JP2001284720A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 端面窓構造を備えた半導体レーザ素子におい
て、信頼性を向上させる。 【解決手段】 n-GaAs基板11上にn-GaAsバッファ層12、
n-Al_xGa_1-xAsグレーデッドバッファ層13、n-Al_0.63Ga
_0.37Asクラッド層14、n-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層15、A
lGaAsエッチンク゛停止層16、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層17、In
_0.13Ga_0.87As_{0 .75}P_0.25量子井戸層18、In_0.48Ga_0.52P光
ガイド層19、AlGaAs電子障壁層20、p-In_0.48Ga_0.52P光
ガイド層21を順次成長させる。次に端面近傍（a）を除
去し、p-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層22、p-Al_0.63Ga_0.37A
sクラッド層23、p-GaAsキャップ層24を順次積層する。
端面近傍のp-GaAsキャップ層24を選択的に除去する。50
μm幅のリッシ゛構造を形成するため、p-GaAsキャップ層37
およびp-Al_0.63Ga_0.37Asクラッド層33をエッチングし
て、2本の溝の間にリッジストライプを形成する。リッ
ジストライプ上に窓あけを行い、p側電極26（Ti/Pt/Ti/
Pt/Au）、n側電極27（AuGe/Ni/Au）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、半導体レーザ素子
に関し、特に、端面窓構造といわれる、端面で発振光が
非吸収となる構造を備えた半導体レーザ素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】805nm帯の半導体レーザとして、1998年
発行のApplied Physics Letters, Vol.72, No.1,pp.4-6
において、J.K. Wade氏らによる6.1W continuous wave
front-facet power from Al-free active-region (λ=8
05 nm) diode lasersが紹介されている。この半導体レ
ーザは、活性領域にAlを含まないInGaAsPを活性層と
し、InGaPを光導波層とし、クラッド層をInAlGaPとした
構造を採用した805nm帯のものである。上記文献では、
高出力特性を改善するために、活性層の光密度を低減す
る構造として、光導波層の厚みを広くした、LOC（Large
Optical Cavity）構造が考案されており、最高光出力
の増大が報告されている。但し、その最高光出力は、端
面での光吸収により流れる電流により発熱し、その発熱
により端面温度が上昇して端面でのバンドギャップが小
さくなり、さらに光吸収が多くなるという循環により端
面が破壊されるCOMD（Catastrophic optical mirror da
mage）現象により制限される。このCOMDに達する光出力
は、経時により劣化し、半導体レーザが突然の駆動停止
する可能性が高くなる。高出力駆動で、高信頼性が得ら
れないという欠点がある。

【０００３】また、0.8μｍ帯の活性層がAlフリーとな
る半導体レーザとして、1995年発行のpn. J. Appl. Phy
s. Vol.34,pp.L1175-1177.において、福永氏らによるHi
ghlyReliable Operation of High-Power InGaAsP/In
_0.48Ga_0.52P/AlGaAs 0.8μm Separate Confinement Het
erostructure Lasersが紹介されている。この半導体レ
ーザは、n-GaAs基板に、n-AlGaAsクラッド層、i-InGaP
光導波層、InGaAsP量子井戸活性層、i-InGaP光導波層、
p-AlGaAsクラッド層、p-GaAsキャップ層からなるもので
ある。このような半導体レーザの最高光出力は、1998年
発行のElectronics Letters, Vol.34, No.2, p.184にお
いて、S.O'Brien、H.ZhaoおよびR.J.Langによって、1.8
Ｗと報告されており、ストライプ幅が50μm程度以上の
多横モードレーザにおいては、例えば、0.87μmにおい
て最大破壊光出力は100μm幅素子で11.3W、200μm幅素
子で16.5Wと報告されている。

