JP4125937B2

JP4125937B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4125937B2
Application number: JP2002278077A
Authority: JP
Inventors: 敏哉福久; 敏也河田; 秀人足立
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004119512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置、光情報処理、光通信、光計測等に使用される半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−Ｒに代表される、データの書き換えが可能な大容量光ディスク装置が普及し、そのピックアップ光源として波長６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置が用いられている。データの書き換えのためには、媒体の書き込み部分の温度を十分に上げる必要があるため、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置の高出力化が強く要望されている。
【０００３】
図６に、従来の高出力ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置の断面構造図を示す。基板面方位が（１００）から［０１１］方向に傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０２、活性層２０３、メサ状ストライプに整形されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０４、ストライプ上面の電流注入領域で除去されたｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２０５、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０６がこの順で形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１の下面には、ｎ側電極２０８が形成され、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０６の上面には、ｐ側電極２０７が形成されている。このように、電流ブロック層２０５を以前のＧａＡｓ層から、活性層より大きなバンドギャップエネルギーを有するＡｌＩｎＰ層に置き換えることにより、導波損失を低減し高出力化を達成している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、上記した構成においては、単一横モードでの光出力の最大値（以下、キンクレベルという。）が低くなる問題があり、このため、書き換えに十分な光出力を得ることが困難となっている。
【０００５】
このような半導体レーザ装置の製造工程の一部である化学溶液を用いてｐ型クラッド層をエッチングしてメサ状ストライプを［０−１１］方向に形成する工程において、基板面方位が（１００）から傾斜していない基板（以下、非傾斜基板という。）を用いると、メサ状ストライプの斜面（以下、メサ斜面という。）には化学的に安定な（１１１）面が現れる。ところが、基板面方位が（１００）から［０１１］方向に傾斜した基板（以下、傾斜基板という。）を用いると、図６に示されるようにストライプの方向に垂直な断面において、基板面方位とメサ斜面の主法線がなす角（以下、傾斜角という。）がストライプの方向に垂直な断面における左右で異なり、メサ状ストライプの形状が左右非対称となる。
【０００６】
このような半導体レーザ装置では、実効屈折率虚部の分布が、ストライプにおいて左右非対称となり、電流注入時の活性層内の光分布及びキャリア分布が左右非対称となって、キンクレベルが低下する原因となる。
【０００７】
これに対して、例えば、特許文献１に記載の半導体レーザ装置のように、化学溶液に代えてドライエッチングによってメサ状ストライプを形成すると、傾斜基板を用いても、傾斜角が左右のメサ斜面で等しいストライプの形成が可能となる。
【０００８】
このように、従来技術においては、例えば、ドライエッチングを用いることで、メサ状ストライプを左右対称な形状とすることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置のキンクレベルを高めていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２９４８７７号公報（第５頁、第４図）
【００１０】
【非特許文献１】
第４７回応用物理学関係連合講演会講演予稿集「実屈折率導波型ＡｌＧａＩｎＰ高出力赤色半導体レーザ（浅香ほか）」、２０００年３月２８日、第３分冊、ｐ．１１４８
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
なお、非傾斜基板を用いると、メサ斜面と基板面方位のなす角度が左右で対称となるため、上述したような問題は生じない。しかし、非傾斜基板上にＡｌＧａＩｎＰ系化合物をエピタキシャル成長させると、結晶の秩序化によるバンドギャップの変動が生じ、積層された層の組成やレーザ発振波長の制御が困難となっていた。
【００１２】
また、特許文献１に開示されたように、ドライエッチングを用いれば、メサ状ストライプの形状を左右対称とすることができるが、メサ斜面に表出する面方位が左右で異なるようになる。面方位の異なる面上にＡｌＩｎＰ系化合物を成長させると、供給原料の表面反応機構の相違から、それぞれの面上に積層される層の組成が異なるようになる。したがって、実効屈折率虚部の分布は左右非対称となり、結果的に上記と同様の問題が生じる。
【００１３】
本発明は、以上のような従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置においては、基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に、第２伝導型の(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ第一クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、活性層、第１伝導型の(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ第二クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、第２伝導型のＡｌ_tＩｎ_1-tＰ電流ブロック層（０＜ｔ≦１）がこの順で形成され、かつ第二クラッド層の一部がメサ状ストライプに整形されている。ここで、第二クラッド層上に形成された電流ブロック層の膜厚を、メサ状ストライプの左右の斜面上で異ならせて活性層内の光分布及びキャリア分布をほぼ左右対称としている。