JP2007129270A - Semiconductor laser element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温雰囲気で高信頼性を有する半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device having high reliability in a high temperature atmosphere.
半導体レーザ素子（以下では半導体レーザと称する）の一従来例として、Ｋ．Ｉｔａｙａ等によって提唱され、文献「ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ｖｏｌ．２９．Ｎｏ．６Ｊｕｎｅ １９９３）」に開示されたものがある。 As a conventional example of a semiconductor laser element (hereinafter referred to as a semiconductor laser), K.K. There are those proposed by Itaya et al. And disclosed in the document “IEEE Journal of Quantum Electronics (vol. 29. No. 6 June 1993)”.
図６はこの半導体レーザの断面構造を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板４０２上に、ｎ型Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐクラッド層４０３、アンドープＧａＡｓ活性層４０４、ｐ型Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐクラッド層４０５及びｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐコンタクト層４０６をこの順に積層してある。
FIG. 6 shows a cross-sectional structure of this semiconductor laser. On the n-
加えて、これらの積層構造の上にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層４０７及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０８を積層してある。また、ｎ型ＧａＡｓ基板４０２の底面にｎ型用電極４０１を形成し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０８上にｐ型用電極４０９を形成してある。
In addition, an n-type GaAs current blocking layer 407 and a p-type
なお、この半導体レーザの上記半導体層は、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長を用いて積層され、結晶成長温度は７００℃とされている。 The semiconductor layer of the semiconductor laser is stacked using crystal growth by MOCVD, and the crystal growth temperature is 700 ° C.
この半導体レーザでは、共振器長４００〜４５０μｍ、２５℃において、閾値電流２８ｍＡであり、ＧａＡｓ活性層４０４をＡｌＧａＡｓより禁制帯幅の大きなＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層４０３、４０５で挟んでいるため、活性層４０４からのキャリアリークを防止でき、２００℃以上の高温においてもレーザ発振が可能になっている。
In this semiconductor laser, the resonator current is 400 to 450 μm, the threshold current is 28 mA at 25 ° C., and the GaAs
しかしながら、上記構成の半導体レーザでは、高温時の素子において劣化が生じ、駆動電流の増大が生じるという間題があり、例えば、本発明者等の実験結果によれば、５０℃にて５ｍＷ、３０００時間のエージングを行ったところ、初期の駆動電流は４７ｍＡであったものが、エージングにより５８ｍＡに増大する等の劣化を示した。このため、上記の半導体レーザ素子では、高温雰囲気下における信頼性に問題があることがわかった。 However, the semiconductor laser having the above configuration has a problem that the element at high temperature deteriorates and the drive current increases. For example, according to the results of experiments by the present inventors, 5 mW, 3000 at 50 ° C. When time aging was performed, the initial drive current was 47 mA, but degradation such as an increase to 58 mA due to aging was shown. For this reason, it has been found that the above semiconductor laser device has a problem in reliability in a high temperature atmosphere.
そこで、本発明者等は、信頼性不良が発生し、劣化が起こった上記従来の半導体レーザの、エージング後の素子の活性層を電子顕微鏡で観察したところ、活性層とクラッド層の界面付近に結晶の欠陥が多く存在しており、この欠陥が素子劣化の原因であることを知見した。 Accordingly, the present inventors have observed the active layer of the element after aging of the above-described conventional semiconductor laser, in which reliability failure has occurred and the deterioration has occurred, with an electron microscope, and in the vicinity of the interface between the active layer and the cladding layer. It has been found that there are many crystal defects, and these defects are the cause of device deterioration.
このように、活性層とクラッド層の界面に多数の欠陥が生じる理由としては、クラッド層と活性層はそれぞれ主たる構成要素であるＶ族元素が異なり、主たるＶ族元素が異なる半導体層の界面では、非発光の再結合準位が存在するため、上記の半導体レーザでは、少数キャリアと多数キャリアが非発光の再結合を生じ、温度上昇による欠陥の発生が急速に進んでいることが考えられる。 As described above, the reason why many defects are generated at the interface between the active layer and the clad layer is that the clad layer and the active layer are different from each other in the group V element which is the main component, and at the interface of the semiconductor layer where the main group V element is different. Since there is a non-light emitting recombination level, it is considered that in the semiconductor laser described above, minority carriers and majority carriers cause non-light emitting recombination, and defects are rapidly generated due to temperature rise.
以上のように、上記従来の半導体レーザでは、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体からなるクラッド層を用いており、クラッド層は禁制帯幅が大きいため、注入キャリアを活性層に閉じ込める効果が大きく、高温での動作が可能であるという利点を有する反面、高温時における素子の劣化が激しく、高温雰囲気下における信頼性が低いという問題点があった。 As described above, the conventional semiconductor laser uses a clad layer made of an InGaAlP-based semiconductor, and the clad layer has a large forbidden band, so that it has a large effect of confining injected carriers in the active layer, and operates at a high temperature. However, there is a problem that the device is severely deteriorated at a high temperature and the reliability in a high temperature atmosphere is low.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高温雰囲気においても高信頼性を確保することができる半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of ensuring high reliability even in a high temperature atmosphere and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体レーザ素子は、基板上に第一導電型のクラッド層、活性層及び第二導電型のクラッド層を順次積層して構成され、該第一導電型のクラッド層及び該第二導電型のクラッド層の内の少なくとも一つのクラッド層が主たる構成要素としてＰを含み、かつ該活性層が主たる構成要素としてＡｓを含む半導体レーザ素子において、Ｐを含むクラッド層と、該活性層との間に、禁制帯幅が該活性層より大きく、かつ該クラッド層より小さいＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を形成してなり、そのことにより上記目的が達成される。 The semiconductor laser device of the present invention is configured by sequentially laminating a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer on a substrate, and the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type. In a semiconductor laser device in which at least one of the cladding layers of the mold includes P as a main component and the active layer includes As as a main component, a cladding layer including P and the active layer In the meantime, a buffer layer containing As as a main component having a forbidden band width larger than that of the active layer and smaller than that of the cladding layer is formed, whereby the above object is achieved.
