JP7181699B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device.
特許文献1には、半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置は、n型クラッド層、活性層およびp型クラッド層を有するダブルヘテロ構造を含む。p型クラッド層の上には、p型のクラッド層からなるリッジストライプが形成されている。p型クラッド層の頂部にはコンタクト層が形成されている。このコンタクト層は、p型クラッド層の頂部の全域を被覆している。
本発明の一実施形態は、レーザ光の出力を向上できる半導体レーザ装置を提供することを一つの目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of improving the output of laser light.
本発明の一実施形態は、第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に突出するように形成され、平面視において前記活性層の面積よりも小さい面積を有する頂部を含む第2導電型の電流狭窄層と、前記電流狭窄層の前記頂部の一部を露出させるように前記電流狭窄層の前記頂部の上に形成されたコンタクト層と、を含む、半導体レーザ装置を提供する。 In one embodiment of the present invention, a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first semiconductor layer, and formed so as to protrude above the active layer, in plan view, a current confinement layer of a second conductivity type including a top portion having an area smaller than that of the active layer; and a contact layer.
この半導体レーザ装置によれば、コンタクト層は、電流狭窄層に供給される電流を狭窄する電流狭窄コンタクト層として機能する。これにより、コンタクト層による電流狭窄効果と、電流狭窄層による電流狭窄効果とを得ることができる。その結果、活性層を流れる電流の指向性を向上させることができるから、レーザ光の出力を向上できる。 According to this semiconductor laser device, the contact layer functions as a current constriction contact layer that constricts the current supplied to the current confinement layer. Thereby, the current constriction effect by the contact layer and the current confinement effect by the current confinement layer can be obtained. As a result, the directivity of the current flowing through the active layer can be improved, so that the output of laser light can be improved.
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体レーザ装置1が搭載された半導体レーザ装置用ステム2を示す分離斜視図である。
図1を参照して、半導体レーザ装置用ステム2は、ステムベース3、第1リード端子4、第2リード端子5、第3リード端子6、第1絶縁体7、第2絶縁体8、サブマウント9、半導体レーザ装置1、半導体発光装置10、第1導線12、第2導線13、キャップ14および集光レンズ15を含む。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a semiconductor laser device stem 2 on which a
Referring to FIG. 1, a semiconductor
ステムベース3は、金属製(たとえば鉄製)の板状部材を含む。ステムベース3は、この形態では、円板状に形成されている。ステムベース3は、一方側の第1面16、他方側の第2面17、ならびに、第1面16および第2面17を接続する側面18を有している。
ステムベース3の側面18において任意の領域には、複数(この形態では3つ)の切欠部が間隔を空けて形成されている。複数の切欠部は、第1切欠部19、第2切欠部20および第3切欠部21を含む。
A plurality of (three in this embodiment) notches are formed at intervals in an arbitrary region on the
第1切欠部19は、ステムベース3の中央部に向かって凹状に窪んでいる。第2切欠部20および第3切欠部21は、それぞれ、ステムベース3の中央部に向かってV字状に窪んでいる。
第2切欠部20および第3切欠部21は、ステムベース3の中央部を挟んで互いに対向している。第1切欠部19、第2切欠部20および第3切欠部21は、第1リード端子4、第2リード端子5および第3リード端子6の配置を示していてもよい。
The
The
第1リード端子4、第2リード端子5および第3リード端子6は、ステムベース3の第2面17側において、互いに間隔を空けて設けられている。第1リード端子4、第2リード端子5および第3リード端子6は、それぞれ、第2面17の法線方向に沿って棒状、柱状または軸状に延びている。
第1リード端子4は、ステムベース3の第2面17に接続されている。これにより、第1リード端子4は、ステムベース3に電気的に接続されている。
The
The
第2リード端子5は、ステムベース3の第2面17側からステムベース3の第1面16側に引き出された引き出し部22を含む。第2リード端子5の引き出し部22は、ステムベース3に形成された第1貫通孔23を介して引き出されている。
第3リード端子6は、ステムベース3の第2面17側からステムベース3の第1面16側に引き出された引き出し部24を含む。第3リード端子6の引き出し部24は、ステムベース3に形成された第2貫通孔25を介して引き出されている。
The
The
第1絶縁体7は、第1貫通孔23内において、第2リード端子5およびステムベース3の間に介在している。第1絶縁体7は、ステムベース3から第2リード端子5を電気的に絶縁させる。第1絶縁体7は、第2リード端子5を支持している。
第2絶縁体8は、第2貫通孔25内において、第3リード端子6およびステムベース3の間に介在している。第2絶縁体8は、ステムベース3から第3リード端子6を電気的に絶縁させる。第2絶縁体8は、第3リード端子6を支持している。
The
The
サブマウント9は、ステムベース3の第1面16に設けられている。サブマウント9は、シリコン製、窒化アルミニウム製または金属製(たとえば鉄製)のブロック状または板状の部材を含む。
サブマウント9は、ステムベース3の第1面16に対して一体的に形成されていてもよい。サブマウント9は、ステムベース3の第1面16の法線方向から見た平面視において、ステムベース3の中央部に対してステムベース3の周縁部側に配置されていてもよい。
The
サブマウント9は、半導体レーザ装置1が実装される第1実装面26を有している。第1実装面26は、ステムベース3の中央部に方向付けられている。第1実装面26は、ステムベース3の第1面16の法線方向に沿って延びている。
半導体レーザ装置1は、サブマウント9の第1実装面26に実装されている。半導体レーザ装置1は、ステムベース3を介して第1リード端子4に電気的に接続されている。
The
The
半導体発光装置10は、フォトダイオードを含んでいてもよい。半導体発光装置10は、ステムベース3の第1面16に実装されている。半導体発光装置10は、ステムベース3の第1面16において、ステムベース3の中央部を挟んでサブマウント9に対向する領域に実装されている。
半導体発光装置10は、この形態では、ステムベース3の第1面16を掘り下げたリセス部27に実装されている。リセス部27は、半導体発光装置10が実装される第2実装面28を有している。第2実装面28は、リセス部27の底部に形成されている。半導体発光装置10は、ステムベース3を介して第1リード端子4に電気的に接続されている。
Semiconductor
In this embodiment, the semiconductor
第1導線12は、ボンディングワイヤであってもよい。第1導線12は、半導体レーザ装置1および第2リード端子5を電気的に接続する。第1導線12は、より具体的には、第2リード端子5の引き出し部22に接続されている。これにより、半導体レーザ装置1は、第1導線12を介して第2リード端子5に電気的に接続されている。
第2導線13は、ボンディングワイヤであってもよい。第2導線13は、半導体発光装置10および第3リード端子6を電気的に接続する。第2導線13は、より具体的には、第3リード端子6の引き出し部24に接続されている。これにより、半導体発光装置10は、第2導線13を介して第3リード端子6に電気的に接続されている。
The
The
キャップ14は、金属製(たとえば鉄製)の筒状部材を含む。キャップ14は、ステムベース3の第1面16の上に設けられている。キャップ14は、サブマウント9、半導体レーザ装置1、半導体発光装置10、第2リード端子5の引き出し部22および第3リード端子6の引き出し部24を覆っている。キャップ14は、より具体的には、対向壁29、側壁30およびフランジ31を含む。
キャップ14の対向壁29は、板状(この形態では円板状)に形成されている。キャップ14の対向壁29は、ステムベース3の第1面16に対向している。キャップ14の側壁30は、筒状(この形態では円筒状)に形成されている。キャップ14の側壁30は、キャップ14の対向壁29とは反対側に開口32が区画されるように、対向壁29の外周縁に立設されている。
The opposing
キャップ14のフランジ31は、開口32の開口端から開口32とは反対側に向かって突出している。キャップ14のフランジ31は、開口32の開口端に沿って環状(この形態では円環状)に形成されている。キャップ14は、フランジ31がステムベース3の第1面16に取り付けられることによって、ステムベース3に固定される。
キャップ14には、光取り出し窓33が形成されている。光取り出し窓33は、半導体レーザ装置1が生成したレーザ光をキャップ14内からキャップ14外に取り出す。光取り出し窓33は、この形態では、キャップ14の対向壁29に形成されている。
A
A
集光レンズ15は、透光性を有し、光取り出し窓33を閉塞する閉塞部材である。集光レンズ15は、光取り出し窓33を閉塞するようにキャップ14に取り付けられている。集光レンズ15は、この形態では、キャップ14の内側から光取り出し窓33を閉塞している。集光レンズ15は、キャップ14の外側から光取り出し窓33を閉塞していてもよい。集光レンズ15は、集光によって半導体レーザ装置1のレーザ光の指向性を高める。
The
図2は、半導体レーザ装置用ステム2の電気的構造を示す回路図である。
図2を参照して、半導体レーザ装置1は、この形態では、カソードが第1リード端子4に電気的に接続され、アノードが第2リード端子5に電気的に接続される態様でステムベース3の上に搭載されている。
半導体発光装置10は、この形態では、カソードが第3リード端子6に電気的に接続され、アノードが第1リード端子4に電気的に接続される態様でステムベース3の上に搭載されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the electrical structure of the
Referring to FIG. 2,
In this embodiment, the semiconductor
半導体レーザ装置1および半導体発光装置10の接続態様は任意である。半導体レーザ装置1は、アノードが第1リード端子4に電気的に接続され、カソードが第2リード端子5に電気的に接続される態様で搭載されていてもよい。また、半導体発光装置10は、アノードが第3リード端子6に電気的に接続され、カソードが第1リード端子4に電気的に接続される態様で搭載されていてもよい。
The connection mode of the
図3は、半導体レーザ装置1を示す斜視図である。図4は、半導体レーザ装置1を示す一部切欠き斜視図である。図5は、半導体レーザ装置1を示す平面図である。図6aは、図5に示すVIa-VIa線に沿う断面図である。図6bは、図5に示すVIb-VIb線に沿う断面図である。図7は、図5に示すVII-VII線に沿う断面図である。図8は、図6aに示す領域VIIIの拡大図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the
図3~図7を参照して、半導体レーザ装置1は、基板41、半導体積層構造42、絶縁層43、下地電極層44、第1端子電極層45および第2端子電極層46を含む。
基板41は、この形態では、直方体形状に形成された半導体基板からなる。半導体基板は、GaAs(ガリウム-砒素)を含む。基板41には、n型不純物としてのSi(シリコン)が添加されていてもよい。
3 to 7,
The
