JP2512223B2 - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関
し、特に精密な波長制御を必要とする固体レーザ励起用
の高出力半導体レーザおよびその製造方法に関するもの
である。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor laser and a method for manufacturing the same, and more particularly to a high-power semiconductor laser for pumping a solid-state laser that requires precise wavelength control and a method for manufacturing the same. Is.
第２図（ａ）は山田らがクァンタムエレクトロニクス
Vol.21（1985）P.640〜654に掲載した量子井戸（以下QW
と略す）構造の半導体レーザ（以下LDと略す）を示す断
面図、第２図（ｂ）はそのQW構造を示す図、第２図
（ｃ）は第２図（ｂ）に示すQW構造の各層のアルミ組成
比プロファイルを示す図である。Figure 2 (a) shows Quantum Electronics by Yamada et al.
Quantum wells published in Vol.21 (1985) P.640-654 (hereinafter QW
Is a sectional view showing a semiconductor laser (hereinafter abbreviated as LD) having a structure, FIG. 2 (b) is a view showing its QW structure, and FIG. 2 (c) is a QW structure shown in FIG. 2 (b). It is a figure which shows the aluminum composition ratio profile of each layer.
第２図（ａ），（ｂ）において、19はｐ−GaAsコンタ
クト層、20はｐ電極、21は絶縁膜、22はｐ−Al0.45Ga
0.55As上クラッド層、23は多重量子井戸（MQW）層、24
はｎ−Al0.45Ga0.55As下クラッド層、25はｎ−GaAs基
板、26はｎ電極、27は厚さ120ÅのGaAsウェル層、28は
厚さ35ÅのAl0.2Ga0.8Asバリア層である。In FIGS. 2A and 2B, 19 is a p-GaAs contact layer, 20 is a p-electrode, 21 is an insulating film, and 22 is p-Al 0.45 Ga.
0.55 As upper cladding layer, 23 multiple quantum well (MQW) layer, 24
Is an n-Al 0.45 Ga 0.55 As lower cladding layer, 25 is an n-GaAs substrate, 26 is an n electrode, 27 is a 120 Å thick GaAs well layer, and 28 is a 35 Å thick Al 0.2 Ga 0.8 As barrier layer.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
第２図（ａ）において、QW構造を有するLDのpn接合に
対して順方向にしきい値電流以下の電流を流すと、MQW
層23でレーザ発振が生じ、外部にレーザ光が放射され
る。通常のLDでは、活性領域は0.05〜0.2μｍ程度の層
厚で構成されているが、QW構造のLDの場合、MQW層23
は、第２図（ｂ）に示すようなGaAsウェル層27とAl0.2G
a0.8Asバリア層28で構成されている。GaAsウェル層27の
層厚が電子のド・ブロイ波長より小さな領域、つまり、
300Å以下の領域では量子サイズ効果が生じる。この結
果、通常のLDに比べて利得が高くなり、低しきい値化，
低動作電流化が図られる。また、吸収損失の低減や高速
変調化というメリットもある。In Fig. 2 (a), when a current below the threshold current is applied to the pn junction of the LD having the QW structure, the MQW
Laser oscillation occurs in the layer 23, and laser light is emitted to the outside. In a normal LD, the active region is formed with a layer thickness of about 0.05 to 0.2 μm, but in the case of a QW structure LD, the MQW layer 23
Is a GaAs well layer 27 and Al 0.2 G as shown in FIG. 2 (b).
a 0.8 As composed of barrier layer 28. A region where the layer thickness of the GaAs well layer 27 is smaller than the de Broglie wavelength of electrons, that is,
The quantum size effect occurs in the region below 300Å. As a result, the gain is higher than that of a normal LD, and the threshold value is lowered.
A low operating current can be achieved. Further, there are advantages such as reduction of absorption loss and high speed modulation.
QW構造のLDの場合、バンドギャップエネルギはウェル
層厚に依存し、ウェル層厚が薄くなるほど量子サイズ効
果が顕著になる結果、バンドギャップエネルギは大きく
なる方へシフトする。In the case of the LD having the QW structure, the bandgap energy depends on the well layer thickness, and the quantum size effect becomes more remarkable as the well layer thickness becomes thinner, and as a result, the bandgap energy shifts to the larger side.
