JPH11274644A - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JPH11274644A
JPH11274644A JP7085998A JP7085998A JPH11274644A JP H11274644 A JPH11274644 A JP H11274644A JP 7085998 A JP7085998 A JP 7085998A JP 7085998 A JP7085998 A JP 7085998A JP H11274644 A JPH11274644 A JP H11274644A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity
layer
region
light emitting
light guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP7085998A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3429446B2 (en
Inventor
Masaki Tatsumi
正毅 辰巳
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP07085998A priority Critical patent/JP3429446B2/en
Priority to US09/167,221 priority patent/US6563850B1/en
Priority to EP98308112A priority patent/EP0908988A3/en
Publication of JPH11274644A publication Critical patent/JPH11274644A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3429446B2 publication Critical patent/JP3429446B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体発光素子の動作電圧を低減し、特性劣
化を防ぐ。 【解決手段】 光ガイド層104、106が、活性層1
05に近い側から不純物希少領域132、142と不純
物中間濃度領域131、141と不純物添加領域13
0、140とを有する。
(57) [Problem] To reduce the operating voltage of a semiconductor light emitting element and prevent deterioration of characteristics. SOLUTION: The light guide layers 104 and 106 are formed in an active layer 1.
05, the impurity rare regions 132 and 142, the impurity intermediate concentration regions 131 and 141, and the impurity added region 13
0 and 140.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
や発光ダイオード素子等の半導体発光素子及びその製造
方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser device and a light emitting diode device, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体レーザ素子として、発光部
である活性層に量子井戸層を用いた量子井戸型レーザが
知られている。この量子井戸型レーザは、動作電流を低
減することができ、しかも雑音特性を改善することがで
きる等、様々な利点を有する。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor laser device, a quantum well laser using a quantum well layer in an active layer serving as a light emitting portion is known. This quantum well laser has various advantages such as a reduction in operating current and an improvement in noise characteristics.

【0003】量子井戸型レーザにおいて、活性層への光
の閉じこめを増大させることができる構造としては、分
離型閉じこめ構造(SCH:Separate Con
finement Heterostructure)
がある。
In a quantum well type laser, a structure capable of increasing light confinement in an active layer includes a separated confinement structure (SCH: Separate Con
finement Heterostructure)
There is.

【0004】ところで、化合物半導体層の禁制帯幅と屈
折率とは一般に反比例の関係にあり、また、Alを含む
化合物半導体層のAl混晶比と禁制帯幅とは一般に比例
関係にある。
The forbidden band width and the refractive index of a compound semiconductor layer are generally in inverse proportion to each other, and the Al mixed crystal ratio and the forbidden band width of a compound semiconductor layer containing Al are generally in a proportional relation.

【0005】従って、SCH構造の量子井戸型レーザに
おける活性層近傍のバンドダイアグラムは、例えば図1
1に示すようなものになる。
Accordingly, the band diagram near the active layer in the quantum well laser having the SCH structure is, for example, shown in FIG.
The result is as shown in FIG.

【0006】この半導体レーザ素子は、複数の量子井戸
層510とバリヤ層511とからなる多重量子井戸(M
QW:MultiQuantumWell)活性層50
1の両外側を挟んで量子井戸層510よりも禁制帯幅の
大きい第1光ガイド層502及び第2光ガイド層503
が設けられている。そして、その両外側を挟んで第1光
ガイド層502及び第2光ガイド層503よりも禁制帯
幅の大きいn−第1クラッド層504及びp−第2クラ
ッド層505が設けられている。
[0006] This semiconductor laser device has a multiple quantum well (MQ) comprising a plurality of quantum well layers 510 and a barrier layer 511.
QW (MultiQuantumWell) active layer 50
The first light guide layer 502 and the second light guide layer 503 having a larger forbidden band width than the quantum well layer 510 across both outer sides of the first light guide layer 510.
Is provided. An n-first cladding layer 504 and a p-second cladding layer 505 having a larger forbidden band width than the first light guide layer 502 and the second light guide layer 503 are provided on both sides thereof.

【0007】この半導体レーザ素子において、キャリヤ
の閉じ込めは量子井戸層510で行われ、光の閉じ込め
は第1光ガイド層502及び第2光ガイド層503で行
われる。
In this semiconductor laser device, carriers are confined in the quantum well layer 510, and light is confined in the first light guide layer 502 and the second light guide layer 503.

【0008】このようなSCH構造の半導体レーザ素子
は、例えば特公平4−67354号公報及び特開平6−
252508号公報等に開示されている。
A semiconductor laser device having such an SCH structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No.
No. 252508, and the like.

【0009】このうち、特公平4−67354号公報の
半導体レーザ素子では光ガイド層の全域に不純物が添加
されており、特開平6−252508号公報の半導体レ
ーザ素子では光ガイド層の全域に不純物が添加されてい
ない。
In the semiconductor laser device disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-67354, impurities are added to the entire area of the light guide layer. In the semiconductor laser element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-252508, impurities are added to the entire area of the light guide layer. Is not added.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述のSCH構造にお
いては、光ガイド層の層厚を厚くすることにより光の閉
じ込め効率が向上し、低閾値電流を得ることができる。
よって、電流低減を図るためには光ガイド層の層厚を厚
くすることが望ましい。
In the above-described SCH structure, the light confinement efficiency is improved by increasing the thickness of the light guide layer, and a low threshold current can be obtained.
Therefore, it is desirable to increase the thickness of the light guide layer in order to reduce the current.

【0011】しかしながら、特開平6−252508号
公報の半導体レーザ素子のように光ガイド層に不純物が
添加されていない場合には、光ガイド層の層抵抗が大き
くなり、さらに、クラッド層と光ガイド層との間に電位
障壁が生じるので動作電圧が増大するという問題があ
る。
However, when no impurity is added to the light guide layer as in the semiconductor laser device disclosed in JP-A-6-252508, the layer resistance of the light guide layer becomes large, There is a problem that an operating voltage increases because a potential barrier is generated between the layers.

【0012】これに対して、特公平4−67354号公
報の半導体レーザ素子のように光ガイド層に不純物が添
加されている場合には、通電中に光ガイド層から活性層
へ不純物が拡散して活性層中に非発光再結合中心が形成
されるので内部吸収ロスが生じてしまい、レーザ特性が
劣化するという問題がある。
On the other hand, when an impurity is added to the light guide layer as in the semiconductor laser device disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-67354, the impurity diffuses from the light guide layer to the active layer during energization. As a result, a non-radiative recombination center is formed in the active layer, so that an internal absorption loss occurs, and there is a problem that laser characteristics deteriorate.

【0013】さらに、従来においては、光ガイド層を含
めて活性層に隣接する半導体層への不純物添加がレーザ
特性に及ぼす影響については、詳細な検討が殆どなされ
ていなかった。
Further, in the prior art, the effect of adding impurities to the semiconductor layer adjacent to the active layer including the light guide layer on the laser characteristics has not been studied in detail.

【0014】これらのことは量子井戸型レーザ素子以外
の半導体レーザ素子でも同様であり、さらに、活性層の
上下両側にクラッド層を設けた発光ダイオード素子につ
いても同様のことが言える。
The same applies to semiconductor laser devices other than the quantum well laser device, and the same can be said for a light emitting diode device having cladding layers on the upper and lower sides of the active layer.

【0015】本発明はこのような従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、動作電圧を低減できると共
に特性劣化を防ぐことができる半導体発光素子及びその
製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and has as its object to provide a semiconductor light emitting device capable of reducing operating voltage and preventing deterioration of characteristics, and a method of manufacturing the same. I do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、活性層と、該活性層の上下に設けられたクラッド層
とを有する半導体発光素子において、少なくとも一方の
クラッド層が、不純物希少領域と不純物添加領域とを有
し、該不純物希少領域が該活性層に近い側に配されてお
り、そのことにより上記目的が達成される。
According to a semiconductor light emitting device of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device having an active layer and cladding layers provided above and below the active layer. And an impurity-doped region, wherein the impurity-rare region is disposed on the side closer to the active layer, thereby achieving the above object.

【0017】本発明の半導体発光素子は、活性層と、該
活性層の上下に設けられた光ガイド層とを有する半導体
発光素子において、少なくとも一方の光ガイド層が、不
純物希少領域と不純物添加領域とを有し、該不純物希少
領域が該活性層に近い側に配されており、そのことによ
り上記目的が達成される。
According to a semiconductor light emitting device of the present invention, in a semiconductor light emitting device having an active layer and light guide layers provided above and below the active layer, at least one of the light guide layers comprises an impurity rare region and an impurity added region. And the impurity rare region is arranged on the side closer to the active layer, whereby the object is achieved.

【0018】本発明の半導体発光素子は、活性層と、該
活性層の上下一方に設けられた光ガイド層とを有する半
導体発光素子において、該光ガイド層が、不純物希少領
域と不純物添加領域とを有し、該不純物希少領域が該活
性層に近い側に配されており、そのことにより上記目的
が達成される。
According to a semiconductor light emitting device of the present invention, in a semiconductor light emitting device having an active layer and a light guide layer provided on one of the upper and lower sides of the active layer, the light guide layer comprises an impurity rare region and an impurity added region. And the impurity rare region is arranged on the side closer to the active layer, whereby the object is achieved.

【0019】前記不純物希少領域と前記不純物添加領域
との間に不純物中間濃度領域を有していてもよい。
[0019] An intermediate impurity concentration region may be provided between the impurity rare region and the impurity added region.

【0020】前記活性層が量子井戸層からなっていても
よい。
[0020] The active layer may comprise a quantum well layer.

【0021】前記光ガイド層の前記不純物添加領域にお
ける不純物がp型である場合、該不純物のキャリヤ濃度
が4×1017cm-3以上1.2×1018cm-3以下であ
るのが好ましい。
When the impurity in the impurity added region of the light guide layer is p-type, the carrier concentration of the impurity is preferably 4 × 10 17 cm −3 or more and 1.2 × 10 18 cm −3 or less. .

【0022】前記光ガイド層の前記不純物添加領域にお
ける不純物がn型である場合、該不純物のキャリヤ濃度
が2×1017cm-3以上1×1018cm-3以下であるの
が好ましい。
When the impurity in the impurity-added region of the light guide layer is n-type, it is preferable that the carrier concentration of the impurity is not less than 2 × 10 17 cm −3 and not more than 1 × 10 18 cm −3 .

【0023】前記不純物希少領域における不純物濃度は
前記不純物添加領域における不純物濃度の1/5以下と
することができる。
[0023] The impurity concentration in the impurity rare region can be set to 1/5 or less of the impurity concentration in the impurity added region.

【0024】前記不純物希少領域の厚みは3nm以上1
0nm以下であるのが好ましい。
The thickness of the impurity rare region is 3 nm or more and 1
It is preferably 0 nm or less.

【0025】前記不純物希少領域は、少なくともp型ク
ラッド層又はp型光ガイド層に設けられていてもよい。
[0025] The impurity rare region may be provided at least in a p-type cladding layer or a p-type light guide layer.

【0026】前記不純物希少領域のうち、p型クラッド
層又はp型光ガイド層に設けたものの厚みが、n型クラ
ッド層又はn型光ガイド層に設けたものの厚みよりも厚
くされているのが好ましい。
In the impurity rare region, the thickness provided in the p-type clad layer or the p-type light guide layer is larger than the thickness provided in the n-type clad layer or the n-type light guide layer. preferable.

【0027】前記不純物中間濃度領域の厚みは3nm以
上10nm以下であるのが好ましい。
The thickness of the impurity intermediate concentration region is preferably 3 nm or more and 10 nm or less.

【0028】前記活性層が複数の量子井戸層と該複数の
量子井戸層で挟まれたバリヤ層とからなる多重量子井戸
層で構成され、前記不純物希少領域と前記不純物添加領
域とを有する光ガイド層における少なくとも不純物添加
領域の禁制帯幅が、該バリヤ層の禁制帯幅よりも小さ
く、かつ、該量子井戸層の禁制帯幅よりも大きくされて
いてもよい。
[0028] The active layer is constituted by a multiple quantum well layer including a plurality of quantum well layers and a barrier layer sandwiched between the plurality of quantum well layers, and the light guide includes the impurity rare region and the impurity added region. The forbidden band width of at least the impurity-added region in the layer may be smaller than the forbidden band width of the barrier layer and larger than the forbidden band width of the quantum well layer.

【0029】前記光ガイド層において、前記不純物添加
領域の禁制帯幅が前記不純物希少領域の禁制帯幅よりも
小さくされていてもよい。
In the light guide layer, a forbidden band width of the impurity added region may be smaller than a forbidden band width of the impurity rare region.

【0030】前記クラッド層又は前記光ガイド層はAl
GaAs系材料、AlGaInP系材料又はInGaN
系材料からなっていてもよい。
The cladding layer or the light guide layer is made of Al
GaAs-based material, AlGaInP-based material or InGaN
It may be made of a system material.

【0031】本発明の半導体発光素子の製造方法は本発
明の半導体発光素子を製造する方法であって、不純物添
加層及び不純物無添加層を成長させ、結晶成長中の熱履
歴により該不純物添加層から不純物無添加層へ不純物を
拡散させて前記不純物中間濃度領域を形成し、そのこと
により上記目的が達成される。
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, in which an impurity-added layer and an impurity-free layer are grown, and the impurity-added layer is formed by a thermal history during crystal growth. The impurity is diffused into the impurity-free layer to form the impurity intermediate concentration region, thereby achieving the above object.

【0032】前記不純物無添加層のうち、p型クラッド
層又はp型光ガイド層形成部に設けたものの厚みを、n
型クラッド層又はn型光ガイド層形成部に設けたものの
厚みよりも厚くするのが好ましい。
The thickness of the impurity-free layer provided in the p-type cladding layer or the p-type light guide layer forming portion is defined as n
It is preferable that the thickness be larger than the thickness of the one provided on the mold cladding layer or the n-type light guide layer forming part.

