JP3410959B2

JP3410959B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP3410959B2
Application number: JP08351498A
Authority: JP
Inventors: 邊実渡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11284272A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高出力動作をする
半導体レーザ、特にデジタルビデオディスクや光磁気デ
ィスクなどの光情報処理機器の光源として用いて好適な
可視光半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＯ(Mageｎetic-optical) ディ
スクやＤＶＤ(Digital-versatile-Disk)などの光ディス
クの書き込みよう光源として、３０ｍＷ以上の光出力を
有する可視光半導体レーザが要求されている。このよう
な高出力半導体レーザでは、半導体レーザの出射端面で
光出力密度が上がることにより、半導体結晶が溶融し欠
陥が増殖する光学損傷（Catastrophic Optical Damag
e：ＣＯＤ）が起こり問題となっている。このＣＯＤ
は、半導体レーザの出射端面でレーザ光が吸収されてキ
ャリアが生成され、このキャリアが再結合する際に発熱
を起こすというサイクルが促進されるために発生する。
したがって、半導体レーザの端面にレーザ光のエネルギ
ーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層を
形成すれば、レーザ光に対して出射端面部は透明にな
り、出射端面での光吸収が起こらなくなるのでＣＯＤを
抑制することができる。このようなレーザは「窓構造レ
ーザ」と呼ばれており、高出力半導体レーザには必要な
構造である。

【０００３】しかしながら、出射端面部に窓構造を形成
した窓構造レーザといえども、レーザ光に対して十分な
バンドギャップエネルギー差がないと、出射端面及びそ
の近傍に流れた電流により端面が発熱し、ＣＯＤが発生
しやすくなってしまう。これに対して、半導体レーザの
端面部をさらに電流非注入構造とすることにより、窓構
造レーザにおいてＣＯＤの発生を確実に抑えることがで
きる。

【０００４】図４は、従来の電流非注入構造を有する半
導体レーザの一部断面斜視図である。すなわち、同図の
半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にＳｉをドーピ
ングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層２、膜厚１．７μｍの
ｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0. ₇）_0.5Ｐクラッド層（ｎ＝
３〜４×１０¹⁷ｃｍ^-3）３、活性領域４、膜厚１．７μ
ｍのｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層
（ｐ＝９×１０¹⁷ｃｍ^-3）５、膜厚５０ｎｍのｐ型Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層６、ｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝２×１
０¹⁸ｃｍ^-3）電流ブロック層１２、ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）１３が積層された構造
を有する。さらにその上下には、ｐ側電極としてＡｕＺ
ｎ／Ａｕ１４が形成され、ｎ側電極としてＡｕＧｅ／Ａ
ｕ１５が形成されている。

【０００５】図４に示した半導体レーザにおいては、レ
ーザの光出射端面にＺｎ拡散による窓領域１０が形成さ
れており、この直上では、ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容
易層６を介さずに直接ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）
0.5Ｐクラッド層５とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３が
接している。このため、この部分では両層のバンドギャ
ップ差が大きいためヘテロ障壁により電流がブロックさ
れる。それに対して、Ｚｎ拡散領域１０以外のリッジス
トライプ上には、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）0.5Ｐ
クラッド層５とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３との間に
は、中間的なバンドギャップエネルギーを持つｐ型Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層６が存在することにより、電流
が容易に流れる構造になる。このようにして、光出射端
面には、Ｚｎの拡散による窓構造が形成され、しかも、
この窓領域には電流が流れない端面非注入型の窓構造が
得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示したような従来の半導体レーザにおいては、製造工程
においてクラッド層５の端部がオーバーエッチングさ
れ、発振しきい値や動作電流が増大するという問題があ
った。以下、この問題について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

【０００７】図５及び図６は、従来の電流非注入構造レ
ーザの製造工程を表す概略工程図である。すなわち、従
来は、まず、図５（ａ）に示したように、例えば有機金
属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板
１上にＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層
２、膜厚１．７μｍのｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）₀
_.5Ｐクラッド層（ｎ＝３〜４×１０¹⁷ｃｍ^-3）３、活性
領域４、膜厚１．７μｍのｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ
_0.7）_0.5Ｐクラッド層（ｐ＝９×１０¹⁷ｃｍ^-3）５、膜
厚５０ｎｍのｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層６、厚さ
５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓキャップ層７を形成する。

【０００８】ここで、活性領域４は、例えば図６（ｅ）
に示したように、膜厚２５ｎｍのＩｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ
_0.5）_0.5Ｐ第１光ガイド層１６と、膜厚６．５ｎｍのＩ
ｎ_0. ₆₅Ｇａ_0.35Ｐ井戸層１７、１７と膜厚４ｎｍのＩｎ
_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ−障壁層１８とからなる
ＭＱＷ活性層２０と、膜厚２５ｎｍのＩｎ_0.5（Ｇａ₀ _.5
Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ第２光ガイド層１９とからなるものとす
ることができる。

