JP2006261407A - Semiconductor laser element, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に係わり、特に動作電流の安定した半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor laser device having a stable operating current and a manufacturing method thereof.
近年、InGaAlP系材料を用いた波長600nm〜700nmの半導体レーザ素子は、DVD(Digital Versatile Disk)などへの実用化が進み、DVD−RAM/R/RW等の書込み用レーザとして、例えば200mW以上の高出力化が進んでいる。 In recent years, semiconductor laser elements having a wavelength of 600 nm to 700 nm using InGaAlP-based materials have been put to practical use in DVDs (Digital Versatile Disks) and the like. High output is progressing.
従来、高出力の半導体レーザ素子として電流注入領域に電流を集中させるために電流狭窄構造を用いた半導体レーザ素子が知られている(例えば特許文献1参照。)。 Conventionally, as a high-power semiconductor laser element, a semiconductor laser element using a current confinement structure for concentrating current in a current injection region is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に開示された半導体レーザ素子では、半導体基板上に順に形成された下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層とを有している。
上部クラッド層は上部第1クラッド層と、エッチングストップ層と、上部第2クラッド層の積層構造から成り、上部第2クラッド層がストライプ状のリッジ導波路形状に加工されている。
The semiconductor laser device disclosed in
The upper cladding layer has a laminated structure of an upper first cladding layer, an etching stop layer, and an upper second cladding layer, and the upper second cladding layer is processed into a striped ridge waveguide shape.
リッジ導波路の両側の上部第1クラッド層中には、リッジ導波路の上面に形成されたフォトレジストをマスクとしたセルフアラインプロセスにより、水素イオンが注入されて高抵抗化したイオン注入領域が形成されている。 In the upper first cladding layer on both sides of the ridge waveguide, an ion-implanted region in which hydrogen ions are implanted and high resistance is formed by a self-alignment process using a photoresist formed on the upper surface of the ridge waveguide as a mask. Has been.
この高抵抗化したイオン注入領域を電流狭窄層として、電流注入領域に電流を集中させている。 The ion implantation region with increased resistance is used as a current confinement layer, and current is concentrated in the current implantation region.
然しながら、特許文献1に開示された半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子の製造工程での熱処理により閾値電流Ithが上昇する、あるいは半導体レーザ素子の信頼性試験工程での高温通電により動作電流Iopが変動するなどの問題がある。
本発明は、動作電流Iopの安定した半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。 The present invention provides a semiconductor laser device having a stable operating current Iop and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体レーザ素子では、基板と、前記基板の主面に形成された第1クラッド層と、前記第1クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、上部がストライプ状のリッジ導波路形状に加工された第2クラッド層と、前記リッジ導波路の上面に形成されたコンタクト層と、前記リッジ導波路の上面および両側面を覆うように形成された水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方と、前記リッジ導波路の両側の前記第2クラッド層中に形成された水素添加領域と、前記活性層に電気的導通を取るための電極と、を具備することを特徴とを特徴としている。 In order to achieve the above object, in a semiconductor laser device of one embodiment of the present invention, a substrate, a first cladding layer formed on a main surface of the substrate, an active layer formed on the first cladding layer, A second cladding layer formed on the active layer and processed into a striped ridge waveguide shape; a contact layer formed on the upper surface of the ridge waveguide; and an upper surface and both sides of the ridge waveguide At least one of a hydrogen-impermeable film and a hydrogen-absorbing film formed so as to cover the surface, a hydrogen-added region formed in the second cladding layer on both sides of the ridge waveguide, and the active layer And an electrode for obtaining electrical continuity.
