JP2005064262A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 相反関係にある単一横モード性の要求と高い熱飽和レベルの要求とを両立させた高出力の半導体レーザ素子を提供する
【解決手段】 本半導体レーザ素子４０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層２０、第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２、ＧａＩｎＰエッチングストップ層２４、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４、狭幅化合物半導体層ととして設けられたｐ型ＡlＧａＡｓ横方向エッチング層４６、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４８、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８の積層構造を備えている。コンタクト層からエッチングストップ層までエッチングされて、リッジ幅３μｍのストライプ状リッジ４２として形成されている。横方向エッチング層は、ストライプ幅がリッジ自体のリッジ幅３μｍより小さい１．５μｍで延在し、横方向エッチング層の両側縁からリッジ側面まで空隙部５０となっている。
【選択図】 図１
【解決手段】 本半導体レーザ素子４０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層２０、第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２、ＧａＩｎＰエッチングストップ層２４、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４、狭幅化合物半導体層ととして設けられたｐ型ＡlＧａＡｓ横方向エッチング層４６、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４８、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８の積層構造を備えている。コンタクト層からエッチングストップ層までエッチングされて、リッジ幅３μｍのストライプ状リッジ４２として形成されている。横方向エッチング層は、ストライプ幅がリッジ自体のリッジ幅３μｍより小さい１．５μｍで延在し、横方向エッチング層の両側縁からリッジ側面まで空隙部５０となっている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、高出力半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、更に詳細には、相反関係にある単一横モード性の要求と高い熱飽和レベルの要求とを両立させた高出力の半導体レーザ素子、及びその製造方法に関するものである。
近年、書き込み型ＣＤ及びＤＶＤの需要の急速な高まりを受けて、それらの記録媒体の記録・再生装置の光源として用いられる高出力半導体レーザ素子の研究開発が盛んに行われている。そして、記録媒体の大容量化と共に記録媒体への書き込み速度の高速化が求められているので、それに伴い、半導体レーザ素子の高温動作及び高出力化が要求されている。
高出力半導体レーザ素子に要求される重要な特性は、横モードが単一であること、及び光出力−注入電流特性（以下、Ｌ−Ｉ特性と言う）が高出力下でも熱飽和せずに直線的であることである。
ところで、これまでに報告されている高出力半導体レーザ素子では、一般に、図４に示すような埋め込みリッジ構造が採用されている。
ところで、これまでに報告されている高出力半導体レーザ素子では、一般に、図４に示すような埋め込みリッジ構造が採用されている。
ここで、図４を参照して、従来の高出力半導体レーザ素子の構成を説明する。図４は従来の高出力半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
図４に示す従来の高出力半導体レーザ素子１０は、ＤＶＤ記録再生装置の光源として使用される、発振波長が６５０μｍから６６０μｍの赤色半導体レーザ素子であって、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層２０、膜厚０．３μｍの第１ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２２、膜厚０．０３μｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２４、膜厚０．８μｍの第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２６、及び膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８の積層構造を備えている。
図４に示す従来の高出力半導体レーザ素子１０は、ＤＶＤ記録再生装置の光源として使用される、発振波長が６５０μｍから６６０μｍの赤色半導体レーザ素子であって、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層２０、膜厚０．３μｍの第１ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２２、膜厚０．０３μｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２４、膜厚０．８μｍの第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２６、及び膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８の積層構造を備えている。
