JP2001053390A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部電流狭窄構造を有する半導体レーザ装置
において、等価屈折率段差を向上させ、高い出力まで基
本横モード発振を得る。 【解決手段】 n型GaAs基板11上にn-In_0.49Ga_0.51P下部
クラッド層12、nあるいはi-In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2光導波
層13、In_x3Ga_1-x3As_1-y3P_y3圧縮歪量子井戸活性層14、p
あるいはi-In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2光導波層15、p-In_0.49G
a_0.51P上部第一クラッド層16、n-あるいはp-In_x1Ga_1-x1
As_1-y1P_y1エッチング阻止層17、n-In_0.49Ga_0.51P電流狭
窄層18を１μｍ、n-GaAsキャップ層19を10nm積層する。
この上にSiO₂膜20を形成し、３μm程度の幅のストライ
プ領域のSiO₂膜20を除去し、GaAsキャップ層19、n-In
_0.49Ga_0.51P電流狭窄層18をエッチングした後、SiO₂膜2
0を除去し、n-GaAsキャップ層と溝の底面のIn_x1Ga_1-x1A
s_1-y1P_y1エッチング阻止層17を除去する。p-In_x4Ga_1-x4
As_1-y4P_y4上部第二クラッド層21、p-GaAsコンタクト層2
2を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
およびその製造方法に関し、特に、内部に電流狭窄構造
と屈折率導波機構を備えた半導体レーザ装置およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、発振波長が０．９μｍから
１．１μｍの半導体レーザ装置において、基本横モード
を得るために、結晶層の内部に電流狭窄層と屈折率導波
機構を設けることが広くなされている。例えば、０．９
８μｍ帯の半導体レーザ装置として、1995年発行のIEEE
Journal of selected Topics in Quantum Electronic
s,Vol.1,No.2 pp.102において、ｎ−ＧａＡｓ基板上に
ｎ−Ａｌ_0.48Ｇａ_0.52Ａｓ下部クラッド層、アンドープ
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ光導波路、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／Ｉ
ｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ二重量子井戸活性層、アンドープＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ光導波層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部第一ク
ラッド層、ｐ−Ａｌ_0.67Ｇａ_0.33Ａｓエッチング阻止
層、ｐ−Ａｌ_0.48Ｇａ_0.52Ａｓ上部第二クラッド層、ｐ
−ＧａＡｓキャップ層、絶縁膜を積層し、通常のフォト
リソグラフィにより、選択エッチングを利用して、ｐ−
Ａｌ_0.67Ｇａ_0.33Ａｓエッチング阻止層までの狭ストラ
イプのリッジ構造を形成し、そのリッジ構造の両サイド
をＣｌガスのアシストによる選択ＭＯＣＶＤ成長により
ｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓとｎ−ＧａＡｓを埋め込み、絶
縁膜を除去した後、ｐ−ＧａＡｓを積層した電流狭窄と
屈折率導波機構を作り付けたことを特徴とする基本横モ
ード発振する半導体レーザ装置が報告されている。この
装置においては、酸化されやすいＡｌ組成の高い上部第
一クラッド層の上に選択成長の困難なＡｌＧａＡｓ上部
第二クラッド層を再成長するということが非常に難しい
という問題がある。

【０００３】また、０．９８−１．０２μｍ帯の半導体
レーザ装置として、1993年発行のIEEE Journal of Quan
tum Electronics Vol.29,No.6 pp.1936において、ｎ−
ＧａＡｓ基板上にｎ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ下部クラッド
層、アンドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ光導波層、ＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓ二重量子井戸活性層、アンドープＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ光導波層、ｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ上部
クラッド層、ｐ−ＧａＡｓキャップ層、絶縁膜を積層
し、通常のフォトリソグラフィにより選択エッチングを
利用して、ｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ上部クラッド層の途
中まで狭ストライプのリッジ構造を形成し、そのリッジ
構造の両サイドを選択ＭＯＣＶＤ成長により、ｎ−Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐとｎ−ＧａＡｓで埋め込み、絶縁膜を除去
した後電極を形成した、電流狭窄と屈折率導波機構を作
り付けたことを特徴とする基本横モード発振する半導体
レーザ装置が報告されている。この装置においては、酸
化されやすいＡｌ組成の高い上部クラッド層の上にＶ族
組成の違うＩｎＧａＰを再成長するということが非常に
難しいという問題がある。

