(57)【要約】【課題】発光効率の低下を抑制することにより、動作電流の増大を防止できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板１１上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２、量子井戸活性層１３、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１５が形成されている。ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の上部とｐ型ＧａＡｓキャップ層１５は、共振器方向に延びるリッジストライプ部３０を構成している。リッジストライプ部３０の両側にはｎ型電流ブロック層１６が形成されている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５は共振器端面２１近傍を除いて形成されている。リッジストライプ部３０共振器端面２１近傍の無秩序化領域２３の幅は、リッジストライプ部３０の無秩序化領域２３以外の部分の幅と略一致する。【選択図】図１
2006165455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された量子井戸活性層と、
上記量子井戸活性層上に形成された第２導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に共振器端面近傍を除いて形成された第２導電型のキャップ層と、
上記上クラッド層の少なくとも一部と上記キャップ層の少なくとも一部とから成って所定のパターン幅で共振器方向に延びるリッジストライプ部と、
上記リッジストライプ部の両側面から挟むように形成され、上記リッジストライプ部の屈折率よりも大きな屈折率を有する電流ブロック層と
を備え、
上記リッジストライプ部の上記共振器端面近傍の部分における幅は、上記リッジストライプ部の共振器方向の中央部における幅と略一致する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、
上記量子井戸活性層の上記共振器端面近傍の部分におけるバンドギャップは、上記量子井戸活性層の共振器方向の中央部におけるバンドギャップよりも広いことを特徴とすることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体基板はＧａＡｓからなり、
上記下クラッド層および上記上クラッド層はＡｌＧａＡｓからなり、
上記キャップ層はＧａＡｓからな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に記載の半導体レーザ素子において、
上記上クラッド層の上記共振器端面近傍の部分上に形成されたＳｉＯ2膜を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された量子井戸活性層と、
上記量子井戸活性層上に形成された第２導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に共振器端面近傍を除いて形成された第２導電型のキャップ層と、
上記上クラッド層の少なくとも一部と上記キャップ層の少なくとも一部とから成って所定のパターン幅で共振器方向に延びるリッジストライプ部と、
上記リッジストライプ部の両側面から挟むように形成され、上記リッジストライプ部の屈折率よりも大きな屈折率を有する電流ブロック層と
を備えた半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記リッジストライプ部を形成した後、上記キャップ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６】
請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記下クラッド層、量子井戸活性層、上クラッド層およびキャップ層を一貫した連続成長で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７】
請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記ストライプ部はフォトリソグラフ法を用いた選択的ウェットエッチングで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８】
請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記キャップ層を形成した後、上記上クラッド層の上記共振器端面近傍の部分上に形成されたＳｉＯ2膜を形成して、上記ＳｉＯ2膜に熱プロセスを施すことにより、上記量子井戸活性層の上記共振器端面近傍の領域を無秩序化することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ディスクへの情報の再生や記録などに用いられる半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものであり、特に高出力動作の特性に優れた窓構造半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザ素子が広汎に利用されている。とりわけ、高出力半導体レーザ素子は、ディスクへの情報書き込み用光源として用いられており、さらなる高出力化が強く求められている。
【０００３】
半導体レーザ素子の高出力化を制限している要因の一つは、共振器端面近傍の活性層領域での光出力密度の増加に伴って発生するＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage：光学損傷）である。このＣＯＤの発生原因は、活性層の共振器端面近傍の部分が光に対する吸収領域になっているためである。
