(57)【要約】【課題】ブロードストライプ型半導体レーザのＮＦＰ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）特性を向上させる。【解決手段】ストライプ状のリッジ部１１１の両側に側面に沿って幅Ｗｓの屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂを形成する。屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂは、ｐ型第２クラッド層１０７と同じ屈折率を有するｐ型領域である。ｐ型第１クラッド層１０５およびｐ型第２クラッド層１０７の層厚ｄ１  ，ｄ２  を充分に薄くすると、ｐ型第２クラッド層１０７（幅Ｗｍ）の外側への拡散は少なく、幅Ｗｓの屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ下では光は殆ど発生されない。屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ内に拡散したキャリアによって光が発生した場合でも、ｎ型電流阻止層１１２との間の屈折率の違いにより、光は屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂよりも内側のストライプ状のリッジ部内に閉じ込められる。【選択図】  図１
2005012044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層部と、
前記活性層部を挟む一対のクラッド層のうちの一方を構成する第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に形成された前記第１クラッド層と同一導電型の第２クラッド層を含み、前記活性層部に対する電流注入領域を構成するストライプ状のリッジ部と、
前記リッジ部の側面の前記第２クラッド層に接し、且つ前記第１クラッド層上に設けられた、前記リッジ部より層厚の薄い屈折率緩和層と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジ部の表面のストライプ幅ＷＩは、１０μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記屈折率緩和層は、前記リッジ部を構成する第２クラッド層と実質的に同じ屈折率を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記屈折率緩和層は、前記リッジ部を構成する第２クラッド層と同じ材料により形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１クラッド層の層厚は０．７μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記屈折率緩和層の幅Ｗｓは３〜５０μｍの範囲である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記屈折率緩和層は、１または２以上の段差を有している
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記リッジ部および前記屈折率緩和層は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｓＰ／ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系またはＧａＮ／ＩｎＧａＮ系の材料により形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
基板上に、少なくとも活性層部および前記活性層部を挟む一対のクラッド層を含む積層体を形成したのち、前記積層体の上に第１の幅を有するストライプ状の第１のマスクを形成する工程と、
前記第１のマスクを利用して前記積層体を第１の深さまで選択的に除去する工程と、
前記第１のマスクを除去すると共に前記積層体の上に前記第１のマスクよりも幅の狭い第２のマスクを形成する工程と、
前記第２のマスクを利用して前記積層体を第１の深さより浅い第２の深さまで選択的に除去することにより、ストライプ状のリッジ部を形成すると共に前記リッジ部の両側部に屈折率緩和層を形成する工程と、
前記第２のマスクを利用して前記リッジ部および前記屈折率緩和層の側面領域に電流阻止層を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２のマスクを誘電体膜により形成する
ことを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記一対のクラッド層のうちの一方を構成する第１クラッド層の上に、前記第１クラッド層と同一導電型の第２クラッド層を含むリッジ部を形成すると共に、前記屈折率緩和層を前記第２クラッド層と同一の厚さに形成する
