(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ構造を構成する化合物半導体積層体内に、第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層下に前記第１の化合物半導体層とは異なる化合物半導体層からなるエッチングストップ層とを備え、前記第１の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより作製される半導体レーザ素子において、前記第１化合物半導体層と前記エッチングストップ層との間に、前記第１の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層が介在しており、
前記第１の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第２の化合物半導体層が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、及びＧａＡｓ層であり、
前記第１の化合物半導体層が、電流ブロッキング層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
半導体レーザ素子を構成する化合物半導体積層体の一部として、化合物半導体からなるエッチングストップ層、続いて前記エッチングストップ層上に前記エッチングストップ層とは組成の異なる第１の化合物半導体層を成膜し、次いで前記第１の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより、半導体レーザ素子を作製する方法であって、
前記エッチングストップ層を成膜した後、前記第１の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層を成膜する工程と、
前記第２の化合物半導体層上に前記第１の化合物半導体層を成膜する工程と、
次いで、前記エッチングストップ層まで、前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層をエッチングする工程と
を有し、
前記第１の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第２の化合物半導体層が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、及びＧａＡｓ層であり、
前記第１の化合物半導体層が、電流ブロッキング層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項３】
前記エッチングストップ層（以下、第１のエッチングストップ層と言う）を下地層上に成膜する前に、前記下地層上に前記第１のエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有する化合物半導体層からなる第２のエッチングストップ層を成膜する工程を有し、
前記第２のエッチングストップ層をエッチングストップ層として、前記第１のエッチングストップ層をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項４】
レーザ構造を構成する化合物半導体積層体内に、第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層下に前記第１の化合物半導体層とは異なる化合物半導体層からなるエッチングストップ層とを備え、前記第１の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより作製される半導体レーザ素子において、前記第１化合物半導体層と前記エッチングストップ層との間に、前記第１の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層が介在しており、
前記第１の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第２の化合物半導体層が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、及びＧａＡｓ層であり、
前記第２の化合物半導体層が、前記第１の化合物半導体層と前記エッチングストップ層との界面にて多種原子が不均一に混ざり合うことを防止する混晶化抑制層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
半導体レーザ素子を構成する化合物半導体積層体の一部として、化合物半導体からなるエッチングストップ層、続いて前記エッチングストップ層上に前記エッチングストップ層とは組成の異なる第１の化合物半導体層を成膜し、次いで前記第１の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより、半導体レーザ素子を作製する方法であって、
前記エッチングストップ層を成膜した後、前記第１の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層を成膜する工程と、
前記第２の化合物半導体層上に前記第１の化合物半導体層を成膜する工程と、
次いで、前記エッチングストップ層まで、前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層をエッチングする工程と
を有し、
前記第１の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第２の化合物半導体層が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、及びＧａＡｓ層であり、
前記第２の化合物半導体層が、前記第１の化合物半導体層と前記エッチングストップ層との界面にて多種原子が不均一に混ざり合うことを防止する混晶化抑制層として機能する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子及びその作製方法に関し、更に詳細には、レーザ特性が良好で信頼性の高い半導体レーザ素子、例えば９８０ｎｍ帯の内部狭窄型（セルフアライン・ストラクチャー、以下、ＳＡＳと言う）半導体レーザ素子として最適な半導体レーザ素子及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エルビウム・ドープド・光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）システムの励起光源に用いられる高出力半導体レーザ素子として、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子が注目されており、その研究開発が進展している。
内部ストライプ構造であるＳＡＳ半導体レーザ素子を作製する過程には、電流ブロッキング構造を形成する際、ｎ−電流ブロッキング層を成膜した後、成膜したｎ−電流ブロッキング層をストライプ状にエッチングして、次いでｐ−クラッド層を成膜する工程がある。
