JP3672062B2 - 半導体レーザ，及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体レーザ、及びその製造方法に関し、特にリッジ導波路を備えた半導体レーザ、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のリッジ導波路を有する半導体レーザ（以下リッジ型半導体レーザと称す）の構造を示すレーザ共振器端面に平行な断面図であり、図において、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層、３は量子井戸構造からなる活性層、４はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層、５はｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層、６はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層、７はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、９はストライプ状に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路、１２はｐ側電極、１３はｎ側電極、１４は電流狭搾用の絶縁膜、１５は絶縁膜１４の、リッジ導波路の上部の平坦面上に形成された、リッジ導波路９に沿って伸びる平面形状がストライプ形状の開口部である。
【０００３】
また、図４は従来のリッジ型半導体レーザの製造方法を示す断面図（図４(a),(c),(d),(e))、及び斜視図（図４(b))であり、図において、図３と同一符号は同一または相当する部分を示しており、８は平面形状がストライプ形状である絶縁膜である。
【０００４】
また、図５は従来のリッジ型半導体レーザの製造方法の主要工程を示す断面図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当する部分を示している。
【０００５】
次に従来のリッジ型半導体レーザの製造方法を図４に基づいて説明する。
まず、ウエハ状態（図示せず）のｎ−ＧａＡｓ半導体基板１上に、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層２、量子井戸構造から成る活性層３、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層４、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５，ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７の各層を順次エピタキシャル結晶成長させる。成長後のウェハの断面図を図４(a) に示す。
【０００６】
次にウェハ全面に絶縁膜（図示せず）を形成し、更に所定のパターンを有するフォトレジスト（図示せず）を写真製版技術を用いて形成し、このレジストをマスクとして選択エッチングして、ストライプ状に伸びる絶縁膜８を形成する。この絶縁膜８の材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等が用いられる。このストライプ状の絶縁膜８はリッジ導波路を形成する際のエッチングのマスクとして機能するものである。図４(b) に絶縁膜８のパターニング後の断面図を示す。
【０００７】
続いて、この絶縁膜８をリッジエッチングのマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６に対して、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５でエッチングが停止するような選択エッチングを行うことにより、所定の方向にストライプ状に伸びるリッジ形状を有するのリッジ導波路９を形成する。このような性質を有するエッチャントの例として酒石酸と過酸化水素の混合液，あるいは硫酸と過酸化水素と水の混合液が挙げられる。エッチング後の断面図を図４(c) に示す。
【０００８】
リッジエッチング後，ウェットあるいはドライエッチングによりストライプ状の絶縁膜８を選択的に除去した後、図４(d) に示すようにウェハ全面に再度絶縁膜１４を成膜する。さらに、絶縁膜１４上にフォトレジスト１６を設け、これをフォトリソグラフイ技術を用いてパターニングして、図４(e) に示すようにリッジ導波路９の上部の平坦面上に開口部１７を設ける。そして、このフォトレジスト１６をマスクとしてリッジ導波路９の上部の平坦部のみの絶縁膜１４をドライエッチング等の方法で除去し、絶縁膜１４に開口部１５を設ける。さらに、ウエハ上面にｐ側電極１２を形成する。これにより、ｐ側電極１２は、リッジ導波路９上部の絶縁膜１４に設けられた開口部１５のみでコンタクト層７と接触する結果、この部分のみから電流が流れる構造となる。
【０００９】
最後に基板１の裏面側にｎ側電極１３を形成し，へき開によって各素子をウェハから分離して共振器端面を形成することにより図３に示すような半導体レーザが得られる。
【００１０】
次に、従来のリッジ型半導体レーザの動作を図３を用いて説明する。
ｐ側電極１２側に＋、ｎ側電極１３側に−となるように電圧を印加すると、ホールはｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層４を経て活性層３へ、また電子はｎ−ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ−ＡＩＧａＡｓ下クラッド層２を経て活性層３にそれぞれ注入され、量子井戸構造活性層３の活性領域において電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。キャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生じる。
【００１１】
このとき、リッジ導波路９の上部の平坦部以外の領域は絶縁膜１４で覆われているためこの領域からは電流が流れない。すなわちリッジ導波路９のみに電流は流れ、このリッジ導波路９の下部に位置する量子井戸構造活性層３部分が活性領域となってレーザ発振が生じる。
【００１２】
一般に半導体レーザでは基板表面に対して垂直な方向においては活性層とクラッド層の屈折率差によってレーザ光を活性領域に閉込めている。よって半導体レーザの素子内では垂直方向の光の閉込めは、全導波路に亘って有効に行われる。一方、基板表面に対して水平方向ではリッジ型半導体レーザの場合、リッジ導波路部分とそれ以外の領域とでの実効的な屈折率差により光を導波させている。リッジ幅が一定の場合はリッジ導波路部分とそれ以外の領域との屈折率差が大きいほど、高次モードが発生し易くなる。逆に屈折率差を小さくすると高次モードに対するリッジ幅の許容度は増す。即ち，より広いリッジ幅でも高次モードがカットオフされる。しかしながら、この場合、電流注入を増加すると、電流密度の高いリッジ中央部の屈折率が減少し，僅かな電流分布のゆらぎによって，レーザ光のスポットが変動する現象が生じ，この結果，光出力−電流特性に非線形な状態，いわゆるキンクが発生し，光出力が電流に比例的に増加しない領域が生じ，実用面では重大な支障となる。
【００１３】
この問題に対する解決方法としては，高次モードが生じない程十分リッジ幅を狭くすることが望ましい。実際には３μｍ以下とすることにより制御性よく水平横モードを基本モードのみに維持できうる。ここで、一般に上下両クラッド層の層厚は活性層で発したレーザ光を活性層内で有効に閉じ込めるためには、それぞれの厚さとして１．５μｍ以上が必要であるが，この場合、リッジ導波路下部のリッジ幅を３μｍとするとリッジ導波路上部の幅は１μｍ以下となり、その上部にはほとんど平坦面がないため、リッジ導波路９上部の絶縁膜１４にｐ側電極１２との接触をとるための開口部１５を設ける工程において、開口パターンの転写が非常に困難となり、その結果、図５に示すようにリッジ導波路９上部の平坦部に対して、絶縁膜１４の開口部１５の位置がずれてしまうという問題が生じる。この場合、ｐ側電極１２と電極１２とオーミックコンタクトをとるためのｐ−ＧａＡｓコンタクト層７との接触部分が実効的に減少するため、接触抵抗が高くなり、動作時にこの部分が発熱して溶融したり、動作特性が変化したりするといった素子特性上の問題が生じてしまう。また、このずれの度合いが甚だしいと，両者が全く一致しなくなり，素子作製が不可能となり，歩留まりが極度に低下する結果になるという問題があった。
【００１４】
また、リッジ導波路９上部の平坦部に対して、絶縁膜１４の開口部１５の位置がずれてしまうと、ｐ側電極１２がリッジ導波路９の上部からずれた位置でリッジ導波路９と接触して、この接触している部分から電流が流れるため、電流が活性層３に対して不均一に流れ、電流がリッジ導波路９を中心として対称に流れなくなる。この結果、電流分布のリッジ導波路９に対する非対称性に起因して水平横モードが不安定になり、光出力に対するキンクの発生するレベルが低下するという問題があった。
【００１５】
さらに，絶縁膜１４と半導体レーザを構成する半導体結晶とでは熱膨張係数は大きく異なる。また、特にリッジ導波路９のような突起状の部分には大きなストレスが生じやすい。従って，従来の半導体レーザを高出力で動作させた場合，動作時の発熱によって、絶縁膜１４と半導体結晶との間にストレスが生じ、特にリッジ導波路９の下部に結晶欠陥を誘発させ、半導体レーザの経時的な信頼性を顕著に低下せしめるという問題があった。
【００１６】
また、絶縁膜１４の屈折率は１．５〜１．９であり、屈折率が３．４前後である第１上クラッド層４，第２上クラッド層６等の半導体結晶とは大きく異なっている。このため、絶縁膜１４と半導体結晶の屈折率差により、リッジ導波路９部分での、基板１表面に対して平行で，かつリッジ導波路９の伸びる方向に対して垂直な方向、即ち水平横方向の実効屈折率分布も大きくなり、高次モードが発生しやすくなるため、リッジ幅に対する基本モードが得られる許容範囲が狭くなるため、基本モードを得るためには、作製が困難となるほどリッジ幅を狭くする必要があるという問題があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のリッジ導波路を備えた半導体レーザにおいては、リッジ上部の平坦面と電流狭搾用の絶縁膜の開口部との位置ずれが生じることにより、電極のリッジ導波路に対する接触位置がずれてしまい、電極とリッジ導波路上部のコンタクト層との接触面積が減少し、素子特性が劣化するとともに、製造時の歩留りが低下するという問題や、水平横モードが不安定になるという問題があった。
【００１８】
また、電流狭搾用の絶縁膜と、この絶縁膜と接する半導体結晶との熱膨張係数の違いに起因して動作時に発生するストレスにより半導体レーザの信頼性が低下するという問題があった。
【００１９】
また、電流狭搾用の絶縁膜と、この絶縁膜と接する半導体結晶との屈折率の違いに起因して水平横方向の実効屈折率分布が大きくなり、リッジ幅の許容範囲が狭くなるという問題があった。
