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JP2003124571A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子およびその製造方法

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Publication number
JP2003124571A
JP2003124571A JP2001313882A JP2001313882A JP2003124571A JP 2003124571 A JP2003124571 A JP 2003124571A JP 2001313882 A JP2001313882 A JP 2001313882A JP 2001313882 A JP2001313882 A JP 2001313882A JP 2003124571 A JP2003124571 A JP 2003124571A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
semiconductor laser
laser device
clad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001313882A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsukuni Akai
光邦 赤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2001313882A priority Critical patent/JP2003124571A/ja
Publication of JP2003124571A publication Critical patent/JP2003124571A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 n型ブロック層で狭窄したリッジ型半導体レ
ーザ素子ではn型ブロック層とその上部のp−型平坦層
とのPN接合の容量:すなわち寄生容量が応答を低下さ
せる原因となる。本発明では、この寄生容量を低下させ
て高速応答動作を実現することを目的とする。 【解決手段】 n型の半導体基板上に、少なくとも、n
型の第1クラッド層と、活性層と、p型の第2クラッド
層とが積層され、かつp型の第2クラッド層上部の電流
経路をその両側のn型ブロック層で狭窄したp型の第3
クラッド層、およびn型ブロック層上部のp型平坦化層
を含むリッジ型半導体レーザ素子において、前記p型の
平坦化層とn型ブロック層との間に低濃度層を設けたこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はCD、MD、DVD
プレーヤーあるいはコンピューターの情報記憶装置など
の光情報システム用光源として用いられる半導体レーザ
素子とその製造方法、特に高速応答動作を実現するため
のその構造と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CD、MD、DVDプレーヤーまたはコ
ンピューターの情報記憶装置などの光情報システムに使
用する半導体レーザ素子としては、従来、図2に示され
るように、主にn型の半導体基板上に、n型のクラッド
1層と、量子井戸層からなる活性層と、p型のクラッド
層とが積層され、さらにp型のクラッド層上部の電流経
路をその両側のn型ブロック層で狭窄したp型のクラッ
ド層、およびn型ブロック層上部のp型平坦化層を含む
リッジ型半導体レーザ素子が主として使用されていた。
【0003】半導体レーザの等価回路は図3で示され
る。図中でLw 1はリード線などのインダクタンスで
あり、Rd 2は電極の接触抵抗と半導体の内部バルク
抵抗とからなる直列抵抗である。Cd 3はn−電流ブ
ロック層と隣接する層とのPN接合容量の並列寄生容量
である。Cp 4はパッケージなどの浮遊容量である。
応答を早くするためには、素子の容量およびシリーズ抵
抗を低減することが重要であるが、活性層とn−AlG
aAsクラッド層とのPN接合の容量は活性層がノンド
ープであるため小さいが、p型の平坦化層とn型ブロッ
ク層とからなるPN接合の容量、すなわち寄生容量Cd
が問題となる。この容量を変化させるパラメーターは、
前記接合の面積および接合部の濃度である。n型電流ブ
ロック層の濃度は、通常、1E18cm−3、平坦化層
の濃度は1E18cm−3の程度である。共振器長が8
00μmであって、チップ幅が250μmである場合、
この接合の容量は約100pFとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のn型ブロック層
で狭窄したリッジ型半導体レーザ素子では、n型ブロッ
ク層とその上部のp−型平坦層とのPN接合の容量:す
なわち寄生容量が応答を低下する原因となっている。n
型電流ブロック層の濃度は、通常、1E18cm −3
平坦化層の濃度は1E18cm−3の程度であり、共振
