(57)【要約】【課題】活性層における電力変換効率を悪化させることなく、かつ電極とキャップ層との接触抵抗を低減可能とする半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１は、互いに対向する第１の面１ａ及び第２の面１ｂを有する第１導電型の半導体基板１と、第１の面１ａの上方に形成された第１導電型のクラッド層４と、クラッド層４上に形成された活性層５と、活性層４上に形成された第２導電型のクラッド層６と、クラッド層６の上方に形成された第２導電型のリッジ１２と、リッジ１２上に形成された第１の電極１４と、第２の面１ｂに形成された第２の電極１５と、を備えている。リッジ１２は、多結晶膜又は結晶粒子の集合体膜であり、かつ第１の電極１４に接続する第２導電型の接触抵抗低減化膜１１を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の面及び第２の面を有する第１導電型の半導体基板と、
前記第１の面の上方に形成された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層の上方に形成された第２導電型のリッジと、
前記第２導電型のリッジ上に形成された第１の電極と、
前記第２の面に形成された第２の電極と、
を備え、
前記第２導電型のリッジは、
多結晶膜又は結晶粒子の集合体膜であり、かつ前記第１の電極に接続する第２導電型の接触抵抗低減化膜を備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記接触抵抗低減化膜は、第２導電型ドーパントとしてマグネシウムを含んで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】
前記接触抵抗低減化膜は、ガリウム砒素を含んでいることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
互いに対向する第１の面及び第２の面を有する第１導電型の半導体基板の前記第１の面の上方に、第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、及び第２導電型のキャップ層を順次成膜する成膜ステップと、
前記成膜ステップの後に、第２導電型ドーパントをドーピング限界濃度以上となるように供給し、前記キャップ層上に多結晶膜又は結晶粒子の集合体膜である第２導電型の接触抵抗低減化膜を成膜する接触抵抗低減化膜成膜ステップと、
前記接触抵抗低減化膜成膜ステップの後に、前記エッチングストップ層が露出するように、前記接触抵抗低減化膜、前記キャップ層、及び前記第３クラッド層を部分的にエッチングして第２導電型のリッジをストライプ状に形成するリッジ形成ステップと、
前記リッジ形成ステップの後に、前記リッジの側面を覆うように前記エッチングストップ層上に電流狭窄層を形成する電流狭窄層形成ステップと、
前記電流狭窄層形成ステップの後に、前記接触抵抗低減化膜に接続する第１電極を形成し、前記第２の面に接続する第２電極を形成する電極形成ステップと、
を有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５】
前記接触抵抗低減化膜成膜ステップにおいて、前記第２導電型ドーパントとしてマグネシウムを用いることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記接触抵抗低減化膜成膜ステップにおいて、前記接触抵抗低減化膜をガリウム砒素を含んで成膜することを特徴とする請求項５記載の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、高耐熱性の半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、光ピックアップ、レーザプリンタ、及びディスプレイ等の光源として幅広い分野に使用されている。
例えば、ＤＶＤ用の光ピックアップ等に用いられるＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム ガリウム インジウム リン）系の半導体レーザ素子は、耐熱性に対して課題を有している。
これは、ｐ型ドーパントとして一般的に用いられているＺｎ（亜鉛）の拡散係数が大きいことに起因するものであり、高温時の動作や高出力化を妨げる要因となっている。
【０００３】
具体的に説明すると、活性層及びｐ型キャップ層を含む各半導体層を半導体基板上に順次成膜する際、各半導体層は高温になる。ｐ型キャップ層にはｐ側電極とのオーミックコンタクトを得るためにＺｎが高濃度にドーピングされている。
このｐ型キャップ層中のＺｎが成膜の際に活性層まで熱拡散することにより、活性層における電力変換効率が悪化する。このため、半導体レーザ素子の耐熱性が悪化して高温動作時に動作不良が起こったり、高出力化が困難になるといった問題がある。
【０００４】
