(57)【要約】【課題】製造原価の低減が可能で量産性に優れた高出力の化合物半導体レーザ素子とその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子は、基板１００１上において活性層１００３とそれを挟む一対のクラッド層１００２、１００４を含むリッジストライプ型の半導体レーザ素子であって、それらのクラッド層の少なくとも一方の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む付加的層１００７ｂを含み、その付加的層はレーザ共振器端面に接してＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含んでいる。【選択図】　　　　図１
2004146527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上において活性層とそれを挟む一対のクラッド層を含むリッジストライプ型の半導体レーザ素子であって、前記一対のクラッド層の少なくとも一方の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層を含み、前記第１の付加的層はレーザ共振器端面に接してＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
基板上において活性層とそれを挟む一対のクラッド層を含むリッジストライプ型の半導体レーザ素子であって、前記活性層に関して前記クラッド層よりも外側に位置する半導体層の内部においてその半導体層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層を含み、前記第１の付加的層はレーザ共振器端面に接してＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記一対のクラッド層の少なくとも一方の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第２の付加的層を含み、前記第２の付加的層はレーザ共振器の両側に平行なストライプ状のＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含む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の付加的層と前記第２の付加的層は同一の層であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記リッジストライプの両側が前記一対のクラッド層のうちの上部クラッド層とは逆の導電型層で埋め込まれていて実屈折率型導波路を含む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】
前記リッジストライプの両側が電気的絶縁体層で埋め込まれていて実屈折率型導波路を含む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７】
前記電気的絶縁体層は酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミ、または窒化珪素からなることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第２の付加的層を含まない方のクラッド層の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第３の付加的層を含み、前記第３の付加的層はレーザ共振器の両側に平行なストライプ状のＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含むことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記活性層はレーザ共振器の中央部に比べて端部において大きなバンドギャップを有し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】
前記第１の付加的層または前記第２の付加的層がガリウム砒素のエッチングストップ層に接し、かつそのエッチングストップ層に関して前記活性層と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項３から９のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記半導体レーザ素子はＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮ、およびＡｌＧａＮの少なくとも１つの化合物半導体層を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
ＧａＡｓ基板上におけるＡｌＧａＡｓ層、ＧａＡｓ基板上におけるＩｎＧａＡｌＰ層、またはＧａＮ基板上におけるＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記リッジストライプ形状の幅が中央部分に比較して端部において狭くなっていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記リッジストライプ形状の中央部分と端部の幅をそれぞれＷ１とＷ２とし、前記第２の付加的層において前記酸化膜領域を除く領域の幅をＷ３とした場合に、
Ｗ２≦Ｗ１−Ｗ３
の関係が成立す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。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の半導体レーザ素子を製造するための方法であって、前記酸化膜領域は、３００℃−５００℃の基板温度における水蒸気雰囲気中の強制的酸化によって化学的に安定な酸化膜として形成され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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置用光源などに用いられ得る半導体レーザ素子とその製造方法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザが広汎に利用されている。とりわけ、高出力半導体レーザは、ＣＤ−Ｒドライブ、ＤＶＤプレーヤ、ＤＶＤ−Ｒドライブ、ＤＶＤ＋Ｒドライブ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブなどにおいて使用される光ディスクへの書込み用光源として用いられており、さらなる高出力化が求められている。
【０００３】
他方、半導体レーザの高出力化を制限している要因の１つとして、レーザ共振器端面近傍で活性層領域における光出力密度の増加に伴って発生する光学損傷（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）の問題がある。
【０００４】
ＣＯＤの発生原因は、レーザ共振器端面近傍において活性領域がレーザ光に対する吸収領域になることである。レーザ共振器端面では、キャリアのエネルギレベルに関する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。レーザ共振器端面近傍で活性層に注入されたキャリアは、これらの非発光中心を媒介として非発光再結合電流として失われる。非発光再結合電流は熱の発生を伴うので、共振器端面近傍の温度が上昇する。共振器端面部分が局所的に温度上昇すれば、その端面部分のエネルギ禁制帯幅が縮小する。その結果、共振器の中央部で生成されたレーザ光の波長に対する吸収係数が端面部で大きくなり、その端面部分ではさらに温度上昇するという正帰還が働くようになる。このようにして、レーザ共振器端面近傍に生じた光吸収領域の温度がついには融点まで達して、ＣＯＤが発生する。
【０００５】
半導体レーザを高出力で駆動させるときには、活性層への注入キャリア密度が高く、それに伴って非発光再結合電流も多くなり、またレーザ光のフォトン密度が高いので、ＣＯＤが発生しやすくなる。上述のような理由から、高出力レーザ素子では、非発光再結合電流を低減し、かつレーザ共振器端面近傍でのレーザ光の吸収を回避する施策が望まれる。
【０００６】
ＣＯＤが生じる出力レベルを高めるための方法の１つとして、レーザ共振器端面近傍においてキャリアの注入を阻止するための電流非注入層を形成する手法が提案されている。また別の手法として、特許文献１の特開平９−２３０３７号公報や特許文献２の特開平１１−２８４２８０号公報に記載されているように、共振器端面近傍において多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含む活性層の無秩序化による窓構造を利用する手法が提案されている。
【０００７】
図２６は、従来技術によるそのような窓構造を有する代表的な半導体レーザ素子を模式的に図解している。図２６において、（ａ）は透視的斜視図を表わし、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図を表わし、そして（ｃ）は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂに沿った断面図を表わしている。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わしており、類似の説明は繰り返されない。
【０００８】
