JP2006319120A - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザに関し、特に窓構造を有する半導体レーザにおいて、窓構造形成時の熱処理により共振器長方向への不純物(Zn)拡散を抑制し、利得領域内の活性層において光吸収の少ない低閾値、低動作電流が可能な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 semiconductor laser having a window structure, which suppresses impurity (Zn) diffusion in the cavity length direction by heat treatment during the formation of the window structure, and reduces light absorption in an active layer in a gain region. The present invention relates to a structure of a semiconductor laser capable of a low threshold and a low operating current and a manufacturing method thereof.
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市場の要求は、高倍速化や二層書き込みに対応した高出力赤色半導体レーザ、ポータブルプレーヤーに対応した低動作電流赤色半導体レーザである。特に高出力赤色半導体レーザは300mW以上で安定動作が求められており、その実現方法は、端面窓構造を形成することで、ヘキ開端面での熱による融解や損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)を抑制することの他に、p型クラッド層に高濃度の不純物をドープすることで、電流注入したキャリアのオーバーフローを抑制することや、p型クラッド層の膜厚を厚くすることで、p型コンタクト層の光吸収を少しでも少なくすることが必須である。また、300mW以上の安定な光出力を維持するには、光を発生させる活性層の利得領域において光吸収の無いことや均一な電流注入が必要である。 The demands of the DVD market are high-power red semiconductor lasers corresponding to higher speed and two-layer writing, and low operating current red semiconductor lasers corresponding to portable players. In particular, high-power red semiconductor lasers are required to operate stably at 300 mW or more, and the realization method thereof is to form melting and damage (COD: Catalytic Optical Damage) due to heat at the open end face by forming an end face window structure. In addition to suppression, the p-type cladding layer is doped with a high-concentration impurity to suppress overflow of current-injected carriers, and by increasing the thickness of the p-type cladding layer, the p-type contact It is essential to reduce the light absorption of the layer as much as possible. Further, in order to maintain a stable light output of 300 mW or more, there is no light absorption and uniform current injection in the gain region of the active layer that generates light.
一般的に利用されるAlGaInP系高出力赤色半導体レーザの端面窓構造の形成方法を図1から図3−3を使って示す。図1のウエハの断面図に示すように、n−GaAs基板101上にn−GaAsバッファ層102が形成され、n−GaAsバッファ層102上には、n−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層103、活性層104、第1のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層105、p−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106、第2のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層107、p−Ga0.5In0.5P中間層108、p−GaAsコンタクト層109からなるダブルへテロ接合(DH:Double Hetero)構造が形成されている。
A method of forming an end face window structure of a commonly used AlGaInP-based high-power red semiconductor laser will be described with reference to FIGS. As shown in the sectional view of the wafer in FIG. 1, an n-
窓領域のZn拡散を詳細に説明するため、図2−1は、図1に示すウエハの断面図において端面を拡大したものであり、X−Y線で切り取り拡大したものを示す。 In order to explain Zn diffusion in the window region in detail, FIG. 2A is an enlarged end view in the cross-sectional view of the wafer shown in FIG.
