a low passage resistance, and a small operating current; and is capable of self oscillation. <P>SOLUTION: The self-oscillation semiconductor laser device comprises at least a first-conductivity-type clad layer, an active layer, a second conductivity-type first clad layer, a second-conductivity-type second clad layer having a stripe-like ridge structure, a current block layer so formed on the second-conductivity-type first clad layer as to sandwich the both ridge side surfaces, and a second-conductivity-type third clad layer formed on the ridge of the second-conductivity-type second clad layer and the current block layer in the vicinity of the ridge, all formed on the substrate and the cross section of the ridge perpendicular to the longitudinal direction of the stripe of the ridge structure is a trapezoid satisfying the following relation; 0.05<h/[(a+b)/2]<0.5 (h is the height of the cross section, a is the upper base of the cross section, and b is the lower base of the cross section). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基本横モードで発振することが可能な半導体レーザとして好適な構造を有する半導体レーザ装置に関し、特に素子抵抗、熱抵抗、通過抵抗および動作電流がいずれも低く、自励発振が可能な半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device having a structure suitable as a semiconductor laser capable of oscillating in a fundamental transverse mode, and in particular, the element resistance, thermal resistance, passage resistance, and operating current are all low, and self-oscillation is possible. The present invention relates to a semiconductor laser device.

光ディスクの読み取り用光源としては、光ディスクからの戻り光ノイズに強い自励発振型半導体レーザ(波長マルチモード)が好適である。自励発振型半導体レーザとしては、従来、図5(a)、(b)に示すような半導体電流ブロック層を用いたインナーストライプ型レーザが用いられていた。光吸収層が存在しない構造では、自励発振は、通常、活性層の内部に過飽和吸収域を形成することにより達成される。過飽和吸収域は、電流注入領域よりも光分布を広げることにより、図5(a)、(b)に示すようにリッジ又はグルーブ直下の両脇の部分に形成することができる。この過飽和吸収域では、キャリアの発生(発光)とキャリアの消失(消光)が短時間サイクルで繰り返されるために、縦モードがマルチ(波長マルチモード)になり、低ノイズ化が実現できる。この半導体レーザ装置の戻り光ノイズを低減させるために、半導体レーザの自励発振現象を利用して縦マルチモード発振させる方法が開発されており、例えば特許文献1(特開昭63−202083号公報)にその詳細が記載されている。   As a light source for reading an optical disk, a self-excited oscillation type semiconductor laser (wavelength multimode) that is resistant to return light noise from the optical disk is suitable. As the self-excited oscillation type semiconductor laser, an inner stripe type laser using a semiconductor current blocking layer as shown in FIGS. 5A and 5B has been conventionally used. In a structure in which no light absorption layer exists, self-excited oscillation is usually achieved by forming a saturable absorption region inside the active layer. The supersaturated absorption region can be formed on both sides immediately below the ridge or groove as shown in FIGS. 5A and 5B by broadening the light distribution compared to the current injection region. In this supersaturated absorption region, carrier generation (light emission) and carrier disappearance (quenching) are repeated in a short cycle, so that the longitudinal mode becomes multi (wavelength multi mode), and low noise can be realized. In order to reduce the return light noise of this semiconductor laser device, a method of oscillating longitudinal multimode using the self-excited oscillation phenomenon of the semiconductor laser has been developed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-202083 ) For details.

最近、ディジタルビデオディスクを中心とする記録密度向上のために、情報処理用光源として従来のAlGaAs(波長780nm近傍)に代わって、AlGaInP系を用いた可視(通常630〜690nm帯)レーザが実用化され始めている。AlGaInP系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオード(LD)一例としては、図6に模型的に示す構造を有するものがある。   Recently, a visible (usually 630-690 nm band) laser using an AlGaInP system has been put into practical use as a light source for information processing, in place of the conventional AlGaAs (wavelength near 780 nm), in order to improve the recording density centered on digital video discs. Being started. An example of a conventional semiconductor laser diode (LD) using an AlGaInP-based semiconductor material has a structure schematically shown in FIG.

図6において、601はn型GaAs基板、602は基板601上に形成されたn型AlGaInPからなるクラッド層、603はAlGaInPからなる活性層、604はp型AlGaInPからなるクラッド層、605はn型GaAsからなる電流阻止(ブロック)層、606はコンタクト層である。ここでは、AlGaInP活性層603のエネルギーギャップが、AlGaInPクラッド層602及び604のエネルギーギャップより小さくなるように混晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしている。電流阻止層605は、レーザ発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる電流狭窄を行う目的で設けられる。電流阻止層605は、層604を選択エッチングしてリッジを形成した後、SiNxなどのアモルファス膜を用いて選択成長させることによって形成する。   In FIG. 6, 601 is an n-type GaAs substrate, 602 is a clad layer made of n-type AlGaInP formed on the substrate 601, 603 is an active layer made of AlGaInP, 604 is a clad layer made of p-type AlGaInP, and 605 is an n-type. A current blocking (block) layer 606 made of GaAs is a contact layer. Here, the mixed crystal ratio is set so that the energy gap of the AlGaInP active layer 603 is smaller than the energy gap of the AlGaInP cladding layers 602 and 604, and a double heterostructure is formed. The current blocking layer 605 is provided for the purpose of so-called current confinement in order to obtain a current density necessary for laser oscillation. The current blocking layer 605 is formed by selectively etching the layer 604 to form a ridge and then selectively growing it using an amorphous film such as SiNx.

従来のAlGaAs系(波長780nm近傍)のレーザにおいては、CSP構造、V−SIS構造、SAS構造等により低ノイズ化が実現されている。例えば、非特許文献1(東芝レビュー40巻7号、第576〜578項)では、電流狭窄によって活性層に電流注入のストライプを形成し、活性層においてそのストライプの両側に過飽和吸収体領域が生じるようにしている。これによって、活性層中にて光とキャリアの相互作用による発光部の屈折率の振動によってレーザ発振の開始と停止の繰り返し、すなわち自励発振を起こさせている。   In a conventional AlGaAs-based (wavelength near 780 nm) laser, low noise is realized by a CSP structure, a V-SIS structure, a SAS structure, and the like. For example, in Non-Patent Document 1 (Toshiba Review No. 40, No. 7, paragraphs 576 to 578), a current injection stripe is formed in the active layer by current confinement, and a saturable absorber region is generated on both sides of the stripe in the active layer. I am doing so. As a result, laser oscillation is repeatedly started and stopped, that is, self-excited oscillation is caused by the vibration of the refractive index of the light emitting portion due to the interaction of light and carriers in the active layer.

ところが、活性層中に過飽和吸収体を形成する方法を図6に示すような従来のAlGaInP系を用いた可視(通常630〜690nm帯)レーザに適用すると、電流ブロック層直下でのpクラッド層領域での電流拡がりが増加することによって、過度のキャリア注入により過飽和吸収体としての機能が低下し、高温領域まで安定に自励発振を実現することが困難であることが、非特許文献2(平成6年秋期応用物理学会学術講演会予稿集20p−S−15)、非特許文献3(平成7年春期応用物理学関係連合講演会予稿集28a−ZG−9)において報告されている。そこで、図7に示すように活性層外部に発振光と同程度のバンドギャップを有する過飽和吸収層を備えたAlGaInP系自励発振レーザが、特許文献2(特開平7−263794号公報)等に開示されており、非特許文献4(H.Adachi,et al., Self-sustained pulsation in 650nm-band AlGaInP visible laser diode with highly doped suturable absorbing layer, IEEE Photon.Technol.Lett.7,p1406(1995))において、自励発振が60℃の高温まで確認されている。しかしながら、過飽和吸収層を挿入する方法では、図8に示すように発振立ち上がりに光出力の急峻な遷移が観測されている。このため、光ディスクドライブ装置に組み込んでレーザ出力を一定になるように制御するときに、自動パワー制御(APC)を低出力の領域で使用するとAPC回路が発振してしまい、パワー制御ができなくなるという問題が発生してしまう可能性がある。さらに、過飽和吸収層を採用することにより、過飽和吸収域でのロスのために発振しきい値電流を大幅に上昇させてしまったり、過飽和吸収層のバンドギャップを変化させてしまったり、過飽和吸収層と活性層との間の距離に大きく依存するために厳しく再現性や均一性などが要求されるために歩留まりが低くなりやすくなってしまう等の問題も生じていた。   However, if the method of forming a saturable absorber in the active layer is applied to a visible (usually 630 to 690 nm band) laser using a conventional AlGaInP system as shown in FIG. 6, the p-clad layer region immediately below the current blocking layer It is difficult to realize self-oscillation stably up to a high temperature region because the function of the saturable absorber is reduced due to excessive carrier injection due to an increase in current spread in the non-patent document 2 (Heisei 20). This is reported in the 6th Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics (20p-S-15) and Non-Patent Document 3 (2007 Spring Applied Physics Related Joint Proceedings 28a-ZG-9). Therefore, as shown in FIG. 7, an AlGaInP-based self-pulsation laser having a saturable absorption layer having a band gap comparable to that of oscillation light outside the active layer is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-263794) and the like. Non-Patent Document 4 (H. Adachi, et al., Self-sustained pulsation in 650 nm-band AlGaInP visible laser diode with highly doped suturable absorbing layer, IEEE Photon. Technol. Lett. 7, p1406 (1995) ), Self-oscillation has been confirmed to a high temperature of 60 ° C. However, in the method of inserting the saturable absorption layer, a steep transition of the optical output is observed at the rising edge of oscillation as shown in FIG. For this reason, when automatic power control (APC) is used in a low output region when the laser output is controlled to be constant by being incorporated in an optical disk drive device, the APC circuit oscillates and power control becomes impossible. Problems can occur. In addition, by adopting a supersaturated absorption layer, the oscillation threshold current may be significantly increased due to loss in the supersaturated absorption region, the band gap of the supersaturated absorption layer may be changed, and the supersaturated absorption layer. Since the distance greatly depends on the distance between the active layer and the active layer, reproducibility, uniformity and the like are strictly required, so that the yield tends to be lowered.

上記の過飽和吸収層を備えたAlGaInP系を用いた可視光(通常630〜690nm)自励発振型レーザの実用上の大きな問題を解決するには、従来のAlGaAs系(波長780nm近傍)のレーザと同様に、活性層中に過飽和吸収体を安定に形成する方法により、高温領域まで安定に自励発振を実現することが望ましいと考えられる。   In order to solve a large practical problem of a visible light (usually 630 to 690 nm) self-excited oscillation type laser using an AlGaInP system having a supersaturated absorption layer, a conventional AlGaAs (wavelength of 780 nm) laser and Similarly, it is considered desirable to stably realize self-excited oscillation up to a high temperature region by a method of stably forming a saturable absorber in the active layer.

ところが、図9に示す従来のAlGaInP系半導体材料を用いたLD(以下「従来型LD」という)は、p型第3クラッド層906が電流阻止層907で挟まれ、p型第3クラッド層906のリッジ部分で電流が狭窄される構造を有するため、一般に通過抵抗、熱抵抗および素子抵抗が高い。そのため、従来型LDは、高電流注入時に素子の発熱量が増加し、活性層の温度が上昇し、自励発振が起こりにくくなり、特に高温まで安定に自励発振動作を行なうのは非常に困難となる等の問題があった。   However, in the LD using the conventional AlGaInP-based semiconductor material shown in FIG. 9 (hereinafter referred to as “conventional LD”), the p-type third cladding layer 906 is sandwiched between the current blocking layers 907, and the p-type third cladding layer 906 is interposed. Since the current is confined at the ridge portion, generally, the passage resistance, thermal resistance and element resistance are high. Therefore, in the conventional LD, the amount of heat generated by the element increases at the time of high current injection, the temperature of the active layer rises, and the self-excited oscillation hardly occurs. There were problems such as difficulty.

また従来型LDは、p型クラッド層904、906において、p型不純物として亜鉛が用いられている。亜鉛はAlGaInP結晶中で拡散し易い性質を有しているため、エピタキシャル成長を繰り返している間に、p型クラッド層中の亜鉛が活性層に拡散してしまうことがしばしば発生する。このように活性層に亜鉛が拡散してしまうと、活性層の結晶性が劣悪化し、寿命が短くなる。一方、拡散を防ぐために亜鉛濃度を低くすると、動作電圧が高くなり、レーザ発振が困難になる。   In the conventional LD, zinc is used as a p-type impurity in the p-type cladding layers 904 and 906. Since zinc has the property of easily diffusing in the AlGaInP crystal, zinc in the p-type cladding layer often diffuses into the active layer during repeated epitaxial growth. When zinc diffuses into the active layer in this way, the crystallinity of the active layer is deteriorated and the life is shortened. On the other hand, if the zinc concentration is lowered to prevent diffusion, the operating voltage increases and laser oscillation becomes difficult.

さらに、従来型LDにおいて、n型クラッド層およびp型クラッド層は、発光する光を活性層内に閉じ込めるために、活性層よりもAl組成を大きくしたダブルへテロ構造がとられている。しかるに、光の閉じ込めを強くするために、例えばp型クラッド層のAl量を大きくすると、キャリア濃度が下がってしまい、その結果、素子抵抗が高くなり、駆動電流が高くなるという問題があった。一方、逆に駆動電流を低くするために、p型クラッド層内のAl量を少なくすると、光閉じ込めやキャリア閉じ込めが弱くなり、発光効率が悪くなるという問題があった。   Further, in the conventional LD, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer have a double hetero structure having an Al composition larger than that of the active layer in order to confine emitted light in the active layer. However, for example, when the amount of Al in the p-type cladding layer is increased in order to increase the light confinement, the carrier concentration decreases, resulting in a problem that the device resistance increases and the drive current increases. On the other hand, if the amount of Al in the p-type cladding layer is decreased in order to reduce the drive current, there is a problem that light confinement and carrier confinement become weak and the light emission efficiency deteriorates.

上記問題を解決するために、これまでにいくつかの半導体レーザ装置が開発されている。例えば、特許文献3(特開平7−297483号公報)には、素子抵抗を低減させるために、高濃度にドーピングしたp型第2クラッド層(リッジ:電流狭窄部)を有する半導体レーザが記載されている。しかし、エピタキシャル成長の間や通電中に亜鉛などのp型ドーパントが活性層に拡散し、素子特性の劣化や信頼性の低下を招くという欠点がある。一方、特許文献4(特開平11−26880号公報)には、p型ドーパントの活性層への拡散を防止するために、p型第2クラッド層(リッジ:電流狭窄部)と活性層との間にキャリア拡散抑制層を設けた半導体レーザ装置が記載されている。しかるに、ここに記載のキャリア拡散抑制層は、成長温度、結晶性などによるp型ドーパントの拡散状態の変化により十分対応できず、さらに素子特性にバラツキがあり、信頼性の再現性に問題があった。さらに、特許文献5(特開平11−87832号公報)には、p型ドーパントの活性層への拡散を防止するために、p型クラッド層と活性層との間に、p型クラッド層と活性層との中間のバンドギャップを有する層を形成した半導体レーザが記載されている。しかし、この半導体レーザは、リッジ部分のエッチングプロセスが複雑であり、かつエッチングによりリッジ部の側面上部に窪みが発生するなど安定したリッジ形状を形成することが困難であるという欠点があった。   In order to solve the above problems, several semiconductor laser devices have been developed so far. For example, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-297483) describes a semiconductor laser having a p-type second cladding layer (ridge: current confinement portion) doped at a high concentration in order to reduce device resistance. ing. However, there is a drawback in that a p-type dopant such as zinc diffuses into the active layer during epitaxial growth or during energization, leading to deterioration of device characteristics and reliability. On the other hand, in Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-26880), in order to prevent diffusion of a p-type dopant into the active layer, a p-type second cladding layer (ridge: current confinement portion) and an active layer are provided. A semiconductor laser device is described in which a carrier diffusion suppression layer is provided therebetween. However, the carrier diffusion suppression layer described here cannot sufficiently cope with the change in the diffusion state of the p-type dopant due to the growth temperature, crystallinity, etc., and further has variations in device characteristics, and there is a problem in reliability reproducibility. It was. Further, in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-87832), in order to prevent diffusion of the p-type dopant into the active layer, the p-type cladding layer and the active layer are interposed between the p-type cladding layer and the active layer. A semiconductor laser in which a layer having an intermediate band gap with the layer is formed is described. However, this semiconductor laser has the disadvantages that the etching process of the ridge portion is complicated and that it is difficult to form a stable ridge shape, for example, a depression is generated in the upper part of the side surface of the ridge portion.

一方、従来型LDは、通常、[−110]方向にストライプ状のリッジを形成することにより基本横モードを制御している(非特許文献5:藤井他、エレクトロニクスレターズ誌第23巻、第18号、938−939頁)。リッジのストライプ方向を[−110]方向に選ぶことにより、[110]方向と比べてAlGaInP秩序結晶からなる活性層の発光効率が向上し、しきい値電流密度が低下できるためである。しかし、より高出力で基本横モードを行うために、リッジ幅をより狭く、かつリッジ高さをより高くする必要があり、[−110]方向ではリッジ内に大きなジュール熱が発生するという問題があった。   On the other hand, the conventional LD usually controls the fundamental transverse mode by forming a striped ridge in the [−110] direction (Non-patent Document 5: Fujii et al., Electronics Letters Vol. 23, No. 18). No., pages 938-939). This is because by selecting the ridge stripe direction in the [−110] direction, the luminous efficiency of the active layer made of the AlGaInP ordered crystal can be improved and the threshold current density can be lowered as compared with the [110] direction. However, in order to perform the basic transverse mode at a higher output, it is necessary to make the ridge width narrower and the ridge height higher, and there is a problem that large Joule heat is generated in the ridge in the [−110] direction. there were.

リッジ形成方向における上記問題を解決するために、ストライプ状リッジを[110]方向に形成した半導体レーザがこれまでに開発されている(特許文献6:特開平7−193313号公報)。しかるに、ここに記載のリッジ構造は、逆メサ形状であり、この逆メサ形状のp型第3クラッド層を形成するために、無秩序状態で高温成長(700〜850℃)させる必要がある。無秩序状態にするために高温で成長させると、その成長過程にp型ドーパントが活性層に拡散し、活性層の結晶性が劣悪化し、寿命が短くなり、信頼性の低下を招くため好ましくない。
特開昭63−202083号公報 特開平7−263794号公報 特開平7−297483号公報 特開平11−26880号公報 特開平11−87832号公報 特開平7−193313号公報 東芝レビュー40巻7号、第576〜578項 平成6年秋期応用物理学会学術講演会予稿集20p−S−15 平成7年春期応用物理学関係連合講演会予稿集28a−ZG−9 IEEE Photon.Technol.Lett.7,p1406(1995) エレクトロニクスレターズ誌第23巻、第18号、938−939頁
In order to solve the above problem in the ridge formation direction, a semiconductor laser having a stripe-shaped ridge formed in the [110] direction has been developed so far (Patent Document 6: Japanese Patent Laid-Open No. 7-193313). However, the ridge structure described here has an inverted mesa shape, and in order to form the inverted mesa shaped p-type third cladding layer, it is necessary to perform high temperature growth (700 to 850 ° C.) in a disordered state. It is not preferable to grow at a high temperature in order to make the disordered state because the p-type dopant diffuses into the active layer during the growth process, the crystallinity of the active layer is deteriorated, the life is shortened, and the reliability is lowered.
JP 63-202083 A JP-A-7-263794 Japanese Patent Laid-Open No. 7-297483 JP-A-11-26880 Japanese Patent Laid-Open No. 11-87832 JP-A-7-193313 TOSHIBA REVIEW 40 vol.7, 576-578 Proceedings of the 1994 Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics 20p-S-15 Proceedings of Joint Lecture on Applied Physics in the Spring of 1995 28a-ZG-9 IEEE Photon. Technol. Lett. 7, p1406 (1995) Electronics Letters Vol. 23, No. 18, pp. 938-939

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、素子抵抗、熱抵抗、通過抵抗および動作電流がいずれも小さく、かつ自励発振が可能な半導体レーザ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device in which all of element resistance, thermal resistance, passage resistance, and operating current are small, and capable of self-oscillation. There is.

本発明者は、上記従来技術の課題を解決するために、リッジ構造を有する半導体装置の構造につき鋭意検討を進めた結果、レーザ構造の光導波を実屈折率ガイドとし、活性層内に過飽和吸収体を形成し、かつリッジ構造を特定の条件を満たすように構成することにより、活性層での発熱を低減でき、高温領域(少なくとも75℃以上)まで安定な自励発振特性が得られ、かつ自励発振が可能な半導体レーザ装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-described problems of the prior art, the present inventor has made extensive studies on the structure of a semiconductor device having a ridge structure. By forming the body and configuring the ridge structure so as to satisfy a specific condition, heat generation in the active layer can be reduced, and stable self-oscillation characteristics can be obtained up to a high temperature region (at least 75 ° C. or more), and The present inventors have found that a semiconductor laser device capable of self-oscillation can be obtained and completed the present invention.

