WO2005124952A1 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

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ridge
shaped
cladding layer
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Shiro Uchida
Tsuyoshi Tojo
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Sony Corporation
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    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
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    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H01S2301/185—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field for reduction of Astigmatism

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor light emitting device with an improved beam shape and a method of manufacturing the same.
  • a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser is, for example, a CD (compact disc) or a DVD
  • optical pickup device digital versatile disc
  • next-generation optical disk device next-generation optical disk device
  • light source of other devices it is used in various fields as a light source of an optical pickup device of (digital versatile disc), a next-generation optical disk device, and a light source of other devices.
  • Non-Patent Document 1 discloses a semiconductor laser made of an AlGalnP-based material.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the above-described semiconductor laser.
  • an n-type cladding layer 111 composed of an AlGaInP layer, an active layer 112, a p-type cladding layer 117 which functions as an AlGaInP layer (113, 115) via an n-type buffer layer (not shown)
  • a p-type cap layer 118 consisting of layers is formed by laminating.
  • the etching stop layer 114 of the GalnP layer is formed at the interface between the AlGalnP layer 113 and the AlGalnP layer 115, and the surface force of the p-type cap layer 118 is also processed into a ridge (convex) shape RD up to the AlGalnP layer 115, A stripe serving as a current confinement structure is formed.
  • a current blocking layer 119 is formed on both sides of the ridge shape RD, and further, a p electrode 120 is formed by connecting to the p type cap layer 118, and an n electrode 121 is formed by connecting to the n type substrate 110. It is formed.
  • FIG. 1B is a band gap profile in a cross section along line XX in FIG. 1A.
  • the band gaps of the n-type cladding layer 111, the active layer 112, the AlGaInP layer 113, the etching stop layer 114, and the AlGalnP layer 115 are shown.
  • the composition ratio of aluminum in the n-type cladding layer 111 is 0.65, and in the p-type cladding layer, the two layers of the AlGalnP layers (113, 115) are both 0.70, and the n-type The band gap is higher than that of the cladding layer 111, resulting in a structure.
  • adjusting the aspect ratio of the laser beam to make the beam shape closer to a circle is one of the important issues.
  • the beam shape largely depends on the refractive index of each layer constituting the semiconductor laser.
  • the first leakage current is the lateral leakage current I that leaks excessively in the X direction parallel to the hetero junction in the sectional view of FIG. 1, and the second leakage current is the active layer force p-clad.
  • the lateral leakage current I is suppressed by reducing the thickness of the AlGalnP layer 113 in FIG. 1 Force that has a method In practice, it is difficult to control the AlGalnP layer 113 to 300 nm or less and make it thinner .
  • the photon distribution is maximized, the consumption of electron holes is increased, and the supply is short.
  • the photons try to transfer to a mode that can be supplied, because the photon can not receive the electron holes that maintain the mode.
  • This phenomenon brings about a change in the electron-to-light conversion efficiency, and the light output current (LI) characteristic loses its linearity and is observed as a phenomenon called kink.
  • LI light output current
  • Non Patent Literature 2 IEEE JQE, VOL 38, NO. 3, MARCH 2002, L 285
  • the problem to be solved is that, in the semiconductor laser having the structure shown in FIG. 1, it is difficult to improve the aspect ratio of the laser beam so as to approximate a circle.
  • a semiconductor light emitting device comprises a substrate, a first cladding layer of a first conductivity type formed on the substrate, an active layer formed on the first cladding layer, and the active layer. And a second cladding layer of a second conductivity type formed in a ridge shape as a current constriction structure, wherein the second cladding layer of the ridge-shaped portion is close to the active layer. It includes a first ridge-shaped layer with a high band gap on the side and a second ridge-shaped layer with a low band gap on the side far from the active layer force.
  • the above semiconductor light emitting device has a substrate, a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer, and a second cladding layer of a second conductivity type in which a portion has a ridge shape as a current confinement structure.
  • the second cladding layer of the ridge-shaped portion is a side close to the active layer and has a high band gap first ridge-shaped layer, and a side far from the active layer force and a low band gap. It has a structure including two ridge-shaped layers.
  • a first cladding layer of a first conductivity type, an active layer, and a second cladding layer of a second conductivity type are laminated on a substrate by an epitaxial growth method.
  • Forming a second cladding layer and forming a portion of the second cladding layer in a ridge shape as a current confinement structure, and forming the second cladding layer, the portion having the ridge shape is: It is formed to include a first ridge shaped layer having a high band gap near the active layer and a second ridge shaped layer having a low band gap far from the active layer.
  • At least the first cladding layer of the first conductivity type, the active layer, and the second cladding layer of the second conductivity type are formed on the substrate by epitaxial growth. Then, a part of the second cladding layer is added in a ridge shape as a current confinement structure. F.
  • the ridge-shaped portion is the side closer to the active layer, the first ridge-shaped layer having a high band gap, and the side farther from the active layer force and the band gap To form a second ridge-shaped layer.
  • the semiconductor light-emitting device of the present invention has a structure in which the ridge-shaped portion of the second cladding layer includes a layer having a high band gap and a layer having a low band gap, whereby the second cladding layer is formed.
  • the refractive index profile that affects the shape of the beam of emitted light can be adjusted, and the aspect ratio of the beam is improved. Can be closer to a circle.
  • the ridge-shaped portion of the second cladding layer is formed to include the layer having the high band gap and the layer having the low band gap.
  • a structure including a low refractive index layer and a high refractive index layer it is possible to adjust the refractive index profile that affects the shape of the beam of light to be emitted, improve the aspect ratio of the beam and make it closer to a circle. Can.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor laser which is a semiconductor light-emitting device according to a conventional example
  • FIG. 1B is a band gap profile in a cross section along line X-X in FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of a semiconductor laser which is a semiconductor light-emitting device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a band gap profile at a cross section along line X-X in FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating the effect of reducing drift electrons in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring the threshold current of the semiconductor lasers of the example and the comparative example in Example 1.
  • FIG. 5 is a view showing the results of measuring the haze of the semiconductor lasers of the example and the comparative example in Example 2.
  • FIG. 6 is a graph showing the differential efficiency of the semiconductor lasers of the example and the comparative example. It is a figure which shows the result.
  • FIG. 7 is a view showing the results of measuring kink levels of the semiconductor lasers of the example and the comparative example in Example 4.
  • FIG. 8 is a diagram in which the decreasing rate of derivative coefficient KSEp in Example 5 is plotted with respect to the half value width ⁇ of the far-field pattern.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of a semiconductor laser which is a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9B is a band gap profile in a cross section along line XX in FIG.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of a semiconductor laser which is a semiconductor light emitting device according to the present embodiment.
  • an n-type cladding layer (first cladding layer) 11 consisting of an AlGalnP layer, an active layer 12 having a multiple quantum well structure, an AlGalnP layer force, etc.
  • the d2 layer 13, the etching stop layer 14 composed of the GalnP layer, the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 composed of the AlGalnP layer, and the second ridge shaped layer 16 composed of the AlGalnP layer are laminated.
  • To the second ridge-shaped layer 16 form the p-type cladding layer (second cladding layer) 17.
  • a p-type cap layer 18 composed of a GaAs layer is formed on the second ridge-shaped layer 16. Also, the surface force of the p-type cap layer 18 is also processed into the ridge (convex) shape RD up to the AlGalnP layer 15 Thus, a stripe serving as a current constriction structure is formed, and a current blocking layer 19 made of, for example, ⁇ is formed on both sides of the ridge shape RD.
  • a ⁇ electrode 20 is formed connected to the ⁇ -type cap layer 18, and an ⁇ electrode 21 is formed connected to the ⁇ -type substrate 10.
