JP2005005452A - 半導体レーザ用エピタキシャルウエハおよびその用途 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップ、およびそのチップを搭載した光ディスク装置を提供することを課題とする。
【解決手段】化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウエハにより、上記の課題を解決する。
【選択図】 図１
【解決手段】化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウエハにより、上記の課題を解決する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの光ディスク装置に使用され、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップおよびそのチップを搭載した光ディスク装置（システム）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザの基本構造について説明する。
図８は、従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例１）。この半導体レーザは、横モード制御型のＡｌＧａＡｓ系リッジストライプ型であり、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板上に、バッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層、下部クラッド層３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層４のＡｌＧａＡｓ層、上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層およびキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層からなるダブルへテロ接合構造が順次積層されている。上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層にはリッジストライプ状のメサ部９が形成され、このメサ部（段差部）の両側部１０には電流阻止層７のｎ−ＡｌＧａＡｓ層が形成されている。このような構造により、電流狭窄機能と光導波機能が同時に達成される。また、ウエハ全面にはコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層が形成され、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層上にはｐ型電極１１が、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にはｎ型電極が形成されている。
【０００３】
次に、図８に示す従来の半導体レーザの製造プロセスを簡単に説明する。
まず、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板上に、ダブルへテロ接合構造、すなわちバッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層からキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層までの５層構造を、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法またはＭＢＥ（分子線エピタキシー）法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、キャップ層６上の全面にＳｉＯ２膜を成膜し、フォトリソ技術により幅５μｍのＳｉＯ２ストライプに加工する。このストライプをマスクとして、例えば硫酸系のエッチャントにより、上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層の途中までエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成する。このメサ部（段差部）の両側部１０における上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層は、エッチング時間を制御することにより、厚さｄが通常０．１〜０．２μｍになるように残す。次いで、ウエハ全面に電流阻止層７のｎ−ＡｌＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法でエピタキシャル成長させて形成し、リッジストライプ状のメサ部９上のＳｉＯ２膜とその上に形成された結晶質層をエッチング除去した後、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、公知の方法によりコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層上にｐ型電極１１を、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にｎ型電極１２を形成する。
【０００４】
しかしながら、図８に示す従来の半導体レーザでは、上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を途中までエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成するときに、メサ部の両側部１０における上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層の厚さｄがエッチング時間により決定されるため、厚さｄがウエハ内およびウエハ間で均一でなくなり、その結果、レーザ発振しきい値電流やレーザビーム放射角などの特性がばらつくという問題が生じる。
【０００５】
図９は、従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例２）。この半導体レーザは、横モード制御型のＡｌＧａＡｓ系リッジストライプ型であり、レーザ特性、特にレーザビームの出射角を決定するために最も重要であるメサ部の両側部１０における上部クラッド層の厚さｄを制御性よく形成するために、厚さｄの第１上部クラッド層５１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を形成し、その上にエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層を設けている。
【０００６】
次に、図９に示す従来の半導体レーザの製造プロセスを簡単に説明する。
まず、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板上に、多層へテロ接合構造、すなわちバッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層、下部クラッド層３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層４のＡｌＧａＡｓ層、第１上部クラッド層５１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層までの７層構造を、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、キャップ層６上の全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソ技術により幅６μｍのレジストストライプに加工する。このストライプをマスクとして、例えば硫酸系のエッチャントにより、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層をエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層の近傍までエッチングした後、フッ酸系のエッチャントにより、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層のみをエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成する。このとき、メサ部の両側部１０では、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層でエッチングがストップする。次いで、レジストストライプを剥離した後、ウエハ全面に電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層およびその保護層としての電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて形成する。そして、リッジストライプ状のメサ部９上に形成された結晶質層をエッチング除去した後、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、公知の方法によりコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層上にｐ型電極１１を、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にｎ型電極１２を形成する。
【０００７】
リッジストライプ状のメサ部９の形成では、フッ酸系のエッチャントがＡｌＧａＡｓのみをエッチングし、ＧａＡｓを全くエッチングしないという選択性を利用している。また、メサ部の両側部１０における上部クラッド層の厚さｄが、第１上部クラッド層５１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層により決定されるため、厚さｄがウエハ内およびウエハ間で均一になり、その結果、レーザ発振しきい値電流やレーザビーム放射角などの特性のばらつきが低減される。なお、リッジストライプ状のメサ部９内にもエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層が存在するが、その厚さは３ｎｍ程度と薄いために、レーザ光の吸収はほとんど無視できる。
