JP2005064101A - Epitaxial wafer and semiconductor laser using the same - Google Patents
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
【課題】 活性領域以外の全体の層全体を高屈折率化することにより酸化しやすい材料の混晶比を低減できるエピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザの提供。
【解決手段】 基板上11に、第1導電型第2クラッド領域12と、第1導電型低屈折率化防止層21と、第1導電型第1クラッド領域13と、活性領域14と、第2導電型第1クラッド領域15と、第2導電型低屈折率化防止層22と、ストライプ状の開口部19を有する第1導電型電流ブロック層16と、前記開口部19内部及び少なくとも前記開口部両脇の第1導電型電流ブロック層16と接している第2導電型第2クラッド領域17と、第2導電型コンタクト層18とをこの順に有するエピタキシャルウエハにおいて、第1導電型電流ブロック層16の屈折率が第2導電型第2クラッド領域17の屈折率より低く、低屈折率化防止層21、22の屈折率が全クラッド領域の屈折率より高く、かつ低屈折率化防止層21、22の厚みが第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15の厚みより薄くする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxial wafer capable of reducing the mixed crystal ratio of a material which is easily oxidized by increasing the refractive index of the entire layer other than the active region, and a semiconductor laser using the epitaxial wafer.
SOLUTION: A first conductive type second cladding region 12, a first conductive type low refractive index lowering prevention layer 21, a first conductive type first cladding region 13, an active region 14, and a first conductive type second cladding region 12 are formed on a substrate 11. A two-conductivity-type first cladding region 15, a second-conductivity-type low-refractive-index prevention layer 22, a first-conductivity-type current blocking layer 16 having a stripe-shaped opening 19, and the inside of the opening 19 and at least the opening In an epitaxial wafer having a second conductivity type second cladding region 17 in contact with the first conductivity type current block layer 16 on both sides of the part and a second conductivity type contact layer 18 in this order, the first conductivity type current block layer The refractive index of 16 is lower than the refractive index of the second conductivity type second cladding region 17, the refractive indexes of the lower refractive index prevention layers 21 and 22 are higher than the refractive index of the entire cladding region, and the lower refractive index reduction prevention layer 21. , 22 is the thickness It is made thinner than the thickness of the first conductivity type first cladding region 13 and the second conductivity type first cladding region 15.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、エピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザに関し、特に第2導電型第2クラッド領域より低屈折率である第1導電型電流ブロック層を有する実屈折率型構造において、活性領域以外の層全体を高屈折率化するエピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザに関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer and a semiconductor laser using the same, and particularly in an actual refractive index type structure having a first conductive type current blocking layer having a lower refractive index than the second conductive type second cladding region. The present invention relates to an epitaxial wafer for increasing the refractive index of the entire layer and a semiconductor laser using the same.
近年、半導体レーザのビーム放射角は、ビーム放射光の利用効率向上の観点から、外部光学系の外部レンズや光ファイバに結合する際に、ある特定の角度に合わせることが望まれている。 In recent years, it has been desired that the beam radiation angle of a semiconductor laser be adjusted to a specific angle when coupled to an external lens or an optical fiber of an external optical system from the viewpoint of improving the utilization efficiency of the beam radiation light.
半導体レーザのエピタキシャルウエハの積層方向に対する垂直ビーム放射角の低減化方法としては、活性領域と接しているクラッド領域の屈折率を低くする方法が知られている(例えば、特許文献1:特開平6−104525号公報参照)。しかし、この方法では、活性領域を除く層全体が低屈折率化してしまい、例えばIII−V族系化合物半導体材料からなる半導体レーザではAl、II−VI族系化合物半導体材料からなる半導体レーザではMgなどの酸化しやすい材料の混晶比の増加の原因となり、その結果、半導体レーザの寿命特性を悪化させるという問題があった。 As a method of reducing the vertical beam radiation angle with respect to the stacking direction of the epitaxial wafer of the semiconductor laser, there is known a method of lowering the refractive index of the cladding region in contact with the active region (for example, Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6). -104525). However, in this method, the entire layer excluding the active region has a low refractive index. For example, a semiconductor laser made of a III-V group compound semiconductor material is Al, and a semiconductor laser made of a II-VI group compound semiconductor material is Mg. This causes an increase in the mixed crystal ratio of the easily oxidizable material, and as a result, there is a problem of deteriorating the life characteristics of the semiconductor laser.
また、第2導電型第2クラッド領域より低屈折率である第1導電型電流ブロック層を有する実屈折率型構造は、第2導電型第2クラッド領域の直下にある活性領域において光吸収を少なくし、光を有効に制御できることが知られている(例えば、特許文献2:特許第2842465号公報参照)。しかし、この構造では、前記電流ブロック層の屈折率が第2導電型第2クラッド領域よりもさらに低屈折率となるため、例えばIII−V族系化合物半導体材料からなる半導体レーザではAl、II−VI族系化合物半導体材料からなる半導体レーザではMgなどの酸化しやすい材料の混晶比が、前記電流ブロック層において高くなるという問題があった。 In addition, the real refractive index type structure having the first conductive type current blocking layer having a lower refractive index than the second conductive type second cladding region absorbs light in the active region immediately below the second conductive type second cladding region. It is known that the light can be effectively controlled with a reduced amount (for example, see Patent Document 2: Japanese Patent No. 28442465). However, in this structure, since the refractive index of the current blocking layer is lower than that of the second conductivity type second cladding region, for example, in a semiconductor laser made of a III-V group compound semiconductor material, Al, II- A semiconductor laser made of a group VI compound semiconductor material has a problem in that the mixed crystal ratio of an easily oxidizable material such as Mg is increased in the current blocking layer.
また、クラッド領域間にCOD(Catastrophic Optical Damage)改善のために導入された光しみ出し層やエッチング停止層による光場の偏りを矯正するための光場矯正層を有する半導体レーザも知られている(例えば、特許文献3:特開平8−46301号公報、特許文献4:特開平11−26868号公報)。しかし、光しみ出し層や光場矯正層を導入するだけでは、層全体の低屈折率化を防ぐことはできず、更なる改善が必要とされた。 Also known are semiconductor lasers having a light field correction layer for correcting the bias of the light field due to a light seepage layer or an etching stop layer introduced to improve COD (Catastrophic Optical Damage) between the cladding regions. (For example, Patent Document 3: JP-A-8-46301, Patent Document 4: JP-A-11-26868). However, the introduction of the light exudation layer and the light field correction layer alone cannot prevent the lowering of the refractive index of the entire layer, and further improvement is required.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、第2導電型第2クラッド領域より低屈折率である第1導電型電流ブロック層を有する実屈折率型構造において、活性領域以外の層及び領域全体を高屈折率化することにより酸化しやすい材料の混晶比を低減できるエピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an actual refractive index type having a first conductivity type current blocking layer having a lower refractive index than the second conductivity type second cladding region. An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer that can reduce the mixed crystal ratio of a material that is easily oxidized by increasing the refractive index of the layer and the entire region other than the active region, and a semiconductor laser using the epitaxial wafer.
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討を進めた結果、第2導電型第2クラッド領域より低屈折率である第1導電型電流ブロック層を有する実屈折率型構造において、第1導電型第2クラッド領域と第1導電型第1クラッド領域の間及び/又は第2導電型第1クラッド領域と第2導電型第2クラッド領域の間に、それぞれのクラッド領域と同じ導電型の低屈折率化防止層を設け、かつ各層及び領域の屈折率と厚みを調整することにより、酸化しやすい材料の混晶比の増加を抑え、活性領域以外の層全体を高屈折率化できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied. As a result, in the real refractive index type structure having the first conductive type current blocking layer having a lower refractive index than the second conductive type second cladding region, Between the first conductivity type second cladding region and the first conductivity type first cladding region and / or between the second conductivity type first cladding region and the second conductivity type second cladding region, the same conductivity as each cladding region. By providing a low refractive index prevention layer of the mold and adjusting the refractive index and thickness of each layer and region, the increase in the mixed crystal ratio of easily oxidizable materials is suppressed, and the entire layer other than the active region is increased in refractive index The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention.
すなわち、本発明のエピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザは、基板上に、第1導電型第2クラッド領域と、第1導電型第1クラッド領域と、活性領域と、第2導電型第1クラッド領域と、ストライプ状の開口部を有する第1導電型電流ブロック層と、前記開口部内部及び少なくとも前記開口部両脇の第1導電型電流ブロック層と接している第2導電型第2クラッド領域と、第2導電型コンタクト層とをこの順に有し、前記第1導電型第2クラッド領域と前記第1導電型第1クラッド領域との間に第1導電型低屈折率化防止層及び/又は前記第2導電型第1クラッド領域と第2導電型第2クラッド領域との間に第2導電型低屈折率化防止層を有し、前記第1導電型電流ブロック層の屈折率が前記第2導電型第2クラッド領域の屈折率より低く、前記低屈折率化防止層の屈折率が第1導電型第2クラッド領域、第1導電型第1クラッド領域、第2導電型第1クラッド領域及び第2導電型第2クラッド領域の屈折率より高く、かつ前記第1導電型低屈折率化防止層及び/又は第2導電型低屈折率化防止層の厚みが前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の厚みより薄くすることにより上記目的を達成する。 That is, the epitaxial wafer of the present invention and the semiconductor laser using the epitaxial wafer have the first conductivity type second cladding region, the first conductivity type first cladding region, the active region, and the second conductivity type first on the substrate. A first conductivity type current blocking layer having a cladding region, a stripe-shaped opening, and a second conductivity type second cladding in contact with the inside of the opening and at least the first conductivity type current blocking layer on both sides of the opening; Region and a second conductivity type contact layer in this order, and a first conductivity type low-refractive-index prevention layer between the first conductivity type second cladding region and the first conductivity type first cladding region, and / Or a second conductivity type low refractive index preventing layer between the second conductivity type first cladding region and the second conductivity type second cladding region, wherein the refractive index of the first conductivity type current blocking layer is Bending of the second conductivity type second cladding region The refractive index of the low refractive index reduction prevention layer is lower than the refractive index, the first conductivity type second cladding region, the first conductivity type first cladding region, the second conductivity type first cladding region, and the second conductivity type second cladding region. And the thickness of the first conductive type low refractive index lowering prevention layer and / or the second conductive type low refractive index lowering prevention layer is higher than the refractive index of the first conductive type first cladding region and the second conductive type first. The object is achieved by making the thickness smaller than that of the cladding region.
