JP2006074010A - Semiconductor laser and its manufacturing method - Google Patents

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Masaya Mannou
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser of high output and high reliability by preventing impurities diffused from a cladding layer by a heat treatment process and energization, etc. from being further diffused in an active layer. <P>SOLUTION: A double heterojunction structure part, including an n-GaAs buffer layer 102, n-(Al<SB>0.7</SB>Ga<SB>0.3</SB>)<SB>0.5</SB>In<SB>0.5</SB>P cladding layer 103 (Si doping), an active layer 104 (Si doping), and a first p-(Al<SB>0.7</SB>Ga<SB>0.3</SB>)<SB>0.5</SB>In<SB>0.5</SB>P cladding layer 105 (Zn doping) overlaied in this order on an n-GaAs substrate 101, is formed. The active layer 104 is constituted by four Ga<SB>0.5</SB>In<SB>0.5</SB>P well layers 202A-202D (Si doping), three (Al<SB>0.5</SB>Ga<SB>0.5</SB>)<SB>0.5</SB>In<SB>0.5</SB>P barrier layers 203A-203C (Si doping) among the layers 202A-202D, and (Al<SB>0.5</SB>Ga<SB>0.5</SB>)<SB>0.5</SB>In<SB>0.5</SB>P optical guide layer 201 and 204 (Si doping) formed so as to sandwich them. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体レーザに関し、特に活性層領域に拡散した不純物の動きを抑制できる半導体レーザの構造およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a structure of a semiconductor laser capable of suppressing the movement of impurities diffused in an active layer region and a method for manufacturing the same.

AlGaInP系化合物半導体を用いた半導体レーザは、650nm帯発振波長を有する赤色レーザとしてDVD等を処理対象とする光ディスク装置のピックアップ用光源として広く普及している。   A semiconductor laser using an AlGaInP-based compound semiconductor is widely used as a light source for pick-up of an optical disk apparatus for processing a DVD or the like as a red laser having an oscillation wavelength of 650 nm.

DVDに用いる赤色半導体レーザはもちろんのこと、CDやCD−Rなどに用いられる780nm帯発光波長を有する赤外半導体レーザにおいても、高出力化や赤色レーザとの集積化の観点からクラッド層等にAlGaInP系材料が用いられている。   In addition to red semiconductor lasers used for DVDs, infrared semiconductor lasers having a 780 nm band emission wavelength used for CDs, CD-Rs, etc. can be used as cladding layers from the viewpoint of higher output and integration with red lasers. AlGaInP-based materials are used.

近年、書き換え型の光ディスクに対しては200mW以上の赤色半導体レーザの高出力安定動作が要求されており、p型クラッド層へ高濃度で不純物をドープすることが必須条件となっている。   In recent years, a high-power stable operation of a red semiconductor laser of 200 mW or more is required for a rewritable optical disk, and it is an essential condition to dope a p-type cladding layer with a high concentration of impurities.

AlGaInP系材料を用いたクラッド層に不純物を高濃度でドープした場合、通電時や熱工程時にノンドープ活性層へ不純物が拡散し、レーザ特性の劣化を引き起こしやすい問題があった。   In the case where impurities are doped at a high concentration in the clad layer using an AlGaInP-based material, there is a problem that the impurities are easily diffused into the non-doped active layer during energization or a thermal process, and the laser characteristics are likely to be deteriorated.

従来の解決策として、活性層への不純物の拡散を抑制するために、活性層との界面近傍のクラッド層において、不純物濃度を低濃度とすることや、アンドープ領域を設けることが一般に行われてきた。また、クラッド層に主たる一導電型不純物とそれに比して少量の反対導電型不純物とを同時にドープし、互いに引き合わせることによって、主たる不純物単独では拡散しにくくすることにより高信頼性の半導体レーザを作製してきた。   As conventional solutions, in order to suppress diffusion of impurities into the active layer, it has been generally performed to reduce the impurity concentration or provide an undoped region in the cladding layer near the interface with the active layer. It was. In addition, a highly reliable semiconductor laser can be obtained by simultaneously doping the clad layer with one main conductivity type impurity and a small amount of opposite conductivity type impurities at the same time, and attracting each other, thereby making it difficult for the main impurity alone to diffuse. I have made it.

上記した同時ドープすることで高信頼性の半導体レーザを作製する例として、例えば特許文献1〜3に示されたような構造及び製造方法が提案されている。
特開平4−249391号公報 特開平5−175607号公報 特開平9−219567号公報
As an example of manufacturing a highly reliable semiconductor laser by the above-described simultaneous doping, for example, a structure and a manufacturing method as disclosed in Patent Documents 1 to 3 have been proposed.
JP-A-4-249391 Japanese Patent Laid-Open No. 5-175607 JP-A-9-219567

上記の従来技術では、n型クラッド層に少量のp型不純物を同時ドープするか、もしくはp型クラッド層に少量のn型不純物を同時ドープするか、もしくはn型クラッド層に少量のp型不純物をドープすることとp型クラッド層に少量のn型不純物をドープすることとを同時に行うことで活性層への不純物の拡散を抑制している。   In the above prior art, a small amount of p-type impurity is co-doped in the n-type cladding layer, or a small amount of n-type impurity is simultaneously doped in the p-type cladding layer, or a small amount of p-type impurity in the n-type cladding layer. And the p-type cladding layer are doped with a small amount of n-type impurities at the same time, thereby suppressing the diffusion of impurities into the active layer.

しかし、これらの方法を用いても、活性層へ不純物が拡散した場合において、長時間の高出力動作中に拡散した不純物が欠陥を誘発しレーザ劣化を引き起こしやすいという問題を解決するに至らない。   However, even if these methods are used, when impurities are diffused into the active layer, the problem that impurities diffused during a long high-power operation induce defects and easily cause laser degradation cannot be solved.

そこで、本発明は、熱工程や通電によってクラッド層から拡散した不純物が活性層中をさらに拡散することを抑制し、特に問題となるp型クラッド層から活性層へのp型不純物が拡散することを著しく抑制することを目的とし、高出力かつ高信頼性なレーザ特性を得ることができる半導体レーザを提供することにある。   Therefore, the present invention suppresses further diffusion of impurities diffused from the clad layer by a thermal process or energization in the active layer, and p-type impurities diffuse from the p-type clad layer, which is a particular problem, to the active layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can obtain high output and highly reliable laser characteristics.

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、半導体基板上に、第一導電型クラッド層および第二導電型クラッド層と、前記第一導電型クラッド層と前記第二導電型クラッド層との間に位置する活性層と、を備える半導体レーザであって、前記活性層が不純物を含有していることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor laser according to the present invention includes a first conductive clad layer and a second conductive clad layer, a first conductive clad layer, and a second conductive clad layer on a semiconductor substrate. And an active layer located between the active layers, wherein the active layer contains impurities.

前記活性層は、量子井戸または単一の発光層と、バリア層と、光ガイド領域とを包含していてもよい。   The active layer may include a quantum well or a single light emitting layer, a barrier layer, and a light guide region.

前記活性層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物であり、前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質であることが好ましい。   The impurity in the active layer is an impurity of a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer, and the impurity in the first conductivity type cladding layer is in the first conductivity type cladding layer or the active layer. In the layer, a substance having a larger diffusion coefficient than the impurity in the active layer is preferable.

または、前記活性層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物であり、前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質であることが好ましい。   Alternatively, the impurity in the active layer is an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer, and the impurity in the second conductivity type cladding layer is in the second conductivity type cladding layer or The active layer is preferably a substance having a diffusion coefficient larger than that of the impurities in the active layer.

または、前記活性層は、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物と、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物とを含有しており、前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第二導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質であり、前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第一導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質であることが好ましい。   Alternatively, the active layer contains an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer and an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer. The impurity in the one conductivity type cladding layer is a substance having a diffusion coefficient larger than that of the second conductivity type impurity in the active layer in the first conductivity type cladding layer or in the active layer. The impurity in the type cladding layer is preferably a substance having a diffusion coefficient larger than that of the first conductivity type impurity in the active layer in the second conductivity type cladding layer or in the active layer.

前記活性層中の不純物の濃度は、トータルで1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であることがより好ましい。 The concentration of impurities in the active layer is more preferably in the range of 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 17 cm −3 in total.

前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層の一方または両方は、各クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物がコドープされていることがより好ましい。   More preferably, one or both of the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer is co-doped with an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in each cladding layer.

前記活性層中の不純物のうち、第一導電型を示す不純物は、Si、S、Teのうちのいずれかであることが好ましい。   Of the impurities in the active layer, the impurity having the first conductivity type is preferably one of Si, S, and Te.

前記活性層中の不純物のうち、第二導電型を示す不純物は、Mg、C、Be、Cdのうちのいずれかであることが好ましい。   Of the impurities in the active layer, the impurity having the second conductivity type is preferably one of Mg, C, Be, and Cd.

前記活性層は、少なくともAlGaInP系材料からなることが好ましい。
前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層は、少なくともAlGaInP系材料からなることが好ましい。
The active layer is preferably made of at least an AlGaInP-based material.
The first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer are preferably made of at least an AlGaInP-based material.

