(57)【要約】【課題】少ない工程数でかつ高い歩留まりで作製可能な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】第１導電型半導体基板（１０１）上に順に設けられた第１導電型下クラッド層（１０３）、活性層（１０５）、第２導電型第１上クラッド層（１０６）、第２導電型高Ａｌ組成層（１０９）、Ａｌを含まない第２導電型保護層（１１０）、およびストライプ状リッジ（１２０）を構成する第２導電型第２上クラッド層（１１１）を含むリッジ導波型半導体レーザ素子において、保護層はリッジの直下を除く領域において部分的な開口部（１２２）を有し、リッジ直下を除く領域において部分的な開口部を介して高Ａｌ組成層を酸化させることによって形成された酸化物層（１０９ｂ）が設けられており、リッジの頂部を直接被覆しかつそのリッジの少なくも片側におけるリッジ側面、保護層、および開口部に露出している酸化物層を直接被覆している金属電極層（１１４）を含んでいる。【選択図】図１
2008047640.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順に設けられた第１導電型の下クラッド層、活性層、第２導電型の第１上クラッド層、第２導電型の高Ａｌ組成層、Ａｌを含まない第２導電型の保護層、およびストライプ状リッジを構成する第２導電型の第２上クラッド層を含むリッジ導波型半導体レーザ素子において、
前記保護層は前記リッジの直下を除く領域において部分的な開口部を有し、
前記リッジ直下を除く領域において、前記部分的な開口部を介して前記高Ａｌ組成層を酸化させることによって形成された酸化物層が設けられており、
前記リッジの頂部を直接被覆しかつそのリッジの少なくも片側におけるリッジ側面、前記保護層、および前記開口部に露出している前記酸化物層を直接被覆している金属電極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２】
前記第１上クラッド層と前記酸化物層との間に、前記高Ａｌ組成層に比べてＡｌ組成が低いかまたはＡｌを含まない半導体からなる第２導電型の酸化停止層が設けら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２上クラッド層のうちで少なくとも前記保護層に隣接する部分は、前記保護層に対して選択エッチング可能な材料で構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２上クラッド層の上面と前記金属電極層との間に、Ａｌを含まない第２導電型のコンタクト層が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記高Ａｌ組成層におけるＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比が０．８より大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記酸化物層の厚さは１０ｎｍより大きく、前記保護層の厚さも１０ｎｍより大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記開口部は前記ストライプ状リッジの両側のそれぞれにおいて複数形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記開口部の面積の合計は前記リッジのいずれの片側においても前記保護層の面積の半分以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記ストライプ状リッジの両側において少なくとも前記リッジに最も近い前記開口部は溝の形状を有し、かつ前記溝の方向は前記ストライプ状リッジの方向に沿っていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記ストライプ状リッジに最も近く設けられた前記溝状開口部以外の開口部は穴の形状を有していることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記穴形状開口部は相対的にほぼ正三角形の頂点の位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記酸化停止層と前記高Ａｌ組成層との間、および前記高Ａｌ組成層と前記保護層との間の少なくとも一方に中間層が付加的に設けられており、前記中間層はそれに接する一方の層のＡｌ組成から他方の層のＡｌ組成まで連続的にまたは段階的に変化しているＡｌ組成を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下クラッド層、活性層、第２導電型の第１上クラッド層、第２導電型の高Ａｌ組成層、Ａｌを含まない第２導電型の保護層、第２導電型の第２上クラッド層、およびＡｌを含まない第２導電型のコンタクト層をこの順に形成する工程と、
前記第２上クラッド層、および前記コンタクト層の一部を除去してストライプ状のリッジを形成し、前記リッジを除く領域では前記保護層を露出させる工程と、
前記リッジの直下を除く領域において、前記保護層に部分的開口部を形成して前記高Ａｌ組成層を前記開口部において露出させる工程と、
前記リッジの直下を除く領域における前記高Ａｌ組成層が前記開口部を介して酸化させられて酸化物層を形成する工程と、
前記リッジの頂部を直接被覆しかつそのリッジの少なくも片側におけるリッジ側面、前記保護層、および前記開口部に露出している前記酸化物層を直接被覆する金属電極層を形成する工程とを含む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】
前記高Ａｌ組成層の直下に接してその高Ａｌ組成層に比べてＡｌ組成が低いかまたはＡｌを含まない半導体からなる酸化停止層が付加的に形成され、前記酸化物層を形成する工程において前記基板の側へ向かう酸化の進行が前記酸化停止層で停止させされることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２上クラッド層のうちで少なくとも前記保護層に隣接する部分はその保護層に対して選択エッチング可能な材料で形成され、前記リッジを形成する際には、前記コンタクト層の上にストライプ状のエッチングマスクを形成し、そのマスク以外の領域において前記コンタクト層と前記第２上クラッド層を上から順にエッチングで除去し、このときに前記第２上クラッド層のうちで少なくとも前記保護層に隣接する部分はその保護層に比べて優先的速度でエッチングされ、そうして前記リッジを除く領域において前記保護層を表面に露出させることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記高Ａｌ組成層におけるＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比を０．８以上にすることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記開口部を形成する工程においては前記ストライプ状リッジの両側の各々に複数の前記開口部を形成し、前記高Ａｌ組成層を酸化させて前記酸化物層を形成する工程においては前記複数の開口部から成長する酸化物領域が互いに合体して１つの酸化物層となることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記開口部を形成する工程と前記酸化物層を形成する工程とを１対の工程組として、この工程組を複数回繰り返すことによって前記酸化物層の全体を形成することを特徴とする請求項１３から１７のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１９】
最終回以外の前記工程組の前記開口部を形成する工程おいては、前記リッジの側面と前記開口部との距離が前記開口部同士の間の距離より長く設定され、それに続く前記酸化物層を形成する工程では、前記高Ａｌ組成層において前記開口部から成長する酸化物領域を互いに合体させかつ前記リッジの側面からは離れた位置で酸化を停止させ、
前記最終回の前記工程組の前記開口部を形成する工程では、前記リッジの左右の側面に近接しかつそれまでに成長した前記酸化物領域の一部に重複するように溝形状の開口部を形成して前記溝形状開口部内で前記高Ａｌ組成層を露出させ、それに続く前記酸化物層を形成する工程においては、前記溝形状開口部から前記高Ａｌ組成層を酸化させかつ前記リッジの直下の領域には前記高Ａｌ組成層を残すことを特徴とする請求項１８に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１２のいずれかに記載の半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項２１】
