JP2010287738A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の増大を抑えつつ、信頼性を高めることの可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】基板１０表面の絶縁層２０の開口３０Ａ上に、下部クラッド層２２と、活性層２３と、上部クラッド層３４と、コンタクト層２８とが順に形成されている。下部クラッド層２２の上面３２Ａの幅Ｗ２が絶縁層２０の開口３０Ａの幅Ｗ１よりも大きくなっており、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３が下部クラッド層２２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも大きくなっている。上部クラッド層３４が下部クラッド層２２および活性層２３を側面からも覆っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば記録型ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の光源として好適に利用可能な半導体発光素子に関する。

一般に、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスクへの書き込みには、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子が用いられている。ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子では、例えば、特許文献１に記載されているように、絶縁マスクをストライプ状に配置することにより、電流狭窄を行うと共に、光を閉じ込めている。これにより、低消費電力化や、温度特性・信頼性の向上を可能とし、素子耐圧も高めることができる。

特開平１１−１６３４６３号公報

ところで、上記特許文献１の技術では、基板として（１００）面ＧａＡｓ基板、つまり、傾斜のない基板が用いられている。しかし、そのような基板を用いた場合には、ＡｌＧａＩｎＰやＧａＩｎＰが自然超格子を形成するので、信頼性の高いレーザを作製することができないという問題があった。信頼性を高めるためには、傾斜基板を用いることが必要となるが、傾斜基板を用いた場合には、リッジ形状が左右対称とならない。リッジ形状の非対称性によって、キンクレベルが下がるので、キンクレベルの低下に起因する出力低下を補うために投入電力を大きくした場合には、消費電力が増大してしまうという問題があった。

また、上記特許文献１の技術では、リッジを形成する際の下地層として、活性層上に、クラッド層と保護層が設けられている。これらの層は、リッジを形成する際の下地層が活性層となっている場合には活性層に含まれるＡｌが酸化される虞があることから活性層を保護する意味合いを有している。しかし、これらの層を活性層と保護層との間に設けた場合には、リッジが活性層から遠ざかるので、絶縁層で狭窄された電流が再び広がり、レーザ発振に寄与しない無効電流が発生する。その結果、消費電力が増大してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電力の増大を抑えつつ、信頼性を高めることの可能な半導体発光素子を提供することにある。

本発明の第１の半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ傾斜基板上に、第１導電型の下部クラッド層と、活性層と、絶縁層と、第２導電型の上部クラッド層とをＧａＡｓ傾斜基板側から順に備えたものである。絶縁層は、ＧａＡｓ傾斜基板の傾斜方向と直交する方向に延在する開口を有している。上部クラッド層は、Ａｌを含むＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、かつ開口との対向領域と、絶縁層の上面のうち開口の端縁との対向領域とに形成されている。

本発明の第１の半導体発光素子では、活性層と上部クラッド層との間に、ＧａＡｓ傾斜基板の傾斜方向と直交する方向に延在する開口を有する絶縁層が形成されている。このとき、上部クラッド層は、開口との対向領域と、絶縁層の上面のうち開口の端縁との対向領域とに形成されている。これにより、例えば、ＧａＡｓ傾斜基板の影響により、上部クラッド層の上面が、開口の延在方向と直交する方向に傾斜している場合であっても、上部クラッド層の上面の傾斜に起因するキンクレベルの低下が抑制される。

本発明の第２の半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ傾斜基板上に、第１導電型の下部クラッド層と、活性層と、絶縁層と、第２導電型の上部クラッド層とをＧａＡｓ傾斜基板側から順に備えたものである。絶縁層は、ＧａＡｓ傾斜基板の傾斜方向と直交する方向に延在する開口を有している。活性層は、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含まないＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、かつ絶縁層に接している。

本発明の第２の半導体発光素子では、活性層と上部クラッド層との間に、ＧａＡｓ傾斜基板の傾斜方向と直交する方向に延在する開口を有する絶縁層が形成されている。このとき、活性層は、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含まないＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、かつ絶縁層に接している。これにより、例えば、製造過程において、活性層を下地として、上部クラッド層などを形成した場合であっても、活性層が酸化されることがない。