【０００９】次に、半導体レーザの共振器端面に平行に
例えば端面から２０μｍの開口部を有するストライプ状
のＳｉＯ₂８を例えば膜厚２００ｎｍとなるように形成
し、このストライプ状のＳｉＯ₂８をマスクとして、ウ
ェットエッチングにより、ｎ型ＧａＡｓキャップ層７お
よびｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層６をエッチングす
る。しかしながら、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5
Ｐクラッド層を残してｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層
を選択的にエッチングするエッチャントがないため、こ
のエッチング工程において、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ
_0.7）_0.5Ｐクラツド層５までオーバーエッチングされて
しまう。

【００１０】この後、図５（ｂ）に示すごとく、ＳｉＯ
₂の開口部から、この下の活性領域４にＺｎを拡散さ
せ、Ｚｎ拡散領域１０を形成する。このようにＺｎ拡散
領域を形成することにより、端面部分の活性領域４のバ
ンドギャップを増大させ窓構造を形成することができ
る。

【００１１】続いて、図５（ｃ）に示したように、Ｓｉ
Ｏ₂８を取り除きｎ型ＧａＡｓ７を露出させた後、共振
器となるリッジストライプを形成すべく、例えば４．５
μｍで厚さ２００ｎｍのストライプ状ＳｉＯ₂１１をｎ
型ＧａＡｓ７のストライプ状の開口部に対して直交する
ように形成する。

【００１２】次に、図５（ｄ）に示したように、ストラ
イプ状ＳｉＯ₂１１をマスクとして、ｎ型ＧａＡｓ７と
ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層６をエッチングして取
り除く。

【００１３】次に、図５（ｅ）に示したように、ストラ
イプ状ＳｉＯ2１１をマスクにして、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇ
ａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５をリッジストライプ
状に加工する。その形状としては、例えば、リッジ幅約
５μｍ、リッジの厚さ１．７μｍ、リッジ両サイドの厚
さ０．２５μｍとすることができる。

【００１４】次に、図６（ａ）に示したように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）電流ブロック層１２
を、約１μｍの膜厚で上記リッジ側面に選択成長させ
る。

【００１５】次に、図６（ｂ）に示したように、ストラ
イプ状ＳｉＯ₂１１をエッチングにより取り除き、図６
（ｃ）に示したようにｎ型ＧａＡｓ７をエッチングによ
り取り除くことにより、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａ
ｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５のリッジストライプ上には、
Ｚｎ拡散領域を開口部とするｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電
容易層６が露出した形となる。

【００１６】この後、図６（ｄ）に示したようにｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）１３を３
μｍ形成し、ｐ側電極としてＡｕＺｎ／Ａｕ１４を形成
し、ｎ側電極としてＡｕＧｅ／Ａｕ１５を形成する。こ
のようにして、図４に示したような電流非注入型の半導
体レーザが完成する。

【００１７】しかしながら、このように作成される従来
の端面非注入構造の赤色半導体レーザにおいては、図５
（ａ）の工程でｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層６をウ
エットエッチング法によりエッチングした際に、ＳｉＯ
₂８の開口部においてｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）
_0.5Ｐクラッド層５までオーバーエッチングされる。そ
の結果、同図に符合Ａで示したように、端面部分におい
てクラッド層５の膜厚は、ＳｉＯ₂８のマスク部に比べ
て薄くなる。このため、図５（ｅ）においてｐ型Ｉｎ
_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５をリッジ形状
に加工する際にも、ＳｉＯ₂８の開口部であった端部付
近の部分がオーバーエッチングされてしまう。この部分
はちょうどレーザ光の出射端面になるために、出射端面
でリッジストライプが細くなり、しかもリッジ両サイド
のｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５の
膜厚が薄くなる。この結果、電流ブロック層による吸収
損失が増大するため、発振しきい値が大きく、動作電流
も大きくなってしまっていた。また、端面においてリッ
ジストライプが細くなる結果として、リッジの回折効果
が強くなり、レーザ光の広がり角度が設計値よりも大き
くなる方向にずれてしまうという問題もあった。

【００１８】本発明は、これらの問題点の認識に基づく
ものである。すなわち、その目的は、リッジ形状が端面
付近においても変化しない端面非注入レーザ、端面非注
入窓構造レーザおよびこれらの製造方法を提供すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
半導体レーザは、第１導電型の化合物半導体基板と、第
１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラ
ッド層と、前記第２導電型のクラッド層より小さいバン
ドギャップを有する第２導電型のコンタクト層と、前記
第２導電型のクラッド層よりもバンドギャップが小さく
前記第２導電型のコンタクト層よりもバンドギャップが
大きい第２導電型の通電容易層と、を備え、端面からレ
ーザ光を放出する半導体レーザ装置であって、前記端面
およびその近傍においては、前記第２導電型のクラッド
層と前記コンタクト層とが隣接して積層され、且つ前記
第２導電型のクラッド層と前記コンタクト層との界面に
おけるヘテロ障壁により電流が抑制されるものとして構
成され、前記端面近傍以外の部分においては、前記第２
導電型のクラッド層と前記コンタクト層との間に、前記
通電容易層が介在してなることにより通電が促進される
ものとして構成され、前記通電容易層は、前記第２導電
型のクラッド層を実質的にエッチングすることなく選択
的にエッチングできる材料からなることを特徴とする。

