JP2008047641A - 半導体レーザ素子とその製造方法、光ディスク装置、および光伝送モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1導電型半導体基板上に順次積層された第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型のAl含有第1上クラッド層、ストライプ状リッジ形状の第2導電型の第2上クラッド層、および第2導電型コンタクト層を含むリッジ導波型半導体レーザ素子であって、第1上クラッド層の電子親和力がχ1で禁制帯幅がEg1であり、コンタクト層の電子親和力がχ2で禁制帯幅がEg2であるきに、第1導電型がn型で第2導電型がp型の場合には(χ1+Eg1)>(χ2+Eg2)の関係を満たし、第1導電型がp型で第2導電型がn型の場合にはχ1<χ2の関係を満たし、リッジ直下を除く領域には第1上クラッド層の表面酸化で形成された酸化物層が設けられており、リッジ頂部のコンタクト層、リッジ側面、および酸化物層の上に連なって直接被覆している金属電極層を備える。
【選択図】図1
Description
体基板上に、第1導電型の下クラッド層、活性層、Alを含む第2導電型の第1上クラッド層、第2導電型の第2上クラッド層、およびAlを含まない第2導電型のコンタクト層を順次形成する工程と、第2上クラッド層とコンタクト層の一部を除去してストライプ状のリッジを形成し、そのリッジを除く領域において第1上クラッド層の上面を部分的に露出させる工程と、リッジの直下を除く領域において第1上クラッド層の露出された上面から酸化させて酸化物層を形成する工程と、リッジの頂部のコンタクト層、そのリッジの少なくも一方側のリッジ側面、および酸化物層の上に連なって金属層を直接被覆させる電極層の形成工程とを含み、第1上クラッド層の電子親和力をχ1として禁制帯幅をEg1とし、コンタクト層の電子親和力をχ2として禁制帯幅をEg2としたときに、第1導電型がn型で第2導電型がp型の場合には(χ1+Eg1)>(χ2+Eg2)の条件を満たし、第1導電型がp型で第2導電型がn型の場合にはχ1<χ2の条件を満たすことを特徴としている。
図1は、本発明の実施形態1によるリッジ導波型半導体レーザ素子の積層構造を模式的な断面図で示している。なお、本願の各図において同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。また、図面における厚さ、長さ、幅などの寸法関係は図面の明瞭化と
簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。
に加えて、半導体レーザ素子100では、p型用電極層115と低ドープ上クラッド層108との間に酸化物層108bが設けられる。
流注入経路であり、p型用金属電極層115との間でにおける電気抵抗が低いことが望ましい。ところが、本実施形態1の酸化工程においては、第2コンタクト層114の表面も水蒸気にさらされる。したがって、第2コンタクト層114の表面においてできるだけ酸化物の発生を抑制するため、その第2コンタクト層にはAlを含まないIII−V族半導体材料(本実施例1ではGaAs)を用いることが望ましい。これによって、第2コンタクト層114とp型用電極層115との間における電気抵抗を低く抑えることができる。
図7は、本発明の実施形態2による半導体レーザ素子の積層構造を模式的な断面図で示している。この図7のレーザ素子200は、図1のレーザ素子100に比べて、低ドープ上クラッド層108と酸化物層108bが低ドープ上クラッド層下部208、酸化停止層209、および低ドープ上クラッド層上部210に置き換えられていることのみにおいて異なっている。なお、酸化停止層209としては、Alを含まないかまたはその含有量の少ないIII−V族化合物半導体を利用することができる。
図8は、本発明の実施形態3による半導体レーザ素子の積層構造を模式的な断面図で示している。図8のレーザ素子300は、図7のレーザ素子200に比べて、低ドープ上クラッド層上部210がAl組成比のより高いAlGaAs層310に置き換えられ、エッチングストップ層111を省略し、そしてリッジ形成外領域121bにおいて高Al組成層310を酸化させることによって酸化物層310bを形成していることのみにおいて異なっている。
lAsであり、実施形態1の露出半導体層であるAl0.5Ga0.5Asに比べてAl組成比が非常に高くて容易に酸化し得る。したがって、本実施形態3における露出半導体層の酸化のためには、実施形態1の露出半導体層に比べて、はるかに低温で短時間の熱処理で十分である。そして、AlAs半導体層310は、直下の酸化停止層209との界面まで、より均一に酸化させられ得る。
図12は、本発明の実施形態4による光ディスク装置の一例を模式的なブロック図で示している。この光ディスク装置400は、光ディスク401にデータを書き込みかつ書き込まれたデータを再生することができ、半導体レーザ素子402を備えている。この半導体レーザ素子402は実施形態3の半導体レーザ素子に類似しており、その活性層とガイド層にAlGaAs系半導体が用いられていて波長780nm帯で発振することのみにおいて異なっている。
素子402を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長780nm帯を用いる光ディスク記録装置および光ディスク再生装置や他の波長帯(例えば650nm帯)を利用する光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。
図13は、本発明の実施形態5による光伝送システムに使用される光伝送モジュール500を模式的断面図で示している。また、図14はこの光伝送モジュール500の光源付近を示す拡大図であり、図15はその光伝送モジュール500を用いた光伝送システムを模式的斜視図で示している。
p−AlGaAs低ドープ上クラッド層下部、209 酸化停止層、210、210a
p−AlGaAs低ドープ上クラッド層表面部、210b 酸化物層、310、310a AlAs高Al組成層、310b 酸化物層、400 光ディスク装置、401 光ディスク、402 半導体レーザ素子、403 コリメートレンズ、404 ビームスプリッタ、405 λ/4偏光板、406 対物レンズ、407 受光素子用対物レンズ、408 信号検出用受光素子、409 信号光再生回路、500、500a、500b 光伝送モジュール、501 回路基板、510 発光部、512 送信用レンズ、513
凹部、516 シリコーン樹脂、517 ワイヤ、520 受光部、521 フォトダイオード、522 受信用レンズ、526 ワイヤ、530 集積回路素子、514 実装面、515 ワイヤボンドパッド、541 基地局、542 パーソナルコンピュータ、601 n−GaAs基板、602 n−InGaP下クラッド層、603 InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層、604 p−InGaP上クラッド層、605 p−InGaAsコンタクト層、606 p型用金属電極層、607 n型用金属電極層、608 ショットキー接合部。
