JP2001053386A

JP2001053386A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2001053386A
Application number: JP11229794A
Authority: JP
Inventors: Naoto Jikutani; 直人軸谷; Takashi Takahashi; 孝志高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電流狭窄層の結晶性改善により特性が向上し
た波長６００〜６６０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を提供
する。【解決手段】基本的には、クラッド層１０５，１０７
がＧａＰとＧａＡｓの間の格子定数を持つＡｌＧａＩｎ
ＡｓＰ系の半導体レーザ素子において、電流狭窄層１１
０の半導体材料をＡｌＧａＩｎＡｓＰとする。即ち、電
流狭窄層１１０にＡｓを組成として含むＡｌＧａＩｎＡ
ｓＰを用いることでヒロックが減少し、素子表面の平坦
性及び結晶性が改善し、寿命などの素子信頼性が向上す
る。これによってヒロックを介した電流狭窄層１１０部
分の電流リークパスが減少し、かつ、電流狭窄層１１０
部分のヒロックによる光散乱が抑制されるので導波損失
も減少する。これらにより閾値電流値は低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光記録、読出用光
源、発光表示装置等に適用可能な半導体レーザ素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】波長６００ｎｍ帯の発光が得られるＡｌ
ＧａＩｎＰ材料系半導体レーザは、レーザビームプリン
タや、光ディスク光源等の用途があり、近年その重要性
が増している。

【０００３】特に、光ディスク用レーザでは水平横モー
ドが単峰性である基本モードであり、非点収差が小さい
ことが要求されている。

【０００４】単一基本モードで発振させ、更に非点収差
を小さくすることは実屈折率導波とすることで達成で
き、典型的な従来技術としては、例えば、１９８９年秋
季応用物理学会予稿集28a-ZG-4で発表されたＡｌＧａＩ
ｎＰ系可視光半導体レーザがある。この半導体レーザ素
子の断面図を図１０に示す。

【０００５】この例では、ｎ−ＧａＡｓ基板２上にＡｌ
ＧａＩｎＰクラッド層３、ＧａＩｎＰ活性層４、ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層５を積層した後、逆メサ形状のリッ
ジストライプを形成し、ＳｉＯ₂をマスクに高抵抗Ａｌ
ＩｎＰ層６、ｐ−ＧａＡｓ層９を選択的に埋め込むこと
で実屈折率導波構造を形成している。図１０中、１はＡ
ｕＧｅ／Ｎｉｎ側電極、７はｎ−ＧａＡｓ層、８はＧ
ａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層、１０はＣｒ/Ａｕ/Ｐｔ/Ａｕ層であ
る。

【０００６】このような半導体レーザ素子はＧａＡｓ基
板２上に基板と格子整合して作製されたものであるが、
特開平５−４１５６０号公報による提案例では、ＧａＡ
ｓ基板上にＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有する
(ＡｌＧａ)_aＩｎ_1-aＰ(0.51＜a≦0.73)からなるダブル
ヘテロ構造体を、これに格子整合するＧａＰ_xＡｓ_1-x格
子不整解消層などを介して形成された屈折率導波型半導
体レーザ素子が開示されている。

【０００７】図１１に格子定数とバンド端エネルギーの
関係を示す。実線がＧａＩｎＰ、破線がＡｌＩｎＰを示
している。

【０００８】図から分かるように格子定数がＧａＡｓよ
り小さい範囲では、ＧａＡｓ基板に格子整合する場合よ
りバンドギャップエネルギーが大きいＡｌＧａＩｎＰ半
導体材料をクラッド層と活性層に用いることができる。
これはレーザの短波長化に有利である。このように、上
記の格子定数の素子によって特開平５−４１５６０号公
報例では６００ｎｍより短い波長のレーザを提案してい
る。また、格子定数とバンドギャップエネルギーの関係
から分かるように、ＧａＡｓとＧａＰの間の格子定数を
持つＡｌＧａＩｎＰをクラッド層、光導波層に用いるこ
とは、波長６００〜６６０ｎｍの赤色レーザの特性改善
に応用できるものである。

【０００９】さらに、電流狭窄層にＧａＡｓ、ＡｌＩｎ
Ｐを用いる屈折率導波レーザ素子についても考えられて
いる他、電流狭窄層としてこの他にもＡｌＧａＩｎＰ半
導体材料を用いることが可能であるが、Ａｌ組成の大き
い半導体材料（特にＡｌＩｎＰ）とする場合には後述す
る問題が発生する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような実屈折率
導波型レーザ素子を作製するためには活性層の水平方向
に実効屈折率差を作り込む必要がある。通常、これは素
子の作製過程においてエッチングによってリッジ形状或
いは溝等を形成した後、ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッ
ド層或いは電流狭窄層を再成長することによって行なわ
れている。

【００１１】しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を、
ＭＯＣＶＤ法等で(１００)面や(１００)面からの傾きが
小さいＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＰ_0.4Ａｓ_0.6基板上に成
長すると、成長表面にヒロックが多数観察される。これ
は、ＡｌＩｎＰ等でＡｌ組成が大きい場合に特に顕著で
ある。

【００１２】このようなヒロックは傾斜基板を用いるこ
とによってある程度は低減することができる。また、基
板のオフ角度が大きい程得られる効果は大きい。ところ
が、格子定数がＧａＡｓよりも小さい、つまり、Ａｌ及
びＧａ組成が大きいＡｌＧａＩｎＰの場合には、傾斜基
板によってヒロックを十分に低減することが困難とな
る。更に、規格の汎用性に富んだＧａＡｓ基板にと比
べ、十分な傾斜角を持つＧａＡｓＰ基板を入手すること
は現状では難しい。

【００１３】このヒロックが成長層中に多数存在すると
レーザ、ＬＥＤ等のデバイス特性を悪くしたり、歩留ま
りを落とす原因となり生産上好ましくない。特に、元
来、Ａｌを含む混晶の再成長は、下層膜の表面酸化等に
よって良好な結晶性を得ることが難しく、上述した問題
は更に素子特性を劣化させる原因となる。

【００１４】特開平５−４１５６０号公報に記載されて
いる格子定数の電流狭窄層では、上述のような理由から
結晶性及び平坦性の良好な素子を作製することは困難と
考えられる。

【００１５】そこで、本発明は、電流狭窄層の結晶性改
善により特性が向上した波長６００〜６６０ｎｍ帯の半
導体レーザ素子を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の半
導体レーザ素子は、第一導電型半導体基板上にＧａＡｓ
とＧａＰの間の格子定数を持つ第一導電型クラッド層、
及び活性層と、この活性層上に前記格子定数を有する第
二導電型クラッド層とを少なくとも形成した後、前記活
性層の電流通路ストライプ所定領域を形成するために、
前記第二導電型クラッド層の電流通路ストライプ所定領
域をリッジ形状にエッチングし、前記活性層の電流通路
ストライプ所定領域以外の電流を狭窄するために第一導
電型電流狭窄層を設けた半導体レーザ素子において、前
記電流狭窄層が(Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1) _y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ
_1-z1 (0≦x1≦1，0≦y1≦1，0＜z1≦1)で構成されてい
る。