【０００８】
しかしながら、図９に示す従来の半導体レーザでは、フッ酸系のエッチャントにより、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層のみをエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成するので、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層がエッチングされず、図示するようにｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４が残る。そして、このウエハ上に電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて形成すると、ｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４直下では材料ガスが欠乏するので完全には電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層が埋まらず、空洞１５が内包される。この空洞１５およびその周囲のＧａＡｓ結晶は、リッジストライプ状のメサ部９内においてレーザの一部を吸収するので、レーザ導波の内部損失となり、出射レーザ光の外部微分量子効率（またはスロープ効率）の低下という問題が生じる。
【０００９】
特開２００３−４６１９４号公報（特許文献１）には、少なくとも結晶成長プロセスの途中からＡｌ組成比が徐々に小さくなるように、第２上部クラッド層を設計し、フッ酸系のエッチャントでエッチングすることにより、空洞の発生を防止または縮小した半導体レーザが得られることが開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−４６１９４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップ、およびそのチップを搭載した光ディスク装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、第２上部クラッド層を従来の１〜１．５μｍよりも厚くし、同時に第２上部クラッド層のｐｎ接合形成用元素（例えば、Ａｌ）の組成比をその積層方向に連続的に減少させることにより、電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハが得られることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１３】
本発明によれば、化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウエハが提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの表面と裏面に電極を形成した半導体レーザ用ウエハ、その半導体レーザ用ウエハをへき開とスクライブにより分割して製造した半導体レーザチップ、その半導体レーザチップを搭載した光ディスク用ピックアップ、およびその光ディスク用ピックアップを搭載した光ディスク装置が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが第２上部クラッド層の積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする。
【００１６】
第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することにより、図９に示す従来の半導体レーザ（従来例２）におけるｐ−ＧａＡｓキャップ層ひさし１４を短くすることができる。すなわち、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を厚く（リッジを高く）することにより、硫酸系のエッチャントで第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層をエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層の近傍までエッチングする際に、エッチング時間を長く設定できるので、第２上部クラッド層（リッジ）上のキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層の幅が狭くなり、ｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４を短くすることができる。
【００１７】
一方、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比が一定の場合に、第２上部クラッド層を厚く（リッジを高く）すると、図１０に示すように、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（リッジ）の幅が上部（キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層側）で狭くなり、結局ｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４が長くなり、空洞が形成されてしまう。また、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層の上部が細くなるために、素子としての直列抵抗が大きくなってしまう。なお、図１０は、半導体レーザのリッジ高さとひさしの関係を説明するための概略断面図であり、その図番は図９に準ずる。
【００１８】
そこで、本発明者は、フッ酸によるエッチング速度が、エッチング対象物質のＡｌ組成比が小さくなる程遅くなる性質に着目した。図１１は、フッ酸によるエッチング速度とエッチング対象物質ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
すなわち、第２上部クラッド層が、その積層方向に連続的に減少する組成を有することにより、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（リッジ）上部のフッ酸によるエッチング速度を遅くすることができ、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（リッジ）の上部においてもその幅が狭くなり難くなる。
【００１９】
しかし、第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有さない（厚さが１．５μｍよりも薄い）と、電流阻止層を形成する際に、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層とｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４直下において材料ガスの供給が不足し空洞ができる。
図２は、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ（ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ）層のＡｌ組成比ｘを連続的に減少させて半導体レーザを作製した場合における、第２上部クラッド層の厚さＨとキャップ層ひさし１４横の空洞の幅（長さ）Ｂとの関係を示す図である。この関係は本発明者が実験により求めた結果であり、両者には負の相関関係がみられ、厚さＨが１．５μｍ以上のとき、空洞が消失すること（空洞の長さＢ＝０）がわかる。
【００２０】
したがって、本発明の課題を解決するためには、第２上部クラッド層がその積層方向に連続的に減少する組成を有すること、および第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを同時に満足させる必要がある。また、本発明においては、第２上部クラッド層の厚さは、従来の１〜１．５μｍよりも厚くする必要がある。
【００２１】
図１は、本発明の半導体レーザの一例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図である。図中、１は化合物半導体基板のｎ−ＧａＡｓ基板、２はバッファ層のｎ−ＧａＡｓ層、３は下部クラッド層のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、４は量子井戸活性層のＡｌＧａＡｓ層、５１は第１上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、１３はエッチング停止層のｐ−ＧａＡｓ層、５２は第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、６はキャップ層のｐ−ＧａＡｓ層、７１は電流阻止層のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、７２は電流阻止保護層のｐ−ＧａＡｓ層、８はコンタクト層のｐ−ＧａＡｓ層、９はリッジストライプ状のメサ部、１０はメサ部（段差部）の両側部、１１はｐ側電極、１２はｎ側電極を示す。
【００２２】
化合物半導体基板１と下部クラッド層３との間には、バッファ層２を設けるのが好ましい。図１の場合には、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板と下部クラッド層３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層３との間には、バッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層が設けられている。