器長が800μmであって、チップ幅が250μmであ
る場合、この接合の容量は約100pFとなる。本発明
の目的は、この容量を低下させて、半導体レーザ素子の
応答を改善することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、n型の半導体
基板上に、少なくとも、n型の第1クラッド層と、活性
層と、p型の第2クラッド層とが積層され、かつp型の
第2クラッド層上部の電流経路をその両側のn型ブロッ
ク層で狭窄したp型の第3クラッド層、およびn型ブロ
ック層上部のp型平坦化層を含むリッジ型半導体レーザ
素子において、前記p型の平坦化層とn型ブロック層と
の間に低濃度層を設けたことを特徴とする半導体レーザ
素子を提供するものである。このように、本発明では、
n型ブロック層とその上部のp−型平坦層とのPN接合
の容量:すなわち寄生容量を低減するため、n型ブロッ
ク層とその上部のp−型平坦層との間にn型の低濃度層
を設けるという構成を採用している。その結果、寄生容
量は約100pFから約50pFに低減され、半導体レ
ーザ素子の容量を低減でき、その応答が改善される。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明ではn型ブロック層とその
上部のp−型平坦層との間にn型の低濃度層を設ける。
本明細書において「低濃度層」とはドーパント濃度が低
いエピタキシャル層をいう。低濃度層のドーパント濃度
は1E17cm−3以下とする。低濃度層の伝導型はn
型であってもp型であってもよい。伝導型がn型である
場合、ドーパントとしては制御性の良好なSiを用いる
ことができる。また、伝導型がp型である場合、ドーパ
ントとしては、ZnまたはBeを使用することができ
る。低濃度層を構成する材料としては、ウエハプロセス
の観点よりGaAsを使用するが、AlGaAsを使用
することもできる。低濃度層の厚みは、PN接合の空乏
層が十分広がることができるように、0.3μmとす
る。また、本発明は、請求項1ないし9いずれか1記載
の半導体レーザ素子を製造する方法において、少なくと
も低濃度層の成長にMOCVD法またはMBE法を用い
ることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法を提供
する。MOCVD法またはMBE法を用いるのは、厚み
および濃度の制御性が良好なためである。
【0007】
【実施例】具体的な半導体レーザ素子の構造とその製造
例を有機金属気相成長(MOCDV):metal-organic che
mical vapor deposition)法について以下に説明する。
図2に有機金属気相成長法で成長し作成した従来の半導
体レーザチップの構造を示す。
【0008】n−GaAs基板1にn−GaAsバッフ
ァー層(層厚0.5μm、キャリアー濃度1×1018
cm−1)2、n−AlGa1−xAsクラッド1層
(X=0.5、層厚2.7μm、キャリアー濃度1×1
18cm−1)3、AlGa1−yAs活性層4、
第2のp−AlGa1−xAsクラッド層(X=0.
5、層厚0.18μm、キャリアー濃度1×1018
−1)5、p−GaAsエピサポート層(層厚0.0
03μm)6、第3のp−AlGa1−xAsクラッ
ド層(X=0.5、層厚l.4μm、キャリアー濃度1
×1018cm −1)7、p−GaAsキャップ層(層
厚0.6μm)11、を順に成長する。
【0009】その後フォトリソグラフィーを用いたスト
ライプ状のエッチングマスクを形成した後、p−GaA
sキャップ層11、第3のp−AlGa1−xAsク
ラッド層7を硫酸のエッチング液でエッチングし、第3
のp−AlGa1−xAsクラッド層7を層厚0.2
μmが残るところまでエッチングする。次に、フッ酸を
用いて残った第3のAlGa1−xAsクラッド層を
エッチングし、第3のp−AlGa1−xAsクラッ
ド層を層厚1.4μmからなるリッジを形成する。
【0010】次に、MOCVD法でn−AlGa
1−xAs電流ブロック層(X=0.7、層厚1μm、
キャリアー濃度2×1018cm−3)8、n−GaA
s電流ブロック層(層厚0.6μm、キャリアー濃度2
×1018cm−3)9、およびp−GaAs平坦化層
(層厚0.4μm、キャリアー濃度2×1018cm
−3)10を再成長する。
【0011】その後、フォトリソグラフィーを行ない、
リッジ上に成長した電流ブロック層(不要層)、およびp
−GaAs平坦化層(不要層)のみをストライプ状に除
去したエッチングマスクを形成した後、この不要層を硫
酸系のエッチング液でエッチング除去を行ない、その上
にMOCVD法によってp−GaAsコンタクト層12
を成長する。コンタクト層の層厚は50μmである。
【0012】上記の工程でコンタクト層までの再成長を
終えたウエハの基板面を研磨やエッチングで除去し、ウ
エハの厚さを100μmにした後、ウエハのn側とp側
の両側に電極(13、14)を付け、ウエハ内に作成し
た、ストライプ溝との垂直方向にバー状となるようにへ
き開分割を行ない、出射両面に絶縁膜をコーティング
