JP2007317926A

JP2007317926A - Semiconductor laser element

Info

Publication number: JP2007317926A
Application number: JP2006146560A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Miura; 貴光三浦
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element capable of lowering a decrease in light emitting output and an increase in temperature at the time of power applying by suppressing a diffusion of a dopant to an active layer. <P>SOLUTION: At least a first conductive clad layer 3, an active layer 4, an undoped clad layer 5, and a second conductive clad layer 6 are sequentially laminated on a first conductive substrate 1. The thickness of the undoped clad layer is in the ranges of 15 nm to 45 nm, the dopant of the second conductive clad layer is Mg (magnesium), and the Mg concentration in the layer is within the range of 7 E+16 cm<SP>-3</SP>to 1 E+18 cm<SP>-3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ素子に係り、特に光ディスク装置等に用いられるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element, and more particularly to an AlGaInP-based semiconductor laser element used in an optical disk device or the like.

半導体レーザ素子は、高密度光ディスク装置，レーザプリンタ，バーコードリーダ，及び光計測機器の光源として広く用いられており、その中で、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録／再生装置の光源としては、６５０ｎｍ帯のレーザ光が得られるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子が使用されている。
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の従来例が特許文献１に記載されている。
特開平１０−３２１９４７号公報 Semiconductor laser elements are widely used as light sources for high-density optical disk devices, laser printers, barcode readers, and optical measuring devices. Among them, as a light source for DVD (Digital Versatile Disk) recording / reproducing devices, An AlGaInP-based semiconductor laser element capable of obtaining a laser beam in the 650 nm band is used.
A conventional example of an AlGaInP-based semiconductor laser element is described in Patent Document 1.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-321947

特許文献１に記載されているようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子は、一般的に、ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜鉛）が用いられる。
しかしながら、Ｚｎは拡散係数が大きいため、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法等による結晶成長の際または作製した半導体レーザ素子に通電した際に生じる熱によって、活性層と隣接するｐ型クラッド層中のＺｎが活性層中に移動する場合がある。
活性層中にＺｎが移動すると、このＺｎによって非発光再結合が起こり、発光出力が低下する問題が発生する。また、所定の発光出力を得るために半導体レーザ素子に通電する電流値を大きくすると、通電時における半導体レーザ素子の温度が上昇して半導体レーザ素子の寿命を悪化させる原因となる。 In an AlGaInP semiconductor laser element as described in Patent Document 1, Zn (zinc) is generally used as a p-type dopant.
However, since Zn has a large diffusion coefficient, heat generated during crystal growth by the MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) method or the like or when the manufactured semiconductor laser element is energized causes a change in the p-type cladding layer adjacent to the active layer. Zn may move into the active layer.
When Zn moves into the active layer, non-radiative recombination occurs due to this Zn, which causes a problem that the light emission output decreases. Also, if the value of the current applied to the semiconductor laser element is increased in order to obtain a predetermined light emission output, the temperature of the semiconductor laser element at the time of energization rises, causing the life of the semiconductor laser element to deteriorate.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ドーパントの活性層への拡散を抑制して、発光出力が低下したり通電時における温度が上昇したりすることを低減可能とする半導体レーザ素子を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of suppressing the diffusion of dopant into the active layer and reducing the decrease in light emission output or increase in temperature during energization. There is to do.

