JP2007088132A

JP2007088132A - Semiconductor laser

Info

Publication number: JP2007088132A
Application number: JP2005273542A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ito; 伊藤　　晋; Saburo Yamamoto; 三郎山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser capable of inhibiting a heat generation even in a high-output region of 150 mW or more, and making a high differential-efficiency and a low device-resistance compatible. <P>SOLUTION: An n-type GaAs/AlGaAs buffer layer 2, an n-type AlGaAs first clad layer 3, a non-doped quantum well active layer 4, a p-type AlGaAs lower clad layer 5a, a p-type GaAs etching-stop layer 6, a p-type AlGaAs upper clad layer 5b, a p-type AlGaAs intermediate layer 7, and a p-type GaAs contact layer 8, are formed successively on an n-type GaAs (100) just substrate 1. The Al composition ratio of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is made smaller than that of the p-type AlGaAs upper clad layer 5b, and made larger than that of the p-type GaAs contact layer 8. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば光ディスク装置または光通信システム等の光源に用いられる高出力の半導体レーザに関する。 The present invention relates to a high-power semiconductor laser used for a light source such as an optical disk device or an optical communication system.

光ディスク装置または光通信システム等の光源に用いられる赤外発光の半導体レーザは、データの書き込み読み取り、データ送信で必要とされる基幹部品である。高速度・高信頼性を確保したまま大容量データを処理するためには、半導体レーザが高出力領域で安定動作する必要がある。 An infrared light emitting semiconductor laser used for a light source of an optical disk device or an optical communication system is a basic component required for data writing / reading and data transmission. In order to process a large amount of data while ensuring high speed and high reliability, the semiconductor laser needs to operate stably in a high output region.

高出力領域で半導体レーザが安定動作するには、半導体レーザの発熱を抑制すること、半導体レーザの放熱を充分に行うことが必要である。上記半導体レーザの発熱の抑制は、単純に、閾値電流を下げること、微分効率を上げること、デバイス抵抗を下げることで、動作電圧、動作電流を下げて実現できる。 In order for the semiconductor laser to stably operate in the high output region, it is necessary to suppress the heat generation of the semiconductor laser and to sufficiently dissipate the semiconductor laser. The suppression of heat generation of the semiconductor laser can be realized by simply lowering the operating voltage and operating current by lowering the threshold current, increasing the differential efficiency, and lowering the device resistance.

以下、上記デバイス抵抗を下げる場合について述べる。 The case where the device resistance is lowered will be described below.

図９に、従来のリッジストライプ型半導体レーザの概略断面図を示す。また、図１０に、他の従来のリッジストライプ型半導体レーザの概略断面図を示す。 FIG. 9 is a schematic sectional view of a conventional ridge stripe semiconductor laser. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of another conventional ridge stripe semiconductor laser.

図９，図１０において、１０１はｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板、１０２はｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓバッファ層、１０３はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１０４は量子井戸活性層、１０５ａはｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、１０５ｂはｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層、１０６はエッチングストップ層、１０８，１１４はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１１は誘電体層、１１２はｎ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層、１２１，１２３はｐ側電極、１２２はｎ側電極である。 9 and 10, 101 is an n-type GaAs (100) just substrate, 102 is an n-type AlGaAs / GaAs buffer layer, 103 is an n-type AlGaAs cladding layer, 104 is a quantum well active layer, and 105a is a p-type AlGaAs lower cladding. 105b is a p-type AlGaAs upper cladding layer, 106 is an etching stop layer, 108 and 114 are p-type GaAs contact layers, 111 is a dielectric layer, 112 is an n-type AlGaAs buried layer, 121 and 123 are p-side electrodes, 122 Is an n-side electrode.

図９，図１０に示す半導体レーザのように、ｎ型の基板を用いる場合、ｎ型クラッド層を平坦にする一方、ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジを形成する。このリッジによって、活性層へ向かう電流を狭窄できる。 When an n-type substrate is used as in the semiconductor laser shown in FIGS. 9 and 10, the n-type cladding layer is flattened, and a striped ridge is formed in the p-type cladding layer. This ridge can confine the current toward the active layer.

このようなリッジが形成された構造にあっては、半導体レーザのn側の部分の直列抵抗は特に問題とはならない。なぜなら、上記半導体レーザのn側の部分は面積が大きいことから、抵抗が上がりにくい構造となっている。その結果、上記半導体レーザのn側の部分のドーピング濃度は１×１０^１８個／ｃｍ^３より小さく、例えば５×１０^１７個／ｃｍ^３またはそれよりも小さくした場合でも問題にはならない。 In the structure in which such a ridge is formed, the series resistance of the n-side portion of the semiconductor laser is not particularly problematic. This is because the n-side portion of the semiconductor laser has a large area, so that the resistance is difficult to increase. As a result, the doping concentration of the n-side portion of the semiconductor laser is smaller than 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ , for example, 5 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less, and there is no problem.

これに対して、上記半導体レーザのｐ側の部分は、電流の流れる部分の幅を狭窄しているためシリーズ抵抗の影響を受けやすい。このシリーズ抵抗を下げる従来の方策としては、半導体レーザのｐ側の部分を高濃度とすることで対応している。例えば、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂのドーピング濃度を２×１０^１８個／ｃｍ^３とし、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８のドーピング濃度を５×１０^１８個／ｃｍ^３とする。 On the other hand, the p-side portion of the semiconductor laser is easily affected by series resistance because the width of the current-flowing portion is narrowed. As a conventional measure for reducing the series resistance, the p-side portion of the semiconductor laser is increased in concentration. For example, the doping concentration of the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b is 2 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ and the doping concentration of the p-type GaAs contact layer 108 is 5 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ .

しかしながら、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂのドーピング濃度が１×１０^１８個／ｃｍ^３を超えるような高濃度領域でドーピングを行うと、フリー・キャリア・ロスと呼ばれる自由電子による光の吸収が発生する。 However, if doping is performed in a high concentration region where the doping concentration of the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b exceeds 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ , light absorption due to free electrons called free carrier loss occurs. To do.

上記フリー・キャリア・ロスがあっても、レーザ微分効率は最大で１．１Ｗ／Aまで達成することができるが、レーザ微分効率を１．１Ｗ／Aよりも上げるには、フリー・キャリア・ロスを抑制しなければならない。 Even with the above free carrier loss, the laser differential efficiency can be achieved up to 1.1 W / A, but in order to increase the laser differential efficiency beyond 1.1 W / A, free carrier loss can be achieved. Must be suppressed.

上記フリー・キャリア・ロスは、半導体レーザのｐ側の部分のドーピング濃度を１×１０^１８個／ｃｍ^３以下に下げることで効果的に抑制できる。 The free carrier loss can be effectively suppressed by reducing the doping concentration of the p-side portion of the semiconductor laser to 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or less.

しかしながら、例えば単純にｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂのドーピング濃度を９×１０^１７個／ｃｍ^３とし、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８のドーピング濃度を５×１０^１８個／ｃｍ^３というように、ドーピング濃度のみを低下させただけで、他に何ら手立てを講じなかった場合、レーザの動作電圧が大きく上昇してしまう。 However, for example, the doping concentration of the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b is simply set to 9 × 10 ¹⁷ pieces / cm ³ and the doping concentration of the p-type GaAs contact layer 108 is set to 5 × 10 ¹⁸ pieces / cm ^3. If no other measures are taken just by reducing only this, the operating voltage of the laser will increase greatly.

図１３に、図９の半導体レーザの電流−電圧特性を実線で示すと共に、図９の半導体レーザの電流−光出力特性を一点鎖線で示す。また、図１３のグラフでは、横軸が動作電流、左縦軸が動作電圧、右縦軸が出力に対応している。より詳しくは、図１３には、ドーピング濃度を低下させる前の電流−電圧特性を細い実線で示し、ドーピング濃度を低下させた後の電流−電圧特性を太い実線で示している。また、図１３には、ドーピング濃度を低下させる前の電流−光出力特性を細い一点鎖線で示し、ドーピング濃度を低下させた後の電流−電圧特性を太い一点鎖線で示している。 FIG. 13 shows a current-voltage characteristic of the semiconductor laser of FIG. 9 by a solid line and a current-light output characteristic of the semiconductor laser of FIG. 9 by a one-dot chain line. In the graph of FIG. 13, the horizontal axis corresponds to the operating current, the left vertical axis corresponds to the operating voltage, and the right vertical axis corresponds to the output. More specifically, in FIG. 13, the current-voltage characteristic before the doping concentration is lowered is shown by a thin solid line, and the current-voltage characteristic after the doping concentration is lowered is shown by a thick solid line. In FIG. 13, the current-light output characteristic before the doping concentration is lowered is shown by a thin one-dot chain line, and the current-voltage characteristic after the doping concentration is lowered is shown by a thick one-dot chain line.

