(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上に順に積層された下部クラッド層、活性層、および上部第１クラッド層と、
前記上部第１クラッド層上に設けられたリッジ形状の上部第２クラッド層と、
前記上部第２クラッド層の側方に設けられた光閉じ込め層と、
前記上部第１クラッド層と前記上部第２クラッド層との間に形成されたエッチングストップ層と、
前記光閉じ込め層と前記上部第１クラッド層との界面に形成され、前記上部第１クラッド層の表面が酸化されてなる絶縁膜とを含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
化合物半導体基板上に、下部クラッド層、活性層、上部第１クラッド層、エッチングストップ層、上部第２クラッド層およびマスクパターンを順に形成する工程と、
前記マスクパターンに沿って、前記上部第２クラッド層を、前記エッチングストップ層まで、リッジ形状にエッチングする工程と、
このエッチング工程の後に露出している前記エッチングストップ層を除去する工程と、
前記エッチングストップ層を除去する工程の後に露出している前記上部第１クラッド層の表面を酸化させて絶縁膜を形成する工程と、
前記リッジ形状の上部第２クラッド層の側方に光閉じ込め層を選択成長させる工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＭＤ等の光ディスク機器などに用いる半導体レーザの構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録装置において、記録速度の向上が図られており、たとえば、ＣＤ−Ｒドライブは、いわゆる１２倍速の記録速度のものが実用化されるに至っている。このように記録速度の大きい光記録装置においては、高出力のレーザ光を瞬時に立ち上げる必要がある。このような要求特性を満たすレーザとして、化合物半導体を用いたリッジ型半導体レーザがある。
【０００３】
図３は、従来の一般的なリッジ型半導体レーザの構造を示す模式的な断面図である。基板２１の上に、下部クラッド層２２が形成されている。下部クラッド層２２の上には、活性層２３が形成されている。活性層２３の上には、上部第１クラッド層２４が形成されている。上部第１クラッド層２４の上に、エッチングストップ層２５が形成されている。
連続膜であるエッチングストップ層２５の上には、リッジ形状の上部第２クラッド層２６とコンタクト層２７とが形成されている。以下、リッジ形状の上部第２クラッド層２６とコンタクト層２７とをリッジ部３２と称する。エッチングストップ層２５上で、リッジ部３２の側方には、光閉じ込め層３０が形成されている。すなわち、エッチングストップ層２５は、上部第２クラッド層２６の下にも、光閉じ込め層３０の下にも存在する。
【０００４】
コンタクト層２７および光閉じ込め層３０の上には、キャップ層３１が形成されている。
図４は、上記の従来の一般的なリッジ型半導体レーザの製造工程を示す模式的な断面図である。基板２１の上に、下部クラッド層２２、活性層２３、上部第１クラッド層２４、エッチングストップ層２５、上部第２クラッド層２６およびコンタクト層２７を順次形成する。さらに、マスク層２８を形成した後に、レジストパターン２９を形成する（図４（ａ））。各半導体部はＧａＡｓ系などである。また、マスク層２８は、一般にＳｉＯ2またはＳｉＮからなる。
【０００５】
次に、マスク層２８をレジスト２９のパターンにエッチングする（図４（ｂ））。
レジスト２９を除去した後、コンタクト層２７、および上部第２クラッド層２６をリッジ形状にエッチングする（図４（ｃ））。エッチングストップ層２５はエッチング媒体に対する耐性を持つので、エッチングストップ層２５以下の層はエッチングされない。
【０００６】
続いて、光閉じ込め層３０を、リッジ部３２の両側に選択成長させる（図４（ｄ））。ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓ系の光閉じ込め層３０を形成する場合には、III族元素供給原料としてトリエチルガリウムやトリエチルアルミニウムを用いることが一般的である。
光閉じ込め層３０の選択成長の後には、マスク層２８を除去した後、キャップ層３１を成長する（図４（ｅ））。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、光閉じ込め層３０がＧａＡｓからなる場合、ＧａＡｓは光を吸収するので、これを避けるため上部第１クラッド層２４を厚くせねばならなかった。そのため、レーザの動作電流が大きいため、高出力のレーザ光を得ることができなかった。
