JPH10256647A - Semiconductor laser element and fabrication thereof - Google Patents

Semiconductor laser element and fabrication thereof

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JPH10256647A
JPH10256647A JP5808697A JP5808697A JPH10256647A JP H10256647 A JPH10256647 A JP H10256647A JP 5808697 A JP5808697 A JP 5808697A JP 5808697 A JP5808697 A JP 5808697A JP H10256647 A JPH10256647 A JP H10256647A
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JP
Japan
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layer
conductivity type
cladding layer
composition
semiconductor laser
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JP5808697A
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Inventor
Mitsuo Sasaki
光夫 佐々木
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element excellent in current-optical output characteristics and voltage-current characteristics and having low coherence, and a high yield fabrication method thereof. SOLUTION: A first conductivity type buffer layer 2 having composition of Alx Ga1-x As, a first conductivity type clad layer 3 having composition of Alx Ga1-x As, an active layer 4 having composition of Aly Ga1-y As, a second conductivity type second clad layer 5 having composition of Alx Ga1-x As, a second conductivity type GaAs cap layer 6, a first conductivity type current constriction layer 7 divided into two regions, a second conductivity type third clad layer 3 having composition of Alx Ga1-x As, and a second conductivity type GaAs contact layer 9 are formed sequentially on a first conductivity type GaAS substrate 1 thus constituting an AlGaAs based semiconductor laser element. The p-conductivity type clad layer 5 out of first and second clad layers comprises a plurality of inner layers 5a, 5b, 5c doped with different dopant and the diffusion coefficient of dopant in respective inner layers increases sequentially as receding from the active layer.

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、Al y Ga1-y As
(0≦y≦1)からなる活性層を有し、近赤外光を出射
するAlx Ga1-x As系(0≦x≦1)系の半導体レーザ素
子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an Al y Ga 1-y As
The present invention relates to an Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) semiconductor laser device having an active layer made of (0 ≦ y ≦ 1) and emitting near-infrared light.

【0002】[0002]

【従来の技術】単一横モードで発振するAlx Ga1-x As系
(0≦x≦1)半導体レーザ素子(以下LD素子と略
す)の従来例について図面をもとに説明する。この例で
はGaAs基板の導電型をn型としたがp型の場合は以下の
全ての導電型を逆にすればよい。図17は従来のLD素
子のへき開面に平行な断面図である。LD素子のへき開
面の法線はレーザ放射光の光軸でもある。n 型のGaAs基
板1のへき開面に垂直な面(以後素子面と言う)上に、
n 型のバッファ層2、n 型の第1クラッド層3、活性層
4、p型の第2クラッド層5、p型のGaAsキャップ層
6、n型の電流狭窄層8、p型の第3クラッド層9、p
型のコンタクト層10がこの順に積層されている。ただ
し、電流狭窄層8は素子面の中央の両へき開面間を垂直
に貫通している幅が数μm のストライプ状の部分(以後
ストライプと言う)を挟んで2つの部分に別れている。
ストライプは第3クラッド層9で埋まっており、GaAsキ
ャップ層6と第3クラッド層9とは隣接している。
Al x Ga 1-x As system (0 ≦ x ≦ 1) (hereinafter abbreviated as LD elements) semiconductor laser device of the conventional example will be described based on the drawings which oscillates BACKGROUND ART In a single transverse mode. In this example, the conductivity type of the GaAs substrate is n-type, but in the case of p-type, all the following conductivity types may be reversed. FIG. 17 is a cross-sectional view of a conventional LD element parallel to a cleavage plane. The normal to the cleavage plane of the LD element is also the optical axis of the laser radiation. On a plane perpendicular to the cleavage plane of the n-type GaAs substrate 1 (hereinafter referred to as an element plane),
n-type buffer layer 2, n-type first cladding layer 3, active layer 4, p-type second cladding layer 5, p-type GaAs cap layer 6, n-type current confinement layer 8, p-type third Clad layer 9, p
The mold contact layers 10 are stacked in this order. However, the current confinement layer 8 is divided into two portions with a stripe-shaped portion having a width of several μm (hereinafter referred to as a stripe) vertically penetrating between both cleavage surfaces at the center of the element surface.
The stripe is filled with the third cladding layer 9, and the GaAs cap layer 6 and the third cladding layer 9 are adjacent to each other.

【0003】LD素子の両素子面には電流を流すための
p側電極11、n側電極12がそれぞれ積層される。p
側からn側に順方向電流を流す場合に、この電流狭窄層
8とGaAsキャップ層6または第2クラッド層5との界面
に形成されているp−n接合は逆方向となり電流は流れ
ず、ストライプだけに順方向電流が集中して流れる。従
って、ストライプに近接している活性層4を横切る電流
は略ストライプ幅に集中する。さらに、電流狭窄層8は
活性層4で発光した光の吸収層の役割を持っており、ス
トライプのサイズを適切に選ぶことにより素子の安定な
横モード発振を可能とし、発振の発振開始値電流を低減
させることができる。
A p-side electrode 11 and an n-side electrode 12 for passing a current are respectively laminated on both element surfaces of the LD element. p
When a forward current flows from the n-side to the n-side, the pn junction formed at the interface between the current confinement layer 8 and the GaAs cap layer 6 or the second cladding layer 5 is in the reverse direction, and no current flows. Forward current concentrates only on the stripes. Therefore, the current traversing the active layer 4 close to the stripe concentrates substantially on the stripe width. Further, the current confinement layer 8 has a role of an absorbing layer for the light emitted from the active layer 4, and by appropriately selecting the stripe size, enables stable transverse mode oscillation of the device. Can be reduced.

【0004】このようなLDは通常次のようにして製造
される。図18は従来のLD素子の主な製造工程後のウ
ェハの1素子分を示すへき開面断面図であり、(a)は
酸化ケイ素層のパターニング工程後、(b)は電流狭窄
層の選択エピタキシャル成長後、(c)は電極用金属膜
成膜後である。先ず、n型GaAs基板1(Siドープ、キ
ャリア濃度2×1018cm-3、厚さ300μm )上に、有
機金属気相成長(以下、MOCVDと記す)によりバッ
ファ層2(n型、厚さ0.2μm )、第1クラッド層3
(n型Al0.5 Ga0.5 As、ドーパントはSe、キャリア濃
度5×1017cm-3、厚さ1μm )、活性層4(ノンドー
プAl0.1 Ga0.9 As、厚さ0.1μm )、第2クラッド層
5(p型Al0.5 Ga0.5 As、ドーパントはZn、キャリア
濃度5×1017cm-3、厚さ0.3μm )、GaAsキャップ
層6(p型GaAs、キャリア濃度1×1018cm-3、厚さ0
. 01μm )を順次成長させる。
[0004] Such an LD is usually manufactured as follows. FIG. 18 is a cleaved sectional view showing one device of a wafer after a main manufacturing process of a conventional LD device. FIG. 18A shows a process after patterning a silicon oxide layer, and FIG. 18B shows a selective epitaxial growth of a current confinement layer. Later, (c) is after the formation of the electrode metal film. First, on an n-type GaAs substrate 1 (Si-doped, carrier concentration 2 × 10 18 cm −3 , thickness 300 μm), a buffer layer 2 (n-type, thickness: 300 μm) is formed by metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD). 0.2 μm), first cladding layer 3
(N-type Al 0.5 Ga 0.5 As, dopant is Se, carrier concentration 5 × 10 17 cm −3 , thickness 1 μm), active layer 4 (non-doped Al 0.1 Ga 0.9 As, thickness 0.1 μm), second cladding layer 5 (p-type Al 0.5 Ga 0.5 As, dopant is Zn, carrier concentration 5 × 10 17 cm −3 , thickness 0.3 μm), GaAs cap layer 6 (p-type GaAs, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 , Thickness 0
. 01μm) and are successively grown.