  • Fig. 2 ⁇ is a band gap profile in a cross section along the X- ⁇ in Fig. 2 ⁇ .
  • the band gap of each layer of the ⁇ -type cladding layer 11, the active layer 12, the d2 layer 13, the etching stop layer 14, the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 and the second ridge shaped layer 16 is shown.
  • the height of the band gap corresponds to the height of the composition ratio of aluminum, and the band gap becomes higher as the composition ratio of aluminum is higher.
  • the composition ratio of aluminum in the n-type cladding layer 11 is 0.65
  • the d2 layer 13 and the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 are 0 ⁇ 70
  • the second ridge shaped layer 16 Has become 0.65. That is, for the n-type cladding layer 11 and the p-type cladding layer 17, for example, the band gap of the n-type cladding layer 11 and the second ridge-shaped layer 16 is low d2 layer 13 and d2 'layer (first ridge Shaped layer)
  • the band gap of 15 is a high profile.
  • the ridge-shaped portion of the p-type cladding layer (second cladding layer) 17 (d 2 ′ layer (first ridge-shaped layer) 15, second ridge-shaped layer 16) about the active layer 12 and having a high band gap, the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 and a far side from the active layer 12 and having a low band gap, It is configured to include the 2 ridge shaped layer 16.
  • the d2 layer 13 and the d2 ′ layer (first ridge shaped layer) 15 of the p-type cladding layer 17 have a structure in which the band gap is higher than that of the n-type cladding layer 11.
  • the high and low aluminum composition ratio corresponds to the high and low refractive index, and the higher the aluminum composition ratio, the lower the refractive index.
  • the refractive index of the d2 layer 13 and the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 with high refractive index of the n-type cladding layer 11 and the second ridge shaped layer 16 is a low profile, ie,
  • the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 is configured to be a layer having a refractive index equal to that of the d2 layer 13 which is a portion excluding the ridge-shaped portion of the p-type cladding layer (second cladding layer) 17.
  • the semiconductor laser which is the semiconductor light emitting device according to the present embodiment described above applies a predetermined voltage to the p electrode 20 and the n electrode 21 so that a wavelength of, for example, 650 nm band from the laser beam emitting portion. Laser light is emitted in a direction parallel to the substrate.
  • the semiconductor light emitting device has a structure in which the ridge-shaped portion of the p-type cladding layer (second cladding layer) includes a layer having a high band gap and a layer having a low band gap.
  • the ridge-shaped portion of the second cladding layer includes a layer having a low refractive index and a layer having a high refractive index, and the refractive index profile that affects the shape of the light beam is adjusted.
  • the composition ratio XI of aluminum of the d2 ′ layer (first ridge-shaped layer) 15 is set to 0.60 ⁇ X1 ⁇ 0.70, d2 ′ layer (first ridge Shape layer) It is preferable to set X2 ⁇ X1 with respect to the composition ratio X2 of aluminum of the second ridge-shaped layer 16 which is a ridge-shaped portion other than fifteen.
  • the film thickness of the d2 layer 13 can be reduced to 50 350 nm, which is a layer having a high aluminum composition ratio and a portion excluding the ridge-shaped portion of the p-cladding (second clad). This causes the current I to leak too much in the direction parallel to the heterojunction.
  • the ridge portion is configured to include the low refractive index layer of the d2 ′ layer (first ridge shaped layer) 15 and the high refractive index layer of the second ridge shaped layer 16.
  • the d2 layer 13 is thinned to 50 350 nm, it is possible to reduce the resistance of the semiconductor laser and the current (resistance, carrier density), and the electron overflow from the active layer to the p side which has been a problem conventionally. Can be suppressed, and differential efficiency and kink level are improved.
  • the layer d2 '(the first ridge-shaped layer) 15 (0.60 ⁇ X1 ⁇ 0.70) having a high A1 composition is used. It can be introduced and its thickness can be increased to 50 400.
  • electrons overflowed from the active layer 12 may pass through the X_band, pass through the d2 layer 13, and recombine at the etching stop layer 14.
  • this d2 'layer first The effect of (15) was found to decrease the threshold current and improve the temperature characteristics.
  • FIG. 3 is a schematic view for explaining the effect of reducing drift electrons in the present embodiment.
  • the ridge-shaped portion of the p-type cladding layer (second cladding layer) 17 includes the d2, layer (first ridge-shaped layer) 15 having a high band gap and the second ridge having a low band gap.
  • the d2 '(first ridge shaped layer) 15 is not provided in contact with the SCH (Separate Confinement Hetero-stmcture) guide layer of the active layer 12, and is formed of the d2 layer 13 and the etching.
  • the force sandwiching the stop layer 14 has been experimentally confirmed to have the effect of suppressing this drift electron as its thickness is increased.
  • the etching rate for the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 is higher than the etching rate for the second ridge-shaped layer 16.
  • the stripe width of the lower side can be narrowed by about 0.2 z m as compared with the case where the same upper side is manufactured. That is, since the ridge shape can be made to stand more than before, the kink level is improved.
  • the thickness of the d2 layer 13 is preferably about 50 to 350 nm. If it exceeds 350 m m, the current I leaking excessively in the direction parallel to the hetero junction becomes large. Not desirable.
  • the sum of the film thickness of the d2 layer 13 and the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 be 750 nm or less. If it exceeds 750 nm, the beam wrinkles will deteriorate.
  • the film thickness of the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 is preferably about 50 to 400 nm, and as described above, this is a film of the d2 layer 13 and the d2' layer (first ridge-shaped layer) 15 It is for the sum of thickness not to exceed 750 nm.
  • a semiconductor laser having the configuration shown in FIG. 2 is produced as an example, while a semiconductor laser having the configuration shown in FIG. 1 is produced as a comparative example. The current was measured.
  • the lower threshold current was obtained in the semiconductor laser of the example than in the comparative example.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the semiconductor laser of the example and the semiconductor laser of the comparative example were prepared, and the far-field pattern in the direction perpendicular to the heterojunction was observed for both semiconductor lasers, and ⁇ ⁇ was measured.
  • the semiconductor laser of the example obtained a smaller value of ⁇ than that of the comparative example.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the semiconductor laser of the example and the semiconductor laser of the comparative example were prepared, and the differential efficiency was measured between the two semiconductor lasers.
  • the semiconductor laser of the example obtained a value of differential efficiency larger than that of the comparative example.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the semiconductor laser of the example and the semiconductor laser of the comparative example were prepared, and kink levels (100 ns, 70 ° C.) were measured for both semiconductor lasers.
  • the semiconductor laser of the example has an improved kink level compared to the comparative example.
  • Example 5
  • the semiconductor laser of the example and the semiconductor laser of the comparative example are prepared in the same manner as in Example 1, and for both semiconductor lasers, the reduction rate of the derivative of L 1 I curve KSE p and the reference of light confinement in the X direction The half-width ⁇ of the far-field pattern was measured. KSEp indicates that the degree of tortuosity of L-I is large (generation of kink) when the value is increased.
  • Figure 8 is a plot of the decrease rate KSEp of the derivative against the half-width ⁇ (output 5 mW) of the far-field pattern.
  • the kink level does not deteriorate even if the half width of the far-field pattern is increased.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the semiconductor laser of the example and the semiconductor laser of the comparative example were prepared, and the operating current values at the time of high temperature operation were measured for both semiconductor lasers.
  • an n-type cladding layer (first cladding layer) 11 comprising an unshown buffer layer and an AlGaInP layer on an n-type substrate 10 by an epitaxial growth method such as metalorganic vapor phase epitaxial growth (MOVPE) Layer 12, d2 layer 13 composed of AlGaInP layer, etching stop layer 14 composed of GalnP layer, d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 also comprising AlGaInP layer 15, second ridge shaped layer 16 composed of AlGaInP layer 16, GaAs Layered p-type cap layers 18 are sequentially laminated.