そこで、本件発明者は、光吸収の少ないＡｌＧａＡｓ系の材料で光閉じ込め層３０を構成することにより、上部第１クラッド層２４の薄膜化を図り、これにより発振効率を上げ、高出力のレーザ光を得ることを考えた。ところが、トリエチルガリウムをガリウム供給原料として用いてＡｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ組成の光閉じ込め層３０を形成しようとしたところ、マスク層２８上にも光閉じ込め層３０の構成材料が堆積してしまい、光閉じ込め層３０の良好な選択成長が不可能であることが判明した。この光閉じ込め層３０の構成材料の堆積物は、マスク層２８の除去の際の障害となる。
【０００８】
この問題は、光閉じ込め層３０の選択成長時に、腐食性がある塩素系ガスなどを供給することにより解決されるが、腐食性ガスの取扱いに伴う種々の問題が派生する。
本件発明者は、この問題を解決するために鋭意研究を重ね、III族元素供給原料として、トリメチルガリウムやトリメチルアルミニウムを用いることにより、光閉じ込め層３０をリッジ部３２の側方に良好に選択成長できることを見い出した。
【０００９】
ところが、トリメチルガリウムまたはトリメチルアルミニウムを用いて光閉じ込め層３０を形成すると、メチル基のＣがエチル基のＣより膜中に混入しやすく、この光閉じ込め層３０がｐ型になりやすいという新たな問題が生じることがわかってきた。
ＧａＡｓ化合物半導体基板２１は、ｎ型のものが広く用いられており、この場合には、下部クラッド層２２はｎ型、上部第１クラッド層２４および上部第２クラッド層２６はｐ型となる。上部第２クラッド層２６の直下の活性層２３に電流を集中させ、レーザ発振効率を高めるためには、光閉じ込め層３０は、上部第２クラッド層２６に電流を閉じ込める電流狭窄機能を併せて有することが好ましい。したがって、光閉じ込め層３０の好ましい導電型は、ｎ型である。
【００１０】
しかし、トリメチルガリウムまたはトリメチルアルミニウムの使用によってｐ型となった光閉じ込め層３０は、良好な電流狭窄機能を有することができないから、このｐ型光閉じ込め層３０を通る漏れ電流が生じる。これにより、半導体レーザの動作電流が大きくなり、レーザ発振効率が悪くなるという問題が生じる。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、光閉じ込め層の導電型に依らず高効率の発振が可能な半導体レーザおよびその製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、化合物半導体基板上に順に積層された下部クラッド層、活性層、および上部第１クラッド層と、前記上部第１クラッド層上に設けられたリッジ形状の上部第２クラッド層と、前記上部第２クラッド層の側方に設けられた光閉じ込め層と、前記上部第１クラッド層と前記上部第２クラッド層との間に形成されたエッチングストップ層と、前記光閉じ込め層と前記上部第１クラッド層との界面（好ましくは界面の全域）に形成され、前記上部第１クラッド層の表面が酸化されてなる絶縁膜とを含むことを特徴とする半導体レーザである。
【００１２】
この発明によれば、光閉じ込め層と上部第１クラッド層の界面に形成された絶縁膜により電流が遮断される。したがって、光閉じ込め層の導電型に関わらず、上部第２クラッド層に電流が閉じ込められる。すなわち、光閉じ込め層が電流狭窄効果を持たなくとも、所定の領域に電流が閉じ込められるので、このような半導体レーザは高い発振効率を持つことになる。
請求項２記載の発明は、化合物半導体基板上に、下部クラッド層、活性層、上部第１クラッド層、エッチングストップ層、上部第２クラッド層およびマスクパターンを順に形成する工程と、前記マスクパターンに沿って、前記上部第２クラッド層を、前記エッチングストップ層まで、リッジ形状にエッチングする工程と、このエッチング工程の後に露出している前記エッチングストップ層を除去する工程と、前記エッチングストップ層を除去する工程の後に露出している前記上部第１クラッド層の表面を酸化させて絶縁膜を形成する工程と、前記リッジ形状の上部第２クラッド層の側方に光閉じ込め層を選択成長させる工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。
【００１３】
この発明によれば、上部第２クラッド層をリッジ形状にエッチングした後に露出するエッチングストップ層を除去すると、上部第１クラッド層の表面には自然酸化膜からなる絶縁膜が形成される。
この後、リッジ形状の上部第２クラッド層の側方に光閉じ込め層を成長させると、上部第１クラッド層と光閉じ込め層との界面に絶縁膜が存在している構造が得られる。このような構造の半導体レーザにおいては、光閉じ込め層の導電型に関わらず、上部第２クラッド層に電流が閉じ込められることになる。すなわち、光閉じ込め層が電流狭窄効果を持たなくとも、所定の領域に電流が閉じ込められるので、高い発振効率の半導体レーザが得られる。
【００１４】
このような半導体レーザの光閉じ込め層は、製造時に導電型を厳密に制御しなくてもよいから、製造方法の選択の幅が広くなる。したがって、膜質や選択成長の観点で最良の製造方法を選択できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るリッジ型半導体レーザの構造を示す模式的な断面図である。化合物半導体基板１上には、基板１側より順に、下部クラッド層２、活性層３、および上部第１クラッド層４が積層されている。上部第１クラッド層４の上には、エッチングストップ層５、上部第２クラッド層６およびコンタクト層７がリッジ形状に形成されている。以下、リッジ形状のエッチングストップ層５、上部第２クラッド層６、およびコンタクト層７をリッジ部１２と称する。
【００１６】
エッチングストップ層５は、上部第２クラッド層６の下部のみに存在している。上部第１クラッド層４と光閉じ込め層１０との界面の全域には、酸化物からなる絶縁膜１３が形成されている。
リッジ部１２の両側には、絶縁膜１３の上に、光閉じ込め層１０が形成されている。コンタクト層７および光閉じ込め層１０の上には、キャップ層１１が形成されている。
【００１７】
基板１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ化合物半導体からなる。この場合、下部クラッド層２は、ｎ型Ａｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓ（０．３＜ｘ１＜０．７）からなる。活性層３は、導電型がｎ型、ｐ型、またはアンドープであり、Ａｌy1Ｇａ(1-y1)Ａｓ単層からなっていてもよいし、組成の異なる２種の層からなっていてもよい。すなわち、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓとＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓ（ｙ１１≠ｙ１２）とからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）活性層であってもよいし、Ａｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓとＧａＡｓとからなるＭＱＷ活性層であってもよい。上部第１クラッド層４は、ｐ型Ａｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓからなる。
【００１８】
エッチングストップ層５は、ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ（０≦ｚ＜１．０）、またはＩｎＧａ(1-z)ＡｌzＰ（０＜ｚ＜０．５）からなり、導電型はｐ型またはアンドープである。絶縁膜１３は、上部第１クラッド層４の表面が酸化した酸化膜であってもよい。
上部第２クラッド層６は、ｐ型Ａｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ（０．３＜ｘ３＜０．７）からなり、コンタクト層７は、ｐ型ＧａＡｓからなる。光閉じ込め層１０は、Ａｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ（０．４＜ｙ２＜１．０）からなり、キャップ層１１は、ｐ型ＧａＡｓからなる。
【００１９】
このような構成の半導体レーザにおいては、上部第１クラッド層４と光閉じ込め層１０の間に存在する絶縁膜１３により、光閉じ込め層１０の導電型によらず、電流はリッジ部１２に閉じ込められることになる。すなわち、このような構造の半導体レーザは発振効率が高くなる。
以上の半導体レーザの構造は、本発明の一実施形態であり、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００２０】
図２は、上述の半導体レーザの製造工程を示した図解的な断面図である。基板１上に、下部クラッド層２、活性層３、上部第１クラッド層４、エッチングストップ層５、上部第２クラッド層６、およびコンタクト層７を順次形成する。
この後、コンタクト層７の表面に、ＳｉＯ2またはＳｉＮからなるマスク層８を形成する。
次に、マスク層８上に、フォトレジスト法によりレジスト９を形成し（図２（ａ））、マスク層８をストライプ状にエッチングする（図２（ｂ））。続いてレジスト９を除去し、コンタクト層７および上部第２クラッド層６をリッジ形状にウェット・エッチングする。エッチングストップ層５はエッチング液に対する耐性を持つので、エッチングストップ層５以下の層はエッチングされない（図２（ｃ））。
【００２１】
次に、上部第２クラッド層６をリッジ形状にエッチングした後に露出しているエッチングストップ層５を除去する（図２（ｄ））。この工程は、試料が空気雰囲気下にさらされる工程を含む。すると、エッチングストップ層５が除去された部分に露出した上部第１クラッド層４の表面には、空気との接触により瞬時に自然酸化膜である絶縁膜１３が形成される。上部第１クラッド層４のアルミニウム含有量ｘ２が大きいほど、強固な酸化膜が形成される。
【００２２】
次に、リッジ部１２の両側に光閉じ込め層１０を形成する（図２（ｅ））。光閉じ込め層１０の好ましい組成は、以下のような理由により、Ａｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ（０．４＜ｙ２＜１．０）となる。
レーザの高効率化のため、活性層３近傍の領域におけるレーザ光の横方向への拡がりを防ぎ、リッジ形状の上部第２クラッド層６の下部に閉じ込めるためには、光閉じ込め層１０の屈折率は上部第２クラッド層６の屈折率より低くなくてはならない。ＡｌＧａＡｓ系の結晶は、Ａｌ含有量が高くなるほど屈折率は低くなる。ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザで上部第２クラッド層６の代表的な組成は、Ａｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ（０．３＜ｘ３＜０．７）であるので、光閉じ込め層１０の組成は、Ａｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ（０．４＜ｙ２＜１．０）が好ましい。
【００２３】
このような高いＡｌ含有量ｙ２の光閉じ込め層１０を、ＭＯＣＶＤ法により、リッジ部１２の両側に選択成長させる際、III族元素（Ｇａ、Ａｌ）供給原料として、従来のようにトリエチルガリウムやトリエチルアルミニウムを用いると、光閉じ込め層１０の材質からなる堆積物がマスク層８の上にものってしまう。
そこで、メチル基を有するIII族元素化合物を含むIII族元素供給原料、たとえばトリメチルガリウムやトリメチルアルミニウムを用いることにより、光閉じ込め層１０を、リッジ部１２の両側に良好に選択成長させることができる。
【００２４】
その後、エッチングによりマスク層８を除去し、光閉じ込め層１０およびコンタクト層７の上に、ｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層１１を形成する（図２（ｆ））。
このようにして得られた半導体レーザは、各部位の屈折率差に基づいて、リッジ部１２下部の活性層３近傍の領域にレーザ光が閉じ込められるので、レーザ光の大きな減衰は起こらない。また、光閉じ込め層１０の構成材料を、光吸収の少ないＡｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ（０＜ｙ２＜１．０）としているので、上部第１クラッド層４を薄くし、動作電流を低くできる。したがって、このような半導体レーザは高効率であり、一定の電力でより高い出力を得ることができる。
【００２５】
メチル基を有するIII族元素化合物を含むIII族元素供給原料を、光閉じ込め層１０形成の際の原料として用いると、光閉じ込め層１０はｐ型半導体になりやすく、リッジ部１２などｐ型半導体部に電流を狭窄する機能を有することができなくなる。しかし、このような場合でも、上部第１クラッド層４と光閉じ込め層１０との間に存在している絶縁膜１３によって、電流の流れる領域はリッジ部１２に制限される。したがって、低い動作電流でレーザ発振を起こさせることができ、高い発振効率の半導体レーザを実現できる。
【００２６】
以上の半導体レーザは、ＡｌＧａＡｓ系の例であるが、ＩｎＧａＡｌＰ系であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構造を示す模式的な断面図である。
【図２】上記実施形態に係る半導体レーザの製造工程を示す模式的な断面図である。
【図３】従来のリッジ型半導体レーザの構造を示す模式的な断面図である。
【図４】上記従来のリッジ型半導体レーザの製造工程を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１      化合物半導体基板
２      下部クラッド層
３      活性層
４      上部第１クラッド層
５      エッチングストップ層
６      上部第２クラッド層
７      コンタクト層
８      マスク層
９      レジスト
１０      光閉じ込め層
１１      キャップ層
１２      リッジ部
１３      絶縁膜
【図１】
0003715870.tif 000002
【図２】
0003715870.tif 000003
【図３】
0003715870.tif 000004
【図４】
0003715870.tif 000005