JP2005093726A - 半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光をへき開端面から出射する半導体レーザ素子およびその製造方法において、従来に増して高光出力化すること。
【解決手段】ｎ型クラッド層、活性層、およびｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造と、ダブルヘテロ接合構造上に形成され、第１のドーパントを含みリッジ形状を有する第２のｐ型クラッド層と、第２のｐ型クラッド層上に形成され、第１のドーパントより拡散速度の遅い第２のドーパントを含むｐ型コンタクト層と、第２のｐ型クラッド層の側面、ｐ型コンタクト層の側面、およびダブルヘテロ接合構造上で第２のｐ型クラッド層が形成されていない面上を覆う誘電体膜と、ｐ型コンタクト層上に形成されたｐ側電極とを具備する。または、同様のダブルヘテロ接合構造、第２のｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層と、ｐ側電極を具備し、ダブルへテロ接合構造のへき開端面が、無秩序化された層構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光をへき開端面から出射する半導体レーザ素子およびその製造方法に係り、特に、リッジ導波構造を有して高光出力の半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。

近年、ＩｎＧａＡｌＰ系の材料により発光波長６５０ｎｍ帯の赤色半導体レーザが実用化され、これを用いるＤＶＤ（digital versatile disk）規格の光ディスクシステムが急激に普及し始めている。当初は読み込み専用のＤＶＤ−ＲＯＭ（read only memory）ドライブが主流であったが、最近ではＶＴＲ（video tape recorder）に代わる画像記録装置やＣＤ−Ｒ（compact disc - recordable）に代わる大容量のデータストレージ装置が人気を集めている。これらの書き込み用ＤＶＤには、より高出力の赤色半導体レーザを必要とする。また、高速書き込みにはさらなる高出力化が不可欠で、現在では例えば２００ｍＷ以上の出力を有する半導体レーザの開発に注力がされている。

上記波長の半導体レーザには、通常、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｌＰ系材料で構成されたダブルヘテロ接合構造を有するものが用いられる。さらには、ダブルヘテロ接合構造の上部クラッド層をリッジ形状に加工しその両脇に出射光を吸収しない（反射する）材料で電流阻止層を形成していわゆる実屈折率導波構造としたものが用いられることが多い。

このような構造自体は、発光波長および材料系は異なるが、例えば特開平１０−１３５５６７号公報にも開示されている。同文献の開示内容では、電流阻止層にはその接するクラッド層と導電型が異なる半導体材料が用いられている。
特開平１０−１３５５６７号公報

高光出力対応の半導体レーザでは、いわゆる端面破壊を防止する構造がほぼ必要になるが、上記文献ではこの点についての言及はない。本発明は、レーザ光をへき開端面から出射する半導体レーザ素子およびその製造方法において、従来に増して高光出力が実現できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層、および前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造と、前記ダブルヘテロ接合構造上に形成され、第１のドーパントを含みリッジ形状を有する第２のｐ型クラッド層と、前記第２のｐ型クラッド層上に形成され、前記第１のドーパントより拡散速度の遅い第２のドーパントを含むｐ型コンタクト層と、前記第２のｐ型クラッド層の側面、前記ｐ型コンタクト層の側面、および前記ダブルヘテロ接合構造上で前記第２のｐ型クラッド層が形成されていない面上を覆う誘電体膜と、前記ｐ型コンタクト層上に形成されたｐ側電極とを具備することを特徴とする。

