JPH0685389A - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor laser device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0685389A JPH0685389A JP23620392A JP23620392A JPH0685389A JP H0685389 A JPH0685389 A JP H0685389A JP 23620392 A JP23620392 A JP 23620392A JP 23620392 A JP23620392 A JP 23620392A JP H0685389 A JPH0685389 A JP H0685389A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 共振器端面近傍の活性層のエネルギーバンド
ギャップを共振器内部のエネルギーバンドギャップより
も大きくすることにより、レーザ光に対してレーザ共振
器端面近傍で光吸収を防止する。レーザ素子の活性層内
部での電流の拡がりが少なく、低い発振閾値電流で動作
し、高効率で発振できる半導体レーザ素子およびその製
造方法を提供する。
【構成】 活性層の上方に応力導入層6を形成する。レ
ーザ共振器端面近傍での応力導入層6の幅W1は、レー
ザ共振器中央の発光部近傍での応力導入層6の幅W2よ
り大きく形成される。かつその応力導入層6、第2の上
部クラッド層14およびキャップ層8はリッジ状に形成
される。応力導入層6の下に位置する活性層3のエネル
ギーバンドギャップは狭くなるが、一方、応力導入層6
がない活性層3のエネルギーバンドギャップは変化しな
いため、横方向にキャリアの閉じ込めが可能になる。そ
の結果、活性層3内での電流の拡がりが低減され得、さ
らに活性層3内への電流注入効率が向上する。
(57) [Abstract] [Purpose] Preventing optical absorption near the laser cavity facet by making the energy band gap of the active layer near the cavity facet larger than the energy band gap inside the cavity. To do. Provided is a semiconductor laser device which has a small current spread inside an active layer of a laser device, operates at a low oscillation threshold current, and can oscillate with high efficiency, and a manufacturing method thereof. [Structure] The stress introducing layer 6 is formed above the active layer. The width W1 of the stress introducing layer 6 near the end face of the laser resonator is formed larger than the width W2 of the stress introducing layer 6 near the light emitting portion at the center of the laser resonator. Moreover, the stress introduction layer 6, the second upper cladding layer 14 and the cap layer 8 are formed in a ridge shape. Although the energy band gap of the active layer 3 located below the stress introducing layer 6 becomes narrower, the stress introducing layer 6
Since there is no change in the energy band gap of the active layer 3 which does not exist, carriers can be confined laterally. As a result, the spread of current in the active layer 3 can be reduced, and the efficiency of current injection into the active layer 3 is further improved.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置、レー
ザ・ビーム・プリンタなどの光源として用いられる高出
力半導体レーザ素子に関し、特に共振器端面構造の改良
を行った半導体レーザ素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high power semiconductor laser device used as a light source for an optical disk device, a laser beam printer, etc., and more particularly to a semiconductor laser device having an improved cavity end face structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】超格子活性層の不純物拡散による無秩序
化を利用してCODレベルを向上した従来の高出力半導
体レーザの断面図を図8に示す。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a sectional view of a conventional high-power semiconductor laser in which the COD level is improved by utilizing disordering due to impurity diffusion in a superlattice active layer.
【0003】この半導体レーザは、n型GaAs基板
1、n型AlGaAs下部クラッド層2、GaAs量子
井戸/AlGaAsバリア層からなる超格子活性層16
a、p型AlGaAs上部クラッド層7、p+型GaA
sキャップ層8、Zn拡散により均一な混晶となったレ
ーザ共振器端面近傍17、p型電極9、およびn型電極
10を有している。This semiconductor laser includes a superlattice active layer 16 composed of an n-type GaAs substrate 1, an n-type AlGaAs lower cladding layer 2 and a GaAs quantum well / AlGaAs barrier layer.
a, p-type AlGaAs upper cladding layer 7, p + -type GaA
It has an s-cap layer 8, a laser cavity end face vicinity 17 formed into a uniform mixed crystal by Zn diffusion, a p-type electrode 9, and an n-type electrode 10.
【0004】Znが拡散された領域17内の超格子活性
層16は無秩序化されていない超格子活性層16a領域
より大きいエネルギーバンドギャップを持つAlGaA
s混晶層となる。このように、超格子活性層16の端面
近傍のみを混晶化してエネルギーバンドギャップを高く
することにより、この部分での光吸収損失を低減してC
ODレベルを向上することができる。しかしながら、こ
のような半導体レーザを作製するには、拡散マスクの作
製工程や超格子へのZnの拡散工程が必要であるなど作
製工程が複雑となる上に、レーザ共振器端面近傍に光導
波路がないという問題がある。The superlattice active layer 16 in the Zn diffused region 17 has an energy bandgap larger than that of the undisordered superlattice active layer 16a region.
It becomes an s mixed crystal layer. In this way, by mixing only the vicinity of the end face of the superlattice active layer 16 to increase the energy band gap, the light absorption loss at this portion is reduced and C
The OD level can be improved. However, in order to fabricate such a semiconductor laser, the fabrication process is complicated such as the fabrication process of a diffusion mask and the diffusion process of Zn into the superlattice, and the optical waveguide is formed near the end face of the laser resonator. There is a problem that there is no.
【0005】図9に従来の他の高出力半導体レーザの模
式図を示す。FIG. 9 shows a schematic view of another conventional high-power semiconductor laser.
