JP2012156397A

JP2012156397A - Semiconductor laser element

Info

Publication number: JP2012156397A
Application number: JP2011015732A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Nishioka; 義人西岡; Yoichi Mugino; 遥一麦野; Aki Noma; 亜樹野間
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-08-16

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element which ensures stabilized TM mode oscillation suitable for high output.SOLUTION: A semiconductor laser element 70 is provided with a ridge stripe 30 including a second p-type clad layer formed in ridge stripe. An n-type current constriction layer 6 is formed on the side surfaces of the ridge stripe 30. A ridge bottom width W1, i.e. the width of a surface on the first p-type clad layer 17 side in the second p-type clad layer 19 is 3.0 μm or more and 4.5 μm or less, and a ridge top width W2, i.e. the width of a surface on the reverse side of the first p-type clad layer 17 side in the second p-type clad layer 19 is 2.0 μm or more.

Description

この発明は、半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element.

ハードディスク装置（ＨＤＤ；Hard disc Drive）の記憶容量を増大させるためには、ディスクの微小領域に信号を書き込む必要がある。信号の熱安定性を確保しつつ微小領域に信号を記録するためには、熱的に安定した記録媒体が必要となるが、そうすると書き換えには強い磁場が必要となるというジレンマが生じる。現行のＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）方式では記録密度が飽和しつつある今、「熱アシスト記録」方式の実現が希求されている。「熱アシスト記録」方式は、レーザダイオード（半導体レーザ素子）を熱源とすることで、一時的に磁界を保持する力を弱めて書き込みを行う方式である。 In order to increase the storage capacity of a hard disk drive (HDD), it is necessary to write a signal in a minute area of the disk. In order to record a signal in a minute area while ensuring the thermal stability of the signal, a thermally stable recording medium is required. However, this causes a dilemma that a strong magnetic field is required for rewriting. With the current GMR (Giant Magneto Resistance) method, the recording density is becoming saturated, and the realization of the “thermally assisted recording” method is desired. The “thermally assisted recording” method is a method in which writing is performed with a laser diode (semiconductor laser element) as a heat source to temporarily weaken a force for holding a magnetic field.

特開平７−１１１３６７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-111367

現行のスライダ作成工程と親和性を持たせるためには、「熱アシスト記録」方式の記録装置に用いられる半導体レーザ素子は、従来の光ピックアップ用の半導体レーザ素子とは異なり、小さいチップサイズで高い出力を得る必要がある。
また、半導体レーザ素子の実装空間には制限があるため、光学系設計によっては従来の半導体レーザ素子での一般的なＴＥ（Tranverse Electric）偏光だけではなく、ＴＭ（Tranverse Magnetic）偏光を実現する必要が生じる場合もある。 Unlike conventional semiconductor laser elements for optical pickup, semiconductor laser elements used in “thermally assisted recording” type recording devices are high in size with a small chip size in order to have compatibility with the current slider manufacturing process. Need to get output.
In addition, because the mounting space of the semiconductor laser element is limited, depending on the optical system design, it is necessary to realize not only the general TE (Tranverse Electric) polarization in the conventional semiconductor laser element but also the TM (Tranverse Magnetic) polarization. May occur.

この発明の目的は、高出力化に適しかつ安定したＴＭモード発振が得られる半導体レーザ素子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser element suitable for high output and capable of obtaining stable TM mode oscillation.

この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層と、第１ｐ型クラッド層と、前記第１ｐ型クラッド層における前記ｎ型クラッド層側とは反対側に形成されかつリッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプと、前記ｎ型クラッド層および前記第１ｐ型クラッド層に挟まれ、引っ張り歪が生じている活性層と、前記リッジストライプの側面に形成された電流狭窄層とを備えている。そして、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側の面の幅である第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側と反対側の面の幅である第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されている。この構成では、引っ張り歪が生じている活性層を備えているので、ＴＭモードで発振する半導体レーザが得られる。 The semiconductor laser device according to the present invention includes an n-type cladding layer, a first p-type cladding layer, and a first ridge stripe formed on the opposite side of the first p-type cladding layer from the n-type cladding layer side. A ridge stripe including a 2p-type cladding layer; an active layer sandwiched between the n-type cladding layer and the first p-type cladding layer; and a current confinement layer formed on a side surface of the ridge stripe. I have. A first ridge width, which is a width of the surface on the first p-type cladding layer side in the second p-type cladding layer, is formed to be 3.0 μm or more and 4.5 μm or less, and the first p-type in the second p-type cladding layer The second ridge width, which is the width of the surface opposite to the clad layer side, is formed to be 2.0 μm or more. In this configuration, since the active layer having tensile strain is provided, a semiconductor laser that oscillates in the TM mode can be obtained.

第１リッジ幅が狭いと、動作時に半導体レーザ素子の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなるので、キンクが発生するおそれがある。一方、第１リッジ幅が広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなるので、キャリア供給不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この発明の構成では、第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。 If the first ridge width is narrow, carriers tend to concentrate at the center of the width of the semiconductor laser device during operation, and the current density increases, which may cause kinking. On the other hand, if the width of the first ridge is wide, the range in which the current is diffused during operation becomes large, so that there is a possibility of insufficient carrier supply and kinks. In the configuration of the present invention, since the first ridge width is formed to be 3.0 μm or more and 4.5 μm or less, the occurrence of kinks can be suppressed or prevented. For this reason, a semiconductor laser element having stable characteristics can be obtained.

また、第２リッジ幅が狭いと、リッジストライプの抵抗が大きくなる。リッジストライプの抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この発明の構成では、第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプの抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。 Further, if the second ridge width is narrow, the resistance of the ridge stripe increases. When the resistance of the ridge stripe increases, the operating current increases and the maximum value of the light output decreases. In the configuration of the present invention, since the second ridge width is formed to be 2.0 μm or more, the resistance of the ridge stripe can be reduced. As a result, the operating current can be lowered and the maximum value of the optical output can be prevented from being lowered.

前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記第１ｐ型クラッド層の膜厚が、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層と活性層との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層から活性層までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。 Specifically, in the semiconductor laser element, it is preferable that the film thickness of the first p-type cladding layer is 300 nm or more and 400 nm or less. This is because if the thickness of the first p-type cladding layer is smaller than 300 nm, the refractive index difference between the first p-type cladding layer and the active layer cannot be relaxed, and kinks are likely to occur. On the other hand, if the thickness of the first p-type cladding layer is larger than 400 nm, the current path from the second p-type cladding layer to the active layer becomes longer, and the characteristics are deteriorated.

この発明の一実施形態では、前記半導体レーザ素子は、前記電流狭窄層が形成された後にｐ型コンタクト層が形成される３回成長型半導体レーザ素子である。そして、前記電流狭窄層がｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層からなり、前記（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有している。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor laser element is a triple-growth semiconductor laser element in which a p-type contact layer is formed after the current confinement layer is formed. The current confinement layer is composed of an n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P (0 ≦ x4 ≦ 1) layer, and the (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _{0 The .51} In _0.49 P layer has a composition satisfying 0.7 ≦ x4 ≦ 0.9.

電流狭窄層を形成している（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層におけるＡｌ組成が多くなるほど、電流狭窄層の屈折率が小さくなる。ｘ４が０．７より小さいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層と電流狭窄層との間の屈折率差が小さくなるため、電流狭窄層による幅方向の光閉じ込め効果が弱くなる。このため、動作電流が大きくなり、最大出力が低下してしまう。一方、ｘ４が０．９より大きいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層と電流狭窄層との間の屈折率差が大きくなりすぎるため、電流狭窄層による幅方向の光閉じ込め効果が強くなりすぎる。このため、光密度が高くなり、キンクが発生しやすくなる。前記実施形態では、（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有しているので、最大出力が低下するのを防止できるとともにキンクの発生を抑制または防止できる。これにより、高出力化に適しかつ特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。 The refractive index of the current confinement layer decreases as the Al composition in the (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P layer forming the current confinement layer increases. When x4 is smaller than 0.7, the refractive index difference between the first p-type and second p-type cladding layers and the current confinement layer becomes small, and thus the light confinement effect in the width direction by the current confinement layer becomes weak. As a result, the operating current increases and the maximum output decreases. On the other hand, if x4 is larger than 0.9, the refractive index difference between the first p-type and second p-type cladding layers and the current confinement layer becomes too large, and the optical confinement effect in the width direction by the current confinement layer becomes strong. Too much. For this reason, the light density becomes high and kinks are likely to occur. In the embodiment, the (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P layer has a composition satisfying 0.7 ≦ x4 ≦ 0.9, and thus the maximum output is reduced. Can be prevented and the occurrence of kinks can be suppressed or prevented. Thereby, a semiconductor laser element suitable for high output and stable in characteristics can be obtained.