また、本発明の別の態様に係る半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層、および前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造と、前記ダブルヘテロ接合構造上に形成され、第１のドーパントを含みリッジ形状を有する第２のｐ型クラッド層と、前記第２のｐ型クラッド層上に形成され、前記第１のドーパントより拡散速度の遅い第２のドーパントを含むｐ型コンタクト層と、前記ｐ型コンタクト層上に形成されたｐ側電極とを具備し、前記ダブルへテロ接合構造のへき開端面が、無秩序化された層構造であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の製造方法は、ｎ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層上に位置する活性層、および前記活性層上に位置するｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造を形成する工程と、前記形成されたダブルヘテロ接合構造上に第２のｐ型クラッド層を形成する工程と、前記形成された第２のｐ型クラッド層上に、ドーパントとして炭素を含むｐ型コンタクト層を形成する工程と、前記第２のｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層をリッジ形状に加工する工程と、前記リッジ形状に加工された第２のｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層の側面上と、前記ダブルへテロ接合構造上で前記第２のｐ型クラッド層が形成されていない面上とに誘電体膜を堆積する工程と、前記ｐ型コンタクト層の上面に接するようにｐ側電極を形成する工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、電流阻止層が誘電体で形成されるので使用温度特性を改善でき、かつコンタクト層のドーパントをｐ型クラッド層のドーパントより拡散速度の遅い材料としたので、誘電体層の形成時に活性層などへのコンタクト層ドーパントの拡散が抑制され、特性劣化要因を排して高出力の半導体レーザ素子およびその製造方法を提供できる。または、本発明によれば、コンタクト層のドーパントをｐ型クラッド層のドーパントより拡散速度の遅い材料としたので、電流阻止層の形成時に活性層などへのコンタクト層ドーパントの拡散を抑制でき、かつダブルへテロ接合構造のへき開端面を無秩序化された層構造としたので、高出力時のダメージを軽減し、特性劣化要因を排して高出力の半導体レーザ素子を提供できる。

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子では、第２のｐ型クラッド層の側面上と、ダブルヘテロ接合構造上で第２のｐ型クラッド層が形成されていない面上に形成される電流阻止層として温度特性の安定している誘電体膜を使用する。これにより、リーク電流の増加を防止する。また、第２のｐ型クラッド層上に形成されるｐ型コンタクト層において、高濃度に必要なそのドーパントに第２のｐ型クラッド層のドーパントより拡散速度の遅い材料を用いる。これにより、電流阻止層としての誘電体膜の形成時における高温プロセス下でも、ｐ型コンタクト層のドーパントの例えば活性層などへの拡散が抑制され活性層およびｐ型コンタクト層ともに劣化を防止できる。したがって、特性劣化要因を除去することが可能であり、高出力の半導体レーザが得られる。

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の製造方法では、上記半導体レーザを製造するための工程が提供される。したがって、特性劣化要因を除去することが可能な高出力の半導体レーザを製造することができる。

また、本発明の別の態様に係る半導体レーザ素子では、第２のｐ型クラッド層上に形成されるｐ型コンタクト層において、高濃度に必要なそのドーパントに第２のｐ型クラッド層のドーパントより拡散速度の遅い材料を用いる。これにより、電流阻止層の形成時における高温プロセス下でも、ｐ型コンタクト層のドーパントの例えば活性層などへの拡散が抑制され活性層およびｐ型コンタクト層ともに劣化を防止できる。また、ダブルへテロ接合構造のへき開端面を無秩序化された層構造としたので、高出力時のダメージを軽減する。したがって、特性劣化要因を除去することが可能であり、高出力の半導体レーザが得られる。

本発明の実施態様として、前記第１のドーパント／前記第２のドーパントは、亜鉛／炭素、亜鉛／マグネシウム、またはマグネシウム／炭素とすることがきる。第１のドーパントとこれより拡散速度の遅い第２のドーパントとの組み合わせの例示である。

また、本発明（上記一態様）の実施態様として、前記ダブルへテロ接合構造のへき開端面は、無秩序化された層構造であるようにしてもよい（いわゆるウィンドウ構造）。これによれば、へき開端面近傍での光吸収が抑制されいわゆる端面破壊（光学損傷）の発生を効果的に抑制することができる。これは、製造方法としての実施態様として、第２のｐ型クラッド層を形成する前記工程の後でｐ型コンタクト層を形成する前記工程の前に前記ダブルへテロ接合構造の一部範囲に層構造の無秩序化を行なう工程をさらに具備するようにして形成できる。

