(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型GaAs基板上に、第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層、第一導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層（x1=0.49y1,０≦y1≦0.3）、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.1）、第二導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層、第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第一クラッド層および第二導電型GaAs第一エッチング阻止層をこの順に積層した積層体上に、
共振器の共振方向にストライプ状に、電流注入領域および該電流注入領域の両側にそれぞれ所定距離離れた領域に開口を有する第二導電型Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層（０≦x8≦１）および第一導電型GaAs電流狭窄層を備え、
前記第一導電型GaAs電流狭窄層上および前記開口に露出する前記第二導電型GaAs第一エッチング阻止層上に、第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層（０≦x9≦１）を備え、
前記第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層上に、前記電流注入領域に開口を有する第二導電型GaAs第四エッチング阻止層および第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層を備え、
前記第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層上および前記電流注入領域の開口に露出する前記第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層上に、第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第二クラッド層および第二導電型GaAsコンタクト層を備えてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記電流注入領域の幅が３μｍ以上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】
前記第一導電型GaAs電流狭窄層が二層からなり、該二層の間に前記活性層よりバンドギャップの小さいInGaAs量子井戸層を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第一導電型GaAs基板と、前記第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層との間に、第一導電型AlxGa1-xAs下部クラッド層（0.45≦x1≦0.55）を備えたことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
第一導電型GaAs基板上に、第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層、第一導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層（x1=0.49y1,０≦y1≦0.3）、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.1）、第二導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層、第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第一クラッド層、第二導電型GaAs第一エッチング阻止層、第二導電型Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層（０≦x8≦１）および第一導電型GaAs電流狭窄層をこの順に積層させ、
前記第一導電型GaAs電流狭窄層と前記第二導電型Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層を、電流注入領域および該電流注入領域の両側から所定距離離れた領域を共振器方向にストライプ状に除去して前記第二導電型GaAs第一エッチング阻止層を露出させ、
Ａｓ雰囲気で昇温した後、前記第一導電型GaAs電流狭窄層上および前記露出された第二導電型GaAs第一エッチング阻止層上に、再成長により第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層（０≦x9≦１）、第二導電型GaAs第四エッチング阻止層および第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層を積層させ、
前記電流注入領域の前記第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層および前記第二導電型GaAs第四エッチング阻止層を除去して、前記第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層を露出させ、
Ｐ雰囲気で昇温した後、前記第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層上および前記露出された第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層上に、再成長により第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第二クラッド層および第二導電型GaAsコンタクト層を積層させ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ素子に関し、特に高出力化された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る。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ増幅器励起用の光源としては、信頼性の高い回折限界の高品質ビームを有する高出力半導体レーザが期待されている。
