JP2908124B2

JP2908124B2 - 半導体レーザ素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2908124B2
Application number: JP18002292A
Authority: JP
Inventors: 弘之細羽; 尚宏須山; 智彦 ▲吉▼田; 進治兼岩; 雅文近藤; 俊雄幡; 健大林
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1999-06-21
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JPH0629614A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子に関
し、特に、閾値電流が低く、高効率で発振でき、かつ高
出力の場合でも基本横モード動作することができる半導
体レーザ素子およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ素子は多くの分野において
応用されており、より良好な光学特性が要求されてい
る。優れた光学特性を得るために、屈折率導波構造を採
用した半導体レーザ素子が数多く提案されており、例え
ば、図９に示されるような屈折率導波型ストライプレー
ザ素子が挙げられる。この半導体レーザ素子は、ｎ型Ｇ
ａＡｓ電流阻止層９２が積層形成されたｐ型ＧａＡｓ半
導体基板９１に断面Ｖ形状のストライプ状の溝９３が形
成されており、その上にｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド
層９４、ＡｌＧａＡｓ活性層９５、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第
２クラッド層９６、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層９７が積
層形成されている。

【０００３】この半導体レーザ素子においては、電流阻
止層９２に形成された上記溝９３にて電流が狭窄され
る。上記電流阻止層９２は、活性層９５よりバンドギャ
ップが小さく、かつ光吸収作用を有する。よって、上記
溝９３の両側面にて実効屈折率が低下し、この部分にお
いて実効屈折率導波路が形成されている。このような構
造を有する半導体レーザ素子では、上記電流阻止層９２
の光吸収作用によって、高次横モードの利得が抑制さ
れ、安定な基本横モード動作が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示した
半導体レーザ素子では、上記電流阻止層９２の光吸収作
用により基本横モードもある程度損失されるため、微分
効率の低下および発振閾値電流の増大を招くという欠点
がある。特にこの半導体レーザ素子を高出力で動作させ
る場合には、動作電流が増大したり、素子の信頼性が低
下するという欠点がある。

【０００５】本発明は、上記欠点を解決しようとするも
のであり、その第１の目的は、閾値電流が低く、高出力
においても高い微分効率で安定して基本横モード発振す
ることができ、信頼性に優れる半導体レーザ素子を提供
することにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、上記半導体レーザ
素子を好適に製造することができる方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは０以上１以
下）の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる第１ク
ラッド層（ｘは０以上１以下）とＡｌ_zＧａ_1-zＡｓから
なる第２クラッド層（ｚは０以上１以下）とで挟んでな
る光発光用の積層部と、離隔された２つの電流阻止層の
間に電流狭窄用のストライプ溝が形成され、該ストライ
プ溝を含む該電流阻止層の上にＡｌ_wＧａ_1-wＡｓからな
る第３クラッド層（ｗは０より大で１未満）を備えた電
流狭窄機構部とをＧａＡｓ基板の上に有し、該第３クラ
ッド層における該ストライプ溝の底の上方にある部分の
屈折率が、該ストライプ溝の両側面の上方にある部分の
屈折率より大きく、そのことにより上記第１の目的が達
成される。

【０００８】さらに、前記第３クラッド層において、前
記ストライプ溝の底の上方にある部分の導電型と該スト
ライプ溝の両側面の上方にある部分の導電型が異なる構
成とすると好ましい。

【０００９】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは０以上１以下）
の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる第１クラッ
ド層（ｘは０以上１以下）とＡｌ_zＧａ_1-zＡｓからなる
第２クラッド層（ｚは０以上１以下）とで挟んでなる光
発光用の積層部と、離隔された２つの電流阻止層の間に
電流狭窄用のストライプ溝が形成され、該ストライプ溝
を含む該電流阻止層の上にＡｌ_wＧａ_1-wＡｓからなる第
３クラッド層（ｗは０より大で１未満）を備えた電流狭
窄機構部とをＧａＡｓ基板の上に有する半導体レーザ素
子の製造方法であって、該光発光用の積層部を形成する
工程と、該ストライプ溝の底の面方位を（１００）とし
かつその両側面の面方位を（ｎ１１）（ｎは１以上８以
下）となし、ストライプ溝を含む電流阻止層の上に第３
クラッド層を積層して、これにより第３クラッド層にお
けるストライプ溝の底の上方にある部分の屈折率が、該
ストライプ溝の両側面の上方にある部分の屈折率より大
きい該電流狭窄機構部を形成する工程とを行い、そのこ
とにより上記第２の目的が達成される。