図2−2は、積層構造の光出射端面において、p−GaAsコンタクト層109上にZnの固相拡散源となるZnO201を気相成長層法(CVD)により成膜し、ZnO201上にはフォトリソグラフィ工程により窓領域となる部分にレジスト200を塗布したものを示す。
FIG. 2-2 shows a case where ZnO 201 serving as a solid phase diffusion source of Zn is deposited on the p-
そのレジスト200をマスクとして、バッファードフッ酸によりZnO201を選択エッチングし、続けて硫酸系のエッチャントを用い利得領域004となるp−GaAsコンタクト層109を選択エッチングしたものを図2−3に示す。
Using the
p−GaAsコンタクト層109をエッチングした後、ウエハ全面に誘電体膜202を形成したものを図2−4に示す。
FIG. 2-4 shows a
誘電体膜202の形成後、熱処理(アニール)によってZnO201中のZnを活性層104まで固相拡散させる(図2−5)。この処理によりZnが拡散された窓領域003では、活性層104の無秩序化が起こり、活性層104よりもバンドギャップの大きい窓構造が形成される。なお、図2−5において、符号203は、窓領域003へZn拡散させた場合の実際のZnの拡散領域を示す。符号204は領域203において、意図しないZnが拡散した領域(窓領域003両側の利得領域004)を示す。
After the formation of the
次に、図3−1から図3−3を用いて、利得領域となるp−GaAsコンタクト層109をエッチングせずにそのまま残した状態で上記と同様に端面窓構造を形成する方法を詳細に説明する。
Next, a method for forming an end face window structure in the same manner as described above in a state where the p-
図3−1は、積層構造の光出射端面において、p−GaAsコンタクト層109上にZnの固相拡散源となるZnO201を気相成長層法(CVD)により成膜し、ZnO201上にはフォトリソグラフィ工程により窓領域となる部分にレジスト200を塗布したものを示す。
FIG. 3A shows a case where ZnO 201 serving as a solid phase diffusion source of Zn is formed on the p-
そのレジスト200をマスクとして、バッファードフッ酸によりZnO膜201を選択エッチングし、ウエハ全面に誘電体膜202を形成したものを図3−2に示す。
FIG. 3-2 shows a case where the ZnO
誘電体膜202の形成後、アニールによってZnO201中のZnを固相拡散させ活性層まで拡散させる(図3−3)。この処理によりZnが拡散された窓領域003では、活性層104の無秩序化が起こり、活性層104よりもバンドギャップの大きい窓構造が形成される。なお、図3−3において、符号203は窓領域003へZn拡散させた場合の実際のZnの拡散領域を示す。符号204は領域203において、意図しないZnが拡散した領域(窓領域003両側の利得領域004)を示す。
After the formation of the
上記の固相拡散源を用いたZn拡散方法は、アニールによりp−GaAsコンタクト層109から活性層104まで積層方向(深さ方向)に拡散させるものである。この方法は、窓領域003において十分な無秩序化がなされているが、窓領域003の両側における利得領域004内の活性層104内にも意図しないのにZnが拡散し(領域204)、無秩序化が起きる。このZnが拡散した領域204は、わずかな無秩序化が起こるため発振波長よりもバンドギャップエネルギーが大きくなる。理論的にはその領域では光吸収をしないが、発振波長のバンドギャップエネルギーとの差が小さいため実際は光吸収が起き損失が発生する。結果、高閾値、高動作電流になり半導体レーザの信頼性を損ねる課題がある。
The Zn diffusion method using the above solid phase diffusion source diffuses in the stacking direction (depth direction) from the p-
アニール時における利得領域004へのZnの拡散(204)の原因として、誘電体膜202と半導体層の界面において発生する歪による影響によってZn拡散初期で利得領域004に拡散し、さらにAs系材料よりもP系材用の方が拡散しやすいことから、特に(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層では横方向の拡散が促進されると推定され)、結果として図2−5、図3−3に示すZn拡散プロファイルになる。
As a cause of the diffusion (204) of Zn into the
従来の窓構造の形成方法の課題を、別の視点から捉え、工夫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、2に示されたような構造及び製造方法が提案されている。
しかし上記の従来技術は、窓領域003の最表面層からプロトンを打ち込むことによって窓領域003内を流れる無効電流を抑制することや、窓領域003内のn型クラッド層をp型化し、p型クラッド層をn型化させることで窓領域003を電流非注入化させることで、素子の特性や信頼性を向上させる方法である。ところが、窓構造形成時のアニールにおいて窓領域003の両側における利得領域004内の活性層104へZnが拡散(204)することを抑制できていない。その結果、窓領域003の両側の活性層104にZnが拡散(204)し意図しない無秩序化が起きるという課題を解決するに至らない。また、クラッド層にも同様にZnが拡散しているため、その領域は通電中や熱工程において活性層にZnが拡散しやすいことから信頼性に悪影響を及ぼす。このようなことから、窓構造形成時において、窓領域003の両側における利得領域004内の活性層104に不純物が拡散(204)することを抑制することが低閾値、低動作電流で高出力が可能な半導体レーザを作製することには必須である。
However, the above prior art suppresses the reactive current flowing in the
したがって、本発明の目的は、窓構造形成時において、アニールによる窓領域の両側における利得領域内の活性層への不純物拡散を抑制することで光吸収が発生せず低閾値、低動作電流で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 object of the present invention is to suppress the diffusion of impurities to the active layer in the gain region on both sides of the window region due to annealing during the formation of the window structure. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of obtaining an output and highly reliable laser characteristics.