すなわち、本発明の課題は以下の構成を有する自励発振型半導体レーザ装置により達成される。
[1]基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第2導電型第1クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第2導電型第3クラッド層とから少なくとも構成されており、前記リッジ構造のストライプ長手方向に直交する横断面が下記式を満足する台形である自励発振型半導体レーザ装置。
0.05 < h/[(a+b)/2] < 0.5
(上式において、hは横断面の高さ、aは横断面の上底、bは横断面の下底である。)
[2]前記横断面が、上底よりも下底が長い台形である[1]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[3]前記横断面が、上底が0.4μm〜4μmの台形である[1]または[2]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[4]前記横断面が、高さが0.2μm〜1.5μmの台形である[1]〜[3]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[5]前記横断面の形状が左右非対称である[1]〜[4]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[6]基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第2導電型第1クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第2導電型第3クラッド層とから少なくとも構成されており、25℃での直流駆動において単一横モード発振で最大光出力が5mW以上である自励発振型半導体レーザ装置。
[7]前記最大光出力が10mW以上である[6]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[8]光出力密度が0.3mW/μm2以上である[6]または[7]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[9]基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第2導電型第1クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第2導電型第3クラッド層とから少なくとも構成されており、直流駆動で70℃において5mW以上の出力で自励発振する自励発振型半導体レーザ装置。
[10]75℃において5mW以上の出力で自励発振する[9]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[11]70℃において10mW以上の出力で自励発振する[9]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[12]75℃において10mW以上の出力で自励発振する[9]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[13]直流駆動で25℃における発振しきい値電流が45mA以下である[9]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[14]前記電流阻止層の厚さが、前記第2導電型第2クラッド層よりも薄い[1]〜[13]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[15]前記電流阻止層の屈折率が前記第2導電型第2クラッド層の屈折率より小さい[1]〜[14]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[16]前記電流阻止層がAlGaInP、AlInP、AlGaAsおよびAlGaAsPからなる群から選ばれる一種で構成されている[1]〜[15]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[17]前記電流阻止層がAlGaAs又はAlGaAsPで構成されている[16]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[18]前記リッジ構造上に酸化抑制層を有する[1]〜[17]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[19]前記酸化抑制層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている[18]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[20]前記第2導電型第2クラッド層と前記酸化抑制層がともにAlGaInPで構成されている[18]または[19]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[21]前記第2導電型第3クラッド層の屈折率が前記第2導電型第2クラッド層の屈折率より小さい[1]〜[20]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[22]前記第2導電型第3クラッド層の構成元素が前記第2導電型第2クラッド層の構成元素と異なる[1]〜[21]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[23]前記第2導電型第3クラッド層の抵抗率が前記第2導電型第2クラッド層の抵抗率より小さい[1]〜[22]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[24]前記第2導電型第3クラッド層がAlGaAsまたはAlGaAsPで構成されている[1]〜[23]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[25]前記電流阻止層の上に表面保護層を有する[1]〜[24]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[26]前記表面保護層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている[25]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[27]前記活性層が構成元素として少なくともGaとInとを含有するか、または少なくともAlとInとを含有する[1]〜[26]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[28]前記活性層が、自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を含む[1]〜[27]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[29]前記基板が(100)面と等価な面からオフアングルを有する[1]〜[28]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[30]前記基板のオフアングルの方向が、前記ストライプ状のリッジ構造のストライプ長手方向に直交する方向から±30°以内である[29]に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[31]共振器長が150μm〜450μmである[1]〜[30]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[32]前記自励発振型半導体レーザ装置が半導体レーザである[1]〜[31]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
[33]基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成された第2導電型第2クラッド層とから少なくとも構成される積層体を用意し、該積層体の前記第2導電型第2クラッド層上にストライプ状の保護膜を形成し、前記第2導電型第2クラッド層を部分的にエッチングすることにより前記第2導電型第2クラッド層をストライプ状のリッジ構造に成形し、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように電流阻止層を形成し、前記保護層を除去し、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に第2導電型第3クラッド層を形成する工程を含む、[1]〜[32]のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。
[34]前記電流阻止層の形成後に、前記電流阻止層上に表面保護層を形成する工程をさらに有する[33]に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。
That is, the object of the present invention is achieved by a self-excited oscillation type semiconductor laser device having the following configuration.
[1] A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and an active layer formed on the active layer A second conductivity type first cladding layer; a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer; and the second conductivity type second cladding layer. A current blocking layer formed on the second conductivity type first cladding layer so as to sandwich both side surfaces of the ridge, and on the ridge of the second conductivity type second cladding layer and on the current blocking layer in the vicinity of the ridge A self-pulsation type semiconductor laser device comprising at least a second-conductivity-type third clad layer formed in the shape of a trapezoid whose transverse section perpendicular to the stripe longitudinal direction of the ridge structure satisfies the following formula.
0.05 <h / [(a + b) / 2] <0.5
(In the above equation, h is the height of the cross section, a is the upper base of the cross section, and b is the lower base of the cross section.)
[2] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [1], wherein the transverse section is a trapezoid whose lower base is longer than the upper base.
[3] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [1] or [2], wherein the cross section is a trapezoid having an upper base of 0.4 μm to 4 μm.
[4] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [3], wherein the cross section is a trapezoid having a height of 0.2 μm to 1.5 μm.
[5] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [4], wherein a shape of the cross section is asymmetrical.
[6] A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and formed on the active layer A second conductivity type first cladding layer; a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer; and the second conductivity type second cladding layer. A current blocking layer formed on the second conductivity type first cladding layer so as to sandwich both side surfaces of the ridge, and on the ridge of the second conductivity type second cladding layer and on the current blocking layer in the vicinity of the ridge A self-pulsation type semiconductor laser device comprising at least a second conductivity type third clad layer formed on the substrate and having a maximum optical output of 5 mW or more in a single transverse mode oscillation in direct current drive at 25 ° C.
[7] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [6], wherein the maximum light output is 10 mW or more.
[8] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [6] or [7], wherein the optical output density is 0.3 mW / μm 2 or more.
[9] A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and formed on the active layer A second conductivity type first cladding layer; a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer; and the second conductivity type second cladding layer. A current blocking layer formed on the second conductivity type first cladding layer so as to sandwich both side surfaces of the ridge, and on the ridge of the second conductivity type second cladding layer and on the current blocking layer in the vicinity of the ridge A self-pulsation type semiconductor laser device which is composed of at least a second-conductivity-type third clad layer formed on the substrate and oscillates at a power of 5 mW or more at 70 ° C. by direct current drive.
[10] The self-pulsation semiconductor laser device according to [9], which self-oscillates at 75 ° C. with an output of 5 mW or more.
[11] The self-pulsation semiconductor laser device according to [9], which self-oscillates at 70 ° C. with an output of 10 mW or more.
[12] The self-pulsation semiconductor laser device according to [9], which self-oscillates at 75 ° C. with an output of 10 mW or more.
[13] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [9], wherein the oscillation threshold current at 25 ° C. is 45 mA or less by direct current drive.
[14] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [13], wherein the current blocking layer is thinner than the second conductivity type second cladding layer.
[15] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [14], wherein a refractive index of the current blocking layer is smaller than a refractive index of the second conductive type second cladding layer.
[16] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [15], wherein the current blocking layer is made of one selected from the group consisting of AlGaInP, AlInP, AlGaAs, and AlGaAsP.
[17] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [16], wherein the current blocking layer is made of AlGaAs or AlGaAsP.
[18] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [17], which has an oxidation suppression layer on the ridge structure.
[19] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [18], wherein the oxidation suppression layer is made of a material having a larger band gap than the material of the active layer.
[20] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [18] or [19], wherein both the second conductivity type second cladding layer and the oxidation suppression layer are made of AlGaInP.
[21] The self-oscillation type semiconductor according to any one of [1] to [20], wherein a refractive index of the second conductive type third cladding layer is smaller than a refractive index of the second conductive type second cladding layer. Laser device.
[22] The self-oscillation type semiconductor according to any one of [1] to [21], wherein a constituent element of the second conductivity type third cladding layer is different from a constituent element of the second conductivity type second cladding layer. Laser device.
[23] The self-excited oscillation semiconductor according to any one of [1] to [22], wherein the resistivity of the second conductivity type third cladding layer is smaller than the resistivity of the second conductivity type second cladding layer. Laser device.
[24] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [23], wherein the second conductivity type third cladding layer is made of AlGaAs or AlGaAsP.
[25] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [24], wherein a surface protective layer is provided on the current blocking layer.
[26] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [25], wherein the surface protective layer is made of a material having a larger band gap than the material of the active layer.
[27] The self-pulsation type semiconductor laser according to any one of [1] to [26], wherein the active layer contains at least Ga and In as constituent elements, or contains at least Al and In. apparatus.
[28] The self-pulsation semiconductor laser device according to any one of [1] to [27], wherein the active layer includes a saturable absorber having a volume necessary for self-pulsation.
[29] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [28], wherein the substrate has an off-angle from a plane equivalent to the (100) plane.
[30] The self-pulsation type semiconductor laser device according to [29], wherein the off-angle direction of the substrate is within ± 30 ° from the direction orthogonal to the stripe longitudinal direction of the stripe-shaped ridge structure.
[31] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [30], wherein the resonator length is 150 μm to 450 μm.
[32] The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [1] to [31], wherein the self-pulsation type semiconductor laser device is a semiconductor laser.
[33] A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and formed on the active layer A laminate comprising at least a second conductivity type first cladding layer and a second conductivity type second cladding layer formed on the second conductivity type first cladding layer is prepared, and A stripe-shaped protective film is formed on the second-conductivity-type second clad layer, and the second-conductivity-type second clad layer is partially etched to form the second-conductivity-type second clad layer in a stripe-shaped ridge structure. Forming a current blocking layer so as to sandwich both side surfaces of the ridge of the second conductivity type second cladding layer, removing the protective layer, and on the ridge of the second conductivity type second cladding layer A second conductivity type second electrode on the current blocking layer near the ridge; Comprising the step of forming a cladding layer, [1] to the manufacturing method of the self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of [32].
[34] The method for manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to [33], further comprising a step of forming a surface protective layer on the current blocking layer after forming the current blocking layer.

本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、特定の条件を満たすように断面構造が設計されたリッジ構造を有する第2導電第2クラッド層の両側にリアルガイド構造を有する電流阻止層が形成され、さらにリッジ構造の上に光閉じ込め用の第2導電型第3クラッド層を有する。この構成により、本発明によれば、素子抵抗、通過抵抗、熱抵抗および動作電流がいずれも小さくて、高温領域まで安定な自励発振が可能な自励発振型半導体レーザ装置を提供できる。   In the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention, a current blocking layer having a real guide structure is formed on both sides of a second conductive second cladding layer having a ridge structure whose cross-sectional structure is designed to satisfy a specific condition. Further, a second conductivity type third cladding layer for confining light is provided on the ridge structure. With this configuration, according to the present invention, it is possible to provide a self-excited oscillation type semiconductor laser device that has a small element resistance, passage resistance, thermal resistance, and operating current, and is capable of stable self-excited oscillation up to a high temperature region.

本発明の自励発振型半導体レーザ装置について、図面を参照しつつ具体的に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   The self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

図1は、本発明の自励発振型半導体レーザ装置の基板から第2導電型第3クラッド層までの構成を示す概略断面図である。図1に示すように、本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、基板101上に、第1導電型クラッド層102と、第1導電型クラッド層102上に形成された活性層106と、活性層106上に形成された第2導電型第1クラッド層107と、第2導電型第1クラッド層107上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層108と、第2導電型第1クラッド層107上に前記リッジ構造の両側面を挟むように形成された電流阻止層109と、第2導電型第2クラッド層108上および電流阻止層109上に形成された第2導電型第3クラッド層110とから少なくとも構成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure from the substrate to the second conductivity type third cladding layer of the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention. As shown in FIG. 1, a self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention includes a first conductive clad layer 102 on a substrate 101, an active layer 106 formed on the first conductive clad layer 102, A second conductivity type first cladding layer 107 formed on the active layer 106; a second conductivity type second cladding layer 108 having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer 107; A current blocking layer 109 formed on both sides of the ridge structure on the second conductivity type first cladding layer 107, and on the second conductivity type second cladding layer 108 and the current blocking layer 109. And a second conductivity type third cladding layer 110.

図2は、本発明の好適な一実施態様の半導体レーザの概略断面図である。図2に示す態様の半導体レーザは、基板201と、基板201上に形成されたバッファー層202と、バッファー層上に形成された第1導電型第1クラッド層203と、第1導電型第1クラッド層203上に形成された第1導電型第2クラッド層204と、第1導電型第2クラッド層204上に形成された活性層205と、活性層205上に形成された第2導電型第1クラッド層206と、第2導電型第1クラッド層上に形成されたエッチングストップ層207と、エッチングストップ層207上に形成されたストライプ上のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層208と、エッチングストップ層207上においてリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層の両側面を挟むように形成された電流阻止層209と、第2導電型第2クラッド層208のリッジ構造の上に形成された酸化抑制層210と、電流阻止層209上に形成された表面保護層(キャップ層)211と、表面保護層211上に形成された第2導電型第3クラッド層212と、第2導電型第3クラッド層212上に形成されたコンタクト層213と、コンタクト層213側および基板201側にそれぞれ形成されたp側電極214およびn側電極215とから構成されている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser according to a preferred embodiment of the present invention. 2 includes a substrate 201, a buffer layer 202 formed on the substrate 201, a first conductivity type first cladding layer 203 formed on the buffer layer, and a first conductivity type first. A first conductivity type second cladding layer 204 formed on the cladding layer 203, an active layer 205 formed on the first conductivity type second cladding layer 204, and a second conductivity type formed on the active layer 205. A first cladding layer 206; an etching stop layer 207 formed on the second conductivity type first cladding layer; and a second conductivity type second cladding layer having a ridge structure on a stripe formed on the etching stop layer 207. 208, a current blocking layer 209 formed on both sides of the second conductivity type second cladding layer having a ridge structure on the etching stop layer 207, and a second conductivity type second An oxidation suppression layer 210 formed on the ridge structure of the ladder layer 208, a surface protective layer (cap layer) 211 formed on the current blocking layer 209, and a second conductivity type formed on the surface protective layer 211. From the third cladding layer 212, the contact layer 213 formed on the second conductivity type third cladding layer 212, and the p-side electrode 214 and the n-side electrode 215 formed on the contact layer 213 side and the substrate 201 side, respectively. It is configured.

本明細書において「A層上に形成されたB層」という表現は、A層の上面にB層の底面が接するようにB層が形成されている場合と、A層の上面に1以上の層が形成され、さらにその層上にB層が形成されている場合の両方を含む。また、A層の上面とB層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではA層とB層の間に1以上の層が存在している場合も、上記表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。   In this specification, the expression “B layer formed on the A layer” means that the B layer is formed so that the bottom surface of the B layer is in contact with the top surface of the A layer, and one or more on the top surface of the A layer. It includes both of the case where a layer is formed and a B layer is formed on the layer. Further, the above expression also includes the case where the upper surface of the A layer and the bottom surface of the B layer are in partial contact and one or more layers exist between the A layer and the B layer in other portions. Specific embodiments are apparent from the following description of each layer and specific examples.

図1および図2において、基板101、201は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することができるものであれば、その導電性や材料は特に限定されない。好ましくは、導電性を有する半導体基板である。具体的には、基板上への結晶薄膜成長に適したGaAs、InP、GaP、ZnSe、ZnO、Si、Al23等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板を用いるのが好ましい。その場合、基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましく、(100)面が最も好ましい。 In FIGS. 1 and 2, the conductivity and material of the substrates 101 and 201 are not particularly limited as long as a double heterostructure crystal can be grown thereon. Preferably, it is a conductive semiconductor substrate. Specifically, a crystal substrate such as GaAs, InP, GaP, ZnSe, ZnO, Si, and Al 2 O 3 suitable for crystal thin film growth on the substrate, particularly a crystal substrate having a zinc blende type structure is used. preferable. In this case, the substrate crystal growth surface is preferably a low-order surface or a crystallographically equivalent surface, and the (100) surface is most preferable.

なお、本明細書において(100)面という場合、必ずしも厳密に(100)ジャストの面である必要はなく、(100)面と等価な面、すなわち最大30°程度のオフアングルを有する面まで包含する。オフアングルの大きさは、上限は30°以下であることが好ましく、14°以下であることがより好ましい。オフアングルの大きさの下限は0.5°以上であることが好ましく、2°以上であることがより好ましく、6°以上であることがさらに好ましく、10°以上であることが最も好ましい。   In the present specification, the (100) plane does not necessarily have to be a strictly (100) plane, and includes a plane equivalent to the (100) plane, that is, a plane having an off-angle of about 30 ° at the maximum. To do. The upper limit of the off-angle size is preferably 30 ° or less, and more preferably 14 ° or less. The lower limit of the off-angle size is preferably 0.5 ° or more, more preferably 2 ° or more, further preferably 6 ° or more, and most preferably 10 ° or more.

また、基板101、201のオフアングルの方向は、後述する第2導電型第2クラッド層108、208のリッジ構造を構成するストライプの伸びる方向に直交する方向から、±30°以内の方向が好ましく、±7°以内の方向がより好ましく、±2°以内の方向が最も好ましい。また、リッジ構造のストライプの方向は、基板101、201の面方位が(100)の場合、[0−11]またはそれと等価な方向が好ましく、オフアングルの方向は[011]方向またはそれと等価な方向から±30°以内の方向が好ましく、±7°以内の方向であることがより好ましく、±2°以内の方向が最も好ましい。   The off-angle direction of the substrates 101 and 201 is preferably within ± 30 ° from the direction perpendicular to the direction in which the stripes constituting the ridge structure of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 described later extend. The direction within ± 7 ° is more preferable, and the direction within ± 2 ° is most preferable. The direction of the stripe of the ridge structure is preferably [0-11] or an equivalent direction when the plane orientation of the substrates 101 and 201 is (100), and the off-angle direction is the [011] direction or equivalent. A direction within ± 30 ° from the direction is preferable, a direction within ± 7 ° is more preferable, and a direction within ± 2 ° is most preferable.

なお、本明細書において[01−1]方向という場合は、一般的なIII−V族、II−VI族半導体において、(100)面と[01−1]面との間に存在する[11−1]面が、それぞれV族又はVI族元素が現れる面であるように[01−1]方向を定義する。   In this specification, the [01-1] direction refers to a [11] plane between a (100) plane and a [01-1] plane in general III-V and II-VI semiconductors. The [01-1] direction is defined so that the [-1] plane is a plane on which a group V or group VI element appears, respectively.

また、基板101、201は六方晶型の基板でもよく、例えば、Al23、6H−SiC等からなる基板を用いることもできる。 Further, the substrates 101 and 201 may be hexagonal type substrates, and for example, a substrate made of Al 2 O 3 , 6H—SiC, or the like may be used.

図2に示すように、基板201上には、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために厚さ0.2〜2μm程度のバッファー層202を形成しておくことが好ましい。バッファー層の材料には、通常は基板と同じ材料が用いられることが多く、例えば第1導電型のGaAs、GaP、InP、GaN、GaInP、GaInAs、GaInN、ZnSe、ZnSSe、ZnOなどが好ましい。   As shown in FIG. 2, it is preferable to form a buffer layer 202 having a thickness of about 0.2 to 2 μm on the substrate 201 in order to prevent normal substrate defects from being brought into the epitaxial growth layer. As the material of the buffer layer, the same material as that of the substrate is usually used. For example, GaAs, GaP, InP, GaN, GaInP, GaInAs, GaInN, ZnSe, ZnSSe, ZnO or the like of the first conductivity type is preferable.

基板101、201の上には、活性層106、205を含む化合物半導体層が形成される。化合物半導体層は、活性層106、205の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、そのうち基板側の層は第1導電型クラッド層(好ましくはn型クラッド層)、他方のエピタキシャル側の層は第2導電型クラッド層(好ましくはp型クラッド層)としてそれぞれ機能する。これらの屈折率の大小関係は、各層の材料組成を当業者に公知の方法に従って適宜選択することにより調節できる。活性層およびクラッド層は、例えばAlxGa1-xAs、(AlxGa1-xyIn1-yP、AlxGa1-xNなどのAl組成を変化させることによって屈折率を調節できる。 A compound semiconductor layer including active layers 106 and 205 is formed on the substrates 101 and 201. The compound semiconductor layer includes layers having a refractive index lower than that of the active layer above and below the active layers 106 and 205, of which the substrate-side layer is a first conductivity type cladding layer (preferably an n-type cladding layer) and the other epitaxial layer. The layers on the side function as a second conductivity type cladding layer (preferably a p-type cladding layer). The magnitude relationship between these refractive indexes can be adjusted by appropriately selecting the material composition of each layer according to a method known to those skilled in the art. For example, the active layer and the cladding layer have a refractive index changed by changing an Al composition such as Al x Ga 1-x As, (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P, Al x Ga 1-x N, etc. Can be adjusted.

図1に示すように、第1導電型のクラッド層が1層の場合、第1導電型クラッド層102は、活性層106よりも屈折率の小さい材料で形成することができる。また、第1導電型クラッド層102の屈折率は、後述する第2導電型第1クラッド層、第2導電型第2クラッド層および第2導電型第3クラッド層の屈折率よりも大きいことが好ましい。第1導電型クラッド層102は、例えば、第1導電型のAlGaInP、AlInP、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaInAs、GaInAsP、AlGaInN、BeMgZnSe、MgZnSSe、CdZnSeTe等の一般的なIII−V族、II−VI族半導体材料を使用いて形成することができる。   As shown in FIG. 1, when the first conductivity type cladding layer is one layer, the first conductivity type cladding layer 102 can be formed of a material having a refractive index smaller than that of the active layer 106. The refractive index of the first conductivity type cladding layer 102 is larger than the refractive index of the second conductivity type first cladding layer, the second conductivity type second cladding layer, and the second conductivity type third cladding layer described later. preferable. The first conductivity type cladding layer 102 is formed of a general III-V group or II-VI group semiconductor such as AlGaInP, AlInP, AlGaAs, AlGaAsP, AlGaInAs, GaInAsP, AlGaInN, BeMgZnSe, MgZnSSe, CdZnSeTe, etc. It can be formed using materials.

第1導電型クラッド層102のキャリア濃度は、下限が1×1016cm-3以上であることが好ましく、5×1016cm-3以上であることがより好ましく、1×1017cm-3以上であることが最も好ましい。一方、キャリア濃度の上限は5×1019cm-3以下であることが好ましく、5×1018cm-3以下であることがより好ましく、2×1018cm-3以下であることが最も好ましい。 The lower limit of the carrier concentration of the first conductivity type cladding layer 102 is preferably 1 × 10 16 cm −3 or more, more preferably 5 × 10 16 cm −3 or more, and 1 × 10 17 cm −3. The above is most preferable. On the other hand, the upper limit of the carrier concentration is preferably 5 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 5 × 10 18 cm −3 or less, and most preferably 2 × 10 18 cm −3 or less. .