基板41は、一方側の第1主面47、他方側の第2主面48、ならびに、第1主面47および第2主面48を接続する基板側面49を含む。基板側面49は、この形態では切断面(より具体的には劈開面)である。
基板側面49は、長手方向に沿って延びる一対の第1基板側面51および短手方向に沿って延びる一対の第2基板側面52を含む。基板41の第1主面47および第2主面48は、この形態では、それらの法線方向から見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において長方形状に形成されている。
The
The
以下では、基板41の長手方向を単に「長手方向X」という。また、基板41の短手方向を単に「短手方向Y」という。また、基板41の第1主面47および第2主面48の法線方向を単に「法線方向Z」という。
第1基板側面51の長さL1は、300μm以上400μm以下であってもよい。第2基板側面52の長さL2は、100μm以上200μm以下であってもよい。基板41の厚さは、50μm以150μm以下であってもよい。
Hereinafter, the longitudinal direction of the
The length L1 of the first
半導体積層構造42は、基板41の第1主面47の上に形成されている。半導体積層構造42は、光を生成する層である。半導体積層構造42によって生成される光の波長は、630nm以上680nm以下である。半導体積層構造42は、赤色領域の光を生成する。
半導体積層構造42は、基板41の基板側面49に沿う半導体側面53を有している。半導体側面53は、この形態では切断面(より具体的には劈開面)である。半導体側面53は、長手方向Xに沿って延びる一対の第1半導体側面54および短手方向Yに沿って延びる一対の第2半導体側面55を含む。
The semiconductor laminated
The
短手方向Yに沿って延びる一対の第2半導体側面55によって、半導体積層構造42の共振器端面が形成されている。半導体積層構造42で生成された光は、一対の第2半導体側面55の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。
増幅された光の一部は、一対の第2半導体側面55からレーザ光として半導体積層構造42外に取り出される。半導体レーザ装置1は、一対の第2半導体側面55のいずれか一方を光取り出し窓33に対向させた姿勢で、サブマウント9の第1実装面26(図1参照)に実装される。
A pair of second semiconductor side surfaces 55 extending along the lateral direction Y form resonator end surfaces of the semiconductor laminated
A part of the amplified light is extracted outside the semiconductor laminated
半導体積層構造42は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)、P(リン)またはAs(砒素)のうちの少なくとも1種を含む半導体層(化合物半導体層)が複数積層された積層構造を有している。複数の半導体層(化合物半導体層)は、それぞれ異なる組成を有している。
半導体積層構造42は、この形態では、複数の半導体層(化合物半導体層)の一例として、n型バッファ層61、n型クラッド層62(第1半導体層)、活性層63、p型クラッド層64(第2半導体層)、p型保護層65、p型電流狭窄層66およびp型コンタクト層67を含む。
The semiconductor laminated
In this embodiment, the semiconductor laminated
n型バッファ層61は、基板41の第1主面47の上に形成されている。n型バッファ層61は、GaAs(ガリウム-砒素)を含む。n型バッファ層61には、n型不純物としてのSi(シリコン)が添加されていてもよい。
n型バッファ層61のn型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下(たとえば2.0×1018cm-3程度)であってもよい。n型バッファ層61の厚さは、500Å以上2000Å以下(たとえば1000Å程度)であってもよい。
N-
The n-type impurity concentration of n-
n型クラッド層62は、n型バッファ層61の上に形成されている。n型クラッド層62は、この形態では、InGaAlP(インジウム-ガリウム-アルミニウム-リン)を含む。n型クラッド層62には、n型不純物としてのSi(シリコン)が添加されていてもよい。
n型クラッド層62のn型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。n型クラッド層62の厚さは、20000Å以上40000Å以下(たとえば30000Å程度)であってもよい。
The n-type clad
The n-type impurity concentration of the n-
活性層63は、n型クラッド層62の上に形成されている。活性層63は、量子井戸層および障壁層を含む量子井戸構造を有していてもよい。活性層63は、量子井戸層および障壁層が交互に複数周期積層された多重量子井戸構造を有していてもよい。
障壁層は、量子井戸層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有している。量子井戸層は、InGaP(インジウム-ガリウム-リン)を含んでいてもよい。障壁層は、InGaAlP(インジウム-ガリウム-アルミニウム-リン)を含んでいてもよい。
An
The barrier layer has a bandgap greater than that of the quantum well layer. The quantum well layers may contain InGaP (indium-gallium-phosphorus). The barrier layer may comprise InGaAlP (Indium-Gallium-Aluminum-Phosphorus).
p型クラッド層64は、活性層63の上に形成されている。p型クラッド層64は、この形態では、InGaAlP(インジウム-ガリウム-アルミニウム-リン)を含む。p型クラッド層64には、p型不純物としてのMg(マグネシウム)が添加されていてもよい。
p型クラッド層64のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。p型クラッド層64の厚さは、1000Å以上4000Å以下(たとえば2000Å程度)であってもよい。
A p-type clad
The p-type impurity concentration of the p-
n型クラッド層62、活性層63およびp型クラッド層64によって、ダブルヘテロ構造層が形成されている。n型クラッド層62は、活性層63に対して電子を供給する。p型クラッド層64は、活性層63に対して正孔を供給する。n型クラッド層62からの電子およびp型クラッド層64からの正孔は、活性層63において再結合する。これによって、活性層63において光が生成される。
The n-type clad
p型保護層65は、p型クラッド層64の上に形成されている。p型保護層65は、p型クラッド層64を保護し、p型クラッド層64の厚さの変動を抑制する。p型保護層65は、より具体的には、エッチングストップ層として形成されており、p型クラッド層64に対するオーバエッチングを抑制する。p型保護層65は、p型電流狭窄層66とは異なる組成を有する半導体材料を含む。
A p-type
p型保護層65は、この形態では、InGaP(インジウム-ガリウム-リン)を含む。p型保護層65には、p型不純物としてのMg(マグネシウム)が添加されていてもよい。
p型保護層65のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。p型保護層65の厚さは、50Å以上400Å以下(たとえば150Å程度)であってもよい。
The p-type
The p-type impurity concentration of the p-type
p型電流狭窄層66は、平面視において、p型保護層65の上において短手方向Yの中央部に形成されている。また、p型電流狭窄層66は、長手方向Xに沿って延びる帯状に形成されている。
p型電流狭窄層66は、法線方向Zに関して、p型保護層65の上に突出するように形成されている。p型電流狭窄層66は、台形状(メサ形状)に形成されている。p型電流狭窄層66は、頂部71、基部72、ならびに、頂部71および基部72を接続する側部73を有している。
The p-type
The p-type
p型電流狭窄層66の頂部71は、平面視において活性層63の面積よりも小さい面積を有している。p型電流狭窄層66の頂部71は、平面視において基部72の面積よりも小さい面積を有している。p型電流狭窄層66の側部73は、頂部71から基部72に向かって下り傾斜した傾斜面を有している。
p型電流狭窄層66は、この形態では、p型保護層65の上からこの順に積層されたp型リッジクラッド層74(上層半導体層)およびp型バンドオフセット緩衝層75を含む積層構造を有している。
The
In this embodiment, the p-type
p型リッジクラッド層74は、この形態では、InGaAlP(インジウム-ガリウム-アルミニウム-リン)を含む。p型リッジクラッド層74には、p型不純物としてのMg(マグネシウム)が添加されていてもよい。
p型リッジクラッド層74のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。p型リッジクラッド層74の厚さは、8000Å以上12000Å以下(たとえば10000Å程度)であってもよい。
The p-type
The p-type impurity concentration of the p-type
p型バンドオフセット緩衝層75は、この形態では、InGaP(インジウム-ガリウム-リン)を含む。p型バンドオフセット緩衝層75には、p型不純物としてのMg(マグネシウム)が添加されていてもよい。
p型バンドオフセット緩衝層75のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1020cm-3以下であってもよい。p型リッジクラッド層74の厚さは、100Å以上500Å以下(たとえば300Å程度)であってもよい。
The p-type band offset
The p-type impurity concentration of the p-type band offset
このような形態において、p型保護層65は、p型クラッド層64およびp型電流狭窄層66の間の領域から、p型クラッド層64を被覆した状態を保ちながら、p型電流狭窄層66外の領域に引き出されている。p型保護層65は、p型クラッド層64の全域を被覆している。
p型保護層65の上面においてp型電流狭窄層66によって被覆された部分およびp型電流狭窄層66から露出する部分は、互いに連なっている。p型電流狭窄層66の傾斜面は、p型電流狭窄層66から露出するp型保護層65の上面に対して連続的に形成されている。
In such a configuration, the p-type
A portion of the upper surface of the p-type
p型保護層65においてp型電流狭窄層66外の領域は、多くの場合、p型電流狭窄層66の形成工程時において消滅する。これは、p型電流狭窄層66の形成工程時において、p型リッジクラッド層74およびp型バンドオフセット緩衝層75が、1回のウエットエッチング工程によって同時に除去されるためである。
すなわち、この場合、p型リッジクラッド層74およびp型バンドオフセット緩衝層75を確実に除去するため、p型リッジクラッド層74からp型保護層65が露出したと推定されるエッチング時間よりも長いエッチング時間が設定される。
In many cases, the region of the p-type
That is, in this case, in order to reliably remove the p-type
そのため、エッチング液に対するp型保護層65の曝露時間が長くなり、p型リッジクラッド層74およびp型バンドオフセット緩衝層75に加えて、p型保護層65まで除去される。
その結果、p型電流狭窄層66外の領域から、p型クラッド層64が露出する。この場合、ダブルヘテロ構造層による光閉じ込め効果が変動するため、半導体積層構造42から取り出されるレーザ光の出力(以下、単に「光出力」という。)が低下する。
Therefore, the p-type
As a result, the p-
特に、p型保護層65の膜厚は、p型リッジクラッド層74およびp型バンドオフセット緩衝層75等と比較して極めて小さい。そのため、意図的にp型保護層65を除去する場合を除き、p型保護層65が消滅したか否かまでは検証されず、光出力の低下を認識するに至らないという実情が存する。
これに対して、この形態では、p型電流狭窄層66の形成工程時において、ドライエッチング工程およびウエットエッチング工程を実施する。ドライエッチング工程は、異方性エッチング法によって実施されてもよい。異方性エッチング法は、RIE(Reactive Ion Etching)法であってもよい。ウエットエッチング工程は、等方性エッチング法によって実施されてもよい。
In particular, the film thickness of the p-type
