JPH10261833A - Self-oscillating type semiconductor laser device and its manufacture - Google Patents
Self-oscillating type semiconductor laser device and its manufactureInfo
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- JPH10261833A JPH10261833A JP6616897A JP6616897A JPH10261833A JP H10261833 A JPH10261833 A JP H10261833A JP 6616897 A JP6616897 A JP 6616897A JP 6616897 A JP6616897 A JP 6616897A JP H10261833 A JPH10261833 A JP H10261833A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は自励発振型半導体
レーザ装置およびその製造方法に関する。より詳しく
は、光ディスク等の記録再生光源に適した低雑音の自励
発振型半導体レーザ装置およ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 self-pulsation type semiconductor laser device and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a low-noise self-pulsation type semiconductor laser device suitable for a recording / reproducing light source such as an optical disk and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ＤＶＤ再生用光源として用いられ
る赤色半導体レーザとしては、図５に示すような断面構
造を持つものが知られている。図中、５０１はn型ＧaＡ
s基板、５０２はn型ＧaＡsバッファ層、５０３はn型Ａl
ＧalnＰクラッド層、５０４はＧalnＰ活性層、５０５は
p型ＡlＧalnＰクラッド層、５０６はp型ＧalnＰ中間
層、５０７はp型ＧaＡsキャップ層、５０９はn型ＧaＡs
埋込層、５１０はp側電極、５１１はn側電極をそれぞれ
示している。p型ＡlＧalnＰクラッド層５０５、p型Ｇal
nＰ中間層５０６およびp型ＧaＡsキャップ層５０７によ
って、この断面に垂直な方向にストライプ状に延びるリ
ッジ部５２０が形成されている。活性層５０４に沿って
リッジ部５２０の内外に対応する領域５０４ａ，５０４
ｂ間に実効的な屈折率差が作り付けられて、光の横方向
の閉じ込め構造が形成される。これと同時に、リッジ部
５２０外では逆バイアス状態となるために、p側電極５
１０からの電流は活性層５０４のうちリッジ部５２０に
対応する領域（活性領域）５０４ａに選択的に注入され
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as a red semiconductor laser used as a light source for reproducing a DVD, a red semiconductor laser having a sectional structure as shown in FIG. 5 is known. In the figure, 501 is n-type GaAs
s substrate, 502 is n-type GaAs buffer layer, 503 is n-type Al
GalnP cladding layer, 504 is a GalnP active layer, 505 is
p-type AlGalnP cladding layer, 506 is a p-type GalnP intermediate layer, 507 is a p-type GaAs cap layer, and 509 is n-type GaAs.
A buried layer, 510 indicates a p-side electrode, and 511 indicates an n-side electrode. p-type AlGalnP cladding layer 505, p-type Gal
The nP intermediate layer 506 and the p-type GaAs cap layer 507 form a ridge 520 that extends in a stripe shape in a direction perpendicular to the cross section. Regions 504a and 504 corresponding to the inside and outside of the ridge portion 520 along the active layer 504
An effective refractive index difference is created between b and a lateral confinement structure of light is formed. At the same time, since a reverse bias state occurs outside the ridge portion 520, the p-side electrode 5
The current from 10 is selectively injected into a region (active region) 504a of the active layer 504 corresponding to the ridge portion 520.
【０００３】光ディスク等に用いられる低雑音半導体レ
ーザは、自励発振を生じさせることによって得られる。
つまり、図５の構造では、活性層５０４のうちp型クラ
ッド層５０５の平坦部５０５ｂに対応する領域（可飽和
吸収領域）５０４ｂは、電流が注入されず、レーザ光に
対して可飽和吸収体として働く。すなわち、この領域５
０４ｂは、活性領域５０４ａからしみ出すレーザ光が弱
い間はレーザ光に対して吸収体となり、ある程度光強度
が上がると光の吸収が無くなり透明体となる。したがっ
て、この領域５０４ｂは光のＱスイッチとして働き、こ
の領域５０４ｂにレーザ光が拡がるようにすることによ
って自励発振が起こる。A low-noise semiconductor laser used for an optical disk or the like is obtained by causing self-pulsation.
That is, in the structure of FIG. 5, a region (saturable absorption region) 504b of the active layer 504 corresponding to the flat portion 505b of the p-type cladding layer 505 does not receive current, and the saturable absorber for laser light. Work as That is, this region 5
04b becomes an absorber for the laser light while the laser light seeping out of the active region 504a is weak, and becomes light transparent when the light intensity increases to some extent. Therefore, the region 504b functions as a light Q switch, and self-oscillation occurs by causing the laser light to spread to the region 504b.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体レー
ザを高温で動作させる場合、活性層５０４から電子が逃
げて無効電流となる傾向が顕著になり、駆動電流が増大
するという問題が生じる。When a semiconductor laser is operated at a high temperature, electrons tend to escape from the active layer 504 and become a reactive current, and the driving current increases.
【０００５】これを防止するために、p型クラッド層５
０５のドーピング濃度（p型不純物濃度）を高くして、
活性層５０４内の電子に対する電位障壁を高くする手段
が考えられる。しかし、図５に示した素子構造では、p
型クラッド層５０５のドーピング濃度を高くすると、p
型クラッド層５０５の抵抗率が下がり、p側電極５１０
からの注入電流がリッジ部５２０から平坦部５０５ｂへ
拡がる。このように電流が横方向に拡がって流れるよう
になると、可飽和吸収領域５０４ｂは光を吸収しなくな
り、もはや光のＱスイッチとしての機能を果たさなくな
る。To prevent this, the p-type cladding layer 5
05 doping concentration (p-type impurity concentration)
Means for increasing the potential barrier for electrons in the active layer 504 can be considered. However, in the device structure shown in FIG.
When the doping concentration of the mold cladding layer 505 is increased, p
The resistivity of the mold cladding layer 505 decreases, and the p-side electrode 510
From the ridge portion 520 to the flat portion 505b. When the current spreads and flows in the lateral direction, the saturable absorption region 504b does not absorb light, and no longer functions as a light Q switch.