第1導電型クラッド層102の厚さは、単層からなる場合、好ましくは0.5〜4μm、より好ましくは1〜3μm程度である。   The thickness of the first conductivity type cladding layer 102 is preferably about 0.5 to 4 μm, more preferably about 1 to 3 μm, when it is composed of a single layer.

第1導電型クラッド層は、例えば、図2の好適な実施例に示すように、キャリア濃度、組成などが異なる複数の層で構成されていてもよい。第1導電型クラッド層がキャリア濃度が異なる複数の層で形成されている場合、活性層205側の第1導電型第2クラッド層204のキャリア濃度は、基板201側の第1導電型第1クラッド層203のキャリア濃度より低くすることが好ましい。基板201側の第1導電型第1クラッド層203のキャリア濃度は、1×1016〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、5×1016〜2×1018cm-3であることが好ましい。また、活性層205側の第1導電型第2クラッド層204の厚さは、第1導電型第1クラッド層203の厚さより薄くすることが好ましい。第1導電型第2クラッド層204の厚さの下限は、0.01μm以上であることが好ましく、0.03μm以上であることがより好ましく、上限は1μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることがより好ましい。第1導電型クラッド層が組成の異なる複数の層で形成されている場合の例としては、例えば、基板201側にAlGaAsまたはAlGaAsPからなる第1導電型第1クラッド層203と、その層よりも活性層205側にあるAlGaInPまたはAlInPからなる第1導電型第2クラッド層204とからなる態様を例示することができる。 The first conductivity type cladding layer may be composed of a plurality of layers having different carrier concentrations, compositions, etc., as shown in the preferred embodiment of FIG. When the first conductivity type cladding layer is formed of a plurality of layers having different carrier concentrations, the carrier concentration of the first conductivity type second cladding layer 204 on the active layer 205 side is the first conductivity type first on the substrate 201 side. It is preferable to make it lower than the carrier concentration of the clad layer 203. The carrier concentration of the first conductivity type first cladding layer 203 on the substrate 201 side is preferably in the range of 1 × 10 16 to 3 × 10 18 cm −3 and is 5 × 10 16 to 2 × 10 18 cm −3. Is preferred. In addition, the thickness of the first conductivity type second cladding layer 204 on the active layer 205 side is preferably smaller than the thickness of the first conductivity type first cladding layer 203. The lower limit of the thickness of the first conductivity type second cladding layer 204 is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.03 μm or more, and the upper limit is preferably 1 μm or less, 0.7 μm. The following is more preferable. As an example of the case where the first conductivity type cladding layer is formed of a plurality of layers having different compositions, for example, the first conductivity type first cladding layer 203 made of AlGaAs or AlGaAsP on the substrate 201 side, and the layer An example may be exemplified by the first conductive type second cladding layer 204 made of AlGaInP or AlInP on the active layer 205 side.

本発明の自励発振型半導体レーザ装置を構成する活性層106、205の構造は、特に制限されない。図1の一例においては、活性層106は多重量子井戸(MQW)構造を有している。この多重量子井戸構造は、具体的には光閉じ込め層(ノンドープ)103、量子井戸層(ノンドープ)104、バリア層(ノンドープ)105、量子井戸層(ノンドープ)104および閉じ込め層(ノンドープ)103を順次積層した構造を有する。活性層としては、単層のバルク活性層でもよいが、短波長化かつ低しきい値化のために、量子井戸層及び量子井戸層を挟むバリア層及び/又は閉じ込め層で構成されている多重量子井戸(MQW)構造の方がより好ましい。活性層内に自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を形成するために、通常の自励発振しないシングルモードレーザよりも、井戸数を増やすことが有効である。さらに、この場合、高温動作を向上させるために、量子井戸層に圧縮あるいは引っ張りの歪みが加えられることが有効である。また、引っ張り歪みを加えるとTMモードで発振しやすくなるが、バンドギャップを大きくしたまま特性が向上できるので、短波長領域のレーザの高性能化には有効である。   The structure of the active layers 106 and 205 constituting the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention is not particularly limited. In the example of FIG. 1, the active layer 106 has a multiple quantum well (MQW) structure. Specifically, this multi-quantum well structure sequentially includes an optical confinement layer (non-doped) 103, a quantum well layer (non-doped) 104, a barrier layer (non-doped) 105, a quantum well layer (non-doped) 104, and a confinement layer (non-doped) 103. It has a laminated structure. The active layer may be a single bulk active layer, but in order to shorten the wavelength and reduce the threshold value, a multiple layer composed of a quantum well layer and a barrier layer and / or a confinement layer sandwiching the quantum well layer is used. A quantum well (MQW) structure is more preferable. In order to form a saturable absorber having a volume necessary for self-oscillation in the active layer, it is effective to increase the number of wells compared to a single mode laser that does not normally oscillate. Further, in this case, in order to improve the high temperature operation, it is effective to apply a compressive or tensile strain to the quantum well layer. In addition, when tensile strain is applied, oscillation in the TM mode is facilitated, but the characteristics can be improved while the band gap is increased, which is effective in improving the performance of a laser in a short wavelength region.

活性層106、205の材料としては、GaInP、AlGaInP、GaInAs、AlGaInAs、GaInAsP、AlGaInNなどを例示することができる。特にGaとInあるいはAlとInを構成元素として含む材料である場合は、自然超格子が形成されやすいために、オフ基板を用いることによる自然超格子抑制の効果が大きくなる。
なお、光導波路の両端部分における活性層は、光導波路中央の電流注入領域における活性層内において発生した光に対して透明となるバンドギャップを有することが、CODレベル向上の観点から好ましい。
Examples of the material of the active layers 106 and 205 include GaInP, AlGaInP, GaInAs, AlGaInAs, GaInAsP, and AlGaInN. In particular, in the case of a material containing Ga and In or Al and In as constituent elements, a natural superlattice is easily formed, so that the effect of suppressing the natural superlattice by using an off-substrate is increased.
In addition, it is preferable from a viewpoint of a COD level improvement that the active layer in the both ends of an optical waveguide has a band gap transparent with respect to the light generated in the active layer in the current injection region in the center of the optical waveguide.

活性層がGaInP又はAlGaInPから形成されている場合、単層のバルク活性層でもよいが、短波長化(630nm〜665nm)かつ低しきい値化のために、量子井戸層及び量子井戸層を挟むバリア層及び又は閉じ込め層で構成されている多重量子井戸(MQW)構造の方がより好ましい。さらに、この場合、高温動作を向上させるために、量子井戸層に圧縮(GaxIn1-xP、x<0.52)あるいは引っ張り(GaxIn1-xP、x>0.52)の歪みが加えられることが有効である。また、引っ張り歪みを加えるとTMモードで発振しやすくなるが、バンドギャップを大きくしたまま特性が向上できるので、630〜650nmのより短波長領域のレーザの高性能化には有効である。 When the active layer is made of GaInP or AlGaInP, a single-layer bulk active layer may be used, but the quantum well layer and the quantum well layer are sandwiched in order to shorten the wavelength (630 nm to 665 nm) and reduce the threshold value. A multiple quantum well (MQW) structure composed of a barrier layer and / or a confinement layer is more preferable. Furthermore, in this case, in order to improve the high temperature operation, compressed into the quantum well layer (Ga x In 1-x P , x <0.52) or pulling (Ga x In 1-x P , x> 0.52) It is effective that the distortion is added. When tensile strain is applied, oscillation in the TM mode is facilitated. However, since the characteristics can be improved while the band gap is increased, it is effective for improving the performance of a laser having a shorter wavelength region of 630 to 650 nm.

活性層内に自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を形成するために、活性層トータルの厚さ、すなわち多重量子井戸の場合は各量子井戸活性層を合計した厚さは、自励発振に必要な過飽和吸収領域の体積を確保する観点から、下限として、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、15nm以上がさらに好ましく、25nmが最も好ましい。端面でのCODを抑制する観点から、上限として、200nm以下が好ましく、15nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、50nm以下が最も好ましい。   In order to form a saturable absorber of the volume necessary for self-oscillation in the active layer, the total thickness of the active layer, that is, the total thickness of each quantum well active layer in the case of multiple quantum wells, is self-oscillation. From the viewpoint of securing the volume of the supersaturated absorption region necessary for the above, the lower limit is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, further preferably 15 nm or more, and most preferably 25 nm. From the viewpoint of suppressing COD at the end face, the upper limit is preferably 200 nm or less, more preferably 15 nm or less, still more preferably 100 nm or less, and most preferably 50 nm or less.

同様な理由から、実用的な自励発振型レーザを実現させるために、活性層各層の厚さは、下限として、2nm以上が好ましく、3nm以上がより好ましく、4nm以上がさらに好ましく、5nm以上が最も好ましい。端面でのCODを抑制する観点から、上限として、20nm以下が好ましく、15nm以下がより好ましく、9nm以下がさらに好ましく、7nm以下が最も好ましい。
自励発振の起こりやすさや自励発振が持続できる範囲(温度・光出力)は、活性層総厚(活性層内のすべての量子井戸層の厚みの合計)がある程度以上厚いことが好ましい。具体的には、活性層総厚の下限は25nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましく、35nm以上がさらに好ましい。一方、活性層総厚の上限は、活性層に歪が入っていない場合、量子効果が機能する厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、100nm以下が好ましく、80nm以下がより好ましく、70nm以下がさらに好ましい。また、活性層に歪が入っている場合は、臨界膜厚を超えない厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、80nm以下が好ましく、60nm以下がより好ましく、50nm以下がさらに好ましい。
For the same reason, in order to realize a practical self-pulsation laser, the thickness of each active layer is preferably 2 nm or more, more preferably 3 nm or more, further preferably 4 nm or more, and more preferably 5 nm or more as the lower limit. Most preferred. From the viewpoint of suppressing COD at the end face, the upper limit is preferably 20 nm or less, more preferably 15 nm or less, further preferably 9 nm or less, and most preferably 7 nm or less.
It is preferable that the total thickness of the active layer (the total thickness of all quantum well layers in the active layer) is thicker than a certain extent in the range in which the self-excited oscillation is likely to occur and the range in which the self-excited oscillation can be sustained (temperature / light output). Specifically, the lower limit of the active layer total thickness is preferably 25 nm or more, more preferably 30 nm or more, and further preferably 35 nm or more. On the other hand, the upper limit of the total thickness of the active layer is preferably not more than the thickness at which the quantum effect functions when the active layer is not distorted. That is, the upper limit of the active layer total thickness is preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, and further preferably 70 nm or less. Moreover, when the active layer is distorted, it is preferable to set the thickness not to exceed the critical film thickness. That is, the upper limit of the active layer total thickness is preferably 80 nm or less, more preferably 60 nm or less, and further preferably 50 nm or less.

好ましい量子井戸数は、600nm帯赤色レーザの室温(25℃)での発振波長が630〜670nmの場合、4〜10、好ましくは4〜9、より好ましくは7〜9、さらに好ましくは7〜8、最も好ましくは8であり、一方、室温付近の発振波長が670〜700nmの場合、3〜9、好ましくは5〜8、より好ましくは6〜8、さらに好ましくは6〜7、最も好ましくは7である。量子井戸の厚さは、室温(25℃)付近の発振波長が630〜670nmの場合、3〜7nmが好ましく、4〜6nmがより好ましい。一方、室温(25℃)付近の発振波長が670〜700nmの場合、6〜10nmが好ましく、7〜9nmがより好ましい。   A preferable number of quantum wells is 4 to 10, preferably 4 to 9, more preferably 7 to 9, and further preferably 7 to 8 when the oscillation wavelength of a 600 nm band red laser at room temperature (25 ° C.) is 630 to 670 nm. , Most preferably 8. On the other hand, when the oscillation wavelength near room temperature is 670 to 700 nm, it is 3 to 9, preferably 5 to 8, more preferably 6 to 8, still more preferably 6 to 7, and most preferably 7. It is. The thickness of the quantum well is preferably 3 to 7 nm and more preferably 4 to 6 nm when the oscillation wavelength near room temperature (25 ° C.) is 630 to 670 nm. On the other hand, when the oscillation wavelength near room temperature (25 ° C.) is 670 to 700 nm, 6 to 10 nm is preferable, and 7 to 9 nm is more preferable.

光閉じ込め層は、量子井戸層への閉じ込め効率の増加、Zn等の不純物の量子井戸層への混入(拡散)の防止を図る観点から有効である。閉じ込め層の厚さを適切に選ぶことにより、レーザ発振しきい値電流の低減や寿命向上等を実現できる。具体的に、閉じ込め層の厚さは、自励発振に必要な過飽和吸収領域の体積を確保する観点から、下限として、0.01μm以上が好ましく、0.02μm以上がより好ましく、0.04μm以上がさらに好ましく、0.06μm以上が最も好ましい。端面でのCODを抑制する観点から、上限として、0.5μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましく、0.15μm以下がさらに好ましく、0.1μm以下が最も好ましい。   The optical confinement layer is effective from the viewpoint of increasing confinement efficiency in the quantum well layer and preventing contamination (diffusion) of impurities such as Zn into the quantum well layer. By appropriately selecting the thickness of the confinement layer, it is possible to reduce the laser oscillation threshold current and improve the lifetime. Specifically, the thickness of the confinement layer is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.02 μm or more, and more preferably 0.04 μm or more as a lower limit from the viewpoint of securing the volume of the supersaturated absorption region necessary for self-excited oscillation. Is more preferable, and 0.06 μm or more is most preferable. From the viewpoint of suppressing COD at the end face, the upper limit is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, further preferably 0.15 μm or less, and most preferably 0.1 μm or less.

光閉じ込め層の厚みは、600nm帯赤色レーザの室温での発振波長が630〜670nmの場合、下限として50nm以上が好ましく、60nm以上がより好ましい。上限として、200nm以下が好ましく、100nm以下がより好ましい。一方、室温付近の発振波長が670〜700nmの場合、下限として40nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましい。上限として、150nm以下が好ましく、100nm以下がより好ましい。量子井戸数が6の場合は50〜150nmが好ましく、量子井戸数が7の場合は40〜130nmが好ましく、量子井戸数が8の場合は25〜90nmが好ましい。   The thickness of the optical confinement layer is preferably 50 nm or more, more preferably 60 nm or more as the lower limit when the oscillation wavelength of the 600 nm band red laser at room temperature is 630 to 670 nm. As an upper limit, 200 nm or less is preferable and 100 nm or less is more preferable. On the other hand, when the oscillation wavelength near room temperature is 670 to 700 nm, the lower limit is preferably 40 nm or more, and more preferably 50 nm or more. As an upper limit, 150 nm or less is preferable and 100 nm or less is more preferable. When the number of quantum wells is 6, 50 to 150 nm is preferable, when the number of quantum wells is 7, 40 to 130 nm is preferable, and when the number of quantum wells is 8, 25 to 90 nm is preferable.

活性層内のキャリア濃度は特に限定されないが、量子井戸層及びバリア層については特に不純物ドープをすることなく、アンドープの状態(この場合でもわずかに(通常、1×1017cm-3以下)第1又は第2導電型になっている)であることが、素子の性能の向上及び安定化の点からより好ましい。また、光閉じ込め層も少なくとも量子井戸層に近い部分はアンドープの状態であることが好ましい。 The carrier concentration in the active layer is not particularly limited, but the quantum well layer and the barrier layer are not doped in particular, and are not doped (in this case, slightly (usually 1 × 10 17 cm −3 or less) 1 or the second conductivity type) is more preferable from the viewpoint of improving and stabilizing the performance of the device. Further, it is preferable that the optical confinement layer is also undoped at least in a portion close to the quantum well layer.

活性層106、205上には、第2導電型のクラッド層が形成される。本発明において、エッチングストップ層が形成される場合は第2導電型のクラッド層は少なくとも3層形成される。以下の説明では、活性層106に近い方から順に第2導電型第1クラッド層107、206、第2導電型第2クラッド層108、208、および第2導電型第3クラッド層110、212を有する好ましい態様を例にとって説明する。エッチングストップ層が形成されない場合は、第2導電型クラッド層は少なくとも2層形成される。   A second conductivity type cladding layer is formed on the active layers 106 and 205. In the present invention, when the etching stop layer is formed, at least three second conductivity type cladding layers are formed. In the following description, the second conductivity type first clad layers 107 and 206, the second conductivity type second clad layers 108 and 208, and the second conductivity type third clad layers 110 and 212 are sequentially arranged from the side closer to the active layer 106. The preferred embodiment will be described as an example. When the etching stop layer is not formed, at least two second conductivity type cladding layers are formed.

第2導電型第1クラッド層107、206は、活性層に光を閉じ込めるため活性層106、205よりも屈折率の小さい材料で形成することができる。例えば、第2導電型第1クラッド層107、206は、第2導電型のAlGaInP、AlInP、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaInAs、GaInAsP、AlGaInN、BeMgZnSe、MgZnSSe、CdZnSeTe等の一般的なIII−V族、II−VI族半導体を用いることができる。第2導電型第1クラッド層107、206がAlを含むIII−V族化合物半導体で構成されている場合は、その成長可能な実質的全面をGaAs、GaAsP、GaInAs、GaInP、GaInN等のAlを含まないIII−V族化合物半導体で覆えば表面酸化を防止することができるため好ましい。   The second conductivity type first cladding layers 107 and 206 can be formed of a material having a refractive index lower than that of the active layers 106 and 205 in order to confine light in the active layer. For example, the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 may be formed of a general III-V group such as a second conductivity type AlGaInP, AlInP, AlGaAs, AlGaAsP, AlGaInAs, GaInAsP, AlGaInN, BeMgZnSe, MgZnSSe, CdZnSeTe, and the like. A group VI semiconductor can be used. When the second-conductivity-type first cladding layers 107 and 206 are composed of a group III-V compound semiconductor containing Al, Al, such as GaAs, GaAsP, GaInAs, GaInP, and GaInN, is formed on the substantially entire surface that can be grown. Covering with an III-V group compound semiconductor not included is preferable because surface oxidation can be prevented.

第2導電型第1クラッド層107、206のキャリア濃度は、下限は2×1017cm-3以上であることが好ましく、3×1017cm-3であることがより好ましく、5×1017cm-3であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、5×1018cm-3であることが好ましく、4×1018cm-3であることがより好ましく、2×1018cm-3であることが最も好ましい。 The lower limit of the carrier concentration of the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 is preferably 2 × 10 17 cm −3 or more, more preferably 3 × 10 17 cm −3 , and more preferably 5 × 10 17. Most preferably, it is cm −3 . The upper limit of the carrier concentration is preferably 5 × 10 18 cm −3 , more preferably 4 × 10 18 cm −3 , and most preferably 2 × 10 18 cm −3 .

第2導電型第1クラッド層107、206の厚さは、薄くなりすぎると、光閉じ込めが強くなりすぎ、高出力まで単一横モード発振させることが困難となるほか、後述する電流阻止層109、209のリーク電流が発生しやすくなる。一方、厚くなりすぎると、第2導電型第1クラッド層107、206中で電流が横方向に拡がり過ぎて、しきい値電流や動作電流が増加してしまう。これらを考慮して第2導電型第1クラッド層107、206の厚さは、下限を0.03μm以上とすることが好ましく、0.05μm以上とすることがより好ましく、0.07μm以上とすることが最も好ましい。また上限は、0.5μm以下とすることが好ましく、0.3μm以下とすることがより好ましく、0.2μm以下とすることが最も好ましい。     If the thickness of the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 becomes too thin, the optical confinement becomes too strong, making it difficult to oscillate a single transverse mode up to a high output, and a current blocking layer 109 described later. , 209 is likely to occur. On the other hand, if it becomes too thick, the current spreads in the lateral direction too much in the second conductivity type first cladding layers 107 and 206, and the threshold current and the operating current increase. Considering these, the lower limit of the thickness of the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, and 0.07 μm or more. Most preferred. The upper limit is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, and most preferably 0.2 μm or less.

第2導電型第1クラッド層107、206の屈折率は、第1導電型クラッド層102の屈折率よりも小さくすることもできる。このようにすれば、活性層から光ガイド層側へ有効に光が滲み出すように光分布(近視野像)を制御することが可能となる。また、活性領域(活性層の存在する部分)から亜鉛拡散領域への光導波損失を低減することもできるため、高出力動作におけるレーザ特性や信頼性の向上を達成することができる。   The refractive indexes of the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 may be smaller than the refractive index of the first conductivity type cladding layer 102. In this way, it is possible to control the light distribution (near-field image) so that light effectively oozes from the active layer to the light guide layer side. In addition, since optical waveguide loss from the active region (portion where the active layer exists) to the zinc diffusion region can be reduced, it is possible to achieve improvement in laser characteristics and reliability in high output operation.

図2に示すように、第2導電型第1クラッド層206上には、エッチング処理時における第2導電型第1クラッド層206のエッチング試薬による浸食を防止する目的でエッチングストップ層207を形成することができる。エッチングストップ層207を有すれば、少なくともリッジ構造の第2導電型第2クラッド層208を再成長させる際に、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を容易に防ぐことができるようになる。   As shown in FIG. 2, an etching stop layer 207 is formed on the second conductivity type first cladding layer 206 in order to prevent erosion of the second conductivity type first cladding layer 206 by the etching reagent during the etching process. be able to. When the etching stop layer 207 is provided, at least when the second conductivity type second cladding layer 208 having the ridge structure is regrown, it is possible to easily prevent the generation of a high resistance layer that increases the passage resistance at the regrowth interface. Will be able to.

