JP2010034267A - Broad-area type semiconductor laser device, broad-area type semiconductor laser array, laser display, and laser irradiation apparatus - Google Patents

Broad-area type semiconductor laser device, broad-area type semiconductor laser array, laser display, and laser irradiation apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a broad-area type semiconductor laser device that prevents the deterioration caused from the side of a current narrowing structure at a high power operation. <P>SOLUTION: A width of a ridge 20 is constant in an oscillator direction, and a modulation structure 2 between a wide region 31 and a narrow region 32 is formed on a contact layer 19. In the wide region 31, the contact layer 19 has the same width as the ridge 20. At the same time, the narrow region 32 is provided with a notch 19A on the contact layer 19 and the width of the contact layer 19 becomes smaller than that of the ridge 20. In the narrow part 32, a current is not injected, and a gain is reduced. A first impurity diffusion region 33 is formed to the notch 19A of the narrow region 32 in a part of a layer other than the contact layer 19 of a semiconductor multilayer structure 10A. In the first impurity diffusion region 33, a band gap is expanded by impurity diffusion to suppress heat generation by light absorption and to prevent the deterioration caused from the side of the ridge 20. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ブロードエリア型半導体レーザ素子およびこれを有するブロードエリア型半導体レーザアレイに係る。また、本発明は、それらを用いたレーザディスプレイおよびレーザ照射装置に関する。   The present invention relates to a broad area type semiconductor laser device and a broad area type semiconductor laser array having the same. The present invention also relates to a laser display and a laser irradiation apparatus using them.

導波路の幅、すなわちストライプ幅を広げた、いわゆるブロードエリア型半導体レーザは、小型・高信頼性で低コストの高出力レーザ光源として、ディスプレイ,印刷機器,光ディスク初期化装置、材料の加工または医療などさまざまな分野に利用されている。一般に、ブロードエリア型と呼ばれる半導体レーザでは、ストライプ幅が少なくとも5μm以上で、そのほとんどは10μm以上、最大で数百μm程度となっている。   The so-called broad area type semiconductor laser with an expanded waveguide width, that is, a stripe width, is a compact, highly reliable, low-cost, high-power laser light source that can be used as a display, printing device, optical disk initialization device, material processing or medical treatment. It is used in various fields. In general, in a semiconductor laser called a broad area type, the stripe width is at least 5 μm, most of which is 10 μm or more and about several hundred μm at the maximum.

最近では、これらの応用分野においては出力の高いことが望ましい場合が多く、高出力半導体レーザに対する要望が高まっている。注入電流量を増やすことにより出力を高くすることは可能ではあるが、従来は、注入電流量を増やし過ぎると、蓄熱によって光出力が低下するなどレーザ特性に悪影響が生じることが問題となっていた。しかし、近年の量子効率の向上に伴い、光出力が低下する問題は解決されてきており、最近では、光共振器を構成しているへき開面における光子密度の増大によるCOD(Catastrophic Optical Damage )が問題となってきている。   Recently, in these application fields, high output is often desirable, and there is an increasing demand for high-power semiconductor lasers. Although it is possible to increase the output by increasing the amount of injected current, conventionally, if the amount of injected current is increased too much, there has been a problem in that the laser output is adversely affected, such as a decrease in light output due to heat storage. . However, with the recent improvement in quantum efficiency, the problem of decreasing optical output has been solved, and recently, COD (Catastrophic Optical Damage) due to an increase in photon density at the cleavage plane constituting the optical resonator has been solved. It has become a problem.

ところで、ブロードエリア型半導体レーザのNFP(Near Field Pattern)は多数の横モードの重ね合わせであって、リッジ(電流狭窄構造)下の光強度がほぼ一定になるトップハット型が理想とされている。光出力が一定の駆動条件ではトップハット型において端面における最大光子密度が最も低くなる。逆に、トップハット型が乱れてNFPにいくつかのピークが現れる場合では、そのピークに光が集中するため最大光子密度が高くなる。ブロードエリア型半導体レーザにおけるCODは端面の一部のみで生じることが知られている。すなわち、NFPのピーク位置で局所的なCODが発生する(例えば、非特許文献1参照。)。   By the way, the NFP (Near Field Pattern) of the broad area type semiconductor laser is a superposition of many transverse modes, and the top hat type in which the light intensity under the ridge (current confinement structure) is almost constant is ideal. . Under a driving condition where the light output is constant, the maximum photon density at the end face is the lowest in the top hat type. On the other hand, when the top hat type is disturbed and several peaks appear in the NFP, the light is concentrated on the peak, so that the maximum photon density is increased. It is known that COD in a broad area type semiconductor laser occurs only at a part of the end face. That is, local COD occurs at the peak position of NFP (see, for example, Non-Patent Document 1).

このようなブロードエリア型半導体レーザのCOD耐性を上げるひとつの手法として、NFPをよりトップハット型に近づけるという方法がある。ブロードエリア型半導体レーザでは、注入電流によるプラズマ効果によりリッジ中央部の屈折率が低下することが知られている(例えば特許文献2参照。)。従って、ストライプ幅が数μm程度のナローストライプ型半導体レーザのような無吸収の誘電膜埋め込みリッジ構造では、横方向の屈折率分布が低−高−低−高−低となるため、リッジ側部のNFPが強くなるサイドピークが顕著になる。このようなサイドピークが現れると、部分的に光子密度が高くなりCODが生じやすくなる。そこで、ブロードエリア型半導体レーザにおいてトップハット型のNFPを実現する手法として、金属埋め込みリッジ構造によるロスガイド構造が報告されている。この構造では、サイドピークが発生する部位の吸収損失を大きくすることによりピークの発生が抑制される。   One method for increasing the COD resistance of such a broad area type semiconductor laser is to bring NFP closer to a top hat type. In the broad area type semiconductor laser, it is known that the refractive index at the center of the ridge is lowered due to the plasma effect by the injection current (see, for example, Patent Document 2). Therefore, in a non-absorbing dielectric film embedded ridge structure such as a narrow stripe type semiconductor laser having a stripe width of about several μm, the lateral refractive index distribution is low-high-low-high-low, so The side peak where the NFP becomes strong becomes remarkable. When such a side peak appears, the photon density partially increases and COD tends to occur. Therefore, a loss guide structure using a metal-embedded ridge structure has been reported as a technique for realizing a top hat type NFP in a broad area type semiconductor laser. In this structure, the generation of a peak is suppressed by increasing the absorption loss at the site where the side peak occurs.

ブロードエリア型半導体レーザのCOD耐性を上げる他の手法として、端面CODを抑制するための不純物拡散窓構造を形成することも有効である。ナローストライプ型半導体レーザでは広く用いられている手法であり、近赤外域に発振波長を有するAs系の活性層や、赤色帯に発振波長を有するP系の活性層を備えた半導体レーザでは、端面およびその近傍にZnやSi等の不純物を拡散させる(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。このように、不純物を端面およびその近傍に拡散させることにより、主としてIII族原子を不純物と置換して活性層のディスオーダリングを行い、活性層のうち不純物が拡散された領域のバンドギャップを、活性層のうち不純物が拡散されていない領域(利得領域)のバンドギャップよりも大きくし、活性層の利得領域で発生したレーザ光が端面およびその近傍において吸収され、熱に変換される割合を低減している。
M. Bou Sanayeh ,et al.、「Temperature-power dependence of catastrophic optical damage in AlGaInP laser diodes」、Applied Physics Letters 、2007年、91、041115 T.Asatsuma,et al.、Proc.SPIE 、2006年、第6104巻、61040C 特許第3718952号明細書 特開2006−294879号公報
As another method for increasing the COD tolerance of the broad area semiconductor laser, it is also effective to form an impurity diffusion window structure for suppressing the end face COD. This is a technique widely used in narrow stripe type semiconductor lasers. In a semiconductor laser including an As-based active layer having an oscillation wavelength in the near-infrared region and a P-based active layer having an oscillation wavelength in the red band, an end face is used. In addition, impurities such as Zn and Si are diffused in the vicinity thereof (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In this way, by diffusing impurities in the end face and in the vicinity thereof, the group III atoms are mainly replaced with the impurities to perform the ordering of the active layer, and the band gap of the active layer where the impurities are diffused is activated. The band gap of the region where the impurity is not diffused (gain region) in the layer is made larger, and the laser beam generated in the gain region of the active layer is absorbed at the end face and in the vicinity thereof, and the rate of conversion into heat is reduced. ing.
M. Bou Sanayeh, et al. , "Temperature-power dependence of catastrophic optical damage in AlGaInP laser diodes", Applied Physics Letters, 2007, 91, 041115. T. Asatsuma, et al., Proc. SPIE, 2006, 6104, 61040C Japanese Patent No. 3718952 JP 2006-294879 A

しかしながら、本発明者の実験の結果、ブロードエリア型半導体レーザに不純物拡散窓構造を採用したところ、高出力駆動時に別の箇所でCODが生じることが明らかになった。劣化したブロードエリア型半導体レーザの基板をエッチングにより除去し、リッジストライプ下の活性層をCL(Cathode Luminescence)法により測定した結果、リッジ側面からDLD(Dark Line Defect)が発生していることが分かった。   However, as a result of experiments by the present inventor, when an impurity diffusion window structure is employed in a broad area type semiconductor laser, it has been clarified that COD occurs at another location during high output driving. The substrate of the deteriorated broad area type semiconductor laser is removed by etching, and the active layer under the ridge stripe is measured by the CL (Cathode Luminescence) method. As a result, it is found that DLD (Dark Line Defect) occurs from the side of the ridge. It was.

このような劣化は、NFPが多数の横モードの重ね合わせであるブロードエリア型半導体レーザに特有の現象である。上述したようにブロードエリア型半導体レーザはリッジ下の光強度がほぼ一定になるトップハット型が理想とされ、ロスガイド構造が採用されている。従って、リッジ側面の光吸収による発熱によりDLDが発生したと考えられる。一方、横基本モード発振する無吸収の誘電膜埋め込みリッジ構造のナローストライプ型半導体レーザでは、リッジ中心で光子密度が最大になるため、サイドピークによるリッジ側面のDLDは発生しない。   Such deterioration is a phenomenon peculiar to a broad area type semiconductor laser in which NFP is a superposition of a large number of transverse modes. As described above, a broad area type semiconductor laser is ideally a top hat type in which the light intensity under the ridge is almost constant, and a loss guide structure is adopted. Therefore, it is considered that DLD was generated by heat generation due to light absorption on the side surface of the ridge. On the other hand, in a narrow stripe semiconductor laser with a non-absorbing dielectric film embedded ridge structure that oscillates in the transverse fundamental mode, the photon density is maximized at the center of the ridge, so that no DLD occurs on the side of the ridge due to side peaks.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高出力動作時において電流狭窄構造の側面からの劣化を抑制することが可能なブロードエリア型半導体レーザ素子およびこれを有するブロードエリア型半導体レーザアレイ、並びにそれらを用いたレーザディスプレイおよびレーザ照射装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a broad area type semiconductor laser element capable of suppressing deterioration from the side of the current confinement structure during high output operation and a broad having the same. It is an object to provide an area type semiconductor laser array, and a laser display and a laser irradiation apparatus using them.