図１３から分かるように、ドーピング濃度を低下させると、電流−光出力特性を示す直線の傾斜から求められる微分効率は、１．１Ｗ／Aから１．２Ｗ／Aへ上昇し、改善が見られるが、電流−電圧特性を示す曲線によれば、動作電圧が上昇してしまっている。このような動作電圧の上昇は、発熱の原因となり、半導体レーザの特性を悪化させる大きな要因になってしまう。 As can be seen from FIG. 13, when the doping concentration is lowered, the differential efficiency obtained from the slope of the straight line indicating the current-light output characteristic increases from 1.1 W / A to 1.2 W / A, and an improvement is seen. However, according to the curve showing the current-voltage characteristics, the operating voltage has increased. Such an increase in operating voltage causes heat generation, and becomes a major factor that deteriorates the characteristics of the semiconductor laser.

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂおよびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８のドーピング濃度を下げた場合に、動作電圧が上昇する理由は２つある。１つはバルクとしての抵抗が上昇するためであり、もう１つは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８との界面の抵抗の影響がドーピング濃度を下げると強くなるためである。 There are two reasons why the operating voltage increases when the doping concentration of the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 is lowered. One is because the resistance as a bulk increases, and the other is because the influence of the resistance at the interface between the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 becomes stronger when the doping concentration is lowered. is there.

以下、図１１，図１２を用いてこの現象について説明する。 Hereinafter, this phenomenon will be described with reference to FIGS.

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂおよびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８を高濃度にドーピングした場合、図１１に示すとおり、バンド不連続を生じる境界で空乏層領域が狭くなると共に、価電子帯のバンドが沈み込む。その結果、ホールに対する実効的なバリアが、価電子帯の不連続ΔＥｖより低下し、また、キャリアがバリアをトンネルして流れる。この原理によって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８との境界の抵抗を下げることができていた。 When the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 are doped at a high concentration, as shown in FIG. 11, the depletion layer region becomes narrow at the boundary where the band discontinuity occurs, and the band of the valence band Sink. As a result, the effective barrier against holes is lower than the valence band discontinuity ΔEv, and carriers flow through the barrier. By this principle, the resistance at the boundary between the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 can be reduced.

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂおよびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８を低濃度にドーピングした場合、エネルギバンドは図１２に示すようになる。この図１２から分かるように、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂおよびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８を高濃度にドーピングした場合とは、逆に、バンド不連続を生じる境界で空乏層領域が広くなり、価電子帯のバンドが沈み込みも起きない。 When the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 are doped at a low concentration, the energy band is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 12, in contrast to the case where the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 are doped at a high concentration, the depletion layer region becomes wider at the boundary where the band discontinuity occurs. The electronic band does not sink.

このため、上記価電子帯の不連続ΔＥｖが、丸々、p型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８との界面の抵抗に影響を与える。図９に示すようなタイプの半導体レーザの場合、図１０に示すようなタイプの半導体レーザの場合と比べ、不利な条件が更に１つ加わる。つまり、図９に示すようなタイプの半導体レーザでは、コンタクト層からクラッド層へ向かうドーパント拡散が起きないことである。結晶再成長を行いリッジストライプを埋め込む図１０に示すようなタイプの半導体レーザの場合、６００℃〜８００℃程度の高温に基板温度を再度昇温後保持する工程が必要である。この工程時に、コンタクト層からクラッド層へ向かうドーパント拡散が発生していた。 For this reason, the discontinuity ΔEv of the valence band influences the resistance of the interface between the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108. In the case of a semiconductor laser of the type as shown in FIG. 9, one more disadvantageous condition is added compared to the case of a semiconductor laser of the type as shown in FIG. That is, in the type of semiconductor laser as shown in FIG. 9, dopant diffusion from the contact layer to the cladding layer does not occur. In the case of a semiconductor laser of the type shown in FIG. 10 where crystal regrowth is performed to embed a ridge stripe, a step of holding the substrate temperature again at a high temperature of about 600 ° C. to 800 ° C. is required. During this process, dopant diffusion from the contact layer toward the cladding layer occurred.

その結果、図１０に示すようなタイプの半導体レーザでは更にシリーズ抵抗Ｒｄは低下する。 As a result, the series resistance Rd further decreases in the semiconductor laser of the type shown in FIG.

バルクとしての抵抗値を低下させるのはもちろんであるが、加えて、ｐ型ドーパントが拡散することで、p型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１０５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８との界面における結晶の急峻性を破壊すことが抵抗の低下に大いに寄与している。すなわち、急峻な界面にあっては、ホールキャリアに対してバリアとして機能してしまうが、ドーパントの拡散によって界面の急峻性が破壊されると、界面に生じた格子欠陥によりバリア機能が低下するのである。 In addition to lowering the resistance value as a bulk, in addition, the p-type dopant diffuses, so that the crystal steepness at the interface between the p-type AlGaAs upper cladding layer 105b and the p-type GaAs contact layer 108 is reduced. Destroying greatly contributes to the decrease in resistance. In other words, at the steep interface, it functions as a barrier against hole carriers, but when the steepness of the interface is destroyed by the diffusion of the dopant, the barrier function deteriorates due to lattice defects generated at the interface. is there.

リッジストライプ部分を誘電体膜で埋め込み、誘電体の屈折率で光を閉じ込めるような図９に示すレーザ構造で、ｐ型ドーパントの濃度を下げた場合、動作電圧が大きく上昇するのは、高温６００℃〜８００℃程度での結晶再成長の工程が無いためことも大いに影響を与えている。上記誘電体膜による埋め込みは、通常２００℃〜４００℃程度で行われるため、上記キャップ層からクラッド層側へドーパント拡散は事実上起こらないためである。別途アニール工程によってドーピング拡散を意図的にでも行わない限りシリーズ抵抗Ｒｄは高いままとなる。
特開平１−８４６８４号公報特開平４−４９６９１号公報特開平４−１００２９０号公報 In the laser structure shown in FIG. 9 in which the ridge stripe portion is embedded with a dielectric film and light is confined by the refractive index of the dielectric, when the concentration of the p-type dopant is lowered, the operating voltage greatly increases at a high temperature of 600 The fact that there is no crystal re-growth step at about -80 ° C. also has a great influence. This is because the filling with the dielectric film is normally performed at about 200 ° C. to 400 ° C., so that dopant diffusion does not substantially occur from the cap layer to the cladding layer. The series resistance Rd remains high unless doping diffusion is intentionally performed by a separate annealing process.
JP-A-1-84684 JP-A-4-49691 Japanese Patent Laid-Open No. 4-100290

そこで、本発明の課題は、１５０ｍＷ以上の高出力領域であっても発熱を抑制でき、高微分効率と低デバイス抵抗とを両立した半導体レーザを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of suppressing heat generation even in a high output region of 150 mW or more, and having both high differential efficiency and low device resistance.

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、
ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を主構成物質として持つ半導体レーザおいて、
基板と、
上記基板上に形成された第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成され、少なくとも一部がリッジストライプ形状である第２のクラッド層と、
上記第２のクラッド層上に形成された中間層と、
上記中間層上に形成され、上記第２のクラッド層とは別の物質からなるコンタクト層と
を備え、
上記中間層のＡｌ組成比は、上記第２のクラッド層のＡｌ組成比よりも小さく、かつ、上記コンタクト層のＡｌ組成比よりも大きいことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the semiconductor laser of the present invention is
In a semiconductor laser having an AlGaAs compound semiconductor as a main constituent material,
A substrate,
A first cladding layer formed on the substrate;
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer formed on the active layer and having at least part of a ridge stripe shape;
An intermediate layer formed on the second cladding layer;
A contact layer formed on the intermediate layer and made of a material different from the second clad layer;
The Al composition ratio of the intermediate layer is smaller than the Al composition ratio of the second clad layer and larger than the Al composition ratio of the contact layer.

上記構成の半導体レーザによれば、上記中間層が第２のクラッド層とコンタクト層との間に介在することによって、高いエネルギ障壁２つに分割し、キャリアに対する障壁を下げる効果が得られる。その結果、上記半導体レーザの直列抵抗は低減し、第２のクラッド層のドーピング濃度を下げなければならない高効率半導体レーザにおいても、動作電圧の上昇を食い止めつつ、高い微分効率を実現できる。すなわち、上記第２のクラッド層およびコンタクト層のドーピング濃度を低く設定することで高微分効率ηを実現した場合にも、デバイス抵抗の上昇が発生しない。 According to the semiconductor laser having the above configuration, the intermediate layer is interposed between the second clad layer and the contact layer, so that the effect of dividing into two high energy barriers and lowering the barrier against carriers can be obtained. As a result, the series resistance of the semiconductor laser is reduced, and even in a high-efficiency semiconductor laser in which the doping concentration of the second cladding layer must be lowered, high differential efficiency can be realized while preventing the operating voltage from rising. That is, even when the high differential efficiency η is realized by setting the doping concentrations of the second cladding layer and the contact layer to be low, the device resistance does not increase.

例えば、広く半導体レーザに使用されているＡｌＧａＡｓ系の材料を用いた場合、より詳しくは、第２のクラッド層の材料としてＡｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓを用い、かつ、コンタクト層の材料としてＧａＡｓを用いた場合を例にとる。 For example, when an AlGaAs-based material widely used for semiconductor lasers is used, more specifically, Al _0.48 Ga _0.52 As is used as the material of the second cladding layer, and the material of the contact layer is used. Take the case of using GaAs as an example.