ことを特徴とする請求項９記載の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】
本発明はリッジ導波路型の半導体レーザ素子およびその製造方法に係り、特に、ＮＦＰ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ：近視野像）特性を改良した高出力の横多モードを発振するブロードストライプの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】
近年、ワットクラスの高出力半導体レーザは加工、医療、プロジェクター光源等に利用され、特に固体励起用途においては横多モードレーザ光を発振するブロードストライプ型の高出力半導体レーザが期待されている。また、ブロードストライプ型の高出力半導体レーザを直接利用した物質の変質や加工等にも使われ始めている。これらの分野では良好な光閉じ込めが行われ、ストライプ領域内で光出力が均一なＮＦＰ特性が得られる半導体レーザが求められている。
【０００３】
超高出力型のブロードストライプ半導体レーザでは、通常ナローストライプと言われるストライプ幅が約１〜３μｍの横モードをシングルモードにコントロールした半導体レーザとは異なり、ストライプ幅が約１０〜３００μｍと広い。そのため横モードは多モードで発振し、ストライプ領域内で均一な光出力を持つＮＦＰ特性を得ることは困難であった。
【０００４】
イオンインプラ型のゲインガイド構造のブロードストライプ半導体レーザ素子では、そのＮＦＰ特性が不安定であることから、ストライプ領域内で均一な光出力を持つＮＦＰ特性を得るために、図９に示したような埋め込みリッジ型のインデックスガイド構造を有するブロードストライプ半導体レーザ素子が提案されている。
【０００５】
このブロードストライプ半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の上にｎ型バッファ層１２、ｎ型第１クラッド層１３を介して活性層１４が形成され、この活性層１４上にｐ型第２クラッド層１５を備え、ｐ型第３クラッド層１７およびｐ型コンタクト層１８がリッジ状のストライプが形成されている。ｐ型コンタクト層１８およびｎ型電流阻止層１９の上にはｐ側電極２０、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面にはｎ側電極２１がそれぞれ形成されている。リッジ部分が電流注入領域Ａ、リッジ部分の側面に埋め込まれたｎ型電流阻止層１９が電流非注入領域Ｂを構成している。
【０００６】
このようにこの半導体レーザ素子では、リッジ部分の両側面に電流注入領域Ａに対して逆導電型の電流非注入領域Ｂが形成されており、これにより電流狭窄がなされ、注入キャリアをストライプ領域に有効に閉じ込めることができる。また、同時に、インデックスガイド構造を有しているので、屈折率導波も可能としており、活性層１４から発生した光はストライプ領域内に効率よく閉じ込めることができる、というものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインデックスガイド構造を採用しても、ブロードストライプ領域内における光出力分布の均一性を改善するには十分ではなかった。すなわち、ゲインガイド構造であってもインデックスガイド構造であっても、ＮＦＰ特性は殆ど変化はなく不安定なままであった。
【０００８】
尚、下記の非特許文献１においても、ストライプ幅が５０μｍ以上のブロードストライプを有する半導体レーザにおいては、インデックスガイド構造およびゲインガイド構造のどちらであっても特性に大きな差はないとしている。
【０００９】
図１０は、特許文献１に開示されたブロードストライプ型の半導体レーザ素子を表している。この半導体レーザ素子は埋め込みリッジ型で屈折率導波路を備えたものである。
【００１０】
この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の上に第１のｎ型バッファ層３２、第２のｎ型バッファ層３３、ｎ型クラッド層３４、ガイド層３５を介して活性層３６が形成され、この活性層３６上にガイド層３７が形成されている。更に、このｐ型ガイド層３７上にｐ型クラッド層３８およびｐ型コンタクト層３９が形成されると共に、このｐ型コンタクト層３９とｐ型クラッド層３８の一部とがリッジ状ストライプとなっている。ｐ型クラッド層３８およびｐ型コンタクト層３９の上には，ｐ型ＧａＡｓ層４０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層４１およびｎ型ＧａＡｓ層４２の各層がこの順に形成され、ｎ型ＧａＡｓ層４２には開口４２ａが設けられている。この開口部４２ａにはｐ側電極４３、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の裏面にはｎ側電極４４がそれぞれ形成されている。リッジ部分が電流注入領域Ａ、リッジ部分の側面部分が電流非注入領域Ｂを構成している。