【０００３】
現在、980nm帯の高出力の回折限界発振可能な半導体レーザとして、米国特許第5606570号において、非共鳴の反射光閉じ込め（Antiresonant Reflecting Optical Waveguide )構造（以下、ＡＲＲＯＷ構造と称する）を備えた半導体レーザが報告されている。ここで、ＡＲＲＯＷ構造は、低屈折率の複数コア領域、該コア領域間および両外側に設けられる高屈折率領域、該コア領域および高屈折率領域のさらに外側に設けられる、コア領域と略同一の屈折率を有する低屈折率領域およびさらに最外側に設けられる高屈折率領域を備え、各コア領域に光閉じ込めを行うための構造であり、コア領域の両外側に設けられた高屈折率領域が基本モードに対する反射部（reflector)として作用し、さらに外側に設けられた低屈折率領域により光出力の漏れを抑制することにより基本横モード制御を行うことができる。なお、基本横モード制御を行う際、発振波長をλとし、コア領域の等価屈折率をnc、コア領域幅をdc、該コア領域の両外側に設けられた高屈折率領域の等価屈折率と幅をそれぞれnbおよびdb1としたとき、
【数１】
0004316171.tif 000002
となり、その外側となる低屈折率領域の幅がdc/2となるように、さらに複数コアの各コア間に設けられた高屈折率領域の幅db2が
【数２】
0004316171.tif 000003
となるようにすることが望ましいことが報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許に例示されている半導体レーザ素子は、InGaAsを活性層とし、InGaAlPを電流狭窄層とし、GaAsを高屈折率媒質として形成されたＡＲＲＯＷ構造を有する再成長技術を用いる必要があるものであり、再成長を行う際にInGaP及びInAlPまたはGaAs層が表面に露出する構造であるため、再成長時の昇温過程に露出表面でPとAsの相互拡散が生じ、再成長不良を起こしやすいという欠点があり、実用化されていない。また、再成長させる面がInAlP等、酸化しやすいAlを含有するものである場合、再成長における技術難度が高いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、容易に製造することができる、ＡＲＲＯＷ構造を備え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を目的とするものである。
【０００６】
【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、第一導電型GaAs基板上に、第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層、第一導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層（x1=0.49y1,０≦y1≦0.3）、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.1）、第二導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層、第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第一クラッド層および第二導電型GaAs第一エッチング阻止層をこの順に積層した積層体上に、
共振器の共振方向にストライプ状に、電流注入領域および該電流注入領域の両側にそれぞれ所定距離離れた領域に開口を有する第二導電型Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層（０≦x8≦１）および第一導電型GaAs電流狭窄層を備え、
前記第一導電型GaAs電流狭窄層上および前記開口に露出する前記第二導電型GaAs第一エッチング阻止層上に、第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層（０≦x9≦１）を備え、
前記第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層上に、前記電流注入領域に開口を有する第二導電型GaAs第四エッチング阻止層および第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層を備え、
前記第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層上および前記電流注入領域の開口に露出する前記第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層上に、第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第二クラッド層および第二導電型GaAsコンタクト層を備えてなることを特徴とするものである。
【０００７】
本半導体レーザ素子においては、第一導電型GaAs電流狭窄層が高屈折率を有する層であり、この第一導電型GaAs電流狭窄層により上述のような等価屈折率分布をなすＡＲＲＯＷ構造が形成されている。
【０００８】
なお、前記電流注入領域の幅は３μｍ以上であることが望ましい。
【０００９】
さらに、前記第一導電型GaAs電流狭窄層が二層からなり、該二層の間に前記活性層よりバンドギャップの小さいInGaAs量子井戸層を備えてもよい。
【００１０】