【００１７】即ち、請求項１記載の半導体レーザ素子で
は、ＡｌＧａＩｎＰの組成にＡｓを含ませることによっ
て電流狭窄層のヒロック発生を抑制するものである。

【００１８】ここに、本発明者らは、ＡｌＧａＩｎＰ成
長中にＡｓを含ませることでヒロックの密度を激減でき
ることを見い出している。また、Ａｓの添加以外にもヒ
ロックの発生密度は成長条件に依存し、ＡｌＩｎＰの成
長温度を７００℃から７５０℃に上げることで発生密度
は低減できるが、これだけではまだ不十分であった。し
かし、これにＡｓを添加すると発生密度は激減した。更
に、Ａｓの添加を行い成長温度を７００℃に下げた場合
でもヒロック密度は激減していた。Ａｌ又はＧａのドロ
ップレット形成が有効に抑えられたためと考えられる。
これは僅かなＡｓ組成でも効果があり、更にＡｓ組成が
大きいほど低減効果は大きかった。

【００１９】これは、市販ＧａＡｓＰ基板のように基板
傾斜角度が小さい場合に特に大きな効果が得られるもの
である。このようにＡｓ添加によってヒロックが低減
し、デバイス特性の悪化、歩留まり低下を抑えることが
できる。

【００２０】このように、請求項１記載の半導体レーザ
素子によれば、電流狭窄層にＡｓを組成として含むＡｌ
ＧａＩｎＡｓＰを用いたことでヒロックが減少し、素子
表面の平坦性及び結晶性が改善し、寿命などの素子信頼
性が向上する効果があり、これによってヒロックを介し
た電流狭窄層部の電流リークパスが減少する効果も得ら
れる上に、電流狭窄層部でのヒロックによる光散乱が抑
制されるので導波損失を減少させる効果もあり、これら
により閾値電流値は低減する。

【００２１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザ素子における前記電流狭窄層が(Ａｌ_x1Ｇａ
_1-x1)_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1 (0≦x1≦1，0≦y1≦1，
0.01≦z1≦1)である。

【００２２】上述のように、Ａｓによるヒロックの低減
効果は、僅かなＡｓ組成から効果があるが、特に、Ｖ族
元素のＡｓ組成が１％以上(Ａｓ濃度約２．３Ｅ２０[１
／ｃｍ^-3])から明確なヒロックの低減が確認される。よ
って、電流狭窄層のＡｓ組成をこれ以上に設定すること
で、飛躍的にヒロックを低減する作用が得られる。これ
によって、請求項１記載の半導体レーザ素子の特性を向
上させることができる。

【００２３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の半導体レーザ素子における前記第一導電型電流狭窄
層がレーザ光に対して透明である。即ち、レーザ光に対
して透明であるＡｌＧａＩｎＡｓＰによって電流狭窄層
を形成している。

【００２４】請求項３記載の半導体レーザ素子において
は、電流狭窄層に活性層よりもバンドギャップエネルギ
ーの大きな材料を用いることで電流通路ストライプ下以
外で起こる光の吸収（導波損失）を低減することができ
る。これによって、閾値電流は低減し、外部微分量子効
率は増大する。また、このようなＡｌＧａＩｎＡｓＰ電
流狭窄層はＡｌ組成が大きく、電流狭窄層の屈折率は第
二導電型ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層よりも小さくな
るため、実屈折率導波構造が形成され、横モードを安定
化させることができる。実屈折率導波構造とすること
で、非点収差は小さくなる。

【００２５】従って、請求項３記載の半導体レーザ素子
では、請求項１記載の半導体レーザ素子の作用効果に加
えて、電流狭窄層のバンドギャップを活性層よりも大き
くすることで、電流狭窄層がレーザ光に対して透明とな
り、電流通路ストライプの下以外に漏れ出た光の、電流
狭窄層による吸収を防ぐ効果がある。従って、導波損失
は減り、発振閾値電流は減少し、外部微分量子効率は増
加し、より高出力動作が可能となる等の効果が得られ
る。また、レーザ光に対して透明となる電流狭窄層半導
体材料では屈折率を第二導電型のクラッド層よりも小さ
くできるので、活性層の水平方向に実屈折率差が形成さ
れ、非点収差が小さくできる効果がある。

【００２６】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の半導体レーザ素子における前記第二導電型クラ
ッド層中にＧａ_a1Ｉｎ_1-a1Ａｓ_b1Ｐ_1-b1 (0≦a1≦1，0
≦b1≦1)層を設けた。

【００２７】このような半導体レーザ素子は、電流通路
ストライプ所定領域をリッジストライプ形状にエッチン
グする工程によって作製される。この際、Ａｌを組成に
含むＡｌＧａＩｎＡｓＰ材料系からなるクラッドは燐酸
系、塩酸系、若しくは硫酸系エッチャントによってエッ
チングが可能である。塩酸系エッチャントを用いる場合
には、ＡｌＧａＡｓＩｎＰクラッド層はＧａＡｓＰに対
して選択エッチングが可能であり、燐酸系エッチャン
ト、硫酸系エッチャントを用いる場合には、ＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰクラッド層は、ＧａＩｎＰに対して選択エッチ
ングが可能である。

【００２８】従って、クラッド層中にクラッド層の組成
に対して適切に組成を選んだＧａ_a1Ｉｎ_1-a1Ａｓ_b1Ｐ
_1-b1 (0≦a1≦1，0≦b1≦1)層を設ければ、エッチング
ストップ層として機能し、電流通路となるリッジ部の高
さを再現性良く均一に制御することができる。また、リ
ッジ部の形成後、クラッド層が大気雰囲気に曝されるこ
とがないのでＡｌ元素に起因する表面酸化を防止するこ
とができ、後工程の電流狭窄層の選択成長が容易にな
る。

【００２９】従って、請求項４記載の半導体レーザ素子
では、請求項１記載の半導体素子の作用効果に加えて、
ＧａＩｎＡｓＰ層によって電流通路ストライプ所定領域
のエッチング深さ制御が容易になる。これによって、活
性層付近までオーバーエッチしてしまうことが無くなる
ので、エッチング面の表面準位、損傷の影響が低減で
き、発光効率が高くなる効果が得られる。また、電流狭
窄層下部で、Ａｌを組成に含む第二導電型クラッド層が
大気に曝されることがないので、第一クラッド層の表面
酸化が防止でき、電流狭窄層の埋め込み成長が結晶性良
く容易に行える。これによって素子寿命等の信頼性が向
上する効果がある。

【００３０】請求項５記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の半導体レーザ素子において、少なくとも何れか
一方の活性層とクラッド層の間にＧａＩｎＰからなる光
導波層を設けた。

【００３１】請求項５記載の半導体レーザ素子のＧａＩ
ｎＰ光導波層は、請求項３記載の半導体レーザ素子と同
様にエッチングストップ層として動作する。また、活性
層とＡｌを含むクラッド層が直接接しない構造になるの
で、活性領域ヘテロ界面でのＡｌに起因する非発光再結
合を低減できる。これによって、素子の閾値電流が低減
する効果が得られる。また、光密度の高い光導波領域が
Ａｌを含まない半導体材料で構成できるのでＡｌに起因
した端面劣化を抑制することができる。これによってＣ
ＯＤレベルは高くなり、高出力動作が可能となる。

