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JP3238971B2 - Semiconductor laser device and method of manufacturing the same - Google Patents
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JP3238971B2 - Semiconductor laser device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor laser device and method of manufacturing the same

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JP3238971B2
JP3238971B2 JP02534893A JP2534893A JP3238971B2 JP 3238971 B2 JP3238971 B2 JP 3238971B2 JP 02534893 A JP02534893 A JP 02534893A JP 2534893 A JP2534893 A JP 2534893A JP 3238971 B2 JP3238971 B2 JP 3238971B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はAlGaInP系半導体
レーザ素子とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AlGaInP semiconductor laser device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来の利得導波型AlGaInP
系半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 shows a conventional gain-guided AlGaInP.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor laser device.

【0003】最初に、図6(a)に示すように、n型G
aAs基板51上にn型GaInPバッファ層52、n
型(AluGa1-u0.5In0.5Pクラッド層53、アン
ドープの(AlvGa1-v0.5In0.5P(u>v≧0)
活性層54、p型(AluGa1-u0.5In0.5Pクラッ
ド層55、及びn型GaAs電流阻止層56をMOCV
D法(有機金属化学気相成長法)により連続成長させる
(第1回結晶成長)。
[0003] First, as shown in FIG.
An n-type GaInP buffer layer 52, n
Mold (Al u Ga 1-u ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 53, undoped (Al v Ga 1-v ) 0.5 In 0.5 P (u> v ≧ 0)
The active layer 54, the p-type (Al u Ga 1-u ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 55, and the n-type GaAs current blocking layer 56 are formed by MOCV.
Continuous growth is performed by the D method (metal organic chemical vapor deposition) (first crystal growth).

【0004】次に、図6(b)に示すように、前記n型
GaAs電流阻止層56をストライプ状にエッチング除
去してp型(AluGa1-u0.5In0.5Pクラッド層5
5を露出させる。
[0006] Next, as shown in FIG. 6 (b), the n-type GaAs current blocking layer 56 is etched and removed in a stripe shape to form a p-type (Al u Ga 1-u ) 0.5 In 0.5 P cladding layer 5.
Expose 5

【0005】その後、図6(c)に示すように、前記n
型GaAs電流阻止層56上及び露出したp型(Alu
Ga1-u0.5In0.5Pクラッド層55上にp型GaA
sキャップ層57をMOCVD法により成長する(第2
回結晶成長)。その後、図示しない電極等を形成して完
成する。
[0005] Thereafter, as shown in FIG.
P-type (Al u) on the p-type GaAs current blocking layer 56 and exposed.
Ga 1-u ) 0.5 In 0.5 P clad layer 55 on p-type GaAs
An s cap layer 57 is grown by MOCVD (second
Times crystal growth). Thereafter, electrodes and the like (not shown) are formed to complete the process.

【0006】斯る半導体レーザ素子以外としては、p型
(AluGa1-u0.5In0.5Pクラッド層がストライプ
状のリッジ部を有する構造のものが、例えば第38回応
用物理学関係連合講演会予稿集,30p−D−10,1
001頁に記載されている。このレーザ素子も上述の素
子と同様にMOCVD法を用いて2回の結晶成長で作成
される。
Other than such a semiconductor laser element, a p-type (Al u Ga 1-u ) 0.5 In 0.5 P cladding layer having a stripe-shaped ridge portion is disclosed in, for example, the 38th Association of Applied Physics. Proceedings of lectures, 30p-D-10, 1
001. This laser element is also formed by crystal growth twice using the MOCVD method as in the above-described element.

【0007】尚、半導体レーザ素子のp型クラッド層に
は一般にドーパントとしてZn(亜鉛)が用いられてい
る。
Incidentally, Zn (zinc) is generally used as a dopant in the p-type cladding layer of the semiconductor laser device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、半導体
レーザ素子をMOCVD法で形成する場合、結晶成長後
に結晶成長時の温度から室温程度まで下げる必要がある
が、この温度を下げる際に最上層となるGaAsキャッ
プ層やGaAlAsキャップ層からAsが蒸発するのを
防止するため、従来はAsH3(アルシン)をフローし
ながら温度を下げていた。
As described above, when a semiconductor laser device is formed by the MOCVD method, it is necessary to lower the temperature at the time of crystal growth to about room temperature after crystal growth. Conventionally, the temperature was lowered while flowing AsH 3 (arsine) in order to prevent As from evaporating from the upper GaAs cap layer or GaAlAs cap layer.