また、電流阻止層７１とコンタクト層８との間には、電流阻止保護層７２を設けるのが好ましい。図１の場合には、電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層とコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層との間には、電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層が設けられている。
【００２３】
第２上部クラッド層は、エッチング停止層側がキャップ層側に比べてエッチングされやすい組成を有するのが好ましい。
第２上部クラッド層は、１．５μｍ以上、好ましくは１．５〜２．２μｍの厚さを有するのが好ましい。
リッジストライプ状のメサ部は、３．０μｍ以下、好ましくは２．５〜３．０μｍの幅を有するのが好ましい。
【００２４】
半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、例えば、
▲１▼化合物半導体基板がｎ−ＧａＡｓ基板、下部クラッド層がｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層がＡｌＧａＡｓ層、第１上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＡｓ層、エッチング停止層がｐ−ＧａＡｓ層、第２上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＡｓ層、キャップ層がｐ−ＧａＡｓ層、電流阻止層がｎ−ＡｌＧａＡｓ、コンタクト層がｐ−ＧａＡｓ層からなるか、または
▲２▼化合物半導体基板がｎ−ＧａＡｓ基板、下部クラッド層がｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、量子井戸活性層がＧａＩｎＰ層、第１上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、エッチング停止層がｐ−ＧａＩｎＰ層、第２上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、キャップ層がｐ−ＧａＡｓ層、電流阻止層がｎ−ＡｌＩｎＰ層、コンタクト層がｐ−ＧａＡｓ層からなるのが好ましい。
本発明は、▲１▼のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、▲２▼のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのみならず、ＧａＮ系半導体レーザにも応用できる。
【００２５】
本発明によれば、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの表面と裏面に電極を形成した半導体レーザ用ウエハが提供される。
電極は、当該分野で公知の材料を用い、公知の方法により形成することができる。実施例において、具体的に述べる。
【００２６】
また、本発明によれば、本発明の半導体レーザ用ウエハをへき開とスクライブにより分割して製造した半導体レーザチップが提供される。
【００２７】
さらに、本発明によれば、本発明の半導体レーザチップを搭載した光ディスク用ピックアップ、および本発明の光ディスク用ピックアップを搭載した光ディスク装置が提供される。
【００２８】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
図３および図４は、図１の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの製造工程を示す概略断面図であり、これに基づいて説明する。
（１）面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板１（厚さ３５０μｍ程度）上に、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置を用いて、バッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層（厚さ０．５μｍ）、下部クラッド層３のｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（厚さ３μｍ）、多重量子井戸活性層４のＡｌＧａＡｓ層（厚さ０．０４μｍ）、第１上部クラッド層５１のｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（厚さ０．２μｍ）、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ０．００３μｍ）、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（厚さ２μｍ）およびキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ０．６μｍ）からなる多層構造をエピタキシャル成長させて形成した。第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のＡｌ組成比ｘが０．５から０．４まで連続的に減少するように設計した（図５参照）。図５は、実施例１の第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
次いで、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層の表面にレジスト膜５３を約０．２μｍの厚さになるように塗布した（図３（ａ）参照）。
【００３０】
（２）フォトリソ技術により、レジスト膜５３を幅６μｍのストライプに加工した。次いで、硫酸＋過酸化水素系のエッチャントを用いて、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層がエッチング停止層１３上に約０．２μｍ残るようにエッチングした（図３（ｂ）参照）。
【００３１】
（３）フッ酸系のエッチャントを用いて、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層を選択的にエッチングすることにより、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層上のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを除去した後、さらにリッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９におけるエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層側の幅が２．５μｍになるまでエッチングを続けた（図３（ｃ）参照）。フッ酸によるエッチング速度とエッチング対象物質ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのＡｌ組成比ｘとは、図１１に示すような関係がある、すなわちＡｌ組成比ｘが小さくなる程フッ酸のエッチング速度が遅くなるので、リッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９は、図３（ｃ）に示すような形状になった。
【００３２】
（４）レジスト膜５３を除去した後、ＭＯＣＶＤ法により、電流阻止層７１のｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層（厚さ１．５μｍ程度）および電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ０．５μｍμｍ程度）をエピタキシャル成長させて形成した（図４（ｄ）参照）。リッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９の両側には空洞の発生が全くなかった。
【００３３】
（５）リッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９上に成長した、電流通路の障害になる電流阻止層７１のｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層および電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層を、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層に達するまでエッチング除去した（図４（ｅ）参照）。
【００３４】
（６）ウエハ全面にコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ４０μｍ）をＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させて形成して、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハを得た（図４（ｆ））。
【００３５】
（７）ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面を、基板全体の厚みが８０μｍになるまで研磨した後、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層表面にはＡｕ−Ｚｎによるｐ型電極１１を、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはＡｕ−Ｇｅによるｎ型電極を１２形成して、本発明の半導体レーザ用ウエハを得た。
【００３６】
（８）共振器長が８００μｍになるようにウエハをへき開し、電子ビーム蒸着により、光出射端面にはＡｌ２Ｏ３保護膜を形成して低反射率（約１０％）とし、後端面にはＡｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉの多層膜を形成して高反射率（約９５％）として、本発明の半導体レーザチップを得た。
