JP3067937B2 - Method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor light emitting deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は半導体発光素子の製造
方法に関する。より詳しくは、赤色から橙色のレーザ光
を発する短波長半導体レーザと、赤色から緑色の波長帯
の発光ダイオード(LED)とを作製する製造方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a short-wavelength semiconductor laser that emits red to orange laser light and a light-emitting diode (LED) in a red to green wavelength band.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、AlGaInPを材料とする630
〜680nmの赤色半導体レーザが、POS用の光源や、
高精細かつ高密度の光磁気ディスク用の光源として注目
され、盛んに研究開発されている。ディスク用として使
用する場合、特に基本モードの安定性や非点収差等の光
学特性が重要となることから、発振領域に光を閉じ込め
る屈折率ガイド型構造のものが望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, 630 using AlGaInP as a material has been developed.
-680 nm red semiconductor laser is used as a light source for POS,
It is attracting attention as a light source for high-definition and high-density magneto-optical disks, and is being actively researched and developed. When used for a disk, the stability of the fundamental mode and optical characteristics such as astigmatism are particularly important. Therefore, a refractive index guide type structure that confine light in the oscillation region is desired.
【0003】従来の680nm帯の屈折率ガイド型半導体
レーザ素子としては、図11に示す実効屈折率ガイド型
のもの、図12に示す実屈折率ガイド型のものが知られ
ている。図11に示す半導体レーザ素子は、(100)を
主面とするn−GaAs基板131上に、MOCVD法に
よりn−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pクラッド層(厚さ1.
5μm)133と、ノンドープGa0.5In0.5P活性層(厚
さ0.05μm)134と、p−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5
Pクラッド層(厚さ1.5μm)135と、p−Ga0.5In
0.5P中間層136とを成長している。次に、素子中央
にリッジ部分141を残して、上記中間層136の表面
からクラッド層135の途中までをエッチングで除去し
た後、n−GaAs電流狭窄層132をリッジ部分141
の両側に成長し、さらに全域にp−GaAsコンタクト層
(厚さ2μm)137を成長している。最後に、基板13
1の裏面,コンタクト層137の表面に、それぞれ電極
139,140を形成している。この半導体レーザで
は、電流狭窄層132が電流通路を制限して無効電流を
低減するとともに、発振の高次モードに対して実質的に
大きなモードロスを与える。したがって、高次の発振モ
ードが抑制され、発振領域134aで高い光出力まで安
定に基本モード発振が維持される。As a conventional 680 nm band refractive index guide type semiconductor laser device, there are known an effective refractive index guide type shown in FIG. 11 and a real refractive index guide type shown in FIG. The semiconductor laser device shown in FIG. 11 has an n- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P clad layer (having a thickness of 1.100) on an n-GaAs substrate 131 having (100) as a main surface by MOCVD.
5 μm) 133, a non-doped Ga 0.5 In 0.5 P active layer (thickness 0.05 μm) 134, and p- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5
P cladding layer (thickness: 1.5 μm) 135 and p-Ga 0.5 In
A 0.5P intermediate layer 136 is grown. Next, after the ridge portion 141 is removed from the surface of the intermediate layer 136 to the middle of the cladding layer 135 by etching, leaving the ridge portion 141 at the center of the element, the n-GaAs current confinement layer 132 is removed from the ridge portion 141.
Grown on both sides of the P-GaAs contact layer
(Thickness: 2 μm) 137 is grown. Finally, the substrate 13
The electrodes 139 and 140 are formed on the back surface of the substrate 1 and the surface of the contact layer 137, respectively. In this semiconductor laser, the current confinement layer 132 restricts the current path to reduce the reactive current, and gives a substantially large mode loss to the higher-order mode of oscillation. Therefore, the higher-order oscillation mode is suppressed, and the fundamental mode oscillation is stably maintained up to a high optical output in the oscillation region 134a.
【0004】また、図12に示す半導体レーザ素子は、
(100)面を有するp−GaAs基板101上にn−GaAs
電流狭窄層102を形成し、この電流狭窄層102の表
面から基板101に至る溝102bを形成している。次
に、MOCVD法により、p−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5
Pクラッド層(厚さ1.8μm)103と、ノンドープGa
0.5In0.5P活性層(厚さ0.05μm)104と、n−(Al
0.5Ga0.5)0.5In0.5Pクラッド層(厚さ1.5μm)10
5と、n−Ga0.5In0.5Pコンタクト層(厚さ1μm)10
6とを順に形成している(なお、各層の厚さは溝102
b内における値である。)。最後に、基板101の裏
面,コンタクト層106の表面に、それぞれ電極10
9,110を形成している。MOCVD法による成長で
は、成長層は一般に下地の形状を反映して成長すること
から、上記活性層104は、溝102bの縁、すなわち
電流狭窄層102の端部上で大きく屈曲した状態となっ
ている。この結果、実屈折率ガイド構造が形成されてい
る。これにより、基本モードのロスが減少して、発振し
きい値が低減し、微分効率が増大する。Further, the semiconductor laser device shown in FIG.
N-GaAs is formed on a p-GaAs substrate 101 having a (100) plane.
A current confinement layer 102 is formed, and a groove 102b extending from the surface of the current confinement layer 102 to the substrate 101 is formed. Next, p- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5
P cladding layer (thickness: 1.8 μm) 103 and non-doped Ga
0.5 In 0.5 P active layer (thickness: 0.05 μm) 104 and n- (Al
0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer (1.5 μm thickness) 10
5 and n-Ga 0.5 In 0.5 P contact layer (thickness 1 μm) 10
6 are formed in order (the thickness of each layer is
This is a value within b. ). Finally, the electrodes 10 are provided on the back surface of the substrate 101 and the surface of the contact layer 106, respectively.
9, 110 are formed. In the growth by the MOCVD method, the growth layer generally grows while reflecting the shape of the underlying layer. I have. As a result, a real refractive index guide structure is formed. As a result, the loss in the fundamental mode is reduced, the oscillation threshold is reduced, and the differential efficiency is increased.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
に示した半導体レーザ素子では、基本モードの安定性
が、リッジ141の両側に残されたクラッド層の厚さ
(残厚)dに大きく依存し、エッチングのバラツキによっ
て残厚dが0.3μmを大きく越えたとき、基本モードが
不安定になるという問題がある(なお、残厚dの最適値
は0.2μm前後に存在する。)。リッジ141の左右で
残厚dが異なった場合も同様である。また、電流狭窄層
132を成長する段階で、下地がAlを含むp−(Al0.5
Ga0.5)0.5In0.5P層135であるため、酸化の影響で
再成長界面135aの質が悪くなる。この結果、電流リ
ークが生じて発振しきい値が高くなるという問題があ
る。典型的には、ノンコート、共振器長400μmのも
ので、発振しきい値が45mA、キンクレベルが25m
W程度になる。However, FIG.
In the semiconductor laser device shown in (1), the stability of the fundamental mode depends on the thickness of the cladding layer left on both sides of the ridge 141.
There is a problem that the fundamental mode becomes unstable when the residual thickness d greatly exceeds 0.3 μm due to a variation in etching (the optimal value of the residual thickness d is 0.3 μm). Exists around 2 μm). The same applies to the case where the remaining thickness d differs between the left and right sides of the ridge 141. Also, at the stage of growing the current confinement layer 132, p- (Al 0.5
Since it is the Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer 135, the quality of the regrowth interface 135a deteriorates due to the influence of oxidation. As a result, there is a problem that current leakage occurs and the oscillation threshold value becomes high. Typically, it has a non-coated, resonator length of 400 μm, an oscillation threshold of 45 mA, and a kink level of 25 m.
About W.
【0006】また、図12に示した半導体レーザ素子で
は、活性層104が電流狭窄層102の端部で大きく屈
曲して実屈折率ガイド構造となっているため、基本モー
ドのみならず高次モードのロスも少なくなる。このた
め、キンクレベルがかえって低くなるという問題があ
る。典型的には、ノンコート、共振器長400μmのも
ので、発振しきい値が25〜30mA、キンクレベルが
20mW程度になる。In the semiconductor laser device shown in FIG. 12, the active layer 104 is bent at the end of the current confinement layer 102 to have a real refractive index guide structure. Loss is also reduced. For this reason, there is a problem that the kink level is rather lowered. Typically, it has a non-coating, resonator length of 400 μm, an oscillation threshold of 25 to 30 mA, and a kink level of about 20 mW.
【0007】そこで、この発明の目的は、電流狭窄層を
有する半導体発光素子であって特性を向上できるものを
作製できる半導体発光素子の製造方法を提供することに
ある。半導体発光素子としては、半導体レーザ素子と発
光ダイオードとを対象とする。It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a current confinement layer and capable of improving characteristics. The semiconductor light emitting device is a semiconductor laser device and a light emitting diode.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法は、p
型またはn型のうち一方の導電型を持つGaAs基板の
(111)B面又は(111)B面を主面とするオフ面
に、p型またはn型のうち他方の導電型を持つGaAsま
たはAlGaAsからなる電流狭窄層を設ける工程と、上
記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から上記基板に
至る所定のパターンの貫通溝を形成する工程と、上記基
板を720℃乃至740℃の範囲内の温度に保持した状
態で、上記一方の導電型を持つAlGaAsからなる第3
のクラッド層を、上記貫通溝を埋め込み、この貫通溝を
埋め込む部分の表面が上記電流狭窄層の表面と同一平面
をなし、かつ、上記電流狭窄層の表面上に上記貫通溝内
を埋め込む部分よりも薄厚の延在部分を持つように成長
させる工程と、上記基板上にダブルヘテロ構造をなす第
1のクラッド層、活性層および第2のクラッド層を全面
に成長させる工程を有することを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising the steps of:
Of a GaAs substrate having one of n-type or n-type conductivity
Providing a current confinement layer made of GaAs or AlGaAs having the other conductivity type of p-type or n-type on the (111) B plane or the off plane having the (111) B plane as a main surface; Forming a through-groove having a predetermined pattern from the surface of the current constriction layer to the substrate; and maintaining the substrate at a temperature in the range of 720 ° C. to 740 ° C., changing the one conductivity type to The third made of AlGaAs
The through-groove is embedded in the cladding layer, and the surface of the portion in which the through-groove is embedded is flush with the surface of the current confinement layer, and the portion in which the inside of the through-groove is embedded on the surface of the current confinement layer. And a step of growing a first clad layer, an active layer, and a second clad layer forming a double hetero structure on the entire surface of the substrate. I have.
