JP2024004295A - Semiconductor laser element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

To improve the crystal quality in a semiconductor laser fabricated using IFVD or impurity diffusion.SOLUTION: A laminated growth layer 120 includes m (m≥1) laser resonators 200 formed therein. In each of the laser resonators 200, the degree of mixed crystallization in an active layer 134 is greater than the degree of mixed crystallization between a P-type clad layer 124 and a P-type contact layer 126. The m resonators include n (2≤n≤m) laser resonators 200 having oscillation wavelengths different from each other, and the degrees of mixed crystallization in the active layer 134 of the n laser resonators are different from each other. The degrees of mixed crystallization between the P-type clad layer 124 and the P-type contact layer 126 of the n laser resonators are substantially equal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、マルチビーム半導体レーザ素子に関する。 The present disclosure relates to a multi-beam semiconductor laser device.

半導体レーザ(LD)は、小型かつ高効率であることから、ヘッドマウントディスプレイやスマートグラスなど、AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)デバイス用の光源として利用される。 Semiconductor lasers (LDs) are small and highly efficient, so they are used as light sources for AR (Augmented Reality)/VR (Virtual Reality) devices such as head-mounted displays and smart glasses.

高出力な端面発光型レーザとして、複数のレーザ共振器(エミッタ)がモノリシックに集積化されるマルチビーム半導体レーザが提案されている。これらの用途においては、光学系の観点から横シングルモード半導体レーザが使用されるが、波長スペクトルが狭く干渉性が高いために、マルチビームの波長が同一であると、ビーム間の干渉により、ファーフィールドパターン(FFP)に好ましくない強度分布(干渉縞)が現れ、ビーム品質が低下するという問題がある。ビーム品質の問題を解決するために、複数チャンネルの発振波長を意図的にシフトさせる必要がある。 A multi-beam semiconductor laser in which a plurality of laser resonators (emitters) are monolithically integrated has been proposed as a high-power edge-emitting laser. In these applications, transverse single mode semiconductor lasers are used from the viewpoint of optical systems, but because the wavelength spectrum is narrow and coherency is high, if the wavelengths of multiple beams are the same, interference between the beams will cause a There is a problem that an unfavorable intensity distribution (interference fringes) appears in the field pattern (FFP) and the beam quality deteriorates. To solve the beam quality problem, it is necessary to intentionally shift the oscillation wavelengths of multiple channels.

多波長・多ビームレーザを作製する技術には、IFVD(Impurity Free Vacancy Disordering)が利用できる。この手法では、拡散ソースとなる点欠陥を活性層に導入し、熱処理を施すことで、量子井戸層とガイド層(バリア層)の原子を相互拡散させる(QWI:Quantum Well Intermixing)。これにより、井戸層とガイド層の無秩序化が起こり、井戸層におけるエネルギー準位を制御することができる(特許文献1)。 IFVD (Impurity Free Vacancy Disordering) can be used as a technology for producing multi-wavelength/multi-beam lasers. In this method, point defects that serve as diffusion sources are introduced into the active layer, and heat treatment is performed to cause atoms in the quantum well layer and the guide layer (barrier layer) to interdiffuse (QWI: Quantum Well Intermixing). As a result, the well layer and the guide layer become disordered, and the energy level in the well layer can be controlled (Patent Document 1).

IFVDにおいては、一般的にGaAs層上にSiO膜を形成することで、GaAs層からSiO膜にIII属原子を引き抜き、拡散ソースとなるIII属空孔型の点欠陥を結晶中に生成させる。そして、熱処理を施すことで、これらを活性層まで拡散させ、QWIを促す。波長の異なる半導体レーザをモノリシック化させる場合は、エミッタごとに、結晶に導入させる拡散ソース量を変化させればよい。たとえば非特許文献1では、SiO膜にパターニングを施しており、これによりSiO膜がGaAs層と接触する割合を変えている。このようにすることで、領域ごとに生成される拡散ソース量が変わるため、空間的な発光波長制御が実現できる。 In IFVD, generally by forming a SiO 2 film on a GaAs layer, group III atoms are extracted from the GaAs layer to the SiO 2 film, and point defects of the group III vacancy type, which serve as diffusion sources, are generated in the crystal. let Then, heat treatment is performed to diffuse these into the active layer and promote QWI. When semiconductor lasers with different wavelengths are made monolithic, the amount of diffused source introduced into the crystal may be changed for each emitter. For example, in Non-Patent Document 1, the SiO 2 film is patterned, thereby changing the proportion of the SiO 2 film in contact with the GaAs layer. By doing this, the amount of diffused sources generated varies from region to region, making it possible to achieve spatial control of the emission wavelength.

IFVDにおける拡散ソースは点欠陥に限られず、たとえばZnなどの不純物を用いても、上記同様にエネルギー準位を変化させることが可能である。たとえば、特許文献2では、P層にCを不純物としてドープし、これにより混晶化の促進をさせることで、端面窓構造における波長制御が実現されている。 The diffusion source in IFVD is not limited to point defects, and even if an impurity such as Zn is used, the energy level can be changed in the same manner as described above. For example, in Patent Document 2, wavelength control in the end face window structure is realized by doping the P layer with C as an impurity and thereby promoting mixed crystal formation.

特許第4711623号公報Patent No. 4711623 特許第5128604号公報Patent No. 5128604 特開2008-235790号公報JP2008-235790A

Boon Siew Ooi et al., IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 33, NO. 10, pp. 1784-1793, 1997Boon Siew Ooi et al., IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 33, NO. 10, pp. 1784-1793, 1997

特許文献3に説明されるように、従来よく用いられるIFVDや不純物拡散では、エピ表面(主にP側コンタクト層)から活性層といった数μmスケールでの拡散が必要となる。複数のエミッタ間で、発光波長に十分な差を付ける場合には、これらの拡散ソースをかなり高密度に導入させる必要がある。しかしながら、拡散ソースである点欠陥や不純物が結晶中に存在すると、これらは欠陥準位や不純物準位を形成し、非輻射再結合中心や光の吸収源となる。特に、半導体レーザにおいては、これらの存在が内部量子効率低減や、内部損失増大といった悪影響を引き起こす直接的な原因となるため、波長制御と結晶品質の両立が難しい。 As explained in Patent Document 3, conventionally commonly used IFVD and impurity diffusion require diffusion on a scale of several μm from the epitaxial surface (mainly the P-side contact layer) to the active layer. In order to create a sufficient difference in emission wavelength between a plurality of emitters, it is necessary to introduce these diffused sources at a fairly high density. However, if point defects or impurities, which are diffusion sources, exist in the crystal, they form defect levels or impurity levels, which become nonradiative recombination centers or light absorption sources. Particularly in semiconductor lasers, the presence of these elements directly causes negative effects such as a reduction in internal quantum efficiency and an increase in internal loss, making it difficult to achieve both wavelength control and crystal quality.

さらに、多波長・多ビームレーザにおいては、エミッタごとに異なる波長のエミッタを作製するために、QWIの度合いを、それぞれのエミッタで変える必要があり、必然的に結晶に取り込まれる拡散ソースの量に差が生じてしまう。従って、エミッタごとに結晶品質の差が生じてしまい、これがエミッタ間の特性ばらつきや、素子信頼性ばらつきの原因となる。 Furthermore, in multi-wavelength/multi-beam lasers, in order to fabricate emitters with different wavelengths for each emitter, it is necessary to change the degree of QWI for each emitter, which inevitably affects the amount of diffused source incorporated into the crystal. There will be a difference. Therefore, differences in crystal quality occur between emitters, which causes variations in characteristics between emitters and variations in device reliability.

IFVDや不純物拡散による波長制御は、シングルビームの半導体レーザにおいて、発振波長を制御するために利用することも可能である。 Wavelength control by IFVD or impurity diffusion can also be used to control the oscillation wavelength in a single beam semiconductor laser.

本開示のある態様はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、IFVDや不純物拡散を用いて作製される半導体レーザにおける、結晶品質を改善、および/または、多波長・多ビームの半導体レーザにおけるエミッタごとの素子特性ばらつきの解消にある。 Certain embodiments of the present disclosure have been made in view of such problems, and one exemplary purpose thereof is to improve the crystal quality and/or increase the crystal quality in a semiconductor laser manufactured using IFVD or impurity diffusion. The goal is to eliminate variations in device characteristics among emitters in wavelength/multiple beam semiconductor lasers.

本開示のある態様は、端面発光型の半導体レーザ素子であって、N型半導体基板と、N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、を備える。積層成長層には、m個(m≧1)のレーザ共振器が形成され、各レーザ共振器において、活性層での混晶化度合いが、P型クラッド層からP型コンタクト層間での混晶化度合いよりも大きい。 An embodiment of the present disclosure is an edge-emitting type semiconductor laser device, which includes an N-type semiconductor substrate, an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate. A laminated growth layer containing. m laser resonators (m≧1) are formed in the laminated growth layer, and in each laser resonator, the degree of mixed crystallization in the active layer varies from the P-type cladding layer to the P-type contact layer. greater than the degree of change.

