JPH0997950A - Semiconductor laser and its manufacture - Google Patents

Semiconductor laser and its manufacture

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JPH0997950A
JPH0997950A JP18980696A JP18980696A JPH0997950A JP H0997950 A JPH0997950 A JP H0997950A JP 18980696 A JP18980696 A JP 18980696A JP 18980696 A JP18980696 A JP 18980696A JP H0997950 A JPH0997950 A JP H0997950A
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JP
Japan
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layer
cladding
semiconductor laser
type
clad
Prior art date
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Application number
JP18980696A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Nishikawa
孝司 西川
Nobuyuki Kamimura
信行 上村
Satoshi Kamiyama
智 上山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor laser in which the value of a threshold current is reduced and which can be oscillated in a single transverse mode by a method wherein a second clad layer and a third clad layer are formed of ZnMgSSe and compositions of Mg and S for an optical confinement layer are made larger than compositions of Mg and S for the second and third clad layers. SOLUTION: An n-type GaAs buffer layer 102, an n-type ZnSe buffer layer 103, a first n-type ZnMgSSe clad layer 104, a first ZnSSe light guide layer 105, a multiple quantity well layer 106, a second ZnSSe light guide layer 107, a second p-type ZnMgSSe clad layer 108 and a ZnMgSSe optical confinement layer 109 are laminated sequentially on an n-type GaAs substrate 101. A groove 111 which reaches the second clad layer 108 is formed in the optical confinement layer 109, and a third p-type ZnMgSSe clad layer 112 is formed so as to bury the groove 111. At this time, compositions of Mg and S for the optical confinernent layer 109 are made larger than compositions of Mg and S for the second and third clad layers 108, 112.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ及び
その製造方法に関し、特に、単一横モード(以下、「シ
ングルモード」とも称する)で発振する半導体レーザ及
びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor laser which oscillates in a single transverse mode (hereinafter also referred to as "single mode") and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】p型及びn型不純物のドーピング技術の
確立や、Mgを用いた4元混晶構造の導入、及びZnTeを用
いたコンタクト層の採用により、室温にて連続発振が可
能なII−VI族系半導体レーザが実現されつつある。この
半導体レーザの実現によって、将来において、高品位の
映像情報をコンパクトなディスク記録媒体に記録できる
可能性が大きくなる。
2. Description of the Related Art Continuous oscillation at room temperature is possible by establishing a doping technique for p-type and n-type impurities, introducing a quaternary mixed crystal structure using Mg, and adopting a contact layer using ZnTe. -Group VI semiconductor lasers are being realized. The realization of this semiconductor laser will increase the possibility of recording high-quality video information on a compact disc recording medium in the future.

【0003】図1は、II−VI族系半導体を用いて形成さ
れている従来技術による半導体レーザ20の構造を示す
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor laser 20 formed using a II-VI group semiconductor.

【0004】半導体レーザ20の製造にあたっては、ま
ず分子線エピタキシー法によりn型GaAs基板1の上に、
n型GaAsバッファ層(厚さ約1μm)2、n型ZnSe層
(厚さ約30nm)3、n型ZnMgSSe層(厚さ約1.2
μm)4、ZnSSe層(厚さ約0.13μm)5、ZnCdSe
活性層(厚さ約8nm)6、第2ZnSSe層(厚さ約0.
13μm)7、p型ZnMgSSe層(厚さ約0.7μm)
8、p型ZnSSe層(厚さ約0.4μm)9、p型ZnSe層
(厚さ約0.1μm)10、p型ZnSeTe層(厚さ約50
nm)11、及びp型ZnTe層12を順次積層する。その
後に、ストライプ状のメサ構造(以下では、「メサスト
ライプ」とも称する)を形成しながら、p型ZnMgSSe層
8が露出するまで上記の積層構造をエッチングする。続
いて、形成されたメサストライプの両側に絶縁物、例え
ばZnS層13を形成して、メサストライプを埋め込む
(以下では、この層13を「埋め込み層13」とも称す
る)。その後に、メサストライプ(具体的には、その最
上層のp型ZnTe層12)及びZnS層13の上面にAu/P
d電極15を形成し、さらにn型GaAs基板1の裏面にIn
電極14を形成して、半導体レーザ20が完成する。
In manufacturing the semiconductor laser 20, first, on the n-type GaAs substrate 1 by the molecular beam epitaxy method,
n-type GaAs buffer layer (thickness: about 1 μm) 2, n-type ZnSe layer (thickness: about 30 nm) 3, n-type ZnMgSSe layer (thickness: about 1.2)
μm) 4, ZnSSe layer (thickness about 0.13 μm) 5, ZnCdSe
Active layer (thickness: about 8 nm) 6, second ZnSSe layer (thickness: about 0.
13 μm) 7, p-type ZnMgSSe layer (thickness 0.7 μm)
8, p-type ZnSSe layer (thickness about 0.4 μm) 9, p-type ZnSe layer (thickness about 0.1 μm) 10, p-type ZnSeTe layer (thickness about 50)
nm) 11 and the p-type ZnTe layer 12 are sequentially stacked. After that, while forming a stripe-shaped mesa structure (hereinafter, also referred to as “mesa stripe”), the above laminated structure is etched until the p-type ZnMgSSe layer 8 is exposed. Subsequently, an insulator, for example, a ZnS layer 13 is formed on both sides of the formed mesa stripe to fill the mesa stripe (hereinafter, this layer 13 is also referred to as "buried layer 13"). Then, Au / P is formed on the upper surface of the mesa stripe (specifically, the uppermost p-type ZnTe layer 12) and the ZnS layer 13.
d electrode 15 is formed, and In is further formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1.
The electrode 14 is formed, and the semiconductor laser 20 is completed.

【0005】この構造では、成長したレーザ発振のため
の半導体積層構造にメサストライプを形成することで電
流狭窄を実現し、さらにメサストライプを埋め込み層1
3で埋め込むことによって、形成される半導体レーザ2
0の表面の平坦化を実現している。また、埋め込み層1
3の構成材料として、レーザ発振のための半導体積層構
造に含まれるクラッド層の構成材料(上記の例ではZnMg
SSe)よりも低い屈折率を有する材料(上記の例ではZn
S)を用いることによって、横方向の光閉じこめを実現
している。
In this structure, current confinement is realized by forming a mesa stripe in the grown semiconductor laminated structure for laser oscillation, and the mesa stripe is further embedded in the buried layer 1.
Semiconductor laser 2 formed by embedding with 3
The surface of 0 is flattened. In addition, the buried layer 1
As the constituent material of No. 3, the constituent material of the clad layer included in the semiconductor laminated structure for laser oscillation (ZnMg in the above example)
Material with a lower refractive index than SSe (Zn in the above example)
S) is used to realize lateral light confinement.

【0006】一方、図2は、特開平7-7183号公報に開示
されている、他の従来の半導体レーザ30の構成を示す
断面図である。この半導体レーザ30は、n型GaAs基板
31の上にZnCdSSe系II−VI族半導体材料をエピタキシ
ャル成長させて、レーザ発振のための半導体積層構造を
形成している青色発光レーザであり、500nm程度の
短波長のレーザ光を発することができる。
On the other hand, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of another conventional semiconductor laser 30 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-7183. The semiconductor laser 30 is a blue light-emitting laser in which a ZnCdSSe system II-VI group semiconductor material is epitaxially grown on an n-type GaAs substrate 31 to form a semiconductor laminated structure for laser oscillation, and has a short wavelength of about 500 nm. A laser beam having a wavelength can be emitted.

【0007】具体的には、n型GaAs基板31の上に、n
型ZnSeバッファ層32、n型ZnSSe第1光閉じ込め層3
3、ZnCdSe活性層34、及びp型ZnSSe第2光閉じ込め
層35が、順次積層されている。さらに、第2光閉じ込
め層35の上には、中央に帯状開口領域36aが設けら
れているGaAs電流ブロック層36が形成されている。電
流ブロック層36の上には、p型ZnSSe第3光閉じ込め
層37及びp型ZnSeコンタクト層38が形成されてい
る。そして、コンタクト層38の上面及び基板31の裏
面にはそれぞれ電極39及び40が設けられて、半導体
レーザ30が完成されている。
Specifically, n on the n-type GaAs substrate 31
-Type ZnSe buffer layer 32, n-type ZnSSe first optical confinement layer 3
3, the ZnCdSe active layer 34, and the p-type ZnSSe second optical confinement layer 35 are sequentially stacked. Further, on the second optical confinement layer 35, a GaAs current blocking layer 36 having a strip-shaped opening region 36a provided at the center is formed. A p-type ZnSSe third optical confinement layer 37 and a p-type ZnSe contact layer 38 are formed on the current blocking layer 36. Then, electrodes 39 and 40 are provided on the upper surface of the contact layer 38 and the back surface of the substrate 31, respectively, to complete the semiconductor laser 30.

【0008】半導体レーザ30では、電極39から活性
層34に流れる電流Lが電流ブロック層36を通過する
際には、帯状開口領域36aのみを通過する。このた
め、電流Lは、活性層34の中でも帯状開口領域36a
に対向した領域34aに集中的に流入して、この領域3
4aのみがレーザ発振に寄与する。このような電流の集
中効果に加えて、電流ブロック層36と活性層34とを
接近して設けることによって、第2光閉じ込め層35の
中での電流の拡がりが抑制される。これらの結果、半導
体レーザ30では、電極39及び40の間に印加するバ
イアス電圧の低減が実現され、結果として電力消費の低
減や動作の温度依存特性の改善を実現している。
In the semiconductor laser 30, when the current L flowing from the electrode 39 to the active layer 34 passes through the current blocking layer 36, it passes only through the band-shaped opening region 36a. Therefore, the current L is generated in the active layer 34 in the band-shaped opening region 36a.
Flowing into the area 34a facing the
Only 4a contributes to laser oscillation. In addition to such a current concentration effect, the current blocking layer 36 and the active layer 34 are provided close to each other, whereby the current spreading in the second optical confinement layer 35 is suppressed. As a result, in the semiconductor laser 30, the bias voltage applied between the electrodes 39 and 40 is reduced, and as a result, the power consumption is reduced and the temperature dependence of the operation is improved.

【0009】また、半導体レーザ30では、電流ブロッ
ク層36を構成するGaAsと第2及び第3光閉じ込め層3
5及び37を構成するII−VI族半導体材料(ZnSSe)と
の間に屈折率の差が存在しているので、両者の間に光吸
収の差が存在する。この結果、電流ブロック層36の帯
状開口領域36aが横方向の光導波路として機能し、帯
状開口領域36aの幅を適宜調整することによって、光
の横方向の広がり状態を制御することができる。
Further, in the semiconductor laser 30, the GaAs forming the current blocking layer 36 and the second and third optical confinement layers 3 are formed.
Since there is a difference in the refractive index between the II-VI group semiconductor material (ZnSSe) constituting 5 and 37, there is a difference in light absorption between them. As a result, the strip-shaped opening region 36a of the current block layer 36 functions as a lateral optical waveguide, and the lateral spread state of light can be controlled by appropriately adjusting the width of the strip-shaped opening region 36a.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図1に示す構造を有す
る従来の半導体レーザ20には、以下のようないくつか
の課題が存在する。
The conventional semiconductor laser 20 having the structure shown in FIG. 1 has the following problems.

