JP3459607B2 - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性層に流れ込む
電流の領域を狭窄する電流ブロック層（電流狭窄層）を
有する半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子では、動作電流の低減
と発光スポット位置を限定する目的で、ストライプ状に
電流を制限する構造が広く用いられている。電流をスト
ライプ状に制限する構造の１つに、ストライプ状に設け
られた開口部以外の領域の電流を遮断する電流ブロック
層（電流狭窄層）を伴う構造がある。
【０００３】図２２は従来の電流ブロック層を伴うＧａ
Ｎ系半導体レーザ素子についての一構成例を示す模式的
断面図である。
【０００４】図２２の半導体レーザ素子１０１におい
て、サファイア基板１０２上に、ｎ−ＧａＮからなるｎ
−コンタクト層１０３、ｎ−Ａｌa Ｇａ1-a Ｎからなる
ｎ−クラッド層１０４、多重量子井戸活性層（以下、Ｍ
ＱＷ活性層と呼ぶ）１０５およびｐ−Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ
からなるｐ−第１クラッド層１０６ａが順に形成されて
いる。
【０００５】ＭＱＷ活性層１０５は、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ
からなる複数の量子井戸層とＩｎyＧａ1-y Ｎからなる
複数の量子障壁層とが交互に積層されてなる多重量子井
戸層を有する。ここで、ｘ＞ｙである。
【０００６】ｐ−第１クラッド層１０６ａ上には、スト
ライプ状開口部１０８を有するｎ−Ａｌc Ｇａ1-c Ｎか
らなるｎ−電流ブロック層１０７が形成されている。ｎ
−電流ブロック層１０７上およびストライプ状開口部１
０８内のｐ−第１クラッド層１０６ａ上には、ｐ−Ａｌ
d Ｇａ1-d Ｎからなるｐ−第２クラッド層１０６ｂおよ
びｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１０９が順に形
成されている。なお、ストライプ状開口部１０８に描か
れた点線はｐ−第１クラッド層１０６ａとｐ−第２クラ
ッド層１０６ｂの境界を示す。ここで、０≦ａ＜ｃ、０
≦ｂ＜ｃおよび０≦ｄ＜ｃである。
【０００７】ｐ−コンタクト層１０９からｎ−コンタク
ト層１０３までの一部領域がエッチングにより除去され
ており、ｎ−コンタクト層１０３の表面が露出してい
る。ｐ−コンタクト層１０９上にはｐ電極１１０が形成
され、ｎ−コンタクト層１０３の露出した表面にはｎ電
極１１１が形成されいる。
【０００８】また、図２３は従来の電流狭窄層を有する
ＧａＮ系半導体レーザ素子についての他の構成例を示す
模式的断面図である。
【０００９】図２３の半導体レーザ素子２０１におい
て、サファイア基板２０２上に、ｎ−ＧａＮからなるｎ
−コンタクト層２０３、ｎ−Ａｌe Ｇａ1-e Ｎからなる
ｎ−クラッド層２０４、ＭＱＷ活性層２０５およびｐ−
Ａｌf Ｇａ1-f Ｎからなるｐ−第１クラッド層２０６ａ
が順に形成されている。
【００１０】ＭＱＷ活性層２０５は、Ｉｎs Ｇａ1-s Ｎ
からなる複数の量子井戸層とＩｎtＧａ1-t Ｎからなる
複数の障壁層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構
造を有する。ここで、ｓ＞ｔである。
【００１１】ｐ−第１クラッド層２０６ａ上には、ｐ−
Ａｌf Ｇａ1-f Ｎからなるリッジ状のｐ−第２クラッド
層２０６ｂが形成されている。ｐ−第２クラッド層２０
６ｂの両側におけるｐ−第１クラッド層２０６ａ上に
は、ストライプ状開口部２０８を有するｎ−Ａｌg Ｇａ
1-g Ｎからなるｎ−電流ブロック層２０７が形成されて
いる。ｎ−電流ブロック層２０７上およびストライプ状
開口部２０８内のｐ−第２クラッド層２０６ｂ上には、
ｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層２０９が形成され
ている。ここで、ストライプ状開口部２０８に描かれた
点線は、ｐ−第１クラッド層２０６ａとｐ−第２クラッ
ド層２０６ｂの境界を示す。また、０≦ｅ＜ｇおよび０
≦ｆ＜ｇである。
【００１２】ｐ−コンタクト層２０９からｎ−コンタク
ト層２０３までの一部領域がエッチングにより除去され
ており、ｎ−コンタクト層２０３の表面が露出してい
る。ｐ−コンタクト層２０９上にはｐ電極２１０が形成
され、ｎ−コンタクト層２０３の露出した表面にはｎ電
極２１１が形成されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の半導体レーザ素
子１０１，２０１においては、ｎ−電流ブロック層１０
７，２０７のＡｌ組成比がｐ−クラッド層１０６ａ，１
０６ｂ，２０６ａ，２０６ｂのＡｌ組成比よりも大きく
なっているため、ｎ−電流ブロック層１０７，２０７の
屈折率がｐ−クラッド層１０６ａ，１０６ｂ，２０６
ａ，２０６ｂの屈折率よりも小さくなっている。それに
より、ストライプ状開口部１０８，２０８下のＭＱＷ活
性層１０５，２０５の領域での実効屈折率がｎ−電流ブ
ロック層１０７，２０７下のＭＱＷ活性層１０５，２０
５の領域での実効屈折率に比べて大きくなり、光がスト
ライプ状開口部１０８，２０８下の領域に集中する。こ
のようにして、実屈折率導波型構造の半導体レーザ素子
が実現される。
【００１４】また、図２２および図２３に示した半導体
レーザ素子１０１，２０１において、ｎ−電流ブロック
層１０７，２０７を活性層よりもバンドギャップが小さ
いＩｎＧａＮで構成することにより、損失導波型構造と
することができる。
【００１５】図２２に示した従来の半導体レーザ素子１
０１においては、ｎ−電流ブロック層１０７は、断面矩
形状のストライプ状開口部１０８を有しており、このス
トライプ状開口部１０８の幅Ｗは深さに関係なくほぼ一
定である。
【００１６】また、図２３に示した従来の半導体レーザ
素子２０１においては、ｎ−電流ブロック層２０７は断
面台形状のストライプ状開口部２０８を有しており、こ
のストライプ状開口部２０８の幅は上方に行くに従い漸
次減少し、上部の幅Ｗ１に比べ下部の幅Ｗ２の方が大き
くなっている。
【００１７】図２２に示す半導体レーザ素子１０１にお
いて、ストライプ状開口部１０８の幅Ｗを広くすると、
半導体レーザ素子１０１の平面的形状においてストライ
プ状開口部１０８が占める面積が大きくなり、同じ動作
電圧を半導体レーザ素子１０１に与えてもｐ−コンタク
ト層１０９からストライプ状開口部１０８を通ってＭＱ
Ｗ活性層１０５に流れ込む電流が増加する。逆に光出力
を同じにすれば、動作電圧を下げることができる。
【００１８】しかし、ストライプ状開口部１０８の幅Ｗ
が広くなれば、ＭＱＷ活性層１０５に平行な方向の発光
スポット幅が広がり、半導体レーザ素子１０１から出射
されるレーザ光のアスペクト比（出射レーザ光の垂直広
がり角度／水平広がり角度）が大きくなる。
【００１９】反対に、ストライプ状開口部１０８の幅Ｗ
を狭くすると、ＭＱＷ活性層１０５に平行な方向の発光
スポット幅が狭くなり出射レーザ光のアスペクト比は小
さくなるが、ｐ−コンタクト層１０９からストライプ状
開口部１０８を通ってＭＱＷ活性層１０５に流れ込む電
流が少なくなるため、光出力を一定に保つために、動作
電圧を大きくしなければならなくなる。
【００２０】また、図２３に示す半導体レーザ素子２０
１においても同様に、ストライプ状開口部２０８の幅Ｗ
１，Ｗ２を広げると、同一光出力を得るための動作電圧
は小さくできるが、出力レーザ光のアスペクト比は大き
くなり、反対にストライプ状開口部２０８の幅Ｗ１，Ｗ
２を狭くすると、出射レーザ光のアスペクト比は小さく
できるが、動作電圧は大きくなってしまう。
【００２１】一方、用途に応じて動作電圧が低くかつ低
雑音特性を有する半導体レーザ素子の実現も望まれてい
る。
【００２２】本発明の目的は、動作電圧の低減および出
射レーザ光のアスペクト比の改善が可能な半導体レーザ
素子およびその製造方法を提供することである。
【００２３】本発明の他の目的は、動作電圧の低減およ
