(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド層を含むリッジが活性層上に形成された半導体レーザ素子において、
上記リッジの両側に、光吸収のない非光吸収層が形成され、
上記非光吸収層の上に、所定のエッチャントに対して、上記非光吸収層に比べて、エッチングされにくいエッチング選択性を有するエッチング選択層が形成され、
上記非光吸収層の表面は、上記エッチング選択層で覆われ、
上記非光吸収層は、ＡｌＩｎＰで形成され、
上記エッチング選択層は、ＩｎＧａＰで形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２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記エッチング選択層の層厚を、５０Å以上とした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を製造する方法において、
上記リッジを形成した後に、少なくとも、上記非光吸収層と、所定のエッチャントに対して、上記非光吸収層に比べて、エッチングされにくいエッチング選択性を有するエッチング選択層とを順にエピタキシャル成長させる工程と、
上記所定のエッチャントを使用して、上記非光吸収層のうちの上記リッジの上端面上に成長した部分をエッチングする一方、上記非光吸収層のうちの上記リッジの側面上に成長した部分をエッチングしないようにすることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記所定のエッチャントが、燐酸を含む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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、III-Ｖ族化合物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】
ＡlＧａIｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板と格子整合が可能であることと、III−Ｖ族化合物半導体の中で最も直接遷移バンドギャップが大きいことから、可視領域の発光素子の開発が進められている。特に、光ディスク，オーディオ/ビデオディスク用光源として、より高密度な記録が可能となり、可視領域の発光素子として用いられている。
【０００３】
最近は、高出力動作での高信頼性が求められており、このような特性を実現する構造が、多く提案されている。
【０００４】
図６(Ａ)〜(Ｃ),図７(Ａ)〜(Ｃ)の断面図を参照して、従来の半導体レーザの製造方法を説明する。
【０００５】
図６(Ａ)に示すように、まず、第１回目の成長工程で、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＡlＧａＩｎＰクラッド層１０３、ＧａIｎＰ活性層１０４、ｐ型ＡlＧａIｎＰ第１クラッド層１０５、ＧａIｎＰエッチングストップ層１０６、ｐ型ＡlＧａIｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａIｎＰ中間層１０８、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９を積層する。
【０００６】
次に、図６(Ｂ)に示すように、ＧａIｎＰエッチングストップ層１０６でエッチングが停止するように、ｐ型ＡlＧａIｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａIｎＰ中間層１０８、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９の３層をエッチングし、リッジ１２０を形成する。
【０００７】
次に、図６(Ｃ)に示すように、第２回目の成長工程で、ｎ型ＡlIｎＰ電流ブロック層１１０を積層する。この電流ブロック層１１０は、リッジ１２０上に積層された頂き部分１１０Ａと、リッジ１２０の両脇でエッチングストップ層１０６上に形成された脇部分１１０Ｂからなる。
【０００８】
次に、図７(Ａ)に示すように、上記リッジ１２０の上に積層されたｎ型ＡlIｎＰ電流ブロック層１１０の頂き部分１１０Ａの両側にレジスト１１５を塗布し、リソグラフィー技術により、リッジ１２０上のｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１１０の頂き部分１１０Ａをエッチングする。これにより、この頂き部分１１０Ａを除去する。
【０００９】
ところで、このエッチング時に、図７(Ａ)に示すように、リッジ１２０の上に積層したｎ型ＡlIｎＰ電流ブロック層１１０の頂き部分１１０Ａと、リッジ１２０の両側に堆積したｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１１０の脇部分１１０Ｂとが接触している。あるいは、上記頂き部分１１０Ａと脇部分１１０Ｂとの間の隙間が狭い。
【００１０】