【０００３】
レーザ特性の良好なＳＡＳ半導体レーザ素子を作製するには、エッチング工程で、エッチング深さを厳密に制御して被エッチング層のみをエッチングし、被エッチング層下の下地層をオーバーエッチングしないようにすることが、極めて重要である。
通常、エッチングレート、或いはエッチング時間を制御することにより、エッチング深さを調整しているが、正確な深さに調整することは難しい。そこで、エッチング深さを正確に制御するために、被エッチング層の下にエッチングストップ層を成膜し、エッチングの進行を自動的にエッチングストップ層の表面で停止させることが多い。
エッチングストップ層は、エッチングガス又はエッチャント等のエッチング媒体に対して被エッチング層に比べてエッチングレートが著しく低い物質層、つまりエッチング選択性を有する物質層であって、被エッチング層の下にエッチングストップ層を成膜することにより、エッチングレートの違いによって、エッチングの進行がエッチングストップ層で自動的に停止する。
【０００４】
電流ブロッキング層のエッチングの深さを厳密に制御することが必要なＳＡＳ半導体レーザ素子等の作製、特にＥＤＦＡシステムの励起光源として注目されている高出力の９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子の作製では、エッチングストップ層が必要不可欠である。
【０００５】
９８０ｎｍ帯ＳＡＳ半導体レーザは、ＧａＡｓ基板上に、活性層としてＩｎＧａＡｓ層を、クラッド層としてＡｌＧａＡｓ層を備えている。
作製に際しては、ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、ＩｎＧａＡｓ活性層、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流ブロッキング層、ｎ−ＧａＡｓキャップ層等を積層し、次いでｎ−ＧａＡｓコンタクト層及びｎ−ＡｌＧａＡｓ電流ブロッキング層をエッチングして、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層を露出させる際、エッチングストップ層としてＡｌＧａＡｓ層に対してエッチング選択性を有し、かつＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層が用いられることが多い。
また、必要に応じ、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層とＩｎＧａＡｓ活性層の間、及び活性層とｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層との間に、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなるＳＣＨ層を設けた構造も提案されている。
更に、一層のエッチングストップ層の改良案として、２層構造のエッチングストップ層を設ける方法も、提案されている。
【０００６】
ここで、図３及び図４を参照して、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子を作製する従来の方法を説明する。図３及び図４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子を作製するに当たり、従来の方法によって積層構造をエッチングする際の工程毎の断面図である。
本方法では、ＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ電流ブロッキング層をエッチングする際に、２層構造のエッチングストップ層を用いている。
まず、図３に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層１４、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層１６、ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1バリア層１８、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層２０、ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1バリア層２２、及び、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層２４を、順次、積層する。
更に、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層２４上に、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層２６、膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８、膜厚１０ｎｍのｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０、膜厚２００ｎｍのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層３４の積層構造を形成する。
【０００７】
ＳＡＳ半導体レーザ素子を作製するためには、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４のみをストライプ状にエッチングする必要がある。
そこで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４及びｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングするためには、図３に示すように、エッチングマスク３６を形成する。
【０００８】
続いて、エッチャントとして、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０に対してエッチング選択性を示す酒石酸やクエン酸等のエッチング液を用いて、図４（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４及びｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングする。エッチングの進行を、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０で停止させた後、エッチングマスク３６をエッチング除去する。
次に、エッチャントとして、ｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８に対してエッチング選択性を示す塩酸系エッチャント（ＨＣｌ：Ｈ2 ＰＯ4 ＝１：３）を用いて、図４（ｂ）に示すように、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０をエッチングして、除去する。エッチングの進行は、ｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８で停止する。