本発明のブロードエリア型半導体レーザ素子は、基板上に、活性層を含む複数の層を有すると共に、複数の層のうち最上層のコンタクト層を含む一部に、活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造が形成された半導体積層構造と、活性層および電流狭窄構造を間にして電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面とを備え、コンタクト層は、電流狭窄構造と同じ幅の広領域と、切込みが設けられることにより電流狭窄構造よりも幅が狭くなっている狭領域とを有し、半導体積層構造のうちコンタクト層以外の一部は、狭領域の切込みに形成され、活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第1不純物拡散領域と、一対の端面のうち少なくとも一方およびその近傍に形成され、活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第2不純物拡散領域とを有するものである。   The broad area type semiconductor laser device of the present invention has a plurality of layers including an active layer on a substrate, and a current injected into the active layer in a part including the uppermost contact layer among the plurality of layers. A semiconductor layered structure in which a band-shaped current confinement structure to be confined is formed, and a pair of end faces facing the extending direction of the current confinement structure with the active layer and the current confinement structure in between, and the contact layer has a current confinement structure And a narrow region that is narrower than the current confinement structure by providing a cut, and a part of the semiconductor stacked structure other than the contact layer is used to cut the narrow region. A first impurity diffusion region formed and having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer, and at least one of the pair of end faces and the vicinity thereof; And it has a second impurity diffusion regions having a larger band gap than the corresponding energy.

本発明のブロードエリア型半導体レーザアレイは、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子を有するものであって、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子の各々は、上記本発明のブロードエリア型半導体レーザ素子により構成されているものである。   The broad area type semiconductor laser array of the present invention has a plurality of broad area type semiconductor laser elements, and each of the plurality of broad area type semiconductor laser elements is constituted by the broad area type semiconductor laser element of the present invention. It is what has been.

本発明のレーザディスプレイは、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子を有するブロードエリア型半導体レーザアレイを備えたものであって、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子の各々は、上記本発明のブロードエリア型半導体レーザ素子により構成されているものである。   The laser display of the present invention includes a broad area type semiconductor laser array having a plurality of broad area type semiconductor laser elements, and each of the plurality of broad area type semiconductor laser elements is a broad area type semiconductor laser element of the present invention. A semiconductor laser element is used.

本発明のレーザ照射装置は、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子を有するブロードエリア型半導体レーザアレイを備えたものであって、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子の各々は、上記本発明のブロードエリア型半導体レーザ素子により構成されているものである。   A laser irradiation apparatus of the present invention includes a broad area type semiconductor laser array having a plurality of broad area type semiconductor laser elements, and each of the plurality of broad area type semiconductor laser elements is a broad area of the present invention. Type semiconductor laser element.

本発明によるブロードエリア型半導体レーザ素子では、コンタクト層が、電流狭窄構造と同じ幅の広領域と、切込みが設けられることにより電流狭窄構造よりも幅が狭くなっている狭領域とを有しているので、狭領域では、電流が注入されず、利得が低下する。また、半導体積層構造のうちコンタクト層以外の一部には、狭領域の切込みに第1不純物拡散領域が形成されているので、この第1不純物拡散領域では、不純物拡散によりバンドギャップが拡大し、光吸収による発熱が抑えられる。よって、高出力動作時において電流狭窄構造の側面からの劣化が抑制される。従って、このブロードエリア型半導体素子を用いてブロードエリア型半導体レーザアレイを構成すれば、少ない素子数で高出力を得ることが可能となり、高出力を必要とするレーザディスプレイまたはレーザ照射装置などの応用に極めて好適である。   In the broad area type semiconductor laser device according to the present invention, the contact layer has a wide region having the same width as that of the current confinement structure and a narrow region in which the width is narrower than that of the current confinement structure by providing the cut. Therefore, in a narrow region, no current is injected and the gain is reduced. In addition, since the first impurity diffusion region is formed in the narrow region cut in a part of the semiconductor stacked structure other than the contact layer, the band gap is expanded by impurity diffusion in the first impurity diffusion region, Heat generation due to light absorption is suppressed. Therefore, deterioration from the side of the current confinement structure is suppressed during high output operation. Therefore, if this broad area type semiconductor laser array is used to form a broad area type semiconductor laser array, it is possible to obtain high output with a small number of elements, and applications such as laser displays or laser irradiation devices that require high output. It is very suitable for.

本発明のブロードエリア型半導体レーザ素子によれば、コンタクト層に狭領域を設けると共に、この狭領域の切込みに第1不純物拡散領域を設けるようにしたので、狭領域への電流注入をなくして利得を低下させると共に、光吸収による発熱を抑え、高出力動作時において電流狭窄構造の側面からの劣化を抑制することができる。よって、このブロードエリア型半導体素子を用いてブロードエリア型半導体レーザアレイを構成すれば、少ない素子数で高出力を得ることが可能となり、高出力を必要とするレーザディスプレイまたはレーザ照射装置などの応用に極めて好適である。   According to the broad area type semiconductor laser device of the present invention, a narrow region is provided in the contact layer, and the first impurity diffusion region is provided in the cut of the narrow region. In addition, the heat generation due to light absorption can be suppressed, and deterioration from the side of the current confinement structure during high output operation can be suppressed. Therefore, if this broad area type semiconductor laser array is used to form a broad area type semiconductor laser array, it is possible to obtain high output with a small number of elements, and applications such as laser displays or laser irradiation devices that require high output. It is very suitable for.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係るブロードエリア型半導体レーザ素子1の概略構成を斜視的に表したものである。図2は、図1に示したブロードエリア型半導体レーザ素子1の前端面S1および後端面S2の平面構成を表したものである。図3は、図1に示したブロードエリア型半導体レーザ素子1のIII−III矢視方向(共振器方向)の断面構成を表したものである。   FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a broad area type semiconductor laser device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a planar configuration of the front end surface S1 and the rear end surface S2 of the broad area type semiconductor laser device 1 shown in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the broad area type semiconductor laser device 1 shown in FIG. 1 in the direction of arrows III-III (resonator direction).

このブロードエリア型半導体レーザ1素子は、基板10上に、バッファ層11、下部クラッド層12、下部ガイド層13、活性層14、上部ガイド層15、上部クラッド層16A、ストップ層17、上部クラッド層16B、中間層18およびコンタクト層19を基板10側からこの順に積層してなる半導体積層構造10Aを備えたものである。この半導体積層構造10Aの上部、具体的には、上部クラッド層16B、中間層18およびコンタクト層19には、ストライプ状のリッジ部20が形成されている。リッジ部20は、活性層14へ注入される電流を狭窄する電流狭窄構造としての機能を有するものであり、ブロードエリア型半導体レーザ素子1においてはリッジ部20の幅は10μm以上、典型的には50μm以上400μm以下である。   This 1 element of a broad area type semiconductor laser has a buffer layer 11, a lower cladding layer 12, a lower guide layer 13, an active layer 14, an upper guide layer 15, an upper cladding layer 16A, a stop layer 17, an upper cladding layer on a substrate 10. 16B, the intermediate layer 18 and the contact layer 19 are provided with a semiconductor multilayer structure 10A formed by laminating in this order from the substrate 10 side. A stripe-shaped ridge portion 20 is formed in the upper portion of the semiconductor multilayer structure 10A, specifically, in the upper cladding layer 16B, the intermediate layer 18, and the contact layer 19. The ridge portion 20 has a function as a current confinement structure for confining the current injected into the active layer 14. In the broad area type semiconductor laser device 1, the width of the ridge portion 20 is 10 μm or more, typically 50 μm or more and 400 μm or less.

基板10は、例えばn型GaAsからなる。バッファ層11は、例えばn型GaInPからなる。下部クラッド層12は、例えばn型AlInPからなる。ここで、上記各層に含まれるn型不純物としては、例えばケイ素(Si)が挙げられる。   The substrate 10 is made of, for example, n-type GaAs. The buffer layer 11 is made of, for example, n-type GaInP. The lower cladding layer 12 is made of, for example, n-type AlInP. Here, as an n-type impurity contained in each of the above layers, for example, silicon (Si) can be cited.

下部ガイド層13は、例えばノンドープのAlGaInPからなる。活性層14は、例えばノンドープのGaInPからなる。この活性層14において、リッジ部20との対向領域が発光領域14Aとなる。この発光領域14Aは、リッジ部20で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。上部ガイド層15は、例えばノンドープのAlGaInPからなる。   The lower guide layer 13 is made of, for example, non-doped AlGaInP. The active layer 14 is made of, for example, non-doped GaInP. In this active layer 14, a region facing the ridge portion 20 becomes a light emitting region 14A. The light emitting region 14A corresponds to a current injection region into which a current confined by the ridge portion 20 is injected. The upper guide layer 15 is made of, for example, non-doped AlGaInP.

上部クラッド層16A,16Bは、例えばp型AlInPからなり、上部クラッド層16Bがリッジ部20の底部に設けられている。ストップ層17は、例えばp型GaInPからなり、後述の製造工程においてリッジ部20を形成する際のエッチングストップ層として機能する。中間層18は、例えばp型GaInPからなり、リッジ部20内で上部クラッド層16Bとコンタクト層19との間に設けられている。ここで、上記各層に含まれるp型不純物としては、例えばマグネシウム(Mg)が挙げられる。コンタクト層19は、例えばp型GaAsからなり、半導体積層構造10Aの最上層をなすものであると共に、リッジ部20の最上部(上面)に設けられている。ここで、コンタクト層19に含まれるp型不純物としては、上記各層に含まれる不純物とは異なる不純物、例えば亜鉛(Zn)が挙げられ、その濃度は、例えば1×1018atoms/cm3 から3×1019atoms/cm3 程度と、高濃度となっている。   The upper clad layers 16A and 16B are made of, for example, p-type AlInP, and the upper clad layer 16B is provided at the bottom of the ridge portion 20. The stop layer 17 is made of, for example, p-type GaInP, and functions as an etching stop layer when forming the ridge portion 20 in a manufacturing process described later. The intermediate layer 18 is made of, for example, p-type GaInP, and is provided between the upper cladding layer 16 </ b> B and the contact layer 19 in the ridge portion 20. Here, as a p-type impurity contained in each said layer, magnesium (Mg) is mentioned, for example. The contact layer 19 is made of, for example, p-type GaAs, forms the uppermost layer of the semiconductor multilayer structure 10A, and is provided on the uppermost portion (upper surface) of the ridge portion 20. Here, the p-type impurity contained in the contact layer 19 includes an impurity different from the impurity contained in each of the above layers, for example, zinc (Zn), and the concentration thereof is, for example, 1 × 10 18 atoms / cm 3 to 3 × 10 19 atoms / cm 2. The concentration is as high as cm3.

