JPH07112093B2 - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば、光情報処理に用いられる半導体レー
ザおよびその製造方法に関するものである。The present invention relates to, for example, a semiconductor laser used for optical information processing and a manufacturing method thereof.
半導体レーザは、光通信、光ディスク、レーザビームプ
リンタ等の光源として広く使われるようになってきた。
その中でも可視域のレーザ光は、目に見える，感光体の
感度が高い，集光スポットが小さい等の利点がある。現
時点での可視光半導体レーザ光源は、例えば特開昭62−
200785号公報に開示されているように、レーザ光線を発
生する活性層として、InGaP（インジウム・ガリウム・
燐）またはAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジ
ウム・燐）を用い、この活性層にレーザ光線とキャリア
とを閉じこめる作用をするクラッド層としてAlGaInPを
用いている。ここで言うキャリアとは電子と正孔のこと
である。ところが、特開昭61−280694号公報の第３図に
示されるように、AlGaInPは熱抵抗が高い。またキャリ
アの移動度が低いため抵抗も高い。よって電流注入によ
る熱が生じやすい。さらに生じた熱が逃げにくく活性層
の温度が上昇してしまう。このため、高温での動作が困
難であった。そこで、低電気抵抗かつ低熱抵抗の材料を
クラッド層の一部に用いて、この問題を解決する方法が
提案されている。Semiconductor lasers have been widely used as light sources for optical communication, optical disks, laser beam printers, and the like.
Among them, the laser light in the visible region has the advantages that it is visible, the sensitivity of the photoconductor is high, and the focused spot is small. A visible light semiconductor laser light source at the present time is disclosed in, for example, JP-A-62-
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 200785, an InGaP (indium gallium.
Phosphorus) or AlGaInP (aluminum / gallium / indium / phosphorus) is used, and AlGaInP is used as a clad layer for confining the laser beam and carriers in the active layer. The carriers referred to here are electrons and holes. However, as shown in FIG. 3 of JP-A-61-280694, AlGaInP has a high thermal resistance. In addition, since the mobility of carriers is low, the resistance is high. Therefore, heat is likely to be generated by current injection. Further, the generated heat is hard to escape and the temperature of the active layer rises. Therefore, it is difficult to operate at high temperature. Therefore, there has been proposed a method of solving this problem by using a material having low electric resistance and low thermal resistance as a part of the cladding layer.
それは、ｐ型クラッド層を２層に分け、このうち活性層
に接する方を従来通りAlGaInP（以下、ｐ型第１クラッ
ド層と呼ぶ）。で構成し、他方をAlGaAs（以下、ｐ型第
２クラッド層と呼ぶ。）で構成するという方法である
（例えば、特開昭61−280694号公報，特開昭62−26885
号公報，特開昭62−57271号公報参照）。AlGaAsはAlGaI
nPと比べ、電気抵抗，熱抵抗ともに低いので、上記のよ
うな問題を解決するのに有効であった。しかし、これら
の従来例の場合、電流や光を活性層の一部分に集中させ
ることが難しかった。よって動作電流が増大し、この長
所を生かせなかった。That is, the p-type clad layer is divided into two layers, and the one that is in contact with the active layer is AlGaInP (hereinafter referred to as the p-type first clad layer) as usual. And the other is made of AlGaAs (hereinafter referred to as the p-type second cladding layer) (for example, JP-A-61-280694 and JP-A-62-26885).
Japanese Patent Laid-Open No. 62-57271). AlGaAs is AlGaI
Since both electric resistance and thermal resistance were lower than nP, it was effective in solving the above problems. However, in the case of these conventional examples, it was difficult to concentrate current and light on a part of the active layer. Therefore, the operating current is increased, and this advantage cannot be utilized.
このような問題を解決する方法として、上記ｐ型第２ク
ラッド層（AlGaAs）をストライプ状に選択エッチングす
るという方法がある（例えば、アプライド・フィジック
ス・レターズ第48巻、89頁−91頁）。As a method of solving such a problem, there is a method of selectively etching the p-type second cladding layer (AlGaAs) in a stripe shape (for example, Applied Physics Letters, Vol. 48, pp. 89-91).
この場合の素子の前面図を、第４図に示す。第４図にお
いて、401はInGap活性層、402はｐ型AlGaInP第１クラッ
ド層、403はｐ型AlGaAs第２クラッド層、404はｎ型AlGa
InPクラッド層、405は窒化珪素膜である。この従来例の
場合、ｐ型AlGaAs第２クラッド層403は幅Ｗが５〜10μ
ｍ程度、厚みが0.65μｍのストライプ状のものである。
一方、ｐ型AlGaInP第１クラッド層402の厚みは、0.33μ
ｍしかない。したがって、電流はこのｐ型AlGaInP第１
クラッド層402でもあまり広がらず、矢印Ａのようにス
トライプ状のｐ型AlGaAs第２クラッド層403の真下のInG
ap活性層401に集中的に注入される。その結果、動作電
流は低く抑えられた。A front view of the device in this case is shown in FIG. In FIG. 4, 401 is an InGap active layer, 402 is a p-type AlGaInP first cladding layer, 403 is a p-type AlGaAs second cladding layer, and 404 is an n-type AlGa.
The InP clad layer 405 is a silicon nitride film. In the case of this conventional example, the width W of the p-type AlGaAs second cladding layer 403 is 5 to 10 μm.
It has a stripe shape of about m and a thickness of 0.65 μm.
On the other hand, the thickness of the p-type AlGaInP first cladding layer 402 is 0.33 μm.
There is only m. Therefore, the current is the p-type AlGaInP first
The InG just below the p-type AlGaAs second clad layer 403 having a stripe shape as shown by arrow A does not spread much even in the clad layer 402.
It is intensively implanted into the ap active layer 401. As a result, the operating current was kept low.
一方、低電気抵抗かつ低熱抵抗のｐ型第２クラッド層材
料に、別の材料を用いた例がある。特開昭63−17586号
公報では、AlGaInPより熱抵抗の低いAlInPをｐ型第２ク
ラッド層に用いている。以下、この方法を第５図を用い
て説明する。On the other hand, there is an example in which another material is used for the p-type second clad layer material having low electric resistance and low thermal resistance. In Japanese Patent Laid-Open No. 63-17586, AlInP having a lower thermal resistance than AlGaInP is used for the p-type second cladding layer. Hereinafter, this method will be described with reference to FIG.
第５図は従来の半導体レーザを示す断面図である。第５
図に示すように、ｎ型GaAs基板１上に、下側クラッド層
であるｎ型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pクラッド層2,InGaP活
性層３および上側第１クラッド層であるｐ型(Al0.5Ga
0.5)0.5In0.5P第１クラッド層４が形成され、この表面
の一部分にストライプ状に上側第２クラッド層であるｐ
型Al0.5In0.5P第２クラッド層５およびｐ型GaAs層６が
形成されている。FIG. 5 is a sectional view showing a conventional semiconductor laser. Fifth
As shown in the figure, on the n-type GaAs substrate 1, an n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 2, an InGaP active layer 3 which is a lower clad layer, and a p-type which is an upper first clad layer. (Al 0.5 Ga
0.5 ) 0.5 In 0.5 P A first clad layer 4 is formed, and a part of the surface of the upper clad layer 4 is formed in a stripe shape as the upper second clad layer.
A type Al 0.5 In 0.5 P second cladding layer 5 and a p-type GaAs layer 6 are formed.
この従来例の特長は、このストライプ状に形成されたｐ
型Al0.5In0.5P第２クラッド層５およびｐ型GaAs層６の
両側をｎ型GaAs層７で埋め込んだことである。このｎ型
GaAs層７により、素子表面は平坦であるにもかかわら
ず、横方向への光と電流の広がりが制限された。また、
これを通じて発生した熱の一部が放散されるので、高温
動作も比較的されやすくなっていると推測される。The feature of this conventional example is that the p-shaped stripes are formed.
Both sides of the mold Al 0.5 In 0.5 P second cladding layer 5 and the p-type GaAs layer 6 is that embedded in the n-type GaAs layer 7. This n type
The GaAs layer 7 limited the lateral spread of light and current, even though the device surface was flat. Also,
It is presumed that some of the heat generated through this is dissipated, and high temperature operation is relatively easy.
