JP2537295B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor laser device and manufacturing method thereofInfo
- Publication number
- JP2537295B2 JP2537295B2 JP2120858A JP12085890A JP2537295B2 JP 2537295 B2 JP2537295 B2 JP 2537295B2 JP 2120858 A JP2120858 A JP 2120858A JP 12085890 A JP12085890 A JP 12085890A JP 2537295 B2 JP2537295 B2 JP 2537295B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- etching stop
- gaas
- forming
- stop layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、
特に、優れた温度特性を示し、室温でも可視光を連続発
振することができる半導体レーザ素子及びその製造方法
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same,
In particular, the present invention relates to a semiconductor laser device that exhibits excellent temperature characteristics and can continuously oscillate visible light even at room temperature, and a method for manufacturing the same.
(従来の技術) 近年、光情報処理システムの高機能化等を目的とし
て、短波長域で発振する半導体レーザ素子の実現が要求
されている。(Prior Art) In recent years, there has been a demand for the realization of a semiconductor laser device that oscillates in a short wavelength region for the purpose of enhancing the functions of an optical information processing system.
GaAs基板に格子整合するAlGaInP結晶は、600nm帯の波
長を有する光を放射する可視光半導体レーザのための材
料として注目されている。An AlGaInP crystal lattice-matched to a GaAs substrate has attracted attention as a material for a visible light semiconductor laser that emits light having a wavelength of 600 nm band.
AlGaInP結晶をGaAs基板上に成長させる方法として
は、有機金属気相成長法(MOCD法)の他に、分子線エピ
タキシー法(MBE法)が期待されている。As a method for growing AlGaInP crystal on a GaAs substrate, a molecular beam epitaxy method (MBE method) is expected in addition to the metal organic chemical vapor deposition method (MOCD method).
MBE法を用いて作成されたAlGaInP系可視光半導体レー
ザ素子が、室温で可視光を連続的に発振したことの報告
がある(Hayakawa,et.al.Journal of Crystal Growt
h 95 (1989) pp.949)。It has been reported that an AlGaInP-based visible light semiconductor laser device fabricated by using the MBE method continuously oscillated visible light at room temperature (Hayakawa, et.al. Journal of Crystal Growt
h 95 (1989) pp.949).
第3図に、MBE法により作成された従来のAlGaInP系可
視光半導体レーザ素子の断面図を示す。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a conventional AlGaInP-based visible light semiconductor laser device manufactured by the MBE method.
第1導電型GaAs基板1上に、第1導電型GaAsバッファ
層2、第1導電型GaInPバッファ層3、第1導電型AlGaI
nP第1クラッド層4、GaInP活性層5、第2導電型AlGaI
nP第2クラッド層6、及び第2導電型GaInP層20が、こ
の順番で基板1側から積層されている。On a first conductivity type GaAs substrate 1, a first conductivity type GaAs buffer layer 2, a first conductivity type GaInP buffer layer 3, a first conductivity type AlGaI
nP first clad layer 4, GaInP active layer 5, second conductivity type AlGaI
The nP second cladding layer 6 and the second conductivity type GaInP layer 20 are stacked in this order from the substrate 1 side.
第2導電型GaInP層20上には、絶縁性窒化シリコン膜2
1が形成されており、窒化シリコン膜21には、第2導電
型GaInP層20に達する幅10μmのストライプ状溝が形成
されている。An insulating silicon nitride film 2 is formed on the second conductivity type GaInP layer 20.
1 are formed, and a stripe-shaped groove having a width of 10 μm reaching the second conductivity type GaInP layer 20 is formed in the silicon nitride film 21.
上記の積層構造の上面及び基板1の裏面には、電極1
5、14が形成されている。An electrode 1 is provided on the upper surface of the above-described laminated structure and the back surface of the substrate 1.
5 and 14 are formed.
第3図の半導体レーザ素子は、ストライプ状の溝を有
する絶縁性窒化シリコン膜21が電流を狭窄する利得導波
形半導体レーザ素子である。The semiconductor laser device shown in FIG. 3 is a gain waveguide type semiconductor laser device in which an insulating silicon nitride film 21 having a stripe-shaped groove constricts a current.
この半導体レーザ素子は、発振閾値93mAを示し、ま
た、可視光を室温で連続的に発振することができる。This semiconductor laser device has an oscillation threshold of 93 mA, and can continuously emit visible light at room temperature.
MBE法により成長されたAlGaInP結晶を有する半導体レ
ーザ素子は、第3図に示すように、利得導波型の半導体
レーザ素子が多い。しかし、利得導波型半導体レーザ素
子では、レーザ光の水平横モードが充分に制御されてい
ない。従って、AlGaInP結晶を有する半導体レーザ素子
についても、レーザ光の水平横モードの安定化に優れた
屈折率導波型半導体レーザ素子の開発が要求される。As shown in FIG. 3, many semiconductor laser devices having an AlGaInP crystal grown by the MBE method are gain waveguide type semiconductor laser devices. However, in the gain guided semiconductor laser device, the horizontal and transverse modes of the laser light are not sufficiently controlled. Therefore, there is a need for a semiconductor laser device having an AlGaInP crystal to develop a refractive index guided semiconductor laser device that is excellent in stabilizing the horizontal and transverse modes of laser light.
第4図に、屈折率導波型半導体レーザ素子の従来例の
断面図を示す。FIG. 4 shows a sectional view of a conventional example of a refractive index guided semiconductor laser device.
第1導電型GaAs基板1上に、第1導電型GaAsバッファ
層2、第1導電型AlGaInP第1クラッド層4、GaInP活性
層5、第2導電型AlGaInP第2クラッド層6、第2導電
型GaAs層8、及び第2導電型InGaAs層30が、この順番で
基板1側から積層されている。First conductivity type GaAs buffer layer 2, first conductivity type AlGaInP first cladding layer 4, GaInP active layer 5, second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6, second conductivity type on first conductivity type GaAs substrate 1. The GaAs layer 8 and the second conductivity type InGaAs layer 30 are stacked in this order from the substrate 1 side.
GaInP活性層5、第2導電型AlGaInP第2クラッド層
6、第2導電型GaAs層8、及び第2導電型InGaAs層30
は、幅10μmのリッジ形状にエッチングされており、リ
ッジ部分が形成されている。リッジ部分の表面は、その
上面を除いて、酸化シリコン層31に覆われている。この
酸化シリコン層31の上面及び基板1の裏面には、電極1
5、14が形成されている。GaInP active layer 5, second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6, second conductivity type GaAs layer 8, and second conductivity type InGaAs layer 30
Is etched into a ridge shape having a width of 10 μm, and a ridge portion is formed. The surface of the ridge portion is covered with the silicon oxide layer 31 except the upper surface thereof. On the upper surface of the silicon oxide layer 31 and the back surface of the substrate 1, the electrodes 1
5 and 14 are formed.
リッジ部分の上面の酸化シリコン層31が形成されてい
ない領域を介して、両電極15、14間を電流が流れる。A current flows between the electrodes 15 and 14 through the region where the silicon oxide layer 31 is not formed on the upper surface of the ridge portion.
第4図の半導体レーザ素子は、幅10μm程度の狭い活
性層5を有しているので、単一水平横モードで発振する
ことができる。Since the semiconductor laser device shown in FIG. 4 has the narrow active layer 5 having a width of about 10 μm, it can oscillate in a single horizontal transverse mode.
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述の従来技術においては、以下に述
べる問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, the above-described conventional technology has the following problems.
第4図の半導体レーザ素子には、エッチングにより形
成されたリッジ部分両側の空隙のため、活性層5内で発
生した熱が効率よく素子外部へ放熱されないという欠点
がある。このため、第4図の半導体レーザ素子について
は、室温で連続的に発振することができないという問題
がある。The semiconductor laser device shown in FIG. 4 has a drawback that the heat generated in the active layer 5 is not efficiently dissipated to the outside of the device because of the voids formed on both sides of the ridge portion formed by etching. Therefore, the semiconductor laser device of FIG. 4 has a problem that it cannot continuously oscillate at room temperature.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので
あり、その目的とするところは、熱の放散に優れた構造
を有し、室温で可視光を連続発振することができる半導
体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is a semiconductor laser device having a structure excellent in heat dissipation and capable of continuously oscillating visible light at room temperature, It is to provide the manufacturing method.