【０００４】さらに、０．９８μｍ帯のオールＡｌフリ
ー半導体レーザ装置として、1995年発行のIEEE Journal
of selected Topics in Quantum Electronics,Vol.1,N
o.2pp.189において、ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｎ−Ｉｎ
ＧａＰクラッド層、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波
層、ＩｎＧａＡｓＰ引っ張り歪み障壁層、ＩｎＧａＡｓ
二重量子井戸活性層、ＩｎＧａＡｓＰ引っ張り歪み障壁
層、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層、ｐ−ＩｎＧａ
Ｐ上部第一クラッド層、ｐ−ＧａＡｓ光導波層、ｐ−Ｉ
ｎＧａＰ上部第二クラッド層、ｐ−ＧａＡｓキャップ
層、絶縁膜を積層し、通常のフォトリソグラフィにより
選択エッチングを利用してｐ−ＩｎＧａＰ上部第一クラ
ッド層の上部までの狭ストライプのリッジ構造を形成
し、そのリッジ構造の両サイドを選択ＭＯＣＶＤ成長に
より、ｎ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐで埋め込み、絶縁膜を除去
したｐ−ＧａＡｓコンタクト層を形成した、電流狭窄層
と屈折率導波機構を作り付けたことを特徴とする基本横
モード発振する半導体レーザが報告されている。この装
置においては、活性層の歪みを補償することにより、良
好な信頼性が得られている。しかし、リッジ幅の制御性
が悪いためにキンクレベルが１５０ｍＷ程度と低い。

【０００５】一方、０．８μｍの半導体レーザ装置とし
て、1993年発行のIEEE Journal ofquantum Electronic
s,Vol.29,No6 pp1889において、ｎ−ＧａＡｓ基板に、
ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、ＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ三重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部第一ク
ラッド層、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層、ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ保護層を積層し、通常のフォトリソグラフィにより
選択エッチングを利用して、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄
層を突き抜けるまでの狭ストライプの溝を形成し、その
上にｐ−ＡｌＧａＡｓ上部第二クラッド層と、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層を形成したことを特徴とする基本横モ
ード発振する内部ストライプ構造の半導体レーザ装置が
報告されている。この装置においては、溝幅の制御性が
高く、ｎ−Ａｌ、溝幅の制御性が高く、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ電流狭窄層とｐ−ＡｌＧａＡｓ上部第二クラッド層と
の屈折率差により高い光出力まで基本横モード発振が得
られているが、製造方法において、酸化されやすいＡｌ
ＧａＡｓ上へのＡｌＧａＡｓの再成長が難しいという欠
点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、発振波
長が０．９−１．１μｍで内部電流狭窄構造と屈折率導
波機構を有する半導体レーザ装置においては、高出力で
かつ基本横モードを得るための層構成が、特性上または
信頼性上最適ではなかった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みて、高出力下にお
いても基本横モード発振する信頼性の高い半導体レーザ
装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、第一導電型ＧａＡｓ基板上に、第一導電型下部ク
ラッド層、下部光導波層、組成比が0＜x3≦0.4および0
≦y3≦0.1であるＩｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量
子井戸活性層、上部光導波層、第二導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ
_0.51Ｐ上部第一クラッド層、電流注入窓となるストライ
プ状の部分が除去された、組成比が0≦x1≦0.3および0
≦y1≦0.6であるＩｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチン
グ阻止層、電流注入窓となるストライプ状の部分が除去
された、第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層がこ
の順に積層された結晶層の上に、組成比がx4＝(0.49±
0.01)y4および0.4≦x4≦0.46である第二導電型Ｉｎ_x4Ｇ
ａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4上部第二クラッド層および第二導電
型コンタクト層がこの順に積層されてなり、圧縮歪量子
井戸活性層の歪量と膜厚の積の絶対値が０．２５ｎｍ以
下であり、エッチング阻止層の歪量と膜厚の積の絶対値
が０．２５ｎｍ以下であり、圧縮歪量子井戸活性層およ
びエッチング阻止層以外の全ての層が、前記第一導電型
ＧａＡｓ基板と格子整合する組成であることを特徴とす
るものである。

【０００９】ここで、量子井戸活性層の歪量とは、Ｇａ
Ａｓ基板の格子定数をｃsとし、活性層の格子定数をｃa
とすると、（ｃa−ｃs）／ｃsで表される値である。

【００１０】また、エッチング阻止層の歪量とは、Ｇａ
Ａｓ基板の格子定数をｃsとし、エッチング阻止層の格
子定数をｃeとすると、（ｃe−ｃs）／ｃsで表される値
である。

