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JPH10150239A - Semiconductor laser device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor laser device and its manufacture

Info

Publication number
JPH10150239A
JPH10150239A JP30635396A JP30635396A JPH10150239A JP H10150239 A JPH10150239 A JP H10150239A JP 30635396 A JP30635396 A JP 30635396A JP 30635396 A JP30635396 A JP 30635396A JP H10150239 A JPH10150239 A JP H10150239A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
layer
cladding layer
semiconductor laser
laser device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP30635396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiro Iwai
則広 岩井
Kazuaki Nishikata
一昭 西片
Hitoshi Shimizu
均 清水
Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP30635396A priority Critical patent/JPH10150239A/en
Publication of JPH10150239A publication Critical patent/JPH10150239A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the semiconductor laser device of equivalently buried type is manufactured without processing an active layer directly, and especially the device equipped with an Al-containing active layer is enhanced in reliability. SOLUTION: At least, an N-type clad layer 12, an active layer 13 of (distorted) quantum well, and a first P-type clad layer 14 are successively laminated on an N-type substrate 11 for the formation of a semiconductor laser device, wherein the first P-type clad layer 14 is possessed of a ridge stripe, a second P-type clad layer 17 which contains P-type dopant larger in diffusion coefficient than that of the first P-type clad layer 14 is laminated on the first P-type clad layer 14 on both the sides of the ridge stripe, and a region of the active layer 13 other than its region just under the ridge stripe is turned to a mixed crystal region 19 by the thermal diffusion of P-type dopant from the second P-type clad layer 17.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
及びその製造方法に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】Alを含む化合物半導体を活性層に用いた
半導体レーザ素子は、波長650 nm帯赤色(活性層:Al
GaInP を含む)を始め、波長780 nm( 活性層:AlGaAs
を含む)、波長 1300 〜1550nm(活性層:AlGaInAsを
含む)と各波長帯のレーザ光を発振する。ここでは、発
振波長1550nmの半導体レーザ素子を例に取り説明す
る。このAlGaInAs系半導体レーザ素子は、通常用いられ
ているGaInAsP 系に比較して温度特性を改善できる可能
性のあるものである。図5は従来のAlGaInAs系半導体レ
ーザ素子の断面図である。この半導体レーザ素子の作製
工程は、例えば以下の通りである。即ち、 1)先ず、MO-MBE法によりn-InP 基板1上に、n-InP ク
ラッド層2を1.0 μm、GaInAs/AlGaInAs (λg =1.15
μm)-MQW活性層3、 p-InPクラッド層4を1.5μm、
p-GaInAs コンタクト層5を0.3 μm程度順次積層す
る。ここで活性層3は井戸数が4であり、井戸層(GaInA
s)およびバリア層(AlGaInAs)の厚さはそれぞれ、5 nm
および12nmである。また、活性層3はMQW の両側が厚
さ150 nmのAlGaInAs(λg =1.15μm)からなるSCH
層で挟まれた構造となっている。 2)次に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、
p-GaInAsコンタクト層5、 p-InPクラッド層4の途中ま
でを除去し、幅約3 μmのストライプ状のリッジを形成
する。 3)次に、リッジ側面にポリイミド6を施した後、n-In
P 基板1を約100 μm程度に研磨し、p 電極7およびn
電極8をそれぞれ形成する。 この材料系(GaInAs/AlGaInAs )では、通常のGaInAsP/
InP 系の半導体レーザ素子と比べて、伝導帯不連続量が
大きいため、キャリアのオーバーフローが抑制できるの
で、良好な温度特性を有する半導体レーザ素子が期待で
きる。
2. Description of the Related Art A semiconductor laser device using an Al-containing compound semiconductor for an active layer has a red wavelength of 650 nm (active layer: Al
(Including GaInP), 780 nm wavelength (active layer: AlGaAs
), And a laser beam having a wavelength of 1300 to 1550 nm (active layer: including AlGaInAs) and a laser beam of each wavelength band. Here, a semiconductor laser device having an oscillation wavelength of 1550 nm will be described as an example. The AlGaInAs-based semiconductor laser device has a possibility of improving the temperature characteristics as compared with a GaInAsP-based semiconductor laser which is generally used. FIG. 5 is a sectional view of a conventional AlGaInAs-based semiconductor laser device. The manufacturing process of this semiconductor laser device is, for example, as follows. 1) First, an n-InP clad layer 2 was formed on an n-InP substrate 1 by MO-MBE to a thickness of 1.0 μm and GaInAs / AlGaInAs (λg = 1.15).
μm) -MQW active layer 3, p-InP cladding layer 4
A p-GaInAs contact layer 5 is sequentially stacked on the order of 0.3 μm. Here, the active layer 3 has four wells, and the well layer (GaInA
s) and the thickness of the barrier layer (AlGaInAs) are each 5 nm.
And 12 nm. The active layer 3 has a SCH made of AlGaInAs (λg = 1.15 μm) having a thickness of 150 nm on both sides of the MQW.
The structure is sandwiched between layers. 2) Next, by photolithography and etching,
A part of the p-GaInAs contact layer 5 and the p-InP cladding layer 4 is removed to form a stripe-shaped ridge having a width of about 3 μm. 3) Next, after applying polyimide 6 to the side surface of the ridge, the n-In
The P substrate 1 is polished to about 100 μm, and the p electrode 7 and n
The electrodes 8 are respectively formed. In this material system (GaInAs / AlGaInAs), ordinary GaInAsP /
Since the conduction band discontinuity is larger than that of an InP-based semiconductor laser device, carrier overflow can be suppressed, and a semiconductor laser device having good temperature characteristics can be expected.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常の半導
体レーザ素子では、しきい値電流の低減や横モードの安
定化を図るために、活性層幅を狭めたり、横方向の実効
屈折率差を実現している。そのためには、素子構造は、
活性層を含むリッジを形成して、このリッジを埋込ん
だ、いわゆる埋め込み型構造であることが望ましい。し
かしながら、活性層にAlを含む材料を用いるGaInAs/AlG
aInAs 系の半導体レーザ素子では、リッジ形成時に活性
層の側面が酸化され、埋め込みのための結晶成長が良好
に出来ないと言う問題があった。また、むりやり埋め込
み成長を行い素子を作製しても、しきい値電流の増大や
素子の信頼性の欠如という問題があった。そのため、上
述のように、活性層を含まないリッジを形成し、リッジ
導波路型構造としていた。しかしながら、リッジ導波路
型構造は作製が比較的容易であるが、そのしきい値電流
は埋め込み型構造で期待できる値に比較して高く、横モ
ードの安定性も欠如するという問題があった。
By the way, in a normal semiconductor laser device, in order to reduce the threshold current and stabilize the transverse mode, the width of the active layer is reduced or the effective refractive index difference in the transverse direction is reduced. Has been realized. For that, the element structure is
It is desirable to form a ridge including an active layer and bury the ridge, that is, a so-called buried structure. However, GaInAs / AlG using a material containing Al for the active layer
In the aInAs-based semiconductor laser device, there is a problem that the side surface of the active layer is oxidized at the time of forming the ridge, and crystal growth for filling cannot be performed well. Further, even if the device is fabricated by buried growth, there is a problem that the threshold current increases and the reliability of the device is lacking. Therefore, as described above, a ridge that does not include an active layer is formed to form a ridge waveguide structure. However, although the ridge waveguide type structure is relatively easy to manufacture, there is a problem that the threshold current thereof is higher than that expected from the buried type structure, and the stability of the transverse mode is lacking.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべく、鋭意検討の結果、到達したもので、請求項1
記載の発明は、n型基板上に、少なくともn型クラッド
層、(歪)量子井戸からなる活性層、第1p型クラッド
層が順次積層された半導体レーザ素子であって、第1p
型クラッド層はリッジストライプ部を有し、リッジスト
ライプ部の両側の第1p型クラッド層上には、第1p型
クラッド層のp型ドーパントよりも拡散係数の大きいp
型ドーパントを含む第2p型クラッド層が積層され、リ
ッジストライプ部の直下の領域を除く領域の活性層は、
第2p型クラッド層からのp型ドーパントの熱拡散によ
り混晶化されていることを特徴とするものである。ここ
で、第2p型クラッド層のp型ドーパントは、熱拡散し
て、リッジストライプ部の直下の領域を除く領域の活性
層を混晶化する大きさの拡散係数を有するものとする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been achieved as a result of intensive studies to solve the above problems.
The described invention is a semiconductor laser device in which at least an n-type cladding layer, an active layer made of a (strained) quantum well, and a first p-type cladding layer are sequentially laminated on an n-type substrate.
The type cladding layer has a ridge stripe portion, and a p-type dopant having a larger diffusion coefficient than the p-type dopant of the first p-type cladding layer is formed on the first p-type cladding layer on both sides of the ridge stripe portion.
A second p-type clad layer containing a type dopant is laminated, and the active layer in a region other than a region immediately below the ridge stripe portion is
The mixed crystal is formed by thermal diffusion of the p-type dopant from the second p-type cladding layer. Here, the p-type dopant of the second p-type cladding layer has a diffusion coefficient large enough to thermally diffuse and crystallize the active layer in a region other than a region immediately below the ridge stripe portion.