【0006】この半導体レーザを作製するには、p型G
aAs基板18上にエッチングにより、レーザ共振器端
面近傍で狭く、レーザ共振器中央部で広い幅を有するリ
ッジ23を形成する。このリッジ23上にn型GaAs
電流狭窄層5を成長する。このようにして得られたウエ
ハ上にエッチングでV溝24を形成する。このV溝24
を形成したウエハ上に、LPE法(液相エピタキシャル
法)でp型AlGaAs下部クラッド層19、AlGa
As活性層20、n型AlGaAs上部クラッド層2
1、n型GaAsキャップ層22を順次成長する。その
後、基板18下面にp型電極、n型GaAsキャップ層
22上面にn型電極を形成する。To manufacture this semiconductor laser, p-type G
By etching on the aAs substrate 18, a ridge 23 having a narrow width in the vicinity of the end face of the laser resonator and a wide width in the central portion of the laser resonator is formed. N-type GaAs on this ridge 23
The current constriction layer 5 is grown. V-grooves 24 are formed on the wafer thus obtained by etching. This V groove 24
The p-type AlGaAs lower cladding layer 19 and AlGa are formed on the wafer on which the p-type AlGaAs has been formed by the LPE method (liquid phase epitaxial method).
As active layer 20, n-type AlGaAs upper cladding layer 2
1. The n-type GaAs cap layer 22 is sequentially grown. After that, a p-type electrode is formed on the lower surface of the substrate 18 and an n-type electrode is formed on the upper surface of the n-type GaAs cap layer 22.
【0007】上記構成の半導体レーザによれば、結晶成
長の異方性によりレーザ共振器内部のAlGaAs活性
層20は厚く、レーザ共振器端面近傍のAlGaAs活
性層20の層厚は薄く形成できるため、レーザ光の垂直
放射角が狭くでき、しかも垂直放射角が狭くなっても急
激に閾値電流がほとんど増加しない。According to the semiconductor laser having the above structure, the AlGaAs active layer 20 inside the laser resonator is thick due to the anisotropy of crystal growth, and the AlGaAs active layer 20 near the end facet of the laser resonator can be formed thin. The vertical emission angle of the laser light can be narrowed, and even if the vertical emission angle is narrowed, the threshold current hardly increases sharply.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LPE
法で各層を成長するため、特に活性層の層厚を制御する
ことの再現性が難しい。さらに、レーザ共振器内部の厚
い活性層と端面の薄い活性層との層厚差による結合損失
と活性層の曲がりによる損失があるという問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, LPE
Since each layer is grown by the method, it is difficult to reproducibly control the layer thickness of the active layer. Further, there is a problem that there is a coupling loss due to a layer thickness difference between a thick active layer inside the laser resonator and a thin active layer at an end face and a loss due to bending of the active layer.
【0009】本発明は、上記従来の欠点を解決しようと
するものであり、その目的は、活性層内部での電流の拡
がりが少なく、低い発振閾値電流で動作し、かつ、高効
率で発振できる半導体レーザ素子およびその製造方法を
提供することにある。The present invention is intended to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object thereof is to spread a current in the active layer little, to operate with a low oscillation threshold current, and to oscillate with high efficiency. A semiconductor laser device and a method for manufacturing the same are provided.
【0010】本発明の他の目的は、比較的作製が容易で
あり、高出力で極低閾値で動作する半導体レーザが実現
できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する
ことにある。Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device which is relatively easy to manufacture and can realize a semiconductor laser which operates at a high output and a very low threshold value, and a manufacturing method thereof.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、半導体基板と、該半導体基板上に順次積層され
た、下部クラッド層、活性層、第1の上部クラッド層、
応力導入層、第2の上部クラッド層、およびキャップ層
と、を有する半導体レーザ素子であって、レーザ共振器
端面近傍での応力導入層の幅W1が、レーザ共振器中央
の発光部近傍での応力導入層の幅W2より大きく形成さ
れ、かつ該応力導入層、該第2の上部クラッド層および
該キャップ層がリッジ状に形成されており、そのことに
より上記目的が達成される。A semiconductor laser device of the present invention comprises a semiconductor substrate, a lower clad layer, an active layer, a first upper clad layer, which are sequentially laminated on the semiconductor substrate.
A semiconductor laser device having a stress introduction layer, a second upper clad layer, and a cap layer, wherein a width W1 of the stress introduction layer near the end facet of the laser cavity is near the light emitting part at the center of the laser cavity. The width is larger than the width W2 of the stress introducing layer, and the stress introducing layer, the second upper clad layer and the cap layer are formed in a ridge shape, whereby the above object is achieved.
【0012】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
半導体基板上に下部クラッド層、活性層、第1の上部ク
ラッド層を形成する工程、レーザ共振器端面近傍での応
力導入層の幅W1が、レーザ共振器中央の発光部近傍で
の応力導入層の幅W2より大きく、かつ該応力導入層、
該第2の上部クラッド層および該キャップ層がリッジ状
となるよう形成する工程を包含し、そのことにより上記
目的が達成される。The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention comprises:
The step of forming the lower clad layer, the active layer, and the first upper clad layer on the semiconductor substrate, and the width W1 of the stress introducing layer near the end facet of the laser cavity is the stress introducing layer near the light emitting part at the center of the laser cavity. Width W2 of the
The method includes the step of forming the second upper clad layer and the cap layer so as to have a ridge shape, whereby the above object is achieved.
