JP4144257B2 - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光波長が異なる複数のレーザ素子部を1チップ内に備えた半導体レーザおよびその製造方法に係り、特に、パルセーション現象を利用することによってレーザ発振する半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザの分野においては、同一基板上に発光波長が異なる複数の発光部を備えた半導体レーザ(LD;laser diode )(以下、多波長レーザという。)が活発に開発されている。このような多波長レーザ、例えば2波長レーザは、光ディスク装置のレーザ光源として用いられる。
【0003】
現在、一般に光ディスク装置では、700nm帯(例えば780nm)のレーザ光がCD(Compact Disk)の再生に用いられると共に、CD−R(CD recordable ),CD−RW(CD Rewritable )あるいはMD(Mini Disk )などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられている。また、600nm帯(例えば650nm)のレーザ光がDVD(Digital Versatile Disk)の記録・再生に用いられている。
【0004】
このような2波長レーザの一例としては、例えば、配設用の基板の上に、発光波長がそれぞれ780nmおよび650nmである2つのレーザチップが並列に実装されたもの(いわゆる、ハイブリッド型の2波長レーザ)が提案されている。このハイブリッド型の2波長レーザは、レーザチップの製造プロセスにおいて特に制約がなく、最適なプロセスを用いてそれぞれのレーザチップを作製することができるので製造プロセスの自由度が高い。ところが、ハイブリッド型のレーザでは、ビーム間隔やビーム出射方向の精度がレーザの組立の精度で決定されており、例えばレーザチップの間隔を調整することが困難であるため、ビームの精度を確保することができない。そのため、ハイブリッド型の2波長レーザを搭載した光ディスク装置では、ビームの精度を確保するために、多くの光学部品が必要となり、その結果、光ディスク装置全体でのコストが高くなってしまう。
【0005】
そこで、1チップ内に、発光波長がそれぞれ780nmおよび650nmである2つのレーザ素子部を備えた(いわゆる、モノリシック型の2波長レーザ)が提案されている。このモノリシック型の2波長レーザは、AlGaAs系の半導体材料からなる活性層を備えた発光波長が780nmであるレーザ素子部と、GaInP系の半導体材料からなる活性層を備えた発光波長が650nmであるレーザ素子部とが、分離溝を介してGaAs(ガリウムヒ素)よりなる基板の一面側に並列配置されたものである。
【0006】
このようなモノリシック型の2波長レーザとしては、例えば、図6に示したように、基板111の上に、発光波長が780nmであるレーザ素子部100A、および、発光波長が650nmであるレーザ素子部100Bを備えた、ゲインガイド型の半導体レーザ100がある(特開2001ー57462号公報参照)。レーザ素子部100Aには、基板111の上に、n型AlGaInPからなるn型クラッド層121、AlGaAsからなる活性層122、p型AlGaInPからなるp型クラッド層123が順次形成されている。レーザ素子部100Bには、基板111の上に、n型AlGaInPからなるn型クラッド層131、GaInPからなる活性層132、p型AlGaInPからなるp型クラッド層133が順次形成されている。
【0007】
また、ゲインガイド型の半導体レーザとしては、図7に示したように、発光波長が780nmであるレーザ素子部200A、および、発光波長が650nmであるレーザ素子部200Bが基板211に形成された半導体レーザ200がある(特開2000ー244060号公報参照)。この半導体レーザ200では、上述の半導体レーザ100とは異なり、レーザ素子部200Aの全ての半導体層がAlGaAs系の半導体材料により形成されている。すなわち、レーザ素子部200Aには、基板211の上に、n型AlGaAsからなるn型クラッド層221、AlGaAsからなる活性層222、p型AlGaAsからなるp型クラッド層223が順に形成されている。レーザ素子部200Bは、半導体レーザ100のレーザ素子部100B(図6)と同様の構成を有している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、光ディスク装置用の低ノイズ光源として、数百MHz〜数GHz程度の周波数で自励振動(出力変動を繰り返すこと)をすることによって、レーザ発振するパルセーション型の半導体レーザが注目されている。このパルセーション型のレーザ素子部には、図8に示したように、n側クラッド層521、活性層522、およびp型クラッド層523が順次形成されている。p型クラッド層523の上部は、電流狭窄をするように細い帯状に形成されており、このp型クラッド層523の両側には電流ブロック領域524が設けられている。
【0009】
このような構成を有するパルセーション型の半導体レーザでは、活性層522内の発光領域522aの周囲に、発光領域522aよりも光ゲインが小さい過飽和吸収領域(Saturable Absorbing Region;SAR)522bが形成されている。この過飽和吸収領域522bは、電流ブロック領域524の屈折率を変化させること、電流狭窄をするためのp型クラッド層523の上部の幅を変えること、p型クラッド層523の厚さを変化させること、あるいは、活性層522の体積を変化させることによって形成され、活性層522に注入された電子と活性層522内で発生した光との相互作用を促進させる機能を有している。このような過飽和吸収領域522bの作用によって、パルセーション型の半導体レーザでは、自励振動が緩和せずにレーザ発振がなされる。
【0010】
このようなパルセーション型の半導体レーザとして、発光波長が780nmであるレーザ素子部、および、発光波長が650nmであるレーザ素子部のそれぞれをパルセーション型とした2波長半導体レーザを実現するためには、発光波長が780nmであるレーザ素子部で、AlGaAs系半導体材料からなる活性層522を挟むn型クラッド層521およびp型クラッド層523を活性層522と同じAlGaAs系半導体材料から構成するようにしなければならない。すなわち、従来の半導体レーザ200のように、発光波長が780nmであるレーザ素子部200AをAlGaAs系半導体材料により形成し、また、発光波長が650nmであるレーザ素子部200BをGaInP系の半導体材料により形成するといったように、レーザ素子部200A,200Bのそれぞれを異なった材料により形成しなければならない。そのために、これらのレーザ素子部を作製する場合、同時にプロセスを行うことが困難となって、その結果、製造プロセスに制約が生じていた。
【0011】
そこで、本出願人と同一の出願人は、このような製造プロセスでの制約を解消するために、図9に示したように、半導体レーザ300において、発光波長が780nmであるレーザ素子部300Aのp型クラッド層の一部とレーザ素子部300Bのp型クラッド層とを同じGaInP系半導体材料により形成することを考えている。具体的には、レーザ素子部300Aには、基板311の上に、n型AlGaAsからなるn型クラッド層321、AlGaAsからなる活性層324、p型AlGaAsからなる第1p型クラッド層325、およびp型AlGaInPからなる第2p型クラッド層326が順に形成されている。第2p型クラッド層326は細い帯状に形成されており、この第2p型クラッド層326の両側には電流ブロック領域342Aが設けられている。他方、発光波長が650nmであるレーザ素子部300Bには、基板311の上に、AlGaInPからなるn型クラッド層331、GaInPからなる活性層332、AlGaInPからなるp型クラッド層333が順に形成されている。このp型クラッド層333の両側には電流ブロック領域342Bが設けられている。
【0012】
このような構成を有する半導体レーザ300では、780nmのレーザ素子部300Aにおいて、第2p型クラッド層326がAlGaInPにより形成されているために、第1p型クラッド層325および第2p型クラッド層326からなるp型クラッド層の屈折率が、n型クラッド層321の屈折率よりも小さくなる。
【0013】
しかしながら、製造プロセスの制約上、p型クラッド層の屈折率をn型クラッド層321の屈折率と同じにするのは困難である。具体的には、第1p型クラッド層325および第2p型クラッド層326から構成されるp型クラッド層の屈折率をn型クラッド層321の屈折率と同じにするために、780nmのレーザ素子部300Aにおいて、第2p型クラッド層326のAl組成を小さくすると、レーザ素子部300Aの第2p型クラッド層326とレーザ素子部300Bのp型クラッド層333とのAl組成に大きな差が生じてしまう。その結果、同一のエッチング溶液を用いてエッチングを施すと、エッチングレートが大きく異なってしまうために、同一のエッチング溶液を用いてエッチングを施すことができなくなる。
【0014】
これによって、半導体レーザ300のレーザ素子部300Aでは、第1p型クラッド層325および第2p型クラッド層326からなるp型クラッド層の屈折率が、n型クラッド層321の屈折率よりも小さくなるために、図10(A)に示したように、活性層324内の発光領域324aの光分布がn側クラッド層321側に偏って非対称となる。
【0015】
このようにn側クラッド層321側に光が偏ると、過飽和吸収領域324bでの光吸収が少なくなり、パルセーションマージンが非常に狭くなって、図10(B)に示したように、発光領域324aからの出射光のFFP(Far Field Pattern )形状が垂直方向に極端に広くなってしまうという問題があった。その結果、レーザ光の指向性が悪くなり、レーザの性能が低下してしまうという問題があった。このような問題は、パルセーション型の半導体レーザに顕著に現われてしまう。
【0016】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ光の指向性を高めることができ、また、レーザ、特にパルセーション型のレーザの性能を向上させることできる半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体レーザは、基板上に、互いに発光波長が異なる第1のレーザ素子部および第2のレーザ素子部を備えたものであって、第1のレーザ素子部は、第1の半導体材料からなる第1のn型クラッド層および第2のn型クラッド層から構成されたn型クラッド層と、n型クラッド層の上に形成され、第1の半導体材料からなる活性層と、活性層の上に形成されると共に、第1の半導体材料からなる第1のp型クラッド層と第2の半導体レーザ素子部と同一材料の第2の半導体材料からなる第2のp型クラッド層から構成されたp型クラッド層と、第1のn型クラッド層と第2のn型クラッド層との間に形成され、n型クラッド層とp型クラッド層との屈折率の差を低減させると共に、第1の半導体材料からなる光コントロール層とを備え、第1の半導体レーザ素子部と第2の半導体レーザ素子部とは、共振器方向と直交する方向に沿って並列配置されているものである。