(課題を解決するための手段) 本発明の半導体レーザ素子は、GaAs基板と、該GaAs基
板上に形成されたAlGaInP結晶からなるダブルヘテロ構
造と、該ダブルヘテロ構造上に形成された(AlXGa1-X)
0.5In0.5Pエッチングストップ層(0<X≦1)と、該
エッチングストップ層上に形成され、該エッチングスト
ップ層に達するストライプ溝を有するGaAs光吸収層と、
該ストライプ溝を埋め込むようにして、該エッチングス
トップ層及び該GaAs光吸収層上に形成された再成長AlGa
As層と、を備えており、該エッチングストップ層の表面
には数分子層の厚さを持つAlXGa1-XAs層またはAlAs層が
形成されており、該エッチングストップ層及び該再成長
AlGaAs層は、該ダブルヘテロ構造内で発生する光のエネ
ルギ値よりも大きな値のバンドギャップエネルギを有し
ており、そのことにより上記目的が達成される。(Means for Solving the Problems) A semiconductor laser device of the present invention includes a GaAs substrate, a double heterostructure made of an AlGaInP crystal formed on the GaAs substrate, and a double heterostructure formed on the double heterostructure (Al X Ga 1-X )
0.5 In 0.5 P etching stop layer (0 <X ≦ 1), a GaAs light absorption layer having a stripe groove formed on the etching stop layer and reaching the etching stop layer,
The regrown AlGa formed on the etching stop layer and the GaAs light absorption layer so as to fill the stripe groove.
An As layer, and an Al X Ga 1-X As layer or an Al As layer having a thickness of several molecular layers is formed on the surface of the etching stop layer.
The AlGaAs layer has a bandgap energy that is larger than the energy value of the light generated in the double heterostructure, thereby achieving the above object.
また、前記GaAs光吸収層の上面と前記AlGaAs層の下面
との間に、(AlYGa1-Y)0.5In0.5Pエッチングストップ
層(0≦Y≦1)を有していてもよい。Further, an (Al Y Ga 1 -Y ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer (0 ≦ Y ≦ 1) may be provided between the upper surface of the GaAs light absorption layer and the lower surface of the AlGaAs layer.
本発明の製造方法は、GaAs基板上に、AlGaInP結晶か
らなるダブルヘテロ構造を形成する工程と、該ダブルヘ
テロ構造上に、該ダブルヘテロ構造内で発生する光のエ
ネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエネルギを有
する(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチングストップ層(0
<X≦1)を形成する工程と、該エッチングストップ層
上に、GaAs光吸収層を形成する工程と、該エッチングス
トップ層に達するストライプ溝を該GaAs光吸収層に形成
する工程と、MBE装置内で、該GaAs基板に対してAs分子
線を照射しながら、該GaAs基板の温度を、該エッチング
ストップ層のIn及びPが蒸発する温度以上に上昇させ、
該ストライプ溝内で露出している該エッチングストップ
層の表面近傍の数分子層を、AlXGa1-XAs層に変化させる
工程と、該MBE装置内で、該ダブルヘテロ構造内で発生
する光のエネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエ
ネルギを有するAlGaAs層を、該ストライプ溝を埋め込む
ようにして、該AlXGa1-XAs層及び該GaAs光吸収層上に形
成する工程と、を包含しており、そのことにより上記目
的が達成される。The manufacturing method of the present invention comprises a step of forming a double heterostructure composed of an AlGaInP crystal on a GaAs substrate, and a band having a value larger than the energy value of light generated in the double heterostructure on the double heterostructure. (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer (0
<X ≦ 1), a step of forming a GaAs light absorption layer on the etching stop layer, a step of forming a stripe groove reaching the etching stop layer in the GaAs light absorption layer, and an MBE device. Inside, while irradiating the GaAs substrate with As molecular beam, the temperature of the GaAs substrate is raised to a temperature above the temperature at which In and P of the etching stop layer evaporate,
A step of changing a few molecular layers near the surface of the etching stop layer exposed in the stripe groove into an Al X Ga 1-X As layer, and occurring in the double hetero structure in the MBE device Forming an AlGaAs layer having a bandgap energy larger than the energy value of light on the Al X Ga 1-X As layer and the GaAs light absorption layer so as to fill the stripe groove. The above object is achieved thereby.
また、GaAs基板上に、AlGaInP結晶からなるダブルヘ
テロ構造を形成する工程と、該ダブルヘテロ構造上に、
該ダブルヘテロ構造内で発生する光のエネルギ値よりも
大きな値のバンドギャップエネルギを有する(AlXG
a1-X)0.5In0.5Pエッチングストップ層(0<X≦1)
を形成する工程と、該(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチン
グストップ層上に、GaAs光吸収層を形成する工程と、該
GaAs光吸収層上に、(AlYGa1-Y)0.5In0.5Pエッチング
ストップ層(0≦Y≦1)を形成する工程と、該(AlXG
a1-X)0.5In0.5Pエッチングストップ層に達するストラ
イプ溝を該(AlYGa1-Y)0.5In0.5Pエッチングストップ
層及び該GaAs光吸収層に形成する工程と、MBE装置内
で、該GaAs基板に対してAs分子線を照射しながら、該Ga
As基板の温度を、該エッチングストップ層のIn及びPが
蒸発する温度以上に上昇させ、該ストライプ溝内で露出
している該エッチングストップ層の表面近傍の数分子層
を、AlXGa1-XAs層に変化させる工程と、該MBE装置内
で、該ダブルヘテロ構造内で発生する光のエネルギ値よ
りも大きな値のバンドギャップエネルギを有するAlGaAs
層を、該ストライプ溝を埋め込むようにして、該AlXGa
1-XAs層及び該GaAs光吸収層上に形成する工程と、を包
含するしていてもよい。Further, a step of forming a double hetero structure made of AlGaInP crystal on the GaAs substrate, and a step of forming the double hetero structure on the double hetero structure.
It has a bandgap energy larger than that of light generated in the double heterostructure (Al X G
a 1-X ) 0.5 In 0.5 P Etching stop layer (0 <X ≦ 1)
And a step of forming a GaAs light absorption layer on the (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer,
A GaAs optical absorption layer, (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P and forming an etch stop layer (0 ≦ Y ≦ 1), the (Al X G
a 1-X ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer is formed in the (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer and the GaAs light absorption layer, and in the MBE device, While irradiating the As molecular beam onto the GaAs substrate, the Ga
The temperature of the As substrate is raised above the temperature at which In and P of the etching stop layer evaporate, and several molecular layers in the vicinity of the surface of the etching stop layer exposed in the stripe groove are replaced with Al X Ga 1- Changing to an X As layer and AlGaAs having a bandgap energy in the MBE device that is greater than the energy value of the light generated in the double heterostructure.
A layer such that the Al X Ga layer fills the stripe groove.
1-X As layer and the step of forming on the GaAs light absorption layer.
また、GaAs基板上に、AlGaInP結晶からなるダブルヘ
テロ構造を形成する工程と、該ダブルヘテロ構造上に、
該ダブルヘテロ構造内で発生する光のエネルギ値よりも
大きな値のバンドギャップエネルギを有する(AlXG
a1-X)0.5In0.5Pエッチングストップ層(0<X≦1)
を形成する工程と、該エッチングストップ層上に、GaAs
光吸収層を形成する工程と、該エッチングストップ層に
達しない深さを有するストライプ溝を該GaAs光吸収層に
形成する工程と、MBE装置内で、該GaAs基板に対してAs
分子線を照射しながら、該GaAs基板の温度を、該GaAs光
吸収層のGaAsが蒸発する温度以上に上昇させ、該光吸収
層の表面のGaAs層を蒸発させることにより、該ストライ
プ溝内に於いて、該エッチングストップ層を露出させ、
その露出した表面の近傍の数分子層を、AlAs層に変化さ
せる工程と、該MBE装置内で、該ダブルヘテロ構造内で
発生する光のエネルギ値よりも大きな値のバンドギャッ
プエネルギを有するAlGaAs層を、該ストライプ溝を埋め
込むようにして、該AlAs層及び該GaAs光吸収層上に形成
する工程と、を包含していてもよい。Further, a step of forming a double hetero structure made of AlGaInP crystal on the GaAs substrate, and a step of forming the double hetero structure on the double hetero structure.