【0009】また、請求項2に記載の半導体発光素子の
製造方法は、p型またはn型のうち一方の導電型を持つ
GaAs基板の(111)B面又は(111)B面を主面と
するオフ面に、p型またはn型のうち他方の導電型を持
つGaAsまたはAlGaAsからなる電流狭窄層を設ける
工程と、上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から
上記基板に至る所定のパターンの貫通溝を複数形成する
工程と、上記基板を720℃以下の温度に保持した状態
で、上記各貫通溝内に、上記一方の導電型を持つAlGa
Asからなる第3のクラッド層を、それぞれ表面が上記
電流狭窄層の表面と同一平面となるように成長させて、
上記貫通溝を埋め込む工程と、上記基板上にダブルヘテ
ロ構造をなす第1のクラッド層、活性層および第2のク
ラッド層を全面に成長させる工程を有することを特徴と
している。According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor light emitting device, the (111) B surface or the (111) B surface of the GaAs substrate having one of p-type and n-type conductivity is defined as the main surface. Providing a current confinement layer made of GaAs or AlGaAs having the other conductivity type of p-type or n-type on the off surface to be formed; and providing a predetermined confinement layer from the surface of the current confinement layer to the substrate on the current confinement layer. Forming a plurality of through-grooves in the pattern, and holding the substrate at a temperature of 720 ° C. or less, and forming an AlGa having one conductivity type in each of the through-grooves.
A third cladding layer made of As is grown so that each surface is flush with the surface of the current confinement layer,
The method is characterized by including a step of filling the through groove and a step of growing a first clad layer, an active layer, and a second clad layer having a double hetero structure on the entire surface of the substrate.
【0010】また、請求項3に記載の半導体発光素子の
製造方法は、p型またはn型のうち一方の導電型を持つ
GaAs基板の(111)B面又は(111)B面を主面と
するオフ面に、p型またはn型のうち他方の導電型を持
つGaAsまたはAlGaAsからなる電流狭窄層を設ける
工程と、上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から
上記基板に至る円形状のパターンの貫通溝を形成する工
程と、上記基板を720℃以下の温度に保持した状態
で、上記貫通溝内に、上記一方の導電型を持つAlGaA
sからなる第3のクラッド層を、表面が上記電流狭窄層
の表面と同一平面となるように成長させて、上記貫通溝
を埋め込む工程と、上記基板上にダブルヘテロ構造をな
す第1のクラッド層、活性層および第2のクラッド層を
全面に成長させる工程と、上記ダブルヘテロ構造をなす
層を円錐台状に加工する工程を有することを特徴として
いる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein the (111) B surface or the (111) B surface of a GaAs substrate having one of p-type and n-type conductivity is defined as a main surface. Providing a current confinement layer made of GaAs or AlGaAs having the other conductivity type of p-type or n-type on the off surface to be formed; and forming a circular shape from the surface of the current confinement layer to the substrate on the current confinement layer. Forming a through-groove having the above-mentioned pattern, and holding the substrate at a temperature of 720 ° C. or lower, and forming the AlGaA having the one conductivity type in the through-groove.
growing a third cladding layer made of S.sub.s so that the surface is flush with the surface of the current confinement layer, and embedding the through-groove; and forming a first cladding layer having a double heterostructure on the substrate. The method is characterized by comprising a step of growing a layer, an active layer, and a second clad layer over the entire surface, and a step of processing the layer having the double hetero structure into a truncated cone.
【0011】[0011]
【作用】請求項1の半導体発光素子の製造方法では、電
流狭窄層に貫通溝を形成した後、基板を720℃乃至7
40℃の範囲内の温度に保持した状態で、一方の導電型
を持つAlGaAsからなる第3のクラッド層を、上記貫
通溝を埋め込み、この貫通溝を埋め込む部分の表面が上
記電流狭窄層の表面と同一平面をなし、かつ、上記電流
狭窄層の表面上に上記貫通溝内を埋め込む部分よりも薄
厚の延在部分を持つように成長させている。したがっ
て、この上に、例えばMOCVD法によりダブルヘテロ
構造を構成する層を形成したとき、活性層が上記貫通溝
の縁でわずかに屈曲した状態になる。これにより、製造
した半導体発光素子が、導波構造として、基板(電流狭
窄層)の光吸収による実効屈折率ガイド構造の性格と、
活性層の屈曲による実屈折率ガイド構造の性格とを併せ
持つことになり、図11,図12に示した従来例の利点
を兼ね備えることになる。つまり、基本モードに対する
モードロスの減少と、高次モードに対するモードロスの
増大効果とが生じて、基本モードがさらに安定する。ま
た、電流リークが低減され、発振しきい値が低下する。In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first aspect, after forming a through groove in the current confinement layer, the substrate is heated to a temperature of 720.degree.
While maintaining the temperature within the range of 40 ° C., a third cladding layer made of AlGaAs having one conductivity type is buried in the through groove, and the surface of the portion in which the through groove is buried is the surface of the current confinement layer. And growing on the surface of the current constriction layer so as to have an extension portion thinner than a portion filling the through groove. Therefore, when a layer constituting a double hetero structure is formed thereon by, for example, MOCVD, the active layer is slightly bent at the edge of the through groove. As a result, the manufactured semiconductor light emitting device has a waveguide structure having the characteristics of the effective refractive index guide structure due to light absorption of the substrate (current constriction layer),
It has the characteristics of the actual refractive index guide structure due to the bending of the active layer, and has the advantages of the conventional example shown in FIGS. That is, the mode loss with respect to the basic mode and the effect of increasing the mode loss with respect to the higher-order mode occur, and the basic mode is further stabilized. Further, current leakage is reduced, and the oscillation threshold value is reduced.
【0012】また、請求項2の半導体発光素子の製造方
法では、上記電流狭窄層に、上記貫通溝を複数形成し、
上記第3のクラッド層を上記各貫通溝内に埋め込んでい
る。したがって、製造した半導体発光素子の動作時に、
各貫通溝が形成する電流通路に応じて複数の発振領域が
生じる。すなわち、半導体レーザアレイが構成される。According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device, a plurality of the through grooves are formed in the current confinement layer.
The third cladding layer is embedded in each of the through grooves. Therefore, during operation of the manufactured semiconductor light emitting device,
A plurality of oscillation regions are generated according to the current path formed by each through groove. That is, a semiconductor laser array is configured.
【0013】また、請求項3の半導体発光素子の製造方
法では、上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から
上記基板に至る円形状のパターンの貫通溝を形成した
後、上記基板の温度を720℃以下に保った状態で、上
記電流狭窄層の上記貫通溝内に、上記一方の導電型を持
つ第3のクラッド層を、表面が上記電流狭窄層の表面と
同一平面となるように成長させて、上記貫通溝を埋め込
んでいる。さらに、上記電流狭窄層および第3のクラッ
ド層上に、ダブルヘテロ構造をなす第1のクラッド層、
活性層および第2のクラッド層を形成している。これに
より、表面出射型の発光ダイオードが構成される。この
とき、上記ダブルヘテロ構造をなす層は、エッチング工
程を介在させることなく公知の成長方法、例えばMOC
VD法により、制御性良く平坦に形成されるので、厚さ
のバラツキが殆ど生じない。したがって、製造した発光
ダイオードの発光輝度−印加電流特性が安定する。ま
た、第3のクラッド層形成後にエッチング工程を介在さ
せないので、成長界面が酸化されることがない。したが
って、電流リークが減少して発光輝度が高まる。このよ
うに、発光ダイオードの特性が向上する。さらに、上記
ダブルヘテロ構造をなす層を円錐台状に加工しているの
で、素子表面の光取り出し効率が高まる。According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor light emitting device, after forming a circular groove through the current confinement layer from the surface of the current confinement layer to the substrate, the temperature of the substrate is reduced. Is maintained at 720 ° C. or lower, a third cladding layer having the one conductivity type is placed in the through groove of the current confinement layer so that the surface is flush with the surface of the current confinement layer. The through-groove is buried by growing. A first cladding layer having a double hetero structure on the current confinement layer and the third cladding layer;
An active layer and a second cladding layer are formed. Thus, a surface-emitting type light emitting diode is formed. At this time, the layer forming the double hetero structure is formed by a known growth method, for example, MOC without an etching step.
Since it is formed flat with good controllability by the VD method, there is almost no variation in thickness. Therefore, the emission luminance-applied current characteristic of the manufactured light emitting diode is stabilized. Further, since the etching step is not interposed after the formation of the third cladding layer, the growth interface is not oxidized. Therefore, current leakage is reduced and light emission luminance is increased. Thus, the characteristics of the light emitting diode are improved. Further, since the layer forming the double hetero structure is processed into a truncated cone shape, the light extraction efficiency on the element surface increases.
【0014】[0014]
【実施例】以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments.
【0015】図1は、この発明の基礎となる半導体レー
ザ素子の断面を示している。この半導体レーザ素子は、
p−GaAs基板1の(111)B面上に、n−GaAs電流狭
窄層(厚さ1μm)2と、p−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P
第1クラッド層(厚さ0.2μm)3と、ノンドープGa0.5
In0.5P活性層(厚さ0.05μm)4と、n−(Al0.5Ga
0.5)0.5In0.5P第2クラッド層(厚さ1.5μm)5と、n
−Ga0.5In0.5Pコンタクト層(厚さ0.5μm)6を備え
ている。4aは発振領域(斜線で示す)、9,10は電
極である。上記電流狭窄層2の中央にはこの断面に垂直
方向に延びる帯状の貫通溝2bが形成され、この貫通溝
2b内に、p−Al0.7Ga0.3As第3クラッド層(厚さ1.
3μm)8が埋め込まれている。クラッド層8の表面8a
と電流狭窄層2の表面2aとは同一平面をなしている。FIG. 1 shows a cross section of a semiconductor laser device on which the present invention is based. This semiconductor laser device
On the (111) B plane of the p-GaAs substrate 1, an n-GaAs current confinement layer (thickness 1 μm) 2 and p- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P
A first cladding layer (0.2 μm thick) 3 and a non-doped Ga 0.5
In 0.5 P active layer (0.05 μm thick) 4 and n- (Al 0.5 Ga
0.5 ) 0.5 In 0.5 P Second cladding layer (thickness: 1.5 μm) 5 and n
A -Ga 0.5 In 0.5 P contact layer (0.5 μm thickness) 6 is provided. Reference numeral 4a denotes an oscillation region (shown by oblique lines), and reference numerals 9 and 10 denote electrodes. In the center of the current confinement layer 2, a band-shaped through groove 2b extending in a direction perpendicular to the cross section is formed, and a p-Al 0.7 Ga 0.3 As third clad layer (having a thickness of 1.
