JP2008305957A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遠視野像をガウシアン形状にできる半導体レーザ素子の提供。
【解決手段】ｎ型のＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板の第１の面に順次形成されるｎ型のクラッド層、ｎ型の下ガイド層、活性層、ｐ型の上ガイド層、ｐ型の第１クラッド層、ｐ型のエッチングストッパ層、ｐ型の第２クラッド層及びｐ型のコンタクト層と、コンタクト層及び第２クラッド層に設けられ底面がエッチングストッパ層となる平行に延在する２本の溝とを有し、溝間にはメサ第２クラッド層及びメサコンタクト層によってメサが形成されている。溝間のメサコンタクト層の幅ａはメサ第２クラッド層の幅（メサ幅Ｗ）よりも小さく、かつメサコンタクト層の縁の外側には所定長さ（ｂ）に亘ってメサ第２クラッド層の上面が露出している。メサコンタクト層の側面から溝及び溝の外側に位置するコンタクト層上に掛けて絶縁膜が設けられている。メサコンタクト層の上面及び絶縁膜に掛けてｐ電極が形成され、ＧａＡｓ基板の第２の面にはｎ電極が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体レーザ素子及びその製造方法に係わり、特に、レーザ光の遠視野像がガウシアン形状となる半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。

半導体レーザ素子において、キンクレベル改善、動作電流低減を図るため、電流狭窄制御と発振光の横モードの光閉じ込め制御をそれぞれ独立に制御している（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１の半導体レーザは、ゲインガイド型の半導体レーザであり、活性層上に形成されるクラッド層の中央のストライプ状部分を除いてイオン注入がなされてクラッド層とは異なる導電型の電流狭窄層が形成されている。電流狭窄層に挟まれる前記ストライプ状部分が、電流注入部となる。この電流注入部は注入領域が異なる２回のイオン注入によって形成され、前記電流注入部は活性層に近い基部の幅に比較してクラッド層の上のキャップ層側に近い頂部の幅は狭くなっている。

特許文献２の半導体レーザは、発振光であるレーザ光の横モード制御及び電流狭窄のためにクラッド層にリッジ構造を形成した半導体レーザである。この半導体レーザは、電流狭窄幅と光閉込め幅とを各々独立に制御することによって、光閉込めの範囲内に電流狭窄を行う構造になっている。即ち、この半導体レーザは、クラッド層にリッジ構造が形成された半導体レーザにおいて、前記リッジ構造が、比較的幅の狭い第１リッジ部と、この第１リッジ部よりも活性層に近い側に形成され、該第１リッジ部とは幅が不連続でそれよりも広い幅とされた第２リッジ部とからなっている。

特開２００１−３２０１２９号公報。

特開平１１−３５４８８２号公報。

６３０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ赤色半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）は、その視認性が良いという特徴を生かして、レベラ、ポインタ等の表示デバイスの光源として使用されている。このような用途に使用する場合には、可搬性が高いことが必須条件となるため、電池駆動によって動作させることが主であり、長時間の動作が可能となるようにできるだけ消費電力の小さい半導体レーザ（半導体レーザ素子）が必要とされている。また、レーザ光のビーム（レーザビーム）の質も重要な要素となっている。

人間の目は非常に感度が高く、目視確認を前提としたアプリケーションではビーム強度分布への要求が厳しく、ピーク強度の１％程度の部分までガウシアン形状であることが求められる。

しかし、実際の半導体レーザではホールバーニングにより、遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）の形状が完全なガウシアン形状とはならず、アプリケーションでの要求を満足することはきわめて難しい。即ち、遠視野像が完全なガウシアン形状とならない場合、投影画像が乱れ、例えば、レベラーの場合は水平な１本の線とならず、また、ポインタの場合には投影画像が歪む等の不具合が生じる。

表示デバイス用光源として使用される半導体レーザ素子は、キンクレベル改善、動作電流低減を図るため、一般にリッジ構造の半導体レーザ素子が使用される。

図１４は本発明に先立って検討したリッジ構造の６３０ｎｍ帯赤色半導体レーザ（半導体レーザ素子）の模式的断面図である。また、図１５は図１４の一部の拡大断面図である。

半導体レーザ素子７０は、図１４に示すように、１００μｍ程度の厚さのｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板７１を基にして製造されている。半導体基板７１の第１の面（図１４では上面）には、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層７２、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなる活性層７３、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層７４、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層７５及びｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層７６が設けられている。

半導体基板７１の主面側には２本の溝７７が平行に設けられている。この溝７７はコンタクト層７６の表面からｐ型第２クラッド層７５の途中深さまで設けられている。この２本の溝７７によって挟まれるストライプ状の突出部分はメサ（リッジ）７８となる。また、メサ７８の側面から溝７７及び溝７７の外側のコンタクト層７６部分（フィールド部）に亘って絶縁膜７９が設けられている。この結果、メサ７８の上面、即ち、コンタクト層７６の上面が絶縁膜７９から露出することになる。そして、露出するコンタクト層７６上にはアノード電極（ｐ型電極）８０が重ねて設けられている。このｐ型電極８０は溝７７を越えてフィールド部上にまで延在している。さらに、半導体基板７１の第１の面の反対面となる第２の面（図１４では下面）にはカソード電極（ｎ型電極）８１が重ねて形成されている。

このような半導体レーザ素子７０においては、一対の電極であるｐ型電極８０とｎ型電極８１間に所定の電圧を印加することによって、メサ７８に対応する活性層７３部分が共振器となり、共振器の端面からレーザ光を出射するようになる。なお、図１５に示すＷはメサ幅である。

図１６は、半導体レーザ素子７０がレーザ発振した状態におけるメサ部分のキャリア密度及び光子密度の分布を示すグラフである。グラフは下から上に向かって１段目〜４段目と４グラフ表示してある。

最上段のグラフ（４段目のグラフ）は、レーザ発振していない状態から閾値（電流を増加させていったとき、レーザ発振が始まる電流値）でのレーザ発振までの間のキャリア密度の分布を示すグラフであり、メサ幅Ｗ全域においてキャリア密度はほぼ一定である。閾値以下の電流では光出力が小さいために、誘導放出によるキャリア減少の影響が小さいため、メサ幅全域においてキャリア密度はほぼ一定となる。

下から３段目となる３段目のグラフは、駆動電流が閾値近傍での光子密度分布を示すグラフである。光子密度分布はガウシアン形状となっている。

下から２段目となる２段目のグラフは出力増加時のキャリア密度分布を示すグラである。レーザ発振後はメサ幅Ｗの中央部分で光子密度が高く、誘導放出によるキャリア消費が多いため、メサ幅Ｗの中央部分のキャリア密度が減少し、キャリア密度分布は単峰形状とはならず双頭形状となる。

最下段となる１段目のグラフは出力増加時の光子密度分布を示すグラである。このグラフは２段目のグラフに対応するものである。即ち、メサ幅Ｗの中央部分では、キャリア密度減少により、利得も減少するため、光子密度も減少し、光子密度分布は中央がへこんだ形になる。

以上のように、図１４に示すような半導体レーザ素子７０では、レーザ発振時、メサ幅の中央部分では光子密度が高いためキャリアが減少し、メサの両脇部分は中央に比べてキャリア密度が高くなるため、利得が大きくなり遠視野像にサイドピークが現れる。

メサ幅Ｗを小さくすれば、出力増加時の光子密度分布を均一にでき、かつキャリア密度分布をガウシアン形状にすることができるが、抵抗が高くなるためＷを小さくすることはできず、メサ幅Ｗは一般には３〜５μｍ程度が採用される。