本発明の半導体レーザの製造方法は、半導体基板上に、第一導電型不純物を添加しつつ第一導電型クラッド層を形成する第1工程と、前記第一導電型クラッド層の上に活性層を形成する第2工程と、前記活性層の上に、第二導電型不純物を添加しつつ第二導電型クラッド層を形成する第3工程と、を含む半導体レーザの製造方法であって、前記第2工程では、不純物を添加しつつ前記活性層を形成することを特徴とする。   The semiconductor laser manufacturing method of the present invention includes a first step of forming a first conductivity type cladding layer while adding a first conductivity type impurity on a semiconductor substrate, and an active layer on the first conductivity type cladding layer. A semiconductor laser manufacturing method comprising: a second step of forming a second conductive type cladding layer while adding a second conductive type impurity on the active layer; The second step is characterized in that the active layer is formed while adding impurities.

前記第2工程では、多層構造の前記活性層を形成してもよい。
前記第2工程では、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物を添加しつつ前記活性層を形成し、前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質であることが好ましい。
In the second step, the active layer having a multilayer structure may be formed.
In the second step, the active layer is formed while adding an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer, and the impurity in the first conductivity type cladding layer is converted into the first conductivity type. In the clad layer or in the active layer, a material having a diffusion coefficient larger than that of impurities in the active layer is preferable.

または、前記第2工程では、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物を添加しつつ前記活性層を形成し、前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質であることが好ましい。   Alternatively, in the second step, the active layer is formed while adding an impurity of a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer, and the impurity in the second conductivity type cladding layer is In the conductive clad layer or in the active layer, a material having a diffusion coefficient larger than that of impurities in the active layer is preferable.

または、前記第2工程では、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物と、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物とを添加しつつ前記活性層を形成し、前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第二導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質であり、前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第一導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質であることが好ましい。   Alternatively, in the second step, the active layer is added while adding an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer and an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer. And the impurity in the first conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the second conductivity type impurity in the active layer in the first conductivity type cladding layer or in the active layer. And the impurity in the second conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient in the second conductivity type cladding layer or in the active layer than the impurity of the first conductivity type in the active layer. Is preferred.

前記第2工程では、前記活性層中の不純物の濃度がトータルで1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲となるように、前記活性層を形成することがより好ましい。 In the second step, it is more preferable to form the active layer so that the total concentration of impurities in the active layer is in the range of 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 17 cm −3 .

前記第1工程および前記第3工程の一方または両方では、各クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物をコドープして前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層の一方または両方を形成することがより好ましい。   In one or both of the first step and the third step, one or both of the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer are obtained by co-doping an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in each cladding layer. It is more preferable to form

前記半導体レーザの共振器端面近傍に不純物を拡散させて窓構造を形成する工程をさらに含むことが好ましい。   Preferably, the method further includes a step of diffusing impurities in the vicinity of the cavity end face of the semiconductor laser to form a window structure.

または、前記活性層と前記第一導電型クラッド層の界面および、前記活性層と前記第二導電型クラッド層の界面の一方または両方において、各クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物をデルタドープしていることがより好ましい。   Alternatively, at one or both of the interface between the active layer and the first conductivity type cladding layer and the interface between the active layer and the second conductivity type cladding layer, an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in each cladding layer is delta-doped. More preferably.

または、前記第1工程で形成した前記第一導電型クラッド層と前記第2工程で形成した活性層の界面および、前記第2工程で形成した活性層の界面と前記第3工程で形成した前記第二導電型クラッド層の界面では、各クラッド層中の不純物と反導電型の不純物をデルタドープすることがより好ましい。   Alternatively, the interface between the first conductivity type cladding layer formed in the first step and the active layer formed in the second step, and the interface between the active layer formed in the second step and the third step More preferably, at the interface of the second conductivity type cladding layer, the impurities in each cladding layer and the impurities of the anticonductivity type are delta-doped.

本発明によれば、製造時の熱工程に起因する活性層へ拡散した不純物の拡散を抑制することができ、反対導電型の不純物と相互に引き合うことから不純物単独では動きにくくなることから高出力で高性能な半導体レーザを提供できる。   According to the present invention, it is possible to suppress the diffusion of impurities diffused into the active layer due to the thermal process during manufacturing, and because it attracts each other with the opposite conductivity type impurities, it is difficult for the impurities alone to move. Can provide a high-performance semiconductor laser.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態1における半導体レーザを共振器端面方向から見た断面図であり、図2は同じ半導体レーザを共振器長方向から見た断面図であり、図3は同じ半導体レーザの活性層の積層構造図である。   1 is a cross-sectional view of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention viewed from the cavity end face direction, FIG. 2 is a cross-sectional view of the same semiconductor laser viewed from the cavity length direction, and FIG. It is a laminated structure figure of the active layer of a laser.

図1〜図3に示す実施の形態1における半導体レーザは以下に示す構造を有している。
n−GaAs基板101(Siドープ、1.0×1018cm-3)上にn−GaAsバッファ層102(Siドープ、ドーパント濃度:1.0×1018cm-3、以下、ドーパント濃度については値のみ記す)、0.5μmが形成されている。バッファ層102は以下に示すクラッド層103,105,107や活性層104などの結晶性を良好にさせるために必要である。
The semiconductor laser according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 has the following structure.
An n-GaAs buffer layer 102 (Si-doped, dopant concentration: 1.0 × 10 18 cm −3 ) on an n-GaAs substrate 101 (Si-doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ). 0.5 μm is formed. The buffer layer 102 is necessary for improving the crystallinity of the cladding layers 103, 105, 107, the active layer 104, and the like described below.

n−GaAsバッファ層102上には、n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層103(Siドープ、1.2×1018cm-3)2.0μm、活性層104(Siドープ)92nm、第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ、5×1017cm-3)175nm、p−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ、1×1018cm-3)10nm、第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ、1.1×1018cm-3)1.0μm、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108(Znドープ、1×1018cm-3)50nmからなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。 On the n-GaAs buffer layer 102, an n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 103 (Si-doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ) 2.0 μm, an active layer 104 (Si-doped) 92 nm, first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 (Zn-doped, 5 × 10 17 cm −3 ) 175 nm, p-Ga 0.5 In 0.5 P etching stop layer 106 (Zn-doped, 1 × 10 18 cm −3 ) 10 nm, second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 107 (Zn-doped, 1.1 × 10 18 cm −3 ) 1.0 μm, p-Ga 0.5 In A double heterojunction structure having a 0.5 P cap layer 108 (Zn-doped, 1 × 10 18 cm −3 ) 50 nm is formed.

上記の各層の組成等は一例であって、ダブルヘテロ接合の各層103〜107及びキャップ層108の格子定数がn−GaAs基板101とほぼ等しく、かつクラッド層103,105,107、エッチングストップ層106、キャップ層108のバンドギャップエネルギーが活性層104のバンドギャップエネルギーより大きくなるようにIn、Ga、Alの組成が決定されている。   The composition of each of the above layers is an example, and the lattice constants of the double heterojunction layers 103 to 107 and the cap layer 108 are substantially equal to those of the n-GaAs substrate 101, and the cladding layers 103, 105, and 107, and the etching stop layer 106 are included. The composition of In, Ga, and Al is determined so that the band gap energy of the cap layer 108 is larger than the band gap energy of the active layer 104.

第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107のリッジ側部にはn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109(Siドープ、5.0×1017cm-3)300nmが形成され、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108及びn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109の上には、p−GaAsキャップ層110(Znドープ、5×1818cm-3)3.0μmが形成されている。そして、p−GaAsキャップ層110の上面にp側電極112が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極111が形成されている。なお、p側電極112及びn側電極111を除く各層はすべて有機金属気相成長層法(MOCVD法)による結晶成長で形成されており、各層の不純物は、それぞれの層が結晶成長する際に同時に添加される。 An n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109 (Si-doped, 5.0 × 10 17 cm −3 ) 300 nm is formed on the ridge side portion of the second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 107. The p-GaAs cap layer 110 (Zn-doped, 5 × 18 18 cm −3 ) 3 is formed on the p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 108 and the n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109. 0.0 μm is formed. A p-side electrode 112 is formed on the upper surface of the p-GaAs cap layer 110, and an n-side electrode 111 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 101. Note that all layers except the p-side electrode 112 and the n-side electrode 111 are formed by crystal growth by the metal organic chemical vapor deposition layer method (MOCVD method), and impurities in each layer are generated when each layer is crystal-grown. It is added at the same time.

上記した半導体レーザにおいて、図2に示すようにレーザの共振器端面となる領域には窓領域113,114が形成されている。窓領域113,114は、ダブルへテロ接合構造部が形成された後、その表面からZnを約600℃で90分間の熱拡散を行って形成される。   In the above-described semiconductor laser, window regions 113 and 114 are formed in a region which becomes a cavity end face of the laser as shown in FIG. After the double heterojunction structure is formed, the window regions 113 and 114 are formed by thermal diffusion of Zn from the surface at about 600 ° C. for 90 minutes.

Zn拡散により活性層104の量子井戸構造が無秩序化され、バンドギャップが増大した窓領域113および114が形成され、高出力動作時やサージ電圧による端面光学損傷(COD;Catastrophic Optical Damage )を抑制することができる。   The quantum well structure of the active layer 104 is disordered by Zn diffusion, and window regions 113 and 114 having an increased band gap are formed, thereby suppressing end face optical damage (COD; Catastrophic Optical Damage) due to high power operation and surge voltage. be able to.