【００２０】ここで、前記半導体レーザ装置の前記端面
およびその近傍は、それら以外の部分の前記活性層より
もバンドギャップが大きい化合物半導体で形成された窓
領域とされ、前記窓領域は、前記レーザ光のエネルギー
よりも高いエネルギーに対応するバンドギャップを有す
ることにより、前記窓領域内で前記レーザ光を吸収しな
いものとして構成されたことを特徴とする。

【００２１】または、前記活性層は、前記クラッド層よ
りもバンドギャップが小さい井戸層と前記クラッド層よ
りもバンドギャップが小さく前記井戸層よりもバンドギ
ャップが大きい障壁層との多層構造からなる多重量子井
戸構造を有することを特徴とする。

【００２２】または、前記活性層は、前記クラッド層よ
りもバンドギャップが小さい井戸層と前記クラッド層よ
りもバンドギャップが小さく前記井戸層よりもバンドギ
ャップが大きい障壁層との多層構造からなる多重量子井
戸構造と、前記多重量子井戸構造の実効バンドギャップ
よりも大きく前記クラッド層より小さいバンドギャップ
を有する光ガイド層と、を有することを特徴とする。

【００２３】または、前記活性層は、前記クラッド層よ
りもバンドギャップが小さい井戸層と前記クラッド層よ
りもバンドギャップが小さく前記井戸層よりもバンドギ
ャップが大きい障壁層との多層構造からなる多重量子井
戸構造と、前記多重量子井戸構造の実効バンドギャップ
より大きく前記クラッド層より小さいバンドギャップを
有する光ガイド層と、を有することを特徴とする。

【００２４】また、前記第２導電型のクラッド層は、前
記レーザ光の放出される方向に沿って帯状に層厚が厚い
ものとして構成されたリッジストライプを有することを
特徴とする。

【００２５】さらに、前記第２導電型のクラッド層の前
記リッジストライプの両側に、第１導電型の電流ブロッ
ク層がそれぞれ積層されてなることを特徴とする。

【００２６】また、前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ
からなり、前記第１導電型のクラッド層と前記第２導電
型のクラッド層は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなること
を特徴とする。

【００２７】さらに、前記活性層は、ＩｎＧａＡｌＰ系
材料からなることを特徴とする。

【００２８】また、前記通電容易層は、ＡｌＧａＡｓ系
材料からなることを特徴とする。

【００２９】一方、本発明の半導体レーザ装置の製造方
法は、端面からレーザ光を放出する半導体レーザ装置の
製造方法であって、III−Ｖ族化合物半導体基板の上
に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型
のクラッド層と、前記第２導電型のクラッド層よりもバ
ンドギャップの小さい第２導電型の通電容易層とを順次
積層したウェーハを形成する工程と、前記端面及びその
近傍部の直上において前記第２導電型のクラッド層をエ
ッチングすることなく前記通電容易層を選択的にエッチ
ング除去し、前記第２導電型クラッド層を表面に露出さ
せる工程と、前記露出させた前記第２導電型のクラッド
層と前記通電容易層の上に前記通電容易層よりもバンド
ギャップの小さい第２導電型のコンタクト層を形成する
工程と、を備えたことを特徴とする。

【００３０】または、本発明の半導体レーザ装置の製造
方法は、端面からレーザ光を放出する半導体レーザ装置
の製造方法であって、III −Ｖ族化合物半導体基板の上
に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型
のクラッド層と、前記第２導電型のクラッド層よりもバ
ンドギャップの小さい第２導電型の通電容易層とを順次
積層したウェーハを形成する工程と、開口部を有するマ
スクを前記通電容易層の上に形成する工程と、前記マス
クの前記開口部を介して前記第２導電型のクラッド層
と、前記活性層と、前記第１導電型のクラッド層とに選
択的にＺｎを拡散する工程と、前記マスクの前記開口部
をエッチングすることにより前記通電容易層を選択的に
エッチング除去し、前記第２導電型クラッド層を実質的
にエッチングされない状態で露出させる工程と、前記マ
スクを除去し、前記露出させた第２導電型のクラッド層
と前記通電容易層の上に前記第２導電型通電容易層より
もバンドギャップの小さい第２導電型のコンタクト層を
形成する工程と、前記マスクの前記開口部が形成されて
いた部分で前記ウェーハを劈開することにより前記端面
を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

