JP5212231B2 - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関し、特に光情報処理、光計測等の光源として使用される半導体レーザ及びその製造方法に関する。更に、本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を用いた実屈折率型半導体レーザ及びその製造方法に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor laser used as a light source for optical information processing, optical measurement, and the like and a manufacturing method thereof. Furthermore, the present invention relates to a technology effective when applied to an actual refractive index type semiconductor laser using an AlGaInP-based compound semiconductor and a manufacturing method thereof.
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を用いて製作された半導体レーザにおいては、高温動作特性の改善が強く求められている。この高温特性に優れた半導体レーザとして、動作電流を小さくすることができる実屈折率型半導体レーザの開発が進められている。 In a semiconductor laser manufactured using an AlGaInP-based compound semiconductor, improvement in high-temperature operating characteristics is strongly demanded. As a semiconductor laser excellent in this high temperature characteristic, an actual refractive index type semiconductor laser capable of reducing the operating current is being developed.
この種の実屈折率型半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板上にそれぞれ積層されたｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ノンドープ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ型ＩｎＧａＰエッチング停止層、リッジ部を備え、更にリッジ部を挟持する電流狭窄層を備えている。リッジ部は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とその上に積層されたｐ型ＧａＩｎＰキャップ層とを備えている。ｎ型ＧａＡｓ基板のｎ型ＧａＡｓバッファ層が積層された表面とは反対の裏面にｎ型オーミック電極が形成されている。電流狭窄層はｎ型ＡｌＩｎＰ層により形成されている。リッジ部のｐ型ＧａＩｎＰキャップ層上及び電流狭窄層上にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層が形成され、このｐ型ＧａＡｓコンタクト層上にはｐ型オーミック電極が形成されている。実屈折率型半導体レーザは、その製造プロセスにおいて上記の内部構造を有する半導体ウエーハをリッジ部に対して垂直な方向に所定の長さで劈開し、この劈開された端面をミラーとして使用する。 This type of real refractive index type semiconductor laser includes an n-type GaAs buffer layer, an n-type AlGaInP cladding layer, a non-doped multiple quantum well (MQW) active layer, a p-type AlGaInP cladding layer, A type InGaP etching stop layer, a ridge portion, and a current confinement layer sandwiching the ridge portion. The ridge portion includes a p-type AlGaInP cladding layer and a p-type GaInP cap layer stacked thereon. An n-type ohmic electrode is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate opposite to the surface on which the n-type GaAs buffer layer is laminated. The current confinement layer is formed of an n-type AlInP layer. A p-type GaAs contact layer is formed on the p-type GaInP cap layer and the current confinement layer in the ridge portion, and a p-type ohmic electrode is formed on the p-type GaAs contact layer. In the actual refractive index type semiconductor laser, the semiconductor wafer having the above-mentioned internal structure is cleaved at a predetermined length in a direction perpendicular to the ridge portion in the manufacturing process, and the cleaved end face is used as a mirror.
実屈折率型半導体レーザの発振動作は以下の通りである。まず最初に、ｐ型オーミック電極からｎ型オーミック電極に向かって順方向電流が注入される。この電流が発振閾値以上になったとき、リッジ部の下部に対応した活性層からレーザ発振が生じ、実屈折率型半導体レーザからレーザ光を出射することができる。 The oscillation operation of the real refractive index type semiconductor laser is as follows. First, a forward current is injected from the p-type ohmic electrode toward the n-type ohmic electrode. When this current exceeds the oscillation threshold, laser oscillation occurs from the active layer corresponding to the lower portion of the ridge portion, and laser light can be emitted from the real refractive index type semiconductor laser.
このような実屈折率型半導体レーザにおいては、動作電流が小さいので、高温動作特性が優れている。ところが、同一レベルの動作電流が印加されても大きな光出力において発振が生じるので、小さなサージ電圧によっても端面が破壊され易く、耐サージ特性を十分に確保することが難しい。 Such a real refractive index type semiconductor laser has excellent high-temperature operating characteristics because of its small operating current. However, even if the same level of operating current is applied, oscillation occurs at a large light output, so that the end face is likely to be broken even by a small surge voltage, and it is difficult to sufficiently ensure surge resistance.
例えば下記特許文献１には、耐サージ特性を向上することができる半導体レーザが開示されている。この半導体レーザは、電流狭窄効果がなくならず、かつ適当な電圧によってターンオンするような範囲内に電流狭窄層の厚さを調整している。この半導体レーザにおいては、サージ電圧がある電圧以上になると電流狭窄を行っているｐｎｐｎ構造のサイリスタのターンオン動作が生じ、サージ電流が電流狭窄部を流れ、発光部分の電流が増加しない。 For example, Patent Document 1 below discloses a semiconductor laser that can improve surge resistance. In this semiconductor laser, the thickness of the current confinement layer is adjusted within a range in which the current confinement effect is not lost and is turned on by an appropriate voltage. In this semiconductor laser, when the surge voltage exceeds a certain voltage, the turn-on operation of the pnpn structure thyristor performing current confinement occurs, the surge current flows through the current confinement portion, and the current in the light emitting portion does not increase.
しかしながら、実屈折率型半導体レーザの耐サージ特性を改善するために、実屈折率型半導体レーザの構造に上記特許文献１に開示された半導体レーザの構造を利用した場合、以下の点について配慮がなされていなかった。例えば実屈折率型半導体レーザは２０ｍＡ以下の低い電流で発振するので、サイリスタのターンオン動作が生じる前に端面を破壊するほどの電流が流れてしまう。従って、実屈折率型半導体レーザの耐サージ特性を実効的に改善することができなかった。 However, in order to improve the surge resistance characteristics of the real refractive index type semiconductor laser, when the structure of the semiconductor laser disclosed in Patent Document 1 is used as the structure of the real refractive index type semiconductor laser, the following points are considered. It wasn't done. For example, since an actual refractive index type semiconductor laser oscillates with a low current of 20 mA or less, a current that destroys the end face flows before the turn-on operation of the thyristor occurs. Therefore, the surge resistance characteristics of the real refractive index type semiconductor laser cannot be effectively improved.
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、動作電流が小さく、高温動作特性に優れ、かつ耐サージ特性に優れた半導体レーザ及びその製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a small operating current, excellent high-temperature operating characteristics, and excellent surge resistance, and a manufacturing method thereof.
上記課題を解決するために、本発明の実施例に係る第１特徴は、半導体レーザにおいて、基板と、基板上に配設された第１の導電型の第１のクラッド層と、第１のクラッド層上に配設された活性層と、活性層上の一部に配設され、第１の導電型の第１のドーパント及び第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のドーパントの双方を有し、第２のドーパントの濃度が第１のドーパントの濃度に比べて高い第２の導電型の第１の半導体領域、及び活性層上の他の一部に配設され、第１のドーパント及び第２のドーパントの双方を有し、第１のドーパントの濃度が第２のドーパントの濃度に比べて高い第１の導電型の第２の半導体領域を有する第２のクラッド層と、第２のクラッド層の第１の半導体領域上に配設され、第２の導電型の第３のクラッド層を有するリッジ部と、第２のクラッド層の第２の半導体領域上に配設され、第１の導電型の第３の半導体領域及びこの第３の半導体領域上の第２の導電型の第４の半導体領域を有する電流狭窄層とを備える。 In order to solve the above-described problem, a first feature according to an embodiment of the present invention is that a semiconductor laser includes a substrate, a first cladding layer of a first conductivity type disposed on the substrate, and a first An active layer disposed on the cladding layer; a first dopant of the first conductivity type and a second conductivity type opposite to the first conductivity type disposed in a part of the active layer; The first semiconductor region of the second conductivity type having both the two dopants and the second dopant concentration being higher than the concentration of the first dopant, and other portions on the active layer A second semiconductor region having both a first dopant and a second dopant, wherein the second semiconductor region has a first conductivity type, wherein the concentration of the first dopant is higher than the concentration of the second dopant. A third layer of the second conductivity type is disposed on the cladding layer and the first semiconductor region of the second cladding layer. A ridge having a gate layer and a second semiconductor region of the second cladding layer, and a second semiconductor region of the first conductivity type and a second conductivity on the third semiconductor region. And a current confinement layer having a fourth semiconductor region of the type.
第１の特徴に係る半導体レーザにおいて、リッジ部下における活性層と第２のクラッド層の第１の半導体領域との接合部のバンドギャップに比べて、電流狭窄層の第３の半導体領域と第４の半導体領域との接合部のバンドギャップが大きいことが好ましい。また、第１の特徴に係る半導体レーザにおいて、第２のドーパントの拡散速度は第１のドーパントの拡散速度に比べて速いことが好ましい。また、第１の特徴に係る半導体レーザにおいて、第１のドーパントはＳｉであり、第２のドーパントはＺｎであることが好ましい。また、第１の特徴に係る半導体レーザにおいて、電流狭窄層の第３の半導体領域から電流狭窄層下の第１のクラッド層に至る活性層、第２のクラッド層の第２の半導体領域が第１の導電型に設定されていることが好ましい。更に、第１の特徴に係る半導体レーザにおいて、電流狭窄層の第３の半導体領域、第４の半導体領域はいずれもＡｌを含む化合物半導体により構成され、第３の半導体領域と第４の半導体領域との間に、第１の導電型を有し、第３の半導体領域のＡｌ組成比に対して異なるＡｌ組成比を有する第５の半導体領域を備えることが好ましい。 In the semiconductor laser according to the first feature, the third semiconductor region and the fourth semiconductor region of the current confinement layer are compared with the band gap of the junction between the active layer under the ridge portion and the first semiconductor region of the second cladding layer. It is preferable that the band gap at the junction with the semiconductor region is large. In the semiconductor laser according to the first feature, it is preferable that the diffusion rate of the second dopant is faster than the diffusion rate of the first dopant. In the semiconductor laser according to the first feature, it is preferable that the first dopant is Si and the second dopant is Zn. In the semiconductor laser according to the first feature, the active layer extending from the third semiconductor region of the current confinement layer to the first clad layer below the current confinement layer and the second semiconductor region of the second clad layer are the first semiconductor region. It is preferable that the conductivity type is set to 1. Furthermore, in the semiconductor laser according to the first feature, the third semiconductor region and the fourth semiconductor region of the current confinement layer are both composed of a compound semiconductor containing Al, and the third semiconductor region and the fourth semiconductor region And a fifth semiconductor region having the first conductivity type and having an Al composition ratio different from the Al composition ratio of the third semiconductor region.
