(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１導電型のクラッド層、発光層、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓからなる第２導電型のクラッド層が順に積層され、前記第２導電型のクラッド層にはリッジ部が形成され、前記第２導電型のクラッド層上の前記リッジ部の周りにＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ａｓからなる電流ブロック層が形成された半導体レーザ素子において、前記発光層と前記第２導電型のクラッド層との間にはキャリアブロック層が形成されているとともに、前記基板の上面に対する前記リッジ部の側面の傾斜角度θが７０°以上、１１７°以下であり、前記発光層と前記電流ブロック層との離間距離をｔとした場合、ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））［μｍ］の関係を満たし、前記リッジ部の下部幅Ｗが２μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１導電型クラッド層はIII族元素としてＡｌとＧａを含有し、ＡｌとＧａの総和におけるＡｌの組成比がＸ１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】
ｔ≦０．２５２／（１−（Ｘ２−Ｘ１））［μｍ］であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記離間距離ｔが０．１５μｍ以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記離間距離ｔが０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記基板の上面が｛１００｝面又は｛１００｝面から数度傾斜し、且つ前記リッジ部が＜０１１＞方向に延在しているか、或いは前記基板の上面が｛−１００｝面又は｛−１００｝面から数度傾斜し、且つ前記リッジ部が＜０−１１＞方向に延在していることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
基板上に第１導電型のクラッド層及び発光層を形成し、該発光層上に所定の厚みを有するキャリアブロック層を形成し、該キャリアブロック層上に所定の厚みを有する第２導電型の第１クラッド層を形成し、該第１クラッド層上にエッチング停止層を介してＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓからなる第２導電型の第２クラッド層を形成する工程と、
前記第２クラッド層の一部を除去することにより、前記基板の上面に対する側面の傾斜角度θが７０°以上、１１７°以下であり、下部幅Ｗが２μｍ以上、５μｍ以下であるリッジ部を形成する工程と、
前記リッジ部の両側に、III族元素中におけるＡｌの組成比がＸ２であり、前記リッジ部の周りに露出した前記第１導電型の第２クラッド層の上面から発光層までの距離をｔとした場合、ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））［μｍ］の関係を満足するＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ａｓからなる電流ブロック層を形成する工程とを有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８】
前記基板の上面が｛１００｝面又は｛１００｝面から数度傾斜している場合、＜０１１＞方向に延在しているマスクを形成し、或いは前記基板の上面が｛−１００｝面又は｛−１００｝面から数度傾斜している場合、＜０−１１＞方向に延在しているマスクを形成し、次いで、前記マスクを用いてエッチングを行うことにより前記リッジ部を形成することを特徴とする請求項７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、光ディスクシステム等に用いて好適な半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットや電子メールが急速に普及し、これに対応してパーソナルコンピュータ市場が拡大を続けている。このパーソナルコンピュータの記憶媒体として、ＣＤ−ＲＯＭあるいはＤＶＤ−ＲＯＭ等のディスク状の光記録媒体を用いた光ディスクシステムが不可欠となっている。さらに、これらの光ディスクシステムは、再生専用型から書き込み型、更には書き換え型への移行が顕在化してきた。
【０００３】
半導体レーザ素子は、光ディスクシステムのキーデバイスであり、光ディスクシステムの書き込み速度向上のために、高出力化が強く要請されている。
【０００４】
従来の代表的なリッジ型の半導体レーザ素子の基本構造を図１８に示す。例えば、ＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の場合、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型半導体基板７０１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層７０２、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層７０３、ＡｌＧａＡｓからなる発光層７０４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層７０５が形成されている。