本発明の第１の半導体発光素子によれば、上部クラッド層の上面が開口の延在方向と直交する方向に傾斜している場合であっても、上部クラッド層の上面の傾斜に起因するキンクレベルの低下を抑制できるようにした。これにより、消費電力の増大を抑えつつ、信頼性を高めることができる。

本発明の第２の半導体発光素子によれば、製造過程において、活性層を下地として、上部クラッド層などを形成した場合であっても、活性層が酸化されないようにした。これにより、消費電力の増大を抑えつつ、信頼性を高めることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。 図１の半導体レーザの製造方法について説明するための断面図である。 図２に続く工程について説明するための断面図である。 図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。 図１の半導体レーザの他の変形例の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。 図６の半導体レーザの製造方法について説明するための断面図である。 図７に続く工程について説明するための断面図である。 図６の半導体レーザの一変形例の断面図である。 図６の半導体レーザの他の変形例の断面図である。 図６の半導体レーザのその他の変形例の断面図である。

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態
・絶縁層の開口脇にも上部クラッド層が設けられている例（図１）
２．変形例
・リッジ脇に多結晶領域が設けられている例（図４）
・ダミーリッジが設けられている例（図５）
３．第２の実施の形態
・絶縁層の直上に活性層が設けられている例（図６）
４．変形例
・リッジ脇に多結晶領域が設けられている例（図９）
・ダミーリッジが設けられている例（図１０）
・絶縁層の開口脇に上部クラッド層が設けられていない例（図１１）

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成の一例を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスク用の６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）の光を端面(図示せず)から射出可能な端面発光型の半導体レーザである。この半導体レーザ１は、例えば、基板１０（ＧａＡｓ傾斜基板）上に、半導体層２０を備えたものであり、後述するように、半導体層２０中の保護層２５と、第２上部クラッド層２６との間に、開口３０Ａを有する絶縁層３０備えたものである。

基板１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板である。ここで、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。ＧａＡｓ基板において、結晶成長面である上面１０Ａが｛１００｝面となっている。ＧａＡｓ基板は、｛１００｝面が上面１０Ａにおいて＜１１１Ａ＞方向に所定の角度（例えば２度〜１０度の範囲内の角度）だけ傾斜した傾斜基板となっている。

半導体層２０は、４元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を含んでいる。ここで、４元系とは４種類の元素の混晶を意味しており、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素を含む化合物半導体を意味している。ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とは、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＰの合計４種類の元素を含む化合物半導体を意味している。

半導体層２０は、例えば、図１に示したように、ＧａＡｓ基板の＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状のリッジ形状となっている。このリッジ形状は、後述するように、１度の結晶成長で形成されたものである。従って、半導体層２０を形成するに際して、エッチング技術は使用されていない。

半導体層２０は、例えば、図１に示したように、バッファ層２１、下部クラッド層２２、活性層２３、第１上部クラッド層２４、保護層２５、第２上部クラッド層２６、中間層２７およびコンタクト層２８を基板１０側から順に含んでいる。なお、半導体層２０は、上で例示した層以外の層を含んでいてもよい。半導体層２０は、例えば、下部クラッド層２２と活性層２３との間や、活性層２３と第１上部クラッド層２４との間に、ガイド層などを含んでいてもよい。

バッファ層２１は、下部クラッド層２２などを結晶成長させる際の下地になるものであり、ｎ型ＧａＡｓを含んで構成されている。下部クラッド層２２は、バッファ層２１上に形成されたものであり、例えば、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。活性層２３は、下部クラッド層２２上に形成されたものであり、所望の発光波長（例えば６００ｎｍ帯の波長）に対応した禁制帯幅を有している。活性層２３は、例えば、アンドープＧａＩｎＰ、またはアンドープＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。活性層２３は、例えば、互いに組成の異なるＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造、または互いに組成の異なるＡｌＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造となっている。

なお、本明細書において「アンドープ」とは、対象となる半導体層を製造する際に不純物の原料を供給していないことを意味するものである。従って、「アンドープ」は、対象となる半導体層に不純物が全く含まれていない場合や、他の半導体層などから拡散してきた不純物がわずかに含まれている場合も含む概念である。

