JP3891219B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関するものであり、特に高出力動作可能な端面窓構造を備えた1チップ多波長半導体レーザ装置に係る。 The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a one-chip multi-wavelength semiconductor laser device having an end window structure capable of high output operation.
近年、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタルビデオディスク)等の光ディスクをはじめとした情報処理機器の光源として、AlGaAs系混晶を用いた赤外半導体レーザ装置やAlGaInP系混晶を用いた赤色半導体レーザ装置が実用化されている。いずれも書き換え型の光ディスクにおいては30mW以上の光出力が必要であり、今後の高速化、小型化を実現するためには、50mWから200mW程度の更に高光出力が要望されている。半導体レーザ装置の高出力化はレーザ端面における結晶破壊による特性劣化で制限されており、特にAlGaInP系混晶を用いた半導体レーザ装置においては切実な問題となっている。高出力化を実現する手段として、レーザ共振器端面にレーザ光に対して透明な材料を形成した端面窓構造が有効である。中でも、量子井戸構造を活性層としたダブルヘテロ構造において、不純物を拡散させると量子井戸構造を形成する原子が固相拡散し無秩序化する現象を利用した端面窓構造が、例えば、スズキらの文献(エレクトロニクスレターズ、第20巻383項、1984年)に記載されている。 In recent years, an infrared semiconductor laser device using an AlGaAs mixed crystal or a red semiconductor using an AlGaInP mixed crystal as a light source for information processing equipment such as an optical disk such as a CD (compact disk) and a DVD (digital video disk). Laser devices have been put into practical use. In any case, a rewritable optical disc requires an optical output of 30 mW or more, and in order to realize a higher speed and a smaller size in the future, a higher optical output of about 50 mW to 200 mW is desired. Increasing the output of the semiconductor laser device is limited by characteristic deterioration due to crystal breakage at the laser end face, which is a serious problem particularly in a semiconductor laser device using an AlGaInP-based mixed crystal. As means for realizing high output, an end face window structure in which a material transparent to laser light is formed on the end face of the laser resonator is effective. In particular, in a double heterostructure having a quantum well structure as an active layer, an end face window structure utilizing a phenomenon in which atoms forming the quantum well structure are solid-phase diffused and disordered when impurities are diffused is, for example, Suzuki et al. (Electronics Letters, Vol. 20, Item 383, 1984).
また、昨今、同一基板上に異なる波長の半導体レーザ装置を集積することへの要望が強い。例えば、DVDプレーヤーやDVD−ROM装置ではCDおよびDVDディスクからの情報を取り出せるよう発振波長780nmと発振波長650nmの2種類のレーザが必要であり、光学系の構成が複雑であった。ここで、同一基板上に2種類の波長のレーザを集積できるとピックアップの小型化が可能となるなど多大なメリットが生まれる。このような同一基板上への多波長集積型レーザにおいても高出力化への展開が考えられている。 Recently, there is a strong demand for integrating semiconductor laser devices having different wavelengths on the same substrate. For example, DVD players and DVD-ROM devices require two types of lasers with an oscillation wavelength of 780 nm and an oscillation wavelength of 650 nm so that information from CDs and DVD disks can be extracted, and the configuration of the optical system is complicated. Here, if lasers of two types of wavelengths can be integrated on the same substrate, a great advantage can be obtained, such as miniaturization of the pickup. Even in such a multi-wavelength integrated laser on the same substrate, development for higher output is considered.
図5は、上記の無秩序化現象に基づいて作製される従来の端面窓構造を有するAlGaInP系650nm帯赤色半導体レーザ装置の構造図である。図5において、501はn型GaAs基板、502はn型AlGaInPクラッド層、503はGaInP井戸層とAlGaInP障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層、504はp型AlGaInP第一クラッド層、505はp型GaInPエッチング停止層、506はp型AlGaInP第二クラッド層、507はp型GaInPバンド不連続緩和層、508はp型GaAsキャップ層、509はn型AlInP電流狭窄層、510はp型GaAsコンタクト層である。511はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにZnの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、512、513はそれぞれn側、p側電極である。
図6は、従来の端面窓構造を有するAlGaAs系780nm帯赤外半導体レーザ装置の構造図である。図6において、601はn型GaAs基板、602はn型AlGaAsクラッド層、603はGaAs井戸層とAlGaAs障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層、604はp型AlGaAs第一クラッド層、605はp型GaAsエッチング停止層、606はp型AlGaAs第二クラッド層、607はp型GaAsキャップ層、608はn型AlGaAs電流狭窄層、609はp型GaAsコンタクト層である。610はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにZnの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、611、612はそれぞれn側、p側電極である。
FIG. 5 is a structural view of an AlGaInP-based 650 nm band red semiconductor laser device having a conventional end face window structure manufactured based on the above disordering phenomenon. In FIG. 5, 501 is an n-type GaAs substrate, 502 is an n-type AlGaInP cladding layer, 503 is an active layer having a quantum well structure composed of a GaInP well layer and an AlGaInP barrier layer, 504 is a p-type AlGaInP first cladding layer, 505 is a p-type GaInP etching stop layer, 506 is a p-type AlGaInP second cladding layer, 507 is a p-type GaInP band discontinuous relaxation layer, 508 is a p-type GaAs cap layer, 509 is an n-type AlInP current confinement layer, 510 is p Type GaAs contact layer.
FIG. 6 is a structural diagram of an AlGaAs-based 780 nm band infrared semiconductor laser device having a conventional end window structure. In FIG. 6, 601 is an n-type GaAs substrate, 602 is an n-type AlGaAs cladding layer, 603 is an active layer having a quantum well structure composed of a GaAs well layer and an AlGaAs barrier layer, 604 is a p-type AlGaAs first cladding layer, 605 is a p-type GaAs etching stop layer, 606 is a p-type AlGaAs second cladding layer, 607 is a p-type GaAs cap layer, 608 is an n-type AlGaAs current confinement layer, and 609 is a p-type GaAs contact layer.
