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JP4897944B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable semiconductor laser element having proper laser characteristics. SOLUTION: This SAS semiconductor laser element 50 has the same constitution as that of the conventional SAS semiconductor laser element, having a two-layered etch stopping layer structure, except that an n-type GaAs layer 52 having a thickness of 10 nm is interposed between an n-type In0.49 Ga0.51 P second etch stopping layer 30 and an n-type Al0.35 Ga0.65 As current-blocking layer 32. Since the current-blocking layer 32 and second etch stopping layer 30 are separated from each other by the n-type GaAs layer 52, the interface between the layers 32 and 30 formed in the conventional SAS semiconductor laser element is not formed, an, accordingly, an intermediate layer in which many kinds of atoms are unevenly mixed will not be formed in the interface in this semiconductor laser element 50, unlike in the conventional SAS semiconductor laser element.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子及びその作製方法に関し、更に詳細には、レーザ特性が良好で信頼性の高い半導体レーザ素子、例えば980nm帯の内部狭窄型(セルフアライン・ストラクチャー、以下、SASと言う)半導体レーザ素子として最適な半導体レーザ素子及びその作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エルビウム・ドープド・光ファイバ増幅器(EDFA)システムの励起光源に用いられる高出力半導体レーザ素子として、980nm帯のSAS半導体レーザ素子が注目されており、その研究開発が進展している。
内部ストライプ構造であるSAS半導体レーザ素子を作製する過程には、電流ブロッキング構造を形成する際、n−電流ブロッキング層を成膜した後、成膜したn−電流ブロッキング層をストライプ状にエッチングして、次いでp−クラッド層を成膜する工程がある。
【0003】
レーザ特性の良好なSAS半導体レーザ素子を作製するには、エッチング工程で、エッチング深さを厳密に制御して被エッチング層のみをエッチングし、被エッチング層下の下地層をオーバーエッチングしないようにすることが、極めて重要である。
通常、エッチングレート、或いはエッチング時間を制御することにより、エッチング深さを調整しているが、正確な深さに調整することは難しい。そこで、エッチング深さを正確に制御するために、被エッチング層の下にエッチングストップ層を成膜し、エッチングの進行を自動的にエッチングストップ層の表面で停止させることが多い。
エッチングストップ層は、エッチングガス又はエッチャント等のエッチング媒体に対して被エッチング層に比べてエッチングレートが著しく低い物質層、つまりエッチング選択性を有する物質層であって、被エッチング層の下にエッチングストップ層を成膜することにより、エッチングレートの違いによって、エッチングの進行がエッチングストップ層で自動的に停止する。
【0004】
電流ブロッキング層のエッチングの深さを厳密に制御することが必要なSAS半導体レーザ素子等の作製、特にEDFAシステムの励起光源として注目されている高出力の980nm帯のSAS半導体レーザ素子の作製では、エッチングストップ層が必要不可欠である。
【0005】
980nm帯SAS半導体レーザは、GaAs基板上に、活性層としてInGaAs層を、クラッド層としてAlGaAs層を備えている。
作製に際しては、n−GaAs基板上に、n−AlGaAsクラッド層、InGaAs活性層、p−AlGaAsクラッド層、n−AlGaAs電流ブロッキング層、n−GaAsキャップ層等を積層し、次いでn−GaAsコンタクト層及びn−AlGaAs電流ブロッキング層をエッチングして、p−AlGaAsクラッド層を露出させる際、エッチングストップ層としてAlGaAs層に対してエッチング選択性を有し、かつGaAs基板に格子整合するIn0.49Ga0.51P層が用いられることが多い。
また、必要に応じ、n−AlGaAsクラッド層とInGaAs活性層の間、及び活性層とp−AlGaAsクラッド層との間に、ノンドープのAlGaAsからなるSCH層を設けた構造も提案されている。
更に、一層のエッチングストップ層の改良案として、2層構造のエッチングストップ層を設ける方法も、提案されている。
【0006】
ここで、図3及び図4を参照して、980nm帯のSAS半導体レーザ素子を作製する従来の方法を説明する。図3及び図4(a)から(c)は、それぞれ、980nm帯のSAS半導体レーザ素子を作製するに当たり、従来の方法によって積層構造をエッチングする際の工程毎の断面図である。
本方法では、GaAs層及びAlGaAs電流ブロッキング層をエッチングする際に、2層構造のエッチングストップ層を用いている。
まず、図3に示すように、n−GaAs基板12上に、n−Al0.3Ga0.7Asクラッド層14、Al0.2Ga0.8AsSCH層16、GaAs0.90.1バリア層18、In0.2Ga0.8As活性層20、GaAs0.90.1バリア層22、及び、Al0.2Ga0.8AsSCH層24を、順次、積層する。
更に、Al0.2Ga0.8AsSCH層24上に、p−Al0.3Ga0.7Asクラッド層26、膜厚10nmのp−GaAs第1エッチングストップ層28、膜厚10nmのn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30、膜厚200nmのn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32、及びp−GaAsキャップ層34の積層構造を形成する。
【0007】
SAS半導体レーザ素子を作製するためには、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32、p−GaAsキャップ層34のみをストライプ状にエッチングする必要がある。
そこで、p−GaAsキャップ層34及びn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングするためには、図3に示すように、エッチングマスク36を形成する。
【0008】
続いて、エッチャントとして、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30に対してエッチング選択性を示す酒石酸やクエン酸等のエッチング液を用いて、図4(a)に示すように、p−GaAsキャップ層34及びn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングする。エッチングの進行を、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30で停止させた後、エッチングマスク36をエッチング除去する。
次に、エッチャントとして、p−GaAs第1エッチングストップ層28に対してエッチング選択性を示す塩酸系エッチャント(HCl:H2 PO4 =1:3)を用いて、図4(b)に示すように、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30をエッチングして、除去する。エッチングの進行は、p−GaAs第1エッチングストップ層28で停止する。
【0009】
次いで、図4(c)に示すように、p−GaAsキャップ層34及びp−GaAs第1エッチングストップ層28上に、p−Al0.3Ga0.7Asクラッド層38及びp−GaAsキャップ層34を再成長させる。
これにより、980nm帯のSAS半導体レーザ素子のレーザ構造40を作製することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の方法によって980nm帯のSAS半導体レーザ素子を作製した際、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30とn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32との界面に双方の組成とは異なる組成の中間層が形成されることにより、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30の耐性が低下し、p−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層26が再成長表面に曝される。その結果、例えば、動作電圧及びしきい値電流が著しく高いという問題があった。
つまり、そのレーザ特性及び信頼性が実用的に必ずしも満足できるレベルにはなく、更なる改良が要望されていた。
【0011】
例えば、ストライプ幅が2.5μmで、共振器長が1200μmで、出射端面に反射率5%の反射防止膜、及び出射端面と反対側の端面に反射率92%の高反射膜をそれぞれ設けた、上述のレーザ構造40を作製するに当たり、p−GaAsキャップ層34及びn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングする際、第2エッチングストップ層30の耐性が維持され、エッチングが第2エッチングストップ層30で停止したときには、作製したレーザ構造40のしきい値電流は17mAであり、注入電流が100mAのときの動作電圧は1.4Vであった。