【００１１】
この特許文献１では、イオン注入型の利得導波構造のブロードストライプ半導体レーザ素子ではそのＮＦＰ特性が不安定であるのに対し、図１０に示したように電流注入領域Ａにリッジストライプを形成すると共に、電流非注入領域Ｂとなる両側面でのｐ型クラッド層３８の厚みｔを０．７μｍ以下にすることによりＮＦＰを安定にできるものとしている。
【００１２】
すなわち、電流非注入領域Ｂのクラッド層の厚さｔを０．７μｍ以下とすることにより電流リーク量が抑制され、また、レーザ光の導波をリッジストライプ状に形成された電流注入領域Ａと電流非注入領域Ｂとによって変えることから、電流注入領域Ａと電流非注入領域Ｂとにおける光吸収損失差によって、光がストライプ状に形成された部分の直下に閉じ込められるというものである。
【００１３】
このような構成により、電流狭窄効果が良くなり、ストライプの幅よりも外側にリークする電流量が減少する。また、リッジ部分を形成したことにより、電流注入領域Ａであるストライプの内部と電流非注入領域Ｂであるストライプの外部との間で屈折率差が生じるため、光が効率よくストライプ領域内に閉じ込められる。そのためブロードストライプ領域において光出力が均一になり、ＮＦＰ特性が安定化する。一方、電流非注入領域Ｂにおけるｐ型クラッド層３８の厚さｔが０．７μｍより大きくなると、安定したＮＦＰ特性を得ることが困難になるとしている。
【００１４】
確かに、電流非注入領域Ｂにおけるｐ型クラッド層３８の厚さｔを０．７μｍ以下にすると、リッジストライプの内部と外部で屈折率差が生じ、光が効率よくストライプ領域内に閉じ込められてＮＦＰ特性が安定化する。この屈折率差は電流非注入領域Ｂにおけるｐ型クラッド層の厚さｔを０．７μｍよりも小さくしていくほど大きくなる。
【００１５】
しかしながら、電流非注入領域Ｂにおけるｐ型クラッド層の厚さｔを小さくし過ぎると、活性層３６からしみ出した光は、電流非注入領域Ｂに形成された埋め込み層による吸収を強く感じるようになるので、内部ロスが大きくなる。従って、ｐ型クラッド層の厚さｔをある一定の値よりも小さくすることができないという問題がある。
【００１６】
一方、光吸収による内部ロスを考慮し、電流非注入領域Ｂのｐ型クラッド層３８の厚さｔを大きくしてしまうと、イオン注入型のような利得導波構造に近くなってしまう。つまりストライプの幅よりも外側に拡散する電流量が増加し、またリッジストライプの内部と外部との間の屈折率差が小さくなってしまうので、不安定なＮＦＰとなってしまう。
【００１７】
また、電流非注入領域Ｂにおけるｐ型クラッド層３８の厚さｔを小さくし、かつ、リッジストライプの内部と外部との間の屈折率差を大きくした場合、屈折率差を大きくとりすぎると、活性層３６から発生した光は、屈折率差の大きな領域に引っ張られる。そのため、リッジストライプの両端の領域で光出力が強く、中央付近では光出力が弱くなるといった問題も生じる。
【００１８】
また、電流非注入領域Ｂにおけるｐ型クラッド層３８の厚さｔを小さくし、かつ、リッジストライプの内部と外部での屈折率差を大きくとりすぎると、横方向の光放射角が大きくなってしまい、半導体レーザ素子としては使い難いものとなってしまう虞がある。
【００１９】
このように特許文献１のような構造を採用しても、光出力がブロードストライプ領域内において均一で安定なＮＦＰ特性を得るのは難しいという問題があった。
【００２０】
なお、特許文献２，３では、高出力動作時でも安定した基本横モード発振が得られる半導体レーザ素子を提案しているが、これらはシングルモードレーザ光を発振するナローストライプ型半導体レーザについてであり、多モードで発振する超高出力型のブロードストライプ半導体レーザについては言及していない。
【００２１】
【非特許文献１】
”Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ”  Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  Ｂｒｏａｄ−Ａｒｅａ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｂａｒｓ  ｐ．１８４  ２    Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｂｒｏａｄ−Ａｒｅａ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｌ  ａｓｅｒ  Ｂａｒｓ  （Ｇｏｔｚ  Ｅｒｂｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ  著）
【特許文献１】
特開２００１−２３０４９３号公報
【特許文献２】
特開平７−１８３６１１号公報
【特許文献３】
特開平９−１２９９６７号公報