本開示の別の態様もまた、端面発光型の半導体レーザ素子に関する。この半導体レーザ素子は、N型半導体基板と、N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、を備える。積層成長層には、複数のレーザ共振器が形成され、複数のレーザ共振器の間で、活性層での混晶化度合いが異なり、複数のレーザ共振器の間で、P型クラッド層からP型コンタクト層間での混晶化度合いが実質的に等しい。 Another aspect of the present disclosure also relates to an edge-emitting semiconductor laser device. This semiconductor laser device includes an N-type semiconductor substrate and a laminated growth layer including an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate. A plurality of laser resonators are formed in the laminated growth layer, and the degree of mixed crystallization in the active layer differs between the plurality of laser resonators, and the P-type cladding layer changes from the P-type cladding layer to the P-type laser resonator. The degree of mixed crystallization between the mold contact layers is substantially equal.

本開示のさらに別の態様もまた、半導体レーザ素子である。この半導体レーザ素子は、N型半導体基板と、N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、を備える。積層成長層には、発振波長の異なる複数のレーザ共振器が形成され、複数のレーザ共振器の間で、活性層での混晶化度合いが異なり、複数のレーザ共振器の間で、P型クラッド層からP型コンタクト層間の各層の膜厚、組成比、不純物濃度が実質的に等しい。 Yet another aspect of the present disclosure is also a semiconductor laser device. This semiconductor laser device includes an N-type semiconductor substrate and a laminated growth layer including an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate. A plurality of laser resonators with different oscillation wavelengths are formed in the laminated growth layer, and the degree of mixed crystallization in the active layer differs among the plurality of laser resonators, and P-type The film thickness, composition ratio, and impurity concentration of each layer between the cladding layer and the P-type contact layer are substantially the same.

本開示のさらに別の態様は、端面発光型の半導体レーザ素子の製造方法である。製造方法は、N型半導体基板上に、少なくともN型クラッド層と活性層を含む第1成長層を形成する第1工程と、第1成長層の上に、誘電体膜を形成し、熱処理を施すことで混晶化を施す第2工程と、誘電体膜を除去し、P型クラッド層を含む第2成長層を、再成長により形成する第3工程と、を備える。 Yet another aspect of the present disclosure is a method of manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device. The manufacturing method includes a first step of forming a first growth layer including at least an N-type cladding layer and an active layer on an N-type semiconductor substrate, forming a dielectric film on the first growth layer, and performing heat treatment. The method includes a second step of forming a mixed crystal by applying a mixed crystal, and a third step of removing the dielectric film and forming a second growth layer including a P-type cladding layer by regrowth.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。 Note that arbitrary combinations of the above components, and mutual substitution of the components and expressions of the present disclosure among methods, devices, systems, etc., are also effective as aspects of the present disclosure.

本開示のある態様によれば、IFVDや不純物拡散を用いて作製される半導体レーザにおける、結晶品質を改善でき、および/または、多波長・多ビームの半導体レーザにおけるエミッタごとの素子特性ばらつきを解消できる。 According to an aspect of the present disclosure, it is possible to improve crystal quality in a semiconductor laser manufactured using IFVD or impurity diffusion, and/or eliminate device characteristic variations for each emitter in a multi-wavelength, multi-beam semiconductor laser. can.

実施形態に係るマルチビーム半導体レーザ素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of a multi-beam semiconductor laser device according to an embodiment. 実施形態に係る製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method concerning an embodiment. 実施形態に係る製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method concerning an embodiment. 実施形態に係る製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method concerning an embodiment. 実施形態に係る製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method concerning an embodiment. 実施形態に係る製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method concerning an embodiment. 実施形態に係る製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method concerning an embodiment. 実施例1に係る波長制御工程を説明する図である。3 is a diagram illustrating a wavelength control process according to Example 1. FIG. 実施例2に係る波長制御工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control process according to Example 2. 実施例3に係る波長制御工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control process according to Example 3. 実施例5に係る波長制御工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control process according to Example 5. 実施例6に係る波長制御工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control process according to Example 6. 実施例7に係る波長制御工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control process according to Example 7. 検証実験で作成した2個の試料の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of two samples created in a verification experiment. 熱処理後の第1試料の4個の分割試料のPL(フォトルミネッセンス)測定の結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of PL (photoluminescence) measurement of four divided samples of the first sample after heat treatment. 熱処理後の第2試料の4個の分割試料のPL(フォトルミネッセンス)測定の結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of PL (photoluminescence) measurement of four divided samples of the second sample after heat treatment. 第1試料および第2試料それぞれの、活性層の断面の高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF-STEM)像を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) images of a cross section of the active layer of the first sample and the second sample, respectively. 正規化されたコントラストプロファイルF(y)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a normalized contrast profile F(y). 第1試料と第2試料のPL測定の結果を示す図である。It is a figure showing the result of PL measurement of a 1st sample and a 2nd sample. 理論計算したPL波長差と組成遷移長の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the theoretically calculated PL wavelength difference and the composition transition length.

(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、または、実施形態の基本的な理解を目的としている。同概要は、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
(Summary of embodiment)
1 provides an overview of some example embodiments of the present disclosure. This summary is provided as a prelude to the more detailed description that is presented later or to provide a basic understanding of the embodiments. This Summary is a simplified description of some concepts of one or more embodiments and is not intended to limit the breadth of the invention or disclosure. Moreover, this summary is not an exhaustive overview of all possible embodiments, and is not limited to essential components of the embodiments. For convenience, "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or modification) or multiple embodiments (examples or modifications) disclosed in this specification.

一実施形態に係る端面発光型の半導体レーザ素子は、N型半導体基板と、N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、を備える。積層成長層には、m個(m≧1)のレーザ共振器(エミッタともいう)が形成され、各レーザ共振器において、活性層での混晶化度合いが、P型クラッド層からP型コンタクト層間での混晶化度合いよりも大きい。 An edge-emitting type semiconductor laser device according to one embodiment has a stacked-layer structure including an N-type semiconductor substrate, an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate. comprising a layer. m laser resonators (also called emitters) are formed in the laminated growth layer, and in each laser resonator, the degree of mixed crystallization in the active layer varies from the P-type cladding layer to the P-type contact layer. This is greater than the degree of mixed crystallization between layers.

一実施形態において、m≧2であってもよい。m個のレーザ共振器は、発振波長が異なるn個(2≦n≦m)のレーザ共振器を含んでもよい。n個のレーザ共振器の間で、活性層での混晶化度合いが異なり、P型クラッド層からP型コンタクト層間での混晶化度合いが実質的に等しくてもよい。 In one embodiment, m≧2. The m laser resonators may include n laser resonators having different oscillation wavelengths (2≦n≦m). The degree of mixed crystallization in the active layer may be different among the n laser resonators, and the degree of mixed crystallization between the P-type cladding layer and the P-type contact layer may be substantially equal.

活性層についてのみ、混晶化度合いを異ならしめることで、結晶品質を維持しつつ、レーザ共振器ごとの波長をシフトさせることができる。またP型クラッド層からP型コンタクト層間の混晶化度合いが揃っているため、n個のレーザ共振器の特性のばらつきを抑制できる。 By varying the degree of mixed crystallization only in the active layer, it is possible to shift the wavelength of each laser resonator while maintaining crystal quality. Further, since the degree of mixed crystal formation from the P-type cladding layer to the P-type contact layer is uniform, variations in characteristics of the n laser resonators can be suppressed.

一実施形態に係る端面発光型の半導体レーザ素子は、N型半導体基板と、N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型クラッド層を含む積層成長層と、を備える。積層成長層には、複数のレーザ共振器が形成され、複数のレーザ共振器の間で、活性層での混晶化度合いが異なり、複数のレーザ共振器の間で、P型クラッド層からP型コンタクト層間での混晶化度合いが実質的に等しい。 An edge-emitting type semiconductor laser device according to one embodiment has a stacked-layer structure including an N-type semiconductor substrate, an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type cladding layer formed on the N-type semiconductor substrate. comprising a layer. A plurality of laser resonators are formed in the laminated growth layer, and the degree of mixed crystallization in the active layer differs between the plurality of laser resonators, and the P-type cladding layer changes from the P-type cladding layer to the P-type laser resonator. The degree of mixed crystallization between the mold contact layers is substantially equal.

一実施形態に係る端面発光型の半導体レーザ素子は、N型半導体基板と、N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、を備える。積層成長層には、発振波長の異なる複数のレーザ共振器が形成され、複数のレーザ共振器の間で、活性層での混晶化度合いが異なり、複数のレーザ共振器の間で、P型クラッド層からP型コンタクト層間の各層の膜厚、組成比、不純物濃度が実質的に等しい。 An edge-emitting type semiconductor laser device according to one embodiment has a stacked-layer structure including an N-type semiconductor substrate, an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate. comprising a layer. A plurality of laser resonators with different oscillation wavelengths are formed in the laminated growth layer, and the degree of mixed crystallization in the active layer differs among the plurality of laser resonators, and P-type The film thickness, composition ratio, and impurity concentration of each layer between the cladding layer and the P-type contact layer are substantially the same.

一実施形態において、2つのレーザ共振器の間で、発振波長の差は2nm以上であってもよい。 In one embodiment, the difference in oscillation wavelength between the two laser cavities may be 2 nm or more.

一実施形態において、活性層は、AlGaInP、AlGaAs、InGaAsP、AlGaInAs、AlGaInAsP、GaInNAsからなる群のうちのひとつを含んでもよい。 In one embodiment, the active layer may include one of the group consisting of AlGaInP, AlGaAs, InGaAsP, AlGaInAs, AlGaInAsP, GaInNAs.

一実施形態において、混晶化度合いが異なるとは、詳細を後述する組成遷移長によって規定できるが、TEM像から確認される組成遷移長が0.16nm以上離間していることであってもよい。 In one embodiment, different degrees of mixed crystallization can be defined by compositional transition lengths, which will be described in detail later, but may also mean that compositional transition lengths confirmed from a TEM image are separated by 0.16 nm or more. .

