JP2007103790A - High output red semiconductor laser - Google Patents

High output red semiconductor laser Download PDF

Info

Publication number
JP2007103790A
JP2007103790A JP2005293838A JP2005293838A JP2007103790A JP 2007103790 A JP2007103790 A JP 2007103790A JP 2005293838 A JP2005293838 A JP 2005293838A JP 2005293838 A JP2005293838 A JP 2005293838A JP 2007103790 A JP2007103790 A JP 2007103790A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
algainp
semiconductor laser
active layer
red semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005293838A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisayoshi Kitajima
久義 北嶋
Takeshi Nakahara
健 中原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2005293838A priority Critical patent/JP2007103790A/en
Publication of JP2007103790A publication Critical patent/JP2007103790A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high output red semiconductor laser in which FFP variation is suppressed by decreasing the effective difference of refractive index appropriately in the lateral direction within an active layer while sustaining the band gap of a current block layer higher than that of the active layer. <P>SOLUTION: An n-AlGaInP clad layer 3, an AlGaInP light guide layer 4, an MQW active layer 5, an AlGaInP light guide layer 6, a p-AlGaInP first clad layer 7, an AlGaInP etching stop layer 8, an n-AlGaInP block layer 11, a p-AlGaInP second clad layer 9, a p-GaInP buffer layer 10, and a p-electrode 12 are formed on an inclining n-GaAs substrate 2, and an n-electrode 1 is formed on the back of the n-GaAs substrate 2. The MQW active layer 5 principally comprises GaInP, and the block layer 11 is composed of (Al<SB>X</SB>Ga<SB>1-X</SB>)<SB>0.5</SB>In<SB>0.5</SB>P (0.7<X<1). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、DVD等に用いられる高出力赤色半導体レーザに関する。   The present invention relates to a high-power red semiconductor laser used for a DVD or the like.

記録型DVD市場の成熟により、高倍速で書き込むため、波長650nm帯のAlGaInP系赤色半導体レーザでは、250mWを超えるような高出力が求められている。   With the maturation of the recordable DVD market, AlGaInP red semiconductor lasers with a wavelength of 650 nm band are required to have a high output exceeding 250 mW in order to write at a high speed.

この赤色半導体レーザの一般的な構造を図2に示す。n−GaAs基板32と、その上に成長させた半導体積層構造を備えている。この半導体積層構造は、基板側から順にn−AlGaInPクラッド層33、MQW活性層34、p−AlGaInP第1クラッド層35、p−GaInPエッチングストップ層36、n−GaAsブロック層37、p−AlGaInP第2クラッド層38、p−GaInPバッファ層39、p−GaAsキャップ層40で構成される。また、n−GaAs基板32の下面にはn電極31が、p−GaAsキャップ層40の上面にはp電極41が形成される。   A general structure of this red semiconductor laser is shown in FIG. An n-GaAs substrate 32 and a semiconductor stacked structure grown thereon are provided. This semiconductor stacked structure includes an n-AlGaInP cladding layer 33, an MQW active layer 34, a p-AlGaInP first cladding layer 35, a p-GaInP etching stop layer 36, an n-GaAs block layer 37, a p-AlGaInP layer in order from the substrate side. 2 clad layer 38, p-GaInP buffer layer 39, and p-GaAs cap layer 40. An n electrode 31 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 32, and a p electrode 41 is formed on the upper surface of the p-GaAs cap layer 40.

図2の赤色半導体レーザは、第2クラッド層38とバッファ層39とで、ストライプ状のリッジ部分Aを形成し、このリッジ部分Aの両側にn−GaAsブロック層37を配置し、p−GaInPバッファ層39とn−GaAsブロック層37の層をp−GaAsキャップ層40で覆った埋め込みリッジ構造を有している。   In the red semiconductor laser shown in FIG. 2, a stripe-shaped ridge portion A is formed by the second cladding layer 38 and the buffer layer 39, and n-GaAs block layers 37 are arranged on both sides of the ridge portion A, and p-GaInP. It has a buried ridge structure in which the buffer layer 39 and the n-GaAs block layer 37 are covered with a p-GaAs cap layer 40.

リッジ部分Aは発振波長に対して透明であるが、リッジ側面に配置されたn−GaAsブロック層37の光吸収作用により、水平方向に光を閉じ込めている。電流は、逆バイアスとなるn−GaAsブロック層37及びその下部には流れず、ストライプ状のリッジ部Aを流れる。   The ridge portion A is transparent to the oscillation wavelength, but confines light in the horizontal direction by the light absorption action of the n-GaAs blocking layer 37 disposed on the side surface of the ridge. The current does not flow in the n-GaAs block layer 37 serving as a reverse bias and the lower portion thereof, but flows in the striped ridge portion A.