本発明の一態様の半導体レーザ素子の製造方法では、半導体基板の主面に第1クラッド層と、活性層と、第2クラッド層を順次形成する工程と、前記第2クラッド層の上部をストライプ状のリッジ導波路形状に加工する工程と、前記リッジ導波路の上面および両側面を覆うように水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方を形成する工程と、前記水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方をマスクとして、前記リッジ導波路の両側の第2クラッド層に水素を添加する工程と、を具備することを特徴としている。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to one aspect of the present invention, a step of sequentially forming a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer on a main surface of a semiconductor substrate, and an upper portion of the second cladding layer are striped. Processing into a ridge waveguide shape, forming at least one of a hydrogen impermeable film and a hydrogen storage film so as to cover an upper surface and both side surfaces of the ridge waveguide, and the hydrogen impermeable film And a step of adding hydrogen to the second cladding layer on both sides of the ridge waveguide using at least one of the hydrogen storage film as a mask.
本発明によれば、リッジ導波路の上面および両側面を覆うように水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方を形成したので、水素が気相から電流注入領域に拡散するのを抑制することができる。 According to the present invention, since at least one of the hydrogen impermeable film and the hydrogen storage film is formed so as to cover the upper surface and both side surfaces of the ridge waveguide, it is possible to suppress diffusion of hydrogen from the gas phase to the current injection region. can do.
その結果、温度上昇により解離し、気相中に放出された水素が電流注入領域に拡散して、ドーパントを不活性化するのを防止することができる。
従って、動作電流Iopの安定した半導体レーザ素子を提供することができる。
As a result, it is possible to prevent the hydrogen dissociated by the temperature rise and released into the gas phase from diffusing into the current injection region to inactivate the dopant.
Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser device having a stable operating current Iop.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例1に係る半導体レーザ素子について、図1乃至図3を用いて説明する。図1は半導体レーザ素子を示す図で、半導体レーザ素子をレーザ光の放射方向に垂直な面で切断した断面図、図2および図3は半導体レーザ素子の製造工程を順に示す断面図である。 A semiconductor laser device according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor laser device, which is a cross-sectional view of the semiconductor laser device cut along a plane perpendicular to the laser light emission direction, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing steps of the semiconductor laser device.
図1に示すように、本実施例の半導体レーザ素子10は、n−GaAs基板11の主面に、例えば厚さ2μmのn−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P第1クラッド層12(以下、n−InGaAlP第1クラッド層12と記す)と、例えば厚さ20nmのIn0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P第1光ガイド層13(以下、InGaAlP第1光ガイド層13と記す)と、例えば厚さ5nmのIn0.5Ga0.5P井戸層と厚さ5nmのIn0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P障壁層を交互に3回積層したMQW活性層14と、例えば厚さ6nmのIn0.5(Ga0.5Al0.5)0.5P第2光ガイド層15(以下、InGaAlP第1光ガイド層15と記す)が順次形成されている。
As shown in FIG. 1, the
更に、InGaAlP第2光ガイド層15上に、例えば厚さ0.25μmのp−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層16(以下、p−InGaAlPクラッド層16と記す)と、例えば厚さ10nmのp−In0.5Ga0.5P(以下、InGaPと記す)エッチングストップ層17と、例えば厚さ1.8μmのp−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層18(以下、p−InGaAlPクラッド層18と記す)が積層されたp−InGaAlP第2クラッド層19が形成されている。