【００３１】または、本発明の半導体レーザ装置の製造
方法は、端面からレーザ光を放出する半導体レーザ装置
の製造方法であって、III −Ｖ族化合物半導体基板の上
に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型
のクラッド層と、前記第２導電型のクラッド層よりもバ
ンドギャップの小さい第２導電型の通電容易層とを順次
積層したウェーハを形成する工程と、開口部を有するマ
スクを前記通電容易層の上に形成する工程と、前記マス
クの前記開口部をエッチングすることにより前記通電容
易層を選択的にエッチング除去し、前記第２導電型クラ
ッド層を実質的にエッチングされない状態で露出させる
工程と、前記マスクの前記開口部を介して前記第２導電
型のクラッド層と、前記活性層と、前記第１導電型のク
ラッド層とに選択的にＺｎを拡散する工程と、前記マス
クを除去し、前記露出させた第２導電型のクラッド層と
前記通電容易層の上に前記第２導電型通電容易層よりも
バンドギャップの小さい第２導電型のコンタクト層を形
成する工程と、前記マスクの前記開口部が形成されてい
た部分で前記ウェーハを劈開することにより前記端面を
形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

【００３２】ここで、前記通電容易層を、選択的にエッ
チングすることにより、前記レーザ光の放出される方向
に沿ったストライプ状に加工する工程と、前記第２導電
型のクラッド層を、選択的にエッチングすることによ
り、前記レーザ光の放出される方向に沿って帯状に層厚
が厚いものとして構成されたリッジストライプ形状に加
工する工程と、をさらに備えたことを特徴とする。

【００３３】さらに、前記第２導電型のクラッド層の前
記リッジストライプの両側に第１導電型の電流ブロック
層をそれぞれ積層する工程をさらに備えたことを特徴と
する。

【００３４】ここで、前記マスクは、酸化シリコン、窒
化シリコン、及び酸化アルミニウムのいずれかであるこ
とを特徴とする。

【００３５】または、前記マスクは、化合物半導体から
なることを特徴とする。

【００３６】ここで、前記マスクは、ＧａＡｓからなる
ことを特徴とする。

【００３７】また、前記III−Ｖ族化合物半導体基板
は、ＧａＡｓからなることを特徴とする。

【００３８】また、前記第１導電型のクラッド層と前記
第２導電型のクラッド層は、ＩｎＧａＡｌＰ系の材料か
らなることを特徴とする。

【００３９】さらに、前記活性層は、ＩｎＧａＡｌＰ系
の材料からなることを特徴とする。また、前記通電容易
層は、ＡｌＧａＡｓ系の材料からなることを特徴とす
る。さらに、前記通電容易層を選択的にエッチング除去
する方法として、硫酸系溶液を用いたウェットエッチン
グ法を用いることを特徴とする。

【００４０】また、前記ウェーハを形成する工程におけ
る前記積層する方法として、有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）を用いることを特徴とする。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明によれば、電流が注入され
る領域のクラッド層とコンタクト層の間にクラッド層と
エッチングの選択性がある中間バンドギャップ層を用い
ることを特徴とする。このようにすれば、オーバーエッ
チングが生ずることがなくなり、リッジ型の半導体レー
ザを設計どおりに形成することができる。すなわち、Ｚ
ｎの拡散により半導体レーザの端面出射領域の活性層が
無秩序化する事により窓構造を形成し、且つ、ヘテロ障
壁による電流阻止構造をこの窓領域に形成することによ
り、端面非注入型の窓構造レーザを提供することができ
る。

【００４２】以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形
態について説明する。

【００４３】図１は、本発明の半導体レーザの概略構成
を表す一部断面斜視図である。すなわち、本発明の半導
体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型バッファ
層２、ｎ型クラッド層３、活性領域４、ｐ型クラッド層
５、ｐ型通電容易層２１、ｐ型キャップ層２２、ｎ型電
流ブロック層１２、ｐ型コンタクト層１３が積層された
構成を有する。また、その上下面には、ｐ側電極として
ＡｕＺｕ／Ａｕ１４が形成され、ｎ側電極としてＡｕＺ
ｕ／Ａｕ１５が形成されている。

【００４４】本発明によれば、ｐ型通電容易層２１の材
料としてＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓを用いる。このような材料
を選択することにより、後に詳述するように、製造工程
においてクラッド層５のオーバーエッチングが無くな
り、所定の設計形状パラメータを正確に再現したリッジ
型の半導体レーザを形成することができる。

【００４５】また、本発明によれば、端面非注入型の窓
構造を安定して実現することができる。すなわち、レー
ザの光出射端面にはＺｎ拡散による窓領域１０が形成さ
れており、この直上では、ｐ型通電容易層２１を介さず
に直接ｐ型クラッド層５とｐ型コンタクト層１３が接し
ている。このため、この部分では両層のバンドギャップ
差が大きく、価電子帯のヘテロ障壁により電流が遮断さ
れる。それに対して、Ｚｎ拡散領域１０以外のリッジス
トライプ上には、ｐ型クラッド層５とｐ型コンタクト層
１３の間に中間バンドギャップエネルギーを持つｐ型通
電容易層２１が存在することにより、電流が容易に流れ
る構造になる。なお、ｐ型コンタクト層１３の下には、
ｐ型キャップ層２２が存在するが、ｐ型通電容易層２１
よりもバンドギャップが小さい材料を選ぶので、通電特
性には影響を与えない。このようにして、光出射端面に
は、Ｚｎの拡散による窓構造が形成され、しかも、この
窓領域には電流が流れない端面非注入型の窓構造が得ら
れる。