【0013】なお、半導体レーザ素子は、半導体基板
と、該半導体基板上に順次積層された下部クラッド層、
活性層、第1の上部クラッド層、およびn型電流狭窄層
と、レーザ共振器端面近傍を除く領域において、該n型
電流狭窄層に形成されており該第1の上部クラッド層に
達するストライプ状の溝部と、該n型電流狭窄層及び溝
部上に積層された応力導入層と、該応力導入層上に順次
積層された第2の上部クラッド層およびキャップ層と、
を有してもよい。The semiconductor laser device includes a semiconductor substrate, a lower clad layer sequentially laminated on the semiconductor substrate,
The active layer, the first upper clad layer, the n-type current confinement layer, and the stripe shape formed on the n-type current confinement layer and reaching the first upper clad layer in a region other than the vicinity of the end facet of the laser cavity. A groove portion, a stress introduction layer laminated on the n-type current confinement layer and the groove portion, and a second upper clad layer and a cap layer sequentially laminated on the stress introduction layer,
May have.
【0014】また、半導体レーザ素子の製造方法は、半
導体基板上に、下部クラッド層、活性層、第1の上部ク
ラッド層、n型電流狭窄層を順次積層する工程、レーザ
共振器端面近傍を除く領域において、該n型電流狭窄層
に該第1の上部クラッド層に達するストライプ状の溝部
を形成する工程、n型電流狭窄層及び溝部上に応力導入
層を積層する工程、および該応力導入層上に第2の上部
クラッド層およびキャップ層を順次積層する工程、を包
含してもよい。Further, the method of manufacturing the semiconductor laser device excludes the step of sequentially laminating the lower clad layer, the active layer, the first upper clad layer and the n-type current confinement layer on the semiconductor substrate, and the vicinity of the end facet of the laser resonator. In the region, a step of forming a stripe-shaped groove portion reaching the first upper cladding layer in the n-type current confinement layer, a step of laminating a stress introduction layer on the n-type current confinement layer and the groove portion, and the stress introduction layer A step of sequentially stacking a second upper clad layer and a cap layer on the upper layer may be included.
【0015】[0015]
【作用】GaAs単一量子井戸層上に、InGaAs層
を部分的に埋め込むことにより、GaAs単一量子井戸
層の横方向のエネルギーバンドギャップに変化が生じる
ことが示されている(参考文献 Appl. Phys. Lett. 59
(15), p1875-,1991)。[Function] It has been shown that the partial burying of the InGaAs layer on the GaAs single quantum well layer causes a change in the lateral energy band gap of the GaAs single quantum well layer (reference document Appl. Phys. Lett. 59
(15), p1875-, 1991).
【0016】図1は単一量子井戸層内の横方向のEg
(エネルギーバンドギャップ)を示した模式図である。FIG. 1 shows the lateral Eg in a single quantum well layer.
It is a schematic diagram showing (energy band gap).
【0017】図2は単一量子井戸層のエネルギーバンド
ギャップのp型InZGa1-ZAs応力導入層6の幅W依
存性を示している。[0017] Figure 2 shows a width W dependence of the p-type In Z Ga 1-Z As stress induced layer 6 energy band gap of the single quantum well layer.
【0018】上記の現象を利用すれば、半導体レーザの
共振器端面近傍ではInGaAs層の幅を広く、共振器
内部ではInGaAs層の幅を狭くすることにより活性
層の共振器内部側と端面近傍側との間でエネルギーバン
ドギャップに差をつけることができる。By utilizing the above phenomenon, the width of the InGaAs layer is wide near the cavity end face of the semiconductor laser, and the width of the InGaAs layer is narrow inside the cavity so that the active layer is close to the cavity inner side and near the end face. The energy band gap can be differentiated between and.
【0019】すなわち、共振器端面近傍の活性層のエネ
ルギーバンドギャップを共振器内部の活性層のエネルギ
ーバンドギャップよりも大きくすることを可能にする。That is, the energy band gap of the active layer near the end face of the resonator can be made larger than the energy band gap of the active layer inside the resonator.
【0020】また、半導体レーザの共振器端面近傍では
InGaAs層を活性層から遠ざけ、共振器内部ではI
nGaAs層を活性層に近接させる構造にすることによ
り、活性層の位置によってエネルギーバンドギャップに
差をつけることができる。すなわち、共振器端面近傍の
活性層のエネルギーバンドギャップを共振器内部のエネ
ルギーバンドギャップよりも大きくすることを可能にす
る。Further, the InGaAs layer is separated from the active layer in the vicinity of the end face of the resonator of the semiconductor laser, and inside the resonator, I
By making the nGaAs layer close to the active layer, the energy band gap can be made different depending on the position of the active layer. That is, it is possible to make the energy band gap of the active layer near the cavity end face larger than the energy band gap inside the cavity.
【0021】また、本発明によれば、活性層に段差を設
けたり、活性層の幅を変えているわけではなく、活性層
は良好な光導波路として形成されている。さらに、本発
明によれば、共振器端面近傍の非吸収領域に光導波路の
ない構造に比べて、共振器端面で反射された光を再び効
率よく活性層に結合することが可能である。Further, according to the present invention, the active layer is formed as a good optical waveguide without forming a step in the active layer or changing the width of the active layer. Further, according to the present invention, it is possible to couple the light reflected on the cavity end face to the active layer again efficiently, as compared with the structure having no optical waveguide in the non-absorption region near the cavity end face.
【0022】[0022]
【実施例】以下、本発明の参考例および実施例を図面を
参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。以下の実施例では、本発明の半導体レー
ザ素子の各層の形成において、分子線エピタキシャル
(MBE)法を用いたが、有機金属気相成長(MOCV
D)法を用いてもよい。また、x、y、zはそれぞれ0
を超え1未満の数字を表す。EXAMPLES Reference examples and examples of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In the following examples, the molecular beam epitaxial (MBE) method was used to form each layer of the semiconductor laser device of the present invention, but metal organic chemical vapor deposition (MOCV) was used.
The method D) may be used. Also, x, y, and z are each 0
Represents a number greater than 1 and less than 1.