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxial growth
  • d2 layer 13 composed of AlGaInP layer
  • etching stop layer 14 composed of GalnP layer
  • d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 also comprising AlGaInP layer
  • second ridge shaped layer 16 composed of AlGaInP layer 16
  • the composition ratio of aluminum in the n-type cladding layer 11 is 0.65
  • the d2 layer 13 and the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 have 0.70
  • the second ridge shape Layer 16 is 0.
  • a film is formed as 65.
  • the portion (d2 layer 13) excluding the ridge-shaped portion of the second cladding layer as the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 Form layers with equal rates.
  • a resist film is patterned to protect a portion to be a current injection region, and an etching process is stopped to stop at the etching stop layer 14, and a surface of a p-type cap layer 18 to be a current constriction structure
  • a ridge (convex) shape RD is formed from the first to the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15.
  • AllnP or the like is deposited on the entire surface to form a current blocking layer 19, and a contact opening is made to expose the p-type cap layer 18.
  • a p electrode 20 of Ti / Pt / Au or the like is formed to be connected to the p-type cap layer 18, while an n electrode such as AuGe / Ni / Au is connected to be connected to the n-type substrate 10.
  • a desired semiconductor laser as shown in FIG. 2A can be obtained.
  • the ridge-shaped portion of the second cladding layer is formed to include the layer having the high band gap and the layer having the low band gap.
  • the present invention is not limited to this, and the present embodiment can be applied to an AlGaN-based semiconductor light emitting device.
  • the layer configuration and structure can be the same as in FIG. 2A of the AlGalnP system, and in this case, the composition ratio XI of aluminum in the d2 ′ layer (first ridge-shaped layer) is set to 0.05 ⁇ X1 ⁇ 0.20.
  • the composition ratio X2 of aluminum in a layer other than the d2 'layer (first ridge-shaped layer) such as a ridge-shaped layer to X2 ⁇ X1.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of a semiconductor laser which is a semiconductor light emitting device according to the present embodiment.
  • the semiconductor laser according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.
  • an n-type cladding layer (first cladding layer) 11 composed of an AlGalnP layer, an active layer 12 having a multiple quantum well structure, an AlGalnP layer via an n-type buffer layer (not shown).
  • D2 layer 13 consisting of Al, GalnP layer etching stop layer 14, AlGalnP layer force d2, layer (first ridge-shaped layer) 15, second ridge-shaped layer 16 consisting of AlGaInP layer, d2 layer 13
  • a p-type cap layer 18 made of a GaAs layer is formed on the second ridge shaped layer 16.
  • the surface force of the p-type cap layer 18 is also processed into a ridge (convex) shape RD up to the AlGalnP layer 15 to form a stripe serving as a current constriction structure.
  • a ridge (convex) shape RD up to the AlGalnP layer 15 to form a stripe serving as a current constriction structure.
  • ⁇ and so on both sides of the ridge shape RD A current blocking layer 19 is formed.
  • a ⁇ electrode 20 is formed connected to the ⁇ -type cap layer 18, and an ⁇ electrode 21 is formed connected to the ⁇ -type substrate 10.
  • FIG. 9A is a band gap profile in a cross section along X- ⁇ in FIG.
  • the band gap of each layer of the ⁇ -type cladding layer 11, the active layer 12, the d2 layer 13, the etching stop layer 14, the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 and the second ridge shaped layer 16 is shown.
  • the height of the band gap corresponds to the height of the composition ratio of aluminum, and the band gap becomes higher as the composition ratio of aluminum is higher.
  • the composition ratio X2 of aluminum of the second ridge-shaped layer 16 which is a portion of the ridge shape other than 15 is set to X2 ⁇ X0 ⁇ XI.
  • the composition ratio of aluminum in the n-type cladding layer 11 is made equal to the composition ratio X2 of aluminum in the second ridge-shaped layer 16.
  • the composition ratio of aluminum in the n-type cladding layer 11 is 0.65, and the p-type cladding layer is covered, d2 layer 13 force 0.68, d2 'layer (first ridge shaped layer) 15 force 0. 75-0
  • the 80, second ridge shaped layer 16 is 0.65.
  • the band gap of the n-type cladding layer 11 and the second ridge-shaped layer 16 is low.
  • the band gap of the d2 layer 13 is high. (First ridge shaped layer)
  • the band gap of 15 is an even higher profile.
  • the semiconductor laser of the present embodiment includes a ridge-shaped portion of a p-type cladding layer (second cladding layer) 17. Minute (d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15, second ridge-shaped layer 16), the d2' layer (first ridge-shaped layer) 15 having a high band gap near the active layer 12 and It is configured to include a second ridge shaped layer 16 which is far from the layer 12 and has a low band gap.
  • the d2 layer 13 and the d2 ′ layer (first ridge shaped layer) 15 of the p-type cladding layer 17 have a structure in which the band gap is higher than that of the n-type cladding layer 11.
  • the high and low of the refractive index correspond to the high and low of the composition ratio of aluminum, and the refractive index becomes lower as the composition ratio of aluminum is higher.
  • the refractive index of the n-type cladding layer 11 and the second ridge-shaped layer 16 is high for the n-type cladding layer 11 and the p-type cladding layer 17.
  • the refractive index profile of the 'layer (first ridge-shaped layer) 15 is lower.
  • the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 has a lower refractive index than the d2 layer 13 which is a portion excluding the ridge-shaped portion of the p-type cladding layer (second cladding layer) 17. is there.
  • the semiconductor laser of the present embodiment is substantially the same as the first embodiment.
  • the semiconductor laser which is the semiconductor light emitting device according to the present embodiment, applies a predetermined voltage to the p electrode 20 and the n electrode 21 so that a laser beam having a wavelength of, for example, the 650 nm band from the laser beam emitting portion. Are emitted in a direction parallel to the substrate.
  • the semiconductor light emitting device has a structure in which the ridge-shaped portion of the p-type cladding layer (second cladding layer) includes a layer having a high band gap and a layer having a low band gap.
  • the ridge-shaped portion of the second cladding layer includes a layer having a low refractive index and a layer having a high refractive index, and the refractive index profile that affects the shape of the light beam is adjusted.
  • the refractive index of the n-type cladding layer 11 and the second ridge-shaped layer 16 is high d2 layer 1 If the refractive index profile of the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 with a lower refractive index of 3 is further lowered, the light distribution in the longitudinal direction of the laser can be designed with a higher degree of freedom, and the second ridge shape Besides adjusting the aluminum composition of the layer 16 and the film thickness of the d2 layer 13 and the d2 'layer (first ridge shaped layer) 15, the aluminum composition of the d2 layer 13 and d2' layer (first ridge shaped layer) 15 is adjusted By doing this, the light distribution can be optimized, and the spot of the emitted laser light can be made closer to a true circle.
  • the thickness of the d2 layer 13 is about 50 to 350, and the thickness of the d2, layer (first ridge-shaped layer) 15 is The sum of the film thickness of the d2 layer 13 and the d2 'layer (first ridge-shaped layer) 15 is preferably 750 nm or less.
  • the semiconductor laser according to the present embodiment can have a configuration in which the aluminum composition of the d2 ′ layer (first ridge-shaped layer) 15 is further enhanced than in the first embodiment.
  • the higher the aluminum composition the faster the etching rate at the time of processing into the ridge shape, so that the etching rate ratio with the etching stop layer 14 can be further increased. Since the ridge shape can be made to stand more than the embodiment, the kink level is improved. Moreover, the etching nonuniformity in the wafer surface of a clad
  • a layer having a refractive index lower than that of the portion other than the ridge-shaped portion of the second cladding layer is used as the first ridge-shaped layer.