またさらに、前記第一導電型GaAs基板と、前記第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層との間に、第一導電型AlxGa1-xAs下部クラッド層（0.45≦x1≦0.55）を備えることが望ましい。なお、AlGaAs下部クラッド層を備える場合には、InGaP下部クラッド層の厚みは0.5μｍ以下とすることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型GaAs基板上に、第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層、第一導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層（x1=0.49y1,０≦y1≦0.3）、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.1）、第二導電型またはアンドープのInx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層、第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第一クラッド層、第二導電型GaAs第一エッチング阻止層、第二導電型Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層（０≦x8≦１）および第一導電型GaAs電流狭窄層をこの順に積層させ、
前記第一導電型GaAs電流狭窄層と前記第二導電型Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層を、電流注入領域および該電流注入領域の両側から所定距離離れた領域を共振器方向にストライプ状に除去して前記第二導電型GaAs第一エッチング阻止層を露出させ、
Ａｓ雰囲気で昇温した後、前記第一導電型GaAs電流狭窄層上および前記露出された第二導電型GaAs第一エッチング阻止層上に、再成長により第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層（０≦x9≦１）、第二導電型GaAs第四エッチング阻止層および第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層を積層させ、
前記電流注入領域の前記第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層および前記第二導電型GaAs第四エッチング阻止層を除去して、前記第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層を露出させ、
Ｐ雰囲気で昇温した後、前記第一導電型In0.49Ga0.51P電流狭窄層上および前記露出された第二導電型Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層上に、再成長により第二導電型In0.49Ga0.51Pまたは該In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有する第二導電型AlxGa1-xAs（0.45≦ｘ≦0.55）からなる上部第二クラッド層および第二導電型GaAsコンタクト層を積層させることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、上述のような層構成を備えたことにより、活性層に水平な方向において、ストライプ状の電流注入開口によって規定されるコア領域を中心として、その両側にコア領域の等価屈折率よりも高い等価屈折率である高屈折率領域、その外側にコア領域と同等の等価屈折率である低屈折率領域、さらにその外側に第二の高屈折率領域を備えた、いわゆるＡＲＲＯＷ構造を構成したものとすることができる。
【００１３】
このＡＲＲＯＷ構造を備えたことにより、ＡＲＲＯＷ構造を備えない素子と比較して、ストライプ幅を広くしても横モード制御がなされた単峰性のビームを発振することができる。すなわち、ＡＲＲＯＷ構造を備えない素子においては、横モード制御を行うために、ストライプ幅を３μｍより小さくする必要があったため、それに応じて活性領域幅が制限され、高出力化を図ると活性層への光密度が高くなり端面劣化を引き起こすために高出力発振を行うことができなかった。しかし、上述したような等価屈折率分布のＡＲＲＯＷ構造を有する素子であるため、幅広のストライプ幅の領域に良好な光閉じ込めを行うことができ、幅広の活性領域からの横基本モード発振が可能となる。また、３μｍ以上の幅広の活性領域を備えることにより活性層の光密度が低減できるので、端面の光吸収再結合による温度上昇を低減できるために、ＡＲＲＯＷ構造を備えない素子と比較して高出力の光ビームを得ることができる。
【００１４】
また、上記層構成の場合、素子製造時において、再成長前に露出する層がGaAs層のみ、もしくはInGaP層のみとなり、いずれの層もAlを含まないために再成長が容易となり、さらに、一回の再成長前に露出する層にAsとPとが同時に存在することがないので両者の相互拡散を抑制し、再成長の結晶品質を向上させることができる。また、エッチング阻止層をInGaP層とGaAs層の２層構成にすることにより、エッチング精度が高くなり、ＡＲＲＯＷ構造に必要な屈折率分布を高精度に形成することができる。
【００１５】
また、第一導電型GaAs電流狭窄層を二層からなるものとし、該二層の間に活性層よりバンドギャップの小さいInGaAs量子井戸層を備えたものとすれば、InGaAs量子井戸層において光吸収が起こるために基本横モード発振の利得を高くすることができる。
【００１６】
またさらに、第一導電型GaAs基板と、第一導電型In0.49Ga0.51P下部クラッド層との間に、第一導電型AlxGa1-xAs下部クラッド層を備えれば、AlGaAsはInGaPと比較してバンドギャップ差が大きいため、キャリアの漏れを効果的に抑制することができる。また、下部クラッド層として、AlGaAsクラッド層のみを備えることも考えられるが、AlGaAsクラッド層のみの場合と比較して、AlGaAsクラッド層上にInGaPを設ければ、その上層に設けられるInGaAsP光導波層との界面でのガス切換え時間を短縮することができるとともに、高品質な界面を形成することができる。また、InGaP下部クラッド層の厚みを0.5μｍ以下とすれば、表面モホロジーを悪化させること無く成長させることができる。
