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JP3615499B2 - Semiconductor laser - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクシステムの光源などに用いられる埋め込みリッジ型半導体レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、録再型DVDや高倍速CD―R/RW等の光ディスクシステムの光源として高出力埋め込みリッジ型半導体レーザが積極的に開発されている。
【0003】
図4はその一般的な構造を示したもので、基板201上にバッファ層202、下部クラッド層203、活性層204、第1上部クラッド層205、エッチング停止層206がこの順に形成され、エッチング停止層206の上にリッジ型の第2上部クラッド層207と中間層コンタクト208が形成され、リッジの側面および底面に電流ブロック層209が形成され、リッジの上面および電流ブロック層209の上にGaAsコンタクト層210が形成されている。この半導体レーザ装置を高出力に対応させる場合には、活性層から光をしみ出させることにより活性層に分布する光強度を低減するが、このとき活性層からしみ出された光が光吸収体であるGaAsコンタクト層210に吸収されると動作電流が増大しレーザ特性が低下する。そこでリッジの膜厚を厚くすることで活性層からGaAsコンタクト層210までの距離を大きくしGaAsコンタクト層に光が達するのを防止している。
【0004】
しかしながらこの構造には次のような問題がある。高出力動作が要求される半導体レーザの場合にはキンク発生光出力が十分高いことが求められることから、リッジの幅は通常数μm以下と制限がある。従ってリッジの膜厚が厚い場合は高抵抗となり素子の動作電圧が高くなる。特にリッジが順メサ(底辺が広い台形)の場合、リッジの膜厚を厚くするとリッジの上端幅(電流通路幅)が狭くなるため、素子の直列抵抗増加による動作電圧の増大が顕著になる。
【0005】
図5はこの課題を回避する特開2000−31585号公報に提案された従来の埋め込みリッジ型半導体レーザの構造図である。一般的な構造である図4と比較すると、リッジ部(307)および電流ブロック層とGaAsコンタクト層313の間に第3上部クラッド層311が形成されている点のみが異なる。
【0006】
前記従来例の製造方法を図6(a)〜(d)に従って説明する。まず1回目の有機金属気相成長法(以下MOCVD成長という)によりn型のGaAs基板301上にn型のGaAsバッファ層302、n型のAlGaInPからなる下部クラッド層303(膜厚1.3〜1.8μm)、AlGaInP層とGaInP層からなる活性層304(膜厚50〜100nm)、p型のAlGaInPからなる第1上部クラッド層305(膜厚220〜400nm)、p型のGaInPからなるエッチング停止層306(膜厚10〜30nm)、p型のAlGaInPからなる第2上部クラッド層307(膜厚0.6〜1.5μm)、p型のGaInPからなる中間コンタクト層308(膜厚10〜30nm)を形成する(図6(a))。そして、中間コンタクト層308の上にフォトリソグラフィ技術によりストライプ状のSiOマスク309を形成し、このマスク309を用いて中間コンタクト層308および第2上部クラッド層307をエッチング停止層306までエッチングしてリッジを形成する(図6(b))。次に2回目のMOCVD成長によりn型のGaAsからなる電流ブロック層310をリッジの両側に選択的に成長する(図6(c))。そしてSiOマスク309を除去後、3回目のMOCVD成長によりリッジ部および電流ブロック層310の上にp型のAlGaInP(膜厚0.3〜1.0μm)からなる第3上部クラッド層311、p型のGaInPからなる中間バンドギャップ層312(膜厚30〜100nm)、p型のGaAsからなるコンタクト層313(膜厚0.5〜3.0μm)を成長する(図6(d))。この第3上部クラッド層311が形成されていることにより、活性層とGaAsコンタクト層の距離を十分に長く確保することができるので、図4の一般的な構造図のように、GaAsコンタクト層の光吸収を防止するためにリッジの膜厚を厚くする必要がない。従ってリッジ上端幅の狭小化は回避されるため、直列抵抗の増加による動作電圧の増大を招くことがないと報告されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の技術には次のような問題がある。すなわち、第3上部クラッド層は清浄な基板の上に成長を行う1回目の成長により形成されるのではなく、エッチング及び選択成長のプロセスを通過した後にリッジ上面および電流ブロック層の上に再成長により形成される。従ってその結晶性はリッジ上面および電流ブロック層の結晶性に影響を受ける。第3上部クラッド層の屈折率は光分布を活性層を中心としておおよそ対称にするために、下部クラッド層および第2上部クラッド層と同程度であることが望ましく、第3上部クラッド層のAl組成は下部クラッド層および第2上部クラッド層と同程度である。よって、第3上部クラッド層はAl組成が高いのでその結晶性はGaAsコンタクト層の場合よりも、リッジ上面および電流ブロック層の結晶性に影響を受けやすいと考えられる。