エッチングストップ層207の材料は、エッチング処理時にエッチング試薬に対し抵抗性のあるもの、すなわち浸食されないものであれば、特に限定はない。またエッチングストップ層207の材料は、浸食防止機能のほか、酸化防止機能を併有していても構わない。具体的には、AlXGa1-xAs(0≦x≦1)、lnyGal-yP(0≦y≦1)、(AluGa1-uvInP(0<u≦1、0<v≦1)、InpAlqGarN(0≦p≦1、0≦q≦1、0≦r≦1)、InlAlmGanAs(0≦l≦1、0≦m≦1、0≦n≦1)、InsGa1-sAst1-t(0≦s≦1、0≦t≦1)などが挙げられる。 The material of the etching stop layer 207 is not particularly limited as long as it is resistant to the etching reagent during the etching process, that is, is not eroded. The material of the etching stop layer 207 may have an anti-oxidation function in addition to the anti-erosion function. Specifically, Al X Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), ln y Ga ly P (0 ≦ y ≦ 1), (Al u Ga 1-u) v InP (0 <u ≦ 1, 0 <v ≦ 1), In p Al q Ga r n (0 ≦ p ≦ 1,0 ≦ q ≦ 1,0 ≦ r ≦ 1), In l Al m Ga n As (0 ≦ l ≦ 1,0 ≦ m ≦ 1,0 ≦ n ≦ 1) , In s Ga 1-s As t P 1-t (0 ≦ s ≦ 1,0 ≦ t ≦ 1) , and the like.

エッチングストップ207の厚さは、一般に活性層205の材料よりもバンドギャップが大きくなるように選択され、その上限は20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましく、6nm以下であることがさらに好ましい。またその下限は1nm以上であることが好ましく、1.5nm以上であることがより好ましく、2nm以上であることがさらに好ましい。     The thickness of the etching stop 207 is generally selected so that the band gap is larger than the material of the active layer 205, and the upper limit thereof is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and 6 nm or less. More preferably. The lower limit is preferably 1 nm or more, more preferably 1.5 nm or more, and further preferably 2 nm or more.

エッチングストップ層207の導電型は、エッチングにより除去される場合は特に制限はないが、第2導電型であることが好ましい。また、エッチングストップ層207は基板201になるべく格子整合させることが好ましい。さらに、動作電流低減などの観点から、材料と厚さを適宜選択することによって活性層205からの光を吸収しないようにすることが好ましい。エッチングストップ層を過飽和吸収層として機能させる場合は、活性層からの光を吸収してもよい。     The conductivity type of the etching stop layer 207 is not particularly limited when it is removed by etching, but is preferably the second conductivity type. The etching stop layer 207 is preferably lattice-matched as much as possible to the substrate 201. Furthermore, it is preferable not to absorb light from the active layer 205 by appropriately selecting the material and thickness from the viewpoint of reducing the operating current. When making an etching stop layer function as a supersaturated absorption layer, you may absorb the light from an active layer.

第2導電型第1クラッド層107上またはエッチングストップ層207上にはストライプ状のリッジ構造を有する半導体層が形成される。このリッジ構造を有する半導体層には、第2導電型第2クラッド層108、208が少なくとも含まれており、酸化抑制層210などその他の半導体層が含まれていてもよい。リッジの上には光閉じ込めのための第2導電型第3クラッド層110、212を別途形成し、所望のクラッド層厚さを第2導電型第2クラッド層108、208の厚さと第2導電型第3クラッド層110、212の厚さの合計で実現できるようにすることにより、第2導電型第2クラッド層108、208の厚さを薄く、すなわちリッジの高さを低くすることができる。これにより通過抵抗を低くすることができ、かつリッジ非対称の影響を低減でき、高いキンクレベルを達成することができる。   A semiconductor layer having a striped ridge structure is formed on the second conductivity type first cladding layer 107 or the etching stop layer 207. The semiconductor layer having this ridge structure includes at least the second conductivity type second cladding layers 108 and 208, and may include other semiconductor layers such as the oxidation suppression layer 210. Second conductivity type third cladding layers 110 and 212 for optical confinement are separately formed on the ridge, and the desired cladding layer thickness is set to the thickness of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 and the second conductivity type. By realizing the total thickness of the mold third cladding layers 110 and 212, the thickness of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 can be reduced, that is, the height of the ridge can be reduced. . As a result, the passage resistance can be lowered, the influence of ridge asymmetry can be reduced, and a high kink level can be achieved.

リッジの高さ(第2導電型第2クラッド層108、208の厚さ)は、通過抵抗をできる限り低減する観点からは低くすることが好ましいが、リッジの高さが低くなり過ぎると、電流阻止層109、209を形成する際に選択成長マスク上のオーバーグロースが起こりやすくなる。リッジ部、とりわけ第2導電型第2クラッド層108、208にAlが含まれると抵抗率が増加しやすくなり、AlとInを含有する場合にはさらに増加しやすくなる。この抵抗率の増加は、p型においてより顕著となる。また、ストライプ長手方向に直交するリッジ横断面の形状が順メサ形状である場合には、逆メサ形状の場合と比べて通過抵抗が上昇しやすくなる。
本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、リッジの横断面が下記式を満足する台形である。
0.05 < h/[(a+b)/2] < 0.5
上式において、hは横断面の高さ、aは横断面の上底、bは横断面の下底である。h/[(a+b)/2]の範囲は、0.07〜0.45であるのが好ましく、0.1〜0.35であるのがより好ましく、0.12〜0.3であるのがさらに好ましく、0.15〜0.25であるのが最も好ましい。
The height of the ridge (the thickness of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208) is preferably low from the viewpoint of reducing the passage resistance as much as possible, but if the height of the ridge is too low, the current When the blocking layers 109 and 209 are formed, overgrowth on the selective growth mask easily occurs. When Al is contained in the ridge portion, particularly the second conductivity type second cladding layers 108 and 208, the resistivity is likely to increase, and when Al and In are contained, the resistivity is further increased. This increase in resistivity becomes more significant in the p-type. Further, when the shape of the ridge cross section perpendicular to the stripe longitudinal direction is a forward mesa shape, the passage resistance is likely to increase as compared with the case of the reverse mesa shape.
In the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention, the ridge has a trapezoidal cross section that satisfies the following formula.
0.05 <h / [(a + b) / 2] <0.5
In the above formula, h is the height of the cross section, a is the upper base of the cross section, and b is the lower base of the cross section. The range of h / [(a + b) / 2] is preferably 0.07 to 0.45, more preferably 0.1 to 0.35, and 0.12 to 0.3. Is more preferable, and 0.15-0.25 is most preferable.

AlGaInP系のように、順メサ方向を形成する必要がある場合において、リッジ部分をウェットエッチングで形成すると、通常、リッジ横断面の台形の両底角の合計が小さくなり(具体的には130°以下)、通過抵抗が上昇しやすくなる。これらの観点から、リッジの高さ(横断面の高さ)の上限は、1.5μm未満であることが好ましく、0.7μm未満であることがより好ましく、0.6μm未満であることがさらに好ましく、0.55μm未満であることが最も好ましい。また、リッジの高さの下限は、0.1μm以上であるが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、0.3μm以上であることがさらに好ましく、0.35μm以上であることが最も好ましい。リッジの高さを上記範囲内とすることにより、台形の両底角の合計を130〜140°、好ましくは135〜140°の範囲に調整することができる。   When it is necessary to form the forward mesa direction as in the AlGaInP system, if the ridge portion is formed by wet etching, the sum of both bottom angles of the trapezoid of the ridge cross section is usually reduced (specifically, 130 °). And the like), the passage resistance is likely to increase. From these viewpoints, the upper limit of the height of the ridge (cross section height) is preferably less than 1.5 μm, more preferably less than 0.7 μm, and further preferably less than 0.6 μm. Preferably, it is less than 0.55 μm. The lower limit of the height of the ridge is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, still more preferably 0.3 μm or more, and most preferably 0.35 μm or more. preferable. By setting the height of the ridge within the above range, the total of both base angles of the trapezoid can be adjusted to a range of 130 to 140 °, preferably 135 to 140 °.

単一横モードで発振される場合には、第2導電型第2クラッド層108、208のリッジ底部の幅(前記台形の下底の長さ)の上限は5.0μm以下であることが好ましく、4.0μm以下であることがより好ましく、3.5μm以下であることがさらに好ましく、3.0μm以下であることが最も好ましい。また、リッジ底部の幅の下限は0.5μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、1.3μm以上であることがさらに好ましく、1.5μm以上であることが最も好ましい。また、電流阻止層109、209が第2導電型第2クラッド層108、208より屈折率が低い場合、すなわち、実屈折率導波構造(リアルガイド構造)の場合、電流阻止層109、209が活性層106、205で発生する光を吸収する構造(ロスガイド構造)の場合と比べて、リッジ底部の幅を狭くする必要があり、順メサ形状ではリッジの高さを高くすることは大幅な通過抵抗の増大を招いてしまう。このような観点から、実屈折率導波構造の場合、リッジ底部の幅の上限は4.0μm以下であることが好ましく、3.5μm以下であることがより好ましく、3.0μm以下であることがさらに好ましく、2.8μm以下であることが最も好ましい。またリッジ底部の幅の下限は0.5μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、1.3μm以上であることがさらに好ましく、1.5μm以上であることが最も好ましい。リッジ底部の幅をWa、リッジ上部の幅をWbとした場合、実屈折率導波構造において、平均値(Wa+Wb)/2の上限は4.5μm以下が好ましく、4μm以下がより好ましく、3.5μm以下がさらに好ましい。また、下限は1.8μm以上が好ましく、2μm以上がより好ましく、2.2μm以上がさらに好ましい。   When oscillating in a single transverse mode, the upper limit of the width of the bottom of the ridge (the length of the lower base of the trapezoid) of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 is preferably 5.0 μm or less. It is more preferably 4.0 μm or less, further preferably 3.5 μm or less, and most preferably 3.0 μm or less. Further, the lower limit of the width of the ridge bottom is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, further preferably 1.3 μm or more, and most preferably 1.5 μm or more. preferable. When the current blocking layers 109 and 209 have a lower refractive index than the second conductivity type second cladding layers 108 and 208, that is, in the case of an actual refractive index waveguide structure (real guide structure), the current blocking layers 109 and 209 are Compared to the structure that absorbs light generated in the active layers 106 and 205 (loss guide structure), the width of the bottom of the ridge needs to be narrowed. In the forward mesa shape, increasing the height of the ridge is significant. This will increase the passage resistance. From such a viewpoint, in the case of the real refractive index waveguide structure, the upper limit of the width of the ridge bottom is preferably 4.0 μm or less, more preferably 3.5 μm or less, and 3.0 μm or less. Is more preferable, and most preferably 2.8 μm or less. Further, the lower limit of the width of the ridge bottom is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, further preferably 1.3 μm or more, and most preferably 1.5 μm or more. . When the width of the bottom of the ridge is Wa and the width of the top of the ridge is Wb, the upper limit of the average value (Wa + Wb) / 2 is preferably 4.5 μm or less, more preferably 4 μm or less in the actual refractive index waveguide structure. More preferably, it is 5 μm or less. The lower limit is preferably 1.8 μm or more, more preferably 2 μm or more, and further preferably 2.2 μm or more.

基板101、201がオフアングルを有し、かつこのオフアングル方向と直交する方向にストライプを形成した場合、一般にはリッジ構造の横断面の形状は左右非対称となるが、本発明の自励発振型半導体レーザ装置では、リッジ(第2導電型第2クラッド層108、208)の上に光閉じ込め層としての第2導電型第3クラッド層110、212を別途形成することにより、リッジの高さを低くすることができる。これにより、本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、オフアングルを有する場合であっても、リッジの非対称の影響を小さくすることができ、その結果、高いキンクレベルを達成することができる。   When the substrates 101 and 201 have off-angles and stripes are formed in a direction perpendicular to the off-angle direction, the shape of the cross section of the ridge structure is generally asymmetrical, but the self-oscillation type of the present invention In the semiconductor laser device, the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 as light confinement layers are separately formed on the ridge (second conductivity type second cladding layers 108 and 208), thereby increasing the height of the ridge. Can be lowered. Thereby, the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention can reduce the influence of the ridge asymmetry even when it has an off-angle, and as a result, a high kink level can be achieved.

リッジ形状が左右非対称の場合、一方の底角と他方の底角の差の絶対値である │(一方の底角)−(他方の底角)│ の下限は2°以上であることが好ましく、11°以上であることがより好ましく、15°以上であることが最も好ましい。上限は35°以下であることが好ましく、30°以下であることがより好ましく、25°以下であることが最も好ましい。   When the ridge shape is asymmetrical, the lower limit of | (one base angle) − (the other base angle) |, which is the absolute value of the difference between one base angle and the other base angle, is preferably 2 ° or more. 11 ° or more, more preferably 15 ° or more. The upper limit is preferably 35 ° or less, more preferably 30 ° or less, and most preferably 25 ° or less.

同様の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合には、リッジ構造のストライプ領域の伸びる方向は、例えば(0001)面上では[11−20]又は[1−100]が好ましい。HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)ではどちらの方向でもよいが、MOVPEでは[11−20]方向がより好ましい。   For the same reason, when a wurtzite substrate is used, the extending direction of the stripe region of the ridge structure is preferably [11-20] or [1-100] on the (0001) plane, for example. In HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy), either direction is acceptable, but in MOVPE, the [11-20] direction is more preferable.

第2導電型第2クラッド層108、208の材料は、前述の第2導電型第1クラッド層107、206と同様、第2導電型のAlGaInP、AlInP、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaInAs、GaInAsP、AlGaInN、BeMgZnSe、MgZnSSe、CdZnSeTe等の一般的なIII−V族、II−VI族半導体を用いることができる。但し、第2導電型第2クラッド層108、208が活性層106、205から発光される光に対して透明とする観点からは、少なくとも3種類の元素で構成されるIII−V族、II−VI族半導体であることが好ましく、Alを含有することがより好ましく、AlおよびInを含有することがさらに好ましく、AlGaInPまたはAlInPであることが最も好ましい。   The materials of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 are the same as those of the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 described above, but the second conductivity type AlGaInP, AlInP, AlGaAs, AlGaAsP, AlGaInAs, GaInAsP, AlGaInN, Common III-V group and II-VI group semiconductors such as BeMgZnSe, MgZnSSe, and CdZnSeTe can be used. However, from the viewpoint of making the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 transparent to the light emitted from the active layers 106 and 205, a group III-V composed of at least three elements, II- It is preferably a group VI semiconductor, more preferably containing Al, more preferably containing Al and In, and most preferably AlGaInP or AlInP.

リッジ(第2導電第2クラッド層108、208)におけるキャリア濃度は、下限は1×1017cm-3以上であることが好ましく、3×1017cm-3以上であることがより好ましく、5×1017cm-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、2×1019cm-3以下であることが好ましく、5×1018cm-3以下であることがより好ましく、3×1018cm-3以下であることが最も好ましい。 The lower limit of the carrier concentration in the ridge (second conductive second cladding layer 108, 208) is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, more preferably 3 × 10 17 cm −3 or more. It is most preferable that it is × 10 17 cm −3 or more. The upper limit of the carrier concentration is preferably 2 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 5 × 10 18 cm −3 or less, and most preferably 3 × 10 18 cm −3 or less. .

リッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層108、208のリッジ構造の両側面は電流阻止層109、209に挟まれている。このとき、第2導電型第2クラッド層108、208のリッジ構造の側面は上端から下端まで全部が電流阻止層109、209に挟まれていなくてもよく、例えば、側面の中腹から下端までの間が電流阻止層109、209に挟まれているものであってもよい。電流は、電流阻止層109、209により狭窄された状態で第2導電型第2クラッド層108、208を流れることから、素子の通過抵抗は第2導電型第2クラッド層108、208の抵抗に大きく依存する。本発明のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層108、109の厚さおよび幅を調整することにより得られる本発明の通過抵抗の低減の効果は、特に第2導電型第2クラッド層108、208の導電型がp型である場合に顕著である。これは、p型はn型と比べて移動度が小さく、抵抗率が大きいこと、p型の方がドーパントの不純物が拡散しやすいこと(例えば、p型では亜鉛(Zn)、n型ではシリコン(Si)をドーパントとして用いるが、p型の方が拡散しやすい)、およびp型の方が活性層で発光した光の吸収の影響を受けやすいなどの理由により、従来のように第2導電型第2クラッド層のキャリア濃度を上げて通過抵抗を下げることは、レーザの素子特性および信頼性の劣化を招くため、妥当ではないからである。   Both side surfaces of the ridge structure of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 having the ridge structure are sandwiched between current blocking layers 109 and 209. At this time, the side surfaces of the ridge structure of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 may not be entirely sandwiched between the current blocking layers 109 and 209 from the upper end to the lower end. The gap may be sandwiched between the current blocking layers 109 and 209. Since the current flows through the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 while being confined by the current blocking layers 109 and 209, the passing resistance of the element is equal to the resistance of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208. It depends heavily. The effect of reducing the passage resistance of the present invention obtained by adjusting the thickness and width of the second conductivity type second cladding layers 108 and 109 having the ridge structure of the present invention is particularly the second conductivity type second cladding layer. This is remarkable when the conductivity types 108 and 208 are p-type. This is because the p-type has lower mobility and higher resistivity than the n-type, and the dopant of the p-type is more easily diffused (for example, zinc (Zn) for the p-type and silicon for the n-type). (Si) is used as a dopant, but the p-type is more easily diffused) and the p-type is more susceptible to the absorption of light emitted from the active layer. This is because it is not appropriate to raise the carrier concentration of the second cladding layer of the die and lower the passage resistance because it causes deterioration of the laser device characteristics and reliability.

また、図示していないが、第2導電型第2クラッド層108、208と第2導電型第3クラッド層109、209との間にエッチングストップ層を形成してもよい。エッチングストップ層を形成することにより、第2導電型第2クラッド層108、208のリッジ形状、特にリッジ底部の幅の制御性を高めることができる。   Although not shown, an etching stop layer may be formed between the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 and the second conductivity type third cladding layers 109 and 209. By forming the etching stop layer, the controllability of the ridge shape of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208, particularly the width of the bottom of the ridge can be improved.

また、図2に示すように、第2導電型第2クラッド層208上に第2導電型の酸化抑制層210を形成することができる。第2導電型第2クラッド層208がAlを含むIII−V族化合物半導体で構成されている場合は、酸化抑制層210のAl組成は第2導電型第2クラッド層208のAl組成より小さいことが好ましい。第2導電型第2クラッド層208上に酸化抑制層210を形成することにより、少なくともリッジ上に第2導電型第3クラッド層212を再成長させる際に、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を容易に防ぐことができる。酸化抑制層210の材料は、酸化され難いか、あるいは酸化されてもクリーニングが容易な材料であれば特に限定されない。具体的に例示すると、Al等の酸化されやすい元素の含有率の低いIII−V族化合物半導体層が挙げられる。Alを含有する場合、Alの含有率は0.3以下が好ましく、0.25以下がより好ましく、0.15以下が最も好ましい。例えば、AlGaInPまたはGaInPが好ましい。また、酸化抑制層210の材料と厚さを選択することにより、活性層205で発生した光に対して透明であることが好ましい。特に実屈折率ガイドの場合は、ロスガイドの場合よりも、このような形態を採用することが好ましい。酸化抑制層210の材料は、一般に活性層205の材料よりもバンドギャップが大きい材料から選択されるが、バンドギャップが小さい材料であっても、酸化抑制層210の厚さが30nm以下、好ましくは20nm以下、さらに好ましくは10nm以下であれば、実質的に光の吸収をある程度無視できるため用いることができる。   Further, as shown in FIG. 2, a second conductivity type oxidation suppression layer 210 can be formed on the second conductivity type second cladding layer 208. When the second conductivity type second cladding layer 208 is made of a III-V group compound semiconductor containing Al, the Al composition of the oxidation suppression layer 210 is smaller than the Al composition of the second conductivity type second cladding layer 208. Is preferred. By forming the oxidation suppression layer 210 on the second conductivity type second cladding layer 208, when the second conductivity type third cladding layer 212 is regrown at least on the ridge, the passage resistance is increased at the regrowth interface. Such a high resistance layer can be easily prevented. The material of the oxidation suppression layer 210 is not particularly limited as long as it is difficult to oxidize or is a material that can be easily cleaned even when oxidized. Specific examples include a III-V group compound semiconductor layer having a low content of easily oxidizable elements such as Al. When Al is contained, the Al content is preferably 0.3 or less, more preferably 0.25 or less, and most preferably 0.15 or less. For example, AlGaInP or GaInP is preferable. In addition, the material and thickness of the oxidation suppression layer 210 are preferably selected so that the material is transparent to the light generated in the active layer 205. In particular, in the case of the actual refractive index guide, it is preferable to adopt such a form as compared with the case of the loss guide. The material of the oxidation suppression layer 210 is generally selected from materials having a larger band gap than the material of the active layer 205. However, even if the material has a small band gap, the thickness of the oxidation suppression layer 210 is preferably 30 nm or less, preferably If it is 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, light absorption can be substantially ignored to some extent, so that it can be used.

電流阻止層109、209は、第2導電型第1クラッド層107またはエッチングストップ層207上に形成され、かつ第2導電型第2クラッド層108、208の両側面を挟むように形成される。電流阻止層109、209は電流が第2導電型第2クラッド層108、208のリッジに流れるように狭窄させる働きを有する。電流阻止層109、209の材料は、半導体であっても誘電体であってもよい。半導体と誘電体にはそれぞれ以下に記載するような利点と欠点があるため、電流阻止層の材料にはこれらの利点と欠点を考慮して適宜決定することが好ましい。   The current blocking layers 109 and 209 are formed on the second conductivity type first cladding layer 107 or the etching stop layer 207 and are formed so as to sandwich both side surfaces of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208. The current blocking layers 109 and 209 have a function of constricting so that current flows through the ridges of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208. The material of the current blocking layers 109 and 209 may be a semiconductor or a dielectric. Since the semiconductor and the dielectric each have advantages and disadvantages as described below, it is preferable that the material of the current blocking layer is appropriately determined in consideration of these advantages and disadvantages.