3 μm) 8 is embedded. Surface 8a of cladding layer 8
And the surface 2a of the current confinement layer 2 are on the same plane.
【0016】ここで、この素子の製造工程を説明する前
に、その基礎となる現象について説明する。本発明者
は、MOCVD法により、(111)Bを主面とするGa
As基板(導電型はnでもpでも良い)上にAl0.7Ga0.3As
層、Ga0.5In0.5P層、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層
を成長させた場合、上記各層の成長速度と基板温度との
関係が図4のようになることを発見した。各層の成長時
の原料は、TMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリ
メチルアルミニウム)、TMI(トリメチルインジウ
ム)、AsH3(アルシン)、PH3(フォスフィン)である。
本実験ではAlGaAsの成長の際は、V族元素とIII族元
素との供給量比(以下「V/III比」という。)を8
0、III族供給量(TMGとTMAの供給量の和)を1.6
×10-5mol/minとする一方、GaInPとAlGaInP
の成長の際は、V/III比を200、III族供給量(TM
GとTMAとTMIの供給量の和)を2.0×10-5mol
/minとした。なお、AlxGa1-xAsと(AlxGa1-x)yIn
1-yPでAl組成比xを変えたもの(x=0〜1)についても
同様の実験を行ったが、III族供給量が同じであれば、
図4に示したものとほぼ同じ結果が得られた。図4から
明らかなように、基板温度720℃以下では、AlGaA
s層はGaAs基板の(111)B面上に全く成長しない。
他方、GaInP層とAlGaInP層は、広い成長温度範
囲(650〜750℃)にわたって成長し、成長速度は基
板温度に依存せず略一定である。上記素子の製造工程
は、この現象を利用したものである。Here, before explaining the manufacturing process of this element, the underlying phenomena will be described. The inventor of the present invention has proposed, by MOCVD, Ga having (111) B as a main surface.
Al 0.7 Ga 0.3 As on As substrate (conductivity type may be n or p)
Layer, Ga 0.5 an In 0.5 P layer was found to become as (Al 0.5 Ga 0.5) 0.5 In 0.5 when the P layer is grown, the relationship between the growth rate and the substrate temperature of the respective layers in FIG. 4. Material during the growth of each layer, TMG (trimethyl gallium), TMA (trimethyl aluminum), TMI (trimethyl indium), and AsH 3 (arsine), PH 3 (phosphine).
In this experiment, during the growth of AlGaAs, the supply ratio of the group V element to the group III element (hereinafter referred to as “V / III ratio”) was set to 8.
0, Group III supply (sum of TMG and TMA supply) 1.6
× 10 −5 mol / min, while GaInP and AlGaInP
When growing, the V / III ratio was set to 200 and the group III supply amount (TM
G × TMA + TMI) 2.0 × 10 −5 mol
/ Min. Note that Al x Ga 1-x As and (Al x Ga 1-x ) y In
The same experiment was conducted for the Al composition ratio x changed with 1-y P (x = 0 to 1).
Approximately the same results as shown in FIG. 4 were obtained. As is apparent from FIG. 4, when the substrate temperature is 720 ° C. or lower, AlGaA
The s layer does not grow on the (111) B plane of the GaAs substrate at all.
On the other hand, the GaInP layer and the AlGaInP layer grow over a wide growth temperature range (650 to 750 ° C.), and the growth rate is substantially constant without depending on the substrate temperature. The above-described element manufacturing process utilizes this phenomenon.
【0017】なお、 GaAs基板の(111)B面上で
の成長速度と基板温度との関係は、GaAsの成長に関し
ては従来より知られている(ジャーナル・オブ・クリス
タル・グロウス(Journal of Crystal Growth)Vo
l.94(1989)p.p.203〜207(以下「文献
1」という。))。文献1の図1には、GaAsの成長速
度が、本願図4中に示したAlxGa1-xAsの成長速度と
同様に、基板温度720℃以下ではゼロであり、基板温
度720℃以上で立ち上がることが示されている。しか
しながら、文献1に記載されているのは、GaAs基板の
(111)B面上でのGaAsの成長に関する特性のみで
あり、本願が示すGaAs基板の(111)B面上でのA
lGaAs、GaInP、AlGaInPの成長に関するもので
はない。一方、後述するように、図1中に示した第3ク
ラッド層8の材料として、GaAsではなく、AlGaAs
を採用して初めて本願発明の効果を得ることができる。
つまり、文献1からは本願発明を導くことはできず、図
4に示したAlGaAs、GaInP、AlGaInPの成長に
関する現象を発見したことによって初めて本願発明が創
出されたのである。The relationship between the growth rate of the GaAs substrate on the (111) B plane and the substrate temperature has been known for the growth of GaAs (Journal of Crystal Growth). ) Vo
l.94 (1989) pp 203-207 (hereinafter referred to as "Document 1")). FIG. 1 of Document 1 shows that the growth rate of GaAs is zero at a substrate temperature of 720 ° C. or lower, and is equal to or higher than the substrate temperature of 720 ° C., similarly to the growth rate of Al x Ga 1 -x As shown in FIG. It is shown to stand up. However, what is described in Document 1 is only the characteristics relating to the growth of GaAs on the (111) B plane of the GaAs substrate.
It does not relate to the growth of lGaAs, GaInP or AlGaInP. On the other hand, as will be described later, the material of the third cladding layer 8 shown in FIG.
The effect of the present invention can be obtained only by adopting the above.
That is, the invention of the present application cannot be derived from the literature 1, and the invention of the present application was created only by discovering the phenomenon relating to the growth of AlGaAs, GaInP, and AlGaInP shown in FIG.
【0018】実際に上記半導体レーザ素子を作製する場
合、図5(a)に示すように、まずp−GaAs基板1の(1
11)B面に、液相成長方法により、n−GaAs電流狭窄
層2を1μm成長させる。次に、同図(b)に示すように、
エッチングを行って、電流狭窄層2の表面2aからp−
GaAs基板1に達する幅4μm,深さ1.3μmの貫通溝
2b,2b,…を形成する。貫通溝2bの方向は、この
例ではWhen actually manufacturing the above-mentioned semiconductor laser device, first, as shown in FIG.
11) On the surface B, an n-GaAs current confinement layer 2 is grown to 1 μm by a liquid phase growth method. Next, as shown in FIG.
Etching is performed to remove p− from the surface 2 a of the current confinement layer 2.
The through grooves 2b having a width of 4 μm and a depth of 1.3 μm reaching the GaAs substrate 1 are formed. In this example, the direction of the through groove 2b is
【数1】[00]方向とした。次に、同図(c),(d)に
示すように、基板1上に、MOCVD法によりp−Al
0.7Ga0.3Asクラッド層8を成長させる。成長条件は、
基板温度を700℃、V/III比を80とした。図4で
説明したように、この成長条件では、GaAs基板1の
(111)B面上の成長速度は略ゼロであるため、AlGa
As層は貫通溝2bの底部とn−GaAs電流狭窄層2の表
面には成長しない。その代わりに、同図(c)に示すよう
にAlGaAs層は貫通溝2bの側壁から溝の内側に向け
て成長し、同図(d)に示すように周縁から成長してきた
層のフロントが接したところで貫通溝2b全体が埋ま
る。この結果、各クラッド層8の表面8aと電流狭窄層
2の表面2aとが同一平面をなし、基板1の表面側が平
坦な状態になる。続いて、同図(e)に示すように、この
上に、MOCVD法により、p−AlGaInPクラッド層
3と、ノンドープGaInP活性層4と、n−AlGaInP
クラッド層5と、n−GaInPコンタクト層6を成長さ
せる。成長条件は、基板温度を700℃、V/III比を
200とした。このとき、AlGaInP層およびGaIn
P層は、AlGaAs層の場合と異なり、(111)B面上
にも成長する(上記成長条件によれば、成長速度1.7
μm/hourである。)。この後、基板1の裏面,コンタ
クト層6の表面にそれぞれ電極9,10を形成し、最後
に、同図(e)中の一点鎖線に沿ってチップに分割して、
図1に示した半導体レーザ素子を得た。## EQU1 ## The direction was the [00] direction. Next, as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), p-Al is formed on the substrate 1 by MOCVD.
A 0.7 Ga 0.3 As cladding layer 8 is grown. The growth conditions are
The substrate temperature was 700 ° C., and the V / III ratio was 80. As described with reference to FIG. 4, under this growth condition, the GaAs substrate 1
Since the growth rate on the (111) B plane is almost zero, AlGa
The As layer does not grow on the bottom of the through groove 2b and on the surface of the n-GaAs current confinement layer 2. Instead, the AlGaAs layer grows from the side wall of the through groove 2b toward the inside of the groove as shown in FIG. 4C, and the front of the layer grown from the periphery as shown in FIG. Then, the entire through groove 2b is filled. As a result, the surface 8a of each cladding layer 8 and the surface 2a of the current confinement layer 2 are on the same plane, and the surface side of the substrate 1 is flat. Subsequently, as shown in FIG. 4E, a p-AlGaInP cladding layer 3, a non-doped GaInP active layer 4, and an n-AlGaInP
A cladding layer 5 and an n-GaInP contact layer 6 are grown. The growth conditions were a substrate temperature of 700 ° C. and a V / III ratio of 200. At this time, the AlGaInP layer and the GaIn
Unlike the AlGaAs layer, the P layer also grows on the (111) B plane (according to the above growth conditions, the growth rate is 1.7).
μm / hour. ). Thereafter, electrodes 9 and 10 are formed on the back surface of the substrate 1 and the surface of the contact layer 6, respectively. Finally, the chip is divided into chips along the alternate long and short dash line in FIG.
The semiconductor laser device shown in FIG. 1 was obtained.
【0019】このようにした場合、p−AlGaInPクラ
ッド層3は、MOCVD法により制御性良く成長され、
しかもエッチングを受けない。したがって、クラッド層
3の厚さdのバラツキは殆ど生じない。したがって、基
本モードが安定する。また、エッチング工程を介在させ
ていないので、成長界面が酸化されることがない。した
がって、電流リークが減少して発振しきい値が低下す
る。また、電流狭窄層2上のクラッド層3の厚さは薄い
ので、高次モードのロスが少なくなることはない。した
がって、キンクレベルが向上する。実際に、作製した半
導体レーザ素子は、ノンコート、共振器長400μmに
おいて、発振しきい値が40mAで、50mWまでキンク
なしに発振した。発振波長は50mW出力時に679nm
であった。図11に示した従来の半導体レーザ素子が、
ノンコート、共振器長400μmで発振しきい値が45m
A、キンクレベルが25mWであったのと比べると、キ
ンクレベルは2倍に向上した。In this case, the p-AlGaInP cladding layer 3 is grown with good controllability by MOCVD.