【００２２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、横多モード発振を制御することができ、安定したＮＦＰ特性を得ることができるブロードストライプの半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体レーザ素子は、活性層部と、活性層部を挟む一対のクラッド層のうちの一方を構成する第１クラッド層と、第１クラッド層上に形成された第１クラッド層と同一導電型の第２クラッド層を含み、活性層部に対する電流注入領域を構成するストライプ状のリッジ部と、リッジ部の側面の第２クラッド層に接し、且つ第１クラッド層上に設けられた、リッジ部より層厚の薄い屈折率緩和層とを備えた構成を有するものである。
【００２４】
本発明による半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に、少なくとも活性層部および活性層部を挟む一対のクラッド層を含む積層体を形成したのち、積層体の上に第１の幅を有するストライプ状の第１のマスクを形成する工程と、第１のマスクを利用して積層体を第１の深さまで選択的に除去する工程と、第１のマスクを除去すると共に積層体の上に前記第１のマスクよりも幅の狭い第２のマスクを形成する工程と、第２のマスクを利用して積層体を第１の深さより浅い第２の深さまで選択的に除去することにより、ストライプ状のリッジ部を形成すると共にリッジ部の両側部に屈折率緩和層を形成する工程と、第２のマスクを利用してリッジ部および屈折率緩和層の側面領域に電流阻止層を形成する工程とを含むものである。
【００２５】
本発明の半導体レーザ素子では、リッジ部の側面に屈折率緩和層が設けられ、この屈折率緩和層によってストライプ領域内で均一なＮＦＰ特性のレーザ光を出力する。この半導体レーザ素子では、また、リッジ部の内部と外部で屈折率差を大きくとることができるので、イオン注入型の利得導波構造で見られるような不安定なＮＦＰ特性を示すことがない。また、リッジ部の内部と外部で屈折率差を大きくとっても、リッジ部の側面に屈折率緩和層があるため、光吸収が少なく、内部ロスの小さい半導体レーザ素子を実現できる。更に、リッジ部の内部と外部との間で屈折率差を大きくとっても、活性層部から発生した光が屈折率差の大きい領域に引っ張られるため、ストライプの両端の領域で光出力が強く中央付近では光出力が弱くなるといった問題は生じない。同時に、横方向の光放射角が極端に大きくなるといった問題も生することはない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構造を表すものである。ここでは、一例として、ＡｌＧａＡｓ系のリッジ導波型半導体レーザ素子について説明する。なお、同図において各構成要素は、本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものである。
【００２８】
この半導体レーザ素子は、例えば、ＧａＡｓからなるｎ型基板１０１の（１００）面上にＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１０２、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｎ型クラッド層１０３、活性層部１０４、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｐ型第１クラッド層１０５、Ａ１０．６  ＧａＡｓからなる第１エッチングストップ層１０６、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｐ型第２クラッド層１０７、Ａ１０．６  ＧａＡｓからなる第２エッチングストップ層１０８、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｐ型第３クラッド層１０９およびＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１１０が順次積層形成されている。ｐ型コンタクト層１１０、ｐ型第１クラッド層１０９、第２エッチングストップ層１０８およびｐ型第２クラッド層１０７は選択的にエッチングされストライプ状のリッジ部１１１となっている。
【００２９】
リッジ部１１１の両側には側面に沿って幅Ｗｓの屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂが形成されている。屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂは、ｐ型第２クラッド層１０７と同様に例えばＡ１０．４７ＧａＡｓにより形成されたｐ型領域であり、その機能については後述する。
【００３０】
リッジ部１１１の側面および屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂの上面および側面はＧａＡｓからなるｎ型電流阻止層１１２により埋め込まれている。この電流阻止層１１２が電流非注入領域Ｂ、この電流非注入領域Ｂにより囲まれたｐ型コンタクト層１１０（上面幅ＷＩ）が電流注入領域Ａとなっている。リッジ部１１１を構成するｐ型コンタクト層１１０およびｎ型電流阻止層１１２の表面にはｐ側電極１１３、基板１０１の裏面にはｎ側電極１１４がそれぞれ形成されている。