活性層104は、図3に示すように歪量子井戸活性層であり、4層のGa0.5In0.5P井戸層202A〜202D(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それら各層の間の3層の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層203A〜203C(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それらをはさむように形成された(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層201、204(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ28nmとで構成されている。 The active layer 104 is a strained quantum well active layer as shown in FIG. 3, and four Ga 0.5 In 0.5 P well layers 202A to 202D (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) have a thickness of 5 nm. The three (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers 203A to 203C (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) thickness 5 nm between these layers are formed so as to sandwich them. (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light guide layers 201 and 204 (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) with a thickness of 28 nm.

ここで、実施の形態1における半導体レーザの作用について具体的に説明する。
上記P型クラッド層105、107にはp型不純物としてZnがドープされている。AlGaInP系材料においてZnが拡散しやすいのは公知であり、窓領域113,114形成時の熱工程や通電によりZnが活性層104に拡散し、不純物の拡散による欠陥の誘発によってレーザの信頼性を損ねる。
Here, the operation of the semiconductor laser in the first embodiment will be specifically described.
The P-type cladding layers 105 and 107 are doped with Zn as a p-type impurity. It is well known that Zn diffuses easily in AlGaInP-based materials. Zn diffuses into the active layer 104 by a thermal process or energization when the window regions 113 and 114 are formed, and the reliability of the laser is improved by inducing defects due to impurity diffusion. Hurt.

本実施の形態では、Znが活性層104に拡散したとしても、Znの動きを抑制できるよう、予め活性層104にSiをドープしている。図4に本実施の形態におけるクラッド層105から活性層104への不純物拡散の様子を示した模式図を示す。   In this embodiment, even if Zn diffuses into the active layer 104, the active layer 104 is doped with Si in advance so that the movement of Zn can be suppressed. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of impurity diffusion from the cladding layer 105 to the active layer 104 in the present embodiment.

図4に示すように、クラッド層105中の不純物であるZnと反対導電型の不純物であるSiが予め活性層104に存在していれば、活性層104に拡散したZnと活性層104にドープされたSiとがイオン結合等によって相互に引き合うため、結晶成長や窓構造形成工程等の熱処理工程時や通電時においても活性層104中におけるZnの動きを抑えることができる。また、ZnとSiとが相互に引き合うことによって活性層104に深い不純物準位が形成されにくいことから、低閾値電流で高信頼性な半導体レーザが実現可能である。   As shown in FIG. 4, if Si, which is an impurity having a conductivity opposite to that of Zn as an impurity in the clad layer 105, is present in the active layer 104 in advance, Zn diffused in the active layer 104 and the active layer 104 are doped. Since the attracted Si attracts each other by ionic bonding or the like, the movement of Zn in the active layer 104 can be suppressed even during a heat treatment step such as crystal growth or a window structure forming step or during energization. Further, since Zn and Si attract each other, it is difficult to form deep impurity levels in the active layer 104, so that a highly reliable semiconductor laser with a low threshold current can be realized.

なお、活性層104にドープされるSiは、それ自身で深い不純物準位を高密度で形成しないよう必要な限度で低濃度にしておくことが好ましく、1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であれば、不純物拡散の抑制と深い不純物準位形成の抑制とを両立しうるものである。不純物の濃度は、トータルで1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であることがより好ましい。 Note that Si doped in the active layer 104 is preferably kept at a low concentration within a necessary limit so as not to form deep impurity levels at high density by itself, and is preferably 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 6. If it is in the range of 17 cm −3 , the suppression of impurity diffusion and the suppression of deep impurity level formation can both be achieved. The concentration of impurities is more preferably in the range of 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 17 cm −3 in total.

また、本実施の形態では、P型クラッド層の不純物がZnである場合を示したが、Znの代わりにC、Be、Cd等を用いた場合においても上述と同じ効果を奏することが可能である。   Further, in the present embodiment, the case where the impurity of the P-type cladding layer is Zn is shown, but the same effect as described above can be obtained even when C, Be, Cd, or the like is used instead of Zn. is there.

また、本実施の形態においては、活性層104の全体、すなわち、光ガイド層201、204と井戸層202A〜202D、バリア層203にSiをドープしているが、結晶成長工程等のnまたはpクラッド層にドープする不純物量の調整により、活性層104に拡散するp型不純物の量は変動する。この量が少量であるような場合には、活性層104の一部にSiをドープすることで十分に活性層104中でのp型不純物の拡散を抑制することができる。例えば、光ガイド層204にのみSiをドープしたり、光ガイド層204から井戸層202CまでSiをドープしたり、光ガイド層204から井戸層202AまでSiをドープしてもよい。   In the present embodiment, the entire active layer 104, that is, the light guide layers 201 and 204, the well layers 202A to 202D, and the barrier layer 203 are doped with Si. The amount of p-type impurities diffused into the active layer 104 varies depending on the adjustment of the amount of impurities doped into the cladding layer. When this amount is small, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of the p-type impurity in the active layer 104 by doping part of the active layer 104 with Si. For example, Si may be doped only in the light guide layer 204, Si may be doped from the light guide layer 204 to the well layer 202C, or Si may be doped from the light guide layer 204 to the well layer 202A.

(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について示すが、積層構造は実施の形態1と同様であり、主な相違点はn型クラッド層へドープする不純物としてSe、活性層へドープする不純物としてMgを用いている点であるため、図1〜図3を参照しながらその構造を簡単に説明する。
(Embodiment 2)
Next, the second embodiment of the present invention will be described. The laminated structure is the same as that of the first embodiment, and the main difference is that Se is doped as an impurity into the n-type cladding layer, and Mg is doped as an impurity into the active layer. Since it is used, its structure will be briefly described with reference to FIGS.

n−GaAs基板101(Siドープ、1.0×1018cm-3)上にn−GaAsバッファ層102(Seドープ、1.2×1018cm-3)、0.5μmが形成されている。バッファ層102は以下に示すクラッド層103,105,107や活性層104などの結晶性を良好にさせるために必要である。 An n-GaAs buffer layer 102 (Se doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ), 0.5 μm is formed on the n-GaAs substrate 101 (Si doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ). . The buffer layer 102 is necessary for improving the crystallinity of the cladding layers 103, 105, 107, the active layer 104, and the like described below.

n−GaAsバッファ層102上には、n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層103(Seドープ、1.2×1018cm-3)2.0μm、活性層104(Mgドープ)92nm、第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ、5×1017cm-3)175nm、p−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ 、1×1018cm-3)10nm、第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ、1.1×1018cm-3)1.0μm、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108(Znドープ、1×1018cm-3)50nmからなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。 On the n-GaAs buffer layer 102, an n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 103 (Se doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ) 2.0 μm, an active layer 104 (Mg doped) 92 nm, first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 (Zn doped, 5 × 10 17 cm −3 ) 175 nm, p-Ga 0.5 In 0.5 P etching stop layer 106 (Zn doped, 1 × 10 18 cm −3 ) 10 nm, second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 107 (Zn-doped, 1.1 × 10 18 cm −3 ) 1.0 μm, p-Ga 0.5 In A double heterojunction structure having a 0.5 P cap layer 108 (Zn-doped, 1 × 10 18 cm −3 ) 50 nm is formed.

上記の各層の組成等は一例であって、ダブルヘテロ接合の各層103〜107及びキャップ層108の格子定数がn−GaAs基板101とほぼ等しく、かつクラッド層103,105,107、エッチングストップ層106、キャップ層108のバンドギャップエネルギーが活性層104のバンドギャップエネルギーより大きくなるようにIn、Ga、Alの組成が決定されている。   The composition of each of the above layers is an example, and the lattice constants of the double heterojunction layers 103 to 107 and the cap layer 108 are substantially equal to those of the n-GaAs substrate 101, and the cladding layers 103, 105, and 107, and the etching stop layer 106 are included. The composition of In, Ga, and Al is determined so that the band gap energy of the cap layer 108 is larger than the band gap energy of the active layer 104.

第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107の側部にはn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109(Seドープ、5.0×1017cm-3)300nmが形成され、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108及びn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109の上には、p−GaAsキャップ層110(Znドープ、5×1818cm-3)3.0μmが形成されている。そして、p−GaAsキャップ層110の上面にp側電極112が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極111が形成されている。なお、p側電極112及びn側電極111を除く各層はすべて有機金属気相成長層法(MOCVD法)による結晶成長で形成されている。 On the side of the second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 107 is an n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109 (Se doped, 5.0 × 10 17 cm −3 ) 300 nm. 2. A p-GaAs cap layer 110 (Zn-doped, 5 × 18 18 cm −3 ) is formed on the p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 108 and the n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109. 0 μm is formed. A p-side electrode 112 is formed on the upper surface of the p-GaAs cap layer 110, and an n-side electrode 111 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 101. All layers except the p-side electrode 112 and the n-side electrode 111 are formed by crystal growth by the metal organic chemical vapor deposition layer method (MOCVD method).

ここで、窓領域113,114の作製方法は実施の形態1と同様である。
活性層104は、歪量子井戸活性層であり、4層のGa0.5In0.5Pウェル層202(Mgドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それら各層の間の3層の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層203(Mgドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それらを挟む(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層201、204(Mgドープ、1.0×1017cm-3)厚さ28nmとで構成されている。
Here, the manufacturing method of the window regions 113 and 114 is the same as that of the first embodiment.
The active layer 104 is a strained quantum well active layer, and four Ga 0.5 In 0.5 P well layers 202 (Mg-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) have a thickness of 5 nm and three layers between these layers. (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer 203 (Mg-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) 5 nm thick and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light guide layer 201 sandwiching them 204 (Mg-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) with a thickness of 28 nm.

