JP2006059975A - Semiconductor laser element, manufacturing method therefor, optical disk device, and optical transmission system - Google Patents

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

Info

Publication number
JP2006059975A
JP2006059975A JP2004239537A JP2004239537A JP2006059975A JP 2006059975 A JP2006059975 A JP 2006059975A JP 2004239537 A JP2004239537 A JP 2004239537A JP 2004239537 A JP2004239537 A JP 2004239537A JP 2006059975 A JP2006059975 A JP 2006059975A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor laser
semiconductor
laser device
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004239537A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Kishimoto
克彦 岸本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2004239537A priority Critical patent/JP2006059975A/en
Publication of JP2006059975A publication Critical patent/JP2006059975A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element and a manufacturing method therefor which laser element is adapted to prevent oscillation laser beams from leaking out to an electrode formed above an active layer to offer high oscillation efficiency, to enable low power consumption (low threshold current) operation, and to reduce manufacturing costs. <P>SOLUTION: Semiconductor layers including an uppermost active layer 106 are formed on a first conductive board 101, which is followed by the formation of a group of second conductive semiconductor layers 107 to 114 including low-concentration semiconductor layers 110, 111 having a doping concentration of 1×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>or lower and a high-concentration semiconductor layer 114 having a doping concentration of 5×10<SP>18</SP>cm<SP>-3</SP>or higher. Then, a part of the second conductive semiconductor layer group, the layers 112 to 114, are eliminated to expose the low-concentration semiconductor layers to form a ridge portion 130 having the high-concentration semiconductor layer 114 on the top thereof. The ridge is then coated with an electrode 115 containing an Al layer 115a in such a way that the Al layer is in contact with the ridge upper face and with at least either of the ridge side faces and the exposed surface of the low-concentration semiconductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は半導体レーザ素子とその製造方法に関し、典型的には、光ディスク装置や光伝送システムの光伝送モジュール部分などに好適に用いられる半導体レーザ素子とその製造方法に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser element and a manufacturing method thereof, and typically relates to a semiconductor laser element suitably used for an optical transmission device, an optical transmission module portion of an optical transmission system, and the like and a manufacturing method thereof.

また、この発明は、そのような半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置および光伝送システムに関する。   The present invention also relates to an optical disc apparatus and an optical transmission system provided with such a semiconductor laser element.

半導体レーザ素子は、光ディスク装置や光伝送システムなどに幅広く使用されている。その中でも、リッジ埋め込み型と呼ばれる半導体レーザ素子は、高い信頼性を有し、しかも低消費電力(低閾値電流)動作が可能な半導体レーザ素子として知られている。しかしながら、リッジ埋め込み型半導体レーザ素子はその製造工程において、活性層やクラッド層を含む半導体層を形成するために行われる1回目の結晶成長工程に加えて、電流狭窄層を形成するための2回目の結晶成長工程と、コンタクト層を形成するための3回目の結晶成長工程を必要とし、さらに、複雑なプロセスを経て製造しなければならない。そのため、歩留まりが悪く、また製造コストが高いという問題があった。   Semiconductor laser elements are widely used in optical disk devices and optical transmission systems. Among them, a semiconductor laser element called a ridge embedded type is known as a semiconductor laser element having high reliability and capable of operating with low power consumption (low threshold current). However, in the manufacturing process of the ridge buried type semiconductor laser device, in addition to the first crystal growth step performed for forming the semiconductor layer including the active layer and the cladding layer, the second time for forming the current confinement layer. And a third crystal growth step for forming a contact layer, and further, it must be manufactured through a complicated process. For this reason, there are problems in that the yield is poor and the manufacturing cost is high.

そこで、より簡便かつ低コストで製造できる従来の半導体レーザ素子として、活性層上にリッジ部を有し、一回の結晶成長工程で製造できるリッジ導波型の半導体レーザ素子がある(例えば特許文献1(特開平4−111375号公報)参照)。   Therefore, as a conventional semiconductor laser element that can be manufactured more easily and at low cost, there is a ridge waveguide type semiconductor laser element that has a ridge portion on an active layer and can be manufactured by a single crystal growth process (for example, Patent Documents). 1 (see JP-A-4-111375).

図11は、この従来の半導体レーザ素子の断面模式図である。この従来の半導体レーザ素子は次のようにして製造される。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of this conventional semiconductor laser device. This conventional semiconductor laser device is manufactured as follows.

まず、MOCVD(有機金属化学気相成長)法により、n型GaAs基板401上にn型InGaPクラッド層402、InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層403、p型InGaPクラッド層404、p型InGaAsコンタクト層405を順次積層し、フォトリソグラフィなどの手法により、p型InGaPクラッド層404の途中までエッチングを行い、リッジ部となるメサを形成した後、p電極406としてTi/Pt/Auを、n電極407としてAu−Ge−Ni/Auを順次蒸着する。   First, an n-type InGaP cladding layer 402, an InGaAs / GaAs strained quantum well active layer 403, a p-type InGaP cladding layer 404, and a p-type InGaAs contact layer are formed on an n-type GaAs substrate 401 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). 405 are sequentially stacked and etched halfway through the p-type InGaP clad layer 404 by a technique such as photolithography to form a mesa to be a ridge portion, and then Ti / Pt / Au is used as the p electrode 406 and n electrode 407 is used. As a result, Au-Ge-Ni / Au is sequentially deposited.

このようにして製造された素子に電流を流すと、p型InGaPクラッド層404とp電極406の間にはショットキー接合部408が形成され、p電極406とp型InGaAsコンタクト層405の間にのみ電流が流れ、電流狭窄が行われる。   When a current is passed through the device thus manufactured, a Schottky junction 408 is formed between the p-type InGaP cladding layer 404 and the p-electrode 406, and between the p-electrode 406 and the p-type InGaAs contact layer 405. Only current flows and current constriction is performed.

リッジ埋め込み型の半導体レーザ素子では、前述のように合計3回の結晶成長工程と複雑な製造プロセスを必要とするが、この従来の半導体レーザ素子では、1回の結晶成長工程を行うだけでよい。加えて、この従来の半導体レーザ素子は、リッジ導波型半導体レーザ素子の中でも、一般にエアリッジ型と呼ばれる電流狭窄に無機絶縁膜を使用する構成ではなく、ショットキー接合を用いて電流狭窄を実現させる構成となっているため、さらに構造が簡単であり、圧倒的に低コストで製造することができる。   As described above, the ridge-embedded semiconductor laser element requires a total of three crystal growth steps and a complicated manufacturing process. However, in this conventional semiconductor laser element, only one crystal growth step is required. . In addition, this conventional semiconductor laser device realizes current confinement using a Schottky junction, not a configuration using an inorganic insulating film for current confinement, which is generally called an air ridge type, among ridge waveguide semiconductor laser devices. Due to the configuration, the structure is further simpler and can be manufactured at an overwhelmingly low cost.

しかしながら、上述した特許文献1に示される従来の半導体レーザ素子には次のような問題があることが分かった。すなわち、前述したリッジ埋め込み型の半導体レーザ素子やエアリッジ型のリッジ導波型半導体レーザ素子とは異なり、特許文献1に示される従来の半導体レーザ素子では、リッジ部の側面、およびリッジ部から外方へ延在するクラッド層の表面に対して直接に電極が接している。この時、半導体レーザ素子を構成する半導体材料の屈折率と電極を構成する金属材料の屈折率によっては、発振したレーザ光の分布が、リッジ部側面およびリッジ部近傍のクラッド層表面に形成された電極側に漏れやすい形状となってしまうことがある。   However, it has been found that the conventional semiconductor laser element disclosed in Patent Document 1 described above has the following problems. That is, unlike the above-described ridge-embedded semiconductor laser element and air ridge type ridge waveguide semiconductor laser element, the conventional semiconductor laser element disclosed in Patent Document 1 has a side surface of the ridge portion and an outer side from the ridge portion. The electrode is in direct contact with the surface of the cladding layer extending to the surface. At this time, depending on the refractive index of the semiconductor material constituting the semiconductor laser element and the refractive index of the metal material constituting the electrode, the distribution of the oscillated laser beam was formed on the side surface of the ridge portion and the surface of the cladding layer near the ridge portion. The shape may easily leak to the electrode side.

上記特許文献1に示される従来の半導体レーザ素子で用いられたリッジ側の電極材料の屈折率は、半導体層と接するTiが、波長650nmから1.5μmの範囲でおよそ3.0から3.6であり、Tiの上側に設けられているPtが同じく波長668nmから1.5μmの範囲で2.9から5.5である。一方、リッジ部の外方の垂直方向の実効屈折率も例えば3.2前後であり、上記TiおよびPtの屈折率は無視し得なくなる。   The refractive index of the electrode material on the ridge side used in the conventional semiconductor laser element disclosed in Patent Document 1 is about 3.0 to 3.6 when Ti in contact with the semiconductor layer is in the wavelength range of 650 nm to 1.5 μm. Pt provided on the upper side of Ti is 2.9 to 5.5 in the same wavelength range of 668 nm to 1.5 μm. On the other hand, the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge portion is also about 3.2, for example, and the refractive indexes of Ti and Pt cannot be ignored.

このように、リッジ部外方の垂直方向における実効屈折率と、半導体層上に直接形成される電極材料の屈折率が近接していると、電極方向へ発振したレーザ光が漏れやすくなることがあった。   Thus, if the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge is close to the refractive index of the electrode material directly formed on the semiconductor layer, the laser light oscillated in the electrode direction may easily leak. there were.

前述したリッジ埋め込み型半導体レーザ素子では、リッジ部を除くp型クラッド層上には半導体材料からなり電流狭窄のために設けられる埋め込み層があり、さらにリッジ部および上記p型クラッド層上には、コンタクト層となる半導体層を形成するため、このような問題は見られなかった。また、エアリッジ型のリッジ導波型半導体レーザ素子では、リッジ部の側面、およびリッジ部から外方へ延在するクラッド層の表面においては、電流狭窄のために設けられる無機絶縁膜の上に電極が形成されているために、このような問題は考慮する必要がなかった。   In the ridge buried semiconductor laser device described above, there is a buried layer made of a semiconductor material and provided for current confinement on the p-type cladding layer excluding the ridge portion, and further on the ridge portion and the p-type cladding layer, Such a problem was not observed because a semiconductor layer to be a contact layer was formed. In the air ridge type ridge waveguide semiconductor laser element, electrodes are formed on the inorganic insulating film provided for current confinement on the side surface of the ridge portion and the surface of the cladding layer extending outward from the ridge portion. Therefore, such a problem did not need to be considered.

しかしながら、上述した特許文献1に示される従来の半導体レーザ素子においては、リッジ側に形成された電極に光が漏れてしまうことがあり、そうなると、一般に、電極を構成する金属材料は半導体材料に比べて光吸収係数が10から10倍程度も高いため、電極を構成する金属材料が光の非常に大きな吸収成分となって内部損失が大幅に増加してしまう。その結果、上述の従来の半導体レーザ素子においては、スロープ効率が低下したり、発振閾値電流値が上昇してしまうという問題が発生することが分かった。
特開平4−111375号公報 (第3頁、第1図)
However, in the conventional semiconductor laser device disclosed in Patent Document 1 described above, light may leak to the electrode formed on the ridge side. In such a case, generally, the metal material constituting the electrode is smaller than the semiconductor material. Since the light absorption coefficient is as high as about 10 4 to 10 5 times, the metal material constituting the electrode becomes a very large absorption component of light, and the internal loss is greatly increased. As a result, it has been found that the above-described conventional semiconductor laser device has problems that the slope efficiency decreases and the oscillation threshold current value increases.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-111375 (page 3, FIG. 1)

そこで、この発明の課題は、活性層の上方に設けられた電極にまで、発振レーザ光が漏れないようにすることによって、高い発振効率を有し、低消費電力(低閾値電流)動作が可能であり、さらには、リッジ構造を有していても製造コストを低減可能な半導体レーザ素子とその製造方法を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to prevent the oscillation laser light from leaking to the electrode provided above the active layer, thereby enabling high oscillation efficiency and low power consumption (low threshold current) operation. Furthermore, another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can reduce the manufacturing cost even if it has a ridge structure, and a manufacturing method thereof.