図２６の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、Ｇａ空孔拡散領域１００３ｂ、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧａＡｓエッチングストップ層（ＧＥＳ）１００５、自然酸化された部分的表面１０１５を含む第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１００８、ｐ型ＧａＡｓ保護膜１００９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０、ｎ側電極１０１１、およびｐ側電極１０１２を含んでいる。なお、活性層１００３は、図示されていない第１のＡｌＧａＡｓ光ガイド層、ＡｌＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層とを含むＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、および第２のＡｌＧａＡｓ光ガイド層を含んでいる。
【０００９】
図２７から図２９において、図２６の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図２７（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧａＡｓエッチングストップ層（ＧＥＳ）１００５、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６を順次エピタキシャル成長させる。
【００１０】
図２７（ｂ）において、キャップ層１００６の全面上にスパッタリング法によってＳｉＯ２膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、半導体レーザの共振器端面に平行にＳｉＯ２膜１０３０を成形する。次に、このウエハをＡｓ雰囲気下で８００℃以上の温度でアニールすることによって、ストライプ状ＳｉＯ２膜１０３０が接するｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６表面からＧａ原子を吸い上げ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６中にＧａ空孔を生成させ、これらの空孔が活性層１００３に達するように空孔拡散領域１０３２を形成する。すなわち、活性層１００３中においてＧａ空孔が拡散された領域１００３ｂをストライプ状ＳｉＯ２膜１０３０の下方に選択的に形成し、この領域における多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を無秩序化させる。ＭＱＷ層とそれをはさむ一対のＡｌＧａＡｓ光ガイド層を含む活性層１００３が無秩序化した領域１００３ｂになれば、そこにおける実効的な禁制帯幅が広がるので、発振レーザ光に対して透明な窓として機能する。
【００１１】
図２７（ｃ）において、ＳｉＯ２膜１０３０を除去してｎ型ＧａＡｓキャップ層１００６を露出させた後、半導体レーザの共振器端面に対して垂直になるようにストライプ状ＳｉＯ２マスク１０３１を形成する。そして、ｐ型キャップ層１００６をエッチングして部分的に取り除き、ＧａＡｓエッチングストップ層（ＧＥＳ層）１００５までエッチングし、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂをリッジストライプ状に形成する。
【００１２】
図２８（ｄ）において、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１００８とｐ型ＧａＡｓ保護膜１００９をリッジの両側に選択成長させ、その後にストライプ状ＳｉＯ２マスク１０３１をエッチングにより取り除く。
【００１３】
図２８（ｅ）において、半導体レーザの共振器端面に平行にフォトレジストマスク１０３４を形成する。そして、図２８（ｆ）において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６とｐ型ＧａＡｓ保護膜１００９をエッチングによって部分的に除去し、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂとｎ型ＡｌＡｓ電流阻止層１００８のそれぞれを部分的に露出させる。このとき、ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂの露出された部分的表面が自然酸化される。
【００１４】
図２９（ｇ）において、フォトレジストマスク１０３４を除去し、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６を露出させた上で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０を形成しする。ｐ型電極としてＡｕＺｎ／Ａｕ積層１０１２を形成して、ｎ型電極としてＡｕＧｅ／Ａｕ積層１０１１を形成し、その後にウエハを劈開して図２６の半導体レーザ素子を得る。
【００１５】
図３０は、従来技術による他の窓構造を有する代表的な半導体レーザ素子の構造が図解されている。このレーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０２、活性層１１０３、Ｚｎ拡散領域１１０３ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４、ｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層１１０８、ｐ型ＧａＡｓ保護膜１１０９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１０、ｎ側電極１１１１、およびｐ側電極１１１２を含んでいる。また、活性層１１０３は、図示されていない第１ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層、ＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層を含むＭＱＷ層、および第２のＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層を含んでいる。
【００１６】
図３１から図３３において、図３０の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図３１（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０２、活性層１１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４、ｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６を順次エピタキシャル成長させる。
【００１７】
図３１（ｂ）において、キャップ層１１０６の全面上にスパッタリング法によって酸化亜鉛膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、半導体レーザの共振器端面に平行にストライプ状酸化亜鉛膜１１３１を形成する。その後にアニール処理を加えて、Ｚｎをｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０２の途中まで拡散させ、Ｚｎ拡散領域１１３２をストライプ状酸化亜鉛膜１１３１の下方に選択的に形成する。これにより、ＭＱＷ層とそれをはさむ一対のＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層を含む活性層の実効的なバンドギャップが増大して、活性層窓領域１１０３ｂが形成される。
【００１８】
図３１（ｃ）において、ストライプ状酸化亜鉛膜１１３１を取り除いてｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６の全面を露出させた後に、半導体レーザの共振器端面に対して垂直なストライプ状ＳｉＯ２マスク１１３３を形成する。続いて、ｐ型キャップ層１１０６とｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５をエッチングして部分的に取り除き、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４をリッジストライプ状に加工する。
【００１９】
図３２（ｄ）において、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層１１０８とｐ型ＧａＡｓ保護層１１０９をリッジの両側に選択成長させ、その後にストライプ状ＳｉＯ２マスク１１３３をエッチングにより取り除く。
【００２０】
図３２（ｅ）において、半導体レーザの共振器端面に平行にフォトレジストマスク１１３４を形成する。そして、図３２（ｆ）において、ｐ型ＧａＡｓ保護層１１０９、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６、およびｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５をエッチングによって部分的に除去し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４とｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層１１０８を部分的に露出させる。
【００２１】
図３３（ｇ）において、フォトレジストマスク１１３４を除去してｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６を露出させた上で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１０を形成する。そして、ｐ側電極としてＡｕＺｎ／Ａｕ積層１１１２を形成し、ｎ側電極としてＡｕＧｅ／Ａｕ積層１１１１を形成し、その後にウエハを劈開して図３０の半導体レーザ素子を得る。