請求項１から１２のいずれかに記載の半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光伝送モジュール。
【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、特に、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得る半導体レーザ素子とその製造方法に関する。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モジュールにも関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、光ディスク装置や光伝送モジュールなどに幅広く使用されている。特に、リッジ型の導波路構造を有す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）動作が可能なレーザ素子として知られている。それらの中でも、ストライプ状リッジの両側に誘電体膜を形成して電流狭窄を行うレーザ素子は、複数の半導体層の結晶成長が１回のＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）工程で済むので、少ないコストで製造することができる（例えば特許文献１の特開平７−７４４２５号公報参照）。
【０００３】
図２２は、特許文献１に開示された半導体レーザ素子を模式的な断面図で示している。この半導体レーザ素子５００は、以下のようにして製造される。
【０００４】
まず、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上にｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層５０２、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸活性層５０３、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層５０４、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５０５を順次積層する。そして、その半導体積層の上面から上クラッド層５０４の途中までフォトリソグラフィなどの手法によってエッチングを行い、リッジ５０９となるメサを形成する。その後、リッジ５０９の頂面を除外して上クラッド層５０４を覆うように、ＳｉＮx誘電体膜５０６をＣＶＤ（化学気相成長）法などによって形成する。
【０００５】
そして、リッジ５０９の頂面と誘電体膜５０６を覆うｐ型用電極層５０７として、Ｔｉ、Ｐｔ、およびＡｕを順次蒸着する。次に、基板５０１が、所望の厚み（ここでは、約１００μｍ）になるまで、その裏面側からラッピング法によって研削される。その後、基板５０１の裏面上に、ｎ型用電極層５０８としてＡｕＧｅ合金、Ｎｉ、およびＡｕを順次蒸着する。そして、Ｎ2雰囲気中で温度３９０℃において基板５０１を含むウエハを１分間加熱し、電極層５０７、５０８のアロイ処理を行う。
【０００６】
その後、基板５０１を含むウエハは、所望の共振器長（ここでは、８００μｍ）を有する複数のバーに劈開によって分割される。そして、そのバーの劈開面に端面コーティングを施し、さらにそのバーをチップ（８００μｍ×２５０μｍ）に分割する。分割後のチップは、Ｉｎ糊剤を用いてステム（図示せず）上に固着される。その後、リッジ５０９以外の領域においてｐ型用電極層５０７上に、外部回路との電気的接続を行うためのＡｕワイヤ（図示せず）をボンディングする。これによって、半導体レーザ素子５００が完成する。
【０００７】
こうして製造されたレーザ素子５００に電流を流せば、活性層５０３においてリッジ５０９直下の領域のみに電流が注入され、それによってレーザ発振が生じる。
【０００８】
以上のように、特許文献１の半導体レーザ素子５００では、複数の半導体層５０２〜５０５と誘電体膜５０６とのそれぞれについて１回の（ＭＯＣＶＤまたはＣＶＤによる）堆積工程を行うだけでよく、低コストで製造することが可能である。
【特許文献１】特開平７−７４４２５号公報（第４図）
【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、この特許文献１の半導体レーザ素子５００では、ボンディングしたＡｕワイヤがその直下のｐ型用電極層５０７とともに誘電体膜５０６から剥がれる現象が生じることがあり、歩留まりよくレーザ素子を得ることができない。この現象は、誘電体膜５０６とｐ型用電極層５０７との密着性が十分に得られないことによる。
【００１０】
この特許文献１の半導体レーザ素子の作製方法では、電極層５０７、５０８の蒸着後に加熱によってそれら電極層のアロイ処理を行っており、ｐ型用電極層５０７についてもリッジ上面のコンタクト層５０５とは合金化によって十分な密着性が得られる。しかし、ＳｉＮxなどの誘電体膜５０６と金属電極層５０７とでは加熱処理を行ってもほとんど合金化が生じないので、それら両者の間の密着性は弱い。また、Ａｕワイヤのボンディングでは、ボンディング箇所に超音波振動が与えられ、その振動によってボンディング付近の金属電極層５０７が誘電体膜５０６から剥がれる現象が発生し得る。さらに、半導体レーザ素子の作製時点では金属電極層５０７が剥がれなくても、金属電極層５０７と誘電体膜５０６との密着性が経時的に低下し、長期間中におけるレーザ素子の様々な動作環境の変化に伴ってその剥がれが生じることもある。これは、特に半導体レーザ素子を樹脂中に埋め込んだ形にパッケージした場合などでは、温度や湿度などによって樹脂が膨張や収縮を起こすので、ワイヤなどに力がかかって電極層５０７に剥がれが頻発し得る。
【００１１】
したがって、特許文献１の半導体レーザ素子５００は少ない工程数の製造方法で作製され得るにもかかわらず、製造歩留まりが低いために結果として製造コストを軽減することができない。
【００１２】
そこで、本発明は、少ない工程数でかつ高い歩留まりで作製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を目的としている。本発明はまた、そのような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モジュールを提供することをも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一つの態様によれば、第１導電型の半導体基板上に順に設けられた第１導電型の下クラッド層、活性層、第２導電型の第１上クラッド層、第２導電型の高Ａｌ組成層、Ａｌを含まない第２導電型の保護層、およびストライプ状リッジを構成する第２導電型の第２上クラッド層を含むリッジ導波型半導体レーザ素子において、保護層はリッジの直下を除く領域において部分的な開口部を有し、リッジ直下を除く領域において部分的な開口部を介して高Ａｌ組成層を酸化させることによって形成された酸化物層が設けられており、リッジの頂部を直接被覆しかつそのリッジの少なくも片側におけるリッジ側面、保護層、および開口部に露出している酸化物層を直接被覆している金属電極層を含んでいることを特徴としている。
【００１４】
なお、第１上クラッド層と酸化物層との間に、高Ａｌ組成層に比べてＡｌ組成が低いかまたはＡｌを含まない半導体からなる第２導電型の酸化停止層が設けられていることが好ましい。また、第２上クラッド層のうちで少なくとも保護層に隣接する部分は、保護層に対して選択エッチング可能な材料で構成されていることが好ましい。第２上クラッド層の上面と金属電極層との間に、Ａｌを含まない第２導電型のコンタクト層が設けられていることも好ましい。高Ａｌ組成層におけるＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比は、０．８より大きいことが好ましい。酸化物層の厚さは１０ｎｍより大きく、保護層の厚さも１０ｎｍより大きいことが好ましい。
【００１５】
保護層の開口部は、ストライプ状リッジの両側のそれぞれにおいて複数形成されていることが好ましい。それら開口部の面積の合計は、リッジのいずれの片側においても保護層の面積の半分以下であることが好ましい。ストライプ状リッジの両側において少なくともそのリッジに最も近い開口部は溝の形状を有し、かつその溝の方向はストライプ状リッジの方向に沿っていることが好ましい。ストライプ状リッジに最も近く設けられた溝状開口部以外の開口部は穴の形状を有していることが好ましい。穴形状開口部は相対的にほぼ正三角形の頂点の位置に配置されていることが好ましい。
【００１６】
酸化停止層と高Ａｌ組成層との間、および高Ａｌ組成層と保護層との間の少なくとも一方に中間層が付加的に設けられてもよく、中間層はそれに接する一方の層のＡｌ組成から他方の層のＡｌ組成まで連続的にまたは段階的に変化しているＡｌ組成を有していることが好ましい。
【００１７】