【0023】(参考例1)図3は半導体レーザ素子の斜
視図、図4a、bはそれぞれ図3で示した半導体レーザ
素子を破線A、Bで切断した断面図である。(Reference Example 1) FIG. 3 is a perspective view of a semiconductor laser device, and FIGS. 4a and 4b are cross-sectional views of the semiconductor laser device shown in FIG. 3 taken along broken lines A and B, respectively.
【0024】III族元素としてGa、AlおよびIn、V
族元素としてAs、ドーパントとしてSi、Beの各蒸
発源が充填されたMBE(分子線エピタキシャル)装置
内(図示せず)にて、以下のようにまず1回目の成長を
行う。Ga, Al and In, V as group III elements
In the MBE (Molecular Beam Epitaxial) apparatus (not shown) filled with each evaporation source of As as a group element and Si and Be as a dopant, first growth is performed as follows.
【0025】n型GaAs基板1上に、n型GaAsバ
ッファ層(図示せず)、n型AlxGa1-xAs下部クラ
ッド層2、ノンドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸
活性層3、p型AlxGa1-xAs上部高濃度クラッド層
4a、p型AlxGa1-xAs上部低濃度クラッド層4
b、n型GaAs電流狭窄層5を順次積層してウエハー
を形成する。[0025] On the n-type GaAs substrate 1, n-type GaAs buffer layer (not shown), n-type Al x Ga 1-x As lower cladding layer 2, an undoped -Al y Ga 1-y As single quantum well active Layer 3, p-type Al x Ga 1-x As upper high-concentration clad layer 4a, p-type Al x Ga 1-x As upper low-concentration clad layer 4
A wafer is formed by sequentially stacking b and n-type GaAs current confinement layers 5.
【0026】このウエハーをMBE装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ工程を用いて、レーザ共振器
端面近傍を除く領域に一定の幅と長さをもつストライプ
状の溝部30をn型GaAs電流狭窄層5、p型Alx
Ga1-xAs上部低濃度クラッド層4bを貫通し、かつ
溝部30の底がp型AlxGa1-xAs上部高濃度クラッ
ド層4aに達するよう、硫酸系エッチングによりウエハ
ーに形成する。溝部30が形成されていないレーザ共振
器端面近傍部分の幅寸法は、典型的には20〜50μm
であり、ストライプ状の溝部30の幅寸法は500オング
ストローム〜3μmが好ましく、その深さ寸法は、1〜
1.5μm が好ましい。This wafer is taken out from the MBE device,
Using a normal photolithography process, a stripe-shaped groove 30 having a constant width and length is formed in a region other than the vicinity of the end facet of the laser cavity to form the n-type GaAs current confinement layer 5 and the p-type Al x.
It is formed on the wafer by sulfuric acid etching so as to penetrate the Ga 1-x As upper low-concentration clad layer 4b and reach the bottom of the groove 30 to the p-type Al x Ga 1-x As upper high-concentration clad layer 4a. The width dimension of the portion near the end face of the laser resonator in which the groove 30 is not formed is typically 20 to 50 μm.
The width of the stripe-shaped groove 30 is preferably 500 angstroms to 3 μm, and the depth is 1 to 3 μm.
1.5 μm is preferred.
【0027】次に、溝部30が形成されたこのウエハー
をMBE装置内に再び導入し、以下のように2回目の成
長を行う。Next, the wafer having the groove 30 formed therein is reintroduced into the MBE apparatus, and the second growth is performed as follows.
【0028】基板温度は低温で、ストライプ状の溝部上
にp型InzGa1-zAs応力導入層6、p型AlxGa
1-xAsクラッド層7、p+型GaAsキャップ層8を順
次積層する。The substrate temperature is low, and the p-type In z Ga 1-z As stress introducing layer 6 and the p-type Al x Ga are formed on the stripe-shaped groove.
The 1-x As clad layer 7 and the p + type GaAs cap layer 8 are sequentially laminated.
【0029】次いで、通常の半導体レーザ素子工程を経
て、p型電極9、n型電極10をp+型GaAsキャッ
プ層8上面、基板1下面にそれぞれ形成して半導体レー
ザ素子が得られる。Then, a p-type electrode 9 and an n-type electrode 10 are formed on the upper surface of the p + -type GaAs cap layer 8 and the lower surface of the substrate 1, respectively, through a normal semiconductor laser element process to obtain a semiconductor laser element.
【0030】得られたレーザ素子の共振器端面近傍(図
4b)において、応力導入層6は活性層3から離れた位
置にあり、従って、活性層3は応力導入層6の影響を受
けず活性層3のエネルギーバンドギャップ(Eg)は本
来の材料のままのEgであり、しかも電流狭窄層5によ
り電流阻止が行われている。In the vicinity of the cavity end face of the obtained laser device (FIG. 4b), the stress introducing layer 6 is located away from the active layer 3, and therefore the active layer 3 is not affected by the stress introducing layer 6 and is active. The energy bandgap (Eg) of the layer 3 is Eg of the original material, and the current blocking layer 5 blocks the current.
【0031】他方、レーザ共振器の内部(図4a)にお
いては、応力導入層6は活性層3に近接して活性層3は
応力導入層6の影響を受けるために活性層3のEgは狭
くなっている。On the other hand, inside the laser resonator (FIG. 4A), the stress introducing layer 6 is close to the active layer 3 and the active layer 3 is affected by the stress introducing layer 6, so that the Eg of the active layer 3 is narrow. Has become.