Further, on the InGaAlP second
p−InGaAlP第2クラッド層19の上部のp−InGaAlPクラッド層18は、ストライプ状のリッジ導波路形状に加工されている。
The p-
また、p−InGaAlPクラッド層18上に、例えば厚さ0.2μmのp−GaAsコンタクト層20が形成されている。
Further, a p-
p−GaAsコンタクト層20の上面以外の部分には、電流ブロック層として絶縁膜21、例えば厚さ0.2μmのシリコン酸化膜が形成されている。
On the portion other than the upper surface of the p-
リッジ導波路18の上面および両側面は、p−GaAsコンタクト層20および絶縁膜21を介して導電性の水素不透過性膜22で覆われている。
The upper surface and both side surfaces of the
リッジ導波路18の両側のp−InGaAlPクラッド層16には、水素が添加された水素添加領域23、24が形成されている。
Hydrogen-added
p−GaAsコンタクト層20の上面にp側電極25が形成され、また、n−GaAs基板11の下面にn側電極26が形成されている。
A p-
水素添加領域23、24では、添加された水素がp型ドーパント、例えば亜鉛(Zn)と結合してドーパントを不活性化する作用があるので、水素が添加されていない領域より抵抗が高くなる。
この高抵抗化した水素添加領域23、24が電流狭窄層になるので、水素が添加されていない電流注入領域27に電流を集中させることができる。
In the
Since the high-resistance hydrogen-added
水素不透過性膜22としては、例えば導電性で、且つ水素を透過させない性質を有する、例えば厚さ0.2μm程度の窒化チタン(TiN)膜等が適している。
As the hydrogen
次に、半導体レーザ素子10を製造する方法について具体的に説明する。
図2(a)に示すように、n−GaAs基板11上に、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によりn−GaAsバッファ層(図示せず)と、n−InGaAlP第1クラッド層12と、InGaAlP第1光ガイド層13と、MQW活性層14と、InGaAlP第2光ガイド層15とをこの順に全面的にエピタキシャル成長させる。
Next, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 2A, an n-GaAs buffer layer (not shown), an n-InGaAlP
更に、p−InGaAlPクラッド層16とp−InGaPエッチングストップ層17とp−InGaAlPクラッド層18とが積層されたp−InGaAlP第2クラッド層19と、p−GaAsコンタクト層20をこの順に全面的にエピタキシャル成長させる。
Further, the p-InGaAlP
次に、図2(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術及び選択エッチング技術により、p−GaAsコンタクト層20からp−InGaPエッチングストップ層17までを組成の異なるエッチング液を用いた選択エッチングにより除去し、p−InGaAlPクラッド層18をストライプ状のリッジ導波路形状に加工する。
Next, as shown in FIG. 2B, the p-
次に、図3(a)に示すように、n−GaAs基板11上に絶縁膜21として厚さ0.2μmのシリコン酸化膜を、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により全面に形成した後、フォトリソグラフィ法により、p−GaAsコンタクト層20を露出させる。
Next, as shown in FIG. 3A, after forming a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm as an
次に、n−GaAs基板11上に水素不透過性膜22として、厚さ0.2μmのTiN膜を、例えば反応性スパッタ法により全面に形成した後、リッジ導波路18の上面および両側面を除いて、水素不透過性膜22を、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法により選択的に除去する。
これにより、上面および両側面が水素不透過性膜22で覆われたリッジ導波路18が形成される。
Next, after a TiN film having a thickness of 0.2 μm is formed on the entire surface of the n-
Thereby, the ridge waveguide 18 whose upper surface and both side surfaces are covered with the hydrogen
次に、図3(b)に示すように、n−GaAs基板11上に水素不透過性膜22をマスクとして、例えば圧力5〜250mTorr、印加電力100〜5000Wの条件で水素プラズマを照射して、p−InGaAlPクラッド層16中に水素を拡散させることにより、水素添加領域23、24を形成する。水素添加領域23、24に挟まれた領域が電流注入領域27となる。
Next, as shown in FIG. 3B, hydrogen plasma is irradiated on the n-
次に、p−GaAsコンタクト層20の上面にp側電極25として、白金、金を順に形成する。
次に、n−GaAs基板11を研磨により薄くした後、n側電極26として、金ゲルマニュウム合金、金を順に形成する。
この後、水素と窒素の混合ガス中で400乃至500℃で熱処理を施すことにより、p側電極25およびn側電極26の合金化を行う。
Next, platinum and gold are sequentially formed on the upper surface of the p-
Next, after thinning the n-
Thereafter, the p-
最後に、このように作製されたウェハを、リッジ導波路18に平行にバー状に劈開し、バーをチップごとに分離することにより、図1に示す半導体レーザ素子10が完成する。
Finally, the wafer thus fabricated is cleaved in a bar shape parallel to the