【０００６】p型クラッド層５０５のドーピング濃度を
高くした場合に横方向への電流拡がりを防ぐ一つの方策
は、p型クラッド層５０５の平坦部５０５ｂの厚さを薄
くして、この平坦部５０５ｂの横方向の抵抗値を大きく
することである。しかし、そのようにした場合は、レー
ザ光が可飽和吸収領域５０４ｂへ十分には拡がらなくな
り、自励発振が起こりにくくなる。One measure for preventing the current from spreading in the lateral direction when the doping concentration of the p-type cladding layer 505 is increased is to reduce the thickness of the flat portion 505b of the p-type cladding layer 505 so as to reduce the thickness. Is to increase the resistance value in the lateral direction. However, in such a case, the laser light does not sufficiently spread to the saturable absorption region 504b, and self-sustained pulsation hardly occurs.
【０００７】そこで、この発明の目的は、自励発振を確
実に行える上、高温動作時における駆動電流の増大を効
果的に抑制することができる自励発振型半導体レーザ装
置を提供することにある。また、この発明の目的は、そ
のような自励発振型半導体レーザ装置を簡単に作製でき
る自励発振型半導体レーザ装置の製造方法を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a self-sustained pulsation type semiconductor laser device capable of reliably performing self-sustained pulsation and effectively suppressing an increase in drive current during high-temperature operation. . Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device that can easily manufacture such a self-pulsation type semiconductor laser device.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ装置は、
n型とp型のうちの一方の導電型を持つ半導体基板上に、
上記一方の導電型を持つ第１クラッド層と、活性層と、
n型とp型のうちの他方の導電型を持ち、表面側にストラ
イプ状に突起したリッジ部を有する第２クラッド層とを
順に備え、上記第２クラッド層のうち上記リッジ部の両
側に連なる平坦部上に上記一方の導電型を持つ埋込層を
設けて、上記活性層に沿って上記リッジ部内外に対応す
る領域間に実効的な屈折率差を形成するとともに上記リ
ッジ部を通して上記活性層に電流を注入するようにした
自励発振型半導体レーザ装置において、上記第２クラッ
ド層の上記平坦部のうち表面側部分のキャリア濃度が上
記第２クラッド層の残りの部分のキャリア濃度よりも低
く設定されていることを特徴とする。In order to achieve the above object, a self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 1 is provided.
On a semiconductor substrate having one of n-type and p-type conductivity types,
A first cladding layer having the one conductivity type, an active layer,
a second cladding layer having the other conductivity type of the n-type and the p-type, and having a ridge portion protruding in a stripe shape on the surface side, and sequentially provided on both sides of the ridge portion in the second cladding layer; A buried layer having the one conductivity type is provided on the flat portion to form an effective refractive index difference between corresponding regions inside and outside the ridge along the active layer, and to form the active layer through the ridge. In a self-pulsation type semiconductor laser device in which a current is injected into a layer, a carrier concentration of a surface portion of the flat portion of the second cladding layer is higher than a carrier concentration of a remaining portion of the second cladding layer. It is characterized by being set low.
【０００９】この請求項１の自励発振型半導体レーザ装
置では、第２クラッド層の平坦部のうち表面側部分以外
の残りの部分のキャリア濃度（上記他方の導電型の不純
物濃度）は、従来レベルよりも高く設定することができ
る。そのようにした場合、活性層内の電子に対する電位
障壁が高くなる。したがって、高温動作時における無効
電流の増大が抑制され、駆動電流の増大が効果的に抑制
される。一方、第２クラッド層の平坦部のうち表面側部
分のキャリア濃度が第２クラッド層の残りの部分のキャ
リア濃度よりも低く設定されているので、注入電流が上
記リッジ部から上記平坦部へ拡がるのが抑制される。し
たがって、上記活性層のうち上記平坦部に対応する領域
（可飽和吸収領域）が光のＱスイッチとして有効に働
き、自励発振が確実に行われる。なお、第２クラッド層
の平坦部のうち表面側部分は活性層と接触していないの
で、そのキャリア濃度が低くても、高温動作時における
無効電流を増大させることにはならない。また、第２ク
ラッド層の平坦部の厚さは従来と同レベルに設定すれば
良く、活性領域から可飽和吸収領域へのレーザ光の拡が
りに影響はない。In the self-pulsation type semiconductor laser device according to the first aspect, the carrier concentration (the impurity concentration of the other conductivity type) in the remaining portion other than the surface side portion of the flat portion of the second cladding layer is the same as that of the conventional device. Can be set higher than the level. In such a case, a potential barrier against electrons in the active layer becomes high. Therefore, the increase in the reactive current during the high-temperature operation is suppressed, and the increase in the drive current is effectively suppressed. On the other hand, since the carrier concentration in the surface side portion of the flat portion of the second cladding layer is set lower than the carrier concentration in the remaining portion of the second cladding layer, the injection current spreads from the ridge portion to the flat portion. Is suppressed. Therefore, a region (saturable absorption region) of the active layer corresponding to the flat portion effectively functions as a light Q switch, and self-pulsation is reliably performed. Since the surface side portion of the flat portion of the second cladding layer is not in contact with the active layer, even if the carrier concentration is low, the reactive current during high-temperature operation does not increase. Also, the thickness of the flat portion of the second cladding layer may be set to the same level as in the related art, and does not affect the spread of laser light from the active region to the saturable absorption region.
