(57)【要約】【課題】  活性層の上方に設けられた電極に、発振レーザ光が漏れないようにすることによって、高い発振効率を有し、低消費電力（低閾値電流）動作が可能であり、製造コストを低減可能な半導体レーザ素子とその製造方法を提供する。【解決手段】  第一導電型の基板101上に半導体層を活性層106まで形成した後、ドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の低濃度半導体層110,111とドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上の高濃度半導体層114とを含む第２導電型の半導体層群107〜114を形成する。そして、低濃度半導体層が露出するまで第２導電型の半導体層群の一部114〜112を除去して、高濃度半導体層を最上部に有するリッジ部130を形成する。Al層115aを含む電極115を、そのＡｌ層が、リッジ部の上面と、リッジ部の側面または低濃度半導体層の露出した表面の少なくとも一方とに接触するように、形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板上に、少なくとも、活性層と、第２導電型の半導体層群と、上記第２導電型の半導体層群上に形成された電極とを有する半導体レーザ素子において、
上記第２導電型の半導体層群のうちの上記電極と接する第１の半導体層の第２導電型のドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上であり、
上記電極は、少なくとも、上記第１の半導体層に接触するＡｌ層を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体レーザ素子は、上記第２導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成しているリッジ導波型半導体レーザ素子であって、
上記第１の半導体層は、上記リッジ部の最上部を構成しており、
上記電極は、上記Ａｌ層が、上記リッジ部の最上部の上面と、上記リッジ部の側面、または、上記第２導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の少なくとも一方とに接するように、形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ素子において、
上記リッジ部の最上部と上記電極とがオーミック接合を形成しており、上記リッジ部の側面、または、上記第２導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の上記少なくとも一方と上記電極とがショットキー接合を形成していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子において、
上記Ａｌ層の厚みが３０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子において、
上記電極は、上記Ａｌ層の上に、さらに一つまたは複数の金属薄膜が積層された構造であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ素子において、
上記電極は少なくとも３層からなり、
最下層である上記Ａｌ層と最上層の金属薄膜層との間であって、上記Ａｌ層の直上に、少なくとも最上層の金属薄膜層の材料が上記Ａｌ層まで拡散することを防止する拡散防止層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体レーザ素子において、
上記電極の最上層がＡｕの層であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体レーザ素子において、
上記拡散防止層がＰｔからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体レーザ素子において、
上記Ｐｔからなる拡散防止層の厚みが５ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項２に記載の半導体レーザ素子において、
上記第２導電型の半導体層群は第２導電型のドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の第２の半導体層を含み、
上記第２導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面は、上記第２の半導体層の表面であり、
上記電極は、上記リッジ部の最上部を構成する上記第１の半導体層の上面と、上記リッジ部の側面と、上記第２の半導体層の表面とに接するように、連続して形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体レーザ素子において、
上記第２導電型の半導体層群は、上記第２の半導体層と上記活性層との間に形成された１×１０１７ｃｍ−３より大きいドーピング濃度を有する第３の半導体層を含んでいることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１２】
第一導電型の基板上に、少なくとも活性層を形成する工程と、
上記活性層上に、ドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上の第２導電型の第１の半導体層を含む第２導電型の半導体層群を、上記第１の半導体層の表面が露出するように形成する工程と、
Ａｌ層を含む電極を、上記Ａｌ層が上記第１の半導体層の表面に接触するように、上記第１の半導体層上に形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第２導電型の半導体層群はドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の第２の半導体層をさらに含み、
上記第２導電型の半導体層群を形成する工程と上記電極を形成する工程との間に、上記第２の半導体層が露出するまで上記第２導電型の半導体層群の一部を除去して、上記第１の半導体層を最上部に有するリッジ部を形成する工程をさらに備え、
上記Ａｌ層を、上記リッジ部の上面と、上記リッジ部の側面または上記第２の半導体層の露出した表面の少なくとも一方とに接触するように形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記電極を形成する工程において、上記Ａｌ層の上に、拡散防止層を形成した後、Ａｕ膜を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記電極を形成する工程は、途中で大気中に暴露させずに行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記拡散防止層として、Ｐｔを堆積させることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２または１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第２導電型の半導体層群を形成する工程において、上記第２の半導体層と上記活性層の間に、１×１０１７ｃｍ−３より大きいドーピング濃度を有する第２導電型の第３の半導体層を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１から１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１９】
請求項１から１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体レーザ素子とその製造方法に関し、典型的には、光ディスク装置や光伝送システムの光伝送モジュール部分などに好適に用いられる半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置および光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体レーザ素子は、光ディスク装置や光伝送システムなどに幅広く使用されている。その中でも、リッジ埋め込み型と呼ばれる半導体レーザ素子は、高い信頼性を有し、しかも低消費電力（低閾値電流）動作が可能な半導体レーザ素子として知られている。しかしながら、リッジ埋め込み型半導体レーザ素子はその製造工程において、活性層やクラッド層を含む半導体層を形成するために行われる１回目の結晶成長工程に加えて、電流狭窄層を形成するための２回目の結晶成長工程と、コンタクト層を形成するための３回目の結晶成長工程を必要とし、さらに、複雑なプロセスを経て製造しなければならない。そのため、歩留まりが悪く、また製造コストが高いという問題があった。