【0005】また、請求項3記載の発明は、n型基板上
に、少なくともn型クラッド層、(歪)量子井戸からな
る活性層が順次積層され、活性層上には、ストライプ状
の間隔をおいて、拡散係数の大きいp型ドーパントを含
む第1p型クラッド層が積層され、ストライプ状の間隔
は第2p型クラッド層で埋め込まれ、第1p型クラッド
層直下の領域の活性層は第1p型クラッド層からのp型
ドーパントの熱拡散により混晶化されていることを特徴
とするものでる。ここで、第1p型クラッド層のp型ド
ーパントは、熱拡散して、第1p型クラッド層直下の領
域の活性層を混晶化する大きさの拡散係数を有するもの
とする。
According to a third aspect of the present invention, an active layer including at least an n-type cladding layer and a (strained) quantum well is sequentially laminated on an n-type substrate, and a stripe-shaped interval is formed on the active layer. In this case, a first p-type clad layer containing a p-type dopant having a large diffusion coefficient is laminated, a stripe-shaped space is filled with a second p-type clad layer, and an active layer in a region immediately below the first p-type clad layer is a first p-type clad layer. The mixed crystal is formed by thermal diffusion of the p-type dopant from the cladding layer. Here, the p-type dopant of the first p-type cladding layer has a diffusion coefficient large enough to thermally diffuse and crystallize the active layer in a region immediately below the first p-type cladding layer.

