(57)【要約】  【課題】  リッジ形成後にサポート部を形成することでサポート部の形状を最適化し、素子信頼性が高く偏光特性の良い半導体レーザ素子を提供することである。  【解決手段】  半導体レーザ素子は、活性層１４の上方にリッジ１を有し、少なくともリッジ１を覆い、且つ少なくともリッジ１の上方に凹部２ａを有し、凹部２ａの両側に凸状のサポート部２ｂを有するサポート層２が積層された構成である。その作製工程は、リッジ１形成後の結晶成長によりリッジ１の上面以外に電流ブロック層１７、１８が積層され、次の結晶成長によりサポート層２が積層され、凹部２ａがエッチングにより形成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層の上方にリッジを有する半導体レーザ素子において、
少なくとも前記リッジを覆い、且つ少なくとも前記リッジの上方に凹部を有し、該凹部の両側に凸状のサポート部を有するサポート層が積層されたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジ形成後の結晶成長により前記リッジの上面以外に電流ブロック層が積層され、次の結晶成長により前記サポート層が積層され、前記凹部がエッチングにより形成され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】
前記サポート層は前記電流ブロック層よりも厚いことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記サポート層は、前記リッジと同じ導電型の材料からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストライプ状のリッジを有する、いわゆるリッジストライプ型の半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リッジストライプ型の半導体レーザ素子が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。例えば、図４（ａ）は、従来の１波長半導体レーザ素子の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。この１波長半導体レーザ素子は、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、エッチングストッパ層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が順に形成されている。そして、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層をエッチングすることにより、素子表面にリッジ１０１が形成されているとともに、リッジ１０１の両側に所定間隔おいてサポート部１０２が形成されている。なお、説明を簡略化するため、図中では、ｎ型ブロック層、ｐ型電極およびｎ型電極の図示を省略している。
【０００３】
また例えば、図５（ａ）は、従来の２波長半導体レーザ素子の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。この２波長半導体レーザ素子の層構成は、図４に示した１波長半導体レーザ素子の層構成と同じである。素子中央に形成された素子分割溝１０４を挟んで、両側の素子で異なった波長の光が発せられる。
【０００４】
このような構成の１又は２波長半導体レーザ素子は、図４（ｃ）又は図５（ｃ）に示すように、基板におけるリッジ１０１およびサポート部１０２側をサブマウント１０３に取り付け、このサブマウント１０３を介して保持体（図示せず）に保持される（ジャンクションダウン方式）。
【特許文献１】特許第３３４８０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のジャンクションダウン方式が適用される半導体レーザ素子では、リッジの両側にサポート部１０２を設け、活性層にて発生する熱を、リッジ１０１およびサポート部１０２を介してサブマウント１０３に伝達させるようにしている。
【０００６】
また、サポート部１０２には、素子をサブマウント１０３に固定する際にリッジ１０１にかかる応力を緩和する役割もある。リッジ１０１へ応力が集中すると、素子信頼性（素子寿命）が低下したり、偏光特性にばらつきが生じたりする。上述した図４や図５の半導体レーザ素子は、リッジ１０１の形成と同時にサポート部１０２を形成しているため、サポート部１０２の高さは任意に調整することができず、設計上制限される。従って、従来のサポート部１０２の形状では、リッジ１０１への応力緩和の役割が十分に果たされていない。その結果、素子信頼性や偏光特性を最適化できていない。
【０００７】
なお、リッジ１０１へかかる応力は小さい程良いが、偏光角の微調整のため若干応力がかかっている程度が望ましい。この微妙な応力の調整を実現するためには、従来のサポート部１０２の設計の範囲内では困難であった。
【０００８】
更に、サポート部１０２をサブマウントへ半田付けする際に従来のサポート部１０２の形状では素子壁面へ半田が付着することがあり、素子信頼性が低下する原因となっていた。
【０００９】
本発明は、リッジ形成後にサポート部を形成することでサポート部の形状を最適化し、素子信頼性が高く偏光特性の良い半導体レーザ素子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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、活性層の上方にリッジを有する半導体レーザ素子において、少なくとも前記リッジを覆い、且つ少なくとも前記リッジの上方に凹部を有し、該凹部の両側に凸状のサポート部を有するサポート層が積層されたことを特徴とする。
【００１１】