上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザは、第1導電型半導体基板上に、第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型クラッド層、および第2導電型コンタクト層をこの順に積層した積層構造を備え、積層構造の光出射端面に第2導電型不純物添加により形成された窓領域を有し、窓領域の両側の第2導電型層に第1導電型の不純物を含有した仕切領域を有する。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor laser according to the present invention includes a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type contact layer on a first conductivity type semiconductor substrate. It has a laminated structure laminated in order, has a window region formed by adding a second conductivity type impurity on the light emitting end face of the laminated structure, and contains a first conductivity type impurity in the second conductivity type layer on both sides of the window region A partition area.
この構成によれば、積層構造の光出射端面に第2導電型不純物添加により形成された窓領域を有し、窓領域の両側の第2導電型層に第1導電型の不純物を含有した仕切領域を有するので、通電時において利得領域への第2導電型不純物の拡散を抑制することができる。 According to this configuration, the partition having the window region formed by adding the second conductivity type impurity on the light emitting end face of the laminated structure, and the second conductivity type layer on both sides of the window region containing the first conductivity type impurity. Since the region is provided, diffusion of the second conductivity type impurity to the gain region can be suppressed during energization.
仕切領域を有しないと、窓領域近傍の第2導電型クラッド層や活性層に高濃度の第2導電型不純物が拡散する。結果、意図しない無秩序化が起こるだけでなく、通電中に拡散したZnが活性層に拡散し、低閾値、高信頼性で高出力な半導体レーザが作製できない。 Without the partition region, the high-concentration second conductivity type impurity diffuses into the second conductivity type cladding layer and the active layer near the window region. As a result, not only unintentional disorder occurs, but Zn diffused during energization diffuses into the active layer, and a semiconductor laser having a low threshold, high reliability, and high output cannot be manufactured.
第1導電型不純物を注入することによって、第2導電型不純物が拡散した場合に、第1導電型不純物とイオン結合をするため、第2導電型クラッド層や活性層への拡散を抑制でき、光吸収が無くかつ均一な電流注入ができることから、低閾値で高出力が可能な半導体レーザが得られる。 By injecting the first conductivity type impurity, when the second conductivity type impurity is diffused, it is ion-bonded with the first conductivity type impurity, so that diffusion to the second conductivity type cladding layer and the active layer can be suppressed, Since there is no light absorption and uniform current injection is possible, a semiconductor laser capable of high output with a low threshold is obtained.
