(57)【要約】【課題】ＧａＡｓ基板をベースとした短波長系の埋込型半導体レーザであって低しきい値、安定した横モードの閉じ込めを実現し、かつ、ブロッキング層を再成長した場合に結晶欠陥が発生しにくく、また、ＣＯＤも起きにくい信頼性の高いものを実現する。【解決手段】ＧａＡｓ基板を用いた短波長系の埋込型半導体レーザの活性層１１を構成する導波層の半導体材料に第一導電型クラッド層６および第二導電型クラッド層２を構成する半導体材料よりも酸化されにくい材料を用い、メサ７の底部を活性層１１よりも低い位置に構成する。【選択図】      図１
2004200276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第一導電型クラッド層、少なくとも一つの井戸層及び導波層を含む活性層が順次形成された積層構造を有し、少なくとも前記積層構造はメサを形成し、かつ、前記メサの両側方を第二導電型の電流ブロッキング層及び第一導電型電流ブロッキング層で順次埋め込み、前記活性層に含まれる前記導波層の半導体材料に前記第一導電型クラッド層を構成する半導体材料よりも酸化されにくい材料を用いており、前記メサの底部が前記活性層よりも低い位置に構成され、前記半導体基板がＧａＡｓであることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
半導体基板上に第一導電型のクラッド層、少なくとも一つの井戸層及び導波層を含む活性層、第二導電型のクラッド層が順次形成された積層構造を有し、少なくとも前記積層構造はメサを形成し、かつ、前記メサの両側方を第二導電型の電流ブロッキング層及び第一導電型電流ブロッキング層で順次埋め込み、前記活性層に含まれる前記導波層の半導体材料に前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層を構成する半導体材料よりも酸化されにくい材料を用いており、前記メサの底部が前記活性層よりも低い位置に構成され、前記半導体基板がＧａＡｓであることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層に含まれる導波層の材料にはＡｌを含まないことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記井戸層は前記導波層よりもバンドギャップの大きいキャリアブロック層により挟まれたことを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記導波層を構成する半導体材料がＧａＡｓであり、クラッド層、および電流ブロッキング層を構成する半導体材料がＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＞０）であることを特徴する請求項１〜４記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記バンドギャップの大きいキャリアブロック層がＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする請求項４または５記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記メサの底部に隣接する層の材料がＧａＡｓであることを特徴とする請求項１〜６記載の半導体レーザ。
【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に関するものである。また、本発明は特に活性層の半導体材料に酸化されにくい材料を含んだ埋込型半導体レーザであって、高い信頼性を実現することができるＧａＡｓ基板を用いた短波長系の半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクやレーザプリンタ用光源、さらに光ファイバ増幅器用の光源として、半導体レーザの高出力化が求められている。ここで、高出力化に伴い、出射端面の光密度も増大するため、端面での光吸収により温度が上昇し、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）現象が発生する。そのため、ＣＯＤ現象による突発的な故障が問題となってくる。なお、ＧａＡｓ基板を用いた短波長系の半導体レーザでは、へき開によりレーザバーを形成したとき、半導体へき開端面の表面再結合速度がＩｎＰ基板を用いた長波長系のレーザのそれよりも速いため、ＣＯＤ現象が特に発生しやすい。
【０００３】
また、ＣＯＤの発生と半導体レーザの構造との関連について説明をするため、図２−ａ）のようなＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｃｔｕｒｅ）構造を有する半導体レーザを考える。本構造は、量子井戸層１２の両端を、導波層１３及びクラッド層１４で挟むことにより構成される（クラッド層に挟まれた領域すなわち、量子井戸層１２及び導波層１３を含んだ領域を以下「活性層１１」と記載）。ＳＣＨ構造を短波長系の半導体に適用する場合は、クラッド層１４の半導体材料としてＡｌxＧａ1-xＡｓ、導波層１３の半導体材料としてＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＞ｙ）が用いられる。また、量子井戸１２の半導体材料として、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（ｙ＞ｚ）、ＩｎＧａＡｓ等が用いられる。