一方、同じレーザ構造40を作製したとき、第2エッチングストップ層30の耐性が低下し、p−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層26が再成長表面に曝されたときには、しきい値電流は40mA〜100mAに増大し、注入電流が100mAのときの動作電圧は1.7V〜2.0Vに上昇した。
【0012】
上述の説明では、980nm帯のSAS半導体レーザ素子を作製する際の2層構造のエッチングストップ層の問題点を例に上げて、被エッチング層とエッチングストップ層との間の問題点を説明しているが、この問題は2層構造のエッチングストップ層に限らず、また、980nm帯のSAS半導体レーザ素子の作製の際に限らず、被エッチング層とエッチングストップ層との間に起こる問題である。
半導体レーザ素子を作製する際、化合物半導体層をエッチングして、所望の形状に加工することが多く、例えば、リッジの形成では、化合物半導体層の積層構造の上部をエッチングし、また、回折格子の形成等では、一つの化合物半導体層をエッチングする。この場合でも、被エッチング層の下にエッチングストップ層が形成されている場合には、上述の例と同じ問題が生じる。
【0013】
そこで、本発明の目的は、化合物半導体層からなるエッチングストップ層によってその上の化合物半導体層のエッチング深さを制御することにより作製した半導体レーザ素子であっても、レーザ特性及び信頼性の良好な半導体レーザ素子を提供すること、更にそのような半導体レーザ素子の作製方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の方法によって作製した980nm帯のSAS半導体レーザ素子のレーザ特性及び信頼性が好ましくない原因を調べ、次のことを見い出した。
n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30上にn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32を成長させると、図5(a)に示すように、その界面に、第2エッチングストップ層30と電流ブロッキング層32の構成原子が複雑に混ざった不均一な組成の中間層31が形成される。
第2エッチングストップ層30上に電流ブロッキング層32を成長させる際、電流ブロッキング層32の成長が理想的に進行するときには、例えば実験的に理想的な条件で電流ブロッキング層32を成長させるときには、中間層31は形成されないものの、実際の成長工程で、MOCVD法等によって実用的な速度で電流ブロッキング層32を成長させるときには、構成原子が複雑に混ざった中間層31が形成される。
その中間層31では、エッチングレートも不均一になるので、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングした際、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30の表面が不均一にエッチングされ、荒れた表面になる。
そのため、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30が10nm以下と薄い場合には、図5(b)に示すように、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30に局所的に穴が開いてしまい、その下のp−GaAs第1エッチングストップ層28及びp−Al0.3Ga0.7Asクラッド層26までエッチングされてしまう。
【0015】
また、p−Al0.3Ga0.7Asクラッド層26、すなわちAl系材料が再成長界面に露出していると、Al材料の表面酸化が起こるために、p−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層38を再成長させる時に結晶欠陥が発生する。そのために、SAS半導体レーザ素子のレーザ特性及び信頼性が低下する。
例えば、表面に露出したp−Al0.3Ga0.7Asクラッド層26上に、p−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層38を再成長させて、SAS半導体レーザ素子を作製し、レーザ特性を評価したところ、動作電圧及びしきい値が著しく高くなった。
【0016】
また、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32/n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30の界面に中間層が形成されていると、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30をエッチングして取り除く際、中間層周りのn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30が局所的に除去し難くなるという問題もあった。
【0017】
そこで、本発明者は、電流ブロッキング層32と第2エッチングストップ層30との間に電流ブロッキング層32及び第2エッチングストップ層30の双方と異なる化合物半導体層、例えばGaAs層を挿入することにより、電流ブロッキング層32と第2エッチングストップ層30とを離間して、中間層の生成を防止し、これにより、第2エッチングストップ層30のエッチング耐性を向上させることを着想し、実験を重ねて本発明を発明するに到った。
【0018】
上記目的を達成するために、上述した知見に基づいて、本発明に係る半導体レーザ素子は、レーザ構造を構成する化合物半導体積層体内に、第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層下に前記第1の化合物半導体層とは異なる化合物半導体層からなるエッチングストップ層とを備え、前記第1の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより作製される半導体レーザ素子において、前記第1化合物半導体層と前記エッチングストップ層との間に、前記第1の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層が介在しており、前記第1の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第2の化合物半導体層が、それぞれ、AlGaAs層、InGaP層、及びGaAs層であることを特徴としている。
【0019】
本発明で、第1の化合物半導体層及びエッチングストップ層の膜厚には制約はないが、第2の化合物半導体層の膜厚は、0.3nm以上である。0.3nm以下では、本発明の効果が乏しいからである。
本発明では、被エッチング層である第1の化合物半導体層と、エッチングストップ層との間に、被エッチング層及びエッチングストップ層とは異なる第2の化合物半導体層を介在させて、中間層の生成を防止することにより、エッチングストップ層のエッチング耐性を向上させることができる。
本発明で中間層とは、第1の化合物半導体層及びエッチングストップ層とは異なる材料であって、第1の化合物半導体層及びエッチングストップ層の構成原子が複雑に混ざった不均一な組成の層を言う。
【0020】
InGaPエッチングストップ層を用いて、AlGaAs層のエッチングを制御する際に、本発明を適用して、InGaPエッチングストップ層とAlGaAs層との間にGaAs層を介在させることにより、InGaPエッチングストップ層の耐性を格段に向上させることができる。
【0021】
本発明及び後述の本発明方法は、上述の中間層が被エッチング層とエッチングストップ層との間に形成され易い、被エッチング層とエッチングストップ層との組み合わせの場合に好適に適用できる。
【0022】
好適には、第2の化合物半導体層は、第1の化合物半導体層及びエッチングストップ層の双方の材料と相互に異なる材料で、しかも基板と格子整合する材料を有する。
AlGaAs層の被エッチング層と、InGaP層のエッチングストップ層との組み合せを有する980nmのSAS半導体レーザ素子に好適な本発明の実施態様では、第1の化合物半導体層が少なくともAlを含む化合物半導体層であり、エッチングストップ層が少なくともPを含む化合物半導体層であり、第2の化合物半導体層がAl及びPの双方を含まない化合物半導体層である。
【0023】
本発明に係る半導体レーザ素子の作製方法は、半導体レーザ素子を構成する化合物半導体積層体の一部として、化合物半導体からなるエッチングストップ層、続いて前記エッチングストップ層上に前記エッチングストップ層とは組成の異なる第1の化合物半導体層を成膜し、次いで前記第1の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより、半導体レーザ素子を作製する方法であって、前記エッチングストップ層を成膜した後、前記第1の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層を成膜する工程と、前記第2の化合物半導体層上に前記第1の化合物半導体層を成膜する工程と、次いで、前記エッチングストップ層まで、前記第1の化合物半導体層及び前記第2の化合物半導体層をエッチングする工程とを有し、前記第1の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第2の化合物半導体層が、それぞれ、AlGaAs層、InGaP層、及びGaAs層であることを特徴としている。
【0024】
更に、2層構造のエッチングストップ層を設けるときには、前記エッチングストップ層(以下、第1のエッチングストップ層と言う)を下地層上に成膜する前に、前記下地層上に前記第1のエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有する化合物半導体層からなる第2のエッチングストップ層を成膜する工程を有し、前記第2のエッチングストップ層をエッチングストップ層として、前記第1のエッチングストップ層をエッチングする工程を有する。
【0025】
本発明方法では、被エッチング層とエッチングストップ層との間に第2の化合物半導体層を介在させて、中間層の生成を防止することにより、エッチングストップ層のエッチングストップ耐性を高め、エッチングストップ層を用いた半導体層の選択エッチングの制御性を向上させている。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
半導体レーザ素子の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子を980nm帯のSAS半導体レーザ素子に適用した実施形態の一例であって、図1は本実施形態例のSAS半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例のSAS半導体レーザ素子50は、図1に示すように、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30と、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32との間に、膜厚5nmのn−GaAs層52が介在していることを除いて、従来のSAS半導体レーザ素子40と同じ構成を備えている。
