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JP2008282991A - Semiconductor laser - Google Patents

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JP2008282991A
JP2008282991A JP2007125843A JP2007125843A JP2008282991A JP 2008282991 A JP2008282991 A JP 2008282991A JP 2007125843 A JP2007125843 A JP 2007125843A JP 2007125843 A JP2007125843 A JP 2007125843A JP 2008282991 A JP2008282991 A JP 2008282991A
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etching stop
stop layer
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cladding layer
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Application number
JP2007125843A
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Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Imanishi
大介 今西
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser whose characteristic can be improved by suppressing reduction in efficiency of optical absorption in an etching stop layer and optical confinement to an active layer. <P>SOLUTION: An etching stop layer 30 of an AlGaInP-based semiconductor laser is composed of an AlInAs mixed crystal. By adjusting a composition ratio, a band gap of the etching stop layer 30 can be made larger than that of an active layer 23, and optical absorption in the etching stop layer 30 is suppressed. An optical field present in a laser structure can be set to be symmetric to the active layer 23 by setting the refractive index of the etching stop layer 30 to be smaller than or equal to those of a p-type first clad layer 25A and a p-type second clad layer 25B. Therefore, a reduction in the efficiency of optical confinement to the active layer 23 is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、600nm帯の発振波長を有する赤色半導体レーザに好適な半導体レーザに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser suitable for a red semiconductor laser having an oscillation wavelength in the 600 nm band.

半導体レーザでは現在、クラッド層の一部を突条部としたいわゆるリッジドストライプ構造のものが主流を占めている。これは、リッジドストライプ構造が電流注入の向上、レーザの横モード制御、放射角特性の制御などのさまざまなメリットがあるからである。   At present, a semiconductor laser having a so-called ridged stripe structure in which a part of a clad layer has a protrusion is dominant. This is because the ridged stripe structure has various advantages such as improved current injection, laser transverse mode control, and emission angle characteristic control.

リッジドストライプ構造の作製では、エッチング工程の際に所望の厚さでクラッド層のエッチングを停止するため、クラッド層内にエッチングストップ層を設けておく必要がある。従来、赤色半導体レーザでは、エッチングストップ層の材料としてGaInPが用いられている(例えば、特許文献1参照。)
特開2006−49420号公報 S.チワリ(S.Tiwari)、外1名,III−V族化合物系におけるバンド不連続性および障壁高さの実験データ一覧(Empirical fit to band discontinuities and barrier heights in III-V alloy systems),「アプライド・フィジクス・レターズ(Applied Physics Letters )」,(米国),American Institute of Physics ,1992年2月3日,第60巻,第5号,p.630−632,FIG.1
In the production of the ridged stripe structure, it is necessary to provide an etching stop layer in the cladding layer in order to stop the etching of the cladding layer at a desired thickness during the etching process. Conventionally, in a red semiconductor laser, GaInP is used as a material for an etching stop layer (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-49420 A S. S. Tiwari, 1 other, Empirical fit to band discontinuities and barrier heights in III-V alloy systems, “Applied Physics Letters "(USA), American Institute of Physics, February 3, 1992, Vol. 60, No. 5, p. 630-632, FIG. 1

しかしながら、GaInPは活性層から放出される光に対しては透明でない場合があり、エッチングストップ層で光吸収が起こり、レーザの性能が低下してしまう場合があるという問題があった。すなわち、図6に示したように、活性層123で発生した光hνは、レーザ構造の縦方向に広がり、その一部がエッチングストップ層130にかかる。エッチングストップ層130でこの光が吸収されてしまうと、レーザ光がエッチングストップ層130で消費され、無効なエネルギーとなり、レーザ効率の低下につながってしまっていた。   However, GaInP may not be transparent to the light emitted from the active layer, and there is a problem that light absorption occurs in the etching stop layer and the laser performance may be deteriorated. That is, as shown in FIG. 6, the light hν generated in the active layer 123 spreads in the vertical direction of the laser structure, and a part thereof is applied to the etching stop layer 130. If this light is absorbed by the etching stop layer 130, the laser light is consumed by the etching stop layer 130, and becomes invalid energy, leading to a decrease in laser efficiency.

また、GaInPエッチングストップ層の屈折率がクラッド層に用いられるAlGaInPに比べて高いことにより、活性層近傍の光場が活性層に対して非対称になり、活性層への光閉じ込め効率(Γファクター)が低くなり、レーザの性能が低下してしまうという問題もあった。すなわち、レーザ構造に存在する光場は、レーザの縦構造に依存するので、レーザ構造が活性層を中心としてn側およびp側とも対称であれば、光場はガウシアン分布を持ち、活性層に対して対称になるが、レーザ構造中に非対称となる層がある場合は光場も非対称となる。エッチングストップ層130がない場合は、図7の実線に示したように光場は対称になるが、エッチングストップ層130がある場合は、図7の点線に示したように光場は非対称となる。図7からは、エッチングストップ層130がある場合は、ない場合に比べて、活性層123での光強度が低下することが分かる。このことは、レーザ特性を決定する光閉じ込め効率が小さくなることを表し、レーザ特性の悪化を引き起こすおそれがある。   In addition, since the refractive index of the GaInP etching stop layer is higher than that of AlGaInP used for the cladding layer, the light field near the active layer becomes asymmetric with respect to the active layer, and the light confinement efficiency (Γ factor) in the active layer There is also a problem that the performance of the laser is lowered. That is, since the light field existing in the laser structure depends on the vertical structure of the laser, if the laser structure is symmetrical on both the n side and the p side with respect to the active layer, the light field has a Gaussian distribution and In contrast, if there is an asymmetric layer in the laser structure, the light field is also asymmetric. When there is no etching stop layer 130, the light field is symmetric as shown by the solid line in FIG. 7, but when there is the etching stop layer 130, the light field is asymmetric as shown by the dotted line in FIG. . FIG. 7 shows that the light intensity in the active layer 123 decreases when the etching stop layer 130 is present compared to when the etching stop layer 130 is absent. This means that the optical confinement efficiency that determines the laser characteristics is reduced, which may cause deterioration of the laser characteristics.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、エッチングストップ層での光吸収および活性層への光閉じ込め効率の低下を抑え、特性を向上させることができる半導体レーザを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of improving the characteristics by suppressing the light absorption in the etching stop layer and the light confinement efficiency in the active layer. There is.