リッジ部20の幅、すなわち中間層18および上部クラッド層16Bの幅は共振器方向で一定である。一方、コンタクト層19は、図4に示したように、変調構造2を有しており、その幅が共振器方向で変化している。すなわち、コンタクト層19は、幅の広い広領域31と、幅の狭い狭領域32とを有している。   The width of the ridge portion 20, that is, the width of the intermediate layer 18 and the upper cladding layer 16B is constant in the resonator direction. On the other hand, the contact layer 19 has the modulation structure 2 as shown in FIG. 4, and its width changes in the direction of the resonator. That is, the contact layer 19 includes a wide area 31 having a wide width and a narrow area 32 having a narrow width.

広領域31では、コンタクト層19の幅はリッジ部20の幅、すなわち中間層18および上部クラッド層16Bとほぼ同じ幅である。ここで「ほぼ同じ」というのは、選択ウェットエッチングによりリッジ部20を形成した場合、なだらかな傾斜になり0.5μm程度の差が生じるからである。   In the wide region 31, the width of the contact layer 19 is substantially the same as the width of the ridge portion 20, that is, the intermediate layer 18 and the upper cladding layer 16B. Here, “substantially the same” is because when the ridge portion 20 is formed by selective wet etching, the slope becomes gentle and a difference of about 0.5 μm occurs.

一方、狭領域32では、コンタクト層19に切込み19Aが設けられることにより、コンタクト層19の幅がリッジ部20の幅よりも狭くなっている。更に、半導体積層構造10Aのコンタクト層19以外の一部(例えば、中間層18ないし下部ガイド層13)には、狭領域32の切込み19Aに、図5に示したように、亜鉛(Zn),マグネシウム(Mg),ケイ素(Si)などの不純物が拡散された第1不純物拡散領域33が形成されている。第1不純物拡散領域33は、活性層14の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有している。これにより、このブロードエリア型半導体レーザ素子1では、高出力動作時においてリッジ部20の側面からの劣化を抑制することができるようになっている。   On the other hand, in the narrow region 32, the contact layer 19 is provided with a cut 19 </ b> A, so that the width of the contact layer 19 is narrower than the width of the ridge portion 20. Further, in a part other than the contact layer 19 of the semiconductor stacked structure 10A (for example, the intermediate layer 18 to the lower guide layer 13), a notch 19A in the narrow region 32 is formed with zinc (Zn), as shown in FIG. A first impurity diffusion region 33 in which impurities such as magnesium (Mg) and silicon (Si) are diffused is formed. The first impurity diffusion region 33 has a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer 14. Thereby, in this broad area type semiconductor laser device 1, the deterioration from the side surface of the ridge portion 20 can be suppressed during the high output operation.

コンタクト層19の最大幅W31(広領域31における幅)と最小幅W32(狭領域32における幅)との差dW(リッジ部20両側の狭領域32の合計幅)は、例えば、4μm以上であることが好ましく、4μm≦dW≦20μmであればより好ましい。4μm未満では、リッジ部20内(例えば、上部クラッド層16Bまたは上部ガイド層15など)の電流拡散により狭領域32に十分な利得が生じてしまい、NFPのサイドピークが十分に抑制されず、リッジ部20の側面からの劣化が発生しやすくなってしまうからである。また、20μmよりも大きくなると、リッジ部20の中央のNFPが強くなりやすく、トップハット形状が得られにくくなるからである。   The difference dW (total width of the narrow regions 32 on both sides of the ridge 20) between the maximum width W31 (width in the wide region 31) and the minimum width W32 (width in the narrow region 32) of the contact layer 19 is, for example, 4 μm or more. Preferably, 4 μm ≦ dW ≦ 20 μm is more preferable. When the thickness is less than 4 μm, a sufficient gain is generated in the narrow region 32 due to current diffusion in the ridge portion 20 (for example, the upper cladding layer 16B or the upper guide layer 15), and the side peak of NFP is not sufficiently suppressed. This is because deterioration from the side surface of the portion 20 is likely to occur. Further, if it is larger than 20 μm, the NFP at the center of the ridge portion 20 tends to become strong, and it becomes difficult to obtain a top hat shape.

なお、切込み19Aは、リッジ部20の幅方向(共振器方向および積層方向に直交する方向)の左右両側に、対称に設けられていることが望ましい。NFPの左右バランスを整えるためである。また、狭領域32の幅は、リッジ部20の両側で異なっていてもよい。ただし、その場合も、コンタクト層19の最大幅W31(広領域31における幅)と最小幅W32(狭領域32における幅)との差dWは、上述したように、例えば、4μm以上であることが好ましく、4μm≦dW≦20μmであればより好ましい。   The cuts 19A are desirably provided symmetrically on the left and right sides of the ridge portion 20 in the width direction (the direction perpendicular to the resonator direction and the stacking direction). This is to adjust the left-right balance of NFP. Further, the width of the narrow region 32 may be different on both sides of the ridge portion 20. In this case, however, the difference dW between the maximum width W31 (width in the wide region 31) and the minimum width W32 (width in the narrow region 32) of the contact layer 19 is, for example, 4 μm or more as described above. Preferably, 4 μm ≦ dW ≦ 20 μm is more preferable.

狭領域32は、リッジ部20の延在方向における複数個所(図1では3箇所)に形成されていることが好ましい。その理由は、以下の通りである。狭領域32を一箇所だけ形成した場合、狭領域32の共振器方向における長さ(以下、単に長さという。)が短すぎると、リッジ部20内の電流拡散により狭領域32に十分な利得が生じてしまい、NFPのサイドピークが十分に抑制されず、リッジ部20の側面からの劣化が発生しやすくなってしまうからである。一方、狭領域32を一箇所だけ形成し、その長さを長くした場合には、狭領域32への横モードの引き込みが強くなり、NFPがゲインガイド発振に近い形状になる。従って、適切な長さの狭領域32を、リッジ部20内の複数個所に形成することが望ましい。   The narrow regions 32 are preferably formed at a plurality of locations (three locations in FIG. 1) in the extending direction of the ridge portion 20. The reason is as follows. When only one narrow region 32 is formed, if the length of the narrow region 32 in the resonator direction (hereinafter simply referred to as the length) is too short, a sufficient gain is obtained in the narrow region 32 due to current diffusion in the ridge portion 20. This is because the NFP side peak is not sufficiently suppressed, and deterioration from the side surface of the ridge portion 20 is likely to occur. On the other hand, when only one narrow region 32 is formed and the length thereof is increased, the transverse mode is drawn into the narrow region 32, and the NFP has a shape close to gain guide oscillation. Therefore, it is desirable to form narrow regions 32 having appropriate lengths at a plurality of locations in the ridge portion 20.

具体的には、狭領域32の長さは例えば10μm以上200μm未満であることが好ましい。10μm未満では、後述する製造工程において制御性よく不純物拡散を行うことが難しくなるからである。また、200μmよりも長いと、上述したように狭領域32への横モードの引き込みが強くなるからである。   Specifically, the length of the narrow region 32 is preferably not less than 10 μm and less than 200 μm, for example. If the thickness is less than 10 μm, it is difficult to perform impurity diffusion with good controllability in the manufacturing process described later. Further, when the length is longer than 200 μm, the pulling of the transverse mode into the narrow region 32 becomes strong as described above.

更に、半導体積層構造10Aの上面(リッジ部20の上面および両側面と、ストップ層17の上面のうちリッジ部20との対向部分以外の面)のうちリッジ部20の中央部分以外の部分には、埋め込み層21が形成されている。埋め込み層21は、例えば、SiO2 ,SiN,Al2 O3 ,TiO2 ,Ta2 O3 ,ZrO2 などの誘電体により構成されている。これにより、リッジ部20の側面には、誘電体よりなる埋め込み層21により、吸収損失の低いリアルインデックスガイド構造が構成されており、上述した第1不純物拡散領域33との相乗効果により、共振器方向に平均化したリッジ部20の側面近傍の吸収損失を更に小さくし、NFPのリッジ部20側面近傍のサイドピークを抑制できるようになっている。   Further, the upper surface of the semiconductor multilayer structure 10A (the upper surface and both side surfaces of the ridge portion 20 and the surface of the stop layer 17 other than the portion facing the ridge portion 20) other than the central portion of the ridge portion 20 A buried layer 21 is formed. The buried layer 21 is made of a dielectric material such as SiO2, SiN, Al2 O3, TiO2, Ta2 O3, ZrO2. As a result, a real index guide structure with a low absorption loss is formed on the side surface of the ridge portion 20 by the buried layer 21 made of a dielectric, and the resonator has a synergistic effect with the first impurity diffusion region 33 described above. The absorption loss near the side surface of the ridge portion 20 averaged in the direction can be further reduced, and the side peak near the side surface of the ridge portion 20 of NFP can be suppressed.

埋め込み層21は、リッジ部20の中央部分との対向領域に開口(図示せず)を有している。この開口の端縁は、リッジ部20の上面にあってもよいが、広領域31または狭領域32に関わらず、コンタクト層19の縁から5μm以下であることが望ましい。埋め込み層21とコンタクト層19の重なり合いが5μm以上になると、後述する上部電極22とコンタクト層19との接触面積が低下することによりコンタクト抵抗が上昇したり、コンタクト層19内における電流広がりが十分でないことによりリッジ部20の中央でのNFPの集中などの問題が生じるおそれがあるからである。   The buried layer 21 has an opening (not shown) in a region facing the central portion of the ridge portion 20. The edge of the opening may be on the upper surface of the ridge portion 20, but is desirably 5 μm or less from the edge of the contact layer 19 regardless of the wide region 31 or the narrow region 32. If the overlap between the buried layer 21 and the contact layer 19 is 5 μm or more, the contact area between the upper electrode 22 and the contact layer 19 to be described later decreases, so that the contact resistance increases or the current spread in the contact layer 19 is not sufficient. This is because problems such as concentration of NFP in the center of the ridge portion 20 may occur.