【0005】なお、このGaAsキャップ層6は、以降の酸
化膜成膜工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に
適用されると高抵抗のAl酸化膜が生成されるので、これ
を防止するために設けている。次に、このウェハ上に酸
化ケイ素層をスパッタにより成膜し、フォトレジストを
塗布してパターニングを行いキャップ層6の上に幅5μ
m のストライプ状マスク7を形成する(図18
(a))。
The GaAs cap layer 6 has a high resistance Al oxide film if a subsequent oxide film forming step and its patterning step are directly applied to the GaAlAs layer. Provided. Next, a silicon oxide layer is formed on the wafer by sputtering, a photoresist is applied and patterned, and a width of 5 μm is formed on the cap layer 6.
m is formed (FIG. 18)
(A)).

【0006】次に、再度MOCVDにより電流狭窄層8
(n型GaAs、キャリア濃度1×10 19cm-3、厚さ0.3
μm )を成長させる。この時、選択成長が起こり酸化ケ
イ素層(マスク7)上にはGaAs膜は成長しない(図18
(b))。そして、MOCVD装置から取り出しマスク
7を除去したのちに、第3クラッド層9(p型Al0.5 Ga
0.5 As、キャリア濃度5×1017cm-3、厚さ0.8μm
)およびコンタクト層10(p型GaAs、キャリア濃度
1×1019cm-3、厚さ5.0μm )を成長する。最後
に、ウェハ上下のp側電極11、n側電極12を形成す
る。この状態を図18(c)に示す。
Next, the current confinement layer 8 is again formed by MOCVD.
(N-type GaAs, carrier concentration 1 × 10 19cm-3, Thickness 0.3
μm) to grow. At this time, selective growth occurs and oxidation
The GaAs film does not grow on the i-layer (mask 7) (FIG. 18).
(B)). Then, the mask is taken out from the MOCVD apparatus.
7 is removed, the third cladding layer 9 (p-type Al0.5Ga
0.5As, carrier concentration 5 × 1017cm-30.8μm thick
 ) And contact layer 10 (p-type GaAs, carrier concentration)
1 × 1019cm-3, A thickness of 5.0 μm). last
Then, the p-side electrode 11 and the n-side electrode 12 on the upper and lower sides of the wafer are formed.
You. This state is shown in FIG.

【0007】上記の製造工程の後、ウェハを( 図18の
紙面に平行に) へき開しバーとし、さらにこのバーをス
クライブして、個別のレーザ素子は得られる。
After the above manufacturing process, the wafer is cleaved (parallel to the plane of FIG. 18) into bars, and the bars are scribed to obtain individual laser elements.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようにして製造されるLD素子には以下のような問題点
がある。これらのエピタキシャル成長中に、第1クラッ
ド層からドーパントであるSeが拡散し第2クラッド層
5からZnがそれぞれ拡散し活性層で混在する、すなわ
ち、活性層4内にドーパントがパイルアップする。その
ため、活性層内でのp−n接合が不良あるいは、接合位
置が活性層からずれる(リモートジャンクション)こと
により、発光効率が悪くなり大きな動作電流が必要とな
る。極端な場合にはレーザ発振をしないこともある。
However, the LD device manufactured as described above has the following problems. During these epitaxial growths, Se, which is a dopant, diffuses from the first cladding layer, and Zn diffuses from the second cladding layer 5, and mixes in the active layer. That is, the dopant piles up in the active layer 4. Therefore, the pn junction in the active layer is defective or the junction position is shifted from the active layer (remote junction), so that the luminous efficiency is deteriorated and a large operating current is required. In extreme cases, laser oscillation may not be performed.

【0009】また、第1クラッド層と第2クラッド層よ
り活性層の屈折率を数%高くしてあるために、屈折率の
高い活性層に光波を閉じ込めることができるが、クラッ
ド層に浸みでた光波はクラッド層バンドギャップが大き
いと吸収を受けずに伝搬することができるが、活性層と
第1、第2クラッド層とのAlx Ga1-x As組成差が少ない
ことから屈折率差がちいさくなり光波の閉じ込めが弱く
なる。あるいは、バンドギャップ差が小さくなり電子、
ホールがクラッド層での障壁を乗り越えてしまうことに
より、動作値電流が大きくなり、発光効率が悪くなるな
ど極端な場合にはレーザ発振をしないなどの不良素子と
なる。
Further, since the refractive index of the active layer is several% higher than that of the first clad layer and the second clad layer, light waves can be confined in the active layer having a high refractive index. The emitted light wave can propagate without absorption if the band gap of the cladding layer is large, but the refractive index is small because the Al x Ga 1-x As composition difference between the active layer and the first and second cladding layers is small. The difference becomes smaller and the confinement of the light wave becomes weaker. Alternatively, the band gap difference becomes smaller,
When the hole gets over the barrier in the cladding layer, the operating value current becomes large, and in extreme cases such as deterioration of luminous efficiency, the device becomes defective such as not oscillating laser.

【0010】この本発明の目的は、p−n接合が活性層
中にあり、クラッド層から活性層への電流の広がりが適
正化されており、また活性層への光の閉じ込めが適正化
されていて、電流−光出力特性および電圧−電流特性が
優れ、また前者の温度変化の少ない、また可干渉性の小
さいLD素子を提供し、またその歩留りの高い製造方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a pn junction in an active layer, to optimize the spread of current from the cladding layer to the active layer, and to optimize the confinement of light in the active layer. Another object of the present invention is to provide an LD element which is excellent in current-light output characteristics and voltage-current characteristics, has a small temperature change of the former, and has small coherence, and provides a manufacturing method with a high yield.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1導電型のGaAs基板の一主面上に、第1導電型
のAlx Ga1-x As(0≦x≦1)の組成のバッファ層、第
1導電型のAlx Ga1-xAs(0≦x≦1)組成の第1クラ
ッド層、Aly Ga1-y As(0≦y≦x≦1)組成の活性
層、第2導電型のAlx Ga1-x As組成の第2クラッド層、
第2導電型のGaAsのキャップ層、第1導電型でレーザ光
軸と平行に2つの区域に分割されている電流狭窄層、第
2導電型のAlx Ga1-x Asの組成の第3クラッド層、第2
導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されているAlGa
As系半導体レーザ素子において、前記第1または第2ク
ラッド層のうち導電型がp型であるクラッド層はドーパ
ントが異なる複数の内層からなり、前記各内層のドーパ
ントの拡散係数は前記活性層から遠ざかるに従って順に
大きくなっていることとする。
In order to achieve the above object, a first conductivity type Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦ 1) is formed on one principal surface of a first conductivity type GaAs substrate. ), A first cladding layer of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) composition of the first conductivity type, and an Al y Ga 1-y As (0 ≦ y ≦ x ≦ 1) composition. An active layer, a second cladding layer of a second conductivity type Al x Ga 1 -x As composition,
GaAs cap layer of the second conductivity type, current confinement layer of the first conductivity type divided into two sections parallel to the laser optical axis, and third composition of Al x Ga 1 -x As of the second conductivity type Cladding layer, second
AlGa in which conductive type GaAs contact layers are sequentially stacked
In the As-based semiconductor laser device, of the first or second cladding layer, the cladding layer having a p-type conductivity type includes a plurality of inner layers having different dopants, and the diffusion coefficient of the dopant in each of the inner layers is away from the active layer. It is assumed that they increase in order in accordance with.

【0012】前記ドーパントは前記活性層側から、C、
Mg、Znのこの順の2つ以上の組み合わせであると良
い。この組み合わせは、C−Mg、C−Zn、Mg−Z
n、またはC−Mg−Znである。前記p型であるクラ
ッド層の厚さは0.3ないし0.45μm の範囲であ
り、かつ前記活性層に対するここのクラッド層の混晶に
おけるAl組成差(Δx)は0.35ないし0.6の範囲
であると良い。
The dopant is C from the active layer side.
It is preferable to use a combination of two or more of Mg and Zn in this order. This combination is C-Mg, C-Zn, Mg-Z
n or C-Mg-Zn. The thickness of the p-type cladding layer is in the range of 0.3 to 0.45 μm, and the Al composition difference (Δx) in the mixed crystal of the cladding layer with respect to the active layer is 0.35 to 0.6. It is good to be in the range.