【0008】
実際に従来例では電流ブロック層としてn型のGaAsが用いられているが、本発明者らは、電流ブロック層として導波路損失を低減しさらに低動作電流化を図るために、バンドギャップが活性層より大きいn型のAlInPを用いたところ、異常に動作電圧が大きくなりレーザ発振しないという問題が発生した。原因究明のため透過型電子顕微鏡(TEM)解析を行った結果、図7(a)に示すようにn型のAlInPからなる電流ブロック層のなかでリッジ側面上に成長している領域には転位が発生しており、その領域を起点としてp型のAlGaInPからなる第3上部クラッド層中へ向かって主に2方向に転位が発生していることが判明した。すなわちリッジ上端面の上部の電流通路となる領域内へ向かう方向と領域外へ向かう方向である。前者の方向に転位が発生したために、その領域での第3上部クラッド層のp型キャリアの活性化率が大幅に低下し高抵抗化したことがレーザ発振しない原因と考えられる。n型のAlInPからなる電流ブロック層のなかでリッジ側面上に成長している領域に転位が発生するのは、リッジの側面ではAlとInの取り込まれる割合がリッジの底面とは異なるために、リッジの側面に形成されるAlInPはGaAsと格子整合せず格子不整による歪が大きいためである。
【0009】
一方、従来の一般的な構造と同様にリッジ上面および電流ブロック層の直上にp型のAlGaInPからなる第3上部クラッド層ではなくGaAsコンタクト層を形成した場合は動作電圧は正常であった。
【0010】
また従来例ではAlGaInPからなる半導体レーザについて記述されているが、本発明者らが下部クラッド層、活性層、第1上部クラッド層、第2上部クラッド層、電流ブロック層および第3上部クラッド層をAlGaAsとする半導体レーザを作製し動作させたところ、レーザ発振はするが動作電圧は大きくなる同様の問題が生じた。原因究明のためTEM解析を行った結果、図7(b)に示すようにn型のAlGaAsからなる電流ブロック層には転位は発生していないが、電流ブロック層とp型のAlGaAsからなる第3上部クラッド層の界面付近を起点として第3上部クラッド層内でリッジ上端面の上部の電流通路となる領域内へ向かう方向に転位が発生していた。その領域での第3上部クラッド層のp型キャリアの活性化率が低下し高抵抗化したことが動作電圧増加の原因と考えられる。電流ブロック層とp型のAlGaAsからなる第3上部クラッド層の界面付近に転位が発生するのは、Al組成の高い電流ブロック層が酸化されたためと考えられる。
【0011】
一方、従来の一般的な構造と同様にリッジ上面および電流ブロック層の直上にp型のAlGaAsからなる第3上部クラッド層ではなくGaAsコンタクト層を形成した場合は動作電圧は正常であった。
【0012】
以上のように電流ブロック層がAlを含む場合は、第3上部クラッド層の結晶性が劣化し動作電圧が大きくなるという問題がある。
【0013】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、動作電圧が低く高効率な埋込リッジ型半導体レーザを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の半導体レーザは、第1導電型の半導体基板上に第1導電型の下部クラッド層と、活性層と、第2導電型の第1上部クラッド層と、リッジ形状を有する第2導電型の第2上部クラッド層が形成され、前記リッジを挟むようにして前記第2上部クラッド層より屈折率が低くかつAlを含む電流ブロック層が形成され、前記リッジと前記電流ブロック層の上に前記活性層よりも大きなバンドギャップを有する第2導電型の第3上部クラッド層が形成された半導体レーザであって、前記リッジが逆メサ断面形状であり、前記電流ブロック層は前記リッジの高さよりも薄く、かつ、前記リッジの側面を覆うように形成されており、前記リッジの側面に形成された前記電流ブロック層の端部と前記第3上部クラッド層との界面が、前記第3上部クラッド層における前記リッジ上端面の上部の電流通路となる領域と対向しないように形成されていることを特徴とする。
【0015】
前記半導体レーザーにおいては、逆メサ断面形状は、前記基板に対して、前記リッジが第2上部クラッド層と接する面の前記リッジ側の角度が90°より大きく135°以下の範囲が好ましい。
【0016】
また、前記電流ブロック層は前記リッジの上面よりも前記第1導電型の半導体基板側に形成されていることが好ましい。
【0017】
また、前記第2上部クラッド層がAlGaInPを含み、前記電流ブロック層がAlGaInPまたはAlInPを含み、前記第3上部クラッド層がAlGaInPまたはAlInPを含むか、あるいは、前記第2上部クラッド層がAlGaAsを含み、前記電流ブロック層がAlGaAsまたはAlAsを含み、前記第3上部クラッド層がAlGaAsまたはAlAsを含むことが好ましい。
また前記第2上部クラッド層がAlGaAsを含み、前記電流ブロック層がAlGaAsまたはAlAsを含み、前記第3上部クラッド層がAlGaAsまたはAlAsを含むことが好ましい。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【0019】
