(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸領域と凹領域とが隣接して形成されると共に前記凸領域が一定のピッチで複数設けられ、前記凸領域の幅が１０μｍ〜１００μｍである第１導電型の基板と、
前記基板の凸領域に、第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層の順に形成される機能層と、
前記基板の凹領域に、前記機能層と同じ構成で、その凹領域を埋めるよう形成される埋め込み層と、
前記機能層および前記埋め込み層の上に形成される第２導電型の第１コンタクト層と、
前記埋め込み層上に形成された第１コンタクト層の上で少なくとも前記活性層の端部全域にわたり接するよう形成される第１導電型の電流ブロック層と
を備えるアレイ型ブロードストライプ半導体レーザ。
【請求項２】
前記電流ブロック層上には、前記機能層上の第１コンタクト層とほぼ同じ位置に、第２導電型の第２コンタクト層が形成されている
請求項１記載のアレイ型ブロードストライプ半導体レーザ。
【請求項３】
前記電流ブロック層と前記第２コンタクト層との間に高さ調整層が設けられている
請求項２記載のアレイ型ブロードストライプ半導体レーザ。
【請求項４】
前記基板はＧａＡｓ系基板である
請求項１記載のアレイ型ブロードストライプ半導体レーザ。
【請求項５】
第１導電型の基板に凸領域と凹領域とを隣接して形成すると共に前記凸領域を一定のピッチで複数設け、前記凸領域の幅を１０μｍ〜１００μｍとする工程と、
前記基板に第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層を順に積層し、前記凸領域上に機能層、前記凹領域内に埋め込み層を同時に構成する工程と、
前記機能層および前記埋め込み層の上に第２導電型の第１コンタクト層を形成する工程と、
前記第１コンタクト層の上に第１導電型の電流ブロック層を形成し、前記埋め込み層上に形成された第１コンタクト層の上において、前記電流ブロック層が少なくとも前記活性層の端部全域にわたり接する状態にする工程と、
前記電流ブロック層の上に第２導電型の第２コンタクト層を形成する工程と、
前記凸領域上で前記第１コンタクト層より上に形成された層を除去する工程と
を備えるアレイ型ブロードストライプ半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め基板に形成した凹凸を利用して各層を形成したアレイ型ブロードストライプ半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出力が数十Ｗ以上の半導体レーザは、レーザディスプレイ、レーザ加工、高調波発生等に用いる光源として近年開発が進んでいる。特に、複数の発光部を並べた構成となるアレイ型のブロードストライプレーザは、高出力光を出射できる光源として期待がもたれている。
【０００３】
図１０は従来のアレイ型半導体レーザを説明する模式図である。このアレイ型半導体レーザは、複数の発光領域の全体にわたり、ｎ型クラッド層５１、活性層５２、ｐ型クラッド層５３およびｐ型コンタクト層５４を順に形成し、発光領域以外のｐ型コンタクト層５４にイオン注入を行って電流抑制層５５を形成する。これにより、電流抑制層５５以外の部分に電流が注入され、それに対応する複数の発光領域からレーザ光が出射されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなアレイ型半導体レーザでは、各発光領域を構成する活性層がつながっていることから、いずれかの発光領域で発生した欠陥（劣化による欠陥等）が<100>方向に沿って活性層面内で成長し、隣の発光領域まで転移してしまう。これは、電流非注入であるはずの活性層内非活性領域を欠陥が簡単に通過してしまうのが原因であり、活性層内での電流拡散や隣接の活性層光出力による光励起が増殖エネルギー源となっているものと推測される。これにより、各発光領域の劣化を早め、信頼性の低下を招くという問題が生じる。
【０００５】
そこで、図１１に示すように、電流抑制層の位置から活性層に達するエッチングを形成し、各発光領域の活性層５２を分離したアレイ型半導体レーザが考えられている。これにより、いずれかの発光領域で発生した欠陥が活性層５２を通して隣の発光領域に至ることがなくなる。
【０００６】
しかし、このような構造では、欠陥の転移は抑制できるものの、エッチングによって活性層５２界面（端部が露出する部分）が発生し、ここを新たな起点として欠陥の転移が起こるという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明のアレイ型ブロードストライプ半導体レーザは、凸領域と凹領域とが隣接して形成されると共に凸領域が一定のピッチで複数設けられ、凸領域の幅が１０μｍ〜１００μｍである第１導電型の基板と、基板の凸領域に、第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層の順に形成される機能層と、基板の凹領域に、機能層と同じ構成で、その凹領域を埋めるよう形成される埋め込み層と、機能層および埋め込み層の上に形成される第２導電型の第１コンタクト層と、埋め込み層上に形成された第１コンタクト層の上で少なくとも活性層の端部全域にわたり接するよう形成される第１導電型の電流ブロック層とを備えている。