【００３１】
活性層部１０４は、例えば、Ａ１０．１  ＧａＡｓからなる光導波層およびＡ１０．３  ＧａＡｓからなるガイド層を含むＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ）構造を有している。
【００３２】
なお、各部の具体的な層厚および幅は、例えば、以下の通りである。ｎ型バッファ層１０２の層厚は０．５μｍ、ｎ型第１クラッド層１０３の層厚は１．３μｍ、ｐ型第１クラッド層１０５の層厚ｄ１  は０．１μｍ、第２エッチングストップ層１０６の層厚は０．０１μｍ、ｐ型第２クラッド層１０７および屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂの層厚ｄ２は０．２μｍ、ｐ型第３クラッド層１０９の層厚ｄ３  は１．０μｍ、ｐ型コンタクト層１１０の層厚は０．５μｍである。
【００３３】
活性層１０４におけるガイド層の層厚は０．０５μｍであり、光導波層は層厚０．０１μｍのＳＱＷ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造となっている。
【００３４】
また、ｐ型コンタクト層１１０の幅ＷＩは約９８μｍ、ｐ型第２クラッド層１０７の下面の幅Ｗｍは約１００μｍ、ｐ型第１クラッド層１０５の下面の幅Ｗｎは約１２０μｍ、屈折率緩和層１０７ａ，１０７Ｂの下面の幅Ｗｓはそれぞれ約８〜１０μｍである。
【００３５】
なお、ｐ型第１クラッド層１０５の層厚ｄ１  は厚すぎた設計にしてしまうと、ストライプの幅よりも外側に拡散する電流リーク量が増大し、活性層に注入される電流の狭窄効果が悪くなる。また、リッジストライプ状に形成された電流注入領域Ａであるストライプの内部と、電流非注入領域Ｂであるストライプの外部との間で屈折率差が大きくとれないため、光を効率よくストライプ領域内に閉じこめることができないといった問題も生ずる。これらの理由からｐ型クラッド層１０５の層厚ｄ１  は０．７μｍ以下であることが望ましい。また、屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂの幅Ｗｓは３μｍ未満では、活性層より発生した光が屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂのさらに外側にしみだすことによりｎ型電流阻止層１１２に吸収され、一方、５０μｍより大きくなると屈折率の緩和効果は充分に得られるようになるが、横方向の半導体チップ幅が大きくなり、ウェーハ内でのチップ収率が低下するといった問題が生ずる。これらの理由から屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂの幅Ｗｓは３〜５０μｍの範囲であることが好ましい。
【００３６】
次に、図１および図２（Ａ），（Ｂ）を参照して、上記半導体レーザ素子の作用について説明する。なお、図２（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した構造の８０８ｎｍの波長における各リッジ領域の屈折率分布を説明するためのものであり、同図（Ｂ）において、横軸はストライプリッジの領域、縦軸はリッジ領域の屈折率をそれぞれ示している。
【００３７】
本実施の形態の半導体レーザ素子においては、幅ＷＩのｐ型コンタクト層１１０から注入されたキャリアは、リッジ部１１１を形成したことにより効率よく狭窄され、ほぼＷｍの幅で活性層１０４に達する。注入されたキャリアは活性層１０４で再結合し、それに基づきレーザ光を発生する。このとき、キャリアはｐ型コンタクト層１１０の幅ＷＩで注入されるが、ｐ型第１クラッド層１０５およびｐ型第２クラッド層１０７の層厚ｄ１  ，ｄ２  が充分に薄いため、ｐ型第２クラッド層１０７の幅Ｗｍの外側への拡散は少なく、幅Ｗｓの屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ下では光は殆ど発生されない。
【００３８】
また、屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ下に拡散したキャリアによって光が発生した場合でも、ｎ型電流阻止層１１２との間の急激な屈折率の違いにより、光は屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ内に効率よく閉じ込められる。
【００３９】
このとき屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ内ではキャリアの拡散が殆ど無く、この領域に存在する光は極端に少ないため、光吸収損失が少なくてすむ。仮に、従来構造（図９）のようにリッジ部の側面に屈折率緩和層がない構造とした場合、活性層からしみ出した光はｐ型第２のクラッド層１７内からさらに外側の領域に直接に達してしまい、極めて高い光吸収損失をこうむることになる。