【０００４】
より詳しく説明すると、上記共振器端面では、表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心が多く存在する。このような状態で活性層の共振器端面近傍の部分にキャリアを注入すると、そのキャリアは上記非発光再結合によって失われる。このため、上記活性層の共振器端面近傍の部分は、活性層の共振器方向の中央部に比べてキャリア密度が少なくなってしまう。その結果、上記活性層の共振器方向の中央部における高い注入キャリア密度によって作られる光の波長に対して、活性層の共振器端面近傍の部分はＣＯＤの発生原因となる吸収領域になる。
【０００５】
上記吸収領域では光出力密度が高くなると局所的発熱が大きくなり、温度が上がってバンドギャップエネルギーが縮小する。その結果、上記吸収領域の吸収係数が更に大きくなって、吸収領域の温度が上昇するという正帰還がかかり、吸収領域の温度がついに融点にまで達すると、ＣＯＤが発生する。
【０００６】
上記ＣＯＤレベルを向上させる方法としては、多重量子井戸活性層の無秩序化による窓構造を利用する手法がとられてきた。これは、上記多重量子井戸活性層の共振器端面近傍の部分におけるバンドギャップを選択的に多重量子井戸活性層の共振器方向の中央部のバンドギャップよりも広げ、レーザ発振光の吸収を抑えることを目的に、多重量子井戸活性層に不純物を局所的に拡散し、薄膜間の原子配列を乱す（無秩序化）ことにより、多重量子井戸活性層における実効的なバンドギャップを局所的に広げることを利用した方法である。
【０００７】
従来、上記多重量子井戸活性層の無秩序化による窓構造を採用した半導体レーザ素子としては、特許文献１（特開平５−１６７１８６号公報）に記載されたものがある。この半導体レーザ素子は、横モード制御機構をもったＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子である。
【０００８】
図７に、上記特許文献１の半導体レーザ素子の構造を模式的に示す。
【０００９】
上記半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１上に、ｎ型クラッド層１１２、導電型を形成するための不純物を含まない多重量子井戸活性層１１３、ｐ型クラッド層１１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５がこの順で形成されている。
【００１０】
上記多重量子井戸活性層１１３の共振器端面近傍には、原子配列が乱された無秩序化領域１２３が形成されている。
【００１１】
上記ｐ型クラッド層１１４の上部とｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５とは、共振器方向に延びるリッジストライプを構成している。このリッジストライプの両側には電流ブロック層１１６が形成されている。また、上記ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５は共振器端面近傍を除いて形成されている。
【００１２】
上記ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５上にはｐ側電極１１７が形成されている一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１下にはｎ側電極１１８が形成されている。
【００１３】
以下、上記半導体レーザ素子の製造方法について図８〜図１２にしたがって手順を追って説明する。
【００１４】
まず、図８に示すｎ型ＧａＡｓ基板１１１上に、ｎ型クラッド層１１２、導電型を形成する不純物を含まない多重量子井戸活性層、ｐ型クラッド層１１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層を順に積層し、ダブルヘテロ構造を形成する。
【００１５】
次に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層から約５０μｍの幅の一部を除去する。これにより、互いに平行な少なくとも２本の溝１１５ａを有するｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５が形成され、その溝１１５ａからｐ型クラッド層１１４の表面の一部が露出する。また、上記溝１１５ａは、最終的な共振器方向に直行する方向に延在する。なお、上記溝１１５ａ同士の間隔は、設計された共振器長の長さに基づいて設定する。
【００１６】
次に、上記溝１１５ａから露出したｐ型クラッド層１１４上のみにＳｉＯ2膜１０１を形成した後、例えばＡｓ雰囲気中で８５０℃３時間の熱処理を行う。これにより、上記多重量子井戸活性層において、誘電体膜（ＳｉＯ2膜１０１）の下方に位置する部分が無秩序化される。つまり、無秩序化領域１２３を有する多重量子井戸活性層１１３が得られる。この際、上記ＳｉＯ2膜１０１下にはＳｉの拡散抑制層として働くｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５がないので、熱処理の効果を高めることできている。
【００１７】
次に、上記ＳｉＯ2膜１０１をウェットエッチングにて除去した後、新たに全面にＳｉＯ2膜を形成し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、図９に示すように、共振器方向に平行に数μｍ幅のストライプ形状のＳｉＯ2膜１０２を形成する。
【００１８】
次に、上記ＳｉＯ2膜１０２を保護マスクとし、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５を選択的にウェットエッチングする。これにより、図１０に示すように、ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５が得られる。この際、Ａｌを組成に多く含むｐ型クラッド層１１４との選択的エッチングを行なうため、過酸化水素水とアンモニアを主成分とするエッチング溶液を使用する。
