JP2006148006A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】閾値電流を低減できると共に、可飽和吸収層を簡単に形成できる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子は、傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層１０６と、この活性層１０６上に形成されたｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層１０９、このｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層１０９上に形成されたｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層１１１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体レーザ素子に関する。

ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル万能ディスク）、ＭＤ（ミニディスク）等の光ディスクは、光学的に情報を記録できる大容量の記録媒体として現在盛んに利用されている。

特にＤＶＤは例えば長時間の映像の記録が可能で、ＤＶＤ再生用レコーダは一般に普及してきている。ＤＶＤの再生を行う光ピックアップは、６５０ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子を備えている。

ところで、上記光ピックアップでは、光ディスクの光ディスク面に記録された情報を再生する時に、光ディスクのディスク面からの反射による戻り光や温度の変化によって強度雑音が生じて、信号の読み取りエラーが起こる。そのため、上記半導体レーザ素子の活性層に可飽和吸収領域を設けることにより、縦モードを多モード化させて、自励発振を起こすようにして、外乱からの影響を受けにくいレーザ発振状態にして低雑音化を起こすような工夫がなされている。

一般に、上記活性層の発光領域外で活性層の発光領域近傍に可飽和吸収領域を設けた半導体レーザ素子が製品化されているが、可飽和吸収領域での光閉じ込め量を制御するために、発光領域のエピ界面に対して水平／垂直方向の光の分布や閉じ込めを最適な領域に設計する必要があり、放射角や非点隔差が大きくなりやすく、また、自励発振特性を強めるために活性層を厚くする必要があるので、動作電流の低減にも限界がある。

こうした制約から逃れるために、特許文献１（特開平９−２１９５５８号公報）や特許文献２（特開平８−２０４２８２号公報）のように、活性層とは別に可飽和吸収層を設ける半導体レーザ素子が提案されている。

図６に、上記半導体レーザ素子の模式断面図を示す。

上記半導体レーザ素子では、１５°オフした傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板６０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層６０２、ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層６０３、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下クラッド層６０４、uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐガイド層６０５、活性層６０６、uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐガイド層６０７、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１上クラッド層６０８およびｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層６０９が順次形成されている。

上記可飽和吸収層６０９上には、リッジ形状のリッジ部６１３と、このリッジ部６１３の側方に位置するｎ−ＧａＡｓ電流阻止層６１４とが形成されている。上記リッジ部６１３は、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5第２上クラッド層６１０、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層６１１およびｐ−ＧａＡｓキャップ層６１２からなっている。

上記キャップ層６１２上には、ｐ側オーミック電極６１５、Ｍｏ／Ａｕスパッタ電極６１６およびＡｕメッキ電極６１７が順次形成されている。なお、上記基板６０１の裏面下にはｎ側電極６１８が形成されている。

上記構成の半導体レーザは、Ａｕメッキ電極６１７がサブマウントに対向するようにサブマウントに実装される。そして、上記サブマウントに実装させた半導体レーザ素子は所定のステムに実装される。

ところで、上記半導体レーザ素子が自励発振特性を得るためには、可飽和吸収層６０９のキャリア密度に対する利得特性の傾きが大きいことが要求されるが、可飽和吸収層６０９の材料のＧａＩｎＰではその傾きが小さく、吸収が飽和するのに注入すべきキャリアの量が多い。したがって、上記半導体レーザ素子では、閾値電流が増加してしまうという問題がある。

また、上記可飽和吸収層６０９は、発振光を吸収するために基板６０１と格子整合するＩｎ組成よりＩｎ組成を大きくして、圧縮歪みがかかるような状態にする必要がある。しかしながら、上記可飽和吸収層６０９の歪み量は層厚や組成の微妙な変化で変わり、その歪み量の変化は価電子帯の縮退状態に影響を与え、最終的に利得特性が変化するので、可飽和吸収層６０９の形成は非常に困難であるという問題がある。
特開平９−２１９５５８号公報 特開平８−２０４２８２号公報