【００４０】
これは縦方向の光放射角と、光閉じ込め係数より予測できる。すなわち、図２（Ａ）において、（２）の領域では、縦方向の光放射角θ⊥＝４１．７５１°に対し、（３）の領域ではθ⊥＝３４．０６５°と光の閉じ込めが弱くなっている。これは（３）の領域では、活性層１０４の上部にあるｐ型第１クラッド層１０５が薄すぎるために、（２）の領域よりもｎ型電流阻止層１１２に吸収されている光の量が多いことを示している。
【００４１】
また、光閉じ込め係数からも、（３）の領域では光吸収損失が大きいことが分かる。（２）の領域での光閉じ込め係数はΓ＝２．９５０％、（３）ではΓ＝１．５６９％である。また、（１）の領域ではΓ＝２．９５９％である。これらの値から（１）の領域と（２）の領域では光吸収損失に殆ど差がないことが分かる。
【００４２】
図２（Ｂ）より、図２（Ａ）におけるリッジ領域に関係して屈折率が分布しており、リッジ部１１１の形状および層厚によって屈折率差がついていることが分かる。光学計算より、それぞれの屈折率はｎ３＝３．３２４５、ｎ２＝３．３２０６、ｎ１＝３．３０１５となる。ここで、Δｎ３２＝ｎ３−ｎ２、Δｎ２１＝ｎ２−ｎ１とすると、Δｎ３２＝０．００３９６、Δｎ２１＝０．０１８８５となる。このように、ｎ３とｎ２では屈折率差が小さくても、ｎ２とｎ１で大きく取れるよう屈折率分布を設けることにより、光吸収損失が少ないまま、光を屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂ内に閉じ込めることができる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、リッジ部１１１の側面に屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂを設けるようにしたので、活性層１０４より発生した光は吸収損失が殆どなく、ストライプ領域内に効率よく閉じ込められ、光出力が均一な安定したＮＦＰを得ることが可能となる。
【００４４】
また、リッジ部１１１の内部と外部で屈折率差を大きくとっても、リッジ部１１１の側面に屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂを設けたことにより、リッジ部１１１が実質的に階段状となり、屈折率分布も階段状になることから極端な屈折率差を感じないため、活性層１０４から発生した光が屈折率差の大きい領域に引っ張られ、リッジ部１１１の両端の領域で光出力が強く中央付近では光出力が弱くなるといった問題は生じない。
【００４５】
また、リッジ部１１１の内部と外部において屈折率差を大きくとっても、基本的な屈折率差はｎ２とｎ３に依存するため、横方向の光放射角が極端に大きくなるといった問題は生じない。仮に、図９のようにリッジ部の側面に屈折率緩和層を有しない構造とした場合には、横方向の光放射角度はθ〃＝１１．２°である。ｎ２とｎ３に依存した本実施の形態では、横方向の光放射角度はθ〃＝７．７°と小さい。
【００４６】
次に、この半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
【００４７】
まず、図３（Ａ）に示したように、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ：有機金属化学気相成長）により、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型基板１０１の（１００）面上にＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１０２、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｎ型クラッド層１０３、活性層部１０４、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｐ型第１クラッド層１０５、Ａ１０．６  ＧａＡｓからなる第１エッチングストップ層１０６、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｐ型第２クラッド層１０７、Ａ１０．６  ＧａＡｓからなる第２エッチングストップ層１０８、Ａ１０．４７ＧａＡｓからなるｐ型第３クラッド層１０９、およびＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１１０を順次積層し、ダブルヘテロ構造を形成する。このときのドーパントとしてはｎ側にはシリコン（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）、ｐ側には亜鉛（Ｚｎ），マグネシウム（Ｍｇ），ベリリウム（Ｂｅ）等を用いる。