本発明の実施例の第２の特徴は、半導体レーザの製造方法において、基板上に第１の導電型の第１のクラッド層を形成する工程と、第１のクラッド層上に活性層を形成する工程と、活性層上に第１の導電型の第１のドーパント及び第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のドーパントの双方を有する第２のクラッド層を形成する工程と、第２のクラッド層上の一部に第２の導電型の第３のクラッド層を有するリッジ部を形成する工程と、第２のクラッド層上の他の一部に第１の導電型の第３の半導体領域及びこの第３の半導体領域上の第２の導電型の第４の半導体領域を有する電流狭窄層を形成する工程と、第２のクラッド層において、リッジ部下に第２のドーパントの濃度が第１のドーパントの濃度に比べて高い第２の導電型の第１の半導体領域を形成し、電流狭窄層下に第１のドーパントの濃度が第２のドーパントの濃度に比べて高い第１の導電型の第２の半導体領域を形成する工程とを備える。 According to a second feature of the embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor laser, a step of forming a first cladding layer of a first conductivity type on a substrate and an active layer formed on the first cladding layer And forming a second cladding layer having both the first dopant of the first conductivity type and the second dopant of the second conductivity type opposite to the first conductivity type on the active layer. A step of forming a ridge portion having a third cladding layer of the second conductivity type on a part of the second cladding layer, and a first conductor on the other part of the second cladding layer. Forming a current confinement layer having a third semiconductor region of the mold and a fourth semiconductor region of the second conductivity type on the third semiconductor region, and a second under the ridge portion in the second cladding layer The first conductivity of the second conductivity type is higher than the concentration of the first dopant. Forming a conductive region, and a step of concentration of the first dopant forms a high second semiconductor region of the first conductivity type as compared to the concentration of the second dopant under the current confinement layer.
第２の特徴に係る半導体レーザの製造方法において、第２のクラッド層の第１の半導体領域及び第２の半導体領域を形成する工程は、第２のクラッド層を形成した後に熱処理を行い、第２のクラッド層の電流狭窄層下の第２のドーパントを第２のクラッド層のリッジ部下に拡散することにより、リッジ部下に第２のドーパントの濃度が第１のドーパントの濃度に比べて高い第１の半導体領域を形成し、電流狭窄層下に第１のドーパントの濃度が第２のドーパントの濃度に比べて高い第２の半導体領域を形成する工程であることが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor laser according to the second feature, the step of forming the first semiconductor region and the second semiconductor region of the second cladding layer includes performing heat treatment after forming the second cladding layer, By diffusing the second dopant under the current confinement layer of the second cladding layer under the ridge portion of the second cladding layer, the concentration of the second dopant under the ridge portion is higher than the concentration of the first dopant. Preferably, the first semiconductor region is formed, and a second semiconductor region having a higher concentration of the first dopant than the second dopant is formed below the current confinement layer.
本発明の実施例に係る第３の特徴は、半導体レーザにおいて、基板と、基板上に配設された第１の導電型の第１のクラッド層と、第１のクラッド層上に配設された活性層と、活性層上に配設された第２のクラッド層と、第２のクラッド層上の一部に配設され、第１の導電型とは反対の第２の導電型の第３のクラッド層を有するリッジ部と、第２のクラッド層上の他の一部に配設され、第１の導電型の第１のドーパントを有する第１の導電型の第１の半導体領域及びこの第１の半導体領域上の第２の導電型の第２の半導体領域を有する電流狭窄層と、リッジ部下において第２のクラッド層に配設され、第２の導電型の第２のドーパントを有する第２の導電型の第３の半導体領域と、電流狭窄層下において第２のクラッド層に配設され、電流狭窄層の第１の半導体領域の第１のドーパントと同一の第１のドーパントを有する第１の導電型の第４の半導体領域とを備える。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor laser, the substrate, the first conductivity type first clad layer disposed on the substrate, and the first clad layer are disposed. An active layer, a second cladding layer disposed on the active layer, and a second conductivity type opposite to the first conductivity type, disposed on a part of the second cladding layer. A first ridge portion having a first conductivity type and a first ridge portion having a first dopant of a first conductivity type, disposed on another part of the second clad layer, and a ridge portion having three clad layers; A current confinement layer having a second semiconductor region of the second conductivity type on the first semiconductor region, and a second clad layer disposed under the ridge portion, and having a second dopant of the second conductivity type. A third semiconductor region having a second conductivity type and a second clad layer disposed under the current confinement layer, And a first first conductivity type fourth semiconductor region having a first dopant and the same first dopant semiconductor region.
第３の特徴に係る半導体レーザにおいて、第１のドーパントはＳｅであることが好ましい。また、第３の特徴に係る半導体レーザにおいて、電流狭窄層の第１の半導体領域から電流狭窄層下の第１のクラッド層に至る活性層、第２のクラッド層の第４の半導体領域が第１の導電型に設定されていることが好ましい。また、第３の特徴に係る半導体レーザにおいて、電流狭窄層の第１の半導体領域、第２の半導体領域はいずれもＡｌを含む化合物半導体により構成され、第１の半導体領域と第２の半導体領域との間に、第１の導電型を有し、第１の半導体領域のＡｌ組成比に対して異なるＡｌ組成比を有する第５の半導体領域を更に備えることが好ましい。 In the semiconductor laser according to the third feature, the first dopant is preferably Se. In the semiconductor laser according to the third feature, the active layer extending from the first semiconductor region of the current confinement layer to the first clad layer under the current confinement layer, and the fourth semiconductor region of the second clad layer are the first semiconductor region. It is preferable that the conductivity type is set to 1. In the semiconductor laser according to the third feature, the first semiconductor region and the second semiconductor region of the current confinement layer are both composed of a compound semiconductor containing Al, and the first semiconductor region and the second semiconductor region It is preferable to further include a fifth semiconductor region having a first conductivity type and having an Al composition ratio different from the Al composition ratio of the first semiconductor region.
本発明の実施例に係る第４の特徴は、半導体レーザの製造方法において、基板上に第１の導電型の第１のクラッド層を形成する工程と、第１のクラッド層上に活性層を形成する工程と、活性層上に第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のドーパントを有し第２の導電型の第１の半導体領域が生成される第２のクラッド層を形成する工程と、第２のクラッド層上の一部に第２の導電型の第３のクラッド層を有するリッジ部を形成する工程と、第２のクラッド層上の他の一部に第１の導電型の第１のドーパントを有する第１の導電型の第３の半導体領域及びこの第３の半導体領域上の第２の導電型の第４の半導体領域を有する電流狭窄層を形成する工程と、電流狭窄層の第３の半導体領域の第１のドーパントを電流狭窄層下の第２のクラッド層に拡散し、この第２のクラッド層に第１の導電型の第２の半導体領域を形成する工程とを備える。 According to a fourth feature of the embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor laser, a step of forming a first clad layer of the first conductivity type on a substrate, and an active layer on the first clad layer Forming a second clad having a second dopant of a second conductivity type opposite to the first conductivity type on the active layer and generating a first semiconductor region of the second conductivity type Forming a layer, forming a ridge having a third cladding layer of the second conductivity type on a part of the second cladding layer, and forming another layer on the second cladding layer. A current confinement layer having a third semiconductor region of the first conductivity type having the first dopant of the first conductivity type and a fourth semiconductor region of the second conductivity type on the third semiconductor region is formed. And a first dopant in the third semiconductor region of the current confinement layer is added to the second cladding under the current confinement layer. And a step of diffusing into the layer to form a second semiconductor region of the first conductivity type on the second cladding layer.
第４の特徴に係る半導体レーザの製造方法において、第２のクラッド層の第２の半導体領域を形成する工程は、第２のクラッド層上に電流狭窄層を形成した後に熱処理を行い、電流狭窄層下の第２のクラッド層に第３の半導体領域の第１のドーパントを拡散し、電流狭窄層下の第２のクラッド層の第２の導電型を第１の導電型に反転させた第２の半導体領域を形成する工程であることが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor laser according to the fourth feature, the step of forming the second semiconductor region of the second cladding layer includes performing a heat treatment after forming the current confinement layer on the second clad layer, The first dopant of the third semiconductor region is diffused into the second cladding layer under the layer, and the second conductivity type of the second cladding layer under the current confinement layer is inverted to the first conductivity type. The step of forming the second semiconductor region is preferable.
本発明によれば、動作電流が小さく、高温動作特性に優れ、かつ耐サージ特性に優れた半導体レーザ及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser having a small operating current, excellent high-temperature operating characteristics, and excellent surge resistance, and a manufacturing method thereof.
次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic and different from actual ones. In addition, there may be a case where the dimensional relationships and ratios are different between the drawings.
また、以下に示す実施例はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention specifies the arrangement of each component as follows. It is not what you do. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
（実施例１）
本発明の実施例１は、本発明を実屈折率型半導体レーザに適用した例を説明するものである。ここで、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ及びその製造方法は、本願発明者が実施した基礎研究により発見された下記現象に基づきなされたものである。すなわち、実屈折率型半導体レーザの製造プロセスにおいて、Ｚｎ（亜鉛）とＳｉ（珪素）とをコドーピングしたＡｌＧａＩｎＰクラッド層を形成し、このＡｌＧａＩｎＰクラッド層上にＺｎをドーピングしたＡｌＧａＩｎＰクラッド層を有するリッジ部を形成した後の熱履歴によって、リッジ部直下のＡｌＧａＩｎＰクラッド層はリッジ部等からのＺｎの拡散によってｐ型のままであるが、リッジ部直下の外周囲のＡｌＧａＩｎＰクラッド層はＺｎが外部に拡散しＳｉのドーピング濃度が支配的となるのでｎ型に反転する、という現象である。Ｚｎはｐ型ドーパントであり、Ｓｉはｎ型ドーパントである。
Example 1
Example 1 of the present invention describes an example in which the present invention is applied to an actual refractive index type semiconductor laser. Here, the real refractive index type semiconductor laser and the manufacturing method thereof according to Example 1 are based on the following phenomenon discovered by the basic research conducted by the present inventors. That is, in the manufacturing process of the real refractive index type semiconductor laser, a ridge having an AlGaInP clad layer codoped with Zn (zinc) and Si (silicon) and having an AlGaInP clad layer doped with Zn on the AlGaInP clad layer The AlGaInP cladding layer directly under the ridge remains p-type due to the diffusion of Zn from the ridge, etc., but the outer peripheral AlGaInP cladding layer directly under the ridge has Zn outside. This is a phenomenon of diffusing and reversing to n-type because the doping concentration of Si becomes dominant. Zn is a p-type dopant and Si is an n-type dopant.