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置の製造方法においては、基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に第２伝導型の(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ第一クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、活性層、第１伝導型の(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ第二クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）をこの順で形成し、第二クラッド層をメサ状ストライプに整形する工程と、第二クラッド層上に第２伝導型の(Ａｌ_tＧａ_1-t)_uＩｎ_1-uＰ化合物（０＜ｔ≦１、０＜ｕ≦１）又は第２伝導型のＡｌ_tＧａ_1-tＡｓ化合物（０＜ｔ≦１）からなる電流ブロック層を形成する工程と、メサ状ストライプの左右の斜面の内、片側の斜面上における電流ブロック層上にマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて電流ブロック層をエッチングし、第二クラッド層上に形成された電流ブロック層の膜厚を、メサ状ストライプの左右の斜面上で異なるようにする工程を備える。
【００１６】
これらの構成によれば、傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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。図１に、本実施の形態における半導体レーザの断面構造図を示す。基板面方位が（１００）から［０１１］方向に１０°傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０５、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６がこの順で形成されている。ｐ型クラッド層１０４はメサ状ストライプに整形されており、ストライプの幅は上部で約１μｍ、下部で約３μｍである。電流ブロック層１０５は、ストライプ上面の電流注入領域で除去され、また、左右のメサ斜面上でその膜厚が異なっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下面には、ｎ側電極１０８が形成され、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６の上面には、ｐ側電極１０７が形成されている。
【００１８】
以下、本実施の形態における半導体レーザの製造工程について、図２を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４を順次堆積してダブルへテロ構造を形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、ｐ型クラッド層１０４上にＳｉＯ₂からなるストライプマスク１０９を形成し、硫酸溶液を用いてｐ型クラッド層１０４をエッチングして、メサ状ストライプを形成する。このとき、左右のメサ斜面に（１１１）面が表出するため、ストライプの方向に垂直な断面において、基板面方位とメサ斜面の主法線のなす角が左右で異なるようになる。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示すように、有機金属原料を用いた化学気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤという。）による選択成長によりストライプマスク１０９上を除く領域に電流ブロック層１０５を形成する。
【００２１】
次いで、図２（ｄ）に示すように、ストライプマスク１０９を除去した後、左右のメサ斜面の内、傾斜角の大きい斜面上に形成された電流ブロック層１０５上にレジストマスク１１０を形成する。
【００２２】
続いて、図２（ｅ）に示すように、フッ酸：水＝１:５０のフッ酸水溶液を用いて電流ブロック層１０５の一部をエッチングする。このとき、傾斜角の大きいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５は、レジストマスク１１０に保護されてエッチングされず、傾斜角の小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５のみがエッチングされる。これにより、傾斜角の大きいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚が、傾斜角が小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚より大きくなる。
【００２３】
なお、メサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５のみがエッチングされ、基板１０１表面と平行な面上に形成された電流ブロック層１０５はエッチングされないのは、前者は後者と比べ、結晶内の欠陥密度が高く、フッ酸溶液に対するエッチング速度が大きいためである。
【００２４】
その後、図２（ｆ）に示すように、レジストマスク１１０を除去し、その上に、コンタクト層１０６を形成し、さらに、図２（ｇ）に示すように、コンタクト層１０６の上面にｐ側電極１０７を形成し、基板１０１の下面にｎ側電極１０８を形成する。
【００２５】
以上の製造工程により、ｐ型クラッド層１０４の左右のメサ斜面上で膜厚が異なる電流ブロック層１０５を形成することができる。
【００２６】
上記した各層において、使用材料、伝導型、膜厚、及びキャリア濃度を表１にまとめて示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１において、電流ブロック層１０５の膜厚は、基板に垂直な方向に成長した部分の膜厚（図１中のｄ）である。
【００２９】
図３に、メサ斜面上と、基板表面と平行な面上にそれぞれ形成されたＡｌＩｎＰ電流ブロック層に対する、フッ酸：水＝１:５０のフッ酸水溶液によるエッチング時間とエッチング深さの関係を示す。これより、メサ斜面上に形成された場合は、基板表面と平行な面上に形成された場合と比べ、エッチング速度が約１００倍となることが判る。
【００３０】
また、図４に、傾斜角が小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚とキンクレベルの関係を示す。
【００３１】