また、p−GaAsキャップ層40とp−AlGaInP第2クラッド層38とを直接接合すると、価電子帯側のバンドオフセットが大きいために、p側領域のキャリアである正孔に対して大きな障壁が接合界面近傍にでき、正孔の流れを妨げて電流が流れにくくなる。これを防ぐために、p−GaAsキャップ層40とp−AlGaInP第2クラッド層38との間にバンドギャップが両者の中間になるp−GaInPバッファ層39を挟み、接合界面に形成される障壁を低くして正孔を流れやすくしている。   Further, when the p-GaAs cap layer 40 and the p-AlGaInP second cladding layer 38 are directly joined, the band offset on the valence band side is large, so that a large barrier against holes that are carriers in the p-side region is present. It can be near the junction interface, hindering the flow of holes and making it difficult for current to flow. In order to prevent this, a p-GaInP buffer layer 39 having a band gap between the p-GaAs cap layer 40 and the p-AlGaInP second cladding layer 38 is sandwiched between the p-GaAs cap layer 40 and the barrier formed at the junction interface. This facilitates the flow of holes.

p電極41とn電極31との間に通電すると、電流は、電流阻止層であるn−GaAsブロック層37により狭窄され、リッジ部Aの下部位置に相当するMQW活性層34の中央部から発光が得られる。   When energized between the p-electrode 41 and the n-electrode 31, the current is confined by the n-GaAs block layer 37 which is a current blocking layer, and light is emitted from the central portion of the MQW active layer 34 corresponding to the lower position of the ridge portion A. Is obtained.

ところで、図2の赤色半導体レーザでは、n−GaAsブロック層37のバンドギャップがMQW活性層34のバンドギャップよりも小さいため、光がn−GaAsブロック層37に吸収されて、共振器内での導波路損失が増大し、高出力化が困難になる。   By the way, in the red semiconductor laser of FIG. 2, since the band gap of the n-GaAs block layer 37 is smaller than the band gap of the MQW active layer 34, the light is absorbed by the n-GaAs block layer 37, Waveguide loss increases, making it difficult to increase output.

そこで、ブロック層37が光を吸収しないように、MQW活性層34よりもバンドギャップの大きなn−AlInPブロック層をn−GaAsブロック層37の替りに用いた実屈折率導波構造を導入して導波路損失を小さくし、低しきい値電流、高出力でのレーザ発振を可能としたものが提案されている。   In order to prevent the block layer 37 from absorbing light, an actual refractive index waveguide structure using an n-AlInP block layer having a larger band gap than the MQW active layer 34 instead of the n-GaAs block layer 37 is introduced. Proposals have been made to reduce the waveguide loss and enable laser oscillation with a low threshold current and high output.

n−GaAsブロック層37の替りにn−AlInPブロック層42を用いた場合のMQW活性層34からリッジ部Aまでの積層構造を図3(a)に示す。ストライプ幅Wはストライプ状のリッジ部分Aの下辺の幅、すなわち第2クラッド層38の下側境界面の幅を表す。また、図3(b)に、図3(a)の積層構造におけるMQW活性層34内の水平方向(横方向)の屈折率の変化を示す。横方向は、n−AlInPブロック層42及びp−AlGaInP第2クラッド層38とp−GaInPエッチングストップ層36との境界面における範囲を示している。ストライプ幅Wに相当する範囲がBであり、第2クラッド層38の両側に配置されているブロック層42に相当する範囲がCである。
特開平9−205249号公報
FIG. 3A shows a stacked structure from the MQW active layer 34 to the ridge portion A when the n-AlInP block layer 42 is used instead of the n-GaAs block layer 37. The stripe width W represents the width of the lower side of the striped ridge portion A, that is, the width of the lower boundary surface of the second cladding layer 38. FIG. 3B shows a change in the refractive index in the horizontal direction (lateral direction) in the MQW active layer 34 in the stacked structure of FIG. The horizontal direction indicates the range at the interface between the n-AlInP blocking layer 42 and the p-AlGaInP second cladding layer 38 and the p-GaInP etching stop layer 36. A range corresponding to the stripe width W is B, and a range corresponding to the block layers 42 disposed on both sides of the second cladding layer 38 is C.
JP-A-9-205249

図3に示す従来の赤色半導体レーザでは、高出力化は可能となったものの、レーザ構造内の光導波状態を表す横モードは、光出力の上昇とともに不安定になり、横モードを変動させてしまうという問題が発生する。   Although the conventional red semiconductor laser shown in FIG. 3 can achieve high output, the transverse mode representing the optical waveguide state in the laser structure becomes unstable as the optical output increases, and the transverse mode is changed. Problem occurs.