第３図はウェル層厚とバンドギャップエネルギの関係
を示す。この図からわかるように、ウェル層厚が100Å
以下になる領域から、バンドギャップエネルギは急激に
大きくなる。この結果、レーザ発振波長は急激に短波長
側にシフトする。FIG. 3 shows the relationship between the well layer thickness and the band gap energy. As can be seen from this figure, the well layer thickness is 100Å
The bandgap energy increases rapidly from the region below. As a result, the laser oscillation wavelength abruptly shifts to the short wavelength side.
従来のQW構造のLDは、以下のように構成されており、
GaAsでウェル層が構成されている場合は、固体レーザ励
起や光ディスク用レーザに必要な波長域の出力光を得る
ためにはウェル層を50Å以下としなければならず、この
領域では量子サイズ効果が強く、層厚の微妙な変化に対
してバンドギャップエネルギが大きく変化し、これによ
りレーザ発振波長も大きく変化するので精密な波長制御
はきわめて困難であった。従って、波長スペックがきび
しい場合は、歩留りが非常に低くなるという問題点があ
った。A conventional LD with a QW structure is configured as follows,
When the well layer is composed of GaAs, the well layer must be 50 Å or less to obtain output light in the wavelength range required for solid-state laser excitation and laser for optical disks, and the quantum size effect is Since the bandgap energy greatly changes with a slight change in the layer thickness, and the laser oscillation wavelength also changes greatly, precise wavelength control is extremely difficult. Therefore, when the wavelength specifications are severe, the yield becomes very low.
この発明は、上記のような問題点を解決するためにな
されたもので、QW構造のLDの精密なレーザ発振波長制御
を容易に行うことができるLDおよびその製造方法を得る
ことを目的とするものである。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain an LD capable of easily performing precise laser oscillation wavelength control of a QW structure LD and a manufacturing method thereof. It is a thing.
この発明に係る半導体レーザ装置は、ｐ型およびｎ型
クラッド層で挟まれたウェル及びバリア層からなる量子
井戸構造の活性層が、上記ｐ型クラッド層から拡散した
ｐ型ドーパントに起因して生じたウェル層とバリア層間
での相互拡散により、所望のバンドギャップエネルギと
なった構造を有するものである。In the semiconductor laser device according to the present invention, an active layer having a quantum well structure including a well and a barrier layer sandwiched between p-type and n-type cladding layers is generated due to the p-type dopant diffused from the p-type cladding layer. The structure has a desired bandgap energy due to the mutual diffusion between the well layer and the barrier layer.
また、この発明に係る半導体レーザの構造方法は、所
望のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギをも
つようにその組成及び層厚、または層厚を設定したAlx
Ga1-x As（０≦ｘ）ウェル層、及び該ウェル層を挟むAl
y Ga1-y As（ｘ＜ｙ）バリア層からなる量子井戸構造の
活性層と、該活性層を挟むｐ型およびｎ型クラッド層を
エピタキシャル成長により形成した後、ウェハを一定時
間アニールして上記Ｐ型クラッド層から活性層中へのｐ
型ドーパントの拡散に起因するウェル層とバリア層での
相互拡散を生ぜしめ、上記ウェル層のバンドギャップエ
ネルギを所望の値に変化させるようにしたものである。In addition, the method of constructing a semiconductor laser according to the present invention is such that the composition and layer thickness, or layer thickness, of Al x is set so as to have energy smaller than a desired band gap energy.
Ga 1-x As (0 ≦ x) well layer and Al sandwiching the well layer
After forming an active layer of a quantum well structure composed of y Ga 1-y As (x <y) barrier layers and p-type and n-type cladding layers sandwiching the active layer by epitaxial growth, the wafer is annealed for a certain period of time to P from the P-type cladding layer into the active layer
Mutual diffusion is caused in the well layer and the barrier layer due to the diffusion of the type dopant, and the band gap energy of the well layer is changed to a desired value.
この発明においては、ｐ型クラッド層からのｐ型ドー
パントの熱拡散に起因するウェル層とバリア層間での相
互拡散により所望のバンドギャップエネルギとなった量
子井戸構造を備えたものとしたから、精密な発振波長制
御が容易なレーザ構造を得ることができる。According to the present invention, the quantum well structure having a desired bandgap energy is provided by the mutual diffusion between the well layer and the barrier layer due to the thermal diffusion of the p-type dopant from the p-type cladding layer. It is possible to obtain a laser structure with easy control of the oscillation wavelength.