尚、SAS半導体レーザ素子50には、p−GaAsキャップ層34上にp側電極54、及びn−GaAs基板12の裏面にはn側電極56が、それぞれ、形成されている。
【0027】
本実施形態例のSAS半導体レーザ素子50では、n−GaAs層52が介在することによって、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32とn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30とが相互に離間しているので、従来のように、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32とn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30との界面が形成されることもなく、従って、多種原子が不均一に混ざり合った中間層が界面に形成されることもない。
尚、中間層が形成されていないことは、透過型電子顕微鏡で確認することができ、また、本実施形態例のSAS半導体レーザ素子50の動作電圧及びしきい値は、n−GaAs層52を介在させていないSAS半導体レーザ素子にに比べ大幅に低くなった。
【0028】
半導体レーザ素子の作製方法の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の作製方法を上述のSAS半導体レーザ素子50の作製に適用した際の実施形態の一例である。図2(a)から(c)は、本実施形態例の方法に従ってSAS半導体レーザ素子を作製した際の工程毎の断面図である。
前述した従来の方法と同様にして、先ず、図2(a)に示すように、n−GaAs基板12上に、n−Al0.3Ga0.7Asクラッド層14、Al0.2Ga0.8AsSCH層16、GaAs0.90.1バリア層18、In0.2Ga0.8As活性層20、GaAs0.90.1バリア層22、及び、Al0.2Ga0.8AsSCH層24を、順次、積層する。
【0029】
更に、Al0.2Ga0.8AsSCH層24上に、p−Al0.3Ga0.7Asクラッド層26、膜厚10nmのp−GaAs第1エッチングストップ層28、膜厚10nmのn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30、膜厚5nmのGaAs層52、膜厚200nmのn−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32、及びp−GaAsキャップ層34の積層構造を形成する。
次いで、図2(a)に示すように、p−GaAsキャップ層34、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングするためには、エッチングマスク36を形成する。
【0030】
続いて、エッチャントとして、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30に対してエッチング選択性を示す酒石酸やクエン酸等のエッチング液を用いて、図2(b)に示すように、p−GaAsキャップ層34、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32、及びn−GaAs層52をエッチングする。エッチングの進行を、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30で停止させた後、エッチングマスク36を除去する。
次に、エッチャントとして、p−GaAs第1エッチングストップ層28に対してエッチング選択性を示す塩酸系エッチャント(HCl:H2 PO4 =1:3)を用いて、図2(c)に示すように、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30をエッチングして、除去する。
【0031】
次いで、p−GaAsキャップ層34及び露出したp−GaAs第1エッチングストップ層28上に、p−Al0.3Ga0.7As電流クラッド層38及びp−GaAsキャップ層34を再成長させる。
次いで、p側電極54をp−GaAsキャップ層34上に形成し、n−GaAs基板12の裏面にn側電極56を形成することにより、図1に示すように、980nm帯のSAS半導体レーザ素子のレーザ構造50を作製することができる。
【0032】
本実施形態例方法では、n−GaAs層52が介在することによって、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32とn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30とが相互に離間しているので、従来のように、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32とn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30との界面が形成されることもなく、従って、多種原子が不均一に混ざり合った中間層が界面に形成されることもない。
従って、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングした際、従来のように、表面荒れがn−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30に生じるようなこともない。
【0033】
また、従来のように、中間層の形成によって、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30の組成が局所的に揺らいで、n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層32をエッチングする際、全層にわたって均一な膜厚で存在することが難しくなるようなこともないので、第2エッチングストップ層30のエッチングストップ耐性が向上し、仮に第2エッチングストップ層30の膜厚が10nm以下であっても、エッチングされて、局所的に孔が開口するようなこともない。
実際に、エッチングストップ耐性が向上し、表面荒れの無い再成長界面が得られることを反射型電子顕微鏡の観察で確認することができた。
【0034】
更には、n−GaAs層52を挿入することにより、中間層の生成が防止されるので、n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層30をエッチングする際、従来のように、中間層が生成しているために、第2エッチングストップ層30を円滑にエッチングすることが難しいという問題もない。
本実施形態例の方法に従って作製したSAS半導体レーザ素子のレーザ特性を測定したところ、動作電圧及びしきい値は、GaAs層を介在させていないために表面にAl0.3Ga0.7Asクラッド層が表面に露出した従来のSAS半導体レーザ素子に比べ大幅に低くなった。
【0035】
本実施形態例の効果は、AlGaAs層の被エッチング層と、InGaP層のエッチングストップ層との組み合せだけではなく、他の系の組み合わせにも応用が可能である。
つまり、不均一な組成の中間層が形成され易い他の材料系の半導体層同士の界面に中間層の形成を防止する第2の化合物半導体層を挿入することによって、エッチングストップ層のエッチング耐性を向上させることができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチングストップ層によってエッチング深さを制御しつつ第1の化合物半導体層をエッチングすることにより作製される半導体レーザ素子において、第1化合物半導体層とエッチングストップ層との間に、第1の化合物半導体層及びエッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層を介在させることにより、エッチングストップ層のエッチング耐性を向上させることができ、レーザ特性が良好で信頼性の高い半導体レーザ素子を実現することができる。
本発明方法によれば、第1の化合物半導体層とエッチングストップ層との間に、第2の化合物半導体層を挿入することにより、エッチングストップ層の耐性を向上させ、半導体レーザ作製プロセスにおけるエッチング制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例のSAS半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図2】図2(a)から(c)は、それぞれ、実施形態例の方法に従ってSAS半導体レーザ素子を作製した際の工程毎の断面図である。
【図3】980nm帯のSAS半導体レーザ素子を作製するに当たり、従来の方法によって積層構造をエッチングする際の工程毎の断面図である。
【図4】図4(a)から(c)は、それぞれ、図3に続いて、980nm帯のSAS半導体レーザ素子を作製するに当たり、従来の方法によって積層構造をエッチングする際の工程毎の断面図である。
【図5】図5(a)及び(b)は、それぞれ、エッチングストップ層をエッチング制御に使った従来のエッチング方法の問題点を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
12 n−GaAs基板
14 n−Al0.3Ga0.7Asクラッド層
16 Al0.2Ga0.8AsSCH層
18 GaAs0.90.1バリア層
20 In0.2Ga0.8As活性層
22 GaAs0.90.1バリア層
24 Al0.2Ga0.8AsSCH層
26 p−Al0.3Ga0.7Asクラッド層
28 p−GaAs第1エッチングストップ層
30 n−In0.49Ga0.51P第2エッチングストップ層
32 n−Al0.35Ga0.65As電流ブロッキング層
34 p−GaAsキャップ層
38 p−Al0.3Ga0.7Asクラッド層
50 実施形態例の980nm帯のSAS半導体レーザ素子
52 n−GaAs層
54 p側電極
56 n側電極
36 エッチングマスク
40 980nm帯のSAS半導体レーザ素子のレーザ構造