積層構造のうち、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２６、及びＧａＩｎＰエッチングストップ層２４は、エッチングされて、ストライプ状リッジ３０として形成され、リッジ３０脇には第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２が露出している。
リッジ３０の側面、及び第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２上は、膜厚０．２μｍのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ埋め込み層３２で埋め込まれている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８上にはｐ側電極３４が、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面にはｎ側電極３６が設けてある。
リッジ３０の側面、及び第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２上は、膜厚０．２μｍのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ埋め込み層３２で埋め込まれている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８上にはｐ側電極３４が、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面にはｎ側電極３６が設けてある。
上述のような構造を有する従来の半導体レーザ素子１０において、良好な単一横モード性を保証するためには、リッジ３０のリッジ幅（図４でＷで示す）を小さくすること、つまり電流注入領域を狭窄することが必要になる。例えば従来の高出力半導体レーザ素子１０では、リッジ幅Ｗは１．５μｍぐらいである。
一方、光出力−注入電流特性（以下、Ｌ−Ｉ特性とも言う）が高出力下でも熱飽和せずに直線的であるようにするためには、リッジ幅を大きくすることが要求される。現在、動作温度８０℃、１００ｍＷ程度の出力でＬ−Ｉ特性が飽和しているが、例えば動作温度８０℃、２００ｍＷ程度の出力でＬ−Ｉ特性が直線性であることが望まれている。
そこで、従来、精密なリッジ幅制御を行うことにより、これら相反関係にある単一横モード性の要求と高い熱飽和レベルの要求とを両立させようと努力されてきた。
一方、光出力−注入電流特性（以下、Ｌ−Ｉ特性とも言う）が高出力下でも熱飽和せずに直線的であるようにするためには、リッジ幅を大きくすることが要求される。現在、動作温度８０℃、１００ｍＷ程度の出力でＬ−Ｉ特性が飽和しているが、例えば動作温度８０℃、２００ｍＷ程度の出力でＬ−Ｉ特性が直線性であることが望まれている。
そこで、従来、精密なリッジ幅制御を行うことにより、これら相反関係にある単一横モード性の要求と高い熱飽和レベルの要求とを両立させようと努力されてきた。
高出力の半導体レーザ素子を実現する手段として、例えば特開２０００−１５１０１７号公報では、Ａlを含む半導体層を発光領域の積層構造の一部として成膜し、Ａlを含む半導体層中のＡｌを選択的に酸化させてＡｌ酸化層を形成し、そのＡｌ酸化層を電流ブロッキング層、即ち、電流狭窄構造として用いることが言及されている。
特開２０００−１５１０１７号公報(第２頁)
しかし、更なる高出力化の要求が半導体レーザ素子に対して高まるにつれて、従来の精密なリッジ幅制御だけでは、対応することが難しくなっている。つまり、上記リッジ幅の制御範囲は要求される光出力レベルの上昇に伴って狭くなり、このことが製造歩留まり低下等の問題を引き起こす。また、基本的には、リッジ幅で横方向の光閉じ込め作用と電流狭窄作用の効果が一義的に決まるため、所望のレーザ特性を実現する上での設計自由度が低いという問題もあった。
また、前掲公報のように、Ａlを含む半導体層中のＡｌを選択的に酸化させてＡｌ酸化層を形成し、そのＡｌ酸化層を電流ブロッキング層、即ち、電流狭窄構造として用いようとしても、Ａｌ酸化反応の制御が難しい。
また、前掲公報のように、Ａlを含む半導体層中のＡｌを選択的に酸化させてＡｌ酸化層を形成し、そのＡｌ酸化層を電流ブロッキング層、即ち、電流狭窄構造として用いようとしても、Ａｌ酸化反応の制御が難しい。
従って、本発明が解決しようとする課題は、単一横モード性と熱飽和レベルを両立するためのストライプ幅制御を容易にして、製造歩留まりを改善し、さらにはレーザ構造設計に自由度を持たせることにある。
そこで、本発明の目的は、相反関係にある単一横モード性の要求と高い熱飽和レベルの要求とを両立させ、高出力の半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することである。
そこで、本発明の目的は、相反関係にある単一横モード性の要求と高い熱飽和レベルの要求とを両立させ、高出力の半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子は、上部がストライプ状リッジとして形成された、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を備え、ストライプ状電極がリッジ上面に設けられている半導体レーザ素子において、
リッジとして形成された積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つが、リッジ上面のリッジ幅より狭いストライプ幅でリッジ上面の中央領域の下方のリッジ内に延在し(以下、狭幅化合物半導体層と言う)、狭幅化合物半導体層の両側には、空隙層が狭幅化合物半導体層の外縁からリッジ側面まで延在することを特徴としている。
リッジとして形成された積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つが、リッジ上面のリッジ幅より狭いストライプ幅でリッジ上面の中央領域の下方のリッジ内に延在し(以下、狭幅化合物半導体層と言う)、狭幅化合物半導体層の両側には、空隙層が狭幅化合物半導体層の外縁からリッジ側面まで延在することを特徴としている。