Moreover, it is not etched. Therefore, the thickness d of the cladding layer 3 hardly varies. Therefore, the basic mode is stabilized. Further, since the etching step is not interposed, the growth interface is not oxidized. Therefore, current leakage is reduced and the oscillation threshold value is reduced. Further, since the thickness of the cladding layer 3 on the current confinement layer 2 is small, the loss of the higher-order mode does not decrease. Therefore, the kink level is improved. Actually, the manufactured semiconductor laser device oscillated without kink up to 50 mW at an oscillation threshold of 40 mA in a non-coated, resonator length of 400 μm. Oscillation wavelength is 679nm at 50mW output
Met. The conventional semiconductor laser device shown in FIG.
Non-coating, oscillation length of 45m with resonator length 400μm
A, The kink level was doubled compared to the case where the kink level was 25 mW.
【0020】なお、比較のため、第3クラッド層の材料
としてGaAsを採用し、上記文献1の図1に示された現
象を利用して、図1に示した素子と同一の断面構造を持
つ素子を作製した。しかし、この比較用の素子はレーザ
発振に至らなかった。これは第3クラッド層がGaAs層
であるため、レーザ発振に必要なゲインを得ることがで
きなかったからである。このことから、第3クラッド層
8の材料は、上述の如く、AlGaAsでなければならな
いことが分かる。For comparison, GaAs is used as the material of the third cladding layer, and has the same cross-sectional structure as the element shown in FIG. 1 by utilizing the phenomenon shown in FIG. An element was manufactured. However, this comparative device did not cause laser oscillation. This is because the gain required for laser oscillation could not be obtained because the third cladding layer was a GaAs layer. From this, it is understood that the material of the third cladding layer 8 must be AlGaAs as described above.
【0021】図2は、図1の半導体レーザ素子の変形例
の断面を示している。この半導体レーザ素子は、p−G
aAs基板11のFIG. 2 shows a cross section of a modification of the semiconductor laser device of FIG. This semiconductor laser device has a p-G
aAs substrate 11
【数2】[00]方向に2°オフした(111)B面上
に、n−GaAs電流狭窄層(厚さ1μm)12と、p−(Al
0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1クラッド層(厚さ0.2μ
m)13と、ノンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性
層(厚さ0.05μm)14と、n−(Al0.7Ga0.3)0.5
In0.5P第2クラッド層(厚さ1.5μm)15と、n−Ga
0.5In0.5Pコンタクト層(厚さ0.5μm)16と、n−G
aAsコンタクト層(厚さ0.1μm)17を備えている。1
4aは発振領域、19,20は電極である。上記電流狭
窄層12の中央にはこの断面に垂直方向に延びる帯状の
貫通溝12bが形成され、この貫通溝12b内に、p−
Al0.7Ga0.3As第3クラッド層(厚さ1.3μm)18が
埋め込まれている。クラッド層18の表面18aと電流
狭窄層2の表面12aとは同一平面をなしている。## EQU2 ## On the (111) B plane turned off by 2 ° in the [00] direction, an n-GaAs current confinement layer (1 μm thick) 12 and a p- (Al
0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P First cladding layer (0.2 μm thick)
m) 13, a non-doped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P active layer (thickness 0.05 μm) 14, and n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5
In 0.5 P second cladding layer (thickness: 1.5 μm) 15 and n-Ga
0.5 In 0.5 P contact layer (0.5 μm thick) 16 and n-G
An aAs contact layer (thickness: 0.1 μm) 17 is provided. 1
4a is an oscillation area, 19 and 20 are electrodes. In the center of the current confinement layer 12, a band-shaped through groove 12b extending in a direction perpendicular to the cross section is formed.
An Al 0.7 Ga 0.3 As third cladding layer (thickness: 1.3 μm) 18 is embedded. The surface 18a of the cladding layer 18 and the surface 12a of the current confinement layer 2 are on the same plane.
【0022】この半導体レーザ素子は、図1のものに対
して、p−GaAs基板11のThis semiconductor laser device is different from that of FIG. 1 in that a p-GaAs substrate 11 is used.
【数3】[00]方向に2°オフした(111)B面上
に各層12,13,…を設けた点と、n−GaInPコン
タクト層16の上部にさらにn−GaAsコンタクト層1
7を設けた点が異なっている。このn−GaAsコンタク
ト層17を設けることにより、電極とのオーミックコン
タクトを容易にとることができ、この結果、素子抵抗を
低減することができる。さらに、ダブルヘテロ構造の構
成をp−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層13、ノ
ンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性層14、n−
(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層15としてい
る。これにより、発振波長650nmを得ている。## EQU3 ## The point that the layers 12, 13,... Are provided on the (111) B plane which is turned off by 2 ° in the [00] direction, and the n-GaAs contact layer 1 is further provided on the n-GaInP contact layer 16.
7 is provided. By providing this n-GaAs contact layer 17, an ohmic contact with the electrode can be easily made, and as a result, the element resistance can be reduced. Further, the structure of the double hetero structure is p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 13, non-doped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P active layer 14, n-
(Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 15. As a result, an oscillation wavelength of 650 nm is obtained.
【0023】この素子を作製する場合、図1のものを作
製する場合と同様に、基板温度を700℃に設定してク
ラッド層18からコンタクト層16までを形成する。p
−GaAs基板11の(111)B面から2°オフしてい
るにもかかわらず、クラッド層18の表面18aと電流
狭窄層12の表面12とを同一平面とすることができ
た。コンタクト層17は、(111)B面上にもGaAsが
成長するように基板温度を740℃まで昇温した状態
で、コンタクト層16の表面(GaAsの(111)B
面)に成長させる。In manufacturing this device, the substrate temperature is set to 700 ° C. and the layers from the cladding layer 18 to the contact layer 16 are formed as in the case of manufacturing the device shown in FIG. p
The surface 18a of the cladding layer 18 and the surface 12 of the current confinement layer 12 could be flush with each other despite being off by 2 ° from the (111) B plane of the -GaAs substrate 11. The contact layer 17 is heated on the surface of the contact layer 16 ((111) B of GaAs) while the substrate temperature is raised to 740 ° C. so that GaAs can grow on the (111) B surface.
Face).
【0024】この半導体レーザ素子も、図1のものと同
様に、基本モードが安定し、電流リークが減少して発振
しきい値が低下し、キンクレベルが向上する。実際に、
共振器長500μmのチップにAl2O3によりλ/2−λ
/2コートを行った状態で、発振しきい値50mA、キ
ンクレベル45mWの良好な特性を示した。In this semiconductor laser device, as in the case of FIG. 1, the fundamental mode is stabilized, the current leakage is reduced, the oscillation threshold value is reduced, and the kink level is improved. actually,
A chip cavity length 500μm by Al 2 O 3 λ / 2- λ
In the state where the / 2 coating was performed, good characteristics such as an oscillation threshold value of 50 mA and a kink level of 45 mW were exhibited.
【0025】図3は、この発明の第1実施例の製造方法
により作製された半導体レーザ素子の断面を示してい
る。この半導体レーザ素子は、p−GaAs基板31の(1
11)B面上に、n−GaAs電流狭窄層(厚さ1μm)32
と、p−Al0.7Ga0.3As第3クラッド層(厚さ0.02
μm)38′と、p−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P第1ク
ラッド層(厚さ0.2μm)33と、ノンドープGa0.38In
0.62P層(厚さ0.02μm)34と、n−(Al0.5Ga0.5)
0.5In0.5P層第2クラッド層(厚さ1.5μm)35と、n
−Ga0.5In0.5Pコンタクト層(厚さ0.5μm)36を備
えている。34aは発振領域、39,40は電極であ
る。上記電流狭窄層32の中央にはこの断面に垂直方向
に延びる帯状の貫通溝32bが形成され、この貫通溝3
2b内に、p−Al0.7Ga0.3As第3クラッド層(厚さ1.
3μm)38が埋め込まれている。クラッド層38′は、
クラッド層38と一体につながる延在部分であり、電流
狭窄層32の表面を覆っている。また、クラッド層38
の表面38aと電流狭窄層32の表面32aとは同一平
面をなしている。FIG. 3 shows a cross section of a semiconductor laser device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor laser device is formed on the p-GaAs substrate 31 (1).
11) An n-GaAs current confinement layer (1 μm thick) 32 on the B surface
And a third cladding layer of p-Al 0.7 Ga 0.3 As (thickness 0.02)
μm) 38 ′, p- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer (0.2 μm thickness) 33 and non-doped Ga 0.38 In
0.62 P layer (0.02 μm thickness) 34 and n- (Al 0.5 Ga 0.5 )
0.5 In 0.5 P layer second cladding layer (thickness: 1.5 μm) 35 and n
A -Ga 0.5 In 0.5 P contact layer (0.5 μm in thickness) 36 is provided. 34a is an oscillation region, and 39 and 40 are electrodes. At the center of the current confinement layer 32, a band-like through groove 32b extending in a direction perpendicular to the cross section is formed.
2b, p-Al 0.7 Ga 0.3 As third cladding layer (thickness 1.
3 μm) 38 are embedded. The cladding layer 38 '
The extension portion is connected to the cladding layer 38 and covers the surface of the current confinement layer 32. Also, the cladding layer 38
And the surface 32a of the current confinement layer 32 are flush with each other.
【0026】この半導体レーザ素子は、図1のものに対
して、活性層4の組成をノンドープGa0.38In0.62Pと
して歪み構造にした点と、クラッド層38の成長の時基
板温度を730℃に設定して、貫通溝32bの両側の電
流狭窄層32の表面(GaAsの(111)B面)32a上
にもわずかにAlGaAs層38'を成長させた点が異なっ
ている。この結果、図中に示すように、活性層34が貫
通溝32bの縁上でわずかに屈曲した状態になってい
る。これにより、導波構造として、基板(電流狭窄層)
の光吸収による実効屈折率ガイド構造の性格と、活性層
の屈曲による実屈折率ガイド構造の性格とを併せ持つこ
とになり、図11,図12に示した従来例の利点を兼ね
備えることになる。つまり、この半導体レーザ素子は、
基本モードに対するモードロスの減少と、高次モードに
対するモードロスの増大効果とが生じて、基本モードを
さらに安定させることができる。また、第1実施例のも
のと同様に、電流リークが減少して発振しきい値が低下
し、キンクレベルが向上する。This semiconductor laser device is different from that of FIG. 1 in that the active layer 4 has a strained structure with the composition of non-doped Ga 0.38 In 0.62 P, and that the substrate temperature during growth of the cladding layer 38 is 730 ° C. The difference is that the AlGaAs layer 38 'is slightly grown on the surface (the (111) B surface of GaAs) 32a of the current confinement layer 32 on both sides of the through groove 32b. As a result, as shown in the drawing, the active layer 34 is slightly bent on the edge of the through groove 32b. Thereby, the substrate (current constriction layer) is formed as a waveguide structure.
