JP2000340891A - Semiconductor optical device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ等の
半導体発光素子に関するものであり、特にレーザ特性が
安定しておりレーザ動作の信頼性が高いリッジ型ストラ
イプ構造を有する半導体レーザに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser, and more particularly to a semiconductor laser having a ridge-type stripe structure having stable laser characteristics and high laser operation reliability. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体光デバイス装置を簡易に作製する
場合に、リッジ導波型と呼ばれる構造がよく用いられ
る。図４にその構造の作製方法を示す。まず、最初に基
板４０１上に第１導電型クラッド層４０２、活性層４０
３、第２導電型クラッド層４０４及び第２導電型コンタ
クト層４０５を成長する。次に、フォトリソグラフィー
によるパターニングにより、ストライプ状のレジスト４
１１をウエハー表面に形成し、このレジストをマスクと
して第２導電型クラッド層４０４を所望の厚みだけ残る
ようにウェットエッチングすることにより、ストライプ
状のリッジが形成される。この後、ウエハー全面に絶縁
膜４０６を形成し、フォトリソグラフィーによりリッジ
の頂部の絶縁膜を除去し、さらにエピタキシャル側電極
４０７及び基板電極４０８を形成する。このとき、リッ
ジ構造にすることにより、レーザ発振において横モード
の安定化としきい値電流の低減を行うことができる。2. Description of the Related Art When a semiconductor optical device is easily manufactured, a structure called a ridge waveguide type is often used. FIG. 4 shows a method for manufacturing the structure. First, the first conductivity type clad layer 402 and the active layer 40 are formed on the substrate 401.
3. The second conductivity type cladding layer 404 and the second conductivity type contact layer 405 are grown. Next, a resist 4 having a stripe shape is formed by patterning by photolithography.
11 is formed on the surface of the wafer, and the resist is used as a mask to wet-etch the second conductive type clad layer 404 so as to leave a desired thickness, thereby forming a stripe-shaped ridge. Thereafter, an insulating film 406 is formed on the entire surface of the wafer, the insulating film at the top of the ridge is removed by photolithography, and an epitaxial side electrode 407 and a substrate electrode 408 are formed. At this time, the ridge structure can stabilize the transverse mode and reduce the threshold current in laser oscillation.
【０００３】しかしながら、このような従来のリッジ導
波路半導体光デバイス装置の製造法では、リッジ部をエ
ッチングにより形成するため、非リッジ部４１０におけ
る活性層上のクラッド層の厚みを精度よく制御すること
が困難であった。その結果、この非リッジ部のクラッド
層の厚みのわずかな違いにより、この部分の実効屈折率
が大きく変化し、しきい値電流や拡がり角などの半導体
光デバイス装置のレーザ特性が変動するために、製品歩
留まりを向上させることが難しかった。However, in such a conventional method of manufacturing a ridge waveguide semiconductor optical device, since the ridge portion is formed by etching, the thickness of the cladding layer on the active layer in the non-ridge portion 410 must be accurately controlled. Was difficult. As a result, a slight difference in the thickness of the cladding layer in the non-ridge portion greatly changes the effective refractive index in this portion, and changes the laser characteristics of the semiconductor optical device such as the threshold current and the spread angle. It was difficult to improve the product yield.
【０００４】このような問題を解決するために、非リッ
ジ部の活性層上部のクラッド層の厚みを結晶成長時の結
晶成長速度を用いて決定し、非リッジ部に保護膜を形成
して、リッジ部分を再成長する方法が提案されている
（特開平５−１２１８２２号公報、特開平９−１９９７
９１号公報、特開平１０−３２６９３４〜８号公報、特
開平１０−３２６９４５号公報等）。このようなレーザ
の作製方法と構造を図３に示す。このような作製法で、
リッジ部が形成される際、保護膜３０６をマスクとして
ストライプ状開口部３０７上に選択再成長が行われ、成
長速度の面方位に対する異方性により、台形等の形状に
第２導電型第２クラッド層３０８、第２導電型コンタク
ト層３０９が順次積層される。このような方法を採用す
ることにより、非リッジ部の活性層上部の第２導電型第
１クラッド層３０４の厚みを精密に制御することが可能
となり、実効屈折率の制御が容易になった。In order to solve such a problem, the thickness of the cladding layer above the active layer in the non-ridge portion is determined by using the crystal growth rate during crystal growth, and a protective film is formed in the non-ridge portion. A method of regrowing the ridge portion has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-121822 and 9-1997).
91, JP-A-10-326934-8, JP-A-10-326945, etc.). FIG. 3 shows a manufacturing method and a structure of such a laser. With such a manufacturing method,
When the ridge portion is formed, selective regrowth is performed on the stripe-shaped opening portion 307 using the protective film 306 as a mask. A cladding layer 308 and a second conductivity type contact layer 309 are sequentially laminated. By employing such a method, the thickness of the second conductivity type first cladding layer 304 above the active layer in the non-ridge portion can be precisely controlled, and the control of the effective refractive index is facilitated.
【０００５】基板に格子整合を行う必要があることか
ら、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ（ＡｌＧａ）
ＡｓＰ／ＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ（ＡｌＧａ）Ａ
ｓ／ＩｎＰ系や、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＰ／Ｉｎ
（ＡｌＧａ）Ｐ系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＧａＰ系のように、第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型第１クラッド層を含むダブルヘテロ構造にお
ける各層のＩｎ組成は約５０％もしくはそれ以上に設定
されている。通常、Ｉｎ組成は基板との格子整合に必要
な組成に、ＡｌとＧａの組成は屈折率やバンドギャップ
の大小の調整に必要な組成にそれぞれ決定される。Since it is necessary to perform lattice matching on the substrate, InGaAsP / In (AlGa) on the InP substrate is used.
AsP / InP system, InGaAs / In (AlGa) A
s / InP or InGaP / In on GaAs substrate
(AlGa) P-based, InGaAs / InGaAsP / I
The first conductivity type cladding layer, the active layer,
The In composition of each layer in the double hetero structure including the first cladding layer of the second conductivity type is set to about 50% or more. Normally, the In composition is determined as a composition necessary for lattice matching with the substrate, and the Al and Ga compositions are determined as compositions necessary for adjusting the refractive index and the band gap.
【０００６】例えば、図６に示すように、ＧａＡｓ基板
上に作製される（ＡｌＧａ）ＩｎＰ系赤色可視レーザ
（６００ｎｍ帯）においては、活性層及びクラッド層と
もにほぼ基板と格子整合するようにＩｎ組成をＩＩＩ族
全体の約５０％とし、活性層のＡｌ組成を小さく（通常
Ａｌ組成は０％）、クラッド層のＡｌ組成を大きく（通
常Ａｌ組成は３０〜５０％）となるようにして、屈折率
及びバンドギャップの調整を行っている。最近は、レー
ザ特性向上のために、量子井戸活性層に歪みをかけるこ
とが多く、この場合のＩｎ組成は通常４０％〜６０％の
間で変化させている。For example, as shown in FIG. 6, in an (AlGa) InP-based red-visible laser (600 nm band) fabricated on a GaAs substrate, the In composition is such that both the active layer and the cladding layer substantially match the substrate. Is set to about 50% of the whole group III, the Al composition of the active layer is made small (normally, Al composition is 0%), and the Al composition of the cladding layer is made large (usually, Al composition is 30 to 50%). Adjustment of rate and band gap. Recently, the quantum well active layer is often strained in order to improve the laser characteristics. In this case, the In composition is usually changed between 40% and 60%.
【０００７】特開平９−１９９７９１号公報において
も、第１導電型第１クラッド層、活性層、第２導電型第
１クラッド層からなるダブルヘテロ構造がＩｎ（ＡｌＧ
ａ）ＡｓＰ／ＩｎＰ系から構成されている場合、リッジ
部の再成長において、Ｉｎを含んだ層（ＩｎＰクラッド
層）を成長している。Ｉｎを含んだ層をリッジ形状に保
護膜開口部に選択成長を行うと、保護膜開口部幅と保護
膜マスク領域幅との比、成長条件（基板温度、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比など）により、リッジ領域に堆積する層の成長速
度、混晶組成などが大きく変動しやすい。この理由は、
ＩｎはＧａやＡｌなどと比べて蒸気圧が高いために特に
保護膜上等において脱離しやすいことが原因と考えられ
る。また、保護膜上への化合物（特にＡｌを含んだ化合
物）の堆積を抑制するために、特開平５−５０２１４７
号公報、特開平７−２９７１３４号公報等に有機金属気
相成長中に微量のＨＣｌガスを添加する方法が記載され
ている。ただし、特開平７−２９７１３４号公報におい
て、ＩｎとＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成
長させた場合、膜中へのＩｎ取り込み量がＨＣｌとＩｎ
との供給モル比に大きく依存しやすく、ＨＣｌを添加し
たＩｎ含んだ化合物の混晶組成を再現性制御することが
困難であるために、供給モル比をＨＣｌ／（Ａｌ＋Ｉ
ｎ）をできる限り小さくする必要があることが記載され
ており、成長条件にかなりの制約を受けることがわか
る。一般的には、ダブルヘテロ構造部のＩｎ組成が高く
なればなるほど、リッジ部のＩｎ組成は高くなり、か
つ、リッジ部のＩｎ組成が大きくなればなるほど、上記
の問題は深刻になり、特にリッジ部のＩｎ組成の変化量
の絶対値は大きくなる（屈折率や格子定数などの量が大
きくなる）ことは容易に考えられる。[0007] In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1979791, a double hetero structure composed of a first conductive type first clad layer, an active layer, and a second conductive type first clad layer is also In (AlG).
a) In the case of the AsP / InP system, a layer containing In (InP clad layer) is grown in regrowth of the ridge portion. When the layer containing In is selectively grown in the protective film opening in a ridge shape, the ratio of the width of the protective film opening to the width of the protective film mask region, the growth conditions (substrate temperature, V / II)
I ratio, etc.), the growth rate of the layer deposited in the ridge region, the mixed crystal composition, and the like are likely to vary greatly. The reason for this is
It is considered that In has a higher vapor pressure than Ga, Al or the like, and is likely to be desorbed particularly on a protective film or the like. Further, in order to suppress the deposition of a compound (particularly, a compound containing Al) on the protective film, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-502147.
And JP-A-7-297134 disclose a method of adding a small amount of HCl gas during metal organic chemical vapor deposition. However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-297134, when a III-V compound semiconductor containing In and Al is grown, the incorporation of In into the film is limited to HCl and In.
And it is difficult to control the reproducibility of the mixed crystal composition of the In-containing compound to which HCl is added. Therefore, the supply molar ratio is set to HCl / (Al + I
It is described that it is necessary to make n) as small as possible, which indicates that the growth conditions are considerably restricted. In general, the higher the In composition of the double heterostructure portion, the higher the In composition of the ridge portion, and the higher the In composition of the ridge portion, the more serious the above problem. It is easily conceivable that the absolute value of the amount of change in the In composition of the portion increases (the amount of the refractive index, lattice constant, and the like increases).
【０００８】このように、再成長部分の化合物半導体層
（クラッド層など）にＩｎがある程度多く含むと、Ｉｎ
含んだ化合物の成長速度や混晶組成が変化し、所望のリ
ッジ形状や屈折率を再現性良く得られなくなってしま
い、リッジ導波型レーザのレーザ特性（しきい値電流、
拡がり角など）が変動してしまうという問題がある。さ
らに、Ｉｎを含んだ化合物半導体層の混晶組成のずれは
格子定数の変化をもたらし、リッジ再成長界面に転位の
発生し、レーザ動作の信頼性が大幅に低下してしまうと
いう問題も生じる。また、リッジ開口部の幅を装置中央
部よりも装置端部で広くしたり、狭くしたりすることに
より、端面での近視野像、すなわちビーム拡がり角（出
射角）を変化させることが可能となる。しかしながら、
Ｉｎを含んだ層をリッジ形状に成長する場合、端部付近
での開口部の変化は保護膜開口部幅と保護膜マスク領域
幅との比を変化させるために、装置中央と端部付近での
Ｉｎを含んだ化合物半導体層の混晶組成のずれが生じて
しまうために、ビーム拡がり角（出射角）の制御性、再
現性が低下するという問題も生じる。As described above, if the compound semiconductor layer (such as the cladding layer) in the regrown portion contains a large amount of In,
The growth rate and mixed crystal composition of the contained compounds change, and the desired ridge shape and refractive index cannot be obtained with good reproducibility, and the laser characteristics (threshold current,
(Spread angle, etc.) fluctuates. Further, a shift in the mixed crystal composition of the compound semiconductor layer containing In causes a change in the lattice constant, causing dislocations at the ridge regrowth interface, and causing a problem that the reliability of the laser operation is greatly reduced. Also, by making the width of the ridge opening wider or narrower at the end of the device than at the center of the device, it is possible to change the near-field image at the end face, that is, the beam divergence angle (emission angle). Become. However,
When the layer containing In is grown in a ridge shape, the change in the opening near the end changes the ratio between the width of the protective film opening and the width of the protective film mask region. As a result, the controllability and reproducibility of the beam divergence angle (emission angle) are reduced due to the shift of the mixed crystal composition of the compound semiconductor layer containing In.
【０００９】また、ディジタルビデオディスクを中心と
する記録密度向上のために、情報処理用光源として従来
のＡｌＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に変わって、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎ
ｍ）レーザが実用化され始めているが、短波長化かつ低
しきい値・高温動作に向けて以下に述べる検討がなされ
てきた。ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可視レ
ーザの作製において、（１００）面から［０１１］方向
（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用い
ることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）に
よるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすく
したり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）
の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大に
よる素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させるこ
とが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、
ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ界面に大きな
凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以
下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性
層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波
長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしま
う。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチ
ングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量
子効果による短波長化が可能となる。このように、短波
長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステッ
プバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピン
グにより短波長化による発振しきい値電流の増加及び温
度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から
［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に８〜
１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０
ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩ
ｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度
を選択する必要がある。In order to improve the recording density mainly for digital video discs, instead of conventional AlGaAs (wavelength near 780 nm) as a light source for information processing, A
Visible using lGaInP system (normally 630 to 690 n
m) Although lasers have begun to be put into practical use, the following studies have been made with the aim of shortening the wavelength, operating at a low threshold value, and operating at a high temperature. In manufacturing a visible laser made of AlGaInP / GaInP, a natural superlattice is formed (ordering) by using a substrate that is turned off in the [011] direction (or in the [0-1-1] direction) from the (100) plane. To reduce the band gap due to, to make it easier to shorten the wavelength, or to use a p-type dopant (for example, Zn, Be, Mg).
Can be easily doped at a high concentration, and the oscillation threshold current and temperature characteristics of the device can be improved by increasing the hetero barrier. However, when the off angle is small,
Step bunching appears remarkably, large irregularities are formed at the hetero interface, and when a quantum well structure (GaInP well layer of about 10 nm or less) is manufactured, the PL wavelength (or oscillation wavelength) due to the quantum effect on the bulk active layer is produced. Becomes shorter than the design value. By increasing the off angle, step bunching is suppressed, the heterointerface becomes flat, and the wavelength can be shortened by the quantum effect as designed. Thus, the formation of a natural superlattice and the occurrence of step bunching, which are factors that hinder the shortening of the wavelength, are suppressed, and the increase in the oscillation threshold current due to the shortening of the wavelength due to the shortening of the wavelength due to the p-type high-concentration doping and the temperature characteristic In order to suppress the deterioration, it is usually 8 to 10 in the [011] direction (or [0-1-1] direction) from the (100) plane.
A substrate turned off by about 16 degrees is used. However, 650
Depending on the desired wavelength, such as
It is necessary to select an appropriate off angle in consideration of the thickness and the amount of distortion of the nP well layer.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記のようにこれまで
に様々な技術が開発されるに至っているが、Ｉｎを利用
したリッジ導波型の半導体光デバイス装置にはいまだ改
善の余地が残されており、改良技術の開発が待たれてい
る。そこで、本発明は上記の従来技術の問題点に対処
し、より優れた半導体光デバイス装置を提供することを
課題とした。すなわち本発明は、リッジの形状やリッジ
を構成する半導体層の混晶組成（格子定数、屈折率な
ど）の制御性や再現性が良好で、かつレーザ特性が安定
しておりレーザ動作の信頼性が高い半導体発光素子を提
供することを解決すべき課題とした。As described above, various techniques have been developed so far, but there is still room for improvement in a ridge waveguide type semiconductor optical device using In. The development of improved technology is awaited. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to address the above-mentioned problems of the prior art and to provide a more excellent semiconductor optical device. That is, the present invention provides good controllability and reproducibility of the shape of the ridge and the mixed crystal composition (lattice constant, refractive index, etc.) of the semiconductor layer constituting the ridge, stable laser characteristics, and reliability of laser operation. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device having a high level.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、基板上に、活性層を
含む化合物半導体層、その上に形成された開口部を有す
る保護膜、該開口部上に形成された活性層より屈折率の
小さいリッジ型の化合物半導体層およびその上に形成さ
れた電極から少なくとも構成され、前記活性層を含む化
合物半導体層にＩｎ（インジウム）混晶組成を５％以上
である含む層を有し、前記リッジ型化合物半導体層はＩ
ｎ混晶組成が１０％以下とすることにより、リッジ（メ
サ）の形状やリッジを構成する半導体層の混晶組成（格
子定数、屈折率など）の制御性、再現性を向上し、かつ
レーザ特性の安定化及びレーザ動作の信頼性の向上が図
れることを見出し、本発明に達した。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that, on a substrate, a compound semiconductor layer including an active layer and a protective layer having an opening formed thereon are provided. A film, a ridge-type compound semiconductor layer having a smaller refractive index than the active layer formed on the opening, and an electrode formed thereon, and the compound semiconductor layer including the active layer is mixed with In (indium). A ridge-type compound semiconductor layer having a crystal composition of 5% or more.