【0018】
本発明による半導体レーザの製造方法は、基板上に、互いに発光波長が異なる第1のレーザ素子部および第2のレーザ素子部を備えた方法であって、第1および第2のレーザ素子部を共振器方向と直交する方向に沿って並列するように形成し、第1のレーザ素子部を形成する工程は、第1の半導体材料からなる第1のn型クラッド層および第2のn型クラッド層から構成されたn型クラッド層を形成する工程と、n型クラッド層の上に、第1の半導体材料からなる活性層を形成する工程と、活性層の上に、第1の半導体材料からなる第1のp型クラッド層と、第2の半導体レーザ素子部と同一材料の第2の半導体材料からなる第2のp型クラッド層から構成されたp型クラッド層を形成する工程とを含み、n型クラッド層を形成する工程において、第1および第2のn型クラッド層の間に、n型クラッド層とp型クラッド層との屈折率差を低減させる光コントロール層を形成するものである。
【0019】
本発明による半導体レーザおよびその製造方法では、第1のレーザ素子部の第1のn型クラッド層と第2のn型クラッド層との間に第1の半導体材料からなる光コントロール層が形成され、この光コントロール層によってn型クラッド層の屈折率とp型クラッド層の屈折率との差が低減されるようにしたので、活性層内の光分布の中心が活性層およびその近傍の領域と一致して、その結果、過飽和吸収領域での光吸収が多くなることによって、パルセーションマージンが大きくなり、また、活性層から出射された光のFFP形状が垂直方向に広くなることが防止される。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0021】
図1は、本発明の一実施の形態に係る2波長型の半導体レーザ10の概略断面構造を表すものである。この半導体レーザ10は、例えば、厚さ100μm程度であり、n型不純物としてケイ素(Si)が添加されたn型GaAsからなる基板11を備えている。基板11の上には、例えば、700nm帯(例えば780nm)の光を出射するパルセーション型のレーザ素子部10Aと、600nm帯(例えば650nm)の光を出射するパルセーション型のレーザ素子部10Bとがそれぞれ形成されている。レーザ素子部10Aおよびレーザ素子部10Bは、例えば200μm程度以下の間を隔てて位置するように配置されている。具体的には、レーザ素子部10Aの後述する発光領域とレーザ素子部10Bの後述する発光領域との間隔が約120μmとなっている。
【0022】
レーザ素子部10Aには、基板11の上に、例えば、第1n型クラッド層21,光コントロール層22,第2n型クラッド層23,活性層24,第1p型クラッド層25,第2p型クラッド層26,p型中間層(図示せず)およびp型キャップ層41Aが順次形成されている。
【0023】
ここで、第1n型クラッド層21,光コントロール層22,第2n型クラッド層23,活性層24,第1p型クラッド層25およびp型キャップ層41Aの各層は、例えば、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともガリウム(Ga)と短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともヒ素(As)とを含むIII−V族化合物半導体材料から構成される。また、第2p型クラッド層26およびp型中間層は、例えば短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともインジウム(In)と短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともリン(P)とを含むIII−V族化合物半導体材料から構成されている。
【0024】
具体的には、第1n型クラッド層21は、例えば、厚さが0.7μmであり、n型不純物としてケイ素が添加されたn型Alx Ga1-x As混晶により形成されている。光コントロール層22は、例えば、厚さが0.2μmであり、n型不純物としてケイ素が添加されたAly Ga1-y As混晶により形成されている。この光コントロール層22は、後で詳述するが、n型クラッド層の屈折率と後述するp型クラッド層の屈折率との差を補償している。第2n型クラッド層23は、例えば、厚さが0.3μmであり、n型不純物としてケイ素が添加されたn型Alx Ga1-x As混晶により形成されている。
【0025】
ここで、第1n型クラッド層21および第2n型クラッド層23のそれぞれでのAlの組成xは、例えば0.6以上0.7未満の値である。光コントロール層22でのAlの組成yは、第1n型クラッド層21および第2n型クラッド層23のそれぞれのAlの組成xよりも大きい、例えば0.7以上の値である。このように、光コントロール層22のAlの組成yが、第1n型クラッド層21および第2n型クラッド層23のそれぞれのAlの組成xよりも大きいので、光コントロール層22の屈折率は、第1n型クラッド層21および第2n型クラッド層23のそれぞれの屈折率よりも小さくなっている。
【0026】
活性層24は、例えば、厚さが60nmであり、組成の異なるAlz Ga1-z As(但し、z≧0)混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層24は、発光領域として機能するものであり、その発光波長は例えば780nmである。
【0027】
第1p型クラッド層25は、例えば、厚さが0.4μmであり、p型不純物として亜鉛が添加されたp型AlGaAs混晶により形成されている。第2p型クラッド層26は、例えば、厚さが0.7μmであり、p型不純物として亜鉛が添加されたp型AlGaInP混晶により形成されている。p型中間層は、p型不純物として亜鉛が添加されたp型GaInPにより形成されている。p型キャップ層41Aは、例えば、厚さが0.3μmであり、p型不純物として亜鉛が添加されたp型GaAsにより形成されている。
【0028】
ここで、第2p型クラッド層26がAlGaInP混晶により形成されることにより、第1p型クラッド層25および第2p型クラッド層26から構成されるp型クラッド層の一部がAlGaInP混晶により形成されるために、このp型クラッド層の屈折率は、第1n型クラッド層21と第2n型クラッド層23とが共にAlGaAs混晶からなるn型クラッド層の屈折率よりも小さくなっているが、このn型クラッド層の屈折率とp型クラッド層の屈折率との差は、第1n型クラッド層21と第2n型クラッド層23との間に形成された光コントロール層22によって補償されている。
【0029】
また、第2p型クラッド層26,p型中間層およびp型キャップ層41Aは、共振器方向に延長された細い帯状となっており、電流狭窄をするようになっている。この帯状部分の両側には、n型GaAsからなる電流ブロック領域42Aがそれぞれ設けられている。ちなみに、このp型キャップ層41Aに対応する活性層24の領域が発光領域となっている。
【0030】
p型キャップ層41Aの上には、p側電極51Aが形成されている。このp側電極51Aは、例えば、p型キャップ層41Aの側からチタン,白金および金を順次積層して熱処理により合金化されたものであり、p型キャップ層41Aと電気的に接続されている。
【0031】
レーザ素子部10Bには、基板11の上に、例えば、n型クラッド層31,活性層32,p型クラッド層33,p型中間層(図示せず)およびp型キャップ層41Bが順次形成されている。これらの各層は、例えば、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともインジウム(In)と短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともリン(P)とを含むIII−V族化合物半導体材料から構成されている。
【0032】
具体的には、n型クラッド層31は、例えば、厚さが1.1μmであり、n型不純物としてケイ素が添加されたn型AlGaInP混晶により形成されている。活性層32は、例えば、例えば、厚さが70nmであり、組成の異なるAlx Gay In1-x-y P(但し、x≧0かつy≧0)混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層32は、発光領域として機能するものであり、その発光波長は例えば650nmである。p型クラッド層33は、例えば、厚さが0.4μmであり、p型不純物として亜鉛が添加されたp型AlGaInP混晶により形成されている。p型中間層は、p型不純物として亜鉛が添加されたp型GaInPにより形成されている。p型キャップ層41Bは、例えば、厚さが0.7μmであり、p型不純物として亜鉛が添加されたp型GaAsにより形成されている。
【0033】
なお、p型クラッド層33の一部,p型中間層およびp型キャップ層41Bは、共振器方向に延長された細い帯状に形成されており、電流狭窄をするようになっている。この帯状部分の両側には、n型GaAsからなる電流ブロック領域42Bがそれぞれ設けられている。ちなみに、このp型キャップ層41Bに対応する活性層32の領域が発光領域となっている。
【0034】
p型キャップ層41Bの上には、p側電極51Bが設けられている。このp側電極51Bは、レーザ素子部10Aのp側電極51Aと同様の構成を有しており、例えば、p型キャップ層41Bの側からチタン,白金および金を順次積層して熱処理により合金化されたものであり、p型キャップ層41Bと電気的に接続されている。
【0035】
また、基板11の裏面には、レーザ素子部10A,10Bに共通のn側電極52が形成されている。このn側電極52は、例えば、基板11の側から金とゲルマニウム(Ge)との合金,ニッケルおよび金を順次積層して熱処理により合金化されたものである。
【0036】
次に、図2〜図4および図1を参照して、半導体レーザ10の製造方法について説明する。
【0037】
まず、図2(A)に示したように、n型GaAsよりなる基板11を用意し、この基板11の上にMOCVD法によって、n型Alx Ga1-x As混晶からなる第1n型クラッド層21,Aly Ga1-y As混晶からなる光コントロール層22,第2のn型クラッド層23,AlZ Ga1-Z As(但し、z≧0)混晶よりなる活性層24,p型AlGaAs混晶からなる第1p型クラッド層25,p型AlGaInP混晶からなる第2p型クラッド層26、p型GaInPからなるp型中間層(図示せず),p型GaAsからなるp型キャップ層41Aを順次成長させる。
【0038】
ここで、第1n型クラッド層21および第2n型クラッド層23でのAlの組成xは、例えば0.6以上0.7未満の値とする。光コントロール層22のAlの組成yは、第1n型クラッド層21および第2のn型クラッド層23のそれぞれのAlの組成xよりも大きい、例えば0.7以上の値とする。
【0039】