【０００４】
そこで、より簡便かつ低コストで製造できる従来の半導体レーザ素子として、活性層上にリッジ部を有し、一回の結晶成長工程で製造できるリッジ導波型の半導体レーザ素子がある（例えば特許文献１（特開平４−１１１３７５号公報）参照）。
【０００５】
図１１は、この従来の半導体レーザ素子の断面模式図である。この従来の半導体レーザ素子は次のようにして製造される。
【０００６】
まず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１上にｎ型ＩｎＧａＰクラッド層４０２、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸活性層４０３、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層４０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０５を順次積層し、フォトリソグラフィなどの手法により、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層４０４の途中までエッチングを行い、リッジ部となるメサを形成した後、ｐ電極４０６としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを、ｎ電極４０７としてＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ／Ａｕを順次蒸着する。
【０００７】
このようにして製造された素子に電流を流すと、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層４０４とｐ電極４０６の間にはショットキー接合部４０８が形成され、ｐ電極４０６とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０５の間にのみ電流が流れ、電流狭窄が行われる。
【０００８】
リッジ埋め込み型の半導体レーザ素子では、前述のように合計３回の結晶成長工程と複雑な製造プロセスを必要とするが、この従来の半導体レーザ素子では、１回の結晶成長工程を行うだけでよい。加えて、この従来の半導体レーザ素子は、リッジ導波型半導体レーザ素子の中でも、一般にエアリッジ型と呼ばれる電流狭窄に無機絶縁膜を使用する構成ではなく、ショットキー接合を用いて電流狭窄を実現させる構成となっているため、さらに構造が簡単であり、圧倒的に低コストで製造することができる。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に示される従来の半導体レーザ素子には次のような問題があることが分かった。すなわち、前述したリッジ埋め込み型の半導体レーザ素子やエアリッジ型のリッジ導波型半導体レーザ素子とは異なり、特許文献１に示される従来の半導体レーザ素子では、リッジ部の側面、およびリッジ部から外方へ延在するクラッド層の表面に対して直接に電極が接している。この時、半導体レーザ素子を構成する半導体材料の屈折率と電極を構成する金属材料の屈折率によっては、発振したレーザ光の分布が、リッジ部側面およびリッジ部近傍のクラッド層表面に形成された電極側に漏れやすい形状となってしまうことがある。
【００１０】
上記特許文献１に示される従来の半導体レーザ素子で用いられたリッジ側の電極材料の屈折率は、半導体層と接するＴｉが、波長６５０ｎｍから１．５μｍの範囲でおよそ３．０から３．６であり、Ｔｉの上側に設けられているＰｔが同じく波長６６８ｎｍから１．５μｍの範囲で２．９から５．５である。一方、リッジ部の外方の垂直方向の実効屈折率も例えば３．２前後であり、上記ＴｉおよびＰｔの屈折率は無視し得なくなる。
【００１１】
このように、リッジ部外方の垂直方向における実効屈折率と、半導体層上に直接形成される電極材料の屈折率が近接していると、電極方向へ発振したレーザ光が漏れやすくなることがあった。
【００１２】
前述したリッジ埋め込み型半導体レーザ素子では、リッジ部を除くｐ型クラッド層上には半導体材料からなり電流狭窄のために設けられる埋め込み層があり、さらにリッジ部および上記ｐ型クラッド層上には、コンタクト層となる半導体層を形成するため、このような問題は見られなかった。また、エアリッジ型のリッジ導波型半導体レーザ素子では、リッジ部の側面、およびリッジ部から外方へ延在するクラッド層の表面においては、電流狭窄のために設けられる無機絶縁膜の上に電極が形成されているために、このような問題は考慮する必要がなかった。
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１に示される従来の半導体レーザ素子においては、リッジ側に形成された電極に光が漏れてしまうことがあり、そうなると、一般に、電極を構成する金属材料は半導体材料に比べて光吸収係数が１０４から１０５倍程度も高いため、電極を構成する金属材料が光の非常に大きな吸収成分となって内部損失が大幅に増加してしまう。その結果、上述の従来の半導体レーザ素子においては、スロープ効率が低下したり、発振閾値電流値が上昇してしまうという問題が発生することが分かった。
【特許文献１】特開平４−１１１３７５号公報  （第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、この発明の課題は、活性層の上方に設けられた電極にまで、発振レーザ光が漏れないようにすることによって、高い発振効率を有し、低消費電力（低閾値電流）動作が可能であり、さらには、リッジ構造を有していても製造コストを低減可能な半導体レーザ素子とその製造方法を提供することにある。
【００１５】
さらに、この発明の課題は、上記半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置および光伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、この発明の半導体レーザ素子は、第１導電型の基板上に、少なくとも、活性層と、第２導電型の半導体層群と、上記第２導電型の半導体層群上に形成された電極とを有する半導体レーザ素子において、上記第２導電型の半導体層群のうちの上記電極と接する第１の半導体層の第２導電型のドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上であり、上記電極は、少なくとも、上記第１の半導体層に接触するＡｌ層を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、「第１導電型」とはｎ型とｐ型のうち一方の導電型を指し、「第２導電型」とはｎ型とｐ型のうち他方の導電型を指す。
【００１８】
また、本明細書を通じて、「上」とは、基板から離れる方向を意味し、「下」とは、基板へ近づく方向を意味する。結晶成長は「下」から「上」の方向へ向かって進行する。
【００１９】
本発明の半導体レーザ素子では、上記第１の半導体層のドーピング濃度により、上記第１の半導体層と上記電極との間に、低コンタクト抵抗を得ることが可能なオーミック接合が形成される。
【００２０】
なお、上記第１導電型の基板の、上記各層が積層された面とは反対側の面に、この面とオーミック接合をなす別の電極が設けられるのが望ましい。これにより、上記二つの電極間で上記活性層を通して容易に通電が行われ、レーザ発振が実現される。
【００２１】
この際に、上記電極に用いられるＡｌは、その屈折率が一般に半導体層群に用いられる半導体材料の屈折率よりも十分に小さく、半導体レーザ素子の実用波長域においておおよそ２以下である。そのために、発振したレーザ光は、上記電極まで漏れることなく、半導体層内に閉じ込めることができる。その結果、電極材料が発振レーザ光の吸収成分となることがなく、したがって内部損失を増加させることがなく、低い発振閾値電流と高いスロープ効率を有する低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子を提供することが可能となる。
【００２２】
一実施形態では、上記半導体レーザ素子は、上記第２導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成しているリッジ導波型半導体レーザ素子であって、上記第１の半導体層は、上記リッジ部の最上部を構成しており、上記電極は、上記Ａｌ層が、上記リッジ部の最上部の上面と、上記リッジ部の側面、または、上記第２導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の少なくとも一方とに接するように、形成されている。
【００２３】
