JPH0629614A - Semiconductor laser element and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor laser element and manufacturing method thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子に関
し、特に、閾値電流が低く、高効率で発振でき、かつ高
出力の場合でも基本横モード動作することができる半導
体レーザ素子およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device which has a low threshold current, can oscillate with high efficiency, and can operate in a fundamental transverse mode even in the case of high output, and a method for manufacturing the same. It is about.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体レーザ素子は多くの分野において
応用されており、より良好な光学特性が要求されてい
る。優れた光学特性を得るために、屈折率導波構造を採
用した半導体レーザ素子が数多く提案されており、例え
ば、図9に示されるような屈折率導波型ストライプレー
ザ素子が挙げられる。この半導体レーザ素子は、n型G
aAs電流阻止層92が積層形成されたp型GaAs半
導体基板91に断面V形状のストライプ状の溝93が形
成されており、その上にp型AlGaAs第1クラッド
層94、AlGaAs活性層95、n型AlGaAs第
2クラッド層96、n型GaAsコンタクト層97が積
層形成されている。2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices are applied in many fields and are required to have better optical characteristics. In order to obtain excellent optical characteristics, many semiconductor laser devices adopting a refractive index waveguide structure have been proposed, and for example, a refractive index waveguide type stripe laser device as shown in FIG. 9 can be mentioned. This semiconductor laser device is an n-type G
A p-type GaAs semiconductor substrate 91 on which an aAs current blocking layer 92 is laminated has a stripe-shaped groove 93 having a V-shaped cross section, and a p-type AlGaAs first cladding layer 94, an AlGaAs active layer 95, n. A type AlGaAs second cladding layer 96 and an n-type GaAs contact layer 97 are laminated.
【0003】この半導体レーザ素子においては、電流阻
止層92に形成された上記溝93にて電流が狭窄され
る。上記電流阻止層92は、活性層95よりバンドギャ
ップが小さく、かつ光吸収作用を有する。よって、上記
溝93の両側面にて実効屈折率が低下し、この部分にお
いて実効屈折率導波路が形成されている。このような構
造を有する半導体レーザ素子では、上記電流阻止層92
の光吸収作用によって、高次横モードの利得が抑制さ
れ、安定な基本横モード動作が得られる。In this semiconductor laser device, the current is confined in the groove 93 formed in the current blocking layer 92. The current blocking layer 92 has a smaller bandgap than the active layer 95 and has a light absorbing function. Therefore, the effective refractive index decreases on both side surfaces of the groove 93, and the effective refractive index waveguide is formed in this portion. In the semiconductor laser device having such a structure, the current blocking layer 92
Due to the light absorption effect of, the higher-order transverse mode gain is suppressed, and stable fundamental transverse mode operation is obtained.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図9に示した
半導体レーザ素子では、上記電流阻止層92の光吸収作
用により基本横モードもある程度損失されるため、微分
効率の低下および発振閾値電流の増大を招くという欠点
がある。特にこの半導体レーザ素子を高出力で動作させ
る場合には、動作電流が増大したり、素子の信頼性が低
下するという欠点がある。However, in the semiconductor laser device shown in FIG. 9, the fundamental transverse mode is also lost to some extent by the light absorption effect of the current blocking layer 92, so that the differential efficiency is lowered and the oscillation threshold current is reduced. It has the drawback of increasing. In particular, when this semiconductor laser device is operated at a high output, there are drawbacks that the operating current increases and the reliability of the device decreases.
【0005】本発明は、上記欠点を解決しようとするも
のであり、その第1の目的は、閾値電流が低く、高出力
においても高い微分効率で安定して基本横モード発振す
ることができ、信頼性に優れる半導体レーザ素子を提供
することにある。The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks, and the first object thereof is that the threshold current is low and the fundamental transverse mode oscillation can be stably performed with high differential efficiency even at high output, It is to provide a semiconductor laser device having excellent reliability.
【0006】本発明の第2の目的は、上記半導体レーザ
素子を好適に製造することができる方法を提供すること
にある。A second object of the present invention is to provide a method capable of suitably manufacturing the above semiconductor laser device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、AlyGa1-yAsからなる活性層(yは0以上1以
下)の上下方向両側をAlxGa1-xAsからなる第1ク
ラッド層(xは0以上1以下)とAlzGa1-zAsから
なる第2クラッド層(zは0以上1以下)とで挟んでな
る光発光用の積層部と、離隔された2つの電流阻止層の
間に電流狭窄用のストライプ溝が形成され、該ストライ
プ溝を含む該電流阻止層の上にAlwGa1-wAsからな
る第3クラッド層(wは0より大で1未満)を備えた電
流狭窄機構部とをGaAs基板の上に有し、該第3クラ
ッド層における該ストライプ溝の底の上方にある部分の
屈折率が、該ストライプ溝の両側面の上方にある部分の
屈折率より大きく、そのことにより上記第1の目的が達
成される。In the semiconductor light emitting device of the present invention, the active layer (y is 0 or more and 1 or less) made of Al y Ga 1-y As is made of Al x Ga 1-x As on both sides in the vertical direction. It is separated from the light emitting layered portion sandwiched between the first cladding layer (x is 0 or more and 1 or less) and the second cladding layer (z is 0 or more and 1 or less) made of Al z Ga 1 -z As. A stripe groove for current constriction is formed between two current blocking layers, and a third clad layer made of Al w Ga 1-w As (where w is greater than 0 is formed on the current blocking layer including the stripe groove). Current confinement mechanism section having a value less than 1) on a GaAs substrate, and a portion of the third cladding layer above the bottom of the stripe groove has a refractive index above both side surfaces of the stripe groove. The refractive index is higher than the refractive index of a certain portion, thereby achieving the first object.
【0008】さらに、前記第3クラッド層において、前
記ストライプ溝の底の上方にある部分の導電型と該スト
ライプ溝の両側面の上方にある部分の導電型が異なる構
成とすると好ましい。Further, in the third cladding layer, it is preferable that the conductivity type of a portion above the bottom of the stripe groove is different from the conductivity type of a portion above both side surfaces of the stripe groove.
【0009】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
AlyGa1-yAsからなる活性層(yは0以上1以下)
の上下方向両側をAlxGa1-xAsからなる第1クラッ
ド層(xは0以上1以下)とAlzGa1-zAsからなる
第2クラッド層(zは0以上1以下)とで挟んでなる光
発光用の積層部と、離隔された2つの電流阻止層の間に
電流狭窄用のストライプ溝が形成され、該ストライプ溝
を含む該電流阻止層の上にAlwGa1-wAsからなる第
3クラッド層(wは0より大で1未満)を備えた電流狭
窄機構部とをGaAs基板の上に有する半導体レーザ素
子の製造方法であって、該光発光用の積層部を形成する
工程と、該ストライプ溝の底の面方位を(100)とし
かつその両側面の面方位を(n11)(nは1以上8以
下)となし、ストライプ溝を含む電流阻止層の上に第3
クラッド層を積層して、これにより第3クラッド層にお
けるストライプ溝の底の上方にある部分の屈折率が、該
ストライプ溝の両側面の上方にある部分の屈折率より大
きい該電流狭窄機構部を形成する工程とを行い、そのこ
とにより上記第2の目的が達成される。The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention comprises:
Active layer made of Al y Ga 1-y As (y is 0 or more and 1 or less)
A first clad layer made of Al x Ga 1-x As (x is 0 or more and 1 or less) and a second clad layer made of Al z Ga 1-z As (z is 0 or more and 1 or less) on both upper and lower sides of A stripe groove for current confinement is formed between the sandwiched light emitting laminated portion and two separated current blocking layers, and Al w Ga 1-w is formed on the current blocking layer including the stripe groove. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a current confinement mechanism portion including a third cladding layer (w is greater than 0 and less than 1) made of As on a GaAs substrate, wherein the laminated portion for light emission is provided. Forming step, and the plane orientation of the bottom of the stripe groove is set to (100) and the plane orientation of both side surfaces thereof is set to (n11) (n is 1 or more and 8 or less), and on the current blocking layer including the stripe groove. Third
By laminating the cladding layers, the refractive index of the portion of the third cladding layer above the bottom of the stripe groove is higher than the refractive index of the portions above both side surfaces of the stripe groove. And the step of forming, whereby the second object is achieved.