【００２０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、リッジ導波路と電極との接触位置のずれを無くすことができるとともに、信頼性を向上でき、かつ水平横方向の実効屈折率分布を小さくできる半導体レーザ，及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザは、第１導電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層と、上記上クラッド層の上部及びコンタクト層からなる所定の方向に伸びるストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路と、該基板の上方の，上記リッジ導波路の上部平坦面を除く領域上に配置された、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む，酸化された半導体材料層と、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に配置された第１の電極と、上記基板の裏面上に配置された第２の電極とを備えるようにしたものである。
【００２２】
また、上記半導体レーザにおいて、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）の酸化物からなるようにしたものである。
【００２３】
また、上記半導体レーザにおいて、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、ＡｌＡｓまたは上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）のいずれか一方の酸化物からなるようにしたものである。
【００２４】
また、上記半導体レーザにおいて、上記基板はＩｎＰからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は第２導電型のＩｎＰからなり、上記酸化された半導体材料層は、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓの酸化物からなるようにしたものである。
【００２５】
また、この発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層を順次結晶成長させる工程と、該コンタクト層上に所定方向に伸びるストライプ状の絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜をマスクとして上記コンタクト層と上クラッド層の上部とを選択的にエッチングして所定の方向に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路を形成する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記エッチングにより露出したコンタクト層と上クラッド層との表面に、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む半導体材料層を選択的に結晶成長させる工程と、該半導体材料層を酸化させる工程と、上記絶縁膜を除去して上記リッジ導波路の上部平坦面を露出させた後、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に第１の電極を形成する工程と、上記基板の裏面上に第２の電極を形成する工程とを備えるようにしたものである。
【００２６】
また、上記半導体レーザの製造方法において、上記半導体材料層を酸化させる工程は、高温の水蒸気を有する雰囲気下に上記半導体材料層を保持して行われるウエット酸化法により行うようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器長方向に垂直な方向の断面図であり、図において、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等の量子井戸構造からなる活性層で、下クラッド層２よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層ならば、他の半導体層を用いるようにしてもよい。４はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層、５はｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層、６はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層で、この第２上クラッド層と上記第１上クラッド層とが上クラッド層として機能する。７は後述するｐ側電極とオーミックコンタクトを取るためのｐ−ＧａＡｓコンタクト層、９はコンタクト層７と、上クラッド層の上部，即ち第２上クラッド層６とからなる、ストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路、１１はＡｌＡｓ酸化層、１２はｐ側電極、１３はｎ側電極である。
【００２８】
また、図２は本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、８はストライプ状の絶縁膜、１０はＡｌＡｓ層である。
【００２９】
まず、本実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法について説明する。最初に、ウエハ状態（図示せず）のｎ−ＧａＡｓ半導体基板１上に、図２(a) に示すように、ｎ型（以下ｎ−と称す）Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層２、量子井戸構造から成る活性層３、ｐ型（以下ｐ−と称す）ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層４、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５，ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７の各層を有機金属気相成長法等を用いてエピタキシャル結晶成長する。なおｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層４の層厚は水平横モード安定化の観点から０．０５〜０．５μｍの厚さとする。
【００３０】
次にウェハ全面に絶縁膜を形成し、これをストライプ状にパターニングしてストライプ状の絶縁膜８を形成する。この絶縁膜８の材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等が用いられる。このストライプ状の絶縁膜８はリッジエッチングのマスクとして機能する。図２(b) に絶縁膜８のパターニング後の断面図を示す。
【００３１】
次にこの絶縁膜８をマスクとしてリッジ形状が形成できるようなエッチングを行う。即ち、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６をエッチングできるととも、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５でエッチング止まるような選択エッチングを行うことにより、所定の方向にストライプ状に伸びるリッジ導波路９を形成する。このようなエッチャントの例として酒石酸と過酸化水素の混合液あるいは硫酸と過酸化水素と水の混合液が挙げられる。エッチング後の断面図を図２(c) に示す。なお、エッチングストップ層５を設けず、第１上クラッド層４，第２上クラッド層６の代わりに単層の上クラッド層を設け、これの上部をエッチングしてリッジ導波路９を形成するようにしてもよい。
【００３２】
リッジエッチング後，図２(d) に示すように２回目の結晶成長により、上述したリッジ形成のためのエッチングにより露出した表面、即ちリッジ導波路９の側面、及び第１上クラッド層４の上面，あるいはエッチングストップ層５の上面にＡｌＡｓ層１０を形成する。この場合，ストライプ状の絶縁膜８は結晶成長に対して選択成長マスクとして機能するので，絶縁膜８上には結晶成長されない。
【００３３】
続いて、ウェットあるいはドライエッチングによりストライプ状の絶縁膜８を除去してリッジ導波路９の上部のコンタクト層７の上部平坦面を露出させた後，図２(e) に示すようにウェット酸化法、即ち高温の水蒸気雰囲気下に半導体層を保持することにより、この半導体層を酸化させる方法によりＡｌＡｓ層１０を酸化させ、ＡｌＡｓ酸化層１１を形成する。ウェット酸化はここではウェハをアニール炉に設置し，炉温を３００〜６５０℃に加熱した状態で，炉中に水蒸気を流しながら行う。ＡｌＡｓ酸化層１１は時間の１／２乗に比例してＡｌＡｓ酸化層１０内部に進行してゆくので、アニール時間をコントロールすることにより，所望の層厚にすることができる。このとき、コンタクト層７の上面は、コンタクト層７がＡｌを含まないＧａＡｓからなるため、Ａｌを含むＡｌＡｓ層よりも酸化されにくく、このウエット酸化によっては酸化されない。なお、ストライプ状の絶縁膜８を除去する前にウエット酸化を行い、その後に絶縁膜８を除去するようにしてもよい。また、ウエット酸化の代わりに、他の酸化方法、例えば酸素雰囲気下での酸化等を行うようにしてもよい。
【００３４】
続いて、このウエハ上の、上記コンタクト層７の上部の平坦面を含む領域、例えばウエハ全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極１２を形成する。この結果、ｐ側電極１２はリッジ導波路９の上部の平坦面に露出しているＧａＡｓコンタクト層７のみと接触している構造となる。さらに、基板１の裏面上にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極１３を形成し、へき開によってウェハから各半導体レーザの分離して共振器端面を形成することにより図１に示すような半導体レーザが完成する。
【００３５】
次に動作について説明する。ｐ側電極１２側が正（＋）、ｎ側電極１３側が負（−）となるように電圧を印加すると、ホールはｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層４を経て活性層３へ、また電子はｎ−ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ−ＡＩＧａＡｓ下クラッド層２を経て活性層３にそれぞれ注入され、量子井戸構造活性層３の活性領域において電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。キャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生じる。
【００３６】
このとき、ＡｌＡｓ酸化層１１は酸化されていることにより絶縁化されており、ｐ側電極１２の下のリッジ導波路９の上部の平坦面以外の領域はこの絶縁性を有するＡｌＡｓ酸化層１１で覆われているため、この酸化ＡｌＡｓ層１１で覆われた領域からは電流が流れない。即ち、ＡｌＡｓ酸化層１１は電流狭搾用の絶縁性を有する層として機能し、電流はｐ側電極１２が接触しているリッジ導波路９の上部のコンタクト層７を介してリッジ導波路９のみに流れ、このリッジ導波路９の下部に位置する量子井戸構造活性層３部分が活性領域となってレーザ発振が生じる。
【００３７】
本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、電流狭搾用の絶縁層として機能するＡｌＡｓ酸化層１１を、リッジ導波路９をストライプ状の絶縁膜８を用いてエッチングにより形成した後、このストライプ状の絶縁膜８を選択成長マスクとしてＡｌＡｓ層１０をリッジ導波路９の上部を除く基板１の上方に選択的に成長し、これをウェット酸化して形成している。このため、リッジ導波路９の上部の平坦面には常にＡｌＡｓ酸化層１１が形成されず、絶縁層となるＡｌＡｓ酸化層１１は、基板１の上方のリッジ導波路９の上部平坦面を除いた領域上にのみ形成される。この結果、ウエハ上に形成されるｐ側電極１２は常にＡｌＡｓ酸化層１１が形成されていないリッジ導波路９の上部の平坦面においてのみリッジ導波路９の上部を構成するコンタクト層７と接触することとなる。