図4は水素不透過性膜22の効果を模式的に示す図で、図4(a)は水素プラズマを照射して水素添加領域23、24を形成する工程を示す図、図4(b)は水素と窒素の混合ガス中で熱処理して、p側電極25およびn側電極26を形成する工程を示す図、図4(c)は高温通電による信頼性試験工程を示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the effect of the hydrogen-
図4(a)に示すように、水素プラズマを照射すると、水素不透過性膜22で覆われていないp−InGaAlPクラッド層16には気相から水素が内部に拡散する。拡散した水素はドーパントの亜鉛と結合してドーパントを不活性化するので、高い抵抗値を有する水素添加領域23、24が形成される。
As shown in FIG. 4A, when hydrogen plasma is irradiated, hydrogen diffuses from the vapor phase into the p-
一方、上面および両側面が水素不透過性膜22で覆われたリッジ導波路18では、水素不透過性膜22が保護マスクとなり、気相から水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内に拡散するのを阻止できる。その結果、水素によりドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。
On the other hand, in the
次に、図4(b)に示すように、水素と窒素の混合ガス中でヒータ28により加熱されると、水素添加領域23、24では、一部の水素が亜鉛から解離して気相中に放出される。
Next, as shown in FIG. 4B, when heated by a
しかし、リッジ導波路18の上面および両側面が水素不透過性膜22で覆われているので、気相中に放出された水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内に拡散する、所謂オートドーピングが阻止できる。その結果、水素によりドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。
However, since the upper surface and both side surfaces of the
次に、図4(c)に示すように、半導体レーザ素子10を恒温槽29内に収納し、例えば80℃でエージングを行なうと、半導体レーザ素子10は内部発熱により加熱されるので、図4(b)と同様に、一部の水素が亜鉛から解離して気相中に放出される。
Next, as shown in FIG. 4C, when the
しかし、リッジ導波路18の上面および両側面が水素不透過性膜22で覆われているので、気相中に放出された水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内に拡散する、所謂オートドーピングが阻止される。その結果、水素によりドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。
However, since the upper surface and both side surfaces of the
これにより、半導体レーザ素子10の製造工程での熱処理による閾値電流Ithの上昇、あるいは半導体レーザ素子10の信頼性試験工程での高温通電による動作電流Iopの変動を抑制することが可能である。
As a result, it is possible to suppress an increase in the threshold current Ith due to heat treatment in the manufacturing process of the
図5は、図1に示す半導体レーザ素子10を用いた半導体レーザ装置の構成を示す外囲器の一部が切欠された斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view in which a part of an envelope showing a configuration of a semiconductor laser device using the
図5に示すように、本実施例の半導体レーザ装置31は、4本のリ−ドピン32が電気的絶縁されて植設された金属製のステム33に半導体レーザ素子10及びレーザ光をモニタするためのモニタフォトダイオード34が固定されている。
As shown in FIG. 5, the
半導体レーザ素子10は絶縁性サブマウント35にマウントされ、ステム33の対向側にレーザ光を取り出すようにステム33と垂直に固定されている。また、モニタフォトダイオード34は、半導体レーザ素子10の下方においてステム33に固定されている。
The
これら半導体レーザ素子10及びモニタフォトダイオード34は、ワイヤ等によりリードピン32と電気的接続されている。
The
また、金属性のキャップ36が半導体レーザ素子10、モニタフォトダイオード34を内包してステム33に封着されている。このキャップ36の頂部には、レーザ光を取り出すためのウィンドウガラス37が設けられ、半導体レーザ素子10からの可視レーザ光38は、半導体レーザ素子10の一方の端面からウィンドウガラス37を通して外囲器の外部に向けて放射され、他方の端面からのレーザ光は、発光を制御するためのモニタフォトダイオード34に入射する。
A
以上説明したように、実施例1に係る半導体レーザ素子10では、リッジ導波路18の上面および両側面を覆うように水素不透過性膜22を形成したので、気相中の水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内に拡散するのを抑制することができる。
As described above, in the
その結果、水素がリッジ導波路18および電流注入領域27の亜鉛と結合し、ドーパントを不活性化するのを防止することができる。
従って、動作電流Iopの安定した半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することができる。
As a result, it is possible to prevent hydrogen from being combined with zinc in the
Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser element and a semiconductor laser device with a stable operating current Iop.