上記半導体レーザ素子において、前記リッジ形成後の結晶成長により前記リッジの上面以外に電流ブロック層が積層され、次の結晶成長により前記サポート層が積層され、前記凹部がエッチングにより形成され得る。
【００１２】
また上記半導体レーザ素子において、前記サポート層は前記電流ブロック層よりも厚いことが望ましい。
【００１３】
また上記半導体レーザ素子において、前記サポート層は、前記リッジと同じ導電型の材料からなることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リッジ形成後にサポート層を積層してサポート部と凹部とを形成することにより、所望の層厚のサポート層を積層できるので、組み立て時のリッジへの応力を緩和するのに最適なサポート部の形状とすることができ、素子信頼性が高く偏光特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１５】
また、従来はサポート部をサブマウントへ半田付けする際に素子壁面へ半田が付着することがあり、素子信頼性が低下する原因となっていたが、本発明によれば、サポート部からはみ出した半田は凹部に溜まり、素子壁面へ半田が付着することがないので、素子信頼性が向上する。
【００１６】
また、従来は電流ブロック層の厚み分だけがサポート部とリッジとの高さの差であったが、サポート層を電流ブロック層の厚みの総和よりも厚くすることにより、サポート部の高さが高くなり、よりリッジへの応力を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１（ａ）は、１波長半導体レーザ素子（以下、単に素子と称する）の概略の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。なお、説明を簡略化するため、これらの図中、素子表面の電極層（ｐ型電極、ｎ型電極）の図示は省略している。
【００１８】
この素子は、ストライプ状のリッジ１と、リッジ１を覆い、且つ少なくともリッジ１の上方に凹部２ａを有し、凹部２ａの両側に凸状のサポート部２ｂを有するサポート層２とを備えている。またサポート部２ｂは、サブマウント３に素子を安定して取り付けるための支持部であり、サポート層２の存在により、リッジ１が保護される。
【００１９】
本素子は、図１（ｃ）に示すように、サポート層２側をサブマウント３に取り付け、このサブマウント３を介して保持体（図示せず）に保持される（ジャンクションダウン方式）。以下、素子の詳細な構成について説明する。
【００２０】
図２は、図１の素子の詳細な構成を示す断面図である。この素子において、ｎ型（第１導電型）ＧａＡｓからなる基板１１上には、ｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層１２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１３、ＧａＩｎＰからなり、レーザ光（例えば赤色）を出射する活性層１４、ｐ型（第２導電型）ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１５およびｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストッパ層１６がこの順で積層されている。
【００２１】
エッチングストッパ層１６上には、上記したストライプ状のリッジ１が形成されている。そして、リッジ１のトップを除く表面には、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１７およびｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層１８がこの順で積層されており、リッジ１のトップおよび電流ブロック層１８上には、ｐ型ＧａＡｓからなるサポート層２が積層されている。
【００２２】
サポート層２にはリッジ１と同じ導電型の材料を用いる。サポート層２の材料としては、上記の他に例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ等を用いることができる。
【００２３】
上記のリッジ１は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１９、ｐ型ＧａＩｎＰからなるコンタクト層２０およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２１がこの順で積層されて構成されており、これらをエッチングストッパ層１６までエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）することにより形成されている。なお、コンタクト層２１は必ずしも必要ではない。
【００２４】
また、図示しないが、サポート層２上にはｐ型電極が形成され、一方、基板１１の裏面側にはｎ型電極が形成されている。ｐ型電極とｎ型電極とを流れる電流が、素子の動作電流である。
【００２５】
各層の厚みは、例えば、基板１１が１００μｍ、バッファ層１２が０．５μｍ、ｎ型クラッド層１３が１．５μｍ、活性層１４が０．０５μｍ、ｐ型クラッド層１５が０．１７、エッチングストッパ層１６が０．０５μｍ、電流ブロック層１７が０．５μｍ、電流ブロック層１８が０．５μｍ、ｐ型クラッド層１９が０．１７μｍ、コンタクト層２０が０．１μｍ、コンタクト層２１が０．５μｍ、サポート層２が６μｍとすることができる。
【００２６】
上記の構成の素子を作製するには、まず、１回目の結晶成長（１ｓｔエピ）において、基板１１上にバッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、活性層１４、ｐ型クラッド層１５、エッチングストッパ層１６、ｐ型クラッド層１９、コンタクト層２０およびコンタクト層２１を成長させる。
【００２７】