【0011】まず、電流狭窄及び横モード制御を実現す
る埋め込み層13は多結晶或いは非結晶である。そこに
含まれる結晶粒界や、レーザ発振のための積層構造に含
まれる薄膜層と埋め込み層13の間に取り込まれた不純
物が、異常な電流経路を作る可能性がある。そのため
に、電流特性の劣化など信頼性に関する問題が生じ得
る。
First, the buried layer 13 which realizes current confinement and lateral mode control is polycrystalline or amorphous. Impurities introduced between the crystal grain boundaries contained therein and the thin film layer included in the laminated structure for laser oscillation and the buried layer 13 may form an abnormal current path. Therefore, there may occur reliability problems such as deterioration of current characteristics.

【0012】また、埋め込み層13が単結晶層ではない
ので、埋め込み層13の上にさらに単結晶層を成長させ
ることはできない。そのため、メサストライプの上にメ
サストライプより広い面積を占めるp型コンタクト層を
結晶成長させることができず、それによるコンタクト抵
抗の低減が実現できない。
Further, since the buried layer 13 is not a single crystal layer, it is impossible to grow a single crystal layer on the buried layer 13. Therefore, the p-type contact layer that occupies a larger area than the mesa stripe cannot be grown on the mesa stripe, and the contact resistance cannot be reduced.

【0013】さらに、横方向の光閉じ込めを実現するた
めの埋め込み深さ、すなわちメサストライプの高さはエ
ッチングによって所定の値に設定されるが、その制御は
非常に難しい。また、単一横モード発振を実現するため
にはメサストライプの幅を非常に狭くする必要がある
が、マスクを使って十分に幅の狭いストライプ構造を形
成することは困難である。
Further, the buried depth for realizing lateral light confinement, that is, the height of the mesa stripe is set to a predetermined value by etching, but its control is very difficult. Further, the width of the mesa stripe needs to be extremely narrowed in order to realize single transverse mode oscillation, but it is difficult to form a sufficiently narrow stripe structure using a mask.

【0014】加えて、p型電極とレーザ発振のための半
導体積層構造に含まれるコンタクト層とはメサストライ
プの幅でのみ接触しているので、その間の接触面積が狭
い。そのため、p型電極と活性層との間に非常に大きな
抵抗が発生する。
In addition, since the p-type electrode and the contact layer included in the semiconductor laminated structure for laser oscillation are in contact only with the width of the mesa stripe, the contact area between them is small. Therefore, a very large resistance is generated between the p-type electrode and the active layer.

【0015】一方、図2を参照して説明した従来の半導
体レーザ30では、結晶成長によって広い面積を占める
コンタクト層38を形成することができる。また、その
ようにして形成されたコンタクト層38の上にp型電極
39が形成されているので、コンタクト層38と電極3
9との間の抵抗が低減される。従って、上述の問題をあ
る程度まで解決することができる。
On the other hand, in the conventional semiconductor laser 30 described with reference to FIG. 2, the contact layer 38 occupying a large area can be formed by crystal growth. Further, since the p-type electrode 39 is formed on the contact layer 38 thus formed, the contact layer 38 and the electrode 3 are formed.
The resistance between 9 and 9 is reduced. Therefore, the above-mentioned problem can be solved to some extent.

【0016】しかし、半導体レーザ30では、基板31
の上に形成される半導体積層構造の構成材料としては、
活性層34を除いて、基板31に格子整合する材料が使
用される。そのため、クラッド層(光閉じ込め層)の組
成が一義的に決定されてしまい(具体的には、ZnS0.06S
e0.94)、レーザ構造の設計における自由度がない。
However, in the semiconductor laser 30, the substrate 31
As the constituent material of the semiconductor laminated structure formed on
A material that is lattice-matched to the substrate 31, except for the active layer 34, is used. Therefore, the composition of the cladding layer (optical confinement layer) is uniquely determined (specifically, ZnS 0.06 S
e 0.94 ), there is no freedom in designing the laser structure.

【0017】さらに、半導体レーザ30の構成では、電
流ブロック層36をGaAsで構成しているが、GaAsは、発
振するレーザ光を吸収する大きさのバンドギャップを有
している。そのため、半導体レーザ30は、電流ブロッ
ク層36による光の吸収が発生する光損失導波構造を有
することになり、電流ブロック層36による光の吸収の
ために高出力が得られない。
Further, in the structure of the semiconductor laser 30, the current blocking layer 36 is made of GaAs, but GaAs has a band gap large enough to absorb the oscillated laser beam. Therefore, the semiconductor laser 30 has an optical loss waveguide structure in which light is absorbed by the current blocking layer 36, and high output cannot be obtained due to the absorption of light by the current blocking layer 36.

【0018】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、(1)しきい電流の値が
小さく単一横モード発振が可能なII−VI族系半導体レー
ザを提供すること、及び(2)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, and its purpose is to (1) provide a II-VI group semiconductor laser having a small threshold current value and capable of single transverse mode oscillation. Providing, and (2) providing a manufacturing method thereof.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、II−VI族化合物半導体材料で形成されている活性層
と、該活性層を上下から挟み込むように設けられている
第1及び第2のクラッド層と、該第2のクラッド層の上
に設けられていて電流を流す開口部を有しているZnMgSS
eで形成された光閉じ込め層と、該光閉じ込め層の該開
口部に設けられている第3のクラッド層と、を備え、該
光閉じ込め層は高抵抗を有しているか或いは該第3のク
ラッド層とは逆の導電型を有していて、該第2及び第3
のクラッド層はZnMgSSeで形成されていて、該光閉じ込
め層のMg及びSの組成は該第2及び第3のクラッド層のM
g及びSの組成よりも大きく、そのことにより上記目的が
達成される。
A semiconductor laser according to the present invention comprises an active layer made of a II-VI group compound semiconductor material, and first and second active layers provided so as to sandwich the active layer from above and below. And a ZnMgSS provided on the second clad layer and having an opening for passing a current.
and a third cladding layer provided in the opening of the light confinement layer, the light confinement layer having a high resistance or the third confinement layer. Has a conductivity type opposite to that of the clad layer,
Clad layer of ZnMgSSe, and the composition of Mg and S of the optical confinement layer is M of the second and third clad layers.
It is larger than the composition of g and S, thereby achieving the above object.

【0020】ある実施形態では、前記光閉じ込め層の前
記開口部が前記活性層に近い側で狭くなっている。
In one embodiment, the opening of the light confinement layer is narrower on the side closer to the active layer.

【0021】好ましくは、前記活性層と前記第1のクラ
ッド層との間、及び該活性層と第2のクラッド層との間
にそれぞれ設けられた光ガイド層をさらに備える。
Preferably, it further comprises an optical guide layer provided between the active layer and the first cladding layer and between the active layer and the second cladding layer.

【0022】好ましくは、前記第2及び第3のクラッド
層の屈折率が前記光閉じ込め層の屈折率よりも大きい。
Preferably, the refractive indices of the second and third cladding layers are larger than the refractive index of the light confining layer.

【0023】好ましくは、前記第3のクラッド層の上に
設けられたコンタクト層と、該コンタクト層の上に設け
られた電極と、をさらに備え、該電極と該コンタクト層
とは素子面積で接触している。さらに好ましくは、前記
コンタクト層は少なくともZnSeを有している。
Preferably, a contact layer provided on the third cladding layer and an electrode provided on the contact layer are further provided, and the electrode and the contact layer contact each other in the element area. are doing. More preferably, the contact layer comprises at least ZnSe.

【0024】他の実施形態では、前記第2のクラッド層
と前記光閉じ込め層との間に設けられたエッチング停止
層をさらに備える。
In another embodiment, an etching stop layer provided between the second cladding layer and the optical confinement layer is further provided.

【0025】本発明の半導体レーザの製造方法は、基板
上に第1のクラッド層と活性層と第2のクラッド層と光
閉じ込め層とを少なくとも含む積層構造を成長させる工
程と、該光閉じ込め層の上に選択的にマスクを形成する
工程と、該マスクを用いて該光閉じ込め層を該第2のク
ラッド層が露出するまでエッチングして該光閉じ込め層
に開口部を設ける工程と、該光閉じ込め層の該開口部に
第3のクラッド層を成長させて該開口部を埋め込む工程
と、該第3のクラッド層の上にコンタクト層を成長させ
る工程と、を包含し、該活性層はII−VI族化合物半導体
材料から形成されていて、該光閉じ込め層は高抵抗を有
しているか或いは該第3のクラッド層とは逆の導電型を
有していて、該第2及び第3のクラッド層と該光閉じ込
め層とはZnMgSSeから形成されていて、該光閉じ込め層
のMg及びSの組成は該第2及び第3のクラッド層のMg及
びSの組成よりも大きく、そのことによって上記目的が
達成される。
A method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention comprises a step of growing a laminated structure including at least a first cladding layer, an active layer, a second cladding layer and an optical confinement layer on a substrate, and the optical confinement layer. A step of selectively forming a mask on the optical confinement layer, a step of etching the optical confinement layer using the mask until the second cladding layer is exposed, and forming an opening in the optical confinement layer; A step of growing a third cladding layer in the opening of the confinement layer to fill the opening, and a step of growing a contact layer on the third cladding layer, wherein the active layer is II. Formed of a group VI compound semiconductor material, the optical confinement layer has a high resistance or has a conductivity type opposite to that of the third cladding layer, and the second and third The cladding layer and the optical confinement layer are made of ZnMgSSe. Made which have the composition of Mg and S of the light confining layer is greater than the composition of Mg and S of the second and third cladding layers, the above-mentioned object can be achieved by it.

【0026】好ましくは、前記光閉じ込め層のエッチン
グは少なくとも前記第2のクラッド層の中で停止する。
Preferably, the etching of the light confinement layer stops at least in the second cladding layer.

【0027】好ましくは、前記光閉じ込め層の前記開口
部を前記第2のクラッド層に近い側が狭くなるように形
成する。
Preferably, the opening of the optical confinement layer is formed so that the side close to the second cladding layer is narrowed.

【0028】好ましくは、前記第3のクラッド層の成長
工程を再成長によって行い、該第3のクラッド層は熱履
歴を1度しか受けない。
Preferably, the step of growing the third cladding layer is performed by regrowth, and the third cladding layer is subjected to a thermal history only once.