【０００４】
ＳＣＨ構造におけるＣＯＤの発生は、縦方向全体に閉じ込められた光１５に対する活性層における光の閉じ込めの割合Γw（図２−ａ）を参照）の大きさに依存する。ここで、Γwが大きいほど、ＣＯＤが発生する光出力のレベルが低くなるため、半導体レーザの高出力化には不利となる。そのため、ＣＯＤの発生を抑制するために窓構造を採用する他に、Γwを小さくする試みが行われている。なお、Γwは量子井戸層１２及び導波層１３の厚みを変えて調整することができる。
【０００５】
その他にＣＯＤの発生は、井戸層１２において閉じ込め光１５の強度のピークの大きいほど発生しやすい。そこでこの問題を解決するため、ＳＣＨ構造以外に図２−ｂ）のようなＤＣＨ（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造も考案されている。本構造は、図２−ａ）のＳＣＨ構造において井戸層１２の両側がキャリアブロック層１６により挟まれ、導波層１３の幅はＳＣＨ構造のそれよりも広い。
【０００６】
ＳＣＨ構造では、井戸層１２のキャリアの閉じ込めを実質的にクラッド層１４で行っているため、導波層１３幅の設計の自由度が制約される。すなわち、井戸層１２のおける閉じ込め光１５の強度のピークを小さくするため（閉じ込め光１５の裾部を広げると井戸層１２における閉じ込め光１５の強度のピークが小さくなる。）に導波層１３幅を広げるとキャリアの閉じ込めが不十分となり、また、キャリアの閉じ込めを改善するために導波層１３の幅を狭くすると今度は、井戸層１２における閉じ込め光１５の強度のピークが強くなりすぎるというトレードオフがあるためである。一方、ＤＣＨ構造は井戸層１２の両側に導波層１３よりもバンドギャップが大きく、かつ、光学的に充分薄いキャリアブロック層１６を配置することにより、井戸層１２に注入されたキャリアが導波層１３へあふれることを阻止できる。これにより、井戸層１２におけるキャリアの閉じ込めが導波層１３の厚さに依存しにくくなる。そのため、図２のように導波層１３を厚くすることができるので、井戸層１２における閉じ込め光１５のピークの強度を下げることができ、ＣＯＤ耐性が向上する。
【０００７】
ＳＣＨ構造やＤＣＨ構造を有する半導体エピタキシャルウェハを実際の単一横モードレーザに適用する場合には、横方向においても光閉じ込めを行い、また、発光スポット位置を限定する目的のため、主として図３に示したようなメサストライプレーザや、図４のようなＩＳＰ（Ｉｎｎｅｒ Ｓｔｒｉｐｅ）型レーザを作製することが行われている。
【０００８】
メサストライプレーザは、図３に示したように横方向には屈折率分布がほとんど存在しない。そのため、メサストライプレーザの横方向の光閉じ込めは注入された電流よって発生する利得分布によってのみ閉じ込められる。一方、ＩＳＰ型レーザは電流ブロッキング層２２の層厚を調整することにより、図４のように横方向の屈折率分布を設けることができる。
【０００９】
メサストライプレーザは、光の閉じ込めを注入電流によって発生した利得分布それ自身で行っているため、高出力時では閉じ込めが不安定となる。これは次のような現象である。まず、光出力を強くすると、メサの中央部分（図３のＯ点）での誘導放出が増大し、そこのキャリア密度が低下するいわゆる空間ホールバーニング現象が発生する。空間ホールバーニングが発生すると、利得ｇの横方向分布が図５の右側の図のように歪んでくるため（図５中のＯは図３のＯに対応する。）、光が横方向のメサの中心部で閉じ込められにくくなる。そのため、光の閉じ込めが不安定になり、電流−光出力特性においてキンクが発生しやすくなる。
【００１０】
一方、ＩＳＰ型レーザは図４に示したような横方向の屈折率分布を設けることができる。そのため、空間ホールバーニングが発生しても、横方向における光の閉じ込めの安定性を比較的良好に保つことができる。
【００１１】
【非特許文献１】
伊藤良一、中村道治  共著『半導体レーザ』  培風館  第６版
１９９７年  ｐ９８
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような特徴をＩＳＰ型レーザは有するが、以下のような問題が存在することも無視できない。図４に示すように、ＩＳＰ型レーザでは注入された電流が電流ブロッキング層２２で狭窄される。しかし、活性層１９においては横方向での電流狭窄が行われない。そのため、いったん電流ブロッキング層２２で絞られた電流が、井戸層に到達するまでの間に横方向に拡散し、それがレーザ出力に寄与しない無効電流となる。そのため、ＩＳＰ型レーザではしきい値電流が高くなるという問題が発生する。
【００１３】
特にＤＣＨ構造を用いた場合には、しきい値電流が大きくなる傾向がある。そのため、ＤＣＨ構造を用いてＩＳＰ型レーザを作製した場合には、ＣＯＤ減少が発生しにくいという長所を有するが、しきい値電流がＳＣＨ構造を用いた場合と比較して大きくなるという欠点がある。
【００１４】
また、電流が横方向にも拡散するため、高出力化に伴い幅ｗの電流注入領域に相当する部分以外の井戸層においても、利得が生ずる。そのため、電流注入領域の中心（図４のＯ点）にピークをもった横の閉じ込め光が左右にシフトする。これにより、電流−光出力特性においてキンクが発生する。