【００４６】以下に、本発明の半導体レーザの製造工程
について図面を参照しつつ説明する。

【００４７】図２及び図３は、本発明の半導体レーザの
要部製造工程を表す概略工程図である。すなわち、本発
明によれば、まず、図２（ａ）に示したように、例えば
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１上に、例えばＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２、膜厚１．７μｍのｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ
_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層（ｎ＝３〜４×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）３、活性領域４、膜厚１．７μｍのｐ型Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層（ｐ＝９×１０¹⁷
ｃｍ^-3）５、膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ通
電容易層２１、厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ
層２２を形成する。ここで、活性領域４は、例えば図
３（ｄ）に示したように、膜厚２５ｎｍのＩｎ_0.5（Ｇ
ａ_0.5Ａｌ_0. ₅）_0.5Ｐ第１光ガイド層１６、膜厚６．５
ｎｍのＩｎ_0.65Ｇａ_0.35Ｐ井戸層１７と膜厚４ｎｍのＩ
ｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ障壁層１８とからなるＭ
ＱＷ活性層２０、および膜厚２５ｎｍのＩｎ_0.5（Ｇａ
_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ第２光ガイド層１９との積層構造と
することができる。

【００４８】次に、半導体レーザの共振器端面に平行に
例えば端面から２０μｍの開口部を持つようにストライ
プ状のＳｉＯ₂８を、膜厚２００ｎｍとなるように堆積
する。このストライプ状のＳｉＯ₂８をマスクとして、
例えば硫酸系エッチャント（一例としてＨ₂ＳＯ₄：Ｈ₂
Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝８：１：１を挙げることができる）を用い
たウエットエッチング法により、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層２２とｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ通電容易層２１をエッ
チングする。

【００４９】ここで、硫酸系エッチャントによるエッチ
ングは、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐからなるクラ
ッド層５をエッチングしないで、ＧａＡｓおよびＡｌＧ
ａＡｓを選択的にエッチングする。従って、クラッド層
５がオーバーエッチングされることなく、ｐ型Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層（ｐ＝９×１０¹⁷
ｃｍ^-3）５の表面で上記エッチングを停止することがで
きる。従来から用いられているＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐを通電
容易層に採用した場合には、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａ
ｌ_0.7）_0.5Ｐをエッチングしないで選択的にＩｎ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ｐをエッチングする適当なエッチャントがないの
前述したようにクラッド層５がオーバーエッチングされ
てしまう。これに対して、本発明によれば、通電容易層
としてＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓを採用することにより従来の
問題を解消することができる。

【００５０】本実施形態においては、通電容易層２１の
アルミニウム組成を0.5としたが、本発明は、これに限
定されるものではない。すなわち、通電容易層２１の材
料としては、ＧａＡｓキャップ層２２のバンドギャップ
とクラッド層５のバンドギャップの中間的なバンドギャ
ップを持ち、価電子帯でのヘテロスパイクによる電流遮
断効果を抑制できるものであれば良く、任意のＡｌ組成
ｘ（０＜ｘ≦１）のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓを通電容易層とし
て用いることができる。

【００５１】次に、図２（ｂ）に示したように、Ｚｎ拡
散領域１０をＳｉＯ₂８の開口部の下に選択的に形成す
る。この方法としては、固相拡散法や気相拡散法などの
種々の方法を用いることができる。例えば、Ｚｎを２×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピングしたｐ型ＧａＡｓ層を選択
成長し、その後アニール処理を加えて、Ｚｎをｐ型Ｇａ
Ａｓ層からｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッ
ド層３の途中まで固相拡散させる方法や、または、Ｚｎ
Ｏを用いて固相拡散させる方法を挙げることができる。
または、Ｚｎ雰囲気にさらしてＺｎを気相拡散する方法
をとることもできる。Ｚｎを拡散することによりＭＱＷ
活性層及びその近傍は混晶化され、実効的なバンドギャ
ップが増大して窓構造を形成することができる。本実施
形態の場合、活性領域４のうち、このＺｎ拡散領域とＳ
ｉＯ₂８下部のＺｎが拡散していない領域のフォトルミ
ネッセンス（ＰＬ）波長はそれぞれ、６３０ｎｍと６８
０ｎｍとなり、Ｚｎ拡散領域では５０ｎｍの短波長化が
実現でき、窓構造として十分に作用する。

【００５２】続いて、図２（ｃ）に示したように、スト
ライプ状のマスクを形成する。具体的には、ＳｉＯ₂８
を取り除きｐ型ＧａＡｓ２２を露出させた後、共振器と
なるリッジストライプを形成すべく、例えば幅４．５μ
ｍで厚さ２００ｎｍのストライプ状ＳｉＯ2１１をｐ型
ＧａＡｓ２２のストライプ状の開口部に対して直交する
ように形成する。