【０００４】また、1999年発行のAppl. Phys. Lett. Vo
l.75, No.13, p.1839において、早川氏らによって、活
性層に垂直方向のビーム径を増して、ピーク光強度を下
げ、光出射端面の温度上昇を最小となるように設計する
ことにより、連続発振の実用出力を50μm幅にて1.5Ｗに
も達したことが報告されている。しかしながら、これら
の方法では更なる実用光出力の大幅な増加ならびに信頼
性の向上は困難な状況にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
方法として、本出願人による特願平11-348527号におい
て、Alフリーの半導体材料を用いて端面近傍に透明領域
を形成する方法が提案されている。ここでは、活性層量
子井戸の近い光ガイド層に接して、端面近傍の透明領域
形成のための結晶再成長を行う必要があるので、再成長
界面が量子井戸から近く、また、量子井戸と再成長界面
との間にエネルギー障壁がないため、活性層から漏れだ
し拡散したキャリアが再成長界面にて非発光再結合する
ことによる効率低下や劣化促進といった悪影響が出やす
い欠点がある。また、量子井戸直下の結晶層界面までエ
ッチングを行う必要があり、その制御が容易でないとい
う欠点があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みて、端面近傍に発
振光の非吸収領域を形成した半導体レーザ素子におい
て、端面近傍をエッチングで除去する際のエッチングの
制御性が向上した、かつ、活性層から漏れ出した電子が
少数キャリアとして再成長界面に達する量を低減して、
界面における非発光再結合を防止して、性能および信頼
性が向上した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。

【０００７】

【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、量子井戸活性層の上部および下部に光
ガイド層を備えた活性領域が形成されており、光軸方向
に垂直な端面近傍が前記下部光ガイド層の深さ方向の途
中までエッチングにより除去されており、活性領域の上
全体に、発振光のエネルギーより禁制帯幅が大きい半導
体が再成長されている半導体レーザ素子において、下部
光ガイド層内に、前記エッチングを下部光ガイド層の深
さ方向の途中で選択的に停止させるエッチング停止層が
形成されており、かつ、上部光ガイド層内に、該上部光
ガイド層の禁制帯幅より大きい半導体からなる電子障壁
層が形成されていることを特徴とするものである。

【０００８】量子井戸活性層は、Ａｌを含まない半導体
からなることが望ましい。

【０００９】また、上記発振光のエネルギーより禁制帯
幅が大きい半導体および該半導体層を再成長する領域に
露出している層の半導体は、Ａｌを含まない組成である
ことが望ましい。

【００１０】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、基
板上に、量子井戸活性層の上部および下部に光ガイド層
を備えた活性領域が形成されており、光軸方向に垂直な
端面近傍が前記下部光ガイド層の深さ方向の途中までエ
ッチングにより除去されており、該活性領域の上全体
に、発振光のエネルギーより禁制帯幅が大きい半導体が
積層されている半導体レーザ素子であって、下部の光ガ
イド層内に、前記エッチングを下部の光ガイド層の途中
で選択的に停止させるエッチング停止層が形成されてい
ることにより、エッチングを量子井戸活性層から離れた
下部光ガイド層で精度良く停止させることができる。ま
た、下部光ガイド層の途中まで除去されているため、再
成長させる界面が下部光ガイド層の途中であって、量子
井戸活性層から離れているので、活性層から漏れだし拡
散したキャリアが再成長界面で結合するということがな
いため、その結合による効率低下あるいは発熱による端
面の劣化を防止することができ、性能および信頼性を向
上させることができる。

【００１１】また、本発明の半導体レーザ素子によれ
ば、上部の光ガイド層内に、該上部光ガイド層の禁制帯
幅より大きい半導体からなる電子障壁層が形成されてい
ることにより、活性層から再成長界面へと漏れ出すのを
防止でき、上記同様に再結合による効率低下さらには端
面劣化を防止することができる。

【００１２】また、活性層がＡｌを含まない半導体であ
る場合、Ａｌの酸化による組成の変成等がなく、高い信
頼性が得られることが認められているが、上記構成によ
る本発明を、量子井戸活性層がＡｌを含まない半導体か
らなる半導体レーザ素子に適用することは信頼性のさら
なる向上に非常に効果的である。

【００１３】また、上記構成による本発明を、前記発振
光のエネルギーより禁制帯幅が大きい半導体、および該
半導体層を再成長する領域に露出している層の半導体、
つまり、前記半導体を再成長する下地と再成長される半
導体がＡｌを含まない組成である信頼性の高い半導体レ
ーザ素子に適用することは、上記同様、信頼性の向上に
非常に効果的である。