ここで、実施の形態2における半導体レーザの作用について具体的に説明する。
上記n型クラッド層103にはn型不純物としてSeがドープされている。p型不純物であるMgはAlGaInP系材料においては比較的拡散しにくいが、一方、n型不純物であるSeは拡散しやすい。
Here, the operation of the semiconductor laser in the second embodiment will be specifically described.
The n-type cladding layer 103 is doped with Se as an n-type impurity. Mg, which is a p-type impurity, is relatively difficult to diffuse in an AlGaInP-based material, while Se, which is an n-type impurity, is likely to diffuse.

よって、結晶成長や窓構造形成工程等の熱処理工程や通電によりSeが活性層104に拡散し、不純物の拡散による欠陥の誘発によってレーザの信頼性を損ねる可能性がある。そのため、Seが活性層104に拡散してもSeの動きを抑制できるよう、予め活性層104にMgをドープしている。   Therefore, Se diffuses into the active layer 104 by heat treatment processes such as crystal growth and window structure formation processes and energization, and there is a possibility that the reliability of the laser is impaired by inducing defects due to impurity diffusion. Therefore, the active layer 104 is doped in advance with Mg so that the movement of Se can be suppressed even if Se diffuses into the active layer 104.

図5に本実施の形態におけるクラッド層103から活性層104への不純物拡散の様子を示した模式図を示す。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of impurity diffusion from the cladding layer 103 to the active layer 104 in the present embodiment.

図5に示すように、クラッド層103中の不純物であるSeと反対導電型の不純物であるMgが予め活性層104に存在していれば、活性層104に拡散したSeと活性層104にドープされたMgとがイオン結合等によって相互に引き合うため、熱工程時や通電時においても活性層104中におけるSeの動きを抑えることができる。また、SeとMgとが相互に引き合うことによって活性層104に深い不純物準位が形成されにくいことから、低閾値電流で高信頼性な半導体レーザが実現可能である。   As shown in FIG. 5, if Mg, which is an impurity having a conductivity opposite to that of Se in the cladding layer 103, is present in the active layer 104 in advance, Se diffused in the active layer 104 and the active layer 104 are doped. Since the Mg that has been attracted to each other by ionic bonding or the like, the movement of Se in the active layer 104 can be suppressed even during a thermal process or during energization. In addition, since Se and Mg attract each other, it is difficult to form deep impurity levels in the active layer 104, so that a highly reliable semiconductor laser with a low threshold current can be realized.

なお、活性層104にドープされるMgは、それ自身で深い不純物準位を高密度で形成しないよう必要な限度で低濃度にしておくことが好ましく、1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であれば、不純物拡散の抑制と深い不純物準位形成の抑制とを両立しうるものである。 Note that Mg doped in the active layer 104 is preferably kept at a low concentration within a necessary limit so as not to form deep impurity levels at high density by itself, and is preferably 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 6. If it is in the range of 17 cm −3 , the suppression of impurity diffusion and the suppression of deep impurity level formation can both be achieved.

また、本実施の形態では、n型クラッド層の不純物がSeである場合を示したが、Seの代わりにS、Te等を用いた場合においても上述と同じ効果を奏することが可能である。   In the present embodiment, the case where the impurity of the n-type cladding layer is Se is shown. However, the same effect as described above can be obtained even when S, Te, or the like is used instead of Se.

また、本実施の形態においては、活性層104の全体、すなわち、光ガイド層201、204と井戸層202A〜202D、バリア層203にMgをドープしているが、結晶成長工程等のnまたはpクラッド層にドープする不純物量の調整により、活性層104に拡散するn型不純物の量は変動する。この量が少量であるような場合には、活性層104の一部にMgをドープすることで十分に活性層104中でのn型不純物の拡散を抑制することができる。例えば、光ガイド層201にのみMgをドープしたり、光ガイド層201から井戸層202BまでMgをドープしたり、光ガイド層201から井戸層202DまでMgをドープしてもよい。   In the present embodiment, the entire active layer 104, that is, the light guide layers 201 and 204, the well layers 202A to 202D, and the barrier layer 203 are doped with Mg. The amount of n-type impurities diffused into the active layer 104 varies depending on the adjustment of the amount of impurities doped in the cladding layer. When this amount is small, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of n-type impurities in the active layer 104 by doping part of the active layer 104 with Mg. For example, Mg may be doped only in the light guide layer 201, Mg may be doped from the light guide layer 201 to the well layer 202B, or Mg may be doped from the light guide layer 201 to the well layer 202D.

(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3について示すが、積層構造は実施の形態1と同様であり、主な相違点はn型クラッド層へドープする不純物としてSe、活性層へドープする不純物としてSiとMgを用いている点であるため、図1〜図3を参照しながらその構造を簡単に説明する。
(Embodiment 3)
Next, the third embodiment of the present invention will be described. The laminated structure is the same as that of the first embodiment. The main difference is that Se is doped as an impurity into the n-type cladding layer, Si is doped as an impurity into the active layer. Since Mg is used, its structure will be briefly described with reference to FIGS.

n−GaAs基板101(Siドープ、1.0×1018cm-3)上にn−GaAsバッファ層102(Seドープ、1.0×1018cm-3)、0.5μmが形成されている。バッファ層102は以下に示すクラッド層103,105,107や活性層104などの結晶性を良好にさせるために必要である。 An n-GaAs buffer layer 102 (Se doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ), 0.5 μm is formed on the n-GaAs substrate 101 (Si doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ). . The buffer layer 102 is necessary for improving the crystallinity of the cladding layers 103, 105, 107, the active layer 104, and the like described below.

n−GaAsバッファ層102上には、n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層103(Seドープ、1.2×1018cm-3)2.0μm、活性層104(SiおよびMgドープ)92nm、第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ 、5×1017cm-3)175nm、p−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ、1×1018cm-3)10nm、第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ、1.1×1018cm-3)0.9μm、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108(Znドープ、1×1018cm-3)50nmからなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。 On the n-GaAs buffer layer 102, an n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 103 (Se doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ) 2.0 μm, an active layer 104 (Si and Mg) Doped) 92 nm, first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 (Zn doped, 5 × 10 17 cm −3 ) 175 nm, p-Ga 0.5 In 0.5 P etching stop layer 106 (Zn doped) 1 × 10 18 cm −3 ) 10 nm, second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 107 (Zn-doped, 1.1 × 10 18 cm −3 ) 0.9 μm, p-Ga A double heterojunction structure portion of 50 nm of 0.5 In 0.5 P cap layer 108 (Zn-doped, 1 × 10 18 cm −3 ) is formed.

上記の各層の組成等は一例であって、ダブルヘテロ接合の各層103〜107及びキャップ層108の格子定数がn−GaAs基板101とほぼ等しく、かつクラッド層103,105,107、エッチングストップ層106、キャップ層108のバンドギャップエネルギーが活性層104のバンドギャップエネルギーより大きくなるようにIn、Ga、Alの組成が決定されている。   The composition of each of the above layers is an example, and the lattice constants of the double heterojunction layers 103 to 107 and the cap layer 108 are substantially equal to those of the n-GaAs substrate 101, and the cladding layers 103, 105, and 107, and the etching stop layer 106 are included. The composition of In, Ga, and Al is determined so that the band gap energy of the cap layer 108 is larger than the band gap energy of the active layer 104.

第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107の側部にはn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109(Seドープ、5.0×1017cm-3)300nmが形成され、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108及びn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109の上には、p−GaAsキャップ層110(Znドープ、5×1818cm-3)3.0μmが形成されている。そして、p−GaAsキャップ層110の上面にp側電極112が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極111が形成されている。なお、p側電極112及びn側電極111を除く各層はすべて有機金属気相成長層法(MOCVD法)による結晶成長で形成されている。 On the side of the second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 107 is an n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109 (Se doped, 5.0 × 10 17 cm −3 ) 300 nm. 2. A p-GaAs cap layer 110 (Zn-doped, 5 × 18 18 cm −3 ) is formed on the p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 108 and the n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109. 0 μm is formed. A p-side electrode 112 is formed on the upper surface of the p-GaAs cap layer 110, and an n-side electrode 111 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 101. All layers except the p-side electrode 112 and the n-side electrode 111 are formed by crystal growth by the metal organic chemical vapor deposition layer method (MOCVD method).

ここで、窓領域113,114の作製方法は実施の形態1と同様である。
また、活性層104は、歪量子井戸活性層であり、4層のIn0.5Ga0.5Pウェル層202A、202B(Mgドープ、1.0×1017cm-3)、202C、202D(Siドープ量、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それら各層の間の3層の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層203A(Mgドープ、1.0×1017cm-3)、203B、203C(Siドープ量、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それらを挟む(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層201(Mgドープ、1.0×1017cm-3)、204(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ28nmとで構成されている。
Here, the manufacturing method of the window regions 113 and 114 is the same as that of the first embodiment.
The active layer 104 is a strained quantum well active layer, and four In 0.5 Ga 0.5 P well layers 202A and 202B (Mg doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ), 202C and 202D (Si doped amount) 1.0 × 10 17 cm −3 ) 5 nm in thickness and three (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers 203A (Mg-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) between these layers ), 203B, 203C (Si doping amount, 1.0 × 10 17 cm −3 ) thickness 5 nm and sandwiching them (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light guide layer 201 (Mg doping, 1.0 × 10 17 cm −3 ), 204 (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) and a thickness of 28 nm.