In contrast, in this embodiment, a dry etching step and a wet etching step are performed during the step of forming the p-type
ドライエッチング工程では、p型電流狭窄層66を形成すべき領域外においてp型リッジクラッド層74の一部を残存させるように、p型バンドオフセット緩衝層75およびp型リッジクラッド層74を除去する。そして、ウエットエッチング工程では、p型電流狭窄層66を形成すべき領域外に残存したp型リッジクラッド層74の一部を除去する。
この場合、ウエットエッチング工程では、薄化したp型リッジクラッド層74を除去すればよいので、エッチング時間の管理の難易度を低下させることができる。また、エッチング液に対するp型保護層65の曝露時間を短縮できる。これにより、p型保護層65を残存させながら、薄化したp型リッジクラッド層74を適切に除去できる。
In the dry etching step, the p-type band offset
In this case, since the thinned p-type
その結果、p型クラッド層64をp型保護層65によって適切に保護できるので、p型クラッド層64の膜厚の変動を抑制できる。よって、p型クラッド層64による光閉じ込め効果を適切に保持し、光出力の低下を抑制できる。
p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の上に形成されている。p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の上において、長手方向Xに沿って延びる帯状に形成されている。
As a result, since the p-
A p-
p型コンタクト層67の側部は、p型電流狭窄層66の側部73に対して異なる角度で形成されている。p型コンタクト層67の側部は、より具体的には、p型電流狭窄層66の頂部71の法線方向に沿って延びている。
p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の一部を露出させている。p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の周縁から内方領域に間隔を空けて形成されている。
The side portions of the p-
The p-
p型コンタクト層67は、平面視においてp型電流狭窄層66の頂部71の面積よりも小さい面積を有している。p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71よりも幅狭に形成されている。
p型コンタクト層67は、この形態では、p型電流狭窄層66の頂部71において短手方向Yの一方側の縁部および他方側の縁部を露出させている。p型コンタクト層67は、この形態では、p型電流狭窄層66の頂部71において長手方向Xの一方側の縁部および他方側の縁部を露出させている。p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66に供給される電流を狭窄する電流狭窄コンタクト層として機能している。
The p-
In this form, the p-
p型コンタクト層67は、この形態では、GaAs(ガリウム-砒素)を含む。p型コンタクト層67には、p型不純物としてのC(カーボン)またはZn(亜鉛)が添加されていてもよい。
p型コンタクト層67のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1020cm-3以下であってもよい。p型コンタクト層67の厚さは、1000Å以上6000Å以下(たとえば4000Å程度)であってもよい。
The p-
The p-type impurity concentration of the p-
図6a~図8を参照して、絶縁層43は、半導体積層構造42の上に形成されている。絶縁層43は、p型電流狭窄層66の頂部71においてp型コンタクト層67から露出する部分を被覆する頂部絶縁層81を含む。絶縁層43は、p型電流狭窄層66の側部73を被覆する側部絶縁層82を含む。絶縁層43は、p型保護層65の上面を被覆する上面絶縁層83を含む。
6a-8, an insulating
頂部絶縁層81は、この形態では、p型電流狭窄層66の頂部71においてp型コンタクト層67から露出する長手方向Xの一方側の縁部および他方側の縁部を被覆している。頂部絶縁層81は、この形態では、p型電流狭窄層66の頂部71においてp型コンタクト層67から露出する短手方向Yの一方側の縁部および他方側の縁部を被覆している。
頂部絶縁層81は、p型コンタクト層67の上面を露出させている。頂部絶縁層81(絶縁層43)は、より具体的には、p型コンタクト層67の上面を被覆していない。頂部絶縁層81は、p型電流狭窄層66の頂部71においてp型コンタクト層67から露出する部分を絶縁する。これにより、p型コンタクト層67による電流狭窄効果を適切に高めることができる。
In this embodiment, the top insulating
The top insulating
頂部絶縁層81は、p型電流狭窄層66の頂部71(p型バンドオフセット緩衝層75)を被覆する第1被覆部84、p型コンタクト層67の側部を被覆する第2被覆部85、ならびに、第1被覆部84および第2被覆部85を接続する接続部86を含む。
頂部絶縁層81の第1被覆部84は、この形態では、p型電流狭窄層66の頂部71に対してほぼ平行にまたは平行に形成されている。頂部絶縁層81の第2被覆部85は、p型コンタクト層67の側部に沿って延びている。頂部絶縁層81の第2被覆部85は、この形態では、p型コンタクト層67の上面よりも上方に延びる延部を有している。
The top insulating
The
頂部絶縁層81の接続部86は、法線方向Zに関して、p型コンタクト層67の上面よりも上方に位置している。つまり、p型コンタクト層67の上面は、法線方向Zに関して、頂部絶縁層81の接続部86に対して、p型電流狭窄層66の頂部71側に位置している。
頂部絶縁層81の第1被覆部84は、法線方向Zに関して、頂部絶縁層81の接続部86に対してp型電流狭窄層66の頂部71側に位置していてもよい。つまり、頂部絶縁層81の第1被覆部84は、法線方向Zに関して、接続部86からp型電流狭窄層66の頂部71側に向かって窪んだリセスを形成していてもよい。
The
The
この場合、頂部絶縁層81の第1被覆部84は、法線方向Zに関して、p型コンタクト層67の上面に対して、p型電流狭窄層66の頂部71側に位置していてもよい。つまり、第1被覆部84が、法線方向Zに関して、p型コンタクト層67の上面に対してp型電流狭窄層66の頂部71側に位置している一方で、接続部86が、法線方向Zに関して、p型コンタクト層67の上面よりも上方に突出していてもよい。
In this case, the
側部絶縁層82は、p型電流狭窄層66の側部73を被覆している。側部絶縁層82は、p型電流狭窄層66の側部73のほぼ全域をまたは全域を被覆している。側部絶縁層82は、p型電流狭窄層66の頂部71において、頂部絶縁層81と一体を成している。
側部絶縁層82は、法線方向Zに関して、p型電流狭窄層66の頂部71よりも上方に突出した突出部87を有している。側部絶縁層82の突出部87は、p型電流狭窄層66において頂部71および側部73を接続するエッジ部に沿う部分に形成されている。
A
The
側部絶縁層82の突出部87は、法線方向Zに関して、p型コンタクト層67よりも上方に突出している。側部絶縁層82の突出部87は、法線方向Zに関して、頂部絶縁層81の第1被覆部84および接続部86よりも上方に突出している。
上面絶縁層83は、p型保護層65の上面においてp型電流狭窄層66外の領域のほぼ全面をまたは全面を被覆している。上面絶縁層83は、p型電流狭窄層66の基部72において、側部絶縁層82と一体を成している。
The protruding
The upper
下地電極層44は、p型コンタクト層67の上に形成されている。下地電極層44は、p型コンタクト層67の上から絶縁層43の上に引き出されている。下地電極層44は、p型コンタクト層67の上面および絶縁層43の上面に沿って膜状に形成されている。
下地電極層44は、絶縁層43において頂部絶縁層81、側部絶縁層82および上面絶縁層83を被覆している。下地電極層44は、この形態では、p型コンタクト層67の上面および絶縁層43の上面のほぼ全域をまたは全域を被覆している。
The
The
下地電極層44は、この形態では、複数の電極層が積層された積層構造を有している。複数の電極層は、p型コンタクト層67側からこの順に積層された第1電極層91および第2電極層92を含む。
第1電極層91は、Ti(チタン)を含んでいてもよい。第2電極層92は、Au(金)を含んでいてもよい。第1電極層91の厚さは、250Å以上2000Å以下であってもよい。第2電極層92の厚さは、1000Å以上3000Å以下であってもよい。
The
The
第1端子電極層45は、アノード端子電極である。第1端子電極層45は、サブマウント9に接続される(図1も併せて参照)。第1端子電極層45は、第1導線12を介して第1リード端子4に接続されてもよい(図1も併せて参照)。
第1端子電極層45は、下地電極層44を介してp型コンタクト層67に電気的に接続されるように、下地電極層44の上に形成されている。第1端子電極層45は、長手方向Xに沿って延びる帯状に形成されている。
The first
The first
第1端子電極層45は、基板41の第1基板側面51に沿って延びる一対の第1電極側面93、および、基板41の第2基板側面52に沿って延びる一対の第2電極側面94を含む。
第1電極側面93および第2電極側面94は、平面視において基板41の基板側面49から内方領域に間隔を空けた位置に形成されている。これにより、第1電極側面93および基板側面49の間領域、ならびに、第2電極側面94および基板側面49の間の領域に段部が形成されている。
The first
The first
図3~図7を参照して、短手方向Yに関して、第1端子電極層45の一対の第1電極側面93は、p型コンタクト層67の端部に対して基板41の第1電極側面93側に位置している。
また、長手方向Xに関して、第1端子電極層45の一対の第2電極側面94は、p型コンタクト層67の端部に対して基板41の第2基板側面52側に位置している。このような態様によって、第1端子電極層45は、平面視においてp型コンタクト層67の全域を被覆している。
3 to 7, with respect to the lateral direction Y, the pair of first electrode side surfaces 93 of the first
Further, with respect to the longitudinal direction X, the pair of second electrode side surfaces 94 of the first
下地電極層44においてp型電流狭窄層66の長手方向Xの両端部を被覆する部分は、この形態では、第1端子電極層45から露出している。つまり、第1端子電極層45は、下地電極層44を挟んでp型電流狭窄層66の長手方向Xの両端部に対向していない。
第1端子電極層45は、この形態では、単一の電極層からなる単層構造を有している。第1端子電極層45は、Au(金)を含んでいてもよい。第1端子電極層45は、Au(金)めっき層であってもよい。
The portions of the
In this form, the first
第1電極側面93の長さL3は、250μm以上350μm以下(たとえば290μm程度)であってもよい。第2電極側面94の長さL4は、50μm以上150μm以下(たとえば100μm程度)であってもよい。第1端子電極層45の厚さは、2.0μm以上10.0μm以下(たとえば7.0μm程度)であってもよい。
第1端子電極層45は、カソード端子電極である。第1端子電極層45がサブマウント9に接続される場合、第2端子電極層46は、第1導線12を介して第1リード端子4に接続される(図1も併せて参照)。第1端子電極層45が第1導線12を介して第1リード端子4に接続される場合、第2端子電極層46は、サブマウント9に接続される(図1も併せて参照)。
The length L3 of the first
The first
第2端子電極層46は、基板41の第2主面48の上に形成されている。第2端子電極層46は、この形態では、基板41の第2主面48のほぼ全面をまたは全面を被覆している。
第2端子電極層46は、この形態では、複数の電極層を含む積層構造を有している。複数の電極層は、基板41の第2主面48側からこの順に積層された第1電極層95、第2電極層96および第3電極層97を含む。
The second
The second
第1電極層95は、Ni(ニッケル)および/またはAuGe(金-ゲルマニウム合金)を含んでいてもよい。第2電極層96は、Ti(チタン)を含んでいてもよい。第3電極層97は、Au(金)を含んでいてもよい。
第1電極層95の厚さは、1000Å以上4000Å以下であってもよい。第2電極層96の厚さは、100Å以上1000Å以下であってもよい。第3電極層97の厚さは、500Å以上4000Å以下であってもよい。
The
The thickness of the
図9は、半導体レーザ装置1の製造方法の一例を示す工程図である。図10A~図10Iは、半導体レーザ装置1の製造方法の一例を説明するための断面図である。図10A~図10Iは、図6aに対応する部分の断面図である。