さらに、この発明の課題は、上記半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置および光伝送システムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an optical disc apparatus and an optical transmission system using the semiconductor laser element.

上記課題を解決するために、この発明の半導体レーザ素子は、第1導電型の基板上に、少なくとも、活性層と、第2導電型の半導体層群と、上記第2導電型の半導体層群上に形成された電極とを有する半導体レーザ素子において、上記第2導電型の半導体層群のうちの上記電極と接する第1の半導体層の第2導電型のドーピング濃度が5×1018cm−3以上であり、上記電極は、少なくとも、上記第1の半導体層に接触するAl層を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to the present invention includes at least an active layer, a second conductivity type semiconductor layer group, and a second conductivity type semiconductor layer group on a first conductivity type substrate. In the semiconductor laser device having the electrode formed thereon, the second conductivity type doping concentration of the first semiconductor layer in contact with the electrode in the second conductivity type semiconductor layer group is 5 × 10 18 cm −. 3 or more, and the electrode includes at least an Al layer in contact with the first semiconductor layer.

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

また、本明細書を通じて、「上」とは、基板から離れる方向を意味し、「下」とは、基板へ近づく方向を意味する。結晶成長は「下」から「上」の方向へ向かって進行する。   Further, throughout this specification, “upper” means a direction away from the substrate, and “lower” means a direction closer to the substrate. Crystal growth proceeds from “down” to “up”.

本発明の半導体レーザ素子では、上記第1の半導体層のドーピング濃度により、上記第1の半導体層と上記電極との間に、低コンタクト抵抗を得ることが可能なオーミック接合が形成される。   In the semiconductor laser device of the present invention, an ohmic junction capable of obtaining a low contact resistance is formed between the first semiconductor layer and the electrode depending on the doping concentration of the first semiconductor layer.

なお、上記第1導電型の基板の、上記各層が積層された面とは反対側の面に、この面とオーミック接合をなす別の電極が設けられるのが望ましい。これにより、上記二つの電極間で上記活性層を通して容易に通電が行われ、レーザ発振が実現される。   In addition, it is desirable that another electrode that forms an ohmic junction with this surface is provided on the surface of the first conductivity type substrate opposite to the surface on which the above layers are laminated. As a result, energization is easily performed between the two electrodes through the active layer, and laser oscillation is realized.

この際に、上記電極に用いられるAlは、その屈折率が一般に半導体層群に用いられる半導体材料の屈折率よりも十分に小さく、半導体レーザ素子の実用波長域においておおよそ2以下である。そのために、発振したレーザ光は、上記電極まで漏れることなく、半導体層内に閉じ込めることができる。その結果、電極材料が発振レーザ光の吸収成分となることがなく、したがって内部損失を増加させることがなく、低い発振閾値電流と高いスロープ効率を有する低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子を提供することが可能となる。   At this time, Al used for the electrode has a refractive index that is generally sufficiently smaller than the refractive index of the semiconductor material used for the semiconductor layer group, and is approximately 2 or less in the practical wavelength range of the semiconductor laser device. Therefore, the oscillated laser light can be confined in the semiconductor layer without leaking to the electrodes. As a result, there is provided a semiconductor laser device capable of low power consumption operation having a low oscillation threshold current and a high slope efficiency without causing the electrode material to be an absorption component of the oscillation laser light and thus increasing the internal loss. It becomes possible to do.

一実施形態では、上記半導体レーザ素子は、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成しているリッジ導波型半導体レーザ素子であって、上記第1の半導体層は、上記リッジ部の最上部を構成しており、上記電極は、上記Al層が、上記リッジ部の最上部の上面と、上記リッジ部の側面、または、上記第2導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の少なくとも一方とに接するように、形成されている。   In one embodiment, the semiconductor laser device is a ridge waveguide semiconductor laser device in which a part of the upper side of the second conductivity type semiconductor layer group forms a striped ridge portion, The semiconductor layer constitutes the uppermost portion of the ridge portion, and the electrode has the Al layer formed on the upper surface of the uppermost portion of the ridge portion, the side surface of the ridge portion, or the second conductivity type. The semiconductor layer group is formed so as to be in contact with at least one of the surfaces in the vicinity of the ridge portion in the region excluding the ridge portion.

この半導体レーザ素子は、特許文献1の半導体レーザ素子と同様に、製造段階での結晶成長工程を1度で済ませることができる。したがって、リッジ構造を有しているにも拘わらず、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子に比べて、大幅に製造工程が削減され、低コストで作製される。   Similar to the semiconductor laser element disclosed in Patent Document 1, this semiconductor laser element can complete the crystal growth process in the manufacturing stage once. Therefore, although the ridge structure is provided, the manufacturing process is significantly reduced and the manufacturing cost is low as compared with a semiconductor laser device having a general ridge embedded structure.

一実施形態では、上記リッジ部の最上部と上記電極とがオーミック接合を形成しており、上記リッジ部の側面、または、上記第2導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の上記少なくとも一方と上記電極とがショットキー接合を形成している。   In one embodiment, the uppermost portion of the ridge portion and the electrode form an ohmic junction, and the side surface of the ridge portion or the region of the second conductivity type semiconductor layer group excluding the ridge portion is formed. The at least one of the surfaces in the vicinity of the ridge portion and the electrode form a Schottky junction.

この実施形態では、上記ショットキー接合によって電流狭窄が実現される。   In this embodiment, current confinement is realized by the Schottky junction.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記Al層の厚みが30nm以上である。   In one embodiment, the Al layer has a thickness of 30 nm or more.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、Alからなる電極の厚みを30nm以上とすることによって、詳しくはデータを用いて後述するが、半導体材料よりも低屈折率のAlを電極として用いた効果が最大に発揮される。その結果、リッジ部側に設けられた電極材料に起因する内部損失の増加を最低限に抑制することができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the thickness of the electrode made of Al is set to 30 nm or more, and details will be described later using data, but the effect of using Al having a lower refractive index than the semiconductor material as the electrode. Is maximized. As a result, an increase in internal loss due to the electrode material provided on the ridge portion side can be minimized.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記電極が、上記Al層の上に、さらに一つまたは複数の金属薄膜を積層した構造である。   In one embodiment of the semiconductor laser device, the electrode has a structure in which one or more metal thin films are further stacked on the Al layer.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記電極の構成を、Alを最下層とする複数の金属薄膜からなる積層構造とすることによって、非常に酸化しやすいAl表面が露出しないようにできるため、Alの酸化に起因する電極の高抵抗化を避けることができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the structure of the electrode is a laminated structure composed of a plurality of metal thin films with Al as the lowermost layer, so that an Al surface that is highly oxidizable can be prevented from being exposed. Therefore, the increase in resistance of the electrode due to the oxidation of Al can be avoided.

また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記電極は少なくとも3層からなり、最下層である上記Al層と最上層の金属薄膜層との間であって、上記Al層の直上に、少なくとも上記最上層の金属薄膜層の材料が上記Al層まで拡散することを防止する拡散防止層が形成されている。   In one embodiment, the electrode is composed of at least three layers, and is located between the lowermost Al layer and the uppermost metal thin film layer, and immediately above the Al layer. A diffusion preventing layer for preventing the material of the uppermost metal thin film layer from diffusing up to the Al layer is formed.

なお、本明細書において、特に断らない限り、拡散防止層とは、その層(拡散防止層)よりも上に形成された材料が、その層(拡散防止層)よりも下の層にまで拡散することを防止するために設ける材料層のことを指す。   In this specification, unless otherwise specified, a diffusion prevention layer means that a material formed above that layer (diffusion prevention layer) diffuses to a layer below that layer (diffusion prevention layer). It refers to a material layer provided to prevent this.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、積層された複数の金属薄膜が上記電極の最下層であるAlの層にまで拡散して、電極最下層のAlの電気的・光学的特性を変えてしまうことを防止できる。その結果、設計通りの電極構成を形成することが容易になり、また信頼性的にも安定した半導体レーザ素子を得ることができる。   According to the semiconductor laser device of the above-described embodiment, a plurality of stacked metal thin films diffuses to the Al layer that is the lowermost layer of the electrode, thereby changing the electrical and optical characteristics of the Al that is the lowermost layer of the electrode. Can be prevented. As a result, it becomes easy to form an electrode configuration as designed, and a semiconductor laser element that is stable in terms of reliability can be obtained.

また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記電極の拡散防止層上に設けられた最上層がAuの層である。   In the semiconductor laser device of one embodiment, the uppermost layer provided on the diffusion prevention layer of the electrode is an Au layer.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記電極の最上層に用いたAuの層は低抵抗であり、しかも酸化の問題が無いので、圧接によるワイヤーボンディング等を容易にしつつ素子抵抗を低減できる効果がある。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the Au layer used as the uppermost layer of the electrode has a low resistance and there is no problem of oxidation, the device resistance can be reduced while facilitating wire bonding or the like by pressure contact. effective.

電極の最上層がAuの層であるとき、上記拡散防止層はPtからなるのが好ましい。   When the uppermost layer of the electrode is an Au layer, the diffusion prevention layer is preferably made of Pt.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、PtはAuに対する良好な拡散防止層として作用するので、上記電極最上層のAuが最下層のAlと直接に接触することが無くなり、非常に高抵抗なAlAu合金層が電極内に形成されない。このことから、半導体レーザ素子の電極における抵抗を悪化させない構成を提供することができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since Pt acts as a good diffusion prevention layer for Au, the uppermost Au layer of the electrode is not in direct contact with the lowermost Al layer, and has a very high resistance. An AlAu alloy layer is not formed in the electrode. From this, it is possible to provide a configuration that does not deteriorate the resistance of the electrode of the semiconductor laser element.

上記Ptからなる拡散防止層の厚みを5nm以上とすれば、電極最上層のAuがAlの層まで拡散してAlAu合金層を形成することを、確実に防止することができる。   If the thickness of the diffusion preventing layer made of Pt is 5 nm or more, it is possible to reliably prevent the uppermost electrode layer Au from diffusing up to the Al layer to form an AlAu alloy layer.

上記拡散防止層としては、Pt以外の白金族元素(ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム)や、ニッケル、チタン、モリブデン等も使用可能である。   As the diffusion preventing layer, platinum group elements (ruthenium, osmium, rhodium, iridium, palladium) other than Pt, nickel, titanium, molybdenum and the like can be used.

また、一実施形態の半導体レーザ素子(リッジ導波型半導体レーザ素子)では、上記第2導電型の半導体層群は第2導電型のドーピング濃度が1×1017cm−3以下の第2の半導体層を含み、上記第2導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面は、上記第2の半導体層の表面であり、上記電極は、上記リッジ部の最上部を構成する上記第1の半導体層の上面と、上記リッジ部の側面と、上記第2の半導体層の表面とに接するように、連続して形成されている。 In one embodiment of the semiconductor laser device (ridge waveguide semiconductor laser device), the second conductivity type semiconductor layer group includes a second conductivity type doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. The surface of the second conductivity type semiconductor layer group excluding the ridge portion in the vicinity of the ridge portion is a surface of the second semiconductor layer, and the electrode is the outermost surface of the ridge portion. The upper surface of the first semiconductor layer constituting the upper portion, the side surface of the ridge portion, and the surface of the second semiconductor layer are continuously formed.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の最上部に設けられたドーピング濃度が5×1018cm−3以上、好ましくは1×1019cm−3以上の第1の半導体層(高濃度半導体層)と上記電極とのオーミック接合では、低コンタクト抵抗を得ることが可能となる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the first semiconductor layer (high height) provided at the top of the ridge structure has a doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more, preferably 1 × 10 19 cm −3 or more. In the ohmic junction between the concentration semiconductor layer) and the electrode, a low contact resistance can be obtained.