次に、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置の製造方法について説明する。上記の図5の半導体レーザ装置について、図7(a)から(f)にその製造方法を示す。図7において図5と同一部分は同一符号で示している。まず、図7(a)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板501上に、n型AlGaInPクラッド層502、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層503、p型AlGaInP第一クラッド層504、p型GaInPエッチング停止層505、p型AlGaInP第二クラッド層506、p型GaInPバンド不連続緩和層507、508はp型GaAsキャップ層を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor laser device having a conventional end face window structure will be described. FIGS. 7A to 7F show the manufacturing method of the semiconductor laser device shown in FIG. 7, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. First, as shown in FIG. 7A, a quantum composed of an n-type
次に、上記ダブルヘテロ構造の上面にSiO2膜514を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、数十μm幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に数百μm間隔で形成する。その後、スパッタ法によりZnO膜515を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のZnO膜515をウエットエッチングにより除去する(図7(b))。
Next, a SiO 2
次に、図7(c)に示すように、SiO2膜514およびZnO膜515の上面全体にSiO2膜516を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるZnO膜515を拡散源として、p型GaAsキャップ層508の上面からn型AlGaInPクラッド層502まで達するようにZnを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域511が形成され、この内部において、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層503は無秩序化される。不純物拡散領域内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
Next, as shown in FIG. 7C, after depositing the SiO 2
次に、SiO2膜514、ZnO膜515およびSiO2膜516をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びSiO2膜517を形成し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、数μm幅のストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このSiO2膜517からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりp型GaInPバンド不連続緩和層507をリッジ状に除去する。ついで、p型AlGaInP第二クラッド層506を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えばAlGaInPとGaInPとでエッチング速度の著しく異なるエッチング液である硫酸を用いてエッチングを行い、p型AlGaInP第二クラッド層506のリッジストライプを形成するとともにストライプ間隔においてp型GaInPエッチング停止層505を表
出させる(図7(d))。
Next, the top surface of the layered body after the SiO 2
次に、図7(e)に示すようにMOVPE法により、ストライプ状のSiO2膜516を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にn型AlInP電流狭窄層509を埋込み成長する。その後、SiO2膜516をウエットエッチングにより除去し、再度MOVPE法によりp型GaAsコンタクト層510を積層体の上面全体に形成する。最後にn側およびp側に電極を形成し、不純物拡散領域511内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする(図7(f))。
Next, as shown in FIG. 7E, an n-type AlInP current confinement layer 509 is buried and grown on the side surface of the ridge by the MOVPE method using the striped SiO 2 film 516 as a selective growth mask. Thereafter, the SiO 2
AlGaAs系780nm帯赤外半導体レーザ装置も同様の製造方法で作製することができる。
ここで、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置では、n型クラッド層に達するまでZnを固相拡散させるためのアニール時間は、例えば、600℃のアニール温度において前者が20分であるのに対し後者は110分であった。この差は、AlGaInP系とAlGaAs系混晶内でのZnの拡散速度差によるものである。Znの拡散速度はAlGaAsに比べ、AlGaInPでは10倍以上速い。後者においても700℃のアニール温度においては20分程度アニール時間を短縮できる。しかしながら、長時間のアニールや高温でのアニールは端面窓構造領域以外の部分においてもドーパントの拡散や、点欠陥の発生を誘発するため、動作電流の上昇や寿命特性に悪影響を与える。従って、できるだけ低温で、かつ、短時間でアニールすることが必要であった。 Here, in the semiconductor laser device having the conventional end face window structure, the annealing time for solid phase diffusion of Zn until reaching the n-type cladding layer is 20 minutes at the annealing temperature of 600 ° C., for example. The latter was 110 minutes. This difference is due to the difference in the diffusion rate of Zn in the AlGaInP and AlGaAs mixed crystals. The diffusion rate of Zn is 10 times faster with AlGaInP than with AlGaAs. Even in the latter case, the annealing time can be shortened by about 20 minutes at an annealing temperature of 700.degree. However, annealing for a long time or annealing at a high temperature induces dopant diffusion and generation of point defects even in portions other than the end face window structure region, which adversely affects the increase in operating current and lifetime characteristics. Therefore, it was necessary to anneal at as low a temperature as possible and in a short time.
また、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用する場合に、例えば、上記のAlGaInP系650nm帯赤色半導体レーザ装置とAlGaAs系780nm帯赤外半導体レーザ装置を集積する場合に、ダブルへテロ構造の層構造や材料が異なるため端面窓構造を形成する際のZn拡散条件が異なるため、両者のレーザにおいて同時に同程度のZn拡散濃度を導入して端面窓構造部として機能させること、さらには、良好な特性を得ることが出来なくなる。従って、同時にZn拡散を施しても、両方のレーザにおいて同程度のZn拡散が行えるようにする必要があった。 Further, when a plurality of semiconductor laser device chips having different wavelengths are integrated on the same substrate and an end face window structure is applied to each, for example, the AlGaInP-based 650 nm band red semiconductor laser device and the AlGaAs-based 780 nm band infrared semiconductor are used. When laser devices are integrated, the layer structure and materials of the double hetero structure are different, so the Zn diffusion conditions for forming the end face window structure are different. It becomes impossible to function as an end face window structure and to obtain good characteristics. Therefore, even if Zn diffusion is performed at the same time, it is necessary to make it possible to perform the same degree of Zn diffusion in both lasers.
本発明は上記の様な問題を解決するためになされたもので、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、良好な特性が得られる端面窓構造の形成方法を提供するとともに、製造歩留まりおよび信頼性を確保することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is good even when a plurality of semiconductor laser device chips having different wavelengths are integrated on the same substrate and an end face window structure is applied to each. An object of the present invention is to provide a method for forming an end face window structure capable of obtaining excellent characteristics, and to ensure manufacturing yield and reliability.