好ましくは、前記活性層がＩｎ1-x1-y1Ｇａx1Ａｌy1Ａｓ（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１，２．１３２ｙ１＋０．９６４ｘ１−０．０４６ｘ１ｙ１＜１．４４）で構成され、かつ、前記バッファ層がＩｎ1-x2-y2Ｇａx2Ａｌy2Ａｓ（０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２≦１）で構成され、該活性層と、主たる構成要素としてＰを含む前記クラッド層との組成比率が、下記（１）式及び下記（２）式の条件を満たす
０．３６＋２．５ｙ１＋１．０６４ｘ１−０．１８９ｘ１ｙ１＜０．３６＋２．５ｙ２＋１．０６４ｘ２−０．１８９ｘ２ｙ２ …（１）
０．３６＋２．５ｙ１＋１．０６４ｘ１−０．１８９ｘ１ｙ１＜１．８＋０．３６８ｙ２＋０．１ｘ２−０．１４３ｘ２ｙ２ …（２）
構成とする。
Preferably, the active layer is composed of In 1-x1-y1 Ga x1 Al y1 As (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 2.132y1 + 0.964 × 1-0.046 × 1y1 <1.44), and The buffer layer is made of In 1-x2-y2 Ga x2 Al y2 As (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1), and the active layer and the clad layer containing P as a main component 0.36 + 2.5y1 + 1.064x1-0.189x1y1 <0.36 + 2.5y2 + 1.064x2-0.189x2y2 (1) where the composition ratio satisfies the conditions of the following formulas (1) and (2)
0.36 + 2.5y1 + 1.064x1-0.189x1y1 <1.8 + 0.368y2 + 0.1x2-0.143x2y2 (2)
The configuration.
また、好ましくは、主たる構成要素としてＰを含む前記クラッド層がＩｎ1-x4-y4Ｇａx4Ａｌy4Ｐ（０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１）で構成され、かつ前記バッファ層がＩｎ1-x3-y3Ｇａx3Ａｌy3Ａｓ（０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦１）で構成され、該クラッド層に接して該バッファ層が形成され、両者の組成比率が、下記（３）式及び下記（４）式の条件を満たす
１．３５１＋２．２３ｙ４＋０．６４３ｘ４＋０．７８６ｘ４×ｘ４＋０．７８６ｘ４ｙ４＞１．８＋０．３６８ｙ３＋０．１ｘ３−０．１４３ｘ３ｙ３
…（３）
１．３５１＋２．２３ｙ４＋０．６４３ｘ４＋０．７８６ｘ４×ｘ４＋０．７８６ｘ４ｙ４＞０．３６＋２．５ｙ３＋１．０６４ｘ３−０．１８９ｘ３ｙ３
…（４）
構成とする。
Preferably, the cladding layer containing P as a main component is composed of In 1-x4-y4 Ga x4 Aly4 P (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ y4 ≦ 1), and the buffer layer is In 1-x3-y3 Ga x3 Al y3 As (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1), the buffer layer is formed in contact with the cladding layer, and the composition ratio of both is (3) 1.351 + 2.23y4 + 0.643x4 + 0.786x4xx4 + 0.786x4y4> 1.8 + 0.368y3 + 0.1x3-0.143x3y3 satisfying the condition of the formula and the following formula (4)
... (3)
1.351 + 2.23y4 + 0.643x4 + 0.786x4 × x4 + 0.786x4y4> 0.36 + 2.5y3 + 1.064x3-0.189x3y3
... (4)
The configuration.
また、好ましくは、前記バッファ層の層厚ｄが、下記（５）式の条件を満たす
０．００１μｍ≦ｄ≦０．１２μｍ …（５）
構成とする。
Preferably, the thickness d of the buffer layer satisfies the condition of the following formula (5): 0.001 μm ≦ d ≦ 0.12 μm (5)
The configuration.
また、好ましくは、前記第一導電型のクラッド層及び前記第二導電型のクラッド層がいずれも主たる構成要素としてＰを含み、該第一導電型のクラッド層と該活性層との間及び該第二導電型のクラッド層と該活性層との間に、禁制帯幅が該活性層よりも大きく、Ａｓを主たる構成要素として含むバッファ層をそれぞれ形成し、ｐ導電型のクラッド層に接するバッファ層の層厚ｄ１と、ｎ導電型のクラッド層に接するバッファ層の層厚ｄ２の関係が、下記（６）式の条件を満たす
ｄ１＜ｄ２ …（６）
構成とする。
Preferably, each of the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer includes P as a main component, and between the first conductivity type cladding layer and the active layer, and A buffer layer having a forbidden band width larger than that of the active layer and including As as a main component is formed between the second conductivity type cladding layer and the active layer, and is in contact with the p conductivity type cladding layer. The relationship between the layer thickness d1 of the layer and the layer thickness d2 of the buffer layer in contact with the n-conductivity-type cladding layer satisfies the following equation (6): d1 <d2 (6)
The configuration.
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法であって、気相成長方法によりＰを主たる構成要素として含む前記第一導電型のクラッド層の成長後にＡｓを主たる構成要素として含む前記バッファ層を積層する工程を包含し、該工程において、該第一導電型のクラッド層の成長温度Ｔ１と、該バッファ層の成長温度Ｔ２の関係が、下記（７）式の条件を満たす
Ｔ１＞Ｔ２ …（７）
構成とする。
A method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5, wherein P is contained as a main component by a vapor phase growth method. A step of laminating the buffer layer containing As as a main component after the growth of the one-conductivity-type clad layer, in which the growth temperature T1 of the first-conductivity-type clad layer and the growth of the buffer layer are included. The relationship of the temperature T2 satisfies the condition of the following formula (7) T1> T2 (7)
The configuration.
以下に本発明の作用を説明する。 The operation of the present invention will be described below.
Ｐを含むクラッド層と、活性層との間に、禁制帯幅が活性層より大きく、かつクラッド層より小さいＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を形成する構成によれば、後述のエージング結果により、半導体レーザの高温雰囲気における特性の劣化を抑制でき、その信頼性を向上できることを確認できた。 According to the configuration in which a buffer layer including As as a main component having a forbidden band width larger than that of the active layer and smaller than that of the cladding layer is formed between the cladding layer containing P and the active layer, It has been confirmed that the deterioration of the characteristics of the semiconductor laser in a high temperature atmosphere can be suppressed and its reliability can be improved.
その理由としては、半導体レーザ、即ち本素子の駆動時に、活性層からオーバーフローする少数キャリアが、バッファ層により遮られ、Ａｓを主たる構成要素とする層（バッファ層）とＰを主たる構成要素とする層（クラッド層）との界面に存在する欠陥で再結合する確率が減少し、発熱が抑制されるため、欠陥の増殖が妨げられたためと考えられる。 The reason is that a minority carrier overflowing from the active layer when the semiconductor laser, that is, the device is driven, is blocked by the buffer layer, and a layer having As as a main component (buffer layer) and P as main components. This is probably because the probability of recombination due to defects existing at the interface with the layer (cladding layer) is reduced and heat generation is suppressed, so that the growth of defects is hindered.
なお、エージング後の本素子を電子顕微鏡で観察したところ、バッファ層とクラッド層の界面において、欠陥はほとんど見られず、欠陥の増殖が生じていないことが確認された。 When this element after aging was observed with an electron microscope, it was confirmed that almost no defects were observed at the interface between the buffer layer and the cladding layer, and no growth of defects occurred.