一方、リッジ構造の最上部以外の領域に設けられたドーピング濃度が1×1017cm−3以下の第2の半導体層(低濃度半導体層)と電極とのショットキー接合では、良好な電流狭窄性を実現することが可能となる。上記第2の半導体層のドーピング濃度は、その導電型が反転しない範囲で、1×1017cm−3からより小さくするほど、さらにその電流狭窄性を向上させることができる。しかしながら、結晶成長技術上の制約(バックグラウンド不純物の混入の問題)から上記第2導電型のドーピング濃度はおおよそ1×1016cm−3程度が下限となる。 On the other hand, in a Schottky junction between a second semiconductor layer (low concentration semiconductor layer) having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less provided in a region other than the uppermost portion of the ridge structure and a good current confinement Can be realized. The current confinement property can be further improved as the doping concentration of the second semiconductor layer is decreased from 1 × 10 17 cm −3 within the range in which the conductivity type is not reversed. However, the lower limit of the doping concentration of the second conductivity type is about 1 × 10 16 cm −3 due to restrictions on crystal growth technology (problem of background impurities).

このように良好なオーミック接合性とショットキー接合性を両立できるので、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行わずとも、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗が実現でき、熱的、電気的信頼性が向上する。   Since both good ohmic junction and Schottky junction can be achieved in this way, the crystal regrowth process of the buried layer (current block layer) for current confinement and the crystal regrowth of the contact layer for low contact resistance are achieved. Even without a separate growth step, sufficient current confinement and low contact resistance can be realized, and thermal and electrical reliability can be improved.

また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記第2の半導体層(低濃度半導体層)と上記活性層との間に、1×1017cm−3より大きいドーピング濃度を有する第2導電型の第3の半導体層が形成されている。 In one embodiment of the semiconductor laser device, the second conductivity type having a doping concentration greater than 1 × 10 17 cm −3 between the second semiconductor layer (low concentration semiconductor layer) and the active layer. A third semiconductor layer is formed.

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、この第3の半導体層によって、素子に要求される光学特性仕様に応じた層厚・組成等の変更を自在に行うことができるようになる。しかも、この第3の半導体層は、上記第2の半導体層(低濃度半導体層)よりも高濃度にドーピングされているために、素子抵抗の上昇を抑えることができ、このような半導体層を設けない場合に比べて、一層の低消費電力化を図ることができるようになる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the third semiconductor layer can be used to change the layer thickness, composition, etc. according to the optical property specifications required for the device without being restricted in consideration of the Schottky junction characteristics. Can be performed freely. In addition, since the third semiconductor layer is doped at a higher concentration than the second semiconductor layer (low-concentration semiconductor layer), an increase in element resistance can be suppressed. The power consumption can be further reduced as compared with the case where it is not provided.

また、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型の基板上に、少なくとも活性層を形成する工程と、上記活性層上に、ドーピング濃度が5×1018cm−3以上の第2導電型の第1の半導体層を含む第2導電型の半導体層群を、上記第1の半導体層の表面が露出するように形成する工程と、Al層を含む電極を、上記Al層が上記第1の半導体層の表面に接触するように、上記第1の半導体層上に形成する工程とを備えることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes a step of forming at least an active layer on a first conductivity type substrate, and a doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more on the active layer. A step of forming a second conductivity type semiconductor layer group including a first semiconductor layer of two conductivity types so that a surface of the first semiconductor layer is exposed; and an electrode including an Al layer; Forming on the first semiconductor layer so as to be in contact with the surface of the first semiconductor layer.

この製造方法を用いると、上述した本発明の半導体レーザ素子を実現できる。   By using this manufacturing method, the above-described semiconductor laser device of the present invention can be realized.

一実施形態では、上記第2導電型の半導体層群はドーピング濃度が1×1017cm−3以下の第2の半導体層をさらに含み、上記製造方法は、上記第2導電型の半導体層群を形成する工程と上記電極を形成する工程との間に、上記第2の半導体層が露出するまで上記第2導電型の半導体層群の一部を除去して、上記第1の半導体層を最上部に有するリッジ部を形成する工程をさらに備え、上記Al層を、上記リッジ部の上面と、上記リッジ部の側面または上記第2の半導体層の露出した表面の少なくとも一方とに接触するように形成するものである。 In one embodiment, the second conductivity type semiconductor layer group further includes a second semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less, and the manufacturing method includes the second conductivity type semiconductor layer group. And removing the part of the second conductive type semiconductor layer group until the second semiconductor layer is exposed between the step of forming the electrode and the step of forming the electrode. A step of forming a ridge portion on the uppermost portion, wherein the Al layer is in contact with the upper surface of the ridge portion and at least one of the side surface of the ridge portion or the exposed surface of the second semiconductor layer. Is formed.

上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記リッジ部の第1の半導体層と電極との間にオーミック接合が、そして、上記第2の半導体層と電極との間にショットキー接合が形成される。   According to the method of manufacturing a semiconductor laser device having the above configuration, an ohmic junction is formed between the first semiconductor layer and the electrode of the ridge portion, and a Schottky junction is formed between the second semiconductor layer and the electrode. It is formed.

この製造方法を用いると、特許文献1の半導体レーザ素子の製造方法と同様に、結晶成長工程を1度で済ませることができる。したがって、リッジ構造を有しているにも拘わらず、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子の製造に比べて、大幅に工程数が削減され、半導体レーザ素子の製造コストを低減できる。つまり、この実施形態によれば、内部損失の増加のない低閾値電流で発振可能な半導体レーザ素子を低コストで製造できる方法が提供される。   When this manufacturing method is used, the crystal growth process can be completed once, as in the method of manufacturing the semiconductor laser device of Patent Document 1. Therefore, although the ridge structure is provided, the number of steps can be greatly reduced as compared with the manufacturing of a general semiconductor laser device having a buried ridge structure, and the manufacturing cost of the semiconductor laser device can be reduced. That is, according to this embodiment, there is provided a method capable of manufacturing a semiconductor laser element capable of oscillating with a low threshold current without increasing internal loss at low cost.

一実施形態では、上記電極を形成する工程において、上記Al層の上に、拡散防止層を形成した後、Au膜を形成する。   In one embodiment, in the step of forming the electrode, an Au film is formed after forming a diffusion prevention layer on the Al layer.

この実施形態では、半導体層と接するAl上に、拡散防止層を介して、低抵抗かつ酸化することのないAuを積層した電極を形成しているために、半導体レーザ素子の電極抵抗を低く保つことができる。このとき、AlとAuとの間に拡散防止層を挿入する工程としたために、電極内でのAlAu合金層の形成がなく、より低抵抗な電極を形成することができる。   In this embodiment, an electrode in which low resistance and non-oxidized Au is laminated is formed on Al in contact with the semiconductor layer via a diffusion prevention layer, so that the electrode resistance of the semiconductor laser element is kept low. be able to. At this time, since the diffusion preventing layer is inserted between Al and Au, an AlAu alloy layer is not formed in the electrode, and a lower resistance electrode can be formed.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記電極形成工程を、途中で大気中に暴露させずに行うものである。   Moreover, the manufacturing method of the semiconductor laser element of one Embodiment performs the said electrode formation process, without exposing in the air on the way.

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記電極を形成する際、Alの堆積工程からAuの堆積工程までを大気中に暴露させずに実施することにより、酸素を含む雰囲気中においては極めて容易かつ急速に酸化が進むAlの表面を酸化させることなく、Al膜をPt等からなる拡散防止層およびAu膜にて被覆することができる。Al膜表面が酸化すると、その上層となる拡散防止層との密着性が著しく低下するとともに、拡散防止層との界面において非常に高抵抗な酸化アルミニウム(Al)層が形成されるが、上記実施形態の製造方法によれば、それらに起因する積層された電極の剥離や高抵抗化を防止することが可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the above embodiment, when the electrode is formed, the Al deposition step to the Au deposition step is performed without being exposed to the atmosphere, so that in an atmosphere containing oxygen. Can coat the Al film with a diffusion prevention layer made of Pt or the like and an Au film without oxidizing the surface of Al which is very easily and rapidly oxidized. When the surface of the Al film is oxidized, the adhesion with the diffusion prevention layer which is an upper layer thereof is remarkably lowered, and an extremely high resistance aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer is formed at the interface with the diffusion prevention layer. According to the manufacturing method of the above-described embodiment, it is possible to prevent peeling of the stacked electrodes and increase in resistance caused by them.

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記第2の半導体層(低濃度半導体層)と上記活性層の間に、1×1017cm−3より大きいドーピング濃度を有する第2導電型の第3の半導体層を形成している。 Also, in one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor laser device, in the step of forming the second conductive type semiconductor layer group, the first semiconductor layer (low-concentration semiconductor layer) and the active layer have a 1 A third semiconductor layer of the second conductivity type having a doping concentration greater than × 10 17 cm −3 is formed.

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、この第2導電型の第3の半導体層によって、素子に要求される光学特性仕様に応じた層厚・組成等の変更を自在に行うことができるとともに、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる半導体レーザ素子の製造方法が提供される。   According to the manufacturing method of the semiconductor laser device of the above embodiment, the second conductivity type third semiconductor layer can meet the optical property specification required for the device without being restricted in consideration of the Schottky junction characteristics. Thus, there is provided a method for manufacturing a semiconductor laser device, which can freely change the layer thickness, composition, etc., can suppress an increase in device resistance, and can achieve further reduction in power consumption.

また、この発明の光ディスク装置は、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする。   An optical disc apparatus according to the present invention includes any one of the above semiconductor laser elements.

上記光ディスク装置によれば、上述した従来の半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置に比べて、より低消費電力で書き込みができる上、より安価に構成される光ディスク装置を提供することができる。   According to the above optical disk apparatus, it is possible to provide an optical disk apparatus which can be written with lower power consumption and is less expensive than an optical disk apparatus using the above-described conventional semiconductor laser element.

また、この発明の光伝送システムは、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする。   An optical transmission system according to the present invention includes any one of the above semiconductor laser elements.

上記光伝送システムによれば、従来よりも安価でかつ低消費電力動作が可能な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化と高性能化を図ることができる。   According to the optical transmission system, it is possible to provide an optical transmission module that is less expensive than the conventional one and that can operate with low power consumption, and it is possible to reduce the price and improve the performance of the optical transmission system.

以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子によれば、活性層の上方に設けられた電極(リッジ部を有する場合には、特にリッジの最上部以外の領域に設けられた電極部分)に発振したレーザ光が上記電極の方へ漏れ出さないようにできるため、吸収損失の増加をなくすことが可能となる。したがって、低閾値電流で発振でき、かつ高い発振効率を有するため低消費電力、高出力動作が可能で、さらに、安価に製造できる半導体レーザ素子を提供することができる。   As apparent from the above, according to the semiconductor laser device of the present invention, the electrode provided above the active layer (in the case of having a ridge portion, the electrode portion provided particularly in the region other than the uppermost portion of the ridge) Since it is possible to prevent the laser beam oscillated in the direction from leaking toward the electrode, it is possible to eliminate an increase in absorption loss. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor laser device that can oscillate with a low threshold current and has high oscillation efficiency, can be operated with low power consumption and high output, and can be manufactured at low cost.

また、本発明によれば、高い発振効率、低消費電力(低閾値電流)動作が可能な半導体レーザ素子を、簡便に低コストで製造できる方法が提供される。   In addition, according to the present invention, there is provided a method by which a semiconductor laser device capable of operating with high oscillation efficiency and low power consumption (low threshold current) can be easily manufactured at low cost.

本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ素子を用いることで、従来の光ディスク装置に比べて、低消費電力でデータ書き込みができる上、より安価に構成される。   According to the optical disk apparatus of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention, data can be written with low power consumption and more inexpensive than the conventional optical disk apparatus.

本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ素子をその光伝送モジュールに用いることで、従来よりも安価でかつ低消費電力動作が可能な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化と高性能化を図ることができる。   According to the optical transmission system of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention for the optical transmission module, it is possible to provide an optical transmission module that can be operated at lower cost and with lower power consumption. The transmission system can be reduced in price and performance.

以下、この発明の半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, a semiconductor laser device, a manufacturing method thereof, an optical disc apparatus, and an optical transmission system according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

なお、以下の説明では、「n−」は第1導電型としてのn型を表し、「p−」は第2導電型としてのp型を表す。また、以下の説明では、本発明をリッジ構造を有する半導体レーザ素子に適用した例を取り上げているが、本発明はリッジ構造を持たない半導体レーザ素子にも適用可能である。   In the following description, “n−” represents the n-type as the first conductivity type, and “p−” represents the p-type as the second conductivity type. In the following description, an example in which the present invention is applied to a semiconductor laser device having a ridge structure is taken up, but the present invention is also applicable to a semiconductor laser device having no ridge structure.