【００３７】
得られた半導体レーザチップおよび図９に示す従来の半導体レーザ（従来品）のレーザ特性を評価したところ、次のような結果が得られた。括弧内に従来品の数値を示す。
▲１▼発振波長：７８４ｎｍ（従来品：７８４ｎｍ）
▲２▼しきい値電流：２７ｍＡ（従来品：３０ｍＡ）
▲３▼光出力１４０ｍＷ（７５℃、ＣＷ）での駆動電流ＩＯＰ：１６５ｍＡ（従来品：２００ｍＡ）
▲４▼光出力２６０ｍＷ（７５℃、パルス）での駆動電流ＩＯＰ：２７０ｍＡ（従来品：３２０ｍＡ）
▲５▼共振器長をパラメーターとした光導波の内部吸収係数：２．５ｃｍ−１（従来品：５ｃｍ−１）
▲６▼光出射端面からのレーザ光のスロープ効率η（光出力／電流比）：１．３（従来品：０．９５）
▲７▼直列抵抗：２．６Ω（従来品：４．０Ω）
【００３８】
得られた半導体レーザチップは、従来品で問題となっていたメサ部の近傍に発生する空洞による光吸収がなく、また多重量子井戸活性層４のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層からキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層までの距離が２μｍ、同様にｎ−ＧａＡｓ基板１までの距離が３μｍと遠く、これらのＧａＡｓによる光吸収もないことから、上記の結果が得られたものと考えられる。
また、得られた半導体レーザチップは、▲５▼光導波の内部吸収係数の低下により、▲６▼スロープ効率ηが向上したものと考えられる。
さらに、得られた半導体レーザチップは、リッジストライプ状のメサ部９である第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層における上部（キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層側）の幅が従来品より広いために、▲７▼直列抵抗が低下したものと考えられる。
【００３９】
（実施例２）
第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のＡｌ組成比ｘが０．４から０．５５まで連続的に減少するように設計して（図７参照）、リッジストライプ状のメサ部９の側面を垂直に近い形状に加工すること以外は、実施例１と同様にして、図６に示す半導体レーザ用エピタキシャルウエハを得、その半導体レーザチップを得た。図６は、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの別の例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図であり、図７は、実施例２の第２上部クラッド層のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。図７に示すように、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のＡｌ組成比ｘの変化を底部（エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層側）において急峻にした。これにより、底部におけるエッチング速度が大きくなり（図１１参照）、リッジストライプ状のメサ部９における底部のダレが小さくなった。このようにメサ部９の裾ダレが小さくなった分、リッジ幅のウエハ面内での均一性が増し、しきい値電流、ビーム放射角などの特性のばらつきが小さくなった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、第２上部クラッド層を従来の１〜１．５μｍよりも厚くし、同時に第２上部クラッド層の構成元素（例えば、Ａｌ）の組成比をその積層方向に連続的に減少させることにより、電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハを提供することができる。
すなわち、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、従来品で問題となっていたメサ部の近傍に発生する空洞による光吸収がなく、また量子井戸活性層からキャップ層までの距離および量子井戸活性層から化合物半導体基板までの距離が遠く、これらによる光吸収もない。よって、光導波の内部吸収係数が低下し、光出射端面からのレーザ光のスロープ効率η（光出力／電流比）が大幅に向上する。
【００４１】
また、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、リッジストライプ状のメサ部である第２上部クラッド層における上部（キャップ層６側）の幅が従来品より広いために、直列抵抗が低下する。よって、素子としての自己発熱が抑制されるので、素子寿命が長くなる。例えば、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷへの書き込み用の光ディスク装置では、２００ｍＷ以上の高い光出力が要求されるので、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップおよびそのチップを搭載した光ディスク装置の半導体レーザは、これらへの応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの一例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図である（実施例１）。
【図２】第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ（ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ）層のＡｌ組成比ｘを連続的に減少させて半導体レーザを作製した場合における、第２上部クラッド層の厚さＨとキャップ層ひさし１４横の空洞の幅（長さ）Ｂとの関係を示す図である。
【図３】図１の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの製造工程を示す概略断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図４】図１の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの製造工程を示す概略断面図（ｄ）〜（ｆ）である。
【図５】実施例１の第２上部クラッド層のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
【図６】本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの別の例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図である（実施例２）。
【図７】実施例２の第２上部クラッド層のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例１）。
【図９】従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例２）。
【図１０】半導体レーザのリッジ高さとひさしの関係を説明するための概略断面図である。
【図１１】フッ酸によるエッチング速度とエッチング対象物質ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 化合物半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板）
２ バッファ層（ｎ−ＧａＡｓ層）
３ 下部クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ層）
４ 量子井戸活性層（ＡｌＧａＡｓ層）
５ 上部クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
６ キャップ層（ｐ−ＧａＡｓ層）
７、７１ 電流阻止層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ層）
８ コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓコンタクト層）
９ リッジストライプ状のメサ部
１０ メサ部（段差部）の両側部
１１ ｐ側電極
１２ ｎ側電極
１３ エッチング停止層（ｐ−ＧａＡｓ層）
１４ キャップ層ひさし（ｐ−ＧａＡｓ）
１５ 空洞
５１ 第１上部クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
５２ 第２上部クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
５３ レジスト膜
７２ 電流阻止保護層（ｐ−ＧａＡｓ層）
ｄ 厚さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの光ディスク装置に使用され、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップおよびそのチップを搭載した光ディスク装置（システム）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザの基本構造について説明する。