また、この発明においては、所望のバンドギャップエ
ネルギよりも小さいエネルギをもつようにその組成及び
層厚、または層厚を設定したAlx Ga1-x As（０≦ｘ）ウ
ェル層、及び該ウェル層を挟むAly Ga1-y As（ｘ＜ｙ）
バリア層からなる量子井戸構造の活性層と、該活性層を
挟むｐ型およびｎ型クラッド層をエピタキシャル成長に
より形成した後、ウェハを一定時間アニールして上記Ｐ
型クラッド層から活性層中へのｐ型ドーパントの拡散に
起因するウェル層とバリア層間でのウェル層，バリア層
を構成する化合物半導体の相互拡散を生ぜしめ、上記ウ
ェル層のバンドギャップエネルギを所望の値に変化させ
るようにしたから、レーザ発振波長の精密な制御を容易
に行なうことができる。Further, in the present invention, an Al x Ga 1-x As (0 ≦ x) well layer having a composition and a layer thickness or a layer thickness set so as to have an energy smaller than a desired band gap energy, and the well Al y Ga 1-y As (x <y) between layers
After forming an active layer having a quantum well structure composed of a barrier layer and p-type and n-type clad layers sandwiching the active layer by epitaxial growth, the wafer is annealed for a certain period of time to obtain the P
The band gap energy of the well layer is desired by causing mutual diffusion of the well layer between the well layer and the barrier layer and the compound semiconductor forming the barrier layer due to the diffusion of the p-type dopant from the type cladding layer into the active layer. Since it is changed to the value of, the precise control of the laser oscillation wavelength can be easily performed.
以下、この発明の一実施例を図面について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図（ａ）はこの発明の一実施例による半導体レー
ザを説明するための図で、図において、１はn+−GaAs半
導体基板、２はｎ−Al0.48Ga0.52Asクラッド層、３は単
一量子井戸層（SQW−SCH）、４はｐ−Al0.48Ga0.52Asク
ラッド層、５はｎ−GaAsコンタクト層、６はｐ電極、７
はｎ電極、８はZn拡散領域である。FIG. 1 (a) is a diagram for explaining a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention, in which 1 is an n + -GaAs semiconductor substrate, 2 is an n-Al 0.48 Ga 0.52 As clad layer, and 3 is Single quantum well layer (SQW-SCH), 4 is p-Al 0.48 Ga 0.52 As cladding layer, 5 is n-GaAs contact layer, 6 is p-electrode, 7
Is an n electrode, and 8 is a Zn diffusion region.
第１図（ｂ）はアニール前のQW構造のエネルギバドダ
イヤグラムを示す図、第１図（ｃ）はアニール後のQW構
造のエネルギバドダイヤグラムを示す図である。これら
図において、９はアニール前のQW構造における伝導帯の
エネルギバンドダイアグラム、10はアニール前のQW構造
における価電子帯のエネルギバンドダイアグラム、11は
アニール後のQW構造における伝導帯のエネルギバンドダ
イアグラム、12はアニール後のQW構造における価電子帯
のエネルギバンドダイアグラム、13はアニール前のQW構
造における伝導帯のサブバンドエネルギ、14はアニール
前のQW構造における価電子帯のサブバンドエネルギ、15
はアニール後のQW構造における伝導帯のサブバンドエネ
ルギ、16はアニール後のQW構造における価電子帯のサブ
バンドエネルギ、17はアニール前のQW構造から発するフ
ォトルミネッセンス光、18はアニール後のQW構造から発
するフォトルミネッセンス光である。FIG. 1 (b) is a diagram showing an energy bad diagram of the QW structure before annealing, and FIG. 1 (c) is a diagram showing an energy bad diagram of the QW structure after annealing. In these figures, 9 is the energy band diagram of the conduction band in the QW structure before annealing, 10 is the energy band diagram of the valence band in the QW structure before annealing, 11 is the energy band diagram of the conduction band in the QW structure after annealing, 12 is the energy band diagram of the valence band in the QW structure after annealing, 13 is the subband energy of the conduction band in the QW structure before annealing, 14 is the subband energy of the valence band in the QW structure before annealing, 15
Is the conduction band subband energy in the annealed QW structure, 16 is the valence band subband energy in the annealed QW structure, 17 is the photoluminescence light emitted from the unannealed QW structure, and 18 is the annealed QW structure. It is photoluminescence light emitted from.
また第１図（ｄ）はSQW−SCH構造の層構成を示す図、
第１図（ｅ）は第１図（ｄ）に示すSQW−SCH構造の各層
のアルミ組成比のプロファイルを表す図であり、図にお
いて3aはGaAsウェル層、3bはバリア層の機能を果たすSC
H層である。Further, FIG. 1 (d) is a diagram showing a layer structure of the SQW-SCH structure,
FIG. 1 (e) is a diagram showing the profile of the aluminum composition ratio of each layer of the SQW-SCH structure shown in FIG. 1 (d). In the figure, 3a is a GaAs well layer and 3b is a SC functioning as a barrier layer.