本発明の他の態様による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、第１導電型の下クラッド層、活性層、第２導電型の第１上クラッド層、第２導電型の高Ａｌ組成層、Ａｌを含まない第２導電型の保護層、第２導電型の第２上クラッド層、およびＡｌを含まない第２導電型のコンタクト層をこの順に形成する工程と、第２上クラッド層、およびコンタクト層の一部を除去してストライプ状のリッジを形成してリッジを除く領域では保護層を露出させる工程と、リッジの直下を除く領域において保護層に部分的開口部を形成して高Ａｌ組成層を開口部において露出させる工程と、リッジの直下を除く領域における高Ａｌ組成層が開口部を介して酸化させられて酸化物層を形成する工程と、リッジの頂部を直接被覆しかつそのリッジの少なくも片側におけるリッジ側面、保護層、および開口部に露出している酸化物層を直接被覆する金属電極層を形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
なお、高Ａｌ組成層の直下に接してその高Ａｌ組成層に比べてＡｌ組成が低いかまたはＡｌを含まない半導体からなる酸化停止層が付加的に形成され、酸化物層を形成する工程において基板の側へ向かう酸化の進行が酸化停止層で停止させされることが好ましい。また、第２上クラッド層のうちで少なくとも保護層に隣接する部分はその保護層に対して選択エッチング可能な材料で形成され、リッジを形成する際には、コンタクト層の上にストライプ状のエッチングマスクを形成し、そのマスク以外の領域においてコンタクト層と第２上クラッド層を上から順にエッチングで除去し、このときに第２上クラッド層のうちで少なくとも保護層に隣接する部分はその保護層に比べて優先的速度でエッチングされ、そうしてリッジを除く領域において保護層を表面に露出させることが好ましい。高Ａｌ組成層におけるＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比は、０．８以上にすることが好ましい。
【００１９】
開口部を形成する工程においてはストライプ状リッジの両側の各々に複数の開口部を形成し、高Ａｌ組成層を酸化させて酸化物層を形成する工程においては複数の開口部から成長する酸化物領域が互いに合体して１つの酸化物層となることが好ましい。開口部を形成する工程と酸化物層を形成する工程とを１対の工程組として、この工程組を複数回繰り返すことによって酸化物層の全体を形成することが好ましい。最終回以外の工程組の開口部を形成する工程おいては、リッジの側面と開口部との距離が開口部同士の間の距離より長く設定され、それに続く酸化物層を形成する工程では、高Ａｌ組成層において開口部から成長する酸化物領域を互いに合体させかつリッジの側面からは離れた位置で酸化を停止させ、最終回の工程組の開口部を形成する工程では、リッジの左右の側面に近接しかつそれまでに成長した酸化物領域の一部に重複するように溝形状の開口部を形成して溝形状開口部内で高Ａｌ組成層を露出させ、それに続く酸化物層を形成する工程においては、溝形状開口部から高Ａｌ組成層を酸化させかつリッジの直下の領域には高Ａｌ組成層を残すことが好ましい。
【００２０】
以上のようにして得られる本発明によるリッジ導波型半導体レーザ素子は、光ディスク装置および光伝送モジュールにおいて好ましく用いられ得る。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、リッジ導波型半導体レーザ素子に含まれる複数の半導体層を一連の結晶成長として１回の堆積工程で済ませることができる。そして、そのレーザ素子における電流狭窄は酸化物層によって行うが、電極層はリッジ以外の領域においてもほとんどが半導体層と接するように形成される。したがって、本発明のレーザ素子における電極層の剥がれに起因する素子不良の発生率は、誘電体膜上に電極層が形成される従来の半導体レーザ素子に比較して大幅に低減され得る。そして、本発明では、信頼性の高い半導体レーザ素子を少ない工程数でかつ高い歩留まりで提供することができる。
【００２２】
また、本発明による光ディスク装置および光伝送モジュールでは、本発明の半導体レーザ素子を用いることによって、従来の光ディスク装置および光伝送モジュールに比べて安価に製造でき、かつ長期動作においても故障が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による半導体レーザ素子の積層構造を模式的な断面図で示している。なお、本願の各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。また、本願の各図において長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。
【００２４】
図１の半導体レーザ素子１００においては、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ下クラッド層１０３、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下ガイド層１０４、多重歪量子井戸活性層１０５、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上ガイド層１０６、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１上クラッド層１０７、およびｐ−ＧａＡｓ酸化停止層１０８が順次積層されている。
【００２５】
酸化停止層１０８上には、リッジ形成領域１２１ａにおいてｐ−ＡｌＡｓである高Ａｌ組成層１０９ａがストライプ状に形成され、リッジ形成外領域１２１ｂにおいて酸化物層１０９ｂが形成されている。そして、高Ａｌ組成層１０９ａ層および酸化物層１０９ｂ上には、ｐ−Ｉｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6保護層１１０が形成されている。この保護層１１０は、酸化物層１０９ｂ上の領域において、複数のストライプ状の開口部１２２を含んでいる。
【００２６】
高Ａｌ組成層１０９ａの上方では、順メサストライプ形状のリッジ１２０を形成するように、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２上クラッド層１１１、ｐ−ＧａＡｓ第１コンタクト層１１２、およびｐ+−ＧａＡｓ第２コンタクト層１１３が設けられている。
【００２７】
このリッジ１２０の頂部と側面部、保護層１１０の露出面、および開口部１２２内で露出された酸化物層１０９ｂを覆うように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層金属薄膜からなるｐ型用電極層１１４が形成されている。他方、基板１０１の下面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属薄膜からなるｎ型用電極層１１５が形成されている。
【００２８】
以下において、図２から図６を参照しつつ、図１の半導体レーザ素子１００を製造する方法をより具体的に説明する。
【００２９】
まず、図２の模式的断面図に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の（１００）主面上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドーピング濃度７．２×１０17ｃｍ-3）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ下クラッド層１０３（厚さ１．８８μｍ、Ｓｉドーピング濃度５．４×１０17ｃｍ-3）、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下ガイド層１０４（厚さ０．０９μｍ、Ｓｉドーピング濃度５．４×１０17ｃｍ-3）、多重歪量子井戸活性層１０５、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上ガイド層１０６（厚さ０．０９μｍ、Ｚｎドーピング濃度１．３５×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１上クラッド層１０７（厚さ０．４μｍ、Ｚｎドーピング濃度１．３５×１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓ酸化停止層１０８（厚さ３ｎｍ、Ｚｎドーピング濃度１．３５×１０18ｍ-3）、ｐ−ＡｌＡｓの高Ａｌ組成層１０９（厚さ５０ｎｍ、Ｚｎドーピング濃度１．３５×１０18ｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.1568Ｇａ0.8432Ａｓ0.4Ｐ0.6保護層１１０（厚さ１５ｎｍ、Ｚｎドーピング濃度１．３５×１０18ｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２上クラッド層１１１（厚さ１．２８μｍ、Ｚｎドーピング濃度２．４×１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓ第１コンタクト層１１２（厚さ０．２μｍ、Ｚｎドーピング濃度３×１０18ｃｍ-3）、およびｐ+−ＧａＡｓ第２コンタクト層１１３（厚さ０．３μｍ、Ｚｎドーピング濃度１×１０19ｃｍ-3）を順次にＭＯＣＶＤ法にて結晶成長させる。