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof, and more particularly, a semiconductor laser device having good laser characteristics and high reliability, for example, an internal constriction type (self-aligned structure, hereinafter referred to as SAS) in the 980 nm band. The present invention relates to a semiconductor laser element optimum as a semiconductor laser element and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a high-power semiconductor laser device used as an excitation light source for an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) system, a 980 nm band SAS semiconductor laser device has been attracting attention, and its research and development is progressing.
In the process of fabricating the SAS semiconductor laser device having the internal stripe structure, when forming the current blocking structure, after forming the n-current blocking layer, the formed n-current blocking layer is etched into a stripe shape. Then, there is a step of forming a p-cladding layer.
[0003]
In order to fabricate a SAS semiconductor laser device having good laser characteristics, in the etching process, the etching depth is strictly controlled and only the etched layer is etched so that the underlying layer under the etched layer is not over-etched. It is extremely important.
Usually, the etching depth is adjusted by controlling the etching rate or the etching time, but it is difficult to adjust the etching depth to an accurate depth. Therefore, in order to accurately control the etching depth, an etching stop layer is often formed under the layer to be etched, and the progress of etching is often automatically stopped at the surface of the etching stop layer.
The etching stop layer is a material layer having an etching rate significantly lower than that of the layer to be etched with respect to an etching medium such as an etching gas or an etchant, that is, a material layer having etching selectivity, and is provided below the layer to be etched. By forming the layer, the progress of etching is automatically stopped at the etching stop layer due to the difference in the etching rate.
[0004]
In the production of a SAS semiconductor laser element or the like that requires strict control of the etching depth of the current blocking layer, particularly in the production of a high-power 980 nm band SAS semiconductor laser element that is attracting attention as an excitation light source for an EDFA system, An etch stop layer is essential.
[0005]
The 980 nm band SAS semiconductor laser includes an InGaAs layer as an active layer and an AlGaAs layer as a cladding layer on a GaAs substrate.
In the production, an n-AlGaAs cladding layer, an InGaAs active layer, a p-AlGaAs cladding layer, an n-AlGaAs current blocking layer, an n-GaAs cap layer, etc. are laminated on an n-GaAs substrate, and then an n-GaAs contact layer. And etching the n-AlGaAs current blocking layer to expose the p-AlGaAs cladding layer, an etch stop layer having an etching selectivity with respect to the AlGaAs layer and lattice-matching to the GaAs substrate.0.49Ga0.51P layer is often used.
In addition, a structure in which an SCH layer made of non-doped AlGaAs is provided between the n-AlGaAs cladding layer and the InGaAs active layer and between the active layer and the p-AlGaAs cladding layer as required.
Furthermore, a method of providing an etching stop layer having a two-layer structure has been proposed as a proposal for improving a single etching stop layer.
[0006]
Here, with reference to FIGS. 3 and 4, a conventional method for fabricating a 980 nm band SAS semiconductor laser device will be described. 3 and 4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views for each step when the stacked structure is etched by a conventional method in fabricating a 980 nm band SAS semiconductor laser device.
In this method, an etching stop layer having a two-layer structure is used when etching the GaAs layer and the AlGaAs current blocking layer.
First, as shown in FIG. 3, n-Al is formed on an n-GaAs substrate 12.0.3Ga0.7As cladding layer 14, Al0.2Ga0.8AsSCH layer 16, GaAs0.9P0.1Barrier layer 18, In0.2Ga0.8As active layer 20, GaAs0.9P0.1Barrier layer 22 and Al0.2Ga0.8The AsSCH layer 24 is sequentially stacked.
Furthermore, Al0.2Ga0.8On the AsSCH layer 24, p-Al0.3Ga0.7As cladding layer 26, 10 nm thick p-GaAs first etching stop layer 28, 10 nm thick n-In0.49Ga0.51P second etching stop layer 30, n-Al having a thickness of 200 nm0.35Ga0.65A stacked structure of the As current blocking layer 32 and the p-GaAs cap layer 34 is formed.
[0007]
In order to fabricate a SAS semiconductor laser device, n-Al0.35Ga0.65Only the As current blocking layer 32 and the p-GaAs cap layer 34 need to be etched in stripes.
Therefore, the p-GaAs cap layer 34 and the n-Al0.35Ga0.65In order to etch the As current blocking layer 32, an etching mask 36 is formed as shown in FIG.
