(57)【要約】【課題】素子特性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】この半導体レーザ素子３０は、活性層５と、活性層５上に形成される高濃度ｐ型第１クラッド層８と、活性層５と高濃度ｐ型第１クラッド層８との間に形成される第１アンドープ層７と、高濃度ｐ型第１クラッド層８上に形成される第２アンドープ層９とを備えている。このため、高濃度ｐ型第１クラッド層８にドープされたＺｎの拡散を第１アンドープ層７と第２アンドープ層９とに分散させることができるので、第１アンドープ層７の厚みを小さくすることができる。これにより、Ｚｎ濃度が高濃度に維持された高濃度領域を活性層５の近傍に位置するように構成することができるので、活性層５に十分にキャリアを閉じ込めることができ、その結果、素子特性を向上させることができる。【選択図】図１
2008027952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、
前記活性層上に形成されるクラッド層と、
前記活性層と前記クラッド層との間に形成される第１アンドープ層と、
前記クラッド層上に形成される第２アンドープ層とを備えることを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２アンドープ層は、前記クラッド層の前記活性層とは反対側の表面上に接触するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１アンドープ層は、前記クラッド層の前記活性層側の表面上に接触するように形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１アンドープ層の厚みは、前記第２アンドープ層の厚み以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ層からなるｐ型クラッド層であり、
前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物は、Ｚｎであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ−Ｒ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）などの高密度光ディスクの書き込みなどにＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子が用いられており、従来、低閾値電流でレーザ発振が可能なＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、ＧａＡｓ基板上に形成したダブルへテロ接合構造部に電流狭窄のためのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層を有する半導体レーザ素子において、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層にｎ型不純物が高濃度にドープされたＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子が記載されている。具体的には、上記特許文献１に記載の半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、ｎ型不純物が高濃度にドープされたｎ型ＧａＡｓ電流阻止層、および、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層からなるダブルへテロ接合構造が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層の一部には、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層が露出するストライプ状の溝が形成されており、これによって、電流通路が形成されている。また、コンタクト層の全上面にはｐ側電極が形成されているとともに、ＧａＡｓ基板の全下面にはｎ側電極が形成されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載の半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層にｎ型不純物を高濃度にドープすることによって、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層と隣接するｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層からｎ型ＧａＡｓ電流阻止層にｐ型不純物が拡散するのを抑制することが可能となるので、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層にｐ型ＧａＡｓ拡散層（反転層）が形成されるのを抑制することが可能となる。このため、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層にｐ型ＧａＡｓ拡散層が形成された場合と異なり、レーザ発振に必要な注入電流の一部がｐ型ＧａＡｓ拡散層を介して漏れ電流として流れることがないので、その分、閾値電流が上昇するのを抑制することが可能となる。
