JP4502867B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method of semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本発明は、光ディスクシステムや情報処理あるいは光通信用の光源として用いられる半導体レーザに関するものであり、特に、高出力で信頼度の高い動作性能を達成するのに必要な素子構造の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法およびに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser used as a light source for an optical disc system, information processing or optical communication, and in particular, a semiconductor laser device having an element structure necessary for achieving high-output and highly reliable operation performance and The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser device.
DVD−RAM等の書き換え型高密度光ディスク装置の光源に用いられる650nm帯可視光レーザには、50mW以上の高出力動作が必要であり、高速書き込みに対応するためには更なる高出力化が要求されている。光出力の増加に伴い、レーザ端面部の光吸収による光学損傷(Catastrophic Optical Damage:COD)が課題となる。現在、Znを端面部に固相拡散させ多重量子井戸構造を有する活性層の平均組成化により発光波長に対して透明な端面窓構造を形成する方法が有効である。 A 650 nm band visible light laser used as a light source for a rewritable high-density optical disk device such as a DVD-RAM requires a high output operation of 50 mW or more, and further higher output is required to support high-speed writing. Has been. As the optical output increases, optical damage due to light absorption at the laser end face portion (Cathotropic Optical Damage: COD) becomes a problem. At present, a method is effective in which Zn is solid-phase diffused in the end face and an end face window structure transparent to the emission wavelength is formed by average composition of an active layer having a multiple quantum well structure.
端面窓構造の作製は、一般的にZnO膜を端面部に堆積させ、アニールにより多重量子井戸活性層を平均組成化させる事で行う。しかしながら、この手法による問題点は、p型第2クラッド層をエッチングし、p型GaInPエッチングストップ層でエッチング停止する際、Zn拡散により生じる結晶性の低下によるエッチングストップ層耐性が利得部と比べて大幅に低下する事である。これにより、エッチングストップ層を越えたエッチングが発生した場合、水平拡がり角をはじめ、光学特性への悪影響を与える。一方、近年の200mW超級を越える高出力化に対して窓構造は、利得部に対して更にバンドギャップ差が大きく透明性の高いものが必要とされており、Zn拡散量の制御とそれに伴うエッチングストップ層耐性の確保の両方を満たす事が重要である。 The end face window structure is generally manufactured by depositing a ZnO film on the end face portion and annealing to average composition of the multiple quantum well active layer. However, the problem with this method is that when the p-type second cladding layer is etched and the etching is stopped with the p-type GaInP etching stop layer, the resistance to the etching stop layer due to the decrease in crystallinity caused by Zn diffusion is higher than that of the gain portion. It is a significant drop. As a result, when etching beyond the etching stop layer occurs, it adversely affects the optical characteristics including the horizontal divergence angle. On the other hand, in order to increase the output exceeding 200 mW in recent years, the window structure is required to have a large band gap difference and high transparency with respect to the gain portion. It is important to satisfy both of the requirements for ensuring stop layer resistance.
活性層の平均組成化に対しては、以下のような対策がなされている。
以下、図6,図7,図8を用いて従来の半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法について説明する。
The following measures are taken for the average composition of the active layer.
Hereinafter, a conventional semiconductor laser and a method for manufacturing the semiconductor laser will be described with reference to FIGS.
図6は従来の赤色レーザ装置の端面窓構造を示す断面図、図7は従来の半導体レーザの製造方法におけるn型GaAsキャップ層形成工程を示す断面図、図8は従来の半導体レーザの製造方法におけるZnO膜形成工程を示す表面図である。 6 is a cross-sectional view showing an end window structure of a conventional red laser device, FIG. 7 is a cross-sectional view showing an n-type GaAs cap layer forming step in the conventional semiconductor laser manufacturing method, and FIG. 8 is a conventional semiconductor laser manufacturing method. It is a surface view which shows the ZnO film formation process in FIG.