［実屈折率型半導体レーザのデバイス構造］
図１に示すように、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１は、第１の導電型の基板２と、基板２上に配設された第１の導電型の第１のクラッド層４と、第１のクラッド層４上に配設された活性層５と、活性層５上の一部に配設され、第１の導電型の第１のドーパント及び第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のドーパントの双方を有し、第２のドーパントの濃度が第１のドーパントの濃度に比べて高い第２の導電型の第１の半導体領域６Ｐ、及び活性層５上の他の一部に配設され、第１のドーパント及び第２のドーパントの双方を有し、第１のドーパントの濃度が第２のドーパントの濃度に比べて高い第１の導電型の第２の半導体領域６Ｎを有する第２のクラッド層６と、第２のクラッド層６の第１の半導体領域６Ｐ上に配設され、第２の導電型の第３のクラッド層８Ａを有するリッジ部８と、第２のクラッド層６の第２の半導体領域６Ｎ上に配設され、第１の導電型の第３の半導体領域９Ａ及びこの第３の半導体領域９Ａ上の第２の導電型の第４の半導体領域９Ｂを有する電流狭窄層９とを備えている。リッジ部８は、第２のクラッド層６の第１の半導体領域６Ｐ上に配設された第３のクラッド層８Ａと、この第３のクラッド層８Ａ上に配設された第２の導電型のキャップ層８Ｂとを備えている。
[Device structure of real refractive index type semiconductor laser]
As shown in FIG. 1, the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment includes a first conductivity type substrate 2 and a first conductivity type first clad layer disposed on the substrate 2. 4, the active layer 5 disposed on the first cladding layer 4, the first dopant of the first conductivity type and the first conductivity type disposed on a part of the active layer 5 A first semiconductor region 6P of the second conductivity type having both the second dopant of the opposite second conductivity type, the second dopant concentration being higher than the concentration of the first dopant, and active A first conductivity type disposed on the other part of the layer 5 and having both a first dopant and a second dopant, wherein the concentration of the first dopant is higher than the concentration of the second dopant; The second clad layer 6 having the second semiconductor region 6N and the first semiconductor region 6P of the second clad layer 6 are disposed. A ridge portion 8 having a second cladding layer 8A of the second conductivity type and a second semiconductor region 6N of the first conductivity type disposed on the second semiconductor region 6N of the second cladding layer 6 And a current confinement layer 9 having a fourth semiconductor region 9B of the second conductivity type on the third semiconductor region 9A. The ridge portion 8 includes a third clad layer 8A disposed on the first semiconductor region 6P of the second clad layer 6, and a second conductivity type disposed on the third clad layer 8A. The cap layer 8B is provided.
更に、実屈折率型半導体レーザ１は、基板２と第１のクラッド層４との間に配設された第１の導電型のバッファ層３と、第２のクラッド層６とリッジ部８及び電流狭窄層９との間に配設された第２の導電型のエッチング停止層７と、リッジ部８上及び電流狭窄層９上に配設された第２の導電型のコンタクト層１０とを備えている。 Further, the actual refractive index type semiconductor laser 1 includes a first conductivity type buffer layer 3 disposed between the substrate 2 and the first cladding layer 4, a second cladding layer 6, a ridge portion 8, and A second conductivity type etching stop layer 7 disposed between the current confinement layer 9 and a second conductivity type contact layer 10 disposed on the ridge portion 8 and the current confinement layer 9. I have.
実施例１並びにこれ以降の実施例において、第１の導電型とはｎ型であり、第２の導電型とはｐ型である。 In Example 1 and subsequent examples, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.
実屈折率型半導体レーザ１の基板２にはｎ型ＧａＡｓ基板が使用される。基板２のバッファ層３が配設された表面とは対向する裏面の全域にｎ型オーミック電極１２が配設されている。ｎ型オーミック電極１２には例えばＡｕの単層又はそれを含む複合膜が使用される。なお、基板２の表面上にバッファ層３等の化合物半導体の結晶成長を良好に行うことができ、かつ基板２の表面側にｎ型オーミック電極１２が配設される場合には、基板２は絶縁基板であってもよい。 An n-type GaAs substrate is used as the substrate 2 of the real refractive index type semiconductor laser 1. An n-type ohmic electrode 12 is disposed on the entire back surface of the substrate 2 opposite to the surface on which the buffer layer 3 is disposed. For the n-type ohmic electrode 12, for example, a single layer of Au or a composite film including the same is used. When the crystal growth of the compound semiconductor such as the buffer layer 3 can be satisfactorily performed on the surface of the substrate 2 and the n-type ohmic electrode 12 is disposed on the surface side of the substrate 2, the substrate 2 is It may be an insulating substrate.
バッファ層３は例えばｎ型ＧａＡｓ層により構成されている。このｎ型ＧａＡｓ層にはＳｉが例えば１×１０18atoms／ｃｍ3の濃度にドーピングされており、ｎ型ＧａＡｓ層の厚みは例えば２５０ｎｍ〜５００ｎｍに設定されている。 The buffer layer 3 is composed of, for example, an n-type GaAs layer. The n-type GaAs layer is doped with Si at a concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the n-type GaAs layer is set to 250 nm to 500 nm, for example.
第１のクラッド層４は例えばｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層にはＳｉが例えば１×１０18atoms／ｃｍ3の濃度にドーピングされており、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚みは例えば１μｍ〜２μｍに設定されている。 The first cladding layer 4 is composed of, for example, an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer. The n-type AlGaInP layer is doped with Si at a concentration of, for example, 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and the thickness of the n-type AlGaInP layer is set at, for example, 1 μm to 2 μm.
活性層５は例えばノンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ｐウエル層とノンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層との二重量子井戸構造により構成されている。また、活性層５は、例えば２０ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを有するノンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層、５ｎｍの厚さを有するノンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ｐウエル層、５ｎｍの厚さを有するノンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層、５ｎｍの厚さを有するノンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ｐウエル層、２０ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを有するノンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層のそれぞれを順次積層して構成してもよい。いずれの場合にも、第１のクラッド層４、活性層５、第２のクラッド層６のそれぞれの接合構造はダブルヘテロ接合構造である。 The active layer 5 has a double quantum well structure of, for example, a non-doped In 0.53 Ga 0.47 P well layer and a non-doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer. The active layer 5 is, for example, a non-doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P guide layer having a thickness of 20 nm to 40 nm, a non-doped In 0.53 Ga 0.47 P well layer having a thickness of 5 nm, and a thickness of 5 nm. Non-doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer, non-doped In 0.53 Ga 0.47 P well layer having a thickness of 5 nm, non-doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P guide having a thickness of 20 nm to 40 nm Each of the layers may be sequentially stacked. In any case, each junction structure of the first cladding layer 4, the active layer 5, and the second cladding layer 6 is a double hetero junction structure.
第２のクラッド層６は例えば（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このＡｌＧａＩｎＰ層には、第１のドーパント（ｎ型ドーパント）として例えばＳｉが２×１０17 atoms／ｃｍ3の濃度にドーピングされており、第２のドーパント（ｐ型ドーパント）として例えばＺｎが５×１０17 atoms／ｃｍ3の濃度にドーピングされている。つまり、第２のクラッド層６には互いに異なる導電型のドーパントであるＳｉ及びＺｎがコドーピングされている。ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さは例えば０．１μｍ〜０．２μｍに設定されている。 The second cladding layer 6 is composed of, for example, an (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer. The AlGaInP layer is doped with, for example, Si at a concentration of 2 × 10 17 atoms / cm 3 as the first dopant (n-type dopant), and with 5 × Zn as the second dopant (p-type dopant), for example. Doping is performed at a concentration of 10 17 atoms / cm 3 . That is, the second cladding layer 6 is co-doped with Si and Zn, which are dopants having different conductivity types. The thickness of the AlGaInP layer is set to 0.1 μm to 0.2 μm, for example.
図２（Ａ）は熱処理前若しくは熱履歴が生じる前におけるリッジ部８及びその直下を含む縦方向（図１に示すＰ１−Ｐ１線上）のドーパント濃度のプロファイルを示す。図３（Ａ）は同様に熱処理前若しくは熱履歴が生じる前における電流狭窄層９及びその直下を含む縦方向（図１に示すＰ２−Ｐ２線上）のドーパント濃度のプロファイルを示す。図２（Ｂ）は熱処理後若しくは熱履歴が生じた後のリッジ部８及びその直下を含む縦方向のドーパント濃度のプロファイルを示す。図３（Ｂ）は同様に熱処理後若しくは熱履歴が生じた後の電流狭窄層９及びその直下を含む縦方向のドーパント濃度のプロファイルを示す。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、横軸は第１のクラッド層４、活性層５、第２のクラッド層６、コンタクト層１０の各領域を示し、縦軸はドーパント濃度（atoms／ｃｍ3）を示す。 FIG. 2A shows a profile of the dopant concentration in the vertical direction (on the P1-P1 line shown in FIG. 1) including the ridge portion 8 and immediately below the ridge portion 8 before heat treatment or before thermal history occurs. FIG. 3A similarly shows a profile of the dopant concentration in the vertical direction (on the line P2-P2 shown in FIG. 1) including the current confinement layer 9 and immediately below it before the heat treatment or before the thermal history occurs. FIG. 2B shows a profile of the dopant concentration in the vertical direction including the ridge portion 8 after heat treatment or after the occurrence of thermal history and the portion immediately below the ridge portion 8. FIG. 3B similarly shows the profile of the dopant concentration in the vertical direction including the current confinement layer 9 and the portion immediately below it after the heat treatment or after the thermal history is generated. 2A, FIG. 2B, FIG. 3A, and FIG. 3B, the horizontal axis indicates the first cladding layer 4, the active layer 5, the second cladding layer 6, and the contact layer 10. Each region is shown, and the vertical axis shows the dopant concentration (atoms / cm 3 ).