【0006】ところで、超格子構造(量子井戸構造を含
む)に特有で、素子作製上有力な手段となる技術に混晶
化(alloying)あるいは無秩序化(disordering) と呼ばれ
ものがある。この技術は、本来は熱的に安定であると考
えられていた超格子構造に、ある種の不純物を熱拡散し
たり、あるいはイオン注入と熱処理を施すことで、ヘテ
ロ界面によって空間的に隔てられていた構成元素を混じ
りあわせて、混晶という新しい結晶形態に変化させるも
のである。この技術の魅力は、混晶化によって形成され
た物質がもともとの超格子構造とは、バンドギャップエ
ネルギーや、屈折率等の基本物性が異なることであり、
この技術を使いこなす( 例えば所望の領域のみを混晶化
させる) ことで、様々な半導体デバイスへの応用が期待
できる。本発明は、この混晶化技術を半導体レーザ素子
に適用したもので、特に活性層にAlを含む素子のレーザ
特性を改善したものである。
Meanwhile, a technique which is unique to the superlattice structure (including the quantum well structure) and is a powerful means for producing a device includes what is called alloying or disordering. In this technology, a superlattice structure, which was originally considered to be thermally stable, is spatially separated by a hetero interface by thermally diffusing certain impurities or performing ion implantation and heat treatment. The constituent elements are mixed together to change to a new crystal form called a mixed crystal. The attraction of this technology is that the materials formed by mixed crystallization differ from the original superlattice structure in basic physical properties such as band gap energy and refractive index.
By making full use of this technology (for example, by mixing only desired regions), application to various semiconductor devices can be expected. The present invention applies this mixed crystal technique to a semiconductor laser device, and particularly improves the laser characteristics of a device having an active layer containing Al.

【0007】即ち、請求項1記載の発明では、リッジス
トライプ部の直下の領域を除く領域の活性層は、熱処理
により、第2p型クラッド層からの拡散係数の大きいp
型ドーパントの熱拡散により混晶化されている。一方、
リッジストライプ部の直下の領域は、拡散係数の小さい
p型ドーパントを含む第1p型クラッド層で構成されて
いるので、この領域の活性層は熱処理により混晶化され
ていない。上記混晶化された活性層領域では、バンドギ
ャップエネルギーは混晶化されない活性層の(歪)量子
井戸層より大きくなり、屈折率は小さくなる。従って、
リッジストライプ部の直下の活性層領域で発振したレー
ザ光はリッジストライプ部の幅内に閉じ込められ、安定
した横モード制御が可能になるので、埋め込み構造に等
価な構造を実現できる。上記構造の半導体レーザ素子で
は、活性層が空気に触れることなく、埋め込み構造に等
価な構造を実現できるので、活性層にAlを含む場合に
は、従来のリッジ導波路型構造に比較して、レーザ特性
および信頼性が向上する。
In other words, according to the first aspect of the present invention, the active layer in the region other than the region immediately below the ridge stripe portion has a large p-type diffusion coefficient from the second p-type cladding layer by heat treatment.
The mixed crystal is formed by thermal diffusion of the type dopant. on the other hand,
Since the region immediately below the ridge stripe portion is composed of the first p-type cladding layer containing a p-type dopant having a small diffusion coefficient, the active layer in this region is not mixed-crystallized by heat treatment. In the mixed active layer region, the band gap energy becomes larger than that of the (strained) quantum well layer of the non-mixed active layer, and the refractive index becomes smaller. Therefore,
The laser light oscillated in the active layer region immediately below the ridge stripe portion is confined within the width of the ridge stripe portion, and stable transverse mode control becomes possible, so that a structure equivalent to a buried structure can be realized. In the semiconductor laser device having the above structure, since the active layer can realize a structure equivalent to the buried structure without contacting air, when the active layer contains Al, compared with the conventional ridge waveguide type structure, Laser characteristics and reliability are improved.

【0008】また、請求項3記載の発明では、第1p型
クラッド層下の活性層の領域は混晶化されており、第1
p型クラッド層ではさまれたストライプ状の第2p型ク
ラッド層下の活性層の領域は混晶化されていないため、
第2p型クラッド層下の活性層領域で発振したレーザ光
は、第2p型クラッド層の幅内に閉じ込められ、安定し
た横モード制御が可能になり、埋め込み構造に等価な構
造を実現できる。
According to the third aspect of the present invention, the region of the active layer below the first p-type cladding layer is made of a mixed crystal.
Since the region of the active layer below the stripe-shaped second p-type cladding layer sandwiched between the p-type cladding layers is not mixed,
The laser light oscillated in the active layer region below the second p-type cladding layer is confined within the width of the second p-type cladding layer, enabling stable transverse mode control and realizing a structure equivalent to a buried structure.