11 has both the characteristics of the effective refractive index guide structure due to the light absorption and the characteristics of the real refractive index guide structure due to the bending of the active layer, and has the advantages of the conventional example shown in FIGS. That is, this semiconductor laser device
The mode loss with respect to the basic mode and the effect of increasing the mode loss with respect to the higher-order mode occur, so that the basic mode can be further stabilized. Further, similarly to the first embodiment, the current leakage is reduced, the oscillation threshold value is reduced, and the kink level is improved.
【0027】実際に、共振器長を600μm、前面,後
面の反射率をそれぞれ8%,70%とした条件下で、発
振しきい値が55mA、キンクレベルが220mW(発振
波長690nm)を示した。これは、図11の従来例でダ
ブルヘテロ構造を同一構成としたものキンクレベル(1
20mW程度)に比して、やはり2倍近くの向上を示し
ている。In practice, the oscillation threshold value was 55 mA and the kink level was 220 mW (oscillation wavelength 690 nm) under the conditions that the resonator length was 600 μm, and the front and rear surface reflectivities were 8% and 70%, respectively. . This is because the kink level (1) of the conventional example shown in FIG.
(About 20 mW).
【0028】この素子を作製する場合、図1のものを作
製する場合と同様に電流狭窄層32に貫通溝32bを形
成した後、基板温度を730℃に設定してクラッド層3
8からコンタクト層36までを形成する。このように基
板温度を730℃に設定することによって、上記貫通溝
32b内にクラッド層38を表面が電流狭窄層32の表
面と同一平面となるように成長させて、貫通溝32bを
埋め込むとともに、電流狭窄層32の表面に貫通溝32
bを埋め込む部分の厚さよりも薄厚の延在部分38′を
成長させることができた。また、この上に適度な成長速
度で各層33,…を成長させることができ、これにより
上記導波構造を形成することができた。この場合、基板
温度は720〜740℃が適当である。720℃未満で
は延在部分38′を成長させることができず、740℃
を越えると延在部分38′の厚さが厚くなり過ぎるから
である。When this element is manufactured, a through-hole 32b is formed in the current confinement layer 32 in the same manner as in the case of manufacturing the element shown in FIG.
8 to the contact layer 36 are formed. By setting the substrate temperature to 730 ° C. in this way, the cladding layer 38 is grown in the through groove 32b so that the surface is flush with the surface of the current confinement layer 32, and the through groove 32b is buried. A through groove 32 is formed in the surface of the current confinement layer 32.
The extension portion 38 'having a thickness smaller than the thickness of the portion in which b is buried could be grown. Further, each of the layers 33,... Could be grown thereon at an appropriate growth rate, whereby the waveguide structure could be formed. In this case, the substrate temperature is preferably 720 to 740 ° C. If the temperature is lower than 720 ° C., the extension 38 ′ cannot be grown,
Is exceeded, the thickness of the extending portion 38 'becomes too thick.
【0029】図6は、図1の半導体レーザ素子の別の変
形例の断面を示している。この半導体レーザ素子は、p
−GaAs基板41の(111)B面上に、2層42′,4
2″からなる電流狭窄層(厚さ1μm)42と、p−(Al
0.5Ga0.5)0.5In0.5P第1クラッド層(厚さ0.2μm)
43と、ノンドープGa0.5In0.5P活性層(厚さ0.05
μm)44と、n−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層第2クラ
ッド層(厚さ1.5μm)45と、n−Ga0.5In0.5Pコン
タクト層(厚さ0.5μm)46を備えている。44aは発
振領域、49,50は電極である。上記電流狭窄層42
の中央にはこの断面に垂直方向に延びる帯状の貫通溝4
2bが形成され、この貫通溝42b内に、p−Al0.7Ga
0.3As第3クラッド層(厚さ1.3μm)48が埋め込まれ
ている。クラッド層48の表面48aと電流狭窄層42
の表面42aとは同一平面をなしている。FIG. 6 shows a cross section of another modification of the semiconductor laser device of FIG. This semiconductor laser device has p
On the (111) B face of the GaAs substrate 41, two layers 42 ', 4
A current confinement layer (1 μm thick) 42 made of 2 ″ and p- (Al
0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P First cladding layer (0.2 μm thick)
43 and a non-doped Ga 0.5 In 0.5 P active layer (with a thickness of 0.05
μm) 44, n- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer second cladding layer (thickness 1.5 μm) 45 and n-Ga 0.5 In 0.5 P contact layer (0.5 μm thickness) 46 Have. 44a is an oscillation region, and 49 and 50 are electrodes. The current confinement layer 42
In the center of the band, a band-shaped through groove 4 extending in a direction perpendicular to this section is provided.
2b is formed, and p-Al 0.7 Ga is formed in the through groove 42b.
A 0.3 As third cladding layer (thickness: 1.3 μm) 48 is embedded. The surface 48a of the cladding layer 48 and the current confinement layer 42
Is flush with the surface 42a.
【0030】この半導体レーザ素子は、図1のものに対
して、電流狭窄層42をn−Al0.1Ga0.9As(厚さ0.9
μm)42′と、n−GaAs(厚さ0.1μm)42″との2
層構成としている点が異なっている。この半導体レーザ
素子を作製する場合、n−Al0.1Ga0.9As(厚さ0.9μ
m)42′と、n−GaAs(厚さ0.1μm)42″とを設け
た後、素子中央に層42″の表面から基板41に至る貫
通溝42bを形成する。次に、基板41上に、MOCV
D法によりAlGaAs層を成長させる。電流狭窄層42
のうち貫通溝42b側の端面にn−Al0.1Ga0.9As層4
2′が露出していても、第1実施例と同様に、基板温度
720℃以下では貫通溝42b内部のみを埋めるような
選択成長が起こった。なお、このような選択成長はAl
GaAs電流狭窄層のAl混晶比がゼロから少なくとも0.
3になるまで実現した。この後、MOCVD法により、
各層43,…を成長させることによって、電流狭窄層4
2および基板1の光吸収による実効屈折率ガイド構造を
制御性良く形成することができる。This semiconductor laser device is different from that of FIG. 1 in that the current confinement layer 42 is formed of n-Al 0.1 Ga 0.9 As (thickness 0.9).
.mu.m) 42 'and n-GaAs (0.1 .mu.m thick) 42 ".
The difference is in the layer configuration. When manufacturing this semiconductor laser device, n-Al 0.1 Ga 0.9 As (thickness 0.9 μm)
m) 42 'and n-GaAs (0.1 .mu.m thick) 42 "are formed, and a through groove 42b is formed at the center of the element from the surface of the layer 42" to the substrate 41. Next, on the substrate 41, the MOCV
An AlGaAs layer is grown by the D method. Current confinement layer 42
Of the n-Al 0.1 Ga 0.9 As layer 4
Even when 2 'is exposed, as in the first embodiment, at a substrate temperature of 720.degree. C. or lower, selective growth occurred to fill only the inside of the through groove 42b. In addition, such selective growth is performed by Al
The Al composition ratio of the GaAs current confinement layer is from zero to at least 0.5.
It was realized until 3. Then, by MOCVD method,
By growing the respective layers 43,...
2 and the effective refractive index guide structure by light absorption of the substrate 1 can be formed with good controllability.
【0031】この結果、この半導体レーザ素子も、図1
のものと同様に、基本モードが安定し、電流リークが減
少して発振しきい値が低下し、キンクレベルが向上し
た。As a result, this semiconductor laser device is also shown in FIG.
As in the first embodiment, the fundamental mode was stabilized, the current leakage was reduced, the oscillation threshold was lowered, and the kink level was improved.
【0032】図7は、図1の半導体レーザ素子のさらに
別の変形例の断面を示している。この半導体レーザ素子
は、p−GaAs基板51の(111)B面上に、n−GaAs
電流狭窄層(厚さ1μm)52,52′と、p−(Al0.5Ga
0.5)0.5In0.5P第1クラッド層(厚さ0.2μm)53
と、ノンドープGa0.5In0.5P活性層(厚さ0.05μm)
54と、n−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層第2クラッド
層(厚さ1.5μm)55と、n−Ga0.5In0.5Pコンタク
ト層(厚さ0.5μm)56を備えている。54aは発振領
域、59,60は電極である。上記電流狭窄層52の中
央にはこの断面に垂直方向に延びる帯状の貫通溝52b
が形成されている。この貫通溝52bの内側周縁部にn
−GaAs電流狭窄層延長部52′が埋め込まれ、この電
流狭窄層延長部52′の内側にp−Al0.7Ga0.3As第3
クラッド層(厚さ1.3μm)58が埋め込まれている。ク
ラッド層58の表面58aと、電流狭窄層52,52′
の表面52a,52a′とは同一平面をなしている。FIG. 7 shows a cross section of still another modification of the semiconductor laser device of FIG. This semiconductor laser device is formed on an (111) B surface of a p-GaAs substrate 51 by n-GaAs.
The current confinement layers (thickness 1 μm) 52 and 52 ′ and p- (Al 0.5 Ga
0.5 ) 0.5 In 0.5 P First cladding layer (0.2 μm thickness) 53
And a non-doped Ga 0.5 In 0.5 P active layer (0.05 μm thick)
54, an n- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer, a second cladding layer (thickness 1.5 μm) 55, and an n-Ga 0.5 In 0.5 P contact layer (thickness 0.5 μm) 56. I have. 54a is an oscillation region, and 59 and 60 are electrodes. In the center of the current confinement layer 52, a band-shaped through groove 52b extending in a direction perpendicular to the cross section is provided.
Are formed. N is provided on the inner peripheral portion of the through groove 52b.
The GaAs current confinement layer extension 52 'is embedded, and p-Al 0.7 Ga 0.3 As third
A cladding layer (thickness: 1.3 μm) 58 is embedded. The surface 58a of the cladding layer 58 and the current confinement layers 52, 52 '
Are coplanar with the surfaces 52a and 52a '.