【0013】第1導電型のGaAs基板の一主面上に、第1
導電型のAlx Ga1-x As(0≦x≦1)組成のバッファ
層、第1導電型のAlx Ga1-x As(0≦x≦1)組成の第
1クラッド層、Aly Ga1-y As(0≦y≦x≦1)組成の
活性層、第2導電型のAlx Ga1- x As組成の第2クラッド
層、第2導電型のGaAsのキャップ層、第1導電型でレー
ザ光軸と平行に2つの区域に分割されている電流狭窄
層、第2導電型のAlx Ga1- x As組成の第3クラッド層、
第2導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されている
AlGaAs系半導体レーザ素子ににおいて、前記バッファ層
と前記第1クラッド層との間、もしくは、第1クラッド
層内にレーザ光軸と平行に2つの区域に分割されている
第2導電型の第2の電流狭窄層を形成することとする。
A first conductive type GaAs substrate is provided on one main surface with a first conductive type GaAs substrate.
Conductivity type Al x Ga 1-x As ( 0 ≦ x ≦ 1) buffer layer having the composition, of a first conductivity type Al x Ga 1-x As ( 0 ≦ x ≦ 1) first cladding layer of the composition, Al y An active layer of Ga 1-y As (0 ≦ y ≦ x ≦ 1) composition, a second cladding layer of Al x Ga 1- x As composition of the second conductivity type, a cap layer of GaAs of the second conductivity type, A current confinement layer of a conductivity type divided into two areas parallel to the laser optical axis, a third cladding layer of a second conductivity type Al x Ga 1 -x As composition,
GaAs contact layers of the second conductivity type are sequentially stacked
In the AlGaAs-based semiconductor laser device, a second conductive type second portion divided into two sections in parallel with the laser optical axis between the buffer layer and the first cladding layer or in the first cladding layer. Is formed.

【0014】前記電流狭窄層と前記第2の電流狭窄層は
活性層に対して、鏡像対称形であると良い。前記電流狭
窄層に挟まれるストライプ部はメサ構造であると良い。
上記の半導体レーザ素子の製造方法において、前記第2
クラッド層のドーパントがCの層をV/III 比10ない
し30の範囲で成膜し、前記第2クラッド層の他の層は
V/III 比180ないし220の範囲で成膜すると良
い。
Preferably, the current confinement layer and the second current confinement layer are mirror-image-symmetric with respect to the active layer. It is preferable that the stripe portion sandwiched between the current constriction layers has a mesa structure.
In the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the above,
It is preferable to form a layer in which the dopant of the cladding layer is C at a V / III ratio of 10 to 30 and the other layers of the second cladding layer at a V / III ratio of 180 to 220.

【0015】上記のストライプ部のメサ構造はエッチン
グストップ層、クラッド層およびキャップ層の積層工
程、クラッド層上へのストライプマスクの形成工程、次
いでこのストライプマスクに被覆されていない部分のキ
ャップ層およびクラッド層をエッチングストップ層まで
除去する工程によって形成されると良い。
The above-mentioned mesa structure of the stripe portion includes a step of laminating an etching stop layer, a clad layer and a cap layer, a step of forming a stripe mask on the clad layer, and a step of forming a cap layer and a clad in a portion not covered by the stripe mask. It may be formed by a step of removing the layer up to the etching stop layer.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明によれば、p型のあるクラ
ッド層をドーパントの異なる複数の内層の積層とし、各
内層のドーパントの拡散係数は活性層から遠ざかるに従
って順に大きくなるようにしたため、以降の成膜時の高
温を経過しても、拡散係数の大きいドーパントは活性層
までは拡散して来ない、また、拡散面は急勾配である。
従って、pn接合は拡散係数の小さいドーパントによっ
て精度良く、階段状に活性層内に形成され、動作電流の
低減と、歩留りの向上が期待できる。
According to the present invention, a certain p-type cladding layer is formed by laminating a plurality of inner layers having different dopants, and the diffusion coefficient of the dopant in each inner layer increases in order as the distance from the active layer increases. Even after the high temperature during the subsequent film formation, the dopant having a large diffusion coefficient does not diffuse to the active layer, and the diffusion surface is steep.
Therefore, the pn junction is formed in the active layer in a stepwise manner with high accuracy by a dopant having a small diffusion coefficient, and a reduction in operating current and an improvement in yield can be expected.

【0017】適しているドーパントと拡散係数はそれぞ
れ、Cは6.0×10-15 cm2/s (900℃)、Mgは
1.0×10-13 cm2/s (900℃)、Znは5.3×
10 -8cm2/s (900℃)であり、CとMgはZnに較
べ数桁も小さいので、CまたはMgを活性層の隣接内層
に用いることができる。また、第2クラッド層の厚さ
は、薄すぎると活性層との屈折率差が大きくなり(横方
向等価屈折率差≧1.0×10-3)シングルモード発振
となり、可干渉性は大きくなる。厚くするとマルチモー
ド発振になり、可干渉性が小さくなるが、電流狭窄層か
らの注入電流がクラッド層の横方向へ拡がり発振開始値
電流や動作電流が大きくなる傾向がある。本発明によれ
ば、クラッド層の厚さは、これらの特性がいずれも満た
されるように最適化されている(図6参照)また、半導
体レーザの発振開始値は温度にも大きく依存し、レーザ
発振に寄与するキャリアは伝導帯中の擬フェルミ準位近
傍の電子でるが、高温になると励起されたキャリアの平
均エネルギーが擬フェルミ準位よりかなり上にあがり、
このために発振に寄与するキャリアの割合が減少し発振
開始値が大きくなる原因とされている。発振開始電流
(Jth)の温度依存性は次式で表される。
Suitable dopants and diffusion coefficients are
And C is 6.0 × 10-15cmTwo/ s (900 ° C), Mg
1.0 × 10-13cmTwo/ s (900 ° C), Zn 5.3 ×
10 -8cmTwo/ s (900 ° C), and C and Mg are compared with Zn.
Since C or Mg is smaller by several orders of magnitude, the inner layer adjacent to the active layer
Can be used. Also, the thickness of the second cladding layer
Is too thin, the refractive index difference with the active layer becomes large (horizontal
Equivalent refractive index difference ≧ 1.0 × 10-3) Single mode oscillation
And the coherence increases. Thick and multi-mo
Oscillation, and the coherence is reduced.
Injection current spreads in the lateral direction of the cladding layer and the oscillation start value
Current and operating current tend to increase. According to the present invention
If the thickness of the cladding layer meets all of these characteristics,
(See FIG. 6).
The oscillation start value of the body laser greatly depends on the temperature.
Carriers contributing to oscillation are near the quasi-Fermi level in the conduction band.
It is a nearby electron, but at high temperatures the excited carrier
The average energy is much higher than the pseudo-Fermi level,
As a result, the proportion of carriers that contribute to oscillation decreases,
It is considered that the starting value becomes large. Oscillation start current
(Jth) Is expressed by the following equation.

【0018】[0018]

【数1】Jth∝exp(T/T0 ) T0 は特性温度(素子に固有の定数)であり、この値が
小さいほどJthの温度依存性が大きくなる。本発明によ
れば、クラッド層Al組成を最適な範囲(図8参照)と
し、また活性層内にpn接合界面を形成しキャリアを効
率よく注入することとしたので、注入キャリアのリーク
がなく結晶欠陥の少ない膜を得ることができ、良好な特
性のLD素子を得ることができる。
J th ∝exp (T / T 0 ) T 0 is a characteristic temperature (a constant unique to the element), and the smaller this value, the greater the temperature dependence of J th . According to the present invention, the Al composition in the cladding layer is set in the optimum range (see FIG. 8), and the pn junction interface is formed in the active layer to efficiently inject carriers. A film with few defects can be obtained, and an LD element having good characteristics can be obtained.