一実施形態において、活性層において、発振波長の異なるレーザ共振器に対応する光利得領域のC,Znの濃度は、発振波長の短いレーザ共振器の方が大きい。 In one embodiment, in the active layer, the concentrations of C and Zn in optical gain regions corresponding to laser resonators with different oscillation wavelengths are higher in the laser resonators with shorter oscillation wavelengths.

一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法は、N型半導体基板上に、少なくともN型クラッド層と活性層を含む第1成長層を形成する第1工程と、第1成長層の上に、誘電体膜を形成し、熱処理を施すことで混晶化を施す第2工程と、誘電体膜を除去し、P型クラッド層を含む第2成長層を、再成長により形成する第3工程と、を備える。 A method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment includes a first step of forming a first growth layer including at least an N-type cladding layer and an active layer on an N-type semiconductor substrate; a second step in which a dielectric film is formed and mixed crystallized by heat treatment; and a third step in which the dielectric film is removed and a second growth layer including a P-type cladding layer is formed by regrowth. , is provided.

この方法では、P型クラッド層を形成する前に、活性層を含む第1成長層に、IFVDや不純物拡散などのQWI処理を施す。そのため、P型クラッド層には、拡散ソースが直接的に導入されない。これにより、結晶品質を改善できる。 In this method, before forming the P-type cladding layer, the first growth layer including the active layer is subjected to QWI treatment such as IFVD or impurity diffusion. Therefore, a diffusion source is not directly introduced into the P-type cladding layer. This can improve crystal quality.

一実施形態において、第2工程は、誘電体膜の膜厚、膜種、膜構成の少なくともひとつを、複数の領域で異ならしめる工程を含んでもよい。製造方法は、複数の領域それぞれに、レーザ共振器を形成する第4工程をさらに備えてもよい。これにより、領域ごとに拡散ソースの密度を異ならしめることができ、発振波長を制御できる。 In one embodiment, the second step may include a step of varying at least one of the film thickness, film type, and film configuration of the dielectric film in a plurality of regions. The manufacturing method may further include a fourth step of forming a laser resonator in each of the plurality of regions. Thereby, the density of the diffused source can be made different for each region, and the oscillation wavelength can be controlled.

一実施形態において、第2工程は、第1成長層と誘電体膜が接触する割合を、複数の領域で異ならしめる工程を含んでもよい。製造方法は、複数の領域それぞれに、レーザ共振器を形成する第4工程をさらに備えてもよい。これにより、領域ごとに拡散ソースの密度を異ならしめることができ、発振波長を制御できる。 In one embodiment, the second step may include a step of varying the contact ratio between the first growth layer and the dielectric film in a plurality of regions. The manufacturing method may further include a fourth step of forming a laser resonator in each of the plurality of regions. Thereby, the density of the diffused source can be made different for each region, and the oscillation wavelength can be controlled.

一実施形態において、第2工程は、第1成長層を、複数の領域について異なる深さでエッチングする工程と、エッチング後の第1成長層の上に、誘電体膜を形成する工程と、を含んでもよい。製造方法は、複数の領域それぞれに、レーザ共振器を形成する第4工程をさらに備えてもよい。これにより、領域ごとに拡散ソースの密度を異ならしめることができ、発振波長を制御できる。 In one embodiment, the second step includes etching the first growth layer at different depths in a plurality of regions, and forming a dielectric film on the first growth layer after etching. May include. The manufacturing method may further include a fourth step of forming a laser resonator in each of the plurality of regions. Thereby, the density of the diffused source can be made different for each region, and the oscillation wavelength can be controlled.

(実施形態)
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。
(Embodiment)
Hereinafter, the present disclosure will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. Identical or equivalent components, members, and processes shown in each drawing are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. Further, the embodiments are illustrative rather than limiting the disclosure, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the disclosure.

図面に記載される各部材の寸法(厚み、長さ、幅など)は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Aが、別の部材Bよりも厚く描かれていても、部材Aが部材Bよりも薄いこともあり得る。 The dimensions (thickness, length, width, etc.) of each member shown in the drawings may be scaled up or down as appropriate for ease of understanding. Furthermore, the dimensions of multiple members do not necessarily represent their size relationship, and even if a member A is drawn thicker than another member B on a drawing, member A may be drawn thicker than member B. It may be thinner than that.

図1は、実施形態に係る半導体レーザ素子100の断面図である。半導体レーザ素子100は、端面発光型の半導体レーザ素子であり、複数m個(m≧2)のエミッタ102_1~102_3を有するマルチビーム半導体レーザである。本実施形態においてエミッタの個数は3である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device 100 according to an embodiment. The semiconductor laser device 100 is an edge-emitting type semiconductor laser device, and is a multi-beam semiconductor laser having a plurality of m (m≧2) emitters 102_1 to 102_3. In this embodiment, the number of emitters is three.

半導体レーザ素子100は、N型半導体基板110と、N型半導体基板110上に形成される積層成長層120を備える。本実施の形態において半導体レーザ素子100は赤色レーザであり、N型半導体基板110は、GaAs基板である。 The semiconductor laser device 100 includes an N-type semiconductor substrate 110 and a stacked growth layer 120 formed on the N-type semiconductor substrate 110. In this embodiment, semiconductor laser device 100 is a red laser, and N-type semiconductor substrate 110 is a GaAs substrate.

積層成長層120は、N型クラッド層122、発光層130、P型クラッド層124、P型コンタクト層126を含み、N型半導体基板110の上に順に積層されている。発光層130は、N型ガイド層(下部ガイド層)132、量子井戸層からなる活性層134、P型ガイド層(上部ガイド層)136を含む。活性層134は、AlGaInP、AlGaAs、InGaAsP、AlGaInAs、AlGaInAsP、GaInNAsからなる群のうちのひとつを含む。 The laminated growth layer 120 includes an N-type cladding layer 122, a light emitting layer 130, a P-type cladding layer 124, and a P-type contact layer 126, and is laminated in this order on the N-type semiconductor substrate 110. The light emitting layer 130 includes an N-type guide layer (lower guide layer) 132, an active layer 134 made of a quantum well layer, and a P-type guide layer (upper guide layer) 136. Active layer 134 includes one of the group consisting of AlGaInP, AlGaAs, InGaAsP, AlGaInAs, AlGaInAsP, and GaInNAs.

半導体レーザ素子100には、チップの面内において第1方向(x方向)に隣接するm個のレーザ共振器200が形成される。各レーザ共振器200は、第1方向(x方向)と直交する第2方向(z方向、紙面奥行き方向)に伸びるストライプ構造を有する。たとえば各レーザ共振器200は、横シングルモードレーザであり、P型コンタクト層126が形成されるリッジ部分のリッジ幅は2μm程度とされる。またビーム間ピッチは30μm程度とすることができる。 In the semiconductor laser device 100, m laser resonators 200 are formed adjacent to each other in the first direction (x direction) within the plane of the chip. Each laser resonator 200 has a striped structure extending in a second direction (z direction, depth direction in the paper) perpendicular to the first direction (x direction). For example, each laser resonator 200 is a transverse single mode laser, and the ridge width of the ridge portion where the P-type contact layer 126 is formed is about 2 μm. Further, the pitch between the beams can be about 30 μm.

積層成長層120には、光を閉じ込めるための導波路構造が形成され、この導波路構造の両端の劈開面がミラーとなり、レーザ共振器200をなしている。この例では3個のレーザ共振器200_1~200_3が形成されており、エミッタ102からz方向にビームが放射される。 A waveguide structure for confining light is formed in the laminated growth layer 120, and cleavage planes at both ends of this waveguide structure serve as mirrors to form a laser resonator 200. In this example, three laser resonators 200_1 to 200_3 are formed, and a beam is emitted from the emitter 102 in the z direction.

導波路構造は、たとえばリッジ構造を用いることができる。リッジ構造は、P型クラッド層124を部分的に除去することにより形成したものである。リッジ構造を、単にリッジあるいはリッジストライブ構造とも称する。隣接するレーザ共振器200の間には、バンクが形成されてもよい。導波路構造は、埋め込み型のリッジ導波路とすることもできる。 For example, a ridge structure can be used as the waveguide structure. The ridge structure is formed by partially removing the P-type cladding layer 124. The ridge structure is also simply referred to as a ridge or a ridge stripe structure. A bank may be formed between adjacent laser resonators 200. The waveguide structure can also be a buried ridge waveguide.

あるいは導波路構造は、導波路に沿ってN型半導体基板110に溝を形成し、溝部分におけるN型クラッド層122の厚さが相対的に厚くなっているCSP(Channeled Substrate Planer)構造であってもよい。 Alternatively, the waveguide structure may be a CSP (Channeled Substrate Planer) structure in which a groove is formed in the N-type semiconductor substrate 110 along the waveguide, and the thickness of the N-type cladding layer 122 in the groove portion is relatively thick. You can.

リッジ構造やCPS構造は、屈折率分布を利用した導波路構造であるが、本開示はそれに限定されず、利得分布を利用した利得導波路構造を利用してもよい。これらの構造は、光閉じ込め構造であるとともに、電流狭窄構造と把握することも可能である。 Although the ridge structure and the CPS structure are waveguide structures that utilize refractive index distribution, the present disclosure is not limited thereto, and a gain waveguide structure that utilizes gain distribution may be used. These structures can be understood as not only optical confinement structures but also current confinement structures.

m個のレーザ共振器200のうち、n個(2≦n≦m)は発振波長が異なっている。この例では、m=nであり、3個のレーザ共振器200_1~200_3の発振波長λ~λが異なっている。 Among the m laser resonators 200, n (2≦n≦m) have different oscillation wavelengths. In this example, m=n, and the oscillation wavelengths λ 1 to λ 3 of the three laser resonators 200_1 to 200_3 are different.