【0010】この半導体レーザ素子の製造方法において
は、前記第3クラッド層は両性不純物をドーピングして
形成されてもよい。In this method of manufacturing a semiconductor laser device, the third cladding layer may be formed by doping an amphoteric impurity.
【0011】本発明のもう1つの半導体レーザ素子は、
AlyGa1-yAsからなる活性層(yは0以上1以下)
の上下方向両側をAlxGa1-xAsからなる第1クラッ
ド層(xは0以上1以下)と電流狭窄用のリッジ部を有
するAlzGa1-zAsからなる第2クラッド層(zは0
以上1以下)とで挟んでなる光発光用の積層部と、該リ
ッジ部の少なくとも両側面を含む該第2クラッド層の上
にAlwGa1-wAsからなる第3クラッド層(wは0よ
り大で1未満)とをGaAs基板の上に有し、該リッジ
部の屈折率が、該第3クラッド層の該リッジ部の両側面
の上方にある部分の屈折率より大きく、そのことにより
上記第1の目的が達成される。Another semiconductor laser device of the present invention is
Active layer made of Al y Ga 1-y As (y is 0 or more and 1 or less)
The first clad layer (x is 0 or more and 1 or less) made of Al x Ga 1-x As and the second clad layer (z made of Al z Ga 1-z As having a ridge portion for current confinement) on both sides in the vertical direction of Is 0
A light emitting layered portion sandwiched between (1 and below) and the second cladding layer including at least both side surfaces of the ridge portion, and a third cladding layer made of Al w Ga 1-w As (where w is Greater than 0 and less than 1) on the GaAs substrate, and the refractive index of the ridge is larger than the refractive index of the portions of the third cladding layer above both sides of the ridge. According to the above, the first object is achieved.
【0012】さらに、前記リッジ部の導電型と前記第3
クラッド層における該リッジ部の両側面の上方にある部
分の導電型が異なる構成とすると好ましい。Further, the conductivity type of the ridge and the third type
It is preferable that the portions above the both side surfaces of the ridge in the clad layer have different conductivity types.
【0013】本発明のもう1つの半導体レーザ素子の製
造方法は、AlyGa1-yAsからなる活性層(yは0以
上1以下)の上下方向両側をAlxGa1-xAsからなる
第1クラッド層(xは0以上1以下)と電流狭窄用のリ
ッジ部を有するAlzGa1−zAsからなる第2クラ
ッド層(zは0以上1以下)とで挟んでなる光発光用の
積層部と、該リッジ部の少なくとも両側面を含む該第2
クラッド層の上にAlwGa1-wAsからなる第3クラ
ッド層(wは0より大で1未満)とをGaAs基板の上
に有する半導体レーザ素子の製造方法であって、該リッ
ジ部の両側面の面方位を(n11)(nは1以上8以
下)としかつリッジ部を挟む両側の第2クラッド層部分
の面方位を(100)となし、次いで該第2クラッド層
の上に第3クラッド層を形成して、リッジ部の屈折率
が、第3クラッド層のリッジ部の両側面の上方にある部
分の屈折率より大きくなるようにし、そのことにより上
記第2の目的が達成される。According to another method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, Al x Ga 1-x As is formed on both upper and lower sides of an active layer (y is 0 or more and 1 or less) made of Al y Ga 1-y As. For light emission sandwiched between a first cladding layer (x is 0 or more and 1 or less) and a second cladding layer (z is 0 or more and 1 or less) made of Al z Ga 1-z As having a ridge portion for current confinement And a second portion including at least both side surfaces of the ridge portion.
A method of manufacturing a semiconductor laser device comprising a GaAs substrate and a third clad layer (w is greater than 0 and less than 1) made of Al w Ga 1-w As on the clad layer. The plane orientations of both side surfaces are (n11) (n is 1 or more and 8 or less), and the plane orientations of the second clad layer portions on both sides of the ridge portion are set to (100). The third clad layer is formed so that the refractive index of the ridge portion is higher than the refractive index of the portions of the third clad layer above both side surfaces of the ridge portion, thereby achieving the second object. It
【0014】この半導体レーザ素子の製造方法において
は、前記第3クラッド層は両性不純物をドーピングして
形成されてもよい。In this method of manufacturing a semiconductor laser device, the third cladding layer may be formed by doping an amphoteric impurity.
【0015】[0015]
【作用】本発明の半導体レーザ素子にあっては、電流狭
窄用のストライプ溝上に形成された第3クラッド層にお
いて、ストライプ溝の底の上方にある部分の屈折率が、
該ストライプ溝の両側面の上方にある部分の該屈折率よ
り大きく形成されているため、この部分において実効屈
折率差に基づく屈折率導波路が形成される。In the semiconductor laser device of the present invention, the refractive index of the portion above the bottom of the stripe groove in the third cladding layer formed on the stripe groove for current constriction is
Since it is formed to have a larger refractive index than the portion above both side surfaces of the stripe groove, a refractive index waveguide based on the effective refractive index difference is formed in this portion.
【0016】また、もう1つの半導体レーザ素子にあっ
ては、電流狭窄用のリッジ部の屈折率が、第3クラッド
層の該リッジ部の両側面の上方にある部分の屈折率より
大きく形成されているため、この部分において実効屈折
率差に基づく屈折率導波路が形成される。Further, in another semiconductor laser device, the refractive index of the ridge portion for current confinement is formed to be higher than the refractive index of the portions of the third cladding layer above both side surfaces of the ridge portion. Therefore, the refractive index waveguide based on the effective refractive index difference is formed in this portion.
【0017】これら半導体レーザ素子のいずれにおいて
も活性層にて発生した光の基本横モードは、それぞれに
形成された上記屈折率導波路によって閉じ込められる。In any of these semiconductor laser devices, the fundamental transverse mode of light generated in the active layer is confined by the refractive index waveguide formed in each.
【0018】本発明の製造方法にあっては、電流狭窄用
の溝またはリッジ部を備えた層が(n11)面(nは1
以上8以下)と(100)面を有し、AlwGa1-wAs
からなる第3クラッド層がこの層の上に積層される。G
a原子のマイグレーションは(100)面よりも(n1
1)面の方が大きいが、Al原子のマイグレーションの
大きさは、このように面方位が異なっていてもGa原子
程大きく変わらない。よって、第3クラッド層において
(n11)面上に形成された部分のAl混晶比は、(1
00)面上に形成された部分のAl混晶比より大きくな
るため、該(100)面上に形成された部分の屈折率
は、該第3クラッド層の該(n11)面上に形成された
部分より大きくなる。このように面方位の差をすること
で、第3クラッド層を積層すると同時に上記屈折率導波
路が作製される。In the manufacturing method of the present invention, the layer provided with the groove or the ridge portion for the current constriction has the (n11) plane (n is 1).
8 or more) and (100) plane, and Al w Ga 1-w As
A third cladding layer consisting of is laminated on this layer. G
The migration of a atoms is (n1
1) The surface is larger, but the migration size of Al atoms is not so different as that of Ga atoms even if the plane orientation is different. Therefore, the Al mixed crystal ratio of the portion formed on the (n11) plane in the third cladding layer is (1
Since it is larger than the Al mixed crystal ratio of the portion formed on the (00) plane, the refractive index of the portion formed on the (100) plane is formed on the (n11) plane of the third cladding layer. It will be larger than the part. By thus differentiating the plane orientations, the refractive index waveguide is manufactured at the same time when the third cladding layer is laminated.
【0019】[0019]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0020】(実施例1)図1は本発明の実施例1の半
導体レーザ素子の製造工程を示す図である。まず、図1
(a)に示すように、n型GaAs基板1の(100)
面上に、通常の方法を用いてAlxGa1-xAs第1クラ
ッド層2、AlyGa1-yAs活性層3、p型AlzGa
1-zAs第2クラッド層4からなる光発光用の積層部を
形成し、さらに、その上にp型GaAs第1保護層5、
n型AlsGa1-sAsエッチングストップ層6(sは0
より大で1以下である)、n型GaAs電流阻止層7を
順次形成する。以上は1回目の成長工程で作製される。(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor laser device according to Embodiment 1 of the present invention. First, Fig. 1
As shown in (a), (100) of the n-type GaAs substrate 1
Al x Ga 1-x As first clad layer 2, Al y Ga 1-y As active layer 3, p-type Al z Ga on the surface by a normal method.