図４から判るように、傾斜角が小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５をエッチングしていない状態（以下、非エッチング状態という。）即ち、電流ブロック層１０５の膜厚が０．３５μｍの場合は、キンクレベルは約５０ｍＷである。また、この電流ブロック層を０．１μｍエッチングして、その膜厚を０．２５μｍとした場合は、キンクレベルは約７４ｍＷに増大する。また、この電流ブロック層の膜厚が０．２〜０．３μｍ、即ち、左右のメサ斜面上における電流ブロック層１０５の膜厚の差が０．０５〜０．１５μｍの範囲にあれば、非エッチング状態と比べ、キンクレベルが増大する。
【００３２】
このように、ｐ型クラッド層上に、左右のメサ斜面上で膜厚が異なる電流ブロック層が形成され、その膜厚差が所定範囲の場合に、キンクレベルが増大する理由について、以下に説明する。
【００３３】
図５（ａ）に、従来例の半導体レーザ装置の構造（上）と、実効屈折率虚部（レーザ発振光の利得、損失）の分布（下）を示す。このように、傾斜角が小さいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ₁と傾斜角が大きいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ₂が相等しい。また、実効屈折率虚部の分布は、左右のメサ斜面の傾斜角が異なるため、左右非対称となる。
【００３４】
図５（ｂ）に、本実施の形態の半導体レーザー装置の構造（上）と、実効屈折率虚部の分布（下）を示す。このように、傾斜角が大きいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ₁が、傾斜角が小さいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ₂より大きい。即ち、本実施の形態では、メサ状ストライプにおいてレーザ発振光の損失の少ない、傾斜角が小さいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ２を小さくしているため、メサ状ストライプにおける傾斜角が小さい側の領域において、レーザ発振光の損失が増えてストライプの左右でバランスがとれ、ストライプ領域において実効屈折率虚部の分布は左右対称となる。レーザ発振光の全体の損失は従来の構造と比べて増大するため動作電流は増加するが、実効屈折率虚部の分布が左右対称となるため、結果的にキンクレベルが増大する。
【００３５】
また、図４に示したように、傾斜角が小さいメサ斜面上の電流ブロック層の膜厚を０．２５μｍより小さくするとキンクレベルが減少するのは、この場合、左右のメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚差が大きくなりすぎ、ストライプ領域における傾斜角が小さい側の領域において、レーザ発振光の損失が過大となって実効屈折率虚部の分布の非対称性を修正できなくなるためと考えられる。したがって、左右のメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚差には最適な範囲が存在し、膜厚差がこの範囲にあることでキンクレベルの高い半導体レーザが実現できることが判る。
【００３６】
なお、本実施の形態では、電流ブロック層１０５にＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ化合物を用いたが、一般に、(Ａｌ_tＧａ_1-t)_uＩｎ_1-uＰ化合物（０＜ｔ≦１、０＜ｕ≦１）を用いることができ、さらに、その代わりにＡｌ_tＧａ_1-tＡｓ化合物（０＜ｔ≦１）を用いることもできる。また、ｎ型クラッド層１０２及びｐ型クラッド層１０４に(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ化合物（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）を用いたが、その代わりにＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ化合物（０＜ｘ≦１）を用いることもできる。また、基板は、（１００）面に対して[０１１]方向に傾斜しているものを用いたが、（１００）面に対して[０−１１]方向に傾斜しているものを用いることもできる。また、活性層１０３の近傍に光ガイド層や可飽和吸収層が設けられていても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における半導体レーザ装置の断面構造図
【図２】本発明における半導体レーザ装置の製造工程図
【図３】フッ酸：水＝１:５０溶液によるＡｌＩｎＰ層のエッチング時間とエッチング深さの関係を示すグラフ
【図４】傾斜角度が小さいメサ斜面上の電流ブロック層の膜厚とキンクレベルの関係を示すグラフ
【図５】半導体レーザ装置の構造と実効屈折率虚部の分布を示す模式図〔（ａ）：従来例、（ｂ）：本発明〕
【図６】従来例の半導体レーザ装置の断面構造図
【符号の説明】
１０１ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０３活性層
１０４ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０５ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
１０６ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１０７ｐ側電極
１０８ｎ側電極
１０９ストライプマスク
１１０レジストマスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device used for an optical disk device, optical information processing, optical communication, optical measurement, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, large-capacity optical disk devices capable of rewriting data, typified by DVD-RAM and DVD-R, have become widespread, and an AlGaInP red laser device having a wavelength of 650 nm band has been used as a pickup light source. In order to rewrite data, it is necessary to sufficiently raise the temperature of the writing portion of the medium. Therefore, high output of the AlGaInP red laser device is strongly demanded.