【００３０】
なお、多重歪量子井戸活性層１０５においては、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ下部中間層（厚さ３．０ｎｍ）上に、複数のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ障壁層（基板側からそれぞれ厚さ２１．５ｎｍ、７．９ｎｍ、２１．５ｎｍの３層）と複数のＩｎ0.072Ｇａ0.928Ａｓ圧縮歪量子井戸層（歪０．５１％、厚さ４．６ｎｍ、２層）とが交互に積層され、その上にＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ上部中間層（厚さ３．０ｎｍ）がさらに積層されている。
【００３１】
ストライプ状リッジ１２０を形成すべき領域１２１ａ上には、レジストマスク１３０（マスク幅４．５μｍ）がフォトリソグラフィ工程によって形成される。このマスク１３０は、形成すべきストライプ状リッジ１２０が延びる方向に対応して、ＧａＡｓ基板１０１の＜０−１１＞方向に沿ってストライプ状に延びて形成される。
【００３２】
そして、ストライプ状レジストマスク１３０の両側のリッジ形成外領域１２１ｂにおいて、第２上クラッド層１１１、第１コンタクト層１１２、および第２コンタクト層１１３をエッチングによって除去し、マスク１３０の直下に順メサストライプ状のリッジ１２０を形成する。このエッチングでは、ＡｌＧａＡｓ系材料である第２上クラッド層１１１、第１コンタクト層１１２、および第２コンタクト層１１３をエッチングするがＩｎＧａＡｓＰ系である保護層１１０をエッチングしないエッチング液として、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いる。この際に、第２上クラッド層１１１のエッチング速度が第１コンタクト層１１２と第２コンタクト層１１３のエッチング速度より若干速いので、リッジ１２０の側面に第１コンタクト層１１２と第２コンタクト層１１３のオーバーハングができる。
【００３３】
したがって、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でそのオーバーハング部分を除去する。すなわち、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液は、ＧａＡｓである第１コンタクト層１１２と第２コンタクト層１１３をエッチングするが、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓである第２上クラッド層１１１やＩｎＧａＡｓＰ系である保護層１１０をエッチングしない。形成されるリッジ１２０の最下部の幅は約３μｍである。エッチング終了後に、レジストマスク１３０は除去される。最後に、エッチング処理された半導体積層構造を含むウエハに対して水洗を行い、窒素ブローなどで乾燥させる。
【００３４】
図３の模式的断面図では、リッジ１２０および露出されている保護層１１０を覆うように、レジストマスク１３１がフォトリソグラフィ工程によって形成される。ただし、そのマスク１３１は、リッジ形成外領域１２１ｂにおいて、複数のストライプ状（溝状）開口部１２２を有している。この開口部１２２の溝方向はリッジ１２０と平行にされ、各溝状開口部の幅は約１．０μｍで、隣り合う溝状開口部の間隔は１６μｍで、そしてリッジ１２０とそれに最も近い溝状開口部との間隔は１１μｍに設定される。このマスク１３１を用いて、開口部１２２直下の領域において保護層１１０をエッチングによって除去し、そこに高Ａｌ組成層１０９を露出させる。このエッチングでは、ＩｎＧａＡｓＰ系である保護層１１０をエッチングするがＡｌＡｓである高Ａｌ組成層１０９をエッチングしないエッチング液として塩酸を用いる。保護層１１０の溝状開口部１２２の幅は、約１．２μｍに形成される。
【００３５】
図４の模式的断面図においては、レジストマスク１３１が除去され、エッチング加工された半導体積層構造を含むウエハに対して水洗を行いって、窒素ブローなどで乾燥させる。そして、そのウエハは、水蒸気を流した４００℃の加熱炉中に５分３０秒間保持されて熱処理される。
【００３６】
この際に、図５の模式的な斜視図に示すように、保護層１１０の溝状開口部１２２を起点に高Ａｌ組成層１０９の酸化が開始し、酸化物層の領域１０９ｂが成長し始める。しかし、高Ａｌ組成層１０９下にはＡｌを含まない酸化停止層１０８が設けられているので、高Ａｌ組成層１０９の深さ方向への酸化は酸化停止層１０８との界面に到達すれば停止する。しかし、基板１０１の主面に平行な水平方向（図５中の矢印方向）への酸化は、時間とともに徐々に進行する。そして、隣接する溝状開口部１２２間において、互いに成長してきた酸化物層の領域１０９ｂが合体する。その後、このままさらに酸化を継続させ、酸化物層の領域１０９ｂがリッジ１２０の側面の直下に到達した時点で酸化を終了させる。これによって、図４に示すように、リッジ形成外領域１２１ｂのみに酸化物層１０９ｂが形成される。
【００３７】
次に、電子ビーム蒸着法を用いて、ｐ型用電極層１１４としてＴｉ層（厚さ５０ｎｍ）、Ｐｔ層（厚さ５０ｎｍ）、およびＡｕ層（厚さ３００ｎｍ）の順に積層する。そして、基板１０１が所望の厚み（ここでは、約１００μｍ）になるまで、その下面側からラッピング法によって研削される。薄くされた基板１０１の下面上は、抵抗加熱蒸着法を用いて、ＡｕＧｅ合金層（８８％Ａｕ−１２％Ｇｅ合金、厚さ１００ｎｍ）、Ｎｉ層（厚さ１５ｎｍ）、およびＡｕ層（厚さ３００ｎｍ）がｎ型用電極層１１５として積層される（図１参照）。蒸着されたｐ型用電極層１１４とｎ型用電極層１１５はＮ2雰囲気中で３９０℃において１分間加熱され、それらと半導体層との界面を合金化させるアロイ処理が行われる。
【００３８】
その後、基板１０１は所望の共振器長（ここでは、５００μｍ）を有する複数のバーに劈開によって分割され、各バーの劈開面に端面コーティングが施される。そして、各バーが複数のチップ（５００μｍ×２５０μｍ）に分割される。分割後のチップは、Ｉｎ糊剤を用いてステム（図示せず）上に固着される。
【００３９】
そして、図６の模式的な断面図に示すように、外部回路との電気的接続を行うためのＡｕワイヤ１３０がリッジ形成外領域１２１ｂにおいてｐ型用電極層１１４上にボンディングされ、これによって図１の半導体レーザ素子１００が完成する。
【００４０】
こうして作製された半導体レーザ素子１００のｐ型用電極層１１４とｎ型用電極層１１５との間に電流を流せば、絶縁物である酸化物層１０９ｂによって電流が遮断され、リッジ１２０の最上部に設けられた高濃度ドーピング層であるｐ+−ＧａＡｓ第２コンタクト層１１３とｐ型用電極層１１４との間のオーミック接合のみ通して電流が流れる。このような電流狭窄にともなって、リッジ１２０直下にてレーザ光が発振して劈開面から射出される。
【００４１】
本実施形態１の半導体レーザ素子１００においは、前述のように、高Ａｌ組成層１０９はその下と上にそれぞれ接する酸化停止層１０８および保護層１１０とともに一連の結晶成長を含む１回のＭＯＣＶＤ工程で形成された層である。このような高Ａｌ組成層１０９を酸化させて形成される酸化物層１０９ｂでは、図２２に示された特許文献１の場合に半導体層５０２〜５０５上に別途の気相成長などで形成される誘電体膜５０６に比べて、隣接する半導体層（酸化停止層１０８および保護層１１０）との密着性が高くなる。また、ｐ型用電極層１１４はその大部分の領域が保護層１１０上に設けられ、かつそれらの界面が合金化されている。その結果、本実施形態１におけるｐ型用電極層１１４は、特許文献１におけるように誘電体膜５０６上に形成される場合にくらべて、下地に対する密着性が格段に高くなる。したがって、本実施形態１においてリッジ形成外領域１２１ｂでワイヤをボンディングしても、従来技術の場合のようにボンディングによる超音波振動などによってボンディング付近の金属電極層が誘電体膜から剥がれる現象が発生しなくなる。
【００４２】