上記問題を解決するために、拡散係数の大きいＺｎに替えて、Ｚｎよりも拡散係数の小さいＭｇ（マグネシウム）をｐ型ドーパントに用いる手段が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３５３６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示されているようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子では、ｐ側電極とのオーミックコンタクトと取るために、ｐ型キャップ層の材料として一般的にＧａＡｓ（ガリウム砒素）が用いられる。
ＧａＡｓは、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体に比べてバンドギャップが狭いため、ｐ側電極との接触界面におけるエネルギー障壁の高さを、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体よりも低くできる。
また、ｐ型キャップ層をＺｎが高濃度にドーピングされたＧａＡｓ層とすることにより、ｐ側電極とｐ型キャップ層との接触界面におけるエネルギー障壁の高さが低くなり、キャリアがトンネル効果により移動可能になるので、ｐ側電極とｐ型キャップ層との接触抵抗が低減する。これにより、半導体レーザ素子の素子抵抗が低減する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子では、ＭｇをＧａＡｓ層であるｐ型キャップ層に高濃度にドーピングすることが困難である。例えばＧａＡｓ層であるｐ型キャップ層におけるＭｇのドーピング濃度の上限は１×１０19ｃｍ3程度である。
そのため、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いた場合、ｐ側電極とｐ型キャップ層との接触抵抗を十分に低減することが難しい。
【０００８】
また、ｐ側電極とｐ型キャップ層との接触抵抗を低減するためにｐ型キャップ層にＭｇと共にＺｎをドーピングさせた場合、ＺｎはＭｇと相互拡散しやすい材料であるため、ｐ型キャップ層中のＺｎが他のｐ型半導体層中のＭｇと相互拡散してｐ型半導体層のキャリア濃度の低下や活性層へのＺｎの拡散混入といった問題が発生する。これにより、半導体レーザ素子の耐熱性や電力変換効率が悪化する。
【０００９】
また、特許文献１に開示されているように、ｐ型キャップ層にＭｇと共にＣ（炭素）をドーピングさせた場合、Ｃは■族元素のため、ＧａＡｓやＡｌＧａＩｎ
Ｐといった■−■族系半導体化合物中では■族サイトにも■族サイトにも固溶す
る両性元素となるので、ｐ型キャリアだけではなく、ｎ型キャリアとしても作用する。
そのため、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパント濃度の制御が困難になるので、ｐ側電極とｐ型キャップ層との接触抵抗を低減することは難しい。
【００１０】
そこで、本発明は、活性層における電力変換効率を悪化させることなく、かつ電極とキャップ層との接触抵抗を低減可能とする半導体レーザ素子及びその製造方法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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は次の半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。
１）互いに対向する第１の面（１ａ）及び第２の面（１ｂ）を有する第１導電型の半導体基板（１）と、前記第１の面の上方に形成された第１導電型のクラッド層（４）と、前記第１導電型のクラッド層上に形成された活性層（５）と、前記活性層上に形成された第２導電型のクラッド層（６）と、前記第２導電型のクラッド層の上方に形成された第２導電型のリッジ（１２）と、前記第２導電型のリッジ上に形成された第１の電極（１４）と、前記第２の面に形成された第２の電極（１５）と、を備え、前記第２導電型のリッジは、多結晶膜又は結晶粒子の集合体膜であり、かつ前記第１の電極に接続する第２導電型の接触抵抗低減化膜（１１）を備えていることを特徴とする半導体レーザ素子（２０）。
２）前記接触抵抗低減化膜は、第２導電型ドーパントとしてマグネシウムを含んでいることを特徴とする１）記載の半導体レーザ素子。
３）前記接触抵抗低減化膜は、ガリウム砒素を含んでいることを特徴とする２）記載の半導体レーザ素子。
４）互いに対向する第１の面（１ａ）及び第２の面（１ｂ）を有する第１導電型の半導体基板（１）の前記第１の面の上方に、第１導電型の第１クラッド層（４）、活性層（５）、第２導電型の第２クラッド層（６）、第２導電型のエッチングストップ層（７）、第２導電型の第３クラッド層（８）、及び第２導電型のキャップ層（１０）を順次成膜する成膜ステップと、前記成膜ステップの後に、第２導電型ドーパントをドーピング限界濃度以上となるように供給し、前記キャップ層上に多結晶膜又は結晶粒子の集合体膜である第２導電型の接触抵抗低減化膜（１１）を成膜する接触抵抗低減化膜成膜ステップと、前記接触抵抗低減化膜成膜ステップの後に、前記エッチングストップ層が露出するように、前記接触抵抗低減化膜、前記キャップ層、及び前記第３クラッド層を部分的にエッチングして第２導電型のリッジ（１２）をストライプ状に形成するリッジ形成ステップと、前記リッジ形成ステップの後に、前記リッジの側面を覆うように前記エッチングストップ層上に電流狭窄層（１３）を形成する電流狭窄層形成ステップと、