上記課題を解決するために本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板上に形成された複数のダブルへテロ構造と、前記複数のダブルへテロ構造の各々の上に形成された前記ダブルへテロ構造中の活性層に拡散する不純物の量を制御する拡散制御膜とを有し、前記複数のダブルヘテロ構造の各々は前記半導体基板に順次形成された第一導電型クラッド層と、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造よりなる活性層と、第二導電型クラッド層とを含む半導体レーザ装置であって、前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部にAlf1Ga1-f1-g1Ing1P(0≦f1≦1、0≦g1≦1)よりなる層を有し、前記別の第二導電型クラッド層の少なくとも一部にAlf2Ga1-f2-g2Ing2P(0≦f2≦1、0≦g2≦1)よりなる層を有し、前記複数のダブルヘテロ構造のうち1つがAly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、別の1つがAltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、複数の拡散制御膜はそれぞれAlxGa1-xAs(0≦x≦1)よりなり、前記Alf1Ga1-f1-g1Ing1Pよりなる前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部と前記Alf2Ga1-f2-g2Ing2Pよりなる前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部とはリッジ形状のストライプであり、共振器端面部にレーザ光の吸収を低減させる端面窓構造部となる不純物拡散領域が設けられたものである。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to the present invention includes a plurality of double heterostructures formed on a semiconductor substrate and the double heterostructure formed on each of the plurality of double heterostructures. A diffusion control film for controlling the amount of impurities diffused in the active layer therein, each of the plurality of double heterostructures comprising a first conductivity type cladding layer, a well layer and a barrier formed sequentially on the semiconductor substrate. and the active layer of a quantum well structure including a layer, and a second-conductivity-type cladding layer a including the semiconductor laser device, said at least a portion of the second-conductivity-type cladding layer Alf1Ga1-f1-g1Ing1P (0 ≦ f1 ≦ 1, 0 ≦ g1 ≦ 1), and Alf2Ga1-f2-g2Ing2P (0 ≦ f2 ≦ 1, 0 ≦ g2 ≦ 1) is formed on at least a part of the second second conductivity type cladding layer. The plurality of doubles One of the heterostructures has an active layer of a quantum well structure having a well layer made of Aly1Ga1-y1-z1Inz1P (0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1), and another one has an AltGa1-tAs (0 ≦ has an active layer of a quantum well structure having a t ≦ 1) well layer made of a plurality of diffusion controlling membrane Ri name from each AlxGa1-xAs (0 ≦ x ≦ 1), consisting of the Alf1Ga1-f1-g1Ing1P the At least a portion of the second conductivity type cladding layer and at least a portion of the second conductivity type cladding layer made of the Alf2Ga1-f2-g2Ing2P are ridge-shaped stripes, which reduce the absorption of laser light at the cavity end face portion. Impurity diffusion regions to be end face window structures to be provided are provided .
この構成により、複数の拡散制御膜の各々はAlxGa1-xAs(0≦x≦1)よりなるので、活性層に拡散する不純物の量を制御することができて活性層における欠陥の数を著しく少なくすることができるとともに前記複数のダブルヘテロ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく行うことができ、又、複数のダブルヘテロ構造のうち1つがAly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、別の1つがAltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有することにより、前記複数のダブルヘテロ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をよりバランスよく行うことができる。 With this configuration, since each of the plurality of diffusion control films is made of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), the amount of impurities diffused into the active layer can be controlled, and defects in the active layer are controlled. The number of the active layers made up of the quantum well structures of the plurality of double heterostructures can be well balanced, and one of the plurality of double heterostructures is Al y1 Ga 1. -y1-z1 In z1 P ( 0≤y1≤1, 0≤z1≤1 ) having a quantum well structure active layer, and another one is Al t Ga 1-t As (0≤ By having an active layer having a quantum well structure having a well layer of t ≦ 1), disordering of the active layer having the quantum well structure of the plurality of double heterostructures can be performed in a more balanced manner.
本発明の半導体レーザ装置は、かかる構成につき、Aly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたAlx1Ga1-x1As(0≦x1≦1)よりなる拡散制御膜と、AltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたAlx2Ga1-x2As(0≦x2≦1)よりなる拡散制御膜とを有し、前記Al組成がx1≦x2であることにより、Alx1Ga1-x1As(0≦x1≦1)よりなる拡散制御膜からの不純物の拡散を抑えてAly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層に拡散する不純物の量を制御することができる。 The semiconductor laser device according to the present invention has a quantum well structure on an active layer having a well layer made of Al y1 Ga 1 -y1-z1 In z1 P (0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1). Of a quantum well structure having a diffusion control film made of Al x1 Ga 1-x1 As (0 ≦ x1 ≦ 1) and a well layer made of Al t Ga 1-t As (0 ≦ t ≦ 1) And a diffusion control film made of Al x2 Ga 1-x2 As (0 ≦ x2 ≦ 1) formed on the layer, and the Al composition is x1 ≦ x2, whereby Al x1 Ga 1-x1 As A well layer made of Al y1 Ga 1 -y1-z1 In z1 P (0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1) is suppressed by suppressing diffusion of impurities from the diffusion control film made of (0 ≦ x1 ≦ 1). The amount of impurities diffusing into the active layer having the quantum well structure can be controlled.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板の上に第1の第一導電型クラッド層と、Aly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第1の活性層と、少なくとも一部にAlf1Ga1-f1-g1Ing1P(0≦f1≦1、0≦g1≦1)よりなる層を有する第1の第二導電型クラッド層と、Alz1Ga1-z1As(0≦z1≦1)よりなる前記第1の活性層に拡散する不純物の量を制御する第1の拡散制御膜とを順次積層して第1の多層構造を形成する工程と、前記第1の多層構造の一部を少なくとも前記第1の活性層まで除去する工程と、前記第1の多層構造の少なくとも前記第1の活性層まで除去された部分の上に第2の第一導電型クラッド層と、AltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第2の活性層と、少なくとも一部にAlf2Ga1-f2-g2Ing2P(0≦f2≦1、0≦g2≦1)よりなる層を有する第2の第二導電型クラッド層と、Alz2Ga1-z2As(0≦z2≦1)よりなる前記第2の活性層に拡散する不純物の量を制御する第2の拡散制御膜とを順次積層して第2の多層構造を形成する工程と、前記第1及び前記第2の拡散制御膜の上の所定の領域であって、共振器端面となる領域に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱して前記材料膜から前記第1及び前記第2の拡散制御膜を介して前記不純物を前記第1および前記第2の多層構造中に拡散させて端面窓構造部を形成する工程と、前記第1の第二導電型クラッド層の少なくとも一部と前記第2の第二導電型クラッド層の少なくとも一部とを同時にリッジ形状のストライプに加工する工程とを有するものである。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, a first first-conductivity-type cladding layer and a well layer made of Aly1Ga1-y1-z1Inz1P (0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1) are formed on a semiconductor substrate. A first active layer having a quantum well structure, and a first second-conductivity-type cladding layer having a layer made of Alf1Ga1-f1-g1Ing1P (0 ≦ f1 ≦ 1, 0 ≦ g1 ≦ 1) at least partially . Forming a first multilayer structure by sequentially laminating a first diffusion control film for controlling the amount of impurities diffused in the first active layer made of Alz1Ga1-z1As (0 ≦ z1 ≦ 1); Removing a portion of the first multilayer structure to at least the first active layer; and a second first over the portion of the first multilayer structure removed to at least the first active layer. Conductive cladding layer and well made of AltGa1-tAs (0≤t≤1) A second active layer having a quantum well structure having a layer, and a second second-conductivity-type cladding layer having at least a layer made of Alf2Ga1-f2-g2Ing2P (0≤f2≤1, 0≤g2≤1) And a second diffusion control film for sequentially controlling the amount of impurities diffused in the second active layer made of Alz2Ga1-z2As (0 ≦ z2 ≦ 1) to form a second multilayer structure. Forming a material film serving as an impurity diffusion source in a predetermined region on the first and second diffusion control films and serving as a resonator end face; and heating the semiconductor substrate. a step of forming the first and the second diffusion control film by diffusing the impurity into said first and said second multi-layer structure via the by facet window structure from the material layer Te, the first At least a portion of the second conductivity type cladding layer and the second second conductivity type cladding layer. And at least a portion of the head layer are those simultaneously having the step of processing the stripe ridge.