【0033】以下、本発明の作用について説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0034】本発明にあっては、活性層の上下に設けら
れたクラッド層の少なくとも一方が不純物希少領域と不
純物添加領域とを有し、不純物添加領域よりも不純物濃
度が低い不純物希少領域が活性層に近い側に配されてい
るので、通電中に不純物添加領域から活性層に不純物が
拡散するのを不純物希少領域で抑制することができる。
According to the present invention, at least one of the cladding layers provided above and below the active layer has an impurity rare region and an impurity added region, and the impurity rare region having an impurity concentration lower than that of the impurity added region is activated. Since it is arranged on the side close to the layer, diffusion of impurities from the impurity added region to the active layer during energization can be suppressed in the impurity rare region.

【0035】他の本発明にあっては、活性層の上下に設
けられた光ガイド層の少なくとも一方が不純物添加領域
を有するので、光ガイド層全体の抵抗を下げることがで
き、さらに、光ガイド層とクラッド層との間の拡散電位
を低減することができるので、動作電圧を低減すること
ができる。さらに、不純物添加領域よりも不純物濃度が
低い不純物希少領域が活性層に近い側に配されているの
で、通電中に不純物添加領域から活性層に不純物が拡散
するのを不純物希少領域で抑制して素子の信頼性を向上
させることができる。
According to another aspect of the present invention, since at least one of the light guide layers provided above and below the active layer has an impurity-doped region, the resistance of the entire light guide layer can be reduced. Since the diffusion potential between the layer and the cladding layer can be reduced, the operating voltage can be reduced. Further, since the impurity rare region having an impurity concentration lower than that of the impurity added region is disposed closer to the active layer, diffusion of impurities from the impurity added region to the active layer during energization is suppressed by the impurity rare region. The reliability of the element can be improved.

【0036】他の本発明にあっては、活性層の上下一方
に設けられた光ガイド層が不純物添加領域を有するの
で、光ガイド層全体の抵抗を下げることができ、さら
に、光ガイド層とクラッド層との間の拡散電位を低減す
ることができるので、動作電圧を低減することができ
る。さらに、不純物添加領域よりも不純物濃度が低い不
純物希少領域が活性層に近い側に配されているので、通
電中に不純物添加領域から活性層に不純物が拡散するの
を不純物希少領域で抑制して素子の信頼性を向上させる
ことができる。
According to another aspect of the present invention, since the light guide layer provided on one of the upper and lower sides of the active layer has an impurity added region, the resistance of the entire light guide layer can be reduced. Since the diffusion potential between the cladding layer and the cladding layer can be reduced, the operating voltage can be reduced. Further, since the impurity rare region having an impurity concentration lower than that of the impurity added region is disposed closer to the active layer, diffusion of impurities from the impurity added region to the active layer during energization is suppressed by the impurity rare region. The reliability of the element can be improved.

【0037】さらに、上記不純物希少領域と不純物添加
領域との間に、不純物濃度が不純物添加領域よりも低
く、不純物希少領域よりも高い不純物中間濃度領域を設
けることにより、通電中に不純物添加領域から不純物希
少領域に不純物が拡散するのを防ぐことができるので、
素子の信頼性をより一層向上させることができる。
Further, an impurity intermediate concentration region having an impurity concentration lower than that of the impurity addition region and higher than that of the impurity rare region is provided between the impurity rare region and the impurity addition region. Since impurities can be prevented from diffusing into the impurity rare region,
The reliability of the device can be further improved.

【0038】特に、活性層が量子井戸層からなる場合、
通電中のわずかな不純物拡散によっても層構造が変化し
て特性劣化が生じ易いが、本発明によれば通電中の活性
層への不純物拡散を抑制することができるので、非常に
有効である。
In particular, when the active layer comprises a quantum well layer,
Even though slight impurity diffusion during energization causes a change in the layer structure and is likely to cause characteristic deterioration, the present invention is very effective because impurity diffusion into the active layer during energization can be suppressed.

【0039】上記光ガイド層の不純物添加領域における
不純物がp型である場合、不純物のキャリヤ濃度を4×
1017cm-3以上1.2×1018cm-3以下に設定する
のが好ましい。また、上記光ガイド層の不純物添加領域
における不純物がn型である場合、不純物のキャリヤ濃
度を2×1017cm-3以上1×1018cm-3以下に設定
するのが好ましい。この範囲に設定することにより、動
作電圧を有効に低減すると共に、不純物添加領域におけ
るキャリヤの非発光再結合による特性劣化を有効に抑制
することができる。尚、クラッド層の不純物添加領域に
おける不純物濃度については、クラッド層として活性層
へのキャリヤ閉じ込め機能を有する濃度であればよい。
When the impurity in the impurity-added region of the light guide layer is p-type, the carrier concentration of the impurity is 4 ×
It is preferably set to 10 17 cm −3 or more and 1.2 × 10 18 cm −3 or less. When the impurity in the impurity-added region of the light guide layer is n-type, the carrier concentration of the impurity is preferably set to 2 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. By setting this range, the operating voltage can be effectively reduced, and the characteristic degradation due to non-radiative recombination of carriers in the impurity added region can be effectively suppressed. Note that the impurity concentration in the impurity-added region of the cladding layer may be a concentration having a function of confining carriers to the active layer as the cladding layer.

【0040】上記不純物希少領域における不純物のキャ
リヤ濃度は、不純物添加領域における不純物のキャリア
濃度の1/5以下であれば、通電中の活性層への不純物
拡散を有効に抑制することができる。
If the impurity carrier concentration in the impurity-rare region is equal to or less than 1/5 of the impurity carrier concentration in the impurity-doped region, impurity diffusion into the active layer during energization can be effectively suppressed.

【0041】上記不純物希少領域の厚みは3nm以上1
0nm以下であるのが好ましい。3nm未満では通電中
に不純物が活性層に拡散して特性劣化を引き起こすおそ
れがあり、10nmを超える場合には電位障壁のために
不純物添加領域から活性層へのキャリヤ注入が阻害され
るので、動作電圧が高くなるおそれがある。尚、不純物
添加領域の厚みについては、クラッド層の場合にはクラ
ッド層として活性層へのキャリヤ閉じ込めに必要な厚み
であればよく、光ガイド層の場合には光閉じ込めに必要
な厚みであればよい。
The thickness of the impurity rare region is 3 nm or more and 1
It is preferably 0 nm or less. If the thickness is less than 3 nm, impurities may diffuse into the active layer during energization, causing deterioration of characteristics. If the thickness exceeds 10 nm, carrier injection from the impurity-added region to the active layer is hindered due to a potential barrier. The voltage may increase. The thickness of the impurity-added region may be a thickness necessary for confining carriers in the active layer as a cladding layer in the case of a cladding layer, and a thickness necessary for confining light in the case of a light guiding layer. Good.

【0042】上記不純物希少領域は、p型クラッド層又
はp型光ガイド層側だけに設けてもよい。p型不純物は
n型不純物よりも拡散係数が大きく、不純物が活性層に
拡散して特性劣化が生じ易いからである。この場合、p
型の不純物希少領域の厚さ制御を行うだけで良いので、
素子設計が容易である。
The impurity rare region may be provided only on the p-type cladding layer or p-type light guide layer side. This is because the p-type impurity has a larger diffusion coefficient than the n-type impurity, and the impurity easily diffuses into the active layer to cause characteristic deterioration. In this case, p
Since it is only necessary to control the thickness of the impurity rare region of the mold,
Element design is easy.

【0043】又は上記不純物希少領域のうち、p型クラ
ッド層又はp型光ガイド層に設けたものの厚みを、n型
クラッド層又はn型光ガイド層に設けたものの厚みより
も厚くしてもよい。この場合、n型不純物よりも拡散係
数が大きなp型不純物に対して、その拡散度合に応じて
不純物希少領域の厚さを制御することができるので、素
子設計に対する制御性を向上させることができる。
Alternatively, of the rare-earth regions described above, the thickness provided in the p-type clad layer or the p-type light guide layer may be greater than the thickness provided in the n-type clad layer or the n-type light guide layer. . In this case, for a p-type impurity having a larger diffusion coefficient than an n-type impurity, the thickness of the impurity-rare region can be controlled in accordance with the degree of diffusion, so that controllability in element design can be improved. .

【0044】上記不純物中間濃度領域の厚みは3nm以
上10nm以下であるのが好ましい。この範囲に設定す
れば、通電中に不純物添加領域から不純物希少領域に不
純物が拡散するのを有効に防ぐことができ、不純物添加
領域から活性層へのキャリヤ注入を阻害することもな
い。
The thickness of the impurity intermediate concentration region is preferably 3 nm or more and 10 nm or less. With this range, the diffusion of impurities from the impurity-added region to the impurity-rare region during energization can be effectively prevented, and the carrier injection from the impurity-added region to the active layer is not hindered.

【0045】上記活性層が多重量子井戸層からなる場
合、光ガイド層における少なくとも不純物添加領域の禁
制帯幅を、バリヤ層の禁制帯幅よりも小さく、かつ、量
子井戸層の禁制帯幅よりも大きくしてもよい。一般に、
Alを含む半導体層のAl混晶比と禁制帯幅とは比例関
係にあり、不純物添加領域の禁制帯幅を低減することに
よりAl混晶比を小さくすることができるので、不純物
添加領域から活性層への不純物拡散をさらに低減するこ
とができる。さらに、不純物添加領域から活性層への不
純物拡散が低減されるので不純物希少領域の厚みを薄く
設定することができ、動作電圧低減に対しても有効であ
る。
When the active layer is formed of a multiple quantum well layer, at least the forbidden band width of the impurity added region in the optical guide layer is smaller than the forbidden band width of the barrier layer and smaller than the forbidden band width of the quantum well layer. May be larger. In general,
The Al mixed crystal ratio of the semiconductor layer containing Al and the forbidden band width are in a proportional relationship, and the Al mixed crystal ratio can be reduced by reducing the forbidden band width of the impurity-added region. Impurity diffusion into the layer can be further reduced. Further, since impurity diffusion from the impurity-added region to the active layer is reduced, the thickness of the impurity-rare region can be set to be thin, which is effective for reducing the operating voltage.

【0046】ここで、不純物希少領域や不純物中間濃度
領域を含む光ガイド層の全体について、その禁制帯幅を
バリヤ層の禁制帯幅よりも小さく、かつ、量子井戸層の
禁制帯幅よりも大きくしてもよいが、不純物添加領域の
禁制帯幅を不純物希少領域の禁制帯幅よりも小さくする
と、活性層へのキャリヤ閉じこめを不純物希少領域で行
うことができる。従って、不純物添加領域のAl混晶比
をより一層小さくして、不純物添加領域から活性層への
不純物拡散をさらに低減することができる。さらに、不
純物添加領域から活性層への不純物拡散を低減すること
ができるので、不純物希少領域の厚みを薄く設定するこ
とができ、動作電圧低減に対しても有効である。
Here, with respect to the entire optical guide layer including the impurity rare region and the impurity intermediate concentration region, the forbidden band width is smaller than the forbidden band width of the barrier layer and larger than the forbidden band width of the quantum well layer. However, if the forbidden band width of the impurity added region is made smaller than the forbidden band width of the impurity rare region, carrier confinement in the active layer can be performed in the impurity rare region. Therefore, the Al mixed crystal ratio in the impurity-added region can be further reduced, and the impurity diffusion from the impurity-added region to the active layer can be further reduced. Further, since the diffusion of impurities from the impurity-added region to the active layer can be reduced, the thickness of the impurity-rare region can be set to be thin, which is effective in reducing the operating voltage.

【0047】上記クラッド層又は光ガイド層はAlGa
As系材料、AlGaInP系材料又はInGaN系材
料等であってもよい。特に、AlGaInP系材料では
AlGaAs系材料に比べて不純物が拡散し易いので有
効である。さらに、InGaN系材料ではAlGaIn
P系材料に比べて成長温度が高く、不純物の拡散が生じ
易いので有効である。
The cladding layer or the light guide layer is made of AlGa
It may be an As-based material, an AlGaInP-based material, an InGaN-based material, or the like. In particular, the AlGaInP-based material is effective because impurities are easily diffused as compared with the AlGaAs-based material. Further, AlGaIn is used for InGaN-based materials.
This is effective because the growth temperature is higher than that of the P-based material and diffusion of impurities easily occurs.

【0048】本発明にあっては、結晶成長中の熱履歴に
より不純物添加層から不純物無添加層へ不純物を拡散さ
せて上記不純物中間濃度領域を形成するので、不純物添
加領域と不純物中間濃度領域と不純物希少領域とを制御
性良く簡潔な製造プロセスで作成可能である。このとき
の熱履歴の温度(結晶成長温度)は、例えば、AlGa
As系材料では600℃〜800℃であり、AlGaI
nP系材料では500℃〜700℃であり、InGaN
系材料では900℃〜1100℃であるが、拡散を制御
するために活性層の成長温度よりも約50℃〜200℃
程度低い温度で不純物中間濃度領域を形成してもよい。
In the present invention, since the impurity is diffused from the impurity-added layer to the impurity-free layer by the thermal history during the crystal growth to form the impurity intermediate concentration region, the impurity added region and the impurity intermediate concentration region are formed. The impurity rare region can be formed by a simple manufacturing process with good controllability. The temperature of the heat history (crystal growth temperature) at this time is, for example, AlGa
In the case of As-based materials, the temperature is 600 ° C. to 800 ° C.
In the case of nP-based materials, the temperature is 500 ° C. to 700 ° C., and InGaN
The temperature is 900 ° C. to 1100 ° C. for the base material, but is about 50 ° C. to 200 ° C. lower than the growth temperature of the active layer in order to control diffusion.
The intermediate impurity concentration region may be formed at a low temperature.