It is the H layer.
GaAs/AlGaAs系材料で構成されているQW構造のウェハ
を一定時間高温に保つと、ウェル層とバリア層の間でア
ルミニウム（Al）とガリウム（Ga）の相互拡散が生じ、
ウェル層が実効的にだれた格好になる。第１図（ｂ），
（ｃ）はこの相互拡散を様相を示している。アニール前
はQW構造のエネルギバンドダイアグラムは、第１図
（ｂ）に示すように急峻な界面を保つ矩形の形状を呈し
ている。量子サイズ効果によって生じた伝導帯のサブバ
ンドエネルギ13及び価電子帯のサブバンドエネルギ14は
図に示した位置にあり、電子の伝導帯のサブバンドエネ
ルギ13から価電子帯のサブバンドエネルギ14の遷移によ
って両者のバンドギャップエネルギに対応したフォトル
ミネッセンス光17が発する。アニール後は、アニール中
のAlとGaの相互拡散によってエネルギバンドダイアグラ
ムは、第１図（ｃ）に示すように、ウェル層とバリア層
の界面でだれる。これはAlGaAs混晶のバンドギャップエ
ネルギはAl組成比にほぼ比例して大きくなり、相互拡散
後のAlのプロファイルに対応することによる。この効果
で、ウェル層中にAlが混入する結果、伝導帯のサブバン
ドエネルギ15及び価電子帯のサブバンドエネルギ16は大
きくなる方向にシフトし、ウェル層の実効的なバンドギ
ャップエネルギも大きくなり、アニール後の伝導帯のサ
ブバンドエネルギー15からの価電子帯のサブバンドエネ
ルギ16への電子の遷移に際して発するフォトルミネッセ
ンス光18のエネルギはアニール前より大きくなる。よっ
て、アニール前の波長λと、アニール後の光の波長λ′
は、 λ＞λ′ となる。なお、ウェル層が少々だれても量子サイズ効果
が大幅に損なわれるということはない。When a wafer with a QW structure composed of GaAs / AlGaAs materials is kept at a high temperature for a certain period of time, aluminum (Al) and gallium (Ga) interdiffuse between the well layer and the barrier layer,
The well layer becomes effectively dull. Figure 1 (b),
(C) shows the aspect of this mutual diffusion. Before annealing, the energy band diagram of the QW structure has a rectangular shape that maintains a steep interface as shown in FIG. 1 (b). The conduction band subband energy 13 and the valence band subband energy 14 generated by the quantum size effect are at the positions shown in the figure, and the electron conduction band subband energy 13 to the valence band subband energy 14 are Due to the transition, photoluminescence light 17 corresponding to both band gap energies is emitted. After the annealing, the energy band diagram becomes dull at the interface between the well layer and the barrier layer due to the interdiffusion of Al and Ga during the annealing as shown in FIG. 1 (c). This is because the band gap energy of the AlGaAs mixed crystal increases substantially in proportion to the Al composition ratio and corresponds to the Al profile after interdiffusion. With this effect, as a result of Al being mixed into the well layer, the conduction band subband energy 15 and the valence band subband energy 16 shift in the direction of increasing, and the effective bandgap energy of the well layer also increases. , The energy of the photoluminescence light 18 emitted at the transition of electrons from the subband energy 15 of the conduction band after annealing to the subband energy 16 of the valence band becomes larger than that before annealing. Therefore, the wavelength λ before annealing and the wavelength λ ′ of light after annealing
Is λ> λ ′. It should be noted that the quantum size effect is not significantly impaired even if the well layer is slightly sagged.