図6において、n型GaAs半導体基板601上にn型AlGaInPクラッド層602と、AlGaInPガイド層603と、活性層604と、p型AlGaInPクラッド層605と、p型GaInPクラッド層606と、GaAs電流ブロック層611、p型GaAsコンタクト層612が順次形成されており、p型GaAsコンタクト層612上に形成されたp側電極613、nGaAs基板601裏面に形成されたn側電極614をそれぞれ示す。
In FIG. 6, an n-type
端面窓形成工程は、まず、図7に示すような半導体積層構造をもつウエハのn型GaAsキャップ層607をストライプ状に加工した後、ZnO膜608を堆積する。
次に、ZnO膜608を、図8に示すようにn型GaAsキャップ層607と直交するようにストライプ状に形成し、最後に、アニールによりZnを半導体結晶内に拡散させる。 図8に示すようなn型GaAsキャップ層607とZnO膜608が交差した領域では、n型GaAsキャップ層607のZn拡散速度がp型AlGaInPクラッド層605より遅いため直接的にZnは活性層604に到達しない。活性層の平均組成化は高濃度ドープ領域に誘発された不純物の再拡散(横方向拡散)によるものであるため、不純物濃度の不必要な増加は起こらず窓領域の不純物吸収による損失は発生しない。よって、拡散形状は、図7の波線のようにGaAsキャップ層下では浅く、GaAsの両側域では深くなる。次に、リッジ形成エッチングを行い、GaAs電流ブロック層611形成し、p型GaAsコンタクト層612を成膜させ、p側電極613、nGaAs基板601裏面にn側電極614を形成すると図6に示すデバイス構造となる。
上記例では、発光領域となる箇所に対して過剰なZn拡散を行う事なく、横方向からの拡散を利用するために短波長化としては有効な手段と言えるが、Zn拡散領域は結晶性の低下によりエッチングレートが大きくなるため、窓部と利得部でのリッジ形状、高さに違いが発生し、デバイス動作時の光分布のバラツキが大きくなる(例えば、特許文献1参照)。
In the end face window forming step, first, an n-type
Next, a ZnO
In the above example, it can be said that it is an effective means for shortening the wavelength in order to utilize the diffusion from the lateral direction without excessive Zn diffusion to the portion that becomes the light emitting region. Since the etching rate increases due to the decrease, a difference occurs in the ridge shape and height between the window portion and the gain portion, and the variation in light distribution during device operation increases (for example, see Patent Document 1).
そのために、不純物拡散層を兼ねるリッジストライプマスク(下から拡散スルー膜/ZnO膜/誘電体キャップ膜構造)によりリッジ形成エッチングを行った後、電流ブロック層成長とコンタクト層成長により窓領域の不純物拡散による活性層の平均組成化、そして利得部では拡散スルー膜による不純物拡散濃度の制御により低コンタクト抵抗化を図る事が提案されている。これにより、リッジ形成後に窓形成を行っているため、窓領域でのエッチングストップ層耐性の劣化はなく、リッジ形成エッチングの安定化が図れる(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の半導体レーザでは、エッチングストップ層の耐性においては有利であるが、窓の平均組成化の制御、マスク選択性の確保、利得部へのZn拡散制御をそれぞれ最適化することは困難である。特に、平均組成化については、電流ブロック層成長温度、時間に依存するため、制御性が困難である。また、窓部に形成した不純物拡散層がブロック層成長時の熱履歴により活性層へ拡散するため非注入構造を形成することができず、窓領域への電流リークが問題となる。 However, the conventional semiconductor laser is advantageous in the resistance of the etching stop layer, but it is difficult to optimize the average composition control of the window, the mask selectivity, and the Zn diffusion control to the gain portion. It is. Particularly, the average composition is difficult to control because it depends on the current block layer growth temperature and time. Further, since the impurity diffusion layer formed in the window portion diffuses into the active layer due to the thermal history during the growth of the block layer, a non-implanted structure cannot be formed, and current leakage to the window region becomes a problem.
そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するため、高出力の半導体レーザ装置であっても、簡便な構成で、Znの熱拡散による多重量子井戸活性層の平均組成化を高精度で行うことができ、かつ、エッチングストップ層耐性を確保することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described conventional problems, the present invention performs high-precision average composition of the multiple quantum well active layer by thermal diffusion of Zn with a simple configuration even in a high-power semiconductor laser device. It is possible to ensure etching stop layer resistance.
