JPH0680871B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JPH0680871B2
JPH0680871B2 JP62327718A JP32771887A JPH0680871B2 JP H0680871 B2 JPH0680871 B2 JP H0680871B2 JP 62327718 A JP62327718 A JP 62327718A JP 32771887 A JP32771887 A JP 32771887A JP H0680871 B2 JPH0680871 B2 JP H0680871B2
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JP
Japan
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layer
type
semiconductor laser
thickness
growth
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JP62327718A
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利郎 早川
尚宏 須山
向星 高橋
雅文 近藤
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、700nm以下の短波長可視領域に発振波長を有
する半導体レーザの構造に関するものである。
The present invention relates to a structure of a semiconductor laser having an oscillation wavelength in a short wavelength visible region of 700 nm or less.

[従来の技術] 近年の情報化社会の進展は著しく、その中にあって半導
体レーザを中心とした光通信や光ディスクなどの光情報
処理技術の発展には目覚しいものがある。このような状
況下において、可視領域に発光波長を有する半導体レー
ザに対するニーズが急速に高まっている。現在、780nm
に発振波長を有するAlGaAs系半導体レーザがコンパクト
ディスクやビデオディスクの光源として実用化されてい
る。しかし、特に情報メモリ用の光ディスクにおいて、
より多くの情報量を扱うためには集光後のスポット径を
小さくする必要があり、そのためにより短い波長で発振
する半導体レーザが必要となっている。
[Prior Art] The progress of the information society has been remarkable in recent years, and among them, the development of optical information processing technology such as optical communication centering on a semiconductor laser and an optical disk is remarkable. Under such circumstances, the needs for semiconductor lasers having an emission wavelength in the visible region are rapidly increasing. Currently 780nm
An AlGaAs semiconductor laser with an oscillation wavelength has been put to practical use as a light source for compact discs and video discs. However, especially in the optical disc for information memory,
In order to handle a larger amount of information, it is necessary to reduce the spot diameter after focusing, which requires a semiconductor laser that oscillates at a shorter wavelength.

このような短波長域に相当するエネルギギャップを有す
る半導体材料としてGaAs基板に格子整合する(AlxG
a1-x)yIn1-yPが注目されている。この材料は従来の液
相成長法(LPE法)によっては成長が困難であるため、
最近、分子線エピタキシ法(MBE法)および有機金属を
用いた気相成長法(MO−CVD法)を成長法として研究開
発が活発になっている。MBE法およびMO−CVD法を用いれ
ばほぼ輸送律則により成長が行なわれるため、(AlxGa
1-x)yIn1-yPを成長させることが可能となった。
A semiconductor material having an energy gap corresponding to such a short wavelength region is lattice-matched to a GaAs substrate (Al x G
a 1-x ) y In 1-y P is drawing attention. Since this material is difficult to grow by the conventional liquid phase epitaxy method (LPE method),
Recently, research and development have become active with the molecular beam epitaxy method (MBE method) and the vapor phase growth method (MO-CVD method) using an organic metal as growth methods. The growth is carried out by substantially the transport law rule by using the MBE method and MO-CVD method, (Al x Ga
It became possible to grow 1-x ) y In 1-y P.

ここで、(AlxGa1-x)yIn1-yPの半導体層を有しMO−CVD
法により製造された半導体レーザの構造を第5図に示
す。本半導体レーザは、n型GaAs基板1上にn型Ga0.5I
n0.5Pバッファ層2(層厚0.5μm)、n型(Al0.6Ga
0.4)0.5In0.5Pクラッド層3(層厚1μm)、アンドー
プGa0.5In0.5P活性層4(層厚0.08μm)、p型(Al
0.6Ga0.4)0.5In0.5Pクラッド層5(層厚1μm)、Ga
0.5In0.5Pキャップ層6(層厚0.2μm)をMO−CVD法に
より連続的に成長する。その後、発振ストライプ領域以
外の部分に深さ0.8μmにわたってプロトンイオン注入
を行ない高抵抗領域7を形成する。そして、n型および
p型電極8、9をAuGe/NiおよびAuZn/Auにより形成す
る。このような製造方法により、従来より短波長のレー
ザを製造することが可能となった。
Here, MO-CVD having a semiconductor layer of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P
The structure of a semiconductor laser manufactured by the method is shown in FIG. This semiconductor laser has an n-type Ga 0.5 I on an n-type GaAs substrate 1.
n 0.5 P buffer layer 2 (layer thickness 0.5 μm), n-type (Al 0.6 Ga
0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 3 (layer thickness 1 μm), undoped Ga 0.5 In 0.5 P active layer 4 (layer thickness 0.08 μm), p-type (Al
0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 5 (layer thickness 1 μm), Ga
A 0.5 In 0.5 P cap layer 6 (layer thickness 0.2 μm) is continuously grown by MO-CVD method. After that, proton ions are implanted into a portion other than the oscillation stripe region to a depth of 0.8 μm to form a high resistance region 7. Then, the n-type and p-type electrodes 8 and 9 are formed of AuGe / Ni and AuZn / Au. With such a manufacturing method, it becomes possible to manufacture a laser having a shorter wavelength than before.