【００２２】
【特許文献１】
特開平９−２３０３７号公報
【００２３】
【特許文献２】
特開平１１−２８４８０号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、窓構造を有するリッジストライプ型レーザ素子を作製するには、大きく分けて次の７つの段階を経る。それらは、基板上にレーザ素子積層構造を結晶成長させる工程（第１段階：図２７（ａ）、図３１（ａ））、端面窓構造を形成する工程（第２段階：図２７（ｂ）、図３１（ｂ））、リッジストライプを形成する工程（第３段階：図２７（ｃ）、図３１（ｃ））、リッジ両脇を電流阻止層で埋込む工程（第４段階：図２８（ｄ）、図３２（ｄ））、電流非注入部分を端面窓構造にあわせて形成する工程（第５段階：図２８（ｅ）（ｆ）、図３２（ｅ）（ｆ））、コンタクト層を結晶成長させる工程（第６段階：図２９（ｇ）、図３３（ｇ））、および電極形成工程（第７段階：図２９（ｇ）、図３３（ｇ））である。
【００２５】
このような製造工程では、結晶成長工程が第１、４、および６段階（図２７（ａ）、図３１（ａ）；図２８（ｄ）、図３２（ｄ）；および図２９（ｇ）、図３３（ｇ））において合計３回必要であり、フォトマスク形成−エッチング工程が第２、３、および５段階（図２７（ｂ）、図３１（ｂ）；図２７（ｃ）、図３１（ｃ）；および図２８（ｆ）、図３２（ｆ））において合計３回必要である。
【００２６】
結晶成長工程とフォトマスク形成−エッチング工程とを低減し得るレーザ素子構造とその製造方法は、生産の信頼性を高めて製造原価を低減するうえで有効であり、実際の商業用生産において望まれている。
【００２７】
リッジストライプ型レーザ素子の製造における結晶成長工程の回数を減らす工夫としては、たとえば図３４に示されているような素子構造が提案されて研究されている。このレーザ素子においては、上部クラッド層１００４ａ、１００４ｂ内に内包したＡｌＡｓ層１０１３の一部１０１３ｂがＡｌｘＯｙになっており、この部分に電流狭窄機能と光閉じ込め機能を併せ持たせた構造となっている。ＡｌＡｓ層の一部１０１３ｂを化学的に安定なＡｌｘＯｙ膜にする方法としては、ＡｌＡｓ層１０１３の端部を露出させて高温で水蒸気にさらして強制的に酸化させている。
【００２８】
図３５と図３６において、図３４のリッジストライプ型レーザ素子を作製する方法が図解されている。この方法は、大きく分けて次の５つの段階を経る。すなわち、それらは、基板上にレーザ素子積層構造を結晶成長させる工程（第１段階：図３５（ａ））、リッジストライプを形成する工程（第２段階：図３５（ｂ））、ＡｌＡｓ層の強制酸化工程（第３段階：図３５（ｂ））、電流阻止層形成工程（第４段階：図３５（ｃ））、および電極形成工程（第５段階：図３６（ｄ））である。
【００２９】
これらの製造工程では、結晶成長形成工程が第１段階の１回必要であり、電気的絶縁層の形成が第３段階の１回必要であり、そしてフォトマスク形成−エッチング工程が第２と４の段階の２回必要である。
【００３０】
図３４のリッジストライプ型レーザ素子に端面窓構造を適用した場合のレーザ素子が図３７に示されており、その製造方法が図３８から図４０に示されている。この製造工程では大きく分けて、次の６つの段階を経る。すなわち、基板上にレーザ素子積層構造を結晶成長させる工程（第１段階：図３８（ａ））、端面窓構造を形成する工程（第２段階：図３８（ｂ））、電流非注入部分を端面窓構造にあわせて形成する工程（第３段階：図３９（ｄ））、リッジストライプを形成する工程（第４段階：図３９（ｅ））、ＡｌＡｓ層の強制酸化工程（第５段階：図３９（ｅ））、電流阻止層形成工程（第６段階：図３９（ｆ））、および電極形成工程（第７段階：図４０（ｇ））である。
【００３１】
このような製造工程では、結晶成長工程が第１段階の１回と、電流阻止層の形成が第６段階の１回必要であり、フォトマスク形成−エッチング工程が第２、３、４、および６の段階の４回必要である。
【００３２】
図２６または図３０に示したレーザ素子の製造工程（それぞれ、図２７から図２９、または図３１から図３３）と比較して、図３７のレーザ素子の製造工程（図３８から図４０）では、電気的絶縁層１０１４の形成工程が新たに増加したものの、結晶成長工程が２回分減少している。結晶成長の工程が２回減少することは、レーザ素子の製造原価の減少に多いに貢献する。
【００３３】
図３７のレーザ素子構造では、結晶成長の回数を減少させることで、レーザ素子の生産性向上を実現できる。ところでレーザ素子製造において結晶成長工程と並んで製造原価に影響を与える工程としては、フォトマスク形成−エッチング工程が挙げられる。この工程を減らすことができれば、さらに製造原価の低減が図れる。
【００３４】
上述のような先行技術における問題について検討した結果、本発明は、製造原価の低減が可能で量産性に優れた高出力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おり、特に、簡便な方法で確実にレーザ端面部に電流非注入部分を形成することが可能な高出力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する。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様によれば、半導体レーザ素子は、基板上において活性層とそれを挟む一対のクラッド層を含むリッジストライプ型の半導体レーザ素子であって、それらのクラッド層の少なくとも一方の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層を含み、その第１の付加的層はレーザ共振器端面に接してＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含むことを特徴としている。
【００３６】
本発明の他の態様によれば、半導体レーザ素子は、基板上において活性層とそれを挟む一対のクラッド層を含むリッジストライプ型の半導体レーザ素子であって、活性層に関してクラッド層より外側に位置する半導体層の内部においてその半導体層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層を含み、その第１の付加的層はレーザ共振器端面に接してＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含んでいることを特徴としている。
【００３７】
なお、一対のクラッド層の少なくとも一方の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第２の付加的層を含み、その第２の付加的層はレーザ共振器の両側に平行なストライプ状のＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含むことが好ましい。その場合に、第１と第２の付加的層は、好ましくは同一の層として形成され得る。
【００３８】
リッジストライプの両側は、上部クラッド層とは逆の導電型の半導体で埋め込まれていることが好ましい。また、リッジストライプの両側は、電気的絶縁体である酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミ、または窒化珪素で埋め込まれていてもよい。
【００３９】
第２の付加的層を含まない方のクラッド層の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第３の付加的層をさらに含み、その第３の付加的層はレーザ共振器の両側に平行にストライプ状のＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含むことが好ましい。
【００４０】
活性層は、レーザ共振器の中央領域にくらべて端部領域において大きなバンドギャップを有していることが好ましい。
【００４１】
第２の付加的層がガリウム砒素エッチングストップ層（ＧＥＳ層）に接し、かつＧＥＳ層の活性層と反対側に配置されていることが好ましい。
【００４２】
半導体レーザ素子は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つからなる化合物半導体層を含んで形成され得る。また、半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上におけるＡｌＧａＡｓ層、ＧａＡｓ基板上におけるＩｎＧａＡｌＰ層、またはＧａＮ基板上におけるＡｌＧａＮ層を含み得る。
【００４３】
リッジストライプ形状はその中央部に比べて端部において幅が狭くなっていることが好ましい。
【００４４】
本発明による半導体レーザ素子の製造方法においては、酸化膜領域は、３００℃−５００℃の基板温度の下でを水蒸気雰囲気中で強制的に酸化することによって、化学的に安定な酸化膜として形成され得る。
【００４５】
次に、本発明における技術的手段における作用について説明する。レーザ端面部に電流非注入層を形成する場合に、基板上で活性層とそれを挟む一対のクラッド層を含むリッジストライプ型の半導体レーザ素子において、それらのクラッド層の少なくとも一方の内部においてそのクラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層を含み、その第１の付加的層が光出射端面近傍にＡｌまたはＭｇの酸化膜領域を含む構造にすれば、その酸化膜領域が電気的絶縁層となって電流非注入層の役割を担うことになる。
【００４６】
そのような酸化膜領域としては、クラッド層より高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層の一部を化学エッチング等で一旦大気に露出した後、３００℃−５００℃の基板温度の下で水蒸気雰囲気中で強制的に酸化することによって、化学的に安定な酸化膜が容易に形成され得る。
【００４７】