上記目的を達成するために本発明の半導レーザ装置の製造方法は、第1導電型半導体基板に第1導電型クラッド層,活性層,第2導電型第一クラッド層,第2導電型のエッチングストップ層,第2導電型第二クラッド層,第2導電型キャップ層および第2導電型コンタクト層を順次堆積成長して半導体積層構造を形成する工程と、前記半導体積層構造の上にリッジを形成するためのマスクパターンを形成する工程と、前記第2導電型第二クラッド層,前記第2導電型キャップ層および前記第2導電型コンタクト層を前記マスクパターンでマスクしてエッチングした前記リッジを形成する工程と、前記リッジの形成後に、端面部の前記リッジ上,前記リッジ側面および前記エッチングストップ層上に不純物拡散源を形成する工程と、前記不純物を前記端面部に拡散する工程と、第1導電型電極および第2導電型電極を形成する工程とを有し、前記リッジの傾斜が底面に対して54.7〜90°であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor laser device manufacturing method of the present invention includes a first conductive type cladding layer, an active layer, a second conductive type first cladding layer, and a second conductive type semiconductor substrate. An etching stop layer, a second conductivity type second cladding layer, a second conductivity type cap layer, and a second conductivity type contact layer are sequentially deposited and grown to form a semiconductor multilayer structure; and a ridge is formed on the semiconductor multilayer structure. Forming a mask pattern for forming, and etching the ridge etched by masking the second conductivity type second cladding layer, the second conductivity type cap layer and the second conductivity type contact layer with the mask pattern. forming, after the formation of the ridge, on the ridge of the end surface portion, and forming an impurity diffusion source on the ridge sides and the etching stop layer, the impurity A step of diffusing the said end face, and wherein the the step of forming a first conductivity type electrode and the second conductivity type electrode possess slope of the ridge is from 54.7 to 90 ° with respect to the bottom surface To do.
また、第1導電型半導体基板に第1導電型クラッド層,活性層,第2導電型第一クラッド層,第2導電型のエッチングストップ層,第2導電型第二クラッド層,第2導電型キャップ層および第2導電型コンタクト層を順次堆積成長して半導体積層構造を形成する工程と、前記半導体積層構造の上にリッジを形成するためのマスクパターンを形成する工程と、前記第2導電型第二クラッド層,前記第2導電型キャップ層および前記第2導電型コンタクト層を前記マスクパターンでマスクしてエッチングした前記リッジを形成する工程と、前記リッジの形成後に、端面部の前記リッジ上に不純物拡散源を形成する工程と、前記不純物を前記端面部に拡散する工程と、第1導電型電極および第2導電型電極を形成する工程とを有することを特徴とする。 Further , the first conductivity type cladding layer, the active layer, the second conductivity type first cladding layer, the second conductivity type etching stop layer, the second conductivity type second cladding layer, and the second conductivity type are provided on the first conductivity type semiconductor substrate. A step of sequentially depositing and growing a cap layer and a second conductivity type contact layer to form a semiconductor multilayer structure; a step of forming a mask pattern for forming a ridge on the semiconductor multilayer structure; and the second conductivity type. Forming a ridge etched by masking the second cladding layer, the second conductivity type cap layer, and the second conductivity type contact layer with the mask pattern ; and after forming the ridge, on the ridge on the end surface A step of forming an impurity diffusion source, a step of diffusing the impurity into the end face portion, and a step of forming a first conductivity type electrode and a second conductivity type electrode. .
さらに、本発明の半導体レーザ装置は、第1導電型半導体基板に第1導電型クラッド層,活性層,第2導電型第一クラッド層および第2導電型のエッチングストップ層が積層された半導体層と、前記半導体層の発光部上に第2導電型第二クラッド層,第2導電型キャップ層および第2導電型コンタクト層が積層され、利得領域に電流注入用のコンタクト層が形成される発光部用リッジと、前記発光用リッジに隣接した領域に形成され、第2導電型第二クラッド層,第2導電型キャップ層および第2導電型コンタクト層が積層された複数の拡散促進用リッジと、端面部に不純物を拡散した端面窓とを有し、前記発光部用リッジが形成された後に前記不純物の拡散が行われ、前記発光部用リッジ下部の前記端面窓が前記発光部用リッジのない平坦部より深く、前記発光部用リッジの傾斜が底面に対して54.7〜90°であることを特徴とする。 Further, the semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor layer in which a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, and a second conductivity type etching stop layer are stacked on a first conductivity type semiconductor substrate. And a second conductivity type second cladding layer, a second conductivity type cap layer, and a second conductivity type contact layer are stacked on the light emitting portion of the semiconductor layer, and a current injection contact layer is formed in the gain region. And a plurality of diffusion promoting ridges formed in a region adjacent to the light emitting ridge, wherein the second conductivity type second cladding layer, the second conductivity type cap layer, and the second conductivity type contact layer are laminated. And an end face window in which impurities are diffused in the end face portion, and after the formation of the light emitting portion ridge, the diffusion of the impurities is performed, and the end face window below the light emitting portion ridge is formed on the light emitting portion ridge. Not flat More deeply, the inclination of the ridge for the light emitting unit is characterized in that it is a 54.7-90 ° to the bottom surface.