ところが、これらの成長法はLPE法に比べて次のような
欠点を有していた。すなわち、これらの成長法では成長
中の成長層表面がLPE法のように金属融液に覆われて保
護されていないため、雰囲気中の酸素、水蒸気や炭化水
素などの汚染物質を成長中に取込みやすいのである。こ
のために良質の結晶を得ることが容易でなかった。特に
本半導体レーザのようなダブルヘテロ接合構造を有する
レーザのクラッド層に用いられるAlを多く含む(AlxGa
1-x)yIn1-yP(X0.6)層については汚染物質の取込
みにより低電気抵抗で熱伝導率の高い結晶層を得ること
が容易でなかった。ところが、このようなレーザにおい
ては、このクラッド層、すなわちストライプ状の電流経
路を有しかつヒートシンク上にマウトンされる成長層表
面に近いAlGaInPクラッド層5の特性が大きな問題とな
る。すなわち、クラッド層5の電気抵抗率の高さは素子
抵抗を高くするばかりでなく、ジュール熱による発熱作
用を伴なう。また、熱抵抗の高さは、接合温度上昇によ
るしきい値電流の上昇を招く。このために半導体レーザ
の高温連続発振が不可能となった。
However, these growth methods have the following drawbacks as compared with the LPE method. In other words, in these growth methods, the surface of the growing layer during growth is not covered with the metal melt like the LPE method and is not protected, so that contaminants such as oxygen, water vapor and hydrocarbons in the atmosphere are taken in during the growth. It's easy. Therefore, it was not easy to obtain good quality crystals. In particular, it contains a large amount of Al used in the cladding layer of a laser having a double heterojunction structure such as this semiconductor laser (Al x Ga
Regarding the 1-x ) y In 1-y P (X0.6) layer, it was not easy to obtain a crystal layer having a low electric resistance and a high thermal conductivity due to the incorporation of contaminants. However, in such a laser, the characteristics of this clad layer, that is, the characteristics of the AlGaInP clad layer 5 having a stripe-shaped current path and close to the surface of the growth layer which is Mouton on the heat sink poses a serious problem. That is, the high electrical resistivity of the clad layer 5 not only raises the element resistance, but also causes a heating effect by Joule heat. Further, the high thermal resistance causes an increase in threshold current due to an increase in junction temperature. Therefore, high temperature continuous oscillation of the semiconductor laser has become impossible.