A laminated portion for light emission composed of the 1-z As second cladding layer 4 is formed, and the p-type GaAs first protective layer 5 is further formed thereon.
n-type Al s Ga 1-s As etching stop layer 6 (s is 0
The maximum is 1 or less), and the n-type GaAs current blocking layer 7 is sequentially formed. The above is produced in the first growth step.
【0021】次に、上記で得られたエピタキシャルウェ
ハー上に、図1(b)に示すように、ホトリソグラフィ
技術によってストライプ状のホトレジストパターン11
1を形成する。その後、このホトレジストパターン11
1をエッチングマスクとして使用し、GaAs選択エッ
チング液を用いて上記電流阻止層7を上記エッチングス
トップ6の表面に達するまでエッチングする。これによ
り、電流阻止層77は離隔され、その間にストライプ溝
112が形成される。このストライプ溝112の両側面
113、113は対称な(n11)面となるようにす
る。ストライプ溝112の底114は(100)面とな
る。Next, on the epitaxial wafer obtained above, as shown in FIG. 1 (b), a stripe-shaped photoresist pattern 11 is formed by a photolithography technique.
1 is formed. After that, this photoresist pattern 11
Using 1 as an etching mask, the current blocking layer 7 is etched using a GaAs selective etching solution until the surface of the etching stop 6 is reached. As a result, the current blocking layer 77 is separated, and the stripe groove 112 is formed between them. Both side surfaces 113, 113 of the stripe groove 112 are symmetrical (n11) planes. The bottom 114 of the stripe groove 112 becomes the (100) plane.
【0022】続いて図1(c)に示すように、AlGa
As選択エッチング液を用いて上記エッチングストップ
層6を除去し、さらにホトレジストパターン111を除
去する。Subsequently, as shown in FIG. 1C, AlGa
The etching stop layer 6 is removed using an As selective etching solution, and then the photoresist pattern 111 is removed.
【0023】上記エッチングストップ層6を除去した
後、MBE(分子線エピタキシー)法による2回目の成
長工程にて、上記ストライプ溝112を含む電流阻止層
7上にp型AlwGa1-wAs第3クラッド層9(wは0
より大で1未満である)を成長させる。ストライプ溝1
12を備えた電流阻止層7と第3クラッド層9により電
流狭窄機構部が形成される。After removing the etching stop layer 6, in the second growth step by the MBE (molecular beam epitaxy) method, p-type Al w Ga 1-w As is formed on the current blocking layer 7 including the stripe groove 112. Third cladding layer 9 (w is 0
Greater than and less than 1). Stripe groove 1
The current blocking layer 7 including 12 and the third cladding layer 9 form a current confinement mechanism portion.
【0024】第3クラッド層9は、(n11)面である
ストライプ溝の側面113、113上に形成された側面
部116、116と、(100)面であるストライプ溝
の底114上に形成された中央部115を有し、該側面
部116のAl混晶比の方が該中央部115のAl混晶
比よりも大きい。よって、中央部115の屈折率の方が
側面部116の屈折率より大きくなっている。これは、
(100)面上と(n11)面上とではGaAs原子の
マイグレーションの度合が異なるため、(100)面上
と(n11)面とではGaAs層の厚さに差が生じるた
めである。The third cladding layer 9 is formed on the side surfaces 116 and 116 formed on the side surfaces 113 and 113 of the stripe groove which is the (n11) plane and on the bottom 114 of the stripe groove which is the (100) plane. Further, the Al mixed crystal ratio of the side surface portion 116 is larger than the Al mixed crystal ratio of the central portion 115. Therefore, the refractive index of the central portion 115 is higher than that of the side surface portion 116. this is,
This is because the degree of migration of GaAs atoms is different between the (100) plane and the (n11) plane, and the GaAs layer thickness is different between the (100) plane and the (n11) plane.
【0025】この現象は例えば、Appl.Phys.Lett.,56
(8),776(1990)において報告されている。図2に示すよ
うに、面方位が(100)面である水平面21と面方位
が(411)面である側面22では、その上に積層形成
されるGaAs層の厚さには差がある。このように、そ
れぞれの面方位の違いによってGaのマイグレーション
の度合が異なり、(n11)面においては(100)面
よりもGa原子のマイグレーションが大きいため、(1
00)面に積層される場合より、(n11)面に積層さ
れた場合の方がGaAs層は成長されにくくなる。Al
As層を積層する場合には、GaAs層ほど面方位の違
いによる層厚の差は見られない。This phenomenon is, for example, Appl.Phys.Lett.,56
(8), 776 (1990). As shown in Figure 2
And the horizontal plane 21 whose plane orientation is the (100) plane and the plane orientation
On the side surface 22 in which is the (411) plane, a layer is formed thereon.
There is a difference in the thickness of the GaAs layer formed. Like this
Ga migration due to the difference in each plane orientation
The degree of is different, and the (n11) plane is the (100) plane
Since the migration of Ga atoms is larger than that of (1
The (n11) plane is more laminated than the (00) plane.
The GaAs layer is less likely to grow when it is removed. Al
When stacking As layers, the GaAs layer has a different plane orientation.
There is no difference in layer thickness due to heat.
【0026】フラットな(100)面および(411)
面の上にGaAsとAlAsを積層すると、下記表1に
示すように、(100)面上に積層した場合は、GaA
s層厚は70オングストローム、AlAs層厚は100
オングストロームであり、(411)面上に積層した場
合は、GaAs層厚は25オングストローム、AlAs
層厚は80オングストロームとなる。すなわち、(10
0)面に比べ、(411)面では、GaAs層厚は36
%まで減少するが、AlAs層厚は80%程度の減少に
留まっている。Flat (100) and (411) planes
When GaAs and AlAs are stacked on the (100) plane, GaA is stacked on the (100) plane as shown in Table 1 below.
s layer thickness is 70 Å, AlAs layer thickness is 100
Å, and when stacked on the (411) plane, the GaAs layer thickness is 25 Å, AlAs
The layer thickness is 80 Å. That is, (10
Compared to the (0) plane, the (411) plane has a GaAs layer thickness of 36
%, But the thickness of the AlAs layer is only about 80%.
【0027】図2に示したような凹凸のある形状におい
ても、GaAs層厚とAlAs層厚にはこのような傾向
がみられ、図2に示すような(411)面と(411)
面とで形成される頂点Aおよび、(411)面と(41
1)面とで挟まれ、(100)面である底部Bでも同様
に各層厚の差が生じる。同表1に各層厚を示す。Even in the uneven shape as shown in FIG. 2, such a tendency is observed in the GaAs layer thickness and the AlAs layer thickness, and the (411) plane and the (411) plane as shown in FIG.
The vertex A formed by the plane and the (411) plane and the (41
The bottom portion B, which is sandwiched between the (1) plane and the (100) plane, similarly causes a difference in layer thickness. Table 1 shows each layer thickness.
【0028】[0028]
【表1】 [Table 1]
【0029】上述のように、溝の内面にAlGaAsを
成長させると、底21上に形成した層よりも側面22上
に形成した層の方がAlの混晶比が大きくなる。面方位
の差によるこのような効果は、上記nが1以上8以下の
範囲において得られる。As described above, when AlGaAs is grown on the inner surface of the groove, the Al mixed crystal ratio of the layer formed on the side surface 22 becomes larger than that of the layer formed on the bottom 21. Such an effect due to the difference in plane orientation can be obtained in the range where n is 1 or more and 8 or less.
【0030】下記表2に、本実施例における溝の側面1
13を(111)面、(311)面、(411)面、
(811)面となるように形成した場合の、側面113
と底114におけるAl混晶比を示した。Table 2 below shows the side surface 1 of the groove in this embodiment.
13 is the (111) plane, the (311) plane, the (411) plane,
Side surface 113 when formed to be the (811) plane
And the Al mixed crystal ratio in the bottom 114 are shown.
【0031】[0031]
【表2】 [Table 2]
【0032】MBE法で第2クラッド層4を成長させる
場合に、基板の温度を比較的高温にして行うと、Gaの
マイグレーションが増加しやすくなるので好ましい。例
えば720℃程度の温度で行う。また、Asフラックス
量を小さくする。例えばV/III=5とする。When the second cladding layer 4 is grown by the MBE method, it is preferable to make the temperature of the substrate relatively high because the migration of Ga tends to increase. For example, the temperature is about 720 ° C. Further, the amount of As flux is reduced. For example, V / III = 5.
