(57)【要約】【課題】駆動させた際の素子の発熱量を抑制し、ワイヤボンディング等を行う際に画像認識が可能であり必要なボンディング強度が得られる半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子２０の製造方法において、第１導電型の半導体基板１上に、第２導電型のクラッド層６と、元素周期表における第１の５族元素を含む化合物半導体からなる第２導電型のキャップ層７と、第１の５族元素よりも離脱エネルギーが大きい第２の５族元素を含む化合物半導体層８とを順次積層する積層工程を有する手順とする。  また、積層工程を経た上記半導体基板を水素雰囲気中で冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子の製造方法において、
第１導電型の半導体基板上に、第２導電型のクラッド層と、元素周期表における第１の５族元素を含む化合物半導体からなる第２導電型のキャップ層と、前記第１の５族元素よりも離脱エネルギーが大きい第２の５族元素を含む化合物半導体層とを順次積層する積層工程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２】
前記積層工程後に、前記半導体基板を水素雰囲気中で冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の５族元素をリン（Ｐ）とし、前記第２の５族元素を砒素（Ａｓ）とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
リッジを有する半導体レーザ素子において、
前記リッジは、クラッド層上に、第１の５族元素を含む化合物半導体からなるキャップ層と、前記第１の５族元素よりも離脱エネルギーが大きい第２の５族元素を含む化合物半導体層とが順次積層されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の５族元素はリン（Ｐ）であり、前記第２の５族元素は砒素（Ａｓ）であることを特徴とする請求項４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、半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子に係り、特に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の製造方法及び半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、高密度光ディスク装置，レーザプリンタ，バーコードリーダ，及び光計測機器の光源として広く用いられており、その中で、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録再生装置の光源として、６５０ｎｍ帯のレーザ光が得られるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子が使用されている。
【０００３】
ここで、従来例として、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の代表的な構造とその製造方法について、図３を用いて説明する。
図３は、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子の従来例を説明するための模式的断面図であり、図３中の（ａ），（ｂ）は、この半導体レーザ素子を製造するそれぞれの過程を示す模式的断面図である。
【０００４】
まず、図３（ａ）に示すように、第１の結晶成長として、ｎ型ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板３０上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３１，活性層３２，第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３，第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４，及びｐ型ＧａＩｎＰキャップ層３５を、順次、積層成膜する。
ここで、便宜上、ｐ型ＧａＩｎＰキャップ層３５の表面をＡ３５と符号を付す。
【０００５】
次に、図３（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＰキャップ層３５及び第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４を部分的にエッチングしてｐ型リッジ４０とする。
その後、第２の結晶成長として、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３上に、ｐ型リッジ４０の段差を埋めるようにしてｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流ブロック層４１を成膜する。
さらに、第３の結晶成長として、ｐ型リッジ４０及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流ブロック層４１上に、ｐ型コンタクト層４２を成膜する。
そして、ｐ型コンタクト層４２上にｐ側電極４３を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板３０の積層方向とは反対側の面にｎ側電極４４を形成することにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子５０を得る。
上述したようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子が特許文献１に記載されている。
【０００６】
ところで、上述したようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子は、素子の電気抵抗値が大きいため、この素子を駆動させた際に素子からの発熱量が大きく、駆動時の素子温度が上昇して素子の特性劣化を引き起こす場合がある。
これは、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３や第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４のキャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ−３未満と低いため、この第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３や第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４の電気抵抗値が大きいことが原因の１つとなっている。