Claims (16)
- 第1導電型の半導体基板上に、第1導電型の下クラッド層、活性層、Alを含む第2導電型の第1上クラッド層、ストライプ状リッジを形成する第2導電型の第2上クラッド層、および第2導電型のコンタクト層が順次設けられたリッジ導波型半導体レーザ素子であって、
前記第1上クラッド層の電子親和力をχ1として禁制帯幅をEg1とし、前記コンタクト層の電子親和力をχ2として禁制帯幅をEg2としたときに、前記第1導電型がn型で前記第2導電型がp型の場合には(χ1+Eg1)>(χ2+Eg2)の関係を満たし、前記第1導電型がp型で前記第2導電型がn型の場合にはχ1<χ2の関係を満たし、
前記リッジの直下を除く領域には前記第1上クラッド層の上面を酸化することによって形成された酸化物層が設けられており、
前記リッジの頂部の前記コンタクト層、そのリッジの少なくも一方の側面、および前記酸化物層の上に連なって直接被覆している金属電極層を備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記コンタクト層における第2導電型のドーピング濃度が1×1018cm-3以上であり、前記第1上クラッド層のうちで前記酸化物層の直下に接する領域は第2導電型のドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度ドープ領域であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記第1上クラッド層において、前記低濃度ドープ領域と前記活性層との間には、1×1017cm-3より大きいドーピング濃度を有する第2導電型のドープ領域が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記コンタクト層の最上表面層はAlを含んでいないことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記第1上クラッド層の上面におけるIII族元素中のAl組成比は0.45より大きいことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記酸化物層の厚さは2nm以上20nm以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記第2上クラッド層は前記第1クラッド層に対して選択エッチング可能である材料で構成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記第1上クラッド層中において、前記第1上クラッド層に比べてAl組成比の低いかまたはAlを含まない半導体からなる酸化停止層が挿入されており、前記酸化物層は前記第1上クラッド層における前記酸化停止層より上側部分を酸化させることによって形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記第1上クラッド層の上面におけるIII族元素中のAl組成比は0.9以上であることを特徴とする請求項8に記載の半導体レーザ素子。
- 第1導電型の半導体基板上に、第1導電型の下クラッド層、活性層、Alを含む第2導電型の第1上クラッド層、第2導電型の第2上クラッド層、およびAlを含まない第2導電型のコンタクト層を順次形成する工程と、
前記第2上クラッド層と前記コンタクト層の一部を除去してストライプ状のリッジを形成し、そのリッジを除く領域において前記第1上クラッド層の上面を部分的に露出させる
工程と、
前記リッジの直下を除く領域において前記第1上クラッド層の前記露出された上面から酸化させて酸化物層を形成する工程と、
前記リッジの頂部の前記コンタクト層、そのリッジの少なくも一方の側面、および前記酸化物層の上に連なって金属層を直接被覆させる電極層の形成工程とを含み、
前記第1上クラッド層の電子親和力をχ1として禁制帯幅をEg1とし、前記コンタクト層の電子親和力をχ2として禁制帯幅をEg2としたときに、第1導電型がn型で第2導電型がp型の場合には(χ1+Eg1)>(χ2+Eg2)の条件を満たし、第1導電型がp型で第2導電型がn型の場合にはχ1<χ2の条件を満たすことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記第1クラッド層を形成する工程では、前記第1上クラッド層中に、その第1上クラッド層よりもAl組成比の低いかまたはAlを含まないIII−V族半導体からなる酸化停止層を設け、
前記酸化物層を形成する工程では、前記第1上クラッド層中において前記酸化停止層より上側の層を酸化させることによってその酸化物層を形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記リッジを形成して前記第1上クラッド層の上面を部分的に露出させる工程では、前記第1上クラッド層の上面が露出された時点において、その露出面に対して酸化性を有する液体または気体に接触させることによって前記酸化物層を形成することを特徴とする請求項10または11に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第1上クラッド層の最上部におけるIII族元素中のAl組成比は0.9以上であることを特徴とする請求項12に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記リッジを形成して前記第1上クラッド層の上面を部分的に露出させる工程では、前記コンタクト層の上にストライプ状のエッチングマスクを形成し、そのマスク以外の領域を上層から順次エッチングで除去していき、最後のエッチングでは過酸化水素水を含む液体のエッチング液を用いて前記第1上クラッド層の上面を露出させ、続いて、その露出面をそのまま前記エッチング液に接触させることによって前記酸化物層を形成することを特徴とする請求項12または13に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 請求項1から9のいずれかの半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光ディスク装置。
- 請求項1から9のいずれかの半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光伝送モジュール。
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JP2006220224A JP2008047641A (ja) | 2006-08-11 | 2006-08-11 | 半導体レーザ素子とその製造方法、光ディスク装置、および光伝送モジュール |
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WO2024104500A1 (zh) * | 2022-11-14 | 2024-05-23 | 中国科学院半导体研究所 | 高铝组分的氧化限制半导体激光器及其制备方法 |
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