【００１４】

【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。

【００１５】本発明の第１の実施の形態による半導体レ
ーザ素子について説明し、その半導体レーザ素子の断面
図を図１に示す。図１(ａ)に半導体レーザ素子の共振器
軸方向に平行な断面図を示し、図１(ｂ)に、図１(ａ)に
おけるＡ−Ａ'断面図を示し、図１(ｃ)に図１(ａ)にお
けるＢ−Ｂ'断面図を示す。

【００１６】図１(ａ)は共振器軸方向に平行な断面図で
あるので、左右の端面が劈開により得られる、ミラーと
なる面である。図１(ａ)に示すように、減圧MOCVD（Met
al Organic Chemical Vapor Deposition）法により、n-
GaAs基板11(Si=2×10¹⁸cm^-3ドープ)上にn-GaAsバッファ
層12(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.5μm) 、n-Al_xGa_1
-xAsグレーデッドバッファ層13(Si=5×10¹⁷cm^-3ドー
プ、xは0.1から0.63まで徐々に増加させる、厚さ0.2μ
m)、n-Al_0.63Ga_0.37Asクラッド層14(Si=5×10¹⁷cm^-3ド
ープ、厚さ1.5μm)、n-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層15(Si=
5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.4μm)、AlGaAsエッチング停
止層16(アンドープ、厚さ20nm)、In_0.48Ga_{0.5 2}P光ガイ
ド層17(アンドープ、厚さ0.1μm)、In_0.13Ga_0.87As_0.75
P_0.25量子井戸層18(アンドープ、厚さ10 nm)、In_0.48Ga
_0.52P光ガイド層19(アンドープ、厚さ0.1μm)、AlGaAs
電子障壁層20(アンドープ、厚さ20nm)、p-In_0.48Ga_0.52
P光ガイド層21(Zn=7×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.05μm)を
順次成長させる。

【００１７】次に、フォトリソグラフィ工程と化学エッ
チングにより、端面に相当する部分(Ｗ)を除去する。１
チップ分では幅25μmであるので、隣接するチップと合
わせて50μmの幅でライン状に除去する。p-In_0.48Ga
_0.52P光ガイド層21をHClによりエッチングし、更にAlGa
As電子障壁層20をH₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液にてエッチン
グし、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層19をHClによりエッチン
グし、量子井戸層18をH₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液にてエッ
チングし、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層17をHClによりエッ
チングしてレジストなどを除去しウエハを洗浄する。最
後にAlGaAsエッチング停止層16をH₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合
液にてエッチング除去する。最後の工程において、AlGa
Asエッチング停止層16が選択的に除去され、表面に露出
しているp-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層15はエッチングさ
れないため、エッチング後の洗浄工程で表面が清浄化さ
れる。

【００１８】次に、２回目のMOCVD成長により、p-In
_0.48Ga_0.52P光ガイド層22(Zn=7×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ
0.35μm)、p-Al_0.63Ga_0.37Asクラッド層23(Zn=7×10¹⁷c
m^-3ドープ、厚さ2μm)、p-GaAsキャップ層24（Zn=2×10
¹⁹cm^-3ドープ、0.1μm)を順次積層する。次に、端面近
傍の再成長部に対応するp-GaAsキャップ層24をNH₄OH:H₂
O₂混合液を用いて選択的に除去する。図１(ｃ)に示すよ
うに、端面近傍のキャップ層は除去されていることがわ
かる。

【００１９】次に、図１(ｂ)に示すように、50μm幅の
リッジ構造を形成するため、p-GaAsキャップ層24および
p-Al_0.63Ga_0.37Asクラッド層23を、10μm幅のストライ
プ状に２本の溝を形成するように、H₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混
合液にてエッチング除去して、２本の溝の間にリッジス
トライプを形成する。このエッチャントを用いることに
より、エッチングはp-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層22上に
て自動的に停止する。次に、プラズマCVDによりSiO₂膜2
5を形成し、希釈したHFにより、端面でキャップ層24を
除去した部分を除いて、リッジストライプ上に窓あけを
行う。次に、p側電極26（Ti/Pt/Ti/Pt/Au）を蒸着およ
び熱処理により形成し、n-GaAs基板11の底面を、全体の
厚みが100μm程度になるまで研磨してする。最後に、n
側電極27（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理により形成
する。