[0008]
Subsequently, as an etchant, n-In0.49Ga0.51Using an etching solution such as tartaric acid or citric acid that exhibits etching selectivity with respect to the P second etching stop layer 30, as shown in FIG. 4A, the p-GaAs cap layer 34 and the n-Al0.35Ga0.65The As current blocking layer 32 is etched. The progress of etching is expressed as n-In.0.49Ga0.51After stopping at the P second etching stop layer 30, the etching mask 36 is removed by etching.
Next, as an etchant, a hydrochloric acid-based etchant (HCl: H: H) exhibiting etching selectivity with respect to the p-GaAs first etching stop layer 28.2POFour= 1: 3), as shown in FIG. 4B, n-In0.49Ga0.51The P second etching stop layer 30 is etched and removed. The progress of etching stops at the p-GaAs first etching stop layer 28.
[0009]
Next, as shown in FIG. 4C, on the p-GaAs cap layer 34 and the p-GaAs first etching stop layer 28, p-Al.0.3Ga0.7The As cladding layer 38 and the p-GaAs cap layer 34 are regrown.
Thereby, the laser structure 40 of the SAS semiconductor laser element in the 980 nm band can be manufactured.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a 980 nm band SAS semiconductor laser device is fabricated by the conventional method described above, n-In0.49Ga0.51P second etching stop layer 30 and n-Al0.35Ga0.65By forming an intermediate layer having a composition different from both compositions at the interface with the As current blocking layer 32, n-In0.49Ga0.51The resistance of the P second etching stop layer 30 decreases, and p-Al0.3Ga0.7As cladding layer 26 is exposed to the regrowth surface. As a result, for example, there is a problem that the operating voltage and the threshold current are extremely high.
That is, the laser characteristics and reliability are not necessarily at a level that can be practically satisfied, and further improvements have been desired.
[0011]
For example, an antireflection film having a stripe width of 2.5 μm, a resonator length of 1200 μm, a reflectivity of 5% on the exit end face, and a highly reflective film having a reflectivity of 92% on the end face opposite to the exit end face are provided. In fabricating the laser structure 40, the p-GaAs cap layer 34 and the n-Al0.35Ga0.65When etching the As current blocking layer 32, the resistance of the second etching stop layer 30 is maintained, and when the etching stops at the second etching stop layer 30, the threshold current of the fabricated laser structure 40 is 17 mA, The operating voltage was 1.4 V when the injection current was 100 mA.
On the other hand, when the same laser structure 40 is produced, the resistance of the second etching stop layer 30 decreases, and p-Al0.3Ga0.7When the As cladding layer 26 was exposed to the regrowth surface, the threshold current increased from 40 mA to 100 mA, and the operating voltage when the injection current was 100 mA increased from 1.7 V to 2.0 V.
[0012]
In the above description, the problem between the etching target layer and the etching stop layer is explained by taking the problem of the etching stop layer having the two-layer structure when manufacturing the 980 nm band SAS semiconductor laser element as an example. However, this problem is not limited to the etching stop layer having the two-layer structure, and is not limited to the fabrication of the 980 nm band SAS semiconductor laser device, but occurs between the etching target layer and the etching stop layer.
When fabricating a semiconductor laser device, the compound semiconductor layer is often etched into a desired shape. For example, in the formation of a ridge, the upper part of the stacked structure of the compound semiconductor layer is etched, and the diffraction grating In formation or the like, one compound semiconductor layer is etched. Even in this case, when the etching stop layer is formed under the layer to be etched, the same problem as the above-described example occurs.
[0013]
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser element manufactured by controlling the etching depth of a compound semiconductor layer thereon by an etching stop layer made of a compound semiconductor layer, and has good laser characteristics and reliability. It is to provide a semiconductor laser device and to provide a method for manufacturing such a semiconductor laser device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has investigated the causes of undesirable laser characteristics and reliability of the 980 nm band SAS semiconductor laser device manufactured by the conventional method described above, and found the following.
n-In0.49Ga0.51N-Al on the P second etching stop layer 300.35Ga0.65When the As current blocking layer 32 is grown, as shown in FIG. 5A, an intermediate layer having a non-uniform composition in which the constituent atoms of the second etching stop layer 30 and the current blocking layer 32 are mixed at the interface. 31 is formed.
When growing the current blocking layer 32 on the second etching stop layer 30, when the growth of the current blocking layer 32 progresses ideally, for example, when growing the current blocking layer 32 under experimentally ideal conditions, Although the layer 31 is not formed, when the current blocking layer 32 is grown at a practical speed by an MOCVD method or the like in an actual growth process, the intermediate layer 31 in which constituent atoms are mixed in a complicated manner is formed.
In the intermediate layer 31, the etching rate is also non-uniform, so that n-Al0.35Ga0.65When the As current blocking layer 32 is etched, n-In0.49Ga0.51The surface of the P second etching stop layer 30 is etched unevenly, resulting in a rough surface.
Therefore, n-In0.49Ga0.51When the P second etching stop layer 30 is as thin as 10 nm or less, as shown in FIG.0.49Ga0.51A hole is locally opened in the P second etching stop layer 30, and the p-GaAs first etching stop layer 28 and the p-Al layer thereunder are formed.0.3Ga0.7The As cladding layer 26 is etched.
[0015]
P-Al0.3Ga0.7When the As cladding layer 26, that is, the Al-based material is exposed at the regrowth interface, surface oxidation of the Al material occurs, and thus p-Al0.3Ga0.7Crystal defects occur when the As cladding layer 38 is regrown. For this reason, the laser characteristics and reliability of the SAS semiconductor laser element are degraded.
For example, p-Al exposed on the surface0.3Ga0.7On the As cladding layer 26, p-Al0.3Ga0.7The As cladding layer 38 was regrown to produce a SAS semiconductor laser device, and the laser characteristics were evaluated. As a result, the operating voltage and the threshold were significantly increased.
[0016]
N-Al0.35Ga0.65As current blocking layer 32 / n-In0.49Ga0.51When an intermediate layer is formed at the interface of the P second etching stop layer 30, n-In0.49Ga0.51When the P second etching stop layer 30 is removed by etching, n-In around the intermediate layer0.49Ga0.51There is also a problem that it becomes difficult to remove the P second etching stop layer 30 locally.
[0017]
Therefore, the present inventor inserts a compound semiconductor layer different from both the current blocking layer 32 and the second etching stop layer 30 between the current blocking layer 32 and the second etching stop layer 30, for example, a GaAs layer, The current blocking layer 32 and the second etching stop layer 30 are separated from each other to prevent the formation of an intermediate layer, thereby improving the etching resistance of the second etching stop layer 30 and repeated experiments. Invented the invention.