このため、上記エッチング時に、図７(Ｂ)に示すように、リッジ１２０の両側に堆積したｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１１０の脇部分１１０Ｂも、エッチングされ、この脇部分１１０Ｂとリッジ１２０との間にくさび状の間隙１２１が形成されてしまう。その後、図７(Ｃ)に示すように、第３回目の成長で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１を成長し、ｐ型電極１１７とｎ型電極１１８を形成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例においては、図７(Ｂ)に示すように、リッジ１２０の側面に位置するｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１１０の脇部分１１０Ｂがエッチングされる。したがって、リッジ１２０と脇部分１１０Ｂとの間にくさび状間隙１２１が形成され、図７(Ｃ)に示すように、この間隙１２１に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１のくさび部１１１Ａが入り込んだ構造となる。
【００１２】
このｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１は、ＧａＩｎＰ活性層１０４に比べてバンドギャップが小さいので、ＧａＩｎＰ活性層１０４で発振した光はリッジ１２０の側面に存在するｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１のくさび部１１１Ａに吸収されてしまうことになる。このため、発振しきい値電流や動作電流が増加したり、微分量子効率の低下が発生していた。したがって、信頼性も低下するなどレーザ特性の低下を招いていた。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、発振しきい値電流や動作電流を低く抑えることができ、また、微分量子効率の低下を抑制でき、したがって、信頼性も向上させることができる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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体レーザ素子は、クラッド層を含むリッジが活性層上に形成された半導体レーザ素子において、
上記リッジの両側に、光吸収のない非光吸収層が形成され、
上記非光吸収層の上に、所定のエッチャントに対して、上記非光吸収層に比べて、エッチングされにくいエッチング選択性を有するエッチング選択層が形成され、
上記非光吸収層の表面は、上記エッチング選択層で覆われ、
上記非光吸収層は、ＡｌＩｎＰで形成され、
上記エッチング選択層は、ＩｎＧａＰで形成されていることを特徴としている。
【００１５】
この発明では、上記非光吸収層の上に、上記非光吸収層に比べて、エッチングされにくいエッチング選択性を有するエッチング選択層が形成されている。このエッチング選択層は、製造時に、上記リッジの両側の非光吸収層がエッチングされることを防ぐから、このリッジの側面と上記非光吸収層との間に、リッジ上に形成されるコンタクト層が入り込むのを防止できる。したがって、活性層で発振した光は上記コンタクト層に吸収されることなく、素子端面より取り出され、従来例に見られるような発振しきい値電流や動作電流が増加したり、微分量子効率の低下がみられず、良好な信頼性が得られる。
【００１６】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記非光吸収層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０＜Ｘ≦１,０≦Ｙ≦１)で形成されている。
【００１７】
この一参考例では、上記非光吸収層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０＜Ｘ≦１,０≦Ｙ≦１)で形成されている。したがって、この非光吸収層は、たとえば、ＩｎＧａＰからなるエッチング選択層に対してエッチング選択性を有することができる。
【００１８】
また、一参考例の半導体レーザ素子は、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０≦Ｘ≦１,０＜Ｙ≦１)で形成されている。
【００１９】
この一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０≦Ｘ≦１,０＜Ｙ≦１)で形成されている。したがって、このエッチング選択層は、たとえば、ｎ型ＡlＩｎＰからなる非光吸収層に対して、エッチング選択性を有することができる。
【００２０】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ(０≦Ｘ≦１)で形成されている。
【００２１】
この一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ(０≦Ｘ≦１)で形成されている。したがって、このエッチング選択層は、たとえば、ｎ型ＡlＩｎＰからなる非光吸収層に対してエッチング選択性を有することができる。
【００２２】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＡｓＺＰ１−Ｚ(０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１,０≦Ｚ≦１)で形成されている。
【００２３】