【００２０】このウエハから、ダイアモンド針によるス
クライブと劈開により、共振器長が1.5mmであり、長さ
が約1cmのレーザバーを切り出し、光出射面は8％、裏面
は95％以上となるように光学膜をコーティングする。最
後にダイアモンド針によるスクライブと劈開により幅約
500μmのレーザチップを切り出す。このチップを銅ヒー
トシンク上にInはんだ (厚さ4μm〜5μm)を用いてｐ電
極26側を接着して評価を行ったところ、室温において波
長約809nmで閾値電流約120mAにて発振し、光出力-電流
特性にはキンクがなく、５W以上の高出力動作が可能で
あることが確認されている。

【００２１】本実施の形態においては、AlGaAs電子障壁
層20のAl組成は、AlGaAs電子障壁層20のエネルギーギャ
ップがIn_0.48Ga_0.52P光ガイド層19、21のエネルギーギ
ャップより大きくなる範囲に設定することができる。

【００２２】また、下部のAlGaAsエッチング停止層16の
Al組成は、前記AlGaAs電子障壁層20と同一に設定しても
よい。

【００２３】また、下部のAl_vGa_1-vAsエッチング停止層
16のAl組成は、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層15、17に対し
て全てのAl組成において、化学的に選択エッチングが可
能なため適宜設定可能である。つまり、Al_vGa_1-vAsのv
は0≦v≦1である。

【００２４】本実施の形態においては、下部のｎ側光ガ
イド層中、つまり光ガイド層15と17の間にエッチング停
止層となるAlGaAsエッチング停止層16を設けていること
により、極めて制御性が高いエッチングを可能としてい
る。よって、量子井戸活性層から離れた下部の光ガイド
層15を再成長の界面とすることができ、活性層から漏れ
出した電子による非発光再結合の影響、例えば、効率低
下あるいは劣化等を受けることなく、性能あるいは信頼
性を向上させることができる。

【００２５】また、上部のp側光ガイド層中、つまり、
光ガイド層19と21の間にAlGaAs電子障壁層20を設けるこ
とにより、再成長界面、つまり、In_0.48Ga_0.52P光ガイ
ド層21とIn_0.48Ga_0.52P光ガイド層22との界面に到達す
る漏れ電子の低減を実現している。

【００２６】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説明し、その共振方向に平行な
断面図を図２に示す。本実施の形態による半導体レーザ
素子は、全面電極構造である。

【００２７】図２に示すように、MOCVD法によりn-GaAs
基板31(Si=2×10¹⁸cm^-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層32
(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.5μm) 、n-In_0.48(Ga
_0.5Al_0.5) _0.52Pクラッド層33(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、
厚さ1.5μm)、n-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層34(Si=5×10
¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.3μm)、AlGaAsエッチング停止層3
5(アンドープ、厚さ20nm)、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層36
(アンドープ、厚さ0.1μm)、In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25
量子井戸層37(アンドープ、厚さ10 nm)、In_0.48Ga_0.52P
光ガイド層38(アンドープ、厚さ0.1μm)、AlGaAs電子障
壁層39(アンドープ、厚さ20nm)、p-In_0.48Ga_0.52P光ガ
イド層40(Zn=7×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.05μm)を順次
成長する。

【００２８】次に、フォトリソグラフィ工程と化学エッ
チングにより、端面に相当する部分を除去する。先ず、
p-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層40をHClによりエッチング、
更にAlGaAs電子障壁層39をH₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液にて
エッチング、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層38をHCl、量子井
戸層37をH₂SO₄:H₂O₂:H₂O、InGaAsP光ガイド層36をHClに
よりエッチングしてレジストなどを除去しウエハを洗浄
する。最後にAlGaAsエッチング停止層35をH₂SO₄:H₂O₂:H
₂Oの混合液にてエッチング除去する。

【００２９】次に、２回目のMOCVD成長により、p-InGaA
sP光ガイド層41(Zn=7×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.3μm)、
p-In_0.48(Ga_0.5Al_0.5)_0.52Pクラッド層42(Zn=7×10¹⁷cm
^-3ドープ、厚さ2μm)、p-In_0.48Ga_0.52P層43(Zn=7×10
¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.1μm)、p-GaAsキャップ層44(Zn=2
×10¹⁹cm^-3ドープ、厚さ0.1μm)を順次積層する。