【0032】すなわち、共振器端面近傍の活性層3のエ
ネルギーバンドギャップを共振器内部のエネルギーバン
ドギャップよりも大きくすることにより、共振器端面近
傍は非吸収領域の光導波路構造となっている。That is, by making the energy bandgap of the active layer 3 near the cavity facet larger than the energy bandgap inside the cavity, an optical waveguide structure is formed in the non-absorption region near the cavity facet.
【0033】また、ノンドープ−AlyGa1-yAs単一
量子井戸活性層3のエネルギーバンドギャップが狭くな
っている領域11に注入された電流は効率よく閉じ込ま
り、活性層3内での拡がり電流の低減が可能となる。さ
らに、レーザ光は領域11に効率よく閉じ込まる。さら
に、ストライプ状の溝部30の底はp型AlxGa1-xA
s上部高濃度クラッド層4aに形成されているために、
p型AlxGa1-xAs上部クラッド層4bでの電流拡が
りが低減でき、さらに高出力で極低閾値で動作する半導
体レーザが実現できる。Further, the current injected into the region 11 of the non-doped Al y Ga 1-y As single quantum well active layer 3 where the energy band gap is narrowed is efficiently confined, and the active layer 3 within the active layer 3 is confined. It is possible to reduce the spreading current. Further, the laser light is efficiently confined in the area 11. Furthermore, the bottom of the stripe-shaped groove portion 30 is p-type Al x Ga 1 -x A.
Since it is formed in the upper high-concentration clad layer 4a,
The current spread in the p-type Al x Ga 1-x As upper cladding layer 4b can be reduced, and a semiconductor laser that operates at a very low threshold with a high output can be realized.
【0034】なお、n型GaAs電流狭窄層5はn型A
lGaAs層であってももちろんよい。さらに、上記例
では、ノンドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活性
層3の近傍にp型InzGa1-zAs応力導入層6が存在
しているが、このp型InzGa1-zAs応力導入層6は
非常に薄く設定されているため(例えば、10〜60オ
ングストローム)、活性層3から発光する光に対して吸
収作用はなく特に影響はない。応力導入層6としては、
上記以外にInGaAsP系であってもよい。The n-type GaAs current confinement layer 5 is an n-type A
Of course, it may be an lGaAs layer. Furthermore, in the above example, the p-type In z Ga 1-z As stress induced layer 6 in the vicinity of the non-doped -Al y Ga 1-y As single quantum well active layer 3 is present, the p-type In z Since the Ga 1-z As stress introduction layer 6 is set to be very thin (for example, 10 to 60 angstrom), it has no effect on the light emitted from the active layer 3 and has no particular effect. As the stress introduction layer 6,
Other than the above, InGaAsP type may be used.
【0035】(参考例2)他の参考例を図5aおよび図
5bに示す。図5a、bはそれぞれレーザ共振器端面近
傍とレーザ共振器内部を示す断面図である。Reference Example 2 Another reference example is shown in FIGS. 5a and 5b. 5a and 5b are cross-sectional views showing the vicinity of the end face of the laser resonator and the inside of the laser resonator, respectively.
【0036】III族元素としてGa、AlおよびIn、
V族元素としてAs、ドーパントとしてSi、Beの各
蒸発源が充填されたMBE(分子線エピタキシャル)装
置内(図示せず)にて、以下のようにまず一回目の成長
を行う。Ga, Al and In as group III elements,
In the MBE (Molecular Beam Epitaxial) apparatus (not shown) filled with As sources as group V elements and Si and Be evaporation sources as dopants, first growth is first performed as follows.
【0037】n型GaAs基板1上にn型GaAsバッ
ファ層(図示せず)、n型AlxGa1-xAs下部クラッ
ド層2、ノンドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活
性層3、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層7、p型
GaAsエッチストップ層13、n型AlxGa1-xAs
電流狭窄層5a、n型GaAs電流狭窄層5を順次積層
してウエハーを形成する。[0037] n-type GaAs buffer layer on the n-type GaAs substrate 1 (not shown), n-type Al x Ga 1-x As lower cladding layer 2, an undoped -Al y Ga 1-y As single quantum well active layer 3, p-type Al x Ga 1-x As upper cladding layer 7, p-type GaAs etch stop layer 13, n-type Al x Ga 1-x As
The current confinement layer 5a and the n-type GaAs current confinement layer 5 are sequentially laminated to form a wafer.
【0038】このウエハーをMBE装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ工程により、レーザ共振器端
面近傍を除く領域に一定の幅と長さをもつストライプ状
の溝部30を、選択エッチングを用いて、n型GaAs
電流狭窄層5、n型AlxGa1-xAs電流狭窄層5aを
貫通し、p型GaAsエッチストップ層13上で止まる
ようにエッチング形成する。This wafer was taken out from the MBE device,
By a normal photolithography process, a stripe-shaped groove portion 30 having a constant width and length is formed in a region other than the vicinity of the end facet of the laser cavity by selective etching to form an n-type GaAs.
The current confinement layer 5 and the n-type Al x Ga 1 -x As current confinement layer 5 a are penetrated and etched so as to stop on the p-type GaAs etch stop layer 13.
【0039】次に、溝30が形成されたウエハーをMB
E装置内に再び導入し、以下のように2回目の成長を行
う。Next, the wafer on which the groove 30 is formed is MB
It is reintroduced into the E apparatus and the second growth is performed as follows.
【0040】基板温度を比較的低温にして、ストライプ
状の溝部30上にp型InzGa1-zAs応力導入層6、
p型AlxGa1-xAs第2の上部クラッド層14、p+
型GaAsキャップ層8を順次積層する。With the substrate temperature kept relatively low, the p-type In z Ga 1 -z As stress introducing layer 6 is formed on the stripe-shaped groove portion 30,
p-type Al x Ga 1-x As second upper cladding layer 14, p +
The type GaAs cap layer 8 is sequentially laminated.