次いで、図2(B)に示したように、p型キャップ層41Aの上にレーザ素子部10Aの形成予定領域に対応してレジスト膜61を形成する。次に、このレジスト膜61をマスクとして、例えば、塩酸系のエッチング溶液を用いてp型キャップ層41A,p型中間層,第2p型クラッド層26を選択的に除去し、フッ酸系のエッチング溶液を用いて第1p型クラッド層25,活性層24,第2n型クラッド層23,光コントロール層22および第1n型クラッド層21のレジスト膜61に覆われていない部分をそれぞれ選択的に除去する。
【0040】
レジスト膜61を除去した後、図3(A)に示したように、例えばMOCVD法によって、n型AlGaInP混晶よりなるn型クラッド層31,Alx Gay In1-x-y P(但し、x≧0かつy≧0)混晶よりなる活性層32,およびp型AlGaInP混晶よりなるp型クラッド層33,p型GaInPからなるp型中間層(図示せず),p型GaAsからなるp型キャップ層41Bを順次成長させる。
【0041】
次いで、図3(B)に示したように、p型キャップ層41Bの上にレーザ素子部10Bの形成予定領域に対応してレジスト膜62を形成する。続いて、このレジスト膜62をマスクとして、例えば塩酸系のエッチング溶液を用いてp型キャップ層41B,p型中間層,p型クラッド層33,活性層32およびn型クラッド層31をそれぞれ選択的に除去する。
【0042】
レジスト膜62を除去した後、図4(A)に示したように、レーザ素子部10Aのp型キャップ層41A、および、レーザ素子部10Bのp型キャップ層41Bの上に、例えば細い帯状をしたSiO2 膜63A,63Bを形成する。続いて、これらSiO2 膜63A,63Bをマスクとして、例えば、塩酸系のエッチング溶液を用いてp型キャップ層41A、p型中間層、第2p型クラッド層26、p型キャップ層41B、p型中間層、およびp型クラッド層33の一部のそれぞれを選択的に除去する。このとき、塩酸系のエッチング溶液として、例えば、塩酸と水との比が2:1であるものを用いる。
【0043】
SiO2 膜63A,63Bを選択成長マスクとして用い、図4(B)に示したように、n型GaAsからなる電流ブロック領域42A、42Bを形成する。ここでは、リソグラフィ技術を用いて電流注入領域の位置を規定するようにしているので、それらの位置を精確に制御できるようになっている。
【0044】
このように、本実施の形態では、レーザ素子部10Aの第2p型クラッド層26とレーザ素子部10Bのp型クラッド層33とを同じ半導体材料で形成するようにしたので、後の工程で、同時にエッチング等のプロセスを行うことができるようになり、その結果、製造プロセスが容易となる。
【0045】
SiO2 膜63A,63Bを除去した後、p型キャップ層41A,41Bの表面およびその近傍に、例えば、ニッケル,白金および金を順次蒸着し、p側電極51A,51Bをそれぞれ形成する。基板11の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングする。続いて、基板11の裏面側に、例えば、金とゲルマニウムとの合金,ニッケルおよび金を順次蒸着し、各レーザ素子部10A,10Bに共通のn側電極52を形成する。そののち、加熱処理を行い、p側電極51A,51Bおよびn側電極52を合金化する。更に、ここでは図示しないが、基板11を例えばp側電極51A,51Bの長さ方向に対して垂直に所定の幅で劈開し、その劈開面に一対の反射鏡膜を形成する。これにより、図1に示した半導体レーザ10が作製される。
【0046】
この半導体レーザ10では、レーザ素子部10Aのp側電極51Aとn側電極52との間に所定の電圧が印加されると、活性層24に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、レーザ素子部10Aから780nmの波長の光が出射される。更に、レーザ素子部10Bのp側電極51Bとn側電極52との間に所定の電圧が印加されると、活性層32に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、レーザ素子部10Bから650nmの波長の光が出射される。ここで、レーザ素子部10A,10Bからの出射光は、一対の反射鏡のそれぞれ同一の側から光が出射する。
【0047】
このとき、レーザ素子部10A,10Bのそれぞれではパルセーション現象を利用することによってレーザ発振するが、レーザ素子部10Aにおいては、図5(A)に示したように、活性層24に、この活性層24内に注入された電子が正孔と再結合することによって発光する発光領域24aと、この発光領域24aよりも光ゲインが小さい過飽和吸収領域24bとが形成されている。この過飽和吸収領域24bは、電流ブロック領域42Aの屈折率を変化させること、電流狭窄をするための第2p型クラッド層26の幅を変えること、第1p型クラッド層25の厚さを変化させること、あるいは、活性層24の体積を変化させることによって形成され、活性層24内に注入された電子と発光領域24aで発生した光との相互作用を促進させる機能を有する。このような過飽和吸収領域24bの作用によって、自励振動が緩和せずにレーザ発振がなされる。
【0048】
ここで、第2p型クラッド層26がAlGaInP混晶により形成されることにより、第1p型クラッド層25および第2p型クラッド層26から構成されるp型クラッド層の一部がAlGaInP混晶により形成されるために、このp型クラッド層の屈折率は、第1n型クラッド層21と第2n型クラッド層23とが共にAlGaAs混晶からなるn型クラッド層の屈折率よりも小さくなっているが、本実施の形態では、第1n型クラッド層21と第2n型クラッド層23との間に光コントロール層22が形成され,この光コントロール層22によってn型クラッド層の屈折率とp型クラッド層の屈折率との差が補償される。
【0049】
このように、光コントロール層22によって、n型クラッド層の屈折率とp型クラッド層の屈折率との差が補償されるので、活性層24内の発光領域24aの光分布が、活性層24およびその近傍の領域と一致し、活性層24に対して対称となる。よって、過飽和吸収領域24bでの光吸収が多くなって、パルセーションマージンが大きくなる。また、図5(B)に示したように、活性層24からの出射光のFFP形状が垂直方向に広くなることが防止される。その結果、レーザ光の指向性を高めることができ、また、パルセーション型のレーザの性能を向上させることできる。
【0050】
このように本実施の形態に係る半導レーザ10では、レーザ素子部10Aの第1n型クラッド層21と第2n型クラッド層23との間に、光コントロール層22を形成し、この光コントロール層22によってn型クラッド層の屈折率とp型クラッド層の屈折率との差を補償するようにしたので、活性層24内の発光領域24aの光分布を、活性層24およびその近傍の領域と一致させて、活性層24に対して対称とすることができる。従って、過飽和吸収領域24bでの光吸収が多くなることにより、パルセーションマージンを広くすることができ、また、活性層24から出射された光のFFP形状が垂直方向に広くなることを防止することができる。その結果、レーザ光の指向性を高めることができ、また、レーザ、特にパルセーション型のレーザの性能を向上させることできる。
【0051】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明をレーザ素子部10Aおよびレーザ素子部10Bからなる2波長レーザに適用するようにしたが、3つ以上のレーザ素子部から構成される3波長以上のレーザに適用してもよい。
【0052】
また、上記実施の形態では、本発明をパルセーション型の半導体レーザ10に適用するようにしたが、他の半導体レーザ、例えば、ゲインガイド型の半導体レーザやインデックスガイド型の半導体レーザに適用してもよい。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体レーザおよびその製造方法によれば、第1のレーザ素子部の第1のn型クラッド層と第2のn型クラッド層との間に光コントロール層を形成し,この光コントロール層によってn型クラッド層の屈折率とp型クラッド層の屈折率との差を低減させるようにしたので、活性層内の発光領域の光分布を、活性層およびその近傍の領域と一致させて、活性層に対して対称とすることができる。従って、活性層内の過飽和吸収領域での光吸収が多くなることにより、パルセーションマージンを広くすることができ、また、活性層から出射された光のFFP形状が垂直方向に広くなることを防止することができる。その結果、レーザ光の指向性を高めることができ、また、レーザ、特にパルセーション型のレーザの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図2】図1に示した半導体レーザの製造工程を表す断面図である。
【図3】図2に続く製造工程を表す断面図である。
【図4】図3に続く製造工程を表す断面図である。
【図5】図1に示した半導体レーザにおける発光波長が780nmであるレーザ素子部の特性を説明するための概略構成図である。
【図6】従来の半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図7】従来の半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図8】従来のパルセーション型の半導体レーザのレーザ素子部の概略構成図である。
【図9】パルセーション型の半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図10】パルセーション型の半導体レーザにおける発光波長が780nmであるレーザ素子部の特性を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
10・・・ 半導体レーザ、10A,10B…レーザ素子部、11…基板、21・・・ 第1n型クラッド層、22・・・ 光コントロール層、23・・・ 第2n型クラッド層、24,32・・・ 活性層、24a・・・ 発光領域、24b・・・ 過飽和吸収領域、25・・・ 第1p型クラッド層、26・・・ 第2p型クラッド層、31・・・ n型クラッド層、33・・・ p型クラッド層、41A,41B・・・ p型キャップ層、42A,42B・・・ 電流ブロック領域、51A,51B…p側電極、52…n側電極、61,62・・・ レジスト膜、63A,63B・・・ SiO2