しかしながら、上記第４図に示した従来例の場合、ヒー
トシンクに密着しない部分Ｘがあるため、熱放散が悪く
なってしまっている。実際この従来例では、最高レーザ
発振温度が摂氏33度,10度における最大光出力が４ミリ
ワットであり、低い値にとどまっている。また、ｐ型Al
GaInP第１クラッド層402の表面保護のため窒化珪素膜40
5が堆積されているので、ｐ型AlGaInP第１クラッド層40
2やInGaP活性層401にストレスがかかってしまい、素子
の寿命を短くしてしまうという問題がある。However, in the case of the conventional example shown in FIG. 4, since there is a portion X that does not adhere to the heat sink, heat dissipation has deteriorated. In fact, in this conventional example, the maximum optical output at the maximum laser oscillation temperature of 33 degrees Celsius and 10 degrees Celsius is 4 milliwatts, which is low. In addition, p-type Al
Silicon nitride film 40 for protecting the surface of the GaInP first cladding layer 402
Since 5 is deposited, the p-type AlGaInP first cladding layer 40
2 and InGaP active layer 401 are stressed, which shortens the life of the device.
また第５図に示した従来例の場合、AlInPの抵抗値はAlG
aInPとほとんど変わらないので、このAlInPを第２クラ
ッド層として採用しない場合と同程度の高い発熱量があ
る。また、GaAsやAlGaAsに比べ熱抵抗も高いので、ｎ型
GaAs層７の採用にもかかわらず、熱の放散は十分でな
い。したがって最高レーザ発振温度と最大光出力はあま
り改善されない。In the case of the conventional example shown in FIG. 5, the resistance value of AlInP is AlG.
Since it is almost the same as aInP, it has the same high calorific value as when AlInP is not used as the second cladding layer. In addition, since it has higher thermal resistance than GaAs and AlGaAs, it is an n-type
Despite the adoption of the GaAs layer 7, the heat dissipation is not sufficient. Therefore, the maximum lasing temperature and the maximum light output are not improved so much.
そこで上記の２例の長所をとって、AlGaAsをストライプ
状に第２クラッド層に用い、GaAsで埋め込むという構造
が容易に考えられる。すなわち、第５図でｐ型Al0.5In
0.5P第２クラッド層５をAlGaAs第２クラッド層に置き換
えた構造である。しかしこの場合、ｎ型GaAs層７を成長
する結晶表面には、Ｖ族元素が燐である部分と砒素であ
る部分との両方がある。つまり、ｎ型GaAs層７を成長す
る結晶表面の化合物材料中のＶ族元素が同一ではない。
これが結晶成長を大変難しくしてしまう。例えば、液相
成長法の場合、ガリウムの融液の中に原料を溶かし込む
が、この中に燐は含まれない。そのため、この融液中で
燐は著しく未飽和な状態であり、ｎ型GaAs層７を成長す
る際にｐ型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P第１クラッド層４は
溶けてしまう。また、分子線エピタキシー法では、結晶
成長の直前に高真空中で結晶を摂氏700度程度に熱する
ので、燐が蒸発してしまいｐ型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P
第１クラッド層４が著しく損傷を被る。さらに、気相成
長法では、結晶成長の直前に結晶を摂氏600度程度に熱
する。したがって、燐が蒸発してしまいｐ型(Al0.5Ga
0.5)0.5In0.5P第１クラッド層４が著しく損傷を被る。
そこで、ホスフィン（PH3）を導入して、燐の分圧を補
償し、結晶から燐が蒸発しなくすると、AlGaAs第２クラ
ッド相５との反応が起こり、この部分が著しく損傷を被
る。このように、この構造ではストライプを埋め込むた
めの結晶成長が著しく困難である。Therefore, taking the advantages of the above two examples, a structure in which AlGaAs is used in a stripe shape in the second cladding layer and is filled with GaAs can be easily considered. That is, in FIG. 5, p-type Al 0.5 In
This is a structure in which the 0.5 P second cladding layer 5 is replaced with an AlGaAs second cladding layer. However, in this case, the crystal surface on which the n-type GaAs layer 7 is grown has both a portion in which the group V element is phosphorus and a portion in which the group V element is arsenic. That is, the group V elements in the compound material on the crystal surface on which the n-type GaAs layer 7 is grown are not the same.
This makes crystal growth very difficult. For example, in the case of the liquid phase growth method, the raw material is melted in a gallium melt, but phosphorus is not contained in the melt. Therefore, phosphorus is extremely unsaturated in this melt, and the p-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer 4 is melted when the n-type GaAs layer 7 is grown. In the molecular beam epitaxy method, the crystal is heated to about 700 degrees Celsius in a high vacuum just before the crystal growth, so that phosphorus is evaporated and p-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P
The first cladding layer 4 is significantly damaged. Further, in the vapor phase growth method, the crystal is heated to about 600 degrees Celsius immediately before the crystal growth. Therefore, phosphorus is evaporated and p-type (Al 0.5 Ga
0.5 ) 0.5 In 0.5 P The first cladding layer 4 is significantly damaged.
Therefore, if phosphine (PH 3 ) is introduced to compensate for the partial pressure of phosphorus and phosphorus is not evaporated from the crystal, a reaction with the AlGaAs second cladding phase 5 occurs, and this portion is significantly damaged. Thus, with this structure, crystal growth for filling the stripe is extremely difficult.
この発明の目的は、結晶成長が容易にでき、高温動作お
よび高出力動作が可能でかつ高信頼性を有する半導体レ
ーザを提供することである。An object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of easily growing crystals, capable of high temperature operation and high power operation, and having high reliability.
この発明の他の目的は、結晶成長が容易にでき、高温動
作および高出力動作が可能でかつ高信頼性を有する半導
体レーザを得ることができる半導体レーザの製造方法を
提供することである。Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser capable of easily growing a crystal, capable of high-temperature operation and high-power operation and having high reliability.
請求項（１）記載の半導体レーザは、化合物材料からな
る活性層と、化合物材料からなり活性層の下層および上
層にある下側クラッド層および上側第１クラッド層と、
Ｖ族元素を含む化合物材料からなり上側第１クラッド層
上の全面に形成された薄膜半導体層と、Ｖ族元素を含む
化合物材料からなり薄膜半導体層上に選択的に形成され
た上側第２クラッド層と、Ｖ族元素を含む化合物材料か
らなり上側第２クラッド層の両側と薄膜半導体層上とに
ある電流ブロック層とを備え、 上側第２クラッド層を構成する化合物材料を禁制帯幅が
レーザ光に対する吸収が十分小さい程度に大きくかつ上
側第１クラッド層を構成する化合物材料よりも熱抵抗お
よび電気抵抗が小さいものとし、かつ薄膜半導体層と上
側第２クラッド層と電流ブロック層とをそれぞれ構成す
る化合物材料中のＶ族元素を全て同一元素としたことを
特徴とする。The semiconductor laser according to claim (1) comprises an active layer made of a compound material, a lower clad layer and an upper first clad layer made of a compound material in lower and upper layers of the active layer, respectively.
A thin film semiconductor layer made of a compound material containing a group V element and formed on the entire surface of the upper first clad layer, and an upper second clad selectively made of a compound material containing a group V element on the thin film semiconductor layer A layer and a current blocking layer made of a compound material containing a Group V element on both sides of the upper second cladding layer and on the thin film semiconductor layer. The compound material forming the upper second cladding layer has a forbidden band width of laser. The absorption of light is large enough and the thermal resistance and electric resistance are smaller than those of the compound material forming the upper first cladding layer, and the thin film semiconductor layer, the upper second cladding layer, and the current blocking layer are formed respectively. All of the group V elements in the compound material are the same element.
請求項（２）記載の半導体レーザは、請求項（１）記載
の半導体レーザにおいて、活性層と下側クラッド層およ
び上側第１クラッド層がそれぞれＶ族元素またはVI族元
素を含む化合物材料からなる。The semiconductor laser according to claim (2) is the semiconductor laser according to claim (1), wherein the active layer, the lower clad layer, and the upper first clad layer are each made of a compound material containing a group V element or a group VI element. .
請求項（３）の半導体レーザは、請求項（１）記載の半
導体レーザにおいて、電流ブロック層のうち、少なくと
も上側第２クラッド層に接する部分が上側第２クラッド
層の屈折率より小さい屈折率を有する化合物材料からな
る。The semiconductor laser according to claim (3) is the semiconductor laser according to claim (1), wherein at least a portion of the current blocking layer in contact with the upper second cladding layer has a refractive index smaller than that of the upper second cladding layer. It has a compound material.
請求項（４）記載の半導体レーザは、請求項（１）記載
の半導体レーザにおいて、薄膜半導体層と上側第２クラ
ッド層と電流ブロック層をそれぞれ構成する化合物材料
中のＶ族元素が砒素である。The semiconductor laser according to claim (4) is the semiconductor laser according to claim (1), in which the group V element in the compound material forming the thin film semiconductor layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer is arsenic. .