【００１０】この半導体レーザ素子の製造方法において
は、前記第３クラッド層は両性不純物をドーピングして
形成されてもよい。

【００１１】本発明のもう１つの半導体レーザ素子は、
Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは０以上１以下）
の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる第１クラッ
ド層（ｘは０以上１以下）と電流狭窄用のリッジ部を有
するＡｌ_zＧａ_1-zＡｓからなる第２クラッド層（ｚは０
以上１以下）とで挟んでなる光発光用の積層部と、該第
２クラッド層の上のＡｌ_wＧａ_1-wＡｓからなる第３クラ
ッド層（ｗは０より大で１未満）と、がＧａＡｓ基板の
上に形成された半導体レーザ素子であって、該第３クラ
ッド層は、該リッジ部の両側面上に位置する第１の部分
と、該第２クラッド層の該リッジ部以外の部分の上に位
置する第２の部分と、を含んでおり、該リッジ部及び該
第３クラッド層の該第２の部分の屈折率が、該第３クラ
ッド層の該第１の部分の屈折率より大きく、そのことに
より上記第１の目的が達成される。

【００１２】さらに、前記リッジ部の導電型と前記第３
クラッド層の前記第１の部分の導電型が異なる構成とす
ると好ましい。

【００１３】本発明のもう１つの半導体レーザ素子の製
造方法は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは０以
上１以下）の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる
第１クラッド層（ｘは０以上１以下）と電流狭窄用のリ
ッジ部を有するＡｌ_zＧａ_1-zＡｓからなる第２クラッド
層（ｚは０以上１以下）とで挟んでなる光発光用の積層
部と、該第２クラッド層の上のＡｌ_wＧａ_1-wＡｓからな
る第３クラッド層（ｗは０より大で１未満）と、がＧａ
Ａｓ基板の上に形成された半導体レーザ素子の製造方法
であって、該リッジ部の両側面の面方位を（ｎ１１）
（ｎは１以上８以下）としかつリッジ部を挟む両側の第
２クラッド層部分の面方位を（１００）となし、次いで
該第２クラッド層の上に第３クラッド層を形成する工程
を包含し、該第３クラッド層は、該リッジ部の両側面上
に位置する第１の部分と、該第２クラッド層の該リッジ
部以外の部分の上に位置する第２の部分と、を含んでお
り、該リッジ部及び該第３クラッド層の該第２の部分の
屈折率が、該第３クラッド層の該第１の部分の屈折率よ
り大きくなるようにし、そのことにより上記第２の目的
が達成される。

【００１４】この半導体レーザ素子の製造方法において
は、前記第３クラッド層は両性不純物をドーピングして
形成されてもよい。

【００１５】

【作用】本発明の半導体レーザ素子にあっては、電流狭
窄用のストライプ溝上に形成された第３クラッド層にお
いて、ストライプ溝の底の上方にある部分の屈折率が、
該ストライプ溝の両側面の上方にある部分の該屈折率よ
り大きく形成されているため、この部分において実効屈
折率差に基づく屈折率導波路が形成される。

【００１６】また、もう１つの半導体レーザ素子にあっ
ては、電流狭窄用のリッジ部の屈折率が、第３クラッド
層の該リッジ部の両側面の上方にある部分の屈折率より
大きく形成されているため、この部分において実効屈折
率差に基づく屈折率導波路が形成される。

【００１７】これら半導体レーザ素子のいずれにおいて
も活性層にて発生した光の基本横モードは、それぞれに
形成された上記屈折率導波路によって閉じ込められる。

【００１８】本発明の製造方法にあっては、電流狭窄用
の溝またはリッジ部を備えた層が（ｎ１１）面（ｎは１
以上８以下）と（１００）面を有し、Ａｌ_wＧａ_1-wＡｓ
からなる第３クラッド層がこの層の上に積層される。Ｇ
ａ原子のマイグレーションは（１００）面よりも（ｎ１
１）面の方が大きいが、Ａｌ原子のマイグレーションの
大きさは、このように面方位が異なっていてもＧａ原子
程大きく変わらない。よって、第３クラッド層において
（ｎ１１）面上に形成された部分のＡｌ混晶比は、（１
００）面上に形成された部分のＡｌ混晶比より大きくな
るため、該（１００）面上に形成された部分の屈折率
は、該第３クラッド層の該（ｎ１１）面上に形成された
部分より大きくなる。このように面方位の差をすること
で、第３クラッド層を積層すると同時に上記屈折率導波
路が作製される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の実施例１の半
導体レーザ素子の製造工程を示す図である。まず、図１
（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１の（１００）
面上に、通常の方法を用いてＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ第１クラ
ッド層２、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活性層３、ｐ型Ａｌ_zＧａ
_1-zＡｓ第２クラッド層４からなる光発光用の積層部を
形成し、さらに、その上にｐ型ＧａＡｓ第１保護層５、
ｎ型Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓエッチングストップ層６（ｓは０
より大で１以下である）、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層７を
順次形成する。以上は１回目の成長工程で作製される。