【００３２】請求項６記載の発明の半導体レーザ素子
は、第一導電型半導体基板上にＧａＡｓとＧａＰの間の
格子定数を持つ第一導電型クラッド層、及び活性層と、
この活性層上に前記格子定数を有する第一の第二導電型
クラッド層及び第一導電型電流狭窄層を少なくとも形成
した後、前記活性層の電流通路ストライプ所定領域を形
成するために、前記第一導電型電流狭窄層の電流通路ス
トライプ所定領域をエッチングし、第二の第二導電型ク
ラッド層を設けてなる半導体レーザ素子において、前記
第一導電型電流狭窄層が(Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2)_y2Ｉｎ_1-y2Ａ
ｓ_z2Ｐ_1-z2 (0≦x2≦1，0≦y2≦1、0＜z2≦1)で構成さ
れている。

【００３３】従って、請求項６記載の半導体レーザ素子
では、請求項１記載の半導体レーザ素子と同様の作用効
果に加え、電流狭窄層ストライプ状にエッチングした
後、クラッド層を選択成長しなくともよいので、選択成
長マスク及びこれの除去工程が不要であり、２回の結晶
成長工程で素子を構成でき、表面の酸化、損傷を低減
し、素子信頼性が向上する効果がある。

【００３４】請求項７記載の発明は、請求項６記載の半
導体レーザ素子における前記電流狭窄層が(Ａｌ_x ₂Ｇａ
_1-x ₂)_y ₂Ｉｎ_1-y ₂Ａｓ_z ₂Ｐ_1-z ₂ (0≦x2≦1，0≦y2≦1，
0.01≦z2≦1)である。

【００３５】従って、請求項７記載の半導体レーザ素子
では、請求項２記載の半導体レーザ素子の場合と同様
に、Ｖ族元素のＡｓ組成を1％以上(Ａｓ濃度約２．３Ｅ
２０[１／ｃｍ^-3])に設定することによって飛躍的にヒ
ロックを低減させる効果が得られ、これによって請求項
６記載の半導体レーザ素子の特性を向上させることがで
きる。

【００３６】請求項８記載の発明は、請求項６又は７記
載の半導体レーザ素子における前記第一導電型電流狭窄
層がレーザ光に対して透明である。即ち、第一導電型電
流狭窄層がレーザ光に対して透明となる半導体材料から
構成されている。

【００３７】請求項８記載の半導体レーザ素子では、請
求項６及び７記載の半導体レーザ素子の効果に加え、電
流狭窄層での光吸収が無いので導波損失が低減でき、こ
れによって、閾値電流は低減し、外部微分量子効率は増
大する。また、このようなＡｌＧａＩｎＡｓＰ電流狭窄
層はＡｌ組成が大きく、電流狭窄層の屈折率は第二導電
型のＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層よりも小さくなるた
め、横方向に実屈折率差を形成することができ、非点収
差が小さくなり、横モードを安定化させることができ
る。また、クラッド層と電流狭窄層を一回目の成長で形
成できるので、Ａｌ組成の大きな半導体材料の再成長で
問題となる下層膜表面酸化による結晶性の低下がない。

【００３８】請求項９記載の発明は、請求項６，７又は
８記載の半導体レーザ素子における前記第一の第二導電
型クラッド層上にＧａ_a2Ｉｎ_1-a2Ａｓ_b2Ｐ_1-b2 (0≦a2
≦1，0≦b2≦1)層を設けた。

【００３９】従って、請求項９記載の半導体レーザ素子
では、第一の第二導電型クラッド層と電流狭窄層の間に
設けられたＧａＩｎＡｓＰ層によって、ＡｌＧａＩｎＡ
ｓＰ電流狭窄層を例えば燐酸系エッチャント又は塩酸系
エッチャントによって選択エッチングすることができ、
電流狭窄層のエッチング深さを再現性良く、均一に制御
できる。特に電流狭窄層のＡｓ組成が小さい場合には燐
酸系エッチャント、Ｐ組成が小さい場合には塩酸系エッ
チャントが適している。これによって素子間の特性ばら
つきを減少させる効果がある。また、ＧａＩｎＡｓＰ層
によって第一の第二導電型クラッド層表面が被覆されて
いるので、エッチング後のＡｌ元素に起因したクラッド
層の表面酸化が低減でき、続く電流通路所定ストライプ
領域での第二の第二導電型クラッド層の成長が容易に行
え、クラッド層の結晶性の低下による特性劣化を防止す
る効果がある。

【００４０】請求項１０記載の発明は、請求項６，７又
は８記載の半導体レーザ素子において、前記第一導電型
電流狭窄層上にＧａ_a3Ｉｎ_1-a3Ａｓ_b3Ｐ_1-b3 (0≦a3≦
1，0≦b3≦1)層を設けた。

【００４１】請求項１０記載の半導体レーザ素子では、
第一導電型電流狭窄層上部に設けられたＧａ_a3Ｉｎ_1-a3
Ａｓ_b3Ｐ_1-b3層によって、電流狭窄層の電流通路ストラ
イプ所定領域のエッチング除去の間に生じる電流狭窄層
の表面酸化が低減する。これによって、電流狭窄層上で
の第二の第二導電型クラッド層の結晶性が向上する。

【００４２】請求項１１記載の発明は、請求項６ないし
１０の何れか一に記載の半導体レーザ素子において、少
なくとも何れか一方の活性層とクラッド層の間にＧａＩ
ｎＰからなる光導波層を設けた。

【００４３】請求項１１記載の半導体レーザ素子では、
請求項６ないし１０の何れか一に記載の半導体レーザ素
子において、活性層とＡｌを含むクラッド層が光導波層
によって直接接しない構造となるため、Ａｌ元素に起因
した非発光再結合を防止することができ、素子の閾値電
流が低減する。また、光密度の高い光導波領域がＡｌを
含まない半導体材料で構成できるので、Ａｌに起因した
端面劣化を抑制することができる。これによってＣＯＤ
レベルは高くなり、高出力動作が可能となる。

【００４４】

【実施の形態】以下、本発明の各種実施の形態について
図面を参照して説明する。

【００４５】［第一の実施の形態］本発明の第一の実施
の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の第一
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。この半導体レーザ素子は、ｎ側ＧａＡｓ基板
１０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_xＰ_1-y組成傾斜層１０３が積
層されている。これは、ＶＰＥ法により組成ｙを１から
０．４まで徐々に変えながら成長させてなる。組成傾斜
層の成長条件及び組成傾斜率は最適化されており、表面
は十分平坦である。

【００４６】次に、組成傾斜層１０３上に、ｎ−ＧａＡ
ｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層１０４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ
クラッド層１０５、アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層１
０６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層１０７、ｐ−
ＧａＩｎＰスパイク防止層１０８、ｐ−ＧａＡｓＰキャ
ップ層１０９を順次ＭＯＣＶＤ法により積層し、ＣＶＤ
法によるＳｉＯ₂を堆積した後、フォトリソグラフィー
によって、電流注入所定領域に１０μｍ幅のストライプ
をパターニングし、ＳｉＯ₂を前記ストライプ幅にエッ
チング除去した。次に、このＳｉＯ₂をマスクにし、ｐ
−ＧａＡｓＰキャップ層１０９からｐ−ＡｌＧａＩｎＡ
ｓＰクラッド層１０７の途中まで順次ケミカルエッチン
グを行い図のようにメサ形状のリッジストライプを形成
した。