この構成により、複数の多層構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩
序化をよりバランスよく行うことができる。
With this configuration, disordering of the active layer having a quantum well structure included in a plurality of multilayer structures can be performed in a more balanced manner.
なお、上記実施の形態において、p型AlGaAs拡散制御膜は製造工程において最終工程まで存在しているように記述しているが、Zn拡散を終了した過程でエッチングにより除去してもなんら差し支えない。 In the above embodiment, it is described that the p- type AlGaAs diffusion control film exists up to the final process in the manufacturing process, but it may be removed by etching in the process of completing the Zn diffusion.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、前記第1の多層構造または前記第2の多層構造のいずれか一方において、Aly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第1の活性層を有し、他方において前記AltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第2の活性層を有し、前記Al組成がz1≦z2であることにより、Alx1Ga1-x1As(0≦x1≦1)よりなる拡散制御膜からの不純物の拡散を抑えてAly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層に拡散する不純物の量を制御することができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, Al y1 Ga 1 -y1 -z1 In z1 P (0 ≦ y1 ≦) in either one of the first multilayer structure and the second multilayer structure is used. 1. A first active layer having a quantum well structure having a well layer made of 0 ≦ z1 ≦ 1), and having a well layer made of Al t Ga 1-t As (0 ≦ t ≦ 1) on the other side. By having a second active layer with a quantum well structure and the Al composition being z1 ≦ z2, the diffusion of impurities from the diffusion control film made of Al x1 Ga 1-x1 As (0 ≦ x1 ≦ 1) is prevented. The amount of impurities diffused into the active layer of the quantum well structure having a well layer made of Al y1 Ga 1 -y1 -z1 In z1 P (0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1) can be controlled. .
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、前記材料膜としてZnまたはMgを含有する材料膜を形成したことにより、無秩序化された活性層の結晶性を良好にできる。 The manufacturing method of the semiconductor laser device of the present invention can improve the crystallinity of the disordered active layer by forming a material film containing Zn or Mg as the material film for such a configuration.
以上説明したように本発明によれば、AlGaAsよりなる拡散制御膜を用い、クラッド層もしくはクラッド層の一部にAlGaInP混晶を用いることにより端面窓構造を形成するためのZn拡散を制御できるようになり、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、良好な特性が得られる端面窓構造の形成方法が可能となった。 As described above, according to the present invention, it is possible to control Zn diffusion for forming an end face window structure by using an AlGaAs diffusion control film and using an AlGaInP mixed crystal in a cladding layer or a part of the cladding layer. Thus, even when a plurality of semiconductor laser device chips having different wavelengths are integrated on the same substrate and the end face window structure is applied to each of them, a method for forming the end face window structure capable of obtaining good characteristics becomes possible. It was.
とりわけ同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積する場合においても、しきい値電流や動作電流の低減や歩留まりの向上、ひいては信頼性の改善に極めて有用であることが示された。 In particular, even when multiple semiconductor laser device chips with different wavelengths are integrated on the same substrate, it has been shown to be extremely useful for reducing threshold currents and operating currents, improving yields, and thus improving reliability. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において便宜上一部にハッチングを施してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, some parts are hatched for convenience.
(第1の実施の形態)
本発明の、第1の実施の形態に係る端面窓構造を有する780nm帯赤外半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
(First embodiment)
A 780 nm band infrared semiconductor laser device having an end face window structure according to the first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described.
図1および図2は本発明の第1の実施の形態に係る端面窓構造を有する780nm帯赤外半導体レーザ装置およびその製造工程を示す斜視図である。 1 and 2 are perspective views showing a 780 nm band infrared semiconductor laser device having an end face window structure according to the first embodiment of the present invention and its manufacturing process.