【０００９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４及びｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８上に、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層３８及びｐ−ＧａＡｓキャップ層３４を再成長させる。
これにより、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子のレーザ構造４０を作製することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の方法によって９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子を作製した際、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０とｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２との界面に双方の組成とは異なる組成の中間層が形成されることにより、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０の耐性が低下し、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層２６が再成長表面に曝される。その結果、例えば、動作電圧及びしきい値電流が著しく高いという問題があった。
つまり、そのレーザ特性及び信頼性が実用的に必ずしも満足できるレベルにはなく、更なる改良が要望されていた。
【００１１】
例えば、ストライプ幅が２．５μｍで、共振器長が１２００μｍで、出射端面に反射率５％の反射防止膜、及び出射端面と反対側の端面に反射率９２％の高反射膜をそれぞれ設けた、上述のレーザ構造４０を作製するに当たり、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４及びｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングする際、第２エッチングストップ層３０の耐性が維持され、エッチングが第２エッチングストップ層３０で停止したときには、作製したレーザ構造４０のしきい値電流は１７ｍＡであり、注入電流が１００ｍＡのときの動作電圧は１．４Ｖであった。
一方、同じレーザ構造４０を作製したとき、第２エッチングストップ層３０の耐性が低下し、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層２６が再成長表面に曝されたときには、しきい値電流は４０ｍＡ〜１００ｍＡに増大し、注入電流が１００ｍＡのときの動作電圧は１．７Ｖ〜２．０Ｖに上昇した。
【００１２】
上述の説明では、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子を作製する際の２層構造のエッチングストップ層の問題点を例に上げて、被エッチング層とエッチングストップ層との間の問題点を説明しているが、この問題は２層構造のエッチングストップ層に限らず、また、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子の作製の際に限らず、被エッチング層とエッチングストップ層との間に起こる問題である。
半導体レーザ素子を作製する際、化合物半導体層をエッチングして、所望の形状に加工することが多く、例えば、リッジの形成では、化合物半導体層の積層構造の上部をエッチングし、また、回折格子の形成等では、一つの化合物半導体層をエッチングする。この場合でも、被エッチング層の下にエッチングストップ層が形成されている場合には、上述の例と同じ問題が生じる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、化合物半導体層からなるエッチングストップ層によってその上の化合物半導体層のエッチング深さを制御することにより作製した半導体レーザ素子であっても、レーザ特性及び信頼性の良好な半導体レーザ素子を提供すること、更にそのような半導体レーザ素子の作製方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の方法によって作製した９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子のレーザ特性及び信頼性が好ましくない原因を調べ、次のことを見い出した。
ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０上にｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２を成長させると、図５（ａ）に示すように、その界面に、第２エッチングストップ層３０と電流ブロッキング層３２の構成原子が複雑に混ざった不均一な組成の中間層３１が形成される。
第２エッチングストップ層３０上に電流ブロッキング層３２を成長させる際、電流ブロッキング層３２の成長が理想的に進行するときには、例えば実験的に理想的な条件で電流ブロッキング層３２を成長させるときには、中間層３１は形成されないものの、実際の成長工程で、ＭＯＣＶＤ法等によって実用的な速度で電流ブロッキング層３２を成長させるときには、構成原子が複雑に混ざった中間層３１が形成される。
その中間層３１では、エッチングレートも不均一になるので、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングした際、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０の表面が不均一にエッチングされ、荒れた表面になる。
そのため、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０が１０ｎｍ以下と薄い場合には、図５（ｂ）に示すように、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０に局所的に穴が開いてしまい、その下のｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８及びｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層２６までエッチングされてしまう。
【００１５】