【００１５】
こういった問題は電流の閉じ込めを活性層においても行えば容易に解決できる。解決方法として、例えば図６のような埋込ＢＨ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）レーザが用いられる。本例は短波長系のＢＨレーザであり、次に概略したような手順で作製される。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板８上にｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層６、ＡｌyＧａ1-yＡｓ導波層及びＩｎＧａＡｓ井戸層（発振波長は９８０ｎｍ）からなる活性層１１、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ第一クラッド層３をＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）あるいはＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いてエピタキシャル成長する。次に、前記エピタキシャル基板をクエン酸系のエッチング液でウェットエッチングを行い、メサ７を形成する。そして、ＭＯＣＶＤ装置を用いてメサ７の両側部をｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓ電流ブロッキング層１０、ｎ−ＡｌzＧａ1-zＡｓ電流ブロッキング層９（ｘ＝０．２５、ｙ＝０．２、ｚ＝０．３）で順次埋め込む。埋め込み終了後ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ第二クラッド層２、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１をＭＯＣＶＤ装置で成長する。最後に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１表面にｐ−電極（符号なし）を蒸着、基板研磨、ｎ−電極の蒸着（符号なし）、アニーリングを行ってＢＨレーザウェハが完成する。
【００１６】
図６のような構造を持つＢＨレーザは、電流閉じ込めを確実に行うことができるため、しきい値電流を小さくすることができる。また、注入電流を大きくした場合であっても電流の横方向の拡散がほとんどないためホールバーニングが発生しにくく、電流−光出力特性のキンクを防ぐことができる。さらに図５に示したように、ＩＳＰ型レーザと同様にＢＨレーザは横方向における屈折率の分布を設けることができるため、横方向の光閉じ込めが非常に安定する。
【００１７】
以上のような特徴を持つＢＨレーザであるが、これを短波長系レーザに適用する場合には次のような問題がある。
本例のＢＨレーザは、クラッド層、導波層にＡｌＧａＡｓを用いている。この材料はＡｌを含むため、非常に酸素と結合しやすい性質を有している。そのため、メサ７を形成後、電流ブロッキング層１０、９を形成する工程において、エッチング直後からＭＯＣＶＤ装置への搬入の際にメサ７が大気に曝され、メサ７の側部のクラッド層３、６及び導波層が酸化する。
【００１８】
メサ７の側部の酸化された部分は、Ａｌと酸素の強力な結合を形成し、これが欠陥を発生させ、非発光再結合中心が形成されることになる。この状態でブロッキング層９、１０の埋め込みが行われて完成したレーザを駆動させると、導波層付近の閉じ込め光のピークが強いため、発振光がここで吸収されて熱が発生し、結晶にストレスを与えることになる。ストレスが加わった結晶には欠陥が発生し、これがさらなる非発光再結合中心の形成をまねき（欠陥の増殖）、発熱が一層大きくなる。以上の現象の繰り返しで遂にレーザ発振が停止するという問題がある。一方、ＩｎＰ基板をベースとするＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の長波長レーザでは、以上の問題はそれほど深刻ではない。
【００１９】
さらに、酸化層が形成されたＡｌＧａＡｓ層の表面に再びＡｌＧａＡｓからなる電流ブロッキング層を成長するのは困難である。これは、酸化膜が形成されたＡｌＧａＡｓ層の表面にＡｌＧａＡｓを再成長するためには、強力なＡｌと酸素の結合を解除しなければならないためである。なお、Ａｌと酸素の結合は再成長時の温度を上げればある程度解除することができる。しかし、再成長温度を上げすぎると、今度は井戸層中の元素が導波層へ拡散する。そのため、井戸層中の元素の組成が変化し、発振波長が極端に変化するという問題が発生する。
【００２０】
最後にＢＨレーザの構造に起因する本質的な問題を考える。図６に示すようにＢＨレーザは、クラッド層３、６、活性層１１の両側面すなわち、メサ７の側部が電流ブロッキング層１０に直接接している。そのため、図６のような屈折率分布を実現する場合には、ブロッキング層９、１０を構成するＡｌＧａＡｓ半導体のＡｌ組成を変化させなければならない。ここで、メサ７の幅ｗは、メサが存在する領域の縦方向の実効屈折率をｎ1、ブロッキング層が存在する領域の実効屈折率をｎ2とおいた場合に以下の式を満たすことが必要である。
【式１】
2004200276.tif 000003