図1において、101はn型GaAs基板、102はn型AlGaInPクラッド層、103はGaAs井戸層とAlGaAs障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、104はp型AlGaInP第一クラッド層、105はp型GaInPエッチング停止層、106はp型AlGaInP第二クラッド層、107はp型GaInPバンド不連続緩和層、108はp型AlGaAs拡散制御膜、109はn型AlInP電流狭窄層、110はp型GaAsコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、p型AlGaInP第二クラッド層106は、リッジ形状のストライプとして形成されている。111はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにZnの固相拡散により設けられた不純物拡散領域(図においてn型GaAs基板101とは異なるハッチングがされた領域)である。また、112、113はそれぞれn側、p側電極である。ここで、n型GaAs基板101の主面は、(100)面から[011]方向に8°傾斜した基板である。p型AlGaAs拡散制御膜108の、p型GaAsコンタクト層側の界面(すなわち境界面)におけるキャリアの面濃度が1013cm-2以上1015cm-2以下である。なお、ここでAlGaAsとはAlxGa1-xAs(0≦x≦1)を表し、AlGaInPとはAlyGa1-y-zInyP(0≦y≦1、0≦z≦1)を表し、x、y、zは上記各層ごとに決まった値を有する。このことは以下の実施の形態においても同様である。
In FIG. 1, 101 is an n-type GaAs substrate, 102 is an n-type AlGaInP cladding layer, 103 is an active layer having a quantum well structure composed of a GaAs well layer and an AlGaAs barrier layer, 104 is a p-type AlGaInP first cladding layer, 105 Is a p-type GaInP etching stop layer, 106 is a p-type AlGaInP second cladding layer, 107 is a p-type GaInP band discontinuous relaxation layer, 108 is a p-type AlGaAs diffusion control film, 109 is an n-type AlInP current confinement layer, and 110 is p Type GaAs contact layer. In order to realize the transverse mode control of the laser, the p-type AlGaInP
本構造において、共振器端面部にはリッジ形状のストライプと直交した方向(垂直方向)にZnを固相拡散した不純物拡散領域111が形成されている。この領域内の活性層103では量子井戸活性層が無秩序化され、井戸層と障壁層とが平均組成化されることにより、バンドギャップが不純物非拡散領域に比べて拡大している。例えば、上記構造における量子井戸構造からのフォトルミネッセンス波長は非拡散領域で780nmに対し、拡散領域で740nmと80meV程度短波長シフトしている。従って、不純物非拡散領域から放出されるレーザ光は不純物拡散領域111において透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。
In this structure, an
上記構成により、AlGaAs拡散制御膜108を有しているので、活性層103に拡散する不純物の量および活性層への不純物の拡散時間を制御することができて活性層103における欠陥の数を著しく少なくすることができるとともに、p型AlGaAs拡散制御膜108は活性層とは反対側の界面におけるキャリアの面濃度が1013cm-2以上1015cm-2以下であるので、p型AlGaAs拡散制御膜108そのものの抵抗率を著しく小さくすることができ、導電性が良好なp型AlGaAs拡散制御膜108が得られ、半導体レーザ装置のしきい値電流密度等の低減を実現することができる。
With the above configuration, since the AlGaAs
次に、本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described.
まず、図2(a)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板101上に、n型AlGaInPクラッド層102、GaAs井戸層とAlGaAs障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層103、p型AlGaInP第一クラッド層104、p型GaInPエッチング停止層105、p型AlGaInP第二クラッド層106、p型GaInPバンド不連続緩和層107、p型AlGaAs拡散制御膜108を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
First, as shown in FIG. 2A, a strain quantum comprising an n-type AlGaInP clad
次に、図2(b)に示すように、SiO2膜114を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば50μm幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に700μm間隔で形成する(上記ストライプと直交方向)。その後、スパッター法によりZnO膜115(本発明における不純物拡散源となる材料膜)を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のZnO膜115をウエットエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, a SiO 2 film 114 is deposited and patterned by wet etching. For example, stripe openings with a width of 50 μm are formed at intervals of 700 μm in a direction perpendicular to the direction of the laser resonator. It is formed (in the direction perpendicular to the stripe). Thereafter, a ZnO film 115 (a material film serving as an impurity diffusion source in the present invention) is deposited on the entire surface by sputtering, and the
次に、図2(c)に示すように、SiO2膜114およびZnO膜115の上面全体にSiO2膜116を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるZnO膜115を拡散源としてp型AlGaAs拡散制御膜108の上面からn型AlGaInPクラッド層102に達するようにZnを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域111が形成され、この内部において量子井戸構造の活性層は無秩序化される。不純物拡散領域111内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
Next, as shown in FIG. 2C, after depositing the SiO 2 film 116 on the entire upper surface of the SiO 2 film 114 and the
次に、SiO2膜114、ZnO膜115およびSiO2膜116をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びSiO2膜117を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば、3μm幅となるストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このSiO2膜117からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりp型AlGaAs拡散制御膜108とp型GaInPバンド不連続緩和層107とをリッジ状に除去する。次いで、p型AlGaInP第二クラッド層106を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、p型AlGaInP第二クラッド層106のリッジストライプを形成するとともに、ストライプ間隔においてp型GaInPエッチング停止層105を表出させる(図2(d))。
Next, the SiO 2 film 114,
次に、図2(e)に示すようにMOVPE法により、ストライプ状のSiO2膜117を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にn型AlInP電流狭窄層109を埋込み成長する。その後、SiO2膜117をウエットエッチングにより除去し、再度、MOVPE法によりp型GaAsコンタクト層110を積層体の上面全体に形成する(図2(f))。最後にn側およびp側に電極を形成し、不純物拡散領域111内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
Next, as shown in FIG. 2E, an n-type AlInP
以上のような製造方法、すなわち、クラッド層もしくはクラッドの一部にAlGaAsに代わるアニール速度の速いAlGaInP層を用いることによって、アニール時間はアニール温度600℃において20分となり、図6に示す従来例と比較して著しい時間の短縮が可能となった。また、その結果として端面窓構造を有する780nm帯赤外半導体レーザ装置において、熱処理による欠陥の導入等が抑制でき、動作電流が5mA低減できるなど特性の改善が可能となった。 By using the AlGaInP layer having a high annealing rate in place of AlGaAs as the cladding layer or a part of the cladding as described above, the annealing time is 20 minutes at an annealing temperature of 600 ° C., and the conventional example shown in FIG. Compared to this, the time can be significantly shortened. As a result, in the 780 nm band infrared semiconductor laser device having the end face window structure, the introduction of defects due to heat treatment can be suppressed and the operating current can be reduced by 5 mA.
また、上記実施の形態において、活性層103につきGaAs井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のAlGaAs井戸層を用いてもよい。
In the above embodiment, an AlGaAs well layer having a composition different from that of the barrier layer may be used for the
なお、上記固相拡散源としてのZnに代えてMgを固相拡散源に用いてもよい。 Note that Mg may be used as the solid phase diffusion source instead of Zn as the solid phase diffusion source.
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態に係る端面窓構造を有する650nm帯および780nm帯の2波長の集積型半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a two-wavelength integrated semiconductor laser device of 650 nm band and 780 nm band having an end face window structure according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described.
図3および図4は本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置およびその製造工程を示す斜視図である。 3 and 4 are perspective views showing a semiconductor laser device and its manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.