第１上部クラッド層２４は、活性層２３上に形成されたものである。この第１上部クラッド層２４は、後述の保護層２５を活性層２３から遠ざける目的で設けられたものであり、保護層２５によって光が引き出されたり、吸収されたりしてしまうのを防止する役割を有している。第１上部クラッド層２４は、Ａｌを含むＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んで構成されており、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。保護層２５は、第１上部クラッド層２４上に形成されたものである。この保護層２５は、製造過程において、活性層２３に含まれるＡｌが酸化されるのを防止するものであり、例えば、ｐ型ＧａＩｎＰを含んで構成されている。

上述したように、保護層２５と、第２上部クラッド層２６との間に絶縁層３０が設けられている。絶縁層３０は、基板１０の傾斜方向と直交する方向（ＧａＡｓ基板の＜１１１Ｂ＞方向）に延在する帯状の開口３０Ａを有している。開口３０Ａの幅は、例えば、１μｍ〜４μｍの範囲内となっている。また、絶縁層３０の厚さは、例えば、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内となっている。絶縁層３０は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂などの絶縁性材料によって構成されている。

第２上部クラッド層２６は、保護層２５および絶縁層３０上に形成されたものである。第２上部クラッド層２６は、絶縁層３０の開口３０Ａとの対向領域と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁との対向領域とに形成されており、帯状の形状となっている。第２上部クラッド層２６は、保護層２５のうち開口３０Ａの底面に露出している部分と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁とに接して形成されている。第２上部クラッド層２６のうち絶縁層３０の上面に接している部分の幅（せり出し幅）は、少なくとも２００ｎｍ以上となっており、好ましくは５００ｎｍ程度となっている。第２上部クラッド層２６は、Ａｌを含むＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んで構成されており、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。第２上部クラッド層２６は、第１上部クラッド層２４と同一の材料（または組成比）によって構成されていてもよいし、第１上部クラッド層２４と異なる材料（または組成比）によって構成されていてもよい。

第２上部クラッド層２６は、中間層２７およびコンタクト層２８と共に、リッジ部２９を構成している。第２上部クラッド層２６の幅、すなわち、リッジ部２９の幅は、開口３０Ａの幅よりも広くなっている。これは第２上部クラッド層２６がＡｌを含む材料からなり、製造過程において縦方向の結晶成長速度と横方向の結晶成長速度との差が全くないか、あったとしても僅かであるためである。

中間層２７は、第２上部クラッド層２６の上面に形成されたものであり、帯状の形状となっている。中間層２７は、第２上部クラッド層２６とコンタクト層２８とにおけるバンド構造の不連続性に起因する電圧降下を低減するものであり、例えば、ｐ型ＧａＩｎＰを含んで構成されている。中間層２７の幅は、第２上部クラッド層２６の幅とほぼ等しくなっており、第２上部クラッド層２６の側面には形成されていない。これは中間層２７がＡｌを含まない（もしくはほとんど含まない）材料からなり、製造過程において縦方向の結晶成長速度が横方向の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。

コンタクト層２８は、中間層２７の上面、すなわち、リッジ部２９の上部に形成されたものであり、帯状の形状となっている。コンタクト層２８は、後述の上部電極３１と第２上部クラッド層２６とをオーミック接触させるためのものであり、例えば、ｐ型ＧａＡｓを含んで構成されている。コンタクト層２８の幅は、中間層２７と同様、第２上部クラッド層２６の幅とほぼ等しくなっており、第２上部クラッド層２６の側面には形成されていない。これはコンタクト層２８がＡｌを含まない（もしくはほとんど含まない）材料からなり、製造過程において縦方向の結晶成長速度が横方向の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。

リッジ部２９は、半導体層２０の上部に形成されており、第２上部クラッド層２６、中間層２７およびコンタクト層２８を含んでいる。リッジ部２９の上面（コンタクト層２８の上面）は、半導体層２０が後述するようにＧａＡｓ傾斜基板上に結晶成長されたものであることから、開口３０Ａの延在方向と直交する方向に傾斜している。なお、リッジ部２９の上面だけでなく、第２上部クラッド層２６の上面や中間層２７の上面についても、ＧａＡｓ傾斜基板の影響により、開口３０Ａの延在方向と直交する方向に傾斜している。