高濃度のＡｌまたはＭｇを含む第１の付加的層の一部を化学エッチング等で大気に露出させるためには、フォトマスク形成−エッチング工程が必要であるが、この工程は他のフォトマスク形成−エッチング工程の全部または一部と組み合わせて共用することが可能であり、新たなフォトマスク工程を必要としない。たとえば、「リッジストライプを形成する工程」または「端面窓構造を形成する工程」のフォトマスク形成−エッチング工程の一部または全部と共用することができる。
【００４８】
従来では、窓構造を有するリッジストライプ型レーザ素子の作製における「電流非注入部分を端面窓構造にあわせて形成する工程」では、そのためにフォトマスク形成−エッチング工程が独立に必要であった。しかしながら、本発明における酸化膜領域の形成は、他のフォトマスク工程と容易に１つの工程に共用集約できる。製造原価に影響を与える代表的な工程としてのフォトマスク形成−エッチング工程を１つに集約することで直接的に生産原価を引き下げる効果があると同時に、フォトマスク形成−エッチング工程を１つ減らすことで製造歩留を向上させ、結果としてレーザ素子１個あたりの製造原価低減にもつながる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
（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構造を模式的に図解している。図１において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）　は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。
【００５０】
図１のレーザ素子は、ＧａＡｓ基板１００１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧａＡｓエッチングストップ（ＧＥＳ：ＧａＡｓ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　Ｓｔｏｐ）層１００５、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１００８、ｐ型ＧａＡｓ保護層１００９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０、ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化膜からなる電流非注入層１００７ｂ、ｎ側電極１０１１、ｐ側電極１０１２、および活性層１００３のうちでレーザ共振器端面近傍に形成されたＧａ空孔拡散領域からなる窓構造領域１００３ｂを含んでいる。なお、活性層１００３は、図示されていない第１のＡｌＧａＡｓ光ガイド層、ＡｌＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層とを含むＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、および第２のＡｌＧａＡｓ光ガイド層を含んでおり、このことは他の実施形態においても同様である。
【００５１】
図２と図３において、図１の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図２（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧＥＳ層１００５、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、ＡｌＡｓ層１００７、およびｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂを順次エピタキシャル成長させる。
【００５２】
図２（ｂ）において、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ上に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レーザ共振器端面に平行に伸びるストライプ状のＳｉＯ２膜１０３０を形成する。次に、このウエハをＡｓ雰囲気下において８００℃以上の温度でアニールすれば、ＳｉＯ２膜１０３０が接するｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ表面からＧａ原子を吸い上げ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ中にＧａ空孔が生成する。これらの空孔が第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ＧＥＳ層１００５、および第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａなどを経て活性層１００３に達するまで拡散処理し、活性層に含まれる量子井戸構造を無秩序化させる。無秩序化した活性層領域１００３ｂでは実効的な禁制帯幅が広がるので、発振レーザ光に対して透明な窓として機能する。
【００５３】
図２（ｃ）において、ストライプ状のＳｉＯ２膜１０３０を残した状態で、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａの途中までエッチングで掘り下げることによって、ＡｌＡｓ層１００７の側面を露出させる。ＡｌＡｓ層１００７の側面を露出させた状態で、基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、ＡｌＡｓ層１００７はＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化物層１００７ｂを形成する。形成された酸化物層１００７ｂは、化学的に安定でかつ電気的な絶縁膜となり、レーザ端面部分に電流非注入部分を形成する。
【００５４】
図３（ｄ）において、ＳｉＯ２膜１０３０を除去し、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ上とｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上にレジスト膜を形成して、フォトリソグラフィ技術によって、ストライプ状ＳｉＯ２膜１０３０とは直交する方向に、ストライプ状ＳｉＯ２膜１０３１を形成する。そして、このストライプ状ＳｉＯ２膜１０３１をマスクとして、ＧＥＳ層１００５までエッチングしてリッジストライプ形状を形成する。
【００５５】
図３（ｅ）において、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１００８とｐ型ＧａＡｓ保護層１００９をリッジの両側上に選択的に形成した後、エッチングによってｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａを露出させる。
【００５６】
図３（ｆ）において、ｐ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１０１０を形成する。また、ＧａＡｓ基板１００１側にｎ側電極１０１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０上にｐ側電極１０１２を形成し、その後にウエハを劈開して図１の半導体レーザ素子を得る。
【００５７】
（実施形態２）
図４は、実施形態２による半導体レーザ素子の構造を模式的に図解している。図４において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）　は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。このレーザ素子は、ＧａＡｓ基板１００１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＡｌＡｓ層１０１３ａ、酸化膜の電流狭窄層１０１３ｂ、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、酸化膜の電流非注入層１００７ｂ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ、ｎ側電極１０１１、ｐ側電極１０１２、ＳｉＯ２絶縁膜１０１４、活性層１００３のレーザ発振に寄与する領域１００３ａ、および活性層１００３のレーザ共振器端面近傍に形成されたＧａ空孔拡散領域１００３ｂからなる窓構造領域を含んでいる。
【００５８】
図５と図６において、図４の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図５（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、下部ＡｌＡｓ層１０１３、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、上部ＡｌＡｓ層１００７、およびｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂを順次エピタキシャル成長させる。
【００５９】
図５（ｂ）において、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ上に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レーザ共振器端面に平行に伸びるストライプ状のＳｉＯ２膜１０３０を形成する。次に、このウエハをＡｓ雰囲気下で８００℃以上の温度でアニールすれば、ＳｉＯ２膜１０３０が接するｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ表面からＧａ原子を吸い上げ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ中にＧａ空孔が生成する。これらの空孔が第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａなどを経て活性層１００３に達するまで拡散処理し、活性層１００３に含まれる量子井戸構造を無秩序化させる。無秩序化した活性層領域１００３ｂでは実効的な禁制帯幅が広がるので、発振レーザ光に対し透明な窓として機能する。