したがって、このような欠点を改善するためにAlGaInP
より電気抵抗が低く熱伝導性の良い特性を有するAlGaAs
でAlGaInPクラッド層の一部を置換える試みが行なわれ
た。この一例を第6図に示す。本例の半導体レーザは第
5図のレーザと同様に、n型GaAs基板1上に、n型Ga
0.5In0.5Pバッファ層2、n型(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5
Pクラッド層3、Ga0.5In0.5P活性層4(層厚0.08μ
m)をMO−CVD法により成長した後、連続してp型(Al
0.6Ga0.4)0.5In0.5Pクラッド層5(層厚0.3μm)を積
層する。その後、III族、およびp型ドーパントとなる
原料の供給を止め、PH3の流量を徐々に減じながらAsH3
の流量を上げることにより、V族の原料をPH3からAsH3
に完全に切換えた後、III族原料となるTMG(トリメチル
ガリウム)とTMA(トリメチルアルミニウム)およびp
型ドーパントとなるDMZn(ジメチルジンク)を供給して
p型Al0.85Ga0.15Asクラッド層10(層厚0.7μm)、p
型GaAsキャップ層11(層厚0.2μm)を成長させる。そ
の後、発振ストライプ領域以外の部分にプロトンイオン
注入を行ない高抵抗領域7を形成する。さらに、n側電
極8およびp側電極9を形成して製造を完了する。この
ようにクラッド層の一部をAlGaAsに置換えることにより
クラッド層の電気抵抗および熱抵抗を下げることができ
るため、半導体レーザの高温連続発振が容易となった。
Therefore, to improve such drawbacks, AlGaInP
AlGaAs with lower electric resistance and better thermal conductivity
Attempts were made to replace part of the AlGaInP cladding layer. An example of this is shown in FIG. The semiconductor laser of this example is similar to the laser shown in FIG.
0.5 In 0.5 P buffer layer 2, n-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5
P clad layer 3, Ga 0.5 In 0.5 P active layer 4 (layer thickness 0.08μ
m) is grown by the MO-CVD method, and then continuously grown into p-type (Al
0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 5 (layer thickness 0.3 μm) is laminated. After that, the supply of the group III and the raw material to be the p-type dopant is stopped, and the flow rate of PH 3 is gradually reduced to reduce AsH 3
By increasing the flow rate, AsH 3 a group V raw material from PH 3
After complete switching to TMG (trimethylgallium) and TMA (trimethylaluminum) and p
P-type Al 0.85 Ga 0.15 As clad layer 10 (layer thickness 0.7 μm) by supplying DMZn (dimethyl zinc) as a type dopant, p
A type GaAs cap layer 11 (layer thickness 0.2 μm) is grown. After that, the high resistance region 7 is formed by implanting proton ions into a portion other than the oscillation stripe region. Further, the n-side electrode 8 and the p-side electrode 9 are formed to complete the manufacturing. By replacing a part of the clad layer with AlGaAs in this way, the electric resistance and thermal resistance of the clad layer can be reduced, and therefore high-temperature continuous-wave oscillation of the semiconductor laser is facilitated.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら上記の製造方法においては、AlGaInP層か
らAlGaAs層の成長へ切換える時に、容易に酸化されやす
いAlを大量に含むAlGaInP層を雰囲気にさらして成長を
切換える必要がある。このために、この成長の切換期間
中にAlGaInPクラッド層とAlGaAsクラッド層との間の界
面に高密度の非発光再結合中心が形成され、これが素子
劣化の原因となり長時間動作における素子の信頼性低下
を招いていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above manufacturing method, when switching from the AlGaInP layer to the growth of the AlGaAs layer, it is necessary to switch the growth by exposing the AlGaInP layer containing a large amount of easily oxidizable Al to the atmosphere. There is. Therefore, during this growth switching period, high density non-radiative recombination centers are formed at the interface between the AlGaInP clad layer and the AlGaAs clad layer, which causes device deterioration and reliability of the device during long-term operation. It was causing a decline.

したがって、本発明はAlGaInPクラッド層にAlGaAsクラ
ッド層を重畳して積層し、かつAlGaInPとAlGaAsとの間
の界面の間の品質を向上することにより高温特性に優れ
かつ高信頼性を有する半導体レーザを提供することを目
的とする。
Therefore, the present invention provides a semiconductor laser having excellent high temperature characteristics and high reliability by stacking the AlGaAs cladding layer on the AlGaInP cladding layer and improving the quality of the interface between the AlGaInP and AlGaAs. The purpose is to provide.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、半導体基板上に第1のクラッド層、活性層、
第2のクラッド層が順次積層された半導体レーザ素子で
あって、前記第2のクラッド層が、順次、AlGaInPまた
はAlInPのいずれか一方からなるクラッド層と、GaInP、
GaPまたはInPのうちのいずれか1つからなる薄膜バッフ
ァ層と、AlGaAsからなるクラッド層とを積層して形成し
たことを特徴とする。
[Means for Solving Problems] The present invention provides a first clad layer, an active layer, and
A semiconductor laser device in which a second clad layer is sequentially laminated, wherein the second clad layer sequentially comprises a clad layer made of either AlGaInP or AlInP, GaInP,
It is characterized in that it is formed by laminating a thin film buffer layer made of any one of GaP and InP and a clad layer made of AlGaAs.