(実施例1)
図1及び図2(a)〜(d)は本発明の一実施例の半導体レーザの模式的断面図および製造方法を示す説明図である。1回目のMOCVD成長により、n型のGaAs基板101上にn型のGaAsからなるGaAsバッファ層102と、n型のAl0.5Ga0.5Asからなる下部クラッド層103(n=1×1018cm−3、膜厚2.5μm)と、Al0.3Ga0.7As層(膜厚5nm)とAl0.1Ga0.9As層(膜厚8nm)の量子井戸構造からなる活性層104と、p型のAl0.5Ga0.5Asからなる第1上部クラッド層105(p=7×1017cm−3、膜厚0.1μm)と、p型のAl0.2Ga0.8As層からなるエッチングストッパ層106(p=1×1018cm−3、膜厚10nm)と、p型のAl0.5Ga0.5Asからなる第2上部クラッド層107(p=1×1018cm−3、膜厚0.8μm)と、p型のAl0.2Ga0.8As層からなる中間コンタクト層108(p=1×1018cm−3、膜厚5nm)とを成長させた(図2(a))。
【0020】
その後、フォトリソグラフィによりストライプ状のSiNマスク109を逆メサ形状(底辺が短い台形)のリッジストライプが形成可能な方向、例えば[011]方向に形成し、フッ酸系のエッチャントによりエッチング停止層106までエッチングして逆メサ形状のリッジを形成した(図2(b))。逆メサ形状は、基板に対して、リッジが第2上部クラッド層と接する面のリッジの角度が90°より大きく135°以下の範囲が好まかった。
【0021】
そして2回目のMOCVD成長でn型のAl0.56Ga0.44Asからなる電流ブロック層110(n=1×1018cm−3、膜厚0.7μm)とn型GaAsキャップ層111(n=1×1018cm−3、膜厚0.1μm)を選択成長させた(図2(c))。
【0022】
次に、SiNマスク109をエッチング除去した後、3回目のMOCVD成長によりp型のAl0.5Ga0.5Asからなる第3上部クラッド層112(p=1×1018cm−3、膜厚1.6μm)、p型GaAsコンタクト層113を成長させた(p=1×1019cm−3、膜厚3.0μm)(図2(d))。
【0023】
本実施例のリッジ付近のTEM解析結果を図3に示す。電流ブロック層110に起因する転位はリッジ上端面の上部の電流通路となる領域外へ向かっていることがわかる。これはリッジが逆メサ形状であるためリッジ側面に成長した電流ブロック層110の結晶方位が順メサの場合と異なるためである。よって第3上部クラッド層のうちリッジ上端面の上部の電流通路となる領域のp型キャリアの活性化率が順メサの場合よりも向上するので動作電圧を低減することができた。実際に、本素子の動作電圧はリッジが順メサ形状の場合は光出力90mWで2.5V以上であったが、本実施例では1.9Vと大幅に動作電圧を低減できた。これにより活性層付近での発熱を低減できた結果、発熱によるレーザの熱飽和が改善され、光出力を90mWから120mWまで高めることができた。また、第3上部クラッド層のうちリッジ上端面の上部の電流通路となる領域の転位をより抑制するためには、電流ブロック層がリッジ上端面よりも基板側にのみ形成されていることが望ましい。これは、電流ブロック層がリッジ上端面よりもp型GaAsコンタクト層側にも形成されているとその領域を起点として第3上部クラッド層のうちリッジ上端面の上部の電流通路となる領域に転位が発生するためである。
【0024】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、リッジが逆メサ形状であるので第3上部クラッド層に発生する転位の方向をリッジの外部へと向かわせることができる。従って第3上部クラッド層のうちリッジ上端面の上部の電流通路となる領域の結晶性を向上することができる。よって動作電圧が低く高効率な埋込リッジ型半導体レーザを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体レーザの模式的断面図
【図2】(a)〜(d)は、図1に示す半導体レーザの製造方法を示す工程断面図
【図3】図1に示す半導体レーザの転位発生方向を示す説明断面図
【図4】従来の一般的な半導体レーザの模式的断面図
【図5】従来の半導体レーザの模式的断面図
【図6】(a)〜(d)は、図5に示す半導体レーザの製造方法を示す工程断面図
【図7】従来例の転位の発生方向を示す説明断面図
【符号の説明】
101,301 n型GaAs基板
102,302 n型GaAsバッファ層
103 n型AlGaAs下部クラッド層
104,204,304 活性層
105 p型AlGaAs第1上部クラッド層
106,206,306 エッチング停止層
107 p型AlGaAs第2上部クラッド層
108 p型AlGaAs中間コンタクト層
109 SiNマスク
110 n型AlGaAs電流ブロック層
111 n型GaAsキャップ層
112 p型AlGaAs第3上部クラッド層
113 p型GaAsコンタクト層
201 基板
202 バッファ層
203 下部クラッド層
205 第1上部クラッド層
207 第2上部クラッド層
208 中間コンタクト層
209 電流ブロック層
210 p型GaAsコンタクト層
303 n型AlGaInP下部クラッド層