[0003]
FIG. 6 shows a cross-sectional structure diagram of a conventional high-power AlGaInP red laser device. An n-type AlGaInP clad layer 202, an active layer 203, a p-type AlGaInP clad layer 204 shaped into a mesa stripe, an upper surface of the stripe, on an n-type GaAs substrate 201 whose substrate surface direction is inclined from (100) to [011] direction The n-type AlInP current blocking layer 205 and the p-type GaAs contact layer 206 removed in the current injection region are formed in this order. An n-side electrode 208 is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 201, and a p-side electrode 207 is formed on the upper surface of the p-type GaAs contact layer 206. In this way, the current blocking layer 205 is replaced with an AlInP layer having a band gap energy larger than that of the active layer from the previous GaAs layer, thereby reducing waveguide loss and achieving high output (for example, non-patent) Reference 1).
[0004]
However, in the above-described configuration, there is a problem that the maximum value (hereinafter referred to as the kink level) of the light output in the single transverse mode is lowered, and it is difficult to obtain a light output sufficient for rewriting. ing.
[0005]
In the process of forming a mesa stripe in the [0-11] direction by etching the p-type cladding layer using a chemical solution which is a part of the manufacturing process of such a semiconductor laser device, the substrate surface orientation is (100). When a non-tilted substrate (hereinafter referred to as a non-tilted substrate) is used, a chemically stable (111) surface appears on the slope of the mesa stripe (hereinafter referred to as a mesa slope). However, when a substrate whose substrate surface orientation is inclined from (100) to the [011] direction (hereinafter referred to as an inclined substrate) is used, in the cross section perpendicular to the stripe direction as shown in FIG. The angle formed by the main normal of the mesa slope (hereinafter referred to as the inclination angle) differs between the left and right in the cross section perpendicular to the stripe direction, and the shape of the mesa stripe is asymmetrical.
[0006]
In such a semiconductor laser device, the distribution of the effective refractive index imaginary part becomes asymmetrical in the stripe, and the light distribution and carrier distribution in the active layer at the time of current injection become asymmetrical, causing the kink level to decrease. Become.
[0007]
On the other hand, for example, when a mesa-like stripe is formed by dry etching instead of a chemical solution as in the semiconductor laser device described in Patent Document 1, even if an inclined substrate is used, the inclination angle is between right and left mesa slopes. Equal stripes can be formed.
[0008]
Thus, in the prior art, the kink level of the AlGaInP red laser device has been increased by using, for example, dry etching so that the mesa stripes have a symmetrical shape.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-294877 A (5th page, FIG. 4)
[0010]
[Non-Patent Document 1]
47th Applied Physics Related Conference Lecture Proceedings "Real Refractive Index Guided AlGaInP High Power Red Semiconductor Laser (Asaka et al.)", March 28, 2000, 3rd volume, p. 1148
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
If a non-tilted substrate is used, the angle between the mesa slope and the substrate surface orientation is symmetrical on the left and right sides, and the above-described problem does not occur. However, when an AlGaInP-based compound is epitaxially grown on a non-tilted substrate, the band gap fluctuates due to crystal ordering, making it difficult to control the composition of the stacked layers and the laser oscillation wavelength.
[0012]
Further, as disclosed in Patent Document 1, when dry etching is used, the shape of the mesa stripe can be made symmetrical, but the surface orientations exposed on the mesa slope are different on the left and right. When an AlInP-based compound is grown on surfaces having different plane orientations, the composition of the layers stacked on each surface becomes different due to the difference in the surface reaction mechanism of the feedstock. Therefore, the distribution of the effective refractive index imaginary part is asymmetrical, resulting in the same problem as described above.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a high kink level while using an inclined substrate, and such a semiconductor laser. It is to provide a manufacturing method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the semiconductor laser device of the present invention, a second conductivity type (Al _{x is formed} on a GaAs substrate whose substrate surface orientation is inclined from (100) to the [011] or [0-11] direction. Ga _1-x ) _y In _1-y P first cladding layer (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), active layer, first conductivity type (Al _x Ga _1-x ) _y In _1-y A P second cladding layer (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), an Al _t In _1-t P current blocking layer (0 <t ≦ 1) of the second conductivity type is formed in this order, and A part of the two cladding layers is shaped into mesa stripes. Here, the thickness of the current blocking layer formed on the second clad layer is varied on the left and right slopes of the mesa stripe, so that the light distribution and carrier distribution in the active layer are almost symmetrical.