【００６０】
図５（ｃ）において、ストライプ状のＳｉＯ２膜１０３０を残した状態で、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ途中までエッチングで掘り下げることによって、上部ＡｌＡｓ層１００７の側面を露出させる。上部ＡｌＡｓ層１００７の側面を露出させた状態で基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、上部ＡｌＡｓ層１００７はＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化物層１００７ｂを形成する。形成された酸化物層１００７ｂは、化学的に安定でかつ電気的な絶縁膜となり、レーザ端面部分に電流非注入部分を形成する。
【００６１】
図６（ｄ）において、ＳｉＯ２膜１０３０を除去し、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ上とｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によって、ストライプ状ＳｉＯ２膜１０３０とは垂直方向に、ストライプ状のレジスト１０３１を形成する。次にこのストライプ状のレジスト１０３１をマスクとして、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ途中までエッチングを行い、リッジ状ストライプ形状を形成する。
【００６２】
図６（ｅ）において、ストライプ状のレジスト１０３１を除去した後、下部ＡｌＡｓ層１０１３ａの側面が露出した状態で、再度基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、下部ＡｌＡｓ層１０１３ａの両側には、ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚのストライプ状酸化物１０１３ｂを形成する。
【００６３】
ＡｌＡｓ層の酸化速度は、酸化するときの基板温度、酸化時間、ＡｌＡｓ層の層厚によって決まってくるので、これらの条件を調整することによって下部ＡｌＡｓ層１０１３ａのストライプ幅ｗを所望の値にすることが可能である。
【００６４】
形成された酸化物は、化学的には安定でかつ電気的な絶縁膜となっており、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４内部に安定な電流狭窄層を形成できる。さらに、この基板上方全面にＳｉＯ２膜１０１４を堆積し、フォトマスク形成−エッチング工程によって、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上に開口部を開けて露出させる。
【００６５】
図６（ｆ）において、ＧａＡｓ基板１００１側にｎ側電極１０１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上にｐ側電極１０１２を形成し、その後にウエハを劈開して図４の半導体レーザ素子を得る。
【００６６】
（実施形態３）
図７は、実施形態３による半導体レーザ素子の構造を模式的に図解している。図７において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。このレーザ素子は、ＧａＡｓ基板１００１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＡｌＡｓ層１０１３ａ、酸化膜の電流狭窄層１０１３ｂ、酸化膜の電流非注入層１０１３ｃ、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６、ｎ側電極１０１１、ｐ側電極１０１２、およびＳｉＯ２絶縁膜１０１４を含んでいる。
【００６７】
図８、図９および図１０において、図７の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図８（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＡｌＡｓ層１０１３、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６を順次エピタキシャル成長させる。
【００６８】
図８（ｂ）において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６上に、レジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によって、ストライプ状のレジスト１０３４を形成する。このストライプ状のレジストは、レーザ中央部分に対応する領域以外において、レーザ共振器端面近傍に切り欠き部のある形状になっている。
【００６９】
この切り欠き部のあるストライプ状のレジスト１０３４をマスクとして、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａの途中までエッチングを行って、リッジ状ストライプ形状を形成する。このとき、エッチングで形成されるメサ形状は、レジストの形状を反映してレーザ共振器端面近傍部分に切り欠き部をもった構造となる。
【００７０】
図８（ｃ）において、ストライプ状のレジスト１０３４を除去した後、ＡｌＡｓ層１０１３の側面が露出した状態で、再度基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、ＡｌＡｓ層１０１３の両側にＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚのストライプ状酸化物が形成される。便宜上、レーザ共振器中央部分に形成されたストライプ状酸化物領域を１０１３ｂで表わし、共振器端面近傍部分に形成された酸化物領域を１０１３ｃで表わして区別する。また、ＡｌＡｓ層１０１３のうちで、酸化されずに残った部分を１０１３ａで表わす。
【００７１】
ＡｌＡｓ層の酸化速度は、酸化するときの基板温度、酸化時間、およびＡｌＡｓ層の厚さによって決まるので、これらの条件を調整することによってＡｌＡｓ層１０１３ａのストライプ幅Ｗ３を所望の値にすることが可能である。この場合、酸化物領域１０１３ｂは電流狭窄層として機能する。領域１０１３ｃは、全面が酸化物となっており、電流非注入層として機能する。形成されたＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化物は、化学的に安定でかつ電気的な絶縁膜となっており、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４内部に安定な電流狭窄層１０１３ｂと電流非注入層１０１３ｃを形成している。
【００７２】
レーザ共振器中央部においては、ＡｌＡｓ層１０１３のストライプ左右両側からの酸化物領域１０１３ｂの形成が、幅Ｗ３の欠如部を残して停止している。これに対し、ストライプ状メサ部に切り欠き部をもたせレーザ共振器端面近傍では、ＡｌＡｓ層１０１３の幅を狭くすることで、左右両側からの酸化物領域の形成を中央部分まで進行させた上で、左右の酸化領域をつなげて一体として電流非注入層１０１３ｃを形成している。
【００７３】
図１０の平面図は、ＡｌＡｓ層１０１３において酸化物領域の形成が完了した状態を示している。レーザ共振器中央部のストライプ幅をＷ１とし、レーザ共振器端面近傍に形成した切欠き部の幅をＷ２とし、そしてレーザ共振器中央部のＡｌＡｓ層１０１３のうちで酸化されずに残った部分１０１３ａのストライプ幅をＷ３とすれば、ストライプ幅Ｗ１のリッジ部に対して所望のストライプ幅Ｗ３を形成する場合、レーザ共振器中央部に形成されたストライプ状酸化物領域１０１３ｂの幅の合計は、（Ｗ１−Ｗ３）となる。したがって、幅Ｗ３のストライプ１０１３ａを形成し、同時に幅Ｗ２のレーザ共振器端面近傍をすべて酸化して電流非注入層とするには、常にＷ２が（Ｗ１−Ｗ３）以下でＷ２≦Ｗ１−Ｗ３の関係を満たす必要がある。
【００７４】
図９（ｄ）、（ｅ）において、基板上方にＳｉＯ２膜１０１４を堆積して全面を覆った上で、フォトマスク形成−エッチング工程によって、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６上のみに開口部を形成する。
【００７５】
図９（ｆ）において、ＧａＡｓ基板１００１側にｎ側電極１０１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６を覆うｐ側電極１０１２を形成し、その後にウエハを劈開して図７の半導体レーザ素子を得る。
【００７６】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４による半導体レーザ素子の構造を模式的に図解している。図１１において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。このレーザ素子は、ＧａＡｓ基板１００１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧＥＳ層１００５、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ、ＳｉＯ２膜１０１４、酸化膜の電流非注入層１００７ｂ、ｎ側電極１０１１、ｐ側電極１０１２、およびレーザ共振器端面近傍に形成された活性層１００３の窓構造領域１００３ｂを含んでいる。