び自励発振が可能な半導体レーザ素子およびその製造方
法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る半導体レーザ素子は、活性層を含む第１の半導体
層と、第１の半導体層上に形成されたストライプ状の第
２の半導体層と、第２の半導体層の両側における第１の
半導体層上に形成された電流ブロック層とを備え、第２
の半導体層は、第１の幅の下端を有する下層および第１
の幅よりも大きな第２の幅の下端を有する上層により構
成されるとともに活性層よりも大きなバンドギャップを
有するクラッド層を含む。
【００２５】その半導体レーザ素子においては、クラッ
ド層が第１の幅の下端を有する下層および第１の幅より
も大きな第２の幅の下端を有する上層により構成されて
いるので、クラッド層の上層の抵抗が小さくなる。それ
により、動作電圧の低減が図られる。
【００２６】また、クラッド層の下層の下端の幅がクラ
ッド層の上層の幅に比べて小さいので、活性層に平行な
方向における発光スポットの幅を小さくすることができ
る。この場合、出射レーザ光のアスペクト比を小さくす
ることが可能となる。
【００２７】一方、電流注入領域の幅がクラッド層の下
層の下端の幅により規定されるので、発光スポットの幅
がクラッド層の上層の下端の幅により規定される場合に
は、電流注入領域の幅が発光スポットの幅に比べて小さ
くなる。この場合、電流注入領域の両側部が可飽和吸収
体として作用することが可能となり、自励発振が起こ
る。その結果、低雑音特性を得ることができる。
【００２８】クラッド層は、活性層に光を閉じ込める機
能を有してもよい。それにより、活性層に垂直な方向に
おいて光の閉じ込めが行われる。
【００２９】その半導体レーザ素子が、クラッド層上に
形成されクラッド層以上のキャリア濃度を有する第３の
半導体層をさらに備えてもよい。第３の半導体層はコン
タクト層であってもよい。この場合、第３の半導体層と
電極との間で良好なオーミック接触を得ることができ
る。
【００３０】その半導体レーザ素子が、クラッド層上に
形成されクラッド層よりも小さなバンドギャップを有す
る第３の半導体層をさらに備えてもよい。第３の半導体
層はコンタクト層であってもよい。この場合、第３の半
導体層のキャリア濃度を高めることが可能となるので、
第３の半導体層と電極との間で良好なオーミック接触を
得ることができる。
【００３１】クラッド層の下層は下端から上端へほぼ一
定の第１の幅を有し、クラッド層の上層は第２の幅から
上方へ漸次減少する幅を有してもよい。
【００３２】この場合、活性層にほぼ垂直な側面を有す
る下層と活性層に対して傾斜した側面を有する上層とか
らなる逆二段形状のストライプ構造を有するクラッド層
が得られる。特に、クラッド層の上層の下端の幅を大き
くすることにより、上層の上端の幅を大きくすることが
できる。それにより、クラッド層の上層の抵抗が小さく
なる。
【００３３】第１の半導体層は、第１導電型のクラッド
層、活性層および第２導電型の第１のクラッド層を下か
ら順に含み、第２の半導体層は、クラッド層として第２
導電型の第２のクラッド層を含んでもよい。
【００３４】電流ブロック層の屈折率が第１導電型のク
ラッド層および第２導電型の第１および第２のクラッド
層の屈折率よりも小さい場合は、第２のクラッド層下の
活性層の領域での実効屈折率が電流ブロック層下の活性
層の領域での実効屈折率よりも大きくなり、光が第２の
クラッド層下の活性層の領域に集中する。これにより、
出射レーザ光のアスペクト比が小さい実屈折率導波型構
造の半導体レーザ素子が実現される。
【００３５】一方、電流ブロック層が活性層よりも小さ
なバンドギャップを有する場合には、電流ブロック層下
の活性層で発生した光が電流ブロック層により吸収され
るため、第２のクラッド層下の活性層の領域に光が集中
する。これにより、出射レーザ光のアスペクト比が小さ
い損失導波型構造の半導体レーザ素子が実現される。
【００３６】第１の半導体層は、ホウ素、タリウム、ガ
リウム、アルミニウムおよびインジウムのうちの少なく
とも１つを含む第１の窒化物系半導体層であり、第２の
半導体層は、ホウ素、タリウム、ガリウム、アルミニウ
ムおよびインジウムのうちの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層であり、電流ブロック層は、ホウ
素、タリウム、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムのうちの少なくとも１つを含む第３の窒化物系半導体
層であってもよい。この場合、短波長の光を出射する半
導体レーザ素子が実現する。
【００３７】特に、第２の半導体層の導電型がｐ型であ
る場合には第２の半導体層の体積抵抗率を小さくするこ
とが困難である。この場合、クラッド層の上層の下端の
幅を大きくすることによる動作電圧の低減効果が顕著と
なる。
【００３８】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
は、活性層を含む第１の半導体層を形成する工程と、第
１の半導体層上に、ストライプ状の第２の半導体層を形
成するとともに第２の半導体層の両側における第１の半
導体層上に電流ブロック層を形成する工程とを備え、第
２の半導体層を形成する工程は、第１の幅の下端を有す
る下層および第１の幅よりも大きな第２の幅の下端を有
する上層により構成されるとともに活性層よりも大きな
バンドギャップを有するクラッド層を形成する工程を含
む。
【００３９】その製造方法により製造された半導体レー
ザ素子においては、クラッド層が第１の幅の下端を有す
る下層および第１の幅よりも大きな第２の幅の下端を有
する上層により構成されているので、クラッド層の上層
の抵抗が小さくなる。それにより、動作電圧の低減が図
られる。
【００４０】また、クラッド層の下層の下端の幅がクラ
ッド層の上層の幅に比べて小さいので、活性層に平行な
方向における発光スポットの幅を小さくすることができ
る。この場合、出射レーザ光のアスペクト比を小さくす
ることが可能となる。
【００４１】一方、電流注入領域の幅がクラッド層の下
層の下端の幅により規定されるので、発光スポットの幅
がクラッド層の上層の下端の幅により規定される場合に
は、電流注入領域の幅が発光スポットの幅に比べて小さ
くなる。この場合、電流注入領域の両側部が可飽和吸収
体として作用することが可能となり、自励発振が起こ
る。その結果、低雑音特性を得ることができる。
【００４２】第２の半導体層および電流ブロック層を形
成する工程は、第１の半導体層上にストライプ状開口部
を有する第１のマスクパターンを形成する工程と、スト
ライプ状開口部内の第１の半導体層上およびストライプ
状開口部の周辺部における第１のマスクパターン上に第
２の半導体層を選択的に成長させる工程と、第１のマス
クパターンを除去した後、第２の半導体層の上面に第２
のマスクパターンを形成する工程と、第２のマスクパタ
ーン上を除いて第２の半導体層の両側における第１の半
導体層上に電流ブロック層を選択的に成長させる工程と
を含んでもよい。
【００４３】この場合、第１の半導体層上にストライプ
状開口部を有する第１のマスクパターンが形成され、ス
トライプ状開口部内の第１の半導体層上およびストライ
プ状開口部の周辺部における第１のマスクパターン上に
第２の半導体層が選択的に成長される。第１のマスクパ
ターンが除去された後、第２の半導体層の上面に第２の
マスクパターンが形成され、第２のマスクパターン上を
除いて第２の半導体層の両側における第１の半導体層上
に電流ブロック層が選択的に成長される。
【００４４】このようにして、第１の幅の下端を有する
下層および第１の幅よりも大きな第２の幅の下端を有す
る上層により構成されるクラッド層が形成される。
【００４５】この場合、選択成長により下層および上層
からなるクラッド層が形成されるので、クラッド層の側
面の結晶性が良好となる。それにより、クラッド層と電
流ブロック層との界面の状態が良好となり、界面に流れ
る無効電流が低減される。その結果、素子特性が向上す
る。