  • the present invention is not limited to the above description.
  • the present invention is applicable to AlGaAs-based semiconductor light emitting devices.
  • the semiconductor light emitting device of the present invention can be applied to various fields as a light source of an optical pickup device of a CD, a DVD, and a next-generation optical disk device, or a light source of other devices.
  • the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention is a CD, a DVD, and further, a next-generation optical disc. It can be applied as a method of manufacturing the light source of the optical pickup device of the device or the light source of other devices.

Abstract

　レーザビームのアスペクト比を改善して円形に近づけることができる半導体発光装置およびその製造方法を提供するため、基板１０に、第１導電型の第１クラッド層１１、活性層１２、一部が電流狭窄構造としてリッジ形状ＲＤとなっている第２導電型の第２クラッド層１７とが積層しており、このリッジ形状の部分の前記第２クラッド層が、活性層に近い側であってバンドギャップの高い第１リッジ形状層１５と、活性層から遠い側であってバンドギャップの低い第２リッジ形状層１６を含む構造となっている半導体発光装置とする。基板にエピタキシャル成長法により、第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層を積層して形成し、第２クラッド層の一部をリッジ形状に加工し、第２クラッド層を形成するには、リッジ形状となる部分に第１リッジ形状層と第２リッジ形状層を含むようにして製造する。

Description

明 細 書
半導体発光装置およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体発光装置およびその製造方法に関し、特にビーム形状を改善し た半導体発光装置およびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体レーザなどの半導体発光装置は、例えば、 CD (コンパクトディスク）や DVD
(デジタル多用途ディスク）、さらには次世代光ディスク装置の光学ピックアップ装置 の光源や、その他の機器の光源などとして、様々な分野で用いられている。
[0003] 上記の半導体発光装置として、例えば非特許文献 1に AlGalnP系材料からなる半 導体レーザが開示されている。
図 1 Aは上記の半導体レーザの断面図である。
例えば、 n型基板 110上に、不図示の n型バッファ層を介して、 AlGalnP層からなる n型クラッド層 111、活性層 112、 AlGalnP層（113， 115)力 なる p型クラッド層 117 、 GaAs層からなる p型キャップ層 118が積層して形成されている。
AlGalnP層 113と AlGalnP層 115の界面に、 GalnP層のエッチングストップ層 11 4が形成されており、 p型キャップ層 118の表面力も AlGalnP層 115までがリッジ（凸） 形状 RDに加工されており、電流狭窄構造となるストライプを形成している。
リッジ形状 RDの両側には、電流ブロック層 119が形成されており、さらに、 p型キヤ ップ層 118に接続して p電極 120が形成され、 n型基板 110に接続して n電極 121が 形成されている。
[0004] 図 1Bは図 1A中の X - Xに沿った断面でのバンドギャッププロファイルである。
1 2
n型クラッド層 111、活性層 112、 AlGalnP層 113、エッチングストップ層 114、 A1G alnP層 115の各層のバンドギャップを示してレ、る。
例えば、 n型クラッド層 111のアルミニウムの組成比は 0. 65であり、 p型クラッド層に つレヽては、 AlGalnP層（113, 115)の 2層とも 0. 70となっており、 n型クラッド層 111 よりもバンドギャップが高レ、構造となってレ、る。 [0005] 上記の半導体レーザにおいて、レーザビームのアスペクト比を調整し、ビーム形状 を円形に近づけることは重要な課題の 1つである。
ビーム形状は半導体レーザを構成する各層の屈折率に大きく依存する。
[0006] 一方、上記の従来の半導体レーザにおいて、内部量子効率を改善するために様々 な試みがなされてきたが、 2つの漏れ電流を最小限にすることが求められている。
1つめの漏れ電流は、図 1の断面図においてへテロ接合に平行な方向な X方向に 過分に漏れる横方向漏れ電流 I であり、 2つめの漏れ電流は、活性層力 pクラッド
Lx
層へと電子が Y方向に漏れるオーバーフローと呼ばれる縦方向漏れ電流 I である。
Ly
[0007] 横方向漏れ電流 I は、図 1中の AlGalnP層 113の厚みを薄くすることで抑制する 方法がある力 実際にはこの AlGalnP層 113を 300nm以下に制御し薄くしていくこ とは難しい。
例えば、リッジストライプ中央部の実行屈折率 N とリッジストライプ外部の実行屈折
effl
率 N との差が大きくなり、 X方向での光閉じこめが強くなり、 X方向での中央部での efE2
光子分布が極大化し、電子正孔の消費が増え、供給不足に陥る。これをキャリアのホ 一ルバ一二ングと呼ぶ力 s、この際、光子はそのモードを維持する電子正孔の受給が できないので、供給を受けられるモードに移ろうとする。この現象は、その電子一光変 換効率の変化をもたらし、光出力 電流 (L I)特性においてはその直線性が損な われ、キンクという現象として観測される。
[0008] また、上記の従来の半導体レーザにおいて、縦方向漏れ電流 I として、高温度時
Ly
に電子がその熱電子エネルギーで活性層力 p型クラッド層に漏れてしまレ、、 L—I特 性の悪化を招いていた。
この対策の本質は、 Γ—bandに属する電子が感じるエネルギー的障壁の高さを高 くしたり、クラッド層の p型不純物の濃度を向上させるなどの手法が一般的手法であつ た。その際、重要な課題として、 AlGalnP層 113を薄くしていくと X— bandに属する 電子群のドリフト電流が増加することが知られている（非特許文献 1参照）。
このことは、実験でも確かめられ、 AlGalnP層 113はあまり薄くできず、上記記載の X方向の漏れ電流 I を抑制する手法が使えない。
Lx
特 3午文献 1： Numerical Simulation of semiconductor Optoelectronic Devices, proc eedings, MD4, L39—40
非特許文献 2 : IEEE JQE, VOL38, NO.3， MARCH 2002, L285
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 解決しょうとする問題点は、図 1に示す構造の半導体レーザにおいて、レーザビー ムのアスペクト比を改善して円形に近づけることが困難である点である。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板に形成された第 1導電型の第 1クラ ッド層と、前記第 1クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、一 部が電流狭窄構造としてリッジ形状となっている第 2導電型の第 2クラッド層とを有し、 前記リッジ形状の部分の前記第 2クラッド層が、前記活性層に近い側であってバンド ギャップの高い第 1リッジ形状層と、活性層力 遠い側であってバンドギャップの低い 第 2リッジ形状層を含む。
[0011] 上記の半導体発光装置は、基板に、第 1導電型の第 1クラッド層、活性層、一部が 電流狭窄構造としてリッジ形状となっている第 2導電型の第 2クラッド層とが積層して おり、このリッジ形状の部分の前記第 2クラッド層が、活性層に近い側であってバンド ギャップの高い第 1リッジ形状層と、活性層力 遠い側であってバンドギャップの低い 第 2リッジ形状層を含む構造となっている。