図１７（ａ），（ｂ）は遠視野像（ＦＦＰ）及び近視野像（ＮＦＰ：Near Field Pattern）がガウシアン形状を示さない二つの不良半導体レーザ素子の例を示すグラフである。グラフは１段目がＮＦＰを示すグラフである。３段目のグラフはリニア表示のＦＦＰを示すグラフであり、２段目のグラフはＬｏｇ表示のＦＦＰを示すグラフである。二つの不良半導体レーザ素子のメサ幅Ｗは４μｍである。

図１７（ａ）で示す半導体レーザ素子の場合、リニア表示のＦＦＰのグラフではガウシアン形状の両側の相対強度が低い部分では波状となっている。この波状部分が拡大して表示されるＬｏｇ表示のＦＦＰを示すグラフでは、Ａに示すように、用途、顧客により不良品となるレベル（相対強度が０．０１）でガウシアン形状に乱れが表れている。このような乱れは１段目のグラフで示すようにＮＦＰではピークが中心からずれたパターンになる。

図１７（ｂ）で示す半導体レーザ素子の場合、リニア表示のＦＦＰのグラフではガウシアン形状の両側の相対強度が低い部分ではさらに大きな波状となっている。この結果、２段目のＬｏｇ表示のＦＦＰパターンではパターンの両側にそれぞれ頂点を有する山が表れるパターンとなる。この山は、用途、顧客により不良品となるレベル（相対強度が０．０１）において表れてしまう。両側に山が表れるようなＦＦＰパターンでは、ＮＦＰでは中心からそれぞれ外れたピークを有する双頭のパターンとなってしまう。上記２例の半導体レーザ素子は不良品として廃棄される製品である。

そこで、本発明者は、ホールバーニング抑制のため、コンタクト層幅のみを狭窄して電流狭窄することを考えて本発明をなした。

本発明の目的は、遠視野像をガウシアン形状にすることができる半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、電流狭窄及び光閉じ込めをそれぞれ独立して制御できる半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、製造コストの低減が可能な半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

（１）半導体レーザ素子は、
第１導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第１の面に形成される第１導電型の半導体層からなるクラッド層と、
前記クラッド層に重ねて形成される半導体層からなる活性層と、
前記活性層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第１クラッド層と、
前記第１クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第２クラッド層と、
前記第２クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなるコンタクト層と、
前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第２クラッド層の所定深さに形成される２本の溝と、
前記２本の溝にそれぞれ挟まれ、かつ前記第２クラッド層で形成されるメサ第２クラッド層及び前記コンタクト層で形成されるメサコンタクト層からなり、かつ前記２本の溝に挟まれる前記メサ第２クラッド層の幅をメサ幅とし、前記溝の長さをメサ長さとするメサと、
前記メサの上面を除いて前記溝及び前記コンタクト層を覆う絶縁膜と、
前記半導体基板の前記第１の面の反対面となる裏面に重ねて形成される第１電極と、
前記メサの上面及び前記絶縁膜に重ねて形成される第２電極とを有し、
前記メサコンタクト層の前記溝間の幅は前記メサ幅よりも小さくなり、前記メサコンタクト層の前記溝に臨む両側縁は前記メサ第２クラッド層の前記溝に臨む両側縁よりも前記メサ中央側に所定距離引っ込み、かつ前記メサコンタクト層の縁から外れて露出する前記メサ第２クラッド層の上面は前記絶縁膜で覆われていることを特徴とする。

また、前記メサ第２クラッド層の前記溝間の幅は３．０μｍ以上であるとともに、前記メサコンタクト層の側縁から前記メサ第２クラッド層の側縁までの距離は０．５μｍ以上である。また、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間には、前記第２クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い半導体層からなるエッチングストッパ層が形成され、かつ前記溝の底面は前記エッチングストッパ層で形成されている。前記活性層と前記クラッド層との間には、第１導電型の半導体層からなる下ガイド層が形成され、前記活性層と前記第１クラッド層との間には、第２導電型の半導体層からなる上ガイド層が形成されている。前記活性層は多重量子井戸構造である。

このような半導体レーザ素子の製造方法は、
（ａ）第１導電型からなる半導体基板を準備する工程、
（ｂ）前記半導体基板の第１の面に、第１導電型からなるクラッド層、活性層（多重量子井戸構造）、第２導電型からなる第１クラッド層、第２導電型からなる第２クラッド層及び第２導電型からなるコンタクト層を順次積層形成する工程、
（ｃ）前記コンタクト層上への酸化膜形成と前記酸化膜の選択的エッチングによって、前記コンタクト層上に１本のストライプ状のメサ形成用エッチングマスクと、このメサ形成用エッチングマスクの両側に所定の距離離れて位置するフィールド用エッチングマスクとからなる溝形成用マスクを並列に複数形成する工程、
（ｄ）前記溝形成用マスクをエッチングマスクとして前記コンタクト層をウエットエッチングして少なくとも前記メサ形成用エッチングマスクの下に周縁が前記メサ形成用エッチングマスクの周縁から所定距離内側に位置するメサコンタクト層を形成する工程、
（ｅ）前記溝形成用マスクをエッチングマスクとして前記第２クラッド層の表面から前記第２クラッド層の所定深さに至るまでドライエッチングを行い、前記メサ形成用エッチングマスクと前記フィールド用エッチングマスクとの間にそれぞれ溝を形成して前記メサ形成用エッチングマスク下にストライプ状のメサを形成する工程、
（ｆ）前記半導体基板の前記第１の面側への絶縁層形成と前記絶縁層の選択的エッチングによって、少なくとも前記メサコンタクト層の上面を露出させ前記半導体基板の他の前記第１の面側を覆う絶縁層を形成する工程、
（ｇ）前記半導体基板の前記第１の面側に前記各メサコンタクト層に電気的に接続される第２電極を形成する工程、
（ｈ）前記半導体基板の前記第１の面の反対面となる第２の面に第１電極を形成する工程、
（ｉ）前記メサの長手方向に直交する方向に前記半導体基板を所定間隔で劈開して複数の短冊体を形成する工程、
（ｊ）前記短冊体を前記メサに沿う方向にかつ前記メサと前記メサとの間で分割して１本のメサを有する半導体レーザ素子を製造する工程、
によって製造される。

また、前記工程（ｂ）では、前記半導体基板の前記第１の面に、第１導電型からなるクラッド層、第１導電型からなる下ガイド層、活性層、第２導電型からなる上ガイド層、第２導電型からなる第１のクラッド層、第２導電型からなるエッチングストッパ層、第２導電型からなる第２のクラッド層及び第２導電型からなるコンタクト層を順次積層形成し、かつ前記エッチングストッパ層は前記第２の第２導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質で形成し、前記工程（ｅ）では、前記溝の底を前記エッチングストッパ層で形成する。

（２）前記（１）の手段において、前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面（前方出射面）では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層が設けられていない部分が存在することを特徴とする。前記メサコンタクト層が設けられていない部分の長さは５〜１０μｍである。

（３）前記（１）の手段において、前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面（前方出射面）では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層の幅が他の前記メサコンタクト層部分の幅よりも一段細くなっていることを特徴とする。前記半導体レーザ素子のレーザ光を出射する出射面のうちの前方出射面側に設けられる前記一段細くなる前記メサコンタクト層の長さは３０〜１００μｍである。