横モードの変動は、遠視野像(FFP:Far Field Pattern)に大きな影響を与える。図4は、FFPの変動の様子を表したものであり、水平方向のFFPの半値全幅(角)をθ、垂直方向(積層方向)のFFPの半値全幅(角)をθとした場合の放射角の分布状態を示している。また、斜線部分は、同じ種類の半導体レーザ素子の生産ロットによるバラツキ(変動)を表す。 Variations in the transverse mode have a great influence on the far field image (FFP: Far Field Pattern). FIG. 4 shows the state of FFP fluctuation, where the full width at half maximum (corner) of the FFP in the horizontal direction is θ H , and the full width at half maximum (corner) of the FFP in the vertical direction (stacking direction) is θ V. The distribution state of the radiation angle is shown. The shaded area represents the variation (variation) due to the production lot of the same type of semiconductor laser element.

この図からもわかるように、AlGaInP系レーザでは、FFPの水平方向放射角に光出力が与える影響が大きく、出力5mW時よりも出力250mW時の方が、FFPの水平方向放射角が2度程大きくなってしまう。水平方向の放射角が大きく変動すると、レンズに入る光の大きさの変化が大きくなるので、光ピックアップ用レーザ等に用いることが難しくなる。   As can be seen from this figure, in the AlGaInP laser, the light output has a large influence on the FFP horizontal radiation angle, and the FFP horizontal radiation angle is about 2 degrees when the output is 250 mW than when the output is 5 mW. It gets bigger. If the horizontal radiation angle fluctuates greatly, the change in the magnitude of the light entering the lens becomes large, making it difficult to use it for an optical pickup laser or the like.

FFPの水平方向放射角が大きくなるのは、図3(a)に示すn−AlInPブロック層42とMQW活性層34との屈折率差Δtが大きいために、図3(b)に示すMQW活性層34の横方向におけるストライブ部分Bとその両側部分Cとの実効屈折率差Δnが大きくなって活性層のストライプ部分Bに光が集中しやすくなり、近視野像(NFP:Near Field Pattern)が小さくなるためである。   The horizontal radiation angle of the FFP increases because the refractive index difference Δt between the n-AlInP blocking layer 42 and the MQW active layer 34 shown in FIG. 3A is large, and the MQW activity shown in FIG. The effective refractive index difference Δn between the stripe portion B in the lateral direction of the layer 34 and its both side portions C is increased, so that light is easily concentrated on the stripe portion B of the active layer, and a near-field image (NFP: Near Field Pattern) This is because becomes smaller.

また、水平方向放射角は、個々のレーザ素子により異なり、生産ロットにおいては一定のバラツキの範囲が存在する上、パワー変動が加わるので、この水平方向放射角のバラツキをある一定範囲内に抑制することは難しい。横モード変動の原因の1つに、ホールバーニングや高次モードへの移行によるキンクの発生によるものがあるが、高次モードへの移行によるキンクは、光導波路が基本横モード以外の高次モードを許容している場合に生じるため、この高次モードをカットオフする方法としては、光導波路のストライプ幅Wを狭くするか、実効屈折率差Δnを小さくするかが必要になる。   Further, the horizontal radiation angle varies depending on the individual laser elements, and there is a range of a certain variation in the production lot, and power fluctuations are added, so this variation in the horizontal direction radiation angle is suppressed within a certain range. It ’s difficult. One of the causes of lateral mode fluctuations is due to the occurrence of kinks due to hole burning or transition to higher-order modes. The kinks due to transition to higher-order modes are based on higher-order modes other than the fundamental transverse mode. Therefore, as a method for cutting off this higher-order mode, it is necessary to narrow the stripe width W of the optical waveguide or to reduce the effective refractive index difference Δn.

ブロック層42に用いられているAlInPとMQW活性層34との屈折率差Δtは大きいため、実効屈折率差Δnが大きくなってしまうので、この場合、光導波路内の基本横モード以外の高次モードをカットするためには、ストライプ幅Wを小さくする必要があるが、ストライプ幅Wを小さくしすぎるとFFPの水平方向放射角θはかなり大きくなる。また、リッジ形状が台形であるために、リッジ下部の幅Wを狭くすると、リッジ上部の幅が狭くなりすぎ、コンタクトが不安定になったり、コンタクトがとれなくなったりするので、駆動電圧上昇や高速応答性の劣化を招く。そこで、高次モードをカットオフできる最大のストライプ幅Wを形成するようにしている。 Since the refractive index difference Δt between the AlInP used in the block layer 42 and the MQW active layer 34 is large, the effective refractive index difference Δn becomes large. In this case, a higher order other than the fundamental transverse mode in the optical waveguide to cut mode, it is necessary to reduce the stripe width W, the horizontal radiation angle theta H of the stripe width W is too small FFP is considerably larger. Also, since the ridge shape is trapezoidal, if the width W at the bottom of the ridge is narrowed, the width at the top of the ridge becomes too narrow and the contact becomes unstable or the contact cannot be removed. It causes deterioration of responsiveness. Therefore, the maximum stripe width W that can cut off the higher-order mode is formed.