請求項（５）記載の半導体レーザの製造方法は、半導体
基板上に化合物材料かなる下側クラッド層を積層する成
長工程と、 この下側クラッド層上に化合物材料かなる活性層を積層
する成長工程と、 この活性層上に化合物材料かなる上側第１クラッド層を
積層する成長工程と、 この上側第１クラッド層上の全面に単一のＶ族元素を含
む化合物材料からなる薄膜半導体層を積層する成長工程
と、 この薄膜半導体層上に、薄膜半導体層と同じ単一のＶ族
元素を含みかつ禁制帯幅がレーザ光に対する吸収が十分
小さい程度に大きくかつ上側第１クラッド層を構成する
化合物材料よりも熱抵抗および電気抵抗の小さい化合物
材料からなる上側第２クラッド層を積層する成長工程
と、 この上側第２クラッド層を選択的にストライプ状にエッ
チングする工程と、 上側第２クラッド層の両側面と薄膜半導体層上とに、薄
膜半導体層と同じ単一のＶ族元素を含む化合物材料かな
る電流ブロック層を形成する成長工程とを含む。The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim (5) comprises a growth step of laminating a lower clad layer made of a compound material on a semiconductor substrate, and a growth step of laminating an active layer made of a compound material on the lower clad layer. A step of growing an upper first clad layer made of a compound material on the active layer, and a thin film semiconductor layer made of a compound material containing a single group V element on the entire surface of the upper first clad layer. And a growth step of stacking, and on this thin film semiconductor layer, the same first group V element as that of the thin film semiconductor layer is included, and the forbidden band width is large enough to absorb laser light sufficiently and the upper first clad layer is formed. A growth step of stacking an upper second clad layer made of a compound material having lower thermal resistance and electric resistance than the compound material, and selectively etching the upper second clad layer in stripes. Including a degree, on the upper sides and the thin film semiconductor layer of the second upper cladding layer, and a growth step of forming a current blocking layer made of either a compound material containing the same single V group element as the thin film semiconductor layer.
請求項（１）記載の半導体レーザによれば、上側第１ク
ラッド層上の全面に薄膜半導体層を形成した後、薄膜半
導体層の上に選択的に上側第２クラッド層を形成する構
成であり、かつ薄膜半導体層、上側第２クラッド層およ
び電流ブロック層を構成する化合物材料中のＶ族元素を
全て同一としているので、薄膜半導体層の上と上側第２
クラッド層の両側に電流ブロック層を形成する場合に、
電流ブロック層を形成する面が電流ブロック層を構成す
る化合物材料中のＶ族元素と同じＶ族元素を含む化合物
材料かなるため、結晶成長をきわめて容易なものとする
ことができる。According to the semiconductor laser of claim (1), after the thin film semiconductor layer is formed on the entire surface of the upper first clad layer, the upper second clad layer is selectively formed on the thin film semiconductor layer. In addition, since the group V elements in the compound materials forming the thin film semiconductor layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer are all the same, the upper thin film semiconductor layer and the upper second semiconductor layer are formed.
When forming the current blocking layer on both sides of the clad layer,
Since the surface forming the current blocking layer is a compound material containing the same group V element as the group V element in the compound material forming the current blocking layer, crystal growth can be made extremely easy.
また、上側第１クラッド層の上側の上側第２クラッド層
が、上側第１クラッド層を構成する化合物材料よりも熱
抵抗、電気抵抗の小さい化合物材料で構成されるため、
上側第１クラッド層のみでは得難い低熱抵抗および低電
気抵抗を、上側第２クラッド層の部分で達成できる。特
に、上側第２クラッド層を構成する化合物材料を禁制帯
幅がレーザ光に対する吸収が十分小さい程度に大きいも
のとしたことにより、上側第２クラッド層による損失を
考慮することが不要となり、熱放散の観点から電気抵
抗、熱抵抗の小さい上側第２クラッド層を上側第１クラ
ッド層を薄くしていくらでも活性層に近くすることがで
きることになり、高温動作および高出力動作が可能とな
る。Further, since the upper second clad layer on the upper side of the upper first clad layer is composed of a compound material having smaller thermal resistance and electric resistance than the compound material forming the upper first clad layer,
Low thermal resistance and low electrical resistance, which are difficult to obtain only with the upper first cladding layer, can be achieved in the upper second cladding layer. In particular, since the forbidden band width of the compound material forming the upper second cladding layer is made large enough to absorb the laser light sufficiently, it is not necessary to consider the loss due to the upper second cladding layer, and the heat dissipation becomes unnecessary. From this point of view, the upper second clad layer having a low electric resistance and thermal resistance can be made as close to the active layer as possible by making the upper first clad layer as thin as possible, which enables high temperature operation and high output operation.
また、薄膜半導体層が、レーザ光の導波損失を増やさな
い程度に十分に薄いので、たとえこの薄膜半導体層の禁
制帯幅が活性層より狭くても、これによるレーザ光の導
波損失の増加は無視でき、素子本来の性能を阻害するこ
とがない。Further, since the thin film semiconductor layer is thin enough not to increase the waveguide loss of laser light, even if the forbidden band width of this thin film semiconductor layer is narrower than that of the active layer, the increase in waveguide loss of laser light is caused by this. Can be ignored and does not impair the original performance of the device.
また活性層の上側は十分な厚みの半導体層で覆われてい
るため、ストレスが掛かることがない。Further, since the upper side of the active layer is covered with the semiconductor layer having a sufficient thickness, no stress is applied.
さらに電流は上側第２クラッド層を通って活性層に注入
され、上側第２クラッド層と電流ブロック層とが、レー
ザ光の強度分布に影響を与えるため、横モードの制御お
よび電流注入領域の制限を極めて容易に達成できる。Further, the current is injected into the active layer through the upper second cladding layer, and the upper second cladding layer and the current blocking layer affect the intensity distribution of the laser beam, so that the transverse mode is controlled and the current injection region is limited. Can be achieved very easily.
請求項（２）記載の半導体レーザによれば、活性層と下
側クラッド層および上側第１クラッド層とがＶ族元素ま
たはVI族元素を含んで構成されるものである以外、作用
は請求項（１）の作用と同様である。According to the semiconductor laser of claim (2), the action is obtained except that the active layer, the lower clad layer and the upper first clad layer are configured to contain a group V element or a group VI element. It is similar to the operation of (1).
請求項（３）記載の半導体レーザによれば、電流ブロッ
ク層のうち、少なくとも上側第２クラッド層に接する部
分が上側第２クラッド層の屈折率より小さい屈折率を有
する化合物材料からなるので、横方向の屈折率差による
導波路が形成され、非点隔差が小さくなる。According to the semiconductor laser of claim (3), at least a portion of the current blocking layer in contact with the upper second cladding layer is made of a compound material having a refractive index smaller than that of the upper second cladding layer. A waveguide is formed by the difference in refractive index in the directions, and the astigmatic difference is reduced.
請求項（４）記載の半導体レーザによれば、薄膜半導体
層と上側第２クラッド層と電流ブロック層をそれぞれ構
成する化合物材料中のＶ族元素が砒素である以外、作用
は請求項（１）の作用と同様である。Ｖ族元素が砒素で
ある材料は、熱抵抗、電気抵抗が小さく、高温動作およ
び高出力動作が容易である。According to the semiconductor laser of claim (4), the action is the same as that of the group V element in the compound material forming the thin film semiconductor layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer, respectively, except that arsenic is present. Is similar to the action of. The material in which the group V element is arsenic has low thermal resistance and electric resistance, and is easy to operate at high temperature and high output.
請求項（５）記載の半導体レーザの製造方法によれば、
上側第１クラッド層上の全面に薄膜半導体層を形成した
後、薄膜半導体層上に選択的に上側第２クラッド層を形
成し、かつ薄膜半導体層、上側第２クラッド層および電
流ブロック層を構成する化合物材料中のＶ族元素を全て
同一としているので、薄膜半導体層の上と上側第２クラ
ッド層の両側に電流ブロック層を形成する場合に、電流
ブロック層を形成する面が電流ブロック層を構成する化
合物材料中のＶ族元素と同じＶ族元素を含む化合物材料
かなるため、結晶成長をきわめて容易なものとすること
ができる。According to the method of manufacturing a semiconductor laser of claim (5),
After forming a thin film semiconductor layer on the entire surface of the upper first clad layer, an upper second clad layer is selectively formed on the thin film semiconductor layer, and a thin film semiconductor layer, an upper second clad layer and a current block layer are formed. Since all the group V elements in the compound material are the same, when the current blocking layer is formed on the thin film semiconductor layer and on both sides of the upper second cladding layer, the surface on which the current blocking layer is formed is the current blocking layer. Since it is a compound material containing the same group V element as the group V element in the constituent compound material, crystal growth can be made extremely easy.