（４）半導体レーザ素子は、
第１導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第１の面に形成される第１導電型の半導体層からなるクラッド層と、
前記クラッド層に重ねて形成される半導体層からなる活性層と、
前記活性層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第１クラッド層と、
前記第１クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第２クラッド層と、
前記第２クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなるコンタクト層と、
前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第２クラッド層の所定深さに形成される２本の溝と、
前記２本の溝にそれぞれ挟まれ、かつ前記第２クラッド層で形成されるメサ第２クラッド層及び前記コンタクト層で形成されるメサコンタクト層からなり、かつ前記２本の溝に挟まれる前記メサ第２クラッド層の幅をメサ幅とし、前記溝の長さをメサ長さとするメサと、
前記メサの上面を除いて前記溝及び前記コンタクト層を覆う絶縁膜と、
前記半導体基板の前記第１の面の反対面となる裏面に重ねて形成される第１電極と、
前記メサの上面及び前記絶縁膜に重ねて形成される第２電極とを有し、
前記メサコンタクト層の前記溝間の幅は、前記メサ長さの両端面の少なくとも一端面側（前方出射面）では前記メサ幅よりも小さくなり、他の部分のメサコンタクト層の幅は前記メサ幅と同じになり、前記メサ幅よりも小さい前記メサコンタクト層の前記溝に臨む両側縁は前記メサ第２クラッド層の前記溝に臨む両側縁よりも前記メサ中央側に所定距離引っ込み、かつ前記メサコンタクト層の縁から外れて露出する前記メサ第２クラッド層の上面は前記絶縁膜で覆われていることを特徴とする。また、前記半導体レーザ素子のレーザ光を出射する出射面のうちの前方出射面側に設けられる前記メサ幅よりも小さくなる前記メサコンタクト層の長さは３０〜１００μｍである。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

前記（１）の手段によれば、（ａ）半導体レーザ素子は、メサ幅を形成するメサ第２クラッド層で光の閉じ込めを行い、メサ第２クラッド層の中央部分に重ねて設けるメサ幅よりも幅が狭いメサコンタクト層で電流狭窄を行う構造になっている。即ち、光の閉じ込め及び電流狭窄をそれぞれ別々に制御することが可能になる。従って、レーザ発振時、電流狭窄制御によりメサ中央部のみ、注入キャリア密度を大きくし、メサ中央部分でのキャリア密度低下を抑制することができることから遠視野像の形状をピーク強度の１％程度の部分までガウシアン形状にすることができ、表示デバイスの光源として十分使用できるようになる。

即ち、活性層内での誘導放出によるキャリア消費は光子密度と利得の積であることから、キャリアの注入が一定である場合には、光子密度の高い領域でキャリアが減少するため、利得分布及び屈折率分布が変動する。従って、メサ幅（メサ第２クラッド層の幅に相当）の中央にメサ幅よりも幅が小さいメサコンタクト層を有する本発明の半導体レーザ素子では、メサコンタクト層のみに電流が給電される。この結果、メサ幅中央に対応する光子密度が高い領域の活性層には注入キャリアを多くし、メサコンタクト層から外れたメサ幅両側に対応する光子密度が低い領域の活性層には注入キャリアを少なくすることができる。従って、キャリア分布の変動を抑制することができる。この結果、安定した導波モードが得られ、遠視野像形状の改善が達成できることになる。

このような本発明の半導体レーザ素子をレベラー、ポインター等の表示デバイスの光源として使用した場合、半導体レーザの遠視野像の形状をピーク強度の１％程度の部分までガウシアン形状にすることができるため、スクリーン等に投影したラインあるいはスポットの形状が改善され、十分使用に供することができるようになる。

（ｂ）メサはメサ第２クラッド層とこのメサ第２クラッド層上のメサコンタクト層で形成されている。そして、メサコンタクト層はメサ第２クラッド層よりも幅が狭く、かつメサ第２クラッド層の中央に位置する構造になっている。このようなメサコンタクト層の幅がメサ第２クラッド層の幅よりも狭いメサの形成方法は、メサコンタクト層の幅がメサ第２クラッド層の幅と同じ幅となる従来のメサの形成方法に比較して工程数が増大することもなく製造コストの高騰を招くことがない。

即ち、従来のメサ形成ではコンタクト層をウエットエッチング後にドライエッチングを実施する。そこで、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、コンタクト層をエッチングする時間を１分程度と長く変更するのみでコンタクト層の狭窄化が可能になる。これにより、エッチングマスクの縁下までエッチング（サイドエッチング）がなされる。従って、その後、前記エッチングマスクをマスクとしてドライエッチングを行うことによって溝が形成される。ドライエッチングであることから、溝の縁はエッチングマスクの縁に略対応する。この結果、メサコンタクト層の幅よりも広い幅（メサ幅）を有するメサ第２クラッド層を形成することができる。本発明は、コンタクト層の狭小化を図る構造になるが、製造工程も増えることがなく、再現性も良好であることから、製造コスト高騰を抑えることができる。

前記（２）の手段によれば、前記（１）の手段による効果に加えて下記の効果を有する。即ち、前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層が設けられていない部分が存在することから、端面部分への注入電流が減少するため、レーザ光を出射する出射面部分の電流密度を低くでき、安定したレーザ発振が可能になり、信頼性が高くなる。前記効果を得るためには、前記メサコンタクト層が設けられていない部分の長さｄを５〜１０μｍにする必要がある。

前記（３）の手段によれば、前記（１）の手段による効果に加えて下記の効果を有する。即ち、前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面（前方出射面）では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層の幅が他の前記メサコンタクト層部分の幅よりも一段細くなっていることから、前方出射面部のＮＦＰが改善され、この結果ＦＦＰが改善される。なお、前方出射面側でのＦＦＰ改善を図るためには、一段と細くなるメサコンタクト層１０ａの長さを３０〜１００μｍにする必要がある。

前記（４）の手段によれば、素子抵抗を高くしないでＦＦＰを改善できる。前記効果を得るためには、ＦＦＰ改善効果と素子抵抗値を考慮すると、前記メサ幅よりも小さくなる前記メサコンタクト層の長さを３０〜１００μｍ程度にする必要がある。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１乃至図１０は本発明の実施例１である半導体レーザ素子及びその製造方法に係わる図である。図１乃至図３は半導体レーザ素子の構造に係わる図、図４乃至図９は半導体レーザ素子の製造方法に係わる図、図１０は半導体レーザ素子の光子密度分布及びキャリア密度を示すグラフである。

本実施例１では、０．６μｍ帯（発振波長が６３０〜６４０ｎｍ）の半導体レーザ素子（赤色半導体レーザ）の製造に本発明を適用した例について説明する。
本実施例１の半導体レーザ素子（半導体レーザチップ）１は、図１乃至図３に示す構造になっている。図１は半導体レーザ素子１の外観を示す模式的斜視図、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に沿う各断面図である。図３は半導体レーザ素子１のメサ部分の拡大断面図である。

半導体レーザ素子１は、図１及び図２に示すように、１００μｍ程度の厚さの半導体基板２を基にして製造されている。半導体基板２は、例えば、第１導電型（ｎ型）からなるＧａＡｓ基板である。半導体基板２の第１の面（図１乃至図３においては上面）には、図３に示すように、多層半導体層が形成されている。多層半導体層は、それぞれ半導体層からなり、ｎ型のクラッド層３、ｎ型の下ガイド層４、活性層５、第２導電型（ｐ型）の上ガイド層６、ｐ型の第１クラッド層７、ｐ型のエッチングストッパ層８、ｐ型の第２クラッド層９、ｐ型のコンタクト層１０と順次重なる構造になっている。

クラッド層３及び下ガイド層４はいずれもＡｌＧａＩｎＰからなっている。クラッド層３は厚さ５００ｎｍとなり、下ガイド層４は厚さ５０ｎｍとなっている。活性層５は、厚さ６ｎｍのＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層（障壁層）と、厚さ１２ｎｍのＩｎＧａＰからなるウェル層（井戸層）が交互に積層された多重量子井戸構造となっている。実施例では、バリア層は３層、ウェル層は２層になっている。上ガイド層６、第１クラッド層７、エッチングストッパ層８及び第２クラッド層９はいずれもＡｌＧａＩｎＰからなっている。厚さは、上ガイド層６が５０ｎｍ、第１クラッド層７が１００nm、エッチングストッパ層８が２０ｎｍ、第２クラッド層９が１μｍとなっている。コンタクト層１０は厚さ０．２μｍのＧａＡｓからなっている。多層成長層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって形成される。