【００１０】請求項２に記載の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法は、n型とp型のうちの一方の導電型を持
つ半導体基板上に、上記一方の導電型を持つ第１クラッ
ド層と、活性層と、n型とp型のうちの他方の導電型を持
ち、表面側にストライプ状に突起したリッジ部を有する
第２クラッド層とを順に設けてダブルヘテロ構造を形成
し、上記第２クラッド層の表面側部分に水素を導入し
て、上記第２クラッド層の表面側部分のキャリア濃度
を、水素による不活性化によって上記第２クラッド層の
残りの部分のキャリア濃度よりも低く設定し、上記第２
クラッド層のうち上記リッジ部の両側に連なる平坦部上
に上記一方の導電型を持つ埋込層を設けることを特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device, the first cladding having the one conductivity type is formed on a semiconductor substrate having one conductivity type of the n type and the p type. A layer, an active layer, a second clad layer having the other conductivity type of n-type and p-type and having a ridge portion protruding in a stripe shape on the surface side, and forming a double hetero structure, Hydrogen is introduced into the surface side portion of the second cladding layer, and the carrier concentration of the surface side portion of the second cladding layer is made lower than the carrier concentration of the remaining portion of the second cladding layer by inactivation by hydrogen. Set low, the second
A buried layer having the one conductivity type is provided on a flat portion of the clad layer which is continuous on both sides of the ridge portion.
【００１１】請求項３に記載の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法は、請求項２に記載の自励発振型半導体
レーザ装置の製造方法において、上記第２クラッド層の
表面側部分に水素を導入するために、水素雰囲気中で加
熱処理を行うことを特徴とする。According to a third aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to the second aspect, wherein the surface of the second cladding layer is formed of hydrogen. In order to introduce, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere.
【００１２】請求項４に記載の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法は、請求項２に記載の自励発振型半導体
レーザ装置の製造方法において、上記第２クラッド層の
表面側部分に水素を導入するために、上記第２クラッド
層の表面側部分にガスソース分子線エピタキシー装置を
用いて水素化原料ガスを照射することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to the second aspect, wherein the surface of the second cladding layer is formed with hydrogen. In order to introduce the hydrogen gas, the surface side portion of the second clad layer is irradiated with a hydrogenation raw material gas using a gas source molecular beam epitaxy apparatus.
【００１３】請求項５に記載の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法は、請求項２に記載の自励発振型半導体
レーザ装置の製造方法において、上記第２クラッド層の
表面側部分に水素を導入するために、上記第２クラッド
層の表面側部分にプラズマ状水素を照射することを特徴
とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a self-excited oscillation type semiconductor laser device according to the second aspect, wherein the surface of the second cladding layer is formed of hydrogen. In order to introduce hydrogen, the surface side portion of the second clad layer is irradiated with plasma-like hydrogen.
【００１４】請求項６に記載の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法は、n型とp型のうちの一方の導電型を持
つ半導体基板上に、上記一方の導電型を持つ第１クラッ
ド層と、活性層と、n型とp型のうちの他方の導電型を持
ち、表面側にストライプ状に突起したリッジ部を有する
第２クラッド層とを順に設けてダブルヘテロ構造を形成
し、上記第２クラッド層の表面側部分に、上記一方の導
電型を持つ不純物をイオン注入して、上記第２クラッド
層の表面側部分のキャリア濃度を上記第２クラッド層の
残りの部分のキャリア濃度よりも低く設定し、上記第２
クラッド層のうち上記リッジ部の両側に連なる平坦部上
に上記一方の導電型を持つ埋込層を設けることを特徴と
する。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device, the first clad having the one conductivity type is formed on a semiconductor substrate having one conductivity type of the n type and the p type. A layer, an active layer, a second clad layer having the other conductivity type of n-type and p-type and having a ridge portion protruding in a stripe shape on the surface side, and forming a double hetero structure, The impurity having one conductivity type is ion-implanted into the surface side portion of the second cladding layer, and the carrier concentration of the surface side portion of the second cladding layer is adjusted to the carrier concentration of the remaining portion of the second cladding layer. Lower than the second
A buried layer having the one conductivity type is provided on a flat portion of the clad layer which is continuous on both sides of the ridge portion.
【００１５】請求項２乃至６の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法によれば、請求項１の自励発振型半導体
レーザ装置が簡単に作製される。According to the method of manufacturing a self-excited oscillation type semiconductor laser device of the second to sixth aspects, the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the first aspect is easily manufactured.
【００１６】請求項７に記載の自励発振型半導体レーザ
装置は、請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ装置
において、上記第２クラッド層の上記平坦部のうち表面
側部分のキャリア濃度が５×１０17cm-3以下に設定され
る一方、上記第２クラッド層の上記平坦部のうち残りの
部分のキャリア濃度が１×１０18cm-3以上に設定されて
いることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a self-pulsation type semiconductor laser device according to the first aspect, wherein a carrier concentration of a surface side portion of the flat portion of the second cladding layer is provided. Is set to 5 × 10 17 cm −3 or less, while the carrier concentration of the remaining portion of the flat portion of the second cladding layer is set to 1 × 10 18 cm −3 or more. I do.
【００１７】この請求項７に記載の自励発振型半導体レ
ーザ装置によれば、請求項１の作用効果が実際に得られ
る。すなわち、高温動作時における無効電流の増大が抑
制され、駆動電流の増大が効果的に抑制される。一方、
上記活性層のうち可飽和吸収領域が光のＱスイッチとし
て有効に働き、自励発振が確実に行われる。According to the self-pulsation type semiconductor laser device of the seventh aspect, the operation and effect of the first aspect can be actually obtained. That is, the increase in the reactive current during the high-temperature operation is suppressed, and the increase in the drive current is effectively suppressed. on the other hand,
The saturable absorption region of the active layer effectively functions as a light Q switch, and self-pulsation is reliably performed.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１９】図１は一実施形態の赤色半導体レーザ装置
の断面構造を示している。FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a red semiconductor laser device according to one embodiment.