【００４６】その製造方法は、クラッド層上にクラッド
層よりも小さなバンドギャップを有する第３の半導体層
を形成する工程をさらに備えてもよい。この場合、第３
の半導体層と電極との間で良好なオーミック接触を得る
ことができる。
【００４７】その製造方法は、クラッド層上にクラッド
層以上のキャリア濃度を有する第３の半導体層を形成す
る工程をさらに備えてもよい。この場合、第３の半導体
層のキャリア濃度を高めることが可能となるので、第３
の半導体層と電極との間で良好なオーミック接触を得る
ことができる。
【００４８】クラッド層を形成する工程は、下端から上
端へほぼ一定の第１の幅を有する下層および下端から上
端へほぼ一定の第２の幅を有する上層を形成する工程を
含んでもよい。
【００４９】この場合、活性層にほぼ垂直な側面を有す
る下層と活性層にほぼ垂直な側面を有する上層とからな
る逆二段形状のストライプ構造を有するクラッド層が得
られる。
【００５０】クラッド層を形成する工程は、下端から上
端へほぼ一定の第１の幅を有する下層および第２の幅か
ら上方へ漸次減少する幅を有する上層を形成する工程を
含んでもよい。
【００５１】この場合、活性層にほぼ垂直な側面を有す
る下層と活性層に対して傾斜した側面を有する上層とか
らなる逆二段形状のストライプ構造を有するクラッド層
が得られる。特に、クラッド層の上層の下端の幅を大き
くすることにより、上層の上端の幅を大きくすることが
できる。それにより、クラッド層の上層の抵抗が小さく
なる。
【００５２】第１の半導体層を形成する工程は、第１導
電型のクラッド層、活性層および第２導電型の第１のク
ラッド層を下から順に形成する工程を含み、第２の半導
体層を形成する工程は、クラッド層として第２導電型の
第２のクラッド層を形成する工程を含んでもよい。
【００５３】第１の半導体層は、ホウ素、タリウム、ガ
リウム、アルミニウムおよびインジウムのうちの少なく
とも１つを含む第１の窒化物系半導体層であり、第２の
半導体層は、ホウ素、タリウム、ガリウム、アルミニウ
ムおよびインジウムのうちの少なくとも１つを含む第２
の窒化物系半導体層であり、電流ブロック層は、ホウ
素、タリウム、ガリウム、アルミニウムおよびインジウ
ムのうちの少なくとも１つを含む第３の窒化物系半導体
層であってもよい。この場合、短波長の光を出射する半
導体レーザ素子が実現する。
【００５４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の参考例におけるＧ
ａＮ系半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図であ
る。また、図２は図１の半導体レーザ素子の模式的斜視
図である。ここでは、図１の半導体レーザ素子の構造を
有するものであって、実屈折率導波型構造を有するもの
について説明する。
【００５５】図１の半導体レーザ素子１において、サフ
ァイア基板２上に、厚さ４．５μｍのｎ−ＧａＮからな
るｎ−コンタクト層３、厚さ１．０μｍのｎ−Ａｌa Ｇ
ａ1-a Ｎからなるｎ−クラッド層４、ＭＱＷ活性層５お
よび厚さ０．１μｍのｐ−Ａｌb Ｇａ1-b Ｎからなるｐ
−第１クラッド層６ａが順に形成されている。
【００５６】ＭＱＷ活性層５は、厚さ８０ÅのＩｎx Ｇ
ａ1-x Ｎからなる３つの量子井戸層と厚さ１６０ÅのＩ
ｎy Ｇａ1-y Ｎからなる４つの量子障壁層とが交互に積
層されてなる多重量子井戸構造を有する。ここで、ｘ＞
ｙであり、本参考例では、ｘ＝０．１３、ｙ＝０．０５
である。
【００５７】ｐ−第１クラッド層６ａ上には、ストライ
プ状開口部８を有するｎ−Ａｌc Ｇａ1-c Ｎからなるｎ
−電流ブロック層７が形成されている。ｎ−電流ブロッ
ク層７のストライプ状開口部８は内側の両側面に段差を
有している。すなわち、ｎ−電流ブロック層７のストラ
イプ状開口部８の下部の幅よりも上部の幅が段階的に広
くなっており、ｎ−電流ブロック層７の下層７ａが上層
７ｂよりも内側に突出している。
【００５８】ｎ−電流ブロック層７の全体の厚さｔ１は
０．８μｍである。ｎ−電流ブロック層７の下層７ａ
は、電流をブロックするのに十分な厚みｔ２を有してお
り、本実施例では０．５μｍ以上である。ｎ−電流ブロ
ック層７上およびストライプ状開口部８内のｐ−第１ク
ラッド層６ａ上には、ｐ−Ａｌd Ｇａ1-d Ｎからなる厚
さ０．９μｍのｐ−第２クラッド層６ｂおよび厚さ０．
０５μｍのｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層９が順
に形成されている。ここで、ｐ−第１クラッド層６ａと
ｐ−第２クラッド層６ｂは同一の材質で構成されてお
り、また、０≦ａ＜ｃ、０≦ｂ＜ｃおよび０≦ｄ＜ｃで
あり、ａ＝０．０７、ｂ＝０．０７、ｃ＝０．１２およ
びｄ＝０．０７である。
【００５９】なお、各層のｎ型ドーパントとしてはＳｉ
が用いられ、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられ
る。
【００６０】ｐ−コンタクト層９からｎ−コンタクト層
３の一部領域がエッチングにより除去され、ｎ−コンタ
クト層３の表面が露出している。ｐ−コンタクト層９上
にｐ電極１０が形成され、ｎ−コンタクト層３の露出し
た表面にｎ電極１１が形成されている。
【００６１】本参考例の半導体レーザ素子１において
は、ｎ−電流ブロック層７のＡｌ組成比がｐ−第１クラ
ッド層６ａおよびｐ−第２クラッド層６ｂのＡｌ組成比
よりも大きくなっているため、ｎ−電流ブロック層７の
屈折率がｐ−第１クラッド層６ａおよびｐ−第２クラッ
ド層６ｂの屈折率よりも小さくなっている。それによ
り、ストライプ状開口部８下のＭＱＷ活性層５の領域で
の実効屈折率がｎ−電流ブロック層７下のＭＱＷ活性層
５の領域の実効屈折率よりも大きくなり、光がｎ−電流
ブロック層７の下層７ａ間のストライプ状開口部８下の
領域に集中する。このようにして、動作電圧が小さくか
つスポット幅の狭い実屈折率導波型構造の半導体レーザ
素子１が実現される。
【００６２】図３および図４は図１のＧａＮ系半導体レ
ーザ素子１の製造方法の第１の例を示す模式的工程断面
図である。
【００６３】まず、図３（ａ）に示すように、サファイ
ア基板２上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長
法）等により、ｎ−コンタクト層３、ｎ−クラッド層
４、ＭＱＷ活性層５、ｐ−第１クラッド層６ａおよびｎ
−電流ブロック層７を連続的に成長させる。ここで、ｎ
−電流ブロック層７の厚さはｔ１とする。そして、ｎ−
電流ブロック層７上に、第１のストライプ状開口部１３
を有するＳｉＯ2 膜（酸化シリコン）などからなる第１
のマスクパターン１２を形成する。
【００６４】次に、図３（ｂ）に示すように、ＲＩＥ法
（反応性イオンエッチング法）、ＲＩＢＥ（反応性イオ
ンビームエッチング法）等のドライエッチングにより第
１のマスクパターン１２の第１のストライプ状開口部１
３内のｎ−電流ブロック層７を第１の深さｔ３だけ堀り
下げる。これにより、ｎ−電流ブロック層７にストライ
プ状凹部１４が形成される。その後、第１のマスクパタ
ーン１２を除去する。
【００６５】次に、図３（ｃ）に示すように、ストライ
プ状凹部１４の両側におけるｎ−電流ブロック層７上の
領域に第２のマスクパターン１５を形成する。この場
合、第２のマスクパターン１５は、ストライプ状凹部１
４よりも広い第２のストライプ状開口部１６を有してお
り、ストライプ状凹部１４の縁部から所定距離だけ離し
て形成されている。
【００６６】次いで、図３（ｄ）に示すように、再度ド
ライエッチングにより、第２のマスクパターン１５の第
２のストライプ状開口部１６内のｎ−電流ブロック層７
を第２の深さｔ４だけ除去する。それにより、図３
（ｃ）に示したストライプ状凹部１４の底部がｐ−第１
クラッド層６ａに達してｐ−第１クラッド層６ａが露出
し、ｎ−電流ブロック層７にストライプ状開口部８が形
成される。このとき除去する第２の深さｔ４はｎ−電流
ブロック層７の深さよりも浅いため、ストライプ状開口
部８には段差が形成され、ｎ−電流ブロック層７の下層