【００１１】また、上記格子整合するとは、ＧａＡｓ基
板の格子定数をｃsとし、成長層の格子定数をｃとする
と（ｃ-ｃs）／ｃsで表される値が０．００３以下であ
ることを示す。

【００１２】ここで、前記エッチング阻止層は、第一導
電型または第二導電型であってもよい。

【００１３】本発明の別の半導体レーザ装置は、第一導
電型ＧａＡｓ基板上に、第一導電型下部クラッド層、下
部光導波層、組成比が0＜x3≦0.4および0≦y3≦0.1であ
るＩｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層、
上部光導波層、第二導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一
クラッド層、組成比が0≦x1≦0.3および0≦x1≦0.6であ
る第二導電型Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻
止層、電流注入窓となるストライプ状の部分が除去され
た第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層がこの順に
積層された結晶層の上に、組成比がx4＝(0.49±0.01)y4
および0.4≦x4≦0.46である第二導電型Ｉｎ_x4Ｇａ_1-x4
Ａｓ_1-y4Ｐ_y4上部第二クラッド層および第二導電型コン
タクト層がこの順に積層されてなり、圧縮歪量子井戸活
性層の歪量と膜厚の積の絶対値が０．２５ｎｍ以下であ
り、エッチング阻止層の歪量と膜厚の積の絶対値が０．
２５ｎｍ以下であり、圧縮歪量子井戸活性層およびエッ
チング阻止層以外の全ての層が、前記第一導電型ＧａＡ
ｓ基板と格子整合する組成であることを特徴とするもの
である。

【００１４】上記構成による本発明の半導体レーザ装置
は、前記圧縮歪量子井戸活性層の上下に、組成比が0≦x
5≦0.3および0＜y5≦0.6であるＩｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5
Ｐ_y5引張り歪障壁層が形成されていてもよく、その場
合、圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積と、該引張
り歪障壁層の歪量と該２つの引張り歪障壁層の合計の膜
厚の積の和の絶対値が０．２５ｎｍ以下であることが望
ましい。

【００１５】ここで、上記引張り歪障壁層の歪量は、Ｇ
ａＡｓ基板の格子定数をｃsとし、障壁層の格子定数を
ｃbとすると、（ｃb−ｃs）／ｃsで表される値である。

【００１６】また、ストライプの幅は１μｍ以上であっ
てもよい。

【００１７】また、圧縮歪量子井戸活性層は複数の量子
井戸から構成されていてもよい。

【００１８】本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、
第一導電型ＧａＡｓ基板上に、第一導電型下部クラッド
層、下部光導波層、組成比が0＜x3≦0.4および0≦y3≦
0.1であるＩｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸
活性層、上部光導波層、第二導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ
上部第一クラッド層、組成比が0≦x1≦0.3および0≦y1
≦0.6であるＩｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻
止層、第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層、Ｇａ
Ａｓキャップ層をこの順に積層し、ＧａＡｓキャップ層
の電流注入窓となる部分をストライプ状に除去し、次
に、第一導電型Ｉｎ _0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層の電流注
入窓となる部分をストライプ状に除去し、次に、該電流
注入窓となる部分がストライプ状に除去されたＧａＡｓ
キャップ層およびＩｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチン
グ阻止層の電流注入窓となるストライプ状の部分を同時
に除去した後、前記第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流
狭窄層上に前記電流注入窓を覆うように、組成比がx4＝
(0.49±0.01)y4および0.4≦x4≦0.46である第二導電型
Ｉｎ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4上部第二クラッド層および
第二導電型コンタクト層をこの順に積層し、圧縮歪量子
井戸活性層の歪量と膜厚の積の絶対値を０．２５ｎｍ以
下とし、エッチング阻止層の歪量と膜厚の積の絶対値を
０．２５ｎｍ以下とし、圧縮歪量子井戸活性層およびエ
ッチング阻止層以外の全ての層を、前記第一導電型Ｇａ
Ａｓ基板と格子整合させることを特徴とするものであ
る。

【００１９】エッチング阻止層は、第一導電型または第
二導電型であってもよい。

【００２０】また、ＧａＡｓキャップ層は第一導電型ま
たは第一導電型であってもよい。

【００２１】また、圧縮歪量子井戸活性層の上下に、組
成比が0≦x5≦0.3および0＜y5≦0.6であるＩｎ_x5Ｇａ
_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層を積層してもよく、そ
の場合、圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積と、該
引張り歪障壁層の歪量と該２つの引張り歪障壁層の合計
の膜厚の積の和の絶対値を０．２５ｎｍ以下することが
望ましい。