一方、多層成長層の上面（半導体基板２の第１の面側）には、図１及び図２（ｃ）に示すように、平行に２本の溝（分離溝）１３ａ，１３ｂが設けられている。溝１３ａ，１３ｂは、図１に示すように、直交するＸＹ方向のうちのＹ方向に沿って延在している。また、図３に示すように、溝１３ａ，１３ｂは、溝底がエッチングストッパ層８になるように設けられている。従って、一対の溝１３ａ，１３ｂ間には第２クラッド層９及びコンタクト層１０が位置することになる。一対の溝１３ａ，１３ｂに挟まれる部分は、半導体基板２の一端から他端に亘って延在する帯状（ストライプ状）の突出したメサ（リッジ）１４を構成する。説明の便宜上、メサ１４の下部を形成する第２クラッド層９をメサ第２クラッド層９ａと呼称し、メサ１４の上部を形成するコンタクト層１０をメサコンタクト層１０ａと呼称する。

メサ第２クラッド層９ａの幅は一対の溝１３ａ，１３ｂ間の間隔と一致しメサ幅Ｗとなる。これに対して、一対の溝１３ａ，１３ｂ間に挟まれたメサコンタクト層１０ａの幅ａはメサ幅Ｗよりも小さく（狭く）なり、かつメサコンタクト層１０ａの縁の外側には所定長さに亘ってメサ第２クラッド層９ａの上面が露出する構造になっている。換言するならば、メサコンタクト層１０ａの溝１３ａ，１３ｂに臨む両側縁はメサ第２クラッド層９ａの溝１３ａ，１３ｂに臨む両側縁よりもメサ１４のメサ中央側に所定距離引っ込んでいる。

メサ１４において、例えば、メサ幅Ｗは４〜５μｍであり、メサコンタクト層１０ａの幅（メサコンタクト層幅）ａは２〜３μｍである。また、メサコンタクト層１０ａの縁から外れて露出するメサ第２クラッド層９ａの露出長さｂ、即ち、メサコンタクト層１０ａの引っ込む長さｂは０．５μｍである。メサ第２クラッド層９ａの露出長さｂは０．５μｍ以上が必要である。また、溝１３ａ，１３ｂの幅はそれぞれ１０μｍ程度になっている。

半導体レーザ素子１の上面側には絶縁膜１５が設けられている。この絶縁膜１５は、図２（ｃ）に示すように、メサ１４の側面及び溝１３ａ，１３ｂ並びに溝１３ａ，１３ｂの外側に位置するコンタクト層１０を覆っている。メサ１４の側面とは、メサ第２クラッド層９ａの側面及びメサコンタクト層１０ａの側面である。従って、メサコンタクト層１０ａの縁から外れて露出するメサ第２クラッド層９ａの上面も絶縁膜１５によって覆われている。図２（ｃ）及び図３に示すように、メサ１４の上面、即ち、メサコンタクト層１０ａの上面は絶縁膜１５から露出する。

一方、絶縁膜１５上には、所定パターンに導体層が設けられている。導体層は、図１では点々を施した領域で示してある。導体層の一つは、図１に示すように、メサ１４の上面に重なり、メサ１４に電気的に接続された状態になる第２電極（ｐ電極）１７を形成する。ｐ電極１７は一対の溝１３ａ，１３ｂの外側のコンタクト層１０の途中部分まで延在している。また、溝１３ｂの外側の平坦部分（フィールド部）にも広い面積で導体層が設けられている。この広い面積の導体層は、ワイヤを接続するボンディングパッド１８を構成する。このボンディングパッド１８とｐ電極１７は細い連結部１９で電気的に接続されている。従って、ボンディングパッド１８及び連結部１９もｐ電極１７となる。また、溝１３ａから外れた左側の絶縁膜１５上にも独立して導体層が形成されている。この導体層は固定用導体部２０となる。固定用導体部２０とｐ電極１７は、半導体レーザ素子１をジャンクションダウン（ｐｎ接合を下側にする状態）でヒートシンク等の基板に固定する際、固定用の導体層として使用される。

また、半導体レーザ素子１の両端近傍には、三角形状に導体層が形成されている。この導体層はマーク２１となる。このマーク２１は、半導体レーザ素子１の製造において、半導体ウエハを劈開して半導体レーザ素子１を製造するときの目安として使用されるとともに、このマーク２１が存在する端面側がレーザ光を出射する前方出射面となる。図１では手前側の面が前方出射面となる。

他方、図１及び図２に示すように、半導体基板２の第１の面の反対面となる第２の面（図１及び図２では下面）には第１電極（ｎ電極）２２が形成されている。

このような半導体レーザ素子１において、メサ１４に対応する活性層５部分及びその活性層５の上下の層部分によって形成される細長い領域が共振器を形成することになる。共振器は図１においてＹ方向に沿って延在することになる。従って、ｐ電極１７とｎ電極２２間に所定の電圧を印加することによって、図２（ａ）に示すように、共振器の両端面（出射面）からレーザ光２３を出射する。

また、図示しないが、一般に両出射面には所定の屈折率の膜がそれぞれ形成され、出射されるレーザ光の出力が異なるようになっている。出力の大きい側を前方出射面とし、出力の小さい側を後方出射面としてレーザ光強度をモニターする光を取り出す面として使用している。

このような半導体レーザ素子１において、メサ幅Ｗが４〜５μｍとなる場合、効果的に電源を給電するためにはメサコンタクト層幅ａは２〜３μｍが必要になる。また、メサコンタクト層１０ａの縁側に露出するメサ第２クラッド層９ａの露出長さｂは、クラッド層９での横方向電流広がりを考慮すると、少なくとも０．５μｍは必要である。
つぎに、半導体レーザ素子１の製造方法について、図４乃至図９を参照しながら説明する。半導体レーザ素子１の製造においては、半導体基板２５が準備される。この半導体基板２５は、その第１の面に多層成長層が形成され、かつ各加工処理がなされ、製造の最終段階において劈開と分割がなされる。この劈開と分割によって複数の半導体レーザ素子１が製造される。このような半導体基板２５は、一般に半導体ウエハ２６と呼称される。半導体ウエハ２６は最初は半導体基板２５そのものであるが、製造各工程を経た段階では多層成長層を有し、各部が順次加工処理された構造となる。説明においては、劈開と分割がなされるまで半導体ウエハ２６と呼称する。劈開と分割がなされて形成される半導体レーザ素子１においては、半導体基板２５は半導体基板２となる。また、以下の説明では、半導体ウエハ２６の単一の半導体レーザ素子部分を図示しながら説明する。

最初に半導体ウエハ２６を準備する。図９は加工処理が進んだ半導体ウエハ２６を示す模式的平面図である。円形の半導体ウエハ２６の一部は直線的に切り欠かれてオリエンテーションフラット２７が形成されている。このオリエンテーションフラット２７はＸ方向に沿って延在している。このＸ方向に対して直交する方向がＹ方向である。図９のＸＹ方向は図１のＸＹ方向に対応している。半導体ウエハ２６は、厚さ数百μｍの第１導電型（ｎ導電型）のＧａＡｓからなる半導体基板２５で構成されている。この半導体基板２５はＳｉを不純物とし、不純物濃度が２．０×１０^１８ｃｍ^−３程度となっている。半導体基板２５の第１の面、即ち、半導体ウエハ２６の第１の面は（１００）結晶面となっている。
つぎに、半導体ウエハ２６の第１の面にＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法で順次半導体層を形成し、多層成長層を形成する。これら半導体層は、図４（ａ）に示すように、半導体基板２５の第１の面上に順次重ねて形成されるｎ型のクラッド層３、ｎ型の下ガイド層４、活性層５、ｐ型の上ガイド層６、ｐ型の第１クラッド層７、ｐ型のエッチングストッパ層８、ｐ型の第２クラッド層９、ｐ型のコンタクト層１０となる。