【０００８】
このような本発明では、凸領域上に機能層が形成され、その機能層における活性層の端部に電流ブロック層が接するように形成されているため、欠陥の発生や転移を抑制することができるようになる。
【０００９】
また、本発明のアレイ型ブロードストライプ半導体レーザの製造方法は、第１導電型の基板に凸領域と凹領域とを隣接して形成すると共に凸領域を一定のピッチで複数設け、凸領域の幅を１０μｍ〜１００μｍとする工程と、基板に第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層を順に積層し、凸領域上に機能層、凹領域内に埋め込み層を同時に構成する工程と、機能層および埋め込み層の上に第２導電型の第１コンタクト層を形成する工程と、第１コンタクト層の上に第１導電型の電流ブロック層を形成し、埋め込み層上に形成された第１コンタクト層の上において、その電流ブロック層が少なくとも活性層の端部全域にわたり接する状態にする工程と、電流ブロック層の上に第２導電型の第２コンタクト層を形成する工程と、凸領域上で第１コンタクト層より上に形成された層を除去する工程とを備えている。
【００１０】
このような本発明では、凸領域に機能層を形成し、これと同時に凹領域内に埋め込み層を形成し、その後に形成する電流ブロック層で機能層の活性層端部を囲むことができる。これにより、結晶成長炉で連続して各層を形成して活性層端部を囲むように構成でき、欠陥の発生や転移を抑制することができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体レーザを説明する模式断面図である。すなわち、この半導体レーザ１は、凸領域１０ａと凹領域１０ｂとが隣接して形成されたｎ型の基板１０と、この基板１０の凸領域１０ａに、ｎ型クラッド層２１、活性層２２、ｐ型クラッド層２３の順に形成される機能層２０と、基板１の凹領域１０ｂに機能層２０と同じ構成で凹領域１０ｂを埋めるよう形成される埋め込み層３０と、埋め込み層３０上および機能層２０上に形成されるｎ型の第１コンタクト層１１と、埋め込み層３０上の第１コンタクト層１１上で、少なくとも活性層２２の端部全域にわたり接するよう形成されるｎ型の電流ブロック層１２と、電流ブロック層１２上に形成されるｐ型の第２コンタクト層１３とを備えている。
【００１２】
基板１０は、例えばｎ型のＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系が用いられる。なお、本実施形態では、(100)面を持つＧａＡｓ系の基板１を用いるものとする。この基板１０の表面には、例えばウェットエッチングによって<011>方向の凸領域１０ａと凹領域１０ｂとのストライプが形成されている。凸領域１０ａの高さ（凹領域１０ｂの深さ）は約３μｍ〜４μｍ、凸領域１０ａの図中横方向に沿った幅は約１０μｍ〜１００μｍとなる。
【００１３】
ｎ型クラッド層２１は、Ａｌ0.4Ｇａ0.2Ａｓから構成され、２μｍ厚で形成される。また、活性層２２は、ノンドープのＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓから構成され、０．０５μｍ厚で形成される。さらに、ｐ型クラッド層２３は、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから構成され、２μｍ厚で形成される。このｎ型クラッド層２１、活性層２２、ｐ型クラッド層２３の３層によって凸領域１０ａ上に発光のための機能層２０が構成される。また、この３層の厚さと凹領域１０ｂの深さとがほぼ等しく設定されており、３層を形成することで凹領域１０ｂは埋め込み層３０によって埋まる状態となる。
【００１４】
埋め込み層３０の上に形成されるｐ型の第１コンタクト層１１は、ＧａＡｓから構成され、０．３μｍ以上の厚さで形成される。ｎ型の電流ブロック層１２は、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから構成され、０．５μｍ厚で形成される。なお、図示する電流ブロック層１２は、第１コンタクト層１１上に形成される高さ調整用のダミー層を含むものとする。これにより、凸領域１０ａ上に形成された機能層２０の活性層２２における端部がｎ型の電流ブロック層１２で囲まれる状態となる。
【００１５】
また、ｎ型の電流ブロック層１２の上には必要に応じてｐ型の高さ調整層（図示せず）を設け、その上にｐ型の第２コンタクト層１３が形成される。ｐ型の第２コンタクト層１３は、ＧａＡｓから構成され、０．５μｍ厚で形成される。
【００１６】
このような構成から成る本実施形態の半導体レーザ１では、機能層２０上の第１コンタクト層１１と基板１０の裏面とに電極を形成し、機能層２０へ電流を注入する。この際、凹領域１０ｂについてはｎ型クラッド層２１、ｐ型クラッド層２３、ｎ型の電流ブロック層１２およびｐ型の第２コンタクト層１３によってｎｐｎｐ型のサイリスタが構成され、電流は流れない状態となる。これにより、機能層２０の活性層２２のバンドギャップに対応する波長のレーザ光が出射される。