305 p型AlGaInP第1上部クラッド層
307 p型AlGaInP第2上部クラッド層
308 p型GaInP中間コンタクト層
309 SiOマスク
310 n型GaAs電流ブロック層
311 p型AlGaInP第3上部クラッド層
312 p型GaInP中間バンドギャップ層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a buried ridge type semiconductor laser used for a light source of an optical disk system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a high-power embedded ridge type semiconductor laser has been actively developed as a light source for an optical disk system such as a recording / reproducing DVD or a high-speed CD-R / RW.
[0003]
FIG. 4 shows the general structure. A buffer layer 202, a lower cladding layer 203, an active layer 204, a first upper cladding layer 205, and an etching stop layer 206 are formed in this order on the substrate 201, and the etching is stopped. A ridge-type second upper clad layer 207 and an intermediate layer contact 208 are formed on the layer 206, a current blocking layer 209 is formed on the side surface and the bottom surface of the ridge, and a GaAs contact is formed on the top surface of the ridge and the current blocking layer 209. Layer 210 is formed. When this semiconductor laser device is adapted to high output, the light that is spilled from the active layer is reduced by causing the light to ooze out from the active layer. When absorbed by the GaAs contact layer 210, the operating current increases and the laser characteristics deteriorate. Therefore, by increasing the film thickness of the ridge, the distance from the active layer to the GaAs contact layer 210 is increased to prevent light from reaching the GaAs contact layer.
[0004]
However, this structure has the following problems. In the case of a semiconductor laser that requires high output operation, the kink generated light output is required to be sufficiently high, and therefore the width of the ridge is usually limited to several μm or less. Therefore, when the ridge is thick, the resistance becomes high and the operating voltage of the element increases. In particular, when the ridge is a forward mesa (a trapezoid with a wide base), the upper end width (current path width) of the ridge becomes narrower as the ridge thickness is increased, so that the increase in operating voltage due to an increase in the series resistance of the element becomes significant.