Ｐを含むクラッド層と、活性層との間に、禁制帯幅が活性層より大きく、かつクラッド層より小さいＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を形成する構成は、上記（１）式及び（２）式を満たす組成又は上記（３）式及び（４）式を満たす組成で各半導体層を形成することにより、具体的に達成することができる。 A structure in which a buffer layer containing As as a main component having a forbidden band width larger than that of the active layer and smaller than that of the cladding layer is formed between the clad layer containing P and the active layer. It can be specifically achieved by forming each semiconductor layer with a composition satisfying the formula (2) or a composition satisfying the formulas (3) and (4).
また、バッファ層の層厚ｄを、上記（５）式の条件を満たす構成にすれば、駆動電流の変化ΔＩｏｐを顕著に低減できる。その理由は、バッファ層の層厚ｄを０．００１μｍ以上にすると、活性層からバッファ層に漏れ出した少数キャリアがＡｌＧａＡｓとＩｎＡｌＧａＰの界面の欠陥まで到達するのが抑制され、多数キャリアと非発光の再結合が生じにくくなるためである。そのため、素子の発熱が抑えられ、欠陥の増殖が抑えられ、信頼性が向上される。 Further, if the layer thickness d of the buffer layer is configured to satisfy the condition of the above equation (5), the change ΔIop in the drive current can be significantly reduced. The reason for this is that when the layer thickness d of the buffer layer is 0.001 μm or more, the minority carriers leaking from the active layer to the buffer layer are suppressed from reaching the defects at the interface between AlGaAs and InAlGaP, and the majority carriers and non-light emitting are not emitted. This is because it becomes difficult for recombination to occur. Therefore, the heat generation of the element is suppressed, the proliferation of defects is suppressed, and the reliability is improved.
一方、バッファ層の層厚ｄを０．１２μｍより大きくすると、駆動電流の変化ΔＩｏｐの増大が激しくなる。その理由は、活性層からバッファ層に漏れ出した少数キャリアが、バッファ層で非発光の再結合を起こし、発熱を生じることにより、欠陥が増殖するためである。 On the other hand, when the thickness d of the buffer layer is larger than 0.12 μm, the increase in change ΔIop in the drive current becomes severe. This is because minority carriers leaking from the active layer to the buffer layer cause non-radiative recombination in the buffer layer and generate heat, thereby increasing defects.
なお、バッファ層の層厚ｄを０．１２μｍ未満にすると、活性層からバッファ層に漏れ出した少数キャリアがクラッド層のポテンシャルを受けて反射され、活性層で再結合される確率が大きくなるので、このような効果は生じないと考えられる。 If the thickness d of the buffer layer is less than 0.12 μm, the minority carriers leaking from the active layer to the buffer layer are reflected by the potential of the cladding layer, and the probability of recombination in the active layer increases. It is considered that such an effect does not occur.
よって、バッファ層の層厚ｄを、上記（５）式の条件を満足する範囲に設定すると好ましいものになる。 Therefore, it is preferable to set the layer thickness d of the buffer layer in a range that satisfies the condition of the above formula (5).
また、ｐ導電型のクラッド層に接するバッファ層の層厚ｄ１と、ｎ導電型のクラッド層に接するバッファ層の層厚ｄ２の関係を、上記（６）式の条件を満たす関係に設定すると、素子の信頼性をさらに向上できる。 When the relationship between the layer thickness d1 of the buffer layer in contact with the p-conductivity type cladding layer and the layer thickness d2 of the buffer layer in contact with the n-conduction type cladding layer is set to satisfy the condition of the above expression (6), The reliability of the element can be further improved.
その理由は、一般に、電子の拡散長は正孔より大きいため、層厚ｄ２を比較的大きくすれば、電子が少数キャリアとして、クラッド層とバッファ層との界面に到達することを抑制できる。また、正孔は拡散長が電子と比較して短いため、クラッド層に接するバッファ層を薄くすることが可能であることによる。 The reason is that since the electron diffusion length is generally larger than the holes, if the layer thickness d2 is relatively large, the electrons can be prevented from reaching the interface between the cladding layer and the buffer layer as minority carriers. Further, since the diffusion length of holes is shorter than that of electrons, the buffer layer in contact with the cladding layer can be made thin.
また、気相成長方法によりＰを主たる構成要素として含む第一導電型のクラッド層の成長後にＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を積層する工程を包含し、この工程において、第一導電型のクラッド層の成長温度Ｔ１と、バッファ層の成長温度Ｔ２の関係が、上記（７）式の条件を満たすように設定する構成によれば、一例として、ＰＨ3を原料として使用した後に、成長温度を下げてＡｓＨ3を用いて成長を行う場合を例にとって説明すると、このような工程によれば、配管等に付着したＰを含む残留原料が、再蒸発して供給される効果（メモリー効果）を低減できる。即ち、ＰとＡｓが混じり合うのを低減できる。 Further, the method includes a step of laminating a buffer layer containing As as a main component after the growth of the first conductivity type cladding layer containing P as a main component by a vapor phase growth method. According to the configuration in which the relationship between the growth temperature T1 of the cladding layer and the growth temperature T2 of the buffer layer is set so as to satisfy the condition of the above expression (7), as an example, after using PH 3 as a raw material, the growth temperature The case where the growth is performed using AsH 3 with lowering the temperature will be described as an example. According to such a process, the residual raw material containing P adhering to the pipe etc. is re-evaporated and supplied (memory effect) Can be reduced. That is, mixing of P and As can be reduced.
ここで、ＰとＡｓが混じり合う半導体においては、ＡｓとＰがそれぞれ個別に凝集する場合があり、結晶欠陥発生の原因となる。 Here, in a semiconductor in which P and As are mixed, As and P may be aggregated individually, which causes crystal defects.
しかるに、上記構成によれば、上述した理由により、結晶欠陥発生の原因をその分低減できるので、各クラッド層及びバッファ層が設計通りに作製され、ＰとＡｓが混じり合うことが抑制されるので、信頼性の高い素子を得ることができるのである。 However, according to the above configuration, the cause of crystal defects can be reduced correspondingly for the reasons described above, so that each cladding layer and buffer layer are produced as designed, and mixing of P and As is suppressed. Thus, a highly reliable element can be obtained.