【０００７】
そこで、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３や第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４のキャリア濃度を高くして、これらの層３３，３４の電気抵抗値を下げる手段の一例が特許文献２に記載されている。
特許文献２の記載によれば、上記第１の結晶成長後の冷却過程において、成膜ガスとして用いられるＡｓＨ３（アルシン）やＰＨ３（ホスフィン）等の水素化合物に代えて、水素，窒素あるいはヘリウム，アルゴン等の希ガスを含む雰囲気にすることによって、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のキャリア濃度を高くすることができるとしている。
【特許文献１】特開平７−１６２０９３号公報
【特許文献２】特開平４−３０４６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、発明者が鋭意実験した結果、上記冷却過程において、第１の結晶成長後の表層であるｐ型ＧａＩｎＰキャップ層３５の表面Ａ３５から元素周期表における５族元素であるＰ（リン）が離脱して表面Ａ３５を含む表面近傍部の結晶欠陥の数が増加する。
そのため、この結晶欠陥の数が増加した表面Ａ３５上にｐ型コンタクト層４２及びｐ側電極４３を積層すると、このｐ型コンタクト層４２及びｐ側電極４３の各表面はそれぞれ粗面となる。この粗面となったｐ側電極４３を目視すると白濁したように見える。
【０００９】
そして、このｐ側電極４３に外部との導通をとるためのワイヤボンディングを行う際、ｐ側電極４３の画像認識ができなかったり、必要なワイヤボンディング強度が得られないといった不具合が生じる場合がある。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、駆動させた際の素子の発熱量を抑制し、ワイヤボンディング等を行う際に画像認識が可能であり必要なボンディング強度が得られる半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子を提供することにある。
【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、本願各発明は次の手段を有する。
１）半導体レーザ素子の製造方法において、第１導電型の半導体基板（１）上に、第２導電型のクラッド層（６）と、元素周期表における第１の５族元素を含む化合物半導体からなる第２導電型のキャップ層（７）と、前記第１の５族元素よりも離脱エネルギーが大きい第２の５族元素を含む化合物半導体層（８）とを順次積層する積層工程を有することを特徴とする半導体レーザ素子（２０）の製造方法である。
２）前記積層工程後に、前記半導体基板を水素雰囲気中で冷却することを特徴とする１）項記載の半導体レーザ素子の製造方法である。
３）前記第１の５族元素をリン（Ｐ）とし、前記第２の５族元素を砒素（Ａｓ）とすることを特徴とする１）項または２）項記載の半導体レーザ素子の製造方法である。
４）リッジ（１０）を有する半導体レーザ素子において、前記リッジは、クラッド層（６）上に、第１の５族元素を含む化合物半導体からなるキャップ層（７）と、前記第１の５族元素よりも離脱エネルギーが大きい第２の５族元素を含む化合物半導体層（８）とが順次積層されてなることを特徴とする半導体レーザ素子（２０）である。
５）前記第１の５族元素はリン（Ｐ）であり、前記第２の５族元素は砒素（Ａｓ）であることを特徴とする４）項記載の半導体レーザ素子である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、駆動させた際の素子の発熱量を抑制し、ワイヤボンディング等を行う際に画像認識が可能であり必要なボンディング強度が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図２を用いて説明する。
ここでは、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の製造方法及び半導体レーザ素子の実施例を第１工程〜第２工程して説明する。
図１及び図２は、本発明の半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子の実施例における第１工程及び第２工程をそれぞれ説明するための模式的断面図である。
【００１４】
＜実施例＞
（第１工程）［図１参照］
まず、第１の結晶成長として、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）からなるｎ型基板１上に、キャリア濃度（ドーパント濃度ともいう）が２Ｅ１８ｃｍ−３のＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２，キャリア濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（アルミニウムガリウムインジウムリン）からなるｎ型クラッド層３，活性層４，キャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ−３の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第１のｐ型クラッド層５，キャリア濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第２のｐ型クラッド層６，キャリア濃度が２Ｅ１８ｃｍ−３のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ（ガリウムインジウムリン）からなるｐ型キャップ層７，及びキャリア濃度が２Ｅ１８ｃｍ−３のＧａＡｓからなるｐ型離脱防止層８を、例えばＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法により、順次積層する。
【００１５】
実施例では、第１の結晶成長における原料ガスとして、構成元素Ａｌ（アルミニウム）にはＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム），Ｇａ（ガリウム）にはＴＭＧａ（トリメチルガリウム），Ｉｎ（インジウム）にはＴＭＩｎ（トリメチルインジウム），Ｐ（リン）にはＰＨ３（ホスフィン），Ａｓ（砒素）にはＡｓＨ３（アルシン）をそれぞれ用い、ｐ型ドーパント材料にはＳｉＨ４（シラン），ｎ型ドーパント材料にはＤＭＺｎ（ディメチル亜鉛）をそれぞれ用いた。