そこで、本発明の課題は、閾値電流を低減できると共に、可飽和吸収層を簡単に形成できる半導体レーザ素子を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子は、
第１の導電型基板上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、
上記活性層上に形成され、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる可飽和吸収層と、
上記可飽和吸収層上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるエッチストップ層と
を備えたことを特徴としている。

ここで、ＡｌＧａＩｎＰ系材料とは、(Ａｌ_XＧａ_1-X)_YＩｎ_1-YＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）またはＧａ_ZＩｎ_1-ZＰ（０≦ｚ≦１）を指す。

上記構成の半導体レーザ素子によれば、ＧａＡｓは、図７に示すように、注入キャリア密度に対する利得曲線の傾きが、ＧａＩｎＰに比べて大きく、光吸収が容易に飽和するので、注入キャリア密度が低くても、自励発振が起こる。したがって、上記活性層上にＧａＡｓからなる可飽和吸収層を形成することにより、閾値電流を低減することができる。

また、上記活性層上にＧａＡｓからなる可飽和吸収層を形成することにより、可飽和吸収層の層厚や組成が微妙に変化しても、可飽和吸収層の利得特性が大きく変化しない。したがって、上記可飽和吸収層の形成は簡単である。

また、上記活性層上にＧａＡｓからなる可飽和吸収層を形成する場合、可飽和吸収層のバンドギャップはＧａＡｓ層の層厚を調整することで調整する。つまり、その場合、上記可飽和吸収層のバンドギャップは可飽和吸収層の層厚を変更することで調整できる。

また、上記活性層上にＡｌＧａＡｓからなる可飽和吸収層を形成しても、活性層上にＧａＡｓからなる可飽和吸収層を形成する場合と同様の効果は得られる。

また、上記活性層上にＧａＡｓで可飽和吸収層を形成する場合に比べて、ＡｌＧａＡｓで可飽和吸収層を形成する場合の方が、光吸収が下げられるので、さらに内部ロスを減らすことができ、動作電流を下げることができる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記活性層およびエッチストップ層は歪み系半導体からなる。

ここで、歪み系半導体とは、引張り歪みまたは圧縮歪みが加えられている半導体を指す。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記可飽和吸収層の光閉じ込め係数は０．１％以上０．３％以下である。

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記可飽和吸収層の光閉じ込め係数を０．１％以上にすることにより、自励発振を生じさせることができる。

また、上記可飽和吸収層の光閉じ込め係数を０．３％以下にすることにより、可飽和吸収層の光吸収が大きくなり過ぎるのを防ぐことができる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記可飽和吸収層のフォトルミネッセンス波長は、上記活性層が出射するレーザ光の発振波長以上であり、
上記エッチストップ層は上記レーザ光に対して略透明であり、
上記エッチストップ層のフォトルミネッセンス波長は６１０〜６２５ｎｍの範囲内である。

一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記可飽和吸収層のフォトルミネッセンス波長は、上記活性層が出射するレーザ光の発振波長＋１ｎｍ以上であり、かつ、上記レーザ光の発振波長＋５ｎｍ以下であり、
上記エッチストップ層は上記レーザ光に対して略透明であり、
上記エッチストップ層のフォトルミネッセンス波長は６１０〜６２５ｎｍの範囲内である。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記可飽和吸収層は、層厚が１０Å以上３０Å以下のＧａＡｓ単層である。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記可飽和吸収層は、層厚が１０Å以上５０Å以下のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ単層（０≦ｘ≦１）である。

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記可飽和吸収層はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ単層である場合、可飽和吸収層の層厚とＡｌ混晶比ｘの調整とにより、可飽和吸収層のフォトルミネッセンス波長の値と可飽和吸収層の光閉じ込め係数とを調整することができる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記可飽和吸収層はＧａＡｓ層と可飽和吸収光ガイド層とからなる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記エッチストップ層は上記可飽和吸収層に隣接している。