以上の本発明半導体レーザ素子では、クラッド層に禁制帯幅の大きな半導体を用いているために、活性層からのキャリアリークを防止でき、高温動作が可能となる。加えて、クラッド層と活性層の間にＡｓを主たる構成要素とするバッファ層を挿入することにより、ＡｓとＰの界面を活性層から離して、結晶欠陥が活性層に侵入することを防止できる。その結果、高温雰囲気における素子の信頼性を格段に向上できるという効果がある。 In the semiconductor laser device of the present invention described above, since a semiconductor having a large forbidden band width is used for the clad layer, carrier leakage from the active layer can be prevented and high temperature operation is possible. In addition, by inserting a buffer layer containing As as a main component between the cladding layer and the active layer, the interface between As and P can be separated from the active layer and crystal defects can be prevented from entering the active layer. . As a result, there is an effect that the reliability of the element in a high temperature atmosphere can be remarkably improved.
また、特に請求項２又は請求項３記載の半導体レーザ素子によれば、組成を調整することにより、上記同様の効果を奏することができる半導体レーザ素子を具体的に実現できる。 In particular, according to the semiconductor laser device according to claim 2 or 3, by adjusting the composition, a semiconductor laser device capable of achieving the same effect as described above can be specifically realized.
また、特に請求項４記載の半導体レーザ素子によれば、上記した理由により、駆動電流の変化ΔＩｏｐを顕著に低減できる高信頼性の半導体レーザ素子を実現できる。 In particular, according to the semiconductor laser device of the fourth aspect, for the reasons described above, a highly reliable semiconductor laser device capable of remarkably reducing the change ΔIop in the driving current can be realized.
また、特に請求項５記載の半導体レーザ素子によれば、電子が少数キャリアとして、クラッド層とバッファ層との界面に到達することを抑制できるので、その分、素子の信頼性を一層向上できる。 In particular, according to the semiconductor laser device of the fifth aspect, it is possible to suppress electrons from reaching the interface between the cladding layer and the buffer layer as minority carriers, so that the reliability of the device can be further improved accordingly.
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、気相成長方法によりＰを主たる構成要素として含む第一導電型のクラッド層の成長後にＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を積層する工程を包含し、この工程において、第一導電型のクラッド層の成長温度Ｔ１と、バッファ層の成長温度Ｔ２の関係が、Ｔ１＞Ｔ２となるように設定するので、例えば、配管等に付着したＰを含む残留原料が、再蒸発して供給される効果を低減できる。このため、その分、結晶欠陥発生の原因を低減できるので、各クラッド層及びバッファ層が設計通りに作製され、ＰとＡｓが混じり合うことが抑制される結果、より一層信頼性の高い半導体レーザ素子を実現できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, the step of laminating the buffer layer containing As as the main constituent after the growth of the first conductivity type cladding layer containing P as the main constituent by the vapor phase growth method. In this process, the relationship between the growth temperature T1 of the first conductivity type cladding layer and the growth temperature T2 of the buffer layer is set so that T1> T2, so that, for example, P adhering to a pipe or the like It is possible to reduce the effect that the residual raw material containing reevaporated and supplied. For this reason, the cause of the occurrence of crystal defects can be reduced correspondingly, so that each cladding layer and buffer layer are manufactured as designed, and mixing of P and As is suppressed. As a result, a more reliable semiconductor laser An element can be realized.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
（実施形態１）
図１〜図３は本発明半導体レーザの実施形態１を示す。本実施形態１は本発明を実屈折率導波型の半導体レーザに適用した例を示す。以下に図１に基づき本実施形態１の半導体レーザの構造を製造工程とともに説明する。
(Embodiment 1)
1 to 3 show a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. Embodiment 1 shows an example in which the present invention is applied to an actual refractive index waveguide type semiconductor laser. The structure of the semiconductor laser according to the first embodiment will be described below together with the manufacturing process based on FIG.
まず、ＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上にｎ型ＧａＡｓ基板（ウエハー）１０２を導入し、このｎ型ＧａＡｓ基板１０２上にｎ型ＧａＡｓ層１０３、ｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.2Ａｌ0.3Ｐクラッド層１０４、バッファ層（１）（Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ、アンドープ、層厚０．０５μｍ）１０５、活性層（Ｇａ0.86Ａｌ0.14Ａｓ、アンドープ、層厚０．０６μｍ）１０６、バッファ層（２）（Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ、アンドープ、層厚０．０５μｍ）１０７、ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.35Ａｌ0.15Ｐクラッド層（１）１０８、ｐ型ＧａＡｓエッチングストッパ層１０９、ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.35Ａｌ0.15Ｐクラッド層（２）１１０及びｐ型ＧａＡｓ保護層１１１を第１回目のＭＯＣＶＤ成長により順次積層する。
First, an n-type GaAs substrate (wafer) 102 is introduced onto a susceptor of an MOCVD apparatus, and an n-
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ウエットエッチングを行い、続いて、ウエハーを再度ＭＯＣＶＤ装置内のサセプタ上に導入し、第２回目のＭＯＣＶＤ成長により、ｎ型Ｇａ0.3Ａｌ0.7Ａｓ電流ブロック層（１）１１２及びｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層（２）１１３を選択成長を用いて積層する。
Next, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus, wet etching is performed, and then the wafer is again introduced onto the susceptor in the MOCVD apparatus, and an n-type Ga 0.3 Al 0.7 As current blocking layer ( 1)
その後、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２の底面にｎ型用電極１０１を形成し、また、ｐ型ＧａＡｓ保護層（キャップ層）１１１上にｐ型用電極１１４を形成する。以上の製造工程を経て、本実施形態１の実屈折率導波型の半導体レーザが作製される。
Thereafter, the n-
本実施形態１の半導体レーザによれば、半導体層の組成より、活性層１０６よりバッファ層１０５、１０７の禁制帯幅が大きく、またクラッド層１０４、１０８の禁制帯幅は、それぞれに接するバッファ層１０５、１０７の禁制帯幅より大きくなっている。
According to the semiconductor laser of the first embodiment, the forbidden band widths of the buffer layers 105 and 107 are larger than that of the
次に、本実施形態１の半導体レーザのエージング結果を示す。本実施形態１の半導体レーザは、発振波長７８０ｎｍであり、５０℃において５ｍＷの光出力のエージングを行ったところ、駆動電流は初期値が５０ｍＡであり、３０００時間後には１ｍＡの増加に抑えられ、安定した特性を得ることができることを確認できた。 Next, the aging result of the semiconductor laser of the first embodiment is shown. The semiconductor laser of the first embodiment has an oscillation wavelength of 780 nm, and when aging the optical output of 5 mW at 50 ° C., the drive current has an initial value of 50 mA, and after 3000 hours, it is suppressed to an increase of 1 mA. It was confirmed that stable characteristics could be obtained.