【００４７】この際、ｐ−ＧａＡｓＰキャップ層１０９
は硫酸系エッチャントによりエッチング除去を行った。
また、ｐ−ＧａＩｎＰスパイク防止層１０８及びｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層１０７は塩酸系エッチャン
トによってエッチング除去を行った。ｐ−ＡｌＧａＩｎ
ＡｓＰクラッド層１０７のエッチング深さは、エッチン
グ時間によって制御した。このような手法によると、製
造工程、素子の構造が簡単にできる効果がある。

【００４８】次に、ＭＯＣＶＤ法による２回目の成長と
して、ＳｉＯ₂マスクが被覆されていない部分にｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓＰ電流狭窄層１１０を選択成長し、Ｓｉ
Ｏ₂マスクを除去した後、ＭＯＣＶＤ法による３回目の
成長としてｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層１１１を成長
し、裏面研磨の後、ｎ側電極１０１、ｐ側電極１１２を
蒸着アニールし、へき開によってレーザ共振器を形成し
た。

【００４９】本実施の形態の半導体レーザ素子のクラッ
ド層、コンタクト層及びキャップ層はＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4
に格子整合している。

【００５０】ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4に格子整合するＧａＩｎ
ＡｓＰのバンドギャップ波長は、５６０ｎｍから６５０
ｎｍまで変えることができる。また、活性層に歪みを加
えたり、量子井戸構造を採用することで、発光帯域を更
に広くすることもできる。活性層組成にＡｓを含ませる
ことによって、６３０ｎｍ帯、６５０ｎｍ帯の発光波長
を得ることも可能となる。本実施の形態の半導体レーザ
素子は６３５ｎｍで発振した。電流狭窄層１１０の半導
体材料はＡｌＧａＩｎＡｓＰとし、Ｖ族元素中のＡｓ組
成は２０％と比較的大きくした。この結果、ヒロックは
殆ど発生せず、成長表面は平坦であった。よって、ヒロ
ックによる電流リーク及びこれによる初期不良が減少し
た。

【００５１】電流のリークパスが無くなったため、スト
ライプの外側のｐｎｐ構造により効果的に電流をストラ
イプ領域に狭窄することができた。

【００５２】また、本実施の形態の電流狭窄層１１０は
活性層１０６よりもバンドギャップが小さいＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰ半導体材料を用いている。従って、ストライプ
導通領域から水平方向へ漏れ出した高次モードの光を吸
収する。リッジストライプの外側では広がりの大きい高
次モード光に対して導波損失が生じ、基本モード光のみ
がリッジストライプに閉じ込められ、屈折率導波構造を
形成する。発光スポットは単峰性で高出力まで安定に基
本横モードで発振した。

【００５３】［第二の実施の形態］本発明の第二の実施
の形態を図２に基づいて説明する。なお、図１で示した
部分に対応する部分には、下２桁に同一符号を付して示
す。図２は本発明の第二の実施の形態による半導体レー
ザ素子の構造を示す断面図である。

【００５４】本実施の形態の半導体レーザ素子は第一の
実施の形態の場合に対して、電流狭窄層２１０の半導体
材料が異なっており、第一の実施の形態の場合と同様の
手順によって作製される。

【００５５】本実施の形態では、電流狭窄層２１０の半
導体材料のバンドギャップエネルギーはレーザ発振光の
光子エネルギーよりも大きく、レーザ発振光に対して透
明となるように選んでいる。電流狭窄層２１０は、Ｇａ
Ａｓ_0.6Ｐ_0.4に格子整合する組成のＡｌＩｎＡｓＰとし
た。Ａｓ組成は５％としたが、ヒロックは殆ど発生しな
かった。

【００５６】また、本実施の形態の電流狭窄層２１０の
屈折率はクラッド層よりも小さい。よって、実屈折率導
波構造を形成している。電流狭窄層２１０での吸収損失
（導波損失）は無く、閾値電流はさらに低減された。ま
た、ヒロックが無くなったことで、電流のリークパス、
光散乱による導波損失も抑制されている。また、外部微
分量子効率が向上した結果、高出力動作させることがで
きた。また、実屈折率導波構造としたことで非点収差は
小さくなった。発光スポットは単峰性で高出力まで基本
横モードで発振した。

【００５７】［第三の実施の形態］本発明の第三の実施
の形態を図３に基づいて説明する。図３は本発明の第三
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【００５８】本実施の形態の半導体レーザ素子は、第一
の実施の形態と同様の手順によってｎ型ＧａＡｓ基板３
０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_xＰ_1-y組成傾斜層３０３、ｎ−
ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層３０４，ｎ−ＡｌＧａＩｎ
ＡｓＰクラッド層３０５、アンドープＧａＩｎＡｓＰ活
性層３０６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第一クラッド層３
０７まで形成した後、ｐ−ＧａＡｓＰエッチングストッ
プ層３０８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第二クラッド層３
０９、ｐ−ＧａＩｎＰスパイク防止層３１０、ｐ−Ｇａ
ＡｓＰキャップ層３１１が順次ＭＯＣＶＤ法により積層
されている。

【００５９】次に、ＣＶＤ法によってＳｉＯ₂を堆積し
た後、フォトリソグラフィーによって、電流注入ストラ
イプ所定領域に１０μｍ幅のストライプをパターニング
し、ＳｉＯ₂をマスクにして順次ケミカルエッチングを
行い、図のようにｐ−ＧａＡｓＰエッチングストップ層
３０８までメサ形状のリッジストライプを形成した。

【００６０】この際、ｐ−ＧａＡｓＰキャップ層３１１
は硫酸系エッチャントによりエッチング除去を行った。
ＧａＩｎＰスパイク防止層３１０及びＡｌＧａＩｎＡｓ
Ｐ第二クラッド層３０９は塩酸系エッチャントによって
ｐ−ＧａＡｓＰエッチングストップ層３０８に対して選
択的にエッチング除去した。このようにリッジストライ
プの高さ制御は非常に容易となった。

【００６１】次に、第一の実施の形態と同様の手順によ
りｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層３１２、ｐ−ＧａＡｓ
Ｐコンタクト層３１３を順次積層し、裏面研磨の後、ｎ
側電極３０１，ｐ側電極３１４を蒸着、アニールし、へ
き開によってレーザ共振器を形成した。

【００６２】本実施の形態の半導体レーザ素子は基本横
モードで発振した。発振波長は６５０ｎｍであった。

【００６３】電流狭窄層３１２にＡｓを含む半導体材料
を用いたことで、ヒロックは殆ど発生しなかった。これ
によって、電流のリークパス及び光散乱による導波損失
が無くなり閾値電流は低減した。また、本実施の形態で
はエッチングストップ層３０８の組成は基板に対して約
−０．７３％の格子不整となるＧａＡｓ_0.4Ｐ_0.6とし
た。前記組成のＧａＡｓＰのバンドギャップエネルギー
は、本半導体レーザ素子のレーザ発振光の光子エネルギ
ーよりも大きく、光吸収による損失はない。また、層厚
さは臨界膜厚の範囲で設けており、結晶性の低下は生じ
ていない。