半導体層２０には、半導体層２０を半導体層２０の延在方向から挟み込む一対の端面(図示せず)が形成されており、これらの端面によって共振器が構成されている。一対の端面は、例えばへき開によって形成されたものであり、所定の間隙を介して互いに対向配置されている。さらに、一対の端面のうち光射出側の端面（前端面）には低反射膜(図示せず)が形成されており、一対の端面のうち光射出とは反対側の端面（後端面）には高反射膜（図示せず）が形成されている。

半導体層２０の上面（コンタクト層２８の上面）には上部電極３１が設けられている。上部電極３１は、半導体層２０の延在方向に延在する帯状の形状となっており、コンタクト層２８と電気的に接続されている。上部電極３１は、例えば、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層２８側からこの順に積層して構成されている。基板１０の裏面には、下部電極３２が設けられている。下部電極３２は、例えば、基板１０の裏面のうち半導体層２０との対向領域を含む領域に連続して（ベタに）形成されている。下部電極３２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側からこの順に積層して構成されており、基板１０と電気的に接続されている。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法の一例について説明する。

まず、基板１０として、｛１００｝面が上面１０Ａにおいて＜１１１Ａ＞方向（図中のＸ軸方向）に所定の角度（例えば２度〜１０度の範囲内の角度）だけ傾斜した傾斜基板を用意する。次に、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法を用いて、基板１０上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層２０をエピタキシャル成長させる。この際、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の原料としては、例えば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＰＨ₃（フォスフィン）を用いる。ｐ型ドーパントとして、ＤＭＺｎ、Ｃｐ₂ＭＭｇを用い、ｎ型ドーパントとして、ＳｉＨ₄、Ｈ₂Ｓｅを用いる。

具体的には、まず、基板１０を所定の温度に加熱して、基板１０の上面に、バッファ層２１、下部クラッド層２２、活性層２３、第１上部クラッド層２４および保護層２５を順次、形成する（図２（Ａ），（Ｂ））。

次に、保護層２５上に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＮ層を積層したのち、リソグラフィーにより、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口を有するレジストパターンを形成する（図示せず）。続いて、例えば、ウエットエッチング法を用いて、ＳｉＮ層を選択的に除去する。その後、レジストパターンを除去する。これにより、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口３０Ａを有する絶縁層３０が保護層２５の表面に形成される。

次に、保護層２５および絶縁層３０の上面に第２上部クラッド層２６を形成する（図３）。このとき、第２上部クラッド層２６を（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐで構成した場合には、縦方向と横方向とで成長速度比がおおむね等しくなり、第２上部クラッド層２６の幅が開口３０Ａの幅よりも広くなる。その結果、例えば、図３に示したように、第２上部クラッド層２６が、保護層２５のうち開口３０Ａの底面に露出している部分と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁とに接して形成されている。

このとき、成長圧力を３．３ｋＰａ、成長温度を６８０℃、供給するＶ族原料とＩＩＩ族原料とのモル比を３０に設定し、第２上部クラッド層２６を（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐで構成した場合には、第２上部クラッド層２６のせり出し幅が、おおよそ５００ｎｍとなる。なお、第２上部クラッド層２６のＡｌ組成比を０．１５未満にした場合には、第２上部クラッド層２６が絶縁層３０の上面にせり出すものの、絶縁層３０の上面に接触しなくなる。従って、第２上部クラッド層２６のＡｌ組成比を少なくとも０．１５以上とすることが必要である。

次に、第２上部クラッド層２６の上面に中間層２７およびコンタクト層２８を順次、形成する（図３）。このとき、中間層２７をｐ型ＧａＩｎＰで構成し、コンタクト層２８をｐ型ＧａＡｓで構成した場合には、第２上部クラッド層２６の側面（｛０１１｝面）にはほとんど積層されず、第２上部クラッド層２６の上面（｛１００｝面）にだけ、中間層２７およびコンタクト層２８が形成される。このようにして、半導体層２０が形成される。