本発明では、リッジ幅を拡大して高い熱飽和レベルを維持することができる一方、狭幅化合物半導体層は電流狭窄層として機能するので、狭幅化合物半導体層のストライプ幅を狭く調整して、良好な単一横モード性を保持することができる。
本発明では、要求される半導体発光素子の特性に応じてリッジのリッジ幅、及び狭幅化合物半導体層のストライプ幅を設定する。
本発明は、上部がストライプ状リッジとして形成された、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を備え、ストライプ状電極がリッジ上面に設けられている半導体レーザ素子である限り、III−Ｖ族化合物半導体層の組成、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造の構成、化合物半導体層の膜厚等に制約無く適用できる。
本発明では、要求される半導体発光素子の特性に応じてリッジのリッジ幅、及び狭幅化合物半導体層のストライプ幅を設定する。
本発明は、上部がストライプ状リッジとして形成された、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を備え、ストライプ状電極がリッジ上面に設けられている半導体レーザ素子である限り、III−Ｖ族化合物半導体層の組成、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造の構成、化合物半導体層の膜厚等に制約無く適用できる。
プロセス上の理由から、本発明の実施態様では、狭幅化合物半導体層は、リッジとして形成された積層構造の上部を構成する他の化合物半導体層に対してウエットエッチングの際のエッチング選択性を有し、積層構造の上部をリッジとして形成した後、リッジ側面から内方に進行するウエットエッチング処理により狭幅に加工されている。例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子では、狭幅化合物半導体層としてＡlＧａＡｓ層を用い、エッチャントとして、クエン酸系のエッチャントを用いる。
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、上部がストライプ状リッジとして形成された、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を備え、ストライプ状電極がリッジ上面に設けられている半導体レーザ素子の製造方法において、
レーザ構造を構成するIII−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を形成する際、リッジとして形成される積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つを、積層構造の上部を構成する他の化合物半導体層に対してウエットエッチングの際のエッチング選択性を有する化合物半導体層（以下、特定化合物半導体層と言う）で成膜し、
次いで、特定化合物半導体層を含む積層構造の上部をエッチングして、ストライプ状リッジを形成する工程と、
次いで、リッジを構成する積層構造上部をウエットエッチングして、選択的に特定化合物半導体層を層の成長方向と直交する横方向にエッチングし、リッジ上面のリッジ幅より狭いストライプ幅でリッジ上面の中央領域の下方のリッジ内に延在する狭幅化合物半導体層を形成すると共に、狭幅化合物半導体層の両側の外縁からリッジ側面まで空隙層を延在させる工程と
を有することを特徴としている。
レーザ構造を構成するIII−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を形成する際、リッジとして形成される積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つを、積層構造の上部を構成する他の化合物半導体層に対してウエットエッチングの際のエッチング選択性を有する化合物半導体層（以下、特定化合物半導体層と言う）で成膜し、
次いで、特定化合物半導体層を含む積層構造の上部をエッチングして、ストライプ状リッジを形成する工程と、
次いで、リッジを構成する積層構造上部をウエットエッチングして、選択的に特定化合物半導体層を層の成長方向と直交する横方向にエッチングし、リッジ上面のリッジ幅より狭いストライプ幅でリッジ上面の中央領域の下方のリッジ内に延在する狭幅化合物半導体層を形成すると共に、狭幅化合物半導体層の両側の外縁からリッジ側面まで空隙層を延在させる工程と
を有することを特徴としている。
本発明方法では、リッジとして形成される積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つを、積層構造の上部を構成する他の化合物半導体層に対してウエットエッチングの際のエッチング選択性を有する化合物半導体層（以下、特定化合物半導体層と言う）で成膜し、特定化合物半導体層をウエットエッチングすることにより、高い制御性、再現性で狭幅化合物半導体層を形成することができる。エッチャントは、特定化合物半導体層に対して選択性を有する限り制約は無い。例えば、積層構造を形成する工程では、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子であって、特定化合物半導体層がＡlＧａＡｓ層のときは、クエン酸系のエッチャントを使い、特定化合物半導体層がＡlＩｎＰ層のときは、塩酸系のエッチャントを使う。
本発明に係る半導体レーザ素子では、ｐ側電極から注入され、リッジを得て経て活性層に向かう電流は、ストライプ幅の狭い狭幅化合物半導体層によって狭窄される。従って、ストライプ幅の狭い狭幅化合物半導体層をｐ型クラッド層内に介在させることにより、リッジ自体のリッジ幅を広く維持しつつリッジ幅を狭くして電流狭窄作用を行うことと同じ効果がある。
一方、光の閉じ込め効果は、狭幅化合物半導体層の膜厚、ストライプ幅、及びリッジ内の介在位置によって決まるため、従来の半導体レーザ素子に比べて設計自由度が増す。