By controlling the n mixed crystal composition to 10% or less, the controllability and reproducibility of the ridge (mesa) shape and the mixed crystal composition (lattice constant, refractive index, etc.) of the semiconductor layer constituting the ridge are improved, and the laser The inventors have found that the characteristics can be stabilized and the reliability of the laser operation can be improved, and the present invention has been achieved.
【００１２】すなわち本発明は、基板上に、活性層を含
む化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成された
開口部を有する保護膜、該開口部を覆うように形成され
た前記活性層より屈折率が小さいリッジ型の化合物半導
体層、および該リッジ型の化合物半導体層の上に形成さ
れた電極を少なくとも有し、前記活性層を含む化合物半
導体層中にＩｎ混晶組成が５％以上である層を有し、前
記リッジ型化合物半導体層のＩｎ混晶組成が１０％以下
であることを特徴とする半導体光デバイス装置を提供す
るものである。That is, the present invention provides a compound semiconductor layer including an active layer on a substrate, a protective film having an opening formed on the compound semiconductor layer, and the active layer formed so as to cover the opening. A ridge-type compound semiconductor layer having a smaller refractive index; and an electrode formed on the ridge-type compound semiconductor layer, wherein the compound semiconductor layer including the active layer has an In mixed crystal composition of 5% or more. Wherein the In compound crystal composition of the ridge type compound semiconductor layer is 10% or less.
【００１３】本発明の半導体光デバイス装置は、活性層
を含む化合物半導体層が、活性層の下に形成され活性層
より屈折率が小さい第１導電型クラッド層と、活性層の
上に形成され活性層より屈折率が小さい第２導電型第１
クラッド層を含むものであるのが好ましい。中でも、第
２導電型第１クラッド層がＩｎを５％以上含む態様；第
１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド
層のうち少なくとも１つの層が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ
1-yＰ［０≦ｘ≦１，０．０５≦ｙ≦１］で表される化
合物である態様；リッジ型化合物半導体層のＩｎ混晶組
成が５％以下、特に１％以下である態様；リッジ型の化
合物半導体層が第２導電型第２クラッド層を含む態様；
第２導電型第２クラッド層の屈折率が第２導電型第１ク
ラッド層の屈折率の±０．２の範囲内にあり、かつリッ
ジ型化合物半導体層が第２導電型第１クラッド層と異な
る組成を有する態様が好ましい。本発明の半導体光デバ
イス装置には、開口部がストライプ状であって、該スト
ライプの幅は開口中央部より開口前端部の方が狭く、開
口中央部より開口後端部の方が狭いかまたは広い態様；
該ストライプの幅は開口中央部より開口前端部の方が広
く、開口中央部より開口後端部の方が広いかまたは狭い
態様を包含する。さらに基板の表面が低次の面方位に対
してオフアングルを有すること、および遠視野像が単一
ピークであることが好ましい。According to the semiconductor optical device of the present invention, a compound semiconductor layer including an active layer is formed under the active layer and has a first conductivity type cladding layer having a lower refractive index than the active layer, and is formed over the active layer. The second conductivity type first having a smaller refractive index than the active layer
Preferably, it contains a cladding layer. In particular, an embodiment in which the second conductivity type first cladding layer contains 5% or more of In; at least one of the first conductivity type cladding layer, the active layer, and the second conductivity type first cladding layer is (Al x Ga 1− x ) y In
1-y P [0 ≦ x ≦ 1, 0.05 ≦ y ≦ 1] compound; a ridge-type compound semiconductor layer having an In mixed crystal composition of 5% or less, particularly 1% or less An embodiment in which the ridge type compound semiconductor layer includes a second conductive type second cladding layer;
The refractive index of the second conductive type second cladding layer is within the range of ± 0.2 of the refractive index of the second conductive type first cladding layer, and the ridge type compound semiconductor layer is formed of the second conductive type first cladding layer. Embodiments having different compositions are preferred. In the semiconductor optical device device of the present invention, the opening has a stripe shape, and the width of the stripe is smaller at the front end of the opening than at the center of the opening, or narrower at the rear end of the opening than at the center of the opening or Broad aspects;
The width of the stripe includes a mode in which the front end portion of the opening is wider than the central portion of the opening, and the width of the rear end portion of the opening is wider or narrower than the central portion of the opening. Further, it is preferable that the surface of the substrate has an off-angle with respect to a low-order plane orientation and that the far-field image has a single peak.
【００１４】本発明には、前記リッジ型化合物半導体層
がＡｌXＧａ1-XＡｓ［０≦ｘ≦１］またはＡｌXＧａ1-X
ＡｓyＰ1-y［０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１］で表される化合
物である態様；前記リッジの側面には保護膜が形成され
ていない態様；前記開口部の端面における幅が０．５μ
ｍ以上１０００μｍ以下である態様；前記活性層と前記
保護膜との間の距離が０．２μｍ以上０．５μｍ以下で
ある態様；前記リッジ型化合物半導体層の実質的全面に
コンタクト層が形成されている態様；前記リッジ型化合
物半導体層を構成する少なくとも一つの層にＡｌが含ま
れている態様；前記リッジ型化合物半導体層を保護膜開
口部に有機金属気相成長法を用いて選択成長する際にハ
ロゲン元素を含むガスを少量添加する態様；前記開口部
の伸びる方向を、コンタクト層がリッジ形状の実質的全
面に形成される様に選択した態様；前記基板の結晶成長
面が（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面であ
り、前記保護膜の開口部の伸びる方向を［０１−１］方
向又はそれと結晶学的に等価な方向とした態様；前記の
リッジ型の化合物半導体層の一部が、保護膜にのりかか
る様に形成されている態様；前記活性層の屈折率が前記
保護膜の屈折率よりも小さい態様；前記活性層が単数も
しくは複数の量子井戸層及び光ガイド層によって構成さ
れている態様；前記第２導電型第１クラッド層上であっ
て、少なくとも前記保護膜の開口部に、酸化防止層を有
する態様が、好ましい態様として包含される。本発明の
半導体光デバイス装置は、半導体発光装置、半導体レー
ザや半導体光増幅器などとして有用である。In the present invention, the ridge type compound semiconductor layer is preferably made of Al x Ga 1 -x As [0 ≦ x ≦ 1] or Al x Ga 1 -x
As y P 1-y [0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1] is a compound represented by the embodiment; manner on the side surface of the ridge unprotected film formation; width of the end face of the opening Is 0.5μ
m to 1000 μm; a distance between the active layer and the protective film is 0.2 μm to 0.5 μm; and a contact layer formed on substantially the entire surface of the ridge type compound semiconductor layer. An aspect in which at least one layer constituting the ridge-type compound semiconductor layer contains Al; when selectively growing the ridge-type compound semiconductor layer in a protective film opening by using a metal organic chemical vapor deposition method; A mode in which a small amount of a gas containing a halogen element is added to the substrate; a mode in which the direction in which the opening extends is selected so that the contact layer is formed over substantially the entire surface of the ridge shape; and the crystal growth plane of the substrate is a (100) plane Or a plane crystallographically equivalent thereto, in which the direction in which the opening of the protective film extends is the [01-1] direction or a direction crystallographically equivalent thereto; the ridge-type compound semiconductor described above. An embodiment in which a part of the layer is formed so as to overlap the protective film; an embodiment in which the refractive index of the active layer is smaller than the refractive index of the protective film; An embodiment constituted by a guide layer; an embodiment having an oxidation preventing layer on at least the opening of the protective film on the first cladding layer of the second conductivity type is included as a preferable embodiment. The semiconductor optical device of the present invention is useful as a semiconductor light emitting device, a semiconductor laser, a semiconductor optical amplifier, or the like.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の半導体光デバイス装置に
ついて、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具
体的に説明する。本発明の半導体光デバイス装置は、基
板上、該基板上に形成された活性層を含む化合物半導体
層、該化合物半導体層の上に形成された開口部を有する
保護膜、該開口部を覆うように形成された前記活性層よ
り屈折率が小さいリッジ型の化合物半導体層、および該
リッジ型の化合物半導体層の上に形成された電極を少な
くとも有する。本発明の半導体光デバイス装置の基板
は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することが
可能なものであれば、導電性や材料については特に限定
されない。好ましいのは導電性があるものであり、望ま
しくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ2Ｏ3等の結
晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板であり、
その場合基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学
的に等価な面が好ましく、（１００）面が最も好まし
い。なお、本明細書において（１００）面という場合、
必ずしも厳密に（１００）シャストの面である必要はな
く、最大３０°程度のオフアングルを有する場合まで包
含することとする。オフアングルの大きさは上限は３０
°以下が好ましく、１６°以下がより好ましい。下限は
０．５°以上が好ましく、２°以上がより好ましく、６
°以上がさらに好ましく、１０°以上が最も好ましい。
また、基板は六方晶型の基板でもよく、その場合はＡｌ
2Ｏ3、６Ｈ−ＳｉＣ等の上にも形成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The semiconductor optical device of the present invention will be specifically described with reference to details of each layer and an example of a manufacturing process. A semiconductor optical device device of the present invention includes a substrate, a compound semiconductor layer including an active layer formed on the substrate, a protective film having an opening formed on the compound semiconductor layer, and covering the opening. At least a ridge type compound semiconductor layer having a smaller refractive index than the active layer formed on the ridge type compound semiconductor layer, and an electrode formed on the ridge type compound semiconductor layer. The conductivity and the material of the substrate of the semiconductor optical device of the present invention are not particularly limited as long as a crystal having a double hetero structure can be grown thereon. Preferably, the conductive material is GaAs or In, which is suitable for growing a crystal thin film thereon.
A crystal substrate of P, GaP, ZnSe, ZnO, Si, Al 2 O 3 or the like, particularly a crystal substrate having a zinc blende structure;
In this case, the substrate crystal growth surface is preferably a low-order plane or a plane crystallographically equivalent thereto, and most preferably a (100) plane. In this specification, when referring to the (100) plane,
It is not always necessary to be strictly a (100) shred surface, and the case where the off-angle is up to about 30 ° is included. Maximum off-angle is 30
° or less, more preferably 16 ° or less. The lower limit is preferably 0.5 ° or more, more preferably 2 ° or more, and 6
And more preferably 10 ° or more.
Further, the substrate may be a hexagonal type substrate, in which case Al
It is also formed on 2 O 3 , 6H—SiC or the like.
【００１６】基板上に形成される化合物半導体層は、活
性層を含んでおり、かつＩｎ混晶組成が５％以上である
層を含む。該化合物半導体層は、通常、活性層の上下に
活性層より屈折率の小さい層を含んでいる。そのうち基
板側の層は第１導電型クラッド層、他方のエピタキシャ
ル側の層は第２導電型第１クラッド層として機能する態
様が好ましい。また、該化合物半導体層は光ガイド層と
して機能する層を含んでいてもよい。本発明の半導体光
デバイス装置を作製する際の結晶の成長方法は特に限定
されるものではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長には
ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の公知の成長法を用いること
ができる。Ｉｎ混晶組成が５％以上である層は、化合物
半導体層を構成する層のいずれであってもよい。好まし
いのは、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第
１クラッド層の少なくとも１層である。特に第２導電型
第１クラッド層のＩｎ混晶組成が５％以上であるのが好
ましい。化合物半導体層全体のＩｎ混晶組成の平均値は
高い方が好ましい。具体的には、５％以上であることが
好ましく、１５％以上であることがより好ましく、３０
％以上であることが最も好ましい。The compound semiconductor layer formed on the substrate includes an active layer and a layer having an In mixed crystal composition of 5% or more. The compound semiconductor layer usually includes layers having a lower refractive index than the active layer above and below the active layer. It is preferable that the layer on the substrate side functions as the first conductive type clad layer and the other epitaxial side layer functions as the second conductive type first clad layer. Further, the compound semiconductor layer may include a layer functioning as a light guide layer. The method of growing the crystal when manufacturing the semiconductor optical device of the present invention is not particularly limited, and a known growth method such as MOCVD or MBE can be used for crystal growth of the double hetero structure. The layer having an In mixed crystal composition of 5% or more may be any of the layers constituting the compound semiconductor layer. Preferred is at least one of a first conductivity type clad layer, an active layer, and a second conductivity type first clad layer. In particular, it is preferable that the In mixed crystal composition of the first cladding layer of the second conductivity type is 5% or more. The average value of the In mixed crystal composition of the entire compound semiconductor layer is preferably higher. Specifically, it is preferably 5% or more, more preferably 15% or more, and 30% or more.
% Is most preferable.
【００１７】保護膜の開口部上に形成される活性層より
屈折率の小さい層を含むリッジ型の化合物半導体層は、
通常、大部分が第２導電型第２クラッド層からなる。ほ
かに光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。
表面の実質的全面は、低抵抗のコンタクト層からなるこ
とが好ましい。クラッド層、活性層及びコンタクト層に
ついても特に限定されないが、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａ
ＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎ
ＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導
体を用いて、活性層を２層のクラッド層で挟んだダブル
へテロ構造を作製するのが好ましい。また、このとき、
クラッド層は、活性層より屈折率が小さい材料が選択さ
れ、コンタクト層としては、通常、バンドギャップがク
ラッド層のそれよりも小さい材料が選択され、金属電極
とのオーミック性を取るための低抵抗で、適当なキャリ
ア密度（ｃｍ-3）、即ち、下限は、１×１０18以上が好
ましく、３×１０18以上がより好ましく、５×１０18以
上が最も好ましい。上限は、２×１０20以下が好まし
く、５×１０19以下がより好ましく、３×１０19以下が
最も好ましい。また、活性層は、単一の層からなる場合
に限定されず、量子井戸層及び前記量子井戸層を上下か
ら挟む光ガイド層からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）
や、複数の量子井戸層及びそれらに挟まれたバリア層な
らびに最上の量子井戸層の上及び最下の量子井戸層の下
に積層された光ガイド層からなる多量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）であってもよい。The ridge type compound semiconductor layer including a layer having a lower refractive index than the active layer formed on the opening of the protective film is
Usually, most of the second conductive type second clad layer is formed. In addition, a layer functioning as a light guide layer may be included.
It is preferable that a substantially entire surface is made of a low-resistance contact layer. The cladding layer, the active layer, and the contact layer are not particularly limited, either.
InAs, AlGaInP, GaInAsP, AlGa
InN, BeMgZnSe, MgZnSSe, CdZn
It is preferable to use a general III-V or II-VI semiconductor such as SeTe to form a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between two cladding layers. At this time,
A material having a smaller refractive index than the active layer is selected for the cladding layer, and a material having a band gap smaller than that of the cladding layer is usually selected for the contact layer. The appropriate carrier density (cm −3 ), that is, the lower limit is preferably 1 × 10 18 or more, more preferably 3 × 10 18 or more, and most preferably 5 × 10 18 or more. The upper limit is preferably 2 × 10 20 or less, more preferably 5 × 10 19 or less, and most preferably 3 × 10 19 or less. The active layer is not limited to a single layer, but is a single quantum well structure (SQW) composed of a quantum well layer and optical guide layers sandwiching the quantum well layer from above and below.
A multi-quantum well structure (MQ) comprising a plurality of quantum well layers and barrier layers sandwiched between them, and an optical guide layer stacked on the uppermost quantum well layer and below the lowermost quantum well layer.
W).
【００１８】保護膜についても特に限定されないが、保
護膜の開口部上に形成されたリッジ部の下の活性層の領
域にのみ電流注入しうるように、開口部両脇の保護膜で
電流狭窄を行うために絶縁性を有する必要があり、ま
た、活性層に水平方向にリッジ部と非リッジ部の間で実
効屈折率差をつけ、レーザ発振の横モードの安定化を図
るために、保護膜の屈折率はリッジ部の化合物半導体
層、具体的には第２導電型第２クラッド層の屈折率より
も小さいことが好ましい。しかし、実用上は、保護膜と
リッジ部の第２導電型第２クラッド層との屈折率差が大
きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大き
くなり易いために、リッジ下の第１クラッド層を厚くし
なければならなくなり、横方向に漏れ電流が大きくなる
という問題が生じる。一方、保護膜とリッジ部の第２導
電型第２クラッド層との屈折率差が小さすぎる場合、保
護膜の外側へ光が漏れやすくなるために保護膜をある程
度厚くする必要があるが、このことにより劈開性が悪く
なるという問題が生じる。これらのことを考え併せて、
保護膜とリッジ部の第２導電型第２クラッド層との屈折
率差は、下限は０．２以上が好ましく、０．３以上がよ
り好ましく、０．５以上が最も好ましい。上限は、３．
０以下が好ましく、２．５以下がより好ましく、１．８
以下が最も好ましい。また、保護膜の厚みは、絶縁特性
を充分に示すことができ、かつ保護膜の外側に光が漏れ
ない程度の厚さがあれば、特に問題はない。保護膜の厚
みは、下限は１０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上が
より好ましく、５０以上が最も好ましい。上限は５００
ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、
２００ｎｍ以下が最も好ましい。また、保護膜の厚みは
１００〜３００ｎｍの範囲が特に推奨される。Although there is no particular limitation on the protective film, the current is confined by the protective films on both sides of the opening so that the current can be injected only into the active layer region below the ridge formed on the opening of the protective film. In order to stabilize the transverse mode of laser oscillation, it is necessary to have an insulating property in order to achieve the effective refractive index difference between the ridge and non-ridge in the horizontal direction in the active layer. The refractive index of the film is preferably smaller than the refractive index of the compound semiconductor layer in the ridge portion, specifically, the second conductivity type second clad layer. However, in practice, if the refractive index difference between the protective film and the second conductive type second cladding layer in the ridge portion is too large, the effective refractive index step in the lateral direction in the active layer tends to be large. In this case, the first clad layer must be made thicker, which causes a problem that the leakage current increases in the lateral direction. On the other hand, if the refractive index difference between the protective film and the second conductive type second cladding layer of the ridge portion is too small, light is likely to leak to the outside of the protective film, so that the protective film needs to be thickened to some extent. This causes a problem that the cleavage property is deteriorated. Considering these things,
The lower limit of the difference in refractive index between the protective film and the second cladding layer of the second conductivity type in the ridge portion is preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more, and most preferably 0.5 or more. The upper limit is 3.