この半導体レーザ素子は、特許文献１の半導体レーザ素子と同様に、製造段階での結晶成長工程を１度で済ませることができる。したがって、リッジ構造を有しているにも拘わらず、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子に比べて、大幅に製造工程が削減され、低コストで作製される。
【００２４】
一実施形態では、上記リッジ部の最上部と上記電極とがオーミック接合を形成しており、上記リッジ部の側面、または、上記第２導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面の上記少なくとも一方と上記電極とがショットキー接合を形成している。
【００２５】
この実施形態では、上記ショットキー接合によって電流狭窄が実現される。
【００２６】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記Ａｌ層の厚みが３０ｎｍ以上である。
【００２７】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、Ａｌからなる電極の厚みを３０ｎｍ以上とすることによって、詳しくはデータを用いて後述するが、半導体材料よりも低屈折率のＡｌを電極として用いた効果が最大に発揮される。その結果、リッジ部側に設けられた電極材料に起因する内部損失の増加を最低限に抑制することができる。
【００２８】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記電極が、上記Ａｌ層の上に、さらに一つまたは複数の金属薄膜を積層した構造である。
【００２９】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記電極の構成を、Ａｌを最下層とする複数の金属薄膜からなる積層構造とすることによって、非常に酸化しやすいＡｌ表面が露出しないようにできるため、Ａｌの酸化に起因する電極の高抵抗化を避けることができる。
【００３０】
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記電極は少なくとも３層からなり、最下層である上記Ａｌ層と最上層の金属薄膜層との間であって、上記Ａｌ層の直上に、少なくとも上記最上層の金属薄膜層の材料が上記Ａｌ層まで拡散することを防止する拡散防止層が形成されている。
【００３１】
なお、本明細書において、特に断らない限り、拡散防止層とは、その層（拡散防止層）よりも上に形成された材料が、その層（拡散防止層）よりも下の層にまで拡散することを防止するために設ける材料層のことを指す。
【００３２】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、積層された複数の金属薄膜が上記電極の最下層であるＡｌの層にまで拡散して、電極最下層のＡｌの電気的・光学的特性を変えてしまうことを防止できる。その結果、設計通りの電極構成を形成することが容易になり、また信頼性的にも安定した半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３３】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記電極の拡散防止層上に設けられた最上層がＡｕの層である。
【００３４】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記電極の最上層に用いたＡｕの層は低抵抗であり、しかも酸化の問題が無いので、圧接によるワイヤーボンディング等を容易にしつつ素子抵抗を低減できる効果がある。
【００３５】
電極の最上層がＡｕの層であるとき、上記拡散防止層はＰｔからなるのが好ましい。
【００３６】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、ＰｔはＡｕに対する良好な拡散防止層として作用するので、上記電極最上層のＡｕが最下層のＡｌと直接に接触することが無くなり、非常に高抵抗なＡｌＡｕ合金層が電極内に形成されない。このことから、半導体レーザ素子の電極における抵抗を悪化させない構成を提供することができる。
【００３７】
上記Ｐｔからなる拡散防止層の厚みを５ｎｍ以上とすれば、電極最上層のＡｕがＡｌの層まで拡散してＡｌＡｕ合金層を形成することを、確実に防止することができる。
【００３８】
上記拡散防止層としては、Ｐｔ以外の白金族元素（ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム）や、ニッケル、チタン、モリブデン等も使用可能である。
【００３９】
また、一実施形態の半導体レーザ素子（リッジ導波型半導体レーザ素子）では、上記第２導電型の半導体層群は第２導電型のドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の第２の半導体層を含み、上記第２導電型の半導体層群の上記リッジ部を除く領域の上記リッジ部近傍の表面は、上記第２の半導体層の表面であり、上記電極は、上記リッジ部の最上部を構成する上記第１の半導体層の上面と、上記リッジ部の側面と、上記第２の半導体層の表面とに接するように、連続して形成されている。
【００４０】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の最上部に設けられたドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１９ｃｍ−３以上の第１の半導体層（高濃度半導体層）と上記電極とのオーミック接合では、低コンタクト抵抗を得ることが可能となる。
【００４１】
一方、リッジ構造の最上部以外の領域に設けられたドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の第２の半導体層（低濃度半導体層）と電極とのショットキー接合では、良好な電流狭窄性を実現することが可能となる。上記第２の半導体層のドーピング濃度は、その導電型が反転しない範囲で、１×１０１７ｃｍ−３からより小さくするほど、さらにその電流狭窄性を向上させることができる。しかしながら、結晶成長技術上の制約（バックグラウンド不純物の混入の問題）から上記第２導電型のドーピング濃度はおおよそ１×１０１６ｃｍ−３程度が下限となる。
【００４２】
このように良好なオーミック接合性とショットキー接合性を両立できるので、電流狭窄を行うための埋め込み層（電流ブロック層）の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行わずとも、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗が実現でき、熱的、電気的信頼性が向上する。
【００４３】
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記第２の半導体層（低濃度半導体層）と上記活性層との間に、１×１０１７ｃｍ−３より大きいドーピング濃度を有する第２導電型の第３の半導体層が形成されている。
【００４４】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、この第３の半導体層によって、素子に要求される光学特性仕様に応じた層厚・組成等の変更を自在に行うことができるようになる。しかも、この第３の半導体層は、上記第２の半導体層（低濃度半導体層）よりも高濃度にドーピングされているために、素子抵抗の上昇を抑えることができ、このような半導体層を設けない場合に比べて、一層の低消費電力化を図ることができるようになる。
【００４５】
また、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型の基板上に、少なくとも活性層を形成する工程と、上記活性層上に、ドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上の第２導電型の第１の半導体層を含む第２導電型の半導体層群を、上記第１の半導体層の表面が露出するように形成する工程と、Ａｌ層を含む電極を、上記Ａｌ層が上記第１の半導体層の表面に接触するように、上記第１の半導体層上に形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００４６】
この製造方法を用いると、上述した本発明の半導体レーザ素子を実現できる。
【００４７】
一実施形態では、上記第２導電型の半導体層群はドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の第２の半導体層をさらに含み、上記製造方法は、上記第２導電型の半導体層群を形成する工程と上記電極を形成する工程との間に、上記第２の半導体層が露出するまで上記第２導電型の半導体層群の一部を除去して、上記第１の半導体層を最上部に有するリッジ部を形成する工程をさらに備え、上記Ａｌ層を、上記リッジ部の上面と、上記リッジ部の側面または上記第２の半導体層の露出した表面の少なくとも一方とに接触するように形成するものである。