７ａが上層７ｂよりも内側に突出する。この下層７ａの
厚さ（ｔ２＝ｔ１−ｔ４）はエッチングによって除去す
る第２の深さｔ４によって決まり、電流をブロックする
のに十分な厚さを有している。その後、第２のマスクパ
ターン１５を除去する。
【００６７】次に、図４（ｅ）に示すように、ストライ
プ状開口部８内のｐ−第１クラッド層６ａ上およびｎ−
電流ブロック層７上に、ｐ−第２クラッド層６ｂおよび
ｐ−コンタクト層９を順に形成する。
【００６８】さらに、図４（ｆ）に示すように、ｐ−コ
ンタクト層９上の所定領域に第３のマスクパターン１８
を形成する。
【００６９】そして、図４（ｇ）に示すように、ドライ
エッチングにより、第３のマスクパターン１８の領域を
除いてｐ−コンタクト層９からｎ−コンタクト層３まで
を除去し、ｎ−コンタクト層３の表面を露出させる。そ
の後、第３のマスクパターン１８を除去する。
【００７０】最後に、図４（ｈ）に示すように、ｐ−コ
ンタクト層９上にｐ電極１０を形成し、ｎ−コンタクト
層３の露出した表面にｎ電極１１を形成する。
【００７１】図５および図６は図１のＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の製造方法の第２の例を示す模式的工程断面図
である。
【００７２】まず、図５（ａ）に示すように、サファイ
ア基板２上に、ＭＯＣＶＤ法等により、ｎ−コンタクト
層３、ｎ−クラッド層４、ＭＱＷ活性層５、ｐ−第１ク
ラッド層６ａおよびｎ−電流ブロック層７を連続的に成
長させる。そして、ｎ−電流ブロック層７上に、ＳｉＯ
2 （酸化シリコン）からなる第１のストライプ状開口部
２２ａを有する第１のマスクパターン２０を形成する。
さらに、第１のマスクパターン２０の第１のストライプ
状開口部２２ａ内にあるｎ−電流ブロック層７の領域上
に第２のストライプ状開口部２２ｂを有するＮｉ（ニッ
ケル）からなる第２のマスクパターン２１を形成する。
第２のマスクパターン２１は、第１のマスクパターン２
０を覆うように、第２のストライプ状開口部２２ｂが第
１のストライプ状開口部２２ａの縁部から所定の距離だ
け内側に位置するように形成される。ここで、ｎ−電流
ブロック層７の膜厚をｔ１とする。
【００７３】次に、図５（ｂ）に示すように、ＣＣｌ4
（四塩化炭素）を用いたドライエッチングにより、Ｎｉ
からなる第２のマスクパターン２１の第２のストライプ
状開口部２２ｂ内におけるｎ−電流ブロック層７を第１
の深さｔ３だけ掘り下げる。この第１の深さｔ３がｎ−
電流ブロック層７の厚みｔ１よりも小さいことにより、
ｎ−電流ブロック層７にストライプ状凹部２３が形成さ
れる。
【００７４】さらに、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ
2 からなる第１のマスクパターン２０の第１のストライ
プ状開口部２２ａにおいて、Ｃｌ2 （塩素）を用いたド
ライエッチングにより、ｎ−電流ブロック層７を第２の
深さｔ４だけ掘り下げ、ｐ−第１クラッド層６ａを露出
させる。それにより、ｎ−電流ブロック層７にストライ
プ状開口部８が形成される。この場合、Ｎｉからなる第
２のマスクパターン２１およびその下部のｎ−電流ブロ
ック層７はエッチングされるが、ＳｉＯ2 からなる第１
のマスクパターン２０はエッチングされない。それによ
り、ｎ−電流ブロック層７の上層７ｂ間の間隔が第１の
マスクパターン２０の第１のストライプ状開口部２２ａ
の幅と等しくなり、ｎ−電流ブロック層７の厚さｔ１よ
りも第２の深さｔ４が小さいので、ｎ−電流ブロック層
７の厚さｔ２の下層７ａ間の間隔が狭くなる。それによ
り、下端部から上端部にかけて段階的に幅が広くなるス
トライプ状開口部８が形成される。その後、第１のマス
クパターン２０を除去する。
【００７５】次に、図５（ｄ）に示すように、ｎ−電流
ブロック層７上およびストライプ状開口部８内のｐ−第
１クラッド層６ａ上に、ｐ−第２クラッド層６ｂおよび
ｐ−コンタクト層９を順に成長させる。
【００７６】さらに、図６（ｅ）に示すように、ｐ−コ
ンタクト層９上の所定領域に第３のマスクパターン２６
を形成する。
【００７７】そして、図６（ｆ）に示すように、ドライ
エッチングにより第３のマスクパターン２６の領域を除
いてｐ−コンタクト層９からｎ−コンタクト層３までを
除去し、ｎ−コンタクト層３の表面を露出させる。その
後、第３のマスクパターン２６を除去する。
【００７８】最後に、図６（ｇ）に示すように、ｐ−コ
ンタクト層９上にｐ電極１０を形成し、ｎ−コンタクト
層３の露出した表面にｎ電極１１を形成する。
【００７９】本参考例のＧａＮ系半導体レーザ素子１に
おいては、ｎ−電流ブロック層７のストライプ状開口部
８の幅がその下端部から上端部へかけて、例えば図７
（ａ）に示すように、Ｗ２からＷ１へと段階的に広くな
っている。
【００８０】そのため、図７（ａ）の本参考例の半導体
レーザ素子１と図７（ｂ）の従来の半導体レーザ素子１
０１Ａとを比べると、半導体レーザ素子１のストライプ
状開口部８の上端部の幅Ｗ１と半導体レーザ素子１０１
Ａのストライプ状開口部１０８の幅Ｗ１とが同等なの
で、半導体レーザ素子１の動作電圧と半導体レーザ素子
１０１Ａの動作電圧がほぼ同じになる。一方、半導体レ
ーザ素子１のストライプ状開口部８の下端部の幅Ｗ２が
半導体レーザ素子１０１Ａのストライプ状開口部１０８
の幅Ｗ１よりも狭いので、半導体レーザ素子１の出射レ
ーザ光のアスペクト比を半導体レーザ素子１０１Ａの出
射レーザ光のアスペクト比よりも小さくできる。
【００８１】また、図７（ａ）の本参考例の半導体レー
ザ素子１と図７（ｃ）の従来の半導体レーザ素子１０１
Ｂとを比べると、半導体レーザ素子１のストライプ状開
口部８の下端部の幅Ｗ２と半導体レーザ素子１０１Ｂの
ストライプ状開口部１０８の幅Ｗ２とが同等なので、半
導体レーザ素子１の出射レーザ光のアスペクト比と半導
体レーザ素子１０１Ｂの出射レーザ光のアスペクト比が
ほぼ同じになる。一方、半導体レーザ素子１のストライ
プ状開口部８の上端部の幅Ｗ１が半導体レーザ素子１０
１Ｂのストライプ状開口部１０８の幅Ｗ２よりも広いの
で、半導体レーザ素子１の動作電圧を半導体レーザ素子
１０１Ｂの動作電圧よりも低減できる。
【００８２】図８は本発明の第１の実施例におけるＧａ
Ｎ系半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図であ
る。ここでは、図８の構造を有する第１の実施例の半導
体レーザ素子として実屈折率導波型構造を有するものに
ついて説明する。
【００８３】図８の半導体レーザ素子５１において、サ
ファイア基板５２上に、厚さ４．５μｍのｎ−ＧａＮか
らなるｎ−コンタクト層５３、厚さ１．０μｍのｎ−Ａ
ｌaＧａ1-a Ｎからなるｎ−クラッド層５４、ＭＱＷ活
性層５５および厚さ０．１μｍのｐ−Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ
からなるｐ−第１クラッド層５６ａが順に形成されてい
る。
【００８４】ＭＱＷ活性層５５は、厚さ８０ÅのＩｎx
Ｇａ1-x Ｎからなる３つの量子井戸層と厚さ１６０ÅＩ
ｎy Ｇａ1-y Ｎからなる４つの障壁層とが交互に積層さ
れてなる多重量子井戸構造を有する。ここで、ｘ＞ｙで
あり、本実施例ではｘ＝０．１３、ｙ＝０．０５であ
る。
【００８５】ｐ−第１クラッド層５６ａ上には、ストラ
イプ状開口部５８を有するｎ−Ａｌc Ｇａ1-c Ｎからな
るｎ−電流ブロック層５７が形成されている。
【００８６】ストライプ状開口部５８内のｐ−第１クラ
ッド層５６ａ上には、厚さ０．８μｍのｐ−Ａｌc Ｇａ
1-c Ｎからなるｐ−第２クラッド層５６ｂが形成されて
いる。ｐ−第２クラッド層５６ｂ上およびｎ−電流ブロ
ック層５７上には、厚さ０．０５μｍのｐ−ＧａＮから
なるｐ−コンタクト層５９が形成されている。ここで、
０≦ａ＜ｃおよび０≦ｂ＜ｃであり、本実施例では、ａ
＝０．０７、ｂ＝０．０７およびｃ＝０．１２である。
【００８７】ｐ−第２クラッド層５６ｂは、ｐ−第１ク
ラッド層５６ａ上に形成された下層５６ｂ１と、この下
層５６ｂ１上に形成された上層５６ｂ２とを含んでい