【0033】第3クラッド層9の上にp型GaAsコン
タクト層10を形成し、さらに基板1側にn型電極11
7、コンタクト層10側にp型電極118を形成する。A p-type GaAs contact layer 10 is formed on the third cladding layer 9, and an n-type electrode 11 is formed on the substrate 1 side.
7. A p-type electrode 118 is formed on the contact layer 10 side.
【0034】実施例1では、溝112の幅w1を4μm
とし、溝112の側面113、113を(311)面と
した。この実施例で基板1上に積層した各半導体層の組
成および厚さは、例えば以下のように形成する。In the first embodiment, the width w 1 of the groove 112 is 4 μm.
Then, the side surfaces 113 and 113 of the groove 112 are set to the (311) surface. The composition and thickness of each semiconductor layer laminated on the substrate 1 in this example are formed as follows, for example.
【0035】第1クラッド層2:n型AlxGa1-xA
s、x=0.50、厚さ1μm、活性層3:AlyGa
1-yAs、y=0.14、厚さ500オングストローム、第
2クラッド層4:p型AlzGa1-zAs、z=0.5
0、厚さ0.3μm、第1保護層5:p型GaAs、厚
さ50オングストローム、エッチングストップ層6:p
型AlsGa1-sAs、s=0.50、厚さ100オング
ストローム、電流阻止層7:n型GaAs、厚さ0.5
μm、第3クラッド層9:p型AlwGa1-wAs、w=
0.50、厚さ1.5μm、コンタクト層10:p型GaA
s、厚さ1μm。First cladding layer 2: n-type Al x Ga 1-x A
s, x = 0.50, a thickness of 1 [mu] m, an active layer 3: Al y Ga
1-y As, y = 0.14, thickness 500 angstrom, second cladding layer 4: p-type Al z Ga 1-z As, z = 0.5
0, thickness 0.3 μm, first protective layer 5: p-type GaAs, thickness 50 Å, etching stop layer 6: p
Type Al s Ga 1-s As, s = 0.50, thickness 100 angstrom, current blocking layer 7: n-type GaAs, thickness 0.5
μm, third cladding layer 9: p-type Al w Ga 1-w As, w =
0.50, thickness 1.5 μm, contact layer 10: p-type GaA
s, thickness 1 μm.
【0036】第3クラッド層9の中央部115のAl混
晶比は0.50、側面部116のAl混晶比は0.60
である。中央部115のAl混晶比よりも側面部116
のAl混晶比が大きいため、側面部116の屈折率は中
央部115の屈折率より小さくなり、この部分で実効屈
折率差による導波構造が形成される。これにより、活性
層3で発生した光が閉じ込められるので、低しきい値電
流、高効率の半導体発光素子となる。さらに、実施例1
においては、電流阻止層7がGaAsでなるので、その
光吸収効果によって高出力でも安定した基本横モード発
振が得られる。また、上記導波構造により、従来の半導
体発光素子と比較して光吸収が少ないため、非点収差を
大幅に改善することができる。The Al mixed crystal ratio of the central portion 115 of the third cladding layer 9 is 0.50, and the Al mixed crystal ratio of the side surface portion 116 is 0.60.
Is. The side surface portion 116 is more than the Al mixed crystal ratio of the central portion 115
Since the Al mixed crystal ratio is large, the refractive index of the side surface portion 116 becomes smaller than the refractive index of the central portion 115, and a waveguide structure due to the difference in effective refractive index is formed in this portion. As a result, the light generated in the active layer 3 is confined, resulting in a semiconductor light emitting device having a low threshold current and high efficiency. Furthermore, Example 1
In the above, since the current blocking layer 7 is made of GaAs, a stable fundamental transverse mode oscillation can be obtained even at high output due to its light absorption effect. Further, the above-mentioned waveguide structure absorbs less light as compared with the conventional semiconductor light emitting device, so that astigmatism can be significantly improved.
【0037】なお、保護層5はGaAsでなるため、そ
の光吸収効果が上記導波構造における妨げとならないよ
うに、その厚さは100オングストローム以下であること
が好ましい。実施例1では保護層5の厚さは50オング
ストローム程度で十分薄く構成されており、光吸収効果
はほとんどなく上記導波構造の妨げとはならない。Since the protective layer 5 is made of GaAs, its thickness is preferably 100 angstroms or less so that the light absorption effect does not hinder the above-mentioned waveguide structure. In Example 1, the thickness of the protective layer 5 is about 50 angstroms, which is sufficiently thin, and has almost no light absorption effect, which does not hinder the above-mentioned waveguide structure.
【0038】実施例1の半導レーザ素子においては、従
来40mA程度であったしきい値電流を20mA程度減
少可能である。また、50℃にて70mWで動作させた
場合に、50000時間以上動作可能であり、高い信頼
性が得られた。In the semiconductor laser device of Example 1, the threshold current, which was about 40 mA in the past, can be reduced by about 20 mA. Further, when operated at 50 mC and 70 mW, it was possible to operate for 50,000 hours or more, and high reliability was obtained.
【0039】また、上記製造方法を用いることにより、
上記半導体レーザ素子を2回の成長工程で作製すること
ができる。By using the above manufacturing method,
The semiconductor laser device can be manufactured by two growth steps.
【0040】(実施例2)図3に示される半導体レーザ
素子は、n型GaAs基板31上に、n型AlxGa1-x
As第1クラッド層32、AlyGa1-yAs活性層3
3、p型AlzGa1- zAs第2クラッド層34、p型G
aAs第1保護層35、n型AlsGa1-sAsエッチン
グストップ層36、n型AluGa1-uAs電流阻止層3
7(uは0より大で1以下である)が積層形成されてい
る。(Embodiment 2) The semiconductor laser device shown in FIG. 3 has the n-type Al x Ga 1 -x on the n-type GaAs substrate 31.
As first cladding layer 32, Al y Ga 1-y As active layer 3
3, p-type Al z Ga 1- z As second cladding layer 34, p-type G
aAs first protective layer 35, n-type Al s Ga 1-s As etching stop layer 36, n-type Al u Ga 1-u As current blocking layer 3
7 (u is greater than 0 and 1 or less) is laminated.
【0041】実施例2においては、電流阻止層37はA
lGaAsで形成されており、電流阻止層37の上にn
型GaAs保護層38が形成されている。本実施例にお
いては、電流阻止層37がAlGaAsで形成されてい
るため、後記AlwGa1-wAs第3クラッド層39をM
BE法にて成長させる場合に、この保護層38が必要と
なる。In the second embodiment, the current blocking layer 37 is A
It is formed of 1 GaAs, and n is formed on the current blocking layer 37.
A type GaAs protective layer 38 is formed. In the present embodiment, since the current blocking layer 37 is made of AlGaAs, the Al w Ga 1-w As third cladding layer 39 described later is formed as M.
This protective layer 38 is necessary when growing by the BE method.
【0042】電流阻止層37は、実施例1と同様にスト
ライプ溝312が形成されており、該ストライプ溝31
2の側面313、313は(n11)面、底314は
(100)面となっている。n型GaAs保護層38の
上には、実施例1と同様にMBE法によって第3クラッ
ド層39、コンタクト層310が形成されている。電極
317、318も実施例1と同様である。A stripe groove 312 is formed in the current blocking layer 37 as in the first embodiment, and the stripe groove 31 is formed.
The second side surfaces 313 and 313 are (n11) planes, and the bottom 314 is a (100) plane. A third clad layer 39 and a contact layer 310 are formed on the n-type GaAs protective layer 38 by the MBE method as in the first embodiment. The electrodes 317 and 318 are similar to those in the first embodiment.
【0043】この実施例では、電流阻止層36および第
2保護層38以外の構造は実施例1と同様であり、スト
ライプ溝312上の第3クラッド層39の中央部315
の屈折率は、側面部316、316の屈折率よりも大き
い。In this embodiment, the structure other than the current blocking layer 36 and the second protective layer 38 is the same as that of the first embodiment, and the central portion 315 of the third cladding layer 39 on the stripe groove 312 is formed.
Has a larger refractive index than the side surface portions 316 and 316.
【0044】電流阻止層37はn型AluGa1-uAsで
形成し、混晶比uは0.20、厚さ1μmであり、第2
保護層38はp型GaAsで形成し、その厚さは0.0
05μmとした。The current blocking layer 37 is formed of n-type Al u Ga 1-u As, has a mixed crystal ratio u of 0.20 and a thickness of 1 μm.