また、第１の結晶成長における基板加熱温度を６７０℃とした。
実施例では、第１導電型をｎ型，第２導電型をｐ型とした。
【００１６】
第１の結晶成長後は、各原料ガスの導入を止め、その後、水素ガスを導入して水素ガス雰囲気中で上記第１の結晶成長が完了したｎ型基板１を４００℃以下まで冷却する。
【００１７】
この冷却の際に、ＧａＩｎＰからなるｐ型キャップ層７は、表層のＧａＡｓからなるｐ型離脱防止層８で覆われており、また、元素周期表における５族元素であるＡｓ（砒素）は同じく５族元素であるＰ（リン）よりも離脱エネルギーが大きいため、ｐ型キャップ層７からのＰの離脱を抑制できると共に、表層のｐ型離脱防止層８からのＡｓの離脱量を、前述した従来例におけるｐ型ＧａＩｎＰキャップ層３５からのＰの離脱量よりも低減することができる。
従って、ｐ型キャップ層７及びｐ型離脱防止層８のそれぞれの表面を含む表面近傍部の結晶欠陥を従来よりも低減することができる。
【００１８】
（第２工程）［図２参照］
ｐ型離脱防止層８，ｐ型キャップ層７，及び第２のｐ型クラッド層６を部分的にエッチングしてｐ型リッジ１０とする。
次に、第２の結晶成長として、第１のｐ型クラッド層５上に、ｐ型リッジ１０の段差を埋めるようにしてキャリア濃度が３Ｅ１８ｃｍ−３のＧａＡｓからなるｎ型電流ブロック層１１を、例えばＭＯＣＶＤ法により成膜する。
その後、第３の結晶成長として、ｐ型リッジ１０及びｎ型電流ブロック層１１上に、キャリア濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３のＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１２を成膜する。
そして、ｐ型コンタクト層１２上にｐ側電極１３を形成し、ｎ型基板１の積層方向とは反対側の面にｎ側電極１４を形成することにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子２０を得る。
【００１９】
この半導体レーザ素子２０のｐ側電極１３の表面を目視検査した結果、ｐ側電極１３の表面が白濁していない、即ち粗面となっていないことを確認した。
また、この半導体レーザ素子２０のｐ側電極１３にワイヤボンディングを行ったところ、精度よく画像認識をすることができ、必要なボンディング強度が得られることを確認した。
【００２０】
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。
【００２１】
例えば、実施例では、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子及びその製造方法を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、結晶成長した際の表層がＧａＩｎＰ等のＰ（リン）を含む化合物半導体層となる半導体レーザ素子及びその製造方法においても、この化合物半導体層を覆うように離脱防止層を表層として成膜することにより、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、実施例では、離脱防止層の構成材料としてＧａＡｓを用いたが、これに限定されるものではなく、Ｐよりも離脱エネルギーの大きい５族元素を含む半導体材料を用いることにより、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
また、実施例では、離脱防止層をｐ型としたが、これに限定されるものではなく、ｎ型やノンドープ型としてもよい。この場合は、半導体レーザ素子を駆動させる際にｐ型リッジに電流が流れにくくなって素子の電気抵抗が大きくなるため、実施例における第２工程前にｎ型またはノンドープ型の離脱防止層を除去しておくことが必要である。
ＧａＡｓからなる離脱防止層は、周知の方法、例えばリン酸系のエッチング液で除去することができる。
【００２４】
また、実施例では、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３と第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４とを連続して成膜したが、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３と第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４と間にエッチングストップ層を設ける構成としてもよい。
エッチングストップ層を設けることにより、リッジを形成する際に、形成されたリッジの高さや幅の寸法精度を向上させることができる。
【００２５】
また、実施例では、ｎ型電流ブロック層の材料をＧａＡｓとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ＡｌＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓを用いることができ、また、これらの材料から層を複数積層した積層構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子の実施例における第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製造方法及び半導体レーザ素子の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。
【図３】ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子の従来例を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ｎ型基板、  ２  ｎ型バッファ層、  ３  ｎ型クラッド層、  ４  活性層、  ５  第１のｐ型クラッド層、  ６  第１のｐ型クラッド層、  ７  ｐ型キャップ層、  ８  ｐ型離脱防止層、  １０  ｐ型リッジ、  １１  ｎ型電流ブロック層、  １２  ｐ型コンタクト層、  １３  ｐ側電極、  １４  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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