0 or less is preferable, 2.5 or less is more preferable, 1.8.
The following are most preferred. There is no particular problem with the thickness of the protective film as long as it has sufficient insulation properties and does not leak light to the outside of the protective film. The lower limit of the thickness of the protective film is preferably 10 nm or more, more preferably 30 nm or more, and most preferably 50 or more. Upper limit is 500
nm or less, more preferably 300 nm or less,
Most preferably, it is 200 nm or less. It is particularly recommended that the thickness of the protective film be in the range of 100 to 300 nm.
【００１９】保護膜は、誘電体であることが好ましく、
具体的には、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＮ膜、Ａ
ｌ2Ｏ3膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉか
らなる群から選択されるのが好ましい。保護膜は、マス
クとしてＭＯＣＶＤなどを用いてリッジ部を選択再成長
により形成する場合に用いられるとともに、電流狭窄の
目的でも用いられる。プロセスの簡便さから、電流狭窄
用の保護膜と選択成長用の保護膜は同一組成のものを使
用することが好ましいが、必要に応じて組成の異なる層
を多層に成膜してもよい。閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ
基板表面が（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面
の場合、リッジ部側面に後述するコンタクト層が成長し
やすくするためには、保護膜の開口部で定義されるスト
ライプ領域が［０１−１］方向又はそれと結晶学的に等
価な方向に伸びていることが好ましい。その場合リッジ
側面の大部分が（３１１）Ａ面となることが多く、リッ
ジを形成する第２導電型第２クラッド層上の成長可能な
実質的全面にコンタクト層を成長させることができる。
この傾向は第２導電型第２クラッド層がＡｌＧａＡｓ特
にＡｌＡｓ混晶比０．２〜１．０、好ましくは０．３〜
０．９、最も好ましくは０．４〜０．８のときに特に顕
著である。オフアングルの方向は、ストライプ領域の長
手方向（ストライプの伸びる方向）に直交する方向から
±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向がよ
り好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。また、
ストライプ領域の長手方向は、基板の面方位が（１０
０）の場合、［０−１１］またはそれと等価な方向が、
オフアングルの方向は［０１１］方向またはそれと等価
な方向から±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内
の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好まし
い。なお、本明細書において「［０１−１］方向」とい
う場合は、一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体
において、（１００）面と［０１−１］面との間に存在
する［１１−１］面が、それぞれＶ族又はＶＩ族元素が
現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。The protective film is preferably a dielectric,
Specifically, SiNx film, SiO 2 film, SiON film, A
It is preferably selected from the group consisting of l 2 O 3 film, ZnO film, SiC film and amorphous Si. The protective film is used not only when the ridge is formed by selective regrowth using MOCVD or the like as a mask, but also for the purpose of current constriction. From the viewpoint of simplicity of the process, it is preferable that the protective film for current confinement and the protective film for selective growth have the same composition. However, if necessary, layers having different compositions may be formed in multiple layers. When a zinc blende substrate is used and the substrate surface is a (100) plane or a plane crystallographically equivalent to the (100) plane, in order to facilitate the growth of a contact layer described later on the side surface of the ridge, an opening in the protective film is formed. Is preferably extended in the [01-1] direction or a direction crystallographically equivalent thereto. In that case, most of the side surface of the ridge often becomes the (311) A plane, and the contact layer can be grown on substantially the entire surface of the second conductive type second clad layer forming the ridge, which can be grown.
The tendency is that the second conductivity type second cladding layer is made of AlGaAs, especially AlAs mixed crystal ratio of 0.2 to 1.0, preferably 0.3 to
0.9, most preferably 0.4 to 0.8. The off-angle direction is preferably within ± 30 °, more preferably within ± 7 °, and most preferably within ± 2 ° from the direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe region (the direction in which the stripe extends). . Also,
In the longitudinal direction of the stripe region, the plane orientation of the substrate is (10
0), the direction [0-11] or its equivalent is
The off-angle direction is preferably a direction within ± 30 ° from the [011] direction or a direction equivalent thereto, more preferably a direction within ± 7 °, and most preferably a direction within ± 2 °. In this specification, the “[01-1] direction” exists between the (100) plane and the [01-1] plane in general III-V and II-VI semiconductors. The [01-1] direction is defined such that the [11-1] plane is a plane where a group V or group VI element appears, respectively.
【００２０】本発明の半導体光デバイス装置は、上記の
ストライプ領域の長手方向が［０１−１］の場合に限定
されない。以下に他の実施態様を説明する。ストライプ
領域の長手方向が［０１１］又はそれと結晶学的に等価
な方向に伸びている場合、例えば、成長条件により、成
長速度に異方性をもたせることができ、（１００）面で
は速く、（１１１）Ｂ面ではほとんど成長しないように
することができる。その場合、ストライプ状開口部（１
００）面に選択的に成長を行うと、（１１１）Ｂ面を側
面とするリッジ状第２導電型第２クラッド層が形成され
る。この場合も次にコンタクト層を形成する際、より等
方性の強い成長が起こる条件を選ぶことにより、（１０
０）面のリッジ頂部とともに（１１１）Ｂ面からなるリ
ッジ側面にも全面的にコンタクト層が形成される。同様
の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合に
は、ストライプ領域の伸びる方向は、例えば（０００
１）面上では［１１−２０］又は［１−１００］が好ま
しい。ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａ
ｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）ではどちらの方向でもよいが、
ＭＯＶＰＥでは［１１−２０］方向がより好ましい。The semiconductor optical device of the present invention is not limited to the case where the longitudinal direction of the stripe region is [01-1]. Hereinafter, other embodiments will be described. When the longitudinal direction of the stripe region extends in [011] or a direction crystallographically equivalent thereto, for example, the growth rate can have anisotropy depending on the growth conditions, and the growth speed is high in the (100) plane, 111) It can be made to hardly grow on the B plane. In that case, the stripe-shaped openings (1
When the selective growth is performed on the (00) plane, a ridge-shaped second conductivity type second cladding layer having the (111) B plane as a side surface is formed. Also in this case, the next time a contact layer is formed, by selecting conditions under which more isotropic growth occurs, (10
A contact layer is entirely formed on the side of the ridge composed of the (111) B plane together with the ridge top of the 0) plane. For the same reason, when a wurtzite type substrate is used, the direction in which the stripe region extends is, for example, (000)
1) On the surface, [11-20] or [1-100] is preferable. HVPE (Hydride Vapor Pha)
se Epitaxy) may be in either direction,
In MOVPE, the [11-20] direction is more preferable.
【００２１】本発明の半導体光デバイス装置を設計する
にあたっては、まず、所望の垂直拡がり角を得るために
活性層の厚みとクラッド層の組成を決定する。通常、垂
直広がり角を狭くすると活性層からクラッド層への光の
浸みだしが促進され、端面での光密度が小さくなり、出
射端面の光学的損傷（ＣＯＤ）レベルが向上することが
できる。したがって、高出力動作を必要とする時には比
較的に狭めに設定するが、下限は活性層内の光閉じ込め
の低減による発振しきい値電流の増大及びキャリアのオ
ーバーフローによる温度特性の低下を抑制することで制
限がある。下限は１５°以上が好ましく、１７°以上が
より好ましく、１９°以上が最も好ましい。上限は、３
０°以下が好ましく、２７°以下がより好ましく、２５
°以下が最も好ましい。次に、垂直広がり角を決定する
と、高出力特性を大きく支配する構造パラメータは活性
層と保護膜との間の距離ｄｐと、化合物半導体層に垂直
な方向から見たときのストライプ状開口部の幅（以下
「ストライプ幅」ともいう）Ｗとなる。なお、通常、活
性層と保護膜との間には第２導電型第１クラッド層のみ
が介在するが、その場合ｄｐは第２導電型第１クラッド
層の厚みとなる。また、活性層が量子井戸構造である場
合は、最も保護膜に近い活性層と保護膜との間の距離が
ｄｐとなる。高出力動作の達成や、高信頼性を維持しつ
つビームが円形に近いレーザを実現を図るためには、上
記のｄｐとＷを適切な範囲に制御性良くおさめることが
必要となる。In designing the semiconductor optical device of the present invention, first, the thickness of the active layer and the composition of the cladding layer are determined in order to obtain a desired vertical divergence angle. Usually, when the vertical spread angle is reduced, light seepage from the active layer to the cladding layer is promoted, the light density at the end face is reduced, and the level of optical damage (COD) at the output end face can be improved. Therefore, when a high output operation is required, it is set relatively narrow, but the lower limit is to suppress the increase in the oscillation threshold current due to the reduction of light confinement in the active layer and the decrease in the temperature characteristics due to the overflow of carriers. There is a limit. The lower limit is preferably 15 ° or more, more preferably 17 ° or more, and most preferably 19 ° or more. Upper limit is 3
0 ° or less is preferable, 27 ° or less is more preferable, and
° or less is most preferred. Next, when the vertical divergence angle is determined, the structural parameters that largely govern the high output characteristics are the distance dp between the active layer and the protective film and the stripe-shaped opening when viewed from the direction perpendicular to the compound semiconductor layer. The width (hereinafter, also referred to as “stripe width”) W is obtained. Normally, only the first cladding layer of the second conductivity type is interposed between the active layer and the protective film. In this case, dp is the thickness of the first cladding layer of the second conductivity type. When the active layer has a quantum well structure, the distance between the active layer closest to the protective film and the protective film is dp. In order to achieve a high output operation and to realize a laser whose beam is close to a circle while maintaining high reliability, it is necessary to control the above dp and W within an appropriate range with good controllability.
【００２２】高出力動作を実現するには、ストライプ幅
を広くすることが端面での光密度低減の観点から有効で
あるが、動作電流を低減するためにはストライプ幅を狭
くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そ
こで、ゲイン領域となる中央付近のストライプ幅を比較
的狭くし、端部付近を比較的広くなるようにすることに
より、低動作電流と高出力動作を同時に実現することが
でき、高い信頼性も確保することができる（本発明の第
１の態様）。すなわち、本発明の第１の態様では、前端
部（劈開面）の幅（ＷF）および後端部（劈開面）の幅
（ＷR）については、上限が１０００μｍ以下であるこ
とが好ましく、５００μｍ以下であるのがより好まし
い。下限は２μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以
上であることがより好ましい。中央部幅（Ｗｃ）につい
ては、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５
０μｍ以下であることがより好ましい。下限は０．５μ
ｍ以上が通常用いられ、１．０μｍ以上であることが好
ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、
２．２μｍ以上であることが最も好ましい。端部幅と中
央部幅の差（ＷF−Ｗｃ、ＷR−Ｗｃ）については、上限
は１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ
以下であることがより好ましい。下限については、０．
２μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であ
ることがより好ましい。ストライプ状開口部の端部幅と
中央部幅の比（ＷF／ＷC、ＷR／ＷC）は、上限は５０以
下であることが好ましく、１０以下であることがより好
ましい。下限については１．２以上であることが好まし
く、１．５以上であることがより好ましい。To realize a high output operation, it is effective to increase the stripe width from the viewpoint of reducing the light density at the end face. However, to reduce the operating current, it is necessary to reduce the stripe width. It is preferable from the viewpoint of reducing the wave path loss. Therefore, by making the stripe width near the center, which is the gain area, relatively narrow and near the end part relatively wide, low operation current and high output operation can be realized simultaneously, and high reliability is also achieved. Can be secured (the first aspect of the present invention). That is, in the first aspect of the present invention, for the front end width (cleavage plane) (W F) and the rear end portion width (cleavage plane) (W R), it is preferable that the upper limit is 1000μm or less, More preferably, it is 500 μm or less. The lower limit is preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more. The upper limit of the center width (Wc) is preferably 100 μm or less, and preferably 5 μm or less.
More preferably, it is 0 μm or less. The lower limit is 0.5μ
m or more is usually used, and is preferably 1.0 μm or more, more preferably 1.5 μm or more,
Most preferably, it is 2.2 μm or more. The difference of the end portion width and a central portion width (W F -Wc, W R -Wc ) for, preferably the upper limit is 1000μm or less, 500 [mu] m
It is more preferred that: For the lower limit, 0.
It is preferably at least 2 μm, more preferably at least 0.5 μm. The ratio of the end width and center portion width of the stripe-shaped opening (W F / W C, W R / W C) is preferably the upper limit is 50 or less, more preferably 10 or less. The lower limit is preferably 1.2 or more, and more preferably 1.5 or more.
【００２３】さらに横モードをシングルモード（単一ピ
ークの横方向光強度分布）にするためには、高次モード
のカットオフ及び空間的ホールバーニングの防止の観点
からストライプ幅をあまり大きくすることができず、端
部幅（ＷF、ＷR）の上限は７μｍ以下であることが好ま
しく、６μｍ以下であることがより好ましい。中央部幅
（Ｗｃ）の上限は６μｍ以下であることが好ましく、５
μｍ以下であることがより好ましい。このとき、中央部
幅（Ｗｃ）については１．５〜４．０μｍの範囲が特に
推奨される。端部幅と中央部幅の差（ＷF−Ｗｃ、ＷR−
Ｗｃ）については、上限は５μｍ以下であることが好ま
しく、３μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以
下であることが最も好ましい。下限については、０．２
μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上である
ことがより好ましい。Further, in order to make the transverse mode a single mode (transverse light intensity distribution of a single peak), it is necessary to make the stripe width too large from the viewpoint of cutoff of a higher-order mode and prevention of spatial hole burning. can not, end the width (W F, W R) is preferably the upper limit of is 7μm or less, more preferably 6μm or less. The upper limit of the center width (Wc) is preferably 6 μm or less,
It is more preferable that it is not more than μm. At this time, a range of 1.5 to 4.0 μm is particularly recommended for the center width (Wc). The difference of the end portion width and a central portion width (W F -Wc, W R -
The upper limit of Wc) is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less. For the lower limit, 0.2
It is preferably at least 0.5 μm, more preferably at least 0.5 μm.
【００２４】一方、円形に近いビームを実現するには、
ストライプ幅を狭くすることが有効であるが、ストライ
プ幅を狭くすると注入電流密度がバルク劣化抑制の観点
から好ましくなくなる。そこで、ゲイン領域となるスト
ライプ状開口部の中央部幅（Ｗｃ）を比較的広くし、端
部幅（ＷF、ＷR）を比較的狭くなるようにすることによ
り、ビームスポット低減と低動作電流を同時に実現する
とともに、高い信頼性も確保することが可能になる（本
発明の第２の態様）。すなわち、本発明の第２の態様で
は、端部（劈開面）幅（ＷF、ＷR）については、上限が
１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下である
がより好ましく、３μｍ以下であるがもっとも好まし
い。下限は０．５μｍ以上であることが好ましく、１μ
ｍ以上であることがより好ましい。中央部幅（Ｗｃ）に
ついては、上限が１００μｍ以下であることが好まし
く、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限は
０．５μｍ以上が通常用いられ、１．０μｍ以上である
ことが好ましく、１．２μｍ以上であることがより好ま
しく、１．７μｍ以上であることが最も好ましい。端部
幅と中央部幅の差（Ｗｃ−ＷF、Ｗｃ−ＷR）について
は、上限は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が
より好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ま
しく、０．５μｍ以上がより好ましく、０．７μｍ以上
が最も好ましい。ストライプ状開口部の端部幅と中央部
幅の比（ＷF／ＷC、ＷR／ＷC）は、上限は０．８５以下
であることが好ましく、０．７以下であることがより好
ましい。下限については０．０２以上であることが好ま
しく、０．１以上であることがより好ましい。On the other hand, in order to realize a nearly circular beam,
It is effective to reduce the stripe width, but if the stripe width is reduced, the injection current density becomes undesirable from the viewpoint of suppressing bulk deterioration. Therefore, the central portion width of the stripe-shaped opening comprising a gain region (Wc) and relatively wide end portion width (W F, W R) by such relatively narrow, the beam spot reduction and low operating Current can be simultaneously realized, and high reliability can be secured (second aspect of the present invention). That is, in the second aspect of the present invention, for the end (cleavage surface) width (W F, W R), it is preferable that the upper limit is 10μm or less, more preferably 5μm or less, is 3μm or less Is most preferred. The lower limit is preferably 0.5 μm or more,
m is more preferable. The upper limit of the center width (Wc) is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. The lower limit is usually 0.5 μm or more, preferably 1.0 μm or more, more preferably 1.2 μm or more, and most preferably 1.7 μm or more. The difference (Wc-W F, Wc- W R) of the end width and center portion width for the upper limit is preferably 100μm or less, more preferably 50 [mu] m. The lower limit is preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and most preferably 0.7 μm or more. The ratio of the end width and center portion width of the stripe-shaped opening (W F / W C, W R / W C) , the upper limit is more be preferably 0.85 or less, 0.7 or less preferable. The lower limit is preferably 0.02 or more, and more preferably 0.1 or more.