本発明の好ましい態様としては、以下の態様を挙げることができる。
(1)前記第1導電型第1クラッド領域、第1導電型第2クラッド領域、第2導電型第1クラッド領域及び第2導電型第2クラッド領域から選ばれる少なくとも1つが、屈折率の異なる複数の層で構成されていることを特徴とするエピタキシャルウエハ。
(2)前記第1導電型第1クラッド領域に対する前記第2導電型第1クラッド領域の厚みの比及び屈折率の比が0.9〜1.1であることを特徴とする(1)に記載のエピタキシャルウエハ。
(3)前記第1導電型第2クラッド領域に対する前記第2導電型第2クラッド領域の厚みの比及び屈折率の比が0.9〜1.1であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のエピタキシャルウエハ。
(4)前記第1導電型低屈折率化防止層に対する前記第2導電型低屈折率化防止層の厚み及び屈折率の比が0.9〜1.1であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一項に記載のエピタキシャルウエハ。
(5)前記第1導電型第1クラッド領域、前記第1導電型第2クラッド領域、前記第2導電型第1クラッド領域、及び前記第2導電型第2クラッド領域の屈折率が前記第1導電型電流ブロック層の屈折率より高く、前記第1導電型第1クラッド領域及び前記第1導電型第2クラッド領域の屈折率が前記第1導電型低屈折率化防止層の屈折率よりも低く、かつ前記第2導電型第1クラッド領域及び前記第2導電型第2クラッド領域の屈折率が第2導電型低屈折率化防止層の屈折率より低いことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(6)前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の少なくとも一方が屈折率の異なる複数の層で構成され、前記複数の層のうち活性領域に最も近い層の屈折率が前記複数の層の他の層の屈折率より低いことを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(7)前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の少なくとも一方が屈折率の異なる複数の層で構成され、前記第2導電型第2クラッド領域の屈折率が前記第1導電型第2クラッド領域の屈折率より低く、かつ前記複数の層のうち活性領域に最も近い層以外の層の屈折率より低いことを特徴とする(6)に記載のエピタキシャルウエハ。
(8)前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の少なくとも一方が屈折率の異なる複数の層で構成され、前記第1導電型低屈折率化防止層及び前記第2導電型低屈折率化防止層のいずれか一方の厚みが、前記複数の層のうち活性領域に最も近い層の厚みより薄いことを特徴とする(6)又は(7)に記載のエピタキシャルウエハ。
(9)前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の少なくとも一方が屈折率の異なる複数の層で構成され、前記複数の層のうち活性領域に最も近い層の厚みが前記複数の層の他の層の合計の厚みよりも薄いことを特徴とする(6)〜(8)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(10)前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の少なくとも一方が屈折率の異なる複数の層で構成され、前記第1導電型第2クラッド領域及び/又は前記第2導電型第2クラッド領域の屈折率が、前記複数の層のうち活性領域に最も近い層の屈折率より高いことを特徴とする(6)〜(9)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(11)前記第2導電型低屈折率化防止層がエッチング停止層として用いられることを特徴とする(1)〜(10)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(12)前記第1導電型低屈折率化防止層及び/又は前記第2導電型低屈折率化防止層のバルク状態におけるバンドギャップエネルギーが、前記活性領域より発振する光のエネルギー以下であることを特徴とする(1)〜(11)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(13)前記第1導電型低屈折率化防止層及び/又は前記第2導電型低屈折率化防止層の薄膜化により、前記第1導電型低屈折率化防止層及び/又は第2導電型低屈折率化防止層の実効的なバンドギャップエネルギーを前記活性領域から発振する光のエネルギーより大きくしたことを特徴とする(12)に記載のエピタキシャルウエハ。
(14)前記活性領域が少なくとも2つの量子井戸層、2つの光ガイド層及び1つのバリア層からなることを特徴とする(1)〜(13)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(15)前記各層が、ヒ素系III−V族化合物半導体材料からなる(1)〜(14)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(16)前記各層が、リン系III−V族化合物半導体材料からなる(1)〜(14)のいずれかに前記エピタキシャルウエハ。
(17)前記各層が、ヒ素系及びリン系III−V族化合物半導体材料からなる(1)〜(14)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(18)前記各層が、窒化物系III−V族系化合物半導体材料からなることを特徴とする(1)〜(14)のいずれかに前記エピタキシャルウエハ。
(19)前記各層が、II−VI族系化合物半導体材料からなる(1)〜(14)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ。
(20)(1)〜(19)のいずれかに記載のエピタキシャルウエハを用いた半導体レーザ。
Preferred embodiments of the present invention include the following embodiments.
(1) At least one selected from the first conductivity type first cladding region, the first conductivity type second cladding region, the second conductivity type first cladding region, and the second conductivity type second cladding region has a different refractive index. An epitaxial wafer comprising a plurality of layers.
(2) The ratio of the thickness and the refractive index of the second conductivity type first cladding region to the first conductivity type first cladding region is from 0.9 to 1.1. The described epitaxial wafer.
(3) The ratio of the thickness and the refractive index of the second conductivity type second cladding region to the first conductivity type second cladding region is 0.9 to 1.1 (1) or The epitaxial wafer according to (2).
(4) The ratio of the thickness and refractive index of the second conductive type refractive index lowering prevention layer to the first conductive type refractive index lowering prevention layer is from 0.9 to 1.1 (1) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (3).
(5) Refractive indexes of the first conductivity type first cladding region, the first conductivity type second cladding region, the second conductivity type first cladding region, and the second conductivity type second cladding region are set to be the first refractive index. The refractive index of the first conductive type first cladding region and the first conductive type second cladding region is higher than the refractive index of the conductive current blocking layer, and the refractive index of the first conductive type low refractive index reduction preventing layer. The refractive index of the second conductive type first cladding region and the second conductive type second cladding region is lower than the refractive index of the second conductive type low refractive index reduction prevention layer (1) to The epitaxial wafer according to any one of (4).
(6) At least one of the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region is composed of a plurality of layers having different refractive indexes, and the refraction of the layer closest to the active region among the plurality of layers The epitaxial wafer according to any one of (1) to (5), wherein a refractive index is lower than a refractive index of another layer of the plurality of layers.
(7) At least one of the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region is composed of a plurality of layers having different refractive indexes, and the refractive index of the second conductivity type second cladding region is The epitaxial wafer according to (6), wherein the epitaxial wafer has a refractive index lower than a refractive index of the first conductivity type second cladding region and lower than a refractive index of a layer other than the layer closest to the active region among the plurality of layers.
(8) At least one of the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region is composed of a plurality of layers having different refractive indexes, and the first conductivity type low refractive index lowering prevention layer and the first conductivity type The epitaxial wafer according to (6) or (7), wherein the thickness of any one of the two-conductivity-type low-refractive index prevention layers is thinner than the thickness of the plurality of layers closest to the active region .
(9) At least one of the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region is composed of a plurality of layers having different refractive indexes, and the thickness of the layer closest to the active region among the plurality of layers. The epitaxial wafer according to any one of (6) to (8), wherein is thinner than a total thickness of the other layers of the plurality of layers.
(10) At least one of the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region is formed of a plurality of layers having different refractive indexes, and the first conductivity type second cladding region and / or the first conductivity type. The epitaxial wafer according to any one of (6) to (9), wherein a refractive index of the second conductivity type second cladding region is higher than a refractive index of a layer closest to the active region among the plurality of layers.
(11) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (10), wherein the second conductivity type low refractive index reduction preventing layer is used as an etching stop layer.
(12) The band gap energy in the bulk state of the first conductive type low refractive index lowering prevention layer and / or the second conductive type low refractive index lowering prevention layer is equal to or lower than the energy of light oscillated from the active region. The epitaxial wafer according to any one of (1) to (11).
(13) The first conductive type low refractive index preventing layer and / or the second conductive material can be formed by thinning the first conductive type low refractive index preventing layer and / or the second conductive type low refractive index preventing layer. The epitaxial wafer according to (12), wherein an effective band gap energy of the type low refractive index reduction preventing layer is made larger than energy of light oscillated from the active region.
(14) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (13), wherein the active region includes at least two quantum well layers, two light guide layers, and one barrier layer.
(15) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (14), wherein each of the layers is made of an arsenic III-V compound semiconductor material.