【0009】なお、従来の混晶化の方法(例えば、イオ
ン注入など)では、混晶化のための工程を別に設ける必
要があり、工程数が増え、素子のコストアップの要因に
なるが、本発明では、気相成長装置内で混晶化を行うこ
とができるので、混晶化はコストアップの要因にならな
い。
[0009] In the conventional method of forming a mixed crystal (for example, ion implantation), it is necessary to provide a separate step for forming a mixed crystal, which increases the number of steps and increases the cost of the device. According to the present invention, the mixed crystal can be formed in the vapor phase growth apparatus, so that the mixed crystal does not cause a cost increase.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 (実施形態1)図1(a)〜(d)は、本発明にかかる
半導体レーザ素子の一実施形態の作製工程を示す図であ
る。この作製工程は以下の通りである。即ち、 1)先ず、ガスソースMBE 法により、n-InP 基板11上
に、n-InP クラッド層12を1.0 μm、GaInAs/AlGaInA
s (λg=1.15μm)・SCH-MQW 活性層13、第1p-InP
クラッド層14を1.5 μm、p-GaInAsコンタクト層15
を0.3 μmの厚さに順次積層する( 図1(a))。ここ
で、活性層13は井戸数が4であり、井戸層(GaInAs)の
厚さは5 nm、バリア層(AlGaInAs)の厚さは12nmであ
り、井戸層の両側を厚さ150 nmのAlGaInAs(λg=1.15
μm)からなるSCH 層で挟んだ構造となっている。ま
た、第1p-InP クラッド層14へのドーピング材料は、
熱による拡散係数の小さいBe, Mg, C, Cd, Ge を用いる
ことが好ましい。 2)次に、フォトリソグラフィ及びエッチングを用い
て、SiO2膜16をマスクとして、p-GaInAsコンタクト層
15、第1 p-InPクラッド層14の途中までを除去し、
幅約1.5 μmのストライプ状のリッジを形成する( 図1
(b))。 3)次に、MOCVD 法により、先のエッチングに用いたSi
O2膜16を選択成長用のマスクとし、第2p-InP クラッ
ド層17、 n-InP埋込層18からなるブロッキング層を
リッジの両側に成長する( 図1(c))。ここで、第2
p-InP クラッド層17へのドーピング材料としては、熱
による拡散係数の大きいZnを用いる。 4)次に、前記積層した基板1に、表面からAsやP の抜
けを防止するためにAs雰囲気中で、800 ℃、10秒間の熱
処理を施す。これにより、Znがドーピングされたp-InP
クラッド17の直下部分の活性層13がZnの浸入により
混晶化し、もとのMQW の平均的組成を有する混晶化領域
19が形成される( 図1(d))。この混晶化領域19
では、井戸層のGaInAsとバリア層のAlGaInAsが混晶化し
た、AlGaInAs(λg=1.3 μm)が形成される。尚、リッ
ジ直下部分の活性層は、拡散係数の小さいp型ドーパン
トを含む第1 p-InPクラッド層14で覆われているの
で、そこでは混晶化は起こらない。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 1 (a) to 1 (d) are views showing a manufacturing process of an embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention. This manufacturing process is as follows. That is, 1) First, an n-InP cladding layer 12 was formed on an n-InP substrate 11 to a thickness of 1.0 μm and GaInAs / AlGaInA by gas source MBE.
s (λg = 1.15 μm) · SCH-MQW active layer 13, first p-InP
1.5 μm clad layer 14, p-GaInAs contact layer 15
Are sequentially laminated to a thickness of 0.3 μm (FIG. 1A). Here, the active layer 13 has 4 wells, the thickness of the well layer (GaInAs) is 5 nm, the thickness of the barrier layer (AlGaInAs) is 12 nm, and both sides of the well layer have a thickness of 150 nm. (Λg = 1.15
μm). The doping material for the first p-InP cladding layer 14 is as follows.
It is preferable to use Be, Mg, C, Cd, and Ge having a small heat diffusion coefficient. 2) Next, using the SiO 2 film 16 as a mask, a part of the p-GaInAs contact layer 15 and the first p-InP cladding layer 14 are removed by photolithography and etching,
A stripe-shaped ridge with a width of about 1.5 μm is formed (Fig. 1
(B)). 3) Next, the MOCVD method was used to
Using the O 2 film 16 as a mask for selective growth, a blocking layer composed of the second p-InP clad layer 17 and the n-InP buried layer 18 is grown on both sides of the ridge (FIG. 1C). Here, the second
As a doping material for the p-InP cladding layer 17, Zn having a large thermal diffusion coefficient is used. 4) Next, the laminated substrate 1 is subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 10 seconds in an As atmosphere in order to prevent the escape of As and P from the surface. As a result, Zn-doped p-InP
The active layer 13 immediately below the clad 17 is mixed-crystallized by the intrusion of Zn, and a mixed crystallized region 19 having the original average composition of MQW is formed (FIG. 1D). This mixed crystal region 19
Then, AlGaInAs (λg = 1.3 μm) is formed in which GaInAs of the well layer and AlGaInAs of the barrier layer are mixed. Note that the active layer immediately below the ridge is covered with the first p-InP cladding layer 14 containing a p-type dopant having a small diffusion coefficient, so that the mixed crystal does not occur there.