【００７７】
図１２と図１３において、図１１の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図１２（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧＥＳ層１００５、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、ＡｌＡｓ層１００７、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂを順次エピタキシャル成長させる。
【００７８】
図１２（ｂ）において、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ上に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レーザ共振器端面に平行に伸びるストライプ状のＳｉＯ２膜１０３０を形成する。次に、このウエハをＡｓ雰囲気下において、８００℃以上の温度でアニールすれば、ＳｉＯ２膜１０３０ｂが接するｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ表面からＧａ原子を吸い上げ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ中にＧａ空孔が生成する。これらの空孔が第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ＧＥＳ層１００５、および第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａなどを経て活性層１００３に達するまで拡散処理し、活性層１００３に含まれる量子井戸構造を無秩序化させる。無秩序化した活性層領域１００３ｂでは実効的な禁制帯幅が広がるので、発振レーザ光に対して透明な窓として機能する。
【００７９】
図１２（ｃ）において、ストライプ状のＳｉＯ２膜１０３０を残した状態で、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ途中までエッチングで掘り下げることによって、ＡｌＡｓ層１００７の側面を露出させる。
【００８０】
ＡｌＡｓ層１００７の側面を露出させた状態で、基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、ＡｌＡｓ層１００７は、ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化物層１００７ｂを形成する。形成された酸化物層１００７ｂは、化学的に安定でかつ電気的な絶縁膜となり、レーザ端面部分に電流非注入部分を形成する。
【００８１】
図１３（ｄ）において、ＳｉＯ２膜１０３０を除去し、上下のｐ型ＧａＡｓキャップ層１００６ｂ、１００６ｂ上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によってストライプ状ＳｉＯ２膜１０３０と直交する方向に、ストライプ状のレジスト１０３４を形成する。次に、このストライプ状のレジスト１０３４をマスクとして、ＧＥＳ層までエッチングしてリッジストライプ形状を形成する。
【００８２】
図１３（ｅ）において、基板全面上にＳｉＯ２膜１０１４を堆積し、フォトマスク形成−エッチング工程によって、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上に開口部を開けて露出させる。
【００８３】
図１３（ｆ）において、ＧａＡｓ基板１００１側にｎ側電極１０１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａを覆うｐ側電極１０１２を形成し、その後にウエハを劈開して図１１の半導体レーザ素子を得る。
【００８４】
（実施形態５）
図１４は、実施形態５による半導体レーザ素子の構造を模式的に図解している。図１４において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。このレーザ素子は、ＧａＡｓ基板１００１、第１のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２ａ、ＡｌＡｓ層１０２３ａ、酸化膜の電流狭窄層１０２３ｂ、第２のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２ｂ、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＡｌＡｓ層１０１３ａ、酸化膜の電流狭窄層１０１３ｂ、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型下部ＧａＡｓキャップ層１００６ａ、酸化膜の電流非注入層１００７ｂ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ、ｎ側電極１０１１、ｐ側電極１０１２、およびＳｉＯ２絶縁膜１０１４を含んでいる。
【００８５】
図１５から図１７において、図１４の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図１４の半導体レーザ素子の製造方法は、実施形態２における製造方法におおむね同じである。図１４の半導体レーザ素子の製造方法示す工程図である図１５から図１７を参照して、実施形態２と異なっている工程にのみに注目して説明する。
【００８６】
図１５（ａ）において、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２ａ、１００２ｂ中にＡｌＡｓ層１０２３ａが挿入されている。図１６（ｄ）において、ストライプ状のレジスト１０３１をマスクとして、第１のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２ａ途中までエッチングを行い、リッジ状ストライプ形状を形成する。以上２つの工程以外は、実施形態５と実施形態２の製造工程は同じである。
【００８７】
（実施形態６）
図１８は、実施形態６による半導体レーザ素子の構造を模式的に図解している。図１８において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。このレーザ素子は、ＧａＡｓ基板１００１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００２、活性層１００３、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａ、ＧＥＳ層１００５、ＡｌＡｓ層１０１３ａ、酸化膜の電流狭窄層１０１３ｂ、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１００６ｂ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１００８、ｐ型ＧａＡｓ保護層１００９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０、ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化膜からなる電流非注入層１００７ｂ、ｎ側電極１０１１、ｐ側電極１０１２、および活性層のうちレーザ共振器端面近傍に形成されたＧａ空孔拡散領域１０３２からなる窓構造領域を含んでいる。
【００８８】
図１９から図２１において、図１８の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図１８の半導体レーザ素子の製造方法は、実施形態１における製造方法におおむね同じである。図１８の半導体レーザ素子の製造方法示す工程図である図１９から図２１を参照して、実施形態１と異なっている工程のみに注目して説明する。
【００８９】
図１９（ａ）において、ＧａＡｓエッチングストップ層１００５上で第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ｂ下に、ＡｌＡｓ層１０１３ａが新たに挿入されている。
【００９０】
図２０（ｄ）において、レジスト１０３１をマスクとして、ＡｌＡｓ層１０１３ａまでエッチングし、ストライプ状メサ部を形成する。エッチング液にアンモニアと過酸化水素水の混合液を用いればＡｌＡｓ層１０１３ａをエッチングストップ層として機能させることができる。
【００９１】
図２０（ｅ）において、基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、ＡｌＡｓ層１０１３ａの両側にＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化物領域１０１３ｂが形成される。酸化物領域１０１３ｂは電流狭窄層として機能する。この時形成されたストライプ状メサ部両脇に広がるＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚの酸化物領域はバッファードフッ酸によって除去される。このときＧＥＳ層１００５がバッファードフッ酸に対するエッチングストップ層として機能する。
【００９２】
水蒸気中でＡｌＡｓ層１０１３を強制的に酸化する場合に、第１ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００４ａへの酸素の拡散が懸念される。ＡｌＧａＡｓに混入した酸素原子はレーザ光の吸収を引き起こす不純物である。特に、レーザ共振器端面部ではＣＯＤレベルの低下に影響を与える。ＧａＡｓ中のＯ原子の拡散は無視できるので、ＧＥＳ層１００５をＡｌＡｓ層１０１３直下に配置することで、酸化防止膜としての機能を持たせることができる。
【００９３】