【0033】この半導体レーザ素子を作製する場合、貫
通溝(幅4μm)52bを形成した後、MOCVD法に
より、まずn−GaAs電流狭窄層延長部52′を貫通溝
の残り幅が2.5μmになるまで横方向に成長し、続いて
AlGaAs埋込み層58を成長させている。この後、M
OCVD法により、図1のものを作製する場合と同様に
各層53,…を成長させている。In manufacturing this semiconductor laser device, after forming a through groove (width 4 .mu.m) 52b, the n-GaAs current confinement layer extension 52 'is first formed by MOCVD so that the remaining width of the through groove becomes 2.5 .mu.m. The GaAs buried layer 58 is grown laterally until the buried layer 58 is grown. After this, M
Each layer 53,... Is grown by the OCVD method in the same manner as in the case of manufacturing the structure shown in FIG.
【0034】この半導体レーザ素子では、図1のものと
同様に実効屈折率ガイド構造を制御性良く形成でき、基
本モードが安定し、電流リークが減少して発振しきい値
が低下し、キンクレベルが向上する。しかも、貫通溝5
2b内に、電流狭窄層延長部52′を形成して電流の注
入幅を狭くしているので、図1のものよりもさらに発振
しきい値が低減し、また、非点隔差が低減する。実際
に、図1の半導体レーザ素子が、ノンコート、共振器長
400μmにおいて、発振しきい値が40mA、非点隔差
が5μm(3mW時)であったのに対して、この半導体レー
ザ素子は同じ条件で、発振しきい値30mA、非点隔差
0μm(3mW時)を示した。In this semiconductor laser device, an effective refractive index guide structure can be formed with good controllability, as in FIG. 1, the fundamental mode is stabilized, the current leakage is reduced, the oscillation threshold is reduced, and the kink level is reduced. Is improved. Moreover, the through groove 5
Since the current injection width is reduced by forming the current confinement layer extension 52 'in 2b, the oscillation threshold value is further reduced and the astigmatic difference is further reduced than in FIG. Actually, while the semiconductor laser device of FIG. 1 had an oscillation threshold of 40 mA and an astigmatic difference of 5 μm (at 3 mW) at an uncoated, resonator length of 400 μm, the semiconductor laser device had the same conditions. Indicate an oscillation threshold of 30 mA and an astigmatic difference of 0 μm (at 3 mW).
【0035】図8は、この発明の第2実施例の製造方法
により作製された半導体レーザ素子の断面を示してい
る。この半導体レーザ素子は、p−GaAs基板61の(1
11)B面上に、n−GaAs電流狭窄層(厚さ1μm)62
と、p−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P第1クラッド層(厚
さ0.2μm)63と、ノンドープGa0.5In0.5P活性層
(厚さ0.05μm)64と、n−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5
P層第2クラッド層(厚さ1.5μm)65と、n−Ga0.5
In0.5Pコンタクト層(厚さ0.5μm)66を備えてい
る。64aは発振領域、69,70は電極である。上記
電流狭窄層62の中央とその両側に、それぞれこの断面
に垂直方向に延びる帯状の3つの貫通溝62b,62
b,62b(溝幅3.5μm、溝ピッチ5.5μm)が形成
され、各貫通溝62b内に、p−Al0.7Ga0.3As第3ク
ラッド層(厚さ1.3μm)68が埋め込まれている。クラ
ッド層68の表面68aと電流狭窄層62の表面62a
とは同一平面をなしている。FIG. 8 shows a cross section of a semiconductor laser device manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. This semiconductor laser device is formed on the p-GaAs substrate 61 (1).
11) On the surface B, an n-GaAs current confinement layer (thickness: 1 μm) 62
, P- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer (thickness 0.2 μm) 63 and a non-doped Ga 0.5 In 0.5 P active layer
(Thickness 0.05 μm) 64 and n− (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5
P-layer second cladding layer (thickness: 1.5 μm) 65, n-Ga 0.5
An In 0.5 P contact layer (thickness: 0.5 μm) 66 is provided. 64a is an oscillation region, and 69 and 70 are electrodes. Three band-shaped through-grooves 62b, 62 extending in the direction perpendicular to the cross-section are provided at the center and both sides of the current confinement layer 62, respectively.
b, 62b (groove width 3.5 μm, groove pitch 5.5 μm) are formed, and a p-Al 0.7 Ga 0.3 As third cladding layer (thickness 1.3 μm) 68 is embedded in each through groove 62b. I have. Surface 68a of cladding layer 68 and surface 62a of current confinement layer 62
And are in the same plane.
【0036】この半導体レーザ素子は、層構成は図1の
ものと全く同じであるが、電流狭窄層62に電流通路と
なる複数の貫通溝62bを持ち、これに応じて複数の発
振領域64aを有する半導体レーザアレイを構成してい
る。この半導体レーザ素子では、光出力350mWの高
出力まで180°位相モードでの発振が観測された。This semiconductor laser device has exactly the same layer configuration as that of FIG. 1, but has a plurality of through grooves 62b serving as current paths in the current confinement layer 62, and accordingly a plurality of oscillation regions 64a. Having a semiconductor laser array. In this semiconductor laser device, oscillation in a 180 ° phase mode was observed up to a high optical output of 350 mW.
【0037】この半導体レーザ素子を作製する場合、基
板61上に電流狭窄層62を設けた後、この電流狭窄層
62に上記複数の貫通溝62b,…を同時に形成する。
この後、図1のものを作製する場合と同様に、各貫通溝
62b,…内にそれぞれ上記第3クラッド層68を埋め
込み、続いて、ダブルヘテロ構造をなす層63,…を成
長させる。In manufacturing this semiconductor laser device, after a current confinement layer 62 is provided on a substrate 61, the plurality of through-grooves 62b are formed in the current confinement layer 62 at the same time.
After that, the third cladding layer 68 is buried in each of the through grooves 62b,..., And layers 63,.
【0038】図9は、図1の半導体レーザ素子のさらに
別の変形例の断面を示している。この半導体レーザ素子
は、p−GaAs基板71の(111)B面上に、n−GaAs
電流狭窄層(厚さ1μm)72と、p−(Al0.5Ga0.5)0.5
In0.5P第1クラッド層(厚さ0.2μm)73と、ノンド
ープGa0.5In0.5P活性層(厚さ0.05μm)74と、n
−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層第2クラッド層(厚さ
1.5μm)75と、n−Ga0.5In0.5Pコンタクト層(厚
さ0.5μm)76を備えている。74aは発振領域、7
9,80は電極である。上記電流狭窄層72の中央には
この断面に垂直方向に延びる帯状の貫通溝(電流通路と
なる)72bが形成されている。この貫通溝72b内
に、p−Al0.7Ga0.3As第3クラッド層(厚さ1.3μm)
78が埋め込まれている。また、電流狭窄層72の両側
にはこの断面に垂直方向に延びる帯状の非貫通溝72
b′が所定ピッチで複数形成され、各非貫通溝72b′
内にp−Al0.7Ga0.3As第4クラッド層78′が埋め込
まれている。各クラッド層78,78′の表面78a,
78a′と電流狭窄層72の表面72aとは同一平面を
なしている。FIG. 9 shows a cross section of still another modification of the semiconductor laser device of FIG. This semiconductor laser device is provided on an (111) B surface of a p-GaAs substrate 71 by n-GaAs.
The current confinement layer (thickness: 1 μm) 72 and p- (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5
An In 0.5 P first cladding layer (0.2 μm in thickness) 73, a non-doped Ga 0.5 In 0.5 P active layer (0.05 μm in thickness) 74,
-(Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer A second clad layer (thickness: 1.5 μm) 75 and an n-Ga 0.5 In 0.5 P contact layer (thickness: 0.5 μm) 76 are provided. 74a is an oscillation region, 7
9, 80 are electrodes. In the center of the current confinement layer 72, a band-shaped through groove (current path) 72b extending in a direction perpendicular to the cross section is formed. A p-Al 0.7 Ga 0.3 As third cladding layer (thickness: 1.3 μm) is provided in the through groove 72b.
78 is embedded. On both sides of the current confinement layer 72, a band-shaped non-penetrating groove 72 extending in a direction perpendicular to the cross section is provided.
b 'are formed at a predetermined pitch, and each non-penetrating groove 72b'
P-Al 0.7 Ga 0.3 As fourth cladding layer 78 'is embedded within. The surface 78a of each cladding layer 78, 78 ',
78a 'and the surface 72a of the current confinement layer 72 are on the same plane.
【0039】この半導体レーザ素子を作製する場合、基
板71上に電流狭窄層72を設けた後、電流狭窄層72
に、この電流狭窄層72内にとどまる非貫通溝72
b′,…を形成する。次に、電流狭窄層72に、この電
流狭窄層72の表面から基板71に至る貫通溝72bを
形成する。この後、図1のものを作製する場合と同様
に、上記基板1を温度700℃に保持する。この状態
で、貫通溝72bおよび非貫通溝72b′内にクラッド
層78,78′,…を、それぞれ表面が電流狭窄層72
の表面と同一平面となるように同時に成長させて、貫通
溝72bおよび非貫通溝72b′を埋め込む。この後、
図1のものを作製する場合と同様に、基板71上にクラ
ッド層73、活性層74およびクラッド層75を全面に
成長させる。In manufacturing this semiconductor laser device, after a current confinement layer 72 is provided on a substrate 71, the current confinement layer 72 is formed.
The non-through groove 72 that stays in the current constriction layer 72
b ', ... are formed. Next, a through groove 72b extending from the surface of the current confinement layer 72 to the substrate 71 is formed in the current confinement layer 72. Thereafter, the substrate 1 is kept at a temperature of 700 ° C. as in the case of manufacturing the device shown in FIG. In this state, the cladding layers 78, 78 ',... Are formed in the through-grooves 72b and the non-through-grooves 72b', respectively.
Are grown at the same time so as to be flush with the surface of the trench, and the through groove 72b and the non-through groove 72b 'are buried. After this,
1, a clad layer 73, an active layer 74, and a clad layer 75 are grown on the entire surface of a substrate 71.