電流阻止層109、209の材料として半導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高いために放熱性がよい、劈開性がよい、平坦化しやすいためにジャンクション・ダウンで組立てやすい、コンタクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下げやすいなどの利点がある。しかしながら、半導体には低屈折率にするためにAlGaAs、AlInPなどの高Al組成化合物を用いる場合には表面酸化などの対策が必要である等の欠点がある。   When a semiconductor is used as the material for the current blocking layers 109 and 209, the heat conductivity is higher than that of the dielectric film, so that the heat dissipation is good, the cleaving property is good, and the flattening is easy to assemble in a junction-down manner. There is an advantage that the contact resistance can be easily lowered because the contact layer is easily formed on the entire surface. However, when using a high Al composition compound such as AlGaAs or AlInP in order to make the semiconductor have a low refractive index, there is a drawback that measures such as surface oxidation are necessary.

電流阻止層109、209の材料として誘電体を用いる場合は、例えばSiNx、SiO2、Al23、AlNなどを用いることができる。誘電体を用いると、低屈折率で絶縁特性に優れた電流阻止層とすることができる。しかしながら、熱伝導率が低いために放熱性が悪い、劈開性が悪い、平坦にし難いためにジャンクションダウンで組み立てにくいなどの欠点も有している。 When a dielectric is used as the material for the current blocking layers 109 and 209, for example, SiNx, SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, or the like can be used. When a dielectric is used, a current blocking layer having a low refractive index and excellent insulating properties can be obtained. However, it has disadvantages such as poor heat dissipation due to low thermal conductivity, poor cleavage, and difficulty in assembling with junction down because it is difficult to flatten.

第2導電型第2クラッド層108、208よりも低屈折率にすることや、GaAs基板との格子整合を考慮すると、半導体からなる電流阻止層としてAlGaAs、AlAsまたはAlGaAsPもしくはAlGaInPまたはAlInPを用いることが好ましい。AlGaInPまたはAlInPは、AlGaAsまたはAlGaAsPと比べて、熱伝導が悪いために活性層の温度が上昇しやすい。このことから、高温まで安定に自励発振させるためには、AlGaAs、AlAsまたはAlGaAsPを選択する方が好ましい。但し、AlGaAsまたはAlGaAsPの場合は、AlAsやAlPが潮解性を示すので、Al組成の上限は0.97以下が好ましく、0.95以下がより好ましく、0.93以下が最も好ましい。第2導電型第2クラッド層108、208よりも低屈折率にする必要があることから、Al組成の下限は0.3以上が好ましく、0.35以上がより好ましく、0.4以上が最も好ましい。   In consideration of the lower refractive index than the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 and the lattice matching with the GaAs substrate, AlGaAs, AlAs, AlGaAsP, AlGaInP, or AlInP is used as a current blocking layer made of a semiconductor. Is preferred. Since AlGaInP or AlInP has a lower thermal conductivity than AlGaAs or AlGaAsP, the temperature of the active layer tends to increase. For this reason, it is preferable to select AlGaAs, AlAs, or AlGaAsP for stable self-oscillation up to a high temperature. However, in the case of AlGaAs or AlGaAsP, since AlAs and AlP exhibit deliquescence, the upper limit of the Al composition is preferably 0.97 or less, more preferably 0.95 or less, and most preferably 0.93 or less. Since it is necessary to make the refractive index lower than that of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208, the lower limit of the Al composition is preferably 0.3 or more, more preferably 0.35 or more, and most preferably 0.4 or more. preferable.

電流阻止層109、209の屈折率は、電流阻止層109、209に挟まれた第2導電型第2クラッド層108、208の屈折率よりも低くする(実屈折率導波構造)。このような屈折率の制御を行うことにより、従来のロスガイド構造と比べて動作電流を低減することが可能になる。電流阻止層109、209と第2導電型第2クラッド層108、208との屈折率差は、電流阻止層109、209が化合物半導体で形成されている場合、下限は0.001以上であることが好ましく、0.003以上であることがより好ましく、0.007以上であることが最も好ましい。また屈折率差の上限は、1.0以下であることが好ましく、0.5以下であることがより好ましく、0.1以下であることが最も好ましい。また電流阻止層109、209が誘電体で構成されている場合には、下限は0.1以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましく、0.7以上であることが最も好ましい。また屈折率差の上限は、3.0以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましく、1.8以下であることが最も好ましい。   The refractive indexes of the current blocking layers 109 and 209 are set lower than the refractive indexes of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 sandwiched between the current blocking layers 109 and 209 (actual refractive index waveguide structure). By controlling the refractive index in this way, the operating current can be reduced as compared with the conventional loss guide structure. The lower limit of the refractive index difference between the current blocking layers 109 and 209 and the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 is 0.001 or more when the current blocking layers 109 and 209 are formed of a compound semiconductor. Is more preferable, 0.003 or more is more preferable, and 0.007 or more is most preferable. The upper limit of the refractive index difference is preferably 1.0 or less, more preferably 0.5 or less, and most preferably 0.1 or less. When the current blocking layers 109 and 209 are made of a dielectric, the lower limit is preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and 0.7 or more. Most preferred. The upper limit of the refractive index difference is preferably 3.0 or less, more preferably 2.5 or less, and most preferably 1.8 or less.

電流阻止層109、209の導電型は、第1導電型または高抵抗(アンドープまたは深い順位を形成する不純物(O、Cr、Feなど)をドープ)、あるいはこれら2つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型または組成の異なる複数の層から形成されていてもよい。例えば、活性層106、205に近い側から第2導電型あるいは高抵抗の半導体層、および第1導電型の半導体層の順に形成されている電流阻止層を好ましく用いることができる。電流阻止機能の観点からは、電流阻止層109、209の導電型は第1導電型であることが好ましい。電流阻止層109、209が第1導電型である場合、キャリア濃度は低くし過ぎると電流がリークしやすくなり、一方高くし過ぎると光吸収によるロスが大きくなるという問題がある。これらの観点から電流阻止層のキャリア濃度の下限は、1×1016cm-3以上であることが好ましく、1×1017cm-3以上であることがより好ましく、3×1017cm-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、2×1019cm-3以下であることが好ましく、5×1018cm-3以下であることがより好ましく、3×1018cm-3以下であることが最も好ましい。 The conductivity type of the current blocking layers 109 and 209 may be either the first conductivity type or high resistance (undoped or doped with impurities (O, Cr, Fe, etc.) forming a deep order), or a combination of the two. Alternatively, it may be formed of a plurality of layers having different conductivity types or compositions. For example, a current blocking layer formed in the order of the second conductive type or high resistance semiconductor layer and the first conductive type semiconductor layer from the side close to the active layers 106 and 205 can be preferably used. From the viewpoint of the current blocking function, the conductivity type of the current blocking layers 109 and 209 is preferably the first conductivity type. When the current blocking layers 109 and 209 are of the first conductivity type, there is a problem that if the carrier concentration is too low, the current easily leaks, while if it is too high, the loss due to light absorption increases. From these viewpoints, the lower limit of the carrier concentration of the current blocking layer is preferably 1 × 10 16 cm −3 or more, more preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, and 3 × 10 17 cm −3. The above is most preferable. The upper limit of the carrier concentration is preferably 2 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 5 × 10 18 cm −3 or less, and most preferably 3 × 10 18 cm −3 or less. .

半導体からなる電流阻止層109、209の厚さは、薄すぎると電流がリークする問題があり、一方厚すぎると選択成長保護膜にオーバーグロースして、リッジ両脇の保護膜の除去が困難になるという問題がある。そのような観点から、半導体からなる電流阻止層109、209のリッジ脇平坦部での厚さの下限は、0.03μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましく、0.2μm以上が最も好ましい。また、電流阻止層のリッジ脇平坦部での厚さ(d)の上限は、リッジの高さ(h)を基準としたときに、h+0.2μm以下であることが好ましく、h以下であることがより好ましく、h−0.05μm以下であることが最も好ましい。リッジ両脇での電流阻止層の厚みが平坦部の厚みよりも大きくなっている場合、0.8<d/h<2が好ましく、0.9<d/h<1.5がより好ましく、1<d/h<1.3がさらに好ましい。   If the thickness of the current blocking layers 109 and 209 made of a semiconductor is too thin, there is a problem that current leaks. On the other hand, if the thickness is too large, the selective growth protective film overgrows and it is difficult to remove the protective film on both sides of the ridge There is a problem of becoming. From such a viewpoint, the lower limit of the thickness of the ridge side flat portion of the current blocking layers 109 and 209 made of a semiconductor is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and most preferably 0.2 μm or more. . In addition, the upper limit of the thickness (d) of the current blocking layer at the flat portion beside the ridge is preferably h + 0.2 μm or less, preferably h or less, based on the height (h) of the ridge. Is more preferable, and h-0.05 μm or less is most preferable. When the thickness of the current blocking layer on both sides of the ridge is larger than the thickness of the flat portion, 0.8 <d / h <2 is preferable, 0.9 <d / h <1.5 is more preferable, More preferably, 1 <d / h <1.3.

なお、前述したとおり、電流阻止層109、209の材料は、選択成長保護膜におけるオーバーグロースの観点からAlGaAsで形成することが好ましい。すなわち、電流阻止層109、209をAlGaInPまたはAlInPで形成した場合、選択成長保護膜にオーバーグロースが起こりやすいという問題と、組成がリッジ脇と平坦部で異なるという問題とがある。これに対し、電流阻止層109、209をAlGaAsで形成した場合、比較的オーバーグロースは起こりにくく、組成もリッジ脇と平坦部で均一である。このような理由から電流阻止層109、209はAlGaAsで形成することが好ましい。   As described above, the material of the current blocking layers 109 and 209 is preferably formed of AlGaAs from the viewpoint of overgrowth in the selective growth protective film. That is, when the current blocking layers 109 and 209 are formed of AlGaInP or AlInP, there are a problem that overgrowth is likely to occur in the selective growth protective film and a problem that the composition differs between the ridge side and the flat portion. In contrast, when the current blocking layers 109 and 209 are formed of AlGaAs, overgrowth is relatively difficult to occur, and the composition is uniform between the ridge side and the flat portion. For this reason, the current blocking layers 109 and 209 are preferably formed of AlGaAs.

電流阻止層109、209は、光分布(特に横方向の光分布)を制御したり電流阻止の機能を向上させたりするために、屈折率、キャリア濃度または導電型が異なる2つ以上の層から形成してもよい。   The current blocking layers 109 and 209 are made of two or more layers having different refractive indexes, carrier concentrations, or conductivity types in order to control the light distribution (particularly the lateral light distribution) or improve the current blocking function. It may be formed.

また、図2に示すように、電流阻止層209の上に表面保護層211を形成してもよい。表面保護層211を形成することにより、電流阻止層209の表面酸化を抑制でき、また、選択成長用保護膜の除去時に電流阻止層がダメージを受けたり、エッチングされたりすることを防止することができ、さらに再成長時の昇温段階で電流阻止層の表面が荒れるのを防止することができ、再成長層の表面モホロジーや結晶性を向上させることができる。電流阻止層209が活性層205で発生した光に対して透明である場合には、表面保護層211も活性層205で発生した光に対して透明であること、すなわち活性層205の材料よりもバンドギャップが大きい材料で形成されていることが好ましい。電流阻止層が誘電体で、特に実屈折率ガイドの場合に、ロスガイドに比べて、このような形態を採用することが好ましい。但し、バンドギャップが小さい材料であっても、厚さが30nm以下、好ましくは20nm以下、さらに好ましくは10nm以下であれば、実質的に光の吸収がある程度無視できるので、本発明における表面保護層211の材料として用いることができる。表面保護層211のAl組成は、電流阻止層209のAl組成より小さいことが好ましい。表面保護層211の材料としては各種の材料が挙げられるが、再成長時の昇温段階でのV族元素置換等による下地層の表面荒れによる再成長の表面モホロジーや結晶性の低下を防止するために、リッジ上部表面、すなわち第2導電型第2クラッド層108、208あるいは酸化防止層210と同じ材料系であることが好ましく、中でもAlGaInPまたはGaInPであることが好ましい。表面保護層211の導電型は特に限定されないが、第2導電型とすることにより電流阻止機能を向上することができる。   Further, as shown in FIG. 2, a surface protective layer 211 may be formed on the current blocking layer 209. By forming the surface protective layer 211, the surface oxidation of the current blocking layer 209 can be suppressed, and the current blocking layer can be prevented from being damaged or etched when the protective film for selective growth is removed. In addition, the surface of the current blocking layer can be prevented from being roughened at the temperature rising stage during regrowth, and the surface morphology and crystallinity of the regrowth layer can be improved. When the current blocking layer 209 is transparent to the light generated in the active layer 205, the surface protective layer 211 is also transparent to the light generated in the active layer 205, that is, more than the material of the active layer 205. It is preferable to be made of a material having a large band gap. In the case where the current blocking layer is a dielectric, and in particular an actual refractive index guide, it is preferable to adopt such a form as compared with the loss guide. However, even if the material has a small band gap, if the thickness is 30 nm or less, preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, light absorption can be substantially ignored to some extent. 211 material. The Al composition of the surface protective layer 211 is preferably smaller than the Al composition of the current blocking layer 209. Various materials can be used as the material of the surface protective layer 211, but the surface morphology and crystallinity of the regrowth due to the surface roughness of the underlayer due to the V group element substitution at the temperature rising stage during the regrowth can be prevented. Therefore, it is preferable to use the same material system as that of the upper surface of the ridge, that is, the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 or the antioxidant layer 210, and among them, AlGaInP or GaInP is preferable. The conductivity type of the surface protective layer 211 is not particularly limited, but the current blocking function can be improved by using the second conductivity type.

第2導電型第2クラッド層108、208のリッジ上および該リッジ近傍の電流阻止層109、209上には、第2導電型第3クラッド層110、212が形成される。第2導電型第3クラッド層110、212は、電流阻止層109、209上のすべてを覆うものであってもよいし、リッジ近傍のみを覆うものであってもよい。第2導電型第3クラッド層110、212は、活性層106、205より屈折率の小さい材料で形成される。例えば、第2導電型のAlGaInP、AlInP、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaInAs、GaInAsP、AlGaInN、BeMgZnSe、MgZnSSe、CdZnSeTe等の一般的なIII−V族、II−VI族半導体を用いることができる。   Second conductivity type third cladding layers 110 and 212 are formed on the ridges of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208 and on the current blocking layers 109 and 209 in the vicinity of the ridges. The second conductivity type third cladding layers 110 and 212 may cover all over the current blocking layers 109 and 209 or may cover only the vicinity of the ridge. The second conductivity type third cladding layers 110 and 212 are formed of a material having a refractive index lower than that of the active layers 106 and 205. For example, general III-V group and II-VI group semiconductors such as second conductivity type AlGaInP, AlInP, AlGaAs, AlGaAsP, AlGaInAs, GaInAsP, AlGaInN, BeMgZnSe, MgZnSSe, and CdZnSeTe can be used.

第2導電型第3クラッド層110、212の厚さは、薄すぎると光閉じ込めが不十分となり、コンタクト層213で光吸収が顕著となり、しきい値電流や動作電流が増加してしまう。一方、厚すぎると、通過抵抗が増大し、この通過抵抗の増大はp型AlGaInPのように抵抗率が高い材料の場合に深刻な問題となる。そこで、第2導電型第3クラッド層の材料としてはAlGaAsまたはAlGaAsPを用いることが好ましく、かつ第2導電型第3クラッド層110、212の厚さの下限を0.1μm以上とすることが好ましく、0.2μm以上とすることがより好ましく、0.3μm以上とすることがさらに好ましく、0.4μm以上とすることが最も好ましい。また、第2導電型第3クラッド層110、212の厚さの上限は、2μm以下とすることが好ましく、1.5μm以下とすることがより好ましく、1μm以下とすることがさらに好ましく、0.8μm以下とすることが最も好ましい。   If the thickness of the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 is too thin, light confinement becomes insufficient, light absorption becomes remarkable in the contact layer 213, and a threshold current and an operating current increase. On the other hand, if it is too thick, the passage resistance increases, and this increase in passage resistance becomes a serious problem in the case of a material having a high resistivity such as p-type AlGaInP. Therefore, AlGaAs or AlGaAsP is preferably used as the material of the second conductivity type third cladding layer, and the lower limit of the thickness of the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 is preferably set to 0.1 μm or more. The thickness is more preferably 0.2 μm or more, further preferably 0.3 μm or more, and most preferably 0.4 μm or more. In addition, the upper limit of the thickness of the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 is preferably 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less, and further preferably 1 μm or less. Most preferably, it is 8 μm or less.

第2導電型第3クラッド層110、212のキャリア濃度の下限は、1×1017cm-3以上であることが好ましく、3×1017cm-3以上であることがより好ましく、5×1017cm-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、2×1019cm-3以下であることが好ましく、5×1018cm-3以下であることがより好ましく、3×1018cm-3以下であることが最も好ましい。 The lower limit of the carrier concentration of the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, more preferably 3 × 10 17 cm −3 or more, and 5 × 10. Most preferably, it is 17 cm −3 or more. The upper limit of the carrier concentration is preferably 2 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 5 × 10 18 cm −3 or less, and most preferably 3 × 10 18 cm −3 or less. .

第2導電型第3クラッド層110、212の屈折率は、第2導電型第2クラッド層108、208の屈折率よりも小さいことが好ましい。これにより、第2導電型のコンタクト層側へ光の漏れを小さくすることができ、しきい値電流を低減でき、第2導電型第3クラッド層の膜厚を薄くすることができ、通過抵抗及び熱抵抗を低減することができる。屈折率差の上限は、0.1以下であることが好ましく、0.07以下であることがより好ましく、0.05以下であることがさらに好ましい。また、屈折率差の下限は、0.001以上であることが好ましく、0.002以上であることがより好ましく、0.003以上であることがさらに好ましい。第2導電型第3クラッド層110、212の材料は、第2導電型第2クラッド層108、208よりも抵抗率あるいは熱抵抗を低くする観点から、AlGaAs、AlGaAsPが好ましく、さらに第2導電型第2クラッド層108、208よりも屈折率を低くする観点から、Al組成の下限は0.67以上が好ましく、0.72以上がより好ましく、0.76以上が最も好ましい。AlAs、AlPは潮解性を示すために、Al組成の上限は0.97以下が好ましく、0.93以下がより好ましく、0.89以下が最も好ましい。   The refractive index of the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 is preferably smaller than the refractive index of the second conductivity type second cladding layers 108 and 208. Thereby, light leakage to the second conductivity type contact layer side can be reduced, the threshold current can be reduced, the film thickness of the second conductivity type third cladding layer can be reduced, and the passage resistance can be reduced. In addition, the thermal resistance can be reduced. The upper limit of the refractive index difference is preferably 0.1 or less, more preferably 0.07 or less, and even more preferably 0.05 or less. Further, the lower limit of the refractive index difference is preferably 0.001 or more, more preferably 0.002 or more, and further preferably 0.003 or more. The material of the second conductivity type third cladding layers 110 and 212 is preferably AlGaAs or AlGaAsP from the viewpoint of lowering the resistivity or thermal resistance than the second conductivity type second cladding layers 108 and 208, and further the second conductivity type. From the viewpoint of lowering the refractive index than the second cladding layers 108 and 208, the lower limit of the Al composition is preferably 0.67 or more, more preferably 0.72 or more, and most preferably 0.76 or more. In order for AlAs and AlP to show deliquescence, the upper limit of the Al composition is preferably 0.97 or less, more preferably 0.93 or less, and most preferably 0.89 or less.

第2導電型第3クラッド層110、212上には、電極材料との接触抵抗を低減するために、図2に示すように低抵抗(高キャリア濃度)の(第2導電型)コンタクト層213を形成することが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層(第2導電型第3クラッド層212)の表面全体にコンタクト層を形成した後に電極を形成することが好ましい。コンタクト層213の材料は、通常はクラッド層、さらに好ましくは活性層よりバンドギャップが小さい材料の中から選択し、具体的にはGaAs、GaAsP、GaInAs、GaInP、GaInN等のAlを含まないIII−V族化合物半導体で形成すれば、表面酸化を防止することができるため好ましい。   On the second conductivity type third cladding layers 110 and 212, in order to reduce the contact resistance with the electrode material, a (second conductivity type) contact layer 213 having a low resistance (high carrier concentration) as shown in FIG. Is preferably formed. In particular, it is preferable to form the electrode after forming the contact layer over the entire surface of the uppermost layer (second conductivity type third cladding layer 212) on which the electrode is to be formed. The material of the contact layer 213 is usually selected from a clad layer, more preferably a material having a smaller band gap than the active layer. Specifically, the contact layer 213 is a III-containing material that does not contain Al such as GaAs, GaAsP, GaInAs, GaInP, and GaInN. Forming with a group V compound semiconductor is preferable because surface oxidation can be prevented.

また、コンタクト層213は、金属電極とのオーミック性を取るため、低抵抗で適当なキャリア密度を有することが好ましい。コンタクト層213のキャリア密度の下限は、1×1018cm-3以上であることが好ましく、3×1018cm-3以上であることがより好ましく、5×1018cm-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、2×1020cm-3以下であることが好ましく、5×1019cm-3以下であることがより好ましく、3×1018cm-3以下であることが最も好ましい。コンタクト層213の厚さは、0.1〜10μmであることが好ましく、0.2〜7μmであることがより好ましく、1〜5μmであることが最も好ましい。 The contact layer 213 preferably has a low resistance and an appropriate carrier density in order to obtain ohmic properties with the metal electrode. The lower limit of the carrier density of the contact layer 213 is preferably 1 × 10 18 cm −3 or more, more preferably 3 × 10 18 cm −3 or more, and 5 × 10 18 cm −3 or more. Is most preferred. The upper limit of the carrier concentration is preferably 2 × 10 20 cm −3 or less, more preferably 5 × 10 19 cm −3 or less, and most preferably 3 × 10 18 cm −3 or less. . The thickness of the contact layer 213 is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.2 to 7 μm, and most preferably 1 to 5 μm.