【００６４】本実施の形態では、ＧａＡｓＰエッチング
ストップ層３０８を用いているが、ＧａＩｎＰはＧａＡ
ｓＰと比べ、常にバンドギャップエネルギーが大きいの
で、エッチングストップ層の材料をＧａＩｎＡｓＰとす
ればより少ない格子歪み量で、光吸収のないエッチング
ストップ層３０８を設けることができる。

【００６５】エッチングストップ層３０８によって、活
性層又は活性層の近くまでオーバーエッチすることが防
止できた。従って、エッチング表面の非発光準位の影響
が少なく、素子特性の劣化、ばらつきは殆ど無かった。
また、エッチングストップ層３０８でクラッド層３０７
が覆われており、表面酸化の影響を殆ど受けないので、
電流狭窄層３１２の結晶性は良かった。このため経時劣
化が少なく、素子信頼性は高かった。

【００６６】［第四の実施の形態］本発明の第四の実施
の形態を図４に基づいて説明する。図４は本発明の第四
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【００６７】本実施の形態の半導体レーザ素子は、第一
の実施の形態と同様の手順によってｎ型ＧａＡｓ基板４
０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_yＰ_1-y組成傾斜層４０３、ｎ−
ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層４０４，ｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰクラッド層４０５まで形成した後、アンドープ
ＧａＩｎＰ光導波層４０６、アンドープＧａＩｎＡｓＰ
活性層４０７、アンドープＧａＩｎＰ光導波層４０８、
ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層４０９、ｐ−ＧａＩ
ｎＰスパイク防止層４１０、ｐ−ＧａＡｓＰキャップ層
４１１が順次ＭＯＣＶＤ法により積層されている。

【００６８】次に、ＣＶＤ法によるＳｉＯ₂を堆積した
後、フォトリソグラフィーによって、電流注入ストライ
プ所定領域に１０μｍ幅のストライプをパターニング
し、ＳｉＯ₂をマスクにして順次ケミカルエッチングを
行い、図のようにアンドープＧａＩｎＰ光導波層４０８
までメサ形状のリッジストライプを形成した。

【００６９】この際、ｐ−ＧａＡｓＰキャップ層４１１
は硫酸系エッチャントによりエッチング除去を行った。
また、ＧａＩｎＰスパイク防止層４１０及びＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰクラッド層４０９の途中までは塩酸系エッチャ
ントによってエッチング除去し、この後、光導波層４０
８まで燐酸系エッチャントでエッチング除去を行った。
本実施の形態ではＧａＩｎＰ光導波層４０８はエッチン
グ停止層として機能するのでリッジストライプの高さ制
御は非常に容易に行える。

【００７０】次に、ｐ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層４１
２、ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層４１３、ｐ−ＧａＡ
ｓＰコンタクト層４１４を順次積層し、裏面研磨の後、
ｎ側電極４０１、ｐ側電極４１５を蒸着、アニールし、
へき開によってレーザ共振器を形成した。

【００７１】本実施の形態の半導体レーザ素子では、電
流狭窄層４１２，４１３、ＧａＡｓＰコンタクト層４１
４及びクラッド層４０９によって形成されるｐｎｐ構造
によって電流注入ストライプ所定領域への電流狭窄を行
なっている。

【００７２】本実施の形態の半導体レーザ素子は基本横
モードで発振した。発振波長は６４０ｎｍであった。

【００７３】電流狭窄層４１２，４１３にＡｓを含む半
導体材料を用いたことで、ヒロックは殆ど発生しなかっ
た。これによって、電流のリークパス、光散乱による導
波損失が無くなり閾値電流は低減した。

【００７４】また、活性領域をＡｌを含まないＧａＩｎ
Ｐ光導波層４０６，４０８で挟む構造としたので、非発
光再結合が減少し、素子の発振閾値は低減した。また、
光強度が大きい導波領域をＡｌを含まない半導体材料と
したことで、端面のＡｌ酸化に起因した表面準位が減っ
てＣＯＤレベルは高くなり、高出力動作した。

【００７５】［第五の実施の形態］本発明の第五の実施
の形態を図５に基づいて説明する。図５は本発明の第五
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【００７６】本実施の形態の半導体レーザ素子は、ｎ型
ＧａＡｓ基板５０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_xＰ_1-y組成傾斜
層５０３が積層されている。これは、ＶＰＥ法により組
成yを１から０．４まで徐々に変えながら成長させてな
る。組成傾斜層５０３の成長条件、厚さは最適化されて
おり、表面は十分平坦である。

【００７７】次に、組成傾斜層５０３上に、ｎ−ＧａＡ
ｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層５０４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ
クラッド層５０５、アンドープ-ＧａＩｎＡｓＰ活性層
５０６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第一クラッド層５０
７、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ電流狭窄層５０８を順次Ｍ
ＯＣＶＤ法により積層し、フォトリソグラフィーによっ
て、１０μｍ幅のレジストストライプ開口をパターニン
グし、硫酸系エッチャントにより電流狭窄層５０８の電
流注入ストライプ所定領域をエッチング除去した。エッ
チングの深さはエッチング時間によって制御した。この
ような手法によると、製造工程、素子の構造が簡単にで
きる効果がある。

【００７８】レジストを除去した後、ＭＯＣＶＤ法によ
る２回目の成長としてｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第二クラ
ッド層５０９、ｐ−ＧａＩｎＰスパイク防止層５１０及
びｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層５１１を成長し、裏面研
磨の後、ｎ側電極５０１、ｐ側電極５１２を蒸着、アニ
ールし、へき開によってレーザ共振器を形成した。

【００７９】本実施の形態の半導体レーザ素子のクラッ
ド層、コンタクト層及びキャップ層はＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4
に格子整合している。

【００８０】本実施の形態の半導体レーザ素子は基本横
モードで発振した。発振波長は６５５ｎｍであった。

【００８１】電流狭窄層５０８の半導体材料はＡｌＧａ
ＩｎＡｓＰとし、Ｖ族原料中のＡｓ組成は２０％と比較
的大きくした。この結果、ヒロックは殆ど発生せず、成
長表面は平坦であった。よって、ヒロックによる電流リ
ーク及びこれによる初期不良が減少した。

【００８２】電流のリークパスが無くなったため、スト
ライプの外側のｐｎｐ構造により効果的に電流をストラ
イプ領域に狭窄することができた。

【００８３】また、本実施の形態の半導体レーザ素子
は、２回のＭＯＣＶＤ成長によって作製されている。成
長中断によって大気雰囲気に曝される工程及びＳｉＯ₂
層の堆積、除去工程が低減、省略された結果、素子の表
面性、結晶性は非常に良好であった。このため、経時劣
化は少なく素子の寿命等の信頼性は高かった。