【００１７】
特に、本実施形態では、凸領域１０ａの幅を１０μｍ〜１００μｍ程度にすることで、ブロードストライプの機能層２０を構成でき、幅広のレーザ光を出射できるようになる。しかも、複数の機能層２０を設けて各々からレーザ光を出射することにより、高出力レーザ光を出射できることになる。
【００１８】
また、このような半導体レーザ１では、機能層２０および埋め込み層３０を同一工程で製造でき、しかも、これら機能層２０および埋め込み層３０の成膜から連続して第１コンタクト層１１、電流ブロック層１２等の上層を形成できるため、活性層２２の端部が製造途中で露出することがなくなり、活性層２２の端部での欠陥発生を抑制できるようになる。
【００１９】
また、本実施形態の半導体レーザ１は、基板１０に凸領域１０ａと凹領域１０ｂとが隣接するストライプを複数形成することにより、複数の凸領域１０ａ上に各々機能層２０を形成でき、アレイ型の半導体レーザ１を容易に構成できる。この際、先に説明したように、活性層２２の端部が電流ブロック層１２で囲まれているため、隣接する活性層２２への欠陥の転移を的確に防止できることになる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ１の製造方法を説明する。先ず、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓから成る基板１０を用い、その(100)面より成る主面にフォトレジストを塗布し、ストライプ状にパターニングして、<011>方向にウェットエッチングを施し、凸領域１０ａと凹領域１０ｂとを交互に形成する。
【００２１】
ここで、ウェットエッチングとしては、硫酸系のＨ2ＳＯ4とＨ2０2とＨ2０とが３：１：１の割合で混合されたエッチング液による結晶学的エッチングを行う。このエッチングにより、凸領域１０ａの幅を１０μｍ〜１００μｍ、凹領域１０ｂの幅を２００μｍ、深さを３μｍ〜４μｍにする。
【００２２】
次に、図３に示すように、凸領域１０ａおよび凹領域１０ｂが形成された基板１０の(100)面に有機金属気相成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ」と言う。）によって第１導電型、例えばｎ型のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから成るｎ型クラッド層２１を厚さ２μｍ形成する。
【００２３】
この際、凸領域１０ａ上に形成されるｎ型クラッド層２１の側壁２１ａは、基板１０の主面に対して約５５°の角度で成す(111)B結晶面が自然発生的に生じる。この(111)B結晶面ではエピタキシャル成長が生じにくいことから、凸領域１０ａ上と凹領域１０ｂ内とでｎ型クラッド層２１が分断して形成されることになる。
【００２４】
次に、図４に示すように、ｎ型クラッド層２１の上にノンドープの活性層２２を例えばＭＯＣＶＤによって形成する。活性層２２としては、Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓの組成で、例えば０．０５μｍ厚で形成する。
【００２５】
次いで、図５に示すように、この活性層２２上に第２導電型、例えばｐ型のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから成るｎ型クラッド層２１を厚さ２μｍ形成する。これにより、基板１０の凸領域１０ａ上にｎ型クラッド層２１、活性層２２、ｐ型クラッド層２３から成る機能層２０が構成され、基板１０の凹領域１０ｂ内に機能層２０と同じ構成から成る埋め込み層３０が構成される。なお、この埋め込み層３０によって、凹領域１０ｂ内がほぼ埋まる状態となる。
【００２６】
次に、図６に示すように、ｐ型クラッド層２３の上に第２導電型である例えばｐ型の第１コンタクト層１１を形成する。第１コンタクト層１１は、例えばＧａＡｓから成り、０．３μｍ程度形成する。
【００２７】
その後、図７に示すように、第１コンタクト層１１の上に第１導電型である例えばｎ型の電流ブロック層１２を形成する。ｎ型の電流ブロック層１２は、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから構成され、２．５μｍ厚で形成される。これにより、凸領域１０ａ上に形成された機能層２０の活性層２２における端部２２ａがｎ型の電流ブロック層１２で囲まれる状態となる。
【００２８】
次に、図８に示すように、電流ブロック層１２の上に第２導電型である例えばｐ型の第２コンタクト層１３を形成する。ここで、凹領域１０ｂ上に形成する第２コンタクト層１２の高さと、凸領域１０ａ上に形成されている第１コンタクト層１１の高さとを合わせるため、電流ブロック層１２と第２コンタクト層１３との間に図示しない高さ調整層（例えば、第２導電型のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）を設けてもよい。
