(57)【要約】【課題】選択成長を用いることなく形成したＡｌを含むブロック層を有する半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子において、結晶面が（１００）の化合物半導体基板２上に、第１不純物型のバッファ層４と、第１不純物型のクラッド層６と、活性層８と、第１の第２不純物型のクラッド層１０と、エッチングストッパ層１２と、がこの順序で積層されると共に、前記エッチングストッパ層上に第２の第２不純物型のクラッド層と第２不純物型のキャップ層とよりなる導波路用リッジ３０が形成されており、前記コンタクト用リッジの両側が第１不純物型のブロック層により埋め込んで形成され、前記活性層の断面を含むレーザ光を射出する光射出面の結晶面を（１１０）方向に配向する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶面が（１００）の化合物半導体基板上に、第１不純物型のバッファ層と、第１不純物型のクラッド層と、活性層と、第１の第２不純物型のクラッド層と、エッチングストッパ層と、がこの順序で積層されると共に、前記エッチングストッパ層上に第２の第２不純物型のクラッド層と第２不純物型のキャップ層とよりなる光導波路用リッジが形成されており、
前記光導波路用リッジの両側が第１不純物型のブロック層により埋め込んで形成され、前記活性層の断面を含むレーザ光を射出する光射出面の結晶面が（１１０）方向に配向されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の光記録媒体に対して情報を記録再生するための光ピックアップに用いられる半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスク等の光記録媒体に対して情報を記録再生するための光ピックアップに用いられる半導体レーザ素子は、図７に示すように形成される。図７は従来のリッジストライプ型の半導体レーザ素子の製造工程の一例を示す図である。尚、本明細書において、便宜上、ｎ型不純物とは第１不純物型を指し、ｐ型不純物とは第２不純物型を指すが、両者の関係は逆であってもよい。
【０００３】
図７（Ａ）において、化合物半導体基板の一例である例えばｎ型のＧａＡｓ基板２の表面は、その結晶面が（１００）になされている。そして、このＧａＡｓ基板２の表面に、ｎ型のＧａＡｓよりなるバッファ層４、ｎ型のＡｌ０．５  Ｇａ０．５  Ａｓよりなるクラッド層６、活性層８、ｐ型のＡｌ０．５  Ｇａ０．５  Ａｓよりなる第１のｐ型のクラッド層１０、ｐ型のＡｌ０．７  Ｇａ０．３  Ａｓよりなるエッチングストッパ層１２が、この順序で順次積層されている。更に、上記エッチングストッパ層１２上には、ｐ型のＡｌ０．５  Ｇａ０．５  Ａｓよりなる第２のｐ型のクラッド層１４及びｐ型のＧａＡｓよりなるキャップ層１６がこの順序で順次積層されている。
【０００４】
また上記活性層８は、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のＡｌ０．３  Ｇａ０．７  Ａｓよりなる第１バリヤ層８Ａと、アンドープのＡｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓよりなる第１ウエル層８Ｂと、アンドープのＡｌ０．３  Ｇａ０．７  Ａｓよりなる第２バリヤ層８Ｃと、アンドープのＡｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓよりなる第２ウエル層８Ｄと、アンドープのＡｌ０．３  Ｇａ０．７  Ａｓよりなる第３のバリヤ層８Ｅとを、この順序で順次積層して形成されている。尚、図７中には、各層の膜厚の一例が併せて記載されている。
【０００５】
次に、図７（Ｂ）に示すように、上記ｐ型のキャップ層１６上に例えば厚さが０．３μｍ程度のＳｉＯ２  膜よりなるマスク２０を形成し、更に図７（Ｃ）に示すようにこのマスク２０をパターニングする。
次に、図７（Ｄ）に示すように、上記パターン化されたマスク２０をマスクとしてｐ型のキャップ層１６と第２のｐ型のクラッド層１４とをエッチングし、２つのリッジ２２を形成する。図中ではリッジ２２は２つしか記載してないが、実際には例えば２インチのウエハ上に０．２〜０．２５ｍｍのピッチで多数形成されている。