【００３０】次に、端面近傍の再成長部に対応するp-Ga
Asキャップ層44をNH₄OH:H₂O₂混合液を用いて選択的に除
去する。次に、p側電極45（Ti/Pt/Au）を蒸着および熱
処理により形成し、n-GaAs基板31底面を研磨して、全体
の厚みが100μm程度になるまで薄くする。最後に、n側
電極46（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理して形成す
る。バー切りだし、端面コーティングおよびチップ切り
出しを行い半導体レーザ素子を作製する。本実施の形態
による半導体レーザ素子は、波長809nmにて発振する。

【００３１】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説明し、その断面図を図３に示
す。本実施の形態の半導体レーザ素子は、全面電極構造
である。

【００３２】図３に示すように、MOCVD法によりn-GaAs
基板51(Si=2×10¹⁸cm^-3ドープ)上に、n-GaAsバッファ層
52(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.5μm) 、n-Al_xGa_1-xA
sグレーデッドバッファ層53(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、x
は0.1から0.5まで徐々に増加する、厚さ0.2μm)、n-Al
_0.5Ga_0.5Asクラッド層54(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ
1.5μm)、n- In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層55(Si
=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.4μm)、In_0.48Ga_0.52Pエッ
チング停止層56(アンドープ、厚さ20nm)、In_0.13Ga_{0 .87}
As_0.75P_0.25光ガイド層57(アンドープ、厚さ0.1μm)、I
n_0.16Ga_0.84As量子井戸層58(アンドープ、7 nm)、In
_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層59(アンドープ、厚さ
0.1μm)、AlGaAs電子障壁層60(アンドープ、厚さ20n
m)、p-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層61(Zn=7×10
¹⁷ cm^-3ドープ、厚さ0.05μm)を順次成長する。

【００３３】次に、フォトリソグラフィ工程と化学エッ
チングにより、端面に相当する部分を除去する。先ず、
p-InGaAsP光ガイド層61、AlGaAs電子障壁層60、InGaAsP
光ガイド層59、量子井戸層58、InGaAsP光ガイド層57をH
₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液にてエッチングし、レジストな
どを除去しウエハを洗浄する。最後にIn_0.48Ga_0.52Pエ
ッチング停止層56をHClにてエッチング除去する。

【００３４】次に、２回目のMOCVD成長により、p-In
_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層62(Zn=7×10¹⁷cm^-3ド
ープ、厚さ0.3μm)、p-In_0.48(Ga_0.5Al_0.5)_0.52Pクラッ
ド層63(Zn=7×10¹⁷ cm^-3ドープ、厚さ2μm)、p-GaAsキ
ャップ層64(Zn=2×10¹⁹cm^-3ドープ、厚さ0.1μm)を順次
積層する。次に、端面近傍の再成長部に対応するp-GaAs
キャップ層64をNH₄OH:H₂O₂混合液を用いて選択的に除去
する。次に、p側電極65（Ti/Pt/Au）を蒸着および熱処
理により形成し、n-GaAs基板51底面を研磨して、全体の
厚みが100μm程度になるまで薄くする。最後に、n側電
極66（AuGe/Ni/Au）を蒸着および熱処理により形成す
る。バーきりだし、端面コーティングおよびチップ切り
出しにより半導体レーザ素子を作製する。本実施の形態
による半導体レーザ素子は、波長980nmで発レーザ発振
する。

【００３５】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説明し、その共振方向に平行な
断面図を図４に示す。本実施の形態による半導体レーザ
素子においては、最も単純な全面電極構造を採用してい
る。

【００３６】図４に示すように、MOCVD法によりn-GaAs
基板71(Si=2×10¹⁸cm^-3ドープ)上にn-GaAsバッファ層72
(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.5μm)、n-In_0.48Ga_0.52
Pクラッド層73(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ1.5μm)、n
-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層74(Si=5×10¹⁷cm
^-3ドープ、厚さ0.3μm)、In_0.48Ga_0.52Pエッチング阻止
層75(アンドープ、厚さ20nm)、In_0.13Ga_0.87As_0.75P
_0.25光ガイド層76(アンドープ、厚さ0.1μm)、In_0.13Ga
_0.87As量子井戸層77(アンドープ、厚さ6nm)、In_0.13Ga
_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層78(アンドープ、厚さ0.1μ
m)、GaAs_0.75P_0.25電子障壁層79(アンドープ、厚さ12n
m)、p-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層80(Zn=7×10
¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.05μm)を順次成長する。