【0019】逆にAl組成差を大きくしすぎると組成差に
よる熱膨張係数に差が生じ膜中に歪みが増え結晶欠陥の
発生となり膜モホロジーの悪化となる。また、活性層と
クラッド層には注入キャリアの綴じ込め効果をもたすた
めに電流狭窄層を2段構造としたことにより、活性層中
のキャリアの広がりは2つ電流狭窄層により活性層の両
側で狭窄されるので、電流狭窄層が1段の場合より狭め
られ、注入効率が向上し、発振開始電流が低下する。
Conversely, if the Al composition difference is too large, a difference in the thermal expansion coefficient due to the composition difference will occur, and strain will increase in the film, causing crystal defects and deteriorating the film morphology. In addition, the current confinement layer has a two-stage structure in the active layer and the cladding layer in order to provide a binding effect of injected carriers, so that the carriers in the active layer can be spread by two current confinement layers. Since the current confinement layer is narrowed on both sides, the current confinement layer is narrower than in the case of one stage, the injection efficiency is improved, and the oscillation start current is reduced.

【0020】さらに、鏡像対称としたため、光閉じ込め
領域中の光密度が一様となり、発振開始電流の低下と、
動作電流に対する微分効率が向上する。Cをドーパント
とする場合、本発明によるV/III 比であれば、成長結
晶の原料であるトリメチルガリウム(TMG)やトリエ
チルガリウム(TEG)等のトリメチル基またはトリエ
チル基に在中のCは膜中に取り込まれ、ドーピングさ
れ、Asサイトに入り、アクセプタとなる。V/III 比
が200付近であれば、取り込まれる量は少なく、他に
ドープされたドーパントの特性に従って導電型は定ま
る。
Further, the mirror image is symmetrical, so that the light density in the light confinement region becomes uniform, and the oscillation start current is reduced.
Differential efficiency with respect to operating current is improved. When C is used as a dopant, C present in a trimethyl group such as trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) or a triethylgallium (TEG), which is a raw material of a grown crystal, is present in the film if the V / III ratio is in accordance with the present invention. And is doped into the As site to become an acceptor. If the V / III ratio is around 200, the amount taken in is small and the conductivity type is determined according to the characteristics of the other doped dopants.

【0021】次に本発明を実施例に基づき説明する。 実施例1 図1は本発明に係る実施例の半導体レーザ素子の断面図
である。第2クラッド層以外は従来と同じ層構成であ
り、同じ符号を用いているので説明を省略する。本発明
に係る第2クラッド層5は活性層4側から順に、Cドー
プ層5a、Mgドープ層5bおよびZnドープ層5cの
積層としてある。
Next, the present invention will be described based on embodiments. Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device of an embodiment according to the present invention. The layers other than the second cladding layer have the same layer configuration as the conventional one, and the same reference numerals are used, so that the description is omitted. The second cladding layer 5 according to the present invention is a laminated layer of a C-doped layer 5a, an Mg-doped layer 5b and a Zn-doped layer 5c in order from the active layer 4 side.

【0022】以下、製造工程に沿って説明する。この実
施例の半導体レーザ素子の製造方法は第2クラッド層部
を除いて従来の製造工程に同じであるので、従来の製造
プロセスの説明で用いた図18を兼用し符号の説明を省
略する。先ず、n型GaAs基板1(Siドープ、キャリア
濃度2×1018cm-3、厚さ300μm )上に、有機金属
気相成長(MOCVD)により、厚さ0.2μm のn型
GaAsからなるバッファー層2、第1クラッド層3(n型
Al0.5 Ga0.5 Asキャリア濃度5×1017cm-3、厚さ1μ
m )、活性層4(ノンドープAl0.1 Ga0.9 As、厚さ0.
1μm )を積層する。
Hereinafter, a description will be given along a manufacturing process. Since the manufacturing method of the semiconductor laser device of this embodiment is the same as the conventional manufacturing process except for the second clad layer portion, FIG. 18 used in the description of the conventional manufacturing process is also used, and the description of the reference numerals is omitted. First, an n-type GaAs substrate 1 (Si-doped, carrier concentration 2 × 10 18 cm −3 , thickness 300 μm) is formed by metalorganic vapor phase epitaxy (MOCVD) to form an n-type GaAs substrate 0.2 μm thick.
GaAs buffer layer 2, first cladding layer 3 (n-type
Al 0.5 Ga 0.5 As Carrier concentration 5 × 10 17 cm -3 , thickness 1μ
m), active layer 4 (non-doped Al 0.1 Ga 0.9 As, thickness 0.
1 μm).

【0023】さらに、本発明に係る多層の第2クラッド
層5を形成した。ドーパント以外は従来の第2クラッド
層成膜に同じである。第2クラッド層5全体の組成はp
型のAl0.5 Ga0.5 As、キャリア濃度は1×1018cm-3
した。第1内層5aは四臭化炭素をドーピング用原料ガ
スとして用いた、Cドープの層であり、厚さを0.15
nm、第2内層5bはビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウムをドーピング用原料ガスとして用いた、Mgドープ
の層であり、厚さを0.15nm、第3内層5cはジエチ
ル亜鉛をドーピング原料ガスとして用いた、Znドープ
の層であり、厚さを0.15nmとした。なお、成長時の
V/III 比は200とした。
Further, a multilayer second clad layer 5 according to the present invention was formed. Other than the dopant, it is the same as the conventional second clad layer formation. The composition of the entire second cladding layer 5 is p
The mold was made of Al 0.5 Ga 0.5 As and the carrier concentration was 1 × 10 18 cm −3 . The first inner layer 5a is a C-doped layer using carbon tetrabromide as a doping source gas and has a thickness of 0.15.
The second inner layer 5b is a Mg-doped layer using biscyclopentadienylmagnesium as a doping source gas, and has a thickness of 0.15 nm. The third inner layer 5c uses diethylzinc as a doping source gas. , Zn-doped layer having a thickness of 0.15 nm. The V / III ratio during growth was 200.

【0024】次にGaAsキャップ層6(p型 GaAs 、キャ
リア濃度1×1018cm-3、厚さ0.03μm )を成膜し
た。なお、このGaAsキャップ層6は、以降の酸化膜成膜
工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に適用され
ると高抵抗のAl酸化膜の生成されるので、これを防止す
るために設けている。次に、このウェハ上に厚さ0.0
4μm の酸化ケイ素層をEBにより、次いで厚さ0.1
0μm の酸化ケイ素層をスパッタにより成膜した。
[0024] Next GaAs cap layer 6 (p-type GaAs, a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3, thickness 0. 03μm) was formed. The GaAs cap layer 6 is provided in order to prevent a high-resistance Al oxide film from being formed when the subsequent oxide film forming step and its patterning step are directly applied to the GaAlAs layer. . Next, a thickness of 0.0
A 4 μm silicon oxide layer was applied by EB and then to a thickness of 0.1
A 0 μm silicon oxide layer was formed by sputtering.

【0025】通常のフォトプロセスパターニングによ
り、幅3μm のストライプ状のマスク7を形成した(図
18(a))に示す。EBにより成膜した二酸化ケイ素
層はスパッタにより成膜した二酸化ケイ素膜の20倍の
エッチング速度をもつので、2重マスクとしておくと、
次の電流狭窄層の側面に溝が生じない。または、厚さ
0.1μm 程度の1重のスパッタ膜でもストライプは可
能である。
A stripe-shaped mask 7 having a width of 3 μm is formed by ordinary photo-process patterning (FIG. 18A). Since a silicon dioxide layer formed by EB has an etching rate 20 times that of a silicon dioxide film formed by sputtering, if a double mask is used,
No groove is formed on the side surface of the next current confinement layer. Alternatively, a stripe can be formed even with a single sputtered film having a thickness of about 0.1 μm.