【０００５】
このｐ型クラッド層７０５は、半導体レーザ素子の横モード制御のために、素子中央部が両脇の平坦部に比して層厚が大きいストライプ状のリッジ部を有する。また、このｐ型クラッド層７０５のリッジ部側面および平坦面上には、電流注入領域を制限するためにのｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型ブロック層７０６が形成されている。
【０００６】
さらに、ｐ型クラッド層７０５およびｎ型ブロック層７０６上には、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層７０７が形成されている。また、ｎ型半導体基板の裏面にはｎ型電極７０８が、ｐ型コンタクト層７０７上にはｐ型電極７０９が形成されている。
【０００７】
ここで、ｐ型コンタクト層７０７のバンドギャップは、発光層７０４のバンドギャップよりも小さいため、発光層７０４で発生する光の一部はｐ型コンタクト層７０７で吸収される。この吸収により、レーザビームが半導体層の積層方向に強く閉じ込められ、レーザ出射端面における光密度が高くなる。
【０００８】
このような従来の半導体レーザ素子の場合、レーザ出射端面における光密度が高くなると、レーザ出射端面での破壊が生じやすくなる。このため、半導体レーザ素子の高出力化のためには、リッジ部の高さＨを高くし、更にはリッジ部の下部幅Ｗを大きくすることにより、レーザ出射面における光密度を低減することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、図１８に示すようなリッジ部の幅が上方になる程、狭くなる順メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザでは、リッジ部の高さＨを高くすると、リッジ部の上面の幅が減少し、電流が流れ難くなるため、リッジ部の高さＨの増加に限界がある。
【００１０】
一方、リッジ部の下部幅Ｗを大きくすると横方向の光の閉じこめが困難となり、レーザビームの水平広がり角が急激に小さくなる。このため、レーザビームの水平広がり角と垂直広がり角との差が大きくなり、集光特性の劣化などの問題が発生する。また、幅Ｗを変化させた際の水平広がり角に変動が大きいため、水平広がり角の調整が困難であるという問題もある。
【００１１】
また、リッジ部の幅が上方になる程、広くなる逆メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザでは、リッジ部の高さを高くしても、リッジ部の上面の幅が減少するということは無いため、電流が流れ難いという問題は無くなるが、リッジ部の底面の幅を大きくした際の問題は、依然として存在する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来例の欠点に鑑み為されたものであり、レーザビームの高出力化を図った場合においても、レーザビームの水平広がり角度が小さくなることを抑制し、しかもレーザビームの水平広がり角度の調整が容易である半導体レーザ素子を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、レーザビームの高出力化を図った場合においても、レーザビームの水平広がり角度が小さくなることを抑制し、しかもレーザビームの水平広がり角度の調整が容易である半導体レーザ素子を容易に製造することが出来る半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子は、基板上に第１導電型のクラッド層、発光層、III族元素としてＡｌを含有する第２導電型のクラッド層が順に積層され、前記第２導電型のクラッド層にはリッジ部が形成され、前記第２導電型のクラッド層上の前記リッジ部の周りにIII族元素としてＡｌを含有する電流ブロック層が形成された半導体レーザ素子において、前記発光層と前記第２導電型のクラッド層との間にはキャリアブロック層が形成されているとともに、前記基板の上面に対する前記リッジ部の側面の傾斜角度θが７０°以上、１１７°以下であり、前記第２導電型のクラッド層を構成するIII族元素中におけるＡｌの組成比をＸ１とし、前記電流ブロック層を構成するIII族元素中におけるＡｌの組成比をＸ２とし、前記発光層と前記電流ブロック層との離間距離をｔとした場合、ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））［μｍ］の関係を満たし、前記リッジ部の下部幅Ｗが２μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成の半導体レーザ素子では、高出力化を図るために、リッジ部の下部幅Ｗを大きくしても、レーザビームの水平広がり角度の変化は小さい。また、レーザビームの水平広がり角度が急激に低下しない範囲に、発光層と電流ブロック層との離間距離が設定されている。しかも、動作電圧が急激に大きくならない範囲に、リッジ部の下部幅Ｗが設定されている。