上記の課題を解決するために、本願各発明は次の手段を有する。
１）半導体レーザ素子において、第１導電型基板（１）上に、少なくとも、第１導電型クラッド層（３）と、活性層（４）と、アンドープクラッド層（５）と、第２導電型クラッド層（６）とが順次積層されてなる積層構造を有し、前記アンドープクラッド層は、その厚さが１５ｎｍ〜４５ｎｍの範囲内であり、前記第２導電型クラッド層は、Ｍｇ（マグネシウム）を含み、前記第２導電型クラッド層における前記Ｍｇの濃度が７Ｅ＋１６ｃｍ^−３〜１Ｅ＋１８ｃｍ^−３の範囲内である構成としたことを特徴とする半導体レーザ素子（２０）である。
２）前記第２導電型クラッド層上に少なくとも第２導電型キャップ層（１０）を有し、該第２導電型キャップ層は、Ｃ（炭素）を含み、前記第２導電型キャップ層における前記Ｃの濃度が１Ｅ＋１８ｃｍ^−３〜３Ｅ＋１９ｃｍ^−３の範囲内である構成としたことを特徴とする半導体レーザ素子である。 In order to solve the above problems, each invention of the present application has the following means.
1) In a semiconductor laser device, at least a first conductivity type cladding layer (3), an active layer (4), an undoped cladding layer (5), and a second conductivity type are formed on a first conductivity type substrate (1). A clad layer (6) is sequentially laminated; the undoped clad layer has a thickness in the range of 15 nm to 45 nm; and the second conductivity type clad layer is Mg (magnesium) The semiconductor laser device (20) is characterized in that the Mg concentration in the second conductivity type cladding layer is in the range of 7E + 16 cm ^{−3 to} 1E + 18 cm ⁻³ .
2) At least a second conductivity type cap layer (10) is provided on the second conductivity type cladding layer, and the second conductivity type cap layer contains C (carbon), and the second conductivity type cap layer includes The semiconductor laser device is characterized in that the C concentration is in the range of 1E + 18 cm ^{−3 to} 3E + 19 cm ⁻³ .

本発明によれば、特に、第１導電型基板上に、少なくとも、第１導電型クラッド層と活性層とアンドープクラッド層と第２導電型クラッド層とが順次積層された積層構造とし、アンドープクラッド層の厚さを１５ｎｍ〜４５ｎｍの範囲内とし、第２導電型クラッド層のドーパントをＭｇ（マグネシウム）とし、同層におけるＭｇ濃度を７Ｅ＋１６ｃｍ^−３〜１Ｅ＋１８ｃｍ^−３の範囲内とすることによって、ドーパントの活性層への拡散を抑制して、発光出力が低下したり通電時における温度が上昇したりすることを低減可能とするという効果を奏する。 According to the present invention, in particular, a laminated structure in which at least a first conductivity type cladding layer, an active layer, an undoped cladding layer, and a second conductivity type cladding layer are sequentially laminated on the first conductivity type substrate is provided. By making the layer thickness within the range of 15 nm to 45 nm, the dopant of the second conductivity type cladding layer is Mg (magnesium), and the Mg concentration in the same layer is within the range of 7E + 16 cm ^{−3 to} 1E + 18 cm ^−3. This suppresses the diffusion of the active layer into the active layer, thereby reducing the decrease in the light emission output and the increase in temperature during energization.

本発明の実施の形態を、好ましい実施例である第１実施例及び第２実施例により図１〜図６を用いて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 according to first and second embodiments, which are preferred embodiments.

＜第１実施例＞
まず、本発明の半導体レーザ素子の第１実施例を、第１工程~第３工程として図１〜図５を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の半導体レーザ素子の第１実施例における第１工程〜第３工程をそれぞれ説明するための模式的断面図である。
図４は、アンドープクラッド層の層厚と半導体レーザ素子の導通抵抗との関係を示す図である。
図５は、第１のｐ型クラッド層のドーパント（Ｍｇ）濃度と半導体レーザ素子の導通抵抗との関係を示す図である。 <First embodiment>
First, a first embodiment of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as first to third steps.
1 to 3 are schematic cross-sectional views for explaining the first to third steps in the first embodiment of the semiconductor laser device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the layer thickness of the undoped cladding layer and the conduction resistance of the semiconductor laser element.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the dopant (Mg) concentration of the first p-type cladding layer and the conduction resistance of the semiconductor laser device.

第１実施例では、詳細は後述するが、特に、活性層４と第１のｐ型クラッド層６との間にアンドープクラッド層５を設ける点、及び、第１のｐ型クラッド層６のドーパントとしてＭｇ（マグネシウム）を用いる点を特徴としている。 In the first embodiment, the details will be described later. In particular, the undoped cladding layer 5 is provided between the active layer 4 and the first p-type cladding layer 6, and the dopant of the first p-type cladding layer 6 is used. As a feature, Mg (magnesium) is used.