また、本発明の実施態様として、前記活性層は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造とすることができる。この構造では、ダブルへテロ接合構造のへき開端面が無秩序化された層構造を有する場合に、光学損傷の回避効果が高い。

また、本発明（上記一態様）の実施態様として、前記誘電体膜は、酸化シリコンを本質的な成分とする膜である。誘電体膜として最も容易に使用できるひとつの例である。ほかに、窒化シリコンや酸化ジルコニウムなどによる膜も採用し得る。

また、実施態様として、前記ｎ型クラッド層、前記ｐ型クラッド層、および前記第２のｐ型クラッド層は、ＩｎＧａＡｌＰの組成を有し、前記活性層は、ＩｎＧａＰの組成を有する。本発明を実施するための材料系として好ましい例である。

また、実施態様として、前記ｐ型コンタクト層は、ＧａＡｓの組成を有し、前記ｐ型コンタクト層のキャリア濃度は、１×１０^１９ｃｍ^−３ないし５×１０^１９ｃｍ^−３である。このようなｐ型コンタクト層によれば、ｐ側電極とのオーミック接合も比較的容易であり低しきい電圧での動作や高効率発光に寄与することができる。

また、実施態様として、出射されるレーザ光の波長は、ほぼ６５０ｎｍである。これにより、書き込み対応のＤＶＤシステムに使用することができる。

また、本発明（上記一態様）の実施態様として、前記誘電体膜は、前記ｐ型コンタクト層の端面近傍の上面上一部を覆っているようにしてもよい。これによれば、電流の阻止効果が端面に対しても発揮されるので、例えばウィンドウ構造が形成されている場合の発光に寄与しない電流を抑制し、またそのジュール発熱を抑制する。よって、より高効率な発光に寄与できる。

また、実施態様として、出射されるレーザ光の出力は、２００ｍＷ以上である。実用的にこの出力を確保することで、例えば書き込み対応のＤＶＤシステム向けに使用してより高倍速（例えば１６倍速）の書き込みが実現する。

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。まず、比較参照例としての態様を２例述べる（図８、図９）。

図８は、比較参照例としての半導体レーザ素子（より詳しくはリッジ導波路型半導体レーザ素子）の構造を模式的に示す斜視図である。この半導体レーザ素子の構造を製造過程に沿って説明すると、まず、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用い、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１１１、ｎ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１１２、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）_０．５Ｐ光ガイド層１１３、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）活性層１１４、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）_０．５Ｐ光ガイド層１１５、ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１１６、ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ層１１７、ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１１８、ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層１１９を順次成長させる。

次に、半導体レーザ素子としてのへき開端面にあたる部分Ａ（図８における前後両端面）に亜鉛を拡散させて層構造の無秩序化を行いいわゆるウィンドウ構造を形成する。続いて、ＰＥＰ（photo engraving process）を用いフォトレジスト（上面に塗布）にストライプ形状（図８における前後方向のストライプ）のパターニングを行った後、これをマスクに、ウエットエッチング、またはドライエッチング、またはその両者を組み合わせた方法などを用い、ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１１８までをストライプ状のリッジ型に形成する。

次に、この形成されたリッジの両側および露出したｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ層１１７上にｎ−Ｉｎ_０．５Ａｌ_０．５Ｐ電流阻止層１２０を結晶成長する。続いて、以上の形成層上全面に亜鉛をドーピングしたｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２１を成長させる。さらに、成長させたｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２１上にはｐ側電極１２３を、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０の下面上にはｎ側電極１２２をそれぞれ形成する。以上により、図８に示す構造が得られる。