[0015]
In order to achieve the above object, in the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, the second conductivity type is formed on a GaAs substrate whose substrate surface direction is inclined from (100) to the [011] or [0-11] direction. (Al _x Ga _1-x ) _y In _1-y P first cladding layer (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), active layer, first conductivity type (Al _x Ga _1-x ) _y Forming an In _1-y P second clad layer (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) in this order, shaping the second clad layer into a mesa stripe, 2-conductivity type (Al _t Ga _1-t ) _u In _1-u P compound (0 <t ≦ 1, 0 <u ≦ 1) or second conductivity type Al _t Ga _1-t As compound (0 <t ≦ 1) forming a current block layer and forming a mask pattern on the current block layer on one of the right and left slopes of the mesa stripe And a step of, etching the current blocking layer by using a mask pattern, the thickness of the current blocking layer formed on the second clad layer, a step of the different on the slopes of the left and right of the mesa-shaped stripe.
[0016]
According to these configurations, it is possible to provide a semiconductor laser having a high kink level while using an inclined substrate, and a method for manufacturing such a semiconductor laser.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure diagram of a semiconductor laser in the present embodiment. An n-type AlGaInP clad layer 102, an active layer 103, a p-type AlGaInP clad layer 104, and an n-type AlInP current blocking layer 105 are formed on an n-type GaAs substrate 101 whose substrate plane orientation is inclined 10 ° from the (100) direction to the [011] direction. , And a p-type GaAs contact layer 106 are formed in this order. The p-type cladding layer 104 is shaped into a mesa stripe, and the width of the stripe is about 1 μm at the top and about 3 μm at the bottom. The current blocking layer 105 is removed in the current injection region on the upper surface of the stripe, and the film thickness is different on the right and left mesa slopes. An n-side electrode 108 is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 101, and a p-side electrode 107 is formed on the upper surface of the p-type GaAs contact layer 106.
[0018]
Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor laser in the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0019]
First, as shown in FIG. 2A, an n-type AlGaInP cladding layer 102, an active layer 103, and a p-type AlGaInP cladding layer 104 are sequentially deposited on an n-type GaAs substrate 101 to form a double heterostructure. Then, as shown in FIG. 2B, a stripe mask 109 made of SiO ₂ is formed on the p-type cladding layer 104, and the p-type cladding layer 104 is etched using a sulfuric acid solution to form a mesa stripe. To do. At this time, since the (111) plane appears on the left and right mesa slopes, the angle formed by the substrate surface orientation and the main normal of the mesa slope is different between the left and right sides in a cross section perpendicular to the stripe direction.
[0020]
Next, as shown in FIG. 2C, a current blocking layer 105 is formed in a region other than the stripe mask 109 by selective growth using a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as MOCVD) using an organometallic raw material. .
[0021]
Next, as shown in FIG. 2D, after the stripe mask 109 is removed, a resist mask 110 is formed on the current blocking layer 105 formed on the slope having a large inclination angle among the right and left mesa slopes.
[0022]
Subsequently, as shown in FIG. 2E, a part of the current blocking layer 105 is etched using a hydrofluoric acid aqueous solution of hydrofluoric acid: water = 1: 50. At this time, the current blocking layer 105 formed on the mesa slope with a large inclination angle is not etched by being protected by the resist mask 110, and only the current blocking layer 105 formed on the mesa slope with a small inclination angle is etched. The As a result, the film thickness of the current blocking layer 105 formed on the mesa slope with a large inclination angle is larger than the film thickness of the current blocking layer 105 formed on the mesa slope with a small inclination angle.
[0023]
Note that only the current blocking layer 105 formed on the mesa slope is etched, and the current blocking layer 105 formed on the plane parallel to the surface of the substrate 101 is not etched. The former is a defect in the crystal compared to the latter. This is because the density is high and the etching rate for the hydrofluoric acid solution is high.
[0024]
Thereafter, as shown in FIG. 2 (f), the resist mask 110 is removed, and a contact layer 106 is formed thereon. Further, as shown in FIG. 2 (g), the p-side is formed on the upper surface of the contact layer 106. An electrode 107 is formed, and an n-side electrode 108 is formed on the lower surface of the substrate 101.