【００１９】
次に、上記エッチング溶液でエッチングされたｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５を保護マスクとし、例えば、燐酸と過酸化水素水を主成分とするエッチング溶液を使用し、ｐ型クラッド層１１４をエッチングする。この際、上記ｐ型クラッド層１１４において層厚０．２〜０．３μｍの部分が残るようにエッチング時間を制御することによって、図１１に示すように、高出力動作時でも安定した単一横モードを維持できる横方向の屈折率分布を持つメサ形状のリッジストライプを形成する。
【００２０】
次に、上記リッジストライプの側面を覆うように、図１２に示すｎ型電流ブロック層１１６をＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法などを用いて成長させる。この電流ブロック層１１６をｎ型ＧａＡｓ層などにすれば、電流ブロック層１１６を形成しても、ＳｉＯ2膜１０２上には電流ブロック層１１６が結晶成長せず、ＳｉＯ2膜１０２が露出したままとなるので、次工程のＳｉＯ2膜１０２の除去を容易に行うことができる。
【００２１】
次に、上記ＳｉＯ2膜１０２を除去した後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５上にｐ側電極１１７を形成する一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１下にｎ側電極１１８を形成する。
【００２２】
最後に、上記無秩序化領域１２３の中心部付近を通り、かつ、共振器方向に垂直な面で劈開することにより、図７に示す構造をもつ半導体レーザ素子が完成する。
【００２３】
このように製造された半導体レーザ素子によれば、多重量子井戸活性層１１３が無秩序化領域１２３を共振器端面近傍に有していることにより、高出力動作時でも活性層内での発熱が抑えられ、安定動作を果たすことができる。
【００２４】
また、上記共振器端面近傍にｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５がないことにより、無秩序化領域１２３の上方に位置する部分のオーミック抵抗が大きくなる。したがって、上記無秩序化領域１２３へ電流が流れにくくなるので、さらなる安定動作を果たすことができる。
【００２５】
ところで、上記半導体レーザ素子では、図１０に示すｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５を形成するためのウェットエッチングを行うと、サイドエッチが発生する。このため、上記リッジストライプを形成すると、多重量子井戸活性層１１３において無秩序化されていない部分の上方では、図１３に示すように、ＳｉＯ2膜１０２の下部幅はｄ０であるが、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５の下部幅はｄ０よりも小さいｄｃとなると共に、ｐ型クラッド層１１４の上部幅もｄ０より小さいｄ１となる。一方、上記無秩序化領域１２３の上方では、ｐ型クラッド層１１４の上部幅はｄ１よりも大きいｄ２となる。
【００２６】
したがって、上記半導体レーザ素子の共振器端面近傍における導波路の幅に対して半導体レーザ素子の内部における導波路の幅が異なることになるので、導波路における光の減衰をもたらし、発光効率の減少ひいては高出力時のＩｏｐ（動作電流）の増大を引き起こしてしまう。
【特許文献１】特開平５−１６７１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
そこで、本発明の課題は、発光効率の低下を抑制することにより、動作電流の増大を防止できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するため、第１の発明の半導体レーザ素子は、
第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された量子井戸活性層と、
上記量子井戸活性層上に形成された第２導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に共振器端面近傍を除いて形成された第２導電型のキャップ層と、
上記上クラッド層の少なくとも一部と上記キャップ層の少なくとも一部とから成って所定のパターン幅で共振器方向に延びるリッジストライプ部と、
上記リッジストライプ部の両側面から挟むように形成され、上記リッジストライプ部の屈折率よりも大きな屈折率を有する電流ブロック層と
を備え、
上記リッジストライプ部の上記共振器端面近傍の部分における幅は、上記リッジストライプ部の共振器方向の中央部における幅と略一致することを特徴としている。
【００２９】
本明細書において、第１導電型とは、ｐ型またはｎ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がｐ型の場合はｎ型、ｎ型の場合はｐ型を意味する。
【００３０】
上記構成の半導体レーザ素子によれば、上記リッジストライプ部の共振器端面近傍の部分における幅を、リッジストライプ部の共振器方向の中央部における幅と略一致させることにより、共振器端面間における光の減衰が少なくなる。その結果、発光効率が高まるので、高出力時のＩｏｐを小さくすることができる。
【００３１】
また、上記上クラッド層上に、共振器端面近傍を除いてキャップ層を形成することにより、共振器端面への電流の流入量が少なくなる。その結果、高出力動作時の共振器端面での発熱が抑えられ、安定した動作を得ることができる。
【００３２】
一実施形態の半導体レーザ素子では、上記量子井戸活性層の上記共振器端面近傍の部分におけるバンドギャップは、上記量子井戸活性層の共振器方向の中央部におけるバンドギャップよりも広い。