【００２１】次に、上記で得られたエピタキシャルウェ
ハー上に、図１（ｂ）に示すように、ホトリソグラフィ
技術によってストライプ状のホトレジストパターン１１
１を形成する。その後、このホトレジストパターン１１
１をエッチングマスクとして使用し、ＧａＡｓ選択エッ
チング液を用いて上記電流阻止層７を上記エッチングス
トップ６の表面に達するまでエッチングする。これによ
り、電流阻止層７７は離隔され、その間にストライプ溝
１１２が形成される。このストライプ溝１１２の両側面
１１３、１１３は対称な（ｎ１１）面となるようにす
る。ストライプ溝１１２の底１１４は（１００）面とな
る。

【００２２】続いて図１（ｃ）に示すように、ＡｌＧａ
Ａｓ選択エッチング液を用いて上記エッチングストップ
層６を除去し、さらにホトレジストパターン１１１を除
去する。

【００２３】上記エッチングストップ層６を除去した
後、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法による２回目の成
長工程にて、上記ストライプ溝１１２を含む電流阻止層
７上にｐ型Ａｌ_wＧａ_1-wＡｓ第３クラッド層９（ｗは０
より大で１未満である）を成長させる。ストライプ溝１
１２を備えた電流阻止層７と第３クラッド層９により電
流狭窄機構部が形成される。

【００２４】第３クラッド層９は、（ｎ１１）面である
ストライプ溝の側面１１３、１１３上に形成された側面
部１１６、１１６と、（１００）面であるストライプ溝
の底１１４上に形成された中央部１１５を有し、該側面
部１１６のＡｌ混晶比の方が該中央部１１５のＡｌ混晶
比よりも大きい。よって、中央部１１５の屈折率の方が
側面部１１６の屈折率より大きくなっている。これは、
（１００）面上と（ｎ１１）面上とではＧａＡｓ原子の
マイグレーションの度合が異なるため、（１００）面上
と（ｎ１１）面とではＧａＡｓ層の厚さに差が生じるた
めである。

【００２５】この現象は例えば、Appl.Phys.Lett.,56
(8),776(1990)において報告されている。図２に示すよ
うに、面方位が（１００）面である水平面２１と面方位
が（４１１）面である側面２２では、その上に積層形成
されるＧａＡｓ層の厚さには差がある。このように、そ
れぞれの面方位の違いによってＧａのマイグレーション
の度合が異なり、（ｎ１１）面においては（１００）面
よりもＧａ原子のマイグレーションが大きいため、（１
００）面に積層される場合より、（ｎ１１）面に積層さ
れた場合の方がＧａＡｓ層は成長されにくくなる。Ａｌ
Ａｓ層を積層する場合には、ＧａＡｓ層ほど面方位の違
いによる層厚の差は見られない。

【００２６】フラットな（１００）面および（４１１）
面の上にＧａＡｓとＡｌＡｓを積層すると、下記表１に
示すように、（１００）面上に積層した場合は、ＧａＡ
ｓ層厚は７０オングストローム、ＡｌＡｓ層厚は１００
オングストロームであり、（４１１）面上に積層した場
合は、ＧａＡｓ層厚は２５オングストローム、ＡｌＡｓ
層厚は８０オングストロームとなる。すなわち、（１０
０）面に比べ、（４１１）面では、ＧａＡｓ層厚は３６
％まで減少するが、ＡｌＡｓ層厚は８０％程度の減少に
留まっている。

【００２７】図２に示したような凹凸のある形状におい
ても、ＧａＡｓ層厚とＡｌＡｓ層厚にはこのような傾向
がみられ、図２に示すような（４１１）面と（４１１）
面とで形成される頂点Ａおよび、（４１１）面と（４１
１）面とで挟まれ、（１００）面である底部Ｂでも同様
に各層厚の差が生じる。同表１に各層厚を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】上述のように、溝の内面にＡｌＧａＡｓを
成長させると、底２１上に形成した層よりも側面２２上
に形成した層の方がＡｌの混晶比が大きくなる。面方位
の差によるこのような効果は、上記ｎが１以上８以下の
範囲において得られる。

【００３０】下記表２に、本実施例における溝の側面１
１３を（１１１）面、（３１１）面、（４１１）面、
（８１１）面となるように形成した場合の、側面１１３
と底１１４におけるＡｌ混晶比を示した。

【００３１】

【表２】

【００３２】ＭＢＥ法で第２クラッド層４を成長させる
場合に、基板の温度を比較的高温にして行うと、Ｇａの
マイグレーションが増加しやすくなるので好ましい。例
えば７２０℃程度の温度で行う。また、Ａｓフラックス
量を小さくする。例えばＶ／III＝５とする。

【００３３】第３クラッド層９の上にｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１０を形成し、さらに基板１側にｎ型電極１１
７、コンタクト層１０側にｐ型電極１１８を形成する。