このような半導体レーザ素子では、ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層１１９上を除いて電流阻止層１２０を形成するために必要なマスク上に電流阻止層１２０の材料ｎ−Ｉｎ_０．５Ａｌ_０．５Ｐが堆積し、この堆積分とマスクとを除去する処理が難しくなるという不都合がある。また、前記処理で発生する残渣等により、特にストライプリッジ部近傍におけるｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２１の結晶性が悪くなり、半導体レーザ素子としての発光性を劣化させる可能性がある。

図９は、別の比較参照例としての半導体レーザ素子（リッジ導波路型半導体レーザ素子）の構造を模式的に示す斜視図である。この半導体レーザ素子では電流阻止層に誘電体膜を用いる点が上記の比較参照例と異なる。図９において、図８と同様の機能部位については同じ符合を付している。必要な場合を除いてその部分の説明は省略する。

この半導体レーザ素子の構造を製造過程に沿って説明すると、まず、例えばＭＯＣＶＤ法を用い、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１１１からｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層１１９を順次成長させる。そして、半導体レーザ素子としてのへき開端面にあたる部分Ａ（図９における前後両端面）に亜鉛を拡散させて層構造の無秩序化を行いいわゆるウィンドウ構造を形成する。続いて、中間層１１９上全面に、亜鉛を高濃度にドーピングされたｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３０を形成する。

次に、ＰＥＰを用いフォトレジスト（上面に塗布）にストライプ形状（図９における前後方向のストライプ）のパターニングを行った後、これをマスクに、ウエットエッチング、またはドライエッチング、またはその両者を組み合わせた方法などを用い、ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１１８までをストライプ状のリッジ型に形成する。そして、この形成されたリッジの両側および露出したｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ層１１７上に誘電体（酸化シリコン）の電流阻止層１３１を形成する。さらに、コンタクト層１３０上面に接触するように、以上の形成層上全面にはｐ側電極１２３を、ＧａＡｓ基板１１０の下面上にはｎ側電極１２２をそれぞれ形成する。以上により、図９に示す構造が得られる。

このような半導体レーザ素子では、誘電体の電流阻止層１３１の形成が、より高濃度に亜鉛がドーピングされたｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３０の形成後に行われるため、熱履歴によりこの亜鉛が活性層１１４側に拡散し、半導体レーザ素子としての発光性を劣化させる可能性がある。また、亜鉛の拡散によるｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３０のキャリア濃度不足で、ｐ側電極１２３においてノンアロイでのオーミック電極形成が難しくなる可能性もある。したがって、図８に示した例よりは高出力化に向いているものの、やはり一定の特性劣化要因があり高出力化に限界がある。

なお、図９に示す例で、亜鉛の拡散を回避するため、誘電体の電流阻止層１３１の堆積を行った後にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３０を結晶成長させる製造方法も一応考えられる。しかしながら、そのエピタキシャル成長させる領域がリッジ形状上のごくわずかな幅の領域に限定されるため、不純物濃度や形成すべき膜厚の制御が非常に困難になり現実的とは言えない。

次に、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置について図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に示す斜視図である。図２ないし図５は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を製造する過程を示す模式的な斜視図である。

図１に示すように、この半導体レーザ装置は、図９に示した、電流阻止層に誘電体膜を用いたタイプのものと同様なリッジ導波型半導体レーザ素子であり、その基本的な層構造自体もその一部の組成を除き第９図と同様になっている。すなわち、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１１、キャリア濃度が例えば３×１０^１７ｃｍ^−３のｎ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１２、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）_０．５Ｐ光ガイド層１３、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ活性層１４、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）_０．５Ｐ光ガイド層１５、キャリア濃度が例えば１×１０^１８ｃｍ^−３のｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１６、キャリア濃度が例えば１×１０^１８ｃｍ^−３のｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ層１７が、積層状にそれぞれ全面的に形成されている。

