JP2003332692A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 GaAsに格子整合するInx3Ga1-x3As1-y3Py3量
子井戸活性層４（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を有する半
導体レーザ素子において、素子抵抗を低減して、特性お
よび信頼性を向上させる。 【解決手段】 ｎ−GaAs基板１上に、ｎ−Alz1Ga1-z1As
下部クラッド層（0.6≦ｚ1≦0.8）２を700℃で成長し、
700℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ−In0.49
Ga0.51Ｐ光導波層３を成長し、GaAsに格子整合するInx3
Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層４（0＜x3≦0.3、0≦y3
≦0.5）を650℃で成長し、650℃から700℃まで昇温しな
がらｐあるいはｉ−In0.49Ga0.51P光導波層５を成長す
る。
子井戸活性層４（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を有する半
導体レーザ素子において、素子抵抗を低減して、特性お
よび信頼性を向上させる。 【解決手段】 ｎ−GaAs基板１上に、ｎ−Alz1Ga1-z1As
下部クラッド層（0.6≦ｚ1≦0.8）２を700℃で成長し、
700℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ−In0.49
Ga0.51Ｐ光導波層３を成長し、GaAsに格子整合するInx3
Ga1-x3As1-y3Py3量子井戸活性層４（0＜x3≦0.3、0≦y3
≦0.5）を650℃で成長し、650℃から700℃まで昇温しな
がらｐあるいはｉ−In0.49Ga0.51P光導波層５を成長す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＡｓ基板上に
ＧａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活
性層を備えた半導体レーザ素子に関するものである。
ＧａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活
性層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】近年、画像処理、印刷及び医療用光源と
して、高出力の半導体レーザ素子が使用されている。こ
のような用途の半導体レーザは100mWから１W以上の高出
力状態において高い信頼性を有していることが要求され
ており、さらなる高出力化も要望されている。しかし、
素子を高出力条件下で駆動させた場合には、その端面が
強い光密度のために劣化して、ついには破壊されてしま
うというCOMD（Catastrophic Optical Mirror Damage）
現象が生じる。従来のAlGaAs系半導体レーザでは、結晶
にAlを含むため表面再結合センターが発生しやすく、こ
の再結合による電流によって発熱し、端面温度が上昇
し、さらに端面でのバンドギャップが小さくなり、さら
に再結合センターが多くなるという循環により端面が破
壊される現象が生じ、これが高出力状態で高い信頼性を
得るための阻害要因となっている。
して、高出力の半導体レーザ素子が使用されている。こ
のような用途の半導体レーザは100mWから１W以上の高出
力状態において高い信頼性を有していることが要求され
ており、さらなる高出力化も要望されている。しかし、
素子を高出力条件下で駆動させた場合には、その端面が
強い光密度のために劣化して、ついには破壊されてしま
うというCOMD（Catastrophic Optical Mirror Damage）
現象が生じる。従来のAlGaAs系半導体レーザでは、結晶
にAlを含むため表面再結合センターが発生しやすく、こ
の再結合による電流によって発熱し、端面温度が上昇
し、さらに端面でのバンドギャップが小さくなり、さら
に再結合センターが多くなるという循環により端面が破
壊される現象が生じ、これが高出力状態で高い信頼性を
得るための阻害要因となっている。
【０００３】一方、Ａｌを含まないInGaP-InGaAsP系半
導体レーザが、1998年発行のElectronic Letter，Vol.
34,pp.1100において紹介されている。この半導体レーザ
素子は、結晶にＡｌを含まないため、表面再結合センタ
ーが出来にくく、端面破壊レベルは低い。しかし、GaAs
/InGaPヘテロ界面での抵抗が大きく、特性や信頼性が低
いという欠点がある。
導体レーザが、1998年発行のElectronic Letter，Vol.
34,pp.1100において紹介されている。この半導体レーザ
素子は、結晶にＡｌを含まないため、表面再結合センタ
ーが出来にくく、端面破壊レベルは低い。しかし、GaAs
/InGaPヘテロ界面での抵抗が大きく、特性や信頼性が低
いという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、素子抵抗を低
減するために、特開平6-302910号公報において、グレー
デッドインデックス型の光−キャリア分離閉じこめ構造
と、非対称な光ガイド層とを備えたＡｌフリー半導体レ
ーザ素子が提案されている。しかしこのグレーデッドイ
ンデックスの材料組成では、miscibility gapのため良
質な結晶を作製することが困難であり、結果として抵抗
低減への効果が小さく、また、GaAs基板とクラッド層と
の間、およびコンタクト層とクラッド層との間のエネル
ギーギャップ差による抵抗は大きいままである。
減するために、特開平6-302910号公報において、グレー
デッドインデックス型の光−キャリア分離閉じこめ構造
と、非対称な光ガイド層とを備えたＡｌフリー半導体レ
ーザ素子が提案されている。しかしこのグレーデッドイ
ンデックスの材料組成では、miscibility gapのため良
質な結晶を作製することが困難であり、結果として抵抗
低減への効果が小さく、また、GaAs基板とクラッド層と
の間、およびコンタクト層とクラッド層との間のエネル
ギーギャップ差による抵抗は大きいままである。
【０００５】本発明は上記事情に鑑みて、発振波長が0.