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記エッチストップ層を可飽和吸収層に隣接させることにより、エッチストップ層を可飽和吸収光ガイド層として機能させることができる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記可飽和吸収層はＧａＡｓ単層とＧａＩｎＰエッチストップ層とからなる。

上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記可飽和吸収層をＧａＡｓ単層とＧａＩｎＰエッチストップ層とで構成する場合、ｐ−ＧａＡｓ単層の層厚とＧａＩｎＰエッチストップ層のＧａ組成および層厚を調整することにより、可飽和吸収層のフォトルミネッセンスおよび光閉じ込め係数を調整することができる。この場合、上記可飽和吸収層のフォトルミネッセンス波長は上記レーザ光の発振波長以上の値に調整するのが好ましい。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記活性層の電流注入部以外の部分上に形成された光閉じ込め電流阻止層を備える。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記光閉じ込め電流阻止層はＧａＡｓからなる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記光閉じ込め電流阻止層は、上記活性層が出射するレーザ光に対して略透明な材料からなる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記光閉じ込め電流阻止層はＡｌＩｎＰからなる。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記光閉じ込め電流阻止層はＳｉＯ₂膜である。

一実施形態の半導体レーザ素子では、上記ＳｉＯ₂膜はプラズマＣＶＤ法で形成されている。

本発明の半導体レーザ素子は、活性層上に、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる可飽和吸収層を形成することによって、可飽和吸収層が容易に飽和するので、注入キャリア密度が低くても、自励発振が起こる。したがって、上記半導体レーザ素子の閾値電流を低減することができる。

また、上記ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる可飽和吸収層は、層厚や組成が微妙に変化しても、利得特性が大きく変化しない。したがって、上記可飽和吸収層の形成は簡単である。

以下、本発明の半導体レーザ素子を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の模式断面図を示す。

上記半導体レーザ素子は、１５°オフした傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に順次積層されたｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層１０３、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０４、ｕｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下ガイド層１０５、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）を有する活性層１０６、ｕｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上ガイド層１０７、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１上クラッド層１０８、ｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層１０９、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層１１０およびｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層１１１を備えている。

また、上記エッチングストップ層１１１上には、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第３上クラッド層１１２、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１１３およびｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４からなるリッジ形状のリッジ部１１５が形成されている。このリッジ部１１５は、基板１０１の表面と平行な方向おいてｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１６で挟まれている。つまり、上記リッジ部１１５の両側方には電流阻止層１１６が形成されている。

また、上記リッジ部１１５上には、Ａｕ／ＡｕＺｎ層からなるｐ側オーミック電極１１７が形成されている。そして、上記電極１１７上から電流阻止層１１６上に渡ってはＭｏ／Ａｕスパッタ電極１１８が形成され、この電極１１８上にはＡｕメッキ厚膜電極１１９が形成されている。これらの電極がｐ側電極として機能する。一方、上記基板１０１にはｎ側電極１２０が形成されている。

以下、上記半導体レーザ素子の製造方法について説明する。

まず、１５°オフした傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板１０１にすべきウエハ上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相エピタキシャル成長法）にて、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層１０３、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０４、ｕｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下ガイド層１０５、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）を有する活性層１０６、ｕｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上ガイド層１０７、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１上クラッド層１０８、ｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層１０９、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層１１０、ｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層１１１、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第３上クラッド層１１２にすべきｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１１３にすべきｐ−ＧａＩｎＰ層、および、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４にすべきｐ−ＧａＡｓ層を順次形成する。

上記活性層１０６は、４層のＧａ_0.49Ｉｎ_0.51Ｐ井戸層と３層のｕｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層とからなっている。上記井戸層の各厚みは５０Åに設定されていると共に、バリア層の各厚みも５０Åに設定されている。また、上記井戸層とバリア層とは交互に形成されて、井戸層のそれぞれは２つのバリア層で挟まれている。