〔第一実施形態〕
図1は、本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものである。
[First embodiment]
FIG. 1 shows the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

この半導体レーザ素子は、n−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファ層102、n−Al0.5Ga0.5As第一下クラッド層103、n−Al0.422Ga0.578As第二下クラッド層104、Al0.25Ga0.75As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.25Ga0.75As第一上ガイド層107、第3の半導体層の一例としてのp−Al0.4Ga0.6As第二上ガイド層108とp−Al0.456Ga0.544As第一上クラッド層109、第2の半導体層(低濃度半導体層)の一例としてのp−Al0.456Ga0.544As第二上クラッド層110とp−In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層111が順次積層されている。 This semiconductor laser device includes an n-GaAs substrate 101, an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al 0.5 Ga 0.5 As first lower cladding layer 103, an n-Al 0.422 Ga 0.578 As second lower cladding layer 104, an Al 0.25 Ga 0.75 As lower guide layer 105, multiple strained quantum well active layer 106, Al 0.25 Ga 0.75 As first upper guide layer 107, p-Al 0.4 Ga 0.6 As second upper guide layer as an example of the third semiconductor layer 108, p-Al 0.456 Ga 0.544 As first upper clad layer 109, p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper clad layer 110 as an example of the second semiconductor layer (low-concentration semiconductor layer), and p-In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 semiconductor layers 111 are sequentially stacked.

この半導体層111上に、順メサストライプ形状のリッジ130をなすように、p−Al0.5Ga0.5As第三上クラッド層112、p−GaAsコンタクト層113および第1の半導体層(高濃度半導体層)の一例としてのp+−GaAsコンタクト層114が設けられている。 A p-Al 0.5 Ga 0.5 As third upper cladding layer 112, a p-GaAs contact layer 113, and a first semiconductor layer (high-concentration semiconductor layer) are formed on the semiconductor layer 111 so as to form a ridge 130 having a forward mesa stripe shape. As an example, a p + -GaAs contact layer 114 is provided.

そのリッジ130の頂部と側面部および半導体層111上部にAl層115aとPt層115bとAu層115cとの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるp側電極115を有する。   A p-side electrode 115 made of a multilayer metal thin film formed by laminating an Al layer 115a, a Pt layer 115b, and an Au layer 115c in this order is provided on the top and side portions of the ridge 130 and on the semiconductor layer 111.

また、基板101の裏面には、別の電極層として、AuGe/Ni/Auの多層金属薄膜からなるn側電極116が形成されている。   An n-side electrode 116 made of a multilayer metal thin film of AuGe / Ni / Au is formed on the back surface of the substrate 101 as another electrode layer.

上記p−Al0.4Ga0.6As第二上ガイド層108、p−Al0.456Ga0.544As第一上クラッド層109、p−Al0.456Ga0.544As第二上クラッド層110、p−In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層111、p−Al0.5Ga0.5As第三上クラッド層112、p−GaAsコンタクト層113およびp+−GaAsコンタクト層114で第2導電型の半導体層群を構成している。 P-Al 0.4 Ga 0.6 As second upper guide layer 108, p-Al 0.456 Ga 0.544 As first upper cladding layer 109, p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper cladding layer 110, p-In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 semiconductor layer 111, p-Al 0.5 Ga 0.5 As third upper cladding layer 112, p-GaAs contact layer 113 and p + -GaAs contact layer 114 constitute a second conductivity type semiconductor layer group is doing.

次に、図2から図4を参照しながら、上記半導体レーザ素子の製造方法を説明する。また、図5に上記半導体レーザ素子のリッジ構造周辺の拡大模式図を示す。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an enlarged schematic view around the ridge structure of the semiconductor laser device.

まず図2に示すように、n−GaAs基板101の(100)面上に、n−GaAsバッファ層102(層厚:0.5μm、Siドーピング濃度:7.2×1017cm-3)、n−Al0.5Ga0.5As第一下クラッド層103(層厚:2.0μm、Siドーピング濃度:5.4×1017cm-3)、n−Al0.422Ga0.578As第二下クラッド層104(層厚:0.1μm、Siドーピング濃度:5.4×1017cm-3)、Al0.25Ga0.75As下ガイド層105(層厚3.0nm)、多重歪量子井戸活性層106、Al0.25Ga0.75As第一上ガイド層107(層厚:3.0nm)、p−Al0.4Ga0.6As第二上ガイド層108(層厚:0.1μm、Znドーピング濃度:1.35×1018cm−3)、p−Al0.456Ga0.544As第一上クラッド層109(層厚:0.2μm、Znドーピング濃度:1.35×1018cm−3)、p−Al0.456Ga0.544As第二上クラッド層110(層厚:0.2μm、Znドーピング濃度:1×1017cm−3)、In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層111(層厚:15nm、Znドーピング濃度:1×1017−3)、p−Al0.5Ga0.5As第三上クラッド層112(層厚:1.28μm、Znドーピング濃度:2.4×1018cm−3)、p−GaAsコンタクト層113(層厚:0.2μm、Znドーピング濃度:3×1018cm−3)、p−GaAsコンタクト層114(層厚:0.3μm、Znドーピング濃度:1×1019cm−3)を順次、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)にて結晶成長させる。 First, as shown in FIG. 2, an n-GaAs buffer layer 102 (layer thickness: 0.5 μm, Si doping concentration: 7.2 × 10 17 cm −3 ) is formed on the (100) plane of the n-GaAs substrate 101. n-Al 0.5 Ga 0.5 As first lower cladding layer 103 (layer thickness: 2.0 μm, Si doping concentration: 5.4 × 10 17 cm −3 ), n-Al 0.422 Ga 0.578 As second lower cladding layer 104 ( Layer thickness: 0.1 μm, Si doping concentration: 5.4 × 10 17 cm −3 ), Al 0.25 Ga 0.75 As lower guide layer 105 (layer thickness: 3.0 nm), multiple strain quantum well active layer 106, Al 0.25 Ga 0.75 As first upper guide layer 107 (layer thickness: 3.0 nm), p-Al 0.4 Ga 0.6 As second upper guide layer 108 (layer thickness: 0.1 μm, Zn doping concentration: 1.35 × 10 18 cm 3), p-Al 0.456 Ga 0.544 As first Cladding layer 109 (thickness: 0.2 [mu] m, Zn doping concentration: 1.35 × 10 18 cm -3) , p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper cladding layer 110 (thickness: 0.2 [mu] m, Zn doping concentration 1 × 10 17 cm −3 ), In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 semiconductor layer 111 (layer thickness: 15 nm, Zn doping concentration: 1 × 10 17 m −3 ), p-Al 0.5 Ga 0.5 As third Cladding layer 112 (layer thickness: 1.28 μm, Zn doping concentration: 2.4 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 113 (layer thickness: 0.2 μm, Zn doping concentration: 3 × 10 18 cm −) at 1 × 10 19 cm -3) in sequence, MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition): 3), p + -GaAs contact layer 114 (thickness: 0.3 [mu] m, Zn doping concentration To crystal growth.

上記多重歪量子井戸活性層106は、In0.1001Ga0.8999As圧縮歪量子井戸層(歪0.7%、層厚:4.6nm、2層)とIn0.238Ga0.762As0.54630.4537引張歪障壁層(歪0.1%、バンドギャップEg≒1.60eV、基板側から層厚:21.5nm、7.9nm、21.5nmの3層であり、基板101に最も近いものが、n側障壁層、最も遠いものがp側障壁層となる)を交互に配置して形成されている。 The multiple strained quantum well active layer 106, In 0.1001 Ga 0.8999 As compressive strained quantum well layer (strain 0.7%, layer thickness: 4.6 nm, 2-layer) and In 0.238 Ga 0.762 As 0.5463 P 0.4537 tensile strain barrier layer (Strain 0.1%, band gap Eg≈1.60 eV, layer thickness from the substrate side: 21.5 nm, 7.9 nm, 21.5 nm, and the closest layer to the substrate 101 is the n-side barrier layer , The farthest is the p-side barrier layer).

次に、リッジ130を形成すべき領域117a(図1参照)上に、図2中に示すようにレジストマスク117(マスク幅3.5μm)をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク117は、形成すべきリッジ130が延びる方向に対応して、<0−11>方向にストライプ状に延びるように形成される。   Next, as shown in FIG. 2, a resist mask 117 (mask width 3.5 μm) is formed on the region 117a (see FIG. 1) where the ridge 130 is to be formed by a photolithography process. The resist mask 117 is formed so as to extend in a stripe shape in the <0-11> direction corresponding to the direction in which the ridge 130 to be formed extends.

次に図3に示すように、このレジストマスク117をマスクにして、半導体層114、113、112のうち上記レジストマスク117の両側に相当するリッジ形成外領域117b(図1参照)部分をエッチングにより除去して、レジストマスク117の直下に、順メサストライプ状のリッジ130を形成する。このエッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて、半導体層111の直上まで行う。続いて、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でGaAsコンタクト層113および114のオーバーハング部分をとる。エッチングの深さは1.78μm、リッジ130の最下部の幅は約3.2μmである。エッチング終了後に、レジストマスク117は除去する。   Next, as shown in FIG. 3, by using this resist mask 117 as a mask, the ridge formation outside region 117b (see FIG. 1) corresponding to both sides of the resist mask 117 in the semiconductor layers 114, 113, and 112 is etched. By removing the ridge 130, a forward mesa stripe-like ridge 130 is formed immediately below the resist mask 117. This etching is performed up to the top of the semiconductor layer 111 using a mixed aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. Subsequently, overhang portions of the GaAs contact layers 113 and 114 are taken with a mixed aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide. The depth of etching is 1.78 μm, and the width of the lowermost portion of the ridge 130 is about 3.2 μm. After the etching is completed, the resist mask 117 is removed.

続いて、図4に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、p側電極115としてAl層115a(層厚:50nm)/Pt層115b(層厚:10nm)/Au層115c(層厚:300nm)の順に金属薄膜を積層形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 4, the electron beam evaporation method is used to form the Al layer 115a (layer thickness: 50 nm) / Pt layer 115b (layer thickness: 10 nm) / Au layer 115c (layer thickness: p-side electrode 115). A metal thin film is laminated and formed in the order of 300 nm).

その後、図1に示したように、基板101を裏面側から所望の厚み(ここでは、約100μm)にまで、ラッピング法により研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極116としてAuGe合金(Au88%とGe12%との合金、層厚:100nm)、Ni(層厚:15nm)、Au(層厚:300nm)を積層形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 1, the substrate 101 is ground from the back surface side to a desired thickness (here, about 100 μm) by a lapping method. Then, by using resistance heating vapor deposition from the back side, as the n-side electrode 116, AuGe alloy (alloy of Au 88% and Ge 12%, layer thickness: 100 nm), Ni (layer thickness: 15 nm), Au (layer thickness: 300 nm) ).

その後、N2雰囲気中で、450℃1分間加熱し、電極材料のアロイ処理を行う。 Thereafter, the electrode material is alloyed by heating at 450 ° C. for 1 minute in an N 2 atmosphere.

この基板101を、所望の共振器長(ここでは、800μm)を有する複数のバーに分割した後、上記バーに端面コーティングを行い、さらに上記バーをチップ(800μm×250μm)に分割する。分割後のチップを、In糊剤を用いてステム(図示せず)上に固着する。そして、p側電極115上に、外部回路との電気的接続を行うためのAuワイヤ(不図示)をボンディングする。これで、半導体レーザ素子が完成する。   After dividing the substrate 101 into a plurality of bars having a desired resonator length (here, 800 μm), end coating is performed on the bars, and the bars are further divided into chips (800 μm × 250 μm). The chip after the division is fixed on a stem (not shown) using In glue. Then, an Au wire (not shown) for electrical connection with an external circuit is bonded on the p-side electrode 115. Thus, the semiconductor laser element is completed.