【0026】次に、マスク7は選択成長用マスクであ
り、減圧のMOCVDによりマスク部をのぞいて、電流
狭窄層8(n型GaAs、キャリア濃度1×1019cm-3、厚
さ0.3μm )を成膜した(図18(b))。次にマス
ク7を除去し、厚さ1.1μm の第3クラッド層9(p
型Al0.5 Ga0. 5 As、キャリア濃度5×1017cm-3)およ
びコンタクト層10(p型GaAs、キャリア濃度1×10
19cm-3、厚さ5.0μm )を成膜した。
Next, a mask 7 is a selective growth mask. The current confinement layer 8 (n-type GaAs, carrier concentration 1 × 10 19 cm −3 , thickness 0.3 μm) is removed by MOCVD under reduced pressure except for the mask portion. ) Was formed (FIG. 18B). Next, the mask 7 is removed, and the third cladding layer 9 (p
Type Al 0.5 Ga 0. 5 As, carrier concentration 5 × 10 17 cm -3) and the contact layer 10 (p-type GaAs, a carrier concentration of 1 × 10
19 cm -3 , thickness 5.0 μm).

【0027】最後に、ウェハ上下のp側電極11、n側
電極12を形成した(図18(c))。上記の製造工程
の後、ウェハをへき開し(図18の紙面に平行に)バー
とし、さらにこのバーをスクライブして、個別のLD素
子とした。本実施例によって製造された半導体レーザ素
子のレーザ特性(光出力−電流(I−L)特性および電
圧−電流(V−I)特性)を評価し、従来のLD素子と
の比較を行った。図2はLD素子のレーザ特性を示すグ
ラフであり、(a)は本発明に係るLD素子の場合であ
り、(b)は従来のLD素子の場合である。従来LD素
子では、発振開始値電流が高く50mA以上あり、3mW出
力時の動作電流(以降、動作は3mW出力時とし注記を省
略する)は65mA以上と高く極端な場合にはレーザ発振
しない場合もあった。これに対し、本発明の素子では、
発振開始値電流は45mA程度となり動作電流は55mA前
後と良好な特性であることが明らかとなった。
Finally, a p-side electrode 11 and an n-side electrode 12 on the upper and lower sides of the wafer were formed (FIG. 18C). After the above manufacturing process, the wafer was cleaved into bars (parallel to the plane of FIG. 18), and the bars were scribed to obtain individual LD elements. The laser characteristics (light output-current (IL) characteristics and voltage-current (VI) characteristics) of the semiconductor laser device manufactured according to this example were evaluated and compared with a conventional LD device. FIGS. 2A and 2B are graphs showing the laser characteristics of the LD element. FIG. 2A shows the case of the LD element according to the present invention, and FIG. 2B shows the case of the conventional LD element. In the conventional LD element, the oscillation start value current is high and is 50 mA or more, and the operating current at the time of 3 mW output (hereinafter, the operation is 3 mW output and the note is omitted) is as high as 65 mA or more. there were. In contrast, in the device of the present invention,
The oscillation start value current was about 45 mA, and the operation current was about 55 mA, which proved to be good characteristics.

【0028】また、第1導電型のクラッド層と活性層お
よび第2導電型のクラッド層の積層部の深さ方向(層に
垂直方向)への二次イオン質量分析(SIMS)を行
い、不純物分布を調べた。図3は第1導電型のクラッド
層、活性層および第2導電型のクラッド層における不純
物分布を示すグラフであり、(a)本発明に係るLD素
子の場合であり、(b)は従来のLD素子の場合であ
る。従来技術の場合は、活性層内にZnとSeが高濃度
で共存しているが、本発明の場合は活性層内でのCとS
eは高濃度では共存していず低濃度で各カーブは交わっ
ており、pn接合は活性層内にあることが判る。また、
ZnおよびMgも活性層内には拡散していない。 実施例2 MOCVDの膜成長時にV/III 比を10〜30の範囲
とすることにより、ドーピング原料ガスを用いずに、C
をキャリア発生源不純物としてキャリア濃度を制御する
ことができる。図4は本発明に係る製造方法におけるV
/III 比に対するキャリア濃度のグラフである。実施例
1と同様の層構成とし、第2導電型の第2クラッド層下
層成膜時のV/III 比を20として、キャリア濃度を
6.0×1018cm-3とした。第2クラッド層内の他の層
は実施例1と同じとした。
Further, secondary ion mass spectrometry (SIMS) is performed in the depth direction (perpendicular to the layer) of the laminated portion of the cladding layer of the first conductivity type, the active layer, and the cladding layer of the second conductivity type, and The distribution was examined. FIGS. 3A and 3B are graphs showing impurity distributions in the first conductivity type clad layer, the active layer and the second conductivity type clad layer. FIG. 3A shows the case of the LD device according to the present invention, and FIG. This is the case of an LD element. In the case of the prior art, Zn and Se coexist at a high concentration in the active layer, but in the case of the present invention, C and S in the active layer are present.
e does not coexist at a high concentration but crosses each curve at a low concentration, indicating that the pn junction is in the active layer. Also,
Neither Zn nor Mg diffused into the active layer. Example 2 By setting the V / III ratio in the range of 10 to 30 at the time of MOCVD film growth, C
Can be used as a carrier generation source impurity to control the carrier concentration. FIG. 4 shows V in the manufacturing method according to the present invention.
4 is a graph of the carrier concentration versus the / III ratio. The layer configuration was the same as that of Example 1, the V / III ratio at the time of forming the lower layer of the second conductivity type second cladding layer was 20, and the carrier concentration was 6.0 × 10 18 cm −3 . The other layers in the second cladding layer were the same as in Example 1.

【0029】図5は本発明に係る他の実施例のLD素子
のレーザ特性を示すグラフである。実施例1とほぼ同じ
であり、第2クラッド層のキャリア濃度が従来よりも高
いため、動作電圧は低くなっていることが判る。 実施例3 実施例1の層構成では、第2導電型の第2クラッド層の
厚さによって、電流−光出力(I−L)特性およびレー
ザ光の可干渉性(α)% が変化することが判った。図6
は本発明に係るLD素子の可干渉性(α)の第2クラッ
ド層の厚さ依存性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing laser characteristics of an LD device according to another embodiment of the present invention. It is almost the same as Example 1, and it can be seen that the operating voltage is lower because the carrier concentration of the second cladding layer is higher than in the conventional case. Embodiment 3 In the layer configuration of Embodiment 1, the current-light output (IL) characteristics and the coherence (α)% of the laser light change depending on the thickness of the second cladding layer of the second conductivity type. I understood. FIG.
5 is a graph showing the dependency of the coherence (α) of the LD element according to the present invention on the thickness of the second cladding layer.

【0030】第2クラッド層の厚さを300〜450nm
とすると、電流−光出力(I−L)特性では、発振開始
値電流は40mA以下、動作電流は50mA以下であり、V
−I特性でも動作電圧(Vop)は2.0V 以下と、良好
であった。図7は本発明に係る第2クラッド層厚さ40
0nmのLD素子のレーザ特性のグラフである。また、こ
の厚さ範囲では、可干渉性(α)は70% 以下と光ピッ
クアップなどに要求されるα≦95% を十分満たしてい
ることが判る。 実施例4 また、実施例1の層構成では、レーザ特性の温度特性が
第2クラッド層と活性層のAl組成差(ΔX)に依存して
いることが判った。図8は本発明に係るLD素子の特性
温度(T0 )の第2クラッド層と活性層のAl組成差依存
性を示すグラフである。
The thickness of the second cladding layer is 300 to 450 nm
In the current-light output (IL) characteristic, the oscillation start value current is 40 mA or less, the operating current is 50 mA or less, and V
The operating voltage (Vop) was as good as 2.0 V or less even in the -I characteristics. FIG. 7 shows a second clad layer thickness 40 according to the present invention.
4 is a graph of laser characteristics of a 0 nm LD element. Also, in this thickness range, the coherence (α) is 70% or less, which sufficiently satisfies α ≦ 95% required for an optical pickup or the like. Example 4 In the layer configuration of Example 1, it was found that the temperature characteristics of the laser characteristics depended on the Al composition difference (ΔX) between the second cladding layer and the active layer. FIG. 8 is a graph showing the dependence of the characteristic temperature (T 0 ) of the LD element according to the present invention on the Al composition difference between the second cladding layer and the active layer.