また、上側第２クラッド層を構成する化合物材料を禁制
帯幅がレーザ光に対する吸収が十分小さい程度に大きい
ものとしたことにより、上側第２クラッド層による損失
を考慮することが不要となり、半導体レーザにおいて、
熱放散の観点から電気抵抗、熱抵抗の小さい上側第２ク
ラッド層を上側第１クラッド層を薄くしていくらでも活
性層に近くすることができることになり、高温動作およ
び高出力動作が可能な半導体レーザを得ることができ
る。Further, since the forbidden band width of the compound material forming the upper second cladding layer is made large enough to absorb the laser light sufficiently, it is not necessary to consider the loss due to the upper second cladding layer. At
From the viewpoint of heat dissipation, the upper second clad layer having a small electric resistance and thermal resistance can be made as close to the active layer as possible by making the upper first clad layer as thin as possible, and a semiconductor laser capable of high-temperature operation and high-power operation can be obtained. Can be obtained.
第１図はこの発明の第１の実施例の半導体レーザを示す
断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
第１図に示すように、ｎ型GaAs基板104上に、下側クラ
ッド層であるｎ型AlGaInPクラッド層103（禁制帯幅約2.
21eV,屈折率約3.38），活性層であるInGaP活性層101
（禁制帯幅約1.91eV,屈折率約3.58），上側第１クラッ
ド層であるｐ型AlGaInPクラッド層102（禁制帯幅約2.21
eV,屈折率約3.38），薄膜半導体層であるｐ型GaAs第１
保護層105（禁制帯幅約1.42eV,屈折率約3.8），上側第
２クラッド層であるｐ型AlGaAsクラッド層106（禁制帯
幅約1.97eV,屈折率約3.37），電流ブロック層であるｎ
型GaAs電流阻止層108,p型GaAs第２保護層107,p型GaAs導
電層109を形成した。この場合、薄膜半導体層であるｐ
型GaAs第１保護層105と上側第２クラッド層であるｐ型A
lGaAsクラッド層106と電流ブロック層であるｎ型GaAs電
流阻止層108は、すべて化合物材料中のＶ族元素が同一
元素、つまり砒素としている。また、ｐ型AlGaAsクラッ
ド層106は、禁制帯幅がレーザ光（波長は670nm程度で、
その光子エネルギーは1.85eV程度に相当する）に対する
吸収が十分小さい程度に大きい約1.97eVとなっており、
ｐ型alGaInPクラッド層102よりも熱抵抗および電気抵抗
が小さいものである。As shown in FIG. 1, an n-type AlGaInP clad layer 103 (a forbidden band width of about 2.
21 eV, refractive index of about 3.38), InGaP active layer 101 which is an active layer
(Forbidden band width about 1.91 eV, refractive index about 3.58), p-type AlGaInP clad layer 102 which is the upper first clad layer (forbidden band width about 2.21
eV, refractive index about 3.38), p-type GaAs first thin film semiconductor layer
Protective layer 105 (forbidden band width of about 1.42 eV, refractive index of about 3.8), p-type AlGaAs clad layer 106 (forbidden band width of about 1.97 eV, refractive index of about 3.37) that is the upper second cladding layer, and current blocking layer n
A GaAs current blocking layer 108, a p-type GaAs second protective layer 107, and a p-type GaAs conductive layer 109 were formed. In this case, the thin film semiconductor layer p
Type GaAs first protective layer 105 and upper second cladding layer p-type A
The lGaAs cladding layer 106 and the n-type GaAs current blocking layer 108, which is a current blocking layer, are made of the same group V element in the compound material, that is, arsenic. The p-type AlGaAs cladding layer 106 has a forbidden band width of laser light (wavelength is about 670 nm,
Its photon energy is equivalent to about 1.85 eV).
It has smaller thermal resistance and electric resistance than the p-type alGaInP cladding layer 102.
この半導体レーザは、室温において厚み0.08μｍのInGa
P活性層101から波長670nm程度のレーザ光線を出射す
る。This semiconductor laser has an InGa thickness of 0.08 μm at room temperature.
A laser beam having a wavelength of about 670 nm is emitted from the P active layer 101.
このInGaP活性層101は、厚み0.2μｍのｐ型AlGaInPクラ
ッド層102と厚み１μｍのｎ型AlGaInPクラッド層103と
に挟まれている。InGaP活性層101の禁制帯幅は約1.91eV
であり、また波長域での屈折率は約3.58である。このIn
GaP活性層101を挾むｐ型AlGaInPクラッド層102およびｎ
型AlGaInPクラッド層103の禁制帯幅は、ともに約2.21eV
でInGaP活性層101より大きく、また屈折率は、ともに3.
38でInGaP活性層101より小さい。この構成では、レーザ
光は、約0.5μｍ程度クラッド層中にしみ出す。すなわ
ち、ｐ側では厚み50Åのｐ型GaAs第１保護層105および
厚み0.8μｍのｐ型AlGaAsクラッド層106にまで光がしみ
出す。したがって、もしｐ型GaAs第１保護層105の厚み
が、0.1μｍ程度かそれ以上に分厚ければ、光は吸収と
散乱を受けて導波損失が増え、レーザ発振が困難にな
る。しかし、この実施例の場合、厚みが十分に薄いので
全く問題にならない。したがって、ｐ型AlGaInPクラッ
ド層102とｐ型AlGaAsクラッド層106とが、いわばｐ側の
第１と第２のクラッド層として機能する。以上のことよ
り、この部分では縦方向に屈折率差による導波路ができ
ている。The InGaP active layer 101 is sandwiched between a p-type AlGaInP clad layer 102 having a thickness of 0.2 μm and an n-type AlGaInP clad layer 103 having a thickness of 1 μm. The band gap of InGaP active layer 101 is about 1.91 eV
And the refractive index in the wavelength region is about 3.58. This In
P-type AlGaInP clad layer 102 and n sandwiching the GaP active layer 101
The forbidden band width of the AlGaInP cladding layer 103 is about 2.21 eV.
It is larger than the InGaP active layer 101 and has a refractive index of 3.
38 is smaller than the InGaP active layer 101. With this configuration, the laser light seeps out into the cladding layer by about 0.5 μm. That is, on the p-side, light seeps out to the p-type GaAs first protective layer 105 having a thickness of 50Å and the p-type AlGaAs cladding layer 106 having a thickness of 0.8 μm. Therefore, if the thickness of the p-type GaAs first protective layer 105 is about 0.1 μm or more, the light is absorbed and scattered to increase the waveguide loss, which makes laser oscillation difficult. However, in the case of this embodiment, since the thickness is sufficiently thin, there is no problem at all. Therefore, the p-type AlGaInP clad layer 102 and the p-type AlGaAs clad layer 106 function, as it were, as the first and second clad layers on the p-side. From the above, a waveguide is formed in this portion in the vertical direction due to the difference in refractive index.
一方、108は、厚み１μｍのｎ型GaAs電流阻止層であ
る。レーザ光はこの層にもしみ出す。この場合は光は吸
収されてしまうので導波損失が大きい。またレーザ発振
のために、電流がｐ型電極110からｎ型電極111へ流れる
と、ｎ型GaAs電流阻止層108とｐ型GaAs第１保護層105、
ｐ型AlGaInPクラッド層102の間のpn接合は逆バイアスさ
れる。よって、電流はｐ型AlGaAsクラッド層106のみを
通るので、InGaP活性層101のうちその直下の部分のみが
レーザ利得を持つ。したがって、横方向に利得差による
導波路ができている。On the other hand, 108 is an n-type GaAs current blocking layer having a thickness of 1 μm. Laser light also seeps into this layer. In this case, since light is absorbed, the waveguide loss is large. When a current flows from the p-type electrode 110 to the n-type electrode 111 due to laser oscillation, the n-type GaAs current blocking layer 108 and the p-type GaAs first protective layer 105,
The pn junction between the p-type AlGaInP cladding layers 102 is reverse biased. Therefore, since the current passes through only the p-type AlGaAs cladding layer 106, only the portion immediately below the InGaP active layer 101 has a laser gain. Therefore, a waveguide is formed by the gain difference in the lateral direction.
なお、ｐ型GaAs導電層109は、厚み２μｍである。ま
た、ｐ型電極110はチタンと金の合金、ｎ型電極111は金
とゲルマニウムの合金から成る。上記の103から109まで
の化合物半導体層は、全てｎ型GaAs基板104上に格子整
合している。The p-type GaAs conductive layer 109 has a thickness of 2 μm. The p-type electrode 110 is made of an alloy of titanium and gold, and the n-type electrode 111 is made of an alloy of gold and germanium. The compound semiconductor layers 103 to 109 are all lattice-matched on the n-type GaAs substrate 104.