[0005]
FIG. 5 is a structural diagram of a conventional buried ridge type semiconductor laser proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-31585 which avoids this problem. Compared with FIG. 4, which is a general structure, the only difference is that a third upper cladding layer 311 is formed between the ridge portion (307) and the current blocking layer and the GaAs contact layer 313.
[0006]
The manufacturing method of the conventional example will be described with reference to FIGS. First, an n-type GaAs buffer layer 302 on an n-type GaAs substrate 301 and a lower clad layer 303 (thickness 1.3˜ 1.8 μm), an active layer 304 (film thickness 50 to 100 nm) made of an AlGaInP layer and a GaInP layer, a first upper cladding layer 305 (film thickness 220 to 400 nm) made of p-type AlGaInP, and an etching made of p-type GaInP. Stop layer 306 (film thickness 10 to 30 nm), second upper cladding layer 307 (film thickness 0.6 to 1.5 μm) made of p-type AlGaInP, intermediate contact layer 308 (film thickness 10 to 10 μm) made of p-type GaInP 30 nm) (FIG. 6A). Then, a striped SiO 2 mask 309 is formed on the intermediate contact layer 308 by photolithography, and the intermediate contact layer 308 and the second upper cladding layer 307 are etched to the etching stop layer 306 using the mask 309. A ridge is formed (FIG. 6B). Next, the current block layer 310 made of n-type GaAs is selectively grown on both sides of the ridge by the second MOCVD growth (FIG. 6C). After removing the SiO 2 mask 309, the third upper cladding layer 311 made of p-type AlGaInP (film thickness: 0.3 to 1.0 μm) is formed on the ridge portion and the current blocking layer 310 by the third MOCVD growth. An intermediate band gap layer 312 (thickness 30 to 100 nm) made of type GaInP and a contact layer 313 (thickness 0.5 to 3.0 μm) made of p-type GaAs are grown (FIG. 6D). Since the third upper clad layer 311 is formed, a sufficiently long distance between the active layer and the GaAs contact layer can be ensured. Therefore, as shown in the general structural diagram of FIG. There is no need to increase the ridge thickness in order to prevent light absorption. Accordingly, it has been reported that the narrowing of the ridge top width is avoided, so that the operating voltage is not increased due to the increase in series resistance.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional techniques have the following problems. That is, the third upper cladding layer is not formed by the first growth on a clean substrate, but is regrown on the ridge upper surface and the current blocking layer after passing through etching and selective growth processes. It is formed by. Therefore, the crystallinity is affected by the crystallinity of the ridge upper surface and the current blocking layer. The refractive index of the third upper cladding layer is preferably about the same as that of the lower cladding layer and the second upper cladding layer in order to make the light distribution approximately symmetrical about the active layer, and the Al composition of the third upper cladding layer Is approximately the same as the lower cladding layer and the second upper cladding layer. Therefore, since the third upper cladding layer has a high Al composition, its crystallinity is considered to be more susceptible to the crystallinity of the ridge upper surface and the current blocking layer than in the case of the GaAs contact layer.
[0008]
Actually, in the conventional example, n-type GaAs is used as the current blocking layer, but the present inventors have activated the band gap to reduce the waveguide loss and further reduce the operating current as the current blocking layer. When n-type AlInP larger than the layer was used, there was a problem that the operating voltage was abnormally increased and laser oscillation did not occur. As a result of transmission electron microscope (TEM) analysis for investigating the cause, as shown in FIG. 7 (a), dislocations are present in the region growing on the ridge side in the current blocking layer made of n-type AlInP. It was found that dislocations occurred mainly in two directions from the region toward the third upper cladding layer made of p-type AlGaInP. That is, the direction toward the inside of the region that becomes the current path above the upper end surface of the ridge and the direction toward the outside of the region. Since dislocations occurred in the former direction, the activation rate of the p-type carrier in the third upper cladding layer in that region was greatly reduced and the resistance increased, which is considered to be the cause of no laser oscillation. In the current blocking layer made of n-type AlInP, dislocation occurs in the region growing on the side surface of the ridge because the proportion of Al and In taken in on the side surface of the ridge is different from the bottom surface of the ridge. This is because AlInP formed on the side surface of the ridge does not lattice match with GaAs and has a large strain due to lattice mismatch.