【００８４】［第六の実施の形態］本発明の第六の実施
の形態を図６に基づいて説明する。図６は本発明の第六
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【００８５】本実施の形態の半導体レーザ素子は、第五
の実施の形態の場合に対して電流狭窄層６０８の半導体
材料が異なっており、第五の実施の形態の場合と同様の
手順によって作製される。即ち、ｎ型ＧａＡｓ基板６０
２上に、ｎ−ＧａＡｓ_yＰ_1-y組成傾斜層６０３、ｎ−Ｇ
ａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層６０４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡ
ｓＰクラッド層６０５、アンドープ-ＧａＩｎＡｓＰ活
性層６０６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第一クラッド層６
０７、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ電流狭窄層６０８を順次
ＭＯＣＶＤ法により積層させてなる。

【００８６】本実施の形態では、電流狭窄層６０８の半
導体材料はレーザ発振光に対して透明となるように選ば
れている。電流狭窄層６０８は、ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4に格
子整合する組成のＡｌＩｎＡｓＰとした。Ａｓ組成は５
％としたが、ヒロックは殆ど発生しなかった。また、本
実施の形態の電流狭窄層６０８の屈折率はクラッド層よ
りも小さい。よって、実屈折率導波構造を形成してい
る。電流狭窄層６０８での吸収損失（導波損失）は殆ど
無く、閾値電流はさらに低減された。また、外部微分量
子効率が向上した結果、高出力動作させることができ
た。また、実屈折率導波構造としたことで非点収差は小
さくなった。発光スポットは単峰性で高出力まで基本横
モードで発振した。

【００８７】［第七の実施の形態］本発明の第七の実施
の形態を図７に基づいて説明する。図７は本発明の第七
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【００８８】本実施の形態の半導体レーザ素子は、第五
の実施の形態の場合と同様の手順によって、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板７０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_yＰ_1-y組成傾斜層７０
３、ｎ−ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層７０４、ｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＡｓＰクラッド層７０５、アンドープ-ＧａＩ
ｎＡｓＰ活性層７０６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第一ク
ラッド層７０７まで形成した後、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰエ
ッチングストップ層７０８、ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭
窄層７０９が順次ＭＯＣＶＤ法により積層されている。

【００８９】次に、フォトリソグラフィーによって、１
０μｍ幅のレジストストライプ開口をパターニングし、
塩酸系エッチャントにより電流狭窄層７０９の電流注入
ストライプ所定領域をｐ−ＧａＩｎＡｓＰエッチングス
トップ層７０８に対して選択的にエッチング除去した。
このように電流狭窄層７０９のエッチング深さ制御は非
常に容易であった。

【００９０】レジストを除去した後、ＭＯＣＶＤ法によ
る２回目の成長としてｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第二クラ
ッド層７１０、ｐ−ＧａＩｎＰスパイク防止層７１１及
びｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層７１２を成長し、裏面研
磨の後、ｎ側電極７０１、ｐ側電極７１３を蒸着、アニ
ールし、へき開によってレーザ共振器を形成した。

【００９１】本実施の形態の半導体レーザ素子は基本横
モードで発振した。発振波長は６３５ｎｍであった。

【００９２】電流狭窄層７０９にＡｓを含む半導体材料
を用いたことで、ヒロックは殆ど発生しなかった。これ
によって、電流のリークパス及び光散乱による導波損失
が無くなり閾値電流は低減した。

【００９３】また、本実施の形態ではＧａＩｎＡｓＰエ
ッチングストップ層７０８の組成は基板に格子整合する
組成とした。バンドギャップエネルギーは約２．０ｅＶ
でレーザ発振光の光子エネルギーより大きく光吸収はな
い。また、基板に格子整合しているので、エッチングス
トップ層７０８の厚さには制限はなく、プロセスマージ
ンを大きくすることができる。

【００９４】エッチングストップ層７０８を設けたこと
で、活性層又は活性層の近くまでオーバーエッチするこ
とが防止できた。

【００９５】従って、エッチング表面の非発光準位の影
響が少なく、発光効率は高かった。また、素子間の特性
のばらつきも殆ど無かった。また、ｐ−ＧａＡｓＰエッ
チングストップ層７０８でｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第一
クラッド層７０７表面が覆われており、エッチング時の
表面酸化、損傷による影響を殆ど受けないので、電流狭
窄層７０９の結晶性は良かった。このため経時劣化が少
なく、素子信頼性は高かった。

【００９６】［第八の実施の形態］本発明の第八の実施
の形態を図８に基づいて説明する。図８は本発明の第八
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【００９７】本実施の形態の半導体レーザ素子は、第七
の実施の形態の場合と同様の手順によって、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板８０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_xＰ_1-y組成傾斜層８０
３、ｎ−ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層８０４、ｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＡｓＰクラッド層８０５、アンドープ-ＧａＩ
ｎＡｓＰ活性層８０６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第一ク
ラッド層８０７、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰエッチングストッ
プ層８０８、ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層８０９まで
形成した後、ｐ−ＧａＩｎＰ酸化防止層８１０が順次Ｍ
ＯＣＶＤ法により積層されている。

【００９８】次に、フォトリソグラフィーによって、１
０μｍ幅のレジストストライプ開口をパターニングし、
ｐ−ＧａＩｎＰ酸化防止層８１０及びｐ−ＡｌＩｎＡｓ
Ｐ電流狭窄層８０９の電流注入ストライプ所定領域をｐ
−ＧａＡｓＰエッチングストップ層８０８まで順次エッ
チング除去した。

【００９９】この際、ｐ−ＧａＩｎＰ酸化防止層８１０
及びｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層８０９は塩酸系エッ
チャントによってエッチングした。塩酸系エッチャント
によってｐ−ＧａＡｓＰエッチングストップ層８０８に
対し、ｐ−ＧａＩｎＰ酸化防止層８１０及びｎ−ＡｌＩ
ｎＡｓＰ電流狭窄層８０９は選択的にエッチング除去で
きる。

【０１００】レジストを除去した後、ＭＯＣＶＤ法によ
る２回目の成長としてｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ第二クラ
ッド層８１１、ｐ−ＧａＩｎＰスパイク防止層８１２及
びｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層８１３を成長し、裏面研
磨の後、ｎ側電極８０１、ｐ側電極８１４を蒸着、アニ
ールし、へき開によってレーザ共振器を形成した。

【０１０１】本実施の形態の半導体レーザ素子は基本横
モードで発振した。発振波長は６３０ｎｍであった。

【０１０２】電流狭窄層８０９にＡｓを含む半導体材料
を用いたことで、ヒロックは殆ど発生しなかった。これ
によって、電流のリークパス及び光散乱による導波損失
が無くなり閾値電流は低減した。また、ｎ−ＡｌＩｎＡ
ｓＰ電流狭窄層８０９の表面酸化はｐ−ＧａＩｎＰ酸化
防止層８１０によって抑制され、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ
Ｐ第二クラッド層８１１等が結晶性良く成長できた。こ
のため、経時劣化は少なく素子の寿命等の信頼性は高か
った。

【０１０３】［第九の実施の形態］本発明の第九の実施
の形態を図９に基づいて説明する。図９は本発明の第九
の実施の形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面
図である。

【０１０４】本実施の形態の半導体レーザ素子は、第五
の実施の形態の場合と同様の手順によって、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板９０２上に、ｎ−ＧａＡｓ_yＰ_1-y組成傾斜層９０
３、ｎ−ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層９０４、ｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＡｓＰクラッド層９０５まで結晶成長した後、
アンドープＧａＩｎＰ光導波層９０６、アンドープＧａ
ＩｎＡｓＰ活性層９０７、アンドープＧａＩｎＰ光導波
層９０８、ｐ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層９０９、ｎ−
ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層９１０、ｐ−ＧａＩｎＰ酸化
防止層９１１を順次積層した。