本発明による半導体レーザは、GaAsよりなる基板に、3B族元素のうちアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)の少なくとも一つと5B族元素のうちリン(P)とを含むAlGaInP系化合物半導体よりなる第1導電型クラッド層,活性層,第2導電型第1クラッド層,エッチングストップ層および第2導電型第2クラッド層を順に有するものであって、第2導電型第2クラッド層は活性層の電流注入領域を規定するための突条部とされており、エッチングストップ層は、アルミニウム(Al)と、インジウム(In)と、ヒ素(As)とを含むものである。   The semiconductor laser according to the present invention includes an AlGaInP-based substrate including at least one of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) among group 3B elements and phosphorus (P) among group 5B elements on a substrate made of GaAs. A first conductivity type cladding layer made of a compound semiconductor, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, an etching stop layer, and a second conductivity type second cladding layer, which are in this order, and comprising a second conductivity type second cladding The layer is a protrusion for defining the current injection region of the active layer, and the etching stop layer contains aluminum (Al), indium (In), and arsenic (As).

この半導体レーザでは、エッチングストップ層がアルミニウム(Al)と、インジウム(In)と、ヒ素(As)とを含んで構成されているので、組成比の調整によりエッチングストップ層のバンドギャップを活性層よりも広くすることが可能となり、エッチングストップ層での光吸収が抑えられる。また、エッチングストップ層の屈折率をクラッド層よりも小または等しくすることによりレーザ構造中に存在する光場を活性層に対して対称とすることが可能となる。よって、活性層への光閉じ込め効率の低下が抑えられる。   In this semiconductor laser, the etching stop layer is configured to contain aluminum (Al), indium (In), and arsenic (As), so that the band gap of the etching stop layer is made higher than that of the active layer by adjusting the composition ratio. The light absorption in the etching stop layer can be suppressed. Further, by making the refractive index of the etching stop layer smaller or equal to that of the cladding layer, the light field existing in the laser structure can be made symmetric with respect to the active layer. Therefore, a decrease in light confinement efficiency in the active layer can be suppressed.

本発明の半導体レーザによれば、エッチングストップ層がアルミニウム(Al)と、インジウム(In)と、ヒ素(As)とを含むようにしたので、エッチングストップ層での光吸収および活性層への光閉じ込め効率の低下を抑え、特性を向上させることができる。   According to the semiconductor laser of the present invention, since the etching stop layer includes aluminum (Al), indium (In), and arsenic (As), light absorption in the etching stop layer and light to the active layer are performed. The decrease in confinement efficiency can be suppressed and the characteristics can be improved.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表したものである。この半導体レーザは、例えば、固体レーザ用励起光源,プロジェクタの光源あるいはフォトダイナミックセラピー等の医療用に用いられるものであり、例えば630nm以上690nm以下の波長域に発振波長を有する赤色レーザである。   FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. This semiconductor laser is used for medical purposes such as a solid-state laser excitation light source, a projector light source, or photodynamic therapy, and is a red laser having an oscillation wavelength in a wavelength range of 630 nm to 690 nm, for example.

半導体レーザは、例えば、ケイ素(Si)あるいはセレン(Se)などのn型不純物を添加したn型ガリウムヒ素(GaAs)よりなる基板11上に、AlGaInP系化合物半導体よりなる半導体層20を有している。なお、ここでいうAlGaInP系化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうちアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)の少なくとも一つと5B族元素のうちリン(P)とを含む四元系半導体のことであり、例えばAlGaInP混晶,GaInP混晶またはAlInP混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてケイ素(Si)またはセレン(Se)などのn型不純物、または、マグネシウム(Mg),亜鉛(Zn)または炭素(C)などのp型不純物を含有している。   The semiconductor laser has a semiconductor layer 20 made of an AlGaInP compound semiconductor on a substrate 11 made of n-type gallium arsenide (GaAs) to which an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se) is added. Yes. Note that the AlGaInP-based compound semiconductor here refers to at least one of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) among the group 3B elements in the short-period periodic table and phosphorus (P) among the group 5B elements. For example, an AlGaInP mixed crystal, a GaInP mixed crystal, an AlInP mixed crystal, or the like can be given. These contain an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se), or a p-type impurity such as magnesium (Mg), zinc (Zn), or carbon (C) as necessary.