また、第2導電第3クラッド層212とコンタクト層213との間には、第2導電型の中間バンドギャップ層を形成してもよい。これにより、第2導電型第3クラッド層212とコンタクト層213との間のヘテロ障壁による通過抵抗を低減することができる。中間バンドギャップ層のキャリア密度の下限は、1×1017cm-3以上であることが好ましく、5×1017cm-3以上であることがより好ましく、1×1018cm-3以上であることが最も好ましい。また、中間バンドギャップのキャリア密度の上限は、5×1019cm-3以下であることが好ましく、1×1019cm-3以下であることがより好ましく、5×1018cm-3以下であることが最も好ましい。また、中間バンドギャップ層の厚さは、0.01〜0.5μmであることが好ましく、0.02〜0.3μmであることがより好ましく、0.03〜0.2μmであることが最も好ましい。 Further, an intermediate band gap layer of the second conductivity type may be formed between the second conductive third cladding layer 212 and the contact layer 213. Thereby, the passage resistance due to the hetero barrier between the second conductivity type third cladding layer 212 and the contact layer 213 can be reduced. The lower limit of the carrier density of the intermediate band gap layer is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, more preferably 5 × 10 17 cm −3 or more, and 1 × 10 18 cm −3 or more. Most preferred. The upper limit of the carrier density of the intermediate band gap is preferably 5 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 1 × 10 19 cm −3 or less, and 5 × 10 18 cm −3 or less. Most preferably it is. The thickness of the intermediate band gap layer is preferably 0.01 to 0.5 μm, more preferably 0.02 to 0.3 μm, and most preferably 0.03 to 0.2 μm. preferable.

本発明の半導体レーザ装置を設計する際には、まず、所望の垂直拡がり角を得るために活性層の厚さとクラッド層の組成を決定する。通常、垂直広がり角を大きくすると活性層内の過飽和吸収域が大きくなり、自励発振が起こり易くなる。このために、垂直広がり角は比較的大きめに設定される。しかしながら、垂直広がり角は大きくし過ぎると出射端面の光学的損傷(COD)レベルや光学系のディテクタでの受光効率を低下させることになり、逆に小さくし過ぎると過飽和吸収域が小さくなってしまうために自励発振が起こりにくくなる。このことから、垂直広がり角の下限は24°以上が好ましく、27°以上がより好ましく、29°以上がさらに好ましく、32°以上が最も好ましい。一方、垂直広がり角の上限は42°以下が好ましく、40°以下がより好ましく、38°以上がさらに好ましく、36°以下が最も好ましい。   In designing the semiconductor laser device of the present invention, first, the thickness of the active layer and the composition of the cladding layer are determined in order to obtain a desired vertical divergence angle. Usually, when the vertical divergence angle is increased, the supersaturated absorption region in the active layer is increased, and self-excited oscillation is likely to occur. For this reason, the vertical spread angle is set to be relatively large. However, if the vertical divergence angle is too large, the optical damage (COD) level of the emission end face and the light receiving efficiency at the detector of the optical system will be reduced. Conversely, if it is too small, the supersaturated absorption region will be reduced. Therefore, self-excited oscillation is less likely to occur. Therefore, the lower limit of the vertical spread angle is preferably 24 ° or more, more preferably 27 ° or more, further preferably 29 ° or more, and most preferably 32 ° or more. On the other hand, the upper limit of the vertical spread angle is preferably 42 ° or less, more preferably 40 ° or less, still more preferably 38 ° or more, and most preferably 36 ° or less.

垂直拡がり角を決定した後に自励発振の可否を大きく支配する構造パラメータは、活性層106、205と電流阻止層109、209との間の距離(dp)とリッジ底部におけるストライプ幅(以下「ストライプ幅」という)(Wb)である。なお、通常、活性層106、205と電流阻止層109、209との間には第2導電型第1クラッド層107、206が存在するが、その場合、dpは第2導電型第1クラッド層107、206の厚さとなる。また、活性層106、205が量子井戸構造である場合、電流阻止層と活性層の一番上部に形成されている、すなわち該電流阻止層に最も近い層(光閉じ込め層、バリア層あるいは量子井戸層)との間の距離がdpである。   After determining the vertical divergence angle, the structural parameters that largely control the possibility of self-excited oscillation are the distance (dp) between the active layers 106 and 205 and the current blocking layers 109 and 209 and the stripe width at the bottom of the ridge (hereinafter “stripes”). Width)) (Wb). Usually, the second conductivity type first cladding layers 107 and 206 exist between the active layers 106 and 205 and the current blocking layers 109 and 209. In this case, dp is the second conductivity type first cladding layer. 107 and 206. Further, when the active layers 106 and 205 have a quantum well structure, they are formed at the tops of the current blocking layer and the active layer, that is, the layers closest to the current blocking layer (light confinement layer, barrier layer, or quantum well). The distance to the layer) is dp.

垂直広がり角を狭くし過ぎたり、第2導電型第1クラッド層を薄くし過ぎたり、あるいはストライプ幅を広くし過ぎたりすると、自励発振しなくなってしまうことがある。逆に、垂直広がり角を厚くし過ぎたり、第2導電型第1クラッド層を厚くし過ぎたり、あるいはストライプ幅を狭くし過ぎたりすると、自励発振はするものの、動作電流が大きくなり過ぎたりレーザ特性を劣化させたりする。また、高温においても安定に自励発振を持続させるためには、dpはなるべく小さくなるように設定できた方がよい。理由はdpが小さいほどリッジ両脇への横方向の電流漏れを少なくでき、高温においても自励発振に充分な過飽和吸収領域を活性層内に形成しておくことが可能となるからである。このため、自励発振を達成するためには、上記のdpとWを適切な範囲に制御性よく納めることが必要となる。すなわち、dpについては、0.003〜0.5μmが好ましく、0.04〜0.25μmがより好ましく、0.05〜0.19μmがさらに好ましく、0.06〜0.15μmが特に好ましい。Wについては、1〜4μmが好ましく、1.2〜3.5μmがより好ましく、1.6〜2.9μmがより好ましく、1.9〜2.5μmが特に好ましい。   If the vertical spread angle is made too narrow, the second conductivity type first cladding layer is made too thin, or the stripe width is made too wide, self-excited oscillation may not be achieved. Conversely, if the vertical divergence angle is made too thick, the second conductivity type first cladding layer is made too thick, or the stripe width is made too narrow, self-oscillation occurs, but the operating current becomes too large. Degrading the laser characteristics. Further, in order to stably maintain the self-excited oscillation even at a high temperature, it is preferable that dp can be set as small as possible. The reason is that the smaller the dp, the smaller the current leakage in the lateral direction on both sides of the ridge, and it becomes possible to form a saturable absorption region in the active layer sufficient for self-excited oscillation even at high temperatures. For this reason, in order to achieve self-excited oscillation, it is necessary to place the above dp and W within an appropriate range with good controllability. That is, about dp, 0.003-0.5 micrometer is preferable, 0.04-0.25 micrometer is more preferable, 0.05-0.19 micrometer is further more preferable, 0.06-0.15 micrometer is especially preferable. About W, 1-4 micrometers are preferable, 1.2-3.5 micrometers is more preferable, 1.6-2.9 micrometers is more preferable, 1.9-2.5 micrometers is especially preferable.

ただし、使用目的(広がり角をどこに設定するかなど)や材料系(屈折率、抵抗率等)などが異なると、最適範囲も少しシフトする。また、この最適範囲は上記の各構造パラメータがお互いに影響し合うことにも注意を要する。   However, if the purpose of use (where the divergence angle is set, etc.) and the material system (refractive index, resistivity, etc.) are different, the optimum range also shifts slightly. It should also be noted that this optimum range affects each of the above structural parameters.

ストライプ幅(開口部の幅)W1とリッジ両脇のクラッド層の厚さdpが自励発振条件を満たすための光学設計指針として、活性層内部での横方向有効屈折率段差を2〜7x10-3程度、リッジ両脇への光浸み出し割合Γact.outを10〜40%程度に設定する必要がある。
また、過飽和吸収体の体積は、断面×共振器長で決まるため、共振器長も最適化が必要である。共振器長の長さについては、下限は150μm以上が好ましく、200μm以上がより好ましく、250μm以上がさらに好ましく、270μm以上が最も好ましい。上限については、600μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましく、450μm以下がさらに好ましく、370μm以下が最も好ましい。
As an optical design guideline for the stripe width (opening width) W1 and the thickness dp of the cladding layer on both sides of the ridge to satisfy the self-excited oscillation condition, the lateral effective refractive index step in the active layer is set to 2 to 7 × 10 −. About 3 , leaching rate to both sides of ridge Γact. It is necessary to set out to about 10 to 40%.
Further, since the volume of the saturable absorber is determined by the cross section × resonator length, the resonator length also needs to be optimized. As for the length of the resonator length, the lower limit is preferably 150 μm or more, more preferably 200 μm or more, further preferably 250 μm or more, and most preferably 270 μm or more. About an upper limit, 600 micrometers or less are preferable, 500 micrometers or less are more preferable, 450 micrometers or less are more preferable, and 370 micrometers or less are the most preferable.

本発明の自励発振型半導体レーザ装置を製造する方法は特に制限されない。いかなる方法により製造されたものであっても、上記本発明の要件を満たすものであれば本発明の範囲に含まれる。
本発明の自励発振型半導体レーザ装置を製造する際には、従来から用いられている方法を適宜選択して使用することができる。結晶の成長方法は特に限定されるものではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長やリッジ部の選択成長には、有機金属気相成長法(MOCVD法)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハイドライドあるいはハライド気相成長法(VPE法)、液相成長法(LPE法)等の公知の成長方法を適宜選択して用いることができる。
The method for manufacturing the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention is not particularly limited. Any method manufactured by any method is included in the scope of the present invention as long as it satisfies the requirements of the present invention.
When manufacturing the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention, a conventionally used method can be appropriately selected and used. The crystal growth method is not particularly limited. For crystal growth of a double heterostructure and selective growth of a ridge portion, metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), hydride or A known growth method such as a halide vapor phase growth method (VPE method) or a liquid phase growth method (LPE method) can be appropriately selected and used.

本発明の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法としては、まず基板上に第1導電型第1クラッド層を形成する工程と、該第1導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、該活性層上に第2導電型第1クラッド層を形成する工程と、該第2導電型第1クラッド層上にストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層を形成する工程と、前記第2導電型第1クラッド層上において前記第2導電型第2クラッド層の両側面を挟持するように電流阻止層を形成する工程と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの上および少なくとも前記電流阻止層の一部の上に第2導電型第3クラッド層を形成する工程を例示することができる。その他、基板上にバッファー層を形成する工程、第2導電型第1クラッド層上にエッチングストップ層を形成する工程と、第2導電型第2クラッド層上に酸化抑制層を形成する工程、電流阻止層上に表面保護層を形成する工程、第2導電型第3クラッド層上にコンタクト層を形成する工程を有することもできる。   As a method of manufacturing the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention, first, a step of forming a first conductivity type first cladding layer on a substrate, and a step of forming an active layer on the first conductivity type cladding layer, Forming a second conductivity type first cladding layer on the active layer, and forming a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure on the second conductivity type first cladding layer. Forming a current blocking layer on both sides of the second conductivity type second cladding layer on the second conductivity type first cladding layer; and a ridge of the second conductivity type second cladding layer And a step of forming a second conductivity type third cladding layer on the substrate and at least a part of the current blocking layer. In addition, a step of forming a buffer layer on the substrate, a step of forming an etching stop layer on the second conductivity type first cladding layer, a step of forming an oxidation suppression layer on the second conductivity type second cladding layer, a current A step of forming a surface protective layer on the blocking layer and a step of forming a contact layer on the second conductivity type third cladding layer may be included.

各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、MOCVD法を用いてIII−V族化合物半導体層を成長する場合、ダブルへテロ構造は、成長温度650〜750℃程度、V/III比20〜60程度(AlGaAsの場合)または300〜600程度(InGaAsP、AlGaInPの場合)、NAM領域およびブロック領域は、成長温度600〜700℃、V/III比40〜60程度(AlGaAsの場合)、または350〜550程度(InGaAsP、AlGaInPの場合)で行うことが好ましい。   The specific growth conditions of each layer vary depending on the layer composition, growth method, device shape, etc., but when a III-V compound semiconductor layer is grown using the MOCVD method, the double heterostructure grows. The temperature is about 650 to 750 ° C., the V / III ratio is about 20 to 60 (in the case of AlGaAs) or about 300 to 600 (in the case of InGaAsP and AlGaInP), the NAM region and the block region are grown at a growth temperature of 600 to 700 ° C., V / III The ratio is preferably about 40 to 60 (in the case of AlGaAs) or 350 to 550 (in the case of InGaAsP or AlGaInP).

特に保護膜を用いて選択成長により形成する電流阻止層がAlGaAs、AlGaInPのようにAlを含む場合、成長中に微量のHClガスを導入することにより、マスク上へのポリの堆積を防止することができるため非常に好ましい。Alの組成が高いほど、あるいはマスク幅あるいはマスク面積比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ半導体表面露出部のみに選択成長を行う(セレクティブモード)のに必要なHCl導入量は増加する。一方、HClガスの導入量が多すぎるとAlGaAs層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまうが(エッチングモード)が、Al組成が高くなるほど他の成長条件を一定とした場合、エッチングモードになるのに必要なHCl導入量は増加する。このため、最適なHCl導入量はトリメチルアルミニウム等のAlを含んだIII族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、HClの供給モル数とAlを含んだIII族原料供給モル数の比(HCl/III族)は、下限は0.01以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましく、0.1以上であることが最も好ましい。上限は、50以下が好ましく、10以下がより好ましく、5以下が最も好ましい。但し、Inを含む化合物半導体層を選択成長(特に、HCl導入)させる場合は、組成制御が困難になりやすい。   In particular, when a current blocking layer formed by selective growth using a protective film contains Al, such as AlGaAs or AlGaInP, a small amount of HCl gas is introduced during growth to prevent poly deposition on the mask. Is very preferable. When the Al composition is higher, or the mask width or mask area ratio is larger, the other growth conditions are constant, so that poly deposition is prevented and selective growth is performed only on the exposed surface of the semiconductor (selective mode). The amount of HCl introduced necessary for this increases. On the other hand, when the introduction amount of HCl gas is too large, the growth of the AlGaAs layer does not occur, and conversely, the semiconductor layer is etched (etching mode), but when other growth conditions are made constant as the Al composition becomes higher, The amount of HCl introduced necessary to enter the etching mode increases. For this reason, the optimum amount of HCl introduced greatly depends on the number of moles of the group III raw material containing Al such as trimethylaluminum. Specifically, the lower limit of the ratio of the number of moles of HCl supplied to the number of moles of Group III raw material containing Al (HCl / Group III) is preferably 0.01 or more, and 0.05 or more. Is more preferable and 0.1 or more is most preferable. The upper limit is preferably 50 or less, more preferably 10 or less, and most preferably 5 or less. However, when the compound semiconductor layer containing In is selectively grown (particularly, HCl is introduced), composition control tends to be difficult.

リッジ形成や選択成長を行う場合、保護膜を使用することができる。保護膜は誘電体であることが好ましく、具体的にはSiNx膜、SiO2膜、SiON膜、Al23膜、ZnO膜、SiC膜およびアモルファスSiからなる群から選択される。保護膜は、マスクとしてMOCVDなどを用いてリッジ部を選択再成長により形成する場合に用いられる。 When performing ridge formation or selective growth, a protective film can be used. The protective film is preferably a dielectric, and is specifically selected from the group consisting of SiNx films, SiO 2 films, SiON films, Al 2 O 3 films, ZnO films, SiC films, and amorphous Si. The protective film is used when the ridge portion is formed by selective regrowth using MOCVD or the like as a mask.

本発明の自励発振型半導体レーザ装置を半導体レーザとして用いる場合、半導体レーザとしては、情報処理用光源(通常AlGaAs系(波長780nm近傍)、AlGaInP系(波長600nm帯)、InGaN系(波長400nm近傍))、通信用信号光源(通常InGaAsPあるいはInGaAsを活性層とする1.3μm帯、1.5μm帯)レーザなどの通信用半導体レーザ装置などの、多用な装置を挙げることができる。本発明の半導体レーザは、25℃において直流で駆動させた場合における単一横モードでの最大光出力は、5mW以上であることが好ましく、7mW以上であることがより好ましく、10mW以上であることがさらに好ましい。また、光出力密度は、4 mW/μm2以上であることが好ましく、6mW/μm2以上であることがより好ましく、8mW/μm2以上であることがさらに好ましい。さらに、本発明の半導体レーザは、駆動させている場合における通過抵抗は低い方が好ましく、8Ω以下であることが好ましく、7Ω以下であることがより好ましく、6Ω以下であることが最も好ましい。本発明の典型的な半導体レーザは、75℃において5mW以上の出力で自励発振する。温度との関係で具体例を示せば、本発明の典型的な半導体レーザは、例えば70℃であれば5mWの出力で自励発振し、75℃であれば5mWの出力で自励発振し、70℃であれば10mWの出力で自励発振し、75℃であれば10mWの出力で自励発振する。また、直流(DC)駆動で25℃における発振しきい値電流は例えば45mA以下であり、40mA以下であることが好ましく、35mA以下であることがより好ましい。 When the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the present invention is used as a semiconductor laser, information processing light sources (usually AlGaAs system (wavelength near 780 nm), AlGaInP system (wavelength 600 nm band), InGaN system (wavelength near 400 nm) are used. )), A communication signal light source (usually 1.3 μm band or 1.5 μm band having InGaAsP or InGaAs as an active layer) laser, and various other devices such as a communication semiconductor laser device. In the semiconductor laser of the present invention, the maximum light output in the single transverse mode when driven at 25 ° C. with a direct current is preferably 5 mW or more, more preferably 7 mW or more, and 10 mW or more. Is more preferable. Further, the optical power density is preferably 4 mW / μm 2 or more, more preferably 6 mW / [mu] m 2 or more, further preferably 8 mW / [mu] m 2 or more. Furthermore, the semiconductor laser of the present invention preferably has a low passage resistance when driven, preferably 8Ω or less, more preferably 7Ω or less, and most preferably 6Ω or less. The typical semiconductor laser of the present invention oscillates at 75 ° C. with an output of 5 mW or more. If a specific example is shown in relation to temperature, a typical semiconductor laser of the present invention self-oscillates at an output of 5 mW at, for example, 70 ° C, and self-oscillates at an output of 5 mW at 75 ° C. If it is 70 ° C., it will self-oscillate with an output of 10 mW and if it is 75 ° C., it will self-oscillate with an output of 10 mW. Further, the oscillation threshold current at 25 ° C. with direct current (DC) drive is, for example, 45 mA or less, preferably 40 mA or less, and more preferably 35 mA or less.

本発明の半導体レーザは、通信用レーザとしても円形に近いレーザはファイバーとの結合効率を高める点で有効である。また、遠視野像が単一ピークであるものは、情報処理や光通信などの幅広い用途に好適なレーザとして供することができる。さらに、本発明の構造は半導体レーザ以外に端面発光型などの発光ダイオード(LED)としても応用可能である。   The semiconductor laser of the present invention is effective in that a laser having a nearly circular shape as a communication laser increases the coupling efficiency with a fiber. In addition, a far-field image having a single peak can be used as a laser suitable for a wide range of applications such as information processing and optical communication. Furthermore, the structure of the present invention can be applied to a light emitting diode (LED) such as an edge emitting type in addition to the semiconductor laser.

以下に具体例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The materials, reagents, ratios, operations, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.

(実施例1)
本実施例において、図3に示す自励発振型半導体レーザ装置を製造した。厚さ350μmで(100)面から[011]方向に10°オフしたn型GaAs(n=1×1018cm-3)基板301上に、MOCVD法により、厚さ1.2μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(n=8×1017cm-3,屈折率3.2454)クラッド層302、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光閉じ込め層(ノンドープ)321、厚さ5nmのGa0.5In0.5P歪量子井戸層(ノンドープ)322、厚さ5nmの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層(ノンドープ)323からなる井戸数が6である多重子井戸(MQW、N=6)活性層303、厚さ0.08μmのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(p=1×1018cm-3,屈折率3.2454)からなるp型第1クラッド層304、厚さ5nmのp型Ga0.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型エッチングストップ層305、厚さ0.5μmの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(Znドープ:p=1×1018cm-3,屈折率3.2454)からなるp型第2クラッド層306、厚さ0.01μmのp型(Al0.2Ga0.80.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型酸化抑制層307を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した(図3(a))。次に、このダブルヘテロ基板の表面にプラズマCVDにより厚さ100nmのSiNx保護膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーにより[01−1]方向(基板のオフ方向と直交する方向)を長手方向とするストライプ状のSiNx保護膜351を多数形成した(図3(b))。
Example 1
In this example, the self-pulsation type semiconductor laser device shown in FIG. 3 was manufactured. On an n-type GaAs (n = 1 × 10 18 cm −3 ) substrate 301 having a thickness of 350 μm and 10 ° off from the (100) plane in the [011] direction, an n-type (1.2 μm thick) is formed by MOCVD. Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (n = 8 × 10 17 cm −3 , refractive index 3.2454) cladding layer 302, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light confinement layer (non-doped) 321, thickness A multi-well (MQW, N) with 6 wells consisting of 5 nm Ga 0.5 In 0.5 P strained quantum well layer (non-doped) 322 and 5 nm thick (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer (non-doped) 323 = 6) p-type first cladding layer made of active layer 303 and 0.08 μm thick p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 , refractive index 3.2454) 304, 5 nm thick p-type Ga 0.5 P-type etching stop layer 305 made of In 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 ), (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (Zn-doped: p = 1 × 10 18 cm) having a thickness of 0.5 μm -3 , refractive index 3.2454), p-type second cladding layer 306 having a thickness of 0.01 μm and p-type (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 ). A p-type oxidation suppression layer 307 was sequentially laminated to form a double heterostructure (FIG. 3A). Next, after a SiNx protective film having a thickness of 100 nm is deposited on the surface of the double hetero substrate by plasma CVD, a stripe whose longitudinal direction is the [01-1] direction (direction perpendicular to the off direction of the substrate) is formed by photolithography. A large number of SiNx protective films 351 having a shape were formed (FIG. 3B).