バンドギャップは、ＧａＡｓが１．４２ｅＶで、Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓが２．０ｅＶである。そして、ＧａＡｓとＡｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓとのヘテロ接合を形成した場合、境界に形成される障壁は、電子伝導帯下端でおよそΔＥｃ＝０．３４ｅＶ，価電子帯上端でおよそΔＥｖ＝０．２４ｅＶとなることが知られている。いまここで、ｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓ第２のクラッド層とｐ型ＧａＡｓコンタクト層との間に、１００ｎｍのｐ型Ａｌ_０．２４Ｇａ_０．７６Ａｓ中間層を挿入する。ｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓクラッド層、ｐ型Ａｌ_０．２４Ｇａ_０．７６Ａｓ中間層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のｐ型ドーパント濃度は、順に、９×１０^１７個／ｃｍ^３、２．５×１０^１８個／ｃｍ^３、５×１０^１８個／ｃｍ^３とした。この場合、エネルギギャップの分布を図３に示す。この図３と図１１を比較すると、図１１ではエネルギ障壁ΔＥｖが０．２ｅＶであるが、図３ではエネルギ障壁Ｅｖ１，Ｅｖ２が０．１２ｅＶ程度である。このように、上記ｐ型Ａｌ_０．２４Ｇａ_０．７６Ａｓ中間層がｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓ第２のクラッド層とｐ型ＧａＡｓコンタクト層との間に介在することで、エネルギ障壁を下げることができる。 The band gap is 1.42 eV for GaAs and 2.0 eV for Al _0.48 Ga _0.52 As. When a heterojunction of GaAs and Al _0.48 Ga _0.52 As is formed, the barrier formed at the boundary is approximately ΔEc = 0.34 eV at the lower end of the electron conduction band and approximately ΔEv = at the upper end of the valence band. It is known to be 0.24 eV. Now, a p-type Al _0.24 Ga _0.76 As intermediate layer of 100 nm is inserted between the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As second cladding layer and the p-type GaAs contact layer. The p-type dopant concentration of the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As cladding layer, the p-type Al _0.24 Ga _0.76 As intermediate layer, and the p-type GaAs contact layer is 9 × 10 ¹⁷ pieces / cm ^{3 in this order.} 2.5 × 10 ¹⁸ pieces / cm ³ and 5 × 10 ¹⁸ pieces / cm ³ . In this case, the energy gap distribution is shown in FIG. Comparing FIG. 3 and FIG. 11, in FIG. 11, the energy barrier ΔEv is 0.2 eV, but in FIG. 3, the energy barriers Ev1, Ev2 are about 0.12 eV. Thus, the p-type Al _0.24 Ga _0.76 As intermediate layer is interposed between the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As second cladding layer and the p-type GaAs contact layer, The energy barrier can be lowered.

図４に、上記中間層を備えたリッジストライプ型半導体レーザの電流−電圧特性を実線で示すと共に、上記リッジストライプ型半導体レーザの電流−光出力特性を一点鎖線で示す。また、図４のグラフでは、横軸が動作電流、左縦軸が動作電圧、右縦軸がレーザ光出力に対応している。より詳しくは、図４には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層およびｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓ第２のクラッド層のドーピング濃度を高くしたときの電流−電圧特性を細い実線で示し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層およびｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓ第２のクラッド層のドーピング濃度を低くしたときの電流−電圧特性を太い実線で示している。また、図４には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層およびｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓ第２のクラッド層のドーピング濃度を高くしたときの電流−光出力特性を細い一点鎖線で示し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層および第２のクラッド層のドーピング濃度を低くしたときの電流−電圧特性を太い一点鎖線で示している。 FIG. 4 shows a current-voltage characteristic of the ridge stripe semiconductor laser provided with the intermediate layer by a solid line and a current-light output characteristic of the ridge stripe semiconductor laser by a one-dot chain line. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis corresponds to the operating current, the left vertical axis corresponds to the operating voltage, and the right vertical axis corresponds to the laser light output. More specifically, FIG. 4 shows current-voltage characteristics when the doping concentration of the p-type GaAs contact layer and the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As second cladding layer is increased by a thin solid line. The current-voltage characteristic when the doping concentration of the n-type GaAs contact layer and the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As second cladding layer is lowered is shown by a thick solid line. FIG. 4 shows a current-light output characteristic when the doping concentration of the p-type GaAs contact layer and the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As second cladding layer is increased by a thin one-dot chain line. The current-voltage characteristics when the doping concentrations of the type GaAs contact layer and the second cladding layer are lowered are shown by thick dashed lines.

この図４と、上記中間層を備えないリッジストライプ型半導体レーザの特性を示す図１３との比較より、ｐ型Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ａｓクラッド層のドーピング濃度を下げて、微分効率を改善しても、動作電圧の上昇はごくわずかに限られることが分かる。 From a comparison between FIG. 4 and FIG. 13 showing the characteristics of the ridge stripe semiconductor laser without the intermediate layer, the doping efficiency of the p-type Al _0.48 Ga _0.52 As clad layer is lowered to increase the differential efficiency. It can be seen that even with improvement, the increase in operating voltage is very limited.

従来、赤色半導体レーザにおいては、ＧａＡｓコンタクト層とＡｌＩｎＧａＰクラッド層との間にｐ型ＧａＩｎＰ層を中間層として挿入し、通電容易層あるいはバンドギャップ不連続緩和層として用いてきた実績があった。 Conventionally, in a red semiconductor laser, a p-type GaInP layer has been inserted as an intermediate layer between a GaAs contact layer and an AlInGaP cladding layer, and has been used as an easily energized layer or a band gap discontinuous relaxation layer.

赤色半導体レーザの場合には、ＧａＡｓ層のバンドギャップエネルギとＡｌＩｎＧａＰクラッド層のバンドギャップエネルギとの差が大きく、両者を直接接続した場合、通例ΔＥｖで現される価電子バンド帯側のバンドエネルギの不連続は、代表的な値でΔＥｖ＝０．５ｅＶ程度と大きくなる。このため、上記中間層を挿入し、実効的な障壁を半分の０．２５ｅＶ程度に低下させ、レーザの動作電圧を低下させる必要が予めあった。 In the case of a red semiconductor laser, the difference between the band gap energy of the GaAs layer and the band gap energy of the AlInGaP clad layer is large, and when both are directly connected, the band energy on the valence band band side generally expressed by ΔEv The discontinuity is a typical value as large as ΔEv = 0.5 eV. For this reason, it has been necessary in advance to insert the intermediate layer, lower the effective barrier to about 0.25 eV, and lower the operating voltage of the laser.

これに対して、赤外半導体レーザの場合、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層とを直接接続しても、ΔＥｖの代表的な値は０．２ｅＶ程度と小さい。その値は、赤色半導体レーザの値と比較した場合、非常に小さく、また、中間層を挿入した場合の０．２５ｅＶと比較しても、同程度あるいは、それ以下の非常に小さいものである。このため、低出力発振ではΔＥｖが問題になることはなかった。 On the other hand, in the case of an infrared semiconductor laser, even if the p-type GaAs contact layer and the p-type AlGaAs cladding layer are directly connected, the typical value of ΔEv is as small as about 0.2 eV. The value is very small when compared with the value of the red semiconductor laser, and is also very small at the same level or lower than 0.25 eV when the intermediate layer is inserted. For this reason, ΔEv did not become a problem in low output oscillation.

また、０．２ｅＶ程度のバンドギャップ差であれば、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層双方のドーピング濃度を高めることでΔＥｖのスパイク状障壁をキャリアが貫通するトンネル現象が発生する。したがって、ＡｌＧａＡｓ系物質で構成されることが多い赤外半導体レーザの場合、赤色半導体レーザに言う通電容易層という考えは起きず、シリーズ抵抗Ｒｄを下げる対策は、専ら、ドーピング濃度を高めることだけで行われて来た。 If the band gap difference is about 0.2 eV, a tunneling phenomenon in which carriers penetrate the spiked barrier of ΔEv occurs by increasing the doping concentration of both the p-type GaAs layer and the p-type AlGaAs cladding layer. Therefore, in the case of an infrared semiconductor laser that is often composed of an AlGaAs-based material, the idea of an easily energized layer for a red semiconductor laser does not occur, and the only way to reduce the series resistance Rd is to increase the doping concentration. It has been done.

しかしながら、例えば、代表的な値で１５０ｍＷ以上での連続発振、２００ｍＷ以上でのパルス発振を必要とする高出力領域では、赤外半導体レーザの発熱が、赤外半導体レーザの特性に特に影響を与えるようになる。高出力発振領域で赤外半導体レーザの発熱を下げる手法としては、一つには、微分効率ηを上げて動作電圧を下げる方法が挙げられる。別の一つとしては、シリーズ抵抗Ｒｄそのものを下げる手法が挙げられる。 However, for example, in a high output region that requires continuous oscillation at a typical value of 150 mW or more and pulse oscillation at 200 mW or more, heat generation of the infrared semiconductor laser particularly affects the characteristics of the infrared semiconductor laser. It becomes like this. One method for reducing the heat generation of the infrared semiconductor laser in the high-power oscillation region is to increase the differential efficiency η and decrease the operating voltage. As another one, there is a method of reducing the series resistance Rd itself.