【0029】ある実施形態では、前記第2のクラッド層
と前記光閉じ込め層との間に前記光閉じ込め層のエッチ
ングを停止させるエッチング停止層を成長させる工程
と、該光閉じ込め層のエッチングによって露出した該エ
ッチング停止層の表面を清浄化する工程と、をさらに包
含し、該清浄化工程の後に前記第3のクラッド層を成長
させる。好ましくは、前記エッチング停止層をIII−V
族化合物半導体材料で形成し、該エッチング停止層の清
浄化工程は該エッチング停止層の露出した表面を水素を
含むプラズマで照射する工程を包含する。
In one embodiment, a step of growing an etching stopper layer for stopping the etching of the optical confinement layer between the second cladding layer and the optical confinement layer, and exposing the optical confinement layer by etching. Cleaning the surface of the etch stop layer, further comprising growing the third cladding layer after the cleaning step. Preferably, the etch stop layer is III-V.
The etching stop layer is formed of a group compound semiconductor material, and the step of cleaning the etching stop layer includes the step of irradiating the exposed surface of the etching stop layer with plasma containing hydrogen.

【0030】以下、作用について説明する。The operation will be described below.

【0031】以上のような構造を有する本発明の半導体
レーザ及びその製造方法では、レーザ発振のための半導
体積層構造が結晶成長によって形成されるので、積層構
造に含まれる光閉じ込め層及びクラッド層の厚さを、エ
ッチング工程の制御ではなく結晶成長工程の制御によっ
て所定の値に設定することができる。このため、所期の
設計パラメータを有する光閉じ込め構造を、再現性良く
形成することができる。
In the semiconductor laser of the present invention having the above-described structure and the method for manufacturing the same, since the semiconductor laminated structure for laser oscillation is formed by crystal growth, the optical confinement layer and the cladding layer included in the laminated structure are formed. The thickness can be set to a predetermined value by controlling the crystal growth process instead of controlling the etching process. Therefore, it is possible to reproducibly form an optical confinement structure having desired design parameters.

【0032】また、光閉じ込め層の開口部が活性層に近
い側で狭くなるように形成されるので、開口部の形成の
ために使用するマスクの幅は、電流狭窄に関与する実効
的なメサストライプの幅よりも広くてよい。このため、
幅の狭いメサストライプを容易に形成することができ
る。
Further, since the opening of the light confinement layer is formed so as to be narrower on the side closer to the active layer, the width of the mask used for forming the opening is set to an effective mesa related to current confinement. It may be wider than the width of the stripe. For this reason,
A narrow mesa stripe can be easily formed.

【0033】さらに、第3のクラッド層、コンタクト層
及び電極は、メサストライプの幅ではなく、素子面積で
接触している。このため、電極とクラッド層との間に発
生する抵抗が著しく低減される。
Further, the third clad layer, the contact layer and the electrode are in contact with each other not by the width of the mesa stripe but by the element area. Therefore, the resistance generated between the electrode and the clad layer is significantly reduced.

【0034】光閉じ込め層に開口部を形成するエッチン
グは、少なくとも第2のクラッド層の中で停止させれば
よい。従って、このエッチング工程の制御が容易であ
る。
The etching for forming the opening in the optical confinement layer may be stopped at least in the second cladding layer. Therefore, it is easy to control this etching process.

【0035】或いは、第2のクラッド層と光閉じ込め層
との間にエッチング停止層を設ければ、開口部を設ける
ための上記エッチング工程をさらに容易に制御すること
ができる。さらに、このエッチング停止層をIII-V族半
導体材料で形成すれば、開口部を設けるためのエッチン
グで露出したエッチング表面を容易に清浄化及び平滑化
することができて、その表面上に第3のクラッド層を容
易に再成長させることができる。上記の再成長に先立つ
エッチング停止層の表面の清浄化及び平滑化に水素プラ
ズマを使用すれば、第3のクラッド層の成長温度に比べ
て比較的低い温度で清浄化及び平坦化処理を行うことが
できる。従って、半導体積層構造に対する熱の影響を低
減することができる。
Alternatively, if an etching stopper layer is provided between the second cladding layer and the optical confinement layer, the etching process for forming the opening can be controlled more easily. Furthermore, if the etching stop layer is formed of a III-V semiconductor material, the etching surface exposed by the etching for forming the opening can be easily cleaned and smoothed, and the third surface can be formed on the surface. The clad layer can be easily regrown. If hydrogen plasma is used for cleaning and smoothing the surface of the etching stopper layer prior to the above-mentioned re-growth, the cleaning and planarizing treatment should be performed at a temperature relatively lower than the growth temperature of the third cladding layer. You can Therefore, the influence of heat on the semiconductor laminated structure can be reduced.

【0036】第3のクラッド層を再成長で形成すれば、
熱によるp型クラッド層のキャリア不活性化の影響を少
なくすることができる。
If the third cladding layer is formed by regrowth,
The influence of carrier inactivation of the p-type cladding layer due to heat can be reduced.

【0037】また、電流狭窄を行う光閉じ込め層が半導
体積層構造の中に連続的に形成された単結晶層となるた
めに、不必要なリーク電流の発生など、動作特性に悪影
響を及ぼす恐れのある現象が生じる可能性が低減する。
Further, since the optical confinement layer for current confinement is a single crystal layer continuously formed in the semiconductor laminated structure, there is a possibility that operating characteristics are adversely affected such as generation of unnecessary leak current. The likelihood that a phenomenon will occur is reduced.

【0038】さらに、本発明の半導体レーザでは、電流
ブロック層としての機能も発揮する光閉じ込め層が、4
元混晶II−VI族化合物半導体材料であるZnMgSSeで構成
されている。この材料は、発振するレーザ光の波長に比
べてバンドギャップが大きいので発振するレーザ光を吸
収せず、屈折率導波型のレーザ構造が実現される。従っ
て、レーザ光の吸収が生じないだけしきい値電流を小さ
くすることができて、高出力範囲に至るまでのレーザ発
振を達成できる。
Further, in the semiconductor laser of the present invention, the optical confinement layer that also functions as a current blocking layer is 4
It is composed of ZnMgSSe, which is an original mixed crystal II-VI compound semiconductor material. Since this material has a large band gap as compared with the wavelength of the oscillating laser light, it does not absorb the oscillating laser light, and a refractive index guided laser structure is realized. Therefore, the threshold current can be reduced to the extent that absorption of laser light does not occur, and laser oscillation up to a high output range can be achieved.

【0039】また、光閉じ込め層の屈折率に比べて第2
及び第3のクラッド層の屈折率を大きくすることによっ
て、活性層に水平方向の実効屈折率差Δnを設けること
ができる。本発明の半導体レーザでは、この実効屈折率
差Δnを適切に制御することによって、単一横モード発
振を実現している。この際、クラッド層及び光閉じ込め
層を4元混晶の半導体材料で形成しているが、4元混晶
半導体材料には、基板に格子整合する組成が数多く存在
する。従って、基板に格子整合し且つ適度な実効屈折率
差をもたらす組成(材料)を容易に選択・設定すること
ができるので、半導体レーザの設計における自由度が大
きい。
Further, as compared with the refractive index of the light confinement layer, the second
By increasing the refractive index of the third clad layer, the effective refractive index difference Δn in the horizontal direction can be provided in the active layer. In the semiconductor laser of the present invention, single transverse mode oscillation is realized by appropriately controlling this effective refractive index difference Δn. At this time, the cladding layer and the optical confinement layer are formed of a quaternary mixed crystal semiconductor material, but the quaternary mixed crystal semiconductor material has many compositions that are lattice-matched to the substrate. Therefore, it is possible to easily select and set the composition (material) that is lattice-matched to the substrate and provides an appropriate difference in effective refractive index, and thus the degree of freedom in designing the semiconductor laser is large.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザの構
成及びその製造方法の実施形態を、図面を参照しながら
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a semiconductor laser according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the drawings.

【0041】図3(a)〜(c)は、本発明のある実施
形態における半導体レーザ100の構成及び製造工程を
示す断面図である。
FIGS. 3A to 3C are sectional views showing the structure and manufacturing process of the semiconductor laser 100 according to an embodiment of the present invention.

【0042】半導体レーザ100の製造にあたっては、
まず図3(a)に示すように、n型GaAs基板101の上
に、n型GaAsバッファ層102、n型ZnSeバッファ層1
03、n型ZnMgSSe第1クラッド層104、ZnSSe第1光
ガイド層105、多重量子井戸層(活性層)106、Zn
SSe第2光ガイド層107、p型ZnMgSSe第2クラッド層
108、ZnMgSSe光閉じこめ層109を、順次積層す
る。具体的には、分子線エピタキシー(MBE)法を使
用して、上記の各層を基板101の上に順次エピタキシ
ャル成長させる。このMBE成長の原料としては、例え
ばZnSe化合物ソース、ZnS化合物ソース、ZnTe化合物ソ
ース、及びMgメタルソースを用いる。それぞれの純度
は、例えば99.9999%以上にする。
In manufacturing the semiconductor laser 100,
First, as shown in FIG. 3A, an n-type GaAs buffer layer 102 and an n-type ZnSe buffer layer 1 are formed on an n-type GaAs substrate 101.
03, n-type ZnMgSSe first cladding layer 104, ZnSSe first optical guide layer 105, multiple quantum well layer (active layer) 106, Zn
The SSe second optical guide layer 107, the p-type ZnMgSSe second cladding layer 108, and the ZnMgSSe optical confinement layer 109 are sequentially laminated. Specifically, a molecular beam epitaxy (MBE) method is used to sequentially epitaxially grow the above layers on the substrate 101. As a raw material for this MBE growth, for example, a ZnSe compound source, a ZnS compound source, a ZnTe compound source, and a Mg metal source are used. The purity of each is, for example, 99.9999% or more.

【0043】次に、図3(b)に示す様に、この積層構
造の上に選択的にマスク110を形成する。マスク11
0は、以下で形成する溝111に相当する位置に開口部
を有する。
Next, as shown in FIG. 3B, a mask 110 is selectively formed on this laminated structure. Mask 11
0 has an opening at a position corresponding to the groove 111 formed below.

【0044】さらに、このマスク110を使用して光閉
じ込め層109をエッチングして、溝111を形成す
る。マスク110の材料は、例えば、レジスト膜、シリ
コン酸化膜、或いはシリコン窒化膜を用いることができ
る。これらの膜を所定のストライプ形状に形成すること
で、マスク110とする。また、溝111を形成するエ
ッチングは、例えば重クロム酸系エッチャント或いは飽
和臭素水系エッチャントを使用して実施する。ここで、
重クロム酸系エッチャントは重クロム酸水溶液と濃硫酸
との混合液であり、その混合比は例えば2対1である。
また、飽和臭素水系エッチャントは飽和臭素水と水と燐
酸との混合液であり、その混合比は例えば2対15対1
である。
Further, the optical confinement layer 109 is etched using this mask 110 to form a groove 111. The material of the mask 110 can be, for example, a resist film, a silicon oxide film, or a silicon nitride film. The mask 110 is formed by forming these films into a predetermined stripe shape. Further, the etching for forming the groove 111 is performed using, for example, a dichromic acid type etchant or a saturated bromine water type etchant. here,
The dichromic acid type etchant is a mixed liquid of an aqueous solution of dichromic acid and concentrated sulfuric acid, and the mixing ratio thereof is, for example, 2: 1.
Further, the saturated bromine water-based etchant is a mixed liquid of saturated bromine water, water and phosphoric acid, and the mixing ratio thereof is, for example, 2: 15: 1.
It is.