前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ電流狭窄層の膜厚が、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層を超えてコンタクト層にはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層の膜厚が４５０ｎｍより大きいと、その製造が困難となるからである。 Specifically, in the semiconductor laser element, it is preferable that the film thickness of the n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P current confinement layer is 300 nm or more and 450 nm or less. This is because if the thickness of the current confinement layer is smaller than 300 nm, the light beam may protrude from the contact layer beyond the current confinement layer in a cross-sectional view. On the other hand, if the thickness of the current confinement layer is larger than 450 nm, its manufacture becomes difficult.

この発明の一実施形態では、前記半導体レーザ素子は、前記第２ｐ型クラッド層が形成される際にｐ型コンタクト層が形成され、その後に前記電流狭窄層が形成される１回成長型半導体レーザ素子であって、前記電流狭窄層がＳｉＯ_２またはＳｉＮ層からなる。
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ＳｉＯ_２またはＳｉＮ層からなる電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層からはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍより大きいと、ＳｉＯ_２またはＳｉＮ層は硬いため、電流狭窄層と活性層との間の熱膨張係数の違いによって、活性層に応力がかかり、活性層に加わる引っ張り歪の大きさが変化するおそれがあるからである。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor laser device is a single-growth semiconductor laser in which a p-type contact layer is formed when the second p-type cladding layer is formed, and then the current confinement layer is formed. In the device, the current confinement layer is made of a SiO ₂ or SiN layer.
Specifically, in the semiconductor laser element, it is preferable that the thickness of the current confinement layer made of the SiO ₂ or SiN layer is 200 nm or more and 300 nm or less. This is because if the thickness of the current confinement layer is smaller than 200 nm, the light beam may protrude from the current confinement layer in a cross-sectional view. On the other hand, if the thickness of the current confinement layer is larger than 300 nm, the SiO ₂ or SiN layer is hard, and therefore the active layer is stressed due to the difference in thermal expansion coefficient between the current confinement layer and the active layer, This is because the magnitude of the applied tensile strain may change.

前記半導体レーザ素子は、具体的には、レーザ共振器の端面部分に、前記活性層のバンドギャップを拡大する端面窓構造が形成されていることが好ましい。レーザ共振器の端面部分に端面窓構造が形成されると、その端面部分において、活性層のバンドギャップを拡大させることができる。このため、内部で電子と正孔が再結合してできた誘導放出光がレーザ共振器の端面部分で吸収されにくくなるから、発熱を抑制できる。これにより、端面光学損傷を抑制できるので、高出力化が可能となる。 Specifically, in the semiconductor laser element, it is preferable that an end face window structure for enlarging the band gap of the active layer is formed at an end face portion of the laser resonator. When the end face window structure is formed at the end face portion of the laser resonator, the band gap of the active layer can be enlarged at the end face portion. For this reason, since the stimulated emission light formed by recombination of electrons and holes inside is not easily absorbed by the end face portion of the laser resonator, heat generation can be suppressed. As a result, end face optical damage can be suppressed, and high output can be achieved.

前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層は、（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層からなり、前記（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層は、０．７＞ｘ１を満たす組成を有していることが好ましい。
この理由につい説明する。ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。これらのクラッド層によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層とクラッド層との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。 Specifically, in the semiconductor laser element, the n-type cladding layer, the first p-type cladding layer, and the second p-type cladding layer are made of an (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P layer. Thus, the (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P layer preferably has a composition satisfying 0.7> x1.
The reason for this will be explained. The band gaps of the n-type cladding layer, the first p-type cladding layer, and the second p-type cladding layer increase as the Al composition increases. In order to perform good carrier confinement and optical confinement by these clad layers, it is preferable to set the band gap difference between the guide layer and the clad layer to a predetermined value or more. Therefore, by making x1 larger than 0.7, the band gap difference can be made equal to or greater than the predetermined value.

この発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the structure of the semiconductor laser diode which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１のII-II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line of FIG. 図１のIII−III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 前記半導体レーザダイオードの活性層の構成を説明するための図解的な断面図である。2 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration of an active layer of the semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. この発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the structure of the semiconductor laser diode which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図１２のXIII- XIII 線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the XIII-XIII line | wire of FIG. 図１２のXIV−XIV 線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the XIV-XIV line | wire of FIG. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode. 半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of a semiconductor laser diode.

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図であり、図２は図１のII-II線に沿う断面図であり、図３は図１のIII-III線に沿う断面図である。
この半導体レーザダイオード７０は、３回の結晶成長工程を経て作製される３回成長型半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオード７０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成された半導体積層構造２と、基板の裏面（半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ型電極４を備えたファブリぺロー型のものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view for explaining the configuration of a semiconductor laser diode according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing which follows the III-III line.
The semiconductor laser diode 70 is a three-time growth type semiconductor laser diode manufactured through three crystal growth steps. The semiconductor laser diode 70 is an n-type formed so as to be in contact with the substrate 1, the semiconductor multilayer structure 2 formed by crystal growth on the substrate 1, and the back surface of the substrate (the surface opposite to the semiconductor multilayer structure 2). It is of the Fabry-Perot type including the electrode 3 and the p-type electrode 4 formed so as to be in contact with the surface of the semiconductor multilayer structure 2.

基板１は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、（１００）面に対して、１０°のオフ角を有している。半導体積層構造２を形成する各層は、基板１に対してエピタキシャル成長されている。エピタキシャル成長とは、下地層からの格子の連続性を保った状態での結晶成長をいう。下地層との格子不整合は、結晶成長される層の格子の歪によって吸収され、下地層との界面での格子の連続性が保たれる。 In this embodiment, the substrate 1 is composed of a GaAs single crystal substrate. The surface orientation of the surface of the GaAs substrate 1 has an off angle of 10 ° with respect to the (100) plane. Each layer forming the semiconductor multilayer structure 2 is epitaxially grown on the substrate 1. Epitaxial growth refers to crystal growth in a state where lattice continuity from the underlayer is maintained. The lattice mismatch with the underlying layer is absorbed by the lattice strain of the layer on which the crystal is grown, and the continuity of the lattice at the interface with the underlying layer is maintained.

半導体積層構造２は、活性層１０と、ｎ側ガイド層１１と、ｐ側ガイド層1１２と、ｎ型半導体層１３と、ｐ型半導体層１４とを備えている。ｎ型半導体層１３は活性層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１４は活性層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。ｎ側ガイド層１１はｎ型半導体層１３と活性層１０との間に配置され、ｐ側ガイド層１２は活性層１０とｐ型半導体層１４との間に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。活性層１０には、ｎ型半導体層１３からｎ側ガイド層１１を介して電子が注入され、ｐ型半導体層１４からｐ側ガイド層１２を介して正孔が注入される。これらが活性層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。 The semiconductor multilayer structure 2 includes an active layer 10, an n-side guide layer 11, a p-side guide layer 112, an n-type semiconductor layer 13, and a p-type semiconductor layer 14. The n-type semiconductor layer 13 is disposed on the substrate 1 side with respect to the active layer 10, and the p-type semiconductor layer 14 is disposed on the p-type electrode 4 side with respect to the active layer 10. The n-side guide layer 11 is disposed between the n-type semiconductor layer 13 and the active layer 10, and the p-side guide layer 12 is disposed between the active layer 10 and the p-type semiconductor layer 14. Thus, a double heterojunction is formed. Electrons are injected into the active layer 10 from the n-type semiconductor layer 13 through the n-side guide layer 11, and holes are injected from the p-type semiconductor layer 14 through the p-side guide layer 12. When these are recombined in the active layer 10, light is generated.