冒頭述べてきたように、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層のドーピング濃度を下げて、光のクラッド層における吸収を下げる対策だけでは、微分効率ηを改善することはできても、シリーズ抵抗Ｒｄまで上昇してしまう。理由は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層のドーピング濃度を下げると、上記とは逆でトンネル現象が抑制されるため、ΔＥｖのスパイク状障壁をキャリアが貫通することがなくなり、ΔＥｖのエネルギ差を乗り越える必要が生じるためであった。 As described at the beginning, the differential efficiency η can be improved only by reducing the doping concentration of the p-type AlGaAs cladding layer and reducing the absorption of light in the cladding layer, but it increases to the series resistance Rd. End up. The reason is that when the doping concentration of the p-type AlGaAs cladding layer is lowered, the tunnel phenomenon is suppressed in the opposite manner, so that carriers do not penetrate the spiked barrier of ΔEv, and it is necessary to overcome the energy difference of ΔEv. It was to occur.

このような困難に直面し、赤外半導体レーザにあっても、特に高出力発振領域では、通電容易層の必要性がはじめて認識され、第２のクラッド層とコンタクト層との間に、中間的なＡｌ組成を持つ層を挿入することで、この目的が達成できることが判明した。 Faced with such difficulties, even in the case of an infrared semiconductor laser, particularly in a high-power oscillation region, the necessity of an easily energized layer is recognized for the first time, and an intermediate layer is formed between the second cladding layer and the contact layer. It has been found that this object can be achieved by inserting a layer having a proper Al composition.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記中間層のＡｌ組成比は、上記第２のクラッド層のＡｌ組成比と上記コンタクト層のＡｌ組成比との中間値である。 In the semiconductor laser of one embodiment,
The Al composition ratio of the intermediate layer is an intermediate value between the Al composition ratio of the second cladding layer and the Al composition ratio of the contact layer.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記中間層のＡｌ組成比が、第２のクラッド層のＡｌ組成比とコンタクト層のＡｌ組成比との中間値であるから、キャリアに対する障壁を確実に大きく下げることができる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since the Al composition ratio of the intermediate layer is an intermediate value between the Al composition ratio of the second cladding layer and the Al composition ratio of the contact layer, the barrier against carriers is surely increased. Can be lowered.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記中間層の幅の最小値が上記第２のクラッド層の幅の最小値よりも大きくなっている。 In the semiconductor laser of one embodiment,
The minimum value of the width of the intermediate layer is larger than the minimum value of the width of the second cladding layer.

ここで、上記中間層または第２のクラッド層の幅とは、中間層または第２のクラッド層に関して、活性層によるレーザ光の出射方向に垂直かつ層厚方向に垂直な方向の長さを指す。 Here, the width of the intermediate layer or the second cladding layer refers to the length of the intermediate layer or the second cladding layer in the direction perpendicular to the emitting direction of the laser beam by the active layer and perpendicular to the layer thickness direction. .

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記中間層の幅の最小値が第２のクラッド層の幅の最小値よりも大きくなっているから、バリアが形成される部分での接触面積が広くなる。その結果、上記半導体レーザの直列抵抗を低減する効果がさらに高められることにより、１５０ｍＷを超える高出力レーザ発振領域においても発熱が確実に抑制される。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since the minimum value of the width of the intermediate layer is larger than the minimum value of the width of the second cladding layer, the contact area at the portion where the barrier is formed is widened. . As a result, the effect of reducing the series resistance of the semiconductor laser is further enhanced, so that heat generation is reliably suppressed even in a high-power laser oscillation region exceeding 150 mW.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２のクラッド層の少なくとも上記中間層側の部分には、ｐ型ドーパント濃度が３×１０^１７個／ｃｍ^３以上１×１０^１８個／ｃｍ^３以下となるようにｐ型ドーパントが添加され、
上記コンタクト層の少なくとも上記中間層側の部分には、ｐ型ドーパント濃度が１×１０^１８個／ｃｍ^３以上１×１０^１９個／ｃｍ^３以下となるようにｐ型ドーパントが添加されている。 In the semiconductor laser of one embodiment,
A p-type dopant is added to at least a portion of the second cladding layer on the intermediate layer side so that the p-type dopant concentration is 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or less. ,
A p-type dopant is added to at least the intermediate layer side portion of the contact layer so that the p-type dopant concentration is 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁹ atoms / cm ³ or less.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記第２のクラッド層の少なくとも上記中間層側の部分におけるｐ型ドーパント濃度が３×１０^１７個／ｃｍ^３以上１×１０^１８個／ｃｍ^３以下であり、コンタクト層の少なくとも上記中間層側の部分におけるｐ型ドーパント濃度が１×１０^１８個／ｃｍ^３以上１×１０^１９個／ｃｍ^３以下であるから、第２のクラッド層による光のフリーキャリア損失を下げ、微分効率も上げることができる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, the p-type dopant concentration in at least the portion on the intermediate layer side of the second cladding layer is 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or less. Since the p-type dopant concentration in the contact layer at least on the intermediate layer side is 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁹ atoms / cm ³ or less, the free carrier loss of light by the second cladding layer And the differential efficiency can be increased.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２のクラッド層のｐ型ドーパントが炭素を含み、
上記コンタクト層のｐ型ドーパントが亜鉛を含む。 In the semiconductor laser of one embodiment,
The p-type dopant of the second cladding layer contains carbon;
The p-type dopant of the contact layer contains zinc.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記第２のクラッド層のｐ型ドーパントが炭素を含み、コンタクト層のｐ型ドーパントが亜鉛を含むので、コンタクト層のｐ型ドーパントのみが拡散してヘテロ接合界面での抵抗低減に寄与し、第２のクラッド層のｐ型ドーパントが活性層に拡散するのを防ぐことができる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since the p-type dopant of the second cladding layer contains carbon and the p-type dopant of the contact layer contains zinc, only the p-type dopant of the contact layer diffuses to form a heterojunction. This contributes to a reduction in resistance at the interface and can prevent the p-type dopant of the second cladding layer from diffusing into the active layer.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記コンタクト層のｐ型ドーパントが上記第２のクラッド層に拡散している。 In the semiconductor laser of one embodiment,
A p-type dopant in the contact layer is diffused in the second cladding layer.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記コンタクト層のｐ型ドーパントが第２のクラッド層に拡散しているから、ヘテロ接合界面での抵抗を低減できる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since the p-type dopant in the contact layer is diffused in the second cladding layer, the resistance at the heterojunction interface can be reduced.

また、上記第２のクラッド層に対するコンタクト層のｐ型ドーパントの拡散は、例えば高速熱処理法でコンタクト層を熱処理することにより確実に実行できる。 Further, the diffusion of the p-type dopant in the contact layer with respect to the second cladding layer can be reliably performed by heat-treating the contact layer by, for example, a rapid heat treatment method.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２のクラッド層のリッジストライプ形状の部分の両側方に誘電体膜が形成されている。 In the semiconductor laser of one embodiment,
Dielectric films are formed on both sides of the ridge stripe-shaped portion of the second cladding layer.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記第２のクラッド層のリッジストライプ形状の部分の両側方に誘電体膜が形成されているから、中間層による効果が顕著に表れる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since the dielectric film is formed on both sides of the ridge stripe-shaped portion of the second cladding layer, the effect of the intermediate layer is remarkably exhibited.

上記誘電体膜としては、窒化珪素物をまたは酸化珪素物を含む膜であることが好ましく、窒化珪素物を主体とする膜、または、酸化珪素物を主体とする膜がさらに好ましい。 The dielectric film is preferably a film containing silicon nitride or silicon oxide, and more preferably a film mainly composed of silicon nitride or a film mainly composed of silicon oxide.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２のクラッド層のリッジストライプ形状の部分の両側方にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体が形成されている。 In the semiconductor laser of one embodiment,
AlGaAs compound semiconductors are formed on both sides of the ridge stripe-shaped portion of the second cladding layer.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記第２のクラッド層のリッジストライプ形状の部分の両側方にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体が形成されているから、特性の改善効果を高めることができる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since the AlGaAs compound semiconductor is formed on both sides of the ridge stripe-shaped portion of the second cladding layer, the effect of improving the characteristics can be enhanced.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記中間層は複数層からなっている。 In the semiconductor laser of one embodiment,
The intermediate layer is composed of a plurality of layers.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記中間層の少なくとも一部はＡｌ組成比が連続的に変化するグレーディッド層となっている。 In the semiconductor laser of one embodiment,
At least a part of the intermediate layer is a graded layer in which the Al composition ratio changes continuously.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記中間層の少なくとも一部はＡｌ組成比が連続的に変化するグレーディッド層となっているから、特性の改善効果をさらに高めることができる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, since at least a part of the intermediate layer is a graded layer whose Al composition ratio continuously changes, the effect of improving characteristics can be further enhanced.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２のクラッド層および上記コンタクト層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなり、
上記中間層の少なくとも上記コンタクト層側の部分におけるＡｌ組成比ｘｍは下記の式
ｘｍ≦（２・ｘ１＋ｘ２）／３
ｘ１：上記第２のクラッド層のＡｌ組成比の最大値
ｘ２：上記コンタクト層のＡｌ組成比の最大値
を満たす。 In the semiconductor laser of one embodiment,
The second cladding layer and the contact layer are made of Al _x Ga _1-x As,
The Al composition ratio xm in at least the contact layer side portion of the intermediate layer is expressed by the following formula:
xm ≦ (2 · x1 + x2) / 3
x1: Maximum value of the Al composition ratio of the second cladding layer
x2: The maximum value of the Al composition ratio of the contact layer is satisfied.