（第１工程）［図１参照］
ｎ型基板１上に、ｎ型バッファ層２，ｎ型クラッド層３，活性層４，アンドープクラッド層５，第１のｐ型クラッド層６，ｐ型エッチング停止層７，第２のｐ型クラッド層８，ｐ型中間層９，及びｐ型コンタクト層１０を、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法により、順次積層する。
なお、ｎ型を第１導電型、ｐ型を第２導電型と称する場合がある。 (First step) [See FIG. 1]
On the n-type substrate 1, an n-type buffer layer 2, an n-type clad layer 3, an active layer 4, an undoped clad layer 5, a first p-type clad layer 6, a p-type etching stop layer 7, and a second p-type clad The layer 8, the p-type intermediate layer 9, and the p-type contact layer 10 are sequentially laminated by MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) method.
The n-type may be referred to as a first conductivity type and the p-type may be referred to as a second conductivity type.

ｐ型エッチング停止層７は、後述するｐ型リッジ１５を形成するためのエッチングを行う際に、このエッチングによって下層である第１のｐ型クラッド層６がエッチングされることを防止するために設けられている。
また、第２のｐ型クラッド層８とｐ型コンタクト層１０とのバンドギャップの差が大きいために、バンド不連続によるポテンシャルバリアが形成される。このポテンシャルバリアは、半導体レーザ素子の導通抵抗を大きくするので、動作電圧が上昇するといった問題が発生する。そこで、第２のｐ型クラッド層８とｐ型コンタクト層１０との間に、第２のｐ型クラッド層８とｐ型コンタクト層１０との中間のバンドギャップを有するｐ型中間層９を介在させることによって、このポテンシャルバリアの形成を抑制することができる。 The p-type etching stop layer 7 is provided to prevent the first p-type cladding layer 6 as a lower layer from being etched by this etching when etching for forming a p-type ridge 15 described later is performed. It has been.
In addition, since the difference in band gap between the second p-type cladding layer 8 and the p-type contact layer 10 is large, a potential barrier due to band discontinuity is formed. Since this potential barrier increases the conduction resistance of the semiconductor laser element, there arises a problem that the operating voltage increases. Therefore, a p-type intermediate layer 9 having an intermediate band gap between the second p-type cladding layer 8 and the p-type contact layer 10 is interposed between the second p-type cladding layer 8 and the p-type contact layer 10. Therefore, the formation of this potential barrier can be suppressed.

上述の各層における、層厚，主の構成材料，ドーパント，及びドーパント濃度を表１に示す。 Table 1 shows the layer thickness, main constituent material, dopant, and dopant concentration in each of the above-described layers.

表１に示すように、第１実施例では、アンドープクラッド層５の層厚を３０ｎｍとし、ｐ型第１クラッド層６のドーパント及びドーパント濃度をＭｇ（マグネシウム）及び７Ｅ＋１７ｃｍ^−３としたが、その理由については後述することとする。 As shown in Table 1, in the first example, the layer thickness of the undoped cladding layer 5 was 30 nm, and the dopant and dopant concentration of the p-type first cladding layer 6 were Mg (magnesium) and 7E + 17 cm ^−3. The reason will be described later.

また、第１実施例では、上述の各層を成膜する際の原料ガスとして、構成元素Ｇａ（ガリウム）にはＴＭＧ（トリメチルガリウム），構成元素Ａｌ（アルミニウム）にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），構成元素Ｉｎ（インジウム）にはＴＭＩ（トリメチルインジウム），構成元素Ａｓ（砒素）にはＡｓＨ_３（アルシン），構成元素Ｐ（リン）にはＰＨ_３（ホスフィン）を用いた。 In the first embodiment, TMG (trimethylgallium) is used as the constituent element Ga (gallium), TMA (trimethylaluminum) is used as the constituent element Al (aluminum), and the constituent gases are used as source gases for forming the above-described layers. TMI (trimethylindium) was used as the element In (indium), AsH ₃ (arsine) was used as the constituent element As (arsenic), and PH ₃ (phosphine) was used as the constituent element P (phosphorus).