【0049】上記不純物無添加層のうち、p型クラッド
層又はp型光ガイド層形成部に設けたものの厚みを、n
型クラッド層又はn型光ガイド層形成部に設けたものの
厚みよりも厚くしてもよい。この場合、n型不純物より
も拡散係数が大きなp型不純物に対して、その拡散度合
に応じて不純物無添加領域の厚さを制御することで、不
純物希少領域の厚みを制御することができるので、素子
設計に対する制御性を向上させることができる。
The thickness of the impurity-free layer provided in the p-type cladding layer or the p-type light guide layer forming portion is defined as n
It may be thicker than that provided in the mold cladding layer or the n-type light guide layer forming portion. In this case, for the p-type impurity having a larger diffusion coefficient than the n-type impurity, the thickness of the impurity-rare region can be controlled by controlling the thickness of the impurity-free region in accordance with the degree of diffusion. In addition, controllability of element design can be improved.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0051】(実施形態1)本実施形態1では、リッジ
型半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明
する。
Embodiment 1 In Embodiment 1, an example in which the present invention is applied to a ridge type semiconductor laser device will be described.

【0052】図1は実施形態1の半導体レーザ素子の断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor laser device of the first embodiment.

【0053】この半導体レーザ素子は、n−GaAs基
板101上にn−GaAsバッファ層102、n−Al
0.5Ga0.5As第1クラッド層103、Al0.35Ga
0.65As第1光ガイド層104、ノンドープ多重量子井
戸活性層105、Al0.35Ga0.65As第2光ガイド層
106、p−Al0.5Ga0.5As第2クラッド層10
7、p−GaAsエッチングストップ層108が積層形
成されている。エッチングストップ層108の中央部上
にはリッジストライプのp−Al0.5Ga0.5As第3ク
ラッド層109及びp−GaAsキャップ層110が設
けられている。このリッジストライプの両側を埋め込む
ようにエッチングストップ層108の中央部の両側上n
−Al0.7Ga0.3As電流光閉じ込め層111、n−G
aAs電流阻止層112、p−GaAs平坦化層113
が設けられている。その上にキャップ層110及び平坦
化層113の上にわたってp−GaAsコンタクト層1
14が設けられている。p−GaAsコンタクト層11
4の上にはp型電極150が設けられ、基板101の半
導体層成長面と反対側の面にはn型電極151が設けら
れている。
This semiconductor laser device comprises an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al
0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 103, Al 0.35 Ga
0.65 As first light guide layer 104, non-doped multiple quantum well active layer 105, Al 0.35 Ga 0.65 As second light guide layer 106, p-Al 0.5 Ga 0.5 As second clad layer 10
7. A p-GaAs etching stop layer 108 is laminated. A ridge stripe p-Al 0.5 Ga 0.5 As third cladding layer 109 and a p-GaAs cap layer 110 are provided on the center of the etching stop layer 108. N on both sides of the center of the etching stop layer 108 so as to embed both sides of the ridge stripe.
-Al 0.7 Ga 0.3 As current light confinement layer 111, n-G
aAs current blocking layer 112, p-GaAs planarization layer 113
Is provided. The p-GaAs contact layer 1 is formed over the cap layer 110 and the planarization layer 113.
14 are provided. p-GaAs contact layer 11
4, a p-type electrode 150 is provided, and an n-type electrode 151 is provided on the surface of the substrate 101 opposite to the semiconductor layer growth surface.

【0054】この半導体レーザ素子は、例えば以下のよ
うにして作製することができる。
This semiconductor laser device can be manufactured, for example, as follows.

【0055】まず、n−GaAs基板101上に第1回
目のMOCVD法(有機金属気相成長法)により、n−
GaAsバッファ層102(層厚0.5μm、ドーパン
トSi、キャリヤ濃度1×1018cm-3)、n−Al
0.5Ga0.5As第1クラッド層103(層厚1.5μ
m、ドーパントSi、キャリヤ濃度8×1017
-3)、Al0.35Ga0.65As第1光ガイド層104、
ノンドープ多重量子井戸活性層105、Al0.35Ga
0.65As第2光ガイド層106、p−Al0.5Ga0.5
s第2クラッド層107(層厚0.25μm、ドーパン
トZn、キャリヤ濃度1×1018cm-3)、p−GaA
sエッチングストップ層108(層厚0.003μm、
ドーパントZn、キャリヤ濃度1×1018cm-3)、p
−Al0.5Ga0.5As第3クラッド層109(層厚1.
0μm、ドーパントZn、キャリヤ濃度2×1018cm
-3)及びp−GaAsキャップ層110(層厚0.7μ
m、ドーパントZn、キャリヤ濃度3×1018cm-3
を成長する。
First, an n-type GaAs substrate 101 is subjected to a first MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method to form an n-type substrate.
GaAs buffer layer 102 (layer thickness 0.5 μm, dopant Si, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ), n-Al
0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 103 (1.5 μm thick)
m, dopant Si, carrier concentration 8 × 10 17 c
m −3 ), Al 0.35 Ga 0.65 As first light guide layer 104,
Non-doped multiple quantum well active layer 105, Al 0.35 Ga
0.65 As second light guide layer 106, p-Al 0.5 Ga 0.5 A
s second cladding layer 107 (layer thickness 0.25 μm, dopant Zn, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs
s etching stop layer 108 (layer thickness 0.003 μm,
Dopant Zn, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ), p
-Al 0.5 Ga 0.5 As third cladding layer 109 (layer thickness 1.
0 μm, dopant Zn, carrier concentration 2 × 10 18 cm
-3 ) and p-GaAs cap layer 110 (layer thickness 0.7 μm).
m, dopant Zn, carrier concentration 3 × 10 18 cm −3 )
Grow.

【0056】ここで、多重量子井戸活性層105は、図
2に示すように、3層のAl0.12Ga0.88As量子井戸
層120(層厚0.008μm)と2層のAl0.35Ga
0.65As量子障壁層(バリヤ層)121(層厚0.00
5μm)とを多重量子井戸層120でバリヤ層121を
挟むように成長させた。そして、第1光ガイド層104
は、n−第1クラッド層103側から不純物添加層(層
厚0.03μm、ドーパントSi、キャリヤ濃度5×1
17cm-3)と不純物非添加層(層厚0.02μm)と
を成長させた。さらに、第2光ガイド層106は、活性
層105側から不純物非添加層(層厚0.02μm)と
不純物添加層(層厚0.03μm、ドーパントZn、キ
ャリヤ濃度8×1017cm-3)とを成長させた。
Here, as shown in FIG. 2, the multiple quantum well active layer 105 has three Al 0.12 Ga 0.88 As quantum well layers 120 (0.008 μm thick) and two Al 0.35 Ga layers.
0.65 As quantum barrier layer (barrier layer) 121 (layer thickness 0.00
(5 μm) so as to sandwich the barrier layer 121 between the multiple quantum well layers 120. Then, the first light guide layer 104
Represents an impurity-added layer (layer thickness 0.03 μm, dopant Si, carrier concentration 5 × 1) from the n-first cladding layer 103 side.
0 17 cm −3 ) and an impurity-free layer (layer thickness 0.02 μm). Further, the second light guide layer 106 includes an impurity-free layer (layer thickness 0.02 μm) and an impurity-added layer (layer thickness 0.03 μm, dopant Zn, carrier concentration 8 × 10 17 cm −3 ) from the active layer 105 side. And grew.

【0057】次に、ストライプ状のレジストパターンを
マスクとしてキャップ層110を凸状のストライプ(上
面幅2μm)に加工する。この凸状ストライプのキャッ
プ層110をマスクとしてp−第3クラッド層109を
リッジストライプ(底面幅2.5μm)に加工する。こ
のとき、リッジストライプの両外側ではエッチングスト
ップ層108でエッチングが停止するようになってい
る。エッチング終了後、レジストを除去する。
Next, the cap layer 110 is processed into a convex stripe (upper surface width: 2 μm) using the stripe resist pattern as a mask. The p-third cladding layer 109 is processed into a ridge stripe (2.5 μm bottom width) using the cap layer 110 of the convex stripe as a mask. At this time, the etching is stopped by the etching stop layer 108 on both outer sides of the ridge stripe. After the etching, the resist is removed.

【0058】続いて、第2回目のMOCVD法によりリ
ッジストライプを埋め込むようにn−Al0.7Ga0.3
s電流光閉じ込め層111(層厚0.6μm、ドーパン
トSi、キャリヤ濃度1×1018cm-3)、n−GaA
s電流阻止層112(層厚0.3μm、ドーパントS
i、キャリヤ濃度1×1018cm-3)、p−GaAs平
坦化層113(層厚0.3μm、ドーパントZn、キャ
リヤ濃度1×1018cm-3)を成長する。
Subsequently, n-Al 0.7 Ga 0.3 A is buried in the ridge stripe by the second MOCVD method.
s current light confinement layer 111 (layer thickness 0.6 μm, dopant Si, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ), n-GaAs
s current blocking layer 112 (layer thickness 0.3 μm, dopant S
i, a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 ) and a p-GaAs planarization layer 113 (layer thickness 0.3 μm, dopant Zn, carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 ) are grown.

【0059】その後、キャップ層110の直上に成長し
た不要層をエッチングにより除去してキャップ層110
を0.3μmの厚さに調整し、第3回目のMOCVD法
によりキャップ層110及び平坦化層113の上にわた
ってp−GaAsコンタクト層114(層厚3μm、ド
ーパントZn、キャリヤ濃度1×1019cm-3)を成長
する。
After that, the unnecessary layer grown directly on the cap layer 110 is removed by etching to remove the cap layer 110.
Is adjusted to a thickness of 0.3 μm, and a p-GaAs contact layer 114 (thickness: 3 μm, dopant Zn, carrier concentration: 1 × 10 19 cm) is formed over the cap layer 110 and the planarization layer 113 by the third MOCVD method. -3 ) to grow.

【0060】上記MOCVD成長中の熱履歴温度(結晶
成長温度)は600℃〜800℃であり、これにより第
1光ガイド層104及び第2光ガイド層106では不純
物添加層から不純物非添加層への不純物拡散が起こり、
活性層の近傍のバンドダイアグラムとキャリヤ濃度の分
布は図2に示すようなものになる。
The thermal hysteresis temperature (crystal growth temperature) during the MOCVD growth is 600 ° C. to 800 ° C., whereby the first light guide layer 104 and the second light guide layer 106 change from an impurity-added layer to an impurity-free layer. Impurity diffusion of
The band diagram and the carrier concentration distribution near the active layer are as shown in FIG.

【0061】即ち、第1光ガイド層104はn−第1ク
ラッド層103側から不純物添加領域130(層厚0.
03μm)と不純物中間濃度領域131(層厚0.01
μm)と不純物濃度が不純物添加領域130の1/5以
下の濃度である不純物希少領域132(層厚0.01μ
m)とに分かれる。一方、第2光ガイド層106はp−
第2クラッド層107側から不純物添加領域140(層
厚0.03μm)と不純物中間濃度領域141(層厚
0.01μm)と不純物濃度が不純物添加領域140の
1/5以下の濃度である不純物希少領域142(層厚
0.01μm)とに分かれる。従って、半導体層の結晶
成長中の熱履歴によって不純物添加領域と不純物中間濃
度領域と不純物希少領域とが制御性良く簡潔なプロセス
で作製される。
That is, the first light guide layer 104 is formed from the n-first cladding layer 103 side to the impurity added region 130 (having a layer thickness of 0.1.
03 μm) and the impurity intermediate concentration region 131 (layer thickness 0.01
μm) and the impurity rare region 132 (having a layer thickness of 0.01 μm) whose impurity concentration is less than 1/5 of the impurity added region 130.
m). On the other hand, the second light guide layer 106 is p-
From the second cladding layer 107 side, the impurity added region 140 (layer thickness 0.03 μm), the impurity intermediate concentration region 141 (layer thickness 0.01 μm), and the impurity rare concentration whose impurity concentration is 1/5 or less of the impurity added region 140. It is divided into a region 142 (layer thickness 0.01 μm). Therefore, the impurity added region, the impurity intermediate concentration region, and the impurity rare region are formed by a simple process with good controllability by the thermal history during the crystal growth of the semiconductor layer.

【0062】最後に、成長層及び基板101の外面上に
各々p型電極150及びn型電極151を形成する。こ
こで、半導体レーザ素子の共振器長は375μmとし、
光出射側の端面はAl23の単層膜コーティングにより
反射率を10%とし、反対側の端面はAl23とSiと
の多層膜コーティングにより反射率を75%とする。
Finally, a p-type electrode 150 and an n-type electrode 151 are formed on the growth layer and the outer surface of the substrate 101, respectively. Here, the cavity length of the semiconductor laser device is 375 μm,
The end face of the light emitting side is set to 10% reflectance by a single layer film coating of Al 2 O 3, the end face opposite to 75% reflectance by the multilayer film coating of Al 2 O 3 and Si.

【0063】このようにして得られる本実施形態1の半
導体レーザ素子について、室温で光出力4mWで動作さ
せたときの素子特性を下記表1に示す。比較のために、
光ガイド層の全域に不純物を添加しなかったこと以外は
実施形態1と同様にして作製した比較例1の半導体レー
ザ素子、及び光ガイド層の全域に不純物を添加したこと
以外は実施形態1と同様にして作製した比較例2の半導
体レーザ素子についても、その素子特性を下記表1に示
す。
Table 1 below shows the device characteristics of the thus obtained semiconductor laser device of Embodiment 1 when operated at room temperature with an optical output of 4 mW. For comparison,
The semiconductor laser device of Comparative Example 1 manufactured in the same manner as in Embodiment 1 except that no impurity was added to the entire region of the light guide layer, and Embodiment 1 except that the impurity was added to the entire region of the light guide layer. Table 1 below shows the device characteristics of the semiconductor laser device of Comparative Example 2 manufactured in the same manner.