従って、熱飽和にとって重要なリッジ自体の幅を広く保ちながら、電流狭窄及び光閉じ込めを独立に制御することができるので、単一横モード性と熱飽和レベルの両立が可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、リッジ側面からリッジ内部まで特定化合物半導体層を横方向エッチングすることにより、リッジ幅を広く保ちながら、電流狭窄性と光の閉じ込め性を独立に制御することが可能となり、良好な単一横モード性で、かつ熱飽和レベルの高い高出力レーザを歩留まりよく製造することができる。
一方、光の閉じ込め効果は、狭幅化合物半導体層の膜厚、ストライプ幅、及びリッジ内の介在位置によって決まるため、従来の半導体レーザ素子に比べて設計自由度が増す。
従って、熱飽和にとって重要なリッジ自体の幅を広く保ちながら、電流狭窄及び光閉じ込めを独立に制御することができるので、単一横モード性と熱飽和レベルの両立が可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、リッジ側面からリッジ内部まで特定化合物半導体層を横方向エッチングすることにより、リッジ幅を広く保ちながら、電流狭窄性と光の閉じ込め性を独立に制御することが可能となり、良好な単一横モード性で、かつ熱飽和レベルの高い高出力レーザを歩留まりよく製造することができる。
以下に、実施例を挙げ、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。尚、以下の実施例で示す成膜方法、化合物半導体層の組成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、これに限定されるものではない。
半導体レーザ素子の実施例
本実施例は本発明に係る半導体レーザ素子の実施例の一例であって、図１は本実施例の高出力半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図１に示す部位のうち図４に示すものと同じものには同じ符号を付している。
本実施例の半導体レーザ素子４０は、リッジ４２の構成層が異なっていること、及びリッジ４２のリッジ幅が異なることことを除いて、従来の半導体レーザ素子１０と同じ層構造を備えている。
本実施例は本発明に係る半導体レーザ素子の実施例の一例であって、図１は本実施例の高出力半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図１に示す部位のうち図４に示すものと同じものには同じ符号を付している。
本実施例の半導体レーザ素子４０は、リッジ４２の構成層が異なっていること、及びリッジ４２のリッジ幅が異なることことを除いて、従来の半導体レーザ素子１０と同じ層構造を備えている。
即ち、本実施例の半導体レーザ素子４０は、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層２０、膜厚０．３μｍの第１ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２２、膜厚０．０３μｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２４、膜厚０．８μｍの第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４４、狭幅化合物半導体層ととして設けられたｐ型Ａl0.6Ｇａ0.4Ａｓ0.5横方向エッチング層４６、膜厚０．８μｍの第３ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４８、及び膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８の積層構造を備えている。
積層構造のうち、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４８、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６、第２ｐ型ＡlＧａＩｎＰクラッド層４４、及びｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層２４は、エッチングされて、リッジ幅(図１では、Ｗ1で表示）３μｍのストライプ状リッジ４２として形成され、リッジ４２脇には第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２が露出している。
リッジ４２の側面、及びリッジ４２脇の第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２上は、膜厚０．２μｍのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ埋め込み層３２で埋め込まれている。
リッジ４２の側面、及びリッジ４２脇の第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２上は、膜厚０．２μｍのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ埋め込み層３２で埋め込まれている。
ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６は、ストライプ幅(図１では、Ｗ2で表示）がリッジ４２自体のリッジ幅３μｍより小さい１．５μｍで、リッジ４２のリッジ幅方向の中央領域にリッジ４２の延在方向に延在している。ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６の両側縁からリッジ４２の側面、つまりＡｌＩｎＰ埋め込み層３２の内面までは、空隙部５０となっている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８上にはｐ側電極３４が、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面にはｎ側電極３６が設けてある。