ｎ型半導体層１３は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１６（たとえば２０００ｎｍ〜３０００ｎｍ厚、この例では２５００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１４は、ｐ型ガイド層１２上に、第１ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１７（たとえば２５０ｎｍ〜４００ｎｍ厚、この例では３５０ｎｍ厚）、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８（たとえば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚、この例では５ｎｍ厚）、第２ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１９（たとえば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１（たとえば１０００ｎｍ〜２０００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）を積層して構成されている。 The n-type semiconductor layer 13 includes an n-type GaAs buffer layer 15 (for example, 50 nm to 100 nm thick, 100 nm thick in this example) and an n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _{0 in} order from the substrate 1 side. _.49 P clad layer (0 ≦ x1 ≦ 1) 16 (for example, 2000 nm to 3000 nm thickness, 2500 nm thickness in this example) is laminated.
On the other hand, the p-type semiconductor layer 14 is formed on the p-type guide layer 12 with a first p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer (0 ≦ x1 ≦ 1) 17 (for example, 250 nm to 400 nm thickness (350 nm thickness in this example), p-type InGaP etching stop layer 18 (for example, 5 nm to 10 nm thickness, 5 nm thickness in this example), second p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P-cladding layer (0 ≦ x1 ≦ 1) 19 (for example, 1000 nm to 1500 nm thickness, 1000 nm thickness in this example), p-type GaAs cap layer 20 (for example, 50 nm to 100 nm thickness, 100 nm thickness in this example) and p-type A GaAs contact layer 21 (for example, 1000 nm to 2000 nm thick, 1000 nm thick in this example) is laminated.

ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５は、ＧａＡｓ基板１とｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１６との接着性を高めるために設けられた層である。ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５は、ＧａＡｓにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１は、ｐ型電極４とオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１は、ＧａＡｓにたとえばｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。 The n-type GaAs buffer layer 15 is a layer provided to improve the adhesion between the GaAs substrate 1 and the n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer 16. The n-type GaAs buffer layer 15 is formed as an n-type semiconductor layer by doping GaAs with, for example, Si as an n-type dopant.
The p-type GaAs contact layer 21 is a low resistance layer for making ohmic contact with the p-type electrode 4. The p-type GaAs contact layer 21 is formed as a p-type semiconductor layer by doping GaAs with, for example, Zn as a p-type dopant.

ｎ型クラッド層１６と、第１および第２ｐ型クラッド層１７，１９とは、活性層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるキャリア閉じ込め効果と、活性層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果とを生じるものである。ｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１６は、（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。第１および第２ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１７，１９は、（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐにたとえばｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。 The n-type cladding layer 16 and the first and second p-type cladding layers 17 and 19 have a carrier confinement effect for confining carriers (electrons and holes) in the active layer 10 and light from the active layer 10 between them. The light confinement effect is confined. The n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer 16 is made of, for example, (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P as an n-type dopant. An n-type semiconductor layer is formed by doping Si. The first and second p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P cladding layers 17 and 19 become (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P. For example, a p-type semiconductor layer is formed by doping Zn as a p-type dopant.

ｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１６は、ｎ側ガイド層１１よりもバンドギャップが広く、第１および第２ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１７，１９は、ｐ側ガイド層１２よりもバンドギャップが広い。これにより、良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うことができ、高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。 The n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer 16 has a wider band gap than the n-side guide layer 11, and the first and second p-types (Al _x1 Ga _(1- _x1) _{(1- x1)} ) _0.51 In _{0.49 The} P clad layers 17 and 19 have a wider band gap than the p-side guide layer 12. Thereby, good carrier confinement and optical confinement can be performed, and a highly efficient semiconductor laser diode can be realized.

高出力化を可能とするためには、端面光学損傷を抑制することが重要である。そこで、後述するように、レーザ共振器端面部分に亜鉛などの不純物を拡散することにより、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０を作製することが好ましい。端面窓構造４０を作製するために、亜鉛等の不純物を拡散する場合、不純物を拡散すべき領域が燐を含んでいれば拡散速度が速い。この実施形態では、ｎ型クラッド層１６および第１および第２ｐ型クラッド層１７，１９は、それぞれ燐を含む（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層からなる。したがって、亜鉛等の不純物を拡散させやすいので、端面窓構造４０の作製が容易である。これにより、高出力化に適した半導体レーザダイオードを実現できる。 In order to enable high output, it is important to suppress end face optical damage. Therefore, as will be described later, it is preferable to manufacture the end face window structure 40 that expands the band gap of the active layer 10 by diffusing impurities such as zinc in the end face portion of the laser resonator. In the case of diffusing an impurity such as zinc in order to produce the end face window structure 40, the diffusion rate is fast if the region where the impurity should be diffused contains phosphorus. In this embodiment, the n-type cladding layer 16 and the first and second p-type cladding layers 17 and 19 are each made of an (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P layer containing phosphorus. Therefore, since impurities such as zinc are easily diffused, the end face window structure 40 can be easily manufactured. Thereby, a semiconductor laser diode suitable for high output can be realized.

また、この実施形態におけるｎ型クラッド層１６およびｐ型クラッド層１７，１９は、（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）の組成に対するＩｎの組成の比を、０．４９／０．５１としているので、ＧａＡｓ基板１と格子整合するため、高品質の結晶を得ることができる。この結果、信頼性の高い半導体レーザ素子が得られる。
ｎ側ガイド層１１は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、ｎ型半導体層１３上に積層されることにより構成されている。ｐ側ガイド層１２は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、活性層１０上に積層されることにより構成されている。 In the n-type cladding layer 16 and the p-type cladding layers 17 and 19 in this embodiment, the ratio of the composition of In to the composition of (Al _x1 Ga _(1-x1) ) is 0.49 / 0.51. Therefore, since the lattice matching with the GaAs substrate 1 is performed, a high quality crystal can be obtained. As a result, a highly reliable semiconductor laser device can be obtained.
The n-side guide layer 11 is formed of an Al _x2 Ga _(1-x2) As (0 ≦ x2 ≦ 1) layer (for example, 20 nm to 30 nm thickness, 20 nm thickness in this example), and is stacked on the n-type semiconductor layer 13. It is constituted by. The p-side guide layer 12 is composed of an Al _x2 Ga _(1-x2) As (0 ≦ x2 ≦ 1) layer (for example, 20 nm to 30 nm thickness, 20 nm thickness in this example), and is laminated on the active layer 10 It is configured.

ｎ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層１１およびｐ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層１２は、活性層１０に光閉じ込め効果を生じる半導体層であり、かつ、クラッド層１６，１７，１９とともに、活性層１０へのキャリア閉じ込め構造を形成している。これにより、活性層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。 The n-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 11 and the p-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 12 are semiconductor layers that produce a light confinement effect in the active layer 10, and the cladding layer 16. 17 and 19 form a carrier confinement structure in the active layer 10. Thereby, the efficiency of recombination of electrons and holes in the active layer 10 is increased.

クラッド層１６，１７，１９を形成している（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。クラッド層１６，１７，１９のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。前述したように、クラッド層１６，１７，１９によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層１１，１２とクラッド層１６，１７，１９との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。 The (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P layer forming the clad layers 16, 17, 19 preferably has a composition satisfying x1> 0.7. The reason for this will be described. The band gaps of the cladding layers 16, 17, and 19 increase as the Al composition increases. As described above, in order to achieve good carrier confinement and optical confinement by the clad layers 16, 17, 19, the band gap difference between the guide layers 11, 12 and the clad layers 16, 17, 19 is a predetermined value or more. It is preferable to make it. Therefore, by making x1 larger than 0.7, the band gap difference can be made equal to or greater than the predetermined value.

第１ｐ型クラッド層１７の膜厚は、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層１７と活性層１０との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層１９から活性層１０までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。 The film thickness of the first p-type cladding layer 17 is preferably 300 nm or more and 400 nm or less. This is because if the thickness of the first p-type cladding layer 17 is smaller than 300 nm, the refractive index difference between the first p-type cladding layer 17 and the active layer 10 cannot be relaxed, and kinks are likely to occur. On the other hand, if the film thickness of the first p-type cladding layer 17 is larger than 400 nm, the current path from the second p-type cladding layer 19 to the active layer 10 becomes longer, and the characteristics deteriorate.