[0009]
On the other hand, the operating voltage was normal when the GaAs contact layer was formed instead of the third upper cladding layer made of p-type AlGaInP on the ridge upper surface and the current blocking layer just like the conventional general structure.
[0010]
In the conventional example, a semiconductor laser made of AlGaInP is described. However, the present inventors have described a lower cladding layer, an active layer, a first upper cladding layer, a second upper cladding layer, a current blocking layer, and a third upper cladding layer. When a semiconductor laser made of AlGaAs was fabricated and operated, the same problem that laser oscillation occurred but the operating voltage increased was caused. As a result of the TEM analysis for investigating the cause, as shown in FIG. 7B, no dislocation occurs in the current blocking layer made of n-type AlGaAs, but the current blocking layer and the p-type AlGaAs first. Dislocations occurred in the direction from the vicinity of the interface between the three upper cladding layers toward the region of the current path above the upper surface of the ridge in the third upper cladding layer. It is considered that the increase in operating voltage is caused by the decrease in the activation rate of the p-type carrier in the third upper cladding layer in that region and the increase in resistance. The reason why dislocation occurs near the interface between the current blocking layer and the third upper cladding layer made of p-type AlGaAs is considered to be because the current blocking layer having a high Al composition is oxidized.
[0011]
On the other hand, the operating voltage was normal when the GaAs contact layer was formed instead of the third upper cladding layer made of p-type AlGaAs on the ridge upper surface and the current blocking layer just like the conventional general structure.
[0012]
As described above, when the current blocking layer contains Al, there is a problem that the crystallinity of the third upper cladding layer is deteriorated and the operating voltage is increased.
[0013]
In order to solve the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a buried ridge type semiconductor laser having a low operating voltage and high efficiency.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the semiconductor lasers of the present invention includes a first conductive type lower cladding layer of the first conductivity type semiconductor substrate, an active layer and a first upper cladding layer of a second conductivity type, A second conductivity type second upper cladding layer having a ridge shape is formed, and a current blocking layer having a refractive index lower than that of the second upper cladding layer and containing Al is formed so as to sandwich the ridge, and the ridge and the current are formed. a semiconductor laser third upper cladding layer of a second conductivity type having a larger band gap than the active layer is formed on the blocking layer, Ri said ridge inverted mesa cross section der, the current blocking layer Is thinner than the ridge and covers the side surface of the ridge, and the end of the current blocking layer and the third upper cladding layer formed on the side surface of the ridge Interface, characterized that you have been formed so as not to face the said ridge upper face an upper region serving as a current path of the third upper cladding layer.
[0015]
In the semiconductor laser, the reverse mesa cross-sectional shape is preferably in a range in which an angle on the ridge side of a surface of the ridge contacting the second upper cladding layer with respect to the substrate is greater than 90 ° and not greater than 135 °.
[0016]
The current blocking layer is preferably formed closer to the first conductivity type semiconductor substrate than the upper surface of the ridge.
[0017]
The second upper cladding layer comprises a AlGaIn P, the current blocking layer comprises AlGaInP or AlIn P, the third or upper cladding layer comprises AlGaInP or AlIn P, or, wherein the second upper cladding layer It is preferable that AlGaAs is included, the current blocking layer includes AlGaAs or AlAs, and the third upper cladding layer includes AlGaAs or AlAs .
Preferably, the second upper cladding layer includes AlGaAs, the current blocking layer includes AlGaAs or AlAs, and the third upper cladding layer includes AlGaAs or AlAs.