【0040】この半導体レーザ素子は、層構造は図1の
ものと全く同じになっているが、電流狭窄層72に貫通
溝72b,非貫通溝72b′,…が複数設けられてい
る。中央の貫通溝72bは電流狭窄層72の表面から基
板71に達する一方、その両側の非貫通溝72b′は電
流狭窄層72内にとどまっている。発振領域を形成する
ための貫通溝72bは1つだけであり、他の非貫通溝7
2b′,…は層構造による歪を解消するためのものであ
る。すなわち、図1の半導体レーザ素子では活性層4の
うち貫通溝2bの縁上の部分(発振領域4aの境界)に
すべての歪がかかっていたが、この半導体レーザ素子で
は、貫通溝72b,非貫通溝72b′,…(および各溝
内に埋め込まれたAlGaAs層)が複数存在するので、
活性層74にかかる歪は各溝72b′,…上に分散され
る。したがって、発振領域74aにかかる歪が緩和さ
れ、この結果、素子の長期的信頼性が良好なものとなっ
ている。This semiconductor laser device has exactly the same layer structure as that of FIG. 1, except that a plurality of through grooves 72b and a plurality of non-through grooves 72b 'are provided in the current confinement layer 72. The central through-groove 72 b reaches the substrate 71 from the surface of the current confinement layer 72, while the non-perforated grooves 72 b ′ on both sides remain in the current confinement layer 72. There is only one through groove 72b for forming the oscillation region, and the other non-through groove 7b
2b ',... Are for eliminating distortion due to the layer structure. That is, in the semiconductor laser device of FIG. 1, all the strain is applied to the portion of the active layer 4 on the edge of the through groove 2b (boundary of the oscillation region 4a). Since there are a plurality of through grooves 72b ', (and AlGaAs layers embedded in each groove),
The strain applied to the active layer 74 is dispersed on each of the grooves 72b ',. Therefore, the strain applied to the oscillation region 74a is reduced, and as a result, the long-term reliability of the device is improved.
【0041】図10は、この発明の第3実施例の製造方
法により作製された表面出射型の発光ダイオードを示し
ている(同図(a)は断面、同図(b)は同図(a)のものを上方
から見たところを示している。)。この発光ダイオード
は、p−GaAs基板81の(111)B面上に、n−GaAs
電流狭窄層82と、p−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第1
クラッド層83と、ノンドープ(Al0.45Ga0.55)0.5
In0.5P活性層84と、n−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
層第2クラッド層85と、n−Ga0.5In0.5Pコンタク
ト層86を備えている。89,90は電極である。上記
電流狭窄層82の中央には円形パターンの貫通溝82b
が形成され、この貫通溝82b内に、p−Al0.7Ga0.3
As第3クラッド層88が埋め込まれている。クラッド
層88の表面88aと電流狭窄層82の表面82aとは
同一平面をなしている。また、クラッド層85の中央部
は、イオンミリング法により、円錐台状に加工されてい
る。FIG. 10 shows a surface-emitting type light emitting diode manufactured by the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention (FIG. 10A is a cross section, and FIG. ) Is seen from above.) This light emitting diode is formed on the (111) B surface of the p-GaAs substrate 81 by n-GaAs.
The current confinement layer 82 and p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first
Cladding layer 83 and non-doped (Al 0.45 Ga 0.55 ) 0.5
In 0.5 P active layer 84 and n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
A second cladding layer 85 and an n-Ga 0.5 In 0.5 P contact layer 86 are provided. 89 and 90 are electrodes. In the center of the current confinement layer 82, a circular pattern through groove 82b is formed.
Is formed, and p-Al 0.7 Ga 0.3 is formed in the through groove 82b.
An As third cladding layer 88 is embedded. The surface 88a of the cladding layer 88 and the surface 82a of the current confinement layer 82 are flush with each other. The central portion of the cladding layer 85 is processed into a truncated cone by an ion milling method.
【0042】上記電流狭窄層82、貫通溝82b、クラ
ッド層88は、図1の半導体レーザ素子と全く同様の工
程で形成される。したがって、ダブルヘテロ構造をなす
クラッド層83、活性層84およびクラッド層85を制
御性良く形成でき、この結果、発光輝度−印加電流特性
が安定する。また、クラッド層88形成後にエッチング
工程を介在させないので、成長界面が酸化されることが
ない。したがって、電流リークが減少して発光輝度が高
まる。このように、発光ダイオードの特性を向上させる
ことができる。また、コンタクト層86および上部電極
90は、クラッド層85の円錐台部分に設けられた小面
積の円形パターンとなっている。これにより、素子表面
からの光の取り出し効率を高めることができる。The current constriction layer 82, the through groove 82b, and the cladding layer 88 are formed in exactly the same steps as in the semiconductor laser device of FIG. Therefore, the clad layer 83, the active layer 84, and the clad layer 85 having the double hetero structure can be formed with good controllability, and as a result, the emission luminance-applied current characteristics are stabilized. Further, since the etching step is not interposed after the formation of the cladding layer 88, the growth interface is not oxidized. Therefore, current leakage is reduced and light emission luminance is increased. Thus, the characteristics of the light emitting diode can be improved. Further, the contact layer 86 and the upper electrode 90 have a small area circular pattern provided in the truncated cone portion of the cladding layer 85. Thereby, the light extraction efficiency from the element surface can be increased.
【0043】実際に、この発光ダイオードを5mmφのパ
ッケージにモールドし、20mAの通電を行ったとこ
ろ、波長555nmで光度4カンデラ(従来0.3カンデラ
程度)が得られた。Actually, when this light emitting diode was molded into a 5 mmφ package and energized at 20 mA, a luminous intensity of 4 candela (wavelength: about 0.3 candela) was obtained at a wavelength of 555 nm.
【0044】なお、上記各例では、GaAs基板はp型と
したが、当然ながらこれに限られるものではない。Ga
As基板の導電型はp型,n型のどちらであっても良
く、各成長層の導電型もGaAs基板の導電型に応じて定
めれば良い。また、レーザ発振波長は、AlGaInP活
性層の組成を適当に選ぶことにより、赤色から橙色の波
長帯を選択することができる。活性層は必ずしもノンド
ープである必要はなく、p型またはn型にしても良い。ま
た、ダブルヘテロ層の構成は、必要に応じてガイド層を
入れたSCH(セパレート・コンファインメント・ヘテ
ロストラクチャ)構造にしても良いし、多重量子井戸構
造や多重量子障壁構造を採用しても良い。GaInPやG
aAsによるコンタクト層も必要に応じて設けることがで
きる。また、GaAs基板は(111)Bを主面としていれ
ばジャスト方向である必要はなく、In each of the above examples, the GaAs substrate is of p-type, but it is needless to say that the present invention is not limited to this. Ga
The conductivity type of the As substrate may be either p-type or n-type, and the conductivity type of each growth layer may be determined according to the conductivity type of the GaAs substrate. The laser oscillation wavelength can be selected from a red to orange wavelength band by appropriately selecting the composition of the AlGaInP active layer. The active layer does not necessarily need to be non-doped, and may be p-type or n-type. The structure of the double hetero layer may be a SCH (separate confinement hetero structure) structure in which a guide layer is inserted as necessary, or a multi-quantum well structure or a multi-quantum barrier structure may be employed. . GaInP or G
A contact layer of aAs can also be provided as needed. In addition, the GaAs substrate does not need to be in the just direction as long as (111) B is the main surface,
【数4】 に数度オフしていても良い。また、電流狭窄層内にAl
GaAs層を埋め込んだ後の層成長は、MOCVD法によ
るのが望ましいが、MBE(モレキュラ・ビーム・エピ
タキシ)法、ALE(アトミック・レイヤ・エピタキ
シ)法、CBE(ケミカル・ビーム・エピタキシ)法な
どの他の気相成長方法であっても良い。(Equation 4) May be turned off several times. Further, Al is contained in the current confinement layer.
The layer growth after embedding the GaAs layer is preferably performed by the MOCVD method. Other vapor phase growth methods may be used.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1の半
導体発光素子の製造方法では、電流狭窄層に貫通溝を形
成した後、基板を720℃乃至740℃の範囲内の温度
に保持した状態で、一方の導電型を持つAlGaAsから
なる第3のクラッド層を、上記貫通溝を埋め込み、この
貫通溝を埋め込む部分の表面が上記電流狭窄層の表面と
同一平面をなし、かつ、上記電流狭窄層の表面上に上記
貫通溝内を埋め込む部分よりも薄厚の延在部分を持つよ
うに成長させているので、この上に、例えばMOCVD
法によりダブルヘテロ構造を構成する層を形成したと
き、活性層が上記貫通溝の縁でわずかに屈曲した状態に
なる。これにより、製造した半導体発光素子に、導波構
造として、基板(電流狭窄層)の光吸収による実効屈折
率ガイド構造の性格と、活性層の屈曲による実屈折率ガ
イド構造の性格とを併せ持たせることができ、したがっ
て、基本モードに対するモードロスの減少と、高次モー
ドに対するモードロスの増大効果とによって、基本モー
ドをさらに安定化させることができる。また、電流リー
クを低減して、発振しきい値を低下させることができ
る。As is apparent from the above description, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first aspect, after forming a through groove in the current confinement layer, the substrate is kept at a temperature within the range of 720 ° C. to 740 ° C. In this state, a third cladding layer made of AlGaAs having one conductivity type is buried in the through-groove, and the surface of the portion in which the through-groove is buried is flush with the surface of the current confinement layer. On the surface of the constriction layer, the growth is made so as to have an extension portion thinner than the portion filling the through groove.
When a layer constituting the double hetero structure is formed by the method, the active layer is slightly bent at the edge of the through groove. As a result, the manufactured semiconductor light emitting device has both the characteristics of the effective refractive index guide structure due to light absorption of the substrate (current constriction layer) and the characteristics of the real refractive index guide structure due to bending of the active layer as a waveguide structure. Therefore, the basic mode can be further stabilized by the reduction of the mode loss for the basic mode and the effect of increasing the mode loss for the higher-order mode. In addition, current leakage can be reduced, and the oscillation threshold can be lowered.
【0046】また、請求項2の半導体発光素子の製造方
法では、上記電流狭窄層に、上記貫通溝を複数形成し、
上記第3のクラッド層を上記各貫通溝内に埋め込んでい
るので、製造した半導体発光素子の動作時に、各貫通溝
が形成する電流通路に応じて複数の発振領域を生じさせ
ることができる。すなわち、半導体レーザアレイを構成
することができる。According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor light emitting device, a plurality of the through grooves are formed in the current confinement layer.
Since the third cladding layer is embedded in each of the through-grooves, a plurality of oscillation regions can be generated according to the current path formed by each of the through-grooves during operation of the manufactured semiconductor light emitting device. That is, a semiconductor laser array can be configured.