次に、このストライプ状のSiNx保護膜351を用いて、エッチングストップ層305の表面までウェットエッチングを行い、リッジ底部のストライプ幅が2.2μmとなるようにした。このとき、リッジ上部の幅は1.4μmであり、また、リッジ形状は左右非対称であり、2つの底角の合計は105°(一方の底角62°、他方の底角43°)であった。(図3(c))。このとき、ウェットエッチングのエッチング液には塩酸系混合液あるいは硫酸系混合液を用いた。   Next, wet etching was performed up to the surface of the etching stop layer 305 using the stripe-shaped SiNx protective film 351 so that the stripe width at the bottom of the ridge was 2.2 μm. At this time, the width of the upper part of the ridge is 1.4 μm, the ridge shape is asymmetrical, and the total of the two base angles is 105 ° (one base angle is 62 ° and the other base angle is 43 °). It was. (FIG. 3C). At this time, a hydrochloric acid-based mixed solution or a sulfuric acid-based mixed solution was used as an etching solution for wet etching.

上記のストライプ状のSiNx保護膜351を用いたリッジ形成のためのエッチングにより除去された部分に、MOCVD法を用いた選択成長により、厚さ0.4μmのn型Al0.9Ga0.1As電流阻止層(n=2×1018cm-3,屈折率3.1590)308および厚さ0.01μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P表面保護層(n=1×1018cm-3)309を形成した(図3(d))。その後、ストライプ状のSiNx保護膜351を緩衝フッ酸液などを用いたウェットエッチングまたはSF6、CF4などのガスを用いたドライエッチングにより除去し(図3(e))、再びMOCVD法により厚さ0.5μmのp型Al0.8Ga0.2As第3クラッド層(p=1×1018cm-3,屈折率3.2267)310、厚さ0.05μmのp型Al0.35Ga0.65As中間バンドギャップ層(p=1.5×1018cm-3)311および厚さ3.5μmのp型GaAsコンタクト層(p=7×1018cm-3)312を成長させた。 An n-type Al 0.9 Ga 0.1 As current blocking layer having a thickness of 0.4 μm is formed on the portion removed by etching for ridge formation using the stripe-shaped SiNx protective film 351 by selective growth using MOCVD. (N = 2 × 10 18 cm −3 , refractive index 3.1590) 308 and 0.01 μm thick n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P surface protective layer (n = 1 × 10 18 cm −3 ) 309 was formed (FIG. 3D). Thereafter, the striped SiNx protective film 351 is removed by wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution or dry etching using a gas such as SF 6 or CF 4 (FIG. 3E), and the thickness is again increased by MOCVD. 0.5 μm thick p-type Al 0.8 Ga 0.2 As third cladding layer (p = 1 × 10 18 cm −3 , refractive index 3.2267) 310, 0.05 μm thick p-type Al 0.35 Ga 0.65 As intermediate band A gap layer (p = 1.5 × 10 18 cm −3 ) 311 and a p-type GaAs contact layer (p = 7 × 10 18 cm −3 ) 311 having a thickness of 3.5 μm were grown.

この後、p側の電極313を蒸着し、基板を100μmまで薄くした後に、n側電極314を蒸着し、アロイした(図3(f))。このようにして作製したウエハーを劈開して、レーザ光出射端面を形成(1次劈開)するようにチップバーに切り出した。このときの共振器長は300μmとした。前端面に低反射膜、後端面に高反射膜を非対称コーティングした後、2次劈開によりチップに分離した。分離したチップをジャンクションダウンで組立して半導体レーザ装置を得た。   Thereafter, a p-side electrode 313 was deposited and the substrate was thinned to 100 μm, and then an n-side electrode 314 was deposited and alloyed (FIG. 3 (f)). The wafer thus produced was cleaved and cut into a chip bar so as to form a laser light emitting end face (primary cleavage). At this time, the resonator length was 300 μm. The front end face was asymmetrically coated with a low reflection film and the rear end face was asymmetrically coated, and then separated into chips by secondary cleavage. The separated chips were assembled by junction down to obtain a semiconductor laser device.

なお、上記のMOCVD法では、III族原料としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)およびトリメチルアルミニウム(TMA)、V族原料としてアルシンおよびホスフィン、キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、p型ドーパントにはジメチル亜鉛(DMZ)を用い、n型ドーパントにはジシランを用いた。また、n型Al0.9Ga0.1As層(アンドープ)308の成長時には、SiNx保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、HClガスをHCl/III族のモル比が0.2、特にHCl/TMAのモル比が0.22となるように導入した。 In the MOCVD method, trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), and trimethylaluminum (TMA) were used as group III materials, arsine and phosphine as group V materials, and hydrogen as a carrier gas. Further, dimethyl zinc (DMZ) was used as the p-type dopant, and disilane was used as the n-type dopant. Further, during the growth of the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer (undoped) 308, HCl gas is used with an HCl / III group molar ratio of 0.2, particularly HCl, in order to suppress the deposition of poly on the SiNx protective film. / TMA was introduced so that the molar ratio was 0.22.

作製した半導体レーザ装置を25℃で連続通電(CW)することにより電流−光出力特性および電流−電圧特性を測定した。
以下の表1に示すように、本実施例の半導体レーザ装置は、図4(a)に示すように縦マルチモード発振しており、戻り光との可干渉性を示すビジビリティは0.25と低く、高周波重畳回路無しで低ノイズ動作が可能であることが判明した。また、発振波長は平均656nmであり、しきい値電流は27mA、5mW出力時の動作電流は31mAであり、低しきい値・低動作電流の優れた特性を示した。さらに本発明の半導体レーザの垂直広がり角は平均37.5°、水平拡がり角は10.6°であり、p側クラッド層を厚膜にしたにもかかわらず、素子抵抗を10Ω程度に小さく抑えることができた。
このように、本実施例の半導体レーザ装置は、通過抵抗が小さいために素子の発熱を低減することができ、75℃以上の高温においても安定な自励発振動作を実現できる。
The manufactured semiconductor laser device was continuously energized (CW) at 25 ° C. to measure current-light output characteristics and current-voltage characteristics.
As shown in Table 1 below, the semiconductor laser device of this example oscillates in longitudinal multimode as shown in FIG. 4A, and the visibility indicating the coherence with the return light is 0.25. It has been found that low noise operation is possible without a high frequency superposition circuit. The oscillation wavelength was 656 nm on average, the threshold current was 27 mA, the operating current at 5 mW output was 31 mA, and the low threshold and low operating current were excellent. Further, the vertical divergence angle of the semiconductor laser of the present invention is an average of 37.5 °, the horizontal divergence angle is 10.6 °, and the device resistance is suppressed to about 10Ω even though the p-side cladding layer is made thick. I was able to.
Thus, the semiconductor laser device of this embodiment can reduce the heat generation of the element because of its low passage resistance, and can realize a stable self-oscillation operation even at a high temperature of 75 ° C. or higher.

Figure 2006054426
Figure 2006054426

(比較例1)
p型第3クラッド層(厚さ0.5μm)を形成せずに、その他は実施例1と同様の方法により半導体レーザ素子を作製し、直流駆動により得られた電流−光出力および電流−電圧特性を測定した。しきい値電流は60mAと高くなってしまった。
このようにレーザ特性が悪化した原因は、p型コンタクト層への光の漏れが大きくなり、光のロスが増加、すなわち導波路ロスが大幅に増加したことにあると考えられる。
(Comparative Example 1)
A semiconductor laser device was fabricated by the same method as in Example 1 without forming the p-type third cladding layer (thickness 0.5 μm), and current-light output and current-voltage obtained by direct current drive. Characteristics were measured. The threshold current is as high as 60 mA.
It is considered that the cause of the deterioration of the laser characteristics is that the light leakage to the p-type contact layer is increased, the light loss is increased, that is, the waveguide loss is greatly increased.

(比較例2)
p型第3クラッド層(厚さ0.5μm)を形成せずに、その厚さを補うためp型第2クラッド層の厚さを1μmとして、その他は実施例1と同様の方法により半導体レーザ装置を作製し、電流−光出力特性および電流−電圧特性を測定した。得られた半導体レーザ装置ではレーザ発振しなかった。
その原因は、ストライプ状のSiNx保護膜下のサイドエッチングのために、リッジ上部の幅が0.2μmとかなり狭くなり、素子抵抗がかなり高く(20Ω以上)なってしまったことにあると考えられる。
(Comparative Example 2)
Without forming the p-type third cladding layer (thickness 0.5 μm), the thickness of the p-type second cladding layer is set to 1 μm in order to compensate for the thickness, and the rest is performed by the same method as in the first embodiment. A device was fabricated, and current-light output characteristics and current-voltage characteristics were measured. The obtained semiconductor laser device did not oscillate.
The cause is considered to be that the width of the upper portion of the ridge is considerably narrowed to 0.2 μm and the element resistance is considerably high (20Ω or more) due to the side etching under the stripe-like SiNx protective film. .

(実施例2)
p型第3クラッド層310を厚さ0.5μmの(Al0.75Ga0.250.5In0.5P(p=7×1018cm-3)に変更したこと以外は実施例1と同様の方法により自励発振型半導体レーザ装置を作製した。
初期特性については、実施例1とほぼ同程度であったが、素子抵抗は15Ωと実施例1に比べて少し高くなり、70℃での自励発振も得られなかった。この原因は、(Al0.75Ga0.250.5In0.5Pの抵抗率及び熱抵抗がp型Al0.8Ga0.2Asの抵抗率及び熱抵抗より大きいことにより、素子の発熱、すなわち活性層の温度が増加したためであると考えられる。
(Example 2)
The p-type third cladding layer 310 was automatically formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness was changed to (Al 0.75 Ga 0.25 ) 0.5 In 0.5 P (p = 7 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 0.5 μm. An excited oscillation type semiconductor laser device was manufactured.
Although the initial characteristics were almost the same as those of Example 1, the element resistance was 15Ω, which was a little higher than that of Example 1, and self-oscillation at 70 ° C. was not obtained. The reason is, the (Al 0.75 Ga 0.25) 0.5 In 0.5 that P resistivity and thermal resistance greater than the resistivity and the thermal resistance of the p-type Al 0.8 Ga 0.2 As, the heat generation of the element, that increase the temperature of the active layer This is probably because

(実施例3)
本実施例において、図3に示す自励発振型半導体レーザ装置を製造した。厚さ350μmで(100)面から[011]方向に10°オフしたn型GaAs(n=1×1018cm-3)基板301上に、MOCVD法により、厚さ0.5μmのn型GaAs(n=1×1018cm-3)(図示せず)、厚さ0.1μmのn型Ga0.5In0.5P(n=1×1018cm-3)(図示せず)、厚さ1.6μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(n=8×1017cm-3,屈折率3.2454)クラッド層302、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光閉じ込め層(ノンドープ)321、厚さ5nmのGa0.5In0.5P歪量子井戸層(ノンドープ)322、厚さ4.8nmの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層(ノンドープ)323からなる井戸数が8である多重量子井戸(MQW、N=8)活性層303、厚さ0.1μmのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(p=1×1018cm-3,屈折率3.2454)からなるp型第1クラッド層304、厚さ5nmのp型Ga0.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型エッチングストップ層305、厚さ0.5μmの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(Znドープ:p=1×1018cm-3,屈折率3.2454)からなるp型第2クラッド層306、厚さ0.01μmのp型(Al0.2Ga0.80.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型酸化抑制層307を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した(図3(a))。次に、このダブルヘテロ基板の表面にプラズマCVDにより厚さ100nmのSiNx保護膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーにより[01?1]方向(基板のオフ方向と直交する方向)を長手方向とするストライプ状のSiNx保護膜351を多数形成した(図3(b))。
(Example 3)
In this example, the self-pulsation type semiconductor laser device shown in FIG. 3 was manufactured. On an n-type GaAs (n = 1 × 10 18 cm −3 ) substrate 301 having a thickness of 350 μm and 10 ° off from the (100) plane in the [011] direction, an n-type GaAs having a thickness of 0.5 μm is formed by MOCVD. (N = 1 × 10 18 cm −3 ) (not shown), n-type Ga 0.5 In 0.5 P (n = 1 × 10 18 cm −3 ) (not shown) with a thickness of 0.1 μm, thickness 1 .6 μm n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (n = 8 × 10 17 cm −3 , refractive index 3.2454) cladding layer 302, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P optical confinement layer ( The number of wells consisting of (non-doped) 321, Ga 0.5 In 0.5 P strained quantum well layer (non-doped) 322 having a thickness of 5 nm, and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer (non-doped) 323 having a thickness of 4.8 nm is 8 A multiple quantum well (MQW, N = 8) active layer 303 with a thickness of 0. P-type first clad layer 304 made of 1 μm p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 , refractive index 3.2454), p-type Ga 0.5 In 5 nm thick A p-type etching stop layer 305 made of 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 ), (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (Zn-doped: p = 1 × 10 18 cm − with a thickness of 0.5 μm. 3 , p-type second cladding layer 306 having a refractive index of 3.2454), p-type (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 ) having a thickness of 0.01 μm. A double heterostructure was formed by sequentially laminating the type oxidation inhibiting layers 307 (FIG. 3A). Next, after a SiNx protective film having a thickness of 100 nm is deposited on the surface of the double hetero substrate by plasma CVD, a stripe whose longitudinal direction is the [01? 1] direction (direction perpendicular to the off direction of the substrate) is formed by photolithography. A large number of SiNx protective films 351 having a shape were formed (FIG. 3B).

次に、このストライプ状のSiNx保護膜351を用いて、エッチングストップ層305の表面までウェットエッチングを行い、リッジ底部のストライプ幅が2.6μmとなるようにした。このとき、リッジ上部の幅は1.7μmであり、また、リッジ形状は左右非対称であり、2つの底角の合計は100°(一方の底角60°、他方の底角40°)であった。(図3(c))。このとき、ウェットエッチングのエッチング液には塩酸系混合液あるいは硫酸系混合液を用いた。   Next, wet etching was performed up to the surface of the etching stop layer 305 by using this stripe-shaped SiNx protective film 351 so that the stripe width at the bottom of the ridge was 2.6 μm. At this time, the width of the upper portion of the ridge is 1.7 μm, the shape of the ridge is asymmetrical, and the total of the two base angles is 100 ° (one base angle is 60 ° and the other base angle is 40 °). It was. (FIG. 3C). At this time, a hydrochloric acid-based mixed solution or a sulfuric acid-based mixed solution was used as an etching solution for wet etching.

上記のストライプ状のSiNx保護膜351を用いたリッジ形成のためのエッチングにより除去された部分に、MOCVD法を用いた選択成長により、厚さ0.4μmのn型Al0.85Ga0.15As電流阻止層(n=2×1018cm-3,屈折率3.1924)308および厚さ0.01μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P表面保護層(n=1×1018cm-3)309を形成した(図3(d))。その後、ストライプ状のSiNx保護膜351を緩衝フッ酸液などを用いたウェットエッチングまたはSF6、CF4などのガスを用いたドライエッチングにより除去し(図3(e))、再びMOCVD法により厚さ0.5μmのp型Al0.78Ga0.22As第3クラッド層(p=1×1018cm-3,屈折率3.2407)310、厚さ0.05μmのp型Al0.35Ga0.65As中間バンドギャップ層(p=1.5×1018cm-3)311および厚さ3.5μmのp型GaAsコンタクト層(p=7×1018cm-3)312を成長させた。 An n-type Al 0.85 Ga 0.15 As current blocking layer having a thickness of 0.4 μm is formed on the portion removed by etching for ridge formation using the stripe-shaped SiNx protective film 351 by selective growth using the MOCVD method. (N = 2 × 10 18 cm −3 , refractive index 3.1924) 308 and 0.01 μm thick n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P surface protective layer (n = 1 × 10 18 cm −3 ) 309 was formed (FIG. 3D). Thereafter, the striped SiNx protective film 351 is removed by wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution or dry etching using a gas such as SF 6 or CF 4 (FIG. 3E), and the thickness is again increased by MOCVD. 0.5 μm thick p-type Al 0.78 Ga 0.22 As third cladding layer (p = 1 × 10 18 cm −3 , refractive index 3.2407) 310, 0.05 μm thick p-type Al 0.35 Ga 0.65 As intermediate band A gap layer (p = 1.5 × 10 18 cm −3 ) 311 and a p-type GaAs contact layer (p = 7 × 10 18 cm −3 ) 311 having a thickness of 3.5 μm were grown.

この後、p側の電極313を蒸着し、基板を100μmまで薄くした後に、n側電極1114を蒸着し、アロイした(図3(f))。このようにして作製したウエハーを劈開して、レーザ光出射端面を形成(1次劈開)するようにチップバーに切り出した。このときの共振器長は300μmとした。前端面に低反射膜、後端面に高反射膜を非対称コーティングした後、2次劈開によりチップに分離した。分離したチップをジャンクションダウンで組立して半導体レーザ装置を得た。   Thereafter, a p-side electrode 313 was deposited and the substrate was thinned to 100 μm, and then an n-side electrode 1114 was deposited and alloyed (FIG. 3F). The wafer thus produced was cleaved and cut into a chip bar so as to form a laser light emitting end face (primary cleavage). At this time, the resonator length was 300 μm. The front end face was asymmetrically coated with a low reflection film and the rear end face was asymmetrically coated, and then separated into chips by secondary cleavage. The separated chips were assembled by junction down to obtain a semiconductor laser device.

なお、上記のMOCVD法では、III族原料としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)およびトリメチルアルミニウム(TMA)、V族原料としてアルシンおよびホスフィン、キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、p型ドーパントにはジメチル亜鉛(DMZ)を用い、n型ドーパントにはジシランを用いた。また、n型Al0.9Ga0.1As層308の成長時には、SiNx保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、微量のHClガスを導入した。 In the MOCVD method, trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), and trimethylaluminum (TMA) were used as group III materials, arsine and phosphine as group V materials, and hydrogen as a carrier gas. Further, dimethyl zinc (DMZ) was used as the p-type dopant, and disilane was used as the n-type dopant. Further, when the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 308 was grown, a small amount of HCl gas was introduced to suppress the deposition of poly on the SiNx protective film.

作製した半導体レーザ装置を連続通電(CW)することにより電流?光出力特性および電流?電圧特性を測定した。
本実施例の半導体レーザ装置は、図10に示すように75℃、10mWにおいても縦マルチモード発振しており(ピーク波長676.3nm)、戻り光との可干渉性を示すビジビリティは0.34と低く、高温(75℃以上)・高出力(10mW以上)まで高周波重畳回路無しで低ノイズ動作が可能であることが判明した。
The current is generated by continuously energizing (CW) the manufactured semiconductor laser device. Optical output characteristics and current? Voltage characteristics were measured.
As shown in FIG. 10, the semiconductor laser device of this example oscillates in longitudinal multimode even at 75 ° C. and 10 mW (peak wavelength 676.3 nm), and the visibility indicating the coherence with the return light is 0.34. It has been found that low noise operation is possible without high frequency superposition circuit up to high temperature (75 ° C. or higher) and high output (10 mW or higher).

(実施例4)
本実施例において、図3に示すように活性層総厚の異なる複数の自励発振型半導体レーザ装置を製造した。厚さ350μmで(100)面から[011]方向に10°オフしたn型GaAs(n=1×1018cm-3)基板301上に、MOCVD法により、厚さ0.5μmのn型GaAs(n=1×1018cm-3)(図示せず)、厚さ0.1μmのn型Ga0.5In0.5P(n=1×1018cm-3)(図示せず)、厚さ1.2μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(n=8×1017cm-3)クラッド層302、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光閉じ込め層(ノンドープ)321、Ga0.5In0.5P歪量子井戸層(ノンドープ)322、厚さ5nmの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層(ノンドープ)323からなる多重子井戸(MQW)活性層303、厚さ0.1μmのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型第1クラッド層304、厚さ5nmのp型Ga0.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型エッチングストップ層305、厚さ0.5μmの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(Znドープ:p=1×1018cm-3)からなるp型第2クラッド層306、厚さ0.01μmのp型(Al0.2Ga0.80.5In0.5P(p=1×1018cm-3)からなるp型酸化抑制層307を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した(図3(a))。次に、このダブルヘテロ基板の表面にプラズマCVDにより厚さ100nmのSiNx保護膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーにより[01?1]方向(基板のオフ方向と直交する方向)を長手方向とするストライプ状のSiNx保護膜351を多数形成した(図3(b))。
Example 4
In this example, a plurality of self-excited oscillation type semiconductor laser devices having different active layer total thicknesses were manufactured as shown in FIG. On an n-type GaAs (n = 1 × 10 18 cm −3 ) substrate 301 having a thickness of 350 μm and 10 ° off from the (100) plane in the [011] direction, an n-type GaAs having a thickness of 0.5 μm is formed by MOCVD. (N = 1 × 10 18 cm −3 ) (not shown), n-type Ga 0.5 In 0.5 P (n = 1 × 10 18 cm −3 ) (not shown) with a thickness of 0.1 μm, thickness 1 .2 μm n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (n = 8 × 10 17 cm −3 ) cladding layer 302, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P optical confinement layer (non-doped) 321, Ga 0.5 In 0.5 P strain quantum well layer (non-doped) 322, 5 nm thick (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer (non-doped) 323 multi-well (MQW) active layer 303, 0.1 μm thick p type (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P (p = 1 × 10 18 c P-type first cladding layer 304 made of -3) and a thickness of 5 nm p-type Ga 0.5 In 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm -3) p -type etching stop layer 305 made of, a thickness of 0.5μm P-type second cladding layer 306 made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (Zn-doped: p = 1 × 10 18 cm −3 ), 0.01 μm thick p-type (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In A p-type oxidation suppression layer 307 made of 0.5 P (p = 1 × 10 18 cm −3 ) was sequentially stacked to form a double heterostructure (FIG. 3A). Next, after a SiNx protective film having a thickness of 100 nm is deposited on the surface of the double hetero substrate by plasma CVD, a stripe whose longitudinal direction is the [01? 1] direction (direction perpendicular to the off direction of the substrate) is formed by photolithography. A large number of SiNx protective films 351 having a shape were formed (FIG. 3B).