The protective layer 38 is made of p-type GaAs and has a thickness of 0.0.
It was set to 05 μm.
【0045】実施例2においては、電流阻止層37がA
lGaAsで形成されているため、電流阻止層での光吸
収が実施例1よりも少ない。これにより、さらに低い閾
値電流および高い微分効率を得ることができた。In Example 2, the current blocking layer 37 is A
Since it is formed of 1GaAs, light absorption in the current blocking layer is smaller than that in the first embodiment. This made it possible to obtain a lower threshold current and a higher differential efficiency.
【0046】本実施例の半導体レーザ素子は、200m
wで動作させた場合でも、安定して基本横モード発振し
た。The semiconductor laser device of this embodiment is 200 m long.
Even when operated in w, the fundamental transverse mode oscillation was stable.
【0047】また、本実施例の半導体レーザ素子におい
て、電流阻止層37を第3クラッド層39と同じ半導体
で形成した場合、例えば、それぞれのAl混晶比uとw
とを同じ0.5とした場合も上記と同様の効果が得られ
た。In the semiconductor laser device of this embodiment, when the current blocking layer 37 is made of the same semiconductor as the third cladding layer 39, for example, the respective Al mixed crystal ratios u and w.
The same effect as above was obtained when and were 0.5.
【0048】(実施例3)図4に示される半導体レーザ
素子は、GaAs基板41および該基板41上に積層形
成された各半導体層の導電型が実施例2と反対の導電型
に形成されている。すなわち、この半導体レーザ素子
は、p型基板41上に、p型AlxGa1-xAs第1クラ
ッド層42、AlyGa1-yAs活性層43、n型Alz
Ga1-zAs第2クラッド層44、n型GaAs第1保
護層45、p型AlsGa1-sAsエッチングストップ層
46、電流阻止層47が積層形成されている。この実施
例においても、電流阻止層47はAlGaAsで形成さ
れており、電流阻止層47の上にn型GaAs保護層4
8が形成されている。電流阻止層47には、実施例1と
同様にストライプ溝412が形成されており、該ストラ
イプ溝412の側面413、413は(n11)面、底
414は(100)面となっている。n型GaAs保護
層48の上には、第3クラッド層49、コンタクト層410
が形成されている。(Embodiment 3) In the semiconductor laser device shown in FIG. 4, the conductivity type of the GaAs substrate 41 and the semiconductor layers laminated on the substrate 41 are opposite to those of the embodiment 2. There is. That is, this semiconductor laser device, on the p-type substrate 41, p-type Al x Ga 1-x As first cladding layer 42, Al y Ga 1-y As active layer 43, n-type Al z
A Ga 1-z As second cladding layer 44, an n-type GaAs first protective layer 45, a p-type Al s Ga 1-s As etching stop layer 46, and a current blocking layer 47 are laminated. Also in this embodiment, the current blocking layer 47 is made of AlGaAs, and the n-type GaAs protective layer 4 is formed on the current blocking layer 47.
8 is formed. Stripe grooves 412 are formed in the current blocking layer 47 as in the first embodiment, and the side surfaces 413 and 413 of the stripe grooves 412 are (n11) planes and the bottoms 414 are (100) planes. A third clad layer 49 and a contact layer 410 are formed on the n-type GaAs protective layer 48.
Are formed.
【0049】この半導体レーザ素子においても、ストラ
イプ溝412における第3クラッド層49の中央部415の
屈折率は側面部416、416の屈折率よりも大きい。Also in this semiconductor laser device, the refractive index of the central portion 415 of the third cladding layer 49 in the stripe groove 412 is larger than the refractive index of the side surface portions 416, 416.
【0050】第3クラッド層49には、例えば、Si等
の両性不純物がドーピングされている。これにより、第
3クラッド層49においては、図中斜線で示した(n1
1)面である上記ストライプ溝412の側面413、4
13上に積層された溝の側面部416、416の導電型
はp型となり、(100)面上に形成された中央部41
5および側面部416、416の外側の部分420、4
20の導電型はn型となる。上記両性不純物は、第3ク
ラッド層49が積層される面の面方位の違いにより、ア
クセプタまたはドナーとして作用するため、側面部41
6、416と中央部415は反対の導電型となる。両性
不純物としてSiを用い、このような性質を有効に利用
するためには、溝412の側面413の面方位(n1
1)におけるnは1以上3以下であることが好ましい。
実施例3では、溝412の側面413を(311)面と
した。The third cladding layer 49 is doped with amphoteric impurities such as Si. As a result, in the third cladding layer 49, hatched lines in the figure (n1
1) side surfaces 413, 4 of the stripe groove 412
The conductivity type of the side surface portions 416, 416 of the groove laminated on 13 is p-type, and the central portion 41 formed on the (100) plane.
5 and the outer parts 420, 4 of the side parts 416, 416
The conductivity type of 20 is n-type. The amphoteric impurity acts as an acceptor or a donor due to the difference in the plane orientation of the surface on which the third cladding layer 49 is laminated.
6, 416 and the central portion 415 have opposite conductivity types. In order to make effective use of such properties by using Si as the amphoteric impurity, the surface orientation (n1
N in 1) is preferably 1 or more and 3 or less.
In Example 3, the side surface 413 of the groove 412 is the (311) surface.
【0051】この半導体レーザ素子においては、電流阻
止層47によって狭窄される幅w1よりも狭いストライ
プ溝の中央部415の幅w2で狭窄されるため、狭窄幅
がさらに狭くなり、さらに閾値電流を低くすることが可
能になる。In this semiconductor laser device, since the width is narrowed by the width w 2 of the central portion 415 of the stripe groove narrower than the width w 1 narrowed by the current blocking layer 47, the narrowing width is further narrowed and the threshold current is further increased. Can be lowered.
【0052】このように、導電型を反対にして第3クラ
ッド層の中央部で電流をさらに狭窄する構成とすること
は、電流阻止層をGaAsで形成した実施例1の半導体
レーザ素子においても適用可能である。The configuration in which the conductivity type is reversed and the current is further constricted in the central portion of the third cladding layer as described above is also applied to the semiconductor laser device of Example 1 in which the current blocking layer is made of GaAs. It is possible.
【0053】(実施例4)図5に示される半導体レーザ
素子は、基板51上に、n型AlxGa1-xAs第1クラ
ッド層52、AlyGa1-yAs活性層53、p型Alz
Ga1-zAs第2クラッド層54、p型GaAs第1保
護層55、n型AlsGa1-sAsエッチングストップ層
56、n型GaAsあるいはn型AlGaAsでなる電
流阻止層57、第3クラッド層59、コンタクト層51
0を有し、電流阻止層57に形成されたストライプ溝5
12の断面の形状が異なること以外は、実施例1とほぼ
同様な構造を有する。ストライプ溝512の側面はそれ
ぞれ異なった面方位(n111)、(n211)を有する
面513a、513bからなる。本実施例においては、
下側の側面513b、513bを(311)面、上側の
側面513a、513aを(111)面とした。底51
4は(100)面である。Example 4 In the semiconductor laser device shown in FIG. 5, an n-type Al x Ga 1-x As first cladding layer 52, an Al y Ga 1-y As active layer 53, p is formed on a substrate 51. Type Al z
Ga 1-z As second cladding layer 54, p-type GaAs first protective layer 55, n-type Al s Ga 1-s As etching stop layer 56, current blocking layer 57 made of n-type GaAs or n-type AlGaAs, third Cladding layer 59, contact layer 51
0, and the stripe groove 5 formed in the current blocking layer 57
The structure is almost the same as that of the first embodiment except that the cross-sectional shape of 12 is different. Side surfaces of the stripe groove 512 are surfaces 513a and 513b having different plane orientations (n 1 11) and (n 2 11). In this embodiment,
The lower side surfaces 513b and 513b are (311) planes, and the upper side surfaces 513a and 513a are (111) planes. Bottom 51
4 is the (100) plane.
【0054】このように、ストライプ溝512の側面5
13、513をそれぞれ面方位の異なる複数の面513
a、513bで構成することにより、第3クラッド層5
9のストライプ溝512内部の側面部516a、516
bのAl混晶比がそれぞれ変化する。Thus, the side surface 5 of the stripe groove 512 is
13, 513 are a plurality of planes 513 each having a different plane orientation.
a and 513b, the third cladding layer 5
Side portions 516a and 516 inside the stripe groove 512 of FIG.