ここで、実施の形態3における半導体レーザの作用について具体的に説明する。
上記n型クラッド層103にはn型クラッド層の不純物としてSeがドープされている。また、p型クラッド層の不純物としてZnを用いている。結晶成長や窓構造形成工程等の熱処理工程や通電によりSeおよびZnが活性層104に拡散しやすく、不純物の拡散による欠陥の誘発によってレーザの信頼性を損ねる可能性がある。そのため、SeおよびZnが活性層104に拡散してもこれらのドーパントの動きを抑制できるよう、予め活性層104にMgとSiとをドープしている。
Here, the operation of the semiconductor laser in the third embodiment will be specifically described.
The n-type cladding layer 103 is doped with Se as an impurity of the n-type cladding layer. Further, Zn is used as an impurity of the p-type cladding layer. Se and Zn are likely to diffuse into the active layer 104 by heat treatment processes such as crystal growth and window structure forming processes and energization, and there is a possibility that the reliability of the laser may be impaired by inducing defects due to impurity diffusion. Therefore, Mg and Si are doped in advance in the active layer 104 so that the movement of these dopants can be suppressed even if Se and Zn diffuse into the active layer 104.

図6に本実施の形態におけるクラッド層105,103から活性層104への不純物拡散の様子を示した模式図を示す。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of impurity diffusion from the cladding layers 105 and 103 to the active layer 104 in the present embodiment.

図6に示すように、n型クラッド層103中の不純物であるSeおよびp型クラッド層105中の不純物であるZnと反対導電型の不純物であるMgおよびSiが予め活性層104に存在していれば、活性層104に拡散したSeと活性層104にドープされたMgとが、また活性層104中に拡散したZnと活性層104中にドープされたSiとがそれぞれイオン結合等によって相互に引き合うため、熱工程時や通電時においても活性層104中におけるSeおよびZnの動きを抑えることができる。また、SeとMg、ZnとSiが相互に引き合うことによって活性層104に深い不純物準位が形成されにくいことから、低閾値電流で高信頼性な半導体レーザが実現可能である。   As shown in FIG. 6, Se, which is an impurity in the n-type cladding layer 103, and Mg and Si, which are impurities of the opposite conductivity type to Zn, which are impurities in the p-type cladding layer 105, are present in the active layer 104 in advance. Then, Se diffused in the active layer 104 and Mg doped in the active layer 104, and Zn diffused in the active layer 104 and Si doped in the active layer 104 are mutually connected by ionic bonds or the like. Therefore, the movement of Se and Zn in the active layer 104 can be suppressed during the heat process and during energization. In addition, since Se and Mg, Zn and Si attract each other, it is difficult to form deep impurity levels in the active layer 104, so that a highly reliable semiconductor laser with a low threshold current can be realized.

なお、活性層104にドープされるMgおよびSiは、それ自身で深い不純物準位を高密度で形成しないよう必要な限度で低濃度にしておくことが好ましく、トータルで1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であれば、不純物拡散の抑制と深い不純物準位形成の抑制とを両立しうるものである。 Note that Mg and Si doped in the active layer 104 are preferably kept at a low concentration within a necessary limit so as not to form deep impurity levels at a high density by themselves, and the total is 1 × 10 16 cm −3. In the range of ˜3 × 10 17 cm −3 , it is possible to achieve both suppression of impurity diffusion and suppression of deep impurity level formation.

また、本実施の形態では、p型クラッド層の不純物がZn、n型クラッド層の不純物がSeである場合を示したが、Znの代わりにC、Be、Cd等を、Seの代わりにS、Te等を用いた場合においても上述と同じ効果を奏することが可能である。   Further, in the present embodiment, the case where the impurity of the p-type cladding layer is Zn and the impurity of the n-type cladding layer is Se is shown, but C, Be, Cd, etc. are substituted for Zn, and S is substituted for Se. Even when Te or the like is used, the same effect as described above can be obtained.

また、本実施の形態においては、光ガイド層201、井戸層202A、202B、バリア層203AにMgをドープし、光ガイド層204、井戸層202C、202D、バリア層203B、203CにSiをドープしているが、活性層104に拡散するn型不純物とp型不純物との割合に応じて活性層104中での各々のドーピングの位置を変えてもよい。   In this embodiment, the light guide layer 201, the well layers 202A and 202B, and the barrier layer 203A are doped with Mg, and the light guide layer 204, the well layers 202C and 202D, and the barrier layers 203B and 203C are doped with Si. However, the position of each doping in the active layer 104 may be changed according to the ratio of the n-type impurity and the p-type impurity diffused in the active layer 104.

(実施の形態4)
次に本発明の実施の形態4について示すが、積層構造は実施の形態1と同様であり、主な相違点は、p型クラッド層の一部に少量のn型不純物が同時にドープ(コドープ)されており、また、活性層へ少量のn型不純物をドープしている点であるため、図1〜図3を参照しながらその構造を簡単に説明する。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The laminated structure is the same as that of the first embodiment, and the main difference is that a small amount of n-type impurities are simultaneously doped (co-doped) in a part of the p-type cladding layer. In addition, since the active layer is doped with a small amount of n-type impurity, the structure will be briefly described with reference to FIGS.

n−GaAs基板101(Siドープ、1.0×1018cm-3)上にn−GaAsバッファ層102(Siドープ、1.0×1018cm-3)、0.5μmが形成されている。バッファ層102は以下に示すクラッド層103,105,107および活性層104の結晶性を良好にさせるために必要である。 An n-GaAs buffer layer 102 (Si doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ), 0.5 μm is formed on the n-GaAs substrate 101 (Si doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ). . The buffer layer 102 is necessary for improving the crystallinity of the cladding layers 103, 105, 107 and the active layer 104 described below.

n−GaAsバッファ層102上には、n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層103(Siドープ、1.2×1018cm-3)2.0μm、活性層104(Siドープ)92nm、第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ:7×1017cm-3、Siドープ:1.0×1017cm-3)175nm、p−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ:1×1018cm-3、Siドープ:1.2×1017cm-3)10nm、第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ:1.1×1018cm-3、Siドープ:1.2×1017cm-3)0.9μm、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108(Znドープ、1×1018cm-3)50nmからなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。 On the n-GaAs buffer layer 102, an n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 103 (Si-doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ) 2.0 μm, an active layer 104 (Si-doped) 92 nm, first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 (Zn dope: 7 × 10 17 cm −3 , Si dope: 1.0 × 10 17 cm −3 ) 175 nm, p-Ga 0.5 In 0.5 P etching stop layer 106 (Zn doping: 1 × 10 18 cm −3 , Si doping: 1.2 × 10 17 cm −3 ) 10 nm, second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P Cladding layer 107 (Zn doping: 1.1 × 10 18 cm −3 , Si doping: 1.2 × 10 17 cm −3 ) 0.9 μm, p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 108 (Zn doping, 1 × 10 18 cm -3) to double consisting 50nm B joint structure section is formed.

上記の各層の組成等は一例であって、ダブルヘテロ接合の各層103〜107及びキャップ層108の格子定数がn−GaAs基板101とほぼ等しく、かつクラッド層103,105,107、エッチングストップ層106、キャップ層108のバンドギャップエネルギーが活性層104のバンドギャップエネルギーより大きくなるようにIn、Ga、Alの組成が決定されている。   The composition of each of the above layers is an example, and the lattice constants of the double heterojunction layers 103 to 107 and the cap layer 108 are substantially equal to those of the n-GaAs substrate 101, and the cladding layers 103, 105, and 107, and the etching stop layer 106 are included. The composition of In, Ga, and Al is determined so that the band gap energy of the cap layer 108 is larger than the band gap energy of the active layer 104.

第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107の側部にはn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109(Siドープ、5.0×1017cm-3)300nmが形成され、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108及びn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109の上には、p−GaAsキャップ層110(Znドープ、5×1818cm-3)3.0μmが形成されている。そして、p−GaAsキャップ層110の上面にp側電極112が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極111が形成されている。なお、p側電極112及びn側電極111を除く各層はすべて有機金属気相成長層法(MOCVD法)による結晶成長で形成されている。 On the side of the second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 107 is an n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109 (Si-doped, 5.0 × 10 17 cm −3 ) 300 nm. 2. A p-GaAs cap layer 110 (Zn-doped, 5 × 18 18 cm −3 ) is formed on the p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 108 and the n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109. 0 μm is formed. A p-side electrode 112 is formed on the upper surface of the p-GaAs cap layer 110, and an n-side electrode 111 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 101. All layers except the p-side electrode 112 and the n-side electrode 111 are formed by crystal growth by the metal organic chemical vapor deposition layer method (MOCVD method).

ここで、窓領域113,114の作製方法は実施の形態1と同様である。
また、活性層104は、図3に示すように歪量子井戸活性層であり、4層のIn0.5Ga0.5P井戸層202A〜202D(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それら各層の間の3層の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層203A〜203C(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それらを挟む(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層201、204(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ28nmとで構成されている。
Here, the manufacturing method of the window regions 113 and 114 is the same as that of the first embodiment.
Further, the active layer 104 is a strained quantum well active layer as shown in FIG. 3, and has four In 0.5 Ga 0.5 P well layers 202A to 202D (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) thickness. 5 nm and three (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers 203A to 203C (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) thickness 5 nm between these layers and sandwich them (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light guide layers 201 and 204 (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) with a thickness of 28 nm.