【００２２】なお、上記第一導電型および第二導電型と
は、例えば第一導電型がｎ型半導体であれば、第二導電
型は第一導電型と逆極性であるｐ型半導体を示すもので
ある。

【００２３】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によると、特
に、電流狭窄層をＩｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐとし、第二クラッ
ド層をＩｎ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4としているため、電
流狭窄層と第二クラッド層との屈折率の差によって生じ
る等価屈折率段差を１．５〜７×１０^-3程度に精度良く
作りつけることができ、高次モード発振のカットオフが
容易に実現できる。このことにより、高い光出力まで、
基本横モード発振を実現することができる。

【００２４】また、第二上部クラッド層を成長する界面
の層の組成にＡｌを含んでいると、Ａｌが酸化され、特
性上よくないという欠点があったが、本発明では再成長
界面の層の組成にＡｌを含まないため、容易に第二上部
クラッド層を成長させることができ、また、Ａｌの酸化
による結晶欠陥が生じないため、特性の劣化がなく、信
頼性を向上させることができる。

【００２５】また、内部に電流狭窄層を設けているの
で、電極とコンタクト層の接触面積を大きくとることが
でき、コンタクト抵抗を低減することができる。

【００２６】さらに、エッチング阻止層にＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いているため、ウェットエッチングによるストラ
イプ幅の制御性を高めることできる。

【００２７】本発明の別の半導体レーザ装置は、ＩｎＧ
ａＡｓＰエッチング阻止層において、電流を注入する部
分が除去されていなくてもよく、上記と同様の効果を得
ることができる。

【００２８】また、圧縮歪量子井戸活性層の上下に、組
成比が0≦x5≦0.3および0＜y5≦0.6であるＩｎ_x5Ｇａ
_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層を形成した場合、しき
い値電流の低減等、種々の特性および信頼性を向上させ
ることができる。

【００２９】また、ストライプ幅が１μｍ以上の半導体
レーザ装置において、上記構成による本発明を適用する
ことはより効果的であり、マルチモードであっても、低
雑音で高出力発振する半導体レーザを得ることができ
る。

【００３０】また、本発明の半導体レーザ装置の製造方
法によれば、特に、ＩｎＧａＰ電流狭窄層の上にＧａＡ
ｓキャップ層を形成することにより、ＩｎＧａＰ電流狭
窄層の上に自然酸化膜が形成されたり、直接レジスト層
が形成されて起こる層の変成等を防止できる。また、第
二クラッド層を再成長する前にそのＧａＡｓキャップ層
を除去することにより、再成長界面に残る残さを除去で
き、結晶欠陥の発生を防止することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。

【００３２】本発明の第１の実施の形態による半導体レ
ーザ素子について、その製造方法と併せて説明する。図
１に作成過程の光出射方向に対しての断面図を示す。

【００３３】図１ａに示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板11
上に有機金属気相成長法によりｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ
下部クラッド層12、ｎあるいはｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ
_1-y2Ｐ_y2光導波層13（x2＝(0.49±0.01)y2、0≦x2≦0.
3）、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性
層14（0＜x3≦0.4、0≦y3≦0.1）、ｐあるいはｉ−Ｉｎ
_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2光導波層15（x2＝(0.49±0.01)
y2、0≦x2≦0.3）、ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一ク
ラッド層16、厚さが例えば２０ｎｍのｎあるいはｐ−Ｉ
ｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層17（0≦x1
≦0.3、0≦y1≦0.6）、厚さが例えば１μｍのｎ−Ｉｎ
_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層18、厚さが例えば１０ｎｍの
ｎ−ＧａＡｓキャップ層19を積層する。この上にＳｉＯ
₂膜20を形成し、〈０１１〉方向に通常のリソグラフィ
により３μｍ程度の幅のストライプ領域のＳｉＯ₂膜20
を除去する。

【００３４】次に、図１ｂに示すように、ＳｉＯ₂膜20
をマスクとして、硫酸系エッチャントでＧａＡｓキャッ
プ層19をエッチングし、引き続き塩酸系エッチャントで
ｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層18をエッチングする
ことにより、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1As_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止
層17を露出させる。