活性層１０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
活性層１０は、この実施形態では、図４に示すように、アンドープのＧａＡｓ_{（１−ｘ３）}Ｐ_ｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる量子井戸（well）層２２１（たとえば８ｎｍ〜１４ｎｍ厚、この例では１３ｎｍ厚）とアンドープのＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる障壁(barrier）層２２２とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。障壁層２２２の膜厚は、４ｎｍより大きくかつ量子井戸層２２１の膜厚より小さい範囲内の大きさに形成されている。この例では、障壁層２２２の膜厚は、６．５ｎｍ厚である。 The active layer 10 has, for example, a multiple-quantum well (MQW) structure containing AlGaAsP. Light is generated by recombination of electrons and holes, and the generated light is amplified. It is a layer for making it.
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the active layer 10 is a quantum well layer 221 (for example, 8 nm to 14 nm thick) made of undoped GaAs _(1-x3) P _x3 layers (0 ≦ x3 ≦ 1). In this example, the thickness is 13 nm) and a barrier layer 222 composed of an undoped Al _x2 Ga _(1-x2) As layer (0 ≦ x2 ≦ 1) is alternately stacked for a plurality of periods. Has a well structure. The thickness of the barrier layer 222 is larger than 4 nm and smaller than the thickness of the quantum well layer 221. In this example, the thickness of the barrier layer 222 is 6.5 nm.

無歪の状態でのＧａＡｓＰ層の格子定数はＧａＡｓ基板１の格子定数より小さいので、ＧａＡｓ_{（１−ｘ３）}Ｐ_ｘ３層からなる量子井戸層２２１には引っ張り応力（引っ張り歪）が生じている。これにより、半導体レーザダイオード７０は、ＴＭモードで発振することが可能となる。なお、ＴＭモードの出力光は、光伝搬方向に対して磁界方向が垂直（光伝搬方向に対して電界方向が平行）となるＴＭ波となる。 Since the lattice constant of the GaAsP layer in an unstrained state is smaller than the lattice constant of the GaAs substrate 1, tensile stress (tensile strain) is generated in the quantum well layer 221 made of the GaAs _(1-x3) P _x3 layer. As a result, the semiconductor laser diode 70 can oscillate in the TM mode. The TM mode output light is a TM wave in which the magnetic field direction is perpendicular to the light propagation direction (the electric field direction is parallel to the light propagation direction).

図３に示すように、ｐ型半導体層１４内の、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型キャップ層２０は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ３０を形成している。より具体的には、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型キャップ層２０の一部がエッチング除去され、横断面視が略台形形状（メサ形）のリッジストライプ３０が形成されている。つまり、リッジストライプ３０は、第２ｐ型クラッド層１９とｐ型キャップ層２０とから構成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅（第１リッジ幅）を「リッジボトム幅Ｗ１」といい、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅（第２リッジ幅）を「リッジトップ幅Ｗ２」ということにする。 As shown in FIG. 3, the second p-type cladding layer 19 and the p-type cap layer 20 in the p-type semiconductor layer 14 are partially removed to form a ridge stripe 30. More specifically, a part of the second p-type cladding layer 19 and the p-type cap layer 20 is removed by etching to form a ridge stripe 30 having a substantially trapezoidal shape (mesa shape) in cross-sectional view. That is, the ridge stripe 30 is composed of the second p-type cladding layer 19 and the p-type cap layer 20. The width of the surface of the second p-type cladding layer 19 on the first p-type cladding layer 17 side (first ridge width) is referred to as “ridge bottom width W1”, and is opposite to the first p-type cladding layer 17 side of the second p-type cladding layer 19. The width of the side surface (second ridge width) is referred to as “ridge top width W2”.

リッジボトム幅Ｗ１は、３．０μｍ以上４．５μｍ以下であり、好ましくは３．５μｍである。リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍより狭いと、動作時に半導体レーザ素子７０の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなるので、キンクが発生するおそれがある。一方、リッジボトム幅Ｗ１が４．５μｍより広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなるので、キャリア供給不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この実施形態では、リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。 The ridge bottom width W1 is not less than 3.0 μm and not more than 4.5 μm, preferably 3.5 μm. If the ridge bottom width W1 is narrower than 3.0 μm, carriers tend to concentrate at the center of the width of the semiconductor laser element 70 during operation, and the current density increases, so that there is a risk of kinking. On the other hand, if the ridge bottom width W1 is wider than 4.5 μm, the range in which the current is diffused during operation becomes large, so that there is a possibility of insufficient supply of carriers and kinks. In this embodiment, since the ridge bottom width W1 is formed to be not less than 3.0 μm and not more than 4.5 μm, generation of kinks can be suppressed or prevented. For this reason, a semiconductor laser element having stable characteristics can be obtained.

リッジトップ幅Ｗ２は、２．０μｍ以上であり、好ましくは２．５μｍである。リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍより狭いと、リッジストライプ３０の抵抗が大きくなる。リッジストライプ３０の抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この実施形態では、リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプ３０の抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。 The ridge top width W2 is 2.0 μm or more, preferably 2.5 μm. When the ridge top width W2 is narrower than 2.0 μm, the resistance of the ridge stripe 30 increases. As the resistance of the ridge stripe 30 increases, the operating current increases and the maximum value of light output decreases. In this embodiment, since the ridge top width W2 is formed to be 2.0 μm or more, the resistance of the ridge stripe 30 can be reduced. As a result, the operating current can be lowered and the maximum value of the optical output can be prevented from being lowered.

リッジストライプ３０の側面には、ｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）電流狭窄層（埋め込み層）６（たとえば３００ｎｍ〜４５０ｎｍ厚、この例では４００ｎｍ厚）が形成されている。より具体的には、両端面３１，３２よりの両端部分を除く中間部領域においては、ｐ型キャップ層２０の側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、ｎ型電流狭窄層６によって覆われている。一方、両端部領域においては、ｐ型キャップ層２０の上面および側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、ｎ型電流狭窄層６によって覆われている。ｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ電流狭窄層６は、（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。 On the side surface of the ridge stripe 30, an n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P (0 ≦ x4 ≦ 1) current confinement layer (buried layer) 6 (for example, 300 nm to 450 nm thick, In this example, a thickness of 400 nm) is formed. More specifically, in the intermediate region excluding both end portions from both end surfaces 31, 32, the side surface of the p-type cap layer 20, the exposed surface of the second p-type cladding layer 19, and the p-type etching stop layer 18 The exposed surface is covered with the n-type current confinement layer 6. On the other hand, in both end regions, the upper and side surfaces of the p-type cap layer 20, the exposed surface of the second p-type cladding layer 19, and the exposed surface of the p-type etching stop layer 18 are covered with the n-type current confinement layer 6. ing. The n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P current confinement layer 6 is formed from (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P, for example as an n-type dopant. An n-type semiconductor layer is formed by doping Si.

中間部領域においては、ｎ型電流狭窄層６およびｐ型キャップ層２０の露出面がコンタクト層２１によって覆われ、両端部領域においては、ｎ型電流狭窄層６の露出面がコンタクト層２１によって覆われている。
電流狭窄層６を形成しているｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。電流狭窄層６を形成しているｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９ＰにおけるＡｌ組成が多くなるほど、電流狭窄層６の屈折率が小さくなる。ｘ４が０．７より小さいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層１７，１９と電流狭窄層６との間の屈折率差が小さくなるため、電流狭窄層６による幅方向の光閉じ込め効果が弱くなる。このため、動作電流が大きくなり、最大出力が低下してしまう。一方、ｘ４が０．９より大きいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層１７，１９と電流狭窄層６との間の屈折率差が大きくなりすぎるため、電流狭窄層６による幅方向の光閉じ込め効果が強くなりすぎる。このため、光密度が高くなり、キンクが発生しやすくなる。 In the intermediate region, the exposed surfaces of the n-type current confinement layer 6 and the p-type cap layer 20 are covered with the contact layer 21, and in both end regions, the exposed surface of the n-type current confinement layer 6 is covered with the contact layer 21. It has been broken.
The n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P (0 ≦ x4 ≦ 1) layer forming the current confinement layer 6 satisfies 0.7 ≦ x4 ≦ 0.9. It preferably has a composition. The reason for this will be described. As the Al composition in the n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P forming the current confinement layer 6 increases, the refractive index of the current confinement layer 6 decreases. If x4 is smaller than 0.7, the difference in refractive index between the first p-type and second p-type cladding layers 17 and 19 and the current confinement layer 6 is small, so that the optical confinement effect in the width direction by the current confinement layer 6 is reduced. become weak. As a result, the operating current increases and the maximum output decreases. On the other hand, if x4 is larger than 0.9, the refractive index difference between the first p-type and second p-type cladding layers 17 and 19 and the current confinement layer 6 becomes too large. The confinement effect becomes too strong. For this reason, the light density becomes high and kinks are likely to occur.