また、第１実施例では、ｎ型ドーパントＳｉ（シリコン）の原料ガスとしてＳｉＨ_４（シラン），ｐ型ドーパントＺｎ（亜鉛）の原料ガスとしてＤＭＺ（ジメチル亜鉛），及びｐ型ドーパントＭｇの原料ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いた。 In the first embodiment, SiH ₄ (silane) as a source gas for n-type dopant Si (silicon), DMZ (dimethylzinc) as a source gas for p-type dopant Zn (zinc), and a source gas for p-type dopant Mg Cp2Mg (biscyclopentadienylmagnesium) was used.

また、第１実施例では、各層を積層する際の基板加熱温度を５３０℃とした。 In the first example, the substrate heating temperature when laminating each layer was set to 530 ° C.

（第２工程）［図２参照］
フォトリソ法によって、ｐ型コンタクト層１０，ｐ型中間層９，及び第２のｐ型クラッド層８を選択的に順次エッチング除去し、幅ｗ１５が１〜２μｍであるｐ型リッジ１５をストライプ状に形成する。 (Second step) [See FIG. 2]
The p-type contact layer 10, the p-type intermediate layer 9, and the second p-type cladding layer 8 are selectively etched and removed sequentially by photolithography, and the p-type ridge 15 having a width w15 of 1 to 2 μm is striped. Form.

（第３工程）［図３参照］
ｐ型リッジ１５及び第２工程により露出したｐ型エッチング停止層７の各表面上にｐ側電極１７を形成し、ｎ型基板１の積層方向とは反対側の面にｎ側電極１８を形成する。
ｐ型エッチング停止層７は、そのドーパント濃度がｐ型コンタクト層１０に対して低いので、ｐ側電極１７とｐ型エッチング停止層７とはショットキー接合となり、ｐ側電極１７とｐ型コンタクト層１０とはオーミック接合となる。 (Third step) [See FIG. 3]
A p-side electrode 17 is formed on each surface of the p-type ridge 15 and the p-type etching stop layer 7 exposed in the second step, and an n-side electrode 18 is formed on the surface opposite to the stacking direction of the n-type substrate 1. To do.
Since the p-type etching stop layer 7 has a lower dopant concentration than the p-type contact layer 10, the p-side electrode 17 and the p-type etching stop layer 7 form a Schottky junction, and the p-side electrode 17 and the p-type contact layer 10 is an ohmic junction.

上述した第１工程〜第３工程により、第１実施例における半導体レーザ素子２０を得る。 The semiconductor laser device 20 in the first embodiment is obtained by the first to third steps described above.

この半導体レーザ素子２０は、ｐ型電極１７側からｎ型電極１８側に向かって順方向電流を注入した際、この電流はｐ側電極１７とオーミック接合しているｐ型コンタクト層１０を通って半導体レーザ素子２０内部に流れ、この電流が発振しきい値以上になったとき、ｐ型リッジ１５の下部に対応した活性層４部からレーザ光を出射させるものである。 In this semiconductor laser element 20, when a forward current is injected from the p-type electrode 17 side toward the n-type electrode 18 side, this current passes through the p-type contact layer 10 that is in ohmic contact with the p-side electrode 17. When this current flows into the semiconductor laser element 20 and the current exceeds the oscillation threshold value, laser light is emitted from the active layer 4 corresponding to the lower portion of the p-type ridge 15.

ここで、第１実施例において、アンドープクラッド層５の層厚を３０ｎｍとし、ｐ型第１クラッド層６のドーパント及びドーパント濃度をＭｇ（マグネシウム）及び７Ｅ＋１７ｃｍ^−３とした理由について説明する。 Here, the reason why the layer thickness of the undoped cladding layer 5 is 30 nm and the dopant and dopant concentration of the p-type first cladding layer 6 are Mg (magnesium) and 7E + 17 cm ⁻³ in the first embodiment will be described.