【００３８】
したがって、本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、従来の技術において説明した，絶縁膜をリッジ上部の平坦面を含めた基板の上方全面に形成後にリッジ上部平坦面上のみの絶縁膜を除去して電極とリッジ導波路上部のコンタクト層との接触をとるための開口部を設ける必要がある半導体レーザのように、リッジ導波路の幅が狭くなった場合に、絶縁膜の開口部の位置ずれによって、電極のリッジ導波路に対する接触位置がずれて、電極とコンタクト層との実効的な接触面積が減るという問題が生じることがなく、常にリッジ導波路９の上部の平坦部において、コンタクト層７とｐ側電極１２との接触をとることが可能となり、ｐ側電極１２とコンタクト層７との実効的な接触面積を常に一定に保つことが可能となる。
【００３９】
また、ｐ側電極１２が、リッジ導波路９と、その上部の平坦面において接触しているため、電流はリッジ導波路９の上部からリッジ導波路９に対して対称に流れ、活性層３における電流分布はリッジ導波路９に対して対称となるため、従来の技術において説明した半導体レーザのように水平横モードが不安定となり、キンクレベルが低下するという問題を解消することができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、電流狭窄をこの半導体レーザを構成する他の半導体層と同じ材料系の半導体結晶層であるＡｌＡｓ酸化層１１を用いて行っていることにより、ＡｌＡｓ酸化層１１とこれが配置される半導体結晶層との熱膨張係数もほぼ一致する結果、従来の技術において説明した半導体レーザのように、電流狭搾用の絶縁膜が半導体結晶と熱膨張係数が大きく異なることにより、動作時におけるこの絶縁膜からのストレスによって半導体レーザ内部で結晶欠陥が発生し、これに起因して信頼性が低下するという問題を回避できる。
【００４１】
また、ＡｌＡｓ酸化層１１と第１上クラッド層４，第２上クラッド層６とはいずれも同じ材料系の半導体結晶であるため、屈折率はほぼ同じであり、従来の技術において説明した電流狭搾用の絶縁膜を備えた半導体レーザのように絶縁膜と上クラッド層との屈折率差が大きくないため、リッジ導波路部分の水平横方向における実効屈折率分布を小さくでき、基本モードを得るためのリッジ幅の許容範囲を広くすることが可能となる。
【００４２】
このように、本実施の形態１によれば、基板１上に下クラッド層２，活性層３，第１上クラッド層４，エッチングストップ層５，第２上クラッド層６及びコンタクト層７を形成した後、ストライプ状の絶縁膜８をマスクとして上記第２上クラッド層６及びコンタクト層７を選択エッチングしてリッジ導波路９を形成し、上記絶縁膜８をマスクとして基板１の上方にＡｌＡｓ層１０を選択成長させ、これをウエット酸化させてＡｌＡｓ酸化層１１を形成し、基板１の上方にｐ側電極１２を形成するようにしたから、ｐ側電極とリッジ導波路との接触位置のずれを無くして素子特性に優れた半導体レーザを歩留り良く得られるとともに、水平横モードを安定にできるという効果がある。
【００４３】
また、電流狭搾のための絶縁性を有する層と、この絶縁性を有する層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くして信頼性に優れた半導体レーザが得られる効果がある。
【００４４】
また、電流狭搾のための絶縁性を有する層と、上クラッド層との屈折率差を小さくして、水平横方向の実効屈折率分布を小さくして基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げることができる効果がある。
【００４５】
なお、上記実施の形態１においては電流狭搾用の絶縁性を有する層としてＡｌＡｓ酸化層を用いた場合について説明したが、本発明においては、基板と格子整合するとともに少なくとも上クラッド層よりもＡｌを高い組成比で含む半導体層を酸化させたものを用いるようにしてもよく、このような場合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。例えば、本実施の形態１において、ＡｌＡｓ層１０の代わりに、酸化して絶縁化できる半導体層として、上クラッド層４よりもアルミ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）層を成長させ、これを酸化させるようにしてもよい。この場合、十分に酸化させることができるようにするためにはＡｌ組成比ｘが０．８以上であることが好ましい。
【００４６】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器長方向に垂直な断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、２２はｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッド層、２３はＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ量子井戸構造活性層、２４はｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第１上クラッド層、２５はｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストップ層、２６はｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第２上クラッド層である。また、２１はＡｌＡｓ酸化層で、ＡｌＡｓ酸化層の代わりにＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ酸化層を用いるようにしてもよい。
【００４７】
この実施の形態２に係る半導体レーザは、上記実施の形態１に係る半導体レーザにおいて、ＧａＡｓ基板１上に形成する半導体層の材料系をＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料としたものであり、即ち、下クラッド層２２の材料としてｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを用いるようにし、活性層２３としてＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ量子井戸構造等の、基板１に格子整合するとともに、下クラッド層２２よりもバンドギャップエネルギーの小さい単層の半導体層あるいは量子井戸構造層を用いるようにし、第１上クラッド層２４，第２上クラッド層２６としてそれぞれｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層を用いるようにし、電流狭搾用の絶縁性を有する半導体層として、ＡｌＡｓ酸化層２１、または基板１に格子整合するとともに、第１上クラッド層２４及び第２上クラッド層２６よりもＡｌ組成比の高い材料からなる半導体層の酸化層、例えば（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）酸化層等を用いるようにしたものであり、この半導体レーザは、上記実施の形態１の半導体レーザと同様の製造方法によって形成され、特にＡｌＡｓ酸化層２１またはＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ酸化層は、リッジ導波路９形成後に、リッジ導波路形成用の絶縁膜をマスクとして、ＡｌＡｓ層またはＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層を一旦基板１の上方に結晶成長により形成した後、これを上記実施の形態１において示した方法と同様の方法により酸化することにより形成される。
【００４８】
このような本実施の形態２に係る半導体レーザにおいても、ｐ側電極１２とリッジ導波路９との接触位置のずれを無くすことができるとともに、電流狭搾のための絶縁性を有する層２１と、この絶縁性を有する層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くすことができ、さらに電流狭搾のための絶縁性を有する層２１と、第１上クラッド層２４及び第２上クラッド層２６との屈折率差を小さくできるため、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４９】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器長方向に垂直な断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、３１はｎ−ＩｎＰ基板、３２はｎ−ＩｎＰ下クラッド層、３３はＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造活性層、３４はｐ−ＩｎＰ上クラッド層、３７はｐ側電極１２とオーミックコンタクトをとるためのｐ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層でｐ−ＩｎＰ層を用いるようにしてもよい。４１はＩｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層である。
【００５０】
この実施の形態３に係る半導体レーザは、上記実施の形態１に係る半導体レーザにおいて、ＧａＡｓ基板１の代わりにＩｎＰ基板３１を用いて、材料系がＩｎＰ系である半導体レーザとしたものであり、即ち、下クラッド層３２の材料としてｎ−ＩｎＰを用いるようにし、活性層３３としてＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造等の、基板に格子整合するとともに、下クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい半導体層あるいは量子井戸構造層を用いるようにし、第１上クラッド層及び第２上クラッド層に相当する上クラッド層３４として単層のＩｎＰ層を用いるようにし、電流狭搾用の絶縁性を有する半導体層４１として、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層等の、基板に格子整合するとともに，上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い材料からなる半導体層の酸化層を用いるようにしたものであり、この半導体レーザは、上記実施の形態１の半導体レーザと同様の製造方法によって形成され、特にＩｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層４１は、リッジ導波路９形成後に、リッジ導波路形成用の絶縁膜をマスクとして、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ層を一旦基板３１の上方に結晶成長により形成した後、これを上記実施の形態１に示した方法と同様の方法により酸化することにより形成される。
【００５１】
このような本実施の形態３に係る半導体レーザにおいても、ｐ側電極１２とリッジ導波路９との接触位置のずれを無くすことができるとともに、電流狭搾のための絶縁性を有する層４１と、この絶縁性を有する層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くすことができ、さらに電流狭搾のための絶縁性を有する層４１と、上クラッド層３４との屈折率差を小さくできるため、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５２】