図８は、従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例１）。この半導体レーザは、横モード制御型のＡｌＧａＡｓ系リッジストライプ型であり、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板上に、バッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層、下部クラッド層３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層４のＡｌＧａＡｓ層、上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層およびキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層からなるダブルへテロ接合構造が順次積層されている。上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層にはリッジストライプ状のメサ部９が形成され、このメサ部（段差部）の両側部１０には電流阻止層７のｎ−ＡｌＧａＡｓ層が形成されている。このような構造により、電流狭窄機能と光導波機能が同時に達成される。また、ウエハ全面にはコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層が形成され、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層上にはｐ型電極１１が、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にはｎ型電極が形成されている。
【０００３】
次に、図８に示す従来の半導体レーザの製造プロセスを簡単に説明する。
まず、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板上に、ダブルへテロ接合構造、すなわちバッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層からキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層までの５層構造を、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法またはＭＢＥ（分子線エピタキシー）法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、キャップ層６上の全面にＳｉＯ２膜を成膜し、フォトリソ技術により幅５μｍのＳｉＯ２ストライプに加工する。このストライプをマスクとして、例えば硫酸系のエッチャントにより、上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層の途中までエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成する。このメサ部（段差部）の両側部１０における上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層は、エッチング時間を制御することにより、厚さｄが通常０．１〜０．２μｍになるように残す。次いで、ウエハ全面に電流阻止層７のｎ−ＡｌＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法でエピタキシャル成長させて形成し、リッジストライプ状のメサ部９上のＳｉＯ２膜とその上に形成された結晶質層をエッチング除去した後、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、公知の方法によりコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層上にｐ型電極１１を、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にｎ型電極１２を形成する。
【０００４】
しかしながら、図８に示す従来の半導体レーザでは、上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を途中までエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成するときに、メサ部の両側部１０における上部クラッド層５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層の厚さｄがエッチング時間により決定されるため、厚さｄがウエハ内およびウエハ間で均一でなくなり、その結果、レーザ発振しきい値電流やレーザビーム放射角などの特性がばらつくという問題が生じる。
【０００５】
図９は、従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例２）。この半導体レーザは、横モード制御型のＡｌＧａＡｓ系リッジストライプ型であり、レーザ特性、特にレーザビームの出射角を決定するために最も重要であるメサ部の両側部１０における上部クラッド層の厚さｄを制御性よく形成するために、厚さｄの第１上部クラッド層５１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を形成し、その上にエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層を設けている。
【０００６】
次に、図９に示す従来の半導体レーザの製造プロセスを簡単に説明する。
まず、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板上に、多層へテロ接合構造、すなわちバッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層、下部クラッド層３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層４のＡｌＧａＡｓ層、第１上部クラッド層５１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層までの７層構造を、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、キャップ層６上の全面にレジスト膜を塗布し、フォトリソ技術により幅６μｍのレジストストライプに加工する。このストライプをマスクとして、例えば硫酸系のエッチャントにより、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層をエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層の近傍までエッチングした後、フッ酸系のエッチャントにより、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層のみをエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成する。このとき、メサ部の両側部１０では、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層でエッチングがストップする。次いで、レジストストライプを剥離した後、ウエハ全面に電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層およびその保護層としての電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて形成する。そして、リッジストライプ状のメサ部９上に形成された結晶質層をエッチング除去した後、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて形成する。次いで、公知の方法によりコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層上にｐ型電極１１を、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にｎ型電極１２を形成する。
【０００７】
リッジストライプ状のメサ部９の形成では、フッ酸系のエッチャントがＡｌＧａＡｓのみをエッチングし、ＧａＡｓを全くエッチングしないという選択性を利用している。また、メサ部の両側部１０における上部クラッド層の厚さｄが、第１上部クラッド層５１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層により決定されるため、厚さｄがウエハ内およびウエハ間で均一になり、その結果、レーザ発振しきい値電流やレーザビーム放射角などの特性のばらつきが低減される。なお、リッジストライプ状のメサ部９内にもエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層が存在するが、その厚さは３ｎｍ程度と薄いために、レーザ光の吸収はほとんど無視できる。
【０００８】
しかしながら、図９に示す従来の半導体レーザでは、フッ酸系のエッチャントにより、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層のみをエッチングしてリッジストライプ状のメサ部９を形成するので、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層がエッチングされず、図示するようにｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４が残る。そして、このウエハ上に電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させて形成すると、ｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４直下では材料ガスが欠乏するので完全には電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層が埋まらず、空洞１５が内包される。この空洞１５およびその周囲のＧａＡｓ結晶は、リッジストライプ状のメサ部９内においてレーザの一部を吸収するので、レーザ導波の内部損失となり、出射レーザ光の外部微分量子効率（またはスロープ効率）の低下という問題が生じる。
【０００９】