次に、上記ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４にすべきｐ−ＧａＡｓ層上に、３〜４μｍ幅のライン状のＳｉＯ₂マスクを形成した後、ドライエッチングにより、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層の途中まで所定のリッジ幅に加工して、さらに、ウェットエッチングにより、リッジ形状を整える。これにより、上記ｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層１１１上に、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第３上クラッド層１１２、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１１３およびｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４からなるリッジ形状のリッジ部１１５が得られる。

次に、ＭＯＣＶＤ法により、リッジ部１１５の上方および側方に、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１６にすべきｎ−ＧａＡｓ層を積層する。

次に、上記ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１６にすべきｎ−ＧａＡｓ層上に、フォトリソグラフィにより、リッジ部１１６の直上にライン状に窓が開いたレジストパターンを形成する。

次に、上記レジストパターンをマスクとし、アンモニア系のエッチャントを用いて、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１６にすべきｎ−ＧａＡｓ層を下地層（ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４）に対してエッチングが停止するように選択にエッチングする。これにより、上記ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１６が得られ、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４の表面が露出する。

次に、上記レジストパターンおよびｐ−ＧａＡｓキャップ層１１４の表面に、Ａｕ／ＡｕＺｎ層を蒸着した後、レジストパターンを剥離する。そうすると、上記Ａｕ／ＡｕＺｎ層の不要な部分もレジストパターンと共に剥離して、リッジ部１１５の直上のみに位置するｐ側オーミック電極１１７が得られる。

次に、上記ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１６およびｐ側オーミック電極１１７上にＭｏ／Ａｕスパッタ電極１１８を形成した後、このＭｏ／Ａｕスパッタ電極１１８上にＡｕメッキ厚膜電極１１９を形成する。

以上のような層および電極を有するウエハを１００μｍ程度に研磨することにより、傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板１０１を得た後、その傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面にｎ側電極１２０を形成する。

下表１に、上記半導体レーザ素子の各構成層の層厚を示す。

最後に、共振器長が３５０μｍになるように、ウエハを複数のバーに分割して、各バーの端面に反射膜をコーティングした後、バーをチップ（半導体レーザ素子）に分割し、このチップをステム上に実装した後、特性を測定したところ、光出力が４ｍＷであり、発振波長が６５８ｎｍであり、動作電流が５０ｍＡであった。

そして、上記チップに対して戻り光量０．０１〜１０％の間での光出力４ｍＷでのＲＩＮ（相対雑音強度）を測定したところ、２５℃、７０℃の温度条件に対して−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下と良好な雑音特性であった。

また、上記チップに対して非点隔差を測定したところ、光出力４ｍＷにおいて３μｍと小さな値が得られた。

図２に、上記可飽和吸収層１０９の層厚（図２中では「ＳＡ層厚」と記載する。）と可飽和吸収層１０９の光閉じ込め係数Γsaとの相関を示す。より詳しくはｎ、図２中においては、第１上クラッド層１０８の層厚を０．０８μｍに設定した場合の上記相関を白丸（○）で示し、また、第１上クラッド層１０８の層厚を０．１４μｍに設定した場合の上記相関を黒丸（●）で示し、また、第１上クラッド層１０８の層厚を０．１６μｍに設定した場合の上記相関を白四角（□）で示している。

上記光閉じ込め係数Γsaは、自励発振強度と比例相関があり、図２中で光閉じ込め係数Γsaが、０．１％以上の矢印の範囲内の領域が、自励発振を起こす領域である。一方、上記光閉じ込め係数Γsaは、大きすぎると動作電流増加につながるので、０．３％以下にすることが望ましい。

また、上記可飽和吸収層下に形成するｐ−第１上クラッド層の層厚は、可飽和吸収層が活性層に近づきすぎると、可飽和吸収層での光閉じ込め係数が大きくなるので、可飽和吸収層を１原子層（５．６５Å）以下に薄くしなければならず、安定に形成できないので、０．０８μｍ以上が望ましく、逆に可飽和吸収層を活性層から離し過ぎるとΓsaを大きくするために、可飽和吸収層の層厚を厚くする必要があるので、０．１６μｍ程度が望ましい。