It has a bandgap energy larger than that of light generated in the double heterostructure (Al X G
a 1-X ) 0.5 In 0.5 P Etching stop layer (0 <X ≦ 1)
And a GaAs layer on the etching stop layer.
A step of forming a light absorption layer, a step of forming a stripe groove in the GaAs light absorption layer having a depth that does not reach the etching stop layer, and
While irradiating with a molecular beam, the temperature of the GaAs substrate is raised to a temperature above the temperature at which GaAs in the GaAs light absorbing layer evaporates, and the GaAs layer on the surface of the light absorbing layer evaporates. Where the etching stop layer is exposed,
A step of changing a few molecular layers near the exposed surface into an AlAs layer, and an AlGaAs layer having a bandgap energy larger than the energy value of light generated in the double heterostructure in the MBE device. Is formed on the AlAs layer and the GaAs light absorption layer so as to fill the stripe groove.
(実施例) 以下に本発明を実施例について説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples.
第1図(d)に、第1の実施例の半導体レーザ素子の
断面図を示す。この半導体レーザ素子に於いては、第1
導電型GaAs基板1上に、第1導電型GaAsバッファ層2、
第1導電型GaInPバッファ層3、第1導電型AlGaInP第1
クラッド層4、GaInP活性層5、第2導電型AlGaInP第2
クラッド層6、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1エッチン
グストップ層7、GaAs光吸収層8、及び(Al0.4Ga0.6)
0.5In0.5P第2エッチングストップ層9が、この順番で
基板1側から積層されている。FIG. 1D shows a sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment. In this semiconductor laser device,
A first conductivity type GaAs buffer layer 2, on a conductivity type GaAs substrate 1,
First conductivity type GaInP buffer layer 3, first conductivity type AlGaInP first
Cladding layer 4, GaInP active layer 5, second conductivity type AlGaInP second
Cladding layer 6, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first etching stop layer 7, GaAs light absorbing layer 8, and (Al 0.4 Ga 0.6 ).
The 0.5 In 0.5 P second etching stop layer 9 is laminated in this order from the substrate 1 side.
GaAs光吸収層8及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P第2エ
ッチングストップ層9には、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
第1エッチングストップ層7に達するストライプ溝
(幅、5μm)が形成されている。The GaAs light absorption layer 8 and the (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P second etching stop layer 9 include (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P.
A stripe groove (width: 5 μm) reaching the first etching stop layer 7 is formed.
ストライプ溝の底部に於て、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5
P第1エッチングストップ層7の表面には、数分子層の
Al0.7Ga0.3As層10が形成されている。一方、(Al0.4Ga
0.6)0.5In0.5P第2エッチングストップ層9の表面に
も、数分子層のAl0.4Ga0.6層16が形成されている。At the bottom of the stripe groove, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5
On the surface of the P first etching stop layer 7, several molecular layers
An Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 is formed. On the other hand, (Al 0.4 Ga
0.6 ) 0.5 In 0.5 P A few molecular layers of Al 0.4 Ga 0.6 layer 16 are also formed on the surface of the second etching stop layer 9.
該ストライプ溝を埋め込むようにして、第2導電型Al
0.7Ga0.3As再成長クラッド層11が、GaAs層8、Al0.7Ga
0.3As層10及びAl0.4Ga0.6層16の上に形成されている。The second conductivity type Al is formed so as to fill the stripe groove.
0.7 Ga 0.3 As regrown clad layer 11 is GaAs layer 8, Al 0.7 Ga
It is formed on the 0.3 As layer 10 and the Al 0.4 Ga 0.6 layer 16.
第1導電型AlGaInP第1クラッド層4、GaInP活性層5
及び第2導電型AlGaInP第2クラッド層6から、ダブル
ヘテロ構造が構成されており、活性層5内で発生した光
の大部分は、このダブルヘテロ構造内に閉じ込められ
る。First conductivity type AlGaInP first cladding layer 4, GaInP active layer 5
A double hetero structure is composed of the second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6 and most of the light generated in the active layer 5 is confined in the double hetero structure.
ストライプ溝の両側に位置するGaAs層8はバンドギャ
ップエネルギが活性層5で発生する光のエネルギよりも
小さく、活性層5で発生した光を吸収しやすい。しか
し、Al0.7Ga0.3As再成長クラッド層11は、活性層5で発
生した光をダブルヘテロ構造内に閉じ込めるために必要
な充分大きなバンドギャップと充分小さな屈折率とを有
するように設計されている。The band gap energy of the GaAs layers 8 located on both sides of the stripe groove is smaller than the energy of light generated in the active layer 5, and the light generated in the active layer 5 is easily absorbed. However, the Al 0.7 Ga 0.3 As regrown cladding layer 11 is designed to have a sufficiently large bandgap and a sufficiently small refractive index necessary for confining the light generated in the active layer 5 in the double heterostructure. .
上記構成により、ダブルヘテロ構造の上方に設けられ
たストライプ溝の内外に於て、実効的な屈折率差が生
じ、レーザ光の水平横モードが単一化されることにな
る。With the above structure, an effective refractive index difference is generated inside and outside the stripe groove provided above the double hetero structure, and the horizontal transverse mode of the laser light is unified.
第2導電型Al0.7Ga0.3As再成長クラッド層11上には、
第2導電型GaAsキャップ層12が形成され、第2導電型Ga
Asキャップ層12の上面及び基板1の裏面の各々には、電
極15、14が形成されている。On the second conductivity type Al 0.7 Ga 0.3 As regrown cladding layer 11,
The second conductivity type GaAs cap layer 12 is formed, and the second conductivity type Ga is formed.
Electrodes 15 and 14 are formed on the upper surface of the As cap layer 12 and the back surface of the substrate 1, respectively.
次に、第1図(a)〜(b)を参照しながら、上記半
導体レーザ素子の製造方法を説明する。Next, a method of manufacturing the above semiconductor laser device will be described with reference to FIGS.
まず、第1図(a)に示すように、第1導電型GaAs基
板1上に、第1導電型GaAsバッファ層2、第1導電型Ga
InPバッファ層3、第1導電型AlGaInP第1クラッド層
4、GaInP活性層5、第2導電型AlGaInP第2クラッド層
6、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1エッチングストップ
層7、GaAs光吸収層8、及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P
第2エッチングストップ層9を、この順番で基板1側か
ら、MBE法により連続的に成長させた(第1図
(a))。成長時の基板温度は、約480℃から約570℃の
範囲内となるようにした。First, as shown in FIG. 1A, a first conductivity type GaAs buffer layer 2 and a first conductivity type Ga
InP buffer layer 3, first conductivity type AlGaInP first cladding layer 4, GaInP active layer 5, second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first etching stop layer 7, GaAs Light absorption layer 8 and (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P
The second etching stop layer 9 was continuously grown in this order from the substrate 1 side by the MBE method (FIG. 1 (a)). The substrate temperature during growth was set to be in the range of about 480 ° C to about 570 ° C.
なお、成長層の清浄性を保つために、上記各層を成長
させる工程中に於いて、基板1をMBE装置の外部に取り
出すことはしなかった。In order to maintain the cleanliness of the growth layer, the substrate 1 was not taken out of the MBE device during the step of growing each layer.
また、第2導電型AlGaInP第2クラッド層6と第2導
電型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1エッチングストップ
層7との合計の層厚は、活性層5で発生する光がGaAs光
吸収層8にまで漏れ出すように、2000Å程度とした。Further, the total layer thickness of the second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6 and the second conductivity type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first etching stop layer 7 is such that the light generated in the active layer 5 is GaAs. It was set to about 2000 Å so as to leak to the light absorption layer 8.