る。下層５６ｂ１は、断面矩形状を有し、例えば０．５
μｍ以上の高さｔ２を有し、３．５μｍのほぼ一定の幅
Ｗ５を有する。また、上層５６ｂ２は、断面台形状を有
し、例えば０．３μｍの高さ（ｔ１−ｔ２）を有し、上
底の長さが３．５μｍで、下底は上底よりも長い。すな
わち、上層５６ｂ２は、下層５６ｂ１の幅Ｗ５（第１の
幅）以上の幅Ｗ４（第２の幅）から上方へ漸次減少する
幅を有している。
【００８８】なお、各層のｎ型ドーパントとしてはＳｉ
が用いられ、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられ
る。
【００８９】ｐ−コンタクト層５９からｎ−コンタクト
層５３までの一部領域がエッチングにより除去され、ｎ
−コンタクト層５３の表面が露出している。ｐ−コンタ
クト層５９上にｐ電極６０が形成され、ｎ−コンタクト
層５３の露出した表面にｎ電極６１が形成されている。
【００９０】本実施例の半導体レーザ素子５１におい
て、ｎ−電流ブロック層５７のＡｌ組成比がｐ−第１ク
ラッド層５６ａおよびｐ−第２クラッド層５６ｂのＡｌ
組成比よりも大きくなっているため、ｎ−電流ブロック
層５７の屈折率がｐ−第１クラッド層５６ａおよびｐ−
第２クラッド層５６ｂの屈折率よりも小さくなってい
る。それにより、ストライプ状開口部５８下の幅Ｗ５の
ＭＱＷ活性層５５の領域の実効屈折率がｎ−電流ブロッ
ク層５７下のＭＱＷ活性層５５の領域での実効屈折率よ
りも大きくなり、光がストライプ状開口部５８下の幅Ｗ
５の領域に集中する。このようにして、動作電圧が小さ
くかつ発光スポット幅の狭い実屈折率導波型構造の半導
体レーザ素子５１が実現される。
【００９１】図９、図１０および図１１は図８のＧａＮ
系半導体レーザ素子５１の製造方法の一例を示す模式的
工程断面図である。
【００９２】まず、図９（ａ）に示すように、サファイ
ア基板５２上に、ＭＯＣＶＤ法等により、ｎ−コンタク
ト層５３、ｎ−クラッド層５４、ＭＱＷ活性層５５、ｐ
−第１クラッド層５６ａおよびｎ−電流ブロック層５７
を連続的に成長させる。そして、ｎ−電流ブロック層５
７上に第１のストライプ状開口部６３を有する第１のマ
スクパターン６２を形成する。次工程で垂直なエッチン
グを行うために、第１のマスクパターン６２には比較的
エッチングされにくいＳｉＯ2 （酸化シリコン）などが
用いられる。
【００９３】次に、図９（ｂ）に示すように、Ｃｌ2
（塩素）を用いたＲＩＢＥ法、ＦＩＢ（フォーカスイオ
ンビーム）等のドライエッチングにより、第１のマスク
パターン６２の第１のストライプ状開口部６３内のｎ−
電流ブロック層５７を除去する。これによりｎ−電流ブ
ロック層５７に、壁面がほぼ垂直なストライプ状開口部
６４を形成する。その後、第１のマスクパターン６２を
除去する。次に、図９（ｃ）に示すように、ストライプ
状開口部６４内のｐ−第１クラッド層５６ａ上およびｎ
−電流ブロック層５７上にｐ−第２クラッド層５６ｂを
成長させる。
【００９４】次いで、図９（ｄ）に示すように、ｎ−電
流ブロック層５７のストライプ状開口部６４の上部にお
けるｐ−第２クラッド層５６ｂ上の領域に、Ｎｉ（ニッ
ケル）などでストライプ状の第２のマスクパターン６６
を形成する。
【００９５】次に図１０（ｅ）に示すように、ストライ
プ状の第２のマスクパターン６６の領域を除いてｐ−第
２クラッド層５６ｂを除去し、ｎ−電流ブロック層５７
を露出させる。このとき、例えばＣＣｌ4 （四塩化炭
素）を用いたＲＩＥを行うと、Ｎｉからなる第２のマス
クパターン６６の周辺部が徐々にエッチングされて幅が
狭くなるので、ｐ−第２クラッド層５６ｂの端面は斜め
にエッチングされる。
【００９６】さらに、図１０（ｆ）に示すように、先の
ドライエッチングを用いたストライプ状の第２のマスク
パターン６６を利用してｎ−電流ブロック層５７上およ
びｐ−第２クラッド層５６ｂの側面にｎ−電流ブロック
層５７を選択的に成長させる。そして、ｎ−電流ブロッ
ク層５７の厚みをｐ−第２クラッド層５６ｂの厚みと同
じにする。なお、ｎ−電流ブロック層５７の中に描かれ
た点線は、下部のｎ−第１の電流ブロック層と上部のｎ
−第２電流ブロック層の境界を示す。
【００９７】次に、図１０（ｇ）に示すように、ストラ
イプ状の第２のマスクパターン６６を除去した後に、ｎ
−電流ブロック層５７上およびｐ−第２クラッド層５６
ｂ上にｐ−コンタクト層５９を成長させる。
【００９８】そして、図１０（ｈ）に示すように、ｐ−
コンタクト層５９上の所定領域に第３のマスクパターン
７０を形成する。
【００９９】次に、図１１（ｉ）に示すように、ドライ
エッチングにより第３のマスクパターン７０の領域を除
いてｐ−コンタクト層５９からｎ−コンタクト層５３ま
でを除去し、ｎ−コンタクト層５３の表面を露出させ
る。その後、第３のマスクパターン７０を除去する。
【０１００】最後に、図１１（ｊ）に示すように、ｐ−
コンタクト層５９上にｐ電極６０を形成し、ｎ−コンタ
クト層５３の露出した表面にｎ電極６１を形成する。
【０１０１】本実施例のＧａＮ系半導体レーザ素子５１
においては、ｐ−第２クラッド層５６ｂ（第２の半導体
層）が、厚さ方向にほぼ一定の幅Ｗ５（第１の幅）を有
する下層５６ｂ１と、幅Ｗ５以上の幅Ｗ４（第２の幅）
から上方へ漸次減少する幅を有する上層５６ｂ２とから
なる。
【０１０２】そのため、ｐ−第２クラッド層５６ｂの下
層５６ｂ１の幅Ｗ５は、幅Ｗ４から下層５６ｂ１の下方
へその幅を漸次増加させて下層５６ｂ１の下端に達した
ときに得られる幅Ｗ６よりも狭くなる。それにより、従
来の半導体レーザ素子２０１に比べて活性層５５に平行
な方向の発光スポット幅が狭くなるため、出射レーザ光
のアスペクト比を小さくできる。
【０１０３】その一方、上層５６ｂ２の幅Ｗ３は下層５
６ｂ１の幅Ｗ５とは関わりなく広げられるため、上層５
６ｂ２の幅Ｗ３，Ｗ４を広くでき、上層５６ｂ２の抵抗
を小さくして半導体レーザ素子５１の動作電圧を下げる
ことができる。
【０１０４】なお、上記第１および第２の実施例では、
絶縁性のサファイア基板２，５２を用いているが、サフ
ァイア基板２，５２の代わりにＧａＮ基板、ＳｉＣ基板
等の導電性基板を用いてもよい。その場合には、ｐ−コ
ンタクト層９，５９の成長後のマスクパターンの形成工
程およびドライエッチング工程は行わず、ｐ−コンタク
ト層９，５９上にｐ電極１０，６０を形成し、導電性基
板のＧａＮ基板等にｎ電極１１，６１を形成する。
【０１０５】また、ｎ−電流ブロック層７，５７を活性
層５，５５よりも小さなバンドギャップを有する材料に
より形成してもよい。この場合、ｎ−電流ブロック層
７，５７下の活性層５，５５の領域で発生した光がｎ−
電流ブロック層７，５７により吸収されるため、光がｐ
−第１クラッド層６ａ，５６ａのストライプ状開口部
８，５８下の幅Ｗ２，Ｗ５の活性層５，５５に集中す
る。それにより、損失導波型構造の半導体レーザ素子が
実現される。
【０１０６】この場合にも、実屈折率導波型構造の半導
体レーザ素子の場合と同様に絶縁性のサファイア基板
２，５２の代わりにＧａＮ基板、ＳｉＣ基板等の導電性
基板を用いｎ電極１１，６１を導電性基板のＧａＮ基板
等に形成してもよい。
【０１０７】また、上記参考例および第１の実施例で
は、第１クラッド層６ａ，５６ａと第２クラッド層６
ｂ，５６ｂが同じ組成の場合について説明したが、これ
らの組成は異なっていてもよい。
【０１０８】図１２は本発明の製造方法により製造され
た第２の実施例におけるＧａＮ系半導体レーザ素子の構
造を示す模式的断面図である。ここでは、図１２の半導
体レーザ素子の構造を有するものであって、実屈折率導
波型構造を有するものについて説明する。
【０１０９】図１２の半導体レーザ素子７１において、
サファイア基板７２上に、厚さ４．５μｍのｎ−ＧａＮ
からなるｎ−コンタクト層７３、厚さ１．０μｍのｎ−
Ａｌa Ｇａ1-a Ｎからなるｎ−クラッド層７４、ＭＱＷ
活性層７５および厚さ０．１５μｍのｐ−Ａｌb Ｇａ
1-b Ｎからなるｐ−第１クラッド層７６ａが順に形成さ
れている。
【０１１０】ＭＱＷ活性層７５は、厚さ８０ÅのＩｎx
Ｇａ1-x Ｎからなる３つの量子井戸層と厚さ１６０Åの