一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２のクラッド層は、
上記活性層側に位置する平坦部である下部第２のクラッド層と、
上記中間層側に位置するストライプ部である上部第２のクラッド層と
を有し、
上記上部第２のクラッド層の上記活性層側の部分の少なくとも一部はＡｌ組成比が０．４２〜０．５５の範囲内であり、
上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、
上記中間層の上記コンタクト層側の部分のＡｌ組成比は０．１４〜０．４の範囲内である。 In the semiconductor laser of one embodiment,
The second cladding layer is
A lower second cladding layer which is a flat portion located on the active layer side;
An upper second cladding layer that is a stripe portion located on the intermediate layer side,
At least a part of the portion on the active layer side of the upper second cladding layer has an Al composition ratio in the range of 0.42 to 0.55,
The contact layer is made of GaAs,
The Al composition ratio of the intermediate layer on the contact layer side is in the range of 0.14 to 0.4.

上記実施形態の半導体レーザによれば、上記上部第２のクラッド層の上記活性層側の部分の少なくとも一部はＡｌ組成比が０．４２〜０．５５の範囲内であり、コンタクト層はＧａＡｓからなり、中間層の上記コンタクト層側の部分のＡｌ組成比は０．１４〜０．４の範囲内であるから、例えばＨＦ（フッ化水素）を用いて、中間層の第２のクラッド層側の幅を第２のクラッド層の中間層側の幅よりも広くすることができる。 According to the semiconductor laser of the embodiment, at least a part of the portion of the upper second cladding layer on the active layer side has an Al composition ratio in the range of 0.42 to 0.55, and the contact layer is GaAs. Since the Al composition ratio of the intermediate layer on the contact layer side is in the range of 0.14 to 0.4, for example, using HF (hydrogen fluoride), the second cladding layer of the intermediate layer The width on the side can be made wider than the width on the intermediate layer side of the second cladding layer.

したがって、上記中間層の第２のクラッド層側の幅を第２のクラッド層の中間層側の幅よりも広くして、コンタクト層と中間層の接触面積を広くし、直列抵抗を下げることができる。 Therefore, the width of the intermediate layer on the second cladding layer side is made wider than the width of the second cladding layer on the intermediate layer side to increase the contact area between the contact layer and the intermediate layer, thereby reducing the series resistance. it can.

また、例えばＧａＡｓからなるエッチングストップ層が下部第２のクラッド層と上部第２のクラッド層との間に存在すれば、下部第２のクラッド層のＡｌ組成ｘが０．４２を超えるような場合でも、ＨＦを用いて、上記構造が確実に実現できる。 For example, if an etching stop layer made of GaAs exists between the lower second cladding layer and the upper second cladding layer, the Al composition x of the lower second cladding layer exceeds 0.42. However, the above structure can be reliably realized by using HF.

また、上記中間層の上記コンタクト層側の部分のＡｌ組成比は０．１４〜０．２８の範囲内であるとより好ましい。 The Al composition ratio of the intermediate layer on the contact layer side is more preferably in the range of 0.14 to 0.28.

本発明の半導体レーザによれば、中間層が第２のクラッド層とコンタクト層との間に介在する中間層のＡｌ組成比は、第２のクラッド層のＡｌ組成比よりも小さく、かつ、コンタクト層のＡｌ組成比よりも大きいことによって、キャリアに対する障壁が下がるので、直列抵抗を低減できると共に、第２のクラッド層のドーピング濃度を下げなければならない高微分効率を実現しても、デバイス抵抗の上昇を防ぐことができる。 According to the semiconductor laser of the present invention, the Al composition ratio of the intermediate layer in which the intermediate layer is interposed between the second cladding layer and the contact layer is smaller than the Al composition ratio of the second cladding layer, and the contact When the Al composition ratio of the layer is larger, the barrier against carriers is lowered, so that the series resistance can be reduced, and even if the high differential efficiency in which the doping concentration of the second cladding layer has to be lowered is realized, the device resistance is reduced. The rise can be prevented.

以下、本発明の半導体レーザを図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the semiconductor laser of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図１に、本発明の一実施の形態のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザを概略断面図を示す。 FIG. 1 is a schematic sectional view of an AlGaAs semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

上記半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１と、このｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１上には順次形成されたｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層３、ノンドープの量子井戸活性層４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａ、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を備えている。 The semiconductor laser includes an n-type GaAs (100) just substrate 1, an n-type GaAs / AlGaAs buffer layer 2 and an n-type AlGaAs first cladding layer 3 which are sequentially formed on the n-type GaAs (100) just substrate 1. A non-doped quantum well active layer 4, a p-type AlGaAs lower cladding layer 5a, a p-type GaAs etching stop layer 6, a p-type AlGaAs upper cladding layer 5b, a p-type AlGaAs intermediate layer 7 and a p-type GaAs contact layer 8. .

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層８がリッジストライプを構成している。 The p-type AlGaAs upper cladding layer 5b, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 and the p-type GaAs contact layer 8 constitute a ridge stripe.

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７はｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層８との中間的Ａｌ組成比を有している。つまり、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のＡｌ組成比は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比よりも小さく、かつ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比よりも大きくなっている。より詳しくは、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のＡｌ組成比はｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比とｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比との中間値となっている。また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のストライプ幅の最小値はｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのストライプ幅の最小値よりも大きくなっている。 The p-type AlGaAs intermediate layer 7 has an intermediate Al composition ratio between the p-type AlGaAs upper cladding layer 5 b and the p-type GaAs contact layer 8. That is, the Al composition ratio of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is smaller than the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5 b and larger than the Al composition ratio of the p-type GaAs contact layer 8. More specifically, the Al composition ratio of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is an intermediate value between the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5 b and the Al composition ratio of the p-type GaAs contact layer 8. The minimum stripe width of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is larger than the minimum stripe width of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b.

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの両側方には誘電体層１１が形成されている。また、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８および誘電体層１１上にはｐ側電極２１が形成されている。そして、上記ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１下にはｎ側電極２２が形成されている。 Dielectric layers 11 are formed on both sides of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b. A p-side electrode 21 is formed on the p-type GaAs contact layer 8 and the dielectric layer 11. An n-side electrode 22 is formed under the n-type GaAs (100) just substrate 1.

なお、上記ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１は基板の一例で、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層３は第１のクラッド層の一例で、量子井戸活性層４は活性層の一例で、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａは下部第２のクラッド層の一例で、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６はエッチングストップ層の一例で、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂは上部第２のクラッド層の一例で、誘電体層１１は誘電体膜の一例である。また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａとｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとが第２のクラッド層の一例を構成している。 The n-type GaAs (100) just substrate 1 is an example of a substrate, the n-type AlGaAs first cladding layer 3 is an example of a first cladding layer, the quantum well active layer 4 is an example of an active layer, and a p-type. The AlGaAs lower cladding layer 5a is an example of a lower second cladding layer, the p-type GaAs etching stop layer 6 is an example of an etching stop layer, and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b is an example of an upper second cladding layer. The body layer 11 is an example of a dielectric film. The p-type AlGaAs lower cladding layer 5a and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b constitute an example of a second cladding layer.

上記構成の半導体レーザによれば、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂよりも小さく、かつ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８よりも大きなＡｌ組成比を有するｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７を、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層８との間に介在させることによって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとｐ型ＧａＡｓコンタクト層８とのバンドギャップ差に起因して生じるエネルギ障壁ΔＥｖ（価電子帯のエネルギ障壁）を下げる効果が得られる。その結果、上記半導体レーザの直列抵抗は低減することが計算および実験により得られた。 According to the semiconductor laser having the above configuration, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 having an Al composition ratio smaller than that of the p-type AlGaAs upper clad layer 5b and larger than that of the p-type GaAs contact layer 8 is converted into the p-type AlGaAs upper clad layer. 5b and the p-type GaAs contact layer 8 are interposed between the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b and the p-type GaAs contact layer 8, resulting in an energy barrier ΔEv (energy in the valence band). The effect of lowering the barrier is obtained. As a result, it has been obtained by calculation and experiment that the series resistance of the semiconductor laser is reduced.

以下、図５〜図８を用いて、上記半導体レーザの製造工程について説明する。 Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor laser will be described with reference to FIGS.