図10Aを参照して、第1主面47および第2主面48を有する基板41が用意される(図9のステップS1)。次に、基板41の第1主面47の上に半導体積層構造42が形成される(図9のステップS2)。
9A to 9D are process diagrams showing an example of a method for manufacturing the
Referring to FIG. 10A,
この工程では、エピタキシャル成長法によって、n型バッファ層61、n型クラッド層62、活性層63、p型クラッド層64、p型保護層65、p型リッジクラッド層74、p型バンドオフセット緩衝層75、p型コンタクト層67およびダメージ吸収層101が基板41の第1主面47の上からこの順に形成される。
p型リッジクラッド層74およびp型バンドオフセット緩衝層75は、ここでは、p型電流狭窄層66のベースとなるベース半導体層として形成されている。
In this step, an n-
The p-type
ダメージ吸収層101は、後のドライエッチング工程時に生じるダメージからp型コンタクト層67を保護するための層である。ダメージ吸収層101の材料は、p型コンタクト層67を保護できれば如何なる材料も使用され得る。
この形態では、p型コンタクト層67と同一の材料によって、ダメージ吸収層101が形成されている。つまり、p型コンタクト層67の一部(表層部)が、ダメージ吸収層101として形成される。ダメージ吸収層101の厚さは、200Å以上3000Å以下であってもよい。ダメージ吸収層101の厚さは、500Å以上2000Å以下であることが好ましい。
The
In this embodiment, the
ダメージ吸収層101の厚さを大きくすることによって、p型コンタクト層67に生じるダメージ量を低減できる。これにより、p型コンタクト層67に生じるダメージに起因する直列抵抗の増加を抑制できる。
ダメージ吸収層101の厚さの前記数値範囲は一例であり、ダメージ吸収層101の厚さは前記数値範囲に限定されない。ダメージ吸収層101の厚さは、ダメージ吸収層101の除去時のエッチング時間や、ダメージ吸収層101の厚さと直列抵抗値との関係等に基づいて、種々の値を取り得る。
By increasing the thickness of the
The above numerical range of the thickness of the
次に、図10Bを参照して、所定パターンを有するマスク102が半導体積層構造42の上に形成される(図9のステップS3)。マスク102は、p型電流狭窄層66を形成すべき領域を被覆している。マスク102は、絶縁体によって形成されていてもよい。マスク102は、SiO2(酸化シリコン)を含んでいてもよい。
次に、図10Cを参照して、マスク102を介するドライエッチング法によって、p型コンタクト層67の不要な部分、p型バンドオフセット緩衝層75の不要な部分およびp型リッジクラッド層74の不要な部分が除去される(図9のステップS4)。ドライエッチング法は、異方性エッチング法であってもよい。異方性エッチング法は、RIE(Reactive Ion Etching)法であってもよい。
Next, referring to FIG. 10B, a
Next, referring to FIG. 10C, unnecessary portions of p-
この工程では、p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に位置する部分が残存するようにエッチング時間が設定される。したがって、p型リッジクラッド層74は、p型保護層65が露出しないように部分的に除去される。
p型リッジクラッド層74において、マスク102の直下の領域に位置する部分の厚さに対するマスク102外の領域に位置する部分の厚さの比は、0.04以上0.16以下であってもよい。p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に位置する部分の厚さは、500Å以上5000Å以下(たとえば3000Å程度)であってもよい。
In this step, the etching time is set so that a portion of the p-type
In p-type
また、この工程では、p型コンタクト層67においてマスク102の周縁部の直下の領域に位置する部分が除去される。これにより、p型電流狭窄層66の頂部71となる領域が外部に露出する。
さらに、この工程では、ドライエッチングに起因するダメージがダメージ吸収層101によって吸収される。ダメージ吸収後のダメージ吸収層101は、明瞭化のため、クロスハッチングによって示されている。
Also, in this step, a portion of the p-
Furthermore, in this step, damage caused by dry etching is absorbed by the
次に、図10Dを参照して、マスク102を介するウエットエッチング法によって、p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に残存した部分が除去される(図9のステップS5)。ウエットエッチング法は、等方性エッチング法であってもよい。
エッチング液は、塩酸であってもよい。この工程では、p型保護層65が露出するまで、p型リッジクラッド層74の不要な部分が除去される。これにより、p型電流狭窄層66が形成される。
Next, referring to FIG. 10D, wet etching is performed through
The etchant may be hydrochloric acid. In this step, unnecessary portions of the p-type
このように、p型電流狭窄層66の形成工程では、ドライエッチング工程およびウエットエッチング工程が実施される。ドライエッチング工程では、マスク102外においてp型リッジクラッド層74の一部が残存するように、p型バンドオフセット緩衝層75およびp型リッジクラッド層74が除去される。ウエットエッチング工程では、p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に残存した部分が除去される。
In this way, the step of forming the p-type
この場合、ウエットエッチング工程では、薄化したp型リッジクラッド層74を除去すればよいので、エッチング時間の管理の難易度を低下させることができる。また、エッチング液に対するp型保護層65の曝露時間を短縮できる。これにより、p型保護層65を残存させながら、薄化したp型リッジクラッド層74を適切に除去できる。
次に、図10Eを参照して、半導体積層構造42の上に絶縁層43が形成される(図9のステップS6)。この工程では、エピタキシャル成長法によって、絶縁層43が半導体積層構造42の上に形成される。絶縁層43は、p型電流狭窄層66の頂部71および側部73に加えて、p型保護層65の上面を起点に成長する。
In this case, since the thinned p-type
Next, referring to FIG. 10E, insulating
絶縁層43においてp型電流狭窄層66の頂部71から成長する部分は、マスク102に接するまで成長する。これにより、頂部絶縁層81が形成される。絶縁層43においてp型電流狭窄層66の側部73から成長する部分は、p型電流狭窄層66の側部73に倣って成長する。これにより、側部絶縁層82が形成される。
側部絶縁層82は、p型電流狭窄層66において頂部71および側部73を接続するエッジ部において頂部絶縁層81と重なり合う。側部絶縁層82においてp型電流狭窄層66の頂部71よりも上方に位置する部分は、マスク102に倣って形成される。
A portion of the insulating
これにより、側部絶縁層82においてp型電流狭窄層66のエッジ部に沿う部分に、p型電流狭窄層66の頂部71よりも上方に突出した突出部87が形成される。突出部87は、この形態では、p型コンタクト層67よりも上方に突出する。
絶縁層43においてp型保護層65の上面から成長する部分は、p型保護層65の上面に倣って成長する。これにより、上面絶縁層83が形成される。
As a result, protruding
A portion of the insulating
次に、図10Fを参照して、マスク102が除去される(図9のステップS7)。マスク102は、エッチング法によって除去される。マスク102は、ウエットエッチング法によって除去されてもよい。ウエットエッチング法は、等方性エッチング法であってもよい。エッチング液は、フッ酸を含んでいてもよい。
次に、ダメージ吸収層101(p型コンタクト層67の表層部)が除去される(図9のステップS8)。ダメージ吸収層101は、エッチング法によって除去される。ダメージ吸収層101は、ウエットエッチング法によって除去されてもよい。ウエットエッチング法は、等方性エッチング法であってもよい。
Next, referring to FIG. 10F,
Next, the damage absorption layer 101 (surface layer portion of the p-type contact layer 67) is removed (step S8 in FIG. 9). The
エッチング液は、硫酸および過酸化水素水の混合液を含んでいてもよい。これにより、p型コンタクト層67の上面が、頂部絶縁層81の接続部86に対してp型電流狭窄層66側に位置するように形成される。
次に、図10Gを参照して、下地電極層44が、p型コンタクト層67の上に形成される(図9のステップS9)。この工程は、第1電極層91および第2電極層92を、p型コンタクト層67の上に積層する工程を含む。
The etchant may contain a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide. As a result, the upper surface of the p-
Next, referring to FIG. 10G,
第1電極層91は、Ti(チタン)を含んでいてもよい。第2電極層92は、Au(金)を含んでいてもよい。第1電極層91および第2電極層92は、それぞれ、スパッタ法または蒸着法によって形成されてもよい。
次に、図10Hを参照して、所定パターンを有するマスク103が下地電極層44の上に形成される(図9のステップS10)。マスク103は、感光性樹脂を含んでいてもよい。マスク103は、第1端子電極層45を形成すべき領域を露出させる開口104を有している。
The
Next, referring to FIG. 10H, a
次に、第1端子電極層45が、下地電極層44においてマスク103の開口104から露出する部分の上に形成される。第1端子電極層45は、Au(金)を含んでいてもよい。第1端子電極層45は、金めっき法によって形成されてもよい。第1端子電極層45が形成された後、マスク103は、除去される。
次に、図10Iを参照して、基板41の第2主面48の上に第2端子電極層46が形成される(図9のステップS11)。この工程は、第1電極層95、第2電極層96および第3電極層97を、基板41の第2主面48側からこの順に積層する工程を含む。
Next, a first
Next, referring to FIG. 10I, the second
第1電極層95は、Ni(ニッケル)および/またはAuGe(金-ゲルマニウム合金)を含んでいてもよい。第2電極層96は、Ti(チタン)を含んでいてもよい。第3電極層97は、Au(金)を含んでいてもよい。
第1電極層95、第2電極層96および第3電極層97は、それぞれ、スパッタ法または蒸着法によって形成されてもよい。以上を含む工程を経て半導体レーザ装置1が製造される。
The
The
図11は、半導体レーザ装置1の特性を示すグラフである。図11において、左側縦軸は光出力[mW]を表しており、右側縦軸は動作電圧[V]を表しており、横軸は動作電流[mA]を表している。
図11のグラフは、図9のステップS2においてダメージ吸収層101を形成せず、図9のステップS4およびステップS8を実施せずに作成した半導体レーザ装置1の特性を示している。
FIG. 11 is a graph showing the characteristics of the
The graph of FIG. 11 shows the characteristics of the
図11には、第1光出力特性A1および第2光出力特性A2が示されている。第1光出力特性A1は、常温(25℃)時の特性を示している。第2光出力特性A2は、高温(75℃)時の特性を示している。
図11には、第1電圧特性B1および第2電圧特性B2が示されている。第1電圧特性B1は、常温(25℃)時の特性を示している。第2電圧特性B2は、高温(75℃)時の特性を示している。
FIG. 11 shows the first optical output characteristic A1 and the second optical output characteristic A2. A first optical output characteristic A1 indicates a characteristic at room temperature (25° C.). A second optical output characteristic A2 indicates a characteristic at a high temperature (75° C.).