ここで、λは発振波長、ｄcは横方向に閉じ込められた０次モード（単一横モード）がカットオフになるメサの幅である。以上の式からわかるように、メサ７の幅ｗがｄcよりも大きくなると光を横方向に単一モードで閉じ込めることができなくなる。
【００２１】
既に説明したように、電流ブロッキング層１０はメサ７の側部に直接接している。そのため、電流ブロッキング層９、１０のわずかな屈折率の変化でｄcの値が大きく変わることになる。しかし、ブロッキング層９、１０を構成する半導体ＡｌzＧａ1-zＡｓのｚの組成を実際の成長で細かく制御することは困難である。
【００２２】
そのため、屈折率差Δｎ（＝ｎ1−ｎ2）を小さくすることが困難であり、上記式から求まるｄcの値は比較的小さくなる（本例では１．５μｍ程度）。ｄcの値が小さいとメサ７の幅ｗも小さくしなければならないため、光出射端面における横方向の単位長あたりの光強度が非常に強くなる。なお、ＩｎＰ基板をベースとするＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の長波長レーザでは、ＡｌＧａＡｓ系の短波長レーザと比較して表面再結合速度や、酸化速度が数桁低いため、端面の光強度が強くなっても端面劣化が生じない。しかし、本例のようなＧａＡｓ基板をベースとする短波長系のレーザの場合は、端面の光強度が強くなるとＣＯＤ現象が発生し、突発的な故障の発生の原因となる。
【００２３】
以上のように、埋込構造のレーザを短波長系レーザに適用した場合には、横モード閉じ込めの安定および低しきい値を実現するためには有利であることがわかる。しかし、半導体層を構成する材料のＡｌの酸化に起因する欠陥の発生に起因した欠陥の増殖及びＣＯＤ現象による突発故障の発生が起こりやすく信頼性に乏しい。
【００２４】
そこで本発明の目的は、ＧａＡｓ基板をベースとした短波長系の埋込型半導体レーザであって低しきい値、安定した横モードの閉じ込めを実現し、かつ、ブロッキング層を再成長した場合に結晶欠陥が発生しにくく、また、ＣＯＤも起きにくい信頼性の高いものを実現することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第一は請求項１記載のように、半導体基板上に第一導電型クラッド層、少なくとも一つの井戸層及び導波層を含む活性層が順次形成された積層構造を有し、少なくとも前記積層構造はメサを形成し、かつ、前記メサの両側方を第二導電型の電流ブロッキング層及び第一導電型電流ブロッキング層で順次埋め込み、前記活性層に含まれる導波層の半導体材料に前記第一導電型クラッド層を構成する半導体材料よりも酸化されにくい材料を用いており、前記メサの底部が前記活性層よりも低い位置に構成され、前記半導体基板がＧａＡｓであることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第一では、ＧａＡｓ基板を用いた短波長系の半導体レーザの活性層を構成する導波層の材料に酸化されにくいものを用いているため、メサを埋め込んで埋込型レーザを作製した場合、結晶欠陥が発生しにくい。そのため、信頼性の高い半導体レーザを作成することができる。また、埋込型半導体レーザであるので、しきい値電流が減少し、横モードも安定する。
【００２７】
本発明の第二は請求項２記載のように、半導体基板上に第一導電型のクラッド層、少なくとも一つの井戸層及び導波層を含む活性層、第二導電型のクラッド層が順次形成された積層構造を有し、少なくとも前記積層構造はメサを形成し、かつ、前記メサの両側方を第二導電型の電流ブロッキング層及び第一導電型電流ブロッキング層で順次埋め込み、前記活性層に含まれる導波層の半導体材料に前記第一導電型クラッド層および前記第二導電型クラッド層を構成する半導体材料よりも酸化されにくい材料を用いており、前記メサの底部が前記活性層よりも低い位置に構成され、前記半導体基板がＧａＡｓであることを特徴とする。
【００２８】
本発明の第二では、本発明の第一と同様にＧａＡｓ基板を用いた短波長系の半導体レーザの活性層を構成する導波層の材料に酸化されにくいものを用いているため、メサを埋め込んで埋込型レーザを作製した場合、結晶欠陥が発生しにくい。そのため、信頼性の高い半導体レーザを作成することができる。また、埋込型半導体レーザであるので、しきい値電流が減少し、横モードも安定する。
【００２９】
本発明の第三は請求項３記載のように、活性層を構成する導波層の材料にＡｌを含まないことを特徴とする。
【００３０】
本発明の第三では、活性層を構成する導波層の材料にＡｌを含んでいないため、メサを埋め込んで埋込型レーザを作製した場合、結晶欠陥が発生しにくい。そのため、信頼性の高い半導体レーザを作成することができる。
【００３１】
本発明の第四では請求項４記載のように、井戸層は導波層よりもバンドギャップの大きいキャリアブロック層により挟まれたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の第四では、井戸層を導波層よりもバンドギャップの大きいキャリアブロック層により挟んであるため、いわゆるＤＣＨ構造が形成される。そのため、導波層を厚くすることができるので、井戸層におけるビーム強度のピークを下げることができ、ＣＯＤ耐性が向上し半導体レーザの信頼性が向上する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
実施例１