8μｍ帯である、ＧａＡｓに格子整合するInGaAsP活性層
を有する半導体レーザ素子において、温度特性を改善し
且つヘテロ界面での抵抗を小さくして特性および信頼性
の高い半導体レーザ素子を提供すること目的とするもの
である。
8μｍ帯である、ＧａＡｓに格子整合するInGaAsP活性層
を有する半導体レーザ素子において、温度特性を改善し
且つヘテロ界面での抵抗を小さくして特性および信頼性
の高い半導体レーザ素子を提供すること目的とするもの
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、第一導電型基板上に、第一導電型下部クラッド
層、第一導電型あるいはアンドープの下部光導波層、Ｇ
ａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活性
層（ただし、0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）、第二導電型あ
るいはアンドープの上部光導波層および第二導電型上部
クラッド層をこの順に備えた半導体レーザ素子におい
て、下部光導波層が、下部クラッド層側から活性層側に
向かって次第にバンドギャップが小さくなるＩｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐからなり、上部光導波層が、活性層側から上部
クラッド層側に向かって次第にバンドギャップが大きく
なるＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなることを特徴とするもの
である。
子は、第一導電型基板上に、第一導電型下部クラッド
層、第一導電型あるいはアンドープの下部光導波層、Ｇ
ａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活性
層（ただし、0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）、第二導電型あ
るいはアンドープの上部光導波層および第二導電型上部
クラッド層をこの順に備えた半導体レーザ素子におい
て、下部光導波層が、下部クラッド層側から活性層側に
向かって次第にバンドギャップが小さくなるＩｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐからなり、上部光導波層が、活性層側から上部
クラッド層側に向かって次第にバンドギャップが大きく
なるＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなることを特徴とするもの
である。
【０００７】上記半導体レーザ素子の層構成において、
具体的に、第一導電型基板が、ＧａＡｓからなり、第一
導電型下部クラッド層および第二導電型上部クラッド層
が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）ある
いはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌ z3）0.51Ｐ（ただし、0.2
≦z3≦1）からなり、上部光導波層上の電流注入領域以
外の領域に第一導電型あるいは第二導電型のＧａＡｓエ
ッチング阻止層、第一導電型Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z2Ａ
ｌz2）0.51Ｐ（ただし、0.05≦z2≦1）電流狭窄層、お
よび第一導電型または第二導電型のＩｎＧａＰキャップ
層がこの順に積層されて、溝ストライプが形成されてお
り、溝ストライプを埋め込むように、第二導電型上部ク
ラッド層および第二導電型ＧａＡｓコンタクト層がこの
順に積層されてなる、屈折率導波機構を備えたものであ
ってもよい。また、この構成において、上部光導波層と
ＧａＡｓエッチング阻止層との間に、該上部光導波層側
からＡｌ z1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）ある
いはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3） 0.51Ｐ（ただし、0.2
≦z3≦1）からなる第２の第二導電型上部クラッド層、
および第二導電型ＩｎＧａＰエッチング阻止層をこの順
に備えていてもよい。
具体的に、第一導電型基板が、ＧａＡｓからなり、第一
導電型下部クラッド層および第二導電型上部クラッド層
が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）ある
いはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌ z3）0.51Ｐ（ただし、0.2
≦z3≦1）からなり、上部光導波層上の電流注入領域以
外の領域に第一導電型あるいは第二導電型のＧａＡｓエ
ッチング阻止層、第一導電型Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z2Ａ
ｌz2）0.51Ｐ（ただし、0.05≦z2≦1）電流狭窄層、お
よび第一導電型または第二導電型のＩｎＧａＰキャップ
層がこの順に積層されて、溝ストライプが形成されてお
り、溝ストライプを埋め込むように、第二導電型上部ク
ラッド層および第二導電型ＧａＡｓコンタクト層がこの
順に積層されてなる、屈折率導波機構を備えたものであ
ってもよい。また、この構成において、上部光導波層と
ＧａＡｓエッチング阻止層との間に、該上部光導波層側
からＡｌ z1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）ある
いはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3） 0.51Ｐ（ただし、0.2
≦z3≦1）からなる第２の第二導電型上部クラッド層、
および第二導電型ＩｎＧａＰエッチング阻止層をこの順
に備えていてもよい。
【０００８】あるいは、上記半導体レーザ素子の層構成
において、具体的に、第一導電型基板が、ＧａＡｓから
なり、第一導電型下部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａ
ｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ
1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、
第二導電型上部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（た
だし、0.6≦z1≦0.8）からなり、上部光導波層上に、上
部クラッド層の電流注入領域以外の領域の少なくとも一
部が該上部光導波層表面まで除去されてなるリッジスト
ライプを備えてなる、屈折率導波機構を備えたものであ
ってもよい。さらに、この構成において、上部光導波層
と上部クラッド層との間に、上部光導波層側から、Ａｌ
z1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ
0.49（Ｇａ 1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）
からなる第２の第二導電型上部クラッド層およびＩｎＧ
ａＰエッチング阻止層がこの順に設けられていてもよ
い。
において、具体的に、第一導電型基板が、ＧａＡｓから
なり、第一導電型下部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａ
ｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ
1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、
第二導電型上部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（た
だし、0.6≦z1≦0.8）からなり、上部光導波層上に、上
部クラッド層の電流注入領域以外の領域の少なくとも一
部が該上部光導波層表面まで除去されてなるリッジスト
ライプを備えてなる、屈折率導波機構を備えたものであ
ってもよい。さらに、この構成において、上部光導波層
と上部クラッド層との間に、上部光導波層側から、Ａｌ
z1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ
0.49（Ｇａ 1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）
からなる第２の第二導電型上部クラッド層およびＩｎＧ
ａＰエッチング阻止層がこの順に設けられていてもよ
い。
【０００９】また、上記半導体レーザ素子の層構成にお
いて、具体的に、第一導電型基板が、ＧａＡｓからな
り、第一導電型下部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3
Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、上部
クラッド層が、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（た
だし、0.2≦z3≦1）からなり、該上部クラッド層と上部
光導波層との間にＧａＡｓエッチング阻止層が設けられ
ており、ＧａＡｓエッチング阻止層上に、第二導電型上
部クラッド層の電流注入領域以外の領域の少なくとも一
部が該エッチング阻止層の表面まで除去されてなるリッ
ジストライプを備えてなる、屈折率導波機構を備えてい
てもよい。さらに、上部光導波層とＧａＡｓエッチング
阻止層との間にＡｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1
≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1- z3Ａｌz3）0.51Ｐ
（ただし、0.2≦z3≦1）からなる第２の第二導電型上部
クラッド層が設けられていてもよい。
いて、具体的に、第一導電型基板が、ＧａＡｓからな
り、第一導電型下部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3
Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、上部
クラッド層が、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（た
だし、0.2≦z3≦1）からなり、該上部クラッド層と上部
光導波層との間にＧａＡｓエッチング阻止層が設けられ
ており、ＧａＡｓエッチング阻止層上に、第二導電型上
部クラッド層の電流注入領域以外の領域の少なくとも一
部が該エッチング阻止層の表面まで除去されてなるリッ
ジストライプを備えてなる、屈折率導波機構を備えてい
てもよい。さらに、上部光導波層とＧａＡｓエッチング
阻止層との間にＡｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1
≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1- z3Ａｌz3）0.51Ｐ
（ただし、0.2≦z3≦1）からなる第２の第二導電型上部
クラッド層が設けられていてもよい。
【００１０】本発明の半導体レーザ素子において、スト
ライプの幅を１μｍ以上４μｍ以下とした場合、等価屈
折率段差は、２×１０-3以上７×１０-3以下であること
が望ましい。ストライプの幅とは、内部電流狭窄構造の
場合、共振方向に垂直な断面における溝ストライプの幅
を示し、リッジ構造の場合、共振方向に垂直な断面にお
けるリッジストライプの幅を示す。
ライプの幅を１μｍ以上４μｍ以下とした場合、等価屈
折率段差は、２×１０-3以上７×１０-3以下であること
が望ましい。ストライプの幅とは、内部電流狭窄構造の
場合、共振方向に垂直な断面における溝ストライプの幅
を示し、リッジ構造の場合、共振方向に垂直な断面にお
けるリッジストライプの幅を示す。
【００１１】また、ストライプの幅を４μｍより大きく
した場合、等価屈折率段差は２×１０-3以上とすること
が望ましい。
した場合、等価屈折率段差は２×１０-3以上とすること
が望ましい。
【００１２】なお、「上記格子整合する」範囲とは、こ
こでは、ＧａＡｓの格子定数をａGaAsとし、活性層の格
子定数をａとすると、（ａ−ａGaAs）／ａGaAsで表され
る歪量の絶対値が、0.005以下であることを示す。
こでは、ＧａＡｓの格子定数をａGaAsとし、活性層の格
子定数をａとすると、（ａ−ａGaAs）／ａGaAsで表され
る歪量の絶対値が、0.005以下であることを示す。
【００１３】また、等価屈折率段差とは、内部ストライ
プ構造の場合、電流狭窄層が無い領域の積層方向の発振
波長での等価屈折率をＮAとし、電流狭窄層がある領域
の積層方向の発振波長での等価屈折率をＮBとすると、
等価屈折率段差は、ＮA−ＮBで表される。また、リッジ
ストライプの場合、リッジストライプ領域の積層方向の
発振波長での等価屈折率をＮaとし、リッジ両脇の積層
方向の発振波長での等価屈折率をＮbとすると、等価屈
折率段差はＮa−Ｎbと表される。
プ構造の場合、電流狭窄層が無い領域の積層方向の発振
波長での等価屈折率をＮAとし、電流狭窄層がある領域
の積層方向の発振波長での等価屈折率をＮBとすると、
等価屈折率段差は、ＮA−ＮBで表される。また、リッジ
ストライプの場合、リッジストライプ領域の積層方向の
発振波長での等価屈折率をＮaとし、リッジ両脇の積層
方向の発振波長での等価屈折率をＮbとすると、等価屈
折率段差はＮa−Ｎbと表される。
【００１４】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、Ｇ
ａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活性
層（ただし、0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を備えた半導体
レーザ素子において、下部光導波層を、下部クラッド層
側から活性層側に向かって次第にバンドギャップが小さ
くなるＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐとし、上部光導波層が、活性
層側から上部クラッド層側に向かって次第にバンドギャ
ップが大きくなるＩｎ0. 49Ｇａ0.51Ｐとすることによ
り、光導波層と光導波層に隣接する層との界面での抵抗
を低減することができるので、素子全体の抵抗が低減さ
れ、半導体レーザ素子の電気特性および温度特性を向上
させることができる。
ａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活性
層（ただし、0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を備えた半導体
レーザ素子において、下部光導波層を、下部クラッド層
側から活性層側に向かって次第にバンドギャップが小さ
くなるＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐとし、上部光導波層が、活性
層側から上部クラッド層側に向かって次第にバンドギャ
ップが大きくなるＩｎ0. 49Ｇａ0.51Ｐとすることによ
り、光導波層と光導波層に隣接する層との界面での抵抗
を低減することができるので、素子全体の抵抗が低減さ
れ、半導体レーザ素子の電気特性および温度特性を向上
させることができる。
【００１５】さらに、ＩｎＧａＰは、バンドギャップが
大きく、ＩｎＧａＡｓＰ活性層とのバンドギャップ差
を、光導波層に他の組成を用いる場合より大きくとれる
ので、活性層に注入されるキャリアの漏れを抑制するこ
とができ、しきい値電流等の温度依存性を小さくでき、
特性および信頼性を改善することができる。
大きく、ＩｎＧａＡｓＰ活性層とのバンドギャップ差
を、光導波層に他の組成を用いる場合より大きくとれる
ので、活性層に注入されるキャリアの漏れを抑制するこ
とができ、しきい値電流等の温度依存性を小さくでき、
特性および信頼性を改善することができる。
【００１６】本発明の半導体レーザ素子において、上記
のような組成で、内部電流狭窄構造と屈折率導波機構と
を備えた素子とすることにより、コンタクト層上全面に
電極を形成できるのでコンタクト抵抗を低減でき、電気
特性および信頼性を向上させることができる。
のような組成で、内部電流狭窄構造と屈折率導波機構と
を備えた素子とすることにより、コンタクト層上全面に
電極を形成できるのでコンタクト抵抗を低減でき、電気
特性および信頼性を向上させることができる。
【００１７】また、クラッド層に用いるＡｌz1Ｇａ1-z1
Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ
1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）は、バンド
ギャップが大きいためキャリアの漏れを防止するのに効
果的である。
Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ
1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）は、バンド
ギャップが大きいためキャリアの漏れを防止するのに効
果的である。
【００１８】さらに上記の内部電流狭窄型の半導体レー
ザ素子において、上部光導波層上に、第２の第二導電型
上部クラッド層および第二導電型ＩｎＧａＰエッチング
阻止層をこの順に備えたことにより、溝ストライプの幅
の制御を高精度に行うことができ、屈折率導波機構を高
い精度で作りつけることができる。
ザ素子において、上部光導波層上に、第２の第二導電型
上部クラッド層および第二導電型ＩｎＧａＰエッチング
阻止層をこの順に備えたことにより、溝ストライプの幅
の制御を高精度に行うことができ、屈折率導波機構を高
い精度で作りつけることができる。
【００１９】また、本発明の半導体レーザ素子におい
て、上記のような組成で、リッジストライプと屈折率導
波機構とを備えた素子とすることにより、屈折率導波機
構を高精度に作りつけることができる。さらに、上部光
導波層上にエッチング阻止層を備えたことにより、リッ
ジ幅を高精度に制御することができる。またさらに、第
２のクラッド層を設けることにより、等価屈折率段差を
高くすることができるので、高品質なレーザ光を得るこ
とができる。
て、上記のような組成で、リッジストライプと屈折率導
波機構とを備えた素子とすることにより、屈折率導波機
構を高精度に作りつけることができる。さらに、上部光
導波層上にエッチング阻止層を備えたことにより、リッ
ジ幅を高精度に制御することができる。またさらに、第
２のクラッド層を設けることにより、等価屈折率段差を
高くすることができるので、高品質なレーザ光を得るこ
とができる。
【００２０】ストライプの幅を１μｍ以上４μｍ以下と
した場合、等価屈折率段差を２×１０-3以上７×１０-3
以下とすることにより、低出力から高出力まで信頼性の
高い基本横モード発振を得ることができる。
した場合、等価屈折率段差を２×１０-3以上７×１０-3
以下とすることにより、低出力から高出力まで信頼性の
高い基本横モード発振を得ることができる。
【００２１】また、ストライプの幅を４μｍより大きく
した場合、等価屈折率段差を２×１０-3以上とすること
により、マルチモードであっても低雑音なレーザ光を得
ることができる。
した場合、等価屈折率段差を２×１０-3以上とすること
により、マルチモードであっても低雑音なレーザ光を得
ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
【００２３】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に沿って説明する。図１
にその半導体レーザ素子の断面図を示す。
ーザ素子についてその製造方法に沿って説明する。図１
にその半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００２４】図１(a)に示すように、有機金属気相成長
法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ
1-z1Ａｓ下部クラッド層（0.6≦ｚ1≦0.8）２を700℃で
成長し、700℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ
−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層３を成長し、ＧａＡ
ｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸
活性層４（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を650℃で成長
し、650℃から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層５を成長し、ｐ−ＧａＡ
ｓエッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）６、ｎ−Ｉｎ
0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ 2)0.51Ｐ電流狭窄層７（0.05≦z2
≦1.0、厚み１μｍ程度）、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0. 51Ｐ第一
キャップ層（厚さ１0ｎｍ程度）８、ｎ−ＧａＡｓ第二
キャップ層（厚さ１0ｎｍ程度）９を積層する。この上
にＳｉＯ2膜10を形成し、（011）方向に通常のリソグラ
フィー技術により幅１〜４μｍ程度のストライプ領域の
ＳｉＯ2膜10を除去する。
法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ
1-z1Ａｓ下部クラッド層（0.6≦ｚ1≦0.8）２を700℃で
成長し、700℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ
−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層３を成長し、ＧａＡ
ｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸
活性層４（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を650℃で成長
し、650℃から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層５を成長し、ｐ−ＧａＡ
ｓエッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）６、ｎ−Ｉｎ
0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ 2)0.51Ｐ電流狭窄層７（0.05≦z2
≦1.0、厚み１μｍ程度）、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0. 51Ｐ第一
キャップ層（厚さ１0ｎｍ程度）８、ｎ−ＧａＡｓ第二
キャップ層（厚さ１0ｎｍ程度）９を積層する。この上
にＳｉＯ2膜10を形成し、（011）方向に通常のリソグラ
フィー技術により幅１〜４μｍ程度のストライプ領域の
ＳｉＯ2膜10を除去する。
【００２５】次に、図１（b）に示すように、ＳｉＯ2膜
10をマスクとして、硫酸系エッチャントでＧａＡｓ第二
キャップ層９をエッチングし、ＳｉＯ2膜10をフッ酸系
のエッチャントで除去し、引き続き塩酸系エッチャント
で、ｎ−In0.49Ga0.51Ｐ第一キャップ層８、n−Ｉｎ
0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄層７をエッチン
グすることによりp−ＧａＡｓエッチング阻止層６を露
出させる。
10をマスクとして、硫酸系エッチャントでＧａＡｓ第二
キャップ層９をエッチングし、ＳｉＯ2膜10をフッ酸系
のエッチャントで除去し、引き続き塩酸系エッチャント
で、ｎ−In0.49Ga0.51Ｐ第一キャップ層８、n−Ｉｎ
0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄層７をエッチン
グすることによりp−ＧａＡｓエッチング阻止層６を露
出させる。
【００２６】次に、図１（c）に示すように、露出して
いる部分のp−ＧａＡｓエッチング阻止層６と残ってい
るｎ−ＧａＡｓ第二キャップ層９を硫酸系のエッチャン
トで除去し、その後、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Asクラッド層
11、p−ＧａＡｓコンタクト層12を形成する。ｐ側電極1
3を形成し、基板の研磨を行いｎ側電極14を形成する。
その後、上記のようにして作製した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
率コートを施し、その後、チップ化して半導体レーザ素
子を形成する。
いる部分のp−ＧａＡｓエッチング阻止層６と残ってい
るｎ−ＧａＡｓ第二キャップ層９を硫酸系のエッチャン
トで除去し、その後、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Asクラッド層
11、p−ＧａＡｓコンタクト層12を形成する。ｐ側電極1
3を形成し、基板の研磨を行いｎ側電極14を形成する。
その後、上記のようにして作製した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
率コートを施し、その後、チップ化して半導体レーザ素
子を形成する。
【００２７】ｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波
層５の厚さおよびｎ−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51
Ｐ電流狭窄層７の組成は基本横モード発振が高出力まで
維持できる値とする。
層５の厚さおよびｎ−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51
Ｐ電流狭窄層７の組成は基本横モード発振が高出力まで
維持できる値とする。
【００２８】下部クラッド層２および上部クラッド層11
は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0. 51Ｐ層（0.2≦z3≦
１）であってもよい。
は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0. 51Ｐ層（0.2≦z3≦
１）であってもよい。
【００２９】また、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第一キャップ層
８、ＧａＡｓ第二キャップ層９およびＧａＡｓエッチン
グ阻止層６の導電性は、ｎ型及びｐ型のどちらであって
もよい。
８、ＧａＡｓ第二キャップ層９およびＧａＡｓエッチン
グ阻止層６の導電性は、ｎ型及びｐ型のどちらであって
もよい。
【００３０】本実施の形態による半導体レーザ素子にお
いて、ｎあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ 0.51Ｐ下部光導波層
３は成長温度を700℃から650℃まで降温しながら成長し
ているので、バンドギャップが活性層に向かって約1.92
eVから約1.85eVまで徐々に小さくなっており、ｐあるい
はｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層５は成長温度を
650℃から700℃まで昇温しながら成長しているので、バ
ンドギャップが上部クラッド層に向かって約1.85eVから
約1.92eVまで徐々に大きくなっている。このような構造
を有しているため、光導波層と光導波層に隣接する層と
の界面での抵抗を低減することができるので、素子全体
の抵抗が低減され、半導体レーザ素子の電気特性および
温度特性を向上させることができる。
いて、ｎあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ 0.51Ｐ下部光導波層
３は成長温度を700℃から650℃まで降温しながら成長し
ているので、バンドギャップが活性層に向かって約1.92
eVから約1.85eVまで徐々に小さくなっており、ｐあるい
はｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層５は成長温度を
650℃から700℃まで昇温しながら成長しているので、バ
ンドギャップが上部クラッド層に向かって約1.85eVから
約1.92eVまで徐々に大きくなっている。このような構造
を有しているため、光導波層と光導波層に隣接する層と
の界面での抵抗を低減することができるので、素子全体
の抵抗が低減され、半導体レーザ素子の電気特性および
温度特性を向上させることができる。
【００３１】ここで、本発明と従来例の半導体レーザ素
子について、電流−電圧特性を測定した。図２に、その
結果を示す。本発明の半導体レーザ素子には、上記第１
の実施の形態による半導体レーザ素子の層構成におい
て、ストライプ幅を50μｍとし、クラッド層のＡｌ組成
をｚ1＝0.65とし、光導波層の合計の厚さを200ｎｍと
し、活性層の組成はx3＝0.12、y3＝0.25で厚さを１0ｎ
ｍとし、電流狭窄層のＡｌ組成をz2＝0.4とした素子を
用いた。従来例の半導体レーザ素子としては、上記と同
様の層構成で、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層のバンドギ
ャップが一定のものを用いた。図２に示すように、Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層のバンドギャップを徐々に変化
させたことにより抵抗が約20％改善されていることがわ
かる。
子について、電流−電圧特性を測定した。図２に、その
結果を示す。本発明の半導体レーザ素子には、上記第１
の実施の形態による半導体レーザ素子の層構成におい
て、ストライプ幅を50μｍとし、クラッド層のＡｌ組成
をｚ1＝0.65とし、光導波層の合計の厚さを200ｎｍと
し、活性層の組成はx3＝0.12、y3＝0.25で厚さを１0ｎ
ｍとし、電流狭窄層のＡｌ組成をz2＝0.4とした素子を
用いた。従来例の半導体レーザ素子としては、上記と同
様の層構成で、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層のバンドギ