この半導体レーザでは、ｎ型AlGaInPクラッド層103上の
全面にｐ型GaAs第１保護層105を形成した後、ｐ型GaAs
第１保護層105の上に選択的にｐ型AlGaAsクラッド層106
を形成する構成であり、かつｐ型GaAs第１保護層105、
ｐ型AlGaAsクラッド層106およびｎ型GaAs電流阻止層108
を構成する化合物材料中のＶ族元素を全て同一の砒素と
しているので、ｐ型GaAs第１保護層105の上とｐ型AlGaA
sクラッド層106の両側にｎ型GaAs電流阻止層108を形成
する場合に、ｎ型GaAs電流阻止層108を形成する面が電
流ブロック層を構成する化合物材料中にＶ族元素と同じ
Ｖ族元素である砒素を含む化合物材料からなるため、結
晶成長をきわめて容易なものとすることができる。In this semiconductor laser, the p-type GaAs first protective layer 105 is formed on the entire surface of the n-type AlGaInP cladding layer 103, and then the p-type GaAs is formed.
A p-type AlGaAs cladding layer 106 is selectively formed on the first protective layer 105.
And a p-type GaAs first protective layer 105,
p-type AlGaAs cladding layer 106 and n-type GaAs current blocking layer 108
Since all of the group V elements in the compound material constituting the same are made of the same arsenic, the p-type GaAs first protective layer 105 and the p-type AlGaA
In the case where the n-type GaAs current blocking layer 108 is formed on both sides of the s clad layer 106, the surface of the n-type GaAs current blocking layer 108 is formed in the compound material that constitutes the current blocking layer. Since it is made of a compound material containing arsenic, the crystal growth can be made extremely easy.
また、この半導体レーザでは、ｐ側の第２クラッド層
（ｐ型AlGaAsクラッド層106）に、移動度が大きく、か
つ不純物濃度を容易に高くできるAlGaAsを用いた。その
ため従来のように、AlGaInPを用いた素子に比べ、抵抗
が約半分程度である。また、ｐ型AlGaInPクラッド層102
の上層が全て熱抵抗の小さいGaAs,AlGaAsからなるｐ型G
aAs第１保護層105,p型AlGaAsクラッド層106,p型GaAs第
２保護層107,n型GaAs電流阻止素子108およびｐ型GaAs導
電層109等である。そのため熱の放散も極めて良好であ
る。また電流がｐ型AlGaAsクラッド層106の直下にのみ
限定され、動作電流が低く抑えられる。そのため、第４
図および第５図に示す従来の電流阻止層を持たない素子
に比べ、発熱量が著しく低減する。また表面が平坦であ
るため、ヒードシンクへの放熱も効果的に行われる。よ
って高温での動作や高出力動作が極めて容易に達成され
る。Further, in this semiconductor laser, AlGaAs, which has a high mobility and can easily increase the impurity concentration, is used for the second cladding layer (p-type AlGaAs cladding layer 106) on the p-side. Therefore, the resistance is about half that of the conventional device using AlGaInP. In addition, the p-type AlGaInP cladding layer 102
P-type G whose upper layers are all made of GaAs and AlGaAs with low thermal resistance
The aAs first protective layer 105, p-type AlGaAs cladding layer 106, p-type GaAs second protective layer 107, n-type GaAs current blocking element 108, p-type GaAs conductive layer 109, and the like. Therefore, the heat dissipation is also very good. Further, the current is limited to just below the p-type AlGaAs cladding layer 106, and the operating current can be suppressed low. Therefore, the fourth
As compared with the conventional device having no current blocking layer shown in FIGS. 5 and 5, the heat generation amount is remarkably reduced. Further, since the surface is flat, heat dissipation to the heat sink is also effectively performed. Therefore, high temperature operation and high power operation can be achieved very easily.
またInGaP活性層101の上側は十分な厚みの半導体層で覆
われているため、素子表面の金属、ヒートシンク等より
ストレスがかかることがない。よって高い信頼性が得ら
れる。Further, since the upper side of the InGaP active layer 101 is covered with the semiconductor layer having a sufficient thickness, stress is not applied by the metal on the element surface, the heat sink, or the like. Therefore, high reliability can be obtained.
さらに、ｎ型GaAs電流阻止層108はレーザ光を吸収する
機能も持つので、レーザ光の強度分布を電流注入領域に
集めるという、いわゆる横モード制御が容易に達成され
ている。Further, since the n-type GaAs current blocking layer 108 also has a function of absorbing the laser light, so-called transverse mode control of collecting the intensity distribution of the laser light in the current injection region is easily achieved.
第２図はこの発明の第２の実施例の半導体レーザを示す
断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.
この半導体レーザは、第１の実施例と同様に、室温にお
いて、厚み0.08μｍのInGaP活性層101から670nm程度の
波長のレーザ光線を出射する。第１図と符号が共通の層
は、同じ膜厚と組成（禁制帯幅，屈折率が同じ）とを持
っている。第１図と異なるのは、第１図のｎ型GaAs電流
阻止層108が、厚み0.7μｍのｎ型AlGaAs電流素子層201
と厚み0.3μｍのｎ型GaAs電流阻止層202に置き換えられ
ているところである。This semiconductor laser emits a laser beam having a wavelength of about 670 nm from the InGaP active layer 101 having a thickness of 0.08 μm at room temperature, as in the first embodiment. The layers having the same reference numerals as in FIG. 1 have the same film thickness and composition (the band gap and the refractive index are the same). The difference from FIG. 1 is that the n-type GaAs current blocking layer 108 of FIG.
And is being replaced by an n-type GaAs current blocking layer 202 having a thickness of 0.3 μm.
なお、ｎ型AlGaAs電流素子層201は、ｎ型GaAs基板104に
格子整合しており、禁制帯幅は約2.1eV、屈折率は約3.2
である。The n-type AlGaAs current element layer 201 is lattice-matched to the n-type GaAs substrate 104, has a forbidden band width of about 2.1 eV and a refractive index of about 3.2.
Is.
AlGaAsはGaAsに比べ熱抵抗が若干高いため、第１の実施
例より熱の放散が若干悪くなる。しかし、その他の特性
上の特長は全て備えている。その上、次のような特長を
持つ。ｎ型AlGaAs電流素子層201は、ｐ型AlGaAsクラッ
ド層106より屈折率が小さい。またInGaP活性層101より
禁制帯幅が大きく、この層での光の吸収はない。よっ
て、第１の実施例のような利得差ではなく、横方向の屈
折率差による導波路ができている。したがってこの素子
の場合、非点隔差が小さくなる。この特長は、例えば光
ディスク装置等の、小集光スポット径が重要な用途に最
適である。Since the thermal resistance of AlGaAs is slightly higher than that of GaAs, the heat dissipation is slightly worse than that of the first embodiment. However, it has all the other characteristic features. In addition, it has the following features. The n-type AlGaAs current element layer 201 has a smaller refractive index than the p-type AlGaAs cladding layer 106. In addition, the band gap is larger than that of the InGaP active layer 101, and light is not absorbed in this layer. Therefore, the waveguide is formed not by the gain difference as in the first embodiment but by the lateral refractive index difference. Therefore, in the case of this element, the astigmatic difference is reduced. This feature is optimal for applications where a small focused spot diameter is important, such as an optical disk device.
第３図は、この発明の一実施例の半導体レーザの製造方
法を示す工程断面図である。例として、第１の実施例の
素子の製造方法を示したが、第２の実施例とは、ｎ型Ga
As電流阻止層108が、ｎ型AlGaAs電流素子層201とｎ型Ga
As電流阻止層202とに置き換わるだけで本質的な差異は
ない。FIG. 3 is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. As an example, the manufacturing method of the element of the first embodiment is shown, but the second embodiment is different from the n-type Ga
As current blocking layer 108 includes n-type AlGaAs current element layer 201 and n-type Ga
It is replaced with the As current blocking layer 202 and there is no essential difference.
第３図（イ）に示すように、（100）面を表面に持つｎ
型GaAs基板104の上に、有機金属気相成長法により、下
側クラッド層であるｎ型AlGaInPクラッド層103,InGaP活
性層101,上側第１クラッド層であるｐ型AlGaInPクラッ
ド層102,薄膜半導体であるｐ型GaAs第１保護層105,p型A
lGaAs層301,p型GaAs層302を順次成長する。As shown in FIG. 3 (a), n having a (100) plane on the surface
On the n-type GaAs substrate 104, the n-type AlGaInP clad layer 103 which is the lower clad layer, the InGaP active layer 101, the p-type AlGaInP clad layer 102 which is the upper first clad layer, and the thin film semiconductor are formed by metal organic chemical vapor deposition. P-type GaAs first protective layer 105, p-type A
The lGaAs layer 301 and the p-type GaAs layer 302 are sequentially grown.