すなわち、本実施形態１では、開口部１２２においてｐ型用電極層１１４が酸化物層１０９ｂ上に形成されており、そこでもボンディングがなされる。しかし、ｐ型用電極層１１４の大部分の領域は、保護層１１０上に存在することになる（図６参照）。したがって、仮にｐ型用電極層１１４が開口部１２２において酸化物層１０９ｂから剥がれたとしても、他の部分では剥がれないので全く問題を生じない。また、本実施形態１によれば、半導体レーザ素子の長期動作中の様々な動作環境の変化においても、電極層の剥がれなどが抑制されることになる。特に、半導体レーザ素子１００を樹脂中に埋め込んだ形にパッケージした場合などでは、温度や湿度などの変化によって樹脂が膨張や収縮を起こすので、それに伴ってワイヤなどに応力がかかりやすい。しかし、本実施形態１のレーザ素子ではそのような応力に耐えることができ、レーザ素子の安定化に大きな効果が得られる。すなわち、本発明によって半導体レーザ素子の製造歩留まりが向上し、製造コストを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態１の半導体レーザ素子１００の製造方法では、複数の半導体層１０２〜１１３に関する一連の結晶成長を１回のＭＯＣＶＤで行うことができ、保護層１１０に設けられた開口部１２２を起点に高Ａｌ組成層１０９を酸化させて酸化物層１０９ｂを形成するので、半導体レーザ素子を低コストでかつ高い歩留まりで得ることができる。
【００４４】
前述のように、本実施形態１の半導体レーザ素子１００においては、高Ａｌ組成層１０９下に相対的にＡｌ組成が低いかまたはＡｌを含まない酸化停止層１０８を設けることによって、高Ａｌ組成層１０９を酸化させる際に基板側への酸化の進行をその酸化停止層１０８で止めることができる。これによって、屈折率の低い酸化物層１０９ｂの厚さを確実に所定厚さに制御することができ、レーザ素子の良好な発光特性をより再現性よく得ることができる。また、歪の発生源となり得る酸化物層１０９ｂについて、活性層１０５方向への酸化の進行を確実に酸化停止層１０８で止めることができ、その歪の影響を抑制することができる。このことは、酸化物層１０９ｂの形成工程時だけでなく、半導体レーザ素子１００を長期間動作させる場合においても、酸化物層１０９ｂからさらに活性層１０５へ向かう酸化の進行を防止することができ、レーザ素子の信頼性を向上させる効果をも生じ得る。
【００４５】
また、前述のように、本実施形態１の半導体レーザ素子１００では、第２上クラッド層１１１がＡｌＧａＡｓであるのに対してその下の保護層１１０がＩｎＧａＡｓＰであり、それらのエッチング特性が互いに相違している。したがって、保護層１１０より上の層をリッジ形状にエッチング加工して、容易に保護層１１０の表面を露出させることが可能となる。すなわち、リッジの形成と保護層の露出を一回の工程で兼ねることができる。このように、リッジ１２０の形成においてエッチング特性の異なる複数の層を利用することによって、リッジ導波型半導体レーザ素子中の光分布に大きな影響を与える活性層１０５とリッジ形成外領域１２１ｂの表面との距離について安定に制御することができ、レーザ素子の遠視野像特性が安定して得られることになる。
【００４６】
また、前述のように、本実施形態１の半導体レーザ素子１００では、リッジの頂部である第２コンタクト層１１３にはＡｌを含まないＧａＡｓが用いられている。このコンタクト層１１３は電流注入経路であり、ｐ型用電極層１１４との間での電気抵抗が低いことが望ましい。ところが、本実施形態１では、酸化工程においてコンタクト層１１３の表面も水蒸気にさらされる。したがって、コンタクト層１１３の表面でできるだけ酸化物の発生を抑制するために、コンタクト層１１３にはＡｌを含まない材料を用いることが望ましい。これによって、ｐ型用電極層１１４との間の電気抵抗を低く抑えることができる。
【００４７】
また、本実施形態１の半導体レーザ素子１００では、酸化物層１０９ｂに変換される前の高Ａｌ組成層１０９において、ＩＩＩ族元素中のＡｌ組成比を０．８以上に設定している。仮にそのＡｌ組成比が０．８より低い場合、酸化が進行しにくくて均質に酸化させることが難しい。酸化物層１０９ｂの酸化状況が不均質であれば、リッジ形成外領域１２１ｂ全体で均一な電流阻止能力を得ることができなくてリーク電流が発生し得る。すなわち、良好な電流阻止能力を得るためには、高Ａｌ組成層１０９において０．８以上のＡｌ組成比に設定することが有効である。なお、そのＡｌ組成比の上限についての制限は特にはなく、Ａｌ組成比１の値まで適用可能である。
【００４８】
本実施形態１の半導体レーザ素子１００において、酸化物層１０９ｂの厚さは、１０ｎｍより大きいことが望ましい。これによって、酸化物層１０９ｂの絶縁性による障壁の効果が確実に得られて安定した電流狭窄を行うことができる。また、保護層１１０の厚さも、１０ｎｍより大きいことが望ましい。これによって、保護層１１０上に電極層１１４を設けた後にアロイ処理をおこなっても、その電極層の密着性をより確実に維持することができる。保護層１１０が薄すぎる状態でアロイ処理を行った場合、保護層１１０の厚さ全体と電極層１１４とが合金化する。すなわち、保護層１１０を構成する原子のほとんどが電極層１１４側に拡散して、実質上誘電体膜の上に金属膜が形成された状態と同様になる。これでは、従来技術の場合とほぼ同様となって、電極層が容易に剥がれてしまう。
【００４９】
また、本実施形態１の半導体レーザ素子１００においては、リッジ１２０の両側の各リッジ形成外領域１２１ｂにおいて溝状開口部１２２を複数設け、各開口部から形成されはじめた酸化物層が互いに接触合体して１つの酸化物層となるように酸化を行う。仮にリッジ１２０の各側において開口部１２２の数が１つであったとしても、酸化物層１０９ｂを形成することは可能である。しかし、その１つの開口部１２２からリッジ１２０までの距離が離れるほど、基板１０１の主面に水平な方向への必要な酸化の進行距離が長くなって、より長い酸化時間を要したり、より酸化速度の速い条件や手法で酸化を行うことが必要になる。これでは、リッジ形成外領域１２１ｂのみを確実に酸化させるための制御性を損なうことになる。
【００５０】
他方、溝状開口部１２２自体は酸化の起点として機能すればよいので、各開口部１２２について特に広い面積は必要としない。したがって、狭い面積の開口部１２２を複数設けて適切に配置することによって、より制御性よく酸化物層１０９ｂを形成することができる。なお、開口部１２２の占める面積の合計があまり大きくなれば、ｐ型用電極層１１４と保護層１１０との接触面積が少なくなって、ｐ型用電極層１１４が剥がれやすくなる。そこで、複数の開口部１２２が占める面積の合計をリッジ形成外領域１２１ｂの面積の半分以下に設定することによって、電極層１１４の十分な密着性が確保され得る。
【００５１】
また、本実施形態１の半導体レーザ素子１００においては、開口部１２２のうちで少なくともリッジ１２０の両側面のそれぞれに最も近くに設けられるものは、溝形状を有しかつその溝の方向はストライプ状リッジに平行にされる。よって、溝形状の開口部１２２を起点にして高Ａｌ組成層１０９を酸化させれば、酸化物層１０９ｂと高Ａｌ組成層１０９ａとの境界が溝およびリッジに平行な向きを維持しながら酸化が進行し、その酸化をリッジ１２０の側面全体にわたって平行な位置で停止させることができる。これによって、共振器方向に平行で均一な電流狭窄構造をより容易に作製することができ、安定したレーザ素子特性を得ることができる。
【００５２】
なお、もちろん本発明は上述した本実施形態１の構造に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各々の層厚や材料の変更等を加え得ることは当然である。また、望まれる場合には、リッジ１２０の片側のリッジ形成外領域１２１ｂのみにおいて酸化物層１０９ｂ及び保護層１１０を設けて、それらからリッジ１２０の頂部までを覆うｐ型用電極層１１４を形成してもよい。
【００５３】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２による半導体レーザ素子２００の積層構造を模式的な断面図で示している。本実施形態２のレーザ素子の構造は、実施形態１の場合に比較し、開口部として穴状開口部１２２ｃと溝状開口部１２２ｄの２種類が設けられることのみにおいて相違している。図７のレーザ素子２００の製造方法は、図８から図１７において図解されている。
【００５４】
まず、本実施形態２のレーザ素子の作製では、実施形態１と同様の方法によって、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に複数の半導体層を順次にＭＯＣＶＤ法にて結晶成長させる。そして、図２の場合と同様の方法でレジストマスク１３０を形成し、そのマスクを利用してリッジ１２０を形成する。その後に、レジストマスク１３０が除去され、リッジが形成された半導体ウエハに対して水洗を行い、窒素ブローなどで乾燥させる。
【００５５】
次に、図８の模式的断面図に示すように、リッジ１２０の頂部と側面部および保護層１１０のリッジ形成外領域１２１ｂの上に、複数の穴状開口部１２２ｃを有するレジストマスク１３１をフォトリソグラフィ工程によって形成する。これらの穴状開口部１２２ｃはリッジ形成外領域１２１ｂのみにおいて保護層１１０上に形成されるが、リッジ１２０の側面から２０μｍ以内の領域には設けられない。穴状開口部１２２ｃ同士の相対的位置は正三角形の頂点を占めるように配置され、各開口部の直径は約１．０μｍで、開口部同士の間隔は１０μｍに設定される。そして、このマスク１３１を利用して、保護層１１０のうちで穴状開口部１２２ｃの直下の部分をエッチングによって除去し、高Ａｌ組成層１０９を部分的に露出させる。この際のエッチングは塩酸を用いて行われ、保護層１１０に形成される穴状開口部１２２ｃの直径は約１．２μｍである。