さらに、エッチングストップ層１７上には、ストライプ形状にエッチング加工されたキャリア濃度が例えば１×１０^１８ｃｍ^−３のｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１８（ドーパントは亜鉛）、キャリア濃度が例えば１×１０^１８ｃｍ^−３のｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層１９、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０が形成されている。コンタクト層３０にはドーパントとして炭素が用いられており、そのキャリア濃度は例えば３×１０^１９ｃｍ^−３とされている。

また、さらに、これらストライプ形状に加工された各層の側面および露出したｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ層１７の表面を覆うように誘電体（ここでは酸化シリコン：ＳｉＯ_２）の電流阻止層３１が形成されている。そして、コンタクト層３０上面に接触するように、以上説明の形成層上全面にはｐ側電極２３が、ＧａＡｓ基板１１０の下面上にはｎ側電極２２が形成されている。ここで、ｐ側電極２３には例えばチタン系の金属薄膜を含む積層膜を用いることにより、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０とオーミック接合を実現できる。

なお、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ活性層１４は、組成がＩｎＧａＰの量子井戸層（層ごとの厚さは例えば２から１０ｎｍ）の層数が例えば２ないし３で、これらの量子井戸層を隔てるように組成がＩｎＧａＡｌＰの層（層ごとの厚さは例えば２から１０ｎｍ）が形成され全体として積層構造になっている。ちなみに、ＭＱＷ活性層１４に代えて、単一量子井戸構造の活性層またはバルク活性層とすることも考えられる。一般には、ＭＱＷ活性層や単一量子井戸構造の活性層の方が、へき開端面が無秩序化された層構造を有する場合により効果的な光学損傷の回避が可能である。図１に示す半導体レーザ素子全体としての大きさは、幅が例えば２００から３００μｍ、奥行きが例えば１０００から１５００μｍ、高さが例えば１００から１１０μｍである。

この半導体レーザ装置の製造過程を図２ないし図５を参照して説明する。図２ないし図５において、図１と同一相当の部位には同一番号を付してある。この製造は半導体ウエハとしてなされるものなので、個々の半導体レーザ装置の製造として示すこれらの図では、仮想的な断面を表わす部分にハッチングが付される。すなわち、現実にはウエハとしての製造過程である。

まず、図２（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１１からｐ−Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ中間層１９を例えば減圧ＭＯＣＶＤ法により成長させる。これらの層のうち上記でキャリア濃度が指定されているものは、上記説明のようにその濃度を設定・形成する。ｎ型、ｐ型にするためのドーパントには、材料系との組み合わせを考慮して公知のものを用いることができる。それぞれの層厚（または形成厚）は、高光出力対応であることを考慮して、例えば、基板１０が数百μｍ、バッファ層１１が０．５μｍ、クラッド層１２が１．５から３μｍ、光ガイド層１３が５から５０ｎｍ、活性層１４が６から５０ｎｍ、光ガイド層１５が５から５０ｎｍ、クラッド層１６が０．２から０．５μｍ、エッチングストップ層１７が５から３０ｎｍ、クラッド層１８が１から３μｍ、中間層１９が２０から１００ｎｍである。

次に、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い、図２（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子として単体にチップ化したときにへき開端面となる領域の近傍のみが開口されその他の部分を覆うＳｉＯ_２のパターンを形成する。さらに、図３（ａ）に示すように、上記パターンの開口部のみに亜鉛拡散源（亜鉛が高濃度に添加されたＧａＡｓ結晶）２５０を選択的に成長させる。そして、熱処理を行い亜鉛拡散源２５０から亜鉛を深さ方向に拡散させ（「Ａ」の部分）いわゆるウィンドウ構造を形成する。このウィンドウ構造によれば、へき開端面近傍の活性層１４付近が無秩序化された層構造になり、発生するレーザ光に対する吸収領域となるのが防止される。これにより端面破壊の発生しにくい構造を得る。