(16) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (14), wherein each of the layers is made of a phosphorus-based III-V group compound semiconductor material.
(17) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (14), wherein each of the layers is made of an arsenic and phosphorus III-V compound semiconductor material.
(18) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (14), wherein each of the layers is made of a nitride III-V group compound semiconductor material.
(19) The epitaxial wafer according to any one of (1) to (14), wherein each of the layers is made of a II-VI group compound semiconductor material.
(20) A semiconductor laser using the epitaxial wafer according to any one of (1) to (19).
本発明のエピタキシャルウエハにおける低屈折率化防止層の導入効果を示すために、同一の活性領域を有し、かつエピタキシャルウエハの積層方向に対する垂直ビーム放射角を16°、水平ビーム放射角を9°となるように計算で求めた第2導電型第2クラッド領域よりも低屈折率である第1導電型電流ブロック層を有する実屈折率型構造の4種類のAlGaAs系化合物半導体エピタキシャルウエハを用いて以下に説明する。 In order to show the effect of introducing the low refractive index prevention layer in the epitaxial wafer of the present invention, the vertical beam radiation angle with respect to the stacking direction of the epitaxial wafer is 16 °, and the horizontal beam radiation angle is 9 °. Using four types of AlGaAs compound semiconductor epitaxial wafers having an actual refractive index type structure having a first conductive type current blocking layer having a lower refractive index than the second conductive type second cladding region obtained by calculation so that This will be described below.
なお、本発明のビーム放射角は、レーザ中の光導波の解析で一般的に用いられている実効屈折率近似法で行った(「半導体レーザ(基礎と応用)」、伊藤良一、中村道冶共編 培風館(1989)p98-100))。この際、エピタキシャル成長方向とエピタキシャル成長方向に対する垂直方向との光分布は互いに独立であると仮定して変数分離で行った。また、前記解折で用いる屈折率nは、本明細書において例として用いたAlGaAsの場合、Alの組成をxとしたとき(Gaの組成を"1-x")、レーザの発振波長が800nm付近であるとして、以下の式に従って求めた。 The beam emission angle of the present invention was determined by an effective refractive index approximation method generally used in the analysis of optical waveguides in lasers (“semiconductor laser (basic and applied)”, Ryoichi Ito, Michiko Nakamura. Co-edition Baifukan (1989) p98-100)). At this time, the light separation in the epitaxial growth direction and the direction perpendicular to the epitaxial growth direction was assumed to be independent from each other, and was performed by variable separation. In the case of AlGaAs used as an example in this specification, the refractive index n used in the above analysis is such that when the Al composition is x (Ga composition is “1-x”), the laser oscillation wavelength is 800 nm. It was determined according to the following formula, assuming that it was in the vicinity.
上記4種類のエピタキシャルウエハの断面構造と、計算結果であるAlXGa1-XAsのAl混晶比及び屈折率を図4〜7に示す。図4は、低屈折率化防止層21、22を有する場合の断面構造、図5は、低屈折率化防止層21、22を有しない場合の断面構造、図6は、第1クラッド領域13、15を複数層化し、低屈折率化防止層21、22を有する場合の断面構造、図7は、第1クラッド領域13、15を複数層化し、低屈折率化防止層21、22を有しない場合の断面構造をそれぞれ表す。上記4種類の構造において、導電型低屈折率化防止層21、22を有する場合と有しない場合の屈折率の違いを明らかにするため、活性領域14以外の層であるクラッド領域12、13、15、17及び第1導電型電流ブロック層16の屈折率の比較を行った。
The cross-sectional structures of the above four types of epitaxial wafers and the Al mixed crystal ratio and refractive index of Al X Ga 1-X As which are the calculation results are shown in FIGS. 4 is a cross-sectional structure in the case where the low refractive index
上記4種類の構造において、活性領域14は2つの量子井戸を有するSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造であって、2つの量子井戸層、2つの光ガイド層、1つのバリア層からなり、それぞれの層のAl組成や厚みは同一とした。また、活性領域14以外の層においても、層の厚みがビームの放射角へ影響を及ぼすため、低屈折率化防止層21、22の導入による屈折率への影響をより正確に評価する目的で、第1導電型第2クラッド領域12の厚み、第1導電型低屈折率化防止層21の厚み(図4及び図6に示す構造のみ)、活性領域14から第1導電型第2クラッド領域12までの距離、活性領域14から第1導電型電流ブロック層16までの距離、第2導電型低屈折率化防止層22の厚み(図4及び図6に示す構造のみ)、第1導電型電流ブロック層16の厚み、第2導電型第2クラッド領域17の厚み、第2導電型コンタクト層18の厚みについても、上記4種類の構造について同一とした。
In the above four types of structures, the
1つ目のエピタキシャルウエハの層構造は、導電型低屈折率化防止層21、22を有する構造であり、図4に断面構造が示される。第1導電型GaAs基板11上に、AlXGa1-XAs(x=0.461)で厚み2.50μmの第1導電型第2クラッド領域12、AlXGa1-XAs(x=0.175)で厚み0.01μmの第1導電型低屈折率化防止層21、AlXGa1-XAs(x=0.461)で厚み0.10μmの第1導電型第1クラッド領域13、活性領域14、AlXGa1-XAs As(x=0.461)で厚み0.10μmの第2導電型第1クラッド領域15、AlXGa1-XAs(x=0.175)で厚み0.01μmの第2導電型低屈折率化防止層22、電流が流れる領域を2.25μm幅のストライプ状に制限したAlXGa1-XAs(x=0.496)で厚み1.00μmの第1導電型電流ブロック層16、該電流ブロック層16に接し、かつ電流ブロック層16の下に設けられた第2導電型低屈折率化防止層22に接したAlXGa1-XAs(x=0.461)で厚み2.50μmの第2導電型第2クラッド領域17、GaAsで厚み0.50μmの第2導電型コンタクト層18が順次積層した構造である。
The layer structure of the first epitaxial wafer is a structure having conductive type low refractive index prevention layers 21 and 22, and the cross-sectional structure is shown in FIG. 4. On the first conductivity type GaAs substrate 11, Al X Ga 1-X As the first conductivity type having a thickness of 2.50μm in (x = 0.461) second cladding region 12, Al X Ga 1-X As (x = 0.175) A first conductive type low refractive
2つ目のエピタキシャルウエハの層構造は、図4に示す1つ目の構造に対し、導電型低屈折率化防止層21、22を有しない構造であり、図5に断面構造が示される。第1導電型GaAs基板11上に、AlXGa1-XAs(x=0.528)で厚み2.5μmの第1導電型第2クラッド領域12、AlXGa1-XAs(x=0.528)で厚み0.11μmの第1導電型第1クラッド領域13、活性領域14、AlXGa1-XAs(x=0.528)で厚み0.11μmの第2導電型第1クラッド領域15、電流が流れる領域を2.25μm幅のストライプ状に制限したAlXGa1-XAs(x=0.567)で厚み1.00μmの第1導電型電流ブロック層16、該電流ブロック層16に接し、かつ電流ブロック層16の下に設けられた第2導電型第1クラッド領域15に接したAlXGa1-XAs(x=0.528)で厚み2.50μmの第2導電型第2クラッド領域17、GaAsで厚み0.50μmの第2導電型コンタクト層18が順次積層された構造である。
The layer structure of the second epitaxial wafer is a structure that does not have the conductive type low refractive index prevention layers 21 and 22 with respect to the first structure shown in FIG. 4, and FIG. 5 shows a cross-sectional structure. On the first conductivity type GaAs substrate 11, Al X Ga 1-X As the first conductivity type having a thickness of 2.5μm by (x = 0.528) second cladding region 12, Al X Ga 1-X As (x = 0.528) The first conductivity type
3つ目のエピタキシャルウエハの層構造は、導電型低屈折率化防止層21、22を有する場合の構造であり、図4に示される1つ目の構造に対し、第1クラッド領域13、15をAl混晶比の差が0.010である2層とした場合の構造であり、図6にその断面構造が示される。第1導電型GaAs基板11上に、AlXGa1-XAs(x=0.470)で厚み2.50μmの第1導電型第2クラッド領域12、AlXGa1-XAs(x=0.175)で厚み0.01μmの第1導電型低屈折率化防止層21、AlXGa1-XAs(x=0.470)で厚み0.06μmとAlXGa1-XAs(x=0.480)で厚み0.04μmの2層からなる第1導電型第1クラッド領域13、活性領域14、AlXGa1-XAs(x=0.480)で厚み0.04μmとAlXGa1-XAs(x=0.470)で厚み0.06μmの2層からなるの第2導電型第1クラッド領域15、AlXGa1-XAs(x=0.175)で厚み0.01μmの第2導電型低屈折率化防止層22、電流が流れる領域を2.25μm幅のストライプ状に制限したAlXGa1-XAs(x=0.505)で厚み1.10μmの第1導電型電流ブロック層16、該電流ブロック層16に接していてかつ電流ブロック層16の下に設けられた第2導電型低屈折率化防止層22に接したAlXGa1-XAs(x=0.470)で厚み2.50μmの第2導電型第2クラッド領域17、GaAsで厚み0.50μmの第2導電型コンタクト層18が順次積層された構造である。
The layer structure of the third epitaxial wafer is a structure in the case where the conductive type low refractive index lowering prevention layers 21 and 22 are provided, and the
4つ目のエピタキシャルウエハの層構造は、図6に示す3つ目の構造に対し、導電型低屈折率化防止層21、22を有しない場合の構造であり、3つ目の構造と同様に第1クラッド領域13、15をAl混晶比の差が0.01である2層とした場合の構造であり、図7に断面構造が示される。第1導電型GaAs基板11上に、AlXGa1-XAs(x=0.539)で厚み2.50μmの第1導電型第2クラッド領域12、AlXGa1-XAs(x=0.539)で厚み0.07μmとAlXGa1-XAs(x=0.549)で厚み0.04μmの2層からなる第1導電型第1クラッド領域13、活性領域14、AlXGa1-XAs(x=0.549)で厚み0.04μmとAlXGa1-XAs(x=0.539)で厚み0.07μmの2層からなる第2導電型第1クラッド領域15、電流が流れる領域を2.25μm幅のストライプ状に制限したAlXGa1-XAs(x=0.578)で厚み1.10μmの第1導電型電流ブロック層16、該電流ブロック層16に接し、かつ電流ブロック層16の下に設けられた第2導電型第1クラッド領域15に接したAlXGa1-XAs(x=0.539)で厚み2.500μmの第2導電型第2クラッド領域17、GaAsで厚み0.50μmの第2導電型コンタクト層18が順次積層した構造である。
The layer structure of the fourth epitaxial wafer is a structure in which the conductive type low refractive index prevention layers 21 and 22 are not provided in the third structure shown in FIG. 6, and is the same as the third structure. FIG. 7 shows a cross-sectional structure in which the
以上の4種類の構造について、エピタキシャルウエハの積層方向に対する垂直ビーム放射角16°、水平ビーム放射角9°となるようにAl組成を調整して屈折率を変化させることにより計算して求めた屈折率における第1導電型電流ブロック層の屈折率と第2導電型第2クラッド領域の屈折率とを比較した結果をグラフ化したものを図8に示す。 Refraction obtained by calculating the above four types of structures by adjusting the Al composition and changing the refractive index so that the vertical beam radiation angle is 16 ° and the horizontal beam radiation angle is 9 ° with respect to the stacking direction of the epitaxial wafer. FIG. 8 is a graph showing the result of comparing the refractive index of the first conductivity type current blocking layer with the refractive index of the second conductivity type second cladding region.