上述のアニールによるウェル層のだれは不純物の拡散
によって促進される。上述の不純物拡散を伴わない単に
加熱のみの場合では、900℃で10時間という条件下程度
でしかだれが生じないが、不純物拡散を伴う拡散では、
500〜600℃で１時間程度で充分なλのシフトが得られ
る。本発明におけるLD構造では、Ｐクラッド層４中に必
要な波長シフトが得られるように予め所定の量だけZnが
不純物としてドーピングされており、一定時間のアニー
ルで必要なレーザ発振発長になるようになっている。第
４図に実験でフォトルミネッセンス波長とアニール時間
の関係をＰクラッド層中のZn濃度をパラメータとして調
べた結果を示す。なお、Zn濃度については、Ｐクラッド
層エピ成長時の、Zn原料であるジエチルジンク（DEZn）
の、Alの原料であるトリエチルアルミニウム（TMA）とG
aの原料であるトリメチルガリウム（TMG）に対するモル
流量比で表している。またアニール温度は660℃であ
る。図からわかるように、Zn濃度が高い程、またアニー
ル時間が長い程、短波長化の度合いは大きくなる。よっ
て、アニール時間,Zn濃度を決めておけば、必要なレー
ザ発振波長が得られる。第５図は実験的に調べたレーザ
発振波長とＰクラッド層成長時のDEZnモル流量比の関係
を示す図である。なお、アニール温度は660℃，アニー
ル時間は40分である。この図からわかるように、アニー
ル時間一定の場合は、レーザ発振波長はDEZnモル流量比
とリニアな関係にある。よって、レーザ発振波長はDEZn
の流量調整により、容易に制御できる。また、第６図は
レーザ発振波長とバリア層であるSCH層のAl組成比の関
係を示す図である。アニール温度は660℃，アニール時
間は40分である。この図からわかるように、レーザ発振
波長はSCH層のAl組成比とリニアな関係にある。これ
は、だれの度合いがバリア層であるSCH層のAl組成比に
強く依存しているからである。The sag of the well layer due to the above-described annealing is promoted by the diffusion of impurities. In the case of simply heating without the above-mentioned impurity diffusion, the drooling occurs only under the condition of 900 ° C. for 10 hours, but in the diffusion with the impurity diffusion,
A sufficient λ shift can be obtained in about 1 hour at 500 to 600 ° C. In the LD structure of the present invention, a predetermined amount of Zn is doped as an impurity in advance so as to obtain a necessary wavelength shift in the P-clad layer 4, so that the required laser oscillation length can be obtained by annealing for a certain period of time. It has become. Fig. 4 shows the results of an experiment in which the relationship between the photoluminescence wavelength and the annealing time was investigated using the Zn concentration in the P clad layer as a parameter. Regarding the Zn concentration, diethyl zinc (DEZn) which is a Zn raw material during the epitaxial growth of the P clad layer was used.
Triethylaluminum (TMA) and G
It is represented by the molar flow rate ratio to trimethylgallium (TMG) which is a raw material of a. The annealing temperature is 660 ° C. As can be seen from the figure, the higher the Zn concentration and the longer the annealing time, the greater the degree of wavelength shortening. Therefore, if the annealing time and Zn concentration are determined, the required laser oscillation wavelength can be obtained. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the laser oscillation wavelength experimentally investigated and the DEZn molar flow rate ratio during the growth of the P clad layer. The annealing temperature is 660 ° C and the annealing time is 40 minutes. As can be seen from this figure, when the annealing time is constant, the lasing wavelength has a linear relationship with the DEZn molar flow rate ratio. Therefore, the laser oscillation wavelength is DEZn
It can be controlled easily by adjusting the flow rate. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the laser oscillation wavelength and the Al composition ratio of the SCH layer which is the barrier layer. The annealing temperature is 660 ° C and the annealing time is 40 minutes. As can be seen from this figure, the laser oscillation wavelength has a linear relationship with the Al composition ratio of the SCH layer. This is because the degree of sag strongly depends on the Al composition ratio of the SCH layer which is the barrier layer.
以上より、Ｐクラッド層のZn濃度，アニール時間,SCH
層のAl組成比を予め設定しておくことにより、レーザ発
振波長の短波長比の度合いを制御することが可能である
ことがわかる。From the above, Zn concentration of P clad layer, annealing time, SCH
It is understood that the degree of the short wavelength ratio of the laser oscillation wavelength can be controlled by setting the Al composition ratio of the layer in advance.
次に本実施例によるLDの製造方法について述べる。第
７図は第１図の半導体レーザの製造工程を示す図であ
り、図において、第１図と同一符号は同一又は相当部分
であり、29はSiN膜、30はZnO膜、31はSiO2膜である。Next, a method of manufacturing the LD according to this embodiment will be described. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser of FIG. 1, in which the same reference numerals as those in FIG. 1 designate the same or corresponding portions, 29 is a SiN film, 30 is a ZnO film, 31 is SiO 2 It is a film.