(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P第2エッチングストップ層
9を形成した後、基板1をMBE装置外に取り出した。そ
こで、(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P第2エッチングストッ
プ層9及びGaAs光吸収層8の一部を、フォトマスク13を
用いて選択的にエッチングすることにより、(Al0.7Ga
0.3)0.5In0.5P第1エッチングストップ層7に達する
ストライプ溝を形成する(第1図(b))。After forming the (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P second etching stop layer 9, the substrate 1 was taken out of the MBE apparatus. Therefore, a portion of the (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P second etching stop layer 9 and the GaAs light absorption layer 8 is selectively etched using the photomask 13 to obtain (Al 0.7 Ga
0.3 ) 0.5 In 0.5 P A stripe groove reaching the first etching stop layer 7 is formed (FIG. 1 (b)).
ストライプ溝を形成するためのエッチング工程後、第
2導電型AlGaInP第1エッチングストップ層7の表面に
は、大気等との接触により酸素や水蒸気等の不純物が吸
着してしまう。このような不純物により第2導電型AlGa
InP第1エッチングストップ層7の表面が汚染すると、
その層上に成長させた他の層の結晶性が劣化してしまう
ことになる。After the etching process for forming the stripe groove, impurities such as oxygen and water vapor are adsorbed on the surface of the second conductivity type AlGaInP first etching stop layer 7 by contact with the atmosphere and the like. Due to such impurities, the second conductivity type AlGa
When the surface of the InP first etching stop layer 7 is contaminated,
The crystallinity of the other layer grown on that layer will deteriorate.
基板1を再びMBE装置内に導入した後、(Al0.7G
a0.3)0.5In0.5P第1エッチングストップ層7及び(Al
0.4Ga0.6)0.5In0.5P第2エッチングストップ層9の表
面を清浄化するために、MBE装置内で、(Al0.7Ga0.3)
0.5In0.5P7及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P層9に対し
て、充分な量のAs分子線を照射しながら、基板温度を62
0℃に上昇させ、その状態を数分間維持するという工程
を行った。After introducing the substrate 1 into the MBE device again, (Al 0.7 G
a 0.3 ) 0.5 In 0.5 P First etching stop layer 7 and (Al
0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P In order to clean the surface of the second etching stop layer 9, (Al 0.7 Ga 0.3 )
While irradiating a sufficient amount of As molecular beam to 0.5 In 0.5 P7 and (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 9, the substrate temperature is adjusted to 62
A step of raising the temperature to 0 ° C. and maintaining the state for several minutes was performed.
この工程によって、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1エ
ッチングストップ層7及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P第
2エッチングストップ層9の表面近傍のIn及びPが、As
分子線のAsと置換することにより、これらの(Al0.7Ga
0.3)0.5In0.5P層7(及びAl0.4Ga0.6)0.5In0.5P層
9の表面近傍の数分子層が、各々、数分子層のAl0.7Ga
0.3As層10及びAl0.4Ga0.6As層16に変化した(第1図
(c))。By this step, In and P in the vicinity of the surface of the (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first etching stop layer 7 and the (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P second etching stop layer 9 are changed to As.
By substituting As for the molecular beam, these (Al 0.7 Ga
0.3) 0.5 In 0.5 P layer 7 (and Al 0.4 Ga 0.6) 0.5 In 0.5 number molecular layer in the vicinity of the surface of the P layer 9 are each, having molecular layer Al 0.7 Ga
It changed into 0.3 As layer 10 and Al 0.4 Ga 0.6 As layer 16 (FIG. 1 (c)).
このとき、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7及び(Al
0.4Ga0.6)0.5In0.5P層9の表面から汚染物質が除去さ
れ、それらの表面の清浄化が行われた。At this time, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 and (Al
The contaminants were removed from the surface of the 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 9 and the surface thereof was cleaned.
また、この工程により形成された数分子層のAl0.7Ga
0.3As層10及びAl0.4Ga0.6As層は、680℃程度以下では、
組成元素の蒸発がほとんど生じない熱的に安定な材料か
らなる層である。このため、620℃程度で通常盛んに生
じるはずの(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7及び(Al0.4G
a0.6)0.5In0.5P層9からのIn又はPの蒸発が、この数
分子層のAl0.7Ga0.3As層10及びAl0.4Ga0.6As層16に覆わ
れることによって防止された。In addition, a few molecular layers of Al 0.7 Ga formed by this process
0.3 As layer 10 and Al 0.4 Ga 0.6 As layer are
It is a layer made of a thermally stable material in which the compositional elements hardly evaporate. Therefore, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 and (Al 0.4 G
The vaporization of In or P from the a 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 9 was prevented by being covered with the Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 and the Al 0.4 Ga 0.6 As layer 16 of these few molecular layers.
本実施例では、上述のように、上記工程中の基板温度
を620℃としたが、Al0.7Ga0.3As層10及びAl0.4Ga0.6As
層16を形成するためには、この温度を、Inの蒸発が起こ
る温度である580℃程度以上にすればよい。Inの蒸発が
起こる温度では、Pも蒸発するので、充分な量のAs分子
線を照射することによって、In及びPは、Asと置換し、
Al0.7Ga0.3As層10及びAl0.4Ga0.6As層16が形成される。In the present embodiment, the substrate temperature during the above step was 620 ° C. as described above, but the Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 and the Al 0.4 Ga 0.6 As layer 10 were formed.
In order to form the layer 16, this temperature may be set to about 580 ° C. or higher at which In is evaporated. At the temperature at which evaporation of In occurs, P also evaporates, so by irradiating a sufficient amount of As molecular beam, In and P are replaced with As,
An Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 and an Al 0.4 Ga 0.6 As layer 16 are formed.
ただし、As分子線の照射により形成されたAl0.7Ga0.3
As層10及びAl0.4Ga0.6As層16が、上記工程中に於いても
安定に存在するためには、基板温度を、680℃程度以下
とすることが好ましい。However, Al 0.7 Ga 0.3 formed by irradiation with As molecular beam
In order for the As layer 10 and the Al 0.4 Ga 0.6 As layer 16 to exist stably during the above steps, the substrate temperature is preferably about 680 ° C. or lower.
次に、MBE法により、基板温度を600℃程度として、第
2導電型Al0.7Ga0.3As再成長クラッド層11、及び第2導
電型GaAsキャップ層12をこの順番で基板1側から、Al
0.7Ga0.3As層10等の上にストライプ溝を埋め込むように
成長させる工程を行った。Then, the second conductivity type Al 0.7 Ga 0.3 As regrowth cladding layer 11 and the second conductivity type GaAs cap layer 12 are sequentially formed from the substrate 1 side in this order from the substrate 1 side by MBE at a substrate temperature of about 600 ° C.
A step of growing the 0.7 Ga 0.3 As layer 10 and the like so as to fill the stripe groove was performed.
第2導電型Al0.7Ga0.3As再成長クラッド層11を成長さ
せるために必要となる温度に於いては、通常、(Al0.7G
a0.3)0.5In0.5P層7及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P層
9のIn又はPの蒸発による劣化が顕著となるが、本実施
例では、上述した熱的に安定なAl0.7Ga0.3As層10及びAl
0.4Ga0.6As層16のために、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層
7及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P層9の劣化を防止する
ことができた。At the temperature required to grow the second conductivity type Al 0.7 Ga 0.3 As regrown cladding layer 11, it is usually (Al 0.7 G
a 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 and the (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 9 are significantly deteriorated due to evaporation of In or P. However, in the present embodiment, the thermally stable Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 and Al
Due to the 0.4 Ga 0.6 As layer 16, deterioration of the (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 and the (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 9 could be prevented.
なお、Al0.7Ga0.3As再成長クラッド層11のAl混晶比を
調整することにより、活性層5内で発生する光のエネル
ギ値よりも大きなバンドギャップエネルギを有する再成
長クラッド層11を形成した。こうして、活性層5で発生
した光をダブルヘテロ構造内に閉じ込めることができ
る。By adjusting the Al mixed crystal ratio of the Al 0.7 Ga 0.3 As regrown cladding layer 11, the regrown cladding layer 11 having a bandgap energy larger than the energy value of light generated in the active layer 5 was formed. . In this way, the light generated in the active layer 5 can be confined in the double hetero structure.