ここで、実施の形態4における半導体レーザの作用について具体的に説明する。
上記p型クラッド層105、107およびエッチングストップ層106にはp型不純物としてZnがドープされている。本実施の形態では、結晶成長や窓構造形成工程等の熱処理工程や通電によるZnの拡散をまずクラッド層105中で抑制し、さらに活性層104中でも抑制して、不純物の拡散による欠陥の誘発を起こりにくくし、レーザの信頼性を向上させるものであり、二百数十mW以上の超高出力レーザを実現するため、p型クラッド層の不純物濃度を高濃度にして抵抗を下げる場合等に特に有効である。
Here, the operation of the semiconductor laser in the fourth embodiment will be specifically described.
The p-type cladding layers 105 and 107 and the etching stop layer 106 are doped with Zn as a p-type impurity. In the present embodiment, Zn diffusion due to heat treatment processes such as crystal growth and window structure formation processes and energization is first suppressed in the cladding layer 105 and further suppressed in the active layer 104 to induce defects due to impurity diffusion. In order to reduce the resistance by increasing the impurity concentration of the p-type cladding layer in order to realize an ultra-high-power laser of 200 to tens of mW or more. It is valid.

図7に本実施の形態におけるクラッド層105から活性層104への不純物拡散の様子を示した模式図を示す。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of impurity diffusion from the cladding layer 105 to the active layer 104 in the present embodiment.

図7に示すように、p型クラッド層105中の不純物であるZnと反対導電型の不純物であるSiが予めp型クラッド層105および活性層104に存在していれば、まず、p型クラッド層105中でZnとSiとが相互に引き合い、Znの拡散が抑制され、活性層104にZnがさらに拡散したとしても、活性層104中にドープされたSiがZnとイオン結合等によって相互に引き合うため、熱工程時や通電時においても活性層104におけるZnの動きを抑えることができる。また、ZnとSiとが相互に引き合うことによって活性層104に深い不純物準位が形成されにくいことから、低閾値電流で高信頼性な半導体レーザが実現可能である。   As shown in FIG. 7, if Si, which is an impurity having a conductivity opposite to that of Zn, which is an impurity in the p-type cladding layer 105, is present in the p-type cladding layer 105 and the active layer 104 in advance, first, the p-type cladding layer Even if Zn and Si are attracted to each other in the layer 105 and diffusion of Zn is suppressed and Zn is further diffused into the active layer 104, Si doped in the active layer 104 is mutually bound by Zn and ionic bonds or the like. Therefore, the movement of Zn in the active layer 104 can be suppressed even during the thermal process or during energization. Further, since Zn and Si attract each other, it is difficult to form deep impurity levels in the active layer 104, so that a highly reliable semiconductor laser with a low threshold current can be realized.

なお、活性層104にドープされるSiは、それ自身で深い不純物準位を高密度で形成しないよう必要な限度で低濃度にしておくことが好ましく、1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であれば、不純物拡散の抑制と深い不純物準位形成の抑制とを両立しうるものである。 Note that Si doped in the active layer 104 is preferably kept at a low concentration within a necessary limit so as not to form deep impurity levels at high density by itself, and is preferably 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 6. If it is in the range of 17 cm −3 , the suppression of impurity diffusion and the suppression of deep impurity level formation can both be achieved.

また、本実施の形態では、p型クラッド層に少量ドープする不純物および活性層にドープする不純物がSiの場合を示したが、S、Te等を用いてもよい。   Further, in the present embodiment, the case where Si is used as the impurity doped in the p-type cladding layer and the impurity doped in the active layer is shown, but S, Te, or the like may be used.

また、本実施の形態ではp型クラッド層からの不純物拡散を抑制する例について示したが、n型クラッド層中に少量のp型不純物をドープし、さらに活性層中にp型不純物をドープしてもよいし、それらを合わせた形態、すなわち、p型クラッド層中に少量のn型不純物を、n型クラッド層中に少量のp型不純物をそれぞれドープし、かつ活性層中に少量のn型不純物およびp型不純物をドープする構成であってもよい。これらの場合には、活性層中に不純物をドープする位置は各クラッド層からの不純物拡散の状況に合わせて適宜決定することができる。   In this embodiment, an example of suppressing impurity diffusion from the p-type cladding layer is shown. However, a small amount of p-type impurity is doped in the n-type cladding layer, and further, p-type impurities are doped in the active layer. Alternatively, they may be combined, that is, a small amount of n-type impurity is doped in the p-type cladding layer, a small amount of p-type impurity is doped in the n-type cladding layer, and a small amount of n-type impurity is doped in the active layer. A configuration in which a p-type impurity and a p-type impurity are doped may be employed. In these cases, the position where the active layer is doped with impurities can be appropriately determined according to the state of impurity diffusion from each cladding layer.

なお、実施の形態1〜4ではAlGaInP系赤色レーザについて説明したが、例えば、AlGaAs系赤外レーザやGaN系半導体レーザ等に本発明を適用しても本発明の効果を奏するものである。特に、モノリシック2波長レーザにおいて、赤外レーザでもクラッド層をAlGaInP系材料とした場合には、本実施の形態と同様の効果を実現できる。   In the first to fourth embodiments, the AlGaInP red laser has been described. However, for example, the effects of the present invention can be obtained even if the present invention is applied to an AlGaAs infrared laser, a GaN semiconductor laser, or the like. In particular, in a monolithic two-wavelength laser, the same effect as that of the present embodiment can be realized when the cladding layer is made of an AlGaInP-based material even with an infrared laser.

また、本発明は上記実施の形態1〜4に開示された構造に限定されるものでなく、各層の組成、膜厚、電極構造、共振器端面の構造等任意に設定しうるものである。活性層についても量子井戸構造でなくてもよいし、また光ガイド層を設けていなくてもよい。例えば量子井戸構造の代わりに、厚膜の単一の発光層が配置される。   The present invention is not limited to the structure disclosed in the first to fourth embodiments, and can be arbitrarily set such as the composition of each layer, the film thickness, the electrode structure, and the structure of the resonator end face. The active layer may not have a quantum well structure, and the light guide layer may not be provided. For example, instead of the quantum well structure, a single thick light emitting layer is disposed.

(実施の形態5)
次に本発明の実施の形態5について示すが、積層構造は実施の形態1と同様であり、主な相違点はn型クラッド層と活性層の界面にZn、活性層とp型クラッド層の界面にSiをデルタドープしている点であるため、図1〜図3を参照しながらその構造を簡単に説明する。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The laminated structure is the same as that of the first embodiment, and the main difference is that Zn is present at the interface between the n-type cladding layer and the active layer and the active layer and the p-type cladding layer are Since the interface is Si-delta-doped, the structure will be briefly described with reference to FIGS.

n−GaAs基板101(Siドープ、1.0×1018cm-3)上にn−GaAsバッファ層102(Siドープ、1.2×1018cm-3)、0.5μmが形成されている。バッファ層102は以下に示すクラッド層103,105,107や活性層104などの結晶性を良好にさせるために必要である。 An n-GaAs buffer layer 102 (Si-doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ), 0.5 μm is formed on the n-GaAs substrate 101 (Si-doped, 1.0 × 10 18 cm −3 ). . The buffer layer 102 is necessary for improving the crystallinity of the cladding layers 103, 105, 107, the active layer 104, and the like described below.

n−GaAsバッファ層102上には、n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層103(Siドープ、1.2×1018cm-3)2.0μm、活性層104(Siドープ)92nm、第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ、5×1017cm-3)175nm、p−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ 、1×1018cm-3)10nm、第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ、1.1×1018cm-3)1.0μm、p−Ga0.5In0.5Pコンタクト層108(Znドープ、1×1018cm-3)50nmからなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。 On the n-GaAs buffer layer 102, an n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 103 (Si-doped, 1.2 × 10 18 cm −3 ) 2.0 μm, an active layer 104 (Si-doped) 92 nm, first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 (Zn doped, 5 × 10 17 cm −3 ) 175 nm, p-Ga 0.5 In 0.5 P etching stop layer 106 (Zn doped, 1 × 10 18 cm −3 ) 10 nm, second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 107 (Zn-doped, 1.1 × 10 18 cm −3 ) 1.0 μm, p-Ga 0.5 In A double heterojunction structure having a 0.5 P contact layer 108 (Zn-doped, 1 × 10 18 cm −3 ) 50 nm is formed.

ここで活性層104形成後、第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105を形成する前にSiのデルタドーピング(1.0×1017cm-3)を行う。デルタドーピング後に第1のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層105が形成されている。 Here, after the active layer 104 is formed, Si delta doping (1.0 × 10 17 cm −3 ) is performed before the first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 is formed. After the delta doping, a first p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 105 is formed.

上記の各層の組成等は一例であって、ダブルヘテロ接合の各層103〜107及びキャップ層108の格子定数はn−GaAs基板101とほぼ等しく、かつクラッド層103,105,107、エッチングストップ層106、コンタクト層108のバンドギャップエネルギーが活性層104のバンドギャップエネルギーより大きくなるようにIn、Ga、Alの組成が決定されている。   The composition of each of the above layers is an example, and the lattice constants of the double heterojunction layers 103 to 107 and the cap layer 108 are substantially equal to those of the n-GaAs substrate 101, and the cladding layers 103, 105, and 107, and the etching stop layer 106 are included. The composition of In, Ga, and Al is determined so that the band gap energy of the contact layer 108 is larger than the band gap energy of the active layer 104.