なおｐ型GaAs層302は、結晶成長をより安定させるため
のものである。The p-type GaAs layer 302 is for stabilizing crystal growth.
次に第３図（イ）に示すｐ型GaAs層302の表面に二酸化
珪素を3000Å堆積し、選択エッチングによりそれを幅５
μｍのストライプに加工し、第３図（ロ）に示すエッチ
ングマスク303を形成する。なおストライプの方向は＜0
11＞である。このエッチングマスク303を用いて塩素を
用いた反応性イオンエッチングで結晶を5000Å掘る。そ
して、沸騰する塩酸に漬け選択的にｐ型AlGaAs層301を
エッチングして、第３図（ロ）に示す、ｐ型AlGaAsクラ
ッド層106とｐ型GaAs第２保護層107とを形成する。この
場合、ｐ型AlGaAsクラッド層106は、Ｖ族元素として砒
素を含み、ｐ型GaAs第１保護層105のＶ族元素と同じ単
一のＶ族元素を含んでいる。なおGaAsは沸騰する塩酸に
は溶けないので、50Åのｐ型GaAs第１保護層105でも十
分なエッチングストッパとなる。なおこの状態では、表
面に露出している層は、GaAsかAlGaAsかのどちらかとな
り、Ｖ族元素は砒素のみである。Next, 3000 Å of silicon dioxide is deposited on the surface of the p-type GaAs layer 302 shown in FIG.
By processing into a stripe of μm, an etching mask 303 shown in FIG. 3B is formed. The stripe direction is <0
11>. Using this etching mask 303, a crystal is dug up to 5000 Å by reactive ion etching using chlorine. Then, the p-type AlGaAs layer 301 is selectively immersed in boiling hydrochloric acid to selectively etch the p-type AlGaAs cladding layer 106 and the p-type GaAs second protective layer 107 shown in FIG. 3B. In this case, the p-type AlGaAs cladding layer 106 contains arsenic as a V-group element and the same single V-group element as the V-group element of the p-type GaAs first protective layer 105. Since GaAs does not dissolve in boiling hydrochloric acid, the 50 Å p-type GaAs first protective layer 105 also serves as a sufficient etching stopper. In this state, the layer exposed on the surface is either GaAs or AlGaAs, and the group V element is arsenic only.
次に第３図（ハ）に示すように、再度、有機金属気相成
長法により、電流ブロック層であるｎ型GaAs電流阻止層
108を成長させた後、エッチングマスク303を弗酸で取り
除く。この場合、ｎ型GaAs電流阻止層108は、Ｖ族元素
として砒素を含み、ｐ型GaAs第１保護層105のＶ族元素
と同じ単一のＶ族元素を含んでいる。膜厚僅か50Åのｐ
型GaAs第１保護層105が、成長前の昇温時に、ｐ型AlGaI
nPクラッド層102から、燐が蒸発するのを防ぐ保護膜と
して十分であることがわかった。これを用いて、極めて
容易にｎ型GaAs電流阻止層108が成長できる。Next, as shown in FIG. 3C, the n-type GaAs current blocking layer, which is a current blocking layer, is again formed by metalorganic vapor phase epitaxy.
After growing 108, the etching mask 303 is removed with hydrofluoric acid. In this case, the n-type GaAs current blocking layer 108 contains arsenic as a V-group element and the same single V-group element as the V-group element of the p-type GaAs first protective layer 105. P of only 50Å film thickness
-Type GaAs first protective layer 105, when the temperature rises before growth, p-type AlGaI
It was found from the nP clad layer 102 that it was sufficient as a protective film for preventing the evaporation of phosphorus. Using this, the n-type GaAs current blocking layer 108 can be grown very easily.
次に第３図（ニ）に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｐ型GaAs導電層109を成長する。この際表面に露
出している層は、GaAsからなるｐ型GaAs第２保護層107
およびｎ型GaAs電流阻止層108であり、全て同一のＶ族
元素である砒素を含むだけであるので、たやすく成長で
きる。Next, as shown in FIG. 3D, the p-type GaAs conductive layer 109 is grown by the metal organic chemical vapor deposition method. At this time, the layer exposed on the surface is the p-type GaAs second protective layer 107 made of GaAs.
And n-type GaAs current blocking layer 108, which all contain the same group V element, arsenic, can be grown easily.
そして、第３図（ホ）に示すように、GaAs基板104の表
面を100μｍ程度研磨し、ｐ型電極110とｎ型電極111と
を蒸着し、摂氏450度程度で合金化させる。Then, as shown in FIG. 3 (e), the surface of the GaAs substrate 104 is polished to about 100 μm, the p-type electrode 110 and the n-type electrode 111 are vapor-deposited, and alloyed at about 450 degrees Celsius.
このように、膜厚僅か50Åのｐ型GaAs第１保護層105
を、昇温時にｐ型AlGaInPクラッド層102から、燐が蒸発
するのを防ぐ保護膜として採用したことにより、ｎ型Ga
As電流阻止層108を成長させる際に、表面に露出してい
る層は、Ｖ族元素として砒素を含むのみとなり、素子の
製造が極めて容易になり、歩留まり、再現性ともに飛躍
的に向上する。この薄膜の保護層が、素子の特性を劣化
させずに、数々の特性上の利点の共存を可能にしたの
は、前述の通りである。Thus, the p-type GaAs first protective layer 105 having a film thickness of only 50Å is formed.
Is adopted as a protective film for preventing phosphorus from evaporating from the p-type AlGaInP clad layer 102 at the time of temperature rise.
When the As current blocking layer 108 is grown, the layer exposed on the surface contains only arsenic as a V group element, which makes the device extremely easy to manufacture, and the yield and reproducibility are dramatically improved. As described above, the thin protective layer enables the coexistence of various characteristic advantages without deteriorating the characteristics of the device.
なお、上記薄膜のｐ型GaAs第１保護層105の利点は、上
記の結晶成長方法に限定されるものではなく、液相成長
法、分子線エピタキシー法、他の気相成長法等に適用し
ても十分有効である。The advantage of the thin-film p-type GaAs first protective layer 105 is not limited to the above-described crystal growth method, but can be applied to a liquid phase growth method, a molecular beam epitaxy method, another vapor phase growth method, or the like. However, it is effective enough.
またｎ型GaAs基板104の表面に（100）面以外を用いても
何ら問題はない。またストライプの方向も＜011＞に限
定されるものではない。さらにｎ型GaAs基板104は単層
である必要はなく、例えば表面にInGaP薄膜層を持って
いても何ら問題はない。There is no problem even if the surface of the n-type GaAs substrate 104 is not the (100) plane. Further, the stripe direction is not limited to <011>. Further, the n-type GaAs substrate 104 does not have to be a single layer, and even if it has an InGaP thin film layer on the surface, there is no problem.
またｐ型第２クラッド層（ｐ型AlGaAsクラッド層106）
は２層に限定されるものではなく、例えばAlGaAs単層ま
たは組成の異なるAlGaAsの積層構造を用いても何ら問題
はない。The p-type second clad layer (p-type AlGaAs clad layer 106)
Is not limited to two layers. For example, an AlGaAs single layer or a laminated structure of AlGaAs having different compositions may be used without any problem.
またｐ型AlGaAsクラッド層106とｐ型GaAs第２保護層107
から成るストライプおよびｎ型GaAs電流阻止層108の厚
みが約２μｍ程度あれば、ｐ型GaAs導電層109が無くて
も、表面からのストレスは十分緩和される。The p-type AlGaAs cladding layer 106 and the p-type GaAs second protective layer 107 are also included.
If the stripes made of and the thickness of the n-type GaAs current blocking layer 108 are about 2 μm, the stress from the surface is sufficiently relieved even without the p-type GaAs conductive layer 109.
また、材料も実施例の組み合わせに限定されるものでは
ない。Further, the material is not limited to the combination of the embodiments.
例えば砒素と燐の組み合わせが逆の例として、InGaAs
（インジウム・ガリウム・砒素）と、InAlAs（インジウ
ム・アルミニウム・砒素）との多層量鋼板井戸を活性
層、InAlAsをｐ型とｎ型のクラッド層（特許請求の範囲
における上側第１クラッド層および下側クラッド層に相
当する）に持つ半導体レーザを分子線エピタキシー法で
形成した場合を以下に説明する。For example, as an example in which the combination of arsenic and phosphorus is opposite, InGaAs
(Indium gallium arsenide) and InAlAs (indium aluminum aluminum arsenide) multilayer steel plate wells are active layers, and InAlAs are p-type and n-type clad layers (upper first clad layer and lower clad layer in claims). The case where a semiconductor laser having a side cladding layer) is formed by the molecular beam epitaxy method will be described below.