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser having a plurality of laser element portions having different emission wavelengths in one chip and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor laser that oscillates by utilizing a pulsation phenomenon and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In the field of semiconductor lasers, semiconductor lasers (LDs; laser diodes) (hereinafter referred to as multi-wavelength lasers) having a plurality of light emitting portions having different emission wavelengths on the same substrate are being actively developed. Such a multi-wavelength laser, for example, a two-wavelength laser, is used as a laser light source of an optical disc apparatus.
[0003]
At present, in an optical disc apparatus, a laser beam of 700 nm band (for example, 780 nm) is generally used for reproducing a CD (Compact Disk), and also a CD-R (CD recordable), CD-RW (CD Rewritable) or MD (Mini Disk). It is used for recording and reproduction of recordable optical discs. Further, laser light of 600 nm band (for example, 650 nm) is used for recording / reproduction of DVD (Digital Versatile Disk).
[0004]
As an example of such a two-wavelength laser, for example, two laser chips each having an emission wavelength of 780 nm and 650 nm are mounted in parallel on an arrangement substrate (so-called hybrid two-wavelength). Laser) has been proposed. This hybrid type two-wavelength laser is not particularly limited in the manufacturing process of the laser chip, and each laser chip can be manufactured using an optimum process, so that the degree of freedom of the manufacturing process is high. However, in the hybrid type laser, the accuracy of the beam interval and the beam emission direction is determined by the accuracy of the laser assembly. For example, it is difficult to adjust the interval of the laser chips, so that the accuracy of the beam is ensured. I can't. For this reason, in an optical disc apparatus equipped with a hybrid type two-wavelength laser, many optical components are required to ensure beam accuracy, and as a result, the cost of the entire optical disc apparatus increases.
[0005]
In view of this, there has been proposed a so-called monolithic two-wavelength laser including two laser element portions having emission wavelengths of 780 nm and 650 nm, respectively, in one chip. This monolithic two-wavelength laser has a laser element portion having an active layer made of an AlGaAs-based semiconductor material having an emission wavelength of 780 nm and an emission wavelength having an active layer made of a GaInP-based semiconductor material is 650 nm. The laser element portion is arranged in parallel on one surface side of a substrate made of GaAs (gallium arsenide) through a separation groove.
[0006]
As such a monolithic two-wavelength laser, for example, as shown in FIG. 6, a laser element unit 100A having an emission wavelength of 780 nm and a laser element unit having an emission wavelength of 650 nm on a substrate 111. There is a gain guide type semiconductor laser 100 having 100B (see Japanese Patent Laid-Open No. 2001-57462). In the laser element portion 100A, an n-type cladding layer 121 made of n-type AlGaInP, an active layer 122 made of AlGaAs, and a p-type cladding layer 123 made of p-type AlGaInP are sequentially formed on a substrate 111. In the laser element portion 100B, an n-type cladding layer 131 made of n-type AlGaInP, an active layer 132 made of GaInP, and a p-type cladding layer 133 made of p-type AlGaInP are sequentially formed on a substrate 111.
[0007]
Further, as the gain guide type semiconductor laser, as shown in FIG. 7, a laser element portion 200A having an emission wavelength of 780 nm and a laser element portion 200B having an emission wavelength of 650 nm are formed on a substrate 211. There is a laser 200 (see JP 2000-244060 A). In the semiconductor laser 200, unlike the semiconductor laser 100 described above, all semiconductor layers of the laser element portion 200A are formed of an AlGaAs-based semiconductor material. That is, in the laser element portion 200A, an n-type cladding layer 221 made of n-type AlGaAs, an active layer 222 made of AlGaAs, and a p-type cladding layer 223 made of p-type AlGaAs are sequentially formed on a substrate 211. The laser element portion 200B has the same configuration as the laser element portion 100B (FIG. 6) of the semiconductor laser 100.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, a pulsation type semiconductor laser that oscillates by self-excited oscillation (repetition of output fluctuation) at a frequency of about several hundred MHz to several GHz is attracting attention as a low noise light source for an optical disc apparatus. ing. In this pulsation type laser element portion, as shown in FIG. 8, an n-side cladding layer 521, an active layer 522, and a p-type cladding layer 523 are sequentially formed. The upper portion of the p-type cladding layer 523 is formed in a thin strip shape so as to confine current, and current blocking regions 524 are provided on both sides of the p-type cladding layer 523.
