(57)【要約】【課題】出力効率に優れた半導体レーザ素子およびその半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９と、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９上に形成されたｐ型キャップ層１０とでストライプ状のリッジ１９を構成する。リッジ１９の延在する方向に垂直な断面図である図１において、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の側面の輪郭とｐ型キャップ層１０の側面の輪郭とは略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数も略連続になっており、ｐ型キャップ層１０がｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の上面からひさし状にはみ出さない構造になっている。このため、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２の結晶成長がスムーズになって、電流ブロック層１１，１２に空洞が生じないようにすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層の上方に、第１クラッド層と、この第１クラッド層上に設けられた第２クラッド層とキャップ層とを少なくとも含むストライプ状のリッジと、このリッジの側面に接触するように形成される電流ブロック層とを備えた半導体レーザ素子において、
上記リッジの延在する方向に垂直な断面において、上記第２クラッド層の側面の輪郭と上記キャップ層の側面の輪郭とが略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数が略連続であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記リッジの上記第２クラッド層上に、ひさし状のキャップ層を形成するキャップ層形成工程と、
上記キャップ層の上記第２クラッド層よりもせり出した部分を、超音波によって切断する超音波切断工程と、
上記第２クラッド層の側面に接触する電流ブロック層を形成する電流ブロック層形成工程とを備える半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記超音波切断工程は、製造途中の上記半導体レーザ素子を純水または有機溶剤に浸した状態で超音波洗浄を行う工程であ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４】
請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記キャップ層の膜厚が１５００Å以下であ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、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、コンパクトディスク（ＣＤ）、追記型コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）等の光ディスクを読み書きする装置に搭載される半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザ素子としては、高出力での発振が瞬時に可能で光記憶装置における記録速度を速くできるリッジ構造を用いたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は、従来のリッジ構造を有する半導体レーザ素子の構造の一例を示す図である。以下に、図５を用いて、上記リッジ構造を有する半導体レーザ素子の製造方法を簡単に説明する。
【０００４】
先ず、ｎ型ＧａＡｓ基板６１に、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層６２、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６３、ガイド層６４、活性層（量子井戸層）６５、ガイド層６６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層６７、ＧａＡｓエッチングストップ層６８、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層６９、ＧａＡｓキャップ層７０をＭＯＣＶＤ法等により順次積層する。
【０００５】
次に、フォトリソグラフィー工程を行う。このフォトリソグラフィー工程では、ＧａＡｓキャップ層７０上に、図示しないストライプ状マスクを形成し、所望のリッジ幅を有するレジストパターンを形成する。その後、ＧａＡｓキャップ層７０上に紫外線を照射して、更に、ウェットエッチを行ってＧａＡｓエッチングストップ層６８までエッチングして、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層６９とＧａＡｓキャップ層７０から成るリッジ８０を形成する。上記ウエットエッチを行うとき、ＧａＡｓキャップ層７０のエッチングは、エッチャントとして硫酸系の薬液を用いて行い、その下部のｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層６９のエッチングは、エッチャントとして弗化水素酸系の薬液を用いて行う。ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層６９のエッチングを行うとき、ＧａＡｓがＡｌＧａＡｓに比べて弗化水素酸に対する耐性が強いという特性を利用して、弗化水素酸系の薬液のエッチャントによるエッチング時間を調整することにより、ＧａＡｓエッチングストップ層６８でエッチングを止めてｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層６７の層厚を保ちながら、リッジ８０のリッジ幅の調整を行う。
【０００６】
この後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層７１、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７２、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層７３を形成した後、上記ストライプ状マスクを除去して、ＧａＡｓキャップ層７０およびｐ型ＧａＡｓ平坦化層７３の全面に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７４を形成する。
【０００７】