【0041】次いで、通常の半導体レーザ素子工程を経
て、p型電極9、n型電極10をp+型GaAsキャッ
プ層8上面、基板1下面にそれぞれ形成して半導体レー
ザ素子が得られる。Then, a p-type electrode 9 and an n-type electrode 10 are formed on the upper surface of the p + type GaAs cap layer 8 and the lower surface of the substrate 1, respectively, through a normal semiconductor laser element process to obtain a semiconductor laser element.
【0042】得られたレーザ素子の共振器端面近傍(図
5a)において、応力導入層6は活性層3から離れた位
置にあり、応力導入層6の影響を受けず活性層3のエネ
ルギーバンドギャップ(Eg)は本来の材料のままのE
gであり、しかも電流狭窄層5により電流阻止が行われ
ている。In the vicinity of the cavity end face of the obtained laser device (FIG. 5a), the stress introducing layer 6 is located away from the active layer 3, and the energy band gap of the active layer 3 is not affected by the stress introducing layer 6. (Eg) is E of the original material
g, and the current is blocked by the current constriction layer 5.
【0043】他方、レーザ共振器内部(図5b)におい
ては、応力導入層6は活性層3に近接し活性層3のEg
は狭くなっている。On the other hand, inside the laser resonator (FIG. 5b), the stress introducing layer 6 is close to the active layer 3 and the Eg of the active layer 3 is increased.
Is narrowing.
【0044】すなわち、共振器端面近傍の活性層のエネ
ルギーバンドギャップを共振器内部のエネルギーバンド
ギャップよりも大きくすることにより、共振器端面近傍
は非吸収領域の光導波路構造となっている。That is, by making the energy band gap of the active layer near the cavity end face larger than the energy band gap inside the cavity, an optical waveguide structure in the non-absorption region near the cavity end face is formed.
【0045】さらに、p型AlGaAs上部クラッド層
7は非常に薄く設定されているため(例えば、200〜200
0オングストローム)、注入された電流はここでの拡が
りはほとんど無視でき、さらに、ノンドープ−AlyG
a1-yAs単一量子井戸活性層3のエネルギーバンドギ
ャップが狭くなっている領域11に注入された電流は効
率よく閉じ込まり活性層内での拡がり電流の低減も可能
となり、さらに、レーザ共振器端面近傍には電流が流れ
ない構造になっているため、高出力で極低閾値で動作す
る半導体レーザが実現できる。Further, the p-type AlGaAs upper cladding layer 7 is set to be very thin (for example, 200 to 200).
0 angstroms), spreading of the injected current, where most negligible, further undoped -Al y G
a 1-y As single quantum well The current injected into the region 11 in which the energy band gap of the active layer 3 is narrowed is efficiently confined, and the spreading current in the active layer can be reduced. Since the structure is such that no current flows in the vicinity of the cavity facets, a semiconductor laser that operates at a very low threshold with a high output can be realized.
【0046】また、ノンドープ−AlyGa1-yAs単一
量子井戸活性層3の近傍にp型InzGa1-zAs応力導
入層6が存在しているが、このp型InzGa1-zAs応
力導入層6は非常に薄く設定されているため(例えば、
10〜60オングストローム)、活性層から発光する光
に対して吸収作用はなく特に影響はない。さらに、ノン
ドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活性層3の近傍
にp型GaAsエッチストップ層13が存在している
が、このp型GaAsエッチストップ13は非常に薄く
設定されているため(例えば、100〜200オングス
トローム)、活性層から発光する光に対して吸収作用は
なく特に影響はない。[0046] Further, the non-doped -Al y Ga 1-y As the p-type In z Ga 1-z As stress induced layer 6 in the vicinity of the single quantum well active layer 3 is present, the p-type an In z Ga The 1-z As stress introduction layer 6 is set to be very thin (for example,
10 to 60 angstroms), the light emitted from the active layer has no absorption effect and has no particular effect. Further, the p-type GaAs etch stop layer 13 in the vicinity of the non-doped -Al y Ga 1-y As single quantum well active layer 3 is present, the p-type GaAs etch stop 13 is set very thin Therefore (for example, 100 to 200 angstrom), the light emitted from the active layer has no absorption effect and has no particular effect.
【0047】(実施例1)本発明の実施例を図6、図7
aおよび図7bを参照して説明する。(Embodiment 1) Embodiments of the present invention are shown in FIGS.
A will be described with reference to FIG.
【0048】図6は半導体レーザ素子の平面図、図7
a、bはそれぞれ図6の半導体レーザ素子を破線A−
A'、B−B'で切断した断面図である。FIG. 6 is a plan view of the semiconductor laser device, and FIG.
6A and 6B respectively show the semiconductor laser device of FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by A'and BB '.
【0049】MBE法を用いて、n型GaAs基板1上
にn型GaAsバッファ層(図示せず)、n型AlxG
a1-xAs下部クラッド層2、ノンドープ−AlyGa
1-yAs単一量子井戸活性層3、p型AlxGa1-xAs
上部クラッド層7、p型InzGa1-zAs応力導入層
6、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層14、p+型
GaAsキャップ層8を順次積層してウエハーを形成す
る。Using the MBE method, an n-type GaAs buffer layer (not shown) and n-type Al x G are formed on the n-type GaAs substrate 1.
a 1-x As lower cladding layer 2, an undoped -Al y Ga
1-y As single quantum well active layer 3, p-type Al x Ga 1-x As
The upper clad layer 7, the p-type In z Ga 1-z As stress introducing layer 6, the p-type Al x Ga 1-x As upper clad layer 14, and the p + -type GaAs cap layer 8 are sequentially laminated to form a wafer.