第2のp−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層107の側部にはn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109(Siドープ、5.0×1017cm-3)300nmが形成され、p−Ga0.5In0.5Pキャップ層108及びn−Al0.5In0.5P電流ブロック層109の上には、p−GaAsキャップ層110(Znドープ、5×1818cm-3)3.0μmが形成されている。そして、p−GaAsキャップ層110の上面にp側電極112が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極111が形成されている。なお、p側電極112及びn側電極111を除く各層はすべて有機金属気相成長層法(MOCVD法)による結晶成長で形成されている。 On the side of the second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 107 is an n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109 (Si-doped, 5.0 × 10 17 cm −3 ) 300 nm. 2. A p-GaAs cap layer 110 (Zn-doped, 5 × 18 18 cm −3 ) is formed on the p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 108 and the n-Al 0.5 In 0.5 P current blocking layer 109. 0 μm is formed. A p-side electrode 112 is formed on the upper surface of the p-GaAs cap layer 110, and an n-side electrode 111 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 101. All layers except the p-side electrode 112 and the n-side electrode 111 are formed by crystal growth by the metal organic chemical vapor deposition layer method (MOCVD method).

ここで、窓領域113,114の作製方法は実施の形態1と同様である。
活性層104は、歪量子井戸活性層であり、4層のGa0.5In0.5Pウェル層202(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それら各層の間の3層の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層203(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ5nmと、それらを挟む(Al0.5Ga0.50.5In0.5P光ガイド層201、204(Siドープ、1.0×1017cm-3)厚さ28nmとで構成されている。
Here, the manufacturing method of the window regions 113 and 114 is the same as that of the first embodiment.
The active layer 104 is a strained quantum well active layer, and four Ga 0.5 In 0.5 P well layers 202 (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) have a thickness of 5 nm and three layers between these layers. (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer 203 (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) thickness of 5 nm and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P light guide layer 201 sandwiching them 204 (Si-doped, 1.0 × 10 17 cm −3 ) with a thickness of 28 nm.

ここで、実施の形態5における半導体レーザの作用について具体的に説明する。
上記p型クラッド層105にはp型不純物としてZnがドープされている。n型不純物であるSiはAlGaInP系材料においては比較的拡散しにくいが、一方、p型不純物であるZnは拡散しやすい。
Here, the operation of the semiconductor laser in the fifth embodiment will be specifically described.
The p-type cladding layer 105 is doped with Zn as a p-type impurity. Si that is an n-type impurity is relatively difficult to diffuse in an AlGaInP-based material, whereas Zn that is a p-type impurity is easily diffused.

よって、結晶成長や窓構造形成工程等の熱処理工程や通電によりZnが活性層104に拡散し、不純物の拡散による欠陥の誘発によってレーザの信頼性を損ねる可能性がある。そのため、Znが活性層104に拡散してもZnの動きを抑制できるよう、予め活性層104にSiをドープし、さらに活性層104とp型クラッド層105の界面でSiをデルタドープする。   Therefore, Zn diffuses into the active layer 104 by heat treatment processes such as crystal growth and window structure formation processes and energization, and there is a possibility that the reliability of the laser is impaired by inducing defects due to impurity diffusion. Therefore, the active layer 104 is doped with Si in advance so that the movement of Zn can be suppressed even if Zn diffuses into the active layer 104, and further Si is delta-doped at the interface between the active layer 104 and the p-type cladding layer 105.

図8に本実施の形態におけるp型クラッド層105から活性層104への不純物拡散の様子を示した模式図を示す。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the state of impurity diffusion from the p-type cladding layer 105 to the active layer 104 in the present embodiment.

図8に示すように、p型クラッド層105中の不純物であるZnと反対導電型の不純物であるSiとが予め活性層104および活性層104とp型クラッド層105の界面に存在していれば、活性層104に拡散したZnと活性層104にドープされたSiとがイオン結合等によって相互に引き合うため、熱工程時や通電時においても活性層104中におけるZnの動きを抑えることができる。さらに、活性層104とp型クラッド層105の界面のSiをデルタドーピングしたことで活性層へのZnの拡散を抑制できる。また、SiとMgとが相互に引き合うことによって活性層104に深い不純物準位が形成されにくいことから、低閾値電流で高信頼性な半導体レーザが実現可能である。   As shown in FIG. 8, Zn, which is an impurity in the p-type cladding layer 105, and Si, which is an impurity of the opposite conductivity type, are present in advance at the interface between the active layer 104 and the active layer 104 and the p-type cladding layer 105. For example, Zn diffused in the active layer 104 and Si doped in the active layer 104 are attracted to each other by ionic bonding or the like, so that movement of Zn in the active layer 104 can be suppressed even during a thermal process or during energization. . Furthermore, the diffusion of Zn into the active layer can be suppressed by delta doping Si at the interface between the active layer 104 and the p-type cladding layer 105. In addition, since a deep impurity level is hardly formed in the active layer 104 by attracting Si and Mg to each other, a highly reliable semiconductor laser with a low threshold current can be realized.

なお、活性層104にドープされるSiは、それ自身で深い不純物準位を高密度で形成しないよう必要な限度で低濃度にしておくことが好ましく、1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲であれば、不純物拡散の抑制と深い不純物準位形成の抑制とを両立しうるものである。 Note that Si doped in the active layer 104 is preferably kept at a low concentration within a necessary limit so as not to form deep impurity levels at high density by itself, and is preferably 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 6. If it is in the range of 17 cm −3 , the suppression of impurity diffusion and the suppression of deep impurity level formation can both be achieved.

また、本実施の形態では、p型クラッド層の不純物がZnである場合を示したが、Znの代わりにC、Be、Cd等を用いた場合においても上述と同じ効果を奏することが可能である。   Further, in the present embodiment, the case where the impurity of the p-type cladding layer is Zn is shown, but the same effect as described above can be obtained when C, Be, Cd, or the like is used instead of Zn. is there.

また、実施の形態2で記載した、n型クラッド層の不純物としてSeを用いた場合、n型クラッド層から活性層に不純物が拡散するのを抑制するために、活性層にMgをドープしかつ、n型クラッド層103と活性層104の界面にMgをデルタドーピング実施することで更なるSeが活性層に拡散することを抑制できる。   Further, when Se is used as the impurity of the n-type cladding layer described in the second embodiment, the active layer is doped with Mg in order to suppress the diffusion of the impurity from the n-type cladding layer to the active layer, and Further, by performing delta doping of Mg at the interface between the n-type cladding layer 103 and the active layer 104, it is possible to suppress further diffusion of Se into the active layer.

また、実施の形態3で記載した、n型クラッド層の不純物としてSe、p型クラッド層の不純物としてZnを用いた場合、活性層にSi、Mgをドーピングするだけでなく、n型クラッド層103と活性層104の界面にMg、活性層104とp型クラッド層105の界面にSiをデルタドープすることで活性層への更なる不純物の拡散を抑制できる。   When Se is used as the n-type cladding layer impurity and Zn is used as the p-type cladding layer impurity described in the third embodiment, not only the active layer is doped with Si and Mg but also the n-type cladding layer 103. Further, diffusion of impurities into the active layer can be suppressed by delta-doping Mg at the interface between the active layer 104 and Si at the interface between the active layer 104 and the p-type cladding layer 105.

また、本実施の形態においては、活性層104の全体、すなわち、光ガイド層201、204と井戸層202A〜202D、バリア層203にSiをドープしているが、結晶成長工程等の調整により、活性層104に拡散するZn型不純物の量は変動する。この量が少量であるような場合には、活性層104の一部にSiをドープすることで十分に活性層104中でのp型不純物の拡散を抑制することができる。例えば、光ガイド層201にのみSiをドープしたり、光ガイド層201から井戸層202BまでSiをドープしたり、光ガイド層201から井戸層202DまでSiをドープしてもよい。   In the present embodiment, the entire active layer 104, that is, the light guide layers 201 and 204, the well layers 202A to 202D, and the barrier layer 203 are doped with Si, but by adjusting the crystal growth process or the like, The amount of Zn-type impurities that diffuse into the active layer 104 varies. When this amount is small, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of the p-type impurity in the active layer 104 by doping part of the active layer 104 with Si. For example, only the light guide layer 201 may be doped with Si, Si may be doped from the light guide layer 201 to the well layer 202B, or Si may be doped from the light guide layer 201 to the well layer 202D.

本発明に係る半導体レーザは、高出力かつ高信頼性を有する半導体レーザを実現でき、DVD等に用いられる赤色半導体レーザに適用する上で特に有用である。   The semiconductor laser according to the present invention can realize a semiconductor laser having high output and high reliability, and is particularly useful when applied to a red semiconductor laser used for a DVD or the like.