本実施例は、本発明を９８０ｎｍ帯半導体レーザに適用したものである。本実施例に係る半導体レーザを作製するための方法は以下の通りである。
まず、図８に示したようにｎ−ＧａＡｓ基板８上に、１．７μｍ厚のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層６、３０ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層５、１０ｎｍ厚のＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチングストップ層４、４５０ｎｍ厚のＧａＡｓ第一導波層、３０ｎｍ厚のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層、５０ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層、７ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層、６ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層、７ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層、５０ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層、３０ｎｍ厚のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層、４５０ｎｍ厚のＧａＡｓ第二導波層からなる活性層１１、３００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ第一クラッド層３からなるエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置等で成長する。
【００３４】
次に、エピタキシャル基板表面上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ誘電体膜をＰＣＶＤ（Ｐｌａｚｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて成膜する。ＳｉＮ誘電体膜を成膜後、フォトリソグラフィを用いて、幅４μｍのレジストからなるストライプを形成する。ストライプを形成後、ＣＦ4ガスをエッチングガスに用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置あるいはＨＦ系のエッチング液を用いて、ストライプがかかっている部分以外のＳｉＮ膜をエッチングする。ＳｉＮ膜をエッチング後、レジストからなるストライプを有機洗浄により除去すると、エッチングマスク２３が完成する（図８参照）。
【００３５】
次に、クエン酸系のエッチング液を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層３、ＧａＡｓ第二導波層、ＧａＡｓ半導体層、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層、ＧａＡｓ半導体層、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層、ＧａＡｓ半導体層、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層、ＧａＡｓ第一導波層をエッチングする。ここで、クエン酸系によるエッチングはＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチングストップ層４により停止する。エッチング液がエッチングストップ層４に達すると、縦方向にはエッチングが進まず、エッチングは専ら横方向に進む。したがって、エッチング時間を変えることによりメサ７の幅ｗを調整することができる。本例ではｗ＝１．５μ
ｍとした。これはｗ＜ｄcを満たしている（
【図９】参照）。
【００３６】
クエン酸系によるエッチングの終了後、燐酸系のエッチング液を用いて、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチングストップ層４をエッチングする。なお、燐酸系のエッチャントではＧａＡｓ半導体層５をエッチングできないため、この層でエッチングは停止する。
【００３７】
なお、メサ７の底部に隣接する層の材料がＧａＡｓ半導体層５であるため、メサ形成終了後はメサ７の裾部の半導体がＧａＡｓで覆われることになる。そのため、Ａｌを含んだｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層６が剥き出しになることがない。そのため、メサ７形成終了後にメサ７の裾部に酸化膜が形成される領域を極力少なくすることができる。したがって、結晶欠陥の発生による非発光再結合中心の形成を防ぐことができ、欠陥の増殖を防ぐことができる。さらに、酸化膜が形成される領域が少ないため、電流ブロッキング層を再成長するのも容易である。
【００３８】