【００１６】
尚、電流ブロック層が複数の層で形成されている場合は、リッジ部に最も近接している電流ブロック層のＡｌ組成比がＸ２となる。また、リッジ部の下部幅Ｗとはリッジ部の最下部における共振器方向と直交する方向の長さである。
【００１７】
また、傾斜角度θに関しては、先ず、８０°以上、１１０°以下である場合について、上述の効果が得られることが判り、その後、７０°以上、１１７°以下であれば、同様の効果が得られることが判った。
【００１８】
特に、前記第１導電型クラッド層はIII族元素としてＡｌとＧａを含有し、ＡｌとＧａの総和におけるＡｌの組成比がＸ１であり、前記電流ブロック層はIII族元素としてＡｌとＧａを含有し、ＡｌとＧａの総和におけるＡｌの組成比がＸ２である場合、本発明による上述の効果は顕著である。
【００１９】
更に、前記第２導電型のクラッド層がＡｌX1Ｇａ1-X1Ａｓからなり、前記電流ブロック層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ａｓからなる場合、上述の効果は一層明らかである。
【００２０】
また、本発明の半導体レーザは、ｔ≦０．２５２／（１−（Ｘ２−Ｘ１））［μｍ］であることを特徴とする。
【００２１】
この場合、レーザビームの水平広がり角度は、水平広がり角度の低下は小さく、一定値以上の大きさを確保する。
【００２２】
特に、前記離間距離ｔが０．１５μｍ以上であれば、離間距離ｔが変動しても、水平広がり角度の変動幅は小さい。
【００２３】
更に、前記離間距離ｔが０．２μｍ以上であれば、離間距離ｔが変動した際の水平広がり角度の変動幅は更に小さい。
【００２４】
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記基板の上面が｛１００｝面又は｛１００｝面から数度傾斜し、且つ前記リッジ部が＜０１１＞方向に延在しているか、或いは前記基板の上面が｛−１００｝面又は｛−１００｝面から数度傾斜し、且つ前記リッジ部が＜０−１１＞方向に延在していることを特徴とする。
【００２５】
このような面方位を有する半導体レーザ素子では、前記基板の上面に対する側面の傾斜角度θが７０°以上、１１７°以下であるリッジ部を容易に形成することが出来る。
【００２６】
また、本発明の半導体レーザの製造方法は、基板上に第１導電型のクラッド層及び発光層を形成し、該発光層上に所定の厚みを有するキャリアブロック層を形成し、該キャリアブロック層上に所定の厚みを有する第２導電型の第１クラッド層を形成し、該第１クラッド層上にエッチング停止層を介してIII族元素中におけるＡｌの組成比がＸ１である第２導電型の第２クラッド層を形成する工程と、前記第２クラッド層の一部を除去することにより、前記基板の上面に対する側面の傾斜角度θが７０°以上、１１７°以下であり、下部幅Ｗが２μｍ以上、５μｍ以下であるリッジ部を形成する工程と、前記リッジ部の両側に、III族元素中におけるＡｌの組成比がＸ２であり、前記リッジ部の周りに露出した前記第１導電型の第２クラッド層の上面から発光層までの距離をｔとした場合、ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））［μｍ］の関係を満足する電流ブロック層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
このような半導体レーザの製造方法では、高出力化を図るために、リッジ部の下部幅Ｗを大きくしても、レーザビームの水平広がり角度の変化は小さく、また、レーザビームの水平広がり角度が急激に低下しない範囲に、発光層と電流ブロック層との離間距離が設定されており、しかも、動作電圧が急激に大きくならない範囲に、リッジ部の下部幅Ｗが設定されている半導体レーザ素子を、容易に製造することが出来る。
【００２８】
更に、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、前記基板の上面が｛１００｝面又は｛１００｝面から数度傾斜している場合、＜０１１＞方向に延在しているマスクを形成し、或いは前記基板の上面が｛−１００｝面又は｛−１００｝面から数度傾斜している場合、＜０−１１＞方向に延在しているマスクを形成し、次いで、前記マスクを用いてエッチングを行うことにより前記リッジ部を形成することを特徴とする。
【００２９】
この製造方法によれば、側面の傾斜角度θが７０°以上、１１７°以下であるリッジ部を容易に形成することが出来る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の実施の形態である実施例の半導体レーザ素子の断面図である。
【００３２】
本実施例の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型半導体基板１の上面に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型第１バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型第２バッファ層３、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層４、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型キャリアブロック層５、アンドープのＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層６、およびアンドープの多重量子井戸構造の活性層７が順に形成されている。尚、ｎ型半導体基板１は、上面が（１００）面からその面における＜０−１１＞方向に数度（本実施例では［０−１１］方向に４°）傾斜している微傾斜基板である。