更に、このブロードエリア型半導体レーザ素子1は、活性層14およびリッジ部20間にして、リッジ部20の延在方向に対向する一対の端面すなわち前端面S1,後端面S2を有している。すなわち、ブロードエリア型半導体レーザ素子1は、前端面S1および後端面S2により構成された共振器を有する端面発光型の半導体レーザである。前端面S1および後端面S2は、誘電膜(図示せず)により覆われている。   Further, the broad area type semiconductor laser device 1 has a pair of end faces, that is, a front end face S1 and a rear end face S2, which are opposed to each other in the extending direction of the ridge part 20 between the active layer 14 and the ridge part 20. That is, the broad area type semiconductor laser device 1 is an edge emitting semiconductor laser having a resonator constituted by a front end face S1 and a rear end face S2. The front end surface S1 and the rear end surface S2 are covered with a dielectric film (not shown).

前端面S1と後端面S2との少なくとも一方(図1ないし図3では両方)およびその近傍には、例えば亜鉛(Zn)などの不純物が拡散された第2不純物拡散領域30が形成されている。第2不純物拡散領域30は、活性層14の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有している。   A second impurity diffusion region 30 in which an impurity such as zinc (Zn) is diffused is formed in at least one of the front end surface S1 and the rear end surface S2 (both in FIG. 1 to FIG. 3) and in the vicinity thereof. The second impurity diffusion region 30 has a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer 14.

第2不純物拡散領域30の近傍のコンタクト層19は、広領域31であることが望ましい。また、広領域31の長さは50μm以上であることが望ましい。第2不純物拡散領域30近傍のコンタクト層19が狭領域32である場合、または広領域31の長さが短い場合には、NFPの中央部が強くなったり、波面が湾曲するために非点収差が大きくなったりしてしまうからである。   The contact layer 19 in the vicinity of the second impurity diffusion region 30 is desirably a wide region 31. Further, the length of the wide region 31 is desirably 50 μm or more. When the contact layer 19 in the vicinity of the second impurity diffusion region 30 is the narrow region 32, or when the wide region 31 is short, the central portion of the NFP becomes strong or the wavefront is curved, resulting in astigmatism. Because it will become larger.

なお、第2不純物拡散領域30はコンタクト層19を有していない。第2不純物拡散領域30は、埋め込み層21で覆われていてもよいし、別の誘電体膜で覆われていてもよい。あるいは、後述する上部電極22に直接覆われていてもよい。   The second impurity diffusion region 30 does not have the contact layer 19. The second impurity diffusion region 30 may be covered with the buried layer 21 or may be covered with another dielectric film. Alternatively, it may be directly covered by the upper electrode 22 described later.

加えて、このブロードエリア型半導体レーザ素子1は、リッジ部20の中央領域の上面および両側面を含む表面上に上部電極22を有しており、基板10の裏面に下部電極23を有している。上部電極22は、例えば、チタン(Ti)、白金(Pt)および金(Au)をリッジ部20側からこの順に積層したものであり、リッジ部20のコンタクト層19と電気的に接続されている。下部電極23は、例えば金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金、ニッケル(Ni)および金(Au)とを基板10側からこの順に積層した構造を有しており、基板10と電気的に接続されている。   In addition, the broad area type semiconductor laser device 1 has an upper electrode 22 on the surface including the upper surface and both side surfaces of the central region of the ridge portion 20, and a lower electrode 23 on the back surface of the substrate 10. Yes. The upper electrode 22 is formed by, for example, laminating titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) in this order from the ridge portion 20 side, and is electrically connected to the contact layer 19 of the ridge portion 20. . The lower electrode 23 has a structure in which, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 10 side. It is connected to the.

このような構成の半導体レーザ1は、例えば次のようにして製造することができる。   The semiconductor laser 1 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

上記の構成で例示した化合物半導体で半導体レーザ1を製造するためには、基板10上の半導体積層構造10Aを、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルガリウム(TMGa )、トリメチルインジウム(TMIn)、フォスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン(SiH4 )を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)や、ジメチルジンク(DMZn)を用いる。   In order to manufacture the semiconductor laser 1 using the compound semiconductor exemplified in the above configuration, the semiconductor stacked structure 10A on the substrate 10 is formed by, for example, the MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. . At this time, for example, trimethylaluminum (TMAl), trimethylgallium (TMGa), trimethylindium (TMIn), phosphine (PH3), and arsine (AsH3) are used as the compound semiconductor material. Monosilane (SiH4) is used, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp2Mg) or dimethyl zinc (DMZn) is used as the acceptor impurity material.

まず、図6に示したように、基板10上に、バッファ層11、下部クラッド層12、下部ガイド層13、活性層14、上部ガイド層15、上部クラッド層16A、ストップ層17、上部クラッド層16B、中間層18およびコンタクト層19をこの順に積層する。   First, as shown in FIG. 6, a buffer layer 11, a lower cladding layer 12, a lower guide layer 13, an active layer 14, an upper guide layer 15, an upper cladding layer 16A, a stop layer 17, and an upper cladding layer are formed on a substrate 10. 16B, the intermediate layer 18 and the contact layer 19 are laminated in this order.

次いで、図7に示したように、コンタクト層19上に例えばレジストよりなるマスク層(図示せず)を形成し、例えば燐酸系のエッチャントを用いて、リッジ部20の形成予定領域20A(図7において点線で示した位置)を除き、コンタクト層19を選択的に除去する。その際、リッジ部20の形成予定領域20A内には、切込み19Aを設けて広領域31および狭領域32よりなる変調構造2を形成すると共に、後にへき開により前端面S1および後端面S2となる部分の近傍に溝40を設ける。また、切込み19A内には、コンタクト層19を残して島状部分19Bを形成し、この島状部分19Bの周囲に溝41を設ける。コンタクト層19が除去された部分は、中間層18が露出する。図7では、露出した中間層18に網掛けを付して示している。その後、マスク層を除去する。   Next, as shown in FIG. 7, a mask layer (not shown) made of, for example, a resist is formed on the contact layer 19, and a region 20A (FIG. 7) where the ridge portion 20 is to be formed using, for example, a phosphoric acid-based etchant. The contact layer 19 is selectively removed except for the position indicated by the dotted line in FIG. At that time, in the planned formation region 20A of the ridge portion 20, a notch 19A is provided to form the modulation structure 2 composed of the wide region 31 and the narrow region 32, and the portion which becomes the front end surface S1 and the rear end surface S2 by cleavage later A groove 40 is provided in the vicinity of. Further, in the cut 19A, an island portion 19B is formed leaving the contact layer 19, and a groove 41 is provided around the island portion 19B. In the portion where the contact layer 19 is removed, the intermediate layer 18 is exposed. In FIG. 7, the exposed intermediate layer 18 is shown with shading. Thereafter, the mask layer is removed.

続いて、図8に示したように、全面にSiO2 よりなるハードマスク層50を形成し、このハードマスク層50に、フッ酸系のエッチャントを用いて、前端面S1および後端面S2となる部分と溝40との間に開口51を設けると共に、島状部分19Bに対応して、島状部分19Bよりも小さい開口52を設ける。   Subsequently, as shown in FIG. 8, a hard mask layer 50 made of SiO2 is formed on the entire surface, and a portion that becomes the front end face S1 and the rear end face S2 is formed on the hard mask layer 50 using a hydrofluoric acid-based etchant. An opening 51 is provided between the groove 40 and an opening 52 smaller than the island portion 19B is provided corresponding to the island portion 19B.

そののち、全面に、ZnO膜(図示せず)を例えば100nm〜500nm程度の厚さで形成する。これにより、開口51でZnO膜とコンタクト層19とが接触すると共に、開口52でZnO膜と島状部分19Bとが接触する。   After that, a ZnO film (not shown) is formed on the entire surface with a thickness of about 100 nm to 500 nm, for example. Thereby, the ZnO film and the contact layer 19 are in contact with each other through the opening 51, and the ZnO film and the island-shaped portion 19 </ b> B are in contact with each other through the opening 52.

このとき、開口51の縁は、前端面S1または後端面S2に接するコンタクト層19と溝40との間の境界線40Aから、前端面S1側または後端面S2側に50μm以下に形成することが好ましく、10μm以下に形成することがより好ましい。また、開口52の縁は、島状部分19Aの縁から50μm以下に形成することが好ましく、10μm以下に形成することがより好ましい。後のアニール工程によるZn固相拡散において、コンタクト層19または島状部分19BがZn拡散のバッファ効果を有することにより、面内均一拡散を可能とすることができるからである。また、コンタクト層19または島状部分19Bの直下にZn拡散されるため、Zn拡散形状を急峻にすることができるからである。特に、狭領域32においてZn拡散形状がなだらかになると、リッジ部20の中央部までZn拡散することになり、リッジ部20の中央部における利得が低下してしまうおそれがある。一方、50μm以上では、コンタクト層19または島状部分19B内でのZn横拡散が十分できず、開口51,52の形状やZnOのグレイン形状に依存した面内不均一拡散が生じる。このような不均一拡散が行われると、横モードの不均一や不安定性が誘発される。特にブロードエリア型半導体レーザでは、不均一拡散により、容易にNFPのトップハット形状が乱れ、COD値が低下してしまう。また、Zn拡散形状がなだらかになるため利得が低下してしまう。   At this time, the edge of the opening 51 is formed to be 50 μm or less on the front end surface S1 side or the rear end surface S2 side from the boundary line 40A between the contact layer 19 and the groove 40 in contact with the front end surface S1 or the rear end surface S2. Preferably, it is more preferably formed to 10 μm or less. In addition, the edge of the opening 52 is preferably formed to be 50 μm or less from the edge of the island-shaped portion 19A, and more preferably 10 μm or less. This is because, in the Zn solid-phase diffusion by the subsequent annealing step, the contact layer 19 or the island-like portion 19B has a Zn diffusion buffering effect, thereby enabling in-plane uniform diffusion. Moreover, since Zn is diffused immediately below the contact layer 19 or the island-like portion 19B, the Zn diffusion shape can be made steep. In particular, when the Zn diffusion shape becomes gentle in the narrow region 32, Zn diffuses to the central portion of the ridge portion 20, and the gain at the central portion of the ridge portion 20 may be reduced. On the other hand, when the thickness is 50 μm or more, the lateral diffusion of Zn cannot be sufficiently performed in the contact layer 19 or the island-shaped portion 19B, and in-plane non-uniform diffusion depending on the shape of the openings 51 and 52 and the grain shape of ZnO occurs. When such non-uniform diffusion is performed, non-uniformity and instability of the transverse mode is induced. In particular, in a broad area type semiconductor laser, the top hat shape of the NFP is easily disturbed due to non-uniform diffusion, and the COD value is lowered. Moreover, since the Zn diffusion shape becomes gentle, the gain decreases.