レーザ共振器200の発振波長の制御のために、発光層130の光利得領域には、IFVDや不純物拡散により、活性層134とN型ガイド層132間、活性層134とP型ガイド層136の混晶化が施される。各エミッタにおけるP型クラッド層124とN型クラッド層122のそれぞれのC,Znの不純物濃度の差は±5%以内であってもよい。 In order to control the oscillation wavelength of the laser resonator 200, the optical gain region of the light emitting layer 130 is formed between the active layer 134 and the N-type guide layer 132 and between the active layer 134 and the P-type guide layer 136 by IFVD or impurity diffusion. Mixed crystallization is performed. The difference in C and Zn impurity concentrations between the P-type cladding layer 124 and the N-type cladding layer 122 in each emitter may be within ±5%.

3個のレーザ共振器200を比較すると、レーザ共振器200_1、200_2、200_3の順で混晶化度合いが大きく、この順に発振波長が短くなっている(λ1<λ2<λ3)。2つのレーザ共振器200の間の発振波長の差は2nm以上である。 Comparing the three laser resonators 200, the degree of mixed crystallization is larger in the order of laser resonators 200_1, 200_2, and 200_3, and the oscillation wavelengths are shorter in this order (λ1<λ2<λ3). The difference in oscillation wavelength between the two laser resonators 200 is 2 nm or more.

また、各レーザ共振器200に着目すると、活性層134での混晶化度合いは、P型クラッド層124からP型コンタクト層126間での混晶化度合いよりも大きい。 Furthermore, when focusing on each laser resonator 200, the degree of mixed crystallization in the active layer 134 is greater than the degree of mixed crystallization between the P-type cladding layer 124 and the P-type contact layer 126.

またn個のレーザ共振器200_1~200_3の間で、P型クラッド層124からP型コンタクト層126間での混晶化度合いは実質的に等しい。言い換えると、n個のレーザ共振器200の間で、P型クラッド層124からP型コンタクト層126間の各層の膜厚、組成比、不純物濃度それぞれが実質的に等しくなっており、P型クラッド層124からP型コンタクト層126間には、IFVDもしくは不純物拡散が施されていない。 Furthermore, the degree of mixed crystal formation between the P-type cladding layer 124 and the P-type contact layer 126 is substantially equal among the n laser resonators 200_1 to 200_3. In other words, among the n laser resonators 200, the film thickness, composition ratio, and impurity concentration of each layer between the P-type cladding layer 124 and the P-type contact layer 126 are substantially equal, and the P-type cladding No IFVD or impurity diffusion is performed between the layer 124 and the P-type contact layer 126.

一例として、複数のレーザ共振器200_1~200_3を比較すると、P型クラッド層124の膜厚の差は±5%以内で均一であってもよい。また、複数のレーザ共振器200_1~200_3を比較すると、P型クラッド層124におけるIn,Ga,Alの組成比の差は、±5%以内であってもよい。また、複数のレーザ共振器200_1~200_3を比較すると、P型クラッド層124からP型コンタクト層126間における不純物C,O,Mg,Zn,Siの濃度の差は、±5%以内であってもよい。 As an example, when comparing the plurality of laser resonators 200_1 to 200_3, the difference in the thickness of the P-type cladding layer 124 may be uniform within ±5%. Furthermore, when comparing the plurality of laser resonators 200_1 to 200_3, the difference in the composition ratios of In, Ga, and Al in the P-type cladding layer 124 may be within ±5%. Furthermore, when comparing the plurality of laser resonators 200_1 to 200_3, the difference in concentration of impurities C, O, Mg, Zn, and Si between the P-type cladding layer 124 and the P-type contact layer 126 is within ±5%. Good too.

以上が半導体レーザ素子100の構成である。 The above is the configuration of the semiconductor laser device 100.

続いて半導体レーザ素子100の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 100 will be explained.

図2A~図2Fは、実施形態に係る製造方法を説明する図である。図2Aに示すように、N型半導体基板110であるGaAs基板上にN型クラッド層122、N型ガイド層132、活性層134、P型ガイド層136およびキャップ層160を有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によりエピタキシャル成長させる。 2A to 2F are diagrams illustrating the manufacturing method according to the embodiment. As shown in FIG. 2A, an N-type cladding layer 122, an N-type guide layer 132, an active layer 134, a P-type guide layer 136, and a cap layer 160 are formed on a GaAs substrate, which is an N-type semiconductor substrate 110, by metal organic vapor phase growth. Epitaxial growth is performed by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

N型クラッド層122は厚さ約2μmのAl0.5In0.5Pとすることができる。N型ガイド層132およびP型ガイド層136は、導波路を作製するために、N型クラッド層122およびP型クラッド層124より高い屈折率になるように組成を調整する必要がある。本実施形態においては、(AlGa1-x1-yInPにおいてx=0.7、y=0.5とし、厚さは100nmとしてもよい。活性層134は、厚さ約5nmの2層のGa0.5In0.5Pとすることができる。ガイド層は、ガイド層と同様のAl0.35Ga1.5In0.5Pとしてもよい。キャップ層160は厚さ50nmのGaAsを成長させた。図2Aで形成される層を、第1成長層162と称する。 N-type cladding layer 122 may be Al 0.5 In 0.5 P with a thickness of approximately 2 μm. In order to fabricate a waveguide, the compositions of the N-type guide layer 132 and the P-type guide layer 136 need to be adjusted so that they have a higher refractive index than the N-type cladding layer 122 and the P-type cladding layer 124. In this embodiment, x=0.7 and y=0.5 in (Al x Ga 1-x ) 1-y In y P, and the thickness may be 100 nm. The active layer 134 may be two layers of Ga 0.5 In 0.5 P with a thickness of approximately 5 nm. The guide layer may be made of Al 0.35 Ga 1.5 In 0.5 P similar to the guide layer. The cap layer 160 was made of GaAs grown to a thickness of 50 nm. The layer formed in FIG. 2A is referred to as a first growth layer 162.

続いて図2Bに示すように、第1成長層162の表面に、誘電体膜164を成膜する。図2Bの工程およびそれに続く図2Cの工程を、波長シフト工程、あるいは波長制御工程という。この誘電体膜164はキャップ層160のGaAsからIII族元素であるGaを引き抜き、結晶中にGa空孔を導入する目的で成膜される。なお、キャップ層160と誘電体膜164の組み合わせは、III属原子の引き抜きによるIII属空孔欠陥の生成の観点から好ましくいものを選べばよい。その限りでないが、たとえば、キャップ層160からGaを引き抜くために好適な誘電体膜164の代表的な材料は、SiOである。 Subsequently, as shown in FIG. 2B, a dielectric film 164 is formed on the surface of the first growth layer 162. The process in FIG. 2B and the subsequent process in FIG. 2C are referred to as a wavelength shift process or a wavelength control process. This dielectric film 164 is formed for the purpose of extracting Ga, which is a group III element, from the GaAs of the cap layer 160 and introducing Ga vacancies into the crystal. Note that the combination of the cap layer 160 and the dielectric film 164 may be selected from the viewpoint of generation of group III vacancy defects due to extraction of group III atoms. Although not limited thereto, for example, a typical material for the dielectric film 164 suitable for extracting Ga from the cap layer 160 is SiO 2 .

IFVDにおいては、誘電体膜164によって空孔密度に伴って、活性層134とN型ガイド層132の間、および活性層134とP型ガイド層136の間の混晶化度合いが変化し、これにより波長の変化量が決まる。Ga空孔の量は、以下の条件(i)~(viii)によって制御できる。
(i)誘電体膜164の膜厚
(ii)キャップ層160の膜厚
(iii)ウエハ表面から活性層134までのエピ膜厚
(iv)誘電体膜164の膜種(材料)
(v)誘電体膜164の膜質
(vi)誘電体膜164の構成
(vii)誘電体膜164がキャップ層160に接する割合
(viii)熱拡散処理条件等により制御できる。
In IFVD, the degree of mixed crystallization between the active layer 134 and the N-type guide layer 132 and between the active layer 134 and the P-type guide layer 136 changes depending on the vacancy density of the dielectric film 164. The amount of change in wavelength is determined by The amount of Ga vacancies can be controlled by the following conditions (i) to (viii).
(i) Film thickness of dielectric film 164 (ii) Film thickness of cap layer 160 (iii) Epi film thickness from wafer surface to active layer 134 (iv) Film type (material) of dielectric film 164
(v) Film quality of the dielectric film 164 (vi) Structure of the dielectric film 164 (vii) Proportion of the dielectric film 164 in contact with the cap layer 160 (viii) Can be controlled by thermal diffusion treatment conditions, etc.

半導体レーザ素子100は、3個のエミッタ(レーザ共振器)が形成される3個の領域A1~A3に分けられる。領域ごとに、条件(i)~(viii)の少なくともひとつが異なるようなプロセスを施すことで、エミッタごとに、発光層130の混晶化度合いを変えることができる。 The semiconductor laser device 100 is divided into three regions A1 to A3 in which three emitters (laser resonators) are formed. By applying a process in which at least one of conditions (i) to (viii) is different for each region, the degree of mixed crystallization of the light emitting layer 130 can be changed for each emitter.