次に、図示しないが、半導体層２０の上面以外の領域を覆うレジストパターンを形成した後に、例えば、真空蒸着により、全面に例えばＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ多層膜を積層する。この後、レジストパターンを、その上に堆積したＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ積層膜とともにリフトオフにより除去する。これにより、半導体層２０の上面に上部電極３１が形成される。この後、必要に応じて熱処理を行って、オーミック接触させる。続いて、基板１０の裏面に、例えば、真空蒸着により、全面に例えばＡｕＧｅ合金/Ｎｉ/Ａｕ多層膜（図示せず）を積層して、下部電極３２を形成する。

次に、例えば、カッタでウェーハの端部に傷をつけ、圧力をかけて傷を開くように割ることによりへき開する。次に、蒸着あるいはスパッタリングを用いて、光射出側の端面（前端面）に５％程度の低反射コーティング（図示せず）を形成し、前端面とは反対側の端面（後端面）に９５％程度の高反射コーティング（図示せず）を形成する。次に、半導体層２０のストライプ方向にけがいてチップを割り出す。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極３１と下部電極３２との間に所定の電圧が印加されると、絶縁層３０の開口３０Ａで狭窄された電流が活性層２３に注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じる。この光は、一対の端面により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして前端面から外部に射出される。

ところで、本実施の形態では、保護層２５および絶縁層３０の直上の第２上部クラッド層２６が、保護層２５のうち開口３０Ａの底面に露出している部分と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁とに接して形成されている。そして、第２上部クラッド層２６のうち絶縁層３０の上面に接している部分の幅（せり出し幅）が、少なくとも２００ｎｍ以上となっており、好ましくは５００ｎｍ程度となっている。これにより、例えば、ＧａＡｓ傾斜基板の影響により、第２上部クラッド層２６の上面（リッジ部２９の上面）が、開口３０Ａの延在方向と直交する方向に傾斜している場合であっても、第２上部クラッド層２６の上面（リッジ部２９の上面）の傾斜に起因するキンクレベルの低下を抑制することができる。これにより、消費電力の増大を抑えつつ、信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態では、絶縁層３０が活性層２３に近接している。これにより、活性層２３からの発光は開口３０Ａの直下付近に限られる。また、絶縁層３０の屈折率は、絶縁層３０がＳｉＮからなる場合には約２．０であり、絶縁層３０周辺の半導体層の屈折率（約３．０〜３．６）と比べて小さいので、絶縁層３０は活性層２３から発光する光を遠ざけるように作用する。これにより、絶縁層３０によって、電流と光が活性層２３のうち開口３０Ａの直下付近に閉じ込められるので、特性の良いレーザを実現することができる。また、電流と光が活性層２３のうち開口３０Ａの直下付近に閉じ込められることにより、動作電流を低減することができる。その結果、低消費電力化や、温度特性・信頼性の向上が可能となる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
上記実施の形態において、２回目の結晶成長（リッジ部２９の形成）に際して、成長温度を７００℃と高くした場合や、供給する原料のモル比を例えば１００と高くした場合には、例えば、図４に示したように、リッジ部２９の両脇に多結晶領域２６Ａが形成されることがある。このような場合であっても、多結晶領域２６Ａが絶縁層３０の開口３０Ａの端部から少なくとも２００ｎｍ以上離れていれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、例えば、図５に示したように、絶縁層３０を、開口３０Ａを間にして互いに対向する一対の帯状絶縁層によって構成することも可能である。このようにした場合には、リッジ部２９の両脇に、さらにリッジ部２９が形成されることになる。しかし、その新たに形成されたリッジ部２９の上面に絶縁層３４などを形成し、上部電極３１からの電流が流れないようにしておけば、電流通路を１カ所に絞ることが可能である。このとき、絶縁層３４などで覆われたリッジ部２９は、電気的・光学的に何も作用しないダミーリッジ部３３となる。

＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ２の断面構成の一例を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ２は、上記実施の形態の半導体レーザ１と同様、例えば、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスク用の６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）の光を端面(図示せず)から射出可能な端面発光型の半導体レーザである。この半導体レーザ２は、上記実施の形態の半導体レーザ１において、活性層２３、第１上部クラッド層２４および保護膜２５をなくし、その代わりに、下部ガイド層５１、活性層５２、上部ガイド層５３を設けた点で、上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態と共通する構成についての説明を適宜、省略するものとする。