【００５６】
次に、レジストマスク１３１を除去し、半導体ウエハに対して水洗を行い、窒素ブローなどで乾燥させる。そして、そのウエハは、水蒸気を流した加熱炉中において４００℃で５分間だけ熱処理される。
【００５７】
このとき、図９の模式的斜視図に示すように、穴状開口部１２２ｃを起点に高Ａｌ組成層１０９の酸化が開始し、酸化物層領域１０９ｃが形成され始める。高Ａｌ組成層１０９下にはＡｌを含まない酸化停止層１０８が設けられているので、基板１０１方向への酸化はその酸化停止層１０８との界面まで到達して停止する。他方、基板１０１の主面に平行な水平方向（図９中の矢印方向）への酸化は、時間とともに徐々に進行する。
【００５８】
そして、図１０の模式的斜視図に示すように、まず穴状開口部１２２ｃ同士の間において、互いに形成されてきた酸化物層領域１０９ｃが接触合体し始める。そして、穴状開口部１２２ｃ同士の間にある高Ａｌ組成層１０９が十分酸化された後に酸化を終了させる。このとき、リッジ１２０に最も近い位置の穴状開口部１２２ｃからは、リッジに向かう方向には酸化は８μｍ程度進んでいる。
【００５９】
これによって、図１１の模式的な断面図に示すように、リッジ１２０直下とその近傍を除いて、酸化物層１０９ｃが形成される。
【００６０】
次に、図１２の模式的な断面図に示すように、リッジ１２０とその近傍を除く領域において保護層１１０上にレジストマスク１３２をフォトリソグラフィによって形成する。このとき、マスク１３２は、すべての穴状開口部１２２ｃを覆い、かつ高Ａｌ組成層１０９と酸化物層１０９ｃとの境界部の上方は覆わないように形成される。その境界部とリッジ１２０に最も近い位置の穴状開口部１２２ｂとの間には上述のように８μｍ程度の距離（水平方向の酸化の進行距離）があるが、マスク１３２の端がこの距離中に入っていれば特に問題はないので、マスクエッジの位置あわせには細かい精度は不要である。
【００６１】
次に、図１３の模式的な断面図に示すように、レジストマスク１３２とリッジ１２０をマスクとして、保護層１１０のうちで露出されている部分をエッチングにより除去して溝状開口部１２２ｄを形成し、高Ａｌ組成層１０９を部分的に露出させる。このエッチングは塩酸を用いて行われ、高Ａｌ組成層１０９と酸化物層１０９ｃとの境界領域が露出される。
【００６２】
続いて、図１４の模式的な斜視図に示すように、ウエハが過酸化水素水中に１００秒間保持されて、溝状開口部１２２ｄにおける高Ａｌ組成層１０９のみを酸化させて酸化物層領域１０９ｄを形成する。なお、図１４において、酸化物層領域１０９ｄ中に示された下向きの複数の小さな矢印は、酸化の進む方向を模式的に表している。このとき、酸化時間が短いので、基板１０１に平行な方向にはほとんど酸化は進行しない。そして、酸化物層領域１０９ｃと１０９ｄが一体となって、１つの酸化物層１０９ｂとなる。その後、マスク１３２を除去し、ウエハに対して水洗を行い、窒素ブローなどで乾燥させる。
【００６３】
こうして、図１５の模式的な断面図に示すように、リッジ１２０の直下を除いて、酸化物層１０９ｂが形成される。
【００６４】
続いて、図１６の模式的な斜視図に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、ｐ型用電極層１１４としてＴｉ層（厚さ５０ｎｍ）／Ｐｔ層（厚さ５０ｎｍ）／Ａｕ層（厚さ３００ｎｍ）の順に積層する。
【００６５】
その後、基板１０１が所望の厚み（ここでは、約１００μｍ）になるまで、その下面側からラッピング法によって研削される。その薄くされた基板１０１の下面上には、抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ型用電極層１１５としてＡｕＧｅ合金層（８８％Ａｕ−１２％Ｇｅ合金、厚さ１００ｎｍ）、Ｎｉ層（厚さ１５ｎｍ）、およびＡｕ層（厚さ３００ｎｍ）を積層する。
【００６６】
その後、ｐ型用電極層１１４およびｎ型用電極層１１５がＮ2雰囲気中で３９０℃において１分間加熱され、半導体層との界面を合金化させるアロイ処理が行われる。
【００６７】
そのアロイ処理後に基板１０１は、所望の共振器長（ここでは、５００μｍ）を有する複数のバーに劈開によって分割され、各バーの劈開面に端面コーティングを行う。さらに、各バーは複数のチップ（５００μｍ×２５０μｍ）に分割される。分割後のチップは、Ｉｎ糊剤を用いてステム（図示せず）上に固着される。
【００６８】
そして、図１７の模式的な断面図に示すように、リッジ形成外領域１２１ｂにおいて（図７をも参照）、ｐ型用電極層１１４上に外部回路との電気的接続を行うためのＡｕワイヤ１３０をボンディングし、これによって半導体レーザ素子２００が完成する。
【００６９】
こうして作製された半導体レーザ素子２００のｐ型用電極層１１４とｎ型用電極層１１５との間に電流を流せば、絶縁物である酸化物層１０９ｂによって電流が遮断され、リッジ１２０の最上部に設けられたｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１３とｐ型用電極層１１４との間のオーミック接合のみを通して電流が流れる。これによって電流狭窄が行われ、リッジ１２０直下にてレーザ光が発振して劈開面から射出される。
【００７０】
この実施形態２の半導体レーザ素子２００では、実施形態１の半導体レーザ素子１００の場合と同様に、リッジ形成外領域１２１ｂにおいて、絶縁物である酸化物層１０９ｂが、それに隣接する半導体層（酸化停止層１０８、保護層１１０）およびｐ型用電極層１１４と高い密着性を持って形成される。したがって、実施形態１の場合と同様に本実施形態２においても、従来技術の場合のようにワイヤボンディングの際の超音波振動などによってボンディング付近の金属電極層が誘電体膜から剥がれる現象が発生しなくなる。すなわち、本実施形態２においても、レーザ素子の作製の歩留まりが向上してそのコストを抑制することができ、さらにはレーザ素子の長期動作中に様々な動作環境の変化による電極層の剥がれなども抑制され得る。
【００７１】
前述のように、本実施形態２の半導体レーザ素子２００中の保護層１１０は、リッジの両側面に最も近く設けられた溝状開口部１２２ｄ以外に穴状開口部１２２ｃを有している。すなわち、まず穴状開口部１２２ｃをリッジ１２０から離れた位置に形成して、酸化物層領域１０９ｃを形成する。次に、リッジ１２０に隣接して溝状開口部１２２ｄを形成し、その開口部１２２ｄ下に酸化物層領域１０９ｄを追加形成する。このような本実施形態２においては、実施形態１に比べて、レジストマスクの位置合わせや、酸化工程における酸化速度および酸化時間について、より大きな許容度（緩やかな精度的制限）で設定することが可能となる。
【００７２】
より具体的には、実施形態１においては、リッジ１２０の両側面から最も近い溝状開口部１２２ｄは、いずれもリッジ１２０から等距離に形成する必要がある。この距離が異なれば、酸化工程においてリッジに向かってその両側から進んできた酸化領域のうちで、いずれか一方の酸化領域のみが先にリッジ１２０に到達してしまう。そうすれば、リッジに関する電流狭窄が左右不均等になり、レーザ素子特性が悪化する。したがって、実施形態１においては、レジストマスク１３１を形成する場合に、リッジ１２０に対してマスクパターンを精度よく位置決めする必要がある。また、次の酸化工程においても、酸化速度および酸化時間を精度良く管理しなければ、酸化物層領域１２２ｂがリッジ１２０の側面に到達しなかったり、逆にリッジ１２０の下にまで侵入して形成されたりする。
【００７３】
他方、本実施形態２においては、リッジ１２０近傍の精度を要する酸化は最後に行うものとし、まずリッジ１２０から離れた領域のみに穴状開口部１２２ｃを形成し、それらの穴状開口部１２２ｃを起点に酸化物層領域１０９ｃを形成する。この場合、リッジ１２０に対する穴状開口部１２２ｃの位置は高い精度を必要としない。また、酸化速度や酸化時間も、高い精度を必要としない。なぜならば、リッジ１２０に対しては余裕のある距離の位置で酸化を停止させることができ、かつ穴状開口部１２２ｃ同士の間で高Ａｌ組成層１０９が全て酸化物層領域１０９ｃへ酸化されて合体されればよいからである。
【００７４】