このようにして形成した積層構造の上面及び基板1の
裏面に、電極15、14を形成することにより、第1図
(d)に示す屈折率導波型の半導体レーザ素子を作成し
た。By forming electrodes 15 and 14 on the upper surface of the laminated structure thus formed and the back surface of the substrate 1, the index-guided semiconductor laser device shown in FIG.
本実施例の半導体レーザ素子は、AlGaInPからなるダ
ブルヘテロ構造を有しており、670nmの波長を有する光
を室温で連続して発振することができた。また、この半
導体レーザ素子は、素子内部にストライプ溝を有する屈
折率導波型であるので、発振するレーザ光の水平横モー
ドは、単一化されたものであった。The semiconductor laser device of the present example has a double hetero structure made of AlGaInP and was able to continuously oscillate light having a wavelength of 670 nm at room temperature. Further, since this semiconductor laser device is of a refractive index guided type having a stripe groove inside the device, the horizontal transverse mode of the oscillated laser light is unified.
本実施例の半導体レーザ素子は、比較的に熱伝導性に
優れたAlGaAsからなる第2導電型AlGaAs再成長クラッド
層11を有しているため、活性層5で発生した熱が効率的
に半導体レーザ素子外へ放散された。このため、第3図
の半導体レーザ素子の温度特性よりも、優れた温度特性
を達成することができた。Since the semiconductor laser device of this embodiment has the second conductivity type AlGaAs regrowth cladding layer 11 made of AlGaAs, which is relatively excellent in thermal conductivity, the heat generated in the active layer 5 is efficiently generated by the semiconductor. It was diffused out of the laser element. Therefore, it was possible to achieve temperature characteristics superior to those of the semiconductor laser device shown in FIG.
本実施例では、エッチングストップ層として、(Al
0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7及び(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5
P層9を用いたが、他の組成比のAlGaInP層からなるエ
ッチングストップを用いても、その層を基板に対して格
子整合させることができる。このように、本発明のエッ
チングストップ層はAlGaInP層からなるので、例えばAlG
aAs層に比較して、組成比をより広い範囲で変化させて
も基板に対して格子整合させることが可能である。スト
ライプ溝の底部に於いて格子不整合が生じると、発光効
率が低下するため、高光出力のレーザ光を得ることがで
きないという問題があるが、本実施例では、格子不整合
が生じなかったので、そのような問題は無かった。ま
た、AlGaInP層の表面に形成されたAlGaAs層は、例え
ば、Gaを含まないAlAs層よりも酸素等の不純物に汚染さ
れにくい特性を有している。In this embodiment, as the etching stop layer, (Al
0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 and (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5
Although the P layer 9 is used, the layer can be lattice-matched to the substrate by using an etching stop made of an AlGaInP layer having another composition ratio. Thus, since the etching stop layer of the present invention is composed of the AlGaInP layer,
Compared to the aAs layer, it is possible to achieve lattice matching with the substrate even if the composition ratio is changed in a wider range. If a lattice mismatch occurs at the bottom of the stripe groove, the light emission efficiency is lowered, so that there is a problem that it is not possible to obtain a laser beam with a high optical output. However, in this embodiment, the lattice mismatch does not occur. , There was no such problem. Further, the AlGaAs layer formed on the surface of the AlGaInP layer has a characteristic of being less likely to be contaminated with impurities such as oxygen than the AlAs layer not containing Ga, for example.
このように、本実施例の構成によれば、格子不整合が
少なく高い発光効率を得ることができ、しかも、製造工
程中にエッチングストップ層が汚染されにくいという利
点がある。As described above, according to the configuration of this embodiment, there is an advantage that the lattice mismatch is small and a high luminous efficiency can be obtained, and further, the etching stop layer is not easily contaminated during the manufacturing process.
本実施例の製造方法によれば、一度MBE装置外に基板
1を取り出すことにより表面が汚染されたエッチングス
トップ層7、9の表面を、MBE装置内で清浄化し、その
上に良質のAlGaAs再成長クラッド層11を成長させること
ができた。According to the manufacturing method of this embodiment, the surfaces of the etching stop layers 7 and 9 whose surfaces are contaminated by taking out the substrate 1 once from the MBE apparatus are cleaned in the MBE apparatus, and a good quality AlGaAs The growth clad layer 11 could be grown.
こうして作製された半導体レーザ素子は、エッチング
ストップ層7、9の表面に、これらの層よりも熱的に安
定なAlGaAs層10、16が形成されるため、エッチングスト
ップ層7、9の表面の熱による劣化が防止された。この
ため、ストライプ溝底部のこれらの層とAlGaAs再成長ク
ラッド層11との界面に於て、結晶欠陥の数が問題になら
ない程度に減少した。In the semiconductor laser device thus manufactured, the AlGaAs layers 10 and 16 which are more thermally stable than these layers are formed on the surfaces of the etching stop layers 7 and 9, so that the heat of the surfaces of the etching stop layers 7 and 9 is heated. Deterioration due to is prevented. As a result, the number of crystal defects at the interface between these layers at the bottom of the stripe groove and the AlGaAs regrown cladding layer 11 was reduced to such an extent that it did not matter.
しかし、上述の作成方法から、As分子線を照射しなが
ら基板温度を620℃に上昇させる工程を省略した方法に
より作成した半導体レーザ素子(比較例)では、その発
振閾値が上昇したため、室温での連続発振を実現するこ
とはできなかった。これは、比較例の第2導電型AlGaIn
P第1エッチングストップ層7の表面が清浄化されず、
その上に良質のAlGaAs再成長クラッド層11を成長させる
ことができなかったためである。However, in the semiconductor laser device (comparative example) manufactured by the method described above, in which the step of raising the substrate temperature to 620 ° C. while irradiating the As molecular beam is omitted, the oscillation threshold increases, so It was not possible to realize continuous oscillation. This is the second conductivity type AlGaIn of the comparative example.
The surface of the P first etching stop layer 7 is not cleaned,
This is because the high quality AlGaAs regrown cladding layer 11 could not be grown on it.
なお、Al0.7Ga0.3As層10及びAl0.4Ga0.6As層16は、数
分子層からなる薄い層であるため、半導体レーザ素子の
特性に対しては、光学的及び電気的な影響を直接及ぼさ
なかった。Since the Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 and the Al 0.4 Ga 0.6 As layer 16 are thin layers made up of several molecular layers, they have a direct optical and electrical effect on the characteristics of the semiconductor laser device. There wasn't.
また、本実施例の半導体レーザ素子は、光吸収層8上
に、第2のエッチングストップ層9である(Al0.4G
a0.6)0.5In0.5P層を有しているため、AlGaAs再成長層
11の光吸収層8上方に於ける部分の結晶性が、光吸収層
8の除去されたストライプ溝上に成長したAlGaAs再成長
層11の結晶性と同様に優れたものとなった。In the semiconductor laser device of this example, the second etching stop layer 9 is formed on the light absorption layer 8 (Al 0.4 G).
a 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer, so AlGaAs regrown layer
The crystallinity of the portion 11 of the AlGaAs above the light absorption layer 8 was as excellent as the crystallinity of the AlGaAs regrowth layer 11 grown on the strip groove where the light absorption layer 8 was removed.
しかし、AlGaAs再成長層11の光吸収層8上方に於ける
部分では、活性層5で発生した光の漏れ出しは少ない。
このため、上記実施例の構成から、第2のエッチングス
トップ層9のみを除いた構成を有する半導体レーザ素子
も、上記実施例の半導体レーザ素子と同様に、室温で安
定に発振した。However, in the portion of the AlGaAs regrowth layer 11 above the light absorption layer 8, the light leakage generated in the active layer 5 is small.
Therefore, the semiconductor laser device having the structure of the above-described embodiment except for the second etching stop layer 9 also stably oscillated at room temperature, like the semiconductor laser device of the above embodiment.
第2図(d)に、他の実施例の半導体レーザ素子の断
面図を示す。本実施例と第1図(d)の実施例との主な
差異は、本実施例の光吸収層8上には、(Al0.4Ga0.6)
0.5In0.5P層が設けられていないという点と、ストライ
プ溝底部のエッチングストップ層上に、Al0.7Ga0.3As層
10の代わりにAlAs層19が形成されている点とにある。FIG. 2D shows a sectional view of a semiconductor laser device of another embodiment. The main difference between this embodiment and the embodiment of FIG. 1 (d) is that (Al 0.4 Ga 0.6 ) is present on the light absorption layer 8 of this embodiment.