[作用] 本発明に係る半導体レーザでは、第2のクラッド層がAl
GaInPなどからなるクラッド層とAlGaAsからなるクラッ
ド層との2層構造からなり、その2層のクラッド層の間
に薄膜のバッファ層が形成されているので、バッファ層
を設けたことによるレーザ光の吸収損失をほとんど考慮
することなく両クラッド層の界面の結晶性が向上され
る。
[Operation] In the semiconductor laser according to the present invention, the second cladding layer is made of Al.
It has a two-layer structure of a clad layer made of GaInP or the like and a clad layer made of AlGaAs, and a thin buffer layer is formed between the two clad layers. The crystallinity at the interface between both cladding layers is improved with almost no consideration of absorption loss.

[実施例] 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。第1図
は、本発明の第1の実施例であるプロトン注入ストライ
プ構造半導体レーザの構造を示す断面図である。n型Ga
As基板1上にn型Ga0.5In0.5Pバッファ層2(層厚0.5
μm)、n型(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5Pクラッド層3
(層厚1μm)、アンドープGa0.5In0.5P活性層4(層
厚0.08μm)、p型(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5Pクラッド
層5(層厚0.3μm)、p型Ga0.5In0.5Pバッファ層12
(層厚0.005μm)をMO−CVD法により連続的に積層す
る。その後、III族原料およびp型ドーパントとなる原
料の供給を止めて成長を休止し、V族原料をPH3からAsH
3に切換えた後、III族原料となるTMG、TMAおよびp型ド
ーパントとなるDMZnを供給してp型Al0.85Ga0.15Asクラ
ッド層10(層厚0.7μm)、p型GaAsキャップ層11(層
厚0.2μm)を形成する。そして、発振ストライプ領域
以外の部分にプロトンイオン注入を行ない高抵抗領域7
を形成する。最後にn側電極8とp側電極9とを形成し
て製造を完了する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a proton-injected stripe structure semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. n-type Ga
N-type Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 2 (layer thickness 0.5
μm), n-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 3
(Layer thickness 1 μm), undoped Ga 0.5 In 0.5 P active layer 4 (layer thickness 0.08 μm), p-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 5 (layer thickness 0.3 μm), p-type Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 12
(Layer thickness 0.005 μm) is continuously laminated by MO-CVD method. After that, the supply of the group III raw material and the raw material to be the p-type dopant is stopped to stop the growth, and the group V raw material is changed from PH 3 to AsH.
After switching to 3 , the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As clad layer 10 (layer thickness 0.7 μm) and the p-type GaAs cap layer 11 (layer) were supplied by supplying TMG and TMA as group III raw materials and DMZn as p-type dopant. Thickness 0.2 μm). Then, the high resistance region 7 is formed by implanting proton ions into a portion other than the oscillation stripe region.
To form. Finally, the n-side electrode 8 and the p-side electrode 9 are formed to complete the manufacturing.

上記実施例では、p型(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5Pクラッ
ド層5上にAlを含まないGaInPのバッファ層12を堆積し
ている。そして、V族原料のPH3からAsH3への切換をこ
のバッファ層12の堆積後に行なっている。このために、
V族ガスの切換に伴なう結晶成長休止時に、バッファ層
12の表面はAlの酸化などによる表面劣化を生じない。従
ってバッファ層12の表面上に堆積されるp型Al0.85Ga
0.15Asクラッド層10との界面の品質を著しく向上させる
ことができる。
In the above embodiment, the GaInP buffer layer 12 containing no Al is deposited on the p-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 5. Then, the group V source material is switched from PH 3 to AsH 3 after the deposition of the buffer layer 12. For this,
When the crystal growth was stopped due to the switching of the group V gas, the buffer layer
The surface of 12 does not undergo surface deterioration due to oxidation of Al. Therefore, p-type Al 0.85 Ga deposited on the surface of the buffer layer 12
The quality of the interface with the 0.15 As cladding layer 10 can be significantly improved.