このようにして作成された半導体レーザ素子のp側電極115、n側電極116間に電流を流すと、リッジ130の側方の低濃度半導体層とp側電極115間でのショットキー接合では電流が遮断され、リッジ130の最上部に設けられた高濃度半導体層であるp−GaAsコンタクト層114とp側電極115間でのオーミック接合を通してのみ電流が流れる。これにより電流狭窄が行われる。 When a current is passed between the p-side electrode 115 and the n-side electrode 116 of the semiconductor laser device thus fabricated, a current is generated in a Schottky junction between the low-concentration semiconductor layer on the side of the ridge 130 and the p-side electrode 115. Is blocked, and a current flows only through an ohmic junction between the p + -GaAs contact layer 114, which is a high-concentration semiconductor layer provided on the top of the ridge 130, and the p-side electrode 115. Thereby, current confinement is performed.

上述したように、この第一実施形態の半導体レーザ素子は、製造段階での結晶成長工程を1度で済ませることができたため、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子に比べて、大幅に製造工程が削減され、低コストで作成することが可能となった。   As described above, the semiconductor laser device according to the first embodiment can be manufactured much more than a semiconductor laser device having a general ridge buried structure because the crystal growth process in the manufacturing stage can be completed only once. The number of processes has been reduced, and it has become possible to produce at a low cost.

この第一実施形態の半導体レーザ素子では、p側電極をAl層を最下層としPtからなる拡散防止層を介してAu層を最上層に有する構成としている。   In the semiconductor laser device of the first embodiment, the p-side electrode has an Al layer as the lowermost layer and an Au layer as the uppermost layer through a diffusion prevention layer made of Pt.

リッジ頂部の1×1019cm−3にドーピングされたp−GaAsコンタクト層114に対して、上述のp側電極115は低いコンタクト抵抗を有する良好なオーミック接合を実現できる。一方、リッジ部の側方にある1×1017cm−3にドーピングされた低濃度半導体層であるp−Al0.456Ga0.544As第二上クラッド層110とp−In0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層111に対しては、十分な電流狭窄性を有し、長期の熱的・電気的ストレスにも安定なショットキー接合を得ることができた。 For the p + -GaAs contact layer 114 doped to 1 × 10 19 cm −3 at the top of the ridge, the p-side electrode 115 described above can realize a good ohmic junction having a low contact resistance. On the other hand, the p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper cladding layer 110, which is a low-concentration semiconductor layer doped to 1 × 10 17 cm −3 on the side of the ridge portion, and p-In 0.1568 Ga 0.8432 For the As 0.4 P 0.6 semiconductor layer 111, a Schottky junction having a sufficient current confinement property and stable against a long-term thermal and electrical stress could be obtained.

これは、Al材料は酸素を含む雰囲気中においては、極めて容易、かつ急速に酸化が進んでしまうが、そのAl層はp側電極の最下層に形成し、さらにその上を拡散防止層として作用するPtと最上層となるAuという2種類のどちらも非常に酸化しにくい材料層で被覆したことに大きく起因する。   This is because the Al material is very easily and rapidly oxidized in an oxygen-containing atmosphere, but the Al layer is formed in the lowest layer of the p-side electrode and further acts as a diffusion prevention layer. This is largely due to the fact that both of Pt and Au, which is the uppermost layer, are coated with a material layer that is very difficult to oxidize.

上述のように、この第一実施形態におけるp側電極の構成を用いることにより、信頼性も含めて良好な電気的特性を有する半導体レーザ素子を実現することができた。   As described above, by using the configuration of the p-side electrode in the first embodiment, it was possible to realize a semiconductor laser device having good electrical characteristics including reliability.

さらに、本第一実施形態の半導体レーザ素子においては、リッジ側に設けられたp側電極の最下層にAlを使用することで、良好な光学的特性をも有する半導体レーザ素子を実現することに成功した。以下、この点について詳細に説明する。   Furthermore, in the semiconductor laser device of the first embodiment, by using Al for the lowermost layer of the p-side electrode provided on the ridge side, a semiconductor laser device having good optical characteristics is realized. Successful. Hereinafter, this point will be described in detail.

一般に、リッジ導波型の半導体レーザ素子においては、リッジ部側に形成される電極材料として、合金化が不要で電極材料の半導体層中への深い拡散を気にせずにすむTi/Pt/Auを順に積層した電極構成が用いられることが多い。   In general, in a ridge waveguide type semiconductor laser element, Ti / Pt / Au that does not require alloying and does not worry about deep diffusion of the electrode material into the semiconductor layer as the electrode material formed on the ridge portion side. In many cases, an electrode configuration in which the layers are sequentially stacked is used.

これは、リッジ埋め込み型の半導体レーザ素子において多用されるAuZn合金は、アロイ(合金化)処理を行うことによって良好なオーミック接合を得ることができる一方で、電極を構成する金属原子の拡散が急速、かつスパイク状に進行し、拡散した金属原子に起因する内部散乱や吸収損失の増加、加えて拡散の進行に伴う結晶性の悪化に起因する信頼性の低下を引き起こすことが懸念されるが、電極位置が活性層に近いリッジ導波型半導体レーザ素子では、特に顕著にその影響が発現する可能性が高く、それを避けるためである。   This is because an AuZn alloy frequently used in a ridge-embedded semiconductor laser element can obtain a good ohmic junction by performing an alloying process, while the diffusion of metal atoms constituting the electrode is rapid. In addition, there is a concern that it proceeds in a spike shape and increases internal scattering and absorption loss due to diffused metal atoms, and in addition, causes a decrease in reliability due to deterioration of crystallinity accompanying the progress of diffusion, This is because, in the ridge waveguide semiconductor laser element whose electrode position is close to the active layer, there is a high possibility that the effect is particularly noticeable, and this is avoided.

しかしながら、合金化が不要なTi/Pt/Au電極を、本第一実施形態に示したようなショットキー接合を用いた電流狭窄を行う半導体レーザ素子に適用した場合、別の問題が発生することが分かってきた。すなわち、TiやPtの屈折率の値が、半導体レーザ素子を構成する半導体層の屈折率の値と極めて近しいため、半導体層内に発振レーザ光を閉じ込める効果が小さくなってしまうのである。   However, when a Ti / Pt / Au electrode that does not require alloying is applied to a semiconductor laser device that performs current confinement using a Schottky junction as shown in the first embodiment, another problem occurs. I understand. That is, since the refractive index values of Ti and Pt are extremely close to the refractive index values of the semiconductor layers constituting the semiconductor laser element, the effect of confining the oscillation laser light in the semiconductor layer is reduced.

例えば、Tiの屈折率は、波長650nmから1.5μmの範囲でおよそ3.0から3.6であり、Ptが同じく波長668nmから1.5μmの範囲で2.9から5.5である。一方で、リッジ部の外方の垂直方向の実効屈折率も例えば3から3.5程度であり、特にリッジ脇近傍に形成された電極材料の屈折率は、発振するレーザ光の光分布に大きく影響し、その屈折率が半導体層の屈折率と近接していると、電極側に光が漏れたような状態になりがちになる。   For example, the refractive index of Ti is about 3.0 to 3.6 in the wavelength range of 650 nm to 1.5 μm, and Pt is 2.9 to 5.5 in the same wavelength range of 668 nm to 1.5 μm. On the other hand, the effective refractive index in the vertical direction outside the ridge is, for example, about 3 to 3.5, and the refractive index of the electrode material formed near the ridge is particularly large in the light distribution of the oscillating laser light. If the refractive index is close to the refractive index of the semiconductor layer, light tends to leak to the electrode side.

電極材料として使用される金属の吸収係数は半導体の吸収係数に比べて一般に10から10倍も大きいため、このように電極にまで光が漏れてしまうと非常に大きな吸収損失が発生してしまう。そのことによって半導体レーザ素子のスロープ効率を大きく低下させてしまうことが分かった。 Since the absorption coefficient of a metal used as an electrode material is generally 10 4 to 10 5 times larger than that of a semiconductor, if light leaks to the electrode in this way, a very large absorption loss occurs. End up. It has been found that this significantly reduces the slope efficiency of the semiconductor laser element.

それに対して、本第一実施形態でp側電極の最下層に使用したAlは、波長100nmから1μm超程度までの範囲でおおよそ2以下の屈折率を有する。下表に、AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS HANDBOOK THIRD EDITIONの第6章、124〜125頁から抜粋した蒸着形成されたAl膜の屈折率の値を示す。   On the other hand, Al used for the lowermost layer of the p-side electrode in the first embodiment has a refractive index of approximately 2 or less in a wavelength range of 100 nm to over 1 μm. The table below shows the refractive index values of the deposited Al film extracted from Chapter 6, pages 124-125 of AMERICA INSTITUTE OF PHYSICS HANDBOOK THIRD EDITION.

表 蒸着Al膜の屈折率

Figure 2006059975
Table Refractive index of evaporated Al film
Figure 2006059975

上表から分かるように、半導体レーザ素子を構成する半導体材料の屈折率がおよそ3から3.5程度であるため、半導体レーザとして実用化されている、あるいは実用化されつつある波長400nmから1.5μmで発振する光において、Al材料は半導体材料に対して十分に大きな屈折率差(Δn≧1)を持つ。そのことから、Al材料をリッジ部側に形成する電極として使用すれば、発振したレーザ光を半導体層内に閉じ込める作用を大きくすることが可能となる。このために光が電極まで漏れ出すことを抑制でき、その結果、吸収損失のない高いスロープ効率を有する半導体レーザ素子を実現することができた。   As can be seen from the above table, the refractive index of the semiconductor material constituting the semiconductor laser element is about 3 to 3.5, so that the wavelength of 400 nm to 1. In light oscillating at 5 μm, the Al material has a sufficiently large refractive index difference (Δn ≧ 1) with respect to the semiconductor material. Therefore, if the Al material is used as an electrode formed on the ridge portion side, it is possible to increase the effect of confining the oscillated laser light in the semiconductor layer. For this reason, it was possible to suppress light from leaking to the electrode, and as a result, it was possible to realize a semiconductor laser device having high slope efficiency without absorption loss.

ここで図6に、p側電極におけるAl層の厚さと0次モードの内部損失との関係を示す。このグラフは、波長900nm(屈折率1.96)の光を想定し、従来使用されていたTi(50nm)/Pt(50nm)/Au(400nm)電極の最下層にさらにAl層を形成したときの内部損失量を計算によりシミュレーションしたものである。図6からわかるように、Alを挿入すれば内部損失が減少し始める。さらに、Al層の厚さが約30nmとなるまでは、Al層厚を厚くするに従って急激に内部損失が低下し、Alの厚さを30nmとすると、Alを挿入しない時に比べて内部損失を3分の1以下にまで減少させることができる。Al層の厚みをさらに増加させれば、内部損失はさらに減少するがその程度は緩やかであり、50nm以上の厚みになると減少効果はなくなる。   Here, FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the Al layer in the p-side electrode and the internal loss of the 0th-order mode. This graph assumes light with a wavelength of 900 nm (refractive index 1.96), and when an Al layer is further formed on the lowermost layer of a conventionally used Ti (50 nm) / Pt (50 nm) / Au (400 nm) electrode The amount of internal loss is simulated by calculation. As can be seen from FIG. 6, the internal loss starts to decrease when Al is inserted. Furthermore, until the thickness of the Al layer reaches about 30 nm, the internal loss rapidly decreases as the thickness of the Al layer increases. When the thickness of Al is set to 30 nm, the internal loss is reduced by 3 compared to when no Al is inserted. It can be reduced to less than 1 / minute. If the thickness of the Al layer is further increased, the internal loss is further reduced, but the degree thereof is moderate, and when the thickness is 50 nm or more, the reduction effect is lost.

この結果を元に、本第一実施形態ではAl層の厚みを30nmとして半導体レーザ素子を作製した。併せて従来の電極構成を有する半導体レーザ素子を作製し比較してみると、本実施形態における半導体レーザ素子の異なる共振器長の実素子から算定した内部損失は5cm−1と、従来のTi/Pt/Au電極を使用した場合の実測値である18cm−1に比べて、大きく低減させることができた。その結果、本第一実施形態の半導体レーザ素子のスロープ効率は、ショットキー接合を電流狭窄に使用するリッジ導波型であるにもかかわらず1.0W/A超を実現した。 Based on this result, in the first embodiment, a semiconductor laser device was fabricated with an Al layer thickness of 30 nm. In addition, when a semiconductor laser element having a conventional electrode configuration is fabricated and compared, the internal loss calculated from the actual elements having different resonator lengths of the semiconductor laser element in the present embodiment is 5 cm −1, which is a conventional Ti / Compared with 18 cm −1 , which is an actual measurement value when a Pt / Au electrode is used, it can be greatly reduced. As a result, the slope efficiency of the semiconductor laser device according to the first embodiment was more than 1.0 W / A despite the ridge waveguide type using a Schottky junction for current confinement.