There is no 0.5 In 0.5 P layer, and an Al 0.7 Ga 0.3 As layer is formed on the etching stop layer at the bottom of the stripe groove.
In place of 10, an AlAs layer 19 is formed.
以下に、第2図(a)〜(d)を参照しながら、上記
半導体レーザ素子を製造する方法を説明する。A method for manufacturing the semiconductor laser device will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d).
まず、第2図(a)に示すように、第1導電型GaAs基
板1上に、第1導電型GaAsバッファ層2、第1導電型Ga
InPバッファ層3、第1導電型AlGaInP第1クラッド層
4、GaInP活性層5、第2導電型AlGaInP第2クラッド層
6、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pエッチングストップ層
7、及びGaAs光吸収層8を、この順番で基板1側から、
MBE法により成長させた。ここで、第2導電型AlGaInP第
2クラッド層6と第2導電型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
エッチングストップ層7との合計の層厚は、活性層5で
発生する光がGaAs光吸収層8にまで漏れ出すように、25
00Å程度とした。First, as shown in FIG. 2 (a), the first conductivity type GaAs buffer layer 2 and the first conductivity type Ga are formed on the first conductivity type GaAs substrate 1.
InP buffer layer 3, first conductivity type AlGaInP first cladding layer 4, GaInP active layer 5, second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer 7, and GaAs light The absorption layer 8 in this order from the substrate 1 side,
It was grown by the MBE method. Here, the second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6 and the second conductivity type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
The total thickness of the etching stop layer 7 and the etching stop layer 7 is 25 so that the light generated in the active layer 5 leaks to the GaAs light absorption layer 8.
It was about 00Å.
この後、一度、基板1をMBE装置外に取り出した後、G
aAs光吸収層8の一部を、フォトマスク13を用いて選択
的にエッチングすることにより、(Al0.7Ga0.3)0.5In
0.5Pエッチングストップ層7に達しないようにして、
ストライプ溝を形成した(第2図(b))。ストライプ
溝の底面と(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pエッチングストッ
プ層7の上面との間には、1000Å程度の厚さを有するGa
As層が残された。After this, once remove the board 1 from the MBE device,
By selectively etching a part of the aAs light absorption layer 8 using the photomask 13, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In
Do not reach the 0.5 P etching stop layer 7,
Striped grooves were formed (Fig. 2 (b)). Ga has a thickness of about 1000Å between the bottom surface of the stripe groove and the top surface of the (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer 7.
The As layer is left.
この後、再び、基板1をMBE装置内に導入した。 Thereafter, the substrate 1 was again introduced into the MBE apparatus.
次に、MBE装置内で、上面がGaAs層に覆われている基
板に対して、充分な量のAs分子線を照射しながら、基板
温度を720℃に上昇させ、その状態を数分間維持すると
いう工程を行った。Next, in the MBE device, the substrate whose upper surface is covered with the GaAs layer is irradiated with a sufficient amount of As molecular beam, the substrate temperature is raised to 720 ° C., and the state is maintained for several minutes. I went through the process.
この工程によって、ストライプ溝底部に残っていたGa
Asは蒸発し、その後、露出した(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5
Pエッチングストップ層7の表面近傍のGa、In及びP
が、As分子線のAsと置換した。こうして、ストライプ溝
底部に於ける(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7の表面近傍
の数分子層が、数分子層のAlAs層19に変化した(第2図
(c))。By this process, Ga remaining on the bottom of the stripe groove
As evaporates, then exposed (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5
Ga, In and P near the surface of the P etching stop layer 7
Replaced with As in the As molecular beam. Thus, several molecular layers near the surface of the (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 at the bottom of the stripe groove were changed to several AlAs layers 19 (FIG. 2 (c)).
この数分子層のAlAs層19は、720℃程度に於いても、
組成元素の蒸発が顕著に生じない熱的に安定な材料から
なる層である。このため、720℃程度で通常盛んに生じ
るはずの(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7からのIn又はP
の蒸発が、この数分子層のAlAs層19に覆われることによ
って防止された。This AlAs layer 19 of several molecular layers, even at about 720 ℃,
It is a layer made of a thermally stable material that does not cause significant vaporization of constituent elements. Therefore, In or P from the (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 that should normally occur at about 720 ° C.
Evaporation was prevented by being covered with this few molecular layers of AlAs layer 19.
本実施例では、上述のように、上記工程中の基板温温
度を720℃としたが、AlAs層19を形成するためには、こ
の温度を、Ga及びAsの蒸発が起こる温度である680℃程
度以上にすればよい。Ga及びAsの蒸発が起こる温度で
は、In及びPも蒸発するので、充分な量のAs分子線を照
射することによって、(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7の
露出した部分のGa、In及びPは、Asと置換し、AlAs層19
が形成される。In this example, the substrate temperature during the above step was 720 ° C. as described above, but in order to form the AlAs layer 19, this temperature is 680 ° C. which is the temperature at which Ga and As vaporize. It should be above a certain level. At the temperature at which Ga and As vaporize, In and P also vaporize. Therefore, by irradiating a sufficient amount of As molecular beam, the Ga of the exposed portion of the (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 7, In and P replace As, and the AlAs layer 19
Is formed.
ただし、As分子線の照射により形成されたAlAs層19
が、上記工程中に於いても安定に存在するためには、基
板温度を、約740℃程度以下とすることが好ましい。However, the AlAs layer 19 formed by As molecular beam irradiation
However, the substrate temperature is preferably about 740 ° C. or lower in order to stably exist even in the above process.
このように、ストライプ溝形成時に、ストライプ溝底
部にGaAs層を残すことによって、(Al0.7Ga0.3)0.5In
0.5P層7の表面を大気中に於いて露出させることな
く、その表面の汚染を防ぐことができた。Thus, by leaving the GaAs layer at the bottom of the stripe groove when forming the stripe groove, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In
It was possible to prevent contamination of the surface of the 0.5 P layer 7 without exposing the surface in the atmosphere.
また、大気に接することによって汚染したGaAs層の表
面は、上記のMBE装置内で行った工程により、GaAs層の
表面近傍層を蒸発させることによって、清浄化された。The surface of the GaAs layer contaminated by contact with the atmosphere was cleaned by evaporating the layer near the surface of the GaAs layer by the process performed in the MBE apparatus.
さらに、As分子線の照射により形成したAlAs層19によ
って、本来ならば580℃程度以上に於いて顕著となる(A
l0.7Ga0.3)0.5In0.5P層7のIn又はPの蒸発による劣
化を防止することができた。Furthermore, due to the AlAs layer 19 formed by the irradiation of As molecular beam, it is originally remarkable at about 580 ° C or higher (A
l 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 It was possible to prevent deterioration of the P layer 7 due to evaporation of In or P.
上記工程後、第2導電型Al0.7Ga0.3As再成長クラッド
層11、及び第2導電型GaAsキャップ層12をこの順番で基
板1側から、Al0.7Ga0.3As層10上にMBE法により成長さ
せる工程を行った。After the above steps, the second conductivity type Al 0.7 Ga 0.3 As regrowth cladding layer 11 and the second conductivity type GaAs cap layer 12 are grown in this order from the substrate 1 side on the Al 0.7 Ga 0.3 As layer 10 by the MBE method. Was performed.
このAl0.7Ga0.3As再成長クラッド層11のAI混晶比は、
活性層5で発生した光を活性層5内に閉じ込めるために
必要な充分低い屈折率を呈するように設計されている。The AI mixed crystal ratio of this Al 0.7 Ga 0.3 As regrown cladding layer 11 is
It is designed to have a sufficiently low refractive index necessary for confining the light generated in the active layer 5 in the active layer 5.
このようにして形成した積層構造の上面及び基板1の
裏面に、電極15、14を形成することにより、第2図
(d)に示す屈折率導波型の半導体レーザ素子を形成し
た。By forming electrodes 15 and 14 on the upper surface of the laminated structure thus formed and the back surface of the substrate 1, the index guided semiconductor laser element shown in FIG. 2D is formed.