[0009]
In the pulsation type semiconductor laser having such a configuration, a saturable absorbing region (SAR) 522b having a light gain smaller than that of the light emitting region 522a is formed around the light emitting region 522a in the active layer 522. Yes. The saturable absorption region 522b changes the refractive index of the current blocking region 524, changes the width of the upper portion of the p-type cladding layer 523 for current confinement, and changes the thickness of the p-type cladding layer 523. Alternatively, it is formed by changing the volume of the active layer 522 and has a function of promoting interaction between electrons injected into the active layer 522 and light generated in the active layer 522. By such an action of the supersaturated absorption region 522b, the pulsation type semiconductor laser oscillates without relaxing the self-excited vibration.
[0010]
As such a pulsation type semiconductor laser, in order to realize a two-wavelength semiconductor laser in which each of a laser element portion having an emission wavelength of 780 nm and a laser element portion having an emission wavelength of 650 nm is a pulsation type In the laser element portion having an emission wavelength of 780 nm, the n-type cladding layer 521 and the p-type cladding layer 523 sandwiching the active layer 522 made of an AlGaAs semiconductor material must be made of the same AlGaAs semiconductor material as the active layer 522. I must. That is, like the conventional semiconductor laser 200, the laser element portion 200A having an emission wavelength of 780 nm is formed of an AlGaAs semiconductor material, and the laser element portion 200B having an emission wavelength of 650 nm is formed of a GaInP semiconductor material. As described above, each of the laser element portions 200A and 200B must be formed of different materials. For this reason, when these laser element portions are manufactured, it is difficult to perform the process at the same time, and as a result, the manufacturing process is restricted.
[0011]
Therefore, in order to eliminate such a limitation in the manufacturing process, the same applicant as the present applicant, as shown in FIG. 9, in the semiconductor laser 300, the laser element 300A having an emission wavelength of 780 nm is used. It is considered that a part of the p-type cladding layer and the p-type cladding layer of the laser element unit 300B are formed of the same GaInP-based semiconductor material. Specifically, the laser element unit 300A includes an n-type cladding layer 321 made of n-type AlGaAs, an active layer 324 made of AlGaAs, a first p-type cladding layer 325 made of p-type AlGaAs, and a p-type substrate on a substrate 311. A second p-type cladding layer 326 made of type AlGaInP is sequentially formed. The second p-type cladding layer 326 is formed in a thin band shape, and current blocking regions 342A are provided on both sides of the second p-type cladding layer 326. On the other hand, an n-type cladding layer 331 made of AlGaInP, an active layer 332 made of GaInP, and a p-type cladding layer 333 made of AlGaInP are sequentially formed on a substrate 311 in the laser element portion 300B having an emission wavelength of 650 nm. Yes. Current blocking regions 342B are provided on both sides of the p-type cladding layer 333.
[0012]
In the semiconductor laser 300 having such a configuration, since the second p-type cladding layer 326 is formed of AlGaInP in the 780 nm laser element portion 300A, the semiconductor laser 300 includes the first p-type cladding layer 325 and the second p-type cladding layer 326. The refractive index of the p-type cladding layer is smaller than the refractive index of the n-type cladding layer 321.
[0013]
However, it is difficult to make the refractive index of the p-type cladding layer the same as the refractive index of the n-type cladding layer 321 due to restrictions on the manufacturing process. Specifically, in order to make the refractive index of the p-type cladding layer composed of the first p-type cladding layer 325 and the second p-type cladding layer 326 the same as the refractive index of the n-type cladding layer 321, a laser element portion of 780 nm In 300A, if the Al composition of the second p-type cladding layer 326 is reduced, a large difference occurs in the Al composition between the second p-type cladding layer 326 of the laser element section 300A and the p-type cladding layer 333 of the laser element section 300B. As a result, when etching is performed using the same etching solution, the etching rate is greatly different, and therefore etching cannot be performed using the same etching solution.
[0014]
As a result, in the laser element portion 300A of the semiconductor laser 300, the refractive index of the p-type cladding layer composed of the first p-type cladding layer 325 and the second p-type cladding layer 326 is smaller than the refractive index of the n-type cladding layer 321. Furthermore, as shown in FIG. 10A, the light distribution of the light emitting region 324a in the active layer 324 is biased toward the n-side cladding layer 321 and becomes asymmetric.
[0015]
When the light is biased toward the n-side cladding layer 321 in this way, light absorption in the supersaturated absorption region 324b is reduced, and the pulsation margin is very narrow. As shown in FIG. There is a problem in that the FFP (Far Field Pattern) shape of the light emitted from 324a becomes extremely wide in the vertical direction. As a result, there is a problem that the directivity of the laser beam is deteriorated and the laser performance is deteriorated. Such a problem appears remarkably in a pulsation type semiconductor laser.
[0016]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to improve the directivity of laser light, and to improve the performance of a laser, particularly a pulsation type laser, and its semiconductor laser. It is to provide a manufacturing method.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor laser according to the present invention includes a first laser element portion and a second laser element portion having different emission wavelengths on a substrate, wherein the first laser element portion is a first semiconductor material. A first n-type cladding layer and a second n-type cladding layer. N Formed on the n-type cladding layer, the active layer made of the first semiconductor material, and formed on the active layer. As , A first p-type cladding layer made of a first semiconductor material And the same material as the second semiconductor laser element Second p-type cladding layer made of a second semiconductor material When Consists of P Formed between the n-type clad layer, the first n-type clad layer and the second n-type clad layer, and the difference in refractive index between the n-type clad layer and the p-type clad layer is determined. While reducing A light control layer made of a first semiconductor material; The first semiconductor laser element portion and the second semiconductor laser element portion are arranged in parallel along a direction orthogonal to the resonator direction. Is.
[0018]
A method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention includes a first laser element unit and a second laser element unit having different emission wavelengths on a substrate. Forming the first and second laser element portions in parallel along a direction perpendicular to the resonator direction; The step of forming the first laser element portion includes a first n-type cladding made of a first semiconductor material. Layer And a second n-type cladding layer N Forming a first clad layer, forming an active layer made of a first semiconductor material on the n-type clad layer, and first p-type made of a first semiconductor material on the active layer Cladding layer And the same material as the second semiconductor laser element portion Second p-type cladding layer made of a second semiconductor material When Consists of P Forming a mold cladding layer; and In the step of forming the n-type cladding layer, a light control layer that reduces a difference in refractive index between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is formed between the first and second n-type cladding layers. Is.
[0019]
In the semiconductor laser and the manufacturing method thereof according to the present invention, the light control layer made of the first semiconductor material is formed between the first n-type cladding layer and the second n-type cladding layer of the first laser element portion. The difference between the refractive index of the n-type cladding layer and the refractive index of the p-type cladding layer is caused by this light control layer. Reduction As a result, the center of the light distribution in the active layer coincides with the active layer and the vicinity thereof, and as a result, the light absorption in the supersaturated absorption region increases, thereby increasing the pulsation margin. In addition, the FFP shape of the light emitted from the active layer is prevented from widening in the vertical direction.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional structure of a two-wavelength semiconductor laser 10 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor laser 10 includes, for example, a substrate 11 made of n-type GaAs having a thickness of about 100 μm and silicon (Si) added as an n-type impurity. On the substrate 11, for example, a pulsation type laser element unit 10A that emits light in a 700 nm band (for example, 780 nm) and a pulsation type laser element unit 10B that emits light in a 600 nm band (for example, 650 nm), Are formed respectively. The laser element unit 10A and the laser element unit 10B are arranged so as to be spaced apart by about 200 μm or less, for example. Specifically, an interval between a light emitting region described later of the laser element portion 10A and a light emitting region described later of the laser element portion 10B is about 120 μm.