最後に、このｐ型ＧａＡｓコンタクト層７４の上にｐ側金属電極７５を形成する一方、ｎ型ＧａＡｓ基板６１の下にｎ側電極７６を形成して、図５に示すリッジ構造を有する半導体レーザ素子の要部を完成させる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−１３３６４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示された従来のリッジ構造を有する半導体レーザ素子では、その製造過程における弗化水素酸系のエッチャントによるウェットエッチのときに、ＧａＡｓキャップ層７０とｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層６９のエッチャントに対する耐性が大きく異なることから、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層６９が大きくエッチングされる一方、ＧａＡｓキャップ層７０がほとんどエッチングされないということが起こる。
【００１０】
すなわち、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層６９のみが大きくエッチングされる結果、エッチングされにくいＧａＡｓキャップ層７０が、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層６９に対してひさし状になって大きく張り出して、図５に示すように、リッジ８０がＴ字形状になるという現象が起こる。
【００１１】
このことから、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層６９およびＧａＡｓキャップ層７０の側面に、電流ブロック層７１および電流ブロック層７２を形成する場合、ひさし状のＧａＡｓキャップ層７０のかげになる部分の電流ブロック層７１および７２の側面付近の近傍で結晶成長がうまくいかず、上記かげの部分に図５に７９で示されるような空洞が発生し、光の吸収層として働く空洞７９によって半導体レーザ素子の出力効率が低下するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、空洞が発生しにくくて出力効率に優れた半導体レーザ素子およびその半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体レーザ素子は、
活性層の上方に、第１クラッド層と、この第１クラッド層上に設けられた第２クラッド層とキャップ層とを少なくとも含むストライプ状のリッジと、このリッジの側面に接触するように形成される電流ブロック層とを備えた半導体レーザ素子において、
上記リッジの延在する方向に垂直な断面において、上記第２クラッド層の側面の輪郭と上記キャップ層の側面の輪郭とが略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数が略連続であることを特徴としている。
【００１４】
上記発明によれば、上記リッジの延在する方向に垂直な断面において、上記第２クラッド層の側面の輪郭と上記キャップ層の側面の輪郭とが略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数が略連続になっているので、キャップ層が第２クラッド層の上部表面からひさし状に張り出した従来の半導体レーザ素子とは異なり、上記第２クラッド層の側方にひさしの陰になる部分が全く（または殆ど）存在しない。このことから、上記ストライプ状のリッジが形成された後に、このリッジの側方に、上記リッジの側面と接触するように形成される上記電流ブロック層の結晶成長がスムーズになって、この電流ブロック層に空洞が発生しにくくなる。したがって、光の吸収を起こして光の高出力化の妨げとなる空洞が殆ど存在しないので、この発明の半導体レーザ素子の出力効率が優れたものになる。
【００１５】
また、この発明の半導体素子の製造方法は、上記発明の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記リッジの上記第２クラッド層上に、ひさし状のキャップ層を形成するキャップ層形成工程と、
上記キャップ層の上記第２クラッド層よりもせり出した部分を、超音波によって切断する超音波切断工程と、
上記第２クラッド層の側面に接触する電流ブロック層を形成する電流ブロック層形成工程と
を備えることを特徴としている。
【００１６】
上記発明の半導体素子の製造方法によれば、上記超音波切断工程で、上記キャップ層の上記第２クラッド層よりもせり出した部分を超音波により切断するので、上記リッジの延在する方向に垂直な断面において、上記第２クラッド層の側面の勾配と上記キャップ層の側面の勾配とが略連続になる。したがって、この発明の半導体レーザ素子の製造方法で製造された半導体レーザ素子には、上記第２クラッド層の側方にひさしの陰になる部分が全く（または殆ど）存在しないので、この発明の半導体レーザ素子の製造方法で製造された半導体レーザ素子は、出力効率に優れたものになる。
【００１７】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記超音波切断工程が、製造途中の上記半導体レーザ素子を純水または有機溶剤に浸した状態で超音波洗浄を行う工程であることを特徴としている。
【００１８】
上記実施形態によれば、製造途中の上記半導体レーザ素子を純水または有機溶剤に浸した状態で超音波洗浄を行うので、上記キャップ層の上記第２クラッド層よりもせり出した部分を、短時間で、かつ、きれいに切断できる。
【００１９】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記キャップ層の膜厚が１５００Å以下であることを特徴としている。
【００２０】
上記実施形態によれば、上記キャップ層の膜厚を１５００Å以下にしたので、半導体レーザ素子の製造過程で、第２クラッド層の上部表面からひさし状に張り出したキャップ層のひさし部分（上記キャップ層の上記第２クラッド層よりもせり出した部分）の破断を、キャップ層のひさし以外の部分の破損を防止しながら、簡単に行うことができる。尚、キャップ層の膜厚を１５００Åよりも大きくすると、ひさしの部分を破断するときに、キャップ層のひさし以外の部分に、ひび割れ等の破損が頻繁に生じることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態の半導体レーザ素子のレーザ出射面側の断面図である。この半導体レーザ素子は、基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３、ｎ側光ガイド層４、多重量子井戸活性層５、ｐ側光ガイド層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層７、ＧａＡｓエッチングストップ層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９、ｐ型キャップ層１０が順に積層されており、ダブルへテロ構造を形成している。上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９およびｐ型キャップ層１０は、メサ形状のリッジ１９を形成しており、ＧａＡｓエッチングストップ層８上のリッジ１９が形成されていない両端部に、リッジ１９の側面に接するようにｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１３が、この順に形成されている。上記ｐ型キャップ層１０およびｐ型ＧａＡｓ平坦化層１３の上側全面には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４が形成されている。上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４の上部に、ｐ側金属電極１５を配設する一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の下部に、ｎ側金属電極１６を配設している。図１（上記リッジ１９が延在する方向に垂直な断面図）において、第２クラッド層９の側面の輪郭とキャップ層１０の側面の輪郭とは略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数は略連続になっている。
