(57)【要約】【課題】  高出力時の駆動電流を低減する。【解決手段】  ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率を、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０内で一様に−０.１０％とする。このように、上記格子不整合率を−０.２０％以上且つ０％以下にした場合は、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５に対してマイナスの歪みを間接的に付与することになり、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５中に存在するｐ型不純物原子(Ｂe原子)の拡散速度が低下し、Ｂe原子のＭＱＷ活性層４４への拡散が低減される。したがって、ＣＷ５０mＷでの駆動電流が低くなる。尚、上記格子不整合率が−０.２０％よりも下の場合には、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０がｎ型ＧaＡs基板４１およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５に対して格子緩和して歪みの効果が無くなる。そのため、Ｂe原子の活性層への拡散が増加して上記駆動電流が高くなってしまう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層,活性層および第２導電型の第２クラッド層が形成されると共に、上記第２クラッド層における反基板側はストライプ状のリッジを成しており、上記リッジの両側には第１導電型の電流ブロック層が形成されて成るＡlＧaＩnＰ系の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型の電流ブロック層は、上記半導体基板に対して、−０.２０％以上且つ０％以下の格子不整合率を有していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
レーザ共振器端面近傍領域における上記活性層でのフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域における上記活性層でのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記電流ブロック層内で一様になっていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記電流ブロック層内で変化していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記第２導電型の第２クラッド層から離れるに従って大きくなっていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記電流ブロック層内において段階的に変化していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型の電流ブロック層は、ＡlxＩnzＰ(０≦ｘ,ｚ≦１)によって構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項５に記載の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型の電流ブロック層は、ＡlxＩnzＡsαＰβ(０≦α,β≦１)によって構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体レーザ素子において、
上記電流ブロック層内におけるＡl組成比ｘおよびＩn組成比ｚは一様であり、
上記電流ブロック層内におけるＡs組成比αは上記第２導電型の第２クラッド層近傍において０である
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記第２導電型の第２クラッド層に含まれる不純物原子はＢe原子であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記第２導電型の第２クラッド層は、上記半導体基板に対して、−０.１５％以上且つ０.０５％以下の格子不整合率を有していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記第２導電型の第２クラッド層の格子不整合率よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１３】
半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層,活性層および第２導電型の第２クラッド層を含むＡlＧaＩnＰ系材料から成る積層構造体を形成する工程と、
上記第２クラッド層における反基板側をストライプ状のリッジに加工する工程と、
上記半導体基板に対して−０.２０％以上且つ０％以下の格子不整合率を有する第１導電型の電流ブロック層によって、上記リッジの両側を埋め込む工程
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第２導電型の第２クラッド層には、第２導電性を有する不純物原子としてＢe原子が含まれていると共に、
上記積層構造体を形成した後であって、上記ストライプ状のリッジを加工する前に、
上記積層構造体が形成されたウェハにおけるレーザ共振器端面近傍領域に、第２導電性を有するＺn原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、
上記不純物拡散源膜が形成されたウェハをアニールし、上記レーザ共振器端面近傍領域における上記第２導電型の第２クラッド層に含まれる第２導電性を有するＢe原子と、レーザ共振器端面近傍領域における上記不純物拡散源膜に含まれる第２導電性を有するＺn原子とを、上記レーザ共振器端面近傍領域の活性層に拡散させて、上記レーザ共振器端面近傍領域の活性層におけるフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層におけるフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくする工程
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第１導電型の電流ブロック層によって上記リッジの両側を埋め込む工程では、上記電流ブロック層としてＡlxＩnzＡsαＰβを用いると共に、上記ＡlxＩnzＡsαＰβのＡl組成比ｘおよびＩn組成比ｚを一定にすると共に、Ａs組成比αを上記第２導電型の第２クラッド層から離れるに従って大きくなるように制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ディスク用等に用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に関するものであり、特に高出力動作特性に優れた窓構造の半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザが広汎に利用されている。取り分け、高出力半導体レーザは、ＤＶＤ(ディジタル多用途ディスク)プレーヤやＤＶＤ‐ＲＡＭ(ランダム・アクセス・メモリ)ドライブ等のディスクへの書き込み用光源として用いられており、駆動電流の低減と更なる高出力化が求められている。
【０００３】
半導体レーザの駆動電流を増加させている要因の一つとして、クラッド層にドーピングされた不純物原子の活性層への拡散がある。また、半導体レーザの高出力化を制限している要因の一つとして、レーザ共振器端面近傍の活性層領域における光出力密度の増加に伴って発生する光学損傷(ＣＯＤ:Catastrophic Optical Damage)がある。
【０００４】
上記不純物原子の活性層への拡散を抑制して半導体レーザ素子の駆動電流の低電流化を図る一つの方法として、特許文献１(特開平１１‐８７８３１号公報)に開示されている半導体発光素子がある。また、上記ＣＯＤレベルを向上させて半導体レーザの高出力化を図る一つの方法として、特許文献２(特開平３‐２０８３８８号公報)に開示されている半導体レーザ及びその製造方法のごとく、多重量子井戸構造活性層の無秩序化による窓構造を利用する方法がある。
【０００５】
先ず、上記特許文献１に開示された不純物原子の活性層への拡散を抑制する従来の技術について説明する。図１３は、上記特許文献１に開示された半導体発光素子としてのＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【０００６】
図１３において、１はｎ型ＧaＡs基板、２はｎ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐ（０≦ｘ1,ｙ1,ｚ1≦１)クラッド層、３はＡlx2Ｇay2Ｉnz2Ｐ(０≦ｘ2,ｙ2,ｚ2≦１)光導波層(光ガイド層)、４はＧaz3Ｉnz3Ｐ(０≦ｙ3,ｚ3≦１)量子井戸層(ウェル層)とＡlx2Ｇay2Ｉnz2Ｐ障壁層(バリア層)とで構成されたＭＱＷ構造活性層、５はＡlx2Ｇay2Ｉnz2Ｐ光導波層(光ガイド層)、６はｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層、７はｐ型ＧaＩnＰ中間層、８はｐ型ＧaＡsキャップ層である。また、１０はｐ側電極であり、１１はｎ側電極である。
【０００７】
さらに、上記ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６の上層部とｐ型ＧaＩnＰ中間層７とｐ型ＧaＡsキャップ層８とは一方向に延びるストライプ形状を有しており、上記ストライプ部の両側部分には、ｎ型ＧaＡs電流狭窄層(電流ブロック層)９が埋め込まれている。また、ｎ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層２およびｎ型ＧaＡs電流狭窄層９に導入されるｎ型導電性不純物としてはＳe原子が用いられ、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６,ｐ型ＧaＩnＰ中間層７およびｐ型ＧaＡsキャップ層８に導入されるｐ型導電性不純物としてはＺn原子が用いられている。
【０００８】
上記構成を有するＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ素子においては、ｎ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層２は、ｎ型ＧaＡs基板１に対して−０.１５％以上且つ−０.０２％以下の格子不整合率を有している。また、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６は、ｎ型ＧaＡs基板１に対して０.０２％以上且つ０.３％以下の格子不整合率を有している。
【０００９】
次に、上記特許文献２に開示されたＣＯＤレベルを向上させる従来の技術について説明する。図１４は、特許文献２に開示された窓構造を有する半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【００１０】
図１４において、図１４(a)は励起領域(活性領域)における半導体レーザの断面図であり、図１４(b)は不純物拡散領域(窓領域)における半導体レーザの断面図である。また、２１はｎ型ＧaＡs基板、２２はｎ型ＧaＡsバッファ層、２３はｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層、２４はアンドープＧaＩnＰ活性層、２５はｐ型ＡlＧaＩnＰインナークラッド層、２７はｐ型ＡlＧaＩnＰアウタークラッド層、２９はｐ型ＧaＡsキャップ層、３０はｎ型ＧaＡsブロック層、３１はｐ型ＧaＡsコンタクト層、３２はｐ側電極、３３はｎ側電極である。
【００１１】
図１５および図１６は、上記特許文献２に開示された従来の半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。以下、図１５および図１６に従って、上記従来の半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
【００１２】
図１５(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板２１上に、ＭＯＶＰＥ(有機金属気相成長)法により、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層２３,アンドープＧaＩnＰ活性層２４,ｐ型ＡlＧaＩnＰインナークラッド層２５,ｐ型ＧaＩnＰエッチングストップ層２６,ｐ型ＡlＧaＩnＰアウタークラッド層２７,ｐ型ＧaＩnＰヘテロバリア層２８およびｐ型ＧaＡsキャップ層２９を、成長温度６６０℃で順次形成する。尚、ｐ型導電性を有するｐ型ＡlＧaＩnＰインナークラッド層２５〜ｐ型ＧaＡsキャップ層２９までの各層には、ｐ型不純物としてＺn原子がドーピングされている。
【００１３】
次に、上記ｐ型ＧaＡsキャップ層２９上に誘電体膜３４を蒸着し、フォトリソグラフィー法を用いてストライプ状にパターニングした後に、不純物拡散源としてＺnＡs2を用いた封管拡散法によってＺnを拡散する。こうすることによって、不純物拡散領域のアンドープＧaＩnＰ活性層２４に高濃度のＺn原子が拡散し、アンドープＧaＩnＰ活性層２４のバンドギャップエネルギーが増大する。
【００１４】
次に、図１５(b)に示すように、上記誘電体膜３４およびｐ型ＧaＡsキャップ層２９の上に再びフォトリソグラフィー法によってレジストストライプマスク３５を形成した後、図１６(c)に示すように、誘電体膜３４,ｐ型ＧaＡsキャップ層２９,ｐ型ＧaＩnＰヘテロバリア層２８およびｐ型ＡlＧaＩnＰアウタークラッド層２７を、順次化学的エッチング処理によって除去してリッジを形成する。
【００１５】
次に、図１６(d)に示すように、上記レジストストライプマスク３５を除去した後、誘電体膜３４をマスクとして、ｎ型ＧaＡsブロック層３０(図１４参照)をＭＯＶＰＥ法によって成長温度６６０℃で選択成長させる。これによって、リッジの両側の領域および不純物拡散領域の上にｎ型ＧaＡsブロック層３０が形成され、このｎ型ＧaＡsブロック層３０形成領域への電流注入が阻止される。
【００１６】
次に、上記誘電体膜３４を除去した後、ＭＯＶＰＥ法によって、成長温度６６０℃でｐ型ＧaＡsコンタクト層３１(図１４参照)を形成する。そうした後、図１４に示すように、ｐ型ＧaＡsコンタクト層３１上にｐ側電極３２を形成し、ｎ型ＧaＡs基板２１の裏面上にｎ側電極３３を形成する。そして、ウェハを壁開して、図１４に示すような半導体レーザ素子が得られるのである。
【００１７】
しかしながら、上記従来の半導体レーザ素子には以下のような問題がある。すなわち、先ず上記特許文献１に開示されてい不純物原子の活性層への拡散を抑制する従来の半導体レーザ素子では、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６に含まれるＺn原子の活性層４への拡散を抑制するために、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６のｎ型ＧaＡs基板１に対する格子不整合率が０.０２％以上０.３％以下の範囲になるように、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６に歪みを付与している。
【００１８】