次に、熱拡散処理によりGa空孔を拡散させ、活性層134とN型ガイド層132の間、活性層134とP型ガイド層136の間の混晶化を施す。本実施形態では、RTA(Rapid Thermal Anneal:高温急速アニール)炉により950℃、4分の熱処理を施してもよい。 Next, the Ga vacancies are diffused by thermal diffusion treatment to form a mixed crystal between the active layer 134 and the N-type guide layer 132 and between the active layer 134 and the P-type guide layer 136. In this embodiment, heat treatment may be performed at 950° C. for 4 minutes in an RTA (Rapid Thermal Anneal) furnace.

続いて、図2Cに示すように、熱処理後、フッ酸によるウエットエッチングを施し、ウエハ表面に形成された誘電体膜164を除去し、更に、処理チャンバー内でキャップ層160をイオンミリング等で除去し、発光層130を露出させた。本開示では、拡散ソースを導入した結晶層と活性層134の距離がサブμm程度のスケールであるため、過度な熱処理を加えることなく波長制御することが可能という特徴がある。 Subsequently, as shown in FIG. 2C, after heat treatment, wet etching with hydrofluoric acid is performed to remove the dielectric film 164 formed on the wafer surface, and further, the cap layer 160 is removed by ion milling or the like in the processing chamber. The light emitting layer 130 was exposed. In the present disclosure, since the distance between the crystal layer into which the diffused source is introduced and the active layer 134 is on the order of sub-μm scale, the wavelength can be controlled without applying excessive heat treatment.

続いて、図2Dに示すように、MOCVD法による再成長を行い、P型クラッド層124およびP型コンタクト層126を含む第2成長層166を形成する。ここでP型クラッド層124は厚さ2μmのAl0.5In0.5Pとし、P型のためのドーパントとしてMgをドーピングしてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 2D, regrowth is performed using the MOCVD method to form a second growth layer 166 including the P-type cladding layer 124 and the P-type contact layer 126. Here, the P-type cladding layer 124 is made of Al 0.5 In 0.5 P with a thickness of 2 μm, and may be doped with Mg as a P-type dopant.

続けて、P型クラッド層124からP型コンタクト層126へと、バンド端を連続的に変化させる目的で、界面層を成膜し、最後にP型コンタクト層126を成膜させた。なお、界面層にはAlInP、GaInP層、AlGaAs層を順に成膜し、AlInPとGaInPにはMgをドーピングし、AlGaAsにはZnをドーピングしてもよい。また、P型コンタクト層126にはZnをドーピングしてもよい。 Subsequently, an interface layer was formed from the P-type cladding layer 124 to the P-type contact layer 126 in order to continuously change the band edge, and finally the P-type contact layer 126 was formed. Note that an AlInP layer, a GaInP layer, and an AlGaAs layer may be formed in this order as the interface layer, and AlInP and GaInP may be doped with Mg, and AlGaAs may be doped with Zn. Further, the P-type contact layer 126 may be doped with Zn.

このように本開示においては、全てのエミッタにおけるP型クラッド層124(およびP型コンタクト層126)が同一結晶条件の下で形成されるため、エミッタ間における結晶品質ばらつきを低減させることが可能である。 As described above, in the present disclosure, since the P-type cladding layer 124 (and the P-type contact layer 126) in all emitters are formed under the same crystal conditions, it is possible to reduce variations in crystal quality among emitters. be.

続いて、図2Eに示すように、第2成長層166の多層成長工程の後、従来と同様の方法でリッジ構造168を形成してもよい。たとえばリッジ幅が2μmとなるように、ドライエッチングによりリッジ構造168が形成される。各エミッタのピッチ間隔はたとえば30μmである。なお、エミッタ間には、電流や導波光を遮る機能を持つアイソレーション溝が形成されてもよく、またバンクが形成されてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 2E, after the multilayer growth process of the second growth layer 166, a ridge structure 168 may be formed using a conventional method. For example, the ridge structure 168 is formed by dry etching so that the ridge width is 2 μm. The pitch interval of each emitter is, for example, 30 μm. Note that an isolation groove having a function of blocking current and guided light may be formed between the emitters, or a bank may be formed.

続いて、図2Fに示すように、絶縁層140を形成し、リッジ上部を開口した後にP電極150を形成し、N型半導体基板110の裏面にN電極152を形成してもよい。さらに、劈開・チップ化を経て、半導体レーザ素子100が完成する。 Subsequently, as shown in FIG. 2F, after forming an insulating layer 140 and opening the upper part of the ridge, a P electrode 150 may be formed, and an N electrode 152 may be formed on the back surface of the N type semiconductor substrate 110. Furthermore, the semiconductor laser device 100 is completed through cleavage and chipping.

以上の工程により、従来のIFVD技術で作製された多波長・多ビーム半導体レーザに比べ、結晶品質が向上し、またエミッタ間における結晶品質差及び素子特性ばらつきを低減可能な素子を実現することができる。 Through the above steps, it is possible to realize a device with improved crystal quality compared to multi-wavelength, multi-beam semiconductor lasers fabricated using conventional IFVD technology, and which can reduce differences in crystal quality between emitters and variations in device characteristics. can.

続いて、図2Bに示す波長制御工程について、いくつかの実施例を説明する。 Next, some examples will be described regarding the wavelength control process shown in FIG. 2B.

(実施例1)
図3は、実施例1に係る波長制御工程を説明する図である。実施例1では、条件(i)、すなわち、第1成長層162上に成膜する誘電体膜164Aの膜厚tを、領域毎に異ならしめることで、第1エミッタ102_1から第3エミッタ102_3の順で波長が短くなる。誘電体膜164Aの材料として、たとえばSiOが用いられ、CVD法及びスパッタ法により、3つの領域A1~A3に、異なる膜厚t~tの誘電体膜164_1,164_2,164_3が形成される。
(Example 1)
FIG. 3 is a diagram illustrating a wavelength control process according to the first embodiment. In the first embodiment, the condition (i), that is, the thickness t of the dielectric film 164A formed on the first growth layer 162 is made different for each region, so that the thickness of the first emitter 102_1 to the third emitter 102_3 is In order, the wavelength becomes shorter. For example, SiO 2 is used as the material of the dielectric film 164A, and dielectric films 164_1, 164_2, and 164_3 having different thicknesses t 1 to t 3 are formed in three regions A1 to A3 by CVD and sputtering. Ru.

その結果、第1領域A1には、第1膜厚t(たとえば500nm)のSiOが形成され、第2領域A2には、第2膜厚t(たとえば300nm)のSiOが形成され、第3領域A3には、第3膜厚t(たとえば100nm)のSiOが形成される。 As a result, SiO 2 with a first thickness t 1 (for example, 500 nm) is formed in the first region A1, and SiO 2 with a second thickness t 2 (for example, 300 nm) is formed in the second region A2 . , SiO 2 having a third thickness t 3 (for example, 100 nm) is formed in the third region A3.

拡散源となるGaAsのキャップ層160の空孔は、SiOの膜厚tの増加とともに増加する。つまりGaAsであるキャップ層160に導入される空孔欠陥の量は、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3の順に大きい。その結果、第1領域A1の発振波長λ1が最も短くなり、次いで第2領域A2の発振波長λ2が短く、第3領域A3の発振波長λ3が最も長くなる。 The number of pores in the GaAs cap layer 160, which serves as a diffusion source, increases as the SiO 2 film thickness t increases. In other words, the amount of hole defects introduced into the cap layer 160 made of GaAs is larger in the order of the first region A1, the second region A2, and the third region A3. As a result, the oscillation wavelength λ1 of the first region A1 becomes the shortest, the oscillation wavelength λ2 of the second region A2 becomes the next shortest, and the oscillation wavelength λ3 of the third region A3 becomes the longest.

(実施例2)
図4は、実施例2に係る波長制御工程を説明する図である。実施例2では、実施例1と同様に、条件(i)、すなわち、第1成長層162上に成膜する誘電体膜164Bの膜厚tを、領域毎に異ならしめることで、第1エミッタ102_1から第3エミッタ102_3の順で波長を短波化させる。誘電体膜164の材料として、SiOが用いられ、CVD法及びスパッタ法により、3つの領域A1~A3のうち2つの領域A1,A2に、異なる膜厚t~tの誘電体膜164_1,164_2が形成される。
(Example 2)
FIG. 4 is a diagram illustrating a wavelength control process according to the second embodiment. In Example 2, as in Example 1, the first emitter is The wavelength is made shorter in the order of the third emitter 102_1 to the third emitter 102_3. SiO 2 is used as the material of the dielectric film 164, and the dielectric film 164_1 with different thicknesses t 1 to t 2 is formed in two regions A1 and A2 of the three regions A1 to A3 by CVD and sputtering. , 164_2 are formed.

領域A3において、SiOの膜厚はゼロであり、その代わりに、誘電体膜164_3として、SiNが形成される。 In region A3, the film thickness of SiO 2 is zero, and SiN is formed as the dielectric film 164_3 instead.

図3の構成は、誘電体膜164の材料として、SiOとSiNを用い、CVD法及びスパッタ法によるSiOとSiNの成膜と、ホトリソグラフィ法及びウエットエッチングによる誘電体膜164の除去を繰り返すことで実現できる。 The configuration of FIG. 3 uses SiO 2 and SiN as materials for the dielectric film 164, and forms the films of SiO 2 and SiN by CVD and sputtering, and removes the dielectric film 164 by photolithography and wet etching. This can be achieved through repetition.