【０００５】
また、近年、ＤＶＤ−Ｒなどの高密度光ディスクの普及に伴い、半導体レーザ素子の高温環境下における高出力動作の要求がますます強くなってきている。
【０００６】
高温で高出力動作を達成するためには、活性層からｐ型クラッド層へのキャリアオーバーフローを抑制することが重要となる。すなわち、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を大きくすることによって、活性層とｐ型クラッド層との伝導帯におけるバンド不連続を大きくし、これによって、キャリア閉じ込めを良好にすることが重要となる。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子では、ｐ型不純物にＺｎを用いた場合に、ＡｌＧａＩｎＰ系の結晶中ではＺｎが拡散されやすいため、ドーピング量を増やしていくとｐ型クラッド層中のＺｎが活性層にまで拡散されてしまい、半導体レーザ素子の劣化が生じるという問題点があった。
【０００８】
このため、従来、活性層とｐ型クラッド層との間にアンドープ層を形成することによって、ｐ型クラッド層から活性層にＺｎが拡散されるのを抑制することが可能なＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が提案されている。この従来提案されている半導体レーザ素子では、ｐ型クラッド層にドープするＺｎ量を想定して、Ｚｎが拡散しても活性層に達しない厚みを有するアンドープ層を、ｐ型クラッド層の活性層側の表面に形成している。これにより、半導体レーザ素子の劣化を抑制することが可能となる。
【特許文献１】特開平６−３１４８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した従来のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子では、高温での高出力化に対応した高濃度ドーピングを行う場合においてＺｎが拡散しても活性層に達しないようにするためには、アンドープ層の厚みを大きくしなくてはならないという不都合がある。このため、ｐ型クラッド層からｐ型不純物としてのＺｎがアンドープ層に拡散されることによって、アンドープ層がｐ型化される一方、Ｚｎの拡散によるアンドープ層中のＺｎ濃度が活性層に近づくのに伴い低下するため、活性層からＺｎ濃度が高濃度に維持された領域である高濃度領域までの距離が長くなるという不都合がある。すなわち、高濃度領域は、アンドープ層とｐ型クラッド層との境界部分近傍（アンドープ層のｐ型クラッド層側の表面近傍領域）からｐ型クラッド層側の領域に形成されているので、アンドープ層の厚みが大きくなると、その分、活性層から高濃度領域までの距離が長くなるという不都合がある。これにより、活性層から離れた位置にエネルギ障壁としての高濃度領域が位置することになるので、素子温度が高くなる高温環境下では、活性層にキャリアを十分に閉じ込めておくことが困難になるという不都合がある。その結果、高温環境下において温度特性などを向上させることが困難になるという問題点がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、素子特性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、活性層と、活性層上に形成されるクラッド層と、活性層とクラッド層との間に形成される第１アンドープ層と、クラッド層上に形成される第２アンドープ層とを備える。
【００１２】
この一の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、活性層とクラッド層との間に第１アンドープ層を形成するとともに、クラッド層上に第２アンドープ層を形成することによって、クラッド層からの不純物の拡散を、第１アンドープ層と第２アンドープ層とに分散させることができるので、クラッド層に不純物を高濃度にドープした場合でも、活性層とクラッド層との間に形成される第１アンドープ層への不純物の拡散量を抑えることができる。このため、活性層とクラッド層との間に形成される第１アンドープ層の厚みを小さくすることができるので、第１アンドープ層のクラッド層側の表面近傍領域を活性層に近付けることができる。これにより、第１アンドープ層中の不純物濃度が活性層に近づくのに伴い低下することによって不純物濃度が高濃度に維持された高濃度領域が第１アンドープ層のクラッド層側の表面近傍領域に形成されている場合でも、活性層から高濃度領域までの距離を短くすることができるので、活性層の近傍にエネルギ障壁としての高濃度領域が位置するように構成することができる。その結果、素子温度が高くなる高温環境下においても、活性層にキャリアを十分に閉じ込めておくことができるので、閾値電流を低下させることができるとともに、温度特性などの素子特性を向上させることができる。
【００１３】