【0009】しかしながら、このAsH3の分解により
生じた水素がp型(AluGa1-u0 .5In0.5Pクラッ
ド層中のZnドーパントを不活性化するため、高いp−
キャリア濃度(ホール濃度)を得ることが困難であっ
た。p型クラッド層のキャリア濃度が低い場合、活性層
からこのp型クラッド層へ電子がオーバーフローしやす
く、しきい値電流が高くなるといった問題があった。
However, in order to inactivate the Zn dopant of the hydrogen produced by the decomposition of AsH 3 is p-type (Al u Ga 1-u) 0 .5 In 0.5 P cladding layer, a high p-
It was difficult to obtain a carrier concentration (hole concentration). When the carrier concentration of the p-type cladding layer is low, there is a problem that electrons easily overflow from the active layer to the p-type cladding layer, and the threshold current increases.

【0010】また、従来は2回の結晶成長工程、及び電
流阻止層を形成するためにクラッド層又は電流阻止層と
なる層をエッチングする工程が必要であるため、製造工
程が繁雑であり、更に1回目と2回目の結晶成長の間で
大気に晒された層が酸化するため、素子の信頼性に問題
があった。
Conventionally, two crystal growth steps and a step of etching a clad layer or a layer serving as a current blocking layer in order to form a current blocking layer are required, which complicates the manufacturing process. Since the layer exposed to the air is oxidized between the first and second crystal growths, there is a problem in the reliability of the device.

【0011】本発明は斯る問題点に鑑みてなされたもの
であり、しきい値電流が低く、信頼性が高く、且つ製造
の容易なAlGaInP系半導体レーザ素子とその製造
方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an AlGaInP-based semiconductor laser device having a low threshold current, high reliability, and easy manufacture, and a method of manufacturing the same. Aim.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、n型半導体基板と、該基板上に形成したn型Al
GaInPクラッド層と、該n型AlGaInPクラッ
ド層上に形成した活性層と、該活性層上に形成したp型
AlGaInP第1クラッド層を備え、該p型AlGa
InP第1クラッド層上に、ドープされたZnが活性化
しているp型AlGaInP第2クラッド層と、該第2
クラッド層の両側に位置し、且つドープされたZnが活
性化していないn型AlGaInP電流阻止層とが形成
されていることを特徴とする。
A semiconductor laser device according to the present invention comprises an n-type semiconductor substrate and an n-type Al formed on the substrate.
A GaInP cladding layer, an active layer formed on the n-type AlGaInP cladding layer, and a p-type AlGaInP first cladding layer formed on the active layer.
Doped Zn is activated on InP first cladding layer
A second p-type AlGaInP cladding layer,
The doped Zn located on both sides of the cladding layer is active.
N-type AlGaInP current blocking layer not formed
It is characterized by having been done.

【0013】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
n型半導体基板上にn型AlGaInPクラッド層、活
性層、p型AlGaInPクラッド層、Znがドープさ
れたn型AlGaInP層、p型キャップ層をこの順序
で有機金属化学気相成長法により連続成長する工程と、
降温中にAsH3雰囲気とする工程と、前記p型キャッ
プ層上にストライプ状窓を有した水素を透過しないマス
クを形成する工程と、前記マスクを介した状態で熱処理
を行う工程と、を有することを特徴とする。特に、前記
熱処理温度が450〜550℃であることを特徴とす
る。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention
An n-type AlGaInP cladding layer, an active layer, a p-type AlGaInP cladding layer, a Zn-doped n-type AlGaInP layer, and a p-type cap layer are continuously grown on the n-type semiconductor substrate in this order by metal organic chemical vapor deposition. Process and
A step of forming an AsH 3 atmosphere during cooling, a step of forming a mask having a striped window on the p-type cap layer and impermeable to hydrogen, and a step of performing heat treatment through the mask. It is characterized by the following. In particular, the heat treatment temperature is 450 to 550 ° C.