さらに、本第一実施形態の半導体レーザ素子においては、リッジ部側に形成する電極の最下層にAlを適用するだけでなく、拡散防止層としてのPt層を介して最上層であるAu層を形成する電極構成としている。   Further, in the semiconductor laser device of the first embodiment, not only Al is applied to the lowermost layer of the electrode formed on the ridge portion side, but also the uppermost Au layer is interposed through the Pt layer as the diffusion preventing layer. The electrode configuration is formed.

一般に、電極表面に用いられるAuは、低抵抗であることに加えて、酸化しないことにより、圧接を用いて容易に金属間接合を形成することができるというメリットがあり多用されている。しかしながら、本発明のようにAlを下層に有するときに直接Au層を形成すると、Al・Au界面にパープルゴールドとも呼ばれるAlAu合金層が形成されやすい。このAlAu合金層は非常に高抵抗な界面層となり、半導体レーザ素子の直列抵抗を大幅に上昇させてしまうこととなる。   In general, Au used for the electrode surface is frequently used because it has a low resistance and, in addition, has a merit that it can easily form a metal-to-metal joint using pressure welding by not oxidizing. However, if the Au layer is formed directly when Al is present in the lower layer as in the present invention, an AlAu alloy layer called purple gold is likely to be formed at the Al / Au interface. This AlAu alloy layer becomes a very high resistance interface layer, which greatly increases the series resistance of the semiconductor laser element.

したがって本第一実施形態における電極構成においては、Al層の上に、Auの拡散防止層として作用させるPtを10nm形成した。PtはAuの良好な拡散防止効果を有し、電極部の抵抗評価を行ったところ、少なくとも5nm以上のPt層を界面に形成すれば、AlAu合金層の形成による高抵抗化が防げることが分かった。本第一実施形態においては、形成させるPt層の膜厚ばらつきも考慮して10nm形成させることとした。このように非常に酸化しにくいPt層とAu層を、Al層の上部に形成することでp側電極最下層のAlの酸化を防止している。   Therefore, in the electrode configuration in the first embodiment, 10 nm of Pt that acts as an Au diffusion prevention layer is formed on the Al layer. Pt has a good anti-diffusion effect for Au, and when the resistance of the electrode portion was evaluated, it was found that if a Pt layer of at least 5 nm or more is formed at the interface, the increase in resistance due to the formation of the AlAu alloy layer can be prevented. It was. In the first embodiment, the thickness of the Pt layer to be formed is determined to be 10 nm in consideration of the film thickness variation. By forming the Pt layer and the Au layer which are very difficult to oxidize on the Al layer, the oxidation of Al in the lowermost layer of the p-side electrode is prevented.

このp側電極の形成工程においては、本第一実施形態の製造方法のように、電子ビーム蒸着法などの真空蒸着法や、スパッタ法などが適用できる。このとき、最下層のAl層の堆積から、最上層のAu層の堆積までを、途中で大気中に暴露させることなく、一貫して実施することにより、電極最下層として形成されるAl層を電極形成工程中に酸化させてしまうことがなくなり、電極抵抗の低減が可能となる。   In the step of forming the p-side electrode, a vacuum evaporation method such as an electron beam evaporation method, a sputtering method, or the like can be applied as in the manufacturing method of the first embodiment. At this time, the Al layer formed as the lowermost layer of the electrode is obtained by consistently performing the deposition from the deposition of the lowermost Al layer to the deposition of the uppermost Au layer without being exposed to the air in the middle. Oxidation during the electrode forming process is eliminated, and electrode resistance can be reduced.

また、この第一の実施形態の半導体レーザ素子は、前述したようにp−Al0.456Ga0.544As第二上クラッド層110とIn0.1568Ga0.8432As0.40.6半導体層111のZnドーピング濃度を1×1017cm−3とすることによって、十分な電流狭窄性を得ることができた。これらのトータルの厚みは0.215μmである。上述のZnドーピング濃度が1×1017cm−3以下の半導体層のトータルの厚みは、十分な電流狭窄性を実現するために0.2μm以上である必要がある。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, the Zn doping concentration of the p-Al 0.456 Ga 0.544 As second upper cladding layer 110 and the In 0.1568 Ga 0.8432 As 0.4 P 0.6 semiconductor layer 111 is 1 × as described above. By setting it to 10 17 cm −3 , sufficient current confinement property could be obtained. Their total thickness is 0.215 μm. The total thickness of the semiconductor layer having the Zn doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less needs to be 0.2 μm or more in order to realize sufficient current confinement.

なお、本実施形態では、Znドーピング濃度が1×1017cm−3以下の半導体層を2層構造としたが、もちろん1層であっても、あるいは3層以上であっても良い。しかしながら、その最上層は、本実施形態のようにInGaAsPであることが好ましい。InGaAsP半導体層は、Alを含まないため酸化されにくく、長期の電流狭窄性の維持(信頼性)に大きな効果がある。さらに、GaAsやAlGaAsなどの半導体材料に対してエッチング特性が異なるため、選択エッチングを利用した高精度なリッジ形成が可能となるというメリットもある。 In the present embodiment, the semiconductor layer having a Zn doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less has a two-layer structure, but may of course have one layer or three or more layers. However, the uppermost layer is preferably InGaAsP as in the present embodiment. Since the InGaAsP semiconductor layer does not contain Al, the InGaAsP semiconductor layer is not easily oxidized, and has a great effect on maintaining (reliability) long-term current confinement. Further, since the etching characteristics are different from those of semiconductor materials such as GaAs and AlGaAs, there is an advantage that highly accurate ridge formation using selective etching is possible.

なお、半導体層中にAlを含まないという点では、InGaPを用いることもできるが、特に本実施形態のようにp型に適用する場合、InGaPよりもInGaAsPの方が、ホールに対するバリアが低く、ホール注入効率を向上させることができるという効果がある。   Note that InGaP can also be used in that Al is not included in the semiconductor layer, but when applied to p-type as in this embodiment, InGaAsP has a lower barrier to holes than InGaP, and There is an effect that the hole injection efficiency can be improved.

この第一の実施形態の半導体レーザ素子では、第二上クラッド層110と組成は同一であるが、ドーピング濃度を高めたp−Al0.456Ga0.544As第一上クラッド層109(層厚:0.2μm、Znドーピング濃度:1.35×1018cm−3)を第二上クラッド層110と活性層106の間に設けており、この層の厚みを変更することによって、所望の光学特性が得られるように調整している。もちろん、厚みだけでなく組成について変更しても良い。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, the composition is the same as that of the second upper clad layer 110, but the p-Al 0.456 Ga 0.544 As first upper clad layer 109 (layer thickness: 0. 2 μm, Zn doping concentration: 1.35 × 10 18 cm −3 ) is provided between the second upper cladding layer 110 and the active layer 106, and desired optical characteristics can be obtained by changing the thickness of this layer. It is adjusted so that Of course, not only the thickness but also the composition may be changed.

本実施形態のように、良好な電流狭窄のために設けたp型ドーピング濃度が1×1017cm−3以下の半導体層110,111に対して、より活性層側に、ドーピング濃度を高めた半導体層108,109を形成する構成を採用することによって、必要以上の素子抵抗を抑制し、素子特性の悪化を防ぐことができた。 As in the present embodiment, the doping concentration is increased further on the active layer side than the semiconductor layers 110 and 111 having a p-type doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less provided for good current confinement. By adopting the configuration in which the semiconductor layers 108 and 109 are formed, the element resistance more than necessary can be suppressed and the deterioration of the element characteristics can be prevented.

これまでの説明においては、本発明の電極構成をp型半導体層に対するオーミック接合およびショットキー接合に適用した例を示してきたが、n型半導体層に対してであっても同様の効果が得られることはもちろんである。   In the above description, the example in which the electrode configuration of the present invention is applied to an ohmic junction and a Schottky junction with respect to a p-type semiconductor layer has been shown, but the same effect can be obtained even with respect to an n-type semiconductor layer. Of course.

本実施形態の半導体レーザ素子は、これまで説明して来た通り、半導体層に対して1以上の屈折率差を有するAlを最下層とし、最上層のAuがAlと反応して高抵抗な界面層が形成されることを防止するPtを間に有する電極をリッジ側に有することが特徴である。上記電極構造は、5×1018cm−3以上、好ましくは、1×1019cm−3以上にドーピングされたコンタクト層に対して、低いコンタクト抵抗を有するオーミック接合を得ることができるとともに、1×1017cm−3以下にドーピングされた半導体層に対しては、十分な電流狭窄性が実現できる。さらに、上記電極構成によれば、発振したレーザ光を半導体層中に閉じ込める作用が大きく、光が電極にまで漏れてしまうことに起因する内部損失の増加がない。 In the semiconductor laser device of the present embodiment, as described above, Al having a refractive index difference of 1 or more with respect to the semiconductor layer is the bottom layer, and the uppermost layer Au reacts with Al and has high resistance. It is characterized by having an electrode on the ridge side with Pt in between to prevent the formation of an interface layer. The electrode structure can obtain an ohmic junction having a low contact resistance with respect to a contact layer doped to 5 × 10 18 cm −3 or more, preferably 1 × 10 19 cm −3 or more. Sufficient current confinement can be achieved for a semiconductor layer doped to × 10 17 cm −3 or less. Furthermore, according to the above electrode configuration, the effect of confining the oscillated laser light in the semiconductor layer is great, and there is no increase in internal loss due to light leaking to the electrode.

これらのことから、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行わずとも、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗をもつ半導体レーザ素子とその製造方法を提供することが可能となった。   Therefore, sufficient current confinement can be achieved without separately performing the crystal regrowth process of the buried layer (current block layer) for current confinement and the crystal regrowth process of the contact layer for obtaining low contact resistance. It has become possible to provide a semiconductor laser device having a low contact resistance and a method for manufacturing the same.

さらに、上述のような構造および製造方法とすることによって、この第一の実施形態における半導体レーザ素子は、リッジ側に設けられた電極(特にリッジの最上部以外の領域に設けられた電極)に発振レーザ光が漏れ出さないようにできたため、内部散乱や吸収損失の増加をなくすことが可能となった。したがって、高いスロープ効率を有し、低閾値電流で発振できるため低消費電力、高出力動作が可能な半導体レーザ素子を、従来に比べて圧倒的に安価に製造できるようになった。   Further, by adopting the structure and the manufacturing method as described above, the semiconductor laser device in the first embodiment can be applied to an electrode provided on the ridge side (particularly an electrode provided in a region other than the uppermost portion of the ridge). Since the oscillation laser beam could be prevented from leaking out, it became possible to eliminate the increase in internal scattering and absorption loss. Therefore, a semiconductor laser element having high slope efficiency and capable of oscillating with a low threshold current and capable of low power consumption and high output operation can be manufactured at an overwhelmingly low cost as compared with the prior art.

なお、本実施形態においては、活性層とクラッド層の間にガイド層を有するSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造を用いたが、もちろん本発明は上述した構造に限られるものではない。例えば、結晶成長を円滑に行うための中間層を追加するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での、各々の層厚、材料の変更等を加え得ることは当然である。   In the present embodiment, an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure having a guide layer between the active layer and the clad layer is used. However, the present invention is not limited to the structure described above. For example, it is a matter of course that each layer thickness, material change, and the like can be added without departing from the spirit of the present invention, such as adding an intermediate layer for smooth crystal growth.

〔第二実施形態〕
図7は、本発明にかかる光ディスク装置200の構造の一例を示したものである。これは光ディスク201にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した第一の実施の形態の構成を使用した波長780nm帯で発振する半導体レーザ素子202を備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows an example of the structure of the optical disc apparatus 200 according to the present invention. This is for writing data on the optical disc 201 or reproducing the written data, and the wavelength of 780 nm using the configuration of the first embodiment described above as the light emitting element used at that time. A semiconductor laser element 202 that oscillates in a band is provided.