【００３７】次に、フォトリソグラフィ工程と化学エッ
チングにより、端面に相当する部分を除去する。先ず、
p-InGaAsP光ガイド層80、GaAsP光ガイド層79、InGaAsP
光ガイド層78、量子井戸層77、InGaAsP光ガイド層76をH
₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液にてエッチングし、レジストな
どを除去しウエハを洗浄する。最後にIn_0.48Ga_0.52Pエ
ッチング停止層75をHClによりエッチング除去する。

【００３８】次に、２回目のMOCVD成長により、p- In
_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層81(Zn=7×10¹⁷cm^-3ド
ープ、厚さ0.3μm)、p-In_0.48Ga_0.52Pクラッド層82(Zn=
7×10^{1 7}cm^-3ドープ、厚さ2μm)、p-GaAsキャップ層83(Z
n=2×10¹⁹cm^-3ドープ、厚さ0.1μm)を順次積層する。次
に、端面近傍の再成長部に対応するp-GaAsキャップ層83
をNH₄OH:H₂O₂混合液を用いて選択的に除去する。次に、
p側電極84（Ti/Pt/Au）を蒸着および熱処理により形成
し、n-GaAs基板71底面を研磨して、全体の厚みが100μm
程度になるまで薄くする。最後に、n側電極85（AuGe/Ni
/Au）を蒸着および熱処理により形成する。バー切りだ
し、端面コーティングおよびチップ切り出しを行って半
導体レーザ素子を作製する。本実施の形態による半導体
レーザ素子は波長950nmにて発振する。

【００３９】次に、本発明の第５の実施の形態による半
導体レーザ素子について説明し、その断面図を図５に示
す。本実施の形態による半導体レーザ素子は内部ストラ
イプ屈折率導波型レーザである。図５(ａ)に共振方向に
平行な断面図を示し、図５(ａ)におけるＡ−Ａ'断面図
を図５(ｂ)に示し、図５(ａ)におけるＢ−Ｂ'断面図を
図５(ｃ)に示す。

【００４０】図５(ａ)に示すように、減圧MOCVD法によ
りn-GaAs基板91(Si=2×10¹⁸cm^-3ドープ)上にn-GaAsバッ
ファ層92(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.5μm) 、n-Al_x
Ga_1-xAsグレーデッドバッファ層93(Si=5×10¹⁷cm^-3ドー
プ、xは0.1から0.45まで徐々に増加する。0.2μm)、n-A
l_0.45Ga_0.35Asクラッド層94(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚
さ1.5μm)、n- In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層95
(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.4μm)、In_0.48Ga_0.52P
エッチング停止層96(アンドープ、厚さ20nm)、In_{0. 13}Ga
_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層97(アンドープ、厚さ0.1μ
m)、In_0.16Ga_0.84As量子井戸層98(アンドープ、厚さ7 n
m)、In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層99(アンドー
プ、厚さ0.1μm)、Al_0.5Ga_0.5As電子障壁層100(アンド
ープ、厚さ20nm)、p-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.2光ガイド
層101(Zn=7×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.05μm)を順次成長
する。

【００４１】次に、フォトリソグラフィ工程と化学エッ
チングにより、端面に相当する部分を除去する。先ず、
p-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.2光ガイド層101、Al_0.5Ga_0.5A
s電子障壁層100、In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層9
9、In_0.16Ga_0.84As量子井戸層98、In_0.13Ga_0.87As_0.75P
_0.25光ガイド層97をH₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液にてエッチ
ング除去してレジストなどを除去しウエハを洗浄する。
In_0.48Ga_0.52Pエッチング停止層96をHClによりエッチン
グ除去する。