【００２０】この赤色半導体レーザ装置は、n型ＧaＡs
基板上に、n型Ｇa0.5ln0.5Ｐバッファ層(Ｓiドープ、厚
さ０．５μm)１２と、第１クラッド層としてのn型(Ａ
l0.7Ｇa0.3)0.5ln0.5Ｐクラッド層(Ｓiドープ、厚さ
１．２μm)１３と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を
持つ活性層１４と、第２クラッド層としてのp型(Ａl0.7
Ｇa0.3)0.5ln0.5Ｐクラッド層(Ｂeドープ、厚さ１．２
μm)１５と、p型Ｇa0.5ln0.5Ｐ中間層(Ｂeドープ、厚さ
０．０５μm)１６と、p型ＧaＡsキャップ層(Ｂeドー
プ、厚さ０．５μm)１７を順に備えている。上記活性層
１４は、図示しない(Ａl0.5Ｇa0.5)0.5ln0.5Ｐ光導波層
で３層のＧa0.62ln0.38Ｐ井戸層(厚さ１１０Å)と２層
の(Ａl0.5Ｇa0.5)0.5ln0.5Ｐ(厚さ５０Å)バリア層を挟
んだ構造となっている。p型クラッド層１５、p型中間層
１６およびp型キャップ層１７によって、この断面に垂
直な方向にストライプ状に延びるリッジ部２０が形成さ
れている。上記p型クラッド層１５のうちリッジ部２０
の両側には一定の厚さを持つ平坦部１５ｂが連なってい
る。p型クラッド層１５のＢeドーピング量は１．５×１
０18cm-3に設定されている。リッジ部２０の斜面と、p
型クラッド層１５の平坦部１５ｂの表面側部分１８に水
素が導入されている（水素が導入されている領域に斜線
を施している。）。これにより、p型クラッド層１５の
平坦部１５ｂのうち表面側部分１８のキャリア濃度がp
型クラッド層１５の残りの部分のキャリア濃度よりも低
く、この例では約５．０×１０17cm-3程度に設定されて
いる。また、リッジ部２０の両側、言い換えればp型ク
ラッド層１５の平坦部１５ｂ上にn型ＧaＡs埋込層１９
が設けられている。これにより、活性層１４に沿ってリ
ッジ部２０内外に対応する領域１４ａ，１４ｂ間に実効
的な屈折率差を形成するとともにリッジ部２０を通して
活性層１４に電流を注入するようになっている。なお、
１１０はＡu−Ｚnからなるp側電極、１１１はＡu−Ｇe
−Ｎiからなるn側電極を示している。This red semiconductor laser device is an n-type GaAs
On a substrate, n-type Ga 0. 5 ln 0. 5 P buffer layer (Si doped, thickness 0.5 [mu] m) and 12, n-type as the first cladding layer (A
l 0. 7 Ga 0. 3 ) 0. 5 ln 0. 5 P clad layer (Si-doped, the thickness 1.2 [mu] m) 13, an active layer 14 having a multiple quantum well structure (MQW structure), a second cladding p-type as the layer (Al 0. 7
Ga 0. 3) 0. 5 ln 0. 5 P cladding layer (Be doped, thickness 1.2
and [mu] m) 15, p-type Ga 0. 5 ln 0. 5 P intermediate layer (Be doped, the thickness 0.05 .mu.m) 16, includes p-type GaAs cap layer (Be doped, the thickness 0.5 [mu] m) 17 in this order ing. The active layer 14 is not shown (Al 0. 5 Ga 0. 5) 0. 5 ln 0. 5 P of the light waveguide layer in three layers Ga 0. 62 ln 0. 38 P -well layer (thickness 110 Å) two layers (Al 0. 5 Ga 0. 5) 0. 5 ln 0. 5 P ( thickness 50 Å) and has a sandwiched by barrier layers. The p-type clad layer 15, the p-type intermediate layer 16, and the p-type cap layer 17 form a ridge portion 20 extending in a stripe shape in a direction perpendicular to the cross section. The ridge 20 of the p-type cladding layer 15
Are connected to a flat portion 15b having a certain thickness. The Be doping amount of the p-type cladding layer 15 is 1.5 × 1
It is set to 0 18 cm -3 . The slope of the ridge 20 and p
Hydrogen is introduced into the surface-side portion 18 of the flat portion 15b of the mold cladding layer 15 (the region where hydrogen is introduced is shaded). As a result, the carrier concentration of the surface-side portion 18 of the flat portion 15b of the p-type cladding layer 15 becomes p-type.
It is lower than the carrier concentration of the remaining part of the mold cladding layer 15, and in this example, it is set to about 5.0 × 10 17 cm −3 . The n-type GaAs buried layer 19 is formed on both sides of the ridge 20, in other words, on the flat portion 15 b of the p-type cladding layer 15.
Is provided. As a result, an effective refractive index difference is formed between the corresponding regions 14 a and 14 b inside and outside the ridge 20 along the active layer 14, and a current is injected into the active layer 14 through the ridge 20. In addition,
110 is a p-side electrode made of Au-Zn, 111 is Au-Ge
An n-side electrode made of -Ni is shown.
【００２１】この赤色半導体レーザ装置は次のようにし
て作製される。This red semiconductor laser device is manufactured as follows.
【００２２】 まず、図２(a)に示すように、基板１
１上に、ＭＢＥ装置を用いてn型Ｇa0.5ln0.5Ｐバッファ
層(Ｓiドープ、厚さ０．５μm)１２と、n型(Ａl0.7Ｇ
a0.3)0.5ln0.5Ｐクラッド層(Ｓiドープ、厚さ１．２μ
m)１３と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を持つ活性
層１４と、p型(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5ln0.5Ｐクラッド層(Ｂ
eドープ、厚さ１．２μm)１５と、p型Ｇa0.5ln0.5Ｐ中
間層(Ｂeドープ、厚さ０．０５μm)１６と、p型ＧaＡs
キャップ層(Ｂeドープ、厚さ０．５μm)１７を順に成長
する。First, as shown in FIG.