特開２００３−４６１９４号公報（特許文献１）には、少なくとも結晶成長プロセスの途中からＡｌ組成比が徐々に小さくなるように、第２上部クラッド層を設計し、フッ酸系のエッチャントでエッチングすることにより、空洞の発生を防止または縮小した半導体レーザが得られることが開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−４６１９４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップ、およびそのチップを搭載した光ディスク装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、第２上部クラッド層を従来の１〜１．５μｍよりも厚くし、同時に第２上部クラッド層のｐｎ接合形成用元素（例えば、Ａｌ）の組成比をその積層方向に連続的に減少させることにより、電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハが得られることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１３】
本発明によれば、化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウエハが提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの表面と裏面に電極を形成した半導体レーザ用ウエハ、その半導体レーザ用ウエハをへき開とスクライブにより分割して製造した半導体レーザチップ、その半導体レーザチップを搭載した光ディスク用ピックアップ、およびその光ディスク用ピックアップを搭載した光ディスク装置が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが第２上部クラッド層の積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする。
【００１６】
第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することにより、図９に示す従来の半導体レーザ（従来例２）におけるｐ−ＧａＡｓキャップ層ひさし１４を短くすることができる。すなわち、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を厚く（リッジを高く）することにより、硫酸系のエッチャントで第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層をエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層の近傍までエッチングする際に、エッチング時間を長く設定できるので、第２上部クラッド層（リッジ）上のキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層の幅が狭くなり、ｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４を短くすることができる。
【００１７】
一方、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比が一定の場合に、第２上部クラッド層を厚く（リッジを高く）すると、図１０に示すように、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（リッジ）の幅が上部（キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層側）で狭くなり、結局ｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４が長くなり、空洞が形成されてしまう。また、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層の上部が細くなるために、素子としての直列抵抗が大きくなってしまう。なお、図１０は、半導体レーザのリッジ高さとひさしの関係を説明するための概略断面図であり、その図番は図９に準ずる。
【００１８】
そこで、本発明者は、フッ酸によるエッチング速度が、エッチング対象物質のＡｌ組成比が小さくなる程遅くなる性質に着目した。図１１は、フッ酸によるエッチング速度とエッチング対象物質ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
すなわち、第２上部クラッド層が、その積層方向に連続的に減少する組成を有することにより、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（リッジ）上部のフッ酸によるエッチング速度を遅くすることができ、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（リッジ）の上部においてもその幅が狭くなり難くなる。
【００１９】
しかし、第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有さない（厚さが１．５μｍよりも薄い）と、電流阻止層を形成する際に、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層とｐ−ＧａＡｓのキャップ層ひさし１４直下において材料ガスの供給が不足し空洞ができる。
図２は、第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ（ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ）層のＡｌ組成比ｘを連続的に減少させて半導体レーザを作製した場合における、第２上部クラッド層の厚さＨとキャップ層ひさし１４横の空洞の幅（長さ）Ｂとの関係を示す図である。この関係は本発明者が実験により求めた結果であり、両者には負の相関関係がみられ、厚さＨが１．５μｍ以上のとき、空洞が消失すること（空洞の長さＢ＝０）がわかる。
【００２０】
したがって、本発明の課題を解決するためには、第２上部クラッド層がその積層方向に連続的に減少する組成を有すること、および第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを同時に満足させる必要がある。また、本発明においては、第２上部クラッド層の厚さは、従来の１〜１．５μｍよりも厚くする必要がある。
【００２１】
図１は、本発明の半導体レーザの一例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図である。図中、１は化合物半導体基板のｎ−ＧａＡｓ基板、２はバッファ層のｎ−ＧａＡｓ層、３は下部クラッド層のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、４は量子井戸活性層のＡｌＧａＡｓ層、５１は第１上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、１３はエッチング停止層のｐ−ＧａＡｓ層、５２は第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層、６はキャップ層のｐ−ＧａＡｓ層、７１は電流阻止層のｎ−ＡｌＧａＡｓ層、７２は電流阻止保護層のｐ−ＧａＡｓ層、８はコンタクト層のｐ−ＧａＡｓ層、９はリッジストライプ状のメサ部、１０はメサ部（段差部）の両側部、１１はｐ側電極、１２はｎ側電極を示す。
【００２２】
化合物半導体基板１と下部クラッド層３との間には、バッファ層２を設けるのが好ましい。図１の場合には、化合物半導体基板１のｎ−ＧａＡｓ基板と下部クラッド層３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層３との間には、バッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層が設けられている。
また、電流阻止層７１とコンタクト層８との間には、電流阻止保護層７２を設けるのが好ましい。図１の場合には、電流阻止層７１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層とコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層との間には、電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層が設けられている。
【００２３】
第２上部クラッド層は、エッチング停止層側がキャップ層側に比べてエッチングされやすい組成を有するのが好ましい。
第２上部クラッド層は、１．５μｍ以上、好ましくは１．５〜２．２μｍの厚さを有するのが好ましい。
リッジストライプ状のメサ部は、３．０μｍ以下、好ましくは２．５〜３．０μｍの幅を有するのが好ましい。
【００２４】
半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、例えば、
▲１▼化合物半導体基板がｎ−ＧａＡｓ基板、下部クラッド層がｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層がＡｌＧａＡｓ層、第１上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＡｓ層、エッチング停止層がｐ−ＧａＡｓ層、第２上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＡｓ層、キャップ層がｐ−ＧａＡｓ層、電流阻止層がｎ−ＡｌＧａＡｓ、コンタクト層がｐ−ＧａＡｓ層からなるか、または
▲２▼化合物半導体基板がｎ−ＧａＡｓ基板、下部クラッド層がｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、量子井戸活性層がＧａＩｎＰ層、第１上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、エッチング停止層がｐ−ＧａＩｎＰ層、第２上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、キャップ層がｐ−ＧａＡｓ層、電流阻止層がｎ−ＡｌＩｎＰ層、コンタクト層がｐ−ＧａＡｓ層からなるのが好ましい。