【００２５】さらに横モードをシングルモード（単一ピ
ークの横方向光強度分布）にするためには、高次モード
のカットオフ及び空間的ホールバーニングの防止の観点
からストライプ幅をあまり大きくすることができず、端
部幅（ＷF、ＷR）の上限は５μｍ以下であることが好ま
しく、４μｍ以下であることがより好ましい。中央部幅
（Ｗｃ）の上限は６μｍ以下であることが好ましく、５
μｍ以下であることがより好ましい。このとき、中央部
幅（Ｗｃ）については１．５〜４．０μｍの範囲が特に
推奨される。端部幅と中央部幅の差（Ｗｃ−ＷF、Ｗｃ
−ＷR）については、上限は５μｍ以下であることが好
ましく、３μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ
以下であることが最も好ましい。下限については、０．
２μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であ
ることがより好ましい。Furthermore, in order to make the transverse mode a single mode (transverse light intensity distribution of a single peak), it is necessary to make the stripe width too large from the viewpoint of cutoff of a higher-order mode and prevention of spatial hole burning. can not, end the width (W F, W R) is preferably the upper limit of is 5μm or less, more preferably 4μm or less. The upper limit of the center width (Wc) is preferably 6 μm or less,
It is more preferable that it is not more than μm. At this time, a range of 1.5 to 4.0 μm is particularly recommended for the center width (Wc). The difference of the end portion width and a central portion width (Wc-W F, Wc
For -W R), it is preferable that the upper limit is 5μm or less, more preferably 3μm or less, 2 [mu] m
It is most preferred that: For the lower limit, 0.
It is preferably at least 2 μm, more preferably at least 0.5 μm.
【００２６】これらの第１の態様と第２の態様におい
て、ストライプ状開口部は、中央部から端部へ向かって
ストライプ幅が漸増または漸減している部分を有するの
が好ましい。また、端部ではストライプ幅が一定の部分
を有しているのが好ましい。これらの漸増部分または漸
減部分と幅一定の端部の長さは、半導体光デバイス装置
の目的とする特性に応じて適宜決定すればよい。漸増部
分または漸減部分の長さは、導波路損失低減の観点から
５〜１０μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好まし
い。幅一定の端部の長さは、劈開精度の観点から５〜３
０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。た
だし、必要に応じて、以下のようにストライプ状開口部
を作製してもよい。 （１）幅一定の端部や漸増または漸減部分のストライプ
幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。 （２）幅一定の端部を形成せずに、端部まで幅が漸増ま
たは漸減するようにしたもの。 （３）片側（通常は高出力光取り出し側である前端面）
の端部だけストライプ幅が漸増または漸減するようにし
たもの。 （４）端部におけるストライプ幅が前端面と後端面とで
異なるもの。 （５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせた
もの。In the first and second embodiments, the stripe-shaped opening preferably has a portion in which the stripe width gradually increases or decreases from the center to the end. Further, it is preferable that the end portion has a portion where the stripe width is constant. The length of the gradually increasing portion or the gradually decreasing portion and the length of the end portion having a constant width may be appropriately determined according to the desired characteristics of the semiconductor optical device. The length of the gradually increasing portion or the gradually decreasing portion is preferably from 5 to 10 μm, more preferably from 10 to 50 μm, from the viewpoint of reducing the waveguide loss. The length of the fixed width end is 5 to 3 from the viewpoint of cleavage accuracy.
0 μm is preferred, and 10-20 μm is more preferred. However, if necessary, a stripe-shaped opening may be formed as follows. (1) The stripe width or length of a constant width end portion or a gradually increasing or decreasing portion is asymmetric on both sides of the chip. (2) The width is gradually increased or decreased to the end without forming an end having a constant width. (3) One side (usually the front end face which is the high output light extraction side)
The stripe width is gradually increased or decreased only at the end of. (4) The stripe width at the end differs between the front end face and the rear end face. (5) A combination of some of the above (1) to (4).
【００２７】第１の態様では、端面付近に電極を設けな
いようにして、端部での再結合電流を低減することが、
高い信頼性で高出力動作を可能にする点で有効である。
第２の態様では、端面付近に電極を設けないようにし
て、端部近傍のストライプ状開口部への電流注入による
バルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減すること
が、高い信頼性でスポット径の小さなレーザの作製を可
能にする点で有効である。In the first embodiment, it is possible to reduce the recombination current at the end by not providing an electrode near the end.
This is effective in that high-output operation can be performed with high reliability.
According to the second aspect, it is highly reliable that no electrode is provided near the end face to suppress bulk deterioration due to current injection into the stripe-shaped opening near the end face and to reduce recombination current at the end face. This is effective in that a laser having a small spot diameter can be manufactured.
【００２８】通常、半導体層をエッチング（特にウェッ
トエッチング）でストライプ幅を決定するときは、特定
の面が選択的に出やすくなるために、ストライプ幅を漸
増または漸減させようとするとストライプエッジが揺ら
いでしまうためにストライプのエッジが階段状に変化し
てしまい、この階段状のエッジのうねりが水平方向の遠
視野像にリップルや大きなサイドピークなどの乱れが発
生しやすくなる。一方、本発明の好ましい実施態様で
は、ストライプ幅漸増または漸減部分はＳｉＮXアモル
ファス膜のエッチングで形成されるために、直線的にス
トライプ幅を増加または減少させることができることか
ら、リップルやサイドピークのない良好な単峰性のピー
クを容易に得ることができる。Usually, when the stripe width is determined by etching the semiconductor layer (especially wet etching), a specific surface is likely to appear selectively. Therefore, when the stripe width is gradually increased or decreased, the stripe edge fluctuates. As a result, the edge of the stripe changes stepwise, and the undulation of the stepwise edge tends to cause disturbances such as ripples and large side peaks in the horizontal far-field image. On the other hand, in the preferred embodiment of the present invention, since the stripe width gradually increasing or decreasing portion is formed by etching the SiN x amorphous film, the stripe width can be linearly increased or decreased, so that ripples and side peaks can be reduced. No good monomodal peak can be easily obtained.
【００２９】本発明の第３の態様は、ストライプ状開口
部の幅が前端部、中央部、後端部の順に広くなる態様
と、前端部、中央部、後端部の順に狭くなる態様を包含
する。ストライプ状開口部の前端部の幅と後端部の幅の
差（│ＷF−ＷR│）は、上限は１００μｍ以下であるこ
とが好ましく、５０μｍであることがより好ましい。下
限は０．５μｍ以上であることが好ましい。本発明の第
３の目的を達成するためには、特にストライプ状開口部
の幅が前端部、中央部、後端部の順に狭くなる態様が好
ましい。このようにストライプ状開口部をテーパー形状
にすることによって、利得飽和のレベルを向上し、ワッ
ト級の高出力素子の作製が可能になる。本発明の第３の
目的を効果的に達成するためには、ストライプ状開口部
の前端部の幅と後端部の幅の比（ＷF／ＷR）は、上限は
５０以下であることが好ましく、１０以下であることが
より好ましい。下限については１．２以上であることが
好ましく、１．５以上であることがより好ましい。The third aspect of the present invention relates to a mode in which the width of the stripe-shaped opening increases in the order of the front end, the center, and the rear end, and a mode in which the width decreases in the order of the front end, the center, and the rear end. Include. The difference in width of the rear end portion of the front end portion of the stripe-like opening (│W F -W R │) is preferably the upper limit is 100μm or less, more preferably 50 [mu] m. The lower limit is preferably at least 0.5 μm. In order to achieve the third object of the present invention, it is particularly preferable that the width of the stripe-shaped opening is narrowed in the order of the front end, the center, and the rear end. By making the stripe-shaped openings tapered as described above, the level of gain saturation can be improved, and a watt-class high-output device can be manufactured. It in order to effectively achieve the third object of the present invention, the ratio of the width of the rear end portion of the front end portion of the stripe-shaped opening (W F / W R), the upper limit is 50 or less , And more preferably 10 or less. The lower limit is preferably 1.2 or more, and more preferably 1.5 or more.
【００３０】さらに横モードをシングルモード（単一ピ
ークの横方向光強度分布）にするためには、高次モード
のカットオフ及び空間的ホールバーニングの防止の観点
からストライプ幅をあまり大きくすることができず、端
部幅（ＷF、ＷR）の上限は７μｍ以下であることが好ま
しく、６μｍ以下であることがより好ましい。中央部幅
（Ｗｃ）の上限は６μｍ以下であることが好ましく、５
μｍ以下であることがより好ましい。このとき、中央部
幅（Ｗｃ）については１．５〜４．０μｍの範囲が特に
推奨される。端部幅と中央部幅の差（│ＷF−Ｗｃ│、
│ＷR−Ｗｃ│）については、上限は５μｍ以下である
ことが好ましく、３μｍ以下であることがより好まし
く、２μｍ以下であることが最も好ましい。下限につい
ては、０．２μｍ以上であることが好ましく、０．５μ
ｍ以上であることがより好ましい。Further, in order to make the transverse mode a single mode (transverse light intensity distribution of a single peak), it is necessary to make the stripe width too large from the viewpoint of cutoff of a higher-order mode and prevention of spatial hole burning. can not, end the width (W F, W R) is preferably the upper limit of is 7μm or less, more preferably 6μm or less. The upper limit of the center width (Wc) is preferably 6 μm or less,
It is more preferable that it is not more than μm. At this time, a range of 1.5 to 4.0 μm is particularly recommended for the center width (Wc). The difference of the end portion width and a central portion width (│W F -Wc│,
For │W R -Wc│), preferably the upper limit is 5μm or less, more preferably 3μm or less, and most preferably 2μm or less. The lower limit is preferably 0.2 μm or more,
m is more preferable.
【００３１】ストライプ状開口部がテーパー状であるリ
ッジ構造の形成方法として、従来から用いられているウ
エットエッチングを採用すると、エッチングレートの結
晶面方位依存によるリッジ両脇でのエッジの波打ちが大
きくなり、光導波ロスが大きくなったり、遠視野像に乱
れが生じるといった問題がある。特に、ストライプ幅が
狭い領域においては深刻な問題となる。このため本発明
では、アモルファス膜（誘電体保護膜）をフォトリソグ
ラフィーでパターニングして電流ブロック領域を作製
し、リッジ部がアモルファス膜（誘電体保護膜）にのり
かかるように選択成長により形成することが好ましい。
この方法によれば、任意の活性領域パターンの形状制御
が可能となり、例えば直線のみならず放物線状のテーパ
ー形成も容易に行うことができる。さらに、ストライプ
幅が狭くてもアモルファス膜の開口部エッジに大きな波
打が生じないことから、光導波ロスの顕著な増加は起こ
らない。When wet etching, which has been conventionally used, is employed as a method of forming a ridge structure having a tapered stripe-shaped opening, the edge undulation on both sides of the ridge becomes large due to the dependence of the etching rate on the crystal plane orientation. However, there are problems that the optical waveguide loss increases and the far-field pattern is disturbed. In particular, a serious problem occurs in a region where the stripe width is small. For this reason, in the present invention, an amorphous film (dielectric protection film) is patterned by photolithography to form a current block region, and the ridge portion is formed by selective growth so as to overlap the amorphous film (dielectric protection film). Is preferred.
According to this method, it is possible to control the shape of an arbitrary active region pattern. For example, it is possible to easily form not only a straight line but also a parabolic taper. Further, even if the stripe width is small, no large wave occurs at the edge of the opening of the amorphous film, so that a remarkable increase in optical waveguide loss does not occur.
【００３２】本発明の半導体光デバイス装置における共
振器方向でのストライプ状開口部の幅の変化を図３に具
体的に示す。図３（ａ）は本発明の第１の態様の具体例
を示したものであり、図３（ｂ）は本発明の第２の態様
の具体例を示したものであり、図３（ｃ）および（ｄ）
は本発明の第３の態様の具体例を示したものであるが、
各態様の具体例はこれらに限定されるものではない。FIG. 3 specifically shows a change in the width of the stripe-shaped opening in the resonator direction in the semiconductor optical device of the present invention. FIG. 3A shows a specific example of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B shows a specific example of the second embodiment of the present invention. ) And (d)
Shows a specific example of the third embodiment of the present invention,
Specific examples of each embodiment are not limited to these.
【００３３】ｄｐについては、上限は０．６０μｍ以下
が通常用いられ、０．５０μｍ以下が好ましく、０．４
５μｍ以下がより好ましく、０．４０μｍ以下が最も好
ましい。下限は０．１０μｍ以上が好ましく、０．１５
μｍ以上がより好ましく、０．２０μｍ以上が最も好ま
しい。このとき、ｄｐについては０．２５〜０．４５μ
ｍの範囲が特に推奨される。ただし、使用目的（広がり
角をどこに設定するか等）、材料系（屈折率、抵抗率
等）などが異なると、上記の最適範囲も少しシフトす
る。また、この最適範囲は上記の各構造パラメータがお
互いに影響し合うことにも注意を要する。The upper limit of dp is usually 0.60 μm or less, preferably 0.50 μm or less,
It is more preferably at most 5 μm, most preferably at most 0.40 μm. The lower limit is preferably 0.10 μm or more, and 0.15 μm or more.
μm or more is more preferable, and 0.20 μm or more is most preferable. At this time, dp is 0.25 to 0.45 μm.
A range of m is particularly recommended. However, if the purpose of use (where the spread angle is set, etc.), material system (refractive index, resistivity, etc.) is different, the above-mentioned optimum range is slightly shifted. It should also be noted that this optimum range affects each of the above structural parameters.
【００３４】本発明の半導体光デバイス装置を製造する
際には、基板上に、まずダブルヘテロ構造を形成後、保
護膜を用いてリッジ型の第２導電型第２クラッド層及び
第２導電型コンタクト層を選択成長し、さらに、該リッ
ジ頂部および側面に保護膜を形成することなく該リッジ
の頂部および側面に電極を形成するのが好ましい。各層
の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、装置の形
状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いてIII-Ｖ族
化合物半導体層を成長する場合、ダブルへテロ構造は、
成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ/III比２０〜６０程
度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度
（ＡｌＧａＩｎＰの場合）、リッジ部分は成長温度６０
０〜７００℃、Ｖ/III比４０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓ
の場合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰ
の場合）で行うのが好ましい。特に保護膜を用いて選択
成長するリッジ部分がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰの
ようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導
入することにより、マスク上へのポリの堆積が防止され
ため非常に好ましい。Ａｌの組成が高いほど、あるいは
マスク部／ストライプ状開口部の比が大きいほど、他の
成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ
ストライプ状開口部のみに選択成長を行う（セレクティ
ブモード）のに必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、
ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長
が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまうが
（エッチングモード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の
成長条件を一定とした場合、エッチングモードになるの
に必要なＨＣｌ導入量は増加する。そこで、最適なＨＣ
ｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだII
I族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、Ｈ
Ｃｌの供給モル数とＡｌを含んだIII族原料供給モル数
の比（ＨＣｌ／III族）は、下限は０．０１以上が好ま
しく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も
好ましい。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がよ
り好ましく、５以下が最も好ましい。In manufacturing the semiconductor optical device of the present invention, a double heterostructure is first formed on a substrate, and then a ridge type second conductivity type second clad layer and a second conductivity type are formed using a protective film. Preferably, a contact layer is selectively grown, and further, electrodes are formed on the top and side surfaces of the ridge without forming a protective film on the top and side surfaces of the ridge. The specific growth conditions and the like of each layer vary depending on the composition of the layer, the growth method, the shape of the device, and the like.When growing a III-V compound semiconductor layer using the MOCVD method, the double hetero structure is
The growth temperature is about 650 to 750 ° C., the V / III ratio is about 20 to 60 (in the case of AlGaAs) or about 350 to 550 (in the case of AlGaInP).
0-700 ° C, V / III ratio about 40-60 (AlGaAs
) Or about 350 to 550 (AlGaInP
Is preferred). Particularly when the ridge portion selectively grown using the protective film contains Al such as AlGaAs or AlGaInP, a very small amount of HCl gas is introduced during the growth to prevent poly deposition on the mask, which is very preferable. . If the Al composition is higher or the ratio of the mask portion / striped opening is larger, and other growth conditions are kept constant, poly deposition is prevented and selective growth is performed only on the striped opening ( The amount of HCl introduced required for the selective mode) increases. on the other hand,
If the introduction amount of HCl gas is too large, the growth of the AlGaAs layer does not occur, and the semiconductor layer is etched instead (etching mode). However, when the other growth conditions are made constant as the Al composition becomes higher, the etching mode becomes smaller. The amount of HCl introduced necessary to achieve Therefore, the optimal HC
l Introduced amount includes Al such as trimethylaluminum II
It largely depends on the number of moles of Group I raw material supplied. Specifically, H
The lower limit of the ratio of the number of moles of Cl supplied and the number of moles of group III raw material containing Al (HCl / III) is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and most preferably 0.1 or more. . The upper limit is preferably 50 or less, more preferably 10 or less, and most preferably 5 or less.
【００３５】リッジ部分にＩｎを含む化合物半導体層を
選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合は、上述のよ
うにリッジの組成制御が困難になりやすい。そこで、本
発明の半導体光デバイス装置は、活性層を含む化合物半
導体層中にＩｎ混晶組成が５％以上である層を有し、リ
ッジ型化合物半導体層のＩｎ混晶組成が１０％以下であ
ることを特徴とする。このような本発明によれば、リッ
ジ形状やリッジを構成する半導体層の混晶組成（格子定
数、屈折率など）の制御性、再現性を向上し、かつレー
ザ特性の安定化及びレーザ動作の信頼性の向上を図るこ
とができる。In the case where a compound semiconductor layer containing In is selectively grown (particularly, HCl is introduced) in the ridge portion, it is easy to control the composition of the ridge as described above. Therefore, the semiconductor optical device of the present invention has a layer in which the In mixed crystal composition is 5% or more in the compound semiconductor layer including the active layer, and the ridge type compound semiconductor layer has an In mixed crystal composition of 10% or less. There is a feature. According to the present invention, controllability and reproducibility of the ridge shape and the mixed crystal composition (lattice constant, refractive index, etc.) of the semiconductor layer constituting the ridge are improved, and the laser characteristics are stabilized and the laser operation is improved. Reliability can be improved.