On 1, n-type Ga 0 using MBE device. 5 ln 0. 5 P buffer layer (Si doped, thickness 0.5 [mu] m) and 12, n-type (Al 0. 7 G
a 0. 3) 0. 5 ln 0. 5 P clad layer (Si-doped, thickness 1.2μ
and m) 13, an active layer 14 having a multiple quantum well structure (MQW structure), p-type (Al 0. 7 Ga 0. 3) 0. 5 ln 0. 5 P cladding layer (B
e dope, the thickness 1.2 [mu] m) 15, a p-type Ga 0. 5 ln 0. 5 P intermediate layer (Be doped, thickness 0.05 .mu.m) 16, p-type GaAs
A cap layer (Be-doped, 0.5 μm thick) 17 is sequentially grown.
【００２３】 次に、図２(b)に示すように、フォト
リソグラフィおよびエッチングを行って、ストライプ状
のパターンを残してp型ＧaＡsキャップ層１７、p型Ｇal
nＰ中間層１６と、p型ＡlＧalnＰクラッド層１５の一部
をエッチングで除去する。これにより、表面側にストラ
イプ状に突起したリッジ部２０を形成する。このとき、
p型クラッド層１５の平坦部１５ｂの厚さは従来と同レ
ベルの１．０μm程度に設定する。Next, as shown in FIG. 2B, photolithography and etching are performed to leave a p-type GaAs cap layer 17 and a p-type Gal
The nP intermediate layer 16 and a part of the p-type AlGalnP cladding layer 15 are removed by etching. Thus, a ridge portion 20 protruding in a stripe shape is formed on the surface side. At this time,
The thickness of the flat portion 15b of the p-type cladding layer 15 is set to about 1.0 μm, which is the same level as the conventional one.
【００２４】 この後、図２(c)に示すように、水素
雰囲気中で７００℃２時間の加熱処理を行って、リッジ
部２０の斜面と、p型ＡlＧalnＰクラッド層１５の表面
側部分１８とに水素を導入する。これにより、この表面
側部分１８のドーピング不純物Ｂeを不活性化して、p型
クラッド層１５の平坦部１５ｂのうち表面側部分１８の
キャリア濃度をp型クラッド層１５の残りの部分のキャ
リア濃度よりも低く設定する。上記加熱処理の条件によ
れば、図６に示すように水素は約０．５μmの深さまで
導入され、キャリア濃度は約５．０×１０17cm-3程度ま
で下がった。After that, as shown in FIG. 2C, a heat treatment is performed at 700 ° C. for 2 hours in a hydrogen atmosphere, so that the slope of the ridge portion 20 and the surface-side portion 18 of the p-type AlGalnP cladding layer 15 are formed. Hydrogen is introduced. As a result, the doping impurity Be in the surface portion 18 is inactivated, and the carrier concentration in the surface portion 18 of the flat portion 15 b of the p-type cladding layer 15 is made higher than the carrier concentration in the remaining portion of the p-type cladding layer 15. Also set low. According to the heat treatment conditions, as shown in FIG. 6, hydrogen was introduced to a depth of about 0.5 μm, and the carrier concentration was reduced to about 5.0 × 10 17 cm −3 .
【００２５】 次に、図２(d)に示すように、この上
に再びＭＢＥ装置を用いてn型ＧaＡs埋込層１９を成長
した後、そのn型ＧaＡs埋込層１９のリッジ部２０上の
部分を選択的に除去して表面を平坦化する。最後に、図
１に示すように、表面側にＡu−Ｚnからなるp側電極１
１０、裏面側にＡu−Ｇe−Ｎiからなるn側電極１１１を
それぞれ蒸着により形成する。Next, as shown in FIG. 2D, an n-type GaAs buried layer 19 is grown on the ridge portion 20 of the n-type GaAs buried layer 19 again by using an MBE apparatus. Is selectively removed to flatten the surface. Finally, as shown in FIG. 1, a p-side electrode 1 made of Au-Zn is provided on the surface side.
10. An n-side electrode 111 made of Au-Ge-Ni is formed on the back side by vapor deposition.
【００２６】この赤色半導体レーザ装置では、p型クラ
ッド層１５の平坦部１５ｂのうち表面側部分１８以外の
残りの部分のキャリア濃度（Ｂeドーピング量）を従来
レベルよりも高く設定しているので、活性層１４内の電
子に対する電位障壁を高めることができる。したがっ
て、高温動作時における無効電流の増大を抑制でき、駆
動電流の増大を効果的に抑制することができる。一方、
p型クラッド層１５の平坦部１５ｂのうち表面側部分１
８のキャリア濃度がp型クラッド層１５の残りの部分の
キャリア濃度よりも低く設定されているので、p側電極
１１０からの注入電流がリッジ部２０から平坦部１５ｂ
へ拡がるのを抑制できる。したがって、活性層１４のう
ち平坦部１５ｂに対応する領域（可飽和吸収領域）１４
ｂが光のＱスイッチとして有効に働き、自励発振を確実
に行うことができる。In this red semiconductor laser device, the carrier concentration (Be doping amount) of the remaining portion other than the surface side portion 18 in the flat portion 15b of the p-type cladding layer 15 is set higher than the conventional level. The potential barrier for electrons in the active layer 14 can be increased. Therefore, an increase in the reactive current during the high-temperature operation can be suppressed, and an increase in the drive current can be effectively suppressed. on the other hand,
Surface side portion 1 of flat portion 15b of p-type cladding layer 15
8 is set lower than the carrier concentration of the remaining portion of the p-type cladding layer 15, the injection current from the p-side electrode 110 flows from the ridge portion 20 to the flat portion 15 b.
Can be prevented from spreading. Therefore, a region (saturable absorption region) 14 of active layer 14 corresponding to flat portion 15b.
b effectively functions as an optical Q switch, and self-pulsation can be reliably performed.