[0018]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
(Example 1)
1 and 2A to 2D are a schematic sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention and an explanatory view showing a manufacturing method. By the first MOCVD growth, a GaAs buffer layer 102 made of n-type GaAs and a lower cladding layer 103 made of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As (n = 1 ××) on an n-type GaAs substrate 101. 10 18 cm −3 , film thickness 2.5 μm), and Al 0.3 Ga 0.7 As layer (film thickness 5 nm) and Al 0.1 Ga 0.9 As layer (film thickness 8 nm) quantum well structure An active layer 104, a first upper cladding layer 105 (p = 7 × 10 17 cm −3 , film thickness 0.1 μm) made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As, and p-type Al 0. .2 Etching stopper layer 106 (p = 1 × 10 18 cm −3 , film thickness 10 nm) made of Ga 0.8 As layer and second upper cladding layer made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As 107 (p = 1 × 10 18 cm −3 And an intermediate contact layer 108 (p = 1 × 10 18 cm −3 , film thickness 5 nm) made of a p-type Al 0.2 Ga 0.8 As layer (FIG. 5). 2 (a)).
[0020]
Thereafter, a striped SiN mask 109 is formed by photolithography in a direction in which a ridge stripe having a reverse mesa shape (trapezoid with a short base) can be formed, for example, the [011] direction, and the etching stopper layer 106 is formed using a hydrofluoric acid-based etchant. Etching was performed to form a reverse mesa-shaped ridge (FIG. 2B). For the inverted mesa shape, the range in which the ridge angle of the surface where the ridge is in contact with the second upper cladding layer with respect to the substrate is greater than 90 ° and not greater than 135 ° is preferable.
[0021]
In the second MOCVD growth, a current blocking layer 110 (n = 1 × 10 18 cm −3 , film thickness 0.7 μm) made of n-type Al 0.56 Ga 0.44 As and an n-type GaAs cap layer 111 ( n = 1 × 10 18 cm −3 , film thickness of 0.1 μm) was selectively grown (FIG. 2C).
[0022]
Next, after removing the SiN mask 109 by etching, the third upper cladding layer 112 (p = 1 × 10 18 cm −3 , film made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As is formed by the third MOCVD growth. The p-type GaAs contact layer 113 was grown (thickness: 1.6 μm) (p = 1 × 10 19 cm −3 , film thickness: 3.0 μm) (FIG. 2D).
[0023]
FIG. 3 shows a TEM analysis result in the vicinity of the ridge in this example. It can be seen that the dislocation caused by the current blocking layer 110 is directed out of the region serving as a current path above the upper end surface of the ridge. This is because the ridge has an inverted mesa shape and the crystal orientation of the current blocking layer 110 grown on the side surface of the ridge is different from that in the normal mesa. Therefore, since the activation rate of the p-type carrier in the region of the third upper cladding layer that becomes the current path above the upper end surface of the ridge is improved as compared with the forward mesa, the operating voltage can be reduced. Actually, the operating voltage of this element was 2.5 V or more at an optical output of 90 mW when the ridge has a forward mesa shape, but in this example, the operating voltage could be greatly reduced to 1.9 V. As a result, heat generation in the vicinity of the active layer could be reduced. As a result, heat saturation of the laser due to heat generation was improved, and the optical output could be increased from 90 mW to 120 mW. Further, in order to further suppress dislocations in the region of the third upper cladding layer that becomes the current path above the ridge upper end surface, it is desirable that the current blocking layer be formed only on the substrate side from the ridge upper end surface. . This is because when the current blocking layer is also formed on the p-type GaAs contact layer side from the top surface of the ridge, the dislocation starts from that region into the region that becomes the current path above the top surface of the ridge in the third upper cladding layer This is because of this.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the ridge has an inverted mesa shape, the direction of dislocation generated in the third upper cladding layer can be directed to the outside of the ridge. Accordingly, it is possible to improve the crystallinity of a region of the third upper cladding layer which becomes a current path above the upper end surface of the ridge. Therefore, a buried ridge type semiconductor laser having a low operating voltage and high efficiency can be realized.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2D are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a conventional general semiconductor laser. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a conventional semiconductor laser. FIG. 7D is a process cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 5. FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view showing the direction of dislocation generation in the conventional example.