しかし、ストライプ幅Wは、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成しているために、ストライプ幅Wの形成には比較的大きな誤差が発生し、ストライプ幅Wが製造されたレーザ素子毎に異なると、高次モードがカットオフされないこともあり、FFPのθは不安定になって、図4の斜線部のようなバラツキを発生させる。 However, since the stripe width W is formed by photolithography and etching, a relatively large error occurs in the formation of the stripe width W. If the stripe width W is different for each manufactured laser element, the higher order mode may not be cut off, theta H of FFP is unstable, generating a variation such as the hatched portion in FIG.

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、電流ブロック層のバンドギャップを活性層よりも高く維持しつつ、活性層内の横方向の実効屈折率差を適度に小さくしてFFP変動の小さい高出力赤色半導体レーザを提供することを目的としている。   The present invention was devised to solve the above-described problems, and while maintaining the band gap of the current blocking layer higher than that of the active layer, the lateral effective refractive index difference in the active layer is appropriately reduced. An object of the present invention is to provide a high-power red semiconductor laser with small FFP fluctuations.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、n型半導体基板上に、少なくとも、n型クラッド層、GaInPを成分とする活性層、p型クラッド層を順に備え、活性層よりも上部に前記p型クラッド層を含むストライプ状のリッジ部を有するAlGaInP系の高出力赤色半導体レーザにおいて、前記リッジ部側面が前記活性層よりもバンドギャップが大きく、前記p型クラッド層よりも屈折率の小さいn型の(AlGa1−X0.5In0.5P層(0.7<X<1)で埋め込まれていることを特徴とする高出力赤色半導体レーザである。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided with at least an n-type cladding layer, an active layer containing GaInP as a component, and a p-type cladding layer in this order on an n-type semiconductor substrate. In an AlGaInP-based high-power red semiconductor laser having a striped ridge portion including the p-type cladding layer on the upper side, the side surface of the ridge portion has a band gap larger than that of the active layer and has a refractive index higher than that of the p-type cladding layer. Embedded in a small n-type (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P layer (0.7 <X <1).

また、請求項2記載の発明は、前記p型クラッド層が、AlGaInPを成分とする半導体層で構成されていることを特徴とする請求項1記載の高出力赤色半導体レーザである。   The invention according to claim 2 is the high-power red semiconductor laser according to claim 1, wherein the p-type cladding layer is composed of a semiconductor layer containing AlGaInP as a component.

本発明によれば、電流ブロック層のバンドギャップを活性層よりも高く維持して電流ブロック層が光を吸収しないようにし、活性層内の横方向の実効屈折率差を適度に小さくした実屈折率導波構造を用いているので、高出力化することができるとともにFFP変動を小さくすることができる。   According to the present invention, the current block layer has a band gap higher than that of the active layer so that the current block layer does not absorb light, and the effective refractive index in which the lateral effective refractive index difference in the active layer is appropriately reduced. Since the index waveguide structure is used, the output can be increased and the FFP fluctuation can be reduced.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明による高出力赤色半導体レーザの断面構造を示す。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a high-power red semiconductor laser according to the present invention.

傾斜n−GaAs基板2上に、n−AlGaInPクラッド層3、AlGaInP光ガイド層4、MQW活性層5、AlGaInP光ガイド層6、p−AlGaInP第1クラッド層7、p−AlGaInPエッチングストップ層8、p−AlGaInP第2クラッド層9、p−GaInPバッファ層10、n−AlGaInPブロック層11、p−GaAsキャップ層12、p電極13が積層され、n−GaAs基板2の裏側にはn電極1が形成されている。n−GaAs基板2には、その結晶方位が、(001)から10〜15度傾斜しているものを用いる。なお、傾斜n−GaAs基板2上に格子整合したAlGaInP層は、(AlGa1−Z0.5In0.5P(0<Z≦1)という構成を得る。 On the inclined n-GaAs substrate 2, an n-AlGaInP cladding layer 3, an AlGaInP light guide layer 4, an MQW active layer 5, an AlGaInP light guide layer 6, a p-AlGaInP first cladding layer 7, a p-AlGaInP etching stop layer 8, A p-AlGaInP second cladding layer 9, a p-GaInP buffer layer 10, an n-AlGaInP block layer 11, a p-GaAs cap layer 12, and a p-electrode 13 are stacked, and an n-electrode 1 is disposed on the back side of the n-GaAs substrate 2. Is formed. As the n-GaAs substrate 2, a substrate whose crystal orientation is inclined by 10 to 15 degrees from (001) is used. Incidentally, AlGaInP layer lattice matched on the inclined n-GaAs substrate 2, to obtain a structure that (Al Z Ga 1-Z) 0.5 In 0.5 P (0 <Z ≦ 1).