【0014】[0014]

【作用】MOCVD法(AsH3雰囲気中で温度を下げ
る工程含む)により形成したZnドープのn型AlGa
InP層は、上記AsH3の分解により生じた水素がn
型AlGaInP層に取り込まれZnが不活性化されて
いるが、熱処理することにより水素がn型AlGaIn
P層から取り除かれてZnが活性化するので、その導電
型がp型に変換可能となる。そして、Znドープのn型
AlGaInP層上にストライプ状窓を有し水素を通さ
ないマスクを覆って熱処理することにより、マスクを覆
った部分は導電型はn型と変わらないが、マスクが覆わ
れていない部分は導電型がp型に変換が可能となる。
The Zn-doped n-type AlGa formed by the MOCVD method (including a step of lowering the temperature in an AsH 3 atmosphere).
InP layer, the hydrogen produced by the decomposition of the AsH 3 is n
Although the Zn is inactivated by being taken in the AlGaInP layer, hydrogen is converted to nGaAlInP by heat treatment.
Since Zn is activated by being removed from the P layer, its conductivity type can be converted to p-type. Then, heat treatment is performed by covering a mask that has a stripe-shaped window on the Zn-doped n-type AlGaInP layer and does not allow hydrogen to pass therethrough, so that the portion covered by the mask has the same conductivity type as the n-type, but the mask is covered. The portion which is not used can be converted from a conductive type to a p-type.

【0015】[0015]

【実施例】本発明の一実施例に係る半導体レーザ素子の
構造を示す断面図を参照して説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

【0016】図中、1はn型GaAs基板である。この
基板1の一主面上にはドナーとしてSi(ケイ素)が添
加された層厚0.8μmのn型(Al0.7Ga0.30.5
In0 .5Pクラッド層2、層厚0.08μmのアンドー
プの(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活性層3、アクセ
プターとしてZn(亜鉛)が添加された層厚0.3μm
のp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1クラッド層
4がこの順序で形成されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an n-type GaAs substrate. On one main surface of the substrate 1, an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 layer having a thickness of 0.8 μm to which Si (silicon) is added as a donor is added.
An In 0 .5 P cladding layer 2, the layer thickness 0.3μm where the layer thickness 0.08μm undoped (Al 0.3 Ga 0.7) 0.5 In 0.5 P active layer 3, as an acceptor Zn (zinc) was added
The first p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer 4 is formed in this order.

【0017】前記p型第1クラッド層4上には、ドナー
としてのSiとアクセプタとしてのZn(ドナー濃度<
アクセプター濃度)が添加された幅5μm、層厚0.8
μmのストライプ状のリッジ構造のp型(Al0.7Ga
0.30.5In0.5P第2クラッド層5及びこのp型第2
クラッド層5の両側にドナーとしてのSiとアクセプタ
としてのZn(ドナー濃度>アクセプター濃度)が添加
された層厚0.8μmのn型(Al0.7Ga0.30.5
0.5P電流阻止層6、6が形成されている。
On the p-type first cladding layer 4, Si as a donor and Zn as an acceptor (donor concentration <
(Acceptor concentration) added width 5 μm, layer thickness 0.8
μm stripe-shaped ridge structure p-type (Al 0.7 Ga
0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 5 and the p-type second cladding layer 5
0.8 μm thick n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 I doped with Si as a donor and Zn as an acceptor (donor concentration> acceptor concentration) on both sides of the cladding layer 5
The n 0.5 P current blocking layers 6 are formed.

【0018】前記p型第2クラッド層5及びn型電流阻
止層6、6上には層厚0.3μmのアクセプターとして
Znが添加されたp型GaAsキャップ層7が形成され
ている。このキャップ層7上及び前記n型GaAs基板
1の他の主面上にはそれぞれ図示しないp型、n型側オ
ーミック電極が形成されている。
On the p-type second cladding layer 5 and the n-type current blocking layers 6 and 6, a p-type GaAs cap layer 7 having a thickness of 0.3 μm and containing Zn as an acceptor is formed. On the cap layer 7 and on the other main surface of the n-type GaAs substrate 1, p-type and n-type ohmic electrodes (not shown) are formed, respectively.