この実施形態では、電流狭窄層６を形成している（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有しているので、最大出力が低下するのを防止できるとともにキンクの発生を抑制または防止できる。これにより、高出力化に適しかつ特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
また、電流狭窄層６の膜厚は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層６の膜厚が３００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層６を超えてコンタクト層２１にはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層６の膜厚が４５０ｎｍより大きいと、その製造が困難となるからである。 In this embodiment, the (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P layer forming the current confinement layer 6 has a composition satisfying 0.7 ≦ x4 ≦ 0.9. Therefore, it is possible to prevent the maximum output from being lowered and to suppress or prevent the occurrence of kinks. Thereby, a semiconductor laser element suitable for high output and stable in characteristics can be obtained.
The film thickness of the current confinement layer 6 is preferably 300 nm or more and 450 nm or less. This is because if the thickness of the current confinement layer 6 is smaller than 300 nm, the light beam may protrude from the contact layer 21 beyond the current confinement layer 6 in a cross-sectional view. On the other hand, if the thickness of the current confinement layer 6 is larger than 450 nm, its manufacture becomes difficult.

半導体積層構造２は、リッジストライプ３０の長手方向両端における劈開面により形成された一対の端面（劈開面）３１，３２を有している。この一対の端面３１，３２は、互いに平行である。こうして、ｎ側ガイド層１１、活性層１０およびｐ側ガイド層１２によって、前記一対の端面３１，３２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、活性層１０で発生した光は、共振器端面３１，３２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面３１，３２からレーザ光として素子外に取り出される。 The semiconductor multilayer structure 2 has a pair of end surfaces (cleavage surfaces) 31 and 32 formed by cleavage surfaces at both longitudinal ends of the ridge stripe 30. The pair of end surfaces 31 and 32 are parallel to each other. Thus, the n-side guide layer 11, the active layer 10, and the p-side guide layer 12 form a Fabry-Perot resonator having the pair of end faces 31 and 32 as resonator end faces. That is, the light generated in the active layer 10 is amplified by stimulated emission while reciprocating between the resonator end faces 31 and 32. A part of the amplified light is extracted from the resonator end faces 31 and 32 as laser light to the outside of the element.

ｎ型電極３は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ合金からなり、そのＡｕＧｅ側が基板１側に配されるように、基板１にオーミック接合されている。ｐ型電極４は、たとえばＴｉ／Ａｕ合金からなり、そのＴｉ側がｐ型コンタクト層２１に配されるように、ｐ型コンタクト層２１にオーミック接合されている。
図１および図２に示すように、共振器の端面部分には、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０が形成されている。この端面窓構造４０は、たとえば、共振器の端面部分に亜鉛（Ｚｎ）を拡散することによって形成される。 The n-type electrode 3 is made of, for example, an AuGe / Ni / Ti / Au alloy, and is ohmic-bonded to the substrate 1 such that the AuGe side is disposed on the substrate 1 side. The p-type electrode 4 is made of, for example, a Ti / Au alloy, and is ohmic-bonded to the p-type contact layer 21 so that the Ti side is disposed on the p-type contact layer 21.
As shown in FIGS. 1 and 2, an end window structure 40 that expands the band gap of the active layer 10 is formed at the end face portion of the resonator. This end face window structure 40 is formed, for example, by diffusing zinc (Zn) in the end face portion of the resonator.

このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１３およびｐ型半導体層１４から電子および正孔を活性層１０に注入することによって、この活性層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、発振波長が７７０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光を発生させることができる。この光は、共振器端面３１，３２の間をガイド層１１，１２に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面３１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。 With such a configuration, the n-type electrode 3 and the p-type electrode 4 are connected to a power source, and electrons and holes are injected into the active layer 10 from the n-type semiconductor layer 13 and the p-type semiconductor layer 14. For example, light having an oscillation wavelength of 770 nm or more and 830 nm or less can be generated. This light is amplified by stimulated emission while reciprocating between the resonator end faces 31 and 32 along the guide layers 11 and 12. And more laser output is taken out from the cavity end face 31 which is a laser emission end face.

図５〜図１１は、図１〜図３に示す半導体レーザダイオード７０の製造方法を示す横断面図である。ただし、図５、図７〜図９は、図３に対応する中央部の横断面図であり、図６は端部付近の横断面図である。図１０および図１１は、平面図である。
まず、図５に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１６、ｎ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層１１、活性層１０、ｐ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層１２、第１ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１７、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８、第２ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２０を順に成長させる（１回目の結晶成長工程）。なお、活性層１０は、ＧａＡｓ_{（１−ｘ３）}Ｐ_ｘ３層からなる量子井戸層２２１と、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ層からなる障壁層２２２とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。 5 to 11 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor laser diode 70 shown in FIGS. 5 and 7 to 9 are cross-sectional views of the central portion corresponding to FIG. 3, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the end portion. 10 and 11 are plan views.
First, as shown in FIG. 5, an n-type GaAs buffer layer 15 and an n-type (Al _x1 Ga _(1-x1 ) are formed on a GaAs substrate 1 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). ₎ ) _0.51 In _0.49 P-cladding layer 16, n-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 11, active layer 10, p-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 12, first p Type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P cladding layer 17, p-type InGaP etching stop layer 18, second p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _{0. 49} P-clad layer 19 and p-type GaAs cap layer 20 are grown in this order (first crystal growth step). The active layer 10 is formed by repeatedly growing a quantum well layer 221 composed of a GaAs _(1-x3) P _x3 layer and a barrier layer 222 composed of an Al _x2 Ga _(1-x2) As layer alternately for a plurality of periods. It is formed.

次に、図６および図１０に示すように、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０上にＺｎＯ（酸化亜鉛）５１をパターニングする。そして、たとえば、５００〜６００°Ｃで約２時間、アニール処理を行うことにより、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域にＺｎを拡散させる。これにより、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域に、端面窓構造４０が形成される。 Next, as shown in FIGS. 6 and 10, ZnO (zinc oxide) 51 is patterned on the p-type GaAs cap layer 20 in a region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 70. Then, for example, Zn is diffused in a region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 70 by performing an annealing process at 500 to 600 ° C. for about 2 hours. Thereby, the end face window structure 40 is formed in a region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 70.

次に、ＺｎＯ層５１を除去する。それから、図７および図１１に示すように、ストライプ状のＳｉＯ_２絶縁膜をマスク層５２として、エッチングにより、ｐ型キャップ層２０および第２ｐ型クラッド層１９の一部を除去する。そうすると、頂面にマスク層５２が積層されたリッジストライプ３０が形成される。リッジストライプ３０の形成後に、マスク層５２全体のうち、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域にある部分５２ａ（図１１参照）のみを除去する。 Next, the ZnO layer 51 is removed. Then, as shown in FIGS. 7 and 11, a part of the p-type cap layer 20 and the second p-type cladding layer 19 is removed by etching using the striped SiO ₂ insulating film as a mask layer 52. As a result, the ridge stripe 30 having the mask layer 52 laminated on the top surface is formed. After the ridge stripe 30 is formed, only the portion 52a (see FIG. 11) in the region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 70 in the entire mask layer 52 is removed.