また、前記不純物は、Zn又は、SiもしくはMgであることが好ましい。 The impurity is preferably Zn, Si or Mg .
また、前記発光部用リッジと前記拡散促進用リッジの間隔が3μm以上離れていることが好ましい。 Further, it is preferable that a distance between the light emitting portion ridge and the diffusion promoting ridge is 3 μm or more .
また、前記端面窓の前記発光部用リッジ部と前記平坦部での不純物拡散深さの差が0.1μm以上であることが好ましい。 Further, it is preferable that the difference between the impurity diffusion depth at the light emitting portion ridge portion of the end face window the flat portion is 0.1μm or more.
また、前記拡散促進用リッジ幅は1〜5μmであることが好ましい。 The diffusion promoting ridge width is preferably 1 to 5 μm .
以上により、高出力の半導体レーザ装置であっても、Znの熱拡散による多重量子井戸活性層の平均組成化を高精度で行うことができ、かつ、エッチングストップ層耐性を確保することができる。 As described above, even in a high-power semiconductor laser device, the average composition of the multiple quantum well active layer by Zn thermal diffusion can be performed with high accuracy, and the etching stop layer resistance can be ensured.
発光部上のリッジ形成後にZn拡散を行うことにより、リッジ側面からもZn拡散することができ、低温、短時間の拡散処理で発光部となる半導体層の端面に集中的にZn拡散できるので、高出力の半導体レーザ装置であっても、Znの熱拡散による多重量子井戸活性層の平均組成化を高精度で行うことができ、かつ、エッチングストップ層耐性を確保することができる。 By performing Zn diffusion after ridge formation on the light emitting part, Zn can be diffused also from the side surface of the ridge, and Zn diffusion can be concentrated on the end face of the semiconductor layer that becomes the light emitting part by low temperature, short time diffusion treatment. Even in the case of a high-power semiconductor laser device, the average composition of the multiple quantum well active layer by thermal diffusion of Zn can be performed with high accuracy and the resistance to the etching stop layer can be ensured.
以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。
まず、図1に従い、本半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
図1は本発明の半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程断面図であり、左から表面図,端面窓領域の断面図,利得領域の断面図を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a method for manufacturing the semiconductor laser device will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a process cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention.
まず、n−GaAs基板101を結晶成長装置(図示せず)内に設置し、図1(a)に示すように、前記n−GaAs基板101上に、第一回目の結晶成長によりn−AlGaInPクラッド層102(厚さ2μm)、ノンドープ量子井戸活性層103、p−AlGaInP第一クラッド層104(厚さ0.2μm)、エッチングストップ層105、AlGaInP第二クラッド層106(厚さ1.2μm)、p−GaInPキャップ層107(厚さ50nm)、p−GaAsコンタクト層108(厚さ0.2μm)を順次堆積成長させる。
First, an n-
ここで、ノンドープ量子井戸活性層103は、GaInP井戸層(厚さ6nm)、AlGaInP障壁層(厚さ4nm)および同組成のガイド層(厚さ35nm)から成る三重量子井戸構造である。
Here, the non-doped quantum well
次に、n−GaAs基板101に形成された半導体層上に、誘電体マスク109例えばSiO2を形成し、公知フォトリソグラフィー技術を用いて、図1(b)に示すように、SiO2マスクパターンを形成する。次に、図1(c)に示すようにエッチングストップ層105に到達するように、p−GaAsコンタクト層108,p−GaInPキャップ層107およびp−AlGaInP第二クラッド層106をエッチングしリッジを形成する。ここでリッジ形成は、ドライエッチング技術または、ウエットエッチング技術のいずれを用いることもできる。ドライエッチングは、誘導結合型プラズマにより行い、ウエットエッチングは塩酸系の液を用いてエッチングを行う。この時点で不純物拡散を行っていないため、端面窓領域の結晶性は低下せず、端面窓/非窓領域でのエッチングレート差によってエッチングストップ層105が削れる懸念はない。