101, 301 n-type GaAs substrate 102, 302 n-type GaAs buffer layer 103 n-type AlGaAs lower cladding layer 104, 204, 304 active layer 105 p-type AlGaAs first upper cladding layer 106, 206, 306 etching stop layer 107 p-type AlGaAs Second upper cladding layer 108 p-type AlGaAs intermediate contact layer 109 SiN mask 110 n-type AlGaAs current blocking layer 111 n-type GaAs cap layer 112 p-type AlGaAs third upper cladding layer 113 p-type GaAs contact layer 201 substrate 202 buffer layer 203 lower part Cladding layer 205 First upper cladding layer 207 Second upper cladding layer 208 Intermediate contact layer 209 Current blocking layer 210 p-type GaAs contact layer 303 n-type AlGaInP lower cladding layer 305 p AlGaInP first upper cladding layer 307 p-type AlGaInP second upper cladding layer 308 p-type GaInP intermediate contact layer 309 SiO 2 mask 310 n-type GaAs current blocking layer 311 p-type AlGaInP third upper cladding layer 312 p-type GaInP intermediate band gap layer

Claims (5)

第1導電型の半導体基板上に第1導電型の下部クラッド層と、活性層と、第2導電型の第1上部クラッド層と、リッジ形状を有する第2導電型の第2上部クラッド層が形成され、前記リッジを挟むようにして前記第2上部クラッド層より屈折率が低くかつAlを含む電流ブロック層が形成され、前記リッジと前記電流ブロック層の上に前記活性層よりも大きなバンドギャップを有する第2導電型の第3上部クラッド層が形成された半導体レーザであって、
前記リッジが逆メサ断面形状であり、
前記電流ブロック層は前記リッジの高さよりも薄く、かつ、前記リッジの側面を覆うように形成されており、
前記リッジの側面に形成された前記電流ブロック層の端部と前記第3上部クラッド層との界面が、前記第3上部クラッド層における前記リッジ上端面の上部の電流通路となる領域と対向しないように形成されていることを特徴とする半導体レーザ。
A first conductivity type lower cladding layer, an active layer, a second conductivity type first upper cladding layer, and a second conductivity type second upper cladding layer having a ridge shape are formed on a first conductivity type semiconductor substrate. A current blocking layer having a refractive index lower than that of the second upper cladding layer and containing Al is formed so as to sandwich the ridge, and a band gap larger than that of the active layer is formed on the ridge and the current blocking layer. A semiconductor laser in which a third upper cladding layer of a second conductivity type is formed,
Wherein Ri ridge inverted mesa cross section der,
The current blocking layer is thinner than the height of the ridge and is formed so as to cover the side surface of the ridge;
An interface between the end portion of the current blocking layer formed on the side surface of the ridge and the third upper cladding layer does not face a region serving as a current path above the upper end surface of the ridge in the third upper cladding layer. a semiconductor laser which is characterized that you have been formed.
前記逆メサ断面形状は、前記基板に対して、前記リッジが第2上部クラッド層と接する面の前記リッジ側の角度が90°より大きく135°以下の範囲である請求項1に記載の半導体レーザ。2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reverse mesa cross-sectional shape is such that an angle on the ridge side of a surface of the ridge in contact with the second upper cladding layer with respect to the substrate is greater than 90 ° and not more than 135 °. . 前記電流ブロック層は前記リッジの上面よりも前記第1導電型の半導体基板側に形成されている請求項1または2に記載の半導体レーザ。3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the current blocking layer is formed closer to the semiconductor substrate of the first conductivity type than an upper surface of the ridge. 前記第2上部クラッド層がAlGaInPを含み、前記電流ブロック層がAlGaInPまたはAlInPを含み、前記第3上部クラッド層がAlGaInPまたはAlInPを含む請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ。Wherein the second upper cladding layer is AlGaIn P, wherein the current blocking layer is AlGaInP or AlIn P, the semiconductor laser according to any one the third upper cladding layer of claim 1 comprising AlGaInP or AlIn P . 前記第2上部クラッド層がAlGaAsを含み、前記電流ブロック層がAlGaAsまたはAlAsを含み、前記第3上部クラッド層がAlGaAsまたはAlAsを含む請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ。4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the second upper cladding layer includes AlGaAs, the current blocking layer includes AlGaAs or AlAs, and the third upper cladding layer includes AlGaAs or AlAs.
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