【００３５】次に、図１ｃに示すように、ＳｉＯ₂膜20
をフッ酸系のエッチャントで除去し、引き続き硫酸系の
エッチャントで、ｎ−ＧａＡｓキャップ層と溝の底面の
Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層17を除去
する。

【００３６】その後、図１ｄに示すように、ｐ−Ｉｎ_x4
Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4（x4＝(0.49±0.01)y4、0.4≦x4
≦0.46）上部第二クラッド層21、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層22を形成する。その上にｐ側電極23を形成し、基板
の研磨を行いｎ側電極24を形成する。その後、試料を劈
開して形成した共振器に高反射率コート、低反射率コー
トを行い、チップ化して半導体レーザ素子を完成させ
る。ｐ−ＩｎＧａＰ上部第一クラッド層16の厚みさは基
本横モード発振が高出力まで維持できる厚さとする。

【００３７】本実施の形態においては、上部第二クラッ
ド層をＩｎ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4とし、電流狭窄層を
Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐとして内部電流狭窄構造と実屈折率
構造を形成しており、屈折率段差を１．５〜７×１０^-3
程度にできるため、高い出力まで基本横モード発振を実
現できる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態による半
導体レーザ素子についてその製造方法と併せて説明し、
その作成過程の光出射方向に対しての断面図を図２に示
す。

【００３９】図２ａに示すように、有機金属気相成長法
により、ｎ−ＧａＡｓ基板31上に、ｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ
_0.51Ｐ下部クラッド層32、ｎあるいはｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ
_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2光導波層33（x2＝(0.49±0.01)y2、0
≦x2≦0.3）、Ｉｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障
壁層34（0≦x5≦0.3、0＜y5≦0.6）、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａ
ｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層35（0＜x3≦0.4、0≦y
3≦0.1）、Ｉｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層
36（0≦x5≦0.3、0＜y5≦0.6）、ｐあるいはｉ−Ｉｎ_x2
Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2光導波層37（x2＝(0.49±0.01)y
2、0≦x2≦0.3）、ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一ク
ラッド層38、厚さが例えば２０ｎｍのｎあるいはｐ−Ｉ
ｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層39（0≦x1
≦0.3、0≦y1≦0.6）、厚さが例えば１μｍのｎ−Ｉｎ
_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層40、ｎ−ＧａＡｓキャップ層
41を積層する。この上にＳｉＯ₂膜42を形成し、（０１
１）方向に通常のリソグラフィにより３μｍ程度の幅の
ストライプ領域のＳｉＯ₂膜42を除去する。

【００４０】次に、図２ｂに示すように、ＳｉＯ₂膜42
をマスクとして、硫酸系エッチャントでＧａＡｓキャッ
プ層41をエッチングし、引き続き塩酸系エッチャントで
ｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層40をエッチングする
ことにより、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻
止層39を露出させる。

【００４１】次に、図２ｃに示すように、ＳｉＯ₂膜42
をフッ酸系エッチャントで除去し、引き続き硫酸系のエ
ッチャントでｎ−ＧａＡｓキャップ層41と溝の底面のＩ
ｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層39を除去す
る。

【００４２】次に、図２ｄに示すように、ｐ−Ｉｎ_x4Ｇ
ａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4（x4＝(0.49±0.01)y4、0.４≦x4≦
0.46）上部第二クラッド層43、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層44を形成する。その上にｐ側電極45を形成し、基板の
研磨を行いｎ側電極を46を形成する。その後、試料を劈
開して形成した共振器面に高反射率コート、低反射率コ
ートを行い、チップ化して半導体レーザ素子を完成させ
る。ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一クラッド層38の厚
さは基本横モード発振が高出力まで維持できる厚さとす
る。

【００４３】本実施の形態は、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3
Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層の上下にＩｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ
_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層を導入しているため、第一の実
施の形態に比べ、しきい値電流の低下等特性の改善がな
され、信頼性が向上する。