ここで、本実施形態１の半導体レーザにおいて、特性の劣化が少ない理由としては、半導体レーザ、即ち本素子の駆動時に、活性層からオーバーフローする少数キャリアが、バッファ層により遮られ、Ａｓを主たる構成要素とする層（バッファ層）とＰを主たる構成要素とする層（クラッド層）との界面に存在する欠陥で再結合する確率が減少し、発熱が抑制されるため、欠陥の増殖が妨げられたためと考えられる。 Here, in the semiconductor laser of the first embodiment, the reason why the characteristic degradation is small is that the minority carriers overflowing from the active layer when the semiconductor laser, that is, the present element is driven, are blocked by the buffer layer, and the main structure is As. Probability of recombination due to defects existing at the interface between the element layer (buffer layer) and the layer containing P as the main component (cladding layer) is reduced, and heat generation is suppressed, thus preventing defect growth. It is thought that it was because of.
なお、エージング後の本素子を電子顕微鏡で観察したところ、バッファ層とクラッド層の界面において、欠陥はほとんど見られず、欠陥の増殖が生じていないことが確認された。 When this element after aging was observed with an electron microscope, it was confirmed that almost no defects were observed at the interface between the buffer layer and the cladding layer, and no growth of defects occurred.
図２は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体及びＩｎＧａＡｌＰ系半導体の組成と、格子定数（Ａ）と、禁制帯幅Ｅｇ（ｅＶ）との関係を示す。グラフ中の（ａ）〜（ｄ）の組成における禁制帯幅Ｅｇ（ｅＶ）は下記の式で表わされる。 FIG. 2 shows the relationship between the composition of the InGaAlAs-based semiconductor and InGaAlP-based semiconductor, the lattice constant (A), and the forbidden band width Eg (eV). The forbidden band width Eg (eV) in the compositions (a) to (d) in the graph is expressed by the following equation.
（１）Ｉｎ1-x1-y1Ｇａx1Ａｌy1Ａｓ半導体について
直接遷移領域である領域（ａ）での禁制帯幅Ｅｇは、下記（８）式で表される。
(1) In 1-x1-y1 Ga x1 Al y1 As Semiconductor The forbidden band width Eg in the region (a) which is a direct transition region is expressed by the following equation (8).
Ｅｇ＝０．３６＋２．５ｙ１＋１．０６４ｘ１−０．１８９ｘ１ｙ１ …（８）
また、間接遷移領域である領域（ｂ）での禁制帯幅Ｅｇは、下記（９）式で表される。
Eg = 0.36 + 2.5y1 + 1.064x1-0.189x1y1 (8)
In addition, the forbidden bandwidth Eg in the region (b) that is the indirect transition region is expressed by the following equation (9).
Ｅｇ＝１．８＋０．３６８ｙ１＋０．１ｘ１−０．１４３ｘ１ｙ１ …（９） Eg = 1.8 + 0.368y1 + 0.1x1-0.143x1y1 (9)
（２）Ｉｎ1-x2-y2Ｇａx2Ａｌy2Ｐ半導体について
直接遷移領域である領域（ｃ）での禁制帯幅Ｅｇは、下記（１０）式で表される。
(2) In 1-x2-y2 Ga x2 Al y2 P Semiconductor The forbidden band width Eg in the direct transition region (c) is expressed by the following equation (10).
Ｅｇ＝１．３５１＋２．２３ｙ２＋０．６４３ｘ２＋０．７８６ｘ２×ｘ２＋
０．７８６ｘ２ｙ２ …（１０）
間接遷移領域である領域（ｄ）での禁制帯幅Ｅｇは、下記（１１）式で表される。
Eg = 1.351 + 2.23y2 + 0.643 × 2 + 0.786 × 2 × x2 +
0.786x2y2 (10)
The forbidden bandwidth Eg in the region (d) which is the indirect transition region is expressed by the following equation (11).
Ｅｇ＝２．２５＋０．２ｙ２＋０．０１１ｘ２ …（１１）
ここで、活性層は直接遷移の半導体でなければならないため、（８）式＞（９）式の条件を満たす必要があり、下記（１２）式が必要となる。
Eg = 2.25 + 0.2y2 + 0.011 × 2 (11)
Here, since the active layer must be a semiconductor of direct transition, it is necessary to satisfy the condition of Expression (8)> Expression (9), and the following Expression (12) is required.
２．１３２ｙ１＋０．９６４ｘ１−０．０４６ｘ１ｙ１＜１．４４ …（１２）
また、バッファ層の組成が活性層より大きくなるためには、上記（８）式、（１０）式及び（１１）式より、下記（１）式及び下記（２）式の条件を満足する必要がある。
2.132y1 + 0.964x1-0.046x1y1 <1.44 (12)
Further, in order for the composition of the buffer layer to be larger than that of the active layer, it is necessary to satisfy the conditions of the following formulas (1) and (2) from the above formulas (8), (10) and (11). There is.
０．３６＋２．５ｙ１＋１．０６４ｘ１−０．１８９ｘ１ｙ１＜０．３６＋２．５ｙ２＋１．０６４ｘ２−０．１８９ｘ２ｙ２ …（１）
０．３６＋２．５ｙ１＋１．０６４ｘ１−０．１８９ｘ１ｙ１＜１．８＋０．３６８ｙ２＋０．１ｘ２−０．１４３ｘ２ｙ２ …（２）
また、バッファ層に接するクラッド層の禁制帯幅Ｅｇが、バッファ層より大きくなるためには、上記（８）式、（９）式、（１０）式及び（１１）式より、下記（３）式及び下記（４）式の条件を満足する必要がある。
0.36 + 2.5y1 + 1.064x1-0.189x1y1 <0.36 + 2.5y2 + 1.064x2-0.189x2y2 (1)
0.36 + 2.5y1 + 1.064x1-0.189x1y1 <1.8 + 0.368y2 + 0.1x2-0.143x2y2 (2)
In order to make the forbidden band width Eg of the cladding layer in contact with the buffer layer larger than that of the buffer layer, the following (3) is obtained from the above equations (8), (9), (10), and (11). It is necessary to satisfy the conditions of the formula and the following formula (4).
１．３５１＋２．２３ｙ４＋０．６４３ｘ４＋０．７８６ｘ４×ｘ４＋０．７８６ｘ４ｙ４＞１．８＋０．３６８ｙ３＋０．１ｘ３−０．１４３ｘ３ｙ３
…（３）
１．３５１＋２．２３ｙ４＋０．６４３ｘ４＋０．７８６ｘ４×ｘ４＋０．７８６ｘ４ｙ４＞０．３６＋２．５ｙ３＋１．０６４ｘ３−０．１８９ｘ３ｙ３
…（４）
よって、上記（１）式及び（２）式の条件、又は（３）式及び（４）式の条件を満たす組成で各半導体層を構成すれば、Ｐを含むクラッド層と、活性層との間に、禁制帯幅が活性層より大きく、かつクラッド層より小さいＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を備えた本実施形態１の半導体レーザと同様の効果を奏する半導体レーザを具体的に実現することができることになる。
1.351 + 2.23y4 + 0.643x4 + 0.786x4 × x4 + 0.786x4y4> 1.8 + 0.368y3 + 0.1x3-0.143x3y3
... (3)
1.351 + 2.23y4 + 0.643x4 + 0.786x4 × x4 + 0.786x4y4> 0.36 + 2.5y3 + 1.064x3-0.189x3y3
... (4)
Therefore, if each semiconductor layer is configured with a composition that satisfies the conditions of the above formulas (1) and (2) or the conditions of formulas (3) and (4), the cladding layer containing P and the active layer In the meantime, a semiconductor laser having the same effect as that of the semiconductor laser of the first embodiment having a buffer layer containing As as a main component whose As band is larger than the active layer and smaller than the cladding layer is specifically realized. Will be able to.
