(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上に設けられた、ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸層を有する活性層をクラッド層で挟んでなるダブルへテロ構造部と、このダブルへテロ構造部の共振器方向のへき開された出射端面上に積層され、活性層よりもバンドギャップが大きいＩｎＧａＰ層からなる半導体層を有した半導体レーザ素子において、前記出射端面近傍かつ前記活性層上に設けられた電流非注入領域を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記電流非注入領域は、前記クラッド層上に他の半導体層を介さずに電極を設けていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電流非注入領域の共振器長方向の幅が１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高出力駆動の半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特にＧａＡｓ系半導体レーザ素子の励起光源等を含む用途拡大にともない、１００ｍＷを越える高出力化、および高出力下での高信頼性への要求が高まっている。ところで、ＧａＡｓ系半導体レーザ素子は、駆動電流を増大させて光出力を増大させていくと、そのレーザ端面には、瞬時に劣化し、急激に発振を停止してしまう光学損傷（Catastrophic Optical Damage ：ＣＯＤ））が起こることが知られている。これは、半導体レーザ素子の駆動中に端面近傍で、光吸収→表面再結合電流増加→端面温度上昇→バンドギャップ縮小→光吸収という正帰還のサイクルを繰り返すことが原因と考えられている。
【０００３】
そこで、半導体レーザ素子のレーザ端面におけるこのような現象を抑制するために、端面で光吸収を起こさない構造（いわゆる窓構造）を設けることが行われている。具体的には、端面に活性層のバンドギャップを拡大する部分を設けて、光吸収を防いで、光学損傷を防止する方法がある。このような窓構造は、例えば以下のような方法で設けられている。即ち、
１）図２（ａ）に示すように、半導体基板２１上に活性層を含む半導体層からなるエピタキシャル層２２を積層し、エッチングにより溝を形成し、溝の側面を反射端面２３とする。次いで、図２（ｂ）に示すように、反射端面２３上にバンドギャップが活性層よりも大きい半導体層２４を選択成長させる。次いで、電極をエピタキシャル層２２上に形成し、へき開位置Ａでへき開する。最後に、反射端面２３上に低反射膜を形成する。
２）また、最近では、エピタキシャル成長させたウェハをへき開して形成した反射端面上に、バンドギャップが活性層よりも大きい半導体層を直接成長させる方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の共振器端面にバンドギャップが活性層よりも大きい半導体層を積層する方法には、以下のような問題があった。
即ち、第１の方法では、窓領域となる溝の幅を１０μｍ程度に制限しないと、この部分には活性層が存在しないため、窓領域で導波モードが影響を受け、高次モードが誘起され、所望のレーザ特性が得られない。しかしながら、溝部分のへき開位置を正確に位置決めすることが困難であった。
また、第２の方法では、共振器端面上に積層した半導体層の厚さを十分に薄く設定できるので、第１の方法における導波モードの変化などの光学的特性に関する問題はない。しかし、逆に、この半導体層を十分な厚さで積層させることができず、この半導体層の厚さがキャリアの拡散長に比較して薄すぎるために、ジュール熱が発生し、駆動条件によってはＣＯＤが発生するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決した半導体レーザ素子を提供するもので、化合物半導体基板上に設けられた、ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸を有する活性層をクラッド層で挟んでなるダブルへテロ構造部と、このダブルへテロ構造部の共振器方向のへき開された出射端面上に積層され、活性層よりもバンドギャップが大きいＩｎＧａＰ層からなる半導体層を有した半導体レーザ素子において、前記出射端面近傍かつ前記活性層上に設けられた電流非注入領域を備えたことを特徴とするものである。
ここで、前記電流非注入領域は、前記クラッド層上に他の半導体層を介さずに電極を設けていることが好ましい。また、前記電流非注入領域の共振器長方向の幅は、１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。
【０００６】
【作用】
本発明によれば、電流非注入領域が出射端面近傍かつ活性層上に設けられているので、この領域で高次モードが誘起されることはない。また、上記電流非注入領域が存在するために、出射端面上に積層された、活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層の厚さが十分に厚くなくても、この半導体層内にジュール熱が発生することがなく、ＣＯＤの発生を防ぐことができる。
【０００７】
【実施例】
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる半導体レーザ素子の一実施例の製造工程の説明図である。
その工程は以下の通りである。即ち、