【００３３】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記量子井戸活性層の共振器端面近傍の部分におけるバンドギャップを、量子井戸活性層の共振器方向の中央部におけるバンドギャップよりも広くすることにより、量子井戸活性層の共振器端面近傍の部分でのレーザ発振光の吸収が抑えられるから、ＣＯＤレベルを向上できる。
【００３４】
一実施形態の半導体レーザ素子では、上記半導体基板はＧａＡｓからなり、上記下クラッド層および上記上クラッド層はＡｌＧａＡｓからなり、上記キャップ層はＧａＡｓからなる。
【００３５】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記上クラッド層がＡｌＧａＡｓからなり、キャップ層がＧａＡｓからなるので、上クラッド層およびキャップ層を簡易なウェットエッチングにより得ることができる。
【００３６】
また、上記半導体基板がＧａＡｓからなり、下クラッド層がＡｌＧａＡｓからなるので、下クラッド層の結晶性を向上できる。
【００３７】
一実施形態の半導体レーザ素子では、上記上クラッド層の上記共振器端面近傍の部分上に形成されたＳｉＯ2膜を備える。
【００３８】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記上クラッド層の共振器端面近傍の部分上にＳｉＯ2膜を形成することにより、共振器端面への電流の流入量がより少なくなる。その結果、高出力動作時の共振器端面での発熱がより抑えられ、より安定した動作を得ることができる。
【００３９】
第２の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された量子井戸活性層と、
上記量子井戸活性層上に形成された第２導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に共振器端面近傍を除いて形成された第２導電型のキャップ層と、
上記上クラッド層の少なくとも一部と上記キャップ層の少なくとも一部とから成って所定のパターン幅で共振器方向に延びるリッジストライプ部と、
上記リッジストライプ部の両側面から挟むように形成され、上記リッジストライプ部の屈折率よりも大きな屈折率を有する電流ブロック層と
を備えた半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記リッジストライプ部を形成した後、上記キャップ層を形成することを特徴としている。
【００４０】
上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記リッジストライプ部を例えばウエットエッチングで形成する場合、まず、半導体基板上に、上記下クラッド層にすべき第１材料層と、上記量子井戸活性層にすべき第２材料層と、上記上クラッド層にすべき第３材料層と、上記キャップ層にすべき第４材料層とをこの順で積層する。次に、上記第４材料層上にエッチングマスクを形成した後、そのエッチングマスクを用いて上記第３材料層および上記第４材料層をエッチングして、上記リッジストライプ部を形成する。次に、上記エッチングで成形された第４材料層の一部を除去して、キャップ層を形成する。
【００４１】
このように、上記キャップ層を形成する前に、リッジストライプ部を形成することにより、エッチングマスクが第４材料層のみに接触する状態で、エッチングマスクを用いたウエットエッチングを行える。このウエットエッチングを行うことによって、リッジストライプ部の共振器端面近傍の部分における幅を、リッジストライプ部の共振器方向の中央部における幅に略一致させることができる。したがって、上記共振器端面間における光の減衰が少なくなる結果、発光効率が高まるので、高出力時のＩｏｐを小さくすることができる。
【００４２】
また、上記上クラッド層上に、共振器端面近傍を除いてキャップ層を形成することにより、共振器端面への電流の流入量が少なくなる。その結果、高出力動作時の共振器端面での発熱が抑えられ、安定した動作を得ることができる。
【００４３】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記下クラッド層、量子井戸活性層、上クラッド層およびキャップ層を一貫した連続成長で形成する。
【００４４】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記下クラッド層、量子井戸活性層、上クラッド層およびキャップ層を一貫した連続成長で行うことにより、少ない結晶成長で各結晶界面での電気抵抗を下げることができる。
【００４５】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ストライプ部はフォトリソグラフ法を用いた選択的ウェットエッチングで形成する。
【００４６】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記フォトリソグラフ法を用いた選択的ウェットエッチングによってストライプ部を形成することにより、ストライプ部の形成を簡単にすることができる。
【００４７】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記キャップ層を形成した後、上記上クラッド層の上記共振器端面近傍の部分上に形成されたＳｉＯ2膜を形成して、上記ＳｉＯ2膜に熱プロセスを施すことにより、上記量子井戸活性層の上記共振器端面近傍の領域を無秩序化する。
【００４８】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記量子井戸活性層の上記共振器端面近傍の領域を無秩序化することにより、量子井戸活性層の共振器端面近傍の部分におけるバンドギャップが、量子井戸活性層の共振器端面近傍以外の部分におけるバンドギャップよりも広くなる。その結果、上記量子井戸活性層の共振器端面近傍の部分でのレーザ発振光の吸収が抑えられるから、ＣＯＤレベルを向上できる。