【0011】上述の熱処理条件の設定は重要である。熱
処理温度は600 〜900 ℃の範囲内であれば混晶化は可能
である。また熱処理時間は、温度と深く関係しており、
熱処理温度が高いほど時間は短くてすむ。目安として
は、600 ℃で約30分以上、700℃で5 分以上、800 〜900
℃では10秒以上となる。但し、井戸層とバリア層が相
互拡散を起こしたり、Znの拡散がリッジ直下部まで及ぶ
ことのないような、熱処理条件にする必要があり、熱処
理温度および時間には上限がある。例えば、800 ℃の温
度で15分以上の熱処理を施した場合には、井戸層とバリ
ア層が相互拡散を起こす。以上の理由から、最も好まし
くは、700 〜800 ℃の温度にて10〜300 秒の条件にて熱
処理を行う。
The setting of the above heat treatment conditions is important. Mixed crystal formation is possible if the heat treatment temperature is in the range of 600 to 900 ° C. The heat treatment time is closely related to the temperature,
The higher the heat treatment temperature, the shorter the time. As a guide, 600 ° C for about 30 minutes or more, 700 ° C for 5 minutes or more, 800 to 900
At ℃, it will be 10 seconds or more. However, it is necessary to set the heat treatment conditions so that the well layer and the barrier layer do not cause mutual diffusion or the diffusion of Zn does not extend directly below the ridge, and the heat treatment temperature and time have upper limits. For example, when heat treatment is performed at 800 ° C. for 15 minutes or more, the well layer and the barrier layer cause mutual diffusion. For the above reasons, the heat treatment is most preferably performed at a temperature of 700 to 800 ° C. for 10 to 300 seconds.

【0012】このように作製された半導体レーザ素子で
は、混晶化領域19のバンドギャップ波長が250 nm程
度短波長側にシフトしているため、発振光に対して透明
であり、屈折率も発光領域に比べ低くなっているので、
光を発光領域に閉じ込めることが出来る。即ち、活性層
を直接加工することなしに、横方向の電流狭窄及び光閉
じ込めを行うことが可能である。
In the semiconductor laser device thus manufactured, the bandgap wavelength of the mixed crystal region 19 is shifted to the shorter wavelength side by about 250 nm, so that the semiconductor laser device is transparent to oscillation light and has a refractive index. Since it is lower than the area,
Light can be confined in the light emitting region. That is, lateral current confinement and light confinement can be performed without directly processing the active layer.