図3において、301はn型GaAs基板である。A領域(650nm帯赤色半導体レーザ装置)において302aはn型AlGaInPクラッド層、303aはGaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、304aはp型AlGaInP第一クラッド層、305aはp型GaInPエッチング停止層、306aはp型AlGaInP第二クラッド層、307aはp型GaInPバンド不連続緩和層、308aはp型AlGaAs拡散制御膜、309aはn型AlInP電流狭窄層、310aはp型GaAsコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、p型AlGaInP第二クラッド層306aは、リッジ形状のストライプとして形成されている。311aはレーザ端面に端面窓構造を形成するためにZnの固相拡散により設けられた不純物拡散領域(図においてn型GaAs基板301とは異なるハッチングがされた領域)である。また、312、313aはそれぞれn側、p側電極である。また、B領域(780nm帯赤外半導体レーザ装置)において、302bはn型AlGaInPクラッド層、303bはGaAs井戸層とAlGaAs障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、304bはp型AlGaInP第一クラッド層、305bはp型GaInPエッチング停止層、306bはp型AlGaInP第二クラッド層、307bはp型GaInPバンド不連続緩和層、308bはp型AlGaAs拡散制御膜、309bはn型AlInP電流狭窄層、310bはp型GaAsコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、p型AlGaInP第二クラッド層306bは、リッジ形状のストライプとして形成されている。311bはレーザ端面に端面窓構造を形成するためにZnの固相拡散により設けられた不純物拡散領域(図においてn型GaAs基板301とは異なるハッチングがされた領域)である。また、312、313bはそれぞれn側、p側電極である。ここで、n型GaAs基板301の主面は、(100)面から[011]方向に8°傾斜した基板である。
In FIG. 3,
この構成により、p型AlGaAs拡散制御膜308a、308bを用いているので、それぞれの活性層303a、303bに拡散する不純物の量を制御することができて活性層303a、303bにおける欠陥の数を著しく少なくすることができるとともにそれぞれのレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく行うことができる。
With this configuration, since the p-type AlGaAs
次に、本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention will be described.
まず、図4(a)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板301上に、n型AlGaInPクラッド層302a、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層303a、p型AlGaInP第一クラッド層304a、p型GaInPエッチング停止層305a、p型AlGaInP第二クラッド層306a、p型GaInPバンド不連続緩和層307a、p型AlGaAs拡散制御膜308aを順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
First, as shown in FIG. 4A, a strain quantum comprising an n-type
次に、上記ダブルヘテロ構造上にSiO2膜を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば300μm幅のストライプ開口部を300μm間隔で形成する。その後、ウエットエッチングによりストライプ開口部のダブルへテロ構造を基板に達するまで除去してA領域を形成する。 Next, an SiO 2 film is deposited on the double heterostructure and patterned by wet etching to form, for example, 300 μm wide stripe openings at 300 μm intervals. Thereafter, the double heterostructure of the stripe opening is removed by wet etching until it reaches the substrate to form an A region.
次に、図4(b)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板301上に、n型AlGaInPクラッド層302b、GaAs井戸層とAlGaAs障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層303b、p型AlGaInP第一クラッド層304b、p型GaInPエッチング停止層305b、p型AlGaInP第二クラッド層306b、p型GaInPバンド不連続緩和層307b、p型AlGaAs拡散制御膜308bを順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。その後、SiO2膜上の堆積物およびSiO2膜をウエットエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 4B, a strain composed of an n-type
次に、図4(c)に示すように、再度SiO2膜314を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば50μm幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に700μm間隔で形成する(上記ストライプと直交方向)。その後、スパッター法によりZnO膜315(本発明における不純物拡散源となる材料膜)を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のZnO膜をウエットエッチングにより除去する。 Next, as shown in FIG. 4C, a SiO 2 film 314 is deposited again and patterned by wet etching. For example, stripe openings with a width of 50 μm are spaced at intervals of 700 μm in a direction perpendicular to the laser resonator direction. (In the direction orthogonal to the stripes). Thereafter, a ZnO film 315 (a material film serving as an impurity diffusion source in the present invention) is deposited on the entire surface by sputtering, and the ZnO film other than the stripe openings is removed by wet etching.
次に、図4(d)に示すように、SiO2膜314およびZnO膜315の上面全体にSiO2膜316(本発明における誘電体膜)を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるZnO膜315を拡散源としてp型AlGaAs拡散制御膜308a、308b上面からn型AlGaInPクラッド層302a、302bに達するようにZnを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域311a、311bが形成され、この内部において量子井戸構造の活性層は無秩序化される。不純物拡散領域内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
Next, as shown in FIG. 4D, an SiO 2 film 316 (dielectric film in the present invention) is deposited on the entire upper surface of the SiO 2 film 314 and the
次に、図4(e)に示すように、SiO2膜314、ZnO膜315およびSiO2膜316をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びSiO2膜317を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば、A領域で3μm幅、B領域で2μm幅となるストライプ317a、317bをレーザの共振器となる方向に形成する。このSiO2膜317からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりp型AlGaAs拡散制御膜308a、308bとp型GaInPバンド不連続緩和層307a、307bとをリッジ状に除去する。次いで、p型AlGaInP第二クラッド層306a、306bを選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、p型AlGaInP第二クラッド層306a、306bのリッジストライプを形成するとともに、ストライプ間隔においてp型GaInPエッチング停止層305a、305bを表出させる。
Next, as shown in FIG. 4E, a SiO 2 film 317 is again deposited on the upper surface of the laminate after the SiO 2 film 314, the