【００３３】
活性層７はアンドープのＡｌＧａＡｓからなる３つの量子井戸層７１とアンドープのＡｌＧａＡｓからなる２つの障壁層７２とが交互に積層されてなる。
【００３４】
活性層７の上には、アンドープのＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型キャリアブロック層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型第１クラッド層１０が順に形成されている。
【００３５】
本実施例の半導体レーザ素子では、光ガイド層６、活性層７及び光ガイド層８により発光層１００が構成されている。
【００３６】
ｐ型第１クラッド層１０上の中央部には、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型エッチング停止層１１を介して、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる共振器方向に延びるストライプ状のｐ型第２クラッド層１２及びｐ型ＧａＡｓからなるｐ型第１コンタクト層１３が順に積層されてリッジ部２００が形成されている。ストライプ状のリッジ部２００は、ｎ型半導体基板１の上面における＜０１１＞方向に延在している。
【００３７】
リッジ部２００を構成するｐ型第２クラッド層１２及びｐ型第１コンタクト層１３の両側面、更にはリッジ部の両側のｐ型第１クラッド層１０の平坦面上には、アンドープのＡｌＧａＡｓからなる第１電流ブロック層１４、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型第２電流ブロック層１５及びｎ型ＧａＡｓからなるｎ型第３電流ブロック層１６が順に形成されている。
【００３８】
ｐ型第１コンタクト層１３上からｎ型第３電流ブロック層１６上に亘っては、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型第２コンタクト層１７及びｐ型ＧａＡｓからなるｐ型第３コンタクト層１８が順に形成されている。
【００３９】
ｐ型第３コンタクト層１８上にはｐ型電極１９が形成され、ｎ型半導体基板１の裏面にはｎ型電極２０が形成されている。
【００４０】
図２及び図３は第１実施例の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。
【００４１】
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板１の（１００）面からその面における＜０−１１＞方向に数度（本実施例では［０−１１］方向に４°）傾斜している上面に、ｎ型第１バッファ層２、ｎ型第２バッファ層３、ｎ型クラッド層４、ｎ型キャリアブロック層５、光ガイド層６、活性層７、光ガイド層８、ｐ型キャリアブロック層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型エッチング停止層１１、ｐ型第２クラッド層１２およびｐ型第１コンタクト層１３を順に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相堆積法）またはＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により成長温度７００〜９００℃で成長させる。また、各層２〜１３の材料、Ａｌ組成比、層厚およびキャリア濃度は表１に示す通りである。尚、Ａｌ組成比は、ＡｌXＧａ1-XＡｓにおけるＸ（ＡｌとＧａとの総量に対するＡｌの原子濃度比）である。また、ｎ型半導体基板１のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3である。
【００４２】
【表１】
0004030260.tif 000002
【００４３】
ｎ型第１バッファ層２の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3およびＴＭＧを用い、ドーパントガスとしてＨ2Ｓｅを用いる。ｎ型第２バッファ層３、ｎ型クラッド層４及びｎ型キャリアブロック層５の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3、ＴＭＧおよびＴＭＡを用い、ドーパントガスとしてＨ2Ｓｅを用いる。光ガイド層６、活性層７及び光ガイド層８の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3、ＴＭＧおよびＴＭＡを用いる。ｐ型キャリアブロック層９、ｐ型第１クラッド層１０、ｐ型エッチング停止層１１およびｐ型第２クラッド層１２の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3、ＴＭＧおよびＴＭＡを用い、ドーパントガスとしてＤＥＺを用いる。ｐ型第１コンタクト層１３の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3およびＴＭＧを用い、ドーパントガスとしてＤＥＺを用いる。