上記第１実施形態では、可飽和吸収層をＧａＡｓで形成したが、可飽和吸収層をＡｌＧａＡｓで形成してもよい。上記可飽和吸収層をＡｌＧａＡｓで形成する場合、Ａｌ混晶比を調整することにより、バンドギャップによる吸収を減らせて、動作電流を低減できる。

図３に、ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層（図３中では「ＳＡ層」と記載する。）のＡｌ混晶比とその可飽和吸収層の光閉じ込め係数Γsaとの相関を示す。なお、図３中においては、上記可飽和吸収層の層厚を２０Åに設定した場合の上記相関を白丸（○）で示し、また、上記可飽和吸収層の層厚を３０Åに設定した場合の上記相関を黒丸（●）で示している。

図３から分かるように、上記可飽和吸収層のＡｌ混晶比を大きく変えても、あまり可飽和吸収層の光閉じ込め係数Γsaは変わらないので、Ａｌ混晶比の調整のみで動作電流を調整できる。つまり、上記可飽和吸収層のＡｌ混晶比を調節することにより、可飽和吸収層の光閉じ込め係数Γsaに悪影響を及ぼすことなく、動作電流を調整できる。ここでは、上記可飽和吸収層のＰＬ（フォトルミネッセンス）波長を半導体レーザ素子の発振波長（６５８ｎｍ）よりも５ｎｍ大きく調整した。この場合、光出力４ｍＷで、発振波長６５８ｎｍ、動作電流４５ｍＡであった。

（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態の半導体レーザの模式断面図を示す。

上記半導体レーザ素子は、１５°オフした傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板４０１上に順次積層されたｎ−ＧａＡｓバッファ層４０２、ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層４０３、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４０４、uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下ガイド層４０５、ＭＱＷを有する活性層４０６、uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上ガイド層４０７、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１上クラッド層４０８、ｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層４０９およびｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層４１０を備えている。

また、上記エッチストップ層４１０上には、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層４１１、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層４１２およびｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３からなるリッジ部４１４が形成されている。このリッジ部４１４は、基板４０１の表面と平行な方向においてｎ−ＧａＡｓ電流阻止層４１５で挟まれている。つまり、上記リッジ部４１４の両側方には電流阻止層４１５が形成されている。

また、上記リッジ部４１４上には、Ａｕ／ＡｕＺｎからなるｐ側オーミック電極４１６が形成されている。そして、上記電極４１６上から電流阻止層４１５上に渡ってはＭｏ／Ａｕスパッタ電極４１７が形成され、この電極４１７上にはＡｕメッキ厚膜電極４１８が形成されている。

以下、上記半導体レーザ素子の製造方法について説明する。

まず、１５°オフした傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板４０１にすべきウエハ上に、ＭＯＣＶＤ法にて、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４０２、ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層４０３、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４０４、uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下ガイド層４０５、ＭＱＷを有する活性層４０６、uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上ガイド層４０７、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１上クラッド層４０８、ｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層４０９、ｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層４１０、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層４１１にすべきｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層４１２にすべきｐ−ＧａＩｎＰ層、および、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３にすべきｐ−ＧａＡｓ層を順次形成する。

上記活性層４０６は、４層のＧａ_0.49Ｉｎ_0.51Ｐ井戸層と３層のｕｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層とからなっている。上記井戸層の各厚みは５０Åに設定されていると共に、バリア層の各厚みも５０Åに設定されている。また、上記井戸層とバリア層とは交互に形成されて、井戸層のそれぞれは２つのバリア層で挟まれている。

次に、上記ｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３にすべきｐ−ＧａＡｓ層上に、３〜４μｍ幅のライン状のＳｉＯ₂マスクを形成した後、ドライエッチングにより、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層４１２にすべきｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層の途中まで所定のリッジ幅に加工して、さらに、ウエットエッチングにより、リッジ形状を整える。これにより、上記ｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層４１０上に、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層４１１、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層４１２およびｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３からなるリッジ部４１４が得られる。

次に、ＭＯＣＶＤ法により、リッジ部４１４の上方および側方に、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層４１５すべきｎ−ＧａＡｓ層を積層する。