クラッド層３は厚さ５００ｎｍのＡｌＧａＩｎＰで形成する。下ガイド層４は厚さ５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰで形成する。活性層５は、厚さ６ｎｍのＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層（障壁層）と、厚さ１２ｎｍのＩｎＧａＰからなるウェル層（井戸層）が交互に積層された多重量子井戸構造となっている。実施例では、バリア層は３層、ウェル層は２層になっている。上ガイド層６は厚さ５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰで形成する。第１クラッド層７は厚さ１００ｎｍのＡｌＧａＩｎＰで形成する。エッチングストッパ層８は厚さ２０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰで形成する。第２クラッド層９は厚さ１μｍのＡｌＧａＩｎＰで形成する。コンタクト層１０は厚さ０．２μｍのＧａＡｓで形成する。

つぎに、多層半導体層上にエッチングマスク３０を形成する。エッチングマスク３０を形成するため、図４（ｂ）に示すように、コンタクト層１０上に厚さ０．３μｍの絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）３１及びホトレジスト膜３２を形成する。ついで、ホトレジスト膜３２を選択的にエッチングして１本のストライプ状のメサ形成用ホトレジスト膜３３と、このメサ形成用ホトレジスト膜３３の両側に所定の距離離れて位置するフィールド形成用ホトレジスト膜３４とからなるホトレジストマスク３５を並列に複数形成する。その後、このホトレジストマスク３５をエッチング用マスクとしてＳｉＯ_２膜からなる絶縁膜３１を常用のエッチャントを用いてエッチングして選択的に除去する。この結果、図４（Ｃ）に示すように、メサ形成用ホトレジスト膜３３の下にはメサ形成用エッチングマスク３７が形成され、フィールド形成用ホトレジスト膜３４の下にはフィールド形成用エッチングマスク３８が形成される。メサ形成用エッチングマスク３７とフィールド形成用エッチングマスク３８とによってエッチングマスク３０が形成される。エッチングマスク３０を形成した後はホトレジストマスク３５を除去する。

メサ形成用エッチングマスク３７の幅は、例えば、メサ幅Ｗと同じ寸法である。メサ形成用エッチングマスク３７とフィールド形成用エッチングマスク３８との間の距離は溝１３ａ，１３ｂの幅と同じ寸法である。例えば、メサ形成用エッチングマスク３７とフィールド形成用エッチングマスク３８との間の距離は１０μｍ程度である。図４〜図７において示す一点鎖線間が単一の半導体レーザ素子１が製造される部分（製品形成部）である。図４（ｂ）に示すように、フィールド形成用ホトレジスト膜３４は隣接する製品形成部のフィールド形成用ホトレジスト膜３４と一体となるように連なって形成されるため、図４（ｃ）に示すように、フィールド形成用エッチングマスク３８も隣接する製品形成部のフィールド形成用エッチングマスク３８と一体となり連なっている。

つぎに、図５（ａ）に示すように、エッチングマスク３０をマスクとし、ウエットエッチングによってコンタクト層１０をエッチングする。このウエットエッチングにおいては、エッチングマスク３０の縁から内側に向かってサイドエッチングされるようにエッチング時間を長くする。サイドエッチは、エッチングマスク３０の縁から内側に向かって、寸法ｂの長さのサイドエッチングをする。サイドエッチ長さは、例えば、０．５μｍ程度である。エッチング時間はサイドエッチングさせないエッチング時間１分に対して２分と長くなる。しかし、このエッチング時間の増大は半導体レーザ素子の製造コストを上昇させるほどの時間でもない。

つぎに、図５（ｂ）に示すように、エッチングマスク３０をマスクとし、ドライエッチングによって第２クラッド層９をエッチングする。エッチングは第２クラッド層９の下層となるエッチングストッパ層８が現れるまで行う。ドライエッチングによるため、エッチングマスク３０の下奥に引っ込んだコンタクト層１０はエッチングされない。これにより、メサ形成用エッチングマスク３７とフィールド形成用エッチングマスク３８との間の間隔を幅とする溝１３ａ，１３ｂが形成できる。メサ形成用エッチングマスク３７の下の一対の溝１３ａ，１３ｂ間の第２クラッド層９及びコンタクト層１０がメサ１４を形成することになる。説明の便宜上、メサ形成用エッチングマスク３７の下に形成される第２クラッド層９をメサ第２クラッド層９ａと呼称し、コンタクト層１０をメサコンタクト層１０ａと呼称する。

一対の溝１３ａ，１３ｂで両側を規定されるメサ第２クラッド層９ａの幅がメサ幅Ｗとなる。また、メサコンタクト層１０ａの縁とメサ第２クラッド層９ａの縁との間隔はサイドエッチの長さｂとなる。メサ幅Ｗと、メサコンタクト層１０ａの縁とメサ第２クラッド層９ａの縁との間隔ｂ及びメサコンタクト層１０ａの幅ａは既に説明した図３のようになる。溝１３ａ，１３ｂを形成した後、メサ形成用エッチングマスク３７及びフィールド形成用エッチングマスク３８からなるエッチングマスク３０を除去する。

図９は溝１３ａ，１３ｂを形成することによってメサ１４が複数並列に形成されたことを示す模式的平面図である。メサ１４はそれぞれＹ方向に沿って延在している。

つぎに、半導体ウエハ２６（半導体基板２５）の第１の面側への絶縁層形成と前記絶縁層の選択的エッチングによって、少なくともメサコンタクト層１０ａの上面を露出させ半導体ウエハ２６の他の第１の面側を覆う絶縁層を形成する。この絶縁膜の形成においては、図５（ｃ）に示すように、半導体ウエハ２６の第１の面側全域に絶縁膜１５を形成する。また、図６（ａ）に示すように、絶縁膜１５上全域にホトレジスト膜４２を形成する。つぎに、このホトレジスト膜４２を常用のホトリソグラフィ技術によって露光・現像を行って、図６（ｂ）に示すように、エッチングマスク４３を形成する。エッチングマスク４３では各メサ１４の真上が開口（開口部４４）される。つぎに、半導体ウエハ２６の第１の面側はウエットエッチングされる。この結果、エッチングマスク４３の開口部４４に露出する絶縁膜１５部分がエッチング除去されるため、図６（ｃ）に示すように、メサ１４上のメサコンタクト層１０ａの上面が絶縁膜１５から露出するようになる。

絶縁膜１５は、図６（ｃ）に示すように、メサ１４の側面及び溝１３ａ，１３ｂ並びに溝１３ａ，１３ｂの外側に位置するコンタクト層１０を覆っている。メサ１４の側面とは、メサ第２クラッド層９ａの側面及びメサコンタクト層１０ａの側面である。従って、メサコンタクト層１０ａの縁から外れて露出するメサ第２クラッド層９ａの上面も絶縁膜１５によって覆われている。絶縁膜１５は、例えば、厚さ０．５μｍのＳｉＯ_２膜で形成される。

つぎに、半導体ウエハ２６（半導体基板２５）の第１の面側に選択的に導体層を形成する。この導体層によって図１を用いて説明した第２電極（ｐ電極）１７、ボンディングパッド１８、連結部１９及び固定用導体部２０を形成する。各メサコンタクト層１０ａはｐ電極１７に電気的に接続される。また、図示はしないが、半導体ウエハ２６を劈開及び分割して半導体レーザ素子１とする素子領域の表面には、マーク２１が導体層によって形成される（図１参照）。マーク２１は半導体ウエハを劈開して半導体レーザ素子１を製造するときの目安として使用されるとともに、このマーク２１が存在する端面側がレーザ光を出射する前方出射面となる。