次に、図4(f)に示すようにMOVPE法により、ストライプ状のSiO2膜317を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にn型AlInP電流狭窄層309a、309bを埋込み成長する。その後、SiO2膜317をウエットエッチングにより除去し、再度、MOVPE法によりp型GaAsコンタクト層310a、310bを積層体の上面全体に形成する。更に、A領域とB領域を電気的に分離するため、n型GaAs基板に達するような分離溝を形成する。最後にn側およびp側に電極を形成し、不純物拡散領域311a、311b内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、A領域、B領域からなる2種類レーザを同一基板上に形成した2波長レーザチップとする(図4(g))。
Next, as shown in FIG. 4F, n-type AlInP
上記製造方法によれば、上記複数のレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層303a、303bの無秩序化をよりバランスよく行うことができる。また、とりわけp型AlGaInP第二クラッド層306a、306bが同じ材料系であるので、p型AlGaInP第二クラッド層306a、306bを一度の結晶成長で形成することができ、それにより結晶成長工程を簡略化することができ、半導体レーザ装置の歩留まり率を向上させることができる。
According to the manufacturing method, disordering of the
ここで、不純物としてのZnを量子井戸構造の活性層に固相拡散させることで、拡散領域内の量子井戸構造は無秩序化を誘発され、端面窓構造部として機能する。しかし、Znが過剰に存在すると自由キャリア吸収の増大を招き、動作電流の増加や、ひいては信頼性の低下をもたらすので、A、B領域においてZnの拡散濃度にバラツキがあってはならない。適切なZnの拡散濃度としては、p型AlGaAs拡散制御膜308a、308bの、p型GaAsコンタクト層310a、310b側の表面におけるキャリアの面濃度が1013cm-2以上1015cm-2以下であればよく、より最適にはキャリアの面濃度が1013cm-2のオーダーであればよい。
Here, Zn as an impurity is solid-phase diffused in the active layer of the quantum well structure, and the quantum well structure in the diffusion region is induced to be disordered and functions as an end face window structure. However, if Zn is excessively present, free carrier absorption is increased, resulting in an increase in operating current and a decrease in reliability. Therefore, there should be no variation in the Zn diffusion concentration in the A and B regions. As an appropriate Zn diffusion concentration, the carrier concentration of the p-type AlGaAs
以上のような製造方法、すなわち、A、B領域ともにクラッド層もしくはクラッドの一部にAlGaAsに代わるアニール速度の速いAlGaInP層を用いることによって、良好な端面窓構造を形成する条件として、アニール時間はアニール温度600℃において両領域とも20分となった。例えば、量子井戸構造からのフォトルミネッセンス波長はA領域およびB領域においてそれぞれ非拡散領域で650nm、780nmに対し、拡散領域で610nm、740nmと短波長シフトしている。従って、不純物非拡散領域において透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。このように、同時にアニールを実施しても、両領域において熱処理による欠陥の導入等が抑制でき、本来の特性を維持できるとともに、ウエハー面内で再現性よく良好な特性を得る
ことが可能となった。
As a condition for forming a good end face window structure by using the AlGaInP layer having a high annealing rate instead of AlGaAs for the cladding layer or part of the cladding in both the A and B regions, the annealing time is as follows. Both regions were 20 minutes at an annealing temperature of 600 ° C. For example, the photoluminescence wavelength from the quantum well structure is shifted by a short wavelength of 610 nm and 740 nm in the diffusion region with respect to 650 nm and 780 nm in the non-diffusion region in the A region and B region, respectively. Therefore, it is transparent in the impurity non-diffusion region, light absorption at the end face is remarkably suppressed, and stable high output operation is achieved. In this way, even if annealing is performed at the same time, the introduction of defects due to heat treatment in both regions can be suppressed, the original characteristics can be maintained, and good characteristics can be obtained with good reproducibility within the wafer plane. It was.
なお、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層とから構成された歪量子井戸構造の活性層303aの上に形成されたAlGaAs拡散制御膜308aと、GaAs井戸層とAlGaAs障壁層とから構成された歪量子井戸構造の活性層303bの上に形成されたAlGaAs拡散制御膜308bについて、AlGaAs拡散制御膜308aのAl組成をAlGaAs拡散制御膜308bのAl組成よりも小さくするのがよい。なぜならば、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層とから構成された活性層303aのほうがGaAs井戸層とAlGaAs障壁層とから構成された活性層303bよりも不純物が拡散しやすいためであり、AlGaAs拡散制御膜308aのAl組成をAlGaAs拡散制御膜308bのAl組成よりも小さくすることによりAlGaAs拡散制御膜308aからの
不純物の拡散を抑えて活性層303aに拡散する不純物の量を制御することができるためである。
Note that an AlGaAs
なお、上記実施の形態において、GaAs井戸層とAlGaAs障壁層とからなる活性層303bの上に形成される第二クラッド層、または活性層303bの下にある第一クラッド層について、AlGaInPを用いる代わりにAlGaAsを用いてもよい。その場合、AlGaAs拡散制御膜308bのAl組成を、例えば活性層303bの上に形成される第二クラッド層のAl組成よりも大きくしたり、AlGaAs拡散制御膜308aのAl組成よりもずっと大きなものにすれば(例えばAl組成を10倍以上にする等)、上記2つのレーザ構造、すなわち赤色レーザ構造と赤外レーザ構造とにおけるZn拡散の仕方を同様なものにでき、Zn拡散の時間を短縮することができる。
In the above embodiment, instead of using AlGaInP for the second cladding layer formed on the
また、上記実施の形態において、活性層303aにつきGaInP井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のAlGaInP井戸層を用いてもよく、活性層303bにつきGaAs井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のAlGaAs井戸層を用いてもよい。
In the above embodiment, an AlGaInP well layer having a composition different from that of the barrier layer may be used instead of the GaInP well layer for the
なお、上記実施の形態において、n型AlGaAs拡散制御膜は製造工程において最終工程まで存在しているように記述しているが、Zn拡散を終了した過程でエッチングにより除去してもなんら差し支えない。 In the above embodiment, it is described that the n-type AlGaAs diffusion control film exists up to the final step in the manufacturing process, but it may be removed by etching in the process of completing the Zn diffusion.