ZnO膜を形成したのち、このZnO膜を含む表面全体に渡って、例えばSiO2 からなるキャップ層(図示せず)を形成する。このキャップ層は、後のアニール工程においてZn原子が気相中に脱離するのを防止する役割を有している。   After forming the ZnO film, a cap layer (not shown) made of, for example, SiO2 is formed over the entire surface including the ZnO film. This cap layer has a role of preventing Zn atoms from being desorbed into the gas phase in a later annealing step.

キャップ層を形成したのち、例えばN2 雰囲気中で500℃から600℃程度の温度で10分から2時間程度、アニールを行う。これにより、ZnO膜に含まれるZn原子がコンタクト層19または島状部分19Bを介して活性層14、更には下部クラッド層12にまで拡散するので、Zn原子の拡散した領域において、主としてIII族原子とZn原子との置換を経由してIII族原子の相互置換による活性層14のディスオーダリングが行われ、活性層14のうちZn原子が拡散された領域のバンドギャップが、活性層14のうちZn原子が拡散されていない領域(利得領域)のバンドギャップよりも大きくなる。これにより、第1不純物拡散領域33および第2不純物拡散領域30が形成される。   After the cap layer is formed, annealing is performed in a N 2 atmosphere at a temperature of about 500 ° C. to 600 ° C. for about 10 minutes to 2 hours, for example. As a result, Zn atoms contained in the ZnO film diffuse to the active layer 14 and further to the lower cladding layer 12 via the contact layer 19 or the island-shaped portion 19B. The active layer 14 is disordered by mutual substitution of group III atoms via substitution of Zn atoms with Zn atoms, and the band gap of the active layer 14 in which Zn atoms are diffused is Zn in the active layer 14. It becomes larger than the band gap of the region where the atoms are not diffused (gain region). Thereby, the first impurity diffusion region 33 and the second impurity diffusion region 30 are formed.

ここで、MgがドープされているAlGaInP層におけるZn拡散速度と、高濃度(例えば1×1018atoms/cm3 から3×1019atoms/cm3 程度)のZnがドープされているGaAs層におけるZn拡散速度とを比べると、前者の方が後者の方よりも小さい。このことから、本実施の形態において、上部クラッド層16A、ストップ層17、上部クラッド層16Bおよび中間層18をAlInP、GaInP、AlGaInPなどのP系化合物半導体で形成し、かつ、これらの層に対してp型不純物としてMgをドープすると共に、コンタクト層19をGaAsで形成し、かつ、コンタクト層19に対してp型不純物として高濃度のZnをドープした場合には、上部クラッド層16A、ストップ層17、上部クラッド層16Bおよび中間層18におけるZn拡散速度がコンタクト層19におけるZn拡散速度よりも小さくなることがわかる。そのため、上記したように、固相拡散法を用いてZnO膜に含まれるZn原子を半導体積層構造10A中に拡散させた場合には、ZnO膜に含まれるZn原子がコンタクト層19直下の中間層18に拡散しにくいので、コンタクト層19内を横拡散していく。その結果、コンタクト層19が、拡散していくZn原子のバッファとして機能するので、ZnO膜がグレイン形状となっていた場合であっても、前端面S1および後端面S2となる部分と溝40との間に挟まれたコンタクト層19の直下で、または島状部分19Bの直下でZn原子を均一に拡散させることができる。   Here, the Zn diffusion rate in the AlGaInP layer doped with Mg is compared with the Zn diffusion rate in the GaAs layer doped with Zn at a high concentration (for example, about 1 × 10 18 atoms / cm 3 to 3 × 10 19 atoms / cm 3). And the former is smaller than the latter. Therefore, in the present embodiment, the upper cladding layer 16A, the stop layer 17, the upper cladding layer 16B, and the intermediate layer 18 are formed of a P-based compound semiconductor such as AlInP, GaInP, and AlGaInP, and for these layers, When the contact layer 19 is formed of GaAs and the contact layer 19 is doped with high-concentration Zn as the p-type impurity, the upper cladding layer 16A, the stop layer 17 that the Zn diffusion rate in the upper cladding layer 16B and the intermediate layer 18 is smaller than the Zn diffusion rate in the contact layer 19. Therefore, as described above, when Zn atoms contained in the ZnO film are diffused into the semiconductor stacked structure 10A using the solid phase diffusion method, the Zn atoms contained in the ZnO film are intermediate layers immediately below the contact layer 19. Therefore, the contact layer 19 is laterally diffused. As a result, since the contact layer 19 functions as a buffer for diffusing Zn atoms, even if the ZnO film has a grain shape, the portion that becomes the front end surface S1 and the rear end surface S2, the groove 40, Zn atoms can be uniformly diffused immediately below the contact layer 19 sandwiched between them or directly below the island-shaped portion 19B.

アニールを行ったのち、例えばフッ酸系のエッチャントでキャップ層を除去し、続いて、例えば塩酸系のエッチャントでZnO膜を除去し、そののち、例えばフッ酸系のエッチャントでハードマスク層50を除去する。   After annealing, the cap layer is removed with, for example, a hydrofluoric acid-based etchant. Subsequently, the ZnO film is removed with, for example, a hydrochloric acid-based etchant, and then the hard mask layer 50 is removed with, for example, a hydrofluoric acid-based etchant. To do.

キャップ層,ZnO膜およびハードマスク層50を除去したのち、図9に示したように、例えばリン酸系のエッチャントを用いて、前端面S1および後端面S2となる部分と溝40との間に挟まれたコンタクト層19と、島状部分19Bとを除去し、これらの部分にも中間層18を露出させる。このとき除去されたコンタクト層19および島状部分19Bには、Zn固相拡散により格子間Znが多量に含有されている場合があり、従って、除去しない場合にはレーザ駆動時に欠陥を誘発するなど寿命を低下させる要因になるからである。また、このほか、後述する再アニールにおいて、周囲に拡散して素子特性を悪化させるおそれがあるからである。   After removing the cap layer, the ZnO film, and the hard mask layer 50, as shown in FIG. 9, using a phosphoric acid-based etchant, for example, between the portion that becomes the front end surface S1 and the rear end surface S2 and the groove 40 The sandwiched contact layer 19 and island-shaped portion 19B are removed, and the intermediate layer 18 is also exposed to these portions. The contact layer 19 and the island-like portion 19B removed at this time may contain a large amount of interstitial Zn by Zn solid phase diffusion. Therefore, if not removed, defects are induced when the laser is driven. It is because it becomes a factor which reduces lifetime. In addition, in re-annealing to be described later, there is a possibility that the element characteristics may be deteriorated by diffusing to the surroundings.

そののち、必要に応じて、例えばN2,AsH3 またはPH3 雰囲気中で500℃から750℃程度の温度で10分〜2時間程度、再アニールを行ってもよい。これにより、半導体積層構造10A内に拡散したZn原子がIII族サイトに確実に納まり、半導体積層構造10Aの結晶性が向上する。なお、結晶性の向上の有無は、PL(フォトルミネッセンス)を測定し、長波長域にブロードに広がる深い準位からの発光が抑制されているか否かを観察することにより確認することが可能である。   Thereafter, if necessary, reannealing may be performed at a temperature of about 500 ° C. to 750 ° C. for about 10 minutes to 2 hours in an atmosphere of N2, AsH 3 or PH 3, for example. Thereby, Zn atoms diffused in the semiconductor multilayer structure 10A are surely stored in the group III site, and the crystallinity of the semiconductor multilayer structure 10A is improved. Whether or not crystallinity has improved can be confirmed by measuring PL (photoluminescence) and observing whether or not light emission from a deep level broadly spread in the long wavelength region is suppressed. is there.

再アニールを行ったのち、コンタクト層19を含む表面上にマスク層(図示せず)を形成し、例えば塩酸系のエッチャントを用いて、中間層18および上部クラッド層16Bを選択的に除去する。このとき、ストップ層17がエッチングストップ層として機能するので、エッチングはストップ層17が露出した段階で停止する。これにより、図10に示したように、ストライプ状のリッジ部20が形成される。その後、マスク層を除去する。   After re-annealing, a mask layer (not shown) is formed on the surface including the contact layer 19, and the intermediate layer 18 and the upper cladding layer 16B are selectively removed using, for example, a hydrochloric acid-based etchant. At this time, since the stop layer 17 functions as an etching stop layer, the etching stops when the stop layer 17 is exposed. As a result, as shown in FIG. 10, a striped ridge portion 20 is formed. Thereafter, the mask layer is removed.

その後、埋め込み層21、上部電極22、下部電極23を形成したのち、へき開により前端面S1および後端面S2を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ1が製造される。   Thereafter, after forming the buried layer 21, the upper electrode 22, and the lower electrode 23, the front end face S1 and the rear end face S2 are formed by cleavage. In this way, the semiconductor laser 1 of the present embodiment is manufactured.

なお、第1不純物拡散領域33は、リッジ部20を形成した後に形成することも可能である。   The first impurity diffusion region 33 can also be formed after the ridge portion 20 is formed.

次に、本実施の形態のブロードエリア型半導体レーザ素子1の作用および効果について説明する。   Next, the operation and effect of the broad area type semiconductor laser device 1 of the present embodiment will be described.

このブロードエリア型半導体レーザ素子1では、上部電極22と下部電極23との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部20およびコンタクト層19の変調構造2によって電流狭窄され、活性層14の電流注入領域(発光領域14A)に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の前端面S1および後端面S2により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。   In this broad area type semiconductor laser device 1, when a predetermined voltage is applied between the upper electrode 22 and the lower electrode 23, the current is confined by the modulation structure 2 of the ridge portion 20 and the contact layer 19, and the active layer 14 A current is injected into the current injection region (light emitting region 14A), and light emission is caused by recombination of electrons and holes. This light is reflected by the pair of front end face S1 and rear end face S2, causes laser oscillation at a predetermined wavelength, and is emitted to the outside as a laser beam.

ところで、本実施の形態では、一対の前端面S1および後端面S2のうち少なくとも一方の端面およびその近傍に第2不純物拡散領域30が設けられている。これにより、活性層14の中央領域(利得領域)で発生したレーザ光が、前端面S1,後端面S2およびその近傍において吸収されて熱に変換される割合が低減される。よって、第2不純物拡散領域30を設けていない場合と比べて、COD値を向上させることができる。   Incidentally, in the present embodiment, the second impurity diffusion region 30 is provided on at least one of the pair of front end surface S1 and rear end surface S2 and in the vicinity thereof. As a result, the rate at which the laser light generated in the central region (gain region) of the active layer 14 is absorbed and converted into heat at the front end surface S1 and the rear end surface S2 and in the vicinity thereof is reduced. Therefore, the COD value can be improved as compared with the case where the second impurity diffusion region 30 is not provided.