また、一の局面では、活性層とクラッド層との間に第１アンドープ層を形成することによって、クラッド層に不純物を高濃度にドープした場合でも、クラッド層中の不純物が活性層に拡散するのを抑制することができるので、半導体レーザ素子の劣化を抑制することができる。その結果、これによっても、素子特性を向上させることができる。また、クラッド層上に第２アンドープ層を形成することによって、その上部に同一導電型の半導体層が形成されている場合でも、半導体層からの不純物の拡散による押し出し効果を第２アンドープ層で緩衝することができるので、押し出し効果によって不純物が活性層側に拡散されるのを抑制することができる。これにより、第１アンドープ層の厚みを容易に小さくすることができる。
【００１４】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第２アンドープ層は、クラッド層の活性層とは反対側の表面上に接触するように形成されている。このように構成すれば、クラッド層にドープされた不純物を、第２アンドープ層に容易に拡散させることができるので、クラッド層に不純物を高濃度にドープした場合でも、活性層とクラッド層との間に形成される第１アンドープ層への不純物の拡散量を容易に抑えることができる。これにより、第１アンドープ層の厚みをより容易に小さくすることができる。
【００１５】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１アンドープ層は、クラッド層の活性層側の表面上に接触するように形成されている。このように構成すれば、クラッド層にドープされた不純物を、第１アンドープ層に容易に拡散させることができるので、第１アンドープ層に不純物濃度が高濃度に維持された高濃度領域を容易に設けることができる。
【００１６】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１アンドープ層の厚みは、第２アンドープ層の厚み以下である。このように構成すれば、第１アンドープ層の厚みが第２アンドープ層の厚みよりも大きくなることに起因して、活性層から離れた位置にエネルギ障壁としての高濃度領域が位置することになるという不都合が生じるのを抑制することができる。
【００１７】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、クラッド層を、ＡｌＧａＩｎＰ層からなるｐ型クラッド層とし、ｐ型クラッド層のｐ型不純物を、Ｚｎとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。図２は、図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の活性層の構造を示した断面図である。まず、図１および図２を参照して、一実施形態による半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００２０】
一実施形態による半導体レーザ素子３０では、図１に示すように、約１００μｍの厚みを有するｎ型のＧａＡｓ基板１上に、約０．３μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層２が形成されている。
【００２１】
バッファ層２上には、約２．５μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型（Ａｌ０．６４Ｇａ０．３６）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層３が形成されている。ｎ型クラッド層３上には、約０．０２μｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる光ガイド層４が形成されている。光ガイド層４上には、ＴＱＷ（Ｔｒｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造を有する活性層５が形成されている。この活性層５は、図２に示すように、約６．０ｎｍの厚みを有するアンドープＧａ０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなる３つの量子井戸層５ａと、約４．０ｎｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる２つの量子障壁層５ｂとが交互に積層されて構成されている。
【００２２】
また、図１に示すように、活性層５上には、約０．０２μｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる光ガイド層６が形成されている。
【００２３】
ここで、本実施形態では、図１に示すように、光ガイド層６上に、約０．０５μｍの厚みを有する（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１アンドープ層７が形成されている。また、第１アンドープ層７上には、約０．２μｍの厚みを有するとともに、高温での高出力化に対応するために不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第１クラッド層８が形成されている。なお、高濃度ｐ型第１クラッド層８は、本発明の「クラッド層」および「ｐ型クラッド層」の一例である。また、高濃度ｐ型第１クラッド層８上には、約０．０５μｍの厚みを有する（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２アンドープ層９が形成されている。なお、第１アンドープ層７の厚みは、第２アンドープ層９の厚み以下であればよく、第２アンドープ層９の厚みよりも小さくてもよい。この場合、第１アンドープ層７と第２アンドープ層９との合計厚みは、高濃度ｐ型第１クラッド層８にドープするＺｎ量を想定して、Ｚｎが拡散しても活性層５に達しない所定の厚みに設定されている。また、第１アンドープ層７の厚みは、約０．０６μｍ以下に設定するのが好ましい。第１アンドープ層７の厚みを約０．０６μｍ以上とした場合には、活性層５付近のキャリア濃度が下がりすぎるため、温度特性の向上が見込めないからである。