ャップが一定のものを用いた。図２に示すように、Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層のバンドギャップを徐々に変化
させたことにより抵抗が約20％改善されていることがわ
かる。
【００３２】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に沿って説明す
る。その半導体レーザ素子の断面図を図３に示す。
導体レーザ素子についてその製造方法に沿って説明す
る。その半導体レーザ素子の断面図を図３に示す。
【００３３】図３に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板21上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａ
ｓ下部クラッド層（0.6≦z1≦0.8）22まで700℃で成長
し、700℃から600℃まで降温しながらｎあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層23を成長し、ＧａＡｓに
格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層24（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を600℃で成長し、600
℃から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49
Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層25を成長し、ｐ−Ａｌ z1Ｇａ
1-z1Ａｓ上部第一クラッド層26、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51
Ｐ第一エッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）27、ｐ−
ＧａＡｓ第二エッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）2
8、ｎ−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄層29
（0.05≦z2≦1.0、厚さ１μｍ程度）、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ
0.51Ｐ第一キャップ層30、およびｎ−ＧａＡｓ第二キャ
ップ層31（図示せず）を積層する。
より、ｎ−ＧａＡｓ基板21上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａ
ｓ下部クラッド層（0.6≦z1≦0.8）22まで700℃で成長
し、700℃から600℃まで降温しながらｎあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層23を成長し、ＧａＡｓに
格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層24（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を600℃で成長し、600
℃から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49
Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層25を成長し、ｐ−Ａｌ z1Ｇａ
1-z1Ａｓ上部第一クラッド層26、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51
Ｐ第一エッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）27、ｐ−
ＧａＡｓ第二エッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）2
8、ｎ−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄層29
（0.05≦z2≦1.0、厚さ１μｍ程度）、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ
0.51Ｐ第一キャップ層30、およびｎ−ＧａＡｓ第二キャ
ップ層31（図示せず）を積層する。
【００３４】次にＳｉＯ2膜32（図示せず）を形成し、
（011）方向に通常のリソグラフィー技術により、１〜
４μｍ程度の幅のストライプ領域のＳｉＯ2膜32を除去
する。次に、ＳｉＯ2膜32をマスクとして、硫酸系エッ
チャントでＧａＡｓ第二キャップ層31をエッチングし、
ＳｉＯ2膜32をフッ酸系のエッチャントで除去し、引き
続き塩酸系エッチャントで、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第
一キャップ層30、n−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51P
電流狭窄層29をエッチングすることによりｐ−ＧａＡｓ
第二エッチング阻止層28を露出させる。露出している部
分のｐ−ＧａＡｓ第二エッチング阻止層28と残っている
ｎ−ＧａＡｓ第二キャップ層31を硫酸系のエッチャント
で除去し溝ストライプを形成する。次にｐ−Ａｌz1Ｇａ
1-z1Ａｓ上部第二クラッド層33、およびｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層34を形成する。さらに、ｐ側電極35を形成
し、基板の研磨を行ってｎ側電極36を形成する。上記の
ようにして作製された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、他方に低反射率コートを施
し、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成す
る。
（011）方向に通常のリソグラフィー技術により、１〜
４μｍ程度の幅のストライプ領域のＳｉＯ2膜32を除去
する。次に、ＳｉＯ2膜32をマスクとして、硫酸系エッ
チャントでＧａＡｓ第二キャップ層31をエッチングし、
ＳｉＯ2膜32をフッ酸系のエッチャントで除去し、引き
続き塩酸系エッチャントで、ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第
一キャップ層30、n−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51P
電流狭窄層29をエッチングすることによりｐ−ＧａＡｓ
第二エッチング阻止層28を露出させる。露出している部
分のｐ−ＧａＡｓ第二エッチング阻止層28と残っている
ｎ−ＧａＡｓ第二キャップ層31を硫酸系のエッチャント
で除去し溝ストライプを形成する。次にｐ−Ａｌz1Ｇａ
1-z1Ａｓ上部第二クラッド層33、およびｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層34を形成する。さらに、ｐ側電極35を形成
し、基板の研磨を行ってｎ側電極36を形成する。上記の
ようにして作製された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、他方に低反射率コートを施
し、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成す
る。
【００３５】ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部第一クラッド
層26の厚さと組成およびｎ−Ｉｎ0. 49(Ａｌz2Ｇａ
1−ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄層29の組成は基本横モード発振
が高出力まで維持できる値とする。
層26の厚さと組成およびｎ−Ｉｎ0. 49(Ａｌz2Ｇａ
1−ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄層29の組成は基本横モード発振
が高出力まで維持できる値とする。
【００３６】上部クラッド層33は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3
Ａｌz3）0.51Pであってもよい。ただし、z3は、0.2≦z3
≦z2とすることが望ましい。
Ａｌz3）0.51Pであってもよい。ただし、z3は、0.2≦z3
≦z2とすることが望ましい。
【００３７】また、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第一キャップ層
30、ＧａＡｓ第二キャップ層31及びＧａＡｓ第二エッチ
ング阻止層28の導電性はｎ型およびｐ型のどちらであっ
てもよい。
30、ＧａＡｓ第二キャップ層31及びＧａＡｓ第二エッチ
ング阻止層28の導電性はｎ型およびｐ型のどちらであっ
てもよい。
【００３８】本実施の形態による半導体レーザ素子にお
いても、ｎあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波
層を700℃から600℃まで温度を降温しながら成長してい
るので、バンドギャップが活性層に向かって約1.92eVか
ら約1.85eVまで徐々に小さくなっており、ｐあるいはｉ
−In0.49Ga0.51Ｐ上部光導波層は成長温度を600℃から7
00℃まで昇温しながら成長しているので、バンドギャッ
プが上部クラッド層に向かって約1.85eVから約1.92eVま
で徐々に大きくなっており、上記第１の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。
いても、ｎあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波
層を700℃から600℃まで温度を降温しながら成長してい
るので、バンドギャップが活性層に向かって約1.92eVか
ら約1.85eVまで徐々に小さくなっており、ｐあるいはｉ
−In0.49Ga0.51Ｐ上部光導波層は成長温度を600℃から7
00℃まで昇温しながら成長しているので、バンドギャッ
プが上部クラッド層に向かって約1.85eVから約1.92eVま