【0050】このウエハーをMBE装置から取り出し、
通常のフォトリソグラフィ工程により、p型AlxGa
1ーxAs上部クラッド層7上までエッチングし、レーザ
共振器端面近傍で幅W1、レーザ共振器の中央部で幅W
2をもつストライプ状のリッジ31をp型InzGa1ーz
As応力導入層6、p型AlxGa1ーxAs第2の上部ク
ラッド層14およびp型GaAsキャップ層8に形成す
る。This wafer is taken out from the MBE device,
P-type Al x Ga is formed by a normal photolithography process.
1-x As etching up to the upper clad layer 7, width W1 near the end face of the laser cavity, width W at the center of the laser cavity
The stripe-shaped ridge 31 having 2 is a p-type In z Ga 1 -z
The As stress introducing layer 6, the p-type Al x Ga 1 -x As second upper cladding layer 14 and the p-type GaAs cap layer 8 are formed.
【0051】次に、このウエハー上に絶縁体層15を蒸
着し、通常のフォトリソグラフィ工程により、レーザ共
振器の中央部のみ電流通路用のエッチングを行う。Next, an insulator layer 15 is vapor-deposited on this wafer, and etching for a current path is performed only in the central portion of the laser resonator by a normal photolithography process.
【0052】レーザ共振器端面近傍におけるp型Inz
Ga1-zAs応力導入層6の幅W1は、レーザ共振器中
央部におけるp型InzGa1-zAs応力導入層6の幅W
2に比べて大きく形成されているので(図6aおよび図
6b)、活性層のエネルギーバンドギャップはレーザ共
振器端面近傍で広く、レーザ共振器中央部で狭くなって
おり、レーザ光の共振器端面における吸収を防止するこ
とができる。P-type In z near the end face of the laser cavity
Ga 1-z As the width W1 of the stress introduction layer 6, p-type in the laser resonator central portion In z Ga 1-z As the width W of the stress introduction layer 6
The energy bandgap of the active layer is wider near the end facet of the laser cavity and narrower at the center of the laser cavity because it is formed larger than that of FIG. 2 (FIGS. 6a and 6b). Can be prevented from being absorbed.
【0053】さらに、レーザ共振器端面近傍には電流が
流れない構造になっているため、端面の温度上昇も小さ
くすることができ、端面に発生する劣化を防止できるの
で高出力動作が可能で信頼性の高い高出力で極低閾値で
動作する半導体レーザが実現できる。Further, since the current does not flow in the vicinity of the end face of the laser resonator, the temperature rise of the end face can be suppressed and the deterioration occurring on the end face can be prevented, so that high output operation is possible and reliable. It is possible to realize a semiconductor laser that operates with a very high threshold and a very low threshold.
【0054】また、ノンドープ−AlyGa1-yAs単一
量子井戸活性層3の近傍にp型InzGa1-zAs応力導
入層6が存在しているが、このp型InzGa1-zAs応
力導入層6は非常に薄く設定されているため(例えば、
10〜60オングストローム)、活性層から発光する光
に対して吸収作用はなく特に影響はない。Further, the p-type In z Ga 1-z As stress introducing layer 6 exists near the non-doped-Al y Ga 1-y As single quantum well active layer 3, and this p-type In z Ga is present. The 1-z As stress introduction layer 6 is set to be very thin (for example,
10 to 60 angstroms), the light emitted from the active layer has no absorption effect and has no particular effect.
【0055】応力導入層6としては、上記以外にInG
aAsP系であってもよい。As the stress introducing layer 6, other than the above, InG
It may be an aAsP system.
【0056】なお、上記例で用いた以外の材料を用いて
特許請求の範囲内で半導体レーザを作製することができ
るのはいうまでもない。Needless to say, a semiconductor laser can be manufactured within the scope of the claims using materials other than those used in the above example.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性層のレーザ共振器端面近傍のエネルギーバンドギャ
ップがレーザ共振器中央部のエネルギーバンドギャップ
に比べて大きくなっているので、レーザ光に対してレー
ザ共振器端面近傍で光吸収を防止することができる。ま
た、レーザ共振器端面近傍には電流が流れない構造にな
っているため、端面の温度上昇も小さくすることがで
き、端面に発生する劣化を防止できるので高出力動作が
可能で信頼性の高い高出力で極低閾値で動作する半導体
レーザが実現できる。As described above, according to the present invention,
Since the energy bandgap in the active layer near the end facet of the laser cavity is larger than the energy bandgap in the central part of the laser cavity, it is possible to prevent optical absorption of laser light near the end facet of the laser cavity. . Further, since the structure is such that no current flows near the end face of the laser resonator, the temperature rise of the end face can be suppressed and the deterioration occurring on the end face can be prevented, so that high output operation is possible and the reliability is high. It is possible to realize a semiconductor laser that operates at a high output and an extremely low threshold.
【図1】活性層の横方向のエネルギーバンドギャップを
示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an energy band gap in a lateral direction of an active layer.
【図2】活性層のエネルギーバンドギャップのp型In
GaAs層の幅依存性を示す図である。FIG. 2 p-type In of the energy band gap of the active layer
It is a figure which shows the width dependence of a GaAs layer.
【図3】本発明の参考例の半導体レーザ素子の斜視図で
ある。FIG. 3 is a perspective view of a semiconductor laser device of a reference example of the present invention.