【００４８】
上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記リッジ部の第１の半導体層と電極との間にオーミック接合が、そして、上記第２の半導体層と電極との間にショットキー接合が形成される。
【００４９】
この製造方法を用いると、特許文献１の半導体レーザ素子の製造方法と同様に、結晶成長工程を１度で済ませることができる。したがって、リッジ構造を有しているにも拘わらず、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子の製造に比べて、大幅に工程数が削減され、半導体レーザ素子の製造コストを低減できる。つまり、この実施形態によれば、内部損失の増加のない低閾値電流で発振可能な半導体レーザ素子を低コストで製造できる方法が提供される。
【００５０】
一実施形態では、上記電極を形成する工程において、上記Ａｌ層の上に、拡散防止層を形成した後、Ａｕ膜を形成する。
【００５１】
この実施形態では、半導体層と接するＡｌ上に、拡散防止層を介して、低抵抗かつ酸化することのないＡｕを積層した電極を形成しているために、半導体レーザ素子の電極抵抗を低く保つことができる。このとき、ＡｌとＡｕとの間に拡散防止層を挿入する工程としたために、電極内でのＡｌＡｕ合金層の形成がなく、より低抵抗な電極を形成することができる。
【００５２】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記電極形成工程を、途中で大気中に暴露させずに行うものである。
【００５３】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記電極を形成する際、Ａｌの堆積工程からＡｕの堆積工程までを大気中に暴露させずに実施することにより、酸素を含む雰囲気中においては極めて容易かつ急速に酸化が進むＡｌの表面を酸化させることなく、Ａｌ膜をＰｔ等からなる拡散防止層およびＡｕ膜にて被覆することができる。Ａｌ膜表面が酸化すると、その上層となる拡散防止層との密着性が著しく低下するとともに、拡散防止層との界面において非常に高抵抗な酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層が形成されるが、上記実施形態の製造方法によれば、それらに起因する積層された電極の剥離や高抵抗化を防止することが可能となる。
【００５４】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記第２導電型の半導体層群を形成する工程において、上記第２の半導体層（低濃度半導体層）と上記活性層の間に、１×１０１７ｃｍ−３より大きいドーピング濃度を有する第２導電型の第３の半導体層を形成している。
【００５５】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、この第２導電型の第３の半導体層によって、素子に要求される光学特性仕様に応じた層厚・組成等の変更を自在に行うことができるとともに、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【００５６】
また、この発明の光ディスク装置は、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする。
【００５７】
上記光ディスク装置によれば、上述した従来の半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置に比べて、より低消費電力で書き込みができる上、より安価に構成される光ディスク装置を提供することができる。
【００５８】
また、この発明の光伝送システムは、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする。
【００５９】
上記光伝送システムによれば、従来よりも安価でかつ低消費電力動作が可能な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化と高性能化を図ることができる。
【発明の効果】
【００６０】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子によれば、活性層の上方に設けられた電極（リッジ部を有する場合には、特にリッジの最上部以外の領域に設けられた電極部分）に発振したレーザ光が上記電極の方へ漏れ出さないようにできるため、吸収損失の増加をなくすことが可能となる。したがって、低閾値電流で発振でき、かつ高い発振効率を有するため低消費電力、高出力動作が可能で、さらに、安価に製造できる半導体レーザ素子を提供することができる。
【００６１】
また、本発明によれば、高い発振効率、低消費電力（低閾値電流）動作が可能な半導体レーザ素子を、簡便に低コストで製造できる方法が提供される。
【００６２】
本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ素子を用いることで、従来の光ディスク装置に比べて、低消費電力でデータ書き込みができる上、より安価に構成される。
【００６３】
本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ素子をその光伝送モジュールに用いることで、従来よりも安価でかつ低消費電力動作が可能な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化と高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、この発明の半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００６５】
なお、以下の説明では、「ｎ−」は第１導電型としてのｎ型を表し、「ｐ−」は第２導電型としてのｐ型を表す。また、以下の説明では、本発明をリッジ構造を有する半導体レーザ素子に適用した例を取り上げているが、本発明はリッジ構造を持たない半導体レーザ素子にも適用可能である。
【００６６】
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものである。
【００６７】
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−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第一下クラッド層１０３、ｎ−Ａｌ0.422Ｇａ0.578Ａｓ第二下クラッド層１０４、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ下ガイド層１０５、多重歪量子井戸活性層１０６、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第一上ガイド層１０７、第３の半導体層の一例としてのｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第二上ガイド層１０８とｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第一上クラッド層１０９、第２の半導体層（低濃度半導体層）の一例としてのｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第二上クラッド層１１０とｐ−Ｉｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6半導体層１１１が順次積層されている。
【００６８】
この半導体層１１１上に、順メサストライプ形状のリッジ１３０をなすように、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第三上クラッド層１１２、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１３および第１の半導体層（高濃度半導体層）の一例としてのｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１４が設けられている。
【００６９】
そのリッジ１３０の頂部と側面部および半導体層１１１上部にＡｌ層１１５ａとＰｔ層１１５ｂとＡｕ層１１５ｃとの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるｐ側電極１１５を有する。
【００７０】