つぎに、数百μｍの厚さの半導体基板２５の第２の面を研削して全体の厚さを１００μｍ程度の厚さにした後、図７（ｂ）に示すように、半導体基板２５の第２の面に第１電極（ｎ電極）２２を形成する。

つぎに、半導体ウエハ２６をメサ１４の延在方向であるＹ方向に直交するＸ方向に沿って劈開する。劈開ピッチは半導体レーザ素子１の共振器長さとなる。これにより、図８（ａ）に示すような短冊体５０が複数形成される。図８（ａ）で示す１本の短冊体５０は説明用の模式図である。

つぎに、図示はしないが、短冊体５０の両劈開面に所定の屈折率を有する膜をそれぞれ形成する。出射されるレーザ光の光出力が大きい前方出射面には反射率の小さい膜が形成され、光出力の小さい後方出射面には反射率の大きい膜を形成する。

つぎに、短冊体５０をメサ１４（図８では省略、図７（ｂ）参照）とメサ１４との間で分割して１本のメサ１４を中央に有する半導体レーザ素子１を製造する。分割は、図８（ａ）に示すように、Ｙ方向に沿って行われる。図８（ａ）で示す点線部分は分割する面（分割面５１）を示すものである。そして、隣接する一対の分割面５１の間の部分が半導体レーザ素子１となる素子部分５２である。分割処理によって、図８（ｂ）に示すように半導体レーザ素子１が複数形成される。図８（ｂ）に示す半導体レーザ素子１は、共振器１１の両端の出射面からレーザ光２３を出射するようになる。図８（ｂ）は半導体レーザ素子１の模式図である。半導体レーザ素子１は図１に示すような外観となる。

図１０は実施例１による半導体レーザ素子１がレーザ発振した状態におけるメサ部分（メサ幅Ｗ）のキャリア密度及び光子密度の分布を示すグラフである。グラフは下から上に向かって１段目、２段目、３段目及び４段目と示してある。

最上段のグラフ（４段目のグラフ）は、閾値付近のキャリア密度の分布を示すグラフである。このグラフからわかるように、閾値付近のキャリア密度分布はメサ中央部のキャリア密度が高くなる。そして、キャリアは拡散によって横方向に広がる。この結果、キャリア密度分布はガウシアン形状となる。

３段目のグラフは、閾値近傍の光子密度分布を示すグラフである。閾値近傍では誘導放出によるキャリア減少分が小さいため、キャリア変動による屈折率変動を考慮する必要がないので、光子密度分布はほぼガウシアンとなる。

２段目のグラフ及び１段目のグラフは出力増加時のキャリア密度分布及び光子密度分布を示すグラである。２段目のキャリア密度分布及び１段目の光子密度分布も共に分布はガウシアン形状となる。これは、中央部分の電流が大きいため、出力増加時のキャリア密度分布変動が小さいことによる。
本実施例１によれば以下の効果を有する。

（１）半導体レーザ素子１は、メサ幅Ｗを形成するメサ第２クラッド層９ａで光の閉じ込めを行い、メサ第２クラッド層９ａの中央部分に重ねて設けるメサ幅よりも幅が狭いメサコンタクト層１０ａで電流狭窄を行う構造になっている。即ち、光の閉じ込め及び電流狭窄をそれぞれ別々に制御することが可能になる。従って、レーザ発振時、電流狭窄制御によりメサ中央部のみ、注入キャリア密度を大きくし、メサ中央部分でのキャリア密度低下を抑制することができることから遠視野像の形状をピーク強度の１％程度の部分までガウシアン形状にすることができ、表示デバイスの光源と十分使用できるようになる。

即ち、活性層内での誘導放出によるキャリア消費は光子密度と利得の積であることから、キャリアの注入が一定である場合には、光子密度の高い領域でキャリアが減少するため、利得分布及び屈折率分布が変動する。従って、メサ幅（メサ第２クラッド層９ａの幅）の中央にメサ幅Ｗよりも幅が小さいメサコンタクト層１０ａを有する本発明の半導体レーザ素子１では、メサコンタクト層１０ａのみに電流が給電されることから、メサ幅中央に対応する光子密度が高い領域の活性層５には注入キャリアを多くし、メサ幅両側に対応する光子密度が低い領域の活性層５には注入キャリアを少なくすることができるため、キャリア分布の変動を抑制することができる。この結果、安定した導波モードが得られ、遠視野像形状の改善が達成できることになる。

このような本発明の半導体レーザ素子をレベラー、ポインター等の表示デバイスの光源として使用した場合、半導体レーザの遠視野像の形状をピーク強度の１％程度の部分までガウシアン形状にすることができるため、スクリーン等に投影したラインあるいはスポットの形状が改善され、十分使用に供することができるようになる。

ここで、本発明と特許文献２（特開平１１−３５４８８２号公報）に記載の発明（半導体レーザ）との違いについて説明する。

特許文献２の発明（半導体レーザ）は、クラッド部を２段メサ構造とすることで電流狭窄するという発明である。しかし、この発明では、コンタクト層のみの狭窄によって電流狭窄を行うことについては記載されておらず、かつ上述した効果については触れられていない。

また、特許文献２の発明では、クラッドを２段メサ構造としているが、この構造では、レーザ内部の光はクラッドへ広がるため、上部の幅の狭いリッジの影響を受ける可能性が高い。しかし、本発明では光の広がりに対してクラッドを十分厚くできるため、このようなことは起きない。

また、特許文献２には、「電極幅のみを狭くした場合には、十分な電流狭窄効果が得られない。」と記載されている。コンタクト層はＧａＡｓであり、他の層よりも低抵抗である。従って、メサ第２クラッド層の幅（メサ幅）よりもメサコンタクト層の幅を小さくした本発明の構造の場合、コンタクト層内での電流広がりが大きいため、電極幅のみの狭窄化では効果が小さいが、コンタクト層の狭窄化であれば一定の電流狭窄効果が得られることになる。

（２）メサ１４はメサ第２クラッド層９ａとこのメサ第２クラッド層９ａ上のメサコンタクト層１０ａで形成されている。そして、メサコンタクト層１０ａはメサ第２クラッド層９ａよりも幅が狭く、かつメサ第２クラッド層９ａの中央に位置する構造になっている。このようなメサコンタクト層１０ａの幅がメサ第２クラッド層９ａの幅よりも狭いメサ１４の形成方法は、メサコンタクト層１０ａの幅がメサ第２クラッド層９ａの幅と同じ幅となる従来のメサの形成方法に比較して大幅に工程数が増大することもなく製造コストの高騰を招くことがない。

即ち、従来のメサ形成ではコンタクト層をウエットエッチング後にドライエッチングを実施する。そこで、コンタクト層をエッチングする時間を変更するのみでコンタクト層の狭窄化が可能になる。本発明の半導体レーザ素子１の製造方法においては、コンタクト層１０をサイドエッチングするため、ウエットエッチング時間を、例えば、従来の１分程度から２分程度と増大させる。これにより、エッチングマスク３０の縁下までエッチング（サイドエッチング）がなされる。その後前記エッチングマスク３０をマスクとしてドライエッチングして溝１３ａ，１３ｂを形成することによってメサコンタクト層１０ａの幅よりも広い幅（メサ幅）を有するメサ第２クラッド層９ａを形成することができる。従って、本発明は、コンタクト層の狭小化を図る構造になるとは言え、製造工程も増えることがなく、製造コスト高騰を抑えることができる。