また、コンタクト層19は、リッジ部20と同じ幅の広領域31と、切込み19Aが設けられることによりリッジ部20よりも幅が狭くなっている狭領域32との変調構造2を有しているので、狭領域32には電流が注入されず、リッジ部20の側面近傍での利得が低くなる。よって、共振器方向で積算したリッジ部20内の利得分布は、図11に示したように、リッジ部20の側面近傍で利得が下がる。   Further, the contact layer 19 has a modulation structure 2 of a wide region 31 having the same width as the ridge portion 20 and a narrow region 32 having a width narrower than that of the ridge portion 20 by providing the cut 19A. Therefore, no current is injected into the narrow region 32, and the gain in the vicinity of the side surface of the ridge portion 20 is reduced. Therefore, the gain distribution in the ridge portion 20 integrated in the resonator direction decreases in the vicinity of the side surface of the ridge portion 20 as shown in FIG.

更に、半導体積層構造10Aのコンタクト層19以外の一部(例えば、中間層18ないし下部ガイド層13)には、狭領域32の切込み19Aに、第1不純物拡散領域33が形成されているので、この第1不純物拡散領域33では、不純物拡散により活性層14のバンドギャップが拡大しており、レーザ波長における吸収損失が小さくなる。そのため、活性層14の中央領域(利得領域)で発生したレーザ光が狭領域32において吸収されて熱に変換される割合が低減される。よって、光吸収による発熱が抑えられ、高出力動作時においてリッジ部20の側面からの劣化が抑制される。   Furthermore, since the first impurity diffusion region 33 is formed in the cut 19A of the narrow region 32 in a part other than the contact layer 19 of the semiconductor stacked structure 10A (for example, the intermediate layer 18 to the lower guide layer 13). In the first impurity diffusion region 33, the band gap of the active layer 14 is expanded by impurity diffusion, and the absorption loss at the laser wavelength is reduced. Therefore, the rate at which the laser light generated in the central region (gain region) of the active layer 14 is absorbed in the narrow region 32 and converted to heat is reduced. Therefore, heat generation due to light absorption is suppressed, and deterioration from the side surface of the ridge portion 20 is suppressed during high output operation.

加えて、リッジ部20の側面に誘電体よりなる埋め込み層21が形成されたリアルインデックスガイド構造とされているので、吸収損失が低くなっている。よって、共振器方向に平均化したリッジ部20の側面近傍の吸収損失が更に小さくなり、これによりNFPのリッジ部20の側面近傍のサイドピークが抑制される。   In addition, since it has a real index guide structure in which the buried layer 21 made of a dielectric is formed on the side surface of the ridge portion 20, the absorption loss is low. Therefore, the absorption loss near the side surface of the ridge portion 20 averaged in the direction of the resonator is further reduced, thereby suppressing the side peak near the side surface of the ridge portion 20 of the NFP.

これに対して、第1不純物拡散領域33が形成されていない場合、狭領域32における活性層14のバンドギャップが拡大されていないため、レーザ波長に対して可飽和吸収特性を示す。活性層14はリッジ部20の側面における発熱に対してバンドギャップが収縮するため、レーザ波長に対して吸収係数が非線形に増加する。すなわち、第1不純物拡散領域33が形成されている場合に比べて劣化しやすくなる。   On the other hand, when the first impurity diffusion region 33 is not formed, the band gap of the active layer 14 in the narrow region 32 is not enlarged, and therefore, the saturable absorption characteristic is shown with respect to the laser wavelength. Since the band gap of the active layer 14 contracts due to heat generation on the side surface of the ridge portion 20, the absorption coefficient increases nonlinearly with respect to the laser wavelength. In other words, it is more likely to deteriorate than when the first impurity diffusion region 33 is formed.

一方、上述した従来構造(以下、従来構造Aという。)のように、コンタクト層の幅が均一であると共に、リッジ部の側面が誘電体で埋め込まれたリアルインデックスガイド構造では、注入電流に起因したリッジ中央部のプラズマ効果により、中央部の屈折率が低下し、NFPにサイドピークが顕著に現れてしまう。NFPにこのようなサイドピークがあると、光学機器や光学部品との結合係数が低下するほか、ピーク位置の光子密度が高くなるので端面またはリッジ側面で損傷が発生しやすくなる。   On the other hand, in the real index guide structure in which the width of the contact layer is uniform and the side surface of the ridge portion is embedded with a dielectric, as in the conventional structure described above (hereinafter referred to as the conventional structure A), it is caused by the injection current. Due to the plasma effect at the central portion of the ridge, the refractive index of the central portion is lowered, and a side peak appears remarkably in NFP. When such a side peak is present in NFP, the coupling coefficient with an optical device or an optical component is reduced, and the photon density at the peak position is increased, so that damage is likely to occur on the end face or the ridge side face.

また、他の従来構造(以下、従来構造Bという。)のように、コンタクト層の幅を均一とすると共に、リッジ部の側面を金属で埋め込んだロスガイド構造では、図12に示したように、リッジ部の側面における光吸収により、サイドピークは抑制された。しかしながら、高出力動作時に、リッジ部の側面での光吸収により発熱が大きくなり、端面と同様に、リッジ部の側面でCODが発生する。   Further, in the case of a loss guide structure in which the width of the contact layer is made uniform and the side surface of the ridge portion is buried with metal as in other conventional structures (hereinafter referred to as conventional structure B), as shown in FIG. The side peak was suppressed by light absorption on the side surface of the ridge portion. However, during high output operation, heat generation increases due to light absorption on the side surface of the ridge portion, and COD is generated on the side surface of the ridge portion, similarly to the end surface.

このことを明らかにするため、本発明者は、従来構造Bを有すると共に第2不純物拡散領域を有しないブロードエリア型半導体レーザ素子(リッジ部の幅60μm、共振器長700μm)を急速劣化させたのち、リッジ直下の活性層をCL測定により調査した。図13は、その結果を表したものであり、リッジ直下の活性層全域のCL画像を模写したものである。図13から分かるように、後端面S2を起点として黒い線が延びている。この黒い線は、DLDと呼ばれる欠陥を表すものである。すなわち、第2不純物拡散領域を有しない場合には、端面のCODにより急速劣化が起こることが分かる。   In order to clarify this, the present inventor rapidly deteriorated a broad area type semiconductor laser element (ridge width 60 μm, resonator length 700 μm) having the conventional structure B and not having the second impurity diffusion region. After that, the active layer directly under the ridge was examined by CL measurement. FIG. 13 shows the result, which is a copy of the CL image of the entire active layer immediately below the ridge. As can be seen from FIG. 13, a black line extends from the rear end surface S2. This black line represents a defect called DLD. That is, it can be seen that when the second impurity diffusion region is not provided, rapid deterioration occurs due to the COD of the end face.

また、本発明者は、従来構造Bを有すると共に前端面および後端面に第2不純物拡散領域を設けたブロードエリア型半導体レーザ素子(リッジ部の幅60μm、共振器長700μm)についても、上記と同様の調査を行った。図14は、その結果を表したものであり、得られたCL画像を模写したものである。図14から分かるように、前端面および後端面からはDLDは観測されず、リッジ部の側面を起点とするDLDが観測された。なお、COD光出力は、第2不純物拡散領域を有しない場合と比較して1.5倍〜数倍であった。   The present inventor also relates to a broad area type semiconductor laser element (ridge width 60 μm, resonator length 700 μm) having the conventional structure B and provided with the second impurity diffusion regions on the front end face and the rear end face. A similar investigation was conducted. FIG. 14 shows the result and is a copy of the obtained CL image. As can be seen from FIG. 14, DLD was not observed from the front end face and the rear end face, but DLD starting from the side face of the ridge portion was observed. The COD light output was 1.5 to several times that of the case where the second impurity diffusion region was not provided.

これに対して、本実施の形態のブロードエリア型半導体レーザ素子1では、同等の光出力でCODが発生しない。このように、リッジ部20の側面での吸収損失を抑えつつ、NFPのサイドピークを抑制することにより、リッジ部20の側面からの劣化を抑制することができる。   On the other hand, in the broad area type semiconductor laser device 1 of the present embodiment, COD does not occur with an equivalent light output. As described above, by suppressing the side peak of NFP while suppressing the absorption loss on the side surface of the ridge portion 20, it is possible to suppress the deterioration from the side surface of the ridge portion 20.

このように本実施の形態では、コンタクト層19に狭領域32を設けると共に、半導体積層構造10Aのうちコンタクト層19以外の一部に、狭領域32の切込み19Aに、第1不純物拡散領域33を設けるようにしたので、狭領域32への電流注入をなくして利得を低下させると共に、光吸収による発熱を抑え、高出力動作時においてリッジ部20の側面からの劣化を抑制することができる。よって、このブロードエリア型半導体素子1を用いてブロードエリア型半導体レーザアレイを構成すれば、少ない素子数で高出力を得ることが可能となり、高出力を必要とするレーザディスプレイまたはレーザ加工装置などの応用に極めて好適である。   As described above, in the present embodiment, the narrow region 32 is provided in the contact layer 19, and the first impurity diffusion region 33 is formed in the notch 19 </ b> A of the narrow region 32 in a part other than the contact layer 19 in the semiconductor stacked structure 10 </ b> A. Since it is provided, it is possible to eliminate current injection into the narrow region 32 and reduce the gain, suppress heat generation due to light absorption, and suppress deterioration from the side surface of the ridge portion 20 during high output operation. Therefore, if a broad area type semiconductor laser array is constructed using this broad area type semiconductor element 1, it becomes possible to obtain a high output with a small number of elements, such as a laser display or a laser processing apparatus that requires a high output. Very suitable for application.

(ブロードエリア型半導体レーザアレイ)
次に、図15および図16を参照して、複数のブロードエリア型半導体レーザ素子1を備えたブロードエリア型半導体レーザアレイについて説明する。このブロードエリア型半導体レーザアレイ3は、レーザディスプレイ,レーザ加工または医療応用などに用いられるものであり、例えば図15に示したように、複数のリッジ部20を共通の基板10上にモノリシックに形成することにより、ワットクラスの光出力を得られるようにしたものである。
(Broad area type semiconductor laser array)
Next, a broad area type semiconductor laser array including a plurality of broad area type semiconductor laser elements 1 will be described with reference to FIGS. This broad area type semiconductor laser array 3 is used for laser display, laser processing or medical application. For example, as shown in FIG. 15, a plurality of ridge portions 20 are formed monolithically on a common substrate 10. By doing so, a watt-class light output can be obtained.