図２（Ａ）に示すように、熱処理前若しくは熱履歴が生じる前において、第２のクラッド層６のリッジ部８直下のＳｉのドーパント濃度は２×１０17 atoms／ｃｍ3であり、Ｚｎのドーパント濃度は５×１０17 atoms／ｃｍ3であり、Ｓｉ及びＺｎの双方が混在している。図２（Ｂ）に示すように、熱処理後若しくは熱履歴が生じた後において、第２のクラッド層６のリッジ部８直下のＳｉのドーパント濃度並びにＺｎのドーパント濃度のプロファイルの形状に若干変化はあるものの、実効的な変化は生じていない。Ｓｉはほとんど拡散を生じないのに対して、Ｚｎの拡散速度はＳｉの拡散速度に比べて速く、Ｚｎには拡散による移動が発生する。ところが、第２のクラッド層６のリッジ部８直下においては、リッジ部８の第３のクラッド層８Ａからの拡散によるＺｎの供給により、コドーピング直後に対してＺｎのドーピング濃度にはほとんど変化が見られない。従って、この第２のクラッド層６のリッジ部８直下においては、Ｚｎのドーパント濃度が維持され、Ｚｎのドーパント濃度がＳｉのドーパント濃度に比べて高く、ｐ型の第１の半導体領域６Ｐが生成される。 As shown in FIG. 2A, the Si dopant concentration immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6 is 2 × 10 17 atoms / cm 3 before the heat treatment or before the thermal history is generated. The dopant concentration is 5 × 10 17 atoms / cm 3 , and both Si and Zn are mixed. As shown in FIG. 2B, there is a slight change in the shape of the profile of the Si dopant concentration and the Zn dopant concentration immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6 after heat treatment or after thermal history has occurred. Although there are no effective changes. While Si hardly causes diffusion, the diffusion rate of Zn is faster than the diffusion rate of Si, and movement due to diffusion occurs in Zn. However, immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6, supply of Zn by diffusion from the third cladding layer 8A of the ridge portion 8 causes almost no change in the Zn doping concentration immediately after co-doping. can not see. Therefore, immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6, the Zn dopant concentration is maintained, the Zn dopant concentration is higher than the Si dopant concentration, and the p-type first semiconductor region 6P is generated. Is done.
一方、図３（Ａ）に示すように、熱処理前若しくは熱履歴を生じる前において、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下のＳｉのドーパント濃度及びＺｎのドーパント濃度は、第２のクラッド層６のリッジ部８直下のＳｉのドーパント濃度及びＺｎのドーパント濃度と同等である。図３（Ｂ）に示すように、熱処理後若しくは熱履歴が生じた後において、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下のＳｉのドーパント濃度は実効的な変化を生じないが、Ｚｎには拡散による移動が発生する。この第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下のＺｎは電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａ、活性層５の電流狭窄層９直下にそれぞれ拡散され、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下等のＺｎのドーパント濃度はＳｉのドーパント濃度に比べて低くなる。すなわち、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下には、Ｚｎのドーパント濃度の低下に伴いＳｉのドーパント濃度が支配的になるので、ｐ型からｎ型に反転し、第２のクラッド層６にｎ型の第２の半導体領域６Ｎが生成される。更に、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下から拡散により移動されたＺｎは、第２のクラッド層６の上層のエッチング停止層７をｎ型化された第２の半導体領域７Ｎに、第２のクラッド層６の下層の活性層５をｎ型化された第２の半導体領域５Ｎ又はそれに近い状態に改変する。結果的に、電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａから第１のクラッド層４に至る経路（第２の半導体領域７Ｎ、６Ｎ及び５Ｎ）、更には第１のクラッド層４から基板２に至る経路はすべてｎ型化される。 On the other hand, as shown in FIG. 3A, before the heat treatment or before the thermal history is generated, the Si dopant concentration and the Zn dopant concentration immediately below the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6 are the same as those of the second cladding layer. This is equivalent to the dopant concentration of Si and the dopant concentration of Zn immediately below the ridge portion 8 of the layer 6. As shown in FIG. 3B, the Si dopant concentration immediately below the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6 does not change effectively after the heat treatment or after the thermal history occurs, Causes movement due to diffusion. Zn immediately below the current confinement layer 9 of the second clad layer 6 is diffused to the third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 and immediately below the current confinement layer 9 of the active layer 5, respectively. The Zn dopant concentration immediately below the constriction layer 9 is lower than the Si dopant concentration. That is, immediately below the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6, the Si dopant concentration becomes dominant as the Zn dopant concentration decreases, so that the inversion from p-type to n-type results in the second cladding layer 6, an n-type second semiconductor region 6N is generated. Further, Zn moved by diffusion from directly under the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6 is transferred to the n-type second semiconductor region 7N of the etching stopper layer 7 above the second cladding layer 6. The active layer 5 below the second cladding layer 6 is modified to the n-type second semiconductor region 5N or a state close thereto. As a result, the path (second semiconductor regions 7N, 6N and 5N) from the third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 to the first cladding layer 4 and further from the first cladding layer 4 to the substrate 2 All the routes to reach are made n-type.
エッチング停止層７は例えばｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このｐ型ＧａＩｎＰ層には例えば１×１０18atoms／ｃｍ3の濃度においてＺｎのドーピングが行われ、ｐ型ＧａＩｎＰ層の厚みは例えば２ｎｍ〜４ｎｍに設定されている。エッチング停止層７は、実屈折率型半導体レーザ１の製造プロセスにおいてリッジ部８のパターンニング（メサエッチング）を行う際のエッチング量を制御し、一定形状具体的にはエッチング停止層７側の底面幅が広く底面に対向する上面幅が狭い断面台形形状のリッジ部８を形成するために使用されている。エッチング停止層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄い膜厚に設定されている。 The etching stop layer 7 is composed of, for example, a p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer. The p-type GaInP layer is doped with Zn at a concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the p-type GaInP layer is set to 2 nm to 4 nm, for example. The etching stop layer 7 controls the etching amount when patterning (mesa etching) of the ridge portion 8 in the manufacturing process of the real refractive index type semiconductor laser 1, and has a certain shape, specifically, the bottom surface on the etching stop layer 7 side. It is used to form a ridge portion 8 having a trapezoidal cross section with a wide width and a narrow upper surface width facing the bottom surface. The etching stop layer 7 is set as thin as possible in order to suppress absorption loss with respect to laser light.
リッジ部８の第３のクラッド層８Ａは例えばｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層には例えば１×１０18atoms／ｃｍ3の濃度においてＺｎのドーピングが行われ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層の厚みは例えば１μｍ〜２μｍに設定されている。キャップ層８Ｂは例えばｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。ｐ型ＧａＩｎＰ層には例えば２×１０18atoms／ｃｍ3の濃度においてＺｎのドーピングが行われ、ｐ型ＧａＩｎＰ層の厚みは例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍに設定されている。 The third clad layer 8A of the ridge portion 8 is constituted by, for example, a p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer. The p-type AlGaInP layer is doped with Zn at a concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the p-type AlGaInP layer is set to, for example, 1 μm to 2 μm. The cap layer 8B is composed of, for example, a p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer. The p-type GaInP layer is doped with Zn at a concentration of 2 × 10 18 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the p-type GaInP layer is set to 100 nm to 200 nm, for example.
図１に示す実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、紙面の都合上、各層の比率を明確に示していないが、リッジ部８の幅寸法Ｌ１は同一方向の基板２の寸法Ｌ２に対してかなり小さい。例えば、基板２の寸法Ｌ２は２００μｍに設定され、リッジ部８の幅寸法Ｌ１は４μｍ〜５μｍに設定されている。比率としては、基板２の寸法Ｌ２はリッジ部８の幅寸法Ｌ１の約４０倍の大きさに設定されている。リッジ部８の平面形状は、特に図示していないが、同一幅寸法において基板２の表面上の一辺から対向する他の一辺に向かって延伸する細長い長方形形状により構成されている。同様に、リッジ部８の平面面積は基板２の表面面積に対して数十倍の大きさになる。 In the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 shown in FIG. 1, the ratio of each layer is not clearly shown for the sake of space, but the width dimension L1 of the ridge portion 8 is the dimension of the substrate 2 in the same direction. Much smaller than L2. For example, the dimension L2 of the substrate 2 is set to 200 μm, and the width dimension L1 of the ridge portion 8 is set to 4 μm to 5 μm. As a ratio, the dimension L2 of the substrate 2 is set to about 40 times the width dimension L1 of the ridge 8. The planar shape of the ridge portion 8 is not particularly illustrated, but is constituted by an elongated rectangular shape extending from one side on the surface of the substrate 2 to the other side facing the same width dimension. Similarly, the planar area of the ridge portion 8 is several tens of times larger than the surface area of the substrate 2.