【００２４】
また、本実施形態では、高濃度ｐ型第１クラッド層８の下面上および上面上には、それぞれ、第１アンドープ層７および第２アンドープ層９が高濃度ｐ型第１クラッド層８と接触（隣接）するように形成されている。これにより、高濃度ｐ型第１クラッド層８に高温での高出力化に対応した高濃度ドーピングを行った場合でも、Ｚｎの拡散を第１アンドープ層７および第２アンドープ層９にそれぞれ分散させることが可能となる。また、第１アンドープ層７、高濃度ｐ型第１クラッド層８および第２アンドープ層９の所定の領域には、Ｚｎ濃度が高濃度に維持された高濃度領域が設けられている。なお、高濃度領域の厚みは、０．１μｍ以上０．３μｍ以下に設定されるのが好ましい。高濃度領域の厚みが０．１μｍより小さい場合には、十分な障壁効果を得ることが困難になるからであり、高濃度領域の厚みが０．３μｍよりも大きい場合には、トータルのＺｎ量が増えるため、高濃度ｐ型第１クラッド層８の活性層５とは反対側の表面上に第２アンドープ層９を設けた効果がほとんど得られなくなるからである。
【００２５】
また、第２アンドープ層９上には、約０．０５μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第２クラッド層１０が形成されている。高濃度ｐ型第２クラッド層１０上には、約０．００５μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１１が形成されている。
【００２６】
また、エッチングストップ層１１上には、約１．０μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第３クラッド層１２が形成されている。高濃度ｐ型第３クラッド層１２上には、約０．１μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型コンタクト層１３が形成されている。ｐ型コンタクト層１３上には、約０．３μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１９ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層１４が形成されている。そして、高濃度ｐ型第３クラッド層１２と、ｐ型コンタクト層１３と、ｐ型キャップ層１４とによって、電流通路となるメサ状のリッジ部１５が構成されている。このリッジ部１５は、平面的に見て、光の出射方向に延びるストライプ状（細長状）に形成されている。また、リッジ部１５は、その下端部の幅Ｌが約２μｍとなるように構成されている。
【００２７】
また、リッジ部１５の側面と、エッチングストップ層１１の上面上とに、約０．６μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｅがドープされたｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１電流阻止層１６が形成されている。この第１電流阻止層１６上には、約０．８μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｅがドープされたｎ型ＧａＡｓからなる第２電流阻止層１７が形成されている。また、ｐ型コンタクト層１３、第１電流阻止層１６、および、第２電流阻止層１７上には、下層から上層に向かって、Ｃｒ層およびＡｕ層が順次積層されたｐ側電極１８が形成されている。
【００２８】
また、ＧａＡｓ基板１の裏面上には、ＧａＡｓ基板１の裏面に近い方から順に、Ｃｒ層と、Ｓｎ層と、Ａｕ層とが積層されたｎ側電極１９が形成されている。また、半導体レーザ素子３０の共振器面には、前方側の共振器面と後方側の共振器面とで非対称となる端面コーティング（図示せず）がそれぞれ施されている。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、活性層５と高濃度ｐ型第１クラッド層８との間に第１アンドープ層７を形成するとともに、高濃度ｐ型第１クラッド層８上に第２アンドープ層９を形成することによって、高濃度ｐ型第１クラッド層８からのＺｎの拡散を、第１アンドープ層７と第２アンドープ層９とに分散させることができるので、高濃度ｐ型第１クラッド層８にＺｎを高濃度にドープした場合でも、活性層５と高濃度ｐ型第１クラッド層８との間に形成される第１アンドープ層７へのＺｎの拡散量を抑えることができる。このため、活性層５と高濃度ｐ型第１クラッド層８との間に形成される第１アンドープ層７の厚みを小さくすることができるので、高濃度ｐ型第１クラッド層８と第１アンドープ層７との境界部分を活性層５に近付けることができる。