なお、上記何れの半導体レーザ素子についても、ダブ
ルヘテロ構造は、第1導電型AIGaInP第1クラッド層
4、GaInP活性層5、及び第2導電型AlGaInP第2クラッ
ド層6からなるものとしたが、他の形成のAlGaInP系半
導体層からなる構造であってもよい。例えば、第1及び
第2クラッド層4、6として、AIInP三元混晶からなる
層を用いてもよい。また、活性層5として、AlGaInP四
元混晶からなる層を用いてもよい。また、活性層5とし
て、量子井戸構造や超格子構造を有する層を用いてもよ
い。また、クラッド層と活性層5の間に利得や吸収損失
の少ないガイドを設けることによって、SCH構造を形成
してもよい。In each of the semiconductor laser devices described above, the double hetero structure is composed of the first conductivity type AIGaInP first cladding layer 4, the GaInP active layer 5, and the second conductivity type AlGaInP second cladding layer 6, The structure may be formed of another formed AlGaInP-based semiconductor layer. For example, as the first and second cladding layers 4 and 6, layers made of AIInP ternary mixed crystal may be used. Further, a layer made of AlGaInP quaternary mixed crystal may be used as active layer 5. Further, as the active layer 5, a layer having a quantum well structure or a superlattice structure may be used. Further, the SCH structure may be formed by providing a guide having a small gain or absorption loss between the clad layer and the active layer 5.
(発明の効果) このように、本発明の半導体レーザ素子は、熱伝導性
に比較的優れたAlGaAs層を有しているため、AlGaInPか
らなるダブルヘテロ構造内で発生した熱を効率的に半導
体レーザ素子外に放散することができる。また、内部に
ストライプ構造が設けられた屈折率導波型である。この
ため、本発明の半導体レーザ素子は、優れた温度特性を
示し、室温でも、水平横モードの単一化された可視光を
連続発振することができる。(Effect of the Invention) As described above, since the semiconductor laser device of the present invention has the AlGaAs layer having relatively excellent thermal conductivity, the heat generated in the double hetero structure made of AlGaInP is efficiently transferred to the semiconductor. It can be dissipated outside the laser element. In addition, it is of a refractive index waveguide type with a stripe structure provided inside. Therefore, the semiconductor laser device of the present invention exhibits excellent temperature characteristics and is capable of continuously oscillating visible light in the horizontal transverse mode even at room temperature.
また、本発明の方法によれば、AlGaAs層を成長させる
前に、AlGaInPエッチングストップ層表面がMBE装置内で
清浄化され、しかも、そのエッチングストップ層の表面
に熱的に安定な量を形成するため、その上に結晶性に優
れたAlGaAs層を成長させることができる。Also, according to the method of the present invention, the AlGaInP etching stop layer surface is cleaned in the MBE apparatus before growing the AlGaAs layer, and yet a thermally stable amount is formed on the surface of the etching stop layer. Therefore, an AlGaAs layer having excellent crystallinity can be grown on it.
従って、本発明の方法によれば、ストライプ溝での光
吸収損失が少なく、発振閾値の低い可視光半導体レーザ
素子を提供することができる。Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to provide a visible light semiconductor laser device having a small light absorption loss in the stripe groove and a low oscillation threshold.
第1図(a)〜(d)は本発明の半導体レーザ素子の製
造方法を説明するための断面図、第2図(a)〜(d)
は他の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断
面図、第3図は従来例を示す断面図、第4図は他の従来
例を示す断面図である。 1……第1導電型GaAs基板、2……第1導電型GaAsバッ
ファ層、3……第1導電型GaInPバッファ層、4……第
1導電型AlGaInP第1クラッド層、5……GaInP活性層、
6……第2導電型AlGaInP第2クラッド層、7……AlGaI
nP第1エッチングストップ層、8……GaAs光吸収層、9
……AlGaInP第2エッチングストップ層、10……AlGaAs
層、11……第2導電型Al0.7Ga0.3As再成長クラッド層、
12……第2導電型GaAsキャップ層、14、15……電極、19
……AlAs層。1 (a) to 1 (d) are sectional views for explaining the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (d).
FIG. 4 is a sectional view for explaining another method of manufacturing a semiconductor laser device, FIG. 3 is a sectional view showing a conventional example, and FIG. 4 is a sectional view showing another conventional example. 1 ... First conductivity type GaAs substrate, 2 ... First conductivity type GaAs buffer layer, 3 ... First conductivity type GaInP buffer layer, 4 ... First conductivity type AlGaInP first cladding layer, 5 ... GaInP activity layer,
6 ... Second conductivity type AlGaInP second cladding layer, 7 ... AlGaI
nP first etching stop layer, 8 ... GaAs light absorption layer, 9
…… AlGaInP second etching stop layer, 10 …… AlGaAs
Layer, 11 ... Second conductivity type Al 0.7 Ga 0.3 As regrown cladding layer,
12 ... Second conductivity type GaAs cap layer, 14, 15 ... Electrode, 19
...... AlAs layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須山 尚宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 松井 完益 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−168091(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naohiro Suyama 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Inventor Matsui Kanekaku 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp shares In-house (56) References Japanese Patent Laid-Open No. 1-168091 (JP, A)
Claims (5)
ヘテロ構造と、 該ダブルヘテロ構造上に形成された(AlXGa1-X)0.5In
0.5Pエッチングストップ層(0<X≦1)と、 該エッチングストップ層上に形成され、該エッチングス
トップ層に達するストライプ溝を有するGaAs光吸収層
と、 該ストライプ溝を埋め込むようにして、該エッチングス
トップ層及び該GaAs光吸収層上に形成された再成長AlGa
As層と、を備えており、 該エッチングストップ層の表面には数分子層の厚さを持
つAlXGa1-XAs層またはAlAs層が形成されており、 該エッチングストップ層及び該再成長AlGaAs層は、該ダ
ブルヘテロ構造内で発生する光のエネルギ値よりも大き
な値のバンドギャップエネルギを有している、 半導体レーザ素子。1. A GaAs substrate, a double heterostructure composed of an AlGaInP crystal formed on the GaAs substrate, and (Al X Ga 1-X ) 0.5 In formed on the double heterostructure.
0.5 P etching stop layer (0 <X ≦ 1), a GaAs light absorption layer having a stripe groove formed on the etching stop layer and reaching the etching stop layer, and the etching so as to fill the stripe groove. Regrown AlGa formed on the stop layer and the GaAs light absorption layer
And an As layer, and an Al X Ga 1-X As layer or an Al As layer having a thickness of several molecular layers is formed on the surface of the etching stop layer. The AlGaAs layer has a bandgap energy that is larger than the energy value of light generated in the double hetero structure.
下面との間にも、(AlYGa1-Y)0.5In0.5Pエッチングス
トップ層(0≦Y≦1)を有する請求項1に記載の半導
体レーザ素子。2. An (Al Y Ga 1 -Y ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer (0 ≦ Y ≦ 1) is also provided between the upper surface of the GaAs light absorbing layer and the lower surface of the AlGaAs layer. 1. The semiconductor laser device according to item 1.
ルヘテロ構造を形成する工程と、 該ダブルヘテロ構造上に、該ダブルヘテロ構造内で発生
する光のエネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエ
ネルギを有する(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチングスト
ップ層(0<X≦1)を形成する工程と、 該エッチングストップ層上に、GaAs光吸収層を形成する
工程と、 該エッチングストップ層に達するストライプ溝を該GaAs
光吸収層に形成する工程と、 MBE装置内で、該GaAs基板に対してAs分子線を照射しな
がら、該GaAs基板の温度を、該エッチングストップ層の
In及びPが蒸発する温度以上に上昇させ、該ストライプ
溝内で露出している該エッチングストップ層の表面近傍
の数分子層を、AlXGa1-XAs層に変化させる工程と、 該MBE装置内で、該ダブルヘテロ構造内で発生する光の
エネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエネルギを
有するAlGaAs層を、該ストライプ溝を埋め込むようにし
て、該AlXGa1-XAs層及び該GaAs光吸収層上に形成する工
程と、 を包含する半導体レーザ素子の製造方法。3. A step of forming a double heterostructure made of AlGaInP crystal on a GaAs substrate, and a bandgap energy having a value larger than an energy value of light generated in the double heterostructure on the double heterostructure. Forming (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer (0 <X ≦ 1), forming a GaAs light absorption layer on the etching stop layer, and the etching stop A stripe groove reaching the layer
The step of forming the light absorption layer, and the temperature of the GaAs substrate is controlled by irradiating the GaAs substrate with an As molecular beam in the MBE device.