上記本発明の半導体レーザにおいては、仕切領域が前記第2導電型コンタクト層に形成されていることが好ましい。また、仕切領域が前記第2導電型クラッド層に形成されていてもよい。また、仕切領域が前記第2導電型クラッド層および前記第2導電型コンタクト層に形成されていてもよい。また、仕切領域に含有される第1導電型の不純物は、例えばイオン注入により添加される。また、仕切領域にイオン注入された前記第1導電型の不純物濃度が、1×1016cm−3〜1×1020cm−3であることが好ましい。また、仕切領域の幅は、1μm〜10μmであることが好ましい。また、仕切領域に含有される第1導電型の不純物は、Si、Se、Teのうちのいずれかであることが好ましい。 In the semiconductor laser of the present invention, it is preferable that the partition region is formed in the second conductivity type contact layer. Moreover, the partition area | region may be formed in the said 2nd conductivity type clad layer. A partition region may be formed in the second conductivity type cladding layer and the second conductivity type contact layer. The first conductivity type impurity contained in the partition region is added by, for example, ion implantation. The impurity concentration of the first conductivity type implanted in the partition area is preferably 1 × 10 16 cm -3 ~1 × 10 20 cm -3. Moreover, it is preferable that the width | variety of a partition area | region is 1 micrometer-10 micrometers. Moreover, it is preferable that the 1st conductivity type impurity contained in a partition area | region is either Si, Se, or Te.
本発明の半導体レーザの製造方法は、第1導電型半導体基板上に、第1導電型不純物を添加しつつ第1導電型クラッド層を形成する第1工程と、第1導電型クラッド層の上に活性層を形成する第2工程と、活性層の上に、第2導電型不純物を添加しつつ第2導電型クラッド層、第2導電型キャップ層、第2導電型コンタクト層を形成する第3工程と、第1工程、第2工程および第3工程により形成された積層構造の光出射端面に不純物添加により窓領域を形成する第4工程とを含み、第4工程では、窓領域となる領域の両側の第2導電型層に第1導電型の不純物を添加して仕切領域を形成した後、仕切領域の間の領域に第2導電型不純物を固相拡散により添加して前記窓領域を形成する。 The method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention includes a first step of forming a first conductivity type cladding layer on a first conductivity type semiconductor substrate while adding a first conductivity type impurity; And a second step of forming a second conductivity type cladding layer, a second conductivity type cap layer, and a second conductivity type contact layer on the active layer while adding a second conductivity type impurity. 3 steps, and a fourth step of forming a window region by adding an impurity to the light emitting end face of the laminated structure formed by the first step, the second step, and the third step. In the fourth step, a window region is formed. After the first conductivity type impurity is added to the second conductivity type layers on both sides of the region to form the partition region, the second conductivity type impurity is added to the region between the partition regions by solid phase diffusion, and the window region Form.
この方法によれば、窓領域となる領域の両側の第2導電型層に第1導電型の不純物を添加して仕切領域を形成した後、仕切領域の間の領域に第2導電型不純物を固相拡散により添加して前記窓領域を形成するので、窓構造形成時において、アニールによる窓領域の両側における利得領域内の活性層への不純物拡散を抑制することで光吸収が発生せず低閾値、低動作電流で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が得られる。 According to this method, after the first conductivity type impurity is added to the second conductivity type layer on both sides of the region to be the window region to form the partition region, the second conductivity type impurity is added to the region between the partition regions. Since the window region is formed by addition by solid phase diffusion, light absorption does not occur by suppressing impurity diffusion to the active layer in the gain region on both sides of the window region due to annealing at the time of forming the window structure. A semiconductor laser capable of obtaining a high output and highly reliable laser characteristic with a threshold value and a low operating current can be obtained.
上記本発明の半導体レーザの製造方法においては、活性層を多層構造に形成することが好ましい。また、第4工程では、仕切領域に含有させる第1導電型不純物濃度が1×1016cm−3〜1×1020cm−3になるようイオン注入を行うことが好ましい。 In the semiconductor laser manufacturing method of the present invention, the active layer is preferably formed in a multilayer structure. In the fourth step, it is preferable to perform ion implantation so that the concentration of the first conductivity type impurity contained in the partition region is 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .
本発明によれば、仕切領域を設けたことにより、窓構造形成時のアニールにおいて、窓領域両側における利得領域内の活性層への不純物拡散を抑制することができる。このことから、光吸収の無い低閾値、低動作電流で高出力な半導体レーザを提供できる。 According to the present invention, by providing the partition region, it is possible to suppress the impurity diffusion to the active layer in the gain region on both sides of the window region in the annealing at the time of forming the window structure. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser having a low threshold without light absorption, a high operating current and a high output.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明における積層構造を有する半導体レーザを示したものである。本実施の形態における半導体レーザは以下に示す構造を有している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a semiconductor laser having a laminated structure according to the present invention. The semiconductor laser in the present embodiment has the following structure.
n−GaAs基板101(Siドープ、ドーパント濃度:7.0×1017cm−3、以下、ドーパント濃度については値のみ記す)上にn−GaAsバッファ層102(Siドープ、7.0×1017cm−3)が0.5μm厚で形成されている。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, 7.0 × 10 17 ) on an n-GaAs substrate 101 (Si doped, dopant concentration: 7.0 × 10 17 cm −3 , hereinafter, only the value is described for the dopant concentration). cm −3 ) with a thickness of 0.5 μm. The
n−GaAsバッファ層102上には、2.0μm厚のn−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層103(Siドープ、7.0×1017cm−3)、92nm厚の活性層104(ノンドープ)、240nm厚の第1のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ量、9.0×1017cm−3)、10nm厚のp−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ、1.5×1018cm−3)、1.35μm厚の第2のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ、1.2×1018cm−3)、50nm厚のp−Ga0.5In0.5P中間層108(Znドープ、1.5×1018cm−3)、200nm厚のp−GaAsコンタクト層109(Znドープ、1.5×1018cm−3)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-
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及び中間層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、および中間層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。なお、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。
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
窓構造形成におけるZn拡散を詳細に説明する。積層構造の光出射端面において、窓領域003の両側のp−GaAsコンタクト層109を選択的にエッチングするため、フォトリソグラフィ工程を用いレジスト200を塗布し、p−GaAsコンタクト層109を硫酸系のエッチャントを用い除去したものを図4−1に示す。
The Zn diffusion in the window structure formation will be described in detail. In order to selectively etch the p-
アニールによる窓領域003の両側における利得領域004内の活性層204(図2−5、図3−3参照)へのZn拡散を抑制するために、レジスト200をマスクとしてSiを注入源としてイオン注入したものを図4−2に示す。図4−2において、符号205はn型不純物であるSiのイオン注入によって形成された仕切領域を示す。仕切領域205の幅は1μm〜10μmの範囲が好ましい。また、仕切領域205に含有させる前記第1導電型不純物濃度が1×1016cm−3〜1×1020cm−3が好ましい。
In order to suppress Zn diffusion into the active layer 204 (see FIGS. 2-5 and 3-3) in the
注入後、レジスト200を有機溶剤で除去し、ウエハ全面にZnO201を成膜したものを図4−3に示す。
After the implantation, the resist 200 is removed with an organic solvent, and
窓領域003以外のZnOを除去するために、フォトリソグラフィ工程を用いレジスト206を窓領域003に塗布したものを図4−4に示す。
FIG. 4-4 shows a case where a resist 206 is applied to the
そのレジスト206をマスクとして、バッファードフッ酸によりZnO201を選択エッチングし、続けて硫酸系のエッチャントを用い利得領域004のp−GaAsコンタクト層109を選択エッチングしたものを図4−5に示す。