The Al mixed crystal ratio of b changes, respectively.
【0055】(実施例5)本発明は、基板側に電流狭窄
機構部を形成した半導体レーザ素子においても適用可能
である。その例を図6に示す。(Embodiment 5) The present invention can be applied to a semiconductor laser device having a current confinement mechanism formed on the substrate side. An example thereof is shown in FIG.
【0056】この半導体レーザ素子は、p型GaAs基
板61の(100)面上にn型GaAs電流阻止層62
が積層形成され、該電流阻止層62にはストライプ溝6
12がエッチングによって形成されている。このストラ
イプ溝612の側面613、613は(n11)面であ
り、底614は(100)面である。その上に、Alw
Ga1-wAs第3クラッド層69がMBE法により成長
され、電流狭窄機構部が形成されている。In this semiconductor laser device, an n-type GaAs current blocking layer 62 is formed on the (100) plane of a p-type GaAs substrate 61.
Are stacked to form a stripe groove 6 in the current blocking layer 62.
12 is formed by etching. The side surfaces 613 and 613 of the stripe groove 612 are (n11) planes, and the bottom 614 is (100) plane. On top of that, Al w
The Ga 1 -w As third cladding layer 69 is grown by the MBE method to form a current confinement mechanism portion.
【0057】かかる構成の上に、LPE(液相エピタキ
シー)法によりp型GaAs第1保護層68、p型Al
xGa1-xAs第1クラッド層63、AlyGa1-yAs活
性層64、n型AlzGa1-zAs第2クラッド層65、
GaAsコンタクト層66が形成されている。さらに、
基板61側にn型電極617、コンタクト層66側にp
型電極618が形成されている。In addition to the above structure, the p-type GaAs first protective layer 68 and the p-type Al are formed by the LPE (liquid phase epitaxy) method.
x Ga 1-x As first cladding layer 63, Al y Ga 1-y As active layer 64, n-type Al z Ga 1-z As second cladding layer 65,
A GaAs contact layer 66 is formed. further,
N-type electrode 617 on the substrate 61 side and p on the contact layer 66 side
A mold electrode 618 is formed.
【0058】実施例5の基板61上に形成された各半導
体層を構成する材料は実施例1においてそれぞれに相当
する部分と同様のものを使用することができる。As the material forming each semiconductor layer formed on the substrate 61 of the fifth embodiment, the same materials as those corresponding to the first embodiment can be used.
【0059】本実施例でも、第3クラッド層69におけ
るAl混晶比は、側面部616、616の方が中央部6
15より大きくなり、この部分で導波構造が形成され
る。Also in the present embodiment, the Al mixed crystal ratio in the third cladding layer 69 is such that the side surface portions 616, 616 have the central portion 6 more.
It becomes larger than 15, and a waveguide structure is formed in this portion.
【0060】(実施例6)図7に示されたレーザ素子
は、n型GaAs基板71の上に、n型AlxGa1 -xA
s第1クラッド層72、AlyGa1-yAs活性層73お
よびストライプ状のリッジ部720が形成されたp型A
lzGa1-zAs第2クラッド層74からなる光発光用の
積層部と、GaAs保護層75、GaAsあるいはAl
GaAsからなる電流阻止層77が積層形成されてい
る。この実施例においては、第2クラッド層74に形成
されたストライプ状のリッジ部720において電流狭窄
が行われる。第2クラッド層74の上には、リッジ部7
10の上方部分を除いて、AlwGa1-wAs第3クラッ
ド層79、コンタクト層710が形成されている。基板
71側にはn型電極717、コンタクト層710側には
p型電極718が形成されている。リッジ部の720の
屈折率は、第3クラッド層79の該リッジ部側面71
3、713上にある側面部716、716より大きく、
この部分において導波構造が形成される。(Embodiment 6) The laser device shown in FIG. 7 has an n-type Al x Ga 1 -x A on an n-type GaAs substrate 71.
A p-type A in which the first cladding layer 72, the Al y Ga 1-y As active layer 73, and the stripe-shaped ridge portion 720 are formed.
1 z Ga 1 -z As The light emitting layered portion including the second cladding layer 74, the GaAs protective layer 75, GaAs or Al.
A current blocking layer 77 made of GaAs is laminated. In this embodiment, current confinement is performed in the stripe-shaped ridge portion 720 formed in the second cladding layer 74. The ridge portion 7 is formed on the second cladding layer 74.
The Al w Ga 1-w As third cladding layer 79 and the contact layer 710 are formed except for the upper portion of the layer 10. An n-type electrode 717 is formed on the substrate 71 side, and a p-type electrode 718 is formed on the contact layer 710 side. The refractive index of the ridge portion 720 is equal to that of the ridge side surface 71 of the third cladding layer 79.
3, 713, which is larger than the side parts 716, 716 on the
A waveguide structure is formed in this portion.
【0061】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製することができる。まず、基板71の(100)
面上に通常の方法による1回目の成長工程にて保護層7
5まで積層し、該保護層75の上に例えばAl2O3等か
らなる誘電体膜(図示せず)をストライプ状に形成す
る。このストライプをマスクとして、第2クラッド層7
4を側面713、713の面方位が(n11)となるよ
うにエッチングして、リッジ部720を形成する。第2
クラッド層74には、図中破線で示したようなp型Ga
Asからなるエッチングストップ層76が備えられてい
ると、リッジ部720をエッチング形成する際に過剰に
エッチングされることを防止することができる。This semiconductor laser device can be manufactured as follows. First, (100) of the substrate 71
The protective layer 7 is formed on the surface in the first growth step by a normal method.
5 are stacked, and a dielectric film (not shown) made of, for example, Al 2 O 3 or the like is formed in stripes on the protective layer 75. Using this stripe as a mask, the second cladding layer 7
4 is etched so that the side surfaces 713 and 713 have a plane orientation of (n11) to form a ridge portion 720. Second
The clad layer 74 has p-type Ga as shown by the broken line in the figure.
When the etching stop layer 76 made of As is provided, it is possible to prevent excessive etching when the ridge portion 720 is formed by etching.
【0062】リッジ部720形成後、第3クラッド層7
9および電流阻止層77をMBE法よる2回目の成長工
程にて形成する。上記リッジ部側面713、713の面
方位が(n11)であり、該リッジ部を挟む第2クラッ
ド層部分714、714の面方位は(100)である。
そのため、第3クラッド層79のリッジ部側面713、
713上にある側面部716、716の混晶比は、該部
分714、714の上に積層された部分715、715
よりもAl混晶比が大きくなり、その屈折率が該部分7
15より小さくなる。よって、上記第2クラッド層74
と上記第3クラッド層79とが同じ材料、すなわち上記
混晶比z、wがほぼ等しい材料を用いて形成された場合
でも、リッジ部720の屈折率が上記側面部716、7
16の屈折率よりも大きくなるように構成することがで
きる。After forming the ridge portion 720, the third cladding layer 7 is formed.
9 and the current blocking layer 77 are formed in the second growth step by the MBE method. The plane directions of the ridge side surfaces 713 and 713 are (n11), and the plane directions of the second cladding layer portions 714 and 714 that sandwich the ridge section are (100).
Therefore, the ridge side surface 713 of the third cladding layer 79,
The mixed crystal ratio of the side surface portions 716 and 716 on the 713 is determined by the ratios of the portions 715 and 715 laminated on the portions 714 and 714.
The Al mixed crystal ratio becomes larger than that of
It becomes smaller than 15. Therefore, the second cladding layer 74
Even if the third clad layer 79 and the third clad layer 79 are made of the same material, that is, a material having substantially the same mixed crystal ratios z and w, the refractive index of the ridge portion 720 is the same as that of the side surface portions 716 and 7.
The refractive index may be larger than 16.
【0063】また、本実施例においては、実施例3と同
様に第3クラッド層79にSi等の両性不純物をド−ピ
ングすることによって、側面部716の導電型と該部分
715の導電型とが異なるように構成することができ
る。これにより、実施例3と同様に電流狭窄幅をさらに
狭くすることができる。Further, in this embodiment, as in the third embodiment, the conductivity type of the side surface portion 716 and the conductivity type of the portion 715 are changed by doping the third cladding layer 79 with an amphoteric impurity such as Si. Can be configured differently. As a result, the current constriction width can be further reduced as in the third embodiment.