これにより、第１アンドープ層７中のＺｎ濃度が活性層５に近づくのに伴い低下することによって、Ｚｎ濃度が高濃度に維持された高濃度領域が第１アンドープ層７と高濃度ｐ型第１クラッド層８との境界部分近傍（第１アンドープ層７の高濃度ｐ型第１クラッド層８側の表面近傍領域）から高濃度ｐ型第１クラッド層８側の領域に形成されている場合でも、活性層５から高濃度領域までの距離を短くすることができるので、活性層５の近傍にエネルギ障壁としての高濃度領域が位置するように構成することができる。その結果、素子温度が高くなる高温環境下においても、活性層５にキャリアを十分に閉じ込めておくことができるので、閾値電流を低下させることができるとともに、温度特性などの素子特性を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、活性層５と高濃度ｐ型第１クラッド層８との間に第１アンドープ層７を形成することによって、高濃度ｐ型第１クラッド層８にＺｎを高濃度にドープした場合でも、高濃度ｐ型第１クラッド層８中のＺｎが活性層５に拡散するのを抑制することができるので、半導体レーザ素子３０の劣化を抑制することができる。その結果、これによっても、素子特性を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、高濃度ｐ型第１クラッド層８上に第２アンドープ層９を形成することによって、その上部に形成されている高濃度ｐ型第２クラッド層１０などからＺｎが拡散された場合でも、高濃度ｐ型第２クラッド層１０などからのＺｎの拡散による押し出し効果を第２アンドープ層９で緩衝することができるので、押し出し効果によってＺｎが活性層５側に拡散されるのを抑制することができる。これにより、第１アンドープ層７の厚みを容易に小さくすることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、第２アンドープ層９を、高濃度ｐ型第１クラッド層８の活性層５とは反対側の表面上に接触するように形成することによって、高濃度ｐ型第１クラッド層８にドープされたＺｎを、第２アンドープ層９に容易に拡散させることができるので、高濃度ｐ型第１クラッド層８にＺｎを高濃度にドープした場合でも、活性層５と高濃度ｐ型第１クラッド層８との間に形成される第１アンドープ層７へのＺｎの拡散量を容易に抑えることができる。これにより、第１アンドープ層７の厚みを容易に小さくすることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、第１アンドープ層７を、高濃度ｐ型第１クラッド層８の活性層５側の表面上に接触するように形成することによって、高濃度ｐ型第１クラッド層８にドープされたＺｎを、第１アンドープ層７に容易に拡散させることができるので、第１アンドープ層７にＺｎ濃度が高濃度に維持された高濃度領域を容易に設けることができる。
【００３４】
図３〜図８は、図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ素子３０の製造プロセスについて説明する。
【００３５】
まず、図３に示すように、減圧下でのＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）により、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２、ｎ型クラッド層３、光ガイド層４、活性層５、光ガイド層６、第１アンドープ層７、高濃度ｐ型第１クラッド層８、第２アンドープ層９、高濃度ｐ型第２クラッド層１０、エッチングストップ層１１、高濃度ｐ型第３クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３、および、ｐ型キャップ層１４を順次成長させる。
【００３６】
具体的には、約４００μｍの厚みを有するＧａＡｓ基板１の上面上に、約０．３μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層２を成長させる。次に、バッファ層２上に、約２．５μｍの厚みを有するとともに、約５×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型（Ａｌ０．６４Ｇａ０．３６）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層３を成長させる。その後、ｎ型クラッド層３上に、約０．０２μｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる光ガイド層４を成長させる。
【００３７】
次に、光ガイド層４上に、図２に示すように、約６．０ｎｍの厚みを有するアンドープＧａ０．４５Ｉｎ０．５５Ｐからなる３層の量子井戸層５ａと、約４．０ｎｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる２層の量子障壁層５ｂとを交互に成長させることによりＴＱＷ構造を有する活性層５を形成する。その後、図３に示すように、活性層５上に、約０．０２μｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる光ガイド層６を成長させる。