しかしながら、不純物原子の活性層への拡散を抑制する従来の半導体レーザ素子においては、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６に歪みを付与するだけでは、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６に含まれるｐ型導電性不純物原子(Ｚn原子)の活性層４へ拡散を十分に抑制することはできない。また、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６に含まれるｐ型導電性不純物がＢe原子である場合には、ｐ型Ａlx1Ｇay1Ｉnz1Ｐクラッド層６にプラスの歪みを与えてしまうと、Ｂe原子が活性層４へ大量に拡散してしまうので、高出力時の駆動電流の上昇を招いてしまうという問題がある。
【００１９】
さらに、上記不純物原子の活性層への拡散を抑制する従来の半導体レーザ素子においては、共振器端面近傍領域においてレーザ光を吸収し易いので、光出射端面近傍の活性層領域でＣＯＤが発生し易くなる。そのために、高出力駆動時の最大光出力の低下を引き起こし、十分な長期信頼性が得られないという問題もある。
【００２０】
また、上記特許文献２に開示されている従来の窓構造有する半導体レーザ素子においては、上記不純物拡散領域(窓領域)に、レーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、ＡlＧaＩnＰ系材料における拡散定数が比較的大きいＺn原子を含むＺnＡs2を不純物拡散源として用い、封管拡散法によってアンドープＧaＩnＰ活性層１４へのＺn原子の拡散を行っている。こうすることによって、共振器端面近傍領域におけるレーザ光の吸収を抑制し、光出射端面近傍の活性層領域でのＣＯＤの発生を抑制している。
【００２１】
しかしながら、上記従来の窓構造有する半導体レーザ素子においては、上述した如く、上記光出射端面近傍の活性層のバンドギャップエネルギーがレーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、レーザ共振器端面近傍に形成された不純物拡散領域(窓領域)に、アンドープＧaＩnＰ活性層１４へのＺn原子の拡散を行っている。その際に、励起領域(活性領域)においても、ｐ型ＡlＧaＩnＰインナークラッド層１５中に存在するＺn原子が、アンドープＧaＩnＰ活性層１４へ大量に拡散してしまうことになり、高出力時の駆動電流の上昇と長期信頼性の低下とを招いてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平１１‐８７８３１号公報
【特許文献２】特開平３‐２０８３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
そこで、この発明の課題は、高出力時の駆動電流を低減し、且つ、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子、および、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ素子は、半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層,活性層および第２導電型の第２クラッド層が形成されると共に、上記第２クラッド層における反基板側はストライプ状のリッジを成しており、上記リッジの両側には第１導電型の電流ブロック層が形成されて成るＡlＧaＩnＰ系の半導体レーザ素子であって、上記第１導電型の電流ブロック層は、上記半導体基板に対して、−０.２０％以上且つ０％以下の格子不整合率を有している。
【００２４】
上記構成によれば、上記第１導電型の電流ブロック層にマイナスの格子不整合が与えられることによって、上記第２導電型の第２クラッド層にマイナスの歪みが間接的に付与されることになり、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子の拡散速度が低下する。その結果、上記第２導電性を有する不純物原子の上記活性層への拡散が低減されて、高出力時の駆動電流が低減される。その場合、上記第２導電性を有する不純物原子がＢe原子であってもその拡散速度が低下されて、上記活性層への拡散が低減されるのである。
【００２５】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍領域における上記活性層でのフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域における上記活性層でのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくなっている。
【００２６】
この実施例によれば、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層ではレーザ光の吸収が無い窓領域が形成され、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層でのＣＯＤが抑制される。したがって、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子が得られる。
【００２７】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記電流ブロック層内で一様になっている。
【００２８】
上記構成によれば、上記第１導電型の電流ブロック層内において一様にマイナスの格子不整合を与えることによって、上記第２導電型の第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子の拡散速度が低下する。その結果、上記第２導電性を有する不純物原子の活性層への拡散が低減されて、高出力時の駆動電流が低減される。
【００２９】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記電流ブロック層内で変化している。
【００３０】
この実施例によれば、上記第１導電型の電流ブロック層内でマイナスの格子不整合率を変化させることによって部分的にマイナスの歪みを導入して、上記第２導電型の第２クラッド層中に存在する上記第２導電性を有する不純物原子の拡散速度の調整および間接的な活性層への歪量の調整が可能になる。その結果、高出力時の駆動電流が最適に低減され、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を得られる。
【００３１】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記第２導電型の第２クラッド層から離れるに従って大きくなっている。
【００３２】
この実施例によれば、上記第１導電型の電流ブロック層の上記格子不整合率が上記第２導電型の第２クラッド層に近づくに連れて小さくなるため、上記第２導電型の第２クラッド層中に存在する上記第２導電性を有する不純物原子の拡散速度を減少させつつ、間接的な上記活性層への歪量が低減される。したがって、上記第２導電性を有する不純物原子の上記活性層への拡散が低減されると共に、上記活性層での結晶性劣化が抑制される。その結果、高出力時の駆動電流が低減されると共に、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子が得られる。
【００３３】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記電流ブロック層内において段階的に変化している。
【００３４】
この実施例によれば、上記第２導電型の第２クラッド層近傍に、格子不整合率が小さい第１導電型の電流ブロック層を配置する一方、上記第２クラッド層から離れた位置に、格子不整合率が大きい第１導電型の電流ブロック層を配置することによって、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子の拡散速度および間接的な上記活性層への歪量が制御し易くなる。したがって、高出力時の駆動電流が低減さると共に、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子が、安定して得られる。
【００３５】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記第１導電型の電流ブロック層はＡlxＩnzＰ(０≦ｘ,ｚ≦１)によって構成されている。
【００３６】
この実施例によれば、上記ＡlxＩnzＰにおける各組成比を制御することによって、上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率が所望の値に制御される。したがって、高出力時の駆動電流が低減され、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子が安定して得られる。
【００３７】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記第１導電型の電流ブロック層はＡlxＩnzＡsαＰβ(０≦α,β≦１)によって構成されている。
【００３８】
この実施例によれば、上記ＡlxＩnzＡsαＰβの各組成比を制御することによって、上記半導体基板に対する上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率が所望の値に制御される。したがって、高出力時の駆動電流が低減され、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子が安定して得られる。
【００３９】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記電流ブロック層内におけるＡl組成比ｘおよびＩn組成比ｚは一様であり、上記電流ブロック層内におけるＡs組成比αは上記第２導電型の第２クラッド層近傍において０である。
【００４０】
この実施例によれば、上記第２導電型の第２クラッド層から離れるに従って上記格子不整合率が大きくなるように、上記第１導電型のＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層のＡs組成比αを変化させることによって、上記第２クラッド層近傍における上記ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層の格子不整合率が小さくなる。こうして、上記第２クラッド層にマイナスの歪みを間接的に付与しつつ、上記活性層へのマイナスの歪みが軽減される。したがって、第２導電性を有する不純物原子の上記活性層への拡散が低減され、且つ、上記活性層での結晶性劣化が抑制される。その結果、高出力時の駆動電流が低減されると共に、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子が、得られるのである。
【００４１】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記第２導電型の第２クラッド層に含まれる不純物原子はＢe原子である。
【００４２】
この実施例によれば、ＡlＧaＩnＰ系材料において拡散定数が小さいＢe原子が用いられて、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れたＣＯＤフリーの半導体レーザ素子が得られる。
【００４３】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記第２導電型の第２クラッド層は、上記半導体基板に対して、−０.１５％以上且つ０.０５％以下の格子不整合率を有している。
【００４４】
この実施例によれば、上記第１導電型の電流ブロック層にマイナスの格子不整合が与えられることによって、上記第２導電型の第２クラッド層にマイナスの歪みが間接的に付与されることになる。さらに、上記第２クラッド層にマイナスの格子不整合が与えられて、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子の拡散速度が更に低下される。その結果、上記不純物原子の上記活性層への拡散が更に低減されて、高出力時の駆動電流が更に低減される。
【００４５】
また、１実施例の半導体レーザ素子では、上記第１導電型の電流ブロック層の格子不整合率は、上記第２導電型の第２クラッド層の格子不整合率よりも小さくなっている。
【００４６】
この実施例によれば、上記第２導電型の第２クラッド層へのマイナスの歪みが効率良く付与されて、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子の拡散速度がより低減される。その結果、上記不純物原子の活性層への拡散がより低減され、高出力時の駆動電流がより低減される。
【００４７】
また、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に少なくとも第１導電型の第１クラッド層,活性層および第２導電型の第２クラッド層を含むＡlＧaＩnＰ系材料から成る積層構造体を形成する工程と、上記第２クラッド層における反基板側をストライプ状のリッジに加工する工程と、上記半導体基板に対して−０.２０％以上且つ０％以下の格子不整合率を有する第１導電型の電流ブロック層によって上記リッジの両側を埋め込む工程を備えている。
【００４８】
上記構成によれば、上記第１導電型の電流ブロック層にマイナスの格子不整合が与えられることによって、上記第２導電型の第２クラッド層にマイナスの歪みが間接的に付与されることになり、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子の拡散速度が低下する。その結果、上記第２導電性を有する不純物原子の上記活性層への拡散が低減されて、高出力時の駆動電流が低減される。その場合、上記第２導電性を有する不純物原子がＢe原子であってもその拡散速度が低下されて、上記活性層への拡散が低減されるのである。
【００４９】
また、１実施例の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第２導電型の第２クラッド層には第２導電性を有する不純物原子としてＢe原子が含まれていると共に、上記積層構造体を形成した後であって上記ストライプ状のリッジを加工する前に、上記積層構造体が形成されたウェハにおけるレーザ共振器端面近傍領域に第２導電性を有するＺn原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、上記不純物拡散源膜が形成されたウェハをアニールして、上記レーザ共振器端面近傍領域における上記第２導電型の第２クラッド層に含まれる第２導電性を有するＢe原子と、レーザ共振器端面近傍領域における上記不純物拡散源膜に含まれる第２導電性を有するＺn原子とを、上記レーザ共振器端面近傍領域の活性層に拡散させて、上記レーザ共振器端面近傍領域の活性層におけるフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層におけるフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくする工程を備えている。
【００５０】
この実施例によれば、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層ではレーザ光の吸収が無い窓領域が形成され、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層でのＣＯＤが抑制される。したがって、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子が得られる。
【００５１】
また、１実施例の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第１導電型の電流ブロック層によって上記リッジの両側を埋め込む工程では、上記第１導電型の電流ブロック層としてＡlxＩnzＡsαＰβを用いると共に、上記ＡlxＩnzＡsαＰβのＡl組成比ｘおよびＩn組成比ｚを一定にすると共に、Ａs組成比αを上記第２導電型の第２クラッド層から離れるに従って大きくなるように制御する。