なお、上記4種類の各構造において、活性領域14の構造はすべて同一であり、かつ第1導電型第2クラッド領域12と第2導電型第2クラッド領域17とのAl混晶比もすべて同一である。また1つ目(図4)と2つ目(図5)の各構造では第2クラッド領域12、17と第1クラッド領域13、15のAl混晶比は同一である。また3つ目(図6)と4つ目(図7)の各構造において、第2クラッド領域12、17のAl混晶比と第1クラッド領域13、15を構成する2層のうち第2クラッド領域12、17側の層のAl混晶比は同一である。また、第1クラッド領域13、15の2層のうち第2クラッド領域12、17側の層と活性層14側の層とのAl混晶比差は、活性層14側の層を0.010高くした。さらに1つ目(図4)と3つ目(図6)の低屈折率化防止層21、22の厚みとAl混晶比は同一とした。これにより、各クラッド領域12、13、15、17の屈折率については、第1導電型第2クラッド領域12のみを各構造に対して比較すればよく、図8には、4種類の各構造の第一導電型第2クラッド領域12と電流ブロック層16の屈折率を示した。
In each of the above four types of structures, the structures of the
図8より、低屈折率化防止層21、22を有するエピタキシャルウエハである1つ目の構造(図4)及び3つ目の構造(図6)の方が、導電型低屈折率化防止層21、22を有しない2つ目の構造(図5)及び4つ目の構造(図7)と比べて、第1導電型第2クラッド領域12及び第1導電型電流ブロック層16のいずれも屈折率が高くなっており、活性領域14以外の全体の層構成を高屈折率化できることが明らかである。
From FIG. 8, the first structure (FIG. 4) and the third structure (FIG. 6), which are epitaxial wafers having the low refractive index prevention layers 21 and 22, are more conductive type low refractive index prevention layers. Compared to the second structure (FIG. 5) and the fourth structure (FIG. 7) that do not have 21, 22, both the first conductivity type
本発明のエピタキシャルウエハは、第1導電型第2クラッド領域と前記第1導電型第1クラッド領域の間に第1導電型低屈折率化防止層及び/又は第2導電型第1クラッド領域と第2導電型第2クラッド領域の間に第2導電型低屈折率化防止層を有し、第1導電型電流ブロック層の屈折率が第2導電型第2クラッド領域より低く、低屈折率化防止層の屈折率が全クラッド領域の屈折率より高く、かつ低屈折率化防止層の厚みが第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の厚みより薄い。この構成を有することにより、本発明であれば、酸化しやすい材料を用いた場合であっても酸化しやすい材料の混晶比を低減でき、活性領域以外の層全体を高屈折率化した所望のビーム放射角を有するエピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザを提供することができる。 The epitaxial wafer of the present invention includes a first conductivity type low refractive index preventing layer and / or a second conductivity type first cladding region between the first conductivity type second cladding region and the first conductivity type first cladding region. A second conductivity type low refractive index preventing layer is provided between the second conductivity type second cladding regions, the refractive index of the first conductivity type current blocking layer is lower than that of the second conductivity type second cladding region, and the low refractive index. The refractive index of the anti-reflection layer is higher than the refractive index of the entire cladding region, and the thickness of the low-refractive index prevention layer is thinner than the thicknesses of the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region. By having this structure, the present invention can reduce the mixed crystal ratio of the easily oxidizable material even when the easily oxidizable material is used, and can increase the refractive index of the entire layer other than the active region. It is possible to provide an epitaxial wafer having a beam radiation angle of 2 mm and a semiconductor laser using the same.
以下、本発明のエピタキシャルウエハ及びそれを用いた半導体レーザについて詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。 Hereinafter, the epitaxial wafer of the present invention and the semiconductor laser using the same will be described in detail. In the present specification, “to” is used as a meaning including numerical values described before and after the lower limit value and the upper limit value.
図1〜図3に本発明のエピタキシャルウエハ及び半導体レーザの好適な実施態様を示す。以下、これらの図面に基づいて本発明のエピタキシャルウエハ及び半導体レーザを説明する。 1 to 3 show preferred embodiments of the epitaxial wafer and the semiconductor laser of the present invention. The epitaxial wafer and semiconductor laser of the present invention will be described below with reference to these drawings.
図1に示されるエピタキシャルウエハは、基板11上に、第1導電型第2クラッド領域12、第1導電型低屈折率化防止層21、第1導電型第1クラッド領域13、活性領域14、第2導電型第1クラッド領域15、第2導電型低屈折率化防止層22、ストライプ状の開口部19を有する第1導電型電流ブロック層16、開口部19及び少なくとも開口部19の両脇の第1導電型電流ブロック層16と接している第2導電型第2クラッド領域17、第2導電型コンタクト層18がこの順に形成されている。
The epitaxial wafer shown in FIG. 1 includes a first conductive type
なお、本明細書において「領域」という表現は、単層と屈折率の異なる複数の層の両方を含む。また、「A層(領域)、B層(領域)の順に形成された」という表現は、A層(領域)の上面にB層(領域)の底面が接するようにB層(領域)が形成されている場合と、A層(領域)の上面に1以上の層(領域)が形成され、さらにその層(領域)上にB層(領域)が形成されている場合の両方を含む。さらに、A層(領域)の上面とB層(領域)の底面が部分的に接していて、その他の部分ではA層(領域)とB層(領域)の間に1以上の層(領域)が存在している場合も、上記表現に含まれる。 Note that the expression “region” in this specification includes both a single layer and a plurality of layers having different refractive indexes. The expression “formed in the order of layer A (region) and layer B (region)” means that the layer B (region) is formed so that the bottom surface of layer B (region) is in contact with the upper surface of layer A (region). And the case where one or more layers (regions) are formed on the upper surface of the A layer (region) and the B layer (region) is further formed on the layer (region). Further, the upper surface of the A layer (region) and the bottom surface of the B layer (region) are in partial contact, and in other portions, one or more layers (regions) are provided between the A layer (region) and the B layer (region). Is also included in the above expression.