【0045】上記のエッチャントは異方性エッチャント
であるので、溝111は順メサ形状に形成される。すな
わち、活性層106(或いは第2クラッド層108)に
近い溝111の底部の面積が、マスク110の開口部に
対応する溝111の上部の面積よりも小さくなる。溝1
11を形成するためのエッチングは、p型ZnMgSSe第2
クラッド層108の厚みの範囲であれば、どこで止めて
もよい。
Since the above etchant is an anisotropic etchant, the groove 111 is formed in a regular mesa shape. That is, the area of the bottom of the groove 111 near the active layer 106 (or the second cladding layer 108) is smaller than the area of the top of the groove 111 corresponding to the opening of the mask 110. Groove 1
The etching for forming 11 is p-type ZnMgSSe second
It may be stopped anywhere within the range of the thickness of the clad layer 108.

【0046】次に、マスク110を除去し、p型ZnMgSS
e第3クラッド層112を、溝111を埋め込むように
第2クラッド層108及び光閉じ込め層109の上に形
成する。さらに、第3クラッド層112の上には、p型
ZnSSeクラッド層113及びp型ZnSeコンタクト層11
4を順次積層する。上記の第3クラッド層112、クラ
ッド層113及びコンタクト層114は、いずれも第2
クラッド層108と同じ或いは近い組成を有する材料で
構成され、MBE装置を用いて結晶成長される。
Next, the mask 110 is removed and the p-type ZnMgSS is removed.
e The third clad layer 112 is formed on the second clad layer 108 and the optical confinement layer 109 so as to fill the groove 111. Further, on the third cladding layer 112, p-type
ZnSSe cladding layer 113 and p-type ZnSe contact layer 11
4 are sequentially laminated. The third clad layer 112, the clad layer 113, and the contact layer 114 are all the second clad layer.
It is made of a material having the same composition as or close to that of the clad layer 108, and is crystal-grown by using an MBE apparatus.

【0047】その後に、p型コンタクト層114の上に
p型電極115を、例えば蒸着によって形成する。p型
電極115は、Pd/Au或いはCr/Auなどで構成することが
できる。一方、n型GaAs基板101の裏面には、n型電
極116が形成される。n型電極116は、In電極或い
はNi/AuGe/Ni/Au電極とすることができる。
After that, the p-type electrode 115 is formed on the p-type contact layer 114 by, for example, vapor deposition. The p-type electrode 115 can be composed of Pd / Au or Cr / Au. On the other hand, the n-type electrode 116 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 101. The n-type electrode 116 can be an In electrode or a Ni / AuGe / Ni / Au electrode.

【0048】これによって、図3(c)に示す構成を有
する本実施形態の半導体レーザ100が完成する。
As a result, the semiconductor laser 100 of this embodiment having the structure shown in FIG. 3C is completed.

【0049】上記の半導体レーザ100の構成におい
て、n型ZnSeバッファ層103及びn型ZnMgSSe第1ク
ラッド層104に対するn型ドーパントとしては、例え
ばClを用いる。このClのドーピングは、例えば純度が9
9.9999%のZnCl2を原料として行うことができる。一
方、p型ZnMgSSe第2クラッド層108、p型ZnMgSSe第
3クラッド層112、p型ZnSSeクラッド層113、及
びp型ZnSeコンタクト層114に対するp型不純物のド
ーピングは、例えばN2プラズマの形で結晶成長工程中に
Nを導入することで行うことができる。
In the structure of the semiconductor laser 100 described above, Cl is used as the n-type dopant for the n-type ZnSe buffer layer 103 and the n-type ZnMgSSe first cladding layer 104, for example. This Cl doping has, for example, a purity of 9
It is possible to use 9.9999% ZnCl 2 as a raw material. On the other hand, the p-type ZnMgSSe second cladding layer 108, the p-type ZnMgSSe third cladding layer 112, the p-type ZnSSe cladding layer 113, and the p-type ZnSe contact layer 114 are doped with p-type impurities by, for example, crystallizing in the form of N 2 plasma. This can be done by introducing N during the growth step.

【0050】光閉じ込め層109に溝111を設けるた
めのエッチングは第2クラッド層108が露出するまで
行われ、具体的には、先に述べたように第2クラッド層
108の中で停止させればよい。或いは、エッチングの
制御をさらに容易にするために、第2クラッド層108
と光閉じこめ層109との間にエッチング停止層を積層
してもよい。この場合のエッチング停止層は、例えば、
不純物濃度が約1×10-3cm-3であり厚さが約10n
mであるp型GaAsで形成することができる。或いは、エ
ッチング停止層として、例えばp型AlGaAsやp型InGaAs
などを用いることも可能である。
The etching for forming the groove 111 in the optical confinement layer 109 is performed until the second cladding layer 108 is exposed. Specifically, as described above, the etching is stopped in the second cladding layer 108. Good. Alternatively, the second cladding layer 108 may be used to further facilitate the control of etching.
An etching stop layer may be stacked between the light trapping layer 109 and the light confinement layer 109. The etching stop layer in this case is, for example,
Impurity concentration is about 1 × 10 -3 cm -3 and thickness is about 10n
It can be formed of p-type GaAs which is m. Alternatively, the etching stop layer may be, for example, p-type AlGaAs or p-type InGaAs.
It is also possible to use

【0051】次に、半導体レーザ100に含まれる各半
導体層について、以下にさらに詳しく説明する。
Next, each semiconductor layer included in the semiconductor laser 100 will be described in more detail below.

【0052】n型ZnSeバッファ層103は、結晶成長工
程の初期段階において硫黄(S)やマグネシウム(M
g)が直接GaAs基板101に付着して、成長によって得
られる結晶の表面を劣化させることを防ぐために導入さ
れている。ZnSeバッファ層103の厚さは、ZnSeとGaAs
との格子不整合に関連して決定される臨界厚さ(約80
0Å)以下に設定する。或いは、ZnSeバッファ層103
は、設けなくてもよい。
The n-type ZnSe buffer layer 103 is made of sulfur (S) or magnesium (M) at the initial stage of the crystal growth process.
g) is introduced to prevent it from directly adhering to the GaAs substrate 101 and deteriorating the surface of the crystal obtained by growth. The thickness of the ZnSe buffer layer 103 is ZnSe and GaAs.
The critical thickness determined in relation to the lattice mismatch with
0 Å) Set below. Alternatively, the ZnSe buffer layer 103
Need not be provided.

【0053】n型ZnMgSSe第1クラッド層104の組成
は、Zn1-xMgxSySe1-yと表したときに、x=0.10〜0.26
且つy=0.1〜0.28の範囲内であって、ZnMgSSeの格子定
数がGaAsの格子定数にマッチし、且つドーピング濃度及
びバンドギャップがそれぞれ最適の値に設定されるよう
に選択される。例えば、x=0.17且つy=0.20とする。
また、第1クラッド層104の厚さは約2μm以下に設
定され、例えば約1μmとする。一方、不純物濃度は、
ドナー濃度Ndとアクセプター濃度Naとの差が例えば約
4x1017cm-3となるように設定する。
When the composition of the n-type ZnMgSSe first cladding layer 104 is expressed as Zn 1-x Mg x S y Se 1-y , x = 0.10 to 0.26
In addition, y is within the range of 0.1 to 0.28, and the lattice constant of ZnMgSSe matches the lattice constant of GaAs, and the doping concentration and the band gap are set to optimum values. For example, x = 0.17 and y = 0.20.
The thickness of the first cladding layer 104 is set to about 2 μm or less, for example, about 1 μm. On the other hand, the impurity concentration is
The difference between the donor concentration Nd and the acceptor concentration Na is, for example, about
It is set to be 4x10 17 cm -3 .

【0054】ZnSSe第1光ガイド層105は、その厚さ
を例えば約700Åとする。また、その組成は、ZnSSeの格
子定数がGaAsの格子定数にマッチするように選択され、
例えばZnSzSe1-zと表したときにz=0.06とする。
The ZnSSe first light guide layer 105 has a thickness of, for example, about 700Å. In addition, its composition is selected so that the lattice constant of ZnSSe matches the lattice constant of GaAs,
For example, when expressed as ZnS z Se 1-z , z = 0.06.

【0055】活性層106は、例えば厚さが約70ÅのZn
CdSe層を井戸層として用い、且つ例えば厚さが約100Å
のZnSe層を障壁層として用いた多重量子井戸構造を有す
る。障壁層で上下を挟まれて繰り返して形成される井戸
層の数は、例えば5層とする。或いは、井戸層を1層の
み含む構成であってもよい。さらに、他の構造として、
井戸層としてZnSe層及び障壁層としてZnMgSSe層を用い
た多重量子井戸構造とすることもできる。このZnSe層と
ZnMgSSe層との組み合わせでは発振波長が約450nm
程度になり、ZnCdSe層を用いる場合よりも発振波長を短
くできる。
The active layer 106 is made of, for example, Zn having a thickness of about 70Å.
The CdSe layer is used as a well layer and the thickness is, for example, about 100Å
It has a multiple quantum well structure using the ZnSe layer as a barrier layer. The number of well layers which are repeatedly formed by being sandwiched between the barrier layers is, for example, five. Alternatively, the structure may include only one well layer. Furthermore, as another structure,
A multiple quantum well structure using a ZnSe layer as a well layer and a ZnMgSSe layer as a barrier layer can also be used. With this ZnSe layer
Oscillation wavelength of about 450 nm when combined with ZnMgSSe layer
And the oscillation wavelength can be made shorter than in the case of using the ZnCdSe layer.

【0056】ZnSSe第2光ガイド層107の厚さは、そ
の厚さを例えば約700Åとする。また、その組成は、ZnS
Seの格子定数がGaAsの格子定数にマッチするように選択
され、例えばZnSzSe1-zと表したときにz=0.06とする。
The thickness of the ZnSSe second light guide layer 107 is, eg, about 700Å. The composition is ZnS.
The lattice constant of Se is selected so as to match the lattice constant of GaAs. For example, when expressed as ZnS z Se 1-z , z = 0.06.