上述したように、結晶成長の際、または、作製した半導体レーザ素子に通電した際に生じる熱によって、活性層と隣接する第１のｐ型クラッド層中のＺｎが活性層中に移動する場合がある。
活性層中にＺｎが移動すると、このＺｎによって非発光再結合が起こり、発光出力が低下する問題が発生する。また、所定の発光出力を得るために半導体レーザ素子に通電する電流値を大きくすると、通電時における半導体レーザ素子の温度が上昇して半導体レーザ素子の寿命を悪化させる原因となる。 As described above, Zn in the first p-type cladding layer adjacent to the active layer may move into the active layer due to heat generated during crystal growth or when the manufactured semiconductor laser element is energized. is there.
When Zn moves into the active layer, non-radiative recombination occurs due to this Zn, which causes a problem that the light emission output decreases. Also, if the value of the current applied to the semiconductor laser element is increased in order to obtain a predetermined light emission output, the temperature of the semiconductor laser element at the time of energization rises, causing the life of the semiconductor laser element to deteriorate.

そこで、第１実施例では、活性層４とｐ型第１クラッド層６との間にアンドープクラッド層５を設けることにより、加熱によってｐ型第１クラッド層６中のＺｎはこのｐ型第１クラッド層６と隣接するアンドープクラッド層５に移動するが、このアンドープクラッド層５がバッファとして機能するので、活性層４へのＺｎの移動量を低減することができる。 Therefore, in the first embodiment, by providing the undoped cladding layer 5 between the active layer 4 and the p-type first cladding layer 6, Zn in the p-type first cladding layer 6 is heated by the p-type first cladding. Although it moves to the undoped cladding layer 5 adjacent to the cladding layer 6, since this undoped cladding layer 5 functions as a buffer, the amount of movement of Zn to the active layer 4 can be reduced.

また、アンドープクラッド層５の層厚が厚いほど、活性層４へのＺｎの移動量をより低減できるが、このアンドープクラッド層５の導通抵抗が大きくなるため、作成された半導体レーザ素子の導通抵抗も大きくなる。そのため、この半導体レーザ素子に通電した際の消費電力が大きくなってしまう。
そこで、発明者が鋭意実験した結果、半導体レーザ素子の導通抵抗を１２Ω以下にすることが望ましく、半導体レーザ素子の導通抵抗を１２Ω以下にするためには、図４に示すように、アンドープクラッド層５の層厚を４５ｎｍ以下にすればよいことを見出した。 Further, the thicker the undoped cladding layer 5 is, the more the amount of Zn transferred to the active layer 4 can be reduced. However, since the conduction resistance of the undoped cladding layer 5 is increased, the conduction resistance of the produced semiconductor laser device is increased. Also grows. Therefore, the power consumption when energizing the semiconductor laser element is increased.
Therefore, as a result of inventor's diligent experiment, it is desirable that the conduction resistance of the semiconductor laser element is 12Ω or less. In order to make the conduction resistance of the semiconductor laser element 12Ω or less, as shown in FIG. It was found that the layer thickness of 5 should be 45 nm or less.

一方、アンドープクラッド層５の層厚が薄いと、加熱によって第１のｐ型クラッド層６中のドーパントであるＺｎがこのアンドープクラッド層５を通過して活性層４に移動してしまう。 On the other hand, if the layer thickness of the undoped cladding layer 5 is thin, Zn which is a dopant in the first p-type cladding layer 6 passes through the undoped cladding layer 5 and moves to the active layer 4 due to heating.

そこで、発明者は、アンドープクラッド層５の層厚が薄い場合、例えば４５ｎｍ以下の場合においても、第１のｐ型クラッド層６中のドーパントが活性層４に移動することを抑制するために、ｐ型第１クラッド層６のドーパント及びドーパント濃度に着目した。
そして、発明者が鋭意実験した結果、図５に示すように、第１のｐ型クラッド層６のドーパントをＺｎよりも拡散しにくいＭｇとし、ドーパント（Ｍｇ）濃度を７Ｅ＋１６ｃｍ^−３以上とすることによって半導体レーザ素子の導通抵抗を１２Ω以下にでき、また、ドーパント（Ｍｇ）濃度を１Ｅ＋１８ｃｍ^−３以下とすることによって活性層４へのドーパント（Ｍｇ）の移動を抑制できることを見出した。
従って、上述の結果から、第１のｐ型クラッド層６のドーパント（Ｍｇ）濃度を７Ｅ＋１６ｃｍ^−３〜１Ｅ＋１８ｃｍ^−３の範囲内とすることが必要である。 In view of this, the inventor suppresses the migration of the dopant in the first p-type cladding layer 6 to the active layer 4 even when the undoped cladding layer 5 is thin, for example, 45 nm or less. Attention was paid to the dopant and dopant concentration of the p-type first cladding layer 6.
As a result of intensive experiments by the inventors, as shown in FIG. 5, the dopant of the first p-type cladding layer 6 is Mg, which is less diffusible than Zn, and the dopant (Mg) concentration is 7E + 16 cm ⁻³ or more. It has been found that the conduction resistance of the semiconductor laser element can be reduced to 12Ω or less, and the movement of the dopant (Mg) to the active layer 4 can be suppressed by setting the dopant (Mg) concentration to 1E + 18 cm ⁻³ or less.
Therefore, from the above results, it is necessary that the dopant (Mg) concentration of the first p-type cladding layer 6 be in the range of 7E + 16 cm ^{−3 to} 1E + 18 cm ⁻³ .