【００２７】図３に示すように、上記水素雰囲気中での
加熱処理（上記）に代えて、プラズマ状水素の照射を
行っても良い。この場合、図３(a)，(b)に示すように、
上記，と同様に基板１１上に各層１２〜１７を成長
し、リッジ部２０を形成する。この後、図３(c)に示す
ように、この状態の基板１１を真空装置内で４５０℃に
加熱した状態で、水素プラズマを表面に照射する。この
際にリンが結晶内から抜け出るのを防止するために、Ａ
s分子線も同時に照射する。これにより、リッジ部２０
の斜面と、p型ＡlＧalnＰクラッド層１５の表面側部分
１８Ａとに水素を導入する。これにより、この表面側部
分１８Ａのドーピング不純物Ｂeを不活性化して、p型ク
ラッド層１５の平坦部１５ｂのうち表面側部分１８Ａの
キャリア濃度をp型クラッド層１５の残りの部分のキャ
リア濃度よりも低く設定する。この後、図３(d)に示す
ように、上記と同様にn型ＧaＡs埋込層１９を成長し
てその表面を平坦化し、p側電極１１０、n側電極１１１
を形成する。As shown in FIG. 3, instead of the heat treatment in the hydrogen atmosphere (described above), irradiation with plasma-like hydrogen may be performed. In this case, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b),
The layers 12 to 17 are grown on the substrate 11 in the same manner as described above, and the ridge 20 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 3C, the surface of the substrate 11 in this state is irradiated with hydrogen plasma while being heated to 450 ° C. in a vacuum apparatus. At this time, in order to prevent phosphorus from falling out of the crystal, A
The s molecular beam is irradiated at the same time. As a result, the ridge 20
Is introduced into the slanted surface and the surface-side portion 18A of the p-type AlGalnP cladding layer 15. As a result, the doping impurity Be of the surface side portion 18A is inactivated, and the carrier concentration of the surface side portion 18A of the flat portion 15b of the p-type cladding layer 15 is made higher than the carrier concentration of the remaining portion of the p-type cladding layer 15. Also set low. Thereafter, as shown in FIG. 3D, an n-type GaAs buried layer 19 is grown and its surface is planarized in the same manner as described above, and the p-side electrode 110 and the n-side electrode 111 are formed.
To form
【００２８】このようにして作製した赤色半導体レーザ
装置も、上の例と同様に自励発振を確実に行える上、高
温動作時における無効電流の増大を抑制でき、駆動電流
の増大を効果的に抑制することができる。The red semiconductor laser device manufactured in this manner can reliably perform self-sustained pulsation similarly to the above example, can suppress the increase in the reactive current at the time of high temperature operation, and can effectively increase the drive current. Can be suppressed.
【００２９】また、図４に示すように、上記水素雰囲気
中での加熱処理（上記）に代えて、ガスソース分子線
エピタキシー装置を用いて水素化原料ガスの照射を行っ
ても良い。この場合、図４(a)，(b)に示すように、上記
，と同様に基板１１上に各層１２〜１７を成長し、
リッジ部２０を形成する。この後、この状態の基板１１
をガスソースＭＢＥ装置内に収容し、図４(c)に示すよ
うに基板１１の表面側に水素化原料ガスとしてのアルシ
ンガスを照射しながら６５０℃に加熱し、２時間保持す
る。このようにして、アルシンガスが分解して生じた水
素をリッジ部２０の斜面と、p型ＡlＧalnＰクラッド層
１５の表面側部分１８Ｂとに導入する。これにより、こ
の表面側部分１８Ｂのドーピング不純物Ｂeを不活性化
して、p型クラッド層１５の平坦部１５ｂのうち表面側
部分１８Ｂのキャリア濃度をp型クラッド層１５の残り
の部分のキャリア濃度よりも低く設定する。この後、図
４(d)に示すように、上記と同様にn型ＧaＡs埋込層１
９を成長してその表面を平坦化し、p側電極１１０、n側
電極１１１を形成する。As shown in FIG. 4, instead of the above-described heat treatment in a hydrogen atmosphere (the above), irradiation of a hydrogenation source gas may be performed using a gas source molecular beam epitaxy apparatus. In this case, as shown in FIGS. 4A and 4B, the layers 12 to 17 are grown on the substrate 11 in the same manner as described above.
The ridge 20 is formed. Thereafter, the substrate 11 in this state is
Is accommodated in a gas source MBE apparatus, and heated to 650 ° C. while irradiating the surface side of the substrate 11 with arsine gas as a hydrogenation raw material gas as shown in FIG. In this way, hydrogen generated by the decomposition of arsine gas is introduced into the slope of the ridge portion 20 and the surface-side portion 18B of the p-type AlGalnP clad layer 15. As a result, the doping impurity Be of the surface side portion 18B is inactivated, and the carrier concentration of the surface side portion 18B of the flat portion 15b of the p-type cladding layer 15 is made higher than the carrier concentration of the remaining portion of the p-type cladding layer 15. Also set low. Thereafter, as shown in FIG. 4D, similarly to the above, the n-type GaAs buried layer 1 is formed.
9 is grown and its surface is flattened to form a p-side electrode 110 and an n-side electrode 111.
【００３０】このようにして作製した赤色半導体レーザ
装置も、上の例と同様に自励発振を確実に行える上、高
温動作時における無効電流の増大を抑制でき、駆動電流
の増大を効果的に抑制することができる。The red semiconductor laser device manufactured in this way can reliably perform self-sustained pulsation similarly to the above example, can suppress the increase in the reactive current at the time of high temperature operation, and can effectively increase the drive current. Can be suppressed.