また、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層２６、すなわちＡｌ系材料が再成長界面に露出していると、Ａｌ材料の表面酸化が起こるために、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層３８を再成長させる時に結晶欠陥が発生する。そのために、ＳＡＳ半導体レーザ素子のレーザ特性及び信頼性が低下する。
例えば、表面に露出したｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層２６上に、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層３８を再成長させて、ＳＡＳ半導体レーザ素子を作製し、レーザ特性を評価したところ、動作電圧及びしきい値が著しく高くなった。
【００１６】
また、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２／ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０の界面に中間層が形成されていると、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０をエッチングして取り除く際、中間層周りのｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０が局所的に除去し難くなるという問題もあった。
【００１７】
そこで、本発明者は、電流ブロッキング層３２と第２エッチングストップ層３０との間に電流ブロッキング層３２及び第２エッチングストップ層３０の双方と異なる化合物半導体層、例えばＧａＡｓ層を挿入することにより、電流ブロッキング層３２と第２エッチングストップ層３０とを離間して、中間層の生成を防止し、これにより、第２エッチングストップ層３０のエッチング耐性を向上させることを着想し、実験を重ねて本発明を発明するに到った。
【００１８】
上記目的を達成するために、上述した知見に基づいて、本発明に係る半導体レーザ素子は、レーザ構造を構成する化合物半導体積層体内に、第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層下に前記第１の化合物半導体層とは異なる化合物半導体層からなるエッチングストップ層とを備え、前記第１の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより作製される半導体レーザ素子において、前記第１化合物半導体層と前記エッチングストップ層との間に、前記第１の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層が介在しており、前記第１の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第２の化合物半導体層が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、及びＧａＡｓ層であることを特徴としている。
【００１９】
本発明で、第１の化合物半導体層及びエッチングストップ層の膜厚には制約はないが、第２の化合物半導体層の膜厚は、０．３ｎｍ以上である。０．３ｎｍ以下では、本発明の効果が乏しいからである。
本発明では、被エッチング層である第１の化合物半導体層と、エッチングストップ層との間に、被エッチング層及びエッチングストップ層とは異なる第２の化合物半導体層を介在させて、中間層の生成を防止することにより、エッチングストップ層のエッチング耐性を向上させることができる。
本発明で中間層とは、第１の化合物半導体層及びエッチングストップ層とは異なる材料であって、第１の化合物半導体層及びエッチングストップ層の構成原子が複雑に混ざった不均一な組成の層を言う。
【００２０】
ＩｎＧａＰエッチングストップ層を用いて、ＡｌＧａＡｓ層のエッチングを制御する際に、本発明を適用して、ＩｎＧａＰエッチングストップ層とＡｌＧａＡｓ層との間にＧａＡｓ層を介在させることにより、ＩｎＧａＰエッチングストップ層の耐性を格段に向上させることができる。
【００２１】
本発明及び後述の本発明方法は、上述の中間層が被エッチング層とエッチングストップ層との間に形成され易い、被エッチング層とエッチングストップ層との組み合わせの場合に好適に適用できる。
【００２２】
好適には、第２の化合物半導体層は、第１の化合物半導体層及びエッチングストップ層の双方の材料と相互に異なる材料で、しかも基板と格子整合する材料を有する。
ＡｌＧａＡｓ層の被エッチング層と、ＩｎＧａＰ層のエッチングストップ層との組み合せを有する９８０ｎｍのＳＡＳ半導体レーザ素子に好適な本発明の実施態様では、第１の化合物半導体層が少なくともＡｌを含む化合物半導体層であり、エッチングストップ層が少なくともＰを含む化合物半導体層であり、第２の化合物半導体層がＡｌ及びＰの双方を含まない化合物半導体層である。
【００２３】
本発明に係る半導体レーザ素子の作製方法は、半導体レーザ素子を構成する化合物半導体積層体の一部として、化合物半導体からなるエッチングストップ層、続いて前記エッチングストップ層上に前記エッチングストップ層とは組成の異なる第１の化合物半導体層を成膜し、次いで前記第１の化合物半導体層をエッチングする際に、前記エッチングストップ層によってエッチング深さを制御することにより、半導体レーザ素子を作製する方法であって、前記エッチングストップ層を成膜した後、前記第１の化合物半導体層及び前記エッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層を成膜する工程と、前記第２の化合物半導体層上に前記第１の化合物半導体層を成膜する工程と、次いで、前記エッチングストップ層まで、前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層をエッチングする工程とを有し、前記第１の化合物半導体層、前記エッチングストップ層、及び前記第２の化合物半導体層が、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、及びＧａＡｓ層であることを特徴としている。
【００２４】
更に、２層構造のエッチングストップ層を設けるときには、前記エッチングストップ層（以下、第１のエッチングストップ層と言う）を下地層上に成膜する前に、前記下地層上に前記第１のエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有する化合物半導体層からなる第２のエッチングストップ層を成膜する工程を有し、前記第２のエッチングストップ層をエッチングストップ層として、前記第１のエッチングストップ層をエッチングする工程を有する。
【００２５】
本発明方法では、被エッチング層とエッチングストップ層との間に第２の化合物半導体層を介在させて、中間層の生成を防止することにより、エッチングストップ層のエッチングストップ耐性を高め、エッチングストップ層を用いた半導体層の選択エッチングの制御性を向上させている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