4-5 shows a case where
p−GaAsコンタクト層109をエッチングした後、ウエハ全面にSiO2202を形成しアニールによってZnO201中のZnを固相拡散させ活性層104まで拡散させる(図4−6)。この処理によりZnが拡散された窓領域003では、活性層104の無秩序化が起こり、活性層104よりもバンドギャップの大きい窓構造003が形成される。符号203はZn拡散領域(十分な無秩序化がなされた領域)を示す。
After the p-
従来の窓構造形成方法では、課題で記載したように利得領域004内の活性層にZnが拡散するという課題を生じるが、本発明の実施の形態1では、第1導電型(n型)不純物であるSiを注入したことにより形成された仕切領域205において、ZnとSiとがイオン結合によって相互に引き合うため、それ以上利得領域004への拡散を抑制することができる。このことから図4−6に示すように窓領域003の積層方向(深さ方向)にのみZn拡散させることができる。また、イオン注入する深さをp−GaInP中間層108までにとどめても横方向のZn拡散が従来の窓構造形成よりも押さえることが可能である。なお、仕切領域205は、Se、またはTeの注入によって形成することもできる。
The conventional window structure forming method causes a problem that Zn is diffused into the active layer in the
窓構造形成後、素子構造に形成したものを図6および図7に示す。図7は図6のα−β線断面図である。第2のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層107からなるリッジの側部には、300nm厚のn−Al0.5In0.5P電流ブロック層110(Siドープ、5.0×1017cm−3)が形成され、p−Ga0.5In0.5P中間層108及びn−Al0.5In0.5P電流ブロック層110の上には、3.0μm厚のp−GaAsコンタクト層111(Znドープ、5×1818cm−3)が形成されている。そして、p−GaAsコンタクト層111の上面にp側電極113が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極112が形成されている。
FIG. 6 and FIG. 7 show the device structure formed after the window structure is formed. 7 is a cross-sectional view taken along the line α-β in FIG. On the side of the ridge composed of the second p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5
このような層構成、工程を行うことにより、窓領域003側面における利得領004域内の活性層204(図2−5、図3−3参照)へのZn拡散を抑制でき、意図しない無秩序化が形成されないことから、低閾値、低動作電流で高信頼性が可能な高出力半導体レーザが実現可能である。また、通電時において利得領域への第2導電型不純物の拡散を抑制することができる。
By performing such a layer structure and process, Zn diffusion to the active layer 204 (see FIGS. 2-5 and 3-3) in the
仕切領域を有しないと、窓領域近傍の第2導電型クラッド層や活性層に高濃度の第2導電型不純物が拡散する。結果、意図しない無秩序化が起こるだけでなく、通電中に拡散したZnが活性層に拡散し、低閾値、高信頼性で高出力な半導体レーザが作製できない。 Without the partition region, the high-concentration second conductivity type impurity diffuses into the second conductivity type cladding layer and the active layer near the window region. As a result, not only unintentional disorder occurs, but Zn diffused during energization diffuses into the active layer, and a semiconductor laser having a low threshold, high reliability, and high output cannot be manufactured.
第1導電型不純物を注入することによって、第2導電型不純物が拡散した場合に、第1導電型不純物とイオン結合をするため、第2導電型クラッド層や活性層への拡散を抑制でき、光吸収が無くかつ均一な電流注入ができることから、低閾値で高出力が可能な半導体レーザが得られる。 By injecting the first conductivity type impurity, when the second conductivity type impurity is diffused, it is ion-bonded with the first conductivity type impurity, so that diffusion to the second conductivity type cladding layer and the active layer can be suppressed, Since there is no light absorption and uniform current injection is possible, a semiconductor laser capable of high output with a low threshold is obtained.
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2の積層構造は実施の形態1と同様であることから図1を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the laminated structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, it will be described with reference to FIG.