【００３４】実施例１では、溝１１２の幅ｗ₁を４μｍ
とし、溝１１２の側面１１３、１１３を（３１１）面と
した。この実施例で基板１上に積層した各半導体層の組
成および厚さは、例えば以下のように形成する。

【００３５】第１クラッド層２：ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡ
ｓ、ｘ＝０．５０、厚さ１μｍ、活性層３：Ａｌ_yＧａ
_1-yＡｓ、ｙ＝０．１４、厚さ500オングストローム、第
２クラッド層４：ｐ型Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ、ｚ＝０．５
０、厚さ０．３μｍ、第１保護層５：ｐ型ＧａＡｓ、厚
さ５０オングストローム、エッチングストップ層６：ｐ
型Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓ、ｓ＝０．５０、厚さ１００オング
ストローム、電流阻止層７：ｎ型ＧａＡｓ、厚さ０．５
μｍ、第３クラッド層９：ｐ型Ａｌ_wＧａ_1-wＡｓ、ｗ＝
0.50、厚さ１．５μｍ、コンタクト層１０：ｐ型ＧａＡ
ｓ、厚さ１μｍ。

【００３６】第３クラッド層９の中央部１１５のＡｌ混
晶比は０．５０、側面部１１６のＡｌ混晶比は０．６０
である。中央部１１５のＡｌ混晶比よりも側面部１１６
のＡｌ混晶比が大きいため、側面部１１６の屈折率は中
央部１１５の屈折率より小さくなり、この部分で実効屈
折率差による導波構造が形成される。これにより、活性
層３で発生した光が閉じ込められるので、低しきい値電
流、高効率の半導体発光素子となる。さらに、実施例１
においては、電流阻止層７がＧａＡｓでなるので、その
光吸収効果によって高出力でも安定した基本横モード発
振が得られる。また、上記導波構造により、従来の半導
体発光素子と比較して光吸収が少ないため、非点収差を
大幅に改善することができる。

【００３７】なお、保護層５はＧａＡｓでなるため、そ
の光吸収効果が上記導波構造における妨げとならないよ
うに、その厚さは100オングストローム以下であること
が好ましい。実施例１では保護層５の厚さは５０オング
ストローム程度で十分薄く構成されており、光吸収効果
はほとんどなく上記導波構造の妨げとはならない。

【００３８】実施例１の半導レーザ素子においては、従
来４０ｍＡ程度であったしきい値電流を２０ｍＡ程度減
少可能である。また、５０℃にて７０ｍＷで動作させた
場合に、５００００時間以上動作可能であり、高い信頼
性が得られた。

【００３９】また、上記製造方法を用いることにより、
上記半導体レーザ素子を２回の成長工程で作製すること
ができる。

【００４０】（実施例２）図３に示される半導体レーザ
素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-x
Ａｓ第１クラッド層３２、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活性層３
３、ｐ型Ａｌ_zＧａ_1- _zＡｓ第２クラッド層３４、ｐ型Ｇ
ａＡｓ第１保護層３５、ｎ型Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓエッチン
グストップ層３６、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＡｓ電流阻止層３
７（ｕは０より大で１以下である）が積層形成されてい
る。

【００４１】実施例２においては、電流阻止層３７はＡ
ｌＧａＡｓで形成されており、電流阻止層３７の上にｎ
型ＧａＡｓ保護層３８が形成されている。本実施例にお
いては、電流阻止層３７がＡｌＧａＡｓで形成されてい
るため、後記Ａｌ_wＧａ_1-wＡｓ第３クラッド層３９をＭ
ＢＥ法にて成長させる場合に、この保護層３８が必要と
なる。

【００４２】電流阻止層３７は、実施例１と同様にスト
ライプ溝３１２が形成されており、該ストライプ溝３１
２の側面３１３、３１３は（ｎ１１）面、底３１４は
（１００）面となっている。ｎ型ＧａＡｓ保護層３８の
上には、実施例１と同様にＭＢＥ法によって第３クラッ
ド層３９、コンタクト層３１０が形成されている。電極
３１７、３１８も実施例１と同様である。

【００４３】この実施例では、電流阻止層３６および第
２保護層３８以外の構造は実施例１と同様であり、スト
ライプ溝３１２上の第３クラッド層３９の中央部３１５
の屈折率は、側面部３１６、３１６の屈折率よりも大き
い。

【００４４】電流阻止層３７はｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＡｓで
形成し、混晶比ｕは０．２０、厚さ１μｍであり、第２
保護層３８はｐ型ＧａＡｓで形成し、その厚さは０．０
０５μｍとした。

【００４５】実施例２においては、電流阻止層３７がＡ
ｌＧａＡｓで形成されているため、電流阻止層での光吸
収が実施例１よりも少ない。これにより、さらに低い閾
値電流および高い微分効率を得ることができた。