n−AlGaInPブロック層11はn型不純物Siドープの(AlGa1−X0.5In0.5P(0.7<X<1)で構成されるが、Xの値は0.8〜0.9が望ましく、本実施例では0.8とした。また、MQW活性層5は、3層のGaInP井戸層と2層のアンドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層で形成されている。 The n-AlGaInP block layer 11 is composed of n-type impurity Si-doped (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (0.7 <X <1). 8 to 0.9 is desirable, and in this example, it was set to 0.8. The MQW active layer 5 is formed of three GaInP well layers and two undoped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layers.

その他の各層については、n−AlGaInPクラッド層3はn型不純物Siドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P、AlGaInP光ガイド層4とAlGaInP光ガイド層6はアンドープの(Al0.5Ga0.50.5In0.5P、p−AlGaInP第1クラッド層7はp型不純物Znドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P、AlGaInPエッチングストップ層8はp型不純物Znドープの無歪の(Al0.1Ga0.90.5In0.5Pを3層とp型不純物Znドープの(Al0.4Ga0.60.5In0.5Pを2層用いてこれらを交互に積層した層、p−AlGaInP第2クラッド層9はp型不純物Znドープの(Al0.7Ga0.30.5In0.5P、p−GaInPバッファ層10はp型不純物ZnドープのGaInP、n−AlGaInPブロック層11はn型不純物Siドープの(Al0.8Ga0.20.5In0.5P、p−GaAsキャップ層12はp型不純物ZnドープのGaAsにより構成されている。p電極13はTiとAuの多層金属膜が、n電極1はAu、Ge、Niの合金層とTiとAuの多層金属膜が用いられる。 For the other layers, the n-AlGaInP cladding layer 3 is an n-type impurity Si-doped (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, AlGaInP light guide layer 4 and AlGaInP light guide layer 6. The undoped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, p-AlGaInP first cladding layer 7 is made of p-type impurity Zn-doped (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In The 0.5 P, AlGaInP etching stop layer 8 has three layers of unstrained (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P doped with p-type impurity Zn and (Al A layer obtained by alternately stacking two layers of 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P, and the p-AlGaInP second cladding layer 9 is doped with p-type impurity Zn (Al 0.7 Ga 0.3) .5 In 0.5 P, p-GaInP buffer layer 10 of p-type impurity Zn-doped GaInP, n-AlGaInP block layer 11 is of n-type impurity Si-doped (Al 0.8 Ga 0.2) 0.5 In The 0.5 P, p-GaAs cap layer 12 is made of p-type impurity Zn-doped GaAs. The p electrode 13 is a multilayer metal film of Ti and Au, and the n electrode 1 is an alloy layer of Au, Ge, Ni, and a multilayer metal film of Ti and Au.

MQW活性層5を、両側からAlGaInP光ガイド層4、6で挟み込んだ構造としている。これら光ガイド層は垂直方向に光を閉じ込めるために形成されているもので、光ガイド層の組成や厚さによって垂直広がり角度を制御できる。この垂直方向の光閉じ込めを弱めると、発光スポットが垂直方向に拡大し、出射ビームの垂直広がり角度(FFPの積層方向の大きさ)が低減する。   The MQW active layer 5 is sandwiched between AlGaInP light guide layers 4 and 6 from both sides. These light guide layers are formed to confine light in the vertical direction, and the vertical spread angle can be controlled by the composition and thickness of the light guide layer. When this vertical light confinement is weakened, the light emission spot expands in the vertical direction, and the vertical spread angle of the outgoing beam (the size in the FFP stacking direction) is reduced.

図1に示す高出力赤色半導体レーザは、p−AlGaInP第2クラッド層9とp−GaInPバッファ層10とで、ストライプ状のリッジ部分Dを形成し、このリッジ部分Dの両側をn−AlGaInPブロック層11で覆った埋め込みリッジ構造を有している。電流は、逆バイアスとなるn−AlGaInPブロック層11及びその下部には流れず、ストライプ状のリッジ部Dを流れる。   In the high-power red semiconductor laser shown in FIG. 1, a striped ridge portion D is formed by a p-AlGaInP second cladding layer 9 and a p-GaInP buffer layer 10, and both sides of the ridge portion D are n-AlGaInP block. It has a buried ridge structure covered with a layer 11. The current does not flow in the n-AlGaInP block layer 11 serving as a reverse bias and the lower portion thereof, but flows in the striped ridge portion D.