図1において、基板11は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長可能なものであれば、その導電性や材料については特に限定はない。例えば、ヒ素系III−V族化合物半導体材料であるAlGaAs系及びAlGaInN系の材料、リン系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInP系の材料、ヒ素及びリン系III−V族化合物半導体材料であるGaInAsP系及びAlGaInAsP系の材料、窒化物系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInN系、AlGaInNAs系及びAlGaInNP系の材料、II-VI 族化合物半導体材料であるMgZnCdSSe系の材料を適用することができる。好ましくは、導電性のある基板である。具体的には、基板上への結晶薄膜成長に適したGaAs、GaP、InP、ZnSe、ZnO、Si、AlN、サファイアなどの結晶基板、閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板を用いることができる。また、基板11は六方晶型の基板でもよく、例えばAl2O3、6H-SiC等からなる基板を用いることもできる。
In FIG. 1, the
基板11上には、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長に持ち込まないようにするため、厚さ0.2〜2μm程度のバッファー層を形成しておくこともできる。
On the
基板11の厚みは、設計により適宜決定することができる。例えば、エピタキシャルウエハでは基板11の厚みは100〜700μmの範囲であることが適当であり、200〜650μmの範囲であることが好ましく、250〜500μmの範囲であることがさらに好ましい。また、半導体レーザでは基板11の厚みは50〜300μmであることが適当であり、60〜200μmであることが好ましく、70〜150μmであることがさらに好ましい。
The thickness of the
基板11上には活性領域14を含む化合物半導体層を形成する。化合物半導体層は、活性領域14の上下側に活性領域14のうち最も低屈折率の層よりも低い屈折率を有するクラッド領域を含んでおり、そのうち基板側の領域は第1導電型クラッド領域、他方のエピタキシャル側の領域は第2導電型クラッド領域として機能する。
A compound semiconductor layer including the
本発明のエピタキシャルウエハは、基板側に第1導電型第2クラッド領域12、第1導電型第1クラッド領域13、他方のエピタキシャル側に第2導電型第1クラッド領域15、第2導電型第2クラッド領域17をそれぞれ形成する。各クラッド領域は、単層であってもよく、また複数の層で構成されていてもよい。クラッド領域が複数層からなる場合、屈折率の異なる複数の層で構成されていることが好ましい。
The epitaxial wafer of the present invention includes a first conductivity type
本発明において、クラッド領域を複数層化し、さらに後述する低屈折率化防止層21、22を導入することにより、半導体レーザのビーム放射角又はエピタキシャルウエハ各層の屈折率を制御できる。これにより半導体レーザから発振されるビーム放射角の設計を自由に行うことができると同時に、選択性エッチングなどの採用のため材料組成が規制されている場合であっても光学的設計を比較的自由に行うことができる。
In the present invention, by forming a clad region into a plurality of layers and further introducing low refractive index
第1導電型第2クラッド領域12、第1導電型第1クラッド領域13、第2導電型第1クラッド領域15及び第2導電型第2クラッド領域17を形成するために用いられる材料は、実屈折率型構造を作製することが可能な材料であれば特に制限はなく、設計により適宜決定することができる。例えば、ヒ素系III−V族化合物半導体材料であるAlGaAs系及びAlGaInAs系の材料、リン系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInP系の材料、ヒ素及びリン系III−V族化合物半導体材料であるGaInAsP系及びAlGaInAsP系の材料、窒化物系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInN系、AlGaInNAs系及びAlGaInNP系の材料、II-VI 族化合物半導体材料であるMgZnCdSSe系の材料などを適用することができ、活性領域14と同一の半導体材料を用いることが好まく、特に実用化で注目されているAlGaAs系、AlGaIn系、GaInAsP系、AlGaInN系の半導体材料を用いることが好ましい。
The materials used to form the first conductivity type
各クラッド領域の厚みは、設計により適宜決定することができるが、低屈折率化防止層21、22の低屈折率化の効果が効率よく得られるようにするため、第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15の場合、0.05〜0.5μmの範囲であることが適当であり、0.1〜0.4μmの範囲であることが好ましく、0.15〜0.3μmの範囲であることがさらに好ましい。また、第1導電型第2クラッド領域12及び第2導電型第2クラッド領域17の場合、0.5〜5μmの範囲であることが適当であり、0.7〜4μmの範囲であることが好ましく、1〜3μmの範囲がさらに好ましい。
The thickness of each cladding region can be determined as appropriate depending on the design, but in order to efficiently obtain the effect of lowering the refractive index of the lower refractive index prevention layers 21 and 22, the first conductivity type first cladding. In the case of the
各クラッド領域のキャリア濃度は、第1導電型第2クラッド領域12の場合、1.0×1017〜1.0×1019cm-3であることが好ましく、5.0×1017〜5.0×1018cm-3であることがさらに好ましい。また、第1導電型第1クラッド領域13の場合、5×1016〜5×1018cm-3であることが好ましく、1.0×1017〜1.0×1018cm-3であることがさらに好ましい。また、第2導電型第1クラッド領域15の場合、5×1016〜5×1018cm-3であることが好ましく、1.0×1017〜1.0×1018cm-3cm-3であることがさらに好ましい。第2導電型第2クラッド領域17の場合、1.0×1017〜1.0×1019cm-3であることが好ましく、5.0×1017〜5.0×1018cm-3であることがさらに好ましい。
In the case of the first conductivity type
活性領域14の構造は、特に限定されず、AlGaAs系セルフパルセーション型化合物半導体レーザに一般的に用いられる第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15より屈折率が高いバルク活性層であってもよい。また、高出力半導体レーザや半導体レーザの低しきい値化によく用いられる活性層と光ガイド層とからなる構造であってもよい。活性層は、単一量子井戸又は量子井戸の間をバリア層で仕切られた多重量子井戸で構成される量子井戸構造であることが好ましい。この量子井戸構造は、少なくとも一方に光ガイド層を有し、該光ガイド層の屈折率は第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15の屈折率より高く、かつ量子井戸層の屈折率より低いSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造や、光ガイド層の屈折率を連続的に変化させた部分を持つGRIN-SCH(Graded Index-Separate Confinement Heterostructure)構造であってもよい。
The structure of the
活性領域14が量子井戸構造を有する場合、AlGaInP系化合物半導体レーザでよく用いられるGaInP量子井戸層、AlGaInPバリア層及びAlGaInP光ガイド層のような、量子井戸層、バリア層、光ガイド層の少なくとも一つがひずみを有する層であってもよい。また、光ガイド層及びバリア層の一部又は全部が第一導電型又は第二導電型であってもよい。
When the
活性領域14の厚みは、設計により適宜決定することができる。例えば、バルク活性層である場合、厚みは0.02〜0.2μmであることが適当であり、0.03〜0.1μmであることがより好ましく、0.04〜0.08μmであることがさらに好ましい。また、単一量子井戸(SQW)構造の活性層である場合、厚みは通常10nm以下であり、多重量子井戸(MQW)構造の活性層である場合、厚みは0.02〜0.3μmであることが適当であり、0.03〜0.2μmであることが好ましく、0.05〜0.15μmであることがさらに好ましい。
The thickness of the
活性領域14で用いられる材料は、設計により適宜決定され、例えば、ヒ素系III−V族化合物半導体材料であるAlGaAs系及びAlGaInAs系の材料、リン系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInP系の材料、ヒ素及びリン系III−V族化合物半導体材料であるGaInAsP系及びAlGaInAsP系の材料、窒化物系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInN系、AlGaInNAs系及びAlGaInNP系の材料、II-VI 族化合物半導体材料であるMgZnCdSSe系の材料などを例示することができ、特に実用の面で注目されているAlGaAs系、AlGaInP系、GaInAsP系、AlGaInN系を適用することが好ましい。
The material used in the
活性領域14の上には第2導電型第1クラッド領域15、第2導電型低屈折率化防止層22、第1導電型電流ブロック層16、及び第2導電型第2クラッド領域17の順に形成される。第1導電型電流ブロック層16は、レーザ発振を行わせるため、電流を開口部19に狭窄するとともに、エピタキシャルウエハの積層方向に対する水平方向の光を電流狭窄を行った領域に集中させるための層であり、その材料は第1導電型の半導体となるものであれば特に制限されない。第1導電型電流ブロック層16は、例えば、ヒ素系III−V族化合物半導体材料であるAlGaAs系及びAlGaInN系の材料、リン系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInP系の材料、ヒ素及びリン系III−V族化合物半導体材料であるGaInAsP系及びAlGaInAsP系の材料、窒化物系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInN系、AlGaInNAs系及びAlGaInNP系の材料、II-VI 族化合物半導体材料であるMgZnCdSSe系の材料などを例示することができ、特にクラッド領域や活性領域と同じ半導体材料を適用することが好ましい。また、格子定数を合わせることにより異種の半導体材料を用いることもできる。
On the
第1導電型電流ブロック層16の屈折率は、前記第2導電型第2クラッド領域17の屈折率より低いことが好ましい(実屈折率ガイド構造)。このような屈折率の制御を行うことによって、従来のロスガイド構造に比べて動作電流を低減することが可能になる。第1導電型電流ブロック層16の屈折率は、第2導電型第2クラッド領域17の屈折率より低く、かつ第2導電型第1クラッド領域15の屈折率より低いことが好ましく、全てのクラッド領域12、13、15、17の屈折率より低いことがさらに好ましい。