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

この第二実施形態の光ディスク装置では、低コストで製造でき、かつ高い発振効率で動作し、しかも低い素子抵抗を有する半導体レーザ素子202を用いているため、消費電力を大幅に削減することが可能となった。従って、より環境に対する負荷の少ない光ディスク装置を安価に提供することができる。   In the optical disk device according to the second embodiment, since the semiconductor laser element 202 that can be manufactured at a low cost, operates with high oscillation efficiency, and has a low element resistance, the power consumption can be significantly reduced. It became. Accordingly, it is possible to provide an optical disc apparatus with less environmental load at a low cost.

なお、ここでは第一実施形態の構成を使用した半導体レーザ素子202を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長780nm帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯(例えば650nm帯)の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。   Here, an example in which the semiconductor laser element 202 using the configuration of the first embodiment is applied to a recording / reproducing optical disc apparatus has been described. However, an optical disc recording apparatus, an optical disc reproducing apparatus, and other devices using the same wavelength 780 nm band. Needless to say, the present invention can also be applied to an optical disc device in a wavelength band (for example, 650 nm band).

〔第三実施形態〕
図8は、本発明の第三実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュール300を示す断面図である。また、図9は光源の部分を示す斜視図であり、図10は、光伝送システムの概略図である。この第三実施形態では、光源として第一実施形態で説明した発振波長890nmのInGaAs系半導体レーザ素子(レーザチップ)301を、また受光素子302としてシリコン(Si)のpinフォトダイオードを用いている。詳しくは後述するが、通信を行う双方の側(例えば、端末とサーバ)にそれぞれ同じ光伝送モジュール300を備えることにより、双方の光伝送モジュール300間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。
[Third embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an optical transmission module 300 used in the optical transmission system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a perspective view showing a light source portion, and FIG. 10 is a schematic diagram of an optical transmission system. In the third embodiment, the InGaAs semiconductor laser element (laser chip) 301 having the oscillation wavelength of 890 nm described in the first embodiment is used as the light source, and the silicon (Si) pin photodiode is used as the light receiving element 302. As will be described in detail later, by providing the same optical transmission module 300 on both sides (for example, a terminal and a server) that perform communication, an optical transmission system that transmits and receives optical signals between the two optical transmission modules 300 is configured. The

図8において、回路基板306上には、半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示のとおり、レーザチップ301を搭載する部分には深さ300μmの凹部306aが設けられている。この凹部306aに、レーザチップ301を搭載したレーザマウント(マウント材)310をはんだで固定する。レーザマウント310の正電極312の平坦部313(図9参照)は、回路基板306上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とワイヤ307aによって電気的に接続される。凹部306aはレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。   In FIG. 8, a pattern of both positive and negative electrodes for driving a semiconductor laser is formed on a circuit board 306. As shown in the figure, a recess 306a having a depth of 300 μm is provided in a portion where the laser chip 301 is mounted. A laser mount (mounting material) 310 on which the laser chip 301 is mounted is fixed to the recess 306a with solder. The flat portion 313 (see FIG. 9) of the positive electrode 312 of the laser mount 310 is electrically connected to a laser driving positive electrode portion (not shown) on the circuit board 306 by a wire 307a. The recess 306a has a depth that does not hinder the emission of laser light, and the roughness of the surface does not affect the emission angle.

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

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

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

次に、レーザマウント310について、図9を用いて説明する。図9に示すように、L字型のヒートシンク311にレーザチップ301がIn糊剤を用いてダイボンドされている。レーザチップ301は、第一実施形態で説明したInGaAs系の半導体レーザ素子であり、そのチップ下面301bには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面301aには低反射膜がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ端面の保護も兼ねている。   Next, the laser mount 310 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, a laser chip 301 is die-bonded to an L-shaped heat sink 311 using In glue. The laser chip 301 is the InGaAs-based semiconductor laser element described in the first embodiment, and the chip lower surface 301b is coated with a high reflection film, while the laser chip upper surface 301a is coated with a low reflection film. ing. These reflective films also serve as protection for the end face of the laser chip.

ヒートシンク311の基部311bには正電極312が、ヒートシンク311と導通しないように絶縁物により固着されている。この正電極312とレーザチップ301の表面のショットキー接合部上に設けられた電極領域301cとは、金ワイヤ307cによって接続されている。上述のように、このレーザマウント310を、図7の回路基板306の負電極(図示せず)にはんだ固定して、正電極312の上部の平坦部313と回路基板306の正電極部(図示せず)とをワイヤ307aで接続する。このような配線の形成により、レーザビーム314を発振により得ることができる光伝送モジュール300が完成する。   A positive electrode 312 is fixed to the base 311 b of the heat sink 311 with an insulator so as not to be electrically connected to the heat sink 311. The positive electrode 312 and the electrode region 301c provided on the Schottky junction on the surface of the laser chip 301 are connected by a gold wire 307c. As described above, the laser mount 310 is soldered to the negative electrode (not shown) of the circuit board 306 in FIG. 7, and the flat portion 313 on the upper side of the positive electrode 312 and the positive electrode portion (see FIG. (Not shown) with a wire 307a. By forming such wiring, the optical transmission module 300 that can obtain the laser beam 314 by oscillation is completed.

この第三実施形態の光伝送モジュール300は、前述の低コストで製造でき、高効率、低素子抵抗な半導体レーザ素子を使用しているため、そのモジュールの消費電力を従来に比べて大幅に低く抑えることができるとともに、モジュール単価を下げることができる。この光伝送モジュール300を用いた光伝送システムは、低消費電力で動作するため、環境に対する負荷を小さくでき、また低価格で構成できる。また、携帯機器にこの光伝送システムを搭載した際には、バッテリー駆動時間を従来よりも長くでき、より快適に携帯機器を使用することができるようになる。   Since the optical transmission module 300 of the third embodiment can be manufactured at the low cost described above and uses a semiconductor laser element with high efficiency and low element resistance, the power consumption of the module is significantly lower than the conventional one. It can be suppressed and the unit price of the module can be lowered. Since the optical transmission system using the optical transmission module 300 operates with low power consumption, the load on the environment can be reduced, and the optical transmission system can be configured at a low price. Further, when this optical transmission system is mounted on a portable device, the battery driving time can be made longer than before, and the portable device can be used more comfortably.

上述したように、通信を行う双方の側にそれぞれ同じ光伝送モジュール300を備えることにより、双方の光伝送モジュール300間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。図10は、この光伝送モジュール300を用いた光伝送システムの構成例を示している。この光伝送システムは、部屋の天井に設置された基地局315に上記光伝送モジュール300を備えるとともに、パーソナルコンピュータ316に上記と同じ光伝送モジュール(区別のために符号300’で表す。)を備えている。パーソナルコンピュータ316側の光伝送モジュール300’の光源から情報を持って発した光信号は、基地局315側の光伝送モジュール300の受光素子によって受信される。また、基地局315側の光伝送モジュール300の光源から発した光信号は、パーソナルコンピュータ316側の光伝送モジュール300’の受光素子によって受信される。このようにして、光(赤外線)によるデータ通信を実現することができる。   As described above, by providing the same optical transmission module 300 on both sides that perform communication, an optical transmission system that transmits and receives optical signals between both optical transmission modules 300 is configured. FIG. 10 shows a configuration example of an optical transmission system using the optical transmission module 300. In this optical transmission system, the base station 315 installed on the ceiling of the room includes the optical transmission module 300, and the personal computer 316 includes the same optical transmission module as described above (denoted by reference numeral 300 ′ for distinction). ing. An optical signal emitted from the light source of the optical transmission module 300 ′ on the personal computer 316 side is received by the light receiving element of the optical transmission module 300 on the base station 315 side. An optical signal emitted from the light source of the optical transmission module 300 on the base station 315 side is received by the light receiving element of the optical transmission module 300 ′ on the personal computer 316 side. In this way, data communication using light (infrared rays) can be realized.

尚、本発明の半導体レーザ装置、光ディスク装置および光伝送システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではない。たとえば井戸層・障壁層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Note that the semiconductor laser device, the optical disk device, and the optical transmission system of the present invention are not limited to the above illustrated examples. For example, various changes can be made without departing from the gist of the present invention, such as the layer thickness and the number of layers of the well layers and barrier layers.

本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、結晶成長後に、リッジ形成用のフォトマスクを設けた状態を表す。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor laser element of 1st embodiment of this invention, and represents the state which provided the photomask for ridge formation after crystal growth. 本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、リッジ形成のためのエッチング工程後の状態を表す。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor laser element of 1st embodiment of this invention, and represents the state after the etching process for ridge formation. 本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、p側電極の蒸着工程後の状態を表す。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor laser element of 1st embodiment of this invention, and represents the state after the vapor deposition process of a p side electrode. 本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子のリッジ構造周辺の拡大模式図である。FIG. 3 is an enlarged schematic view around the ridge structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. Al電極の厚さと内部損失の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of an Al electrode, and internal loss. 本発明の第二実施形態の光ディスク装置の概略図である。It is the schematic of the optical disk apparatus of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュールの概略図である。It is the schematic of the optical transmission module used for the optical transmission system of 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態の光伝送システムにかかる光源の斜視図である。It is a perspective view of the light source concerning the optical transmission system of a third embodiment of the present invention. 本発明の第三実施形態の光伝送システムの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the optical transmission system of 3rd embodiment of this invention. 従来の半導体レーザ素子とその製造方法を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the conventional semiconductor laser element and its manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

101 n−GaAs基板
102 n−GaAsバッファ層
103 n−AlGaAs第一下クラッド層
104 n−AlGaAs第二下クラッド層
105 AlGaAs下ガイド層
106 多重歪量子井戸活性層
107 AlGaAs第一上ガイド層
108 p−AlGaAs第二上ガイド層
109 p−AlGaAs第一上クラッド層
110 p−AlGaAs第二上クラッド層
111 p−InGaAsP半導体層
112 p−AlGaAs第二上クラッド層
113 p−GaAsコンタクト層
114 p+−GaAsコンタクト層
115 p側電極
115a Al層
115b 拡散防止層
115b Au層
116 n側電極
117 フォトレジスト
117a リッジ形成領域
117b リッジ形成外領域
130 リッジ
200 光ディスク装置
201 光ディスク
202 半導体レーザ素子
203 コリメートレンズ
204 ビームスプリッタ
205 λ/4偏光板
206 対物レンズ
207 受光素子用対物レンズ
208 信号検出用受光素子
209 信号光再生回路
300、300’ 光伝送モジュール
301 半導体レーザ素子(レーザチップ)
301a 低反射膜
301b 高反射膜
301c ショットキー接合している電極領域
302 受光素子
303 エポキシ樹脂モールド
304、305 レンズ部
306 回路基板
306a 凹部
307a、b、c ワイヤ
308 IC回路
309 シリコン樹脂
310 レーザマウント
311 ヒートシンク
311b 基部
312 正電極
313 平坦部
314 レーザビーム
315 基地局
316 パーソナルコンピュータ
401 n型GaAs基板
402 n型InGaPクラッド層
403 InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層
404 p型InGaPクラッド層
405 p型InGaAsコンタクト層
406 p電極
407 n電極
408 ショットキー接合部
101 n-GaAs substrate 102 n-GaAs buffer layer 103 n-AlGaAs first lower cladding layer 104 n-AlGaAs second lower cladding layer 105 AlGaAs lower guide layer 106 multiple strain quantum well active layer 107 AlGaAs first upper guide layer 108 p -AlGaAs second upper guide layer 109 p-AlGaAs first upper cladding layer 110 p-AlGaAs second upper cladding layer 111 p-InGaAsP semiconductor layer 112 p-AlGaAs second upper cladding layer 113 p-GaAs contact layer 114 p + - GaAs contact layer 115 p-side electrode 115a Al layer 115b diffusion prevention layer 115b Au layer 116 n-side electrode 117 photoresist 117a ridge formation region 117b ridge formation outside region 130 ridge 200 optical disk device 201 Optical disk 202 Semiconductor laser element 203 Collimating lens 204 Beam splitter 205 λ / 4 polarizing plate 206 Objective lens 207 Objective lens for light receiving element 208 Signal detecting light receiving element 209 Signal light reproducing circuit 300, 300 ′ Optical transmission module 301 Semiconductor laser element (laser Chip)
301a Low reflection film 301b High reflection film 301c Schottky bonded electrode region 302 Light receiving element 303 Epoxy resin mold 304, 305 Lens part 306 Circuit board 306a Recessed part 307a, b, c Wire 308 IC circuit 309 Silicon resin 310 Laser mount 311 Heat sink 311b Base 312 Positive electrode 313 Flat part 314 Laser beam 315 Base station 316 Personal computer 401 n-type GaAs substrate 402 n-type InGaP clad layer 403 InGaAs / GaAs strained quantum well active layer 404 p-type InGaP clad layer 405 p-type InGaAs contact layer 406 p-electrode 407 n-electrode 408 Schottky junction