[0012] また、半導体発光装置の製造方法は、基板に、ェピタキシャル成長法により、少な くとも第 1導電型の第 1クラッド層、活性層および第 2導電型の第 2クラッド層を積層し て形成する工程と、前記第 2クラッド層の一部を電流狭窄構造としてリッジ形状に加 ェする工程とを有し、前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記リッジ形状と なる部分が、前記活性層に近い側であってバンドギャップの高い第 1リッジ形状層と、 活性層から遠い側であってバンドギャップの低い第 2リッジ形状層を含むように形成 する。
[0013] 上記の本発明の半導体発光装置の製造方法は、基板に、ェピタキシャル成長法に より、少なくとも第 1導電型の第 1クラッド層、活性層および第 2導電型の第 2クラッド層 を積層して形成し、次に、第 2クラッド層の一部を電流狭窄構造としてリッジ形状に加 ェする。
ここで、第 2クラッド層を形成する際には、リッジ形状となる部分が、活性層に近い側 であってバンドギャップの高い第 1リッジ形状層と、活性層力 遠い側であってバンド ギャップの低い第 2リッジ形状層を含むように形成する。
発明の効果
[0014] 本発明の半導体発光装置は、第 2クラッド層のリッジ形状部分に、バンドギャップの 高い層と低い層が含まれている構造を有しており、これによつて、第 2クラッド層のリツ ジ形状部分に屈折率の低い層と高い層が含まれている構造として、発光する光のビ ームの形状に影響を与える屈折率プロファイルが調整可能となり、ビームのアスペクト 比を改善して円形に近づけることができる。
[0015] 本発明の半導体発光装置の製造方法は、第 2クラッド層のリッジ形状部分に、バン ドギャップの高い層と低い層が含まれるように形成するので、第 2クラッド層のリッジ形 状部分に屈折率の低い層と高い層が含まれている構造として、発光する光のビーム の形状に影響を与える屈折率プロファイルを調整することができ、ビームのアスペクト 比を改善して円形に近づけることができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1Aは従来例に係る半導体発光装置である半導体レーザの断面図であり、図 1Bは図 1A中の X - Xに沿った断面でのバンドギャッププロファイルである。
1 2
[図 2]図 2Aは本発明の第 1実施形態に係る半導体発光装置である半導体レーザの 断面図であり、図 2Bは図 2A中の X - Xに沿った断面でのバンドギャッププロフアイ
1 2
ルである。
[図 3]図 3は本発明の第 1実施形態においてドリフト電子を低減する効果を説明する 模式図である。
[図 4]図 4は実施例 1において実施例と比較例の半導体レーザのしきい電流を測定し た結果を示す図である。
[図 5]図 5は実施例 2において実施例と比較例の半導体レーザの Θ丄を測定した結 果を示す図である。
[図 6]図 6は実施例 3におレ、て実施例と比較例の半導体レーザの微分効率を測定し た結果を示す図である。
[図 7]図 7は実施例 4において実施例と比較例の半導体レーザのキンクレベルを測定 した結果を示す図である。
[図 8]図 8は実施例 5において微分係数の減少率 KSEpを遠視野像の半値幅 Θ〃に 対してプロットした図である。
[図 9]図 9Aは本発明の第 2実施形態に係る半導体発光装置である半導体レーザの 断面図であり、図 9Bは図 9A中の X -Xに沿った断面でのバンドギャッププロフアイ
1 2
ルである。
符号の説明
[0017] 10···η型基板、 11···η型クラッド層（第 1クラッド層）、 12…活性層、 13…(！ 2層、 14 …エッチングストップ層、 15···(12'層（第 1リッジ形状層）、 16…第 2リッジ形状層、 17 •■•Ρ型クラッド層（第 2クラッド層）、 18···ρ型キャップ層、 19…電流ブロック層、 20···ρ 電極、 21···η電極、 110···η型基板、 111···η型クラッド層、 112…活性層、 113---A1 GalnP層 ρ型クラッド層、 114…エッチングストップ層、 115"'AlGaInP層、 117···ρ 型クラッド層、 118·.·ρ型キャップ層、 119…電流ブロック層、 120.··ρ電極、 121.·-η 電極
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の半導体発光装置の実施の形態について図面を参照して説明する
[0019] i w
図 2Aは本実施形態に係る半導体発光装置である半導体レーザの断面図である。 例えば、 n型基板 10上に、不図示の n型バッファ層を介して、 AlGalnP層からなる n 型クラッド層（第 1クラッド層） 11、多重量子井戸構造を有する活性層 12、 AlGalnP 層力らなる d2層 13、 GalnP層からなるエッチングストップ層 14、 AlGalnP層からなる d2'層（第 1リッジ形状層） 15、 AlGalnP層からなる第 2リッジ形状層 16が積層してお り、 d2層 13から第 2リッジ形状層 16までが p型クラッド層（第 2クラッド層） 17となる。さ らに、第 2リッジ形状層 16上に GaAs層からなる p型キャップ層 18が形成されている。 また、 p型キャップ層 18の表面力も AlGalnP層 15までがリッジ（凸）形状 RDに加工 されて、電流狭窄構造となるストライプを形成しており、リッジ形状 RDの両側には、例 えば ΑΠηΡなどからなる電流ブロック層 19が形成されてレ、る。
また、 ρ型キャップ層 18に接続して ρ電極 20が形成され、 η型基板 10に接続して η 電極 21が形成されている。
[0020] 図 2Βは図 2Α中の X - χに沿った断面でのバンドギャッププロファイルである。
1 2
η型クラッド層 11、活性層 12、 d2層 13、エッチングストップ層 14、 d2'層（第 1リッジ 形状層） 15および第 2リッジ形状層 16の各層のバンドギャップを示している。ここで、 バンドギャップの高低は、アルミニウムの組成比の高低に対応しており、アルミニウム の組成比が高いほどバンドギャップが高くなる。
例えば、 n型クラッド層 11のアルミニウムの組成比が 0. 65、 p型クラッド層について は、 d2層 13および d2'層（第 1リッジ形状層） 15が 0· 70、第 2リッジ形状層 16が 0. 6 5となっている。即ち、 n型クラッド層 11と p型クラッド層 17について、例えば、 n型クラ ッド層 11と第 2リッジ形状層 16のバンドギャップが低ぐ d2層 13および d2'層（第 1リ ッジ形状層） 15のバンドギャップが高いプロファイルである。
[0021] このように、本実施形態の半導体レーザにおいては、 p型クラッド層（第 2クラッド層） 17のリッジ形状の部分 (d2'層（第 1リッジ形状層） 15、第 2リッジ形状層 16)について 、活性層 12に近い側であってバンドギャップの高レ、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15と、 活性層 12から遠レ、側であってバンドギャップの低レ、第 2リッジ形状層 16を含む構成 となっている。
[0022] また、 p型クラッド層 17のうちの d2層 13および d2'層（第 1リッジ形状層） 15の部分 は、 n型クラッド層 11よりもバンドギャップが高い構造となっている。
また、アルミニウム組成比の高低は屈折率の高低に対応し、アルミニウム組成比が 高いほど屈折率が低い。従って、例えば、 n型クラッド層 11と第 2リッジ形状層 16の屈 折率が高ぐ d2層 13および d2'層（第 1リッジ形状層） 15の屈折率が低いプロフアイ ルであり、即ち、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15が、 p型クラッド層（第 2クラッド層） 17の リッジ形状の部分を除く部分である d2層 13と屈折率が等しい層からなる構成である。
[0023] 上記の本実施形態に係る半導体発光装置である半導体レーザは、 p電極 20と n電 極 21に所定の電圧を印加することで、レーザ光出射部から例えば 650nm帯の波長 のレーザ光が基板と平行な方向に出射される。
上記の半導体レーザにおいて、リッジ深さや形状などの制御によって、インデックス ガイドやセルフパルセーシヨンタイプなどとすることも可能である。
[0024] 上記の本実施形態に係る半導体発光装置は、 p型クラッド層（第 2クラッド層）のリツ ジ形状部分に、バンドギャップの高い層と低い層が含まれている構造を有しており、 これによつて、第 2クラッド層のリッジ形状部分に屈折率の低い層と高い層が含まれて レ、る構造として、発光する光のビームの形状に影響を与える屈折率プロファイルが調 整可能となり、例えば、ヘテロ接合に垂直な方向の遠視野像光ビームの半値幅（ Θ 丄）が小さくなり、ビームのアスペクト比を改善して、より円形なビームパターンを生成 すること力 Sできる。