製造方法は、既知のMOCVD法やフォトリソグラフィ技術等により以下のように行われる。なお、各層の適切な膜厚は、半導体材料の組成比率等により、変化するものであるが、本実施例では、前述の各層の組成比率に基づき以下のように形成した。   The manufacturing method is performed as follows by a known MOCVD method, a photolithography technique, or the like. In addition, although the suitable film thickness of each layer changes with the composition ratios of semiconductor materials, etc., in this example, it formed as follows based on the above-mentioned composition ratio of each layer.

n−GaAs基板2上に、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)を用いた第1回目の結晶成長によって、1〜3.5μm望ましくは1.5〜3μm厚のn−AlGaInPクラッド層3、5nm厚のAlGaInP光ガイド層4、MQW活性層5、10nm厚のAlGaInP光ガイド層6、0.1〜0.3μm例えば0.22μm厚のp−AlGaInP第1クラッド層7、AlGaInPエッチングストップ層8、0.6〜2μm例えば1.2μm厚のp−AlGaInP第2クラッド層9、0.02〜0.2μm例えば0.05μm厚のp−GaInPバッファ層10を順に形成し、ダブルヘテロ構造のウエハを得る。なお、MQW活性層5は、6nm厚の井戸層を3層と、4nm厚のバリア層を2層の多重量子井戸構造とし、エッチングストップ層8は、2nm厚の無歪の(Al0.1Ga0.90.5In0.5Pを3層と、5nm厚の(Al0.4Ga0.60.5In0.5Pを2層の多層構造とした。 An n-AlGaInP cladding layer 3 having a thickness of 1 to 3.5 μm, preferably 1.5 to 3 μm, is formed on the n-GaAs substrate 2 by a first crystal growth using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). 5 nm thick AlGaInP light guide layer 4, MQW active layer 5, 10 nm thick AlGaInP light guide layer 6, 0.1-0.3 μm, for example 0.22 μm thick p-AlGaInP first cladding layer 7, AlGaInP etching stop layer 8. A p-AlGaInP second cladding layer 9 having a thickness of 0.6 to 2 μm, for example 1.2 μm, and a p-GaInP buffer layer 10 having a thickness of 0.02 to 0.2 μm, for example 0.05 μm, are formed in this order. Get a wafer. The MQW active layer 5 has a multi-quantum well structure having three 6 nm-thick well layers and two 4 nm-thick barrier layers, and the etching stop layer 8 has a 2 nm-thick unstrained (Al 0.1 A multilayer structure of three layers of Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P and two layers of (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P having a thickness of 5 nm was formed.

次に、ストライプ状のSiOをマスクとし、ドライエッチングによりp−GaInPバッファ層10及びp−AlGaInP第2クラッド層9をエッチングして、リッジ部Bを形成する。次に、塩酸若しくは希硫酸と過酸化水素水でウェットエッチングしてエッチングストップ層8に達するまでエッチングを行う。エッチングストップ層8によりリッジエッチングが自動的に停止し、制御良くリッジを形成できる。 Next, using the striped SiO 2 as a mask, the p-GaInP buffer layer 10 and the p-AlGaInP second cladding layer 9 are etched by dry etching to form the ridge portion B. Next, etching is performed until the etching stop layer 8 is reached by wet etching with hydrochloric acid or dilute sulfuric acid and hydrogen peroxide. The etching stop layer 8 automatically stops the ridge etching, and the ridge can be formed with good control.

その後、ウエハをMOCVD装置内に戻し、第2回目の結晶成長によって0.4μm厚のn−AlGaInPブロック層11を形成する。その後、SiOのマスクをHF処理によって除去し、再びMOCVD装置内で、300nm〜2μm望ましくは500nm〜1μm厚のp−GaAsキャップ層12を形成する。最後に、ラッピング、ポリッシュによってウエハを100μm程度まで薄くし、真空蒸着法によってn電極1及びp電極13を形成する。 Thereafter, the wafer is returned into the MOCVD apparatus, and the n-AlGaInP block layer 11 having a thickness of 0.4 μm is formed by the second crystal growth. Thereafter, the SiO 2 mask is removed by HF treatment, and the p-GaAs cap layer 12 having a thickness of 300 nm to 2 μm, preferably 500 nm to 1 μm is formed again in the MOCVD apparatus. Finally, the wafer is thinned to about 100 μm by lapping and polishing, and the n electrode 1 and the p electrode 13 are formed by vacuum deposition.