FIG. 11 shows the first voltage characteristic B1 and the second voltage characteristic B2. A first voltage characteristic B1 indicates a characteristic at room temperature (25° C.). A second voltage characteristic B2 indicates a characteristic at a high temperature (75° C.).
図11に係る半導体レーザ装置1では、常温(25℃)において光出力が5mWの時、動作電流は35mA以上であり、動作電圧は2.2V以上であった。また、図11に係る半導体レーザ装置1では、高温(75℃)において光出力が5mWの時、動作電流は65mA以上であり、動作電圧は2.2V以上であった。
図12は、半導体レーザ装置1の特性を示すグラフである。図12において、左側縦軸は光出力[mW]を表しており、右側縦軸は動作電圧[V]を表しており、横軸は動作電流[mA]を表している。
In the
FIG. 12 is a graph showing the characteristics of the
図12のグラフは、図9のステップS8を実施せずに作成した半導体レーザ装置1の特性を示している。
図12には、第1光出力特性A3および第2光出力特性A4が示されている。第1光出力特性A3は、常温(25℃)時の特性を示している。第2光出力特性A4は、高温(75℃)時の特性を示している。
The graph of FIG. 12 shows the characteristics of the
FIG. 12 shows the first optical output characteristic A3 and the second optical output characteristic A4. A first optical output characteristic A3 indicates a characteristic at room temperature (25° C.). A second optical output characteristic A4 indicates a characteristic at a high temperature (75° C.).
また、図12には、第1電圧特性B3および第2電圧特性B4が示されている。第1電圧特性B3は、常温(25℃)時の特性を示している。第2電圧特性B4は、高温(75℃)時の特性を示している。
図12に係る半導体レーザ装置1では、常温(25℃)において光出力が5mWの時、動作電流は30mA以下であり、動作電圧は2.6V程度であった。また、図12に係る半導体レーザ装置1では、高温(75℃)において光出力が5mWの時、動作電流は45mA以下であり、動作電圧は2.5V程度であった。
FIG. 12 also shows a first voltage characteristic B3 and a second voltage characteristic B4. A first voltage characteristic B3 indicates a characteristic at room temperature (25° C.). A second voltage characteristic B4 indicates a characteristic at a high temperature (75° C.).
In the
図12に係る半導体レーザ装置1の動作電流は、図11に係る半導体レーザ装置1と比較して、常温(25℃)において20%程度低下し、高温(75℃)において35%程度低下した。
一方、図12に係る半導体レーザ装置1の動作電圧は、図11に係る半導体レーザ装置1と比較して、常温(25℃)において18%程度増加し、高温(75℃)において12%程度増加した。
The operating current of the
On the other hand, the operating voltage of the
このように、図12に係る半導体レーザ装置1によれば、動作電圧が増加したものの、動作電流の大幅な低下を図ることができた。動作電流が低下したのは、p型保護層65のオーバエッチングを回避することができ、高温特性が改善したためと考えられる。動作電圧が増加したのは、ダメージ吸収層101のダメージに起因して直列抵抗が増加したためと考えられる。
As described above, according to the
図12に係る半導体レーザ装置1によれば、図11に係る半導体レーザ装置1と比較して、同等の光出力を実現する上で必要な動作電流を低下できることが分かった。つまり、図12に係る半導体レーザ装置1によれば、小さい動作電流によって、図11に係る半導体レーザ装置1と同等の光出力を実現できることが分かった。
図13は、半導体レーザ装置1の特性を示すグラフである。図13において、左側縦軸は光出力[mW]を表しており、右側縦軸は動作電圧[V]を表しており、横軸は動作電流[mA]を表している。
It was found that the
FIG. 13 is a graph showing the characteristics of the
図13のグラフは、図9に示す工程を全て実施した場合の半導体レーザ装置1の特性を示している。
図13には、第1光出力特性A5および第2光出力特性A6が示されている。第1光出力特性A5は、常温(25℃)時の特性を示している。第2光出力特性A6は、高温(75℃)時の特性を示している。
The graph of FIG. 13 shows the characteristics of the
FIG. 13 shows the first optical output characteristic A5 and the second optical output characteristic A6. A first optical output characteristic A5 indicates a characteristic at room temperature (25° C.). A second optical output characteristic A6 indicates a characteristic at a high temperature (75° C.).
また、図13には、第1電圧特性B5および第2電圧特性B6が示されている。第1電圧特性B5は、常温(25℃)時の特性を示している。第2電圧特性B6は、高温(75℃)時の特性を示している。
図13に係る半導体レーザ装置1では、常温(25℃)において光出力が5mWの時、動作電流は30mA以下であり、動作電圧は2.1V以下であった。また、図13に係る半導体レーザ装置1では、高温(75℃)において光出力が5mWの時、動作電流は45mA以下であり、動作電圧は2.1V以下であった。
FIG. 13 also shows a first voltage characteristic B5 and a second voltage characteristic B6. A first voltage characteristic B5 indicates a characteristic at room temperature (25° C.). A second voltage characteristic B6 indicates a characteristic at a high temperature (75° C.).
In the
図13に係る半導体レーザ装置1の動作電流は、図11に係る半導体レーザ装置1と比較して、常温(25℃)において20%程度低下し、高温(75℃)において35%程度低下した。
一方、図13に係る半導体レーザ装置1の動作電圧は、図11に係る半導体レーザ装置1と比較して、常温(25℃)において5%程度低下し、高温(75℃)において5%程度低下した。
The operating current of the
On the other hand, the operating voltage of the
図13に係る半導体レーザ装置1によれば、図11に係る半導体レーザ装置1と比較して、同等の光出力を実現する上で必要な動作電圧および動作電流を低下できることが分かった。
つまり、図13に係る半導体レーザ装置1によれば、小さい動作電圧および小さい動作電流によって、図11に係る半導体レーザ装置1と同等の光出力を実現できることが分かった。
It has been found that the
That is, according to the
以上、半導体レーザ装置1は、p型コンタクト層67を含む。p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の一部を露出させるようにp型電流狭窄層66の頂部71の上に形成されている。これにより、p型コンタクト層67をp型電流狭窄層66に供給される電流を狭窄する電流狭窄コンタクト層として機能させることができる。
その結果、p型コンタクト層67による電流狭窄効果と、p型電流狭窄層66による電流狭窄効果とを得ることができる。よって、活性層63を流れる電流の指向性を向上させることができるから、光出力を向上できる。
As described above, the
As a result, the current confinement effect of the p-
また、半導体レーザ装置1は、頂部絶縁層81を含む。頂部絶縁層81は、p型電流狭窄層66の頂部71においてp型コンタクト層67から露出する部分を被覆する。これにより、p型電流狭窄層66の頂部71においてp型コンタクト層67から露出する部分を絶縁できるので、p型コンタクト層67による電流狭窄効果を適切に高めることができる。
The
また、半導体レーザ装置1は、p型保護層65を含む。p型保護層65は、p型クラッド層64およびp型電流狭窄層66の間に介在している。また、p型保護層65は、p型クラッド層64を被覆した状態を保ちながら、p型電流狭窄層66外の領域に引き出されている。
これにより、p型クラッド層64をp型保護層65によって保護できるので、p型クラッド層64p型の膜厚の変動を抑制できる。よって、p型クラッド層64による光閉じ込め効果を適切に保持し、光出力の低下を抑制できる。
The
As a result, the p-
また、半導体レーザ装置1の製造方法では、半導体積層構造42の形成時(図9のステップS2)においてダメージ吸収層101が形成され、p型コンタクト層67の形成工程後、除去される。
これにより、ダメージ吸収層101に蓄積されたドライエッチング時のダメージを除去できるので、p型コンタクト層67に接続される直列抵抗の抵抗値の低減を図ることができる。これにより、光出力を効率的に増加させることができる。
In the method for manufacturing the
As a result, the damage accumulated in the
また、半導体レーザ装置1の製造方法では、p型コンタクト層67の表層部をダメージ吸収層101として形成しているので、ダメージ吸収層101の形成工程を省略できる。
また、光出力が高められた半導体レーザ装置1を半導体レーザ装置用ステム2に搭載することによって、半導体レーザ装置1によって生成されたレーザ光を効率的に取り出し、利用することができる。
Further, in the manufacturing method of the
Moreover, by mounting the
図14は、本発明の第2実施形態に係る半導体レーザ装置111を示す断面図である。図14は、図6aに対応する部分の断面図でもある。以下では、半導体レーザ装置1の構造と対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図14を参照して、半導体レーザ装置111において、半導体積層構造42は、p型コンタクト層67を含まない。絶縁層43は、p型電流狭窄層66の頂部71を露出させるように、半導体積層構造42の上に形成されている。絶縁層43は、より具体的には、側部絶縁層82および上面絶縁層83を含むが、頂部絶縁層81を含まない。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a
Referring to FIG. 14 , in
側部絶縁層82の突出部87は、p型電流狭窄層66の頂部71および側部73を接続するエッジ部から上方に向かって突出している。側部絶縁層82の突出部87は、p型電流狭窄層66の頂部71との間において凹状の空間を形成している。
p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の上において、側部絶縁層82の突出部87によって区画された凹状の空間に形成されている。p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71のほぼ全域をまたは全域を被覆している。
A protruding
The p-
p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71の上から側部絶縁層82の上に連続的に引き出された引き出し部112を有している。p型コンタクト層67の引き出し部112は、側部絶縁層82の突出部87を被覆している。
p型コンタクト層67の引き出し部112は、側部絶縁層82の上からさらに上面絶縁層83の上に連続的に引き出されている。p型コンタクト層67は、この形態では、絶縁層43の上面のほぼ全面をまたは全面を被覆している。
The p-