【００３８】
続いて、光ガイド層６上に、約０．０５μｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１アンドープ層７と、約０．２μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第１クラッド層８と、約０．０５μｍの厚みを有するアンドープ（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２アンドープ層９とを順次連続して成長させる。具体的には、光ガイド層６上に、アンドープ（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１アンドープ層７を成長させている最中に、第１アンドープ層７の厚みが約０．２μｍとなるタイミングで、ｐ型不純物であるＺｎの原料ガスを注入する。これにより、第１アンドープ層７上に、Ｚｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第１クラッド層８を成長させることが可能となる。さらに、高濃度ｐ型第１クラッド層８の厚みが約０．０５μｍとなるタイミングで、ｐ型不純物であるＺｎの原料ガスの注入を停止する。これにより、高濃度ｐ型第１クラッド層８上に、アンドープ（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２アンドープ層９を成長させることが可能となる。
【００３９】
次に、第２アンドープ層９上に、約０．０５μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第２クラッド層１０を成長させる。次に、高濃度ｐ型第２クラッド層１０上に、約０．００５μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１１を成長させる。その後、エッチングストップ層１１上に、約１．０μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる高濃度ｐ型第３クラッド層１２を成長させる。
【００４０】
次に、高濃度ｐ型第３クラッド層１２上に、約０．１μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約２×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型コンタクト層１３を成長させる。そして、ｐ型コンタクト層１３上に、約０．３μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１９ｃｍ−３のＺｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層１４を成長させる。
【００４１】
この後、図４に示すように、ｐ型キャップ層１４上に、ＳｉＯ２膜２０を蒸着するとともに、蒸着したＳｉＯ２膜２０を、フォトリソグラフィー技術によってストライプ状に形成する。そして、ＳｉＯ２膜２０をマスクとして、エッチングにより、高濃度ｐ型第３クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３、および、ｐ型キャップ層１４を、図５および図６に示されるようなメサストライプ状に形成する。これにより、高濃度ｐ型第３クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３、および、ｐ型キャップ層１４から構成される電流通路となるメサストライプ状のリッジ部１５が形成される。
【００４２】
続いて、図７に示すように、ＳｉＯ２膜２０をマスクとして、減圧下でのＭＯＣＶＤ法により、約０．６μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｅがドープされたｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１電流阻止層１６を成長させる。次に、第１電流阻止層１６上に、約０．８μｍの厚みを有するとともに、不純物濃度約５×１０１７ｃｍ−３のＳｅがドープされたｎ型ＧａＡｓからなる第２電流阻止層１７を成長させる。
【００４３】
そして、図８に示すように、ＳｉＯ２膜２０を取り除くとともに、熱処理を行った後、図１に示すように、ｐ型コンタクト層１３、第１電流阻止層１６、および、第２電流阻止層１７上に、Ｃｒ層およびＡｕ層からなるｐ側電極１８を形成する。そして、ＧａＡｓ基板１の裏面をエッチングすることにより、ＧａＡｓ基板１の厚みを約１００μｍとする。その後、図１に示すように、ＧａＡｓ基板１の裏面に近い側から、Ｃｒ層と、Ｓｎ層と、Ａｕ層とからなるｎ側電極１９を形成する。最後に、半導体レーザ素子３０の共振器面に、前方側の共振器面と後方側の共振器面とで非対称となる端面コーティング（図示せず）をそれぞれ施す。これにより、図１に示したような、本発明の一実施形態による半導体レーザ素子３０が得られる。
【００４４】