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】この表1からわかるように、本実施形態1
では動作電圧、動作電流及び素子抵抗を低減することが
できる。これに対して、光ガイド層の全域に不純物を添
加しなかった比較例1の半導体レーザ素子は、本実施形
態1の半導体レーザ素子と同様に動作電流は低減できる
が、光ガイド層の抵抗が大きくなるので素子抵抗が増大
し、さらにクラッド層と光ガイド層との間に電位障壁が
生じるので動作電圧が増大する。また、光ガイド層の全
域に不純物を添加した比較例2の半導体レーザ素子は、
本実施形態1の半導体レーザ素子と同様に動作電圧及び
素子抵抗は低減できるが、通電中の光ガイド層から活性
層への不純物拡散によりレーザ特性が劣化し、動作電流
が増大する。
As can be seen from Table 1, the first embodiment
Thus, the operating voltage, the operating current, and the element resistance can be reduced. On the other hand, the semiconductor laser device of Comparative Example 1 in which no impurity is added to the entire region of the light guide layer can reduce the operating current similarly to the semiconductor laser device of Embodiment 1, but the resistance of the light guide layer is reduced. The increase increases the element resistance, and furthermore, creates a potential barrier between the cladding layer and the optical guide layer, thereby increasing the operating voltage. Further, the semiconductor laser device of Comparative Example 2 in which impurities were added to the entire region of the light guide layer,
Although the operating voltage and the device resistance can be reduced similarly to the semiconductor laser device of the first embodiment, the laser characteristics are degraded due to impurity diffusion from the optical guide layer to the active layer during energization, and the operating current increases.

【0066】図3に、第1光ガイド層104の不純物添
加領域のキャリヤ濃度を5×1017cm-3に固定し、第
2光ガイド層106の不純物添加領域のキャリヤ濃度を
変化させたときの動作電圧の変化を示す。また、図4
に、第2光ガイド層106の不純物添加領域のキャリヤ
濃度を8×1017cm-3に固定し、第1光ガイド層10
4の不純物添加領域のキャリヤ濃度を変化させたときの
動作電圧の変化を示す。
FIG. 3 shows a case where the carrier concentration of the impurity-added region of the first light guide layer 104 is fixed at 5 × 10 17 cm −3 and the carrier concentration of the impurity-added region of the second light guide layer 106 is changed. 5 shows the change in the operating voltage of FIG. FIG.
Then, the carrier concentration of the impurity-added region of the second light guide layer 106 is fixed at 8 × 10 17 cm −3 ,
4 shows a change in operating voltage when the carrier concentration of the impurity-doped region No. 4 is changed.

【0067】この図3及び図4からわかるように、不純
物添加領域のキャリヤ濃度が増大すると共に動作電圧が
低減している。
As can be seen from FIGS. 3 and 4, the carrier voltage in the impurity-added region increases and the operating voltage decreases.

【0068】例えば、第1光ガイド層104のキャリヤ
濃度は、図4に示すように2×1017cm-3以上に設定
すると動作電圧を1.9V以下に低減できるので望まし
い。但し、第1光ガイド層104のキャリヤ濃度が大き
すぎるとn型不純物特有の非発光中心が生成し、第1光
ガイド層104で発光効率が低下してレーザ特性の劣化
を引き起こすので、第1光ガイド層104のキャリヤ濃
度は1×1018cm-3以下に設定するのが望ましい。
For example, it is desirable to set the carrier concentration of the first light guide layer 104 to 2 × 10 17 cm −3 or more as shown in FIG. 4 because the operating voltage can be reduced to 1.9 V or less. However, if the carrier concentration of the first light guide layer 104 is too high, a non-emission center peculiar to the n-type impurity is generated, and the light emission efficiency is reduced in the first light guide layer 104 to cause deterioration of laser characteristics. The carrier concentration of the light guide layer 104 is desirably set to 1 × 10 18 cm −3 or less.

【0069】一方、第2光ガイド層106のキャリヤ濃
度は、図3に示すように4×1017cm-3以上に設定す
ると動作電圧を1.9V以下に低減できるので望まし
い。但し、第2光ガイド層106のキャリヤ濃度が大き
すぎると第2光ガイド層106における電流拡がりが増
大し、無効電流の増加による閾値電流の増大を引き起こ
すので、第2光ガイド層106のキャリヤ濃度は1.2
×1018cm-3以下に設定するのが望ましい。
On the other hand, when the carrier concentration of the second light guide layer 106 is set to 4 × 10 17 cm −3 or more as shown in FIG. 3, the operating voltage can be reduced to 1.9 V or less. However, if the carrier concentration of the second light guide layer 106 is too high, the current spread in the second light guide layer 106 increases, causing an increase in the threshold current due to an increase in the reactive current. Is 1.2
It is desirable to set it to × 10 18 cm −3 or less.

【0070】ここで、光ガイド層104、106の不純
物希少領域の層厚があまり厚すぎると、電位障壁のため
に不純物添加領域から多重量子井戸活性層へのキャリヤ
注入が阻害されるので、キャリヤがこの電位障壁をトン
ネリングしてキャリヤ注入がスムーズに行われる程度の
厚さ、例えば10nm以下に設定するのが望ましい。但
し、不純物希少領域の層厚が3nm未満では通電中に不
純物が活性層に拡散して特性劣化を引き起こす。よっ
て、不純物希少領域の層厚を3nm以上に設定するのが
望ましい。この不純物希少領域における不純物のキャリ
ヤ濃度は、不純物添加領域における不純物のキャリア濃
度の1/5以下であれば、通電中の活性層への不純物拡
散を有効に抑制することができる。
Here, if the thickness of the impurity-rare regions of the light guide layers 104 and 106 is too large, the carrier injection from the impurity-doped region to the multiple quantum well active layer is hindered due to the potential barrier. However, it is desirable to set the thickness to such a level that the tunneling of the potential barrier is performed so that carrier injection can be performed smoothly, for example, 10 nm or less. However, if the layer thickness of the impurity-rare region is less than 3 nm, the impurity diffuses into the active layer during energization, causing deterioration in characteristics. Therefore, it is desirable to set the layer thickness of the impurity rare region to 3 nm or more. If the impurity carrier concentration in the impurity rare region is 1/5 or less of the impurity carrier concentration in the impurity added region, impurity diffusion into the active layer during energization can be effectively suppressed.

【0071】さらに、不純物添加領域と不純物希少領域
との間に不純物拡散による不純物中間濃度領域を設ける
ことにより、通電中の不純物添加領域から活性層への不
純物拡散を不純物中間濃度領域及び不純物希少領域の両
方の領域で抑制することができるので、特性劣化の防止
に対してさらに効果がある。しかも、不純物中間濃度領
域では電位障壁が連続的に変化するので電位障壁を緩和
することができ、その結果、活性層へのキャリヤ注入を
スムーズに行うことができるので、動作電圧をさらに低
減することができる。この不純物中間濃度領域の厚みは
3nm以上10nm以下であるのが好ましい。この範囲
に設定すれば、通電中に不純物添加領域から不純物希少
領域に不純物が拡散するのを有効に防ぐことができ、不
純物添加領域から活性層へのキャリヤ注入を阻害するこ
ともない。
Further, by providing an impurity intermediate concentration region by impurity diffusion between the impurity added region and the impurity rare region, the impurity diffusion from the impurity added region during energization to the active layer can be reduced. Can be suppressed in both regions, which is further effective in preventing characteristic deterioration. In addition, since the potential barrier continuously changes in the impurity intermediate concentration region, the potential barrier can be relaxed. As a result, carriers can be smoothly injected into the active layer, so that the operating voltage can be further reduced. Can be. Preferably, the thickness of the impurity intermediate concentration region is 3 nm or more and 10 nm or less. With this range, the diffusion of impurities from the impurity-added region to the impurity-rare region during energization can be effectively prevented, and the carrier injection from the impurity-added region to the active layer is not hindered.

【0072】(実施形態2)本実施形態2では、光ガイ
ド層の禁制帯幅をバリヤ層の禁制帯幅よりも小さく、か
つ、量子井戸層の禁制帯幅よりも大きくした例について
説明する。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, an example will be described in which the forbidden band width of the optical guide layer is smaller than the forbidden band width of the barrier layer and larger than the forbidden band width of the quantum well layer.

【0073】図5は実施形態2の半導体レーザ素子の断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser device according to the second embodiment.

【0074】この半導体レーザ素子は、n−GaAs基
板201上にn−Ga0.5In0.5Pバッファ層202、
n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1クラッド層2
03、(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1光ガイド層
204、ノンドープ多重量子井戸活性層205、(Al
0.7Ga0.30.5In0.5P第2光ガイド層206及びリ
ッジストライプ209部分と平坦部とを有するp−(A
0.7Ga0.30.5In0.5P第2クラッド層207が積
層形成されている。p−第2クラッド層207のリッジ
ストライプ209部分の上にはp−Ga0.5In0.5Pキ
ャップ層208が形成されている。このリッジストライ
プ209の両側を埋め込むようにp−第2クラッド層2
07の平坦部上にn−GaAs電流光閉じこめ層210
が設けられている。その上にキャップ層208及び電流
光閉じこめ層210の上にわたってp型電極212が設
けられ、基板201の半導体層成長面と反対側の面には
n型電極211が設けられている。
This semiconductor laser device has an n-Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 202 on an n-GaAs substrate 201.
n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer 2
03, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first optical guide layer 204, non-doped multiple quantum well active layer 205, (Al
P- (A) having a 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second light guide layer 206 and a ridge stripe 209 portion and a flat portion.
1 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 207 is laminated. On the ridge stripe 209 portion of the p-second cladding layer 207, a p-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 208 is formed. The p-second cladding layer 2 is buried on both sides of the ridge stripe 209.
07 on the flat portion of n-GaAs current light confinement layer 210
Is provided. A p-type electrode 212 is provided thereon over the cap layer 208 and the current / light confinement layer 210, and an n-type electrode 211 is provided on the surface of the substrate 201 opposite to the semiconductor layer growth surface.

【0075】この半導体レーザ素子は、例えば以下のよ
うにして作製することができる。
This semiconductor laser device can be manufactured, for example, as follows.

【0076】まず、n−GaAs基板201上にMOC
VD法により、n−Ga0.5In0.5Pバッファ層20
2、n−(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第1クラッド
層203(層厚1.5μm)、(Al0.7Ga0.30.5
In0.5P第2光ガイド層204、ノンドープ多重量子
井戸活性層205、(Al0.7Ga0.30.5In0.5P第
2光ガイド層206、p−(Al0.7Ga0.30.5In
0.5P第2クラッド層207(層厚1.5μm)及びp
−Ga0.5In0.5Pキャップ層208(層厚0.3μ
m)を成長する。
First, an MOC is formed on an n-GaAs substrate 201.
The n-Ga 0.5 In 0.5 P buffer layer 20 is formed by the VD method.
2, n- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer 203 (layer thickness 1.5 μm), (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5
In 0.5 P second optical guide layer 204, non-doped multiple quantum well active layer 205, (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second optical guide layer 206, p- (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In
0.5 P second cladding layer 207 (layer thickness 1.5 μm) and p
-Ga 0.5 In 0.5 P cap layer 208 (0.3 μm in thickness)
m) grow.

【0077】ここで、多重量子井戸活性層205は、図
6に示すように、3層のGa0.5In0.5P量子井戸層2
20(層厚0.008μm)と2層の(Al0.5
0.50.5In0.5Pバリヤ層221(層厚0.005
μm)とを多重量子井戸層220でバリヤ層221を挟
むように成長させた。そして、第1光ガイド層204
は、n−第1クラッド層203側から不純物添加層(層
厚0.015μm、ドーパントSi、キャリヤ濃度7×
1017cm-3)と不純物非添加層(層厚0.02μm)
とを成長させた。さらに、第2光ガイド層206は、活
性層205側から不純物非添加層(層厚0.02μm)
と不純物添加層(層厚0.015μm、ドーパントZ
n、キャリヤ濃度1×1018cm-3)とを成長させた。
Here, the multiple quantum well active layer 205 is composed of three Ga 0.5 In 0.5 P quantum well layers 2 as shown in FIG.
20 (layer thickness 0.008 μm) and two layers (Al 0.5 G
a 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer 221 (layer thickness 0.005)
μm) was grown so as to sandwich the barrier layer 221 between the multiple quantum well layers 220. Then, the first light guide layer 204
Means an impurity-added layer (layer thickness 0.015 μm, dopant Si, carrier concentration 7 ×) from the n-first cladding layer 203 side.
10 17 cm -3 ) and impurity-free layer (layer thickness 0.02 μm)
And grew. Further, the second light guide layer 206 is formed from the active layer 205 side with an impurity-free layer (layer thickness 0.02 μm).
And an impurity-added layer (layer thickness 0.015 μm, dopant Z
n, and a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 ).

【0078】上記MOCVD成長中の熱履歴温度(結晶
成長温度)は500℃〜700℃であり、これにより第
1光ガイド層204及び第2光ガイド層206では不純
物添加層から不純物非添加層への不純物拡散が起こり、
活性層の近傍のバンドダイアグラムは図6に示すような
ものになる。
The thermal history temperature (crystal growth temperature) during the MOCVD growth is from 500 ° C. to 700 ° C., whereby the first light guide layer 204 and the second light guide layer 206 change from an impurity-added layer to an impurity-free layer. Impurity diffusion of
The band diagram near the active layer is as shown in FIG.

【0079】即ち、第1光ガイド層204はn−第1ク
ラッド層203側から不純物添加領域230(層厚0.
01μm)と不純物中間濃度領域231(層厚0.01
5μm)と不純物希少領域232(層厚0.01μm)
とに分かれる。一方、第2光ガイド層206はp−第2
クラッド層207側から不純物添加領域240(層厚
0.01μm)と不純物中間濃度領域241(層厚0.
015μm)と不純物濃度が不純物希少領域242(層
厚0.01μm)とに分かれる。従って、半導体層の結
晶成長中の熱履歴によって不純物添加領域と不純物中間
濃度領域と不純物希少領域とが制御性良く簡潔なプロセ
スで作製される。
That is, the first light guide layer 204 is formed from the side of the n-first cladding layer 203 to the impurity added region 230 (having a thickness of 0. 1).
01 μm) and the impurity intermediate concentration region 231 (layer thickness 0.01
5 μm) and impurity rare region 232 (layer thickness 0.01 μm)
Divided into On the other hand, the second light guide layer 206 is p-second
From the cladding layer 207 side, the impurity added region 240 (layer thickness 0.01 μm) and the impurity intermediate concentration region 241 (layer thickness 0.
015 μm) and the impurity concentration is divided into impurity rare regions 242 (layer thickness 0.01 μm). Therefore, the impurity added region, the impurity intermediate concentration region, and the impurity rare region are formed by a simple process with good controllability by the thermal history during the crystal growth of the semiconductor layer.