その後に溝状開口部１２２ｄを規定するレジストマスク１３２を形成するが（図１４参照）、このときもマスク１３２の位置については、その時点で残っている高Ａｌ組成層１０９の直上は覆わないようにさえすればよく、高い精度は必要とされない。そして、溝状開口部１２２ｄを形成するときにはリッジ１２０自体がエッチングマスクとして機能するので、リッジ１２０の側面に沿って溝状開口部１２２ｄを形成することができる。その状態で高Ａｌ組成層１０９の酸化がその深さ方向に酸化停止層１０８まで到達する程度の時間だけその酸化を進めれば、基板１０１の主面に平行な水平方向にはほとんど酸化を進行させずにリッジ形成外領域１２１ｂのみに酸化物層１０９ｂを形成することができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態２においては、レジストマスク１３１の形成時、穴状開口部１２２ｃを起点にした酸化時、レジストマスク１３２の形成時、および溝状開口部１２２ｄを起点にした酸化時のいずれにおいても高い精度を要せず、実施形態１に比較してはるかに歩留まりよく半導体レーザ素子を作製することができる。
【００７６】
また、本実施形態２では、実施形態１に比べて保護層１１０の開口部の大半を穴形状に形成している。したがって、本実施形態２においては、保護層１１０の全ての開口部に溝形状を用いる場合に比べて、リッジ形成外領域１２１ｂでかつリッジ近傍を除く領域における開口部の面積の割合を小さくすることができ、電極層剥がれの発生確率をさらに小さくすることができる。
【００７７】
また、本実施形態２の半導体レーザ素子２００では、穴状開口部１２２ｃの互いの位置がほぼ正三角形の頂点を占めるように配置されている。したがって、穴状開口部１２２ｃを起点に酸化を開始させた場合に、互いの穴状開口部１２２ｃ同士間における高Ａｌ組成層１０９を最も短い時間で酸化させることができる。そして、高Ａｌ組成層１０９の酸化時間を短くし得ることによって、その酸化をより制御性よく行うことが可能となる。
【００７８】
なお、本実施形態２の半導体レーザ素子２００のうちで、実施形態１のレーザ素子１００と同様の構成部分については、同様の効果が得られる。また、本発明は上述の実施形態２に示された構造に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各層の厚さや材料の変更等を加え得ることは当然である。
【００７９】
また、実施形態１の半導体レーザ素子１００および実施形態２の半導体レーザ素子２００において、酸化停止層１０８と高Ａｌ組成層１０９との間、および高Ａｌ組成層１０９と保護層１１０との間のいずれか、またはそれらの両方において、上と下に隣接する一方の層から他方の層までＡｌ組成が徐々にまたは段階的に変化する中間層を設けることによって、酸化物層１０９ｂの上下の保護層１１０と酸化防止層１０８に対する密着性をさらに向上させることができる。これは、高Ａｌ組成層１０９を酸化して酸化物層１０９ｂを形成したときに、中間層においては半導体と誘電体が混在した膜となり、かつ上下の保護層と酸化防止層へ向かって徐々に半導体と誘電体の混在比が変化し、急激に変化する場合に比べて密着性が向上することによる。
【００８０】
こような中間層は、半導体レーザ素子の駆動電圧の安定化にも効果を生じ得る。半導体レーザ素子１００、２００では、リッジ形成外領域１２１ｂにおいて、高Ａｌ組成層１０９はその高いＡｌ組成に起因して保護層１１０および酸化停止層１０８との間で大きなバンドギャップエネルギ差を生じるヘテロ界面を形成している。このヘテロ界面は電圧を印加した場合にキャリアの流れに対して障壁となって、駆動電圧が上昇する場合がある。しかし、上述のような中間層を設けることによって、そのような障壁が低減されて半導体レーザ素子の駆動電圧の上昇が抑制され得る。
【００８１】
（実施形態３）
図１８は、本発明の実施形態３による光ディスク装置の一例を模式的なブロック図で示している。この光ディスク装置３００は、光ディスク３０１にデータを書き込みかつ書き込まれたデータを再生することができ、半導体レーザ素子３０２を備えている。この半導体レーザ素子３０２は実施形態２の半導体レーザ素子に類似しており、その活性層とガイド層にＡｌＧａＡｓ系半導体が用いられていて波長７８０ｎｍ帯で発振することのみにおいて異なっている。
【００８２】
この光ディスク装置３００における書き込みの際には、半導体レーザ素子３０２から射出された信号光がコリメートレンズ３０３によって平行光にされる。その平行光は、ビームスプリッタ３０４を透過してλ／４偏光板３０５で偏光状態が調節された後に、対物レンズ３０６で集光されて光ディスク３０１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３０１に照射され、データ記録された光ディスク３０１の表面で反射される。その反射光は、レーザ光照射用対物レンズ３０６とλ／４偏光板３０５を経た後にビームスプリッタ３０４で反射されて角度が９０°変えられ、その後に受光素子用対物レンズ３０７で集光されて信号検出用受光素子３０８に入射する。信号検出用受光素子３０８内において入射レーザ光の強弱に対応して読み出しデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路３０９において元の信号に再生される。
【００８３】
この実施形態３の光ディスク装置では、低コストで製造できかつ電流狭窄能力の安定した半導体レーザ素子３０２を用いているので、従来の光ディスク装置に比べて、長期動作においても故障が少ない光ディスク装置を安価に提供することができる。
【００８４】
なお、ここでは活性層とガイド層以外は実施形態２と同様の構成を有する半導体レーザ素子３０２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および光ディスク再生装置や他の波長帯（例えば６５０ｎｍ帯）を利用する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。
【００８５】
（実施形態４）
図１９は、本発明の実施形態４による光伝送システムに使用される光伝送モジュール４００を模式的断面図で示している。また、図２０はこの光伝送モジュール４００の光源付近を示す拡大図であり、図２１はその光伝送モジュール４００を用いた光伝送システムを模式的斜視図で示している。
【００８６】
本実施形態４では、実施形態２による発振波長８９０ｎｍのＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ素子（レーザチップ）２００を光源として用い、またシリコン（Ｓｉ）のｐｉｎフォトダイオード素子を受光素子４２１として用いている。そして、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４００を備えることによって、双方の光伝送モジュール４００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成され得る。
【００８７】
図１９に示されているように、光伝送モジュール４００は、データ送信のための発光部４１０とデータ受信のための受光部４２０を含んでいる。発光部４１０は、半導体レーザ素子２００とその上方において送信光を整形する送信用レンズ４１２とを含んでいる。また、受光部４２０は、フォトダイオード素子４２１と外部からの受信光を集光する受信用レンズ４２２とを含んでいる。半導体レーザ素子２００とフォトダイオード素子４２１は回路基板４０１上に実装され、それぞれワイヤ４１７と４２６によって回路基板４０１上の配線パターン（図示せず）に接続されている。また、発光部４１０と受光部４２０との間の位置には、光伝送モジュール４００を動作させるための集積回路素子４３０が組み込まれている。
【００８８】
回路基板４０１の上面は、半導体レーザ素子２００、フォトダイオード素子４２１、および集積回路素子４３０が覆われるように、波長８５０〜９００ｎｍの光に対して透明なエポキシ樹脂モールド４０２によって被覆されている。ここで、エポキシ樹脂モールド４０２自体が、その形状に基づいて、送信用レンズ４１２と受信用レンズ４２２を含んでいる。すなわち、エポキシ樹脂モールド４０２は、半導体レーザ素子２００の上方には送信用レンズ４１１が配置されてフォトダイオード４２１の上方には受信用レンズ４２２が配されるように一体的に成形される。
【００８９】
発光部４１０を拡大して示す図２０を参照して、回路基板４０１上には深さ約３００μｍの凹部４１３が形成され、その表面には金属膜である実装面４１４が形成されている。凹部４１３の横には、回路基板４０１上の配線パターンの１部として、ワイヤボンドパッド４１５が形成されている。凹部４１３の底では、半導体レーザ素子２００がその下面のｎ型用電極層を実装面４１４に接するようにマウントされている。そして、半導体レーザ素子２００の上面のｐ型用電極層は、ワイヤ４１７によってワイヤボンドパッド４１５へ電気的に接続されている。
【００９０】