【００５２】
この実施例によれば、上記第２導電型の第２クラッド層近傍において、ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層の格子不整合率が小さくなる。こうして、上記第２クラッド層にマイナスの歪みを間接的に付与しながらも、上記活性層へのマイナスの歪みが軽減される。したがって、第２導電性を有する不純物原子の上記活性層への拡散が低減され、且つ、上記活性層での結晶性劣化が抑制される。その結果、高出力時の駆動電流が低減されて、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子が得られる。
【発明の効果】
【００５３】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子は、第２導電型の第２クラッド層における反基板側のリッジの両側に形成された第１導電型の電流ブロック層を、半導体基板に対して−０.２０％以上且つ０％以下の格子不整合率を有するようにしたので、上記電流ブロック層にマイナスの格子不整合が与えられて、上記第２クラッド層にマイナスの歪みが間接的に付与される。したがって、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子がＢe原子であってもその拡散速度を低下することができ、上記不純物原子の上記活性層への拡散を低減して、高出力時の駆動電流を低減できる。
【００５４】
さらに、レーザ共振器端面近傍領域における上記活性層でのフォトルミネッセンスのピーク波長を、レーザ共振器内部領域における上記活性層でのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくすれば、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層にレーザ光の吸収が無い窓領域を形成することができる。したがって、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層でのＣＯＤを抑制して、高出力駆動における長期信頼性に優れたＣＯＤフリーの半導体レーザ素子を得ることができる。
【００５５】
また、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第２導電型の第２クラッド層における反基板側をストライプ状のリッジに加工し、半導体基板に対して−０.２０％以上且つ０％以下の格子不整合率を有する第１導電型の電流ブロック層によって上記リッジの両側を埋め込むので、上記電流ブロック層にマイナスの格子不整合が与えられて、上記第２クラッド層にマイナスの歪みが間接的に付与される。したがって、上記第２クラッド層中に存在する第２導電性を有する不純物原子がＢe原子であってもその拡散速度を低下することができ、上記不純物原子の上記活性層への拡散を低減して、高出力時の駆動電流を低減できる。
【００５６】
さらに、上記積層構造体を形成した後に、レーザ共振器端面近傍領域に第２導電性を有するＺn原子を含む不純物拡散源膜を形成した後にアニールを行って、上記レーザ共振器端面近傍領域において、上記第２クラッド層に含まれるＢe原子と上記不純物拡散源膜に含まれるＺn原子とを上記活性層に拡散させれば、上記レーザ共振器端面近傍領域の活性層におけるフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層におけるフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくすることができる。したがって、上記レーザ共振器端面近傍領域における活性層にレーザ光の吸収が無い窓領域を形成でき、高出力時の駆動電流を低減し、高出力駆動における長期信頼性に優れたＣＯＤフリーの半導体レーザ素子を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５８】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の半導体レーザ素子における構造を示す断面図である。図１において、図１(a)は光出射端面を臨む斜視図、図１(b)は図１(a)における導波路を含むＡ‐Ａ'矢視断面図、図１(c)は図１(a)におけるＢ‐Ｂ'矢視断面図である。
【００５９】
図１において、４１はｎ型ＧaＡs基板(キャリア濃度２×１０18cm-3)、４２はｎ型ＧayＩnzＰ(０≦ｙ,ｚ≦１)バッファ層(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.２μm)、４３はｎ型ＡlxＧayＩnzＰ(０≦ｘ≦１)第１クラッド層(キャリア濃度１×１０18cm-3)（ｘ＝０.３６０,ｙ＝０.１５５,ｚ＝０.４８５)（膜厚約２μm)である。また、４４は、ＡlxＧayＩnzＰバリア層（ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５０Å)およびＧayＩnzＰウェル層(ｙ＝０.４８５,ｚ＝０.５１５)（膜厚約５０Å)を交互に積層して成る多重量子井戸構造を、２つのＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層(ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５００Å)で挟んでなる活性層(ＭＱＷ活性層)である。
【００６０】
また、４５はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層(キャリア濃度２×１０18cm-3)(ｘ＝０.３６０,ｙ＝０.１５５,ｚ＝０.４８５)（膜厚約０.１μm)、４６はｐ型エッチングストップ層、４７はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層(キャリア濃度２×１０18cm-3)(ｘ＝０.３６０,ｙ＝０.１５５,ｚ＝０.４８５)(膜厚１.２μm)、４８はｐ型ＧayＩnzＰ中間層(キャリア濃度５×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.０５μm)、４９はｐ型ＧaＡs保護層(キャリア濃度１×１０19cm-3)（膜厚約０.５μm)である。すなわち、本実施の形態においては、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５とｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７とで、特許請求の範囲における第２クラッド層を構成しているのである。
【００６１】
ここで、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層４８およびｐ型ＧaＡs保護層４９は、ストライプ状のリッジ５４を構成している。尚、ｎ型ＧaＡs基板４１〜ｎ型ＡlＧaＩnＰ第１クラッド層４３の各層にはｎ型導電性不純物としてＳi原子が導入され、ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４５〜ｐ型ＧaＡs保護層４９の各層にはｐ型導電性不純物としてＢe原子が導入されている。
【００６２】
さらに、５０はｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック(狭窄)層(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｘ＝０.５３８,ｚ＝０.４６２)（膜厚約１.２μm)であり、リッジストライプからなるｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７の側面を埋め込む様に形成されている。また、５１はｐ型ＧaＡsコンタクト層(キャリア濃度１×１０19cm-3)(膜厚約４μm)、５２はｐ側電極、５３はｎ側電極である。
【００６３】
上記構成の半導体レーザ素子においては、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０内で一様に−０.１０％となっている。この場合に、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子定数ａ2は、ｎ型ＧaＡs基板４１の格子定数ａ1よりも小さくなっている(ａ2＜ａ1)。
【００６４】
また、上記半導体レーザ素子においては、ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層４２,ｐ型エッチングストップ層４６,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層４８およびｐ型ＧaＡs保護層４９が、ｎ型ＧaＡs基板４１に対して０％の格子不整合率を有している。この場合、ｎ型ＧaＡs基板４１と等しい格子定数ａ1を有している。
【００６５】
さらに、上記半導体レーザ素子においては、上記ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層４３,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７は、ｎ型ＧaＡs基板４１に対して＋０.０５％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層４４を構成する上記ＡlxＧayＩnzＰバリア層およびＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層は、ｎ型ＧaＡs基板４１に対して＋０.０３％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層４４を構成している上記ＧayＩnzＰウェル層は、ｎ型ＧaＡs基板４１に対して＋０.２２％の格子不整合率を有している。この場合、ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層４３,ＡlxＧayＩnzＰバリア層,ＧayＩnzＰウェル層,ＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７は、ｎ型ＧaＡs基板４１の格子定数ａ1よりも大きい格子定数を有している。
【００６６】
上記ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０においては、構成するＡlxＩnzＰのＩn組成比ｚを調整することによって格子不整合率(Δａ/ａ：単位％)が与えられている。
【００６７】
ここで、上記ｎ型ＧaＡs基板４１に対する格子不整合率とＡl,Ｇa,Ｉnの各組成比との関係について説明する。Ａl,Ｇa,Ｉnの各組成比からｎ型ＧaＡs基板４１に対する格子不整合率(Δａ/ａ)を算出する関係式は、式(１)および式(２)で表すことができる。
Δａ/ａ＝−３.５９１２＋７.４ｚ
＋(０.１３１３５−０.１３ｚ)ｘ/(ｘ＋ｙ）…（１）
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１                                      …（２）
【００６８】
ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が０％である場合におけるＩn組成比ｚは、式(１)および式(２)においてΔａ/ａ＝０,ｙ＝０であるからｚ＝０.４７６となる。したがって、ｎ型ＡlＩnＰ電流ブロック層５０の組成はＡl0.524Ｉn0.476Ｐとなる。一方、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が−０.１０％である場合におけるＩn組成比ｚは、式(１)及び式(２)においてΔａ/ａ＝−０.１０,ｙ＝０であるからｚ＝０.４６２となる。したがって、ｎ型ＡlＩnＰ電流ブロック層５０の組成は、Ａl0.538Ｉn0.462Ｐとなる。すなわち、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０がｎ型ＧaＡs基板４１に対してマイナスの格子不整合率を有する場合におけるＩn組成比ｚ2は、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０がｎ型ＧaＡs基板４１と格子整合する場合(格子不整合率が０％の場合)のＩn組成比ｚ1よりも小さくなっている。
【００６９】
次に、上記構成を有する半導体レーザ素子の製造方法について、図２および図３に従って説明する。先ず、図２(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板４１上に、分子線エピタキシー(ＭＢＥ)法によって、順次、ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層４２,ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層４３,ＭＱＷ活性層４４,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５,ｐ型エッチングストップ層４６,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層４８およびｐ型ＧaＡs保護層４９をエピタキシャル成長させる。
【００７０】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型ＧaＡs保護層４９上にレーザ共振器端面に垂直な方向へ延在するストライプ状のレジストマスク５５を形成し、公知のエッチング技術を用いて、図２(b)に示すように、ｐ型ＧaＡs保護層４９,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層４８およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７をｐ型エッチングストップ層４６に到達するまでエッチングして、約３μm幅のストライプ状のリッジ５４を形成する。
【００７１】
次に、上記ｐ型ＧaＡs保護層４９上に形成されているストライプ状のレジストマスク５５を除去し、２回目のＭＢＥ法によって、図２(c)に示すように、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層４８およびｐ型ＧaＡs保護層４９からなるリッジ５４の側面を、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０で埋め込む。その際に、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０内で一様になるように、Ｉn組成比を制御する。
【００７２】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図３(d)に示すように、リッジ５４の側面に形成されたｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０上にレジストマスク５６,５６を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク５６の開口部にあるｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０のみを選択的に除去する。次に、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０上に形成されているレジストマスク５６を除去し、３回目のＭＢＥ法を行って、図３(e)に示すように、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５１を形成する。さらに、図示していないが、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５１の上面にはｐ側電極５２を形成し、ｎ型ＧaＡs基板４１の下面にはｎ側電極５３を形成する。