半導体層20は、例えば、n型クラッド層21,第1ガイド層22,活性層23,第2ガイド層24,p型第1クラッド層25A,p型第2クラッド層25Bおよびp側コンタクト層26が基板11側からこの順に積層された構成を有している。p型第1クラッド層25Aとp型第2クラッド層25Bとの間にはエッチングストップ層30が設けられており、このエッチングストップ層30よりも上の層、すなわちp型第2クラッド層25Bおよびp側コンタクト層26は、細い帯状の突条部(リッジ)27とされている。突条部27は、活性層23の電流注入領域23Aを規定するためのものであり、活性層23の突条部27に対応する部分が電流注入領域23Aとなっている。   The semiconductor layer 20 includes, for example, an n-type cladding layer 21, a first guide layer 22, an active layer 23, a second guide layer 24, a p-type first cladding layer 25A, a p-type second cladding layer 25B, and a p-side contact layer 26. Are stacked in this order from the substrate 11 side. An etching stop layer 30 is provided between the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding layer 25B. A layer above the etching stop layer 30, that is, the p-type second cladding layer 25B and The p-side contact layer 26 is formed as a thin strip-shaped protrusion (ridge) 27. The protrusion 27 is for defining the current injection region 23A of the active layer 23, and the portion corresponding to the protrusion 27 of the active layer 23 is the current injection region 23A.

n型クラッド層21は、例えば、厚さが2.0μmであり、ケイ素あるいはセレンなどのn型不純物を添加したn型AlInP混晶またはAlInGaP混晶により構成されている。第1ガイド層22は、例えば、厚さが120nmであり、AlGaInP混晶により構成されている。第1ガイド層22は、不純物を含まなくてもよいし、または、ケイ素あるいはセレンなどのn型不純物が添加されていてもよい。   The n-type cladding layer 21 has a thickness of 2.0 μm, for example, and is made of an n-type AlInP mixed crystal or AlInGaP mixed crystal to which an n-type impurity such as silicon or selenium is added. For example, the first guide layer 22 has a thickness of 120 nm and is made of AlGaInP mixed crystal. The first guide layer 22 may not contain impurities, or may contain an n-type impurity such as silicon or selenium.

活性層23は、例えば、厚さが12nmであり、GaInP混晶により構成されている。   The active layer 23 has a thickness of 12 nm, for example, and is composed of a GaInP mixed crystal.

第2ガイド層24は、例えば、厚さが120nmであり、AlGaInP混晶により構成されている。第2ガイド層24は、不純物を含まなくてもよいし、または、亜鉛(Zn)あるいはマグネシウム(Mg)などのp型不純物が添加されていてもよい。p型第1クラッド層25Aは、例えば、厚さが0.4μmであり、亜鉛またはマグネシウムなどのp型不純物を添加したp型AlInGaP混晶により構成されている。p型第2クラッド層25Bは、例えば、厚さが1.6μmであり、亜鉛またはマグネシウムなどのp型不純物を添加したp型AlInGaP混晶により構成されている。p側コンタクト層26は、例えば、厚さが0.3μmであり、亜鉛またはマグネシウムなどのp型不純物を添加したp型GaAsにより構成されている。   The second guide layer 24 has, for example, a thickness of 120 nm and is composed of AlGaInP mixed crystal. The second guide layer 24 may not contain impurities, or may be added with a p-type impurity such as zinc (Zn) or magnesium (Mg). The p-type first cladding layer 25A has, for example, a thickness of 0.4 μm and is composed of a p-type AlInGaP mixed crystal to which a p-type impurity such as zinc or magnesium is added. The p-type second cladding layer 25B has, for example, a thickness of 1.6 μm and is composed of a p-type AlInGaP mixed crystal to which a p-type impurity such as zinc or magnesium is added. The p-side contact layer 26 has, for example, a thickness of 0.3 μm and is made of p-type GaAs to which a p-type impurity such as zinc or magnesium is added.

p側コンタクト層26の表面には、例えば二酸化ケイ素(SiO2 )または窒化ケイ素(SiN)よりなる絶縁層28が形成されている。絶縁層28には、突条部27の上面に開口が設けられ、その開口にp側電極41が形成されている。p側電極41は、例えばチタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)が順次積層された構造を有しており、絶縁層28の開口を介してp側コンタクト層26と電気的に接続されている。基板11の裏側には、n側電極42が形成されている。n側電極42は、例えばAuGe:Niおよび金(Au)を順次積層して熱処理により合金化した構造を有しており、基板11と電気的に接続されている。 An insulating layer 28 made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) is formed on the surface of the p-side contact layer 26. In the insulating layer 28, an opening is provided on the upper surface of the protrusion 27, and a p-side electrode 41 is formed in the opening. The p-side electrode 41 has a structure in which, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially stacked, and is electrically connected to the p-side contact layer 26 through the opening of the insulating layer 28. It is connected. An n-side electrode 42 is formed on the back side of the substrate 11. The n-side electrode 42 has a structure in which, for example, AuGe: Ni and gold (Au) are sequentially stacked and alloyed by heat treatment, and is electrically connected to the substrate 11.