【００４８】
続いて、図３（Ｂ）に示したように、上記半導体レーザ縦構造を有する積層体の上面に、写真触刻によりストライプ状の第１のレジストマスク１１５を形成する。第１のレジストマスク１１５のストライプ幅は例えば１２０μｍとする。
【００４９】
次に、図４（Ａ）に示したように、第１のレジストマスク１１５を用いてｐ型コンタクト層１１０およびｐ型第３クラッド層１０９をリッジ状にエッチングする。ここで、エッチングは第２エッチングストップ層１０８があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントとしては、例えば第２エッチングストップ層１０８のＡ１０．６  ＧａＡｓとｐ型第３クラッド層１０９のＡ１０．４７ＧａＡｓのＡ１組成の相違でエッチング選択性が取れる有機酸系エッチャントを用いる。
【００５０】
続いて、図４（Ｂ）に示したように、第１のレジストマスク１１５を引き続き用いて、第２エッチングストップ層１０８をエッチングし選択的に除去する。エッチャントとしては、例えばリン酸系のエッチャントを用いる。エッチングは第２エッチングストップ層１０８を完全に除去できていれば、ｐ型第２クラッド層１０７に至ってもよい。
【００５１】
次に、図５（Ａ）に示したように、第１のレジストマスク１１５を引き続き用いて、ｐ型第２クラッド層１０７を選択的に除去する。エッチングはＡ１０．６  ＧａＡｓからなる第１エッチングストップ層１０６があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントとしては、例えば、ｐ型コンタクト層１１０、ｐ型第３クラッド層１０９を除去するのに使用したものと同じ有機酸系エッチャントを用いる。
【００５２】
続いて、図５（Ｂ）に示したように、第１のレジストマスク１１５を除去したのち、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）法により誘電体膜、例えばＳｉＯ２  膜（酸化珪素膜）１１６を上記半導体レーザ縦構造を有する積層体の上に形成する。
【００５３】
次に、図６（Ａ）に示したように、ＳｉＯ２  膜１１６上に写真触刻法によりストライプ状の第２のレジストマスク１１７を形成する。第２のレジストマスク１１７のストライプ幅は第１のレジストマスク１１５よりも狭い、例えば１００μｍとする。
【００５４】
続いて、図６（Ｂ）に示したように、第２のレジストマスク１１７を用いてＳｉＯ２  膜１１６をストライプ状に除去しマスク１１６Ａを形成する。マスク１１６Ａは第２のレジストマスク１１７とほぼ同じ幅、１００μｍで形成される。このマスク１１６Ａは、後述のようにｐ型コンタクト層１１０およびｐ型第３クラッド層１０９のエッチング用マスクおよび電流阻止層の成長用マスクを兼ねるものであり、このマスク１１６Ａを形成した後、第２のレジストマスク１１７を除去する。
【００５５】
次に、図７（Ａ）に示したように、マスク１１６Ａを用いてｐ型コンタクト層１１０、ｐ型第３クラッド層１０９をストライプ状にエッチングしリッジ部を形成する。エッチングはＡ１０．６  ＧａＡｓからなる第２エッチングストップ層１０８があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントとしては、例えばＡ１０．６  ＧａＡｓとＡ１０．４７ＧａＡＳのＡ１組成の相違でエッチング選択性が取れる有機酸系エッチャントを用いる。また、第１のレジストマスク１１５を用いてエッチングされたｐ型第１クラッド層１０７はＡ１０．６  ＧａＡｓからなる第１エッチングストップ層１０６が表出しているためエッチングされない。これにより、このリッジ部をｐ型第１クラッド層１０７の底面まで延長した部分を含めて、本実施の形態のリッジ部１１１が形成されると共に、このリッジ部１１１の両側面にｐ型第１クラッド層１０７に接して屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂが形成される。
【００５６】
続いて、図７（Ｂ）に示したように、マスク１１６Ａを用いたエピタキシャル成長により、ＧａＡｓからなるｎ型電流阻止層１１２を選択的に形成する。このときｎ型電流阻止層１１２はリッジ斜面および外部に成長し、マスク１１６Ａ上には成長しない。
【００５７】
次に、図８に示したように、マスク１１６Ａを除去した後、ｐ側電極１１３を形成する。最後に、ｎ型基板１０１の裏面にｎ側電極１１４を形成することにより、図１に示したリッジ構造を有するレーザ用半導体ウェーハを得ることができる。このレーザ用半導体ウェーハをリッジストライプ方向と垂直方向に劈開させることによって一対の共振器反射面を持つレーザ素子とする。
【００５８】
これらのプロセスにより、上述したようなレーザ動作を得ることのできるリッジ構造を有した半導体レーザ素子を作製することが可能となる。