【0057】p型ZnMgSSeで構成される第2クラッド層
108の組成は、Zn1-xMgxSySe1-yと表したときに例え
ばx=0.17且つy=0.20とする。また、その厚さは約
0.2μm以下に設定し、例えば約0.1μmとする。
一方、不純物濃度は、例えば約1x1017cm-3とする。
The composition of the second cladding layer 108 made of p-type ZnMgSSe is, for example, x = 0.17 and y = 0.20 when expressed as Zn 1-x Mg x S y Se 1-y . The thickness is set to about 0.2 μm or less, for example, about 0.1 μm.
On the other hand, the impurity concentration is, for example, about 1 × 10 17 cm −3 .

【0058】ZnMgSSe光閉じこめ層109には、すでに
説明したように、ストライプ状のレジスト膜やSiO2膜か
らなるマスク110を使用して溝(すなわち開口部)1
11が形成される。開口部111の上部の幅、すなわち
溝(開口部)111を形成するために用いられるマスク
110のストライプ幅は、例えば約5μmとする。ま
た、先述したエッチング停止層を用いない場合の溝(開
口部)111を設けるためのエッチング工程で掘り込む
深さは、ZnMgSSe光閉じこめ層109の厚み以上であっ
て、且つ溝111の底面がp型ZnMgSSe第2クラッド層
108の中にとどまるように設定される。従って、厳密
なエッチング工程の制御を行う必要がない。
For the ZnMgSSe optical confinement layer 109, as described above, the groove (that is, the opening) 1 is formed by using the mask 110 made of a stripe-shaped resist film or SiO 2 film.
11 is formed. The width of the upper portion of the opening 111, that is, the stripe width of the mask 110 used to form the groove (opening) 111 is, eg, about 5 μm. Further, the depth to be dug in the etching step for providing the groove (opening) 111 when the etching stopper layer is not used is equal to or larger than the thickness of the ZnMgSSe optical confinement layer 109, and the bottom surface of the groove 111 is p. The ZnMgSSe type is set to remain in the second cladding layer 108. Therefore, it is not necessary to strictly control the etching process.

【0059】ZnMgSSe光閉じ込め層109は、例えば全
くドーピングされずに高抵抗を有していてもよい。或い
は、第3クラッド層112の導電型(p型)と逆のn型
を有していてもよい。n型にドーピングされている場合
のキャリア濃度は、例えば約1x1018cm-3とする。
The ZnMgSSe optical confinement layer 109 may have high resistance without being doped at all. Alternatively, it may have an n-type opposite to the conductivity type (p-type) of the third cladding layer 112. The carrier concentration in the case of n-type doping is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 .

【0060】p型ZnSeコンタクト層114は、不純物濃
度が例えば約4x1017cm-3であって、厚さを例えば約
0.8μmとする。
The p-type ZnSe contact layer 114 has an impurity concentration of about 4 × 10 17 cm −3 and a thickness of about 0.8 μm, for example.

【0061】なお、p型ZnSeコンタクト層114に加え
てp型ZnTeコンタクト層を設けて、コンタクト層を多層
構造にすることもできる。このような多層コンタクト構
造では、コンタクト抵抗が低減される。その場合には、
まずp型ZnSeコンタクト層114を不純物濃度が例えば
約1x1018cm-3で厚さが例えば約0.3μmであるよう
に形成し、さらにその上にp型ZnSe/ZnTe多重量子井戸
層(MQW)層、及び不純物濃度が例えば約5x1018cm
-3で厚さが例えば約80Åであるp型ZnTe第2コンタク
ト層(いずれも不図示)をMBE成長させる。その後
に、p型電極115を第2コンタクト層の上に蒸着す
る。上記のように付加的に設けられるp型ZnTe/ZnSe多
重量子井戸層及びp型ZnTe第2コンタクト層に対するp
型不純物のドーピングは、例えばN2プラズマの形で結晶
成長工程中にNを導入することで行うことができる。
It is also possible to provide a p-type ZnTe contact layer in addition to the p-type ZnSe contact layer 114 so that the contact layer has a multi-layer structure. In such a multilayer contact structure, contact resistance is reduced. In that case,
First, the p-type ZnSe contact layer 114 is formed so that the impurity concentration is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 and the thickness is, for example, about 0.3 μm, and the p-type ZnSe / ZnTe multiple quantum well layer (MQW) is further formed thereon. Layer and impurity concentration is, for example, about 5 × 10 18 cm
The p-type ZnTe second contact layer (none of which is shown) having a thickness of about −3 at −3 is MBE-grown. Then, the p-type electrode 115 is vapor-deposited on the second contact layer. P for the p-type ZnTe / ZnSe multiple quantum well layer and p-type ZnTe second contact layer additionally provided as described above
The doping of the type impurities can be performed by introducing N during the crystal growth process in the form of N 2 plasma, for example.

【0062】なお、上記に説明した半導体レーザ100
において、クラッド層の構成材料として、ZnMgSSeの代
わりに光ガイド層と同じZnSSeを用いることもできる。
或いは、ZnSSeで構成される光ガイド層を省略して、ZnM
gSSeで構成されるクラッド層のみで活性層を挟み込む構
成とすることも可能である。
The semiconductor laser 100 described above is used.
In, in place of ZnMgSSe, the same ZnSSe as the light guide layer can be used as the constituent material of the cladding layer.
Alternatively, omitting the light guide layer composed of ZnSSe, ZnM
It is also possible to have a structure in which the active layer is sandwiched only by the clad layer composed of gSSe.

【0063】以上に説明した本発明の半導体レーザ10
0は、屈折率導波型の構成を有するように構成すること
ができる。そのためには、ZnMgSSe光閉じ込め層109
の組成を例えばZn0.81Mg0.190.22Se0.78とし、
p型ZnMgSSe第2クラッド層108及びp型ZnMgSSe第3
クラッド層112の組成をそれぞれ例えばZn0.83Mg
0.170.2Se0.8とする。これにより、活性層106が
感じる水平方向の実効屈折率差Δn、すなわち、活性層
106のうちで光閉じ込め層109の溝(開口部)11
1に相当する領域の実効屈折率と活性層106のその他
の領域での実効屈折率との差が約4×10-3となって、
屈折率導波型の構造が実現される。このような屈折率導
波型の構造では、単一横モード発振が可能になるととも
に電流狭搾構造が実現される。さらに、活性層106で
発生した熱を、光閉じ込め層109の開口部111を埋
め込む第3クラッド層112で吸収することができる。
The semiconductor laser 10 of the present invention described above
Zero can be configured to have a refractive index guided configuration. To this end, the ZnMgSSe optical confinement layer 109
The composition of Zn 0.81 Mg 0.19 S 0.22 Se 0.78 ,
p-type ZnMgSSe second clad layer 108 and p-type ZnMgSSe third
The composition of the clad layer 112 is, for example, Zn 0.83 Mg
0.17 S 0.2 Se 0.8 As a result, the effective refractive index difference Δn sensed by the active layer 106 in the horizontal direction, that is, the groove (opening) 11 of the optical confinement layer 109 in the active layer 106.
The difference between the effective refractive index in the region corresponding to 1 and the effective refractive index in the other regions of the active layer 106 is about 4 × 10 −3 ,
A refractive index guided structure is realized. In such a refractive index guided structure, a single transverse mode oscillation is possible and a current narrowing structure is realized. Further, the heat generated in the active layer 106 can be absorbed by the third cladding layer 112 filling the opening 111 of the light confinement layer 109.

【0064】上記の実効屈折率差△nは、第2及び第3
クラッド層108及び112の屈折率と光閉じ込め層1
09の屈折率との差、ならびに、光閉じ込め層109と
活性層106との間に残された第2クラッド層108の
厚さ(以下では、「残し厚みt」と称する)の光閉じ込
め層109の厚さに対する比によって決定される。本発
明によれば、第2及び第3クラッド層108及び112
や光閉じ込め層109の厚さは、エッチング工程ではな
く結晶成長工程によって決定される。従って、それらの
厚さを厳密に制御することが可能であり、高精度で且つ
再現性良く、単一横モード発振が可能な半導体レーザを
実現することができる。
The effective refractive index difference Δn is equal to the second and third
Refractive index of cladding layers 108 and 112 and optical confinement layer 1
09 and the thickness of the second cladding layer 108 left between the optical confinement layer 109 and the active layer 106 (hereinafter, referred to as “remaining thickness t”). Is determined by the ratio of thickness to thickness. According to the present invention, the second and third cladding layers 108 and 112
The thickness of the light confinement layer 109 is determined by the crystal growth process, not the etching process. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser in which the thicknesses thereof can be strictly controlled, which is highly accurate and has good reproducibility, and which can perform single transverse mode oscillation.

【0065】ここで、屈折率導波構造において単一横モ
ード発振を実現するためには、上記の実効屈折率差△n
を5×10-3〜1×10-2の範囲内に設定することが好
ましい。これは、第2及び第3クラッド層108及び1
12の組成を、バンドギャップ△Egが約2.8eVに
なるように、Zn1-xMgxSySe1-yにおいてx=0.06〜0.1且
つy=0.14〜0.28の範囲内に設定し、一方、電流ブロッ
ク層としての機能も有する光閉じ込め層109の組成
を、バンドギャップ△Egが約3.0eVになるよう
に、Zn1-xMgxSySe1-yにおいてx=0.09〜0.15且つy=
0.18〜0.28の範囲内に設定し、さらに第2クラッド層1
08の残し厚みtを約0.1μm〜約0.5μmの範囲
内に設定した場合の、典型的な実効屈折率差△nの値で
ある。
Here, in order to realize the single transverse mode oscillation in the refractive index guiding structure, the above effective refractive index difference Δn
Is preferably set within the range of 5 × 10 −3 to 1 × 10 −2 . This is the second and third cladding layers 108 and 1
The composition of 12 is set in the range of x = 0.06 to 0.1 and y = 0.14 to 0.28 in Zn 1-x Mg x S y Se 1-y so that the band gap ΔEg becomes about 2.8 eV, On the other hand, the composition of the optical confinement layer 109 which also has a function as a current blocking layer is set so that x = 0.09 to 0.15 in Zn 1-x Mg x S y Se 1-y so that the band gap ΔEg becomes about 3.0 eV. And y =
It is set within the range of 0.18 to 0.28, and the second cladding layer 1
This is a typical value of the effective refractive index difference Δn when the remaining thickness t of 08 is set in the range of about 0.1 μm to about 0.5 μm.

【0066】バンドギャップ△Egが約2.8eV で
あるZnMgSSeクラッド層は、II−VI族系化合物半導体レ
ーザの構成において、p型及びn型不純物のドーピング
を十分に行うことができ且つ縦方向の光閉じ込めが実現
できる、一般的なクラッド層である。
The ZnMgSSe cladding layer having a bandgap ΔEg of about 2.8 eV can sufficiently perform p-type and n-type impurity doping in the structure of the II-VI group compound semiconductor laser and has a vertical direction. It is a general clad layer that can realize optical confinement.