更に、この半導体レーザでは、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜(図示せず)がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層23において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。   Further, in this semiconductor laser, a pair of side surfaces facing each other in the direction of the resonator is a resonator end surface, and a pair of reflector films (not shown) are formed on the pair of resonator end surfaces. The reflectance is adjusted so that one of the pair of reflecting mirror films has a low reflectance and the other has a high reflectance. Thereby, the light generated in the active layer 23 is amplified by reciprocating between the pair of reflecting mirror films, and is emitted as a laser beam from the reflecting mirror film on the low reflectance side.

エッチングストップ層30は、後述する製造工程においてp型第1クラッド層25Aの厚さのばらつきを抑制するためのものである。このエッチングストップ層30は、アルミニウム(Al)と、インジウム(In)と、ヒ素(As)とを含む、すなわちAlInAs混晶により構成されている。これにより、この半導体レーザでは、エッチングストップ層30での光吸収および活性層23への光閉じ込め効率の低下を抑え、特性を向上させることができるようになっている。   The etching stop layer 30 is for suppressing variation in the thickness of the p-type first cladding layer 25A in the manufacturing process described later. The etching stop layer 30 includes aluminum (Al), indium (In), and arsenic (As), that is, is composed of an AlInAs mixed crystal. Thereby, in this semiconductor laser, the light absorption in the etching stop layer 30 and the light confinement efficiency in the active layer 23 are suppressed, and the characteristics can be improved.

まず、エッチングストップ層30での光吸収について図2を参照して説明する。なお、図2は、非特許文献1のFIG.1に基づいて作成したものである。非特許文献1のFIG.1は、二元および三元系のIII−V族化合物半導体について、歪みのない状態での不連続性、障壁高さおよびバンドギャップを含む実験データを集約した図である。   First, light absorption in the etching stop layer 30 will be described with reference to FIG. 2 is shown in FIG. 1 was created. FIG. FIG. 1 is a graph summarizing experimental data including discontinuities, barrier heights, and band gaps in a strain-free state for binary and ternary III-V group compound semiconductors.

図2から分かるように、AlInAs混晶のバンドギャップは最大で2.1eV程度である。一方、従来のGaInPエッチングストップ層では、GaInP混晶のバンドギャップは2.0eV程度である。すなわち、AlInAs混晶は、従来のGaInPエッチングストップ層と遜色のない広いバンドギャップを有しており、エッチングストップ層30での光吸収を抑制することができる。   As can be seen from FIG. 2, the band gap of the AlInAs mixed crystal is about 2.1 eV at the maximum. On the other hand, in the conventional GaInP etching stop layer, the band gap of the GaInP mixed crystal is about 2.0 eV. That is, the AlInAs mixed crystal has a wide band gap comparable to that of the conventional GaInP etching stop layer, and light absorption in the etching stop layer 30 can be suppressed.

また、AlInAs混晶は、基板11を構成するGaAsに対して格子定数が大きいので、レーザ構造に適用するとその層に圧縮歪を導入することになる。そのとき、半導体のバンドギャップは広がる。この効果により、AlInAs混晶よりなるエッチングストップ層30を、更に光を吸収しにくいものとすることができる。   Moreover, since the AlInAs mixed crystal has a larger lattice constant than GaAs constituting the substrate 11, when it is applied to a laser structure, compressive strain is introduced into the layer. At that time, the band gap of the semiconductor widens. By this effect, the etching stop layer 30 made of AlInAs mixed crystal can be made more difficult to absorb light.

更に、AlInAs混晶は、組成により間接遷移にも直接遷移にもなる材料である。よって、AlInAs混晶の組成を調整することにより間接遷移半導体とし、この間接遷移のAlInAs混晶でエッチングストップ層30を構成することにより、光吸収を低減し、特性を向上させることが可能である。   Furthermore, AlInAs mixed crystal is a material that can be either indirect transition or direct transition depending on the composition. Therefore, by adjusting the composition of the AlInAs mixed crystal, an indirect transition semiconductor is formed, and by forming the etching stop layer 30 with this indirect transition AlInAs mixed crystal, it is possible to reduce light absorption and improve characteristics. .

なお、図2から分かるように、GaPSb混晶も、従来のGaInPエッチングストップ層と同等の広いバンドギャップを有しており、エッチングストップ層30に適用可能であると考えられる。   As can be seen from FIG. 2, the GaPSb mixed crystal has a wide band gap equivalent to that of the conventional GaInP etching stop layer, and is considered to be applicable to the etching stop layer 30.