まず、図５に示すように、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法によって、ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１上に、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓバッファ層２（層厚０．２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層３（ｘ＝０．４８、層厚３．５μｍ）、ノンドープの量子井戸活性層４（層厚８ｎｍのＡｌＧａＡｓ井戸層×２、層厚５ｎｍのＡｌＧａＡｓバリア層、層厚３０ｎｍのＡｌＧａＡｓガイド層×２）、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａ（ｘ＝０．４９、層厚０．３μｍ）、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６（層厚２ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ（ｘ＝０．４８、層厚１．３μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７（ｘ＝０．２４、層厚０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８（０．５μｍ）を一回で成長する。なお、図１，図２，図３，図５〜図８ではｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６の層厚を誇張して厚くしている。 First, as shown in FIG. 5, an n-type GaAs / AlGaAs buffer layer 2 (layer thickness 0.2 μm), n-type is formed on an n-type GaAs (100) just substrate 1 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). AlGaAs first cladding layer 3 (x = 0.48, layer thickness 3.5 μm), non-doped quantum well active layer 4 (layer thickness 8 nm AlGaAs well layer × 2, layer thickness 5 nm AlGaAs barrier layer, layer thickness 30 nm AlGaAs guide layer × 2), p-type AlGaAs lower cladding layer 5a (x = 0.49, layer thickness 0.3 μm), p-type GaAs etching stop layer 6 (layer thickness 2 nm), p-type AlGaAs upper cladding layer 5b (x = 0.48, layer thickness 1.3 μm), p-type AlGaAs intermediate layer 7 (x = 0.24, layer thickness 0.1 μm), and p-type GaAs contact layer 8 (0.5 μm) are grown at once. The 1, 2, 3, and 5 to 8, the p-type GaAs etching stop layer 6 is exaggerated and thickened.

上記ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂおよびｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７におけるｘはＡｌ組成比を現している。例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７（ｘ＝０．２４、層厚０．１μｍ）とは、Ａｌ_０．２４Ｇａ_０．７６Ａｓからなる厚さ０．１μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層のことを意味する。 In the n-type AlGaAs first cladding layer 3, the p-type AlGaAs lower cladding layer 5a, the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b, and the p-type AlGaAs intermediate layer 7, x represents an Al composition ratio. For example, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 (x = 0.24, layer thickness 0.1 μm) means a p-type AlGaAs intermediate layer made of Al _0.24 Ga _0.76 As and having a thickness of 0.1 μm. .

上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比が０．４８であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のＡｌ組成比が０．２４であり、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比が０であることから分かるように、本実施の形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のＡｌ組成比は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比とｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比との間のちょうど真ん中の値になるように設定している。 The p-type AlGaAs upper cladding layer 5b has an Al composition ratio of 0.48, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 has an Al composition ratio of 0.24, and the p-type GaAs contact layer 8 has an Al composition ratio of 0. As can be seen, in the present embodiment, the Al composition ratio of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is between the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b and the Al composition ratio of the p-type GaAs contact layer 8. It is set to be just the middle value.

また、上記ＭＯＣＶＤ法で形成した成長層では、ｎ型ドーパントとの一例としてＳｉを用いると共に、ｐ型ドーパントの一例として、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａにはＣ(カーボン)を、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層８にはＺｎを用いている。また、上記ＳｉのソースとしてはＳｉ_２Ｈ_６を用い、上記ＣのソースとしてはＣＢｒ_４、上記ＺｎのソースとしてはＺｎ（ＣＨ_３）_３を用いている。これらのＳｉおよびＣは成長プロセス中に他の層に拡散しないという特徴がある。 In the growth layer formed by the MOCVD method, Si is used as an example of the n-type dopant, and as an example of the p-type dopant, C (carbon) is used for the p-type AlGaAs lower cladding layer 5a, and p-type AlGaAs intermediate is used. Zn is used for the layer 7 and the p-type GaAs contact layer 8. Further, Si ₂ H ₆ is used as the Si source, CBr ₄ is used as the C source, and Zn (CH ₃ ) ₃ is used as the Zn source. These Si and C are characterized in that they do not diffuse into other layers during the growth process.

次に、図５の積層基板をＲＴＡ（高速熱処理）炉内に入れて、積層基板に対して９３０℃，４０秒間の高速熱処理を行う。上記ＲＴＡ炉とは昇温と降温を急速に行う装置である。上記高速熱処理中に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８からｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７およびｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの一部分へ向かってＺｎ原子が結晶中を拡散する。上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８とｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７との間、および、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７とｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとの間のそれぞれ形成された急峻な界面は、Ｚｎ原子が結晶中を拡散するときに界面の結晶性が乱れることでその急峻性が損なわれる。したがって、上記Ｚｎ原子の拡散はシリーズ抵抗Ｒｄの低減に寄与する。 Next, the laminated substrate of FIG. 5 is placed in an RTA (rapid heat treatment) furnace, and the laminated substrate is subjected to rapid heat treatment at 930 ° C. for 40 seconds. The RTA furnace is a device that rapidly raises and lowers the temperature. During the rapid heat treatment, Zn atoms diffuse in the crystal from the p-type GaAs contact layer 8 toward a part of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b. The steep interfaces formed between the p-type GaAs contact layer 8 and the p-type AlGaAs intermediate layer 7 and between the p-type AlGaAs intermediate layer 7 and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b have Zn atoms. The steepness is lost by disturbing the crystallinity of the interface when diffusing in the crystal. Therefore, the diffusion of Zn atoms contributes to the reduction of the series resistance Rd.

次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、高速熱処理された積層基板上にレジストからなるストライプ状パターンを形成する。更に、公知のエッチング技術により、図６に示すように、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層８をリッジストライプ形状にする。 Next, a stripe pattern made of a resist is formed on the multilayer substrate that has been subjected to high-speed heat treatment by using a known photolithography technique. Further, as shown in FIG. 6, the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 and the p-type GaAs contact layer 8 are formed into a ridge stripe shape by a known etching technique.

このストライプ形状を形成するためのエッチング法の一例としては、上記リッジストライプの両側方の領域においてｐ型ＧａＡｓコンタクト層８からｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの半ば以上までを硫酸と過酸化水素水の混合液で除去した後、上記リッジストライプの両側方の領域において残ったｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの除去とリッジ幅の調整とを別のエッチング液で行う。このとき、上記別のエッチング液の一例としてＨＦ系のエッチング液を用いる。ＧａＡｓはＨＦ系のエッチング液に対して不溶なため、垂直方向のエッチングはｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６で停止し、以後、水平方向のエッチングのみが進行し、リッジ幅の調整はこのエッチングにて行われる。 As an example of the etching method for forming the stripe shape, sulfuric acid and hydrogen peroxide solution are formed from the p-type GaAs contact layer 8 to more than half of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b in the regions on both sides of the ridge stripe. After removal with the mixed solution, removal of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b remaining in the regions on both sides of the ridge stripe and adjustment of the ridge width are performed with another etching solution. At this time, an HF-based etchant is used as an example of the other etchant. Since GaAs is insoluble in HF-based etching solution, vertical etching stops at the p-type GaAs etching stop layer 6, and only horizontal etching proceeds thereafter, and the ridge width is adjusted by this etching. Done.

上記ＨＦ系のエッチング液を用いたエッチングが終えると、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７（ｘ＝０．２４、０．１μｍ）は、ＨＦ系のエッチング液に対して不溶であるため、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ（ｘ＝０．４８）よりも幅広になる。上記ＨＦ系のエッチング液を用いてＡｌＧａＡｓをエッチングする場合、エッチング速度はＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比に依存する。例えば、上記Ａｌ組成比が高いほど、エッチング速度は速くなる。逆に、上記Ａｌ組成比が低いほど、エッチング速度は遅くなる。より詳しくは、上記Ａｌ組成が０．４０を越え０．４５以下だとエッチング速度は非常に遅く、Ａｌ組成比が０．４０以下のＡｌＧａＡｓはＨＦ系のエッチング液に対して全く不溶となる。このため、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７（ｘ＝０．２４）とｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ（ｘ＝０．４８）との幅に大きな差が生じる。この差のおかげで、図１２に示すように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８とｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層上部１０５ｂ（ｘ＝０．４８）との接触面積に比べ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８とｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７との接触面積は広がる。このように、バリアの存在する境界面での接触面積を広げることによって、直列抵抗Ｒｄを下げる効果が発生する。 When the etching using the HF-based etchant is completed, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 (x = 0.24, 0.1 μm) is insoluble in the HF-based etchant, and thus the upper part of the p-type AlGaAs It becomes wider than the cladding layer 5b (x = 0.48). When AlGaAs is etched using the HF-based etchant, the etching rate depends on the Al composition ratio of AlGaAs. For example, the higher the Al composition ratio, the faster the etching rate. Conversely, the lower the Al composition ratio, the slower the etching rate. More specifically, when the Al composition exceeds 0.40 and is 0.45 or less, the etching rate is very slow, and AlGaAs having an Al composition ratio of 0.40 or less is completely insoluble in the HF-based etching solution. Therefore, there is a large difference in the width between the p-type AlGaAs intermediate layer 7 (x = 0.24) and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b (x = 0.48). Thanks to this difference, as shown in FIG. 12, the p-type GaAs contact layer 8 and the p-type AlGaAs second cladding layer upper portion 105b (x = 0.48) are compared with the p-type GaAs contact layer 8 as shown in FIG. The contact area with the p-type AlGaAs intermediate layer 7 increases. Thus, the effect of lowering the series resistance Rd occurs by increasing the contact area at the boundary surface where the barrier exists.

上記ストライプ形状を形成するためのエッチング法は、ウエットエッチングに限られず、反応性ガスを用いたドライエッチングで行ってもよいし、あるいは、ドライエッチングとウエットエッチングとの併用で行ってもよい。 The etching method for forming the stripe shape is not limited to wet etching, and may be performed by dry etching using a reactive gas, or may be performed by using dry etching and wet etching in combination.