図２１（ｇ）において、実施形態１と同じ手順に従い、この基板上にｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１００８とｐ型ＧａＡｓ保護層１００９をリッジ側面に選択的に形成した後、エッチングによってｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａを露出させた後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０を形成する。
【００９４】
図２１（ｈ）において、ＧａＡｓ基板１００１側にｎ側電極１０１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０１０上にｐ側電極１０１２を形成し、その後にウエハを劈開して図１８の半導体レーザ素子を得る。
【００９５】
なお、図２１（ｇ）、（ｈ）とは異なって、実施形態２に示したような上部電極構造をとることも可能である。すなわち、この基板上全面にＳｉＯ２膜１０１４を堆積し、フォトマスク形成−エッチング工程によって、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上に開口部を開けてこの部分を露出させる。
【００９６】
最後にＧａＡｓ基板１００１側にｎ側電極１０１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層１００６ａ上にｐ側電極１０１２を形成し、その後にウエハを劈開して所望の半導体レーザ素子を得ることができる。
【００９７】
（実施形態７）
図２２は、実施形態７による半導体レーザ素子の構造を模式的に図解している。図２２において、（ａ）はレーザ素子の透視的斜視図、（ｂ）は（ａ）中の線Ｉａ−Ｉａに沿った断面図、そして（ｃ）は（ａ）中の線Ｉｂ−Ｉｂ沿った断面図を表わしている。このレーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０２、活性層１１０３、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４ａ、ＡｌＡｓ層１１０７、酸化膜の電流狭窄層１１０７ｂ、酸化膜の電流非注入層１１０７ｃ、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６、Ｚｎ拡散領域１１０３ｂ、ｎ側電極１１１１、ｐ側電極１１１２、およびＳｉＯ２膜１１１４を含んでいる。また、活性層１１０３は、図示されていない第１のＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層、ＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層とを含むＭＱＷ活性層、および第２のＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層を含んでいる。
【００９８】
図２３から図２５において、図２２の半導体レーザ素子の製造方法が図解されている。図２３（ａ）を参照して、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０２、活性層１１０３、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４ａ、ＡｌＡｓ層１１０７、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６を順次形成する。
【００９９】
図２３（ｂ）において、キャップ層１１０６の全面上にスパッタリング法によって酸化亜鉛膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、半導体レーザの共振器端面に平行にストライプ状酸化亜鉛膜１１３１を形成する。その後アニール処理を加えて、Ｚｎをｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０２の途中まで拡散させ、Ｚｎが拡散された領域１１３２をストライプ状酸化亜鉛膜１１３１の下方に選択的に形成する。これにより、共振器端面近傍において活性層１１０３は、実効的なバンドギャップが増大して活性層窓領域１１０３ｂとなる。
【０１００】
図２３（ｃ）において、ストライプ状酸化亜鉛膜１１３１を取り除いてｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６を露出させた後、半導体レーザの共振器端面に対して垂直になるようにストライプ状フォトレジストマスク１１３３を形成する。このストライプ状のレジストは、レーザー中央部分に対応する領域以外において、レーザ共振器端面近傍に切り欠き部のある形状になっている。
【０１０１】
次にこの切り欠き部のあるストライプ状レジスト１１３３をマスクとして、ｐ型キャップ層１１０６とｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層１１０５などをエッチングして部分的に取り除いて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０４をリッジストライプ状に形成する。このとき、エッチングで形成されたメサ形状は、レジストの形状を反映してレーザ共振器端面近傍部分に切り欠き部をもった構造となる。
【０１０２】
図２４（ｄ）において、ストライプ状のレジスト１１３３を除去した後、ＡｌＡｓ層１１０７の側面が露出した状態で、再度基板温度を４００℃まで上げ、水蒸気雰囲気中に放置することにより、ＡｌＡｓ層１１０７の両側にＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚのストライプ状酸化物領域１１０７ｃが形成される。便宜上、レーザ共振器中央部分に形成されたストライプ状酸化物を１１０７ｂで表わし、端面近傍部分に形成された酸化物を１１０７ｃで表わして区別する。
【０１０３】
以下、実施形態３と同じ手順で、図２４（ｅ）、（ｆ）と図２５（ｇ）に従い、この基板上にＳｉＯ２膜１１１４を堆積して全面を覆った上で、フォトマスク形成−エッチング工程によって、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０６上のみに開口部を形成する。最後にＧａＡｓ基板１１０１側にｎ型電極としてＡｕＧｅ／Ａｕ積層１１１１を形成して、ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層１１０６を覆うｐ型電極としてＡｕＺｎ／Ａｕ積層１１１２を形成し、その後にウエハを劈開して図２２の半導体レーザ素子を得る。
【０１０４】
以上の実施形態１〜７においてはＡｌＡｓ層の酸化を例にして説明されたが、ＡｌＡｓ層の代わりに、たとえば１×１０２０ｃｍ−３以上の高濃度ＭｇをドープしたＧａＡｓ層を利用しても同様な効果が得られる。また、ＡｌＡｓ層の酸化以外に、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮ、またはＡｌＧａＮの層の酸化であっても同様な効果が得られる。さらに、半導体レーザ素子に上述のＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｌＰの混晶半導体を利用する以外に、ＡｌＧａＮ混晶半導体を利用しても同様の効果が得られる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、製造原価の低減が可能で量産性に優れた高出力半導体レーザ素子とその製造方法を提供することができ、特に、簡便な方法で確実にレーザ端面部に電流非注入部分を形成することが可能な高出力半導体レーザ素子とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図２】実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３】実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図４】実施形態２によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図５】実施形態２の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図６】実施形態２の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図７】実施形態３によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図８】実施形態３の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図９】実施形態３の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図１０】実施形態３の半導体レーザ素子中の付加的層の酸化領域を示す模式的平面図である。