次に、図３（ｂ）に示すように、拡散源２５０とＳｉＯ_２のマスクを除去し、ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層１９全面を露出させる。そして、図４（ａ）に示すように、ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層１９上に、ドーパントに炭素を用いてｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０を例えばＭＯＣＶＤ法により形成する。ここで、炭素のドーピングには、四臭化炭素をドーパント原料として用いることができる。または、コンタクト層３０成長時の原料であるトリメチルガリウムとアルシンのモル供給比を通常のＧａＡｓ成長条件よりもガリウムリッチとなるように設定することにより自動的に原料中の炭素がドーピングされる効果を用いることもできる。

なお、形成されるコンタクト層３０の厚さは例えば３００ｎｍである。キャリア濃度は、一応１×１０^１９ｃｍ^−３ないし５×１０^１９ｃｍ^−３内に収めるのが好ましい。下限はｐ側電極２３との容易なオーミック接合を考慮したものである。上限は本来的には特にないが製造の容易さを考慮したものである。

次に、図４（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０表面にＳｉＯ_２によりストライプ状マスク４０を形成し、これをマスクに当初はドライエッチングをその後ウエットエッチングを行いｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０からｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１８までの層をリッジストライプ形状に加工する。ここで、リッジストライプの幅は、例えば２から３μｍである。続いて、図４（ｂ）に示す状態に対してＳｉＯ_２の電流阻止層３１を全面に堆積させ、次に、図５に示すように、例えばフォトリソグラフィー技術を用いリッジストライプ部のみを開口させる。電流阻止層３１の厚さは、エッチングストップ層１７上で、およびクラッド層１８、中間層１９、コンタクト層３０の側面上で、ともに例えば０．３から０．４μｍである。

続く工程は図示しないが、コンタクト層３０上面に接触するように、以上説明の形成層上全面にｐ側電極２３を形成する。また、基板１０裏面を研磨して半導体レーザ素子全体としての高さが１００から１１０μｍ程度になるようにした後、その裏面全面にｎ側電極２２を形成する。ｐ側電極２３、ｎ側電極２２は、ともに例えば所定の金属薄膜を含む積層膜とすることができ、その総厚は例えば１μｍ弱である。形成方法には例えば蒸着を用いることができる。

その後、ウエハをストライプに垂直な方向に亜鉛拡散領域を二分するようなラインでバー状にへき開する。そして、へき開面に端面保護膜を施した上で、ストライプと隣接のストライプと間の位置でストライプと平行に切断してチップ状態に分割する。これにより、第１図に示した半導体レーザ素子を得ることができる。

この半導体レーザ素子では、電流阻止層３１として誘電体膜を用い半導体材料を用いない。このため、リーク電流が増大して光出力効率が劣化することがなく高出力用として向いている。さらに、誘電体の電流阻止層３１の形成が高濃度に炭素がドーピングされたｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０の形成後に行われるものの、炭素の拡散性が相当に小さいことからこの炭素が活性層１４側に拡散して半導体レーザ素子としての発光性を劣化させることが解消される。また、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０のキャリア濃度不足が原因でｐ側電極２３においてノンアロイでのオーミック電極形成が難しくなることもなくなる。また、コンタクト層３０自体も低抵抗を保ちコンタクト層としての特性が電流阻止層３１形成時の熱履歴を経ても保たれる。以上より、低しきい値の動作で高出力の光を出射することが可能になる。

なお、上記の実施形態で、誘電体の電流阻止層３１の材料に酸化シリコン以外の誘電体を用いてもよい。例えば、窒化シリコンや酸化ジルコニウムである。または、誘電体の電流阻止層３１に代えて、例えばｎ−ＩｎＡｌＰ（下層）とｎ−ＧａＡｓ（上層）の積層された半導体材料の電流阻止層を用いることも必要な仕様によっては考えられる。この場合、例えば、ｎ−ＩｎＡｌＰ層は、０．２から１μｍ程度の厚さでドーパント濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３から５×１０^１８ｃｍ^−３のもの、ｎ−ＧａＡｓ層は、５から５００ｎｍ程度の厚さでドーパント濃度が同程度のものとすることができる。リーク電流については誘電体のものほどには有利ではないが、仕様によって許容できる。