n−GaAs基板101(Siドープ、ドーパント濃度:7.0×1017cm−3、以下、ドーパント濃度については値のみ記す)上に0.5μm厚のn−GaAsバッファ層102(Siドープ、7.0×1017cm−3)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, 7 μm thick) on an n-GaAs substrate 101 (Si doped, dopant concentration: 7.0 × 10 17 cm −3 ; 0.0 × 10 17 cm −3 ). The
n−GaAsバッファ層102上には、2.0μm厚のn−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層103(Siドープ、7.0×1017cm−3)、92nm厚の活性層104(ノンドープ)、240nm厚の第1のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層105(Znドープ量、9.0×1017cm−3)、10nm厚のp−Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層106(Znドープ、1.5×1018cm−3)、1.35μm厚の第2のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層107(Znドープ、1.2×1018cm−3)、50nm厚のp−Ga0.5In0.5P中間層108(Znドープ、1.5×1018cm−3)、200nm厚のp−GaAsコンタクト層109(Znドープ)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-
また、p−GaAsコンタクト層109のキャリア濃度に関して、最初の100nm(下層側)は1.5×1018cm−3ドープされ、残りの100nm(上層側)は3.0×1019cm−3ドープされている。
Regarding the carrier concentration of the p-
ここで、p−GaAsコンタクト層109のキャリア濃度を上層と下層とで異ならせている理由について説明する。p型電極とp−GaAsコンタクト層の接触面積が非常に小さいため、コンタクト層濃度として、3.0×1019cm−3ドープしないと電極と半導体の接触抵抗が上がり、特性としてよくない(動作電圧の上昇、チップ温度上昇)。ただし、下の層までこの濃度であると、Znがクラッド層や活性層に拡散してしまい信頼性に悪影響を及ぼすので下の層の濃度を1桁落としている。
Here, the reason why the carrier concentration of the p-
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及び中間層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、中間層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。なお、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。
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
窓構造形成におけるZn拡散を詳細に説明する。積層構造の光出射端面において、アニールによる利得領004域内の活性層104へのZn拡散を抑制するために、レジスト200を図5−1に示すように塗布する。
The Zn diffusion in the window structure formation will be described in detail. In order to suppress Zn diffusion to the
そのレジスト200をマスクとし、Siを注入源としてイオン注入したものを図5−2に示す。図5−2において、符号205はn型不純物であるSiのイオン注入によって形成された仕切領域を示す。
FIG. 5B shows a case where the resist 200 is used as a mask and ions are implanted using Si as an implantation source. In FIG. 5B,
注入後、レジスト200を有機溶剤で除去し、ウエハ全面にZnO201を成膜する。窓領域003以外のZnO201を除去するために、フォトリソグラフィ工程を用いレジスト206を窓領域に塗布したものを図5−3に示す。
After the implantation, the resist 200 is removed with an organic solvent, and
そのレジスト206をマスクとして、バッファードフッ酸によりZnO201を選択エッチングし、ウエハ全面にSiO2202を形成したものを図5−4に示す。
FIG. 5-4 shows a case where
アニールによってZnO201中のZnを固相拡散させ活性層104まで拡散させる(図5−5)。この処理によりZnが拡散した窓領域003では、活性層104の無秩序化が起こり、活性層104よりもバンドギャップの大きい窓構造が形成される。なお、図5−5において、符号203は窓領域003のみZnが拡散した領域であり、十分な無秩序化がなされた領域を示す。
By annealing, Zn in
従来の窓構造形成方法では、課題で記載したように利得領域内の活性層にZnが拡散する課題を生じるが、本発明の実施の形態2では、実施の形態1と同様に、第1導電型であるSiを注入したことにより形成された仕切領域205において、ZnとSiとがイオン結合等によって相互に引き合うため、それ以上利得領域への拡散を抑制することができる。
In the conventional window structure forming method, as described in the problem, there arises a problem that Zn is diffused into the active layer in the gain region. In the second embodiment of the present invention, the first conductivity is the same as in the first embodiment. In the
このことから、図5−5に示すように窓領域の積層方向(深さ方向)にZn拡散させることができる。また、イオン注入する深さ方向をp−GaAsコンタクト層109だけ、または、p−GaAsコンタクト層109とp−GaInP中間層108に注入するだけでも横方向のZn拡散が従来の窓構造形成よりも押さえることが可能である。
From this, Zn can be diffused in the stacking direction (depth direction) of the window region as shown in FIG. Further, even if the ion implantation is performed only in the p-
窓構造形成後、素子構造に形成したものを図8および図9に示す。図9は図8のα−β線断面図である。第2のp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層107からなるリッジ側部および窓領域にはSiN電流ブロック膜110が300nm形成されている。そして、p−GaAsコンタクト層109上にはp側電極113が形成され、n−GaAs基板101の下面にはn側電極112が形成されている。また、p電極をサブマウントに安定して接着できるようリッジの両端にSiN110により絶縁されたリッジ部を設けている。
FIG. 8 and FIG. 9 show the device structure formed after the window structure is formed. 9 is a cross-sectional view taken along the line α-β in FIG. A SiN
このような層構成、工程を行うことにより、窓領域の両側における利得領域内の活性層へのZn拡散を抑制でき、意図しない無秩序化が形成されないことから、低閾値、低動作電流で高信頼性が可能な高出力半導体レーザが実現可能である。 By performing such a layer structure and process, Zn diffusion to the active layer in the gain region on both sides of the window region can be suppressed, and unintentional disordering is not formed. It is possible to realize a high-power semiconductor laser that can be operated.