[0025] 本実施形態の半導体レーザにおいては、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15のアルミニゥ ムの組成比 XIについて、 0. 60≤X1≤0. 70とし、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15以 外のリッジ形状の部分である第 2リッジ形状層 16のアルミニウムの組成比 X2につい て、 X2≤X1とすることが好ましい。
このような構成とすることにより、アルミニウム組成比の高い層である、 pクラッド（第 2 クラッド）のリッジ形状の部分を除く部分である d2層 13の膜厚を 50 350nmに薄く することができ、これによつて、ヘテロ接合に平行な方向に過分に漏れている電流 I
Lx を減らすことができる。
上記のように、本実施形態の構造では、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15という低屈折 率層と第 2リッジ形状層 16の高屈折率層とを含むようにリッジ部を構成することで、 d2 層 13を 50 350nmまで薄くしても、半導体レーザのしきレ、電流（しきレ、キャリア密度 )を低減でき、従来から問題となっていた活性層から p側への電子のオーバーフロー が抑制でき、微分効率、キンクレベルが改善される。
[0026] 本実施形態では、 d2層 13の薄さを補正するために、 A1組成の高い層 d2'層（第 1リ ッジ形状層） 15 (0. 60≤X1≤0. 70)を導入し、その厚みを 50 400 まで厚くで きる。
理論的には、活性層 12からあふれ出した電子は X_bandを経て d2層 13を通過し 、エッチングストップ層 14で再結合する可能性があるが、実験的にこの d2'層（第 1リ ッジ形状層） 15の効果でしきい電流値の低下、温度特性の改善効果等が見られた。
[0027] アルミニウム組成比の高い、 d2 '層（第 1リッジ形状層） 15が形成されていない場合 、上記の効果を狙って、 pクラッド層（第 2クラッド層）のリッジ形状の部分を除く部分で ある d2層 13を薄くしていくと、 X_bandに所属する電子群がこの d2層を通り抜け、ド リフト電子として作用し、 p型クラッド層に漏れていき、かえって温度特性の悪化を招く 恐れがある（非特許文献 2参照）。
図 3は本実施形態においてドリフト電子を低減する効果を説明する模式図である。 本実施形態においては、 p型クラッド層（第 2クラッド層） 17のリッジ形状の部分につ いて、バンドギャップの高い d2，層（第 1リッジ形状層） 15と、バンドギャップの低い第 2 リッジ形状層 16から構成しており、この d2 ' (第 1リッジ形状層） 15は活性層 12の SC H (Separate Confinement Hetero-stmcture)ガイド層に接して設けられてはおらず、 d2層 13とエッチングストップ層 14を挟んでいる力 その厚みが增すに従ってこのドリ フト電子を抑制する効果があることが実験的に確かめられている。
[0028] AlGalnP系高出力レーザにおいて、そのキンクレベルを向上させるため、断面図を 図 2Aに示すようなリッジ形状 RDの台形の下辺のストライプ幅を 2. 5 μ m以下に狭く する必要があった。し力 ながら、リッジの形状を立たせることは技術的に難しぐ下 辺のストライプ幅を狭くするとリッジ台形の上辺が極端に狭くなるため高抵抗化という 新たな問題が生じる不都合があった。
本実施形態に係る半導体レーザの構造では、図中の d2 '層（第 1リッジ形状層） 15 力 その上方に形成されている第 2リッジ形状層 16よりも平均して A1組成が高いため 、図中のリッジ形状を作製するウエットエッチング工程において、 d2 '層（第 1リッジ形 状層） 15に対するエッチング速度が第 2リッジ形状層 16に対するエッチング速度より 大きくなる。
これにより、リッジ形状 RDの下部でエッチングがより進むために、同じ上辺を作製し た場合よりも下辺のストライプ幅を約 0. 2 z m狭くすることができる。すなわち、従来よ りもリッジ形状を立たせることができるため、キンクレベルが向上する。
[0029] 上記の理由から、 d2層 13の膜厚は 50〜350nm程度であること力好ましレヽ。 350η mを越えるとへテロ接合に平行な方向に過分に漏れている電流 I が大きくなるので 好ましくない。
また、 d2層 13と d2'層（第 1リッジ形状層） 15の膜厚の和が 750nm以下であること が好ましレ、。 750nmを越えるとビームの Θ丄が悪化してしまう。
また、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15の膜厚が 50〜400nm程度であることが好ましく 、これは上記のように d2層 13と d2'層（第 1リッジ形状層） 15の膜厚の和が 750nmを 越えないようにするためである。
[0030] (実施例 1)
上記の本実施形態に従って、実施例として図 2に示す構成の半導体レーザを作成 し、一方、比較例として図 1に示す構成の半導体レーザを作成し、両半導体レーザに っレ、てしきレ、電流を測定した。
結果を図 4に示す。
実施例の半導体レーザの方が、比較例よりも低いしきい電流が得られた。
[0031] (実施例 2)
実施例 1と同様にして、実施例の半導体レーザと比較例の半導体レーザを作成し、 両半導体レーザについてヘテロ接合に垂直な方向の遠視野像を観測し、 Θ丄を測 定した。
結果を図 5に示す。
実施例の半導体レーザの方が、比較例よりも小さい Θ 丄の値が得られた。
[0032] (実施例 3)
実施例 1と同様にして、実施例の半導体レーザと比較例の半導体レーザを作成し、 両半導体レーザにっレ、て微分効率を測定した。
結果を図 6に示す。
実施例の半導体レーザの方が、比較例よりも大きい微分効率の値が得られた。
[0033] (実施例 4)
実施例 1と同様にして、実施例の半導体レーザと比較例の半導体レーザを作成し、 両半導体レーザについてキンクレベル（100ns, 70°C)を測定した。
結果を図 7に示す。
実施例の半導体レーザは、比較例と比べてキンクレベルが改善した。 [0034] (実施例 5)
実施例 1と同様にして、実施例の半導体レーザと比較例の半導体レーザを作成し、 両半導体レーザについて、 L一 I曲線の微分係数の減少率 KSEpと X方向の光の閉 じこめの目安である遠視野像の半値幅 Θ〃を測定した。 KSEpは、その値が大きくな ると L— Iの屈曲度が大きい（キンク発生)ことを示すものである。
図 8は微分係数の減少率 KSEpを遠視野像の半値幅 Θ〃（出力 5mW)に対してプ ロットした図である。
比較例では、遠視野像の半値幅 Θ〃が大きいとホールバーユング効果に伴い、キ ンクが生じ易い。
実施例では、遠視野像の半値幅 Θ〃を大きくしてもキンクレベルが悪化することは なレ、。
このことは、上述のようにビームのアスペクト比を改善して、より円形なビームパター ンを生成することにも寄与し、光ディスク応用上重要な貢献度を持つ。
[0035] (実施例 6)
実施例 1と同様にして、実施例の半導体レーザと比較例の半導体レーザを作成し、 両半導体レーザについて高温動作時の動作電流値を測定した。
実施例の半導体レーザの方が、比較例よりも小さい高温動作時の動作電流値の値 が得られた。
[0036] 上記の本実施形態に係る半導体レーザの製造方法について説明する。
例えば有機金属気相ェピタキシャル成長法（MOVPE)などのェピタキシャル成長 法により、 n型基板 10上に、不図示のバッファ層、 AlGalnP層からなる n型クラッド層 (第 1クラッド層） 11、活性層 12、 AlGalnP層からなる d2層 13、 GalnP層からなるェ ツチングストップ層 14、 AlGalnP層力もなる d2'層（第 1リッジ形状層） 15、 AlGalnP 層からなる第 2リッジ形状層 16、 GaAs層からなる p型キャップ層 18を順に積層させる 。ここで、 d2層 13から第 2リッジ形状層 16までが p型クラッド層（第 2クラッド層） 17とな る。
ここで、例えば n型クラッド層 11のアルミニウムの組成比は 0. 65、 p型クラッド層に ついては、 d2層 13と d2'層（第 1リッジ形状層） 15は 0. 70、第 2リッジ形状層 16は 0. 65として、成膜する。
即ち、 p型クラッド層（第 2クラッド層） 17を形成する工程において、 d2'層（第 1リッジ 形状層） 15として第 2クラッド層のリッジ形状の部分を除く部分 (d2層 13)と屈折率が 等しい層を形成する。
[0037] 次に、レジスト膜をパターン形成して電流注入領域となる部分を保護し、エッチング ストップ層 14で停止するエッチング処理を行レ、、電流狭窄構造となる p型キャップ層 1 8の表面から d2'層（第 1リッジ形状層） 15までのリッジ（凸）形状 RDを形成する。 次に、例えば全面に AllnPなどを堆積して電流ブロック層 19を形成し、 p型キャップ 層 18を露出させるようにコンタクト開口する。