【００４６】本実施例の半導体レーザ素子は、２００ｍ
ｗで動作させた場合でも、安定して基本横モード発振し
た。

【００４７】また、本実施例の半導体レーザ素子におい
て、電流阻止層３７を第３クラッド層３９と同じ半導体
で形成した場合、例えば、それぞれのＡｌ混晶比ｕとｗ
とを同じ０．５とした場合も上記と同様の効果が得られ
た。

【００４８】（実施例３）図４に示される半導体レーザ
素子は、ＧａＡｓ基板４１および該基板４１上に積層形
成された各半導体層の導電型が実施例２と反対の導電型
に形成されている。すなわち、この半導体レーザ素子
は、ｐ型基板４１上に、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第１クラ
ッド層４２、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活性層４３、ｎ型Ａｌ_z
Ｇａ_1-zＡｓ第２クラッド層４４、ｎ型ＧａＡｓ第１保
護層４５、ｐ型Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓエッチングストップ層
４６、電流阻止層４７が積層形成されている。この実施
例においても、電流阻止層４７はＡｌＧａＡｓで形成さ
れており、電流阻止層４７の上にｎ型ＧａＡｓ保護層４
８が形成されている。電流阻止層４７には、実施例１と
同様にストライプ溝４１２が形成されており、該ストラ
イプ溝４１２の側面４１３、４１３は（ｎ１１）面、底
４１４は（１００）面となっている。ｎ型ＧａＡｓ保護
層４８の上には、第３クラッド層49、コンタクト層410
が形成されている。

【００４９】この半導体レーザ素子においても、ストラ
イプ溝４１２における第３クラッド層49の中央部415の
屈折率は側面部４１６、４１６の屈折率よりも大きい。

【００５０】第３クラッド層４９には、例えば、Ｓｉ等
の両性不純物がドーピングされている。これにより、第
３クラッド層４９においては、図中斜線で示した（ｎ１
１）面である上記ストライプ溝４１２の側面４１３、４
１３上に積層された溝の側面部４１６、４１６の導電型
はｐ型となり、（１００）面上に形成された中央部４１
５および側面部４１６、４１６の外側の部分４２０、４
２０の導電型はｎ型となる。上記両性不純物は、第３ク
ラッド層４９が積層される面の面方位の違いにより、ア
クセプタまたはドナーとして作用するため、側面部４１
６、４１６と中央部４１５は反対の導電型となる。両性
不純物としてＳｉを用い、このような性質を有効に利用
するためには、溝４１２の側面４１３の面方位（ｎ１
１）におけるｎは１以上３以下であることが好ましい。
実施例３では、溝４１２の側面４１３を（３１１）面と
した。

【００５１】この半導体レーザ素子においては、電流阻
止層４７によって狭窄される幅ｗ₁よりも狭いストライ
プ溝の中央部４１５の幅ｗ₂で狭窄されるため、狭窄幅
がさらに狭くなり、さらに閾値電流を低くすることが可
能になる。

【００５２】このように、導電型を反対にして第３クラ
ッド層の中央部で電流をさらに狭窄する構成とすること
は、電流阻止層をＧａＡｓで形成した実施例１の半導体
レーザ素子においても適用可能である。

【００５３】（実施例４）図５に示される半導体レーザ
素子は、基板５１上に、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ第１クラ
ッド層５２、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活性層５３、ｐ型Ａｌ_z
Ｇａ_1-zＡｓ第２クラッド層５４、ｐ型ＧａＡｓ第１保
護層５５、ｎ型Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓエッチングストップ層
５６、ｎ型ＧａＡｓあるいはｎ型ＡｌＧａＡｓでなる電
流阻止層５７、第３クラッド層５９、コンタクト層５１
BR>０を有し、電流阻止層５７に形成されたストライプ
溝５１２の断面の形状が異なること以外は、実施例１と
ほぼ同様な構造を有する。ストライプ溝５１２の側面は
それぞれ異なった面方位（ｎ₁１１）、（ｎ₂１１）を有
する面５１３ａ、５１３ｂからなる。本実施例において
は、下側の側面５１３ｂ、５１３ｂを（３１１）面、上
側の側面５１３ａ、５１３ａを（１１１）面とした。底
５１４は（１００）面である。

【００５４】このように、ストライプ溝５１２の側面５
１３、５１３をそれぞれ面方位の異なる複数の面５１３
ａ、５１３ｂで構成することにより、第３クラッド層５
９のストライプ溝５１２内部の側面部５１６ａ、５１６
ｂのＡｌ混晶比がそれぞれ変化する。