また、上記の実施形態（上段落の変形例の場合を含む）では、いずれの場合もｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０の形成前に上記説明のウィンドウ構造（「Ａ」の部分）を形成するようにしているので、高出力に対応する半導体レーザ素子を得るのに向いている。

また、上記実施形態では、その材料系から発光波長は約６５０ｎｍである。その光出力として２００ｍＷ以上を発光するものに対応できる。材料系を変えて発光波長を変える場合（例えばＣＤ用に７８０ｎｍとする場合）にも適用できる。また、ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層１８のドーパントとｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０のドーパントの組み合わせとしては、上記実施形態で説明の亜鉛／炭素の他に、亜鉛／マグネシウム、またはマグネシウム／炭素とすることも考えられる。いずれの場合も拡散速度が「／」の後にあるものの方が遅いので同様な効果を見込める。

また、上記の製造方法としての実施形態の変形例として、図２（ａ）の段階でｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０まで成長・形成する方法も考えられる。ただし、この場合、図３（ａ）に示す段階において、亜鉛拡散源２５０の形成がコンタクト層３０上になる。したがって、炭素を高濃度に含むＧａＡｓのコンタクト層３０が固相拡散の亜鉛のトラップ源となるので、ウィンドウ構造を形成するための亜鉛拡散が円滑には進行しなくなる。この不利さを許容できるとすればこのような方法によってもよい。なお、円滑に進めるために、亜鉛の固相拡散以外の方法を用いることも考えられる。例えばイオン注入を用いることや、亜鉛に代えてコンタクト層３０にトラップされにくい元素を用いるなどである。

次に、本発明の別の実施形態について図６、図７を参照して説明する。図６は、本発明の別の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に示す斜視図である。図７は、図６に示す構造においてｐ側電極２３、ｎ側電極２２を形成する前の構造を模式的に示す斜視図である。図６、図７においてすでに説明したものと同一相当の部位には同一符合を付してある。可能な限りその部分の説明は省略する。

図６、図７に示すように、この実施形態の上記実施形態との違いは、電流阻止層３１の形成が、コンタクト層３０の端面近傍の上面上をも覆うようにされていることである。これによれば、電流の阻止効果が端面に対しても発揮されるので、ウィンドウ構造が形成されている場合の発光に寄与しない電流を抑制し、またそのジュール発熱を抑制する。よって高効率な発光にさらに寄与できる。ここで、電流阻止層３１のコンタクト層３０の上面上での幅は、例えば２０から３０μｍである。これは、ウィンドウ構造を形成するための亜鉛拡散源２５０（図３（ａ）を参照）の幅よりやや大である。

なお、上記で述べた各実施形態では、赤色の半導体レーザ素子を例に挙げて説明したが、赤以外の発光のレーザ素子、例えばＧａＮ系材料を用いた青紫発光のレーザ素子、ＩｎＧａＡｓＰ系材料やＡｌＧａＡｓ系材料を用いた赤外発光のレーザ素子についても本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を製造する過程を示す模式的な斜視図。 図２の続図であって、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を製造する過程を示す模式的な斜視図。 図３の続図であって、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を製造する過程を示す模式的な斜視図。 図４の続図であって、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を製造する過程を示す模式的な斜視図。 本発明の別の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に示す斜視図。 図６に示す構造においてｐ側電極２３、ｎ側電極２２を形成する前の構造を模式的に示す斜視図。 比較参照例としての半導体レーザ素子の構造を模式的に示す斜視図。 別の比較参照例としての半導体レーザ素子の構造を模式的に示す斜視図。