[0018]
  In order to achieve the above object, based on the above-described knowledge, a semiconductor laser device according to the present invention includes a first compound semiconductor layer in a compound semiconductor stack constituting a laser structure,AboveUnder the first compound semiconductor layerAboveAn etching stop layer comprising a compound semiconductor layer different from the first compound semiconductor layer,AboveWhen etching the first compound semiconductor layer,AboveIn the semiconductor laser device manufactured by controlling the etching depth by the etching stop layer,AboveA first compound semiconductor layer;AboveBetween the etching stop layer,AboveA first compound semiconductor layer andAboveA second compound semiconductor layer different from both of the etching stop layer is interposed,The first compound semiconductor layer, the etching stop layer, and the second compound semiconductor layer are an AlGaAs layer, an InGaP layer, and a GaAs layer, respectively.It is characterized by that.
[0019]
In the present invention, the thickness of the first compound semiconductor layer and the etching stop layer is not limited, but the thickness of the second compound semiconductor layer is 0.3 nm or more. This is because the effect of the present invention is poor at 0.3 nm or less.
In the present invention, an intermediate layer is formed by interposing a second compound semiconductor layer different from the etched layer and the etching stop layer between the first compound semiconductor layer as the etched layer and the etching stop layer. By preventing this, the etching resistance of the etching stop layer can be improved.
In the present invention, the intermediate layer is a material different from the first compound semiconductor layer and the etching stop layer, and is a layer having a non-uniform composition in which constituent atoms of the first compound semiconductor layer and the etching stop layer are mixed in a complicated manner. Say.
[0020]
When controlling the etching of the AlGaAs layer using the InGaP etching stop layer, the present invention is applied to interpose the GaAs layer between the InGaP etching stop layer and the AlGaAs layer, thereby improving the resistance of the InGaP etching stop layer. Can be significantly improved.
[0021]
The present invention and the later-described method of the present invention can be suitably applied to a combination of an etched layer and an etching stop layer, in which the above-described intermediate layer is easily formed between the etched layer and the etching stop layer.
[0022]
Preferably, the second compound semiconductor layer has a material that is different from the materials of both the first compound semiconductor layer and the etching stop layer and lattice-matched with the substrate.
In an embodiment of the present invention suitable for a 980 nm SAS semiconductor laser element having a combination of an etched layer of an AlGaAs layer and an etching stop layer of an InGaP layer, the first compound semiconductor layer is a compound semiconductor layer containing at least Al. In addition, the etching stop layer is a compound semiconductor layer containing at least P, and the second compound semiconductor layer is a compound semiconductor layer not containing both Al and P.
[0023]
  A method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes an etching stop layer made of a compound semiconductor as a part of a compound semiconductor stack constituting the semiconductor laser device, followed byAboveOn the etching stop layerAboveForming a first compound semiconductor layer having a composition different from that of the etching stop layer;AboveWhen etching the first compound semiconductor layer,AboveA method of manufacturing a semiconductor laser device by controlling an etching depth with an etching stop layer,AboveAfter depositing the etching stop layer,AboveA first compound semiconductor layer andAboveForming a second compound semiconductor layer different from both of the etching stop layers;AboveOn the second compound semiconductor layerAboveForming a first compound semiconductor layer; andAboveTo the etching stop layer,AboveA first compound semiconductor layer andAboveEtching the second compound semiconductor layer,The first compound semiconductor layer, the etching stop layer, and the second compound semiconductor layer are an AlGaAs layer, an InGaP layer, and a GaAs layer, respectively.It is characterized by that.
[0024]
  Furthermore, when providing an etching stop layer having a two-layer structure,AboveBefore forming an etching stop layer (hereinafter referred to as a first etching stop layer) on the base layer,AboveOn the underlayerAboveForming a second etching stop layer made of a compound semiconductor layer having etching selectivity with respect to the first etching stop layer;AboveUsing the second etching stop layer as an etching stop layer,AboveEtching the first etching stop layer.
[0025]
In the method of the present invention, the second compound semiconductor layer is interposed between the layer to be etched and the etching stop layer to prevent the formation of the intermediate layer, thereby improving the etching stop resistance of the etching stop layer, and the etching stop layer. This improves the controllability of selective etching of the semiconductor layer using.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.
Embodiment of semiconductor laser device
The present embodiment is an example of an embodiment in which the semiconductor laser device according to the present invention is applied to a 980 nm band SAS semiconductor laser device, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the SAS semiconductor laser device of the present embodiment. It is.
As shown in FIG. 1, the SAS semiconductor laser device 50 according to the present embodiment includes an n-In0.49Ga0.51P second etching stop layer 30 and n-Al0.35Ga0.65The structure is the same as that of the conventional SAS semiconductor laser element 40 except that an n-GaAs layer 52 having a thickness of 5 nm is interposed between the As current blocking layer 32.
In the SAS semiconductor laser element 50, a p-side electrode 54 is formed on the p-GaAs cap layer 34, and an n-side electrode 56 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 12.
[0027]
In the SAS semiconductor laser device 50 according to this embodiment, the n-GaAs layer 52 is interposed, so that n-Al0.35Ga0.65As current blocking layer 32 and n-In0.49Ga0.51Since the P second etching stop layer 30 is separated from each other, as in the conventional case, n-Al0.35Ga0.65As current blocking layer 32 and n-In0.49Ga0.51An interface with the P second etching stop layer 30 is not formed, and therefore, an intermediate layer in which various atoms are mixed non-uniformly is not formed at the interface.
The fact that the intermediate layer is not formed can be confirmed with a transmission electron microscope, and the operating voltage and threshold value of the SAS semiconductor laser device 50 of the present embodiment are the same as those of the n-GaAs layer 52. Compared with the SAS semiconductor laser element not interposing, it was significantly lower.
[0028]
Embodiment of manufacturing method of semiconductor laser device
The present embodiment is an example of an embodiment when the method for fabricating a semiconductor laser device according to the present invention is applied to the fabrication of the SAS semiconductor laser device 50 described above. FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views for each process when a SAS semiconductor laser device is manufactured according to the method of this embodiment.
In the same manner as the conventional method described above, first, as shown in FIG. 2A, an n-Al substrate is formed on an n-GaAs substrate 12.0.3Ga0.7As cladding layer 14, Al0.2Ga0.8AsSCH layer 16, GaAs0.9P0.1Barrier layer 18, In0.2Ga0.8As active layer 20, GaAs0.9P0.1Barrier layer 22 and Al0.2Ga0.8The AsSCH layer 24 is sequentially stacked.