で徐々に大きくなっており、上記第１の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。
【００３９】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に沿って説明す
る。その半導体レーザ素子の断面図を図４に示す。
導体レーザ素子についてその製造方法に沿って説明す
る。その半導体レーザ素子の断面図を図４に示す。
【００４０】図４に示すように、有機金属気相成長法に
よりｎ−ＧａＡｓ基板41上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
下部クラッド層（0.6≦z1≦0.8）42を700℃で成長し、7
00℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ−Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層43を成長し、ＧａＡｓに格
子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層
44（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を650℃で成長し、650℃
から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐ上部光導波層45を成長し、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1
Ａｓ上部第一クラッド層46、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエ
ッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）47、ｐ−Ａｌz1Ｇ
ａ1-z1Ａｓ上部第二クラッド層48、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層49を積層する。
よりｎ−ＧａＡｓ基板41上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
下部クラッド層（0.6≦z1≦0.8）42を700℃で成長し、7
00℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ−Ｉｎ
0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層43を成長し、ＧａＡｓに格
子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層
44（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を650℃で成長し、650℃
から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇ
ａ0.51Ｐ上部光導波層45を成長し、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1
Ａｓ上部第一クラッド層46、ｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエ
ッチング阻止層（厚さ１0ｎｍ程度）47、ｐ−Ａｌz1Ｇ
ａ1-z1Ａｓ上部第二クラッド層48、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層49を積層する。
【００４１】この上にＳｉＯ2膜（図示せず）を形成
し、（011）方向に通常のリソグラフィー技術により幅
４μｍ程度のストライプ領域のＳｉＯ2膜を残し、それ
以外の領域のＳｉＯ2膜を除去する。次に、このＳｉＯ2
膜をマスクとして、硫酸系エッチャントでｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層49およびｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部第二
クラッド層48を除去してリッジストライプを形成する。
エッチングは自動的にｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエッチン
グ阻止層47で停止する。ＳｉＯ2膜をフッ酸系のエッチ
ャントで除去後、新たにＳｉＯ2膜50を形成し、通常の
フォトリソグラフィー技術により、リッジ頂上部のＳｉ
Ｏ2膜50をストライプ状に除去する。ｐ側電極51を形成
し、基板の研磨を行いｎ側電極52を形成する。その後、
上記のようにして作製した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、他方に低反射率コート
を施し、その後、チップ化して半導体レーザ素子を完成
させる。
し、（011）方向に通常のリソグラフィー技術により幅
４μｍ程度のストライプ領域のＳｉＯ2膜を残し、それ
以外の領域のＳｉＯ2膜を除去する。次に、このＳｉＯ2
膜をマスクとして、硫酸系エッチャントでｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層49およびｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部第二
クラッド層48を除去してリッジストライプを形成する。
エッチングは自動的にｐ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐエッチン
グ阻止層47で停止する。ＳｉＯ2膜をフッ酸系のエッチ
ャントで除去後、新たにＳｉＯ2膜50を形成し、通常の
フォトリソグラフィー技術により、リッジ頂上部のＳｉ
Ｏ2膜50をストライプ状に除去する。ｐ側電極51を形成
し、基板の研磨を行いｎ側電極52を形成する。その後、
上記のようにして作製した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、他方に低反射率コート
を施し、その後、チップ化して半導体レーザ素子を完成
させる。
【００４２】ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部第一クラッド
層46の厚さと組成は基本横モード発振が高出力まで維持
できる値とする。
層46の厚さと組成は基本横モード発振が高出力まで維持
できる値とする。
【００４３】ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部第二クラッド
層48は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ層（0.2≦
ｚ3≦１）であってもよく、この場合は、エッチング阻
止層47にはＧａＡｓを用いればよい。
層48は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ層（0.2≦
ｚ3≦１）であってもよく、この場合は、エッチング阻
止層47にはＧａＡｓを用いればよい。
【００４４】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に沿って説明す
る。その半導体レーザ素子の断面図を図５に示す。
導体レーザ素子についてその製造方法に沿って説明す
る。その半導体レーザ素子の断面図を図５に示す。
【００４５】図５に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板61上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａ
ｓ下部クラッド層（0.6≦z1≦0.8）62まで700℃で成長
し、700℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層63を成長し、ＧａＡｓに
格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層64（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を650℃で成長し、650
℃から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49
Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層65を成長し、ｐ−Ａｌ z1Ｇａ
1-z1Ａｓ上部クラッド層66、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
67を積層する。
より、ｎ−ＧａＡｓ基板61上に、ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａ
ｓ下部クラッド層（0.6≦z1≦0.8）62まで700℃で成長
し、700℃から650℃まで降温しながらｎあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層63を成長し、ＧａＡｓに
格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性
層64（0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）を650℃で成長し、650
℃から700℃まで昇温しながらｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49
Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層65を成長し、ｐ−Ａｌ z1Ｇａ
1-z1Ａｓ上部クラッド層66、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
67を積層する。
【００４６】この上にＳｉＯ2膜68（図示せず）を形成
し、（011）方向に通常のリソグラフィー技術により幅
４μｍ程度のストライプ領域のＳｉＯ2膜68を残し、そ
れ以外の領域のＳｉＯ2膜68を除去する。次に、ＳｉＯ2
膜68をマスクとして、硫酸系エッチャントでｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層67およびｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部ク