符号の説明

１０…ｎ−ＧａＡｓ基板、１１…ｎ−ＧａＡｓバッファ層、１２…ｎ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層、１３…Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）_０．５Ｐ光ガイド層、１４…ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ活性層、１５…Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）_０．５Ｐ光ガイド層、１６…ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層、１７…ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ層、１８…ｐ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層、１９…ｐ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ中間層、２２…ｎ側電極、２３…ｐ側電極、３０…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、３１…電流阻止層（誘電体膜）、４０…ＳｉＯ_２マスク、２５０…亜鉛拡散源。

Claims (13)

1. ｎ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層、および前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造と、
   前記ダブルヘテロ接合構造上に形成され、第１のドーパントを含みリッジ形状を有する第２のｐ型クラッド層と、
   前記第２のｐ型クラッド層上に形成され、前記第１のドーパントより拡散速度の遅い第２のドーパントを含むｐ型コンタクト層と、
   前記第２のｐ型クラッド層の側面、前記ｐ型コンタクト層の側面、および前記ダブルヘテロ接合構造上で前記第２のｐ型クラッド層が形成されていない面上を覆う誘電体膜と、
   前記ｐ型コンタクト層上に形成されたｐ側電極と
   を具備することを特徴とする半導体レーザ素子。
2. ｎ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層、および前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造と、
   前記ダブルヘテロ接合構造上に形成され、第１のドーパントを含みリッジ形状を有する第２のｐ型クラッド層と、
   前記第２のｐ型クラッド層上に形成され、前記第１のドーパントより拡散速度の遅い第２のドーパントを含むｐ型コンタクト層と、
   前記ｐ型コンタクト層上に形成されたｐ側電極とを具備し、
   前記ダブルへテロ接合構造のへき開端面が、無秩序化された層構造であること
   を特徴とする半導体レーザ素子。
3. 前記第１のドーパント／前記第２のドーパントが、亜鉛／炭素、亜鉛／マグネシウム、またはマグネシウム／炭素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。
4. 前記活性層が、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造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。
5. 前記ダブルへテロ接合構造のへき開端面が、無秩序化された層構造であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
6. 前記誘電体膜が、酸化シリコンを本質的な成分とする膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
7. 前記ｎ型クラッド層、前記ｐ型クラッド層、および前記第２のｐ型クラッド層が、ＩｎＧａＡｌＰの組成を有し、前記活性層が、ＩｎＧａＰの組成を有す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。
8. 前記ｐ型コンタクト層が、ＧａＡｓの組成を有し、前記ｐ型コンタクト層のキャリア濃度が、１×１０^１９ｃｍ^−３ないし５×１０^１９ｃｍ^−３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。
9. 出射されるレーザ光の波長が、ほぼ６５０ｎｍ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。
10. 前記誘電体膜が、前記ｐ型コンタクト層の端面近傍の上面上一部をも覆っ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。
11. 出射されるレーザ光の出力が、２００ｍＷ以上になり得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。
12. ｎ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層上に位置する活性層、および前記活性層上に位置するｐ型クラッド層を有するダブルヘテロ接合構造を形成する工程と、
    前記形成されたダブルヘテロ接合構造上に第２のｐ型クラッド層を形成する工程と、
    前記形成された第２のｐ型クラッド層上に、ドーパントとして炭素を含むｐ型コンタクト層を形成する工程と、
    前記第２のｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層をリッジ形状に加工する工程と、
    前記リッジ形状に加工された第２のｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層の側面上と、前記ダブルへテロ接合構造上で前記第２のｐ型クラッド層が形成されていない面上とに誘電体膜を堆積する工程と、
    前記ｐ型コンタクト層の上面に接するようにｐ側電極を形成する工程と
    を具備することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
13. 第２のｐ型クラッド層を形成する前記工程の後でｐ型コンタクト層を形成する前記工程の前に前記ダブルへテロ接合構造の一部範囲に層構造の無秩序化を行なう工程をさらに具備することを特徴とする請求項１２記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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