なお、Ga0.5In0.5Pのバッファ層12は活性層4と同じエ
ネルギギャップであるのでレーザ光を吸収してしまう。
そこで本発明ではバッファ層となる結晶のエネルギギャ
ップがレーザ発振光のエネルギより小さい場合には、バ
ッファ層の厚みを極めて薄くとり、そしてバッファ層が
量子井戸となり、その等価的なエネルギギャップがレー
ザ発振光のエネルギより大きくなるようにして、バッフ
ァ層によるレーザ光の吸収損失を無視できるようにし
た。また、バッファ層が100Å程度以下と極めて薄い場
合には、基板と格子整合がとれないようなGaPやInPをバ
ッファ層に用いても歪量子井戸として結晶性の劣化がな
く成長が可能となる。また、GaPや活性層のエネルギギ
ャップよりエネルギギャップの大きなたとえばGa0.7In
0.3Pのような結晶をバッファ層に用いれば、量子井戸
としての等価的なエネルギギャップをレーザ発振光のエ
ネルギより大きくするという制約なしにバッファ層の厚
みを決めることができる。しかし、あまり厚くなるとミ
スフィット転位により歪を緩和してしまうため、この場
合においてもバッファ層の厚さは、100Å程度以下とす
ることが望ましい。
Since the Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 12 has the same energy gap as the active layer 4, it absorbs laser light.
Therefore, in the present invention, when the energy gap of the crystal to be the buffer layer is smaller than the energy of the laser oscillation light, the thickness of the buffer layer is made extremely thin, and the buffer layer becomes the quantum well, and its equivalent energy gap is the laser oscillation. By making the energy larger than the light energy, the absorption loss of the laser light by the buffer layer can be ignored. Further, when the buffer layer is extremely thin, about 100 Å or less, even if GaP or InP that does not have lattice matching with the substrate is used for the buffer layer, the strained quantum well can be grown without deterioration of crystallinity. Moreover, for example, Ga 0.7 In having a larger energy gap than that of GaP or the active layer.
If a crystal such as 0.3 P is used for the buffer layer, the thickness of the buffer layer can be determined without the constraint that the equivalent energy gap as a quantum well is made larger than the energy of laser oscillation light. However, if the thickness is too large, the strain will be relaxed by misfit dislocations. Therefore, in this case as well, it is desirable that the thickness of the buffer layer be about 100 Å or less.

この実施例の半導体レーザ素子は室温における発振波長
が660nm、しきい値電流は45mAであり、70℃以上まで連
続発振が可能であった。
The semiconductor laser device of this example had an oscillation wavelength at room temperature of 660 nm and a threshold current of 45 mA, and was capable of continuous oscillation up to 70 ° C. or higher.