凹部４１３内では、液状シリコーン樹脂４１６が充填されて、光拡散部として硬化させられている。このシリコーン樹脂４１６中には、光を拡散させるフィラー（例えば、ポリスチレン製粒子、平均粒径１μｍ（図示せず））が混入されている。すなわち、液状シリコーン樹脂４１６が凹部４１３内に適量滴下され、その表面張力に起因して凹部４１３内に留まって半導体レーザ素子２００を覆う。その滴下後の液状シリコーン樹脂４１６は、８０℃で約５分間加熱されて、ゼリー状になるまで硬化させられる。そして、その硬化されたシリコーン樹脂４１６上にエポキシ樹脂モールド４０２を被覆することによって、送信用レンズ４１２を形成している。
【００９１】
この発光部４１０において半導体レーザ素子２００を駆動させれば、図２０中の矢印で示されているようにレーザ素子２００の端面から水平方向に発光し、出射された光はシリコーン樹脂４１６内に入射して、その樹脂内のフィラーによって拡散されながら進む。そして、凹部４１３の側面部にある金属膜の実装面４１４で反射され上方に向かう。その後、光はシリコーン樹脂４１６の上面から透明なエポキシ樹脂モールド４０２内に入り、さらに送信用レンズ４１２で整形されて外部へ放出される。
【００９２】
ここで、半導体レーザ素子２００の発光点は数μｍ径と非常に小さくかつ発光強度が高いので、レーザ光をそのまま外部へ放射させれば眼に対する安全上の問題があるが、本発明ではフィラーによってレーザ光が拡散され、外部から見た発光点はシリコーン樹脂４１６の上面部に広がって見えるので、安全上の問題が生じることはない。このような発光部４１０の構成を採用することによって、従来の発光ダイオード素子に替えて半導体レーザ素子２００を用いることが可能となる。
【００９３】
すなわち、本実施形態４の光伝送モジュールは、本発明の半導体レーザ素子を用いることによって安価に製造可能となりかつ長期動作においても故障が少ないものとなる。特に、本実施形態４の光伝送モジュールのように半導体レーザ素子２００を樹脂中に埋め込んでパッケージした場合では、温度や湿度などによって樹脂が膨張や収縮を起こすのでワイヤなどに力がかかりやすく、本発明の半導体レーザ素子を用いることによりその安定性において大きな効果が得られる。また、通信を行う双方の側に一対の同じ光伝送モジュール４００を備えることによって、双方の光伝送モジュール４００間で光信号を送受信する光伝送システムを構成することができる。
【００９４】
図２１は、一対の光伝送モジュール４００ａ、４００ｂを利用した光伝送システムの一例を模式的斜視図で示している。この光伝送システムは、部屋の天井に設置された基地局４４１に光伝送モジュール４００ａを備えるとともに、パーソナルコンピュータ４４２に同種の光伝送モジュール４００ｂを備えている。パーソナルコンピュータ４４２側の光伝送モジュール４００ｂの光源から情報を伴って発せられた光信号は、基地局４４１側の光伝送モジュール４００ａの受光素子によって受信される。また、基地局４４１側の光伝送モジュール４００ａの光源から発せられた光信号は、パーソナルコンピュータ４４２側の光伝送モジュール４００ｂ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。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明によれば、十分な電流狭窄能力を有することによって高い発振効率を生じかつ低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子を低コストの製造方法で提供することができる。また、本発明によれば、そのような半導体レーザ素子を利用した光ディスク装置および光伝送モジュールを提供することをもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施形態１による半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図３】図２に続く製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】図３に続く製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図５】図４の一部に対応する模式的な拡大斜視図である。
【図６】図１の半導体レーザ素子の一部におけるワイヤボンディングを示す模式的な拡大断面図である。
【図７】本発明の実施形態２による半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図８】図７の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図９】図８に続く製造工程を説明するための模式的な拡大斜視図である。
【図１０】図９に続く過程を示す模式的な拡大斜視図である。
【図１１】図１０に対応する模式的な断面図である。
【図１２】図１１に続く製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１３】図１２に続く製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１４】図１３に続く製造工程を説明するための模式的な拡大斜視図である。
【図１５】図１４に続く製造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図１６】図１５に続く製造工程を説明するための模式的な拡大斜視図である。
【図１７】図７の半導体レーザ素子の一部におけるワイヤボンディングを示す模式的な拡大断面図である。
【図１８】本発明の実施形態３による光ディスク装置を示す模式的ブロック図である。
【図１９】本発明の実施形態４による光伝送システムに使用される光伝送モジュールを示す模式的断面図である。
【図２０】図１９の光伝送モジュール中における半導体レーザ素子の近傍を拡大表示する模式的断面図である。
【図２１】本発明の実施形態４による光伝送システムの一例を示す模式的斜視図である。
【図２２】特許文献１による半導体レーザ素子の積層構造とその製造方法を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００、２００  半導体レーザ素子、１０１  ｎ−ＧａＡｓ基板、１０２  ｎ−ＧａＡｓバッファ層、１０３  ｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層、１０４  ｎ−ＡｌＧａＡｓ下ガイド層、１０５  多重歪量子井戸活性層、１０６  ｐ−ＡｌＧａＡｓ上ガイド層、１０７  ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層、１０８  ｐ−ＧａＡｓ酸化停止層、１０９、１０９ａ  ｐ−ＡｌＡｓ高Ａｌ組成層、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ  酸化物層、１１０  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ保護層、１１１  ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層、１１２  ｐ−ＧａＡｓ第１コンタクト層、１１３  ｐ+−ＧａＡｓ第２コンタクト層、１１４  ｐ型用電極層、１１５  ｎ型用電極層、１２０  リッジ、１２１ａ  リッジ形成領域、１２１ｂ  リッジ形成外領域、１２２  開口部、１２２ｃ  穴状開口部、１２２ｄ  溝状開口部、１３０、１３１、１３２  レジストマスク、３００  光ディスク装置、３０１  光ディスク、３０２  半導体レーザ素子、３０３  コリメートレンズ、３０４  ビームスプリッタ、３０５  λ／４偏光板、３０６  対物レンズ、３０７  受光素子用対物レンズ、３０８  信号検出用受光素子、３０９  信号光再生回路、４００、４００ａ、４００ｂ  光伝送モジュール、４０１  回路基板、４１０  発光部、４１２  送信用レンズ、４１３  凹部、４１６  シリコーン樹脂、４１７  ワイヤ、４２０  受光部、４２１  フォトダイオード、４２２  受信用レンズ、４２３  ワイヤ、４３０  集積回路素子、４１４  実装面、４１５  ワイヤボンドパッド、４４１  基地局、４４２  パーソナルコンピュータ、５００  半導体レーザ素子、５０１  ｎ−ＧａＡｓ基板、５０２  ｎ−ＩｎＧａＰ下クラッド層、５０３  ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸活性層、５０４  ｐ−ＩｎＧａＰ上クラッド層、５０５  ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、５０６  ＳｉＮx誘電体膜、５０７  ｐ型用電極層、５０８  ｎ型用電極層、５０９  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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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