この場合、InAlAsの抵抗が高く、通電時の発熱が大きく
なってしまう。よって抵抗の低いｐ型InP（インジウム
・燐）を第２クラッド層（特許請求の範囲における上側
第２クラッド層に相当する）にするとよい。ところが、
第２クラッド層をｎ型InP電流阻止層（特許請求の範囲
における電流ブロック層に相当する）で埋め込むとき
に、ｐ型InAlAs第１クラッド層とｐ型InP第２クラッド
層とが表面に出てしまい、結晶成長が難しい。しかし、
このｐ型InAlAs第１クラッド層とｐ型InP第２クラッド
層との間に厚み50Å程度のInGaP（特許請求の範囲にお
ける薄膜半導体層に相当する）を挿入しておくと、電流
阻止層の成長の際、表面には燐を含む層しかなく、成長
が容易になり、この材料の組み合わせの場合も、上記第
１の実施例と同様の効果が得られる。In this case, the resistance of InAlAs is high, and the amount of heat generated during energization increases. Therefore, it is preferable to use p-type InP (indium-phosphorus) having a low resistance as the second cladding layer (corresponding to the upper second cladding layer in the claims). However,
When the second cladding layer is embedded with an n-type InP current blocking layer (corresponding to the current blocking layer in the claims), the p-type InAlAs first cladding layer and the p-type InP second cladding layer are exposed on the surface. It is difficult to grow crystals. But,
If InGaP (corresponding to a thin film semiconductor layer in the claims) having a thickness of about 50Å is inserted between the p-type InAlAs first cladding layer and the p-type InP second cladding layer, the current blocking layer grows. At this time, there is only a layer containing phosphorus on the surface, and the growth is facilitated. Even in the case of this material combination, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、例えばCdTe（カドミウム・テルル）とHgCdTe（水
銀・カドミウム・テルル）等のII−VI族をそれぞれ活性
層およびクラッド層（特許請求の範囲における上側第１
クラッド層および下側クラッド層に相当する）として用
いた半導体レーザでも、上記のような低電気抵抗でかつ
低熱抵抗のｐ型第２クラッド層と薄膜保護層（特許請求
の範囲における上側第２クラッド層と薄膜半導体層に相
当する）が有効である。これらに、AlGaAsとGaAsを用い
るとする。ところが、上側第１クラッド層であるHgCdTe
は昇温時に蒸発しやすく、やはりGaAs等の薄膜保護層が
その表面にある方が成長しやすく、この材料の組み合わ
せの場合も、上記第１の実施例と同様の効果が得られ
る。In addition, for example, CdTe (cadmium / tellurium) and HgCdTe (mercury / cadmium / tellurium) and the like II-VI group are respectively added to the active layer and the clad layer (the first upper side in the claims).
Also in the semiconductor laser used as the clad layer and the lower clad layer), the p-type second clad layer and the thin film protective layer (the upper second clad in the claims) having the low electric resistance and the low thermal resistance as described above are also provided. Layers and thin film semiconductor layers) are effective. It is assumed that AlGaAs and GaAs are used for these. However, the upper first clad layer, HgCdTe
Is easy to evaporate at the time of temperature rise, and it is easier to grow when a thin film protective layer such as GaAs is present on the surface thereof. Even in the case of this material combination, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
請求項（１）記載の半導体レーザは、上側第１クラッド
層上の全面に薄膜半導体層を形成した後、薄膜半導体層
上に選択的に上側第２クラッド層を形成する構成であ
り、かつ薄膜半導体層、上側第２クラッド層および電流
ブロック層を構成する化合物材料中のＶ族元素を全て同
一としているので、薄膜半導体層の上と上側第２クラッ
ド層の両側に電流ブロック層を形成する場合に、電流ブ
ロック層を形成する面が電流ブロック層を構成する化合
物材料中のＶ族元素と同じＶ族元素を含む化合物材料か
なるため、結晶成長をきわめて容易なものとすることが
できる。The semiconductor laser according to claim (1) has a structure in which a thin film semiconductor layer is formed on the entire surface of the upper first clad layer and then the upper second clad layer is selectively formed on the thin film semiconductor layer. When the current blocking layer is formed on the thin film semiconductor layer and on both sides of the upper second cladding layer, since the group V elements in the compound materials forming the semiconductor layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer are all the same. In addition, since the surface forming the current blocking layer is a compound material containing the same group V element as the group V element in the compound material forming the current blocking layer, crystal growth can be made extremely easy.
また、上側第１クラッド層の上側の上側第２クラッド層
が、上側第１クラッド層を構成する化合物材料よりも熱
抵抗、電気抵抗の小さい化合物材料で構成されるため、
上側第１クラッド層のみでは得難い低熱抵抗および低電
気抵抗を、上側第２クラッド層の部分で達成できる。特
に、上側第２クラッド層を構成する化合物材料を禁制帯
幅がレーザ光に対する吸収が十分小さい程度に大きいも
のとしたことにより、上側第２クラッド層による損失を
考慮することが不要となり、熱放散の観点から電気抵
抗、熱抵抗の小さい上側第２クラッド層を上側第１クラ
ッド層を薄くしていくらでも活性層に近くすることがで
きることになり、高温動作および高出力動作が可能とな
る。Further, since the upper second clad layer on the upper side of the upper first clad layer is composed of a compound material having smaller thermal resistance and electric resistance than the compound material forming the upper first clad layer,
Low thermal resistance and low electrical resistance, which are difficult to obtain only with the upper first cladding layer, can be achieved in the upper second cladding layer. In particular, since the forbidden band width of the compound material forming the upper second cladding layer is made large enough to absorb the laser light sufficiently, it is not necessary to consider the loss due to the upper second cladding layer, and the heat dissipation becomes unnecessary. From this point of view, the upper second clad layer having a low electric resistance and thermal resistance can be made as close to the active layer as possible by making the upper first clad layer as thin as possible, which enables high temperature operation and high output operation.
また、薄膜半導体層が、レーザ光の導波損失を増やさな
い程度に十分に薄いので、たとえこの薄膜半導体層の禁
制帯幅が活性層より狭くても、これによるレーザ光の導
波損失の増加は無視でき、素子本来の性能を阻害するこ
とがない。Further, since the thin film semiconductor layer is thin enough not to increase the waveguide loss of laser light, even if the forbidden band width of this thin film semiconductor layer is narrower than that of the active layer, the increase in waveguide loss of laser light is caused by this. Can be ignored and does not impair the original performance of the device.
また活性層の上側は十分な厚みの半導体層で覆われてい
るため、ストレスが掛かることがない。Further, since the upper side of the active layer is covered with the semiconductor layer having a sufficient thickness, no stress is applied.
さらに電流は上側第２クラッド層を通って活性層に注入
され、上側第２クラッド層と電流ブロック層とが、レー
ザ光の強度分布に影響を与えるため、横モードの制御お
よび電流注入領域の制限を極めて容易に達成できる。Further, the current is injected into the active layer through the upper second cladding layer, and the upper second cladding layer and the current blocking layer affect the intensity distribution of the laser beam, so that the transverse mode is controlled and the current injection region is limited. Can be achieved very easily.
請求項（２）記載の半導体レーザによれば、活性層と下
側クラッド層および上側第１クラッド層とがＶ族元素ま
たはVI族元素を含んで構成されるものである以外、請求
項（１）と同様である。According to the semiconductor laser of claim (2), the active layer, the lower clad layer, and the upper first clad layer are configured to contain a group V element or a group VI element. ) Is the same.
請求項（３）記載の半導体レーザによれば、電流ブロッ
ク層のうち、少なくとも上側第２クラッド層に接する部
分が上側第２クラッド層の屈折率より小さい屈折率を有
する化合物材料からなるので、横方向の屈折率差による
導波路が形成され、非点隔差が小さくなる。According to the semiconductor laser of claim (3), at least a portion of the current blocking layer in contact with the upper second cladding layer is made of a compound material having a refractive index smaller than that of the upper second cladding layer. A waveguide is formed by the difference in refractive index in the directions, and the astigmatic difference is reduced.
請求項（４）記載の半導体レーザによれば、薄膜半導体
層と上側第２クラッド層と電流ブロック層をそれぞれ構
成する化合物材料中のＶ族元素が砒素である以外、請求
項（１）と同様である。The semiconductor laser according to claim (4) is the same as that according to claim (1), except that the group V element in the compound material forming each of the thin film semiconductor layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer is arsenic. Is.