【００４４】
ここで、ＡｓＨ3はアルシンであり、ＴＭＧはトリメチルガリウムであり、ＴＭＡはトリメチルアルミニウムであり、Ｈ2Ｓｅはセレン化水素であり、ＳｉＨ4はモノシランであり、ＤＥＺはジエチルジンクである。
【００４５】
ところで、成長時におけるＴＭＧとＴＭＡとの供給量の比を種々変化させてＧａＡｓ基板上に種々のＡｌＧａＡｓ層を２μｍ成長させ、各ＡｌＧａＡｓ層についてＸ線回折法によりＡｌＧａＡｓ層からの（００４）反射角を計測し各ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比を求めたところ、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌ組成比はＴＭＧとＴＭＡとの供給量の比、即ちＴＭＡの供給量／（ＴＭＧ供給量＋ＴＭＡ供給量）に一致することが確認できた。このことから、上記の各層２〜１３におけるＡｌ組成比は、原料であるＴＭＧとＴＭＡとの供給量の比、即ちＴＭＡの供給量／（ＴＭＧ供給量＋ＴＭＡ供給量）に一致することが確認できた。
【００４６】
したがって、この場合においては、ＴＭＧとＴＭＡとの供給量の比を調整することにより各層２〜１３におけるＡｌ組成比の調整を行った。尚、ここでは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）により原料ガスの供給量を制御して供給量の調整を行っている。
【００４７】
上記のようにして各層２〜１３を成長させた後、ｐ型第１コンタクト層１３上にＳｉＯ2等の酸化膜を形成し、通常のフォトリソグラフィ技術により中央部のストライプ状の領域を除いて酸化膜を除去することにより、ｐ型第１コンタクト層１３上にストライプ状の酸化膜２１を形成する。この時、ストライプ状の酸化膜２１は、ｎ型半導体基板１の上面における＜０１１＞方向に延在するように形成される。
【００４８】
次に、図２（ｂ）に示すように、酸化膜２１をマスクとしてｐ型第１クラッド層１０が露出するまでエッチングによりｐ型第１コンタクト層１３、ｐ型第２クラッド層１２及びｐ型エッチング停止層１１を除去する。これにより、酸化膜２１の下方にはストライプ状のリッジ部２００が形成される。尚、ストライプ状のリッジ部２００は、ｎ型半導体基板１の上面における＜０１１＞方向に延在している。
【００４９】
尚、この時のエッチングは、湿式エッチングあるいはドライエッチングのいずれを用いても良い。また、エッチング停止層１１は、ｐ型第２クラッド層１２とのＡｌ組成比の差が一定以上あればよく、例えばＧａＡｓを用いることも出来る。
【００５０】
この時、ｎ型半導体基板１に対するリッジ部２００の側面の傾斜角度θ（本実施例では、リッジ部の側面とｐ型エッチング停止層１１の上面との為す角度に一致）は、半導体基板１の上面の面方位とリッジ部２００のストライプ方向との関係、湿式エッチングにおける過酸化水素及び水の含有量や温度、或いはリアクテイブイオンエッチングやリアクテイブイオンビームエッチングにおけるイオンのエネルギー等を制御することにより、下記に詳述する所定の角度に設定することが出来る。
【００５１】
尚、湿式エッチングの場合、ストライプ状の酸化膜２１の延在方向を＜０１１＞方向に選ぶと、リッジ部２００の側面の傾斜角度θを７０°以上に設定することが容易となる。また、ドライエッチングによりリッジ部２００を形成する場合は、酸化膜２１の延在方向に拘わらず、リッジ部２００の側面の傾斜角度θを７０°以上にすることが出来る。但し、ドライエッチングの場合においても、ストライプ状の酸化膜２１の延在方向を＜０１１＞方向に選ぶことにより、エッチング面に損傷が生じない条件でリッジ部２００の側面の傾斜角度θを７０°以上に設定することが可能となる。
【００５２】
また、リッジ部２００の下部幅Ｗは、ｐ型第２クラッド層１２の膜厚、酸化膜２１の幅、リッジ部の側面の傾斜角度θ、エッチング時間等により、下記に詳述する所定の値に設定することが出来る。
【００５３】
また、ｐ型キャリアブロック層９及びｐ型第１クラッド層１０との厚みの和は、図２（ａ）の工程におけるｐ型キャリアブロック層９及びｐ型第１ブロック層１０を形成する際の成長時間、更には図２（ｂ）の工程におけるエッチング停止層１１によるエッチング深さの制御により、下記に詳述する所定の値に設定される。そして、このｐ型キャリアブロック層９及びｐ型第１クラッド層１０との厚みの和が、発光層１００と、次の工程で形成される第１電流ブロック層１４との離間距離ｔとなる。
【００５４】
次に、図３（ｃ）に示すように、酸化膜２１をマスクとして、リッジ部の両側のｐ型第２クラッド層１０の平坦面上及びリッジ部の側面上に、アンドープの第１電流ブロック層１４、ｎ型第２電流ブロック層１５及びｎ型第３電流ブロック層１６を、成長温度６００〜９００℃で選択成長させる。この時、酸化膜２１上には、これらの層は結晶成長しない。尚、各層１４〜１６の材料、Ａｌ組成比、層厚及びキャリア濃度は表２に示す通りであり、第１電流ブロック層１４のＡｌ組成比は、下記に詳述する条件を満足する範囲に設定される。
【００５５】
【表２】
0004030260.tif 000003