次に、 p型キャップ層 18に接続するように、 Ti/Pt/Auなどの p電極 20を形成し、 一方、 n型基板 10に接続するように、 AuGe/Ni/Auなどの n電極 21を形成する。 以降は、ペレタイズ工程を経て、図 2Aに示すような所望の半導体レーザとすること ができる。
[0038] 本実施形態の半導体発光装置の製造方法は、第 2クラッド層のリッジ形状部分に、 バンドギャップの高い層と低い層が含まれるように形成するので、第 2クラッド層のリツ ジ形状部分に屈折率の低い層と高い層が含まれている構造として、発光する光のビ ームの形状に影響を与える屈折率プロファイルを調整することができ、ビームのァス ぺクト比を改善して円形に近づけることができる。
[0039] 上記の実施形態については、 AlGalnP系の半導体発光装置に対して説明してい るが、これに限らず、 AlGaN系の半導体発光装置にも本実施形態は適用できる。 層構成や構造は AlGalnP系の図 2Aと同様とすることができ、この場合、 d2'層（第 1リッジ形状層）のアルミニウムの組成比 XIを 0. 05≤X1≤0. 20とし、第 2リッジ形状 層などの d2'層（第 1リッジ形状層）以外の層のアルミニウムの組成比 X2を X2≤X1と することが好ましい。これにより、 AlGalnP系の半導体発光装置の場合と同様の効果 を得ることができる。
Figure imgf000013_0001
図 9Aは本実施形態に係る半導体発光装置である半導体レーザの断面図である。 本実施形態に係る半導体レーザは、第 1実施形態と同様の構成を有しており、例え ば、 n型基板 10上に、不図示の n型バッファ層を介して、 AlGalnP層からなる n型クラ ッド層（第 1クラッド層） 11、多重量子井戸構造を有する活性層 12、 AlGalnP層から なる d2層 13、 GalnP層力もなるエッチングストップ層 14、 AlGalnP層力もなる d2，層 (第 1リッジ形状層） 15、 AlGalnP層からなる第 2リッジ形状層 16が積層しており、 d2 層 13から第 2リッジ形状層 16までが p型クラッド層（第 2クラッド層） 17となる。さらに、 第 2リッジ形状層 16上に GaAs層からなる p型キャップ層 18が形成されている。
また、 p型キャップ層 18の表面力も AlGalnP層 15までがリッジ（凸）形状 RDに加工 されて、電流狭窄構造となるストライプを形成しており、リッジ形状 RDの両側には、例 えば ΑΠηΡなど力 なる電流ブロック層 19が形成されてレ、る。
また、 ρ型キャップ層 18に接続して ρ電極 20が形成され、 η型基板 10に接続して η 電極 21が形成されている。
[0041] 図 9Βは図 9Α中の X —χに沿った断面でのバンドギャッププロファイルである。
1 2
η型クラッド層 11、活性層 12、 d2層 13、エッチングストップ層 14、 d2'層（第 1リッジ 形状層） 15および第 2リッジ形状層 16の各層のバンドギャップを示している。ここで、 バンドギャップの高低は、アルミニウムの組成比の高低に対応しており、アルミニウム の組成比が高いほどバンドギャップが高くなる。
[0042] 本実施形態の半導体レーザにおいては、 d2層 13のアルミニウム組成比 X0、 d2' 層（第 1リッジ形状層） 15のアルミニウムの組成比 XI、及び d2'層（第 1リッジ形状層） 15以外のリッジ形状の部分である第 2リッジ形状層 16のアルミニウムの組成比 X2に ついて、 X2く X0く XIとする。 n型クラッド層 11のアルミニウムの組成比は第 2リッジ 形状層 16のアルミニウムの組成比 X2と等しくする。
例えば、 n型クラッド層 11のアルミニウムの組成比が 0. 65、 p型クラッド層について ίま、 d2層 13力 0. 68、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15力 0. 75-0. 80、第 2リッジ形状 層 16が 0. 65となっている。
[0043] 即ち、 n型クラッド層 11と p型クラッド層 17について、例えば、 n型クラッド層 11と第 2 リッジ形状層 16のバンドギャップが低ぐ d2層 13のバンドギャップが高ぐ d2'層（第 1リッジ形状層） 15のバンドギャップがさらに高いプロファイルである。
[0044] 本実施形態の半導体レーザは、 p型クラッド層（第 2クラッド層） 17のリッジ形状の部 分 (d2'層（第 1リッジ形状層） 15、第 2リッジ形状層 16)について、活性層 12に近い 側であってバンドギャップの高い d2'層（第 1リッジ形状層） 15と、活性層 12から遠い 側であってバンドギャップの低い第 2リッジ形状層 16を含む構成となっている。
また、 p型クラッド層 17のうちの d2層 13および d2'層（第 1リッジ形状層） 15の部分 は、 n型クラッド層 11よりもバンドギャップが高い構造となっている。
[0045] また、屈折率の高低もアルミニウムの組成比の高低に対応しており、アルミニウムの 組成比が高いほど屈折率が低くなる。
従って、上記のアルミニウム組成プロファイルでは、 n型クラッド層 11と p型クラッド層 17について、 n型クラッド層 11と第 2リッジ形状層 16の屈折率が高ぐ d2層 13の屈折 率が低ぐ d2'層（第 1リッジ形状層） 15の屈折率がさらに低い屈折率プロファイルと なる。
従って、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15が、 p型クラッド層（第 2クラッド層） 17のリッジ 形状の部分を除く部分である d2層 13よりも屈折率が低い層からなる構成である。
[0046] 上記を除いては、本実施形態の半導体レーザは実質的に第 1実施形態と同様であ る。
[0047] 上記の本実施形態に係る半導体発光装置である半導体レーザは、 p電極 20と n電 極 21に所定の電圧を印加することで、レーザ光出射部から例えば 650nm帯の波長 のレーザ光が基板と平行な方向に出射される。
上記の半導体レーザにおいて、リッジ深さや形状などの制御によって、インデックス ガイドやセルフパルセーシヨンタイプなどとすることも可能である。
[0048] 上記の本実施形態に係る半導体発光装置は、 p型クラッド層（第 2クラッド層）のリツ ジ形状部分に、バンドギャップの高い層と低い層が含まれている構造を有しており、 これによつて、第 2クラッド層のリッジ形状部分に屈折率の低い層と高い層が含まれて レ、る構造として、発光する光のビームの形状に影響を与える屈折率プロファイルが調 整可能となり、例えば、ヘテロ接合に垂直な方向の遠視野像光ビームの半値幅（ Θ 丄）が小さくなり、ビームのアスペクト比を改善して、より円形なビームパターンを生成 すること力 Sできる。
[0049] 特に、上記のように、 n型クラッド層 11と第 2リッジ形状層 16の屈折率が高ぐ d2層 1 3の屈折率が低ぐ d2'層（第 1リッジ形状層） 15の屈折率がさらに低い屈折率プロフ アイノレとすると、レーザ縦方向の光分布をより高い自由度で設計でき、第 2リッジ形状 層 16のアルミニウム組成と d2層 13及び d2 '層（第 1リッジ形状層） 15の膜厚を調整 する他に、 d2層 13及び d2'層（第 1リッジ形状層） 15のアルミニウム組成を調整する ことにより、光分布を適正化し、出射するレーザ光のスポットをより真円に近づけること ができる。
[0050] 本実施形態に係る半導体レーザにおいても、第 1実施形態と同様に、 d2層 13の膜 厚を 50〜350應程度とし、 d2，層（第 1リッジ形状層） 15の膜厚を 50〜400應程度 とすること、また、 d2層 13と d2'層（第 1リッジ形状層） 15の膜厚の和を 750nm以下と することが好ましい。
[0051] 本実施形態に係る半導体レーザは、 d2'層（第 1リッジ形状層） 15のアルミニウム組 成を第 1実施形態よりもさらに高めた構成とすることができる。ここで、アルミニウム組 成が高いほどリッジ形状に加工する際のエッチングレートが速くなるので、エッチング ストップ層 14とのエッチングレート比をより増加させることができ、リッジ形状に加工す るときに第 1実施形態よりもリッジ形状を立たせることができるため、キンクレベルが向 上する。また、クラッドのウェハ面内でのエッチングムラを抑制できる。
[0052] 本実施形態に係る半導体レーザは、第 2クラッド層を形成する工程において、第 1リ ッジ形状層として第 2クラッド層のリッジ形状の部分を除く部分よりも屈折率が低い層 を形成することにより、第 1実施形態と同様にして製造できる。
[0053] 本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、 AlGalnP系および AlGaN系の半導体発光装置の他、 AlGaAs系の半導 体発光装置にも適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。 産業上の利用可能性