また、基板１０１の裏面には、別の電極層として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属薄膜からなるｎ側電極１１６が形成されている。
【００７１】
上記ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第二上ガイド層１０８、ｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第一上クラッド層１０９、ｐ−Ａｌ０.４５６Ｇａ０.５４４Ａｓ第二上クラッド層１１０、ｐ−Ｉｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6半導体層１１１、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第三上クラッド層１１２、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１３およびｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１４で第２導電型の半導体層群を構成している。
【００７２】
次に、図２から図４を参照しながら、上記半導体レーザ素子の製造方法を説明する。また、図５に上記半導体レーザ素子のリッジ構造周辺の拡大模式図を示す。
【００７３】
まず図２に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の（１００）面上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚：０．５μｍ、Ｓｉドーピング濃度：７．２×１０17ｃｍ-3）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第一下クラッド層１０３（層厚：２．０μｍ、Ｓｉドーピング濃度：５．４×１０17ｃｍ-3）、ｎ−Ａｌ0.422Ｇａ0.578Ａｓ第二下クラッド層１０４（層厚：０．１μｍ、Ｓｉドーピング濃度：５．４×１０17ｃｍ-3）、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ下ガイド層１０５（層厚３．０ｎｍ）、多重歪量子井戸活性層１０６、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第一上ガイド層１０７（層厚：３．０ｎｍ）、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第二上ガイド層１０８（層厚：０．１μｍ、Ｚｎドーピング濃度：１．３５×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第一上クラッド層１０９（層厚：０．２μｍ、Ｚｎドーピング濃度：１．３５×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第二上クラッド層１１０（層厚：０．２μｍ、Ｚｎドーピング濃度：１×１０１７ｃｍ−３）、Ｉｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6半導体層１１１（層厚：１５ｎｍ、Ｚｎドーピング濃度：１×１０１７ｍ−３）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第三上クラッド層１１２（層厚：１．２８μｍ、Ｚｎドーピング濃度：２．４×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１３（層厚：０．２μｍ、Ｚｎドーピング濃度：３×１０１８ｃｍ−３）、ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１４（層厚：０．３μｍ、Ｚｎドーピング濃度：１×１０１９ｃｍ−３）を順次、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）にて結晶成長させる。
【００７４】
上記多重歪量子井戸活性層１０６は、Ｉｎ0.1001Ｇａ0.8999Ａｓ圧縮歪量子井戸層（歪０．７％、層厚：４．６ｎｍ、２層）とＩｎ0.238Ｇａ0.762Ａｓ0.5463Ｐ0.4537引張歪障壁層（歪０．１％、バンドギャップＥｇ≒１．６０ｅＶ、基板側から層厚：２１．５ｎｍ、７．９ｎｍ、２１．５ｎｍの３層であり、基板１０１に最も近いものが、ｎ側障壁層、最も遠いものがｐ側障壁層となる）を交互に配置して形成されている。
【００７５】
次に、リッジ１３０を形成すべき領域１１７ａ（図１参照）上に、図２中に示すようにレジストマスク１１７（マスク幅３．５μｍ）をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク１１７は、形成すべきリッジ１３０が延びる方向に対応して、＜０−１１＞方向にストライプ状に延びるように形成される。
【００７６】
次に図３に示すように、このレジストマスク１１７をマスクにして、半導体層１１４、１１３、１１２のうち上記レジストマスク１１７の両側に相当するリッジ形成外領域１１７ｂ（図１参照）部分をエッチングにより除去して、レジストマスク１１７の直下に、順メサストライプ状のリッジ１３０を形成する。このエッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて、半導体層１１１の直上まで行う。続いて、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でＧａＡｓコンタクト層１１３および１１４のオーバーハング部分をとる。エッチングの深さは１．７８μｍ、リッジ１３０の最下部の幅は約３．２μｍである。エッチング終了後に、レジストマスク１１７は除去する。
【００７７】
続いて、図４に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、ｐ側電極１１５としてＡｌ層１１５ａ（層厚：５０ｎｍ）／Ｐｔ層１１５ｂ（層厚：１０ｎｍ）／Ａｕ層１１５ｃ（層厚：３００ｎｍ）の順に金属薄膜を積層形成する。
【００７８】
その後、図１に示したように、基板１０１を裏面側から所望の厚み（ここでは、約１００μｍ）にまで、ラッピング法により研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ側電極１１６としてＡｕＧｅ合金（Ａｕ８８％とＧｅ１２％との合金、層厚：１００ｎｍ）、Ｎｉ（層厚：１５ｎｍ）、Ａｕ（層厚：３００ｎｍ）を積層形成する。
【００７９】
その後、Ｎ2雰囲気中で、４５０℃１分間加熱し、電極材料のアロイ処理を行う。
【００８０】
この基板１０１を、所望の共振器長（ここでは、８００μｍ）を有する複数のバーに分割した後、上記バーに端面コーティングを行い、さらに上記バーをチップ（８００μｍ×２５０μｍ）に分割する。分割後のチップを、Ｉｎ糊剤を用いてステム（図示せず）上に固着する。そして、ｐ側電極１１５上に、外部回路との電気的接続を行うためのＡｕワイヤ（不図示）をボンディングする。これで、半導体レーザ素子が完成する。
【００８１】
このようにして作成された半導体レーザ素子のｐ側電極１１５、ｎ側電極１１６間に電流を流すと、リッジ１３０の側方の低濃度半導体層とｐ側電極１１５間でのショットキー接合では電流が遮断され、リッジ１３０の最上部に設けられた高濃度半導体層であるｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１４とｐ側電極１１５間でのオーミック接合を通してのみ電流が流れる。これにより電流狭窄が行われる。
【００８２】
上述したように、この第一実施形態の半導体レーザ素子は、製造段階での結晶成長工程を１度で済ませることができたため、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子に比べて、大幅に製造工程が削減され、低コストで作成することが可能となった。
【００８３】
この第一実施形態の半導体レーザ素子では、ｐ側電極をＡｌ層を最下層としＰｔからなる拡散防止層を介してＡｕ層を最上層に有する構成としている。
【００８４】
リッジ頂部の１×１０１９ｃｍ−３にドーピングされたｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１４に対して、上述のｐ側電極１１５は低いコンタクト抵抗を有する良好なオーミック接合を実現できる。一方、リッジ部の側方にある１×１０１７ｃｍ−３にドーピングされた低濃度半導体層であるｐ−Ａｌ０．４５６Ｇａ０．５４４Ａｓ第二上クラッド層１１０とｐ−Ｉｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6半導体層１１１に対しては、十分な電流狭窄性を有し、長期の熱的・電気的ストレスにも安定なショットキー接合を得ることができた。