【００４４】次に本発明の第３の実施の形態による半導
体レーザ素子について、その製造方法と併せて説明し、
その作成過程の光出射方向に対しての断面図を図３に示
す。

【００４５】図３ａに示すように、有機金属気相成長法
により、ｎ−ＧａＡｓ基板51上にｎ−Ａｌ_z1Ｇａ_1-z1Ａ
ｓ下部クラッド層52（0.35≦z1≦0.7）、ｎあるいはｉ
−Ａｌ_z2Ｇａ_1-z2Ａｓ光導波層53（0≦z2≦0.2）、Ｉｎ
_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層54（0≦x5≦0.
3、0＜y5≦0.6）、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪
量子井戸活性層55（0＜x3≦0.4、0≦y3≦0.1）、Ｉｎ_x5
Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層56（0≦x5≦0.3、
0＜y5≦0.6）、ｐあるいはｉ−Ａｌ_z2Ｇａ_1-z2Ａｓ光導
波層57（0≦z2≦0.2）、ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第
一クラッド層58、厚さが例えば２０ｎｍのｎあるいはｐ
−Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層59（0
≦x1≦0.3、0≦y1≦0.6）、厚さが例えば１μｍのｎ−
Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層60、厚さが例えば１０ｎ
ｍのｎ−ＧａＡｓキャップ層61を積層する。この上に、
ＳｉＯ₂膜62を形成し、（０１１）方向に通常のリソグ
ラフィにより３μｍ程度の幅のストライプ領域のＳｉＯ
₂膜62を除去する。

【００４６】次に、図３ｂに示すように、ＳｉＯ₂膜62
をマスクとして、硫酸系エッチャントでＧａＡｓキャッ
プ層61をエッチングし、引き続き、塩酸系エッチャント
でｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層60をエッチングす
ることにより、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング
阻止層59を露出させる。

【００４７】次に、図３ｃに示すように、ＳｉＯ₂膜62
をフッ酸系のエッチャントで除去し、引き続き、硫酸系
のエッチャントでｎ−ＧａＡｓキャップ層61と溝の底面
のＩｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層59を除
去する。

【００４８】次に、図３ｄに示すように、ｐ−Ｉｎ_x4Ｇ
ａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4（x4＝(0.49±0.01)y4、0.4≦x4≦
0.46）上部第二クラッド層63、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層64を形成する。その上にｐ側電極65を形成し、基板の
研磨を行いｎ側電極66を形成する。その後、試料を劈開
して形成した共振器面に高反射率コート、低反射率コー
トを行い、チップ化して半導体レーザ素子を完成させ
る。ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_{0. 51}Ｐ上部第一クラッド層58の厚
さは基本横モード発振が高出力まで維持できる厚さとす
る。

【００４９】本実施の形態の半導体レーザ装置は、第２
の実施の形態同様、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪
量子井戸活性層の上下にＩｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引
張り歪障壁層を導入しているため、しきい値電流の低下
等特性の改善がなされる。

【００５０】次に本発明の第４の実施の形態による半導
体レーザ素子についてその製造方法と併せて説明し、そ
の作成過程の光出射方向に対しての断面図を図４に示
す。

【００５１】図４ａに示すように、有機金属気相成長法
により、ｎ−ＧａＡｓ基板71上に、ｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ
_0.51Ｐ下部クラッド層72、ｎあるいはｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ
_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2光導波層73（x2＝(0.49±0.01)y2、0
≦x2≦0.3）、Ｉｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪み
障壁層74（0≦x5≦0.3、0＜y5≦0.6）、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3
Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層75（0＜x3≦0.4、0
≦y3≦0.1）、Ｉｎ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障
壁層76（0≦x5≦0.3、0＜y5≦0.6）、ｐあるいはｉ−Ｉ
ｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2光導波層77（x2＝(0.49±0.0
1)y2、0≦x2≦0.3）、ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一
クラッド層78、厚さが例えば２０ｎｍのｐ−Ｉｎ_x1Ｇａ
_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層79（0≦x1≦0.3、0
≦y1≦0.6）、厚さが例えば１μｍのｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ
_0.51Ｐ電流狭窄層80を積層する。この上に、ＳｉＯ₂膜8
2を形成し、（０１１）方向に通常のリソグラフィによ
り３μｍ程度の幅のストライプ領域のＳｉＯ₂膜82を除
去する。

【００５２】次に、図４ｂに示すように、ＳｉＯ₂膜82
をマスクとして塩酸系エッチャントでｎ−Ｉｎ_0.49Ｇａ
_0.51Ｐ電流狭窄層80をエッチングすることによりＩｎ_x1
Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層79を露出させ
る。その後、ＳｉＯ₂膜82をフッ酸系のエッチャントで
除去する。