前記電流狭窄層形成ステップの後に、前記接触抵抗低減化膜に接続する第１電極（１４）を形成し、前記第２の面に接続する第２電極（１５）を形成する電極形成ステップと、を有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
５）前記接触抵抗低減化膜成膜ステップにおいて、前記第２導電型ドーパントとしてマグネシウムを用いることを特徴とする４）記載の半導体レーザ素子の製造方法。
６）前記接触抵抗低減化膜成膜ステップにおいて、前記接触抵抗低減化膜をガリウム砒素を含んで成膜することを特徴とする５）記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、活性層における電力変換効率を悪化させることなく、かつ電極とキャップ層との接触抵抗を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の実施例（第１工程）を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明の半導体レーザ素子の実施例（第２工程）を説明するための模式的断面図である。
【図３】本発明の半導体レーザ素子の実施例（第３工程）を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の半導体レーザ素子の実施例（第４工程）を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図４を用いて説明する。
通常、半導体レーザ素子は１つ半導体ウエハから一度に複数形成されるが、図１〜図４では、説明をわかりやすくするために便宜上、工程の初めから１つの半導体レーザ素子についてのみ示すこととする。
【００１５】
＜実施例＞
［第１工程］（図１参照）
互いに対向する一対の面１ａ，１ｂを有するｎ型の半導体基板１の一方の面１ａ上に、ｎ型の第１バッファ層２、ｎ型の第２バッファ層３、ｎ型のクラッド層４、ノンドープＭＱＷ活性層（以下、活性層と称す）５、ｐ型のクラッド層６、ｐ型のエッチングストップ層７、ｐ型のクラッド層８、ｐ型のバンド不連続緩和層９、ｐ型のキャップ層１０、及びｐ型の接触抵抗低減化膜１１を、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）により順次形成する。
ｎ型のクラッド層４、活性層５、及びｐ型のクラッド層６によってダブルヘテロ構造が形成されている。
【００１６】
実施例では、ｎ型ドーパントとしてＳｉ（シリコン）を用い、ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜鉛）よりも拡散係数の小さいＭｇ（マグネシウム）を用いた。
【００１７】
また、実施例では、ｎ型の半導体基板１としてｎ型のＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウエハを用いた。
【００１８】
また、実施例では、ｎ型の第１バッファ層２としてｎ型のＧａＡｓ層を形成した。
【００１９】
また、実施例では、ｎ型の第２バッファ層３としてｎ型のＧａＩｎＰ（ガリウム インジウム リン）層を形成した。
【００２０】
また、実施例では、ｎ型のクラッド層４としてｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（アルミニウム ガリウム インジウム リン）層を形成した。
【００２１】
また、実施例では、活性層５としてノンドープＧａＩｎＰ層とノンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する構成とした。
【００２２】
また、実施例では、ｐ型のクラッド層６としてｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を形成した。
【００２３】
また、実施例では、ｐ型のエッチングストップ層７としてｐ型の（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を形成した。
【００２４】
また、実施例では、ｐ型のクラッド層８としてｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を形成した。
【００２５】
また、実施例では、ｐ型のバンド不連続緩和層９としてｐ型のＧａＩｎＰ層を形成し、ｐ型のバンド不連続緩和層９のＭｇのドーパント濃度を２．５×１０18ｃｍ-3とした。
【００２６】
また、実施例では、ｐ型のキャップ層１０としてｐ型のＧａＡｓ層を形成し、ｐ型のキャップ層１０のＭｇのドーパント濃度を１．０×１０19ｃｍ-3とした。
【００２７】