以上のように、ブロック層11をn型不純物Siドープの(AlGa1−X0.5In0.5P(0.7<X<1)とすることで、GaInPを成分としたMQW活性層5とブロック層11との屈折率差Δtは、図3に示す従来の赤色半導体レーザにおけるn−AlInPブロック層42とMQW活性層34との屈折率差Δtよりも小さくなるので、実効屈折率差Δnは図3の従来のものよりも小さくなる。実効屈折率差Δnが小さくなると、活性層のストライプ部分(中央部分)への光の集中が緩和され、また、リッジ部のストライプ幅Wを小さくしなくても良いので、特にFFPの水平方向放射角の大きさを小さくすることができる。さらに、光導波路内の高次モードをカットオフするために必要なストライプ幅Wに余裕を持たせることができるので、生産ロットにおける個々のレーザ素子の変動を抑えることができる。 As described above, the block layer 11 is made of n-type impurity Si-doped (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (0.7 <X <1), so that GaInP is used as a component. The refractive index difference Δt between the MQW active layer 5 and the block layer 11 is smaller than the refractive index difference Δt between the n-AlInP blocking layer 42 and the MQW active layer 34 in the conventional red semiconductor laser shown in FIG. The refractive index difference Δn is smaller than the conventional one shown in FIG. When the effective refractive index difference Δn is reduced, the concentration of light on the stripe portion (center portion) of the active layer is relaxed, and the stripe width W of the ridge portion does not need to be reduced. The size of the corner can be reduced. Furthermore, since it is possible to provide a margin for the stripe width W necessary for cutting off higher-order modes in the optical waveguide, fluctuations of individual laser elements in the production lot can be suppressed.

ところで、AlGaInP混晶系では、Al組成比を上げるか、Ga組成比を下げることでAlGaInPの屈折率を低くすることができる。光を外部に逃がさず、閉じ込めるためには、第2クラッド層9よりもブロック層11の屈折率を小さくしなければならないが、ブロック層11を(AlGa1−X0.5In0.5P(0.7<X<1)で構成し、第2クラッド層9を(AlGa1−Y0.5In0.5P(Y<X)とすることで、第2クラッド層9よりも屈折率を小さくすることができる。 In the AlGaInP mixed crystal system, the refractive index of AlGaInP can be lowered by increasing the Al composition ratio or decreasing the Ga composition ratio. Not escape out light, in order to confine is not necessary to reduce the refractive index of the blocking layer 11 than the second cladding layer 9, the blocking layer 11 (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0 .5 P (0.7 <X <1), and the second cladding layer 9 is (Al Y Ga 1 -Y ) 0.5 In 0.5 P (Y <X). The refractive index can be made smaller than that of the cladding layer 9.

また、ブロック層11のバンドギャップをGaInPを成分とするMQW活性層よりも高くすることができ、ブロック層11による光の吸収を抑えることができるので、高出力化も達成できる。   Further, the band gap of the block layer 11 can be made higher than that of the MQW active layer containing GaInP as a component, and light absorption by the block layer 11 can be suppressed, so that high output can also be achieved.

なお、250mWを超えるような高出力の赤色半導体レーザでは、レーザ素子内部からの発熱が大きくなるので、図1の高出力赤色半導体レーザの第2クラッド層9に、p−AlGaInPの替りにp型不純物ZnドープのAl0.5GaAsを用いるようにして、熱の拡散を促進するようにしても良い。AlGaAsの熱伝導率は、AlGaInPの熱伝導率の約2倍に達するので、レーザ素子内部で発生した熱は、p−AlGaAs第2クラッド層を速やかに伝導して外部に拡散する。また、AlGaAs混晶系では、Al組成を下げることで、屈折率を大きくし、熱伝導率を高くすることができる。
In a high-power red semiconductor laser exceeding 250 mW, heat generation from the inside of the laser element increases, so that the second cladding layer 9 of the high-power red semiconductor laser in FIG. 1 is p-type instead of p-AlGaInP. The diffusion of heat may be promoted by using Al 0.5 GaAs doped with impurity Zn. Since the thermal conductivity of AlGaAs reaches about twice that of AlGaInP, the heat generated inside the laser element is quickly conducted through the p-AlGaAs second cladding layer and diffused to the outside. In the AlGaAs mixed crystal system, the refractive index can be increased and the thermal conductivity can be increased by lowering the Al composition.

本発明の高出力赤色半導体レーザの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the high output red semiconductor laser of this invention. 従来の赤色半導体レーザの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the conventional red semiconductor laser. 従来の赤色半導体レーザの活性層における実効屈折率差と半導体層との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the effective refractive index difference in the active layer of the conventional red semiconductor laser, and a semiconductor layer. AlGaAs系半導体レーザとAlGaInP系半導体レーザとのFFPの相違を示す図である。It is a figure which shows the difference of FFP of an AlGaAs type | system | group semiconductor laser and an AlGaInP type | system | group semiconductor laser.