【００５５】（実施例５）本発明は、基板側に電流狭窄
機構部を形成した半導体レーザ素子においても適用可能
である。その例を図６に示す。

【００５６】この半導体レーザ素子は、ｐ型ＧａＡｓ基
板６１の（１００）面上にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６２
が積層形成され、該電流阻止層６２にはストライプ溝６
１２がエッチングによって形成されている。このストラ
イプ溝６１２の側面６１３、６１３は（ｎ１１）面であ
り、底６１４は（１００）面である。その上に、Ａｌ_w
Ｇａ_1-wＡｓ第３クラッド層６９がＭＢＥ法により成長
され、電流狭窄機構部が形成されている。

【００５７】かかる構成の上に、ＬＰＥ（液相エピタキ
シー）法によりｐ型ＧａＡｓ第１保護層６８、ｐ型Ａｌ
_xＧａ_1-xＡｓ第１クラッド層６３、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活
性層６４、ｎ型Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ第２クラッド層６５、
ＧａＡｓコンタクト層６６が形成されている。さらに、
基板６１側にｎ型電極６１７、コンタクト層６６側にｐ
型電極６１８が形成されている。

【００５８】実施例５の基板６１上に形成された各半導
体層を構成する材料は実施例１においてそれぞれに相当
する部分と同様のものを使用することができる。

【００５９】本実施例でも、第３クラッド層６９におけ
るＡｌ混晶比は、側面部６１６、６１６の方が中央部６
１５より大きくなり、この部分で導波構造が形成され
る。

【００６０】（実施例６）図７に示されたレーザ素子
は、ｎ型ＧａＡｓ基板７１の上に、ｎ型Ａｌ_xＧａ₁ _-xＡ
ｓ第１クラッド層７２、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活性層７３お
よびストライプ状のリッジ部７２０が形成されたｐ型Ａ
ｌ_zＧａ_1-zＡｓ第２クラッド層７４からなる光発光用の
積層部と、ＧａＡｓ保護層７５、ＧａＡｓあるいはＡｌ
ＧａＡｓからなる電流阻止層７７が積層形成されてい
る。この実施例においては、第２クラッド層７４に形成
されたストライプ状のリッジ部７２０において電流狭窄
が行われる。第２クラッド層７４の上には、リッジ部７
１０の上方部分を除いて、Ａｌ_wＧａ_1-wＡｓ第３クラッ
ド層７９、コンタクト層７１０が形成されている。基板
７１側にはｎ型電極７１７、コンタクト層７１０側には
ｐ型電極７１８が形成されている。リッジ部の７２０の
屈折率は、第３クラッド層７９の該リッジ部側面７１
３、７１３上にある側面部７１６、７１６より大きく、
この部分において導波構造が形成される。

【００６１】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製することができる。まず、基板７１の（１００）
面上に通常の方法による１回目の成長工程にて保護層７
５まで積層し、該保護層７５の上に例えばＡｌ₂Ｏ₃等か
らなる誘電体膜（図示せず）をストライプ状に形成す
る。このストライプをマスクとして、第２クラッド層７
４を側面７１３、７１３の面方位が（ｎ１１）となるよ
うにエッチングして、リッジ部７２０を形成する。第２
クラッド層７４には、図中破線で示したようなｐ型Ｇａ
Ａｓからなるエッチングストップ層７６が備えられてい
ると、リッジ部７２０をエッチング形成する際に過剰に
エッチングされることを防止することができる。

【００６２】リッジ部７２０形成後、第３クラッド層７
９および電流阻止層７７をＭＢＥ法よる２回目の成長工
程にて形成する。上記リッジ部側面７１３、７１３の面
方位が（ｎ１１）であり、該リッジ部を挟む第２クラッ
ド層部分７１４、７１４の面方位は（１００）である。
そのため、第３クラッド層７９のリッジ部側面７１３、
７１３上にある側面部７１６、７１６の混晶比は、該部
分７１４、７１４の上に積層された部分７１５、７１５
よりもＡｌ混晶比が大きくなり、その屈折率が該部分７
１５より小さくなる。よって、上記第２クラッド層７４
と上記第３クラッド層７９とが同じ材料、すなわち上記
混晶比ｚ、ｗがほぼ等しい材料を用いて形成された場合
でも、リッジ部７２０の屈折率が上記側面部７１６、７
１６の屈折率よりも大きくなるように構成することがで
きる。

【００６３】また、本実施例においては、実施例３と同
様に第３クラッド層７９にＳｉ等の両性不純物をド−ピ
ングすることによって、側面部７１６の導電型と該部分
７１５の導電型とが異なるように構成することができ
る。これにより、実施例３と同様に電流狭窄幅をさらに
狭くすることができる。