【0019】斯る半導体レーザ素子の製造方法を図2を
用いて説明する。
A method for manufacturing such a semiconductor laser device will be described with reference to FIG.

【0020】最初に、図2(a)に示すように、n型G
aAs基板1上にn型クラッド層2、活性層3、アクセ
プターとしてZn(亜鉛)が添加されたp型第1クラッ
ド層4、ドナーとしてのSiとアクセプタとしてのZn
が添加された層厚0.8μmのn型(Al0.7Ga0.3
0.5In0.5P層10、p型キャップ層7をこの順序でM
OCVD法により連続成長した後、少なくともこのp型
キャップ層7のAsが蒸発する温度内ではAsH3をフ
ローしながら室温程度まで温度を下げて積層基板11を
作成する。尚、本実施例では、上記p型第1クラッド層
4の結晶成長時のZnの供給量はZn/III(モル比)
=0.6であり、p型第1クラッド層4のp−キャリア
濃度(=アクセプター濃度−ドナー濃度)は3×1017
cm-3となる。また、n型(Al0.7Ga0.30.5In
0.5P層10の結晶成長時のZnとSiの供給量は夫々
Zn/III(モル比)=0.6、Si/III(モル比)=
1.5×10-3であって、n型(Al0.7Ga0.30.5
In0.5P層10はドナー濃度が6×1017cm-3、ア
クセプター濃度が3×1017cm-3であり、この結果n
−キャリア濃度(=ドナー濃度−アクセプター濃度)は
3×1017cm-3となる。
First, as shown in FIG.
An n-type cladding layer 2, an active layer 3, a p-type first cladding layer 4 doped with Zn (zinc) as an acceptor, Si as a donor and Zn as an acceptor on an aAs substrate 1.
Doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) with a layer thickness of 0.8 μm
0.5 In 0.5 P layer 10 and p-type cap layer 7
After continuous growth by the OCVD method, the laminated substrate 11 is formed by lowering the temperature to about room temperature while flowing AsH 3 at least within the temperature at which As in the p-type cap layer 7 evaporates. In this embodiment, the supply amount of Zn during the crystal growth of the p-type first cladding layer 4 is Zn / III (molar ratio).
= 0.6, and the p-carrier concentration (= acceptor concentration−donor concentration) of the p-type first cladding layer 4 is 3 × 10 17
cm -3 . Also, n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In
0.5 supply amount of Zn and Si during crystal growth of the P layer 10 are each Zn / III (molar ratio) = 0.6, Si / III (molar ratio) =
1.5 × 10 -3 and n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5
The In 0.5 P layer 10 has a donor concentration of 6 × 10 17 cm −3 and an acceptor concentration of 3 × 10 17 cm −3.
- carrier concentration (= donor concentration - acceptor concentration) becomes 3 × 10 17 cm -3.

【0021】次に、図2(b)に示すように、前記p型
キャップ層7上に幅5μmのストライプ状窓を有し水素
を透過しないマスク、例えば厚み0.3μmのSiO2
からなるマスク12を熱CVD法(熱化学気相堆積法)
又はEB蒸着法(電子ビーム蒸着法)等により形成す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, a mask having a stripe-shaped window of 5 μm width on the p-type cap layer 7 and impermeable to hydrogen, for example, 0.3 μm-thick SiO 2
Thermal mask (thermal chemical vapor deposition)
Alternatively, it is formed by an EB evaporation method (electron beam evaporation method) or the like.