【０１０５】次に、フォトリソグラフィーによって、１
０μｍ幅のレジストストライプ開口をパターニングし、
ｐ−ＧａＩｎＰ酸化防止層９１１及び、ｐ−ＡｌＩｎＡ
ｓＰ電流狭窄層９０９、ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ電流狭窄層
９１０の電流注入ストライプ所定領域を第八の実施の形
態の場合と同様の手順で順次エッチング除去した。この
際、アンドープＧａＩｎＰ光導波層９０８はエッチング
ストップ層として機能している。

【０１０６】レジストを除去した後、ＭＯＣＶＤ法によ
る２回目の成長としてｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド
層９１２、ｐ−ＧａＩｎＰスパイク防止層９１３及びｐ
−ＧａＡｓＰコンタクト層９１４を成長し、裏面研磨の
後、ｎ側電極９０１，ｐ側電極９１５を蒸着、アニール
し、へき開によってレーザ共振器を形成した。

【０１０７】本実施の形態の半導体レーザ素子では、電
流狭窄層、ＧａＡｓＰコンタクト層及びクラッド層によ
って形成されるｐｎｐ構造によって電流注入ストライプ
所定領域への電流狭窄を行なっている。

【０１０８】本実施の形態の半導体レーザ素子は基本横
モードで発振した。発振波長は６３０ｎｍであった。

【０１０９】電流狭窄層９０９，９１０にＡｓを含む半
導体材料を用いたことで、ヒロックは殆ど発生しなかっ
た。これによって、電流のリークパス及び光散乱による
導波損失が無くなり閾値電流は低減した。

【０１１０】また、活性層に接する層がＡｌを含まない
ことによって、非発光再結合が抑制され、更に閾値電流
が低減された。また、光強度の高い活性領域がＡｌを含
まない半導体材料で構成されているため、端面の表面準
位が低減し、この結果、光損傷レベルは高かった。

【０１１１】なお、これらの各実施の形態の半導体レー
ザ素子は、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓＰ組成傾斜層を用
いて作製されているものについて示したが、この他にも
ＧａＰ基板上に作製されたものであってもよいし、Ｇａ
ＡｓＰ基板上であってもよい。また、組成傾斜層の半導
体材料はＧａＡｓＰ以外にもＧａＩｎＰでもよい。ま
た、組成傾斜層の成長方法は、ＶＰＥ法以外のものであ
ってもよい。

【０１１２】

【発明の効果】請求項１記載の発明の半導体レーザ素子
によれば、電流狭窄層にＡｓを組成として含むＡｌＧａ
ＩｎＡｓＰを用いたことでヒロックが減少し、素子表面
の平坦性及び結晶性を改善することができ、寿命などの
素子信頼性を向上させることができる。これにより、ヒ
ロックを介した電流狭窄層部の電流リークパスが減少す
る効果も得られる。また、電流狭窄層部でのヒロックに
よる光散乱が抑制されるので導波損失を減少させること
もできる。これらにより、閾値電流値を低減させること
ができる。

【０１１３】請求項２記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、Ｖ族元素のＡｓ組成を１％以上（Ａｓ濃度約
２．３Ｅ２０[１／ｃｍ^-3])に設定することによって飛
躍的にヒロックを低減させることができ、よって、請求
項１記載の発明の半導体レーザ素子の特性を向上させる
ことができる。

【０１１４】請求項３記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、請求項１記載の発明の半導体レーザ素子の効果
に加えて、電流狭窄層のバンドギャップを活性層よりも
大きくすることで、電流狭窄層がレーザ光に対して透明
となり、電流通路ストライプ下以外に漏れ出た光の、電
流狭窄層による吸収を防ぐことができ、従って、導波損
失は減り、発振閾値電流は減少し、外部微分量子効率は
増加し、より高出力動作が可能となる等の効果が得られ
る。また、レーザー光に対して透明となる電流狭窄層半
導体材料では屈折率を第二導電型のクラッド層よりも小
さくできるので、活性層の水平方向に実屈折率差が形成
され、非点収差が小さくできる効果がある。

【０１１５】請求項４記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、請求項１記載の発明の半導体レーザ素子の効果
に加えて、ＧａＩｎＡｓＰ層によって電流通路ストライ
プ所定領域のエッチング深さ制御が容易になり、これに
よって、活性層付近までオーバーエッチしてしまうこと
が無くなるので、エッチング面の表面準位、損傷の影響
が低減でき、発光効率が高くなる効果が得られる。ま
た、電流狭窄層下部で、Ａｌを組成に含む第二導電型ク
ラッド層が大気に曝されることがないので、第一クラッ
ド層の表面酸化が防止でき、電流狭窄層の埋め込み成長
が結晶性良く容易に行える。これによって素子寿命等の
信頼性が向上する効果がある。

【０１１６】請求項５記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、請求項１記載の発明の半導体レーザ素子の効果
に加えて、ＧａＩｎＰ光導波層によって活性層とＡｌを
含むクラッド層が直接接しない構造となるのでＡｌ元素
に起因した非発光再結合を防止することができ、これに
よって、素子の閾値電流を低減させることができる。ま
た、光密度の高い光導波領域がＡｌを含まない半導体材
料で構成できるので、Ａｌに起因した端面劣化を抑制す
ることができ、よって、ＣＯＤレベルは高くなり、高出
力動作が可能となる。

【０１１７】請求項６記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、請求項１記載の発明の半導体レーザ素子と同様
の効果に加え、電流狭窄層ストライプ状にエッチングし
た後、クラッド層を選択成長しなくともよいので、選択
成長マスク及びこれの除去工程が不要となり、２回の結
晶成長工程で素子を構成でき、表面の酸化、損傷を低減
し、素子信頼性を向上させることができる。

【０１１８】請求項７記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、Ｖ族元素のＡｓ組成を１％以上(Ａｓ濃度約
２．３Ｅ２０[１／ｃｍ^-3])に設定することによって飛
躍的にヒロックを低減させることができ、よって、請求
項６記載の発明の半導体レーザ素子の特性を向上させる
ことができる。

【０１１９】請求項８記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、請求項６記載の発明の半導体レーザ素子の効果
に加え、電流狭窄層での光吸収が無いので、導波損失を
低減させることができ、よって、閾値電流を低減させ、
外部微分量子効率を増大させることができる。また、こ
のようなＡｌＧａＩｎＡｓＰ電流狭窄層はＡｌ組成が大
きく、電流狭窄層の屈折率は第二導電型のＡｌＧａＩｎ
ＡｓＰクラッド層より小さくなるため、横方向に実屈折
率差を形成することができ、よって、非点収差を小さく
することができる。さらには、クラッド層と、電流狭窄
層を１回目の成長で形成できるので、電流狭窄層の結晶
性低下による素子信頼性への影響が少ない効果も得られ
る。