なお、上記実施の形態１〜３においては、基板の導電型がｎ型である場合について説明したが、本発明は基板として導電型がｐ型の基板を用い、導電型がｐ型の半導体層をｎ型とし、導電型がｎ型の半導体層をｐ型とした場合においても適用できるものであり、このような場合においても上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏する。
【００５３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、第１導電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層と、上記上クラッド層の上部及びコンタクト層からなる所定の方向に伸びるストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路と、該基板の上方の，上記リッジ導波路の上部平坦面を除く領域上に配置された、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む，酸化された半導体材料層と、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に配置された第１の電極と、上記基板の裏面上に配置された第２の電極とを備えるようにしたから、第１の電極とリッジ導波路との接触位置のずれを無くして素子特性に優れた水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く得られるとともに、電流狭搾のための絶縁性を有する酸化された半導体材料層と、この絶縁性を有する半導体材料層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くして信頼性に優れた半導体レーザが得ることができ、かつ、酸化された半導体絶縁層と、上クラッド層との屈折率差を小さくして、水平横方向の実効屈折率分布を小さくして基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５４】
また、この発明によれば、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）の酸化物からなるようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できるとともに、信頼性に優れた半導体レーザが提供でき、かつ、酸化された半導体絶縁層と、水平横方向の実効屈折率分布を小さくした基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５５】
また、この発明によれば、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、ＡｌＡｓまたは上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）のいずれか一方の酸化物からなるようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できるとともに、信頼性に優れた半導体レーザが提供でき、かつ、酸化された半導体絶縁層と、水平横方向の実効屈折率分布を小さくした基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５６】
また、この発明によれば、上記基板はＩｎＰからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は第２導電型のＩｎＰからなり、上記酸化された半導体材料層は、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓの酸化物からなるようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できるとともに、信頼性に優れた半導体レーザが提供でき、かつ、酸化された半導体絶縁層と、水平横方向の実効屈折率分布を小さくした基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５７】
また、この発明によれば、第１導電型半導体基板上に、第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層を順次結晶成長させる工程と、該コンタクト層上に所定方向に伸びるストライプ状の絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜をマスクとして上記コンタクト層と上クラッド層の上部とを選択的にエッチングして所定の方向に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路を形成する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記エッチングにより露出したコンタクト層と上クラッド層との表面に、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む半導体材料層を選択的に結晶成長させる工程と、該半導体材料層を酸化させる工程と、上記絶縁膜を除去して上記リッジ導波路の上部平坦面を露出させた後、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に第１の電極を形成する工程と、上記基板の裏面上に第２の電極を形成する工程とを備えるようにしたから、第１の電極とリッジ導波路との接触位置のずれを無くして、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できる効果がある。
【００５８】
また、この発明によれば、上記半導体材料層を酸化させる工程は、高温の水蒸気を有する雰囲気下に上記半導体材料層を保持して行われるウエット酸化法により行うようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図３】 従来の半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図４】 従来の半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図５】 従来の半導体レーザの製造方法の主要工程を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＧａＡｓ半導体基板、２ ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層、
３ 量子井戸構造活性層、４ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層、
５ ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層、６ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層、７ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、８ ストライプ状の絶縁膜 ９ リッジ導波路、１０ ＡｌＡｓ層、１１ ＡｌＡｓ酸化層、
１２ ｐ側電極、１３ ｎ側電極、１４ 絶縁膜、１５ 絶縁膜の開口部、
１６ フォトレジスト、１７ 開口部、２１ ＡｌＡｓ酸化層、２２ ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッド層、２３ ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ量子井戸構造活性層、２４ ｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第１上クラッド層、２５ ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストップ層、２６ ｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第２上クラッド層、３１ ｎ−ＩｎＰ基板、３２ ｎ−ＩｎＰ下クラッド層、３３ ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造活性層、３４ ｐ−ＩｎＰ上クラッド層、３７ ｐ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層、４１ Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層。
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体レーザ、及びその製造方法に関し、特にリッジ導波路を備えた半導体レーザ、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のリッジ導波路を有する半導体レーザ（以下リッジ型半導体レーザと称す）の構造を示すレーザ共振器端面に平行な断面図であり、図において、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層、３は量子井戸構造からなる活性層、４はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層、５はｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層、６はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層、７はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、９はストライプ状に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路、１２はｐ側電極、１３はｎ側電極、１４は電流狭搾用の絶縁膜、１５は絶縁膜１４の、リッジ導波路の上部の平坦面上に形成された、リッジ導波路９に沿って伸びる平面形状がストライプ形状の開口部である。
【０００３】
また、図４は従来のリッジ型半導体レーザの製造方法を示す断面図（図４(a),(c),(d),(e))、及び斜視図（図４(b))であり、図において、図３と同一符号は同一または相当する部分を示しており、８は平面形状がストライプ形状である絶縁膜である。
【０００４】
また、図５は従来のリッジ型半導体レーザの製造方法の主要工程を示す断面図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当する部分を示している。
【０００５】
次に従来のリッジ型半導体レーザの製造方法を図４に基づいて説明する。
まず、ウエハ状態（図示せず）のｎ−ＧａＡｓ半導体基板１上に、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層２、量子井戸構造から成る活性層３、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層４、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５，ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７の各層を順次エピタキシャル結晶成長させる。成長後のウェハの断面図を図４(a) に示す。