電流狭窄層９は、基板２の表面上の中央に配設されたリッジ部８を中心に、このリッジ部８の側面にそれぞれ配設され、リッジ部８の領域を除く基板２の表面上の全域に配設されている。電流狭窄層９の第３の半導体領域（ｎ型電流狭窄層）９Ａは例えばｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このｎ型ＡｌＩｎＰ層には例えば５×１０17atoms／ｃｍ3の濃度においてＳｉのドーピングが行われ、ｎ型ＡｌＩｎＰ層の厚さは例えば０．１μｍ〜０．３μｍに設定されている。電流狭窄層９の第４の半導体領域（ｐ型電流狭窄層）９Ｂは例えばｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このｐ型ＡｌＩｎＰ層には例えば１×１０18atoms／ｃｍ3の濃度においてＺｎのドーピングが行われ、ｐ型ＡｌＩｎＰ層の厚さは例えば０．１μｍ〜０．３μｍに設定されている。 The current confinement layer 9 is disposed on the side surface of the ridge portion 8 around the ridge portion 8 disposed in the center on the surface of the substrate 2, and on the surface of the substrate 2 excluding the region of the ridge portion 8. Arranged throughout. The third semiconductor region (n-type current confinement layer) 9A of the current confinement layer 9 is composed of, for example, an n-type Al 0.5 In 0.5 P layer. The n-type AlInP layer is doped with Si at a concentration of 5 × 10 17 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the n-type AlInP layer is set to 0.1 μm to 0.3 μm, for example. The fourth semiconductor region (p-type current confinement layer) 9B of the current confinement layer 9 is constituted by, for example, a p-type Al 0.5 In 0.5 P layer. This p-type AlInP layer is doped with Zn at a concentration of, for example, 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and the thickness of the p-type AlInP layer is set to, for example, 0.1 μm to 0.3 μm.
コンタクト層１０は例えばｐ型ＧａＡｓ層により構成されている。このｐ型ＧａＡｓ層には例えば２×１０18atoms／ｃｍ3の濃度においてＺｎがドーピングされ、ｐ型ＧａＡｓ層の厚さは例えば１μｍ〜２μｍに設定されている。コンタクト層１０の表面上にはその全域にｐ型オーミック電極１２が配設されている。ｐ型オーミック電極１２には例えばＡｕの単層又はそれを含む複合膜が使用される。 The contact layer 10 is composed of, for example, a p-type GaAs layer. This p-type GaAs layer is doped with Zn at a concentration of 2 × 10 18 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the p-type GaAs layer is set to 1 μm to 2 μm, for example. A p-type ohmic electrode 12 is disposed on the entire surface of the contact layer 10. For the p-type ohmic electrode 12, for example, a single layer of Au or a composite film including the same is used.
［実屈折率型半導体レーザの動作並びに特性］
前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の発振動作は以下の通りである。まず最初に、ｐ型オーミック電極１１からｎ型オーミック電極１２に向かって順方向電流（発振動作電流）が注入される。図４及び図５に示すように、この電流が発振閾値以上になったとき、リッジ部８の下部に対応した活性層５からレーザ発振が生じ、実屈折率型半導体レーザ１からレーザ光を出射することができる。
[Operation and characteristics of real refractive index type semiconductor laser]
The oscillation operation of the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 described above is as follows. First, a forward current (oscillation operating current) is injected from the p-type ohmic electrode 11 toward the n-type ohmic electrode 12. As shown in FIGS. 4 and 5, when this current exceeds the oscillation threshold, laser oscillation occurs from the active layer 5 corresponding to the lower portion of the ridge portion 8, and laser light is emitted from the real refractive index type semiconductor laser 1. can do.
ここで、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、第２のクラッド層６のリッジ部８直下にｐ型の第１の半導体領域６Ｐが配設され、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下にｎ型の第２の半導体領域７Ｎ、６Ｎ及び５Ｎが配設されているので、リッジ部８直下における活性層５と第２のクラッド層６の第１の半導体領域６Ｐとのヘテロ接合部のバンドギャップに比べて、電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａと第４の半導体領域９Ｂとのｐｎ接合部のバンドギャップが大きくなる。電流狭窄部９の立ち上がり電圧は、電流狭窄部９の第３の半導体領域９Ａと第４の半導体領域９Ｂとのｐｎ接合部のバンドギャップにより決まるので、活性層５のバンドギャップで決まる立ち上がり電圧よりも大きくなる。このため、リッジ部８の抵抗による電圧降下がその立ち上がり電圧差に等しくなるまでリッジ部８のみに電流が流れ、低い発振動作電流によって実屈折率型半導体レーザ１の発振が生じるが、それ以上の電流が流れ電圧が上昇すると、電流狭窄効果がなくなり、図４に示すように、電流狭窄層９全体からエッチング停止層７の第２の半導体領域７Ｎ、第２のクラッド層６の第２の半導体領域６Ｎ、活性層５の第２の半導体領域５Ｎ、第１のクラッド層４，バッファ層３、基板２のそれぞれを通じてｎ型オーミック電極１２に電流が流れる。図４において、リッジ部８の電流−電圧特性を示す線と電流狭窄層９の電流−電圧特性を示す線との交点を境に電圧が上昇すると、リッジ部８の面積よりも遙かに大面積の電流狭窄層９を通じてｎ型オーミック電極１２側に電流を流すことができる。 Here, in the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment, the p-type first semiconductor region 6P is disposed immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6, and the second cladding layer 6 is provided. Since the n-type second semiconductor regions 7N, 6N, and 5N are disposed immediately below the current confinement layer 9, the first semiconductor region 6P of the active layer 5 and the second cladding layer 6 immediately below the ridge 8 is provided. The band gap of the pn junction between the third semiconductor region 9A and the fourth semiconductor region 9B of the current confinement layer 9 is larger than the band gap of the heterojunction with the third semiconductor region 9B. Since the rising voltage of the current confinement portion 9 is determined by the band gap of the pn junction between the third semiconductor region 9A and the fourth semiconductor region 9B of the current confinement portion 9, the rising voltage determined by the band gap of the active layer 5 Also grows. Therefore, current flows only in the ridge portion 8 until the voltage drop due to the resistance of the ridge portion 8 becomes equal to the rising voltage difference, and oscillation of the real refractive index type semiconductor laser 1 occurs due to a low oscillation operation current. When the current flows and the voltage rises, the current confinement effect disappears, and the second semiconductor region 7N of the etching stop layer 7 and the second semiconductor of the second clad layer 6 are removed from the entire current confinement layer 9 as shown in FIG. A current flows to the n-type ohmic electrode 12 through each of the region 6N, the second semiconductor region 5N of the active layer 5, the first cladding layer 4, the buffer layer 3, and the substrate 2. In FIG. 4, when the voltage rises at the intersection of the line indicating the current-voltage characteristic of the ridge 8 and the line indicating the current-voltage characteristic of the current confinement layer 9, it is much larger than the area of the ridge 8. A current can be passed to the n-type ohmic electrode 12 side through the current confinement layer 9 of the area.
この結果、実屈折率型半導体レーザ１においては、サージ電圧のような高い電圧がｐ型オーミック電極１１に印加されても、或いは極性が反対の高い電圧がｎ型オーミック電極１２に印加されても、図５に示すように、端面が破壊されない光出力でしか発振が生じない。従って、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、低電圧駆動を実現して高温動作特性を改善しつつ、高電圧が印加されても電流狭窄層９の全域において余分な電流を放出することができるので、端面が破壊されず、サージ耐性を向上することができる。実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、発振動作電流が３０ｍＡ〜５０ｍＡに達するとそれをピークとして光出力が劣化する。 As a result, in the real refractive index type semiconductor laser 1, even if a high voltage such as a surge voltage is applied to the p-type ohmic electrode 11 or a high voltage of opposite polarity is applied to the n-type ohmic electrode 12. As shown in FIG. 5, oscillation occurs only at an optical output whose end face is not destroyed. Therefore, in the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment, the low current driving is realized to improve the high-temperature operation characteristics, and an excess current is generated in the entire region of the current confinement layer 9 even when a high voltage is applied. Since it can discharge | release, an end surface is not destroyed and surge tolerance can be improved. In the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment, when the oscillation operating current reaches 30 mA to 50 mA, the light output is degraded with the peak.
［実屈折率型半導体レーザの製造方法］
前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法は以下の通りである。まず最初に、図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる基板２が準備される。基板２はここでは複数の実屈折率型半導体レーザ１の製作に使用される化合物半導体ウエーハの状態（劈開前の状態）にある。
[Method of manufacturing a real refractive index type semiconductor laser]
The manufacturing method of the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 described above is as follows. First, as shown in FIG. 6, a substrate 2 made of an n-type GaAs substrate is prepared. Here, the substrate 2 is in a state of a compound semiconductor wafer (a state before cleavage) used for manufacturing a plurality of real refractive index type semiconductor lasers 1.
例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、基板２の表面上の全域にバッファ層３，第１のクラッド層４、活性層５のそれぞれが順次形成される（図７参照。）。引き続き、図７に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層５の表面上の全域に第２のクラッド層６が形成される。第２のクラッド層６はここでは前述のようにｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ層により形成され、この第２のクラッド層６にはｎ型ドーパント（第１のドーパント）であるＳｉ及びｐ型ドーパント（第２のドーパント）であるＺｎのコドーピングが行われる。図８に示すように、引き続き、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、第２のクラッド層６の表面上の全域にエッチング停止層７、リッジ部８を形成するための第３のクラッド層８Ａ及びキャップ層８Ｂのそれぞれが順次形成される。 For example, the buffer layer 3, the first cladding layer 4, and the active layer 5 are sequentially formed over the entire surface of the substrate 2 by using MOCVD (see FIG. 7). Subsequently, as shown in FIG. 7, the second cladding layer 6 is formed on the entire surface of the active layer 5 by using, for example, the MOCVD method. Here, the second clad layer 6 is formed of an n-type (AlGa) InP layer as described above, and the second clad layer 6 includes an n-type dopant (first dopant) Si and p-type dopant ( Co-doping of Zn as the second dopant) is performed. As shown in FIG. 8, the third cladding layer 8A and the cap layer for forming the etching stop layer 7, the ridge portion 8 over the entire surface on the surface of the second cladding layer 6 using, for example, the MOCVD method. Each of 8B is formed sequentially.
図９に示すように、キャップ層８Ｂの表面上においてリッジ部８の形成領域（基板２の表面上の一部の領域）にマスク２０が形成される。マスク２０には例えばＳｉＯ2膜が使用される。マスク２０は、例えばＣＶＤ法を用いてキャップ層８Ｂの表面上の全域に成膜され、フォトリソグラフィ技術を用いパターンニングを行うことにより、所定形状に形成される。 As shown in FIG. 9, a mask 20 is formed in the formation region of the ridge portion 8 (part of the region on the surface of the substrate 2) on the surface of the cap layer 8B. For example, a SiO 2 film is used for the mask 20. The mask 20 is formed over the entire surface of the cap layer 8B using, for example, a CVD method, and is formed into a predetermined shape by performing patterning using a photolithography technique.