また、発明者が鋭意実験した結果、第１のｐ型クラッド層６のドーパント（Ｍｇ）濃度を７Ｅ＋１６ｃｍ^−３〜１Ｅ＋１８ｃｍ^−３の範囲内とした際に、このＭｇの活性層４への移動を抑制するためには、アンドープクラッド層５の層厚は１５ｎｍ以上が必要であることを見出した。 Further, as a result of intensive experiments by the inventor, when the dopant (Mg) concentration of the first p-type cladding layer 6 is set within the range of 7E + 16 cm ^{−3 to} 1E + 18 cm ⁻³ , this migration of Mg to the active layer 4 In order to suppress it, it discovered that the layer thickness of the undoped clad layer 5 needed 15 nm or more.

従って、上述の結果から、アンドープクラッド層５の層厚を１５ｎｍ〜４５ｎｍの範囲内とすることが必要である。 Therefore, from the above results, it is necessary that the thickness of the undoped cladding layer 5 be in the range of 15 nm to 45 nm.

そこで、第１実施例では、上述の結果に基づいて、アンドープクラッド層５の層厚を３０ｎｍとし、ｐ型第１クラッド層６のドーパント及びドーパント濃度をＭｇ（マグネシウム）及び７Ｅ＋１７ｃｍ^−３とした。 Therefore, in the first embodiment, the layer thickness of the undoped cladding layer 5 is set to 30 nm, and the dopant and dopant concentration of the p-type first cladding layer 6 are set to Mg (magnesium) and 7E + 17 cm ⁻³ based on the above result.

＜第２実施例＞
次に、本発明の半導体レーザ素子の第２実施例について説明する。
第２実施例は、上述した第１実施例に対して、特に、ｐ型コンタクト層１０のドーパントとしてＣ(炭素)を用いる点を特徴としており、ｐ型コンタクト層１０におけるドーパント及びドーパント濃度以外は、第１実施例と同じである。 <Second embodiment>
Next, a second embodiment of the semiconductor laser device of the present invention will be described.
The second embodiment is characterized by using C (carbon) as the dopant of the p-type contact layer 10 in particular with respect to the first embodiment described above, except for the dopant and dopant concentration in the p-type contact layer 10. This is the same as the first embodiment.

上述した表１に示すように、各ｐ型層の中で最もドーパント濃度が高い層は、ｐ型コンタクト層１０である。
そのため、結晶成長の際の基板加熱温度によっては、ｐ型コンタクト層１０中のＺｎが活性層４中に移動する場合がある。 As shown in Table 1 above, the p-type contact layer 10 has the highest dopant concentration among the p-type layers.
Therefore, Zn in the p-type contact layer 10 may move into the active layer 4 depending on the substrate heating temperature during crystal growth.