【0031】0.35≦ΔX≦0.57の範囲とする
と、120K以上の特性温度(T0 )が得られることが
判る。図9は本発明に係るΔX=0.57のLD素子の
レーザ特性のグラフである。Al組成差が上記の範囲で
は、電流−光出力(I−L)特性では、発振開始値電流
は50mA以下、動作電流は60mA以下、電圧−電流(V
−I)特性では動作電圧Vopは2.0V 以下と良好であ
った。 実施例5 従来と同様の層構成の第2クラッド層を有するLD素子
において、バッファ層と第1クラッド層の間に第2の電
流狭窄層を設けることにより、活性層へのキャリアの注
入効率を改善することができる。
It is understood that a characteristic temperature (T 0 ) of 120 K or more can be obtained in the range of 0.35 ≦ ΔX ≦ 0.57. FIG. 9 is a graph of the laser characteristics of the LD device according to the present invention where ΔX = 0.57. When the Al composition difference is in the above range, in the current-light output (IL) characteristics, the oscillation start value current is 50 mA or less, the operating current is 60 mA or less, and the voltage-current (V
In the -I) characteristics, the operating voltage Vop was as good as 2.0 V or less. Example 5 In an LD device having a second cladding layer having the same layer configuration as the conventional one, by providing a second current confinement layer between the buffer layer and the first cladding layer, the injection efficiency of carriers into the active layer was improved. Can be improved.

【0032】図10は本発明に係る第2の電流狭窄層を
有するLD素子の第2の電流狭窄層付近の断面図であ
る。第2の電流狭窄層の符号は7aである。第2の電流
狭窄層7aのバッファ層2および第1クラッド層3との
位置関係および製造工程は、従来の電流狭窄層7の第2
クラッド層5および第3クラッド層8との位置関係と製
造工程の関係に同じである。
FIG. 10 is a sectional view showing the vicinity of the second current confinement layer of the LD device having the second current confinement layer according to the present invention. The sign of the second current confinement layer is 7a. The positional relationship between the buffer layer 2 and the first cladding layer 3 of the second current confinement layer 7a and the manufacturing process are the same as those of the conventional current confinement layer 7
This is the same as the positional relationship between the cladding layer 5 and the third cladding layer 8 and the manufacturing process.

【0033】第1クラッド層のキャリア濃度を2.0×
1018cm-3以下とした他は、実施例1のLD素子と同じ
である。活性層4が2つの電流狭窄層に挟まれることに
より、電流の広がりが従来よりも制限され、活性層を流
れる電流密度が高くなり、すなわちキャリアの注入効率
が改善されて、電流−光出力特性は向上し、実施例1よ
り優れた特性を得ることができた。図11は本発明に係
る第2の電流狭窄層を有するLD素子のレーザ特性のグ
ラフである。発振開始値電流は35mA以下、動作電流は
45mA以下であり、また、発光効率は従来LD素子より
約30%程度高く、電圧−電流特性では動作電圧(Vo
p)も2.0V 以下とも良好であった。 実施例6 図12は本発明に係る2つの電流狭窄層が活性層に対し
て対称であるLD素子の断面図である。第2の電流狭窄
層7aを第1クラッド層下層3aと第1クラッド層上層
3bの間に置いて、第1の電流狭窄層7と活性層 に対
して対称の(等距離の)位置関係にあるようにした。さ
らに、形状も対称とするため、第1の電流狭窄層7に挟
まれるストライプ部をメサ構造とし、ストライプ部の側
面は従来とは逆勾配となっている。
The carrier concentration of the first cladding layer is 2.0 ×
It is the same as the LD element of Example 1 except that it is 10 18 cm −3 or less. Since the active layer 4 is sandwiched between the two current confinement layers, the current spread is more restricted than before, the current density flowing through the active layer is increased, that is, the carrier injection efficiency is improved, and the current-light output characteristics are improved. Was improved, and characteristics superior to those of Example 1 could be obtained. FIG. 11 is a graph of laser characteristics of an LD device having the second current confinement layer according to the present invention. The oscillation start value current is 35 mA or less, the operating current is 45 mA or less, the luminous efficiency is about 30% higher than that of the conventional LD element, and the operating voltage (Vo
p) was also good at 2.0 V or less. Embodiment 6 FIG. 12 is a cross-sectional view of an LD device according to the present invention in which two current confinement layers are symmetric with respect to an active layer. The second current confinement layer 7a is placed between the first cladding layer lower layer 3a and the first cladding layer upper layer 3b so as to have a symmetrical (equidistant) positional relationship with the first current confinement layer 7 and the active layer. I did it. Further, in order to make the shape symmetrical, the stripe portion sandwiched between the first current confinement layers 7 has a mesa structure, and the side surface of the stripe portion has a gradient opposite to that in the related art.

【0034】図13は本発明に係るメサ構造を得るため
の製造工程を示す断面図であり、(a)はストライプ状
のマスク形成後、(b)はメサエッチング後、(c)は
第3クラッド層成膜後である。メサ構造Msを形成する
ためのメサエッチングを第2クラッド下層5a(厚さ4
00nm)の表面迄行うため、第2クラッド下層5aの上
にエッチングストップ層Es(厚さ50nm)を成膜し、
さらに第2クラッド上層5cとキャップ層6を積層し
た。ストライプはストライプマスクMを上辺とする台形
となり、電流狭窄層7の側面は従来とは逆の勾配とな
る。第3クラッド層の成膜以降は従来と同じ工程とな
る。
FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing a manufacturing process for obtaining a mesa structure according to the present invention. FIG. 13A shows a state after forming a stripe-shaped mask, FIG. 13B shows a state after mesa etching, and FIG. After the formation of the cladding layer. The mesa etching for forming the mesa structure Ms is performed on the second cladding lower layer 5a (thickness 4).
(00 nm), an etching stop layer Es (50 nm thick) is formed on the second cladding lower layer 5a.
Further, the second clad upper layer 5c and the cap layer 6 were laminated. The stripe has a trapezoidal shape with the stripe mask M on the upper side, and the side surface of the current confinement layer 7 has a gradient opposite to that in the related art. After the formation of the third cladding layer, the same steps as in the related art are performed.

【0035】第2の電流狭窄層7aと第1クラッド下層
3a、第1クラッド上層との関係は、従来の電流狭窄層
7と第2クラッド層5と第3クラッド層8の関係(図1
7、18)と同じである。光り閉じ込め効果を改善で
き、レーザ特性の改善を図ることができた。図14は本
発明に係る第1クラッド層内に第2の電流狭窄層を有す
るLD素子のレーザ特性のグラフである。電流−光出力
特性では発振開始値電流は35mA以下、動作電流は45
mA以下、電圧−電流特性では動作電圧(Vop)は2.0
V 以下と良好であった。
The relationship between the second current confinement layer 7a, the first clad lower layer 3a, and the first clad upper layer is the same as that of the conventional current confinement layer 7, the second clad layer 5, and the third clad layer 8 (FIG. 1).
7, 18). The light confinement effect was improved, and the laser characteristics were improved. FIG. 14 is a graph showing laser characteristics of an LD device having a second current confinement layer in a first cladding layer according to the present invention. In the current-optical output characteristics, the oscillation start value current is 35 mA or less, and the operating current is 45
mA or less, operating voltage (Vop) is 2.0 in voltage-current characteristics
V or better.

【0036】図15は本発明に係る2つの電流狭窄層が
活性層に対して対称であるLD素子の可干渉性の活性層
と電流狭窄層との距離依存を示すグラフである。距離が
0.27ないし0.5μm の範囲内では可干渉性は95
% 以下であることが判る。図16は本発明に係る2つの
電流狭窄層が活性層に対して対称であるLD素子の特性
温度のクラッド層厚さ依存性を示すグラフである。距離
が0.23ないし0.52μm の範囲内では特性温度は
120K以上であることが判る。
FIG. 15 is a graph showing the distance dependency between the coherent active layer and the current confinement layer of an LD device in which two current confinement layers according to the present invention are symmetrical with respect to the active layer. The coherence is 95 when the distance is in the range of 0.27 to 0.5 μm.
%. FIG. 16 is a graph showing the clad layer thickness dependence of the characteristic temperature of the LD device in which the two current confinement layers according to the present invention are symmetric with respect to the active layer. It can be seen that the characteristic temperature is 120K or more when the distance is in the range of 0.23 to 0.52 μm.