次に、本発明の第2の実施例であるリッジ導波路構造半
導体レーザの断面構造図を第2図に示す。本実施例は特
開昭61−225817号公報に示されたMBE装置および特開昭6
1−232608号公報に示された半導体素子の製造方法を用
いてMBE法により成長させたものである。MBE装置の基本
的な構成を第3図に示す。以下、第2図と第3図を併用
して説明する。硫酸系エッチャントでエッチング後、超
純水中で表面に自然酸化膜を形成したGaAs基板13をInで
Moブロックに貼りつけ、バルブ51を開いて資料導入室52
へ挿入する。次に、バルブ51を閉じて10-7〜10-8Torr以
下に真空引きした後、バルブ53を開いて基板13を基板加
熱室54へ搬送しバルブ53を閉じる。基板加熱室54で徐々
に基板を400℃まで加熱し、約10-10Torrまでガス出しを
行なう。このように初期のガス出しを終了した基板13を
前処理室55へ移送し、バルブ56を閉じて約10-6〜10-5To
rrのAs4分子線を照射しながら徐々に600℃まで加熱して
清浄な基板表面状態を得る。なお、本実施例における前
処理室55は基本的にAlGaAs系の成長が可能なMBE成長室
となっている。そして、引き続きn型GaAsバッファ層14
(層厚0.5μm)を560℃にて成長した後、As4分子線を
照射しながら基板温度を400℃まで下げて速やかに基板1
3をp系成長室57まで移送する。そして、バルブ58を閉
じて約10-6〜10-5TorrのP2分子線を照射しながら徐々に
520℃まで加熱し、n型Ga0.5In0.5Pバッファ層15(層
厚0.5μm)の成長を開始する。引き続きシャッタの開
閉によりn型Al0.5In0.5Pクラッド層16(層厚1μ
m),アンドープ(Al0.05Ga0.95)0.5In0.5P活性層17
(層厚0.7μm)、p型Al0.5In0.5Pクラッド層18(層
厚0.3μm)、p型GaPバッファ層19(層厚0.004μm)
まで連続的にMBE成長させる。成長後、P2分子線を照射
しながら基板温度を400℃まで下げた後、基板を前処理
室55まで移送する。As4分子線を照射して基板温度を徐
々に520℃まで上げた後、p型Al0.85Ga0.15Asクラッド
層20(層厚0.7μm)の成長を開始し、成長開始後、基
板温度を620℃まで上昇させる。引き続きp型GaAsキャ
ップ層21(層厚0.2μm)、n型Al0.5Ga0.5As電流阻止
層22(層厚0.7μm)、n型GaAsコンタクト層23(層厚
0.2μm)を連続的に成長させる。成長後、基板裏面のI
nをHClによりエッチング除去し、さらに研摩してウエハ
全体の厚みを約100μmまで薄くする。次に発振ストラ
イプ領域を含む部分のコンタクト層23および電流阻止層
22を、幅約25μmのストライプ領域23にわたり硫酸系と
HF(フッ化水素)系のエッチャントを用いて選択的にエ
ッチング除去する。その後、発振ストライプ用のメサ部
24を残してその両側にバッファ層19に達するまで2つの
ストライプ状溝25を硫酸系およびHF系のエッチャントを
用いて選択的エッチングを行ない形成する。次に溝部に
プラズマCVDによりSiNx膜26を厚み0.2μmで形成し、さ
らにn型電極AuGe/Ni/Au層27およびp型電極AuZn/Au層2
8を形成する。この実施例は屈折率導波型のストライプ
構造により、また成長層側をヒートシンク上にマウント
することにより30mA以下の低しきい値電流による発振が
可能である。また、本実施例のようにバッファ層19はク
ラッド層20との化学的性質の違いを利用して選択エッチ
ングのエッチング停止層として用いることが可能であ
る。
Next, FIG. 2 shows a sectional structural view of a ridge waveguide structure semiconductor laser which is a second embodiment of the present invention. This embodiment is based on the MBE device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-225817 and the Japanese Patent Laid-Open No. 6-225817.
It is grown by the MBE method using the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-2232608. The basic structure of the MBE device is shown in FIG. Hereinafter, description will be given by using FIG. 2 and FIG. 3 together. After etching with sulfuric acid etchant, GaAs substrate 13 with a natural oxide film formed on the surface in In
Stick it on the Mo block, open the valve 51 and open the material introduction room 52
To insert. Next, after closing the valve 51 and evacuating to 10 −7 to 10 −8 Torr or less, the valve 53 is opened to transfer the substrate 13 to the substrate heating chamber 54 and close the valve 53. The substrate is gradually heated to 400 ° C. in the substrate heating chamber 54, and gas is discharged to about 10 −10 Torr. In this way, the substrate 13 that has completed the initial gas discharge is transferred to the pretreatment chamber 55, the valve 56 is closed, and about 10 −6 to 10 −5 To
Gradually heat to 600 ℃ while irradiating As 4 molecular beam of rr to obtain a clean substrate surface condition. The pretreatment chamber 55 in this embodiment is basically an MBE growth chamber capable of growing AlGaAs. Then, the n-type GaAs buffer layer 14 is continued.
After growing (layer thickness 0.5 μm) at 560 ℃, lower the substrate temperature to 400 ℃ while irradiating As 4 molecular beam and quickly
3 is transferred to the p-type growth chamber 57. Then, close the valve 58 and gradually irradiate with P 2 molecular beam of about 10 −6 to 10 −5 Torr.
After heating to 520 ° C., the growth of the n-type Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 15 (layer thickness 0.5 μm) is started. Then, by opening and closing the shutter, the n-type Al 0.5 In 0.5 P clad layer 16 (layer thickness 1 μm
m), undoped (Al 0.05 Ga 0.95 ) 0.5 In 0.5 P active layer 17
(Layer thickness 0.7 μm), p-type Al 0.5 In 0.5 P clad layer 18 (layer thickness 0.3 μm), p-type GaP buffer layer 19 (layer thickness 0.004 μm)
Grow MBE continuously. After the growth, the substrate temperature is lowered to 400 ° C. while irradiating the P 2 molecular beam, and then the substrate is transferred to the pretreatment chamber 55. After irradiating As 4 molecular beam to raise the substrate temperature gradually to 520 ° C., the growth of p-type Al 0.85 Ga 0.15 As clad layer 20 (layer thickness 0.7 μm) was started, and the substrate temperature was increased to 620 Raise to ℃. Subsequently, p-type GaAs cap layer 21 (layer thickness 0.2 μm), n-type Al 0.5 Ga 0.5 As current blocking layer 22 (layer thickness 0.7 μm), n-type GaAs contact layer 23 (layer thickness)
0.2 μm) is continuously grown. After growth, I on the back side of the substrate
n is removed by etching with HCl, and further polished to reduce the thickness of the entire wafer to about 100 μm. Next, the contact layer 23 and the current blocking layer in the portion including the oscillation stripe region
22 with sulfuric acid system over a stripe region 23 having a width of about 25 μm.
It is selectively removed by etching using an HF (hydrogen fluoride) etchant. After that, the mesa part for the oscillation stripe
Two striped trenches 25 are formed on both sides of the trench 24 by leaving the buffer layer 19 on both sides by selective etching using sulfuric acid-based and HF-based etchants. Next, a SiNx film 26 having a thickness of 0.2 μm is formed in the groove by plasma CVD, and the n-type electrode AuGe / Ni / Au layer 27 and the p-type electrode AuZn / Au layer 2 are formed.
Forming eight. In this embodiment, it is possible to oscillate with a low threshold current of 30 mA or less by mounting the growth layer side on a heat sink by the refractive index waveguide type stripe structure. Further, as in the present embodiment, the buffer layer 19 can be used as an etching stop layer for selective etching by utilizing the difference in chemical property from the cladding layer 20.