次に、図８に示すように、表面にｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ電流狭窄層６を成膜させる（２回目の結晶成長工程）。このとき、マスク層５２がマスクとして機能する。そのため、半導体レーザダイオード７０の両端部間の中間部に相当する領域では、図８に示すように、リッジストライプ３０の頂面（ｐ型キャップ層２０の上面）はｎ型電流狭窄層６によって覆われない。一方、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域では、マスク層５２が存在しないため、リッジストライプ３０の頂面（ｐ型キャップ層２０の上面）はｎ型電流狭窄層６によって覆われる。 Next, as shown in FIG. 8, an n-type (Al _{x 4} Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P current confinement layer 6 is formed on the surface (second crystal growth step). At this time, the mask layer 52 functions as a mask. Therefore, in the region corresponding to the intermediate portion between both ends of the semiconductor laser diode 70, the top surface of the ridge stripe 30 (the upper surface of the p-type cap layer 20) is covered with the n-type current confinement layer 6 as shown in FIG. I will not. On the other hand, since the mask layer 52 does not exist in the region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 70, the top surface of the ridge stripe 30 (the top surface of the p-type cap layer 20) is covered with the n-type current confinement layer 6.

この後、マスク層５２を除去する。そして、図９に示すように、表面にｐ型コンタクト層２１を成長させる（３回目の結晶成長工程）。
最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１にオーミック接触するｐ型電極４を形成する。また、ＧａＡｓ基板１にオーミック接触するｎ型電極３を形成する。
図１２は、この発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図であり、図１３は図１２のXIII- XIII 線に沿う断面図であり、図１４は図１２のXIV- XIV線に沿う断面図である。図１２〜図１４において、図１〜図３に示された各部に対応する部分には、図１〜図３と同一の参照符号を付してある。 Thereafter, the mask layer 52 is removed. Then, as shown in FIG. 9, a p-type contact layer 21 is grown on the surface (third crystal growth step).
Finally, the p-type electrode 4 that is in ohmic contact with the p-type GaAs contact layer 21 is formed. In addition, an n-type electrode 3 that is in ohmic contact with the GaAs substrate 1 is formed.
12 is a plan view for explaining the configuration of a semiconductor laser diode according to a second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 12, and FIG. It is sectional drawing which follows the XIV-XIV line | wire. 12 to 14, portions corresponding to the respective portions shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3.

この半導体レーザダイオード８０は、１回の結晶成長工程を経て作製される１回成長型半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオード８０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成された半導体積層構造２Ａと、基板の裏面（半導体積層構造２Ａと反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、半導体積層構造２Ａの表面に接触するように形成されたｐ型電極４を備えたファブリぺロー型のものである。 This semiconductor laser diode 80 is a single growth type semiconductor laser diode manufactured through a single crystal growth step. The semiconductor laser diode 80 is formed to be in contact with the substrate 1, the semiconductor multilayer structure 2A formed by crystal growth on the substrate 1, and the back surface of the substrate (the surface opposite to the semiconductor multilayer structure 2A). The Fabry-Perot type is provided with an electrode 3 and a p-type electrode 4 formed so as to be in contact with the surface of the semiconductor multilayer structure 2A.

基板１は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、（１００）面に対して、１０°のオフ角を有している。半導体積層構造２Ａを形成する各層は、基板１に対してエピタキシャル成長されている。
半導体積層構造２Ａは、活性層１０と、ｎ側ガイド層１１と、ｐ側ガイド層１２と、ｎ型半導体層１３と、ｐ型半導体層１４Ａとを備えている。ｎ型半導体層１３は活性層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１４Ａは活性層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。ｎ側ガイド層１１はｎ型半導体層１３と活性層１０との間に配置され、ｐ側ガイド層１２は活性層１０とｐ型半導体層１４Ａとの間に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。活性層１０には、ｎ型半導体層１３からｎ側ガイド層１１を介して電子が注入され、ｐ型半導体層１４Ａからｐ側ガイド層１２を介して正孔が注入される。これらが活性層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。 In this embodiment, the substrate 1 is composed of a GaAs single crystal substrate. The surface orientation of the surface of the GaAs substrate 1 has an off angle of 10 ° with respect to the (100) plane. Each layer forming the semiconductor stacked structure 2 </ b> A is epitaxially grown on the substrate 1.
The semiconductor stacked structure 2A includes an active layer 10, an n-side guide layer 11, a p-side guide layer 12, an n-type semiconductor layer 13, and a p-type semiconductor layer 14A. The n-type semiconductor layer 13 is disposed on the substrate 1 side with respect to the active layer 10, and the p-type semiconductor layer 14 </ b> A is disposed on the p-type electrode 4 side with respect to the active layer 10. The n-side guide layer 11 is disposed between the n-type semiconductor layer 13 and the active layer 10, and the p-side guide layer 12 is disposed between the active layer 10 and the p-type semiconductor layer 14A. Thus, a double heterojunction is formed. Electrons are injected into the active layer 10 from the n-type semiconductor layer 13 through the n-side guide layer 11, and holes are injected from the p-type semiconductor layer 14 </ b> A through the p-side guide layer 12. When these are recombined in the active layer 10, light is generated.

ｎ型半導体層１３は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１６（たとえば２０００ｎｍ〜３０００ｎｍ厚、この例では２５００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１４Ａは、ｐ型ガイド層１２上に、第１ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１７（たとえば２５０ｎｍ〜４００ｎｍ厚、この例では３５０ｎｍ厚）、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８（たとえば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚、この例では５ｎｍ厚）、第２ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１９（たとえば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａ（たとえば１００ｎｍ〜３００ｎｍ厚、この例では３００ｎｍ厚）を積層して構成されている。 The n-type semiconductor layer 13 includes an n-type GaAs buffer layer 15 (for example, 50 nm to 100 nm thick, 100 nm thick in this example) and an n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _{0 in} order from the substrate 1 side. _.49 P clad layer (0 ≦ x1 ≦ 1) 16 (for example, 2000 nm to 3000 nm thickness, 2500 nm thickness in this example) is laminated.
On the other hand, the p-type semiconductor layer 14A is formed on the p-type guide layer 12 with a first p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer (0 ≦ x1 ≦ 1) 17 (for example, 250 nm to 400 nm thickness (350 nm thickness in this example), p-type InGaP etching stop layer 18 (for example, 5 nm to 10 nm thickness, 5 nm thickness in this example), second p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer (0 ≦ x1 ≦ 1) 19 (for example, 1000 nm to 1500 nm thickness, 1000 nm thickness in this example) and p-type GaAs contact layer 21A (for example, 100 nm to 300 nm thickness, 300 nm thickness in this example) are stacked Configured.

ｎ側ガイド層１１は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、ｎ型半導体層１３上に積層されることにより構成されている。ｐ側ガイド層１２は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、活性層１０上に積層されることにより構成されている。 The n-side guide layer 11 is formed of an Al _x2 Ga _(1-x2) As (0 ≦ x2 ≦ 1) layer (for example, 20 nm to 30 nm thickness, 20 nm thickness in this example), and is stacked on the n-type semiconductor layer 13. It is constituted by. The p-side guide layer 12 is composed of an Al _x2 Ga _(1-x2) As (0 ≦ x2 ≦ 1) layer (for example, 20 nm to 30 nm thickness, 20 nm thickness in this example), and is laminated on the active layer 10 It is configured.

活性層１０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有している。活性層１０は、この実施形態では、図４に示すように、アンドープのＧａＡｓ_{（１−ｘ３）}Ｐ_ｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる量子井戸（well）層（たとえば８ｎｍ〜１４ｎｍ厚、この例では１３ｎｍ厚）２２１とアンドープのＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる障壁(barrier）層２２２とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。障壁層２２２の膜厚は、４ｎｍより大きくかつ量子井戸層２２１の膜厚より小さい範囲内の大きさに形成されている。この例では、障壁層２２２の膜厚は、６．５ｎｍ厚である。 The active layer 10 has, for example, a multiple quantum well (MQW) structure containing AlGaAsP. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the active layer 10 is a quantum well layer (e.g., 8 nm to 14 nm thick) made of an undoped GaAs _(1-x3) P _x3 layer (0 ≦ x3 ≦ 1). In this example, the multiple quantum is formed by alternately laminating a barrier layer 222 composed of 13 nm thick) 221 and an undoped Al _x2 Ga _(1-x2) As layer (0 ≦ x2 ≦ 1) for a plurality of periods. Has a well structure. The thickness of the barrier layer 222 is larger than 4 nm and smaller than the thickness of the quantum well layer 221. In this example, the thickness of the barrier layer 222 is 6.5 nm.