【0037】実施例6および7では、第2クラッド層を
従来の単一ドープ層としたが、実施例1と同様に多層と
することができる。
In the sixth and seventh embodiments, the second clad layer is a conventional single-doped layer.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、第1導電型のGaAs基板
の一主面上に、第1導電型のAlx Ga1- x As(0≦x≦
1)の組成のバッファ層、第1導電型のAlx Ga1-x As
(0≦x≦1)組成の第1クラッド層、Aly Ga1-y As
(0≦y≦x≦1)組成の活性層、第2導電型のAlx Ga
1-x As組成の第2クラッド層、第2導電型のGaAsのキャ
ップ層、第1導電型でレーザ光軸と平行に2つの区域に
分割されている電流狭窄層、第2導電型のAlx Ga1-x As
の組成の第3クラッド層、第2導電型のGaAsのコンタク
ト層が順に積層されているAlGaAs系半導体レーザ素子に
おいて、前記第1または第2クラッド層のうち導電型が
p型であるクラッド層はドーパントが異なる複数の内層
からなり、前記各内層のドーパントの拡散係数は前記活
性層から遠ざかるに従って順に大きくなっているように
したため、拡散係数の大きいドーパントは活性層に到達
せず、活性層内に精度良くpn接合が形成され、レーザ
特性は優れている。またその製造歩留りは高い。
According to the present invention, the first conductivity type Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦) is formed on one principal surface of the first conductivity type GaAs substrate.
Buffer layer having composition of 1), Al x Ga 1-x As of first conductivity type
First cladding layer having composition (0 ≦ x ≦ 1), Al y Ga 1-y As
(0 ≦ y ≦ x ≦ 1) active layer, second conductivity type Al x Ga
1-x As composition second cladding layer, second conductivity type GaAs cap layer, first conductivity type current confinement layer divided into two sections parallel to the laser optical axis, second conductivity type Al x Ga 1-x As
In the AlGaAs semiconductor laser device in which a third cladding layer having a composition of and a GaAs contact layer of the second conductivity type are sequentially stacked, the cladding layer having a p-type conductivity among the first or second cladding layers is The dopant is composed of a plurality of different inner layers, and the diffusion coefficient of the dopant in each of the inner layers is increased in order as the distance from the active layer increases, so that the dopant having a large diffusion coefficient does not reach the active layer, and is contained in the active layer. The pn junction is formed with high accuracy, and the laser characteristics are excellent. The production yield is high.

【0039】また、p型クラッド層の厚さおよび活性層
に対するAl組成差を適正にしたので、レーザ特性の温
度変化を小さく、またレーザ光の可干渉性は小さい。そ
のため、光ピックアップに適している。さらに電流狭窄
層を2つとし活性層に対して対称構造とすることによ
り、発振開始電流や動作電流の低いレーザ特性の良好な
だけでなく、可干渉性の低いLD素子を提供できる。
Further, since the thickness of the p-type cladding layer and the Al composition difference with respect to the active layer are made appropriate, the temperature change of laser characteristics is small, and the coherence of laser light is small. Therefore, it is suitable for an optical pickup. Further, by providing two current confinement layers and forming a symmetrical structure with respect to the active layer, it is possible to provide an LD device having not only good laser characteristics with low oscillation start current and operating current but also low coherence.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings] 【符号の説明】[Explanation of symbols]

【図1】本発明に係る実施例の半導体レーザ素子の断面
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】LD素子のレーザ特性を示すグラフであり、
(a)は本発明に係るLD素子の場合、(b)は従来の
LD素子の場合
FIG. 2 is a graph showing laser characteristics of an LD element;
(A) is the case of the LD element according to the present invention, (b) is the case of the conventional LD element

【図3】第1導電型のクラッド層、活性層および第2導
電型のクラッド層における不純物分布を示すグラフであ
り、(a)本発明に係るLD素子の場合、(b)は従来
のLD素子の場合
FIGS. 3A and 3B are graphs showing impurity distributions in a first conductivity type cladding layer, an active layer and a second conductivity type cladding layer. FIG. 3A shows the LD element according to the present invention, and FIG. For element

【図4】本発明に係る製造方法におけるV/III 比に対
するキャリア濃度のグラフ
FIG. 4 is a graph of carrier concentration versus V / III ratio in the manufacturing method according to the present invention.

【図5】本発明に係る他の実施例のLD素子のレーザ特
性を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing laser characteristics of an LD device according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明に係るLD素子の可干渉性(α)の第2
クラッド層の厚さ依存性を示すグラフ
FIG. 6 shows the second example of the coherence (α) of the LD element according to the present invention.
Graph showing the thickness dependence of the cladding layer

【図7】本発明に係る第2クラッド層厚さ400nmのL
D素子のレーザ特性のグラフ
FIG. 7 shows a second clad layer having a thickness of 400 nm according to the present invention.
Graph of laser characteristics of D element

【図8】本発明に係るLD素子の特性温度(T0 )の第
2クラッド層と活性層のAl組成差依存性を示すグラフ
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the characteristic temperature (T 0 ) of the LD element according to the present invention on the Al composition difference between the second cladding layer and the active layer.

【図9】本発明に係るΔX=0.57のLD素子のレー
ザ特性のグラフ
FIG. 9 is a graph showing laser characteristics of an LD element having ΔX = 0.57 according to the present invention.

【図10】本発明に係る第2の電流狭窄層を有するLD
素子の第2の電流狭窄層付近の断面図
FIG. 10 shows an LD having a second current confinement layer according to the present invention.
Sectional view near the second current confinement layer of the device

【図11】本発明に係る第2の電流狭窄層を有するLD
素子のレーザ特性のグラフ
FIG. 11 shows an LD having a second current confinement layer according to the present invention.
Graph of laser characteristics of device

【図12】本発明に係る2つの電流狭窄層が活性層に対
して対称であるLD素子の断面図
FIG. 12 is a sectional view of an LD device in which two current confinement layers according to the present invention are symmetrical with respect to an active layer.

【図13】本発明に係るメサ構造を得るための製造工程
を示す断面図であり、(a)はストライプ状のマスク形
成後、(b)はメサエッチング後、(c)は第3クラッ
ド層成膜後
13A and 13B are cross-sectional views showing a manufacturing process for obtaining a mesa structure according to the present invention, wherein FIG. 13A shows a state after forming a stripe mask, FIG. 13B shows a state after mesa etching, and FIG. After film formation

【図14】本発明に係る第1クラッド層内に第2の電流
狭窄層を有するLD素子のレーザ特性のグラフ
FIG. 14 is a graph showing laser characteristics of an LD device having a second current confinement layer in a first cladding layer according to the present invention.

【図15】本発明に係る2つの電流狭窄層が活性層に対
して対称であるLD素子の可干渉性の活性層と電流狭窄
層との距離依存を示すグラフ
FIG. 15 is a graph showing a distance dependency between a coherent active layer and a current confinement layer of an LD device in which two current confinement layers according to the present invention are symmetrical with respect to the active layer.

【図16】本発明に係る2つの電流狭窄層が活性層に対
して対称であるLD素子の特性温度の活性層と電流狭窄
層との距離依存を示すグラフ
FIG. 16 is a graph showing the dependence of the characteristic temperature of an LD element in which two current confinement layers according to the present invention are symmetrical on the active layer on the distance between the active layer and the current confinement layer

【図17】従来のLD素子のへき開面に平行な断面図FIG. 17 is a sectional view parallel to a cleavage plane of a conventional LD element.