半導体レーザ素子の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子を９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子に適用した実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のＳＡＳ半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例のＳＡＳ半導体レーザ素子５０は、図１に示すように、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０と、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２との間に、膜厚５ｎｍのｎ−ＧａＡｓ層５２が介在していることを除いて、従来のＳＡＳ半導体レーザ素子４０と同じ構成を備えている。
尚、ＳＡＳ半導体レーザ素子５０には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４上にｐ側電極５４、及びｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にはｎ側電極５６が、それぞれ、形成されている。
【００２７】
本実施形態例のＳＡＳ半導体レーザ素子５０では、ｎ−ＧａＡｓ層５２が介在することによって、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２とｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０とが相互に離間しているので、従来のように、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２とｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０との界面が形成されることもなく、従って、多種原子が不均一に混ざり合った中間層が界面に形成されることもない。
尚、中間層が形成されていないことは、透過型電子顕微鏡で確認することができ、また、本実施形態例のＳＡＳ半導体レーザ素子５０の動作電圧及びしきい値は、ｎ−ＧａＡｓ層５２を介在させていないＳＡＳ半導体レーザ素子にに比べ大幅に低くなった。
【００２８】
半導体レーザ素子の作製方法の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の作製方法を上述のＳＡＳ半導体レーザ素子５０の作製に適用した際の実施形態の一例である。図２（ａ）から（ｃ）は、本実施形態例の方法に従ってＳＡＳ半導体レーザ素子を作製した際の工程毎の断面図である。
前述した従来の方法と同様にして、先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層１４、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層１６、ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1バリア層１８、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層２０、ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1バリア層２２、及び、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層２４を、順次、積層する。
【００２９】
更に、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層２４上に、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層２６、膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８、膜厚１０ｎｍのｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０、膜厚５ｎｍのＧａＡｓ層５２、膜厚２００ｎｍのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層３４の積層構造を形成する。
次いで、図２（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングするためには、エッチングマスク３６を形成する。
【００３０】
続いて、エッチャントとして、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０に対してエッチング選択性を示す酒石酸やクエン酸等のエッチング液を用いて、図２（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２、及びｎ−ＧａＡｓ層５２をエッチングする。エッチングの進行を、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０で停止させた後、エッチングマスク３６を除去する。
次に、エッチャントとして、ｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８に対してエッチング選択性を示す塩酸系エッチャント（ＨＣｌ：Ｈ2 ＰＯ4 ＝１：３）を用いて、図２（ｃ）に示すように、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０をエッチングして、除去する。
【００３１】
次いで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３４及び露出したｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層２８上に、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電流クラッド層３８及びｐ−ＧａＡｓキャップ層３４を再成長させる。
次いで、ｐ側電極５４をｐ−ＧａＡｓキャップ層３４上に形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側電極５６を形成することにより、図１に示すように、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子のレーザ構造５０を作製することができる。
【００３２】