【００５６】
第１電流ブロック層１４の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3、ＴＭＧおよびＴＭＡを用いる。ｎ型第２電流ブロック層１５の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3、ＴＭＧおよびＴＭＡを用い、ドーパントガスとしてＨ2Ｓｅを用いる。ｎ型第３電流ブロック層１６の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3及びＴＭＧを用い、ドーパントガスとしてＨ2Ｓｅを用いる。尚、この場合においても、前述の各層２〜１３の場合と同様、ＴＭＧとＴＭＡとの供給量の比を調整することによりＡｌ組成比の調整を行う。
【００５７】
次に、酸化膜２１を湿式エッチング又はドライエッチングにより除去した後、図３（ｄ）に示すように、ｐ型第１コンタクト層１３上およびｎ型第３電流ブロック層１６上に、ｐ型第２コンタクト層１７及びｐ型第３コンタクト層１８を、成長温度６００〜９００℃で結晶成長させる。尚、各層１７、１８の材料、Ａｌ組成、層厚及びキャリア濃度は表３に示す通りである。
【００５８】
【表３】
0004030260.tif 000004
【００５９】
ｐ型第２コンタクト層１７及びｐ型第３コンタクト層１８の成長には、原料ガスとしてＡｓＨ3及びＴＭＧを用い、ドーパントガスとしてＤＥＺを用いる。尚、ｐ型第１コンタクト層１３の厚さは、非常に薄くても素子特性上問題がなく、５ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲内であればよい。
【００６０】
最後に、ｐ型第３コンタクト層１８上に、厚さ約５０ｎｍのＣｒＡｕおよび厚さ約１．５μｍのＡｕからなるｐ型電極１９を形成し、ｎ型半導体基板１の裏面に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型電極２０を形成する。
【００６１】
以上の工程により、図１に示した構造の半導体レーザ素子が形成される。
【００６２】
次に、図１に示した構造の半導体レーザ素子において、ｎ型半導体基板１の上面に対するリッジ部２００の側面の傾斜角度θ（本実施例では、リッジ部２００の側面とｐ型エッチング停止層１１の上面との為す角度θに一致）が、５５°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１１７°、１２５°と異なる複数タイプの半導体レーザ素子を作製した。尚、傾斜角度θが５５°、７０°、８０°の場合は、図４に示すような順メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザ素子となり、傾斜角度θが１００°、１１０°、１１７°、１２５°の場合は、図５に示すような逆メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザ素子となる。また、傾斜角度θが９０°の場合は、図１に示すような側面が直立しているリッジ部を有する半導体レーザ素子となる。
【００６３】
尚、傾斜角度θの測定方法としては、素子作製後に素子のレーザ出射端面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、素子のレーザ出射端面の断面ＳＥＭ像（写真）を得る。この時の倍率は６０００倍程度とする。そして、得られたＳＥＭ像（写真）上のリッジ側壁と平坦部とのなす角を分度器により測定して傾斜角度θを求めた。
【００６４】
次に、上述した傾斜角度θが異なる各半導体レーザ素子において、リッジ部の下部幅Ｗを変化させた時のレーザビームの水平広がり角度を調べた。その結果を、図６、図７及び図８に示す。尚、この測定に用いた半導体レーザ素子のｐ型第２クラッド層１２の厚みは２０００ｎｍである。
【００６５】
傾斜角度θが５５°、１２５°の半導体レーザ素子では、図６から判るように、リッジ部の下部幅Ｗが大きくなると、レーザビームの水平広がり角度が大きく低下する。
【００６６】
これに対して、傾斜角度θが８０°、９０°、１００°、１１０°の半導体レーザ素子では、図７から判るように、リッジ部の下部幅Ｗが５μｍまでは、下部幅Ｗが大きくなっても、レーザビームの水平広がり角度の低下は殆ど見られない。
【００６７】
また、傾斜角度θが７０°、１１７°の半導体レーザ素子においても、図８から判るように、リッジ部の下部幅Ｗが５μｍまでは、下部幅Ｗが大きくなっても、レーザビームの水平広がり角度の低下は殆ど見られない。
【００６８】
次に、リッジ部の傾斜角度θが１００°、下部幅Ｗが４μｍである図５に示すような逆メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザ素子において、第１電流ブロック層１４及びｎ型第２電流ブロック層１５のＡｌ組成比Ｘ２が０．５５、０．６２、０．７５、０．８０である４タイプの半導体レーザ素子を作製し、この各タイプの半導体レーザ素子において、発光層と電流ブロック層との離間距離ｔ（ｐ型キャリアブロック層９とｐ型第１クラッド層１０の厚みの合計）と、レーザビームの水平広がり角度との関係を調べた。その結果を図９に示す。
【００６９】