【0080】次に、p−第2クラッド層207及びキャ
ップ層208をエッチングし、p−第2クラッド層20
7の平坦部の残し厚さが0.3μmとなるようにエッチ
ングを停止させて幅5μmのリッジストライプ209を
形成する。
Next, the p-second cladding layer 207 and the cap layer 208 are etched and the p-second cladding layer 20 is etched.
Etching is stopped so that the remaining thickness of the flat portion 7 becomes 0.3 μm, and a ridge stripe 209 having a width of 5 μm is formed.

【0081】続いて、MOCVD法によりリッジストラ
イプ209の両外側を埋め込むようにn−GaAs電流
光閉じ込め層210(層厚1.2μm)を成長する。
Subsequently, an n-GaAs current / light confinement layer 210 (1.2 μm thick) is grown by MOCVD so as to bury both sides of the ridge stripe 209.

【0082】最後に、成長層及び基板201の外面上に
各々p型電極212及びn型電極211を形成する。こ
こで、半導体レーザ素子の共振器長はへき開法により5
00μmとし、共振器の光出射側の端面は反射率を50
%とし、反対側の端面は反射率を85%とする。
Finally, a p-type electrode 212 and an n-type electrode 211 are formed on the growth layer and the outer surface of the substrate 201, respectively. Here, the cavity length of the semiconductor laser device is 5 by the cleavage method.
00 μm, and the end face on the light emission side of the resonator has a reflectance of 50 μm.
% And the opposite end face has a reflectance of 85%.

【0083】このようにして得られる本実施形態2の半
導体レーザ素子は、図6に示したように、第1光ガイド
層204及び第2光ガイド層206の禁制帯幅が量子井
戸層220の禁制帯幅より大きく、バリヤ層221の禁
制帯幅より小さく設定されている。一般に、Alを含む
半導体層のAl混晶比と禁制帯幅は比例の関係にあるの
で、第1光ガイド層204及び第2光ガイド層206の
Al混晶比(x=0.3)を多重量子井戸活性層205
の量子井戸層220のAl混晶比(x=0)より大き
く、バリヤ層221のAl混晶比(x=0.5)より小
さく設定する。これにより、光ガイド層の不純物添加領
域のAl混晶比を比較的小さく設定することができる。
よって、不純物添加領域から活性層への不純物拡散をよ
り一層低減することができ、特性劣化の防止にさらに効
果がある。
In the semiconductor laser device of Embodiment 2 obtained in this manner, as shown in FIG. 6, the forbidden band width of the first light guide layer 204 and the second light guide layer 206 is smaller than that of the quantum well layer 220. The forbidden band width is set to be larger than the forbidden band width and smaller than the forbidden band width of the barrier layer 221. Generally, since the Al mixed crystal ratio of the semiconductor layer containing Al and the forbidden band width are in a proportional relationship, the Al mixed crystal ratio (x = 0.3) of the first light guide layer 204 and the second light guide layer 206 is changed. Multiple quantum well active layer 205
Is set to be larger than the Al mixed crystal ratio (x = 0) of the quantum well layer 220 and smaller than the Al mixed crystal ratio (x = 0.5) of the barrier layer 221. Thereby, the Al mixed crystal ratio in the impurity added region of the light guide layer can be set relatively small.
Therefore, the diffusion of impurities from the impurity-added region to the active layer can be further reduced, which is further effective in preventing deterioration of characteristics.

【0084】さらに、不純物添加領域から活性層への不
純物拡散をより一層低減することができるので、不純物
希少領域の層厚を薄くしても、通電中の不純物添加領域
から活性層への不純物拡散を抑制することができる。従
って、不純物希少領域の層厚を薄くして光ガイド層から
活性層への電流注入を円滑にすることができるので、動
作電圧を低減することができる。
Further, since impurity diffusion from the impurity-added region to the active layer can be further reduced, even if the layer thickness of the impurity-rare region is reduced, the impurity diffusion from the impurity-added region to the active layer during energization is reduced. Can be suppressed. Accordingly, since the current injection from the light guide layer to the active layer can be made smooth by reducing the layer thickness of the impurity rare region, the operating voltage can be reduced.

【0085】さらに、化合物半導体層の禁制帯幅と屈折
率とは一般に反比例の関係にあるので、光ガイド層全体
の屈折率が高くなって光の閉じ込めが増加し、閾値電流
の低減を図ることができる。
Further, since the forbidden band width of the compound semiconductor layer and the refractive index are generally in inverse proportion, the refractive index of the entire light guide layer is increased, the light confinement is increased, and the threshold current is reduced. Can be.

【0086】本実施形態2の半導体レーザ素子に対して
n型電極211とp型電極212との間に順方向電圧を
印加した場合、発振波長0.65μm、閾値電流30m
A、電流−光出力特性のスロープ効率0.6W/A及び
光出力3mWで動作させたときの素子特性は、動作電流
35mA、動作電圧2Vである。これに対して、光ガイ
ド層の全域に不純物を添加しなかった場合には動作電圧
が2.3Vに増大し、光ガイド層の全域に不純物を添加
した場合には、動作電圧は2Vであるが通電中の光ガイ
ド層から活性層への不純物拡散により動作電流が50m
Aまで増大する。このように、本実施形態2では動作電
圧を低減すると共に動作電流増大による特性劣化を防止
することができる。
When a forward voltage is applied between the n-type electrode 211 and the p-type electrode 212 to the semiconductor laser device of the second embodiment, the oscillation wavelength is 0.65 μm and the threshold current is 30 m
A, the device characteristics when operated at a slope efficiency of 0.6 W / A of current-light output characteristics and a light output of 3 mW are an operation current of 35 mA and an operation voltage of 2 V. On the other hand, when the impurity is not added to the entire area of the light guide layer, the operating voltage increases to 2.3 V, and when the impurity is added to the entire area of the light guide layer, the operating voltage is 2 V. Has an operating current of 50 m due to impurity diffusion from the light guide layer during conduction to the active layer.
A. As described above, in the second embodiment, it is possible to reduce the operating voltage and prevent the characteristic deterioration due to the increase in the operating current.

【0087】(実施形態3)本実施形態3では、光ガイ
ド層の不純物添加領域の禁制帯幅をバリヤ層の禁制帯幅
よりも小さく、かつ、量子井戸層の禁制帯幅よりも大き
くし、不純物希少領域の禁制帯幅を不純物添加領域の禁
制帯幅よりも大きくした例について説明する。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, the forbidden band width of the impurity added region of the optical guide layer is smaller than the forbidden band width of the barrier layer and larger than the forbidden band width of the quantum well layer. An example in which the forbidden band width of the impurity rare region is larger than the forbidden band width of the impurity added region will be described.

【0088】この半導体レーザ素子において、半導体レ
ーザ素子の構造は図5に示した実施形態2と同様であ
る。
In this semiconductor laser device, the structure of the semiconductor laser device is the same as that of the second embodiment shown in FIG.

【0089】そして、本実施形態3でも実施形態2と同
様に、結晶成長中の熱履歴により第1光ガイド層204
及び第2光ガイド層206では不純物添加層から不純物
非添加層への不純物拡散が起こり、活性層の近傍のバン
ドダイアグラムは図7に示すようなものになる。
In the third embodiment, as in the second embodiment, the first light guide layer 204 is formed by the thermal history during the crystal growth.
In the second light guide layer 206, impurity diffusion occurs from the impurity added layer to the impurity non-added layer, and the band diagram near the active layer is as shown in FIG.

【0090】即ち、第1光ガイド層204はn−第1ク
ラッド層203側から不純物添加領域250(層厚0.
01μm)と不純物中間濃度領域251(層厚0.01
5μm)と不純物希少領域252(層厚0.01μm)
とに分かれる。一方、第2光ガイド層206はp−第2
クラッド層207側から不純物添加領域260(層厚
0.01μm)と不純物中間濃度領域261(層厚0.
015μm)と不純物濃度が不純物希少領域262(層
厚0.01μm)とに分かれる。このように半導体層の
結晶成長中の熱履歴によって不純物添加領域と不純物中
間濃度領域と不純物希少領域とが制御性良く簡潔なプロ
セスで作製される。
That is, the first light guide layer 204 is formed from the side of the n-first cladding layer 203 to the impurity added region 250 (having a layer thickness of 0. 1).
01 μm) and the impurity intermediate concentration region 251 (layer thickness 0.01
5 μm) and impurity rare region 252 (layer thickness 0.01 μm)
Divided into On the other hand, the second light guide layer 206 is p-second
From the side of the cladding layer 207, the impurity added region 260 (layer thickness 0.01 μm) and the impurity intermediate concentration region 261 (layer thickness 0.
015 μm) and the impurity concentration is divided into impurity rare regions 262 (layer thickness 0.01 μm). As described above, the impurity added region, the impurity intermediate concentration region, and the impurity rare region are formed by a simple process with good controllability by the thermal history during the crystal growth of the semiconductor layer.

【0091】ここで、本実施形態3では、第1光ガイド
層204の不純物添加領域250及び第2光ガイド層2
06の不純物添加領域260のAl混晶比を0.2又は
0.3とし、多重量子井戸活性層205の量子井戸層2
20のAl混晶比(x=0)より大きく、バリヤ層22
1のAl混晶比(x=0.5)より小さく設定する。つ
まり、図7に示したように第1光ガイド層204の不純
物添加領域250及び第2光ガイド層206の不純物添
加領域260の禁制帯幅を量子井戸層220の禁制帯幅
より大きく、バリヤ層221の禁制帯幅より小さく設定
する。一方、第1光ガイド層204の不純物希少領域2
52及び第2光ガイド層206の不純物希少領域262
のAl混晶比(x=0.5)は第1光ガイド層204の
不純物添加領域250及び第2光ガイド層206の不純
物添加領域260のAl混晶比(x=0.2又は0.
3)よりも大きく設定する。つまり、図7に示したよう
に第1光ガイド層204の不純物希少領域252及び第
2光ガイド層206の不純物希少領域262の禁制帯幅
を第1光ガイド層204の不純物添加領域250及び第
2光ガイド層206の不純物添加領域260の禁制帯幅
より大きく設定する。これにより、活性層へのキャリア
の閉じ込めを不純物希少領域で行って、光ガイド層の不
純物添加領域のAl混晶比を実施形態2よりもさらに小
さく設定することができる。よって、不純物添加領域か
ら活性層への不純物拡散を実施形態2よりもさらに低減
することができ、特性劣化の防止にさらに効果がある。
Here, in the third embodiment, the impurity added region 250 of the first light guide layer 204 and the second light guide layer 2
06, the Al mixed crystal ratio of the impurity added region 260 is set to 0.2 or 0.3, and the quantum well layer 2 of the multiple quantum well active layer 205 is formed.
20 (x = 0) and the barrier layer 22
It is set smaller than the Al mixed crystal ratio of 1 (x = 0.5). That is, as shown in FIG. 7, the forbidden band width of the impurity added region 250 of the first light guide layer 204 and the forbidden band width of the impurity added region 260 of the second light guide layer 206 are larger than the forbidden band width of the quantum well layer 220. 221 is set smaller than the forbidden band width. On the other hand, the impurity rare region 2 of the first light guide layer 204
52 and impurity rare region 262 of second light guide layer 206
The Al mixed crystal ratio (x = 0.5) of the impurity added region 250 of the first light guide layer 204 and the Al mixed crystal ratio of the impurity added region 260 of the second light guide layer 206 (x = 0.2 or 0.5).
Set larger than 3). That is, as shown in FIG. 7, the forbidden band widths of the impurity rare region 252 of the first light guide layer 204 and the impurity rare region 262 of the second light guide layer 206 are set to be equal to those of the impurity added region 250 of the first light guide layer 204. The width is set to be larger than the forbidden band width of the impurity added region 260 of the two light guide layers 206. Thereby, the carriers are confined in the active layer in the impurity rare region, and the Al mixed crystal ratio of the impurity added region of the optical guide layer can be set smaller than in the second embodiment. Therefore, the impurity diffusion from the impurity added region to the active layer can be further reduced as compared with the second embodiment, which is more effective in preventing the characteristic deterioration.

【0092】ここで、少なくとも不純物添加領域25
0、260の禁制帯幅が量子井戸層220の禁制帯幅よ
り大きく、バリヤ層221の禁制帯幅より小さく設定さ
れていればよく、不純物中間濃度領域251、261の
禁制帯幅については、図7に示すように不純物希少領域
252、262と同じ禁制帯幅にしてもよく、図8に示
すように不純物添加領域250、260と同じ禁制帯幅
にしてもよい。或いは、不純物希少領域と不純物添加領
域の中間の禁制帯幅にしてもよい。
Here, at least the impurity added region 25
The forbidden band widths of 0 and 260 may be set to be larger than the forbidden band width of the quantum well layer 220 and smaller than the forbidden band width of the barrier layer 221. The forbidden band widths of the impurity intermediate concentration regions 251 and 261 are shown in FIG. 7, the same forbidden band width as the impurity rare regions 252 and 262 may be used, or the same forbidden band width as the impurity added regions 250 and 260 may be used as shown in FIG. Alternatively, a forbidden band width may be set between the impurity rare region and the impurity added region.

【0093】尚、上記実施形態2及び3で示したAlG
aInP系材料ではAlGaAs系材料に比べて不純物
が拡散し易い材料であるので、不純物添加領域から活性
層への不純物拡散を低減することができる本発明を適用
することは非常に有効である。
The AlG shown in Embodiments 2 and 3 above
Since an aInP-based material is a material in which impurities are easily diffused as compared with an AlGaAs-based material, it is very effective to apply the present invention that can reduce impurity diffusion from an impurity-added region to an active layer.