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎからなる４つの量子障壁層とが交互に
積層されてなる多重量子井戸構造を有する。ここで、ｘ
＞ｙであり、本実施例では、ｘ＝０．１３、ｙ＝０．０
５である。
【０１１１】ｐ−第１クラッド層７６ａ上には、ストラ
イプ状開口部を有するｎ−Ａｌc Ｇａ1-c Ｎからなる厚
さ０．３μｍのｎ−電流ブロック層７７が形成されてい
る。ｎ−電流ブロック層７７のストライプ状開口部は内
側の両側面に段差を有している。すなわち、ｎ−電流ブ
ロック層７７のストライプ状開口部の下部の幅よりも上
部の幅が段階的に広くなっている。
【０１１２】ｎ−電流ブロック層７７の全体の厚さｔ１
は０．３μｍである。ｎ−電流ブロック層７７の下層７
７ａは、電流をブロックするのに十分な厚みｔ２を有し
ており、本実施例では０．１μｍである。
【０１１３】ｎ−電流ブロック層７７のストライプ状開
口部内のｐ−第１クラッド層７６ａ上には、ｐ−Ａｌd
Ｇａ1-d Ｎからなる厚さ０．３μｍのｐ−第２クラッド
層７６ｂが形成されている。ｐ−第２クラッド層７６ｂ
の下層の幅Ｗ２は２μｍであり、ｐ−第２クラッド層７
６ｂの上層の幅Ｗ１は２．５μｍである。ｐ−第２クラ
ッド層７６ｂ上およびｎ−電流ブロック層７７上には、
ｐ−ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのｐ−コンタクト層
７９が形成されている。
【０１１４】ここで、ｐ−第１クラッド層７６ａおよび
ｐ−第２クラッド層７６ｂは同一の材質で構成されてお
り、また、０≦ａ＜ｃ、０≦ｂ＜ｃおよび０≦ｄ＜ｃで
あり、ａ＝０．０７、ｂ＝０．０７、ｃ＝０．１２およ
びｄ＝０．０７である。
【０１１５】なお、各層のｎ型ドーパントとしてはＳｉ
が用いられ、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられ
る。ｐ−第１クラッド層７６ａおよびｐ−第２クラッド
層７６ｂのキャリア濃度は１×１０17〜３×１０17／ｃ
ｍ3 であり、ｐ−コンタクト層７９のキャリア濃度は４
×１０17〜８×１０17／ｃｍ3 である。
【０１１６】ｐ−コンタクト層７９からｎ−コンタクト
層７３の一部領域がエッチングにより除去され、ｎ−コ
ンタクト層７３の表面が露出している。ｐ−コンタクト
層７９上にｐ電極８０が形成され、ｎ−コンタクト層７
３の露出した表面にｎ電極８１が形成されている。
【０１１７】本実施例の半導体レーザ素子７１において
は、ｎ−電流ブロック層７７のＡｌ組成比がｐ−第１ク
ラッド層７６ａおよびｐ−第２クラッド層７６ｂのＡｌ
組成比よりも大きくなっているため、ｎ−電流ブロック
層７７の屈折率がｐ−第１クラッド層７６ａおよびｐ−
第２クラッド層７６ｂの屈折率よりも小さくなってい
る。それにより、ｐ−第２クラッド層７６ｂ下のＭＱＷ
活性層７５の領域での実効屈折率がｎ−電流ブロック層
７７下のＭＱＷ活性層７５の領域での実効屈折率よりも
大きくなり、光がｐ−第２クラッド層７６ｂ下のＭＱＷ
活性層７５の領域に集中する。このようにして、実屈折
率導波型構造の半導体レーザ素子７１が実現される。
【０１１８】図１３および図１４は図１２のＧａＮ系半
導体レーザ素子７１の製造方法の一例を示す模式的工程
断面図である。
【０１１９】まず、図１３（ａ）に示すように、結晶成
長装置内で、サファイア基板７２上に、ＭＯＣＶＤ法等
により、ｎ−コンタクト層７３、ｎ−クラッド層７４、
ＭＱＷ活性層７５およびｐ−第１クラッド層７６ａを連
続的に成長させる。前述の各層７３，７４，７５，７６
ａが形成されたサファイア基板７２を結晶成長装置から
取り出し、ｐ−第１クラッド層７６ａ上に、ｐ−第１ク
ラッド層７６ａの〈１-1００〉方向に沿ったストライプ
状開口部８３を有するＳｉＯ2 （酸化シリコン）等から
なる第１のマスクパターン８２を形成する。
【０１２０】次に、図１３（ｂ）に示すように、サファ
イア基板７２を結晶成長装置内に戻し、ｐ−第２クラッ
ド層７６ｂを成長させる。この際、基板温度を１０００
℃前後に保つことにより、ストライプ状開口部８３内の
ｐ−第１クラッド層７６ａ上およびストライプ状開口部
８３の周辺部の第１のマスクパターン８２上のみにｐ−
第２クラッド層７６ｂを選択的に成長させる。その結
果、ｐ−第２クラッド層７６ｂは、段差を有する構造に
なり、上層（ＭＱＷ活性層７５から遠い側）の幅が下層
（ＭＱＷ活性層７５に近い側）の幅よりも広い逆二段形
状のストライプ構造になる。この場合、ｐ−第２クラッ
ド層７６ｂの上層の側面はＭＱＷ活性層７５に対してほ
ぼ垂直となる。
【０１２１】再びサファイア基板７２を結晶成長装置か
ら取り出し、第１のマスクパターン８２をフッ酸等によ
り化学的に除去する。その後、図１３（ｃ）に示すよう
に、ｐ−第２クラッド層７６ｂの上面に、ＳｉＯ2 等か
らなる第２のマスクパターン８４を形成する。次に、サ
ファイア基板７２を結晶成長装置内に戻し、ｎ−電流ブ
ロック層７７を成長させる。この際、基板温度を１００
０℃前後に保つことにより、ｎ−第２クラッド層７６ｂ
上に形成された第２のマスクパターン８４上の領域を除
いて露出したｐ−クラッド層７６ａ上にのみ選択的にｎ
−電流ブロック層７７を成長させる。
【０１２２】その後、サファイア基板７２を結晶成長装
置から取り出し、第２のマスクパターン８４を除去す
る。次に、サファイア基板７２を結晶成長装置に戻し、
図１４（ｄ）に示すように、ｐ−第２クラッド層７６ｂ
上およびｎ−電流ブロック層７７上にｐ−コンタクト層
７９を成長させる。さらに、サファイア基板７２を結晶
成長装置から取り出し、ｐ−コンタクト層７９上に、Ｓ
ｉＯ2 等からなるストライプ状の第３のマスクパターン
８５を形成する。この第３のマスクパターン８５は、ｐ
−第２クラッド層７６ｂの上方の領域を覆うように配置
する。
【０１２３】そして、図１４（ｅ）に示すように、ドラ
イエッチングにより、第３のマスクパターン８５の領域
を除いてｐ−コンタクト層７９からｎ−コンタクト層７
３までを除去し、ｎ−コンタクト層７３の表面を露出さ
せる。その後、第３のマスクパターン８５を除去する。
【０１２４】最後に、図１４（ｆ）に示すように、ｐ−
コンタクト層７９上にｐ電極８０を形成し、ｎ−コンタ
クト層７３の露出した表面にｎ電極８１を形成する。
【０１２５】図１３および図１４に示した製造方法によ
れば、選択成長によりストライプ状のｐ−第２のクラッ
ド層７６ｂが形成されるので、ｐ−第２クラッド層７６
ｂの側面の結晶性が良好となる。したがって、ｐ−第２
クラッド層７６ｂとｎ−電流ブロック層７７との界面の
状態が良好となり、界面に流れる無効電流を低減するこ
とができる。その結果、素子特性が向上する。
【０１２６】本実施例のＧａＮ系半導体レーザ素子７１
においては、ｎ−電流ブロック層７７の上端の幅Ｗ１が
下端の幅Ｗ２に比べて広くなっている。すなわち、ｐ−
第２クラッド層７６ｂの上端の幅Ｗ１が下端の幅Ｗ２に
比べて広くなっている。それにより、ｐ−第２クラッド
層７６ｂの上層の抵抗が小さくなり、半導体レーザ素子
７１の動作電圧が低減される。
【０１２７】図１５は図１２の半導体レーザ素子７１の
ＭＱＷ活性層７５における実効屈折率分布を示す図であ
る。
【０１２８】図１５に示すように、ｐ−第２クラッド層
７６ｂの上層の幅Ｗ１が下層の幅Ｗ２に比べて広くなっ
ているので、ＭＱＷ活性層７５の中央部の幅Ｗ２の領域
で実効屈折率が最も高くなり、ＭＱＷ活性層７５の幅Ｗ
２よりも広い幅Ｗ１の領域で実効屈折率が中間の値を示
し、ＭＱＷ活性層７５の幅Ｗ１の領域の両側で実効屈折
率が最も低くなる。このように、ＭＱＷ活性層７５にお
ける実効屈折率分布が階段状となる。
【０１２９】この場合、発光スポットの幅はＷ１とな
り、電流注入領域の幅はＷ２となる。それにより、電流
注入領域の両側部が可飽和吸収体として作用し、自励発
振が起こる。その結果、低雑音特性を有する半導体レー
ザ素子７１が実現される。
【０１３０】図１６は本発明の第３の実施例におけるＧ
ａＮ系半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図であ