【図１１】実施形態４によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図１２】実施形態４の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図１３】実施形態４の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図１４】実施形態５によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図１５】実施形態５の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図１６】実施形態５の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図１７】実施形態５の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図１８】実施形態６によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図１９】実施形態６の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２０】実施形態６の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２１】実施形態６の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２２】実施形態７によるの半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図２３】実施形態７の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２４】実施形態７の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２５】実施形態７の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２６】従来技術による第１例の半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図２７】従来技術による第１例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２８】従来技術による第１例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図２９】従来技術による第１例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３０】従来技術による第２例の半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図３１】従来技術による第２例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３２】従来技術による第２例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３３】従来技術による第２例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３４】従来技術による第３例の半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図３５】従来技術による第３例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３６】従来技術による第３例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３７】従来技術による第４例の半導体レーザ素子の構造を図解する模式図である。
【図３８】従来技術による第４例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図３９】従来技術による第４例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【図４０】従来技術による第４例の半導体レーザ素子の製造方法を図解する模式的斜視図である。
【符号の説明】
１００１　ＧａＡｓ基板、１００２　ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１００２ａ　第１のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１００２ｂ　第２のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１００３　活性層、１００３ｂ　活性層無秩序化領域、１００４　ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１００４ａ　第１のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１００４ｂ　第２のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１００５　ＧａＡｓエッチングストップ層（ＧＥＳ層）、１００６　ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１００６ａｐ型ＧａＡｓ下部キャップ層、１００６ｂ　ｐ型ＧａＡｓ上部キャップ層、１００７　ＡｌＡｓ層、１００７ｂ　ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚで形成された酸化物層、１００８　ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層、１００９　ｐ型ＧａＡｓ保護膜、１０１０　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１０１１　ｎ側電極、１０１２　ｐ側電極、１０１３ａ　ＡｌＡｓ層、１０１３ｂ、１０１３ｃ　ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚで形成された酸化物層、１０１４　酸化シリコン絶縁膜、１０１５　１００４ｂの自然酸化面、１０２３ａ　ＡｌＡｓ層、１０２３ｂ、１０２３ｃ　ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚで形成された酸化物層、１０２８　レーザ共振器端面、１０３０　酸化シリコン膜、１０３０ｂ、１０３１　ストライプ状酸化シリコン膜、１０３２　Ｇａ空孔拡散領域、１０３４　ストライプ状レジスト、１１０１　ＧａＡｓ基板、１１０２　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１１０３　量子井戸活性層、１１０３ｂ　量子井戸活性層の窓領域、１１０４　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１１０４ａ　第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１１０４ｂ　第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１１０５　ｐ型ＧａＩｎＰ通電容易層、１１０６　ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１１０７　ＡｌＡｓ層、１１０７ｂ、１１０７ｃ　ＡｌｘＯｙやＡｌｘＯｙＡｓｚで形成された酸化物層、１１０８　ｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層、１１０９　ｐ型ＧａＡｓ保護膜、１１１０　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１１１　ｎ側電極、１１１２　ｐ側電極、１１１４　酸化シリコン絶縁膜、１１３１　ストライプ状酸化亜鉛膜、１１３２　亜鉛原子拡散領域、１１３３　ストライプ状酸化シリコン膜、１１３４　フォトレジストマスク。
【図１】
2004146527.tif 000003
【図２】
2004146527.tif 000004
【図３】
2004146527.tif 000005
【図４】
2004146527.tif 000006
【図５】
2004146527.tif 000007
【図６】
2004146527.tif 000008
【図７】
2004146527.tif 000009
【図８】
2004146527.tif 000010
【図９】
2004146527.tif 000011
【図１０】
2004146527.tif 000012
【図１１】
2004146527.tif 000013
【図１２】
2004146527.tif 000014
【図１３】
2004146527.tif 000015
【図１４】
2004146527.tif 000016
【図１５】
2004146527.tif 000017
【図１６】
2004146527.tif 000018
【図１７】
2004146527.tif 000019
【図１８】
2004146527.tif 000020
【図１９】
2004146527.tif 000021
【図２０】
2004146527.tif 000022
【図２１】
2004146527.tif 000023
【図２２】
2004146527.tif 000024
【図２３】
2004146527.tif 000025
【図２４】
2004146527.tif 000026
【図２５】
2004146527.tif 000027
【図２６】
2004146527.tif 000028
【図２７】
2004146527.tif 000029
【図２８】
2004146527.tif 000030
【図２９】
2004146527.tif 000031
【図３０】
2004146527.tif 000032
【図３１】
2004146527.tif 000033
【図３２】
2004146527.tif 000034
【図３３】
2004146527.tif 000035
【図３４】
2004146527.tif 000036
【図３５】
2004146527.tif 000037
【図３６】
2004146527.tif 000038
【図３７】
2004146527.tif 000039
【図３８】
2004146527.tif 000040
【図３９】
2004146527.tif 000041
【図４０】
2004146527.tif 000042