【０００６】
次にウェハ全面に絶縁膜（図示せず）を形成し、更に所定のパターンを有するフォトレジスト（図示せず）を写真製版技術を用いて形成し、このレジストをマスクとして選択エッチングして、ストライプ状に伸びる絶縁膜８を形成する。この絶縁膜８の材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等が用いられる。このストライプ状の絶縁膜８はリッジ導波路を形成する際のエッチングのマスクとして機能するものである。図４(b) に絶縁膜８のパターニング後の断面図を示す。
【０００７】
続いて、この絶縁膜８をリッジエッチングのマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６に対して、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５でエッチングが停止するような選択エッチングを行うことにより、所定の方向にストライプ状に伸びるリッジ形状を有するのリッジ導波路９を形成する。このような性質を有するエッチャントの例として酒石酸と過酸化水素の混合液，あるいは硫酸と過酸化水素と水の混合液が挙げられる。エッチング後の断面図を図４(c) に示す。
【０００８】
リッジエッチング後，ウェットあるいはドライエッチングによりストライプ状の絶縁膜８を選択的に除去した後、図４(d) に示すようにウェハ全面に再度絶縁膜１４を成膜する。さらに、絶縁膜１４上にフォトレジスト１６を設け、これをフォトリソグラフイ技術を用いてパターニングして、図４(e) に示すようにリッジ導波路９の上部の平坦面上に開口部１７を設ける。そして、このフォトレジスト１６をマスクとしてリッジ導波路９の上部の平坦部のみの絶縁膜１４をドライエッチング等の方法で除去し、絶縁膜１４に開口部１５を設ける。さらに、ウエハ上面にｐ側電極１２を形成する。これにより、ｐ側電極１２は、リッジ導波路９上部の絶縁膜１４に設けられた開口部１５のみでコンタクト層７と接触する結果、この部分のみから電流が流れる構造となる。
【０００９】
最後に基板１の裏面側にｎ側電極１３を形成し，へき開によって各素子をウェハから分離して共振器端面を形成することにより図３に示すような半導体レーザが得られる。
【００１０】
次に、従来のリッジ型半導体レーザの動作を図３を用いて説明する。
ｐ側電極１２側に＋、ｎ側電極１３側に−となるように電圧を印加すると、ホールはｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層４を経て活性層３へ、また電子はｎ−ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ−ＡＩＧａＡｓ下クラッド層２を経て活性層３にそれぞれ注入され、量子井戸構造活性層３の活性領域において電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。キャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生じる。
【００１１】
このとき、リッジ導波路９の上部の平坦部以外の領域は絶縁膜１４で覆われているためこの領域からは電流が流れない。すなわちリッジ導波路９のみに電流は流れ、このリッジ導波路９の下部に位置する量子井戸構造活性層３部分が活性領域となってレーザ発振が生じる。
【００１２】
一般に半導体レーザでは基板表面に対して垂直な方向においては活性層とクラッド層の屈折率差によってレーザ光を活性領域に閉込めている。よって半導体レーザの素子内では垂直方向の光の閉込めは、全導波路に亘って有効に行われる。一方、基板表面に対して水平方向ではリッジ型半導体レーザの場合、リッジ導波路部分とそれ以外の領域とでの実効的な屈折率差により光を導波させている。リッジ幅が一定の場合はリッジ導波路部分とそれ以外の領域との屈折率差が大きいほど、高次モードが発生し易くなる。逆に屈折率差を小さくすると高次モードに対するリッジ幅の許容度は増す。即ち，より広いリッジ幅でも高次モードがカットオフされる。しかしながら、この場合、電流注入を増加すると、電流密度の高いリッジ中央部の屈折率が減少し，僅かな電流分布のゆらぎによって，レーザ光のスポットが変動する現象が生じ，この結果，光出力−電流特性に非線形な状態，いわゆるキンクが発生し，光出力が電流に比例的に増加しない領域が生じ，実用面では重大な支障となる。
【００１３】
この問題に対する解決方法としては，高次モードが生じない程十分リッジ幅を狭くすることが望ましい。実際には３μｍ以下とすることにより制御性よく水平横モードを基本モードのみに維持できうる。ここで、一般に上下両クラッド層の層厚は活性層で発したレーザ光を活性層内で有効に閉じ込めるためには、それぞれの厚さとして１．５μｍ以上が必要であるが，この場合、リッジ導波路下部のリッジ幅を３μｍとするとリッジ導波路上部の幅は１μｍ以下となり、その上部にはほとんど平坦面がないため、リッジ導波路９上部の絶縁膜１４にｐ側電極１２との接触をとるための開口部１５を設ける工程において、開口パターンの転写が非常に困難となり、その結果、図５に示すようにリッジ導波路９上部の平坦部に対して、絶縁膜１４の開口部１５の位置がずれてしまうという問題が生じる。この場合、ｐ側電極１２と電極１２とオーミックコンタクトをとるためのｐ−ＧａＡｓコンタクト層７との接触部分が実効的に減少するため、接触抵抗が高くなり、動作時にこの部分が発熱して溶融したり、動作特性が変化したりするといった素子特性上の問題が生じてしまう。また、このずれの度合いが甚だしいと，両者が全く一致しなくなり，素子作製が不可能となり，歩留まりが極度に低下する結果になるという問題があった。
【００１４】
また、リッジ導波路９上部の平坦部に対して、絶縁膜１４の開口部１５の位置がずれてしまうと、ｐ側電極１２がリッジ導波路９の上部からずれた位置でリッジ導波路９と接触して、この接触している部分から電流が流れるため、電流が活性層３に対して不均一に流れ、電流がリッジ導波路９を中心として対称に流れなくなる。この結果、電流分布のリッジ導波路９に対する非対称性に起因して水平横モードが不安定になり、光出力に対するキンクの発生するレベルが低下するという問題があった。
【００１５】
さらに，絶縁膜１４と半導体レーザを構成する半導体結晶とでは熱膨張係数は大きく異なる。また、特にリッジ導波路９のような突起状の部分には大きなストレスが生じやすい。従って，従来の半導体レーザを高出力で動作させた場合，動作時の発熱によって、絶縁膜１４と半導体結晶との間にストレスが生じ、特にリッジ導波路９の下部に結晶欠陥を誘発させ、半導体レーザの経時的な信頼性を顕著に低下せしめるという問題があった。
【００１６】
また、絶縁膜１４の屈折率は１．５〜１．９であり、屈折率が３．４前後である第１上クラッド層４，第２上クラッド層６等の半導体結晶とは大きく異なっている。このため、絶縁膜１４と半導体結晶の屈折率差により、リッジ導波路９部分での、基板１表面に対して平行で，かつリッジ導波路９の伸びる方向に対して垂直な方向、即ち水平横方向の実効屈折率分布も大きくなり、高次モードが発生しやすくなるため、リッジ幅に対する基本モードが得られる許容範囲が狭くなるため、基本モードを得るためには、作製が困難となるほどリッジ幅を狭くする必要があるという問題があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のリッジ導波路を備えた半導体レーザにおいては、リッジ上部の平坦面と電流狭搾用の絶縁膜の開口部との位置ずれが生じることにより、電極のリッジ導波路に対する接触位置がずれてしまい、電極とリッジ導波路上部のコンタクト層との接触面積が減少し、素子特性が劣化するとともに、製造時の歩留りが低下するという問題や、水平横モードが不安定になるという問題があった。
【００１８】
また、電流狭搾用の絶縁膜と、この絶縁膜と接する半導体結晶との熱膨張係数の違いに起因して動作時に発生するストレスにより半導体レーザの信頼性が低下するという問題があった。
【００１９】
また、電流狭搾用の絶縁膜と、この絶縁膜と接する半導体結晶との屈折率の違いに起因して水平横方向の実効屈折率分布が大きくなり、リッジ幅の許容範囲が狭くなるという問題があった。
【００２０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、リッジ導波路と電極との接触位置のずれを無くすことができるとともに、信頼性を向上でき、かつ水平横方向の実効屈折率分布を小さくできる半導体レーザ，及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザは、第１導電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層と、上記上クラッド層の上部及びコンタクト層からなる所定の方向に伸びるストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路と、該基板の上方の，上記リッジ導波路の上部平坦面を除く領域上に配置された、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む，酸化された半導体材料層と、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に配置された第１の電極と、上記基板の裏面上に配置された第２の電極とを備えるようにしたものである。
【００２２】
また、上記半導体レーザにおいて、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）の酸化物からなるようにしたものである。
【００２３】
また、上記半導体レーザにおいて、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、ＡｌＡｓまたは上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）のいずれか一方の酸化物からなるようにしたものである。
【００２４】
また、上記半導体レーザにおいて、上記基板はＩｎＰからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は第２導電型のＩｎＰからなり、上記酸化された半導体材料層は、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓの酸化物からなるようにしたものである。
【００２５】
また、この発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層を順次結晶成長させる工程と、該コンタクト層上に所定方向に伸びるストライプ状の絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜をマスクとして上記コンタクト層と上クラッド層の上部とを選択的にエッチングして所定の方向に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路を形成する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記エッチングにより露出したコンタクト層と上クラッド層との表面に、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む半導体材料層を選択的に結晶成長させる工程と、該半導体材料層を酸化させる工程と、上記絶縁膜を除去して上記リッジ導波路の上部平坦面を露出させた後、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に第１の電極を形成する工程と、上記基板の裏面上に第２の電極を形成する工程とを備えるようにしたものである。