請求項（５）記載の半導体レーザによれば、上側第１ク
ラッド層上の全面に薄膜半導体層を形成した後、薄膜半
導体層上に選択的に上側第２クラッド層を形成し、かつ
薄膜半導体層、上側第２クラッド層および電流ブロック
層を構成する化合物材料中のＶ族元素を全て同一として
いるので、薄膜半導体層の上と上側第２クラッド層の両
側に電流ブロック層を形成する場合に、電流ブロック層
を形成する面が電流ブロック層を構成する化合物材料中
のＶ族元素と同じＶ族元素を含む化合物材料からなるた
め、結晶成長をきわめて容易なものとすることができ
る。According to the semiconductor laser of claim (5), after the thin film semiconductor layer is formed on the entire surface of the upper first clad layer, the upper second clad layer is selectively formed on the thin film semiconductor layer, and the thin film semiconductor is formed. When the current blocking layer is formed on the thin film semiconductor layer and on both sides of the upper second cladding layer, the group V elements in the compound materials forming the layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer are all the same. Since the surface forming the current blocking layer is made of the compound material containing the same group V element as the group V element in the compound material forming the current blocking layer, crystal growth can be made extremely easy.
また、上側第２クラッド層を構成する化合物材料を禁制
帯幅がレーザ光に対する吸収が十分小さい程度に大きい
ものとしたことにより、上側第２クラッド層による損失
を考慮することが不要となり、半導体レーザにおいて、
熱放散の観点から電気抵抗、熱抵抗の小さい上側第２ク
ラッド層を上側第１クラッド層を薄くしていくらでも活
性層に近くすることができることになり、高温動作およ
び高出力動作が可能な半導体レーザを得ることができ
る。Further, since the forbidden band width of the compound material forming the upper second cladding layer is made large enough to absorb the laser light sufficiently, it is not necessary to consider the loss due to the upper second cladding layer. At
From the viewpoint of heat dissipation, the upper second clad layer having a small electric resistance and thermal resistance can be made as close to the active layer as possible by making the upper first clad layer as thin as possible, and a semiconductor laser capable of high-temperature operation and high-power operation can be obtained. Can be obtained.
第１図はこの発明による半導体レーザの第１の実施例を
示す断面図、第２図は同じく第２の実施例を示す断面
図、第３図はこの発明の一実施例の半導体レーザの製造
方法を示す工程断面図、第４図および第５図は従来の半
導体レーザを示す断面図である。 101…InGaP活性層、102…ｐ型AlGaInPクラッド層（上側
第１クラッド層）、103…ｎ型AlGaInPクラッド層（下側
クラッド層）、104…ｎ型GaAs基板、105…ｐ型GaAs第１
保護層（薄膜半導体層）、106…ｐ型AlGaAsクラッド層
（上側第２クラッド層）、107…ｐ型GaAs第２保護層、1
08…ｎ型GaAa電流阻止層（電流ブロック層）、109…ｐ
型GaAa導電層1 is a sectional view showing a first embodiment of a semiconductor laser according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the same, and FIG. 3 is a manufacturing process of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. Process sectional views showing the method, and FIGS. 4 and 5 are sectional views showing a conventional semiconductor laser. 101 ... InGaP active layer, 102 ... p-type AlGaInP clad layer (upper first clad layer), 103 ... n-type AlGaInP clad layer (lower clad layer), 104 ... n-type GaAs substrate, 105 ... p-type GaAs first
Protective layer (thin film semiconductor layer), 106 ... p-type AlGaAs cladding layer (upper second cladding layer), 107 ... p-type GaAs second protective layer, 1
08 ... n-type GaAa current blocking layer (current blocking layer), 109 ... p
Type GaAa conductive layer
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−78191（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−178574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−73582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−179590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314883（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238085（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−43387（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．48 （２），13，Ｊａｎｕａｒｙ 1966，第89 −91頁Continuation of the front page (56) Reference JP 61-78191 (JP, A) JP 61-77384 (JP, A) JP 63-178574 (JP, A) JP 63-73582 (JP , A) JP-A 63-179590 (JP, A) JP-A 63-314883 (JP, A) JP-A 1-238085 (JP, A) JP-A 1-286487 (JP, A) JP-A 63-43387 (JP, A) Appl. Phys. Lett. 48 (2), 13, January 1966, pp. 89-91.
Claims (5)
からなり前記活性層の下層および上層にある下側クラッ
ド層および上側第１クラッド層と、Ｖ族元素を含む化合
物材料からなり前記上側第１クラッド層上の全面に形成
された薄膜半導体層と、Ｖ族元素を含む化合物材料から
なり前記薄膜半導体層上に選択的に形成された上側第２
クラッド層と、Ｖ族元素を含む化合物材料からなり前記
上側第２クラッド層の両側と前記薄膜半導体層上とにあ
る電流ブロック層とを備え、 前記上側第２クラッド層を構成する化合物材料を禁制帯
幅がレーザ光に対する吸収が十分小さい程度に大きくか
つ前記上側第１クラッド層を構成する化合物材料よりも
熱抵抗および電気抵抗が小さいものとし、かつ前記薄膜
半導体層と前記上側第２クラッド層と前記電流ブロック
層とをそれぞれ構成する化合物材料中のＶ族元素を全て
同一元素としたことを特徴とする半導体レーザ。1. An active layer made of a compound material, a lower clad layer and an upper first clad layer made of a compound material in lower and upper layers of the active layer, and an upper layer made of a compound material containing a group V element. 1 a thin film semiconductor layer formed on the entire surface of a clad layer, and an upper second layer made of a compound material containing a group V element and selectively formed on the thin film semiconductor layer.
A clad layer and a current blocking layer made of a compound material containing a Group V element on both sides of the upper second clad layer and on the thin film semiconductor layer are provided, and a compound material forming the upper second clad layer is prohibited. The band width is so large that absorption of laser light is sufficiently small, and the thermal resistance and the electric resistance are smaller than that of the compound material forming the upper first cladding layer, and the thin film semiconductor layer and the upper second cladding layer are A semiconductor laser characterized in that all the group V elements in the compound materials respectively composing the current blocking layer are the same element.
ラッド層がそれぞれＶ族元素またはVI族元素を含む化合
物材料からなる請求項（１）記載の半導体レーザ。2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the active layer, the lower clad layer and the upper first clad layer are each made of a compound material containing a group V element or a group VI element.
２クラッド層に接する部分が前記上側第２クラッド層の
屈折率より小さい屈折率を有する化合物材料からなる請
求項（１）記載の半導体レーザ。3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein at least a portion of the current blocking layer in contact with the upper second cladding layer is made of a compound material having a refractive index smaller than that of the upper second cladding layer.
ブロック層をそれぞれ構成する化合物材料中のＶ族元素
が砒素である請求項（１）記載の半導体レーザ。4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the group V element in the compound material forming each of the thin film semiconductor layer, the upper second cladding layer and the current blocking layer is arsenic.
ラッド層を積層する成長工程と、 この下側クラッド層上に化合物材料からなる活性層を積
層する成長工程と、 この活性層上に化合物材料からなる上側第１クラッド層
を積層する成長工程と、 この上側第１クラッド層上の全面に単一のＶ族元素を含
む化合物材料からなる薄膜半導体層を積層する成長工程
と、 この薄膜半導体層上に、前記薄膜半導体層と同じ単一の
Ｖ族元素を含みかつ禁制帯幅がレーザ光に対する吸収が
十分小さい程度に大きくかつ前記上側第１クラッド層を
構成する化合物材料よりも熱抵抗および電気抵抗の小さ
い化合物材料からなる上側第２クラッド層を積層する成
長工程と、 この上側第２クラッド層を選択的にストライプ状にエッ
チングする工程と、 前記上側第２クラッド層の両側面と前記薄膜半導体層上
とに、前記薄膜半導体層と同じ単一のＶ族元素を含む化
合物材料からなる電流ブロック層を形成する成長工程と
を含む半導体レーザの製造方法。5. A growth step of laminating a lower clad layer made of a compound material on a semiconductor substrate, a growth step of laminating an active layer made of a compound material on the lower clad layer, and a compound on the active layer. A growth step of stacking an upper first clad layer made of a material, a growth step of stacking a thin film semiconductor layer made of a compound material containing a single group V element on the entire upper first clad layer, and the thin film semiconductor A single group V element, which is the same as that of the thin film semiconductor layer, has a large forbidden band width such that absorption of laser light is sufficiently small and has a thermal resistance and a thermal resistance higher than those of the compound material forming the upper first cladding layer. A growth step of laminating an upper second clad layer made of a compound material having a low electric resistance; a step of selectively etching the upper second clad layer in a stripe shape; To the sides of the cladding layer and the thin film semiconductor layer above, a method of manufacturing a semiconductor laser comprising a growth step of forming a current blocking layer made of a compound material containing the same single V-group element and the thin film semiconductor layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004854A JPH07112093B2 (en) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
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-
1990
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| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４８（２），１３，Ｊａｎｕａｒｙ１９６６，第８９−９１頁 |
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