そこで、発明者は、ｐ型コンタクト層１０のドーパント及びドーパント濃度に着目した。
そして、発明者が鋭意実験した結果、図６に示すように、ｐ型コンタクト層１０のドーパントをＺｎよりも拡散しにくいＣ（炭素）とし、ドーパント（Ｃ）濃度を１Ｅ＋１８ｃｍ^−３以上とすることによって半導体レーザ素子の導通抵抗を１２Ω以下にでき、また、ドーパント（Ｃ）濃度を３Ｅ＋１９ｃｍ^−３以下とすることによって活性層４へのドーパント（Ｃ）の移動を抑制できることを見出した。
図６は、ｐ型コンタクト層のドーパント（Ｃ）濃度と半導体レーザ素子の導通抵抗との関係を示す図である。
従って、上述の結果から、ｐ型コンタクト層１０のドーパント（Ｃ）濃度を１Ｅ＋１８ｃｍ^−３〜３Ｅ＋１９ｃｍ^−３の範囲内とすることが必要である。 Therefore, the inventors focused on the dopant and dopant concentration of the p-type contact layer 10.
As a result of intensive experiments by the inventors, as shown in FIG. 6, the dopant of the p-type contact layer 10 is C (carbon), which is less diffusible than Zn, and the dopant (C) concentration is 1E + 18 cm ⁻³ or more. It has been found that the conduction resistance of the semiconductor laser element can be reduced to 12Ω or less, and the movement of the dopant (C) to the active layer 4 can be suppressed by setting the dopant (C) concentration to 3E + 19 cm ⁻³ or less.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the dopant (C) concentration of the p-type contact layer and the conduction resistance of the semiconductor laser element.
Therefore, from the above results, it is necessary that the dopant (C) concentration of the p-type contact layer 10 be in the range of 1E + 18 cm ^{−3 to} 3E + 19 cm ⁻³ .

なお、ｐ型コンタクト層１０を成膜する際のｐ型ドーパントＣの原料ガスとしてＣＢｒ４（カーボンテトラブロマイド）を用いた。 CBr 4 (carbon tetrabromide) was used as a source gas for the p-type dopant C when forming the p-type contact layer 10.

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。 The embodiment of the present invention is not limited to the configuration and procedure described above, and it goes without saying that modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、第１実施例及び第２実施例における各層は、表１に示す各値に限定されるものではなく、上述した条件を満たしていれば、任意の値にすることができる。 For example, the layers in the first and second embodiments are not limited to the values shown in Table 1, and can be set to arbitrary values as long as the above-described conditions are satisfied.

また、第１実施例及び第２実施例では、基板加熱温度を５３０℃としたが、これに限定されるものではない。発明者が鋭意実験した結果、基板加熱温度、特にｐ型コンタクト層１０を成膜する際の基板加熱温度を４８０℃〜５８０℃の範囲内にすることにより、第１実施例及び第２実施例と同様の効果が得られることを見出した。 In the first embodiment and the second embodiment, the substrate heating temperature is set to 530 ° C., but is not limited to this. As a result of inventor's diligent experiments, the substrate heating temperature, particularly the substrate heating temperature when forming the p-type contact layer 10 is set within the range of 480 ° C. to 580 ° C. It was found that the same effect can be obtained.

また、第１実施例及び第２実施例では、ｐ型第１クラッド層６のドーパントとしてＭｇを用いたがこれに限定されるものではなく、例えば、Ｚｎよりも拡散しにくいＣ(炭素)を用いることができる。 In the first and second embodiments, Mg is used as the dopant of the p-type first cladding layer 6, but the present invention is not limited to this. For example, C (carbon) that is less diffusible than Zn is used. Can be used.

また、第１実施例及び第２実施例では、ｐ型コンタクト層１０のドーパントとしてＺｎ及びＣを用いたがこれに限定されるものではなく、例えば、Ｚｎよりも拡散しにくいＭｇを用いることができる。
ただし、ｐ型コンタクト層１０はｎ型基板１上に最後に積層される層であり、Ｍｇは成膜装置の内面や基板ホルダーに残留しやすい物質なので、成膜後に成膜装置の内面や基板ホルダーに残留したＭｇが、次の成膜の際に、活性層等の他の層にドーピングされる虞がある。
従って、第１実施例及び第２実施例のように、ｐ型コンタクト層１０のドーパントとしてＭｇ以外のＺｎやＣを用いることが望ましい。 In the first and second embodiments, Zn and C are used as the dopant of the p-type contact layer 10, but the present invention is not limited to this. For example, Mg that is less diffusible than Zn is used. it can.
However, since the p-type contact layer 10 is the last layer laminated on the n-type substrate 1 and Mg is a substance that tends to remain on the inner surface of the film forming apparatus and the substrate holder, the inner surface and the substrate of the film forming apparatus after film formation. There is a possibility that Mg remaining in the holder may be doped into another layer such as an active layer in the next film formation.
Therefore, it is desirable to use Zn or C other than Mg as the dopant of the p-type contact layer 10 as in the first and second embodiments.