本実施の形態では、半導体層２０は、例えば、図６に示したように、バッファ層２１、下部クラッド層２２、下部ガイド層５１、活性層５２、上部ガイド層５３、第２上部クラッド層２６、中間層２７およびコンタクト層２８を基板１０側から順に含んでいる。なお、半導体層２０は、上で例示した層以外の層を含んでいてもよい。

下部ガイド層５１は、下部クラッド層２２上に形成されたものであり、例えば、アンドープＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。活性層５２は、下部ガイド層５１上に形成されたものであり、所望の発光波長（例えば６００ｎｍ帯の波長）に対応した禁制帯幅を有している。活性層５２は、例えば、アンドープＧａＩｎＰを含んで構成されている。活性層５２は、例えば、互いに組成の異なるＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造となっている。上部ガイド層５３は、活性層５２の上面に形成された絶縁層３０の開口３０Ａ内に形成されたものであり、開口３０Ａ内において活性層５２の上面と接している。上部ガイド層５３は、例えば、アンドープＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。

本実施の形態では、第２上部クラッド層２６は、上部ガイド層５３および絶縁層３０上に形成されている。第２上部クラッド層２６は、絶縁層３０の開口３０Ａ（上部ガイド層５３）との対向領域と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁との対向領域とに形成されており、帯状の形状となっている。第２上部クラッド層２６は、保護層２５のうち開口３０Ａの底面に露出している部分と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁とに接して形成されている。第２上部クラッド層２６のうち絶縁層３０の上面に接している部分の幅（せり出し幅）は、少なくとも２００ｎｍ以上となっており、好ましくは５００ｎｍ程度となっている。第２上部クラッド層２６は、Ａｌを含むＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んで構成されており、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。第２上部クラッド層２６は、第１上部クラッド層２４と同一の材料（または組成比）によって構成されていてもよいし、第１上部クラッド層２４と異なる材料（または組成比）によって構成されていてもよい。

第２上部クラッド層２６は、中間層２７およびコンタクト層２８と共に、リッジ部２９を構成している。第２上部クラッド層２６の幅、すなわち、リッジ部２９の幅は、開口３０Ａの幅よりも広くなっている。これは第２上部クラッド層２６がＡｌを含む材料からなり、製造過程において縦方向の結晶成長速度と横方向の結晶成長速度との差が全くないか、あったとしても僅かであるためである。

リッジ部２９は、半導体層２０の上部、具体的には半導体層２０のうち絶縁層３０の上面側に形成されており、第２上部クラッド層２６、中間層２７およびコンタクト層２８を含んでいる。リッジ部２９の上面（コンタクト層２８の上面）は、半導体層２０がＧａＡｓ傾斜基板上に結晶成長されたものであることから、開口３０Ａの延在方向と直交する方向に傾斜している。なお、リッジ部２９の上面だけでなく、第２上部クラッド層２６の上面や中間層２７の上面についても、ＧａＡｓ傾斜基板の影響により、開口３０Ａの延在方向と直交する方向に傾斜している。

次に、本実施の形態の半導体レーザ２の製造方法の一例について説明する。

まず、基板１０を所定の温度に加熱して、基板１０の上面に、バッファ層２１、下部クラッド層２２、下部ガイド層５１および活性層５２を順次、形成する（図７（Ａ），（Ｂ））。次に、活性層５２上に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＮ層を積層したのち、リソグラフィーにより、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口を有するレジストパターンを形成する（図示せず）。続いて、例えば、ウエットエッチング法を用いて、ＳｉＮ層を選択的に除去する。その後、レジストパターンを除去する。これにより、例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口３０Ａを有する絶縁層３０が活性層５２の表面に形成される。