【００５３】次に、図２（ｄ）に示したように、ストラ
イプ状ＳｉＯ₂１１をマスクとして、前述の硫酸系エッ
チャントによりｐ型ＧａＡｓ２２とｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓ通電容易層２１を選択的にエッチングして取り除
く。このエッチングの際にも、図（ａ）に関して前述し
たように、クラッド層５との選択性を確保することがで
きる。従って、エッチングは、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａ
ｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５の表面が露出したところで自
動的に停止し、クラッド層５がオーバーエッチングされ
ることはない。

【００５４】次に、図２（ｅ）に示したように、リッジ
形状に加工する。具体的には、ストライプ状ＳｉＯ₂１
１をマスクにして、燐酸を用いたウエットエッチングに
よりｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５
をリッジストライプ状に形成する。リッジ幅約５μｍ、
リッジの厚さ１．７μｍ、リッジ側面の厚さ０．２５μ
ｍに形成される。このとき、従来のｐ型ＩｎＧａＰ通電
容易層を用いたときと異なり、前述のＳｉＯ₂８の開口
部分のｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層
５はオーバーエッチングされていないので、リッジスト
ライプ状に燐酸でエッチングされた後のリッジストライ
プ幅とリッジストライプ両サイドのｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ
_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層５の膜厚は、ストライプ
方向に沿って均一に仕上がる。この結果、従来のＩｎＧ
ａＰを通電容易層に用いたときに問題となっていたレー
ザ光出射端面部でリッジストライプ幅が狭くリッジスト
ライプの両サイドのｐ型クラッド層５の膜厚が薄くなる
といった問題が解消される。

【００５５】次に、図３（ａ）に示したように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）電流ブロック層１２を
約１μｍ上記リッジ側面に選択成長させる。

【００５６】次に、図３（ｂ）に示したように、ストラ
イプ状ＳｉＯ₂１１をエッチングにより取り除くことに
より、ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層
５のリッジストライプ上には、Ｚｎ拡散領域を開口部と
するｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ通電容易層２１とキャップ
層２２とが積層されてなる。

【００５７】次に、図３（ｃ）に示したように、ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）１３を約
３μｍ形成する。さらに、ｐ側電極としてＡｕＺｕ／Ａ
ｕ１４を形成し、ｎ側電極としてＡｕＺｕ／Ａｕ１５を
形成して半導体レーザが完成する。

【００５８】本発明により得られた端面非注入型窓構造
半導体レーザは、共振器長８００μｍ、ストライプ幅５
μｍ、前面反射率１０％、裏面反射率９０％の条件にお
いて、発振波長６８０ｎｍで連続発振し、１５０ｍＷま
でＣＯＤの発生がないことが確認された。

【００５９】以上、具体例を示しつつ本発明の実施の形
態について説明した。しかし、本発明は、この具体例に
限定されるものではない。

【００６０】例えば、上述した具体例において、Ｚｎ拡
散領域１０をＳｉＯ₂８の開口部に選択的に形成する前
に、ＳｉＯ₂８の開口部分のｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ通
電容易層６をエッチングしているが、この工程の順序は
逆であっても差し支えない。また、上述した具体例にお
いては、活性領域４は、ＭＱＷ活性層２０と光ガイド層
１６、１９で形成されるが、勿論、クラッド層よりもバ
ンドギャップエネルギーが小さい半導体層であればいず
れを用いてもよく、ＭＱＷ活性層ではなく単層の活性層
としても良い。

【００６１】また、上述した具体例においては、発振波
長は６８０ｎｍであったが、ＭＱＷ活性層２０の構造を
適宜選択することにより発振波長は調節できる。

【００６２】さらに、上述した具体例においては、窓構
造レーザを例にした端面非注入レーザを示したが、本発
明は、窓構造を有さず、単にレーザ光出射端面部を電流
非注入構造とした半導体レーザおよびその製造方法とし
ても適用できる。

【００６３】また、半導体レーザを構成する各層の組
成、キャリア濃度、ドーパント、膜厚等は、発振波長の
違いや、導波路内での光の伝搬の状態の違いなどに応じ
て、適時最適化することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
端面非注入または窓構造のいずれかを有する半導体レー
ザにおいて、製造工程でクラッド層のオーバーエッチン
グが生ずることが無くなる。その結果として、リッジス
トライプの幅が端面付近で細くなり、また層厚が薄くな
るという問題を解消することができる。すなわち、従来
よりも発振しきい値が低く、動作電流が小さく、レーザ
光の広がり角度も制御することができる。

【００６５】さらに、本発明によれば、このように半導
体レーザの基本的な特性を維持しつつ、端面非注入構造
や窓構造を安定して形成することができるようになる。
すなわち、クラッド層とコンタクト層の大きなバンドギ
ャップ差を利用して、このヘテロ障壁により窓構造領域
は電流が非注入となる構造をとることにより、信頼性の
高い端面非注入型の窓構造レーザを提供できる。より具
体的には、活性層に電流を注入するべきところには、通
電容易層というクラッド層とコンタクト層のほぼ中間の
バンドギャップを持つ層をクラッド層とコンタクト層の
間に挿入し、窓構造領域にはこの層を設けない構造をと
る。