次に、図７（Ｅ）に示すように、上記リッジ形成に用いたＳｉＯ２  膜のマスク２０を選択成長マスクとして用いて上記リッジ２２の両側、すなわちリッジ２２間をｎ型のブロック層２４で埋め込む。このｎ型のブロック層２４は例えばｎ型のＧａＡｓ、或いはｎ型のＡｌＧａＡｓよりなる。
【０００６】
次に、図７（Ｆ）に示すように、上記ＳｉＯ２  膜よりなるマスク２０を除去する。
次に、キャップ層１６を０．１μｍほでエッチングして酸化層を除去した後、図７（Ｇ）に示すように、表面全体に例えばｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層２６を形成する。尚、ここで半導体レーザ素子の光射出面（図面の正面）の結晶面は（１（バー）１０）となっている。以後は、このｎ型のＧａＡｓ基板２は、電極作製工程へ移送されて、所定の後工程が施されることになる。尚、上記製造工程の関連技術が非特許文献１に示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
日刊工業新聞（１９９３年２月３日、第６頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の半導体レーザ素子にあっては、エッチングストッパ層１２を用いて、第２のｐ型クラッド層１４にリッジ２２を形成すること、及びリッジ２２の形成に用いたＳｉＯ２  膜のマスク２０を選択成長マスクとして上記リッジ２２の両側にｎ型のブロック層２４を形成することによって、通常、数μｍ程度の幅しかないリッジ２２に自己整合的にｐ側のコンタクトを形成するという特徴を持っている。
【０００９】
しかしながら、波長が７８０ｎｍのＣＤ読み取りのみの半導体レーザ素子では、ｎ型のブロック層２４をｎ型のＧａＡｓにより形成して発光光より、バンドギャップの狭い吸収性のブロック層として構成してもよかったが、記録用高出力レーザ素子では発光波長よりバンドギャップの広い透明なブロック層にしなければならない。波長が７８０ｎｍの場合には、このブロック層２４の材料としてはＡｌ１−ｘ  Ｇａｘ  Ａｓを用いるが、このブロック層２４を選択成長しようとすると、図８に示すようにＡｌの濃度が高いほどＳｉＯ２  膜よりなるマスク２０の上にも多結晶のＡｌＧａＡｓ２４Ａが成長してリッジ２２上に粒子が残ってしまい、これがために電流通路が確保できずに歩留りを悪くするという欠点があった。尚、図８中において、図８（Ａ）はリッジ部分の電子顕微鏡写真を示し、図８（Ｂ）においては図８（Ａ）の理解を容易にするために模式図を示している。
【００１０】
一方、この改善策として、上記非特許文献１で示すように、Ｃｌガスでエッチングするという手法があるが、Ｃｌはｎ型の不純物になり、成長室が汚染されることから採用が困難であるという欠点があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、選択成長を用いることなく形成したＡｌを含むブロック層を有する半導体レーザ素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、結晶面が（１００）の化合物半導体基板上に、第１不純物型のバッファ層と、第１不純物型のクラッド層と、活性層と、第１の第２不純物型のクラッド層と、エッチングストッパ層と、がこの順序で形成されると共に、前記エッチングストッパ層上に第２の第２不純物型のクラッド層と第２不純物型のキャップ層とよりなる光導波路用リッジが形成されており、前記光導波路用リッジの両側が第１不純物型のブロック層により埋め込んで形成され、前記活性層の断面を含むレーザ光を射出する光射出面の結晶面が（１１０）方向に配向されていることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体レーザ素子の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明の半導体レーザ素子の第１実施例の製造工程の一例を示す図である。尚、図７にて説明した部分と同一構成部分については同一符号を付す。
ここで図１に示す工程図の前段には、図７中の図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す工程と同様な工程が行われているが、その記載は省略されている。
すなわち、図１（Ａ）においては、ＧａＡｓ基板２の表面に、ｎ型のＧａＡｓよりなるバッファ層４、ｎ型のＡｌ０．５  Ｇａ０．５  Ａｓよりなるクラッド層６、活性層８、ｐ型のＡｌ０．５  Ｇａ０．５  Ａｓよりなる第１のｐ型のクラッド層１０、ｐ型のＡｌ０．７  Ｇａ０．３  Ａｓよりなるエッチングストッパ層１２が、この順序で順次積層されている。更に、上記エッチングストッパ層１２上には、ｐ型のＡｌ０．５  Ｇａ０．５  Ａｓよりなる第２のｐ型のクラッド層１４及びｐ型のＧａＡｓよりなるキャップ層１６がこの順序で順次積層されている。