【図18】従来のLD素子の主な製造工程後のウェハの
1素子分を示すへき開面断面図であり、(a)は酸化ケ
イ素層のパターニング工程後、(b)は電流狭窄層の選
択エピタキシャル成長後、(c)は電極用金属膜成膜後
FIGS. 18A and 18B are cleaved cross-sectional views showing one device of a wafer after a main manufacturing process of a conventional LD device. FIG. 18A is a diagram showing a silicon oxide layer patterning process, and FIG. After epitaxial growth, (c) shows after forming metal film for electrode

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 バッファ層 3 第1クラッド層 3a 第1クラッド下層 3b 第1クラッド上層 4 活性層 5 第2クラッド層 5a 第2クラッド下層 5b 第2クラッド中層 5c 第2クラッド上層 6 キャップ層 7 電流狭窄層 7a 第2の電流狭窄層 M マスク 9 第3クラッド層 10 コンタクト層 11 p側電極 12 n側電極 13 拡散防止層 14 拡散防止層 Es エッチングストップ層 REFERENCE SIGNS LIST 1 GaAs substrate 2 buffer layer 3 first cladding layer 3a first cladding lower layer 3b first cladding upper layer 4 active layer 5 second cladding layer 5a second cladding lower layer 5b second cladding middle layer 5c second cladding upper layer 6 cap layer 7 current confinement Layer 7a Second current blocking layer M Mask 9 Third cladding layer 10 Contact layer 11 P-side electrode 12 N-side electrode 13 Diffusion prevention layer 14 Diffusion prevention layer Es Etching stop layer

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型のGaAs基板の一主面上に、第1
導電型のAlx Ga1-xAs(0≦x≦1)の組成のバッファ
層、第1導電型のAlx Ga1-x As(0≦x≦1)組成の第
1クラッド層、Aly Ga1-y As(0≦y≦x≦1)組成の
活性層、第2導電型のAlx Ga1-x As組成の第2クラッド
層、第2導電型のGaAsのキャップ層、第1導電型でレー
ザ光軸と平行に2つの区域に分割されている電流狭窄
層、第2導電型のAlx Ga1-x Asの組成の第3クラッド
層、第2導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されて
いるAlGaAs系半導体レーザ素子において、前記第1また
は第2クラッド層のうち導電型がp型であるクラッド層
はドーパントが異なる複数の内層からなり、前記各内層
のドーパントの拡散係数は前記活性層から遠ざかるに従
って順に大きくなっていることを特徴とする半導体レー
ザ素子。
A first conductive type GaAs substrate on one main surface thereof,
Buffer layer of the composition of the conductivity type Al x Ga 1-x As ( 0 ≦ x ≦ 1), of a first conductivity type Al x Ga 1-x As ( 0 ≦ x ≦ 1) first cladding layer of the composition, Al an active layer having a composition of y Ga 1-y As (0 ≦ y ≦ x ≦ 1), a second cladding layer having a composition of Al x Ga 1-x As of a second conductivity type, a cap layer of GaAs having a second conductivity type, A current confinement layer of one conductivity type divided into two sections parallel to the laser optical axis, a third cladding layer of Al x Ga 1-x As composition of second conductivity type, and a contact of GaAs of second conductivity type In the AlGaAs-based semiconductor laser device in which the layers are sequentially stacked, the cladding layer having the p-type conductivity of the first or second cladding layer is composed of a plurality of inner layers having different dopants, and the diffusion of the dopant in each of the inner layers is performed. A semiconductor laser device wherein the coefficient increases in order as the distance from the active layer increases.
【請求項2】前記ドーパントは前記活性層側から、C、
Mg、Znのこの順の2つ以上の組み合わせであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
2. The method according to claim 1, wherein the dopant is C,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a combination of two or more of Mg and Zn in this order.
【請求項3】前記p型であるクラッド層の厚さは0.3
ないし0.45μmの範囲であり、かつ前記活性層に対
するこのクラッド層の混晶におけるAl組成差(Δx)は
0.35ないし0.6の範囲であることを特徴とする請
求項1ないし3に記載の半導体レーザ素子。
3. The p-type cladding layer has a thickness of 0.3.
The Al composition difference (Δx) in the mixed crystal of the cladding layer with respect to the active layer is in the range of 0.35 to 0.6. 14. The semiconductor laser device according to claim 1.
【請求項4】第1導電型のGaAs基板の一主面上に、第1
導電型のAlx Ga1-xAs(0≦x≦1)組成のバッファ
層、第1導電型のAlx Ga1-x As(0≦x≦1)組成の第
1クラッド層、Aly Ga1-y As(0≦y≦x≦1)組成の
活性層、第2導電型のAlx Ga1-x As組成の第2クラッド
層、第2導電型のGaAsのキャップ層、第1導電型でレー
ザ光軸と平行に2つの区域に分割されている電流狭窄
層、第2導電型のAlx Ga1-x As組成の第3クラッド層、
第2導電型のGaAsのコンタクト層が順に積層されている
AlGaAs系半導体レーザ素子ににおいて、前記バッファ層
と前記第1クラッド層との間、もしくは、第1クラッド
層内にレーザ光軸と平行に2つの区域に分割されている
第2導電型の第2の電流狭窄層を形成することを特徴と
する半導体レーザ素子。
4. A method according to claim 1, wherein the first conductive type GaAs substrate has a first main surface and a first main surface.
Conductivity type Al x Ga 1-x As ( 0 ≦ x ≦ 1) buffer layer having the composition, of a first conductivity type Al x Ga 1-x As ( 0 ≦ x ≦ 1) first cladding layer of the composition, Al y An active layer of Ga 1-y As (0 ≦ y ≦ x ≦ 1) composition, a second cladding layer of Al x Ga 1-x As composition of second conductivity type, a cap layer of GaAs of second conductivity type, A current confinement layer of a conductivity type divided into two areas parallel to the laser optical axis, a third cladding layer of a second conductivity type Al x Ga 1 -x As composition,
GaAs contact layers of the second conductivity type are sequentially stacked
In the AlGaAs-based semiconductor laser device, a second conductive type second portion divided into two sections in parallel with the laser optical axis between the buffer layer and the first cladding layer or in the first cladding layer. A semiconductor laser device characterized by forming a current confinement layer.
【請求項5】前記電流狭窄層と前記第2の電流狭窄層は
活性層に対して、鏡像対称形であることを特徴とする請
求項4に記載の半導体レーザ素子。
5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein said current confinement layer and said second current confinement layer are mirror-image-symmetric with respect to an active layer.
【請求項6】前記電流狭窄層に挟まれるストライプ部は
メサ構造であることを特徴とする請求項5に記載の半導
体レーザ素子。
6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the stripe portion sandwiched between the current confinement layers has a mesa structure.
【請求項7】請求項1ないし6に記載の半導体レーザ素
子の製造方法において、前記第2クラッド層のドーパン
トがCの層をV族原料ガスとIII 族原料ガスの供給にお
けるV族元素とIII 族元素のモル比(以下V/III 比と
記す)比10ないし30の範囲で成膜し、前記第2クラ
ッド層の他の層はV/III 比180ないし220の範囲
で成膜することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方
法。
7. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the dopant of the second cladding layer is a layer of C in the supply of a group V element gas and a group III element gas. The second cladding layer is formed at a molar ratio of group element (hereinafter referred to as V / III ratio) of 10 to 30, and the other layers of the second cladding layer are formed at a V / III ratio of 180 to 220. A method for manufacturing a semiconductor laser device.
【請求項8】請求項6に記載のストライプ部のメサ構造
はエッチングストップ層、クラッド層およびキャップ層
の積層工程、クラッド層上へのストライプマスクの形成
工程、次いでこのストライプマスクに被覆されていない
部分のキャップ層およびクラッド層をエッチングストッ
プ層まで除去する工程によって形成されることを特徴と
する半導体レーザ素子の製造方法。
8. The mesa structure of a stripe portion according to claim 6, wherein a step of laminating an etching stop layer, a cladding layer and a cap layer, a step of forming a stripe mask on the cladding layer, and then not covering the stripe mask. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising: forming a portion of a cap layer and a cladding layer up to an etching stop layer.
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