【００７３】
その後、共振器の長さ８００μmを幅とするバー状に分割し、さらにバーの両側における光出射面に反射膜(図示せず)をコーティングし、最後にチップ状に分割して半導体レーザ素子が得られる。
【００７４】
本実施の形態における製造方法によって形成された上記ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が一様に−０.１０％である半導体レーザ素子の特性測定を行った。また、比較のために、上記製造方法において、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率を、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０内で一様に、−０.３０％,−０.２５％,−０.２０％,−０.１５％,−０.０５％,０％,＋０.０５％,＋０.１０％,＋０.１５％,＋０.２０％,＋０.２５％および＋０.３０％とした１２種類の比較用半導体レーザ素子を作成し、その特性測定をも同時に行った。
【００７５】
先ず、ＣＷ５０mＷでの発振波長(λ)を測定した結果、本実施の形態における半導体レーザ素子および１２種類の比較用半導体レーザ素子は、共に６５５nmを呈した。次に、ＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)を、本実施の形態における半導体レーザ素子および１２種類の比較用半導体レーザ素子について測定した。
【００７６】
図４に、本実施の形態における製造方法によって形成された半導体レーザ素子および１２種類の比較用半導体レーザ素子に関して、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率とＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)との関係を示す。図４において、縦軸はＣＷ５０mＷでのＩop(mＡ)を示し、横軸はｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率(％)を示している。
【００７７】
図４から判るように、上記ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が−０.２０％以上且つ０％以下の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が８５mＡ以下と低くなっている。これに対して、上記格子不整合率が−０.２０％より下あるいは０％より上の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が急激に高くなっている。
【００７８】
上記ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０内で一様にマイナスの格子不整合を与えることによって、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５にマイナスの歪みを間接的に付与することになる。そのため、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５中に存在するｐ型導電性を有する不純物原子(Ｂe原子)の拡散速度が低下することになり、その結果Ｂe原子のＭＱＷ活性層４４への拡散が低減される。したがって、上記格子不整合率が０％以下の範囲では駆動電流(Ｉop)が低くなる。ところが、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が−０.２０％よりも下である場合には、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０が、ｎ型ＧaＡs基板４１およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５に対して格子緩和してしまい、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５への歪みの効果が無くなる。そのために、Ｂe原子の活性層への拡散が増加し、上記駆動電流(Ｉop)が高くなってしまう。
【００７９】
すなわち、上記格子不整合率が−０.２０％以上且つ０％以下の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が８５mＡ以下と低くなるのに対して、上記格子不整合率が−０.２０％より下あるいは０％より上の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が急激に高くなるのである。
【００８０】
以上のことから、上記ｎ型ＧaＡs基板４１に対する上記ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率を、−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲内にすることによって、駆動電流の低電流化が実現されることが分る。したがって、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率が、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０内で一様に−０.１０％となっている本実施の形態における半導体レーザ素子の場合は、駆動電流が低減されているのである。
【００８１】
・第２実施の形態 
図５は、本実施の形態の半導体レーザ素子における構造を示す断面図である。図５において、図５(a)は光出射端面を臨む斜視図、図５(b)は図５(a)における導波路を含むＣ‐Ｃ'矢視断面図、図５(c)は図５(a)におけるＤ‐Ｄ'矢視断面図である。
【００８２】
図５において、６１はｎ型ＧaＡs基板(キャリア濃度２×１０18cm-3)、６２はｎ型ＧayＩnzＰ(０≦ｙ,ｚ≦１)バッファ層(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.２μm)、６３はｎ型ＡlxＧayＩnzＰ(０≦ｘ≦１)第１クラッド層(キャリア濃度１×１０18cm-3)（ｘ＝０.３６０,ｙ＝０.１５５,ｚ＝０.４８５)（膜厚約２μm)である。また、６４は、ＡlxＧayＩnzＰバリア層（ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５０Å)およびＧayＩnzＰウェル層(ｙ＝０.４８５,ｚ＝０.５１５)（膜厚約５０Å)を交互に積層して成る多重量子井戸構造を、２つのＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層(ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５００Å)で挟んでなる活性層(ＭＱＷ活性層)である。尚、ＭＱＷ活性層６４のうち、６４aはレーザ共振器内部におけるＭＱＷ活性層(以下、活性領域と言う)であり、６４bはレーザ共振器端面近傍においてフォトルミネッセンスのピーク波長が活性領域６４aよりも小さい領域(以下、窓領域と言う)である。
【００８３】
また、６５はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層(キャリア濃度２×１０18cm-3)(ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２)(膜厚約０.１μm)、６６はｐ型エッチングストップ層、６７はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層（キャリア濃度２×１０18cm-3)（ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２)(膜厚１.２μm)、６８はｐ型ＧayＩnzＰ中間層(キャリア濃度５×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.０５μm)、６９はｐ型ＧaＡs保護層(キャリア濃度１×１０19cm-3)（膜厚約０.５μm)である。すなわち、本実施の形態においては、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５とｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７とで、特許請求の範囲における第２クラッド層を構成しているのである。
【００８４】
ここで、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８およびｐ型ＧaＡs保護層６９は、ストライプ状のリッジ７４を構成している。また、７５はｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８およびｐ型ＧaＡs保護層６９が除去されて成る電流非注入領域である。尚、ｎ型ＧaＡs基板６１〜ｎ型ＡlＧaＩnＰ第１クラッド層６３の各層にはｎ型導電性不純物としてＳi原子が導入され、ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層６５〜ｐ型ＧaＡs保護層６９の各層にはｐ型導電性不純物としてＢe原子が導入されている。
【００８５】
さらに、７０はｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック(狭窄)層(キャリア濃度１×１０18cm-3)（ｘ＝０.５３８,ｚ＝０.４６２)（膜厚約１.２μm)であり、リッジストライプからなるｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の側面を埋め込む様に形成されている。また、７１はｐ型ＧaＡsコンタクト層(キャリア濃度１×１０19cm-3)(膜厚約４μm)、７２はｐ側電極、７３はｎ側電極である。
【００８６】
上記構成の半導体レーザ素子においては、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７は、ｎ型ＧaＡs基板６１に対して−０.０５％の格子不整合率を有している。また、上記ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０は、ｎ型ＧaＡs基板６１に対して−０.１０％の格子不整合率を有している。この場合には、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７およびｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０の格子定数は、ｎ型ＧaＡs基板６１の格子定数よりも小さくなっている。
【００８７】
また、上記半導体レーザ素子においては、ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層６２,ｐ型エッチングストップ層６６,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８およびｐ型ＧaＡs保護層６９は、ｎ型ＧaＡs基板６１に対して０％の格子不整合率を有している。この場合、ｎ型ＧaＡs基板６１と等しい格子定数ａ1を有している。
【００８８】
さらに、上記半導体レーザ素子においては、上記ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層６３は、ｎ型ＧaＡs基板６１に対して＋０.０５％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層６４を構成する上記ＡlxＧayＩnzＰバリア層およびＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層は、ｎ型ＧaＡs基板６１に対して＋０.０３％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層６４を構成する上記ＧayＩnzＰウェル層は、ｎ型ＧaＡs基板６１に対して＋０.２２％の格子不整合率を有している。この場合には、ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層６３,ＡlxＧayＩnzＰバリア層,ＧayＩnzＰウェル層,ＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７は、ｎ型ＧaＡs基板６１の格子定数ａ1より大きい格子定数を有している。
【００８９】
上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７は、これらを構成するＡlxＧayＩnzＰにおけるＡl組成比とＧa組成比との比(Ａl組成比/(Ａl組成比＋Ｇa組成比))が常に一定(Ａl組成比/(Ａl組成比＋Ｇa組成比)＝０.７)となるように調整し、且つ、Ｉn組成比ｚを調整することによって、格子不整合率(Δａ/ａ)が与えられている。
【００９０】
上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が−０.０５％である場合におけるＡl組成比ｘ,Ｇa組成比ｙ,Ｉn組成比ｚは、式(１)および式(２)において、Δａ/ａ＝−０.０５０,ｘ/(ｘ＋ｙ)＝０.７であるから、ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２となる。したがって、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の組成はＡl0.370Ｇa0.158Ｉn0.472Ｐとなる。
【００９１】
次に、上記構成を有する半導体レーザ素子の製造方法について、図６および図７に従って説明する。先ず、図６(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板６１上に、分子線エピタキシー(ＭＢＥ)法によって、順次、ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層６２,ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層６３,ＭＱＷ活性層６４,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５,ｐ型エッチングストップ層６６,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８およびｐ型ＧaＡs保護層６９をエピタキシャル成長させる。
【００９２】
その場合に、上記ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７内で一様になるように、Ｉn組成比を制御する。
【００９３】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図６(b)に示す様に、レーザ共振器端面近傍領域における上記ｐ型ＧaＡs保護層６９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅６０μmのストライプ状の不純物拡散源膜であるＺnvＯw(ｖ,ｗ≧１)膜７６を形成する。尚、ＺnvＯw膜７６の膜厚は３５nmとし、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μmとしている。その後、ＺnvＯw膜７６が形成されたウェハ全面に、誘電体膜であるＳitＯu(ｔ,ｕ≧１)膜７７を膜厚が２００nmになるように形成する。
【００９４】