次に、このストライプ状のSiNx保護膜351を用いて、エッチングストップ層1305の表面までウェットエッチングを行い、リッジ底部のストライプ幅が2.6μmとなるようにした。このとき、リッジ上部の幅は1.7μmであった。(図3(c))。このとき、ウェットエッチングのエッチング液には塩酸系混合液あるいは硫酸系混合液を用いた。   Next, wet etching was performed up to the surface of the etching stop layer 1305 by using the striped SiNx protective film 351 so that the stripe width at the bottom of the ridge was 2.6 μm. At this time, the width of the upper portion of the ridge was 1.7 μm. (FIG. 3C). At this time, a hydrochloric acid-based mixed solution or a sulfuric acid-based mixed solution was used as an etching solution for wet etching.

上記のストライプ状のSiNx保護膜351を用いたリッジ形成のためのエッチングにより除去された部分に、MOCVD法を用いた選択成長により、厚さ0.4μmのn型AlxGa1-xAs電流阻止層(x=0.85〜0.9、n=2×1018cm-3)308および厚さ0.01μmのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P表面保護層(n=1×1018cm-3)309を形成した(図3(d))。その後、ストライプ状のSiNx保護膜351を緩衝フッ酸液などを用いたウェットエッチングまたはSF6、CF4などのガスを用いたドライエッチングにより除去し(図3(e))、再びMOCVD法により厚さ0.5μmのp型Al0.78Ga0.22As第3クラッド層(p=1×1018cm-3)310、厚さ0.05μmのp型Al0.35Ga0.65As中間バンドギャップ層(p=1.5×1018cm-3)311および厚さ3.5μmのp型GaAsコンタクト層(p=7×1018cm-3)312を成長させた。 An n-type Al x Ga 1-x As current having a thickness of 0.4 μm is formed on the portion removed by etching for ridge formation using the stripe-shaped SiNx protective film 351 by selective growth using the MOCVD method. Blocking layer (x = 0.85 to 0.9, n = 2 × 10 18 cm −3 ) 308 and 0.01 μm thick n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P surface protective layer (n = 1) × 10 18 cm −3 ) 309 was formed (FIG. 3D). Thereafter, the striped SiNx protective film 351 is removed by wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution or dry etching using a gas such as SF 6 or CF 4 (FIG. 3E), and the thickness is again increased by MOCVD. 0.5 μm thick p-type Al 0.78 Ga 0.22 As third cladding layer (p = 1 × 10 18 cm −3 ) 310, 0.05 μm thick p-type Al 0.35 Ga 0.65 As intermediate band gap layer (p = 1) 0.5 × 10 18 cm −3 ) 311 and a 3.5 μm thick p-type GaAs contact layer (p = 7 × 10 18 cm −3 ) 312 was grown.

この後、p側の電極313を蒸着し、基板を100μmまで薄くした後に、n側電極314を蒸着し、アロイした(図3(f))。このようにして作製したウエハーを劈開して、レーザ光出射端面を形成(1次劈開)するようにチップバーに切り出した。このときの共振器長は300μmとした。前端面に低反射膜、後端面に高反射膜を非対称コーティングした後、2次劈開によりチップに分離した。分離したチップをジャンクションダウンで組立して半導体レーザ装置を得た。   Thereafter, a p-side electrode 313 was deposited and the substrate was thinned to 100 μm, and then an n-side electrode 314 was deposited and alloyed (FIG. 3 (f)). The wafer thus produced was cleaved and cut into a chip bar so as to form a laser light emitting end face (primary cleavage). At this time, the resonator length was 300 μm. The front end face was asymmetrically coated with a low reflection film and the rear end face was asymmetrically coated, and then separated into chips by secondary cleavage. The separated chips were assembled by junction down to obtain a semiconductor laser device.

なお、上記のMOCVD法では、III族原料としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)およびトリメチルアルミニウム(TMA)、V族原料としてアルシンおよびホスフィン、キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、p型ドーパントにはジメチル亜鉛(DMZ)を用い、n型ドーパントにはジシランを用いた。また、AlxGa1-xAs電流阻止層(x=0.85〜0.9、n=2×1018cm-3)308の成長時には、SiNx保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、HClガスを導入した。 In the MOCVD method, trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), and trimethylaluminum (TMA) were used as group III materials, arsine and phosphine as group V materials, and hydrogen as a carrier gas. Further, dimethyl zinc (DMZ) was used as the p-type dopant, and disilane was used as the n-type dopant. Further, during the growth of the Al x Ga 1-x As current blocking layer (x = 0.85 to 0.9, n = 2 × 10 18 cm −3 ) 308, the deposition of poly on the SiNx protective film is suppressed. For this purpose, HCl gas was introduced.

作製した半導体レーザ装置を連続通電(CW)することにより電流?光出力特性および電流?電圧特性を測定した結果、自励発振の範囲(温度・光出力)は井戸層の数にはあまり依存せず、活性層総厚(活性層内のすべての量子井戸層の厚みの合計)に強く依存すことがわかった。図11に示すように、活性層総厚が25nm以上で25℃、5mWでの自励発振が可能となり、30nm以上で70℃、5mWでの自励発振が可能となった。さらに、35nm以上で75℃、10mWでの自励発振が可能となった。したがって、活性層総厚の下限は25nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましく、35nm以上がさらに好ましい。本実施例のように、活性層に歪が入っている場合は、臨界膜厚を超えない厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、80nm以下が好ましく、60nm以下がより好ましく、50nm以下がさらに好ましい。一方、活性層総厚の上限は、活性層に歪が入っていない場合、量子効果が機能する厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、100nm以下が好ましく、80nm以下がより好ましく、70nm以下がさらに好ましい。   The current is generated by continuously energizing (CW) the manufactured semiconductor laser device. Optical output characteristics and current? As a result of measuring the voltage characteristics, the self-excited oscillation range (temperature / light output) does not depend much on the number of well layers, and the active layer total thickness (the total thickness of all quantum well layers in the active layer) It turned out to be strongly dependent. As shown in FIG. 11, self-oscillation at 25 ° C. and 5 mW was possible when the total active layer thickness was 25 nm or more, and self-oscillation at 70 ° C. and 5 mW was possible when the thickness was 30 nm or more. Furthermore, self-oscillation at 75 ° C. and 10 mW was possible at 35 nm or more. Therefore, the lower limit of the total active layer thickness is preferably 25 nm or more, more preferably 30 nm or more, and further preferably 35 nm or more. When the active layer is distorted as in this embodiment, it is preferable to set the thickness not to exceed the critical film thickness. That is, the upper limit of the active layer total thickness is preferably 80 nm or less, more preferably 60 nm or less, and further preferably 50 nm or less. On the other hand, the upper limit of the total thickness of the active layer is preferably not more than the thickness at which the quantum effect functions when the active layer is not distorted. That is, the upper limit of the active layer total thickness is preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, and further preferably 70 nm or less.

本発明によれば、素子抵抗、通過抵抗、熱抵抗および動作電流がいずれも小さくて、高温まで自励発振が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。この自励発振型半導体レーザ装置は光ディスクからの戻り光ノイズに強いことから、戻り光ディスクの読み取り装置に高周波重畳回路が不要になり、部品点数の低減、コストの低減を図ることが可能となる。また、距離測定用など可干渉性の低い光源が必要とされる場合においても、好適に用いることができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device capable of self-oscillation up to a high temperature with all of element resistance, passage resistance, thermal resistance and operating current being small. Since this self-excited oscillation type semiconductor laser device is resistant to return light noise from the optical disk, a high-frequency superposition circuit is not required for the read optical disk reading device, and the number of parts and the cost can be reduced. Further, even when a light source with low coherence is required, such as for distance measurement, it can be suitably used.

本発明の基板から第2導電型第3クラッド層までの構成を有する半導体レーザの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor laser which has a structure from the board | substrate of this invention to the 2nd conductivity type 3rd cladding layer. 本発明の好適な一実施態様の半導体レーザの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の実施例1〜4で用いられる半導体レーザの製造工程における状態を説明するための概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing for demonstrating the state in the manufacturing process of the semiconductor laser used in Examples 1-4 of this invention. 本発明の実施例1で作製された半導体レーザの発振スペクトル(a)とビジビリティ(b)を示すグラフである。It is a graph which shows the oscillation spectrum (a) and visibility (b) of the semiconductor laser produced in Example 1 of this invention. 従来のAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the semiconductor laser using the conventional AlGaInP type semiconductor material. 従来のAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the semiconductor laser using the conventional AlGaInP type semiconductor material. 従来のAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the semiconductor laser using the conventional AlGaInP type semiconductor material. 従来のAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザの電流−光出力特性を示す グラフである。It is a graph which shows the electric current-light output characteristic of the semiconductor laser using the conventional AlGaInP type semiconductor material. 従来のAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the semiconductor laser using the conventional AlGaInP type semiconductor material. 本発明の実施例3で作製された半導体レーザの発振スペクトル(a)とビジビリティ (b)を示すグラフである。It is a graph which shows the oscillation spectrum (a) and visibility (b) of the semiconductor laser produced in Example 3 of this invention. 本発明の実施例4で作製された各半導体レーザの自励発振の達成状況を示す図である 。It is a figure which shows the achievement status of the self-oscillation of each semiconductor laser produced in Example 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 第1導電型クラッド層
103 光閉じ込め層
104 量子井戸層
105 光閉じ込め層
106 活性層
107 第2導電型第1クラッド層
108 第2導電型第2クラッド層
109 電流阻止層
110 第2導電型第3クラッド層
201 基板
202 バッファー層
203 第1導電型第1クラッド層
204 第2導電型第2クラッド層
205 活性層
206 第2導電型第1クラッド層
207 エッチングストップ層
208 第2導電型第2クラッド層
209 電流阻止層
210 酸化抑制層
211 表面保護層
212 第2導電型第3クラッド層
213 コンタクト層
214 p側電極
215 n側電極
301 n型GaAs基板
302 n型クラッド層
303 多重量子井戸(MQW)活性層
304 p型第1クラッド層
305 p型エッチングストップ層
306 p型第2クラッド層
307 p型酸化抑制層
308 n型電流阻止層
309 n型表面保護層
310 p型第3クラッド層
311 p型中間バンドギャップ層
312 p型GaAsコンタクト層
313 p側電極
314 n型電極
321 光閉じ込め層
322 歪量子井戸層
323 バリア層
351 SiNx保護膜
501 基板
502 n型クラッド層
503 活性層
504 p型第1クラッド層
505 p型第2クラッド層
506 n型電流阻止層
507 p型コンタクト層
508 p側電極
509 n側電極
511 基板
512 n型クラッド層
513 活性層
514 p型第1クラッド層
515 n型電流阻止層
516 p型第2クラッド層
517 p型コンタクト層
518 p側電極
519 n側電極
601 基板
602 n型AlGaInPクラッド層
603 AlGaInP活性層
604 p型AlGaInPクラッド層
605 n型GaAs電流阻止層
606 p型GaAsコンタクト層
701 基板
702 n型AlGaInPクラッド層
703 GaInP活性層
704 p型AlGaInP第1クラッド層
705 p型GaInP過飽和吸収層
706 p型AlGaInP第2クラッド層
707 n型GaAs電流阻止層
708 p型GaAsコンタクト層
901 n型基板
902 n型第1クラッド層
903 活性層
904 p型第2クラッド層
905 p型エッチングストップ層
906 p型第3クラッド層
907 n型電流阻止層
908 p型コンタクト層
909 p側電極
910 n側電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 1st conductivity type cladding layer 103 Optical confinement layer 104 Quantum well layer 105 Optical confinement layer 106 Active layer 107 2nd conductivity type 1st cladding layer 108 2nd conductivity type 2nd cladding layer 109 Current blocking layer 110 2nd conductivity Type third cladding layer 201 substrate 202 buffer layer 203 first conductivity type first cladding layer 204 second conductivity type second cladding layer 205 active layer 206 second conductivity type first cladding layer 207 etching stop layer 208 second conductivity type second 2 Cladding layer 209 Current blocking layer 210 Oxidation suppressing layer 211 Surface protective layer 212 Second conductivity type third cladding layer 213 Contact layer 214 p side electrode 215 n side electrode 301 n type GaAs substrate 302 n type cladding layer 303 Multiple quantum well ( MQW) active layer 304 p-type first cladding layer 305 p-type TCHING STOP layer 306 p-type second cladding layer 307 p-type oxidation suppression layer 308 n-type current blocking layer 309 n-type surface protection layer 310 p-type third cladding layer 311 p-type intermediate band gap layer 312 p-type GaAs contact layer 313 p side Electrode 314 n-type electrode 321 optical confinement layer 322 strained quantum well layer 323 barrier layer 351 SiNx protective film 501 substrate 502 n-type cladding layer 503 active layer 504 p-type first cladding layer 505 p-type second cladding layer 506 n-type current blocking Layer 507 p-type contact layer 508 p-side electrode 509 n-side electrode 511 substrate 512 n-type cladding layer 513 active layer 514 p-type first cladding layer 515 n-type current blocking layer 516 p-type second cladding layer 517 p-type contact layer 518 p-side electrode 519 n-side electrode 601 substrate 602 n Type AlGaInP cladding layer 603 AlGaInP active layer 604 p type AlGaInP cladding layer 605 n type GaAs current blocking layer 606 p type GaAs contact layer 701 substrate 702 n type AlGaInP cladding layer 703 GaInP active layer 704 p type AlGaInP first cladding layer 705 p type GaInP supersaturated absorption layer 706 p-type AlGaInP second cladding layer 707 n-type GaAs current blocking layer 708 p-type GaAs contact layer 901 n-type substrate 902 n-type first cladding layer 903 active layer 904 p-type second cladding layer 905 p-type etching Stop layer 906 p-type third cladding layer 907 n-type current blocking layer 908 p-type contact layer 909 p-side electrode 910 n-side electrode

Claims (23)

基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第2導電型第1クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第2導電型第3クラッド層とから少なくとも構成されており、前記リッジ構造のストライプ長手方向に直交する横断面が下記式を満足する台形である自励発振型半導体レーザ装置。
0.05 < h/[(a+b)/2] < 0.5
(上式において、hは横断面の高さ、aは横断面の上底、bは横断面の下底である。)
A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity formed on the active layer A first conductivity type second cladding layer, a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer, and a ridge of the second conductivity type second cladding layer. A current blocking layer formed on the second conductivity type first cladding layer so as to sandwich both side surfaces; a ridge of the second conductivity type second cladding layer; and a current blocking layer in the vicinity of the ridge. A self-pulsation type semiconductor laser device comprising at least a second-conductivity-type third cladding layer, wherein the cross section perpendicular to the stripe longitudinal direction of the ridge structure is a trapezoid satisfying the following formula.
0.05 <h / [(a + b) / 2] <0.5
(In the above equation, h is the height of the cross section, a is the upper base of the cross section, and b is the lower base of the cross section.)
前記横断面が、上底よりも下底が長い台形である請求項1に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 2. The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the cross section is a trapezoid whose lower base is longer than the upper base. 前記横断面が、上底が0.4μm〜4μmの台形である請求項1または2に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 3. The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the cross section is a trapezoid having an upper base of 0.4 μm to 4 μm. 前記横断面が、高さが0.2μm〜1.5μmの台形である請求項1〜3のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cross section is a trapezoid having a height of 0.2 µm to 1.5 µm. 前記横断面の形状が左右非対称である請求項1〜4のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the shape of the cross section is asymmetrical. 基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第2導電型第1クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第2導電型第3クラッド層とから少なくとも構成されており、25℃での直流駆動において単一横モード発振で最大光出力が5mW以上である自励発振型半導体レーザ装置。 A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity formed on the active layer A first conductivity type second cladding layer, a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer, and a ridge of the second conductivity type second cladding layer. A current blocking layer formed on the second conductivity type first cladding layer so as to sandwich both side surfaces; a ridge of the second conductivity type second cladding layer; and a current blocking layer in the vicinity of the ridge. A self-pulsation type semiconductor laser device comprising at least a second conductivity type third cladding layer and having a maximum optical output of 5 mW or more in single transverse mode oscillation in direct current drive at 25 ° C. 光出力密度が0.3mW/μm2以上である請求項6に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 6, wherein the optical output density is 0.3 mW / μm 2 or more. 基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第2導電型第2クラッド層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第2導電型第1クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第2導電型第3クラッド層とから少なくとも構成されており、直流駆動で70℃において5mW以上の出力で自励発振する自励発振型半導体レーザ装置。 A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity formed on the active layer A first conductivity type second cladding layer, a second conductivity type second cladding layer having a striped ridge structure formed on the second conductivity type first cladding layer, and a ridge of the second conductivity type second cladding layer. A current blocking layer formed on the second conductivity type first cladding layer so as to sandwich both side surfaces; a ridge of the second conductivity type second cladding layer; and a current blocking layer in the vicinity of the ridge. And a self-excited oscillation type semiconductor laser device which is composed of at least a second conductivity type third cladding layer and self-oscillates with an output of 5 mW or more at 70 ° C. by DC driving. 直流駆動で25℃における発振しきい値電流が45mA以下である請求項8に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 9. The self-excited oscillation type semiconductor laser device according to claim 8, wherein the oscillation threshold current at 25 [deg.] C. is 45 mA or less by direct current drive. 前記電流阻止層の厚さが、前記第2導電型第2クラッド層よりも薄い請求項1〜9のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9, wherein the current blocking layer is thinner than the second conductivity type second cladding layer. 前記電流阻止層の屈折率が前記第2導電型第2クラッド層の屈折率より小さい請求項1〜10のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 10, wherein a refractive index of the current blocking layer is smaller than a refractive index of the second conductive type second cladding layer. 前記電流阻止層がAlGaInP、AlInP、AlGaAsおよびAlGaAsPからなる群から選ばれる一種で構成されている請求項1〜11のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 11, wherein the current blocking layer is made of one selected from the group consisting of AlGaInP, AlInP, AlGaAs, and AlGaAsP. 前記リッジ構造上に酸化抑制層を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 12, further comprising an oxidation suppression layer on the ridge structure. 前記酸化抑制層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている請求項13に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 13, wherein the oxidation suppression layer is made of a material having a larger band gap than the material of the active layer. 前記第2導電型第3クラッド層の屈折率が前記第2導電型第2クラッド層の屈折率より小さい請求項1〜14のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein a refractive index of the second conductive type third cladding layer is smaller than a refractive index of the second conductive type second cladding layer. 前記第2導電型第3クラッド層の抵抗率が前記第2導電型第2クラッド層の抵抗率より小さい請求項1〜15のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein a resistivity of the second conductivity type third cladding layer is smaller than a resistivity of the second conductivity type second cladding layer. 前記電流阻止層の上に表面保護層を有する請求項1〜16のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 16, further comprising a surface protective layer on the current blocking layer. 前記表面保護層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている請求項17に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 17, wherein the surface protective layer is made of a material having a larger band gap than the material of the active layer. 前記活性層が、自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を含む請求項1〜18のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 18, wherein the active layer includes a saturable absorber having a volume necessary for self-pulsation. 前記基板が(100)面と等価な面からオフアングルを有する請求項1〜19のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 19, wherein the substrate has an off-angle from a plane equivalent to a (100) plane. 共振器長が150μm〜450μmである請求項1〜20のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。 The self-pulsation type semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 20, wherein a resonator length is 150m to 450m. 基板と、該基板上に形成された少なくとも1層からなる第1導電型クラッド層と、該第1導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第2導電型第1クラッド層と、該第2導電型第1クラッド層上に形成された第2導電型第2クラッド層とから少なくとも構成される積層体を用意し、該積層体の前記第2導電型第2クラッド層上にストライプ状の保護膜を形成し、前記第2導電型第2クラッド層を部分的にエッチングすることにより前記第2導電型第2クラッド層をストライプ状のリッジ構造に成形し、前記第2導電型第2クラッド層のリッジの両側面を挟むように電流阻止層を形成し、前記保護層を除去し、前記第2導電型第2クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に第2導電型第3クラッド層を形成する工程を含む、請求項1〜21のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。 A substrate, a first conductivity type cladding layer comprising at least one layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity formed on the active layer A laminate composed of at least a first type cladding layer and a second conductivity type second cladding layer formed on the second conductivity type first cladding layer is prepared, and the second conductivity type of the laminate is prepared. A stripe protective film is formed on the second cladding layer, and the second conductivity type second cladding layer is partially etched to form the second conductivity type second cladding layer into a stripe ridge structure. Forming a current blocking layer so as to sandwich both sides of the ridge of the second conductivity type second cladding layer, removing the protective layer, and on the ridge of the second conductivity type second cladding layer and in the vicinity of the ridge; A second conductivity type third clad is formed on the current blocking layer. Includes forming a layer, self-pulsation type semiconductor laser device manufacturing method according to any one of claims 1 to 21. 前記電流阻止層の形成後に、前記電流阻止層上に表面保護層を形成する工程をさらに有する請求項22に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。 The method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 22, further comprising a step of forming a surface protective layer on the current blocking layer after the formation of the current blocking layer.
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