The refractive index of the first conductivity type
第1導電型電流ブロック層16は、光分布(特に横方向の光分布)を制御したり電流阻止の機能を向上させるために、屈折率、キャリア濃度又は導電型が異なる2つ以上の層から形成してもよい。また、第1導電型電流ブロック層16の上に表面保護層(図示せず)を形成して、表面酸化の抑制あるいはプロセス上の表面保護を図ることもできる。表面保護層の導電型は特に規定されないが、第2導電型とすることにより、電流阻止機能の向上を図ることができる。
The first conductivity type
第1導電型電流ブロック層16は、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性があるため、厚さは0.1〜3μmの範囲であることが好ましく、0.2〜2.0μmであることがより好ましく、0.3〜1.2μmの範囲であることがさらに好ましい。
If the first conductivity type
第1導電型電流ブロック層16は、例えば、図1の断面構造に示されるように、第2導電型低屈折率化防止層22の上に形成され、その一部がストライプ状に開口されるとともに、このストライプ状の開口部19が第2導電型第2クラッド領域17により埋め込まれた内部ストライプ構造をとることができる。また、第1導電型電流ブロック層16は、図2の断面構造に示されるように、第2導電型低屈折率化防止層22上にリッジ型ストライプ形状を有する第2導電型第2クラッド領域17が設けられ、この第2導電型第2クラッド領域17の両側の部分に埋め込まれた埋め込みリッジ型構造をとることもできる。
For example, as shown in the cross-sectional structure of FIG. 1, the first conductivity type
第1導電型電流ブロック層16を埋め込んだ形となるリッジ型構造をとる場合、第2導電型第2クラッド領域17の酸化を防止するため、第2導電型第2クラッド領域17上にキャップ層31を設けることが好ましい。キャップ層31は、酸化せず、かつ電気抵抗が低い材料を適宜選択して形成することができ、その厚みは0.01〜0.5μmの範囲であり、0.01〜0.3μmの範囲であることが好ましく、0.02〜0.2μmの範囲であることがさらに好ましい。
In the case of adopting a ridge structure in which the first conductivity type
電流ブロック層16と第2導電型第2クラッド層17を形成した後にさらに電極を形成するに先立ち、電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗(高キャリア濃度)のコンタクト層18を形成することが好ましい。特に本発明のエピタキシャルウエハを半導体レーザとして用いる場合には、電極を形成しようとする最上層表面の全体にコンタクト層18を形成したうえで電極を形成することが好ましい。
Prior to forming the electrode after forming the
このとき、コンタクト層18の材料は、通常はクラッド層よりバンドギャップが小さい材料から選択され、金属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャリア密度を有するのが好ましい。キャリア密度は、1.0×1018〜1.0×1020cm-3であることが好ましく、1.0×1018〜5.0×1019cm-3であるがより好ましく、2.0×1018〜3.0×1019cm-3であることが最も好ましい。
At this time, the material of the
次に、低屈折率化防止層21、22について説明する。本発明のエピタキシャルウエハは、第1導電型第2クラッド領域12と第1導電型第1クラッド領域13の間に第1導電型低屈折率化防止層21及び第2導電型第1クラッド領域15と第2導電型第2クラッド領域17の間に第2導電型低屈折率化防止層22の少なくとも一方を有する。図1に示されるエピタキシャルウエハは、第1導電型低屈折率化防止層21と第2導電型低屈折率化防止層22の両方を有する実施態様である。
Next, the low refractive index
本発明において低屈折率化防止層21、22の屈折率は、全クラッド領域、すなわち第1導電型第2クラッド領域12、第1導電型第1クラッド領域13、第2導電型第1クラッド領域15及び第2導電型第2クラッド領域17のいずれの領域の屈折率よりも高い。より具体的には、低屈折率化防止層21、22と全クラッド領域との屈折率差は、0.05以上であることが好ましく、0.1以上であることがさらに好ましく、0.15以上であることが最も好ましい。両層の屈折率の差が0.05以上あれば、層全体を高屈折率にすることができる。
In the present invention, the refractive indexes of the low-refractive index lowering prevention layers 21 and 22 are the total cladding region, that is, the first conductivity type
低屈折率化防止層21、22の厚みは、第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15の厚み(クラッド領域が複数の層からなる場合には活性領域に最も近い層の厚み)より薄ければ特に制限はなく、設計により適宜決定できる。具体的には、低屈折率化防止層21、22の厚みは0.5nm〜0.05μmの範囲であることが好ましく、1nm〜0.03μmの範囲であることがさらに好ましく、1nm〜0.02μmの範囲であることが最も好ましい。
The thicknesses of the low refractive
低屈折率化防止層21、22に適用可能な材料は特に限定されず、例えば、ヒ素系III−V族化合物半導体材料であるAlGaAs系及びAlGaInN系の材料、リン系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInP系の材料、ヒ素及びリン系III−V族化合物半導体材料であるGaInAsP系及びAlGaInAsP系の材料、窒化物系III−V族化合物半導体材料であるAlGaInN系、AlGaInNAs系及びAlGaInNP系の材料、II-VI 族化合物半導体材料であるMgZnCdSSe系の材料などを適用することができ、特にクラッド領域12、13、15、17と同じ半導体材料を適用することが好ましい。
Materials applicable to the low refractive index
低屈折率化防止層21、22は、クラッド領域及び電流ブロック層とは屈折率が異なるため、半導体の混晶比においてもクラッド領域及び電流ブロック層の混晶比が異なる。このため、組成選択性のあるウエット又はドライなどのエッチングを行った際に、エッチング防止層としての役割を果たすことが可能である。 Since the refractive index lowering prevention layers 21 and 22 are different in refractive index from the cladding region and the current blocking layer, the mixed crystal ratio of the cladding region and the current blocking layer is also different in the mixed crystal ratio of semiconductor. For this reason, when etching such as wet or dry having composition selectivity is performed, it can serve as an etching preventing layer.
低屈折率化防止層21、22は、活性領域14から発振する光のエネルギーを吸収する材料が用いられた場合であっても、クラッド領域12、13、15、17の屈折率と導電型低屈折率化防止層21、22との間の屈折率の差を大きくすることができる。このため、導電型低屈折率化防止層21、22は、低屈折率化を防ぐのに有効な層として機能させることができる。
Even when a material that absorbs the energy of light oscillated from the
低屈折率化防止層21、22は、非常に厚みが薄い場合であっても効果を発揮する。このため、本発明において低屈折率化防止層21、22は、バルク状態において活性領域から発振する光のエネルギーを吸収する材料が用いられた場合であっても、その厚みを薄くすることで量子効果を用いて活性領域から発振する光の吸収を防ぐことができる。この場合においても、低屈折率化防止層21、22は、低屈折率化を防ぐのに有効な層として機能させることが可能である。
The low refractive index
低屈折率化防止層21、22のバルク状態におけるバンドギャップエネルギーは、活性領域14より発振する光のエネルギー以下とすることができる。一般的に用いられる半導体材料は、バンドギャップエネルギーが小さくなることに対応して屈折率が小さくなるため、活性領域14より発振する光のエネルギー以下とすれば、実効的にクラッド領域の屈折率の差を大きくすることができる。また、低屈折率化防止層21、22の実効的なバンドキャップエネルギーを活性領域14から発振する光のエネルギーよりも大きくすることにより発振した光の吸収を抑え、光を有効に用い、かつ、しきい値電流や動作電流を低下させることができる観点から好ましい。
The band gap energy in the bulk state of the low refractive index
次に、低屈折率化防止層と各層(又は領域)の屈折率及び厚さの関係について説明する。
本発明のエピタキシャルウエハにおいて、低屈折率化防止層21、22による高屈折率化の効果は、クラッド領域と低屈折率化防止層との屈折率差、及び低屈折率化防止層の厚みに関係する。すなわち、本発明のエピタキシャルウエハは、クラッド領域の屈折率が同一の導電型の低屈折率化防止層の屈折率よりも低い場合に有効な高屈折率化の効果が得られる。
Next, the relationship between the refractive index and thickness of the low refractive index reduction preventing layer and each layer (or region) will be described.
In the epitaxial wafer of the present invention, the effect of increasing the refractive index by the lower refractive index prevention layers 21 and 22 is due to the difference in refractive index between the cladding region and the lower refractive index prevention layer and the thickness of the lower refractive index prevention layer. Involved. That is, the epitaxial wafer of the present invention has an effect of increasing the refractive index that is effective when the refractive index of the cladding region is lower than the refractive index of the same conductivity type low refractive index reduction preventing layer.