次に、表面が誘電体膜であるＳitＯu膜７７で覆われているウェハに対して、窒素雰囲気下において、温度５１０℃,保持時間２時間の条件によってアニールを行う。これによって、不純物拡散源膜であるＺnvＯw膜７６が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、上記ＺnvＯw膜７６からのＺn原子をＭＱＷ活性層６４まで拡散させる。それと同時に、ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層６５〜ｐ型ＧaＡs保護層６９の各層に含まれるＢe原子も同時にＭＱＷ活性層６４まで拡散させて、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)６４bのフォトルミネッセンスのピーク波長を、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)６４aのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくする。
【００９５】
上述のようなアニールによって上記ＭＱＷ活性層６４に活性領域６４aと窓領域６４bとを形成した後のウェハの一部を用いて、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)６４bとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)６４aとの波長を、ＰＬ法によって測定した。その結果、上記窓領域６４bからの発光スペクトルは、活性領域６４aからの発光スペクトルよりも３８nmだけ短波長側に波長シフトしていることが確認できた。
【００９６】
その後に、上記ｐ型ＧaＡs保護層６９上に形成されたＺnvＯw膜７６およびＳitＯu膜７７を除去し、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図６(c)に示すように、ｐ型ＧaＡs保護層６９上にレーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスク７８を形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型ＧaＡs保護層６９,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７をｐ型エッチングストップ層６６に到達するまでエッチングして、約２μm幅のストライプ状のリッジ７４を形成する。
【００９７】
次に、上記ｐ型ＧaＡs保護層６９上に形成されているストライプ状のレジストマスク７８を除去し、２回目のＭＢＥ法によって、図７(d)に示すように、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８およびｐ型ＧaＡs保護層６９からなるリッジ７４の側面を、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０で埋め込む。その際に、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０の格子不整合率が、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０内で一様になるように、Ｉn組成比を制御する。
【００９８】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ７４の側面に形成されたｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０上にレジストマスク(図示せず)を形成し、公知のエッチング技術を用いて、上記レジストマスクの開口部であってリッジ７４上に形成されているｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０を選択的に除去する。そうした後に、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０上に形成されている上記レジストマスクを除去し、再度、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図７(e)に示すように、レーザ共振器内部領域に幅７４０μmのレジストマスク７９を形成し、上記レーザ共振器端面近傍領域におけるレジストマスク７９の開口部におけるｐ型ＧaＡs保護層６９およびｐ型ＧayＩnzＰ中間層６８を選択的に除去する。尚、レジストマスク７９の開口部は、レーザ共振器端面近傍領域におけるＭＱＷ活性層(窓領域)６４bの直上に位置するように形成されている。
【００９９】
こうすることによって、上記レーザ共振器端面近傍領域におけるｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７とｐ型ＧaＡsコンタクト層７１との間でバンドギャップエネルギー差が生じ、電流非注入領域７５が形成されるのである。また、上記プロセスによって形成された電流非注入領域７５は、窓領域６４bの直上になっている。したがって、窓領域６４bへの電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減される。
【０１００】
その後、上記レーザ共振器内部領域に形成されたレジストマスク７９を除去した後、３回目のＭＢＥ法によって、図７(f)に示すように、ｐ型ＧaＡsコンタクト層７１を形成する。さらに、図示していないが、ｐ型ＧaＡsコンタクト層７１の上面にはｐ側電極７２を形成し、ｎ型ＧaＡs基板６１の下面にはｎ側電極７３を形成する。
【０１０１】
次に、６０μm幅のレーザ共振器端面近傍領域の略中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さのバー状に分割し、さらにバーの両側における光出射面に反射膜(図示せず)をコーティングし、最後にチップに分割して、長さ８００μmの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μmの窓領域および電流非注入領域を有する半導体レーザ素子が得られる。
【０１０２】
本実施の形態における製造方法によって形成された上記ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が一様に−０.０５％である半導体レーザ素子の特性測定を行った。また、比較のために、上記製造方法において、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率を、ｐ型第２,第３クラッド層６５,６７内において一様に、−０.２０％,−０.１５％,−０.１０％,０％,＋０.０５％,＋０.１０％,＋０.１５％,＋０.２０％とした８種類の比較用半導体レーザ素子を作成し、その特性測定をも同時に行った。
【０１０３】
先ず、ＣＷ５０mＷでの発振波長(λ)を測定した結果、本実施の形態における半導体レーザ素子および８種類の比較用半導体レーザ素子は、共に６６０nmを呈した。また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態における半導体レーザ素子および比較用半導体レーザ素子共に３００mＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。
【０１０４】
このことから、上記窓領域６４bのフォトルミネッセンスのピーク波長が活性領域６４aのフォトルミネッセンスのピーク波長より小さい本半導体レーザ素子においては、窓領域６４bにおいてレーザ光の吸収が無い領域が形成され、その結果、窓領域６４bでのＣＯＤが抑制されていることが確認された。
【０１０５】
次に、ＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)を、本実施の形態における半導体レーザ素子および８種類の比較用半導体レーザ素子について測定した。
【０１０６】
図８に、本実施の形態における製造方法によって形成された半導体レーザ素子および８種類の比較用半導体レーザ素子に関して、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率とＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)との関係を示す。図８において、縦軸はＣＷ５０mＷでのＩop(mＡ)を示し、横軸はｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２,第３クラッド層６５,６７の格子不整合率(％)を示している。
【０１０７】
図８から分るように、上記ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が−０.１５％以上且つ＋０.０５％以下の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が１００mＡ以下と低くなっている。これに対して、上記格子不整合率が−０.１５％より下あるいは＋０.０５％より上の範囲では、駆動電流(Ｉop)が急激に高くなっている。
【０１０８】
上記ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０にマイナスの格子不整合を与えることにより、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５にマイナスの歪みを間接的に付与することになる。そのため、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５中に存在するＢe原子の拡散速度が低下する。さらに、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７にマイナスの格子不整合を与えることによって、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５中に存在するＢe原子の拡散速度がさらに低下することになり、その結果Ｂe原子のＭＱＷ活性層６４への拡散が低減されることになる。したがって、上記格子不整合率が０％以下の範囲では駆動電流(Ｉop)が低くなる。ところが、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が−０.１５％よりも下である場合には、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５のマイナスの歪みによってＭＱＷ活性層６４に結晶欠陥が形成される。そのため、上記駆動電流(Ｉop)が急激に増加してしまう。さらに、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が＋０.０５％よりも上である場合には、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５での歪みの効果が減少する。そのために、Ｂe原子の活性層への拡散が増加してしまう。
【０１０９】
すなわち、上記格子不整合率が−０.１５％以上且つ＋０.０５％以下の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が１００mＡ以下と低くなるのに対して、上記格子不整合率が−０.１５％より下あるいは＋０.０５％より上の範囲では、上記駆動電流(Ｉop)が急激に高くなるのである。
【０１１０】
以上のことから、上記ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率を、−０.１５％以上且つ＋０.０５％以下、好ましくは−０.１０％以上且つ０％以下の範囲内にすることによって、駆動電流の低電流化が実現されることが分る。したがって、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率が、−０.０５％となっている本実施の形態における半導体レーザ素子の場合には、駆動電流が低減されているのである。
【０１１１】
尚、本実施の形態においては、上記レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)６４bのフォトルミネッセンスのピーク波長を、上記レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)６４aのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくした窓構造半導体レーザ素子において、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層６５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層６７の格子不整合率を−０.０５％としている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記第１実施の形態における半導体レーザ素子においても、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層４７の格子不整合率を、−０.１５％以上且つ＋０.０５％以下、好ましくは−０.１０％以上且つ０％以下の範囲内にすることによって、駆動電流の低電流化を実現することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態においては、上記ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０の格子不整合率が、上記ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０内で一様に−０.１０％となっている。しかしながら、ｎ型ＧaＡs基板６１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層７０の格子不整合率が、−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲であれば、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
・第３実施の形態 
図９は、本実施の形態の半導体レーザ素子における構造を示す断面図である。図９において、図９(a)は光出射端面を臨む斜視図、図９(b)は図９(a)における導波路を含むＥ‐Ｅ'矢視断面図、図９(c)は図９(a)におけるＦ‐Ｆ'矢視断面図である。
【０１１４】
図９において、８１はｎ型ＧaＡs基板(キャリア濃度２×１０18cm-3)、８２はｎ型ＧayＩnzＰ(０≦ｙ,ｚ≦１)バッファ層(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.２μm)、８３はｎ型ＡlxＧayＩnzＰ(０≦ｘ≦１)第１クラッド層(キャリア濃度１×１０18cm-3)（ｘ＝０.３６０,ｙ＝０.１５５,ｚ＝０.４８５)（膜厚約２μm)である。また、８４は、ＡlxＧayＩnzＰバリア層 (ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５０Å)およびＧayＩnzＰウェル層(ｙ＝０.４８５,ｚ＝０.５１５)（膜厚約５０Å)を交互に積層して成る多重量子井戸構造を、２つのＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層(ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５００Å)で挟んでなる活性層(ＭＱＷ活性層)である。尚、ＭＱＷ活性層８４のうち、８４aはレーザ共振器内部におけるＭＱＷ活性層(以下、活性領域と言う)であり、８４bはレーザ共振器端面近傍においてフォトルミネッセンスのピーク波長が活性領域８４aよりも小さい領域(以下、窓領域と言う)である。