その結果、第1領域A1には、誘電体膜164_1として第1膜厚t(たとえば500nm)のSiOが形成され、第2領域A2には、誘電体膜164_2として、第2膜厚t(たとえば100nm)のSiOが形成され、第3領域A3には、誘電体膜164_3として、第3膜厚t(たとえば100nm)のSiNが形成される。 As a result, SiO 2 with a first thickness t 1 (for example, 500 nm) is formed as a dielectric film 164_1 in the first region A1, and SiO 2 with a second thickness t 1 is formed as a dielectric film 164_2 in the second region A2. 2 (for example, 100 nm) is formed, and SiN with a third thickness t 3 (for example, 100 nm) is formed as the dielectric film 164_3 in the third region A3.

GaAsのキャップ層160上に、SiNの単層膜を成膜した場合は、誘電体膜164_3へのGa元素の引き抜きはほとんど起こらない。つまりSiNを形成することで、SiOに比べQWIを抑制することが可能となる。ここで、第3領域A3に、SiNもSiOも形成しない場合、以降の熱処理において再表層のV属原子の脱離が発生する。これに対して、SiOの膜厚が0である領域に、SiNを形成することで、V属原子の脱離を防止することができる。実施例2によれば、GaAsであるキャップ層160に導入される空孔欠陥の量は、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3の順で大きくなり、λ1<λ2<λ3とすることができる。 When a single-layer SiN film is formed on the GaAs cap layer 160, almost no Ga element is extracted into the dielectric film 164_3. In other words, by forming SiN, QWI can be suppressed compared to SiO2 . Here, if neither SiN nor SiO 2 is formed in the third region A3, the group V atoms in the surface layer will be eliminated in the subsequent heat treatment. On the other hand, by forming SiN in the region where the SiO 2 film thickness is 0, it is possible to prevent V group atoms from being desorbed. According to the second embodiment, the amount of hole defects introduced into the cap layer 160 made of GaAs increases in the order of the first region A1, the second region A2, and the third region A3, and satisfies λ1<λ2<λ3. can do.

(実施例3)
図5は、実施例3に係る波長制御工程を説明する図である。実施例3では、条件(iv)、すなわち誘電体膜164Cの膜種(材料)が、領域ごとに異なっている。
(Example 3)
FIG. 5 is a diagram illustrating a wavelength control process according to the third embodiment. In Example 3, the condition (iv), that is, the film type (material) of the dielectric film 164C, differs from region to region.

たとえば、第1領域A1~第3領域A3に形成する誘電体膜164_1~164_3を、それぞれSiO(100nm)、Al(100nm)、SiN(100nm)としてもよい。 For example, the dielectric films 164_1 to 164_3 formed in the first region A1 to the third region A3 may be made of SiO 2 (100 nm), Al 2 O 3 (100 nm), and SiN (100 nm), respectively.

IFVDにおいては誘電体膜164Cの膜種に依存してIII属原子の引き抜き量を変えることができる。なお、波長制御工程のために用いられる誘電体膜164Cの膜種は本実施例で用いられた材料に限られるものでは無く、たとえばTiO、Ta、ZrO、AlNなどを利用できる。 In IFVD, the amount of group III atoms extracted can be changed depending on the type of dielectric film 164C. Note that the film type of the dielectric film 164C used for the wavelength control process is not limited to the material used in this embodiment, and for example, TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO, AlN, etc. can be used.

(実施例4)
実施例4では、条件(v)の膜質を領域ごとに異ならしめることで、波長制御を行う。同一材料かつ同一膜厚であっても、成膜方法や成膜条件により、誘電体膜164の膜質を、領域ごとに変えることができる。たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法、スパッタリング法等により、膜応力の異なる同一膜種を、領域A1~A3に形成してもよい。
(Example 4)
In Example 4, wavelength control is performed by making the film quality of condition (v) different for each region. Even if the dielectric film 164 is made of the same material and has the same thickness, the film quality of the dielectric film 164 can be changed from region to region depending on the film formation method and film formation conditions. For example, the same film type having different film stresses may be formed in the regions A1 to A3 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, a sputtering method, or the like.

(実施例5)
図6は、実施例5に係る波長制御工程を説明する図である。実施例5では、条件(vi)すなわち誘電体膜164Dの構成が、領域ごとに異なっている。
(Example 5)
FIG. 6 is a diagram illustrating a wavelength control process according to the fifth embodiment. In Example 5, the condition (vi), that is, the configuration of the dielectric film 164D, differs from region to region.

誘電体膜164Dは、IFVDにおけるIII属原子の引き抜き度合いが異なる2以上の材料の膜を積層させた多層構造を有する。ここでは誘電体膜164Dは、キャップ層160に接する下層膜164Lと、上層膜164Uを含む2層構造を有し、領域A1~A3ごとに、2層構造の膜厚の組み合わせが異なっている。下層膜164Lと上層膜164Uの組み合わせとしては、SiNとSiOを用いることができる。 The dielectric film 164D has a multilayer structure in which films of two or more materials having different degrees of extraction of group III atoms in IFVD are laminated. Here, the dielectric film 164D has a two-layer structure including a lower layer film 164L in contact with the cap layer 160 and an upper layer film 164U, and the combination of the film thicknesses of the two-layer structure is different for each region A1 to A3. SiN and SiO 2 can be used as a combination of the lower layer film 164L and the upper layer film 164U.

たとえば第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3上に形成したSiN/SiOの膜厚は、それぞれ(25nm/125nm)、(50nm/100nm)、(75nm/75nm)である。このような構造では、キャップ層160に接する膜164Lが、これより上に成膜された誘電体膜164UによるIII層原子引き抜きの働きを、抑制できる。また、この度合いは、各誘電体膜164L,164Uそれぞれの膜厚によって制御することができる。 For example, the film thicknesses of SiN/SiO 2 formed on the first region A1, the second region A2, and the third region A3 are (25 nm/125 nm), (50 nm/100 nm), and (75 nm/75 nm), respectively. In such a structure, the film 164L in contact with the cap layer 160 can suppress the action of layer III atom extraction by the dielectric film 164U formed above. Moreover, this degree can be controlled by the thickness of each dielectric film 164L, 164U.

(実施例6)
図7は、実施例6に係る波長制御工程を説明する図である。実施例6では、条件(vii)すなわち誘電体膜164Eがキャップ層160に接する割合が、領域A1~A3ごとに異なっている。誘電体膜164Eは、たとえばSiOを用いることができる。
(Example 6)
FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control process according to the sixth embodiment. In Example 6, the condition (vii), that is, the proportion of the dielectric film 164E in contact with the cap layer 160 is different for each of the regions A1 to A3. For example, SiO 2 can be used for the dielectric film 164E.

たとえば、誘電体膜164Eにパターニングを施し、誘電体膜164Eがキャップ層160と接する面積と、キャップ層160(GaAsの結晶部)が露出する面積の割合を、領域A1~A3ごとに異ならしめてもよい。たとえば、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3において、誘電体膜164Eとキャップ層160の接する割合は、それぞれ90%、70%、50%としてもよい。 For example, by patterning the dielectric film 164E, the ratio of the area where the dielectric film 164E contacts the cap layer 160 to the area where the cap layer 160 (the GaAs crystal part) is exposed may be made different for each region A1 to A3. good. For example, in the first region A1, the second region A2, and the third region A3, the contact ratio between the dielectric film 164E and the cap layer 160 may be 90%, 70%, and 50%, respectively.

誘電体膜164Eとキャップ層160の接する割合が高くなるにしたがい、SiOによるIII属原子の引き抜きの量が大きくなり、結晶部に導入されるIII属空孔の量が増加する。 As the contact ratio between the dielectric film 164E and the cap layer 160 increases, the amount of group III atoms extracted by SiO 2 increases, and the amount of group III vacancies introduced into the crystal portion increases.

(実施例7)
図8は、実施例7に係る波長制御工程を説明する図である。実施例7は、条件(ii)、すなわちキャップ層160の厚さが、領域ごとに異なっている。
(Example 7)
FIG. 8 is a diagram illustrating a wavelength control process according to the seventh embodiment. In Example 7, condition (ii), that is, the thickness of the cap layer 160 is different for each region.

実施例7では、第1成長層162の成長終了後に、キャップ層160にエッチングを施し、領域A1~A3ごとにキャップ層160の膜厚h,h,hを変えている。なお、誘電体膜164Fは、全領域A1~A3において同じ膜厚のSiOを形成してもよい。キャップ層160の膜厚は、h<h<hであり、膜厚が大きいほど結晶部に導入されるIII属空孔の量は増加する傾向がある。したがって、キャップ層160Fの膜厚に応じて、QWIの度合いを制御することができる。 In Example 7, after the growth of the first growth layer 162 is completed, the cap layer 160 is etched, and the thickness h 1 , h 2 , h 3 of the cap layer 160 is changed for each region A1 to A3. Note that the dielectric film 164F may be formed of SiO 2 with the same thickness in all regions A1 to A3. The thickness of the cap layer 160 satisfies h 1 <h 2 <h 3 , and as the film thickness increases, the amount of group III vacancies introduced into the crystal portion tends to increase. Therefore, the degree of QWI can be controlled depending on the thickness of the cap layer 160F.