[0029]
Furthermore, Al0.2Ga0.8On the AsSCH layer 24, p-Al0.3Ga0.7As cladding layer 26, 10 nm thick p-GaAs first etching stop layer 28, 10 nm thick n-In0.49Ga0.51P second etching stop layer 30, 5 nm thick GaAs layer 52, 200 nm thick n-Al0.35Ga0.65A stacked structure of the As current blocking layer 32 and the p-GaAs cap layer 34 is formed.
Next, as shown in FIG. 2A, the p-GaAs cap layer 34, n-Al0.35Ga0.65In order to etch the As current blocking layer 32, an etching mask 36 is formed.
[0030]
Subsequently, as an etchant, n-In0.49Ga0.51Using an etchant such as tartaric acid or citric acid having etching selectivity with respect to the P second etching stop layer 30, as shown in FIG. 2B, the p-GaAs cap layer 34, n-Al0.35Ga0.65The As current blocking layer 32 and the n-GaAs layer 52 are etched. The progress of etching is expressed as n-In.0.49Ga0.51After stopping at the P second etching stop layer 30, the etching mask 36 is removed.
Next, as an etchant, a hydrochloric acid-based etchant (HCl: H: H) exhibiting etching selectivity with respect to the p-GaAs first etching stop layer 28.2POFour= 1: 3), as shown in FIG. 2 (c), n-In0.49Ga0.51The P second etching stop layer 30 is etched and removed.
[0031]
Next, p-Al is formed on the p-GaAs cap layer 34 and the exposed p-GaAs first etching stop layer 28.0.3Ga0.7The As current cladding layer 38 and the p-GaAs cap layer 34 are regrown.
Next, a p-side electrode 54 is formed on the p-GaAs cap layer 34, and an n-side electrode 56 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 12, whereby a 980 nm band SAS semiconductor laser device is formed as shown in FIG. The laser structure 50 can be manufactured.
[0032]
In the method of the present embodiment, the n-Al layer 52 is interposed, so that n-Al0.35Ga0.65As current blocking layer 32 and n-In0.49Ga0.51Since the P second etching stop layer 30 is separated from each other, as in the conventional case, n-Al0.35Ga0.65As current blocking layer 32 and n-In0.49Ga0.51An interface with the P second etching stop layer 30 is not formed, and therefore, an intermediate layer in which various atoms are mixed non-uniformly is not formed at the interface.
Therefore, n-Al0.35Ga0.65When the As current blocking layer 32 is etched, the surface roughness is n-In as in the prior art.0.49Ga0.51It does not occur in the P second etching stop layer 30.
[0033]
Further, as in the prior art, by forming the intermediate layer, n-In0.49Ga0.51The composition of the P second etching stop layer 30 fluctuates locally, and n-Al0.35Ga0.65When etching the As current blocking layer 32, it is not difficult to exist in a uniform film thickness over the entire layer, so that the etching stop resistance of the second etching stop layer 30 is improved, and the second etching stop is temporarily assumed. Even if the film thickness of the layer 30 is 10 nm or less, it is not etched and a hole is not locally opened.
In fact, it was confirmed by observation with a reflection electron microscope that etching stop resistance was improved and a regrown interface without surface roughness was obtained.
[0034]
Furthermore, since the formation of the intermediate layer is prevented by inserting the n-GaAs layer 52, n-In0.49Ga0.51When the P second etching stop layer 30 is etched, there is no problem that it is difficult to smoothly etch the second etching stop layer 30 because an intermediate layer is formed as in the prior art.
When the laser characteristics of the SAS semiconductor laser device manufactured according to the method of the present embodiment were measured, the operating voltage and the threshold value were Al on the surface because no GaAs layer was interposed.0.3Ga0.7The As cladding layer was significantly lower than the conventional SAS semiconductor laser device exposed on the surface.
[0035]
The effect of the present embodiment can be applied not only to the combination of the etching target layer of the AlGaAs layer and the etching stop layer of the InGaP layer, but also to other system combinations.
That is, the etching resistance of the etching stop layer can be improved by inserting the second compound semiconductor layer that prevents the formation of the intermediate layer at the interface between the semiconductor layers of other material systems in which the intermediate layer having a nonuniform composition is easily formed. Can be improved.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the semiconductor laser device manufactured by etching the first compound semiconductor layer while controlling the etching depth by the etching stop layer, between the first compound semiconductor layer and the etching stop layer, By interposing the second compound semiconductor layer different from both the first compound semiconductor layer and the etching stop layer, the etching resistance of the etching stop layer can be improved, and the semiconductor laser having good laser characteristics and high reliability. An element can be realized.
According to the method of the present invention, the resistance of the etching stop layer is improved by inserting the second compound semiconductor layer between the first compound semiconductor layer and the etching stop layer, and the etching control in the semiconductor laser manufacturing process. Accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a SAS semiconductor laser device according to an embodiment.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views for each process when a SAS semiconductor laser device is manufactured according to the method of the embodiment. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view for each step when a laminated structure is etched by a conventional method in fabricating a 980 nm band SAS semiconductor laser device.
4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views for each step when etching a laminated structure by a conventional method in fabricating a 980 nm band SAS semiconductor laser device, following FIG. 3, respectively. FIG.
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating problems in a conventional etching method using an etching stop layer for etching control, respectively.
[Explanation of symbols]
12 n-GaAs substrate
14 n-Al0.3Ga0.7As cladding layer
16 Al0.2Ga0.8AsSCH layer
18 GaAs0.9P0.1Barrier layer
20 In0.2Ga0.8As active layer
22 GaAs0.9P0.1Barrier layer
24 Al0.2Ga0.8AsSCH layer
26 p-Al0.3Ga0.7As cladding layer
28 p-GaAs first etching stop layer
30 n-In0.49Ga0.51P second etching stop layer
32 n-Al0.35Ga0.65As current blocking layer
34 p-GaAs cap layer
38 p-Al0.3Ga0.7As cladding layer
50 SAS Semiconductor Laser Device in 980 nm Band of Example Embodiment
52 n-GaAs layer
54 p-side electrode
56 n-side electrode
36 Etching mask
Laser structure of 40 980 nm band SAS semiconductor laser device

Claims (5)

レーザ構造を構成する化合物半導体積層体内に、第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層下に前記第1の化合物半導体層とは異なる化合物半導体層からなるエッチングストップ層とを備え、前記第1の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより作製される半導体レーザ素子において、前記第1化合物半導体層と前記エッチングストップ層との間に、前記第1の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層が介在しており、
前記第1の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第2の化合物半導体層が、それぞれ、AlGaAs層、InGaP層、及びGaAs層であり、
前記第1の化合物半導体層が、電流ブロッキング層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The compound semiconductor stack constituting the laser structure, a first compound semiconductor layer, and an etch stop layer of different compound semiconductor layer and the first compound semiconductor layer under the first compound semiconductor layer, when etching the first compound semiconductor layer, a semiconductor laser element manufactured by controlling the etching depth by the etching stop layer, between the etching stop layer and the first compound semiconductor layer, both different from the second compound semiconductor layer of the first compound semiconductor layer and the etching stop layer is interposed,
The first compound semiconductor layer, the etching stop layer, and the second compound semiconductor layer are an AlGaAs layer, an InGaP layer, and a GaAs layer, respectively.