メサ７の形成終了後、基板をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、ＳｉＮエッチングマスク２３を選択成長マスクとして用いて２００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ電流ブロッキング層１０及び５００ｎｍ厚のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ電流ブロッキング層９を成長する。電流ブロッキング層９、１０を成長後、ＳｉＮエッチングマスク２３をＨＦ溶液で除去する。
【００３９】
ここで、電流ブロッキング層１０とメサ７の側部との界面に注目する。まずＧａＡｓ導波層及びＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層を構成する半導体材料はＡｌを含まない。そのため、メサエッチング終了後にそれらの半導体層でメサ７側部の部分には酸化膜が形成されにくい。
【００４０】
しかし、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層３を構成する半導体材料にはＡｌを含み、層の厚さも３００ｎｍと比較的厚いため、エッチング終了後の酸化の問題が発生する。また、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層を構成する半導体材料にもＡｌを含み、その組成も０．４と比較的高いため同様の問題が発生する。しかし、クラッド層３について考えると、その層のＡｌの組成は０．１と低いため、酸化の問題はそれほど深刻ではない（実験でＡｌの組成が０．１５以下であれば酸化の問題が発生しないことを確認している）。また、キャリアブロック層１６は３０ｎｍと薄いためエッチング終了後に酸化層が形成されたとしても、そこの欠陥がレーザの信頼性に与える影響はほとんど無視できる。なお、本実施例ではキャリアブロック層１６の半導体材料としてＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓを用いたが、Ａｌを含まない半導体に置換することも可能である。
【００４１】
最後にメサ７の両側のｎ−電流ブロッキング層上９及びｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ第一クラッド層３上にＭＯＣＶＤ装置を用いて１．４μｍ厚のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ第二クラッド層２、５００ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層１を成長してすべてのエピタキシャル成長が完了する。
【００４２】
エピタキシャル成長が終了した半導体基板は、素子を作製するためプロセスを行う。まず、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１上にｐ−電極（符号なし）を蒸着する。ｐ−電極蒸着後、研磨装置を用いてｎ−ＧａＡｓ基板８の裏面を厚さ１２０μｍ程度になるまで研磨する。研磨終了後、ｎ−電極（符号なし）を蒸着し、最後に４００℃でアニールを行って、プロセスが終了する（図１参照）。
【００４３】
ここで、活性層１１を構成する層の大部分を占める導波層の材料はＧａＡｓであり、Ａｌを含んでいない。なお、クラッド層を構成する材料はＡｌＧａＡｓであるので、導波層の材料はクラッド層を構成する材料よりも酸化されにくい。
【００４４】
プロセス終了後のウェハを長さ１２００μｍのレーザバーにする。バー化されたレーザバーは、片方の端面にＰＣＶＤ装置を用いて反射率５％のＡｌ2Ｏ3低反射膜、その反対側の端面にＳｉＯ2／Ｓｉのペアを３ペアコーティングし反射率９８％の高反射膜を形成する。コーティングされたレーザバーをチップ単位に分割し、半導体レーザ素子として利用する。
【００４５】
実施例２
本実施例も実施例１と同様、本発明を９８０ｎｍ帯半導体レーザに適用したものである。本実施例の構造は図７に示したように実施例１と若干異なる。本実施例に係る半導体レーザを作製する方法は以下の通りである。
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板８上に、１．７μｍ厚のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層６、３０ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層５、１０ｎｍ厚のＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチングストップ層４、４５０ｎｍ厚のＧａＡｓ第一導波層、３０ｎｍ厚のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層、５０ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層、７ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層、６ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層、７ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ井戸層、５０ｎｍ厚のＧａＡｓ半導体層、３０ｎｍ厚のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層、４５０ｎｍ厚のＧａＡｓ第二導波層からなる活性層１１より構成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置等で成長する。