次に、活性層23での光閉じ込め効率について説明する。エッチングストップ層30に含まれるアルミニウム組成比は、n型クラッド層21,p型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bの屈折率よりも小または等しくなるように、調整されていることが好ましい。更に、エッチングストップ層30に含まれるアルミニウム組成比は、n型クラッド層21,p型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bの屈折率に等しくなるように、調整されていればより好ましい。n型クラッド層21,第1ガイド層22,活性層23,第2ガイド層24,p型第1クラッド層25A,エッチングストップ層30およびp型第2クラッド層25Bの屈折率分布を、活性層23を中心として対称とすることができ、その結果、レーザ構造中に存在する光場を活性層23を中心に対称にすることができ、光閉じ込め効率の低下を抑えることができるからである。ここに「等しくなる」とは、屈折率が正確に等しい場合だけでなく、同等である場合も含む。例えば、エッチングストップ層30の屈折率がn型クラッド層21,p型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bの屈折率よりも極端に大きく、むしろ活性層23に近くなってしまうような場合は、光場が非対称になってしまうので除く。しかし、エッチングストップ層30の屈折率がn型クラッド層21,p型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bよりもやや大きく、光場の対称性が維持される程度の場合は許容される。同様に、「対称」とは、正確に対称である場合だけでなく、ほぼ対称である場合も含む。   Next, the light confinement efficiency in the active layer 23 will be described. The aluminum composition ratio included in the etching stop layer 30 is adjusted to be smaller or equal to the refractive index of the n-type cladding layer 21, the p-type first cladding layer 25A, and the p-type second cladding layer 25B. Is preferred. Furthermore, if the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer 30 is adjusted so as to be equal to the refractive indexes of the n-type cladding layer 21, the p-type first cladding layer 25A, and the p-type second cladding layer 25B, preferable. The refractive index distributions of the n-type cladding layer 21, the first guide layer 22, the active layer 23, the second guide layer 24, the p-type first cladding layer 25A, the etching stop layer 30 and the p-type second cladding layer 25B are represented by the active layer. This is because the optical field existing in the laser structure can be symmetric with respect to the active layer 23, and a decrease in light confinement efficiency can be suppressed. Here, “being equal” includes not only the case where the refractive indexes are exactly equal, but also the case where they are equal. For example, the refractive index of the etching stop layer 30 is extremely larger than the refractive indexes of the n-type cladding layer 21, the p-type first cladding layer 25A, and the p-type second cladding layer 25B, but rather close to the active layer 23. In this case, the light field becomes asymmetrical and is excluded. However, it is acceptable if the refractive index of the etching stop layer 30 is slightly larger than that of the n-type cladding layer 21, the p-type first cladding layer 25A, and the p-type second cladding layer 25B and the symmetry of the optical field is maintained. Is done. Similarly, “symmetric” includes not only the case of being exactly symmetric but also the case of being almost symmetric.

この点に関しても、上述したAlInAs混晶は、エッチングストップ層30の構成材料として好ましい。AlInAs混晶混晶は、組成により、上述したn型クラッド層21およびp側クラッド層25の構成材料より小または等しい屈折率を得ることができるからである。   Also in this regard, the above-described AlInAs mixed crystal is preferable as a constituent material of the etching stop layer 30. This is because the AlInAs mixed crystal mixed crystal can obtain a refractive index smaller or equal to the constituent material of the n-type cladding layer 21 and the p-side cladding layer 25 described above depending on the composition.

具体的には、例えば波長が640nm付近であり、n型クラッド層21,p型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25BがAl0.5 In0.5 P混晶により構成されている場合、エッチングストップ層30の屈折率は3.35以下であり、エッチングストップ層30に含まれるアルミニウム組成比は0.7以上であることが好ましい。従来のGaInPエッチングストップ層と同等の効果を得ることができるからである。 Specifically, for example, when the wavelength is around 640 nm and the n-type cladding layer 21, the p-type first cladding layer 25A, and the p-type second cladding layer 25B are composed of Al 0.5 In 0.5 P mixed crystal, etching is performed. The refractive index of the stop layer 30 is 3.35 or less, and the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer 30 is preferably 0.7 or more. This is because an effect equivalent to that of a conventional GaInP etching stop layer can be obtained.

更に、エッチングストップ層30の屈折率は3.18以下であり、エッチングストップ層30に含まれるアルミニウム組成比は0.9以上であれば、より好ましい。従来のGaInPエッチングストップ層よりも優れた効果を得ることができるからである。図3は、この場合のバンド構造および屈折率分布を表したものである。この半導体レーザでは、エッチングストップ層30の屈折率はp型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bと同等となっており、レーザ構造中に存在する光場を、活性層23を中心に対称にすることができ、光閉じ込め効率を高めることができる。   Furthermore, the refractive index of the etching stop layer 30 is 3.18 or less, and the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer 30 is more preferably 0.9 or more. This is because an effect superior to that of the conventional GaInP etching stop layer can be obtained. FIG. 3 shows the band structure and refractive index distribution in this case. In this semiconductor laser, the refractive index of the etching stop layer 30 is the same as that of the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding layer 25B, and the optical field existing in the laser structure is centered on the active layer 23. The light confinement efficiency can be increased.

また、例えば波長がDVD(Digital Versatile Disk)に用いられる660nm付近であり、n型クラッド層21,p型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bが(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 P混晶により構成されている場合、エッチングストップ層30の屈折率は3.27以下であり、エッチングストップ層30に含まれるアルミニウム組成比は0.85以上であることが好ましい。従来のGaInPエッチングストップ層よりも優れた効果を得ることができるからである。図4は、この場合のバンド構造および屈折率分布を表したものである。この半導体レーザでも、エッチングストップ層30の屈折率はp型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bと同等となっており、レーザ構造中に存在する光場を活性層23を中心に対称にすることができ、光閉じ込め効率を高めることができる。 Further, for example, the wavelength is around 660 nm used for DVD (Digital Versatile Disk), and the n-type cladding layer 21, the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding layer 25B are (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5. When composed of P mixed crystals, the refractive index of the etching stop layer 30 is preferably 3.27 or less, and the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer 30 is preferably 0.85 or more. This is because an effect superior to that of the conventional GaInP etching stop layer can be obtained. FIG. 4 shows the band structure and refractive index distribution in this case. Also in this semiconductor laser, the refractive index of the etching stop layer 30 is equal to that of the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding layer 25B, and the light field existing in the laser structure is centered on the active layer 23. Symmetry can be achieved, and light confinement efficiency can be increased.