【００１７】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、活性層に水平な方向において、ストライプ状の電流注入開口によって規定されるコア領域を中心として、その両側にコア領域の等価屈折率よりも高い等価屈折率である高屈折率領域、その外側にコア領域と同等の等価屈折率である低屈折率領域、さらにその外側に第二の高屈折率領域を備えた、いわゆるＡＲＲＯＷ構造を備えた半導体レーザ素子を高精度にかつ容易に製造することができる。
【００１８】
再成長前に露出する層をGaAs層のみ、もしくはInGaP層のみとしており、いずれの層もAlを含まないために再成長が容易であり、さらに、一回の再成長前に露出する層にAsとPとを同時に存在させないようにし、特に、第二導電型In0.49Ga0.51P上部第二クラッド層および第二導電型GaAsコンタクト層の再成長前にＰ雰囲気で昇温することにより、AsとPとの相互拡散を抑制し、再成長の結晶品質を向上させることができる。また、エッチング阻止層をInGaP層とGaAs層の２層構成としたことにより、エッチング精度が高くなり、ＡＲＲＯＷ構造に必要な屈折率分布を高精度に形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２０】
図１に示す本発明の第１の実施形態の半導体レーザ素子は、n-GaAs基板１上に、n-In0.49Ga0.51P下部クラッド層２、ｎまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層（x1=0.49y1,０≦y1≦0.3）３、Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.1）４、ｐまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層５、p-In0.49Ga0.51P上部第一クラッド層６、p-GaAs第一エッチング阻止層７を積層した積層体上に、共振器方向に延びるストライプ状に、幅dcの電流注入領域20および該電流注入領域20の両側にそれぞれdb1離れたdc/2幅の領域に開口を有するp-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層（０≦x8≦１）８およびn-GaAs電流狭窄層９を備え、該電流狭窄層９上および開口に露出するp-GaAs第一エッチング阻止層７上に、p-Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層（０≦x9≦１）10を備え、該第三エッチング阻止層10上に、電流注入領域20に開口を有するp-GaAs第四エッチング阻止層11およびn-In0.49Ga0.51P電流狭窄層12を備え、さらに、このn-In0.49Ga0.51P電流狭窄層12上および電流注入領域20の開口に露出する該第三エッチング阻止層10上に、p-In0.49Ga0.51P上部第二クラッド層13およびp-GaAsコンタクト層14を備えてなる。
【００２１】
この半導体レーザ素子は、上述の層構成により、活性層に水平な方向において、ストライプ状の電流注入開口20によって規定されるコア領域を中心として、その両側にコア領域の等価屈折率ncよりも高い等価屈折率nbである高屈折率領域、その外側にコア領域と同等の等価屈折率ncである低屈折率領域を備え、さらにその外側に等価屈折率nbである第二の高屈折率領域を備えた、図２に示すような等価屈折率分布が形成されている。
【００２２】
なお、前述のとおり、発振波長をλとし、コア領域の等価屈折率をnc、コア領域の両側の高屈折率領域の屈折率をnbとしたとき、コア領域の両側の高屈折率領域の幅db1が、
【数３】
0004316171.tif 000004
であることが望ましい。さらに、この高屈折率領域の外側に設けられたdc/2幅の低屈折率領域により、光出力の横方向（等価屈折率分布を有する方向）への漏れを抑制し、回折限界の単峰性の発振が得られる良好なＡＲＲＯＷ構造を形成することができる。
【００２３】
図３に本発明の第２の実施形態の半導体レーザ素子の断面図を示す。なお、第１の実施形態と同等の層には同符合を付し詳細な説明を省略する（以下、同様とする）。この第２の実施形態の半導体レーザ素子は、n-GaAs電流狭窄層９を二層に分け、その二層の間に量子井戸活性層４よりもバンドギャップが小さいInGaAs量子井戸層17を備えてなるものである。このInGaAs量子井戸層17を備えた素子は、該InGaAs量子井戸層17において光吸収が起こるために基本横モード発振の利得が高くなる。
【００２４】
なおさらに、活性層を挟むように、活性層の圧縮歪を補償する引張り歪i-Inx4Ga1-x4As1-y4Py4（0≦x4＜0.49y4，０＜y4≦0.4）障壁層を設けても良い。
【００２５】
また、発振時の端面での光吸収による再結合非発光電流を抑制するために、共振器端面の近傍のp-GaAsコンタクト層14を除去することにより、より高出力化を図ることができる。
【００２６】
また、図４に本発明の第３の実施形態の半導体レーザ素子の断面図を示す。この第３の実施形態の半導体レーザ素子は、第１の実施形態の半導体レーザ素子において、n-GaAs基板１とn-In0.49Ga0.51P下部クラッド層２との間に、n-AlxGa1-xAs下部クラッド層２ａ(0.45≦ｘ≦0.55）を備え、下部クラッド層を２層構造としたものである。なお、このように、下部クラッド層を２層構造とした場合、n-In0.49Ga0.51P下部クラッド層２の厚みは、0.5μｍ以下であることが望ましい。
【００２７】
なお、上記各実施の形態において、上部第一および第二クラッド層６、13としては、In0.49Ga0.51Pに代えて、該In0.49Ga0.51Pと屈折率が略同一のAlxGa1-xAsを用いてもよい。
【００２８】