なお、各半導体層の組成比により、格子定数が変化し、半導体層に歪が生じる場合においても、結晶欠陥の増大しない範囲であれば、上記（１）式及び（２）式、又は（３）式及び（４）式の条件を満足する組成により、同様の効果を得ることができる。 Note that even when the lattice constant changes depending on the composition ratio of each semiconductor layer and the semiconductor layer is distorted, the above formulas (1) and (2) or (3) are used as long as the crystal defects do not increase. The same effect can be obtained by the composition satisfying the conditions of the formulas (4) and (4).
図３は、本実施形態１において、バッファ層の層厚ｄ（μｍ）を変化させたときの、エージング（３０００時間）による駆動電流の変化ΔＩｏｐ（ｍＡ）を示す。 FIG. 3 shows a change ΔIop (mA) in drive current due to aging (3000 hours) when the layer thickness d (μm) of the buffer layer is changed in the first embodiment.
図３より、バッファ層の層厚ｄを０．００１μｍ〜０．１２μｍに設定すると、駆動電流の変化ΔＩｏｐを顕著に低減できることがわかる。その理由は、バッファ層の層厚ｄを０．００１μｍ以上にすると、活性層からバッファ層に漏れ出した少数キャリアがＡｌＧａＡｓとＩｎＡｌＧａＰの界面の欠陥まで到達するのが抑制され、多数キャリアと非発光の再結合が生じにくくなるためである。そのため、素子の発熱が抑えられ、欠陥の増殖が抑えられ、信頼性が向上される。 3 that the change ΔIop in the drive current can be significantly reduced when the thickness d of the buffer layer is set to 0.001 μm to 0.12 μm. The reason for this is that when the layer thickness d of the buffer layer is 0.001 μm or more, the minority carriers leaking from the active layer to the buffer layer are suppressed from reaching the defects at the interface between AlGaAs and InAlGaP, and the majority carriers and non-light emitting are not emitted. This is because it becomes difficult for recombination to occur. Therefore, the heat generation of the element is suppressed, the proliferation of defects is suppressed, and the reliability is improved.
一方、バッファ層の層厚ｄを０．１２μｍより大きくすると、駆動電流の変化ΔＩｏｐの増大が激しくなる。その理由は、活性層からバッファ層に漏れ出した少数キャリアが、バッファ層で非発光の再結合を起こし、発熱を生じることにより、欠陥が増殖するためである。 On the other hand, when the thickness d of the buffer layer is larger than 0.12 μm, the increase in change ΔIop in the drive current becomes severe. This is because minority carriers leaking from the active layer to the buffer layer cause non-radiative recombination in the buffer layer and generate heat, thereby increasing defects.
なお、バッファ層の層厚ｄを０．１２μｍ未満にすると、活性層からバッファ層に漏れ出した少数キャリアがクラッド層のポテンシャルを受けて反射され、活性層で再結合される確率が大きくなるので、このような効果は生じないと考えられる。 If the thickness d of the buffer layer is less than 0.12 μm, the minority carriers leaking from the active layer to the buffer layer are reflected by the potential of the cladding layer, and the probability of recombination in the active layer increases. It is considered that such an effect does not occur.
よって、バッファ層の層厚ｄは、下記（５）式の条件を満足する範囲に設定すると好ましいものになる。 Therefore, it is preferable that the thickness d of the buffer layer is set in a range that satisfies the condition of the following expression (5).
０．００１μｍ≦ｄ≦０．１２μｍ …（５）
なお、バッファ層の層厚ｄをかかる範囲に設定すると、図３より、駆動電流の変化ΔＩｏｐが３ｍＡ以下となり、非常に安定した動作を得ることができることがわかる。
0.001 μm ≦ d ≦ 0.12 μm (5)
If the thickness d of the buffer layer is set within this range, it can be seen from FIG. 3 that the change ΔIop in the drive current is 3 mA or less, and a very stable operation can be obtained.
なお、活性層及びバッファ層の一方、或いは両方にＩｎを入れた場合でも、上記（１）式及び（２）式、又は（３）式及び（４）式の条件を満たす組成であれば、上記同様の効果が得られることを確認できた。 Even when In is added to one or both of the active layer and the buffer layer, the composition satisfies the conditions of the above formulas (1) and (2), or (3) and (4). It was confirmed that the same effect as described above was obtained.
（実施形態２）
図４は本発明半導体レーザ素子の実施形態２を示す。本実施形態２は本発明を損失導波路型の半導体レーザに適用した例を示す。但し、本実施形態２では、その製造方法に特徴を有するものである。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows Embodiment 2 of the semiconductor laser element of the present invention. Embodiment 2 shows an example in which the present invention is applied to a loss waveguide type semiconductor laser. However, the second embodiment is characterized by its manufacturing method.
本実施形態２の半導体レーザはＭＯＣＶＤ法により作製し、使用原料として、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＰＨ3（ホスフィン）、ＡｓＨ3（アルシン）、ＳｉＨ3（モノシラン）、ＤＥＺ（ジエチルジンク）を用いた。 The semiconductor laser according to the second embodiment is manufactured by MOCVD, and used as raw materials are TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), TMI (trimethylindium), PH 3 (phosphine), AsH 3 (arsine), SiH 3. (Monosilane) and DEZ (diethyl zinc) were used.
以下に図４に基づき本実施形態２の半導体レーザの構造を製造工程とともに説明する。 The structure of the semiconductor laser according to the second embodiment will be described below together with the manufacturing process based on FIG.