【００８５】
これは、Ａｌ材料は酸素を含む雰囲気中においては、極めて容易、かつ急速に酸化が進んでしまうが、そのＡｌ層はｐ側電極の最下層に形成し、さらにその上を拡散防止層として作用するＰｔと最上層となるＡｕという２種類のどちらも非常に酸化しにくい材料層で被覆したことに大きく起因する。
【００８６】
上述のように、この第一実施形態におけるｐ側電極の構成を用いることにより、信頼性も含めて良好な電気的特性を有する半導体レーザ素子を実現することができた。
【００８７】
さらに、本第一実施形態の半導体レーザ素子においては、リッジ側に設けられたｐ側電極の最下層にＡｌを使用することで、良好な光学的特性をも有する半導体レーザ素子を実現することに成功した。以下、この点について詳細に説明する。
【００８８】
一般に、リッジ導波型の半導体レーザ素子においては、リッジ部側に形成される電極材料として、合金化が不要で電極材料の半導体層中への深い拡散を気にせずにすむＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順に積層した電極構成が用いられることが多い。
【００８９】
これは、リッジ埋め込み型の半導体レーザ素子において多用されるＡｕＺｎ合金は、アロイ（合金化）処理を行うことによって良好なオーミック接合を得ることができる一方で、電極を構成する金属原子の拡散が急速、かつスパイク状に進行し、拡散した金属原子に起因する内部散乱や吸収損失の増加、加えて拡散の進行に伴う結晶性の悪化に起因する信頼性の低下を引き起こすことが懸念されるが、電極位置が活性層に近いリッジ導波型半導体レーザ素子では、特に顕著にその影響が発現する可能性が高く、それを避けるためである。
【００９０】
しかしながら、合金化が不要なＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、本第一実施形態に示したようなショットキー接合を用いた電流狭窄を行う半導体レーザ素子に適用した場合、別の問題が発生することが分かってきた。すなわち、ＴｉやＰｔの屈折率の値が、半導体レーザ素子を構成する半導体層の屈折率の値と極めて近しいため、半導体層内に発振レーザ光を閉じ込める効果が小さくなってしまうのである。
【００９１】
例えば、Ｔｉの屈折率は、波長６５０ｎｍから１．５μｍの範囲でおよそ３．０から３．６であり、Ｐｔが同じく波長６６８ｎｍから１．５μｍの範囲で２．９から５．５である。一方で、リッジ部の外方の垂直方向の実効屈折率も例えば３から３．５程度であり、特にリッジ脇近傍に形成された電極材料の屈折率は、発振するレーザ光の光分布に大きく影響し、その屈折率が半導体層の屈折率と近接していると、電極側に光が漏れたような状態になりがちになる。
【００９２】
電極材料として使用される金属の吸収係数は半導体の吸収係数に比べて一般に１０４から１０５倍も大きいため、このように電極にまで光が漏れてしまうと非常に大きな吸収損失が発生してしまう。そのことによって半導体レーザ素子のスロープ効率を大きく低下させてしまうことが分かった。
【００９３】
それに対して、本第一実施形態でｐ側電極の最下層に使用したＡｌは、波長１００ｎｍから１μｍ超程度までの範囲でおおよそ２以下の屈折率を有する。下表に、ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ  ＯＦ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＨＡＮＤＢＯＯＫ  ＴＨＩＲＤ  ＥＤＩＴＩＯＮの第６章、１２４〜１２５頁から抜粋した蒸着形成されたＡｌ膜の屈折率の値を示す。
【００９４】
表  蒸着Ａｌ膜の屈折率
2006059975.tif 000003
【００９５】
上表から分かるように、半導体レーザ素子を構成する半導体材料の屈折率がおよそ３から３．５程度であるため、半導体レーザとして実用化されている、あるいは実用化されつつある波長４００ｎｍから１．５μｍで発振する光において、Ａｌ材料は半導体材料に対して十分に大きな屈折率差（Δｎ≧１）を持つ。そのことから、Ａｌ材料をリッジ部側に形成する電極として使用すれば、発振したレーザ光を半導体層内に閉じ込める作用を大きくすることが可能となる。このために光が電極まで漏れ出すことを抑制でき、その結果、吸収損失のない高いスロープ効率を有する半導体レーザ素子を実現することができた。
【００９６】
ここで図６に、ｐ側電極におけるＡｌ層の厚さと０次モードの内部損失との関係を示す。このグラフは、波長９００ｎｍ（屈折率１．９６）の光を想定し、従来使用されていたＴｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（５０ｎｍ）／Ａｕ（４００ｎｍ）電極の最下層にさらにＡｌ層を形成したときの内部損失量を計算によりシミュレーションしたものである。図６からわかるように、Ａｌを挿入すれば内部損失が減少し始める。さらに、Ａｌ層の厚さが約３０ｎｍとなるまでは、Ａｌ層厚を厚くするに従って急激に内部損失が低下し、Ａｌの厚さを３０ｎｍとすると、Ａｌを挿入しない時に比べて内部損失を３分の１以下にまで減少させることができる。Ａｌ層の厚みをさらに増加させれば、内部損失はさらに減少するがその程度は緩やかであり、５０ｎｍ以上の厚みになると減少効果はなくなる。
【００９７】
この結果を元に、本第一実施形態ではＡｌ層の厚みを３０ｎｍとして半導体レーザ素子を作製した。併せて従来の電極構成を有する半導体レーザ素子を作製し比較してみると、本実施形態における半導体レーザ素子の異なる共振器長の実素子から算定した内部損失は５ｃｍ−１と、従来のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を使用した場合の実測値である１８ｃｍ−１に比べて、大きく低減させることができた。その結果、本第一実施形態の半導体レーザ素子のスロープ効率は、ショットキー接合を電流狭窄に使用するリッジ導波型であるにもかかわらず１．０Ｗ／Ａ超を実現した。
【００９８】
さらに、本第一実施形態の半導体レーザ素子においては、リッジ部側に形成する電極の最下層にＡｌを適用するだけでなく、拡散防止層としてのＰｔ層を介して最上層であるＡｕ層を形成する電極構成としている。
【００９９】
一般に、電極表面に用いられるＡｕは、低抵抗であることに加えて、酸化しないことにより、圧接を用いて容易に金属間接合を形成することができるというメリットがあり多用されている。しかしながら、本発明のようにＡｌを下層に有するときに直接Ａｕ層を形成すると、Ａｌ・Ａｕ界面にパープルゴールドとも呼ばれるＡｌＡｕ合金層が形成されやすい。このＡｌＡｕ合金層は非常に高抵抗な界面層となり、半導体レーザ素子の直列抵抗を大幅に上昇させてしまうこととなる。
【０１００】
したがって本第一実施形態における電極構成においては、Ａｌ層の上に、Ａｕの拡散防止層として作用させるＰｔを１０ｎｍ形成した。ＰｔはＡｕの良好な拡散防止効果を有し、電極部の抵抗評価を行ったところ、少なくとも５ｎｍ以上のＰｔ層を界面に形成すれば、ＡｌＡｕ合金層の形成による高抵抗化が防げることが分かった。本第一実施形態においては、形成させるＰｔ層の膜厚ばらつきも考慮して１０ｎｍ形成させることとした。このように非常に酸化しにくいＰｔ層とＡｕ層を、Ａｌ層の上部に形成することでｐ側電極最下層のＡｌの酸化を防止している。
【０１０１】
このｐ側電極の形成工程においては、本第一実施形態の製造方法のように、電子ビーム蒸着法などの真空蒸着法や、スパッタ法などが適用できる。このとき、最下層のＡｌ層の堆積から、最上層のＡｕ層の堆積までを、途中で大気中に暴露させることなく、一貫して実施することにより、電極最下層として形成されるＡｌ層を電極形成工程中に酸化させてしまうことがなくなり、電極抵抗の低減が可能となる。
【０１０２】
また、この第一の実施形態の半導体レーザ素子は、前述したようにｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第二上クラッド層１１０とＩｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6半導体層１１１のＺｎドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とすることによって、十分な電流狭窄性を得ることができた。これらのトータルの厚みは０．２１５μｍである。上述のＺｎドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の半導体層のトータルの厚みは、十分な電流狭窄性を実現するために０．２μｍ以上である必要がある。
【０１０３】