本発明に係る半導体レーザは、低閾値、低動作電流で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 a low threshold, a low operating current, a high output and a high reliability, and is particularly useful when applied to a red semiconductor laser used for a DVD or the like.
101 n−GaAs基板
102 n−GaAsバッファ層
103 n−AlGaInPクラッド層
104 活性層(歪量子井戸活性層)
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中間層
109 p−GaAsコンタクト層
110 誘電体膜(SiN)
200 レジスト膜
201 ZnO膜
202 誘電体膜(SiO2)
203 Zn拡散領域(十分な無秩序化がなされた領域)
204 窓領域側面における利得領域内の活性層
205 仕切領域
101 n-GaAs substrate 102 n-GaAs buffer layer 103 n-
105 first p-AlGaInP cladding layer 106 p-GaInP
200 Resist
203 Zn diffusion region (region where sufficient disorder has been achieved)
204 Active layer in gain region on side of
Claims (11)
前記積層構造の光出射端面に第2導電型不純物添加により形成された窓領域を有し、前記窓領域の両側の第2導電型層に第1導電型の不純物を含有した仕切領域を有することを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser comprising a laminated structure in which a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type contact layer are laminated in this order on a first conductivity type semiconductor substrate,
The light emitting end face of the laminated structure has a window region formed by adding a second conductivity type impurity, and the second conductivity type layer on both sides of the window region has a partition region containing a first conductivity type impurity. A semiconductor laser characterized by the above.
前記第1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2導電型不純物を添加しつつ第2導電型クラッド層、第2導電型キャップ層、第2導電型コンタクト層を形成する第3工程と、
前記第1工程、第2工程および第3工程により形成された積層構造の光出射端面に不純物添加により窓領域を形成する第4工程とを含む半導体レーザの製造方法であって、
前記第4工程では、窓領域となる領域の両側の第2導電型層に第1導電型の不純物を添加して仕切領域を形成した後、前記仕切領域の間の領域に第2導電型不純物を固相拡散により添加して前記窓領域を形成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。 A first step of forming a first conductivity type cladding layer on the first conductivity type semiconductor substrate while adding a first conductivity type impurity;
A second step of forming an active layer on the first conductivity type cladding layer;
Forming a second conductivity type cladding layer, a second conductivity type cap layer, and a second conductivity type contact layer on the active layer while adding a second conductivity type impurity;
A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising: a fourth step of forming a window region by adding an impurity to the light emitting end face of the laminated structure formed by the first step, the second step, and the third step,
In the fourth step, the partition region is formed by adding the first conductivity type impurity to the second conductivity type layer on both sides of the region to be the window region, and then the second conductivity type impurity is formed in the region between the partition regions. A method of manufacturing a semiconductor laser, wherein the window region is formed by adding solid phase diffusion.
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