まずn+GaAs基板１上に、エピタキシャル結晶成長法
で、第７図（ａ）に示すようにｎ形AlGaAsクラッド層2,
単一量子井戸層3,P−AlGaAsクラッド層4,およびｎ−GaA
sコンタクト層５の各層を順次成長する。この時、単一
量子井戸層３のウェル層のバンドギャップエネルギは所
望のレーザ発振波長に対応するバンドギャップエネルギ
より小さい値に設定する。従ってウェル層の層厚は、多
少の厚さのばらつきがあっても波長に大きく影響がでな
い、やや厚めの範囲に設定することができる。またＰク
ラッド層中のZn濃度，単一量子井戸層３中のバリア層で
あるSCH層のAl組成比は、アニール後必要なレーザ発振
波長が得られるような値に調整しておく。First, as shown in FIG. 7 (a), the n-type AlGaAs clad layer 2, is formed on the n + GaAs substrate 1 by the epitaxial crystal growth method.
Single quantum well layer 3, P-AlGaAs cladding layer 4, and n-GaA
s Each layer of the contact layer 5 is sequentially grown. At this time, the band gap energy of the well layer of the single quantum well layer 3 is set to a value smaller than the band gap energy corresponding to the desired laser oscillation wavelength. Therefore, the layer thickness of the well layer can be set to a slightly thicker range in which the wavelength is not greatly affected even if there is some variation in thickness. Further, the Zn concentration in the P clad layer and the Al composition ratio of the SCH layer which is the barrier layer in the single quantum well layer 3 are adjusted to values such that the required laser oscillation wavelength can be obtained after annealing.
結晶成長後、ウェハを所定の時間アニールして、ウェ
ル層での相互拡散を生じさせる。After crystal growth, the wafer is annealed for a predetermined time to cause interdiffusion in the well layers.
アニール後のウェハ上に拡散マスク用のSiN膜29を形
成する。次に、SiN膜29中に活性領域として必要な幅の
ストライプ状の開口部を設け、その上から拡散源である
ZnO膜30,拡散時のマスクとなるSiO2膜31をそれぞれ形成
する（第７図（ｂ））。アニールによってZnを開口部か
らＰクラッド層上部に位置する所まで熱拡散する（第７
図（ｃ））。この後、ウェハ上の膜29,30,及び31をすべ
て除去し、ウェハの上面側にＰ電極、基板側にＮ電極を
それぞれ形成し、へき開によって個々のチップに分離す
ることにより素子が完成する。A SiN film 29 for a diffusion mask is formed on the annealed wafer. Next, a stripe-shaped opening having a width required as an active region is provided in the SiN film 29, and a diffusion source is formed on the opening.
A ZnO film 30 and a SiO 2 film 31 serving as a mask at the time of diffusion are formed (FIG. 7B). By annealing, Zn is thermally diffused from the opening to a position located above the P clad layer (7th
Figure (c)). After that, all the films 29, 30, and 31 on the wafer are removed, a P electrode is formed on the upper surface side of the wafer, an N electrode is formed on the substrate side, and the individual chips are separated by cleavage to complete the device. .
なお、本発明においては、エピ後のアニール時及びウ
ェハ外部からのZn拡散時のアニール時の時間のトータル
のアニール時間が所定の時間となるようにする。またア
ニール温度は両者を同じにしておくことはいうまでもな
い。In the present invention, the total annealing time of the annealing after the epi and the annealing during the Zn diffusion from the outside of the wafer is set to be a predetermined time. Needless to say, the annealing temperatures of both are kept the same.
また、上記実施例ではｐ型クラッド層のドーパントと
してZnを用いたものについて述べたが、活性層への拡散
によりウェル層とバリア層間での相互拡散を生ぜしめる
ものであれば、他のｐ型ドーパントを用いてもよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where Zn is used as the dopant for the p-type clad layer has been described. However, other p-type clad layers can be used as long as they cause mutual diffusion between the well layer and the barrier layer by diffusion into the active layer. A dopant may be used.
また、上記実施例では最初に成長するウェル層をGaAs
からなるものとしたが、所望発振波長に応じて所定のAl
組成比のAlGaAsからなるものとしてもよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the well layer grown first is formed of GaAs.
It is made of Al.
It may be made of AlGaAs having a composition ratio.
また、上記実施例では、Zn拡散により電流狭窄構造を
形成するものについて述べたが、電流ブロック層を用い
た電流狭窄、またはストライプ状電極を用いた電流狭窄
等を適用できることは言うまでもない。Further, in the above embodiment, the case where the current confinement structure is formed by Zn diffusion has been described, but it goes without saying that the current confinement using the current block layer, the current confinement using the stripe-shaped electrode, or the like can be applied.