クラッド領域12、13、15、17が複数の層で構成される場合(以下「複数層化」ともいう)、特に第1導電型第1クラッド領域13及び/又は第2導電型第1クラッド領域15(以下「第1クラッド領域」ともいう)が複数の層で構成される場合、その中で活性領域14に最も近い層の屈折率を低くすること(低屈折率化)により、バンドギャップエネルギーを大きくし、活性領域14にキャリアを有効に閉じ込めることができる。
When the
なお、第1クラッド領域13、15の複数層化及び低屈折率化は、オーバーフローしやすいキャリアに対してはこれを抑制するのに効果的なクラッド領域だけで行ってもよい。複数層化した第1クラッド領域13、15に最も近い層の屈折率と、活性領域14に最も近い層の次に屈折率が低い層との屈折率の差は、通常0.03以下でよく、0.01以下でも活性領域14へのキャリアの閉じ込めを効果的に行うことができる。
Note that the
また上記のように第1導電型第1クラッド領域13又は第2導電型第1クラッド領域15を複数層化し、活性領域14に最も近い層の屈折率を低屈折率化した場合、エピタキシャルウエハの積層方向に対する垂直ビーム放射角をコントロールしやすくするために、さらに第2導電型第2クラッド領域17の屈折率を、他のクラッド領域(すなわち、第1導電型第2クラッド領域12、第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15)、好ましくは第1導電型第2クラッド領域の屈折率よりも低くすることが有効である。クラッド層が複数の層から構成される場合、第2導電型第2クラッド領域17を構成する複数の層のうち最も高い屈折率を示す層の屈折率が、他のクラッド領域(好ましくは、第1導電型第1クラッド領域13又は第2導電型第1クラッド領域15)を構成する複数の層のうち最も高い屈折率を示す層(好ましくは活性領域14に最も近い層以外の層)の屈折率よりも低くすることがさらに有効であると考えられる。これらの屈折率差は0.05以下であることが好ましいが、0.03以下、さらには0.01以下の場合であっても有効に用いることができる。
Further, as described above, when the first conductivity type
クラッド領域を複数層化した場合、ヘテロ界面の増加により電気抵抗が高くなる可能性がある。この電気抵抗を増加を防ぐ手段として、低屈折率化防止層21、22の厚みを薄くすることが効果的である。低屈折率化防止層の薄層化により、積層方向に対して横方向に流れる無駄な電流を少なくし、電気抵抗を低くすることができる。この場合、第1導電型低屈折率化防止層21及び第2導電型低屈折率化防止層22のいずれか一方の厚みを、複数層化した第1導電型第1クラッド領域13及び/又は第2導電型第1クラッド領域15の層のうち活性領域14に最も近い層の厚みより薄くすることが有効であり、第1クラッド領域の活性領域14に最も近い層の厚みの50%以下の厚みにすることがさらに好ましい。
When the clad region is formed into a plurality of layers, there is a possibility that the electric resistance is increased due to an increase in the heterointerface. As a means for preventing this increase in electrical resistance, it is effective to reduce the thickness of the low refractive index prevention layers 21 and 22. By reducing the thickness of the low-refractive index prevention layer, it is possible to reduce wasteful current flowing in a direction transverse to the stacking direction and to reduce electric resistance. In this case, the first conductive type
上記のように第1クラッド領域13、15を複数層化し、活性領域14に最も近い層の屈折率を低屈折率化した場合、一般的に用いられている半導体発光材料では、屈折率を低くすることによりバンドギャップエネルギーが大きくなるため、これが電流阻止(電気抵抗の増加)の要因になるとも考えられる。しかしながら、活性領域14へのキャリアの閉じ込め効果を有するため、活性領域14に最も近い層の厚みを薄くすることは、電気抵抗の増加を低減させる手段として有効である。この場合、第1クラッド領域13、15の活性領域14のうち最も近い層の厚みが第1クラッド領域13、15を構成する複数の層のうち他の層の合計の厚みよりも薄いことが有効であり、第1クラッド領域13、15の各領域を構成する複数の層の全体の厚みに対して、第1クラッド領域13、15の活性領域14のうち最も近い層の厚みを50%以下とすることが好ましく、30%以下とすることがさらに好ましい。
As described above, when the
また、上記のとおり、第1クラッド領域を複数層化及び低屈折率化した場合、エピタキシャルウエハの積層方向に対する垂直ビーム放射角をコントロールしやすくするため、第2導電型第2クラッド領域17の屈折率を他のクラッド領域(第1導電型第2クラッド領域12、第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15)より低屈折率化する。この場合、一般的に用いられる半導体発光材料では、バンドギャップエネルギーが大きくなり、電流の阻止(電気抵抗の増加)の要因の一つになるため、この屈折率を制限することも効果的である。この場合、第1導電型第2クラッド領域12又は第2導電型第2クラッド領域17の屈折率を、第1導電型第1クラッド領域13又は第2導電型第1クラッド領域15を構成する複数の層のうち活性領域に最も近い層の屈折率よりも高くするとよい。
In addition, as described above, when the first cladding region is formed in a plurality of layers and has a low refractive index, the refraction of the second conductivity type
本発明のエピタキシャルウエハにおいて、光分布を活性領域14に対して対称にする場合、活性領域14を中心として第1導電型電流ブロック層16を除いた部分の層構成、すなわち、第1クラッド領域13、15、第2クラッド領域12、17及び低活性化防止層21、22を上下方向に対称に配置することによって実現することができる。特に、活性領域14に近い第1導電型第1クラッド領域13及び第2導電型第1クラッド領域15の厚みと屈折率の調整が光分布に効果的に作用するため、第1導電型第1クラッド領域13の厚み及び屈折率に対する第2導電型第1クラッド領域15の厚みの比及び屈折率の比を0.9〜1.1にすることが好ましく、0.95〜1.05にすることがさらに好ましく、0.98〜1.02にすることが最も好ましい。
In the epitaxial wafer of the present invention, when the light distribution is symmetric with respect to the
また低屈折率化防止層21、22の厚みの比と屈折率の比も光の分布に対して効果的に作用するため、第1導電型低屈折率化防止層21に対する第2導電型低屈折率化防止層22の厚みの比及び屈折率の比が0.9〜1.1、好ましくは0.95〜1.05、さらに好ましくは0.98〜1.02にすることも効果的である。
In addition, since the ratio of the thicknesses of the refractive index lowering prevention layers 21 and 22 to the refractive index also acts effectively on the light distribution, the second conductive type lowering of the first conductive type lowering refractive
また、第2クラッド領域12、17の厚み及び屈折率の比も光の分布に対して効果的に作用するため、第1導電型第2クラッド領域12に対する第2導電型第2クラッド領域17の厚みの比及び屈折率の比を0.9〜1.1、好ましくは0.95〜1.05、さらに好ましくは0.98〜1.02にすることも効果的である。
In addition, since the ratio of the thickness and refractive index of the
光の分布を活性領域14に対してより理想的に対称にしたい場合には、第1導電型第1クラッド領域13に対する第2導電型第1クラッド領域15の厚みの比と屈折率の比、第1導電型低屈折率化防止層21に対する第2導電型低屈折率化防止層22の厚みの比と屈折率の比、及び第1導電型第2クラッド領域12に対する第2導電型第2クラッド領域17の厚みの比と屈折率の比の全てにおいて0.9〜1.1にすることが好ましく、0.95〜1.05にすることがより好ましく、0.98〜1.02にすることが最も好ましい。
When it is desired to make the light distribution more ideally symmetrical with respect to the
一方、光の分布を活性領域14に対して非対称にする場合、活性領域14を中心として第1導電型電流ブロック層16を除いた部分の層構成を非対称にすることによって実現することができる。特に活性領域14に近い第1クラッド領域13、15の厚みと屈折率の調整が光の分布に対して効果的に作用するため、第1導電型第1クラッド領域13に対する第2導電型第1クラッド領域15の厚みの比と屈折率の比を0.9未満又は1.1より大きくすることが好ましい。
On the other hand, when the light distribution is made asymmetric with respect to the
また、低屈折率化防止層21、22の厚みの比と屈折率の比も光の分布に対して効果的に作用するため、光の分布を活性領域に対して非対称にする場合には、第1導電型低屈折率化防止層21に対する第2導電型低屈折率化防止層22の厚みの比と屈折率の比を0.9未満又は1.1より大きくすることが好ましい。
In addition, since the ratio of the thickness of the low refractive index prevention layers 21 and 22 and the ratio of the refractive index also work effectively on the light distribution, when making the light distribution asymmetric with respect to the active region, It is preferable that the ratio of the thickness of the second conductive type refractive index lowering
なお、光の分布を活性領域に対して理想的に非対称にしたい場合には、第1導電型第1クラッド領域13に対する第2導電型第1クラッド領域15の厚みの比と屈折率の比、第1導電型低屈折率化防止層21に対する第2導電型低屈折率化防止層22の厚みの比と屈折率の比、及び第1導電型第2クラッド領域12に対する第2導電型第2クラッド領域17の厚み及び屈折率の比の全てにおいて0.9未満又は1.1より大きくすることが好ましい。
When it is desired to make the light distribution ideally asymmetric with respect to the active region, the ratio of the thickness of the second conductivity type
本発明のエピタキシャルウエハを製造する方法は特に制限されない。エピタキシャル成長法としては結晶欠陥が少ない良質な結晶が得られることからハロゲン輸送法や有機金属気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシャル法(MBE)などの気相成長法を用いることが好ましい。中でもMOCVDやMBEは、結晶の膜厚や組成を精密に制御できる方法であるため、これらの方法を用いることが好ましい。MOCVD法では、III族原料としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)等を用い、V族原料としては、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)、アンモニア(NH3)等を用いて反応容器内で結晶を成長させる。また、MBEは、通常、金属原料を加熱することで得られる金属蒸気を利用する方法であるが、有機金属やN2などの気体プラズマやハイドライドガスの導入により高真空中での成長を可能とする。 The method for producing the epitaxial wafer of the present invention is not particularly limited. As the epitaxial growth method, it is preferable to use a vapor phase growth method such as a halogen transport method, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD), or a molecular beam epitaxy method (MBE) because a high-quality crystal with few crystal defects can be obtained. Among these, MOCVD and MBE are methods that can precisely control the film thickness and composition of the crystal, and thus these methods are preferably used. In the MOCVD method, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMI), etc. are used as group III materials, and arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), ammonia (NH) as group V materials. 3 ) Grow crystals in the reaction vessel using etc. MBE is a method that normally uses metal vapor obtained by heating a metal raw material, but enables growth in high vacuum by introducing gaseous plasma or hydride gas such as organic metal or N 2. To do.
n型ドーパントとしては、III-V族系ではSi、Se、S等が用いられ、II-VI族系ではCl等が用いられる。MOCVDでは有機金属やハイドライドガスにより、またMBEでは金属蒸気や硫化物によりそれぞれ供給される。一方、p型ドーパントとしては、III-V族系ではZn、Mg、Cd、Be等が用いられ、MOCVDでは有機金属により、またMBEでは金属蒸気によりそれぞれ供給される。また、II-VI族系ではNが一般的に用いられ、通常、MBEではプラズマ状態でNが供給される。 As the n-type dopant, Si, Se, S or the like is used in the III-V group, and Cl or the like is used in the II-VI group. In MOCVD, it is supplied by organic metal or hydride gas, and in MBE, it is supplied by metal vapor or sulfide. On the other hand, as the p-type dopant, Zn, Mg, Cd, Be, or the like is used in the III-V group system, and is supplied by organic metal in MOCVD and by metal vapor in MBE. In addition, N is generally used in the II-VI group system, and normally, in MBE, N is supplied in a plasma state.