この一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＡｓＺＰ１−Ｚ(０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１,０≦Ｚ≦１)で形成されている。したがって、このエッチング選択層は、たとえば、ｎ型ＡlＩｎＰからなる非光吸収層に対してエッチング選択性を有することができる。
【００２４】
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層の層厚を、５０Å以上とした。
【００２５】
この実施形態では、上記エッチング選択層の層厚を、５０Å以上としたから、上記非光吸収層に対するエッチング選択性をさらに向上させることができる。なお、このエッチング選択層の層厚が５０Å未満では、上記非光吸収層に対するエッチング選択性を十分に確保できない可能性がある。
【００２６】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、クラッド層を含むリッジが活性層上に形成され、このリッジの両側に光吸収のない非光吸収層を設けた構造を有する半導体レーザ素子を製造する方法において、
上記リッジを形成した後に、少なくとも、上記非光吸収層と、所定のエッチャントに対して、上記非光吸収層に比べて、エッチングされにくいエッチング選択性を有するエッチング選択層とを順にエピタキシャル成長させる工程と、
上記所定のエッチャントを使用して、上記非光吸収層のうちの上記リッジの上端面上に成長した部分をエッチングする一方、上記非光吸収層のうちの上記リッジの側面上に成長した部分をエッチングしないようにする。
【００２７】
この実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記リッジを形成した後に上記非光吸収層と上記エッチング選択層とを順に成長させ、上記非光吸収層のうちの上記リッジの上端面上に成長した部分をエッチングする一方、上記非光吸収層のうちの上記リッジの側面上に成長した部分をエッチングしないようにする。
【００２８】
したがって、この実施形態の製造方法によれば、リッジ側面にコンタクト層が入り込まず、活性層で発振した光はコンタクト層で吸収されることがない。したがって、従来例に見られるような発振しきい値電流や動作電流が増加することがなく、微分量子効率の低下がみられず、良好な信頼性が得られる半導体レーザを作製できる。
【００２９】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記所定のエッチャントが、燐酸を含む。
【００３０】
この実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記所定のエッチャントが、燐酸を含むことにより、上記半導体レーザをさらに歩留良く容易に製造できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
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。
【００３２】
(実施形態)
図１〜図４の断面図に、この発明の実施形態のＡlＧａIｎＰ系半導体レーザ素子の製造工程を示す。
【００３３】
まず、図１(Ａ)に示すように、第１回目の成長工程として、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＢＥ(分子線エピタキシャル)法にて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡlＧａIｎＰクラッド層３、ＧａIｎＰ活性層４、ｐ型ＡlＧａIｎＰ第１クラッド層５、ＧａIｎＰエッチングストップ層６、ｐ型ＡlＧａIｎＰ第２クラッド層７、ｐ型ＧａIｎＰ中間層８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９を積層する。
【００３４】
次に、図１(Ｂ)に示すように、上記キャップ層９上に、レジスト１５を塗布した後、ストライプ状に形成する。次に、図１(Ｃ)に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９を硫酸系エッチャントにてエッチングする。
【００３５】
次に、図２(Ａ)に示すように、ｐ型ＧａIｎＰ中間層８を臭素系エッチャントにてエッチングする。次に、図２(Ｂ)に示すように、燐酸系エッチャントにてｐ型ＡlＧａIｎＰ第２クラッド層７をＧａIｎＰエッチングストップ層６までエッチングする。これにより、リッジ２０が形成される。
【００３６】
次に、図２(Ｃ)に示すように、レジスト１５を除去した後、図３(Ａ)に示すように、第２回目の成長工程として、分子線エピタキシャル法にて、非光吸収層としてのｎ型ＡlIｎＰ電流ブロック層１０、エッチング選択層としてのIｎＧａＰエッチング阻止層１１を積層する。
【００３７】
図３(Ａ)に示すように、上記電流ブロック層１０は、エッチングストップ層６上でリッジ２０の脇に積層された脇部１０Ｂと、リッジ２０上に積層された頂き部１０Ａからなる。
【００３８】
次に、図３(Ｂ)に示すように、頂き部１０Ａの両脇にレジスト１６を塗布した後、ストライプ状に形成し、図３(Ｃ)に示すように、リッジ２０上に堆積したｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１０の頂き部１０Ａを燐酸系エッチャントにてエッチングする。このとき、リッジ２０上に堆積したｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１０の頂き部１０Ａとリッジ２０側面の電流ブロック層脇部１０Ｂとは、隙間が狭くなっている。