【００２３】
図２〜図４は、上記半導体レーザ素子の製造途中のレーザ出射面側の断面図を示している。以下に、図２〜図４を用いて上記構造を有する半導体レーザ素子の製造方法を説明する。
【００２４】
先ず、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３、ｎ側光ガイド層４、多重量子井戸活性層５、ｐ側光ガイド層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層７、ＧａＡｓエッチングストップ層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９、ｐ型キャップ層１０を順次積層する。上記ｐ型キャップ層１０の膜厚は、破断が容易な１５００Å以下の厚さになっている。
【００２５】
次に、スピンコート法を用いて、上記ｐ型キャップ層１０上に０．５〜１ミクロン程度の厚みのフォトレジスト膜を塗布し、続いて、一般的なフォトエッチング法を用いて、所望の幅のストライプの入ったマスクを使用して上記フォトレジスト膜をエッチングし、図２に示すストライプ状のフォトレジスト膜１７を形成する。上記フォトレジスト膜１７は、６ミクロンの幅を有し、２００ミクロン幅のピッチで形成されている。
【００２６】
続いて、キャップ層形成工程を行う。このキャップ層形成工程では、硫酸と過酸化水素水の混合溶液を用いて、上記ＧａＡｓキャップ層１０と、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の一部までを、フォトレジスト膜１７に覆われていない部分からウェットエッチし、更に、弗化水素酸を用いて残りのｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９を、ＧａＡｓエッチストップ層８が露出するまでウエットエッチする。この時、エッチング時間を調整することで、ｐ型第２クラッド層９で作られるリッジ幅を調整して、製造途中の半導体レーザ素子を、図３に示すように、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９上に、ＧａＡｓキャップ層１０とフォトレジスト膜１７から成るひさしが形成された構造に形づくった後、フォトレジスト膜１７を全て除去する。
【００２７】
続いて、超音波切断工程を行う。この超音波切断工程では、ガラスビーカーに有機溶剤の一例としてのアセトンを入れ、そこに上記フォトレジスト膜１７が全て除去された製造途中の半導体レーザ素子を適当な冶具に装着して浸した後に超音波洗浄機にかけて、ｐ型キャップ層１０の上記ひさし部分の破断とアセトンの剥離を行って、図４の断面図において、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の側面の輪郭とｐ型キャップ層１０の側面の輪郭とが略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数が略連続になるようにする。このようにして、図４に示すように、エッチングストップ層８上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９とｐ型キャップ層１０から成るリッジ１９を形成する。尚、上記超音波洗浄機の出力および時間は、ひさし部分の破断とアセトンの剥離のために十分なものとする。
【００２８】
続けて、ＭＯＣＶＤ法を用いて、電流ブロック層形成工程および平坦化層形成工程を連続して行う。この電流ブロック層形成工程および平坦化層形成工程では、図１に示すように、エッチングストップ層８上におけるリッジ１９の両側に位置する部分に、図１に示すｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１３を順次積層する。このとき、図示はしないが、上記ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２およびｐ型ＧａＡｓ平坦化層１３がリッジ１９の側面に沿ってせり上がり、それらの層におけるリッジ１９の頂上の平坦部分の両端付近部分が隆起して、その両端付近部分に尖った突起部（図示せず）が形成される。これを除去するため、突起部の両側にレジストを形成し、アンモニアと過酸化水素水の混合溶液を用いて、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１３、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２の突起部を除去し、更に、硫酸と過酸化水素水の混合溶液を用いて、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１の突起部を順に除去して、これら複数の突起部を平坦化する。その後、上記レジストを完全に除去して、上記レジストが除去された製造途中の半導体レーザ素子の上面に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４を形成する。
【００２９】
続いて、良好なオーミック特性を得るように、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４の上に不純物が混合されたｐ側金属電極１５を形成する一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の下に不純物が混合されたｎ側金属電極１６を形成する。最後に、製造途中の半導体レーザ素子をへき開した後、電子ビーム蒸着等によって光出射端面に低反射率の保護膜をコーティングする一方、後端面に高反射の保護膜をコーティングして、図１に示す本発明の一実施形態の半導体レーザ素子を完成させる。