【0094】(実施形態4)本実施形態4では発光ダイ
オード素子に本発明を適用した例について説明する。
(Embodiment 4) Embodiment 4 describes an example in which the present invention is applied to a light emitting diode element.

【0095】図9は実施形態4の半導体レーザ素子の断
面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor laser device according to the fourth embodiment.

【0096】この半導体レーザ素子は、サファイア基板
301上にGaNバッファ層302及びn−GaN第1
クラッド層303、ノンドープ単一量子井戸(SQW:
Single Quantum Well)活性層30
5、Al0.2Ga0.8N第2クラッド層305及びp−G
aNコンタクト層306が積層形成されている。n−第
1クラッド層303、活性層304、第2クラッド層3
05及びコンタクト層306はn−第1クラッド層30
3を一部露出させたメサストライプ313に形成されて
いる。そして、n−第1クラッド層303の露出部上に
はn型電極320が形成され、コンタクト層306上に
はp型電極321が形成されている。
This semiconductor laser device has a GaN buffer layer 302 and an n-GaN first layer on a sapphire substrate 301.
Cladding layer 303, non-doped single quantum well (SQW:
Single Quantum Well) Active Layer 30
5, Al 0.2 Ga 0.8 N second cladding layer 305 and p-G
An aN contact layer 306 is formed by lamination. n-first cladding layer 303, active layer 304, second cladding layer 3
05 and the contact layer 306 are the n-first cladding layer 30
3 is formed on a mesa stripe 313 partially exposed. An n-type electrode 320 is formed on the exposed portion of the n-first cladding layer 303, and a p-type electrode 321 is formed on the contact layer 306.

【0097】この半導体レーザ素子は、例えば以下のよ
うにして作製することができる。
This semiconductor laser device can be manufactured, for example, as follows.

【0098】まず、サファイア基板301上にMOCV
D法によりGaNバッファ層302(層厚0.05μ
m)、n−GaN第1クラッド層303(層厚3μm、
ドーパントSi、キャリヤ濃度5×1018cm-3)、ノ
ンドープ単一量子井戸活性層304、Al0.2Ga0.8
第2クラッド層305及びp−GaNコンタクト層30
6(層厚0.2μm、ドーパントMg、キャリヤ濃度5
×1017cm-3)を成長する。
First, the MOCV is placed on the sapphire substrate 301.
GaN buffer layer 302 (layer thickness 0.05 μm)
m), n-GaN first cladding layer 303 (layer thickness 3 μm,
Dopant Si, carrier concentration 5 × 10 18 cm −3 ), non-doped single quantum well active layer 304, Al 0.2 Ga 0.8 N
Second cladding layer 305 and p-GaN contact layer 30
6 (layer thickness 0.2 μm, dopant Mg, carrier concentration 5
× 10 17 cm -3 ).

【0099】ここで、単一量子井戸活性層305は、単
層のGa0.2In0.8P量子井戸層(層厚0.003μ
m)を成長させた。そして、第2クラッド層305は、
活性層304側から不純物非添加層(層厚0.03μ
m)と不純物添加層(層厚0.07μm、ドーパントM
g、キャリヤ濃度5×1017cm-3)とを成長させた。
Here, the single quantum well active layer 305 is a single Ga 0.2 In 0.8 P quantum well layer (having a thickness of 0.003 μm).
m) was grown. Then, the second cladding layer 305
From the active layer 304 side, an impurity-free layer (layer thickness 0.03 μm)
m) and an impurity added layer (layer thickness 0.07 μm, dopant M
g, and a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 ).

【0100】上記MOCVD成長中の熱履歴温度(結晶
成長温度)は900℃〜1100℃であり、これにより
第2クラッド層305では不純物添加層から不純物非添
加層への不純物拡散が起こり、活性層304側から不純
物希少領域310(層厚0.01μm)と不純物中間濃
度領域311(層厚0.04μm)と不純物添加領域3
12(層厚0.05μm)とに分かれる。従って、半導
体層の結晶成長中の熱履歴によって不純物添加領域と不
純物中間濃度領域と不純物希少領域とが制御性良く簡潔
なプロセスで作製される。
The thermal history temperature (crystal growth temperature) during the MOCVD growth is 900 ° C. to 1100 ° C., whereby impurity diffusion from the impurity-added layer to the impurity-non-added layer occurs in the second cladding layer 305, and the active layer From the side 304, the impurity rare region 310 (layer thickness 0.01 μm), the impurity intermediate concentration region 311 (layer thickness 0.04 μm), and the impurity added region 3
12 (layer thickness 0.05 μm). Therefore, the impurity added region, the impurity intermediate concentration region, and the impurity rare region are formed by a simple process with good controllability by the thermal history during the crystal growth of the semiconductor layer.

【0101】その後、表面に円形状のレジストマスクを
形成してドライエッチングによりメサストライプ313
を形成し、n−第1クラッド層303の露出部上及びコ
ンタクト層306上に各々n型電極320及びp型電極
321を形成する。
Thereafter, a circular resist mask is formed on the surface, and the mesa stripe 313 is formed by dry etching.
Is formed, and an n-type electrode 320 and a p-type electrode 321 are formed on the exposed portion of the n-first cladding layer 303 and on the contact layer 306, respectively.

【0102】このようにして得られる本実施形態4の発
光ダイオード素子は、不純物希少領域310がp型クラ
ッド層側に設けられている。p型不純物の方がn型不純
物よりも拡散係数が大きいので、p型クラッド層側の不
純物(Mg)の活性層への拡散を不純物希少領域で制御
することにより、動作電圧の低減と特性劣化防止とを図
ることができる。さらに、この場合、p型クラッド層側
の不純物希少領域の厚さを制御するだけで特性の最適化
を図ることができるので、設計が容易であるという利点
を有する。
In the light emitting diode device of Embodiment 4 obtained in this way, the impurity rare region 310 is provided on the p-type cladding layer side. Since the diffusion coefficient of the p-type impurity is larger than that of the n-type impurity, the diffusion of the impurity (Mg) on the p-type cladding layer side into the active layer is controlled in the impurity rare region, thereby reducing the operating voltage and deteriorating the characteristics. Prevention can be achieved. Further, in this case, the characteristics can be optimized only by controlling the thickness of the impurity rare region on the p-type cladding layer side, so that there is an advantage that the design is easy.

【0103】本実施形態4の発光ダイオード素子に対し
てn型電極320とp型電極321との間に順方向電圧
を印加した場合、発光波長0.45μm、動作電流50
mA、動作電圧4.5Vが得られた。しかも、通電中の
第2クラッド層から活性層への不純物拡散を抑制できる
ので、素子特性の劣化を防止することができる。これに
対して、第2クラッド層全域に不純物を添加した場合に
は、動作電圧は4.5Vであるが、通電中に特性劣化が
生じる。このように、本実施形態4では動作電圧を増大
することなく特性劣化を防止することができる。
When a forward voltage is applied between the n-type electrode 320 and the p-type electrode 321 to the light emitting diode element of the fourth embodiment, the emission wavelength is 0.45 μm and the operating current is 50
mA and an operating voltage of 4.5 V were obtained. In addition, since the diffusion of impurities from the second cladding layer to the active layer during energization can be suppressed, deterioration of device characteristics can be prevented. On the other hand, when impurities are added to the entire region of the second cladding layer, the operating voltage is 4.5 V, but the characteristics are deteriorated during energization. As described above, in the fourth embodiment, it is possible to prevent the characteristic deterioration without increasing the operating voltage.

【0104】なお、本実施形態に示したInGaN系材
料では、AlGaAs系材料やAlGaInP系材料の
成長温度600℃〜700℃に比べて成長温度が100
0℃±100℃と高いために不純物拡散の度合いが大き
い。よって、クラッド層から活性層への不純物拡散を低
減することができる本発明を適用することは非常に有効
である。
In the InGaN-based material shown in this embodiment, the growth temperature is 100 times higher than the growth temperatures of AlGaAs-based materials and AlGaInP-based materials of 600 ° C. to 700 ° C.
Since the temperature is as high as 0 ° C. ± 100 ° C., the degree of impurity diffusion is large. Therefore, it is very effective to apply the present invention which can reduce impurity diffusion from the cladding layer to the active layer.

【0105】(実施形態5)本実施形態5では、p型ク
ラッド層及びn型クラッド層の活性層に隣接する側に不
純物希少領域を設けた例について説明する。
(Embodiment 5) In Embodiment 5, an example in which an impurity rare region is provided on the side of the p-type cladding layer and the n-type cladding layer adjacent to the active layer will be described.

【0106】図10は実施形態5の半導体レーザ素子の
断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor laser device according to the fifth embodiment.

【0107】この半導体レーザ素子は、サファイア基板
401上にGaNバッファ層402及びGaN第1クラ
ッド層403、ノンドープ単一量子井戸活性層404、
Al0.2Ga0.8N第2クラッド層405及びp−GaN
コンタクト層406が積層形成されている。n−第1ク
ラッド層403、活性層404、第2クラッド層405
及びコンタクト層406は第1クラッド層403を一部
露出させたメサストライプ413に形成されている。そ
して、第1クラッド層403の露出部上にはn型電極4
20が形成され、コンタクト層406上にはp型電極4
21が形成されている。
This semiconductor laser device has a GaN buffer layer 402 and a GaN first cladding layer 403, a non-doped single quantum well active layer 404 on a sapphire substrate 401.
Al 0.2 Ga 0.8 N second cladding layer 405 and p-GaN
A contact layer 406 is formed by lamination. n-first cladding layer 403, active layer 404, second cladding layer 405
The contact layer 406 is formed in a mesa stripe 413 that partially exposes the first cladding layer 403. The n-type electrode 4 is formed on the exposed portion of the first cladding layer 403.
20 is formed, and the p-type electrode 4 is formed on the contact layer 406.
21 are formed.

【0108】この半導体レーザ素子は、例えば以下のよ
うにして作製することができる。
This semiconductor laser device can be manufactured, for example, as follows.

【0109】まず、サファイア基板401上にMOCV
D法によりGaNバッファ層402(層厚0.05μ
m)、GaN第1クラッド層403、ノンドープ単一量
子井戸活性層404、Al0.2Ga0.8N第2クラッド層
405及びp−GaNコンタクト層406(層厚0.2
μm、ドーパントMg、キャリヤ濃度5×1017
-3)を成長する。
First, the MOCV is placed on the sapphire substrate 401.
GaN buffer layer 402 (layer thickness 0.05 μ
m), a GaN first cladding layer 403, a non-doped single quantum well active layer 404, an Al 0.2 Ga 0.8 N second cladding layer 405, and a p-GaN contact layer 406 (layer thickness 0.2
μm, dopant Mg, carrier concentration 5 × 10 17 c
m −3 ).

【0110】ここで、単一量子井戸活性層405は、単
層のGa0.2In0.8P量子井戸層(層厚0.003μ
m)を成長させた。そして、第1クラッド層403は、
活性層404側から不純物非添加層(層厚0.03μ
m)と不純物添加層(層厚2.97μm、ドーパントS
i、キャリヤ濃度5×1018cm-3)とを成長させた。
そして、第2クラッド層405は、活性層404側から
不純物非添加層(層厚0.05μm)と不純物添加層
(層厚0.05μm、ドーパントMg、キャリヤ濃度5
×1017cm-3)とを成長させた。
Here, the single quantum well active layer 405 is a single Ga 0.2 In 0.8 P quantum well layer (having a thickness of 0.003 μm).
m) was grown. Then, the first cladding layer 403 is
From the active layer 404 side, an impurity-free layer (layer thickness 0.03 μm)
m) and an impurity-added layer (layer thickness 2.97 μm, dopant S
i, and a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 ).
The second cladding layer 405 includes an impurity-free layer (layer thickness 0.05 μm) and an impurity-added layer (layer thickness 0.05 μm, dopant Mg, carrier concentration 5) from the active layer 404 side.
× 10 17 cm -3 ).

【0111】上記MOCVD成長中の熱履歴温度(結晶
成長温度)は900℃〜1100℃であり、これにより
第1クラッド層403では不純物添加層から不純物非添
加層への不純物拡散が起こり、活性層404側から不純
物希少領域410(層厚0.01μm)と不純物中間濃
度領域411(層厚0.02μm)と不純物添加領域4
12(層厚2.97μm)とに分かれる。一方、第2ク
ラッド層405では不純物添加層から不純物非添加層へ
の不純物拡散が起こり、活性層404側から不純物希少
領域413(層厚0.02μm)と不純物中間濃度領域
414(層厚0.04μm)と不純物添加領域415
(層厚0.04μm)とに分かれる。従って、半導体層
の結晶成長中の熱履歴によって不純物添加領域と不純物
中間濃度領域と不純物希少領域とが制御性良く簡潔なプ
ロセスで作製される。
The thermal hysteresis temperature (crystal growth temperature) during the MOCVD growth is 900 ° C. to 1100 ° C., whereby impurity diffusion from the impurity added layer to the impurity non-added layer occurs in the first cladding layer 403, and the active layer From the 404 side, the impurity rare region 410 (layer thickness 0.01 μm), the impurity intermediate concentration region 411 (layer thickness 0.02 μm), and the impurity added region 4
12 (layer thickness 2.97 μm). On the other hand, in the second cladding layer 405, impurity diffusion occurs from the impurity added layer to the impurity non-added layer, and the impurity rare region 413 (layer thickness 0.02 μm) and the impurity intermediate concentration region 414 (layer thickness 0. 04 μm) and the impurity added region 415
(0.04 μm in thickness). Therefore, the impurity added region, the impurity intermediate concentration region, and the impurity rare region are formed by a simple process with good controllability by the thermal history during the crystal growth of the semiconductor layer.