Next, a
次に、ZnO層110を上記半導体層上に形成し、公知フォトリソグラフィー技術を用いて端面の窓領域のみにZnO層110が残るように、パターニングする。更に、図1(d)に示すように、キャップ膜111を堆積させる。次にアニールを行い、Znを拡散する。ここでは、アニールを約600℃、30分行う。リッジ下部には、リッジの側壁からのZn拡散も起こるため、短時間のアニール時間でも、十分なZnが拡散される。
Next, a
次に、図1(e)に示すように、ZnO膜110、誘電体マスク109を除去した後、電流ブロック層112例えばSiNを形成し、公知フォトリソグラフィー技術を用いて電流注入領域を利得領域のリッジ上に形成する。尚、この時、電流ブロック層112形成前に端面窓領域のp−GaAsコンタクト層108をエッチングしておくと、電流リークが抑えられるため望ましい。
Next, as shown in FIG. 1E, after removing the
最後に、p型オーミック電極113、n型オーミック電極114を、図1(f)に示すように形成し、へき開法により共振器長を所定の長さに調整して、出射側端面には反射率5%程、反対側端面には反射率90%程のコーティング膜を各々形成する。
Finally, a p-
従来、リッジ形成後に窓を形成すると、リッジ領域とその他の領域で拡散深さが変わるため、基板にまでZn拡散して電気的に導通してしまうことがあり、拡散の制御性が困難であり、さらに、拡散出来映えの評価が困難であったが、本発明の製造方法を用いて作成した半導体レーザ素子では、窓条件の最適化と拡散深さの評価法の確立により、端面窓部の活性層103の平均組成化がリッジ形成後に行うことが可能となったため、Zn拡散のエッチングストップ層105抜けや端面窓/非窓部にリッジ形状差が発生しない。そして、高出力化の要求に対応して、窓領域、特に、端面部リッジ下部の発光領域の更なる短波長化(光吸収抑制)を実現できる。また、端面窓工程では、従来工法のようなp−GaAsコンタクト層108上よりZn拡散を行う場合、長時間のアニールが必要で、短時間でアニールを行うにはキャップ膜111に応力を加える必要があり、利得部活性層へのZn拡散抑制が困難であるが、本実施の形態によれば、リッジの側壁からもZn拡散を行うことができるため、低温、短時間での活性層の平均組成化が行える事より、過剰な熱履歴による利得部活性層へのZn拡散も抑制できることにより、高出力の半導体レーザ装置であっても、Znの熱拡散による多重量子井戸活性層の平均組成化を高精度で行うことができ、かつ、エッチングストップ層耐性を確保することができる。
Conventionally, when a window is formed after ridge formation, the diffusion depth changes between the ridge region and other regions, so Zn may diffuse into the substrate and become electrically conductive, making diffusion controllability difficult. Furthermore, although it was difficult to evaluate the diffusion workmanship, in the semiconductor laser device produced using the manufacturing method of the present invention, the activity of the end face window portion was improved by optimizing the window conditions and establishing the evaluation method of the diffusion depth. Since the average composition of the
次に、本発明の端面窓形成工程について、図2,図3,図4,図5を用いて詳細に説明する。
図2は本発明の半導体レーザ装置の製造方法における端面窓形成工程を説明する図、図3は本発明の半導体レーザ装置の製造方法におけるリッジ上にソースを形成した端面窓形成工程を説明する図、図4は本発明の半導体レーザ装置を説明する断面図、図5は本発明の複数のリッジを構成した半導体レーザ装置を説明する断面図である。
Next, the end face window forming step of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 2 is a view for explaining an end face window forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 3 is a view for explaining an end face window forming step in which a source is formed on a ridge in the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention. 4 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor laser device according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor laser device having a plurality of ridges according to the present invention.