【００３６】Ｉｎ混晶組成が５％以上である層は、化合
物半導体層を構成する層のいずれであってもよい。好ま
しいのは、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型
第１クラッド層の少なくとも１層である。特に第２導電
型第１クラッド層のＩｎ混晶組成が５％以上であるのが
好ましい。また、Ｉｎ混晶組成が５％以上である層の組
成は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ［０≦ｘ≦１，０．
０５≦ｙ≦１］であることが好ましい。化合物半導体層
全体のＩｎ混晶組成の平均値は高い方が好ましい。具体
的には、５％以上であることが好ましく、１５％以上で
あることがより好ましく、３０％以上であることが最も
好ましい。The layer having an In mixed crystal composition of 5% or more may be any of the layers constituting the compound semiconductor layer. Preferred is at least one of a first conductivity type clad layer, an active layer, and a second conductivity type first clad layer. In particular, it is preferable that the In mixed crystal composition of the first cladding layer of the second conductivity type is 5% or more. The composition of the layer having an In mixed crystal composition of 5% or more is (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P [0 ≦ x ≦ 1,0.
05 ≦ y ≦ 1]. The average value of the In mixed crystal composition of the entire compound semiconductor layer is preferably higher. Specifically, it is preferably at least 5%, more preferably at least 15%, and most preferably at least 30%.
【００３７】逆に、リッジ型化合物半導体層はＩｎ混晶
組成が低ければ低いほど、格子定数、屈折率等への変化
は小さくなるために、好ましい。例えば、半導体膜中へ
のＩｎ取り込み量が１０％以上も変動する可能性がある
場合、リッジ型化合物半導体層のＩｎ組成が１０％であ
るとＩｎ組成変動量は１％以上となる。一般に、Ｉｎを
含むＩＩＩ−Ｖ族半導体において、格子整合条件からＩ
ｎ組成が１％ずれると、臨界膜厚は１μｍ程度となり、
リッジ作製時に高密度の転位の発生してしまい、素子の
特性や信頼性を劣化させるという問題が発生する可能性
がある。これを回避するためには、Ｉｎ取り込み量が割
合として１０％程度よりも小さくなるように成長条件や
保護膜形状等を厳密に制御することが要求される等、あ
る程度の制約が生じる。一方、Ｉｎ組成が小さければ、
さらに半導体膜中へのＩｎ取り込み量が大きく変化して
も、Ｉｎ組成変動量は１％未満に抑えることが可能とな
る。このことより、リッジ型化合物半導体層のＩｎ混晶
組成は、１０％以下とし、５％以下がより好ましく、１
％以下が最も好ましい。Conversely, the ridge-type compound semiconductor layer is preferable because the lower the In mixed crystal composition, the smaller the change in lattice constant, refractive index, and the like. For example, when the amount of In taken into the semiconductor film may vary by 10% or more, if the In composition of the ridge type compound semiconductor layer is 10%, the In composition variation will be 1% or more. Generally, in a group III-V semiconductor containing In, I
If the n composition shifts by 1%, the critical film thickness becomes about 1 μm,
There is a possibility that high-density dislocations are generated during the fabrication of the ridge, causing a problem of deteriorating the characteristics and reliability of the device. In order to avoid this, there are some restrictions such as a need to strictly control the growth conditions and the shape of the protective film so that the amount of In incorporation becomes smaller than about 10%. On the other hand, if the In composition is small,
Furthermore, even if the amount of In incorporated into the semiconductor film changes significantly, the amount of change in the In composition can be suppressed to less than 1%. Accordingly, the In mixed crystal composition of the ridge type compound semiconductor layer is set to 10% or less, more preferably 5% or less, and 1% or less.
% Is most preferred.
【００３８】なお、第２導電型第２クラッド層がＡｌ
（Ｇａ）Ａｓ、Ａｌ（Ｇａ）ＡｓＰ、Ａｌ（ＧａＩｎ）
Ａｓ、Ａｌ（ＧａＩｎ）Ｐ、Ａｌ（ＧａＩｎ）Ｎ等Ａｌ
を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されている場合
は、その成長可能な実質的全面をＧａＡｓ、ＧａＡｓ
Ｐ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮ等のＡｌを
含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で覆うことにより、
表面酸化防止が可能となり好ましい。The second conductive type second clad layer is made of Al.
(Ga) As, Al (Ga) AsP, Al (GaIn)
Al such as As, Al (GaIn) P, Al (GaIn) N
In the case where the semiconductor device is made of a group III-V compound semiconductor containing GaAs, GaAs, GaAs
By covering with a group III-V compound semiconductor not containing Al such as P, GaInAs, GaInP, and GaInN,
This is preferable because surface oxidation can be prevented.
【００３９】本発明の好ましい半導体光デバイス装置に
おいては、基板上に、活性層を含む化合物半導体層、そ
の上に形成されたストライプ状開口部を有する保護膜、
該ストライプ状開口部上に活性層より屈折率の小さいリ
ッジ型の化合物半導体層、実質的リッジ形状の全面に形
成されたコンタクト層を少なくとも有し、該ストライプ
状開口部の幅を２．２μｍ以上１０００μｍ以下にする
ことによって、高出力動作を実現することができ、さら
にコンタクト層に隣接する電極及び該第２導電型第２ク
ラッド層とコンタクト層に十分な接触面積を持たせるこ
とにより装置全体の抵抗を低く抑えることができる。コ
ンタクト層が形成されたリッジの頂部および側面の一部
は、更に酸化防止等の目的で保護膜で覆うことも可能で
ある。この態様も、リッジ側面にコンタクト層を形成せ
ずに保護膜を形成するよりは装置全体の抵抗を小さく抑
えることができ、本発明に包含される。特に、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系やＡｌＧａＩｎＮ系など比抵抗の高い材料（と
りわけｐ型において）において、装置全体の抵抗低減に
は有効である。In a preferred semiconductor optical device of the present invention, a compound semiconductor layer including an active layer, a protective film having a stripe-shaped opening formed thereon,
A ridge-type compound semiconductor layer having a smaller refractive index than the active layer on the stripe-shaped opening, and a contact layer formed on the entire surface of the substantially ridge-shape; and the width of the stripe-shaped opening is 2.2 μm or more. By setting the thickness to 1000 μm or less, a high output operation can be realized, and furthermore, the electrode adjacent to the contact layer and the second conductive type second cladding layer and the contact layer have a sufficient contact area, so that the entire device can be realized. Resistance can be kept low. The top and a part of the side surface of the ridge on which the contact layer is formed can be further covered with a protective film for the purpose of preventing oxidation or the like. This embodiment can also reduce the resistance of the entire device as compared with forming a protective film without forming a contact layer on the side surface of the ridge, and is included in the present invention. In particular, AlGa
A material having a high specific resistance such as an InP-based or AlGaInN-based material (especially in a p-type) is effective in reducing the resistance of the entire device.
【００４０】本発明の別の好ましい実施態様では、スト
ライプ状開口部の上に活性層より屈折率の小さいリッジ
型の化合物半導体層の一部が保護膜上に重なるように形
成されていることを特徴とし、第２導電型第２クラッド
層の絶縁層上への重なりの部分は下限は０．０１μｍが
好ましく、０．１μｍ以上がより好ましく、上限は２．
０μｍ未満が好ましく、１．０μｍ以下がより好まし
い。このような態様を採用することにより、保護膜とリ
ッジ底部との境界近傍にしみ出す光分布の制御性を向上
させ、リッジ頂部および側面に形成されるコンタクト層
の光吸収を低減することができる。この態様を採用すれ
ば、従来のリッジ導波型レーザのように必ずしもリッジ
の側面に保護膜を形成する必要がなくなり、プロセスの
簡素化とコスト低減に有効である。リッジ側面に絶縁体
からなる保護膜を有しない構造は、リッジ部分が横方向
に成長しているためストライプ幅漸減または漸増部分の
リッジのうねりの影響を受けにくくなっている。したが
って、このような構造を有する半導体光デバイス装置
は、水平方向の遠視野像において、リップルやサイドピ
ークのない良好な単峰性のピークが容易に得られる。According to another preferred embodiment of the present invention, a part of the ridge type compound semiconductor layer having a smaller refractive index than the active layer is formed on the stripe-shaped opening so as to overlap the protective film. As a feature, the lower limit of the overlapping portion of the second conductivity type second cladding layer on the insulating layer is preferably 0.01 μm, more preferably 0.1 μm or more, and the upper limit is 2 μm.
It is preferably less than 0 μm, more preferably 1.0 μm or less. By adopting such an embodiment, it is possible to improve the controllability of the light distribution that seeps into the vicinity of the boundary between the protective film and the bottom of the ridge, and to reduce the light absorption of the contact layers formed on the top and side surfaces of the ridge. . By adopting this mode, it is not necessary to form a protective film on the side surface of the ridge unlike the conventional ridge waveguide type laser, which is effective for simplifying the process and reducing the cost. In a structure having no protective film made of an insulator on the side surface of the ridge, the ridge portion grows in the lateral direction, so that it is less affected by the ridge swell of the stripe width gradually decreasing or increasing portion. Therefore, in the semiconductor optical device having such a structure, in the horizontal far-field image, a good single-peak having no ripple and no side peak can be easily obtained.
【００４１】本発明の別の好ましい実施態様では、スト
ライプ状開口部の幅が４μｍ以下であることを特徴と
し、該特徴により横モードをシングルモード（単一ピー
クの横方向光強度分布）にすることを可能にする。ま
た、本発明の半導体光デバイス装置は遠視野像が単一ピ
ークであるように構成することが可能であり、情報処理
や光通信などの幅広い用途に好適なレーザを供すること
ができる。In another preferred embodiment of the present invention, the width of the stripe-shaped opening is 4 μm or less, and the lateral mode is changed to a single mode (transverse light intensity distribution of a single peak) by the characteristic. Make it possible. Further, the semiconductor optical device of the present invention can be configured so that the far-field image has a single peak, and can provide a laser suitable for a wide range of uses such as information processing and optical communication.
【００４２】また、本発明の半導体光デバイス装置で
は、活性層と保護膜との間にクラッド層を形成し、該ク
ラッド層の厚みを０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下に
することによって、ストライプ状開口部の幅において高
出力動作を実現し易くすることができる。さらに、本発
明の半導体光デバイス装置では、保護膜をＳｉＮX膜、
ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＺｎＯ膜及びＳ
ｉＣ膜等の誘電体から構成することにより、上記条件に
おいて高出力動作を実現しやすくすることができる。こ
のとき、保護膜と第２導電型第１クラッド層との発振波
長における屈折率差が０．５以上２．０以下とすること
が好ましい。Further, in the semiconductor optical device of the present invention, a clad layer is formed between the active layer and the protective film, and the thickness of the clad layer is set to 0.10 μm or more and 0.50 μm or less, thereby forming a stripe shape. High output operation can be easily realized in the width of the opening. Further, in the semiconductor optical device of the present invention, the protective film is a SiN x film,
SiO 2 film, SiON film, Al 2 O 3 film, ZnO film and S
By using a dielectric such as an iC film, it is possible to easily realize a high output operation under the above conditions. At this time, it is preferable that the difference in the refractive index at the oscillation wavelength between the protective film and the first cladding layer of the second conductivity type is 0.5 or more and 2.0 or less.
【００４３】また、第２導電型第２クラッド層の高さ
（厚さ）は、前述のストライプ状開口部の幅Ｗの０．２
５倍から２．０倍程度であるのが好ましい。この範囲で
あれば、周囲（後述する電流ブロック層やリッジダミー
領域）に比して著しく突出することがなく、ジャンクシ
ョンダウンで用いた場合にリッジ部にストレスがかかっ
て寿命に悪影響を与えることもなく、また、逆に周囲に
比して著しく低いために電極形成工程等の後工程が行い
難くなることもないため好ましい。本発明の半導体光デ
バイス装置では、ダブルヘテロ構造のエピタキシャル面
側に酸化防止層を設けた状態で、リッジ形状のクラッド
を再成長により形成することにより、再成長界面で通過
抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を防ぐことが容
易にできるようになる。The height (thickness) of the second-conductivity-type second cladding layer is set to 0.2 times the width W of the above-mentioned stripe-shaped opening.
It is preferably about 5 to 2.0 times. In this range, there is no remarkable protrusion as compared with the surroundings (current block layer and ridge dummy region to be described later), and when used in junction down, stress is applied to the ridge portion, which may adversely affect the service life. In addition, it is preferable because the post-process such as an electrode forming process does not become difficult to be performed because the process is significantly lower than the surroundings. In the semiconductor optical device of the present invention, the ridge-shaped cladding is formed by regrowth in a state where the oxidation preventing layer is provided on the epitaxial surface side of the double hetero structure, so that the passage resistance is increased at the regrowth interface. The generation of the high resistance layer can be easily prevented.
【００４４】酸化防止層としては、酸化されにくいか或
いは酸化されてもクリーニングが容易な材料であれば特
に限定されない。具体的には、Ａｌ等の酸化されやすい
元素を含まない元素の含有率が低い（０．３以下程度）
III-Ｖ族化合物半導体層が挙げられる。また、動作電流
の上昇を防ぐためには、材料または厚みの選択により活
性層からの光を吸収しないことが好ましく、活性層材料
よりバンドギャップの大きい材料から選択されるが、バ
ンドギャップが小さい材料であっても、厚さが５０ｎｍ
以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、最も好ましくは１
０ｎｍ以下であれば、実質的に光の吸収がほとんど無視
できる。また、酸化防止層のバンドギャップを活性層と
同等以下とすることにより、酸化防止層を過飽和吸収層
として機能させることができ、低非点隔差と低ノイズ特
性の両立を図ることができる。The antioxidant layer is not particularly limited as long as it is a material which is hardly oxidized or easy to clean even if oxidized. Specifically, the content of elements that do not contain easily oxidizable elements such as Al is low (about 0.3 or less).
III-V compound semiconductor layers. In order to prevent an increase in operating current, light from the active layer is preferably not absorbed by selecting a material or a thickness. The material is selected from materials having a larger band gap than the material of the active layer. Even if the thickness is 50nm
Or less, more preferably 30 nm or less, most preferably 1 nm or less.
If it is 0 nm or less, light absorption can be substantially ignored. Further, by making the band gap of the antioxidant layer equal to or less than that of the active layer, the antioxidant layer can function as a saturable absorbing layer, and both low astigmatism and low noise characteristics can be achieved.
【００４５】さらには、再成長部のクラッド層を絶縁体
からなる保護膜の上面にかかるように成長し、保護膜と
リッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くした
り、再成長部のクラッド層上の成長可能な面の実質的全
面にコンタクト層を成長させ、クラッド層側面の酸化を
抑制したり、エピタキシャル面側の電極との接触面積の
増加を行い、電極とのコンタクト抵抗を低減したりする
こともできる。これら再成長部のクラッド層やコンタク
ト層を保護膜上部にかかるように成長する工程は、それ
ぞれ単独に行っても良いし、両方を組み合わせても良
い。さらに、再成長でリッジを形成する場合にはリッジ
部の組成、キャリア濃度や成長速度の制御性を向上する
ために電流注入されるリッジ部より大面積となる電流注
入を行わないリッジダミー層を設けることも可能であ
る。この際、リッジダミー層の部分には、電流の通過を
防止するために酸化膜等との絶縁性の被服層やサイリス
タ構造等を作製する。また、オフ基板上に電流注入スト
ライプをオフ方向となるべく垂直な方向に形成させた場
合、再成長のリッジは左右非対称となるが、図６に示す
ような従来の半導体からなるブロック層よりも、保護膜
とリッジ部のクラッド層との屈折率差を容易に大きくす
ることができたり、ストライプ状開口部の方向を適切に
選ぶことにより再成長部のクラッド層が保護膜の上面に
かかるように成長させることができるので、保護膜とリ
ッジ近傍にしみ出す光の分布の対称性は良好であり、高
出力まで安定な基本横モード発振を得ることができる。
このように、本発明は様々なリッジストライプ型導波路
構造半導体光デバイス装置に応用可能である。Further, the cladding layer of the regrown portion is grown so as to cover the upper surface of the protective film made of an insulator, thereby improving the controllability of the distribution of light seeping into the vicinity of the protective film and the ridge, and improving the regrowth. A contact layer is grown on substantially the entire surface of the cladding layer on which growth is possible to suppress oxidation of the side surface of the cladding layer, increase the contact area with the electrode on the epitaxial surface side, and increase the contact resistance with the electrode. Can also be reduced. The step of growing the cladding layer and the contact layer of the regrown portion so as to cover the upper part of the protective film may be performed independently or in combination. Furthermore, when the ridge is formed by regrowth, in order to improve the controllability of the composition, carrier concentration and growth rate of the ridge, a ridge dummy layer having a larger area than the ridge to which the current is injected is not used. It is also possible to provide. At this time, a thyristor structure or the like, which is insulative with an oxide film or the like, is formed on the ridge dummy layer in order to prevent the passage of current. When the current injection stripe is formed on the off substrate in a direction as vertical as possible to the off direction, the ridge for regrowth is asymmetrical in the left and right directions. The difference in the refractive index between the protective film and the ridge cladding layer can be easily increased, or the cladding layer of the regrown part can be placed on the upper surface of the protective film by appropriately selecting the direction of the stripe-shaped opening. Since it can be grown, the symmetry of the distribution of the light seeping into the vicinity of the protective film and the ridge is good, and stable fundamental transverse mode oscillation up to high output can be obtained.
As described above, the present invention is applicable to various semiconductor optical device devices having a ridge stripe type waveguide structure.