なお、この場合、従来のGaInPエッチングストップ層と同等の効果を得るには、エッチングストップ層30に含まれるアルミニウム組成比は0.65以上であればよい。   In this case, in order to obtain the same effect as the conventional GaInP etching stop layer, the aluminum composition ratio included in the etching stop layer 30 may be 0.65 or more.

図5は、エッチングストップ層30を構成するAlInAs混晶の臨界膜厚を表す図である。図5から分かるように、AlInAs混晶の臨界膜厚は、アルミニウム組成比が0.9の場合で最大40nm(400Å)であり、エッチングストップ層30として最適な厚さとすることができる。また、アルミニウム組成比が0.7の場合は最大13nm(130Å)となり、この場合もエッチングストップ層30として十分な厚さとすることができる。   FIG. 5 is a diagram showing the critical film thickness of the AlInAs mixed crystal constituting the etching stop layer 30. As can be seen from FIG. 5, the critical film thickness of the AlInAs mixed crystal is 40 nm (400 最大) at the maximum when the aluminum composition ratio is 0.9, and can be an optimum thickness as the etching stop layer 30. Further, when the aluminum composition ratio is 0.7, the maximum thickness is 13 nm (130 Å), and in this case as well, the thickness can be made sufficient as the etching stop layer 30.

この半導体レーザは、次のようにして製造することができる。   This semiconductor laser can be manufactured as follows.

まず、例えば、上述した厚さおよび材料よりなる基板11に、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により、それぞれ上述した厚さおよび材料よりなるn型クラッド層21,第1ガイド層22,活性層23,第2ガイド層24,p型第1クラッド層25Aを順に積層する。次いで、V族原料を切り替えて、上述した厚さおよび材料よりなるエッチングストップ層30を成膜する。続いて、再びV族原料を切り替えて、上述した厚さおよび材料よりなるp型第2クラッド層25Bおよびp側コンタクト層26を順に積層する。   First, for example, an n-type cladding layer 21 made of the above-described thickness and material is formed on the substrate 11 made of the above-described thickness and material, for example, by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). A first guide layer 22, an active layer 23, a second guide layer 24, and a p-type first cladding layer 25A are stacked in this order. Next, the group V raw material is switched to form the etching stop layer 30 made of the above-described thickness and material. Subsequently, the Group V raw material is switched again, and the p-type second cladding layer 25B and the p-side contact layer 26 made of the above-described thickness and material are sequentially stacked.

そののち、エッチングストップ層30を用いたエッチングを行い、p側コンタクト層26およびp型第2クラッド層25Bの一部を選択的に除去し、細い帯状の突条部27とする。その際、エッチングストップ層30を構成するAlInAs混晶と、p型第2クラッド層を構成するAlGaInP混晶とは、従来のDVD用赤色半導体レーザ製造において突条部のエッチングに用いられる硫酸系エッチング液でエッチング選択性を持ち、従来の製造工程を適用可能であるという利点も有している。   After that, etching using the etching stop layer 30 is performed to selectively remove a part of the p-side contact layer 26 and the p-type second cladding layer 25B, thereby forming a thin strip-shaped protrusion 27. At that time, the AlInAs mixed crystal forming the etching stop layer 30 and the AlGaInP mixed crystal forming the p-type second cladding layer are sulfuric acid-based etching used for etching the protrusions in the conventional red semiconductor laser production for DVD. It has an advantage that it has etching selectivity with a liquid and can apply a conventional manufacturing process.

突状部27を形成したのち、その両側に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法により、上述した材料よりなる絶縁層28を形成する。   After the protrusion 27 is formed, the insulating layer 28 made of the above-described material is formed on both sides thereof by, eg, CVD (Chemical Vapor Deposition).

絶縁層28を形成したのち、例えば、基板11の裏側を研削して基板11の厚さを110μm程度とし、基板11の裏側にn側電極42を形成する。また、絶縁層28に、例えばエッチングにより、p側コンタクト層26に対応して開口を設け、p側コンタクト層26および絶縁層28の上に、p側電極41を形成する。n側電極42およびp側電極41を形成したのち、基板11を所定の大きさに整え、p側コンタクト層26の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図1に示した半導体レーザが形成される。   After forming the insulating layer 28, for example, the back side of the substrate 11 is ground to a thickness of the substrate 11 of about 110 μm, and the n-side electrode 42 is formed on the back side of the substrate 11. Further, an opening is provided in the insulating layer 28 corresponding to the p-side contact layer 26 by, for example, etching, and a p-side electrode 41 is formed on the p-side contact layer 26 and the insulating layer 28. After the n-side electrode 42 and the p-side electrode 41 are formed, the substrate 11 is adjusted to a predetermined size, and a reflecting mirror film (not shown) is formed on a pair of resonator end faces facing in the length direction of the p-side contact layer 26. . Thereby, the semiconductor laser shown in FIG. 1 is formed.