次に、活性層５２の上面のうち絶縁層３０の開口３０Ａ内に上部ガイド層５３を形成する（図８）。続いて、上部ガイド層５３および絶縁層３０上に第２上部クラッド層２６を形成する（図８）。このとき、第２上部クラッド層２６を（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐで構成した場合には、縦方向と横方向とで成長速度比がおおむね等しくなり、第２上部クラッド層２６の幅が開口３０Ａの幅よりも広くなる。その結果、例えば、図８に示したように、第２上部クラッド層２６が、上部ガイド層５３と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁とに接して形成されている。

このとき、成長圧力を３．３ｋＰａ、成長温度を６８０℃、供給するＶ族原料とＩＩＩ族原料とのモル比を３０に設定し、第２上部クラッド層２６を（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐで構成した場合には、第２上部クラッド層２６のせり出し幅が、おおよそ５００ｎｍとなる。なお、第２上部クラッド層２６のＡｌ組成比を０．１５未満にした場合には、第２上部クラッド層２６が絶縁層３０の上面にせり出すものの、絶縁層３０の上面に接触しなくなる。従って、第２上部クラッド層２６のＡｌ組成比を少なくとも０．１５以上とすることが必要である。

次に、第２上部クラッド層２６の上面に中間層２７およびコンタクト層２８を順次、形成する（図８）。このとき、中間層２７をｐ型ＧａＩｎＰで構成し、コンタクト層２８をｐ型ＧａＡｓで構成した場合には、第２上部クラッド層２６の側面（｛０１１｝面）にはほとんど積層されず、第２上部クラッド層２６の上面（｛１００｝面）にだけ、中間層２７およびコンタクト層２８が形成される。このようにして、半導体層２０が形成される。

その後、上記実施の形態と同様にして、上部電極３１、下部電極３２を形成したのち、端面に反射膜を形成し、へき開、けがきを行って、チップを割り出す。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ２が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ２の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ２では、上部電極３１と下部電極３２との間に所定の電圧が印加されると、絶縁層３０の開口３０Ａで狭窄された電流が活性層５２に注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じる。この光は、一対の端面により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして前端面から外部に射出される。

ところで、本実施の形態では、上部ガイド層５３および絶縁層３０の直上の第２上部クラッド層２６が、上部ガイド層５３と、絶縁層３０の上面のうち開口３０Ａの端縁とに接して形成されている。そして、第２上部クラッド層２６のうち絶縁層３０の上面に接している部分の幅（せり出し幅）が、少なくとも２００ｎｍ以上となっており、好ましくは５００ｎｍ程度となっている。これにより、例えば、ＧａＡｓ傾斜基板の影響により、第２上部クラッド層２６の上面（リッジ部２９の上面）が、開口３０Ａの延在方向と直交する方向に傾斜している場合であっても、第２上部クラッド層２６の上面（リッジ部２９の上面）の傾斜に起因するキンクレベルの低下を抑制することができる。これにより、消費電力の増大を抑えつつ、信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態では、絶縁層３０が上記実施の形態の場合よりも活性層５２により近接している。これにより、活性層５２からの発光は開口３０Ａの直下付近に限られる。また、絶縁層３０の屈折率は、絶縁層３０がＳｉＮからなる場合には約２．０であり、絶縁層３０周辺の半導体層の屈折率（約３．０〜３．６）と比べて小さいので、絶縁層３０は活性層５２から発光する光を遠ざけるように作用する。これにより、絶縁層３０によって、電流と光が活性層２３のうち開口３０Ａの直下付近に閉じ込められるので、特性の良いレーザを実現することができる。また、電流と光が活性層５２のうち開口３０Ａの直下付近に閉じ込められることにより、動作電流を低減することができる。その結果、低消費電力化や、温度特性・信頼性の向上が可能となる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
上記第２の実施の形態において、２回目の結晶成長（リッジ部２９の形成）に際して、成長温度を７００℃と高くした場合や、供給する原料のモル比を例えば１００と高くした場合には、例えば、図９に示したように、リッジ部２９の両脇に多結晶領域２６Ａが形成されることがある。このような場合であっても、多結晶領域２６Ａが絶縁層３０の開口３０Ａの端部から少なくとも２００ｎｍ以上離れていれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、例えば、図１０に示したように、絶縁層３０を、開口３０Ａを間にして互いに対向する一対の帯状絶縁層によって構成することも可能である。このようにした場合には、リッジ部２９の両脇に、さらにリッジ部２９が形成されることになる。しかし、その新たに形成されたリッジ部２９の上面に絶縁層３４などを形成し、上部電極３１からの電流が流れないようにしておけば、電流通路を１カ所に絞ることが可能である。このとき、絶縁層３４などで覆われたリッジ部２９は、電気的・光学的に何も作用しないダミーリッジ部３３となる。