このブロードエリア型半導体レーザアレイ3は、例えば図16に示したように、ジャンクションダウンでSiCなどの高熱伝導率を有するサブマウント70に半田(図示せず)を介して接合され、このサブマウント70は、金属製のヒートシンク80に半田(図示せず)を介して接合されている。半導体レーザアレイ3の光射出側とは反対側には、下部電極23とワイヤ85を介して電気的に接続された電極部材81が設けられている。この電極部材81は、ヒートシンク80と絶縁分離する絶縁板83上にネジ82によって固定されている。電極部材81の上には、ワイヤ85を外部から保護する保護部材84がネジ82によって固定されている。   For example, as shown in FIG. 16, the broad area type semiconductor laser array 3 is joined to a submount 70 having high thermal conductivity such as SiC via a junction (down) via solder (not shown). Are joined to a metal heat sink 80 via solder (not shown). An electrode member 81 that is electrically connected to the lower electrode 23 via a wire 85 is provided on the side opposite to the light emission side of the semiconductor laser array 3. The electrode member 81 is fixed by screws 82 on an insulating plate 83 that is insulated from the heat sink 80. A protection member 84 that protects the wire 85 from the outside is fixed on the electrode member 81 by screws 82.

このようなブロードエリア型半導体レーザアレイ3では、隣接するエミッタ(一つのブロードエリア型半導体レーザ素子1に相当。)間で熱相互作用が生じ易いので、エミッタ間隔を400μm程度とすることが好ましい。従って、一つのエミッタからの光出力が大きくなるとエミッタ数を減らすことができ、ブロードエリア型半導体レーザアレイ3と光学結合する光学素子の小型化や数量削減が可能となる。   In such a broad area type semiconductor laser array 3, thermal interaction is likely to occur between adjacent emitters (corresponding to one broad area type semiconductor laser element 1), so that the emitter interval is preferably set to about 400 μm. Accordingly, when the light output from one emitter increases, the number of emitters can be reduced, and the optical elements that are optically coupled to the broad area type semiconductor laser array 3 can be reduced in size and quantity.

更に、図16に示したブロードエリア型半導体レーザアレイ3は、必要に応じて窒素雰囲気のモジュール(図示せず)に組み込まれ、レーザディスプレイまたはレーザ照射装置の光源として適用される。例えばレーザディスプレイでは、モジュールから出射されるレーザ光は、レンズなどでコリメートされ、光学素子で2次元画像情報に対応して空間的に変調されてスクリーンに照射される。これらの光学素子としては、例えば、液晶や、DLP(Digital Light Processing)やGLV(Grating Light Valve )などの光MEMS(Micro Electro Mechanical Systems))が用いられる。   Furthermore, the broad area type semiconductor laser array 3 shown in FIG. 16 is incorporated in a module (not shown) in a nitrogen atmosphere as necessary, and is applied as a light source of a laser display or a laser irradiation apparatus. For example, in a laser display, laser light emitted from a module is collimated by a lens or the like, spatially modulated by an optical element corresponding to two-dimensional image information, and irradiated on a screen. As these optical elements, for example, liquid crystal, optical MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) such as DLP (Digital Light Processing) and GLV (Grating Light Valve) are used.

(レーザディスプレイ)
図17は、本実施の形態のブロードエリア型半導体レーザアレイ3をレーザディスプレイに適用した適用例を表したものである。このレーザディスプレイ装置200は、赤(R),緑(G),青(B)各色の光を出射する光源201a,201b,201cを備えており、赤色の光を出射する光源201aとして上記本実施の形態のブロードエリア型半導体レーザアレイ3が配置されている。このレーザディスプレイ装置200は、更に、各光源201a,201b,201cに対応して設けられたビーム成形光学系202a,202b,202cおよび液晶パネル203a,203b,203c、ダイクロックプリズム204、プロジェクション205および投射スクリーン206を備えている。
(Laser display)
FIG. 17 shows an application example in which the broad area type semiconductor laser array 3 of the present embodiment is applied to a laser display. The laser display device 200 includes light sources 201a, 201b, and 201c that emit red (R), green (G), and blue (B) light, and the above-described implementation as the light source 201a that emits red light. A broad area type semiconductor laser array 3 of the form is arranged. The laser display device 200 further includes beam shaping optical systems 202a, 202b, 202c and liquid crystal panels 203a, 203b, 203c, a dichroic prism 204, a projection 205, and a projection provided corresponding to the light sources 201a, 201b, 201c. A screen 206 is provided.

このレーザディスプレイ装置200では、RGB各色の光源201a,201b,201cから出射された光が、それぞれビーム成形光学系202a,202b,202cを経由したのち、液晶パネル203a,203b,203cに入射されRGBの画像情報に空間変調される。そののちダイクロックプリズム204で合波され、プロジェクション205を経由して投射スクリーン206に投射される。   In this laser display device 200, the light emitted from the RGB light sources 201a, 201b, and 201c passes through the beam shaping optical systems 202a, 202b, and 202c, respectively, and then enters the liquid crystal panels 203a, 203b, and 203c. It is spatially modulated into image information. After that, it is multiplexed by the dichroic prism 204 and projected onto the projection screen 206 via the projection 205.

(レーザ照射装置)
図18は、レーザ照射装置の一例として、レーザ加工装置の光源に本実施の形態のブロードエリア型半導体レーザアレイ3を適用した適用例を表したものである。このレーザ照射装置300では、光源301から出射されたレーザ光304は、光学系302を経由して、加工対象物303の表面に結合され、加工が行われる。リッジ部20の幅の広いブロードエリア型半導体レーザのNFPは長方形であるため、加工対象物303表面に結合されたビームパターンも長方形になる。従って、矩形やライン形状の加工の場合には、ビーム利用効率が高くなる。なお、このレーザ照射装置300は、レーザ加工だけでなく、表面改質や検査などにも適用可能である。
(Laser irradiation device)
FIG. 18 shows an application example in which the broad area type semiconductor laser array 3 of the present embodiment is applied to a light source of a laser processing apparatus as an example of a laser irradiation apparatus. In the laser irradiation apparatus 300, the laser light 304 emitted from the light source 301 is coupled to the surface of the processing object 303 via the optical system 302 and processed. Since the NFP of the broad area semiconductor laser having a wide ridge portion 20 is rectangular, the beam pattern coupled to the surface of the workpiece 303 is also rectangular. Therefore, in the case of processing of a rectangle or a line shape, the beam utilization efficiency is increased. The laser irradiation apparatus 300 can be applied not only to laser processing but also to surface modification and inspection.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。   While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the material and thickness of each layer, the film formation method, and the film formation conditions described in the above embodiment are not limited, and other materials and thicknesses may be used. It is good also as conditions.

また、上記実施の形態では、ブロードエリア型半導体レーザ素子1およびブロードエリア型半導体レーザアレイ3の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。   In the above-described embodiment, the configurations of the broad area type semiconductor laser device 1 and the broad area type semiconductor laser array 3 are specifically described. However, it is not necessary to provide all the layers, and other layers may be provided. Furthermore, you may provide.

また、上記実施の形態等では、AlGaInP系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、GaInAsP系などの赤色半導体レーザ、GaInN系およびAlGaInN系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ZnCdMgSSeTeなどのII−VI族の半導体レーザにも適用可能である。また、AlGaAs系、InGaAs系、InP系、GaInAsNP系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。   In the above-described embodiments, the present invention has been described by taking an AlGaInP-based compound semiconductor laser as an example. However, other compound semiconductor lasers, for example, a red semiconductor laser such as a GaInAsP-based semiconductor, a nitride such as a GaInN-based and AlGaInN-based semiconductor The present invention is also applicable to II-VI group semiconductor lasers such as gallium semiconductor lasers and ZnCdMgSSeTe. The present invention is also applicable to semiconductor lasers whose oscillation wavelength is not always in the visible range, such as AlGaAs, InGaAs, InP, and GaInAsNP.

また、上記実施の形態等では、インデックスガイド構造の半導体レーザを例に挙げて、本発明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、他の構造、例えば、ゲインガイド構造の半導体レーザに対しても適用可能である。   In the above-described embodiments, the present invention has been described by taking the semiconductor laser having an index guide structure as an example. However, the present invention is not limited to this, and other structures, for example, gain guide structures. The present invention can also be applied to a semiconductor laser.

本発明の一実施の形態に係るブロードエリア型半導体レーザ素子の全体構成を表す斜視図である。1 is a perspective view illustrating an overall configuration of a broad area type semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 図1に示したブロードエリア型半導体レーザ素子を前端面または後端面の側から見た側面図である。FIG. 2 is a side view of the broad area type semiconductor laser device shown in FIG. 1 as viewed from the front end face or the rear end face. 図1に示したブロードエリア型半導体レーザ素子のIII−III矢視方向の断面図である。It is sectional drawing of the III-III arrow direction of the broad area type | mold semiconductor laser element shown in FIG. 図1に示したコンタクト層およびリッジ部の平面的位置関係を表す平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a planar positional relationship between a contact layer and a ridge portion illustrated in FIG. 1. 図4のV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line of FIG. 図1に示したブロードエリア型半導体レーザ素子の製造方法を工程順に説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the broad area type semiconductor laser device shown in FIG. 図6に続く工程について説明するための上面図である。FIG. 7 is a top view for explaining a step following FIG. 6. 図7に続く工程について説明するための上面図である。FIG. 8 is a top view for explaining a step following the step in FIG. 7. 図8に続く工程について説明するための上面図である。FIG. 9 is a top view for explaining a step following the step in FIG. 8. 図9に続く工程について説明するための上面図である。FIG. 10 is a top view for explaining a step following the step in FIG. 9. コンタクト層が狭構造を有する場合の利得分布を表す図である。It is a figure showing gain distribution in case a contact layer has a narrow structure. 従来のロスガイド構造の利得分布を表す図である。It is a figure showing the gain distribution of the conventional loss guide structure. 実験結果を表す図である。It is a figure showing an experimental result. 他の実験結果を表す図である。It is a figure showing another experimental result. ブロードエリア型半導体レーザアレイの全体構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the whole structure of a broad area type semiconductor laser array. 図15に示したブロードエリア型半導体レーザアレイの実装例を表す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view illustrating a mounting example of the broad area type semiconductor laser array illustrated in FIG. 15. 本発明の適用例であるレーザディスプレイ装置の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the laser display apparatus which is an example of application of this invention. 本発明の適用例であるレーザ照射装置の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the laser irradiation apparatus which is an example of application of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ブロードエリア型半導体レーザ素子、2…変調構造、3…ブロードエリア型半導体レーザアレイ、10…基板、11…バッファ層、12…下部クラッド層、13…下部ガイド層、14…活性層、14A…発光領域、15…上部ガイド層、16A,16B…上部クラッド層、17…ストップ層、18…中間層、19…コンタクト層、19A…切込み、19B…島状部分、20…リッジ部、21…埋め込み層、22…上部電極、23…下部電極、30…第2不純物拡散領域、31…広領域、32…狭領域、33…第1不純物拡散領域、70…サブマウント、80…ヒートシンク、81…電極部材、82…ネジ、83…絶縁板、84…保護部材、85…ワイヤ、S1…前端面、S2…後端面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Broad area type semiconductor laser element, 2 ... Modulation structure, 3 ... Broad area type semiconductor laser array, 10 ... Substrate, 11 ... Buffer layer, 12 ... Lower clad layer, 13 ... Lower guide layer, 14 ... Active layer, 14A Light emitting region, 15 Upper guide layer, 16A and 16B Upper cladding layer, 17 Stop layer, 18 Intermediate layer, 19 Contact layer, 19A Notch, 19B Island-like portion, 20 Ridge portion, 21 Embedded layer, 22 ... upper electrode, 23 ... lower electrode, 30 ... second impurity diffusion region, 31 ... wide region, 32 ... narrow region, 33 ... first impurity diffusion region, 70 ... submount, 80 ... heat sink, 81 ... Electrode member, 82 ... Screw, 83 ... Insulating plate, 84 ... Protection member, 85 ... Wire, S1 ... Front end face, S2 ... Rear end face