さらに、第4図には本発明の第3の実施例である自己整
合型半導体レーザの断面構造を示す。本実施例は、第2
の実施例と同様に第3図に示すMBE装置を用いて成長さ
せた。第2図の実施例と同様に、GaAs基板13からn型Al
0.5In0.5Pクラッド層16まで成長させる。その後引き続
いてアンドープGa0.5In0.5P活性層29(層厚0.07μ
m)、p型Al0.5In0.5Pクラッド層30(層厚0.3μ
m)、p型GaInPバッファ層31(層厚0.004μm)を成長
後、成長室を移してn型Al0.5Ga0.5Asエッチング制御層
32(層厚0.01μm)、n型GaAs電流阻止層33(層厚0.8
μm)まで成長を行なう。次に基板裏面のInをHClによ
り除去し、アンモニア系のエッチャントにより電流阻止
層33をストライプ状溝に選択エッチングし、さらにエッ
チング制御層32をHFにより選択的にエッチングして発振
ストライプ用溝を形成する。次に、LPE成長によりp型A
l0.85Ga0.15Asクラッド層34(溝外の層厚0.2μm)およ
びp型GaAsキャップ層35(層厚0.3μm)を成長した
後、ウエハ裏面研摩により約100μm厚さまで薄くし、
n側およびp側電極36および37を形成する。なお、この
実施例のようにバッファ層31はMBE法やMO−CVD法だけで
なく、LPE成長を行なうためのバッファ層としても用い
ることができる。
Further, FIG. 4 shows a sectional structure of a self-aligned semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is the second
It was grown using the MBE apparatus shown in FIG. As in the embodiment of FIG.
0.5 In 0.5 P Clad layer 16 is grown. After that, undoped Ga 0.5 In 0.5 P active layer 29 (layer thickness 0.07 μ
m), p-type Al 0.5 In 0.5 P clad layer 30 (layer thickness 0.3μ
m), the p-type GaInP buffer layer 31 (layer thickness 0.004 μm) is grown, and then the growth chamber is moved to move the n-type Al 0.5 Ga 0.5 As etching control layer.
32 (layer thickness 0.01 μm), n-type GaAs current blocking layer 33 (layer thickness 0.8
Grow up to μm). Next, In on the back surface of the substrate is removed with HCl, the current blocking layer 33 is selectively etched into a stripe-shaped groove with an ammonia-based etchant, and the etching control layer 32 is selectively etched with HF to form an oscillation stripe groove. To do. Next, p-type A by LPE growth
l 0.85 Ga 0.15 As After growing the clad layer 34 (outer groove layer thickness 0.2 μm) and the p-type GaAs cap layer 35 (layer thickness 0.3 μm), reduce the thickness to about 100 μm by wafer back surface polishing,
The n-side and p-side electrodes 36 and 37 are formed. The buffer layer 31 can be used not only as the MBE method and MO-CVD method as in this embodiment, but also as a buffer layer for LPE growth.