【0022】続いて、図2(c)に示すように、前記積
層基板11をハイニーガス(N2/H2=9/1:体積
比)雰囲気中500℃、15分間熱処理を行う。この熱
処理工程で前記n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層
10のうち、マスク12に覆われた部分はドナー濃度、
アクセプター濃度とも変わらないが、マスク12に覆わ
れていない部分はドナー濃度が変わらないが、アクセプ
タ濃度は熱処理により水素がマスク12のストライプ状
窓を通してこの層10から放出されZnが活性化される
ため3×1017cm-3から1×1018cm-3と向上す
る。また、前記p型第1クラッド層4もマスク12に覆
われた部分はアクセプター濃度は変わらないが、マスク
12に覆われていない部分はアクセプター濃度が同様に
3×1017cm-3から1×1018cm-3と向上する。従
って、この熱処理工程により、前記n型(Al0.7Ga
0.30.5In0.5P層10はn−キャリア濃度が3×1
17cm-3のn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P電流
阻止層6、6とp−キャリア濃度が従来に比べて大きな
値4×1017cm-3を有するp型(Al0.7Ga0.30.
5In0.5P第2クラッド層5となる。また、p型第1ク
ラッド層4も発光部付近でp−キャリア濃度が1×10
18cm-3と向上することになる。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the laminated substrate 11 is subjected to a heat treatment at 500 ° C. for 15 minutes in a high knee gas (N 2 / H 2 = 9/1: volume ratio) atmosphere. In this heat treatment step, the portion of the n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 10 covered with the mask 12 has a donor concentration of
Although the acceptor concentration is not changed, the donor concentration is not changed in the portion not covered by the mask 12, but the acceptor concentration is set because the heat treatment allows hydrogen to be released from the layer 10 through the stripe-shaped window of the mask 12 and Zn to be activated. It is improved from 3 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 . Also, the portion of the p-type first cladding layer 4 covered with the mask 12 has the same acceptor concentration, but the portion not covered with the mask 12 has the same acceptor concentration of 3 × 10 17 cm -3 to 1 ×. It is improved to 10 18 cm -3 . Therefore, by this heat treatment step, the n-type (Al 0.7 Ga
0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer 10 has an n-carrier concentration of 3 × 1
0 17 cm n-type -3 (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 p -type P current blocking layer 6, 6 and p- carrier concentration has a large value 4 × 10 17 cm -3, as compared with the conventional (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.
5 In 0.5 P becomes the second clad layer 5. The p-type first cladding layer 4 also has a p-carrier concentration of 1 × 10 in the vicinity of the light emitting portion.
It will be improved to 18 cm -3 .

【0023】続いて、図1に示すように前記SiO2
らなるマスク12をフッ酸(HF)液で除去した後、前
記p型キャップ層7上及び前記n型GaAs基板1の他
の主面上にはそれぞれ図示しないp型、n型側オーミッ
ク電極を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 1, the mask 12 made of SiO 2 is removed with a hydrofluoric acid (HF) solution, and then the p-type cap layer 7 and the other main surface of the n-type GaAs substrate 1 are removed. On the upper side, p-type and n-type side ohmic electrodes (not shown) are formed.

【0024】上記実施例では、説明を簡単にするため単
一の半導体レーザ素子の製造方法を示したが、従来周知
のごとく通常は一枚のウエハ(基板)で複数の素子を作
成するので、上記製造方法のように素子の側面や端面が
製造中に露出することはない。
In the above embodiment, a method of manufacturing a single semiconductor laser device has been described for the sake of simplicity. However, since a plurality of devices are usually formed on a single wafer (substrate) as conventionally known, Unlike the manufacturing method described above, the side and end faces of the element are not exposed during the manufacturing.

【0025】図3に本実施例の半導体レーザ素子と従来
の半導体レーザ素子の室温でのI−L特性を示す。
FIG. 3 shows the IL characteristics at room temperature of the semiconductor laser device of this embodiment and the conventional semiconductor laser device.

【0026】この図から本実施例の半導体レーザ素子は
しきい値電流が71mAと従来例のしきい値電流88m
Aに比べて顕著に低減されていることが判る。これは、
本実施例の第1、第2クラッド層4、5のpキャリア濃
度が少なくとも発光部近傍において大きくなって、活性
層3とp型クラッド層との間のエネルギー障壁が大きく
なるため、活性層3から第1、第2クラッド層4、5へ
電子がオーバーフローするのを抑制できたためである。
From this figure, it can be seen that the semiconductor laser device of this embodiment has a threshold current of 71 mA, and a threshold current of 88 m of the conventional example.
It turns out that it is remarkably reduced compared with A. this is,
Since the p carrier concentration of the first and second cladding layers 4 and 5 of this embodiment is increased at least in the vicinity of the light emitting portion, and the energy barrier between the active layer 3 and the p-type cladding layer is increased. This is because it was possible to suppress the electrons from overflowing into the first and second cladding layers 4 and 5.