まず、図2に示すように、リッジ形成後にZnO層110を端面付近の窓となる領域に形成し、キャップ膜111を形成しアニールする。拡散時の不純物拡散源(以下、ソースと称す)位置は、リッジ部と平坦部全面に接するように形成している。Zn拡散方向は、主に図に示す矢印の方向となるが、アニール時には結晶最密面である(111)への拡散が大きいため、Znプロファイルは、発光領域となるリッジ下部において、その周りの深さaに比べて深くなり、発光領域で特に平均組成化されており、バンドギャップ増大により利得部活性層からの光吸収を抑制することができる。
First, as shown in FIG. 2, after the ridge is formed, a
図3に示すように、リッジトップ部にZnソースであるZnO層110を形成している場合は、拡散はリッジから活性層103へ拡散が進行するため、やはり、リッジ下部のZn拡散が深い。しかし、この場合、活性層103の平均組成化されている領域がリッジ幅程度であるため拡散領域以外で光吸収される。
As shown in FIG. 3, when the
よって、図2のように、リッジ斜面からの拡散とリッジ底部付近の平坦部からの拡散を利用する方が望ましい。このような窓プロセスを経ることによって、リッジからの縦方向と斜め方向のZn拡散を行う事により、図2に示すようにリッジのない平坦部のZn深さとリッジ部のZn拡散深さの差は0.1μm以上深くなる。 Therefore, as shown in FIG. 2, it is preferable to use diffusion from the ridge slope and diffusion from a flat portion near the bottom of the ridge. Through such a window process, vertical and oblique Zn diffusion from the ridge is performed, so that the difference between the Zn depth of the flat portion without the ridge and the Zn diffusion depth of the ridge portion as shown in FIG. Becomes deeper than 0.1 μm.
ここで、上記リッジの傾斜角は、(111)方向への拡散が促せる54.7°〜90°以内である事が望ましい。また、拡散源としての不純物は、Zn以外にMgやSi等においても同様の効果が得られると考えられる。 Here, it is preferable that the inclination angle of the ridge is within 54.7 ° to 90 ° which can promote diffusion in the (111) direction. Further, it is considered that the same effect can be obtained when the impurity as a diffusion source is Mg, Si or the like in addition to Zn.
上記、窓工程により作製された半導体素子の構造例1を示す。図4(a)は構造例1の窓領域の断面図であり、Zn拡散がリッジ下部において深いことを特徴とする。Zn拡散がリッジ下部において深いため、発光領域で特に平均組成化されており、バンドギャップ増大により利得部活性層からの光吸収を抑制する。また、窓部のリッジは電流ブロック層112により覆われており、電流リークを防いでいる。図4(b)は構造例1の利得領域の断面図であり、活性層103に電流注入できるように、リッジ上部にp−GaAsコンタクト層108は残してある。
Structural example 1 of the semiconductor element manufactured by the window process will be described. FIG. 4A is a cross-sectional view of the window region of Structural Example 1, and is characterized in that Zn diffusion is deep under the ridge. Since Zn diffusion is deep in the lower part of the ridge, the average composition is particularly obtained in the light emitting region, and light absorption from the gain active layer is suppressed by increasing the band gap. Further, the window ridge is covered with the
図5は構造例2を示す。発光部用のリッジ115とそれを挟むように複数の拡散促進用のリッジ116を形成する。利得領域の発光部用のリッジ115上には、Zn拡散後、電流を注入するためのp−GaAsコンタクト層108が形成さる。このように、複数のリッジを形成し、アニール時にリッジ斜面からのZn拡散の効果を利用することにより、図5(a)に示すように広い領域に渡って、拡散を促進できる安定した窓構造を得ることができる。このとき、発光部用のリッジ115と拡散促進用のリッジ116の間隔は、リッジ形成をウェットエッチで行った場合、リッジ形状が(111)に対応して裾野をひいた形状となるため、両者ボトムが接しないように、3μm以上離れている事が望ましい。また、Znソースはリッジ傾斜(111)からの拡散の効果が大きいため、リッジ高さ1.2μmに対してその同程度から倍程度(1〜2.5μm)まで、横方向への拡散がみられる。リッジは左右の斜面により形成されるので、拡散促進用のリッジ116幅は1〜5μm程度であることが望ましい。また、拡散促進用のリッジ116を設ける事は、発光部となる発光部用リッジ115に対して、組み立て応力の緩和にも有効である。
FIG. 5 shows Structural Example 2. A plurality of
利得領域の断面構造図である図5(b)に示すように、発光部用のリッジ115上に、発光部用のリッジ115にのみ電流注入をするようにp−GaAsコンタクト層108を形成する。また、アニール温度は、高くし過ぎるとGaAs基板101までZn拡散が生じて、電気的に導通するためレーザ発振しない。よって、条件としては拡散を制御しやすい400℃〜750℃の範囲内で行うのが望ましい。
As shown in FIG. 5B, which is a cross-sectional structure diagram of the gain region, a p-
本実施の形態では、発光部上のリッジ形成後にZn拡散を行うため、リッジ側面からもZn拡散されることにより、発光部となる活性層103の端面に集中的にZn拡散できるので、Zn拡散濃度制御が重要である。過剰なZn濃度を伴う平均組成化は結晶欠陥を招き、非発光再結合中心やフリーキャリアによる光吸収のために、端面損傷を引き起こす可能性が高いので、活性層Zn濃度が4E18cm−3以内である事が望ましい。
In this embodiment, since Zn diffusion is performed after the ridge is formed on the light emitting portion, Zn diffusion can also be concentrated on the end surface of the
以上、本実施の形態によれば、赤色レーザで用いられるAlGaInP系材料を用いた実施例を紹介したが、赤外レーザで用いられるAlGaAs系材料においても条件は異なるが、同様の方法で端面窓形成できることは言うまでもない。また、導電型を入れ替えることも可能である。 As described above, according to the present embodiment, the example using the AlGaInP-based material used in the red laser has been introduced, but the conditions for the AlGaAs-based material used in the infrared laser are different, but the end face window is formed in the same manner. Needless to say, it can be formed. It is also possible to change the conductivity type.