[0025]
Through the above manufacturing process, the current blocking layers 105 having different thicknesses can be formed on the right and left mesa slopes of the p-type cladding layer 104.
[0026]
Table 1 shows the materials used, the conductivity type, the film thickness, and the carrier concentration in each of the above layers.
[0027]
[Table 1]

[0028]
In Table 1, the thickness of the current blocking layer 105 is the thickness of the portion grown in the direction perpendicular to the substrate (d in FIG. 1).
[0029]
FIG. 3 shows the relationship between etching time and etching depth with hydrofluoric acid: water = 1: 50 hydrofluoric acid aqueous solution for the AlInP current blocking layer formed on the mesa slope and on the plane parallel to the substrate surface. . From this, it can be seen that the etching rate is about 100 times higher when formed on the mesa slope than when formed on a plane parallel to the substrate surface.
[0030]
FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the current blocking layer 105 formed on the mesa slope having a small tilt angle and the kink level.
[0031]
As can be seen from FIG. 4, the current blocking layer 105 formed on the mesa slope having a small inclination angle is not etched (hereinafter referred to as a non-etched state), that is, the current blocking layer 105 has a film thickness of 0.35 μm. In this case, the kink level is about 50 mW. Further, when the current blocking layer is etched by 0.1 μm to have a film thickness of 0.25 μm, the kink level increases to about 74 mW. If the current blocking layer has a thickness of 0.2 to 0.3 μm, that is, if the difference in thickness of the current blocking layer 105 on the right and left mesa slopes is in the range of 0.05 to 0.15 μm, The kink level increases compared to the etched state.
[0032]
As described above, the reason why the kink level increases when the current blocking layers having different film thicknesses on the right and left mesa slopes are formed on the p-type cladding layer and the film thickness difference is within a predetermined range will be described below. To do.
[0033]
FIG. 5A shows the structure (top) of a conventional semiconductor laser device and the distribution (bottom) of the effective refractive index imaginary part (laser oscillation light gain and loss). Thus, the film thickness d ₁ of the current blocking layer on the mesa slope with a small inclination angle is equal to the film thickness d ₂ of the current blocking layer on the mesa slope with a large inclination angle. The distribution of the effective refractive index imaginary part is asymmetrical because the right and left mesa slopes have different inclination angles.
[0034]
FIG. 5B shows the structure (upper) of the semiconductor laser device of the present embodiment and the distribution of the effective refractive index imaginary part (lower). Thus, the film thickness d ₁ of the current blocking layer on the mesa slope with a large inclination angle is larger than the film thickness d ₂ of the current blocking layer on the mesa slope with a small inclination angle. That is, in this embodiment, since the film thickness d2 of the current blocking layer on the mesa slope with a small loss of laser oscillation light and a small tilt angle is small in the mesa stripe, the tilt angle in the mesa stripe is small. In the region on the side, the loss of the laser oscillation light is increased and the right and left of the stripe are balanced, and the distribution of the effective refractive index imaginary part becomes symmetrical in the stripe region. Since the total loss of the laser oscillation light increases as compared with the conventional structure, the operating current increases. However, since the distribution of the effective refractive index imaginary part is symmetric, the kink level increases as a result.
[0035]
Further, as shown in FIG. 4, when the film thickness of the current block layer on the mesa slope having a small inclination angle is made smaller than 0.25 μm, the kink level decreases in this case. This is thought to be because the difference in the film thickness of the layers becomes too large and the loss of the laser oscillation light becomes excessive in the region where the inclination angle is small in the stripe region, making it impossible to correct the asymmetry of the effective refractive index imaginary part distribution. . Therefore, it can be seen that there is an optimum range for the difference in thickness of the current blocking layer on the right and left mesa slopes, and that a semiconductor laser with a high kink level can be realized by the difference in thickness being within this range.
[0036]
In this embodiment, an Al _0.5 In _0.5 P compound is used for the current blocking layer 105, but in general, an (Al _t Ga _1-t ) _u In _1-u P compound (0 <t ≦ 1, 0 < u ≦ 1) can be used, and an Al _t Ga _1-t As compound (0 <t ≦ 1) can also be used instead. Further, the n-type cladding layer 102 and p-type clad layer _{_{104 (Al x Ga 1-x}} ) y In 1-y P compound was used (0 <x ≦ 1,0 <y ≦ 1), instead An Al _x Ga _1-x As compound (0 <x ≦ 1) can also be used. In addition, the substrate used is tilted in the [011] direction with respect to the (100) plane, but the substrate tilted in the [0-11] direction with respect to the (100) plane may be used. it can. Further, a light guide layer or a saturable absorption layer may be provided in the vicinity of the active layer 103.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser having a high kink level while using an inclined substrate, and a method for manufacturing such a semiconductor laser.