次に、上記製造プロセスにより作製した実施例としての半導体レーザ素子と、比較例として第２アンドープ層が形成されていない半導体レーザ素子とを用いて、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、ドーピングプロファイルの観察および高温環境（素子温度約７５℃）下における閾値電流（Ｉｔｈ）の測定を行った。図９は、実施例による半導体レーザ素子および比較例による半導体レーザ素子のドーピングプロファイルを示した図である。図１０は、実施例による半導体レーザ素子および比較例による半導体レーザ素子の素子温度約７５℃における動作電流と光出力との関係を示した相関図である。また、図９の横軸は、活性層から高濃度ｐ型第１クラッド層側への距離（μｍ）を示しており、縦軸は、Ｚｎ濃度（ｃｍ−３）を示している。すなわち、図９は、活性層から高濃度ｐ型第１クラッド層側への距離の変化に伴うＺｎ濃度の変化を示している。また、図１０の相関図の横軸は、動作電流（ｍＡ）を示しており、縦軸は、光出力（ｍＷ）を示している。なお、比較例による半導体レーザ素子は、高濃度ｐ型第１クラッド層の活性層側の表面上にのみ第１アンドープ層に対応するアンドープ層を形成し、高濃度ｐ型第１クラッド層の活性層とは反対側の表面上には第２アンドープ層に対応するアンドープ層を形成しない構造とした。また、それ以外の構造については、実施例による半導体レーザ素子と同じとした。また、実施例と比較例とで室温（素子温度約２５℃）における閾値電流の値が同じになるようにするために、比較例による半導体レーザ素子のアンドープ層の厚みは、約０．１μｍとした。
【００４５】
図９に示したドーピングプロファイルの観察結果より、実施例による半導体レーザ素子でも、比較例による半導体レーザ素子と同様に、高濃度ｐ型第１クラッド層からのＺｎの拡散が活性層まで達していないことが確認された。すなわち、第１アンドープ層の厚み（約０．０５μｍ）を、アンドープ層の厚み（約０．１μｍ）の約半分にした場合でも、第１アンドープ層によって、高濃度ｐ型第１クラッド層から活性層にＺｎが拡散されるのを抑止することが可能であることが確認された。これにより、高濃度第１ｐ型クラッド層の活性層とは反対側の表面上に第２アンドープ層を設けることによって、高濃度第１ｐ型クラッド層の活性層側の表面上に形成された第１アンドープ層の厚みを小さくすることが可能であることが確認された。
【００４６】
また、図９より、実施例による半導体レーザ素子では、比較例による半導体レーザ素子と同様に、第１アンドープ層中のＺｎの濃度は、活性層に近づくのに伴い低下する傾向が見られた。すなわち、活性層に近づくのに伴いＺｎの濃度が低下する傾斜をもったドーピングプロファイルが得られた。また、実施例による半導体レーザ素子における第１アンドープ層中のＺｎの濃度は、第１アンドープ層と高濃度ｐ型第１クラッド層との境界部分近傍（第１アンドープ層の高濃度ｐ型第１クラッド層側の表面近傍領域）で最も高く、その値は、約２×１０１８ｃｍ−３であった。なお、比較例による半導体レーザ素子でも同様の傾向が得られた。
【００４７】
一方、Ｚｎ濃度が高濃度（約２×１０１８ｃｍ−３）に維持された高濃度領域は、実施例では、第１アンドープ層と高濃度ｐ型第１クラッド層との境界部分近傍（第１アンドープ層の高濃度ｐ型第１クラッド層側の表面近傍領域）から高濃度ｐ型第１クラッド層側の領域に、比較例では、アンドープ層と高濃度ｐ型第１クラッド層との境界部分近傍（アンドープ層の高濃度ｐ型第１クラッド層側の表面近傍領域）から高濃度ｐ型第１クラッド層側の領域に形成されているので、活性層から高濃度領域までの距離は、実施例では、約０．０５μｍであり、比較例では、約０．１μｍであった。このように、活性層から高濃度領域までの距離は、第１アンドープ層およびアンドープ層の厚みの影響を強く受ける傾向が見られ、第１アンドープ層の厚みをアンドープ層の厚みよりも小さくすることによって、活性層から高濃度領域までの距離を短くすることが可能であることが確認された。
【００４８】
次に、図１０に示した測定結果より、素子温度約７５℃の高温環境下において、実施例による半導体レーザ素子では、比較例による半導体レーザ素子に比べて、閾値電流の値が低下することが確認された。また、閾値電流の低下率は、約１３％であった。この閾値電流の低下率の算出は、以下の式（１）により算出した。なお、図１０の光出力と動作電流との関係において、光出力が急激に大きくなる時の動作電流の値を閾値電流（Ｉｔｈ）の値とした。また、図１０より、実施例による閾値電流の値（Ｉｔｈ（実施例））および比較例による閾値電流の値（Ｉｔｈ（比較例））は、それぞれ、約８７ｍＡおよび約１００ｍＡであった。
【００４９】
閾値電流の低下率
＝｛Ｉｔｈ（比較例）−Ｉｔｈ（実施例）｝／Ｉｔｈ（比較例）×１００    （１）
＝（１００−８７）／１００×１００
＝１３（％）
以上のように、実施例と比較例とで室温（素子温度約２５℃）における閾値電流の値が同じなるように設定した場合でも、活性層から高濃度領域までの距離を短くすることによって、高温環境下（素子温度約７５℃）において、閾値電流の値を約１３％低下させることが可能であることが確認された。これにより、実施例による半導体レーザ素子では、比較例による半導体レーザ素子に比べて、温度特性などの素子特性を向上させることが可能であることが確認された。
【００５０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５１】