本発明は、▲１▼のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ、▲２▼のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのみならず、ＧａＮ系半導体レーザにも応用できる。
【００２５】
本発明によれば、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの表面と裏面に電極を形成した半導体レーザ用ウエハが提供される。
電極は、当該分野で公知の材料を用い、公知の方法により形成することができる。実施例において、具体的に述べる。
【００２６】
また、本発明によれば、本発明の半導体レーザ用ウエハをへき開とスクライブにより分割して製造した半導体レーザチップが提供される。
【００２７】
さらに、本発明によれば、本発明の半導体レーザチップを搭載した光ディスク用ピックアップ、および本発明の光ディスク用ピックアップを搭載した光ディスク装置が提供される。
【００２８】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
図３および図４は、図１の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの製造工程を示す概略断面図であり、これに基づいて説明する。
（１）面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板１（厚さ３５０μｍ程度）上に、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置を用いて、バッファ層２のｎ−ＧａＡｓ層（厚さ０．５μｍ）、下部クラッド層３のｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（厚さ３μｍ）、多重量子井戸活性層４のＡｌＧａＡｓ層（厚さ０．０４μｍ）、第１上部クラッド層５１のｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（厚さ０．２μｍ）、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ０．００３μｍ）、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（厚さ２μｍ）およびキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ０．６μｍ）からなる多層構造をエピタキシャル成長させて形成した。第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のＡｌ組成比ｘが０．５から０．４まで連続的に減少するように設計した（図５参照）。図５は、実施例１の第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
次いで、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層の表面にレジスト膜５３を約０．２μｍの厚さになるように塗布した（図３（ａ）参照）。
【００３０】
（２）フォトリソ技術により、レジスト膜５３を幅６μｍのストライプに加工した。次いで、硫酸＋過酸化水素系のエッチャントを用いて、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層がエッチング停止層１３上に約０．２μｍ残るようにエッチングした（図３（ｂ）参照）。
【００３１】
（３）フッ酸系のエッチャントを用いて、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層を選択的にエッチングすることにより、エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層上のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを除去した後、さらにリッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９におけるエッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層側の幅が２．５μｍになるまでエッチングを続けた（図３（ｃ）参照）。フッ酸によるエッチング速度とエッチング対象物質ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのＡｌ組成比ｘとは、図１１に示すような関係がある、すなわちＡｌ組成比ｘが小さくなる程フッ酸のエッチング速度が遅くなるので、リッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９は、図３（ｃ）に示すような形状になった。
【００３２】
（４）レジスト膜５３を除去した後、ＭＯＣＶＤ法により、電流阻止層７１のｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層（厚さ１．５μｍ程度）および電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ０．５μｍμｍ程度）をエピタキシャル成長させて形成した（図４（ｄ）参照）。リッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９の両側には空洞の発生が全くなかった。
【００３３】
（５）リッジストライプ状のメサ部（リッジ部）９上に成長した、電流通路の障害になる電流阻止層７１のｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層および電流阻止保護層７２のｐ−ＧａＡｓ層を、キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層に達するまでエッチング除去した（図４（ｅ）参照）。
【００３４】
（６）ウエハ全面にコンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層（厚さ４０μｍ）をＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させて形成して、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハを得た（図４（ｆ））。
【００３５】
（７）ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面を、基板全体の厚みが８０μｍになるまで研磨した後、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓ層表面にはＡｕ−Ｚｎによるｐ型電極１１を、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはＡｕ−Ｇｅによるｎ型電極を１２形成して、本発明の半導体レーザ用ウエハを得た。
【００３６】
（８）共振器長が８００μｍになるようにウエハをへき開し、電子ビーム蒸着により、光出射端面にはＡｌ２Ｏ３保護膜を形成して低反射率（約１０％）とし、後端面にはＡｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉの多層膜を形成して高反射率（約９５％）として、本発明の半導体レーザチップを得た。
【００３７】
得られた半導体レーザチップおよび図９に示す従来の半導体レーザ（従来品）のレーザ特性を評価したところ、次のような結果が得られた。括弧内に従来品の数値を示す。
▲１▼発振波長：７８４ｎｍ（従来品：７８４ｎｍ）
▲２▼しきい値電流：２７ｍＡ（従来品：３０ｍＡ）
▲３▼光出力１４０ｍＷ（７５℃、ＣＷ）での駆動電流ＩＯＰ：１６５ｍＡ（従来品：２００ｍＡ）
▲４▼光出力２６０ｍＷ（７５℃、パルス）での駆動電流ＩＯＰ：２７０ｍＡ（従来品：３２０ｍＡ）
▲５▼共振器長をパラメーターとした光導波の内部吸収係数：２．５ｃｍ−１（従来品：５ｃｍ−１）
▲６▼光出射端面からのレーザ光のスロープ効率η（光出力／電流比）：１．３（従来品：０．９５）
▲７▼直列抵抗：２．６Ω（従来品：４．０Ω）
【００３８】
得られた半導体レーザチップは、従来品で問題となっていたメサ部の近傍に発生する空洞による光吸収がなく、また多重量子井戸活性層４のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層からキャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層までの距離が２μｍ、同様にｎ−ＧａＡｓ基板１までの距離が３μｍと遠く、これらのＧａＡｓによる光吸収もないことから、上記の結果が得られたものと考えられる。
また、得られた半導体レーザチップは、▲５▼光導波の内部吸収係数の低下により、▲６▼スロープ効率ηが向上したものと考えられる。
さらに、得られた半導体レーザチップは、リッジストライプ状のメサ部９である第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層における上部（キャップ層６のｐ−ＧａＡｓ層側）の幅が従来品より広いために、▲７▼直列抵抗が低下したものと考えられる。
【００３９】
（実施例２）