図6は、本発明の実施例2に係る半導体レーザ素子を示す図で、半導体レーザ素子をレーザ光の放射方向に垂直な面で切断した断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention, taken along a plane perpendicular to the laser light emission direction.
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described.
本実施例が実施例1と異なる点は、リッジ導波路の上面および両側面を水素吸蔵性膜で覆ったことにある。 This embodiment differs from the first embodiment in that the upper surface and both side surfaces of the ridge waveguide are covered with a hydrogen storage film.
即ち、図6に示すように、本実施例の半導体レーザ素子50は、リッジ導波路18の上面および両側面が水素吸蔵性膜51で覆われている。
That is, as shown in FIG. 6, in the
水素吸蔵性膜51としては、例えば導電性で、且つ水素を吸蔵する性質を有するパラジウム(Pd)膜等が適している。パラジウム(Pd)膜は、例えばスパッタリング法により形成することができる。
As the
図7は水素吸蔵性膜51の効果を模式的に示す図で、図7(a)は水素プラズマを照射して水素添加領域23、24を形成する工程を示す図、図7(b)は水素と窒素の混合ガス中で熱処理してp側電極25およびn側電極26を形成する工程を示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the effect of the
図7(a)に示すように、水素プラズマが照射されても、上面および両側面が水素吸蔵性膜51で覆われたリッジ導波路18では、水素吸蔵性膜51の表面近傍の水素は水素吸蔵性膜51に吸蔵され、水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内に拡散するのが阻止される。その結果、水素によりドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。
As shown in FIG. 7A, in the
図7(b)に示すように、亜鉛と結合した水素の一部が解離して気相中に放出されても、リッジ導波路18は上面および両側面が水素吸蔵性膜51で覆われているので、気相中に放出された水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内に拡散する、所謂オートドーピングが阻止される。その結果、水素によりドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。また、高温通電による信頼性試験工程においても同様であり、その説明は省略する。
As shown in FIG. 7B, even if a part of hydrogen bonded to zinc is dissociated and released into the gas phase, the
以上説明したように、実施例2に係る半導体レーザ素子50では、リッジ導波路18の上面および両側面を覆うように水素吸蔵性膜51を形成したので、水素が気相からリッジ導波路18および電流注入領域27に拡散するのを阻止することができる。
As described above, in the
その結果、水素によりドーパントが不活性化するのを抑制することができる。従って、動作電流Iopの安定した半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することができる。 As a result, the inactivation of the dopant by hydrogen can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser element and a semiconductor laser device with a stable operating current Iop.
図8は、本発明の実施例3に係る半導体レーザ素子を示す図で、半導体レーザ素子をレーザ光の放射方向に垂直な面で切断した断面図である。 FIG. 8 is a diagram showing a semiconductor laser device according to Example 3 of the present invention, and is a cross-sectional view of the semiconductor laser device taken along a plane perpendicular to the laser light emission direction.
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described.