以上のように、本発明に係る半導体レーザ装置によれば、高出力化に対応した端面窓構造を有するリッジ型半導体レーザにおいて、発光領域であるリッジ下部について透明性の高い、安定した平均組成化が行える。また、端面窓形成(不純物拡散)前にリッジ形成工程を行うことができ、結晶性低下による端面窓/利得領域のリッジ形状に相違がなく安定化するため、広がり角ばらつきの抑制等、デバイス特性の安定化が図れる。また、エッチングストップ抜けも抑制されるため、エッチングストップ層の薄膜化を実現することができ、活性層からの光吸収を低減し、高出力化に対応できる構造となる。さらに、過剰な熱履歴を伴うことなく短時間で端面窓形成できるため、信頼性の向上も図ることができる。よって、本発明により、高出力の半導体レーザ装置であっても、Znの熱拡散による多重量子井戸活性層の平均組成化を高精度で行うことができ、かつ、エッチングストップ層耐性を確保することができる。 As described above, according to the semiconductor laser device according to the present invention, in the ridge type semiconductor laser having the end face window structure corresponding to the high output, the transparent average and stable average composition at the lower part of the ridge which is the light emitting region. Can be done. In addition, the ridge formation process can be performed before the end face window formation (impurity diffusion), and the ridge shape of the end face window / gain region is stabilized without any difference due to crystallinity degradation. Can be stabilized. In addition, since etching stop omission is suppressed, the etching stop layer can be made thinner, light absorption from the active layer can be reduced, and the structure can cope with higher output. Furthermore, since the end face window can be formed in a short time without an excessive heat history, the reliability can be improved. Therefore, according to the present invention, even in a high-power semiconductor laser device, the average composition of the multiple quantum well active layer by thermal diffusion of Zn can be performed with high accuracy and the etching stop layer resistance can be ensured. Can do.
本発明は、高出力の半導体レーザ装置であっても、Znの熱拡散による多重量子井戸活性層の平均組成化を高精度で行うことができ、かつ、エッチングストップ層耐性を確保することができ、高出力で信頼度の高い動作性能を達成するのに必要な素子構造の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法等に有用である。 Even if the present invention is a high-power semiconductor laser device, the average composition of the multi-quantum well active layer by thermal diffusion of Zn can be performed with high accuracy and the resistance to the etching stop layer can be ensured. It is useful for a semiconductor laser device having an element structure necessary for achieving high output and highly reliable operation performance, a manufacturing method of the semiconductor laser device, and the like.