【００４２】次に、２回目のMOCVD成長により、p-In
_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.2光ガイド層102(Zn=7×10¹⁷cm^-3ド
ープ、厚さ0.35μm)、n-In_0.48Ga_0.52Pエッチング停止
層103（Si=1×10¹⁸cm^-3ドープ、厚さ10nm）、n-Al_0.55G
a_0.45As電流狭窄層104（Si=1×10 ¹⁸cm^-3ドープ、0.8μ
ｍ）、n-GaAs層105（Si=1×10¹⁸cm^-3ドープ、厚さ10n
m）を成長する。次に、図５(ａ)を参照して、フォトリ
ソグラフィとH₂SO₄:H₂O₂:H₂Oの混合液を用いて、端面の
活性層除去部を除く発振ストライプ領域のn-GaAs層10
5、n-Al_0.55Ga_0.45As電流狭窄層104をエッチング除去
し、更にn-In_0.48Ga_0.52Pエッチング停止層103をHClに
て除去する。このようにして、端面近傍に図５(ｂ)に示
すように、電流非注入部を形成する。図５(ｃ)に示すよ
うに、端面近傍においては、電流注入部は形成されてい
ない。

【００４３】次に、３回目のMOCVD成長により、p-Al
_0.45Ga_0.35Asクラッド層106(Zn=7×10^{1 7}cm^-3ドープ、厚
さ1.5μm)、p-GaAsキャップ層107(Zn=2×10¹⁹cm^-3ドー
プ、厚さ0.1μm)を積層する。次に、p側電極108（Ti/Pt
/Au）を蒸着および熱処理により形成し、n-GaAs基板91
の底面を研磨して、全体の厚みが100μm程度になるまで
薄くする。最後に、n側電極109（AuGe/Ni/Au）を蒸着お
よび熱処理により形成する。バー切りだし、端面コーテ
ィングおよびチップ切り出しを行って半導体レーザ素子
を作製する。本実施の形態による半導体レーザ素子は波
長980nmにて発振する。

【００４４】本実施の形態による半導体レーザ素子は、
図５(ｃ)に示すように、端面近傍では、活性領域が除去
されて、n-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25光ガイド層95の上
に再成長によるp-In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.2光ガイド層10
2が形成されており、発振光が非吸収な構造となってい
る。

【００４５】本実施の形態において、発振ストライプ幅
を３μｍ程度とすることにより単一横モードの高出力動
作が可能である。さらに、ストライプ幅を50μｍとすれ
ば、５Ｗ以上の高出力動作が可能である。

【００４６】次に、本発明の第６の実施の形態による半
導体レーザ素子について説明し、その断面図を図６に示
す、共振方向に平行な断面図を図６(ａ)に示し、図６
(ｂ)に、図６(ａ)におけるＡ−Ａ'断面図を示し、図６
(ｃ)に、図６(ａ)におけるＢ−Ｂ'断面図を示す。本実
施の形態による半導体レーザ素子は、内部ストライプ屈
折率導波型レーザである。

【００４７】図６(ａ)に示すように、減圧MOCVD法によ
りn-GaAs基板111(Si=2×10¹⁸cm^-3ドープ)上にn-GaAsバ
ッファ層112(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.5μm) 、n-
In_0.48(Ga_0.4Al_0.6)_0.52Pクラッド層113(Si=5×10¹⁷cm
^-3ドープ、厚さ1.5μm)、n-In_{0.4 8}Ga_0.52P光ガイド層11
4(Si=5×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.4μm)、Al_0.5Ga_0.5As
エッチング停止層115(アンドープ、厚さ20nm)、In_0.48G
a_0.52P光ガイド層116(アンドープ、厚さ0.1μm)、In
_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25量子井戸層117(アンドープ、厚
さ10 nm)、In_0.48Ga_0.52P光ガイド層118(アンドープ、
厚さ0.1μm)、Al_0.5Ga_0.5As電子障壁層119(アンドー
プ、厚さ20nm)、p-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層120(Zn=7×
10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.05μm)を順次成長する。

【００４８】次に、フォトリソグラフィ工程とHClとH₂S
O₄:H₂O₂:H₂Oの混合液を交互に用いた選択化学エッチン
グにより、端面に相当する部分をAl_0.5Ga_0.5Asエッチン
グ停止層115まで除去する。次に、図６(ｂ)に示すよう
に、２回目のMOCVD成長により、p-In_0.48Ga_0.52P光ガイ
ド層121(Zn=7×10¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.35μm)、n-GaAs
エッチング停止層122（Si=1×10¹⁸cm^-3ドープ、厚さ10n
m）、n-In_0.48(Ga_0.6Al _0.4)_0.52P電流狭窄層123（Si=1
×10¹⁸cm^-3ドープ、厚さ0.8μｍ）、n-In_0.48Ga_{0 .52}P層
124（Si=1×10¹⁸cm^-3ドープ、厚さ10nm）を成長する。
次に、フォトリソグラフィとHClを用いて、発振ストラ
イプ領域のn-In_0.48Ga_0.52P層124、n-In_{0.4 8}(Ga_0.6Al
_0.4)_0.52P電流狭窄層123をエッチング除去し、更にn-Ga
Asエッチング停止層122をNH₄OH:H₂O₂の混合液を用いて
除去する。