第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のＡｌ組成比ｘが０．４から０．５５まで連続的に減少するように設計して（図７参照）、リッジストライプ状のメサ部９の側面を垂直に近い形状に加工すること以外は、実施例１と同様にして、図６に示す半導体レーザ用エピタキシャルウエハを得、その半導体レーザチップを得た。図６は、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの別の例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図であり、図７は、実施例２の第２上部クラッド層のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。図７に示すように、第２上部クラッド層５２のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のＡｌ組成比ｘの変化を底部（エッチング停止層１３のｐ−ＧａＡｓ層側）において急峻にした。これにより、底部におけるエッチング速度が大きくなり（図１１参照）、リッジストライプ状のメサ部９における底部のダレが小さくなった。このようにメサ部９の裾ダレが小さくなった分、リッジ幅のウエハ面内での均一性が増し、しきい値電流、ビーム放射角などの特性のばらつきが小さくなった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、第２上部クラッド層を従来の１〜１．５μｍよりも厚くし、同時に第２上部クラッド層の構成元素（例えば、Ａｌ）の組成比をその積層方向に連続的に減少させることにより、電流阻止層に空洞を有さず、高出力まで横基本モードで安定にレーザ発振する半導体レーザ用エピタキシャルウエハを提供することができる。
すなわち、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、従来品で問題となっていたメサ部の近傍に発生する空洞による光吸収がなく、また量子井戸活性層からキャップ層までの距離および量子井戸活性層から化合物半導体基板までの距離が遠く、これらによる光吸収もない。よって、光導波の内部吸収係数が低下し、光出射端面からのレーザ光のスロープ効率η（光出力／電流比）が大幅に向上する。
【００４１】
また、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハは、リッジストライプ状のメサ部である第２上部クラッド層における上部（キャップ層６側）の幅が従来品より広いために、直列抵抗が低下する。よって、素子としての自己発熱が抑制されるので、素子寿命が長くなる。例えば、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷへの書き込み用の光ディスク装置では、２００ｍＷ以上の高い光出力が要求されるので、本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ、半導体レーザ用ウエハ、そのウエハを搭載した半導体レーザチップおよびそのチップを搭載した光ディスク装置の半導体レーザは、これらへの応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの一例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図である（実施例１）。
【図２】第２上部クラッド層のｐ−ＡｌＧａＡｓ（ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ）層のＡｌ組成比ｘを連続的に減少させて半導体レーザを作製した場合における、第２上部クラッド層の厚さＨとキャップ層ひさし１４横の空洞の幅（長さ）Ｂとの関係を示す図である。
【図３】図１の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの製造工程を示す概略断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図４】図１の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの製造工程を示す概略断面図（ｄ）〜（ｆ）である。
【図５】実施例１の第２上部クラッド層のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
【図６】本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの別の例（ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ）を示す概略断面図である（実施例２）。
【図７】実施例２の第２上部クラッド層のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の距離（高さ）とそのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例１）。
【図９】従来の半導体レーザの概略断面図である（従来例２）。
【図１０】半導体レーザのリッジ高さとひさしの関係を説明するための概略断面図である。
【図１１】フッ酸によるエッチング速度とエッチング対象物質ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのＡｌ組成比ｘとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 化合物半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板）
２ バッファ層（ｎ−ＧａＡｓ層）
３ 下部クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ層）
４ 量子井戸活性層（ＡｌＧａＡｓ層）
５ 上部クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
６ キャップ層（ｐ−ＧａＡｓ層）
７、７１ 電流阻止層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ層）
８ コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓコンタクト層）
９ リッジストライプ状のメサ部
１０ メサ部（段差部）の両側部
１１ ｐ側電極
１２ ｎ側電極
１３ エッチング停止層（ｐ−ＧａＡｓ層）
１４ キャップ層ひさし（ｐ−ＧａＡｓ）
１５ 空洞
５１ 第１上部クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
５２ 第２上部クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
５３ レジスト膜
７２ 電流阻止保護層（ｐ−ＧａＡｓ層）
ｄ 厚さ
Claims (10)
- 化合物半導体基板上に、下部クラッド層、量子井戸活性層、第１上部クラッド層、エッチング停止層、リッジストライプ状のメサ部を構成する第２上部クラッド層およびキャップ層が順次積層され、エッチング停止層上の第２上部クラッド層以外の領域に電流阻止層が形成され、さらにコンタクト層が形成されてなり、第２上部クラッド層の構成原子の１つが積層方向に連続的に減少し、かつ第２上部クラッド層がメサ部の近傍に空洞を発生させない厚さを有することを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウエハ。
- 第２上部クラッド層が、エッチング停止層側がキャップ層側に比べてエッチングされやすい組成を有する請求項１に記載の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ。
- メサ部の近傍に空洞を発生させない厚さが、１．５μｍ以上である請求項１または２に記載の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ。
- リッジストライプ状のメサ部が、３．５μｍ以下の幅を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ。
- 化合物半導体基板がｎ−ＧａＡｓ基板、下部クラッド層がｎ−ＡｌＧａＡｓ層、量子井戸活性層がＡｌＧａＡｓ層、第１上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＡｓ層、エッチング停止層がｐ−ＧａＡｓ層、第２上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＡｓ層、キャップ層がｐ−ＧａＡｓ層、電流阻止層がｎ−ＡｌＧａＡｓ、コンタクト層がｐ−ＧａＡｓ層からなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ。
- 化合物半導体基板がｎ−ＧａＡｓ基板、下部クラッド層がｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、量子井戸活性層がＧａＩｎＰ層、第１上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、エッチング停止層がｐ−ＧａＩｎＰ層、第２上部クラッド層がｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、キャップ層がｐ−ＧａＡｓ層、電流阻止層がｎ−ＡｌＩｎＰ層、コンタクト層がｐ−ＧａＡｓ層からなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウエハ。
- 請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウエハの表面と裏面に電極を形成した半導体レーザ用ウエハ。
- 請求項７に記載の半導体レーザ用ウエハをへき開とスクライブにより分割して製造した半導体レーザチップ。
- 請求項８に記載の半導体レーザチップを搭載した光ディスク用ピックアップ。
- 請求項９に記載の光ディスク用ピックアップを搭載した光ディスク装置。
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