【００６４】（実施例７）図８に示される半導体レーザ
素子は、ＧａＡｓ基板８１の上に積層されたＡｌ_xＧａ
_1-xＡｓ第１クラッド層８２、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ活性層
８３、リッジ部８２０が形成されたｐ型Ａｌ_zＧａ_1-zＡ
ｓ第２クラッド層８３、ＧａＡｓ保護層８５を有し、実
施例６の半導体レーザ素子とほぼ同様の構造を有する
が、この実施例においては、Ａｌ_wＧａ_1-wＡｓ第３クラ
ッド層８９がリッジ部８２０全体を覆って形成されてお
り、電流阻止層がない。リッジ部の８２０の屈折率は、
第３クラッド層８９のリッジ部側面８１３、８１３上に
ある側面部８１６、８１６より大きく、この部分におい
て導波構造が形成される。

【００６５】この半導体レーザ素子は、実施例７と同様
の成長方法およびエッチング法を用いて作製することが
できる。また、この半導体レーザ素子には、実施例６と
同様の理由で第２クラッド層８４に、図中想像線で示し
たようなＧａＡｓエッチングストップ層８５が設けられ
ていると好ましい。

【００６６】この実施例においても、上記側面８１３、
８１３の面方位が（ｎ１１）であり、リッジ部を挟む第
２クラッド層部分８１４、８１４の面方位は（１００）
である。そのため、第３クラッド層８９の該側面８１
３、８１３上にある側面部８１６、８１６のＡｌ混晶比
は、該リッジ部８２０の上方部分８２１および、リッジ
部を挟む第２クラッド層部分８１４、８１４上に積層さ
れた部分８１５、８１５のＡｌ混晶比より大きくなり、
該側面部８１６の屈折率は上方部分８２１および部分８
１５より小さくなる。

【００６７】また、実施例７においては、ＧａＡｓから
なる電流阻止層がないため、光吸収がなく、これにより
さらに低閾値電流および高微分効率を得ることができ
た。本実施例では、２００ｍｗで出力動作させた場合で
も、安定して基本横モード発振した。

【００６８】また、本実施例においても実施例３と同様
に第３クラッド層８９にＳｉ等の両性不純物をド−ピン
グすることによって、側面部８１６の導電型と該部分８
１５の導電型とが異なるように構成することができ、こ
れにより、実施例３と同様に電流狭窄幅をさらに狭くす
ることができる。

【００６９】各実施例中、光発光用の積層部を形成する
第１クラッド層および第２クラッド層は、成長方向にＡ
ｌ混晶比を変化させた構成、例えば、光ガイド層を備え
たＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構
造、あるいはＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index Separat
e Confinement Heterostructure）構造としてもよい。
また、活性層を量子井戸構造としてもよい。

【００７０】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、基
本横モードに対して実効屈折率に基づく屈折率型導波路
が有効に作用するので、閾値電流が低く、高い効率で発
振できる半導体レーザ素子を提供することができる。

【００７１】さらに、本発明の半導体レーザ素子によれ
ば、高出力動作する場合でも高次横モード発振すること
なく、安定した基本横モード発振が得られ、信頼性の高
い半導体レーザ素子を提供することができる。

【００７２】本発明の製造方法によれば、面方位の差を
利用することにより、本発明の半導体レーザ素子を容易
に作製することができる。また、本発明の半導体レーザ
素子を２回の成長工程で作製することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の半導体レーザ素子の製造工
程を説明する図である。