【００１３】
そして、上記キャップ層１６上に形成されているＳｉＯ２  膜よりなるマスク層がパターン化されて所定のマスク２０が形成されている。ここで注意すべき点は、図面上に表されている面の結晶面は（１１０）であって、先の図７（Ｇ）において示した結晶面の（１（バー）１０）とは異なっている点にある。
そして、図１（Ｂ）に示すように、上記パターン化されたマスク２０をマスクとしてｐ型のキャップ層１６とこの下層の第２のｐ型のクラッド層１４とをエッチングし、ここでは１つの半導体レーザ素子に対して１つの光導波路用リッジ３０を突起した壁状になるように形成する。従って、この光導波路用リッジ３０は、第２のｐ型のクラッド層１４とｐ型のキャップ層１６とにより形成される。また、この光導波路用リッジ３０の両側には上記エッチングにより溝部３２が形成されることになる。
【００１４】
そして、この光導波路用リッジ３０の部分がレーザ光を閉じ込める共振器の機能を有することになる。ここで上記溝部３２の幅Ｌ１は、２０μｍからこの半導体レーザ素子のチップの幅Ｗ１の略１／４程度の長さの範囲内となるように設定する。また光導波路用リッジ３０の幅Ｌ２は２〜３μｍ程度に設定する。ここで上記溝部３２の幅Ｌ１が２０μｍよりも小さ過ぎると、光導波路用リッジ３０から漏れた光が透明ブロックを通過して広がり、隣のクラッド層１４にキャリアを発生し、光導波路用リッジ３０の閉じ込め効率を悪化する。従って、幅Ｌ１がチップの幅Ｗ１の略１／４よりも大き過ぎると、レーザ光が発生し難くなる。
【００１５】
次に、図１（Ｃ）に示すように、上記ＳｉＯ２  膜よりなるマスク２０を除去する。
次に、図１（Ｄ）に示すように、上記溝部３２を埋め込むようにして表面全体に、例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ層を形成することによりｎ型のブロック層３４を形成する。これにより、上記光導波路用リッジ３０の両側はブロック層３４で埋め込まれることになる。更に、このブロック層３４の上面全体に、このブロック層３４を補完して平面を平坦化するためにｎ型のＧａＡｓ層よりなる補完ブロック層３６を形成する。この補完ブロック層３６の厚さは、５μｍ以上形成するのが好ましい。
【００１６】
次に、図１（Ｅ）に示すように、上記ｎ型の補完ブロック層３６とｎ型のブロック層３４とを選択的にエッチングすることにより、上記光導波路用リッジ３０の直上に、これに届くようにコンタクトホール３８を形成する。この場合、このコンタクトホール３８の幅Ｌ３は、確実なコンタクトを図るために上記光導波路用リッジ３０の幅Ｌ２の略２倍程度の長さが好ましい。
次に、図１（Ｆ）に示すように、上記コンタクトホール３８を埋め込みつつ表面全体に例えばｐ型のＧａＡｓ層よりなるコンタクト層２６を形成し、上記光導波路用リッジ３０に対する電気的なコンタクトを行う。これにより、活性層８の断面を含むレーザ光を射出する光射出面４０の結晶面は、前述したように（１１０）となる。ここで、このように結晶面が（１１０）となっているので、上記図１（Ｅ）にて補完ブロック層３６を容易に平坦化できるが、それ以外の結晶面では後述する写真で示すように、この平坦化が困難であることが実験的に確認されている。
【００１７】
以後は、このｎ型のＧａＡｓ基板２は、電極作製工程へ移送されて、所定の後工程が施され、半導体レーザ素子が完成されることになる。
このように、上記構成により、従来方法で用いられていた選択成長を用いることなく、Ａｌを含むブロック層を形成できるようにしたので、表面が平坦化されて半導体レーザ素子の特性の向上を図ることができる。
ここで従来方法による半導体レーザ素子の光射出面と本発明の半導体レーザ素子（第１実施例）の光射光面の顕微鏡写真を示す。図２は従来方法による半導体レーザ素子の光射出面を示す顕微鏡写真であり、図３は本発明の半導体レーザ素子（第１実施例）の光射出面の顕微鏡写真であり、共にそれらの模式図を併記してある。
【００１８】