【００５９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、リッジ部１１１の両側に一層の屈折率緩和層１０７ａ，１０７ｂを形成するようにしたが、レーザの光学的仕様上、この屈折率緩和層を二段以上で形成したものであってもよい。また、リッジ部１１１を形成するストライプ幅は上記実施の形態にとらわれず、レーザの仕様上、自由に設計することが可能である。
【００６０】
また、上記実施の形態ではリッジ部１１１を形成する工程で、有機酸系エッチャントやリン酸系エッチャントを用い、ウェットケミカルエッチングを行っているが、これに限らず他のエッチャントを使用しても良い。更に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライエッチングプロセスを用いて、リッジ部あるいは屈折率緩和層の側壁がほぼ鉛直になるようにしてもよい。また、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用してもよい。
【００６１】
また、マスク１１６ＡをＣＶＤ法によりＳｉＯ２  膜で形成するようにしたが、その他、ＣＶＤ法やスパッタリング法で成膜したＳｉＮ，ＡｌＮ等を用いることもできる。
【００６２】
また、上記実施の形態では、ｎ型電流阻止層１１２をリッジ部の斜面および外部に埋め込む形状としたが、導波機構の設計上いかような構成とすることもできる。
【００６３】
また、上記実施の形態ではＧａＡｓ基板を用いてＡｌＧａＡｓ系材料で半導体レーザを作製しているが、これに限らず他の材料系、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｓＰ／ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系またはＧａＮ／ＩｎＧａＮ系の材料系を用いてもよい。
【００６４】
【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、電流注入領域を構成するストライプ状のリッジ部の側面に沿ってリッジ部より層厚の薄い屈折率緩和層を設けるようにしたので、ストライプ領域内で光出力が均一なＮＦＰ特性を得ることができる。
【００６５】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、基板上に少なくとも活性層および前記活性層を挟むクラッド層を含む積層体を形成したのち、第１のマスクを用いてリッジ状にエッチングしたのち、第１のマスクよりも幅の狭い第２のマスクを利用して積層体をエッチングすることにより、ストライプ状のリッジ部を形成すると同時にリッジ部の両側部に所定の幅を有する屈折率緩和層を形成し、続いて第２のマスクを利用してリッジ部および屈折率緩和層の周囲に電流阻止層を形成するようにしたので、本発明の半導体レーザ素子を効率よく作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の構造を表す断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ素子の屈折率分布を説明するための図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を表す図である。
【図４】図３の工程に続く製造工程を表す図である。
【図５】図４の工程に続く製造工程を表す図である。
【図６】図５の工程に続く製造工程を表す図である。
【図７】図６の工程に続く製造工程を表す図である。
【図８】図７の工程に続く製造工程を表す図である。
【図９】従来の半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図１０】従来の他の半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１０１…ｎ型基板（ＧａＡｓ）、１０２…ｎ型バッファ層（ＧａＡｓ）、１０３…ｎ型クラッド層（Ａ１０．４７ＧａＡｓ）、１０４…活性層部、１０５…ｐ型第１クラッド層（Ａ１０．４７ＧａＡｓ）、１０６…第１エッチングストップ層（Ａ１０．６  ＧａＡｓ）、１０７…ｐ型第２クラッド層（Ａ１０．４７ＧａＡｓ）、１０７ａ，１０７ｂ…屈折率緩和層、１０８…第２エッチングストップ層（Ａ１０．６  ＧａＡｓ）、１０９…ｐ型第３クラッド層（Ａ１０．４７ＧａＡｓ）、１１０…ｐ型コンタクト層（ＧａＡｓ）、１１１…リッジ部、１１２…ｎ型電流阻止層（ＧａＡｓ）、１１３…ｐ側電極、１１４…ｎ側電極、１１５…第１のレジストマスク、１１６Ａ…マスク、１１７…第２のレジストマスク、Ａ…電流注入領域、Ｂ…電流非注入領域
【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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【図１０】
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