[0022]
In the laser element portion 10A, on the substrate 11, for example, a first n-type cladding layer 21, a light control layer 22, a second n-type cladding layer 23, an active layer 24, a first p-type cladding layer 25, and a second p-type cladding layer. 26, a p-type intermediate layer (not shown) and a p-type cap layer 41A are sequentially formed.
[0023]
Here, each of the first n-type cladding layer 21, the light control layer 22, the second n-type cladding layer 23, the active layer 24, the first p-type cladding layer 25, and the p-type cap layer 41A is, for example, in the short period periodic table. It is comprised from the III-V group compound semiconductor material which contains at least gallium (Ga) of 3B group elements and at least arsenic (As) of 5B group elements in a short period type periodic table. In addition, the second p-type cladding layer 26 and the p-type intermediate layer include, for example, at least indium (In) of the 3B group elements in the short period periodic table and at least phosphorus (P) of the 5B group elements in the short period periodic table. And a group III-V compound semiconductor material.
[0024]
Specifically, the first n-type cladding layer 21 is, for example, n-type Al having a thickness of 0.7 μm and silicon added as an n-type impurity. x Ga 1-x It is formed of an As mixed crystal. The light control layer 22 is, for example, Al having a thickness of 0.2 μm and silicon added as an n-type impurity. y Ga 1-y It is formed of an As mixed crystal. As will be described later in detail, the light control layer 22 compensates for the difference between the refractive index of the n-type cladding layer and the refractive index of the p-type cladding layer described later. The second n-type cladding layer 23 is, for example, n-type Al having a thickness of 0.3 μm and silicon added as an n-type impurity. x Ga 1-x It is formed of an As mixed crystal.
[0025]
Here, the Al composition x in each of the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23 is, for example, a value of 0.6 or more and less than 0.7. The Al composition y in the light control layer 22 is larger than the Al composition x of each of the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23, for example, 0.7 or more. Thus, since the Al composition y of the light control layer 22 is larger than the Al composition x of each of the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23, the refractive index of the light control layer 22 is The refractive index of each of the 1n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23 is smaller.
[0026]
The active layer 24 has, for example, a thickness of 60 nm and different Al composition. z Ga 1-z It has a multiple quantum well structure of a well layer and a barrier layer each formed by a mixed crystal of As (however, z ≧ 0). In addition, this active layer 24 functions as a light emission area | region, The light emission wavelength is 780 nm, for example.
[0027]
For example, the first p-type cladding layer 25 has a thickness of 0.4 μm and is formed of a p-type AlGaAs mixed crystal to which zinc is added as a p-type impurity. For example, the second p-type cladding layer 26 has a thickness of 0.7 μm and is formed of a p-type AlGaInP mixed crystal to which zinc is added as a p-type impurity. The p-type intermediate layer is formed of p-type GaInP to which zinc is added as a p-type impurity. For example, the p-type cap layer 41A has a thickness of 0.3 μm and is formed of p-type GaAs to which zinc is added as a p-type impurity.
[0028]
Here, when the second p-type cladding layer 26 is formed of AlGaInP mixed crystal, a part of the p-type cladding layer composed of the first p-type cladding layer 25 and the second p-type cladding layer 26 is formed of AlGaInP mixed crystal. Therefore, the refractive index of the p-type cladding layer is smaller than the refractive index of the n-type cladding layer in which both the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23 are made of AlGaAs mixed crystal. The difference between the refractive index of the n-type cladding layer and the refractive index of the p-type cladding layer is compensated by the light control layer 22 formed between the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23. Yes.
[0029]
Further, the second p-type cladding layer 26, the p-type intermediate layer, and the p-type cap layer 41A are in the form of a thin band extending in the direction of the resonator so as to confine current. On both sides of the belt-like portion, current block regions 42A made of n-type GaAs are provided. Incidentally, the region of the active layer 24 corresponding to the p-type cap layer 41A is a light emitting region.
[0030]
A p-side electrode 51A is formed on the p-type cap layer 41A. For example, the p-side electrode 51A is formed by sequentially laminating titanium, platinum, and gold from the p-type cap layer 41A side and alloying them by heat treatment, and is electrically connected to the p-type cap layer 41A. .
[0031]
In the laser element portion 10B, for example, an n-type cladding layer 31, an active layer 32, a p-type cladding layer 33, a p-type intermediate layer (not shown), and a p-type cap layer 41B are sequentially formed on the substrate 11. ing. Each of these layers includes, for example, a group III-V compound containing at least indium (In) among the group 3B elements in the short period type periodic table and at least phosphorus (P) among the group 5B elements in the short period type periodic table. It is composed of a semiconductor material.
[0032]
Specifically, the n-type cladding layer 31 has a thickness of 1.1 μm, for example, and is formed of an n-type AlGaInP mixed crystal to which silicon is added as an n-type impurity. The active layer 32 has, for example, a thickness of 70 nm and Al having a different composition. x Ga y In 1-xy It has a multiple quantum well structure of a well layer and a barrier layer each formed by a mixed crystal of P (where x ≧ 0 and y ≧ 0). In addition, this active layer 32 functions as a light emission area | region, The light emission wavelength is 650 nm, for example. For example, the p-type cladding layer 33 has a thickness of 0.4 μm and is formed of a p-type AlGaInP mixed crystal to which zinc is added as a p-type impurity. The p-type intermediate layer is formed of p-type GaInP to which zinc is added as a p-type impurity. For example, the p-type cap layer 41B has a thickness of 0.7 μm and is formed of p-type GaAs to which zinc is added as a p-type impurity.
[0033]
Note that a part of the p-type cladding layer 33, the p-type intermediate layer, and the p-type cap layer 41B are formed in a thin strip shape extending in the resonator direction so as to confine current. On both sides of the belt-like portion, current block regions 42B made of n-type GaAs are provided. Incidentally, the region of the active layer 32 corresponding to the p-type cap layer 41B is a light emitting region.
[0034]
A p-side electrode 51B is provided on the p-type cap layer 41B. The p-side electrode 51B has the same configuration as the p-side electrode 51A of the laser element portion 10A. For example, titanium, platinum and gold are sequentially laminated from the p-type cap layer 41B side and alloyed by heat treatment. And is electrically connected to the p-type cap layer 41B.
[0035]
Further, an n-side electrode 52 common to the laser element portions 10A and 10B is formed on the back surface of the substrate 11. For example, the n-side electrode 52 is formed by sequentially laminating an alloy of gold and germanium (Ge), nickel and gold from the substrate 11 side and alloying them by heat treatment.
[0036]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser 10 will be described with reference to FIGS.
[0037]
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 11 made of n-type GaAs is prepared, and n-type Al is formed on the substrate 11 by MOCVD. x Ga 1-x First n-type cladding layer 21 made of an As mixed crystal, Al y Ga 1-y Light control layer 22 made of As mixed crystal, second n-type cladding layer 23, Al Z Ga 1-Z An active layer 24 made of an As (where z ≧ 0) mixed crystal, a first p-type cladding layer 25 made of a p-type AlGaAs mixed crystal, a second p-type cladding layer 26 made of a p-type AlGaInP mixed crystal, and a p made of p-type GaInP. A mold intermediate layer (not shown) and a p-type cap layer 41A made of p-type GaAs are sequentially grown.
[0038]
Here, the Al composition x in the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23 is set to a value of, for example, 0.6 or more and less than 0.7. The Al composition y of the light control layer 22 is larger than the Al composition x of each of the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23, for example, 0.7 or more.
[0039]
Next, as shown in FIG. 2B, a resist film 61 is formed on the p-type cap layer 41A so as to correspond to the region where the laser element portion 10A is to be formed. Next, using the resist film 61 as a mask, the p-type cap layer 41A, the p-type intermediate layer, and the second p-type cladding layer 26 are selectively removed using, for example, a hydrochloric acid-based etching solution, and hydrofluoric acid-based etching is performed. The portions of the first p-type cladding layer 25, the active layer 24, the second n-type cladding layer 23, the light control layer 22, and the first n-type cladding layer 21 that are not covered with the resist film 61 are selectively removed using a solution. .