図１１は本発明の実施例２である半導体レーザ素子におけるメサを構成するメサ第２クラッド層及びメサコンタクト層の配置関係を示す模式的平面図である。

実施例１の半導体レーザ素子１においては、メサ１４のメサ長さの全長に亘ってメサコンタクト層１０ａを設けている。実施例２の半導体レーザ素子１は、メサ長さの両端面において、少なくとも一端面では端面から所定の長さｄに亘ってメサコンタクト層１０ａが設けられていない部分が存在することが特徴である。メサコンタクト層１０ａを設けない端面は前方出射面である。図１１（ａ）はメサ長さの両端側にメサコンタクト層１０ａを設けない構成であり、図１１（ｂ）はメサ長さの一端側にメサコンタクト層１０ａ（図において点々を付して示す部分）を設けない構成である。メサ幅Ｗ（メサ第２クラッド層９ａの幅）、メサコンタクト層１０ａの幅ａ及びメサコンタクト層１０ａの端側に露出するメサ第２クラッド層９ａの長さｂの関係は実施例１と同様である。

実施例２の半導体レーザ素子１は実施例１の半導体レーザ素子１が有する効果に加えて下記の効果を有する。即ち、前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層が設けられていない部分が存在することから、端面部分への注入電流が減少するため、信頼性が高くなる。前記効果を得るためには、クラッドでの電流広がりよりもｄの十分長くしなければならない。故に前記メサコンタクト層が設けられていない部分の長さｄを５〜１０μｍにする必要がある。

図１２は本発明の実施例３である半導体レーザ素子におけるメサを構成するメサ第２クラッド層及びメサコンタクト層の配置関係を示す模式的平面図である。

実施例３の半導体レーザ素子１は、実施例１の半導体レーザ素子１において、一端面側、例えば、前方出射面側ではメサコンタクト層１０ａ（図において点々を付して示す部分）の幅を他の前記メサコンタクト層部分の幅よりもｆと一段細くしてある。ＦＦＰ改善のためには、前方出射面部のＮＦＰのみを改善すれば良いため、前方出射面側のみメサコンタクト層１０ａをｆ（例えば、ｆ＝１μｍ）と細くする。そして、図１２（ａ）の例では、後方出射面側は素子抵抗低減のために、メサコンタクト層１０ａの幅はａと広くなっている。なお、前方出射面側でのＦＦＰ改善を図るためには、導波モードを変換するための長さとして、ｆと細くなるメサコンタクト層１０ａの長さを３０〜１００μｍにする必要がある。

これに対して図１２（ｂ）で示す例では、後方出射面側もｆと狭くしてある。マスク設計上、前端面と後方端面の幅が同じであったほうが都合がいいためである。

図１３は本発明の実施例４である半導体レーザ素子におけるメサとメサを構成するメサコンタクト層の配置関係を示す模式的平面図である。

実施例４の半導体レーザ素子１は、メサ１４の一端側（前方出射面側）または両端側（前方出射面側及び後方出射面側）でメサコンタクト層１０ａ（図において点々を付して示す部分）がメサ第２クラッド層９ａよりもｆと幅が狭くなるが、他の部分ではメサ第２クラッド層９ａの幅とメサコンタクト層１０ａの幅は同じでかつ一致して重なりあっている。メサコンタクト層１０ａの幅がメサ第２クラッド層９ａの幅よりも小さい端面側では注入電流が減少するため端面劣化の可能性が小さくなり、信頼性が改善される。また、メサコンタクト層１０ａの幅とメサ第２クラッド層９ａの幅が同じ幅でかつ一致して重なっている部分では、注入電流がメサ第２クラッド層９ａの全幅に供給できる効果がある。

図１３（ａ）の例では、後方出射面側も素子抵抗低減のためにメサコンタクト層１０ａの幅をメサ第２クラッド層９ａの幅に一致させてある。なお、前方出射面側でのＦＦＰ改善を図るためには、導波モードを変換するための長さとして、ｆと細くなるメサコンタクト層１０ａの長さを３０〜１００μｍにする必要がある。

これに対して図１３（ｂ）で示す例では、後方出射面側もｆと狭くしてある。これはマスク設計上、前端面と後方端面の幅が同じであったほうが都合がいいためである。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。実施例では、多層半導体層に下ガイド層、上ガイド層及びエッチングストッパ層を含んでいるが、他の層構成であってもよい。しかし、半導体レーザ素子１の製造のためには、多層半導体層として、第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のコンタクト層が少なくとも必要である。

本発明の実施例１である半導体レーザ素子の模式的斜視図である。 図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 前記半導体レーザ素子のメサ部分の拡大断面図である。 本発明の実施例１である半導体レーザ素子の製造方法において、ウエハの第１の面に多層半導体層を形成する工程から多層半導体層の最上層のコンタクト層をエッチングする際使用するエッチングマスクを形成する工程までを示すウエハの一部を示す模式的断面図である。 前記半導体レーザ素子の製造方法において、コンタクト層をエッチングする工程、溝形成によってリッジを形成する工程及び絶縁膜を形成する工程を示すウエハの一部を示す模式的断面図である。 前記半導体レーザ素子の製造方法において、前記絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクト層を露出させる工程を示すウエハの一部を示す模式的断面図である。 前記半導体レーザ素子の製造方法において、ウエハの第１の面側に第２の電極を形成する工程からウエハの第２の面に第１の電極を形成する工程までを示すウエハの一部を示す模式的断面図である。 前記半導体レーザ素子の製造方法において、ウエハを所定間隔で劈開して短冊体を形成し、さらに短冊体を分割して半導体レーザ素子を形成する工程を示す斜視図である。 前記半導体レーザ素子の製造方法において、溝を形成した後のウエハの第１の面側を示す模式的平面図である。 前記半導体レーザ素子の光子密度分布及びキャリア密度を示すグラフである。 本発明の実施例２である半導体レーザ素子におけるメサとメサを構成するメサコンタクト層の配置関係を示す模式的平面図である。 本発明の実施例３である半導体レーザ素子におけるメサとメサを構成するメサコンタクト層の配置関係を示す模式的平面図である。 本発明の実施例４である半導体レーザ素子におけるメサとメサを構成するメサコンタクト層の配置関係を示す模式的平面図である。 本発明に先立って検討した半導体レーザ素子の模式的断面図である。 図１４の一部を示す拡大断面図である。 本発明に先立って検討した前記半導体レーザ素子の光子密度分布及びキャリア密度を示すグラフである。 本発明に先立って検討した前記半導体レーザ素子の２例における、遠視野像の相対強度分布及び近視野像の強度分布を示すグラフである。

符号の説明

１…半導体レーザ素子、２…半導体基板、３…クラッド層、４…下ガイド層、５…活性層、６…上ガイド層、７…第１クラッド層、８…エッチングストッパ層、９…第２クラッド層、９ａ…メサ第２クラッド層、１０…コンタクト層、１０ａ…メサコンタクト層、１１…共振器、１３ａ，１３ｂ…溝、１４…メサ、１５…絶縁膜、１７…第２電極（ｐ電極）、１８…ボンディングパッド、１９…連結部、２０…固定用導体部、２１…マーク、２２…第１電極（ｎ電極）、２３…レーザ光、２５…半導体基板、２６…半導体ウエハ、２７…オリエンテーションフラット、３０…エッチングマスク、３１…絶縁膜、３２…ホトレジスト膜、３３…メサ形成用ホトレジスト膜、３４…フィールド形成用ホトレジスト膜、３５…ホトレジストマスク、３７…メサ形成用エッチングマスク、３８…フィールド形成用エッチングマスク、３９…溝形成用マスク、４２…ホトレジスト膜、４３…エッチングマスク、４４…開口部、５０…短冊体、５１…分割面、５２…素子部分、７０…半導体レーザ素子、７１…半導体基板、７２…ｎ型クラッド層、７３…活性層、７４…ｐ型第２クラッド層、７５…ｐ型第１クラッド層、７６…コンタクト層、７７…溝、７８…メサ、７９…絶縁膜、８０…アノード電極（ｐ型電極）、８１…カソード電極（ｎ型電極）。