【００２６】
また、上記半導体レーザの製造方法において、上記半導体材料層を酸化させる工程は、高温の水蒸気を有する雰囲気下に上記半導体材料層を保持して行われるウエット酸化法により行うようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器長方向に垂直な方向の断面図であり、図において、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等の量子井戸構造からなる活性層で、下クラッド層２よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層ならば、他の半導体層を用いるようにしてもよい。４はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層、５はｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層、６はｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層で、この第２上クラッド層と上記第１上クラッド層とが上クラッド層として機能する。７は後述するｐ側電極とオーミックコンタクトを取るためのｐ−ＧａＡｓコンタクト層、９はコンタクト層７と、上クラッド層の上部，即ち第２上クラッド層６とからなる、ストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路、１１はＡｌＡｓ酸化層、１２はｐ側電極、１３はｎ側電極である。
【００２８】
また、図２は本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、８はストライプ状の絶縁膜、１０はＡｌＡｓ層である。
【００２９】
まず、本実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法について説明する。最初に、ウエハ状態（図示せず）のｎ−ＧａＡｓ半導体基板１上に、図２(a) に示すように、ｎ型（以下ｎ−と称す）Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層２、量子井戸構造から成る活性層３、ｐ型（以下ｐ−と称す）ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層４、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５，ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７の各層を有機金属気相成長法等を用いてエピタキシャル結晶成長する。なおｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層４の層厚は水平横モード安定化の観点から０．０５〜０．５μｍの厚さとする。
【００３０】
次にウェハ全面に絶縁膜を形成し、これをストライプ状にパターニングしてストライプ状の絶縁膜８を形成する。この絶縁膜８の材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等が用いられる。このストライプ状の絶縁膜８はリッジエッチングのマスクとして機能する。図２(b) に絶縁膜８のパターニング後の断面図を示す。
【００３１】
次にこの絶縁膜８をマスクとしてリッジ形状が形成できるようなエッチングを行う。即ち、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層６をエッチングできるととも、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層５でエッチング止まるような選択エッチングを行うことにより、所定の方向にストライプ状に伸びるリッジ導波路９を形成する。このようなエッチャントの例として酒石酸と過酸化水素の混合液あるいは硫酸と過酸化水素と水の混合液が挙げられる。エッチング後の断面図を図２(c) に示す。なお、エッチングストップ層５を設けず、第１上クラッド層４，第２上クラッド層６の代わりに単層の上クラッド層を設け、これの上部をエッチングしてリッジ導波路９を形成するようにしてもよい。
【００３２】
リッジエッチング後，図２(d) に示すように２回目の結晶成長により、上述したリッジ形成のためのエッチングにより露出した表面、即ちリッジ導波路９の側面、及び第１上クラッド層４の上面，あるいはエッチングストップ層５の上面にＡｌＡｓ層１０を形成する。この場合，ストライプ状の絶縁膜８は結晶成長に対して選択成長マスクとして機能するので，絶縁膜８上には結晶成長されない。
【００３３】
続いて、ウェットあるいはドライエッチングによりストライプ状の絶縁膜８を除去してリッジ導波路９の上部のコンタクト層７の上部平坦面を露出させた後，図２(e) に示すようにウェット酸化法、即ち高温の水蒸気雰囲気下に半導体層を保持することにより、この半導体層を酸化させる方法によりＡｌＡｓ層１０を酸化させ、ＡｌＡｓ酸化層１１を形成する。ウェット酸化はここではウェハをアニール炉に設置し，炉温を３００〜６５０℃に加熱した状態で，炉中に水蒸気を流しながら行う。ＡｌＡｓ酸化層１１は時間の１／２乗に比例してＡｌＡｓ酸化層１０内部に進行してゆくので、アニール時間をコントロールすることにより，所望の層厚にすることができる。このとき、コンタクト層７の上面は、コンタクト層７がＡｌを含まないＧａＡｓからなるため、Ａｌを含むＡｌＡｓ層よりも酸化されにくく、このウエット酸化によっては酸化されない。なお、ストライプ状の絶縁膜８を除去する前にウエット酸化を行い、その後に絶縁膜８を除去するようにしてもよい。また、ウエット酸化の代わりに、他の酸化方法、例えば酸素雰囲気下での酸化等を行うようにしてもよい。
【００３４】
続いて、このウエハ上の、上記コンタクト層７の上部の平坦面を含む領域、例えばウエハ全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極１２を形成する。この結果、ｐ側電極１２はリッジ導波路９の上部の平坦面に露出しているＧａＡｓコンタクト層７のみと接触している構造となる。さらに、基板１の裏面上にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極１３を形成し、へき開によってウェハから各半導体レーザの分離して共振器端面を形成することにより図１に示すような半導体レーザが完成する。
【００３５】
次に動作について説明する。ｐ側電極１２側が正（＋）、ｎ側電極１３側が負（−）となるように電圧を印加すると、ホールはｐ−ＧａＡｓコンタクト層７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層４を経て活性層３へ、また電子はｎ−ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ−ＡＩＧａＡｓ下クラッド層２を経て活性層３にそれぞれ注入され、量子井戸構造活性層３の活性領域において電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。キャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生じる。
【００３６】
このとき、ＡｌＡｓ酸化層１１は酸化されていることにより絶縁化されており、ｐ側電極１２の下のリッジ導波路９の上部の平坦面以外の領域はこの絶縁性を有するＡｌＡｓ酸化層１１で覆われているため、この酸化ＡｌＡｓ層１１で覆われた領域からは電流が流れない。即ち、ＡｌＡｓ酸化層１１は電流狭搾用の絶縁性を有する層として機能し、電流はｐ側電極１２が接触しているリッジ導波路９の上部のコンタクト層７を介してリッジ導波路９のみに流れ、このリッジ導波路９の下部に位置する量子井戸構造活性層３部分が活性領域となってレーザ発振が生じる。
【００３７】
本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、電流狭搾用の絶縁層として機能するＡｌＡｓ酸化層１１を、リッジ導波路９をストライプ状の絶縁膜８を用いてエッチングにより形成した後、このストライプ状の絶縁膜８を選択成長マスクとしてＡｌＡｓ層１０をリッジ導波路９の上部を除く基板１の上方に選択的に成長し、これをウェット酸化して形成している。このため、リッジ導波路９の上部の平坦面には常にＡｌＡｓ酸化層１１が形成されず、絶縁層となるＡｌＡｓ酸化層１１は、基板１の上方のリッジ導波路９の上部平坦面を除いた領域上にのみ形成される。この結果、ウエハ上に形成されるｐ側電極１２は常にＡｌＡｓ酸化層１１が形成されていないリッジ導波路９の上部の平坦面においてのみリッジ導波路９の上部を構成するコンタクト層７と接触することとなる。
【００３８】
したがって、本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、従来の技術において説明した，絶縁膜をリッジ上部の平坦面を含めた基板の上方全面に形成後にリッジ上部平坦面上のみの絶縁膜を除去して電極とリッジ導波路上部のコンタクト層との接触をとるための開口部を設ける必要がある半導体レーザのように、リッジ導波路の幅が狭くなった場合に、絶縁膜の開口部の位置ずれによって、電極のリッジ導波路に対する接触位置がずれて、電極とコンタクト層との実効的な接触面積が減るという問題が生じることがなく、常にリッジ導波路９の上部の平坦部において、コンタクト層７とｐ側電極１２との接触をとることが可能となり、ｐ側電極１２とコンタクト層７との実効的な接触面積を常に一定に保つことが可能となる。
【００３９】
また、ｐ側電極１２が、リッジ導波路９と、その上部の平坦面において接触しているため、電流はリッジ導波路９の上部からリッジ導波路９に対して対称に流れ、活性層３における電流分布はリッジ導波路９に対して対称となるため、従来の技術において説明した半導体レーザのように水平横モードが不安定となり、キンクレベルが低下するという問題を解消することができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、電流狭窄をこの半導体レーザを構成する他の半導体層と同じ材料系の半導体結晶層であるＡｌＡｓ酸化層１１を用いて行っていることにより、ＡｌＡｓ酸化層１１とこれが配置される半導体結晶層との熱膨張係数もほぼ一致する結果、従来の技術において説明した半導体レーザのように、電流狭搾用の絶縁膜が半導体結晶と熱膨張係数が大きく異なることにより、動作時におけるこの絶縁膜からのストレスによって半導体レーザ内部で結晶欠陥が発生し、これに起因して信頼性が低下するという問題を回避できる。
【００４１】
また、ＡｌＡｓ酸化層１１と第１上クラッド層４，第２上クラッド層６とはいずれも同じ材料系の半導体結晶であるため、屈折率はほぼ同じであり、従来の技術において説明した電流狭搾用の絶縁膜を備えた半導体レーザのように絶縁膜と上クラッド層との屈折率差が大きくないため、リッジ導波路部分の水平横方向における実効屈折率分布を小さくでき、基本モードを得るためのリッジ幅の許容範囲を広くすることが可能となる。
【００４２】