The
p型コンタクト層67の外面(上面)においてp型電流狭窄層66の頂部71の上方に位置する部分には、p型電流狭窄層66の頂部71に向かったリセス113が形成されている。リセス113は、p型電流狭窄層66の頂部71を被覆する部分および側部絶縁層82の突出部87を被覆する部分によって区画されている。
下地電極層44は、p型コンタクト層67の上に形成されている。下地電極層44は、p型コンタクト層67のリセス113に入り込んでいる。下地電極層44においてリセス113を被覆する部分は、p型コンタクト層67を挟んでp型電流狭窄層66の頂部71に対向している。
A
The
下地電極層44は、p型コンタクト層67の上から絶縁層43の上に引き出されている。下地電極層44は、p型コンタクト層67の上面および絶縁層43の上面に沿って膜状に形成されている。
下地電極層44は、絶縁層43において側部絶縁層82および上面絶縁層83を被覆している。下地電極層44は、この形態では、p型コンタクト層67の上面および絶縁層43の上面のほぼ全域をまたは全域を被覆している。
The
The
図15は、半導体レーザ装置111の製造方法の一例を示す工程図である。図16A~図16Jは、半導体レーザ装置111の製造方法の一例を説明するための断面図である。図16A~図16Jは、図14に対応する部分の断面図である。
図16Aを参照して、第1主面47および第2主面48を有する基板41が用意される(図15のステップS11)。次に、基板41の第1主面47の上に半導体積層構造42が形成される(図15のステップS12)。
15A to 15D are process diagrams showing an example of a method for manufacturing the
Referring to FIG. 16A,
この工程では、エピタキシャル成長法によって、n型バッファ層61、n型クラッド層62、活性層63、p型クラッド層64、p型保護層65、p型リッジクラッド層74、p型バンドオフセット緩衝層75およびダメージ吸収層114が基板41の第1主面47の上からこの順に形成される。
p型リッジクラッド層74およびp型バンドオフセット緩衝層75は、ここでは、p型電流狭窄層66のベースとなるベース半導体層として形成されている。
In this step, an n-
The p-type
ダメージ吸収層114は、後のドライエッチング工程時に生じるダメージからp型バンドオフセット緩衝層75を保護するための層である。ダメージ吸収層114の材料は、p型バンドオフセット緩衝層75を保護できれば如何なる材料も使用され得る。
ダメージ吸収層114は、この形態では、GaAs(ガリウム-砒素)を含む。ダメージ吸収層114の厚さは、200Å以上3000Å以下であってもよい。ダメージ吸収層114の厚さは、500Å以上2000Å以下であることが好ましい。
The
The
ダメージ吸収層114の厚さを大きくすることによって、p型電流狭窄層66(p型バンドオフセット緩衝層75)に生じるダメージ量を低減できる。これにより、p型電流狭窄層66(p型バンドオフセット緩衝層75)に生じるダメージに起因する直列抵抗の増加を抑制できる。
ダメージ吸収層114の厚さの前記数値範囲は一例であり、ダメージ吸収層114の厚さは前記数値範囲に限定されない。ダメージ吸収層114の厚さは、ダメージ吸収層114の除去時のエッチング時間や、ダメージ吸収層114の厚さと直列抵抗値との関係等に基づいて、種々の値を取り得る。
By increasing the thickness of the
The above numerical range of the thickness of the
次に、図16Bを参照して、所定パターンを有するマスク102が半導体積層構造42の上に形成される(図15のステップS13)。マスク102は、p型電流狭窄層66を形成すべき領域を被覆している。マスク102は、絶縁層43によって形成されていてもよい。マスク102は、SiO2(酸化シリコン)を含んでいてもよい。
次に、図16Cを参照して、マスク102を介するドライエッチング法によって、ダメージ吸収層114の不要な部分、p型バンドオフセット緩衝層75の不要な部分およびp型リッジクラッド層74の不要な部分が除去される(図15のステップS14)。ドライエッチング法は、異方性エッチング法であってもよい。異方性エッチング法は、RIE(Reactive Ion Etching)法であってもよい。
Next, referring to FIG. 16B, a
Next, referring to FIG. 16C, unnecessary portions of
この工程では、p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に位置する部分が残存するようにエッチング時間が設定される。したがって、p型リッジクラッド層74は、p型保護層65が露出しないように部分的に除去される。
p型リッジクラッド層74において、マスク102の直下の領域に位置する部分の厚さに対するマスク102外の領域に位置する部分の厚さの比は、0.04以上0.16以下であってもよい。p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に位置する部分の厚さは、500Å以上5000Å以下(たとえば300Å程度)であってもよい。
In this step, the etching time is set so that a portion of the p-type
In p-type
この工程では、ドライエッチングに起因するダメージがダメージ吸収層114によって吸収される。ダメージ吸収後のダメージ吸収層114は、明瞭化のため、クロスハッチングによって示されている。
次に、図16Dを参照して、マスク102を介するウエットエッチング法によって、p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に残存した部分が除去される(図15のステップS15)。ウエットエッチング法は、等方性エッチング法であってもよい。
In this step, damage caused by dry etching is absorbed by the
Next, referring to FIG. 16D, wet etching is performed through
エッチング液は、塩酸であってもよい。この工程では、p型保護層65が露出するまで、p型リッジクラッド層74の不要な部分が除去される。これにより、p型電流狭窄層66が形成される。
この形態では、p型電流狭窄層66の形成工程時において、ドライエッチング工程およびウエットエッチング工程が実施される。ドライエッチング工程では、マスク102外においてp型リッジクラッド層74の一部が残存するように、p型バンドオフセット緩衝層75およびp型リッジクラッド層74が除去される。ウエットエッチング工程では、p型リッジクラッド層74においてマスク102外の領域に残存した部分が除去される。
The etchant may be hydrochloric acid. In this step, unnecessary portions of the p-type
In this embodiment, a dry etching step and a wet etching step are performed during the step of forming the p-type
この場合、ウエットエッチング工程では、薄化したp型リッジクラッド層74を除去すればよいので、エッチング時間の管理の難易度を低下させることができる。また、エッチング液に対するp型保護層65の曝露時間を短縮できる。これにより、p型保護層65を残存させながら、薄化したp型リッジクラッド層74を適切に除去できる。
次に、図16Eを参照して、半導体積層構造42の上に絶縁層43が形成される(図15のステップS16)。この工程では、エピタキシャル成長法によって、絶縁層43が半導体積層構造42の上に形成される。絶縁層43は、p型電流狭窄層66の側部73に加えて、p型保護層65の上面を起点に成長する。
In this case, since the thinned p-type
Next, referring to FIG. 16E, insulating
絶縁層43においてp型電流狭窄層66の側部73から成長する部分は、p型電流狭窄層66の側部73に倣って成長する。これにより、側部絶縁層82が形成される。側部絶縁層82においてp型電流狭窄層66の頂部71よりも上方に位置する部分は、マスク102に倣って形成される。
これにより、側部絶縁層82においてp型電流狭窄層66のエッジ部に沿う部分に、p型電流狭窄層66の頂部71よりも上方に突出した突出部87が形成される。突出部87は、この形態では、p型コンタクト層67よりも上方に突出する。
A portion of the insulating
As a result, protruding
絶縁層43においてp型保護層65の上面から成長する部分は、p型保護層65の上面に倣って成長する。これにより、上面絶縁層83が形成される。
次に、図16Fを参照して、マスク102が除去される(図15のステップS17)。マスク102は、エッチング法によって除去される。マスク102は、ウエットエッチング法によって除去されてもよい。ウエットエッチング法は、等方性エッチング法であってもよい。エッチング液は、フッ酸を含んでいてもよい。
A portion of the insulating
Next, referring to FIG. 16F,
次に、ダメージ吸収層114が除去される(図15のステップS18)。ダメージ吸収層114は、エッチング法によって除去される。ダメージ吸収層114は、この工程では、ウエットエッチング法によって除去される。ウエットエッチング法は、等方性エッチング法であってもよい。エッチング液は、硫酸および過酸化水素水の混合液を含んでいてもよい。
Next, the
次に、図16Gを参照して、p型コンタクト層67が、p型電流狭窄層66の頂部71の上に形成される(図15のステップS19)。この工程では、エピタキシャル成長法によって、p型コンタクト層67がp型電流狭窄層66の頂部71の上および絶縁層43の上面の上に形成される。これにより、p型コンタクト層67は、p型電流狭窄層66の頂部71および絶縁層43の上面を被覆するように形成される。
Next, referring to FIG. 16G, p-
次に、図16Hを参照して、下地電極層44が、p型コンタクト層67の上に形成される(図15のステップS20)。この工程は、第1電極層91および第2電極層92を、p型コンタクト層67の上に積層する工程を含む。
第1電極層91は、Ti(チタン)を含んでいてもよい。第2電極層92は、Au(金)を含んでいてもよい。第1電極層91および第2電極層92は、それぞれ、スパッタ法または蒸着法によって形成されてもよい。
Next, referring to FIG. 16H,
The
次に、図16Iを参照して、所定パターンを有するマスク103が下地電極層44の上に形成される(図15のステップS21)。マスク103は、感光性樹脂を含んでいてもよい。マスク103は、第1端子電極層45を形成すべき領域を露出させる開口104を有している。
次に、第1端子電極層45が、下地電極層44においてマスク103の開口104から露出する部分の上に形成される。第1端子電極層45は、Au(金)を含んでいてもよい。第1端子電極層45は、金めっき法によって形成されてもよい。第1端子電極層45が形成された後、マスク103は、除去される。
Next, referring to FIG. 16I, a
Next, a first
次に、図16Jを参照して、基板41の第2主面48の上に第2端子電極層46が形成される(図15のステップS22)。この工程は、第1電極層95、第2電極層96および第3電極層97を、基板41の第2主面48側からこの順に積層する工程を含む。
第1電極層95は、Ni(ニッケル)および/またはAuGe(金-ゲルマニウム合金)を含んでいてもよい。第2電極層96は、Ti(チタン)を含んでいてもよい。第3電極層97は、Au(金)を含んでいてもよい。第1電極層95、第2電極層96および第3電極層97は、それぞれ、スパッタ法または蒸着法によって形成されてもよい。以上の工程を経て半導体レーザ装置111が製造される。
Next, referring to FIG. 16J, the second
The
以上、半導体レーザ装置111の製造工程では、p型保護層65が残存するように、ドライエッチング工程およびウエットエッチング工程が実施される(図15のステップS14およびステップS15)。
また、半導体レーザ装置111の製造工程では、ドライエッチング工程時におけるダメージを吸収するためのダメージ吸収層114が形成されている(図15のステップS12)。ダメージ吸収層114は、p型電流狭窄層66の形成工程後、除去される(図15のステップS18)。
As described above, in the manufacturing process of the
In the manufacturing process of the
したがって、半導体レーザ装置111によれば、p型コンタクト層67による電流狭窄効果を除いて、半導体レーザ装置1に対して述べた効果とほぼ同様の効果を奏することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
Therefore, according to the
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other forms.