【００３１】なお、上述の各例では、p型クラッド層１
５の表面側部分１８，１８Ａ，１８Ｂに水素を導入した
が、これに限られるものではない。水素に代えてp型ク
ラッド層１５の表面側部分にｎ型不純物をイオン注入し
ても良い。このようにした場合も、p型クラッド層１５
の表面側部分のキャリア濃度をp型クラッド層１５の残
りの部分のキャリア濃度よりも低くすることができる。
したがって、このようにして作製した赤色半導体レーザ
装置も、上の例と同様に自励発振を確実に行える上、高
温動作時における無効電流の増大を抑制でき、駆動電流
の増大を効果的に抑制することができる。In each of the above examples, the p-type cladding layer 1
Although hydrogen was introduced into the surface-side portions 18, 18A and 18B of No. 5, the present invention is not limited to this. Instead of hydrogen, an n-type impurity may be ion-implanted into the surface-side portion of the p-type cladding layer 15. In this case, the p-type cladding layer 15
Can be made lower than the carrier concentration in the remaining portion of the p-type cladding layer 15.
Accordingly, the red semiconductor laser device manufactured in this manner can reliably perform self-pulsation similarly to the above example, can suppress the increase in the reactive current at the time of high-temperature operation, and effectively suppress the increase in the drive current. can do.
【００３２】また、当然ながら、基板１１および各層１
２〜１９の導電型を反対にしても良い。The substrate 11 and the respective layers 1
The conductivity types of 2 to 19 may be reversed.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の自
励発振型半導体レーザ装置は、第２クラッド層の平坦部
のうち表面側部分のキャリア濃度が上記第２クラッド層
の残りの部分のキャリア濃度よりも低く設定されている
ので、自励発振を確実に行える上、高温動作時における
無効電流の増大を抑制でき、駆動電流の増大を効果的に
抑制することができる。As is apparent from the above, in the self-pulsation type semiconductor laser device of the first aspect, the carrier concentration of the surface side portion of the flat portion of the second cladding layer is the remaining portion of the second cladding layer. , The self-sustained pulsation can be reliably performed, the increase in reactive current during high-temperature operation can be suppressed, and the increase in drive current can be effectively suppressed.
【００３４】請求項２乃至６の自励発振型半導体レーザ
装置の製造方法によれば、請求項１の自励発振型半導体
レーザ装置を簡単に作製することができる。According to the method of manufacturing a self-excited oscillation type semiconductor laser device of the second to sixth aspects, the self-excited oscillation type semiconductor laser device of the first aspect can be easily manufactured.
【００３５】請求項７の自励発振型半導体レーザ装置で
は、上記第２クラッド層の上記平坦部のうち表面側部分
のキャリア濃度が５×１０17cm-3以下に設定される一
方、上記第２クラッド層の上記平坦部のうち残りの部分
のキャリア濃度が１×１０18cm-3以上に設定されている
ので、実際に請求項１の作用効果を得ることができる。In the self-pulsation type semiconductor laser device of the present invention, the carrier concentration in the surface portion of the flat portion of the second cladding layer is set to 5 × 10 17 cm −3 or less. Since the carrier concentration of the remaining portion of the flat portion of the two clad layers is set to 1 × 10 18 cm −3 or more, the operation and effect of claim 1 can be actually obtained.
【図１】 この発明の一実施形態の自励発振型赤色半導
体レーザ装置の断面構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a self-pulsation type red semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１の自励発振型半導体レーザ装置を水素雰
囲気中で加熱処理を行って作製する場合の製造方法を説
明する工程断面図である。FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing method when the self-pulsation type semiconductor laser device of FIG. 1 is manufactured by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere.
【図３】 水素プラズマの照射を行う場合の、自励発振
型半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程断面図で
ある。FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device in the case of performing irradiation with hydrogen plasma.
【図４】 ガスソース分子線エピタキシー装置を用いて
水素化原料ガスの照射を行う場合の、自励発振型半導体
レーザ装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device when irradiating a hydrogenation source gas using a gas source molecular beam epitaxy device.
【図５】 従来の自励発振型半導体レーザ装置の断面構
造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional self-pulsation type semiconductor laser device.
【図６】 水素の導入によりp型クラッド層の表面側部
分のキャリア濃度が低減された状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a state in which the carrier concentration in the surface side portion of the p-type cladding layer is reduced by introducing hydrogen.
１１ n型ＧaＡs基板 １２ n型Ｇa
lnＰバッファ層 １３ n型ＡlＧalnＰクラッド層 １４ 活性
層 １４ａ 活性領域 １４ｂ 可飽
和吸収領域 １５ p型ＡlＧalnＰクラッド層 １５ｂ 平
坦部 １６ p型ＧalnＰ中間層 １７ p型Ｇa
Ａsキャップ層 １８ p型ＡlＧalnＰクラッド層の平坦部の表面側部分 １９ n型ＧaＡs埋込層 ２０ リッジ部11 n-type GaAs substrate 12 n-type GaAs
lnP buffer layer 13 n-type AlGalnP cladding layer 14 active layer 14a active region 14b saturable absorption region 15 p-type AlGalnP cladding layer 15b flat portion 16 p-type GalnP intermediate layer 17 p-type Ga
As cap layer 18 Surface-side portion of flat portion of p-type AlGalnP cladding layer 19 n-type GaAs buried layer 20 Ridge portion
Claims (7)
導体基板上に、上記一方の導電型を持つ第１クラッド層
と、活性層と、n型とp型のうちの他方の導電型を持ち、
表面側にストライプ状に突起したリッジ部を有する第２
クラッド層とを順に備え、上記第２クラッド層のうち上
記リッジ部の両側に連なる平坦部上に上記一方の導電型
を持つ埋込層を設けて、上記活性層に沿って上記リッジ
部内外に対応する領域間に実効的な屈折率差を形成する
とともに上記リッジ部を通して上記活性層に電流を注入
するようにした自励発振型半導体レーザ装置において、
上記第２クラッド層の上記平坦部のうち表面側部分のキ
ャリア濃度が上記第２クラッド層の残りの部分のキャリ
ア濃度よりも低く設定されていることを特徴とする自励
発振型半導体レーザ装置。1. A first cladding layer having one conductivity type, an active layer, and the other of n-type and p-type on a semiconductor substrate having one of n-type and p-type conductivity. With a conductivity type of
Second having a ridge portion protruding in a stripe shape on the surface side
A buried layer having the one conductivity type is provided on a flat portion of the second clad layer that is continuous on both sides of the ridge portion, and is provided along the active layer inside and outside the ridge portion. In a self-pulsation type semiconductor laser device which forms an effective refractive index difference between corresponding regions and injects current into the active layer through the ridge portion,
A self-pulsation type semiconductor laser device, wherein a carrier concentration of a surface side portion of the flat portion of the second cladding layer is set lower than a carrier concentration of a remaining portion of the second cladding layer.