次に本発明の半導体レーザについて説明する。本発明の半導体レーザは、本発明のエピタキシャルウエハを用いて製造することができる。本発明の半導体レーザの構成や製造方法は特に制限されるものではなく、エピタキシャルウエハから半導体レーザを製造する際に用いられる通常の方法を利用して製造することができる。 Next, the semiconductor laser of the present invention will be described. The semiconductor laser of the present invention can be manufactured using the epitaxial wafer of the present invention. The configuration and the manufacturing method of the semiconductor laser of the present invention are not particularly limited, and the semiconductor laser can be manufactured using a normal method used when manufacturing a semiconductor laser from an epitaxial wafer.
本発明の半導体レーザの好ましい一実施態様として、図3に断面図を示す半導体レーザを挙げることができる。 図3に示される半導体レーザは、本発明のエピタキシャルウエハのエピタキシャル層20側と基板11側にそれぞれ電極23、23を設けることにより製造される。導電型低屈折率化防止層を有しない従来のエピタキシャルウエハを用いて同型の半導体レーザを製造した場合、所望のビーム放射角を得ようとすると、エピタキシャル層の屈折率を低くする必要があり、そのためには酸化しやすい材料の混晶比を高くせざるを得ず、その結果、酸化等の原因となり、素子の劣化の問題が起こる。
As a preferred embodiment of the semiconductor laser of the present invention, a semiconductor laser whose sectional view is shown in FIG. 3 can be mentioned. The semiconductor laser shown in FIG. 3 is manufactured by providing
以下に具体例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The materials, reagents, ratios, operations, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.
(実施例1)
エピタキシャルウエハの製造は、MOCVDを用いて行った。原料ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アルシン(AsH3)を用いて、n型GaAs基板101上に、n型Al0.52Ga0.48As第2クラッド領域102、n型GaAs低屈折率化防止層201、AlX0.52Ga0.48AsとAl0.55Ga0.45Asの2層からなるn型第1クラッド領域103、活性領域104、Al0.55Ga0.45AsとAl0.52Ga0.48Asの2層からなるp型第1クラッド領域105、p型GaAs低屈折率化防止層202、n型AlX0.65Ga0.35As電流ブロック層106を順次結晶成長させた。次いで、n型AlX0.65Ga0.35As電流ブロック層106上にレジストを用いてパターニングを行い、所定幅のストライプ状に孔の設けたマスクを形成した。次いで、このマスクをエッチングマスクとし、かつp型GaAs低屈折率化防止層202を開口部109のエッチングストップ層としてn型AlX0.65Ga0.35As電流ブロック層106をエッチングした後、p型Al0.52Ga0.48As第2クラッド領域107、p型GaAsコンタクト層108を成長させた。次いで、n型GaAs基板101を100μm程度まで薄くした後、蒸着法によりn型GaAs基板101側にn側電極、p型GaAsコンタクト層108側にp側電極を形成し、得られたウエハを電極に垂直な方向に劈開してチップ状にした。さらに端面に屈折率をコントロールするためのコーティングを行うことで、半導体レーザを作製した。
(Example 1)
The epitaxial wafer was manufactured using MOCVD. Using trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), and arsine (AsH 3 ) as source gases, an n-type Al 0.52 Ga 0.48 As
上記製法により得られた電極を作製する前のエピタキシャルウエハの断面構造と、各層のAlXGa1-XAsのAl混晶比、屈折率、膜厚、導電型を図9に示す。実施例1のエピタキシャルウエハは、厚み350μmのn型GaAs基板101上に、厚み3.00μmのn型Al0.52Ga0.48As第2クラッド領域102、厚み0.003μmのn型GaAs低屈折率化防止層201、厚み0.115μmの Al0.52Ga0.48Asと厚み0.075μmのAl0.55Ga0.45Asの2層からなるn型第1クラッド領域103、厚み0.07μmの活性領域104、厚み0.075μm のAl0.55Ga0.45Asと厚み0.115μmのAl0.52Ga0.48Asの2層からなるp型第1クラッド領域105、厚み0.003μmのp型GaAs低屈折率化防止層202、電流が流れる領域を2.25μm幅のストライプ状に制限した、厚み1.00μmのn型Al0.65Ga0.35As電流ブロック層106、n型電流ブロック層106に接し、かつn型電流ブロック層106の下に設けられたp型低屈折率化防止層202に接している厚み3.00μmのp型Al0.52Ga0.48As第2クラッド領域107、厚み1.50μmのp型GaAsコンタクト層108が順次積層された構造である。
FIG. 9 shows the cross-sectional structure of the epitaxial wafer before producing the electrode obtained by the above production method, and the Al mixed crystal ratio, refractive index, film thickness, and conductivity type of Al X Ga 1-X As of each layer. The epitaxial wafer of Example 1 has an n-
上記エピタキシャルウエハの層構造において、実効屈折率近似法を用いて計算した結果、積層方向に対する垂直ビーム放射角は13°、水平ビーム放射角は9°となった。また、実際にこの構造において半導体レーザを作製してビーム放射角を測定した結果、垂直ビーム放射角は13°、水平ビーム放射角は8°となり、計算で得られたものとほぼ同じ値を得ることができた。 As a result of calculation using the effective refractive index approximation method in the layer structure of the epitaxial wafer, the vertical beam radiation angle with respect to the stacking direction was 13 °, and the horizontal beam radiation angle was 9 °. In addition, as a result of actually manufacturing a semiconductor laser with this structure and measuring the beam radiation angle, the vertical beam radiation angle is 13 ° and the horizontal beam radiation angle is 8 °, which is almost the same as that obtained by calculation. I was able to.
本発明のエピタキシャルウエハは、各種の半導体レーザに利用することができ、特に特定の角度に合わせることが要求される外部光学系の外部レンズや光ファイバに、適合するビーム放射角を合わせて好適に利用可能である。
The epitaxial wafer of the present invention can be used for various semiconductor lasers, and is particularly suitable for an external lens or an optical fiber of an external optical system that is required to be adjusted to a specific angle with a suitable beam radiation angle. Is available.
11 基板
12 第1導電型第2クラッド領域
13 第1導電型第1クラッド領域
14 活性領域
15 第2導電型第1クラッド領域
16 第1導電型電流ブロック層
17 第2導電型第1クラッド領域
18 第2導電型コンタクト層
19 開口部
20 エピタキシャル層
21 第1導電型低屈折率化防止層
22 第2導電型低屈折率化防止層
23 電極
31 第2導電型キャップ層
101 n型GaAs基板
102 n型Al0.52Ga0.48As第2クラッド領域
103 AlX0.52Ga0.48AsとAl0.55Ga0.45Asの2層からなるn型第1クラッド領域
104 活性領域
105 Al0.55Ga0.45AsとAl0.52Ga0.48Asの2層からなるp型第1クラッド領域
106 n型AlX0.65Ga0.35As電流ブロック層
107 p型Al0.52Ga0.48As第2クラッド領域
108 p型GaAsコンタクト層
109 開口部
201 n型GaAs低屈折率化防止層
202 p型GaAs低屈折率化防止層
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記第1導電型第2クラッド領域と前記第1導電型第1クラッド領域との間に第1導電型低屈折率化防止層及び/又は前記第2導電型第1クラッド領域と第2導電型第2クラッド領域との間に第2導電型低屈折率化防止層を有し、
前記第1導電型電流ブロック層の屈折率が前記第2導電型第2クラッド領域の屈折率より低く、前記低屈折率化防止層の屈折率が第1導電型第2クラッド領域、第1導電型第1クラッド領域、第2導電型第1クラッド領域及び第2導電型第2クラッド領域の屈折率より高く、かつ前記第1導電型低屈折率化防止層及び/又は第2導電型低屈折率化防止層の厚みが前記第1導電型第1クラッド領域及び第2導電型第1クラッド領域の厚みより薄いことを特徴とするエピタキシャルウエハ。 A first conductivity type current having a first conductivity type second cladding region, a first conductivity type first cladding region, an active region, a second conductivity type first cladding region, and a stripe-shaped opening on a substrate. An epitaxial wafer having a block layer, a second conductivity type second cladding region in contact with the first conductivity type current blocking layer inside the opening and at least on both sides of the opening, and a second conductivity type contact layer in this order In
A first conductivity type low refractive index prevention layer and / or the second conductivity type first cladding region and the second conductivity type between the first conductivity type second cladding region and the first conductivity type first cladding region. A second conductivity type low refractive index prevention layer between the second cladding region and
The refractive index of the first conductive type current blocking layer is lower than the refractive index of the second conductive type second cladding region, and the refractive index of the low refractive index reduction preventing layer is the first conductive type second cladding region, the first conductive type. Higher than the refractive index of the first type cladding region, the second conductive type first cladding region, and the second conductive type second cladding region, and / or the first conductive type low refractive index reduction preventing layer and / or the second conductive type low refractive index. An epitaxial wafer characterized in that a thickness prevention layer is thinner than the first conductivity type first cladding region and the second conductivity type first cladding region.
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