【０１１５】
また、８５はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層(キャリア濃度２×１０18cm-3)(ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２)(膜厚約０.１μm)、８６はｐ型エッチングストップ層、８７はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層（キャリア濃度２×１０18cm-3)（ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２)(膜厚１.２μm)、８８はｐ型ＧayＩnzＰ中間層(キャリア濃度５×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.０５μm)、８９はｐ型ＧaＡs保護層(キャリア濃度１×１０19cm-3)（膜厚約０.５μm)である。すなわち、本実施の形態においては、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５とｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７とで、特許請求の範囲における第２クラッド層を構成しているのである。
【０１１６】
ここで、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層８８およびｐ型ＧaＡs保護層８９は、ストライプ状のリッジ９４を構成している。また、９５はｐ型ＧayＩnzＰ中間層８８およびｐ型ＧaＡs保護層８９が除去されて成る電流非注入領域である。尚、ｎ型ＧaＡs基板８１〜ｎ型ＡlＧaＩnＰ第１クラッド層８３の各層にはｎ型導電性不純物としてＳi原子が導入され、ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層８５〜ｐ型ＧaＡs保護層８９の各層にはｐ型導電性不純物としてＢe原子が導入されている。
【０１１７】
さらに、９０は、リッジストライプからなるｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７の側面を埋め込む様に形成された電流ブロック(狭窄)層であり、ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０a(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｘ＝０.５４５,ｚ＝０.４５５)(膜厚約０.３μm)と、ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０b(キャリア濃度１×１０18cm-3)（ｘ＝０.５３１,ｚ＝０.４６９)（膜厚約０.９μm)とで、構成されている。また、９１はｐ型ＧaＡsコンタクト層(キャリア濃度１×１０19cm-3)(膜厚約４μm)、９２はｐ側電極、９３はｎ側電極である。
【０１１８】
上記半導体レーザ素子においては、上記ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aのｎ型ＧaＡs基板８１に対する格子不整合率は−０.１５％であり、ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bのｎ型ＧaＡs基板８１に対する格子不整合率は−０.０５％であり、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れるに従って上記格子不整合率が階段状に大きくなっている。この場合、ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０a及びｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの格子定数は、ｎ型ＧaＡs基板８１の格子定数よりも小さく、ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０a,ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの順に、ｎ型ＧaＡs基板８１の格子定数に近づいている。
【０１１９】
また、上記半導体レーザ素子においては、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７は、ｎ型ＧaＡs基板８１に対して−０.０５％の格子不整合率を有している。この場合、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７の格子定数は、ｎ型ＧaＡs基板８１の格子定数よりも小さくなっている。
【０１２０】
また、上記半導体レーザ素子においては、ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層８２,ｐ型エッチングストップ層８６,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層８８およびｐ型ＧaＡs保護層８９は、ｎ型ＧaＡs基板８１に対して０％の格子不整合率を有している。この場合、ｎ型ＧaＡs基板８１と等しい格子定数ａ1を有している。
【０１２１】
さらに、上記半導体レーザ素子においては、上記ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層８３は、ｎ型ＧaＡs基板８１に対して＋０.０５％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層８４を構成する上記ＡlxＧayＩnzＰバリア層およびＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層は、ｎ型ＧaＡs基板３０１に対して＋０.０３％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層８４を構成する上記ＧayＩnzＰウェル層は、ｎ型ＧaＡs基板８１に対して＋０.２２％の格子不整合率を有している。この場合は、ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層８３,ＡlxＧayＩnzＰバリア層,ＧayＩnzＰウェル層,ＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７は、ｎ型ＧaＡs基板８１の格子定数ａ1より大きい格子定数を有している。
【０１２２】
上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７は、これらを構成するＡlxＧayＩnzＰにおけるＡl組成比とＧa組成比との比(Ａl組成比/(Ａl組成比＋Ｇa組成比))が常に一定(Ａl組成比/(Ａl組成比＋Ｇa組成比)＝０.７)となるように調整し、且つ、Ｉn組成比ｚを調整することによって、格子不整合率(Δａ/ａ)が与えられている。また、ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aおよびｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bは、これらを構成するＡlxＩnzＰのＩn組成比ｚを調整することによって格子不整合率(Δａ/ａ)が与えられている。
【０１２３】
上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７の格子不整合率が−０.０５％である場合におけるＡl組成比ｘ,Ｇa組成比ｙ,Ｉn組成比ｚは、式(１)および式(２)において、Δａ/ａ＝−０.０５０,ｘ/(ｘ＋ｙ)＝０.７であるから、ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２となる。したがって、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５及びｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層８７の組成はＡl0.370Ｇa0.158Ｉn0.472Ｐとなる。
【０１２４】
一方、上記ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aの格子不整合率が−０.１５％である場合におけるＩn組成比ｚは、式(１)及び式(２)においてΔａ/ａ＝−０.１５,ｙ＝０であるから、ｚ＝０.４５５となる。したがって、ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aの組成比はＡl0.545Ｉn0.455Ｐとなる。また、ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの格子不整合率が−０.０５％である場合におけるＩn組成比ｚは、式(１)および式(２)においてΔａ/ａ＝−０.０５,ｙ＝０であるから、ｚ＝０.４６９となる。したがって、ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの組成比はＡl0.531Ｉn0.469Ｐとなる。
【０１２５】
本実施の形態における半導体レーザ素子の特性測定を行った。また、比較のために、上記第２実施の形態における半導体レーザ素子の特性測定をも同時に行った。先ず、ＣＷ５０mＷでの発振波長(λ)を測定した結果、本実施の形態および第２実施の形態における半導体レーザ素子は、共に６６０nmを呈した。次に、ＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)を測定した結果、本実施の形態および第２実施の形態における半導体レーザ素子は、共に８５mＡを呈した。また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態および第２実施の形態における半導体レーザ素子共に３００mＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。
【０１２６】
さらに、上記各半導体レーザ素子について７０℃５０mＷでの信頼性試験を行ったところ、上記第２実施の形態における半導体レーザ素子の平均寿命は２０００時間であるのに対して、本実施の形態における半導体レーザ素子の平均寿命は約３０００時間であり、平均寿命が向上している。
【０１２７】
以上のことから、本実施の形態の半導体レーザ素子の如く、上記ｎ型ＧaＡs基板８１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aの格子不整合率が−０.１５％、ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの格子不整合率が−０.０５％であり、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れるに従って上記格子不整合率が階段状に大きくなっている半導体レーザ素子においては、駆動電流の低電流化と更なる長期信頼性の向上とが実現されていることが分る。
【０１２８】
上記駆動電流の低電流化と更なる長期信頼性の向上とは、以下の理由によって実現される。すなわち、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５近傍に、格子不整合率の小さいｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aを配置する一方、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れた位置に、格子不整合率の大きいｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０bを配置することにより、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５にマイナスの歪みを間接的に付与しつつ、ＭＱＷ活性層８４へのマイナスの歪みは低減でき、その結果、Ｂe原子の活性層への拡散が低減され、且つ、ＭＱＷ活性層８４での結晶性劣化が抑制されたためである。
【０１２９】
尚、本実施の形態においては、上記ｎ型ＧaＡs基板８１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aの格子不整合率を−０.１５％、ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの格子不整合率を−０.０５％とし、さらに、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れるにしたがって上記格子不整合率が階段状に大きくなるようにしている。しかしながら、上記ｎ型ＧaＡs基板８１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aおよびｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの格子不整合率を−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲内とし、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れるにしたがって上記格子不整合率が階段状に大きくなるようにしても、本実施の形態の効果を得ることができる。
【０１３０】
また、本実施の形態においては、上記ｎ型第１,第２電流ブロック層９０a,９０bをＡlxＩnzＰで構成しているが、ＡlxＩnzＡsαＰβ(０≦α,β≦は１)で構成しても本実施の形態の効果を得ることができる。また、上記ｎ型第１電流ブロック層９０aをＡlxＩnzＰで構成し、ｎ型第２電流ブロック層９０bをＡlxＩnzＡsαＰβで構成しても、本実施の形態の効果を得ることができる。
【０１３１】
また、本実施の形態においては、上記ｎ型ＧaＡs基板８１に対する格子不整合率が異なるｎ型電流ブロック層を２層形成している。しかしながら、ｎ型ＧaＡs基板８１に対する格子不整合率が異なるｎ型電流ブロック層の層数を２層以上とし、各ｎ型電流ブロック層の格子不整合率を−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲内とすると共に、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れるに従って上記格子不整合率が階段状に大きくなるようにしても、本実施の形態の効果を得ることができる。
【０１３２】
また、本実施の形態においては、上記レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)８４bのフォトルミネッセンスのピーク波長を、上記レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)８４aのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくした窓構造半導体レーザ素子において、ｎ型ＧaＡs基板８１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層９０aの格子不整合率を−０.１５％とし、ｎ型ＧaＡs基板８１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層９０bの格子不整合率を−０.０５％とし、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層８５から離れるに従って上記格子不整合率が階段状に大きくなるようにしている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記第１実施の形態における半導体レーザ素子においても、ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層を２層に形成し、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層およびｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層の格子不整合率を、−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲内とし、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５から離れるに従って上記格子不整合率が階段状に大きくなるように構成することによって、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上とを実現することができるのである。