本実施例の半導体レーザ素子４０では、ｐ側電極３４から注入され、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４８、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６、第２ｐ型ＡlＧａＩｎＰクラッド層４４、及びｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層２４を経て、活性層１６に向かう電流は、ストライプ幅の狭いｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６によって狭窄される。従って、ストライプ幅の狭いｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６をｐ型クラッド層内に介在させることにより、リッジ４２自体のリッジ幅を広く維持しつつ電流狭窄作用を行うリッジ幅を狭くしたことと同じ効果がある。
一方、光の閉じ込め効果は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６の膜厚、ストライプ幅、及びリッジ４２内の介在位置によって決まるため、従来の半導体レーザ素子に比べて設計自由度が増す。
従って、熱飽和にとって重要なリッジ自体の幅を広く保ちながら、電流狭窄及び光閉じ込めを独立に制御することができるので、単一横モード性と熱飽和レベルの両立が可能となる。
従って、熱飽和にとって重要なリッジ自体の幅を広く保ちながら、電流狭窄及び光閉じ込めを独立に制御することができるので、単一横モード性と熱飽和レベルの両立が可能となる。
半導体レーザ素子の製造方法の実施例
本実施例は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法を上述の半導体レーザ素子４０の製造に適用した実施例の一例であって、図２（ａ）と（ｂ）、及び図３（ｃ）と(ｄ)は、本実施例の方法に従って半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。
本実施例の方法では、先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、順次、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層２０、膜厚０．３μｍの第１ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２２、膜厚０．０３μｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２４、膜厚０．８μｍの第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４４、狭幅化合物半導体層として横方向エッチングされる膜厚０．０３μｍのｐ型Ａl0.6Ｇａ0.4Ａｓ0.5横方向エッチング層４６、膜厚０．８μｍの第３ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４８、及び膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８を成膜し、積層構造を形成する。
本実施例は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法を上述の半導体レーザ素子４０の製造に適用した実施例の一例であって、図２（ａ）と（ｂ）、及び図３（ｃ）と(ｄ)は、本実施例の方法に従って半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。
本実施例の方法では、先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、順次、膜厚１μｍのｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１６、ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１８、膜厚０．１μｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層２０、膜厚０．３μｍの第１ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２２、膜厚０．０３μｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２４、膜厚０．８μｍの第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４４、狭幅化合物半導体層として横方向エッチングされる膜厚０．０３μｍのｐ型Ａl0.6Ｇａ0.4Ａｓ0.5横方向エッチング層４６、膜厚０．８μｍの第３ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４８、及び膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８を成膜し、積層構造を形成する。
次いで、図２（ｂ）に示すように、積層構造のうち、ＧａＩｎＰエッチングストップ層２４をエッチングの停止層として、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド４８、ｐ型ＡlＧａＡｓ横方向エッチング層４６、及び第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４をエッチングし、ストライプ状リッジ４２を形成すると共に、リッジ脇にＧａＩｎＰエッチングストップ層２４を露出させる。リッジ形成工程では、エッチング方法として、ＲＩＥ法、酸を用いたウェットエッチング法、又はこれら両方を用いたエッチング法を使用する。
次いで、露出しているＧａＩｎＰエッチングストップ層２４をエッチング除去し、リッジ４２脇に第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２を露出させる。