Claims (19)

第1導電型の基板上に、少なくとも、活性層と、第2導電型の半導体層群と、上記第2導電型の半導体層群上に形成された電極とを有する半導体レーザ素子において、
上記第2導電型の半導体層群のうちの上記電極と接する第1の半導体層の第2導電型のドーピング濃度が5×1018cm−3以上であり、
上記電極は、少なくとも、上記第1の半導体層に接触するAl層を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
In a semiconductor laser element having at least an active layer, a second conductivity type semiconductor layer group, and an electrode formed on the second conductivity type semiconductor layer group on a first conductivity type substrate,
The doping concentration of the second conductivity type of the first semiconductor layer in contact with the electrode in the second conductivity type semiconductor layer group is 5 × 10 18 cm −3 or more,
The semiconductor laser device, wherein the electrode includes at least an Al layer in contact with the first semiconductor layer.
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体レーザ素子は、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成しているリッジ導波型半導体レーザ素子であって、
上記第1の半導体層は、上記リッジ部の最上部を構成しており、
上記電極は、上記Al層が、上記リッジ部の最上部の上面と、上記リッジ部の側面、または、上記第2導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の少なくとも一方とに接するように、形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The semiconductor laser device is a ridge waveguide semiconductor laser device in which a part of the upper side of the second conductivity type semiconductor layer group forms a striped ridge portion,
The first semiconductor layer constitutes the top of the ridge portion,
In the electrode, the Al layer is a surface in the vicinity of the ridge portion in a region excluding the top surface of the ridge portion and a side surface of the ridge portion, or the ridge portion of the second conductivity type semiconductor layer group. A semiconductor laser device, wherein the semiconductor laser device is formed so as to be in contact with at least one of the above.
請求項2に記載の半導体レーザ素子において、
上記リッジ部の最上部と上記電極とがオーミック接合を形成しており、上記リッジ部の側面、または、上記第2導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の上記少なくとも一方と上記電極とがショットキー接合を形成していることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 2,
The uppermost part of the ridge part and the electrode form an ohmic junction, and the side surface of the ridge part or the surface in the vicinity of the ridge part in the region excluding the ridge part of the semiconductor layer group of the second conductivity type A semiconductor laser element characterized in that at least one of the above and the electrode form a Schottky junction.
請求項1または2に記載の半導体レーザ素子において、
上記Al層の厚みが30nm以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1 or 2,
A semiconductor laser element, wherein the Al layer has a thickness of 30 nm or more.
請求項1または2に記載の半導体レーザ素子において、
上記電極は、上記Al層の上に、さらに一つまたは複数の金属薄膜が積層された構造であることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1 or 2,
The semiconductor laser device, wherein the electrode has a structure in which one or more metal thin films are further laminated on the Al layer.
請求項5に記載の半導体レーザ素子において、
上記電極は少なくとも3層からなり、
最下層である上記Al層と最上層の金属薄膜層との間であって、上記Al層の直上に、少なくとも最上層の金属薄膜層の材料が上記Al層まで拡散することを防止する拡散防止層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 5, wherein
The electrode consists of at least three layers,
Diffusion prevention that prevents the material of at least the uppermost metal thin film layer from diffusing up to the Al layer between the lowermost Al layer and the uppermost metal thin film layer and immediately above the Al layer A semiconductor laser element, wherein a layer is formed.
請求項6に記載の半導体レーザ素子において、
上記電極の最上層がAuの層であることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
A semiconductor laser element, wherein the uppermost layer of the electrode is an Au layer.
請求項7に記載の半導体レーザ素子において、
上記拡散防止層がPtからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 7, wherein
A semiconductor laser element, wherein the diffusion preventing layer is made of Pt.
請求項8に記載の半導体レーザ素子において、
上記Ptからなる拡散防止層の厚みが5nm以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 8, wherein
A semiconductor laser element, wherein a thickness of the diffusion preventing layer made of Pt is 5 nm or more.
請求項2に記載の半導体レーザ素子において、
上記第2導電型の半導体層群は第2導電型のドーピング濃度が1×1017cm−3以下の第2の半導体層を含み、
上記第2導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面は、上記第2の半導体層の表面であり、
上記電極は、上記リッジ部の最上部を構成する上記第1の半導体層の上面と、上記リッジ部の側面と、上記第2の半導体層の表面とに接するように、連続して形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 2,
The second conductivity type semiconductor layer group includes a second semiconductor layer having a second conductivity type doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less,
The surface in the vicinity of the ridge portion in the region excluding the ridge portion of the semiconductor layer group of the second conductivity type is the surface of the second semiconductor layer,
The electrode is continuously formed so as to be in contact with the upper surface of the first semiconductor layer constituting the uppermost portion of the ridge portion, the side surface of the ridge portion, and the surface of the second semiconductor layer. A semiconductor laser device comprising:
請求項10に記載の半導体レーザ素子において、
上記第2導電型の半導体層群は、上記第2の半導体層と上記活性層との間に形成された1×1017cm−3より大きいドーピング濃度を有する第3の半導体層を含んでいることを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 10, wherein
The semiconductor layer group of the second conductivity type includes a third semiconductor layer formed between the second semiconductor layer and the active layer and having a doping concentration greater than 1 × 10 17 cm −3 . A semiconductor laser device.
第一導電型の基板上に、少なくとも活性層を形成する工程と、
上記活性層上に、ドーピング濃度が5×1018cm−3以上の第2導電型の第1の半導体層を含む第2導電型の半導体層群を、上記第1の半導体層の表面が露出するように形成する工程と、
Al層を含む電極を、上記Al層が上記第1の半導体層の表面に接触するように、上記第1の半導体層上に形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Forming at least an active layer on the substrate of the first conductivity type;
On the active layer, a second conductive type semiconductor layer group including a second conductive type first semiconductor layer having a doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more is exposed, and a surface of the first semiconductor layer is exposed. Forming to do,
Forming an electrode including an Al layer on the first semiconductor layer so that the Al layer is in contact with the surface of the first semiconductor layer. .
請求項12の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第2導電型の半導体層群はドーピング濃度が1×1017cm−3以下の第2の半導体層をさらに含み、
上記第2導電型の半導体層群を形成する工程と上記電極を形成する工程との間に、上記第2の半導体層が露出するまで上記第2導電型の半導体層群の一部を除去して、上記第1の半導体層を最上部に有するリッジ部を形成する工程をさらに備え、
上記Al層を、上記リッジ部の上面と、上記リッジ部の側面または上記第2の半導体層の露出した表面の少なくとも一方とに接触するように形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 12,
The semiconductor layer group of the second conductivity type further includes a second semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less,
A part of the second conductivity type semiconductor layer group is removed between the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group and the step of forming the electrode until the second semiconductor layer is exposed. A step of forming a ridge portion having the first semiconductor layer at the top,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: forming the Al layer so as to be in contact with an upper surface of the ridge portion and at least one of a side surface of the ridge portion or an exposed surface of the second semiconductor layer. .
請求項12または13に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記電極を形成する工程において、上記Al層の上に、拡散防止層を形成した後、Au膜を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 12 or 13,
In the step of forming the electrode, a method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising forming an anti-diffusion layer on the Al layer and then forming an Au film.
請求項14に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記電極を形成する工程は、途中で大気中に暴露させずに行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 14,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the step of forming the electrode is performed without being exposed to the air in the middle.
請求項14に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記拡散防止層として、Ptを堆積させることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 14,
Pt is deposited as said diffusion prevention layer, The manufacturing method of the semiconductor laser element characterized by the above-mentioned.
請求項12または13に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記第2の半導体層と上記活性層の間に、1×1017cm−3より大きいドーピング濃度を有する第2導電型の第3の半導体層を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 12 or 13,
In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a second conductivity type third layer having a doping concentration greater than 1 × 10 17 cm −3 between the second semiconductor layer and the active layer. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising forming a semiconductor layer.
請求項1から11のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする光ディスク装置。   An optical disc apparatus comprising the semiconductor laser element according to claim 1. 請求項1から11のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする光伝送システム。   An optical transmission system comprising the semiconductor laser device according to claim 1.
JP2004239537A 2004-08-19 2004-08-19 Semiconductor laser element, manufacturing method therefor, optical disk device, and optical transmission system Pending JP2006059975A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004239537A JP2006059975A (en) 2004-08-19 2004-08-19 Semiconductor laser element, manufacturing method therefor, optical disk device, and optical transmission system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004239537A JP2006059975A (en) 2004-08-19 2004-08-19 Semiconductor laser element, manufacturing method therefor, optical disk device, and optical transmission system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006059975A true JP2006059975A (en) 2006-03-02

Family

ID=36107203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004239537A Pending JP2006059975A (en) 2004-08-19 2004-08-19 Semiconductor laser element, manufacturing method therefor, optical disk device, and optical transmission system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006059975A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007317731A (en) * 2006-05-23 2007-12-06 Sharp Corp Semiconductor laser element, optical disk device, and optical transmission system
JP2008047641A (en) * 2006-08-11 2008-02-28 Sharp Corp Semiconductor laser element and its fabrication process, optical disc drive, and optical transmission module

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007317731A (en) * 2006-05-23 2007-12-06 Sharp Corp Semiconductor laser element, optical disk device, and optical transmission system
JP2008047641A (en) * 2006-08-11 2008-02-28 Sharp Corp Semiconductor laser element and its fabrication process, optical disc drive, and optical transmission module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6678307B2 (en) Semiconductor surface light-emitting device
JP4460473B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laser device
US6420735B2 (en) Surface-emitting light-emitting diode
JP4224041B2 (en) Semiconductor laser device, method for manufacturing semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system
JP2017050463A (en) Surface emission semiconductor laser array and manufacturing method of surface emission semiconductor laser array
JPH11168262A (en) Planar optical device, manufacture thereof, and display device
JP4962743B2 (en) Light emitting device
JP4885434B2 (en) Semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system
US7492801B2 (en) Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk apparatus and optical transmission system
JP4121494B2 (en) Semiconductor laser device, method for manufacturing semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system
US7339967B2 (en) Semiconductor device, semiconductor laser device, manufacturing method for semiconductor device, manufacturing method for semiconductor laser device, optical disk device and optical transmission system
JP4768452B2 (en) Optical semiconductor device and method for manufacturing the same, optical disc device, and optical transmission system
JP2007150170A (en) Method of manufacturing semiconductor device, semiconductor laser device, optical transmission module and optical disk device
JP4377779B2 (en) Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, optical disc apparatus, and optical transmission system
JP4869582B2 (en) Semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system
JP2006059975A (en) Semiconductor laser element, manufacturing method therefor, optical disk device, and optical transmission system
JP2005268754A (en) Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk device,, and optical transmission system
JP4843251B2 (en) Semiconductor laser device, optical disk device, and optical transmission system
JP4884698B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, semiconductor laser device, optical transmission module, and optical disk device
JP2007317731A (en) Semiconductor laser element, optical disk device, and optical transmission system
JP2005353678A (en) Semiconductor laser element and its manufacturing method, optical disk device and optical transmission system
JP2009188435A (en) Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk apparatus, and optical transmission system
JP2005340576A (en) Semiconductor laser element and its manufacturing method, optical disk device as well as light transmission system
JP2005203746A (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof and optical disk device and light transmission system
JP4786873B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laser device