次に、上記ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層４１５すべきｎ−ＧａＡｓ層上に、フォトリソグラフィーにより、リッジ部４１４の直上にライン状に窓が開いたレジストパターンを形成する。

次に、上記レジストパターンをマスクとし、アンモニア系のエッチャントを用いて、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層４１５にすべきｎ−ＧａＡｓ層を下地層（ｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３）に対してエッチングが停止するように選択にエッチングする。これにより、上記ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層４１５が得られる、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３の表面が露出する。

次に、上記レジストパターンおよびｐ−ＧａＡｓキャップ層４１３の表面に、Ａｕ／ＡｕＺｎ層を蒸着した後、レジスパターンを剥離する。そうすると、上記Ａｕ／ＡｕＺｎ層の部分がレジストパターンと共に剥離して、リッジ部４１４の直上のみに位置するｐ側オーミック電極４１６が得られる。

次に、上記ｐ側オーミック電極４１６およびｎ−ＧａＡｓ電流阻止層４１５上に、Ｍｏ／Ａｕスパッタ電極４１７を形成した後、Ｍｏ／Ａｕスパッタ電極４１７上にＡｕメッキ厚膜電極４１８を形成する。

以上のような層および電極を有するウエハを１００μｍ程度に研磨することにより、傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板４０１を得た後、その傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板４０１の面にｎ側電極４１９を形成する。

下表２に、上記半導体レーザ素子の各構成層の層厚を示す。

最後に、共振器長が３５０μｍになるように、ウエハを複数のバーに分割して、各バーの端面に反射膜をコーティングした後、バーをチップ（半導体レーザ素子）に分割し、このチップをステム上に実装した後、特性を測定したところ、光出力が４ｍＷであり、発振波長が６５６ｎｍであり、動作電流が５５ｍＡであった。

そして、上記チップに対して戻り光量０．０１〜１０％の間での光出力４ｍＷでのＲＩＮを測定したところ、２５℃、７０℃の温度条件に対して−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下と良好な雑音特性であった。

また、上記チップに対して非点隔差を測定したところ、光出力４ｍＷにおいて１μｍと小さな値が得られた。

図５に、上記可飽和吸収層４０９の層厚（図５中では「ＳＡ層厚」と記載する。）と可飽和吸収層４０９の光閉じ込め係数との相関を白丸（○）で示す。この場合、上記可飽和吸収層４０９以外の層の層厚は上記表２の層厚に設定されている。また、上記第１実施形態の可飽和吸収層１０９の層厚と可飽和吸収層１０９の光閉じ込め係数Γsaとの相関を黒丸（●）で示す。この場合、上記可飽和吸収層１０９以外の層の層厚は上記表１の層厚に設定されている。

図５から分かるように、可飽和吸収層４０９の層厚が可飽和吸収層１０９の層厚と同じ場合、可飽和吸収層４０９の光閉じ込め係数Γsaは、可飽和吸収層１０９の光閉じ込め係数Γsaよりも大きい。上記Γsaとしては０．１〜０．３％が望ましい。よって、本実施形態では、可飽和吸収層４０９の層厚を１５Åに設定している。

上記第１，第２実施形態では、リッジ部の側面をｎ−ＧａＡｓ層で埋め込むロスガイド構造の半導体レーザ素子に本発明を適用していたが、リッジ部の側面を例えばｎ−ＡｌＩｎＰ層やＳｉＯ₂膜等で埋め込むようなリアルガイド構造の半導体レーザ素子に本発明を適用してもよい。上記リアルガイド構造の半導体レーザ素子は、ロスガイド構造の半導体レーザ素子に比べて、埋め込み層（ｎ−ＡｌＩｎＰ層やＳｉＯ₂膜等）の材料を変えることで、導波ロスを低減できて動作電流を下げることが可能で、また、非点隔差を低減することができる。