【発明の効果】
【００４９】
第１の発明の半導体レーザ素子は、リッジストライプ部の共振器端面近傍の部分における幅を、リッジストライプ部の共振器方向の中央部における幅と略一致させることによって、共振器端面間における光の減衰が少なくなるので、発光効率が高まる。その結果、高出力時のＩｏｐを小さくすることができる。
【００５０】
第２の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、リッジストライプ部を形成した後、キャップ層を形成することによって、リッジストライプ部の共振器端面近傍の部分における幅が、リッジストライプ部の共振器方向の中央部における幅と略一致するので、共振器端面間における光の減衰が少なくなる。その結果、発光効率が高まるので、高出力時のＩｏｐを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の半導体レーザ素子およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５２】
図１に、本発明の一実施の形態の実屈折率型半導体レーザ素子の構造を模式的に示す。
【００５３】
上記実効屈折率型半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２、導電型を与えるための不純物を含まない多重量子井戸活性層１３、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１５を備えている。
【００５４】
上記多重量子井戸活性層１３の共振器端面２１近傍の部分は、原子配列が乱された無秩序化領域２３となっている。
【００５５】
上記ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の上部とｐ型ＧａＡｓキャップ層１５は、共振器方向に延びるメサ形状のリッジストライプ部３０を構成している。このリッジストライプ部３０の両側には、共振器端面２１近傍を除いてｎ型電流ブロック層１６が形成されている。また、上記ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５も共振器端面２１近傍を除いて形成されている。そして、上記ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の共振器端面２１近傍の部分上にはＳｉＯ2膜４が形成されている。
【００５６】
上記リッジストライプ部３０の共振器方向に垂直な幅は、一方の共振器端面２１から他方の共振器端面２１まで略一定となっている。つまり、上記リッジストライプ部３０の共振器方向に垂直な幅は、共振器端面２１に垂直な面内において略一定である。より詳しくは、上記ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の上部とｐ型ＧａＡｓキャップ層１５とに関して、共振器方向に垂直な幅は共振器端面２１に垂直な面内において略一定である。
【００５７】
上記ＳｉＯ2膜４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５およびｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１６上にはｐ側電極１７が形成されている一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１下にはｎ側電極１８が形成されている。
【００５８】
本実施の形態では、ｎ型ＧａＡｓ基板１１が第１導電型の半導体基板の一例であり、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２が第１導電型の下クラッド層の一例であり、多重量子井戸活性層１３が量子井戸活性層の一例であり、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４が第２導電型の上クラッド層の一例であり、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５の第２導電型キャップ層の一例であり、ｎ型電流ブロック層１６が電流ブロック層の一例である。また、上記多重量子井戸活性層１３における無秩序化領域２３間の領域が、量子井戸活性層の共振器方向の中央部の一例である。
【００５９】
以下、上記半導体レーザ素子の製造方法について図２〜図６にしたがって手順を追って説明する。なお、図２から図６までは、図１の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程をプロセス順に並べた模式図面である。
【００６０】
まず、図２に示す面方位（１００）のｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２（厚さ１．５μｍ）、導電型を与えるための不純物を含まない多重量子井戸活性層１３、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４（厚さ１．５μｍ）およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１５（厚さ０．７μｍ）を、結晶成長装置を用いて順次結晶成長して積層する。このとき、上記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２からｐ型ＧａＡｓキャップ層１５までを一貫して連続成長することにより、各結晶界面での抵抗が抑えることができる。
【００６１】
上記多重量子井戸活性層１３は、例えば、ＧａＡｓ井戸層とＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ障壁層とを交互に積層することで形成する。
