(57)【要約】【課題】ジュール熱の発生やそれによる素子温度上昇を大幅に低減し、低しきい値化、低電流化及び高出力化を達成する半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板２上に順次形成されたクラッド層３と、活性層４と、クラッド層５と、エッチング停止層７と、このエッチング停止層７上に形成されたクラッド層８とキャップ層９とからなる台形状のリッジ部１０及びこのリッジ部１０を狭持する一対の電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１０及び一対の電流狭窄層１１、１１上に積層されたコンタクト層１３と、を備えた半導体レーザ素子１であって、リッジ部１０のキャップ層９とコンタクト層１３との間にクラッド層１２を設け、このクラッド層１２は、キャップ層９に隣接する近傍部分に５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度のＺｎを有している。【選択図】      図１
2005159072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型基板上に順次形成された第１導電型クラッド層と、活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、第２導電型エッチング停止層と、前記第２導電型エッチング停止層上に形成された第２の第２導電型クラッド層と第２導電型キャップ層とからなる台形状のリッジ部及び前記リッジ部を狭持する一対の第１導電型電流狭窄層と、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層上に積層された第２導電型コンタクト層と、を備えた半導体レーザ素子において、
前記リッジ部の前記第２導電型キャップ層と前記第２導電型コンタクト層との間に、前記第２導電型キャップ層に接する近傍部分に５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度のＺｎを有する第３の第２導電型クラッド層が形成されたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
第１導電型基板上に第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド層、第２導電型エッチング停止層、第２の第２導電型クラッド層、第２導電型キャップ層、絶縁層を順次積層し、前記絶縁層の中央部にフォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストパターンで覆われた以外を前記第２導電型エッチング停止層に達するまでエッチング除去してリッジ部を形成し、次に、前記フォトレジストパターンを除去後、前記第２導電型エッチング停止層上に前記リッジ部を挟持する一対の第１導電型電流狭窄層を形成し、次に、前記絶縁層を除去後、前記リッジ部の前記第２導電型キャップ層及び前記一対の第１導電型電流狭窄層上に第２導電型コンタクト層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記リッジ部の前記第２導電型キャップ層と前記第２導電型コンタクト層との間に、成長開始時だけＺｎを５×１０-18ｃｍ3以上の高濃度ドーピングした第３の第２導電型クラッド層を形成す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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流狭窄層を有する内部狭窄型の半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ素子について図３を用いて説明する。
図３は、従来の半導体レーザ素子を示す断面図である。
従来の半導体レーザ素子１８は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ活性層５（以下、単に活性層５という）と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７と、が順次積層されている。
【０００３】
活性層５としては、例えば、二重量子井戸構造でノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓウェル層とノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層により構成される。そして、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、活性層５と、第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【０００４】
更に、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたP型ＧａＡｓキャップ層１９と、が順次積層されてなるリッジ部１０が形成されている。このリッジ部１０は、上辺の長さＬ２が下辺の長さＬ１よりも短い台形形状である。
【０００５】
更にまた、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上に形成されたリッジ部１０を挟持する１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１０上及び一対のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層１１、１１上に形成された２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３と、が積層されている。
【０００６】
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１４が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１５が形成されている。
なお、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ部１０を得るために設けられたものである。このｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍである。また、この半導体レーザ素子１８と同様なものは、非特許文献１にも開示されている。
【０００７】
この半導体レーザ素子１８は、ｐ型オーミック電極１４側からｎ型オーミック電極１５側に向かって順方向電流を注入し、この電流が発振しきい値以上になったとき、リッジ部１０の下部に対応した活性層５からレーザ光を出射させるものである。
【０００８】
【非特許文献１】第４１回応用物理学関連連合講演会／講演予稿集Ｎｏ．３／ｐ９９０／２８ｐ−Ｋ−９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、動作電流の低しきい値化、動作電流の低電流化及び高出力化等の高性能化を図るためには、半導体レーザ素子１８の共振器内部の吸収損失αiを可能な限り、低減することが必要である。
吸収損失αiの低減を果たすためには、P型ＧａＡｓキャップ層１９やｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３による吸収を低減し、第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７及び第２のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８の合計厚さを厚くし、かつ活性層５からP型ＧａＡｓキャップ層１９やｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３を遠ざけることである。
【００１０】