図１は本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の模式断面図である。 図２は、上記第１実施形態の半導体レーザ素子のp‐ＧａＡｓ可飽和吸収層とこのp‐ＧａＡｓ可飽和吸収層の光閉じ込め係数Γsaとの相関を示すグラフである。 図３は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層のＡｌ混晶比とそのｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層の光閉じ込め係数Γsaとの相関を示すグラフである。 図４は本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子の模式断面図である。 図５は、上記第１，第２実施形態の半導体レーザ素子のｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層とこのｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層の光閉じ込め係数Γsaとの相関を示すグラフである。 図６は従来の半導体レーザ素子の模式断面図である。 図７は、ＧａＡｓ，ＧａＩｎＰの注入キャリア密度とＧａＡｓ，ＧａＩｎＰの利得係数との相関を示すグラフである。

符号の説明

１０１，４０１ 傾斜ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２，４０２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０３，４０３ ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層
１０４，４０４ ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
１０５，４０５ uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下ガイド層
１０７，４０７ uｎ−（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ上ガイド層
１０６，４０６ 活性層
１０８，４０８ ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１上クラッド層
１０９，４０９ ｐ−ＧａＡｓ可飽和吸収層
１１０ ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層
１１１，４１０ ｐ−ＧａＩｎＰエッチストップ層
１１２，４１１ ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２上クラッド層
１１３，４１２ ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１１４，４１３ ｐ−ＧａＡｓキャップ層
１１５，４１４ リッジ部
１１６，４１５ ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層
１１７，４１６ ｐ側オーミック電極
１１８，４１７ Ｍｏ／Ａｕスパッタ電極
１１９，４１８ Ａｕメッキ電極
１２０，４１９ ｎ側電極

Claims (13)

1. 第１の導電型基板上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、
   上記活性層上に形成され、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる可飽和吸収層と、
   上記可飽和吸収層上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるエッチストップ層と
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収層のフォトルミネッセンス波長は、上記活性層が出射するレーザ光の発振波長以上であり、
   上記エッチストップ層は上記レーザ光に対して略透明であり、
   上記エッチストップ層のフォトルミネッセンス波長は６１０〜６２５ｎｍの範囲内であることを特徴とする半導体レーザ素子。
3. 請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収層のフォトルミネッセンス波長は、上記活性層が出射するレーザ光の発振波長＋１ｎｍ以上であり、かつ、上記レーザ光の発振波長＋５ｎｍ以下であり、
   上記エッチストップ層は上記レーザ光に対して略透明であり、
   上記エッチストップ層のフォトルミネッセンス波長は６１０〜６２５ｎｍの範囲内であることを特徴とする半導体レーザ素子。
4. 請求項２に記載の半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収層は、層厚が１０Å以上３０Å以下のＧａＡｓ単層であることを特徴とする半導体レーザ素子。
5. 請求項３に記載の半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収層は、層厚が１０Å以上５０Å以下のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ単層（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする半導体レーザ素子。
6. 請求項２に記載の半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収層はＧａＡｓ層と可飽和吸収光ガイド層とからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
7. 請求項１に記載の半導体レーザ素子において
   上記エッチストップ層は上記可飽和吸収層に隣接していることを特徴とする半導体レーザ素子。
8. 請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
   上記活性層の電流注入部以外の部分上に形成された光閉じ込め電流阻止層を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
9. 請求項８に記載の半導体レーザ素子において、
   上記光閉じ込め電流阻止層はＧａＡｓからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
10. 請求項８に記載の半導体レーザ素子において、
    上記光閉じ込め電流阻止層は、上記活性層が出射するレーザ光に対して略透明な材料からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
11. 請求項８に記載の半導体レーザ素子において、
    上記光閉じ込め電流阻止層はＡｌＩｎＰからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
12. 請求項８に記載の半導体レーザ素子において、
    上記光閉じ込め電流阻止層はＳｉＯ₂膜であることを特徴とする半導体レーザ素子。
13. 請求項１２に記載の半導体レーザ素子において、
    上記ＳｉＯ₂膜はプラズマＣＶＤ法で形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。

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