【0047】また、請求項3の半導体発光素子の製造方
法では、上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から
上記基板に至る円形状のパターンの貫通溝を形成した
後、上記基板の温度を720℃以下に保った状態で、上
記電流狭窄層の上記貫通溝内に、上記一方の導電型を持
つ第3のクラッド層を、表面が上記電流狭窄層の表面と
同一平面となるように成長させて、上記貫通溝を埋め込
み、さらに、上記電流狭窄層および第3のクラッド層上
に、ダブルヘテロ構造をなす第1のクラッド層、活性層
および第2のクラッド層を形成しているので、表面出射
型の発光ダイオードを構成することができる。このと
き、上記ダブルヘテロ構造をなす層は、エッチング工程
を介在させることなく公知の成長方法、例えばMOCV
D法により、制御性良く平坦に形成されるので、厚さの
バラツキが殆ど生じない。したがって、製造した発光ダ
イオードの発光輝度−印加電流特性を安定化させること
ができる。また、第3のクラッド層形成後にエッチング
工程を介在させないので、成長界面が酸化されることが
ない。したがって、電流リークを減少させて発光輝度を
高めることができ、発光ダイオードの特性を向上させる
ことができる。さらに、上記ダブルヘテロ構造をなす層
を円錐台状に加工しているので、素子表面の光取り出し
効率を高めることができる。According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device, a circular groove extending from the surface of the current confinement layer to the substrate is formed in the current confinement layer. Is maintained at 720 ° C. or lower, a third cladding layer having the one conductivity type is placed in the through groove of the current confinement layer so that the surface is flush with the surface of the current confinement layer. The first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer having a double hetero structure are formed on the current confinement layer and the third cladding layer by growing the semiconductor layer. Thus, a surface-emitting type light emitting diode can be configured. At this time, the layer having the double hetero structure is formed by a known growth method, for example, MOCV without interposing an etching step.
Since it is formed flat with good controllability by the method D, there is almost no variation in thickness. Therefore, the light emission luminance-applied current characteristic of the manufactured light emitting diode can be stabilized. Further, since the etching step is not interposed after the formation of the third cladding layer, the growth interface is not oxidized. Therefore, the light emission luminance can be increased by reducing the current leakage, and the characteristics of the light emitting diode can be improved. Further, since the layer forming the double hetero structure is processed into a truncated cone shape, the light extraction efficiency on the element surface can be increased.
【図1】 この発明の基礎となる半導体レーザ素子の断
面を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a semiconductor laser device on which the present invention is based.
【図2】 図1の半導体レーザ素子の変形例の断面を示
す図である。FIG. 2 is a view showing a cross section of a modification of the semiconductor laser device of FIG. 1;
【図3】 この発明の第1実施例の製造方法により作製
された半導体レーザ素子の断面を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross section of a semiconductor laser device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention;
【図4】 GaAs基板の(111)B面上におけるAl
GaAs、GaInP,AlGaInP各層の成長速度と基板温
度との関係を示す図である。FIG. 4 shows Al on a (111) B surface of a GaAs substrate.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the growth rate of each layer of GaAs, GaInP, and AlGaInP and the substrate temperature.
【図5】 図1の半導体レーザ素子の製造工程を説明す
る図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor laser device of FIG. 1;
【図6】 図1の半導体レーザ素子の別の変形例の断面
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross section of another modification of the semiconductor laser device of FIG. 1;
【図7】 図1の半導体レーザ素子のさらに別の変形例
の断面を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a cross section of still another modification of the semiconductor laser device of FIG. 1;
【図8】 この発明の第2実施例の製造方法により作製
された半導体レーザ素子の断面を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross section of a semiconductor laser device manufactured by a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
【図9】 図1の半導体レーザ素子のさらに別の変形例
の断面を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a cross section of still another modification of the semiconductor laser device of FIG. 1;
【図10】 この発明の第3実施例の製造方法により作
製された発光ダイオードの断面および表面を示す図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing a cross section and a surface of a light emitting diode manufactured by a manufacturing method according to a third embodiment of the present invention.
【図11】 従来の実効屈折率ガイド型半導体レーザ素
子の断面を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a cross section of a conventional effective refractive index guide type semiconductor laser device.
【図12】 従来の実屈折率ガイド型半導体レーザの断
面を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a cross section of a conventional real refractive index guide type semiconductor laser.
1,11,21,31,41,51,61,71,81 p−Ga
As基板 2,12,22,32,42″,52,62,72,82 n−
GaAs電流狭窄層 2b,12b,22b,32b,42b,52b,62b,72b,82
b 貫通溝 3,13,23,33,43,53,63,73,83 第1ク
ラッド層 4,14,24,34,44,54,64,74,84 活性層 5,15,25,35,45,55,65,75,85 第2ク
ラッド層 8,18,28,38,48,58,68,78,88 p−AlGaAs第3クラッド層 38′ p−AlGaAs第3クラッド層の延在部分 42′ n−AlGaAs電流狭窄層 52′ n−GaAs電流狭窄層延長部 72b′ 非貫通溝 78′ p−AlGaAs第4クラッド層1,11,21,31,41,51,61,71,81 p-Ga
As substrate 2,12,22,32,42 ", 52,62,72,82 n-
GaAs current confinement layer 2b, 12b, 22b, 32b, 42b, 52b, 62b, 72b, 82
b Through-groove 3,13,23,33,43,53,63,73,83 First cladding layer 4,14,24,34,44,54,64,74,84 Active layer 5,15,25,35 , 45, 55, 65, 75, 85 Second cladding layer 8, 18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88 p-AlGaAs third cladding layer 38 'p-AlGaAs Third cladding layer extension Part 42 'n-AlGaAs current confinement layer 52' n-GaAs current confinement layer extension 72b 'non-through groove 78' p-AlGaAs fourth cladding layer
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−350195(JP,A) 特開 昭57−24591(JP,A) 特開 平4−74488(JP,A) 特開 平4−100290(JP,A) 特開 平5−343794(JP,A) 特開 昭64−30286(JP,A) 特開 平3−133190(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (56) References JP-A-6-350195 (JP, A) JP-A-57-24591 (JP, A) JP-A-4-74488 (JP, A) JP-A-4-100290 (JP) JP-A-5-343794 (JP, A) JP-A-64-30286 (JP, A) JP-A-3-133190 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01S 5/00-5/50 H01L 33/00 JICST file (JOIS)
Claims (3)
つGaAs基板の(111)B面又は(111)B面を主面
とするオフ面に、p型またはn型のうち他方の導電型を
持つGaAsまたはAlGaAsからなる電流狭窄層を設け
る工程と、 上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から上記基板
に至る所定のパターンの貫通溝を形成する工程と、 上記基板を720℃乃至740℃の範囲内の温度に保持
した状態で、上記一方の導電型を持つAlGaAsからな
る第3のクラッド層を、上記貫通溝を埋め込み、この貫
通溝を埋め込む部分の表面が上記電流狭窄層の表面と同
一平面をなし、かつ、上記電流狭窄層の表面上に上記貫
通溝内を埋め込む部分よりも薄厚の延在部分を持つよう
に成長させる工程と、 上記基板上にダブルヘテロ構造をなす第1のクラッド
層、活性層および第2のクラッド層を全面に成長させる
工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。1. A p-type or n-type GaAs substrate having a (111) B surface or an off-surface having a (111) B surface as a main surface, the other surface of which is p-type or n-type. Providing a current confinement layer made of GaAs or AlGaAs having a conductivity type; forming a through groove of a predetermined pattern from the surface of the current confinement layer to the substrate in the current confinement layer; The third cladding layer made of AlGaAs having the one conductivity type is buried in the through-groove while the temperature is kept in the range of ℃ to 740 ° C., and the surface of the portion where the through-groove is buried has the current constriction. Growing on the surface of the current constriction layer so as to have an extending portion thinner than a portion filling the through groove on the surface of the current confinement layer; and forming a double hetero structure on the substrate. Eggplant first crack A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising a step of growing a first layer, an active layer, and a second clad layer over the entire surface.
つGaAs基板の(111)B面又は(111)B面を主面
とするオフ面に、p型またはn型のうち他方の導電型を
持つGaAsまたはAlGaAsからなる電流狭窄層を設け
る工程と、 上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から上記基板
に至る所定のパターンの貫通溝を複数形成する工程と、 上記基板を720℃以下の温度に保持した状態で、上記
各貫通溝内に、上記一方の導電型を持つAlGaAsから
なる第3のクラッド層を、それぞれ表面が上記電流狭窄
層の表面と同一平面となるように成長させて、上記貫通
溝を埋め込む工程と、 上記基板上にダブルヘテロ構造をなす第1のクラッド
層、活性層および第2のクラッド層を全面に成長させる
工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。2. A p-type or n-type GaAs substrate having a (111) B surface or an off-surface having a (111) B surface as a main surface, the other surface of which is p-type or n-type. Providing a current blocking layer made of GaAs or AlGaAs having a conductivity type; forming a plurality of through-grooves of a predetermined pattern from the surface of the current blocking layer to the substrate in the current blocking layer; In a state where the temperature is maintained at 720 ° C. or lower, a third cladding layer made of AlGaAs having one of the above-mentioned conductivity types is placed in each of the through-grooves so that their surfaces are flush with the surface of the current confinement layer. And burying the through-grooves, and growing a first clad layer, an active layer and a second clad layer having a double heterostructure on the entire surface of the substrate. Light emitting element Production method.
つGaAs基板の(111)B面又は(111)B面を主面
とするオフ面に、p型またはn型のうち他方の導電型を
持つGaAsまたはAlGaAsからなる電流狭窄層を設け
る工程と、 上記電流狭窄層に、この電流狭窄層の表面から上記基板
に至る円形状のパターンの貫通溝を形成する工程と、 上記基板を720℃以下の温度に保持した状態で、上記
貫通溝内に、上記一方の導電型を持つAlGaAsからな
る第3のクラッド層を、表面が上記電流狭窄層の表面と
同一平面となるように成長させて、上記貫通溝を埋め込
む工程と、 上記基板上にダブルヘテロ構造をなす第1のクラッド
層、活性層および第2のクラッド層を全面に成長させる
工程と、 上記ダブルヘテロ構造をなす層を円錐台状に加工する工
程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。3. A p-type or n-type GaAs substrate having a (111) B surface or an off-surface having a (111) B surface as a main surface, the other surface of which is p-type or n-type. Providing a current confinement layer made of GaAs or AlGaAs having a conductivity type; forming a through-groove in a circular pattern from the surface of the current confinement layer to the substrate in the current confinement layer; While maintaining the temperature at 720 ° C. or lower, a third cladding layer made of AlGaAs having one conductivity type is grown in the through groove so that the surface is flush with the surface of the current confinement layer. Burying the through-groove; growing a first clad layer, an active layer and a second clad layer forming a double hetero structure on the entire surface of the substrate; and forming the double hetero structure layer on the substrate. Process into a truncated cone The method of manufacturing a semiconductor light emitting device characterized by having a step.
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US08/668,086 US5717709A (en) | 1993-06-04 | 1996-06-19 | Semiconductor light-emitting device capable of having good stability in fundamental mode of oscillation, decreasing current leakage, and lowering oscillation threshold limit, and method of making the same |
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