【００４６】本発明の好ましい実施様態では、第２導電
型第１クラッド層の屈折率が第２導電型第２クラッド層
の屈折率よりも大きい。これにより、リッジ部分への光
分布（近視野像）の裾引きを抑制することができ、垂直
広がり角（遠視野像）の対象性向上、水平広がり角（遠
視野像）のサイドピーク抑制、或いはコントクト層での
光吸収抑制によるレーザ特性や信頼性の向上を達成する
ことができる。本発明の望ましい別の実施様態では、第
２導電型第１クラッド層上の少なくともストライプ状開
口部直下、即ち、ストライプ状開口部及び好ましくはそ
の両側にも酸化防止層を有する。これによりリッジ部の
クラッド層を再成長により形成する場合、再成長界面で
通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を防ぐこと
が可能になる。また、再成長界面に酸素等の不純物が多
量に存在すると、結晶品質を低下による界面での光吸収
（発熱）や欠陥を介した不純物拡散の促進などを引き起
こし、特性や信頼性の劣化を招いてしまう。In a preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the second conductive type first cladding layer is larger than the refractive index of the second conductive type second cladding layer. As a result, it is possible to suppress the tailing of the light distribution (near-field image) to the ridge portion, improve the symmetry of the vertical spread angle (far-field image), suppress the side peak of the horizontal spread angle (far-field image), Alternatively, laser characteristics and reliability can be improved by suppressing light absorption in the contact layer. In another preferred embodiment of the present invention, an antioxidant layer is provided on at least the stripe-shaped opening on the first cladding layer of the second conductivity type, that is, on the stripe-shaped opening and preferably on both sides thereof. Accordingly, when the cladding layer of the ridge portion is formed by regrowth, it is possible to prevent the generation of a high-resistance layer that increases the passage resistance at the regrowth interface. Also, if a large amount of impurities such as oxygen are present at the regrowth interface, light absorption (heat generation) at the interface due to deterioration of crystal quality and diffusion of impurities through defects are promoted, resulting in deterioration of characteristics and reliability. I will.
【００４７】また、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視
レーザのように、短波長化のために（１００）等の低次
の面方位に対してオフ角度の大きい基板を用いた場合に
は、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状が左右
対称な形状でも、光密度分布（あるいはビームプロファ
イル）の横方向の対称性が良好であるため、高出力まで
安定な基本横モードで発振することが可能であり、かつ
素子の作製歩留まりも大幅に向上させるとともに高い信
頼性を得ることもできる。When a substrate having a large off angle with respect to a low-order plane orientation such as (100) is used for shortening the wavelength, as in the case of an AlGaInP / GaInP-based visible laser, the ridge waveguide is used. Even if the ridge shape of the type laser is bilaterally symmetric, it is possible to oscillate in a stable fundamental transverse mode up to high output because the lateral symmetry of the light density distribution (or beam profile) is good, and The production yield of the device can be greatly improved, and high reliability can be obtained.
【００４８】上記以外に、以下に列挙する様な実施態様
と組み合わせることが可能である等、本発明は様々なリ
ッジ導波型半導体光デバイス装置に応用可能である。 （１）ストライプ状開口部の両側を構成する保護膜の更
に外側に半導体、誘電体等の電流ブロック層を形成する
ことにより、劈開、組立時の歩留まりを向上させ、ジャ
ンクションダウンで組み立てた際のリッジ部へのストレ
スを軽減して長寿命とする。 （２）ストライプ状開口部の幅及び活性層と保護膜との
距離を適切な範囲内に設定すること、光の垂直広がり角
が特定範囲となる様な構成とすること等により、自励発
振を可能とする。 （３）ストライプ状開口部の両側を構成する保護膜の更
に外側にリッジダミー領域を有する構造を形成すること
により、ストライプ状開口部の厚みや組成、キャリア濃
度の制御を容易に行う。The present invention can be applied to various ridge waveguide type semiconductor optical device devices, for example, it can be combined with the following embodiments. (1) By forming a current block layer such as a semiconductor or a dielectric on the outer side of the protective film on both sides of the stripe-shaped opening, the yield at the time of cleavage and assembly is improved, and the assembling at the time of assembling by junction down is improved. Stress on the ridge is reduced to extend the life. (2) By setting the width of the stripe-shaped opening and the distance between the active layer and the protective film within an appropriate range, and making the vertical divergence angle of light to be in a specific range, self-excited oscillation is achieved. Is possible. (3) The thickness, composition, and carrier concentration of the stripe-shaped opening are easily controlled by forming a structure having a ridge dummy region further outside the protective film forming both sides of the stripe-shaped opening.
【００４９】本発明の半導体光デバイス装置は、従来の
ような複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術を用いず
に簡素化した工程で製造することができるため、作製歩
留まりも大幅に向上させることができるという利点もあ
る。Since the semiconductor optical device of the present invention can be manufactured in a simplified process without using a complicated and fine photolithography technique as in the prior art, the manufacturing yield can be greatly improved. There are advantages too.
【００５０】本発明を用いた半導体レーザ装置として、
情報処理用光源（通常ＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ
近傍）、ＡｌＧａＩｎＰ系（波長６００ｎｍ帯）、Ｉｎ
ＧａＮ系（波長４００ｎｍ近傍））について述べたが、
本発明はこれ以外にも、通信用信号光源（通常ＩｎＧａ
ＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓを活性層とする１．３μｍ
帯、１．５μｍ帯）レーザ、ファイバー励起用光源（Ｉ
ｎＧａＡｓ歪み量子井戸活性層／ＧａＡｓ基板を用いる
９８０ｎｍ近傍、ＩｎＧａＡｓＰ歪み量井戸活性層／Ｉ
ｎＰ基板を用いる１４８０ｎｍ近傍など）レーザなどの
通信用半導体レーザ装置など幅広い用途（特に、高出力
動作）に適用することができる。通信用レーザでは、特
にビームが円形に近いレーザはファイバとの結合効率を
高める点で有効である。As a semiconductor laser device using the present invention,
Light source for information processing (usually AlGaAs type (wavelength 780 nm)
Near), AlGaInP-based (wavelength 600 nm band), In
GaN system (wavelength around 400 nm) was described,
The present invention also provides a communication signal light source (normally InGaA).
1.3 μm with AsP or InGaAs as active layer
Band, 1.5 μm band) laser, fiber excitation light source (I
nGaAs strain quantum well active layer / around 980 nm using GaAs substrate, InGaAsP strain well active layer / I
The present invention can be applied to a wide range of uses (particularly, high-output operation) such as a semiconductor laser device for communication such as a laser using an nP substrate near 1480 nm. Among communication lasers, a laser whose beam is almost circular is particularly effective in increasing the coupling efficiency with a fiber.
【００５１】また、本発明の半導体光デバイス装置は、
半導体レーザ以外に半導体光増幅器、光検出器、光変調
器、光スイッチなどの光素子およびこれらの集積装置に
ついても応用が可能である。半導体光増幅器について
は、特にストライプ状開口部の幅がテーパー状であるも
の、なかでも前端部から後端部へ向かってストライプ幅
が減少している構造を有するものを好ましく用いること
ができる。本発明による半導体光増幅器は、利得飽和の
レベルが向上しており、ワット級の高出力素子の作製を
可能にするものである。さらに、本発明は半導体レーザ
以外に端面発光型などの発光ダイオード（ＬＥＤ）とし
ても応用可能である。Further, the semiconductor optical device device of the present invention
In addition to semiconductor lasers, the present invention can be applied to optical elements such as semiconductor optical amplifiers, photodetectors, optical modulators, and optical switches, and integrated devices thereof. As the semiconductor optical amplifier, it is particularly preferable to use a semiconductor optical amplifier having a structure in which the width of the stripe-shaped opening is tapered, and in particular, a structure having a structure in which the stripe width decreases from the front end to the rear end. The semiconductor optical amplifier according to the present invention has an improved gain saturation level, and enables the production of a watt-class high-power device. Further, the present invention can be applied to a light emitting diode (LED) such as an edge emitting type in addition to the semiconductor laser.
【００５２】[0052]
【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
さらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、濃
度、厚さ、操作手順等は、本発明の精神から逸脱しない
限り適宜変更することができる。したがって、本発明の
範囲は以下の実施例に示す具体例に制限されるものでは
ない。The present invention will be described more specifically below with reference to examples and comparative examples. Materials, concentrations, thicknesses, operation procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown in the following examples.
【００５３】（実施例１）本実施例において、図１に示
す断面構造を有する本発明の半導体光デバイス装置を製
造した。まず、最初に（１００）面から［０−１−１］
Ａ方向に１０°あるいは１５°程度オフさせた厚さ３５
０μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ法によ
り厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層
（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ１．５μ
ｍのＳｉドープＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝
１ｘ１０18ｃｍ-3）１０２、厚さ０．２５μｍのＳｉド
ープｎ型（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０３、厚さ５０ｎｍのアン
ドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１０
４あるいは厚さ５ｎｍのアンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）
0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層１０５に挟まれた厚さ５〜６ｎｍ
のアンドープＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐ井戸層１０６（３層）
からなる三重量子井戸（ＴＱＷ）活性層１０７、厚さ
０．３μｍのＺｎドープｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７ｘ１０17ｃｍ-3）１０８、
厚さ５ｎｍのＺｎドープｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ酸化抑制
層（ｐ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０９を順次積層すること
により、ダブルへテロ構造を形成した（図１（ａ））。
このとき、酸化抑制層は活性層で再結合した光を吸収し
ないように組成を選択する方がしきい値電流を低減する
上では好ましいが、セルフパルセーションさせるために
意図的に光を吸収させて可飽和吸収層として利用するこ
とも可能である。なお、光を吸収させないようにするた
めに、上記ＧａXＩｎ1-XＰ酸化抑制層の組成をＧａリッ
チ側（ｘ＝０．５〜１）に変えたり、Ａｌを若干量加え
る（（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ｘ＝０．１〜０．
２程度）ことがさらに有効である。Example 1 In this example, a semiconductor optical device having the cross-sectional structure shown in FIG. 1 was manufactured. First, [0-1-1] from the (100) plane
Thickness 35 turned off about 10 ° or 15 ° in A direction
A 0.5 μm thick Si-doped n-type GaAs buffer layer (n = 1 × 10 18 cm −3 ) (not shown) having a thickness of 1.5 μm is formed on a 0 μm GaAs substrate 101 by MOCVD.
m Si-doped Al 0.75 Ga 0.25 As cladding layer (n =
1x10 18 cm -3) 102, Si-doped n-type with a thickness of 0.25μm (Al 0. 7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P cladding layer (n = 1x10 18 cm -3) 103, a thickness of 50nm undoped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P optical guide layer 10
4 or 5 nm thick undoped (Al 0.5 Ga 0.5 )
5 to 6 nm in thickness sandwiched between 0.5 In 0.5 P barrier layers 105
Undoped Ga 0.44 In 0.56 P well layer 106 (three layers)
Triple quantum well (TQW) active layer 107 made of Zn, p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 I with a thickness of 0.3 μm
n 0.5 P cladding layer (p = 7 × 10 17 cm −3 ) 108;
A double heterostructure was formed by sequentially laminating a 5 nm-thick Zn-doped p-type Ga 0.5 In 0.5 P oxidation suppression layer (p = 1 × 10 18 cm −3 ) 109 (FIG. 1A).
At this time, it is preferable to select a composition of the oxidation suppressing layer so as not to absorb the light recombined in the active layer in order to reduce the threshold current, but it is necessary to intentionally absorb the light for self-pulsation. It can also be used as a saturable absorbing layer. Incidentally, in order not to absorb the light, or changing the composition of the Ga X In 1-X P oxidation prevention layer on the Ga-rich side (x = 0.5 to 1), it is added a slight amount of Al ((Al X Ga 1-X) 0.5 In 0.5 P, x = 0.1~0.
2) is more effective.
【００５４】次にこのダブルへテロ基板の表面に絶縁性
のＳｉＮｘ保護膜（屈折率１．９、波長６５０ｎｍ近
傍）１１０を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ
法によりこのＳｉＮｘ膜１１０にオフアングルの方向と
直交する［０１−１］Ｂ方向に幅４μｍのストライプ状
の窓１０７を多数開ける。ここで［０１−１］Ｂ方向
は、一般的なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体において、（１
００）面と（０１−１）面の間に存在する（１１−１）
面が、Ｖ族元素が現れる面である様に定義する。このス
トライプ状の窓１１１に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成
長により、リッジ中央での高さ２．０μｍのＺｎドープ
ｐ型Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５ｘ１
０18ｃｍ-3；屈折率３．３、波長６５５ｎｍ）１１２と
厚さ０．５μｍのＺｎドープＧａＡｓコンタクト層１１
３からなるリッジを形成した（図１（ｂ））。このと
き、リッジの側面の大部分が（３１１）Ａ面もしくはこ
れに近い面となることが多く、再成長部のクラッド層を
絶縁体からなる保護膜の上面にかかるように成長し、再
成長部のクラッド層上の成長可能な面の実質的全面にコ
ンタクト層を成長させることができる。そのため、保護
膜とリッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くし
たり、クラッド層側面の酸化を抑制したり、エピタキシ
ャル面側の電極との接触面積の増加を行い、電極とのコ
ンタクト抵抗を低減したりすることもできる。この傾向
は再成長リッジ部がＡｌＧａＡｓ、特にＡｌＡｓ混晶比
（Ａｌ組成）０．２〜０．９、好ましくは０．３〜０．
８の時に顕著である。Next, an insulating SiNx protective film (refractive index: 1.9, wavelength: around 650 nm) 110 is deposited to a thickness of 200 nm on the surface of the double heterosubstrate. A large number of striped windows 107 having a width of 4 μm are opened in the orthogonal [01-1] B direction. Here, the [01-1] B direction is (1) in a general III-V compound semiconductor.
(11-1) exists between the (00) plane and the (01-1) plane.
The plane is defined as the plane where the group V element appears. In the stripe-shaped window 111, a Zn-doped p-type Al 0.75 Ga 0.25 As cladding layer (p = 1.5 × 1) having a height of 2.0 μm at the center of the ridge is formed by selective growth using the MOCVD method.
0 18 cm −3 ; refractive index 3.3, wavelength 655 nm) 112 and Zn-doped GaAs contact layer 11 having a thickness of 0.5 μm
3 was formed (FIG. 1B). At this time, most of the side surfaces of the ridge are often (311) A plane or a plane close to the (311) A plane. A contact layer can be grown on substantially the entire surface of the cladding layer on which growth is possible. Therefore, the controllability of the distribution of light that seeps into the vicinity of the protective film and the ridge is improved, the oxidation of the side surface of the cladding layer is suppressed, the contact area with the electrode on the epitaxial surface side is increased, and the contact with the electrode is performed. Resistance can also be reduced. The tendency is that the regrowth ridge portion is made of AlGaAs, particularly AlAs mixed crystal ratio (Al composition) 0.2 to 0.9, preferably 0.3 to 0.
It is remarkable at 8.
【００５５】上記のＭＯＣＶＤ法において、ＩＩＩ族原
料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を、Ｖ族原料にはアルシン及びホスフィンを、キャ
リアガスには水素を用いた。また、ｐ型ドーパントには
ジメチル亜鉛、ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。
また、リッジの成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／ＩＩＩ
族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が
０．３となる様に導入した。In the above-mentioned MOCVD method, trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA) and trimethyl indium (TM
I), arsine and phosphine were used as group V raw materials, and hydrogen was used as a carrier gas. Dimethyl zinc was used as the p-type dopant, and disilane was used as the n-type dopant.
During the growth of the ridge, HCl gas is changed to HCl / III.
The group was introduced such that the molar ratio of the group was 0.2, particularly the molar ratio of HCl / TMA was 0.3.
【００５６】また、ＳＥＭ観察によりＺｎドープＡｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．７５）からなるリッジ状のｐ型
第２クラッド層（第２導電型第２クラッド層）は、図１
にその断面説明図を示す様に、ＳｉＮｘからなる保護膜
上に約０．４μｍ重なって形成されていることが確認さ
れた。また、すべてのストライプ幅において、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層はリッジ側壁全面を覆った。これによ
り、ＺｎドープＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．７５）から
なるリッジ状のｐ型第２クラッド層が表面に露出し、表
面酸化が進行することを防止することができた。リッジ
成長後に、従来法のようにリッジ側壁の一部或いは全面
をＳｉＮｘ保護膜で覆っても特に問題はないが、本実施
例においては、プロセスの簡素化、コンタクト抵抗の低
減等を考慮してリッジ側面に誘電体等からなる保護膜は
形成しなかった。基板のオフ角度の影響により、リッジ
形状が若干左右非対称となった（図示せず）。In addition, Zn-doped Al x was observed by SEM observation.
The ridge-shaped p-type second cladding layer (second conductivity type second cladding layer) made of Ga 1-x As (x = 0.75) is shown in FIG.
As shown in the cross-sectional view of FIG. 1, it was confirmed that the film was formed so as to overlap about 0.4 μm on the protective film made of SiNx. In all stripe widths, p-Ga
The As contact layer covered the entire ridge sidewall. As a result, the ridge-shaped p-type second cladding layer made of Zn-doped Al x Ga 1 -x As (x = 0.75) was exposed on the surface, and it was possible to prevent the surface oxidation from progressing. After the ridge growth, there is no particular problem if the ridge side wall is partially or entirely covered with the SiNx protective film as in the conventional method. However, in the present embodiment, the process is simplified and the contact resistance is reduced. No protective film made of a dielectric or the like was formed on the side surface of the ridge. Due to the influence of the off-angle of the substrate, the ridge shape was slightly left-right asymmetric (not shown).