図１０に示すように、マスク２０を用いてキャップ層８Ｂ及び第３のクラッド層８Ａにパターンニングが行われ、台形形状の断面形状を有し、図示しないが細長いストライプ形状の平面形状を有するリッジ部８が形成される。リッジ部８の形成には例えばメサエッチングが使用される。 As shown in FIG. 10, the cap layer 8B and the third clad layer 8A are patterned using a mask 20, and have a trapezoidal cross-sectional shape, and a ridge having an elongated striped planar shape (not shown). Part 8 is formed. For example, mesa etching is used to form the ridge portion 8.
図１１に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、マスク２０の領域以外すなわちリッジ部８以外の領域（基板２の表面上の他の一部の領域）であってエッチング停止層７の表面上の全域に電流狭窄層９が形成される。マスク２０をエッチング除去した後、図１２に示すように、引き続き、ＭＯＣＶＤ法を用いて、リッジ部８の表面上及び電流狭窄層９の表面上を含む全域にコンタクト層１０が形成される。 As shown in FIG. 11, for example, by using the MOCVD method, the region other than the region of the mask 20, that is, the region other than the ridge portion 8 (the other partial region on the surface of the substrate 2) on the surface of the etching stop layer 7. The current confinement layer 9 is formed in the entire region. After removing the mask 20 by etching, as shown in FIG. 12, the contact layer 10 is subsequently formed over the entire surface including the surface of the ridge portion 8 and the surface of the current confinement layer 9 by using the MOCVD method.
ここで、第２のクラッド層６の形成後、第２のクラッド層６にコドーピングが行われたＺｎの拡散速度がＳｉの拡散速度に比べて非常に速いので、エッチング停止層７及びそれ以降の層の成膜に伴う熱履歴によって、Ｚｎの移動が生じる。Ｓｉの拡散速度はＺｎの拡散速度に比べて非常に遅いので、Ｓｉの移動はほとんど生じない。すなわち、前述の図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下のＺｎは、第２のクラッド層６の上層の電流狭窄層９に拡散され、Ｚｎのドーピング密度がＳｉのドーピング密度よりも低下し、ｐ型からｎ型に反転された第２の半導体領域５Ｎ、６Ｎ及び７Ｎが電流狭窄層９直下に形成される。一方、前述の図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、第２のクラッド層６のリッジ部８直下においては、リッジ部８の第３のクラッド層８ＡにドーピングがなされたＺｎの拡散があるので、Ｓｉのドーピング密度よりＺｎのドーピング密度が高い状態において維持され、ｐ型の第１の半導体領域６Ｐが形成される。 Here, after the formation of the second cladding layer 6, the diffusion rate of Zn co-doped in the second cladding layer 6 is very high compared with the diffusion rate of Si. The movement of Zn occurs due to the thermal history associated with the formation of this layer. Since the diffusion rate of Si is much slower than the diffusion rate of Zn, there is almost no movement of Si. That is, as shown in FIG. 3A and FIG. 3B described above, Zn immediately below the current confinement layer 9 of the second clad layer 6 enters the current confinement layer 9 above the second clad layer 6. The second semiconductor regions 5N, 6N, and 7N that are diffused and the Zn doping density is lower than the Si doping density and are inverted from the p-type to the n-type are formed immediately below the current confinement layer 9. On the other hand, as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the third cladding layer 8A of the ridge 8 is doped with Zn immediately below the ridge 8 of the second cladding layer 6. Therefore, the Zn doping density is maintained higher than the Si doping density, and the p-type first semiconductor region 6P is formed.
実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法においては、別途熱処理工程を追加することなく、第２のクラッド層６の形成後の熱履歴を利用して、この第２のクラッド層６のリッジ部８直下に第１の半導体領域６Ｐを形成することができ、同時に第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下に第２の半導体領域６Ｎ等を形成することができる。しかも、第１の半導体領域６Ｐ及び第２の半導体領域６Ｎ等は、製造用マスクを用いてアライメントを行い形成しているのではなく、Ｚｎの拡散により形成されているので、リッジ部８に対してセルフアライメントにより形成されている。つまり、アライメントずれは生じない。なお、製造工程数は若干増加するものの、別途最適な条件によって組み込まれた熱処理を用いて、第２のクラッド層６に第１の半導体領域６Ｐ及び第２の半導体領域６Ｎ等を形成することができる。 In the manufacturing method of the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment, this second cladding layer is utilized by utilizing the thermal history after the formation of the second cladding layer 6 without adding a separate heat treatment step. The first semiconductor region 6P can be formed immediately below the ridge portion 8 of the semiconductor layer 6, and the second semiconductor region 6N and the like can be formed immediately below the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6 at the same time. In addition, the first semiconductor region 6P, the second semiconductor region 6N, and the like are not formed by alignment using a manufacturing mask, but are formed by Zn diffusion. Are formed by self-alignment. That is, no misalignment occurs. Although the number of manufacturing steps slightly increases, the first semiconductor region 6P, the second semiconductor region 6N, and the like may be formed in the second cladding layer 6 by using a heat treatment that is separately incorporated under optimum conditions. it can.
次に、コンタクト層１０の表面上の全域にｐ型オーミック電極１１及び基板２の裏面にｎ型オーミック電極１２のそれぞれが形成される（図１参照。）。そして、リッジ部８に対して垂直な方向に所定の長さで劈開して端面を露出させることによって、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１を完成させることができる。 Next, the p-type ohmic electrode 11 is formed on the entire surface of the contact layer 10 and the n-type ohmic electrode 12 is formed on the back surface of the substrate 2 (see FIG. 1). Then, the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment can be completed by cleaving the ridge portion 8 in a direction perpendicular to the ridge portion 8 to expose the end face.
以上説明したように、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、第２のクラッド層６のリッジ部８直下にｐ型の第１の半導体領域６Ｐを備え、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下にｎ型の第２の半導体領域６Ｎ等を備えたので、低電圧駆動を実現して高温動作特性を改善しつつ、高電圧が印加されても端面が破壊されないのでサージ耐性を向上することができる。 As described above, the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment includes the p-type first semiconductor region 6P immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6, and the second cladding layer. Since the n-type second semiconductor region 6N and the like are provided immediately below the current confinement layer 9 of 6, the end face is not broken even when a high voltage is applied while realizing low voltage driving and improving high temperature operation characteristics. Surge resistance can be improved.
［実屈折率型半導体レーザの変形例］
この変形例は、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１において、電流狭窄層９の構造を代えた例を説明するものである。
[Modification of real refractive index type semiconductor laser]
This modification describes an example in which the structure of the current confinement layer 9 is changed in the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment.
図１３に示すように、変形例に係る実屈折率型半導体レーザ１は、電流狭窄層９のｎ型の第３の半導体領域９Ａとｐ型の第４の半導体領域９Ｂとの間に、第３の半導体領域９Ａと同一導電型であるｎ型を有し、第３の半導体領域９ＡのＡｌ組成比に対して異なるＡｌ組成比を有する第５の半導体領域（ｎ型電流狭窄層）９Ｃを備えている。第５の半導体領域９Ｃは例えばｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層により構成されている。このｎ型ＡｌＩｎＰ層には例えば５×１０17atoms／ｃｍ3の濃度においてＳｉがドーピングされ、ｎ型ＡｌＩｎＰ層の厚さは例えば０．１μｍ〜０．３μｍに設定されている。 As shown in FIG. 13, the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the modified example includes the n-type third semiconductor region 9 </ b> A and the p-type fourth semiconductor region 9 </ b> B of the current confinement layer 9. A fifth semiconductor region (n-type current confinement layer) 9C having an n-type having the same conductivity type as the third semiconductor region 9A and having an Al composition ratio different from the Al composition ratio of the third semiconductor region 9A. I have. The fifth semiconductor region 9C is composed of, for example, an n-type Al 0.5 In 0.5 P layer. This n-type AlInP layer is doped with Si at a concentration of 5 × 10 17 atoms / cm 3 , for example, and the thickness of the n-type AlInP layer is set to 0.1 μm to 0.3 μm, for example.
電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａはリッジ部８との屈折率の関係でＡｌ組成比に一定の割合が必要であり、実屈折率型半導体レーザ１の物理的特性に変化を及ぼすので、第３の半導体領域９ＡのＡｌ組成比は基本的に変えない。一方、電流狭窄部９の立ち上がり電圧は電流狭窄部９のｐｎ接合部のバンドギャップにより決まるので、Ａｌ組成比を調節して電流狭窄層９の立ち上がり電圧レベルを制御するために、第４の半導体領域９Ｂとのｐｎ接合部の生成に第５の半導体領域９Ｃが使用される。 The third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 requires a certain ratio in the Al composition ratio in relation to the refractive index with the ridge portion 8, and changes the physical characteristics of the actual refractive index type semiconductor laser 1. The Al composition ratio of the third semiconductor region 9A is basically unchanged. On the other hand, since the rising voltage of the current confinement portion 9 is determined by the band gap of the pn junction portion of the current confinement portion 9, the fourth semiconductor is used to control the rising voltage level of the current confinement layer 9 by adjusting the Al composition ratio. The fifth semiconductor region 9C is used for generating a pn junction with the region 9B.
第５の半導体領域９ＣのＡｌ組成比が第３の半導体領域９ＡのＡｌ組成比に比べて大きい場合、電流狭窄層９の立ち上がり電圧は高くなる。逆に、第５の半導体領域９ＣのＡｌ組成比が第３の半導体領域９ＡのＡｌ組成比に比べて小さい場合、電流狭窄層９の立ち上がり電圧は低くなる。 When the Al composition ratio of the fifth semiconductor region 9C is larger than the Al composition ratio of the third semiconductor region 9A, the rising voltage of the current confinement layer 9 is high. Conversely, when the Al composition ratio of the fifth semiconductor region 9C is smaller than the Al composition ratio of the third semiconductor region 9A, the rising voltage of the current confinement layer 9 is low.