101 n型GaAs基板
102 n型AlGaInPクラッド層
103 量子井戸構造の活性層
104 p型AlGaInP第一クラッド層
105 p型GaInPエッチング停止層
106 p型AlGaInP第二クラッド層
107 p型GaInPバンド不連続緩和層
108 p型AlGaAs拡散制御膜
109 n型AlInP電流狭窄層
110 p型GaAsコンタクト層
111 不純物拡散領域
112 n側電極
113 p側電極
301 n型GaAs基板
302 n型AlGaInPクラッド層
303 活性層
304 p型AlGaInP第一クラッド層
305 p型GaInPエッチング停止層
306 p型AlGaInP第二クラッド層
307 p型GaInPバンド不連続緩和層
308 p型AlGaAs拡散制御膜
309 n型AlInP電流狭窄層
310 p型GaAsコンタクト層
311 不純物拡散領域
312 n側電極
313 p側電極
101 n-type GaAs substrate 102 n-type
Claims (10)
前記複数のダブルヘテロ構造の各々は前記半導体基板に順次形成された第一導電型クラッド層と、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造よりなる活性層と、第二導電型クラッド層とを含む半導体レーザ装置であって、
前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部にAlf1Ga1-f1-g1Ing1P(0≦f1≦1、0≦g1≦1)よりなる層を有し、前記別の第二導電型クラッド層の少なくとも一部にAlf2Ga1-f2-g2Ing2P(0≦f2≦1、0≦g2≦1)よりなる層を有し、
前記複数のダブルヘテロ構造のうち1つがAly1Ga1-y1-z1Inz1P(0≦y1≦1、0≦z1≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、別の1つがAltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、
複数の拡散制御膜はそれぞれAlxGa1-xAs(0≦x≦1)よりなり、
前記Alf1Ga1-f1-g1Ing1Pよりなる前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部と前記Alf2Ga1-f2-g2Ing2Pよりなる前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部とはリッジ形状のストライプであり、
共振器端面部にレーザ光の吸収を低減させる端面窓構造部となる不純物拡散領域が設けられた半導体レーザ装置。 Diffusion control for controlling a plurality of double heterostructures formed on a semiconductor substrate and an amount of impurities diffusing into an active layer in the double heterostructures formed on each of the plurality of double heterostructures And having a membrane
Each of the plurality of double heterostructures includes a first conductivity type cladding layer sequentially formed on the semiconductor substrate, an active layer having a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, and a second conductivity type cladding layer. a including a semiconductor laser device,
At least a part of the second conductivity type cladding layer has a layer made of Alf1Ga1-f1-g1Ing1P (0 ≦ f1 ≦ 1, 0 ≦ g1 ≦ 1), and at least a part of the second conductivity type cladding layer. And a layer made of Alf2Ga1-f2-g2Ing2P (0 ≦ f2 ≦ 1, 0 ≦ g2 ≦ 1),
One of the plurality of double heterostructures has an active layer of a quantum well structure having a well layer made of Aly1Ga1-y1-z1Inz1P (0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1), and another one is an AltGa1- an active layer having a quantum well structure having a well layer made of tAs (0 ≦ t ≦ 1);
The plurality of diffusion controlling membrane Ri name from each AlxGa1-xAs (0 ≦ x ≦ 1),
At least part of the second conductivity type cladding layer made of Alf1Ga1-f1-g1Ing1P and at least part of the second conductivity type cladding layer made of Alf2Ga1-f2-g2Ing2P are ridge-shaped stripes,
A semiconductor laser device in which an impurity diffusion region serving as an end face window structure portion for reducing absorption of laser light is provided at an end face portion of a resonator .
前記Al組成がx1≦x2である請求項1記載の半導体レーザ装置。 Diffusion made of Alx1Ga1-x1As (0≤x1≤1) formed on an active layer of a quantum well structure having a well layer made of Aly1Ga1-y1-z1Inz1P (0≤y1≤1, 0≤z1≤1). A control film and a diffusion control film made of Alx2Ga1-x2As (0≤x2≤1) formed on an active layer having a quantum well structure having a well layer made of AltGa1-tAs (0≤t≤1). Have
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the Al composition is x1 ≦ x2.
前記第1の多層構造の一部を少なくとも前記第1の活性層まで除去する工程と、
前記第1の多層構造の少なくとも前記第1の活性層まで除去された部分の上に第2の第一導電型クラッド層と、AltGa1-tAs(0≦t≦1)よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第2の活性層と、少なくとも一部にAlf2Ga1-f2-g2Ing2P(0≦f2≦1、0≦g2≦1)よりなる層を有する第2の第二導電型クラッド層と、Alz2Ga1-z2As(0≦z2≦1)よりなる前記第2の活性層に拡散する不純物の量を制御する第2の拡散制御膜とを順次積層して第2の多層構造を形成する工程と、
前記第1及び前記第2の拡散制御膜の上の所定の領域であって、共振器端面となる領域に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、
前記半導体基板を加熱して前記材料膜から前記第1及び前記第2の拡散制御膜を介して前記不純物を前記第1および前記第2の多層構造中に拡散させて端面窓構造部を形成する工程と、
前記第1の第二導電型クラッド層の少なくとも一部と前記第2の第二導電型クラッド層の少なくとも一部とを同時にリッジ形状のストライプに加工する工程とを有する半導体レーザ装置の製造方法。 A first active type clad layer on a semiconductor substrate; a first active layer having a quantum well structure having a well layer made of Aly1Ga1-y1-z1Inz1P (0≤y1≤1 , 0≤z1≤1) ; A first second-conductivity-type cladding layer having at least a layer made of Alf1Ga1-f1-g1Ing1P (0 ≦ f1 ≦ 1, 0 ≦ g1 ≦ 1) , and Alz1Ga1-z1As (0 ≦ z1 ≦ 1) Forming a first multilayer structure by sequentially laminating a first diffusion control film for controlling the amount of impurities diffused in the first active layer,
Removing a portion of the first multilayer structure to at least the first active layer;
Quantum having a second first-conductivity-type cladding layer and a well layer made of AltGa1-tAs (0 ≦ t ≦ 1) on a portion of the first multilayer structure removed to at least the first active layer A second active layer having a well structure, a second second-conductivity-type clad layer having at least a layer made of Alf2Ga1-f2-g2Ing2P (0≤f2≤1, 0≤g2≤1) , and Alz2Ga1- forming a second multilayer structure by sequentially laminating a second diffusion control film for controlling the amount of impurities diffused in the second active layer made of z2As (0 ≦ z2 ≦ 1);
Forming a material film serving as a diffusion source of impurities in a predetermined region on the first and second diffusion control films and serving as a cavity end face ;
The semiconductor substrate is heated to diffuse the impurities from the material film through the first and second diffusion control films into the first and second multilayer structures to form an end face window structure. Process,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: simultaneously processing at least a part of the first second conductivity type cladding layer and at least a part of the second second conductivity type cladding layer into a ridge-shaped stripe .
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