図９から判るように、離間距離ｔが大きくなると、レーザビームの水平広がり角度は小さくなるが、離間距離ｔが０．１５μｍ以上になると、水平広がり角度の低下の傾きは小さくなり、更に、離間距離ｔが０．２μｍ以上になると、水平広がり角度の低下の傾きは更に小さくなる。更に、離間距離ｔがある値を越えると、水平広がり角度が急激に低下する第１の臨界離間距離ｔ１が存在することが判る。この第１の臨界離間距離ｔ１は、Ａｌ組成比Ｘ２が０．５５の時、０．３１であり、Ａｌ組成比Ｘ２が０．６２の時、０．３３であり、Ａｌ組成比Ｘ２が０．７５の時、０．３９であり、Ａｌ組成比Ｘ２が０．８０の時、０．４２である。
【００７０】
また、図９より、第１の臨界離間距離ｔ１よりも小さいところに、離間距離ｔが大きくなっても水平広がり角度の低下は小さく、安定している離間距離の上限値である第２の臨界離間距離ｔ２が存在することが判る。この第２の臨界離間距離ｔ２は、Ａｌ組成比Ｘ２が０．５５の時、０．２８であり、Ａｌ組成比Ｘ２が０．６２の時、０．３１であり、Ａｌ組成比Ｘ２が０．７５の時、０．３６であり、Ａｌ組成比Ｘ２が０．８０の時、０．３９である。
【００７１】
次に、第１電流ブロック層１４及びｎ型第２電流ブロック層１５のＡｌ組成比Ｘ２と、第１の臨界離間距離ｔ１との関係を調べるために、第１電流ブロック層１４及びｎ型第２電流ブロック層１５のＡｌ組成比Ｘ２とｐ型クラッド層のＡｌ組成比Ｘ１（本実施例では０．４５）との差を１から減じた値の逆数、即ち１／（１−（Ｘ２−Ｘ１））と、第１の臨界離間距離ｔ１との関係をグラフ化した。その結果を図１０に示す。
【００７２】
図１０から判るように、第１の臨界離間距離ｔ１は、Ａｌ組成比Ｘ２とＡｌ組成比Ｘ１との差を１から減じた値の逆数（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））に比例しており、その比例式はｔ１＝０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））である。即ち、離間距離ｔが０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））を超えると、水平広がり角度が急激に低下するため、水平広がり角度が急激に低下しないためには、離間距離ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））の関係を満足する必要がある。
【００７３】
また、リッジ部の側面の傾斜角度θが８０°、１１０°である場合についても、同様に調べた結果、図９と同様の結果が得られ、１／（１−（Ｘ２−Ｘ１））と、第１の臨界離間距離ｔ１との関係をグラフ化した結果、図１１、図１２に示すような結果が夫々得られた。
【００７４】
この図１１、図１２から判るように、リッジ部の側面の傾斜角度θが８０°、１１０°である場合においても、水平広がり角度が急激に低下しないためには、離間距離ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））の関係を満足する必要がある。
【００７５】
更に、リッジ部の側面の傾斜角度θが７０°、１１７°である場合についても、同様に調べた結果、図９と同様の結果が得られ、１／（１−（Ｘ２−Ｘ１））と、第１の臨界離間距離ｔ１との関係をグラフ化した結果、図１３、図１４に示すような結果が夫々得られた。
【００７６】
この図１３、図１４から判るように、リッジ部の側面の傾斜角度θが７０°、１１７°である場合においても、水平広がり角度が急激に低下しないためには、離間距離ｔ≦０．２７５／（１−（Ｘ２−Ｘ１））の関係を満足する必要がある。
【００７７】
次に、リッジ部の傾斜角度θが１００°の半導体レーザ素子において、電流ブロック層のＡｌ組成比Ｘ２が０．８０、離間距離ｔが０．１０μｍの場合、電流ブロック層のＡｌ組成比Ｘ２が０．７５、離間距離ｔが０．２０μｍの場合、電流ブロック層のＡｌ組成比Ｘ２が０．５８、離間距離ｔが０．２５μｍの場合について夫々、リッジ部の下部幅Ｗを変えた時のレーザビームの水平広がり角度を調べた。その結果を図１５に示す。
【００７８】
図１５から判るように、リッジ部の下部幅Ｗが１．５μｍ以上、５μｍ以下の場合、レーザビームの水平広がり角度は略一定であり、下部幅Ｗが５μｍを超えると、レーザビームの水平広がり角度は急激に小さくなる。
【００７９】
次に、リッジ部の傾斜角度θが１００°、電流ブロック層のＡｌ組成比Ｘ２が０．７５、離間距離ｔが０．２０μｍの半導体レーザ素子において、リッジ部の下部幅Ｗと動作電流が４０ｍＡの時の動作電圧を調べた。その結果を図１６に示す。
【００８０】
図１６から判るように、リッジ部の下部幅Ｗが２μｍよりも小さくなると、動作電圧が急激に大きくなるため、下部幅Ｗは２μｍ以上必要である。
【００８１】
即ち、図１５及び図１６から判るように、水平広がり角度と動作電圧との点を考慮すると、リッジ部の下部幅Ｗは、２μｍ以上、５μｍ以下が好ましい。
【００８２】
次に、第２の臨界離間距離ｔ２についても、第１の臨界離間距離ｔ１と同様に１／（１−（Ｘ２−Ｘ１））と、第２の臨界離間距離ｔ２との関係をグラフ化した。その結果を図１７に示す。
【００８３】