ラッド層66を除去し、リッジストライプを形成する。エ
ッチングは自動的にＩｎ 0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層65で停
止する。ＳｉＯ2膜68をフッ酸系のエッチャントで除去
後、ＳｉＯ2膜69を形成し、通常のフォトリソグラフィ
ー技術で、リッジ頂上部のＳｉＯ2膜69をストライプ状
に除去する。ｐ側電極70を形成し、基板の研磨を行いｎ
側電極71を形成する。その後、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、他方に低反射率コ
ートを施し、その後、チップ化して半導体レーザ素子を
形成する。
し、（011）方向に通常のリソグラフィー技術により幅
４μｍ程度のストライプ領域のＳｉＯ2膜68を残し、そ
れ以外の領域のＳｉＯ2膜68を除去する。次に、ＳｉＯ2
膜68をマスクとして、硫酸系エッチャントでｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層67およびｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部ク
ラッド層66を除去し、リッジストライプを形成する。エ
ッチングは自動的にＩｎ 0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層65で停
止する。ＳｉＯ2膜68をフッ酸系のエッチャントで除去
後、ＳｉＯ2膜69を形成し、通常のフォトリソグラフィ
ー技術で、リッジ頂上部のＳｉＯ2膜69をストライプ状
に除去する。ｐ側電極70を形成し、基板の研磨を行いｎ
側電極71を形成する。その後、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、他方に低反射率コ
ートを施し、その後、チップ化して半導体レーザ素子を
形成する。
【００４７】Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ光導波層65の厚さとｐ
−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部クラッド層66の組成は基本横
モード発振が高出力まで維持できる値とする。
−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部クラッド層66の組成は基本横
モード発振が高出力まで維持できる値とする。
【００４８】ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ上部クラッド層66
は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0. 51Ｐ層（0.2≦ｚ3≦
1）であってもよく、この場合は、上部光導波層65と上
部クラッド層66の間にＧａＡｓからなるエッチング阻止
層を設けることが望ましい。さらに、ｐあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層65とGaAsエッチング阻止
層との間に、Ａｌz1Ｇａ1-z1ＡｓあるいはＩｎ0.49（Ｇ
ａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ層（0.2≦z3≦1）からなる第２の
第二導電型上部クラッド層が設けられていてもよく、こ
れにより等価屈折率段差の制御性を高めることができ
る。
は、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0. 51Ｐ層（0.2≦ｚ3≦
1）であってもよく、この場合は、上部光導波層65と上
部クラッド層66の間にＧａＡｓからなるエッチング阻止
層を設けることが望ましい。さらに、ｐあるいはｉ−Ｉ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層65とGaAsエッチング阻止
層との間に、Ａｌz1Ｇａ1-z1ＡｓあるいはＩｎ0.49（Ｇ
ａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ層（0.2≦z3≦1）からなる第２の
第二導電型上部クラッド層が設けられていてもよく、こ
れにより等価屈折率段差の制御性を高めることができ
る。
【００４９】また、上記すべての実施の形態による半導
体レーザ素子の発振する波長帯λに関しては、ＧａＡｓ
に格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活性層（0
＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）より、720＜λ＜860（ｎｍ）
の範囲で制御が可能である。
体レーザ素子の発振する波長帯λに関しては、ＧａＡｓ
に格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3活性層（0
＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）より、720＜λ＜860（ｎｍ）
の範囲で制御が可能である。
【００５０】また、GaAs基板はｎ型の導電性のもので記
述しているが、ｐ型の導電性の基板を用いてもよく、こ
の場合、上記すべての導電性を反対にすればよい。
述しているが、ｐ型の導電性の基板を用いてもよく、こ
の場合、上記すべての導電性を反対にすればよい。
【００５１】また、上記すべての実施の形態では、屈折
率導波機構付き半導体レーザについて記載しているが、
本発明は、回折格子付きの半導体レーザ素子や光集積回
路に組み込まれている半導体レーザ素子の作製にも用い
ることが可能である。
率導波機構付き半導体レーザについて記載しているが、
本発明は、回折格子付きの半導体レーザ素子や光集積回
路に組み込まれている半導体レーザ素子の作製にも用い
ることが可能である。
【００５２】また、上記すべての実施の形態では、スト
ライプ幅が１〜４μｍ程度の基本横モード発振する半導
体レーザ素子について述べており、等価屈折率段差を２
×１０-3以上７×１０-3以下とすることにより、高出力
まで基本横モード発振を得ることができる。また、本発
明は、ストライプ幅を４μｍより大きくした屈折率導波
型幅広半導体レーザにも適用が可能であり、等価屈折率
段差を２×１０-3以上とすることにより、マルチモード
発振においても低雑音なレーザ発振を得ることができ
る。
ライプ幅が１〜４μｍ程度の基本横モード発振する半導
体レーザ素子について述べており、等価屈折率段差を２
×１０-3以上７×１０-3以下とすることにより、高出力
まで基本横モード発振を得ることができる。また、本発
明は、ストライプ幅を４μｍより大きくした屈折率導波
型幅広半導体レーザにも適用が可能であり、等価屈折率
段差を２×１０-3以上とすることにより、マルチモード
発振においても低雑音なレーザ発振を得ることができ
る。
【００５３】また、半導体層の成長法として、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であ
ってもよい。
いはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法であ
ってもよい。
【００５４】本発明の半導体レーザ素子は、素子抵抗が
低減され、高い特性および信頼性を有するものであるの
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。
低減され、高い特性および信頼性を有するものであるの
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
素子の製造過程を示す断面図
素子の製造過程を示す断面図
【図２】本発明と従来例による半導体レーザ素子の電流
−電圧特性を示すグラフ
−電圧特性を示すグラフ
【図３】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
素子を示す断面図
【図４】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
素子を示す断面図
【図５】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
素子を示す断面図
１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２ ｎ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ下部クラッド層
３ ｎあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ下部光導波層
４ Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3量子井戸活性層
５ ｐあるいはｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ上部光導波層
６ ｐ−ＧａＡｓエッチング阻止層
７ ｎ−Ｉｎ0.49(Ａｌz2Ｇａ1-ｚ2)0.51Ｐ電流狭窄
層 ８ ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第一キャップ層 10 ＳｉＯ2膜 11 ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓクラッド層 12 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 13 ｐ側電極 14 ｎ側電極
層 ８ ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ第一キャップ層 10 ＳｉＯ2膜 11 ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓクラッド層 12 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 13 ｐ側電極 14 ｎ側電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F073 AA11 AA13 AA46 AA53 AA74