【図4】図4aと図4bは、それぞれ図3の半導体レー
ザ素子を破線でA、Bで切断した断面図である。4a and 4b are cross-sectional views of the semiconductor laser device of FIG. 3 taken along the broken lines A and B, respectively.
【図5】図5aと図5bは、それぞれ本発明の他の参考
例の半導体レーザ素子の断面図である。5A and 5B are cross-sectional views of a semiconductor laser device according to another reference example of the present invention.
【図6】本発明の一実施例の半導体レーザ素子の平面図
である。FIG. 6 is a plan view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
【図7】図7aと図7bは、それぞれ図6の半導体レー
ザ素子を破線A−A'、B−B'線で切断した断面図であ
る。7a and 7b are cross-sectional views of the semiconductor laser device of FIG. 6 taken along the broken lines AA 'and BB', respectively.
【図8】従来の半導体レーザの断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a conventional semiconductor laser.
【図9】従来の半導体レーザの模式図である。FIG. 9 is a schematic view of a conventional semiconductor laser.
1 n型GaAs基板 2 n型AlxGa1-xAs下部クラッド層 3 ノンドープ−AlyGa1-yAs単一量子井戸活
性層 4a p型AlxGa1-xAs上部高濃度クラッド層 4b p型AlxGa1-xAs上部低濃度クラッド層 5 n型GaAs電流狭窄層 5a n型AlxGa1-xAs電流狭窄層 6 p型InzGa1-zAs応力導入層 7 p型AlxGa1-xAs上部クラッド層 8 p型GaAsキャップ層 9 p型電極 10 n型電極 11 エネルギーバンドギャップが狭くなっている領
域 12 エネルギーバンドギャップが本来の領域 13 p型GaAsエッチストップ層 14 p型AlGaAs第2のクラッド層 15 絶縁体層 16 GaAs量子井戸/AlGaAsバリア層から
なる超格子活性層 17 Zn拡散により均一な混晶となったレーザ共振
器端面近傍 18 p型GaAs基板 19 p型AlGaAs下部クラッド層 20 AlGaAs活性層 21 n型AlGaAs上部クラッド層 22 n型GaAsキャップ層 30 溝部 31 リッジ1 n-type GaAs substrate 2 n-type Al x Ga 1-x As lower cladding layer 3 doped -Al y Ga 1-y As single quantum well active layer 4a p-type Al x Ga 1-x As upper high concentration clad layer 4b p-type Al x Ga 1-x As upper low-concentration clad layer 5 n-type GaAs current confinement layer 5a n-type Al x Ga 1-x As current confinement layer 6 p-type In z Ga 1-z As stress introduction layer 7 p-type Al x Ga 1-x As upper cladding layer 8 p-type GaAs cap layer 9 p-type electrode 10 n-type electrode 11 region where the energy band gap is narrowed 12 energy band gap is the original region 13 p-type GaAs etch stop layer 14 p-type AlGaAs second clad layer 15 insulator layer 16 GaAs quantum well / AlGaAs barrier layer superlattice active layer 17 Zn Rays formed into a uniform mixed crystal by diffusion Resonator facet vicinity 18 p-type GaAs substrate 19 p-type AlGaAs lower cladding layer 20 AlGaAs active layer 21 n-type AlGaAs upper cladding layer 22 n-type GaAs cap layer 30 groove 31 Ridge
Claims (2)
層された、下部クラッド層、活性層、第1の上部クラッ
ド層、応力導入層、第2の上部クラッド層、およびキャ
ップ層と、を有する半導体レーザ素子であって、 レーザ共振器端面近傍での応力導入層の幅W1が、レー
ザ共振器中央の発光部近傍での応力導入層の幅W2より
大きく形成され、かつ該応力導入層、該第2の上部クラ
ッド層および該キャップ層がリッジ状に形成されている
半導体レーザ素子。1. A semiconductor substrate, and a lower clad layer, an active layer, a first upper clad layer, a stress introducing layer, a second upper clad layer, and a cap layer, which are sequentially laminated on the semiconductor substrate. In the semiconductor laser device having, the width W1 of the stress introducing layer near the end face of the laser resonator is formed larger than the width W2 of the stress introducing layer near the light emitting portion at the center of the laser resonator, and the stress introducing layer, A semiconductor laser device in which the second upper cladding layer and the cap layer are formed in a ridge shape.
層、第1の上部クラッド層を形成する工程、およびレー
ザ共振器端面近傍での応力導入層の幅W1が、レーザ共
振器中央の発光部近傍での応力導入層の幅W2より大き
く、かつ該応力導入層、該第2の上部クラッド層および
該キャップ層がリッジ状となるよう形成する工程、 を包含する半導体レーザ素子の製造方法。2. A step of forming a lower clad layer, an active layer, and a first upper clad layer on a semiconductor substrate, and a width W1 of the stress introducing layer near the end facet of the laser cavity are such that a light emitting portion at the center of the laser cavity. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising the step of forming the stress introduction layer, the second upper clad layer and the cap layer so as to have a ridge shape, the width being larger than a width W2 of the stress introduction layer in the vicinity thereof.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23620392A JPH0685389A (en) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23620392A JPH0685389A (en) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685389A true JPH0685389A (en) | 1994-03-25 |
Family
ID=16997313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23620392A Pending JPH0685389A (en) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685389A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250637A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nec Corp | Group III nitride semiconductor optical device |
| US7796661B2 (en) | 2008-01-29 | 2010-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
-
1992
- 1992-09-03 JP JP23620392A patent/JPH0685389A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250637A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nec Corp | Group III nitride semiconductor optical device |
| US7796661B2 (en) | 2008-01-29 | 2010-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
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