【００６６】本発明によれば、特に、この通電容易層を
クラッド層と選択エッチングできる材料を選び、通電容
易層をエッチング除去する際に、クラッド層が全くエッ
チングされることなく通電容易層だけを取り除く。これ
により、レーザ光の出射端面でのクラッド層のオーバー
エッチングを防ぐことができ、素子特性を損うことなく
端面非注入型のレーザを作成できる。これは、従来の選
択再成長により作成されたｐ型／ｎ型／ｐ型のトランジ
スタ構造で電流を遮断する電流非注入構造に比べて、プ
ロセスが非常に簡略化できる。さらに、チップ表面上の
再成長部に凹凸が生じることがなくなる。その結果とし
て、半導体レーザチップをヒートシンク上にアップサイ
ドダウンでマウントする場合にも、凹凸による熱接触の
劣化などの問題が解消されるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電流非注入構造を有する半導体レーザ
の一部断面斜視図である。

【図２】本発明の電流非注入構造レーザの製造工程を表
す概略工程図である。

【図３】本発明の電流非注入構造レーザの製造工程を表
す概略工程図である。

【図４】従来の電流非注入構造を有する半導体レーザの
一部断面斜視図である。

【図５】従来の電流非注入構造レーザの製造工程を表す
概略工程図である。

【図６】従来の電流非注入構造レーザの製造工程を表す
概略工程図である。

【符号の説明】

１ｎ型ＧａＡｓ基板２ｎ型ＧａＡｓバッファ層３ｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層４活性領域５ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層６ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ通電容易層７ｎ型ＧａＡｓキャップ層８ＳｉＯ₂マスク１０Ｚｎ拡散領域１１ＳｉＯ₂マスク１２ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１３ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４ＡｕＺｎ／Ａｕｐ側電極１５ＡｕＧｅ／Ａｕｎ側電極１６Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ第１光ガイド層１７ＩｎＧａＰ井戸層１８Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ障壁層１９Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ第２光ガイド層２０多重量子井戸活性層２１ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ通電容易層２２ｐ型ＧａＡｓキャップ層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の化合物半導体基板と、第１導
電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド
層と、前記第２導電型のクラッド層より小さいバンドギ
ャップを有する第２導電型のコンタクト層と、前記第２
導電型のクラッド層よりもバンドギャップが小さく前記
第２導電型のコンタクト層よりもバンドギャップが大き
い第２導電型の通電容易層と、を備え、端面からレーザ
光を放出する半導体レーザ装置であって、前記端面およびその近傍においては、前記第２導電型の
クラッド層と前記コンタクト層とが隣接して積層され、
且つ前記第２導電型のクラッド層と前記コンタクト層と
の界面におけるヘテロ障壁により電流が抑制されるもの
として構成され、前記端面近傍以外の部分においては、前記第２導電型の
クラッド層と前記コンタクト層との間に、前記通電容易
層が介在してなることにより通電が促進されるものとし
て構成され、前記通電容易層は、前記第２導電型のクラッド層を実質
的にエッチングすることなく選択的にエッチングできる
材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】前記半導体レーザ装置の前記端面およびそ
の近傍は、それら以外の部分の前記活性層よりもバンド
ギャップが大きい化合物半導体で形成された窓領域とさ
れ、前記窓領域は、前記レーザ光のエネルギーよりも高いエ
ネルギーに対応するバンドギャップを有することによ
り、前記窓領域内で前記レーザ光を吸収しないものとし
て構成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ装置。
【請求項３】前記活性層は、前記クラッド層よりもバン
ドギャップが小さい井戸層と前記クラッド層よりもバン
ドギャップが小さく前記井戸層よりもバンドギャップが
大きい障壁層との多層構造からなる多重量子井戸構造を
有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導
体レーザ装置。
【請求項４】前記活性層は、前記クラッド層よりもバン
ドギャップが小さい井戸層と前記クラッド層よりもバン
ドギャップが小さく前記井戸層よりもバンドギャップが
大きい障壁層との多層構造からなる多重量子井戸構造
と、前記多重量子井戸構造の実効バンドギャップよりも
大きく前記クラッド層より小さいバンドギャップを有す
る光ガイド層と、を有することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】前記第２導電型のクラッド層は、前記レー
ザ光の放出される方向に沿って帯状に層厚が厚いものと
して構成されたリッジストライプを有することを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ
装置。
【請求項６】前記第２導電型のクラッド層の前記リッジ
ストライプの両側に、第１導電型の電流ブロック層がそ
れぞれ積層されてなることを特徴とする請求項５記載の
半導体レーザ装置。
【請求項７】前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓからな
り、前記第１導電型のクラッド層と前記第２導電型のクラッ
ド層は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなることを特徴とす
る請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ装
置。
【請求項８】前記活性層は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料から
なることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ装
置。
【請求項９】前記通電容易層は、ＡｌＧａＡｓ系材料か
らなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに
記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】端面からレーザ光を放出する半導体レー
ザ装置の製造方法であって、 III −Ｖ族化合物半導体基板の上に、第１導電型のクラ
ッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層と、前記
第２導電型のクラッド層よりもバンドギャップの小さい
第２導電型の通電容易層とを順次積層したウェーハを形
成する工程と、前記端面及びその近傍部の直上において前記第２導電型
のクラッド層をエッチングすることなく前記通電容易層
を選択的にエッチング除去し、前記第２導電型クラッド
層を表面に露出させる工程と、前記露出させた前記第２導電型のクラッド層と前記通電
容易層の上に前記通電容易層よりもバンドギャップの小
さい第２導電型のコンタクト層を形成する工程と、を備
えたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】端面からレーザ光を放出する半導体レー
ザ装置の製造方法であって、 III −Ｖ族化合物半導体基板の上に、第１導電型のクラ
ッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層と、前記
第２導電型のクラッド層よりもバンドギャップの小さい
第２導電型の通電容易層とを順次積層したウェーハを形
成する工程と、開口部を有するマスクを前記通電容易層の上に形成する
工程と、前記マスクの前記開口部を介して前記第２導電型のクラ
ッド層と、前記活性層と、前記第１導電型のクラッド層
とに選択的にＺｎを拡散する工程と、前記マスクの前記開口部をエッチングすることにより前
記通電容易層を選択的にエッチング除去し、前記第２導
電型クラッド層を実質的にエッチングされない状態で露
出させる工程と、前記マスクを除去し、前記露出させた第２導電型のクラ
ッド層と前記通電容易層の上に前記第２導電型通電容易
層よりもバンドギャップの小さい第２導電型のコンタク
ト層を形成する工程と、前記マスクの前記開口部が形成されていた部分で前記ウ
ェーハを劈開することにより前記端面を形成する工程
と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法。
【請求項１２】端面からレーザ光を放出する半導体レー
ザ装置の製造方法であって、 III −Ｖ族化合物半導体基板の上に、第１導電型のクラ
ッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層と、前記
第２導電型のクラッド層よりもバンドギャップの小さい
第２導電型の通電容易層とを順次積層したウェーハを形
成する工程と、開口部を有するマスクを前記通電容易層の上に形成する
工程と、前記マスクの前記開口部をエッチングすることにより前
記通電容易層を選択的にエッチング除去し、前記第２導
電型クラッド層を実質的にエッチングされない状態で露
出させる工程と、前記マスクの前記開口部を介して前記第２導電型のクラ
ッド層と、前記活性層と、前記第１導電型のクラッド層
とに選択的にＺｎを拡散する工程と、前記マスクを除去し、前記露出させた第２導電型のクラ
ッド層と前記通電容易層の上に前記第２導電型通電容易
層よりもバンドギャップの小さい第２導電型のコンタク
ト層を形成する工程と、前記マスクの前記開口部が形成されていた部分で前記ウ
ェーハを劈開することにより前記端面を形成する工程
と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法。
【請求項１３】前記通電容易層を、選択的にエッチング
することにより、前記レーザ光の放出される方向に沿っ
たストライプ状に加工する工程と、前記第２導電型のクラッド層を、選択的にエッチングす
ることにより、前記レーザ光の放出される方向に沿って
帯状に層厚が厚いものとして構成されたリッジストライ
プ形状に加工する工程と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１０〜１２のい
ずれか１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】前記第２導電型のクラッド層の前記リッ
ジストライプの両側に第１導電型の電流ブロック層をそ
れぞれ積層する工程をさらに備えたことを特徴とする請
求項１３記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】前記マスクは、酸化シリコン、窒化シリ
コン、及び酸化アルミニウムのいずれかであることを特
徴とする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の半導
体レーザ装置の製造方法。
【請求項１６】前記マスクは、化合物半導体からなるこ
とを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載
の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】前記マスクは、ＧａＡｓからなることを
特徴とする請求項１６記載の半導体レーザ装置の製造方
法。
【請求項１８】前記III −Ｖ族化合物半導体基板は、Ｇ
ａＡｓからなることを特徴とする請求項１０〜１７のい
ずれか１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１９】前記第１導電型のクラッド層と前記第２
導電型のクラッド層は、ＩｎＧａＡｌＰ系の材料からな
ることを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか１つに
記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２０】前記活性層は、ＩｎＧａＡｌＰ系の材料
からなることを特徴とする請求項１９記載の半導体レー
ザ装置の製造方法。
【請求項２１】前記通電容易層は、ＡｌＧａＡｓ系の材
料からなることを特徴とする請求項１０〜２０のいずれ
か１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２２】前記通電容易層を選択的にエッチング除
去する方法として、硫酸系溶液を用いたウェットエッチ
ング法を用いることを特徴とする請求項２１記載の半導
体レーザ装置の製造方法。
【請求項２３】前記ウェーハを形成する工程における前
記積層する方法として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）を用いることを特徴とする請求項１０〜２２のい
ずれか１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。