る。
【０１３１】図１６の半導体レーザ素子７１Ａにおいて
は、ｐ−第２クラッド層７６ｂが、厚さ方向にほぼ一定
の幅Ｗ５を有する下層と幅Ｗ５よりも大きな幅Ｗ４から
上方へ漸次減少する幅を有する上層とからなる。
【０１３２】ｐ−第２クラッド層７６ｂの下層の幅Ｗ５
は２μｍであり、ｐ−第２クラッド７６ｂの上層の下端
の幅Ｗ４は２．５μｍである。また、ｐ−第２クラッド
層７６ｂの上層の上端の幅Ｗ３は２．３μｍである。図
１６の半導体レーザ素子７１Ａの他の部分の構成は、図
１２の半導体レーザ素子７１の構成と同様である。
【０１３３】本実施例のＧａＮ系半導体レーザ素子７１
Ａにおいては、ｐ−第２クラッド層７６ｂの上層の下端
の幅Ｗ４を広くすることによりｐ−第２クラッド層７６
ｂの上層の上端の幅Ｗ３も広くすることができる。それ
により、ｐ−第２クラッド層７６ｂの上層の抵抗が小さ
くなり、半導体レーザ素子７１Ａの動作電圧が低減され
る。
【０１３４】また、ｐ−第２クラッド層７６ｂの上層の
下端の幅Ｗ４が下層の下端の幅Ｗ５に比べて広くなって
いるので、ＭＱＷ活性層７５の中央部の幅Ｗ５の領域で
実効屈折率が最も高くなり、ＭＱＷ活性層７５の幅Ｗ５
よりも広い幅Ｗ４の領域で実効屈折率が中間の値を示
し、ＭＱＷ活性層７５の幅Ｗ４の領域の両側で実効屈折
率が最も低くなる。
【０１３５】この場合、発光スポットの幅はＷ４とな
り、電流注入領域の幅はＷ５となる。それにより、電流
注入領域の両側部が可飽和吸収体として作用し、自励発
振が起こる。その結果、低雑音特性を有する半導体レー
ザ素子７１Ａが実現される。
【０１３６】本実施例の半導体レーザ素子７１Ａの製造
の際には、図１３（ａ）の工程で第１のマスクパターン
８２のストライプ状開口部８３をｐ−第２クラッド層７
６ａの〈１１-2０〉方向に沿って形成することにより、
図１３（ｂ）の工程でｐ−第２クラッド層７６ｂの両側
面をＭＱＷ活性層７５に対して約６２°傾斜した面にす
ることができる。図１６の半導体レーザ素子７１Ａのそ
の他の製造工程は、図１３および図１４に示した製造工
程と同様である。
【０１３７】図１７、図１８、図１９、図２０および図
２１は本発明に係る半導体レーザ素子における第１導電
型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および第
２導電型コンタクト層のバンドギャップエネルギーの例
を示す図である。
【０１３８】図１７の例では、ＡｌＧａＮからなる第２
導電型クラッド層のバンドギャップが活性層のバンドギ
ャップおよびＧａＮからなる第２導電型コンタクト層の
バンドギャップよりも大きく、第２導電型コンタクト層
のバンドギャップが活性層のバンドギャップよりも大き
い。
【０１３９】図１８の例では、ＡｌＧａＮからなる第２
導電型クラッド層のバンドギャップが活性層のバンドギ
ャップよりも大きく、ＡｌＧａＮからなる第２導電型コ
ンタクト層のバンドギャップが第２導電型クラッド層の
バンドギャップよりも大きい。
【０１４０】図１９の例では、ＡｌＧａＮからなる第２
導電型クラッド層のバンドギャップが活性層のバンドギ
ャップよりも大きく、ＡｌＧａＮからなる第２導電型コ
ンタクト層のバンドギャップが第２導電型クラッド層の
バンドギャップと等しい。
【０１４１】図２０の例では、ＡｌＧａＮからなる第２
導電型クラッド層のバンドギャップが活性層のバンドギ
ャップおよびＩｎＧａＮからなる第２導電型コンタクト
層のバンドギャップよりも大きく、第２導電型コンタク
ト層のバンドギャップが活性層のバンドギャップよりも
大きい。
【０１４２】図２１の例では、ＡｌＧａＮからなる第２
導電型クラッド層のバンドギャップが活性層のバンドギ
ャップおよびＩｎＧａＮからなる第２導電型コンタクト
層のバンドギャップよりも大きく、第２導電型コンタク
ト層のバンドギャップが活性層のバンドギャップよりも
小さい。
【０１４３】なお、図１７〜図２１の例において、第２
導電型コンタクト層のキャリア濃度は第２導電型クラッ
ド層のキャリア濃度以上に設定される。
【０１４４】特に、図１７の例では、第２導電型コンタ
クト層をＧａＮにより形成することにより、キャリア濃
度を高めることが可能となる。それにより、第２導電型
コンタクト層と電極との間で良好なオーミック接触を得
ることができる。その結果、半導体レーザ素子の動作電
圧が低減し、半導体レーザ素子の発熱を抑制することが
できる。その結果、しきい値電流の低減および信頼性の
向上が図られる。
【０１４５】また、第２導電型コンタクト層のバンドギ
ャップが活性層のバンドギャップに比べて大きいため、
第２導電型コンタクト層での光の吸収による発光効率の
低下が防止される。
【０１４６】なお、本発明に係る半導体レーザ素子の各
層の材料は、上記実施例の材料に限定されず、Ｂ、Ｔ
ｌ、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎのうちの少なくとも１つを含
む種々の窒化物系半導体を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例におけるＧａＮ系半導体レーザ
素子の構造を示す模式的断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の構造を示す模式的斜
視図である。
【図３】図１のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法の
第１の例を示す模式的工程断面図である。
【図４】図１のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法の
第１の例を示す模式的工程断面図である。
【図５】図１のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法の
第２の例を示す模式的工程断面図である。
【図６】図１のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法の
第２の例を示す模式的工程断面図である。
【図７】参考例におけるＧａＮ系半導体レーザ素子の効
果を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図９】図８のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法の
一例を示す模式的工程断面図である。
【図１０】図８のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法
の一例を示す模式的工程断面図である。
【図１１】図８のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法
の一例を示す模式的工程断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導
体レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図１３】図１２のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方
法の一例を示す模式的工程断面図である。
【図１４】図１２のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方
法を示す模式的工程断面図である。
【図１５】図１２のＧａＮ系半導体レーザ素子のＭＱＷ
活性層における実効屈折率分布を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施例におけるＧａＮ系半導
体レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図１７】本発明に係る半導体レーザ素子における第１
導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層およ
び第２導電型コンタクト層のバンドギャップエネルギー
の第１の例を示す図である。
【図１８】本発明に係る半導体レーザ素子における第１