本実施形態例方法では、ｎ−ＧａＡｓ層５２が介在することによって、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２とｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０とが相互に離間しているので、従来のように、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２とｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０との界面が形成されることもなく、従って、多種原子が不均一に混ざり合った中間層が界面に形成されることもない。
従って、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングした際、従来のように、表面荒れがｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０に生じるようなこともない。
【００３３】
また、従来のように、中間層の形成によって、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０の組成が局所的に揺らいで、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層３２をエッチングする際、全層にわたって均一な膜厚で存在することが難しくなるようなこともないので、第２エッチングストップ層３０のエッチングストップ耐性が向上し、仮に第２エッチングストップ層３０の膜厚が１０ｎｍ以下であっても、エッチングされて、局所的に孔が開口するようなこともない。
実際に、エッチングストップ耐性が向上し、表面荒れの無い再成長界面が得られることを反射型電子顕微鏡の観察で確認することができた。
【００３４】
更には、ｎ−ＧａＡｓ層５２を挿入することにより、中間層の生成が防止されるので、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層３０をエッチングする際、従来のように、中間層が生成しているために、第２エッチングストップ層３０を円滑にエッチングすることが難しいという問題もない。
本実施形態例の方法に従って作製したＳＡＳ半導体レーザ素子のレーザ特性を測定したところ、動作電圧及びしきい値は、ＧａＡｓ層を介在させていないために表面にＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層が表面に露出した従来のＳＡＳ半導体レーザ素子に比べ大幅に低くなった。
【００３５】
本実施形態例の効果は、ＡｌＧａＡｓ層の被エッチング層と、ＩｎＧａＰ層のエッチングストップ層との組み合せだけではなく、他の系の組み合わせにも応用が可能である。
つまり、不均一な組成の中間層が形成され易い他の材料系の半導体層同士の界面に中間層の形成を防止する第２の化合物半導体層を挿入することによって、エッチングストップ層のエッチング耐性を向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチングストップ層によってエッチング深さを制御しつつ第１の化合物半導体層をエッチングすることにより作製される半導体レーザ素子において、第１化合物半導体層とエッチングストップ層との間に、第１の化合物半導体層及びエッチングストップ層の双方と異なる第２の化合物半導体層を介在させることにより、エッチングストップ層のエッチング耐性を向上させることができ、レーザ特性が良好で信頼性の高い半導体レーザ素子を実現することができる。
本発明方法によれば、第１の化合物半導体層とエッチングストップ層との間に、第２の化合物半導体層を挿入することにより、エッチングストップ層の耐性を向上させ、半導体レーザ作製プロセスにおけるエッチング制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のＳＡＳ半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態例の方法に従ってＳＡＳ半導体レーザ素子を作製した際の工程毎の断面図である。
【図３】９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子を作製するに当たり、従来の方法によって積層構造をエッチングする際の工程毎の断面図である。
【図４】図４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、図３に続いて、９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子を作製するに当たり、従来の方法によって積層構造をエッチングする際の工程毎の断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、エッチングストップ層をエッチング制御に使った従来のエッチング方法の問題点を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
１２  ｎ−ＧａＡｓ基板
１４  ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層
１６  Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層
１８  ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1バリア層
２０  Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層
２２  ＧａＡｓ0.9Ｐ0.1バリア層
２４  Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓＳＣＨ層
２６  ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層
２８  ｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストップ層
３０  ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第２エッチングストップ層
３２  ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ電流ブロッキング層
３４  ｐ−ＧａＡｓキャップ層
３８  ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層
５０  実施形態例の９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子
５２  ｎ−ＧａＡｓ層
５４  ｐ側電極
５６  ｎ側電極
３６  エッチングマスク
４０  ９８０ｎｍ帯のＳＡＳ半導体レーザ素子のレーザ構造
【図１】
0004897944.tif 000002
【図２】
0004897944.tif 000003
【図３】
0004897944.tif 000004
【図４】
0004897944.tif 000005
【図５】
0004897944.tif 000006