次に、上記リッジ状ストライプ形状を被覆するように、プラズマＣＶＤ法を用いて誘電体膜１１，１１ａを約４００ｎｍの厚さで形成する。このとき、上記誘電体膜１１，１１ａの一例として酸化珪素膜を用いた。そして、上記誘電体膜１１，１１ａのうちｐ型ＧａＡｓコンタクト層８上に形成された誘電体膜１１ａのみ除去し、図８に示す通り、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８の上面を露出させる。このとき、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して誘電体膜１１ａのみを露出させたのち、誘電体膜１１ａのみをエッチングにて除去した。 Next, the dielectric films 11 and 11a are formed with a thickness of about 400 nm by plasma CVD so as to cover the ridge stripe shape. At this time, a silicon oxide film was used as an example of the dielectric films 11 and 11a. Then, only the dielectric film 11a formed on the p-type GaAs contact layer 8 is removed from the dielectric films 11 and 11a, and the upper surface of the p-type GaAs contact layer 8 is exposed as shown in FIG. At this time, only the dielectric film 11a was exposed using a known photolithography technique, and then only the dielectric film 11a was removed by etching.

次に、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８，誘電体膜１１上に、Ａｕ層とＺｎ層とを積層してなるｐ側電極２１を形成し、チップ化しやすいような電極パターンを形成する。その後、ウェハ厚さが約８０μｍになるように、ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１の裏面を研磨する。そして、ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１の裏面に、Ａｕ層、Ｇｅ層およびＮｉ層を積層してなるｎ側電極２２を形成する。このときの横断面図が図１になる。 Next, a p-side electrode 21 formed by laminating an Au layer and a Zn layer is formed on the p-type GaAs contact layer 8 and the dielectric film 11 to form an electrode pattern that facilitates chip formation. Thereafter, the back surface of the n-type GaAs (100) just substrate 1 is polished so that the wafer thickness is about 80 μm. Then, an n-side electrode 22 formed by laminating an Au layer, a Ge layer, and a Ni layer is formed on the back surface of the n-type GaAs (100) just substrate 1. A cross-sectional view at this time is shown in FIG.

次に、へき開によりレーザバーを作製して、レーザバーの前端面である光出射端面には光透過膜を、レーザバーの後端面には光反射膜を形成した後、ダイシングによりチップ化する。 Next, a laser bar is produced by cleavage, and a light transmission film is formed on the light emitting end face, which is the front end face of the laser bar, and a light reflecting film is formed on the rear end face of the laser bar, and then formed into chips by dicing.

以上のようにして完成したレーザチップ（半導体レーザ）をパッケージにマウントして、レーザ特性を測定した。その結果、レーザ波長は７８４ｎｍ、閾値電流の平均値は３０ｍＡであり、スロープ効率の平均値は１．２Ａ／Ｗであった。このとき得られた電流−電圧曲線、電流−光強度曲線は図４の太線で示した通りであった。 The laser chip (semiconductor laser) completed as described above was mounted on a package, and laser characteristics were measured. As a result, the laser wavelength was 784 nm, the average value of the threshold current was 30 mA, and the average value of the slope efficiency was 1.2 A / W. The current-voltage curve and current-light intensity curve obtained at this time were as shown by the thick lines in FIG.

このように、高い微分効率でありながら、直列抵抗が大きくならず発熱の抑制も兼ね備えた高出力半導体レーザが実現できた。 As described above, a high-power semiconductor laser that has high differential efficiency but also has high series resistance and suppresses heat generation has been realized.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７は適用できる半導体レーザは上記実施の形態に限定されない。例えば、図１０の半導体レーザにｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７を用いてもよい。 The semiconductor laser to which the p-type AlGaAs intermediate layer 7 can be applied is not limited to the above embodiment. For example, the p-type AlGaAs intermediate layer 7 may be used in the semiconductor laser of FIG.

すなわち、本発明の他の実施の形態の半導体レーザとしては図２に示すようなものがある。 That is, as shown in FIG. 2, there is a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

図２において、１４はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１２はｎ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層、２３はｐ側電極、１２２はｎ側電極である。また、図２において、図１に示した構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。 In FIG. 2, 14 is a p-type GaAs contact layer, 12 is an n-type AlGaAs buried layer, 23 is a p-side electrode, and 122 is an n-side electrode. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

図１，図２の半導体レーザでは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａとｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとの間にｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６を設けていたが、このｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６を設けなくてもよい。つまり、図１，図２の半導体レーザでは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａとｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとがｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６で分離されるような構造になっていたが、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５ａとｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂとが直接接続されるような構造にしてもよい。 1 and 2, the p-type GaAs etching stop layer 6 is provided between the p-type AlGaAs lower cladding layer 5a and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b. May not be provided. 1 and FIG. 2, the p-type AlGaAs lower cladding layer 5a and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b are separated by the p-type GaAs etching stop layer 6. The structure may be such that the type AlGaAs lower cladding layer 5a and the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b are directly connected.

また、図１，図２の半導体レーザは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のＡｌ組成比が、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比よりも小さく、かつ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比よりも大きくなるのであれば、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂおよびｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のＡｌ組成比を変更してもよい。 1 and 2, the Al composition ratio of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is smaller than the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper clad layer 5b, and the Al composition of the p-type GaAs contact layer 8 is the same. If the ratio is larger than the ratio, the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b and the p-type AlGaAs intermediate layer 7 may be changed.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのｐ型ドーパント濃度は３×１０^１７個／ｃｍ^３以上１×１０^１８個／ｃｍ^３以下であれば適宜変更してよい。 Further, the p-type dopant concentration of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b may be appropriately changed as long as it is 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or less.

また、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７側の部分に関しては、ｐ型ドーパント濃度は１×１０^１８個／ｃｍ^３以上１×１０^１９個／ｃｍ^３以下となるのであれば適宜変更してもよい。 For the portion of the p-type GaAs contact layer 8 on the p-type AlGaAs intermediate layer 7 side, the p-type dopant concentration is 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁹ / cm ³ or less. You may change suitably.

また、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８の全部に関して、ｐ型ドーパント濃度は１×１０^１８個／ｃｍ^３以上１×１０^１９個／ｃｍ^３以下となるのであれば適宜変更してもよい。 The p-type dopant concentration for all of the p-type GaAs contact layers 8 may be changed as appropriate as long as the p-type dopant concentration is 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁹ atoms / cm ³ or less.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂには、主要部分が炭素からなるｐ型ドーパントを添加してもよい。 The p-type AlGaAs upper cladding layer 5b may be added with a p-type dopant whose main part is carbon.

また、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８には、主要部分が亜鉛からなるｐ型ドーパントを添加してもよい。 The p-type GaAs contact layer 8 may be added with a p-type dopant whose main part is made of zinc.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの両側方に、窒化物珪素物を主体とする膜、または、酸化珪素物を主体とする膜からなる誘電体膜を形成してもよい。 Further, a dielectric film made of a film mainly composed of silicon nitride or a film mainly composed of silicon oxide may be formed on both sides of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの両側方にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を形成してもよい。 Further, an AlGaAs compound semiconductor may be formed on both sides of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７は複数層で構成してもよい。 The p-type AlGaAs intermediate layer 7 may be composed of a plurality of layers.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７の一部または全部をグレーディッド層としてもよい。ここで、グレーディッド層とは、層厚方向においてｐ型ＧａＡｓコンタクト層８側からｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂ側へ向かってＡｌ組成比が連続的に増加する層を指す。 A part or all of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 may be a graded layer. Here, the graded layer refers to a layer in which the Al composition ratio continuously increases from the p-type GaAs contact layer 8 side to the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b side in the layer thickness direction.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂおよびｐ型ＧａＡｓコンタクト層８をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓで形成する場合、
上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７の少なくともｐ型ＧａＡｓコンタクト層８側の部分におけるＡｌ組成比ｘｍは下記の式
ｘｍ≦（２・ｘ１＋ｘ２）／３
ｘ１：上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比の最大値
ｘ２：上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比の最大値
を満たすようにしてもよい。 When the p-type AlGaAs upper clad layer 5b and the p-type GaAs contact layer 8 are formed of Al _x Ga _1-x As,
The Al composition ratio xm in at least the p-type GaAs contact layer 8 side portion of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is expressed by the following equation.
xm ≦ (2 · x1 + x2) / 3
x1: Maximum value of the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b
x2: The maximum Al composition ratio of the p-type GaAs contact layer 8 may be satisfied.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７の全部におけるＡｌ組成比ｘｍは下記の式
ｘｍ≦（２・ｘ１＋ｘ２）／３
ｘ１：上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂのＡｌ組成比の最大値
ｘ２：上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８のＡｌ組成比の最大値
を満たすようにしてもよい。 Further, the Al composition ratio xm in all of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 is expressed by the following equation.
xm ≦ (2 · x1 + x2) / 3
x1: Maximum value of the Al composition ratio of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b
x2: The maximum Al composition ratio of the p-type GaAs contact layer 8 may be satisfied.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ｂの量子井戸活性層４側の部分の一部または全部のＡｌ組成比は０．４２〜０．５５の範囲内であれば適宜変更してもよい。 Further, the Al composition ratio of a part or all of the portion of the p-type AlGaAs upper cladding layer 5b on the quantum well active layer 4 side may be appropriately changed as long as it is within the range of 0.42 to 0.55.