【0027】図4に本実施例の半導体レーザ素子と従来
の半導体レーザ素子の信頼性試験の結果を示す。尚、こ
の実験では、素子環境温度30℃、光出力3mW、AP
C駆動で行った。
FIG. 4 shows the results of reliability tests of the semiconductor laser device of this embodiment and a conventional semiconductor laser device. In this experiment, the device environment temperature was 30 ° C., the light output was 3 mW,
C drive was performed.

【0028】この図から本実施例の半導体レーザ素子
は、従来素子が500時間程度で顕著に劣化するのに対
して1000時間以上でも安定に動作することが判る。
これは、本実施例の素子が結晶成長が1回で形成できる
ので、結晶の酸化等が起こらないことに起因していると
考えられる。
From this figure, it can be seen that the semiconductor laser device of the present embodiment operates stably even after 1000 hours or more, while the conventional device deteriorates remarkably in about 500 hours.
This is considered to be due to the fact that the device of the present embodiment can be formed by crystal growth only once, so that crystal oxidation or the like does not occur.

【0029】図5にMOCVD法(温度低下時にAsH
3フロー工程含む)により作成した(AlxGa1-x0.5
In0.5Pと、Zn濃度及びアクセプタ濃度との関係を
示す。尚、Znの供給量はZn/III=0.6であり、
熱処理温度は500℃、15分、ハイニーガス中で行っ
た。
FIG. 5 shows the MOCVD method (AsH
Created by 3 including flow process) (Al x Ga 1-x ) 0.5
4 shows the relationship between In 0.5 P, the Zn concentration and the acceptor concentration. The supply amount of Zn is Zn / III = 0.6,
The heat treatment was performed at 500 ° C. for 15 minutes in a high knee gas.

【0030】この図から判るように、Znをドープした
(AlxGa1-x0.5In0.5Pの作成後(as gro
wn)は、(AlxGa1-x0.5In0.5P中に水素が取
り込まれZnが不活性化されているためアクセプター濃
度は小さいが、熱処理することにより水素が取り除かれ
Znが活性化するためアクセプター濃度が向上すること
が判る。
As can be seen from this figure, after the formation of Zn-doped (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P (as gross)
wn) has a low acceptor concentration because (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P has hydrogen incorporated therein and Zn is inactivated, but heat treatment removes hydrogen to activate Zn. Therefore, it can be understood that the acceptor concentration is improved.

【0031】従って、上述の実施例と異なる組成比のp
型第2クラッド層5、n型電流阻止層6でも同様に形成
できる。即ち、n型(AlxGa1-x0.5In0.5P層1
0にドープするZnとSiの各濃度を、熱処理前(as
grown)ではn型電流阻止層6が必要とするn−
キャリア濃度(ドナー濃度>アクセプター濃度)とな
り、熱処理後はZnが活性化されてアクセプター濃度が
向上することによりp型第2クラッド層が必要とするp
−キャリア濃度(アクセプター濃度>ドナー濃度)とな
るように設定すればよい。この熱処理温度は450℃〜
550℃の範囲であればよく、また雰囲気ガスもハイニ
ーガスに代えてN2ガス、Arガス等の不活性ガスであ
ってもよい。更に、熱処理時間は5分〜1時間程度が好
ましい。
Therefore, p of a composition ratio different from that of the above-described embodiment is used.
The second type cladding layer 5 and the n-type current blocking layer 6 can be similarly formed. That is, n-type (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P layer 1
Before the heat treatment (as
(grown), the n-type current blocking layer 6 requires n-
The carrier concentration (donor concentration> acceptor concentration) is reached, and after the heat treatment, Zn is activated and the acceptor concentration is improved, so that the p-type second cladding layer requires p.
-The carrier concentration (acceptor concentration> donor concentration) may be set. This heat treatment temperature is 450 ° C ~
The temperature may be in the range of 550 ° C., and the atmosphere gas may be an inert gas such as N 2 gas or Ar gas instead of the high knee gas. Further, the heat treatment time is preferably about 5 minutes to 1 hour.