【００３０】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、リッジ１９の延在する方向に垂直な断面において、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の側面の輪郭とｐ型キャップ層１０の側面の輪郭とが略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数が略連続になっているので、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の側方にひさしの陰になる部分が全く（または殆ど）存在しない。したがって、ストライプ状のリッジ１９が形成された後に、このリッジ１９の側方に、リッジ１９の側面と接触するように形成されるｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２の結晶成長がスムーズになって、このｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１１およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２に空洞が発生することがない。したがって、光の吸収を起こして光の出力を低下させる空洞が殆ど存在しないので、この発明の半導体レーザ素子の出力効率が優れたものになる。
【００３１】
また、上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の上部表面からｐ型キャップ層１０のひさし部分を超音波により切断するので、簡単安価に、リッジ１９の延在する方向に垂直な断面において、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の側面の輪郭とｐ型キャップ層１０の側面の輪郭とが略連続で、かつ、上記両側面をあらわす線の導関数が略連続になるようにすることができる。
【００３２】
また、上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、製造途中の半導体レーザ素子を有機溶剤の一例としてのアセトンに浸した状態で、超音波洗浄機による洗浄を行うので、ｐ型キャップ層１０のｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９よりもせり出した部分を、短時間で、かつ、きれいに切断できる。
【００３３】
また、上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ｐ型キャップ層１０の膜厚を１５００Å以下にしたので、半導体レーザ素子の製造過程で、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の上部表面からひさし状に張り出したｐ型キャップ層１０のひさし部分（ｐ型キャップ層１０におけるｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の上部表面に対応しない部分）の破断を、ｐ型キャップ層１０のｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の上部表面に対応する部分の破損を防止しながら、簡単に行うことができる。
【００３４】
尚、上記実施形態の半導体レーザ素子では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層７とｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９の間に、ＧａＡｓエッチングストップ層８を形成して、クラッド層が分離した構造にしたが、この発明の半導体レーザ素子では、クラッド層が一体型の構造であっても良い。
【００３５】
また、上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、有機溶剤の一例としてのアセトンに、適当な冶具に装着された製造途中の半導体レーザ素子を浸した後に超音波洗浄機にかけるようにしたが、この発明の半導体レーザ素子の製造方法では、有機溶剤の代わりに、純水を用いて、適当な冶具に装着された製造途中の半導体レーザ素子を純水に浸した後に超音波洗浄機にかけるようにしても良い。
【００３６】
尚、この発明の半導体レーザ素子の各層の組成比は、上記実施形態の半導体レーザ素子で具体的に記載された各層の組成比の数値に限定されるものでないことは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、上記発明の半導体レーザ素子によれば、第２クラッド層の側面の勾配とキャップ層の側面の勾配とが、略連続になっているので、上記キャップ層が上記第２クラッド層の上面からひさし状にはみ出すことがなくて、上記第２クラッド層の側方にひさしの陰になる部分が全く（または殆ど）存在しない。したがって、上記ストライプ状のリッジが形成された後に、このリッジの側方に上記リッジの側面と接触するように形成される上記電流ブロック層の結晶成長がスムーズになって、光の吸収を起こして光の出力を低下させる空洞が上記電流ブロック層に発生しにくくなるので、この発明の半導体レーザ素子の出力効率が優れたものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体レーザ素子の光出射端面側の断面図である。
【図２】上記半導体レーザ素子の製造途中のレーザ出射端面側の断面図である。
【図３】上記半導体レーザ素子の製造途中のレーザ出射端面側の断面図である。
【図４】上記半導体レーザ素子の製造途中のレーザ出射端面側の断面図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の光出射端面側の断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型バッファ層
３  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４  ｎ側光ガイド層
５  多重量子井戸活性層
６  ｐ側光ガイド層
７  ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層
８  ＧａＡｓエッチングストップ層
９  ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層
１０  ｐ型キャップ層
１１  ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層
１２  ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
１３  ｐ型ＧａＡｓ平坦化層
１４  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１５  ｐ側金属電極
１６  ｎ側金属電極
１９  リッジ
７９  空洞
【図１】
2004342957.tif 000003
【図２】
2004342957.tif 000004
【図３】
2004342957.tif 000005
【図４】
2004342957.tif 000006
【図５】
2004342957.tif 000007