次に、コンタクト層２１の表面にＳｉＯ２マスクを形成し、酸処理によりリッジ１を形成する。次に、２回目の結晶成長（２ｎｄエピ）において、２層の電流ブロック層１７、１８を成長させる。このときリッジ１の上にはＳｉＯ２が存在するため結晶は成長しない。
【００２８】
次に、先程形成したＳｉＯ２マスクをエッチングにより除去する。そして、３回目の結晶成長（３ｒｄエピ）において、サポート層２を成長させる。次に、サポート層２表面のサポート部２ｂとなる部分にフォトマスクを形成し、任意の深さまでエッチングして凹部２ａを形成する。その後、ｐ型電極とｎ型電極を形成する。
【００２９】
ここで、リッジ１へかかる応力は小さい程良いが、偏光角の微調整のため若干応力がかかっている程度が望ましい。この微妙な応力の調整を実現するため、特に、凹部２ａとサポート部２ｂの寸法を最適に設計する必要がある。
【００３０】
作製された素子の各寸法は、例えば、素子の縦（リッジ１が延在する方向）が６００〜１５００μｍ、素子の横が１５０〜３００μｍ、素子の高さが５０〜２００μｍ、リッジ１の幅が１．５〜４．０μｍ、凹部２ａの深さＨが０．５〜６．０μｍ、凹部２ａの幅Ｗが３０〜２００μｍ、サポート部２ｂの幅（＝（素子の横−Ｗ）／２）が５〜１００μｍとすることができる。
【００３１】
凹部２ａは少なくともリッジ１の上方には形成されており、これによりリッジ１の上方がサブマウント３に当たることがないので、リッジ１へかかる応力が緩和される。リッジ１へかかる応力は、凹部２ａの幅Ｗと深さＨの長さによって変化するため、幅Ｗと深さＨを最適に設計することにより、素子信頼性や偏光特性を最適化できる。
【００３２】
一方、サポート部２ｂは凹部２ａの両側に形成されており、サブマウント３へ安定して固定するために、両サポート部２ｂは同じ高さでその表面は平坦であることが好ましい。なお、サポート部２ｂは、縦や横方向に形成された溝によって分割された形状であってもよい。
【００３３】
また、サポート層２は電流ブロック層１７、１８の厚みの総和よりも厚いことが望ましい。従来は電流ブロック層の厚み分だけがサポート部とリッジとの高さの差であったが、それよりもサポート部２ｂの高さを高くすることで、よりリッジ１への応力を緩和することができる。
【００３４】
このように、リッジ形成後にサポート層２を積層してサポート部２ｂと凹部２ａとを形成することにより、所望の層厚のサポート層２を積層できるので、組み立て時のリッジ１への応力を緩和するのに最適なサポート部２ｂの形状とすることができ、素子信頼性が高く偏光特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３５】
また、従来はサポート部１０２をサブマウント１０３へ半田付けする際に素子壁面へ半田が付着することがあり、素子信頼性が低下する原因となっていたが、本発明によれば、サポート部２ｂからはみ出した半田は凹部２ａに溜まり、素子壁面へ半田が付着することがないので、素子信頼性が向上する。
【００３６】
本発明は２波長半導体レーザ素子にも応用できる。図３（ａ）は、２波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。なお、説明を簡略化するため、これらの図中、素子表面の電極層（ｐ型電極、ｎ型電極）の図示は省略している。
【００３７】
この２波長半導体レーザ素子の層構成は、図１に示した１波長半導体レーザ素子の層構成と同じである。素子中央に形成された素子分割溝４を挟んで、両側の素子で異なった波長の光が発せられる。
【００３８】
本素子は、図３（ｃ）に示すように、リッジ１およびサポート層２側をサブマウント３に取り付け、このサブマウント３を介して保持体（図示せず）に保持される。
【００３９】
この２波長半導体レーザ素子は上記の１波長半導体レーザ素子を２つ繋げたものであるので、各部（深さＨや幅Ｗなど）の長さは、上記の１波長半導体レーザ素子の長さと同様である。
【００４０】
このような２波長半導体レーザ素子おいても上記の１波長半導体レーザ素子と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の半導体レーザ素子は、１波長半導体レーザ素子又は２波長以上の半導体レーザ素子とすることができ、光ディスクの読み取りや書き込み等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）は、本発明の半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の詳細な構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、２波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は、図３（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、従来の１波長半導体レーザ素子の平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は、図４（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、従来の２波長半導体レーザ素子の平面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は、図５（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    リッジ
２    サポート層
２ａ    凹部
２ｂ    サポート部
３    溝部
１４    活性層
１７、１８    電流ブロック層
【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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