【００４６】
成長終了後のエピタキシャル基板にＳｉＮエッチングマスク２３を形成し、メ
サ７をエッチングにより形成する（
【図９】参照。ただし符号３（第一ｐクラッド層）に相当するものがない・）。メサ７の形成終了後、基板をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、ＳｉＮエッチングマスク２３を選択成長マスクとして用いて１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ電流ブロッキング層１０及び３００ｎｍ厚のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ電流ブロッキング層９を成長する。電流ブロッキング層を成長後、ＳｉＮエッチングマスク２３をＨＦ溶液で除去する。
【００４７】
ここで、電流ブロッキング層１０とメサ７の側部との界面に注目する。実施例１の場合と異なり、メサ７を構成する積層構造にｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層が存在しないため、メサ７形成後はメサ７の側部から、Ａｌを含んだ半導体層を完全に排除することができる（キャリアブロック層を除く。）。そのため、実施例１の場合と比較して、酸化層が形成される領域を更に減少させることができる。そのため、欠陥の増殖をより一層防ぐことができ、信頼性をさらに向上させることが可能である。
【００４８】
最後にメサ７の両側のｎ−電流ブロッキング層９及び活性層１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて１．７μｍ厚のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓクラッド層２、５００ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層１を成長してすべてのエピタキシャル成長が完了する。
【００４９】
エピタキシャル成長が終了した半導体基板は、素子を作製するためプロセスを行う。まず、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１上にｐ−電極（符号なし）を蒸着する。ｐ−電極蒸着後、研磨装置を用いてｎ−ＧａＡｓ基板８の裏面を厚さ１２０μｍ程度になるまで研磨する。研磨終了後、ｎ−電極（符号なし）を蒸着し、最後に４００℃でアニールを行って、プロセスが終了する（図７参照）。
【００５０】
プロセス終了後のウェハを長さ１２００μｍのレーザバーにする。バー化されたレーザバーは、片方の端面にＰＣＶＤ装置を用いて反射率５％のＡｌ2Ｏ3低反射膜、その反対側の端面にＳｉＯ2／Ｓｉのペアを３ペアコーティングし反射率９８％の高反射膜を形成する。コーティングされたレーザバーをチップ単位に分割し、半導体レーザ素子として利用する。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＧａＡｓ基板をベースとしたＢＨ構造を有する短波長系のレーザ素子を作成した場合、埋め込み界面に発生する欠陥を減少させることが可能である。また、本発明にＤＣＨ構造を導入することにより、井戸層における閉じ込め光の強度を弱くすることができる。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形態に係るＢＨレーザの横断面構造と横方向の屈折率の分布である。
【図２】ＳＣＨ構造（  ａ）  ）及びＤＣＨ構造（  ｂ）  ）を有するレーザにおいて縦方向の光の閉じ込めを示したものである。
【図３】メサストライプレーザの横断面構造と横方向の屈折率の分布である。
【図４】ＩＳＰレーザの横断面構造と横方向の屈折率の分布である。
【図５】メサストライプレーザの注入電流の量による横方向の利得ｇの変化を示したものである（左側：注入電流少、  右側：注入電流多。）。
【図６】従来のＢＨレーザの横断面構造と横方向の屈折率の分布である。
【図７】本発明の別の形態に係るＢＨレーザの横断面構造である。
【図８】本発明に係るＢＨレーザの製造工程の一である。
【図９】本発明に係るＢＨレーザの製造工程の一である。
【符号の説明】
１  コンタクト層
２  （第二）ｐ−クラッド層
３  （第一）ｐ−クラッド層
４  エッチングストップ層
５  半導体層
６  ｎ−クラッド層
７  メサ
８  ｎ−ＧａＡｓ半導体基板
９  ｎ−電流ブロッキング層
１０  ｐ−電流ブロッキング層
１１  活性層
１２  井戸層
１３  導波層
１４  クラッド層
１５  閉じ込め光
１６  キャリアブロック層
１７  コンタクト層
１８  クラッド層
１９  活性層
２０  クラッド層
２１  半導体基板
２２  電流ブロッキング層
２３  ＳｉＮエッチングマスク
【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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