【0067】一方、一般に、ZnMgSSe層のバンドギャッ
プを大きくするためにMgの組成を大きくする必要がある
が、Mgの含有量の増加にともなってドーピング効率が悪
化する。しかし、バンドギャップ△Egが約3.0eV
であるZnMgSSe光閉じ込め層はドーピングを必要としな
い層であるので、比較的容易に形成することができる。
On the other hand, generally, it is necessary to increase the composition of Mg in order to increase the band gap of the ZnMgSSe layer, but the doping efficiency deteriorates as the content of Mg increases. However, the band gap ΔEg is about 3.0 eV
Since the ZnMgSSe optical confinement layer is a layer that does not require doping, it can be formed relatively easily.

【0068】上記のような組成をそれぞれ有するクラッ
ド層及び光閉じ込め層を組み合わせて、活性層の実効屈
折率差△nを上記範囲内の値にすることによって、屈折
率導波型(リアルインデックスガイド型)構造における
単一横モードレーザ発振が実現される。
By combining the clad layer and the optical confinement layer each having the above composition and setting the effective refractive index difference Δn of the active layer to a value within the above range, a refractive index guided type (real index guide) is obtained. Single transverse mode lasing in a (type) structure is realized.

【0069】単一横モード発振の実現のために活性層1
06の実効屈折率差△nを上記範囲内の値に設定するた
めには、光閉じ込め層109の厚さhを約0.1μm以
上にする必要がある。一方、光閉じ込め層109の厚さ
hが約1.0μmよりも厚くなると、溝111の部分で
の段差が大きくなりすぎて、溝111を埋め込むように
光閉じ込め層109の上に再成長する結晶層の結晶性を
劣化させる。さらに、段差が大きすぎるために形成され
る半導体レーザ素子の最表面に比較的大きな凹部が形成
されて、チップキャリアに装着した際に隙間が存在す
る。この結果、放熱特性の劣化やボンディングが困難に
なるなどの問題が生じる。
Active layer 1 for realizing single transverse mode oscillation
In order to set the effective refractive index difference Δn of 06 to a value within the above range, the thickness h of the light confinement layer 109 needs to be about 0.1 μm or more. On the other hand, if the thickness h of the light confinement layer 109 is thicker than about 1.0 μm, the step difference in the groove 111 becomes too large, and a crystal is regrown on the light confinement layer 109 so as to fill the groove 111. It deteriorates the crystallinity of the layer. Furthermore, since the step is too large, a relatively large concave portion is formed on the outermost surface of the semiconductor laser element formed, and a gap exists when the semiconductor laser element is mounted on the chip carrier. As a result, problems such as deterioration of heat dissipation characteristics and difficulty of bonding occur.

【0070】いずれもZnMgSSeから構成されている第2
及び第3クラッド層108及び112の組成は望ましく
は同じにするが、これに限られるわけではない。
The second one, which is composed of ZnMgSSe
The third cladding layers 108 and 112 preferably have the same composition, but are not limited thereto.

【0071】光閉じ込め層109と、通常のレーザ構造
におけるクラッド層の残し厚みに相当するp型ZnMgSSe
第2クラッド層108とは、いずれも1回目の結晶成長
で形成される。従って、それらの厚さは、エッチングに
よって決定される場合に比べて、さらに厳密に決定され
る。
The optical confinement layer 109 and p-type ZnMgSSe corresponding to the remaining thickness of the cladding layer in the ordinary laser structure.
The second cladding layer 108 is formed by the first crystal growth. Therefore, their thickness is more rigorously determined than when determined by etching.

【0072】図3(a)〜(c)を参照して説明した構
造を有する本発明の埋め込み型半導体レーザ100で
は、光閉じ込め層109に設けられた溝(開口部)11
1によって、電流狭窄が行われる。そのため、p型電極
115とp型ZnSeコンタクト層114、p型ZnSeコンタ
クト層114とp型ZnSSeクラッド層113、p型ZnSSe
クラッド層113とp型ZnMgSSe第3クラッド層112
が、それぞれ素子面積で接触している。この結果、半導
体積層構造の中に生じる垂直方向(すなわち電極間の方
向)の抵抗が、従来技術の構造に比べて非常に低くな
る。
In the embedded semiconductor laser 100 of the present invention having the structure described with reference to FIGS. 3A to 3C, the groove (opening) 11 provided in the optical confinement layer 109.
1, the current confinement is performed. Therefore, the p-type electrode 115 and the p-type ZnSe contact layer 114, the p-type ZnSe contact layer 114 and the p-type ZnSSe cladding layer 113, and the p-type ZnSSe
Clad layer 113 and p-type ZnMgSSe third clad layer 112
However, they are in contact with each other in the element area. As a result, the resistance in the vertical direction (that is, the direction between the electrodes) generated in the semiconductor laminated structure is much lower than that in the structure of the prior art.

【0073】なお、十分な電流の狭窄効果を得るために
は、光閉じ込め層109の下に存在する第2クラッド層
の厚さである残し厚みtを、約0.5μm以下にする必
要がある。残し厚みtが約0.5μmよりも大きいと、
溝111の底面と活性層106との間の距離が長くなり
すぎて、その部分での電流の拡がりが大きくなりすぎ
る。なお、残し厚みtが小さくなりすぎると、活性層1
06での実効屈折率差△nが大きくなりすぎて横モード
のレーザ発振の制御が困難になる可能性があるが、この
問題は、光閉じ込め層109を構成するZnMgSSeの組成
や光閉じ込め層109の厚さhを上述の範囲内で適切な
値に設定することで克服することができる。
In order to obtain a sufficient current constriction effect, the remaining thickness t, which is the thickness of the second cladding layer below the optical confinement layer 109, must be about 0.5 μm or less. . When the remaining thickness t is larger than about 0.5 μm,
The distance between the bottom surface of the groove 111 and the active layer 106 becomes too long, and the current spread at that portion becomes too large. If the remaining thickness t becomes too small, the active layer 1
There is a possibility that the effective refractive index difference Δn at 06 becomes too large and it becomes difficult to control the transverse mode laser oscillation. However, this problem is caused by the composition of ZnMgSSe constituting the optical confinement layer 109 and the optical confinement layer 109. This can be overcome by setting the thickness h of the above to an appropriate value within the above range.

【0074】図4及び図5には、第2及び第3クラッド
層108及び112の組成をZn1-xMgxSySe1-yにおいて
x=0.08且つy=0.18とし、一方、光閉じ込め層109
の組成を、Zn1-xMgxSySe1-yにおいてx=0.11且つy=
0.24としたときの、光閉じ込め層の厚さとレーザ発振の
ためのしきい値電流との関係を示すグラフ(図4)、及
び、第2クラッド層の残し厚みとレーザ発振のためのし
きい値電流との関係を示すグラフ(図5)である。
4 and 5, the composition of the second and third clad layers 108 and 112 is Zn 1-x Mg x S y Se 1-y where x = 0.08 and y = 0.18, while the optical confinement is performed. Layer 109
The composition of Zn 1-x Mg x S y Se 1-y is x = 0.11 and y =
A graph showing the relationship between the thickness of the optical confinement layer and the threshold current for laser oscillation when the value is 0.24 (Fig. 4), and the remaining thickness of the second cladding layer and the threshold for laser oscillation. It is a graph (FIG. 5) which shows the relationship with an electric current.

【0075】図4において、光閉じ込め層109のMg
組成を増やしてバンドギャップΔEgを大きくし、活性
層106における実効屈折率差Δnを大きくすると、特
性は実線で描くものから破線で描くものへ変化する。こ
の場合、光閉じ込め層109の屈折率が小さくなるの
で、光閉じ込め層109の厚さをより薄くしても、十分
な実効屈折率差Δnを得ることができる。この結果、レ
ーザ発振のためのしきい値電流が低くなる。
In FIG. 4, Mg of the optical confinement layer 109 is
When the composition is increased to increase the band gap ΔEg and the effective refractive index difference Δn in the active layer 106 is increased, the characteristics change from what is drawn by the solid line to what is drawn by the broken line. In this case, since the refractive index of the light confinement layer 109 becomes small, even if the thickness of the light confinement layer 109 is thinner, a sufficient effective refractive index difference Δn can be obtained. As a result, the threshold current for laser oscillation becomes low.

【0076】一方、図5においても、光閉じ込め層10
9のMg組成を増やしてバンドギャップΔEgを大きく
し、活性層106における実効屈折率差Δnを大きくす
ると、特性は実線で描くものから破線で描くものへ変化
する。この場合、光閉じ込め層109の屈折率が小さく
なるので、第2クラッド層108の残し厚みを大きくし
ても、十分な実効屈折率差Δnを得ることができる。但
し、残し厚みが薄すぎる場合には、実効屈折率差Δnが
大きくなりすぎて横モードのレーザ発振の制御が困難に
なり、レーザ発振のためのしきい値電流が増加する。
On the other hand, also in FIG. 5, the optical confinement layer 10
When the Mg composition of No. 9 is increased to increase the band gap ΔEg and the effective refractive index difference Δn in the active layer 106 is increased, the characteristics change from what is drawn by the solid line to what is drawn by the broken line. In this case, since the refractive index of the light confinement layer 109 is small, even if the remaining thickness of the second cladding layer 108 is increased, a sufficient effective refractive index difference Δn can be obtained. However, if the remaining thickness is too thin, the effective refractive index difference Δn becomes too large, and it becomes difficult to control the transverse mode laser oscillation, and the threshold current for laser oscillation increases.

【0077】次に、本発明による半導体レーザと従来技
術による半導体レーザについて、p型電極とp型コンタ
クト層との間の接触面積の相違、及び電流経路の相違に
ついて、図6(a)及び(b)を参照して説明する。
Next, regarding the difference in contact area between the p-type electrode and the p-type contact layer and the difference in current path between the semiconductor laser according to the present invention and the semiconductor laser according to the prior art, FIGS. This will be described with reference to b).