【0013】(実施形態2)図2(a)〜(d)は、本
発明にかかる半導体レーザ素子の他の実施形態の作製工
程を示す図である。この作製工程は以下の通りである。
即ち、 1)先ず、MO-MBE法により、n-InP 基板21上に、n-Al
InAsクラッド層22を1.0 μm、GaInAs/AlGaInAs (λ
g=1.15μm)・SCH-MQW 活性層23、p-AlInAsクラッド
層24を0.1 μm、InGaAsエッチング停止層24aを3
nm積層する。次いで、その上にMOCVD 法によりZnをp
型ドーパントとする第1p-InP クラッド層25を0.2 μ
m、n-InP クラッド層26を0.5 μm、順次積層する
(図2(a))。ここで、活性層23は井戸数が4であ
り、井戸層(1%圧縮歪の GaInAs)の厚さは4 nm、バリ
ア層( 格子整合系のAlGaInAs、λg=1.15μm) の厚さは
10nmであり、井戸層の両側を厚さ150 nmのノンドー
プAlGaInAs(λg=1.15μm)からなるSCH 層で挟んだ構
造となっている。 2)次いで、フォトリソグラフィの技術を用い、幅2 μ
mのストライプ状の窓の開いたレジストパターンを形成
し、窓の開いている領域のn-InP クラッド層26および
第1p-InP クラッド層25をエッチングする。このエッ
チングは、エッチング溶液としてHCl:H3PO4 =1:3 の混
合溶液を用い、InGaAsエッチング停止層24aの上まで
選択的に行う。エッチング後にレジストを除去する(図
2(b))。InGaAsエッチング停止層24aこのエッチ
ング溶液に対してエッチングストッパーの機能を有して
いる。 3)次いで、AsおよびP 雰囲気中で800℃、10秒の
熱処理を施し、Znを拡散させて第1p-InP クラッド層2
5下の活性層23を混晶化し、もとのMQW の平均的な組
成を有するAlGaInAsの混晶化領域23aを形成する。こ
の混晶化領域23aは、屈折率が井戸層よりも小さいた
め、横方向の光閉じ込め構造が形成される(図2
(c))。 4)次いで、MOCVD 法で、Znをp型ドーパントとする第
2p-InP クラッド層27を1.5 μm、p + -GaInAsPコン
タクト層28を積層する(図2(d))。この状態で、
n-p-n 型のブロッキング層がエッチングが施されたスト
ライプ状部の両側に形成され、電流狭窄構造が形成され
ている。 5)最後に、電極形成、へき開による端面形成を行う。
なお、本実施形態において、n-AlInAsクラッド層22お
よびp-AlInAs層24はそれぞれ、n-InP およびp-InP と
してもよい。また、光閉じ込め層はSCH のかわりにGRIN
-SCHとしてもよい。
(Embodiment 2) FIGS. 2 (a) to 2 (d) are views showing a manufacturing process of a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention. This manufacturing process is as follows.
That is, 1) First, n-Al is formed on the n-InP substrate 21 by MO-MBE.
The InAs cladding layer 22 is 1.0 μm thick, and GaInAs / AlGaInAs (λ
g = 1.15 μm) .SCH-MQW active layer 23, p-AlInAs cladding layer 24 is 0.1 μm, and InGaAs etching stop layer 24a is 3 μm.
is laminated. Next, Zn is deposited thereon by MOCVD.
0.2 μm of the first p-InP cladding layer
The m and n-InP cladding layers 26 are sequentially laminated in a thickness of 0.5 μm (FIG. 2A). Here, the active layer 23 has four wells, the thickness of the well layer (GaInAs with 1% compressive strain) is 4 nm, and the thickness of the barrier layer (AlGaInAs of lattice matching system, λg = 1.15 μm) is
The thickness of the SCH layer is 10 nm, and both sides of the well layer are sandwiched between non-doped AlGaInAs (λg = 1.15 μm) SCH layers having a thickness of 150 nm. 2) Then, using photolithography technology,
An n-InP clad layer 26 and a first p-InP clad layer 25 in a region where the window is opened are etched by forming an m-stripe window-opened resist pattern. This etching is selectively performed up to the InGaAs etching stop layer 24a using a mixed solution of HCl: H 3 PO 4 = 1: 3 as an etching solution. After the etching, the resist is removed (FIG. 2B). InGaAs etching stop layer 24a functions as an etching stopper for this etching solution. 3) Next, heat treatment is performed at 800 ° C. for 10 seconds in an atmosphere of As and P to diffuse Zn and thereby form a first p-InP cladding layer 2.
Then, the lower active layer 23 is mixed-crystallized to form an AlGaInAs mixed crystallized region 23a having an original average composition of MQW. Since the mixed crystal region 23a has a smaller refractive index than that of the well layer, a lateral light confinement structure is formed.
(C)). 4) Next, a second p-InP cladding layer 27 using Zn as a p-type dopant is laminated by 1.5 μm and ap + -GaInAsP contact layer 28 is laminated by MOCVD (FIG. 2D). In this state,
An npn-type blocking layer is formed on both sides of the etched stripe-shaped portion to form a current confinement structure. 5) Finally, an electrode is formed and an end face is formed by cleavage.
In this embodiment, the n-AlInAs cladding layer 22 and the p-AlInAs layer 24 may be n-InP and p-InP, respectively. The optical confinement layer is GRIN instead of SCH.
It may be -SCH.

【0014】上記実施形態の半導体レーザ素子は、以下
の方法で作製することもできる。即ち、前記工程3)に
おいて、Zn拡散の熱処理をAs雰囲気中で行うかわりに、
図3に示すように、表面最上層としてn-GaInAs表面保護
層29を形成し、その上にGaAs基板30を被せて熱処理
をしても、表面からAsやP の抜けを防止することができ
る。また、エッチングによりストライプ状の溝を形成す
るかわりに、図4(a)、(b)に示すように、InGaAs
エッチング停止層24aの上に、プラズマCVD とフォト
リソグラフィの技術を用いてストライプ状のSiO2膜31
を形成し、その後MOCVD 法によりp-InP クラッド層2
5、n-InP クラッド層26を選択領域成長させてもよ
い。
The semiconductor laser device of the above embodiment can be manufactured by the following method. That is, in the step 3), instead of performing the Zn diffusion heat treatment in the As atmosphere,
As shown in FIG. 3, even if an n-GaInAs surface protective layer 29 is formed as the uppermost layer on the surface and a GaAs substrate 30 is placed thereon and heat-treated, the escape of As and P from the surface can be prevented. . Further, instead of forming a stripe-shaped groove by etching, as shown in FIGS.
On the etching stop layer 24a, a striped SiO 2 film 31 is formed using plasma CVD and photolithography techniques.
Is formed, and then the p-InP cladding layer 2 is formed by MOCVD.
5. The n-InP cladding layer 26 may be grown in a selected region.