【００４９】その後、３回目のMOCVD成長により、p-In
_0.48(Ga_0.4Al_0.6)_0.52Pクラッド層125(Zn=7×10¹⁷cm^-3
ドープ、厚さ1.5μm)、p-In_0.48Ga_0.52P層126(Zn=7×10
¹⁷cm^-3ドープ、厚さ0.1μm)、p-GaAsキャップ層127(Zn=
2×10¹⁹cm^-3ドープ、厚さ0.1μm)を積層する。次に、p
側電極128（Ti/Pt/Au）を蒸着および熱処理により形成
し、n-GaAs基板111底面を研磨して、全体の厚みが100μ
m程度になるまで薄くする。最後に、n側電極129（AuGe/
Ni/Au）を蒸着および熱処理により形成する。バー切り
出し、端面コーティングおよびチップ切り出しを行って
半導体レーザ素子を作製する。

【００５０】本実施の形態による半導体レーザ素子は図
６(ｃ)に示すように、端面近傍において、光ガイド層、
量子井戸活性層が除去されており、n-In_0.48Ga_0.52P光
ガイド層114の上にp-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層121が形
成されており、端面で発振光が非吸収な構造となってい
る。本実施の形態による半導体レーザ素子は波長810nm
にてレーザ発振する。

【００５１】上記第２の実施の形態から第６の実施の形
態においても、第１の実施の形態と同様に、性能および
信頼性の向上が図られる。

【００５２】本発明は上記実施の形態による半導体レー
ザに限られるものでなく、あらゆる組成あるいは構造の
半導体レーザ素子に適用することが可能であり、上記実
施の形態同様、特性および信頼性の向上が図られる。

【００５３】本発明の半導体レーザ素子は、端面に発振
光が非吸収となる信頼性の高い端面窓構造を備えている
ので、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の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図

【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
素子を示す断面図

【図５】本発明の第５の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図

【図６】本発明の第６の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図

【符号の説明】

11 n-GaAs基板 12 n-GaAsバッファ層 13 n-Al_xGa_1-xAsグレーデッドバッファ層 14 n-Al_0.63Ga_0.37Asクラッド層 15 n-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層 16 AlGaAsエッチング停止層 17 In_0.48Ga_0.52P光ガイド層 18 In_0.13Ga_0.87As_0.75P_0.25量子井戸層 19 In_0.48Ga_0.52P光ガイド層 20 AlGaAs電子障壁層 21 p-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層 22 p-In_0.48Ga_0.52P光ガイド層 23 p-Al_0.63Ga_0.37Asクラッド層 24 p-GaAsキャップ層 25 SiO₂膜 26 p側電極 27 n側電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、量子井戸活性層の上部および
   下部に光ガイド層を備えた活性領域が形成されており、
   光軸方向に垂直な端面近傍が前記下部光ガイド層の深さ
   方向の途中までエッチングにより除去されており、前記
   活性領域の上全体に、発振光のエネルギーより禁制帯幅
   が大きい半導体が再成長されている半導体レーザ素子に
   おいて、 前記下部光ガイド層内に、前記エッチングを前記下部光
   ガイド層の深さ方向の途中で選択的に停止させるエッチ
   ング停止層が形成されており、かつ、前記上部光ガイド
   層内に、該上部光ガイド層の禁制帯幅より大きい半導体
   からなる電子障壁層が形成されていることを特徴とする
   半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記量子井戸活性層が、Ａｌを含まない
   半導体からなることを特徴とする請求項１記載の半導体
   レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記発振光のエネルギーより禁制帯幅が
   大きい半導体および該半導体層を再成長する領域に露出
   している層の半導体が、Ａｌを含まない組成であること
   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。