【００２９】
そして、図９に示すように、基板１０の凸領域１０ａ上に突出して形成された電流ブロック層１２および第２コンタクト層１３をエッチングし、凸領域１０ａ上の第１コンタクト層１１が露出するようにする。
【００３０】
また、この後、第１コンタクト層１１上にｐ側電極（図示せず）、基板１０の裏面にｎ側電極（図示せず）を形成する。その後、基板１０を所定の大きさに劈開し、本実施形態の半導体レーザ１が完成する。
【００３１】
このような半導体レーザ１の製造方法では、各層の形成を一連のＭＯＣＶＤによってその供給ガスを切り替えることで１作業すなわち１回の結晶成長で製造することができる。つまり、ＭＯＣＶＤのチャンバ内を大気解放することなく、各層を各々形成できるようになる。
【００３２】
これにより、活性層２２の端部２２ａを大気にさらすことなく電流ブロック層１２で囲むことができ、しかも、隣の機能層２０における活性層２２と電流ブロック層によって分離できるようになるため、欠陥の発生や転移を抑制できるようになる。
【００３３】
なお、本実施形態では、図面の関係上、２つの凸領域１０ａ上に各々機能層２０を形成した例を示したが、本発明はこれに限定されず、３つ以上の凸領域に各々機能層を設けるようにしてもよい。１つの凸領域上に１つの機能層を形成してもよい。
【００３４】
さらに、本実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明したが、反対であってもよい。つまり、ｎ型のＧａＡｓから成る基板１０を用いる例を示したが、ｐ型のＧａＡｓから成る基板を用いるようにしてもよい。このｐ型のＧａＡｓから成る基板を用いるメリットは、電流リークが少ないこと、Ｓｅドーパントを後でドープするため、Ｓｅ分布の急峻性がよくなり、信頼性が向上する点である。
【００３５】
また、基板１０としては、ＧａＡｓ以外であっても、例えばＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系の半導体レーザに適した材料であれば適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、複数の機能層を備えているアレイ型ブロードストライプ半導体レーザでも、各機能層の活性層が独立しているため、欠陥の転移が発生せず、信頼性を向上させることが可能となる。しかも、活性層の端部が電流ブロック層で囲まれているため、ここからの欠陥発生を抑制できるようになる。また、一度の結晶成長で製造できることから、製造工程を簡素化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る半導体レーザを説明する模式断面図である。
【図２】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その１）である。
【図３】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その２）である。
【図４】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その３）である。
【図５】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その４）である。
【図６】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その５）である。
【図７】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その６）である。
【図８】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その７）である。
【図９】本実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する模式断面図（その８）である。
【図１０】従来例を説明する模式断面図（その１）である。
【図１１】従来例を説明する模式断面図（その２）である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ、１０…基板、１０ａ…凸領域、１０ｂ…凹領域、１１…第１コンタクト層、１２…電流ブロック層、１３…第２コンタクト層、２０…機能層、２１…ｎ型クラッド層、２２…活性層、２３…ｐ型クラッド層、３０…埋め込み層
【図１】
0004617546.tif 000002
【図２】
0004617546.tif 000003
【図３】
0004617546.tif 000004
【図４】
0004617546.tif 000005
【図５】
0004617546.tif 000006
【図６】
0004617546.tif 000007
【図７】
0004617546.tif 000008
【図８】
0004617546.tif 000009
【図９】
0004617546.tif 000010
【図１０】
0004617546.tif 000011
【図１１】
0004617546.tif 000012