本発明の各実施の形態における半導体レーザを共振器端面方向から見た断面図Sectional view of the semiconductor laser in each embodiment of the present invention viewed from the cavity end face direction 本発明の各実施の形態における半導体レーザを共振器長方向から見た断面図Sectional view of the semiconductor laser in each embodiment of the present invention viewed from the cavity length direction 本発明の各実施の形態における半導体レーザの活性層の積層構造図Laminated structure diagram of active layer of semiconductor laser in each embodiment of the present invention 本発明の実施の形態1におけるクラッド層から活性層への不純物拡散の様子を示した模式図The schematic diagram which showed the mode of the impurity diffusion from the clad layer to an active layer in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2におけるクラッド層から活性層への不純物拡散の様子を示した模式図The schematic diagram which showed the mode of the impurity diffusion from the clad layer to the active layer in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3におけるクラッド層から活性層への不純物拡散の様子を示した模式図The schematic diagram which showed the mode of the impurity diffusion from the clad layer to the active layer in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態4におけるクラッド層から活性層への不純物拡散の様子を示した模式図The schematic diagram which showed the mode of the impurity diffusion from the clad layer to the active layer in Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態5におけるクラッド層から活性層への不純物拡散の様子を示した模式図The schematic diagram which showed the mode of the impurity diffusion from the clad layer to an active layer in Embodiment 5 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

101 n−GaAs基板
102 n−GaAsバッファ層
103 n−AlGaInPクラッド層
104 歪量子井戸活性層(活性層)
105 第1のp−AlGaInPクラッド層
106 p−GaInPエッチングストップ層
107 第2のp−AlGaInPクラッド層
108 p−GaInPキャップ層
109 n−AlInP電流ブロック層
110 p−GaAsキャップ層
111 n−電極
112 p−電極
201、204 光ガイド層
202A〜202D 井戸層
203A〜203C バリア層
101 n-GaAs substrate 102 n-GaAs buffer layer 103 n-AlGaInP cladding layer 104 strained quantum well active layer (active layer)
105 first p-AlGaInP cladding layer 106 p-GaInP etching stop layer 107 second p-AlGaInP cladding layer 108 p-GaInP cap layer 109 n-AlInP current blocking layer 110 p-GaAs cap layer 111 n-electrode 112 p -Electrodes 201, 204 Light guide layers 202A-202D Well layers 203A-203C Barrier layers

Claims (21)

半導体基板上に、第一導電型クラッド層および第二導電型クラッド層と、前記第一導電型クラッド層と前記第二導電型クラッド層との間に位置する活性層と、を備える半導体レーザであって、
前記活性層は不純物を含有している
ことを特徴とする半導体レーザ。
A semiconductor laser comprising: a first conductive clad layer and a second conductive clad layer; and an active layer positioned between the first conductive clad layer and the second conductive clad layer on a semiconductor substrate. There,
A semiconductor laser, wherein the active layer contains impurities.
前記活性層は、量子井戸または単一の発光層と、バリア層と、光ガイド領域とを包含する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the active layer includes a quantum well or a single light emitting layer, a barrier layer, and a light guide region.
前記活性層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物であり、
前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質である
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ。
The impurity in the active layer is an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer,
The impurity in the first conductivity type cladding layer is a substance having a diffusion coefficient larger than that of the impurity in the active layer in the first conductivity type cladding layer or in the active layer. Or the semiconductor laser of 2.
前記活性層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物であり、
前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質である
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ。
The impurity in the active layer is an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer,
The impurity in the second conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the impurity in the active layer in the second conductivity type cladding layer or in the active layer. Or the semiconductor laser of 2.
前記活性層は、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物と、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物とを含有しており、
前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第二導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質であり、
前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第一導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質である
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ。
The active layer contains an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer, and an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer,
The impurity in the first conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the second conductivity type impurity in the active layer in the first conductivity type cladding layer or in the active layer,
The impurity in the second conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the first conductivity type impurity in the active layer in the second conductivity type cladding layer or in the active layer. The semiconductor laser according to claim 1 or 2.
前記活性層中の不純物の濃度は、トータルで1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体レーザ。
6. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the concentration of impurities in the active layer is in a range of 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 17 cm −3 in total.
前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層の一方または両方は、各クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物がコドープされている
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体レーザ。
The one or both of said 1st conductivity type clad layer and said 2nd conductivity type clad layer are co-doped with impurities of the conductivity type opposite to the impurities in each clad layer. A semiconductor laser according to claim 1.
前記活性層中の不純物のうち、第一導電型を示す不純物は、Si、S、Teのうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体レーザ。
8. The semiconductor laser according to claim 1, wherein among the impurities in the active layer, the impurity having the first conductivity type is any one of Si, S, and Te.
前記活性層中の不純物のうち、第二導電型を示す不純物は、Mg、C、Be、Cdのうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体レーザ。
9. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the impurity having the second conductivity type among the impurities in the active layer is any one of Mg, C, Be, and Cd. .
前記活性層は、少なくともAlGaInP系材料からなる
ことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the active layer is made of at least an AlGaInP-based material.
前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層は、少なくともAlGaInP系材料からなる
ことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer are made of at least an AlGaInP-based material.
半導体基板上に、第一導電型不純物を添加しつつ第一導電型クラッド層を形成する第1工程と、
前記第一導電型クラッド層の上に活性層を形成する第2工程と、
前記活性層の上に、第二導電型不純物を添加しつつ第二導電型クラッド層を形成する第3工程と、を含む半導体レーザの製造方法であって、
前記第2工程では、不純物を添加しつつ前記活性層を形成する
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
Forming a first conductivity type cladding layer on a semiconductor substrate while adding a first conductivity type impurity;
A second step of forming an active layer on the first conductivity type cladding layer;
A third step of forming a second conductivity type cladding layer while adding a second conductivity type impurity on the active layer, and a method of manufacturing a semiconductor laser,
In the second step, the active layer is formed while an impurity is added. A method for manufacturing a semiconductor laser.
前記第2工程では、多層構造の前記活性層を形成する
ことを特徴とする請求項12記載の半導体レーザの製造方法。
The semiconductor laser manufacturing method according to claim 12, wherein in the second step, the active layer having a multilayer structure is formed.
前記第2工程では、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物を添加しつつ前記活性層を形成し、
前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質である
ことを特徴とする請求項12または13記載の半導体レーザの製造方法。
In the second step, the active layer is formed while adding an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer,
The impurity in the first conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the impurity in the active layer in the first conductivity type cladding layer or in the active layer. Or a method for producing a semiconductor laser according to 13;
前記第2工程では、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物を添加しつつ前記活性層を形成し、
前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の不純物よりも拡散係数が大きい物質である
ことを特徴とする請求項12または13記載の半導体レーザの製造方法。
In the second step, the active layer is formed while adding an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer,
The impurity in the second conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the impurity in the active layer in the second conductivity type cladding layer or in the active layer. Or a method for producing a semiconductor laser according to 13;
前記第2工程では、前記第一導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物と、前記第二導電型クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物とを添加しつつ前記活性層を形成し、
前記第一導電型クラッド層中の不純物は、前記第一導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第二導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質であり、
前記第二導電型クラッド層中の不純物は、前記第二導電型クラッド層中または前記活性層中において、前記活性層中の第一導電型の不純物よりも拡散係数が大きい物質である
ことを特徴とする請求項12または13記載の半導体レーザの製造方法。
In the second step, the active layer is formed while adding an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the first conductivity type cladding layer and an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in the second conductivity type cladding layer. And
The impurity in the first conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the second conductivity type impurity in the active layer in the first conductivity type cladding layer or in the active layer,
The impurity in the second conductivity type cladding layer is a substance having a larger diffusion coefficient than the first conductivity type impurity in the active layer in the second conductivity type cladding layer or in the active layer. A method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 12 or 13.
前記第2工程では、前記活性層中の不純物の濃度がトータルで1×1016cm-3〜3×1017cm-3の範囲となるように、前記活性層を形成する
ことを特徴とする請求項12から16のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
In the second step, the active layer is formed so that the total concentration of impurities in the active layer is in the range of 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 17 cm −3. The method for manufacturing a semiconductor laser according to claim 12.
前記第1工程および前記第3工程の一方または両方では、各クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物をコドープして前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層の一方または両方を形成する
ことを特徴とする請求項12から17のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
In one or both of the first step and the third step, one or both of the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer are obtained by co-doping an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in each cladding layer. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 12, wherein the semiconductor laser is formed.
前記半導体レーザの共振器端面近傍に不純物を拡散させて窓構造を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項12から18のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。   19. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 12, further comprising a step of forming a window structure by diffusing impurities in the vicinity of a cavity end face of the semiconductor laser. 前記活性層と前記第一導電型クラッド層の界面および、前記活性層と前記第二導電型クラッド層の界面の一方または両方において、各クラッド層中の不純物と反対導電型の不純物をデルタドープしている
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体レーザ。
At one or both of the interface between the active layer and the first conductivity type cladding layer and / or the interface between the active layer and the second conductivity type cladding layer, an impurity having a conductivity type opposite to the impurity in each cladding layer is delta-doped. The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記第1工程で形成した前記第一導電型クラッド層と前記第2工程で形成した活性層の界面および、前記第2工程で形成した活性層の界面と前記第3工程で形成した前記第二導電型クラッド層の界面では、各クラッド層中の不純物と反導電型の不純物をデルタドープする
ことを特徴とする請求項12から17のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
The interface between the first conductivity type cladding layer formed in the first step and the active layer formed in the second step, and the interface between the active layer formed in the second step and the second step formed in the third step 18. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 12, wherein an impurity in each clad layer and an anti-conductivity type impurity are delta-doped at the interface of the conductive clad layer.
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