このように構成される実施例１の変形例に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１により得られる作用効果に加えて、電流狭窄層９の立ち上がり電圧レベルを調節することができる。 In the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the modification of the first embodiment configured as described above, in addition to the operational effects obtained by the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment, the current confinement layer 9 The rising voltage level can be adjusted.
なお、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１において、第１のドーパントにＳｉが使用され、第２のドーパントにＺｎが使用されているが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、第１のドーパントとしてｎ型の半導体領域を生成しかつ拡散速度が遅い元素であればよく、第２のドーパントとしてｐ型の半導体領域を生成しかつ拡散速度の速い元素であれば、他の元素を用いてもよい。 In the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1, Si is used as the first dopant and Zn is used as the second dopant. However, the present invention is not limited to this. Absent. The present invention may be any element that generates an n-type semiconductor region as the first dopant and has a low diffusion rate, and any element that generates a p-type semiconductor region as the second dopant and has a high diffusion rate. Other elements may be used.
（実施例２）
本発明の実施例２は、前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の電流狭窄層９直下のｎ型化領域の他の製造方法並びにその製造方法を用いて製作された実屈折率型半導体レーザ１を説明するものである。
(Example 2)
Example 2 of the present invention relates to another method of manufacturing an n-type region directly under the current confinement layer 9 of the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 described above and the actual refraction manufactured using the manufacturing method. The rate-type semiconductor laser 1 will be described.
［実屈折率型半導体レーザのデバイス構造］
図１４に示すように、実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１は、基本的には前述の図１に示す実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の断面構造と同一の断面構造を有するが、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下のｎ型の第２の半導体領域６Ｎ、エッチング停止層７のｎ型の第２の半導体領域７Ｎ及び活性層５のｎ型の第２の半導体領域５Ｎを生成するｎ型ドーパントと電流狭窄層９のｎ型の第３の半導体領域９Ａを生成するｎ型ドーパントとを同一としたものである。つまり、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、ｐ型ドーパントとしてＺｎを使用し、第２のクラッド層６にＳｉ及びＺｎのコドーピングを行い、その後の熱処理又は熱履歴によって第２のクラッド層６にｐ型の第１の半導体領域６Ｐ及びｎ型の第２の半導体領域６Ｎ等を生成したが、実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１は、第２のクラッド層６にｐ型ドーパントとしてのＺｎのドーピングを行い、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下のｎ型の第２の半導体領域６Ｎ等を電流狭窄層９のｎ型の第３の半導体領域９Ａにドーピングを行ったｎ型ドーパンの拡散により生成している。実施例２において、ｎ型ドーパントには拡散速度が速いＳｅが使用され、Ｓｅのドーパント濃度は例えば７×１０17atoms／ｃｍ3〜８×１０17atoms／ｃｍ3に設定されている。
[Device structure of real refractive index type semiconductor laser]
As shown in FIG. 14, the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to the second embodiment is basically the same cross section as the sectional structure of the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment shown in FIG. Although having the structure, the n-type second semiconductor region 6N immediately below the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6, the n-type second semiconductor region 7N of the etching stop layer 7, and the n-type of the active layer 5 The n-type dopant for generating the second semiconductor region 5N and the n-type dopant for generating the n-type third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 are the same. That is, the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 uses Si as the n-type dopant and Zn as the p-type dopant, performs co-doping of Si and Zn on the second cladding layer 6, and then performs a subsequent heat treatment. Alternatively, the p-type first semiconductor region 6P and the n-type second semiconductor region 6N are generated in the second cladding layer 6 by the thermal history, but the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 2 is The second cladding layer 6 is doped with Zn as a p-type dopant, and the n-type second semiconductor region 6N immediately below the current confinement layer 9 of the second clad layer 6 is replaced with the n-type of the current confinement layer 9. The third semiconductor region 9A is generated by diffusion of n-type dopants doped. In Example 2, Se having a high diffusion rate is used as the n-type dopant, and the dopant concentration of Se is set, for example, to 7 × 10 17 atoms / cm 3 to 8 × 10 17 atoms / cm 3 .
図１５（Ａ）は熱処理前若しくは熱履歴が生じる前におけるリッジ部８及びその直下を含む縦方向（図１４に示すＰ３−Ｐ３線上）のドーパント密度プロファイルを示す。図１６（Ａ）は同様に熱処理前若しくは熱履歴が生じる前における電流狭窄層９及びその直下を含む縦方向（図１４に示すＰ４−Ｐ４線上）のドーパント密度プロファイルを示す。図１５（Ｂ）は熱処理後若しくは熱履歴が生じた後のリッジ部８及びその直下を含む縦方向のドーパント密度プロファイルを示す。図１６（Ｂ）は同様に熱処理後若しくは熱履歴が生じた後の電流狭窄層９及びその直下を含む縦方向のドーパント密度プロファイルを示す。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）において、横軸は第１のクラッド層４、活性層５、第２のクラッド層６、コンタクト層１０の各領域を示し、縦軸はドーパント濃度（atoms／ｃｍ3）を示す。 FIG. 15A shows a dopant density profile in the vertical direction (on the line P3-P3 shown in FIG. 14) including the ridge portion 8 and immediately below the ridge portion 8 before heat treatment or before thermal history occurs. FIG. 16A similarly shows a dopant density profile in the vertical direction (on the line P4-P4 shown in FIG. 14) including the current confinement layer 9 and immediately under the current confinement layer 9 before the heat treatment or before the thermal history occurs. FIG. 15B shows a dopant density profile in the vertical direction including the ridge portion 8 after heat treatment or after thermal history has occurred, and the region immediately below the ridge portion 8. FIG. 16B similarly shows the dopant density profile in the vertical direction including the current confinement layer 9 after heat treatment or after the occurrence of thermal history and the region immediately below the current confinement layer 9. In FIG. 15A, FIG. 15B, FIG. 16A, and FIG. 16B, the horizontal axis represents the first cladding layer 4, the active layer 5, the second cladding layer 6, and the contact layer 10. Each region is shown, and the vertical axis shows the dopant concentration (atoms / cm 3 ).
図１５（Ａ）に示すように、熱処理前若しくは熱履歴が生じる前において、第２のクラッド層６のリッジ部８直下のＺｎのドーパント濃度は５×１０17 atoms／ｃｍ3である。図１５（Ｂ）に示すように、熱処理後若しくは熱履歴が生じた後において、第２のクラッド層６のリッジ部８直下のＺｎのドーパント濃度は、若干のプロファイルの形状変化はあるものの、実効的な変化を生じていない。従って、この第２のクラッド層６のリッジ部８直下においては、Ｚｎのドーパント濃度が維持され、ｐ型の第１の半導体領域６Ｐが生成される。 As shown in FIG. 15A, the Zn dopant concentration immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6 is 5 × 10 17 atoms / cm 3 before heat treatment or before thermal history occurs. As shown in FIG. 15B, after the heat treatment or after the thermal history occurs, the dopant concentration of Zn immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6 is effective although there is a slight profile change. Changes have not occurred. Accordingly, immediately below the ridge portion 8 of the second cladding layer 6, the Zn dopant concentration is maintained, and the p-type first semiconductor region 6P is generated.
一方、図１６（Ａ）に示すように、熱処理前若しくは熱履歴を生じる前において、第２のクラッド層６の電流狭窄層９直下にはリッジ部８直下と同様にＺｎがドーピングされているので、クラッド層６の電流狭窄層９直下のＺｎのドーパント濃度はリッジ部８直下のＺｎのドーパント濃度と同等である。電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａには例えば１×１０18 atoms／ｃｍ3のドーパント濃度においてＳｅのドーピングが行われている。図１６（Ｂ）に示すように、熱処理後若しくは熱履歴が生じた後において、電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａからその直下のエッチング停止層７，第２のクラッド層６、活性層５にＳｅの拡散が生じ、Ｓｅのドーピング濃度がＺｎのドーピング濃度を上回り、エッチング停止層７にｎ型の第２の半導体領域７Ｎ、第２のクラッド層６にｎ型の第２の半導体領域６Ｎ、活性層５にｎ型の第２の半導体領域５Ｎが生成される。すなわち、電流狭窄層９直下には、ｐ型からｎ型に反転された、第２の半導体領域７Ｎ、６Ｎ及び５Ｎが生成される。結果的に、電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａから第１のクラッド層４に至る経路、更に第１のクラッド層４から基板２に至る経路はすべてｎ型化される。 On the other hand, as shown in FIG. 16A, before heat treatment or before the occurrence of thermal history, Zn is doped just below the current confinement layer 9 of the second cladding layer 6 in the same manner as directly below the ridge portion 8. The Zn dopant concentration immediately below the current confinement layer 9 of the cladding layer 6 is equivalent to the Zn dopant concentration immediately below the ridge 8. The third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 is doped with Se at a dopant concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , for example. As shown in FIG. 16B, after the heat treatment or after the thermal history is generated, the etching stop layer 7, the second cladding layer 6 and the active layer immediately below the third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 are provided. 5, Se is diffused, and the Se doping concentration exceeds the Zn doping concentration. The etching stop layer 7 has an n-type second semiconductor region 7N, and the second cladding layer 6 has an n-type second semiconductor region. 6N, an n-type second semiconductor region 5N is generated in the active layer 5. That is, the second semiconductor regions 7N, 6N, and 5N inverted from the p-type to the n-type are generated immediately below the current confinement layer 9. As a result, the path from the third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 to the first cladding layer 4 and the path from the first cladding layer 4 to the substrate 2 are all n-type.
このように構成される実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、基本的には実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１と同様に、サージ電圧のような高い電圧がｐ型オーミック電極１１に印加されても、或いは極性が反対の高い電圧がｎ型オーミック電極１２に印加されても、前述の図５に示すように、端面が破壊されない光出力でしか発振が生じない。従って、実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、低電圧駆動を実現して高温動作特性を改善しつつ、高電圧が印加されても端面が破壊されないのでサージ耐性を向上することができる。 In the real refractive index semiconductor laser 1 according to the second embodiment configured as described above, a high voltage such as a surge voltage is basically p, as in the real refractive index semiconductor laser 1 according to the first embodiment. Even when applied to the type ohmic electrode 11 or when a high voltage of opposite polarity is applied to the n type ohmic electrode 12, as shown in FIG. 5 described above, oscillation occurs only at an optical output whose end face is not destroyed. . Therefore, in the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the second embodiment, it is possible to improve the surge resistance because the end face is not broken even when a high voltage is applied while improving the high temperature operation characteristics by realizing the low voltage driving. Can do.