【0032】尚、上述では、n型(AlxGa1-x0.5
In0.5P層10のドナーとしてSiを用いたが、Si
に代えて例えばSeでもよい。上述したようにアクセプ
ターとなるZnは熱処理工程の有無(水素除去工程の有
無)により活性化率が異なるが、ドナーとなるSiやS
eの活性化率は熱処理工程の有無に依存しない。
In the above description, n-type (Al x Ga 1 -x ) 0.5
Although Si was used as a donor of the In 0.5 P layer 10, Si
May be replaced with Se, for example. As described above, the activation rate of Zn serving as an acceptor differs depending on the presence or absence of a heat treatment step (presence or absence of a hydrogen removal step).
The activation rate of e does not depend on the presence or absence of a heat treatment step.

【0033】また、上記実施例では活性層3としてAl
GaInP層の場合の一例を示したが、勿論GaInP
層や多重量子井戸構造の活性層を適宜用いても勿論よ
い。
In the above embodiment, the active layer 3 is made of Al
Although an example of the case of a GaInP layer has been described,
A layer or an active layer having a multiple quantum well structure may be used as appropriate.

【0034】更に、クラッド層は従来周知のごとく活性
層よりバンドギャップエネルギーが大きく且つ屈折率が
小さい(AlGaInP系ではクラッド層は活性層より
Al組成比が大きい)ものが用いることができるので、
活性層に応じて(AlxGa1 -x0.5In0.5P(x=
1)クラッド層を本発明のAlGaInPクラッド層と
して用いることができるのは勿論であり、また本発明の
n型AlGaInP電流阻止層はn型(AlxGa1-x
0.5In0.5P(x=1)であってもよい。
Further, as is well known in the art, a clad layer having a larger band gap energy and a smaller refractive index than the active layer (in the case of AlGaInP, the clad layer has a larger Al composition ratio than the active layer) can be used.
Depending on the active layer, (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P (x =
1) Needless to say, the cladding layer can be used as the AlGaInP cladding layer of the present invention, and the n-type AlGaInP current blocking layer of the present invention is n-type (Al x Ga 1-x ).
0.5 In 0.5 P (x = 1) may be used.

【0035】また、キャップ層としては、GaAsに代
えてAlGaAsを適宜利用できる。
As the cap layer, AlGaAs can be appropriately used instead of GaAs.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、p型Al
GaInP第1クラッド層上に、ドープされたZnが活
性化しているp型AlGaInP第2クラッド層と、該
第2クラッド層の両側に位置し、且つドープされたZn
が活性化していないn型AlGaInP電流阻止層とが
形成されている構造であるので、高p−キャリア濃度の
p型AlGaInPクラッド層、及びn型AlGaIn
P電流阻止層をp型AlGaInPクラッド層及びn型
AlGaInP電流阻止層を形成するためのエッチング
工程なしに1回の結晶成長で得られる。従って、p型A
lGaInPクラッド層のキャリア濃度が大きくなるの
で、しきい値電流の低減が図れる。また1回の結晶成長
で製造でき、素子中の半導体層が酸化されないので、素
子の信頼性が向上する。更に、半導体層のエッチングが
必要でないので、製造の簡単化が図れる。
The semiconductor laser device of the present invention has a p-type Al
Doped Zn is active on the GaInP first cladding layer.
A second p-type AlGaInP cladding layer,
Doped Zn located on both sides of the second cladding layer
Is not activated and the n-type AlGaInP current blocking layer is
Since the structure is formed, a p-type AlGaInP cladding layer having a high p-carrier concentration and an n-type AlGaIn
The P current blocking layer can be obtained by one crystal growth without an etching step for forming the p-type AlGaInP cladding layer and the n-type AlGaInP current blocking layer. Therefore, p-type A
Since the carrier concentration of the 1GaInP cladding layer increases, the threshold current can be reduced. In addition, since it can be manufactured by one crystal growth and the semiconductor layer in the device is not oxidized, the reliability of the device is improved. Further, since it is not necessary to etch the semiconductor layer, the manufacturing can be simplified.