前述の各実施形態では、p型電流狭窄層66が、下り傾斜した傾斜面を有する側部73を含む例について説明した。しかし、p型電流狭窄層66の側部73は、基板41の第1主面47の法線方向Zに沿って延びていてもよい。
前述の各実施形態において、p型バンドオフセット緩衝層75を有さないp型電流狭窄層66が採用されてもよい。この場合、p型コンタクト層67は、p型リッジクラッド層74に接するように、p型リッジクラッド層74の上に形成される。
In each of the above-described embodiments, an example in which the p-type
In each of the above embodiments, the p-type
前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構造が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
この明細書および図面から抽出される特徴の例を以下に示す。
[項1]第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の上に突出するように形成され、前記活性層に供給される電流を狭窄する第2導電型の電流狭窄層と、前記第2半導体層および前記電流狭窄層の間に介在し、前記第2半導体層および前記電流狭窄層の間の領域から、前記第2半導体層を被覆した状態を保ちながら前記電流狭窄層外の領域に引き出された第2導電型の保護層と、を含む、半導体レーザ装置。
In each of the above-described embodiments, a structure in which the conductivity type of each semiconductor portion is reversed may be employed. That is, the p-type portion may be n-type, and the n-type portion may be p-type.
Examples of features extracted from this specification and drawings are given below.
[Item 1] A first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer formed on the first semiconductor layer, a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the active layer, a current confinement layer of a second conductivity type formed so as to protrude above the second semiconductor layer and constricting a current supplied to the active layer, and interposed between the second semiconductor layer and the current confinement layer a protective layer of a second conductivity type drawn from a region between the second semiconductor layer and the current confinement layer to a region outside the current confinement layer while maintaining a state of covering the second semiconductor layer; A semiconductor laser device, comprising:
この半導体レーザ装置によれば、第2半導体層を保護層によって保護できるので、第2半導体層の膜厚の変動を抑制できる。よって、第2半導体層による光閉じ込め効果を保持できるから、レーザ光の出力の低下を抑制できる。
[項2]前記保護層は、前記第2半導体層の全域を被覆している、項1に記載の半導体レーザ装置。
According to this semiconductor laser device, since the second semiconductor layer can be protected by the protective layer, variations in the film thickness of the second semiconductor layer can be suppressed. Therefore, since the light confinement effect of the second semiconductor layer can be maintained, the decrease in laser light output can be suppressed.
[Item 2] The semiconductor laser device according to
[項3]前記保護層は、前記第2半導体層とは異なる組成を有する半導体材料を含む、項1または2に記載の半導体レーザ装置。
[項4]前記保護層において前記電流狭窄層によって被覆された部分および前記電流狭窄層から露出する部分は、連続的に形成されている、項1~3のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
[Item 3] The semiconductor laser device according to
[Item 4] The semiconductor laser according to any one of
[項5]前記電流狭窄層の側部を被覆する側部絶縁層をさらに含む、項1~4のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
[項6]前記側部絶縁層は、前記電流狭窄層よりも上方に突出した突出部を有している、項5に記載の半導体レーザ装置。
[項7]前記電流狭窄層の頂部を被覆する頂部絶縁層をさらに含む、項1~6のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
[Item 5] The semiconductor laser device according to any one of
[Item 6] The semiconductor laser device according to
[Item 7] The semiconductor laser device according to any one of
[項8]前記電流狭窄層は、前記第2半導体層の上に突出するように形成された第2導電型の上層半導体層を含む、項1~7のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
[項9]前記電流狭窄層は、前記上層半導体層の上に形成され、バンド不連続を緩和するバンドオフセット緩衝層を含む、項8に記載の半導体レーザ装置。
[項10]一方側の第1面および他方側の第2面を有する金属製のステムベースと、前記ステムベースの前記第2面側に設けられ、前記ステムベースに電気的に接続された第1端子と、前記ステムベースの前記第2面側から前記ステムベースを貫通して前記第1面側に引き出された第2端子と、前記ステムベースに電気的に接続されるように前記ステムベースの前記第1面の上に載置された、項1~9のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置と、前記第2端子および前記半導体レーザ装置を電気的に接続する第1導線と、を含む、半導体レーザ装置用ステム。
[Item 8] The semiconductor laser according to any one of
[Item 9] The semiconductor laser device according to
[Item 10] A metal stem base having a first surface on one side and a second surface on the other side, and a second surface provided on the second surface side of the stem base and electrically connected to the stem base. one terminal, a second terminal extending from the second surface side of the stem base through the stem base to the first surface side, and the stem base so as to be electrically connected to the stem base. 10. The semiconductor laser device according to any one of
[項11]前記ステムベースおよび前記第2端子の間に介在し、前記第2端子を前記ステムベースから電気的に絶縁する第1絶縁体をさらに含む、項10に記載の半導体レーザ装置用ステム。
[項12]前記ステムベースとの間で前記半導体レーザ装置を収容するように前記ステムベースの前記第1面の上に取り付けられ、前記半導体レーザ装置によって生成されたレーザ光を取り出す光取り出し窓を有するキャップをさらに含む、項10または11に記載の半導体レーザ装置用ステム。
[Item 11] The stem for a semiconductor laser device according to
[Item 12] A light extraction window is mounted on the first surface of the stem base so as to accommodate the semiconductor laser device between the stem base and extracts laser light generated by the semiconductor laser device. 12. The stem for a semiconductor laser device according to
[項13]前記光取り出し窓を閉塞するように前記キャップに取り付けられた透光性を有する閉塞部材をさらに含む、項12に記載の半導体レーザ装置用ステム。
[項14]前記ステムベースの前記第2面側から前記ステムベースを貫通して前記第1面側に引き出された第3端子と、前記ステムベースに電気的に接続されるように前記ステムベースの前記第1面の上に載置された半導体発光装置と、前記第3端子および前記半導体発光装置を電気的に接続する第2導線と、をさらに含む、項10~13のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置用ステム。
[Item 13] The stem for a semiconductor laser device according to
[Item 14] A third terminal extending from the second surface side of the stem base to the first surface side through the stem base, and the stem base so as to be electrically connected to the stem base. and a second conducting wire electrically connecting the third terminal and the semiconductor light emitting device. 3. The stem for a semiconductor laser device according to .
[項15]前記ステムベースおよび前記第3端子の間に介在し、前記第3端子を前記ステムベースから電気的に絶縁する第2絶縁体をさらに含む、項14に記載の半導体レーザ装置用ステム。
[項16]第1導電型の第1半導体層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記第2半導体層の上に第2導電型の保護層を形成する工程と、前記保護層の上に電流狭窄層となる第2導電型のベース半導体層を形成する工程と、前記ベース半導体層の上に前記電流狭窄層を形成すべき領域を被覆するマスクを形成する工程と、前記マスクを介するドライエッチング法によって前記ベース半導体層を部分的に除去した後、前記マスクを介するウエットエッチング法によって前記保護層が露出するまで前記ベース半導体層の残存部を除去することにより、前記活性層に供給される電流を狭窄する第2導電型の電流狭窄層を形成する工程と、を含む、半導体レーザ装置の製造方法。
[Item 15] The stem for a semiconductor laser device according to
[Item 16] forming an active layer on a first semiconductor layer of a first conductivity type; forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the active layer; forming a second conductive type protective layer on the protective layer; forming a second conductive type base semiconductor layer to be a current constriction layer on the protective layer; forming the current confining layer on the base semiconductor layer; forming a mask covering a region where a narrowing layer is to be formed; and after partially removing the base semiconductor layer by dry etching through the mask, exposing the protective layer by wet etching through the mask. and forming a current constriction layer of a second conductivity type for constricting a current supplied to the active layer by removing the remaining portion of the base semiconductor layer until the current constriction layer is formed.
この工程では、保護層がエッチングストップ層として形成されている。保護層において電流狭窄層外の領域は、多くの場合、電流狭窄層の形成工程時において消滅する。これは、電流狭窄層の形成工程時において、1回のウエットエッチング工程によってベース半導体層が除去されるためである。
すなわち、この場合、ベース半導体層を確実に除去するために、ベース半導体層から保護層が露出したと推定されるエッチング時間よりも長いエッチング時間が設定される。そのため、エッチング液に対する保護層の曝露時間が長くなり、ベース半導体層に加えて、保護層まで除去される。
In this step, the protective layer is formed as an etching stop layer. In many cases, the region of the protective layer outside the current confinement layer disappears during the process of forming the current confinement layer. This is because the base semiconductor layer is removed by one wet etching step during the step of forming the current confinement layer.
That is, in this case, in order to reliably remove the base semiconductor layer, the etching time is set to be longer than the etching time estimated to expose the protective layer from the base semiconductor layer. Therefore, the exposure time of the protective layer to the etchant increases, and the protective layer is removed in addition to the base semiconductor layer.
その結果、電流狭窄層外の領域から、第2半導体層が露出する。この場合、第2半導体層の厚さの変動に起因して光閉じ込め効果が変動するため、活性層から取り出される光出力が低下する。
また、意図的に保護層を除去する場合を除き、保護層が消滅したか否かまでは合理的な理由がない限り検証されないため、保護層の消滅に起因する光出力の低下を認識するには至らないという実情が存する。
As a result, the second semiconductor layer is exposed from the region outside the current confinement layer. In this case, the optical confinement effect fluctuates due to fluctuations in the thickness of the second semiconductor layer, so the optical output extracted from the active layer decreases.
In addition, except when the protective layer is intentionally removed, whether or not the protective layer has disappeared is not verified unless there is a rational reason. There is a fact that it is not possible.
これに対して、この半導体レーザ装置の製造方法では、電流狭窄層の形成工程時において、ドライエッチング工程およびウエットエッチング工程が実施される。ドライエッチング工程では、電流狭窄層を形成すべき領域外においてベース半導体層の一部を残存させるように、ベース半導体層が部分的に除去される。そして、ウエットエッチング工程では、残存したベース半導体層が、保護層が露出するまで除去される。 In contrast, in this method of manufacturing a semiconductor laser device, a dry etching step and a wet etching step are performed during the step of forming the current confinement layer. In the dry etching step, the base semiconductor layer is partially removed so as to leave a portion of the base semiconductor layer outside the region where the current confinement layer is to be formed. Then, in a wet etching step, the remaining base semiconductor layer is removed until the protective layer is exposed.
ウエットエッチング工程では、薄化したベース半導体層を除去すればよいので、エッチング時間の管理の難易度を低下させることができる。また、エッチング液に対する保護層の曝露時間を短縮できる。これにより、保護層を残存させながら、薄化したベース半導体層を適切に除去できる。
その結果、第2半導体層を保護層によって適切に保護できるので、第2半導体層の膜厚の変動を抑制できる。よって、第2半導体層による光閉じ込め効果を保持し、レーザ光の出力の低下を抑制できる。
In the wet etching process, the thinned base semiconductor layer can be removed, so the difficulty of managing the etching time can be reduced. Also, the exposure time of the protective layer to the etchant can be shortened. Thereby, the thinned base semiconductor layer can be appropriately removed while leaving the protective layer.
As a result, since the second semiconductor layer can be appropriately protected by the protective layer, variations in the film thickness of the second semiconductor layer can be suppressed. Therefore, the light confinement effect of the second semiconductor layer can be maintained, and a decrease in laser light output can be suppressed.