この半導体レーザでは、n側電極42とp側電極41との間に所定の電圧が印加され ると、突状部27により電流狭窄され、活性層23に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、エッチングストップ層30がAlInAs混晶により構成されているので、組成比の調整によりエッチングストップ層30のバンドギャップを活性層よりも広くすることが可能となり、エッチングストップ層30での光吸収が抑えられる。また、エッチングストップ層30の屈折率をp型第1クラッド層25Aおよびp型第2クラッド層25Bよりも小または同等とし、レーザ構造中に存在する光場を活性層23に対して対称とすることが可能となる。よって、活性層23への光閉じ込め効率の低下が抑えられる。   In this semiconductor laser, when a predetermined voltage is applied between the n-side electrode 42 and the p-side electrode 41, the current is confined by the projecting portion 27, and a current is injected into the active layer 23, so that electron-hole Luminescence occurs due to recombination. This light is reflected by a pair of reflecting mirror films (not shown), reciprocates between them to generate laser oscillation, and is emitted to the outside as a laser beam. Here, since the etching stop layer 30 is composed of an AlInAs mixed crystal, the band gap of the etching stop layer 30 can be made wider than that of the active layer by adjusting the composition ratio, and light absorption in the etching stop layer 30 is possible. Is suppressed. Further, the refractive index of the etching stop layer 30 is set to be smaller or equivalent to that of the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding layer 25B, and the light field existing in the laser structure is symmetric with respect to the active layer 23. It becomes possible. Accordingly, a decrease in light confinement efficiency in the active layer 23 can be suppressed.

更に、エッチングストップ層30での光吸収が抑えられることにより、レーザ構造中の発熱部位を減らすことができ、信頼性を向上させることができる。   Furthermore, since the light absorption in the etching stop layer 30 is suppressed, the heat generation site in the laser structure can be reduced, and the reliability can be improved.

このように本実施の形態では、エッチングストップ層30をAlInAs混晶により構成するようにしたので、エッチングストップ層30での光吸収および活性層23への光閉じ込め効率の低下を抑え、特性を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, the etching stop layer 30 is made of AlInAs mixed crystal, so that the light absorption in the etching stop layer 30 and the light confinement efficiency in the active layer 23 are suppressed, and the characteristics are improved. Can be made.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、エッチングストップ層30がAlInAs混晶により構成されている場合について説明したが、エッチングストップ層30は、AlInAs混晶のほか、AlInAsP混晶により構成されていてもよい。リン(P)を含むことはバンドギャップの拡大を意味するので、AlInAsP混晶よりなるエッチングストップ層30は、屈折率およびバンドギャップのコントロール可能な範囲を広げることができる。なお、エッチングストップ層30をAlInAs混晶により構成した場合も、リン(P)は、製造工程におけるV族原料の切り替えに伴って含まれる可能性があり、その結果、エッチングストップ層30には部分的にAlInAsP混晶が形成される可能性がある。すなわち、エッチングストップ層30は、アルミニウム(Al)と、インジウム(In)と、ヒ素(As)およびリン(P)のうち少なくともヒ素(As)とを含んでいればよい。   While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, although the case where the etching stop layer 30 is composed of an AlInAs mixed crystal has been described in the above embodiment, the etching stop layer 30 may be composed of an AlInAsP mixed crystal in addition to the AlInAs mixed crystal. Since inclusion of phosphorus (P) means expansion of the band gap, the etching stop layer 30 made of AlInAsP mixed crystal can widen the controllable range of the refractive index and the band gap. Even when the etching stop layer 30 is made of an AlInAs mixed crystal, phosphorus (P) may be included along with the switching of the group V raw material in the manufacturing process. In particular, an AlInAsP mixed crystal may be formed. That is, the etching stop layer 30 only needs to contain aluminum (Al), indium (In), and at least arsenic (As) among arsenic (As) and phosphorus (P).

また、例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態では、GaAsよりなる基板11上にMOCVD法によりAlGaInP系化合物半導体よりなる半導体層20を形成する場合について説明したが、半導体層20は、MBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシ)法などにより形成してもよい。   Further, for example, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, the film formation method and the film formation conditions are not limited, and other materials and thicknesses may be used, or other film formation methods and Film forming conditions may be used. For example, in the embodiment described above, the case where the semiconductor layer 20 made of an AlGaInP-based compound semiconductor is formed on the substrate 11 made of GaAs by the MOCVD method has been described. ) Method or the like.

更に、例えば、上記実施の形態ではp型第1クラッド層25Aとp型第2クラッド層25Bとの組成が同じである場合について説明したが、p型第1クラッド層25Aとp型第2クラッド層25Bとは、必ずしも同一組成である必要はなく、異なる組成を有していてもよい。   Furthermore, for example, in the above-described embodiment, the case where the composition of the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding layer 25B is the same has been described, but the p-type first cladding layer 25A and the p-type second cladding are The layer 25B does not necessarily have the same composition, and may have a different composition.

加えて、上記実施の形態では、半導体レーザを例として説明したが、本発明は半導体レーザ以外にも、スーパールミネッセントダイオードなどの他の半導体発光素子にも適用可能である。   In addition, although the semiconductor laser has been described as an example in the above embodiment, the present invention can be applied to other semiconductor light emitting elements such as a superluminescent diode in addition to the semiconductor laser.