ここで、図２に示す場合の場合の結晶面は（１（  バー）１０）であり、図３に示す場合の結晶面は（１１０）である。図２に示すように従来方法による半導体レーザ素子の光射出面では、光導波路用リッジの上方では積層膜は大きく屈曲して非常に平坦性が劣化している。これに対して、図３に示す本発明の半導体レーザ素子（第１実施例）の光射出面では、光導波路用リッジの上方では積層膜はそれ程屈曲しておらずに平坦性が高く維持されており、良好な特性を得ることができる点が確認できた。
【００１９】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例について説明する。
前述した第１実施例に示したような埋め込み型の製造工程では、ブロック層３４（図１（Ｄ）参照）としてｎ型のＡｌＧａＡｓ層を用い、この上に補完ブロック層３６としてｎ型のＧａＡｓ層を積層し、コンタクトホール３８（図１（Ｅ）参照）を形成し、更に、ｐ型のＧａＡｓ層のコンタクト層２６（図１（Ｆ）参照）を埋め込み形成して電気的なコンタクトを図っていたが、光導波路用リッジ３０のエッチング形成時にこの光導波路用リッジ３０の側面にできた荒れを結晶核として転移が発生して上面に穴として残ってしまい、その結果、コンタクトホール３８を形成する際に上記穴を介してエッチング液が内部に染み込んで、光導波路用リッジ３０やブロック層３４を浸食したりする場合が発生し、歩留りを低下させる場合が生ずる。
【００２０】
ここで、この第２実施例では、ブロック層上の補完ブロック層を超格子構造にして貫通転移の発生を阻止するようにしている。
図４は本発明の半導体レーザ素子の製造工程の特徴的工程を示しており、これは図１（Ｄ）に示す図に対応するものである。尚、他の工程については、第１実施例の場合と全く同じである。
図４に示すように、この第２実施例では、ｎ型のブロック層３４上の補完ブロック層３６として、例えばｎ型のＧａＡｓ層５０とｎ型のＡｌＡｓ層５２とを、交互に複数層に亘って積層することにより超格子構造としている。この場合、ｎ型のＧａＡｓ層５０の厚さは例えば１００Å程度であり、ｎ型のＡｌＡｓ層５２の厚さは例えば５０Å程度であり、例えば両層合わせて略２００〜３００層程度積層して構成されている。
【００２１】
図５は半導体レーザ素子の積層構造に欠陥が発生した時の電子顕微鏡写真と模式図を示す図、図６は本発明の半導体レーザ素子の第２実施例の積層構造の電子顕微鏡写真と模式図を示す図である。
【００２２】
図５は積層構造に欠陥が発生した状態を示し、図６は本発明の第２実施例を示す。尚、理解を容易にするために共に、写真の模式図を併記してある。図５から明らかなように、図５に示す場合には、貫通転移による欠陥が塊状になって点在しているのが認められるが、図６に示す第２実施例の場合には、何ら欠陥が発生しておらず、優れた特性を発揮できることが確認できた。
尚、以上の各実施例では、化合物半導体としてＧａＡｓを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばＩｎＧａＡｌＡｓ等の他の化合物半導体を用いてもよいのは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子によれば、選択成長を用いることなく、Ａｌを含むブロック層を形成することにより特性が良好な半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の第１実施例の製造工程の一例を示す図である。
【図２】従来方法による半導体レーザ素子の光射出面を示す顕微鏡写真である。
【図３】本発明の半導体レーザ素子（第１実施例）の光射出面の顕微鏡写真である。
【図４】本発明の半導体レーザ素子の製造工程の特徴的工程を示す図である。
【図５】半導体レーザ素子の積層構造の電子顕微鏡写真と模式図を示す図である。
【図６】本発明の半導体レーザ素子の第２実施例の積層構造の電子顕微鏡写真と模式図を示す図である。
【図７】従来のリッジストライプ型の半導体レーザ素子の製造工程の一例を示す図である。
【図８】リッジ部分の電子顕微鏡写真を示す図である。
【符号の説明】
２…化合物半導体基板（ｎ型ＧａＡｓ基板）、４…第１不純物型（ｎ）のバッファ層、６…第１の第１不純物型（ｎ）のクラッド層、８…活性層、１０…第１の第２不純物型（ｐ）のクラッド層、１２…エッチングストッパ層、１４…第２の第２不純物型（ｐ）のクラッド層、１６…第２の第２不純物型（ｐ）のキャップ層、３０…光導波路用リッジ、３２…溝部、４０…光射出面。
【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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