導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層およ
び第２導電型コンタクト層のバンドギャップエネルギー
の第２の例を示す図である。
【図１９】本発明に係る半導体レーザ素子における第１
導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層およ
び第２の導電型コンタクト層のバンドギャップエネルギ
ーの第３の例を示す図である。
【図２０】本発明に係る半導体レーザ素子における第１
導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層およ
び第２導電型コンタクト層のバンドギャップエネルギー
の第４の例を示す図である。
【図２１】本発明に係る半導体レーザ素子における第１
導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層およ
び第２導電型コンタクト層のバンドギャップエネルギー
の第５の例を示す図である。
【図２２】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の構造の第
１の例を示す模式的工程断面図である。
【図２３】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の構造の第
２の例を示す模式的工程断面図である。
【符号の説明】
１，５１，７１，７１Ａ 半導体レーザ素子 ２，５２，７２ サファイア基板 ３，５３，７３ ｎ−コンタクト層 ４，５４，７４ ｎ−クラッド層 ５，５５，７５ ＭＱＷ活性層 ６ａ，５６ａ，７６ａ ｐ−第１クラッド層 ６ｂ，５６ｂ，７６ｂ ｐ−第２クラッド層 ７，５７，７７ ｎ−電流ブロック層 ８，５８ ストライプ状開口部 ９，５９，７９ ｐ−コンタクト層 １０，６０，８０ ｐ電極 １１，６１，８１ ｎ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−84165（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−294534（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−97950（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−85381（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−36491（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−250805（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性層を含む第１の半導体層と、 前記第１の半導体層上に形成されたストライプ状の第２
    の半導体層と、 前記第２の半導体層の両側における前記第１の半導体層
    上に形成された電流ブロック層とを備え、 前記第２の半導体層は、下端から上端へほぼ一定の第１
    の幅を有する下層、および前記第１の幅よりも大きな第
    ２の幅の下端を有し且つ前記第２の幅から上方へ漸次減
    少する幅を有する上層により構成されるとともに、前記
    活性層よりも大きなバンドギャップを有するクラッド層
    を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】 前記クラッド層は、前記活性層に光を閉
    じ込める機能を有することを特徴とする請求項１記載の
    半導体レーザ素子。
  3. 【請求項３】 前記クラッド層上に形成され、前記クラ
    ッド層以上のキャリア濃度を有する第３の半導体層をさ
    らに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の半
    導体レーザ素子。
  4. 【請求項４】 前記クラッド層上に形成され、前記クラ
    ッド層よりも小さなバンドギャップを有する第３の半導
    体層をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２
    記載の半導体レーザ素子。
  5. 【請求項５】 前記第３の半導体層はコンタクト層であ
    ることを特徴とする請求項３または４記載の半導体レー
    ザ素子。
  6. 【請求項６】 前記第１の半導体層は、第１導電型のク
    ラッド層、前記活性層および第２導電型の第１のクラッ
    ド層を下から順に含み、 前記第２の半導体層は、前記クラッド層として第２導電
    型の第２のクラッド層を含む ことを特徴とする請求項１
    〜５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
  7. 【請求項７】 前記第１の半導体層は、ホウ素、タリウ
    ム、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムのうちの
    少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層であり、 前記第２の半導体層は、ホウ素、タリウム、ガリウム、
    アルミニウムおよびインジウムのうちの少なくとも１つ
    を含む第２の窒化物系半導体層であり、 前記電流ブロック層は、ホウ素、タリウム、ガリウム、
    アルミニウムおよびインジウムのうちの少なくとも１つ
    を含む第３の窒化物系半導体層であることを特徴とする
    請求項１〜６ のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
  8. 【請求項８】 活性層を含む第１の半導体層を形成する
    工程と、 前記第１の半導体層上に、ストライプ状の第２の半導体
    層を形成するとともに前記第２の半導体層の両側におけ
    る前記第１の半導体層上に電流ブロック層を形成する工
    程とを備え、 前記第２の半導体層を形成する工程は、第１の幅の下端
    を有する下層および前記第１の幅よりも大きな第２の幅
    の下端を有する上層により構成されるとともに前記活性
    層よりも大きなバンドギャップを有するクラッド層を形
    成する工程を含む半導体レーザ素子の製造方法であっ
    て、 前記第２の半導体層および前記電流ブロック層を形成す
    る工程は、 前記第１の半導体層上にストライプ状開口部を有する第
    １のマスクパターンを形成する工程と、 前記ストライプ状開口部内の前記第１の半導体層上およ
    び前記ストライプ状開口部の周辺部における前記第１の
    マスクパターン上に第２の半導体層を選択的に成長させ
    る工程と、 前記第１のマスクパターンを除去した後、前記第２の半
    導体層の上面に第２のマスクパターンを形成する工程
    と、 前記第２のマスクパターン上を除いて前記第２の半導体
    層の両側における前記第１の半導体層上に電流ブロック
    層を選択的に成長させる工程とを含むことを特徴とする
    半導体レーザ素子の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記クラッド層上に前記クラッド層より
    も小さなバンドギャップを有する第３の半導体層を形成
    する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載
    の半導体レーザ素子の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記クラッド層上に前記クラッド層以
    上のキャリア濃度を有する第３の半導体層を形成する工
    程をさらに備えたことを特徴とする請求項８ または９記
    載の半導体レーザ素子の製造方法。
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