【００５７】この後、ｐ側の電極１１０を蒸着し、基板
を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極１１１を蒸着
し、アロイした（図１（ｃ））。こうして作製したウエ
ハーより、劈開によりチップバーに切り出して、レーザ
共振器構造を形成した。このときの共振器長は５００μ
ｍとした。前端面１０％−後端面９０％の非対称コーテ
ィングを施した後、２次劈開によりチップに分離した。
チップジャンクションダウンで組立した後、２５℃で連
続通電（ＣＷ）にて電流−光出力、電流−電圧特性を測
定した。非常に良好な電流−電圧特性及び電流−出力特
性を示し、しきい値も１．９Ｖと活性層のバンドギャッ
プに対応する低い値で、高抵抗層が存在しないことが確
認できた。また、直列抵抗が５〜６Ωと小さく、ｐ型コ
ンタクト層とｐ型電極の間の接触抵抗が極めて小さいこ
とが確認された。本実施例のレーザは、光出力１２０ｍ
Ｗ動作までの高出力を達成できており、発振波長が平均
６５５ｎｍ、しきい値電流が平均２０ｍＡ、スロープ効
率が平均１．０ｍＷ／ｍＡである等特性が非常に良好で
あり、垂直広がり角は平均２３°であり、設計通りの単
一ピークの遠視野像（ビーム広がり角）が得られ、光分
布の制御が非常に良好であることが確認された。この結
果より、ＳｉＮｘ絶縁膜で横モードが基本的に制御され
ていることから、再成長リッジ形状が若干非対称である
ことによるキンクレベル等への悪影響は現れていないと
考えられる。なお、本願明細書において「単一ピーク」
とは、必ずしも１本のピークの存在しか許さない意味で
はなく、最大ピークの１／１０以上の強度を有する他の
ピークが存在しないことを意味する。また、水平方向の
拡がり角においても、リップルやサイドピークのない良
好な単峰性のピークが得られた。これらの結果から、本
発明のレーザ構造において、ＤＶＤ等の光ディスクの書
き込み用光源などに利用されることがわかる。また、高
い信頼性（６０℃、３５ｍＷの高温、高出力における１
０００時間以上安定動作）が得られることが判明した。
また、これらの諸特性のバッチ内及びバッチ間のばらつ
きも小さいことが確認された。Thereafter, the p-side electrode 110 was deposited and the substrate was thinned to 100 μm, and then the n-side electrode 111 was deposited and alloyed (FIG. 1C). The wafer thus fabricated was cut into chip bars by cleavage to form a laser resonator structure. The resonator length at this time is 500 μ
m. After applying an asymmetric coating of 10% front end face-90% rear end face, chips were separated by secondary cleavage.
After assembling by chip junction down, current-light output and current-voltage characteristics were measured at 25 ° C. by continuous energization (CW). Very good current-voltage characteristics and current-output characteristics were exhibited. The threshold value was 1.9 V, which was a low value corresponding to the band gap of the active layer, and it was confirmed that no high resistance layer was present. In addition, it was confirmed that the series resistance was as small as 5 to 6Ω and the contact resistance between the p-type contact layer and the p-type electrode was extremely small. The laser of this embodiment has a light output of 120 m.
High output up to W operation was achieved, the oscillation wavelength was 655 nm on average, the threshold current was 20 mA on average, the slope efficiency was 1.0 mW / mA on average, and the characteristics were very good. The average was 23 °, a far-field image (beam divergence angle) of a single peak as designed was obtained, and it was confirmed that the control of the light distribution was very good. From these results, it is considered that since the transverse mode is basically controlled by the SiNx insulating film, the adverse effect on the kink level and the like due to the slightly asymmetric regrowth ridge shape does not appear. In the present specification, “single peak”
This does not necessarily mean that only one peak is present, but means that there is no other peak having an intensity of 1/10 or more of the maximum peak. In addition, even at the horizontal divergence angle, a good single-peaked peak without any ripple or side peak was obtained. From these results, it can be seen that the laser structure of the present invention is used as a light source for writing an optical disk such as a DVD. In addition, high reliability (1 at high temperature of 60 ° C. and 35 mW, high output)
000 hours or more).
It was also confirmed that the dispersion of these properties within and between batches was small.
【００５８】また、上記の態様よりもストライプ状開口
部の幅を広くしていったところ、５μｍ以上になると、
ほとんどの素子が単一横モード（単一ピークの横方向光
強度分布）で発振しなくなってしまうこともわかった。
このことから、単一横モード発振を実現させるために
は、ストライプ状開口部の幅が５μｍ以下であることが
望ましい。さらに、実験結果から高出力動作ができる領
域をシミュレーションにて確認した結果、活性層内部で
の横方向有効屈折率段差は５ｘ１０-3〜１．３ｘ１０-2
程度に設定する必要があることが判った。When the width of the stripe-shaped opening was made wider than in the above embodiment, when the width became 5 μm or more,
It was also found that most of the devices no longer oscillate in the single transverse mode (single peak transverse light intensity distribution).
For this reason, in order to realize single transverse mode oscillation, it is desirable that the width of the stripe-shaped opening be 5 μm or less. Furthermore, as a result of confirming a region where high-power operation is possible from the experimental results by simulation, the lateral effective refractive index step inside the active layer is 5 × 10 −3 to 1.3 × 10 −2.
It turns out that it is necessary to set to the extent.
【００５９】本実施例では、ｎ側クラッド層が、厚さ
１．５μｍのＳｉドープＡｌ0.75Ｇａ 0.25Ａｓクラッド
層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０２と、厚さ０．２５μ
ｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐク
ラッド層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ -3）１０３との２層構造
になっているが、どちらかの組成からなる１層構造（た
だし、厚みはほぼ２層分の厚みと同程度）としてもよ
い。また、ＧａＡｓ基板に完全に格子整合させるため
に、ＡｌＧａＡｓ層に少量のＰを加えて、ＡｌＧａＡｓ
Ｐ層としてもよく、例えば、Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.75Ｇ
ａ0.25Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５ｘ１０18ｃｍ-3）１
１２は、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ0.97Ｐ0.03としてもよ
い。In this embodiment, the n-side cladding layer has a thickness
1.5 μm Si-doped Al0.75Ga 0.25As clad
Layer (n = 1 × 1018cm-3) 102 and thickness 0.25μ
m Si-doped n-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
Rad layer (n = 1 × 1018cm -3) 103 and two-layer structure
Is a one-layer structure of either composition
However, the thickness is almost the same as the thickness of two layers)
No. Also, in order to perfectly match the lattice with the GaAs substrate,
, A small amount of P is added to the AlGaAs layer to form an AlGaAs layer.
It may be a P layer, for example, Zn-doped p-type Al0.75G
a0.25As cladding layer (p = 1.5 × 1018cm-3) 1
12 is Al0.75Ga0.25As0.97P0.03As well
No.
【００６０】（実施例２）図２（ａ）に示すように、ス
トライプ状開口部の中央部幅（Ｗｃ）を４μｍで一定と
し、端部付近でストライプ幅が漸減し、劈開面での端部
幅（ＷF、ＷR）を５μｍで一定になるようにパターニン
グしたこと以外は実施例１と同じ方法でチップを作製し
た。これにより、最大光出力１５０ｍＷまで向上し、６
０℃、５０ｍＷにおいて１０００時間以上安定に動作
し、従来（３５ｍＷ）よりも高出力において高い信頼性
が得られることが判明した。この結果から、本発明のレ
ーザ構造において、ＤＶＤ等の光ディスクの書き込み
（従来よりも高速書き込み）用光源などに利用できるこ
とがわかる。Example 2 As shown in FIG. 2A, the center width (Wc) of the stripe-shaped opening was fixed at 4 μm, the stripe width gradually decreased near the end, and the end on the cleavage plane was observed. to thereby produce a chip-in parts a width (W F, W R) except for the patterning to be constant at 5μm the same manner as in example 1. As a result, the maximum light output is increased to 150 mW,
It has been found that the device operates stably for 1000 hours or more at 0 ° C. and 50 mW, and that higher reliability can be obtained at a higher output than the conventional (35 mW). From these results, it can be seen that the laser structure of the present invention can be used as a light source for writing (higher speed writing than before) optical disks such as DVDs.
【００６１】（実施例３）アンドープ（Ａｌ0.5Ｇ
ａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層の厚みが７０ｎｍ、アン
ドープＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐ井戸層の数が４つであるすな
わち四重量子井戸（ＱＱＷ）活性層、Ｚｎドープｐ型
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７ｘ
１０17ｃｍ-3）の厚さ０．３５μｍ、図２（ｂ）に示す
ようにストライプ状開口部の中央部（Ｗｃ）を２．５μ
ｍで一定とし、端部付近でストライプ幅が漸減し、劈開
面での端部幅（ＷF、ＷR）を１．５μｍで一定となるよ
うにパターニングしたこと、このとき中央部の長さは２
００μｍとしたこと、Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.75Ｇａ0.25
Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５ｘ１０18ｃｍ-3；屈折率
３．３、波長６５５ｎｍ）のリッジ中央での高さを１．
５μｍとしたこと、共振器の長さを３５０μｍとしたこ
と、前端面３２％−後端面８０％の非対称コーティング
を施したこと以外は実施例１と同じ方法でチップを製造
した。Example 3 Undoped (Al 0.5 G)
a 0.5 ) The thickness of the 0.5 In 0.5 P guide layer is 70 nm, and the number of undoped Ga 0.44 In 0.56 P well layers is four, that is, a quadrupole well (QQW) active layer, Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ). 0.5 In 0.5 P cladding layer (p = 7x
10 17 cm -3) having a thickness of 0.35 .mu.m, 2.5 [mu] a central portion of the stripe-shaped opening (Wc) as shown in FIG. 2 (b)
constant at m, the stripe width is gradually reduced near the end portion, the end portion width at the cleavage plane (W F, W R) that is patterned to be constant at 1.5μm and the length of the central portion at this time Is 2
00 μm, Zn-doped p-type Al 0.75 Ga 0.25
The height at the center of the ridge of the As clad layer (p = 1.5 × 10 18 cm −3 ; refractive index 3.3, wavelength 655 nm) is set to 1.
A chip was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness was set to 5 μm, the length of the resonator was set to 350 μm, and an asymmetric coating of 32% front end face-80% rear end face was applied.
【００６２】本実施例のレーザは、高温（７０℃）にお
いても光出力５ｍＷ以上の動作までの自励発振を達成で
きており、発振波長が平均６５５ｎｍ、しきい値電流が
平均２５ｍＡ、スロープ効率が平均０．５ｍＷ／ｍＡで
ある等特性が非常に良好であり、垂直広がり角は平均３
０°であり、設計通りの単一ピークの遠視野像（ビーム
広がり角）が得られ、光分布の制御が非常に良好である
ことが確認された。水平方向の拡がり角は平均１５°で
あり、垂直拡がり角の１／２程度の大きさにすることが
でき、従来の自励発振レーザよりも円形に近くなった。
また、水平方向の遠視野像において、リップルやサイド
ピークのない良好な単峰性のピークが得られた。このこ
とは、ストライプ幅を直線的に減少できていることのみ
ならず、リッジ部分が横方向に成長していることからス
トライプ漸減部分のリッジのうねりの影響を受けにくく
なっていることも要因と考えられる。なお、本願明細書
において「単一ピーク」とは、必ずしも１本のピークの
存在しか許さない意味ではなく、最大ピークの１／１０
以上の強度を有する他のピークが存在しないことを意味
する。これらの結果から、本発明のレーザ構造におい
て、ＣＤ、ＭＤ等の光ディスクの読み取り用光源などに
利用されることがわかる。また、高い信頼性（７０℃の
高温における５ｍＷ出力での１０００時間以上安定動
作）が得られることが判明した。また、諸特性のバッチ
内及びバッチ間のばらつきも小さいことが確認された。The laser of this embodiment can achieve self-excited oscillation up to an operation with an optical output of 5 mW or more even at a high temperature (70 ° C.), an oscillation wavelength of 655 nm on average, a threshold current of 25 mA on average, and a slope efficiency of Of 0.5 mW / mA on average, and the vertical divergence angle is 3 on average.
It was 0 °, a far-field image (beam divergence angle) of a single peak as designed was obtained, and it was confirmed that the control of the light distribution was very good. The divergence angle in the horizontal direction was 15 ° on average, and could be reduced to about の of the divergence angle, which was more circular than the conventional self-pulsation laser.
Further, in the horizontal far-field image, a favorable single-peak having no ripple or side peak was obtained. This is due not only to the fact that the stripe width can be reduced linearly, but also to the fact that the ridge portion grows in the horizontal direction, making it less likely to be affected by the ridge undulation in the gradually decreasing portion of the stripe. Conceivable. In the specification of the present application, “single peak” does not necessarily mean that only one peak is allowed, but 1/10 of the maximum peak.
It means that there is no other peak having the above intensity. These results indicate that the laser structure of the present invention is used as a light source for reading optical disks such as CDs and MDs. It was also found that high reliability (stable operation at a high temperature of 70 ° C. and 5 mW output for 1000 hours or more) was obtained. In addition, it was confirmed that variations in various characteristics within and between batches were small.
【００６３】また、本実施例の態様よりもストライプ状
開口部の中央部幅（Ｗｃ）を広くしていったところ、３
μｍ以上になると、ほとんどの素子が自励発振しなくな
ることもわかった。このことから、自励発振を実現させ
るためには、中央部幅（Ｗｃ）が３μｍ以下であること
が望ましい。さらに、実験結果から中央部幅（Ｗｃ）と
第２導電型第１クラッド層の厚みｄｐが自励発振条件を
満たす領域をシミュレーションにて確認した結果、活性
層内部での横方向有効屈折率段差は２〜７ｘ１０-3程
度、リッジ両脇への光浸み出し割合Γａｃｔ．ｏｕｔを
１０〜４０％程度に設定する必要があることが判った。When the width (Wc) of the central portion of the stripe-shaped opening was made wider than that of the embodiment, 3
It was also found that when the thickness was more than μm, most elements did not self-oscillate. For this reason, in order to realize self-sustained pulsation, it is desirable that the center width (Wc) be 3 μm or less. Furthermore, from a result of an experiment, a region where the central portion width (Wc) and the thickness dp of the second conductivity type first cladding layer satisfy the self-excited oscillation condition was confirmed by simulation, and as a result, the lateral effective refractive index step inside the active layer was confirmed. Is about 2 to 7 × 10 −3 , and the ratio of light seepage to both sides of the ridge {act. It was found that out needs to be set to about 10 to 40%.
【００６４】（比較例１）ストライプ状の窓１１１に、
ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、Ｚｎドープｐ型
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７ｘ
１０17ｃｍ-3；屈折率３．３、波長６５５ｎｍ）と厚さ
０．５μｍのＺｎドープＧａＡｓコンタクト層からなる
リッジを形成したこと以外、実施例１と同一の条件でレ
ーザチップを作製した。チップジャンクションダウンで
組立した後、２５℃で連続通電（ＣＷ）にて電流−光出
力を測定したが、通過抵抗は約１０Ωと高く、光出力は
最大７０ｍＷ程度までしか得られなかった。また、実施
例１と同じ６０℃、３５ｍＷの高温、高出力における信
頼性試験において、すべての素子（ｎ＝２０ヶ）が通電
開始後数十時間から数百時間の間で動作電流が急上昇
し、光出力が得られなくなるという現象が発生した。ｐ
型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるリッジ部ク
ラッド層の組成が設計値より少しずれており（微少領域
のため実測困難）、屈折率のずれによる近視野像（ビー
ム拡がり角）の不安定化、格子不整による転位の発生が
生じていること、さらにｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐクラッド層は実施例１のｐ型Ａｌ0.75Ｇａ0.25
Ａｓ層に比べて抵抗率や熱抵抗が大きくなってしまうこ
となどが、実施例１に比べて、通過抵抗の増大、最大光
出力の低下、さらに高温、高出力動作での信頼性の低下
を招いた原因と考えられる。(Comparative Example 1) A window 111 having a stripe shape
By selective growth using the MOCVD method, a Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer (p = 7 ×
A laser chip was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that a ridge formed of a Zn-doped GaAs contact layer having a refractive index of 10 17 cm −3 ; a refractive index of 3.3 and a wavelength of 655 nm) and a thickness of 0.5 μm was formed. After assembling by chip junction down, current-light output was measured at 25 ° C. by continuous energization (CW). The passage resistance was as high as about 10Ω, and the light output was obtained only up to about 70 mW. Further, in the reliability test at a high temperature of 60 ° C. and 35 mW and high output as in the first embodiment, the operating current of all the elements (n = 20) suddenly increased from several tens hours to several hundred hours after the start of energization. In such a case, a phenomenon that light output cannot be obtained occurs. p
The composition of the ridge cladding layer composed of the mold (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P is slightly deviated from the design value (it is difficult to measure due to the small area), and the near-field image (beam divergence angle) due to the deviation of the refractive index Generation of dislocation due to instability and lattice misalignment, and furthermore p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 I
The n 0.5 P cladding layer is the p-type Al 0.75 Ga 0.25 of the first embodiment.
The increase in resistivity and thermal resistance as compared with the As layer causes an increase in the passage resistance, a decrease in the maximum light output, and a decrease in the reliability at high temperature and high output operation as compared with the first embodiment. Probable cause.
【００６５】（比較例２）ストライプ状の窓１１１に、
ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、Ｚｎドープｐ型
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７ｘ
１０17ｃｍ-3；屈折率３．３、波長６５５ｎｍ）と厚さ
０．５μｍのＺｎドープＧａＡｓコンタクト層からなる
リッジを形成ししたこと以外、実施例３と同一の条件で
レーザチップを作製した。チップジャンクションダウン
で組立した後、２５℃で連続通電（ＣＷ）にて電流−光
出力を測定したが、しきい値電流が平均３０ｍＡに上昇
し、高温（７０℃）では自励発振は達成できなかった。
また、実施例１と同じ７０℃、５ｍＷにおける信頼性試
験において、すべての素子（ｎ＝２０ヶ）が通電開始後
数十時間から数百時間の間で動作電流が急上昇し、光出
力が得られなくなるという現象が発生した。ｐ型（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるリッジ部クラッド層
の組成が設計値より少しずれており（微少領域のため実
測困難）、屈折率のずれによる近視野像（ビーム拡がり
角）の不安定化、格子不整による転位の発生が生じてい
ること、さらにｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐク
ラッド層は実施例１のｐ型Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓ層に比
べて抵抗率や熱抵抗が大きいために、電流拡がり分布が
変化し、高温での動作電流が上昇しやすい、実施例１に
比べて、高温（７０℃）での自励発振の停止、さらに高
温動作での信頼性の低下を招いた原因と考えられる。(Comparative Example 2) A window 111 having a stripe shape
By selective growth using the MOCVD method, a Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer (p = 7 ×
A laser chip was manufactured under the same conditions as in Example 3 except that a ridge formed of a Zn-doped GaAs contact layer having a refractive index of 10 17 cm −3 ; a refractive index of 3.3 and a wavelength of 655 nm) and a thickness of 0.5 μm was formed. . After assembling with chip junction down, the current-optical output was measured by continuous conduction (CW) at 25 ° C, but the threshold current increased to 30 mA on average, and self-excited oscillation could be achieved at high temperature (70 ° C). Did not.