【０１２０】請求項９記載の発明の半導体レーザ素子に
よれば、第一の第二導電型クラッド層と電流狭窄層の間
に設けられたＧａＩｎＡｓＰ層によって、ＡｌＧａＩｎ
ＡｓＰ電流狭窄層を燐酸系エッチャントによって選択エ
ッチングすることができ、電流狭窄層のエッチング深さ
を再現性良く、均一に制御できる。これによって、素子
間の特性ばらつきを減少させることができる。また、Ｇ
ａＩｎＡｓＰ層によって第一の第二導電型クラッド層表
面が被覆されているので、Ａｌ元素に起因した表面酸化
を低減させることができ、電流通路所定ストライプ領域
での第二の第二導電型クラッド層の成長が容易に行え、
クラッド層の結晶性の低下による特性劣化を防止するこ
とができる。

【０１２１】請求項１０記載の発明の半導体レーザ素子
によれば、第一導電型電流狭窄層上部に設けられたＧａ
ＩｎＡｓＰ層によって電流狭窄層の表面酸化を防止する
ことができ、電流狭窄層上での第二の第二導電型クラッ
ド層の成長が容易に行え、クラッド層の結晶性の低下に
よる特性劣化を防止することができる。

【０１２２】請求項１１記載の発明の半導体レーザ素子
によれば、請求項６記載の発明の半導体レーザ素子の効
果に加え、ＧａＩｎＰ光導波層によって活性層とＡｌを
含むクラッド層が直接接しない構造となるので、Ａｌ元
素に起因した非発光再結合を防止することができ、よっ
て、素子の閾値電流を低減させることができる。また、
光密度の高い光導波領域がＡｌを含まない半導体材料で
構成できるので、Ａｌに起因した端面劣化を抑制するこ
とができ、よって、ＣＯＤレベルは高くなり、高出力動
作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第二の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図３】本発明の第三の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図４】本発明の第四の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図５】本発明の第五の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図６】本発明の第六の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図７】本発明の第七の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図８】本発明の第八の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図９】本発明の第九の実施の形態による半導体レーザ
素子の構造を示す断面図である。

【図１０】従来の半導体レーザ素子の構造を示す断面図
である。

【図１１】格子定数とバンド端エネルギーの関係を示す
特性図である。

【符号の説明】

１０２第一導電型半導体基板１０５第一導電型クラッド層１０６活性層１０７第二導電型クラッド層１１０第一導電型電流狭窄層２０２第一導電型半導体基板２０５第一導電型クラッド層２０６活性層２０７第二導電型クラッド層２１０第一導電型電流狭窄層３０２第一導電型半導体基板３０５第一導電型クラッド層３０６活性層３０７第一の第二導電型クラッド層３０９第二の第二導電型クラッド層３１２第一導電型電流狭窄層４０２第一導電型半導体基板４０５第一導電型クラッド層４０６光導波層４０７活性層４０８光導波層４０９第二導電型クラッド層４１２，４１３第一導電型電流狭窄層５０２第一導電型半導体基板５０５第一導電型クラッド層５０６活性層５０７第一の第二導電型クラッド層５０８第一導電型電流狭窄層５０９第二の第二導電型クラッド層６０２第一導電型半導体基板６０５第一導電型クラッド層６０６活性層６０７第一の第二導電型クラッド層６０８第一導電型電流狭窄層６０９第二の第二導電型クラッド層７０２第一導電型半導体基板７０５第一導電型クラッド層７０６活性層７０７第一の第二導電型クラッド層７０９第一導電型電流狭窄層７１０第二の第二導電型クラッド層８０２第一導電型半導体基板８０５第一導電型クラッド層８０６活性層８０７第一の第二導電型クラッド層８０９第一導電型電流狭窄層８１１第二の第二導電型クラッド層９０２第一導電型半導体基板９０５第一導電型クラッド層９０６光導波層９０７活性層９０８光導波層９０９，９１０第一導電型電流狭窄層９１２第二導電型クラッド層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一導電型半導体基板上にＧａＡｓとＧ
ａＰの間の格子定数を持つ第一導電型クラッド層、及び
活性層と、この活性層上に前記格子定数を有する第二導
電型クラッド層とを少なくとも形成した後、前記活性層
の電流通路ストライプ所定領域を形成するために、前記
第二導電型クラッド層の電流通路ストライプ所定領域を
リッジ形状にエッチングし、前記活性層の電流通路スト
ライプ所定領域以外の電流を狭窄するために第一導電型
電流狭窄層を設けた半導体レーザ素子において、前記電流狭窄層が(Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1)_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ
_1-z1 (0≦x1≦1，0≦y1≦1，0＜z1≦1)であることを特
徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】前記電流狭窄層が(Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1)_y1Ｉ
ｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1(0≦x1≦1，0≦y1≦1，0.01≦z1≦
1)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】前記第一導電型電流狭窄層がレーザ光に
対して透明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】前記第二導電型クラッド層中にＧａ_a1Ｉ
ｎ_1-a1Ａｓ_b1Ｐ_1-b1(0≦a1≦1，0≦b1≦1)層を設けたこ
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】少なくとも何れか一方の活性層とクラッ
ド層の間にＧａＩｎＰからなる光導波層を設けたことを
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】第一導電型半導体基板上にＧａＡｓとＧ
ａＰの間の格子定数を持つ第一導電型クラッド層、及び
活性層と、この活性層上に前記格子定数を有する第一の
第二導電型クラッド層及び第一導電型電流狭窄層を少な
くとも形成した後、前記活性層の電流通路ストライプ所
定領域を形成するために、前記第一導電型電流狭窄層の
電流通路ストライプ所定領域をエッチングし、第二の第
二導電型クラッド層を設けてなる半導体レーザ素子にお
いて、前記第一導電型電流狭窄層が(Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2)_y2Ｉｎ
_1-y2Ａｓ_z2Ｐ_1-z2 (0≦x2≦1，0≦y2≦1、0＜z2≦1)で
あることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】前記第一導電型電流狭窄層が(Ａｌ_x ₂Ｇ
ａ_1-x ₂)_y ₂Ｉｎ_1-y ₂Ａｓ_z ₂Ｐ_1-z ₂ (0≦x2≦1，0≦y2≦
1，0.01≦z2≦1)であることを特徴とする請求項６記載
の半導体レーザ素子。
【請求項８】前記第一導電型電流狭窄層がレーザ光に
対して透明であることを特徴とする請求項６又は７記載
の半導体レーザ素子。
【請求項９】前記第一の第二導電型クラッド層上にＧ
ａ_a2Ｉｎ_1-a2Ａｓ_b2Ｐ_1-b2 (0≦a2≦1，0≦b2≦1)層を
設けたことを特徴とする請求項６，７又は８記載の半導
体レーザ素子。
【請求項１０】前記第一導電型電流狭窄層上にＧａ_a3
Ｉｎ_1-a3Ａｓ_b3Ｐ_1- _b3 (0≦a3≦1，0≦b3≦1)層を設け
たことを特徴とする請求項６，７又は８記載の半導体レ
ーザ素子。
【請求項１１】少なくとも何れか一方の活性層とクラ
ッド層の間にＧａＩｎＰからなる光導波層を設けたこと
を特徴とする請求項６ないし１０の何れか一に記載の半
導体レーザ素子。