なお、本実施形態では、Ｚｎドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の半導体層を２層構造としたが、もちろん１層であっても、あるいは３層以上であっても良い。しかしながら、その最上層は、本実施形態のようにＩｎＧａＡｓＰであることが好ましい。ＩｎＧａＡｓＰ半導体層は、Ａｌを含まないため酸化されにくく、長期の電流狭窄性の維持（信頼性）に大きな効果がある。さらに、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓなどの半導体材料に対してエッチング特性が異なるため、選択エッチングを利用した高精度なリッジ形成が可能となるというメリットもある。
【０１０４】
なお、半導体層中にＡｌを含まないという点では、ＩｎＧａＰを用いることもできるが、特に本実施形態のようにｐ型に適用する場合、ＩｎＧａＰよりもＩｎＧａＡｓＰの方が、ホールに対するバリアが低く、ホール注入効率を向上させることができるという効果がある。
【０１０５】
この第一の実施形態の半導体レーザ素子では、第二上クラッド層１１０と組成は同一であるが、ドーピング濃度を高めたｐ−Ａｌ0.456Ｇａ0.544Ａｓ第一上クラッド層１０９（層厚：０．２μｍ、Ｚｎドーピング濃度：１．３５×１０１８ｃｍ−３）を第二上クラッド層１１０と活性層１０６の間に設けており、この層の厚みを変更することによって、所望の光学特性が得られるように調整している。もちろん、厚みだけでなく組成について変更しても良い。
【０１０６】
本実施形態のように、良好な電流狭窄のために設けたｐ型ドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の半導体層１１０，１１１に対して、より活性層側に、ドーピング濃度を高めた半導体層１０８，１０９を形成する構成を採用することによって、必要以上の素子抵抗を抑制し、素子特性の悪化を防ぐことができた。
【０１０７】
これまでの説明においては、本発明の電極構成をｐ型半導体層に対するオーミック接合およびショットキー接合に適用した例を示してきたが、ｎ型半導体層に対してであっても同様の効果が得られることはもちろんである。
【０１０８】
本実施形態の半導体レーザ素子は、これまで説明して来た通り、半導体層に対して１以上の屈折率差を有するＡｌを最下層とし、最上層のＡｕがＡｌと反応して高抵抗な界面層が形成されることを防止するＰｔを間に有する電極をリッジ側に有することが特徴である。上記電極構造は、５×１０１８ｃｍ−３以上、好ましくは、１×１０１９ｃｍ−３以上にドーピングされたコンタクト層に対して、低いコンタクト抵抗を有するオーミック接合を得ることができるとともに、１×１０１７ｃｍ−３以下にドーピングされた半導体層に対しては、十分な電流狭窄性が実現できる。さらに、上記電極構成によれば、発振したレーザ光を半導体層中に閉じ込める作用が大きく、光が電極にまで漏れてしまうことに起因する内部損失の増加がない。
【０１０９】
これらのことから、電流狭窄を行うための埋め込み層（電流ブロック層）の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行わずとも、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗をもつ半導体レーザ素子とその製造方法を提供することが可能となった。
【０１１０】
さらに、上述のような構造および製造方法とすることによって、この第一の実施形態における半導体レーザ素子は、リッジ側に設けられた電極（特にリッジの最上部以外の領域に設けられた電極）に発振レーザ光が漏れ出さないようにできたため、内部散乱や吸収損失の増加をなくすことが可能となった。したがって、高いスロープ効率を有し、低閾値電流で発振できるため低消費電力、高出力動作が可能な半導体レーザ素子を、従来に比べて圧倒的に安価に製造できるようになった。
【０１１１】
なお、本実施形態においては、活性層とクラッド層の間にガイド層を有するＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造を用いたが、もちろん本発明は上述した構造に限られるものではない。例えば、結晶成長を円滑に行うための中間層を追加するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での、各々の層厚、材料の変更等を加え得ることは当然である。
【０１１２】
〔第二実施形態〕
図７は、本発明にかかる光ディスク装置２００の構造の一例を示したものである。これは光ディスク２０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した第一の実施の形態の構成を使用した波長７８０ｎｍ帯で発振する半導体レーザ素子２０２を備えている。
【０１１３】
この光ディスク装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、半導体レーザ素子２０２から出射された信号光Ｌがコリメートレンズ２０３により平行光とされ、ビームスプリッタ２０４を透過しλ／４偏光板２０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ２０６で集光されて光ディスク２０１に照射される。読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク２０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク２０１の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ２０６、λ／４偏光板２０５を経た後、ビームスプリッタ２０４で反射されて９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ２０７で集光され、信号検出用受光素子２０８に入射する。信号検出用受光素子２０８内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路２０９において元の信号に再生される。
【０１１４】
この第二実施形態の光ディスク装置では、低コストで製造でき、かつ高い発振効率で動作し、しかも低い素子抵抗を有する半導体レーザ素子２０２を用いているため、消費電力を大幅に削減することが可能となった。従って、より環境に対する負荷の少ない光ディスク装置を安価に提供することができる。
【０１１５】
なお、ここでは第一実施形態の構成を使用した半導体レーザ素子２０２を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長７８０ｎｍ帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯（例えば６５０ｎｍ帯）の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１１６】
〔第三実施形態〕
図８は、本発明の第三実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュール３００を示す断面図である。また、図９は光源の部分を示す斜視図であり、図１０は、光伝送システムの概略図である。この第三実施形態では、光源として第一実施形態で説明した発振波長８９０ｎｍのＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ素子（レーザチップ）３０１を、また受光素子３０２としてシリコン（Ｓｉ）のｐｉｎフォトダイオードを用いている。詳しくは後述するが、通信を行う双方の側（例えば、端末とサーバ）にそれぞれ同じ光伝送モジュール３００を備えることにより、双方の光伝送モジュール３００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。
【０１１７】
図８において、回路基板３０６上には、半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示のとおり、レーザチップ３０１を搭載する部分には深さ３００μｍの凹部３０６ａが設けられている。この凹部３０６ａに、レーザチップ３０１を搭載したレーザマウント（マウント材）３１０をはんだで固定する。レーザマウント３１０の正電極３１２の平坦部３１３（図９参照）は、回路基板３０６上のレーザ駆動用正電極部（図示せず）とワイヤ３０７ａによって電気的に接続される。凹部３０６ａはレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。
【０１１８】
受光素子３０２は、やはり回路基板３０６に実装され、ワイヤ３０７ｂにより電気信号が取り出される。この他に、回路基板３０６上にレーザ駆動用／受信信号処理用のＩＣ回路３０８が実装されている。