Raising the temperature above the temperature at which In and P evaporate to change several molecular layers near the surface of the etching stop layer exposed in the stripe groove into an Al X Ga 1-X As layer; In the device, an AlGaAs layer having a band gap energy larger than the energy value of light generated in the double heterostructure is embedded in the stripe groove so that the Al X Ga 1-X As layer and the Al A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a step of forming on a GaAs light absorption layer;
ルヘテロ構造を形成する工程と、 該ダブルヘテロ構造上に、該ダブルヘテロ構造内で発生
する光のエネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエ
ネルギを有する(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチングスト
ップ層(0<X≦1)を形成する工程と、 該(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチングストップ層上に、
GaAs光吸収層を形成する工程と、 該GaAs光吸収層上に、(AlYGa1-Y)0.5In0.5Pエッチン
グストップ層(0≦Y≦1)を形成する工程と、 該(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチングストップ層に達す
るストライプ溝を該(AlYGa1-Y)0.5In0.5Pエッチング
ストップ層及び該GaAs光吸収層に形成する工程と、 MBE装置内で、該GaAs基板に対してAs分子線を照射しな
がら、該GaAs基板の温度を、該エッチングストップ層の
In及びPが蒸発する温度以上に上昇させ、該ストライプ
溝内で露出している該エッチングストップ層の表面近傍
の数分子層を、AlXGa1-XAs層に変化させる工程と、 該MBE装置内で、該ダブルヘテロ構造内で発生する光の
エネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエネルギを
有するAlGaAs層を、該ストライプ溝を埋め込むようにし
て、該AlXGa1-XAs層及び該GaAs光吸収層上に形成する工
程と、 を包含する半導体レーザ素子の製造方法。4. A step of forming a double heterostructure made of an AlGaInP crystal on a GaAs substrate, and a bandgap energy having a value larger than an energy value of light generated in the double heterostructure on the double heterostructure. in the a (Al X Ga 1-X) 0.5 in 0.5 P etching stop layer and forming a (0 <X ≦ 1), the (Al X Ga 1-X) 0.5 in 0.5 P etching stop layer,
Forming a GaAs optical absorption layer, on the GaAs optical absorption layer, (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P and forming an etch stop layer (0 ≦ Y ≦ 1), the (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer is formed in the (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer and the GaAs light absorption layer, and in the MBE device, While irradiating the GaAs substrate with an As molecular beam, the temperature of the GaAs substrate is adjusted to the temperature of the etching stop layer.
Raising the temperature above the temperature at which In and P evaporate to change several molecular layers near the surface of the etching stop layer exposed in the stripe groove into an Al X Ga 1-X As layer; In the device, an AlGaAs layer having a band gap energy larger than the energy value of light generated in the double heterostructure is embedded in the stripe groove so that the Al X Ga 1-X As layer and the Al A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a step of forming on a GaAs light absorption layer;
ルヘテロ構造を形成する工程と、 該ダブルヘテロ構造上に、該ダブルヘテロ構造内で発生
する光のエネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエ
ネルギを有する(AlXGa1-X)0.5In0.5Pエッチングスト
ップ層(0<X≦1)を形成する工程と、 該エッチングストップ層上に、GaAs光吸収層を形成する
工程と、 該エッチングストップ層に達しない深さを有するストラ
イプ溝を該GaAs光吸収層に形成する工程と、 MBE装置内で、該GaAs基板に対してAs分子線を照射しな
がら、該GaAs基板の温度を、該GaAs光吸収層のGaAsが蒸
発する温度以上に上昇させ、該光吸収層の表面のGaAs層
を蒸発させることにより、該ストライプ溝内に於いて、
該エッチングストップ層を露出させ、その露出した表面
の近傍の数分子層を、AlAs層に変化させる工程と、 該MBE装置内で、該ダブルヘテロ構造内で発生する光の
エネルギ値よりも大きな値のバンドギャップエネルギを
有するAlGaAs層を、該ストライプ溝を埋め込むようにし
て、該AlAs層及び該GaAs光吸収層上に形成する工程と、 を包含する半導体レーザ素子の製造方法。5. A step of forming a double heterostructure made of an AlGaInP crystal on a GaAs substrate, and a bandgap energy having a value larger than an energy value of light generated in the double heterostructure on the double heterostructure. Forming (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P etching stop layer (0 <X ≦ 1), forming a GaAs light absorption layer on the etching stop layer, and the etching stop A step of forming a stripe groove having a depth that does not reach the layer in the GaAs light absorption layer; and, while irradiating the GaAs substrate with an As molecular beam in the MBE device, the temperature of the GaAs substrate is changed to the GaAs substrate. In the stripe groove, by elevating the temperature above the temperature at which GaAs in the light absorbing layer evaporates and evaporating the GaAs layer on the surface of the light absorbing layer,
A step of exposing the etching stop layer and changing a few molecular layers in the vicinity of the exposed surface into an AlAs layer; and a value larger than the energy value of light generated in the double hetero structure in the MBE device. And a step of forming an AlGaAs layer having a bandgap energy on the AlAs layer and the GaAs light absorption layer so as to fill the stripe groove.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2120858A JP2537295B2 (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
EP97105580A EP0785603B1 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | A semiconductor laser device and a method of producing the same |
EP95115775A EP0695006B1 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | A method for producing a compound semiconductor laser device |
DE69129047T DE69129047T2 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | Manufacturing method for a laser device made of semiconductor compounds |
DE69133230T DE69133230T2 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | Semiconductor laser device and manufacturing method |
EP91304161A EP0456485B1 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | Method for producing a semiconductor device |
US07/698,001 US5255279A (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | Semiconductor laser device, and a method for producing a compound semiconductor device including the semiconductor laser device |
DE69120865T DE69120865T2 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | Method of manufacturing a semiconductor device |
US08/080,004 US5360762A (en) | 1990-05-09 | 1993-06-21 | Semiconductor laser device, and a method for producing a compound semiconductor device including the semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2120858A JP2537295B2 (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0415982A JPH0415982A (en) | 1992-01-21 |
JP2537295B2 true JP2537295B2 (en) | 1996-09-25 |
Family
ID=14796694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2120858A Expired - Fee Related JP2537295B2 (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2537295B2 (en) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0680871B2 (en) * | 1987-12-23 | 1994-10-12 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser device |
-
1990
- 1990-05-09 JP JP2120858A patent/JP2537295B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0415982A (en) | 1992-01-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH11274635A (en) | Semiconductor light emitting device | |
JPH0656906B2 (en) | Semiconductor laser device | |
EP0785603B1 (en) | A semiconductor laser device and a method of producing the same | |
JPH08279649A (en) | Semiconductor laser and manufacture thereof | |
US7215691B2 (en) | Semiconductor laser device and method for fabricating the same | |
JPH0878776A (en) | Semiconductor laser device | |
JP2537295B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
JPS61168981A (en) | Semiconductor laser device | |
JP2664794B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor laser device | |
JP2533962B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
JPH0846283A (en) | Manufacture of semiconductor laser | |
US5491709A (en) | Semiconductor laser device | |
JP3146501B2 (en) | Semiconductor laser and method of manufacturing the same | |
JP2780625B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser | |
JP2502835B2 (en) | Semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
JPH09214058A (en) | Semiconductor laser device | |
JP3196831B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor laser device | |
JP3518842B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor laser | |
JP2916037B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPH0572118B2 (en) | ||
JP3143105B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor laser device | |
JPH0828326B2 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor layer | |
JPH11126945A (en) | Manufacture of strained semiconductor crystal and manufacture of semiconductor laser using it | |
JPH0430758B2 (en) | ||
JPS6016488A (en) | Semiconductor laser device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |