(57)【要約】【課題】高出力で用いられる場合でも、端面に光学損傷が発生しない半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】基板２上にクラッド層４と、活性層５、クラッド層６と、エッチング停止層７とが順次積層され、更に、エッチング停止層７上に形成されたクラッド層８、キャップ層９からなるリッジ部１０と、リッジ部１０の両側面を挟持する電流狭窄層１１と、リッジ部１０上及び電流狭窄層１１上に形成されたコンタクト層１２と、からなり、キャップ層９が除去されてなるリッジ部１０の一部は、各層の端面から所定距離だけ離れた部分までが低抵抗化されたクラッド層９だけの低抵抗リッジ部１０１を有し、コンタクト層１２は、低抵抗リッジ部１０１を露出させるように開口を有したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型基板上に第１導電型クラッド層と、活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、第２導電型エッチング停止層とが順次積層され、更に、前記第２導電型エッチング停止層上に形成された第２の第２導電型クラッド層、第２導電型キャップ層からなるリッジ部と、前記リッジ部の両側面を挟持する一対の第１導電型電流狭窄層と、前記リッジ部上及び前記一対の第１導電型電流狭窄層上に形成された第２コンタクト層と、からなり、前記各層の側部端面側からレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、
前記第２導電型キャップ層が除去されてなる前記リッジ部の一部は、前記各層の端面から所定距離だけ離れた部分までが低抵抗化された前記第２の第２導電型クラッド層だけの低抵抗リッジ部を有し、前記第２コンタクト層は、前記低抵抗リッジ部を露出させるように開口を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理や光計測等の光源用に用いられる半導体レーザ素子に係り、特に、書き込み型光ディスクシステムの光源に用いられる高出力型の半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ−Ｒ等の記録型光ディスクシステムの光源として、パルス２００ｍＷ以上の光出力を有する７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子が要求されている。
【０００３】
以下に、この半導体レーザ素子について図５を用いて説明する。
図５は、従来の半導体レーザ素子を示す断面図である。
従来の半導体レーザ素子１８は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉ（シリコン）をドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ活性層５（以下、単に活性層５という）と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎ（亜鉛）をドーピングした第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７と、が順次積層されている。
【０００４】
ここで、活性層５は、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ井戸層とノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層とが交互に積層された二重量子井戸構造を形成している。そして、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、活性層５と、第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【０００５】
更に、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓキャップ層９と、が順次積層されてなるリッジ部１０が形成されている。このリッジ部１０は、例えば上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形形状である。
【０００６】
更にまた、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上に形成されたリッジ部１０を挟持する１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１０上及び一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１上に形成された２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２と、が積層されている。
【０００７】
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１３が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１４が形成されている。
なお、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ部１０を得るために設けられたものである。このｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍである。また、この半導体レーザ素子１８と同様なものは、非特許文献１にも開示されている。
【０００８】
この半導体レーザ素子１８は、ｐ型オーミック電極１３側からｎ型オーミック電極１４側に向かって順方向電流を注入し、この電流が発振しきい値以上になったとき、リッジ部１０の下部に対応した活性層５からレーザ発振させて、レーザ光を出射させるものである。
【０００９】
【非特許文献１】第５７回応用物理学関連連合講演会／講演予稿集Ｎｏ．３／ｐ９２１／７ａ−ＫＨ‐７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この半導体レーザ素子を高出力で用いる場合には、レーザ光の出射端面での光密度が高くなるため、光出力レベルを上げていくと、半導体レーザ素子に流す電流が増し、この電流より発生するジュール熱により、半導体結晶が溶融し、欠陥が増殖する光学損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ、略してＣＯＤ）が発生するといった問題を生じる。
【００１１】
そこで、本発明は、前述の課題に鑑みて提案されるものであって、高出力で用いられる場合でも、端面に光学損傷が発生しない半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明は、第１導電型基板上に第１導電型クラッド層と、活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、第２導電型エッチング停止層とが順次積層され、更に、前記第２導電型エッチング停止層上に形成された第２の第２導電型クラッド層、第２導電型キャップ層からなるリッジ部と、前記リッジ部の両側面を挟持する一対の第１導電型電流狭窄層と、前記リッジ部上及び前記一対の第１導電型電流狭窄層上に形成された第２コンタクト層と、からなり、前記各層の側部端面側からレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、前記第２導電型キャップ層が除去されてなる前記リッジ部の一部は、前記各層の端面から所定距離だけ離れた部分までが低抵抗化された前記第２の第２導電型クラッド層だけの低抵抗リッジ部を有し、前記第２コンタクト層は、前記低抵抗リッジ部を露出させるように開口を有することを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記第２導電型キャップ層が除去されてなる前記リッジ部の一部は、前記各層の端面から所定距離だけ離れた部分までが低抵抗化された前記第２の第２導電型クラッド層だけの低抵抗リッジ部を有し、前記第２コンタクト層は、前記低抵抗リッジ部を露出させるように開口を有するので、高出力で用いられる場合でも、端面に光学損傷が発生しない半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る半導体レーザ素子の実施の形態について、図１乃至図４を参照して詳細に説明する。
従来と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示し、（Ａ）は、レーザ光の出射方向から見た正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＭＭ断面図である。図３は、図１及び図２に示す半導体レーザ素子の製造方法のレーザ出射面方向から見た図を示し、（Ａ）は、（積層工程）、（Ｂ）は、（拡散工程）、（Ｃ）は、（リッジ部形成工程）を示す断面図である。図３（Ｂ）中における（ａ）は、正面図、（ｂ）は（ａ）のＮＮ断面図である。図４は、図１及び図２に示す半導体レーザ素子の製造方法を示し、（Ａ）は、（電流狭窄層形成工程）、（Ｂ）は、（コンタクト層形成工程）、（Ｃ）は、（選択除去工程）を示す断面図である。図４（Ｃ）中における（ａ）は、正面図、（ｂ）は、（ｂ）のＮＮ断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、半導体レーザ素子１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉ（シリコン）をドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ活性層５（以下、単に活性層５という）と、５×１０17ｃｍ-3のＣ（炭素）をドーピングした第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＣをドーピングしたｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７と、が順次積層されている。
【００１６】
ここで、活性層５は、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ井戸層とノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層とが交互に積層された二重量子井戸構造を形成している。そして、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、活性層５と、第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【００１７】
更に、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上には、１×１０18ｃｍ-3のＣをドーピングした第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓキャップ層９と、が順次積層されてなるリッジ部１０が形成されている。このリッジ部１０は、例えば上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形形状である。光出射端面Ａから所定距離だけ離れた部分（非電流注入領域Ｑ）のリッジ部１０は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９が除去され、Ｚｎがドーピングされた低抵抗な第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８からなる低抵抗リッジ部１０１を構成している。
【００１８】
更にまた、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上には、リッジ部１０を挟持する１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１が形成されている。リッジ部１０上及び一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１上には、低抵抗リッジ部１０１及びこのリッジ部１０１を挟持する一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１を露出させる開口部を有する２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２が積層されている。
【００１９】
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１３が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１４が形成されている。
【００２０】
この半導体レーザ素子１の動作は、従来の半導体レーザ素子１８の動作と同様であるので、その説明を省略する。
この際、低抵抗リッジ部１０１が形成されている領域は、順方向電流を流さない電流非注入領域Ｑとなっている。
このため、光出射端面Ａ近傍に流れる電流が低減されるため、従来例のようにジュール熱の発生によって光出射端面ＡがＣＯＤを受けることを防止できる。
【００２１】
本発明の実施の形態によれば、光出射端面Ａ近傍に電流非注入領域Ｑが形成され、かつこの電流非注入領域Ｑに低抵抗化された第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８からなる低抵抗リッジ部１０１が形成されているので、半導体レーザ素子１からレーザ光を出射させる際に流す順方向電流の経路を光出射端面Ａから遠ざけているため、光出射端面Ａ近傍に流れる電流が低減され、ジュール熱の発生が大幅に抑えられてＣＯＤの発生を防止できる。
なお、電流非注入領域Ｑにおける第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８が低抵抗化されていない場合には、ジュール熱の発生を抑えることによるＣＯＤの改善は、行うことができるが、発振しきい値の近傍においてキンクが発生しやすくなり実用上好ましくない。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態における半導体レーザ素子の製造方法について図３及び図４を用いて説明する。
（積層工程）
図３（Ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により第１回目の成長をｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、活性層５と、５×１０17ｃｍ-3のＣ（炭素）をドーピングした第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＣをドーピングしたｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７と、１×１０18ｃｍ-3のＣをドーピングした第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓキャップ層９とを順次積層する。
【００２３】
（拡散工程）
次に、図３（Ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９上にＺｎＯ膜を選択的に形成して熱処理を行って、このＺｎＯ膜中のＺｎをｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７に達するまで拡散する。こうして前記した光出射端面Ａから所定距離だけ離れた部分にＺｎを選択拡散した拡散領域１５を形成する。
前記した半導体レーザ素子１の共振器長を７５０ｎｍにした場合には、光出射端面Ａから所定距離だけ離れた部分の長さは、３０μｍである。
【００２４】
（リッジ部形成工程）
次に、図３（Ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９上にＳｉＯ2等の絶縁層１６を形成する。この後、この絶縁層１６上にフォトレジストを形成した後、フォトリソグラフィ法により、フォトレジストパターン１７を形成する。更に、このフォトレジストパターン１７をマスクとして、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７に達するまで選択エッチング液を用いてエッチングを行って、台形状のリッジ部１０を形成する。
この結果、リッジ部１０は、Ｚｎ拡散された部分とされない部分の２つのリッジ部分からなっている。
このリッジ部１０の上辺１０ａの長さをＬ２に設定してエッチング処理を行うと、第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８及びｐ型ＧａＡｓキャップ層９の結晶方位とエッチング処理速度との関係からリッジ部１０が必然的に台形状にエッチングされてリッジ部１０の底辺１０ｂの長さがＬ２より長いＬ１となる。
【００２５】
（電流狭窄層形成工程）
次に、図４（Ａ）に示すように、フォトレジストパターン１７を除去後、絶縁層１６及びｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上からＭＯＣＶＤ法による第２回目の成長を行い、リッジ部１０の側面に１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１を形成する。この際、絶縁層１６上には結晶は成長しないので、選択的成長が行われる。
【００２６】
（コンタクト層形成工程）
次に、図４（Ｂ）に示すように、絶縁層１６を除去後、ＭＯＣＶＤ法による第３回目の成長を行い、リッジ部１０及び一対のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層１１、１１上に２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２を形成する。
【００２７】
（選択除去工程）
次に、図４（Ｃ）に示すように、前記した拡散領域１５に開口部を有するフォトレジストパターンを形成し、この開口部から露出したｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２からｐ型ＧａＡｓキャップ層９までを選択的にエッチング除去した後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２上にＡｕ系のｐ型オーミック電極１３を形成し、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にＡｕ系のｎ型オーミック電極１４を形成する。ｐ型ＧａＡｓキャップ層９が除去されたリッジ部１０は、前記した低抵抗リッジ部１０１である。
こうして、図１及び図２に示す半導体レーザ素子１を作製する。
【００２８】
ところで、本発明の実施の形態では、リッジ部１０の作製に、通常のウェットエッチング工程を使用したので、リッジ部１０を台形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、通常のウェットエッチング工程の代わりに、ＲＩＥ等のドライエッチング工程を使用した場合には、概ね長方形の断面をもつリッジ部となる。また、ドライエッチング工程とウェットエッチング工程を組み合わせることにより、様々な断面形状のリッジ部が形成される。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓの場合について説明したが、これ以外の材料に適用できることはいうまでもない。
また、半導体レーザ素子の構造として順メサのリッジ導波路構造に説明したが、これに限定されず、逆メサ、垂直メサ、或いは複合的な形状であっても良く一般の埋め込みリッジストライプ構造でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示し、（Ａ）は、レーザ光の出射方向から見た正面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＭＭ断面図である。
【図３】図１及び図２に示す半導体レーザ素子の製造方法のレーザ出射面方向から見た図を示し、（Ａ）は、（積層工程）、（Ｂ）は、（拡散工程）、（Ｃ）は、（リッジ部形成工程）を示す断面図である。
【図４】図１及び図２に示す半導体レーザ素子の製造方法を示し、（Ａ）は、（電流狭窄層形成工程）、（Ｂ）は、（コンタクト層形成工程）、（Ｃ）は、（選択除去工程）を示す断面図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ型ＧａＡｓ基板、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、５…ノンドープＭＱＷ活性層、６…第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、７…ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層、８…第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、９…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１０…リッジ部、１１…ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流狭窄層、１２…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１３…ｐ型オーミック電極、１４…ｎ型オーミック電極、１５…拡散領域、１６…絶縁層、１７…フォトレジストパターン、１０１…低抵抗リッジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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