また、実施例では、ｐ型の接触抵抗低減化膜１１を形成するときのＭｇの供給量を、ＧａＡｓに対するドーピング限界濃度以上となる過剰な量、例えばｐ型のキャップ層１０を形成するときのＭｇの供給量の３倍以上の供給量で、ＧａＡｓ膜を成膜した。これにより、成膜されたＧａＡｓ膜は、単結晶膜とはならずに、多結晶膜または結晶粒子の集合体膜となる。このＧａＡｓ多結晶膜またはＧａＡｓ結晶粒子の集合体膜がｐ型の接触抵抗低減化膜１１である。
【００２８】
ｐ型の接触抵抗低減化膜１１の表面は結晶構造が画一的ではないため、後述するｐ側電極１４との接触界面における半導体領域にキャリア再結合中心が形成される。このため、接触抵抗低減化膜１１とｐ側電極１４との接触界面におけるエネルギー障壁の形成が抑制されるので、接触抵抗低減化膜１１及びｐ型のキャップ層１０の各Ｍｇのドーパント濃度をそれほど高くしなくてもｐ側電極１４との接触抵抗を従来よりも低減することができる。
【００２９】
［第２工程］（図２参照）
フォトリソグラフィー法を用いて、接触抵抗低減化膜１１、キャップ層１０、バンド不連続緩和層９、及びクラッド層８を、エッチングストップ層７が露出するように部分的にエッチングして、紙面手前−紙面奥方向に延在するストライプ状のｐ型のリッジ１２を形成する。
【００３０】
エッチングストップ層７に対するエッチング速度がクラッド層８に対するエッチング速度よりも十分に遅いエッチャントを用いることにより、上記の部分エッチングをエッチングストップ層７で容易に停止させることができる。
【００３１】
［第３工程］（図３参照）
エッチングストップ層７上に、リッジ１２の側面を覆うように電流狭窄層１３を形成する。
【００３２】
実施例では、電流狭窄層１３としてＳｉＮ（窒化シリコン）を主成分とする絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成した。
【００３３】
［第４工程］（図４参照）
少なくともリッジ１２上に接触抵抗低減化膜１１に接続するｐ側電極１４を例えば真空蒸着法を用いて形成し、半導体基板１の他方の面１ｂ上（図４における下側）にｎ側電極１５を例えば真空蒸着法を用いて形成する。
【００３４】
実施例では、リッジ１２上に、Ｔｉ（チタン），Ｐｔ（白金），及びＡｕ（金）を順次真空蒸着してｐ側電極１４を形成した。
【００３５】
また、実施例では、半導体基板１の他方の面１ｂ上に、Ａｕ（金），Ｇｅ（ゲルマニウム），及びＮｉ（ニッケル）を含む合金を真空蒸着してｎ側電極１５を形成した。
【００３６】
その後、上述した第１工程〜第４工程を経た半導体基板１を、リッジ１２が延在する方向に対して直交する方向に劈開し、さらに隣り合うリッジ１２の間隙を二分するように分断することにより、図４に示す半導体レーザ素子２０が一度に複数得られる。
図４において、半導体レーザ素子２０における紙面手前側の面及び紙面奥側の面は、一対の共振器面である。
【００３７】
半導体レーザ素子２０のｐ側電極１４からｎ側電極１５に向けて外部から電流を供給することにより、活性層５におけるリッジ１２が形成されている領域に対応する領域から、紙面手前方向及び紙面奥方向にレーザ光が出射される。
【００３８】
上述したように、本発明に係る半導体レーザ素子及びその製造方法によれば、各ｐ型半導体層のｐ型ドーパントとして、拡散係数の大きいＺｎを用いずに拡散係数の小さいＭｇを用いているため、活性層へのｐ型ドーパントへの熱拡散を抑制することができるので、活性層における電力変換効率の悪化を防止できる。
【００３９】
また、本発明に係る半導体レーザ素子及びその製造方法によれば、ｐ側電極とキャップ層との間に、Ｍｇの供給量をＧａＡｓに対するドーピング限界濃度以上となる過剰な量にしてＧａＡｓ膜を成膜し、多結晶膜又は結晶粒子の集合体膜であるｐ型の接触抵抗低減化膜を形成することにより、接触抵抗低減化膜とｐ側電極との接触界面におけるエネルギー障壁の形成が抑制されるので、接触抵抗低減化膜及びキャップ層の各Ｍｇのドーパント濃度をそれほど高くしなくてもｐ側電極との接触抵抗を従来よりも低減することができる。
【００４０】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【００４１】
実施例における半導体基板及び各半導体層におけるｎ型を第１導電型、ｐ型を第２導電型という場合がある。また、実施例とは逆に、ｎ型の半導体基板及びｎ型の各半導体層をｐ型とし、ｐ型の各半導体層をｎ型としてもよい。即ち、第１導電型とはｎ型及びｐ型の一方を示し、第２導電型とはｎ型及びｐ型の他方を示すものである。
【符号の説明】
【００４２】
１＿ｎ型の半導体基板
１ａ，１ｂ＿面
２，３＿ｎ型のバッファ層
４＿ｎ型のクラッド層
５＿活性層
６，８＿ｐ型のクラッド層
７＿ｐ型のエッチングストップ層
９＿ｐ型のバンド不連続緩和層
１０＿ｐ型のキャップ層
１１＿ｐ型の接触抵抗低減化膜
１２＿ｐ型のリッジ
１３＿電流狭窄層
１４＿ｐ側電極
１５＿ｎ側電極
２０＿半導体レーザ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011159897.tif 000006