101 n−GaAs基板
102 n−AlGaInPクラッド層
103 活性層
104 p−AlGaInP第一クラッド層
105 エッチングストップ層
106 AlGaInP第二クラッド層
107 p−GaInPキャップ層
108 p−GaAsコンタクト層
109 誘電体マスク
110 ZnO層
111 キャップ膜
112 電流ブロック層
113 p型オーミック電極
114 n型オーミック電極
115 発光部用のリッジ
116 拡散促進用のリッジ
601 n型GaAs半導体基板
602 n型AlGaInPクラッド層
603 AlGaInPガイド層
604 活性層
605 p型AlGaInPクラッド層
606 p型GaInPクラッド層
607 n型GaAsキャップ層
608 ZnO膜
611 GaAs電流ブロック層
612 p型GaAsコンタクト層
613 p側電極
614 n側電極
101 n-GaAs substrate 102 n-
Claims (7)
前記半導体積層構造の上にリッジを形成するためのマスクパターンを形成する工程と、
前記第2導電型第二クラッド層,前記第2導電型キャップ層および前記第2導電型コンタクト層を前記マスクパターンでマスクしてエッチングした前記リッジを形成する工程と、
前記リッジの形成後に、端面部の前記リッジ上,前記リッジ側面および前記エッチングストップ層上に不純物拡散源を形成する工程と、
前記不純物を前記端面部に拡散する工程と、
第1導電型電極および第2導電型電極を形成する工程と
を有し、前記リッジの傾斜が底面に対して54.7〜90°であることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 A first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, a second conductivity type etching stop layer, a second conductivity type second cladding layer, and a second conductivity type cap layer on a first conductivity type semiconductor substrate And sequentially depositing and growing a second conductivity type contact layer to form a semiconductor multilayer structure;
Forming a mask pattern for forming a ridge on the semiconductor multilayer structure;
Forming the ridge etched by masking the second conductivity type second cladding layer, the second conductivity type cap layer and the second conductivity type contact layer with the mask pattern;
Forming an impurity diffusion source on the ridge at the end face, on the ridge side surface and on the etching stop layer after forming the ridge ;
Diffusing the impurities into the end face portion;
The method of manufacturing a semiconductor laser device which have a forming a first conductivity type electrode and the second conductivity type electrode, the inclination of the ridge is characterized in that it is a from 54.7 to 90 ° with respect to the bottom surface.
前記半導体積層構造の上にリッジを形成するためのマスクパターンを形成する工程と、
前記第2導電型第二クラッド層,前記第2導電型キャップ層および前記第2導電型コンタクト層を前記マスクパターンでマスクしてエッチングした前記リッジを形成する工程と、
前記リッジの形成後に、端面部の前記リッジ上に不純物拡散源を形成する工程と、
前記不純物を前記端面部に拡散する工程と、
第1導電型電極および第2導電型電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 A first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, a second conductivity type etching stop layer, a second conductivity type second cladding layer, and a second conductivity type cap layer on a first conductivity type semiconductor substrate And sequentially depositing and growing a second conductivity type contact layer to form a semiconductor multilayer structure;
Forming a mask pattern for forming a ridge on the semiconductor multilayer structure;
Forming the ridge etched by masking the second conductivity type second cladding layer, the second conductivity type cap layer and the second conductivity type contact layer with the mask pattern;
Forming an impurity diffusion source on the ridge at the end face after the formation of the ridge ;
Diffusing the impurities into the end face portion;
And a step of forming a first conductivity type electrode and a second conductivity type electrode.
前記半導体層の発光部上に第2導電型第二クラッド層,第2導電型キャップ層および第2導電型コンタクト層が積層され、利得領域に電流注入用のコンタクト層が形成される発光部用リッジと、
前記発光用リッジに隣接した領域に形成され、第2導電型第二クラッド層,第2導電型キャップ層および第2導電型コンタクト層が積層された複数の拡散促進用リッジと、
端面部に不純物を拡散した端面窓と
を有し、前記発光部用リッジが形成された後に前記不純物の拡散が行われ、前記発光部用リッジ下部の前記端面窓が前記発光部用リッジのない平坦部より深く、前記発光部用リッジの傾斜が底面に対して54.7〜90°であることを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor layer in which a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, and a second conductivity type etching stop layer are stacked on a first conductivity type semiconductor substrate;
For a light emitting unit in which a second conductivity type second cladding layer, a second conductivity type cap layer, and a second conductivity type contact layer are stacked on the light emitting unit of the semiconductor layer, and a contact layer for current injection is formed in the gain region Ridge,
A plurality of diffusion promoting ridges formed in a region adjacent to the light emitting ridge, wherein a second conductivity type second cladding layer, a second conductivity type cap layer, and a second conductivity type contact layer are laminated;
And an end face window diffused impurities into the end face, the diffusion of the impurity is performed after the ridge is formed for the light emitting portion, said end face window of the ridge lower for the light emitting portion is no ridge for the light emitting portion the semiconductor laser device, wherein the deeply than the flat portion, the inclination of the ridge for the light emitting portion is a 54.7-90 ° to the bottom surface.
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