AA83 CA13 DA05 DA23 DA35
EA28 EA29
Claims (9)
- 【請求項１】 第一導電型基板上に、第一導電型下部ク
ラッド層、第一導電型あるいはアンドープの下部光導波
層、ＧａＡｓに格子整合するＩｎx3Ｇａ1-x3Ａｓ1-y3Ｐ
y3活性層（ただし、0＜x3≦0.3、0≦y3≦0.5）、第二導
電型あるいはアンドープの上部光導波層および第二導電
型上部クラッド層をこの順に備えた半導体レーザ素子に
おいて、 前記下部光導波層が、前記下部クラッド層側から前記活
性層側に向かって次第にバンドギャップが小さくなるＩ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなり、 前記上部光導波層が、前記活性層側から前記上部クラッ
ド層側に向かって次第にバンドギャップが大きくなるＩ
ｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなることを特徴とする半導体レー
ザ素子。 - 【請求項２】 前記第一導電型基板が、ＧａＡｓからな
り、 前記第一導電型下部クラッド層および第二導電型上部ク
ラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦
0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（た
だし、0.2≦z3≦1）からなり、 前記上部光導波層上の電流注入領域以外の領域に第一導
電型あるいは第二導電型のＧａＡｓエッチング阻止層、
第一導電型Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z2Ａｌz2）0.51Ｐ（ただ
し、0.05≦z2≦1）電流狭窄層、および第一導電型また
は第二導電型のＩｎＧａＰキャップ層がこの順に積層さ
れて、溝ストライプが形成されており、 前記溝ストライプを埋め込むように、前記第二導電型上
部クラッド層および第二導電型ＧａＡｓコンタクト層が
この順に積層されてい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】 前記上部光導波層と前記ＧａＡｓエッチ
ング阻止層との間に、該上部光導波層側からＡｌz1Ｇａ
1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ
0.49（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）
からなる第２の第二導電型上部クラッド層、および第二
導電型ＩｎＧａＰエッチング阻止層をこの順に備えたこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記第一導電型基板が、ＧａＡｓからな
り、 前記第一導電型下部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3
Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、 前記第二導電型上部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
（ただし、0.6≦z1≦0.8）からなり、 前記上部光導波層上に、前記上部クラッド層の電流注入
領域以外の領域の少なくとも一部が該上部光導波層表面
まで除去されてなるリッジストライプを備えたことを特
徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記上部光導波層と前記第二導電型上部
クラッド層との間に、該上部光導波層側から、Ａｌz1Ｇ
ａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49
（Ｇａ1-z3Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）から
なる第２の第二導電型上部クラッド層およびＩｎＧａＰ
エッチング阻止層がこの順に設けられていることを特徴
とする請求項４記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記第一導電型基板が、ＧａＡｓからな
り、 前記第一導電型下部クラッド層が、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ
（ただし、0.6≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3
Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、 前記第二導電型上部クラッド層が、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-z3
Ａｌz3）0.51Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなり、 該上部クラッド層と前記上部光導波層との間にＧａＡｓ
エッチング阻止層が設けられており、 前記ＧａＡｓエッチング阻止層上に、前記上部クラッド
層の電流注入領域以外の領域の少なくとも一部が該エッ
チング阻止層の表面まで除去されてなるリッジストライ
プを備えてい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７】 前記上部光導波層と前記ＧａＡｓエッチ
ング阻止層との間にＡｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（ただし、0.6
≦z1≦0.8）あるいはＩｎ0.49（Ｇａ1-z3Ａｌ z3）0.51
Ｐ（ただし、0.2≦z3≦1）からなる第２の第二導電型上
部クラッド層が設けられてい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】 前記ストライプの幅が、１μｍ以上４μ
ｍ以下であり、等価屈折率段差が、２×１０-3以上７×
１０-3以下であることを特徴とする請求項１から７いず
れか１項記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 前記ストライプの幅が、４μｍより大き
く、等価屈折率段差が２×１０-3以上であることを特徴
とする請求項１から７いずれか１項記載の半導体レーザ
素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002136515A JP2003332692A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 半導体レーザ素子 |
| US10/436,266 US6873637B2 (en) | 2002-05-13 | 2003-05-13 | Semiconductor laser element including optical waveguide layers which have gradually varying bandgaps so as to reduce electrical resistance at interfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002136515A JP2003332692A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332692A true JP2003332692A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29698512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002136515A Pending JP2003332692A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6873637B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003332692A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6977953B2 (en) * | 2001-07-27 | 2005-12-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of fabricating the same |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2555881B2 (ja) * | 1988-01-20 | 1996-11-20 | 日本電気株式会社 | Ａ▲ｌ▼ＧａＩｎＰ系結晶の結晶成長方法および半導体レ−ザ |
| US5173912A (en) * | 1991-04-02 | 1992-12-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Double-carrier confinement laser diode with quantum well active and sch structures |
| JPH06302910A (ja) | 1993-04-12 | 1994-10-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 量子井戸半導体レーザ |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002136515A patent/JP2003332692A/ja active Pending
-
2003
- 2003-05-13 US US10/436,266 patent/US6873637B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6873637B2 (en) | 2005-03-29 |
| US20050047463A1 (en) | 2005-03-03 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080122 |