[項17]前記電流狭窄層を形成する工程において、前記保護層は、前記第2半導体層および前記電流狭窄層の間に介在し、前記第2半導体層および前記電流狭窄層の間の領域から、前記第2半導体層を被覆した状態を保ちながら、前記電流狭窄層外の領域に引き出されるように形成される、項16に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[項18]前記電流狭窄層を形成する工程において、前記保護層は、前記第2半導体層の全域を被覆するように形成される、項16または17に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[Item 17] In the step of forming the current confinement layer, the protective layer is interposed between the second semiconductor layer and the current confinement layer, and the protective layer is provided between the second semiconductor layer and the current confinement layer. 17. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to
[Item 18] The method of manufacturing a semiconductor laser device according to
[項19]前記保護層を形成する工程において、前記第2半導体層とは異なる組成を有する半導体材料を含む前記保護層が形成される、項16~18のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[項20]前記電流狭窄層を形成する工程において、前記保護層において前記電流狭窄層によって被覆された部分および前記電流狭窄層から露出する部分は、互いに連続的に形成される、項16~19のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[Item 19] The semiconductor laser according to any one of
[Item 20]
[項21]前記電流狭窄層を形成する工程の後、前記電流狭窄層の側部を被覆する側部絶縁層を形成する工程をさらに含む、項16~20のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[項22]前記側部絶縁層を形成する工程において、前記側部絶縁層は、前記電流狭窄層よりも上方に突出するように形成される、項21に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[Item 21] The semiconductor according to any one of
[Item 22] A method of manufacturing a semiconductor laser device according to
[項23]前記電流狭窄層を形成する工程の後、前記電流狭窄層の頂部を被覆する頂部絶縁層を形成する工程をさらに含む、項16~22のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[項24]前記ベース半導体層を形成する工程は、前記活性層の上に第2導電型の上層半導体層を形成する工程を含む、項16~23のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
[Item 23] The semiconductor laser device according to any one of
[Item 24] The semiconductor laser device according to any one of
[項25]前記ベース半導体層を形成する工程は、前記上層半導体層の上にバンド不連続を緩和する第2導電型のバンドオフセット緩衝層を形成する工程を含む、項24に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
[Item 25] The semiconductor laser according to
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
1 半導体レーザ装置
2 半導体レーザ装置用ステム
3 ステムベース
4 第1リード端子
5 第2リード端子
6 第3リード端子
7 第1絶縁体
8 第2絶縁体
12 第1導線
13 第2導線
14 キャップ
15 集光レンズ
16 ステムベースの第1面
17 ステムベースの第2面
33 キャップの光取り出し窓
43 絶縁層
62 n型クラッド層
63 活性層
64 p型クラッド層
65 p型保護層
66 p型電流狭窄層
67 p型コンタクト層
71 p型電流狭窄層の頂部
74 p型リッジクラッド層
75 p型バンドオフセット緩衝層
81 頂部絶縁層
82 側部絶縁層
111 半導体レーザ装置
1
Claims (21)
前記第1半導体層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に突出するように形成され、平面視において前記活性層の面積よりも小さい面積を有する頂部および側部を含むメサ形状の第2導電型の電流狭窄層と、
前記電流狭窄層の前記頂部の縁部を露出させるように前記頂部の周縁から内方に間隔を空けて前記頂部の上に前記頂部よりも幅狭に形成され、上面および側部を含むコンタクト層と、
前記コンタクト層の前記上面よりも上方に突出するように前記電流狭窄層の前記縁部および前記コンタクト層の前記側部を被覆し、前記コンタクト層の前記上面の全域を露出させる頂部絶縁層と、
前記頂部絶縁層と一体を成すように前記電流狭窄層の前記側部を被覆する側部絶縁層と、を含む、半導体レーザ装置。 a first semiconductor layer of a first conductivity type;
an active layer formed on the first semiconductor layer;
a mesa-shaped current confinement layer of the second conductivity type that is formed to protrude above the active layer and includes a top portion and side portions having an area smaller than that of the active layer in a plan view;
a contact layer formed on the top portion narrower than the top portion and spaced inwardly from a peripheral edge of the top portion to expose an edge portion of the top portion of the current confinement layer, the contact layer including a top surface and a side portion; When,
a top insulating layer covering the edge of the current confinement layer and the side of the contact layer so as to protrude above the top surface of the contact layer, and exposing the entire top surface of the contact layer;
a side insulating layer covering the side portion of the current confinement layer so as to be integral with the top insulating layer .
前記コンタクト層は、前記上層半導体層の上に形成されている、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。 the current confinement layer includes an upper semiconductor layer of a second conductivity type formed to protrude above the active layer;
5. The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein said contact layer is formed on said upper semiconductor layer.
前記コンタクト層は、前記バンドオフセット緩衝層の上に形成されている、請求項5に記載の半導体レーザ装置。 the current confinement layer includes a band offset buffer layer formed on the upper semiconductor layer to alleviate band discontinuity;
6. The semiconductor laser device according to claim 5 , wherein said contact layer is formed on said band offset buffer layer.
前記電流狭窄層は、前記第2半導体層の上に形成されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。 further comprising a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the active layer;
7. The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein said current confinement layer is formed on said second semiconductor layer.
前記第1半導体層は、前記基板の前記第1主面の上に形成されている、請求項1~13のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。 14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said first semiconductor layer is formed on said first main surface of said substrate.
前記ステムベースの前記第2面側に設けられ、前記ステムベースに電気的に接続された第1端子と、
前記ステムベースの前記第2面側から前記ステムベースを貫通して前記第1面側に引き出された第2端子と、
前記ステムベースに電気的に接続されるように前記ステムベースの前記第1面の上に載置された、請求項1~15のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置と、
前記第2端子および前記半導体レーザ装置を電気的に接続する第1導線と、を含む、半導体レーザ装置用ステム。 a metal stem base having a first surface on one side and a second surface on the other side;
a first terminal provided on the second surface side of the stem base and electrically connected to the stem base;
a second terminal extending from the second surface side of the stem base to the first surface side through the stem base;
16. The semiconductor laser device according to claim 1, placed on said first surface of said stem base so as to be electrically connected to said stem base;
A stem for a semiconductor laser device, comprising: a first conducting wire electrically connecting the second terminal and the semiconductor laser device.
フォトダイオードを含み、前記ステムベースに電気的に接続されるように前記ステムベースの前記第1面の上に載置された半導体発光装置と、
前記第3端子および前記半導体発光装置を電気的に接続する第2導線と、をさらに含む、請求項16~19のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置用ステム。 a third terminal extending from the second surface side of the stem base to the first surface side through the stem base;
a semiconductor light emitting device including a photodiode mounted on the first surface of the stem base so as to be electrically connected to the stem base;
20. The stem for a semiconductor laser device according to claim 16, further comprising a second conducting wire electrically connecting said third terminal and said semiconductor light emitting device.
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310916A (en) | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Sony Corp | Manufacturing method of semiconductor light emitting device |
| JP2008135629A (en) | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Opnext Japan Inc | Semiconductor laser device and semiconductor laser device |
| JP2008305957A (en) | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Opnext Japan Inc | Semiconductor laser device and its manufacturing method |
| JP2010182988A (en) | 2009-02-09 | 2010-08-19 | Rohm Co Ltd | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same |
| JP2010199370A (en) | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Victor Co Of Japan Ltd | Method of manufacturing semiconductor laser element |
| JP2011249355A (en) | 2010-05-21 | 2011-12-08 | Sharp Corp | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP2012060039A (en) | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device and optical device |
| JP2012156397A (en) | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Rohm Co Ltd | Semiconductor laser element |
| JP2014220440A (en) | 2013-05-10 | 2014-11-20 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser element and method for manufacturing the same |
| US20150194788A1 (en) | 2012-07-24 | 2015-07-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Ridge laser |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2997573B2 (en) * | 1991-02-19 | 2000-01-11 | 株式会社東芝 | Semiconductor laser device |
| JP3322512B2 (en) * | 1994-04-28 | 2002-09-09 | 三洋電機株式会社 | Design method of semiconductor laser device |
| JPH09214058A (en) * | 1996-02-07 | 1997-08-15 | Sharp Corp | Semiconductor laser device |
| EP1134858A1 (en) * | 2000-03-06 | 2001-09-19 | Agilent Technologies Inc. a Delaware Corporation | Buried mesa semiconductor device |
| JP4027126B2 (en) * | 2002-03-08 | 2007-12-26 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP2006093466A (en) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Toshiba Corp | Multi-wavelength semiconductor laser device and multi-wavelength semiconductor laser device |
| WO2009072526A1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-06-11 | Rohm Co., Ltd. | Light emitting element and method for manufacturing the same |
| US9318874B2 (en) * | 2009-06-03 | 2016-04-19 | Nichia Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2011216771A (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Rohm Co Ltd | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
| US8446927B2 (en) * | 2011-01-27 | 2013-05-21 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP5994167B2 (en) * | 2011-11-15 | 2016-09-21 | ローム株式会社 | Semiconductor device, manufacturing method thereof, and electronic component |
| JP6405283B2 (en) * | 2015-04-10 | 2018-10-17 | 日本電信電話株式会社 | Ridge waveguide semiconductor laser |
| JP6614811B2 (en) * | 2015-05-29 | 2019-12-04 | 新光電気工業株式会社 | Semiconductor device stem and semiconductor device |
| CN105529615B (en) * | 2016-02-23 | 2018-10-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | A kind of semiconductor laser and preparation method thereof |
-
2018
- 2018-04-10 JP JP2018075585A patent/JP7181699B2/en active Active
-
2019
- 2019-04-10 CN CN201910285305.4A patent/CN110364928B/en active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310916A (en) | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Sony Corp | Manufacturing method of semiconductor light emitting device |
| JP2008135629A (en) | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Opnext Japan Inc | Semiconductor laser device and semiconductor laser device |
| JP2008305957A (en) | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Opnext Japan Inc | Semiconductor laser device and its manufacturing method |
| JP2010182988A (en) | 2009-02-09 | 2010-08-19 | Rohm Co Ltd | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same |
| JP2010199370A (en) | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Victor Co Of Japan Ltd | Method of manufacturing semiconductor laser element |
| JP2011249355A (en) | 2010-05-21 | 2011-12-08 | Sharp Corp | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP2012060039A (en) | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device and optical device |
| JP2012156397A (en) | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Rohm Co Ltd | Semiconductor laser element |
| US20150194788A1 (en) | 2012-07-24 | 2015-07-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Ridge laser |
| JP2014220440A (en) | 2013-05-10 | 2014-11-20 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser element and method for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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