[0040]
After removing the resist film 61, as shown in FIG. 3A, the n-type cladding layer 31 made of an n-type AlGaInP mixed crystal, Al, for example, by MOCVD. x Ga y In 1-xy Active layer 32 made of P (where x ≧ 0 and y ≧ 0) mixed crystal, p-type cladding layer 33 made of p-type AlGaInP mixed crystal, p-type intermediate layer (not shown) made of p-type GaInP, p A p-type cap layer 41B made of type GaAs is sequentially grown.
[0041]
Next, as shown in FIG. 3B, a resist film 62 is formed on the p-type cap layer 41B so as to correspond to the region where the laser element portion 10B is to be formed. Subsequently, using the resist film 62 as a mask, the p-type cap layer 41B, the p-type intermediate layer, the p-type cladding layer 33, the active layer 32, and the n-type cladding layer 31 are selectively used, for example, using a hydrochloric acid-based etching solution. To remove.
[0042]
After removing the resist film 62, as shown in FIG. 4A, for example, a thin strip is formed on the p-type cap layer 41A of the laser element unit 10A and the p-type cap layer 41B of the laser element unit 10B. The SiO2 films 63A and 63B are formed. Subsequently, using these SiO2 films 63A and 63B as masks, for example, a p-type cap layer 41A, a p-type intermediate layer, a second p-type cladding layer 26, a p-type cap layer 41B, and a p-type intermediate layer using a hydrochloric acid-based etching solution. Each of the layer and part of the p-type cladding layer 33 is selectively removed. At this time, for example, a hydrochloric acid etching solution having a ratio of hydrochloric acid to water of 2: 1 is used.
[0043]
Using the SiO2 films 63A and 63B as a selective growth mask, current block regions 42A and 42B made of n-type GaAs are formed as shown in FIG. 4B. Here, since the positions of the current injection regions are defined using the lithography technique, these positions can be accurately controlled.
[0044]
As described above, in the present embodiment, the second p-type cladding layer 26 of the laser element unit 10A and the p-type cladding layer 33 of the laser element unit 10B are formed of the same semiconductor material. At the same time, processes such as etching can be performed, and as a result, the manufacturing process is facilitated.
[0045]
After removing the SiO2 films 63A and 63B, for example, nickel, platinum and gold are sequentially deposited on the surfaces of the p-type cap layers 41A and 41B and in the vicinity thereof to form p-side electrodes 51A and 51B, respectively. For example, the back side of the substrate 11 is lapped and polished. Subsequently, for example, an alloy of gold and germanium, nickel, and gold are sequentially deposited on the back side of the substrate 11 to form an n-side electrode 52 that is common to the laser element portions 10A and 10B. After that, heat treatment is performed to alloy the p-side electrodes 51A and 51B and the n-side electrode 52. Further, although not shown here, the substrate 11 is cleaved with a predetermined width perpendicular to the length direction of the p-side electrodes 51A and 51B, for example, and a pair of reflecting mirror films is formed on the cleaved surfaces. Thereby, the semiconductor laser 10 shown in FIG. 1 is manufactured.
[0046]
In this semiconductor laser 10, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 51 </ b> A and the n-side electrode 52 of the laser element portion 10 </ b> A, a current is injected into the active layer 24 and light is emitted by electron-hole recombination. Occurs, and light having a wavelength of 780 nm is emitted from the laser element portion 10A. Further, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 51B and the n-side electrode 52 of the laser element portion 10B, a current is injected into the active layer 32, and light emission occurs due to electron-hole recombination, and the laser Light having a wavelength of 650 nm is emitted from the element portion 10B. Here, the light emitted from the laser element units 10A and 10B is emitted from the same side of the pair of reflecting mirrors.
[0047]
At this time, each of the laser element units 10A and 10B oscillates by utilizing the pulsation phenomenon. However, in the laser element unit 10A, as shown in FIG. A light emitting region 24a that emits light by recombination of electrons injected into the layer 24 with holes and a supersaturated absorption region 24b having a light gain smaller than that of the light emitting region 24a are formed. The saturable absorption region 24b changes the refractive index of the current blocking region 42A, changes the width of the second p-type cladding layer 26 for current confinement, and changes the thickness of the first p-type cladding layer 25. Alternatively, it is formed by changing the volume of the active layer 24 and has a function of promoting the interaction between the electrons injected into the active layer 24 and the light generated in the light emitting region 24a. By such an action of the supersaturated absorption region 24b, laser oscillation is performed without relaxing the self-excited vibration.
[0048]
Here, when the second p-type cladding layer 26 is formed of AlGaInP mixed crystal, a part of the p-type cladding layer composed of the first p-type cladding layer 25 and the second p-type cladding layer 26 is formed of AlGaInP mixed crystal. Therefore, the refractive index of the p-type cladding layer is smaller than the refractive index of the n-type cladding layer in which both the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23 are made of AlGaAs mixed crystal. In this embodiment, the light control layer 22 is formed between the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23, and the light control layer 22 allows the refractive index of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer. The difference from the refractive index is compensated.
[0049]
Thus, the light control layer 22 compensates for the difference between the refractive index of the n-type cladding layer and the refractive index of the p-type cladding layer, so that the light distribution of the light emitting region 24a in the active layer 24 is the active layer 24. And the region in the vicinity thereof, and is symmetric with respect to the active layer 24. Therefore, the light absorption in the supersaturated absorption region 24b increases and the pulsation margin increases. In addition, as shown in FIG. 5B, the FFP shape of the light emitted from the active layer 24 is prevented from widening in the vertical direction. As a result, the directivity of the laser beam can be increased, and the performance of the pulsation type laser can be improved.
[0050]
Thus, in the semiconductor laser 10 according to the present embodiment, the light control layer 22 is formed between the first n-type cladding layer 21 and the second n-type cladding layer 23 of the laser element portion 10A, and this light control layer is formed. 22 compensates for the difference between the refractive index of the n-type cladding layer and the refractive index of the p-type cladding layer, so that the light distribution of the light-emitting region 24a in the active layer 24 is the same as that of the active layer 24 and its neighboring regions. These can be made symmetrical with respect to the active layer 24. Therefore, by increasing the light absorption in the saturable absorption region 24b, the pulsation margin can be widened, and the FFP shape of the light emitted from the active layer 24 is prevented from widening in the vertical direction. Can do. As a result, the directivity of the laser beam can be increased, and the performance of the laser, particularly the pulsation type laser can be improved.
[0051]
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the two-wavelength laser including the laser element unit 10A and the laser element unit 10B. However, the present invention is applicable to a laser having three or more wavelengths composed of three or more laser element units. You may apply.
[0052]
In the above embodiment, the present invention is applied to the pulsation type semiconductor laser 10. However, the present invention is applied to other semiconductor lasers such as a gain guide type semiconductor laser and an index guide type semiconductor laser. Also good.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor laser and the manufacturing method thereof of the present invention, the light control layer is formed between the first n-type cladding layer and the second n-type cladding layer of the first laser element portion. This optical control layer can be used to determine the difference between the refractive index of the n-type cladding layer and that of the p-type cladding layer. Reduce Thus, the light distribution of the light emitting region in the active layer can be made symmetric with respect to the active layer so as to coincide with the active layer and the region in the vicinity thereof. Therefore, by increasing light absorption in the saturable absorption region in the active layer, the pulsation margin can be widened, and the FFP shape of the light emitted from the active layer is prevented from widening in the vertical direction. can do. As a result, the directivity of laser light can be increased, and the performance of a laser, particularly a pulsation type laser, can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor laser shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 2; FIG.