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the structure of the semiconductor laser which concerns on one embodiment of this invention. エッチングストップ層での光吸収について説明するための図であり、二元および三元系のIII−V族化合物半導体について、歪みのない状態での不連続性、障壁高さおよびバンドギャップを含む実験データを集約した図である。It is a figure for demonstrating the light absorption in an etching stop layer, and is an experiment including the discontinuity in an undistorted state, a barrier height, and a band gap about a binary and ternary III-V group compound semiconductor. It is the figure which aggregated data. 図1に示した半導体レーザのバンド構造および屈折率分布の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the band structure and refractive index distribution of the semiconductor laser shown in FIG. 図1に示した半導体レーザのバンド構造および屈折率分布の他の例を表す図である。It is a figure showing the other example of the band structure and refractive index distribution of the semiconductor laser shown in FIG. AlInAs混晶の臨界膜厚を表す図である。It is a figure showing the critical film thickness of an AlInAs mixed crystal. 従来のエッチングストップ層の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the conventional etching stop layer. 従来のエッチングストップ層の他の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other problem of the conventional etching stop layer.

符号の説明Explanation of symbols

10…半導体レーザ、11…基板、20…半導体層、21…n型クラッド層、22…第1ガイド層、23…活性層、24…第2ガイド層、25A…p型第1クラッド層、25B…p型第2クラッド層、26…p側コンタクト層、27…突条部、28…絶縁膜、30…エッチングストップ層、41…p側電極、42…n側電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor laser, 11 ... Substrate, 20 ... Semiconductor layer, 21 ... N-type cladding layer, 22 ... First guide layer, 23 ... Active layer, 24 ... Second guide layer, 25A ... First p-type cladding layer, 25B ... p-type second cladding layer, 26 ... p-side contact layer, 27 ... protrusion, 28 ... insulating film, 30 ... etching stop layer, 41 ... p-side electrode, 42 ... n-side electrode

Claims (7)

GaAsよりなる基板に、3B族元素のうちアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)の少なくとも一つと5B族元素のうちリン(P)とを含むAlGaInP系化合物半導体よりなる第1導電型クラッド層,活性層,第2導電型第1クラッド層,エッチングストップ層および第2導電型第2クラッド層を順に有する半導体レーザであって、
前記第2導電型第2クラッド層は前記活性層の電流注入領域を規定するための突条部とされており、
前記エッチングストップ層は、アルミニウム(Al)と、インジウム(In)と、ヒ素(As)とを含む
ことを特徴とする半導体レーザ。
First conductivity made of an AlGaInP-based compound semiconductor containing at least one of aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In) among group 3B elements and phosphorus (P) among group 5B elements on a substrate made of GaAs. A semiconductor laser having a mold cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, an etching stop layer, and a second conductivity type second cladding layer in order,
The second conductivity type second cladding layer is a protrusion for defining a current injection region of the active layer;
The etching stop layer includes aluminum (Al), indium (In), and arsenic (As).
前記エッチングストップ層の屈折率が前記第1導電型クラッド層,前記第2導電型第1クラッド層および前記第2導電型第2クラッド層の屈折率よりも小または等しくなるように、前記エッチングストップ層に含まれるアルミニウム組成比が調整されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。
The etching stop layer is configured such that a refractive index of the etching stop layer is smaller than or equal to a refractive index of the first conductive type cladding layer, the second conductive type first cladding layer, and the second conductive type second cladding layer. The semiconductor laser according to claim 1, wherein an aluminum composition ratio contained in the layer is adjusted.
前記エッチングストップ層の屈折率が前記第1導電型クラッド層,前記第2導電型第1クラッド層および前記第2導電型第2クラッド層の屈折率に等しくなるように、前記エッチングストップ層に含まれるアルミニウム組成比が調整されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体レーザ。
Included in the etching stop layer such that the refractive index of the etching stop layer is equal to the refractive index of the first conductivity type cladding layer, the second conductivity type first cladding layer, and the second conductivity type second cladding layer. The semiconductor composition according to claim 1 or 2, wherein an aluminum composition ratio to be adjusted is adjusted.
前記エッチングストップ層の屈折率は3.35以下であり、前記エッチングストップ層に含まれるアルミニウム組成比は0.7以上である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体レーザ。
The refractive index of the etching stop layer is 3.35 or less, and the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer is 0.7 or more. The semiconductor laser described.
前記エッチングストップ層の屈折率は3.27以下であり、前記エッチングストップ層に含まれるアルミニウム組成比は0.85以上である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体レーザ。
The refractive index of the etching stop layer is 3.27 or less, and the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer is 0.85 or more. The semiconductor laser described.
前記エッチングストップ層の屈折率は3.18以下であり、前記エッチングストップ層に含まれるアルミニウム組成比は0.9以上である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体レーザ。
The refractive index of the etching stop layer is 3.18 or less, and the aluminum composition ratio contained in the etching stop layer is 0.9 or more. The semiconductor laser described.
630nm以上690nm以下の波長域に発振波長を有する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の半導体レーザ。
The semiconductor laser according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor laser has an oscillation wavelength in a wavelength range of 630 nm to 690 nm.
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