第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８を厚くすることが効果的であるが、リッジ部１０の下辺の長さＬ１は、レーザ光放射角やＩ−Ｌ特性（電流−レーザ出力特性）の直線性に大きく影響を及ぼすため、単純に第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８を厚くすることはできない。第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８を厚くする場合には、リッジ部１０の下辺の長さＬ１を変化させずに行うことが必要となる。
【００１１】
リッジ部１０の下辺の長さＬ１を一定にした状態で第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８を厚くした場合には、上辺の長さＬ２が狭くなる。リッジ部１０の上辺の長さＬ２が狭くなることは、電流経路を狭くすることになり、結果的に電気抵抗が増加して、この電気抵抗により発生するジュール熱が増加する。このジュール熱の発生は、半導体レーザ素子１８全体の温度上昇を招き、良好なレーザ特性及び信頼性を有する半導体レーザ素子１８を得られない。
【００１２】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ジュール熱の発生やそれによる素子温度上昇を大幅に低減して、良好なレーザ特性及び信頼性を有する半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明における第１の発明は、第１導電型基板上に順次形成された第１導電型クラッド層と、活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、第２導電型エッチング停止層と、前記第２導電型エッチング停止層上に形成された第２の第２導電型クラッド層と第２導電型キャップ層とからなる台形状のリッジ部及び前記リッジ部を狭持する一対の第１導電型電流狭窄層と、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層上に積層された第２導電型コンタクト層と、を備えた半導体レーザ素子において、
前記リッジ部の前記第２導電型キャップ層と前記第２導電型コンタクト層との間に、前記第２導電型キャップ層に接する近傍部分に５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度のＺｎを有する第３の第２導電型クラッド層が形成されたことを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
第２の発明は、第１導電型基板上に第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド層、第２導電型エッチング停止層、第２の第２導電型クラッド層、第２導電型キャップ層、絶縁層を順次積層し、前記絶縁層の中央部にフォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストパターンで覆われた以外を前記第２導電型エッチング停止層に達するまでエッチング除去してリッジ部を形成し、次に、前記フォトレジストパターンを除去後、前記第２導電型エッチング停止層上に前記リッジ部を挟持する一対の第１導電型電流狭窄層を形成し、次に、前記絶縁層を除去後、前記リッジ部の前記第２導電型キャップ層及び前記一対の第１導電型電流狭窄層上に第２導電型コンタクト層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記リッジ部の前記第２導電型キャップ層と前記第２導電型コンタクト層との間に、成長開始時だけＺｎを５×１０-18ｃｍ3以上の高濃度ドーピングした第３の第２導電型クラッド層を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ジュール熱を発生させることなく、良好なレーザ特性及び信頼性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の半導体レーザ素子の実施形態について図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の半導体レーザ素子の実施形態を示す図である。
図２は、本発明の実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を示し、（Ａ）は（第１工程）、（Ｂ）は（第２工程）、（Ｃ）は（第３工程）、（Ｄ）は（第４工程）の断面図である。
従来技術と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、半導体レーザ素子１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ活性層５（以下、単に活性層５という）と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７と、が順次積層されている。
【００１７】
更に、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした薄いｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９と、が順次積層されてなる台形状のリッジ部１０が形成されている。ここで、リッジ部１０は、上辺がＬ２、下辺がＬ１である。ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９は、レーザ光の吸収損失αiを抑えるために、発光波長に対して透明となる組成にしてある。
【００１８】
更にまた、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７上に形成されたリッジ部１０を挟持する１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１０上及び一対のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層１１、１１上に形成されたＺｎをドーピングした第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３と、が順次積層されている。
【００１９】
第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２には、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９に隣接する部分に５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度のＺｎが、それ以外の部分には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎがドーピングされている。ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９に隣接する第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２のＺｎ濃度は、第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２の結晶性を損なわないで行う必要があることから、１×１０19ｃｍ-3が上限である。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１４が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１５が形成されている。
【００２０】
この半導体レーザ素子１の動作は、従来の半導体レーザ素子１８の動作と同様であるのでその説明を省略する。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２は、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９に隣接する近傍に５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度のＺｎがドーピングされ、それ以外の部分には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎがドーピングされているので、第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６及び第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８の厚さ又は形状を変更させないで、ｐ型クラッド層全体の厚さを厚くすることができる。