本発明の半導体レーザ素子の第１実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 1st process in 1st Example of the semiconductor laser element of this invention. 本発明の半導体レーザ素子の第１実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 2nd process in 1st Example of the semiconductor laser element of this invention. 本発明の半導体レーザ素子の第１実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the 3rd process in 1st Example of the semiconductor laser element of this invention. アンドープクラッド層の層厚と半導体レーザ素子の導通抵抗との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the layer thickness of an undoped clad layer, and the conduction resistance of a semiconductor laser element. 第１のｐ型クラッド層のドーパント（Ｍｇ）濃度と半導体レーザ素子の導通抵抗との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the dopant (Mg) density | concentration of a 1st p-type clad layer, and the conduction | electrical_connection resistance of a semiconductor laser element. ｐ型コンタクト層のドーパント（Ｃ）濃度と半導体レーザ素子の導通抵抗との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the dopant (C) density | concentration of a p-type contact layer, and the conduction | electrical_connection resistance of a semiconductor laser element.

符号の説明Explanation of symbols

１ｎ型基板、２ｎ型バッファ層、３ｎ型クラッド層、４活性層、５アンドープクラッド層、６第１のｐ型クラッド層、７ｐ型エッチング停止層、８第２のｐ型クラッド層、９ｐ型中間層、１０ｐ型コンタクト層、１５ｐ型リッジ、１７ｐ側電極、１８ｎ側電極、２０半導体レーザ素子、ｗ１５幅 1 n-type substrate, 2 n-type buffer layer, 3 n-type cladding layer, 4 active layer, 5 undoped cladding layer, 6 first p-type cladding layer, 7 p-type etching stop layer, 8 second p-type cladding layer 9 p-type intermediate layer, 10 p-type contact layer, 15 p-type ridge, 17 p-side electrode, 18 n-side electrode, 20 semiconductor laser element, w15 width

Claims

半導体レーザ素子において、
第１導電型基板上に、少なくとも、第１導電型クラッド層と、活性層と、アンドープクラッド層と、第２導電型クラッド層とが順次積層されてなる積層構造を有し、
前記アンドープクラッド層は、その厚さが１５ｎｍ〜４５ｎｍの範囲内であり、
前記第２導電型クラッド層は、Ｍｇ（マグネシウム）を含み、前記第２導電型クラッド層における前記Ｍｇの濃度が７Ｅ＋１６ｃｍ^−３〜１Ｅ＋１８ｃｍ^−３の範囲内である構成としたことを特徴とする半導体レーザ素子。 In a semiconductor laser device,
On the first conductivity type substrate, at least a first conductivity type clad layer, an active layer, an undoped clad layer, and a second conductivity type clad layer are sequentially laminated,
The undoped cladding layer has a thickness in the range of 15 nm to 45 nm;
The second conductivity type clad layer contains Mg (magnesium), and the Mg concentration in the second conductivity type clad layer is in a range of 7E + 16 cm ^{−3 to} 1E + 18 cm ^−3. Laser element.

前記第２導電型クラッド層上に少なくとも第２導電型キャップ層を有し、
該第２導電型キャップ層は、Ｃ（炭素）を含み、前記第２導電型キャップ層における前記Ｃの濃度が１Ｅ＋１８ｃｍ^−３〜３Ｅ＋１９ｃｍ^−３の範囲内である構成としたことを特徴とする半導体レーザ素子。 Having at least a second conductivity type cap layer on the second conductivity type cladding layer;
The second conductivity type cap layer contains C (carbon), and the concentration of C in the second conductivity type cap layer is in a range of 1E + 18 cm ^{−3 to} 3E + 19 cm ^−3. Laser element.