このように、本実施の形態１によれば、基板１上に下クラッド層２，活性層３，第１上クラッド層４，エッチングストップ層５，第２上クラッド層６及びコンタクト層７を形成した後、ストライプ状の絶縁膜８をマスクとして上記第２上クラッド層６及びコンタクト層７を選択エッチングしてリッジ導波路９を形成し、上記絶縁膜８をマスクとして基板１の上方にＡｌＡｓ層１０を選択成長させ、これをウエット酸化させてＡｌＡｓ酸化層１１を形成し、基板１の上方にｐ側電極１２を形成するようにしたから、ｐ側電極とリッジ導波路との接触位置のずれを無くして素子特性に優れた半導体レーザを歩留り良く得られるとともに、水平横モードを安定にできるという効果がある。
【００４３】
また、電流狭搾のための絶縁性を有する層と、この絶縁性を有する層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くして信頼性に優れた半導体レーザが得られる効果がある。
【００４４】
また、電流狭搾のための絶縁性を有する層と、上クラッド層との屈折率差を小さくして、水平横方向の実効屈折率分布を小さくして基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げることができる効果がある。
【００４５】
なお、上記実施の形態１においては電流狭搾用の絶縁性を有する層としてＡｌＡｓ酸化層を用いた場合について説明したが、本発明においては、基板と格子整合するとともに少なくとも上クラッド層よりもＡｌを高い組成比で含む半導体層を酸化させたものを用いるようにしてもよく、このような場合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。例えば、本実施の形態１において、ＡｌＡｓ層１０の代わりに、酸化して絶縁化できる半導体層として、上クラッド層４よりもアルミ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）層を成長させ、これを酸化させるようにしてもよい。この場合、十分に酸化させることができるようにするためにはＡｌ組成比ｘが０．８以上であることが好ましい。
【００４６】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器長方向に垂直な断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、２２はｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッド層、２３はＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ量子井戸構造活性層、２４はｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第１上クラッド層、２５はｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストップ層、２６はｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第２上クラッド層である。また、２１はＡｌＡｓ酸化層で、ＡｌＡｓ酸化層の代わりにＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ酸化層を用いるようにしてもよい。
【００４７】
この実施の形態２に係る半導体レーザは、上記実施の形態１に係る半導体レーザにおいて、ＧａＡｓ基板１上に形成する半導体層の材料系をＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料としたものであり、即ち、下クラッド層２２の材料としてｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを用いるようにし、活性層２３としてＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ量子井戸構造等の、基板１に格子整合するとともに、下クラッド層２２よりもバンドギャップエネルギーの小さい単層の半導体層あるいは量子井戸構造層を用いるようにし、第１上クラッド層２４，第２上クラッド層２６としてそれぞれｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層を用いるようにし、電流狭搾用の絶縁性を有する半導体層として、ＡｌＡｓ酸化層２１、または基板１に格子整合するとともに、第１上クラッド層２４及び第２上クラッド層２６よりもＡｌ組成比の高い材料からなる半導体層の酸化層、例えば（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）酸化層等を用いるようにしたものであり、この半導体レーザは、上記実施の形態１の半導体レーザと同様の製造方法によって形成され、特にＡｌＡｓ酸化層２１またはＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ酸化層は、リッジ導波路９形成後に、リッジ導波路形成用の絶縁膜をマスクとして、ＡｌＡｓ層またはＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層を一旦基板１の上方に結晶成長により形成した後、これを上記実施の形態１において示した方法と同様の方法により酸化することにより形成される。
【００４８】
このような本実施の形態２に係る半導体レーザにおいても、ｐ側電極１２とリッジ導波路９との接触位置のずれを無くすことができるとともに、電流狭搾のための絶縁性を有する層２１と、この絶縁性を有する層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くすことができ、さらに電流狭搾のための絶縁性を有する層２１と、第１上クラッド層２４及び第２上クラッド層２６との屈折率差を小さくできるため、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４９】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの構造を示すレーザ共振器長方向に垂直な断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、３１はｎ−ＩｎＰ基板、３２はｎ−ＩｎＰ下クラッド層、３３はＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造活性層、３４はｐ−ＩｎＰ上クラッド層、３７はｐ側電極１２とオーミックコンタクトをとるためのｐ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層でｐ−ＩｎＰ層を用いるようにしてもよい。４１はＩｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層である。
【００５０】
この実施の形態３に係る半導体レーザは、上記実施の形態１に係る半導体レーザにおいて、ＧａＡｓ基板１の代わりにＩｎＰ基板３１を用いて、材料系がＩｎＰ系である半導体レーザとしたものであり、即ち、下クラッド層３２の材料としてｎ−ＩｎＰを用いるようにし、活性層３３としてＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造等の、基板に格子整合するとともに、下クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい半導体層あるいは量子井戸構造層を用いるようにし、第１上クラッド層及び第２上クラッド層に相当する上クラッド層３４として単層のＩｎＰ層を用いるようにし、電流狭搾用の絶縁性を有する半導体層４１として、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層等の、基板に格子整合するとともに，上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い材料からなる半導体層の酸化層を用いるようにしたものであり、この半導体レーザは、上記実施の形態１の半導体レーザと同様の製造方法によって形成され、特にＩｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層４１は、リッジ導波路９形成後に、リッジ導波路形成用の絶縁膜をマスクとして、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ層を一旦基板３１の上方に結晶成長により形成した後、これを上記実施の形態１に示した方法と同様の方法により酸化することにより形成される。
【００５１】
このような本実施の形態３に係る半導体レーザにおいても、ｐ側電極１２とリッジ導波路９との接触位置のずれを無くすことができるとともに、電流狭搾のための絶縁性を有する層４１と、この絶縁性を有する層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くすことができ、さらに電流狭搾のための絶縁性を有する層４１と、上クラッド層３４との屈折率差を小さくできるため、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５２】
なお、上記実施の形態１〜３においては、基板の導電型がｎ型である場合について説明したが、本発明は基板として導電型がｐ型の基板を用い、導電型がｐ型の半導体層をｎ型とし、導電型がｎ型の半導体層をｐ型とした場合においても適用できるものであり、このような場合においても上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏する。
【００５３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、第１導電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層と、上記上クラッド層の上部及びコンタクト層からなる所定の方向に伸びるストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路と、該基板の上方の，上記リッジ導波路の上部平坦面を除く領域上に配置された、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む，酸化された半導体材料層と、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に配置された第１の電極と、上記基板の裏面上に配置された第２の電極とを備えるようにしたから、第１の電極とリッジ導波路との接触位置のずれを無くして素子特性に優れた水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く得られるとともに、電流狭搾のための絶縁性を有する酸化された半導体材料層と、この絶縁性を有する半導体材料層が配置される半導体層との熱膨張係数の違いを無くして信頼性に優れた半導体レーザが得ることができ、かつ、酸化された半導体絶縁層と、上クラッド層との屈折率差を小さくして、水平横方向の実効屈折率分布を小さくして基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５４】
また、この発明によれば、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＡｓからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）の酸化物からなるようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できるとともに、信頼性に優れた半導体レーザが提供でき、かつ、酸化された半導体絶縁層と、水平横方向の実効屈折率分布を小さくした基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５５】