【０１３３】
・第４実施の形態
図１０は、本実施の形態の半導体レーザ素子における概略構造を示す断面図である。図１０において、図１０(a)は光出射端面を臨む斜視図であり、図１０(b)は図１０(a)における導波路を含むＧ‐Ｇ'矢視断面図であり、図１０(c)は図１０(a)におけるＨ‐Ｈ'矢視断面図である。
【０１３４】
図１０において、１０１はｎ型ＧaＡs基板(キャリア濃度２×１０18cm-3)、１０２はｎ型ＧayＩnzＰ(０≦ｙ,ｚ≦１)バッファ層(キャリア濃度１×１０18cm-3)（ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約０.２μm)、１０３はｎ型ＡlxＧayＩnzＰ(０≦ｘ≦１)第１クラッド層(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｘ＝０.３６０,ｙ＝０.１５５,ｚ＝０.４８５)(膜厚約２μm)である。また、１０４は、ＡlxＧayＩnzＰバリア層(ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)(膜厚約５０Å)およびＧayＩnzＰウェル層(ｙ＝０.４８５,ｚ＝０.５１５)(膜厚約５０Å)を交互に積層して成る多重量子井戸構造を、２つのＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層(ｘ＝０.２５８,ｙ＝０.２５７,ｚ＝０.４８５)（膜厚約５００Å)で挟んでなる活性層（ＭＱＷ活性層)である。尚、ＭＱＷ活性層１０４のうち、１０４aはレーザ共振器内部におけるＭＱＷ活性層(以下、活性領域と言う)であり、１０４bはレーザ共振器端面近傍においてフォトルミネッセンスのピーク波長が活性領域１０４aよりも小さい領域(以下、窓領域と言う)である。
【０１３５】
さらに、１０５はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層（キャリア濃度２×１０18cm-3)（ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２)(膜厚約０.１μm)、１０６はｐ型エッチングストップ層、１０７はｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層（キャリア濃度２×１０18cm-3)(ｘ＝０.３７０,ｙ＝０.１５８,ｚ＝０.４７２)(膜厚１.２μm)、１０８はｐ型ＧayＩnzＰ中間層(キャリア濃度５×１０18cm-3)(ｙ＝０.５１５,ｚ＝０.４８５)（膜厚約０.０５μm)、１０９はｐ型ＧaＡs保護層（キャリア濃度１×１０19cm-3)（膜厚約０.５μm)である。つまり、本実施の形態においては、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５とｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７とで、特許請求の範囲における第２クラッド層を構成しているのである。
【０１３６】
ここで、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８およびｐ型ＧaＡs保護層１０９は、ストライプ状のリッジ１１４を構成している。また、１１５はｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８およびｐ型ＧaＡs保護層１０９が除去されて成る電流非注入領域である。尚、ｎ型ＧaＡs基板１０１〜ｎ型ＡlＧaＩnＰ第１クラッド層１０３の各層にはｎ型導電性不純物としてＳi原子が導入され、ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層１０５〜ｐ型ＧaＡs保護層１０９の各層にはｐ型導電性不純物としてＢe原子が導入されている。
【０１３７】
さらに、１１０はリッジストライプからなるｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７の側面を埋め込む様に形成されたｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ(０≦α,β≦１)電流ブロック(狭窄)層(キャリア濃度１×１０18cm-3)(ｘ＝０.５４５,ｚ＝０.４５５,α＝０〜０.０２９,β＝１〜０.９７１)(膜厚約１.２μm)、１１１はｐ型ＧaＡsコンタクト層(キャリア濃度１×１０19cm-3)(膜厚約４μm)、１１２はｐ側電極、１１３はｎ側電極である。
【０１３８】
上記半導体レーザ素子においては、上記ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０は、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対して−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の格子不整合率を有しており、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従って上記格子不整合率が大きく、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αが０であり、Ａl組成比ｘおよびＩn組成比ｚが一定になっている。この場合、ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子定数は、ｎ型ＧaＡs基板１０１の格子定数よりも小さくなっている。
【０１３９】
また、上記半導体レーザ素子においては、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７は、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対して−０.０５％の格子不整合率を有している。この場合、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７の格子定数は、ｎ型ＧaＡs基板１０１の格子定数よりも小さくなっている。
【０１４０】
また、上記半導体レーザ素子においては、上記ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層１０２,ｐ型エッチングストップ層１０６,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８及びｐ型ＧsＡs保護層１０９は、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対して０％の格子不整合率を有している。この場合は、ｎ型ＧaＡs基板１０１と等しい格子定数ａ1を有している。
【０１４１】
さらに、上記半導体レーザ素子においては、ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層１０３は、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対して＋０.０５％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層１０４を構成する上記ＡlxＧayＩnzＰバリア層およびＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層は、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対して＋０.０３％の格子不整合率を有している。また、ＭＱＷ活性層１０４を構成する上記ＧayＩnzＰウェル層は、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対して＋０.２２％の格子不整合率を有している。この場合、ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層１０３,ＡlxＧayＩnzＰバリア層,ＧayＩnzＰウェル層,ＡlxＧayＩnzＰ光ガイド層,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７は、ｎ型ＧaＡs基板１０１の格子定数ａ1より大きい格子定数を有している。
【０１４２】
上記ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０は、構成しているＡlxＩnzＡsαＰβのＡs組成比αを調整することによって格子不整合率(Δａ/ａ)が与えられている。
【０１４３】
ここで、上記ｎ型ＧaＡs基板１０１に対する格子不整合率とＡl,Ｉn,Ａs,Ｐの各組成比との関係について説明する。Ａl,Ｉn,Ａs,Ｐの各組成比からｎ型ＧaＡs基板１０１に対する格子不整合率(Δａ/ａ；単位％)を算出する関係式は、式(３)で表すことができる。
Δａ/ａ＝−３.４５９８５＋７.２７×ｚ＋３.４９１×α  …（３）
【０１４４】
ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍のｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率が−０.１５％である場合におけるＡs組成比αは、Ｉn組成比をｚ＝０.４５５とした場合に、式(３)においてα＝０となる。したがって、ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の組成はＡl0.545Ｉn0.455Ｐとなる。さらに、上記ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率が−０.０５％である場合におけるＡs組成比αは、Ｉn組成比をｚ＝０.４５５とした場合に、式(３)においてα＝０.０２９となる。したがって、ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の組成はＡl0.545Ｉn0.455Ａs0.029Ｐ0.971となる。  
【０１４５】
次に、上記構成を有する半導体レーザ素子の製造方法について、図１１および図１２に従って説明する。先ず、図１１(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板１０１上に、分子線エピタキシー法によって、順次、ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層１０２,ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層１０３,ＭＱＷ活性層１０４,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５,ｐ型エッチングストップ層１０６,ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８およびｐ型ＧaＡs保護層１０９をエピタキシャル成長させる。
【０１４６】
その場合、上記ｎ型ＧaＡs基板１０１に対するｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７の格子不整合率が、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７内で一様になるように、Ｉn組成比を制御する。
【０１４７】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図１１(b)に示すように、レーザ共振器端面近傍領域におけるｐ型ＧaＡs保護層１０９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅６０μmのストライプ状の不純物拡散源膜であるＺnvＯw(ｖ,ｗ≧１)膜１１６を形成する。尚、ＺnvＯw膜１１６の膜厚は３５nmとし、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μmとしている。その後、ＺnvＯw膜１１６が形成されたウェハ全面に、誘電体膜であるＳitＯu(ｔ,ｕ≧１)膜１１７を膜厚を２００nmになるように形成する。
【０１４８】
次に、表面が誘電体膜であるＳitＯu膜１１７で覆われているウェハに対して、窒素雰囲気下において、温度５１０℃,保持時間２時間の条件によってアニールを行う。これによって、不純物拡散源膜であるＺnvＯw膜１１６が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、ＺnvＯw膜１１６からのＺn原子をＭＱＷ活性層１０４まで拡散させる。それと同時に、ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層１０５〜ｐ型ＧaＡs保護層１０９の各層に含まれるＢe原子も同時にＭＱＷ活性層１０４まで拡散させて、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)１０４bのフォトルミネッセンスのピーク波長を、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)１０４aのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくする。
【０１４９】
上述のようなアニールによって上記ＭＱＷ活性層１０４に活性領域１０４aと窓領域１０４bとを形成した後のウェハの一部を用いて、上記レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)１０４bとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)１０４aとの波長を、ＰＬ法によって測定した。その結果、窓領域１０４bからの発光スペクトルは、活性領域１０４aからの発光スペクトルよりも３８nmだけ短波長側に波長シフトしていることが確認できた。
【０１５０】
その後、上記ｐ型ＧaＡs保護層１０９上に形成されたＺnvＯw膜１１６およびＳitＯu膜１１７を除去し、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図１１(c)に示すように、ｐ型ＧaＡs保護層１０９上にレーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスク１１８を形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型ＧaＡs保護層１０９,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８およびｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７をｐ型エッチングストップ層１０６に到達するまでエッチングして、約２μm幅のストライプ状のリッジ１１４を形成する。