【0015】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことはない。即ち、(歪) 量子井戸活性層に用いる材料
としては、GaInAs/AlGaInAs 、AlGaInAs/AlGaInAs 、Al
GaInAs/AlInAs 、GaInAs/AlInAs が好ましい。なぜなら
ば、これらの材料は他の材料系(GaInAsP、 AlGaInP等)
に比べて混晶化が起こり易いからである。また、気相成
長装置としてはMBE(含むガスソースMBE 、MO-MBE、CBE)
装置が好ましい。なぜならば拡散係数の小さいドーパン
ト材料であるBeを用いることができるからである。MBE
成長ではMOCVD 成長に比べて一般的に成長温度が低い。
熱処理をすることで、混晶化を起こさせるのと同時に、
導波路領域の結晶は結晶性が向上するというメリットが
存在する。これにより、しきい値電流やスロープ効率が
向上し、特性の良い半導体レーザ素子が容易に作製でき
る。また、結晶成長装置にMOCVD を用いる場合には、拡
散係数の小さいドーパント材料としては、Mgを用いるこ
とが好ましい。
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, materials used for the (strained) quantum well active layer include GaInAs / AlGaInAs, AlGaInAs / AlGaInAs, and Al
GaInAs / AlInAs and GaInAs / AlInAs are preferred. Because these materials are other materials (GaInAsP, AlGaInP, etc.)
This is because mixed crystallization is more likely to occur than in the case of In addition, MBE (including gas source MBE, MO-MBE, CBE)
The device is preferred. This is because Be, which is a dopant material having a small diffusion coefficient, can be used. MBE
The growth temperature is generally lower in growth than in MOCVD growth.
By performing heat treatment, at the same time as causing mixed crystal,
The crystal in the waveguide region has an advantage that crystallinity is improved. Thereby, the threshold current and the slope efficiency are improved, and a semiconductor laser device having good characteristics can be easily manufactured. When MOCVD is used for the crystal growth apparatus, Mg is preferably used as the dopant material having a small diffusion coefficient.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層を直接加工することなしに、等価的に埋め込み型の
半導体レーザ素子を作製することができるので、低しき
い値電流、高効率、横モードの安定な半導体レーザ素子
を簡易な方法で作製でき、特にAlを活性層に含む素子の
信頼性が向上するという優れた効果がある。
As described above, according to the present invention, a buried semiconductor laser device can be equivalently manufactured without directly processing the active layer. A semiconductor laser device having stable efficiency and transverse mode can be manufactured by a simple method, and there is an excellent effect that the reliability of a device containing Al in an active layer is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)〜(c)は、本発明にかかる半導体レー
ザ素子の一実施形態の作製工程を示す図である。
FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a manufacturing process of an embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention.

【図2】(a)〜(d)は、本発明にかかる半導体レー
ザ素子の他の実施形態の作製工程を示す図である。
2 (a) to 2 (d) are views showing a manufacturing process of another embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention.

【図3】図2に示した実施形態の半導体レーザ素子の他
の作製方法の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of another method for manufacturing the semiconductor laser device of the embodiment shown in FIG. 2;

【図4】(a)、(b)は図2に示した実施形態の半導
体レーザ素子のさらなる他の作製方法の説明図である。
FIGS. 4A and 4B are explanatory views of still another method of manufacturing the semiconductor laser device of the embodiment shown in FIG.

【図5】従来の半導体レーザ素子の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、21 n-InP 基板 12、26 n-InP クラッド層 13、23 活性層 14、25 第1p-InP クラッド層 15、28 コンタクト層 16、31 SiO2膜 17、27 第2p-InP クラッド層 18 n-InP埋込層 19、23a 混晶化領域 22 n-AlInAsクラッド層 24 p-AlInAsクラッド層 24a InGaAsエッチング停止層 29 表面保護層 30 GaAs基板11, 21 n-InP substrate 12, 26 n-InP cladding layer 13, 23 active layer 14, 25 first p-InP cladding layer 15, 28 contact layer 16, 31 SiO 2 film 17, 27 second p-InP cladding layer 18 n-InP buried layer 19, 23a mixed crystal region 22 n-AlInAs clad layer 24 p-AlInAs clad layer 24a InGaAs etching stop layer 29 surface protective layer 30 GaAs substrate