【0078】図6(a)は、従来技術によって形成され
る半導体レーザ300の構成を示す断面図であり、図6
(b)は、先に図1(a)〜(c)を参照して説明した
本発明の半導体レーザ100の構成を示す断面図であ
る。このうち図6(b)では、これまでと同じ構成要素
に同じ参照符号を付しており、その説明は省略する。一
方、図6(a)の従来の半導体レーザ300では、n型
GaAs基板301の上に、n型GaAsバッファ層302、n
型ZnSeバッファ層303、n型ZnMgSSe第1クラッド層
304、ZnSSe第1光ガイド層305、CdZnSe活性層3
06、ZnSSe第2光ガイド層307、p型ZnMgSSe第2ク
ラッド層308、及びp型コンタクト層309を順次積
層した後に、p型ZnMgSSe第2クラッド層308及びp
型コンタクト層309をエッチングしてメサストライプ
を形成する。その後に、メサストライプをZnMgSSe層3
10で埋め込み、さらにその埋め込み層310の上にp
型電極311を形成する。一方、n型GaAs基板301の
裏面には、n型電極312を形成する。これによって、
半導体レーザ300が完成する。
FIG. 6A is a sectional view showing the structure of a semiconductor laser 300 formed by the conventional technique.
1B is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser 100 of the present invention described above with reference to FIGS. 1A to 1C. Of these, in FIG. 6B, the same reference numerals are given to the same constituent elements as before, and the description thereof will be omitted. On the other hand, in the conventional semiconductor laser 300 of FIG.
On the GaAs substrate 301, n-type GaAs buffer layers 302, n
-Type ZnSe buffer layer 303, n-type ZnMgSSe first cladding layer 304, ZnSSe first optical guide layer 305, CdZnSe active layer 3
06, the ZnSSe second optical guide layer 307, the p-type ZnMgSSe second cladding layer 308, and the p-type contact layer 309 are sequentially stacked, and then the p-type ZnMgSSe second cladding layer 308 and p
The mold contact layer 309 is etched to form a mesa stripe. After that, apply the mesa stripe to the ZnMgSSe layer 3
10 and then p on the buried layer 310.
The mold electrode 311 is formed. On the other hand, the n-type electrode 312 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 301. by this,
The semiconductor laser 300 is completed.

【0079】上記のような従来技術による半導体レーザ
300と本発明による半導体レーザ100とが、メサス
トライプ或いは光閉じ込め層109の溝111(以下で
は、「ストライプ」と称する)に平行な一辺の長さが約
350μmであり、ストライプに垂直な一辺の長さが約700
μmであるような素子面積を占め、且つストライプの幅
が約5μmであるとして、両者の構造を比較する。
The semiconductor laser 300 according to the prior art as described above and the semiconductor laser 100 according to the present invention have a side length parallel to the groove 111 (hereinafter, referred to as “stripe”) of the mesa stripe or the optical confinement layer 109. Is about
350 μm, the length of one side perpendicular to the stripe is about 700
The structures of the two are compared, assuming that the device area occupies the width of μm and the width of the stripe is about 5 μm.

【0080】このとき、図6(a)に示す従来技術によ
る半導体レーザ300の構造では、p型電極311とp
型コンタクト層309との接触面積は約1750μm2であ
る。一方、図6(b)に示す本発明による半導体レーザ
100の構造では、p型電極115とp型コンタクト層
114との接触面積は約245000μm2となり、従来技術
の値に比べて約140倍である。従って、本発明によれ
ば、p型電極とp型コンタクト層との間に発生する抵抗
を、従来技術によって形成される対応した構成を有する
半導体レーザ300における値の、約1/140にすること
ができる。さらに、p型コンタクト層とp型クラッド層
との間に発生する縦方向の抵抗も、著しく低減される。
At this time, in the structure of the semiconductor laser 300 according to the prior art shown in FIG. 6A, the p-type electrodes 311 and p
The contact area with the mold contact layer 309 is about 1750 μm 2 . On the other hand, in the structure of the semiconductor laser 100 according to the present invention shown in FIG. 6B, the contact area between the p-type electrode 115 and the p-type contact layer 114 is about 245000 μm 2 , which is about 140 times the value of the prior art. is there. Therefore, according to the present invention, the resistance generated between the p-type electrode and the p-type contact layer is set to about 1/140 of the value in the semiconductor laser 300 having the corresponding structure formed by the conventional technique. You can Further, the vertical resistance generated between the p-type contact layer and the p-type cladding layer is also significantly reduced.

【0081】さらに、図6(a)に示す従来技術による
半導体レーザ300では、p型電極311からn型電極
312に向けて流れる電流(破線で図示)が、素子領域
の全体に拡がる。それに対して、本発明の半導体レーザ
100では、図6(b)に示すように、p型電極115
から流入した電流(破線で図示)は、光閉じ込め層10
9の溝(開口部)111で狭められてから活性層106
に流入する。このため、活性層106のうちで実際に電
流が流れる領域は、ストライプ、すなわち光閉じ込め層
109の溝111の形成に使ったマスクの幅よりも拡が
ることはない。これによって、レーザ発振のためのしき
い値電流の低減に非常に効果がある。
Further, in the semiconductor laser 300 according to the prior art shown in FIG. 6A, the current (shown by the broken line) flowing from the p-type electrode 311 to the n-type electrode 312 spreads over the entire element region. On the other hand, in the semiconductor laser 100 of the present invention, as shown in FIG.
The current (shown by the broken line) flowing from the optical confinement layer 10
And the active layer 106 is narrowed by the groove (opening) 111
Flows into. Therefore, in the active layer 106, the region where current actually flows does not extend beyond the width of the stripe, that is, the mask used for forming the groove 111 of the optical confinement layer 109. This is very effective in reducing the threshold current for laser oscillation.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
レーザ及びその製造方法では、レーザ発振のための半導
体積層構造が結晶成長によって形成されるので、積層構
造に含まれる光閉じ込め層及びクラッド層の厚さを、エ
ッチング工程の制御ではなく結晶成長工程の制御によっ
て所定の値に設定することができる。このため、所期の
設計パラメータを有する光閉じ込め構造を、再現性良く
形成することができる。
As described above, in the semiconductor laser and the method of manufacturing the same according to the present invention, since the semiconductor laminated structure for laser oscillation is formed by crystal growth, the optical confinement layer and the clad included in the laminated structure are formed. The layer thickness can be set to a predetermined value by controlling the crystal growth process rather than the etching process. Therefore, it is possible to reproducibly form an optical confinement structure having desired design parameters.

【0083】また、本発明の半導体レーザでは光閉じ込
め層が結晶成長によって形成されており、多結晶層或い
は非結晶層でない。従って、光閉じ込め層の中に結晶粒
界が存在したり、レーザ発振のための積層構造と光閉じ
込め層との境界部分に不純物が取り込まれたりすること
がなく、それらが原因でリーク電流が発生して動作特性
に悪影響が及ぼされることがない。
Further, in the semiconductor laser of the present invention, the optical confinement layer is formed by crystal growth and is not a polycrystalline layer or an amorphous layer. Therefore, crystal grain boundaries do not exist in the optical confinement layer and impurities are not captured at the boundary between the laminated structure for laser oscillation and the optical confinement layer, which causes leakage current. Therefore, the operating characteristics are not adversely affected.

【0084】また、光閉じ込め層の開口部が活性層に近
い側で狭くなるように形成されるので、開口部の形成の
ために使用するマスクの幅は、電流狭窄に関与する実効
的なメサストライプの幅よりも広くてよい。このため、
幅の狭いメサストライプを容易に形成することができ
る。
Further, since the opening of the light confinement layer is formed so as to be narrower on the side closer to the active layer, the width of the mask used for forming the opening is set to be an effective mesa related to current confinement. It may be wider than the width of the stripe. For this reason,
A narrow mesa stripe can be easily formed.

【0085】さらに、第3のクラッド層、コンタクト層
及び電極は、メサストライプの幅ではなく、素子面積で
接触している。このため、電極とクラッド層との間に発
生する抵抗が著しく低減される。
Further, the third clad layer, the contact layer and the electrode are in contact with each other not by the width of the mesa stripe but by the element area. Therefore, the resistance generated between the electrode and the clad layer is significantly reduced.

【0086】光閉じ込め層に開口部を形成するエッチン
グは、少なくとも第2のクラッド層の中で停止させれば
よい。従って、このエッチング工程の制御が容易であ
る。
The etching for forming the opening in the light confining layer may be stopped at least in the second cladding layer. Therefore, it is easy to control this etching process.

【0087】或いは、第2のクラッド層と光閉じ込め層
との間にエッチング停止層を設ければ、開口部を設ける
ための上記エッチング工程をさらに容易に制御すること
ができる。さらに、このエッチング停止層をIII-V族半
導体材料で形成すれば、開口部を設けるためのエッチン
グで露出したエッチング表面を容易に清浄化及び平滑化
することができて、その表面上に第3のクラッド層を容
易に再成長させることができる。上記の再成長に先立つ
エッチング停止層の表面の清浄化及び平滑化に水素プラ
ズマを使用すれば、第3のクラッド層の成長温度に比べ
て比較的低い温度で清浄化及び平坦化処理を行うことが
できる。従って、半導体積層構造に対する熱の影響を低
減することができる。
Alternatively, if an etching stop layer is provided between the second cladding layer and the optical confinement layer, the etching process for forming the opening can be controlled more easily. Furthermore, if the etching stop layer is formed of a III-V semiconductor material, the etching surface exposed by the etching for forming the opening can be easily cleaned and smoothed, and the third surface can be formed on the surface. The clad layer can be easily regrown. If hydrogen plasma is used for cleaning and smoothing the surface of the etching stopper layer prior to the above-mentioned re-growth, the cleaning and planarizing treatment should be performed at a temperature relatively lower than the growth temperature of the third cladding layer. You can Therefore, the influence of heat on the semiconductor laminated structure can be reduced.

【0088】第3のクラッド層を再成長で形成すれば、
熱によるp型クラッド層のキャリア不活性化の影響を少
なくすることができる。
If the third cladding layer is formed by regrowth,
The influence of carrier inactivation of the p-type cladding layer due to heat can be reduced.

【0089】また、電流狭窄を行う光閉じ込め層が半導
体積層構造の中に連続的に形成された単結晶層となるた
めに、不必要なリーク電流の発生など、動作特性に悪影
響を及ぼす恐れのある現象が生じる可能性が低減する。
Further, since the optical confinement layer for current confinement is a single crystal layer continuously formed in the semiconductor laminated structure, there is a possibility that operating characteristics are adversely affected such as generation of unnecessary leak current. The likelihood that a phenomenon will occur is reduced.

【0090】さらに、本発明の半導体レーザでは、電流
ブロック層としての機能も発揮する光閉じ込め層が、4
元混晶II−VI族化合物半導体材料であるZnMgSSeで構成
されている。この材料は、発振するレーザ光の波長に比
べてバンドギャップが大きいので発振するレーザ光を吸
収せず、屈折率導波型のレーザ構造が実現される。従っ
て、レーザ光の吸収が生じないだけしきい値電流を小さ
くすることができて、高出力範囲に至るまでのレーザ発
振を達成できる。
Further, in the semiconductor laser of the present invention, the optical confinement layer which also functions as the current blocking layer is 4
It is composed of ZnMgSSe, which is an original mixed crystal II-VI compound semiconductor material. Since this material has a large band gap as compared with the wavelength of the oscillating laser light, it does not absorb the oscillating laser light, and a refractive index guided laser structure is realized. Therefore, the threshold current can be reduced to the extent that absorption of laser light does not occur, and laser oscillation up to a high output range can be achieved.