し、半導体レーザ素子を作製する。
【0013】本発明の半導体レーザ素子では、前記n−
AlGa1−xAs電流ブロック層8、n−GaAs
電流ブロック層9の上部にn型の低濃度層15を積層す
る。この上に前記平坦化層11を積層する。その後、前
記フォトリソグラフィーを行ない、リッジ上に成長した
電流ブロック層(不要層)、n型の低濃度層(不要層)およ
びp−GaAs平坦化層(不要層)のみをストライプ状に
除去したエッチングマスクを形成した後、この不要層を
硫酸系のエッチング液でエッチング除去を行なう。さら
にその上にMOCVD法によってp−GaAsコンタク
ト層12を成長する。コンタクト層の層厚は50μmで
ある。低濃度層は平坦化層と同様にリッジ部は除去す
る。なお、ここでは低濃度層はn型の層としているが、
PN接合の容量低減のため、p型層としてもよい。
【0014】
【発明の効果】n型ブロック層で狭窄したリッジ型半導
体レーザではn型ブロック層とその上部のp−型平坦層
とのPN接合の容量:すなわち寄生容量が応答を低下さ
せる原因となる。本発明では、n型ブロック層とその上
部のp−型平坦層とのPN接合の容量:すなわち寄生容
量を低減するため、n型ブロック層とその上部のp−型
平坦層との間にn型の低濃度層を設け、寄生容量を低減
している。低濃度層の濃度は1E17cm−3以下とす
る。これにより直列抵抗を増加させることなく、寄生容
量を100pFから50pFに低減でき、半導体レーザ
素子の容量を低減でき、さらに応答を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の半導体レーザ素子の構造を示
す斜視図である。
【図2】 図2は従来の半導体レーザ素子示す斜視図で
ある。
【図3】 図3は半導体レーザ素子の等価回路図であ
る。
【符号の説明】
1.n−GaAs基板 2.n−GaAsバッファー層 3.n−AlGaAsクラッド1層 4.AlGaAs活性層 5.p―AlGaAsクラッド層 6.p−GaAsエピサポート層 7.p‐AlGaAsクラッド層 8.n−AlGaAs電流ブロック層 9.n−GaAs電流ブロック層 10.p−GaAs平坦化層 11.p−GaAsキャップ層 12.p−GaAsコンタクト層 13.n側電極 14.p側電極 15.n−低濃度層 図3 1.Lw:リード線のインダクタンス 2.Rd:直列抵抗 3.Cd:寄生容量 4.Cp:浮遊容量

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型の半導体基板上に、少なくとも、n
    型の第1クラッド層と、活性層と、p型の第2クラッド
    層とが積層され、かつp型の第2クラッド層上部の電流
    経路をその両側のn型ブロック層で狭窄したp型の第3
    クラッド層、およびn型ブロック層上部のp型平坦化層
    を含むリッジ型半導体レーザ素子において、前記p型の
    平坦化層とn型ブロック層との間に低濃度層を設けたこ
    とを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 【請求項2】 該低濃度層を構成する材料がAlGaA
    sである請求項1記載の半導体レーザ素子。
  3. 【請求項3】 該低濃度層を構成する材料がGaAsで
    ある請求項1記載の半導体レーザ素子。
  4. 【請求項4】 該低濃度層の伝導型がn型である請求項
    1記載の半導体レーザ素子。
  5. 【請求項5】 ドーパントがSiである請求項4記載の
    半導体レーザ素子。
  6. 【請求項6】 該低濃度層の伝導型がp型である請求項
    1記載の半導体レーザ素子。
  7. 【請求項7】 ドーパントがZnまたはBeである請求
    項6記載の半導体レーザ素子。
  8. 【請求項8】 該低濃度層のドーパント濃度が1E17
    cm−3以下である請求項1記載の半導体レーザ素子。
  9. 【請求項9】 該低濃度層の厚みが0.3μm以上であ
    る請求項1記載の半導体レーザ素子。
  10. 【請求項10】 請求項1ないし9いずれか1記載の半
    導体レーザ素子を製造する方法において、少なくとも低
    濃度層の成長にMOCVD法またはMBE法を用いるこ
    とを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012851A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Victor Co Of Japan Ltd 半導体レーザ素子の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007012851A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Victor Co Of Japan Ltd 半導体レーザ素子の製造方法

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