【００５３】図４ｃに示すように、引き続きｐ−Ｉｎ_x4
Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4（x4＝（０．４９±０．０１）ｙ
４、0.4≦x4≦0.46）上部第二クラッド層83、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層84を形成する。ｐ側電極85を形成し、
その後基板の研磨を行い、ｎ側電極86を形成する。その
後、試料を劈開して形成した共振器面に高反射率コー
ト、低反射率コートを行い、その後チップ化して半導体
レーザ素子を完成させる。ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部
第一クラッド層78の厚さは基本横モード発振が高出力ま
で維持できる厚さとする。

【００５４】本実施の形態では、溝底辺のＩｎ_x1Ｇａ
_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層79を除去しない方法
について述べたが、溝底辺のＩｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ
_y1エッチング阻止層79を除去して、その上にｐ−Ｉｎ_x4
Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4（x4＝(0.49±0.01)y4、0.4≦x4
≦0.46）上部第二クラッド層83、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層84を形成してもよい。

【００５５】また、上記４つの実施の形態の半導体レー
ザ装置において、発振する波長帯λに関しては、圧縮歪
Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3活性層（0＜x3≦0.4、0≦y
3≦0.1）より、９００＜λ＜１２００（ｎｍ）の範囲ま
での制御が可能である。

【００５６】また、上記４つの実施の形態においては、
屈折率導波機構付き半導体レーザ装置についてのみ記載
しているが、回折格子付きの半導体レーザ装置や光集積
回路の作成にも用いることが可能である。

【００５７】また、層構成は、ｎ型導電性のＧａＡｓ基
板を使用した場合について記述しているが、ｐ型の導電
性の基板を用いた層構成でもよく、この場合、上記すべ
ての導電性を反対にすればよい。

【００５８】また、上記実施の形態では、量子井戸が単
一で光導波層組成が一定のＳＱＷ−ＳＣＨと呼ばれる構
造を示したが、ＳＱＷの代わりに量子井戸を複数とする
多重量子井戸構造であってもよい。

【００５９】また、結晶層の成長法として、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。

【００６０】また、ストライプ幅は１μｍ以上であって
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
素子の作成過程を示す断面図

【図２】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
素子の作成過程を示す断面図

【図３】本発明の第３の実施の形態による半導体レーザ
素子の作成過程を示す断面図

【図４】本発明の第４の実施の形態による半導体レーザ
素子の作成過程を示す断面図

【符号の説明】

11,31,51,71 ＧａＡｓ基板 14,35,55,75 ＩｎＧａＡｓＰ活性層 16,38,48,68 ＩｎＧａＰ上部第一クラッド層 17,39,59,79 ＩｎＧａＡｓＰエッチング阻止層 18,40,60,80 ＩｎＧａＰ電流狭窄層 21,43,63,83 ＩｎＧａＡｓＰ上部第二クラッド層 12,44,64,84 ＧａＡｓコンタクト層

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F043 AA03 AA04 AA20 BB07 BB08 CC20 DD24 FF01 FF03 5F045 AA04 AB10 AB17 AB18 AF04 BB12 BB16 CA12 DA64 DC62 HA14 5F073 AA13 AA53 AA74 AA83 CA17 CB02 DA05 DA22 EA24 EA29