【図２】異なる面方位を有する面上に、ＡｌＧａＡｓ層
を積層した状態を示す図である。

【図３】本発明の実施例２の半導体レーザ素子を示す模
式図である。

【図４】本発明の実施例３の半導体レーザ素子を示す模
式図である。

【図５】本発明の実施例４の半導体レーザ素子を示す模
式図である。

【図６】本発明の実施例５の半導体レーザ素子を示す模
式図である。

【図７】本発明の実施例６の半導体レーザ素子を示す模
式図である。

【図８】本発明の実施例７の半導体レーザ素子を示す模
式図である。

【図９】従来の半導体レーザ素子の縦断面図である。

【符号の説明】

１、３１、４１、５１、６１、７１、８１基板２、３２、４２、５２、６２、７２、８２第１クラッ
ド層３、３３、４３、５３、６３、７３、８３活性層４、３４、４４、５４、６４、７４、８４第２クラッ
ド層９、３９、４９、５９、６９、７９、８９第３クラッ
ド層１１２、３１２、４１２、５１２、６１２ストライプ
溝１１３、３１３、４１３、５１３、６１３ストライプ
溝側面１１４、２１４、３１４、４１４、５１４ストライプ
溝底１１５、２１５、３１５、４１５、５１５中央部１１６、２１６、３１６、４１６、５１６、６１６、７
１６側面部７２０、８２０リッジ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者兼岩進治大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者近藤雅文大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者幡俊雄大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者大林健大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平４−322482（ＪＰ，Ａ) 特開平５−167174（ＪＰ，Ａ) 特開平２−260586（ＪＰ，Ａ) Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ 124（1992）ｐ．235 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは
０以上１以下）の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓから
なる第１クラッド層（ｘは０以上１以下）とＡｌ_zＧａ
_1-zＡｓからなる第２クラッド層（ｚは０以上１以下）
とで挟んでなる光発光用の積層部と、離隔された２つの
電流阻止層の間に電流狭窄用のストライプ溝が形成さ
れ、該ストライプ溝を含む該電流阻止層の上にＡｌ_wＧ
ａ_1-wＡｓからなる第３クラッド層（ｗは０より大で１
未満）を備えた電流狭窄機構部とをＧａＡｓ基板の上に
有し、該第３クラッド層における該ストライプ溝の底の
上方にある部分の屈折率が、該ストライプ溝の両側面の
上方にある部分の屈折率より大きい半導体レーザ素子。
【請求項２】前記第３クラッド層において、前記スト
ライプ溝の底の上方にある部分の導電型と該ストライプ
溝の両側面の上方にある部分の導電型が異なる請求項１
記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは
０以上１以下）の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓから
なる第１クラッド層（ｘは０以上１以下）とＡｌ_zＧａ
_1-zＡｓからなる第２クラッド層（ｚは０以上１以下）
とで挟んでなる光発光用の積層部と、離隔された２つの
電流阻止層の間に電流狭窄用のストライプ溝が形成さ
れ、該ストライプ溝を含む該電流阻止層の上にＡｌ_wＧ
ａ_1-wＡｓからなる第３クラッド層（ｗは０より大で１
未満）を備えた電流狭窄機構部とをＧａＡｓ基板の上に
有する半導体レーザ素子の製造方法であって、該光発光用の積層部を形成する工程と、該ストライプ溝の底の面方位を（１００）としかつその
両側面の面方位を（ｎ１１）（ｎは１以上８以下）とな
し、ストライプ溝を含む電流阻止層の上に第３クラッド
層を積層して、これにより第３クラッド層におけるスト
ライプ溝の底の上方にある部分の屈折率が、該ストライ
プ溝の両側面の上方にある部分の屈折率より大きい該電
流狭窄機構部を形成する工程とを行う半導体レーザ素子
の製造方法。
【請求項４】前記第３クラッド層は両性不純物をドー
ピングして形成されている請求項３記載の半導体レーザ
素子の製造方法。
【請求項５】Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは
０以上１以下）の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓから
なる第１クラッド層（ｘは０以上１以下）と電流狭窄用
のリッジ部を有するＡｌ_zＧａ_1-zＡｓからなる第２クラ
ッド層（ｚは０以上１以下）とで挟んでなる光発光用の
積層部と、該第２クラッド層の上のＡｌ_wＧａ_1-wＡｓか
らなる第３クラッド層（ｗは０より大で１未満）と、が
ＧａＡｓ基板の上に形成された半導体レーザ素子であっ
て、該第３クラッド層は、該リッジ部の両側面上に位置する
第１の部分と、該第２クラッド層の該リッジ部以外の部
分の上に位置する第２の部分と、を含んでおり、該リッ
ジ部及び該第３クラッド層の該第２の部分の屈折率が、
該第３クラッド層の該第１の部分の屈折率より大きい半
導体レーザ素子。
【請求項６】前記リッジ部の導電型と前記第３クラッ
ド層の前記第１の部分の導電型が異なる請求項５記載の
半導体レーザ素子。
【請求項７】Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓからなる活性層（ｙは
０以上１以下）の上下方向両側をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓから
なる第１クラッド層（ｘは０以上１以下）と電流狭窄用
のリッジ部を有するＡｌ_zＧａ_1-zＡｓからなる第２クラ
ッド層（ｚは０以上１以下）とで挟んでなる光発光用の
積層部と、該第２クラッド層の上のＡｌ_wＧａ_1-wＡｓか
らなる第３クラッド層（ｗは０より大で１未満）と、が
ＧａＡｓ基板の上に形成された半導体レーザ素子の製造
方法であって、該リッジ部の両側面の面方位を（ｎ１１）（ｎは１以上
８以下）としかつリッジ部を挟む両側の第２クラッド層
部分の面方位を（１００）となし、次いで該第２クラッ
ド層の上に第３クラッド層を形成する工程を包含し、該第３クラッド層は、該リッジ部の両側面上に位置する
第１の部分と、該第２クラッド層の該リッジ部以外の部
分の上に位置する第２の部分と、を含んでおり、該リッ
ジ部及び該第３クラッド層の該第２の部分の屈折率が、
該第３クラッド層の該第１の部分の屈折率より大きくな
るようにする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】前記第３クラッド層は両性不純物をドー
ピングして形成されている請求項７記載の半導体レーザ
素子の製造方法。