[0054] 本発明の半導体発光装置は、 CDや DVD、さらには次世代光ディスク装置の光学 ピックアップ装置の光源や、その他の機器の光源などとして、様々な分野に適用でき る。
[0055] 本発明の半導体発光装置の製造方法は、 CDや DVD、さらには次世代光ディスク 装置の光学ピックアップ装置の光源や、その他の機器の光源などを製造する方法と して適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、
前記基板に形成された第 1導電型の第 1クラッド層と、
前記第 1クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、一部が電流狭窄構造としてリッジ形状となっている第 2 導電型の第 2クラッド層と
を有し、
前記リッジ形状の部分の前記第 2クラッド層が、前記活性層に近い側であってバン ドギャップの高レ、第 1リッジ形状層と、活性層から遠レ、側であってバンドギャップの低 い第 2リッジ形状層を含む
半導体発光装置。
[2] 前記第 1リッジ形状層と前記第 2リッジ形状層は、それぞれアルミニウムの組成比の 高い層と低い層である
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[3] 前記第 1リッジ形状層のアルミニウムの組成比 XIが 0. 60≤X1≤0. 70であり、 前記第 2リッジ形状層のアルミニウムの組成比 X2が X2≤X1である
請求項 2に記載の半導体発光装置。
[4] 前記第 1リッジ形状層のアルミニウムの組成比 XIが 0. 70であり、
前記第 2リッジ形状層のアルミニウムの組成比 X2が 0. 65である
請求項 2に記載の半導体発光装置。
[5] 前記第 1リッジ形状層の膜厚が 50〜400nmである
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[6] 前記第 2クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分の膜厚と前記第 1リッジ形状 層の膜厚の和が 750nm以下である
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[7] 前記第 2クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分と前記第 1リッジ形状層の界 面にエッチングストップ層が形成されている
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[8] 前記第 1クラッド層、前記活性層、前記第 2クラッド層が、 AlGalnP系材料力 構成 されている
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[9] 前記第 1クラッド層、前記活性層、前記第 2クラッド層が、 AlGaN系材料力も構成さ れている
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[10] 前記第 1リッジ形状層が前記第 2クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分と屈 折率が等しい層からなる
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[11] 前記第 1リッジ形状層が前記第 2クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分よりも 屈折率が低い層からなる
請求項 1に記載の半導体発光装置。
[12] 前記第 2クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分のアルミニウム組成比が 0. 6 8であり、
前記第 1リッジ形状層のアルミニウム組成比が 0. 75-0. 80である
請求項 11に記載の半導体発光装置。
[13] 基板に、ェピタキシャル成長法により、少なくとも第 1導電型の第 1クラッド層、活性 層および第 2導電型の第 2クラッド層を積層して形成する工程と、
前記第 2クラッド層の一部を電流狭窄構造としてリッジ形状に加工する工程と を有し、
前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記リッジ形状となる部分が、前記活 性層に近い側であってバンドギャップの高い第 1リッジ形状層と、活性層力 遠い側 であってバンドギャップの低い第 2リッジ形状層を含むように形成する
半導体発光装置の製造方法。
[14] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 1リッジ形状層と前記第 2リッジ 形状層として、それぞれアルミニウムの組成比の高い層と低い層として形成する 請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[15] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 1リッジ形状層としてアルミユウ ムの組成比 XIが 0. 60≤X1≤0. 70の層として形成し、前記第 2リッジ形状層として アルミニウムの組成比 X2が X2≤ XIの層として形成する
請求項 14に記載の半導体発光装置の製造方法。
[16] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 1リッジ形状層としてアルミニゥ ムの組成比 XIが 0. 70の層として形成し、前記第 2リッジ形状層としてアルミニウムの 組成比 X2が 0. 65の層として形成する
請求項 14に記載の半導体発光装置の製造方法。
[17] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 1リッジ形状層の膜厚を 50〜4 OOnmとして形成する
請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[18] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 2クラッド層の前記リッジ形状 の部分を除く部分の膜厚と前記第 1リッジ形状層の膜厚の和を 750nm以下として形 成する
請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[19] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 2クラッド層の前記リッジ形状 の部分を除く部分と前記第 1リッジ形状層の界面にエッチングストップ層を形成する 請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[20] 前記第 2クラッド層の一部を電流狭窄構造としてリッジ形状に加工する工程におい て、前記エッチングストップ層で停止するエッチングにより前記第 2クラッド層の一部を リッジ形状に加工する
請求項 19に記載の半導体発光装置の製造方法。
[21] 前記第 1クラッド層、前記活性層、前記第 2クラッド層を、 AlGalnP系材料から形成 する
請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[22] 前記第 1クラッド層、前記活性層、前記第 2クラッド層を、 AlGaN系材料力 形成す る
請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[23] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 1リッジ形状層として前記第 2 クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分と屈折率が等しい層を形成する 請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[24] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 1リッジ形状層として前記第 2 クラッド層の前記リッジ形状の部分を除く部分がよりも屈折率が低い層を形成する 請求項 13に記載の半導体発光装置の製造方法。
[25] 前記第 2クラッド層を形成する工程において、前記第 2クラッド層の前記リッジ形状 の部分を除く部分としてアルミニウム組成比が 0. 68の層を形成し、前記第 1リッジ形 状層としてアルミニウム組成比が 0. 75〜0. 80の層を形成する
請求項 24に記載の半導体発光装置の製造方法。
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