【0064】(実施例7)図8に示される半導体レーザ
素子は、GaAs基板81の上に積層されたAlxGa
1-xAs第1クラッド層82、AlyGa1-yAs活性層
83、リッジ部820が形成されたp型AlzGa1-zA
s第2クラッド層83、GaAs保護層85を有し、実
施例6の半導体レーザ素子とほぼ同様の構造を有する
が、この実施例においては、AlwGa1-wAs第3クラ
ッド層89がリッジ部820全体を覆って形成されてお
り、電流阻止層がない。リッジ部の820の屈折率は、
第3クラッド層89のリッジ部側面813、813上に
ある側面部816、816より大きく、この部分におい
て導波構造が形成される。(Embodiment 7) The semiconductor laser device shown in FIG. 8 has an Al x Ga layered on a GaAs substrate 81.
1-x As first cladding layer 82, Al y Ga 1-y As active layer 83, p-type Al z Ga 1-z A with ridge 820 formed
s second cladding layer 83 and GaAs protective layer 85, and has a structure similar to that of the semiconductor laser device of Example 6, but in this Example, Al w Ga 1 -w As third cladding layer 89 is used. It is formed so as to cover the entire ridge portion 820 and has no current blocking layer. The refractive index of 820 in the ridge is
It is larger than the side surface portions 816 and 816 on the ridge side surfaces 813 and 813 of the third cladding layer 89, and a waveguide structure is formed in this portion.
【0065】この半導体レーザ素子は、実施例7と同様
の成長方法およびエッチング法を用いて作製することが
できる。また、この半導体レーザ素子には、実施例6と
同様の理由で第2クラッド層84に、図中想像線で示し
たようなGaAsエッチングストップ層85が設けられ
ていると好ましい。This semiconductor laser device can be manufactured using the growth method and etching method similar to those of the seventh embodiment. Further, in this semiconductor laser device, it is preferable that the second cladding layer 84 is provided with the GaAs etching stop layer 85 as shown by the imaginary line in the figure for the same reason as in the sixth embodiment.
【0066】この実施例においても、上記側面813、
813の面方位が(n11)であり、リッジ部を挟む第
2クラッド層部分814、814の面方位は(100)
である。そのため、第3クラッド層89の該側面81
3、813上にある側面部816、816のAl混晶比
は、該リッジ部820の上方部分821および、リッジ
部を挟む第2クラッド層部分814、814上に積層さ
れた部分815、815のAl混晶比より大きくなり、
該側面部816の屈折率は上方部分821および部分8
15より小さくなる。Also in this embodiment, the side surface 813,
The plane orientation of 813 is (n11), and the plane orientation of the second cladding layer portions 814 and 814 sandwiching the ridge portion is (100).
Is. Therefore, the side surface 81 of the third cladding layer 89 is
The Al mixed crystal ratios of the side surface portions 816 and 816 on the surface of the ridge portion 820 are the same as those of the upper portion 821 of the ridge portion 820 and the portions 815 and 815 laminated on the second cladding layer portions 814 and 814 sandwiching the ridge portion. It becomes larger than the Al mixed crystal ratio,
The side surface 816 has a refractive index of the upper portion 821 and the portion 8
It becomes smaller than 15.
【0067】また、実施例7においては、GaAsから
なる電流阻止層がないため、光吸収がなく、これにより
さらに低閾値電流および高微分効率を得ることができ
た。本実施例では、200mwで出力動作させた場合で
も、安定して基本横モード発振した。Further, in Example 7, since there was no current blocking layer made of GaAs, there was no light absorption, and thereby a lower threshold current and a higher differential efficiency could be obtained. In this example, the fundamental transverse mode oscillation was stably performed even when the output operation was performed at 200 mw.
【0068】また、本実施例においても実施例3と同様
に第3クラッド層89にSi等の両性不純物をド−ピン
グすることによって、側面部816の導電型と該部分8
15の導電型とが異なるように構成することができ、こ
れにより、実施例3と同様に電流狭窄幅をさらに狭くす
ることができる。Also in this embodiment, as in the case of the third embodiment, the conductivity type of the side surface portion 816 and the portion 8 are formed by doping the third cladding layer 89 with an amphoteric impurity such as Si.
The conductive type of 15 can be configured to be different, and thus the current constriction width can be further narrowed as in the third embodiment.
【0069】各実施例中、光発光用の積層部を形成する
第1クラッド層および第2クラッド層は、成長方向にA
l混晶比を変化させた構成、例えば、光ガイド層を備え
たSCH(Separate Confinement Heterostructure)構
造、あるいはGRIN−SCH(Graded Index Separat
e Confinement Heterostructure)構造としてもよい。
また、活性層を量子井戸構造としてもよい。In each of the examples, the first clad layer and the second clad layer which form the laminated portion for light emission are A in the growth direction.
A structure in which the mixed crystal ratio is changed, for example, a SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure including an optical guide layer, or a GRIN-SCH (Graded Index Separat)
e Confinement Heterostructure) structure.
Further, the active layer may have a quantum well structure.
【0070】[0070]
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、基
本横モードに対して実効屈折率に基づく屈折率型導波路
が有効に作用するので、閾値電流が低く、高い効率で発
振できる半導体レーザ素子を提供することができる。According to the semiconductor laser device of the present invention, since the refractive index type waveguide based on the effective refractive index effectively acts on the fundamental transverse mode, the semiconductor laser which has a low threshold current and can oscillate with high efficiency. An element can be provided.
【0071】さらに、本発明の半導体レーザ素子によれ
ば、高出力動作する場合でも高次横モード発振すること
なく、安定した基本横モード発振が得られ、信頼性の高
い半導体レーザ素子を提供することができる。Further, according to the semiconductor laser device of the present invention, a stable basic transverse mode oscillation can be obtained without high-order transverse mode oscillation even when operating at high output, and a highly reliable semiconductor laser device is provided. be able to.
【0072】本発明の製造方法によれば、面方位の差を
利用することにより、本発明の半導体レーザ素子を容易
に作製することができる。また、本発明の半導体レーザ
素子を2回の成長工程で作製することが可能である。According to the manufacturing method of the present invention, the semiconductor laser device of the present invention can be easily manufactured by utilizing the difference in plane orientation. Further, the semiconductor laser device of the present invention can be manufactured by two growth steps.
【図1】本発明の実施例1の半導体レーザ素子の製造工
程を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing process of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】異なる面方位を有する面上に、AlGaAs層
を積層した状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a state in which an AlGaAs layer is laminated on surfaces having different plane orientations.
【図3】本発明の実施例2の半導体レーザ素子を示す模
式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a semiconductor laser device of Example 2 of the present invention.
【図4】本発明の実施例3の半導体レーザ素子を示す模
式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a semiconductor laser device of Example 3 of the present invention.
【図5】本発明の実施例4の半導体レーザ素子を示す模
式図である。FIG. 5 is a schematic view showing a semiconductor laser device of Example 4 of the present invention.
【図6】本発明の実施例5の半導体レーザ素子を示す模
式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a semiconductor laser device of Example 5 of the present invention.
【図7】本発明の実施例6の半導体レーザ素子を示す模
式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a semiconductor laser device of Example 6 of the present invention.
【図8】本発明の実施例7の半導体レーザ素子を示す模
式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a semiconductor laser device of Example 7 of the present invention.
【図9】従来の半導体レーザ素子の縦断面図である。FIG. 9 is a vertical sectional view of a conventional semiconductor laser device.