【０１１９】
次いで、レーザマウント３１０を搭載した部分に液状のシリコン樹脂３０９を適量滴下する。シリコン樹脂３０９中には、光を拡散させるフィラーが混入されている。シリコン樹脂３０９は表面張力のために凹部３０６ａ内に留まり、レーザマウント３１０を覆い凹部３０６ａに固定する。この第３実施形態では、回路基板３０６上に凹部３０６ａを設け、レーザマウント３１０を実装したが、上述のように、シリコン樹脂３０９は表面張力のためにレーザチップ表面およびその近傍に留まるので、凹部３０６ａは必ずしも設ける必要はない。
【０１２０】
この後、８０℃で約５分間加熱して、ゼリー状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ樹脂モールド３０３により被覆する。レーザチップ３０１の上方には、放射角制御のためのレンズ部３０４が、また、受光素子３０２の上方には信号光を集光するためのレンズ部３０５がそれぞれ一体的にモールドレンズとして形成される。
【０１２１】
次に、レーザマウント３１０について、図９を用いて説明する。図９に示すように、Ｌ字型のヒートシンク３１１にレーザチップ３０１がＩｎ糊剤を用いてダイボンドされている。レーザチップ３０１は、第一実施形態で説明したＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザ素子であり、そのチップ下面３０１ｂには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面３０１ａには低反射膜がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ端面の保護も兼ねている。
【０１２２】
ヒートシンク３１１の基部３１１ｂには正電極３１２が、ヒートシンク３１１と導通しないように絶縁物により固着されている。この正電極３１２とレーザチップ３０１の表面のショットキー接合部上に設けられた電極領域３０１ｃとは、金ワイヤ３０７ｃによって接続されている。上述のように、このレーザマウント３１０を、図７の回路基板３０６の負電極（図示せず）にはんだ固定して、正電極３１２の上部の平坦部３１３と回路基板３０６の正電極部（図示せず）とをワイヤ３０７ａで接続する。このような配線の形成により、レーザビーム３１４を発振により得ることができる光伝送モジュール３００が完成する。
【０１２３】
この第三実施形態の光伝送モジュール３００は、前述の低コストで製造でき、高効率、低素子抵抗な半導体レーザ素子を使用しているため、そのモジュールの消費電力を従来に比べて大幅に低く抑えることができるとともに、モジュール単価を下げることができる。この光伝送モジュール３００を用いた光伝送システムは、低消費電力で動作するため、環境に対する負荷を小さくでき、また低価格で構成できる。また、携帯機器にこの光伝送システムを搭載した際には、バッテリー駆動時間を従来よりも長くでき、より快適に携帯機器を使用することができるようになる。
【０１２４】
上述したように、通信を行う双方の側にそれぞれ同じ光伝送モジュール３００を備えることにより、双方の光伝送モジュール３００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。図１０は、この光伝送モジュール３００を用いた光伝送システムの構成例を示している。この光伝送システムは、部屋の天井に設置された基地局３１５に上記光伝送モジュール３００を備えるとともに、パーソナルコンピュータ３１６に上記と同じ光伝送モジュール（区別のために符号３００’で表す。）を備えている。パーソナルコンピュータ３１６側の光伝送モジュール３００’の光源から情報を持って発した光信号は、基地局３１５側の光伝送モジュール３００の受光素子によって受信される。また、基地局３１５側の光伝送モジュール３００の光源から発した光信号は、パーソナルコンピュータ３１６側の光伝送モジュール３００’の受光素子によって受信される。このようにして、光（赤外線）によるデータ通信を実現することができる。
【０１２５】
尚、本発明の半導体レーザ装置、光ディスク装置および光伝送システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではない。たとえば井戸層・障壁層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の断面模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、結晶成長後に、リッジ形成用のフォトマスクを設けた状態を表す。
【図３】本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、リッジ形成のためのエッチング工程後の状態を表す。
【図４】本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、ｐ側電極の蒸着工程後の状態を表す。
【図５】本発明の第一実施形態の半導体レーザ素子のリッジ構造周辺の拡大模式図である。
【図６】Ａｌ電極の厚さと内部損失の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第二実施形態の光ディスク装置の概略図である。
【図８】本発明の第三実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュールの概略図である。
【図９】本発明の第三実施形態の光伝送システムにかかる光源の斜視図である。
【図１０】本発明の第三実施形態の光伝送システムの構成例を示す斜視図である。
【図１１】従来の半導体レーザ素子とその製造方法を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０３  ｎ−ＡｌＧａＡｓ第一下クラッド層
１０４  ｎ−ＡｌＧａＡｓ第二下クラッド層
１０５  ＡｌＧａＡｓ下ガイド層
１０６  多重歪量子井戸活性層
１０７  ＡｌＧａＡｓ第一上ガイド層
１０８  ｐ−ＡｌＧａＡｓ第二上ガイド層
１０９  ｐ−ＡｌＧａＡｓ第一上クラッド層
１１０  ｐ−ＡｌＧａＡｓ第二上クラッド層
１１１  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層
１１２  ｐ−ＡｌＧａＡｓ第二上クラッド層
１１３  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１４  ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層
１１５  ｐ側電極
１１５ａ  Ａｌ層
１１５ｂ  拡散防止層
１１５ｂ  Ａｕ層
１１６  ｎ側電極
１１７  フォトレジスト
１１７ａ  リッジ形成領域
１１７ｂ  リッジ形成外領域
１３０  リッジ
２００  光ディスク装置
２０１  光ディスク
２０２  半導体レーザ素子
２０３  コリメートレンズ
２０４  ビームスプリッタ
２０５  λ／４偏光板
２０６  対物レンズ
２０７  受光素子用対物レンズ
２０８  信号検出用受光素子
２０９  信号光再生回路
３００、３００’  光伝送モジュール
３０１  半導体レーザ素子（レーザチップ）
３０１ａ  低反射膜
３０１ｂ  高反射膜
３０１ｃ  ショットキー接合している電極領域
３０２  受光素子
３０３  エポキシ樹脂モールド
３０４、３０５  レンズ部
３０６  回路基板
３０６ａ  凹部
３０７ａ、ｂ、ｃ  ワイヤ
３０８  ＩＣ回路
３０９  シリコン樹脂
３１０  レーザマウント
３１１  ヒートシンク
３１１ｂ  基部
３１２  正電極
３１３  平坦部
３１４  レーザビーム
３１５  基地局
３１６  パーソナルコンピュータ
４０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
４０２  ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層
４０３  ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸活性層
４０４  ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層
４０５  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
４０６  ｐ電極
４０７  ｎ電極
４０８  ショットキー接合部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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