【0112】その後、エッチングを行って第1クラッド
層303を一部露出させ、その露出部上及びコンタクト
層406上に各々n型電極420及びp型電極421を
形成する。
Thereafter, the first cladding layer 303 is partially exposed by etching, and an n-type electrode 420 and a p-type electrode 421 are formed on the exposed portion and on the contact layer 406, respectively.

【0113】このように、本実施形態5の発光ダイオー
ド素子では、不純物非添加層の層厚をp型クラッド層側
でn型クラッド層側よりも厚くしており、p型不純物の
方がn型不純物よりも拡散係数が大きいので、不純物希
少領域の値を所望の厚みに調整することができる。これ
により、拡散係数に応じて不純物希少領域の厚さを調整
可能であるので、低動作電圧と通電中の特性劣化防止を
実現するための設計の自由度が向上するという利点を有
する。
As described above, in the light emitting diode element of the fifth embodiment, the layer thickness of the impurity-free layer is larger on the p-type cladding layer side than on the n-type cladding layer side, and the n-type Since the diffusion coefficient is larger than that of the type impurity, the value of the impurity rare region can be adjusted to a desired thickness. Accordingly, the thickness of the impurity rare region can be adjusted according to the diffusion coefficient, and thus there is an advantage that the degree of freedom in design for realizing a low operating voltage and preventing deterioration of characteristics during energization is improved.

【0114】本実施形態5の発光ダイオード素子に対し
てn型電極420とp型電極421との間に順方向電圧
を印加した場合、発光波長0.45μm、動作電流50
mA、動作電圧4.5Vが得られた。
When a forward voltage is applied between the n-type electrode 420 and the p-type electrode 421 to the light emitting diode element of the fifth embodiment, the emission wavelength is 0.45 μm and the operating current is 50
mA and an operating voltage of 4.5 V were obtained.

【0115】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、量子井戸活性層の構成(量子井戸数、混
晶比や層厚)や各層の層厚やAl混晶比、ドーパント種
やキャリヤ濃度を上述とは異なるものとした半導体発光
素子についても本発明は適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but includes the structure of the quantum well active layer (number of quantum wells, mixed crystal ratio and layer thickness), layer thickness of each layer, Al mixed crystal ratio, dopant species. The present invention is also applicable to a semiconductor light emitting device having a carrier concentration different from that described above.

【0116】成長法については、MOCVD法に限られ
ず、MBE(分子線エピタキシー)法、LPE(液晶エ
ピタキシー)法、MOMBE法、ALE(原子線エピタ
キシー)法等を用いてもよい。また、不純物中間濃度領
域は不純物添加領域から不純物非添加領域への不純物拡
散により形成したが、別に半導体層の成長を行ってもよ
い。また、拡散を制御するために、不純物中間濃度領域
の成長温度を活性層の成長温度に比べて約50℃〜20
0℃程度低くしてもよい。
The growth method is not limited to the MOCVD method, but may be an MBE (molecular beam epitaxy) method, an LPE (liquid crystal epitaxy) method, a MOMBE method, an ALE (atomic beam epitaxy) method, or the like. Although the impurity intermediate concentration region is formed by impurity diffusion from the impurity added region to the impurity non-added region, the semiconductor layer may be grown separately. Further, in order to control diffusion, the growth temperature of the impurity intermediate concentration region is set to about 50 ° C.
The temperature may be lowered by about 0 ° C.

【0117】さらに、上述した以外の他の材料系を用い
た場合についても本発明は適用可能である。
Further, the present invention can be applied to the case where other material systems than those described above are used.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、クラッド層又は光ガイド層に設けられた不純物希
少領域により通電中に不純物添加領域から活性層へ不純
物が拡散するのを抑制することができるので、動作電流
の増大を抑制して素子特性の劣化を防ぎ、信頼性の高い
半導体発光素子を得ることができる。それと共に、不純
物添加領域により光ガイド層全体の抵抗を下げることが
でき、さらに、光ガイド層とクラッド層との間の拡散電
位を低減することができるので、動作電圧を低減するこ
とができる。
As described above in detail, in the case of the present invention, the diffusion of impurities from the impurity added region to the active layer during energization is suppressed by the impurity rare region provided in the cladding layer or the light guide layer. Therefore, an increase in operating current can be suppressed, deterioration of device characteristics can be prevented, and a highly reliable semiconductor light emitting device can be obtained. At the same time, the resistance of the entire light guide layer can be reduced by the impurity added region, and the diffusion potential between the light guide layer and the cladding layer can be reduced, so that the operating voltage can be reduced.

【0119】本発明の請求項4による場合には、上記不
純物希少領域と不純物添加領域との間に設けられた不純
物中間濃度領域により、通電中に不純物添加領域から不
純物希少領域に不純物が拡散するのを防いで、素子の信
頼性をより一層向上させることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the impurity is diffused from the impurity added region to the impurity rare region during energization by the impurity intermediate concentration region provided between the impurity rare region and the impurity added region. And the reliability of the element can be further improved.

【0120】特に、本発明の請求項5による場合には、
活性層が量子井戸層からなり、通電中のわずかな不純物
拡散によっても層構造が変化して特性劣化が生じ易いの
で、素子の信頼性を大幅に向上させることが可能であ
る。
In particular, in the case of claim 5 of the present invention,
The active layer is formed of a quantum well layer, and the layer structure is changed even by slight impurity diffusion during energization, and the characteristics are easily deteriorated. Therefore, the reliability of the device can be greatly improved.

【0121】本発明の請求項6及び請求項7による場合
には、上記光ガイド層のp型及びn型の不純物添加領域
における不純物濃度を各々所定の範囲に設定することに
より、動作電圧を有効に低減すると共に、不純物添加領
域におけるキャリヤの非発光再結合による特性劣化を有
効に抑制することができる。
According to the sixth and seventh aspects of the present invention, the operating voltage can be made effective by setting the impurity concentration in the p-type and n-type impurity-added regions of the light guide layer to respective predetermined ranges. And the characteristic degradation due to non-radiative recombination of carriers in the impurity-added region can be effectively suppressed.

【0122】本発明の請求項8による場合には、上記不
純物希少領域における不純物のキャリヤ濃度を不純物添
加領域における不純物のキャリア濃度の1/5以下にす
ることにより、通電中の活性層への不純物拡散を有効に
抑制することができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the impurity carrier concentration in the impurity-rare region is set to be 1/5 or less of the impurity carrier concentration in the impurity-added region. Diffusion can be effectively suppressed.

【0123】本発明の請求項9による場合には、上記不
純物希少領域の厚みを3nm以上10nm以下にするこ
とにより、特性劣化を有効に抑制すると共に動作電圧を
有効に低減することができる。
According to the ninth aspect of the present invention, by setting the thickness of the impurity rare region to 3 nm or more and 10 nm or less, it is possible to effectively suppress the characteristic deterioration and effectively reduce the operating voltage.

【0124】本発明の請求項10による場合には、上記
不純物希少領域を少なくともp型クラッド層又はp型光
ガイド層側に設けることにより、素子設計を容易にして
製造の歩留りを向上させることができる。
According to the tenth aspect of the present invention, by providing the impurity rare region at least on the side of the p-type cladding layer or the p-type light guide layer, the element design can be facilitated and the production yield can be improved. it can.

【0125】本発明の請求項11による場合には、上記
不純物希少領域のうち、p型クラッド層又はp型光ガイ
ド層に設けたものの厚みを、n型クラッド層又はn型光
ガイド層に設けたものの厚みよりも厚くすることによ
り、素子設計に対する制御性を向上させて製造歩留りを
向上させることができる。
In the case of the eleventh aspect of the present invention, the thickness of the impurity rare region provided in the p-type clad layer or the p-type light guide layer is set in the n-type clad layer or the n-type light guide layer. By making the thickness greater than the thickness of the device, it is possible to improve the controllability of the element design and improve the production yield.

【0126】本発明の請求項12による場合には、上記
不純物中間濃度領域の厚みを3nm以上10nm以下に
設定することにより、通電中に不純物添加領域から不純
物希少領域に不純物が拡散するのを有効に防いで素子の
信頼性を向上させることができ、また、不純物添加領域
から活性層へのキャリヤ注入を阻害することもないので
動作電圧を低減することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, by setting the thickness of the intermediate impurity concentration region to 3 nm or more and 10 nm or less, it is possible to effectively diffuse the impurity from the impurity added region to the impurity rare region during energization. , The reliability of the device can be improved, and the carrier injection from the impurity added region to the active layer is not hindered, so that the operating voltage can be reduced.

【0127】本発明の請求項13による場合には、上記
活性層が多重量子井戸層からなる場合、少なくとも上記
不純物添加領域の禁制帯幅を、バリヤ層の禁制帯幅より
も小さく、かつ、量子井戸層の禁制帯幅よりも大きくす
ることにより、Al混晶比を小さくして不純物添加領域
から活性層への不純物拡散をさらに低減することができ
る。この場合、不純物希少領域の厚みを薄く設定するこ
とができるので、動作電圧についても充分低減すること
ができる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, when the active layer comprises a multiple quantum well layer, at least the forbidden band width of the impurity-added region is smaller than the forbidden band width of the barrier layer, and By making the width larger than the forbidden band width of the well layer, the Al mixed crystal ratio can be reduced to further reduce impurity diffusion from the impurity added region to the active layer. In this case, since the thickness of the impurity rare region can be set to be thin, the operating voltage can be sufficiently reduced.

【0128】本発明の請求項14による場合には、不純
物添加領域の禁制帯幅を不純物希少領域の禁制帯幅より
も小さくすることにより、不純物添加領域のAl混晶比
をより一層小さくすることができるので、素子の信頼性
をさらに向上させることができる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, by making the forbidden band width of the impurity-added region smaller than the forbidden band width of the impurity-rare region, the Al mixed crystal ratio of the impurity-added region can be further reduced. Therefore, the reliability of the device can be further improved.

【0129】本発明の請求項15による場合には、特に
不純物拡散が起こり易いAlGaInP系材料又はIn
GaN系材料においても不純物の拡散を防いで素子の信
頼性を向上させることができる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, in particular, an AlGaInP-based material or In
Even in a GaN-based material, diffusion of impurities can be prevented, and the reliability of the device can be improved.

【0130】本発明の請求項16による場合には、結晶
成長中の熱履歴により不純物添加層から不純物無添加層
へ不純物を拡散させて不純物中間濃度領域を形成するの
で、不純物添加領域と不純物中間濃度領域と不純物希少
領域とを制御性良く簡潔な製造プロセスで作製すること
ができる。従って、素子の信頼性が高く、動作電圧が低
い半導体発光素子を低コストで提供することが可能とな
る。
According to the sixteenth aspect of the present invention, the impurity is diffused from the impurity-added layer to the impurity-free layer by the thermal history during the crystal growth to form the impurity intermediate concentration region. The concentration region and the impurity rare region can be manufactured by a simple manufacturing process with good controllability. Therefore, it is possible to provide a semiconductor light emitting device with high reliability and low operating voltage at low cost.

【0131】本発明の請求項17による場合には、上記
不純物無添加層のうち、p型クラッド層又はp型光ガイ
ド層形成部に設けたものの厚みを、n型クラッド層又は
n型光ガイド層形成部に設けたものの厚みよりも厚くす
ることにより、不純物希少領域の厚みを制御性よく所望
の厚みにすることができる。よって、素子設計に対する
制御性を向上させてさらに歩留りを向上させることがで
きる。
According to the seventeenth aspect of the present invention, the thickness of the non-doped layer provided in the p-type cladding layer or the p-type light guide layer forming portion is set to the n-type clad layer or the n-type light guide layer. By making the thickness of the rare-earth region larger than that provided in the layer forming portion, the thickness of the impurity rare region can be controlled to a desired thickness with good controllability. Therefore, the controllability with respect to the element design can be improved, and the yield can be further improved.

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

【図1】実施形態1の半導体レーザ素子の構成を示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment.

【図2】実施形態1の半導体レーザ素子における活性層
近傍のバンドダイヤグラムとキャリヤ濃度の分布を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a band diagram and a carrier concentration distribution near an active layer in the semiconductor laser device of the first embodiment.

【図3】実施形態1の半導体レーザ素子における第2光
ガイド層の不純物添加領域のキャリア濃度と動作電圧と
の関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a carrier concentration of an impurity-added region of a second light guide layer and an operating voltage in the semiconductor laser device of the first embodiment.

【図4】実施形態1の半導体レーザ素子における第1光
ガイド層の不純物添加領域のキャリア濃度と動作電圧と
の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a carrier concentration of an impurity-added region of a first optical guide layer and an operating voltage in the semiconductor laser device of the first embodiment.

【図5】実施形態2の半導体レーザ素子の構成を示す断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser device according to a second embodiment.

【図6】実施形態2の半導体レーザ素子における活性層
近傍のバンドダイヤグラムを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a band diagram in the vicinity of an active layer in the semiconductor laser device according to the second embodiment.

【図7】実施形態3の半導体レーザ素子における活性層
近傍のバンドダイヤグラムを示す図である。
FIG. 7 is a view showing a band diagram in the vicinity of an active layer in the semiconductor laser device of Embodiment 3;

【図8】実施形態3の他の半導体レーザ素子における活
性層近傍のバンドダイヤグラムを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a band diagram in the vicinity of an active layer in another semiconductor laser device according to the third embodiment.

【図9】実施形態4の発光ダイオード素子の構成を示す
断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting diode element according to a fourth embodiment.

【図10】実施形態5の発光ダイオード素子の構成を示
す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting diode element according to a fifth embodiment.