Claims (16)

1. 第１導電型からなる半導体基板と、
   前記半導体基板の第１の面に形成される第１導電型の半導体層からなるクラッド層と、
   前記クラッド層に重ねて形成される半導体層からなる活性層と、
   前記活性層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第２クラッド層と、
   前記第２クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなるコンタクト層と、
   前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第２クラッド層の所定深さに形成される２本の溝と、
   前記２本の溝にそれぞれ挟まれ、かつ前記第２クラッド層で形成されるメサ第２クラッド層及び前記コンタクト層で形成されるメサコンタクト層からなり、かつ前記２本の溝に挟まれる前記メサ第２クラッド層の幅をメサ幅とし、前記溝の長さをメサ長さとするメサと、
   前記メサの上面を除いて前記溝及び前記コンタクト層を覆う絶縁膜と、
   前記半導体基板の前記第１の面の反対面となる裏面に重ねて形成される第１電極と、
   前記メサの上面及び前記絶縁膜に重ねて形成される第２電極とを有し、
   前記メサコンタクト層の前記溝間の幅は前記メサ幅よりも小さくなり、前記メサコンタクト層の前記溝に臨む両側縁は前記メサ第２クラッド層の前記溝に臨む両側縁よりも前記メサ中央側に所定距離引っ込み、かつ前記メサコンタクト層の縁から外れて露出する前記メサ第２クラッド層の上面は前記絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層が設けられていない部分が存在す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。
3. 前記メサコンタクト層が設けられていない部分は５〜１０μｍ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。
4. 前記メサ長さの両端面において、少なくとも一端面では前記端面から所定の長さに亘って前記メサコンタクト層の幅が他の前記メサコンタクト層部分の幅よりも一段細くなっ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。
5. 前記半導体レーザ素子のレーザ光を出射する出射面のうちの前方出射面側に設けられる前記一段細くなる前記メサコンタクト層の長さは３０〜１００μｍであ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。
6. 前記メサコンタクト層の側縁と前記メサ第２クラッド層の側縁との距離は０．５μｍ以上であ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。
7. 前記メサ第２クラッド層の前記溝間の幅は３．０μｍ以上であ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。
8. 前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間には、前記第２クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い半導体層からなるエッチングストッパ層が形成され、かつ前記溝の底面は前記エッチングストッパ層で形成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。
9. 前記活性層と前記クラッド層との間には、第１導電型の半導体層からなる下ガイド層が形成され、
   前記活性層と前記第１クラッド層との間には、第２導電型の半導体層からなる上ガイド層が形成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。
10. 前記活性層は多重量子井戸構造であ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。
11. 第１導電型からなる半導体基板と、
    前記半導体基板の第１の面に形成される第１導電型の半導体層からなるクラッド層と、
    前記クラッド層に重ねて形成される半導体層からなる活性層と、
    前記活性層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第１クラッド層と、
    前記第１クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなる第２クラッド層と、
    前記第２クラッド層に重ねて形成される第２導電型の半導体層からなるコンタクト層と、
    前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第２クラッド層の所定深さに形成される２本の溝と、
    前記２本の溝にそれぞれ挟まれ、かつ前記第２クラッド層で形成されるメサ第２クラッド層及び前記コンタクト層で形成されるメサコンタクト層からなり、かつ前記２本の溝に挟まれる前記メサ第２クラッド層の幅をメサ幅とし、前記溝の長さをメサ長さとするメサと、
    前記メサの上面を除いて前記溝及び前記コンタクト層を覆う絶縁膜と、
    前記半導体基板の前記第１の面の反対面となる裏面に重ねて形成される第１電極と、
    前記メサの上面及び前記絶縁膜に重ねて形成される第２電極とを有し、
    前記メサコンタクト層の前記溝間の幅は、前記メサ長さの両端面の少なくとも一端面側では前記メサ幅よりも小さくなり、他の部分のメサコンタクト層の幅は前記メサ幅と同じになり、前記メサ幅よりも小さい前記メサコンタクト層の前記溝に臨む両側縁は前記メサ第２クラッド層の前記溝に臨む両側縁よりも前記メサ中央側に所定距離引っ込み、かつ前記メサコンタクト層の縁から外れて露出する前記メサ第２クラッド層の上面は前記絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体レーザ素子。
12. 前記半導体レーザ素子のレーザ光を出射する出射面のうちの前方出射面側に設けられる前記メサ幅よりも小さくなる前記メサコンタクト層の長さは３０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ素子。
13. （ａ）第１導電型からなる半導体基板を準備する工程、
    （ｂ）前記半導体基板の第１の面に、第１導電型からなるクラッド層、活性層、第２導電型からなる第１クラッド層、第２導電型からなる第２クラッド層及び第２導電型からなるコンタクト層を順次積層形成する工程、
    （ｃ）前記コンタクト層上への酸化膜形成と前記酸化膜の選択的エッチングによって、前記コンタクト層上に１本のストライプ状のメサ形成用エッチングマスクと、このメサ形成用エッチングマスクの両側に所定の距離離れて位置するフィールド用エッチングマスクとからなる溝形成用マスクを並列に複数形成する工程、
    （ｄ）前記溝形成用マスクをエッチングマスクとして前記コンタクト層をウエットエッチングして少なくとも前記メサ形成用エッチングマスクの下に周縁が前記メサ形成用エッチングマスクの周縁から所定距離内側に位置するメサコンタクト層を形成する工程、
    （ｅ）前記溝形成用マスクをエッチングマスクとして前記第２クラッド層の表面から前記第２クラッド層の所定深さに至るまでドライエッチングを行い、前記メサ形成用エッチングマスクと前記フィールド用エッチングマスクとの間にそれぞれ溝を形成して前記メサ形成用エッチングマスク下にストライプ状のメサを形成する工程、
    （ｆ）前記半導体基板の前記第１の面側への絶縁層形成と前記絶縁層の選択的エッチングによって、少なくとも前記メサコンタクト層の上面を露出させ前記半導体基板の他の前記第１の面側を覆う絶縁層を形成する工程、
    （ｇ）前記半導体基板の前記第１の面側に前記各メサコンタクト層に電気的に接続される第２電極を形成する工程、
    （ｈ）前記半導体基板の前記第１の面の反対面となる第２の面に第１電極を形成する工程、
    （ｉ）前記メサの長手方向に直交する方向に前記半導体基板を所定間隔で劈開して複数の短冊体を形成する工程、
    （ｊ）前記短冊体を前記メサに沿う方向にかつ前記メサと前記メサとの間で分割して１本のメサを有する半導体レーザ素子を製造する工程、
    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。
14. 前記工程（ｂ）では、
    前記半導体基板の前記第１の面に、第１導電型からなるクラッド層、活性層、第２導電型からなる第１のクラッド層、第２導電型からなるエッチングストッパ層、第２導電型からなる第２のクラッド層及び第２導電型からなるコンタクト層を順次積層形成し、かつ前記エッチングストッパ層は前記第２の第２導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質で形成し、
    前記工程（ｅ）では、
    前記溝の底を前記エッチングストッパ層で形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
15. 前記工程（ｂ）では、
    前記半導体基板の前記第１の面に、第１導電型からなるクラッド層、第１導電型からなる下ガイド層、活性層、第２導電型からなる上ガイド層、第２導電型からなる第１のクラッド層、第２導電型からなるエッチングストッパ層、第２導電型からなる第２のクラッド層及び第２導電型からなるコンタクト層を順次積層形成し、かつ前記エッチングストッパ層は前記第２の第２導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質で形成し、
    前記工程（ｅ）では、
    前記溝の底を前記エッチングストッパ層で形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
16. 前記工程（ｂ）では、前記活性層を多重量子井戸構造に形成することを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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