【００６２】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を活用し、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５上に、例えば、幅６μｍ、膜厚１μｍのストライプ形状のフォトレジスト２を形成する。このフォトレジスト２の幅は、得るべき半導体レーザ素子の放射特性を決定するファクタである。
【００６３】
次に、上記ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５およびｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４に、フォトレジスト２をマスクに用いた公知のウェットエッチングを行う。これにより、上記ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５においてフォトレジスト２で被覆されていない部分と、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の一部とがエッチング除去されて、図３に示すｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１５が形成される。このとき、上記ウエットエッチングは、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の途中（例えば残し層厚０．３μｍ）まで行う。上記ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１４の残し層厚は、高出力動作時でも安定した単一横モードを維持できる横方向の屈折率分布を持つメサ形状のリッジストライプを形成するための設計値である。
【００６４】
上記ウェットエッチングは、例えば、硫酸と過酸化水素を含むエッチング液を用いて行う。
【００６５】
次に、上記フォトレジスト２を取り除いた後、図４に示すように、再度全面に膜厚１μｍとなるフォトレジストを塗布し、公知のフォトリソグラフィー技術を活用することにより、例えば６０μｍ幅のストライプ形状の開口部３ａを有するフォトレジスト３を形成する。上記開口部３ａ下の領域には、最終的に、共振器端面および無秩序化領域２３（図６参照）が形成される。最終的には、上記開口部３ａ下の領域の中心線を含む面で劈開することにより、共振器の両端に３０μｍずつの無秩序化領域を有する半導体レーザ素子レーザ素子となる。
【００６６】
次に、アンモニアを含むエッチング液を使って開口部３ａから露出しているｐ型ＧａＡｓキャップ層１５をエッチング除去して、図５に示すｐ型ＧａＡｓキャップ層１５を形成する。このとき、上記エッチング液の選択性により、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４はほとんど浸蝕されず、ストライプ形状のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の幅はフォトレジスト３で覆われた領域に対して略一致する。つまり、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４において、フォトレジスト３で覆われている部分の幅がフォトレジスト３で覆われていない部分と略一致する。
【００６７】
次に、例えば３０００ÅのＳｉＯ2膜を公知の技術を用いて全面に成膜した後、フォトレジスト３と、フォトレジスト３上のＳｉＯ2膜とをリフトオフ除去する。これにより、図５に示すストライプ形状のＳｉＯ2膜４が形成される。
【００６８】
次に、上記ＳｉＯ2膜４に例えば８５０℃３時間の熱処理を加える。これにより、図６に示すように、ＳｉＯ2膜４の下方の領域（最終的に共振器端面を形成する量子井戸活性領域）が効率的に無秩序化され、共振器端面近傍領域のバンドギャップが共振器内部領域でのそれよりも広くなる。
【００６９】
図６は、上記熱処理を加えた後の図５の積層体を、ＳｉＯ2膜４のストライプ形状幅の略中央線を含み、かつ、リッジストライプが延びる方向に垂直な面によって劈開した際の模式図面である。
【００７０】
次に、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１５上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層を例えばＭＯＣＶＤ法を用いて１．５μｍ結晶成長した後、公知の技術を使用し、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５上のｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層を除去する。これにより、図１に示すｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１６が得られる。このｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１６は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１５の両側面を実質的に隙間なく覆う。
【００７１】
次に、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下面を研磨し、これまでの工程で形成した積層構造を有するウエハ全体の厚さを１２０μｍ程度する。
【００７２】
最後に、上記ＳｉＯ2膜４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５およびｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１６上にｐ側電極１７を形成する一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１１下にｎ側電極１８を形成する。