以上のようにこの発明の半導体レーザによれば、ｐ型
クラッド層からのｐ型ドーパントの熱拡散に起因するウ
ェル層とバリア層間での相互拡散により所望のバンドギ
ャップエネルギとなった量子井戸構造を備えたものとし
たから、精密な発振波長制御が容易なレーザ構造を得る
ことができる効果がある。As described above, according to the semiconductor laser of the present invention, a quantum well structure having a desired bandgap energy due to mutual diffusion between the well layer and the barrier layer due to thermal diffusion of the p-type dopant from the p-type cladding layer is obtained. Since it is provided, there is an effect that a laser structure in which precise oscillation wavelength control is easy can be obtained.
また、この発明の半導体レーザの製造方法によれば、
所望のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギを
もつようにその組成及び層厚、または層厚を設定したAl
x Ga1-x As（０≦ｘ）ウェル層，及び該ウェル層を挟む
Aly Ga1-y As（ｘ＜ｙ）バリア層からなる量子井戸構造
の活性層と、該活性層を挟むｐ型およびｎ型クラッド層
をエピタキシャル成長により形成した後、ウェハを一定
時間アニールして上記Ｐ型クラッド層から活性層中への
ｐ型ドーパントの拡散に起因するウェル層とバリア層で
のウェル層，バリア層を構成する化合物半導体の相互拡
散を生ぜしめ、上記ウェル層のバンドギャップエネルギ
を所望の値に変化させるようにしたから、GaAsウェルレ
ーザのレーザ発振波長が所定の値まで制御性良く容易に
短波長化でき、半導体レーザを高歩留りで生産できると
いう効果がある。Further, according to the method for manufacturing a semiconductor laser of the present invention,
Al whose composition and layer thickness, or layer thickness is set to have an energy smaller than the desired band gap energy
x Ga 1-x As (0 ≦ x) well layer and sandwiching the well layer
After forming an active layer having a quantum well structure composed of an Al y Ga 1-y As (x <y) barrier layer and p-type and n-type clad layers sandwiching the active layer by epitaxial growth, the wafer is annealed for a certain period of time. The band gap energy of the well layer is caused by the mutual diffusion of the well layer in the well layer and the barrier layer and the compound semiconductor constituting the barrier layer due to the diffusion of the p-type dopant from the P-type cladding layer into the active layer. Is changed to a desired value, the laser oscillation wavelength of the GaAs well laser can be easily controlled to a predetermined value with a short wavelength, and the semiconductor laser can be produced with a high yield.
第１図（ａ）はこの発明の一実施例の半導体レーザの構
造を示す斜視図、第１図（ｂ），（ｃ）はアニール前後
のQW構造のエネルギバンドダイアグラムをそれぞれを示
す図、第１図（ｄ）は単一量子井戸構造（SQW−SCH）の
層構造を示す図、第１図（ｅ）は第１図（ｄ）の単一量
子井戸構造のアルミ組成比プロファイルを示す図、第２
図（ａ）は従来の半導体レーザの構造を示す断面図、第
２図（ｂ）は従来の半導体レーザの量子井戸構造の層構
成を示す図、第２図（ｃ）は第２図（ｂ）の量子井戸構
造のアルミ組成比プロファイルを示す図、第３図はGaAs
ウェルにおける発光波長とウェル層厚の関係を示す図、
第４図はGaAsウェルにおけるフォトルミ波長とアニール
時間の関係を示す図、第５図はレーザ発振波長とDEZnモ
ル流量比の関係を示す図、第６図はレーザ発振波長とSC
H層のAl組成比の関係を示す図、第７図は第１図の半導
体レーザの製造工程を示す図である。 １はn+GaAs半導体基板、２はn-Al0.48Ga0.52Asクラッド
層、３は単一量子井戸層（SQW−SCH）、４はＰ−Al0.48
Ga052Asクラッド層、５はｎ−GaAsコンタクト層、６は
Ｐ電極、７はｎ電極、８はZn拡散領域、９はアニール前
のQW構造における伝導帯のエネルギバンドダイアグラ
ム、10はアニール前のQW構造における価電子帯のエネル
ギバンドダイアグラム、11はアニール後のQW構造におけ
る伝導帯のエネルギバンドダイアグラム、12はアニール
後のQW構造における価電子帯のエネルギバンドダイアグ
ラム、13はアニール前のQW構造における伝導帯のサブバ
ンドエネルギ、14はアニール前のQW構造における価電子
帯のサブバンドエネルギ、15はアニール後のQW構造にお
ける伝導帯のサブバンドエネルギ、16はアニール後のQW
構造における価電子帯のサブバンドエネルギ、17はアニ
ール前のQW構造から発するフォトルミネッセンス光、18
はアニール後のQW構造から発するフォトルミネッセンス
光、29はSiN膜、30はZnO膜、31はSiO2膜。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 (a) is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are energy band diagrams of the QW structure before and after annealing, respectively. 1 (d) is a diagram showing a layer structure of a single quantum well structure (SQW-SCH), and FIG. 1 (e) is a diagram showing an aluminum composition ratio profile of the single quantum well structure of FIG. 1 (d). , Second
2A is a sectional view showing a structure of a conventional semiconductor laser, FIG. 2B is a view showing a layer structure of a quantum well structure of a conventional semiconductor laser, and FIG. ) Is a diagram showing the aluminum composition ratio profile of the quantum well structure in FIG.