１）先ず、面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板１上に、厚さ０．５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層２、厚さ２．０μｍのｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層３、厚さ５０ｎｍのＧａＡｓ下光閉じ込め層４、厚さ９ｎｍのＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸層からなる活性層５、厚さ５０ｎｍのＧａＡｓ上光閉じ込め層６、厚さ２．０μｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層７、厚さ０．５μｍのｐ++−ＧａＡｓキャップ層８を順次積層する。
２）次いで、フォトリソグラフィ技術を用いてキャップ層８と上クラッド層７をエッチングし、リッジメサを形成する（図１（ａ））。
３）次いで、再びフォトリソグラフィ技術とエッチングにより、共振器長に相当する間隔でリッジメサの頭部のキャップ層８を除去し、電流非注入領域８ａとする（図１（ｂ））。
４）次いで、注入電流狭窄のために第１誘電体層としてＳｉＯx 層９を積層し、電極コンタクトのためにフォトリソグラフィ技術によりリッジ頭部に電極コンタクト窓９ａを形成する（図１（ｃ））。
５）次いで、ＳｉＯx 層９上に第２誘電体層としてＡｌＯx 層１０を形成する（図１（ｄ））。
６）このようにして形成されたエピタキシャルウェハを厚さ１１０μｍまで研磨した後、長さ２ｃｍ、共振器長の２倍である２ｍｍ幅の大きさでへき開して（１１０）端面を露出させる（図１（ｅ））。
７）次いで、ＡｌＯx 層１０を選択成長マスクとして、へき開端面に活性層５よりもバンドギャップが大きいＩｎＧａＰ層１１を成長させる（図１（ｆ））。この際、ＩｎＧａＰ層１１はＡｌＯx 層１０上にも積層する。
ここで、端面上に積層したＩｎＧａＰ層１１ａは、基板１およびその上に成長したエピタキシャル層の端面と化学的に結合している。一方、ＡｌＯx 層１０上に積層したＩｎＧａＰ層１１ｂは、多結晶状でＡｌＯx 層１０上に堆積しているだけであり、化学的にＡｌＯx 層１０と結合していない。
８）次いで、ＡｌＯx 層１０上に析出したＩｎＧａＰ層１１ｂを、ＡｌＯx 層１０を強アルカリ液で除去することによりリフトオフし、ＳｉＯx 層９および電極コンタクト窓９ａ下のｐ−ＧａＡｓキャップ層８を露出させる（図１（ｇ））。
この工程において、強アルカリ液は多結晶状のＩｎＧａＰ層１１ｂを通って、容易にＡｌＯx 層１０に達し、ＡｌＯx 層１０を溶解する。なお、この際、ＳｉＯx 層９やｐ−ＧａＡｓキャップ層８はアルカリ液には侵されない。
９）次いで、エピタキシャル面側、および基板１側に、それぞれＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極１２、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極１３を蒸着し、幅３μｍ、共振器長１ｍｍのリッジ導波路半導体レーザ素子を製作した（図１（ｈ））。
ここで、電流非注入領域８ａでは、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層７上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極１２が接合しているが、この接合はショットキー接合であり、この領域では電流は注入されない。
なお、端面には、ＩｎＧａＰ層１１を成長させた低反射側に反射率が５％の誘電体を、その反対側の端面に高反射側として反射率９５％の誘電体を被覆した。
【０００８】
上記素子を６０℃、２００ｍＷで通電試験を行った。その結果、駆動電流が５０％上昇した時間をその素子の寿命と定義すると、室温での信頼性は５０００ＦＩＴと求められた。一方、電流非注入領域を設けず、端面への活性層５よりもバンドギャップが大きいＩｎＧａＰ層１１だけを積層した素子の信頼性は、３０００ＦＩＴであった。以上のことから、本実施例の素子は従来よりも高い信頼性を示した。
【０００９】
なお、電流非注入領域の共振器長方向の長さは、光取り出し効率を考慮すると５０μｍ以下であることが望ましく、また、出射端面にキャリアが拡散しないようにするためには、１μｍ以上であることが望ましい。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体レーザ素子によれば、化合物半導体基板上に設けられた、活性層をクラッド層で挟んでなるダブルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部の共振器長方向のへき開された出射端面近傍かつ前記活性層上に設けられた電流非注入領域と、前記出射端面上に積層された、活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層とを備えているので、ＣＯＤを防ぎ、高出力で高信頼性の半導体レーザ素子を得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明にかかる半導体レーザ素子の一実施例の製造工程の説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、従来の半導体レーザ素子の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１                  基板
２                  バッファ層
３、７              クラッド層
４、６              光閉じ込め層
５                  活性層
８                  キャップ層
８ａ                電流非注入領域
９                  ＳｉＯx 層
９ａ                電極コンタクト窓
１０                  ＡｌＯx 層
１１、１１ａ、１１ｂ  ＩｎＧａＰ層
１２、１３            電極
【図１】
0003717206.tif 000002
【図２】
0003717206.tif 000003