たとえば、上記実施形態では、半導体レーザ素子の一例としてＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＧａＩｎＰ系以外の半導体レーザ素子に本発明を適用してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、高濃度ｐ型第１クラッド層などのｐ型半導体層にｐ型不純物としてＺｎをドープした例を示したが、本発明はこれに限らず、Ｚｎ以外のｐ型不純物をドープするようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、第１アンドープ層を、高濃度ｐ型第１クラッド層の活性層側の表面上に接触（隣接）するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、第１アンドープ層が活性層と高濃度ｐ型第１クラッド層との間に形成されていれば、第１アンドープ層と高濃度ｐ型第１クラッド層との間に他の層が形成されていてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、第２アンドープ層を、高濃度ｐ型第１クラッド層の活性層と反対側の表面上に接触（隣接）するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、第２アンドープ層と高濃度ｐ型第１クラッド層との間に他の層が形成されていてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、第１アンドープ層および第２アンドープ層を、高濃度ｐ型第１クラッド層と同じ（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、第１アンドープ層および第２アンドープ層をそれぞれ（Ａｌ０．６６Ｇａ０．３４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層以外の半導体層から構成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、第１電流阻止層にＡｌＩｎＰを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＮなどの誘電体層を用いて電流阻止層を構成してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、ＳｉＯ２膜を除去した後に、ｐ型コンタクト層、第１電流阻止層、および、第２電流阻止層上に、ｐ側電極を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜を除去した後に、ｐ型コンタクト層、第１電流阻止層、および、第２電流阻止層上に平坦化のためのｐ型キャップ層を成長させ、その後、ｐ型キャップ層上にｐ側電極を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の活性層の構造を示した断面図である。
【図３】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図７】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図１に示した一実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】実施例による半導体レーザ素子および比較例による半導体レーザ素子のドーピングプロファイルを示した図である。
【図１０】実施例による半導体レーザ素子および比較例による半導体レーザ素子の素子温度約７５℃における動作電流と光出力との関係を示した相関図である。
【符号の説明】
【００５９】
１        ＧａＡｓ基板
２        バッファ層
３        ｎ型クラッド層
４        光ガイド層
５        活性層
５ａ      量子井戸層
５ｂ      量子障壁層
６        光ガイド層
７        第１アンドープ層
８        高濃度ｐ型第１クラッド層（クラッド層、ｐ型クラッド層）
９        第２アンドープ層
１０      高濃度ｐ型第２クラッド層
１１      エッチングストップ層
１２      高濃度ｐ型第３クラッド層
１３      ｐ型コンタクト層
１４      ｐ型キャップ層
１５      リッジ部
１６      第１電流阻止層
１７      第２電流阻止層
１８      ｐ側電極
１９      ｎ側電極
２０      ＳｉＯ２膜
３０      半導体レーザ素子
【図１】
2008027952.tif 000003
【図２】
2008027952.tif 000004
【図３】
2008027952.tif 000005
【図４】
2008027952.tif 000006
【図５】
2008027952.tif 000007
【図６】
2008027952.tif 000008
【図７】
2008027952.tif 000009
【図８】
2008027952.tif 000010
【図９】
2008027952.tif 000011
【図１０】
2008027952.tif 000012