以上、本発明の実施例をプロトン注入ストライプ型、リ
ッジ導波路型および自己整合型半導体レーザへ適用した
例について示したが、本発明はストライプ構造において
は何ら制約するところはなく、他のほとんどすべてのス
トライプ構造に広く適用することができる。また活性領
域はGaInPやAlGaInPの単層に限らず多層構造よりなる量
子井戸や超格子構造を有する半導体レーザにも広く適用
することができる。
The example of applying the embodiment of the present invention to the proton injection stripe type, the ridge waveguide type, and the self-aligned type semiconductor laser has been described above. However, the present invention is not limited to the stripe structure, and almost all others. It can be widely applied to the stripe structure. Further, the active region is not limited to a single layer of GaInP or AlGaInP, but can be widely applied to a quantum well having a multi-layer structure or a semiconductor laser having a superlattice structure.

[発明の効果] 以上のように、本発明における半導体レーザは第2のク
ラッド層をAlGaInPなどからなるクラッド層とAlGaAsか
らなるクラッド層との2層構造に形成するとともにその
2層の間に薄膜のバッファ層を設けることによって、バ
ッファ層を設けたことによるレーザ光の吸収損失をほと
んど考慮することなく両クラッド層の界面の結晶性を向
上させることができる。これにより、電気抵抗が低くか
つ熱抵抗の低い高温特定に優れた信頼性の高い半導体レ
ーザを実現することができる。
[Effects of the Invention] As described above, in the semiconductor laser of the present invention, the second cladding layer is formed in a two-layer structure of a cladding layer made of AlGaInP or the like and a cladding layer made of AlGaAs, and a thin film is formed between the two layers. By providing the buffer layer, it is possible to improve the crystallinity of the interface between the two clad layers without considering the absorption loss of the laser light due to the provision of the buffer layer. As a result, it is possible to realize a highly reliable semiconductor laser having a low electric resistance and a low thermal resistance, which is excellent in high temperature specification.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の第1の実施例のプロトン注入ストラ
イプ型半導体レーザの構造を示す断面模式図である。 第2図は、本発明の第2の実施例のリッジ導波路型半導
体レーザの構造を示す断面模式図である。 第3図は第2図および第4図の半導体レーザの成長に用
いたMBE装置の構成を示す概略図である。 第4図は、本発明の第3の実施例の自己整合型半導体レ
ーザの構造を示す断面模式図である。 第5図は、従来のプロトン注入ストライプ型半導体レー
ザの構造を示す断面模式図である。 第6図は、第5図の改良型である従来の半導体レーザの
装置を示す断面模式図である。 図において、4,17,29は活性層、5,18,30はp型AlGaInP
クラッド層、12,19,31はバッファ層、10,20,32はp型Al
GaAsクラッド層を示す。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a proton injection stripe type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the ridge waveguide type semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the MBE device used for growing the semiconductor lasers of FIGS. 2 and 4. FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of the self-aligned semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a conventional proton injection stripe type semiconductor laser. FIG. 6 is a schematic sectional view showing a device of a conventional semiconductor laser which is an improved type of FIG. In the figure, 4,17,29 are active layers, and 5,18,30 are p-type AlGaInP
Cladding layer, 12, 19, 31 are buffer layers, 10, 20, 32 are p-type Al
A GaAs clad layer is shown. In each drawing, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 昭62−16592(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masafumi Kondo Masafumi Kondo 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (56) References JP 62-16592 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に、第1のクラッド層、活性
層、第2のクラッド層が順次積層された半導体レーザ素
子において、 前記第2のクラッド層は、順次、 AlGaInPまたはAlInPのいずれか一方からなるクラッド層
と、 GaInP、GaPまたはInPのうちのいずれか1つからなる薄
膜バッファ層と、 AlGaAsからなるクラッド層と、 を積層して形成したことを特徴とする、半導体レーザ素
子。
1. A semiconductor laser device in which a first clad layer, an active layer, and a second clad layer are sequentially laminated on a semiconductor substrate, wherein the second clad layer is one of AlGaInP and AlInP. A semiconductor laser device comprising a clad layer made of one side, a thin film buffer layer made of any one of GaInP, GaP, and InP, and a clad layer made of AlGaAs.
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