また、この発明によれば、上記基板はＧａＡｓからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、上記酸化された半導体材料層は、ＡｌＡｓまたは上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）のいずれか一方の酸化物からなるようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できるとともに、信頼性に優れた半導体レーザが提供でき、かつ、酸化された半導体絶縁層と、水平横方向の実効屈折率分布を小さくした基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５６】
また、この発明によれば、上記基板はＩｎＰからなり、上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＩｎＰからなり、上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、上記第２導電型上クラッド層は第２導電型のＩｎＰからなり、上記酸化された半導体材料層は、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓの酸化物からなるようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できるとともに、信頼性に優れた半導体レーザが提供でき、かつ、酸化された半導体絶縁層と、水平横方向の実効屈折率分布を小さくした基本モードを得るために必要なリッジ幅の許容範囲を拡げた半導体レーザを提供できる効果がある。
【００５７】
また、この発明によれば、第１導電型半導体基板上に、第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層を順次結晶成長させる工程と、該コンタクト層上に所定方向に伸びるストライプ状の絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜をマスクとして上記コンタクト層と上クラッド層の上部とを選択的にエッチングして所定の方向に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路を形成する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記エッチングにより露出したコンタクト層と上クラッド層との表面に、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む半導体材料層を選択的に結晶成長させる工程と、該半導体材料層を酸化させる工程と、上記絶縁膜を除去して上記リッジ導波路の上部平坦面を露出させた後、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に第１の電極を形成する工程と、上記基板の裏面上に第２の電極を形成する工程とを備えるようにしたから、第１の電極とリッジ導波路との接触位置のずれを無くして、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できる効果がある。
【００５８】
また、この発明によれば、上記半導体材料層を酸化させる工程は、高温の水蒸気を有する雰囲気下に上記半導体材料層を保持して行われるウエット酸化法により行うようにしたから、素子特性に優れた、水平横モードが安定な半導体レーザを歩留り良く提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図３】 従来の半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図４】 従来の半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図５】 従来の半導体レーザの製造方法の主要工程を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＧａＡｓ半導体基板、２ ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下クラッド層、
３ 量子井戸構造活性層、４ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第１上クラッド層、
５ ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストップ層、６ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ第２上クラッド層、７ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、８ ストライプ状の絶縁膜 ９ リッジ導波路、１０ ＡｌＡｓ層、１１ ＡｌＡｓ酸化層、
１２ ｐ側電極、１３ ｎ側電極、１４ 絶縁膜、１５ 絶縁膜の開口部、
１６ フォトレジスト、１７ 開口部、２１ ＡｌＡｓ酸化層、２２ ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッド層、２３ ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ量子井戸構造活性層、２４ ｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第１上クラッド層、２５ ｐ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストップ層、２６ ｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第２上クラッド層、３１ ｎ−ＩｎＰ基板、３２ ｎ−ＩｎＰ下クラッド層、３３ ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造活性層、３４ ｐ−ＩｎＰ上クラッド層、３７ ｐ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層、４１ Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓ酸化層。
Claims (6)
- 第１導電型半導体基板上に順次配置された第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層と、
上記上クラッド層の上部及びコンタクト層からなる所定の方向に伸びるストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路と、
該基板の上方の，上記リッジ導波路の上部平坦面を除く領域上に配置された、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む，酸化された半導体材料層と、
上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に配置された第１の電極と、
上記基板の裏面上に配置された第２の電極とを備えたことを特徴とする半導体レーザ。 - 請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記基板はＧａＡｓからなり、
上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＡｓからなり、
上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、
上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＡｓからなり、
上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、
上記酸化された半導体材料層は、上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高いＡｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ（ｘ≦１）の酸化物からなることを特徴とする半導体レーザ。 - 請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記基板はＧａＡｓからなり、
上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、
上記第２導電型上クラッド層は、上記下クラッド層と同じ組成の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記コンタクト層はＧａＡｓからなり、
上記酸化された半導体材料層は、ＡｌＡｓまたは上記上クラッド層よりもＡｌ組成比の高い（Ａｌx Ｇａ(1-x) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≦１）のいずれか一方の酸化物からなることを特徴とする半導体レーザ。 - 請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記基板はＩｎＰからなり、
上記第１導電型下クラッド層は第１導電型のＩｎＰからなり、
上記活性層は、上記下クラッド層よりも実効的なバンドギャップエネルギーの小さい半導体層からなり、
上記第２導電型上クラッド層は第２導電型のＩｎＰからなり、
上記酸化された半導体材料層は、Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓの酸化物からなることを特徴とする半導体レーザ。 - 第１導電型半導体基板上に、第１導電型下クラッド層，活性層，第２導電型上クラッド層，及び第２導電型コンタクト層を順次結晶成長させる工程と、
該コンタクト層上に所定方向に伸びるストライプ状の絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜をマスクとして上記コンタクト層と上クラッド層の上部とを選択的にエッチングして所定の方向に伸びるリッジ形状を有するリッジ導波路を形成する工程と、
上記絶縁膜をマスクとして、上記エッチングにより露出したコンタクト層と上クラッド層との表面に、上記基板に格子整合する材料からなるとともに上記上クラッド層よりも高い組成比でＡｌを含む半導体材料層を選択的に結晶成長させる工程と、
該半導体材料層を酸化させる工程と、
上記絶縁膜を除去して上記リッジ導波路の上部平坦面を露出させた後、上記基板の上方の、上記リッジ導波路の上部平坦面を含む領域上に第１の電極を形成する工程と、
上記基板の裏面上に第２の電極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の製造方法。 - 請求項５に記載の半導体レーザの製造方法において、
上記半導体材料層を酸化させる工程は、高温の水蒸気を有する雰囲気下に上記半導体材料層を保持して行われるウエット酸化法により行うことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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