【０１５１】
次に、上記ｐ型ＧaＡs保護層１０９上に形成されているストライプ状のレジストマスク１１８を除去した後に、２回目のＭＢＥ法によって、図１２(d)に示すように、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７,ｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８およびｐ型ＧaＡs保護層１０９からなるリッジ１１４の側面を、ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０で埋め込む。その際に、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対するｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率はｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０内で変化しており、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従って上記格子不整合率が大きくなるように、Ａl組成比ｘ及びＩn組成比ｚを一定にした状態で、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αを０とし、Ａs組成比αを変化させることによって制御されている。
【０１５２】
その後に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ１１４の側面に形成されたｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の表面にレジストマスク(図示せず)を形成し、公知のエッチング技術を用いて、上記レジストマスク開口部であってリッジ１１４上に形成されているｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０を選択的に除去する。そうした後、ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０上に形成された上記レジストマスクを除去し、再度、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図１２(e)に示すように、レーザ共振器内部領域に幅１４０μmのレジストマスク１１９を形成し、上記レーザ共振器端面近傍領域におけるレジストマスク１１９開口部におけるｐ型ＧaＡs保護層１０９およびｐ型ＧayＩnzＰ中間層１０８を選択的に除去する。尚、レジストマスク１１９の開口部は、レーザ共振器端面近傍領域におけるＭＱＷ活性層(窓領域)１０４bの直上に位置するように形成されている。
【０１５３】
こうすることによって、上記レーザ共振器端面近傍領域におけるｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層１０７とｐ型ＧaＡsコンタクト層１１１の間でバンドギャップエネルギー差が生じ、電流非注入領域１１５が形成されるのである。また、上記プロセスによって形成された電流非注入領域１１５が、窓領域１０４bの直上になっている。したがって、窓領域１０４bの電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減される。
【０１５４】
その後、上記レーザ共振器内部領域に形成されたレジストマスク１１９を除去し、３回目のＭＢＥ法によって、図１２(f)に示すように、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１１を形成する。さらに、図示していないが、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１１の上面にはｐ側電極１１２を形成し、ｎ型ＧaＡs基板１０１の下面にはｎ側電極１１３を形成する。
【０１５５】
次に、６０μm幅のレーザ共振器端面近傍領域の略中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さのバー状に分割し、さらにバーの両側における光出射面に反射膜(図示せず)をコーティングし、最後にチップに分割して、長さ８００μmの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μmの窓領域および電流非注入領域を有する半導体レーザ素子が得られる。
【０１５６】
本実施の形態における製造方法によって形成された半導体レーザ素子の特性測定を行った。また、比較のために、上記第２実施の形態における半導体レーザ素子の特性測定も同時に行った。
【０１５７】
先ず、ＣＷ５０mＷでの発振波長(λ)を測定した結果、本実施の形態における半導体レーザ素子及び上記第２実施の形態における半導体レーザ素子は、共に６６０nmを呈した。また、ＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)を測定した結果、本実施の形態における半導体レーザ素子及び上記第２実施の形態における半導体レーザ素子は、共に８５mＡを呈した。また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態における半導体レーザ素子及び上記第２実施の形態における半導体レーザ素子は、共に３００mＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。
【０１５８】
さらに、上記各半導体レーザ素子の７０℃５０mＷでの信頼性試験を行ったところ、上記第２実施の形態における半導体レーザ素子の平均寿命は２０００時間であるのに対し、本実施の形態における半導体レーザ素子では約３０００時間であり、平均寿命が向上している。
【０１５９】
以上のことから、本実施の形態の半導体レーザ素子のごとく、上記ｎ型ＧaＡs基板１０１に対するｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０内の格子不整合率は、−０.１５％〜−０.０５％の範囲で変化しており、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従って上記格子不整合率が大きく、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αが０であり、Ａl組成比ｘおよびＩn組成比ｚが一定となっている半導体レーザ素子においては、駆動電流の低電流化と更なる長期信頼性の向上とが実現されていることが分る。
【０１６０】
上記駆動電流の低電流化とさらなる長期信頼性の向上とは、以下の理由によって実現される。すなわち、上記ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０内でマイナスの格子不整合率を変化させることによって、部分的なマイナスの歪みを導入でき、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従って上記格子不整合率が大きくなるように、ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αを変化させることにより、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率を小さくでき、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５にマイナスの歪みを間接的に付与しながらも、ＭＱＷ活性層１０４へのマイナスの歪みは軽減される。その結果、Ｂe原子の活性層への拡散が低減され、且つ、ＭＱＷ活性層１０４での結晶性劣化が抑制されたためである。
【０１６１】
尚、本実施の形態においては、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対するｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率を−０.１５％〜−０.０５％として、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従ってｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の上記格子不整合率が大きく、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５の近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αが０であり、Ａl組成比ｘおよびＩn組成比ｚが一定になるようにしている。しかしながら、上記ｎ型ＧaＡs基板１０１に対するｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率を−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲内とし、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従って上記格子不整合率が大きく、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αが０であり、Ａl組成比ｘおよびＩn組成比ｚが一定になるようにしても、本実施の形態の効果を得ることができる。
【０１６２】
また、本実施の形態においては、上記レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)１０４bのフォトルミネッセンスのピーク波長を、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)１０４aのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくした窓構造半導体レーザ素子において、ｎ型ＧaＡs基板１０１に対するｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０の格子不整合率を−０.１５％〜−０.０５％とし、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５から離れるに従って上記格子不整合率が大きく、上記ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層１０５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層１１０のＡs組成比αが０であり、Ａl組成比ｘ及びＩn組成比ｚが一定になるようにしている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記第１実施の形態における半導体レーザ素子においても、ｎ型ＧaＡs基板４１に対するｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０の格子不整合率を、−０.２０％以上且つ０％以下、好ましくは−０.１５％以上且つ−０.０５％以下の範囲内とし、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５から離れるに従って上記格子不整合率が大きく、ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層４５近傍でのｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層５０のＡl組成比ｘおよびＩn組成比ｚを一定にすることによって、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上とを実現することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明の半導体レーザ素子は、光ディスクへの書き込み用光源として有用であり、ＤＶＤプレーヤやＤＶＤ‐ＲＡＭドライブ等の光ディスク装置用光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】この発明の半導体レーザ素子における断面図である。
【図２】図１に示す半導体レーザ素子の製造方法における各工程での断面図である。
【図３】図２に続く各工程での断面図である。
【図４】図１に示す半導体レーザ素子及び比較用半導体レーザ素子におけるｎ型ＧaＡs基板に対するｎ型ＡlＩnＰ電流ブロック層の格子不整合率とＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)との関係を示す図である。
【図５】図１とは異なる半導体レーザ素子における断面図である。
【図６】図５に示す半導体レーザ素子の製造方法における各工程での断面図である。
【図７】図６に続く各工程での断面図である。
【図８】図５に示す半導体レーザ素子及び比較用半導体レーザ素子におけるｎ型ＧaＡs基板に対するｐ型ＡlＧaＩnＰ第２,第３クラッド層の格子不整合率とＣＷ５０mＷでの駆動電流(Ｉop)との関係を示す図である。
【図９】図１および図５とは異なる半導体レーザ素子における断面図である。
【図１０】図１,図５及び図９とは異なる半導体レーザ素子における断面図である。
【図１１】図１０に示す半導体レーザ素子の製造方法における各工程での断面図である。
【図１２】図１１に続く各工程での断面図である。
【図１３】不純物原子の活性層への拡散を抑制する従来のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ素子の断面図である。
【図１４】ＣＯＤレベルを向上させる従来の窓構造を有する半導体レーザ素子の断面図である。
【図１５】図１４に示す従来の半導体レーザ素子の製造方法における各工程での断面図である。
【図１６】図１５に続く各工程での断面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
４１,６１,８１,１０１…ｎ型ＧaＡs基板、
４２,６２,８２,１０２…ｎ型ＧayＩnzＰバッファ層、
４３,６３,８３,１０３…ｎ型ＡlxＧayＩnzＰ第１クラッド層、
４４,６４,８４,１０４…ＭＱＷ活性層、
４５,６５,８５,１０５…ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第２クラッド層、
４６,６６,８６,１０６…ｐ型エッチングストップ層、
４７,６７,８７,１０７…ｐ型ＡlxＧayＩnzＰ第３クラッド層、
４８,６８,８８,１０８…ｐ型ＧayＩnzＰ中間層、
４９,６９,８９,１０９…ｐ型ＧaＡs保護層、
５０,７０…ｎ型ＡlxＩnzＰ電流ブロック層、
５１,７１,９１,１１１…ｐ型ＧaＡsコンタクト層、
５２,７２,９２,１１２…ｐ側電極、
５３,７３,９３,１１３…ｎ側電極、
５４,７４,９４,１１４…リッジ、
５５,５６,７８,７９,１１８,１１９…レジストマスク、
６４a,８４a,１０４a…活性領域、
６４b,８４b,１０４b…窓領域、
７５,９５,１１５…電流非注入領域、
７６,１１６…ＺnvＯw膜、
７７,１１７…ＳitＯu膜、
９０a…ｎ型ＡlxＩnzＰ第１電流ブロック層、
９０b…ｎ型ＡlxＩnzＰ第２電流ブロック層、
１１０…ｎ型ＡlxＩnzＡsαＰβ電流ブロック層。
【図１】
2005045009.tif 000003
【図２】
2005045009.tif 000004
【図３】
2005045009.tif 000005
【図４】
2005045009.tif 000006
【図５】
2005045009.tif 000007
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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