本実施例が実施例1と異なる点は、リッジ導波路の上面および両側面を水素吸蔵性膜に水素不透過性膜を積層した積層膜で覆ったことにある。
This embodiment differs from
即ち、図8に示すように、本実施例の半導体レーザ素子60は、リッジ導波路18の上面および両側面が水素吸蔵性膜61に水素不透過性膜62を積層した積層膜63で覆われている。
That is, as shown in FIG. 8, in the
これにより、気相中の水素がリッジ導波路18および電流注入領域27内へ拡散するのを更に効果的に阻止することが可能である。
Thereby, it is possible to more effectively prevent hydrogen in the gas phase from diffusing into the
以上説明したように、実施例3に係る半導体レーザ素子60では、リッジ導波路18の上面および両側面を水素吸蔵性膜61に水素不透過性膜62を積層した積層膜63で覆ったので、水素の拡散を抑制するのに更に高い効果が得られる利点がある。
As described above, in the
ここでは、リッジ導波路18の上面および両側面を水素吸蔵性膜61に水素不透過性膜62を積層した積層膜63で覆う場合について説明したが、積層順を逆にして水素不透過性膜62に水素吸蔵性膜61を積層した積層膜で覆っても構わない。
Here, the case where the upper surface and both side surfaces of the
図9は、本発明の実施例4に係る半導体レーザ素子を示す図で、半導体レーザ素子をレーザ光の放射方向に垂直な面で切断した断面図である。 FIG. 9 is a diagram showing a semiconductor laser device according to Example 4 of the present invention, and is a cross-sectional view of the semiconductor laser device taken along a plane perpendicular to the laser light emission direction.
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described.
本実施例が実施例1と異なる点は、リッジ導波路の上面および両側面を水素吸蔵性膜に水素不透過性膜を積層した積層膜で覆い、更にこの積層膜をリッジ導波路の両側面からp−InGaAlPクラッド層上に延伸して形成したことにある。 This embodiment differs from the first embodiment in that the upper surface and both side surfaces of the ridge waveguide are covered with a laminated film in which a hydrogen storage film is laminated on a hydrogen storage film, and this laminated film is further covered on both side faces of the ridge waveguide. To the p-InGaAlP cladding layer.
即ち、図9に示すように、本実施例の半導体レーザ素子70のリッジ導波路18は、リッジ導波路18の両側面からp−InGaAlPクラッド層16上に距離L1、例えば5乃至10μm程度延伸して形成された延伸部71を有し、水素吸蔵性膜72に水素不透過性膜73を積層した積層膜74で覆われている。
That is, as shown in FIG. 9, the
図10はp−InGaAlPクラッド層16上に延伸して形成された水素吸蔵性膜72の効果を模式的に示す図で、図10(a)は水素と窒素の混合ガス中で熱処理してp側電極25およびn側電極26を形成する工程を示す図、図10(b)は高温通電による信頼性試験工程を示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the effect of the
図10(a)に示すように、半導体レーザ素子70が水素と窒素の混合ガス中でヒータ28により加熱されると、水素添加領域23、24では、亜鉛と結合した水素の一部が解離して気相中に放出されるのみならず、解離した水素の一部は破線矢印aに示すように、p−InGaAlPクラッド層16、18中へも拡散する。
As shown in FIG. 10A, when the
p−InGaAlPクラッド層16、18中に拡散した水素は、気相中に放出される間もなくドーパントの亜鉛と結合してドーパントを不活性化する。 The hydrogen diffused in the p-InGaAlP cladding layers 16 and 18 bonds with the dopant zinc and deactivates the dopant soon after being released into the gas phase.