この結果、電流経路を広くでき、ここで発生するジュール熱を低く抑えることができるため、共振器内部の吸収損失αiを低減することができる。
従って、良好なレーザ特性及び信頼性を有する半導体レーザ素子１を得ることができる。
【００２２】
次に、その製造方法について図２を用いて説明する。
（第１工程）
図２（Ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により第１回目の成長を行って、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４と、活性層５と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした薄いｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９と、を順次積層する。
【００２３】
（第２工程）
次に、図２（Ｂ）に示すように、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９上に絶縁層１６、フォトレジストを順次形成した後、フォトリソグラフィ法により前記フォトレジストの中央部を残すフォトレジストパターン１７を形成する。更に、前記フォトレジストパターン１７で覆われ以外をｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層７に達するまでエッチングを行って、台形状のリッジ部１０を形成する。
【００２４】
この際、リッジ部１０の上辺をＬ２にした状態でエッチングをすると、第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８及びｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９の結晶方位とエッチング速度との関係から下辺がＬ２よりも長いＬ１となり、台形状のリッジ部１０が形成されることになる。
【００２５】
（第３工程）
図２（Ｃ）に示すように、フォトレジストパターン１７を除去後、ＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行って、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層１１、１１を形成する。この際、絶縁層１６上には成長が行われない。
【００２６】
（第４工程）
図２（Ｄ）に示すように、絶縁層１６を除去後、ＭＯＣＶＤ法により第３回目の成長を行って、リッジ部１０のｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９及び一対のｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層１１、１１上にＺｎをドーピングした第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３を順次積層する。
第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２の成長の際、成長開始時には、Ｚｎを５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度ドーピングするようにし、その後には、Ｚｎを１×１０18ｃｍ-3ドーピングするようにして行う。
【００２７】
この後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３上にＡｕ系のｐ型オーミック電極１４を形成し、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にＡｕ系のｎ型オーミック電極１５を形成する。
こうして、図１に示す半導体レーザ素子１を作製する。
【００２８】
ここで、第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２の成長の際、成長開始時には、Ｚｎを５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度ドーピングするようにし、その後には、Ｚｎを１×１０18ｃｍ-3ドーピングするようにして行う理由について詳細に説明する。
（第４工程）において、ＭＯＣＶＤ法により第３回目の成長を行う際、絶縁層１６の除去が大気中で行われると、ｐ型Ａｌ0.3ａ0.7Ａｓキャップ層９表面が大気に晒されるため、このｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９表面のＡｌが酸化される。このＡｌが酸化されたＡｌ酸化物がｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９表面に形成されたままの状態で半導体レーザ素子１を動作させると、前記Ａｌ酸化物は、絶縁体であるので、電気抵抗が増加して温度上昇を生じ、レーザ特性及び信頼性が低下する。
このため、高濃度のＺｎを第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１２にドーピングしているのは、第３回目の成長での成長温度でＺｎを結晶中で拡散させ、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓキャップ層９表面に形成されたＡｌ酸化物を破壊させているのである。この結果、電気抵抗の増加に起因する温度上昇が防止でき、良好なレーザ特性及び信頼性が得られるのである。
【００２９】
本発明の実施形態は、上記したことに限定されず、第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層８の厚さが増加して、リッジ部１０の上辺幅が狭くなる傾向を有する内部狭窄型半導体レーザ素子であれば、ＡｌＧａＡｓ系以外の半導体レーザ素子にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
光記録媒体の情報読み取りを行う際の光ピックアップ装置や光計測用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態の半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を示し、（Ａ）は（第１工程）、（Ｂ）は（第２工程）、（Ｃ）は（第３工程）、（Ｄ）は（第４工程）の断面図である。
【図３】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ型ＧａＡｓ基板（第１導電型基板）、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（第１導電型クラッド層）、５…活性層、６…第１のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（第１の第２導電型クラッド層）、７…ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓエッチング停止層、８…第２のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、９…ｐ型Ａｌ0.3ａ0.7Ａｓキャップ層、１０…リッジ部、１１…ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流狭窄層（電流狭窄層）、１２…第３のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層（第３の第２導電型クラッド層）、１３…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（第２導電型コンタクト層）、１４…ｐ型オーミック電極、１５…ｎ型オーミック電極、１６…絶縁層、１７…フォトレジストパターン
【図１】
2005159072.tif 000003
【図２】
2005159072.tif 000004
【図３】
2005159072.tif 000005