導体基板上に、上記一方の導電型を持つ第１クラッド層
と、活性層と、n型とp型のうちの他方の導電型を持ち、
表面側にストライプ状に突起したリッジ部を有する第２
クラッド層とを順に設けてダブルヘテロ構造を形成し、 上記第２クラッド層の表面側部分に水素を導入して、上
記第２クラッド層の表面側部分のキャリア濃度を、水素
による不活性化によって上記第２クラッド層の残りの部
分のキャリア濃度よりも低く設定し、 上記第２クラッド層のうち上記リッジ部の両側に連なる
平坦部上に上記一方の導電型を持つ埋込層を設けること
を特徴とする自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。2. A semiconductor device having one of n-type and p-type conductivity, a first cladding layer having one of said conductivity types, an active layer, and the other of n-type and p-type. With a conductivity type of
Second having a ridge portion protruding in a stripe shape on the surface side
A double heterostructure is formed by sequentially providing a cladding layer, hydrogen is introduced into the surface side portion of the second cladding layer, and the carrier concentration of the surface side portion of the second cladding layer is reduced by inactivation by hydrogen. Setting the carrier concentration to be lower than the carrier concentration of the remaining portion of the second clad layer, and providing the buried layer having the one conductivity type on a flat portion connected to both sides of the ridge portion in the second clad layer. A method for manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device.
ザ装置の製造方法において、 上記第２クラッド層の表面側部分に水素を導入するため
に、水素雰囲気中で加熱処理を行うことを特徴とする自
励発振型半導体レーザ装置の製造方法。3. The method for manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 2, wherein the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere in order to introduce hydrogen into the surface side portion of the second cladding layer. A method for manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device.
ザ装置の製造方法において、 上記第２クラッド層の表面側部分に水素を導入するため
に、上記第２クラッド層の表面側部分にガスソース分子
線エピタキシー装置を用いて水素化原料ガスを照射する
ことを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置の製造方
法。4. The method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 2, wherein hydrogen is introduced into a surface side portion of said second cladding layer. A method for manufacturing a self-excited oscillation type semiconductor laser device, comprising irradiating a hydrogenation source gas using a gas source molecular beam epitaxy device.
ザ装置の製造方法において、 上記第２クラッド層の表面側部分に水素を導入するため
に、上記第２クラッド層の表面側部分にプラズマ状水素
を照射することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装
置の製造方法。5. The method for manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device according to claim 2, wherein hydrogen is introduced into a surface side portion of said second cladding layer. A method of manufacturing a self-pulsation type semiconductor laser device, comprising irradiating plasma-like hydrogen.
導体基板上に、上記一方の導電型を持つ第１クラッド層
と、活性層と、n型とp型のうちの他方の導電型を持ち、
表面側にストライプ状に突起したリッジ部を有する第２
クラッド層とを順に設けてダブルヘテロ構造を形成し、 上記第２クラッド層の表面側部分に、上記一方の導電型
を持つ不純物をイオン注入して、上記第２クラッド層の
表面側部分のキャリア濃度を上記第２クラッド層の残り
の部分のキャリア濃度よりも低く設定し、 上記第２クラッド層のうち上記リッジ部の両側に連なる
平坦部上に上記一方の導電型を持つ埋込層を設けること
を特徴とする自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。6. A first cladding layer having one conductivity type, an active layer, and the other of n-type and p-type on a semiconductor substrate having one of n-type and p-type conductivity. With a conductivity type of
Second having a ridge portion protruding in a stripe shape on the surface side
A second heterostructure is formed by sequentially providing a cladding layer and the impurity having one conductivity type is ion-implanted into a surface side portion of the second cladding layer, and a carrier at a surface side portion of the second cladding layer is ion-implanted. The concentration is set lower than the carrier concentration of the remaining portion of the second cladding layer, and a buried layer having the one conductivity type is provided on a flat portion of the second cladding layer which is continuous on both sides of the ridge portion. A method of manufacturing a self-sustained pulsation type semiconductor laser device.
ザ装置において、 上記第２クラッド層の上記平坦部のうち表面側部分のキ
ャリア濃度が５×１０17cm-3以下に設定される一方、上
記第２クラッド層の上記平坦部のうち残りの部分のキャ
リア濃度が１×１０18cm-3以上に設定されていることを
特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。7. The self-sustained pulsation type semiconductor laser device according to claim 1, wherein a carrier concentration of a surface portion of the flat portion of the second cladding layer is set to 5 × 10 17 cm −3 or less. On the other hand, a self-pulsation type semiconductor laser device characterized in that the carrier concentration of the remaining portion of the flat portion of the second cladding layer is set to 1 × 10 18 cm −3 or more.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP06616897A JP3440980B2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Method for manufacturing self-pulsation type semiconductor laser device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10261833A true JPH10261833A (en) | 1998-09-29 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100356641C (en) * | 2004-07-15 | 2007-12-19 | 夏普株式会社 | Method for manufacturing semiconductor laser element |
| JP2012009650A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Sharp Corp | Nitride semiconductor laser element and method of manufacturing the same |
-
1997
- 1997-03-19 JP JP06616897A patent/JP3440980B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100356641C (en) * | 2004-07-15 | 2007-12-19 | 夏普株式会社 | Method for manufacturing semiconductor laser element |
| JP2012009650A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Sharp Corp | Nitride semiconductor laser element and method of manufacturing the same |
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