Diagram showing the relationship between the emission wavelength in the well and the well layer thickness,
Figure 4 shows the relationship between photoluminescence wavelength and annealing time in GaAs well, Figure 5 shows the relationship between laser oscillation wavelength and DEZn molar flow rate ratio, and Figure 6 shows laser oscillation wavelength and SC.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the Al composition ratio of the H layer, and FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser of FIG. 1 is an n + GaAs semiconductor substrate, 2 is an n - Al 0.48 Ga 0.52 As cladding layer, 3 is a single quantum well layer (SQW-SCH), 4 is P-Al 0.48
Ga 052 As cladding layer, 5 n-GaAs contact layer, 6 P electrode, 7 n electrode, 8 Zn diffusion region, 9 energy band diagram of conduction band in QW structure before annealing, 10 before annealing Energy band diagram of valence band in QW structure, 11 is energy band diagram of conduction band in QW structure after annealing, 12 is energy band diagram of valence band in QW structure after annealing, 13 is in QW structure before annealing Subband energy of conduction band, 14 is subband energy of valence band in QW structure before annealing, 15 is subband energy of conduction band in QW structure after annealing, 16 is QW after annealing
Subband energy of valence band in the structure, 17 is photoluminescence light emitted from QW structure before annealing, 18
Is photoluminescence light emitted from the QW structure after annealing, 29 is a SiN film, 30 is a ZnO film, and 31 is a SiO 2 film. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.
Claims (2)
造の活性層をｐ型およびｎ型クラッド層で挟んだ構造を
有する半導体レーザにおいて、 上記量子井戸構造の活性層は、上記ｐ型クラッド層から
拡散したｐ型ドーパントに起因して生じたウェルとバリ
ア層間での相互拡散により、所望のバンドキャップエネ
ルギを持たせたものであることを特徴とする半導体レー
ザ。1. A semiconductor laser having a structure in which an active layer having a quantum well structure composed of a well layer and a barrier layer is sandwiched by p-type and n-type cladding layers, wherein the active layer having the quantum well structure is the p-type cladding layer. A semiconductor laser having a desired band-cap energy due to interdiffusion between a well and a barrier layer caused by a p-type dopant diffused from the semiconductor laser.
いエネルギをもつようにその組成及び層厚、または層厚
を設定したAlx Ga1-x As（０≦ｘ）ウェル層，及び該ウ
ェル層を挟むAly Ga1-y As（ｘ＜ｙ）バリア層からなる
量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟むｐ型およびｎ
型クラッド層をエピタキシャル成長により形成する工程
と、 ウェハを一定時間アニールして上記ｐ型クラッド層から
活性層中へのｐ型ドーパントの拡散に起因するウェル層
とバリア層間での相互拡散を生ぜしめ、上記ウェル層の
バンドギャップエネルギを所望の値に変化させる工程と
を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。2. An Al x Ga 1-x As (0 ≦ x) well layer whose composition and layer thickness or layer thickness are set so as to have an energy smaller than that of a desired band cap electric energy, and the well layer. An active layer having a quantum well structure composed of Al y Ga 1-y As (x <y) barrier layers sandwiching the same, and p-type and n-type sandwiching the active layer.
A step of forming the type clad layer by epitaxial growth, and annealing the wafer for a certain period of time to cause interdiffusion between the well layer and the barrier layer due to the diffusion of the p type dopant from the p type clad layer into the active layer, A step of changing the bandgap energy of the well layer to a desired value.
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