［実屈折率型半導体レーザの製造方法］
実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法は、基本的には実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法と同様であるが、以下点において異なる。
[Method of manufacturing a real refractive index type semiconductor laser]
The manufacturing method of the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the second embodiment is basically the same as the manufacturing method of the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment, but differs in the following points.
第１に、前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法の図７に示す第２のクラッド層６を形成する工程において、第２のクラッド層６にはｐ型ドーパントであるＺｎのみのドーピングが行われる。 First, in the step of forming the second cladding layer 6 shown in FIG. 7 of the method for manufacturing the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 described above, the second cladding layer 6 is made of p-type dopant. Doping of only certain Zn is performed.
第２に、前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法の図９に示す電流狭窄層９を形成する工程において、下層の第３の半導体領域９Ａにはｎ型ドーパントとして拡散速度が速いＳｅのドーピングが行われる。なお、ｎ型ドーパントとしてＳｅに限定されるものではない。 Second, in the step of forming the current confinement layer 9 shown in FIG. 9 in the method of manufacturing the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1, the lower third semiconductor region 9A has an n-type dopant. Se is doped at a high diffusion rate. The n-type dopant is not limited to Se.
第３に、前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１の製造方法の図１２に示す第２のクラッド層６に第２の半導体領域６Ｎ等を形成する工程において、第２の半導体領域６Ｎは電流狭窄層９の第３の半導体領域９Ａからのｎ型ドーパントの拡散により形成される。 Third, in the step of forming the second semiconductor region 6N and the like in the second cladding layer 6 shown in FIG. 12 of the method for manufacturing the real refractive index type semiconductor laser 1 according to Example 1 described above, the second semiconductor The region 6N is formed by the diffusion of the n-type dopant from the third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9.
このように構成される実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１においては、実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。 In the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to the second embodiment configured as described above, the same operational effects as those obtained by the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment can be obtained.
［実屈折率型半導体レーザの変形例１］
実施例２の変形例１に係る実屈折率型半導体レーザ１は、前述の実施例１の変形例に係る実屈折率型半導体レーザ１と同様に、電流狭窄層９のｎ型の第３の半導体領域９Ａとｐ型の第４の半導体領域９Ｂとの間に第３の半導体領域９ＡとはＡｌ組成比が異なる同一導電型のｎ型の第５の半導体領域９Ｃを備えてもよい。
[Modification Example 1 of Real Refractive Index Type Semiconductor Laser]
The real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first modification of the second embodiment is similar to the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the first modification of the first embodiment described above. Between the semiconductor region 9A and the p-type fourth semiconductor region 9B, an n-type fifth semiconductor region 9C of the same conductivity type having an Al composition ratio different from that of the third semiconductor region 9A may be provided.
［実屈折率型半導体レーザの変形例２］
実施例２に係る実屈折率型半導体レーザ１は、前述の実施例１に係る実屈折率型半導体レーザ１又は実施例１の変形例に係る実屈折率型半導体レーザ１に組み合わせることができる。すなわち、変形例２に係る実屈折率型半導体レーザ１は、予めＺｎ及びＳｉの第２のクラッド層６へのコドーピングを行い、一方電流狭窄層９の第３の半導体領域９ＡにはＳｅのドーピングを行う。そして、実屈折率型半導体レーザ１においては、第２のクラッド層６のＺｎの拡散による移動に併せて、電流狭窄層９からのＳｅの拡散によって、活性層５にｎ型の第２の半導体領域５Ｎを形成し、第２のクラッド層６にｎ型の第２の半導体領域６Ｎを形成し、エッチング停止層７にｎ型の第２の半導体領域７Ｎを形成する。
[Modification 2 of real refractive index type semiconductor laser]
The real refractive index type semiconductor laser 1 according to the second embodiment can be combined with the actual refractive index type semiconductor laser 1 according to the first embodiment described above or the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the modification of the first embodiment. That is, the real refractive index type semiconductor laser 1 according to the modified example 2 performs co-doping of the Zn and Si into the second cladding layer 6 in advance, while the third semiconductor region 9A of the current confinement layer 9 is made of Se. Doping. In the real refractive index type semiconductor laser 1, an n-type second semiconductor is formed in the active layer 5 by the diffusion of Se from the current confinement layer 9 along with the movement of the second cladding layer 6 due to the diffusion of Zn. The region 5N is formed, the n-type second semiconductor region 6N is formed in the second cladding layer 6, and the n-type second semiconductor region 7N is formed in the etching stopper layer 7.
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を複数の実施例並びに変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by several Example and the modification, the description and drawing which make a part of this indication do not limit this invention. The present invention can be applied to various alternative embodiments, examples, and operational technologies.
本発明は、動作電流が小さく、高温動作特性に優れ、かつ耐サージ特性に優れた半導体レーザ及びその製造方法に広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to a semiconductor laser having a small operating current, excellent high-temperature operating characteristics, and excellent surge resistance and a manufacturing method thereof.
１…実屈折率型半導体レーザ、２…基板、３…バッファ層、４…第１のクラッド層、５…活性層、５Ｎ、６Ｎ、７Ｎ…第２の半導体領域、６…第２のクラッド層、６Ｐ…第１の半導体領域、７…エッチング停止層、８…リッジ部、９…電流狭窄層、１０…コンタクト層、１１…ｐ型オーミック電極、１２…ｎ型オーミック電極、２０…マスク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Real refractive index type semiconductor laser, 2 ... Substrate, 3 ... Buffer layer, 4 ... 1st clad layer, 5 ... Active layer, 5N, 6N, 7N ... 2nd semiconductor region, 6 ... 2nd clad layer , 6P ... first semiconductor region, 7 ... etching stop layer, 8 ... ridge portion, 9 ... current confinement layer, 10 ... contact layer, 11 ... p-type ohmic electrode, 12 ... n-type ohmic electrode, 20 ... mask.
Claims (8)
前記基板上に配設された第１の導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に配設された活性層と、
前記活性層上の一部に配設され、前記第１の導電型の第１のドーパント及び前記第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のドーパントの双方を有し、前記第２のドーパントの濃度が前記第１のドーパントの濃度に比べて高い前記第２の導電型の第１の半導体領域、及び前記活性層上の他の一部に配設され、前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントの双方を有し、前記第１のドーパントの濃度が前記第２のドーパントの濃度に比べて高い前記第１の導電型の第２の半導体領域を有する第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層の前記第１の半導体領域上に配設され、前記第２の導電型の第３のクラッド層を有するリッジ部と、
前記第２のクラッド層の前記第２の半導体領域上に配設され、前記第１の導電型の第３の半導体領域及びこの第３の半導体領域上の前記第２の導電型の第４の半導体領域を有する電流狭窄層と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。 A substrate,
A first conductivity type first clad layer disposed on the substrate;
An active layer disposed on the first cladding layer;
A first dopant of the first conductivity type and a second dopant of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, disposed on a portion of the active layer; The second dopant concentration is higher than the first dopant concentration in the first semiconductor region of the second conductivity type and the other part on the active layer; And a second semiconductor region of the first conductivity type, wherein the concentration of the first dopant is higher than the concentration of the second dopant. A cladding layer;
A ridge portion disposed on the first semiconductor region of the second cladding layer and having a third cladding layer of the second conductivity type;
A third semiconductor region of the first conductivity type disposed on the second semiconductor region of the second cladding layer, and a fourth of the second conductivity type on the third semiconductor region; A current confinement layer having a semiconductor region;
A semiconductor laser comprising:
前記第３の半導体領域と前記第４の半導体領域との間に、前記第１の導電型を有し、前記第３の半導体領域のＡｌ組成比に対して異なるＡｌ組成比を有する第５の半導体領域を更に備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ。 The third semiconductor region and the fourth semiconductor region of the current confinement layer are both composed of a compound semiconductor containing Al,
The fifth semiconductor region having the first conductivity type and having an Al composition ratio different from an Al composition ratio of the third semiconductor region between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region. 6. The semiconductor laser according to claim 1, further comprising a semiconductor region.
前記第１のクラッド層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に前記第１の導電型の第１のドーパント及び前記第１の導電型とは反対の第２の導電型の第２のドーパントの双方を有する第２のクラッド層を形成する工程と、
前記第２のクラッド層上の一部に前記第２の導電型の第３のクラッド層を有するリッジ部を形成する工程と、
前記第２のクラッド層上の他の一部に前記第１の導電型の第３の半導体領域及びこの第３の半導体領域上の前記第２の導電型の第４の半導体領域を有する電流狭窄層を形成する工程と、
前記第２のクラッド層において、前記リッジ部下に前記第２のドーパントの濃度が前記第１のドーパントの濃度に比べて高い前記第２の導電型の第１の半導体領域を形成し、前記電流狭窄層下に前記第１のドーパントの濃度が前記第２のドーパントの濃度に比べて高い前記第１の導電型の第２の半導体領域を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。 Forming a first cladding layer of a first conductivity type on a substrate;
Forming an active layer on the first cladding layer;
Forming a second cladding layer having both the first dopant of the first conductivity type and the second dopant of the second conductivity type opposite to the first conductivity type on the active layer; When,
Forming a ridge portion having a third cladding layer of the second conductivity type on a part of the second cladding layer;
Current confinement having the third semiconductor region of the first conductivity type and the fourth semiconductor region of the second conductivity type on the third semiconductor region in another part on the second cladding layer Forming a layer;
In the second clad layer, a first semiconductor region of the second conductivity type having a second dopant concentration higher than the first dopant concentration is formed under the ridge portion, and the current confinement Forming a second semiconductor region of the first conductivity type below the layer, wherein the concentration of the first dopant is higher than the concentration of the second dopant;
A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising:
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