また、本発明は、上述のような単一コアのＡＲＲＯＷ構造に限るものではなく、マルチコアを有する構造であってもよい。マルチコアのＡＲＲＯＷ構造とする場合には、活性層に水平な方向における等価屈折率分布が図５のようになるようにする。この場合、幅dcの複数のコア領域の両端に配される高屈折率領域の幅db1は上式を満たし、各コア領域間の高屈折率領域は、その幅db2が、
【数４】
0004316171.tif 000005
を満たすことが望ましい。
【００２９】
図６に本発明の第４の実施形態の半導体レーザ素子として、上述のようにマルチコアを有するＡＲＲＯＷ構造を有する素子の断面図を示す。本実施形態は第１の実施形態の層構成は同一であるが、n-GaAs電流狭窄層９および p-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層８が、それぞれ幅db2間隔で設けられた幅dcの３つの電流注入領域21a,21b,21cおよび該両端の電流注入領域21a,21cの両側にそれぞれdb1離れたdc/2幅の領域に開口を備えた構成とされたことにより、３つのコア領域を有するものである点で異なる。このようにマルチコアにすることによりさらに高出力化が可能となる。
【００３０】
【実施例】
以下に、図１に示した本発明の第１の実施形態の半導体レーザ素子の具体的な層構成およびその製造方法の一実施例を図７を参照して説明する。
【００３１】
以下の成長用原料として、トリメチルガリウム（TMG）,トリメチルインジュウム（TMI）,トリメチルアルミニウム（TMA）、アルシンとフォスフィンを用い、ｎ型ドーパントガスとして、シランガスを用い、ｐ型ドーパントとしてジメチルジンク（DMZ）を用いた。
【００３２】
図７（ａ）に示すように、有機金属気相成長法により（００１）n-GaAs基板１上に、n-In0.49Ga0.51P下部クラッド層２、ｎまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層３（x1＝0.49y1,０≦y1≦0.3，0.1μｍ）、i-Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層４（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.１，５から20ｎｍ程度）、ｐまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層５（x1=0.49y1,０≦y1≦0.3，0.1μｍ）、p-In0.49Ga0.51P上部第一クラッド層６（0.15μｍ）、p-GaAs第一エッチング阻止層７、p-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層（０≦x8≦１）８、n-GaAs電流狭窄層９（0.5μｍ）を積層した。なおここで、x3=0.2，y3=0とすれば発振波長980ｎｍとなり、活性層の組成比を変化させることにより発振波長を、900＜λ＜1200（ｎｍ）の範囲で制御することができる。
【００３３】
図７（ｂ)に示すように、フォトリソグラフィ法によって幅６μｍのストライプ状の電流注入領域20、およびその両側に1.8μｍの間隔を空けて３μｍ幅の領域のレジストパターンを開口し、レジストをマスクとして硫酸と過酸化水素水系のエッチング液でn-GaAs電流狭窄層９をエッチングした。この時、自動的にp-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層８でエッチングが停止した。引き続きレジストを除去し、塩酸系エッチング液で、p-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層８をエッチングした。この時自動的にp-GaAs第一エッチング阻止層７でエッチングが停止し、p-GaAs第一エッチング阻止層７が露出した。引き続き、As雰囲気で昇温を行い、その後、順次ガス切り替えを行うことにより、露出されたp-GaAs第一エッチング阻止層７上にp-Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層（０≦x9≦１）10、p-GaAs第四エッチング阻止層11、n-In0.49Ga0.51P電流狭窄層12（0.5μｍ）を成長させた。
【００３４】
図７（ｃ）に示すように、レジストを塗布し、電流注入領域のレジストを除去し、塩酸系エッチング液で、レジストをマスクとしてn-In0.49Ga0.51P電流狭窄層12をエッチングした。この時自動的に、p-GaAs第四エッチング阻止層11上で自動的にエッチングが停止した。レジストを除去後、硫酸系のエッチング液で、p-GaAs第四エッチング阻止層11を除去した。この時、自動的にp-Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層10でエッチングが停止し、ストライプ領域に電流注入領域が形成された。
【００３５】
図７（ｄ）に示すように、再成長表面がInGaPとなった状態でＰ雰囲気で昇温し、p-In0.49Ga0.51P上部第二クラッド層13、p-GaAsコンタクト層14を形成した。引き続き、ｐ側電極15を形成後、基板を研磨し、ｎ側電極16を形成し試料をへき開して形成した共振器面の一方に高反射率コート、他方に低反射コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成した。
【００３６】
次に、図４に示した本発明の第３の実施形態の半導体レーザ素子の具体的な層構成およびその製造方法の一実施例を図８に示して説明する。
【００３７】
成長用原料として、トリメチルガリウム（TMG）,トリメチルインジュウム（TMI）,トリメチルアルミニウム（TMA）、アルシンとフォスフィンを用い、ｎ型ドーパントガスとして、シランガスを用い、ｐ型ドーパントとしてジメチルジンク（DMZ）を用いた。
【００３８】