符号の説明Explanation of symbols

1 n電極
2 n−GaAs基板
3 n−AlGaInPクラッド層
4 AlGaInP光ガイド層
5 MQW活性層
6 AlGaInP光ガイド層
7 p−AlGaInP第1クラッド層
8 p−AlGaInPエッチングストップ層
9 p−AlGaInP第2クラッド層
10 p−GaInPバッファ層
11 n−AlGaInPブロック層
12 p−GaAsキャップ層
13 p電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 n electrode 2 n-GaAs substrate 3 n-AlGaInP clad layer 4 AlGaInP light guide layer 5 MQW active layer 6 AlGaInP light guide layer 7 p-AlGaInP first clad layer 8 p-AlGaInP etching stop layer 9 p-AlGaInP second clad Layer 10 p-GaInP buffer layer 11 n-AlGaInP block layer 12 p-GaAs cap layer 13 p electrode

Claims (2)

n型半導体基板上に、少なくとも、n型クラッド層、GaInPを成分とする活性層、p型クラッド層を順に備え、活性層よりも上部に前記p型クラッド層を含むストライプ状のリッジ部を有するAlGaInP系の高出力赤色半導体レーザにおいて、前記リッジ部側面が前記活性層よりもバンドギャップが大きく、前記p型クラッド層よりも屈折率の小さいn型の(AlGa1−X0.5In0.5P層(0.7<X<1)で埋め込まれていることを特徴とする高出力赤色半導体レーザ。 On the n-type semiconductor substrate, at least an n-type cladding layer, an active layer containing GaInP as a component, and a p-type cladding layer are sequentially provided, and a striped ridge portion including the p-type cladding layer is provided above the active layer. In the AlGaInP-based high-power red semiconductor laser, the side surface of the ridge portion has a band gap larger than that of the active layer, and an n-type (Al X Ga 1-X ) 0.5 having a refractive index smaller than that of the p-type cladding layer. A high-power red semiconductor laser embedded with an In 0.5 P layer (0.7 <X <1). 前記p型クラッド層は、AlGaInPを成分とする半導体層で構成されていることを特徴とする請求項1記載の高出力赤色半導体レーザ。
2. The high-power red semiconductor laser according to claim 1, wherein the p-type cladding layer is composed of a semiconductor layer containing AlGaInP as a component.
JP2005293838A 2005-10-06 2005-10-06 High output red semiconductor laser Pending JP2007103790A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005293838A JP2007103790A (en) 2005-10-06 2005-10-06 High output red semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005293838A JP2007103790A (en) 2005-10-06 2005-10-06 High output red semiconductor laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007103790A true JP2007103790A (en) 2007-04-19

Family

ID=38030417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005293838A Pending JP2007103790A (en) 2005-10-06 2005-10-06 High output red semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007103790A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012156397A (en) * 2011-01-27 2012-08-16 Rohm Co Ltd Semiconductor laser element

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11186655A (en) * 1997-12-25 1999-07-09 Sony Corp Semiconductor laser
JP2005243945A (en) * 2004-02-26 2005-09-08 Sony Corp Semiconductor light emitting device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11186655A (en) * 1997-12-25 1999-07-09 Sony Corp Semiconductor laser
JP2005243945A (en) * 2004-02-26 2005-09-08 Sony Corp Semiconductor light emitting device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012156397A (en) * 2011-01-27 2012-08-16 Rohm Co Ltd Semiconductor laser element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130301667A1 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method of the same
JP3585817B2 (en) Laser diode and manufacturing method thereof
JP4295776B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4047358B2 (en) Self-excited semiconductor laser device
JPH1098233A (en) Semiconductor laser and its manufacture
JP2003037331A (en) Semiconductor laser diode
JP2004186259A (en) Semiconductor laser device, its manufacturing method, and multiwavelength integrated semiconductor laser apparatus
JP2007049088A (en) High power red semiconductor laser
JP2007201390A (en) Semiconductor laser device, and method for manufacturing same
JP2001057459A (en) Semiconductor laser
JP4601904B2 (en) Semiconductor laser device
JPH07240560A (en) Semiconductor laser
JP2007103790A (en) High output red semiconductor laser
KR100682426B1 (en) Semiconductor laser device
JP2502835B2 (en) Semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP4517437B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2010056331A (en) Semiconductor laser device and method for manufacturing the same
JP2003046196A (en) Semiconductor laser and its manufacturing method
JPWO2005124952A1 (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP2005243945A (en) Semiconductor light emitting device
JP2002223038A (en) Semiconductor laser device
JP4117557B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2909133B2 (en) Semiconductor laser device
JP3164072B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP2005243945A5 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080930

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101215

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110214

A02 Decision of refusal

Effective date: 20110823

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02