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２０２をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、ｎ型ＧａＡｓ基板２０２上に、基板温度７５０℃にてｎ型ＧａＡｓ層２０３、ｎ型Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓクラッド層（１）２０４（層厚１．０μｍ）及びｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.3Ａｌ0.2Ｐクラッド層（２）２０５（層厚０．４μｍ）を順次成長させる。
First, an n-
続いて、その直後に、成長温度を７００℃に変更し、ｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.3Ａｌ0.2Ｐクラッド層（２）２０５上にバッファ層（１）（Ｉｎ0.1Ｇａ0.54Ａｌ0.36Ａｓ、アンドープ、層厚０．０８μｍ）２０６、多重量子井戸活性層（アンドープ）２０７、バッファ層（２）（Ｉｎ0.1Ｇａ0.54Ａｌ0.36Ａｓ、アンドープ、層厚０．０８μｍ）２０８、ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.3Ａｌ0.2Ｐクラッド層（１）２０９及びｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１０をＭＯＣＶＤ成長により積層する。
Subsequently, immediately after that, the growth temperature was changed to 700 ° C., and the buffer layer (1) (In 0.1 Ga 0.54 Al 0.36 As, undoped, layer on the n-type In 0.5 Ga 0.3 Al 0.2 P clad layer (2) 205 0.08 μm) 206, multiple quantum well active layer (undoped) 207, buffer layer (2) (In 0.1 Ga 0.54 Al 0.36 As, undoped, layer thickness 0.08 μm) 208, p-type In 0.5 Ga 0.3 Al 0.2 P The cladding layer (1) 209 and the n-type GaAs
なお、多重量子井戸活性層２０７は、３層のアンドープの量子井戸活性層（層厚８ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.72Ａｌ0.08Ａｓ）と２層のアンドープのバリア層（層厚１０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.63Ａｌ0.27Ａｓ）を交互に配置した構成となっており、量子井戸活性層には約１．４％の圧縮歪が加えられている。
The multiple quantum well
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、電流ブロック層２１０のストライプ部分を選択エッチングにより除去する。その後、ウエハーを再度ＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、ＭＯＣＶＤ法による再成長により、ｐ型Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓクラッド層（２）２１１及びＰ型ＧａＡｓコンタクト層２１２を積層する。
Next, the wafer is taken out of the MOCVD apparatus, and the stripe portion of the
その後、ｎ型ＧａＡｓ基板２０２の底面にｎ型用電極２０１を形成し、また、Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１２上にｐ型用電極２１３を形成する。以上の工程を経て、本実施形態２の損失導波路型の半導体レーザが作製される。
Thereafter, an n-
なお、本実施形態２の半導体レーザ素子において、多重量子井戸活性層は、禁制帯幅がバッファ層より小さいため、井戸層の基底準位はバッファ層より小さくなる。また、バッファ層の禁制帯幅は、接するクラッド層より小さくなっている。 In the semiconductor laser device of the second embodiment, since the forbidden band width of the multiple quantum well active layer is smaller than that of the buffer layer, the ground level of the well layer is smaller than that of the buffer layer. Further, the forbidden band width of the buffer layer is smaller than that of the cladding layer in contact therewith.
次に、本実施形態２の半導体レーザのエージング結果を示す。本素子の発振波長は９２０ｎｍであり、９０℃における１０ｍＷの初期電流値は８０ｍＡであった。そして、５０℃、３０００時間のエージング後の駆動電流の変化△Ｉｏｐは、１ｍＡであり、良好な駆動電流の安定性が得られることを確認できた。 Next, the aging result of the semiconductor laser of the second embodiment is shown. The oscillation wavelength of this device was 920 nm, and the initial current value of 10 mW at 90 ° C. was 80 mA. The change ΔIop in drive current after aging at 50 ° C. for 3000 hours was 1 mA, and it was confirmed that good drive current stability was obtained.
ここで、本実施形態２では、上記の製造工程において、ＰＨ3を原料として使用した後に、成長温度を下げてＡｓＨ3を用いて成長を行っている。このような工程によれば、配管等に付着したＰを含む残留原料が、再蒸発して供給される効果（メモリー効果）を低減できる。即ち、ＰとＡｓが混じり合うのを低減できる。 Here, in the second embodiment, in the above manufacturing process, after using PH 3 as a raw material, the growth temperature is lowered and growth is performed using AsH 3 . According to such a process, the effect (memory effect) in which the residual raw material containing P adhering to the pipe or the like is re-evaporated and supplied can be reduced. That is, mixing of P and As can be reduced.
ここで、ＰとＡｓが混じり合う半導体においては、ＡｓとＰがそれぞれ個別に凝集する場合があり、結晶欠陥発生の原因となる。 Here, in a semiconductor in which P and As are mixed, As and P may be aggregated individually, which causes crystal defects.
しかるに、本実施形態２では、上記理由により、結晶欠陥発生の原因をその分低減できるので、本実施形態２によれば、各クラッド層及びバッファ層が設計通りに作製され、ＰとＡｓが混じり合うことが抑制されるので、信頼性の高い素子を得ることができる。 However, in the second embodiment, the cause of the occurrence of crystal defects can be reduced correspondingly for the above reason, and according to the second embodiment, each cladding layer and buffer layer are produced as designed, and P and As are mixed. Since matching is suppressed, a highly reliable element can be obtained.
なお、本実施形態２においては、活性層として、多重量子井戸層を用いているが、その活性層における禁制帯幅を適宜に設定すれば、上記実施形態１同様の効果を奏する半導体レーザを実現できる。 In the second embodiment, a multiple quantum well layer is used as the active layer. However, if the forbidden band width in the active layer is set appropriately, a semiconductor laser that achieves the same effect as in the first embodiment can be realized. it can.
また、本実施形態２では、活性層及びバッファ層として、Ｉｎを含む半導体を用いているが、上記（１）式及び（２）式、又は（３）式及び（４）式の条件を満たす組成であれば、ＡｌＧａＡｓ半導体層等を用いても同様の効果を得ることができる。 In the second embodiment, a semiconductor containing In is used for the active layer and the buffer layer, but the conditions of the above formulas (1) and (2), or (3) and (4) are satisfied. With the composition, the same effect can be obtained even if an AlGaAs semiconductor layer or the like is used.
更に、本実施形態２に示すように、活性層に歪を加えた場合でも、同様の効果を得ることができる。 Furthermore, as shown in the second embodiment, the same effect can be obtained even when strain is applied to the active layer.
なお、本実施形態２では、気相成長方法として、ＭＯＣＶＤ法により、Ｐを主たる構成要素として含むクラッド層の成長後にＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を積層する工程を有し、この工程において、クラッド層の成長温度Ｔ１よりもバッファ層の成長温度Ｔ２を低下させているが、このような気相成長方法は、ＭＯＣＶＤ成長以外に、ガスソースＭＢＥ、クロライド系ＶＰＥ等についても同様に適用することが可能である。 In the second embodiment, as a vapor phase growth method, there is a step of laminating a buffer layer containing As as a main component after the growth of a clad layer containing P as a main component by MOCVD. In this step, Although the growth temperature T2 of the buffer layer is lower than the growth temperature T1 of the cladding layer, such a vapor phase growth method is similarly applied to gas source MBE, chloride-based VPE, etc. in addition to MOCVD growth. It is possible.