【図11】従来の半導体レーザ素子における活性層近傍
のバンドダイヤグラムを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a band diagram near an active layer in a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401 基板 102、202、302、402 バッファ層 103、203、303、403 第1クラッド層 104、204 第1光ガイド層 105、205、304、404 量子井戸活性層 106、206 第2光ガイド層 107、207、305、405 第2クラッド層 108 エッチングストップ層 109 第3クラッド層 110、208 キャップ層 111、210 電流光閉じ込め層 112 電流阻止層 113 平坦化層 114、306、406 コンタクト層 150、212、321、421 p型電極 151、211、320、420 n型電極 120、220 量子井戸層 121、221 バリヤ層 130、140、230、240、250、260、3
12、412、415不純物添加領域 131、141、231、241、251、261、3
11、411、414不純物中間濃度領域 132、142、232、242、252、262、3
10、410、413不純物希少領域
101, 201, 301, 401 Substrate 102, 202, 302, 402 Buffer layer 103, 203, 303, 403 First cladding layer 104, 204 First light guide layer 105, 205, 304, 404 Quantum well active layer 106, 206 Second light guide layer 107, 207, 305, 405 Second clad layer 108 Etch stop layer 109 Third clad layer 110, 208 Cap layer 111, 210 Current light confinement layer 112 Current blocking layer 113 Flattening layer 114, 306, 406 Contact layers 150, 212, 321, 421 P-type electrodes 151, 211, 320, 420 N-type electrodes 120, 220 Quantum well layers 121, 221 Barrier layers 130, 140, 230, 240, 250, 260, 3
12, 412, 415 impurity added regions 131, 141, 231, 241, 251, 261, 3
11, 411, 414 Intermediate impurity concentration regions 132, 142, 232, 242, 252, 262, 3
10, 410, 413 impurity rare region

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層と、該活性層の上下に設けられた
クラッド層とを有する半導体発光素子において、 少なくとも一方のクラッド層が、不純物希少領域と不純
物添加領域とを有し、該不純物希少領域が該活性層に近
い側に配されている半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device having an active layer and cladding layers provided above and below the active layer, wherein at least one of the cladding layers has an impurity rare region and an impurity added region, A semiconductor light emitting device in which a region is arranged on a side closer to the active layer.
【請求項2】 活性層と、該活性層の上下に設けられた
光ガイド層とを有する半導体発光素子において、 少なくとも一方の光ガイド層が、不純物希少領域と不純
物添加領域とを有し、該不純物希少領域が該活性層に近
い側に配されている半導体発光素子。
2. A semiconductor light emitting device having an active layer and light guide layers provided above and below the active layer, wherein at least one of the light guide layers has an impurity rare region and an impurity added region. A semiconductor light emitting device in which an impurity rare region is arranged on a side closer to the active layer.
【請求項3】 活性層と、該活性層の上下一方に設けら
れた光ガイド層とを有する半導体発光素子において、 該光ガイド層が、不純物希少領域と不純物添加領域とを
有し、該不純物希少領域が該活性層に近い側に配されて
いる半導体発光素子。
3. A semiconductor light emitting device having an active layer and a light guide layer provided on one of upper and lower sides of the active layer, wherein the light guide layer has an impurity rare region and an impurity added region, A semiconductor light emitting device in which a rare region is disposed on a side closer to the active layer.
【請求項4】 前記不純物希少領域と前記不純物添加領
域との間に不純物中間濃度領域を有する請求項1乃至請
求項3のいずれかに記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising an impurity intermediate concentration region between said impurity rare region and said impurity added region.
【請求項5】 前記活性層が量子井戸層からなる請求項
1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体発光素子。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer comprises a quantum well layer.
【請求項6】 前記光ガイド層の前記不純物添加領域に
おける不純物がp型であり、該不純物のキャリヤ濃度が
4×1017cm-3以上1.2×1018cm-3以下である
請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の半導体発光素
子。
6. The impurity in the impurity-added region of the light guide layer is p-type, and the carrier concentration of the impurity is 4 × 10 17 cm −3 or more and 1.2 × 10 18 cm −3 or less. The semiconductor light emitting device according to claim 2.
【請求項7】 前記光ガイド層の前記不純物添加領域に
おける不純物がn型であり、該不純物のキャリヤ濃度が
2×1017cm-3以上1×1018cm-3以下である請求
項2乃至請求項5のいずれかに記載の半導体発光素子。
7. An impurity in the impurity-doped region of the light guide layer is n-type, and a carrier concentration of the impurity is 2 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. A semiconductor light emitting device according to claim 5.
【請求項8】 前記不純物希少領域における不純物濃度
が前記不純物添加領域における不純物濃度の1/5以下
である請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の半導体
発光素子。
8. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an impurity concentration in said impurity rare region is 1/5 or less of an impurity concentration in said impurity added region.
【請求項9】 前記不純物希少領域の厚みが3nm以上
10nm以下である請求項1乃至請求項8のいずれかに
記載の半導体発光素子。
9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said impurity rare region has a thickness of 3 nm or more and 10 nm or less.
【請求項10】 前記不純物希少領域が、少なくともp
型クラッド層又はp型光ガイド層に設けられている請求
項1乃至請求項9のいずれかに記載の半導体発光素子。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity rare region has at least p
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is provided on a mold cladding layer or a p-type light guide layer.
【請求項11】 前記不純物希少領域のうち、p型クラ
ッド層又はp型光ガイド層に設けたものの厚みが、n型
クラッド層又はn型光ガイド層に設けたものの厚みより
も厚くされている請求項1乃至請求項10のいずれかに
記載の半導体発光素子。
11. In the impurity-rare region, the thickness provided in the p-type cladding layer or the p-type light guide layer is greater than the thickness provided in the n-type cladding layer or the n-type light guide layer. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
【請求項12】 前記不純物中間濃度領域の厚みが3n
m以上10nm以下である請求項4乃至請求項11のい
ずれかに記載の半導体発光素子。
12. The impurity intermediate concentration region has a thickness of 3n.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 4 to 11, wherein the semiconductor light emitting device has a length of m to 10 nm.
【請求項13】 前記活性層が複数の量子井戸層と該複
数の量子井戸層で挟まれたバリヤ層とからなる多重量子
井戸層で構成され、前記不純物希少領域と前記不純物添
加領域とを有する前記光ガイド層における少なくとも不
純物添加領域の禁制帯幅が、該バリヤ層の禁制帯幅より
も小さく、かつ、該量子井戸層の禁制帯幅よりも大きく
されている請求項5に記載の半導体発光素子。
13. The active layer includes a multiple quantum well layer including a plurality of quantum well layers and a barrier layer sandwiched between the plurality of quantum well layers, and includes the impurity rare region and the impurity added region. 6. The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein a forbidden band width of at least the impurity added region in the light guide layer is smaller than a forbidden band width of the barrier layer and larger than a forbidden band width of the quantum well layer. element.
【請求項14】 前記光ガイド層において、前記不純物
添加領域の禁制帯幅が前記不純物希少領域の禁制帯幅よ
りも小さくされている請求項13に記載の半導体発光素
子。
14. The semiconductor light emitting device according to claim 13, wherein in the light guide layer, a forbidden band width of the impurity added region is smaller than a forbidden band width of the impurity rare region.
【請求項15】 前記クラッド層又は前記光ガイド層が
AlGaAs系材料、AlGaInP系材料又はInG
aN系材料からなる請求項1乃至請求項14のいずれか
に記載の半導体発光素子。
15. The method according to claim 15, wherein the cladding layer or the light guide layer is made of an AlGaAs-based material, an AlGaInP-based material, or InG.
15. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is made of an aN-based material.
【請求項16】 請求項4に記載の半導体発光素子を製
造する方法であって、 不純物添加層及び不純物無添加層を成長させ、結晶成長
中の熱履歴により該不純物添加層から不純物無添加層へ
不純物を拡散させて前記不純物中間濃度領域を形成する
半導体発光素子の製造方法。
16. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein an impurity-added layer and an impurity-free layer are grown, and the impurity-added layer is removed from the impurity-added layer by a thermal history during crystal growth. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein an impurity is diffused into the impurity intermediate concentration region.
【請求項17】 前記不純物無添加層のうち、p型クラ
ッド層又はp型光ガイド層形成部に設けたものの厚み
を、n型クラッド層又はn型光ガイド層形成部に設けた
ものの厚みよりも厚くする請求項16に記載の半導体発
光素子の製造方法。
17. The thickness of the impurity-free layer provided in the p-type cladding layer or the p-type light guide layer forming portion is larger than the thickness of the impurity-free layer provided in the n-type cladding layer or the n-type light guide layer forming portion. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein the thickness is also increased.
JP07085998A 1997-10-06 1998-03-19 Semiconductor light emitting device Expired - Fee Related JP3429446B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07085998A JP3429446B2 (en) 1998-03-19 1998-03-19 Semiconductor light emitting device
US09/167,221 US6563850B1 (en) 1997-10-06 1998-10-06 Light-emitting device and fabricating method thereof
EP98308112A EP0908988A3 (en) 1997-10-06 1998-10-06 Light-emitting device and fabricating method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07085998A JP3429446B2 (en) 1998-03-19 1998-03-19 Semiconductor light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11274644A true JPH11274644A (en) 1999-10-08
JP3429446B2 JP3429446B2 (en) 2003-07-22

Family

ID=13443720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07085998A Expired - Fee Related JP3429446B2 (en) 1997-10-06 1998-03-19 Semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3429446B2 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002080320A1 (en) * 2001-03-28 2002-10-10 Nichia Corporation Nitride semiconductor element
US6586762B2 (en) 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power
JP2006269568A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd Semiconductor laser element
US7123641B2 (en) 2003-03-26 2006-10-17 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and optical disc unit
CN1293685C (en) * 2003-03-26 2007-01-03 夏普株式会社 Semiconductor laser device and method of producing the same, and optical disc unit
US7230263B2 (en) 2001-04-12 2007-06-12 Nichia Corporation Gallium nitride compound semiconductor element
JP2007201281A (en) * 2006-01-27 2007-08-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser
US7358522B2 (en) 2001-11-05 2008-04-15 Nichia Corporation Semiconductor device
JP2008263196A (en) * 2007-04-09 2008-10-30 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi Light emitting element
US7745841B2 (en) 2004-11-10 2010-06-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light-emitting device
US7809042B2 (en) 2008-01-11 2010-10-05 Panasonic Corporation Two-wavelength semiconductor laser device and its fabricating method
JP2013516751A (en) * 2009-12-30 2013-05-13 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Light emitting semiconductor chip
JP2018050012A (en) * 2016-09-23 2018-03-29 日亜化学工業株式会社 Light emitting element
JP2022048060A (en) * 2020-09-14 2022-03-25 日本ルメンタム株式会社 Semiconductor optical element
US12272929B2 (en) 2020-09-14 2025-04-08 Lumentum Japan, Inc. Optical semiconductor device

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9444011B2 (en) 2000-07-07 2016-09-13 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US7646009B2 (en) 2000-07-07 2010-01-12 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US6838693B2 (en) 2000-07-07 2005-01-04 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US8698126B2 (en) 2000-07-07 2014-04-15 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US7750337B2 (en) 2000-07-07 2010-07-06 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US7119378B2 (en) 2000-07-07 2006-10-10 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US8309948B2 (en) 2000-07-07 2012-11-13 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US9130121B2 (en) 2000-07-07 2015-09-08 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
US6586762B2 (en) 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power
US7095051B2 (en) 2001-03-28 2006-08-22 Nichia Corporation Nitride semiconductor element
WO2002080320A1 (en) * 2001-03-28 2002-10-10 Nichia Corporation Nitride semiconductor element
US7230263B2 (en) 2001-04-12 2007-06-12 Nichia Corporation Gallium nitride compound semiconductor element
US7358522B2 (en) 2001-11-05 2008-04-15 Nichia Corporation Semiconductor device
CN1293685C (en) * 2003-03-26 2007-01-03 夏普株式会社 Semiconductor laser device and method of producing the same, and optical disc unit
US7123641B2 (en) 2003-03-26 2006-10-17 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and optical disc unit
US7745841B2 (en) 2004-11-10 2010-06-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light-emitting device
JP2006269568A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd Semiconductor laser element
JP2007201281A (en) * 2006-01-27 2007-08-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser
JP2008263196A (en) * 2007-04-09 2008-10-30 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi Light emitting element
US7809042B2 (en) 2008-01-11 2010-10-05 Panasonic Corporation Two-wavelength semiconductor laser device and its fabricating method
US9799797B2 (en) 2009-12-30 2017-10-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light-emitting semiconductor chip
US9012885B2 (en) 2009-12-30 2015-04-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light-emitting semiconductor chip
US9530931B2 (en) 2009-12-30 2016-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light-emitting semiconductor chip
JP2013516751A (en) * 2009-12-30 2013-05-13 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Light emitting semiconductor chip
US10388828B2 (en) 2009-12-30 2019-08-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light-emitting semiconductor chip
JP2018050012A (en) * 2016-09-23 2018-03-29 日亜化学工業株式会社 Light emitting element
JP2022048060A (en) * 2020-09-14 2022-03-25 日本ルメンタム株式会社 Semiconductor optical element
US12272929B2 (en) 2020-09-14 2025-04-08 Lumentum Japan, Inc. Optical semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3429446B2 (en) 2003-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100803100B1 (en) Nitride semiconductor devices
US6359919B1 (en) Gallium nitride-based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same
US7796663B2 (en) Semiconductor laser device
JP3897186B2 (en) Compound semiconductor laser
TWI303909B (en) Ridge waveguide semiconductor laser diode
JP5028640B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3698402B2 (en) Light emitting diode
JP2002374043A (en) Gallium nitride based compound semiconductor device
JP3429446B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2007066981A (en) Semiconductor device
CN101272037A (en) Manufacturing method of semiconductor optical element
JP2000091708A (en) Semiconductor light emitting device
JPH07162086A (en) Manufacture of semiconductor laser
US5561080A (en) Semiconductor laser and method for fabricating the same
JP3889910B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP3373975B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP3801410B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP3347633B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2002124738A (en) Semiconductor optical device and method of manufacturing the same
JPH07235723A (en) Semiconductor laser device
JPH11307880A (en) Semiconductor light emitting device
JPH09219567A (en) Semiconductor laser
JP3963632B2 (en) Semiconductor optical device equipment
JP2001057458A (en) Semiconductor light emitting device
JP3852852B2 (en) Light emitting diode

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030502

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080516

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100516

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140516

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D04