その結果、リッジ導波路18および電流注入領域27の幅が狭くなり、閾値電流Ithの上昇や動作電流Iopの変動をもたらす恐れがある。
As a result, the widths of the
しかし、延伸部71を設けたことにより、水素が延伸部71の水素吸蔵性膜72に吸蔵されるので、p−InGaAlPクラッド層16、18中への拡散が抑止される。その結果、ドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。
However, by providing the extending
図10(b)に示すように、半導体レーザ素子70を恒温槽29に収納し、高温通電すると、半導体レーザ素子70は内部発熱により加熱されるが、この場合も、図9(a)と同様に、拡散した水素が延伸部71の水素吸蔵性膜72により吸蔵されるので、p−InGaAlPクラッド層16、18中への拡散が抑止される。その結果、ドーパントが不活性化されるのを抑制することが可能である。
As shown in FIG. 10B, when the
以上説明したように、実施例4に係る半導体レーザ素子70では、p−InGaAlPクラッド層16、18中を水素が拡散するのを抑止することができる利点がある。
As described above, the
ここでは、水素不透過性膜73もリッジ導波路18の両側面からp−InGaAlPクラッド層16上に延伸して形成された場合について説明したが、水素不透過性膜73がp−InGaAlPクラッド層16上に延伸していなくても構わない。
Here, the case where the hydrogen
上述した実施例においては、水素添加領域23、24を水素プラズマ照射により形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素雰囲気中での熱処理、水素含有量の高いプラズマCVD法によるシリコン窒化膜で被覆して熱処理することにより水素添加領域23、24を形成しても構わない。
In the above-described embodiments, the case where the
また、リッジ導波路18や電流注領域27におけるp型ドーパントとしては、亜鉛以外のマグネシウム(Mg)等であっても良い。
Further, the p-type dopant in the
更に、InGaAlP系の半導体レーザ素子に限らず、GaN系やGaAlAs系の半導体レーザ素子に本発明を適用することも可能である。 Furthermore, the present invention can be applied not only to InGaAlP-based semiconductor laser elements but also to GaN-based and GaAlAs-based semiconductor laser elements.
10、50、60、70 半導体レーザ素子
11 n−GaAs基板
12 n−InGaAlP第1クラッド層
13 InGaAlP第1光ガイド層
14 MQW活性層
15 InGaAlP第2光ガイド層
16 p−InGaAlP第1クラッド層
17 p−InGaPエッチングストップ層
18 p−InGaAlPクラッド層(リッジ導波路)
19 p−InGaAlP第2クラッド層
20 p−GaAsコンタクト層
21 絶縁膜
22、62、73 水素不透過性膜
23、24 水素添加領域
25 p側電極
26 n側電極
27 電流注入領域
28 ヒータ
29 恒温槽
31 半導体レーザ装置
32 リードピン
33 ステム
34 モニタフォトダイオード
35 絶縁性サブマウント
36 キャップ
37 ウィンドウガラス
38 レーザ光
51、61、72 水素吸蔵性膜
71 延伸部
63、74 積層膜
10, 50, 60, 70 Semiconductor laser device 11 n-GaAs substrate 12 n-InGaAlP
19 p-InGaAlP second cladding layer 20 p-
Claims (5)
前記基板の主面に形成された第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、上部がストライプ状のリッジ導波路形状に加工された第2クラッド層と、
前記リッジ導波路の上面に形成されたコンタクト層と、
前記リッジ導波路の上面および両側面を覆うように形成された水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方と、
前記リッジ導波路の両側の前記第2クラッド層中に形成された水素添加領域と、
前記活性層に電気的導通を取るための電極と、
を具備することを特徴とする半導体レーザ素子。 A substrate,
A first cladding layer formed on a main surface of the substrate;
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer formed on the active layer and processed into a striped ridge waveguide shape on the top;
A contact layer formed on the upper surface of the ridge waveguide;
At least one of a hydrogen impermeable film and a hydrogen storage film formed so as to cover the upper surface and both side surfaces of the ridge waveguide;
Hydrogenation regions formed in the second cladding layer on both sides of the ridge waveguide;
An electrode for establishing electrical continuity with the active layer;
A semiconductor laser device comprising:
前記第2クラッド層の上部をストライプ状のリッジ導波路形状に加工する工程と、
前記リッジ導波路の上面および両側面を覆うように水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方を形成する工程と、
前記水素不透過性膜および水素吸蔵性膜の少なくとも一方をマスクとして、前記リッジ導波路の両側の第2クラッド層に水素を添加する工程と、
を具備することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 A step of sequentially forming a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer on a main surface of a semiconductor substrate;
Processing the upper portion of the second cladding layer into a striped ridge waveguide shape;
Forming at least one of a hydrogen impermeable film and a hydrogen storage film so as to cover the upper surface and both side surfaces of the ridge waveguide;
Adding hydrogen to the second cladding layer on both sides of the ridge waveguide, using at least one of the hydrogen impermeable film and the hydrogen storage film as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
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