【００３９】
しかし、この頂き部１０Ａと脇部１０Ｂとは、その表面がエッチング選択層としてのＩｎＧａＰエッチング阻止層１１で覆われているので、リッジ２０側面のｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層の脇部１０Ｂはエッチングされない。
【００４０】
次に、図４(Ａ)に示すように、レジスト１６を除去した後、第３回目の成長工程として、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２を堆積し、図４(Ｂ)に示すように、ｎ型電極１８およびｐ型電極１７を形成する。
【００４１】
この実施形態では、図３(Ｂ)に示すように、リッジ２０上に堆積した頂き部１０Ａとリッジ２０側面の脇部１０Ｂとの間にＩｎＧａＰエッチング阻止層１１を積層した。このため、上記ｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１０の頂き部１０Ａを燐酸系エッチャントにてエッチングする際に、リッジ２０の側面のｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１０Ｂがエッチングされない。したがって、リッジ２０の側面にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２が入り込まない。このため、ＧａＩｎＰ活性層４で発振した光は、コンタクト層１２に吸収されることなく素子端面から取り出すことができる。
【００４２】
したがって、この実施形態では、従来例に見られるような発振しきい値電流や動作電流が増加することを回避でき、また、微分量子効率の低下がみられず、良好な信頼性が得られる。
【００４３】
なお、この実施形態では、エッチング選択層としてのエッチング阻止層１１をＩｎＧａＰとしたが、このエッチング阻止層が、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０≦Ｘ≦１,０＜Ｙ≦１)で形成されている場合は参考例となる。また、上記非光吸収層としての電流ブロック層１０をｎ型ＡlIｎＰとしたが、この電流ブロック層１０はＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０＜Ｘ≦１,０≦Ｙ≦１)で形成した場合は参考例となる。また、上記第２クラッド層７をＡlＧａIｎＰ層としたが、組成比は変化してもこの発明の効果は変わることはない。また、上記エッチング阻止層１１の層厚を５０Å以上とした場合には、上記非光吸収層である電流ブロック層１０に対するエッチング選択性をさらに向上させることができる。また、ＧａＩｎＰ活性層が量子井戸構造を有した場合にもこの発明を適用可能である。
【００４４】
(参考例)
次に、図５に、この発明の参考例としてのＡlＧａＩｎＰ系化合物半導体発光素子の断面を示す。この参考例の半導体発光素子は、詳しくは、半導体レーザ素子である。
【００４５】
この参考例では、エッチング選択層としてのエッチング阻止層２１がＧａＡｓからなる点だけが、前述の実施形態で作製したＡlＧａIｎＰ系半導体レーザ素子と異なる。その他の構造は上記実施形態で作製した半導体レーザ素子と同じである。
【００４６】
この参考例の半導体レーザ素子によれば、エッチング阻止層２１がＧａＡｓからなるから、エッチング阻止層１１がＩｎＧａＰからなる前述の実施形態で作製した半導体レーザ素子に比べて、燐酸系エッチャントに対して選択性を有する。
【００４７】
したがって、上記ｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１０の頂き部１０Ａを燐酸系エッチャントにてエッチングする際に、リッジ２０の側面のｎ型ＡlＩｎＰ電流ブロック層１０Ｂがエッチングされるのを防ぐ効果を上記実施形態に比べて大きくできる。したがって、上記半導体レーザをさらに歩留良く容易に製造できる。
また、この参考例では、エッチング阻止層２１をＧａＡｓで形成したが、このエッチング阻止層はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ(０≦Ｘ≦１)で形成されていてもよい。さらに、このエッチング阻止層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＡｓＺＰ１−Ｚ(０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１,０≦Ｚ≦１)で形成されていてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子では、非光吸収層の上に、上記非光吸収層に比べて、エッチングされにくいエッチング選択性を有するエッチング選択層が形成されている。このエッチング選択層は、製造時に、リッジの両側の非光吸収層がエッチングされることを防ぐから、このリッジの側面と上記非光吸収層との間に、リッジ上に形成されるコンタクト層が入り込むのを防止できる。したがって、活性層で発振した光はコンタクト層に吸収されることなく、素子端面より取り出され、従来例に見られるような発振しきい値電流や動作電流が増加したり、微分量子効率の低下がみられず、良好な信頼性が得られる。