無歪の状態でのＧａＡｓＰ層の格子定数はＧａＡｓ基板１の格子定数より小さいので、ＧａＡｓ_{（１−ｘ３）}Ｐ_ｘ３層からなる量子井戸層２２１には引っ張り応力（引っ張り歪）が生じている。これにより、半導体レーザダイオード８０は、ＴＭモードで発振することが可能となる。なお、ＴＭモードの出力光は、光伝搬方向に対して磁界方向が垂直（光伝搬方向に対して電界方向が平行）となるＴＭ波となる。 Since the lattice constant of the GaAsP layer in an unstrained state is smaller than the lattice constant of the GaAs substrate 1, tensile stress (tensile strain) is generated in the quantum well layer 221 made of the GaAs _(1-x3) P _x3 layer. Thereby, the semiconductor laser diode 80 can oscillate in the TM mode. The TM mode output light is a TM wave in which the magnetic field direction is perpendicular to the light propagation direction (the electric field direction is parallel to the light propagation direction).

ｐ型半導体層１４Ａ内の、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型コンタクト層２１Ａは、その一部が除去されることによって、リッジストライプ３０Ａを形成している。より具体的には、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型コンタクト層２１Ａの一部がエッチング除去され、横断面視が略台形形状（メサ形）のリッジストライプ３０Ａが形成されている。つまり、リッジストライプ３０Ａは、第２ｐ型クラッド層１９とｐ型コンタクト層２１Ａとから構成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅（第１リッジ幅）を「リッジボトム幅Ｗ１」といい、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅（第２リッジ幅）を「リッジトップ幅Ｗ２」ということにする。 The second p-type cladding layer 19 and the p-type contact layer 21A in the p-type semiconductor layer 14A are partially removed to form a ridge stripe 30A. More specifically, a part of the second p-type cladding layer 19 and the p-type contact layer 21A is removed by etching to form a ridge stripe 30A having a substantially trapezoidal shape (mesa shape) in cross section. That is, the ridge stripe 30A includes the second p-type cladding layer 19 and the p-type contact layer 21A. The width of the surface of the second p-type cladding layer 19 on the first p-type cladding layer 17 side (first ridge width) is referred to as “ridge bottom width W1”, and is opposite to the first p-type cladding layer 17 side of the second p-type cladding layer 19. The width of the side surface (second ridge width) is referred to as “ridge top width W2”.

リッジボトム幅Ｗ１は、３．０μｍ以上４．５μｍ以下であり、好ましくは３．５μｍである。リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍより狭いと、動作時に半導体レーザ素子７０の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなる。電流密度が高くなると、急激な電流注入が発生して、キンクが発生するおそれがある。一方、リッジボトム幅Ｗ１が４．５μｍより広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなる。電流の拡散範囲が大きくなると、キャリア不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この実施形態では、リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。 The ridge bottom width W1 is not less than 3.0 μm and not more than 4.5 μm, preferably 3.5 μm. When the ridge bottom width W1 is narrower than 3.0 μm, carriers tend to concentrate at the center of the width of the semiconductor laser element 70 during operation, and the current density increases. If the current density is increased, rapid current injection may occur and kinks may occur. On the other hand, if the ridge bottom width W1 is wider than 4.5 μm, the range in which current is diffused during operation becomes large. When the current diffusion range is increased, carrier shortage may occur and kinks may occur. In this embodiment, since the ridge bottom width W1 is formed to be not less than 3.0 μm and not more than 4.5 μm, generation of kinks can be suppressed or prevented. For this reason, a semiconductor laser element having stable characteristics can be obtained.

リッジトップ幅Ｗ２は、２．０μｍ以上であり、好ましくは２．５μｍである。リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍより狭いと、リッジストライプ３０の抵抗が大きくなる。リッジストライプ３０の抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この実施形態では、リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプ３０Ａの抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。 The ridge top width W2 is 2.0 μm or more, preferably 2.5 μm. When the ridge top width W2 is narrower than 2.0 μm, the resistance of the ridge stripe 30 increases. As the resistance of the ridge stripe 30 increases, the operating current increases and the maximum value of light output decreases. In this embodiment, since the ridge top width W2 is formed to be 2.0 μm or more, the resistance of the ridge stripe 30A can be reduced. As a result, the operating current can be lowered and the maximum value of the optical output can be prevented from being lowered.

リッジストライプ３０Ａの側面には、ＳｉＯ^２またはＳｉＮ絶縁層からなる電流狭窄層（埋め込み層）６Ａ（たとえば２００ｎｍ〜３００ｎｍ厚、この例では２５０ｎｍ厚）が形成されている。より具体的には、ｐ型コンタクト層２１Ａの側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、電流狭窄層６Ａによって覆われている。 On the side surface of the ridge stripe 30A, a current confinement layer (buried layer) 6A (for example, 200 nm to 300 nm thickness, 250 nm thickness in this example) made of an SiO ² or SiN insulating layer is formed. More specifically, the side surface of the p-type contact layer 21A, the exposed surface of the second p-type cladding layer 19, and the exposed surface of the p-type etching stop layer 18 are covered with the current confinement layer 6A.

電流狭窄層６Ａの膜厚は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層６Ａの膜厚が２００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層６Ａからはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層６Ａの膜厚が３００ｎｍより大きいと、ＳｉＯ_２またはＳｉＮ絶縁層は硬いため、電流狭窄層６Ａと活性層１０との間の熱膨張係数の違いによって、活性層１０に応力がかかり、活性層に加わる引っ張り歪の大きさが変化するおそれがあるからである。 The film thickness of the current confinement layer 6A is preferably 200 nm or more and 300 nm or less. This is because if the thickness of the current confinement layer 6A is smaller than 200 nm, the light beam may protrude from the current confinement layer 6A in a cross-sectional view. On the other hand, if the thickness of the current confinement layer 6A is larger than 300 nm, the SiO ₂ or SiN insulating layer is hard, and therefore stress is applied to the active layer 10 due to the difference in thermal expansion coefficient between the current confinement layer 6A and the active layer 10. This is because the tensile strain applied to the active layer may change.

半導体積層構造２Ａは、リッジストライプ３０Ａの長手方向両端における劈開面により形成された一対の端面（劈開面）３１，３２を有している。この一対の端面３１，３２は、互いに平行である。こうして、ｎ側ガイド層１１、活性層１０およびｐ側ガイド層１２によって、前記一対の端面３１，３２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、活性層１０で発生した光は、共振器端面３１，３２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面３１，３２からレーザ光として素子外に取り出される。 The semiconductor multilayer structure 2A has a pair of end faces (cleavage faces) 31 and 32 formed by cleavage faces at both longitudinal ends of the ridge stripe 30A. The pair of end surfaces 31 and 32 are parallel to each other. Thus, the n-side guide layer 11, the active layer 10, and the p-side guide layer 12 form a Fabry-Perot resonator having the pair of end faces 31 and 32 as resonator end faces. That is, the light generated in the active layer 10 is amplified by stimulated emission while reciprocating between the resonator end faces 31 and 32. A part of the amplified light is extracted from the resonator end faces 31 and 32 as laser light to the outside of the element.

ｎ型電極３は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ合金からなり、そのＡｕＧｅ側が基板１側に配されるように、基板１にオーミック接合されている。ｐ型電極４は、たとえばＴｉ／Ａｕ合金からなり、そのＴｉ側がｐ型コンタクト層２１Ａに配されるように、ｐ型コンタクト層２１Ａにオーミック接合されている。
図１２および図１３に示すように、共振器の端面部分には、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０が形成されている。この端面窓構造４０は、たとえば、共振器の端面部分に亜鉛（Ｚｎ）を拡散することによって形成される。 The n-type electrode 3 is made of, for example, an AuGe / Ni / Ti / Au alloy, and is ohmic-bonded to the substrate 1 such that the AuGe side is disposed on the substrate 1 side. The p-type electrode 4 is made of, for example, a Ti / Au alloy and is in ohmic contact with the p-type contact layer 21A so that the Ti side is disposed on the p-type contact layer 21A.
As shown in FIGS. 12 and 13, an end face window structure 40 that enlarges the band gap of the active layer 10 is formed at the end face portion of the resonator. This end face window structure 40 is formed, for example, by diffusing zinc (Zn) in the end face portion of the resonator.

このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１３およびｐ型半導体層１４Ａから電子および正孔を活性層１０に注入することによって、この活性層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、発振波長が７７０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光を発生させることができる。この光は、共振器端面３１，３２の間をガイド層１１，１２に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面３１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。 With such a configuration, the n-type electrode 3 and the p-type electrode 4 are connected to a power source, and electrons and holes are injected into the active layer 10 from the n-type semiconductor layer 13 and the p-type semiconductor layer 14A. For example, light having an oscillation wavelength of 770 nm or more and 830 nm or less can be generated. This light is amplified by stimulated emission while reciprocating between the resonator end faces 31 and 32 along the guide layers 11 and 12. And more laser output is taken out from the cavity end face 31 which is a laser emission end face.

図１５〜図２０は、図１２〜図１４に示す半導体レーザダイオード８０の製造方法を示す横断面図である。ただし、図１５、図１７および図１８は、図１４に対応する中央部の横断面図であり、図１６は端部付近の横断面図である。図１９および図２０は、平面図である。
まず、図１５に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１６、ｎ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層１１、活性層１０、ｐ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層１２、第１ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１７、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８、第２ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層１９およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａを順に成長させる。なお、活性層１０は、ＧａＡｓ_{（１−ｘ３）}Ｐ_ｘ３層からなる量子井戸層２２１と、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓ層からなる障壁層２２２とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。 15 to 20 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor laser diode 80 shown in FIGS. 15, 17, and 18 are cross-sectional views of the central portion corresponding to FIG. 14, and FIG. 16 is a cross-sectional view of the vicinity of the end portion. 19 and 20 are plan views.
First, as shown in FIG. 15, an n-type GaAs buffer layer 15 and an n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In are formed on a GaAs substrate 1 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). _0.49 P-clad layer 16, n-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 11, active layer 10, p-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 12, first p-type (Al _x1 Ga _{( 1-x1)} ) _0.51 In _0.49 P cladding layer 17, p-type InGaP etching stop layer 18, second p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P cladding layer 19 and A p-type GaAs contact layer 21A is grown in order. The active layer 10 is formed by repeatedly growing a quantum well layer 221 composed of a GaAs _(1-x3) P _x3 layer and a barrier layer 222 composed of an Al _x2 Ga _(1-x2) As layer alternately for a plurality of periods. It is formed.

次に、図１６および図１９に示すように、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０上にＺｎＯ（酸化亜鉛）５１をパターニングする。そして、たとえば、５００〜６００°Ｃで約２時間、アニール処理を行うことにより、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域にＺｎを拡散させるこれにより、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域に、端面窓構造４０が形成される。 Next, as shown in FIGS. 16 and 19, ZnO (zinc oxide) 51 is patterned on the p-type GaAs cap layer 20 in a region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 80. Then, for example, annealing is performed at 500 to 600 ° C. for about 2 hours to diffuse Zn into a region corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 80, thereby corresponding to the vicinity of the end face of the semiconductor laser diode 80. An end window structure 40 is formed in the region.

次に、ＺｎＯ層５１を除去する。それから、図１７および図２０に示すように、ストライプ状のＳｉＯ_２絶縁膜をマスク層５２として、エッチングにより、ｐ型コンタクト層２１Ａおよび第２ｐ型クラッド層１９の一部を除去する。そうすると、頂面にマスク層５２が積層されたリッジストライプ３０Ａが形成される。この後、マスク層５２を除去する。
次に、表面にＳｉＯ_２またはＳｉＮ絶縁層からなる電流狭窄層６Ａを成膜させる。その後、ｐ型コンタクト層２１Ａ上の電流狭窄層６Ａを除去する。これにより、図１８に示すように、リッジストライプ３０Ａの側面は電流狭窄層６Ａによって覆われるが、リッジストライプ３０Ａの頂面（ｐ型コンタクト層２１は電流狭窄層６Ａによって覆われない。 Next, the ZnO layer 51 is removed. Then, as shown in FIGS. 17 and 20, using the striped SiO ₂ insulating film as a mask layer 52, the p-type contact layer 21A and a part of the second p-type cladding layer 19 are removed by etching. As a result, a ridge stripe 30A in which the mask layer 52 is laminated on the top surface is formed. Thereafter, the mask layer 52 is removed.
Next, a current confinement layer 6A made of an SiO ₂ or SiN insulating layer is formed on the surface. Thereafter, the current confinement layer 6A on the p-type contact layer 21A is removed. Thus, as shown in FIG. 18, the side surface of the ridge stripe 30A is covered with the current confinement layer 6A, but the top surface of the ridge stripe 30A (the p-type contact layer 21 is not covered with the current confinement layer 6A).

最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａにオーミック接触するｐ型電極４を形成する。また、ＧａＡｓ基板１にオーミック接触するｎ型電極３を形成する。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。 Finally, the p-type electrode 4 is formed in ohmic contact with the p-type GaAs contact layer 21A. In addition, an n-type electrode 3 that is in ohmic contact with the GaAs substrate 1 is formed.
The present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.

１基板
２，２Ａ半導体積層構造
３ｎ型電極
４ｐ型電極
６ｎ型（Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１−ｘ４）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ電流狭窄層
６ＡＳｉＯ_２またはＳｉＮ電流狭窄層
１０活性層
１１ｎ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層
１２ｐ側Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ａｓガイド層
１３ｎ型半導体層
１４，１４Ａｐ型半導体層
１５ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１６ｎ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層
１７，１９ｐ型（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}）_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐクラッド層
１８ｐ型エッチングストップ層
２０ｐ型キャップ層
２１，２１Ａｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３０，３０Ａリッジストライプ
４０端面窓構造
７０，８０半導体レーザダイオード
２２１量子井戸層
２２２障壁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2,2A Semiconductor laminated structure 3 n-type electrode 4 p-type electrode 6 n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P current confinement layer 6A SiO ₂ or SiN current confinement layer 10 active Layer 11 n-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 12 p-side Al _x2 Ga _(1-x2) As guide layer 13 n-type semiconductor layer 14, 14A p-type semiconductor layer 15 n-type GaAs buffer layer 16 n-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer 17, 19 p-type (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P clad layer 18 p-type etching stop Layer 20 p-type cap layer 21, 21A p-type GaAs contact layer 30, 30A Ridge stripe 40 End window structure 70, 80 Semiconductor laser diode 221 Amount Child well layer 222 Barrier layer

Claims

an n-type cladding layer;
A first p-type cladding layer;
A ridge stripe including a second p-type cladding layer formed on the side opposite to the n-type cladding layer side of the first p-type cladding layer and formed in a ridge stripe shape;
An active layer sandwiched between the n-type cladding layer and the first p-type cladding layer and having tensile strain;
A current confinement layer formed on a side surface of the ridge stripe,
A first ridge width, which is a width of a surface of the second p-type cladding layer on the first p-type cladding layer side, is formed to be 3.0 μm to 4.5 μm, and the first p-type cladding layer in the second p-type cladding layer A semiconductor laser device, wherein the second ridge width, which is the width of the opposite surface, is formed to be 2.0 μm or more.

2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a film thickness of the first p-type cladding layer is 300 nm or more and 400 nm or less.

A triple-growth semiconductor laser device in which a p-type contact layer is formed after the current confinement layer is formed,
The current confinement layer includes an n-type (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 In _0.49 P (0 ≦ x4 ≦ 1) layer, and the (Al _x4 Ga _(1-x4) ) _0.51 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the In _0.49 P layer has a composition satisfying 0.7 ≦ x4 ≦ 0.9.

The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the current confinement layer has a thickness of 300 nm to 450 nm.

A single-growth semiconductor laser device, wherein a p-type contact layer is formed when the second p-type cladding layer is formed, and then the current confinement layer is formed;
The current confinement layer is made of SiO ₂ layer or SiN layer, a semiconductor laser device according to claim 1 or 2.

6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the current confinement layer has a thickness of 200 nm to 300 nm.

The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an end face window structure for enlarging a band gap of the active layer is formed at an end face portion of the laser resonator.

The n-type cladding layer, the first p-type cladding layer, and the second p-type cladding layer are each composed of an (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P layer,
The semiconductor according to claim 1, wherein the (Al _x1 Ga _(1-x1) ) _0.51 In _0.49 P layer has a composition satisfying 0.7> x1. Laser element.