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年4月8日[Submission date] April 8, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】(a)〜(d)は、本発明にかかる半導体レー
ザ素子の一実施形態の作製工程を示す図である。
[1] (a) ~ (d) are diagrams showing a manufacturing process of an embodiment of a semiconductor laser element according to the present invention.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粕川 秋彦 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Akihiko Kasukawa 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Furukawa Electric Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n型基板上に、少なくともn型クラッド
層、(歪)量子井戸からなる活性層、第1p型クラッド
層が順次積層された半導体レーザ素子であって、第1p
型クラッド層はリッジストライプ部を有し、リッジスト
ライプ部の両側の第1p型クラッド層上には、第1p型
クラッド層のp型ドーパントよりも拡散係数の大きいp
型ドーパントを含む第2p型クラッド層が積層され、リ
ッジストライプ部の直下の領域を除く領域の活性層は、
第2p型クラッド層からのp型ドーパントの熱拡散によ
り混晶化されていることを特徴とする半導体レーザ素
子。
1. A semiconductor laser device in which at least an n-type cladding layer, an active layer comprising a (strained) quantum well, and a first p-type cladding layer are sequentially laminated on an n-type substrate,
The type cladding layer has a ridge stripe portion, and a p-type dopant having a larger diffusion coefficient than the p-type dopant of the first p-type cladding layer is formed on the first p-type cladding layer on both sides of the ridge stripe portion.
A second p-type clad layer containing a type dopant is laminated, and the active layer in a region other than a region immediately below the ridge stripe portion is
A semiconductor laser device, which is mixed-crystallized by thermal diffusion of a p-type dopant from a second p-type cladding layer.
【請求項2】 n型基板上に、少なくともn型クラッド
層、(歪)量子井戸からなる活性層、第1p型クラッド
層を順次積層し、次いで、第1p型クラッド層にリッジ
ストライプ部を形成し、次いで、第1p型クラッド層の
リッジストライプ部の両側に第2p型クラッド層を積層
し、次いで、加熱処理により、第2p型クラッド層のp
型ドーパントを熱拡散して、リッジストライプ部の直下
の領域を除く領域の活性層を混晶化することを特徴とす
る請求項1記載の半導体レーザ素子の製造方法。
2. An n-type substrate in which at least an n-type cladding layer, an active layer comprising a (strain) quantum well, and a first p-type cladding layer are sequentially laminated, and then a ridge stripe portion is formed in the first p-type cladding layer. Then, a second p-type cladding layer is laminated on both sides of the ridge stripe portion of the first p-type cladding layer, and then heat treatment is performed to form a p-type cladding layer of the second p-type cladding layer.
2. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer in a region other than a region immediately below the ridge stripe portion is mixed-crystallized by thermally diffusing the type dopant.
【請求項3】 n型基板上に、少なくともn型クラッド
層、(歪)量子井戸からなる活性層が順次積層され、活
性層上には、ストライプ状の間隔をおいて、拡散係数の
大きいp型ドーパントを含む第1p型クラッド層が積層
され、ストライプ状の間隔は第2p型クラッド層で埋め
込まれ、第1p型クラッド層直下の領域の活性層は第1
p型クラッド層からのp型ドーパントの熱拡散により混
晶化されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
3. An active layer comprising at least an n-type cladding layer and a (strained) quantum well is sequentially laminated on an n-type substrate, and p-layers having a large diffusion coefficient are formed on the active layer at intervals of stripes. A first p-type clad layer containing a type dopant is stacked, the stripe-shaped space is filled with a second p-type clad layer, and the active layer in a region immediately below the first p-type clad layer is the first p-type clad layer.
A semiconductor laser device which is mixed-crystallized by thermal diffusion of a p-type dopant from a p-type cladding layer.
【請求項4】 n型基板上に、少なくともn型クラッド
層、(歪)量子井戸からなる活性層を順次積層し、次い
で、ストライプ状の間隔をおいて、拡散係数の大きいp
型ドーパントを含む第1p型クラッド層を積層して、ス
トライプ状の溝部を形成し、次いで、加熱処理により、
第1p型クラッド層のp型ドーパントを熱拡散して、第
1p型クラッド層直下の領域の活性層を混晶化し、次い
で、溝部を第2p型クラッド層で埋め込むことを特徴と
する請求項3記載の半導体レーザ素子の製造方法。
4. An active layer comprising at least an n-type cladding layer and a (strained) quantum well is sequentially laminated on an n-type substrate, and then a p-layer having a large diffusion coefficient is formed at intervals of a stripe.
A first p-type clad layer containing a type dopant is laminated to form a stripe-shaped groove, and then, by heat treatment,
4. The method according to claim 3, wherein the p-type dopant in the first p-type cladding layer is thermally diffused to mix the active layer in a region immediately below the first p-type cladding layer, and then the trench is filled with the second p-type cladding layer. A manufacturing method of the semiconductor laser device according to the above.
【請求項5】(歪)量子井戸からなる活性層は、井戸層
/バリア層の材質がGaInAs/AlGaInAs 、AlGaInAs/AlGaI
nAs 、AlGaInAs/AlInAs 、またはGaInAs/AlInAs である
ことを特徴とする請求項1または3記載の半導体レーザ
素子。
5. An active layer comprising a (strained) quantum well, wherein the material of the well layer / barrier layer is GaInAs / AlGaInAs or AlGaInAs / AlGaI.
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said semiconductor laser device is made of nAs, AlGaInAs / AlInAs, or GaInAs / AlInAs.
【請求項6】 第1p型クラッド層のp型ドーパントは
Be, Mg, C, Cd, Geのいずれか一種類またはそれらの組
み合わせたものであり、第2p型クラッド層のp型ドー
パントはZnであることを特徴とする請求項1記載の半導
体レーザ素子。
6. The p-type dopant of the first p-type cladding layer is
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein one of Be, Mg, C, Cd, and Ge or a combination thereof is used, and the p-type dopant of the second p-type cladding layer is Zn.
【請求項7】 第1p型クラッド層のp型ドーパントは
Znであることを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ
素子。
7. The p-type dopant of the first p-type cladding layer is
4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the semiconductor laser device is Zn.
【請求項8】 第1p型クラッド層までの成長をMBE
法またはガスソースMBE法により行うことを特徴とす
る請求項1または3記載の半導体レーザ素子の製造方
法。
8. The growth to the first p-type cladding layer is performed by MBE.
4. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the method is performed by a method or a gas source MBE method.
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