In the same reliability test at 70 ° C. and 5 mW as in Example 1, the operating current of all the elements (n = 20) rapidly increased from several tens to several hundred hours after the start of energization, and light output was obtained. The phenomenon that it cannot be done occurred. p-type (Al
The composition of the ridge cladding layer made of 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P is slightly deviated from the design value (it is difficult to measure due to the small area), and the near-field image (beam divergence angle) becomes unstable due to the deviation of the refractive index. In addition, the occurrence of dislocations due to lattice irregularity has occurred, and the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer has a higher resistivity and thermal resistance than the p-type Al 0.75 Ga 0.25 As layer of the first embodiment. Due to the large size, the current spread distribution changes, and the operating current at high temperatures tends to increase. Compared with the first embodiment, the self-sustained pulsation at high temperature (70 ° C.) is stopped, and the reliability at high temperature operation is reduced. It is considered that the cause was caused.
【００６６】[0066]
【発明の効果】本発明によれば、リッジ導波型ストライ
プレーザ等の半導体光デバイス装置において、基板上
に、活性層を含む化合物半導体層、その上に形成された
開口部を有する保護膜、該開口部上に形成された活性層
より屈折率の小さいリッジ型の化合物半導体層およびそ
の上に形成された電極から少なくとも構成され、前記活
性層を含む半導体層にＩｎ混晶組成を５％以上である含
む層を有し、前記リッジ型化合物半導体層はＩｎ混晶組
成が１０％以下とすることにより、リッジ（メサ）の形
状やリッジを構成する半導体層の混晶組成（格子定数、
屈折率など）の制御性、再現性を向上させ、かつレーザ
特性の安定化及びレーザ動作の信頼性の向上を図ること
ができる。According to the present invention, in a semiconductor optical device such as a ridge waveguide type stripe laser, a compound semiconductor layer including an active layer on a substrate, a protective film having an opening formed thereon, The semiconductor layer including at least the ridge-type compound semiconductor layer having a smaller refractive index than the active layer formed on the opening and the electrode formed thereon has an In mixed crystal composition of 5% or more. The ridge-type compound semiconductor layer has an In mixed crystal composition of 10% or less, so that the ridge (mesa) shape and the mixed crystal composition (lattice constant,
It is possible to improve the controllability and reproducibility of the refractive index, etc., stabilize the laser characteristics, and improve the reliability of the laser operation.
【００６７】本発明において、絶縁体からなる保護膜を
用いて、電流が注入されるストライプ領域にリッジを選
択成長により形成し、リッジ側面には絶縁体からなる保
護膜を形成しない構造とすれば、ストライプ幅を直線的
に増加、減少できていることのみならず、リッジ部分が
横方向に成長していることからストライプ漸減部分のリ
ッジのうねりの影響を受けにくくなることから、水平方
向の遠視野像において、リップルやサイドピークのない
良好な単峰性のピークが容易に得られる。また、成長に
より形成したリッジ部分の頂部及び側面部を含む実質的
全面にコンタクト層を形成し、コンタクト層と電極との
接触面積を増大させることにより、接触抵抗が下がると
ともに、リッジ側壁のクラッド層（特にＡｌを含んでい
る場合）の表面酸化も防止され、レーザ特性や信頼性が
向上する。さらに、本発明の素子を作製する場合に、従
来のような複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術が必
要ではなくなるので、素子の作製工程を簡素化し、素子
の作製歩留まりも大幅に向上させることができる。In the present invention, if a ridge is formed by selective growth in a stripe region into which a current is injected by using a protective film made of an insulator, and a protective film made of an insulator is not formed on the side surface of the ridge. In addition to the fact that the stripe width can be linearly increased and decreased, the ridge portion grows in the horizontal direction, so that it is less susceptible to the ridge swell of the stripe gradually decreasing portion, so that the distance in the horizontal direction can be reduced. In the field image, a good single-peak having no ripple or side peak can be easily obtained. In addition, a contact layer is formed on substantially the entire surface including the top and side surfaces of the ridge portion formed by the growth, and the contact area between the contact layer and the electrode is increased, so that the contact resistance is reduced and the cladding layer on the ridge side wall is formed. Surface oxidation (especially when Al is included) is also prevented, and laser characteristics and reliability are improved. Furthermore, when the device of the present invention is manufactured, a complicated and fine photolithography technique as in the related art is not required, so that the manufacturing process of the device can be simplified and the manufacturing yield of the device can be greatly improved.
【００６８】また、本発明では、端部でのストライプ幅
を中央部に比べて広くすることにより低い動作電流を維
持しつつ、高出力動作を実現することができる。一方、
リッジ導波型ストライプレーザ等の半導体光デバイス装
置において、保護膜の開口部の幅が、装置端面近傍で装
置中央部より狭くなっていることにより、高い信頼性を
維持しつつビームが円形に近いレーザとすることが可能
となる。このため、光学系での光の損失を低減でき、水
平方向の光軸調整が容易となるため、光ピックアップに
組み立てたときのレーザ特性や組立歩留まりが非常に良
好となる。さらに、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視
レーザのように、短波長化のために低次の面方位（（１
００）等）に対してオフ角度の大きい基板を用いた場合
にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左
右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほと
んど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作
まで得ることができる。Further, according to the present invention, a high output operation can be realized while maintaining a low operation current by increasing the stripe width at the end compared with the center. on the other hand,
In a semiconductor optical device such as a ridge waveguide type stripe laser, the width of the opening of the protective film is smaller than the center of the device in the vicinity of the end surface of the device, so that the beam is almost circular while maintaining high reliability. It becomes possible to use a laser. For this reason, the loss of light in the optical system can be reduced, and the adjustment of the optical axis in the horizontal direction is facilitated, so that the laser characteristics and the assembly yield when assembled into an optical pickup are very good. Further, like an AlGaInP / GaInP-based visible laser, a low-order plane orientation ((1
Even when a substrate having a large off-angle with respect to (00)) is used, the left-right asymmetry of the ridge shape in the ridge waveguide laser is stable without being substantially affected by the left-right asymmetry of the light intensity distribution. A basic transverse mode can be obtained up to a high output operation.
【図１】 実施例１の半導体光デバイス装置及びその製
造方法を説明する断面説明図である。FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating a semiconductor optical device device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment.
【図２】 実施例２及び３の半導体光デバイス装置にお
ける共振器方向でのストライプ状開口部の幅の変化を説
明する平面説明図である。FIG. 2 is an explanatory plan view illustrating a change in the width of a stripe-shaped opening in a resonator direction in the semiconductor optical device devices of Examples 2 and 3.
【図３】 非リッジ部に保護膜を形成してリッジ部分を
再成長ににより形成し、リッジ上部のみにコンタクト層
を形成した従来の半導体光デバイス装置及びその製造方
法を説明する断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view illustrating a conventional semiconductor optical device device in which a protective film is formed on a non-ridge portion, a ridge portion is formed by regrowth, and a contact layer is formed only on the ridge, and a manufacturing method thereof. is there.
【図４】 リッジ部をエッチングにより形成してなる従
来の半導体光デバイス装置及びその製造方法を説明する
断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor optical device in which a ridge portion is formed by etching and a method of manufacturing the same.
【図５】 半導体からなる電流ブロック層を用いたリッ
ジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構造の半
導体光デバイス装置及びその製造方法を説明する断面説
明図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a ridge-type or groove-type semiconductor optical device having a ridge-type or groove-type inner stripe structure using a current block layer made of a semiconductor, and a method of manufacturing the same.
【図６】 ＧａＡｓ基板上に作製される従来の（ＡｌＧ
ａ）ＩｎＰ系赤色可視レーザの断面説明図である。FIG. 6 shows a conventional (AlG) fabricated on a GaAs substrate.
a) It is sectional drawing of InP red visible laser.
１０１： 基板 １０２： 第１導電型第１クラッド層 １０３： 第１導電型第２クラッド層 １０４： 光ガイド層 １０５： バリア層 １０６： 井戸層 １０７： ＭＱＷ活性層 １０８： 第２導電型第１クラッド層 １０９： 酸化抑制層 １１０： 保護膜 １１１： ストライプ領域 １１２： 第２導電型第２クラッド層 １１３： コンタクト層 １１４： エピタキシャル側電極 １１５： 基板側電極 ＷF ： ストライプ状開口部の開口前端部の幅 Ｗｃ： ストライプ状開口部の開口中央部の幅 ＷR ： ストライプ状開口部の開口後端部の幅 ３０１： 基板 ３０２： 第１導電型クラッド層 ３０３： 活性層 ３０４： 第２導電型第１クラッド層 ３０５： 酸化防止層 ３０６： 保護膜 ３０７： ストライプ状開口部 ３０８： 第２導電型第２クラッド層 ３０９： コンタクト層 ３１０： エピタキシャル側電極 ３１１： 基板側電極 ４０１： 基板 ４０２： 第１導電型クラッド層 ４０３： 活性層 ４０４： 第２導電型クラッド層 ４０５： コンタクト層 ４０６： 保護膜 ４０７： エピタキシャル側電極 ４０８： 基板側電極 ４０９： リッジ部 ４１０： 非リッジ部 ４１１： レジスト ５０１： 基板 ５０２： 第１導電型クラッド層 ５０３： 活性層 ５０４： 第２導電型クラッド層 ５０５： 第１導電型電流ブロック層 ５０６： 第２導電型コンタクト層 ５０７： エピタキシャル側電極 ５０８： 基板側電極 ５１１： 基板 ５１２： 第１導電型クラッド層 ５１３： 活性層 ５１４： 第２導電型第１クラッド層 ５１５： 第１導電型電流ブロック層 ５１６： 第２導電型第２クラッド層 ５１７： 第２導電型コンタクト層 ５１８： エピタキシャル側電極 ５１９： 基板側電極 ６０１： ｎ型ＧａＡｓ基板 ６０２： ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ６０３： アンドープＧａＩｎＰ活性層 ６０４： ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ６０５： ｎ型ＧａＡｓブロック層 ６０６： ｐ型ＧａＡｓコンタクト層101: substrate 102: first conductivity type first cladding layer 103: first conductivity type second cladding layer 104: light guide layer 105: barrier layer 106: well layer 107: MQW active layer 108: second conductivity type first cladding layer 109: suppressing oxide layer 110: protective film 111: stripe area 112: second conductivity type second cladding layer 113: contact layer 114: epitaxial side electrode 115: substrate side electrode W F: the opening front end portion of the stripe-like opening width Wc: the width of the opening central portion of the stripe-shaped opening W R: width of the opening rear end portion of the stripe-shaped opening 301: substrate 302: first-conductivity-type cladding layer 303: an active layer 304: first second conductivity type Cladding layer 305: Antioxidant layer 306: Protective film 307: Stripe-shaped opening 308: Second conductive type second cladding layer 309: Contact layer 310: Epitaxial side electrode 311: Substrate side electrode 401: Substrate 402: First conductivity type clad layer 403: Active layer 404: Second conductivity type clad layer 405: Contact layer 406: Protective film 407: Epitaxial side electrode 408: Substrate side electrode 409: Ridge part 410: Non-ridge part 411: Resist 501: Substrate 502: First conductivity type clad layer 503: Active layer 504: Second conductivity type clad layer 505: First conductivity type current block layer 506: First 2 conductivity type contact layer 507: epitaxial side electrode 508: substrate side electrode 511: substrate 512: first conductivity type clad layer 513: active layer 514: second conductivity type first clad layer 515: first conductivity type current block layer 516 : Second conductive type second cladding layer 517: second conductive type Contact layer 518: Epitaxial electrode 519: Substrate electrode 601: n-type GaAs substrate 602: n-type AlGaInP cladding layer 603: undoped GaInP active layer 604: p-type AlGaInP cladding layer 605: n-type GaAs block layer 606: p-type GaAs Contact layer
Claims (17)
層、該化合物半導体層の上に形成された開口部を有する
保護膜、該開口部を覆うように形成された前記活性層よ
り屈折率が小さいリッジ型の化合物半導体層、および該
リッジ型の化合物半導体層の上に形成された電極を少な
くとも有し、前記活性層を含む化合物半導体層中にＩｎ
混晶組成が５％以上である層を有し、前記リッジ型化合
物半導体層のＩｎ混晶組成が１０％以下であることを特
徴とする半導体光デバイス装置。1. A compound semiconductor layer including an active layer on a substrate, a protective film having an opening formed on the compound semiconductor layer, and a refractive index higher than the active layer formed to cover the opening. Having at least an electrode formed on the ridge-type compound semiconductor layer, and an electrode formed on the ridge-type compound semiconductor layer.
A semiconductor optical device device comprising a layer having a mixed crystal composition of 5% or more, and wherein the In mixed crystal composition of the ridge type compound semiconductor layer is 10% or less.
活性層の下に形成され活性層より屈折率が小さい第１導
電型クラッド層と、活性層の上に形成され活性層より屈
折率が小さい第２導電型第１クラッド層を含むことを特
徴とする請求項１記載の半導体光デバイス装置。2. The compound semiconductor layer including the active layer,
A first conductivity type cladding layer formed below the active layer and having a lower refractive index than the active layer; and a second conductivity type first cladding layer formed above the active layer and having a lower refractive index than the active layer. The semiconductor optical device according to claim 1.
５％以上含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体
光デバイス装置。3. The semiconductor optical device according to claim 2, wherein the first cladding layer of the second conductivity type contains 5% or more of In.
層、前記第２導電型第１クラッド層のうち少なくとも１
つの層が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ［０≦ｘ≦１，
０．０５≦ｙ≦１］で表される化合物であることを特徴
とする請求項２または３に記載の半導体光デバイス装
置。4. At least one of the first conductivity type clad layer, the active layer, and the second conductivity type first clad layer.
The two layers are (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P [0 ≦ x ≦ 1,
4. The semiconductor optical device according to claim 2, wherein the compound is a compound represented by the formula: 0.05 ≦ y ≦ 1].
が５％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の半導体光デバイス装置。5. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein an In mixed crystal composition of the ridge type compound semiconductor layer is 5% or less.
が１％以下であることを特徴とする請求項５に記載の半
導体光デバイス装置。6. The semiconductor optical device according to claim 5, wherein an In mixed crystal composition of the ridge type compound semiconductor layer is 1% or less.
導電型第２クラッド層を含むことを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載の半導体光デバイス装置。7. The ridge type compound semiconductor layer according to claim 2, wherein
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a conductive type second cladding layer.
7. The semiconductor optical device device according to any one of items 1 to 6.
が前記第２導電型第１クラッド層の屈折率の±０．２の
範囲内にあり、かつ前記リッジ型化合物半導体層が前記
第２導電型第１クラッド層と異なる組成を有することを
特徴とする請求項７に記載の半導体光デバイス装置。8. The second conductive type second cladding layer has a refractive index within a range of ± 0.2 of a refractive index of the second conductive type first cladding layer, and the ridge type compound semiconductor layer has a refractive index of ± 0.2. 8. The semiconductor optical device according to claim 7, wherein the semiconductor optical device has a composition different from that of the first cladding layer of the second conductivity type.
ストライプの幅は開口中央部より開口前端部の方が狭い
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導
体光デバイス装置。9. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein said opening has a stripe shape, and a width of said stripe is smaller at a front end portion of said opening than at a central portion of said opening. apparatus.
該ストライプの幅は開口中央部より開口前端部の方が広
いことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半
導体光デバイス装置。10. The device according to claim 10, wherein the opening is in a stripe shape,
9. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein a width of the stripe is wider at a front end of the opening than at a center of the opening.
該ストライプの幅は開口中央部より開口後端部の方が狭
いことを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導
体光デバイス装置。11. The device according to claim 11, wherein the opening has a stripe shape,
12. The semiconductor optical device according to claim 10, wherein a width of the stripe is smaller at a rear end portion of the opening than at a central portion of the opening.
該ストライプの幅は開口中央部より開口後端部の方が広
いことを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導
体光デバイス装置。12. The device according to claim 12, wherein the opening has a stripe shape,
12. The semiconductor optical device according to claim 10, wherein a width of the stripe is wider at a rear end portion of the opening than at a central portion of the opening.
てオフアングルを有することを特徴とする請求項１〜１
２のいずれかに記載の半導体光デバイス装置。13. The substrate according to claim 1, wherein the surface of said substrate has an off-angle with respect to a low-order plane orientation.
3. The semiconductor optical device device according to any one of 2.
徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体光デ
バイス装置。14. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the far-field image has a single peak.
のいずれかに記載の半導体光デバイス装置。15. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is a semiconductor light emitting device.
The semiconductor optical device device according to any one of the above.
いずれかに記載の半導体光デバイス装置。16. The semiconductor optical device according to claim 1, which is a semiconductor laser.
のいずれかに記載の半導体光デバイス装置。17. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein said optical amplifier is a semiconductor optical amplifier.
The semiconductor optical device device according to any one of the above.
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