Claims (7)

基板上に、活性層を含む複数の層を有すると共に、前記複数の層のうち最上層のコンタクト層を含む一部に、前記活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造が形成された半導体積層構造と、
前記活性層および前記電流狭窄構造を間にして前記電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面と
を備え、
前記コンタクト層は、前記電流狭窄構造と同じ幅の広領域と、切込みが設けられることにより前記電流狭窄構造よりも幅が狭くなっている狭領域とを有し、
前記半導体積層構造のうち前記コンタクト層以外の一部は、
前記狭領域の切込みに形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第1不純物拡散領域と、
前記一対の端面のうち少なくとも一方およびその近傍に形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第2不純物拡散領域と
を有するブロードエリア型半導体レーザ素子。
A plurality of layers including an active layer are formed on a substrate, and a band-shaped current confinement structure for confining a current injected into the active layer is formed in a part including the uppermost contact layer among the plurality of layers. A laminated semiconductor structure,
A pair of end faces facing the extending direction of the current confinement structure with the active layer and the current confinement structure in between,
The contact layer has a wide region having the same width as the current confinement structure, and a narrow region having a width narrower than the current confinement structure by being provided with a cut,
Part of the semiconductor laminated structure other than the contact layer is
A first impurity diffusion region formed in the narrow region cut and having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer;
And a second impurity diffusion region formed in at least one of the pair of end faces and in the vicinity thereof and having a band gap larger than energy corresponding to the emission wavelength of the active layer.
前記電流狭窄構造の側面に、誘電膜よりなる埋め込み層を有する
請求項1記載のブロードエリア型半導体レーザ素子。
The broad area type semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a buried layer made of a dielectric film on a side surface of the current confinement structure.
前記狭領域および前記第1不純物拡散領域は、前記電流狭窄構造の延在方向における複数個所に形成されている
請求項1または2記載のブロードエリア型半導体レーザ素子。
3. The broad area type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the narrow region and the first impurity diffusion region are formed at a plurality of locations in an extending direction of the current confinement structure.
前記コンタクト層の広領域における幅と、前記狭領域における幅との差は、4μm以上である
請求項3記載のブロードエリア型半導体レーザ素子。
The broad area type semiconductor laser device according to claim 3, wherein a difference between a width in the wide region of the contact layer and a width in the narrow region is 4 μm or more.
複数のブロードエリア型半導体レーザ素子を有するブロードエリア型半導体レーザアレイであって、
前記複数のブロードエリア型半導体レーザ素子の各々は、
基板上に、活性層を含む複数の層を有すると共に、前記複数の層のうち最上層のコンタクト層を含む一部に、前記活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造が形成された半導体積層構造と、
前記活性層および前記電流狭窄構造を間にして前記電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面と
を備え、
前記コンタクト層は、前記電流狭窄構造と同じ幅の広領域と、切込みが設けられることにより前記電流狭窄構造よりも幅が狭くなっている狭領域とを有し、
前記半導体積層構造のうち前記コンタクト層以外の一部は、
前記狭領域の切込みに形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第1不純物拡散領域と、
前記一対の端面のうち少なくとも一方およびその近傍に形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第2不純物拡散領域と
を有するブロードエリア型半導体レーザアレイ。
A broad area semiconductor laser array having a plurality of broad area semiconductor laser elements,
Each of the plurality of broad area semiconductor laser elements is
A plurality of layers including an active layer are formed on a substrate, and a band-shaped current confinement structure for confining a current injected into the active layer is formed in a part including the uppermost contact layer among the plurality of layers. A laminated semiconductor structure,
A pair of end faces facing the extending direction of the current confinement structure with the active layer and the current confinement structure in between,
The contact layer has a wide region having the same width as the current confinement structure, and a narrow region having a width narrower than the current confinement structure by being provided with a cut,
Part of the semiconductor laminated structure other than the contact layer is
A first impurity diffusion region formed in the narrow region cut and having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer;
A broad area type semiconductor laser array comprising: a second impurity diffusion region formed in at least one of the pair of end faces and in the vicinity thereof and having a band gap larger than energy corresponding to the emission wavelength of the active layer.
複数のブロードエリア型半導体レーザ素子を有するブロードエリア型半導体レーザアレイを備えたレーザディスプレイであって、
前記複数のブロードエリア型半導体レーザ素子の各々は、
基板上に、活性層を含む複数の層を有すると共に、前記複数の層のうち最上層のコンタクト層を含む一部に、前記活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造が形成された半導体積層構造と、
前記活性層および前記電流狭窄構造を間にして前記電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面と
を備え、
前記コンタクト層は、前記電流狭窄構造と同じ幅の広領域と、切込みが設けられることにより前記電流狭窄構造よりも幅が狭くなっている狭領域とを有し、
前記半導体積層構造のうち前記コンタクト層以外の一部は、
前記狭領域の切込みに形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第1不純物拡散領域と、
前記一対の端面のうち少なくとも一方およびその近傍に形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第2不純物拡散領域と
を有するレーザディスプレイ。
A laser display comprising a broad area type semiconductor laser array having a plurality of broad area type semiconductor laser elements,
Each of the plurality of broad area semiconductor laser elements is
A plurality of layers including an active layer are formed on a substrate, and a band-shaped current confinement structure for confining a current injected into the active layer is formed in a part including the uppermost contact layer among the plurality of layers. A laminated semiconductor structure,
A pair of end faces facing the extending direction of the current confinement structure with the active layer and the current confinement structure in between,
The contact layer has a wide region having the same width as the current confinement structure, and a narrow region having a width narrower than the current confinement structure by being provided with a cut,
Part of the semiconductor laminated structure other than the contact layer is
A first impurity diffusion region formed in the narrow region cut and having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer;
And a second impurity diffusion region formed in at least one of the pair of end faces and in the vicinity thereof and having a band gap larger than energy corresponding to the emission wavelength of the active layer.
複数のブロードエリア型半導体レーザ素子を有するブロードエリア型半導体レーザアレイを備えたレーザ照射装置であって、
前記複数のブロードエリア型半導体レーザ素子の各々は、
基板上に、活性層を含む複数の層を有すると共に、前記複数の層のうち最上層のコンタクト層を含む一部に、前記活性層へ注入される電流を狭窄する帯状の電流狭窄構造が形成された半導体積層構造と、
前記活性層および前記電流狭窄構造を間にして前記電流狭窄構造の延在方向に対向する一対の端面と
を備え、
前記コンタクト層は、前記電流狭窄構造と同じ幅の広領域と、切込みが設けられることにより前記電流狭窄構造よりも幅が狭くなっている狭領域とを有し、
前記半導体積層構造のうち前記コンタクト層以外の一部は、
前記狭領域の切込みに形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第1不純物拡散領域と、
前記一対の端面のうち少なくとも一方およびその近傍に形成され、前記活性層の発光波長に相当するエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する第2不純物拡散領域と
を有するレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus comprising a broad area type semiconductor laser array having a plurality of broad area type semiconductor laser elements,
Each of the plurality of broad area semiconductor laser elements is
A plurality of layers including an active layer are formed on a substrate, and a band-shaped current confinement structure for confining a current injected into the active layer is formed in a part including the uppermost contact layer among the plurality of layers. A laminated semiconductor structure,
A pair of end faces facing the extending direction of the current confinement structure with the active layer and the current confinement structure in between,
The contact layer has a wide region having the same width as the current confinement structure, and a narrow region having a width narrower than the current confinement structure by being provided with a cut,
Part of the semiconductor laminated structure other than the contact layer is
A first impurity diffusion region formed in the narrow region cut and having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer;
And a second impurity diffusion region formed in at least one of the pair of end faces and in the vicinity thereof and having a band gap larger than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9590389B2 (en) 2014-10-31 2017-03-07 Nichia Corporation Semiconductor laser element
JPWO2016129618A1 (en) * 2015-02-12 2017-11-24 古河電気工業株式会社 Semiconductor laser element and laser beam irradiation apparatus
JP2021507504A (en) * 2017-12-19 2021-02-22 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOSRAM OLED GmbH A method for determining a semiconductor laser, a method for operating the semiconductor laser, and an optimum filling rate for the semiconductor laser

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9590389B2 (en) 2014-10-31 2017-03-07 Nichia Corporation Semiconductor laser element
US9806496B2 (en) 2014-10-31 2017-10-31 Nichia Corporation Semiconductor laser element
JPWO2016129618A1 (en) * 2015-02-12 2017-11-24 古河電気工業株式会社 Semiconductor laser element and laser beam irradiation apparatus
JP2021507504A (en) * 2017-12-19 2021-02-22 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOSRAM OLED GmbH A method for determining a semiconductor laser, a method for operating the semiconductor laser, and an optimum filling rate for the semiconductor laser
US11942763B2 (en) 2017-12-19 2024-03-26 Osram Oled Gmbh Semiconductor laser, operating method for a semiconductor laser, and method for determining the optimum fill factor of a semiconductor laser

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