次いで、露出しているＧａＩｎＰエッチングストップ層２４をエッチング除去し、リッジ４２脇に第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２を露出させる。
次に、選択的にｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６をウエットエッチングによりリッジ４２の側面からリッジ内方に横方向エッチングして、図３（ｃ）に示すように、ストライプ幅（(図３（ｃ）では、Ｗ2で表示)がリッジ４２自体のリッジ幅（(図３（ｃ）では、Ｗ1で表示)３μｍより小さい１．５μｍで、リッジ４２のリッジ幅方向の中央領域にリッジ４２の延在方向に延在する狭幅化合物半導体層に加工する。
横方向エッチングでは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６以外のリッジ４２を構成する他の化合物半導体層、即ちｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド４８、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４、及びＧａＩｎＰエッチングストップ層２４に対して選択性のあるエッチャントを用いる。本実施例では、エッチャントとしてクエン酸と過酸化水素の混合溶液を用いている。
これにより、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６の両側縁からリッジ４２の側面までは、空隙部５０となる。
横方向エッチングでは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６以外のリッジ４２を構成する他の化合物半導体層、即ちｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、第３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド４８、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４４、及びＧａＩｎＰエッチングストップ層２４に対して選択性のあるエッチャントを用いる。本実施例では、エッチャントとしてクエン酸と過酸化水素の混合溶液を用いている。
これにより、ｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６の両側縁からリッジ４２の側面までは、空隙部５０となる。
続いて、図３（ｄ）に示すように、リッジ４２の側面、及びリッジ４２脇の第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２上は、膜厚０．２μｍのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ埋め込み層を成膜し、ＡlＩｎＰ埋め込み層３２を形成する。これにより、空隙部５０はｐ型ＡｌＧａＡｓ横方向エッチング層４６の両側縁からＡlＩｎＰ埋め込み層３２の内面まで延在する。
以下、従来と同様にして、ｐ側電極３４をｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８上に形成し、次いでｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面を研磨して所定基板厚に基板薄膜化して基板裏面にｎ側電極３６を形成する。
次いで、レーザバー状にへき開し、続いて素子分離することにより、図１に示す半導体レーザ素子４０を製造することができる。
次いで、レーザバー状にへき開し、続いて素子分離することにより、図１に示す半導体レーザ素子４０を製造することができる。
本実施例の方法では、リッジ形成工程と横方向エッチング工程とを別々のプロセスで行うので、横方向エッチング工程では、リッジ形成工程で形成したリッジ４２のリッジ幅に応じて、横方向エッチングして形成する狭幅化合物半導体層４６のストライプ幅を変更することが可能である。よって、製造歩留まりを向上させることができる。
本実施例では、ＧａＡｓ基板上にレーザ構造を有する半導体レーザ素子を例に挙げて本発明を説明しているが、ＩｎＰ基板上にレーザ構造を有する半導体レーザ素子にも適用できる。
本実施例では、エッチングストップ層２４と横方向エッチング層４６とが独立に設けられているが、同一層で兼用することも可能である。
本実施例では、狭幅化合物半導体層としてＡlＧａＡｓ層を成膜しているが、之に限らず、ＡlＩｎＰ層を成膜しても良い。尚、ＡlＩｎＰ層の横方法エッチングでは、エッチャントとして塩酸系のエッチャントを使用する。
本実施例では、エッチングストップ層２４と横方向エッチング層４６とが独立に設けられているが、同一層で兼用することも可能である。
本実施例では、狭幅化合物半導体層としてＡlＧａＡｓ層を成膜しているが、之に限らず、ＡlＩｎＰ層を成膜しても良い。尚、ＡlＩｎＰ層の横方法エッチングでは、エッチャントとして塩酸系のエッチャントを使用する。
本発明は、発振波長に制約なく、半導体レーザ素子及び発光ダイオードに適用できる。