【0037】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
1回の結晶成長で半導体層の形成を終了した後、Znが
ドープされたn型AlGaInP層上にストライプ状窓
を有するマスクを介した状態で熱処理を行うので、この
Znがドープされたn型AlGaInP層をn型AlG
aInP電流阻止層とp型AlGaInPクラッド層に
すると共に少なくとも光発振部近傍のp型AlGaIn
Pクラッド層のキャリア濃度を向上できる。従って、し
きい値電流の低減、信頼性の向上、製造の簡単化が図れ
る。
The method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention
After the formation of the semiconductor layer is completed by one crystal growth, a heat treatment is performed on the Zn-doped n-type AlGaInP layer through a mask having a stripe-shaped window. AlGaInP layer is n-type AlG
an aInP current blocking layer and a p-type AlGaInP cladding layer, and at least a p-type AlGaIn
The carrier concentration of the P clad layer can be improved. Therefore, the threshold current can be reduced, the reliability can be improved, and the manufacturing can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に半導体レーザ素子の断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例の半導体レーザ素子の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor laser device of the embodiment.

【図3】本実施例と比較例の半導体レーザ素子のI−L
特性を示す図である。
FIG. 3 shows IL of the semiconductor laser devices of the present embodiment and a comparative example.
It is a figure showing a characteristic.

【図4】本実施例と比較例の半導体レーザ素子の信頼性
試験の結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the results of a reliability test of the semiconductor laser devices of this example and a comparative example.

【図5】Znドープの(AlxGa1-x)InPとアクセ
プター濃度の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between Zn-doped (Al x Ga 1 -x ) InP and acceptor concentration.

【図6】従来例の半導体レーザ素子の製造工程を示す断
面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型GaAs基板 2 n型AlGaInPクラッド層 3 活性層 4 p型AlGaInPクラッド層 6 n型AlGaInP電流阻止層 10 n型AlGaInP層 12 マスク Reference Signs List 1 n-type GaAs substrate 2 n-type AlGaInP cladding layer 3 active layer 4 p-type AlGaInP cladding layer 6 n-type AlGaInP current blocking layer 10 n-type AlGaInP layer 12 mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 n型半導体基板と、該基板上に形成した
n型AlGaInPクラッド層と、該n型AlGaIn
Pクラッド層上に形成した活性層と、該活性層上に形成
したp型AlGaInP第1クラッド層を備え、該p型
AlGaInP第1クラッド層上には、ドープされたZ
nが活性化しているp型AlGaInP第2クラッド層
と、該第2クラッド層の両側に位置し、且つドープされ
たZnが活性化していないn型AlGaInP電流阻止
層とが形成されていることを特徴とする半導体レーザ素
子。
1. An n-type semiconductor substrate, an n-type AlGaInP cladding layer formed on the substrate, and the n-type AlGaIn
An active layer formed on the P-cladding layer, and a p-type AlGaInP first cladding layer formed on the active layer, wherein a doped Z is formed on the p-type AlGaInP first cladding layer.
n-type activated p-type AlGaInP second cladding layer
And doped on both sides of the second cladding layer and doped
N-type AlGaInP current blocking without activated Zn
The semiconductor laser device characterized Rukoto and the layers are formed.
【請求項2】 n型半導体基板上にn型AlGaInP
クラッド層、活性層、p型AlGaInPクラッド層、
Znがドープされたn型AlGaInP層、p型キャッ
プ層をこの順序で有機金属化学気相成長法により連続成
長する工程と、降温中にAsH3雰囲気とする工程と、
前記p型キャップ層上にストライプ状窓を有した水素を
透過しないマスクを形成する工程と、前記マスクを介し
た状態で熱処理を行う工程と、を有することを特徴とす
る半導体レーザ素子の製造方法。
2. An n-type AlGaInP on an n-type semiconductor substrate.
Cladding layer, active layer, p-type AlGaInP cladding layer,
A step of continuously growing a Zn-doped n-type AlGaInP layer and a p-type cap layer in this order by metal organic chemical vapor deposition, and a step of setting the atmosphere to an AsH 3 atmosphere during cooling.
A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a step of forming a mask having a stripe-shaped window and not allowing hydrogen to pass therethrough on the p-type cap layer; and a step of performing a heat treatment through the mask. .
【請求項3】 前記熱処理温度が450〜550℃であ
ることを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ素子の
製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the heat treatment temperature is 450 to 550 ° C.
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