また、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層７のｐ型ＧａＡｓコンタクト層８側の部分のＡｌ組成比は０．１４〜０．４の範囲内であれば適宜変更してもよい。 Further, the Al composition ratio of the portion of the p-type AlGaAs intermediate layer 7 on the p-type GaAs contact layer 8 side may be appropriately changed as long as it is within the range of 0.14 to 0.4.

本発明は、上記実施の形態や他の実施形態に限定されず、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を主構成物質として持つ半導体レーザに適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment and other embodiments, but can be applied to a semiconductor laser having an AlGaAs compound semiconductor as a main constituent material.

また、言うまでもないが、本発明のコンタクト層の材料はＧａＡｓに限定されない。例えば、本発明のコンタクト層の材料としてはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≦０．２）等、低Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ等がある。 Needless to say, the material of the contact layer of the present invention is not limited to GaAs. For example, as the material of the contact layer of the present invention such as _{_{Al x Ga 1-x As (}} x ≦ 0.2), there is AlGaAs or the like of low Al composition.

図１は本発明の一実施の形態の半導体レーザの概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. 図２は本発明の他の実施の形態の半導体レーザの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention. 図３は本発明の作用効果を説明するためのエネルギギャップの分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an energy gap distribution for explaining the effects of the present invention. 図４は本発明の作用効果を説明するための電流−電圧特性，電流−光出力特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics and current-light output characteristics for explaining the operational effects of the present invention. 図５は図１の半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser of FIG. 1 during the manufacturing process. 図６は図１の半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser shown in FIG. 図７は図１の半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser of FIG. 1 during the manufacturing process. 図８は図１の半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser of FIG. 1 during the manufacturing process. 図９は従来のリッジストライプ型半導体レーザの概略断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view of a conventional ridge stripe semiconductor laser. 図１０は他の従来のリッジストライプ型半導体レーザの概略断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view of another conventional ridge stripe semiconductor laser. 図１１は図９のリッジストライプ型半導体レーザの基板垂直方向のエネルギギャップの分布を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the energy gap distribution in the direction perpendicular to the substrate of the ridge stripe semiconductor laser of FIG. 図１２は図９のリッジストライプ型半導体レーザの基板垂直方向のエネルギギャップの分布を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the energy gap distribution in the direction perpendicular to the substrate of the ridge stripe semiconductor laser of FIG. 図１３は図９のリッジストライプ型半導体レーザにおける電流−電圧特性，電流−光出力特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing current-voltage characteristics and current-light output characteristics in the ridge stripe semiconductor laser of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板
２ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓバッファ層
３ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４量子井戸活性層
５ａｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
５ｂｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
６ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層
７ｐ型ＡｌＧａＡｓ中間層
８，１４ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１誘電体層
１２ｎ型ＡｌＧａＡｓ埋め込み層 1 n-type GaAs (100) just substrate 2 n-type AlGaAs / GaAs buffer layer 3 n-type AlGaAs cladding layer 4 quantum well active layer 5a p-type AlGaAs lower cladding layer 5b p-type AlGaAs upper cladding layer 6 p-type GaAs etching stop layer 7 p-type AlGaAs intermediate layers 8 and 14 p-type GaAs contact layer 11 dielectric layer 12 n-type AlGaAs buried layer

Claims

ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を主構成物質として持つ半導体レーザにおいて、
基板と、
上記基板上に形成された第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成され、少なくとも一部がリッジストライプ形状である第２のクラッド層と、
上記第２のクラッド層上に形成された中間層と、
上記中間層上に形成され、上記第２のクラッド層とは別の物質からなるコンタクト層と
を備え、
上記中間層のＡｌ組成比は、上記第２のクラッド層のＡｌ組成比よりも小さく、かつ、上記コンタクト層のＡｌ組成比よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser having an AlGaAs compound semiconductor as a main constituent material,
A substrate,
A first cladding layer formed on the substrate;
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer formed on the active layer and having at least part of a ridge stripe shape;
An intermediate layer formed on the second cladding layer;
A contact layer formed on the intermediate layer and made of a material different from the second clad layer;
A semiconductor laser, wherein the Al composition ratio of the intermediate layer is smaller than the Al composition ratio of the second cladding layer and larger than the Al composition ratio of the contact layer.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記中間層のＡｌ組成比は、上記第２のクラッド層のＡｌ組成比と上記コンタクト層のＡｌ組成比との中間値であることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the Al composition ratio of the intermediate layer is an intermediate value between the Al composition ratio of the second cladding layer and the Al composition ratio of the contact layer.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記中間層の幅の最小値が上記第２のクラッド層の幅の最小値よりも大きくなっていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser characterized in that the minimum value of the width of the intermediate layer is larger than the minimum value of the width of the second cladding layer.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２のクラッド層の少なくとも上記中間層側の部分には、ｐ型ドーパント濃度が３×１０^１７個／ｃｍ^３以上１×１０^１８個／ｃｍ^３以下となるようにｐ型ドーパントが添加され、
上記コンタクト層の少なくとも上記中間層側の部分には、ｐ型ドーパント濃度が１×１０^１８個／ｃｍ^３以上１×１０^１９個／ｃｍ^３以下となるようにｐ型ドーパントが添加されていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A p-type dopant is added to at least a portion of the second cladding layer on the intermediate layer side so that the p-type dopant concentration is 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or less. ,
A p-type dopant is added to at least the intermediate layer side portion of the contact layer so that the p-type dopant concentration is 1 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ or more and 1 × 10 ¹⁹ atoms / cm ³ or less. A semiconductor laser characterized by the above.

請求項４に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２のクラッド層のｐ型ドーパントが炭素を含み、
上記コンタクト層のｐ型ドーパントが亜鉛を含むことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 4, wherein
The p-type dopant of the second cladding layer contains carbon;
A semiconductor laser, wherein the p-type dopant of the contact layer contains zinc.

請求項４に記載の半導体レーザにおいて、
上記コンタクト層のｐ型ドーパントが上記第２のクラッド層に拡散していることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 4, wherein
A semiconductor laser, wherein a p-type dopant in the contact layer is diffused in the second cladding layer.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２のクラッド層のリッジストライプ形状の部分の両側方に誘電体膜が形成されていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser, wherein a dielectric film is formed on both sides of the ridge stripe-shaped portion of the second cladding layer.

請求項７に記載の半導体レーザにおいて、
上記誘電体膜は窒化物珪素物または酸化珪素物を含むことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 7, wherein
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the dielectric film includes a silicon nitride or a silicon oxide.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２のクラッド層のリッジストライプ形状の部分の両側方にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体が形成されていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
2. A semiconductor laser comprising: an AlGaAs compound semiconductor formed on both sides of a ridge stripe-shaped portion of the second cladding layer.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記中間層は複数層からなっていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the intermediate layer is composed of a plurality of layers.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記中間層の少なくとも一部はＡｌ組成比が連続的に変化するグレーディッド層となっていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A semiconductor laser, wherein at least a part of the intermediate layer is a graded layer in which an Al composition ratio continuously changes.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２のクラッド層および上記コンタクト層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなり、
上記中間層の少なくとも上記コンタクト層側の部分におけるＡｌ組成比ｘｍは下記の式
ｘｍ≦（２・ｘ１＋ｘ２）／３
ｘ１：上記第２のクラッド層のＡｌ組成比の最大値
ｘ２：上記コンタクト層のＡｌ組成比の最大値
を満たすことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
The second cladding layer and the contact layer are made of Al _x Ga _1-x As,
The Al composition ratio xm in at least the contact layer side portion of the intermediate layer is expressed by the following formula:
xm ≦ (2 · x1 + x2) / 3
x1: Maximum value of the Al composition ratio of the second cladding layer
x2: A semiconductor laser that satisfies the maximum value of the Al composition ratio of the contact layer.

請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２のクラッド層は、
上記活性層側に位置する平坦部である下部第２のクラッド層と、
上記中間層側に位置するストライプ部である上部第２のクラッド層と
を有し、
上記上部第２のクラッド層の上記活性層側の部分の少なくとも一部はＡｌ組成比が０．４２〜０．５５の範囲内であり、
上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、
上記中間層の上記コンタクト層側の部分のＡｌ組成比は０．１４〜０．４の範囲内であることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
The second cladding layer is
A lower second cladding layer which is a flat portion located on the active layer side;
An upper second cladding layer that is a stripe portion located on the intermediate layer side,
At least a part of the portion on the active layer side of the upper second cladding layer has an Al composition ratio in the range of 0.42 to 0.55,
The contact layer is made of GaAs,
A semiconductor laser characterized in that the Al composition ratio of the intermediate layer on the contact layer side is in the range of 0.14 to 0.4.

請求項１３に記載の半導体レーザにおいて、
上記下部第２のクラッド層と上記上部第２のクラッド層との間にエッチングストップ層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 13, wherein
A semiconductor laser, wherein an etching stop layer is formed between the lower second cladding layer and the upper second cladding layer.

請求項１４に記載の半導体レーザにおいて、
上記エッチングストップ層がＧａＡｓによって構成されていることを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 14, wherein
A semiconductor laser, wherein the etching stop layer is made of GaAs.