【0091】また、光閉じ込め層の屈折率に比べて第2
及び第3のクラッド層の屈折率を大きくすることによっ
て、活性層に水平方向の実効屈折率差Δnを設けること
ができる。本発明の半導体レーザでは、この実効屈折率
差Δnを適切に制御することによって、単一横モード発
振を実現している。この際、クラッド層及び光閉じ込め
層を4元混晶の半導体材料で形成しているが、4元混晶
半導体材料には、基板に格子整合する組成が数多く存在
する。従って、基板に格子整合し且つ適度な実効屈折率
差をもたらす組成(材料)を容易に選択・設定すること
ができるので、半導体レーザの設計における自由度が大
きい。
The second refractive index of the light confinement layer is higher than that of the second refractive index.
By increasing the refractive index of the third clad layer, the effective refractive index difference Δn in the horizontal direction can be provided in the active layer. In the semiconductor laser of the present invention, single transverse mode oscillation is realized by appropriately controlling this effective refractive index difference Δn. At this time, the cladding layer and the optical confinement layer are formed of a quaternary mixed crystal semiconductor material, but the quaternary mixed crystal semiconductor material has many compositions that are lattice-matched to the substrate. Therefore, it is possible to easily select and set the composition (material) that is lattice-matched to the substrate and provides an appropriate difference in effective refractive index, and thus the degree of freedom in designing the semiconductor laser is large.

【0092】以上により、本発明によれば、レーザ発振
動作特性及び信頼性に優れ、且つレーザ発振動作特性に
サンプル間でのばらつきが少ない半導体レーザを、再現
性良く製造することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor laser having excellent laser oscillation operation characteristics and reliability and having a small variation in laser oscillation operation characteristics among samples with good reproducibility.

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

【図1】従来技術による半導体レーザの構成を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor laser according to a conventional technique.

【図2】従来技術による他の半導体レーザの構成を示す
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of another semiconductor laser according to the related art.

【図3】(a)〜(c)は、本発明の半導体レーザの構
成及びその製造工程を示す断面図である。
3A to 3C are cross-sectional views showing a structure of a semiconductor laser of the present invention and a manufacturing process thereof.

【図4】光閉じ込め層の厚さとレーザ発振のためのしき
い値電流との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the optical confinement layer and the threshold current for laser oscillation.

【図5】第2クラッド層の残し厚みとレーザ発振のため
のしきい値電流との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the remaining thickness of the second cladding layer and the threshold current for laser oscillation.

【図6】従来技術による半導体レーザ及び本発明の半導
体レーザにおけるコンタクト層と電極との接触面積及び
電流経路を模式的に説明するための断面図であって、
(a)は、従来技術による半導体レーザの構成を示す断
面図であり、(b)は、本発明による半導体レーザの構
成を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for schematically explaining a contact area between a contact layer and an electrode and a current path in a semiconductor laser according to a conventional technique and a semiconductor laser of the present invention,
(A) is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor laser according to a conventional technique, and (b) is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor laser according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 n型GaAs基板 102 n型GaAsバッファ層 103 n型ZnSeバッファ層 104 n型ZnMgSSe第1クラッド層 105 ZnSSe第1光ガイド層 106 多重量子井戸層(活性層) 107 ZnSSe第2光ガイド層 108 p型ZnMgSSe第2クラッド層 109 ZnMgSSe光閉じ込め層 110 マスク 111 溝(開口部) 112 p型ZnMgSSe第3クラッド層 113 p型ZnSSeクラッド層 114 p型ZnSeコンタクト層 115 p型電極 116 n型電極 101 n-type GaAs substrate 102 n-type GaAs buffer layer 103 n-type ZnSe buffer layer 104 n-type ZnMgSSe first cladding layer 105 ZnSSe first optical guide layer 106 multiple quantum well layer (active layer) 107 ZnSSe second optical guide layer 108 p Type ZnMgSSe second clad layer 109 ZnMgSSe optical confinement layer 110 mask 111 groove (opening) 112 p-type ZnMgSSe third clad layer 113 p-type ZnSSe clad layer 114 p-type ZnSe contact layer 115 p-type electrode 116 n-type electrode

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 II−VI族化合物半導体材料で形成されて
いる活性層と、 該活性層を上下から挟み込むように設けられている第1
及び第2のクラッド層と、 該第2のクラッド層の上に設けられていて、電流を流す
開口部を有している、ZnMgSSeで形成された光閉じ込め
層と、 該光閉じ込め層の該開口部に設けられている第3のクラ
ッド層と、を備え、 該光閉じ込め層は、高抵抗を有しているか、或いは該第
3のクラッド層とは逆の導電型を有していて、 該第2及び第3のクラッド層はZnMgSSeで形成されてい
て、 該光閉じ込め層のMg及びSの組成は該第2及び第3のク
ラッド層のMg及びSの組成よりも大きい、半導体レー
ザ。
1. An active layer formed of a II-VI group compound semiconductor material, and a first layer provided so as to sandwich the active layer from above and below.
And a second cladding layer, an optical confinement layer formed of ZnMgSSe, which is provided on the second cladding layer and has an opening through which a current flows, and the opening of the optical confinement layer. And a third cladding layer provided on the optical waveguide, the optical confinement layer having a high resistance or having a conductivity type opposite to that of the third cladding layer. A semiconductor laser in which the second and third cladding layers are formed of ZnMgSSe, and the composition of Mg and S of the optical confinement layer is larger than the compositions of Mg and S of the second and third cladding layers.
【請求項2】 前記光閉じ込め層の前記開口部が前記活
性層に近い側で狭くなっている、請求項1に記載の半導
体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the opening of the light confinement layer is narrowed on the side close to the active layer.
【請求項3】 前記活性層と前記第1のクラッド層との
間、及び該活性層と第2のクラッド層との間にそれぞれ
設けられた光ガイド層をさらに備える、請求項1に記載
の半導体レーザ。
3. The light guide layer according to claim 1, further comprising an optical guide layer provided between the active layer and the first cladding layer and between the active layer and the second cladding layer, respectively. Semiconductor laser.
【請求項4】 前記第2及び第3のクラッド層の屈折率
が前記光閉じ込め層の屈折率よりも大きい、請求項1に
記載の半導体レーザ。
4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the refractive indices of the second and third cladding layers are higher than the refractive index of the light confinement layer.
【請求項5】 前記第3のクラッド層の上に設けられた
コンタクト層と、 該コンタクト層の上に設けられた電極と、をさらに備
え、該電極と該コンタクト層とは素子面積で接触してい
る、請求項1に記載の半導体レーザ。
5. A contact layer provided on the third cladding layer, and an electrode provided on the contact layer, the electrode and the contact layer contacting each other in an element area. The semiconductor laser according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記コンタクト層は少なくともZnSeを有
している、請求項5に記載の半導体レーザ。
6. The semiconductor laser according to claim 5, wherein the contact layer contains at least ZnSe.
【請求項7】 前記第2のクラッド層と前記光閉じ込め
層との間に設けられたエッチング停止層をさらに備え
る、請求項1に記載の半導体レーザ。
7. The semiconductor laser according to claim 1, further comprising an etching stop layer provided between the second cladding layer and the optical confinement layer.
【請求項8】 基板上に、第1のクラッド層と活性層と
第2のクラッド層と光閉じ込め層とを少なくとも含む積
層構造を成長させる工程と、 該光閉じ込め層の上に選択的にマスクを形成する工程
と、 該マスクを用いて該光閉じ込め層を該第2のクラッド層
が露出するまでエッチングして、該光閉じ込め層に開口
部を設ける工程と、 該光閉じ込め層の該開口部に第3のクラッド層を成長さ
せて、該開口部を埋め込む工程と、 該第3のクラッド層の上にコンタクト層を成長させる工
程と、を包含し、 該活性層はII−VI族化合物半導体材料から形成されてい
て、 該光閉じ込め層は高抵抗を有しているか、或いは該第3
のクラッド層とは逆の導電型を有していて、 該第2及び第3のクラッド層と該光閉じ込め層とはZnMg
SSeから形成されていて、 該光閉じ込め層のMg及びSの組成は該第2及び第3のク
ラッド層のMg及びSの組成よりも大きい、半導体レーザ
の製造方法。
8. A step of growing a laminated structure including at least a first clad layer, an active layer, a second clad layer and a light confinement layer on a substrate, and a mask selectively on the light confinement layer. Forming an opening in the optical confinement layer by etching the optical confinement layer using the mask until the second cladding layer is exposed, and the opening in the optical confinement layer. A step of growing a third clad layer on the third clad layer to fill the opening, and a step of growing a contact layer on the third clad layer, wherein the active layer is a II-VI group compound semiconductor. Formed of a material, the light confinement layer has a high resistance, or
Has a conductivity type opposite to that of the clad layer, and the second and third clad layers and the optical confinement layer are ZnMg.
A method of manufacturing a semiconductor laser, which is formed of SSe, wherein the composition of Mg and S of the light confinement layer is larger than the compositions of Mg and S of the second and third cladding layers.
【請求項9】 前記光閉じ込め層のエッチングは少なく
とも前記第2のクラッド層の中で停止する、請求項8に
記載の方法。
9. The method of claim 8, wherein the etching of the light confinement layer stops at least in the second cladding layer.
【請求項10】 前記光閉じ込め層の前記開口部を前記
第2のクラッド層に近い側が狭くなるように形成する、
請求項8に記載の方法。
10. The opening of the light confinement layer is formed so that the side close to the second cladding layer is narrowed.
The method of claim 8.
【請求項11】 前記第3のクラッド層の成長工程を再
成長によって行い、該第3のクラッド層は熱履歴を1度
しか受けない、請求項8に記載の方法。
11. The method of claim 8, wherein the step of growing the third cladding layer is performed by regrowth, the third cladding layer undergoing a thermal history only once.
【請求項12】 前記第2のクラッド層と前記光閉じ込
め層との間に、前記光閉じ込め層のエッチングを停止さ
せるエッチング停止層を成長させる工程と、 該光閉じ込め層のエッチングによって露出した該エッチ
ング停止層の表面を清浄化する工程と、をさらに包含
し、該清浄化工程の後に前記第3のクラッド層を成長さ
せる、請求項8に記載の方法。
12. A step of growing an etching stop layer for stopping the etching of the light confinement layer between the second cladding layer and the light confinement layer, and the etching exposed by the etching of the light confinement layer. 9. The method of claim 8, further comprising cleaning the surface of the stop layer, the third cladding layer being grown after the cleaning step.
【請求項13】 前記エッチング停止層をIII−V族化
合物半導体材料で形成し、該エッチング停止層の清浄化
工程は該エッチング停止層の露出した表面を水素を含む
プラズマで照射する工程を包含する、請求項12に記載
の方法。
13. The etching stopper layer is formed of a III-V compound semiconductor material, and the step of cleaning the etching stopper layer includes a step of irradiating the exposed surface of the etching stopper layer with plasma containing hydrogen. 13. The method according to claim 12.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6904071B1 (en) 1999-03-24 2005-06-07 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device and method of fabricating the same

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Effective date: 20031117