本実施例においては、GaAsキャップ層160の膜厚が、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3の順に200nm、100nm、50nmとなるように、エッチングを施してもよい。続いて、CVD法により、誘電体膜164Fとして、300nmのSiOを成膜してもよい。 In this embodiment, etching may be performed so that the thickness of the GaAs cap layer 160 becomes 200 nm, 100 nm, and 50 nm in the order of the first region A1, the second region A2, and the third region A3. Subsequently, a 300 nm thick SiO 2 film may be formed as the dielectric film 164F by CVD.

(実施例8)
実施例8では、波長制御工程において、IFVDに代えて、不純物拡散法を用いる。たとえば、キャップ層160上に形成する誘電体膜164を、ZnOとSiOの2層膜とし、ZnOの膜厚を、領域ごとに変えてもよい。各領域A1,A2,A3のZnOの膜厚は、300nm、100nm、50nmとし、SiOは50nmとしてもよい。
(Example 8)
In Example 8, an impurity diffusion method is used in place of IFVD in the wavelength control step. For example, the dielectric film 164 formed on the cap layer 160 may be a two-layer film of ZnO and SiO 2 , and the thickness of the ZnO film may be changed for each region. The thickness of ZnO in each region A1, A2, and A3 may be 300 nm, 100 nm, and 50 nm, and the thickness of SiO 2 may be 50 nm.

(検証実験1)
実施形態に係る半導体レーザ素子100あるいはその製造方法の効果を検証した実験結果について説明する。図9は、検証実験で作成した2個の試料の断面図である。
(Verification experiment 1)
The results of experiments that verified the effects of the semiconductor laser device 100 or the manufacturing method thereof according to the embodiment will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view of two samples created in a verification experiment.

第1試料S1は、実施形態における波長制御工程における断面構造を模したものである。第2試料S2は、従来技術における波長制御工程における断面構造を模したものである。従来技術では、P型クラッド層およびP型コンタクト層を形成した後に、GaAs層(キャップ層)を形成しており、第2試料S2のAlInP層は、P型クラッド層124およびP型コンタクト層126を模したものである。 The first sample S1 simulates the cross-sectional structure in the wavelength control step in the embodiment. The second sample S2 imitates the cross-sectional structure in the wavelength control process in the prior art. In the conventional technology, a GaAs layer (cap layer) is formed after forming a P-type cladding layer and a P-type contact layer, and the AlInP layer of the second sample S2 has a P-type cladding layer 124 and a P-type contact layer 126. It is a model of

第1試料S1と第2試料S2は、活性層134から、結晶最表面までの距離が異なっている。第1試料S1は第2試料S2よりも活性層134から最表面層までの距離が小さく、本開示の効果が相対的に大きくなるような構造を有する。 The first sample S1 and the second sample S2 have different distances from the active layer 134 to the outermost crystal surface. The first sample S1 has a structure in which the distance from the active layer 134 to the outermost layer is smaller than that of the second sample S2, and the effect of the present disclosure is relatively large.

これらの試料S1,S2の上に、厚さ500nmのSiOを成膜してもよい。その後、試料1,試料2それぞれを4分割し、950℃の熱処理を、分割試料ごとに、0分、2分、6分、1分と時間を変えて施した。 A SiO 2 film having a thickness of 500 nm may be formed on these samples S1 and S2. Thereafter, each of Sample 1 and Sample 2 was divided into four parts, and heat treatment at 950° C. was performed for each divided sample at different times of 0 minutes, 2 minutes, 6 minutes, and 1 minute.

図10は、熱処理後の第1試料S1の4個の分割試料のPL(フォトルミネッセンス)測定の結果を示す図である。図11は、熱処理後の第2試料S2の4個の分割試料のPL(フォトルミネッセンス)測定の結果を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing the results of PL (photoluminescence) measurement of four divided samples of the first sample S1 after heat treatment. FIG. 11 is a diagram showing the results of PL (photoluminescence) measurement of four divided samples of the second sample S2 after heat treatment.

熱処理後に実施したPL測定の結果を見ると、第1試料S1では熱処理時間増加に伴ってPL波長が有意に変化しているのに対して、第2試料S2では、PL波長に有意な変化はみられないことが分かる。これは、同じ熱処理条件下であっても、第1試料S1でのみ活性層134の混晶化が生じていることを表している。すなわち、従来に比べて結晶に導入する熱的エネルギーを小さくしても、所望の波長差を付けることが可能であること、熱処理に伴うダメージの導入を抑制することが可能であることが、この検証実験によって裏付けられた。 Looking at the results of PL measurement conducted after heat treatment, it is found that in the first sample S1, the PL wavelength changes significantly as the heat treatment time increases, whereas in the second sample S2, there is no significant change in the PL wavelength. I know you can't see it. This indicates that even under the same heat treatment conditions, mixed crystal formation occurred in the active layer 134 only in the first sample S1. In other words, even if the thermal energy introduced into the crystal is smaller than in the past, it is possible to create a desired wavelength difference, and it is possible to suppress the introduction of damage caused by heat treatment. This was supported by verification experiments.

(検証実験2)
N型半導体基板110上に、第1成長層162を結晶成長した試料を作成し、その試料を2つに分割し、一方(第2試料)のみに波長制御工程を施し、他方(第1試料)には、波長制御工程は施していない。2つの試料を、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF-STEM;High-Angle Annular Dark Field Scanning TEM)により測定した。図12は、第1試料および第2試料のそれぞれの、活性層の断面のHAADF-STEM像を示す図である。
(Verification experiment 2)
A sample is prepared by crystal-growing the first growth layer 162 on the N-type semiconductor substrate 110, and the sample is divided into two parts.Only one side (the second sample) is subjected to the wavelength control process, and the other side (the first sample) is subjected to the wavelength control process. ) was not subjected to a wavelength control process. Two samples were measured by High-Angle Annular Dark Field Scanning Transmission Electron Microscopy (HAADF-STEM). FIG. 12 is a diagram showing HAADF-STEM images of the cross sections of the active layers of the first sample and the second sample.

図12に示す第1試料では活性層(量子井戸層)とガイド層の界面が急峻であるのに対して、図12に示す第2試料では界面の急峻性が失われ混晶化が生じていることが確認できる。混晶化度合いは、たとえばTEMによる観察で評価することができる。また混晶化度合いは、TEMのコントラストプロファイルを用いて定量的に表すことができる。 In the first sample shown in Fig. 12, the interface between the active layer (quantum well layer) and the guide layer is steep, whereas in the second sample shown in Fig. 12, the steepness of the interface is lost and mixed crystal formation occurs. I can confirm that there is. The degree of mixed crystallization can be evaluated, for example, by observation using a TEM. Further, the degree of mixed crystallization can be expressed quantitatively using a TEM contrast profile.

図13は、正規化されたコントラストプロファイルF(y)を示す図である。具体的には図12の第1試料および第2試料それぞれのTEM像の破線部内をx方向(紙面横方向)で平均したコントラストプロファイルをf(y)、活性層におけるコントラストをCw、ガイド層におけるコントラストをCbとしたときに、正規化されたコントラストプロファイルF(y)は、以下の式で表される。
F(y)=(f(y)-Cb)/(Cw-Cb)
FIG. 13 is a diagram showing the normalized contrast profile F(y). Specifically, the contrast profile averaged in the x direction (horizontal direction of the paper) within the broken line area of the TEM images of the first sample and the second sample in FIG. 12 is f(y), the contrast in the active layer is Cw, and the contrast in the guide layer is When the contrast is Cb, the normalized contrast profile F(y) is expressed by the following formula.
F(y)=(f(y)-Cb)/(Cw-Cb)

ここで、図13の縦軸は正規化されたコントラストの強度を示しており、組成コントラストと表記している。組成コントラストが0.8から0.2に変化する距離を、組成遷移長として定義する。第1試料では、組成遷移長は1.1nm、第2試料では、組成遷移長は2.3nmとなる。 Here, the vertical axis in FIG. 13 indicates the normalized contrast intensity, which is expressed as composition contrast. The distance at which the composition contrast changes from 0.8 to 0.2 is defined as the composition transition length. In the first sample, the composition transition length is 1.1 nm, and in the second sample, the composition transition length is 2.3 nm.

図14は、第1試料と第2試料のPL測定の結果を示す図である。第1試料および第2試料の組成遷移長は、1.1nmと2.3nmであり、ピーク波長の差は、11nmとなる。 FIG. 14 is a diagram showing the results of PL measurement of the first sample and the second sample. The compositional transition lengths of the first sample and the second sample are 1.1 nm and 2.3 nm, and the difference in peak wavelength is 11 nm.

図15は、理論計算したPL波長差と組成遷移長の関係を示す図である。理論計算では、組成遷移長1.1nmと2.3nmとで波長差は13nmであり、図14の実験結果と概ね一致している。 FIG. 15 is a diagram showing the theoretically calculated relationship between the PL wavelength difference and the composition transition length. In the theoretical calculation, the wavelength difference between the compositional transition lengths of 1.1 nm and 2.3 nm is 13 nm, which generally agrees with the experimental results shown in FIG.

これらの検証結果をまとめると、以下の知見が得られる。 By summarizing these verification results, the following findings can be obtained.

混晶化度合いは、TEM像から確認される組成遷移長として定量的に評価することができる。本実施形態において、エミッタごとの発振波長の差を2nmとする場合、2つのレーザ共振器における活性層の組成遷移長の差は最小で0.16nm、最大で0.7nmとなる。 The degree of mixed crystallization can be quantitatively evaluated as the composition transition length confirmed from a TEM image. In this embodiment, when the difference in oscillation wavelength for each emitter is 2 nm, the difference in compositional transition length of the active layer in the two laser resonators is 0.16 nm at the minimum and 0.7 nm at the maximum.