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一導電型ＧａＡｓ基板上に、 第一導電型下部クラッド層、 下部光導波層、 組成比が0＜x3≦0.4および0≦y3≦0.1であるＩｎ_x3Ｇａ
   _1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層、 上部光導波層、 第二導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一クラッド層、 電流注入窓となるストライプ状の部分が除去された、組
   成比が0≦x1≦0.3および0≦y1≦0.6であるＩｎ_x1Ｇａ
   _1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層、 電流注入窓となるストライプ状の部分が除去された、第
   一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層がこの順に積層
   された結晶層の上に、 組成比がx4＝(0.49±0.01)y4および0.4≦x4≦0.46であ
   る第二導電型Ｉｎ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4上部第二クラ
   ッド層および第二導電型コンタクト層がこの順に積層さ
   れてなり、 前記圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積の絶対値が
   ０．２５ｎｍ以下であり、 前記エッチング阻止層の歪量と膜厚の積の絶対値が０．
   ２５ｎｍ以下であり、 前記圧縮歪量子井戸活性層および前記エッチング阻止層
   以外の全ての層が、前記第一導電型ＧａＡｓ基板と格子
   整合する組成であることを特徴とする半導体レーザ装
   置。
2. 【請求項２】 前記エッチング阻止層が、第一導電型ま
   たは第二導電型であることを特徴とする請求項１記載の
   半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 第一導電型ＧａＡｓ基板上に、 第一導電型下部クラッド層、 下部光導波層、 組成比が0＜x3≦0.4および0≦y3≦0.1であるＩｎ_x3Ｇａ
   _1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層、 上部光導波層、 第二導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一クラッド層、 組成比が0≦x1≦0.3および0≦y1≦0.6である第二導電型
   Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層、 電流注入窓となるストライプ状の部分が除去された第一
   導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層がこの順に積層さ
   れた結晶層の上に、 組成比がx4＝(0.49±0.01)y4および0.4≦x4≦0.46であ
   る第二導電型Ｉｎ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4上部第二クラ
   ッド層および第二導電型コンタクト層がこの順に積層さ
   れてなり、 前記圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積の絶対値が
   ０．２５ｎｍ以下であり、 前記エッチング阻止層の歪量と膜厚の積の絶対値が０．
   ２５ｎｍ以下であり、 前記圧縮歪量子井戸活性層および前記エッチング阻止層
   以外の全ての層が、前記第一導電型ＧａＡｓ基板と格子
   整合する組成であることを特徴とする半導体レーザ装
   置。
4. 【請求項４】 前記圧縮歪量子井戸活性層の上下に、組
   成比が0≦x5≦0.3および0＜y5≦0.6であるＩｎ_x5Ｇａ
   _1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層が形成されており、 前記圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積と、該引張
   り歪障壁層の歪量と該２つの引張り歪障壁層の合計の膜
   厚の積の和の絶対値が０．２５ｎｍ以下であることを特
   徴とする請求項１、２または３記載の半導体レーザ装
   置。
5. 【請求項５】 前記ストライプの幅が１μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の半導
   体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記圧縮歪量子井戸活性層が、複数の量
   子井戸から構成されていることを特徴とする請求項１か
   ら５いずれか１項記載の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 第一導電型ＧａＡｓ基板上に、 第一導電型下部クラッド層、 下部光導波層、 組成比が0＜x3≦0.4および0≦y3≦0.1であるＩｎ_x3Ｇａ
   _1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3圧縮歪量子井戸活性層、 上部光導波層、 第二導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部第一クラッド層、 組成比が0≦x1≦0.3および0≦y1≦0.6であるＩｎ_x1Ｇａ
   _1-x1Ａｓ_1-y1Ｐ_y1エッチング阻止層、 第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層 ＧａＡｓキャップ層をこの順に積層し、 前記ＧａＡｓキャップ層の電流注入窓となる部分をスト
   ライプ状に除去し、 次に、前記第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層の
   電流注入窓となる部分をストライプ状に除去し、 次に、該電流注入窓となる部分がストライプ状に除去さ
   れたＧａＡｓキャップ層およびＩｎ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ_1-y1
   Ｐ_y1エッチング阻止層の電流注入窓となるストライプ状
   の部分を同時に除去した後、 前記第一導電型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ電流狭窄層上に前記
   電流注入窓を覆うようにして、組成比がx4＝(0.49±0.0
   1)y4および0.4≦x4≦0.46である第二導電型Ｉｎ_x4Ｇａ
   _1-x4Ａｓ_1-y4Ｐ_y4上部第二クラッド層および第二導電型
   コンタクト層をこの順に積層し、 前記圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積の絶対値を
   ０．２５ｎｍ以下とし、 前記エッチング阻止層の歪量
   と膜厚の積の絶対値を０．２５ｎｍ以下とし、 前記圧縮歪量子井戸活性層および前記エッチング阻止層
   以外の全ての層を、前記第一導電型ＧａＡｓ基板と格子
   整合させることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
   法。
8. 【請求項８】 前記エッチング阻止層が、第一導電型ま
   たは第二導電型であることを特徴とする請求項７記載の
   半導体レーザ装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記ＧａＡｓキャップ層が、第一導電型
   または第二導電型であることを特徴とする請求項７また
   は８記載の半導体レーザ装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記圧縮歪量子井戸活性層の上下に、
    組成比が0≦x5≦0.3および0＜y5≦0.6であるＩｎ_x5Ｇａ
    _1-x5Ａｓ_1-y5Ｐ_y5引張り歪障壁層を積層し、 前記圧縮歪量子井戸活性層の歪量と膜厚の積と、該引張
    り歪障壁層の歪量と該２つの引張り歪障壁層の合計の膜
    厚の積の和の絶対値を０．２５ｎｍ以下とすることを特
    徴とする請求項７、８または９記載の半導体レーザ装置
    の製造方法。