The semiconductor laser device, wherein the first compound semiconductor layer functions as a current blocking layer .
半導体レーザ素子を構成する化合物半導体積層体の一部として、化合物半導体からなるエッチングストップ層、続いて前記エッチングストップ層上に前記エッチングストップ層とは組成の異なる第1の化合物半導体層を成膜し、次いで前記第1の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより、半導体レーザ素子を作製する方法であって、
前記エッチングストップ層を成膜した後、前記第1の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層を成膜する工程と、
前記第2の化合物半導体層上に前記第1の化合物半導体層を成膜する工程と、
次いで、前記エッチングストップ層まで、前記第1の化合物半導体層及び前記第2の化合物半導体層をエッチングする工程と
を有し、
前記第1の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第2の化合物半導体層が、それぞれ、AlGaAs層、InGaP層、及びGaAs層であり、
前記第1の化合物半導体層が、電流ブロッキング層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の作製方法。
As part of a compound semiconductor lamination that constitute the semiconductor laser element, the etching stop layer made of a compound semiconductor, followed by said etching stop layer is deposited a first compound semiconductor layer having different compositions to the etching stop layer and then in etching the first compound semiconductor layer, by controlling the etching depth by the etching stop layer, a method of making a semiconductor laser device,
After forming the etching stop layer, a step of forming both different from the second compound semiconductor layer of the first compound semiconductor layer and the etching stop layer,
A step of forming the first compound semiconductor layer on the second compound semiconductor layer,
Then, until said etch stop layer, and a step of etching the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer,
The first compound semiconductor layer, the etching stop layer, and the second compound semiconductor layer are an AlGaAs layer, an InGaP layer, and a GaAs layer, respectively.
The method for manufacturing a semiconductor laser element, wherein the first compound semiconductor layer functions as a current blocking layer .
前記エッチングストップ層(以下、第1のエッチングストップ層と言う)を下地層上に成膜する前に、前記下地層上に前記第1のエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有する化合物半導体層からなる第2のエッチングストップ層を成膜する工程を有し、
前記第2のエッチングストップ層をエッチングストップ層として、前記第1のエッチングストップ層をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項に記載の半導体レーザ素子の作製方法。
The etch stop layer before depositing (hereinafter, first referred to as an etching stop layer) and underlayer, a compound semiconductor layer having an etch selectivity with respect to the first etching stop layer on the underlying layer Forming a second etching stop layer comprising:
Wherein the second etching stop layer as an etch stop layer, a method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 2, characterized in that it comprises a step of etching the first etching stop layer.
レーザ構造を構成する化合物半導体積層体内に、第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層下に前記第1の化合物半導体層とは異なる化合物半導体層からなるエッチングストップ層とを備え、前記第1の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより作製される半導体レーザ素子において、前記第1化合物半導体層と前記エッチングストップ層との間に、前記第1の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層が介在しており、
前記第1の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第2の化合物半導体層が、それぞれ、AlGaAs層、InGaP層、及びGaAs層であり、
前記第2の化合物半導体層が、前記第1の化合物半導体層と前記エッチングストップ層との界面にて多種原子が不均一に混ざり合うことを防止する混晶化抑制層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The compound semiconductor stack constituting the laser structure, a first compound semiconductor layer, and an etch stop layer of different compound semiconductor layer and the first compound semiconductor layer under the first compound semiconductor layer, when etching the first compound semiconductor layer, a semiconductor laser element manufactured by controlling the etching depth by the etching stop layer, between the etching stop layer and the first compound semiconductor layer, both different from the second compound semiconductor layer of the first compound semiconductor layer and the etching stop layer is interposed,
The first compound semiconductor layer, the etching stop layer, and the second compound semiconductor layer are an AlGaAs layer, an InGaP layer, and a GaAs layer, respectively.
The second compound semiconductor layer functions as a mixed crystallization suppressing layer that prevents non-uniform mixing of various atoms at the interface between the first compound semiconductor layer and the etching stop layer. A semiconductor laser device.
半導体レーザ素子を構成する化合物半導体積層体の一部として、化合物半導体からなるエッチングストップ層、続いて前記エッチングストップ層上に前記エッチングストップ層とは組成の異なる第1の化合物半導体層を成膜し、次いで前記第1の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより、半導体レーザ素子を作製する方法であって、
前記エッチングストップ層を成膜した後、前記第1の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第2の化合物半導体層を成膜する工程と、
前記第2の化合物半導体層上に前記第1の化合物半導体層を成膜する工程と、
次いで、前記エッチングストップ層まで、前記第1の化合物半導体層及び前記第2の化合物半導体層をエッチングする工程と
を有し、
前記第1の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第2の化合物半導体層が、それぞれ、AlGaAs層、InGaP層、及びGaAs層であり、
前記第2の化合物半導体層が、前記第1の化合物半導体層と前記エッチングストップ層との界面にて多種原子が不均一に混ざり合うことを防止する混晶化抑制層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の作製方法。
As part of a compound semiconductor lamination that constitute the semiconductor laser element, the etching stop layer made of a compound semiconductor, followed by said etching stop layer is deposited a first compound semiconductor layer having different compositions to the etching stop layer and then in etching the first compound semiconductor layer, by controlling the etching depth by the etching stop layer, a method of making a semiconductor laser device,
After forming the etching stop layer, a step of forming both different from the second compound semiconductor layer of the first compound semiconductor layer and the etching stop layer,
A step of forming the first compound semiconductor layer on the second compound semiconductor layer,
Then, until said etch stop layer, and a step of etching the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer,
The first compound semiconductor layer, the etching stop layer, and the second compound semiconductor layer are an AlGaAs layer, an InGaP layer, and a GaAs layer, respectively.
The second compound semiconductor layer functions as a mixed crystallization suppressing layer that prevents non-uniform mixing of various atoms at the interface between the first compound semiconductor layer and the etching stop layer. A method for manufacturing a semiconductor laser device.
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