（実施形態３）
図５は本発明半導体レーザの実施形態３を示す。本実施形態３は本発明を実屈折率導波型の半導体レーザに適用した例を示すが、本実施形態３は、ｐ型クラッド層の接するバッファ層の層厚ｄ２を、ｎ型クラッド層に接するバッファ層の層厚ｄ１よりも厚く設定したことに特徴を有する。以下に図５に基づきその構造を製造工程とともに説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows Embodiment 3 of the semiconductor laser of the present invention. The third embodiment shows an example in which the present invention is applied to a real refractive index waveguide type semiconductor laser. In the third embodiment, the thickness d2 of the buffer layer in contact with the p-type cladding layer is set to the n-type cladding layer. It is characterized in that it is set thicker than the layer thickness d1 of the buffer layer in contact therewith. The structure will be described below together with the manufacturing process based on FIG.
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３０２上にｎ型ＧａＡｓ層３０３、ｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.2Ａｌ0.3Ｐクラッド層３０４、バッファ層（１）（Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ、アンドープ、層厚０．０４μｍ）３０５、活性層（Ｇａ0.86Ａｌ0.14Ａｓ、アンドープ、層厚０．０６μｍ）３０６、バッファ層（２）（Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ、アンドープ、層厚０．０８μｍ）３０７、ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.2Ａｌ0.3Ｐクラッド層（１）３０８、ｐ型ＧａＡｓエッチングストッパ層３０９、ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.35Ａｌ0.15Ｐクラッド層（２）３１０及びｐ型ＧａＡｓ保護層３１１を第１回目のＭＢＥ成長により積層する。
First, on an n-
その後、ウエットエッチングを施し、続いて、第２回目のＭＢＥ成長により、ｎ型Ｇａ0.3Ａｌ0.7Ａｓ電流ブロツク層（１）３１２及びｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層（２）３１３を選択成長を用いて積層する。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板３０２の底面にｎ型用電極電極３０１を形成し、また、ｐ型ＧａＡｓ保護層３１１上にｐ型用電極３１４を形成する。以上の製造工程を経て、本実施形態３の実屈折率導波型の半導体レーザが作製される。
Thereafter, wet etching is performed, and then, by the second MBE growth, an n-type Ga 0.3 Al 0.7 As current block layer (1) 312 and an n-type GaAs current block layer (2) 313 are stacked by selective growth. To do. Thereafter, an n-
次に、本実施形態３の半導体レーザのエージング結果を示す。本素子は、発振波長７８０ｎｍであり、本素子を５０℃において５ｍＷの光出力のエージングを行ったところ、駆動電流は初期値が５０ｍＡであり、３０００時間後には０．５ｍＡの増加に抑えられ、安定した特性を得ることができることを確認できた。 Next, the aging result of the semiconductor laser of the third embodiment is shown. This device has an oscillation wavelength of 780 nm, and when the device was aged with an optical output of 5 mW at 50 ° C., the drive current had an initial value of 50 mA and was suppressed to an increase of 0.5 mA after 3000 hours. It was confirmed that stable characteristics could be obtained.
ここで、本実施形態３の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層（１）３０８の接するバッファ層３０７の層厚ｄ２が、ｎクラッド層３０４に接するバッファ層３０４５の層厚ｄ１より厚くなっている。
Here, in the semiconductor laser of the third embodiment, the layer thickness d2 of the
一般に、電子の拡散長は正孔より大きいため、層厚ｄ２を比較的大きくすれば、電子が少数キャリアとして、ｐ型クラッド層（１）３０８とバッファ層３０７との界面に到達することを抑制できる。また、正孔は拡散長が電子と比較して短いため、ｎ型クラッド層３０４に接するバッファ層３０５を薄くすることが可能であり、本実施形態２ではｄ２＞ｄ１としており、素子の信頼性がさらに向上している。
In general, since the electron diffusion length is larger than the holes, if the layer thickness d2 is relatively large, the electrons can be prevented from reaching the interface between the p-type cladding layer (1) 308 and the
なお、活性層及びバッファ層にＩｎを入れた場合でも、上記（１）式及び（２）式、又は（３）式及び（４）式の条件を満たす組成であれば、ＩｎＡｌＧａＡｓ半導体層等を用いても同様の効果を得ることができる。 Even when In is added to the active layer and the buffer layer, the InAlGaAs semiconductor layer or the like can be used as long as the composition satisfies the conditions of the above expressions (1) and (2), or (3) and (4). Even if it is used, the same effect can be obtained.
（その他の実施形態）
上述の実施形態１〜実施形態３では、いずれもバッファ層が２層設けられた例を示しているが、Ｐを主たる構成要素として含むクラッド層がｎ型のみであり、ｐ型クラッド層はＡｓを主たる構成要素としても同様の効果が得られる。逆に、Ｐを主たる構成要素として含むクラッド層がｐ型のみであり、ｎ型クラッド層はＡｓを主たる構成要素としても同様の効果が得られる。
(Other embodiments)
In the first to third embodiments described above, an example in which two buffer layers are provided is shown. However, the clad layer containing P as a main component is only n-type, and the p-type clad layer is As. The same effect can be obtained with the main component. On the contrary, the clad layer containing P as a main component is only p-type, and the n-type clad layer can obtain the same effect even when As is a main component.
１０１、２０１、３０１ ｎ型用電極
１１４、３１４ ｐ型用電極
１０２、２０２、３０２ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０３、２０３、３０３ ｎ型ＧａＡｓ層
１０４、２０４、２０５、３０４ ｎ型クラッド層
１０５、２０６、３０５ バッファ層
１０６、２０７、３０６ 活性層
１０７、２０８、３０７ バッファ層
１０８、１１０、２０９、２１３、３０８、３１０ ｐ型クラッド層
１１１、３１１ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１２、１１３、２１１、２１２、３１２、３１３ ｎ型電流ブロック層
１０９、３０９ エッチングストッパ層
101, 201, 301 n-
Claims (1)
Ｐを含むクラッド層と、該活性層との間に、禁制帯幅が該活性層より大きく、かつ該クラッド層より小さいＡｓを主たる構成要素として含むバッファ層を形成した半導体レーザ素子。 A first conductivity type cladding layer, an active layer and a second conductivity type cladding layer are sequentially laminated on a substrate, and at least one of the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer is formed. In a semiconductor laser device in which one cladding layer contains P as a main component and the active layer contains As as a main component,
A semiconductor laser device in which a buffer layer including, as a main component, As that has a forbidden band width larger than that of the active layer and smaller than that of the cladding layer is formed between the clad layer containing P and the active layer.
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