図１７から判るように、第２の臨界離間距離ｔ２は、Ａｌ組成比Ｘ２とＡｌ組成比Ｘ１との差を１から減じた値の逆数（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））に比例しており、その比例式はｔ２＝０．２５２／（１−（Ｘ２−Ｘ１））である。即ち、水平広がり角度の低下が少なく、一定以上の水平広がり角度（本実施例では５°以上）を確保するためには、離間距離ｔ≦０．２５２／（１−（Ｘ２−Ｘ１））の関係を満足する必要がある。尚、リッジ部の側面の傾斜角度θが８０°、１１０°、更には７０°、１１７°である場合においても、同様の結果が得られた。
【００８４】
尚、上述の実施例では、ｐ型第１クラッド層１０とｐ型第２クラッド層１２とは、Ａｌ組成比が等しいが、両者のＡｌ組成比は異なっても良い。この場合は、リッジ部２００を構成する第２クラッド層１２のＡｌ組成比がＸ１となる。
【００８５】
また、上述の実施例ではｎ型半導体基板１の上面としては、（１００）面からその面における＜０−１１＞方向に４°傾斜している微傾斜基板を用いたが、傾斜角度が０°以上、１３°以下である場合、上述の実施例と同様の結果が得られた。
【００８６】
また、ｎ型半導体基板１の上面の面方位としては、（１００）面を包含する｛１００｝又は｛１００｝面から数度傾斜していればよく、この場合、ストライプ状のリッジ部２００は＜０１１＞方向に延在していればよく、そのようなリッジ部を形成するためには＜０１１＞方向に延在しているストライプ状のマスクを形成すればよい。また、ｎ型半導体基板１の上面の面方位としては、｛−１００｝又は｛−１００｝面から数度傾斜していてもよく、この場合、ストライプ状のリッジ部２００は＜０−１１＞方向に延在していればよく、そのようなリッジ部を形成するためには＜０−１１＞方向に延在しているストライプ状のマスクを形成すればよい。
【００８７】
尚、上述の実施例では、III族元素としてＡｌとＧａとを含有する場合について説明したが、Ｉｎ等の他のIII族元素を含有する場合においても、本発明は適用可能である。また、Ｖ族元素としても、Ａｓ以外に、Ｐ、Ｎ等を含有した場合についても本発明は適用可能である。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザビームの高出力化を図った際においても、レーザビームの水平広がり角度が小さくなることを抑制、しかもレーザビームの水平広がり角度の調整が容易である半導体レーザ素子を提供し得る。
【００８９】
また、本発明によれば、レーザビームの高出力化を図った際においても、レーザビームの水平広がり角度が小さくなることを抑制、しかもレーザビームの水平広がり角度の調整が容易である半導体レーザ素子を容易に製造することが出来る半導体レーザ素子の製造方法を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の順メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図５】本発明の逆メサ構造のリッジ部を有する半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図６】レーザビームの水平広がり角度と、リッジ部の下部幅Ｗとの関係を示す図である。
【図７】レーザビームの水平広がり角度と、リッジ部の下部幅Ｗとの関係を示す図である。
【図８】レーザビームの水平広がり角度と、リッジ部の下部幅Ｗとの関係を示す図である。
【図９】レーザビームの水平広がり角度と、発光層と電流ブロック層との離間距離ｔとの関係を示す図である。
【図１０】第１の臨界離間距離ｔ１と、（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））との関係を示す図である。
【図１１】第１の臨界離間距離ｔ１と、（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））との関係を示す図である。
【図１２】第１の臨界離間距離ｔ１と、（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））との関係を示す図である。
【図１３】第１の臨界離間距離ｔ１と、（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））との関係を示す図である。
【図１４】第１の臨界離間距離ｔ１と、（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））との関係を示す図である。
【図１５】レーザビームの水平広がり角度と、リッジ部の下部幅Ｗとの関係を示す図である。
【図１６】動作電圧と、リッジ部の下部幅Ｗとの関係を示す図である。
【図１７】第２の臨界離間距離ｔ２と、（１／（１−（Ｘ２−Ｘ１）））との関係を示す図である。
【図１８】従来の半導体レーザの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  ｎ型半導体基板
１０  ｐ型第１クラッド層（第２導電型の第１クラッド層）
１１  エッチング停止層
１２  ｐ型第２クラッド層（第２導電型の第２クラッド層）
１４  第１電流ブロック層
１００  発光層
２００  リッジ部
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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