1、31、41、51、61、71、81 基板 2、32、42、52、62、72、82 第1クラッ
ド層 3、33、43、53、63、73、83 活性層 4、34、44、54、64、74、84 第2クラッ
ド層 9、39、49、59、69、79、89 第3クラッ
ド層 112、312、412、512、612 ストライプ
溝 113、313、413、513、613 ストライプ
溝側面 114、214、314、414、514 ストライプ
溝底 115、215、315、415、515 中央部 116、216、316、416、516、616、7
16 側面部 720、820 リッジ部1, 31, 41, 51, 61, 71, 81 Substrate 2, 32, 42, 52, 62, 72, 82 First clad layer 3, 33, 43, 53, 63, 73, 83 Active layer 4, 34, 44, 54, 64, 74, 84 Second clad layer 9, 39, 49, 59, 69, 79, 89 Third clad layer 112, 312, 412, 512, 612 Stripe groove 113, 313, 413, 513, 613 Stripe groove side surfaces 114, 214, 314, 414, 514 Stripe groove bottoms 115, 215, 315, 415, 515 Central part 116, 216, 316, 416, 516, 616, 7
16 Sides 720, 820 Ridge
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼岩 進治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 雅文 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 幡 俊雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 大林 健 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinji Kaneiwa 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Masafumi Kondo 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Inventor Toshio Hata 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Ken Obayashi 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation Within
Claims (8)
以上1以下)の上下方向両側をAlxGa1-xAsからな
る第1クラッド層(xは0以上1以下)とAlzGa1-z
Asからなる第2クラッド層(zは0以上1以下)とで
挟んでなる光発光用の積層部と、離隔された2つの電流
阻止層の間に電流狭窄用のストライプ溝が形成され、該
ストライプ溝を含む該電流阻止層の上にAlwGa1-wA
sからなる第3クラッド層(wは0より大で1未満)を
備えた電流狭窄機構部とをGaAs基板の上に有し、該
第3クラッド層における該ストライプ溝の底の上方にあ
る部分の屈折率が、該ストライプ溝の両側面の上方にあ
る部分の屈折率より大きい半導体レーザ素子。1. An active layer (y is 0) made of Al y Ga 1 -y As.
1 inclusive) in the vertical direction on both sides of the first cladding layer made of Al x Ga 1-x As ( x is 0 or more and 1 or less) and the Al z Ga 1-z
A stripe groove for current confinement is formed between a light emitting layered portion sandwiched by a second cladding layer made of As (z is 0 or more and 1 or less) and two current blocking layers that are separated from each other. Al w Ga 1-w A is formed on the current blocking layer including the stripe groove.
and a current confinement mechanism portion including a third clad layer (w is greater than 0 and less than 1) made of s on a GaAs substrate and above the bottom of the stripe groove in the third clad layer. A semiconductor laser device having a refractive index higher than that of the portions above both side surfaces of the stripe groove.
イプ溝の底の上方にある部分の導電型と該ストライプ溝
の両側面の上方にある部分の導電型が異なる請求項1記
載の半導体レーザ素子。2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein in the third cladding layer, a conductivity type of a portion above the bottom of the stripe groove is different from a conductivity type of a portion above both side surfaces of the stripe groove. .
以上1以下)の上下方向両側をAlxGa1-xAsからな
る第1クラッド層(xは0以上1以下)とAlzGa1-z
Asからなる第2クラッド層(zは0以上1以下)とで
挟んでなる光発光用の積層部と、離隔された2つの電流
阻止層の間に電流狭窄用のストライプ溝が形成され、該
ストライプ溝を含む該電流阻止層の上にAlwGa1-wA
sからなる第3クラッド層(wは0より大で1未満)を
備えた電流狭窄機構部とをGaAs基板の上に有する半
導体レーザ素子の製造方法であって、 該光発光用の積層部を形成する工程と、 該ストライプ溝の底の面方位を(100)としかつその
両側面の面方位を(n11)(nは1以上8以下)とな
し、ストライプ溝を含む電流阻止層の上に第3クラッド
層を積層して、これにより第3クラッド層におけるスト
ライプ溝の底の上方にある部分の屈折率が、該ストライ
プ溝の両側面の上方にある部分の屈折率より大きい該電
流狭窄機構部を形成する工程とを行う半導体レーザ素子
の製造方法。3. An active layer made of Al y Ga 1-y As (y is 0).
1 inclusive) in the vertical direction on both sides of the first cladding layer made of Al x Ga 1-x As ( x is 0 or more and 1 or less) and the Al z Ga 1-z
A stripe groove for current constriction is formed between a light emitting layered portion sandwiched by a second cladding layer made of As (z is 0 or more and 1 or less) and two current blocking layers that are separated from each other. Al w Ga 1-w A is formed on the current blocking layer including the stripe groove.
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a current confinement mechanism portion having a third cladding layer (w is greater than 0 and less than 1) made of s on a GaAs substrate. A step of forming the stripe groove, the bottom surface orientation of the stripe groove being (100) and the surface orientations of both side surfaces thereof being (n11) (n is 1 or more and 8 or less), on the current blocking layer including the stripe groove. By laminating a third clad layer, the current confinement mechanism in which the refractive index of the portion of the third clad layer above the bottom of the stripe groove is higher than the refractive index of the portions above both side surfaces of the stripe groove. A method of manufacturing a semiconductor laser device, the method including a step of forming a portion.
ングして形成されている請求項3記載の半導体レーザ素
子の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 3, wherein the third cladding layer is formed by doping an amphoteric impurity.
以上1以下)の上下方向両側をAlxGa1-xAsからな
る第1クラッド層(xは0以上1以下)と電流狭窄用の
リッジ部を有するAlzGa1-zAsからなる第2クラッ
ド層(zは0以上1以下)とで挟んでなる光発光用の積
層部と、該リッジ部の少なくとも両側面を含む該第2ク
ラッド層の上にAlwGa1-wAsからなる第3クラッド
層(wは0より大で1未満)とをGaAs基板の上に有
し、該リッジ部の屈折率が、該第3クラッド層の該リッ
ジ部の両側面の上方にある部分の屈折率より大きい半導
体レーザ素子。5. An active layer made of Al y Ga 1-y As (y is 0).
A first clad layer (x is 0 or more and 1 or less) made of Al x Ga 1-x As on both sides in the vertical direction and an Al z Ga 1-z As having a ridge portion for current confinement and the cladding layer (z is 0 or more and 1 or less) and de sandwiched therebetween comprising laminating portion for light emitting, first made of Al w Ga 1-w as on the second clad layer containing at least both side surfaces of the ridge portion 3 clad layer (w is greater than 0 and less than 1) on a GaAs substrate, and the refractive index of the ridge portion is a refraction portion of the third clad layer above both side surfaces of the ridge portion. Semiconductor laser device with a higher rate.
層における該リッジ部の両側面の上方にある部分の導電
型が異なる請求項5記載の半導体レーザ素子。6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein a conductivity type of the ridge portion is different from a conductivity type of portions of the third cladding layer above both side surfaces of the ridge portion.
以上1以下)の上下方向両側をAlxGa1-xAsからな
る第1クラッド層(xは0以上1以下)と電流狭窄用の
リッジ部を有するAlzGa1-zAsからなる第2クラッ
ド層(zは0以上1以下)とで挟んでなる光発光用の積
層部と、該リッジ部の少なくとも両側面を含む該第2ク
ラッド層の上にAlwGa1-wAsからなる第3クラッド
層(wは0より大で1未満)とをGaAs基板の上に有
する半導体レーザ素子の製造方法であって、 該リッジ部の両側面の面方位を(n11)(nは1以上
8以下)としかつリッジ部を挟む両側の第2クラッド層
部分の面方位を(100)となし、次いで該第2クラッ
ド層の上に第3クラッド層を形成して、リッジ部の屈折
率が、第3クラッド層のリッジ部の両側面の上方にある
部分の屈折率より大きくなるようにする半導体レーザ素
子の製造方法。7. An active layer (y is 0) made of Al y Ga 1-y As.
A first clad layer (x is 0 or more and 1 or less) made of Al x Ga 1-x As on both sides in the vertical direction and an Al z Ga 1-z As having a ridge portion for current confinement and the cladding layer (z is 0 or more and 1 or less) and de sandwiched therebetween comprising laminating portion for light emitting, first made of Al w Ga 1-w as on the second clad layer containing at least both side surfaces of the ridge portion A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a GaAs substrate, and 3 clad layers (w is greater than 0 and less than 1), wherein both side surfaces of the ridge portion have a surface orientation of (n11) (n is 1 or more and 8 or less). The following) and the plane orientation of the second clad layer portions on both sides sandwiching the ridge portion is set to (100), then a third clad layer is formed on the second clad layer, and the refractive index of the ridge portion is It is larger than the refractive index of the portion above both side surfaces of the ridge portion of the third cladding layer. Method for manufacturing a semiconductor laser device.
ングして形成されている請求項7記載の半導体レーザ素
子の製造方法。8. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 7, wherein the third cladding layer is formed by doping an amphoteric impurity.
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