まとめると、2つのレーザ共振器の間で「混晶化度合いが異なる」とは、活性層の組成遷移長の差が、図15における発振波長差Δλに対して最小となる範囲、つまり同図において線形的に変化している範囲より大きいことをいう。たとえばΔλが2nmでは、組成遷移長は0.16以上となる。 In summary, "the degree of mixed crystallization differs" between two laser cavities means the range in which the difference in the compositional transition length of the active layer is the minimum with respect to the oscillation wavelength difference Δλ in FIG. is larger than the range in which it changes linearly. For example, when Δλ is 2 nm, the compositional transition length is 0.16 or more.

(変形例)
上述した実施形態および実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。
(Modified example)
The embodiments and examples described above are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications can be made to the combinations of their constituent elements and processing processes. Hereinafter, such modified examples will be explained.

実施形態では、m=3の場合を説明したが、ビームの個数mは3に限定されず、m=1あるいはm=2であってもよいし、mは4以上であってもよい。m=1、すなわちシングルビームの半導体レーザ素子100においても、QWIによる波長制御を行う場合には、本開示に係る技術は有効である。 In the embodiment, the case where m=3 has been described, but the number m of beams is not limited to 3, and may be m=1 or m=2, or m may be 4 or more. Even in the semiconductor laser device 100 where m=1, that is, a single beam, the technology according to the present disclosure is effective when wavelength control is performed by QWI.

また実施形態では、発振波長が異なるレーザ共振器の個数nがmと等しい場合、つまり、すべてのレーザ共振器の発振波長が異なる場合を説明したがその限りでない。 Furthermore, in the embodiment, a case has been described where the number n of laser resonators having different oscillation wavelengths is equal to m, that is, a case where all the laser resonators have different oscillation wavelengths, but this is not the case.

実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 The embodiments merely illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments may include many modifications and changes in arrangement without departing from the spirit of the present invention as defined in the claims. is recognized.

100 半導体レーザ素子
110 N型半導体基板
120 積層成長層
122 N型クラッド層
124 P型クラッド層
126 P型コンタクト層
130 発光層
132 N型ガイド層
134 活性層
136 P型ガイド層
140 絶縁層
150 P電極
152 N電極
160 キャップ層
162 第1成長層
164 誘電体膜
166 第2成長層
168 リッジ構造
200 レーザ共振器
100 Semiconductor laser element 110 N-type semiconductor substrate 120 Laminated growth layer 122 N-type cladding layer 124 P-type cladding layer 126 P-type contact layer 130 Light-emitting layer 132 N-type guide layer 134 Active layer 136 P-type guide layer 140 Insulating layer 150 P-electrode 152 N electrode 160 Cap layer 162 First growth layer 164 Dielectric film 166 Second growth layer 168 Ridge structure 200 Laser resonator

Claims (12)

端面発光型の半導体レーザ素子であって、
N型半導体基板と、
前記N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、
を備え、
前記積層成長層には、m個(m≧1)のレーザ共振器が形成され、
各レーザ共振器において、前記活性層での混晶化度合いが、前記P型クラッド層から前記P型コンタクト層間での混晶化度合いよりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
An edge-emitting semiconductor laser device,
an N-type semiconductor substrate;
a laminated growth layer including an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate;
Equipped with
m laser resonators (m≧1) are formed in the laminated growth layer,
A semiconductor laser device characterized in that, in each laser resonator, a degree of mixed crystallization in the active layer is greater than a degree of mixed crystallization between the P-type cladding layer and the P-type contact layer.
m≧2であり、前記m個のレーザ共振器は、発振波長が異なるn個(2≦n≦m)のレーザ共振器を含み、
前記n個のレーザ共振器の間で、前記活性層での混晶化度合いが異なり、
前記n個のレーザ共振器の間で、前記P型クラッド層から前記P型コンタクト層間での混晶化度合いが実質的に等しいことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
m≧2, and the m laser resonators include n laser resonators having different oscillation wavelengths (2≦n≦m),
The degree of mixed crystallization in the active layer is different among the n laser resonators,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the degree of mixed crystallization from the P-type cladding layer to the P-type contact layer is substantially equal among the n laser resonators.
端面発光型の半導体レーザ素子であって、
N型半導体基板と、
前記N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、
を備え、
前記積層成長層には、複数のレーザ共振器が形成され、
前記複数のレーザ共振器の間で、前記活性層での混晶化度合いが異なり、
前記複数のレーザ共振器の間で、前記P型クラッド層から前記P型コンタクト層間での混晶化度合いが実質的に等しいことを特徴とする半導体レーザ素子。
An edge-emitting semiconductor laser device,
an N-type semiconductor substrate;
a laminated growth layer including an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate;
Equipped with
A plurality of laser resonators are formed in the laminated growth layer,
The degree of mixed crystallization in the active layer is different among the plurality of laser resonators,
A semiconductor laser device characterized in that the degree of mixed crystallization from the P-type cladding layer to the P-type contact layer is substantially equal among the plurality of laser resonators.
端面発光型の半導体レーザ素子であって、
N型半導体基板と、
前記N型半導体基板上に形成されるN型クラッド層、活性層、P型クラッド層、P型コンタクト層を含む積層成長層と、
を備え、
前記積層成長層には、発振波長の異なる複数のレーザ共振器が形成され、
前記複数のレーザ共振器の間で、前記活性層での混晶化度合いが異なり、
前記複数のレーザ共振器の間で、前記P型クラッド層の膜厚、組成比、不純物濃度が実質的に等しいことを特徴とする半導体レーザ素子。
An edge-emitting semiconductor laser device,
an N-type semiconductor substrate;
a laminated growth layer including an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type contact layer formed on the N-type semiconductor substrate;
Equipped with
A plurality of laser resonators having different oscillation wavelengths are formed in the laminated growth layer,
The degree of mixed crystallization in the active layer is different among the plurality of laser resonators,
A semiconductor laser device characterized in that the film thickness, composition ratio, and impurity concentration of the P-type cladding layer are substantially the same among the plurality of laser resonators.
2つのレーザ共振器の間で、発振波長の差は2nm以上であることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 5. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the difference in oscillation wavelength between the two laser resonators is 2 nm or more. 前記活性層は、AlGaInP、AlGaAs、InGaAsP、AlGaInAs、AlGaInAsP、GaInNAsからなる群のうちのひとつを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer includes one of the group consisting of AlGaInP, AlGaAs, InGaAsP, AlGaInAs, AlGaInAsP, and GaInNAs. 前記混晶化度合いが異なるとは、TEM像から確認される組成遷移長が0.16nm以上離間していることであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the different degrees of mixed crystallization mean that compositional transition lengths confirmed from a TEM image are separated by 0.16 nm or more. . 前記活性層において、発振波長の異なるレーザ共振器に対応する光利得領域のC,Znの不純物濃度は、発振波長の短いレーザ共振器の方が大きいことを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。 5. In the active layer, C and Zn impurity concentrations in optical gain regions corresponding to laser resonators having different oscillation wavelengths are higher in the laser resonators having shorter oscillation wavelengths. A semiconductor laser device according to claim 1. 端面発光型の半導体レーザ素子の製造方法であって、
N型半導体基板上に、少なくともN型クラッド層と活性層を含む第1成長層を形成する第1工程と、
前記第1成長層の上に、誘電体膜を形成し、熱処理を施すことで混晶化を施す第2工程と、
前記誘電体膜を除去し、P型クラッド層を含む第2成長層を、再成長により形成する第3工程と、
を備えることを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser device, the method comprising:
A first step of forming a first growth layer including at least an N-type cladding layer and an active layer on the N-type semiconductor substrate;
a second step of forming a dielectric film on the first growth layer and performing a heat treatment to form a mixed crystal;
a third step of removing the dielectric film and forming a second growth layer including a P-type cladding layer by regrowth;
A manufacturing method characterized by comprising:
前記第2工程は、前記誘電体膜の膜厚、膜種、膜構成の少なくともひとつを、複数の領域で異ならしめる工程を含み、
前記複数の領域それぞれに、レーザ共振器を形成する第4工程をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の製造方法。
The second step includes a step of making at least one of the film thickness, film type, and film configuration of the dielectric film different in a plurality of regions,
10. The manufacturing method according to claim 9, further comprising a fourth step of forming a laser resonator in each of the plurality of regions.
前記第2工程は、前記第1成長層と前記誘電体膜が接触する割合を、複数の領域で異ならしめる工程を含み、
前記複数の領域それぞれに、レーザ共振器を形成する第4工程をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の製造方法。
The second step includes a step of varying the contact ratio between the first growth layer and the dielectric film in a plurality of regions,
10. The manufacturing method according to claim 9, further comprising a fourth step of forming a laser resonator in each of the plurality of regions.
前記第2工程は、
前記第1成長層を、複数の領域について異なる深さでエッチングする工程と、
エッチング後の前記第1成長層の上に、前記誘電体膜を形成する工程と、
を含み、
前記複数の領域それぞれに、レーザ共振器を形成する第4工程をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の製造方法。
The second step is
etching the first growth layer at different depths in a plurality of regions;
forming the dielectric film on the first growth layer after etching;
including;
10. The manufacturing method according to claim 9, further comprising a fourth step of forming a laser resonator in each of the plurality of regions.
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