[Brief description of the drawings]
1 is a sectional structural view of a semiconductor laser device according to the present invention. FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a semiconductor laser device according to the present invention. FIG. 3 is an etching time and etching depth of an AlInP layer with hydrofluoric acid: water = 1: 50 solution. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the current blocking layer on the mesa slope with a small inclination angle and the kink level. FIG. 5 is a graph showing the structure of the semiconductor laser device and the distribution of the effective refractive index imaginary part. Schematic diagram [(a): conventional example, (b): present invention]
FIG. 6 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device.
101 n-type GaAs substrate 102 n-type AlGaInP cladding layer 103 active layer 104 p-type AlGaInP cladding layer 105 n-type AlInP current blocking layer 106 p-type GaAs contact layer 107 p-side electrode 108 n-side electrode 109 stripe mask 110 resist mask

Claims

A (Al _x Ga _1-x ) _y In _1-y P first cladding layer (second conductivity type) on a GaAs substrate whose substrate surface direction is inclined from (100) to the [011] or [0-11] direction. 0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), active layer, (Al _x Ga _1-x ) _y In _1-y P second cladding layer (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) of the first conductivity type 1) A semiconductor in which an Al _t In _1-t P current blocking layer (0 <t ≦ 1) of the second conductivity type is formed in this order, and a part of the second cladding layer is shaped into a mesa stripe A laser device,
The thickness of the current blocking layer formed on the second cladding layer is varied on the right and left slopes of the mesa stripe to make the light distribution and carrier distribution in the active layer almost symmetrical. A semiconductor laser device.

Of the right and left slopes of the mesa stripe, the thickness of the current blocking layer formed on the slope having the larger slope angle formed by the substrate surface orientation and the principal normal of the slope is small. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the current blocking layer formed on the inclined surface is larger.

The film thickness of the current block layer formed on the slope with the larger inclination angle formed by the substrate surface orientation and the principal normal of the slope, and the current block formed on the slope with the smaller inclination angle The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the difference in layer thickness is in the range of 0.05 to 0.15 μm.

The current blocking layer is made of an (Al _t Ga _1-t ) _u In _1-u P compound (0 <t ≦ 1, 0 <u ≦ 1) or an Al _t Ga _1-t As compound (0 <t ≦ 1). The semiconductor laser device according to claim 1.

Said first and second clad _{_{layer, (Al x Ga 1-x}} ) y In 1-y P compounds (0 <x ≦ 1,0 <y ≦ 1) instead of, Al _x Ga _{_1-x} As compound The semiconductor laser device according to claim 1, wherein (0 <x ≦ 1).

A second conductivity type (Al _x Ga _1-x ) _y In _1-y P first cladding layer (0) on a GaAs substrate whose substrate plane orientation is inclined from (100) to the [011] or [0-11] direction. <X ≦ 1, 0 <y ≦ 1), active layer, first conductivity type (Al _x Ga _1-x ) _y In _1-y P second cladding layer (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) ) In this order, and shaping the second cladding layer into mesa stripes;
A second conductivity type (Al _t Ga _1-t ) _u In _1-u P compound (0 <t ≦ 1, 0 <u ≦ 1) or a second conductivity type Al _t Ga _{1 is formed} on the second cladding layer. forming a current blocking layer comprising a _-t As compound (0 <t ≦ 1);
Forming a mask pattern on the current blocking layer on one of the right and left slopes of the mesa stripe; and
Etching the current blocking layer using the mask pattern, and including the step of making the film thickness of the current blocking layer formed on the second cladding layer different on the right and left slopes of the mesa stripe A method of manufacturing a semiconductor laser device.

In the step of etching the current blocking layer, the current blocking layer formed on the inclined surface having a large inclination angle formed by the substrate surface orientation and the principal normal of the inclined surface, of the right and left inclined surfaces of the mesa stripe. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 6, wherein the film thickness is made larger than the film thickness of the current blocking layer formed on the slope having the small tilt angle.