まず、有機金属気相成長法により、図８（ａ）に示すように、（００１）n-GaAs基板１上に、n-AlxGa1-xAs下部第一クラッド層２ａ（0.45≦ｘ≦0.55）、n-In0.49Ga0.51P下部第二クラッド層２、ｎまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層３（x1＝0.49y1,０≦y1≦0.3）、i-Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層４（0.49y3＜x3≦0.4,０≦y3≦0.1）、ｐまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層５、p-In0.49Ga0.51P上部第一クラッド層６、p-GaAs第一エッチング阻止層７、 p-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層８、n-GaAs電流狭窄層９（0.5μｍ）を積層した。なお、n-In0.49Ga0.51P下部第二クラッド層２の厚みは、0.5μｍ以下とした。また、p-In0.49Ga0.51P上部第一クラッド層６としては、p-In0.49Ga0.51Pと屈折率が略一致するp-AlxGa1-xAsを用いてもよい。
【００３９】
図８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法によって幅５μｍのストライプ状の電流注入領域、およびその両側に1.9μｍ間隔を空けて2.5μｍ領域のレジストパターンを開口し、このレジストをマスクとして硫酸と過酸化水素水系のエッチング液でn-GaAs電流狭窄層９をエッチングした。この時、自動的にp-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層８でエッチングが停止した。引き続きレジストを除去し、塩酸系エッチング液で、p-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層８をエッチングした。この時自動的にp-GaAs第一エッチング阻止層７でエッチングが停止し、p-GaAs第一エッチング阻止層７が露出した。引き続き、As雰囲気で昇温を行い、その後、順次ガス切り替えを行うことにより、p-GaAs第一エッチング阻止層７上にp-Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層10、p-GaAs第四エッチング阻止層11、n-In0.49Ga0.51P電流狭窄層12を成長させた。
【００４０】
図８（ｃ）に示すように、レジストを塗布し、電流注入領域のレジストを除去し、塩酸系エッチング液で、レジストをマスクとしてn-In0.49Ga0.51P電流狭窄層12をエッチングした。この時自動的に、p-GaAs第四エッチング阻止層11上で自動的にエッチングが停止した。レジストを除去後、硫酸系のエッチング液で、p-GaAs第四エッチング阻止層11を除去した。この時、自動的にp-Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層10でエッチングが停止し、ストライプ領域に電流注入領域が形成された。
【００４１】
図８（ｄ）に示すように、再成長表面がInGaPとなった状態でＰ雰囲気で昇温し、p-In0.49Ga0.51P上部第二クラッド層13、p-GaAsコンタクト層14を形成した。引き続き、ｐ側電極15を形成後、基板を研磨し、ｎ側電極16を形成し試料をへき開して形成した共振器面の一方に高反射率コート、他方に低反射コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成した。
【００４２】
なお、上記上部第二クラッド層13を、In0.49Ga0.51Pと略同一の屈折率を有するp-AlxGa1-xAsを用いて構成してもよい。
【００４３】
なお、上記各層の成長法しては、固体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を用いてもよい。上記構造はｎ型層を最初に成長しているが、ｐ型層から成長しても良く、その場合、導電性を反転するだけでよい。
【００４４】
なお、本発明による半導体レーザ素子は、高出力下においても高品位なガウス型のビームを有しているため、高速な情報・画像処理及び通信、計測、医療、印刷の分野での光源として応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態による半導体レーザ素子における活性層に水平方向の等価屈折率分布を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図
【図４】本発明の第３の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図
【図５】マルチコアを有するＡＲＲＯＷ構造を備えた半導体レーザ素子における活性層に水平方向の等価屈折率分布を示す図
【図６】本発明の第３の実施の形態の半導体レーザ素子を示す断面図
【図７】図１に示した半導体レーザ素子の製造方法の一実施例を説明するための図
【図８】図３に示した半導体レーザ素子の製造方法の一実施例を説明するための図
【符号の説明】
１    n-GaAs基板
２    n-In0.49Ga0.51P下部クラッド層
３    nまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1下部光導波層
４    Inx3Ga1-x3As1-y3Py3圧縮歪量子井戸活性層
５    pまたはi-Inx1Ga1-x1As1-y1Py1上部光導波層
６    p-In0.49Ga0.51P上部第一クラッド層
７    p-GaAs第一エッチング阻止層
８    p-Inx8Ga1-x8P第二エッチング阻止層
９    n-GaAs電流狭窄層
10    p-Inx9Ga1-x9P第三エッチング阻止層
11    p-GaAs第四エッチング阻止層
12    n-In0.49Ga0.51P電流狭窄層
13    p-In0.49Ga0.51P上部第二クラッド層
14    p-GaAsコンタクト層
15    ｎ側電極
16    ｐ側電極
【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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