【００７３】
上述した積層構造を作製した後、ＳｉＯ2膜４のストライプ形状幅の略中央線を含み、かつ、リッジストライプが延びる方向に垂直な面によってｎ型ＧａＡｓ基板１１を劈開することにより、共振器端面を形成して、チップに分割する。
【００７４】
このように製造された本実施の形態の実効屈折率型半導体レーザ素子によれば、共振器端面２１近傍に形成された無秩序化領域２３のバンドギャップが、共振器内部領域（多重量子井戸活性層１３の無秩序化領域２３以外の領域）のバンドギャップも広くなる。その結果、上記共振器端面２１近傍でのレーザ発振光の吸収を抑えることができ、ＣＯＤレベルを向上できる。
【００７５】
また、上記共振器端面２１近傍ではｐ型ＧａＡｓキャップ層１５が除去されているため、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の共振器端面２１近傍の部分には電流が広がらず、共振器端面２１への電流の流入量を少なくすることができる。その結果、高出力動作時の共振器端面２１での発熱が抑えられ、安定した動作を果たすことができる。
【００７６】
また、上記無秩序化領域２３を得るために形成したＳｉＯ2膜４の絶縁性と、共振器端面２１近傍ではｐ型ＧａＡｓキャップ層１５が除去されていることとの相乗効果により、共振器端面２１への電流の流入量を極めて少なくすることができる。その結果、高出力動作時の共振器端面２１での発熱がより抑えられ、より安定した動作を果たすことができる。
【００７７】
さらに、上記リッジストライプ部３０の共振器方向に垂直な幅が一方の共振器端面２１から他方の共振器端面２１まで略一定となっていることによって、共振器端面２１近傍での光の減衰が少なくなり、発光効率が高くなる。その結果、高出力時のＩｏｐを低減することができる。
【００７８】
上記実施の形態における材料、幅、層厚およびＡｌ組成比は一例であり、これに本発明が限定されない。
【００７９】
また、本発明の半導体レーザ素子は、共振器端面に保護膜が形成されたものでもよい。
【００８０】
また、本発明の半導体レーザ素子は、電流ブロック層の一例として絶縁層を備えたものでもよい。
【００８１】
また、本発明の半導体レーザ素子ではｐ型半導体基板を用いてもよい。このｐ型半導体基板を用いる場合、ｐ型半導体基板上に、ｐ型下クラッド層、量子井戸活性層、ｎ型上クラッドおよびｎ型キャップ層をこの順で形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は本発明の実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の模式構造図である。
【図２】図２は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図３】図３は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図４】図４は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図５】図５は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図６】図６は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図７】図７は従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の模式構造図である。
【図８】図８は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図９】図９は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図１０】図１０は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図１１】図１１は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図１２】図１２は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式図である。
【図１３】図１３は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式断面図である。
【図１４】図１４は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの１つの工程の模式断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
２，３  フォトレジスト
４  ＳｉＯ2膜
１１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１２  ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層
１３  量子井戸活性層
１４  ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層
１５  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１６  ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層
１７  ｐ側電極
１８  ｎ側電極
２１  共振器端面
２３  無秩序化領域
３０  リッジストライプ部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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