【００４９】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記非光吸収層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０＜Ｘ≦１,０≦Ｙ≦１)で形成されている。したがって、この非光吸収層は、たとえば、ＩｎＧａＰからなるエッチング選択層に対してエッチング選択性を有することができる。
【００５０】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＰ(０≦Ｘ≦１,０＜Ｙ≦１)で形成されている。したがって、このエッチング選択層は、たとえば、ｎ型ＡlＩｎＰからなる非光吸収層に対して、エッチング選択性を有することができる。
【００５１】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ(０≦Ｘ≦１)で形成されている。したがって、このエッチング選択層は、たとえば、ｎ型ＡlＩｎＰからなる非光吸収層に対してエッチング選択性を有することができる。
【００５２】
また、一参考例の半導体レーザ素子では、上記エッチング選択層は、ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＡｓＺＰ１−Ｚ(０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１,０≦Ｚ≦１)で形成されている。したがって、このエッチング選択層は、たとえば、ｎ型ＡlＩｎＰからなる非光吸収層に対してエッチング選択性を有することができる。
【００５３】
また、一実施形態では、上記エッチング選択層の層厚を、５０Å以上としたから、上記非光吸収層に対するエッチング選択性をさらに向上させることができる。なお、このエッチング選択層の層厚が５０Å未満では、上記非光吸収層に対するエッチング選択性を十分に確保できない可能性がある。
【００５４】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記リッジを形成した後に上記非光吸収層とエッチング選択層とを順に成長させ、上記非光吸収層のうちの上記リッジの上端面上に成長した部分をエッチングする一方、上記非光吸収層のうちの上記リッジの側面上に成長した部分をエッチングしないようにする。
【００５５】
したがって、この一実施形態の製造方法によれば、リッジ側面にコンタクト層が入り込まず、活性層で発振した光はコンタクト層で吸収されることがない。したがって、従来例に見られるような発振しきい値電流や動作電流が増加することがなく、微分量子効率の低下がみられず、良好な信頼性が得られる半導体レーザを作製できる。
【００５６】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記所定のエッチャントが、燐酸を含むことにより、上記半導体レーザをさらに歩留良く容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(Ａ)〜図１(Ｃ)は、この発明の実施形態の半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図である。
【図２】  図２(Ａ)〜図２(Ｃ)は、上記実施形態において、図１に続く工程を順に示す断面図である。
【図３】  図３(Ａ)〜図３(Ｃ)は、上記実施形態において、図２に続く工程を順に示す断面図である。
【図４】  図４(Ａ),図４(Ｂ)は、上記実施形態において、図３に続く工程を順に示す断面図である。
【図５】  この発明の参考例である半導体発光素子の断面図である。
【図６】  図６(Ａ)〜図６(Ｃ)は、従来例の半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図である。
【図７】  図７(Ａ)〜図７(Ｃ)は、図６に続く上記従来例の製造工程を順に示す断面図である。
【符号の説明】
１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、
３…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４…ＧａＩｎＰ活性層、
５…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、
６…ＧａＩｎＰエッチングストップ層、
７…ｐ型ＡlＧａIｎＰ第２クラッド層、
８…ｐ型ＧａIｎＰ中間層、９…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、
１０…ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、１１…ＩｎＧａＰエッチング阻止層、
１２…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１５,１６…レジスト、
１７…ｐ型電極、１８…ｎ型電極、２０…リッジ。
【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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