さらに、例えば、図１１に示したように、帯状絶縁層を、帯状絶縁層同士で挟まれた開口３０Ａの幅と同一かまたはそれよりも狭い幅とすることも可能である。このようにした場合には、第２上部クラッド層２６が絶縁層３０の上面にせり出さなくなり、リッジ部２９が開口３０Ａとの対向領域内に納まるようになる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記実施の形態では、１つの半導体レーザ１に１つの半導体層２０が設けられている場合についての説明がなされていたが、本発明は、１つの半導体レーザ１に複数の半導体層２０が設けられている場合にももちろん適用可能である。

また、上記実施の形態では、本発明を半導体レーザに適用した場合について説明していたが、発光ダイオードなどの他の半導体発光素子に対してももちろん適用可能である。

また、上記実施の形態では、基板１０がｎ型となっていたが、ｐ型となっていてもよい。その場合には、上記実施の形態において、ｎ型と書いてある部分をｐ型と読み替え、ｐ型と書いてある部分をｎ型と読み替えればよい。

１，２…半導体レーザ、１０…基板、２０…半導体層、２１…バッファ層、２２…下部クラッド層、２３，５２…活性層、２４…第１上部クラッド層、２５…保護層、２６…第２上部クラッド層、２６Ａ…多結晶領域、２７…中間層、２８…コンタクト層、２９…リッジ部、３０，３４…絶縁層、３０Ａ…開口、３１…上部電極、３２…下部電極、３３…ダミーリッジ部、５１…下部ガイド層、５３…上部ガイド層。

Claims (12)

1. 第１導電型のＧａＡｓ傾斜基板上に、第１導電型の下部クラッド層と、活性層と、前記ＧａＡｓ傾斜基板の傾斜方向と直交する方向に延在する開口を有する絶縁層と、第２導電型の上部クラッド層とを前記ＧａＡｓ傾斜基板側から順に備え、
   前記上部クラッド層は、Ａｌを含むＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、かつ前記開口との対向領域と、前記絶縁層の上面のうち前記開口の端縁との対向領域とに形成されている
   半導体発光素子。
2. 前記上部クラッド層は、前記絶縁層の上面のうち前記開口の端縁に接して形成されている
   請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記上部クラッド層のＡｌ組成比は、０．１５以上である
   請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記上部クラッド層は、前記開口との対向領域を含む領域に、前記開口の延在方向と直交する方向に傾斜した上面を有する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
5. 前記絶縁層は、前記開口を間にして互いに対向する一対の帯状絶縁層からなる
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
6. 第１導電型のＧａＡｓ傾斜基板上に、第１導電型の下部クラッド層と、活性層と、前記ＧａＡｓ傾斜基板の傾斜方向と直交する方向に延在する開口を有する絶縁層と、第２導電型の上部クラッド層とを前記ＧａＡｓ傾斜基板側から順に備え、
   前記活性層は、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含まないＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、かつ前記絶縁層に接している
   半導体発光素子。
7. 前記開口内にガイド層を備えた
   請求項６に記載の半導体発光素子。
8. 前記上部クラッド層は、前記絶縁層の上面のうち前記開口の端縁に接して形成されている
   請求項６に記載の半導体発光素子。
9. 前記上部クラッド層のＡｌ組成比は、０．１５以上である
   請求項８に記載の半導体発光素子。
10. 前記上部クラッド層は、前記開口との対向領域を含む領域に、前記開口の延在方向と直交する方向に傾斜した上面を有する
    請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
11. 前記絶縁層は、前記開口を間にして互いに対向する一対の帯状絶縁層からなる
    請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
12. 前記帯状絶縁層は、前記開口の幅と同一かまたはそれよりも狭い幅となっている
    請求項１１に記載の半導体発光素子。

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