4 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram for explaining the characteristics of a laser element portion having an emission wavelength of 780 nm in the semiconductor laser shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional semiconductor laser.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional semiconductor laser.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a laser element portion of a conventional pulsation type semiconductor laser.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a pulsation type semiconductor laser.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram for explaining the characteristics of a laser element portion having an emission wavelength of 780 nm in a pulsation type semiconductor laser.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor laser, 10A, 10B ... Laser element part, 11 ... Substrate, 21 ... 1st n-type cladding layer, 22 ... Light control layer, 23 ... 2nd n-type cladding layer, 24, 32 ... active layer, 24a ... light emitting region, 24b ... supersaturated absorption region, 25 ... first p-type cladding layer, 26 ... second p-type cladding layer, 31 ... n-type cladding layer, 33 ... p-type cladding layer, 41A, 41B ... p-type cap layer, 42A, 42B ... current blocking region, 51A, 51B ... p-side electrode, 52 ... n-side electrode, 61, 62 ... Resist film, 63A, 63B ... SiO 2 film

Claims (12)

基板上に、互いに発光波長が異なる第1のレーザ素子部および第2のレーザ素子部を備えた半導体レーザであって、
前記第1のレーザ素子部は、
第1の半導体材料からなる第1のn型クラッド層および第2のn型クラッド層から構成されたn型クラッド層と、
前記n型クラッド層の上に形成され、第1の半導体材料からなる活性層と、
前記活性層の上に形成されると共に、第1の半導体材料からなる第1のp型クラッド層と、前記第2のレーザ素子部と同一材料の第2の半導体材料からなる第2のp型クラッド層から構成されたp型クラッド層と、
前記第1のn型クラッド層と前記第2のn型クラッド層との間に形成され、前記n型クラッド層と前記p型クラッド層との屈折率の差を低減させると共に、第1の半導体材料からなる光コントロール層とを備え、
前記第1のレーザ素子部と前記第2のレーザ素子部とは、共振器方向と直交する方向に沿って並列配置されている
を備えた半導体レーザ。
A semiconductor laser comprising a first laser element portion and a second laser element portion having different emission wavelengths on a substrate,
The first laser element unit is:
And n-type cladding layer composed of a first n-type cladding layer and a second n-type clad layer of a first semiconductor material,
An active layer formed on the n-type cladding layer and made of a first semiconductor material;
Formed on the active layer Rutotomoni, a first p-type cladding layer of a first semiconductor material, a second p-type of a second semiconductor material of the second laser element part and the same material and p-type cladding layer composed of a clad layer,
A first semiconductor layer formed between the first n-type cladding layer and the second n-type cladding layer to reduce a difference in refractive index between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer; A light control layer made of a material ,
Wherein the first and the second laser element part and the laser element portion, a semi-conductor laser having a are arranged in parallel along a direction perpendicular to the resonator direction.
前記第1の半導体材料は、3B族元素のうちの少なくともガリウムと5B族元素のうちの少なくともヒ素とを含む
求項1記載の半導体レーザ。
The first semiconductor material includes at least gallium among group 3B elements and at least arsenic among group 5B elements.
The semiconductor laser of Motomeko 1, wherein the.
前記第2の半導体材料は、3B族元素のうちの少なくともインジウムと5B族元素のうちの少なくともリンとを含む
求項1記載の半導体レーザ。
The second semiconductor material includes at least indium of group 3B elements and at least phosphorus of group 5B elements.
The semiconductor laser of Motomeko 1, wherein the.
前記第1のn型クラッド層、前記第2のn型クラッド層、および前記光コントロール層のそれぞれは、アルミニウムを含んでおり、
前記光コントロール層に含まれるアルミニウムの組成は、前記第1のn型クラッド層および前記第2のn型クラッド層のそれぞれに含まれるアルミニウムの組成よりも大きい
求項2記載の半導体レーザ。
Each of the first n-type cladding layer, the second n-type cladding layer, and the light control layer includes aluminum,
The composition of aluminum contained in the light control layer is larger than the composition of aluminum contained in each of the first n-type cladding layer and the second n-type cladding layer.
The semiconductor laser of Motomeko 2 described.
前記第2のレーザ素子部は、前記第1のレーザ素子部の第2のp型クラッド層と同じ第2の半導体材料からなるp型クラッド層を含む
求項1記載の半導体レーザ。
The second laser element portion includes a p-type cladding layer made of the same second semiconductor material as the second p-type cladding layer of the first laser element portion.
The semiconductor laser of Motomeko 1, wherein the.
前記第1のレーザ素子部の発光波長は700nm帯であり、前記第2のレーザ素子部の発光波長は600nm帯である
求項1記載の半導体レーザ。
The emission wavelength of the first laser element unit is in the 700 nm band, and the emission wavelength of the second laser element unit is in the 600 nm band.
The semiconductor laser of Motomeko 1, wherein the.
基板上に、互いに発光波長が異なる第1のレーザ素子部および第2のレーザ素子部を備えた半導体レーザの製造方法であって、
前記第1および第2のレーザ素子部を、共振器方向と直交する方向に沿って並列するように形成し、
前記第1のレーザ素子部を形成する工程は、
第1の半導体材料からなる第1のn型クラッド層および第2のn型クラッド層から構成されたn型クラッド層を形成する工程と、
前記n型クラッド層の上に、第1の半導体材料からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、第1の半導体材料からなる第1のp型クラッド層と、前記第2のレーザ素子部と同一材料の第2の半導体材料からなる第2のp型クラッド層から構成されたp型クラッド層を形成する工程とを含み、
前記n型クラッド層を形成する工程では、
前記第1および第2のn型クラッド層の間に、前記n型クラッド層と前記p型クラッド層との屈折率差を低減させる光コントロール層を形成する
導体レーザの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laser comprising a first laser element portion and a second laser element portion having different emission wavelengths on a substrate,
Forming the first and second laser element portions in parallel along a direction orthogonal to the resonator direction;
The step of forming the first laser element portion includes:
Forming a first n-type cladding layer contact and the n-type cladding layer composed of a second n-type clad layer of a first semiconductor material,
Forming an active layer made of a first semiconductor material on the n-type cladding layer;
On the active layer, from the first p-type cladding layer of a first semiconductor material, and the second of the second p-type cladding layer made of a semiconductor material of the second laser element part and the same material and forming a p-type cladding layer made of,
In the step of forming the n-type cladding layer,
A light control layer that reduces a difference in refractive index between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is formed between the first and second n-type cladding layers.
Method of manufacturing a semi-conductor laser.
前記第1の半導体材料は、3B族元素のうちの少なくともガリウムと5B族元素のうちの少なくともヒ素とを含む
求項記載の半導体レーザの製造方法。
The first semiconductor material includes at least gallium among group 3B elements and at least arsenic among group 5B elements.
Motomeko 7 A method of manufacturing a semiconductor laser according.
前記第2の半導体材料は、3B族元素のうちの少なくともインジウムと5B族元素のうちの少なくともリンとを含む
求項記載の半導体レーザの製造方法。
The second semiconductor material includes at least indium of group 3B elements and at least phosphorus of group 5B elements.
Motomeko 7 A method of manufacturing a semiconductor laser according.
前記第1のn型クラッド層、前記第2のn型クラッド層、および前記光コントロール層のそれぞれは、アルミニウムを含んでおり、
前記光コントロール層に含まれるアルミニウムの組成を、前記第1のn型クラッド層および前記第2のn型クラッド層のそれぞれに含まれるアルミニウムの組成よりも大きくする
求項記載の半導体レーザの製造方法。
Each of the first n-type cladding layer, the second n-type cladding layer, and the light control layer includes aluminum,
The composition of aluminum contained in the light control layer is made larger than the composition of aluminum contained in each of the first n-type cladding layer and the second n-type cladding layer.
Motomeko 8 semiconductor laser manufacturing method according.
前記第2のレーザ素子部を形成する工程が、前記第1のレーザ素子部のp型クラッド層と同じ第2の半導体材料からなるp型クラッド層を形成する工程を含む
求項記載の半導体レーザの製造方法。
The step of forming the second laser element portion includes the step of forming a p-type cladding layer made of the same second semiconductor material as the p-type cladding layer of the first laser element portion.
Motomeko 7 A method of manufacturing a semiconductor laser according.
前記第1のレーザ素子部の発光波長を700nm帯とし、前記第2のレーザ素子部の発光波長を600nm帯とする
求項記載の半導体レーザの製造方法。
The emission wavelength of the first laser element unit is set to 700 nm band, and the emission wavelength of the second laser element unit is set to 600 nm band.
Motomeko 7 A method of manufacturing a semiconductor laser according.
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