１０・・従来の高出力半導体レーザ素子、１２・・ｎ型ＧａＡｓ基板、１４・・ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、１６・・Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層、１８・・ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層、２０・・Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層、２２・・第１ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、２４・・Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層、２6・・第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、２８・・ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、３０・・ストライプ状リッジ、３２・・Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ埋め込み層、３４・・ｐ側電極、３６・・ｎ側電極、４０・・実施例の半導体レーザ素子、４２・・ストライプ状リッジ、４４・・第２ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、４６・・ｐ型Ａl0.6Ｇａ0.4Ａｓ0.5横方向エッチング層、４８・・第３ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、５０・・空隙部。
Claims (6)
- 上部がストライプ状リッジとして形成された、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を備え、ストライプ状電極がリッジ上面に設けられている半導体レーザ素子において、
リッジとして形成された積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つが、リッジ上面のリッジ幅より狭いストライプ幅でリッジ上面の中央領域の下方のリッジ内に延在し(以下、狭幅化合物半導体層と言う)、狭幅化合物半導体層の両側には、空隙層が狭幅化合物半導体層の外縁からリッジ側面まで延在することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 狭幅化合物半導体層は、リッジとして形成された積層構造の上部を構成する他の化合物半導体層に対してウエットエッチングの際のエッチング選択性を有し、積層構造の上部をリッジとして形成した後、リッジ側面から内方に進行するウエットエッチング処理により狭幅に加工されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
- ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の積層構造がＡlＧａＩｎＰ層を主とする積層構造であるとき、狭幅化合物半導体層がＡlＧａＡｓ層又はＡlＩｎＰ層であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
- 上部がストライプ状リッジとして形成された、III−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を備え、ストライプ状電極がリッジ上面に設けられている半導体レーザ素子の製造方法において、
レーザ構造を構成するIII−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を形成する際、リッジとして形成される積層構造の上部を構成する化合物半導体層の一つを、積層構造の上部を構成する他の化合物半導体層に対してウエットエッチングの際のエッチング選択性を有する化合物半導体層（以下、特定化合物半導体層と言う）で成膜し、
次いで、特定化合物半導体層を含む積層構造の上部をエッチングして、ストライプ状リッジを形成する工程と、
次いで、リッジを構成する積層構造上部をウエットエッチングして、選択的に特定化合物半導体層を層の成長方向と直交する横方向にエッチングし、リッジ上面のリッジ幅より狭いストライプ幅でリッジ上面の中央領域の下方のリッジ内に延在する狭幅化合物半導体層を形成すると共に、狭幅化合物半導体層の両側の外縁からリッジ側面まで空隙層を延在させる工程と
を有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 積層構造を形成する工程では、ＡlＧａＩｎＰ層を主とする積層構造を形成し、かつ特定化合物半導体層としてＡlＧａＡｓ層又はＡlＩｎＰ層を成膜することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
- 積層構造を形成する工程では、特定化合物半導体層がＡlＧａＡｓ層のときは、クエン酸系のエッチャントを使い、特定化合物半導体層がＡlＩｎＰ層のときは、塩酸系のエッチャントを使うことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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| JP2003292754A JP2005064262A (ja) | 2003-08-13 | 2003-08-13 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7420999B2 (en) | 2006-03-20 | 2008-09-02 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing same |
| US7773650B2 (en) | 2006-12-28 | 2010-08-10 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
| CN111711070A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-09-25 | 江西铭德半导体科技有限公司 | 边发射单模激光器及制造方法 |
| WO2020195282A1 (ja) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
2003
- 2003-08-13 JP JP2003292754A patent/JP2005064262A/ja active Pending
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